JP5012346B2 - 免振装置 - Google Patents

Description

本発明は、建物などの免振対象物を地震等から保護する免振装置に関する。

地震等から建物を保護する免振装置が普及している。この免振装置は、一般に、建物と、その基礎との間に介装される。
この免振装置の一例として、特許文献１には、上下一対の摩擦板の下に、積層ゴムを直列配置した構成が開示されている。そして、この構成によれば、中規模以上の地震に対しては、前記一対の摩擦板同士が水平方向に摺動して免振し、その摺動時の摩擦力を建物の振動の減衰力として用いる一方、前記摩擦板同士が摺動しないような小規模の地震に対しては、積層ゴムが水平方向に変形することによって、建物の振動を所期の免振周期に長周期化して免振しつつ、その振動エネルギーを吸収して振動を減衰する（特許文献１を参照）。
特開平９−３１０４０８号

ここで、この特許文献１の摩擦板の摩擦力の大きさは、その摺動面の垂直抗力と摩擦係数との積として計算されることからもわかるように、免振装置の支持荷重に応じて変化する。また、積層ゴムによる免振周期も、当該積層ゴムの水平剛性が支持荷重に依存して変化し得ることから、同様に支持荷重に応じて変化する。

ところが、一般に免振装置の支持荷重の算定は難しい。これは、通常、建物に対しては複数の免振装置が並列配置され、各免振装置に分担される支持荷重の大きさは、建物内の平面位置に応じて異なるからである。よって、免振装置毎に支持荷重を把握するのは非常に難しく、その結果として、各免振装置の摩擦力や免振周期を所期の目標値に設定するのは非常に困難であった。

更には、仮に、支持荷重の大きさを把握して各免振装置の摩擦力や免振周期を目標値に設定できたとしても、地震等により建物にロッキング振動（建物が揺りかごの如く上下に揺動すること）が生じた場合には、当該ロッキング振動によって各免振装置の支持荷重が変動してしまい、もって、上記の摩擦力や免振周期を目標値に維持するのも困難であった。

本発明はかかる従来の課題に鑑みて成されたもので、上下一対の摩擦部材と、該一対の摩擦部材に直列に配置されて、水平力に応じて上端と下端とが水平方向に相対変位する弾性体とを備えた免振装置に関し、前記摩擦部材の摩擦力、及び、前記弾性体による免振周期を、所期の目標値に設定し易く且つ維持し易い免振装置を提供することを目的とする。

かかる目的を達成するために請求項１に示す免振装置は、
免振対象物の水平移動を許容しつつ該免振対象物の重量を支持する支承部と、前記免振対象物の水平移動を抑制する摩擦ダンパー部とが、前記免振対象物とその下方の下部構造体との間の上下方向隙間に並列に介装されてなる免振装置であって、
前記摩擦ダンパー部は、
前記免振対象物と前記下部構造体との水平方向の相対変位に応じて水平方向に摺動する上下一対の摩擦部材と、
該一対の摩擦部材に対して直列に配置されて、水平力に応じて上端と下端とが水平方向に相対変位する弾性体と、
前記一対の摩擦部材に対して直列に配置されて、前記一対の摩擦部材に鉛直方向の圧接力を付与する皿ばねと、
該皿ばねのたわみ量を調節することにより前記圧接力の大きさを調節する調節機構と、を備え、
前記調節機構は、
前記免振対象物の下面にボルト止めされ、鉛直方向に沿って形成された挿入孔を有する加圧部と、
前記皿ばねを上下に挟んで配置される上加圧板及び下加圧版と、
前記下加圧板から突出し、前記皿ばねの中央の貫通孔に挿通され、更に、前記上加圧板の中央の貫通孔にも挿通された円柱シャフトと、
前記上加圧板から突出し、前記加圧部に設けられた前記挿入孔に螺合する円筒部と、
を備え、
前記上加圧板を前記加圧部に対して相対的に螺合回転させると、その螺合回転によって前記上加圧板が上下方向に送られるように構成されていることを特徴とする。

上記請求項１に示す発明によれば、先ず、免振対象物の重量を、概ね前記支承部の方で支持し、前記摩擦ダンパー部の方では支持しないので、前記一対の摩擦部材の摩擦力は、これら摩擦部材同士の間の摩擦係数と、前記皿ばねの圧接力とに基づいて定まる。そして、摩擦部材の摩擦係数は既知であるし、皿ばねの圧接力は前記調節機構によって調節できるので、摩擦ダンパー部の摩擦力を、所期の目標値に容易に設定可能となる。

また、前記弾性体に前記圧接力が伝達される場合には、当該圧接力の大きさを前記皿ばねにより調節できるので、前記弾性体の水平剛性を所定値に設定可能であり、もって、前記摩擦ダンパー部による免振周期を、所期の目標値に容易に設定可能となる。

更には、地震時に免振対象物にロッキング振動が生じても、免振対象物の重量は概ね前記支承部が支持していることから、摩擦ダンパー部の方には、ロッキング振動による荷重変動の影響は殆ど顕れず、つまり前記圧接力の変動は小さいので、前記摩擦ダンパー部の前記摩擦力及び免振周期も概ね目標値に維持される。

請求項２に示す発明は、請求項１に記載の免振装置であって、
前記弾性体に並列して補助摩擦ダンパーが設けられており、
該補助摩擦ダンパーが水平方向に摺動する際の摩擦力の大きさは、前記一対の摩擦部材が水平方向に摺動する際の摩擦力の大きさよりも小さく、
前記補助摩擦ダンパーが摺動しない時には、該補助摩擦ダンパーは、前記弾性体の上端と下端との水平方向の相対変位を不能に拘束することを特徴とする。

