JPH01320345A - 免震装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は免震装置に係り、特に３次元免震装置として設
置スペースをコンパクトにでき、かつ、大地震時はど大
きな減衰力が得られる免震装置に関する。

［従来の技術］ 本発明に比較的近い免震装置の公知例として、１オイレ
ス工業株式会社のカタログ、オイレス粘性ダンパ、パイ
ブロック、に記載されているＴＡＳタイプがある。以下
、第３図を参照して、このＴＡＳタイプについて述べる
。

このＴ　Ａ　Ｓタイプは、バネ１、外筒２、内筒３゜外
筒２に固着されたスライディングプレート４、ベースプ
レート５、ベースプレート５に固着されたケーシング８
、ケーシング８に固着されたリング筒８′、外筒２に固
着された円板２′、ケーシング８と円板２′との間のゴ
ムシール９、内筒３に固定された上部フランジ６および
カバー６′。

グーシンク８内及び内筒３．外筒２内の粘性体７より構
成されている。バネ１は上部フランジ６とスライディン
グプレート４との間に設置されている。バネ１により上
部フランジ６にかかる軸方向（鉛直方向）の荷重を負担
し、内筒３と外筒２の間の粘性体により鉛直方向の減衰
力を確保し、スライディングプレート４とベースプレー
ト５の間の粘性体により水平方向の減衰力を確保するも
のである。

このように、本公知例は、内筒、外筒、スライディング
プレート、ベースプレート、粘性体の組合わせで、３吹
元方向の減衰力を確保するものであるが、荷重支持能力
は鉛直方向のみに有している。荷重支持能力が鉛直方向
のみに限定されているのは、バネ１の下端がスライディ
ングプレート４に取りつりられており上部フランジの水
平荷重をベースプレートに伝達できないためであるが、
この点は前記のようなバネとダンパを併置（並列設置）
することにより、あるいは、スライディングプレー１〜
とベースプレートの間をバネで結ぶ等により解決できる
。

本公知例においては、バネ１の内側には粘性体７が充填
されているけれども、必要な減衰力は上記の如く、内筒
と外筒との間及びスライディングプレートとベースプレ
ートとの間の粘性体にて得るもので、バネ１の内側のス
ペースは有効活用されていない。しかしながら、スペー
スの有効活用の観点から、内筒及び外筒をバネ１の内側
に設置することは可能である。その場合、鉛直方向のダ
ンパに関しては、内筒及び外筒の直径が小さくなり、そ
れに応じて粘性減衰に有効なせん断面積が減少するが、
これは内筒及び外筒を多重とすることにより解決される
。

スライディングプレートとベースプレー１〜及びそれら
両者の間の粘性体で構成される水平方向のダンパについ
ても、これをバネ１の内側に設置できれば、横進が非常
にコンパクトになり、据付スペースの節約が図れるが、
鉛直方向ダンパと違って、構造上その実現は困難である
。それは、第３図に示したクリアランスＣのためである
。このことについて説明すると、スライディングプレー
トとベースプレー１−の間のすきま及び対向面積が水平
方向減衰力を決定する要因であり、これらについては、
例えば、上述の如くεイ１直方向ダンパで内筒及び外筒
をバネ１の内側に設置する場合と同様に、スライディン
グプレート及びベースプレートを多重にすることで解決
できるが、クリアランスＣは、減衰能力とは別に許容変
位量により決定されているため、無制限に小さくするこ
とは不可能で、そのため、水平ダンパ平面寸法をバネ１
以下にすることは困難である。

第４図は、平面寸法を小さくすることを意図して設計さ
れた水平方向粘性ダンパの公知例である。

スライディングプレート４およびベースプレート５は多
重として、水平方向減衰力を効果的に得られるようにな
っているが、許容変形量の制限から。

半径方向内側と外側に、それぞれクリアランスＣを設け
である。このため少くとも必要クリアランスすなわち許
容変形量の４倍の寸法が、減衰能力と無関係にダンパ平
面寸法として必要でスペース効率をあまり良くすること
はできない。特に、相対的に大きな減衰力を要求されな
い場合には、ダンパの平面寸法は、主としてクリアラン
スで決定され、ダンパとしてのスペース効率は著しく低
下する。

