JP4613333B2

JP4613333B2 - 免震装置

Info

Publication number: JP4613333B2
Application number: JP2005133028A
Authority: JP
Inventors: 光雄金澤
Original assignee: 株式会社金澤製作所; 株式会社三ツ矢
Priority date: 2005-04-01
Filing date: 2005-04-01
Publication date: 2011-01-19
Anticipated expiration: 2025-04-01
Also published as: JP2006283959A

Description

本発明は、構築物と基礎部材の間に介装着され、構築物を地震から保護する免震装置に関する。

近年、建物や橋など構造部を地震等の震動から保護するために免震装置が積極的に使用されるようになってきた。この免震装置は、ゴムやスプリングを介して建造物を支承することにより、これらのゴムやスプリングの弾性力によって震動を吸収するものがほとんどであった。しかし、ゴムやスプリングは比較的劣化が速いので、長期間使用されることが前提の建造物に使用する免震装置としては、必ずしも適当ではなかった。また、大きな荷重を支承するにはかなり大型化してしまうと共に限度があり、この大きな荷重を分散して支承するするために多数の免震装置が必要となっていた。

そこで、この問題を解決する手段として、特開平１０−６１２５０号公報に示すような免震装置があった。この免震装置は、一方向から見て左右対称で中心部が最も深く且つ外側の勾配が大きい断面形状を有する凹状面を備えた支持部材２個を凹状面を向かい合わせにして上下に配置し、上記視方向に沿って水平に配置される１本の円柱状ローラを両凹状面の間に介在させた状態で重ねることにより耐震ユニットを構成し、この耐震ユニットをローラの軸が直交する向きに上下に２段に重ねて配置したものである。
特開平１０−６１２５０号公報

しかしながら、上述した従来の免震装置は、ユニット全体の構造や支持部材および転動部材であるローラの形状からして、地震の震動に対する応答性は優れて免震機能を発揮するが、応答性が良過ぎて制震作用が不足し、そのために外部に制震作用のためのブルーキ機構や緩衝装置を取り付けなければならないという問題が発生していた。

また、横揺れ方向に対しても、一つの耐震ユニットは、ローラの軸が直交する方向の横揺れに対して効果があるので、ローラの軸方向の揺れに対しては、ローラの軸が直交する向きに上下に２段に重ねて配置しなければならず、構造が複雑になると共にコストもかかるという問題もあった。

さらに、橋などのようにスパンの長い構造物は、地震時において長手方向の移動距離が大きくなるので、それに対処するには水平方向に複数本のローラを必要とし、一層構造が複雑になると共にコストもかかるという問題もあった。

本発明は上述した従来の問題点に鑑みなされたもので、一つの装置で転動動作と滑り動作を行うことで免震作用と制震作用にも優れ、簡単な構造であらゆる方向の揺れに対応できる免震装置を提供するものである。

本発明は、上部構造物に固定され内面が凹状の曲面部分が形成された上側部材と、基礎部材に支持され内面が凹状の曲面部分が形成された下側部材と、前記上側部材と前記下側部材との間に介在する上下が対称的な凸状の曲面部分を有する転動部材とを備えた免震装置であって、前記転動部材は、全体形状が略円盤状に形成されており、曲面に形成された中央部と、前記曲面に滑らかに接続する平板面が形成された周辺部を有することを特徴とするものである。

また、本発明は、上部構造物に固定され内面が凹状の曲面部分が形成された上側部材と、基礎部材に支持され内面が凹状の曲面部分が形成された下側部材と、前記上側部材と前記下側部材との間に介在する上下が対称的な凸状の曲面部分を有する転動部材とを備えた免震装置であって、前記転動部材は、全体形状が略円盤状に形成されており、曲面に形成された中央部と、前記曲面に滑らかに接続する平板面が形成された周辺部を有し、前記曲面は断面が真円の円周の一部であることを特徴としているる

また、本発明は、上部構造物に固定され内面が凹状の曲面部分が形成された上側部材と、基礎部材に支持され内面が凹状の曲面部分が形成された下側部材と、前記上側部材と前記下側部材との間に介在する上下が対称的な凸状の曲面部分を有する転動部材とを備えた免震装置であって、前記転動部材は、全体形状が略円盤状に形成されており、曲面に形成された中央部と、前記曲面に滑らかに接続する平板面が形成された周辺部を有し、前記曲面は断面が楕円の円周の一部であることを特徴としている。

また、本発明は、上部構造物に固定され内面が凹状の曲面部分が形成された上側部材と、基礎部材に支持され内面が凹状の曲面部分が形成された下側部材と、前記上側部材と前記下側部材との間に介在する上下が対称的な凸状の曲面部分を有する転動部材とを備えた免震装置であって、前記転動部材は、全体形状が略円盤状に形成されており、中央部が球状に形成され金属体と、周辺部が前記金属体を覆う平板状の硬質ゴム性の弾性部材で構成されていることを特徴としている。

