JP2018132123A

JP2018132123A - 免震機構

Info

Publication number: JP2018132123A
Application number: JP2017026072A
Authority: JP
Inventors: 磯田　和彦; Kazuhiko Isoda; 和彦磯田
Original assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Shimizu Corp
Priority date: 2017-02-15
Filing date: 2017-02-15
Publication date: 2018-08-23

Abstract

【課題】摺動子が摺動面（すべり面）に対して動き出す際の摩擦抵抗力の増大を抑制することができる免震機構を提供とする。【解決手段】摺動子４は、下部摺動面２１を摺動可能な下部摺動部４２と、下部摺動部４２の上側に配置されて上部摺動面３１を摺動可能な上部摺動部４４と、下部摺動部４２と上部摺動部４４との間に配置され下部摺動部４２と上部摺動部４４とを水平方向に相対移動可能に支持する積層ゴム４５と、を有し、下部構造体と上部構造体とが水平方向に相対変位すると、該相対変位に追従して積層ゴム４５が水平方向に変形し、積層ゴム４５の原位置に対する水平変位が所定の水平変位設定値δＢを超えた後に、摺動子４が下部摺動面２１および上部摺動面３１の少なくとも一方で摺動する。【選択図】図１

Description

本発明は、免震機構に関する。

免震構造における自重を支持する支承として、積層ゴム支承やすべり支承が一般的に用いられている。しかしながら、積層ゴム支承は、高性能だがコストが高く過大な変位には対処しにくいという問題がある。また、すべり支承は、ローコストで過大な変形にも対処しやすいが地震後に残留変形が生じるという問題がある。積層ゴム支承およびすべり支承の両者を併用することで免震層の変位や残留変位を抑制する方法もあるが、両者のクリープや軸伸縮量の違いが問題となることがある。

一方、ローコストなすべり支承に復元機能を加えたＦＰＳ（ＦｒｉｃｔｉｏｎＰｅｎｄｕｌｕｍＳｙｓｔｅｍ）が実用化されている。ＦＰＳは、上下の構造体それぞれに固定されたすべり面（摺動面）を球面とし、これら上下のすべり面で摺動子となる部材を挟んでいる。ＦＰＳでは、免震層の固有周期が上下の構造体の重量に関係なく球面の半径を振り子長さとした周期となっている。ＦＰＳは、摺動子が球面状のすべり面を摺動する構成であるため、地震後には摺動子が球面に沿って摺動することで原位置へ復元されるように構成されている。
しかしながら、原位置の近傍では、すべり面の球面の勾配がほとんどないため復元力が小さく、ある程度の残留変位が生じることがある。また、ＦＰＳは、比較的軸力が小さい小規模な建物に採用されているが、所望の大きさのすべり面を形成するために、摺動子の上下に大きな球面板が必要となり設置面積が大きくなる特徴がある。

これに対し、すべり面に平坦な傾斜面を利用した「傾斜すべり支承」を有する免震機構が知られている（例えば、特許文献１および２参照）。このような免震機構は、ローコストであるとともに、ＦＰＳよりも設置面積が小さく、残留変位がほとんど生じないという利点を有している。

特開２０１３−１３０２１６号公報特開２０１５−２３００３３号公報

しかしながら、このような免震機構は、傾斜面における摺動摩擦抵抗を利用しているため、一般的に用いられている剛すべり機構と同様に免震層が動き出す際に傾斜面と摺動子との間の摩擦抵抗力が増大し、加速度が増大するという問題がある。

