JP3323792B2 - 免震装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は免震装置に係り、
特に木造建物の他、精密機器等の比較的軽量の構造物を
支持する免震装置に関する。

【０００２】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】従来
から、ビル等の重量構造物においては積層ゴムを主体と
した免震装置が知られている。この重量構造物を支持す
る免震装置は、鉛直方向には硬いばねを持ち大荷重を支
持し、水平方向にはゴム特有の柔らかいばねにより大変
形能力を備えるために中実断面形状に形成されている
が、木造建物等の比較的軽量の構造物に使用した場合に
は鉛直荷重に対して水平剛性が大き過ぎるために、軽量
構造物の振動周期を長周期化できなかった。なお、構造
物の振動周期を長周期化するのは、周期が４秒以上であ
れば地震波の種類に拘らず建物等の構造物は被害を受け
ることはないことが一般に知られている。

【０００３】この水平剛性を小さくするために中央部を
くり抜いた形の中空断面形状の積層ゴムや積層数を増や
した積層ゴムが考えられるが、何れの積層ゴムも鉛直荷
重による座屈の問題や、水平変形時の曲げ剛性の低下に
よる曲げ変形の問題が発生し、安定して軽量構造物を支
持することが困難となる。また、水平剛性を小さくする
ために積層ゴムの直径を小さくすることが考えられる
が、水平変形時の鉛直荷重の支持能力が低下するので安
定性が損われる。

【０００４】なお、積層ゴムの水平変形量は実質的に直
径の１／２程度、あるいはせん断変形でゴム厚さの２０
０％程度に設定されているので、直径を大きくする、あ
るいはゴム厚さを増すなどの改良を施すことにより水平
変形量を大きくすることはできる。しかしながら、この
場合においても水平剛性の増大や座屈の問題が生ずるの
で、水平変形量を大きく取ることはできない。

【０００５】このような難点に対して、鋼板とゴムから
なる積層ゴム支承であり、横断面は直交する２方向に長
方形が合成された十字形をしている免震装置が提案され
ている（特開平７−１３９０４５号公報）。この免震装
置によれば、軽量構造物に対する高い曲げ剛性と低い水
平剛性を同時に達成することができるが、同一の幅を持
つ矩形断面の場合より断面積が減少しているために、水
平変形時の鉛直荷重の支持能力が低下するので安定性が
損われるという難点があった。

【０００６】また、構造物と、これを支持する基礎との
間に、水平面を滑動自在な部材と、この部材を滑動自在
に載置する凹曲面が上面に形成された受皿とから構成さ
れている小構造物簡易免震装置が提案されている（特開
平３−２４９４４５号公報）。この小構造物簡易免震装
置によれば、地震時の水平動に対して滑動自在な部材が
受皿の上面に形成された凹曲面を滑動することができる
ので、確実に復元力を与えることができる。しかしなが
ら、本装置単体では機能的に免震させることが難しく、
ダンパーなどの減衰機構が別途必要となるなどの難点が
あった。

【０００７】さらに、基礎上に、免震されるべき機器ま
たは構造物が固定される架台を配置し、この架台と基礎
との間にそれぞれ特定の方向に初期変形を与えると共
に、その復元を阻止するようにした積層ゴムを架台が基
礎に対して相対運動を行った場合に、それがせん断変形
されるように設け、かつ架台の下面と基礎の上面との間
に低摩擦部材を有する可動支持機構を設けた免震装置が
提案されている（特開昭６０−２１１１４２号公報）。
この免震装置によれば、地震時における機器または構造
物に作用する地震力を大幅に低減することができるばか
りでなく、設置現場において組立てるのに特別な治具あ
るいは作業を必要とせず、また、地震終了後には架台が
正常位置に自動復帰することができる。

【０００８】また、互いに相対変位可能に絶縁された上
部構造体と下部構造体間に転がり支承と積層ゴム支承を
設置し、上部構造体の鉛直荷重を主に転がり支承に負担
させ、積層ゴム支承を主として上部構造体を復元させる
水平ばねとして使用する免震構造物が提案されている
（特開平６−３４６６２７号公報）。この免震構造物に
よれば、上部構造体の振動周期を上部構造体の重量と積
層ゴム支承の剛性で決めることができ、積層ゴム支承の
水平剛性を相対的に低下させることにより積層ゴム支承
や滑り支承が単独で鉛直荷重を負担する場合の周期の限
界を超える長周期を達成することが可能になる。

