(57)【要約】【課題】経年劣化の防止、低コスト化、及び鉛直方向の支持荷重の増大を実現できるとともに、より大きな免震効果を得ることができる免震支承と免震システムを提供する。【解決手段】本発明による免震支承は、板状の下部フランジ４と、下部フランジ４の上方に位置する板状の上部フランジ１と、下部フランジ４と上部フランジ１との間に設けられ、板状部材で構成され、複数のループを持つ螺旋形状のコイルスプリング２と、鉛直方向に延伸し、上端が上部フランジ１に接し、下端が下部フランジ４に接しているばね３とを備える。コイルスプリング２は、下部フランジ４と上部フランジ１とに固定され、螺旋形状を構成するループが互いに鉛直方向で接触している。ばね３は、上端が接している上部フランジ１の部分と下端が接している下部フランジ４の部分との間の距離Ｌｄよりも、自然長Ｌが長い。【選択図】図３
2020020403.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状の下部フランジと、
前記下部フランジの上方に位置する板状の上部フランジと、
前記下部フランジと前記上部フランジとの間に設けられ、板状部材で構成され、複数のループを持つ螺旋形状のコイルスプリングと、
鉛直方向に延伸し、上端が前記上部フランジに接し、下端が前記下部フランジに接しているばねと、
を備え、
前記コイルスプリングは、前記下部フランジと前記上部フランジとに固定され、螺旋形状を構成する前記ループが互いに鉛直方向で接触しており、
前記ばねは、前記上端が接している前記上部フランジの部分と前記下端が接している前記下部フランジの部分との間の距離よりも、自然長が長い、
ことを特徴とする免震支承。
【請求項２】
前記下部フランジは、前記コイルスプリングの内部に、前記下部フランジから上方に突出するストッパーを備える、
請求項１に記載の免震支承。
【請求項３】
前記ストッパーは、中空であり、
前記ばねは、前記ストッパーの中空部に設けられている、
請求項２に記載の免震支承。
【請求項４】
前記ばねは、前記ストッパーの上面に設けられて前記下端が前記ストッパーの前記上面に接しており、前記上端が接している前記上部フランジの部分と前記下端が接している前記ストッパーの前記上面との間の距離よりも、自然長が長い、
請求項２に記載の免震支承。
【請求項５】
前記コイルスプリングは、前記板状部材の表面に樹脂部材を備える、
請求項１に記載の免震支承。
【請求項６】
免震支承と、積層ゴム支承とリニアガイドのうち少なくとも一方とを備え、
前記免震支承は、請求項１から５のいずれか１項に記載の免震支承である、
ことを特徴とする免震システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、免震支承と、免震支承を備える免震システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
免震支承などの免震装置は、建物などの構造物の耐震性を向上させる装置である。例えば原子力発電プラントに適用する免震装置は、プラントの耐震安全性を確保するため、強大な地震動に対応できる必要がある。原子力発電プラントは、放射線を遮蔽する部材や高い耐震性を確保する部材を備えるので、重量が大きい構造物である。免震装置には、原子力発電プラントの供用期間（４０〜６０年）及び廃炉期間を含む８０年程度にわたって、重量が大きい原子力発電プラントに対して免震性能が発揮されることが期待される。
【０００３】
従来の免震支承では、一般的に、積層ゴム支承が用いられる。積層ゴム支承は、ゴム支承本体の水平剛性を利用したアイソレート機能とエネルギー吸収性能による減衰機能を併せ持った支承であり、上部構造物（例えば、建物などの構造物）と下部構造物（例えば、土台や地面）との間に設置される。積層ゴム支承は、ゴムと鋼板が積層されて接着されており、鉛直方向の剛性が高く、水平方向の剛性が低いので、水平方向に変位して揺れの周期を長くし上部構造物と下部構造物の揺れの固有周期をずらすことで振動を低減する。
【０００４】
但し、積層ゴム支承には、コストが高いこと、経年劣化が生じること、及び免震支承の一基あたりの支持荷重が材料特性に依存して上限があることなどの課題がある。このため、従来の技術では、大きな水平変位量の地震に対して、低コストで免震効果が得られる免震装置を提供している。
