JP4352542B2

JP4352542B2 - 制震装置

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Publication number: JP4352542B2
Application number: JP34275199A
Authority: JP
Inventors: 徹中島; 正三西山; 哲士朗井上
Original assignee: Taisei Corp
Current assignee: Taisei Corp
Priority date: 1999-12-02
Filing date: 1999-12-02
Publication date: 2009-10-28
Anticipated expiration: 2019-12-02
Also published as: JP2001159446A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に軽量機器類等の据付部に介装して好適な、転がり支承による制震装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、例えば美術館や展示場等として使用される建物や、各種機器類が設置される建物などにおいては、地震などによって当該建物に大きな振動が発生した場合に、展示物や機器類等に大きな揺れが加わって破損や誤作動を生じることを防ぐために、これらの機器類等の据付部と床との間にボールやローラを用いた転がり支承による免震装置や、あるいはすべり支承による免震装置を介装することによって、地震等時に建物から機器類等に伝播しようとする振動を抑制する構造が多く採用されつつある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来の転がり支承による免震装置にあっては、減衰機能を有していないために、別途スプリングやシリンダ等の何等かの減衰機構を設ける必要があり、特に小型の機器類等に対しては、装置全体が過度に複雑化するとともに、経済性にも劣るという問題点があった。加えて、上記減衰機構のバネ定数を大きくすると十分な免震効果が得られなくなり、逆に小さく設定すると、機器類等の変位量が大きくなって装置全体の大型化を招くという欠点があり、当該減衰機構の調節が難しいという問題点もあった。
【０００４】
これに対して、ステンレス板を用いたすべり板と、テフロン製の滑り材とを組み合わせた従来のすべり支承による免震装置は、地震時に上記機器類等が水平変位した際に、上記滑り材が滑り板上を摺動することにより、直接振動が機器類等に作用することを抑制するものであり、この摺動時に発生する摩擦力によって、機器類等における変位動を減衰させることができる。
【０００５】
しかしながら、上記すべり支承による免震装置においては、その減衰機能を摩擦力のみに依存しているために、想定される地震に対する機器類等の変位量が大きくなり、よって周囲に大きな空間を必要とするとともに、同様に装置全体を小型化することが難しいという問題点があった。
また、いずれの免震装置にあっても、水平方向の振動に対しては、機器類等を保全することができるものの、上下方向の振動が加わった場合には、据付部から上方が浮き上がってしまい、この結果転倒による破損等を生じる虞があるという付帯的な問題点もあった。
【０００６】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、減衰機能を有し、かつ当該減衰力を容易に調整することができるとともに、装置全体の小型軽量化を図ることができる転がり支承による制震装置を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の本発明に係る制震装置は、構造物の基盤部と、この基盤部上の相対変位部との間に転がり部材が介装されてなる転がり支承による制震装置であって、上記転がり部材に、当該転がり部材の端面に回転を拘束されて当接する摩擦板と、この摩擦板と転がり部材の端面から延出する回転軸の端部との間に介装されて摩擦板を上記端面側に付勢する付勢部材とを備えてなる減衰手段を設けてなり、上記転がり部材が円柱状のローラであるとともに、上記基盤部側の上記ローラの両端部に臨む位置には、一対の第１の壁部が立設され、かつ上記相対変位部側には、上記第１の壁部と対向する一対の第２の壁部が垂設されるとともに、これら第１および第２の壁部に水平方向に延在する開口部が穿設され、当該開口部間に上記ローラが挿通されていることを特徴とするものである。
