JP2018040474A - 免震装置 - Google Patents

Abstract

【課題】免震装置の現行寸法を保ったままで、当初の想定を超える地震の揺れが発生しても上方の物体に対して、その揺れを最小限に抑制できる免震装置を提供する。【解決手段】下面側に４本のボール溝４５〜４８を設けた第１プレート４０と、上面側に４本のボール溝６１〜６４を設けた第２プレート６０と、第１プレート４０のボール溝４５〜４８と第２プレート６０のボール溝６１〜６４に嵌め込まれて、両ボール溝４５〜４８、６１〜６４を滑りまたは転がり可能なボールＢと、を有する免震装置１００とする。また、第１プレート４０のボール溝４５〜４８と第２プレート６０のボール溝６１〜６４とはボールＢを介して互いに逆向きの鏡面対称とする。さらに、ボール溝６１〜６４は、第１曲線部６１Ａ、６２Ａと、それに連なる第２曲線部６１Ｂ、６２Ｂと、のみから構成して、ボール溝４５〜４８、６１〜６４はＳ字型または逆Ｓ字型のいずれかの形態とする。【選択図】図４

Description

本発明は、上方に積載する物体に対して地震による揺れを抑制する免震装置に関する。

これまでの免震装置は、想定される地震の大きさからその加速度を算出した後、その加速度を減衰するための応答変位量や応答加速度を設定して、設計されてきた。例えば、特許文献１に開示されている免震装置は、上部および下部の部品に溝を設けて、その両方の溝にはまり込む球（ボール）を挟んだ構成となっていた。

そして、両方の溝を直線形状と曲線形状との混成形状として、互いの溝が交差する角度（以下、交差角という）を最大９０°となるように設定することで地震が発生した際に、当該球が溝内を移動することで発生する摩擦力によって、応答加速度を減衰することができる。

また、特許文献２に開示されている免震装置は上記の特許文献１と同様の構成であり、なおかつ溝の形態を直線形状としたものである。このような溝形態とすることで、溝長さを伸ばし、球が移動できる距離、すなわちストロークを伸ばすことでも地震が発生した際の応答加速度を減衰することができる。

特許第４５１７３５９号公報 特許第５１１０５９７号公報

しかし、特許文献１および２に開示されている免震装置では最大ストロークを超えるほど大きな地震が発生した場合、球が溝の端部に衝突した瞬間に上方の物体に衝撃が発生する。発生した衝撃により上方の物体が転倒する場合には、上方の物体は破損する恐れがある。そのような物体の破損を防止するために特許文献２に示す免震装置では、当該装置を構成する部品のストローク長を延長する方法や溝の端部に緩衝材を設ける方法がある。

ところが、部品のストローク長を延長することで免震装置が大型化するという問題がある。また、部品の溝の端部に緩衝材を設けることで製造工程が複雑化し、なおかつ製造原価も上がるという問題が発生する。

そこで、本発明においては免震装置の現行寸法を保ったままで（大型化することなく）、当初想定していた地震の揺れが発生しても上方の物体に対して、その揺れを最小限に抑制できる免震装置を提供することを課題とする。

前述した課題を解決するために、本発明の免震装置は下面側に少なくとも４本のボール溝を設けた第１プレートと、上面側に少なくとも４本のボール溝を設けた第２プレートと、これらの第１および第２プレートの両方のボール溝に嵌め込まれて、両ボール溝を滑りまたは転がり移動可能に設けられたボールと、を有する免震装置において、第１プレートのボール溝と第２プレートのボール溝とは、ボールを介して互いに逆向きの鏡面対称となるように構成する。そして、両方のボール溝は第１曲線部と、第１曲線部に連なる第２曲線部と、のみから構成して、両方のボール溝の形態をＳ字型または逆Ｓ字型とする。

また、ボール溝を構成する第１曲線部および第２曲線部は円弧または楕円弧のいずれかの形態とすることもできる。そして、第１曲線部、第２曲線部は、同じ形態の円弧同士または楕円弧同士で構成してもよいし、互いに異なる円弧同士または楕円弧同士の組み合わせでも構わない（円弧と楕円弧との組み合わせでもよい）。さらに、ボール溝の深さについては第１曲線部と第２曲線部との境界位置（連接点）を最も深くして、この境界位置から離れるに従って（第１曲線部および第２曲線部の各端部へ近づくにつれて）浅くすることもできる。

