JP2011038617A - パンタグラフ式免震システム - Google Patents

Abstract

【課題】震動に伴う構造物の上下の揺れを低減する簡素なパンタグラフ式免震システムを提供する。
【解決手段】構造物２に作用する震動を免震するための免震システム１０であって、構造物２を支持可能に構造物２の下部４に設けたパンタグラフ１２と、構造物２からの震動力を受けてパンタグラフ１２の形状が変化した際にパンタグラフ１２を元の形状に戻す方向に付勢する一方で、震動力のエネルギーを吸収するエネルギー吸収手段１６とを備えるようにする。
【選択図】図１

Description

本発明は、パンタグラフ機構を利用したパンタグラフ式免震システムに関し、特に、構造物の上下方向の震動を免震するパンタグラフ式免震システムに関するものである。

従来、構造物の上下方向の震動を免震するための免震システムや免震装置が知られている（例えば、特許文献１〜８参照）。

特許文献１は、鉛直方向の振動を減衰させるオイルダンパーを上部構造体と下部構造体との間に複数配置したものである。このオイルダンパーは、シリンダー内に配置したピストンと、ピストンの上下に設けたオイルタンク室と、オイルタンク室を連通する調圧弁とを備えている。

特許文献２は、構造物の下方に配置した鉛直免震部と、慣性質量を増加させる質量付加機構の円盤とを備えたものである。構造物の上下振動を円盤の回転運動に変換し、上下振動の固有周期の長周期化を達成することで上下免震効果を得ようとするものである。

特許文献３は、上下に間隔を空けて設けた上部プレートと下部プレートとを接近離間可能に連結する水平リンク機構を備えたものである。この水平リンク機構にコイルバネとオイルダンパの各一端を取り付け、各他端を下部プレートに取り付けた構成となっている。

特許文献４は、垂直免震手段と水平免震手段とを直列に連結したものであり、垂直免震手段として、基礎版に形成した空気室とその上方に昇降自在に配置した作動筒との間にゴム製ダイアフラムを介装してなる空気ばねを用いている。

特許文献５は、構造物が上下方向に変位したとき復元力を生じる上下方向復元手段と、減衰力を生じる上下方向減衰手段とを備えたものである。この上下方向減衰手段は、互いに嵌合可能な第１筒手段および第２筒手段と、双方間の締め付け力を調整する締め付け調整手段とを有するものである。

特許文献６は、水平方向に変形可能な支承体と、軸方向ダンパーと、２本１組の斜め柱とからなる免震装置を建物の最下部と基礎構造との間に複数設置して建物を支持するものである。上下方向の地震エネルギーは斜め柱の開脚変形に対応する軸方向ダンパーの水平方向への伸縮変形でエネルギー吸収を行うようになっている。

特許文献７は、建物を水平方向に可動状態に支持する水平な支承板を建物の底面に設け、支承板と基礎との間を傾斜した複数の支持ロッドで連結した平行リンク機構からなる。平行リンク機構の内部に上下方向に配置したダンパーと、平行リンク機構の端部と外周構造体との間を連結する復元バネとを備えている。

特許文献８は、台座上に架台を外筒および内筒からなる案内部材を介して設置し、架台の下面にピンを介して一対の連接棒の上端を取り付けたものであり、連接棒の各下端に転動輪が取り付けられ、転動輪間はコイルばねで接続されている。

特開２００８−２９１９１８号公報 特開２００７−７１３９９号公報 特開２００６−３３６７３３号公報 特開２００２−１８８６８８号公報 特開２００２−３６４７０６号公報 特開平９−６０３３４号公報 特開平９−１１２０６８号公報 特開平６−１２９４８６号公報

しかし、上記の従来の特許文献１〜８の免震システムないし装置は、機構が複雑であるとともに、機構を構成する部材数が多く、維持管理が難しい。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、震動に伴う構造物の上下の揺れを低減する簡素なパンタグラフ式免震システムを提供することを目的とする。

上記した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の請求項１に係るパンタグラフ式免震システムは、構造物に作用する震動を免震するための免震システムであって、前記構造物を支持可能に前記構造物下部に設けたパンタグラフと、前記構造物からの震動力を受けて前記パンタグラフの形状が変化した際に前記パンタグラフを元の形状に戻す方向に付勢する一方で、前記震動力のエネルギーを吸収するエネルギー吸収手段とを備えることを特徴とする。

また、本発明の請求項２に係るパンタグラフ式免震システムは、上述した請求項１において、前記エネルギー吸収手段は、バネダンパーからなることを特徴とする。

また、本発明の請求項３に係るパンタグラフ式免震システムは、上述した請求項１または２において、前記バネダンパーは、パンタグラフの水平に位置する対角部間を接続する態様で設けられることを特徴とする。

