JP6709609B2

JP6709609B2 - 免震機構

Info

Publication number: JP6709609B2
Application number: JP2015237702A
Authority: JP
Inventors: 磯田　和彦; 和彦磯田
Original assignee: Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Corp
Priority date: 2015-12-04
Filing date: 2015-12-04
Publication date: 2020-06-17
Anticipated expiration: 2035-12-04
Also published as: TWI712727B; TW201727024A; JP2017101794A

Description

本発明は、建物や精密機器等の免震対象を支持するための免震機構に関する。

従来、建物や精密機器等の地震被害を防止（抑止）するため免震構造が採用され、積層ゴムや滑り支承が多用されている。しかしながら、積層ゴムは免震性能に優れる反面、コスト、過大な変形への対応などの点で適用が困難なケースもある。また、滑り支承は低コストで過大変形にも十分に対応できるが、地震後に残留変位が生じてしまうという欠点がある。さらに、両者を併用して建物の免震層の変位や残留変位を抑制することも検討、実用化されているが、この場合においても両者のクリープや軸伸縮量の差異を処理する点で課題が残されている。

一方、滑り支承として、例えば滑り振り子型免震機構（ＦＰＳ：ＦｒｉｃｔｉｏｎＰｅｎｄｕｌｕｍＳｙｓｔｅｍ）が提案されている。この滑り振り子型免震機構は、免震対象の上部構造体と下部構造体にそれぞれ固定される摺動面（すべり面）をいずれも球面とし、これら摺動面の間に可動子となる部材を介装して構成されている。これにより、軸力（支持荷重）によらず摺動面となる球面の曲率半径を振り子長さとした周期が免震層の固有周期となる。また、摺動面が球面であることにより、原位置への復元機能が具備される。

しかしながら、この滑り振り子型免震機構においても、摺動面が球面であることから原位置近傍の勾配がほとんどないため復元力が小さく、かなりの残留変位が生じてしまう。このため、滑り振り子型免震機構は、比較的軸力が小さい小規模な建物に適用可能であるが、この場合においても摺動面としての球面の曲率を大きくして上下方向に大きく湾曲するような球面とする必要がある。そして、固有周期を長周期化するほどに外形寸法、特に上下方向の所要寸法が大きくなるという問題があった。

これに対し、本願の出願人は、免震対象の上部構造体と下部構造体にそれぞれ固定される摺動面（すべり面）をいずれも平面の傾斜面とし、これら摺動面の間に可動子となる摺動子を介装して構成された滑り免震機構について、既に特許出願している（例えば、特許文献１参照）。この滑り免震機構では、変位に寄らず復元力が一定となるため、上述したような滑り振り子型免震機構と比べて設置面積を縮小できるとともに、傾斜面における復元力が原位置近傍でも一定であるため残留変位を抑制することができる。

特開２０１３−１３０２１６号公報

ところで、滑り免震機構では、すべり面と可動子との摩擦係数が小さいほど、残留変位を小さくすることができ、加速度低減において免震性能をより向上させることができる。このため、すべり面が傾斜面となる免震機構において傾斜面と可動子との摩擦係数を小さくすることが望まれている。

そこで、本発明は、傾斜面と可動子との摩擦係数を小さくすることができる免震機構を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る免震機構は、水平方向に相対移動可能な上部構造体と下部構造体との間に設けられる免震機構において、前記上部構造体の底部に固定される上部案内部材と、前記下部構造体の上部に固定される下部案内部材と、前記上部案内部材および前記下部案内部材との間に介装される可動子と、を有し、前記上部案内部材は、一の水平方向に沿って上側に凸となるように傾斜する上部傾斜面を有し、前記下部案内部材は、前記一の水平方向に直交する他の水平方向に沿って下側に凸となるように傾斜する下部傾斜面を有し、前記可動子は、本体部と、該本体部の上部に前記他の水平方向に延びる軸線回りに回転可能に設けられて前記上部傾斜面に沿って転動可能な複数の上部転動子と、前記本体部の下部に前記一の水平方向に延びる軸線回りに回転可能に設けられて前記下部傾斜面に沿って転動可能な複数の下部転動子と、前記本体部に固定されて前記上部案内部材を前記他の水平方向から挟んで該上部案内部材に当接する一対の上部当接部材と、前記本体部に固定されて前記下部案内部材を前記一の水平方向から挟んで該下部案内部材に当接する一対の下部当接部材と、を有し、前記複数の上部転動子は、それぞれ前記一対の上部当接部材に前記他の水平方向に延びる軸線回りに回転可能に直接支持され、前記一対の上部当接部材の間隔の略全長にわたって延びる円柱状のローラーであり、常に２以上の前記上部転動子が前記上部傾斜面と当接し、前記複数の下部転動子は、それぞれ前記一対の下部当接部材に前記一の水平方向に延びる軸線回りに回転可能に直接支持され、前記一対の下部当接部材の間隔の略全長にわたって延びる円柱状のローラーであり、常に２以上の前記下部転動子が前記下部傾斜面と当接していることを特徴とする。