［発明が解決しようとする課題］ 上記のように従来技術では、水平方向に有効なダンパに
ついて、平面寸法を小さくすることができず、免震装置
全体としての平面寸法がバネの寸法より大きくなり、そ
の分だけ広い設置ペースが必要であるという問題があっ
た。

具体的に云えば、従来技術では水平方向ダンパとして、
平板を水平対向させ間に粘性体を充填するという構成の
ダンパを用いているため、減衰能力を確保するために必
要な水平対向平板（前述のスライディングプレート及び
ベースプレート）そのものの寸法の他に、ダンパに要求
される許容変位量に見合うだけのクリアランスが平面寸
法として必要であり、ダンパの小型化のために水平対向
平・板を多重（多層）にした場合でも、少くとも許容変
位量の４倍の寸法がダンパの平面寸法として要求される
。

本発明は、上記に鑑み、水平対向平板と粘性体という構
成のダンパを用いることなく、平面寸法がバネの寸法よ
りも小さいダンパを用い、かつ、そのダンパをバネの内
側に設置することで小型化を図った免震装置を提供する
ことを目的とするものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明の免震装置は、互いに平行に対向する上部フラン
ジおよび下部フランジと、上部および下部が夫々前記上
部フランジおよび下部フランジに固定された１つ又は複
数個のコイルバネと、軸線方向に伸縮可１ｊヒな粘性ダ
ンパであって、その軸線を上記コイルバネの軸線と平行
にして前記コイルバネのコイルの内側に夫々配置され且
つ上端部および下端部が夫々前記上部ランノおよび下部
ランノに自在継手により連結されている粘性ダンパとか
らなり、前記両フランジ面の法線に対して前記コイルバ
ネおよび粘性ダンパの軸線が平行または傾斜しているこ
とを特徴とする。

［作　用コ 本発明の免震装置において、コイルバネは、上部構造物
の重量の他、地震時に上部構造物が受ける地震荷重も負
担し、地震時の復元力を発生する。

粘性ダンパは地震時にその伸縮運動が生じることにより
、鉛直方向にも水平方向にも減衰力を発生する。これら
、バネとダンパの働きにより、地震のエネルギを吸収し
、かつ地震終了後は上部構造物を元の位置に復帰させる
。

［実施例コ 第１図は、本発明の１実施例の免震装置を示すものであ
る。

本免震装置は、バネ１、外筒２と内筒３（本例では夫々
多重筒）、上部フランジ６、下部フランジ９．自在継手
１０，１１、および粘性体７とで構成されている。

バネ１は、上部を上部フランジ６に固定され、下部を下
部フランジ９に固定されている。バネ１の内側には、外
筒２と内筒３とその間に入り込んでいる粘性体７とで構
成される粘性ダンパが設置され、外筒２は下部フランジ
９に、内筒３は上部フランジ６に、それぞれ自在継手（
本実施例ではボールジヨイント）１０及び１１を介して
取りつけられている。本実施例は、バネの内側のスペー
スに粘性ダンパを設置するすることにより免震装置全体
としての小型化を図るものであり、設計例に基づき量的
な説明をする。

まず、本実施例のバネ１は、線径約１００ｍｍ、コイル
径（コイル線中心の間の直径）約４００ｍｍ、有効巻数
約５巻、高さ約７００ｍｍ、となっており、定格荷重約
２０トン、上下方向減衰定数約２＋１ｚ、水平方向固有
振動数約２Ｈｚを目標に設定されたものである。バネ１
の内側のスペースは直径３００ｍｍの円筒状であり、そ
の高さは、上部及び下部フランジの設計によりある８度
自由に選定できる。

バネ１の内側の粘性ダンパは、上下方向減衰定数が３０
％程度となるように設計したもので、以下その詳細を述
べる。

まず、上下方向の許容変位量を１００ｍｍと設定すると
、固有振動数が２Ｈｚであるから、応答の速度は最大で
、 ｖ、＝０．ＩＸ　２７ＣＸ　２　＝１．３ｍ／ｓである
。上下方向減衰力は。

