JP3467513B2 - 円錐内ボール収容型地震アイソレーションベアリング - Google Patents
円錐内ボール収容型地震アイソレーションベアリングInfo
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- JP3467513B2 JP3467513B2 JP2002009246A JP2002009246A JP3467513B2 JP 3467513 B2 JP3467513 B2 JP 3467513B2 JP 2002009246 A JP2002009246 A JP 2002009246A JP 2002009246 A JP2002009246 A JP 2002009246A JP 3467513 B2 JP3467513 B2 JP 3467513B2
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- F16C29/00—Bearings for parts moving only linearly
- F16C29/04—Ball or roller bearings
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- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Buildings Adapted To Withstand Abnormal External Influences (AREA)
- Vibration Prevention Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般的に、建物、
橋、及びその他の建築物の支持に用いられるアイソレー
ションベアリングに関する。より詳細には、本発明は、
地震及びその他の地震性活動において有効な復原能力を
有する地震アイソレーションベアリングに関する。 【０００２】 【従来の技術】地震ベースアイソレータ（seismic base
isolators）とも称される地震アイソレーションベアリ
ング（seismic isolation bearings）は、一般的に公知
である。地震アイソレーションベアリングは、一般的に
少なくとも２つの基本的な機能、すなわち、デカップリ
ング（decoupling）機能及び復原（restoring）機能を
行う。 【０００３】デカップリングは、運動アイソレーション
として一般的に特徴付けられ得て、ベアリングによって
支持されている建築物を、その上に建築物が支持されて
いる地表の動きから、少なくとも部分的にアイソレート
することを含む。典型的には、アイソレーションベアリ
ングのデカップリング機能は、地震性活動に反応してた
わむように構成されているゴム部品を用いることによっ
て行われる。しかし、アイソレーションベアリングの周
期（period）、大きさ、及び支持力（bearingcapacit
y）は、ゴムの座屈及びロールオーバ容量によって制限
される。実用されているゴムベアリングは、２秒オーダ
の周期を示し、50％オーダのシヤー歪（シヤー変位のゴ
ム高さに対する比）を示す。さらに、典型的なゴムベア
リングは、1000psi（ポンド／インチ）の範囲の支持力
を示す。しかし、これらのパラメータは、「近断層（ne
ar fault）」ゾーン、すなわち、活動中の地震断層から
15マイル以内で用いるのには、しばしば不十分である。 【０００４】さらに、現在公知であるゴムベアリング
は、0.02ラジアンオーダのベアリング回転しか受容しな
いように構成されている。 【０００５】ベアリング再センタリング（復原）機構
は、横方向の力が加えられるとベアリングを元の基準位
置に戻す緩衝ピン或いはその他のばね機構を備えてい
る。例えば、同一発明者によって1994年11月25日に提出
された、地震アイソレーションベアリング（「Seismic
Isolation Bearing」）と題するＰＣＴ出願番号ＰＣＴ/
94/13598号を参照のこと。 【０００６】より最近では、上記のパラメータを拡大し
て４秒オーダの周期及び3500psiの範囲の支持圧力を有
するようにした摩擦スライド或いはベアリングが提案さ
れている。このような摩擦スライダベアリングは、ベア
リングアセンブリ内に、裏面がテフロン（登録商標）で
被覆された鋼プレートをしばしば有しており、「近断
層」施設に位置する建築物にしばしば必要となる２フィ
ートから６フィートオーダの横方向変位を有しているこ
とが知られている。しかし、テフロン（登録商標）ベア
リングは、ベアリングの回転を受容するためのゴムプレ
ート下地を一般的に必要とする。さらに、摺動ベアリン
グは、典型的には復原機構を有さないので、一方向のみ
に変位する傾向にある。さらに、上記のゴムプレートを
用いることによって、支持力が、例えば約1000psiにま
で大幅に減少する。 【０００７】摩擦ベアリング或いはその他のベアリング
に関するいくつかの先行特許がある。1987年２月24日に
発行されたZayasの米国特許第4,644,714号は、高分子マ
トリックスによって被覆された摩擦面を用いる摩擦振り
子ベアリングを開示している。1988年２月23日に発行さ
れたYaghoubianの米国特許第4,726,161号は、球状皿と
共同している収納且つ潤滑されたボールベアリングを有
するばね荷重テレスコーピングマスを利用した回転ベア
リングを開示している。しかし、このようなベアリング
の制約された大きさ及びメンテナンスの必要性のため
に、これらの使用は、博物館における物体のアイソレー
ションに限定される。 【０００８】 【発明が解決しようとする課題】従って、先行技術の欠
点を克服する地震アイソレーションベアリングアセンブ
リが必要とされる。 【０００９】 【課題を解決するための手段】本発明は、支持される建
築物に固定される上複合ベアリングプレート３０と、該
