JP6013167B2 - レール滑り型免震装置 - Google Patents

Description

本発明は、大型の発電機や変圧器のような重量物が強大な地震の発生に伴う揺れ、揺れに伴って発生する津波による二次的被害を防止する滑り型免震装置に関する。

従来、工場の建屋のみならず工場の設備機器などを地震から保護することを目的としてバネやゴム材等の緩衝部材や免震機器を使用して免震する免震装置が、これら設備機器に施されている。例えば、設備機器を支持する上側支持体と、基礎部に支持される下側支持体と、これらの両支持体を揺動自在に連結する吊下部とから構成し、この吊下部に内蔵されるコイルバネの弾性作用により上述の支持体を揺動自在に支持して免震機能が得られるようにした免震装置が提案されている (例えば、特許文献１参照) 。

しかしながら、このような免震装置は吊下部の弾性体としてコイルバネを使用しているため免震装置全体の高さが大であり、設置スペースの高さに制限がある場合、使用することが困難であった。また、設備機器が数トン〜数十トンにも及ぶ大型の発電機や変圧器のような重量物の場合、その下に設置する方式の場合には、重量物の重心が高くなり、不安定になるという問題もあった。

又、発電機や変圧器のような大重量電源設備の場合は、地盤の確かな設置条件を必要とすることからビルの地下階や地上階に該重量物を据え付け、さらにその重量物を免震装置で免震するように支持している。その一例として、地中に打ち込まれた杭上に配設した地中基礎部と、その上に配設される複数台の免震装置と、さらにその上に配設され、構造物（重量物）が搭載される基礎部とで免震装置を構築することにより、支持荷重の大きい大型の免震装置の採用を可能とした構造物の免震構造が提案されている(例えば特許文献２参照)。

ところが、このような免震構造を備えていても立地条件によっては対応できない場合があった。即ち、海岸沿いの建物内などに構築されている該大重量電源設備の場合は、大地震の発生に伴って押し寄せる津波の影響を考慮すると、地下階や地上階などの設置場所では津波の影響によって損なわれるおそれがある。よって、重量物の設置場所としてはビルの中層階に持って行きたいのが現状である。

ところが、地震による影響はビルの上層階ほど揺れが大きくなり、重量物や免震装置を中層階に設置することが難しい。このようなことから中層階に重量物を設置するにはその重量物を支える十分な支持強度を必要とするだけでなく強大な地震による揺れの伝達をシンプルな構成で確実に遮断する免震構造を有するものを必要とし、現状では中層階への重量物の設置に適した信頼性の高い免震装置を確保できないという問題を有していた。また、ビルの中層階では、免震装置を設置する十分なスペースが確保できないという問題も有していた。

特開２００８−１６９６８１号公報 特開平１１−１３０６８号公報

そこで本発明は、小さい設置スペースで足り、大型の発電機や変圧器のような重量物をビルの中層階に設置しても確実に免震性能が得られ、しかもシンプルな構成で強大な地震の振動伝達力を瞬時に遮断することができる信頼性の高い滑り型免震装置を提供することを目的とする。