【０００５】
特許文献１には、大規模な地震に対して低コストで対応可能な免震装置が記載されている。特許文献１に記載の免震装置は、水平変位量制御型の断震装置であり、上部フランジと下部フランジの間に多筒スパイラル状のスパイラル平板を備え、スパイラル平板の中空部に水平変位量を制御するストッパーを備える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−２８７２６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載の免震装置は、下部構造物からの震動を遮断するために、上部フランジと下部フランジの間にスパイラル状に巻いた平板を備え、軸方向の鉛直荷重を平板の面で支える構造を備える。水平方向の振動は、スパイラル平板同士の接触面を横に滑動させ、構造物の慣性を利用して地震の横揺れを遮断する。スパイラル状に巻いた平板を用いることで鉛直方向の支持荷重を増大させ、ゴムなどの樹脂材料を用いないことで経年劣化と高コスト化を防止する。
【０００８】
しかし、特許文献１に記載の免震装置では、スパイラル平板の面を互いに接触させるとスパイラル平板間の摩擦抵抗が増大し、地震時にスパイラル平板が水平方向に滑動しにくくなってしまう。特に、原子力発電プラントなどでのように上部構造物の重量が大きい場合には、スパイラル平板間の摩擦抵抗が極めて大きくなり、地震時にスパイラル平板は滑動が抑制されて水平方向の変位が小さくなり、免震効果が低下するという課題がある。
【０００９】
本発明の目的は、経年劣化の防止、低コスト化、及び鉛直方向の支持荷重の増大を実現できるとともに、より大きな免震効果を得ることができる免震支承と免震システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明による免震支承は、板状の下部フランジと、前記下部フランジの上方に位置する板状の上部フランジと、前記下部フランジと前記上部フランジとの間に設けられ、板状部材で構成され、複数のループを持つ螺旋形状のコイルスプリングと、鉛直方向に延伸し、上端が前記上部フランジに接し、下端が前記下部フランジに接しているばねとを備える。前記コイルスプリングは、前記下部フランジと前記上部フランジとに固定され、螺旋形状を構成する前記ループが互いに鉛直方向で接触している。前記ばねは、前記上端が接している前記上部フランジの部分と前記下端が接している前記下部フランジの部分との間の距離よりも、自然長が長い。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によると、経年劣化の防止、低コスト化、及び鉛直方向の支持荷重の増大を実現できるとともに、より大きな免震効果を得ることができる免震支承と免震システムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施例１による、静止状態の免震支承の上面図。
【図２】本発明の実施例１による、作動状態の免震支承の上面図。
【図３】図１の線Ａ−Ａにおける、静止状態の免震支承の断面図。
【図４】図２の線Ｂ−Ｂにおける、作動状態の免震支承の断面図。
【図５】本発明の実施例１による免震支承の組立図。
【図６Ａ】鉛直方向ばねの設置方法の例を示す図。
【図６Ｂ】鉛直方向ばねの設置方法の別の例を示す図。
【図７】コイルスプリングの概略図。
【図８】複数の免震支承の配置を示す図。
【図９】本発明の実施例１において、カバーと開口部材との接続方法の例を示す図。
【図１０】本発明の実施例１におけるカバーの斜視図。
【図１１】本発明の実施例１における開口部材の斜視図。
【図１２】本発明の実施例２による、静止状態の免震支承の上面図。
【図１３】本発明の実施例２による、静止状態の免震支承の斜視図。
【図１４】本発明の実施例３による、静止状態の免震支承の断面図。
【図１５】本発明の実施例３による、作動状態の免震支承の断面図。
【図１６】本発明の実施例３による、静止状態の別の免震支承の断面図。
【図１７】本発明の実施例３による、作動状態の別の免震支承の断面図。
【図１８】本発明の実施例４による、静止状態の免震支承の断面図。
