JP3212371U - 球面転がり支承 - Google Patents

Abstract

【課題】弱い振動では作動せず、地震による揺れを軽減するとともに、地震が治まったとき、自動的に元の状態に正確に復帰する球面転がり支承を提供する。【解決手段】凹面鏡の形状の円形の支持面１４により球体状の転動体１６を挟むように配置された、上下対称の上皿１８と下皿２０を備える。円形の支持面の中心部には、挟んだ転動体と接する部分に窪み２２を設ける。窪みは、それぞれ転動体に隙間なく密着する。転動体が硬いボールのような場合には、窪みは、その一部がはまり込む孔で構わない。転動体の一部が窪みに嵌まり込んでいると、地震発生時の転がり支承開始震度を一定以上に設定できる。大きな揺れが発生し、上皿と下皿がずれたときは球面転がり支承が機能する。【選択図】図１

Description

本考案は、建物や設備や家具等を支えて地震による揺れを軽減する球面転がり支承に関する。

建物の耐震性を高めるために、建物の基礎部分に転がり支承を取り付ける技術が開発されている。この装置は、地震によって建物が揺れた時、基礎から建物に伝わる振動を軽減する（特許文献１〜４）。

特開２０１１−２１４５８３号公報 特開２００１−７４０９３号公報 特開２００７−３０９０７７号公報 意匠登録１２８９４１３号公報

既知の従来の技術には、次のような解決すべき課題があった。
耐震のための支承には、鋼球の転がりを利用したものがある（特許文献３や４）。こうした球面転がり支承では、地震が収まったときに建物と基礎との位置関係が元の状態に戻ることが必要である。そのために、様々な復元構造が開発されている（特許文献１や２）。しかしながら、こうした機能を備えるために全体構造が複雑化するとコストアップの原因になる。本考案は、上記の課題を解決するためになされたものである。

以下の構成はそれぞれ上記の課題を解決するための手段である。

＜構成１＞
凹面鏡の形状の円形の支持面により、球体状の転動体を挟むように配置された、上下対称の上皿と下皿を備え、
上記上皿と下皿の上記円形の支持面の中心部には、上記上皿と下皿の間に挟んだ上記転動体と接する部分に、それぞれ全体が転動体に密着するような窪み、又は、転動体の一部がはまり込む窪みが設けられていることを特徴とする球面転がり支承。

＜構成２＞
上記の上皿と下皿の間に挟まれた転動体が、上記上皿の上記支持面の中心部に設けられた窪みに上面の一部をはめ込み、上記下皿の支持面の中心部に設けられた窪みに下面の一部をはめ込んだ状態で、上記上皿と下皿の円形の周辺部が直接あるいは介在を挟んで密着して、上記転動体を密封したことを特徴とする構成１に記載の球面転がり支承。

＜構成３＞
上記転動体は、金属もしくは圧力により変形しない成型体からなることを特徴とする構成１または２に記載の球面転がり支承。

＜構成４＞
上記転動体は加圧により弾性変形をするゴムまたはプラスチックからなり、上記上皿と下皿の間に上記転動体が密封された状態で、上記上皿の窪み全面に上面の一部を隙間なく密着させ、上記下皿の窪み全面に下面の一部を隙間なく密着させた状態であることを特徴とする構成２に記載の球面転がり支承。

＜構成１の効果＞
転動体の一部が窪みに嵌まり込んでいると、地震発生時の球面転がり支承の効果開始震度を一定以上に設定でき、地震初動時の弱い振動で作動しないようにできる。さらに、地震が治まったとき、自動的に転動体の一部が上皿と下皿の窪みに嵌まり込み、元の状態に正確に復帰する。
＜構成２の効果＞
平常時には上皿と下皿の周辺部が密着して転動体を密封しているから、上皿と下皿の支持面や転動体が埃等に汚染されず、長期間性能を維持できる。転がりを開始すると、転動体が上皿と下皿の間隔を広げるので、問題なく球面転がり支承の機能を発揮できる。
＜構成３の効果＞
転動体が金属や硬い成型体により構成されれば、窪みの形状は凹部でも透孔でも構わないので設計の自由度が増す。
＜構成４の効果＞
弾性変形をするゴムまたはプラスチックの転動体を使用すると、球面転がり支承による免震効果と同時に弾性変形しながら転がることによる除振効果を発揮する。平常時に、転動体の上面の一部や下面の一部が上皿や下皿の窪みに隙間なく密着するように窪みを設計すると、クリープ現象により転動体が変形してしまうのを防止できる。

本考案の球面転がり支承１２の分解図で、（ａ）は上皿１８の下面図、（ｂ）は下皿２０の上面図、（ｃ）は球面転がり支承１２の横断面図、（ｄ）は転動体１６の側面図である。 球面転がり支承１２の地震発生時の動作を説明するためのもので、時間の経過とともに変化する装置の横断面図である。 比較例を示し、時間の経過とともに変化する装置の横断面図である。 本考案の球面転がり支承１２の変形例を示す横断面図である。 実施例３の球面転がり支承１２の横断面図である。