また、本発明は、上部構造物に固定され内面が凹状の曲面部分が形成された上側部材と、基礎部材に支持され内面が凹状の曲面部分が形成された下側部材と、前記上側部材と前記下側部材との間に介在する上下が対称的な凸状の曲面部分を有する転動部材とを備えた免震装置であって、前記転動部材は、全体形状が略円盤状に形成されており、曲面に形成された中央部と、前記曲面に滑らかに接続する平板面が形成された周辺部を有し、前記周辺部の外端部は垂直に切断されていることを特徴としている。

上述のように構成された免震装置は、上部構造物に固定され内面が凹状の曲面部分が形成された上側部材と、基礎部材に支持され内面が凹状の曲面部分が形成された下側部材と、前記上側部材と前記下側部材との間に介在する上下が対称的な凸状の曲面部分を有する転動部材とを備えた免震装置であって、前記転動部材は、全体形状が略円盤状に形成されており、曲面に形成された中央部と、前記曲面に滑らかに接続する平板面が形成された周辺部を有することにより、転動動作と滑り動作を兼ね備えて地震のエネルギーを効果的に吸収できるので、建物は勿論のこと橋などのようにスパンの長い構造物に対しても簡単な構造であらゆる方向の揺れに対応できるものである。

本発明に係る免震装置を実施するための最良の形態を図に基づいて説明する。
図１は本発明に係る免震装置の構造を示す断面図、図２は図１の免震装置に使用する転動部材を示す斜視図、図３は図１の免震装置における転動動作を説明する断面図、図４は図１の免震装置におけ滑り動作を説明する断面図、図５は本発明に係る免震装置の実施例を示す断面図、図６は図５の免震装置の滑り動作を説明する断面図、図７は本発明に係る免震装置の実施例を示す断面図、図８は本発明に係る免震装置の実施例を示す断面図である。

本発明の免震モジュールＡは、図１または図２に示すように、上部構造物１に固定され内部が凹状の曲面２ａが形成された上側部材２と、基礎部材３に支持され内部が凹状の曲面ａが形成された下側部材４と、前記上側部材２と前記下側部材４との間に介在する転動部材５とを有する免震装置であって、前記転動部材５は、全体形状は略円盤形状をしており、中央部の断面が真円または楕円の円周の一部を形成する曲面５ａに形成され、周辺部はこの球面５ａに滑らかに接続する平板面５ｂに形成されており、端部は垂直に切断された垂直面５ｃとなっている。

また、この免震装置Ａは、前記上側部材２の前記転動部材５との当接面は曲面２ａに形成されており、周辺部２ｂはこの曲面２ａと滑らかに接続する直線の平板面２ｂに形成されている。そして、下側部材４も前記上側部材２と同様に、前記転動部材５の当接面は曲面４ａに形成されており、周辺部がこの曲面４ａと滑らかに接続する直線の平板面４ｂに形成されている。

また、上側部材２や下側部材４は鉄系の金属材料で構成される。これらの部材を鉄系の金属材料で構成する理由は、免震装置の耐久性を向上させるためである。従って、上側部材２、下側部材４、転動部材５、は鉄系の金属材料に限定されるものではなく、例えばセラミック材料やアルミニウム合金などの剛性の高い種々の材料を使用することができる。また、転動部材５と上側部材２および下側部材４の当接面は、動作を滑らかにするためコーテング処理を行うことができる。

このように構成された免震装置Ａは、初期状態においては、図１に示すように、転動部材５と前記上側部材２がそれぞれ曲面５ａと曲面２ａの中心である第１当接面Ｐ１で当接し、転動部材５と下側部材４はそれぞれ曲面５ａと曲面４ａの中心である第２当接面Ｐ２で当接している。従って、第１当接面Ｐ１の垂線位置と第２当接面Ｐ２での接触状態は点接触となる。

この状態より免震装置Ａは、例えば、図３に示すように、下側部材４が図中右方向へ移動した場合は、下側部材４と第２当接面Ｐ２で当接している転動部材５に伝達されるので、転動部材５は曲面５ａの範囲内で反時計廻り方向に転動する。この転動により転動部材５と下側部材４の第２当接面はＰ２′に移動する。また、転動部材５と第１当接面Ｐ１で当接している上側部材２も相対的に図中左方向に移動することになり、転動部材５と上側部材２の第１当接面はＰ１′に移る。この転動部材５が転動することにより、地震のエネルギーを吸収するものである。