【図１９】本発明の実施例５による免震システムの平面図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明による免震支承は、免震構造に用いられ、下部構造物の上に設置された下部フランジと、上部構造物を支持する上部フランジと、下部フランジと上部フランジとの間に設けられたコイルスプリングと、上端が上部フランジに接して下端が下部フランジに接している鉛直方向ばねを備える。コイルスプリングは、板状部材で構成され、互いに接触する複数のループを持つ螺旋形状のばねである。鉛直方向ばねは、上端が接している上部フランジの部分と下端が接している下部フランジの部分との間の距離よりも、自然長が長い。
【００１４】
コイルスプリングは、ループ毎に水平方向に変位して揺れの周期を長くし、上部構造物と下部構造物の振動の固有周期をずらすことで上部構造物の振動を低減し、免震効果を大きくする。鉛直方向ばねは、コイルスプリングが支持する鉛直方向の荷重を低減してコイルスプリングのループ間に働く摩擦力を低減するので、コイルスプリングがループ毎に水平方向に移動しやすくなり、免震効果を大きくすることができる。
【００１５】
本発明による免震支承と免震システムは、免震支承の経年劣化を防止でき、コストが低く、鉛直方向の支持荷重が大きく、より大きな免震効果を得ることができる。特に水平方向の大きな変位に対応でき、長期的に安定して性能を発揮できる。
【００１６】
以下、本発明の実施例による免震支承と免震システムについて、図面を用いて説明する。なお、本明細書で用いる図面において、同一の要素または対応する要素には同一の符号を付け、これらの要素については繰り返しの説明を省略する場合がある。
【実施例１】
【００１７】
図１は、本発明の実施例１による免震支承の上面図であり、静止状態の免震支承を示す図である。図２は、本発明の実施例１による免震支承の上面図であり、作動状態の免震支承を示す図である。図３は、図１の線Ａ−Ａにおける、静止状態の免震支承の断面図である。図４は、図２の線Ｂ−Ｂにおける、作動状態の免震支承の断面図である。
【００１８】
本実施例による免震支承８は、下部フランジ４と、上部フランジ１と、コイルスプリング２と、鉛直方向ばね３を備える。下部フランジ４と、上部フランジ１と、コイルスプリング２と、鉛直方向ばね３は、スチールなどの金属で構成することができる。
【００１９】
下部フランジ４は、板状部材であり、下部構造物（例えば、土台や地面）の上に設置される。本実施例では、下部フランジ４は、円板状である。
【００２０】
上部フランジ１は、上部構造物（例えば、建物などの構造物）を支持するカバー１Ａと、カバー１Ａの下部に設けられた開口部材１Ｂを備え、下部フランジ４の上方に位置する。カバー１Ａは、板状である。開口部材１Ｂは、板状であり、貫通した開口部（孔部）を１つ備える。本実施例では、カバー１Ａは、円板状であり、開口部材１Ｂは、円環状である。
【００２１】
コイルスプリング２は、上部フランジ１の開口部材１Ｂと下部フランジ４との間に設けられており、板状部材で構成され、複数のループを持つ螺旋形状のばねである（後述する図７を参照）。コイルスプリング２のループのそれぞれは、板状部材で構成されているので上部と下部に平面部を備え、この平面部で互いに接触している。コイルスプリング２は、螺旋形状を構成するループが互いに鉛直方向（上下方向）で接触しているので、上部構造物の支持荷重を下部構造物に伝達する。コイルスプリング２は、任意の方法で開口部材１Ｂと下部フランジ４に固定することができる。
【００２２】
鉛直方向ばね３は、コイルスプリング２の内部（コイルスプリング２のループの内側の空間、すなわち螺旋の内部）に１つ設けられて鉛直方向（上下方向）に延伸し、上端が上部フランジ１の開口部材１Ｂの開口部を通ってカバー１Ａに接しており、下端が下部フランジ４に接している。鉛直方向ばね３は、コイルスプリング２のループの内側の空間の中央部に位置するのが好ましい。鉛直方向ばね３は、上端が接している上部フランジ１の部分と下端が接している下部フランジ４の部分との間の距離Ｌｄよりも、自然長Ｌが長い（Ｌ＞Ｌｄ）。すなわち、鉛直方向ばね３は、上部フランジ１のカバー１Ａと下部フランジ４との間の距離Ｌｄよりも、自然長Ｌが長い。したがって、鉛直方向ばね３は、カバー１Ａにかかる荷重を支持する。