請求項１は本発明のレール滑り型免震装置Ａに関し、
「重量物Ｗを搭載する搭載部材４と、
搭載部材４の下面に平行に設置され、下面が摺動面１１である上滑りレール１と、
設置面８に固定設置される固定部材７と、
前記上滑りレール１に立体的に交差し且つ互いに平行にて固定部材７上に設置され、上面が摺動受面５１である固定レール５と、
前記上滑りレール１と前記固定レール５との間に介在され、上面に前記上滑りレール１を所定の摩擦力を持って該上滑りレール１のレール方向に滑り移動させる上摺動溝２ｍが形成され、下面に前記固定レール５が所定の摩擦力を持って該固定レール５のレール方向に滑り移動させる下摺動溝２ｎが形成された中間滑り部材２と、
前記上滑りレール１の滑り移動限界位置に突設され、該上滑りレール１の摺動範囲を規制する上滑り規制部１ｂと、
前記固定レール５の、中間滑り部材２の滑り移動限界位置に突設され、該中間滑り部材２の摺動範囲を規制する中間滑り規制部５ｂとを備え、
前記中間滑り部材２と前記上滑りレール１との間に中間上レール３を、前記中間滑り部材２と前記固定レール５との間に中間下レール６を更に設け、
前記中間上レール３に前記上滑りレール１が嵌り込み、所定の摩擦力を持って摺動する中間上摺動溝３ｍが形成され、
前記中間下レール６に前記固定レール５が嵌り込み、所定の摩擦力を持って前記中間下レール６が摺動する中間下摺動溝６ｍが形成されている」ことを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、固定レール５の上面に中間滑り部材２を介し、固定レール５に立体的に交差させた状態で上滑りレール１の下面を配置しているため、滑り型免振装置Ａの全高Ｈを低く出来てビルの中層階に設置した状態で下側の固定レール５の上面で中間滑り部材２を自由に滑り移動させることができ、更に中間滑り部材２の上で上側の上滑りレール１を立体的に交差方向に自由に滑り移動させることができ、所定の摩擦力を持つ滑りを実現する。換言すれば、双方のレール１、５面間では小さい地震から強大な地震による揺れ（以下、外力と称す）を受けた際に、その外力の大きさや方向に応じて上滑りレール１と中間滑り部材２が所定の摩擦力を持って滑り移動する。この時、この滑り移動により設置面側（固定レール５側）からの外力を瞬時に水平方向に逃がすことができ、大半の外力の上滑りレール１への伝達を遮断することができる。同時に、立体的に交差するレール１、５の滑り動作による摩擦によって受けた外力の全て或いは大部分を熱に変えて減衰させることも出来る。よって、小さい地震は勿論、強大な地震による水平方向の衝撃的な外力を受けても重量物Ｗには破壊的な外力が伝達されないし、重量物Ｗの転倒も防げる。
また、中間上・下レール３、６及び中間滑り部材２が更に摺動可能に積層されて多重滑りを実現しているので、免震装置Ａの全体の高さＨを大幅に抑制することができ、前述同様、スペースのない設置場所（例えば、揺れが大きいビルの中層階）においても本発明の滑り型免震装置Ａを設置して、数トン〜数十トンを有するような重量物Ｗでも支持状態を安定して保つことができ、的確に免震することが可能になる。

「摩擦力」には、静止摩擦力と運動摩擦力の二つがあるが、静止状態の場合は静止摩擦力が働き、滑動し始めると運動摩擦力が働く。従って、本明細書において「摩擦力」の意味する処は、静止状態の場合、静止摩擦力を意味し、滑動時には運動摩擦力を意味する。ここで、前記重量物Ｗとは、勿論、これに限られないが例えば、数トンから数十トン程度の重さを有する大型の発電機や変圧器その他建物内に設置されるような重量設備機器のことである。又、滑り移動限界位置とは、上滑りレール１や中間滑り部材２が滑り移動して固定レール５の中間滑り規制部５ｂや、上滑りレール１の滑り規制部１ｂに至った滑り規制位置をいう。なお、本明細書でいう「免震」とは、大地震の揺れが重量物Ｗに伝達するのを遮断したり、揺れのエネルギーの一部又は全部を熱に変え、重量物Ｗを安定して保持する外力遮断機能を指すものである。

請求項２に記載した発明は、請求項１に記載のレール滑り型免震装置Ａにおいて、「地震又は地震に匹敵する揺れの入力により折損する貫通ピン１９が上滑りレール１から固定レール５まで貫通して設けてある」ことを特徴とする。

これにより、地震又は地震に匹敵する揺れの入力による剪断にて貫通ピン１９が折損すると、上滑りレール１、中間滑り部材２は直ちに滑りを開始して上記効果を奏する。そして、貫通ピン１９の折損によって、その分の振動エネルギーが熱に変わり減震に寄与する。なお、貫通ピン１９の存在によって上滑りレール１、中間滑り部材２及び固定レール５が固定されているので、重量物Ｗの装着が簡単に行える。

請求項３に記載した発明は、請求項１又は２に記載のレール滑り型免震装置Ａにおいて、「重量物Ｗと搭載部材４との間に上下方向の弾性支持力を有する空気ばね６０が更に設けられている」ことを特徴とする。

これによれば、搭載部材４の上面に空気ばね６０を備えて構成しているため、上下方向の外力（縦揺れ）に対しても十分に受動制振作用を得ることができる。このため、水平方向の免震性能だけでなく垂直方向の免震性能をも高めることができる。

以上により、小さい設置スペースで、大型の発電機や変圧器のような重量物をビルの中層階に設置しても確実に免震性能が得られ、しかもシンプルな構成で強大な地震の振動伝達力を瞬時に遮断することができるようになった。

本発明の実施例１のレール滑り型免震装置を示す平面図とその部分拡大図である。 図１の正面図である。 本発明の実施例１の搭載部材が斜め方向に移動した平面図である。 図３の正面図である。 本発明の実施例２の平面図である。 図５の正面図である。 本発明の実施例３の平面図である。 図７の正面図である。