本発明では、上部案内部材と下部案内部材とが水平方向に相対変位する際に、可動子の上部転動子が上部傾斜面に沿って転動するとともに下部転動子が下部案内部材に沿って転動する転がり支承で構成されているため、可動子が上部傾斜面および下部傾斜面を摺動するすべり支承で構成されている場合などと比べて、可動子と上部傾斜面との摩擦係数、および可動子と下部傾斜面との摩擦係数を小さくすることができる。これにより、免震機構を介して下部構造体から上部構造体へ伝達される振動を小さくすることができるため、地震時の上部構造体の応答加速度を効果的に小さくすることができる。
また、本発明に係る免震機構では、可動子は、本体部に固定されて上部案内部材を他の水平方向から挟んで上部案内部材に当接する一対の上部当接部材と、本体部に固定されて下部案内部材を一の水平方向から挟んで下部案内部材に当接する一対の下部当接部材と、を有している。
このような構成とすることにより、可動子が上部案内部材および下部案内部材に沿って移動し、上部案内部材および下部案内部材から外れることを防止できる。
また、本発明に係る免震機構では、上部転動子は上部当接部材（本体部）に、下部転動子は下部当接部材（本体部）に、それぞれの軸線回りに回転可能に固定されている。
このような構成とすることにより、上部転動子および下部転動子が上部当接部材または下部当接部材に対して相対移動することがないため、上部転動子および下部転動子が上部当接部材または下部当接部材に固定されることなく、上部当接部材および下部当接部材に対して相対移動する場合と比べて、上部当接部材および下部当接部材の寸法を小さくすることができる。
また、本発明に係る免震機構では、前記上部転動子および前記下部転動子はローラーである。
このような構成とすることにより、上部転動子および下部転動子にベアリング（球体）を用いた場合と比べて、上部転動子および下部転動子の耐荷重を大きくすることができる。

また、本発明に係る免震機構では、前記上部傾斜面は、前記一の水平方向の中間部に上部屈曲部が形成され、該上部屈曲部よりも前記一の水平方向の一方側に該一の水平方向の一方側に向かって漸次下側に向かう平面状の第１上部傾斜面が形成され、前記上部屈曲部よりも前記一の水平方向の他方側に該一の水平方向の他方側に向かって漸次下側に向かう平面状の第２上部傾斜面が形成されていて、前記下部傾斜面は、前記他の水平方向の中間部に下部屈曲部が形成され、該下部屈曲部よりも前記他の水平方向の一方側に該他の水平方向の一方側に向かって漸次上側に向かう平面状の第１下部傾斜面が形成され、前記下部屈曲部よりも前記他の水平方向の他方側に該他の水平方向の他方側に向かって漸次上側に向かう平面状の第２下部傾斜面が形成され、前記複数の上部転動子には、初期状態において前記第１上部傾斜面と当接する第１上部転動子と、初期状態において前記第２上部傾斜面と当接する第２上部転動子と、が含まれていて、前記可動子が前記上部案内部材に対して初期状態から前記一の水平方向の一方側に移動すると、前記第２上部転動子が前記第２上部傾斜面から離間するとともに、前記第１上部転動子が前記第１上部傾斜面を転動し、前記可動子が前記上部案内部材に対して初期状態から前記一の水平方向の他方側に移動すると、前記第１上部転動子が前記第１上部傾斜面から離間するとともに、前記第２上部転動子が前記第２上部傾斜面を転動し、前記複数の下部転動子には、初期状態において前記第１下部傾斜面と当接する第１下部転動子と、初期状態において前記第２下部傾斜面と当接する第２下部転動子と、が含まれていて、前記可動子が前記下部案内部材に対して初期状態から前記他の水平方向の一方側に移動すると、前記第２下部転動子が前記第２下部傾斜面から離間するとともに、前記第１下部転動子が前記第１下部傾斜面を転動し、前記可動子が前記下部案内部材に対して初期状態から前記他の水平方向の他方側に移動すると、前記第１下部転動子が前記第１下部傾斜面から離間するとともに、前記第２下部転動子が前記第２下部傾斜面を転動するようにしてもよい。