【００２３】
本実施例による免震支承８は、鉛直方向ばね３がカバー１Ａにかかる荷重を支持するので、コイルスプリング２のループ間に働く摩擦力を低減することができ、免震効果を大きくすることができる。さらに、カバー１Ａにかかる荷重は、コイルスプリング２だけでなく、鉛直方向ばね３でも支持するので、免震支承８が支持できる鉛直方向の荷重を大きくすることもできる。
【００２４】
図２と図４に示すように、免震支承８は、地震時の作動状態では、コイルスプリング２がループ毎に水平方向に移動してせん断変形することで、水平方向への変位を生じる。そして、コイルスプリング２の弾性変形により蓄積される反力が、免震支承８の復元力となる。この復元力は、コイルスプリング２の高さＨ（側方寸法）と、コイルスプリング２の内周直径ｄｉで調整することができる。
【００２５】
図５は、本実施例による免震支承８の組立図である。免震支承８は、上部フランジ１のカバー１Ａと開口部材１Ｂ、コイルスプリング２、鉛直方向ばね３、及び下部フランジ４を備える。鉛直方向ばね３は、カバー１Ａと下部フランジ４の距離Ｌｄ（すなわち、開口部材１Ｂの最上部と下部フランジ４の距離Ｌｄ）よりも、自然長Ｌが長い（Ｌ＞Ｌｄ）。免震支承８を組立てるときには、コイルスプリング２と鉛直方向ばね３を下部フランジ４に固定し、上部フランジ１の開口部材１Ｂをコイルスプリング２に固定し、上部フランジ１のカバー１Ａを開口部材１Ｂと鉛直方向ばね３に被せ、カバー１Ａを開口部材１Ｂに固定する。
【００２６】
鉛直方向ばね３は、自然長Ｌが距離Ｌｄよりも長いので（Ｌ＞Ｌｄ）、免震支承８の組立て後では、上端がカバー１Ａに接しており、縮んでいる（伸びる方向の弾性力が働いている）。すなわち、免震支承８では、カバー１Ａに鉛直方向ばね３の上方向の弾性力が働き、鉛直方向ばね３は、カバー１Ａにかかる荷重を支持する。
【００２７】
図６Ａと図６Ｂは、鉛直方向ばね３の設置方法の例を示す図である。
【００２８】
図６Ａに示す例では、鉛直方向ばね３は、下端が下部フランジ４に固定され、上端が上部フランジ１のカバー１Ａに固定されている。図６Ａに示した鉛直方向ばね３は、上端がカバー１Ａに固定されているので、免震支承８が作動してカバー１Ａが水平方向に振動したとき、カバー１Ａの水平方向の変位を小さくすることができる。カバー１Ａの水平方向の変位を小さくできると、コイルスプリング２の水平方向の変位を小さくでき、コイルスプリング２の塑性変形を防ぐことができる。
【００２９】
図６Ｂに示す例では、鉛直方向ばね３は、上端部に滑動部材１３を備え、下端が下部フランジ４に固定され、上端が滑動部材１３によってカバー１Ａに接している。滑動部材１３は、鉛直方向ばね３の上端部に固定され、カバー１Ａに対して水平方向に滑って移動できる部材である。すなわち、カバー１Ａは、鉛直方向ばね３に対して水平方向に滑動できる。滑動部材１３は、例えば、ボールベアリングやローラーのような回転機構、またはスライドのような滑動機構で構成することができる。
【００３０】
図６Ｂに示した鉛直方向ばね３は、上端がカバー１Ａに固定されていないので、免震支承８が作動してカバー１Ａが水平方向に振動しても、カバー１Ａに追従して水平方向に振動しない。このため、鉛直方向ばね３は、免震支承８が作動しても、上方向のみに弾性力が働き、カバー１Ａにかかる荷重を支持する効果を保つことができ、コイルスプリング２のループ間に働く摩擦力をより低減することができ、免震効果をさらに大きくすることができる。
【００３１】
図７は、コイルスプリング２の概略図である。コイルスプリング２は、先に述べたように、板状部材で構成され、複数のループを持つように螺旋形状をしている。コイルスプリング２は、螺旋形状を構成するループが互いに鉛直方向で接触している。コイルスプリング２のループのそれぞれは、上部と下部に平面部を備え、この平面部で互いに接触している。すなわち、コイルスプリング２のループは、上面が上方にあるループの下面と接触し、下面が下方にあるループの上面と接触する。
【００３２】
コイルスプリング２のループの平面部の面積Ｓ（コイルスプリング２の水平方向の断面積Ｓ）やコイルスプリング２の高さＨを設定することにより、免震支承８の一基あたりの鉛直方向の支持荷重を調整することができる。
【００３３】