【０００９】しかしながら、このような免震装置や免震
構造物では、変形量を稼ぐために積層ゴムの径を大きく
すれば水平剛性が増加し、またゴム厚さを増せば高さの
増加になるなど、変形量が積層ゴムの構造により制限さ
れるという難点があった。

【００１０】本発明は、このような従来の難点を解決す
るためになされたもので、軽量構造物の振動周期を長周
期化させることができ、而も軽量構造物を安定した状態
で支持すると共に振動に対する絶縁性能を向上させるこ
とができる免震装置を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るため本発明の免震装置は、上部構造体と下部構造体と
を互いに相対変位可能に絶縁する免震装置において、上
部構造体あるいは下部構造体に固定される一方の取付板
と、一方の取付板に固定された何れかの構造体と相対す
る構造体に固定される他方の取付板と、一方の取付板お
よび他方の取付板間に設置され中空断面形状に形成され
る中空積層ゴムと、中空積層ゴムの中空部に内設される
と共に一方の取付板に固定され当該中空部内で他方の取
付板に対して水平方向へ転動可能に当接され上部構造体
の鉛直荷重を支持する転がり支承体とを備え、転がり支
承体には中空積層ゴムより大きな水平剛性を有すると共
に下部構造体から伝達される振動を絶縁するゴム弾性体
が設けられているものである。

【００１２】このように構成された免震装置において
は、積層ゴムが中空断面形状に形成されているので水平
変形量を大きくすることができ、またこの中空積層ゴム
の中空部に、上部構造体を支承する転がり支承体を内設
していることから、当該中空積層ゴムには鉛直荷重が加
わらなくなるので、中空積層ゴムは座屈しなくなる。ま
た、転がり支承体は他方の取付板に対して転動可能に当
接されているので、中空積層ゴムの水平剛性を極端に低
下させ且つ上部構造体を安定した状態で支持することが
できると共に、当該中空積層ゴムが復元力を与えた場合
の原位置復帰能力を保有させることができる。さらに、
転がり支承体には、中空積層ゴムより大きな水平剛性を
有すると共に下部構造体から伝達される振動を絶縁する
ゴム弾性体が設けられているので、日常生活に不快な交
通振動等を絶縁することができる。

【００１３】なお、このようなゴム弾性体は、複数のゴ
ム板と剛性板とを交互に積層して構成されたものが好ま
しい。これにより、荷重支承能力を妨げない範囲で鉛直
方向に柔らかくなるので、下部構造体から伝達される振
動を確実に絶縁することができるようになる。

【００１４】また、転がり支承体は他方の取付板に対し
て転動する転動部材を有し、転動部材は粘性流体に浸漬
されていることが好ましく、また他方の取付板の転がり
支承体による転動範囲部に粘性弾性体をライニングする
ことが好ましい。これにより、上部構造体の振動を減衰
させることができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の免震装置をその好
ましい実施の一形態について図面を参照して説明する。

【００１６】本発明の免震装置は図１（ａ）、（ｂ）に
示すように、上部構造体２と下部構造体３とを互いに相
対変位可能に絶縁するもので、上部構造体２に固定され
る一方の取付板４と、上部構造体２と相対する下部構造
体３に固定される他方の取付板５と、一方の取付板４お
よび他方の取付板５間に設置され中空断面形状に形成さ
れた中空積層ゴム６と、中空積層ゴム６の中空部６ａに
内設されると共に一方の取付板４に固定され当該中空部
６ａ内で他方の取付板５に対して転動可能に当接される
転がり支承体７とを備えている。

【００１７】中空積層ゴム６は、中央部を刳り貫いた形
の中空断面形状に形成されたゴム層６Ａおよび金属板６
Ｂを層状に多数積層して構成され、このゴム層６Ａには
弾性機能に優れた天然ゴムまたはクロロプレンゴムが用
いられる。また、金属板６Ｂはゴム層６Ａとの付着性か
ら、ニッケル板、銅板、黄銅板またはニッケルメッキ、
銅メッキ、黄銅メッキを施した鋼板等が用いられる。な
お、付着する際、冷間接着剤を用いてもよい。