Ｆｖ”２Ｍｃ、＋ｈｖ。

Ｍ；荷重（２０ＸＩＯ３ｋｇ） ω；角振動数 ｈ；減衰定数（０，３） ｖｖ：速度（１，３ｍ／５） ＝２Ｘ２０Ｘ１０３Ｘ２πＸ２Ｘ０．３Ｘ１．３＝　１
．ｉ）６　ｘ　１０５Ｎ となる。ここで、粘性ダンパの設計式として下記の式を
用いて、必要せん断面積を求める。

Ｆ＝　Ｑ、５９６−０．０４３ｔ　・５・（７）’６．
５Ｆ；減衰力（ｋｇ） ｔ；温度（°Ｃ） Ｓ；粘性せん断面積（Ｃ，ｎ２） Ｖ；速度（Ｃｍ／ｓ） ｄ；面間比Ｒ（ＣＩ） （以上、オイレス工業（株）のカタログより） 弁４８００ｃｍ２ バネの内側に設置するため、ダンパ部材である円筒の直
径を２０ｃｍ、高さを３０ｃ＋ｏと設定すると、せん断
面積は、 ２０　Ｘ　πＸ　３０　＃　１８００ｃｍ”従って１円
筒を３重（４８００／１８００牲２．７＜３）にすれば
充分なせん断面積を確保できる。

次に、水平方向の減衰について述べる。水平方向には、
バネのコイル径の１／２を目安として２００ｍｍを許容
変形量として設定する。すると、固有振動数が２１１Ｚ
であるから、応答の最大速度はＶイ＝０．２Ｘ２πＸ　
２　＝２．６ｎ＋／ｓとなり、上記の２００ｍｍの変位
が生じたときに、ダンパ部材である内外円筒間には、そ
の軸方向に％−７００”Ｂ３０ａｍ の変位が生じ、相対速度としては、 Ｖ　）ｌ’　＝　Ｖ　＋１　Ｘ　　　　＝０．４ｍ／ｓ
である。従って、前述の粘性ダンパの設計式を用いて減
衰力を求めると、 ＝　１．１　ｘ　１０’ｋｇ Ｈｌ、１ｘｔｏ５Ｎ となり、上下方向減衰力（１，９６Ｘ１０ｓＮ　）の約
１／２である。

これに対して、従来技術の如く、水平方向平板により水
平方向ダンパを構成しようとすると、上記と同じ条件、
すなわち最大変位２００ｍｍに対し減衰力１．Ｉ　Ｘ　
１０４ｋｇを確保するためには、＝　１．９　Ｘ　１０
３ｃｎ＋” の粘性せん断面積が必要である。これを１組の水平対向
平板で実現するには、 であるから、直径５０ｃｍの平板が必要である。また、
水平対向平板を多層、例えば、１ＯＮにしたとすると、 程度で済むが、ダンパとしての必要寸法は、この他に少
くとも最大変位の２倍（水平対向平板の両側）すなわち
４０ｃｍが要求され、バネの内側に設置することは不可
能である。

次に、減衰力の変位依存性について述べる。本実施例の
粘性ダンパは、水平変位をダンパ円筒部材の軸方向相対
変位に変換して水平方向減衰力を得るようになっている
ため、上部フランジと下部ランジの間の相対速度が一定
であっても、変位が大きいほどダンパ部材の軸方向相対
変位は大きく、従って大きな減衰力が得られる。

第２図は、本発明の他の実施例である。これは第１図に
示した色層装置を、軸線を鉛直軸より傾けて複数個設置
したもので、傾けることにより力学特性が方向性を有す
るため、それを打ち消す目的で、第１図の実施例を１単
位として合計８単位のバネ及びダンパを同一円周上に図
示Ａのように配置し、全体を１つの免震装置としたもの
である。

各バネ１の上部および下部は上部フランジ６および下部
フランジ９に夫々傾斜して固定されており、且つ、各バ
ネ１の内側には内筒、外筒および粘性体よりなるダンパ
がバネ１と同じ傾斜で配置され。

該ダンパの上部および下部は上部フランジ６および下部
フランジ９に夫々自在継手で連結されている。但し、第
２図ではこれらダンパの図示は省略した。このように傾
けることにより、水平方向の減衰力を増加させることが
できる。