【０００８】
また、請求項２に記載の制震装置は、構造物の基盤部と、この基盤部上の相対変位部との間に転がり部材が介装されてなる転がり支承による制震装置であって、上記基盤部と相対変位部との間に、これらのいずれか一方に水平方向に敷設されたラックと、他方に本体部が固定され、この本体部に回転自在に設けられるとともに内部に封入された粘性流体によって回転方向に制動力を生じる歯車部材が上記ラックに歯合されたダンパーとを備えてなる減衰手段を設けてなり、上記転がり部材が円柱状のローラであるとともに、上記基盤部側の上記ローラの両端部に臨む位置には、一対の第１の壁部が立設され、かつ上記相対変位部側には、上記第１の壁部と対向する一対の第２の壁部が垂設されるとともに、これら第１および第２の壁部に水平方向に延在する開口部が穿設され、当該開口部間に上記ローラが挿通されていることを特徴とするものである。
【０００９】
さらに、請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、上記基盤部側の上記転がり部材の転動面は、中央部が下方となる円弧状に形成されていることを特徴とするものである。
【００１０】
請求項１〜３のいずれかに記載の発明によれば、地震等により構造物に振動が発生した場合に、当該構造物の床等の基盤部と、その上に据え付けられる展示物や機器類等の相対変位部との間において、転がり部材が転動することにより当該振動が相対変位部に伝達することが抑制される。この際に、請求項１に記載の発明によれば、基盤部に対して転動する転がり部材の端面に、スプリング等の付勢部材によって付勢されるとともに、回転が拘束された摩擦板が密着しているために、相互間の摩擦力によって転がり部材の回転が制動され、相対変位部の変位動が減衰される。そして、この減衰力は、例えば付勢部材がスプリングである場合には、これを締め込んだり、あるいは緩めたりして、摩擦板に作用する付勢力を変えることにより、容易に調整することが可能となる。
【００１１】
また、請求項２に記載の発明においては、同様に構造物に振動が作用した際に、相対変位部が転がり部材を介して基盤部に対して変位すると、当該相対変位部に設けられたラックの相対変位によってダンパーの歯車部材が回転し、これによって生じる制動力によって相対変位部の変位動が減衰される。この際に、歯車部材からラックに作用する減衰力については、ダンパーの大きさや粘性流体の種類等を適宜選択することにより、容易に調整することが可能となる。
【００１２】
さらに、請求項１〜３のいずれかに記載の制震装置によれば、上述した構造物側が振動を受けた場合とは逆に、相対変位部自体が振動を発生する機器類等である場合に、上記減衰手段によって当該振動が構造物側に伝達することを抑制することもできる。
【００１３】
また、転がり部材が円柱状のローラであり、かつ基盤部のローラの両端部に臨む位置に一対の第１の壁部を立設し、相対変位部に第１の壁部と対向する一対の第２の壁部を垂設して、これら第１および第２の壁部に水平方向に延在する開口部を穿設し、この開口部間にローラを挿通しているので、当該ローラによって相対変位部が基盤部に対して浮き上がることを防止することが可能となる。
【００１４】
ところで、上記請求項１または２に記載の制震装置においては、地震等が発生した場合に、ローラ等の転がり部材の転動によって相対変位部に上記振動が作用することを抑制することができるとともに、減衰手段によって、その変位動を減衰させることができるが、地震等が終了した時点において、相対変位部を基盤部に対して元位置に復帰させることができない。