そこで、本発明は、摺動子が摺動面（すべり面）に対して動き出す際の摩擦抵抗力の増大を抑制することができる免震機構を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る免震機構は、水平方向に相対変位可能な下部構造体と上部構造体との間に設けられる免震機構において、前記下部構造体の上部に設けられ、一の水平方向に沿って下側に凸となるＶ字形状に傾斜した平面状の下部摺動面を有する下部案内部と、前記上部構造体の底部に設けられ、前記一の水平方向に直交する他の水平方向に沿って上側に凸となる逆Ｖ字形状に傾斜した平面状の下部摺動面を有する上部案内部と、前記下部摺動面と前記上部摺動面との間に配置され、前記下部摺動面に沿って前記下部案内部と前記一の水平方向に相対変位可能であるともに、前記上部摺動面に沿って前記上部案内部と前記他の水平方向に相対変位可能な摺動子と、を有し、前記摺動子は、前記下部摺動面を摺動可能な下部摺動部と、前記下部摺動部の上側に配置されて前記上部摺動面を摺動可能な上部摺動部と、前記下部摺動部と前記上部摺動部との間に配置され前記下部摺動部と前記上部摺動部とを水平方向に相対移動可能に支持する積層ゴムと、を有し、前記下部構造体と前記上部構造体とが水平方向に相対変位すると、該相対変位に追従して前記積層ゴムが水平方向に変形し、前記積層ゴムの原位置に対する水平変位が所定の水平変位設定値δ_Ｂを超えた後に、前記摺動子が前記下部摺動面および前記上部摺動面の少なくとも一方で摺動することを特徴とする。

また、本発明に係る免震機構では、前記下部摺動面の水平面に対する傾斜角と、前記上部摺動面の水平面に対する傾斜角とは、それぞれ同じ傾斜角θであり、前記下部摺動面と前記下部摺動部との摩擦係数と、前記上部摺動面と前記上部摺動部との摩擦係数とは、それぞれ同じ摩擦係数μであり、前記積層ゴムにおけるゴム部分の初期剛性ｋは、前記積層ゴムのせん断剛性Ｇ、前記積層ゴムの水平断面積Ａ、および前記ゴム部分の厚さ寸法ｔから下式（１）によって計算され、前記積層ゴムの水平変位設定値δ_Ｂは、前記摺動子が前記下部摺動面および前記上部摺動面の少なくとも一方に対して摺動を開始する際の水平せん断力Ｑ_Ｂ、前記上部案内部に作用する鉛直荷重Ｗ、前記傾斜角θ、前記摩擦係数μ、前記積層ゴムの最大せん断ひずみγ_ｍａｘ、および前記ゴム部分の厚さ寸法ｔから下式（２）によって計算されてもよい。

本発明では、地震が生じ、下部構造体と上部構造体とが水平方向に相対変位すると、まず、摺動子は上部摺動面および下部摺動面に対して摺動せずに、積層ゴムのみが変形する。ここから更に下部構造体と上部構造体とが水平方向に相対変位して、積層ゴムの原位置に対する水平変位が水平変位設定値δ_Ｂを超えると、摺動子が上部摺動面および下部摺動面に対して摺動し始める。
このため、摺動子に積層ゴムが設けられていない従来の免震機構と比べると、摺動子が上部摺動面および下部摺動面に対して摺動し始める際の免震機構の剛性変化が緩和され、摺動子が上部摺動面および下部摺動面に対して動き出す際の摩擦抵抗力の増大を抑制することができる。
また、下部構造体と上部構造体との水平方向の相対変位が微小な場合は、摺動子が上部摺動面および下部摺動面に対して摺動しないため、残留変位が生じること防止することができる。

本発明によれば、摺動子が上部摺動面および下部摺動面に対して動き出す際の剛性変化が緩和されるため摩擦抵抗力の増大を抑制することができ、加速度の増大を抑制することができる。

本発明の実施形態による免震機構の一例を示す分解斜視図である。（ａ）は本発明の実施形態による免震機構をＹ方向から見た図、（ｂ）は本発明の実施形態による免震機構をＸ方向から見た図である。（ａ）は下部構造体と上部構造体とがＸ方向に相対変位し始めた状態を説明する図、（ｂ）は（ａ）よりも多く下部構造体と上部構造体とがＸ方向に相対変位した状態を説明する図である。（ａ）は下部構造体と上部構造体とがＹ方向に相対変位し始めた状態を説明する図、（ｂ）は（ａ）よりも多く下部構造体と上部構造体とがＹ方向に相対変位した状態を説明する図である。本実施形態による免震機構の復元特性を説明する図である。従来の免震機構の復元特性を説明する図である。水平変位設定値δ_Ｂの異なる２種類の免震機構（傾斜弾性滑り支承）と、従来の免震機構（傾斜すべり支承）とを混在させた場合の復元特性を説明する図である。本実施形態による下部案内部の変形例を説明する図である。