本発明の免震装置を以上の構成とすることで、地震の発生により本発明の免震装置が作動、特に地震による応答変位が大きくなった際に両プレートの両ボール溝同士で形成される交差角が大きくなる。

本発明の免震装置は、地震の発生により本発明の免震装置の応答変位が大きくなると、両プレートの両ボール溝同士で形成される交差角も大きくなる。特に、ボール溝が円弧や楕円弧の曲線形状のみから形成されている場合には、地震の発生による免震装置の応答変位が大きくなるにしたがって交差角を大きくする（最大交差角は１８０°）ことでボールとボール溝との間の摩擦係数を大きくして、免震機能としての減衰効果を高める。

そのため、本発明の免震装置の従来の免震装置の寸法（現行寸法）を保ったままで、かつウレタンゴム等の衝突防止材を設けることなく、当初想定していた地震の揺れが発生しても上方の物体に対して、その揺れを最小限に抑制できるという効果を奏する。

（ａ）は本発明の免震装置を構成する下プレート６０の平（上）面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は底面図である。 （ａ）は本発明の免震装置を構成する中間プレート４０の平（上）面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は底面図、（ｄ）は背面図である。 （ａ）は本発明の免震装置を構成する上プレート２０の平（上）面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は底面図である。 （ａ）はボールが中立位置時の本発明の実施の形態を示す免震装置１００の斜視図、（ｂ）は平面図である。 （ａ）は中間プレート４０（又は上プレート２０）が図でみて横（右）方向に移動したときの免震装置１００の斜視図、（ｂ）は平面図である。 （ａ）は上プレート２０が図でみて縦（上）方向に移動したときの免震装置１００の斜視図、（ｂ）は平面図である。 （ａ）は図でみて中間プレート４０が横（右）方向に移動し、上プレート２０が縦（上）方向に移動したときの免震装置１００の斜視図、（ｂ）は平面図である。 本発明の実施の形態を示す免震装置を構成する第１プレート３０および第２プレート５０の一部分を示す模式図（初期の交差角（向かい合う各プレートのボール溝同士が成す角度）θ＝２０°の場合）であり、（ａ）は第１プレート３０の平面図、（ｂ）は第２プレート５０の底面図、（ｃ）は第１プレート３０および第２プレート５０の中立位置での平面図、（ｄ）は第２プレート５０が横（左）方に移動したときの平面図、（ｅ）は第２プレート５０がさらに横方向に移動しボール溝３１、５１の端部３１Ｅ、５１ＥにボールＢ１０が位置したときの平面図である。 本発明の実施の形態を示す免震装置を構成する第１プレート７０および第２プレート９０の一部分を示す模式図（初期の交差角（向かい合う各プレートのボール溝同士が成す角度）θ＝４０°の場合）であり、（ａ）は第１プレート７０の平面図、（ｂ）は第２プレート９０の底面図、（ｃ）は第１プレート７０および第２プレート９０の中立位置での平面図、（ｄ）は第２プレート９０が横（左）方に移動したときの平面図、（ｅ）は第２プレート９０がさらに横方向に移動しボール溝７１、９１の端部７１Ｅ、９１ＥにボールＢ１１が位置したときの平面図である。 本発明の免震装置の実施形態であるタイプＡ（実線のもの）およびＢ（破線のもの）の各場合におけるボール溝の形態と大きさを示す模式図である。 本発明の免震装置の実施形態であるタイプＡおよびＢの各場合における原点かたの距離（上プレートと下プレートとの相対距離）と上下プレートのボール溝同士が形成する交差角の変化を示すグラフである。 初期の交差角θ＝４０°（タイプＢ）の免震装置を用いたボールとボール溝間に発生する摩擦係数を測定する摩擦特性測定試験結果である。

本発明の免震装置の第一の実施の形態について図を参照して説明する。本実施の形態では、免震装置を構成する第１プレートと第２プレートから構成される単位（ユニット）を一組とした場合に、これらのユニットを上下方向に二組使用する（積層する）ことで二軸方向に移動することのできる免震装置の構造について以下に説明する。