以下、本考案の実施の形態を実施例毎に詳細に説明する。

図１は本考案の球面転がり支承１２の分解図で、（ａ）は上皿１８の下面図、（ｂ）は下皿２０の上面図、（ｃ）は球面転がり支承１２の横断面図、（ｄ）は転動体１６の側面図である。
この球面転がり支承１２は、球体状の転動体１６を挟むように配置された、上下対称の上皿１８と下皿２０を備える。この実施例の転動体１６は例えば、鋼球である。上皿１８と下皿２０とはいずれも、対向面に凹面鏡の形状の円形の支持面１４を備える。

上皿１８と下皿２０は、例えば、金属板を成型した皿に腐食防止用のコーティングを施したものである。家具の支持ようならば，転動体１６と上皿１８と下皿２０を硬質プラスチックにより製造してもよい。

ここで、上記上皿１８と下皿２０の上記円形の支持面１４の中心部には、窪み２２が設けられている。この窪み２２には、（ｃ）に示すような正常な静止状態で、上皿１８と下皿２０の間に挟んだ上記転動体１６の一部がはまり込む。転動体１６の上面の一部２４は上皿１８の窪み２２に密着するように接している。転動体１６の下面の一部２６は下皿２０の窪み２２に密着するように接している。

図２は上記の球面転がり支承１２の地震発生時の動作を説明するためのもので、時間の経過とともに変化する装置の横断面図である。
図２（ａ）に示すように、転動体１６の一部が上皿１８と下皿２０の窪み２２に嵌まり込んでいると、地震発生時の球面転がり支承による効果開始震度を一定以上に設定できる。即ち、弱い振動では、転動体１６の上面の一部２４と下面の一部２６とが転動体１６を上下から挟む窪み２２に嵌まり込んだ状態から抜け出せない。

そして一定以上の大きな揺れが生じると、図２（ａ）から図２（ｂ）や（ｃ）の状態に移行する。地震の揺れにより転動体１６は水平面上で見たとき窪み２２の廻りをぐるぐる回るように移動して下皿２０の上方で上皿１８を支える。これで球面転がり支承が実現する。一方、地震が収まったときには、転動体１６の上面の一部２４が上皿１８の窪み２２に嵌まり込み、下面の一部２６が下皿２０の窪み２２に嵌まり込んで、元の状態に正確に復帰する。

このように、上皿１８と下皿２０に設けた窪み２２は、地震発生時の球面転がり支承による効果開始震度を一定以上に設定して安定性を確保するとともに、地震が収まったときには、球面転がり支承１２を元の正常な状態に正確に復帰させる機能を有する。

さらに、図２（ａ）と（ｄ）の横断面図と、（ｂ）と（ｃ）の横断面図とを比較したとき、前者よりも後者のほうが、上皿１８と下皿２０の上下方向の間隔Ｄが広がっている。実際には、（ａ）や（ｄ）の状態では、上皿１８と下皿２０の円形の周辺部２８が、直接あるいは介在を挟んで密着するように設計する。介在は例えば、上皿１８や下皿２０の円形の周辺部２８に施したゴムのコーティング等が好ましい。

このように、平常時に上皿１８と下皿２０の周辺部が密着して転動体１６を密封しているように構成すると、上皿１８と下皿の支持面１４や転動体１６が埃等に汚染されず、長期間性能を維持できる。この球面転がり支承１２が免震効果を発揮するのは一定以上の大きな揺れが生じたときであるから、それまで初期の性能を維持する必要がある。

転動体１６を収容した空間が密封されていれば埃の浸入や湿気による腐食を予防して、その性能を長期間維持できる。しかも、上記の構造の球面転がり支承１２は、一定以上の大きな揺れがあると、転動体１６が転がり始めて、図２（ｂ）と（ｃ）に示すように、転動体１６が上皿１８と下皿２０の間隔Ｄを広げるので、問題なく球面転がり支承の機能を発揮できる。上記の窪み２２は、単純な構造でこのように様々な効果を生み出すことができる。

図３は、比較例を示し、時間の経過とともに変化する装置の横断面図である。
図３（ａ）に示すように、この比較例の上皿１９には窪み２２を設けていない。この場合でも、下皿２０の支持面１４の中心部に設けられた窪み２２に転動体１６の下面の一部２６が嵌まり込んでいるから、一定以上の揺れを感じたときに球面転がり支承を発揮する。これは本考案と同様である。

