JPH09221935A - 免震装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 地上構造物が風に煽られて揺動するのを回避
できるとともに、地震発生時には効果的に免震機能を果
させる。 【解決手段】 地盤５と地上構造物１との間に介装され
て、地震動に対し上記地上構造物１の応答を抑制する免
震手段Ｍと、上記地盤５および上記地上構造物１間に介
装されたダンパー装置７とを設けて、上記地上構造物１
に作用する風速が設定値を超えた場合には、コントロー
ラ９によって、減衰力を高めるように上記ダンパー装置
７を制御させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、一般住宅を含む
地上構造物の免震装置に係り、特に、強風によって上記
地上構造物が揺動するのを防止する免震装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、地盤側に設置した固定側部材
の上面に外周に向って登り勾配となる円錐状凹部を形成
し、この円錐状凹部上にスチールボールを介して、免震
対象となる地上構造物を載せた可動側部材を載置したボ
ールアイソレータと呼ばれる免震装置が、例えば、実開
昭６２―２０４０５５号公報などに提案されている。

【０００３】この免震装置にあっては、地震が発生した
際に、この地震によって惹起される上記スチールボール
の円錐状凹部内の周辺部への転動によって、地盤の揺れ
が地上構造物に直接伝達されるのを防止するように機能
し、地震が停止したときは上記スチールボールは上記円
錐状凹部の中心に戻る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、かかる
従来の免震装置を一般住宅などの軽量で小形の地上構造
物に採用した場合には、台風などのように大きなエネル
ギを持った風が吹く環境下では、その地上構造物が過大
な風圧を受け、摩擦抵抗の小さいスチールボールが上記
円錐状凹部内の周辺部へ転動することによって、揺動す
ることとなって居心地を悪くするなどの課題があった。

【０００５】一方、これに対して、地上構造物と地盤と
の間に、ある設定荷重を受けるまでは変形しないが、そ
の設定荷重を超えると塑性変形する鋼棒ダンパーを介在
させて、上記風圧による揺動を回避するものが提案され
ている。

【０００６】しかし、この提案にあっては、鋼棒ダンパ
ーが塑性変形するに至る段階までの小地震、例えば、震
動４程度の地震までは動きを一律に規制してしまい、免
震効果を期待できないという不都合があった。

【０００７】この発明は、上記のような従来の課題を解
決するためになされたものであり、地上構造物が風に煽
られて揺動するのを回避できるとともに、地震発生時に
は効果的に免震機能を果すことができる免震装置を得る
ことを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、請求項１の発明にかかる免震装置は、地盤と地
上構造物との間に介装されて、地震動に対し上記地上構
造物の応答を抑制する免震手段と、上記地盤および上記
地上構造物間に介装されたダンパー装置とを設けて、上
記地上構造物に作用する風速が設定値を超えた場合に
は、コントローラによって、減衰力を高めるように上記
ダンパー装置を制御するようにしたものである。

【０００９】また、請求項２の発明にかかる免震装置
は、上記免震手段を地盤上に設置され周辺部に向って登
り勾配となる円錐状凹部を持った固定側部材と、地上構
造物の下部に取り付けられて上記円錐状凹部内において
転動自在となるスチールボールを取り付けた可動側部材
と、から構成したものである。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の一形態を
図面について説明するが、図１は、この発明の免震装置
を示す概念図であり、同図において、１は、一般住宅な
どの地上構造物であり、この地上構造物１の下部には複
数箇所に亘ってこの地上構造物１を平衡状態にて安定支
持する可動側部材２が取り付けられている。

【００１１】これらの可動側部材２は、図示しない小径
のスチールボールを介して大径のスチールボール３を転
動自在に支承する球面保持具（図示しない）を有し、そ
のスチールボール３の一部が可動側部材２に対して下方
に突出している。

【００１２】また、４は、地上構造物１が設置される地
盤５上に一部が埋設施工された複数の固定側部材であ
り、これらの固定側部材４は、これの上面に周辺部に向
って登り勾配となる円錐状凹部６を有し、中心部が最も
低くされている。

【００１３】なお、これらの固定側部材４は、上記可動
側部材２に対応する数だけ設けられており、そして、可
動側部材２，スチールボール３，固定側部材４は、免震
手段Ｍを構成している。

【００１４】また、図示しないが、上記可動側部材２に
は、必要に応じ可動側部材２および固定側部材４間に生
じる上下方向の振動を吸収するところの周知の弾性機構
が設けられる。