図１の（ａ）は本発明の免震装置を構成する下プレート６０の平（上）面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は底面図である。図２の（ａ）は本発明の免震装置を構成する中間プレート４０の平（上）面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は底面図、（ｄ）は背面図である。図３の（ａ）は本発明の免震装置を構成する上プレート２０の平（上）面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は底面図である。

なお、本実施の形態では上プレート２０は本発明の免震装置を構成する第１プレート、下プレート６０は本発明の免震装置を構成する第２プレートにそれぞれ相当する。また、中間プレート４０は下プレート６０（第２プレート）との関係では第１プレートに相当し、 上プレート２０（第１プレート）との関係では第２プレートに相当する。

図１（ａ）に示すように、四角形の下プレート６０の上面６０ａの四隅にはＳ字型または逆Ｓ字型の４本のボール溝６１〜６４が互いに左右対称となるように設けられている。また、中央部には取付、取外し可能なＴ字断面のガイド１は、図１（ｂ）および（ｃ）に示すように図でみて横方向に複数のボルト５で取り付けられている。

Ｓ字型または逆Ｓ字型のボール溝６１、６２は、楕円弧の形状を呈した第１曲線部６１Ａ、６２Ａおよび第２曲線部６１Ｂ、６２Ｂから構成されている。また、第１曲線部６１Ａ、６２Ａと第２曲線部６１Ｂ、６２Ｂとは、第１曲線部６１Ａ、６２Ａと第２曲線部６１Ｂ、６２Ｂとの境界である連接点Ｃを中心として点対称にされている。

ここで、ボール溝６１、６２の中心軸はガイド１に沿った方向（下プレート６０の移動方向）に対して、それぞれ±θ／２の角度となるように斜めに配置されている。なお、以上の説明は２本のボール溝６１、６２に関するものであるが、残りの２本のボール溝６３、６４についても同様の構成とする。

図２（ｃ）に示すように、四角形の中間プレート４０の下面４０ｂの四隅にＳ字型または逆Ｓ字型の４本のボール溝４５〜４８が設けられている。また、図２（ｂ）に示すように中央部には逆Ｔ字断面のガイド溝４が図でみて横方向に設けられている。ボール溝４５、４６は楕円弧の形状を呈した第１曲線部４５Ａ、４６Ａおよび第２曲線部４５Ｂ、４６Ｂから構成されている。また、第１曲線部４５Ａ、４６Ａと第２曲線部４５Ｂ、４６Ｂとは、第１曲線部４５Ａ、４６Ａと第２曲線部４５Ｂ、４６Ｂとの境界である連接点Ｃを中心として点対称にされている。

ここで、ボール溝４５、４６の中心軸はガイド溝４に沿った方向に対して±θ／２の角度となるように斜めに配置されている。即ち、中間プレート４０の下面４０ｂボール溝４５、４６の配置は、図１（ａ）に示す下プレート６０の上面６０ａに設けられたボール溝６１、６２対しては左右逆向きに配置した構成となっている。

また、図２（ａ）に示すように、四角形の中間プレート４０の上面４０ａの四隅にも下面４０ｂと同様に４本のボール溝４１〜４４が設けられている。また、中央部には逆Ｔ字断面のガイド溝２が図でみて縦方向に設けられている。上面４０ａの形状は、下面４０ｂを上面になるように１８０°ひっくり返し（天地を逆にする）、そのままいずれかの向きに９０°回転させたものであり、上下とも各面からみて同形状とされている。

さらに、図３（ｃ）に示すように四角形の上プレート２０の下面２０ｂの四隅にＳ字型または逆Ｓ字型の４本のボール溝２１〜２４が設けられている。また、図３（ａ）および（ｂ）に示すように中央部には取付、取外し可能なＴ字断面のガイド３が図でみて縦方向に設けられている。上プレート２０は前述した下プレート６０と全く同じものであるが、下プレート６０とは各プレートに設けられたボール溝同士が対向するように配置される。同時に、上プレート２０は免震装置を構成する際に下プレート６０とは互いに９０°回転させた状態となっている。

