JP4747356B2

JP4747356B2 - 免震装置

Info

Publication number: JP4747356B2
Application number: JP2004300741A
Authority: JP
Inventors: 光雄金澤
Original assignee: 株式会社金澤製作所
Priority date: 2004-09-14
Filing date: 2004-09-14
Publication date: 2011-08-17
Anticipated expiration: 2024-09-14
Also published as: JP2006084014A

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、横方向の揺れ斜め方向の揺れに対しては効果的に免震機能を発揮するが、直下型の地震のように垂直方向の瞬間的な衝撃に対しては効果的に機能せず、地面の衝撃がそのまま構造物に伝達して、構造物に衝撃を与えてしまうという不具合があった。

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、垂直方向の衝撃を吸収し、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免震装置を提供するものである。

また、本発明は、上部構造物に固定され凹状の球面部分が形成された上側部材と、基礎部材に支持され凹状の球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球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、金属球と、当該金属球を覆う硬質ゴム性の弾性部材で構成されており、前記金属球は、断面形状が楕円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凹状の球面部分が形成された上側部材と、基礎部材に支持され凹状の球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球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、金属球と、当該金属球を覆う硬質ゴム性の弾性部材で構成されており、前記弾性部材は、水平方向は前記金属球より長く、上下方向は前記金属球と略同一な円盤状に形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凹状の球面部分が形成された上側部材と、基礎部材に支持され凹状の球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球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、断面形状が略楕円に形成され、円周部分に切り込みの空間部が形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凹状の球面部分が形成された上側部材と、基礎部材に支持され凹状の球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球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、断面形状が略楕円に形成され、円周部分に切り込みの空間部が形成され、前記空間部に硬質ゴムが充填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る上側部材と、基礎部材に支持される下側部材と、前記上側部材と前記下側部材との間に介装された転動部材と、前記転動部材の姿勢保持手段とを有する免震装置であって、前記上側部材および前記下側部材と前記転動部材の当接面は曲面に形成され、前記転動部材は金属球と当該金属球を覆う硬質ゴム性の弾性部材で構成されていることにより、地震のエネルギーを効果的に吸収できるので、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の免震装置における動作を示す断面図、図３は図１の免震装置における動作の極限状態を示す断面図、図４は本発明に係る免震装置の実施例を示す断面図、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の免震装置の動作を示す断面図、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は図７の免震装置の動作を示す断面図、図９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に示すように、上部構造物１に固定され凹状の球面部分が形成された上側部材２と、基礎部材３に支持され凹状の球面部分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との間に介在する上下が対称的な凸状の球面部分からなる転動部材１０とを有する免震装置であって、前記転動部材１０は、金属球１１と当該金属球を覆う硬質ゴム性の弾性部材１２で構成されている。そして、前記上側部材２と前記下側部材４および転動部材１０の周囲は蛇腹構造のカバー部材５で覆われている。

この免震装置Ａは、前記上側部材２および下側部材４と前記転動部材１０の当接面は曲面に形成されており、前記転動部材１０は断面が略楕円のボール状に形成されている。この転動部材１０は、中心部に鋼鉄などの硬い金属から形成された真円の金属球１１があり、その周囲を硬質ゴム性の弾性部材１２で覆われている。また、この転動部材１０の弾性部材１２は、図１に示すように、水平方向が金属球１１より長く、上下方向がほぼ金属球１１と同一な略円盤状に形成されている。

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３、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１０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。さらに、弾性部材１２は耐久性の高めたスチールベルト入りのシリコンゴムなどを使用することができるものである。

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１０と前記上側部材２が第１当接面Ｐ１で当接し、転動部材１０と下側部材４は第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の垂線位置は同じである。

この状態より免震装置Ａは、例えば、図２に示すように、基礎部材３が図中右方向へ移動した場合は、基礎部材３と第２当接面Ｐ２で当接している転動部材１０に伝達されるので、転動部材１０は反時計廻り方向に回転する。この回転により転動部材１０と基礎部材３の第２当接面はＰ２′に移動する。また、転動部材１０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１０と上側部材２の第１当接面はＰ１′に移る。この転動部材１０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。そして、転動部材１０と上側部材２および基礎部材３の当接面は弾性部材１２のゴム材の面となるので、ゴム材の弾性により衝撃を吸収するものである。

さらに、揺れが大きくなると、転動部材１０は転動することができなくなるので、図３に示すように、そのまま滑り動作となり、ゴムの摩擦抵抗で衝撃を吸収しながら移動する。そして、上側部材２と基礎部材３のそれぞれ端部に設けられているストッパー部２ａ，４ａで止まるものである。この時に弾性部材１２の弾性により衝撃を吸収するものである。

上述のように免震装置Ａは、転動部材１０が金属球と硬質ゴムで形成されるので、地震のエネルギーを効果的に吸収できるので、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。また、転動部材１０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４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２０とから構成されており、この転動部材２０は、免震装置Ａと同様に、金属球２１の周囲を硬質ゴム性の弾性部材２２で覆われており、金属球２１が断面形状楕円に形成されたものである。

この免震装置Ｂは、免震装置Ａと同様に、基礎部材３が図中右方向へ移動した場合は、図２に示すように、基礎部材３と第２当接面Ｐ２で当接している転動部材２０に伝達されるので、転動部材１０は反時計廻り方向に回転する。この回転により転動部材２０と基礎部材３の第２当接面はＰ２′に移動する。また、転動部材２０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１０と上側部材２の第１当接面はＰ１′に移る。この転動部材２０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。そして、転動部材２０と上側部材２および基礎部材３の当接面は弾性部材２２のゴム材の面となるので、ゴム材の弾性により衝撃を吸収するものである。

