JP2022187740A - 免震装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成で効果的に免震機能を発揮でき、装置の耐久性低下も防止できる免震装置等を提供する。【解決手段】免震装置１は、頂部に開口Ａを有するケーシング２と、開口Ａを通してケーシング２内に挿入され、ケーシング２内の高さ位置に拡幅部３１を有する柱体３と、柱体３をケーシング２の内部で滑動させるための滑動部４と、下端部が拡幅部３１の上に配置され、上端部がケーシング２に係止された抜出防止機構５と、柱体３を原位置に復帰させるための原位置復帰機構６と、ケーシング２内で少なくとも抜出防止機構５の高さまで充填された充填材８と、を有する。抜出防止機構５は、下段から上段にゆくにつれ内径と外径が大きくなるように、複数段のリング５１を柱体３の周囲で上下に積層した形状を有し、下段のリング５１の外周部と上段のリング５１の内周部が上下に重なり、且つ各リング５１が柱体３の滑動に伴って水平方向に移動可能である。【選択図】図１

Description

本発明は、免震装置に関する。

免震装置として、積層ゴムによるものやすべり支承によるものが良く知られている。ただし、多くの免震装置は、免震装置全体の寸法に対してアイソレータの変位が小さいという課題があった。また構成が複雑で厚さも大きく、設置が困難で建築工程の作業手順に容易に組み込むことができないことが多かった。さらに、地震時の上部構造物の引き抜きに対する抵抗性の面での懸念もあった。

これに対し、特許文献１には、収納部内に配置した渦巻き板バネやリング座を用い、家屋土台等を支持する柱脚部の水平移動と引き抜き（抜け出し）防止を同時に実現し、簡易な構成で効果的に免震機能を発揮させる免震装置が開示されている。

特開2002-364705号公報

ただし、特許文献１の免震装置では渦巻き板バネやリング座が収納部内の空洞に配置されており、渦巻き板バネやリング座が外気に触れて劣化する、柱脚部の水平移動時に渦巻き板バネやリング座が収納部の側壁に衝突する等による耐久性低下の懸念があった。

本発明は上記の問題に鑑みてなされたものであり、簡易な構成で効果的に免震機能を発揮でき、装置の耐久性低下も防止できる免震装置等を提供することを目的とする。

前述した課題を解決するための本発明は、頂部に開口を有するケーシングと、前記開口を通して前記ケーシング内に挿入され、前記ケーシング内の高さ位置に拡幅部を有する柱体と、前記柱体に水平力が加わった際に、前記柱体を前記ケーシングの内部で滑動させるための滑動部と、下端部が前記拡幅部の上に配置され、上端部が前記ケーシングに係止された、前記柱体の前記ケーシングからの抜け出しを防止する抜出防止機構と、前記柱体を原位置に復帰させるための原位置復帰機構と、前記ケーシング内で少なくとも前記抜出防止機構の高さまで充填された充填材と、を有し、前記抜出防止機構は、下段から上段にゆくにつれ内径と外径が大きくなるように、複数段のリングを前記柱体の周囲で上下に積層した形状を有し、下段の前記リングの外周部と上段の前記リングの内周部が上下に重なり、且つ各リングが前記柱体の滑動に伴って水平方向に移動可能であることを特徴とする免震装置である。

本発明の免震装置では、重層したリングによる抜出防止機構の採用により、柱体の抜け出しを確実に防止し、また各リングの水平移動により装置寸法に対して柱体の変位を大きくできる。また、免震装置が簡易な構成となり小型化、薄型化を図ることができ、既存の建築工程の作業手順に容易に組み込むことができる。さらに、柱体は前後左右に自在に動くことができ、水平方向の複雑な振動に対する免震が可能となり、振動後には原位置復帰機構により原位置に確実に復帰することができる。これらに加え、本発明の免震装置では、充填材が抜出防止機構を含む高さまで充填されていることにより、抜出防止機構が外気に触れて劣化するのを抑制でき、抜出防止機構とケーシングの側壁の衝突も充填材により緩衝されるため、装置の耐久性低下を防止できる。

前記原位置復帰機構は、弾性体を用いたものであることが望ましい。前記弾性体は、例えば前記柱体と前記ケーシングの間に配置される。
また前記滑動部は、前記柱体または前記ケーシングの底部に設けた球体であることも望ましい。
これにより、簡易な構成で原位置復帰機構や滑動部を実現することができ、免震装置の製作を容易に行うことができる。

