JP5014697B2 - 緩衝装置及びこの緩衝装置を用いた機械式激震対応免震装置 - Google Patents

Description

本発明は、地震による振動を遮断する緩衝装置及びこの緩衝装置を用いた機械式激震対応免震装置に関する。

従来、多種多様の免震装置があって、シリンダー内のピストンによる油圧式の圧力をコンピューター制御する方法や自動車の車軸にバネとショックアブソーバーを併用するなど、免震対象物の上面部と下面部の中間に免震装置が装着されている構造が多い。しかし、クロスアームリンクの先端部にそれぞれ車輪を回転自在に設け、円弧状乃至傾斜状切り欠き部の内面に沿って登降させて振動を緩衝する緩衝装置とこの緩衝装置を用いた機械式激震対応免震装置については未だ既存技術は見出されていない。

特開２００７−２９７８９５号公報

本発明者は、以前に建物の柱の下部と基礎との間に免震装置を設け「ぶらんこ」のように吊り下げて振動を遮断する機械式免震装置に関する発明を出願した（特許文献１参照）。本願発明は、この機械式免震装置を更に発展改良した発明であって、従来の免震装置の多くが振動を吸収するゴム性のショックアブソーバーを用いており、ゴム性のショックアブソーバーは耐久性に限界があり、火災等により損傷をうける可能性があり問題である。本発明の目的は、前記問題点を解消するためにゴム性のショックアブソーバーを一切使用せず、火災等に強い緩衝装置及びこの緩衝装置を用いた機械式激震対応免震装置を提供することにある。

前記の課題を解決するために、本発明は、基礎又は土台と建物の柱との間に設置される免震装置における上部枠と腰掛け部との中間に吊り下げてなる緩衝装置であって、厚鋼板を二等辺三角形に２個切り取り、１個を逆さにし、底辺と底辺を互いに対向させて上下に離間して配置し、上下の二等辺三角形の斜辺の４辺は斜面として車輪が転がるようにし、上方に配置された二等辺三角形の頂上部から左右の山裾に向かう２個の円弧状乃至傾斜状の切り欠き部を互いに上部を左右に離間して形成し、２本のアームリンクが中央部支点で回動自在に交差するクロスアームリンクとなし、該クロスアームリンクの先端部にそれぞれ車輪を回転自在に設け前記上下に配置された二等辺三角形からなる山形状切片の頂点が地震モーメントにより互いに上下運動すればそれぞれの車輪も斜面を登降可能にし、静止状態においては斜面中央部で吊り合うように輪車の位置を設定し、上下に配置された前記山形状切片の頂上中央部にそれぞれ自在継ぎ手を取り付け、上方の自在継ぎ手を前記上部枠と連結し、下方の自在継ぎ手を前記腰掛け部と連結して地面からの振動を緩衝するように構成されてなることを特徴とする緩衝装置。とする（請求項１）。

また、前記の課題を解決するために、本発明は、基礎又は土台と建物の柱との間に設置される免震装置において、円錐台形の上部枠のフランジにボス、ピンの穴をあけ笠付ピンを差し込みピンの下部にもボス、ピンの穴をあけてクロスジョイントと連結しその下に腰掛け部との中間に前記の緩衝装置を吊り下げてなることを特徴とする機械式激震対応免震装置とすることが好ましい（請求項２）。

本発明の緩衝装置及びこの緩衝装置を用いた機械式激震対応免震装置は、前記のように構成されるので、長期間経過しても劣化することなく、特にメンテナンスの必要もない。立方体型ビルに対しては、図７に示すビル全体を地下階から丸ごと吊り上げるように構成することが好ましい。係る技術は本州四国架橋建設技術をもってすれば容易であると推察する。活断層上にあって本発明の免震装置を設置した１階部分のすじかい、梁、柱等を強固な組み立て手法を用いて鉄橋のごとくプラットホーム化し、その上に構造物を建設すれば、地盤の２／５が陥没しても基礎抗の支持力があれば３／５の構造物の被害は免れるものと考える。図７に示す免震装置のように上部枠から腰掛け部迄の距離が長いほどシーソーと同様に揺れ角度が小さくなり、激震でも揺れが殆ど感じなくなる。