建築物を支持する基礎に固定される下複合ベアリングプ
レート３０と、球形の剛性ボール１２と、を備える、地
震アイソレーションベアリングアセンブリであって、こ
こで、該上下の複合ベアリングプレート３０は、それぞ
れ、フラットなベースプレート３６、該ベースプレート
３６の中心位置に配置される中心プラグ３２、複数の平
面なくさび形状のプレートセグメント３９、周辺プレー
ト３５、および該ベースプレート３６と該プレートセグ
メント３９との間に配置される支持リング３４を有し、
該上側複合ベアリングプレート３０は、該中心プラグ３
２及び複数のプレートセグメント３９によって形成され
る下方に面して凹んだ角錐形のベアリング表面を有し、
該下側複合ベアリングプレート３０は、該中心プラグ３
２及び複数のプレートセグメント３９によって形成され
る上方に面して凹んだ角錐形のベアリング表面を有し、
該下側複合ベアリングプレート３０の凹んだ角錐形のベ
アリング表面は、該上側複合ベアリングプレート３０の
凹んだ角錐形のベアリング表面と対向し、それによっ
て、該上下の凹んだ角錐形ベアリング表面の間にベアリ
ングキャビティを規定し、該剛性ボール１２は、該ベア
リングキャビティ内に配置されており、該上下の複合ベ
アリングプレート３０の凹んだ角錐形のベアリング表面
は、その中心に該中央プラグ３２を有し、該上下の複合
ベアリングプレート３０の凹んだ角錐形のベアリング表
面は、該周辺プレート３５によって囲まれ、該上下の複
合ベアリングプレート３０の凹んだ角錐形のベアリング
表面は、該中央プラグ３２と周辺プレート３５との間を
伸びる複数の該くさび形状のプレートセグメント３９を
有し、ここで、該周辺プレート３５および該支持リング
３４は、該中央プラグ３２の周囲に同心的に配置され、
該周辺プレート３５および支持リング３４は、該ベース
プレート３６から該凹んだ角錐形ベアリング表面へ垂直
に延びている、地震アイソレーションベアリングアセン
ブリを提供する。 【００１０】 【００１１】 【００１２】横方向の力がベアリングアセンブリに加え
られると、上側複合ベアリングプレートが下側複合ベア
リングプレートに対して横方向に変位して、上下の複合
ベアリングプレートの間に挟持されたボールがベアリン
グプレートを横切って転がり、ボールはより高い高さに
移動する。このように、建築物に作用する重力によっ
て、建築物をその元の位置に復原しようとする横方向の
力の成分が生じる。 【００１３】 【００１４】本発明のさらなる局面によると、ゴムシー
ル材、発泡シール材、或いはその他のシール材（ガスケ
ット）が、隣接する複合ベアリングプレートの周辺部の
周囲に用いられ得て、角錐形キャビティの汚染が防止さ
れ得る。 【００１５】 【００１６】 【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照しながら本
発明を説明する。図面中、同一の参照番号は同一の構成
要素を示している。 【００１７】図１を参照すると、例示的なアイソレーシ
ョンベアリングアセンブリ１０は、上側ロードプレート
１１Ａと、下側ロードプレート１１Ｂと、構成されたア
ンカーボルト１４を受容するように構成されたそれぞれ
のアンカーボルト孔１３と、プレート１１Ａと１１Ｂと
の間の領域に受容されるように構成されたボール１２
と、を適切に備えている。 【００１８】各々のプレート１１は、例えば円形の縁や
肩部などの凹部周辺部１６によって境界づけられる凹部
１５を、適切に備えている。 【００１９】建物、橋、或いは他の建築物に設置される
とき、上側ベアリングプレート１１Ａは、アンカーボル
ト１４を用いることによって、支持される建築物に適切
に固着される。下側ロードプレート１１Ｂは、アンカー
ボルト１４を用いることによって、例えばコンクリート
スラブなどの基礎に適切に取り付けられる。標準位置に
おいて、ボール１２は、各プレート１１Ａと１１Ｂとの
間で適切に中心に置かれて、プレート１１Ａ及び１１Ｂ
の各頂点１７の間に位置する。 【００２０】地震性転位或いはその他の活動によって、
一方のロードプレートに他方のロードプレートに対する
横方向の力がかかると、プレートは互いに横方向に動
く。その結果、ボール１２は、各ロードプレートの頂点
１７から凹部周辺部１６に向かって都合良く移動する。
本発明のある局面によると、アイソレーションベアリン
グ１０が最大横方向変位にあるとき、ボール１２は、上
側ロードプレート１１Ａ及び下側ロードプレート１１Ｂ
の両方の凹部周辺部（１６）と、適切に接触する。 【００２１】プレート１１Ａ及び１１Ｂが、それらの基
準位置から互いに横方向にずれると、ベアリングによっ
て支持される建物或いはその他の建築物の重さによっ
て、上側ベアリングプレート１１Ａに下向きの力がかか
る。このベアリング力は、ボール１２を介して下側ベア
リングプレート１１Ｂに伝達される。凹状表面１５の傾
斜角によって、建物或いはその他の建築物によって加え
られる垂直方向の重力の成分は、以下で図４〜図６を参
照してより詳細に述べられるように、ロードプレートを
基準位置に戻そうとする横方向の（例えば、水平方向
の）復原力として現れる。 【００２２】次に図２を参照すると、デュアルキャビテ
ィベアリング２０は、上側ロードプレート２１Ａと下側
ロードプレート２１Ｂとを適切に備えている。これらの
プレートは、頂点２５によって特徴づけられる二つの凹
状円錐２３を、各々有している。ボール２４は、キャビ
ティ内領域に各々配置されている。本発明の好ましい実
施態様によると、例えばゴムガスケット或いは発泡ガス
ケットである適切なガスケット２２が、２つのプレート
のうちの一つ或いは両方に接着（例えば、接着剤によっ
て接着）され得る。ガスケットは、粉塵やその他の破片
がキャビティ内領域に入るのを防ぐ。 【００２３】次に図３を参照すると、４つの円錐を有す
るシステム４０は、各々のロードプレート２１と、各々