以下、本発明を図面に従って説明する。図１は本発明の実施例１のレール滑り型免震装置Ａを示す。レール滑り型免震装置Ａは、図１に示すように上側からプレート状の搭載部材４と、上滑りレール１と、中間滑り部材２と、固定レール５及びプレート状の固定部材７とをこの順に積層して構成し、その中心にこれらを貫通して固定する貫通ピン１９が必要に応じて設けられたものである。ここでは貫通ピン１９が用いられている場合を例に取る。勿論、貫通ピン１９は必要に応じて設けられる。

搭載部材４は、免震対象機器となる大型の発電機や変圧器のような重量物Ｗの底面に、或いはその四隅に取り付けられるもので、その下面に少なくとも２本の上滑りレール１が平行に取り付けられている。上滑りレール１の本体部分１ａの両端側面には矩形ブロック状の上滑り規制部１ｂが一体的に突設されている。そして、本体部分１ａの下面は所定の接触抵抗を有する摺動面１１となっている。

設置面８は例えばビルの中間階の床面であり、その上に四角形の固定部材７が設置される。固定部材７の上には少なくとも２本の固定レール５が平行で且つ上滑りレール１に立体的に交差（この場合は直角）するように設置固定されている。そして、上滑りレール１と同様、固定レール５の本体部分５ａの両端側面には矩形ブロック状の中間滑り規制部５ｂが一体的に突設されている。そして、本体部分５ａの上面は所定の接触抵抗を有する摺動受面５１となっている。固定レール５は、積層された全部材の上から３段目に設けられるものである。

中間滑り部材２は、矩形ブロック（この場合は上下の溝長さが同じになるように立方体がよいが、少なくとも溝が形成される前後の長さを同じにすることが好ましい。）で、その上面に上滑りレール１が嵌り込んで摺動する上摺動溝２ｍが全長に亙って凹設され、その下面には上摺動溝２ｍに立体的に交差（この場合は直角）にて固定レール５が嵌り込み、固定レール５に沿って中間滑り部材２が摺動する下摺動溝２ｎが全長に亙って凹設されている。そして、上・下摺動溝２ｍ、２ｎを連通するように中間貫通孔２Ｐが穿設されている。そして、図１に示すように、搭載部材４と固定部材７とが正対するように位置した時に、中間貫通孔２Ｐに一致する位置に上貫通孔１Ｐ、下貫通孔５Ｐが来るように、上滑りレール１と固定レール５に穿設されており、上貫通孔１Ｐ、中間貫通孔２Ｐ及び下貫通孔５Ｐを貫通するように貫通ピン１９が挿通固定され初期設定時の位置決めがなされている。貫通ピン１９は比較的折れ易い材質、例えば、プラスチック、アルミニウム、鋼などで形成されている。鋼の場合は、上滑りレール１と中間滑り部材２の境界、中間滑り部材２と固定レール５の境界に合わせて図示していない切り込みが設けられる。

上述した本体部分１ａの下面である摺動面１１や、本体部分５ａの上面である摺動受面５１は、摺接する中間滑り部材２の上・下摺動溝２ｍ、２ｎに強圧接触するため、耐磨耗性、耐食性及び耐久性に優れた金属材料（例えば、鋼）を使用する。そして、中間滑り部材２の上・下摺動溝２ｍ、２ｎは上記本体部分１ａ、５ａの強圧接触に耐えられるように、例えば、鋼或いは耐摩耗性を考慮して鋳鉄が使用される。そして、同様に所望の摩擦力が得られる表面粗さを有している。勿論、強度の高い樹脂の使用も考えられる。

次に、このように構成されたレール滑り型免震装置Ａの滑り動作について説明する。上滑りレール１が設けられた搭載部材４には免震対象機器となる大型の発電機や変圧器のような重量物Ｗが搭載されている。換言すれば、滑り型免震装置Ａは、重量物Ｗの底面に或いは重量物Ｗが巨大であればその四隅又はそれ以上の箇所に装着される。

そして、搭載された重量物Ｗの荷重の負担分を上滑りレール１と、その下方の固定レール５で受け止めて支持している。その概略高さＨは固定部材７、固定レール５、中間滑り部材２、上滑りレール１及び搭載部材４の和という非常に低い高さである。換言すれば、負荷Ｗが大荷重であってもその大荷重を平面的なプレート面で受け止める安定した支持構造となっている。これにより、滑り型免震装置Ａそのものの設置スペース（高さ）が僅かであっても、数トン〜数十トンを有するような重量物Ｗを終始安定して支持することが可能になる。