本実施例について、具体的に、前述の第１１図の構成要
素を例に、減衰力を評価すると次の通りである。

本実施例のダンパは、前述の如く、内外円筒の軸方向相
対変位（厳密には相対速度）に応じて減衰力を発生する
。ところで、上記構成要素の軸線を鉛直軸より角度０だ
け傾けた場合を考えると、上部フランジと下部フランジ
間の距ＷＩＬに応じて、上部フランジと下部フランジは
互いに水平方向にＬｓｉｎＯだけずれることになる。傾
き角θを例えば２０°とすると、このずれ量は約２００
ｍｍとなり、従って、上部フランジと下部フランジの間
に水平変位δ□＝　２００１１１ｍが生じた場合には、
もともとのずれ量と合わせて、合計４００ｍｍ水平変位
が生ずるわけで、それによる内外円筒間の軸方向変位は
。

ｑ−７００’＝　１００ｍ であり、もともと２００ｍｍ変化していた分、すなわち ｍ−７００’Ｂ　３０ｒｒｔｎ を差し引くと７０ｍｍが実質の内外円筒の軸方向相対変
位である。これは、傾き角Ｏ°の第１図の実施例の場合
に比べて約２倍の値であり、減衰力が約２倍得られるこ
とを示している。

次に、上下方向の減衰力について考える。水平方向と同
様に、上部フランジと下部フランジの間に１００ｍｎ＋
の鉛直方向相対変位が生じたときのダンパ部材の内外円
筒の相対変位を考えると、概略１００・ｃｏｓ２０’　
弁９４ｎ＋＋ａとなり、従って減衰力も９４％に低下す
る。言い換えると、上下方向減衰力を６％だけ低下させ
れば、水平方向減衰力を約２倍に２きるわけである。

次に、色層装置全体としてのスペース効率について述べ
る。第２図の実施例は平面寸法２　ｎｔ　Ｘ２ｍであり
、載荷能力２０Ｉ・ンのバネを８本使用しているが、前
述の如く、バネを鉛直軸に対して傾けであるため、ｃｏ
ｓ２０°４０．９４−ｐ９４％に載荷能力が低下してい
る。したがって、単位据付面積あたりの載荷荷重は これに対して、第３図の如き公知例の場合、第１図を用
いて説明したように計算すると、同等の減衰力を得るた
めのダンパの平面寸法は、ダンパとしての水平対向平板
が約７０ｃｍ、その両側のクリアランスが４０ｃｍで、
合計１１０ｃ＋ｏ必要である。

載荷能力は２０トンであるから、単位据付面積あたりの
載荷荷重は、 である。

また、第４図の如く水平対向平板を多層にした場合、例
えば１０層とすると、やはり第１図を用いて述べたよう
に計算すると、ダンパとしての水平対向平板が４６ｃｍ
、クリアランスが４０ｃｍで、合計８６ｃｍであるから
、単位据付面積あたりの載荷荷重は である。　　。

以上のように、本実施例によれば、従来のものよりも４
割以上スペース効率が良い。また、バネとダンパを並置
する場合と較べれば、さらにスペース効率が向上してい
ることは明らかである。

なお、第２図の実施例において、中央部Ｍに。

鉛直方向に配置された且つ上部および下部が上部フラン
ジ６および下部フランジ９に固定されたコイルバネを追
加するとさらに荷重載荷能力は向上する。また、第２図
の実施例において、中央部Ｍに、鉛直方向に配置され且
つ上下端部が自在継手で上下のフランジ６．９に連結さ
れた同様な構造の粘性ダンパを追加すると減衰能力が向
上する。

あるいは、そのようなコイルバネおよび粘性ダンパの両
者（該コイルバネの内側に該粘性ダンパを設ける）を中
央部Ｍに追加してもよい。

第２図に示した実施例の免震装置は、順次の各バネ１の
傾き方向を同じに配置した場合、鉛直荷重を受けたとき
回転性が生ずるが、このような免震装置を建屋または機
器の下面に複数個配置すれば、基礎または床に対する建
屋または機器の回転は生じないようにすることができる
。

なお、コイルバネおよびその内側のダンパを鉛直に設け
た第１図の実施例において、これらを−単位として、複
数単位を上部フランジおよび下部フランジ間に並列設置
して一つの免震装置とした実施例も可能である。