次に、本発明を実施するための最良の形態（以下「本発明の実施の形態」と称する）について図面を参照して説明する。しかしながら本願発明は係る本発明の実施の形態によって何ら限定されるものではない。図１は、本発明の第１実施の形態に係る緩衝装置の構造を示す説明図であり、図２は、本発明の第２実施の形態に係る緩衝装置を装着した免震装置を示す説明図であり、図３は、本発明の安全装置を装着した他の例を示す説明図であり、図４は、本発明の第３実施の形態に係る緩衝装置を装着した免震装置を示す説明図であり、図５は、底辺部に円盤状ピストンを形成した山形状切片の斜視図であり、図６は、本発明の第３実施の形態に係る緩衝装置を４個装着した免震装置を示す説明図であり、図７は、地下一階に設置した本発明の免震装置を地上階から見た斜視図である。

本願請求項１記載の発明を含む第１実施の形態に係る緩衝装置について説明する。第１実施の形態に係る緩衝装置１２は、図１に示すように、基礎又は土台と建物の柱との間に設置される免震装置１１における上部枠１３と腰掛け部１４との中間に吊り下げてなる緩衝装置であって、厚板を切り取り二等辺三角形の頂上部を切り欠いて形成した２個の山形状切片１５，１５を、該山形状切片の底辺部１６，１６を対向させて互いに上下に離間して配置するとともに、該２個の山形状切片１５，１５にそれぞれ頂上部から左右の山裾に向かう２個の円弧状乃至傾斜状の切り欠き部１７，１７を互いに上部を左右に離間して形成し、山形状切片１５の底辺部１６の中央部には凹状切り欠き部１８，１８を形成する。円弧状切り欠き部１７は、１乃至複数の勾配を付けた連続直線形状か放物線の曲線形状等とし、図１の上方の山形状切片１５のように閉鎖状に形成し、対向する一方を車輪が走行するレールとし、他方の斜辺部側を車輪が外れないガードレールとしてもよい。また、下方の山形状切片１５のように斜辺部を切り取って開放状に形成してもよい。

２本のアームリンク１９，１９が中央部の支点２１で回動自在に交差するクロスアームリンク２０となし、該クロスアームリンク２０の先端部にそれぞれ車輪２２を回転自在に設け該車輪２２が静止状態では前記円弧状乃至傾斜状の切り欠き部１７の中央部で吊り合うように配置し山形状切片が上下動すると前記円弧状乃至傾斜状切り欠き部の内面に沿って登降可能に設けられられており、上方及び下方に配置された前記山形状切片の頂上中央部にそれぞれ自在継ぎ手２３，２３を取り付け、上方の自在継ぎ手２３を前記上部枠１３と連結し、下方の自在継ぎ手２３を前記腰掛け部１４と連結して地面からの振動を緩衝するように構成されてなる。

次に、第２実施の形態に係る緩衝装置について説明する。第２実施の形態に係る緩衝装置１２は、図２に示すように、第１実施の形態に係る緩衝装置におけるクロスアームリンクを上から下に第１クロスアームリンク２０ａ、第２クロスアームリンク２０ｂ、第３クロスアームリンク２０ｃの順に３個直列に配置し、隣接するクロスアームリンクのアームの先端部をそれぞれ回転自在に連結するとともに第２クロスアームリンク２０ｂの支点である第２支点を支持点としてシリンダー２４を吊り下げ、該シリンダー２４の両側に出入するピストンロッド２５ａ，２５ｂの端部をそれぞれ第１及び第３クロスアームリンクの支点２１ａ，２１ｂとそれぞれ連結して、第１及び第３クロスアームリンクの支点２１ａ，２１ｂと連動してピストンロッド２５ａ，２５ｂがシリンダー２４に出入するように構成する。