このような構成とすることにより、初期状態では、第１上部転動子が第１上部傾斜面と当接し第２上部転動子が第２上部傾斜面と当接し、第１下部転動子が第１下部傾斜面と当接し第２下部転動子が第２下部傾斜面と当接しているため、可動子を上部案内部材と下部案内部材との間に安定した状態で配置することができる。
また、上部傾斜面および下部傾斜面が屈曲していても、可動子が上部案内部材と一の水平方向に相対移動した際には、第１上部転動子および第２上部転動子のいずれかが上部傾斜面と離間せずに上部傾斜面を転動することができ、可動子が下部案内部材と他の水平方向に相対移動した際には、第１下部転動子および第２下部転動子のいずれかが下部傾斜面と離間せずに下部傾斜面を転動することができるため、常に荷重を安定して支持することができる。

本発明によれば、可動子と上部傾斜面および下部傾斜面との摩擦係数を小さくすることができて、免震性能を向上させることができる。

本発明の実施形態による免震機構をＸ方向から見た一例を示す模式図である。本発明の実施形態による免震機構をＹ方向から見た一例を示す模式図である。本発明の実施形態による免震機構の一例を示す分解斜視図である。本発明の実施形態による免震機構の上面図である。下部案内部材と可動子とが相対変位した様子を説明する図である。下部案内部材と可動子とが相対変位した他の様子を説明する図である。上部案内部材と可動子とが相対変位した様子を説明する図である。上部案内部材と可動子とが相対変位した他の様子を説明する図である。復元力を説明する図である。復元力特性（荷重−変形関係）を説明する図である。滑り免震機構の復元力特性（荷重−変形関係）を説明する図である。下部傾斜面の他の形態を説明する図である。本実施形態による免震機構と滑り免震機構を併用した様子を説明する図である。

以下、本発明の実施形態による免震機構について、図１乃至図１３に基づいて説明する。
図１および図２に示すように、本実施形態による免震機構１は、上部構造体１１と下部構造体１２との間の免震層１３に設けられている。下部構造体１２は地盤に支持されている。上部構造体１１と下部構造体１２とは水平方向に相対変位可能に構成されている。なお、免震層１３には複数の免震機構１が設けられているものとする。
免震機構１は、上部構造体１１の底部に固定される上部案内部材２と、上部案内部材２の下側に配置され下部構造体１２の上部に固定される下部案内部材３と、上部案内部材２および下部案内部材３との間に介装される可動子４と、を有している。
上部案内部材２と下部案内部材３とは、水平方向に相対変位可能に構成されていて、鉛直方向の相対変位は水平方向の相対変位により決定される。

図１乃至３に示すように、上部案内部材２は、長尺のブロック状の部材で構成され、長手方向が一の水平方向（Ｘ方向とする）となる向きに配置されている。本実施形態では、上部案内部材２は、平板状の固定板部２２を介して上部構造体１１（図１および図２参照）に固定されている。
図２に示すように、上部案内部材２の下面は、Ｘ方向に沿ってＸ方向の略中央部が上側に凸となる略逆Ｖ字状の傾斜面に形成されている。この上部案内部材２の下面を上部傾斜面２１とし、上部傾斜面２１の略中央部の屈曲している部分を上部屈曲部２１ａとする。上部傾斜面２１は、上部屈曲部２１ａの両側がそれぞれ平面状に形成されている。上部傾斜面２１のうち上部屈曲部２１ａのＸ方向の一方側と他方側とは、それぞれ同じ傾斜角θに形成されている。
上部傾斜面２１には、それぞれテフロン（登録商標）などの滑り材が設けられている。

図１乃至３に示すように、下部案内部材３は、上部案内部材２と略同じ長尺のブロック状の部材で構成され、長手方向が平面視においてＸ方向に直交する他の水平方向（Ｙ方向とする）となる向きに配置されている。本実施形態では、下部案内部材３は、平板状の固定板部３２を介して下部構造体１２（図１および図２参照）に固定されている。
図１および図３に示すように、下部案内部材３の上面は、Ｙ方向に沿ってＹ方向の略中央部が下側に凸となる略Ｖ字状の傾斜面に形成されている。この下部案内部材３の上面を下部傾斜面３１とし、下部傾斜面３１の略中央部の屈曲している部分を下部屈曲部３１ａとする。下部傾斜面３１は、下部屈曲部３１ａの両側がそれぞれ平面状に形成されている。下部傾斜面３１のうち下部屈曲部３１ａのＹ方向の一方側と他方側とは、それぞれ同じ傾斜角θに形成されている。
下部傾斜面３１には、それぞれテフロン（登録商標）などの滑り材が設けられている。

