JP4177991B2 - 免震装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、構造物の揺れを抑える免震装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１９及び図２０に示すように、ゴム球５４の圧縮・転動によって生じる減衰力を利用するため、円筒状のケーシング５２にゴム球５４を装填し、建物５６の基礎コンクリート５８への据え付けを容易にした減衰装置６６がある（特開平１０−１８４０９４号参照）。
【０００３】
ゴム球５４の上には、床材６０を支持する支持板６２が載せられており、この支持板６２の外周部には、ゴム球５４が支持板６２から抜け出さないように、ストッパー６４が設けられている。このように、ストッパー６４を設けることによって、ゴム球５４が支持板６２から抜け落ちない。
【０００４】
しかし、上記構成の減衰装置６６では、支持板６２の移動量を制限するために円筒状のケーシング５２を使用する必要があり、コスト高となる。また、支持板６２からゴム球５４の脱落を防止するために、ストッパー６４を設けなければならないが、支持板６２のスライド動作を干渉しない位置を予測してストッパー６４の位置を決める必要があり、汎用品とするためには若干の課題が残る。
【０００５】
さらに、一般的な免震装置は、地震や風による構造物の横揺れに対しては有効に機能するように設計されているが、直下型地震等による上下の揺れに対して、効果的に機能するものが提案されていない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は係る事実を考慮し、ケーシング等が不要な簡単な構造で、かつ、球体の脱落を防止するストッパーが不要となり、さらに、上下の揺れに対しても免震効果を発揮できる免震装置を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、構造物の基礎の頂部に固定される固定板と、前記構造物を支持する移動板と、前記固定板と前記移動板との間に圧縮変形した状態で介在され減衰性能を備えた回転体と、前記固定板に回動可能に取付けられた一対の第１アームと、前記移動板に回動可能に取付けられた一対の第２アームと、前記固定板の下方で、前記第１アームと前記第２アームを所定の角度を持って回動可能に連結する連結部材と、前記基礎の壁部を貫通して前記壁部の両側にある前記連結部材へ回動可能に連結され連結部材の移動を制限する制動手段と、を有することを特徴としている。
【０００８】
請求項１に記載の発明では、固定板が構造物の頂部に固定され、移動板が構造物を支持する構成である。固定板と移動板との間には、減衰性能を備えた回転体が圧縮変形した状態で介在され、移動板と固定板が相対移動可能とされている。
【０００９】
このように、減衰性能を有する回転体（球状でも楕円状でも回転可能な形状であれば構わない）を圧縮変形させることによって、固定板と移動板と面で接触し、面で圧縮荷重を受けるので、安定した状態で構造物を支持することができる。
【００１０】
ここで、固定板が地震等によって移動板と相対移動すると（横方向へ移動）、移動板と固定板との面摩擦力によって回転体が粘弾性変形する。ここで、固定板と移動板の相対移動量が回転体の粘弾性変形範囲内であれば、回転体は、固定板の揺れや振動が移動板（構造物）に伝わらないように防振できる。
【００１１】
また、固定板と移動板の相対移動量が回転体の粘弾性変形範囲を越えると、固定板の移動に伴って、回転体は固定板と移動板の間を転がり始める。このとき、圧縮変形して潰れた回転体は、回転時に内部がせん断変形するので、減衰力を発揮し、さらに、回転体が転がるときの移動板と固定板との摩擦抵抗も同時に減衰力として作用するので、これらの組み合わせによって、移動板に支持された構造物に対して高い減衰効果を発揮する。
【００１２】
なお、圧縮力の大きさを調整し、移動板との摩擦力を大きくすることによって、回転体が転がり始めるまでの、転がり抵抗又転がるときの摩擦抵抗を調整することもできる。また、回転体の材料としては、高減衰ゴム、天然ゴム、粘弾性材、エンジニアプラスチック等が考えられる
一方、固定板には一対の第１アームが回動可能に取付けられ、移動板には一対の第２アームが回動可能に取付けられている。この第１アームと第２アームは、所定の角度を持って連結部材により回動可能に連結されている。
【００１３】