【００１８】転がり支承体７は、転動部材である例えば
ボールベアリング８が他方の取付板５上で転動可能に保
持されている。これにより、上部構造体２の鉛直荷重
を、安定した状態で支持することができる。このような
転がり支承体７は特定の周期を有していないので、他方
の取付板５上を自由に移動することができる。

【００１９】また、転がり支承体７には中空積層ゴム６
より大きな水平剛性を有すると共に下部構造体３から伝
達される振動を絶縁するゴム弾性体として、複数のゴム
板と剛性板とを交互に積層して構成された積層ゴム９
が、例えば一方の取付板４側に設けられている。このよ
うな積層ゴム９は、荷重支承能力を妨げない範囲で鉛直
方向に柔らかい方がよく、これにより、下部構造体３か
ら伝達される振動を確実に絶縁することができるように
なる。なお、ゴム弾性体は積層ゴム９に限らず、中空積
層ゴム６より大きな水平剛性を有すると共に下部構造体
３から伝達される振動を絶縁することができれば、防振
ゴムでもよい。このような防振ゴムとしては、弾性機能
に優れた天然ゴムまたはクロロプレンゴムを使用するこ
とが好ましい。

【００２０】このように構成された免震装置１の免震お
よび除振動作について、以下説明する。

【００２１】１．免震動作 上部構造体２を支承する免震装置１に水平方向に力が加
わると、水平動に対して免震装置１の転がり支承体７が
移動すると共に中空積層ゴム６が変形する。この際、上
部構造体２は転がり支承体７により安定した状態で支承
されていることから、中空部６ａが形成された中空積層
ゴム６により水平変形量を大きくすることができるの
で、水平剛性を極端に低下させることができる。これに
より、振動周期を長周期化させることができる。また、
中空積層ゴム６のばね作用により原位置に復帰させるこ
とができる。さらに、中空積層ゴム６に、高減衰ゴム材
料（tanδ＝０．３〜０．５）を採用することにより、
効果的に振動エネルギーを吸収することができることか
ら、オイルダンパや鉛ダンパなどの別置の減衰機構を設
ける必要がなくなるので、コスト面、施工面で有利とな
る。

【００２２】なお、上部構造体２の振動を減衰させる減
衰能力を高める場合には、中空積層ゴム６に高減衰ゴム
材料を用いるとよい。また、転がり支承体７が有するボ
ールベアリング８をシリコーンオイル等の粘性流体に浸
漬させてもよく、さらに他方の取付板５の転がり支承体
７による転動範囲部５ａに高分子材料、粘弾性ゴム等の
粘性弾性体をライニングしてもよい。これにより、転が
り運動が減衰される。なお、これらを併用すれば、より
減衰能力を高めることができる。

【００２３】また、他方の取付板５の転がり支承体７に
よる転動範囲部５ａに、一定の曲率から成り中心部が最
深となる凹曲面部を設けることにより、水平方向に移動
した転がり支承体７が上部構造体２による重力作用で凹
曲面に沿って元の位置、即ち、凹曲面部の最深位置に戻
ることができる。したがって、上部構造体２は、元の位
置に完全復帰できるようになる。なお、このような凹曲
面部は必ずしも一定の曲率である必要はなく、ある角度
から成る傾斜面、あるいは外周に向かうにしたがって徐
々に曲率が大きくなるような形状のものでもよい。ま
た、他方の取付板５に凹曲面部が設けられた場合の中空
積層ゴム６の復元力性能は、積層ゴムの水平剛性および
凹曲面部の形状により決定される。

【００２４】このように、上部構造体２を転がり支承体
７で安定した状態で支承することができるので、中空積
層ゴム６に静的せん断弾性率Ｇ＝１．０〜３．５kgf／c
m²の低弾性ゴム材料を採用することができる。これによ
り、中空積層ゴムの直径を大きくしたりゴム厚さを増し
たりなどの改良を施すことなく水平変形量を大きくする
ことができるので、免震装置１全体を小型化させること
ができる。

