JPH11125310A

JPH11125310A - 免震装置

Info

Publication number: JPH11125310A
Application number: JP9290724A
Authority: JP
Inventors: Masahide Seki; 雅英関; Naoki Kato; 直樹加藤; Ikuko Sashita; 郁子指田; Kimiki Kobayashi; 公樹小林; Kazuhisa Ishikawa; 和久石川; Masahiro Minowa; 昌啓箕輪
Original assignee: Showa Electric Wire and Cable Co
Current assignee: SWCC Corp
Priority date: 1997-10-23
Filing date: 1997-10-23
Publication date: 1999-05-11

Abstract

(57)【要約】【課題】軽量構造物の振動周期を長期化させ、而も軽量
構造物を安定した状態で支持させる。【解決手段】上部構造体２に固定される一方の取付板４
と、上部構造体２と相対する下部構造体３に固定される
他方の取付板５と、一方の取付板４および他方の取付板
５間に設置され中空断面形状に形成される積層ゴム６
と、積層ゴム６の中空部６ａに内設されると共に一方の
取付板４に固定され当該中空部６ａ内で他方の取付板５
に対して水平方向へ転動可能に当接される転がり支承体
７とを備えている。なお、水平移動可能に上部構造体２
を支承するものは、他方の取付板に対して水平方向へ摺
動可能に当接される滑り支承体でもよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は免震装置に係り、
特に木造建物の他、精密機器等の比較的軽量の構造物を
支持する免震装置に関する。

【０００２】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】従来
より、ビル等の重量構造物においては積層ゴムを主体と
した免震装置が知られている。この重量構造物を支持す
る免震装置は、鉛直方向には硬いばねを持ち大荷重を支
持し、水平方向にはゴム特有の柔らかいばねにより大変
形能力を備えるために中実断面形状に形成されている
が、木造建物等の比較的軽量の構造物に使用した場合に
は鉛直荷重に対して水平剛性が大き過ぎるために、軽量
構造物の振動周期を長周期化できなかった。なお、構造
物の振動周期を長周期化するのは、周期が４秒以上であ
れば地震波の種類に拘らず建物等の構造物は被害を受け
ることはないことが一般に知られている。

【０００３】この水平剛性を小さくするために中央部を
くり抜いた形の中空断面形状の積層ゴムや積層数を増や
した積層ゴムが考えられるが、何れの積層ゴムも鉛直荷
重による座屈の問題や、水平変形時の曲げ剛性の低下に
よる曲げ変形の問題が発生し、安定して軽量構造物を支
持することが困難となる。また、水平剛性を小さくする
ために積層ゴムの直径を小さくすることが考えられる
が、水平変形時の鉛直荷重の支持能力が低下するので安
定性が損われる。

【０００４】なお、積層ゴムの水平変形量は実質的に直
径の１／２程度、あるいはせん断変形でゴム厚さの２０
０％程度に設定されているので、直径を大きくする、あ
るいはゴム厚さを増すなどの改良を施すことにより水平
変形量を大きくすることはできる。しかしながら、この
場合においても水平剛性の増大や座屈の問題が生ずるの
で、水平変形量を大きく取ることはできない。

【０００５】このような難点に対して、鋼板とゴムから
なる積層ゴム支承であり、横断面は直交する２方向に長
方形が合成された十字形をしている免震装置が提案され
ている（特開平７−１３９０４５号公報）。この免震装
置によれば、軽量構造物に対する高い曲げ剛性と低い水
平剛性を同時に達成することができるが、同一の幅を持
つ矩形断面の場合より断面積が減少しているために、水
平変形時の鉛直荷重の支持能力が低下するので安定性が
損われるという難点があった。

【０００６】また、構造物と、これを支持する基礎との
間に、水平面を滑動自在な部材と、この部材を滑動自在
に載置する凹曲面が上面に形成された受皿とから構成さ
れている小構造物簡易免震装置が提案されている（特開
平３−２４９４４５号公報）。この小構造物簡易免震装
置によれば、地震時の水平動に対して滑動自在な部材が
受皿の上面に形成された凹曲面を滑動することができる
ので、確実に復元力を与えることができる。しかしなが
ら、本装置単体では機能的に免震させることが難しく、
ダンパーなどの減衰機構が別途必要となるなどの難点が
あった。

【０００７】さらに、基礎上に、免震されるべき機器ま
たは構造物が固定される架台を配置し、この架台と基礎
との間にそれぞれ特定の方向に初期変形を与えると共
に、その復元を阻止するようにした積層ゴムを架台が基
礎に対して相対運動を行った場合に、それがせん断変形
されるように設け、かつ架台の下面と基礎の上面との間
に低摩擦部材を有する可動支持機構を設けた免震装置が
提案されている（特開昭６０−２１１１４２号公報）。
この免震装置によれば、地震時における機器または構造
物に作用する地震力を大幅に低減することができるばか
りでなく、設置現場において組立てるのに特別な治具あ
るいは作業を必要とせず、また、地震終了後には架台が
正常位置に自動復帰することができる。