このような上部案内部材２と下部案内部材３とは、上下方向に間をあけて重なるように配置されている。図４に示すように、上部案内部材２と下部案内部材３との間のうちの上部案内部材２と下部案内部材３とが上下方向に重なる交差部５に可動子４が配置されている。

図１乃至３に戻り、可動子４は、本体部４１と、本体部４１の上部に設けられた複数（本実施形態では３つ）の上部転動子４２，４２，４２と、本体部４１の下部に設けられた複数（本実施形態では３つ）の下部転動子４３，４３，４３と、を有している。
本体部４１は、略直方体状に形成された基部４１１と、基部４１１から上側に突出する一対の上部突出板部（上部当接部材）４１２，４１２（図１および図３参照）と、基部４１１から下側に突出する一対の下部突出板部（下部当接部材）４１３，４１３（図２および図３参照）と、を有している。
基部４１１は、上面および下面がそれぞれ上下方向を向き、対向する一対の側面がそれぞれＸ方向を向き、他の対向する一対の側面がそれぞれＹ方向を向くように配置されている。

一対の上部突出板部４１２，４１２は、基部４１１のＹ方向の両端部それぞれから上側に突出し、それぞれ板面がＹ方向を向く平板状に形成されている。一対の上部突出板部４１２，４１２の間には、３つの上部転動子４２，４２，４２が配置されている。
一対の上部突出板部４１２，４１２の互いに対向する面における上端部近傍には、それぞれテフロン（登録商標）などの滑り材４１４，４１４（図１および図３参照）が設けられている。
一対の上部突出板部４１２，４１２それぞれの上端部近傍は、３つの上部転動子４２，４２，４２よりも上側に突出し、可動子４が上部案内部材２の下側に配置されると、上部案内部材２をＹ方向の両側から挟み込むように上部案内部材２の側方に配置され、それぞれに設けられた滑り材４１４，４１４が、上部案内部材２の側面と当接するように構成されている。

一対の下部突出板部４１３，４１３は、基部４１１のＸ方向の両端部それぞれから下側に突出し、それぞれ板面がＸ方向を向く平板状に形成されている。一対の下部突出板部４１３，４１３の間には、３つの下部転動子４３，４３，４３が配置されている。
一対の下部突出板部４１３，４１３の互いに対向する面における下端部近傍には、それぞれテフロン（登録商標）などの滑り材４１５，４１５（図２および図３参照）が設けられている。
一対の下部突出板部４１３，４１３それぞれの下端部近傍は、３つの下部転動子４３，４３，４３よりも下側に突出し、可動子４が下部案内部材３の上側に配置されると、下部案内部材３をＸ方向の両側から挟み込むように下部案内部材３の側方に配置され、それぞれに設けられた滑り材４１５，４１５が、下部案内部材３の側面と当接するように構成されている。

３つの上部転動子４２，４２，４２は、それぞれ略円柱状のローラーで構成され、それぞれ軸線がＹ方向に延びる姿勢で一対の上部突出板部４１２，４１２の間に配置されている。３つの上部転動子４２，４２，４２は、それぞれの一対の上部突出板部４１２，４１２に軸線回りに回転可能に支持されている。
３つの上部転動子４２，４２，４２は、Ｘ方向に配列されているとともに、３つの上部転動子４２，４２，４２のうちの配列の中央となる中央上部転動子４２Ａが中央上部転動子４２ＡよりもＸ方向の一方側に配置される第１上部転動子４２Ｂおよび中央上部転動子４２ＡよりもＸ方向の他方側に配置される第２上部転動子４２Ｃよりも上側に配置されている。

３つの下部転動子４３，４３，４３は、それぞれ略円柱状のローラーで構成され、それぞれ軸線がＸ方向に延びる姿勢で一対の下部突出板部４１３，４１３の間に配置されている。３つの下部転動子４３，４３，４３は、それぞれ一対の下部突出板部４１３，４１３に軸線回りに回転可能に支持されている。
３つの下部転動子４３，４３，４３は、Ｙ方向に配列されているとともに、３つの下部転動子４３，４３，４３のうちの配列の中央となる中央下部転動子４３Ａが中央下部転動子４３ＡよりもＹ方向の一方側に配置される第１下部転動子４３Ｂおよび中央下部転動子４３ＡよりもＹ方向の他方側に配置される第２下部転動子４３Ｃよりも下側に配置されている。