の円錐２３と、各々のアンカーボルト孔２６とを、適切
に備えている。このような複数の円錐を用いる実施態様
においては、片側にある２つの隣接するボール（簡単の
ために不図示）が、回転ベアリング応力が与えられてい
る間に過負荷をかけられる傾向にあることが予期され
る。 【００２４】複数の円錐を用いる実施態様のさらなる局
面によると、本発明の発明者は、ベアリングシステムの
支持力が、用いられるボール／円錐の組み合わせの数の
倍数として増大することを観察した。例えば、同一材料
及び同一寸法について、２つの円錐を用いる構成（図
２）の支持力は、単一の円錐を用いる構成の支持力の適
切に２倍の強さであり、４つの円錐を用いる構成（図
３）の支持力は、単一の円錐を用いる構成の支持力の適
切に４倍の強さである。高いベアリング回転数が予期さ
れる用途においては、ロードプレートの下に配置された
補足的な弾性プレート或いはエラストマープレートを用
いて、対象となる地震ベアリングアセンブリを増大し
て、システムが受容し得るベアリング回転の程度を大き
くし得る。 【００２５】次に図４を参照すると、表面１５の半円錐
形部分の基本的幾何学的構成が示されている。 【００２６】標準位置では、ボール１２は、円錐の頂点
２５に対応する点Ｃに適切に存在する。この位置におい
て、（半径ｒを有する）ボール１２と表面１５との間の
接触半径は距離ａとして示され、弧αによって特徴づけ
られる。横方向の力がベアリングに加えられると、ボー
ル１２は、初期静止位置Ｊから、図４において最大変位
位置として示される変位位置Ｋに移動する。最大変位位
置において、ボール１２と下側ロードプレートとの間の
接触半径は、点Ｂから凹部周辺部上の点Ｄまで延びる。
この動作の間に、水平方向の距離Ｉを移動するに従っ
て、ボール１２は距離ｈだけ上昇する。図４に示される
実施態様において、点Ａと点Ｂとの間の表面１５の傾き
は、適切に一定である。すなわち、表面１５の高さは、
頂点２５からの半径方向の距離の一次関数である。従っ
て、底面に対する傾きの第１次導関数は一定であり、実
質的に一定の復原力が得られる。言い換えると、あらゆ
る変位に対する復原力は、変位の程度から適切に独立し
ている。 【００２７】本発明の好ましい実施態様によると、表面
１５の傾きは、適切に1.43°から１12.68°のオーダで
あり、より好ましくは2.86°から4.28°の範囲であり、
最も好ましくは約４°である。 【００２８】次に、図５を参照すると、本発明の別の実
施態様は、複合復原能力を適切に有している。より詳細
には、復原表面４４は適切に三線形（trilinear）であ
って、表面４４は頂点２５から凹部周辺部１６まで変化
する傾きを有している。図５に示す実施態様によると、
表面４４は、頂点２５と半径ｒ及びそれを横切る弧αと
によって規定される点Ａとの間に延びる第１のセグメン
トを適切に有している。第２のセグメントは、点Ａか
ら、弧βを横切る半径ｒ1によって規定される点Ｅまで
延びる。第３の線形セグメントは、点Ｅから点Ｂまで延
びる。静止位置において、ボール１２は、頂点２５と点
Ａとの間の表面４４の領域と接触する。横方向変位の初
期部分の間、ボール１２は、点Ａと点Ｅとの間の弧の長
さに沿って移動する。この場合、システムは、点Ａと点
Ｅとの間のセグメントの傾きの関数である非線形な復原
力を示す。横方向変位が増大すると、ボール１２は点Ｅ
と点Ｂとの間の領域に入り、そこではシステムは、最大
横方向変位の近傍まで実質的に一定の復原力を示す。最
大横方向変位の近傍では、ボール１２は点Ｂから点Ｆま
で移動し、そこでは、点Ｂと点Ｆとの間の表面４４のセ
グメントの傾きの関数である第３の復原力が、ベアリン
グシステムによって示される。図５に示される実施態様
において、点Ａと点Ｅとの間のセグメントの傾きと点Ｂ
と点Ｆとの間のセグメントの傾きとは、適切に同じであ
る。しかし、本発明においては、どのような適切な傾き
も用いられ、従って、可変の復原力も用いられ得る。 【００２９】次に、図６を参照すると、バルーン状複合
復原面は、頂点２５（点Ｃ）と第１の半径ｒによって特
徴づけられる点Ａとの間に延びる第１のセグメントを適
切に有している。点Ａと点Ｅとの間の第２の領域は半径
ｒ1によって特徴づけられ、点Ｅと点Ｆとの間の第３の
領域は半径ｒ2によって特徴づけられる。点Ｆと点Ｄと
の間の表面４４の第４の領域は、ボール１２の半径に対
応する半径ｒによって特徴づけられることが理解され
る。 【００３０】続けて図６を参照すると、本発明では半径
或いは線形表面のいかなる適切な組み合わせも用いられ
得ることが理解される。さらに、１つを超える線形セグ
メントが用いられる実施態様においては、線形セグメン
トが同じ傾きを有する必要はない。 【００３１】次に、図７及び図８を参照すると、複合ベ
アリングプレート３０は、中心プラグ３２と、ベースプ
レート３６と、中心プラグ３２と、溶接線３３と、支持
リング３４と、周辺（或いは凹状）プレート３５と、ア
ンカーボルト孔３７と、を備えている。大きい平面サイ
ズのアセンブリにおいては、図７及び図８に示される組
立ベアリング構造の方が、製造がより経済的且つ容易で
ある。円錐形表面は、性能を大幅に劣化させずに、実質
的に角錐形に形成され得る。ある場合には、角錐形表面
は、より円滑な復原作用を得るために切削或いは研削さ
れ得る。図７に最もよく示されるように、プレート３０
の経済的な構造は、複数の実質的に平坦な平面プレート
セグメント３９を溶接することによって達成され得る。
図７及び図８に示される実施態様によると、各表面セグ
メント３９とベースプレート３６との間の間隙領域は、
例えばコンクリートなどの適切な材料（不図示）によっ
て充填され得る。 【００３２】次に、図９を参照すると、対向配置された
ロードプレート２１のうちの一つ以上に、アコーディオ
ン型のゴムリング２７が接着剤によって適切に接着され
得る。このようなゴムリングは、水、粉塵、破片、鳥及