前記充填材は潤滑剤であることが望ましい。
これにより、抜出防止機構の防錆を行い耐久性を向上させるとともに、柱体の滑動とこれに伴うリングの移動を滑らかに行うことができ、免震装置の作動時の静謐性も高い。

最上段の前記リングの上面が、前記ケーシングから内部に張り出す張出部に当接し、前記張出部の前記ケーシングからの張り出し長さ、各リングの幅、および、前記拡幅部の前記柱体からの張り出し長さが同じであることが望ましい。
これにより、装置寸法に対して柱体の変位を最大化でき、免震装置の小型化に寄与する。

本発明により、簡易な構成で効果的に免震機能を発揮でき、装置の劣化も抑制できる免震装置等を提供することができる。

免震装置１を示す図。 抜出防止機構５を分解して示す図。 原位置復帰機構６を示す図。 柱体３が移動した状態を示す図。 免震装置１ａ～１ｃを示す図。 抜出防止機構５ｂ、５ｃの例。 免震装置１ｄを示す図。

以下、図面に基づいて本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る免震装置１を示す図である。免震装置１は、下部対象物１０と上部対象物２０に取り付けてこれらの対象物の間に配置される。

下部対象物１０と上部対象物２０は特に限定されない。例えば下部対象物１０を建物基礎とし、上部対象物２０を建物躯体等の構造物とすることが可能である。また本実施形態の免震装置１は小型であるため、上部対象物２０は例えば各種の架台や展示台、保管ケース、機器類などとすることも可能である。

図１に示すように、免震装置１は、ケーシング２、柱体３、滑動部４、抜出防止機構５、原位置復帰機構６、充填材８等を有する。

ケーシング２は、柱体３等を収納するものである。ケーシング２は、その下面の取付材２１により下部対象物１０を両側から挟み、取付材２１の先端に通した図示しないボルトを下部対象物１０に埋設したナットに螺合するなどして下部対象物１０に締結できる。取付材２１はケーシング２の下面に回転可能に取り付けられ、折り畳み可能となっている。

ケーシング２は、頂部を開口Ａとした函状の容器である。ケーシング２の平面形状は特に限定されないが、本実施形態では後述の図３に示すように、ケーシング２の平面を正方形状としている。ただし、ケーシング２の平面を円形としてもよい。

ケーシング２の側壁の頂部には、後述するゴム板（原位置復帰機構６）を固定するための固定板２２が設けられる。またケーシング２の側壁の高さ方向の中間部には、当該側壁から内部に張り出す張出部２３も設けられる。

柱体３は、上記の開口Ａを通してケーシング２内に挿入される。柱体３の下端部はケーシング２内に位置し、当該下端部には拡幅部３１が設けられる。柱体３の上端部には雄ネジが設けられ、当該雄ネジを上部対象物２０の下面に設けた取付部２０１の内面の雌ネジに螺合させることで、上部対象物２０が柱体３の上端部に取り付けられる。雄ネジの締め込みの調整により、上部対象物２０の高さの微調整も可能である。

滑動部４は、地震時等で柱体３に水平力が加わった際に、柱体３をケーシング２の内部で滑動させるためのものである。本実施形態では、滑動部４として、孔あき板４１の孔４１１にコロ（球体）４３を配置したものを用い、コロ４３の上に柱体３の拡幅部３１を載置してコロ４３の回転により柱体３を滑動させる。孔あき板４１には例えば鋼板が用いられ、コロ４３には鋼球が用いられるが、これに限定されない。

抜出防止機構５は、地震時等に柱体３がケーシング２から抜け出すのを防止するためのものであり、複数段のリング５１を柱体３の周囲で上下に積層した形状を有する。抜出防止機構５は、下端部が拡幅部３１の上に配置され、上端部がケーシング２の張出部２３に係止される。リング５１は金属板等により形成される。

図２は、抜出防止機構５を分解して示す図である。抜出防止機構５の各リング５１は同じ幅Ｗを有し、下段から上段にゆくにつれ内径と外径が大きくなる。また、下段のリング５１の外周部と上段のリング５１の内周部は上下に重なり、且つ、各段のリング５１は柱体３の滑動に伴って水平方向に移動可能である。リング５１の厚さや枚数、上下のリング５１の重なり範囲などは載荷重量等に応じて決定する。

また本実施形態では、前記の張出部２３が、矩形状の板材の中央部に円形の開口を設けたものとなっており、当該板材の平面寸法がケーシング２の内面の平面寸法に対応する。張出部２３は、その外周部をケーシング２の側壁に固定して配置され、抜出防止機構５の最上段のリング５１の外周部と、張出部２３の開口縁が上下に重なる。また張出部２３の張り出し長さ（張り出し長さの最も小さい位置、すなわちケーシング２の平面の各辺の中央部に当たる位置での張り出し長さ）が、各リング５１の幅Ｗと同じである。