【００１５】さらに、７は、上記地上構造物１と地盤５
との間に介装されて、これら相互間の揺動を阻止した
り、この阻止の解除を行ったりするダンパー装置であ
り、このダンパー装置７にはこれの減衰力特性を切換制
御するソレノイドバルブ８が連設されている。

【００１６】そして、９は、コントローラ、１０は、地
上構造物１の屋根上に設置されて、風を受けたプロペラ
の回転により発生した発電電力を風速データとして計測
する風速計であり、この風速計６が計測した風速データ
にもとづいて、上記コントローラ９が上記ソレノイドバ
ルブ８を切換制御して、ダンパー装置７の後述のオリフ
ィス回路を開閉制御するようになっている。

【００１７】なお、１１は、商用電源に接続されるプラ
グ、１２は、このプラグ１１から得られた交流電圧を整
流して、直流の１２ボルトに変換し、上記コントローラ
９に供給するとともに、この直流電圧を充電するバッテ
リーを持った直流電源部である。

【００１８】図２は、上記ダンパー装置７の具体例を示
す構成図であり、このダンパー装置７は、密閉されたシ
リンダ１５内に２つの油室１８，１９を隔成するピスト
ン１６を摺動自在に設け、このピストン１６に一体のピ
ストンロッド１７を、シリンダ１５の一端部で油密的に
出入自在に突出させたものからなる。

【００１９】また、上記ピストン１６にはこれを貫通す
る油路の途中に接続されるチェック弁２０が埋設されて
おり、油室１８は、オリフィス２１および上記ソレノイ
ドバルブ８を介してタンク２２に配管接続され、油室１
９は、チェック弁２３を介してタンク２２に配管接続さ
れ、２４は、油室１８とタンク２２との間を結ぶ配管の
途中に接続されたリリーフ弁である。

【００２０】次に動作について、図３のフローチャート
を参照しながら説明すると、まず、プラグ１１をＡＣコ
ンセント（図示しない）に差し込み、図示しない電源ス
イッチを投入する（Ｓ１）。

【００２１】これにより、交流電力が直流電源部１２へ
供給され、この直流電源部１２の入力側に入れた整流回
路で整流した直流電力が上記バッテリーに充電されると
ともに、コントローラ９にも供給される。

【００２２】このため、コントローラ９は、直流電力を
電源部に受けて動作の立ち上げが行われ、これまでの風
速データなどの各種データのメモリをクリアする初期リ
セット動作を実行する（Ｓ２）。

【００２３】一方、このときからコントローラ９は、上
記風速計１０が出力する風速データを常時監視し（Ｓ
３）、この風速のレベルが予めメモリした設定値を超え
るか否かを判定する。

【００２４】この判定は、その設定値である基準となる
ソレノイド切換風速値の電圧Ｖ ０を風速計１０により検
出された現在の風速値の検出電圧Ｖが超えたか否かによ
り行う（Ｓ４）。

【００２５】そして、この判定の結果、Ｖ≧Ｖ ０とされ
た場合には、図２に示すソレノイドバルブ８をオン動作
させて、オリフィス２１およびタンク２２を結ぶ油路を
遮断する。

【００２６】このため、オリフィス回路がロック状態と
なって、ダンパー装置７のシリンダ１５に対するピスト
ン１６の出入動作がロックされることとなり、この結
果、地盤５に対する地上構造物１の揺動を阻止すること
ができ（Ｓ５）、つまり、強風で地上構造物が揺れるの
を阻止することができる。

【００２７】ここで、リリーフ弁２４は、油室１８の圧
力上昇が過大になるのを阻止するように機能し、所定の
減衰力を発生させて、油圧系が過大な圧力負荷を受けて
損傷するのを未然に防止する。

【００２８】これに対し、風速が小さく、Ｓ４において
Ｖ＜Ｖ ０と判定された場合には、ソレノイドバルブ８が
付勢されないため、オリフィス回路が開放され（通常の
ダンパー作用）、このため油室１８およびタンク２２間
を作動油がオリフィス２１を介して一定の弱い減衰力を
発生させながら流れるため、地盤５に対する地上構造物
のロックも解除される（Ｓ６）。

【００２９】従って、無風時や微風時はオリフィス回路
を開放することで弱震による振動をも上記スチールボー
ル３の円滑転動により、上記のように効率的に応動吸収
可能にする。

