JP3804406B2 - 減衰力調整機能付皿ばねユニット - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２つの構造体間に介在され、それら構造体間の振動伝播（伝達）を制御する皿ばねユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、上方構造体と下方構造体との間に介在され、複数の同一形状をなす皿ばねがそれらの傾斜面同士を接触させて積み重ねられた皿ばね群、またはこれら皿ばね群を複数用いて交互になるように組み合わせた皿ばね組立体でなり、その皿ばね群の弾性力によって上方構造体を支持し、上下構造体間の振動伝播を抑制する上下免震装置を構成する皿ばねユニットが知られている。
【０００３】
そして、この上下免震装置の皿ばねユニットにあっては、上記皿ばねユニットに上記上方構造体の重量が加えられて設置されている。そして、地震等によって下方構造体が上下方向に変位することによってその荷重が変化すると、上記皿ばねユニットの各皿ばねは上記荷重の変化に対応して、その傾斜角度が大きくなったり、小さくなったりするように弾性変形し、下方構造体の上方構造体に対する相対変位を吸収して上方構造体に伝達される振動を緩和する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の皿ばねユニットにあっては、それを構成する皿ばね群の各皿ばねは、それらの傾斜面同士が接触するように積み重ねられている。このため、各皿ばねが上記荷重の変化によって弾性変形する際には、皿ばねの一方の面が円周方向に圧縮、他方の面が引張となり、それらの接触面が相対的に移動し、このとき皿ばねの表面処理状態に応じた摩擦力（減衰力）が発生する。
【０００５】
よって、荷重の変化による皿ばねを変形させる力が上記皿ばね間の最大摩擦力より小さい場合には、皿ばねの弾性変形は進まず、皿ばね本来の剛性より硬い状態にて上方構造体を支持している。
【０００６】
即ち、上記上下免震構造では、荷重の変化による皿ばねを変形させる力が上記皿ばね間の最大摩擦力より小さい振動が下方構造体に入力されても、皿ばねが弾性変形しないため短周期成分の応答が励起し免震効果が得られない。
【０００７】
そこで、本発明はかかる従来の課題に鑑みて成されたもので、積み重ねられた皿ばね同士間に働く相互の拘束力を抑えて、地震力に対して応答性良く弾性変形する減衰力調整機能付皿ばねユニットを提供すること目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために、本発明の請求項１に係る減衰力調整機能付皿ばねユニットは、２つの構造体間に介在されて、一方の構造体の重量を支持するとともに、他方の構造体に入力する振動を減衰する減衰力調整機能付皿ばねユニットであって、複数の皿ばねを同一向きに積み重ねた皿ばね群と、複数の皿ばねを同一向きに積み重ね、かつ隣接する皿ばね間に緩衝層を介在させた皿ばね積層体とを、隣接するもの同士が互いに逆向きになるように交互に直列に配置して皿ばね組立体を構成し、この皿ばね組立体を前記２つの構造体間に少なくとも一つ介在させたことを特徴とする。
本発明による減衰力調整機能付皿ばねユニットによれば、弾性変形しやすい皿ばね積層体による減衰性能と、所定の荷重が入力するまで弾性変形しない皿ばね群による減衰特性との２種類の減衰性能を利用して、減衰力調整機能付皿ばねユニット全体としての減衰力を所望の値に設定することができる。
【００１０】
さらに、本発明の請求項２に係る減衰力調整機能付皿ばねユニットは、請求項１に記載の減衰力調整機能付皿ばねユニットであって、前記緩衝層は、前記隣接する皿ばね間に介在され、表面に皿ばねよりも摩擦係数が小さい低摩擦部材をコーティングした板材であることを特徴とする。
本発明による減衰力調整機能付皿ばねユニットによれば、皿ばね積層体の隣接する皿ばね間に介在される緩衝層は、表面に皿ばねよりも摩擦係数が小さい低摩擦部材をコーティングした板材から構成されているので、２つの構造体間に入力する振動（荷重）が小さい場合であっても、隣接する皿ばね間の摩擦力によって皿ばねの弾性変形が拘束されるようなことはなく、皿ばねは入力する振動（荷重）に追従して滑らかに弾性変形することになり、入力する振動を効率よく減衰することができる。
【００１１】