また、柱体３の拡幅部３１の平面は円形であり、当該拡幅部３１の外周部と、抜出防止機構５の最下段のリング５１の内周部が上下に重なる。拡幅部３１の柱体３からの張り出し長さも、各リング５１の幅Ｗと同じである。

原位置復帰機構６は、滑動した柱体３を原位置に復帰させるためのものである。本実施形態では、柱体３の原位置をケーシング２の平面の中心とし、原位置復帰機構６は、柱体３とケーシング２の側壁の間に設けられる。

本実施形態では、原位置復帰機構６として弾性体であるゴム板を用い、柱体３の滑動時に圧縮されたゴム板の復元力により、柱体３を原位置に復帰させる。ゴム板は、ケーシング２の固定板２２と張出部２３の間に配置され、柱体３とケーシング２の衝突を緩衝する緩衝材、柱体３の振動を減衰する減衰材としても機能する。固定板２２と張出部２３はボルト等の連結材７で連結され、ゴム板を固定板２２と張出部２３により上下に挟み込むことで、ゴム板がケーシング２に固定される。ただし、弾性体はゴム板に限定されず、板バネなどの金属板、あるいはゴムと金属の合成板により構成される場合も含む。

図３（ａ）はゴム板の平面の一例であり、ケーシング２を上から見たものである。本実施形態では、ゴム板の平面に空隙６１を設けることで、ゴム板の圧縮による変形を空隙６１により吸収し、柱体３の滑動を妨げないようにする。なお前記の固定板２２はケーシング２の平面の四隅に設けられる。

図３（ａ）の例では複数の空隙６１が格子状に縦横に配列されるが、空隙６１の位置、形状等は特に限定されない。例えば図３（ｂ）に示すように空隙６１を柱体３の原位置から放射状に設けても良く、図３（ｃ）に示すように、対角線上の空隙６１に、撓み率の大きい圧縮コイルバネ（弾性体）６２を装着してもよい。さらに、図３（ｄ）に示すように空隙６１をハニカム状に設けても良い。また図３（ｅ）に示すように、原位置復帰機構６ａを、空隙を有するドーナツ状のゴムリング６０により構成してもよく、１又は複数のゴムリング６０を柱体３の原位置からケーシング２の側壁に向かって配置することでも、前記と同様の効果が得られる。

充填材８は、ケーシング２内で、少なくとも抜出防止機構５の高さまで充填される。図１の例では張出部２３の上面に当たる位置まで充填材８が充填される。本実施形態では、充填材８としてオイルなど高粘性の潤滑剤を用いる。これにより、抜出防止機構５のリング５１の防錆を行い耐久性を向上させるとともに、上下のリング５１間の固着を防止して柱体３の滑動とこれに伴うリング５１の移動を滑らかに行うことができ、装置作動時の静謐性も高い。また充填材８は、抜出防止機構５とケーシング２の間の衝突緩衝材としても機能する。

図４に示すように、本実施形態では、地震等で上部対象物２０に水平力（慣性力）が作用した際に、当該水平力に応じて柱体３がケーシング２内を滑動する。これにより、地震等の揺れが上部対象物２０に伝わらないように縁を切ることができる。なお図４は、柱体３の原位置からの変位が最大となった時の状態であり、柱体３がケーシング２の外周部まで達している。

本実施形態では、柱体３が図１に示す原位置にある時だけでなく、図４に示す最大変位時にも抜出防止機構５の最上段のリングが張出部２３に係止されており、柱体３のケーシング２からの抜け出しを防止できる。また抜出防止機構５の各リング５１は柱体３の滑動に伴って水平移動するので、リング５１が柱体３の滑動を妨げることはない。

加えて、本実施形態では、各リング５１の幅と張出部２３の張り出し長さ、および拡幅部３１の張り出し長さが同じ値Ｗ（図２参照）であることにより、ケーシング２内で柱体３の変位を最大化できる。

すなわち、柱体３の滑動は、いずれかのリング５１の外周部がケーシング２の側壁に当接するか、柱体３が張出部２３に当接するか、柱体３の拡幅部３１がケーシング２の側壁に当接するかした際にストップし、これらの事象のうち最も早く生じるものにより柱体３の変位が制限される。