また、本発明の請求項４に係るパンタグラフ式免震システムは、上述した請求項１〜３のいずれか一つにおいて、互いに平行な端面にパンタグラフを配置した六面体状の立体架構の他面をブレースまたはダンパーを含む構成にしたことを特徴とする。

また、本発明の請求項５に係るパンタグラフ式免震システムは、上述した請求項１〜４のいずれか一つにおいて、パンタグラフを載置する基礎の下部に、前記構造物に作用する震動の水平方向成分を免震する水平免震層を設けたことを特徴とする。

本発明によれば、構造物に作用する震動を免震するための免震システムであって、前記構造物を支持可能に前記構造物下部に設けたパンタグラフと、前記構造物からの震動力を受けて前記パンタグラフの形状が変化した際に前記パンタグラフを元の形状に戻す方向に付勢する一方で、前記震動力のエネルギーを吸収するエネルギー吸収手段とを備えるので、震動に伴う構造物の上下の揺れを低減する簡素なパンタグラフ式免震システムを提供することができるという効果を奏する。

図１は、本発明に係るパンタグラフ式免震システムの側面図である。 図２は、本発明に係るパンタグラフ式免震システムの変形時の側面図である。 図３は、パンタグラフの伸縮変形を示す図である。 図４は、本発明に係るパンタグラフ式免震システムを床免震構造に適用した場合の側面図である。 図５は、本発明に係るパンタグラフ式免震システムを免震構造物に適用した場合の側面図である。 図６は、本発明に係るパンタグラフ式免震システムの他の実施例を示す斜視図である。 図７は、図６の免震部の拡大図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図である。

以下に、本発明に係るパンタグラフ式免震システムの実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。

図１に示すように、本発明に係るパンタグラフ式免震システム１０は、構造物２の下部４と基礎６との間にパンタグラフ１２からなる免震層１４を設けたものである。このパンタグラフ１２には、エネルギー吸収手段としてのバネダンパー１６が設けてある。

パンタグラフ１２は、上下左右に配置された４つの関節部１８ａ〜１８ｄと、各関節部間を連結するリンク部材２０ａ〜２０ｄとからなり、側面視で左右対称の菱形状に構成される。各リンク部材２０ａ〜２０ｄは関節部に回転自在に接続し、上側の関節部１８ａは構造物下部４に、下側の関節部１８ｃは基礎６に当接している。パンタグラフ１２は、副バネダンパー２２とコイルバネ２４とを介して、基礎６に対して水平移動可能に固定されている。この構成において、構造物２に上下方向の震動が入力された際には、図２に示すように、パンタグラフ１２が変形することによって震動に伴う揺れが吸収されることとなる。
なお、エネルギー吸収手段としてのバネダンパー１６を設けたパンタグラフ１２同士を副バネダンパー２２で連結した構成でも同様の効果が期待できる。

バネダンパー１６は、パンタグラフ１２の左右の関節部１８ｄ、１８ｂ間（水平に位置する対角部間）を接続する位置に設けられ、金属製のコイルバネ１６ａと、このコイルバネ１６ａの両端に接続したダンパー１６ｂとからなる。コイルバネ１６ａは、パンタグラフ１２の形状が変化した際にパンタグラフ１２を元の形状に戻す方向に引っ張り付勢するものである。ダンパー１６ｂは、パンタグラフ１２に作用する震動エネルギーを吸収するものであり、油圧ダンパーや棒状の鉛等からなる金属部材など震動を減衰する機構や材料を用いることができる。

このバネダンパー１６は、そのコイルバネ１６ａの特性やダンパー１６ｂの減衰特性を調整することによって、パンタグラフ１２の変形性能を調整することができる。例えば、図３に示すように、構造物２に上下方向の所定の震動力が入力した際に、パンタグラフ１２が下方向にδv1だけ縮み、左右方向に２δh1だけ伸びるように調整してよい。

また、同じ震動力を受けた際にパンタグラフ１２が下方向にδv1＋δv2だけ縮み、左右方向に２（δh1＋δh2）だけ伸びるように調整することもできる。こうすることで、パンタグラフ１２の変形角度θ（リンク部材２０ｃが水平となす角）を調整することや、上下方向の変位量δvに対するコイルバネ１６ａの水平方向の伸び量δhを調整することができる。

上記構成の動作および作用について説明する。
構造物２に上下方向の震動エネルギーが入力されると、パンタグラフ１２が上下方向に伸縮すると同時に、左右方向に伸縮する。この際に、バネダンパー１６のダンパー１６ｂにより震動エネルギーが吸収され、伸びたコイルバネ１６ａはパンタグラフ１２の形状を元に戻そうと付勢する。こうすることで、震動に伴う構造物２の上下の揺れを低減することができる。また、本発明のパンタグラフ式免震システム１０はパンタグラフ１２とバネダンパー１６等からなる簡素な構成であることから、維持管理を比較的容易に行うことが可能である。