そして、レール滑り型免震装置Ａが重量物Ｗを支持した状態で地震が発生すると、地震の振動は設置面８と一体化している固定部材７を介して固定レール５に伝達される。貫通ピン１９が装着されている場合には、まず、この貫通ピン１９に地震による外力が働き、貫通ピン１９が剪断によって折れることによって、滑りが発生する。換言すれば、貫通ピン１９は地震が発生するまでいずれかの上滑りレール１や中間滑り部材２の動き出しを規制しており、これが折れることによって地震判別のトリガーとなる。

貫通ピン１９が地震によって折れると、揺れの方向Ｆ１、２に合わせて固定レール５に対して中間滑り部材２と、中間滑り部材２に対して上滑りレール１が滑り移動を開始する。地震の規模が小さければ、滑り始めの位置を中心として往復摺動している間にその摩擦力により地震のエネルギーが熱に変換されて消滅し、地震の停止とともに重量物Ｗの往復移動も止まる。

地震の規模が大きければ、上滑りレール１及び中間滑り部材２はそれぞれの方向に摩擦力を受けながら滑り、中間滑り部材２の上・下摺動溝２ｍ、２ｎの開口側端面に上滑りレール１、固定レール５の上滑り規制部１ｂ、中間滑り規制部５ｂが衝突し、その時点で上滑りレール１、中間滑り部材２の滑り移動が規制されて止まる。反対方向の揺れが入力すると、前記の反対方向に摺動し、これを繰り返す。

[実施例２]
図５〜６では複数段積層の滑り型免震装置Ａを示している。この場合、中間滑り部材２と上滑りレール１との間に中間上レール３を、中間滑り部材２と固定レール５との間に中間下レール６を更に設けている点が実施例１と相違する。以下、実施例１との相違点を中心に説明する。中間上レール３は、上滑りレール１より短く、その上面に中間上摺動溝３ｍが長手方向の全長に亙って凹設されており、この中間上摺動溝３ｍに上滑りレール１が所定の摩擦力を持って摺動するように嵌め込まれ、中間滑り部材２の上摺動溝２ｍに中間上レール３が所定の摩擦力を持って摺動するように嵌め込まれている。この例では、中間上レール３は１本であるが、これを複数本として積層し、所定の摩擦力を持って摺動するように嵌め込むようにしてもよい。上滑りレール１は中間上摺動溝３ｍより若干上に出ており、搭載部材４の下面に取り付けられている。そして、その本体部分３ａの両端部側面に上滑りレール１と同様、滑り規制部３ｂが必要に応じて突設されている。

中間下レール６は、中間上レール３を天地反転させた形状で、中間下レール６の上に中間滑り部材２の下摺動溝２ｎが所定の摩擦力を持って摺動可能に嵌り込み、中間下レール６の本体部分６ａの下面に長手方向の全長に亙って形成された中間下摺動溝６ｍに固定レール５が嵌り込み、所定の摩擦力を持って中間下レール６が固定レール５に沿って摺動する。そして、その本体部分６ａの両端部側面に上滑りレール１と同様、滑り規制部６ｂが必要に応じて突設されている。また、この場合も必要に応じて貫通ピン１９が上滑りレール１から固定レール５まで貫通して設けてある。

複数段積層のレール滑り型免震装置Ａの作用効果は、実施例１の場合に比べて、滑り移動が増加するだけで基本的には実施例１と同様である。即ち、重量物Ｗを支持した状態で地震が発生すると、貫通ピン１９が装着されている場合には、まず、この貫通ピン１９が剪断にて折れる。貫通ピン１９が地震によって折れると基本的にはいずれかのレールが最初に滑り始め（摩擦抵抗に違いがある場合には、摩擦抵抗の小さいものから順番に滑り始め）、滑り始めの位置を中心として往復摺動する。そして、地震の規模が大きければ、該レールだけでなく、他のレールも地震の規模に合わせて摺動することになる。

[実施例３]
図８は空気ばね６０を備えたレール滑り型免震装置Ａである。この滑り型免震装置Ａは、実施例１で述べたレール滑り型免震装置Ａに空気ばね６０を搭載した点が異なり、他は同じ構成である。このため、同一の構成の説明については省略し、異なる点である空気ばね６０についてのみ説明する。