び虫がキャビティ内領域に入ることを有利に防止する。 【００３３】本発明のさらなる局面によると、ここに記
載された各円錐形表面は、高強度の鋼或いは高強度を示
すその他の材料で適切に形成され得る。さらに、様々な
表面は、テフロン（登録商標）或いはその他の保護層に
よって被覆され得る。 【００３４】本発明のさらなる局面によると、一定の復
原力については、横方向のベアリング力は横方向のベア
リング変位から実質的に独立している。復原力が本質的
に保存的であり且つ回転摩擦が散逸的な力を表す限りに
おいては、復原力と摩擦力との間の関係は、基本的に一
定の関数である。これらの基本的に一定の散逸的な力及
び復原的な力は、以前には、従来技術のシステムでは達
成不可能であった。 【００３５】本発明のさらに別の局面によると、ロード
プレートのうちの１つだけが、円錐形の凹部を備える必
要がある。すなわち、ロードプレートのうちの１つ（上
側プレート或いは下側プレートのいずれか）は、ここで
述べられたタイプの円錐形の凹部を有し得るが、それに
対向して配置されたロードプレートは、基本的に平坦な
表面を有し得る。 【００３６】本発明のさらに別の局面によると、ここで
述べられた様々なベアリングには、ベアリング変位を減
少させるための外側ダンパが補足され得る。 【００３７】下側プレートが取り付けられる基礎或いは
上側プレートが取り付けられる建築物のいずれかが、湾
曲され、傾斜され、或いは斜めにされる用途において
は、ここで述べられたロードプレートと共同して基部
（sole）プレート及びメーソンリー（masonry）プレー
トを用いることによって、対向するベアリングプレート
を適切に水平方向に整列させ得ることも理解される。 【００３８】本発明のさらに別の局面によると、いかな
る特定の用途で用いられるベアリングアセンブリの数及
び大きさも、支持される荷重の所望の支持力を有するよ
うに構成され得る。この点において、接触圧（ヘルツ応
力）は、硬化鋼ボールの耐力（例えば80,000〜120,000p
si）に近づくように設計され得る。 【００３９】本発明のさらなる局面によると、ステンレ
ススチールの円錐内ボール収容型ベアリングアセンブリ
は、特に適切なガスケットによって外部環境から適切に
アイソレートされれば、使用時にメンテナンス、検査、
或いは交換を必要としない。 【００４０】本発明のさらに別の局面によると、本発明
のベアリングアセンブリを用いる小規模の実験は、南北
方向に与えられたベアリングの動きを、東西方向の力に
変換する能力を示した。この動的な直交性は、ピーク指
向性衝撃（peak directionalshocks）を好ましく平均化
する。これらのおそらくはランダム且つ自動的な平均化
プロセスは、いずれの特定の適用例において経験される
であろうベアリング寸法及びピーク応答力を、減少させ
る傾向にある。 【００４１】本発明は、図面に記載された好ましく代替
的な実施態様と関連して記載されているが、本発明がそ
れらに限定されないことが理解されるであろう。添付の
請求項に記載される本発明の精神及び範囲から逸脱せず
に、構成要素及び材料の選択及び構成に様々な改変を行
い得る。
橋、及びその他の建築物の支持に用いられるアイソレー
ションベアリングに関する。より詳細には、本発明は、
地震及びその他の地震性活動において有効な復原能力を
有する地震アイソレーションベアリングに関する。 【０００２】 【従来の技術】地震ベースアイソレータ（seismic base
isolators）とも称される地震アイソレーションベアリ
ング（seismic isolation bearings）は、一般的に公知
である。地震アイソレーションベアリングは、一般的に
少なくとも２つの基本的な機能、すなわち、デカップリ
ング（decoupling）機能及び復原（restoring）機能を
行う。 【０００３】デカップリングは、運動アイソレーション
として一般的に特徴付けられ得て、ベアリングによって
支持されている建築物を、その上に建築物が支持されて
いる地表の動きから、少なくとも部分的にアイソレート
することを含む。典型的には、アイソレーションベアリ
ングのデカップリング機能は、地震性活動に反応してた
わむように構成されているゴム部品を用いることによっ
て行われる。しかし、アイソレーションベアリングの周
期（period）、大きさ、及び支持力（bearingcapacit
y）は、ゴムの座屈及びロールオーバ容量によって制限
される。実用されているゴムベアリングは、２秒オーダ
の周期を示し、50％オーダのシヤー歪（シヤー変位のゴ
ム高さに対する比）を示す。さらに、典型的なゴムベア
リングは、1000psi（ポンド／インチ）の範囲の支持力
を示す。しかし、これらのパラメータは、「近断層（ne
ar fault）」ゾーン、すなわち、活動中の地震断層から
15マイル以内で用いるのには、しばしば不十分である。 【０００４】さらに、現在公知であるゴムベアリング
は、0.02ラジアンオーダのベアリング回転しか受容しな
いように構成されている。 【０００５】ベアリング再センタリング（復原）機構
は、横方向の力が加えられるとベアリングを元の基準位
置に戻す緩衝ピン或いはその他のばね機構を備えてい
る。例えば、同一発明者によって1994年11月25日に提出
された、地震アイソレーションベアリング（「Seismic
Isolation Bearing」）と題するＰＣＴ出願番号ＰＣＴ/
94/13598号を参照のこと。 【０００６】より最近では、上記のパラメータを拡大し
て４秒オーダの周期及び3500psiの範囲の支持圧力を有
するようにした摩擦スライド或いはベアリングが提案さ
れている。このような摩擦スライダベアリングは、ベア
リングアセンブリ内に、裏面がテフロン（登録商標）で
被覆された鋼プレートをしばしば有しており、「近断
層」施設に位置する建築物にしばしば必要となる２フィ
ートから６フィートオーダの横方向変位を有しているこ