以下、本発明の実施形態による免震機構について、図１乃至図６に基づいて説明する。
図１および図２に示すように、本実施形態による免震機構１は、下部構造体１１（図２参照）と上部構造体１２（図２参照）との間の免震層１３に複数設けられている。免震層１３に設けられた複数の免震機構１は、それぞれ同じ形態としている。
免震機構１は、下部構造体１１の上部に固定された下部案内部２と、上部構造体１２の底部に固定された上部案内部３と、下部案内部２と上部案内部３との間に配置された摺動子４と、を有している。

下部案内部２は、摺動子４が摺動する下部摺動面２１を有する本体部２２と、本体部２２の下部に連結されて下部構造体１１に固定される固定部２３と、を有している。
本体部２２は、長尺の略直方体となるブロック状に形成され、一の水平方向に延びる向きに配置されている。一の水平方向をＸ方向とし、一の水平方向に直交する他の水平方向をＹ方向とする。本体部２２の上面は、Ｘ方向に沿ってＸ方向の略中央部が下側に凸となる略Ｖ字形状の傾斜面に形成されている。この本体部２２の上面が下部摺動面２１となっている。下部摺動面２１の略中央部の屈曲している部分を下部屈曲部２１１とする。また、下部摺動面２１のうち、下部屈曲部２１１からＸ方向の一方側を第１下部摺動面２１２とし、下部屈曲部２１１からＸ方向の他方側を第２下部摺動面２１３とする。
第１下部摺動面２１２および第２下部摺動面２１３は、それぞれ平面となる傾斜面に形成されている。第１下部摺動面２１２および第２下部摺動面２１３の水平面に対する傾斜角は、互いに同じ値（傾斜角θ）に設定されている。
第１下部摺動面２１２および第２下部摺動面２１３には、摺動子４との摩擦を低減させるようにステンレスやメッキ鋼板あるいはテフロン（登録商標）などの滑り材がそれぞれ設けられている。
本体部２２のＹ方向の両側の端面２２１，２２１は、それぞれＹ方向を向く略垂直面となるように形成されている。

固定部２３は、板状に形成され、板面が水平面となる向きで本体部２２の下面と接合されている。固定部２３は、本体部２２よりもＸ方向およびＹ方向に大きい略長方形状に形成され、本体部２２よりもＸ方向およびＹ方向に突出している。固定部２３は、下部構造体１１の上面に固定されている。

上部案内部３は、摺動子４が摺動する上部摺動面３１を有する本体部３２と、本体部３２の上部に連結されて上部構造体１２に固定される固定部３３と、を有している。
本体部３２は、長尺の略直方体となるブロック状に形成され、Ｙ方向に延びる向きに配置されている。本体部３２の下面は、Ｙ方向に沿ってＹ方向の略中央部が上側に凸となる略逆Ｖ字形状の傾斜面に形成されている。この本体部３２の下面が上部摺動面３１となっている。上部摺動面３１の略中央部の屈曲している部分を上部屈曲部３１１とする。また、上部摺動面３１のうち、上部屈曲部３１１からＹ方向の一方側を第１上部摺動面３１２とし、上部屈曲部３１１からＹ方向の他方側を第２上部摺動面３１３とする。
第１上部摺動面３１２および第２上部摺動面３１３は、それぞれ平面となる傾斜面に形成されている。第１上部摺動面３１２および第２上部摺動面３１３の水平面に対する傾斜角は、互いに同じ値（傾斜角θ）に設定されている。この傾斜角θは、第１下部摺動面２１２および第２下部摺動面２１３の水平面に対する傾斜角θと同じ値となっている。
第１上部摺動面３１２および第２上部摺動面３１３には、摺動子４との摩擦を低減させるようにステンレスやメッキ鋼板あるいはテフロン（登録商標）などの滑り材がそれぞれ設けられている。
本体部３２のＸ方向の両側の端面３２１，３２１は、それぞれＸ方向を向く略垂直面となるように形成されている。