この空気ばね６０の本体部分は、ゴム膜等で平坦な平面視円形に形成された伸縮自在の空気タンク６２であり、この空気タンク６２の中空内部に圧縮された空気等の気体が封入されている。そして、この空気タンク６２の上下面が、上下に平面対向する平面視正方形に形成された重量物搭載用の上プレート６１と下プレート６３とで挟み込まれた挟持状態で支持されている。これにより、空気ばね６０の全体が重量物Ｗを搭載するのに敵した平坦形に構成されている。

このうち、上プレート６１は上面が重量物Ｗを直接搭載する搭載プレートとして設けられ、その四隅には取付孔６１ｈが備えられている。そして、これらの取付孔６１ｈに図示しないボルトをそれぞれ通して上プレート６１の上面に重量物Ｗを螺着固定するようにしている。

一方、下プレート６３は搭載部材４（この場合は重量物Ｗを間接的に搭載している。）である平板の上面に、同形状を有して平面対向する大きさに形成され、両プレート６１、６３を上下に平面対向させ、その対向面間を図示しないボルトで螺着して連結している。これにより、３段積層の滑り型免震装置Ａの最上部に備えられている上滑りレール１に空気ばね６が一体化して搭載されている。そしてこの滑り型免震装置Ａは重量物Ｗの底面の四隅或いはそれ以上の必要箇所に装着される。

地震が発生して本実施例の滑り型免震装置Ａに外力が加わると、前述同様のメカニズムで、地震の振動を水平方向に滑って逃がすため外力の伝達を瞬時に遮断する。同時に、空気ばね６の上下方向に伸縮する柔軟な弾性作用によって重量物Ｗに直接伝達しようとする垂直方向の外力の大部分を遮断することができる。

Ａ：レール滑り型免震装置、Ｆ１：揺れの方向、Ｆ２：揺れの方向Ｆ１と逆方向、Ｈ：免震装置の全体の高さ、Ｗ：重量物、１：上滑りレール、１ａ：本体部分、１ｂ：上滑り規制部、１Ｐ：上貫通孔、２：中間滑り部材、２ｍ：上摺動溝、２ｎ：下摺動溝、２Ｐ：中間貫通孔、３：中間上レール、３ａ：本体部分，３ｂ：滑り規制部，３ｍ：中間上摺動溝、４：搭載部材、５：固定レール、５ａ：本体部分、５ｂ：中間滑り規制部、５Ｐ：下貫通孔、６：中間下レール、６ａ：本体部分，６ｂ：滑り規制部，６ｍ：中間下摺動溝、７：固定部材、８：設置面、１１：摺動面、１９：貫通ピン、５１：摺動受面、６０：空気ばね、６１：上プレート、６１ｈ：取付孔、６２：空気タンク、６３：下プレート。

Claims (3)

1. 重量物を搭載する搭載部材と、
   搭載部材の下面に平行に設置され、下面が摺動面である上滑りレールと、
   設置面に固定設置される固定部材と、
   前記上滑りレールに立体的に交差し且つ互いに平行にて固定部材上に設置され、上面が摺動受面である固定レールと、
   前記上滑りレールと前記固定レールとの間に介在され、上面に前記上滑りレールを所定の摩擦力を持って該上滑りレールのレール方向に滑り移動させる上摺動溝が形成され、下面に前記固定レールが所定の摩擦力を持って該固定レールのレール方向に滑り移動させる下摺動溝が形成された中間滑り部材と、
   前記上滑りレールの滑り移動限界位置に突設され、該上滑りレールの摺動範囲を規制する上滑り規制部と、
   前記固定レールの、中間滑り部材の滑り移動限界位置に突設され、該中間滑り部材の摺動範囲を規制する中間滑り規制部とを備えて構成されるレール滑り型免震装置であって、
   前記中間滑り部材と前記上滑りレールとの間に中間上レールを、前記中間滑り部材と前記固定レールとの間に中間下レールを更に設け、
   前記中間上レールに前記上滑りレールが嵌り込み、所定の摩擦力を持って摺動する中間上摺動溝が形成され、
   前記中間下レールに前記固定レールが嵌り込み、所定の摩擦力を持って前記中間下レールが摺動する中間下摺動溝が形成されていること
   を特徴とするレール滑り型免震装置。
2. 地震又は地震に匹敵する揺れの入力により折損する貫通ピンが上滑りレールから固定レールまで貫通して設けてあることを特徴とする請求項１に記載のレール滑り型免震装置。
3. 重量物と搭載部材との間に上下方向の弾性支持力を有する空気ばねが更に設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のレール滑り型免震装置。