このような元位置復帰手段としては、別途基盤部と相対変位部との間にスプリングを設ける構成も採用可能であるが、例えば請求項３に記載の発明のように、上記基盤部側の転がり部材の転動面を、中央部が下方となる円弧状に形成すれば、別途元位置復帰用の部材を設けることなく、相対変位部の自重によってローラを転動させて、開口部の最下位置となる中央部に復帰させることが可能となるために好適である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１および図２は、本発明に係る制震装置の前提となる技術を示すもので、図中符号１が下部レールであり、符号２が上部レールである。
これら上下部レール１、２は、それぞれコ字状に形成された鋼材であり、下部レール１の底板部１ａが建物の床等の基盤部に固定され、他方上部レール２の天板部２ａが基盤部上に据え付けられる機器類（相対変位部）の下面に固定されている。そして、これら上下部レール１、２間に、２本のローラ（転がり部材）３が所定間隔をおいて回転自在に介装されている。
【００１６】
このローラ３は、上下部レール１、２から延出した両端部に鍔部３ａが形成されるとともに、中心部に穿設された貫通孔３ｂ内に、車輪軸４が相対的に回転自在に挿通されている。そして、これら２本のローラ３に、連結板（摩擦板）５が掛け渡されており、この連結版５によって２本のローラ３の間隔が一定に保持されている。この連結板５は、平板状の部材で、両端部に穿設された貫通孔に各ローラ３の車輪軸４が挿通されることにより、車輪軸４の両端部において２本のローラ３を互いに連結するように設けられている。また、一方の連結板５と車輪軸４の端部に螺合されたナット７との間に、スプリング（付勢部材）６が介装されており、これにより連結板５は、ローラ３の鍔部３ａの端面に圧接されている（なお、図２においては、相互の構成を明確化するための便宜上、各構成部材間に間隙を形成して描いてある）。そして、上記連結板５とスプリング６とによって、ローラ３に対する減衰手段が構成されている。
【００１７】
以上の構成からなる制震装置によれば、地震等により建物に振動が発生した場合に、上下部レール１、２間に介装されたローラ３が転動することにより、この建物に作用する振動が、上部レール２上に据え付けられた機器類に伝達することを抑制することができる。この際に、下部レール１上を転動するローラ３の鍔部３ａ端面に、スプリング６によって付勢されるとともに、回転が阻止された連結板５が密着しているために、これら相互間の摩擦力によってローラ３の回転を制動して、上部レール２の変位動を減衰させることができる。しかも、この減衰力は、ナット７を締めこんだり、あるいは緩めたりして、スプリング６のバネ定数を変化させることにより、載荷重量に関係無く、容易に調整することができる。
【００１８】
（実施の形態１）
図３〜図７は、本発明の第１の実施形態を示すもので、図１および図２に示したものと同一構成部分に付いては、同一符号を付してその説明を簡略化する。
本実施形態においては、建物における床等の基盤部上に、一の方向に沿って２本の下部レール１０が所定間隔をおいて互いに平行に固定され、これら下部レール１０上に、連結板５によって連結された２本のローラ３を介して上部レール１１が変位自在に設けられている。そしてさらに、これら上部レール１１上間に、互いに直交する２本の下部レール１２が互いに平行となるように一体的に固定され、これら下部レール１２上に、同様に２本のローラ３を介して上部レール１３が変位自在に設けられており、上部レール１３上に、機器類等の相対変位部が取付けられている。
【００１９】
これらの上下部レール１０〜１３は、それぞれ底板部１０ａ、１２ａまたは天板部１１ａ、１３ａに、壁部（第１の壁部）１０ｂ、１２ｂまたは壁部（第２の壁部）１１ｂ、１３ｂが一体に形成されたコ字状に形成されており、下部レール１０、１２および上部レール１１、１３のいずれか一方の幅寸法が、他方の幅寸法よりも大きくなるように設定されている。これにより、下部レール１０、１２および上部レール１１、１３は、一方の幅広な壁部１０ｂ〜１３ｂ間に、他方の幅狭な壁部１０ｂ〜１３ｂを対向させた状態で配設されている。
【００２０】
そして、これら側壁１０ｂ〜１３ｂには、各ローラ３の転動に対応して長手方向に延びる開口部１４〜１７が穿設され、対向する開口部１４、１５間および１６、１７間に、それぞれ上記ローラ３が挿通されている。