固定部３３は、板状に形成され、板面が水平面となる向きで本体部３２の上面と接合されている。固定部３３は、本体部３２よりもＸ方向およびＹ方向に大きい略長方形状に形成され、本体部３２よりもＸ方向およびＹ方向に突出している。固定部３３は、上部構造体１２の下面に固定されている。

このような下部案内部２と上部案内部３とは、上下方向に間をあけて重なるように配置され、下部案内部２と上部案内部３とが上下方向に重なる交差部１０に摺動子４が配置されている。

摺動子４は、下部摺動面２１と当接する下部当接面４１を有する下部摺動部４２と、上部摺動面３１と当接する上部当接面４３を有する上部摺動部４４と、下部摺動部４２と上部摺動部４４との間に配置される積層ゴム４５と、を有している。さらに、本実施形態では、下部摺動部４２のＹ方向の両縁部それぞれから下側に突出し下部案内部２の本体部２２のＹ方向の両側にそれぞれ配置される一対の下部ガイド部４６，４６と、上部摺動部４４のＸ方向の両縁部それぞれから上側に突出し上部案内部３の本体部３２のＸ方向の両側にそれぞれ配置される一対の上部ガイド部４７，４７と、を有している。

下部摺動部４２は、平面視形状（上方から見た形状）が略正方形となるブロック状に形成されている。
一対の下部ガイド部４６，４６は、互いにＹ方向に間隔をあけて配置されている。一対の下部ガイド部４６，４６の間隔は、下部案内部２の本体部２２のＹ方向の寸法よりもやや大きく形成されている。一対の下部ガイド部４６，４６における互いにＹ方向に対向する内側面４６１，４６１は、鉛直面に形成されている。
下部摺動部４２の下面のうちの一対の下部ガイド部４６，４６の間の領域に下部当接面４１が形成されている。
下部摺動部４２は、下部案内部２の上側に配置されると、下部当接面４１が下部案内部２の下部摺動面２１と当接し、一対の下部ガイド部４６，４６が下部案内部２の本体部２２のＹ方向の両側方に配置される。一対の下部ガイド部４６，４６それぞれの内側面４６１，４６１は、本体部２２のＹ方向の両側の端面２２１，２２１と対向している。本実施形態では、一対の下部ガイド部４６，４６それぞれの内側面４６１，４６１に滑り材４６２，４６２が設けられていて、滑り材４６２，４６２が本体部２２の端面２２１，２２１と当接している。

下部当接面４１は、Ｘ方向に沿ってＸ方向の略中央部が下側に凸となる略Ｖ字形状の傾斜面に形成されている。この下部当接面４１のＸ方向の略中央部の屈曲している部分を下部屈曲部４１１とする。
また、下部当接面４１のうち、下部屈曲部４１１よりもＸ方向の一方側を第１下部当接面４１２とし、下部屈曲部４１１よりもＸ方向の他方側を第２下部当接面４１３とする。
第１下部当接面４１２および第２下部当接面４１３には、それぞれテフロン（登録商標）などの滑り材がそれぞれ設けられている。
下部摺動部４２の上面は略水平面に形成され、積層ゴム４５が接続されている。

上部摺動部４４は、平面視形状（上方から見た形状）が略正方形となるブロック状に形成されている。
一対の上部ガイド部４７，４７は、互いにＸ方向に間隔をあけて配置されている。一対の上部ガイド部４７，４７の間隔は、上部案内部３の本体部２２のＸ方向の寸法よりもやや大きく形成されている。一対の上部ガイド部４７，４７における互いにＸ方向に対向する内側面４７１，４７１は、鉛直面に形成されている。
上部摺動部４４の下面のうちの一対の上部ガイド部４７，４７の間の領域に上部当接面４３が形成されている。
上部摺動部４４は、上部案内部３の下側に配置されると、上部当接面４３が上部案内部３の下部摺動面２１と当接し、一対の上部ガイド部４７，４７が上部案内部３の本体部３２のＸ方向の両側方に配置される。一対の上部ガイド部４７，４７それぞれの内側面４７１，４７１は、本体部３２のＸ方向の両側の端面３２１，３２１と対向している。本実施形態では、一対の上部ガイド部４７，４７それぞれの内側面４７１，４７１に滑り材４７２，４７２が設けられていて、滑り材４７２，４７２が本体部３２の端面３２１，３２１と当接している。