上記請求項２に示す発明によれば、風荷重などの小さな水平力が作用しただけで免振対象物が水平方向に振動してしまうことを、有効に防ぐことができる。詳しくは次のとおりである。

前記一対の摩擦部材の摩擦力よりも大きな水平力が作用しないと、前記一対の摩擦部材に基づいては、免振対象物は水平方向に相対移動しないが、他方、前記弾性体の弾性変形に基づいては、前記摩擦力よりも小さな水平力でも前記免振対象物は容易に水平方向に相対移動してしまう虞がある。つまり、単に前記一対の摩擦部材と前記弾性体とを直列配置しただけでは、風荷重などの小さな水平力でも免振対象物が水平方向に振動してしまう虞がある。

但し、ここで、上述の免振装置は補助摩擦ダンパーを備えており、この補助摩擦ダンパーは、自身が摺動を開始するまでは、前記弾性体の上端と下端との水平方向の相対変位を不能に拘束する。そして、摺動する際の摩擦力の大きさは、前記一対の摩擦部材が摺動する際の摩擦力の大きさよりも小さく設定されている。よって、風荷重などの小さな水平力が作用しただけで建物が水平方向に振動してしまうことを、有効に防ぐことができる。

請求項３に示す発明は、請求項２に記載の免振装置であって、
前記一対の摩擦部材と前記弾性体とは上下に連接されており、
前記補助摩擦ダンパーは、前記一対の摩擦部材のうちの一方の摩擦部材に水平方向の摺動可能に設けられた補助摩擦部材と、該補助摩擦部材に直列に配置されて前記補助摩擦部材に鉛直方向の圧接力を付与するばね部材と、を備えていることを特徴とする。
上記請求項３に示す発明によれば、前記一対の摩擦部材のうちの一方の摩擦部材を、前記補助摩擦ダンパーの構成部品として兼用するので、前記補助摩擦ダンパーの補助摩擦部材を一つ削減できて、結果、コスト削減を図れる。

請求項４に示す発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の免振装置であって、
前記弾性体は、粘弾性体であることを特徴とする。
上記請求項４に示す発明によれば、粘弾性体の上端と下端とが水平方向に相対変位する際の粘弾性体自身の剪断変形に伴うエネルギー吸収作用によって、免振対象物の振動エネルギーを吸収する。よって、免振対象物の振動の減衰性を更に高めることができる。

請求項５に示す発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の免振装置であって、
前記弾性体の上端と下端との水平方向の相対変位を許容しつつ、前記弾性体の上端と下端との間の間隔を、前記弾性体の自然長の大きさに保持する保持部材が、前記弾性体に並列して設けられていることを特徴とする。
上記請求項５に示す発明によれば、前記保持部材によって、前記弾性体は前記皿ばねからの圧接力が作用しない自然長の状態に保持されている。よって、当該弾性体の水平剛性の大きさは概ね一定値に維持されるため、前記摩擦ダンパー部による免振周期を、所期の目標値に容易に設定できるとともに、免振対象物にロッキング振動が生じても前記目標値に維持可能である。

本発明に係る免振装置によれば、前記摩擦部材の摩擦力、及び、前記弾性体による免振周期を、所期の目標値に設定し易く且つ維持し易くなる。

以下、本発明に係る免振装置の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

＜＜＜第１実施形態の免振装置１０＞＞＞
図１に、第１実施形態の免振装置１０が適用された建物１の概念図を示す。免振装置１０は、免振対象物としての建物１と、その下方の下部構造体としての基礎３との間の上下方向隙間Ｇに介装される。そして、この上下方向隙間Ｇには、上記の免振装置１０が複数並列配置されており、もって、これら複数の免振装置１０は、建物１の平面内の各支持位置において建物１の重量を分担支持している。

図２は、免振装置１０の側断面図である。なお、上記の複数の免振装置１０は何れも同構造である。また、以下で参照する全ての側断面図については、図の錯綜を防ぐべく一部の断面線を省略して示している。

免振装置１０は、建物１の水平移動を許容しつつこの建物１の重量を支持する支承部２０と、この支承部２０に並列に配置されて、建物１の水平移動を抑制する摩擦ダンパー部３０とを備えている。

支承部２０は、例えば転がり支承である。すなわち、建物１の下面１ａに受け座２１ａを介して固定される平滑な転がり板２３と、基礎３の上面３ａに受け座２１ｂを介して固定される平滑な転がり板２４と、これら転がり板２３，２４の水平な転がり面同士の間に介在する複数の鋼球２５とを備えている。そして、これら鋼球２５が前記転がり板２３，２４を介して建物１の支持荷重を鉛直方向に受けながら転動することにより、建物１は、小さな水平力（水平方向の外力）でも水平移動可能に支持されている。

ちなみに、この転がり支承２０によれば、建物１の下面１ａと基礎３の上面３ａとの隙間たる前記上下方向隙間Ｇは、ほぼ一定間隔に維持される。また、各免振装置１０に分担された建物１の支持荷重の大半は、当該支承部２０の方で受けるため、摩擦ダンパー部３０の方では、後述の皿ばね部４０に基づく圧接力分の荷重しか支持しない。

一方、摩擦ダンパー部３０は、皿ばね部４０と、弾性ゴム部５０と、摩擦減衰部６０とが、この順番で鉛直方向の上から下へと直列に重ねて配置されるとともに、これら３つの構成部４０，５０，６０において上下に隣り合う構成部同士が互いにボルト止め等にて連結固定されてなる。