また、傾斜して設けたコイルバネおよびその内側のダン
パを一単位として、その複数単位を第２図の如く上部お
よび下部フランジ間に並列設置する代りに、−単位のみ
を上部フランジおよび下部フランジ間に設置して一つの
免震装置とした実施例も可能である。そのような免震装
置は力学的方向性を持つので、建屋や機器の使用に際し
ては、これを打ち消すように該免震装置を複数個配置し
て用いるのがよい。

以上の実施例を建屋あるいは機器の免震装置として用い
る場合、下部フランジを基礎あるいは床に固定し、上部
フランジを建屋下面あるいは機器下面に固定劣るのが普
通であるが、上部フランジと建屋下面あるいは機器下面
を固定しないということも考えられる。具体的には、上
部フランジ上面に例えばテフロン（商品名）の板を取り
つけ。

建屋下面あるいは機器下面に例えばステンレス板を取り
つけ、建屋あるいは機器を、テフロンとステンレスを対
向させて、上部フランジの上に置く。

このようにしておくと、水平方向の地震応答が、テフロ
ンとステンレスとの間の摩擦係数に相当する震度を越え
ないようにすることができる。つまり、例えば摩擦係数
を０．２とすると、建屋あるいは機器の地震応答が０．
２　ｇ　（ｇは重力加速度）を僅かでも越えると、建屋
あるいは機器は滑ってしまい、それ以上地震のエネルギ
が入力されることなく、したがって、地震応答は最大０
．２　ｇ程度に制限される。

［発明の効果］ 本発明によれば、コイルバネの内側にダンパを設置した
ため免震装置の小型化が可能になる。しかも、上部構造
物の重量のみならず地震荷重をも負担し復元力を発揮す
ると共に、鉛直方向および水平方向のいずれにも所要の
減衰力を発生することができる。さらに、バネとダンパ
を別々に設置す呂ものに較べれば据付工数低減が図れる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の縦断面図、第２図（ａ）、
（ｂ）、（Ｑ　）　は本発明の他の実施例の夫々上面図
（半分）、側面図および下面図（半分）、第３図は公知
例の防振器の縦断面図、 第４図は公知例の粘性ダンパの縦断面図である。 １・・・コイルバネ　　　　２・・・外筒３・・・内筒 ４・・・スライディングプレート ５・・・ベースプレート　　６・・・上部フランジ７・
・・粘性体　　　　　　９・・下部フランジ１０．１１
・・・自在継手 １−バネ ２−・−外筒 ３・・−内筒 ７−粘件体

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、互いに平行に対向する上部フランジおよび下部フラ
   ンジと、上部および下部が夫々前記上部フランジおよび
   下部フランジに固定された１つ又は複数個のコイルバネ
   と、軸線方向に伸縮可能な粘性ダンパであって、その軸
   線を上記コイルバネの軸線と平行にして前記コイルバネ
   のコイルの内側に夫々配置され且つ上端部および下端部
   が夫々前記上部ランジおよび下部ランジに自在継手によ
   り連結されている粘性ダンパとからなり、前記両フラン
   ジ面の法線に対して前記コイルバネおよび粘性ダンパの
   軸線が平行または傾斜していることを特徴とする免震装
   置。 ２、前記粘性ダンパは同心円筒と該同心円筒間に充填さ
   れた粘性体とからなる請求項１記載の免震装置。 ３、前記コイルバネおよび該コイルバネのコイル内側に
   配置された粘性ダンパの組が、前記両フランジの法線方
   向から見て円周上に複数個配置されている請求項１又は
   ２記載の免震装置。 ４、前記の複数個の組で囲まれた中央域には、上部、お
   よび下部が前記上部フランジおよび下部フランジに夫々
   固定されたコイルバネ、上端部および下端部が前記上部
   フランジおよび下部フランジに自在継手により連結され
   た粘性ダンパ、またはその両者（但し粘性ダンパはコイ
   ルバネの内側にある）を、その軸線が前記両フランジ面
   の法線方向にあるように、配置した請求項３記載の免震
   装置。 ５、前記両フランジの少くとも一方のフランジの反対側
   の面に滑り板を設けた請求項１、２、３又は４記載の免
   震装置。