次に、本発明に係るパンタグラフ式免震システム１０を、床免震構造に適用する場合について説明する。

図４に示すように、構造物２の床８の下に複数のパンタグラフ１２からなる免震層１４を設ける。パンタグラフ１２の変形が震動エネルギーを吸収することで地震時や人の歩行時などに生じる床８の上下方向の振動を抑えることができる。このパンタグラフ１２からなる免震層１４は、床下に容易に設置可能であり、スパンの大きい床スラブの上下振動を効果的に免震することができる。

次に、本発明に係るパンタグラフ式免震システム１０を、上下および水平方向の免震を図る免震構造物に適用する場合について説明する。

図５に示すように、構造物２の下部４と上部基礎６ａとの間に複数のパンタグラフ１２からなる上下免震層１４を設ける。また、このパンタグラフ１２を載置する上部基礎６ａと下部基礎６ｂとの間に免震ゴムなどの免震装置２６からなる水平免震層２８を設ける。パンタグラフ１２と免震装置２６とは、ここでは上下方向に重なる位置に配置しているが、上部基礎６ａに十分な剛性を持たせることにより、上下方向に重ならない位置に配置することも可能である。

この上下免震層１４と水平免震層２８とを積層した構造によれば、パンタグラフ１２の変形が震動エネルギーを吸収することで震動の上下方向成分を免震すると同時に、免震装置２６の水平変形が震動エネルギーを吸収することで震動の水平方向成分を免震することができる。

上記の実施の形態において、免震層１４の水平方向の剛性を確保可能な構造とすることもできる。この場合、例えば、図６に示すように、パンタグラフ１２を有する免震部３０を構造物２の下部４の外縁側に各方向に適切に配置させる。

この免震部３０は、図７（ａ）〜（ｃ）に示すように、互いに平行な端面にパンタグラフ１２およびバネダンパー１６を配置し、他面にブレース３２を配置した六面体状の立体架構のユニットからなり、ユニットを複数並べて構成してある。ブレース３２の代わりにダンパーを配置することもできる。

このようにすれば、構造物２に入力される上下方向の地震動や歩行震動の影響を、水平剛性を確保しつつ抑制することができる。なお、図６においては、パンタグラフ１２を基礎に対して左右移動可能に固定するための副バネダンパー２２や、コイルバネ２４の図示は省略している。

以上説明したように、本発明によれば、構造物に作用する震動を免震するための免震システムであって、前記構造物を支持可能に前記構造物下部に設けたパンタグラフと、前記構造物からの震動力を受けて前記パンタグラフの形状が変化した際に前記パンタグラフを元の形状に戻す方向に付勢する一方で、前記震動力のエネルギーを吸収するエネルギー吸収手段とを備えるので、震動に伴う構造物の上下の揺れを低減する簡素なパンタグラフ式免震システムを提供することができる。

以上のように、本発明に係るパンタグラフ式免震システムは、震動に伴う構造物の上下方向の震動を免震するのに有用であり、特に、維持管理を容易に行うのに適している。

２ 構造物
４ 下部
６ 基礎
６ａ 上部基礎
６ｂ 下部基礎
８ 床
１０ パンタグラフ式免震システム
１２ パンタグラフ
１４ 免震層、上下免震層
１６ バネダンパー（エネルギー吸収手段）
１６ａ コイルバネ
１６ｂ ダンパー
１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄ 関節部
２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ リンク部材
２２ 副バネダンパー
２４ コイルバネ
２６ 免震装置
２８ 水平免震層
３０ 免震部
３２ ブレース

Claims (5)

1. 構造物に作用する震動を免震するための免震システムであって、
   前記構造物を支持可能に前記構造物下部に設けたパンタグラフと、
   前記構造物からの震動力を受けて前記パンタグラフの形状が変化した際に前記パンタグラフを元の形状に戻す方向に付勢する一方で、前記震動力のエネルギーを吸収するエネルギー吸収手段とを備えることを特徴とするパンタグラフ式免震システム。
2. 前記エネルギー吸収手段は、バネダンパーからなることを特徴とする請求項１に記載のパンタグラフ式免震システム。
3. 前記バネダンパーは、パンタグラフの水平に位置する対角部間を接続する態様で設けられることを特徴とする請求項１または２に記載のパンタグラフ式免震システム。
4. 互いに平行な端面にパンタグラフを配置した六面体状の立体架構の他面をブレースまたはダンパーを含む構成にしたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載のパンタグラフ式免震システム。
5. パンタグラフを載置する基礎の下部に、前記構造物に作用する震動の水平方向成分を免震する水平免震層を設けたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載のパンタグラフ式免震システム。

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