さらに、本発明の請求項３に係る減衰力調整機能付皿ばねユニットは、請求項１に記載の減衰力調整機能付皿ばねユニットであって、前記緩衝層は、前記隣接する皿ばねの相手方との対向面にコーティングされた皿ばねよりも摩擦係数の低い低摩擦部材であることを特徴とする。
本発明の減衰力調整機能付皿ばねユニットによれば、皿ばね積層体の隣接する皿ばね間に介在される緩衝層は、隣接する皿ばねの相手方との対向面にコーティングされた皿ばねよりも摩擦係数の低い低摩擦部材から構成されているので、２つの構造体間に入力する振動（荷重）が小さい場合であっても、隣接する皿ばね間の摩擦力によって皿ばねの弾性変形が拘束されるようなことはなく、皿ばねは入力する振動（荷重）に追従して滑らかに弾性変形することになり、入力する振動を効率よく減衰することができる。
【００１２】
さらに、本発明の請求項４に係る減衰力調整機能付皿ばねユニットは、請求項１に記載の減衰力調整機能付皿ばねユニットであって、前記緩衝層は、前記隣接する皿ばね間に介在されて、皿ばねの変形に追従して弾性変形する弾性材又は粘弾性材であることを特徴とする。
本発明による減衰力調整機能付皿ばねユニットによれば、皿ばね積層体の隣接する皿ばね間に介在される緩衝層は、皿ばねの変形に追従して弾性変形する弾性材又は粘弾性材から構成されているので、２つの構造体間に入力する振動（荷重）が小さい場合であっても、隣接する皿ばね間の摩擦力によって皿ばねの弾性変形が拘束されるようなことはなく、皿ばねは入力する振動（荷重）に追従して滑らかに弾性変形することになり、入力する振動を効率よく減衰することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付図面を参照して詳細に説明する。図１は減衰力調整機能付皿ばねユニットを適用した基本的な上下免震装置の参考例を示す構造図である。
【００１４】
この上下免震装置１０は、上方に位置する建物１２とその下方に位置する基礎１４との二つの構造体間に介在されている。
上記上下免震装置１０は、複数の皿ばね２６ａが同一方向に向けられて積み重ねられるとともに、それら各皿ばね２６ａ間にそれぞれ、緩衝層をなす高分子化合物のゴムシート２０が介在され減衰力調整機能付皿ばねユニット１６をなす皿ばね積層体２６と、この皿ばね積層体２６を基礎１４上に支持する金属製の支持脚２８とで構成されている。
【００１５】
上記皿ばね積層体２６を構成する皿ばね２６ａは一般に知られるように、中央部に開口部が形成されたドーナツ状を成し、その周面は傾斜面をなして全体として中央が開口された笠状に形成されている。
【００１６】
そして、上記皿ばね２６ａとほぼ同型状のゴムシート２０を各皿ばね２６ａ間に介在させて、各皿ばね２６ａ同士が互いに接触しないように皿ばね２６ａとゴムシート２０とが交互に配置されて皿ばね積層体２６が形成され、基礎１４上に設置された支持脚２８の座部２８ａに載置されている。また、皿ばね２６ａとゴムシート２０との中央開口には、上記座部２８ａの中央に立設されている脚部２８ｂが挿通されて、皿ばね積層体２６の皿ばね２６ａおよびゴムシート２０の積層状態が維持されている。このとき、ゴムシート２０は皿ばね２６ａに接着しても、単に挟み込むだけでも構わない。
【００１７】
そして、この皿ばね積層体２６は、建物１２と支持脚２８の座部２８ａとの間に介在された状態で、建物１２の重量によって所定の荷重が入力されるとともに、弾性変形可能に建物１２を支持している。
即ち、この上下免震装置１０は、上下方向の振動が基礎１４に入力されると、皿ばね積層体２６の皿ばね２６ａに圧縮方向の力が加えられ、皿ばね２６ａはその笠状の傾斜面のなす角度が小さくなるように変形し、また、反発してその角度が大きくなるように変形する。この皿ばね２６ａの弾性変形によって、建物１２は上下方向の振動が免震される。
【００１８】
このとき、これら皿ばね２６ａ間にはゴムシート２０が介在されているため、皿ばね２６ａの傾斜面同士が直接接触することはない。即ち、上下に位置する皿ばね２６ａの傾斜面はそれぞれゴムシート２０と接しており、皿ばね積層体２６が圧縮されて皿ばね２６ａが変形する場合には、その間に介在されているゴムシート２０も追随して弾性変形することによって、皿ばね２６ａの変形に伴う皿ばね２６ａ間の相対移動が摩擦力により拘束されず、皿ばね２６ａは滑らかに弾性変形することができ、建物１２の基礎１４に対する振動を制御することができる。したがって、基礎１４に入力された振動が小さい場合であっても、各皿ばね２６ａは弾性変形することができ、入力された振動に対して応答性が良い免震効果を得ることができる。