また、第１及び第３クロスアームリンク２０ａ，２０ｃの両端に車輪２２を回転自在に設け、該車輪を上下の山形状切片の円弧状乃至傾斜状切り欠き部１７の内面に沿って登降可能に設けてなる。ここで、地震の際に最初に起こる振動が上方に上がるのか下方に下がるのかが予測できないために、シリンダー２４内のピストンロッド２５ａ，２５ｂに連結する各ピストン２６ａ，２６ｂの平常時における停止位置はシリンダー２４の全ストロークを３等分した２区画位置で釣り合うように設定することが好ましい。同様に第１及び第３クロスアームリンク２０ａ，２０ｃの両端に装着された車輪２２はそれぞれの円弧状乃至傾斜状の切り欠き部１７の中央部の位置で釣り合うように設定することが好ましい。重力のモーメントの分解と合成、地面の急激な上下動により起こる付加重力、慣性力などを計算して相対運動するアームリンクの強度、長さ、傾斜角を設定する。

次に、第３実施の形態に係る緩衝装置について説明する。第３実施の形態に係る緩衝装置１２は、図４、５及び６に示すように、第１実施の形態に係る緩衝装置における山形状切片１５の底辺部に円盤状ピストン２７を形成し、該円盤状ピストンを形成した２個の山形状切片１５を円盤状ピストン面を対向させて互いに上下に離間してシリンダー内に滑動可能に格納してなる。シリンダーとピストン等は１００年以上の耐久性を有し、防錆・防火対策を講じた劣化しない素材、例えばステンレススチール等を使うことが好ましい。また、アームリングの運動スペースとしてピストンに設けた貫通溝３６を通気口として利用し、通気弁として貫通溝に蝶番を介して蓋を設け（図示せず）、或いはその他の気圧自動調整路等を複数設置してピストンの上下運動によるシリンダー内の急激な気圧変化を緩和して建物の柱Ｚの上下動を緩衝する機構とすることが好ましい。

次に、本願請求項２記載の発明を含む第４実施の形態に係る免震装置について説明する。第４実施の形態に係る機械式激震対応免震装置１１は、図１，２，４，６，７に示すように、土台又は基礎Ｘと建物の柱Ｚとの間に設置される免震装置における前記上部枠１３と腰掛け部１４との間に請求項１記載の緩衝装置１２を複数個配置してなる。詳細には、地面から立ち上がる基礎Ｘ上に載置した截頭錐体の上部面に設けた厚板鋼板からなる上部枠１３のフランジに複数（好ましくは４箇所以上）のボス穴（Ｉ，Ｊ，Ｋ，Ｌ）をあけ、このボス穴に笠つきピン２９を差し込み、笠裏に油種が不要なロールベアリング３０を取り付けて回転を円滑にし、笠つきピン２９の下部に自在継ぎ手のクロスジョイント３１を取り付けて上方の山形状切片１５と連結する。

更に、円盤状の厚板鋼板からなる腰掛け部１４の、前記上部枠１３のボス穴（Ｉ，Ｊ，Ｋ，Ｌ）に対応する位置にボス穴（Ｑ，Ｒ，Ｓ，Ｔ）をあけ、このボス穴に笠つきピン２９を差し込み、前記と同様にして、下方の山形状切片１５と腰掛け部１４を自在継ぎ手のクロスジョイント３１を介して連結する。このようにして、前記上部枠１３と腰掛け部１４との間の４つのボス穴の位置に前記緩衝装置１２をそれぞれ取り付け、前記腰掛け部１４の中央部に建物の柱Ｚを受けることにより、建物の柱Ｚは緩衝装置１２の作用により地震の震動が緩衝される。

次に、第５実施の形態に係る免震装置について説明する。第５実施の形態に係る機械式激震対応免震装置１１は、図３，４，６に示すように、免震装置底部３２を球面状又は錐体面状とし、腰掛け部１４の下方に球面状（図２参照）又は錐体面状（図４，６参照）の腰掛け底部３３を前記免震装置底部３２と離間して設ける。前記免震装置底部３２及び腰掛け底部３３の中央部を貫通する貫通孔３４を設け、前記貫通孔３４の直径よりも大きな直径の球体３５を前記両貫通孔３４，３４に係止する状態で且つ規定以上の振動によって上方に飛び出し可能に載置してなる。腰掛け底部３３の中心点をｙ２、免震装置底部３２の中心点をＹとすると、平常時に球体３５は、鉛直線（Ｏ，Ｐ）上にあり、ｙ２〜Ｙの離間距離は、想定される上下動の振幅数値（ｈ）とすることが好ましい。