さらに、揺れが大きくなると、図４に示すように、転動部材５と上側部材２および下側部材４の当接面は曲面５ａの範囲を超えて平板面５ｂに移る。すなわち、転動部材５は直線状に形成された周辺部５ｂが上側部材２の平板面２ｂおよび下側部材４の平板面２ｂと当接するようになるので、点接触から面接触になる。すると、転動部材５は転動することができなくなり、そのまま滑り動作をするようになる。この滑り動作は転動部材１０と上側部材２および下側部材４の間に摩擦抵抗を発生するので、地震の揺れに対する抵抗力となり、制振力を発揮するものである。

上述のように免震装置Ａは、転動動作だけでなく滑り動作も行うことにより、地震のエネルギーを効果的に吸収できるのものである。この免震装置Ａは転動部材５は円盤状に形成されているので、上側部材２および下側部材４との当接面は曲面に形成されているので、この免震装置Ａが１組で左右方向だけでなく、前後方向の揺れに対しても効果を発揮するものである。

次に、図５に示す免震装置Ｂは、本発明に係る免震装置の実施例を示すものである。この免震装置Ｂは、上部構造物１に固定される上側部材２と、下部構造物３に固定される下側部材４と、前記上側部材２と前記下側部材４との間に介装された転動部材１０とから構成されており、この転動部材１０は、金属体１１の周囲を硬質ゴム性の弾性部材１２で覆われている。この弾性部材１２に使用される硬質ゴムは、シリコンゴムやテフロンゴム（商品名）などのように、弾性を備えるとともに所定の硬さを有して滑り性も備えるものである。また、転動部材１０は前記転動部材５と同様に全体形状は円盤状に形成されたもので、金属体１１は断面形状が真円または楕円に形成されており、弾性部材１２には平板面が形成されている。

この免震装置Ｂは、転動部材１０と前記上側部材２が金属体１１の曲面１１ａと曲面２ａの中心でで当接し、転動部材１０と下側部材４は金属体１１の曲面１１ａと曲面４ａの中心である第２当接面Ｐ２で当接している。従って、それぞれの当接面での接触状態は点接触となっている。そして、揺れが小さい場合には、免震装置Ａと同様に、転動部材１０の転動により、地震のエネルギーを吸収するものである。

さらに、地震の揺動などにより下側部材４が大きく移動した場合は、図６に示すように、転動部材１０と前記上側部材２は、弾性部材１２の平板面１２ａと上側部材２の平板面２ｂとで当接するようになり、転動部材１０と前記上側部材２の接触状態は面接触となる。そのため摩擦抵抗が発生し、地震の揺れに対する抵抗力となり、制振力を発揮するものである。そして、弾性部材１２の硬質ゴム材料の面となるので、摩擦抵抗が大きくなり効率良く衝撃を吸収するものである。

また、図７に示す免震装置Ｃは、上部構造物１に固定され凹状の曲面部分が形成された上側部材２と、基礎部材３に支持され凹状の曲面部分が形成された下側部材４と、この上側部材２と前記下側部材４との間に介在する上下が対称的な凸状の曲面部分を有する転動部材２０とを備えた免震装置であって、この転動部材２０は、金属体２１の断面形状が略楕円に形成され、内部に円周部分からの切り込みの空間部２２が形成されたものである。この金属体２１は、バネ鋼などの弾性を有する金属材料から形成されており、中央部は曲面２１ａが形成され、周辺部は曲面２１ａに滑らかに接続する平板面２１ｂが形成されている。さらに、この平板面２１ｂが形成されている周辺部分は薄く形成されているので、バネ性が充分発揮されるものである。

このように形成された免震装置Ｃは、地震による揺れが小さい場合には、免震装置Ａや免震装置Ｂと同様に曲面２１ａにより転動部材２０が転動して地震の衝撃を吸収する。そして、地震による揺れが大きい場合には、転動部材２０の平板面２１ｂにより上側部材２と下側部材４の間に滑り動作が発生し、その摩擦抵抗で地震エネルギー吸収するものである。さらに、この免震装置Ｃは、上下方向の衝撃荷重に対しては、転動部材２０の空間部２２がバネ性を発揮して、ダンパー作用を行うので、直下型地震などに対しても有効に作動するものである。

また、図８に示す免震装置Ｄは、上部構造物１に固定され凹状の曲面部分が形成された上側部材２と、基礎部材３に支持され凹状の曲面部分が形成された下側部材４と、この上側部材２と前記下側部材４との間に介在する上下が対称的な凸状の曲面部分を有する転動部材３０とを備えた免震装置であって、この転動部材３０は、金属体３１の断面形状が略楕円に形成され、内部に円周部分からの切り込みの空間部３２が形成されたものである。この金属体３１は、バネ鋼などの弾性を有する金属材料から形成されており、中央部は曲面３１ａが形成され、周辺部は曲面３１ａに滑らかに接続する平板面３１ｂが形成されている。さらに、この平板面３１ｂが形成されている周辺部分は薄く形成されているので、空間部３２にはダンパー効果を高めるために硬質ゴムの弾性部材３３が充填されている。この弾性部材３３に使用される硬質ゴムは、シリコンゴムやテフロンゴム（商品名）などのように、弾性を備えるとともに所定の硬さを有して滑り性も備えるものである。