【００１９】
また、各皿ばね２６ａ同士が接触していないため、皿ばね２６ａが弾性変形する際には各皿ばね２６ａ間に相互に作用する摩擦力が発生しない。よって、皿ばね２６ａの表面状態等に依存することなく安定した免震効果を得ることができる。
【００２０】
また、上記ゴムシート２０に代えて各皿ばね２６ａ間にシート状をなす粘弾性材を介在させた場合にも、その粘弾性材が備える弾性によって各皿ばね間ではそれら相互の拘束力が働かず、建物１２と基礎１４との間に小さな荷重が入力されても各皿ばねは弾性変形し、減衰力調整機能付皿ばねユニット１６は入力された荷重（地震力）に対して応答性良く両構造体間の振動伝播を制御することができる。さらに加えて、各皿ばね２６ａの弾性変形にともなって粘弾性が剪断変形すると、この粘弾性材が備える粘性によって振動エネルギーが吸収されるため、粘性による減衰効果をも得ることができる。
【００２１】
本参考例においては、皿ばね積層体２６の各皿ばね２６ａ間に緩衝層としてゴムシート２０および粘弾性材を介在させる形態を示したが、緩衝層をなすゴム等の形状はシート状に限るものではない。
【００２２】
図２は参考例の変形例を示す構造図である。ここで、本変形例の全体的な概略構成は前述の参考例で示した図１の構成とほぼ同じであり、よって同一の部材には同一の符号を付して、その相違点についてのみ説明する。
図２に示すように、基本的に本変形例は、上下免震装置の皿ばね間に介在する緩衝層が低摩擦部材でなる点で前記参考例と相違する。
【００２３】
この変形例では、緩衝層として皿ばね２６ａとは異なる板材に摩擦係数が低いポリテトラフルオロエチレンをコーティングしたポリテトラフルオロエチレン板２０ａを介在させている。この構成の上下免震装置１０では、隣接する皿ばね２６ａ間にはポリテトラフルオロエチレン板２０ａが介在されているので、各皿ばね２６ａとポリテトラフルオロエチレン板２０ａとの間に働く最大摩擦力は小さい。よって、各皿ばね２６ａは、たとえ小さな振動が基礎１４に入力された場合であっても容易に弾性変形し、建物１２を免震することができる。
【００２４】
また、振動による荷重の変化に伴って皿ばね２６ａを変形させる力が大きくなっていく場合にも、各皿ばねとポリテトラフルオロエチレン板２０ａとの間の最大摩擦力が小さいので、皿ばね２６ａを変形させる力が比較的小さい段階で皿ばね２６ａは弾性変形する。即ち、上記最大摩擦力が小さいので、各皿ばね２６ａが急激に弾性変形することはなく、建物１２への短期周期成分の振動の発生を抑えることができる。
【００２５】
上記変形例において、低摩擦部材をポリテトラフルオロエチレン板２０ａとしたが、これに限ることなく、皿ばねに直接に低摩擦部材であるポリテトラフルオロエチレンを吹き付け塗装したコーティング仕様の皿ばねを用いてもよい。
【００２６】
また、図３は第１実施形態を示す構造図である。この第１実施形態は参考例で用いた皿ばね積層体２６、即ち各皿ばね２６ａ間にゴムシート２０を介在させた皿ばね積層体２６と、単に皿ばねを重ね合わせた皿ばね群３０とをそれらの上下方向の向きが交互になるように重ね合わせて建物１２と基礎１４との間に介在させている。このとき、例えば２つの皿ばね積層体２６と２つの皿ばね群３０とを用い、皿ばね積層体２６と皿ばね群３０とは交互に配置するとともに、それらの笠状の上端部同士を当接させて直列に配置して減衰力調整機能付皿ばねユニット１６を形成する。
【００２７】
この構成の上下免震装置１０では、単に皿ばね２６ａを重ね合わせた皿ばね群３０と各皿ばね２６ａ間にゴムシート２０を介在させた皿ばね積層体２６とを組み合わせることにより、弾性変形しやすい皿ばね積層体２６と所定の荷重が入力されるまで弾性変形しない皿ばね群３０との減衰性能の相違を利用して、減衰力調整機能付皿ばねユニット１６を全体として作用する減衰力を所望の値に設定することができる。
【００２８】
また、上記ゴムシート２０に代えて各皿ばね２６ａ間にシート状をなす粘弾性材を介在させた場合にも、その粘弾性材が備える弾性によって各皿ばね間ではそれら相互の拘束力が働かず、建物１２と基礎１４間に小さな荷重が入力されても各皿ばねは弾性変形し、減衰力調整機能付皿ばねユニットは入力された荷重（地震力）に対して応答性良く両構造体間の振動伝播を制御することができる。さらに加えて、各皿ばね２６ａの弾性変形にともなって粘弾性が剪断変形すると、この粘弾性材が備える粘性によって振動エネルギーが吸収されるため、粘性による減衰効果をも得ることができる。