とが知られている。しかし、テフロン（登録商標）ベア
リングは、ベアリングの回転を受容するためのゴムプレ
ート下地を一般的に必要とする。さらに、摺動ベアリン
グは、典型的には復原機構を有さないので、一方向のみ
に変位する傾向にある。さらに、上記のゴムプレートを
用いることによって、支持力が、例えば約1000psiにま
で大幅に減少する。 【０００７】摩擦ベアリング或いはその他のベアリング
に関するいくつかの先行特許がある。1987年２月24日に
発行されたZayasの米国特許第4,644,714号は、高分子マ
トリックスによって被覆された摩擦面を用いる摩擦振り
子ベアリングを開示している。1988年２月23日に発行さ
れたYaghoubianの米国特許第4,726,161号は、球状皿と
共同している収納且つ潤滑されたボールベアリングを有
するばね荷重テレスコーピングマスを利用した回転ベア
リングを開示している。しかし、このようなベアリング
の制約された大きさ及びメンテナンスの必要性のため
に、これらの使用は、博物館における物体のアイソレー
ションに限定される。 【０００８】 【発明が解決しようとする課題】従って、先行技術の欠
点を克服する地震アイソレーションベアリングアセンブ
リが必要とされる。 【０００９】 【課題を解決するための手段】本発明は、支持される建
築物に固定される上複合ベアリングプレート３０と、該
建築物を支持する基礎に固定される下複合ベアリングプ
レート３０と、球形の剛性ボール１２と、を備える、地
震アイソレーションベアリングアセンブリであって、こ
こで、該上下の複合ベアリングプレート３０は、それぞ
れ、フラットなベースプレート３６、該ベースプレート
３６の中心位置に配置される中心プラグ３２、複数の平
面なくさび形状のプレートセグメント３９、周辺プレー
ト３５、および該ベースプレート３６と該プレートセグ
メント３９との間に配置される支持リング３４を有し、
該上側複合ベアリングプレート３０は、該中心プラグ３
２及び複数のプレートセグメント３９によって形成され
る下方に面して凹んだ角錐形のベアリング表面を有し、
該下側複合ベアリングプレート３０は、該中心プラグ３
２及び複数のプレートセグメント３９によって形成され
る上方に面して凹んだ角錐形のベアリング表面を有し、
該下側複合ベアリングプレート３０の凹んだ角錐形のベ
アリング表面は、該上側複合ベアリングプレート３０の
凹んだ角錐形のベアリング表面と対向し、それによっ
て、該上下の凹んだ角錐形ベアリング表面の間にベアリ
ングキャビティを規定し、該剛性ボール１２は、該ベア
リングキャビティ内に配置されており、該上下の複合ベ
アリングプレート３０の凹んだ角錐形のベアリング表面
は、その中心に該中央プラグ３２を有し、該上下の複合
ベアリングプレート３０の凹んだ角錐形のベアリング表
面は、該周辺プレート３５によって囲まれ、該上下の複
合ベアリングプレート３０の凹んだ角錐形のベアリング
表面は、該中央プラグ３２と周辺プレート３５との間を
伸びる複数の該くさび形状のプレートセグメント３９を
有し、ここで、該周辺プレート３５および該支持リング
３４は、該中央プラグ３２の周囲に同心的に配置され、
該周辺プレート３５および支持リング３４は、該ベース
プレート３６から該凹んだ角錐形ベアリング表面へ垂直
に延びている、地震アイソレーションベアリングアセン
ブリを提供する。 【００１０】 【００１１】 【００１２】横方向の力がベアリングアセンブリに加え
られると、上側複合ベアリングプレートが下側複合ベア
リングプレートに対して横方向に変位して、上下の複合
ベアリングプレートの間に挟持されたボールがベアリン
グプレートを横切って転がり、ボールはより高い高さに
移動する。このように、建築物に作用する重力によっ
て、建築物をその元の位置に復原しようとする横方向の
力の成分が生じる。 【００１３】 【００１４】本発明のさらなる局面によると、ゴムシー
ル材、発泡シール材、或いはその他のシール材（ガスケ
ット）が、隣接する複合ベアリングプレートの周辺部の
周囲に用いられ得て、角錐形キャビティの汚染が防止さ
れ得る。 【００１５】 【００１６】 【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照しながら本
発明を説明する。図面中、同一の参照番号は同一の構成
要素を示している。 【００１７】図１を参照すると、例示的なアイソレーシ
ョンベアリングアセンブリ１０は、上側ロードプレート
１１Ａと、下側ロードプレート１１Ｂと、構成されたア
ンカーボルト１４を受容するように構成されたそれぞれ
のアンカーボルト孔１３と、プレート１１Ａと１１Ｂと
の間の領域に受容されるように構成されたボール１２
と、を適切に備えている。 【００１８】各々のプレート１１は、例えば円形の縁や
肩部などの凹部周辺部１６によって境界づけられる凹部
１５を、適切に備えている。 【００１９】建物、橋、或いは他の建築物に設置される
とき、上側ベアリングプレート１１Ａは、アンカーボル
ト１４を用いることによって、支持される建築物に適切
に固着される。下側ロードプレート１１Ｂは、アンカー
ボルト１４を用いることによって、例えばコンクリート
スラブなどの基礎に適切に取り付けられる。標準位置に
おいて、ボール１２は、各プレート１１Ａと１１Ｂとの
間で適切に中心に置かれて、プレート１１Ａ及び１１Ｂ
の各頂点１７の間に位置する。 【００２０】地震性転位或いはその他の活動によって、
一方のロードプレートに他方のロードプレートに対する
横方向の力がかかると、プレートは互いに横方向に動
く。その結果、ボール１２は、各ロードプレートの頂点
１７から凹部周辺部１６に向かって都合良く移動する。
本発明のある局面によると、アイソレーションベアリン
グ１０が最大横方向変位にあるとき、ボール１２は、上
側ロードプレート１１Ａ及び下側ロードプレート１１Ｂ
