JP4513095B2 - 免振装置 - Google Patents
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耐震構造に加えて、地震の揺れを受け流す免振構造を持つのものが注目されている。免振装置は、基礎と建物本体との間に設けられ、従来は、例えば積層ゴム等が用いられている(例えば、特許文献1)。従来の免振装置は、地震時の基礎の水平方向の揺れを受け流して建物自体の揺れを低減することにより、建物を静止状態に保とうとするものである。
鉛直力減衰機構は、ばね中心軸を鉛直方向に向けて設けられている減衰用コイルばねを含む。この鉛直力減衰機構は、減衰用コイルばねの鉛直方向への伸縮により、基礎から免振対象に伝わる鉛直方向の揺れを減衰する。
渦巻ばねによる復元機構は、渦巻面を水平にして渦が間隔をあけて巻かれている渦巻ばねを含み、渦巻ばねの略内周端寄りが転がり支承手段の筒状本体の外周面に固定され、且つ渦巻ばねの略外周端寄りが基礎に固定される。そして、渦巻ばねによる復元機構は、基礎と免振対象との水平方向ないし鉛直方向への相対変位によって渦巻ばねに生ずる水平方向ないし鉛直方向への反力により、基礎と免振対象との水平方向ないし鉛直方向への相対変位を許容範囲内に制限することが好適である。
本実施形態においては、水平力減衰機構116として、数ある種類の中から免振性能、構成の簡略化に優れた転がり支承手段130を選択している。その転がり支承手段130は免振対象114の下面側に固定されている垂下状支柱131と、垂下状支柱131の下端部の外周面に対し、上端部の内周面が摺動可能に取り付けられた筒状本体132と、中間板133で分画された筒状本体132の上半部内において垂下状支柱131の下端側のばね受部145と中間板133の上面との間に中心軸を鉛直方向に向けて介装され、後述の球体134を基礎112側の面へ押圧するための押圧用コイルバネを兼ねる減衰用コイルばね138と、筒状本体132の下半部内において中間板133の下面を含む下半部の内周面と基礎112側の面とに接して回転可能に保持され、基板112側の面を水平方向へ転がり自在とされている球体134と、基礎112の面に設けられて球体134を受ける球体受板136とからなっている。
本実施形態においては、免振性能の向上と構成の簡略化との両立を確実に図るため、鉛直力減衰機構118として、数ある種類の中から、ばね特性の設計の容易性により鉛直方向の免振特性のチューニング性に優れ、また構成の簡略化に優れたコイルばねを選択している。すなわち、鉛直力減衰機構118は、ばね中心軸を鉛直方向に向けて設けられている減衰用コイルばね138を含む。そして、鉛直力減衰機構118は、減衰用コイルばね138の鉛直方向への伸縮により、基礎112から免振対象114に伝わる鉛直方向の揺れを減衰する。
本実施形態においては、免振装置の性能の向上と構成の簡易化との両立を確実に図るため、復元機構120の要素として、平常時に引張力または圧縮力をかけておくことを要せず、構成の簡易化の点でも優れた渦巻ばね178を選択している。すなわち、図1(A)、(B)に示すように、基礎112と免振対象114との間に、渦巻面を水平にし渦が間隔をあけて巻かれた渦巻ばね178を用いている。そして渦巻ばね178の略内周端寄り178aが転がり支承手段130の筒状本体132の外周面に固定され、且つその略外周端寄り178bが基礎112に支柱179を介して固定されている。
本実施形態においては、免振性能の向上と構成の簡略化との両立を確実に図るため、水平力減衰機構と鉛直力減衰機構とを同じ鉛直軸上に配置することも重要であり、このために本実施形態においては、上述したように、鉛直力減衰機構118の減衰用コイルばね138を水平力減衰機構116の転がり支持手段130における筒状本体132の上半部内に球体134の押圧用コイルばねを兼ねて介装している。そして図1(A)、(B)に示すように、減衰用コイルばね138は筒状本体132の上半部の内面に接して伸縮するものとしている。
図1(A)を参照し、地震時に、免振対象114に対して基礎112が右方へ移動する横揺れが生じると、転がり支承手段130の筒状本体132の下半部内に保持されている球体134が基礎112上の球体受板136の表面上を転がることにより、免振対象114に対して基礎112を右方に変位させる。このようにして転がり支承手段130の球体134が基礎112の右方への横揺れを受け流すことにより、免振対象114に右方への横揺れが伝わるのを低減する。また同時に、復元用の渦巻ばね178には、右方への横揺れに対する反力が生じるので、基礎112と免振対象114との相対変位を許容範囲内に制限する。
このようにして本実施形態においては、地震時に水平方向の揺れが生じても、免振対象114を静止状態に保とうとする。
同じく図1(A)を参照し、地震時に免振対象114に対して基礎112が上方へ移動する縦揺れが生じると、減衰用コイルばね138は上方へ縮むことにより、基礎112上の球体受板136と転がり支承手段130の球体134との接触状態を良好に保ちながら免振対象114に対し基礎112を上方に変位させる。このようにして減衰用コイルばね138は、基礎112の上方への縦揺れを受け流すことにより、免振対象114に上方の縦揺れが伝わるのを低減する。また同時に、復元用の渦巻ばね178には上方への縦揺れに対する反力が生じるので、基礎112と免振対象114との相対変位を許容範囲内に制限する。