すなわち、移動板と固定板が相対移動すると、連結部材を回動中心として第１アームと第２アームとがなす角度が変化する。この連結部材は、基礎の壁部を貫通した制動手段で連結されており、連結部材の移動を制限する。すなわち、固定板が地震等によって移動板と相対移動すると、第２アームは移動板に対する角度を、第１アームは固定板に対する角度を変化させる。このため、制動手段により連結部材に制動力が作用し、移動板の振動が減衰される。
【００１４】
一方、直下型地震等により、基礎に上下方向の揺れが生じると、回転体が粘弾性変形して、固定板と移動板の上下方向の間隔（隙間）を拡げ、又は狭くする。このとき、回転体が、上下方向の振動を減衰するダンパーとして機能する。また、固定板と移動板の上下方向の間隔が変わることで、連結部材が移動するので、連結部材に制動手段の制動力が作用する。このため、構造物の上下方向の振動が減衰される。また、固定板の下方で第１アームと第２アームを連結することで、移動板が大きく移動しても、第１アームが固定板に当たり、移動板の移動を制限する。
【００１５】
請求項２に記載の発明では、前記制動手段が、前記連結部材に連結され連結部材同士の相対移動を制限する減衰装置であることを特徴としている。
【００１６】
上記構成では、移動板と固定板が相対移動すると、連結部材を回動中心として第１アームと第２アームとがなす角度が変化し、連結部材の間隔が変化する。これにより、減衰装置の制動力が連結部材に作用して、構造物の上下方向の振動が減衰される。
【００１７】
また、連結部材を固定板より下方に位置させると、第１アームと第２アームとがなす角度が所定値より小さくなると、第２アームが固定板に当たり、移動板の移動を制限する。逆に、連結部材を固定板より下方に位置させると、第１アームと第２アームとがなす角度が所定値より小さくなると、第１アームが固定板に当たり、移動板の移動を制限する。これにより、移動板と固定板の間から回転体が脱落することが防止される。さらに、１つの減衰装置により、一対の連結部材を同時に制動できるため、施工コストを削減することができる。
【００１８】
なお、減衰装置として、オイルダンパー、弾塑性ダンパー、粘弾性ダンパー等が使用できる。
【００１９】
請求項３に記載の発明では、前記連結部材がばね材で連結されていることを特徴としている。
【００２０】
上記構成では、連結部材がばね材で連結されており、連結部材の自由な挙動を規制している。このため、強風によって、移動板に支持された構造物が横揺れすることが防止される。なお、ばね材としては、圧縮コイルばねや引張コイルばねを用いることができる。
【００２１】
請求項４に記載の発明は、前記固定板と前記第１アームとの取付部に、或は前記移動板と前記第２アームとの取付部に、第１アーム及び第２アームの回動方向と直交する方向にスライドする滑りガイドを設けたことを特徴としている。
【００２２】
上記構成の発明では、固定板と第１アームとの取付部に滑りガイドを設けるか、或は移動板と第２アームとの取付部に滑りガイドを設けることで、第１アーム及び第２アームの回動方向と直交する方向に地震力が作用したとき、この滑りガイドが取付部をスライドさせるので、基本的にアームには軸力しか作用せず、大きな曲げ力が作用しない。このため、アームの設計強度が小さくて済む。
【００２３】
【発明の実施の形態】
図１及び図２には、第１実施形態に係る免震装置１０が示されている。この免震装置１０は、逆Ｔ字状のコンクリート製の基礎１２に固定される鉄製の固定板１４を備えている。固定板１４の下面には、長手方向に沿って取付フランジ１６が一体に延設されている。この取付フランジ１６は、固定板１４の下面を基礎１２の頂部に接地した状態で、壁部１２Ａを外側から挟むように嵌め込まれており、壁部１２Ａを貫通する長ボルト１８とナット２０で強固に基礎１２に固定されている。
【００２４】
固定板１４の４隅には、ブラケット２２が設けられている。このブラケット２２には、ヒンジ２４を介して第１アーム２６の上端部が回動可能に連結されている。従って、４本の第１アーム２６が固定板１４の４隅に吊下された構成となる。
【００２５】
一方、第１アーム２６の下端部はボールジョイント２８に連結されている。このボールジョイント２８の部位で第１アーム２６の下端部は３軸方向へ回動可能となる。
【００２６】
このボールジョイント２８には、第２アーム３０の下端部が連結され、３軸方向へ回動可能とされている。第２アーム３０の上端部には、ボール３２が固定されており、このボール３２が鉄製の移動板３４の下面両端部へ長手方向に沿って敷設されたガイドレール３６の円弧状溝にスライド可能及び回動可能に嵌合している。以上の構成により、移動板３４と固定板１４の４隅は、４つのリンク機構により連結されたことになる。
【００２７】
