JP6152406B2

JP6152406B2 - ゴム板緩衝機構及び空気浮揚式免震装置

Info

Publication number: JP6152406B2
Application number: JP2015221849A
Authority: JP
Inventors: 田章和
Original assignee: 株式会社三誠Ａｉｒ断震システム
Priority date: 2015-11-12
Filing date: 2015-11-12
Publication date: 2017-06-21
Anticipated expiration: 2035-11-12
Also published as: JP2017089277A

Description

本発明は、ゴム板緩衝機構及び空気浮揚式免震装置に係り、より詳しくは、高減衰ゴムからなり、上面と下面がともに傾斜した環状のゴム板緩衝機構と、該ゴム板緩衝機構を備えた空気浮揚式免震装置に関する。

建物を地震の揺れから防ぐため、空気で建物を浮揚させる空気浮揚式免震装置（特許文献１参照）がある。これによれば、上基礎と下基礎の間に空気を注入し、上基礎と建物を浮揚させるので、地震の振動を効果的に遮断できる。また、位置ずれ修復装置（特許文献２参照）がある。これによれば、下基礎に設置した支持棒にタイヤを取り付けると共に、タイヤを上基礎で挟み込む構造により、地震で下基礎の支持棒が当初の位置から動いても、地震後にタイヤに空気を注入することによって、空気の圧力で上基礎と建物の位置を修正できる。

特許文献１、２を適用し、建物の空気浮揚式免震装置としても次のような問題がある。地震の際、上基礎と下基礎の間に空気が注入され上基礎が浮揚するので、下基礎の揺れは上基礎に直に伝わらない。しかしながら、（ａ）上基礎と下基礎の位置関係がずれるので、地震後に「位置ずれ修復装置」のタイヤに空気を入れて、空気圧で位置ずれを修復する必要がある。これには手間がかかるので建物の位置ずれを小さく抑制できる緩衝機構が望まれる。（ｂ）また、構造が簡単な緩衝機構が望まれる。

実用新案登録第３１１９６７５号公報特開２００８−２０８６９６号公報

本発明の目的は、変位が小さく制動性のよいゴム板緩衝機構を提供すること、及び、地震の際、下基礎がスライドしても上基礎に与える衝撃を吸収して、建物の位置ずれを小さく抑制できる空気浮揚式免震装置を提供することにある。

本発明によるゴム板緩衝機構は、中央開口部を有する環状の高減衰ゴムからなり、内周側と外周側で板厚が異なり、上面と下面がともに内周側又は外周側に向かって傾斜したゴム板と、前記中央開口部に挿入されるように設けられる突出軸と、からなることを特徴とする。

前記ゴム板は、前記突出軸に複数枚が重ねて使用されることを特徴とする。

本発明による空気浮揚式免震装置は、下基礎と、前記下基礎の上に設置される上基礎と、上端が前記上基礎に気密に固定され、下端が前記下基礎に弾性的に接して空気圧力室を形成する金属シール板と、加圧空気タンクを備え、センサで地震の揺れを感知すると、バルブを開いて、前記金属シール板で囲まれた前記空気圧力室に圧縮空気を供給して前記上基礎を浮揚させる空気供給ユニットと、前記上基礎の上部に設置され、内部に前記空気供給ユニットが収納され、上部に建物が載置される収納部と、前記下基礎又は前記上基礎の一方に設けられ、中央開口部を有する環状の高減衰ゴムからなり、内周側と外周側で板厚が異なり、上面と下面がともに内周側又は外周側に向かって傾斜したゴム板と、前記下基礎又は前記上基礎の他方に設けられ、前記中央開口部に挿入される蓋付きの突出軸と、からなるゴム板緩衝機構と、が備えられることを特徴とする。

本発明によるゴム板緩衝機構によれば、中央開口部を有する環状の高減衰ゴムからなり、上面と下面がともに内周側又は外周側に向かって傾斜したゴム板を設けたので、小さな荷重では変位が大きく、大きな荷重では変位を小さくできる。バネのように荷重に比例した変位とはならない。ゴム板が、環状で上面と下面がともに内周側又は外周側に向かって傾斜しているので、板厚が一定で、内周側に軟らかいゴム層を設け、外周側により硬いゴム層を設けたものと同様に変位させることができる。高減衰ゴムは、エネルギーの吸収作用があるので減衰効果が大きく、地震による衝撃を効果的に緩和できる。

本発明による空気浮揚式免震装置によれば、下基礎と上基礎の隙間に圧縮空気を供給し、上基礎と建物を浮揚させるので、上基礎と下基礎が遮断され、下基礎の地震による振動の建物への影響を少なくできる。（２）ゴム板緩衝機構を備えたので、例えば下基礎が地震でスライドしても、その衝撃を吸収でき、また上基礎が大きく変位しないようにできる。上基礎が大きく変位しないから、建物が大きな位置ずれを起こさない。（３）ゴム板緩衝機構は、突出軸が蓋を備えているので、突出軸を上基礎に取り付けた場合、蓋を上基礎の上面に接触させて固定することができ、空気圧力室の空気が漏れないようにできる。