【０００８】また、互いに相対変位可能に絶縁された上
部構造体と下部構造体間に転がり支承と積層ゴム支承を
設置し、上部構造体の鉛直荷重を主に転がり支承に負担
させ、積層ゴム支承を主として上部構造体を復元させる
水平ばねとして使用する免震構造物が提案されている
（特開平６−３４６６２７号公報）。この免震構造物に
よれば、上部構造体の振動周期を上部構造体の重量と積
層ゴム支承の剛性で決めることができ、積層ゴム支承の
水平剛性を相対的に低下させることにより積層ゴム支承
や滑り支承が単独で鉛直荷重を負担する場合の周期の限
界を超える長周期を達成することが可能になる。

【０００９】しかしながら、このような免震装置や免震
構造物では、変形量を稼ぐために積層ゴムの径を大きく
すれば水平剛性が増加し、またゴム厚さを増せば高さの
増加になるなど、変形量が積層ゴムの構造により制限さ
れるという難点があった。本発明は、このような従来の
難点を解決するためになされたもので、軽量構造物の振
動周期を長周期化させることができ、而も軽量構造物を
安定した状態で支持することができる免震装置を提供す
ることを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
る本発明の免震装置は、上部構造体と下部構造体とを互
いに相対変位可能に絶縁する免震装置において、上部構
造体あるいは下部構造体に固定される一方の取付板と、
一方の取付板に固定された何れかの構造体と相対する構
造体に固定される他方の取付板と、一方の取付板および
他方の取付板間に設置され中空断面形状に形成される積
層ゴムと、積層ゴムの中空部に内設されると共に一方の
取付板に固定され当該中空部内で他方の取付板に対して
水平移動可能に上部構造体を支承する水平移動手段とを
備えたものである。

【００１１】このように構成された本発明の免震装置に
おいては、積層ゴムが中空断面形状に形成されているの
で水平変形量を大きくすることができ、また、この積層
ゴムの中空部に、上部構造体を支承する水平移動手段を
内設していることから、当該積層ゴムには鉛直荷重が加
わらなくなるので、積層ゴムは座屈しなくなる。また、
本発明の免震装置において水平移動手段は、他方の取付
板に対して転動可能に当接される転がり支承体であるこ
とが好ましい。これにより、積層ゴムの水平剛性を極端
に低下させ且つ上部構造体を安定した状態で支持するこ
とができると共に、当該積層ゴムが復元力を与えた場合
の原位置復帰能力を保有させることができる。また、こ
のような転がり支承体が転動可能に当接される凹曲面部
を、他方の取付板に設けてもよい。これにより、水平方
向に移動した転がり支承体が凹曲面に沿って元の位置、
即ち凹曲面部の最深位置に戻ることができる。したがっ
て、上部構造体を元の位置に完全復帰させることができ
る。さらに、転がり支承体は他方の取付板に対して転動
する転動部材を有し、転動部材は粘性流体に浸漬されて
いることが好ましく、また、他方の取付板の転がり支承
体による転動範囲部に粘性弾性体をライニングすること
が好ましい。これにより、上部構造体の振動を減衰させ
ることができる。

【００１２】また、本発明の免震装置において水平移動
手段は、他方の取付板に対して摺動可能に当接される滑
り支承体であることが好ましい。これにより、積層ゴム
の水平剛性を極端に低下させ且つ上部構造体を安定した
状態で支持することができる。また、このような滑り支
承体は一方の取付板に固定される支柱と、支柱に弾性体
を介して固着され他方の取付板に当接される低摩擦部材
とから成るものが好ましい。これにより、低摩擦部材の
摩擦係数を調整することにより、せん断力係数（動き始
めの力）を任意に設定することができる。さらに、他方
の取付板の転がり支承体による転動範囲部に粘性弾性体
をライニングすることが好ましい。これにより、上部構
造体の振動を減衰させることができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の免震装置の実施の
一形態について図面を参照して説明する。本発明の免震
装置は図１（ａ）、（ｂ）に示すように、上部構造体２
と下部構造体３とを互いに相対変位可能に絶縁するもの
で、上部構造体２に固定される一方の取付板４と、上部
構造体２と相対する下部構造体３に固定される他方の取
付板５と、一方の取付板４および他方の取付板５間に設
置され中空断面形状に形成された積層ゴム６と、積層ゴ
ム６の中空部６ａに内設されると共に一方の取付板４に
固定され当該中空部６ａ内で他方の取付板５に対して水
平移動可能に上部構造体２を支承する水平移動手段７と
を備えている。