このような免震機構１は、初期状態では、上部案内部材２のＸ方向の中央部と、下部案内部材３のＹ方向の中央部とが上下方向に重なり、これらの上部案内部材２のＸ方向の中央部と、下部案内部材３のＹ方向の中央部との間に可動子４が配置されている。
３つの上部転動子４２，４２，４２は、それぞれ上部傾斜面２１と当接していて、中央上部転動子４２Ａが上部傾斜面２１の上部屈曲部２１ａの下側に配置されている。
３つの下部転動子４３，４３，４３は、それぞれ下部傾斜面３１と当接していて、中央下部転動子４３Ａが下部傾斜面３１の下部屈曲部３１ａの上側に配置されている。

続いて、免震機構１の挙動について説明する。
図５乃至図８に示すように、地震が生じて上部構造体１１と下部構造体１２とが水平方向に相対変位すると、上部案内部材２と下部案内部材３とが水平方向に相対変位して、上部案内部材２と下部案内部材３に対して交差部５が移動する。
可動子４は、常に上部案内部材２と下部案内部材３との交差部５に配置されている。このため、図１および図２に示す初期状態から、図５および図６に示すように、可動子４と下部案内部材３とがＹ方向に相対移動した状態となると、下部案内部材３に対する可動子４の位置が初期状態よりも高い位置となり、ポテンシャルエネルギー（位置エネルギー）が蓄積される。また、初期状態から図７および図８に示すように、可動子４と上部案内部材２とがＸ方向に相対移動した状態となると、可動子４に対する上部案内部材２の位置が初期状態よりも高い位置となり、ポテンシャルエネルギー（位置エネルギー）が蓄積される。

図１に示すように、可動子４の３つの下部転動子４３，４３，４３は、初期状態ではそれぞれ下部傾斜面３１と当接し、３つの上部転動子４２，４２，４２は、初期状態ではそれぞれ上部傾斜面２１と当接している。
図５に示すように、可動子４が下部案内部材３に対してＹ方向一方側に移動するように可動子４と下部案内部材３とが相対移動すると、３つの下部転動子４３，４３，４３のうちの中央下部転動子４３Ａおよび第１下部転動子４３Ｂが下部傾斜面３１と当接し、第２下部転動子４３Ｃが下部傾斜面３１と離間する。また、図６に示すように、可動子４が下部案内部材３に対してＹ方向他方側に移動するように可動子４と下部案内部材３とが相対移動すると、中央下部転動子４３Ａおよび第２下部転動子４３Ｃが下部傾斜面３１と当接し、第１下部転動子４３Ｂが下部傾斜面３１と離間する。

図７に示すように、可動子４が上部案内部材２に対してＸ方向一方側に移動するように可動子４と上部案内部材２とが相対移動すると、３つの上部転動子４２，４２，４２のうちの中央上部転動子４２Ａおよび第１上部転動子４２Ｂが上部傾斜面２１と当接し、第２上部転動子４２Ｃが上部傾斜面２１と離間する。また、図８に示すように、可動子４が上部案内部材２に対してＸ方向他方側に移動するように可動子４と上部案内部材２とが相対移動すると、中央上部転動子４２Ａおよび第２上部転動子４２Ｃが上部傾斜面２１と当接し、第１上部転動子４２Ｂが上部傾斜面２１と離間する。

図９に示すように、免震機構１の支持する軸力（自重）をＷとすると、下部傾斜面３１の傾斜による復元力（水平力）Ｆは水平面に対する傾斜角θとして下式（１）で表される。なお、上部傾斜面２１の傾斜による復元力についても同様に表される。

本実施形態による免震機構１の復元力特性（荷重−変形関係）を図１０に示す。
転がり摩擦抵抗力（μＷ）は、傾斜復元力（Ｗｔａｎθ）より小さく設定されており、摩擦による復元力特性および、傾斜による復元力特性の両者を合成したものが本実施形態による免震機構１の復元力特性となる。
本実施形態のように可動子４が上部転動子４２および下部転動子４３を有する免震機構１に代わって可動子が上部傾斜面２１および下部傾斜面３１を摺動する摺動子を有する従来のすべり免震機構の復元力特性を（荷重−変形関係）を図１１に示す。
図１０と図１１とを比較すると、従来のすべり免震機構では、本実施形態による免震機構１と比べて摩擦係数μが大きくなるため、最水平大荷重や履歴ループ面積が大きくなることがわかる。