摩擦減衰部６０は、建物１の水平振動の減衰を水平方向の摩擦力によって行うものであり、互いに当接する摩擦面において水平方向に摺動する上下一対の摩擦板６１，６２を本体とする。そして、下摩擦板６２は、建物１の基礎３の上面３ａに固定される一方、上摩擦板６１は、前記弾性ゴム部５０の下面たる下フランジ板５３に重ね合わせられてボルト止めされている。よって、これら上下の摩擦板６１，６２の水平方向の相対移動に伴って、摺動する摩擦面に摩擦力が生じ、これにより建物１の水平振動が減衰される。ここでは、下摩擦板６２にはステンレス板を用い、上摩擦板６１には超高分子量ポリエチレンを用いているが、これらの使用素材は、必要な摩擦力の大きさのオーダー等に基づいて適宜選定される。また、この摩擦力は、上下摩擦板６１，６２の前記摩擦面（以下、摺動面とも言う）に作用する垂直抗力たる圧接力に応じて変化するが、この圧接力は、後述の皿ばね部４０の弾発力によって付与されるため、当該弾発力の調節により摩擦力の大きさを調整可能である。

弾性ゴム部５０は、上記の摩擦減衰部６０に係る上下一対の摩擦板６１，６２同士が摺動しないような小さな水平力の作用下において、建物１の振動を所期の免振周期に長周期化しつつ、その振動を減衰するものであり、その構成は、所謂積層ゴム５１（例えば、円形の鋼板５１ａとゴム層５１ｂとを上下に交互に積層してなる円柱状の弾性体）を、上下一対のフランジ板５２，５３で挟んで固定したものである。そして、下フランジ板５３は、前述したように摩擦ダンパー部６０の上面たる上摩擦板６１に重ね合わされてボルト止めされる一方、上フランジ板５２は、皿ばね部４０の下面たる下加圧板４６に重ね合わされてボルト止めされている。よって、作用する水平力に応じて積層ゴム５１が水平方向に剪断変形して、上端の上フランジ板５２と下端の下フランジ板５３とが水平方向に相対変位することにより、建物１の水平振動を長周期化する。

なお、図３に示すように、この積層ゴム５１の水平剛性Ｋｈ（Ｐ）は、当該積層ゴム５１に作用する鉛直荷重Ｐに応じて変化するため、この積層ゴム５１による長周期化後の振動周期（以下、免振周期とも言う）も、同荷重Ｐに応じて変化することになるが、この点につき、この第１実施形態では、この積層ゴム５１に並列して、上記の皿ばね部４０からの圧接力を受けるための支持部材が全く配置されていないことから、皿ばね部４０からの圧接力は、そのまま上述の鉛直荷重Ｐとして積層ゴム５１に作用する。よって、この積層ゴム５１による免振周期も、上述の摩擦減衰部６０の摩擦力と同様に、皿ばね部４０の弾発力の調節により調整可能である。

皿ばね部４０は、上述のように、摩擦減衰部６０及び弾性ゴム部５０に対して鉛直方向の圧接力を所定の大きさに調整して付与するものであり、図２に示すように、皿ばね積層体４１と、皿ばね積層体４１の弾発力を調整する圧接力調節機構４４と、を有する。

皿ばね積層体４１は、複数枚の皿ばね４２の向きを揃えて重ねてなる皿ばねユニット４２Ｕを、複数組有する。そして、これらユニットの組数や、ユニットの上下方向の向き、並びに、ユニット内の皿ばね４２の枚数等を適宜設定することにより、皿ばね積層体４１のたわみ量と弾発力との関係が一義的に決定される（図６を参照）。この図３の例では、４枚の皿ばね４２からなる皿ばねユニット４２Ｕが２組使用され、これら皿ばねユニット４２Ｕ，４２Ｕ同士は互いに向きを逆にして直列配置されている。そして、上述のたわみ量と弾発力との関係下において、皿ばね積層体４１に加えるたわみ量を、圧接力調節機構４４で調節することにより、弾発力たる前記圧接力を任意値に調整可能である。

圧接力調節機構４４は、皿ばね積層体４１を上下に挟んで配置される上下一対の円盤状の加圧板４５，４６と、上加圧板４５を下方へ押し下げて下加圧板４６との間隔を縮めることにより皿ばね積層体４１にたわみを付与する加圧部４７と、を有する。

詳しくは、下加圧板４６の中央には、上方へ突出する円柱シャフト４６ａが固定されているとともに、この円柱シャフト４６ａは、皿ばね４２の中央の貫通孔４２ａに挿通され、更には、上加圧板４５の中央の貫通孔４５ａにも挿抜自在に挿通されており、これにより、皿ばね積層体４１は、上下の加圧板４５，４６に挟まれた状態において側方へ脱落しないように保持されている。また、上加圧板４５の前記貫通孔４５ａの全周に沿って、上方へ突出する円筒部４５ｂが一体に突出形成されており、この円筒部４５ｂは、建物１の下面１ａにボルト止めされる前記加圧部４７に形成された鉛直な挿入孔４７ａに螺合されている。すなわち、この挿入孔４７ａの内周面には雌めじ４７ｃが形成されているとともに、前記上加圧板４５の円筒部４５ｂの外周面には、前記雌ねじ４７ｃに螺合する雄ねじ４５ｃが形成されており、上加圧板４５を前記加圧部４７に対して相対的に螺合回転させると、その螺合回転によって所謂送りねじ機構の如く上加圧板４５は上下方向に送られる。

よって、上加圧板４５を螺合回転させて、その螺合回転量に応じた分だけ上加圧板４５を下方に押し下げれば、皿ばね積層体４１には上下方向のたわみが付与されて、皿ばね積層体４１に弾発力が発生する。そして、この弾発力は、前記上加圧板４５及び加圧部４７を通じて建物１から反力を得ることにより、前記圧接力として摩擦減衰部６０及び弾性ゴム部５０に作用し、その結果、摩擦減衰部６０の摩擦力及び弾性ゴム部５０による免振周期が設定される。ちなみに、たわみ量と弾発力との関係は、上述したように予めわかっているので（図６を参照）、無負荷状態からのたわみ量の変化を計測すれば、圧接力の大きさを知ることができる。