【００３０】すなわち、風が設定風速値を超えることに
よってソレノイドバルブ８が付勢されると、オリフィス
２１とタンク２２とを結ぶ油路が遮断され、そして、こ
のときの風圧がピストンロッド１７をシリンダ１５に対
して伸方向に付勢する方向に作用した場合には、油室１
９内にはチェック弁２３を介してタンク２２から給油さ
れるとともに、油室１８の作動油がリリーフ弁２４を通
じて所定の減衰力を発生させながら、タンク２２へリリ
ーフされる。

【００３１】一方、風圧がピストンロッド１７をシリン
ダ１５に対して圧方向に付勢する方向に作用した場合に
は、油室１９の作動油は、ピストン１６内のチェック弁
２０を介して油室１８に入り、さらにこの油室１８およ
びリリーフ弁２４を介して所定の減衰力を発生させなが
らタンク２２にリリーフされる。

【００３２】この結果、ダンパー装置７は、地盤５に対
する地上構造物の往復方向の揺れをロックすることとな
る。

【００３３】このように、ソレノイドバルブ８の切換制
御によってオリフィス回路を開閉することができ、これ
によってダンパー装置７の減衰力を図４の減衰力特性に
示すように、２段に切り換えて、強風時における地上構
造物の揺動を回避可能にすることができ、一方、無風時
および微風時における免震効果は、上記のようにして確
実に得ることができる。

【００３４】図５は、この発明の実施の他の形態を示す
ダンパー装置７Ａを示すもので、このダンパー装置７Ａ
は、油室１８とタンク２２およびチェック弁２３とを結
ぶ油路の途中に、絞り機能およびリリーフ機能を有する
３方向作動弁２５を介してソレノイドバルブ８を接続し
たものからなる。

【００３５】上記３方向作動弁２５は、シリンダ２５ａ
内にスプリング２５ｂにより付勢された凸形の絞り弁２
５ｃを有し、このシリンダ２５ａにおける絞り弁２５ｃ
の先端部が臨む部位に、油室１８の油圧が過大となった
とき絞り弁２５ｃがスプリング２５ｂに抗して押し開か
れることで、タンク２２にその油圧をリリーフするリリ
ーフ通路２５ｄ端が接続されており、また、上記絞り弁
２５ａにはこれの前後に貫通する油路に通じるオリフィ
ス２５ｅが設けられている。

【００３６】この実施の形態においては、無風時や微風
時には、ソレノイドバルブ８がオフであるため、地震に
よってピストンロッド１７がシリンダ１５に対して伸方
向または圧方向に移動した場合に、上記３方向作動弁２
５は、ソレノイドバルブ８を通じての作動油の流れをオ
リフィス２５ｅによる一定の低い減衰力下で許容するこ
とになり、このため、上記地盤５の地上構造物１に対す
る揺動がフリーとなって上記免震装置による免震機能を
果す。

【００３７】一方、設定レベルを超える強風時には、上
記と同様にソレノイドバルブ８がオンとなり、上記３方
向作動弁２５を通じた作動油の流れは、遮断され、ダン
パー装置７Ａは、ロック状態となり、地盤５に対する地
上構造物１の揺動もロックされる。

【００３８】また、油室１８内の油圧過大時には絞り弁
２５ｃがスプリング２５ｂに抗して後退することによ
り、油室１８からリリーフ通路２５ｄを作動油が流れ、
油圧系の保護を図る。

【００３９】従って、このダンパー装置７Ａは、強風時
には地盤５に対して地上構造物１をロックし、免震機能
を一時的に規制して、風圧を受けて地上構造物が揺動し
ないようにすることができる。

【００４０】図６は、この発明の実施のさらに他の形態
にかかるダンパー装置７Ｂを示すもので、このダンパー
装置７Ｂは、ピストン１６を貫通する油路２７，２８の
途中に、それぞれ伸側チェック弁２９および伸側リリー
フ弁３０と、圧側チェック弁３１および圧側リリーフ弁
３２と、を設けて、各伸側リリーフ弁３０および圧側リ
リーフ弁３２にはこれをバイパスするオリフィス３３，
３４を並列接続してある。

【００４１】また、上記油室１９とタンク２２との間に
はソレノイドバルブ８およびリリーフ弁３５の直列回路
とチェック弁３６とがそれぞれ独立の油路を介して接続
されている。