即ち、上プレート２０の形態は下プレート６０を１８０°ひっくり返して（天地を逆にして）、いずれかの向きに９０°回転させたものである。また、ボール溝６１と２２、６２と２３、６３と２４、６４と２１は同じ形状であり、かつボール溝２１と２２、２４と２３はガイド３を中心にして互いに線対称である。

図１ないし３に示すように、ガイド１、３のＴ字断面の先端の幅Ｗ１、Ｗ３は、ガイド溝２、４の底部の溝幅Ｗ２、Ｗ４より若干小さく、開口幅Ｗ６より広い幅にされ、互いに嵌合させることにより摺動可能にされている。また、上下方向に対しては隙間が設けられてある程度上下方向に移動できるが、上下方向には互いに外れないようにされている。

なお、図示しないボール溝の深さについてはボール溝の両端部から中央部へ行くにしたがって徐々に深くなり、中央部の深さが最も深くされている。つまり、免震装置の各プレートが移動した後も原点位置（移動前の当初の位置）に自然復帰するようにされており、ボールの動きに対してプレート間が広がるようにされている。

このため、ボールが中央位置（連接点）Ｃではガイド１、３の先端と、ガイド溝２、４の底とが互いに触れない程度に接近するような寸法にされており、ボールがボール溝の端部に達したときは、ガイド又はガイド溝によりプレートが互いに離れる側には広がらないような寸法にされている。

次に、図１ないし図３にて図示した各プレート２０、４０、６０から構成した免震装置１００について図４〜７を用いて説明する。図４の（ａ）はボールが中立位置時の本発明の実施の形態を示す免震装置１００の斜視図、（ｂ）は平面図である。図５の（ａ）は中間プレート４０（又は上プレート２０）が図でみて横（右）方向に移動したときの免震装置１００の斜視図、（ｂ）は平面図である。図６の（ａ）は上プレート２０が図でみて縦（上）方向に移動したときの斜視図、（ｂ）は平面図である。図７の（ａ）は図でみて中間プレート４０が横（右）方向に移動し、上プレート２０が縦（上）方向に移動したときの免震装置１００の斜視図、（ｂ）は平面図である。

なお、図５（ｂ）においては、上プレート２０の下面２０ｂと中間プレート４０の上面４０ａについての図示は省略している。また、図６（ｂ）においては、下プレート６０の上面６０ａと中間プレート４０の下面４０ｂについては図示は省略している。

図４ないし７に示すように本発明の免震装置１００は、免震対象物とされるサーバーや美術品などの物品が載置される上プレート２０と、固定床等の基台に取付固定される下プレート６０と、上プレート２０と下プレート６０との間に複数のボール溝が上下面に設けられた中間プレート４０と、互いに向かい合う２本のボール溝同士に嵌まり込んでいる複数のボールとから構成されている。

本発明の免震装置１００は、以下の手順で組み立てられる。図４（ａ）に示す免震装置１００の上半分の構成について、まず中間プレート４０の下面４０ｂを上向くになるように床上に置く。この時ガイド１を未取付状態で、中間プレート４０と下プレート６０のそれぞれのボール溝を互いに対向させながら、ボール溝のほぼ中心にボールが位置するようにして、中間プレート４０、ボールＢ１〜Ｂ８、上下逆さにした下プレート６０を積み上げる。

この状態で、ガイド１を下プレート６０又は中間プレート４０のガイド溝４に差し込み、ガイド１を下プレート６０に複数のボルト５で固定する。この状態で中間プレート４０と下プレート６０を上下ひっくり返し（天地を逆にして）、図４（ａ）に示す免震装置１００の下半分の構成のように配置する。

次に、ガイド３を未取付状態でそれぞれの線状のボール溝を互いに対向させて、ボール溝のほぼ中心にボールＢ１〜Ｂ８が位置するようにして、中間プレート４０、ボール、上プレート２０を順に積み上げる。この状態で、ガイド３を上プレート２０又は中間プレート４０のガイド溝２に差し込み、ガイド３を上プレート２０に複数のボルト５で固定する。