図４は、この免振装置１０の振動エネルギー吸収履歴特性のグラフである。すなわち、免振装置１０の上下端を強制的に所定振幅（例えば±１５ｃｍ）で水平加振して得られるグラフであり、横軸には、免振装置１０の上端と下端との間の水平方向の相対変位を示し、縦軸には、免振装置１０が水平振動に対抗して発生する水平方向の力を示している。ちなみに、横軸の相対変位は、建物１と基礎３との水平方向の相対変位と同義である。

この例では、皿ばね部４０による圧接力の調整により、摩擦減衰部６０の摩擦力が、１０ＴＯＮを目標値として設定されている。よって、加振の外力の絶対値が１０ＴＯＮ以下の場合には、摩擦減衰部６０は摺動せずに機能せず、専ら弾性ゴム部５０の方が機能する。すなわち、弾性ゴム部５０の積層ゴム５１が、その水平剛性Ｋｈに基づいて、図４の線分ＡＢ、線分ＣＤ、及び線分ＥＦに示すように水平方向に変形して、建物１の水平振動を長周期化しつつ減衰する。そして、加振の外力の絶対値が１０ＴＯＮを超える場合には、摩擦減衰部６０が機能し、すなわち、一対の摩擦板６１，６２同士が摺動して図４の線分ＤＥ及び線分ＦＣに示すように１０ＴＯＮの摩擦力を発生し、これにより建物１の水平振動を減衰する。

よって、この免振装置１０によれば、水平方向の地震荷重が１０ＴＯＮ以下の小地震に対しては、弾性ゴム部５０により建物１は免振されつつ振動減衰される一方、地震荷重が１０ＴＯＮを超えるような大地震に対しては摩擦減衰部６０により建物１は免振されつつ振動減衰され、もって、地震荷重の大小によらず、建物１は確実に免振されつつ振動減衰される。

また、この第１実施形態の免振装置１０では、皿ばね部４０によって圧接力を調整できるので、この調整による前記摩擦板６１，６２の摩擦力及び前記積層ゴム５１の水平剛性Ｋｈの大きさの変更を通じて、上記の振動エネルギー吸収履歴特性を自在に設定変更可能である。

例えば、図５中実線で示す上記の基本例（摩擦力の目標値１０ＴＯＮの場合）よりも圧接力を高くすれば、同基本例よりも大きい１２．５ＴＯＮの摩擦力に設定されるとともに、同基本例よりも小さな水平剛性Ｋｈの値に設定され、結果、図５に点線で示すような振動エネルギー吸収履歴特性に設定変更される。また、逆に、前記基本例よりも圧接力を低くすれば、同基本例よりも小さい７．５ＴＯＮの摩擦力に設定されるとともに、同基本例よりも大きな水平剛性Ｋｈの値に設定され、結果、図５に一点鎖線で示すような振動エネルギー吸収履歴特性に設定変更される。

ところで、上述の第１実施形態では、免振装置１０の支承部２０として転がり支承を用いていたが、これに代えて、滑り支承（滑り面にて小さな摺動抵抗で摺動する上下一対の滑り板を備えた構成）や積層ゴムを用いても良い。ここで、前者の滑り支承の場合には、上述の第１実施形態の転がり支承と同じく、建物１と基礎３との間の上下方向隙間Ｇは概ね一定間隔に維持されるが、後者の積層ゴムの場合には、積層ゴム自身が鉛直方向に伸縮変形可能なために、建物１のロッキング振動等に伴って前記上下方向隙間Ｇの間隔は変動してしまい、その結果として、皿ばね部４０の皿ばね積層体４１のたわみ量も変動してしまう。そして、最終的には、皿ばね積層体４１の弾発力の変動を通して、摩擦減衰部６０の摩擦力及び弾性ゴム部５０の水平剛性Ｋｈが変動し、結果、摩擦力及び免振周期を目標値に維持できなくなる虞がある。

このような場合には、皿ばねの荷重とたわみ量の関係の非線形性を利用して前記圧接力を設定すると良い。図６は、皿ばねのばね特性を示す荷重−たわみ曲線であるが、このばね特性は、たわみ量の変化にほぼ比例して弾発力が変化する線形領域（第１範囲に相当）と、この線形領域の弾発力の変化の割合よりも小さい非線形領域（第２範囲に相当）とを有している。そして、特に後者の非線形領域は、たわみ量の変化に対して弾発力が殆ど変化しない不感帯域になっている。よって、例えば、この不感帯域の中央値のたわみ量に皿ばね積層体４１の皿ばね４２のたわみ量を設定すれば、仮にたわみ量が多少変動したとしても、弾発力をほぼ一定値に維持することができて、その結果、ロッキング振動下においても摩擦減衰部６０の摩擦力及び弾性ゴム部５０による免振周期を概ね一定に維持することができる。

ちなみに、支承部２０として前者の滑り支承や第１実施形態の転がり支承を用いた場合には、建物１と基礎３との間の上下方向隙間Ｇはほぼ一定に維持されるため、皿ばね部４０の皿ばね積層体４１のたわみ量も一定値に維持される。よって、この場合には特に上述の不感帯域を利用する必要はなく、つまり、図６の線形領域内のたわみ量に設定しても良い。

図７は、上記第１実施形態の免振装置１０の変形例の側断面図である。この変形例では、図２の弾性ゴム部５０の積層ゴム５１に代えて、図７に示すように、摩擦ダンパー部３０ａの弾性ゴム部５０ａに対し円柱形状の粘弾性ゴム５５（粘弾性体に相当）が使用されている点で相違し、これ以外の構成は同じである。