コイルスプリング２の水平方向の断面積Ｓは、以下の式により算出される。
【００３４】
【数１】
2020020403.tif 000003
【００３５】
ここで、図７に示すように、ｄｏは、コイルスプリング２の外周直径であり、ｄｉは、コイルスプリング２の内周直径を表す。
【００３６】
式（１）とコイルスプリング２の高さＨとコイルスプリング２の縦弾性係数Ｅを用いると、以下の式（２）により、コイルスプリング２の鉛直方向の支持剛性Ｋを簡易的に算出できる。
【００３７】
【数２】
2020020403.tif 000004
【００３８】
更に、鉛直方向ばね３の剛性と自然長Ｌ、及び鉛直方向ばね３の上端が接している上部フランジ１の部分と鉛直方向ばね３の下端が接している下部フランジ４の部分との距離Ｌｄ（カバー１Ａと下部フランジ４との距離Ｌｄ）を設定することにより、コイルスプリング２のループ間の摩擦力を調整することができる。この摩擦力を弱くすると、ループ間の摩擦抵抗を小さくすることができ、コイルスプリング２がループ毎に水平方向に滑動しやすくなるので、免震効果を大きくすることができる。この摩擦力を強くすると、ループ間の摩擦抵抗を増大させるので、振動の減衰効果を大きくすることができる。
【００３９】
図８は、複数の免震支承８の配置を示す図である。図８には、上部構造物１１と下部構造物１０との間に設置されたＮ個の免震支承８が、重量がＭｏの上部構造物１１を支持する場合を示している。上部構造物１１の重量Ｍｏのうち、ｉ番目の免震支承８が支持する重量をＭｏｉで示す（１≦ｉ≦Ｎ）。
【００４０】
ｉ番目の免震支承８において、コイルスプリング２のループ間に働く摩擦力ｆは、鉛直方向ばね３を備えない場合（鉛直方向ばね３の反力Ｆ２＝０）と、鉛直方向ばね３を備える場合（鉛直方向ばね３の反力Ｆ２≠０）において、それぞれ以下の式（３）と式（４）により簡易的に算出できる。
【００４１】
【数３】
2020020403.tif 000005
【００４２】
【数４】
2020020403.tif 000006
【００４３】
ここで、μは、コイルスプリング２のループ間の摩擦係数を示し、ｇは、重力加速度を示し、ｆＦ２＝０は、鉛直方向ばね３を備えない場合の摩擦力を示し、ｆＦ２≠０は、鉛直方向ばね３を備える場合の摩擦力を示す。また、鉛直方向ばね３の反力Ｆ２は、鉛直方向ばね３の剛性ｋを用いて、以下の式（５）により算出される。
【００４４】
【数５】
2020020403.tif 000007
【００４５】
鉛直方向ばね３は、カバー１Ａと下部フランジ４の距離Ｌｄよりも自然長Ｌが長いので、Ｆ２＞０となり、式（３）と式（４）から以下の関係が成立する。
【００４６】
【数６】
2020020403.tif 000008
【００４７】
したがって、鉛直方向ばね３を備える本実施例の免震支承８は、鉛直方向ばね３を備えない免震支承よりも、コイルスプリング２のループ間に働く摩擦力ｆ（ｆＦ２≠０）が低減し、コイルスプリング２がループ毎に水平方向に移動しやすい。コイルスプリング２のループ間に働く摩擦力ｆＦ２≠０は、鉛直方向ばね３の反力Ｆ２の大きさに応じて変化するため、鉛直方向ばね３の剛性ｋと自然長Ｌ、及びカバー１Ａと下部フランジ４の距離Ｌｄによって調整することができる。本実施例の免震支承８では、このようにコイルスプリング２のループ間に働く摩擦力ｆＦ２≠０を低減することによって、上部構造物１１の振動の周期を長くでき、上部構造物１１と下部構造物１０の振動の固有周期をずらすことができるので、免震効果を大きくすることができる。
【００４８】
ここで、地震慣性力がコイルスプリング２のループ間の静止摩擦力を上回り、免震支承８が作動するときの地震応答加速度をαとする。鉛直方向ばね３を備えない場合と鉛直方向ばね３を備える場合の運動方程式は、鉛直方向ばね３を備えない場合の地震応答加速度をαＦ２＝０で表し、鉛直方向ばね３を備える場合の地震応答加速度をαＦ２≠０で表すと、それぞれ以下の式（７）と式（８）で表される。
【００４９】
【数７】
2020020403.tif 000009
【００５０】
【数８】
2020020403.tif 000010
【００５１】
したがって、式（７）、式（３）と式（８）、式（４）から、鉛直方向ばね３を備えない場合と鉛直方向ばね３を備える場合における、免震支承８が作動する地震応答加速度αは、それぞれ以下の式（９）と式（１０）で表される。