この手順により、図４（ａ）に示すように、容易に免震装置１００として組み立てられ、各プレート２０、４０、６０に設けられた各ボール溝間にボールがそれぞれ滑り回転可能に狭持され、ガイド１、３又はガイド溝２、４に沿って各プレート２０、４０、６０が水平方向へ相対運動可能になる。

かかる構成の免震装置１００において、図４でみて横（右）方向に上プレート２０または中間プレート４０を移動させた場合について述べる。上プレート２０が右に力を受けると、図５（ａ）に示すように、上側のガイド３又はガイド溝２により、上プレート２０と中間プレート４０とは移動できない。そこで、下側のガイド１又はガイド溝４に沿って上プレート２０と中間プレート４０とが一体になって右方向に動く。また、左方向にも同様に移動できる。

次に、図４（ａ）でみて縦（上）方向に上プレート２０を移動させた場合について述べる。上プレート２０が上に力を受けると、同様に図６（ａ）に示すように、縦方向のガイド３又はガイド溝２に沿って、上プレート２０は中間プレート４０に対して上方に動くことになる。従って、上プレート２０が上方に移動することとなる。また、同様に下方向にも移動できる。中間プレート４０と下プレート６０は横方向ガイド１又はガイド溝４により縦方向には互いに相対移動できない。

このように、上プレート２０と下プレート６０とは、中間プレート４０を挟んで互いに９０度方向に揺動することができるので、図７（ａ）に示すように、上プレート２０と下プレート６０とは中間プレート４０を基準にして水平方向に揺動可能とされ、地震等の揺れに対する免震装置１００として有効に働くものとなる。

なお、本実施の形態においては、ボール溝を直接プレートに加工したが、ボール溝を別部材としてプレートに取り付けるようにしてもよい。 また、本実施の形態では二軸方向移動する場合について述べたが、上又は下プレートと中間プレートを一組とすれば一軸の免震装置となる。

次に、本発明の免震装置を構成する第１プレートおよび第２プレートの各プレートの移動に伴うボールとボール溝との位置関係について図８および図９を用いて説明する。図８は本発明の実施の形態を示す免震装置を構成する第１プレート３０および第２プレート５０の一部分を示す模式図（初期の交差角（向かい合う各プレートのボール溝同士が成す角度）θ＝２０°の場合）であり、（ａ）は第１プレート３０の平面図、（ｂ）は第２プレート５０の底面図、（ｃ）は第１プレート３０および第２プレート５０の中立位置での平面図、（ｄ）は第２プレート５０が横（左）方に移動したときの平面図、（ｅ）は第２プレート５０がさらに横方向に移動しボール溝３１、５１の端部３１Ｅ、５１ＥにボールＢ１０が位置したときの平面図である。なお、図８（ｃ）ないし（ｅ）において、説明のため第１プレート３０側を実線で示し、第２プレート５０側を点線で示している。

図８（ａ）に示すように第１プレート３０の下面３０ｂには、ボール溝３１は中心Ｃを通り外方に向かって中心から離隔する方向に曲がる第１曲線部３１Ａ、第２曲線部３１Ｂが両側に形成されている。第１曲線部３１Ａと第２曲線部３１Ｂは共にボール溝３１の中心Ｃを中心点として点対称にされて、外方に向かって延びている。また、ボール溝３１は中心Ｃを通り第１プレート３０の移動方向に平行な軸Ｌ０と中心Ｃにおけるボール溝３１の接線Ｌ１とがなす角度θ／２だけ傾いた状態で第１プレート３０の下面３０ｂに設けられている。

また、図８（ｂ）に示すように第２プレート５０の上面５０ａには、ボール溝５１が第１プレート３０のボール溝３１と同形状に形成されている。すなわち、第２プレート５０の上面５０ａには、ボール溝５１は中心Ｃを通り外方に向かって中心から離隔する方向に曲がる曲線部５１Ａ、５１Ｂが両側に形成されている。第１曲線部５１Ａと第２曲線部５１Ｂは共にボール溝５１の中心Ｃを中心点として点対称にされて、外方に向かって延びている。また、ボール溝５１は中心Ｃを通り第１プレート５０の移動方向に平行な軸Ｌ０と中心Ｃにおけるボール溝５１の接線Ｌ１とがなす角度θ／２だけ傾いた状態で第２プレート５０の上面５０ａに設けられている。