ここで、下部レール１０、１２の壁部１０ｂ、１２ｂに形成された開口部１４、１６は、それぞれ静止時におけるローラ３の車輪軸４を中央にし、その転動方向の両方向にけて漸次上方に湾曲する円弧状に形成されている。他方、上部レール１１、１３に形成された開口部１５、１７は、これとは逆にローラ３の車輪軸４を中央にし、その転動方向の両方向にけて漸次下方に湾曲する円弧状に形成されている。
【００２１】
以上の構成からなる制震装置においては、地震等により建物に振動が発生した場合に、機器類等が据え付けられた上部レール１３がローラ３の転動によって下部レール１２に対して相対変位し、かつ下部レール１２およびこれと一体化された上部レール１１がローラ３によって下部レール１０に対して直交する方向に相対変位することにより、この建物に作用する振動が、上部レール１３上に据え付けられた機器類に伝達することを抑制することができる。しかも、上下部レール１０、１１間および１２、１３間に介装された各ローラ３の転動が、スプリング６によって付勢された連結板５とローラ３の端面との間に生じる摩擦力によって制動されるため、上部レール１３における変位動を減衰させることができる。
【００２２】
したがって、上記制震装置によっても、互いのローラ３を連結することにより回転が阻止されるとともに、スプリング６によって当該ローラ３の端面に圧接された連結板５により、図１および図２に示したものと同様の作用効果が得られることに加えて、上下部レール１０〜１３を、互いに直交する２段構造としているために、建物に作用する水平方向のいかなる方向への振動に対しても、確実に機器類等に対する制震効果を発揮することができる。
【００２３】
加えて、転がり部材として円柱状のローラ３を用い、相対変位する上下部レール１０〜１３に、それぞれローラ３の両端部に臨むとともに、互いに対向する壁部１０ｂ〜１３ｂを設け、さらにこれら壁部１０ｂ〜１３ｂにローラ３の転動方向に延在する開口部１４〜１７を穿設して、当該開口部１４、１５間および１６、１７間に上記ローラ３を挿通しているので、このローラ３によって上部レール１１、１３が下部レール１０、１２に対して浮き上がることを防止することができる。
【００２４】
さらに、下部レール１０、１２の開口部１４、１６を、車輪軸４の元位置となる中央部が下方となる円弧状に形成しているので、図５に示すように、地震時等に、基盤部側が振動することにより、下部レール１０、１２に沿ってローラ３が転動して上部レール１１、１３が水平方向に相対的に変位すると、上記円弧曲線によって上部レール１１、１３は、下部レール１０、１２に対し上方にも変位する。この結果、地震が終わった後には、機器類等の自重によってローラ３が転動し、開口部１４、１６の円弧曲線に沿って中央の最下位置に戻るため、別途元位置復帰用の部材を設けることなく、機器類等の相対変位部を元位置に復帰させることができる。
【００２５】
（実施の形態２）
図８〜図１０は、本発明の第２の実施形態を示すものである。
本実施形態の制震装置は、第１の実施形態と同様に、建物における床等の基盤部上に、一の方向に沿って２本の下部レール２０が所定間隔をおいて互いに平行に固定され、これら下部レール２０上に２本のローラ３を介して上部レール２１が変位自在に設けられるとともに、さらにこれら上部レール２１上間に、互いに直交する２本の下部レール２２が互いに平行となるように一体的に固定され、これら下部レール２２上に、同様に２本のローラ３を介して上部レール２３が変位自在に設けられたもので、上部レール２３上に、機器類等の相対変位部が取付けられている。
【００２６】
上記上下部レール２０〜２３は、それぞれ底板部２０ａ、２２ａまたは天板部２１ａ、２３ａに、壁部（第１の壁部）２０ｂ、２２ｂまたは壁部（第２の壁部）２１ｂ、２３ｂが一体に形成されたコ字状に形成されており、本実施形態においては、これら上下部レール２０〜２３が同形状に形成されている。そして、上部レール２１、２３は、下部レール２０、２２の壁部２０ｂ、２２ｂに対して、一方の壁部２１ｂ、２３ｂが内側に位置し、他方の壁部２１ｂ、２３ｂが外側に位置するように、互いに対向させた状態で配設されている。
【００２７】