【００５２】
【数９】
2020020403.tif 000011
【００５３】
【数１０】
2020020403.tif 000012
【００５４】
ここで、μｓは、静止摩擦係数を表す。
【００５５】
式（９）と式（１０）から、鉛直方向ばね３を備える場合にはＦ２＞０であるので、地震応答加速度αＦ２＝０とαＦ２≠０について、以下の式（１１）で表される大小関係が成立する。
【００５６】
【数１１】
2020020403.tif 000013
【００５７】
式（１１）の大小関係から、鉛直方向ばね３を備える場合には、地震慣性力がコイルスプリング２のループ間の静止摩擦力を上回り、免震支承８が作動するときの地震応答加速度αＦ２≠０が、鉛直方向ばね３を備えない場合よりも小さくなる。このため、鉛直方向ばね３を備える本実施例の免震支承８は、コイルスプリング２がループ毎に水平方向に滑動しやすくなり、規模の小さい地震動に対しても大きな免震効果を得ることができる。
【００５８】
図９〜図１１を用いて、本実施例による免震支承８における、上部フランジ１のカバー１Ａと開口部材１Ｂとの接続方法の例を説明する。図９は、カバー１Ａと開口部材１Ｂとの接続方法の例を示す図であり、図１の線Ａ−Ａにおける、静止状態の免震支承の断面図である。図１０は、カバー１Ａの斜視図である。図１１は、開口部材１Ｂの斜視図である。
【００５９】
カバー１Ａは、下部に凹部１５を備える。開口部材１Ｂは、上部に凸部１６を備える。カバー１Ａと開口部材１Ｂは、凸部１６が凹部１５に嵌り込むことで、互いに接続されている。
【００６０】
凸部１６は、凹部１５に固着しなくてもよい。すなわち、カバー１Ａと開口部材１Ｂは、互いに固着していなくてもよい。この構成では、カバー１Ａは、開口部材１Ｂに対して、水平方向には凹部１５と凸部１６との嵌め合いによって移動できないが、鉛直方向には凸部１６に沿って移動可能である。このような構成でも、鉛直方向ばね３は、カバー１Ａにかかる荷重を支持することができ、コイルスプリング２のループ間に働く摩擦力を低減することができ、免震効果を大きくすることができる。
【００６１】
本実施例による免震支承８では、鉛直方向ばね３が、コイルスプリング２が支持する鉛直方向の荷重を低減してコイルスプリング２のループ間に働く摩擦力を低減するので、コイルスプリング２がループ毎に水平方向に移動しやすくなり、上部構造物１１の振動の周期が長くなって、免震効果を大きくすることができる。また、本実施例による免震支承８では、カバー１Ａにかかる荷重を、コイルスプリング２だけでなく鉛直方向ばね３でも支持するので、免震支承８が支持できる鉛直方向の荷重を大きくすることができる。さらに、本実施例による免震支承８は、ゴムなどの高分子材料を用いず、金属材料を用いて構成されるので、経年劣化の防止と低コスト化が実現できる。
【実施例２】
【００６２】
図１２は、本発明の実施例２による免震支承８の上面図であり、静止状態の免震支承８を示す図である。図１３は、本発明の実施例２による免震支承８の斜視図であり、静止状態の免震支承８を示す図である。以下では、本実施例による免震支承８について、実施例１による免震支承８と異なる構成を主に説明する。
【００６３】
本実施例による免震支承８は、複数の鉛直方向ばね３がコイルスプリング２の外部に設けられている。鉛直方向ばね３は、コイルスプリング２の外部に設置されているので、コイルスプリング２の水平方向の変位量を考慮し、コイルスプリング２から十分に距離をとって設置する必要がある。このため、カバー１Ａ、開口部材１Ｂ、及び下部フランジ４の形状を矩形にし、鉛直方向ばね３をこれらの四隅に配置するのが好ましい。開口部材１Ｂは、孔部１２（貫通した開口部）を四隅に４つ備える。鉛直方向ばね３は、上端が孔部１２を通ってカバー１Ａに接しており、下端が下部フランジ４に接続している。
【００６４】
なお、鉛直方向ばね３は、コイルスプリング２の外部だけでなく、コイルスプリング２の外部と内部の両方に設けることもできる。
【００６５】