図８（ｃ）に示すように、第１プレート３０を固定して、第２プレート５０を図の左右方向に移動可能にボールＢ１０を介して、第１プレート３０および第２プレート５０の曲線状のボール溝３１、５１の中心Ｃで対向させるように組立てられている（第２プレート５０の移動方向は水平方向の一軸方向に沿って移動可能となるように規制されて、即ち図で見て左右方向に移動可能に規制されているものとする）。従って、２本のボール溝３１、５１は互いにθの交差角で交差することとなり、その移動方向が二等分線方向に一致する。このため、ボールＢ１０は転がり又はすべりの複合摩擦となり、交差角θに応じた摩擦係数を持って移動することとなり、ボール溝３１、５１で大きな摩擦による減衰作用を得ることができる。

さらに、地震の揺れが発生すると、図８（ｄ）に示すようにボールＢ１０はボール溝３１、５１の端部３１Ｅ、５１Ｅに接近する。このとき、ボール溝３１、５１の交差角θはさらに大きくなり、さらに大きな摩擦による減衰作用を生ずる。そして、当初想定されていた揺れを超える地震が発生した場合には、図８（ｅ）に示すように最終的に第２プレート５０は最大ストローク位置まで到達する。この時、両ボール溝３１、５１内のボールＢ１０はボール溝３１、５１の端部３１Ｅ、５１Ｅに到達し、２本のボール溝３１、５１がなす角度（交差角）θ＝１８０°となるので、その位置で第２プレート５０の移動は停止する。

図９は本発明の実施の形態を示す免震装置を構成する第１プレート７０および第２プレート９０の一部分を示す模式図（初期の交差角（向かい合う各プレートのボール溝同士が成す角度）θ＝４０°の場合）であり、（ａ）は第１プレート７０の平面図、（ｂ）は第２プレート９０の底面図、（ｃ）は第１プレート７０および第２プレート９０の中立位置での平面図、（ｄ）は第２プレート９０が横（左）方に移動したときの平面図、（ｅ）は第２プレート９０がさらに横方向に移動しボール溝７１、９１の端部７１Ｅ、９１ＥにボールＢ１１が位置したときの平面図である。なお、図９（ｃ）ないし（ｅ）において、説明のため第１プレート７０側を実線で示し、第２プレート９０側を点線で示している。

図９（ａ）に示すように第１プレート７０の下面７０ｂには、ボール溝７１は中心Ｃを通り外方に向かって中心から離隔する方向に曲がる第１曲線部７１Ａ、第２曲線部７１Ｂが両側に形成されている。第１曲線部７１Ａと第２曲線部７１Ｂは共にボール溝７１の中心Ｃを中心点として点対称にされて、中心側に戻ることなく外方に向かって延びている。また、ボール溝７１は中心Ｃを通り第１プレート７０の移動方向に平行な軸Ｌ０と中心Ｃにおけるボール溝７１の接線Ｌ１とがなす角度角度θ／２だけ傾いた状態で第１プレート７０の下面７０ｂに設けられている。

また、図９（ｂ）に示すように第２プレート９０の上面９０ａには、ボール溝９１が第１プレート７０のボール溝７１と同形状に形成されている。すなわち、第２プレート９０の上面９０ａには、ボール溝９１は中心Ｃを通り外方に向かって中心から離隔する方向に曲がる第１曲線部９１Ａ、第２曲線部９１Ｂが両側に形成されている。第１曲線部９１Ａと第２曲線部９１Ｂは共にボール溝９１の中心Ｃを中心点として点対称にされて、中心側に戻ることなく外方に向かって延びている。また、ボール溝９１は中心Ｃを通り第１プレート７０の移動方向に平行な軸Ｌ０と中心Ｃにおけるボール溝９１の接線Ｌ１とがなす角度θ／２だけ傾いた状態で第２プレート９０の上面９０ａに設けられている。