次に、上述した免震機構１の作用・効果について図面を用いて説明する。
上述した本実施形態による免震機構１では、上部案内部材２と下部案内部材３とが水平方向に相対変位する際に、可動子４の上部転動子４２が上部傾斜面２１に沿って転動し下部転動子４３が下部傾斜面３１に沿って転動する転がり支承で構成されているため、可動子４が上部傾斜面２１および下部傾斜面３１を摺動するすべり支承で構成されている場合などと比べて、可動子４と上部傾斜面２１との摩擦係数、および可動子４と下部傾斜面３１との摩擦係数を小さくすることができる。
これにより、免震機構１を介して下部構造体１２から上部構造体１１へ伝達される振動を小さくすることができるため、地震時の上部構造体１１の応答加速度を効果的に小さくすることができ、免震性能を向上させることができる。
一般的なすべり支承による免震機構では、可動子と上部傾斜面２１との摩擦係数、および可動子と下部傾斜面３１との摩擦係数μは０．１程度である。これに対し、本実施形態による免震機構１では、摩擦係数μ＜０．０１となる。

本実施形態による免震機構１では、上部転動子４２および下部転動子４３はローラーであることにより、上部転動子４２および下部転動子４３にベアリング（球体）を用いた場合と比べて、可動子４の耐荷重を大きくすることができる。

本実施形態では、上部転動子４２および下部転動子４３は、本体部４１に固定されている。これに対し、上部転動子４２および下部転動子４３が本体部４１に固定されていない場合は、本体部４１に上部転動子４２および下部転動子４３が転動するための転動面を形成する必要があるが、本実施形態では、このような転動面を本体部４１に形成する必要がないため、可動子４（本体部４１）の寸法を小さくすることができる。

本実施形態では、転がり摩擦抵抗力（μｗ）を傾斜復元力（Ｗｔａｎθ）よりも小さく設定しているため、残留変位を抑制する（なくす）ことができる。
本実施形態では、可動子４は、上部案内部材２の側方に当接して配置される一対の上部突出板部４１２，４１２と、下部案内部材３の側方に当接して配置される一対の下部突出板部４１３，４１３と、を有することにより、可動子４が上部案内部材２および下部案内部材３から外れることを防止することができる。

本実施形態では、可動子４に複数の上部転動子４２，４２，…および複数の下部転動子４３，４３，…が設けられている。これにより、可動子４に上部転動子４２および下部転動子４３が１つずつ設けられている場合と比べて、可動子４が上部案内部材２と下部案内部材３との間に安定した状態で配置されるとともに、上部転動子４２および下部転動子４３の１つあたりの耐荷重を小さくすることができるため、上部転動子４２および下部転動子４３の１つあたりの寸法を小さくすることができる。

本実施形態では、可動子４の３つの上部転動子４２，４２，４２は、Ｙ方向から見て配列の中央に配置される中央上部転動子４２Ａが配列の外側に配置される第１上部転動子４２Ｂおよび第２上部転動子４２Ｃよりも上側となるとともに、３つの下部転動子４３，４３，４３は、Ｘ方向から見て配列の中央に配置される中央下部転動子４３Ａが配列の外側に配置される第１下部転動子４３Ｂおよび第２下部転動子４３Ｃよりも下側となっている。
そして、初期状態では、すべての上部転動子４２，４２，４２が上部傾斜面２１と当接しているとともに、すべての下部転動子４３，４３，４３が下部傾斜面３１と当接しているため、可動子４が上部案内部材２と下部案内部材３との間に安定した状態で配置される。

また、上部案内部材２と下部案内部材３とが水平方向に相対移動した場合には、中央上部転動子４２Ａと、第１上部転動子４２Ｂおよび第２上部転動子４２Ｃの少なくとも一方と、が上部傾斜面２１と当接しているとともに、中央下部転動子４３Ａと、第１下部転動子４３Ｂおよび第２下部転動子４３Ｃの少なくとも一方と、が下部傾斜面３１と当接しているため、可動子４が上部傾斜面２１および下部傾斜面３１に対してぐらつくことがなく、上部案内部材２と下部案内部材３とが水平方向以外に相対移動することが防止される。

本実施形態では、上部傾斜面２１および下部傾斜面３１が平面であることにより、上部転動子４２および下部転動子４３が円弧面や球面を転動する免震機構と比べて、傾斜復元力が変位量かわらず一定となるため、原位置からの変位量が小さな場合でも残留変位を抑制することができる。また、本実施形態では、上部傾斜面２１および下部傾斜面３１が平面であることにより、上部転動子４２および下部転動子４３が円弧面や球面を転動する免震機構と比べて、転動面を容易に形成することができる。また、図１２に示すように、上部案内部材２および下部案内部材３には、２つの傾斜面をもつ部材６，６を組み合わせて形成することもできる。
また、傾斜復元力を風荷重より大きく設定しておくことで、風に対するストッパーが不要となる。