また、移動板３４は、固定板１４の上面に配置された３つのゴム球３８によって、固定板１４と所定の間隔を置いて支持されている。このゴム球３８は、減衰性能を有する材料（高減衰ゴム、天然ゴム、粘弾性体等）で成形され、移動板３４が支持する構造物５０（図６参照）のスラブＳにより圧縮された状態で所定の間隔で敷き並べられている。なお、スラブＳを移動板３４の上に載置する前に、ゴム球３８を圧縮させておいても構わない。
【００２８】
一方、隣合うボールジョイント２８が対面する壁部１２Ａには、貫通孔４０が形成されている。この貫通孔４０には、オイルダンパー４２が貫通しており、図２では、左側のボールジョイント２８にシリンダー４４が、右側のボールジョイント２８にロッド４６が連結されている。これにより、隣合うボールジョイント２８の相対移動量が制限され、減衰力を発揮する。なお、貫通孔４０の大きさは、オイルダンパー４２が上下動しても、貫通孔４０の孔壁に衝突しないように設計されている。
【００２９】
また、オイルダンパー４２には、引張りコイルばね４８が挿嵌されている。引張りコイルばね４８の両端部は、それぞれ左右のボールジョイント２８に連結されており、第１アーム２６の姿勢を維持している。
【００３０】
図６及び図７に示すように、免震装置１０はユニットとして、Ｘ軸方向の減衰とＹ軸方向の減衰が可能となるように、取付位置を９０°変えて基礎１２の上に複数配置されている。
【００３１】
次に、免震装置１０の作用を説明する。
【００３２】
地震等によって、基礎１２が左方向へ移動すると、移動板３４と固定板１４との面摩擦力によってゴム球３８が粘弾性変形する。そして、移動板３４と固定板１４との相対移動量が、ゴム球３８の粘弾性変形範囲内であるとき、その防振機能によって、固定板１４の揺れや振動が移動板３４（構造物）に伝わらない。
【００３３】
また、図３に示すように、地震力が大きく、移動板３４と固定板１４との相対移動量がゴム球３８の粘弾性変形範囲を越えると、固定板１４と移動板３４の相対移動に伴って、ゴム球３８は、固定板１４と移動板３４の間を右方向へ転がり始める。このとき、圧縮変形して潰れたゴム球３８は、回転時に内部がせん断変形するので、減衰力を発揮し、さらに、ゴム球３８が転がるときの固定板１４と移動板３４との摩擦抵抗も同時に減衰力として作用するので、これらの組み合わせによって高い減衰効果を発揮する。
【００３４】
また、移動板３４が大きく左右に揺れると、第２アーム３０と第１アーム２６のなす角度が変化し、第２アーム３０が固定板１４に当たり、移動板３４の移動を制限する。これにより、移動板３４と固定板１４の間からゴム球３８が脱落することが防止される。
【００３５】
さらに、固定板１４と移動板３４が相対移動すると、第１アーム２６は移動板３４に対する角度を、第２アーム３０は固定板１４に対する角度を変化させる。このため、第２アーム３０と第１アーム２６が連結された隣接するボールジョイント２８の間隔が変化して、オイルダンパー４２のロッド４６が伸縮して、第２アーム３０を介して移動板３４が制動され、構造物５０の振動が減衰される。
【００３６】
一方、直下型地震等により、基礎１２に上下方向に揺れが生じると、固定板１４と移動板３４に挟まれたゴム球３８が粘弾性変形して、固定板１４と移動板３４の上下方向の間隔（隙間）を拡げ、或は狭くする。このとき、ゴム球３８が、上下方向の振動を減衰するダンパーとしても機能する。
【００３７】
また、図４に示すように、固定板１４と移動板３４の上下方向の間隔が大きく広がると、オイルダンパー４２のロッド４６が伸張して、ボールジョイント２８に制動力が作用する。さらに、固定板１４と移動板３４の上下方向の間隔が狭まると、オイルダンパー４２のロッド４６が縮んで、ボールジョイント２８に制動力が作用する。このように、水平に配置されたオイルダンパー４２により、構造物５０の上下方向の振動が減衰される。
【００３８】
さらに、壁部１２Ａを挟んで隣接するボールジョイント２８を引張りコイルばね４８で連結することで、ボールジョイント２８の自由な挙動を規制することができる。このため、風によって、移動板３４に支持された構造物５０が横揺れすることが防止される。
【００３９】
また、第２アーム３０の上端部は、ガイドレール３６に沿って（移動板３４の長手方向）スライド可能とされているので、第１アーム２６及び第２アーム３０の回動方向（例えばＸ軸方向）と直交する方向（例えばＹ軸方向）に地震力が作用したとき、構造的に第２アーム３０には軸力しか作用せず、大きな力が曲げ力が作用しない。
【００４０】