このようにして本実施形態においては、地震時に鉛直方向の揺れが生じても、免振対象114を静止状態に保とうとする。
次に地震時に、免振対象114に対して基礎112が右下方へ移動する右下方向への斜め揺れが生じると、減衰用コイルばね138は下方に伸びることにより、免振対象114に対し基礎112を下方に変位させ、基礎112の右下方向への斜め揺れの下方成分を受け流すのは勿論、地震時ないし変位時に転がり支承手段130の球体134と基礎112上の球体受板136とが離れることなく、これらの接触状態を常に良好に保つ。このようにして減衰用コイルばね138により転がり支承手段130の球体134と基礎112上の球体受板136との接触状態を常に良好に保ちながら、球体134が球体受板136上を転がり、免振対象114に対し基礎112を右方に変位させることにより、基礎112の右下方向への斜め揺れの右方成分を受け流す。この時、復元用の渦巻ばね178には右下方向への斜め揺れに対する反力が生じるので、基礎112と免振対象114との相対変位を水平方向及び鉛直方向の許容範囲内に制限する。これにより復元用の渦巻ばね178は、転がり支承手段130の球体134と基礎112上の球体受板136との接触状態を常に良好に保つ。またどのような地震時であっても、常に水平方向及び鉛直方向の免振性能が発揮されるように、転がり支承手段130及び減衰用コイルばね138を良好に作動することのできる水平方向及び鉛直方向の許容範囲内に迅速に戻すことができる。
このようにして本実施形態においては、地震時に水平方向成分及び鉛直方向成分を含む揺れが生じても、免振対象114を静止状態に保とうとする。
これに対し、本発明者が免振性能の向上と構成の簡略化との両立について鋭意検討を重ねた結果、縦揺れは横揺れに比較し、建物の損傷、倒壊等に及ぼす影響はそれほど大きくなくても、地震時に水平力減衰機構の設置状態に大きな影響を及ぼす可能性があることがあることがわかった。そして如何に免振性能に優れた複雑な構成の免振装置を設けても、水平力の減衰だけでは、振動によっては建物の揺れが増幅されてしまう、ないし建物の揺れを充分に低減することができないことがあることがわかった。
すなわち、たとえ免振性能に優れた免振装置を設けても、地震時に減衰機構の設置状態が不充分になるもの、ないし実際の免振対象や想定地震動などに応じて免振特性が適切なチューニングされていない状態では、免振装置の性能を充分に発揮することができないからである。
112 基礎
114 免振対象
116 水平力減衰機構
118 鉛直力減衰機構
120 復元機構
130 転がり支承手段
131 垂下状支柱
132 筒状本体
133 中間板
134 球体
136 球体受板
138 減衰用コイルばね
178 渦巻ばね
179 支柱
Claims (4)
- 基礎と免振対象との間に、水平方向の揺れを減衰する水平力減衰機構と、鉛直方向の揺れを減衰する鉛直力減衰機構と、前記基礎と前記免振対象との相対変位が許容範囲内にあるように制限する渦巻ばねによる復元機構とが組み合わされて設けられており、
前記水平力減衰機構は前記基礎の上方に前記免振対象を支える転がり支承手段を備え、前記転がり支承手段は前記免振対象の下面に固定された鉛直な垂下状支柱と、前記垂下状支柱の下端部の外周面に対し、上端部の内周面が摺動可能に取り付けられた筒状本体と、前記筒状本体が中間板で分画された上半部内において前記垂下状支柱の下端側と前記中間板の上面との間に中心軸を鉛直方向に向けて介装された押圧用コイルばねを兼ねる減衰用コイルばねと、前記筒状本体の下半部内において前記中間板の下面を含む前記下半部の内周面と前記基礎側の面とに接して回転可能に保持され、前記基礎側の面を水平方向へ転がり自在とされた球体と、前記基礎の上面に設けられた球体受板とからなり、前記球体が前記押圧用コイルばねで押圧され前記球体受板の面に常に接しながら転がることによって、前記基礎から前記免振対象へ伝わる水平方向の揺れを減衰し、
前記鉛直力減衰機構は中心軸を鉛直方向に向けて設けられた前記減衰用コイルばねを備え、前記減衰用コイルばねが鉛直方向へ伸縮することによって、前記基礎から前記免振対象へ伝わる鉛直方向の揺れを減衰し、
前記渦巻ばねによる復元機構は渦巻面を水平にし渦の間隔をあけて巻かれた前記渦巻ばねを備え、前記渦巻ばねの略内周端寄りが前記筒状本体の外周面に固定され、略外周端寄りが前記基礎に固定されており、前記基礎と前記免振対象とが水平方向ないし鉛直方向へ相対変位することによって前記渦巻ばねに生ずる水平方向ないし鉛直方向の反力により、前記基礎と前記免振対象との相対変位が水平方向ないし鉛直方向の許容範囲内にあるように制限することを特徴とする免振装置。 - 前記減衰用コイルばねが単体のコイルばねであることを特徴とする請求項1に記載の免振装置。
- 前記球体受板は極浅の逆円錐状の表面を有しており、前記球体が前記球体受板の中心位置に安定して停止するように図られていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の免振装置。
- 前記基礎と前記免振対象との間に請求項1に記載の前記免振装置の複数が配置されている場合、複数の前記復元機構における複数の渦巻ばね全体のばね特性が水平面内で均等になるように、前記渦巻ばねの夫々が巻きの始端位置および終端位置を考慮して配置されていることを特徴とする免振装置。
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