本実施形態による免震機構１は、上部案内部材２、下部案内部材３および可動子４を主とする簡便な構造であるため、設置工事に際して特別な技量を要することがなく、一般的なリニアガイド免震支承と同様に容易に施工することができる。

以上、本発明による免震機構の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、上記の実施形態では、可動子４が３つの上部転動子４２，４２，４２および３つの下部転動子４３，４３，４３を有しているが、上部転動子４２および下部転動子４３の数は適宜設定されてよい。
また、上記の実施形態では、可動子４の３つの上部転動子４２，４２，４２は、Ｙ方向から見て配列の中央に配置される中央上部転動子４２Ａが配列の外側に配置される第１上部転動子４２Ｂおよび第２上部転動子４２Ｃよりも上側となるとともに、３つの下部転動子４３，４３，４３は、Ｘ方向から見て配列の中央に配置される中央下部転動子４３Ａが配列の外側に配置される第１下部転動子４３Ｂおよび第２下部転動子４３Ｃよりも下側となっているが、上部転動子４２および下部転動子４３の配置は適宜設定されてよい。
また、上記の実施形態では、上部転動子４２および下部転動子４３はローラーであるが、ローラーに代わってベアリングとしてもよい。

また、上記の実施形態では、可動子４に上部突出板部４１２および下部突出板部４１３が設けられているが、設けられていなくてもよい。上部案内部材２および下部案内部材３の傾斜面２１，３１にテフロン（登録商標）などの滑り材を設けなくても良い。
また、上記の実施形態では、可動子４の一対の上部突出板部４１２，４１２がそれぞれ滑り材４１４，４１４を介して上部案内部材２の側面と当接しているが、一対の上部突出板部４１２，４１２に滑り材４１４，４１４が設けられていなくてもよいし、一対の上部突出板部４１２，４１２が上部案内部材２の側面と離間していてもよい。また、可動子４の一対の下部突出板部４１３，４１３がそれぞれ滑り材４１５，４１５を介して下部案内部材３の側面と当接しているが、一対の下部突出板部４１３，４１３に滑り材４１５，４１５が設けられていなくてもよいし、一対の下部突出板部４１３，４１３が下部案内部材３の側面と離間していてもよい。

また、免震層１３に、従来の「傾斜すべり支承」の免震機構、および本実施形態による「傾斜転がり支承」の免震機構の両方を設置してもよい。この場合、各免震機構の上部傾斜面２１および下部傾斜面３１の傾斜角度θは同一とすることで、水平変位に伴う鉛直変位をいずれの支承とも同じとすることができる。
従来の「傾斜すべり支承」の免震機構、および本実施形態による「傾斜転がり支承」の免震機構の両方を設置した場合、等価な摩擦係数は各免震機構の荷重平均となり、一般的なすべり支承のみの免震機構と比較して大幅に小さな値となる。

なお、転がり支承の摩擦抵抗力は非常に小さいため、荷重変形関係における履歴ループ面積も小さく、減衰がほとんど得られない（振動がなかなか収束しない）ことがあるが、履歴減衰の大きいすべり支承と併せて設置することで減衰を容易に確保することができる。
図１３に示すような、２つの本実施形態のような転がり支承の免震機構１、および１つのすべり支承の免震機構７，７の両方を１つの通りに配列した免震層１３では、等価な摩擦係数は下式（２）で求められる。

また、Ｘ方向およびＹ方向に対する免震層１３の要求スペック（免震層変位や加速度の制約条件）が異なる場合は、本実施形態のような転動子、および「傾斜すべり支承」の免震機構７のような摺動子のいずれか一方が下部傾斜面３１を転動または摺動し、他方が上部傾斜面２１を転動または摺動するように構成されていてもよい。
例えば、Ｘ方向には加速度を大きく制限し、Ｙ方向には変位を大きく制限したい場合は、下部案内部材３をＸ方向に延在するように設置するとともに、上部案内部材２をＹ方向に延在するように設置する。そして、可動子が、本実施形態の免震機構１のような下部傾斜面３１を転動する転動子と、傾斜すべり支承の免震機構７のような上部傾斜面２１を摺動する摺動子と、を有する構成としてもよい。