【００４２】この実施の形態では、無風時や微風時には
ソレノイドバルブ８はオフであるため、油室１９は、リ
リーフ弁３５を介してタンク２２に連通し、従って、地
震などによりピストンロッド１７がシリンダ１５に対し
て伸方向および圧方向に作動しても、各油室１８，１９
の作動油はチェック弁２９およびオリフィス３３とチェ
ック弁３１およびオリフィス３４とを選択的に通過し、
大きな減衰力を発生することなく、ソレノイドバルブ８
およびリリーフ弁３５を通じてタンク２２に戻された
り、タンク２２内の作動油が油室１９に吸い上げられ
る。

【００４３】このため、上記の地震などによる揺動は、
このダンパー装置７Ｂにて受けられず、免震装置を構成
する上記可動側部材２および固定側部材４間にのみ作用
し、上記した所期の免震制御が実施される。

【００４４】一方、地上構造物に所定レベルを超える風
圧が作用した場合には、上記風速計１０の出力データに
もとづき、コントローラ９がソレノイドバルブ８をオフ
に制御し、このため、油室１９とリリーフ弁３５とを結
ぶ油路が遮断される。

【００４５】従って、地盤５に対して地上構造物１が揺
れてピストンロッド１７がシリンダ１５に対して伸方向
または圧方向に作動しようとしても、各油室１８，１９
の相互間にはチェック弁２９およびオリフィス３３とチ
ェック弁３１およびオリフィス３４とをそれぞれ通じて
のみの油の流れが生じるのみで、それぞれオリフィス径
に応じた僅かの減衰力を発生する。

【００４６】このため、ピストンロッド１７およびピス
トン１６のシリンダ１５に対する動きがロックされ、大
きな風圧を受ける場合には地盤５に対して地上構造物１
の揺動が阻止され、このとき免震制御を一時的に規制す
ることとなる。

【００４７】なお、上記においては、コントローラ９の
制御下でダンパー装置７，７Ａ，７Ｂの減衰力を２段に
変えて制御する場合を示したが、３段以上の多段制御と
したり、連続制御としたりすることは任意である。

【００４８】この場合には、複数のソレノイドバルブを
組み合わせて接続したり、多段制御バルブや連続制御バ
ルブが接続される。

【００４９】図７，図９および図１１は、風速に応じて
コントローラ９により制御される複数のソレノイドバル
ブを組み合わせて、ダンパー装置７Ｃ，７Ｄ，７Ｅの減
衰力を複数段に切り換え制御するものを示す。

【００５０】まず、図７に示すダンパー装置７Ｃは、ソ
レノイドバルブ８Ａ，８Ｂのそれぞれに絞りがそれぞれ
大，小のオリフィス２１Ａ，２１Ｂを接続し、これらの
２系統の直列油路を並列接続して、さらに油室１８およ
びタンク２２間に接続したものである。

【００５１】従って、このダンパー装置の減衰力は、各
ソレノイドバルブ８Ａ，８Ｂが共にオフおよびオンの場
合には、それぞれ図８中に示す曲線ＧおよびＨのような
特性となり、ソレノイドバルブ８Ａのみがオンの場合に
は、同じく曲線Ｉのような特性になり、ソレノイドバル
ブ８Ｂのみがオンの場合は、同じく曲線Ｊのような特性
になる。

【００５２】また、図９に示すダンパー装置７Ｄは、ソ
レノイドバルブ８Ｃ，８Ｄにそれぞれ絞りが小，大とな
るオリフィス２１Ｃ，２１Ｄを並列接続し、さらにこれ
らを油室１８およびタンク２２間に直列接続したもので
ある。

【００５３】従って、このダンパー装置７Ｄの減衰力
は、各ソレノイドバルブ８Ｃ，８Ｄが共にオフおよびオ
ンの場合には、それぞれ図１０中に示す曲線ＫおよびＮ
のような特性となり、ソレノイドバルブ８Ｃのみがオン
の場合には、同じく曲線Ｍのような特性となり、ソレノ
イドバルブ８Ｄのみがオンの場合には、同じく曲線Ｌの
ような特性になる。

【００５４】さらに、図１１に示すダンパー装置７Ｅ
は、図５に示すダンパー装置７Ａの変形例であり、絞り
機能およびリリーフ機能を有する３方向切換弁２５Ａ，
２５Ｂ，２５Ｃのそれぞれにソレノイドバルブ８Ｅ，８
Ｆ，８Ｇを直列接続したものを油室１８およびタンク２
２間に並列に入れたものである。