そして、この変形例の免振装置１０ａによれば、粘弾性ゴム５５自身の水平方向の剪断変形に伴う大きなエネルギー吸収作用によって、建物１の振動エネルギーを効果的に吸収し、もって、振動の減衰性を更に高めることができる。

すなわち、図８に、この免振装置１０ａの振動エネルギー吸収履歴特性のグラフを示すが、粘弾性ゴム５５を用いることにより、粘弾性ゴム５５が水平方向に剪断変形する線分ＡＢ、線分ＣＤ、線分ＥＦにおいては、水平方向の力に対して変位が線形に変化せずに紡錘型を描くように当該変位が残留するようになっており、その分だけ、領域ＣＤＥＦの面積が、上述の第１実施形態の場合よりも大きくなっている。ここで、この領域ＣＤＥＦの面積の大きさは、エネルギー吸収量を示しており、このことから、この変形例の免振装置１０ａの方がエネルギー吸収能力の点で優れていることがわかる。なお、この粘弾性ゴムとしては、例えば、「ＶＥＭダンパー（アクリル高分子材）：住友３Ｍ(株)」や、「シリコン系ゴム粘弾性ダンパー、ジエン系ゴム粘弾性ダンパー：昭和電線デバイステクノロジー(株)」等を適用できる。

＜＜＜第２実施形態の免振装置１０ｂ＞＞＞
図９は第２実施形態の免振装置１０ｂの側断面図である。第１実施形態の免振装置１０では、小さい地震荷重に対しては、弾性ゴム部５０が水平方向に剪断変形して免振するようになっていた。但し、その構成では、小さい地震荷重だけでなく、それよりも更に小さい風荷重によっても、弾性ゴム部５０が剪断変形してしまい、その結果、風により建物１が揺れ易くなり居住性が悪くなる虞がある。

そこで、この第２実施形態では、摩擦ダンパー部３０ｂの弾性ゴム部５０に並列して補助摩擦ダンパー７０を配置しており、前記地震荷重よりも小さい風荷重に対しては、この補助摩擦ダンパー７０が弾性ゴム部５０の水平方向の剪断変形を不能に拘束するようにしている。なお、第１実施形態との相違点は、補助摩擦ダンパー７０を追設している点にあり、それ以外の構成は概ね同じである。

図９に示すように、皿ばね部４０の下加圧板４６に補助摩擦ダンパー７０は取り付けられており、これにより、補助摩擦ダンパー７０は、弾性ゴム部５０の積層ゴム５１を上下方向に跨ぎつつ積層ゴム５１に並列配置されている。すなわち、補助摩擦ダンパー７０の取り付け用ロッド７１の上端部７１ａは前記下加圧板４６に螺合固定されているとともに、取り付け用ロッド７１の下端部７１ｂは、円筒状の補助摩擦部材７２の貫通孔７２ａに鉛直方向に挿抜自在に挿入されており、当該補助摩擦部材７２の下面は、鉛直方向に所定の圧接力で、前記摩擦減衰部６０の下摩擦板６２の上面に当接している。よって、水平方向の外力としての水平力が、補助摩擦部材７２と下摩擦板６２の間の摩擦力の大きさを超えるまでは、弾性ゴム部５０の積層ゴム５１は水平方向の剪断変形不能に拘束される一方、超えたら補助摩擦部材７２と下摩擦板６２との摺動に伴って積層ゴム５１は水平方向に剪断変形する。

ここで、補助摩擦部材７２は例えば前記上摩擦板６１と同素材の超高分子量ポリエチレンであり、また、当該補助摩擦部材７２と下摩擦板６２の間の摩擦力の大きさは、上記の圧接力の調節により調整される。すなわち、取り付け用ロッド７１における補助摩擦部材７２よりも上方の部分には、加圧板７３付きのナット部材７４が螺合されており、このナット部材７４と補助摩擦部材７２との間には、ばね部材として皿ばね７５が配置されている。よって、ナット部材７４を螺合回転させて、ナット部材７４を補助摩擦部材７２の方へ移動させることにより加圧板７３と補助摩擦部材７２とによって皿ばね７５を挟んでたわませることができ、このたわみ量に応じた弾発力を圧接力として、補助摩擦部材７２は、前記摩擦減衰部６０の下摩擦板６２に押し付けられる。よって、皿ばね７５のたわみ量の調節により、補助摩擦ダンパー７０の摩擦力の大きさを調整可能である。

なお、この補助摩擦ダンパー７０の摩擦力の目標値は、前記摩擦減衰部６０の摩擦力よりも小さい値に設定される。より詳しくは、例えば、風荷重の平均値と、前記摩擦減衰部６０の摩擦力との間の値に設定される。そして、例えば、摩擦力の目標値を５ＴＯＮに設定すれば、図１０の振動エネルギー吸収履歴特性のグラフ中に示すように、相対変位不能に拘束される状態が、線分ＡＡ２、線分ＣＣ２、線分ＥＥ２の如く５ＴＯＮの幅で生じており、これによって、５ＴＯＮ以下の水平力の作用下における弾性ゴム部５０の剪断変形は拘束され、その結果、風による建物１の水平振動を有効に抑制可能となる。

ちなみに、これら線分ＡＡ２、線分ＣＣ２、線分ＥＥ２の幅は、上述から明らかなように、ナット部材７４による上記摩擦力の調節によって変更可能である。よって、例えば、上記の５ＴＯＮの摩擦力を７．５ＴＯＮまで大きくすれば、振動エネルギー吸収履歴特性の線分ＡＡ２、線分ＣＣ２、線分ＥＥ２の部分は、図１０の点線のように変更される。