【００１４】積層ゴム６は、中央部を刳り貫いた形の中
空断面形状に形成されたゴム層６Ａおよび金属板６Ｂを
層状に多数積層して構成され、このゴム層６Ａには弾性
機能に優れた天然ゴムまたはクロロプレンゴムが用いら
れる。また、金属板６Ｂはゴム層６Ａとの付着性から、
ニッケル板、銅板、黄銅板またはニッケルメッキ、銅メ
ッキ、黄銅メッキを施した鋼板等が用いられる。なお、
付着する際、冷間接着剤を用いてもよい。

【００１５】水平移動手段７には、例えば他方の取付板
５に対して転動可能に当接される転がり支承体が適用さ
れる。この転がり支承体７には転動部材である例えばボ
ールベアリング８が他方の取付板５上で転動可能に保持
されている。これにより、上部構造体２の鉛直荷重を、
安定した状態で支持することができる。このような転が
り支承体７は特定の周期を有していないので、他方の取
付板５上を自由に移動することができる。

【００１６】このように構成された免震装置１の免震動
作について、以下説明する。上部構造体２を支承する免
震装置１に水平方向に力が加わると、水平動に対して免
震装置１の転がり支承体７が移動すると共に積層ゴム６
が変形する。この際、上部構造体２は転がり支承体７に
より安定した状態で支承されていることから、中空部６
ａが形成された積層ゴム６により水平変形量を大きくす
ることができるので、水平剛性を極端に低下させること
ができる。これにより、振動周期を長周期化させること
ができる。また、積層ゴム６のばね作用により原位置に
復帰させることができる。さらに、積層ゴム６の持つ内
部減衰により振動エネルギーを効果的に吸収することが
できることから、オイルダンパや鉛ダンパなどの別置の
減衰機構を設ける必要がなくなるので、コスト面、施工
面で有利となる。

【００１７】なお、上部構造体２の振動を減衰させる減
衰能力を高める場合には、積層ゴム６に高減衰ゴム材料
を用いるとよい。また、転がり支承体７が有するボール
ベアリング８をシリコーンオイル等の粘性流体に浸漬さ
せてもよく、さらに他方の取付板５の転がり支承体７に
よる転動範囲部５ａに高分子材料、粘弾性ゴム等の粘性
弾性体をライニングしてもよい。これにより、転がり運
動が減衰される。なお、これらを併用すれば、より減衰
能力を高めることができる。

【００１８】また、他方の取付板５の転がり支承体７に
よる転動範囲部５ａに、一定の曲率から成り中心部が最
深となる凹曲面部を設けることにより、水平方向に移動
した転がり支承体７が上部構造体２による重力作用で凹
曲面に沿って元の位置、即ち、凹曲面部の最深位置に戻
ることができる。したがって、上部構造体２は、元の位
置に完全復帰できるようになる。なお、このような凹曲
面部は必ずしも一定の曲率である必要はなく、ある角度
から成る傾斜面、あるいは外周に向かうにしたがって徐
々に曲率が大きくなるような形状のものでもよい。ま
た、他方の取付板５に凹曲面部が設けられた場合の積層
ゴム６の復元力性能は、積層ゴムの水平剛性、および凹
曲面部の形状により決定される。

【００１９】このように、上部構造体２を転がり支承体
７で安定した状態で支承することができるので、積層ゴ
ム６に静的せん断弾性率Ｇ＝１．０〜３．０の低弾性ゴ
ム材料を採用することができる。これにより、積層ゴム
の直径を大きくしたりゴム厚さを増したりなどの改良を
施すことなく水平変形量を大きくすることができるの
で、免震装置１全体を小型化させることができる。

【００２０】なお、本実施の一形態においては、水平移
動手段に転がり支承体を適用させていたが、これに限ら
ず、図２（ａ）、（ｂ）に示すような他方の取付板５０
に対して摺動可能に当接される滑り支承体７０でもよ
い。この滑り支承体７０は、例えば一方の取付板４に固
定される支柱９と、この支柱９に弾性体１０を介して固
着され他方の取付板５に当接される低摩擦材１１とから
成るものである。

【００２１】弾性体１０は、低摩擦材１１と他方の取付
板５とを均一に接触させるもので、弾性機能に優れた天
然ゴムまたはクロロプレンゴムを使用することが好まし
い。また、低摩擦材１１は、摩擦係数を調整することに
より滑り支承体７０の動き始めの力（せん断力係数）を
任意に設定するもので、テフロン（ＴＰＦＥ）のような
フッ素樹脂系材料を使用することが好ましい。これによ
り、上述した転がり支承体７と同様に積層ゴム６の水平
剛性を極端に低下させ且つ上部構造体２を安定した状態
で支持することができる。さらに、風力等による建物の
揺れを抑制し、大、中規模の地震時のみに免震装置１０
０を作動させることができるようになる。なお、他方の
取付板５０の滑り支承体７０による転動範囲部５０ａに
高分子材料、粘弾性ゴム等の粘性弾性体をライニングし
てもよい。これにより、摺動運動が減衰される。