上部当接面４３は、Ｙ方向に沿ってＸ方向の略中央部が上側に凸となる略逆Ｖ字形状の傾斜面に形成されている。この上部当接面４３のＹ方向の略中央部の屈曲している部分を上部屈曲部４３１とする。
また、上部当接面４３のうち、上部屈曲部４３１よりもＹ方向の一方側を第１上部当接面４３２とし、上部屈曲部４３１よりもＹ方向の他方側を第２上部当接面４３３とする。
第１上部当接面４３２および第２上部当接面４３３には、それぞれテフロン（登録商標）などの滑り材がそれぞれ設けられている。
上部摺動部４４の上面は略水平面に形成され、積層ゴム４５が接続されている。

積層ゴム４５は、ゴムと薄鋼板とを鉛直に積層した公知の構造のもので、水平方向に弾性変形可能に構成され、下部摺動部４２と上部摺動部４４とを水平方向に相対移動可能に連結している。
積層ゴム４５は、下部摺動部４２と上部摺動部４４とが水平方向に相対変位すると、下部摺動部４２と上部摺動部４４との相対変位に追従してゴム部分４５１が弾性変形する。そして、弾性変形したゴム部分４５１の復元力（弾性すべり復元力）により下部摺動部４２と上部摺動部４４とが原位置に復元されるように構成されている。

このような構成の免震機構１は、図３および図４に示すように、地震が生じて下部構造体１１と上部構造体１２とが水平方向に相対変位すると、下部構造体１１に設けられた下部案内部と上部構造体１２に設けられた上部案内部３との相対変位に追従して積層ゴム４５が変形するとともに、摺動子が下部摺動面２１および上部摺動面３１を摺動する。

図２に示すように免震機構１の初期状態（通常時）では、積層ゴム４５は変形せず、摺動子４は下部案内部２および上部案内部３に対して原位置に配置されている。原位置に配置された摺動子４は、第１下部当接面４１２が下部案内部２の第１下部摺動面２１２と当接し、第２下部当接面４１３が下部案内部２の第２下部摺動面２１３と当接し、第１上部当接面４３２が上部案内部３の第１上部摺動面３１２と当接し、第２上部当接面４３３が上部案内部３の第２上部摺動面３１３と当接している。

図３（ｂ）に示すように、摺動子４は、下部案内部２に対して原位置からＸ方向の一方側に移動すると、第１下部当接面４１２が第１下部摺動面２１２と当接しているが、第２下部当接面４１３が第２下部摺動面２１３から離間した状態で第１下部摺動面２１２を上るように下部摺動面２１を摺動する。摺動子４は、下部案内部２に対して原位置からＸ方向の他方側に移動すると、第２下部当接面４１３が第２下部摺動面２１３と当接しているが、第１下部当接面４１２が第１下部摺動面２１２から離間した状態で第２下部摺動面２１３を上るように下部摺動面２１を摺動する。

図４（ｂ）に示すように、摺動子４は、上部案内部３に対して原位置からＹ方向の一方側に移動すると、第１上部当接面４３２が第１上部摺動面３１２と当接しているが、第２上部当接面４３３が第２上部摺動面３１３から離間した状態で第１上部摺動面３１２を下るように上部摺動面３１を摺動する。摺動子４は、上部案内部３に対して原位置からＹ方向の他方側に移動すると、第２上部当接面４３３が第２上部摺動面３１３と当接しているが、第１上部当接面４３２が第１上部摺動面３１２から離間した状態で第２上部摺動面３１３を下るように上部摺動面３１を摺動する。