の両方の凹部周辺部（１６）と、適切に接触する。 【００２１】プレート１１Ａ及び１１Ｂが、それらの基
準位置から互いに横方向にずれると、ベアリングによっ
て支持される建物或いはその他の建築物の重さによっ
て、上側ベアリングプレート１１Ａに下向きの力がかか
る。このベアリング力は、ボール１２を介して下側ベア
リングプレート１１Ｂに伝達される。凹状表面１５の傾
斜角によって、建物或いはその他の建築物によって加え
られる垂直方向の重力の成分は、以下で図４〜図６を参
照してより詳細に述べられるように、ロードプレートを
基準位置に戻そうとする横方向の（例えば、水平方向
の）復原力として現れる。 【００２２】次に図２を参照すると、デュアルキャビテ
ィベアリング２０は、上側ロードプレート２１Ａと下側
ロードプレート２１Ｂとを適切に備えている。これらの
プレートは、頂点２５によって特徴づけられる二つの凹
状円錐２３を、各々有している。ボール２４は、キャビ
ティ内領域に各々配置されている。本発明の好ましい実
施態様によると、例えばゴムガスケット或いは発泡ガス
ケットである適切なガスケット２２が、２つのプレート
のうちの一つ或いは両方に接着（例えば、接着剤によっ
て接着）され得る。ガスケットは、粉塵やその他の破片
がキャビティ内領域に入るのを防ぐ。 【００２３】次に図３を参照すると、４つの円錐を有す
るシステム４０は、各々のロードプレート２１と、各々
の円錐２３と、各々のアンカーボルト孔２６とを、適切
に備えている。このような複数の円錐を用いる実施態様
においては、片側にある２つの隣接するボール（簡単の
ために不図示）が、回転ベアリング応力が与えられてい
る間に過負荷をかけられる傾向にあることが予期され
る。 【００２４】複数の円錐を用いる実施態様のさらなる局
面によると、本発明の発明者は、ベアリングシステムの
支持力が、用いられるボール／円錐の組み合わせの数の
倍数として増大することを観察した。例えば、同一材料
及び同一寸法について、２つの円錐を用いる構成（図
２）の支持力は、単一の円錐を用いる構成の支持力の適
切に２倍の強さであり、４つの円錐を用いる構成（図
３）の支持力は、単一の円錐を用いる構成の支持力の適
切に４倍の強さである。高いベアリング回転数が予期さ
れる用途においては、ロードプレートの下に配置された
補足的な弾性プレート或いはエラストマープレートを用
いて、対象となる地震ベアリングアセンブリを増大し
て、システムが受容し得るベアリング回転の程度を大き
くし得る。 【００２５】次に図４を参照すると、表面１５の半円錐
形部分の基本的幾何学的構成が示されている。 【００２６】標準位置では、ボール１２は、円錐の頂点
２５に対応する点Ｃに適切に存在する。この位置におい
て、（半径ｒを有する）ボール１２と表面１５との間の
接触半径は距離ａとして示され、弧αによって特徴づけ
られる。横方向の力がベアリングに加えられると、ボー
ル１２は、初期静止位置Ｊから、図４において最大変位
位置として示される変位位置Ｋに移動する。最大変位位
置において、ボール１２と下側ロードプレートとの間の
接触半径は、点Ｂから凹部周辺部上の点Ｄまで延びる。
この動作の間に、水平方向の距離Ｉを移動するに従っ
て、ボール１２は距離ｈだけ上昇する。図４に示される
実施態様において、点Ａと点Ｂとの間の表面１５の傾き
は、適切に一定である。すなわち、表面１５の高さは、
頂点２５からの半径方向の距離の一次関数である。従っ
て、底面に対する傾きの第１次導関数は一定であり、実
質的に一定の復原力が得られる。言い換えると、あらゆ
る変位に対する復原力は、変位の程度から適切に独立し
ている。 【００２７】本発明の好ましい実施態様によると、表面
１５の傾きは、適切に1.43°から１12.68°のオーダで
あり、より好ましくは2.86°から4.28°の範囲であり、
最も好ましくは約４°である。 【００２８】次に、図５を参照すると、本発明の別の実
施態様は、複合復原能力を適切に有している。より詳細
には、復原表面４４は適切に三線形（trilinear）であ
って、表面４４は頂点２５から凹部周辺部１６まで変化
する傾きを有している。図５に示す実施態様によると、
表面４４は、頂点２５と半径ｒ及びそれを横切る弧αと
によって規定される点Ａとの間に延びる第１のセグメン
トを適切に有している。第２のセグメントは、点Ａか
ら、弧βを横切る半径ｒ1によって規定される点Ｅまで
延びる。第３の線形セグメントは、点Ｅから点Ｂまで延
びる。静止位置において、ボール１２は、頂点２５と点
Ａとの間の表面４４の領域と接触する。横方向変位の初
期部分の間、ボール１２は、点Ａと点Ｅとの間の弧の長
さに沿って移動する。この場合、システムは、点Ａと点
Ｅとの間のセグメントの傾きの関数である非線形な復原
力を示す。横方向変位が増大すると、ボール１２は点Ｅ
と点Ｂとの間の領域に入り、そこではシステムは、最大
横方向変位の近傍まで実質的に一定の復原力を示す。最
大横方向変位の近傍では、ボール１２は点Ｂから点Ｆま
で移動し、そこでは、点Ｂと点Ｆとの間の表面４４のセ
グメントの傾きの関数である第３の復原力が、ベアリン
グシステムによって示される。図５に示される実施態様
において、点Ａと点Ｅとの間のセグメントの傾きと点Ｂ
と点Ｆとの間のセグメントの傾きとは、適切に同じであ
る。しかし、本発明においては、どのような適切な傾き
も用いられ、従って、可変の復原力も用いられ得る。 【００２９】次に、図６を参照すると、バルーン状複合
復原面は、頂点２５（点Ｃ）と第１の半径ｒによって特
徴づけられる点Ａとの間に延びる第１のセグメントを適
切に有している。点Ａと点Ｅとの間の第２の領域は半径
ｒ1によって特徴づけられ、点Ｅと点Ｆとの間の第３の
領域は半径ｒ2によって特徴づけられる。点Ｆと点Ｄと
の間の表面４４の第４の領域は、ボール１２の半径に対
応する半径ｒによって特徴づけられることが理解され
る。 【００３０】続けて図６を参照すると、本発明では半径
或いは線形表面のいかなる適切な組み合わせも用いられ