図９（ｃ）に示すように、第１プレート７０を固定して、第２プレート９０を図の左右方向に移動可能にボールＢ１１を介して、第１プレート７０および第２プレート９０の曲線状のボール溝７１、９１の中心Ｃで対向させるように組立てられている（第２プレート９０の移動方向は水平方向の一軸方向に沿って移動可能となるように規制されて、即ち図で見て左右方向に移動可能に規制されているものとする）。従って、２本の曲線部７１、９１は互いにθの交差角で交差することとなり、その移動方向が二等分線方向に一致する。このため、ボールＢ１１は転がり又はすべりの複合摩擦となり、交差角θに応じた摩擦係数を持って移動することとなり、曲線部７１、９１で大きな摩擦による減衰作用を得ることができる。

さらに、地震の揺れが発生すると、図９（ｄ）に示すようにボールＢ１１はボール溝７１、９１の端部７１Ｅ、９１Ｅに接近する。このとき、ボール溝７１、９１の交差角θはさらに大きくなり、さらに大きな摩擦による減衰作用を生ずる。そして、当初想定されていた揺れを超える地震が発生した場合には、図９（ｅ）に示すように最終的に第２プレート９０は最大ストローク位置まで到達する。この時、両ボール溝７１、９１内のボールＢ１１はボール溝７１、９１の端部７１Ｅ、９１Ｅに到達し、その位置で第２プレート９０の移動は停止する。

なお、上記の実施の形態ではボール溝を形成する第１曲線部と第２曲線はいずれも同じ楕円弧から形成される場合について説明したが、本発明の免震装置を構成するボール溝の第１曲線部と第２曲線部は互いに異なる円弧や楕円弧から形成することもできる。例えば、美術品や芸術品の様な左右両側（横方向や幅方向）で非対称の形状であることからその重心位置が左右のいずれかの側に偏っている物品の場合を想定する。この場合、その物品が転倒するか否か（転倒しやすいかどうか）はその重心位置により変化する。

上述したようにボール溝の第１曲線部と第２曲線部を互いに異なる円弧や楕円弧から形成すると、地震が発生した際の応答変位も第１曲線部と第２曲線部との間では自ずから異なる。つまり、免震装置の応答変位が比較的に小さい曲線部となる位置に上述した物品の転倒し難い側を配置する。これは、物品が転倒し難い方向については免震機能として必要とされる応答変位は比較的に小さくても済むためである。これに対して、免震装置の応答変位が比較的に大きい曲線部となる位置には上述した物品の転倒しやすい側を配置する。これは、物品が転倒しやすいので地震による揺れが発生した場合に免震機能として必要となる応答変位を比較的に大きくしておくためである。

本発明の免震装置を用いて、上下プレートに設けられたボール溝とボールと間の摩擦係数の変化を測定する摩擦特性測定試験を行ったので、その試験結果について図面を用いて説明する。まず、本試験に用いた免震装置は上下の各プレート寸法がたて、よこ３００ｍｍ四方のものであり、各プレートのボール溝とボールとの移動距離（ストローク）が±１３０ｍｍとした。また、上下の両プレートのボール溝同士の初期の交差角は、θ＝２０°の場合（タイプＡ）とθ＝４０°の場合（タイプＢ）の２種類のもの（タイプＡおよびＢのボール溝の形態はそれぞれ異なる楕円弧から構成されている）を準備した。

本発明の免震装置の実施形態であるタイプＡ（実線のもの）およびＢ（破線のもの）の各場合におけるボール溝の形態と大きさを示す模式図を図１０に示す。タイプＡおよびＢのボール溝の形態は、図１０に示すように２種類の異なる楕円弧（楕円全周の４分の１長さ）が原点の位置を中心に点対称の形態を呈している。

また、本発明の免震装置の実施形態であるタイプＡおよびＢの各場合における原点からの距離（上プレートと下プレートとの相対距離）と上下プレートのボール溝同士が形成する交差角の変化を示すグラフを図１１に示す。図１１に示すように、タイプＡおよびＢともに原点からの移動距離が比較的に短い（免震装置の応答変位が比較的に小さい）範囲では交差角の増加幅も比較的に緩やかである。