なお、本形態では、第１アームと第２アームで構成されるリンクの数を４つとし、ゴム球を一列に３個配置したが、これらは、構造物の規模によって適宜変更されるものであり、特定されるものではない。また、図６及び図７に示す免震装置１０の数やレイアウトも想定される地震力や風圧等により適宜変更されるものである。
【００４１】
次に、第２実施形態に係る免震装置を説明する。
【００４２】
図８及び図９に示すように、１つの免震装置８８でＸ軸・Ｙ軸方向の振動を減衰するため、第１実施形態のオイルダンパー４２（図２参照）と直交する方向に、オイルダンパー７０が配置され、シリンダー７８が左側のボールジョイント７６に、ロッド８０が右側のボールジョイント７６に連結されている。ボールジョイント７６には、固定板１６に回動可能に連結された第３アーム７４と、移動板３４に回動可能に連結された第４アーム７２とが連結されている。
【００４３】
すなわち、第２実施形態の免震装置８８は、第１実施形態の免震装置１０と同一構成であり、減衰方向が２軸方向になっている。このように、１つの免震装置でＸ軸・Ｙ軸方向の振動を減衰できるようにユニット化することで、建物に設置する際に、レイアウトを工夫する必要がなくなる。
【００４４】
次に、第３実施形態に係る免震装置を説明する。
【００４５】
図１０及び図１１に示すように、第３実施形態に係る免震装置９０は、第１実施形態の免震装置１０と基本構成は同一であるが、第１アーム２６と第２アーム３０を連結するボールジョイント７８にそれぞれ独立してオイルダンパー８２のロッド８８が連結されている。そして、オイルダンパー８２のシリンダー８４は、基礎１２に設けられたアンカー８０に回動可能に連結されている。
【００４６】
また、アンカー８０とボールジョイント７８は、引張りばね８６で連結されており、移動板３４の自由な挙動を規制している。このため、強風によって、移動板に支持された構造物が横揺れすることが防止される。
【００４７】
第３実施形態に係る免震装置９０では、独立したオイルダンパー８２で制動するため、第１実施形態のように、基礎１２の壁部１２Ａに穴を設けて、オイルダンパーを通す必要がなく、基礎工事が煩雑にならない。
【００４８】
次に、実施４形態に係る免震装置を説明する。
【００４９】
図１２に示すように、実施４形態に係る免震装置９２の構成は、第１実施形態の免震装置１０と基本構成は同一であるが、基礎に相当するＨ型鋼９４のウエブ９６には、オイルダンパー４２が貫通する穴１００が形成されており、オイルダンパー４２を水平方向に貫通させ、ボールジョイント２８に連結することで、免震機構がユニット化されている。
【００５０】
このため、図１３に示すように、基礎１２の上に載置し、アンカーボルト１０４とナット１０２で固定するだけで、簡単に建物を免震化することができる。
【００５１】
なお、本発明の特徴的要素を利用した免震装置として、図１４に示すように、固定板１０８を大きく外に張り出し、外側に第２アーム３０が貫通する貫通口１１０を形成した免震装置１１２でもよい。この構成では、第２アーム３０が貫通口１１０の口部に当たることで、移動板３４の移動を制限する。
【００５２】
また、図１５に示す免震装置１１４は、図１２に示す免震装置９２を上下逆にしたものであり、Ｈ型鋼の移動台１１６にスラブＳが固定され、基礎１２側に取り付けられた固定板１１８にゴム球３８を挟んで支持されている。この構成では、ボールジョイント２８が固定板１１８より上方に位置しており、第１アーム２６が移動台１１６に当たることで、移動台１１６の移動を制限する。
【００５３】
図１６に示す免震装置１２０では、移動板３４に回動可能に連結された第２アーム１２４に鞘管１２６がスライド可能に挿通され、この鞘管１２６へ固定板１４に回動可能に連結された第１アーム１２２がピン１２８で回転可能に連結されている。
【００５４】
そして、第１アーム１２２と第２アーム１２４は鞘管１２６とピン１２８の部分で交差しており、第１アーム１２２と第２アーム１２４の下端部には、オイルダンパー４２が連結されている。オイルダンパー４２には、引張りコイルばね４８が挿嵌されている。引張りコイルばね４８の両端部は、第１アーム１２２と第２アーム１２４の下端部に連結されており、第１アーム１２２と第２アーム１２４の姿勢を維持している。
【００５５】
この構成では、図１７に示すように、鞘管１２６の軸方向（矢印Ａ）の動きを利用し、第１アーム１２２と第２アーム１２４の腕の長さを利用して、構造物と基礎の相対移動量を増幅させることで、大きな減衰力を与えている。
【００５６】