＜＜＜第３実施形態の免振装置１０ｃ＞＞＞
図１１は第３実施形態の免振装置１０ｃの側断面図である。第１実施形態の免振装置１０では、皿ばね部４０の圧接力が弾性ゴム部５０の積層ゴム５１にも作用していたが、この第３実施形態では、弾性ゴム部５０ｃの積層ゴム５１ｃに対しては転がり支承部材８１が並列に配置されており、この転がり支承部材８１の方が前記積層ゴム５１ｃの代わりに前記圧接力を受けるようになっている。よって、前記積層ゴム５１ｃには前記圧接力が作用せず、つまり、積層ゴム５１ｃの高さは、鉛直荷重の作用しない自然長にほぼ保持されるので、その水平剛性Ｋｈは所定値（積層ゴム５１ｃの固有値）のまま変動せず、もって、弾性ゴム部５０ｃによる免振周期を所期の目標値に確実に維持可能となる。

図１１に示すように、弾性ゴム部５０ｃは、積層ゴム５１ｃと、積層ゴム５１ｃを上下に挟んで固定された上下一対のフランジ板５２，５３と、上下一対のフランジ板５２，５３の間の上下方向隙間Ｇｃに介装されつつ、積層ゴム５１ｃの周囲を囲んで配置された転がり支承部材８１とから主になる。

積層ゴム５１ｃは、その平面中心を前記フランジ板５２の平面中心に揃えて配置されており、その立体サイズは、その外径の寸法について上述の第１実施形態の積層ゴム５１よりも大幅に小さくなっている。この小さくできた理由としては、この第３実施形態の積層ゴム５１ｃは皿ばね部４０からの圧接力を受けないことから、圧接力に座屈しないだけの高剛性を要しないためである。よって、この第３実施形態では、特に積層ゴム５１ｃの平面サイズの縮小化に伴って積層ゴム５１ｃの水平剛性Ｋｈが小さくなることから、弾性ゴム部５０ｃによる免振周期が格段に長周期化される。

一方、転がり支承部材８１は、複数の鋼球８２と、これら複数の鋼球８２を上下に挟みつつ、鋼球８２が転動する上下一対の転がり板８３，８４と、前記複数の鋼球８２の転動ルートからの脱落を防ぐための内外一対の円環状ガイド部材８５，８６とを有している。そして、この転がり支承部材８１の高さは、積層ゴム５１ｃの自然長の高さとほぼ同値に設定されているので、上述したように皿ばね部４０からの圧接力は専ら転がり支承部材８１の方で受けられ、もって、積層ゴム５１ｃの高さは自然長に保持されつつ、水平力に応じて積層ゴム５１ｃは水平方向に剪断変形自在になっている。

ちなみに、内側の円環状ガイド部材８５については、その内周側の上端縁及び下端縁がテーパー状に面取りされて上下一対の面取り部８５ａ，８５ｂが形成されている。これは、積層ゴム５１ｃが水平方向に剪断変形して、その外形形状が縦断面平行四辺形状になった際に、前記内側の円環状ガイド部材８５との干渉を回避して、積層ゴム５１ｃの自由な剪断変形を確保するためである。

なお、この免振装置１０ｃの振動エネルギー吸収履歴特性は、定性的には、概ね上述の図４と同じであるので、その説明は省略する。

図１２Ａは、上記第３実施形態の免振装置１０ｃの第１変形例の側断面図であり、図１２Ｂは図１２Ａ中のＢ−Ｂ断面図である。なお、何れの図も、免振装置１０ｄの摩擦ダンパー部３０ｄのみを示している。

この第１変形例は、第３実施形態の弾性ゴム部５０ｃの積層ゴム５１ｃに並列して更に粘弾性ゴム９１を追設したものであり、これにより、水平振動の減衰性が高められている。

粘弾性ゴム９１は、積層ゴム５１ｃと同高の円柱体である。そして、複数の粘弾性ゴム９１が、前記上下フランジ板５２，５３の間の上下方向隙間Ｇｃに介装されつつ、積層ゴム５１ｃの周囲を囲んで配置されている。但し、この積層ゴム５１ｃの周囲を囲む位置には、上下フランジ板５２，５３の間の前記上下方向隙間Ｇｃを保持する転がり支承部材９２を配置しなければならないので、この第１変形例では、積層ゴム５１ｃの外周に沿って、転がり支承部材９２と粘弾性ゴム９１とが互いに間隔を隔てつつ交互に配置されている。各転がり支承部材９２は、鋼球９５と、これら複数の鋼球９５を上下に挟みつつ、鋼球９５が転動する上下一対の転がり板９３，９４とを備えている。

そして、各転がり板９３，９４には、その外周縁に沿って鉛直壁部９３ａ，９４ａが立設されており、これら壁部９３ａ，９４ａによって鋼球９５の側方への脱落が規制される。よって、鋼球９５は、上下の一対の転がり板９３，９４の間で転動しながら皿ばね部４０の圧接力を支持し、これにより、当該圧接力の作用から積層ゴム５１ｃ及び粘弾性ゴム９１を解放している。

なお、この免振装置１０ｄの振動エネルギー吸収履歴特性は、定性的には、概ね上述の図８と同じであるので、その説明は省略する。

図１３は、上記第３実施形態の免振装置１０ｃの第２変形例の側断面図であり、前述の図１２Ａと同様に、免振装置１０ｅの摩擦ダンパー部３０ｅのみを示している。

この第２変形例は、第３実施形態の弾性ゴム部５０ｃに対して、水平方向の剪断変形の変形限度を機械的に規定するメカストッパー１０１が追設されたものである。つまり、この第２変形例では、弾性ゴム部５０ｅの上端と下端との水平相対変位が所定値に達すると、メカストッパー１０１が作用して、それ以上の剪断変形を不能に規制するようになっている。