このように摺動子４は、下部案内部２および上部案内部３に対して上ったり下ったりすることで高さ寸法が変化することになる。しかしながら、本実施形態では、免震層１３に設けられた複数の免震機構１は、それぞれの傾斜角θが同じ値であるため、地震が生じてそれぞれの下部案内部２と上部案内部３とが水平方向に相対変位しても、免震機構１それぞれの上端部は同じ高さとなり、免震機構１それぞれの下端部は同じ高さに配置される。これにより、下部構造体１１と上部構造体１２とが水平方向に相対変位しても、上部構造体１２が水平に維持される。

免震機構１では、摺動子４と下部案内部２とがＸ方向に相対変位すると、摺動子４が下部案内部２の下部摺動面２１を上るように下部案内部２と相対変位するため、摺動子４と下部案内部２との相対変位がポテンシャルエネルギー（位置エネルギー）として蓄積され、摺動子４が原位置に復元するための復元力（傾斜復元力）となる。摺動子４と上部案内部３とがＹ方向に相対変位すると、上部案内部３が摺動子４の上部当接面４３の傾斜面を上るように摺動子４と相対変位するため、摺動子４と上部案内部３との相対変位がポテンシャルエネルギー（位置エネルギー）として蓄積され、摺動子４が原位置に復元するための復元力（傾斜復元力）となる。
上部案内部３に作用する鉛直荷重をＷとすると、傾斜復元力（水平力）Ｆは水平面に対する傾斜角θをとしてＦ＝Ｗｔａｎθと表される。

本実施形態では、図３（ａ）および図４（ａ）に示すような下部構造体１１と上部構造体１２との相対変位量が微小な場合には、積層ゴム４５が変形するのみで、摺動子４は下部摺動面２１および上部摺動面３１を摺動せず、図３（ｂ）および図４（ｂ）に示すような上部構造体と下部構造体１１との相対変位量が大きくなり、積層ゴム４５の原位置に対する水平変位が所定の水平変位設定値δ_Ｂを超えた場合には、摺動子４が下部摺動面２１および上部摺動面３１を摺動するように構成されている。

このような構成とするために、本実施形態による免震機構１の諸元は以下のように設定されている。
積層ゴム４５の初期剛性ｋは、積層ゴム４５のせん断剛性Ｇ、積層ゴム４５のゴム部分４５１の水平断面積Ａ、積層ゴム４５のゴム部分４５１の厚さ寸法（総厚）ｔから下式（３）のように求められる。

また、積層ゴム４５の水平変位設定値δ_Ｂは、摺動子４が下部摺動面２１および上部摺動面３１の少なくとも一方に対して摺動を開始する際の水平せん断力Ｑ_Ｂ、上部案内部３に作用する鉛直荷重Ｗ、傾斜角θ、摩擦係数μ、積層ゴム４５の最大せん断ひずみγ_ｍａｘ、およびゴム部分４５１の厚さ寸法ｔから下式（４）のように求められる。なお、通常は、γ_ｍａｘ＝２程度に設定する。

本実施形態による免震機構１（傾斜弾性滑り支承）の復元力特性（荷重−変形関係）を図５に示す。すべりを生じた後の摩擦抵抗力μｗは、一般的に傾斜復元力Ｗｔａｎθより大きく、両者を合成したものが免震機構１の復元力特性となる。
ちなみに、積層ゴム４５を用いていない従来の免震機構（傾斜すべり支承）の復元力特性を図６に示す。図５と図６とを比べると、従来の免震機構の復元力特性では、弾性勾配が∞となる点が本実施形態による免震機構１の復元力特性と異なっている。

摺動子４と下部案内部２および上部案内部３との摩擦係数μは、０．０１〜０．１程度とし、摩擦係数μおよび傾斜角θは、ｔａｎθ＝（０．１〜１．０）μを満たすように設定する。
摩擦係数μ＝０．０１〜０．１のすべり支承は、免震部材として一般的に適用されている。例えばｔａｎθ＝０．０２（傾斜角:１／５０）は、θ＝１．１°に相当する。摩擦係数μであるすべり面の勾配は、ｔａｎθ≧μであれば残留変位を完全に除去できるが、この０．１〜０．４倍であってもほぼ残留変形をなくせることができる。本実施形態による免震機構１では、これと全く同じ効果を重力を用いてばねなしで実現している。