本発明によるゴム板緩衝機構（構成例１）の斜視図である。図１で突出軸を水平に変位させ、突出軸で押圧されるゴム板にかかる荷重との関係を示すグラフである。図１のゴム板が、複数枚使用される場合の断面図である。本発明によるゴム板緩衝機構（構成例２）の斜視図である。図４のゴム板が、複数枚使用される場合の断面図である。本発明による空気浮揚式免震装置の正面図である。ゴム板緩衝機構の取付図（例１）である。ゴム板緩衝機構の突出軸の斜視図である。図６のＶ−Ｖ断面図である。ゴム板緩衝機構の取付図（例２）である。ゴム板緩衝機構の取付図（例３）である。

以下、図面を参照して、本発明によるゴム板緩衝機構及び空気浮揚式免震装置について詳しく説明する。

図１は、本発明によるゴム板緩衝機構４６（構成例１）の斜視図である。構成例１のゴム板緩衝機構４６は、環状の高減衰ゴムからなるゴム板４４と、鋼鉄製の突出軸４５からなる。ゴム板４４は、中央に円形の中央開口部４３を有する。図１の右下の断面図に示すように、内周側より外周側の板厚が厚い。また、ゴム板４４は、上面と下面がともに内周側に向かって下がるように傾斜する傾斜面４７を有する。突出軸４５は、中央開口部４３に挿入されるように設けられる。中央開口部４３の径は、突出軸４５の径より大きく、隙間の長さは、一側で３０〜７０ｃｍ程度である。高減衰ゴムは、ゴムに、周期表の１４族のシリカ又はカーボンと、樹脂を配合したもので、これにより、減衰作用が格段に向上させることができる。免震ゴムとして知られる。

図２は、図１で突出軸を水平に変位させ、突出軸で押圧されるゴム板にかかる荷重との関係を示すグラフである。ゴム板４４は、外側が固定されているものとする。また、突出軸４５は中央開口部４３の中心にあるとする。突出軸４５を右方向（＋）に変位させると、突出軸４５が中央開口部４３の隙間内にある場合は、ゴム板にかかる荷重はゼロである。突出軸４５がゴム板４４の内周に接触した後は、内周側のゴム板４４の板厚が薄いので小さな荷重でも変位する。さらに突出軸４５を押すと、ゴム板４４の板厚が厚いため、大きな荷重がかかり変位が抑えられる。このような構造のため、突出軸４５でゴム板４４に衝撃を与えた場合、ゴム板４４の中央開口部４３が縮んで衝撃が吸収される。突出軸４５を左方向（−）に変位させる場合の荷重と変位の関係も、図２のグラフに示す。

図３は、図１のゴム板４４が、複数枚使用される場合の断面図である。例として、ゴム板４４を３枚で構成すると、同じ荷重を突出軸にかけても、１枚のゴム板４４には、１／３の荷重しかかからないので、変位を小さくできる。このような構成は、ゴム板４４を水平面に多数設置できず、変位を小さく抑えたい場合などに適用できる。

図４は、本発明によるゴム板緩衝機構４６（構成例２）の斜視図である。構成例２のゴム板緩衝機構４６は、環状のゴム板４４と、鋼鉄製の突出軸４５からなる。ゴム板４４は円形で、中央開口部４３に突出軸４５が隙間なしで取り付けられる。図４の右下の断面図に示すように、内周側より外周側の板厚が薄い。また、ゴム板４４は、上面と下面がともに外周側に向かって下がるように傾斜する傾斜面４７を有する。ゴム板４４の外側には壁が設けられ、壁とゴム板４４の隙間の長さは、一側で３０〜７０ｃｍ程度である。

図５は、図４のゴム板４４が、複数枚使用される場合の断面図である。例として、ゴム板４４を３枚で構成した場合を示す。構成例１のゴム板４４と構成例２のゴム板４４を比較すると、構成例２の方が構成例１より材料が少なくて済む。これは、半径方向のゴムの部分の長さを同じとした場合、構成例１では、中央開口部４３の大きさだけ、ゴム板４４を大きくしなくてはならないことによる。