メカストッパー１０１は、弾性ゴム部５０ｅの上フランジ板５２の外周部から下方に延出した円筒体１０２を本体とする。そして、この円筒体１０２の下端部の内周面には、全周に亘ってリング状の緩衝材１０３が取り付けられており、この緩衝材１０３の内周面は、所定隙間Ｓを隔てて、下フランジ板５３の外周面に対向している。

よって、この所定隙間Ｓの大きさ分だけ、弾性ゴム部５０ｃの上端たる上フランジ板５２と下端たる下フランジ板５３との水平相対変位が許容され、つまり、当該所定隙間Ｓの大きさ分だけ積層ゴム５１ｃの水平方向の剪断変形が許容される。そして、下フランジ板５３の外周面に前記緩衝材１０３の内周面が当接すると、それ以上の積層ゴム５１ｃの剪断変形は不能に拘束される。

ここで、この当接時に作用している水平方向の外力の大きさが、前記摩擦減衰部６０の摩擦力よりも大きい場合には、摩擦減衰部６０の上下摩擦板６１，６２が摺動を開始して、これにより、免振装置１０ｅ全体としては水平方向に相対変位することになる。しかし、前記摩擦減衰部６０の摩擦力以下の場合には、摩擦減衰部６０は摺動せずに、免振装置１０ｅ全体としても相対変位は維持されることになる。

図１４は、この第２変形例の免振装置１０ｅの振動エネルギー吸収履歴特性のグラフである。図４との比較でわかるように、メカストッパー１０１の追設によって、水平相対変位不能に拘束される状態が、線分Ａ３Ｂ３、線分Ｃ３Ｄ３、線分Ｅ３Ｆ３のように新たに生じている。

ちなみに、当該第２変形例の弾性ゴム部５０ｅの積層ゴム５１ｃを粘弾性ゴムに交換すれば、振動エネルギー吸収特性は図１５に示すように線分ＣＣ３及び線分ＥＥ３が変化して振動エネルギーの吸収能力は更に高くなる。

＝＝＝その他の実施の形態＝＝＝
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、かかる実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で以下に示すような変形が可能である。

上述の第１実施形態では、免振装置１０の摩擦ダンパー部３０の一例として、当該摩擦ダンパー部３０が具備する三つの構成要素たる、皿ばね部４０、弾性ゴム部５０、及び、摩擦減衰部６０が、この順番で上から下へと直列に並んでいる構成を示したが（図１６Ａの側面図を参照）、この並び順を入れ替えても良く、例えば、図１６Ａ以外に、図１６Ｂ乃至図１８Ｂの側面図に示すような５つの態様が可能である。

すなわち、図１６Ａに示す第１実施形態の並び順を天地逆転して、図１６Ｂに示すように、上から下へと摩擦減衰部６０、弾性ゴム部５０、皿ばね部４０の並び順にしても良い。また、図１７Ａに示すように、上から下への並び順を、弾性ゴム部５０、皿ばね部４０、摩擦減衰部６０にしても良いし、この図１７Ａの並び順を天地逆転して、図１７Ｂに示すように摩擦減衰部６０、皿ばね部４０、弾性ゴム部５０の並び順にしても良い。更には、図１８Ａに示すように、皿ばね部４０、摩擦減衰部６０、弾性ゴム部５０の並び順にしても良いし、この図１８Ａの並び順を天地逆転して、図１８Ｂに示すように弾性ゴム部５０、摩擦減衰部６０、皿ばね部４０の並び順にしても良い。

また、上述の実施形態では、皿ばね４２は、図６の荷重−たわみ曲線のように、線形領域と非線形領域とを有するばね特性を示すもので説明したが、本発明は、かかる実施形態に限定されるものではない。すなわち、支承部２０として、滑り支承や転がり支承を用いた場合には、建物１と基礎３との上下方向隙間Ｇはほぼ一定に維持されるため、皿ばねは、非線形領域の割合が小さく、ほとんどの領域が線形領域のばね特性を示すものを用いてもよい。

第１実施形態の免振装置１０が適用された建物１の概念図である。 第１実施形態の免振装置１０の側断面図である。 積層ゴム５１の水平剛性Ｋｈの鉛直荷重Ｐ依存性を示すグラフである。 第１実施形態の免振装置１０の振動エネルギー吸収履歴特性のグラフである。 第１実施形態の免振装置１０の振動エネルギー吸収履歴特性のグラフである。 皿ばねのばね特性を示す荷重−たわみ曲線である。 第１実施形態の免振装置１０の変形例の側断面図である。 変形例の免振装置１０ａの振動エネルギー吸収履歴特性のグラフである。 第２実施形態の免振装置１０ｂの側断面図である。 第２実施形態の免振装置１０ｂの振動エネルギー吸収履歴特性のグラフである。 第３実施形態の免振装置１０ｃの側断面図である。 図１２Ａは、第３実施形態の免振装置１０ｃの第１変形例の側断面図であり、図１２Ｂは図１２Ａ中のＢ−Ｂ断面図である。 第３実施形態の免振装置１０ｃの第２変形例の側断面図である。 第３実施形態の免振装置１０ｃの第２変形例の振動エネルギー吸収履歴特性のグラフである。 上記第２変形例の積層ゴム５１ｅを粘弾性ゴムに交換した場合に得られる振動エネルギー吸収履歴特性のグラフである。 図１６Ａ及び図１６Ｂは、第１実施形態の免振装置１０が具備する皿ばね部４０、弾性ゴム部５０、及び、摩擦減衰部６０の並び順のバリエーションの説明図である。 図１７Ａ及び図１７Ｂは、同じく並び順のバリエーションの説明図である。 図１８Ａ及び図１８Ｂは、同じく並び順のバリエーションの説明図である。