そこで本実施形態では、各リング５１の幅と張出部２３の張り出し長さ、および拡幅部３１の張り出し長さを同じ値Ｗとすることで、上記の３つの事象を同時に生じさせ、最も早く生じるいずれかの事象により柱体３の変位が制限されるのを防止し、柱体３の変位を最大化できる。

ただし、各リング５１の幅と張出部２３の張り出し長さ、および拡幅部３１の張り出し長さは上記に限ることはなく、柱体３について大きな変位が必要な場合に、ケーシング２の平面寸法を大きくすることで対応することもできる。

以上説明したように、本実施形態では、重層したリング５１による抜出防止機構５の採用により、柱体３の抜け出しを確実に防止し、また各リング５１の水平移動により装置寸法に対して柱体３の変位を大きくできる。また、免震装置１が簡易な構成となり小型化、薄型化を図ることができ、既存の建築工程の作業手順に容易に組み込むことができる。

さらに、柱体３は前後左右に自在に動くことができ、水平方向の複雑な振動に対する免震が可能となり、振動後には原位置復帰機構６により原位置に確実に復帰することができる。これらに加え、本実施形態の免震装置１では、充填材８が抜出防止機構５を含む高さまで充填されていることにより、抜出防止機構５が外気に触れて劣化するのを抑制でき、抜出防止機構５とケーシング２の側壁の衝突も充填材８により緩衝されるため、装置の耐久性低下を防止できる。

また本実施形態では、原位置復帰機構６としてゴム板等の弾性体を用い、これを柱体３とケーシング２の間に配置し、また滑動部４については、ケーシング２の底部に設けたコロ４３を用いることで、簡易な構成で原位置復帰機構６や滑動部４を実現でき、免震装置１の製作を容易に行うことができる。

さらに本実施形態では、充填材８として潤滑剤を用いることで、抜出防止機構５の防錆を行い耐久性を向上させるとともに、柱体３の滑動とこれに伴うリング５１の移動を滑らかに行うことができ、免震装置１の作動時の静謐性も高い。

また本実施形態では張出部２３のケーシング２からの張り出し長さ、各リング５１の幅、および、拡幅部３１の柱体３からの張り出し長さを同じ値Ｗとすることで、装置寸法に対して柱体３の変位を最大化でき、免震装置１の小型化に寄与する。

しかしながら、本発明は上記の実施形態に限定されない。例えば本実施形態では滑動部４としてケーシング２内の底部に孔あき板４１とコロ４３を配置したが、滑動部の構成はこれに限らない。例えば図５（ａ）の免震装置１ａに示すように、柱体３の拡幅部３１の下面に回転自在なコロ４５（球体）を設けて滑動部としてもよい。その他、ケーシング２内の底面を滑面（滑動部）とし、その上を柱体３の拡幅部３１が滑動する構成とすることも可能である。滑面は、ケーシング２内の底面にグリース等の滑材層を設けたり、キサゲ加工を施すなどして形成できる。

また本実施形態では、原位置復帰機構としてゴム板やゴムリングを用いたが、これに限ることはなく、図５（ｂ）の免震装置１ｂに示すようにコイルばね（弾性体）を原位置復帰機構６ｂとして用いることもでき、ゴム板やゴムリング、コイルばねの他、油圧ダンパーなどのダンパー（弾性体）を用いることもできる。原位置復帰機構の取付位置も特に限定されず、ケーシング２内の下部に設けても良いし、ケーシング２に外付けすることも可能である。例えば図５（ｂ）では、ケーシング２内の下部において、柱体３の拡幅部３１とケーシング２の側壁との間にバネ（原位置復帰機構６ｂ）が設けられている。また複数の弾性体を併用することも可能であり、例えば前記のゴム板とダンパーを併用することも可能である。ダンパーは外付けすることもでき、ゴム板の空隙６１内に配置することも可能である。

さらに、原位置復帰機構は、弾性体を用いるものに限られることもない。例えば図５（ｃ）の免震装置１ｃは、滑動部として前記のコロ４５を柱体３に設けるとともに、原位置復帰機構として、ケーシング２内の底面を、平面中心に向けてすり鉢状に傾斜する傾斜面としたものである。この場合も、滑動後の柱体３は傾斜面に沿ってケーシング２の平面中心に戻ることとなり、確実に原位置に復帰させることができる。