本実施例の装置は安全装置として機能し、台風などによる揺れでは球体３５が外れないで前記両貫通孔３４，３４に係止しており、腰掛け底部３３と免震装置底部３２は球体３５によって閂状に固定される。しかし、規定範囲外の振動により、球体３５が貫通孔３４からはじき出されて腰掛け底部３３上で転げ回り安全装置が外れる構造とする。振動が停止すると球体は自重により自動的に貫通孔３４，３４に戻り係止する。球体３５は風圧などでは外れない程度の重量からなる鋼鉄などで構成することが好ましい。風圧などで飛び出さない極限の球体重量と大きさなどを求めて設定する。或いは、小振動で飛び出さないようにコイルバネ等で押圧し又は磁石等で牽引するように構成してもよい。

本発明の第１実施の形態に係る緩衝装置の構造を示す説明図である。 本発明の第２実施の形態に係る緩衝装置を装着した免震装置を示す説明図である。 本発明の安全装置を装着した他の例を示す説明図である。 本発明の第３実施の形態に係る緩衝装置を前後に２個装着した免震装置を示す説明図である。 底辺部に円盤状ピストンを形成した山形状切片の斜視図である。 本発明の第３実施の形態に係る緩衝装置を前後左右に合計４個装着した免震装置を示す説明図である。 地下一階に設置した本発明の免震装置を地上階から見た斜視図である。

１１：機械式激震対応免震装置、１２：緩衝装置、１３：上部枠、１４：腰掛け部、１５：山形状切片、１６：底辺部、１７：円弧状切り欠き部、１８：凹状切り欠き部、１９：アームリンク、２０：クロスアームリンク、２０ａ：第１クロスアームリンク、２０ｂ：第２クロスアームリンク、２０ｃ：第３クロスアームリンク、２１：支点、２１ａ：第１支点、２１ｂ：第２支点、２１ｃ：第３支点、２２：車輪、２３：自在継ぎ手、２４：シリンダー、２５ａ，２５ｂ：ピストンロッド、２６ａ，２６ｂ：ピストン、２７：円盤状ピストン、２８：格納シリンダー、２９：笠つきピン、３０：ロールベアリング、３１：クロスジョイント、３２：免震装置底部、３３：腰掛け底部、３４：貫通孔、３５：球体、３６：溝、
Ｉ，Ｊ，Ｋ，Ｌ：上部枠のボス穴、Ｑ，Ｒ，Ｓ，Ｔ：腰掛け部のボス穴、
Ｘ：基礎、Ｚ：柱

Claims (2)

1. 基礎又は土台と建物の柱との間に設置される免震装置における上部枠と腰掛け部との中間に吊り下げてなる緩衝装置であって、厚鋼板を二等辺三角形に２個切り取り、１個を逆さにし、底辺と底辺を互いに対向させて上下に離間して配置し、上下の二等辺三角形の斜辺の４辺は斜面として車輪が転がるようにし、上方に配置された二等辺三角形の頂上部から左右の山裾に向かう２個の円弧状乃至傾斜状の切り欠き部を互いに上部を左右に離間して形成し、２本のアームリンクが中央部支点で回動自在に交差するクロスアームリンクとなし、該クロスアームリンクの先端部にそれぞれ車輪を回転自在に設け前記上下に配置された二等辺三角形からなる山形状切片の頂点が地震モーメントにより互いに上下運動すればそれぞれの車輪も斜面を登降可能にし、静止状態においては斜面中央部で吊り合うように輪車の位置を設定し、上下に配置された前記山形状切片の頂上中央部にそれぞれ自在継ぎ手を取り付け、上方の自在継ぎ手を前記上部枠と連結し、下方の自在継ぎ手を前記腰掛け部と連結して地面からの振動を緩衝するように構成されてなることを特徴とする緩衝装置。
2. 基礎又は土台と建物の柱との間に設置される免震装置において、円錐台形の上部枠のフランジにボス、ピンの穴をあけ笠付ピンを差し込みピンの下部にもボス、ピンの穴をあけてクロスジョイントと連結しその下に腰掛け部との中間に請求項１記載の緩衝装置を吊り下げてなることを特徴とする機械式激震対応免震装置。

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