１免震機構
２上部案内部材
３下部案内部材
４可動子
５交差部
１１上部構造体
１２下部構造体
１３免震層
２１上部傾斜面
２１ａ上部屈曲部
３１下部傾斜面
３１ａ下部屈曲部
４２上部転動子
４２Ｂ第１上部転動子
４２Ｃ第２上部転動子
４３下部転動子
４３Ｂ第１下部転動子
４３Ｃ第２下部転動子
４１２上部突出板部（上部当接部材）
４１３下部突出板部（下部当接部材）

Claims

水平方向に相対移動可能な上部構造体と下部構造体との間に設けられる免震機構において、
前記上部構造体の底部に固定される上部案内部材と、
前記下部構造体の上部に固定される下部案内部材と、
前記上部案内部材および前記下部案内部材との間に介装される可動子と、を有し、
前記上部案内部材は、一の水平方向に沿って上側に凸となるように傾斜する上部傾斜面を有し、
前記下部案内部材は、前記一の水平方向に直交する他の水平方向に沿って下側に凸となるように傾斜する下部傾斜面を有し、
前記可動子は、本体部と、該本体部の上部に前記他の水平方向に延びる軸線回りに回転可能に設けられて前記上部傾斜面に沿って転動可能な複数の上部転動子と、前記本体部の下部に前記一の水平方向に延びる軸線回りに回転可能に設けられて前記下部傾斜面に沿って転動可能な複数の下部転動子と、前記本体部に固定されて前記上部案内部材を前記他の水平方向から挟んで該上部案内部材に当接する一対の上部当接部材と、前記本体部に固定されて前記下部案内部材を前記一の水平方向から挟んで該下部案内部材に当接する一対の下部当接部材と、を有し、
前記複数の上部転動子は、それぞれ前記一対の上部当接部材に前記他の水平方向に延びる軸線回りに回転可能に直接支持され、前記一対の上部当接部材の間隔の略全長にわたって延びる円柱状のローラーであり、常に２以上の前記上部転動子が前記上部傾斜面と当接し、
前記複数の下部転動子は、それぞれ前記一対の下部当接部材に前記一の水平方向に延びる軸線回りに回転可能に直接支持され、前記一対の下部当接部材の間隔の略全長にわたって延びる円柱状のローラーであり、常に２以上の前記下部転動子が前記下部傾斜面と当接していることを特徴とする免震機構。
前記上部傾斜面は、前記一の水平方向の中間部に上部屈曲部が形成され、該上部屈曲部よりも前記一の水平方向の一方側に該一の水平方向の一方側に向かって漸次下側に向かう平面状の第１上部傾斜面が形成され、前記上部屈曲部よりも前記一の水平方向の他方側に該一の水平方向の他方側に向かって漸次下側に向かう平面状の第２上部傾斜面が形成されていて、
前記下部傾斜面は、前記他の水平方向の中間部に下部屈曲部が形成され、該下部屈曲部よりも前記他の水平方向の一方側に該他の水平方向の一方側に向かって漸次上側に向かう平面状の第１下部傾斜面が形成され、前記下部屈曲部よりも前記他の水平方向の他方側に該他の水平方向の他方側に向かって漸次上側に向かう平面状の第２下部傾斜面が形成され、
前記複数の上部転動子には、初期状態において前記第１上部傾斜面と当接する第１上部転動子と、初期状態において前記第２上部傾斜面と当接する第２上部転動子と、が含まれていて、
前記可動子が前記上部案内部材に対して初期状態から前記一の水平方向の一方側に移動すると、前記第２上部転動子が前記第２上部傾斜面から離間するとともに、前記第１上部転動子が前記第１上部傾斜面を転動し、
前記可動子が前記上部案内部材に対して初期状態から前記一の水平方向の他方側に移動すると、前記第１上部転動子が前記第１上部傾斜面から離間するとともに、前記第２上部転動子が前記第２上部傾斜面を転動し、
前記複数の下部転動子には、初期状態において前記第１下部傾斜面と当接する第１下部転動子と、初期状態において前記第２下部傾斜面と当接する第２下部転動子と、が含まれていて、
前記可動子が前記下部案内部材に対して初期状態から前記他の水平方向の一方側に移動すると、前記第２下部転動子が前記第２下部傾斜面から離間するとともに、前記第１下部転動子が前記第１下部傾斜面を転動し、
前記可動子が前記下部案内部材に対して初期状態から前記他の水平方向の他方側に移動すると、前記第１下部転動子が前記第１下部傾斜面から離間するとともに、前記第２下部転動子が前記第２下部傾斜面を転動することを特徴とする請求項１に記載の免震機構。