しかしながら、上皿１９と下皿２０の対向面が対称でないから、図３（ｄ）に示すように、揺れが収まったときに、上皿１９と転動体１６の位置関係が、諸筐体に戻る保証が無い。しかも、図２（ｄ）の状態で揺れが収まると、上皿１９と下皿２０の間の隙間が広がったままになる。転動体１６を収容した空間が密封されない。即ち、埃の浸入や湿気による腐食を予防できない。

本考案では、図１に示したように、上皿１８と下皿２０の対向面が対称で、同じ径の窪み２２が設けられているので、一定以上の揺れを感じたときに転動体１６は、上皿１８の窪み２２からも下皿２０の窪み２２からも、ほぼ同時に飛び出すように動作する。だから、球面転がり支承機能を発揮しているときも、上皿１８と下皿２０の位置関係が一定の関係に保たれて、揺れが収まると初期状態に正確に復帰することができる。

図４は本考案の球面転がり支承１２の変形例を示す横断面図である。
図４（ａ）に示すように、上皿１８と下皿２０には、実施例１の窪み２２に相当する部分に孔３０が設けられている。転動体１６が鋼球の場合には、この孔３０も、窪み２２と全く同様の機能を有する。外部から埃等が浸入しないようにするには、上皿１８の上面や下皿２０の下面を図示しない板等で覆えばよい。実施例１に示したような窪み２２よりも実施例２の孔３０のほうが製造は容易である。即ち、転動体１６が鋼球のように圧力により変形しない成型体の場合には、窪み２２の形状は凹部でも透孔でも構わない

図５は、実施例３の球面転がり支承１２の横断面図である。
この実施例の転動体１６は、加圧により弾性変形をするゴムまたはプラスチック等から構成されている。この転動体１６は、荷重が加わらない状態では球体である。上皿１８に上方から加わる荷重によって図のようにラグビーボール状に潰れている。これで、通常の状態では上皿１８と下皿２０の対向面に挟まれた空間は実施例１と同様に密封される。

このように、ゴムまたはプラスチック製の転動体１６一部が上皿１８や下皿２０の窪み２２に嵌まり込んだままで長期間を経過すると、クリープ現象により転動体１６が変形してしまうおそれがある。そこで、図５（ａ）のような通常状態において、荷重により変形をした転動体１６の上面の一部２４や下面の一部２６が上皿１８や下皿２０の窪み２２に隙間なく密着するように、窪み２２の形状を選定する。これにより、転動体１６は全体として荷重により潰れていても、窪み２２と接する部分だけが凸レンズ状に変形するようなことがない。

この球面転がり支承１２に一定以上の揺れが加わると、転動体１６一部が上皿１８や下皿２０の窪み２２に嵌まり込んだ状態から図５（ｂ）の状態に移行する。ここで、転動体１６は荷重によりさらに変形するから、上皿１８と下皿２０の円形の周辺部２８は擦れ合ったままで間隔は変わらない。

上皿１８と下皿２０の円形の周辺部２８は、（ａ）に示した通常状態では全周を密着させているので接触面積が最大である。しかし、図５（ｂ）のように上皿１８と下皿２０の位置ずれが生じると、両者の円形の周辺部２８の接触面積が小さくなるので、この状態で球面転がり支承を発揮することができる。このとき、転動体１６は、弾性変形しながら転がるので、振動を減衰させる除振効果がある。元の状態に戻る効果は実施例１と同様である。

１２ 球面転がり支承
１４ 支持面
１６ 転動体
１８ 上皿
１９ 上皿
２０ 下皿
２２ 窪み
２４ 上面の一部
２６ 下面の一部
２８ 円形の周辺部
３０ 孔

Claims (4)

1. 凹面鏡の形状の円形の支持面により、球体状の転動体を挟むように配置された、上下対称の上皿と下皿を備え、
   上記上皿と下皿の上記円形の支持面の中心部には、上記上皿と下皿の間に挟んだ上記転動体と接する部分に、それぞれ全体が転動体に密着するような窪み、又は、転動体の一部がはまり込む窪みが設けられていることを特徴とする球面転がり支承。
2. 上記の上皿と下皿の間に挟まれた転動体が、上記上皿の上記支持面の中心部に設けられた窪みに上面の一部をはめ込み、上記下皿の支持面の中心部に設けられた窪みに下面の一部をはめ込んだ状態で、上記上皿と下皿の円形の周辺部が直接あるいは介在を挟んで密着して、上記転動体を密封したことを特徴とする請求項１に記載の球面転がり支承。
3. 上記転動体は、金属もしくは圧力により変形しない成型体からなることを特徴とする請求項１または２に記載の球面転がり支承。
4. 上記転動体は加圧により弾性変形をするゴムまたはプラスチックからなり、上記上皿と下皿の間に上記転動体が密封された状態で、上記上皿の窪み全面に上面の一部を隙間なく密着させ、上記下皿の窪み全面に下面の一部を隙間なく密着させた状態であることを特徴とする請求項２に記載の球面転がり支承。

Images