得ることが理解される。さらに、１つを超える線形セグ
メントが用いられる実施態様においては、線形セグメン
トが同じ傾きを有する必要はない。 【００３１】次に、図７及び図８を参照すると、複合ベ
アリングプレート３０は、中心プラグ３２と、ベースプ
レート３６と、中心プラグ３２と、溶接線３３と、支持
リング３４と、周辺（或いは凹状）プレート３５と、ア
ンカーボルト孔３７と、を備えている。大きい平面サイ
ズのアセンブリにおいては、図７及び図８に示される組
立ベアリング構造の方が、製造がより経済的且つ容易で
ある。円錐形表面は、性能を大幅に劣化させずに、実質
的に角錐形に形成され得る。ある場合には、角錐形表面
は、より円滑な復原作用を得るために切削或いは研削さ
れ得る。図７に最もよく示されるように、プレート３０
の経済的な構造は、複数の実質的に平坦な平面プレート
セグメント３９を溶接することによって達成され得る。
図７及び図８に示される実施態様によると、各表面セグ
メント３９とベースプレート３６との間の間隙領域は、
例えばコンクリートなどの適切な材料（不図示）によっ
て充填され得る。 【００３２】次に、図９を参照すると、対向配置された
ロードプレート２１のうちの一つ以上に、アコーディオ
ン型のゴムリング２７が接着剤によって適切に接着され
得る。このようなゴムリングは、水、粉塵、破片、鳥及
び虫がキャビティ内領域に入ることを有利に防止する。 【００３３】本発明のさらなる局面によると、ここに記
載された各円錐形表面は、高強度の鋼或いは高強度を示
すその他の材料で適切に形成され得る。さらに、様々な
表面は、テフロン（登録商標）或いはその他の保護層に
よって被覆され得る。 【００３４】本発明のさらなる局面によると、一定の復
原力については、横方向のベアリング力は横方向のベア
リング変位から実質的に独立している。復原力が本質的
に保存的であり且つ回転摩擦が散逸的な力を表す限りに
おいては、復原力と摩擦力との間の関係は、基本的に一
定の関数である。これらの基本的に一定の散逸的な力及
び復原的な力は、以前には、従来技術のシステムでは達
成不可能であった。 【００３５】本発明のさらに別の局面によると、ロード
プレートのうちの１つだけが、円錐形の凹部を備える必
要がある。すなわち、ロードプレートのうちの１つ（上
側プレート或いは下側プレートのいずれか）は、ここで
述べられたタイプの円錐形の凹部を有し得るが、それに
対向して配置されたロードプレートは、基本的に平坦な
表面を有し得る。 【００３６】本発明のさらに別の局面によると、ここで
述べられた様々なベアリングには、ベアリング変位を減
少させるための外側ダンパが補足され得る。 【００３７】下側プレートが取り付けられる基礎或いは
上側プレートが取り付けられる建築物のいずれかが、湾
曲され、傾斜され、或いは斜めにされる用途において
は、ここで述べられたロードプレートと共同して基部
（sole）プレート及びメーソンリー（masonry）プレー
トを用いることによって、対向するベアリングプレート
を適切に水平方向に整列させ得ることも理解される。 【００３８】本発明のさらに別の局面によると、いかな
る特定の用途で用いられるベアリングアセンブリの数及
び大きさも、支持される荷重の所望の支持力を有するよ
うに構成され得る。この点において、接触圧（ヘルツ応
力）は、硬化鋼ボールの耐力（例えば80,000〜120,000p
si）に近づくように設計され得る。 【００３９】本発明のさらなる局面によると、ステンレ
ススチールの円錐内ボール収容型ベアリングアセンブリ
は、特に適切なガスケットによって外部環境から適切に
アイソレートされれば、使用時にメンテナンス、検査、
或いは交換を必要としない。 【００４０】本発明のさらに別の局面によると、本発明
のベアリングアセンブリを用いる小規模の実験は、南北
方向に与えられたベアリングの動きを、東西方向の力に
変換する能力を示した。この動的な直交性は、ピーク指
向性衝撃（peak directionalshocks）を好ましく平均化
する。これらのおそらくはランダム且つ自動的な平均化
プロセスは、いずれの特定の適用例において経験される
であろうベアリング寸法及びピーク応答力を、減少させ
る傾向にある。 【００４１】本発明は、図面に記載された好ましく代替
的な実施態様と関連して記載されているが、本発明がそ
れらに限定されないことが理解されるであろう。添付の
請求項に記載される本発明の精神及び範囲から逸脱せず
に、構成要素及び材料の選択及び構成に様々な改変を行
い得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明による例示的な円錐内ボール収
容型地震アイソレーションベアリングの好ましい実施態
様の分解斜視図である。 【図２】図２は、本発明の教示によるデュアルアイショ
レーションベアリングの断面図である。 【図３】図３は、本発明による例示的なアイソレーショ
ンベアリングの複数の円錐の配列を示す図である。 【図４】図４は、実質的に線形の傾斜を示す円錐形セグ
メントの部分断面図である。 【図５】図５は、非線形なベアリング表面の傾きを示す
部分断面図である。 【図６】図６は、非線形なベアリング表面の別の実施態
様の部分断面図である。 【図７】図７は、本発明によるモジュラーロードプレー
ト構造の平面図である。 【図８】図８は、図７に示されるモジュラーロードプレ
ートの断面図である。 【図９】図９は、その間にアコーディオン型ゴムガスケ
ットを有する、接触するロードプレートの例示的な対の
部分断面図である。 【符号の説明】 １０ アイソレーションベアリングアセンブリ １１Ａ 上側ロードプレート １１Ｂ 下側ロードプレート １２ ボール
容型地震アイソレーションベアリングの好ましい実施態
様の分解斜視図である。 【図２】図２は、本発明の教示によるデュアルアイショ
レーションベアリングの断面図である。 【図３】図３は、本発明による例示的なアイソレーショ