【００５５】従って、このダンパー装置７Ｅの減衰力
は、各３方向切換弁２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃ内の各スプ
リング２５ｂによるばね強度の強，中，弱に応じた絞り
特性およびリリーフ特性に従って、ソレノイドバルブ８
Ｅのみがオンの場合には、図１２の曲線Ｏのような特性
になる。

【００５６】また、ソレノイドバルブ８Ｆのみがオンの
場合には、図１２中に示す曲線Ｐのような減衰力特性と
なり、ソレノイドバルブ８Ｇのみがオンの場合には、同
じく曲線Ｑのような減衰力特性となる。

【００５７】そして図７乃至図１２に示すように、風速
に応じたコントローラ９の制御出力下で各ダンパー７Ｃ
乃至７Ｄの減衰力を調整することで、風速に適応した地
上構造物の地盤に対するロックを可能にしながら、地震
動に対する地上構造物の応答を的確に抑制できることに
なる。

【００５８】また、上記免震手段Ｍとして可動側部材２
および固定側部材４間にスチールボール３を介在するも
のを用いたが、積層ゴム支承構造やすべり支承構造など
の他の免震構造を採用することも任意である。

【００５９】

【発明の効果】以上のように、請求項１の発明によれ
ば、地盤と地上構造物との間に介装されて地震動に対し
上記地上構造物の応答を抑制する免震手段と、上記地盤
および上記地上構造物間に介装されたダンパー装置と、
を設けて、上記地上構造物に作用する風速が設定値を超
えた場合には、コントローラによって減衰力を高めるよ
うに上記ダンパー装置を制御するように構成したので、
強風時などに免震手段を介して地盤に支持された地上構
造物が風に煽られて揺動するのを確実に防止できるとい
う効果がある。

【００６０】また、請求項２の発明によれば、免震手段
を地盤上に設置され周辺部に向って登り勾配となる円錐
状凹部を持った固定側部材と、地上構造物の下部に取り
付けられて上記円錐状凹部内において転動自在となるス
チールボールを取り付けた可動側部材と、から構成した
ので、風速が設定値以下の、例えば、微風時や無風時に
地震が発生した場合に、この地震動に対して地上構造物
の応答を効果的に抑制できるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の一形態による免震装置を示す
概念図である。

【図２】図１におけるダンパー装置の一形態を示す油圧
回路図である。

【図３】図１におけるコントローラの動作手順を示すフ
ローチャートである。

【図４】図２におけるダンパー装置の減衰力特性を示す
特性図である。

【図５】図１におけるダンパー装置の他の形態を示す油
圧回路図である。

【図６】図１におけるダンパー装置のさらに他の形態を
示す油圧回路図である。

【図７】図１におけるダンパー装置の他の形態を示す油
圧回路図である。

【図８】図７におけるダンパー装置の減衰力特性を示す
特性図である。

【図９】図１におけるダンパー装置の他の形態を示す油
圧回路図である。

【図１０】図９におけるダンパー装置の減衰力特性を示
す特性図である。

【図１１】図１におけるダンパー装置の他の形態を示す
油圧回路図である。

【図１２】図１１におけるダンパー装置の減衰力特性を
示す特性図である。

【符号の説明】

１ 地上構造物 ２ 可動側部材 ３ スチールボール ４ 固定側部材 ５ 地盤 ６ 円錐状凹部 ７，７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄ，７Ｅ ダンパー装置 ９ コントローラ Ｍ 免震手段

フロントページの続き (72)発明者 露木 保男 東京都港区浜松町二丁目４番１号 世界貿 易センタービル カヤバ工業株式会社内 (72)発明者 箭野 憲一 東京都調布市飛田給二丁目19番１号 鹿島 建設株式会社技術研究所内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 地盤と地上構造物との間に介装されて地
   震動に対し上記地上構造物の応答を抑制する免震手段
   と、上記地盤および上記地上構造物間に介装されたダン
   パー装置と、上記地上構造物に作用する風速が設定値を
   超えた場合に減衰力を高めるように上記ダンパー装置を
   制御するコントローラと、を備えた免震装置。
2. 【請求項２】 免震手段が地盤上に設置され周辺部に向
   って登り勾配となる円錐状凹部を持った固定側部材と、
   地上構造物の下部に取り付けられて上記円錐状凹部内に
   おいて転動自在となるスチールボールを取り付けた可動
   側部材と、から構成されていることを特徴とする請求項
   １に記載の免震装置。