図６は、本発明による空気浮揚式免震装置１００の正面図である。空気浮揚式免震装置１００は、下基礎４と、下基礎４の上に設置される上基礎６と、空気供給ユニット８と、金属シール板２２と、空気供給ユニット８の収納部５２と、を含んで構成される。金属シール板２２は、本実施例では、上基礎６の側面全周に気密に固定され、下端が下基礎４に弾性的に接するとした。これに限らず、上基礎６を複数に区画し、その周囲を金属シール板２２で囲んでもよい。これによれば、建物の重量が偏っていても、バランスさせて水平に浮揚させることができる。建物５８は、建物の底部５４が、収納部５２の上に組み置かれる。収納部５２には、Ｈ鋼５６からなる支脚が設けられる堅固な構造とした。なお、建物５８は、ゴム板緩衝機構４６を備える。詳細は図７〜１１に述べる。建物５８は、例えば木造建築では、重量が２０トン程度である。床面積を２０坪として、６０（＝３．３平方メートル×２０）で割ると約３００ｋｇｆ／ｍ２である。建物の重量が３０トンなら、圧力は約５００ｋｇｆ／ｍ２である。

下基礎４は、矩形状で、コンクリートで形成することができる。下基礎４は、金属シール板２２が接する上面に平滑表面部１２を有する。地震の際、振動で下基礎４がスライドしても、金属シール板２２は、底部から空気が大きく漏れることを防止する。平滑表面部１２は下基礎４の上面の全体としても、所定の幅、例えば６０ｃｍ〜１２０ｃｍとしてもよい。平滑表面部１２は、エンジン式回転鏝による研摩によって実現できる。ステンレスの金属板で被覆してもよいし、樹脂板も採用可能である。平滑表面部１２は、平滑さを凹凸の最大高低差で示す場合、±１ｍｍ以内であることが好ましい。下基礎４は、地盤より高くして、塵や雨水などが入り込まないようにする。

図６に示すように、本実施例では、上基礎６の側面に金属シール板２２を取付けた。金属シール板２２は空気圧力室３０の空気が漏れないようにシールする。金属シール板２２は、上端が上基礎６にボルト２０で固定され、切り欠き溝１８内に挿入される。金属シール板２２は、撓んで弾性力が付勢され、下端が平滑表面部１２に当接する。金属シール板２２は、弾性力、強度、耐食性の点でステンレス板が好ましい。金属シール板２２は、例として、長さが１〜３ｍ、幅が１５〜２５ｃｍ、厚さが０．１５〜０．６ｍｍのものを使用できる。

図６に示すように、上基礎６の上に収納部５２が設けられる。ここに空気供給ユニット８が収納される。収納部５２の上には、建物５８が構築される。空気供給ユニット８は、空気供給管２４、加圧空気タンク２６、バルブ２８、加速度センサ３２、高さセンサ３３、制御部３４などを含んで構成される。空気供給ユニット８を収納部５２に収納したので、地震の時、空気供給管２４が震動することがなく、配管のずれや損傷が防止できる。なお、上下水道管などは、建物の外部に接続されるのでフレキシブル管が使用される。空気供給管２４は、上基礎６の上面から下面に貫通させる。内径は１５〜３０ｍｍである。加圧空気タンク２６の圧縮空気は、下基礎４と上基礎６の間の空気圧力室３０に送られる。圧縮空気の圧力で上基礎６が浮揚される。すなわち、下基礎４の揺れが空気によって遮断されるので、断震効果が発揮される。

地震発生時、加速度センサ３２が、地震の揺れである初期微動を感知すると制御部３４に知らせる。制御部３４は、所定の揺れ幅を検知してバルブ２８を開く。例えば、震度３の揺れでバルブ２８を開く。これにより、圧縮空気が空気供給管２４を介して、空気圧力室３０に２秒程度の時間で送り込まれ、上基礎６が浮揚する。なお、地震の早い段階で、圧縮空気を空気圧力室３０に送り込んでもよい。空気圧力室３０の圧力は、例えば建物５８の重量にも拠るが、３００〜５００ｋｇｆ／ｍ２程度である。制御部３４は、例えば、高さセンサ３３が、上基礎６が所定の高さを検知するとバルブ２８を閉じる。空気は、空気圧力室３０から若干漏れるので、地震が長く続く場合は、再度バルブ２８が開かれ、圧縮空気が空気圧力室３０に供給される。符号Ｙは、空気圧力室の高さで、地震の際は、圧縮空気の注入により、高さが３〜５ｃｍに上昇される。

図７は、空気浮揚式免震装置１００に設けられるゴム板緩衝機構４６の取付図（例１）である。図７では、上基礎６が圧縮空気により浮揚した状態にあるとする。ゴム板４４は下基礎４の溝４２内に設けられる。ゴム板４４は、環状で円形の中央開口部４３を有し、内周側より外周側の板厚が厚く、上面と下面がともに傾斜している。一方、突出軸４５は、上基礎６の貫通孔４０に挿入されて取り付けられ、下端部が中央開口部４３に挿入される。突出軸４５には、蓋４８が一体に設けられている。蓋４８は、ボルト５０で空気圧力室３０が気密となるように上基礎６の上部に取り付けられる。なお、これに限らず、突出軸４５を下基礎４に固定するように取り付け、上基礎６にゴム板４４を取り付けてもよい。