【００２２】また、本実施の形態においては、上部構造
体２に免震装置１または１００の一方の取付板２、下部
構造体３に免震装置１または１００の他方の取付板５ま
たは５０をそれぞれ固定させていたが、これに限らず、
上部構造体２に他方の取付板５または５０、下部構造体
３に一方の取付板２をそれぞれ固定、即ち、免震装置１
または１００の天地を逆にしても、免震動作は同じにな
る。したがって、上述のような免震装置１または１００
の取付方法と同一の効果を得ることができる。

【００２３】

【発明の効果】以上、説明したように、本発明の免震装
置によれば、形状係数の小さい積層ゴムでも座屈するこ
となく、而も水平変形時の曲げ変形が生じなくなること
から、安定した状態で上部構造体を支承すると共に水平
剛性を低下させることができるので、軽量構造物の免震
周期を長周期化させることができる。したがって、積層
ゴムの設計が形状係数の制限を受けることがなくなるの
で、設計の自由度が大きくなる。

【００２４】また、転がり支承体や滑り支承体は中空断
面形状の積層ゴムに覆われ外部環境から遮断されている
ので、雨等による錆、土、砂噛み等による転がり抵抗や
摺動抵抗の変化による影響を受けることはない。したが
って、転がり支承体や滑り支承体を錆にくい材料にした
り、特別な覆いを設ける必要がなくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の免震装置の実施の一形態を示す説明図
で、（ａ）は上面図、（ｂ）は断面図。

【図２】本発明の免震装置の他の実施の一形態を示す説
明図で、（ａ）は上面図、（ｂ）は断面図。

【符号の説明】

１、１００・・・・・免震装置２・・・・・上部構造体３・・・・・下部構造体４・・・・・一方の取付板５、５０・・・・・他方の取付板５ａ・・・・・転動範囲部５０ａ・・・・・摺動範囲部６・・・・・積層ゴム６ａ・・・・・中空部７・・・・・転がり支承体（水平移動手段）８・・・・・ボールベアリング（転動部材）９・・・・・支柱１０・・・・・弾性体１１・・・・・低摩擦材７０・・・・・滑り支承体（水平移動手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者指田郁子神奈川県川崎市川崎区小田栄２丁目１番１号昭和電線電纜株式会社内 (72)発明者小林公樹神奈川県川崎市川崎区小田栄２丁目１番１号昭和電線電纜株式会社内 (72)発明者石川和久神奈川県川崎市川崎区小田栄２丁目１番１号昭和電線電纜株式会社内 (72)発明者箕輪昌啓神奈川県川崎市川崎区小田栄２丁目１番１号昭和電線電纜株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】上部構造体と下部構造体とを互いに相対変
位可能に絶縁する免震装置において、前記上部構造体あ
るいは前記下部構造体に固定される一方の取付板と、前
記一方の取付板に固定された何れかの前記構造体と相対
する前記構造体に固定される他方の取付板と、前記一方
の取付板および前記他方の取付板間に設置され中空断面
形状に形成される積層ゴムと、前記積層ゴムの中空部に
内設されると共に前記一方の取付板に固定され当該中空
部内で前記他方の取付板に対して水平移動可能に前記上
部構造体を支承する水平移動手段とを備えたことを特徴
とする免震装置。
【請求項２】前記水平移動手段は前記他方の取付板に対
して転動可能に当接される転がり支承体であることを特
徴とする請求項１記載の免震装置。
【請求項３】前記水平移動手段は前記他方の取付板に対
して摺動可能に当接される滑り支承体であることを特徴
とする請求項１記載の免震装置。
【請求項４】前記他方の取付板には前記転がり支承体が
転動可能に当接される凹曲面部が設けられたことを特徴
とする請求項２記載の免震装置。
【請求項５】前記転がり支承体は前記他方の取付板に対
して転動する転動部材を有し、前記転動部材は粘性流体
に浸漬されていることを特徴とする請求項２記載の免震
装置。
【請求項６】前記他方の取付板の前記転がり支承体によ
る転動範囲部には粘弾性体をライニングしたことを特徴
とする請求項２記載の免震装置。
【請求項７】前記滑り支承体は前記一方の取付板に固定
される支柱と、前記支柱に弾性体を介して固着され前記
他方の取付板に当接される低摩擦材とから成ることを特
徴とする請求項３記載の免震装置。
【請求項８】前記他方の取付板の前記滑り支承体による
摺動範囲部には粘弾性体をライニングしたことを特徴と
する請求項３記載の免震装置。