【００２９】
このとき、皿ばね間に介在させる緩衝層は、ゴムシート２０や粘弾性材に限るものでなく、上記ポリテトラフルオロエチレン板２０ａ等であってもよい。
また、減衰力調整機能付皿ばねユニット１６を構成する皿ばね積層体２６と皿ばね群３０との数やそれらを組み合わせる割合はこれに限るものではなく、各皿ばね積層体２６に介在させる緩衝層の種類も１種類に限らない。従って、減衰力調整機能付皿ばねユニット１６を構成する皿ばね積層体２６と皿ばね群３０との数や割合、および介在させる緩衝層やその種類を組み替えることによって容易に所望の減衰力に設定することができる。
【００３０】
図４は減衰力調整機能付皿ばねユニット１６を上下免震装置に適用した他の参考例を示す構造図である。
図４に示すように、上記単に皿ばね２６ａを重ね合わせた複数の皿ばね群３０をそれらの上下方向の向きが交互になるように重ね合わせた複数の皿ばね組立体３２を建物１２と基礎１４との間に並設させ、それら皿ばね組立体３２のうち少なくとも１つの皿ばね組立体３２ａの各皿ばね２６ａ間には、ゴムシート２０を介在させた形態を示している。
【００３１】
即ち、各皿ばね２６ａ間にゴムシート２０を介在させた皿ばね組立体３２ａは、上記複数の皿ばね積層体２６をその向きを交互に配置して形成したものであり各皿ばね２６ａが弾性変形し易く、皿ばね２６ａ間にゴムシートが介在されていない皿ばね組立体３２は、所定の荷重が入力されるまで弾性変形しない。即ち、これらの皿ばね組立体３２，３２ａを建物１２と基礎１４との間に並設することによって、並設された全皿ばね組立体３２，３２ａ全体がひとつの皿ばねユニット１６として作用する。よって、弾性変形しやすい皿ばね組立体３２ａと所定の荷重が入力されるまで弾性変形しない皿ばね組立体３２との減衰性能の相違を利用して、減衰力調整機能付皿ばねユニット１６を全体として作用する減衰力を所望の値に設定することができる。
【００３２】
例えば、建物と基礎との間に６つの皿ばね組立体を並設する場合には、そのうち２つの皿ばね組立体にだけそれらの全皿ばね間に緩衝層を介在させると、緩衝層が介在されていない皿ばね組立体を６つ並設させた場合に対して、その減衰力を約２／３程度に低減させることができる。
【００３３】
また、上記ゴムシート２０に代えて各皿ばね２６ａ間にシート状をなす粘弾性材を介在させた場合にも、その粘弾性材が備える弾性によって各皿ばね間ではそれら相互の拘束力が働かず、建物１２と基礎１４間に小さな荷重が入力されても各皿ばねは弾性変形し、減衰力調整機能付皿ばねユニットは入力された荷重（地震力）に対して応答性良く両構造体間の振動伝播を制御することができる。さらに加えて、各皿ばね２６ａの弾性変形にともなって粘弾性材が剪断変形すると、この粘弾性材が備える粘性によって振動エネルギーが吸収されるため、粘性による減衰効果をも得ることができる。このとき、皿ばね間に介在させる緩衝層は、ゴムシート２０や粘弾性材に限るものではなく、上記ポリテトラフルオロエチレン板２０ａ等でもよい。
【００３４】
また、減衰力調整機能付皿ばねユニット１６を構成する緩衝層が介在された皿ばね組立体と緩衝層が介在されていない皿ばね組立体との数やそれらを組み合わせる割合はこれに限るものではなく、介在させる緩衝層の種類も１種類に限らない。したがって、皿ばねユニットを構成する緩衝層が介在された皿ばね組立体と緩衝層が介在されていない皿ばね組立体との数や割合、および介在させる緩衝層やその種類を組み替えることによって容易に所望の減衰力に設定することができる。
【００３５】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明の請求項１に記載の減衰力調整機能付皿ばねユニットによれば、複数の皿ばねを同一向きに積み重ねた皿ばね群と、複数の皿ばねを同一向きに積み重ね、かつ隣接する皿ばね間に緩衝層を介在させた皿ばね積層体とを、隣接するもの同士が互いに逆向きになるように交互に直列に配置して皿ばね組立体を構成し、この皿ばね組立体を２つの構造体間に少なくとも一つ介在させたので、弾性変形しやすい皿ばね積層体による減衰性能と、所定の荷重が入力するまで弾性変形しない皿ばね群による減衰特性との２種類の減衰性能を利用して、減衰力調整機能付皿ばねユニット全体としての減衰力を所望の値に設定することができる。