また、図１８に示す免震装置１３０では、１本のアーム１３２で免震装置１３０を構成することで、部品点数を削減している。アーム１３２は、移動板３４にボールジョイント１４４で３次元的に回動可能に連結されている。また、アーム１３２の下端部には、球体１３４が取り付けられている。この球体１３４は、基礎１２側に設けられた流体槽１３６へ挿入されている。流体槽１３６の中には、砂、ゴム粉、オイル等のように擬似流体である流体物１３６が貯留され、ゴム板１４０で封止されている。
【００５７】
さらに、アーム１３２の中央部と固定板１４とは、ダンパー１４２で回転可能に連結されており、ダンパー１４２には、圧縮コイルばね１４８が挿嵌され、アーム１３２の姿勢を維持している。
【００５８】
この構成では、基礎１２とスラブＳが相対移動することで、３次元的に動くアーム１３２の動きを流体物１３６により減衰して構造物の揺れを抑える。また、アーム１３２と固定板１４とはダンパーによって連結されており、アーム１３２の移動を制限して、構造物の振動を減衰する。
【００５９】
【発明の効果】
本発明は上記構成としたので、ケーシング等が不要な簡単な構造で、かつ、球体の脱落を防止するストッパーが不要となり、さらに、上下の揺れに対しても免震効果を発揮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１実施形態に係る免震装置の取付状態を示す斜視図である。
【図２】 第１実施形態に係る免震装置の取付状態を示す断面図である。
【図３】 第１実施形態に係る免震装置に支持された構造物が横揺れしたときの状態を示す断面図である。
【図４】 第１実施形態に係る免震装置に支持された構造物が縦揺れしたときの状態を示す断面図である。
【図５】 第１実施形態に係る免震装置に支持された構造物が縦揺れしたときの状態を示す断面図である。
【図６】 第１実施形態に係る免震装置の一レイアウトを示した平面図である。
【図７】 第１実施形態に係る免震装置の一レイアウトを示した正面図である。
【図８】 第２実施形態に係る免震装置の取付状態を示す断面図である。
【図９】 第２実施形態に係る免震装置に支持された構造物が横揺れしたときの状態を示す断面図である。
【図１０】 第３実施形態に係る免震装置の取付状態を示す断面図である。
【図１１】 第３実施形態に係る免震装置に支持された構造物が横揺れしたときの状態を示す断面図である。
【図１２】 第４実施形態に係る免震装置の斜視図である。
【図１３】 第４実施形態に係る免震装置の一レイアウトを示した平面図である。
【図１４】 他の実施形態の免震装置の取付状態を示す断面図である。
【図１５】 他の実施形態の免震装置の取付状態を示す断面図である。
【図１６】 他の実施形態の免震装置の取付状態を示す断面図である。
【図１７】 鞘管とアームの連結部の動きを説明する斜視図である。
【図１８】 他の実施形態の免震装置の取付状態を示す断面図である。
【図１９】 従来の減衰機構を備えた免震装置を示す断面図である。
【図２０】 従来の減衰機構を備えた免震装置の取付状態を示す正面図である。
【符号の説明】
１４ 固定板
２６ 第１アーム
２８ ボールジョイント（連結部材）
３０ 第２アーム
３４ 移動板
３６ ガイドレール（滑りガイド）
３８ ゴム球（回転体）
４２ オイルダンパー（減衰装置、制動手段）
４８ 引張りコイルばね（ばね材）
１２２ 第１アーム
１２４ 第２アーム
１３２ アーム
１３６ 流体槽
１３８ 流体物
１４２ ダンパー（制動手段）

Claims (4)

1. 構造物の基礎の頂部に固定される固定板と、
   前記構造物を支持する移動板と、
   前記固定板と前記移動板との間に圧縮変形した状態で介在され減衰性能を備えた回転体と、
   前記固定板に回動可能に取付けられた一対の第１アームと、
   前記移動板に回動可能に取付けられた一対の第２アームと、
   前記固定板の下方で、前記第１アームと前記第２アームを所定の角度を持って回動可能に連結する連結部材と、
   前記基礎の壁部を貫通して前記壁部の両側にある前記連結部材へ回動可能に連結され連結部材の移動を制限する制動手段と、
   を有することを特徴とする免震装置。
2. 前記制動手段が、前記連結部材に連結され連結部材同士の相対移動を制限する減衰装置であることを特徴とする請求項１に記載の免震装置。
3. 前記連結部材がばね材で連結されていることを特徴とする請求項２に記載の免震構造。
4. 前記固定板と前記第１アームとの取付部に、或は前記移動板と前記第２アームとの取付部に、第１アーム及び第２アームの回動方向と直交する方向にスライドする滑りガイドを設けたことを特徴とする請求項１〜請求項３の何れかに記載の免震装置。

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