このように構成された免震装置Ｄは、前述した免震装置Ｃと同様に、地震による揺れが小さい場合には、免震装置Ａや免震装置Ｂと同様に曲面３１ａにより転動部材３０が転動して地震の衝撃を吸収する。そして、地震による揺れが大きい場合には、転動部材３０の平板面３１ｂにより上側部材２と下側部材４の間に滑り動作が発生し、その摩擦抵抗で地震エネルギー吸収するものである。さらに、この免震装置Ｃは、上下方向の衝撃荷重に対しては、転動部材３０の空間部２２に重点された弾性部材３３ダンパー作用を行うので、直下型地震などに対しても有効に作動するものである。

本発明に係る免震装置の構造を示す断面図である。図２は図１の免震装置に使用する転動部材を示す斜視図である。図１の免震装置における転動動作を説明する断面図である。図１の免震装置における滑り動作を説明する断面図である。本発明の免震装置の実施例を示す断面図である。図５の免震装置における滑り動作を説明する断面図である。本発明の免震装置の実施例を示す断面図である。本発明の免震装置の実施例を示す断面図である。

符号の説明

Ａ免震装置
Ｂ免震装置
Ｃ免震装置
Ｄ免震装置
１上部構造物
２上側部材
２ａ曲面
２ｂ平板面
３基礎部材
４下側部材
４ａ曲面
４ｂ平板面
５転動部材
５ａ曲面
５ｂ平板面
５ｃ垂直面
１０転動部材
１１金属体
１２弾性部材
１２平板面
２０転動部材
２１金属体
２１ａ曲面
２１ｂ平板面
２２空間部
３０転動部材
３１金属体
３１ａ曲面
３１ｂ平板面
３２空間部
３３弾性部材

Claims

上部構造物に固定され内面が凹状の曲面部分が形成された上側部材と、基礎部材に支持され内面が凹状の曲面部分が形成された下側部材と、前記上側部材と前記下側部材との間に介在する上下が対称的な凸状の曲面部分を有する転動部材とを備えた免震装置であって、
前記転動部材は、全体形状が略円盤状に形成されており、曲面に形成された中央部と、前記曲面に滑らかに接続する平板面が形成された周辺部を有することを特徴とする免震装置。
上部構造物に固定され内面が凹状の曲面部分が形成された上側部材と、基礎部材に支持され内面が凹状の曲面部分が形成された下側部材と、前記上側部材と前記下側部材との間に介在する上下が対称的な凸状の曲面部分を有する転動部材とを備えた免震装置であって、
前記転動部材は、全体形状が略円盤状に形成されており、曲面に形成された中央部と、前記曲面に滑らかに接続する平板面が形成された周辺部を有し、前記曲面は断面が真円の円周の一部であることを特徴とする免震装置。
上部構造物に固定され内面が凹状の曲面部分が形成された上側部材と、基礎部材に支持され内面が凹状の曲面部分が形成された下側部材と、前記上側部材と前記下側部材との間に介在する上下が対称的な凸状の曲面部分を有する転動部材とを備えた免震装置であって、
前記転動部材は、全体形状が略円盤状に形成されており、曲面に形成された中央部と、前記曲面に滑らかに接続する平板面が形成された周辺部を有し、前記曲面は断面が楕円の円周の一部であることを特徴とする免震装置。
上部構造物に固定され内面が凹状の曲面部分が形成された上側部材と、基礎部材に支持され内面が凹状の曲面部分が形成された下側部材と、前記上側部材と前記下側部材との間に介在する上下が対称的な凸状の曲面部分を有する転動部材とを備えた免震装置であって、
前記転動部材は、全体形状が略円盤状に形成されており、中央部が球状に形成され金属体と、周辺部が前記金属体を覆う平板状の硬質ゴム性の弾性部材で構成されていることを特徴とする免震装置。
上部構造物に固定され内面が凹状の曲面部分が形成された上側部材と、基礎部材に支持され内面が凹状の曲面部分が形成された下側部材と、前記上側部材と前記下側部材との間に介在する上下が対称的な凸状の曲面部分を有する転動部材とを備えた免震装置であって、
前記転動部材は、全体形状が略円盤状に形成されており、曲面に形成された中央部と、前記曲面に滑らかに接続する平板面が形成された周辺部を有し、前記周辺部の外端部は垂直に切断されていることを特徴とする免震装置。