本実施例による免震支承８は、実施例１による免震支承８と同様に、鉛直方向ばね３が、コイルスプリング２が支持する鉛直方向の荷重を低減してコイルスプリング２のループ間に働く摩擦力を低減するので、免震効果を大きくすることができる。また、複数の鉛直方向ばね３を備えるので、実施例１による免震支承８に比べ、コイルスプリング２のループ間に働く摩擦力をより低減することができる。また、水平方向に大きな変位が生じたときには、鉛直方向ばね３が水平方向の復元力としても作用するため、複数の鉛直方向ばね３によって、振動の大きな地震でコイルスプリング２が過度に塑性変形するのを効果的に防止することもできる。
【実施例３】
【００６６】
本発明の実施例３による免震支承８について、実施例１による免震支承８と異なる構成を主に説明する。本実施例による免震支承８は、下部フランジ４がコイルスプリング２の内部にストッパーを備える。ストッパーは、下部フランジ４の上面から上方に突出する突出部であり、例えば形状が円錐台であり、スチールなどの金属で構成することができる。
【００６７】
図１４は、本発明の実施例３による免震支承８の断面図であり、静止状態の免震支承を示す図である。図１５は、本発明の実施例３による免震支承８の断面図であり、作動状態の免震支承を示す図である。図１４は、図１の線Ａ−Ａに対応する位置における断面図であり、図１５は、図２の線Ｂ−Ｂに対応する位置における断面図である。図１４と図１５に示す免震支承８は、下部フランジ４がストッパー６Ａを備える。
【００６８】
ストッパー６Ａは、形状が中空の円錐台であり、中空部に鉛直方向ばね３が設けられている。すなわち、ストッパー６Ａは、コイルスプリング２の内部で下部フランジ４に設けられ、鉛直方向ばね３を囲んでいる。
【００６９】
コイルスプリング２は、免震支承８が作動状態になるとループ毎に水平方向に移動し、振動が大きいとストッパー６Ａの側面に接触する（図１５）。コイルスプリング２は、ストッパー６Ａの側面に接触すると、それ以上各ループが水平方向に移動しない。すなわち、コイルスプリング２の水平方向の変形は、ストッパー６Ａによって抑制される。したがって、コイルスプリング２が設計範囲を超える塑性変形を起こすような大きな地震が発生した場合でも、コイルスプリング２の塑性変形が設計範囲内に収まるようにすることができる。
【００７０】
図１６は、本発明の実施例３による別の免震支承８の断面図であり、静止状態の免震支承を示す図である。図１７は、本発明の実施例３による別の免震支承８の断面図であり、作動状態の免震支承を示す図である。図１６は、図１の線Ａ−Ａに対応する位置における断面図であり、図１７は、図２の線Ｂ−Ｂに対応する位置における断面図である。図１６と図１７に示す免震支承８は、下部フランジ４がストッパー６Ｂを備える。
【００７１】
ストッパー６Ｂは、形状が円錐台であり、上面に鉛直方向ばね３が設けられている。すなわち、ストッパー６Ｂは、コイルスプリング２の内部で下部フランジ４に設けられ、上面に鉛直方向ばね３を備える。円錐台形状のストッパー６Ｂは、中実でも中空でもよい。
【００７２】
図１６と図１７に示す免震支承８でも、コイルスプリング２は、免震支承８が作動状態になってストッパー６Ｂの側面に接触すると、それ以上各ループが水平方向に移動せず、水平方向の変形がストッパー６Ｂによって抑制される（図１７）。
【００７３】
鉛直方向ばね３は、上端が接している上部フランジ１（カバー１Ａ）の部分と、下端が接している下部フランジ４の部分（ストッパー６Ｂの上面）との間の距離Ｌｄよりも、自然長Ｌが長い。
【００７４】
図１６と図１７に示す免震支承８は、図１４と図１５に示す免震支承８と同様に、コイルスプリング２の塑性変形が設計範囲内に収まるようにすることができる。さらに、図１６と図１７に示す免震支承８は、鉛直方向ばね３がストッパー６Ｂの外部に設けられているので、鉛直方向ばね３の配置において、鉛直方向ばね３とストッパー６Ｂとの干渉を考慮する必要がなく制約が少ないので、構成の自由度が大きいという利点がある。
【実施例４】
【００７５】
図１８は、本発明の実施例４による免震支承８の断面図であり、静止状態の免震支承を示す図である。図１８は、図１の線Ａ−Ａに対応する位置における断面図である。以下では、本発明の実施例４による免震支承８について、実施例１による免震支承８と異なる構成を主に説明する。
【００７６】