これら側壁２０ｂ〜２３ｂには、各ローラ３の転動に対応して長手方向に延びる開口部２４〜２７が穿設され、対向する開口部２４、２５間および２６、２７間に、それぞれ上記ローラ３が挿通されている。
また、本実施形態においても、下部レール２０、２２の壁部２０ｂ、２２ｂに形成された開口部２４、２６が、静止時におけるローラ３を中央にし、その転動方向の両方向にけて漸次上方に湾曲する円弧状に形成されている。他方、上部レール２１、２３に形成された開口部２５、２７は、逆にローラ３を中央にし、その転動方向の両方向にけて漸次下方に湾曲する円弧状に形成されている。
【００２８】
そして、この制震装置においては、ローラ３同士を連結する連結板およびこれをローラ３の端面に付勢するスプリングが設けられておらず、これに代えて、ラック２８、２９とダンパー３０、３１とからなる減衰手段が設けられている。
すなわち、下部レール２０の外側に位置する壁部２０ｂの上部にラック２８が、また上部レール２３の外側に位置する壁部２３ｂの下部にラック２９が、それぞれ長手方向に向けて一体的に固定されている。他方、隣接する下部レール２２の底板部２２ａ間に、取付板３２が上部レール２１の外側に沿うように掛け渡されている。また、隣接する上部レール２１の天板部２１ａ間にも、取付板３３が下部レール２２に沿うように掛け渡されている。
【００２９】
そして、取付板３２の下面中央と、取付板３３の上面中央とに、各々ダンパー３０、３１が取付けられている。このダンパー３０、３１は、取付板３２、３３に固定される本体部３０ａ、３１ａと、この本体部３０ａ、３１ａに回転自在に設けられた歯車部材３０ｂ、３１ｂとから構成されたものであり、歯車部材３０ｂがラック２８に歯合し、歯車部材３１ｂがラック２９に歯合するように設けられている。
【００３０】
ここで、各ダンパー３０、３１の本体部３０ａ、３１ａ内には、シリコンオイル等の粘性の高い流体が封入されており、これら粘性流体内に位置する歯車部材３０ｂ、３１ｂの基端部には、回転時に上記粘性流体によって制動力を発生させるための抵抗部材となるロータが設けられている。
【００３１】
以上の構成からなる制震装置においては、地震時等に建物に振動が作用した際に、地震等により建物に振動が発生すると、機器類等が据え付けられた上部レール２３がローラ３の転動によって下部レール２２に対して相対変位し、かつ下部レール２２およりこれと一体化された上部レール２１がローラ３によって下部レール２０に対して直交する方向に相対変位することにより、この建物に作用する振動が、上部レール２３上に据え付けられた機器類に伝達することを抑制することができる。
【００３２】
この際に、上部レール２３に固定されたラック２９の相対変位によって、上部レール２１と一体化されたダンパー３１の歯車部材３１ｂが回転し、かつ下部レール２０に固定されたラック２８の相対変位によって、上下部レール２１、２２と一体化されたダンパー３０の歯車部材３０ｂが回転する。そして、これら歯車部材３０ｂ、３１ｂの回転によって生じる制動力によって、上下部レール２０、２１間および２２、２３間の変移動、すなわち上部レール２３に据え付けられた機器類等の変位動が減衰される。この結果、第２の実施形態に示す制震装置によっても、第１の実施形態に示したものと同様の作用効果を得ることができる。
【００３３】
なお、上述した第１および第２の実施形態においては、開口部１４、１６、２４、２６を中央部が下方となる円弧状に形成することにより、振動が終了した後にローラ３が元位置に復帰するようにしたが、これに限るものではなく、上下部レール１０〜１３、２０〜２３間に、別途水平方向にスプリングやシリンダ等の付勢部材を介装することにより、振動終了後に上下部レール１０〜１３、２０〜２３が互いに元位置に復帰するように構成することも可能である。
【００３４】
また、発明に係る制震装置においては、一組の制震装置内において、第１の実施形態に示した互いの幅寸法が異なるように形成された上下部レール１０〜１３の組み合わせと、第２の実施形態に示した互いに同形状に形成された上下部レール２０〜２３の組み合わせとを、混在させて構成してもよい。