図５（ｃ）の例では、柱体３が外側に滑動すると拡幅部３１の位置が若干上昇し、張出部２３と拡幅部３１の上下間隔が狭まる。そこで、図５（ｃ）の例では、抜出防止機構５ａの上下段のリング５１の間にドーナツ状の緩衝材５２を配置して張出部２３と拡幅部３１の上下間隔の増減を吸収する。緩衝材５２としては例えばゴムなどの弾性体を用いることができ、係る弾性体はその復元力により柱体３の原位置復帰機構としても機能する。その他の原位置復帰機構、例えば前記のコイルばね等を傾斜面の構成と併用することも可能である。

また本実施形態では独立した複数のリング５１を上下段に重ねて抜出防止機構５を構成しているが、抜出防止機構は複数のリング５１を上下段に積層するものであればよく、図６（ａ）の抜出防止機構５ｂに示すように、上下段のリング５１がスパイラル状に連続してもよい。リング５１を弾性を有する金属製とすることで、抜出防止機構５ｂを板バネとし、その復元力により原位置復帰機構として機能させることもできる。

またリング５１の断面も特に限定されず、例えば図６（ｂ）の抜出防止機構５ｃに示すように、柱体３の滑動時に上下段のリング５１が連動して動くよう、リング５１の一方の面（図６（ｂ）の例では上面）に突起部５４を設け、他方の面にはリング５１の幅方向の両側にストッパー５３を設けて、下段のリング５１の突起部５４が上段のリング５１のストッパー５３の間に配置されるようにしてもよい。柱体３の滑動時には、下段のリング５１の突起部５４が上段のリング５１のいずれかのストッパー５３に当接することで、上下段のリング５１が連動して移動する。

さらに、本実施形態では拡幅部３１を柱体３の下端部に設けたが、拡幅部３１はケーシング２内の高さ位置にあればよく、図７の免震装置１ｄに示すように、柱体３の高さ方向の途中に拡幅部３１を設けることも可能である。なお図７の例では柱体３の下端部に図５（ａ）と同様のコロ４５を設けて滑動部としている。

また、充填材８も前記の潤滑剤に限ることはなく、例えば砂や小径の鋼球などの粒状体を用いることも可能であり、抜出防止機構５とケーシング２の衝突を緩衝するなどして装置の耐久性低下を防止できる。さらに、ケーシング２の頂部の開口Ａを蓋体で塞ぎ、防塵や充填材８の漏出防止等を行うことも可能である。蓋体は例えばゴムなどの伸縮可能なものとし、柱体３の滑動を妨げないようにしておく。

以上、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されない。当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ：免震装置
２：ケーシング
３：柱体
４：滑動部
５、５ａ、５ｂ、５ｃ：抜出防止機構
６、６ａ、６ｂ：原位置復帰機構
７：連結材
８：充填材
１０：下部対象物
２０：上部対象物
２１：取付材
２２：固定板
２３：張出部
３１：拡幅部
４１：孔あき板
４３、４５：コロ
５１：リング
５２：緩衝材
６０：ゴムリング
６１：空隙
２０１：取付部
４１１：孔

Claims (6)

1. 頂部に開口を有するケーシングと、
   前記開口を通して前記ケーシング内に挿入され、前記ケーシング内の高さ位置に拡幅部を有する柱体と、
   前記柱体に水平力が加わった際に、前記柱体を前記ケーシングの内部で滑動させるための滑動部と、
   下端部が前記拡幅部の上に配置され、上端部が前記ケーシングに係止された、前記柱体の前記ケーシングからの抜け出しを防止する抜出防止機構と、
   前記柱体を原位置に復帰させるための原位置復帰機構と、
   前記ケーシング内で少なくとも前記抜出防止機構の高さまで充填された充填材と、
   を有し、
   前記抜出防止機構は、下段から上段にゆくにつれ内径と外径が大きくなるように、複数段のリングを前記柱体の周囲で上下に積層した形状を有し、下段の前記リングの外周部と上段の前記リングの内周部が上下に重なり、且つ各リングが前記柱体の滑動に伴って水平方向に移動可能であることを特徴とする免震装置。
2. 前記原位置復帰機構は、弾性体を用いたものであることを特徴とする請求項１記載の免震装置。
3. 前記柱体と前記ケーシングの間に前記弾性体が配置されることを特徴とする請求項２記載の免震装置。
4. 前記滑動部は、前記柱体または前記ケーシングの底部に設けた球体であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の免震装置。
5. 前記充填材は潤滑剤であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の免震装置。
6. 最上段の前記リングの上面が、前記ケーシングから内部に張り出す張出部に当接し、
   前記張出部の前記ケーシングからの張り出し長さ、各リングの幅、および、前記拡幅部の前記柱体からの張り出し長さが同じであることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の免震装置。

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