しかし、プレートの移動距離（免震装置の応答変位）が一定値以上になると、タイプＡおよびＢの免震装置ともに交差角が急激に増加し、図１１に示すように原点からの移動距離が６５ｍｍである最大ストローク位置（ストロークエンド）ではその交差角が１８０°になる。その交差角が急激に増加する理由は、ボール溝の形態が楕円弧であることに起因したものである。

本試験である摩擦特性測定試験には、初期の交差角θ＝４０°（タイプＢ）の免震装置を用いて行った。本試験では、免震装置を構成する上プレート上に１６．４５〜５０．８５×９．８Ｎまでの異なる重り（計５水準）を載せた状態で原点から所定の位置まで移動する際にボールとボール溝間に発生する摩擦係数の最大値を測定したので、その測定結果（グラフ）を図１２に示す。図１２のグラフでは横軸が原点からの移動距離（応答変位）を示し、縦軸がボールとボール溝との間の摩擦係数を表す。

図１２に示すように応答変位が９ｃｍまでの範囲では、それにより発生する摩擦係数は０．０５〜０．１までの範囲で比較的にその変化率は小さい。ところが、応答変位が９ｃｍを超えると、それに対応する摩擦係数が急激に増加して、応答変位が１３ｃｍ（最大ストローク位置）の場合にはそれに対応する摩擦係数が０．３５〜０．４に到達した。

また、本発明の免震装置におけるボールとボール溝との摩擦係数は、図１２に示すように上プレートに載せた重りの如何に関わらずほぼ同じ挙動（変化）を示した。すなわち、本試験結果から本発明の免震装置の（ボールとボール溝との間の）摩擦係数は荷重によらない、いわゆる載荷依存性が無いことがわかった。

特に、本実施例ではボール溝同士の交差角θを適宜選択でき、さらに交差角を変化できるので、所望の摩擦係数を容易に得られるばかりでなく、予想より過大な地震にも対処でき種々の載荷物、地域、場所に幅広く活用できるものとなった。

２０ 上プレート（第１プレート）
２１〜２４ ボール溝
３０ 第１プレート
３１ ボール溝
３１Ａ 第１曲線部
３１Ｂ 第２曲線部
４０ 中間プレート（第１プレート、第２プレート）
４１〜４８ ボール溝
４５Ａ、４６Ａ 第１曲線部
４５Ｂ、４６Ｂ 第２曲線部
５０ 第２プレート
５１ ボール溝
５１Ａ 第１曲線部
５１Ｂ 第２曲線部
６０ 下プレート（第２プレート）
６１〜６４ ボール溝
６１Ａ、６２Ａ 第１曲線部
６１Ｂ、６２Ｂ 第２曲線部
７０ 第１プレート
７１ ボール溝
７１Ａ 第１曲線部
７１Ｂ 第２曲線部
９０ 第２プレート
９１ ボール溝
９１Ａ 第１曲線部
９１Ｂ 第２曲線部
１００ 免震装置
Ｂ１〜Ｂ８、Ｂ１０、Ｂ１１ ボール

Claims (4)

1. 下面側に少なくとも４本のボール溝が設けられた第１プレートと、上面側に少なくとも４本のボール溝が設けられた第２プレートと、前記第１プレートのボール溝および前記第２プレートのボール溝に嵌め込まれて、前記両ボール溝を滑りまたは転がり移動可能に設けられたボールと、を有しており、前記第１プレートのボール溝と、前記第２プレートのボール溝とは、前記ボールを介して互いに逆向きの鏡面対称となるように構成された免震装置であって、
   前記ボール溝は、第１曲線部と、前記第１曲線部に連なる第２曲線部と、のみから構成されており、前記ボール溝はＳ字型または逆Ｓ字型のいずれかの形態を呈していることを特徴とする免震装置。
2. 前記第１曲線部および前記第２曲線部は、円弧または楕円弧のいずれかの形態を呈していることを特徴とする請求項１に記載の免震装置。
3. 前記第１曲線部と前記第２曲線部とは、互いに異なる円弧または楕円弧の形態を呈していることを特徴とする請求項２に記載の免震装置。
4. 前記ボール溝の深さは、前記第１曲線部と前記第２曲線部との境界位置が最も深く、前記境界位置から離れるに従って浅くなることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の免震装置。

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