また、図５に示す免震装置Ｃは、上部構造物１に固定され凹状の球面部分が形成された上側部材２と、基礎部材３に支持され凹状の球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球面部分からなる転動部材３０とを有する免震装置であって、この転動部材３０は、金属球３１と、当該金属球３１を覆う硬質ゴム製の弾性部材３２で構成されており、この弾性部材３２は、水平方向は前記金属球３１より長く、上下方向は前記金属球３１より大きな円盤状に形成されたものである。

この免震装置Ｃは、横揺れに対しては免震装置Ａと同様に、基礎部材３が図中右方向へ移動した場合は、図２に示すように、基礎部材３と第２当接面Ｐ２で当接している転動部材３０に伝達されるので、転動部材３０は反時計廻り方向に回転する。この回転により転動部材３０と基礎部材３の第２当接面に移動する。また、転動部材３０と第１当接面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３０と上側部材２の第１当接面に移る。この転動部材３０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。そして、転動部材３０と上側部材２および基礎部材３の当接面は弾性部材１２のゴム材の面となるので、硬質ゴムの弾性により衝撃を吸収するものである。

さらに、この免震装置Ｃは、例えば、直下型の縦揺れの発生した場合には、上下方向の衝撃荷重になるので、この場合には、図６に示すように、転動部材３０の硬質ゴム製の弾性部材３２が潰れて、この衝撃荷重を吸収することができるものである。このようにして免震装置Ｃは、地震の縦揺れや横揺れに対して効率的な免震装置とすることができるものである。

また、図７に示す免震装置Ｄは、上部構造物１に固定され凹状の球面部分が形成された上側部材２と、基礎部材３に支持され凹状の球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球面部分を有する転動部材４０とを備えた免震装置であって、この転動部材４０は、金属体４１の断面形状が略楕円に形成され、円周部分に切り込みの空間部４２が形成されたものである。この金属体４１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、空間部４２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Ｄは、横揺れの発生に対しては、図８に示すように、基礎部材３が図中右方向へ移動した場合は、基礎部材３と第２当接面Ｐ２で当接している転動部材４０に伝達されるので、転動部材４０は反時計廻り方向に少し回転する。しかしながら、この転動部材４０はあまり回転できない構造なので、直ぐに滑り動作となり、その滑り抵抗で地震エネルギー吸収するものである。そして、転動部材４０の先端が上側部材２のストッパー２ａと下側部材のストッパー４ｂに当たり止まるもである。さらに、この免震装置Ｄは、上下方向の衝撃荷重に対しては、転動部材４０の空間部４２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９に示す免震装置Ｅは、上部構造物１に固定され凹状の球面部分が形成された上側部材２と、基礎部材３に支持され凹状の球面部分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との間に介在する上下が対称的な凸状の球面部分からなる転動部材５０とを有する免震装置であって、前記転動部材５０は、金属体５１の断面形状が略楕円に形成され、円周部分に切り込みの空間部５２が形成され、前記空間部５２に硬質ゴムの弾性部材５３が充填されたものである。

このように構成された免震装置Ｅは、前述した免震装置Ｄと同様に、横揺れの発生に対しては、図８と同様に、基礎部材３が図中右方向へ移動した場合は、基礎部材３と第２当接面Ｐ２で当接している転動部材５０に伝達されるので、転動部材５０は反時計廻り方向に少し回転する。しかしながら、この転動部材５０はあまり回転できない構造なので、直ぐに滑り動作となり、その滑り抵抗で地震エネルギー吸収するものである。そして、転動部材５０の先端が上側部材２のストッパー２ａと下側部材のストッパー４ｂに当たり止まるもである。さらに、この免震装置Ｅは免震装置Ｄと同様に、上下方向の衝撃荷重に対しては、転動部材５０の空間部５２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。そして、空間部５２に充填された硬質ゴムの弾性部材５３でさらにダンパー効果を高めるものである。

本発明に係る免震装置の構造を示す断面図である。図１の免震装置における動作を示す断面図である。図１の免震装置における動作の極限状態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。本発明の免震装置の実施例を示す断面図である。図５の免震装置の動作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。図７の免震装置の動作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
Ｅ免震装置
１上部構造物
２上側部材
２ａストッパー部
２ｂストッパー部
３基礎部材
４下側部材
４ａストッパー部
４ｂストッパー部
５カバー部材
１０転動部材
１１金属球
１２弾性部材
２０転動部材
２１金属球
２２弾性部材
３０転動部材
３１金属球
３２弾性部材
４０転動部材
４１金属体
４２空間部
５０転動部材
５１金属体
５２空間部
５３弾性部材

Claims

上部構造物に固定され凹状の球面部分が形成された上側部材と、基礎部材に支持され凹状の球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球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、金属球と、当該金属球を覆う硬質ゴム性の弾性部材で構成されており、前記金属球は、断面形状が楕円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凹状の球面部分が形成された上側部材と、基礎部材に支持され凹状の球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球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、金属球と、当該金属球を覆う硬質ゴム性の弾性部材で構成されており、
前記弾性部材は、水平方向は前記金属球より長く、上下方向は前記金属球と同一に、断面形状が略楕円に形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凹状の球面部分が形成された上側部材と、基礎部材に支持され凹状の球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球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、断面形状が略楕円に形成され、円周部分に切り込みの空間部が形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凹状の球面部分が形成された上側部材と、基礎部材に支持され凹状の球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球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、断面形状が略楕円に形成され、円周部分に切り込みの空間部が形成され、前記空間部に硬質ゴムが充填されていることを特徴とする免震装置。