また、２つの構造体間に入力する振動（荷重）が小さい場合であっても、皿ばね積層体の隣接する皿ばね間には緩衝層が介在されているので、隣接する皿ばね間の摩擦力によって皿ばねの弾性変形が拘束されるようなことはなく、皿ばねは入力する振動（荷重）に追従して滑らかに弾性変形することになり、入力する振動を効率よく減衰することができる。
【００３７】
さらに、本発明の請求項２に係る減衰力調整機能付皿ばねユニットによれば、皿ばね積層体の隣接する皿ばね間に介在される緩衝層を、表面に皿ばねよりも摩擦係数が小さい低摩擦部材をコーティングした板材から構成したので、２つの構造体間に入力する振動（荷重）が小さい場合であっても、皿ばね積層体の隣接する皿ばね間の摩擦力によって皿ばねの弾性変形が拘束されるようなことはなく、皿ばねは入力する振動（荷重）に追従して滑らかに弾性変形することになり、入力する振動を効率よく減衰することができる。
【００３８】
さらに、本発明の請求項３に係る減衰力調整機能付皿ばねユニットによれば、皿ばね積層体の隣接する皿ばね間に介在される緩衝層を、隣接する皿ばねの相手方との対向面にコーティングされた皿ばねよりも摩擦係数の低い低摩擦部材によって構成したので、２つの構造体間に入力する振動（荷重）が小さい場合であっても、皿ばね積層体の隣接する皿ばね間の摩擦力によって皿ばねの弾性変形が拘束されるようなことはなく、皿ばねは入力する振動（荷重）に追従して滑らかに弾性変形することになる。従って、入力する振動に対する応答性を高めることができるので、入力する振動を効率よく減衰することができる。
【００３９】
さらに、本発明の請求項４に係る減衰力調整機能付皿ばねユニットによれば、皿ばね積層体の隣接する皿ばね間に介在される緩衝層を、皿ばねの変形に追従して弾性変形する弾性材又は粘弾性材によって構成したので、２つの構造体間に入力する振動（荷重）が小さい場合であっても、隣接する皿ばね間の摩擦力によって皿ばねの弾性変形が拘束されるようなことはなく、皿ばねは入力する振動（荷重）に追従して滑らかに弾性変形することになる。従って、入力する振動に対する応答性を高めることができるので、入力する振動を効率よく減衰することができる。また、粘弾性材を用いた場合には、粘弾性材の粘性による減衰効果も併せて得られることになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 減衰力調整機能付皿ばねユニットを適用した基本的な上下免震装置の参考例を示す構造図である。
【図２】 図１の変形例を示す構造図である。
【図３】 第１実施形態を示す構造図である。
【図４】 減衰力調整機能付皿ばねユニット１６を上下免震装置に適用した他の参考例を示す構造図である。
【符号の説明】
１２ 建物（構造体）
１４ 基礎（構造体）
１６，２６ 減衰力調整機能付皿ばねユニット
２０ ゴムシート（弾性材、緩衝層）
２６ａ 皿ばね

Claims (4)

1. ２つの構造体間に介在されて、一方の構造体の重量を支持するとともに、他方の構造体に入力する振動を減衰する減衰力調整機能付皿ばねユニットであって、
   複数の皿ばねを同一向きに積み重ねた皿ばね群と、複数の皿ばねを同一向きに積み重ね、かつ隣接する皿ばね間に緩衝層を介在させた皿ばね積層体とを、隣接するもの同士が互いに逆向きになるように交互に直列に配置して皿ばね組立体を構成し、この皿ばね組立体を前記２つの構造体間に少なくとも一つ介在させたことを特徴とする減衰力調整機能付皿ばねユニット。
2. 前記緩衝層は、前記隣接する皿ばね間に介在され、表面に皿ばねよりも摩擦係数が小さい低摩擦部材をコーティングした板材であることを特徴とする請求項１に記載の減衰力調整機能付皿ばねユニット。
3. 前記緩衝層は、前記隣接する皿ばねの相手方との対向面にコーティングされた皿ばねよりも摩擦係数の低い低摩擦部材であることを特徴とする請求項１に記載の減衰力調整機能付皿ばねユニット。
4. 前記緩衝層は、前記隣接する皿ばね間に介在されて、皿ばねの変形に追従して弾性変形する弾性材又は粘弾性材であることを特徴とする請求項１に記載の減衰力調整機能付皿ばねユニット。

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