ンベアリングの複数の円錐の配列を示す図である。 【図４】図４は、実質的に線形の傾斜を示す円錐形セグ
メントの部分断面図である。 【図５】図５は、非線形なベアリング表面の傾きを示す
部分断面図である。 【図６】図６は、非線形なベアリング表面の別の実施態
様の部分断面図である。 【図７】図７は、本発明によるモジュラーロードプレー
ト構造の平面図である。 【図８】図８は、図７に示されるモジュラーロードプレ
ートの断面図である。 【図９】図９は、その間にアコーディオン型ゴムガスケ
ットを有する、接触するロードプレートの例示的な対の
部分断面図である。 【符号の説明】 １０ アイソレーションベアリングアセンブリ １１Ａ 上側ロードプレート １１Ｂ 下側ロードプレート １２ ボール
フロントページの続き
(56)参考文献 実開 平３−62247（ＪＰ，Ｕ)
米国特許3771270（ＵＳ，Ａ)
米国特許5056280（ＵＳ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
F16F 15/02
E04H 9/02 331
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 支持される建築物に固定される上複合ベ
アリングプレート３０と、 該建築物を支持する基礎に固定される下複合ベアリング
プレート３０と、 球形の剛性ボール１２と、 を備える、地震アイソレーションベアリングアセンブリ
であって、 ここで、該上下の複合ベアリングプレート３０は、それ
ぞれ、フラットなベースプレート３６、該ベースプレー
ト３６の中心位置に配置される中心プラグ３２、複数の
平面なくさび形状のプレートセグメント３９、周辺プレ
ート３５、および該ベースプレート３６と該プレートセ
グメント３９との間に配置される支持リング３４を有
し、 該上側複合ベアリングプレート３０は、該中心プラグ３
２及び複数のプレートセグメント３９によって形成され
る下方に面して凹んだ角錐形のベアリング表面を有し、 該下側複合ベアリングプレート３０は、該中心プラグ３
２及び複数のプレートセグメント３９によって形成され
る上方に面して凹んだ角錐形のベアリング表面を有し、 該下側複合ベアリングプレート３０の凹んだ角錐形のベ
アリング表面は、該上側複合ベアリングプレート３０の
凹んだ角錐形のベアリング表面と対向し、 それによって、該上下の凹んだ角錐形ベアリング表面の
間にベアリングキャビティを規定し、 該剛性ボール１２は、該ベアリングキャビティ内に配置
されており、 該上下の複合ベアリングプレート３０の凹んだ角錐形の
ベアリング表面は、その中心に該中央プラグ３２を有
し、 該上下の複合ベアリングプレート３０の凹んだ角錐形の
ベアリング表面は、該周辺プレート３５によって囲ま
れ、 該上下の複合ベアリングプレート３０の凹んだ角錐形の
ベアリング表面は、該中央プラグ３２と周辺プレート３
５との間を伸びる複数の該くさび形状のプレートセグメ
ント３９を有し、 ここで、該周辺プレート３５および該支持リング３４
は、該中央プラグ３２の周囲に同心的に配置され、 該周辺プレート３５および支持リング３４は、該ベース
プレート３６から該凹んだ角錐形ベアリング表面へ垂直
に延びている、地震アイソレーションベアリングアセン
ブリ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/194,170 | 1994-02-09 | ||
| US08/194,170 US5599106A (en) | 1994-02-09 | 1994-02-09 | Ball-in-cone seismic isolation bearing |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7521378A Division JPH09507701A (ja) | 1994-02-09 | 1995-02-09 | 円錐内ボール収容型地震アイソレーションベアリング |
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|---|---|
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| JP3467513B2 true JP3467513B2 (ja) | 2003-11-17 |
Family
ID=22716562
Family Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7521378A Pending JPH09507701A (ja) | 1994-02-09 | 1995-02-09 | 円錐内ボール収容型地震アイソレーションベアリング |
| JP2002009246A Expired - Lifetime JP3467513B2 (ja) | 1994-02-09 | 2002-01-17 | 円錐内ボール収容型地震アイソレーションベアリング |
Family Applications Before (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7521378A Pending JPH09507701A (ja) | 1994-02-09 | 1995-02-09 | 円錐内ボール収容型地震アイソレーションベアリング |
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| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5599106A (ja) |
| JP (2) | JPH09507701A (ja) |
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