本実施例による免震支承８は、コイルスプリング２を構成する板状部材の表面に樹脂部材７を備える。樹脂部材７は、コイルスプリング２の板状部材の片面または両面に設けることができる。すなわち、コイルスプリング２は、複数のループの間に樹脂部材７を備える。図１８に示す免震支承８は、一例として、コイルスプリング２の板状部材の上面に樹脂部材７を備える。
【００７７】
樹脂部材７は、コイルスプリング２の板状部材の表面を樹脂材料でコーティングすることで、コイルスプリング２に設けることができる。樹脂部材７には、例えば、ポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素樹脂など、滑り支承に用いられる低摩擦性の樹脂材料を用いることができる。
【００７８】
本実施例による免震支承８は、コイルスプリング２が複数のループの間に樹脂部材７を備えるので、ループ間の固着を防ぐことができ、ループ間に働く摩擦力を低減できるので、コイルスプリング２がループ毎に水平方向に移動しやすくなり、免震効果をより大きくすることができる。
【実施例５】
【００７９】
実施例５では、本発明の実施例による免震システムを説明する。本実施例による免震システムは、１つ以上の免震支承を備え、さらに１つ以上の積層ゴム支承と１つ以上のリニアガイドの一方または両方を備える。
【００８０】
図１９は、本実施例による免震システムの平面図である。本実施例による免震システムは、上部構造物と下部構造物１０との間に設置され、実施例１から実施例４のうち１つまたは複数の実施例による免震支承８と、積層ゴム支承９を備える。免震支承８は、免震システムの外周部に設けられ、積層ゴム支承９は、免震システムの中央部に設けられる。本実施例による免震システムは、中央部に、積層ゴム支承９の代わりにリニアガイドを備えることもでき、積層ゴム支承９とリニアガイドの両方を備えることもできる。図１９には、一例として、下部構造物１０の上に設置された免震システムの免震支承８と積層ゴム支承９を示している。積層ゴム支承は、ゴムと鋼板とが交互に積み重ねられて構成される。リニアガイドは、レールに沿って直線的に移動する（スライドする）部材である。
【００８１】
一般的に、建物などの構造物では、地震時にはロッキング現象により、中央部で鉛直方向の変位が小さく、外周部で鉛直方向の変位が大きい。そこで、本実施例による免震システムは、図１９に示すように、鉛直方向の変位が大きい外周部には免震支承８を備え、鉛直方向の変位が小さい中央部には積層ゴム支承９とリニアガイドのうち少なくとも一方を備える。
【００８２】
本実施例による免震システムは、鉛直方向の変位が大きい外周部に免震支承８を備えるので、積層ゴム支承９の経年劣化を防ぐことができ、長期運用が可能である。さらに、本実施例による免震システムは、低コスト化と、鉛直方向の支持荷重の増大を実現でき、より大きな免震効果を得ることができる。なお、中央部にリニアガイドを備える免震システムは、中央部に積層ゴム支承９を備える免震システムよりも、免震効果は低下するが、鉛直方向の支持荷重を増大させることができる。
【００８３】
なお、本発明は、上記の実施例に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、上記の実施例は、本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、本発明は、必ずしも説明した全ての構成を備える態様に限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能である。また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、削除したり、他の構成を追加・置換したりすることが可能である。
【符号の説明】
【００８４】
１…上部フランジ、１Ａ…カバー、１Ｂ…開口部材、２…コイルスプリング、３…鉛直方向ばね、４…下部フランジ、６Ａ、６Ｂ…ストッパー、７…樹脂部材、８…免震支承、９…積層ゴム支承、１０…下部構造物、１１…上部構造物、１２…孔部、１３…滑動部材、１５…凹部、１６…凸部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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