さらに、各々の上下部レール１、２、１０〜１３、２０〜２３についても、必ずしもコ字状に形成することに限定されるものではなく、それぞれ互いに対向する一対の第１の壁部および第２の壁部を、基盤部の上面および相対変位部の下面に、直接立設または垂設してもよい。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１〜３のいずれかに記載の制震装置によれば、地震等により振動が発生して構造物と当該構造物に設けられた機器類等との間に相対変位が生じた場合に、構造物の基盤部と、その上に設けられる展示物や機器類等の相対変位部との間において、転がり部材が転動することにより上記相対変位を抑制することができるとともに、併せて減衰手段によって相対変位部の上記変位動を減衰させることができる。
【００３６】
この際に、それぞれ基盤部および相対変位部から対向配置された第１および第２の壁部に形成された開口部に、ローラを回転自在に挿通させているので、上記ローラによって相対変位部が基盤部に対して浮き上がることを防止することができ、さらに請求項３に記載の発明によれば、別途元位置復帰用の部材を設けることなく、相対変位部の自重によってローラを転動させて、開口部の最下位置となる中央部に復帰させることができるといった効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る制震装置の前提となる技術を示す斜視図である。
【図２】図１の横断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態を示す平面図である。
【図４】図３の側面図である。
【図５】地震発生時の相対変位を示す側面図である。
【図６】図４の下部レールおよび連結板の形状を示す図である。
【図７】図４の上下部レールを示す拡大図である。
【図８】本発明の第２の実施形態を示す平面図である。
【図９】図８の側面図である。
【図１０】図９の上下部レールを示す拡大図である。
【符号の説明】
１、１０、１２、２０、２２下部レール
２、１１、１３、２１、２３上部レール
３ローラ
４車輪軸
５連結板（摩擦板）
６スプリング（付勢手段）
７ナット
１０ｂ、１２ｂ、２０ｂ、２２ｂ壁部（第１の壁部）
１１ｂ、１３ｂ、２１ｂ、２３ｂ壁部（第２の壁部）
１４、１５、１６、１７、２４、２５、２６、２７開口部
２８、２９ラック
３０、３１ダンパー
３０ａ、３１ａ本体部
３０ｂ、３１ｂ歯車部材

Claims

構造物の基盤部と、この基盤部上の相対変位部との間に転がり部材が介装されてなる転がり支承による制震装置であって、上記転がり部材に、当該転がり部材の端面に回転を拘束されて当接する摩擦板と、この摩擦板と上記転がり部材の端面から延出する回転軸の端部との間に介装されて上記摩擦板を上記端面側に付勢する付勢部材とを備えてなる減衰手段を設けてなり、上記転がり部材が円柱状のローラであるとともに、上記基盤部側の上記ローラの両端部に臨む位置には、一対の第１の壁部が立設され、かつ上記相対変位部側には、上記第１の壁部と対向する一対の第２の壁部が垂設されるとともに、これら第１および第２の壁部に水平方向に延在する開口部が穿設され、当該開口部間に上記ローラが挿通されていることを特徴とする制震装置。
構造物の基盤部と、この基盤部上の相対変位部との間に転がり部材が介装されてなる転がり支承による制震装置であって、上記基盤部と相対変位部との間に、これらのいずれか一方に水平方向に敷設されたラックと、他方に本体部が固定され、この本体部に回転自在に設けられるとともに内部に封入された粘性流体によって回転方向に制動力を生じる歯車部材が上記ラックに歯合されたダンパーとを備えてなる減衰手段を設けてなり、上記転がり部材が円柱状のローラであるとともに、上記基盤部側の上記ローラの両端部に臨む位置には、一対の第１の壁部が立設され、かつ上記相対変位部側には、上記第１の壁部と対向する一対の第２の壁部が垂設されるとともに、これら第１および第２の壁部に水平方向に延在する開口部が穿設され、当該開口部間に上記ローラが挿通されていることを特徴とする制震装置。
上記基盤部側の上記転がり部材の転動面は、中央部が下方となる円弧状に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の制震装置。