符号の説明

１ 建物（免振対象物）、１ａ 下面、
３ 下部構造体（基礎）、３ａ 上面、
１０ 免振装置、１０ａ 免振装置、１０ｂ 免振装置、
１０ｃ 免振装置、１０ｄ 免振装置、１０ｅ 免振装置、
２０ 支承部、２１ａ 受け座、２１ｂ 受け座、
２３ 転がり板、２４ 転がり板、２５ 鋼球、
３０ 摩擦ダンパー部、３０ａ 摩擦ダンパー部、３０ｂ 摩擦ダンパー部、
３０ｃ 摩擦ダンパー部、３０ｄ 摩擦ダンパー部、３０ｅ 摩擦ダンパー部、
４０ 皿ばね部、４１ 皿ばね積層体、
４２ 皿ばね、４２Ｕ 皿ばねユニット、４２ａ 貫通孔、
４４ 圧接力調節機構（調節機構）、
４５ 上加圧板、４５ａ 貫通孔、４５ｂ 円筒部、
４６ 下加圧板、４６ａ シャフト、
４７ 加圧部、４７ａ 挿入孔、５０ 弾性ゴム部、
５０ａ 弾性ゴム部、５０ｃ 弾性ゴム部、５０ｅ 弾性ゴム部、
５１ 積層ゴム（弾性体）、５１ａ 鋼板、５１ｂ ゴム層、
５１ｃ 積層ゴム（弾性体）、５２ 上フランジ板、５３ 下フランジ板、
５５ 粘弾性ゴム（弾性体）、６０ 摩擦減衰部、
６１ 上摩擦板（摩擦部材）、６２ 下摩擦板（摩擦部材）、
７０ 補助摩擦ダンパー、７１ 取り付け用ロッド、
７１ａ 上端部、７１ｂ 下端部、７２ 補助摩擦部材、７２ａ 貫通孔、
７３ 加圧板、７４ ナット部材、７５ 皿ばね（ばね部材）、
８１ 転がり支承部材（保持部材）、８２ 鋼球、
８３ 転がり板、８４ 転がり板、
８５ 円環状ガイド部材、８５ａ 面取り部、
８６ 円環状ガイド部材、８６ａ 面取り部、
９１ 粘弾性ゴム（弾性体）、９２ 転がり支承部材（保持部材）、
９３ 転がり板、 ９３ａ 鉛直壁部、
９４ 転がり板、９４ａ 鉛直壁部、９５ 鋼球、
１０１ メカストッパー、１０２ 円筒体、１０３ 緩衝材、
Ｇ 上下方向隙間、Ｇｃ 上下方向隙間、Ｓ 所定隙間

Claims (5)

1. 免振対象物の水平移動を許容しつつ該免振対象物の重量を支持する支承部と、前記免振対象物の水平移動を抑制する摩擦ダンパー部とが、前記免振対象物とその下方の下部構造体との間の上下方向隙間に並列に介装されてなる免振装置であって、
   前記摩擦ダンパー部は、
   前記免振対象物と前記下部構造体との水平方向の相対変位に応じて水平方向に摺動する上下一対の摩擦部材と、
   該一対の摩擦部材に対して直列に配置されて、水平力に応じて上端と下端とが水平方向に相対変位する弾性体と、
   前記一対の摩擦部材に対して直列に配置されて、前記一対の摩擦部材に鉛直方向の圧接力を付与する皿ばねと、
   該皿ばねのたわみ量を調節することにより前記圧接力の大きさを調節する調節機構と、を備え、
   前記調節機構は、
   前記免振対象物の下面にボルト止めされ、鉛直方向に沿って形成された挿入孔を有する加圧部と、
   前記皿ばねを上下に挟んで配置される上加圧板及び下加圧版と、
   前記下加圧板から突出し、前記皿ばねの中央の貫通孔に挿通され、更に、前記上加圧板の中央の貫通孔にも挿通された円柱シャフトと、
   前記上加圧板から突出し、前記加圧部に設けられた前記挿入孔に螺合する円筒部と、
   を備え、
   前記上加圧板を前記加圧部に対して相対的に螺合回転させると、その螺合回転によって前記上加圧板が上下方向に送られるように構成されていることを特徴とする免振装置。
2. 請求項１に記載の免振装置であって、
   前記弾性体に並列して補助摩擦ダンパーが設けられており、
   該補助摩擦ダンパーが水平方向に摺動する際の摩擦力の大きさは、前記一対の摩擦部材が水平方向に摺動する際の摩擦力の大きさよりも小さく、
   前記補助摩擦ダンパーが摺動しない時には、該補助摩擦ダンパーは、前記弾性体の上端と下端との水平方向の相対変位を不能に拘束することを特徴とする免振装置。
3. 請求項２に記載の免振装置であって、
   前記一対の摩擦部材と前記弾性体とは上下に連接されており、
   前記補助摩擦ダンパーは、前記一対の摩擦部材のうちの一方の摩擦部材に水平方向の摺動可能に設けられた補助摩擦部材と、該補助摩擦部材に直列に配置されて前記補助摩擦部材に鉛直方向の圧接力を付与するばね部材と、を備えていることを特徴とする免振装置。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載の免振装置であって、
   前記弾性体は、粘弾性体であることを特徴とする免振装置。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載の免振装置であって、
   前記弾性体の上端と下端との水平方向の相対変位を許容しつつ、前記弾性体の上端と下端との間の間隔を、前記弾性体の自然長の大きさに保持する保持部材が、前記弾性体に並列して設けられていることを特徴とする免振装置。

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