【００２５】２．除振動作 交通振動等が下部構造体３から免震装置１に伝達する
と、免震装置１の中空積層ゴム６および転がり支承体７
に伝わるが、免震装置１の中空積層ゴム６のゴム層６
Ａ、および転がり支承体７に設けられた積層ゴム９によ
り、この交通振動等は下部構造体３から上部構造体２に
は伝達されないことになる。特に、転がり支承体７の積
層ゴム９は、中空積層ゴム６より大きな水平剛性を有し
且つ荷重支承能力を妨げない範囲で鉛直方向に柔らかい
ので、積層ゴム９が変形することなく下部構造体３から
の振動を絶縁することができる。なお、免震装置１に水
平方向の力が加わっても、積層ゴム９が変形することな
く転がり支承体７を移動させることができるので、上部
構造体２を安定した状態で支承できる。

【００２６】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の免震装置によれば、形状係数の小さい中空積層ゴムで
も座屈することなく、而も水平変形時の曲げ変形が生じ
なくなることから、安定した状態で上部構造体を支承す
ると共に水平剛性を低下させることができるので、軽量
構造物の免震周期を長周期化させることができる。した
がって、積層ゴムの設計が形状係数の制限を受けること
がなくなるので、設計の自由度が大きくなる。また、転
がり支承体および一方の取付板間に設けられたゴム弾性
体により、日常生活に不快な交通振動等を絶縁すること
ができるので、免震だけではなく除振をもすることがで
きる。

【００２７】さらに、転がり支承体は中空断面形状の中
空積層ゴムに覆われ外部環境から遮断されているので、
雨等による錆、土、砂噛み等による転がり抵抗の変化に
よる影響を受けることはない。したがって、転がり支承
体を錆にくい材料にしたり、特別な覆いを設ける必要が
なくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の免震装置の実施の一形態を示す説明図
で、（ａ）は上面図、（ｂ）は断面図。

【符号の説明】

１・・・・・免震装置 ２・・・・・上部構造体 ３・・・・・下部構造体 ４・・・・・一方の取付板 ５・・・・・他方の取付板 ５ａ・・・・・転動範囲部 ６・・・・・中空積層ゴム ６ａ・・・・・中空部 ７・・・・・転がり支承体 ８・・・・・ボールベアリング（転動部材） ９・・・・・積層ゴム（ゴム弾性体）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小林 公樹 神奈川県川崎市川崎区小田栄２丁目１番 １号 昭和電線電纜株式会社内 (72)発明者 箕輪 昌啓 神奈川県川崎市川崎区小田栄２丁目１番 １号 昭和電線電纜株式会社内 (56)参考文献 特開 昭60−211142（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−248549（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−196117（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−146371（ＪＰ，Ａ) 実開 昭64−43128（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) E04H 9/02 331 E04H 9/02 351 E04B 1/36

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】上部構造体（２）と下部構造体（３）とを
   互いに相対変位可能に絶縁する免震装置（１）におい
   て、 前記上部構造体あるいは前記下部構造体に固定される一
   方の取付板（４）と、前記一方の取付板に固定された何
   れかの前記構造体と相対する前記構造体に固定される他
   方の取付板（５）と、前記一方の取付板および前記他方
   の取付板間に設置され中空断面形状に形成される中空積
   層ゴム（６）と、前記中空積層ゴムの中空部（６ａ）に
   内設されると共に前記一方の取付板に固定され当該中空
   部内で前記他方の取付板に対して水平方向へ転動可能に
   当接され前記上部構造体の鉛直荷重を支持する転がり支
   承体（７）とを備え、 前記転がり支承体には前記中空積層ゴムより大きな水平
   剛性を有すると共に前記下部構造体から伝達される振動
   を絶縁するゴム弾性体（９）が設けられていることを特
   徴とする免震装置。
2. 【請求項２】前記ゴム弾性体は複数のゴム板と剛性板と
   を交互に積層して構成されたことを特徴とする請求項１
   記載の免震装置。
3. 【請求項３】前記転がり支承体は前記他方の取付板に対
   して転動する転動部材（８）を有し、前記転動部材は粘
   性流体に浸漬されていることを特徴とする請求項１記載
   の免震装置。
4. 【請求項４】前記他方の取付板の前記転がり支承体によ
   る転動範囲部（５ａ）には粘弾性体をライニングしたこ
   とを特徴とする請求項１記載の免震装置。