地震を検知して、上基礎６が空気圧力室３０に注入された圧縮空気で上昇するとする。この状態で下基礎４が左右に振動したとする。下基礎４に固定されたゴム板４４が左右に動いても、ゴム板４４の中央開口部が突出軸４５と接触しない範囲では、ゴム板４４と突出軸４５が相互作用しない。ゴム板４４がさらに大きく動いても、ゴム板４４の中央開口部が突出軸４５に接触して変形するので、衝撃が緩和される。想定以上に下基礎４がスライドすれば、上基礎６が突出軸４５を介してスライドされることになる。その場合でも衝撃は小さくなって、建物５８はゆっくりと動く。下基礎４がどの程度スライドするかは、実際の地震波から推察できる。これに基いてゴム板４４の寸法を決めることができる。このように、地震鎮静後、下基礎４と上基礎６は、所定範囲の位置関係にあるので、位置ずれを改めて修復する必要がない。

図８は、図６のゴム板緩衝機構４６の突出軸４５の斜視図である。突出軸４５は蓋４８に一体に固定されており、取り付け孔４１にボルト５０を挿入し上基礎６に固定できる。下基礎４に突出軸４５を固定する場合は、向きを逆にして、蓋４８を下基礎４の凹部に固定する。

図９は、図６のＶ−Ｖ断面図である。本実施例では４個のゴム板緩衝機構４６を備えた。空気供給管２４は５カ所に設けた。点線は、金属シール板２２である。角部Ａでは縦と横の金属シール板２２、２２を互いに重ね、空気漏れを防止している。重ねた金属シール板２２の側部にゴムシートを貼着してもよい。

図１０は、ゴム板緩衝機構４６の取付図（例２）である。図１０は、複数のゴム板４４が、下基礎４の溝４２内に設けられる場合である。突出軸４５は、上基礎６の貫通孔４０に挿入されて取り付けられ、突出軸４５には、蓋４８が一体に設けられている。

図１１は、ゴム板緩衝機構４６の取付図（例３）である。図１１では、突出軸４５は、下基礎４の溝４２に設けられる。一方、複数のゴム板４４が上基礎６の貫通孔４０に取り付けられる。

本発明のゴム板緩衝機構は３６０度のどの方向にも制動でき、建物の基礎に組み込むことで、大きな地震の際に建物の位置ずれを小さく抑制できる空気浮揚式免震装置を提供できる。

４下基礎
６上基礎
８空気供給ユニット
１２平滑表面部
１８切り欠き溝
２０ボルト
２２金属シール板
２４空気供給管
２６加圧空気タンク
２８バルブ
３０空気圧力室
３２加速度センサ
３３高さセンサ
３４制御部
４０貫通孔
４１取り付け孔
４２溝
４３中央開口部
４４ゴム板
４４ａ軟らかいゴム層
４４ｂ硬いゴム層
４５突出軸
４６ゴム板緩衝機構
４７傾斜面
４８蓋
５０ボルト
５２収納部
５４建物の底部
５６Ｈ鋼
５８建物
１００空気浮揚式免震装置
Ａ角部
Ｂ直線部
Ｙ空気圧力室の高さ

Claims

中央開口部を有する環状の高減衰ゴムからなり、内周側と外周側で板厚が異なり、上面と下面がともに内周側又は外周側に向かって傾斜したゴム板と、前記中央開口部に挿入されるように設けられる突出軸と、からなることを特徴とするゴム板緩衝機構。
前記ゴム板は、前記突出軸に複数枚が重ねて使用されることを特徴とする請求項１に記載のゴム板緩衝機構。
下基礎と、
前記下基礎の上に設置される上基礎と、
上端が前記上基礎に気密に固定され、下端が前記下基礎に弾性的に接して空気圧力室を形成する金属シール板と、
加圧空気タンクを備え、センサで地震の揺れを感知すると、バルブを開いて、前記金属シール板で囲まれた前記空気圧力室に圧縮空気を供給して前記上基礎を浮揚させる空気供給ユニットと、
前記上基礎の上部に設置され、内部に前記空気供給ユニットが収納され、上部に建物が載置される収納部と、
前記下基礎又は前記上基礎の一方に設けられ、中央開口部を有する環状の高減衰ゴムからなり、内周側と外周側で板厚が異なり、上面と下面がともに内周側又は外周側に向かって傾斜したゴム板と、前記下基礎又は前記上基礎の他方に設けられ、前記中央開口部に挿入される蓋付きの突出軸と、からなるゴム板緩衝機構と、が備えられることを特徴とする空気浮揚式免震装置。