積層ゴム４５は、せん断剛性Ｇ＝０．５８〜０．９８Ｎ／ｍｍ２（Ｇ６〜Ｇ１０）程度で、厚さ３〜６ｍｍのゴムを積層して、ゴム総厚１２〜３０ｍｍ程度としたものである。一般的な免震積層ゴムと比較するとせん断剛性が２倍以上大きく、ゴム総厚が桁違いに小さい特徴がある。これは積層ゴム４５の変形が６０ｍｍ以下と小さく、積層ゴム４５の下側の下部摺動部４２と積層ゴム４５の上側の上部摺動部４４とが互いに回転しないようにするためである。

次に、上述した本実施形態に係る免震機構の作用・効果について図面を用いて説明する。
上述した本実施形態に係る免震機構１では、摺動子４が下部案内部２の下部摺動面２１および上部案内部３の上部摺動面３１を摺動する前に、摺動子４に組込まれた積層ゴム４５が変形するため、積層ゴム４５が設けられていない免震機構と比べ初期剛性ｋは小さくなる。これにより、摺動子４が下部案内部２の下部摺動面２１および上部案内部３の上部摺動面３１を摺動し始める際の剛性変化が緩和されるので、摩擦抵抗力の増大も緩和され応答加速度を抑制できる。

また、本実施形態に係る免震機構１では、下部摺動面２１の第１下部摺動面２１２、第２下部摺動面２１３、および上部摺動面３１の第１上部摺動面３１２、第２上部摺動面３１３がそれぞれ平面となる傾斜面であるため、これらを球面等の複雑な形状とする従来の免震機構と比べて容易に構築することができる。また、免震層１３の最大変位量（下部構造体１１と上部構造体１２との最大変位量）は、下部摺動面２１および上部摺動面３１の長さ寸法で容易に対処できる。

また、本実施形態による免震機構１では、傾斜復元力が変位によらず一定のため、残留変位が生じることを抑制できる。このように、本実施形態による免震機構１では、傾斜復元力があることにより、従来の免震機構のように、残留変位を防止するための復元用のゴム支承を設ける必要がなく、簡便な構造とすることができ、設置工事に際して特別な技量を要しないで、一般的なリニアガイド免震支承と同様、容易に施工できる。
また、本実施形態による免震機構１では、復元用のゴム支承を設けないことにより、大地震時に免震層１３が短周期化することはなく、応答加速度を抑制できる。更に、傾斜復元力を風荷重より大きく設定しておくことで、風に対するストッパーが不要となる。

また、摺動子４は、一対の下部ガイド部４６，４６および一対の上部ガイド部４７，４７を有し、一対の下部ガイド部４６，４６が下部案内部２のＹ方向の両側に配置され、一対の上部ガイド部４７，４７が上部案内部３のＸ方向の両側に配置されているため、摺動子４が下部案内部２に対してＹ方向に外れたり、上部案内部３に対してＸ方向に外れたりすることを防止できる。

以上、本発明による免震機構の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、上記の実施形態では、免震機構１は、免震層１３に複数設けられているが、１つのみ設けられていてもよい。
また、上記の実施形態では、免震層１３に設けられた複数の免震機構１，１…は、それぞれ同じ形態であるが、異なる形態としてもよい。例えば、水平変位設定値δ_Ｂの異なる本実施形態と同様の２種類の免震機構（傾斜弾性滑り支承Ａ，Ｂ）と、摺動子に本実施形態のような積層ゴム４５が設けられていない従来の免震機構（傾斜すべり支承）とを混在させるようにしてもよい。

傾斜すべり支承の水平変位設定値δ_Ｂ１は０に設定され、傾斜弾性滑り支承Ａの水平変位設定値δ_Ｂ２は、傾斜弾性滑り支承Ｂの水平変位設定値δ_Ｂ３よりも小さく設定されている。このようにすることにより、図７に示すような、複数の折れ点をもつ復元力特性（マルチステップ特性）を得ることができる。この結果、中小地震から大地震まで、地震の規模に合せた効果的な免震性能を発揮することができる。
例えば、微小地震では傾斜すべり支承も傾斜弾性すべり支承もすべらずに、免震層１３の変位は０のままとなる。小地震では傾斜すべり支承はすべり、傾斜弾性すべり支承Ａ，Ｂは積層ゴムだけ変形する。中地震では傾斜すべり支承と傾斜弾性すべり支承Ａがすべり、傾斜弾性すべり支承Ｂはゴム部分だけ変形する。大地震では全ての支承（傾斜すべり支承および傾斜弾性すべり支承Ａ，Ｂ）がすべり、免震層の変位が増加する。

また、上記の実施形態では、下部案内部２の本体部２２に第１下部摺動面２１２および第２下部摺動面２１３が一体に形成されているが、図８に示す下部案内部２Ｂのように、本体部２２Ｂが２つの部材２２５，２２６で構成され、一方の部材２２５に第１下部摺動面２１２Ｂが形成され、他方の部材２２６に第２下部摺動面２１３Ｂが形成されていてもよい。同様に、上部案内部３の本体部３２が２つの部材の部材で構成され、一方の部材に第１下部摺動面が形成され、他方の部材に第２下部摺動面が形成されていてもよい。

１免震機構
２下部案内部
３上部案内部
４摺動子
１１下部構造体
１２上部構造体
１３免震層
２１下部摺動面
３１上部摺動面
４１下部当接面
４２下部摺動部
４３上部当接面
４４上部摺動部
４５積層ゴム

Claims

水平方向に相対変位可能な下部構造体と上部構造体との間に設けられる免震機構において、
前記下部構造体の上部に設けられ、一の水平方向に沿って下側に凸となるＶ字形状に傾斜した平面状の下部摺動面を有する下部案内部と、
前記上部構造体の底部に設けられ、前記一の水平方向に直交する他の水平方向に沿って上側に凸となる逆Ｖ字形状に傾斜した平面状の上部摺動面を有する上部案内部と、
前記下部摺動面と前記上部摺動面との間に配置され、前記下部摺動面に沿って前記下部案内部と前記一の水平方向に相対変位可能であるともに、前記上部摺動面に沿って前記上部案内部と前記他の水平方向に相対変位可能な摺動子と、を有し、
前記摺動子は、前記下部摺動面を摺動可能な下部摺動部と、前記下部摺動部の上側に配置されて前記上部摺動面を摺動可能な上部摺動部と、前記下部摺動部と前記上部摺動部との間に配置され前記下部摺動部と前記上部摺動部とを水平方向に相対移動可能に支持する積層ゴムと、を有し、
前記下部構造体と前記上部構造体とが水平方向に相対変位すると、該相対変位に追従して前記積層ゴムが水平方向に変形し、前記積層ゴムの原位置に対する水平変位が所定の水平変位設定値δ_Ｂを超えた後に、前記摺動子が前記下部摺動面および前記上部摺動面の少なくとも一方で摺動することを特徴とする免震機構。
前記下部摺動面の水平面に対する傾斜角と、前記上部摺動面の水平面に対する傾斜角とは、それぞれ同じ傾斜角θであり、
前記下部摺動面と前記下部摺動部との摩擦係数と、前記上部摺動面と前記上部摺動部との摩擦係数とは、それぞれ同じ摩擦係数μであり、
前記積層ゴムにおけるゴム部分の初期剛性ｋは、前記積層ゴムのせん断剛性Ｇ、前記積層ゴムの水平断面積Ａ、および前記ゴム部分の厚さ寸法ｔから下式（１）によって計算され、
前記積層ゴムの水平変位設定値δ_Ｂは、前記摺動子が前記下部摺動面および前記上部摺動面の少なくとも一方に対して摺動を開始する際の水平せん断力Ｑ_Ｂ、前記上部案内部に作用する鉛直荷重Ｗ、前記傾斜角θ、前記摩擦係数μ、前記積層ゴムの最大せん断ひずみγ_ｍａｘ、および前記ゴム部分の厚さ寸法ｔから下式（２）によって計算されることを特徴とする請求項１に記載の免震機構。