(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上下方向に近接離反する上部構造と下部構造との間に介装される上下動免震機構であって、
前記上部構造および下部構造のうちいずれか一方の構造にねじ軸方向の一端を固定したねじ軸と、
該ねじ軸のねじに螺合し、そのねじ軸のねじ軸方向への変位に応じて回転するとともに、前記上部構造および下部構造のうち他方の構造に対して回転可能に保持されたナットと、
回転した前記ナットを所定の初期位置に戻るように復元力が働くばね部材と、
を備え、
前記ばね部材は、前記ナットの外周側に同軸に配置されるとともに、一端が前記ナットに固定され、他端が前記他方の構造に固定されたねじりコイルばねであることを特徴とする上下動免震機構。
【請求項２】
前記ばね部材は、前記ナットに対して二つ以上設けられていることを特徴とする請求項１に記載の上下動免震機構。
【請求項３】
前記ねじ軸とナットとの組合せが複数設けられ、複数の前記ナット同士の回転が同調するように連結部材によって接続されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の上下動免震機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固有周期を増大することで地震時の振動を大幅に抑制することのできる上下動免震機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、免震構造物に用いられる免震装置として、上下動に対応する空気ばねが知られている。このような空気ばねにあっては、面積当りの許容荷重が小さいことから高層建築には適用し難いという現状がある。これに対して、空気ばねではなくコイルばねを、その伸縮方向を上下方向に向けて例えば建物と基礎との間に設け、両者の上下動に対応させた免震装置がある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３７４９９３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来技術による免震装置では、以下のような問題があった。
すなわち、上下方向に伸縮するコイルばねを備えた免震装置では、上下構造の間に生じる上下動による大きな力を直接受けるので、固有周期を効果的に増大させるといった制御が難しく、その点で改良の余地があった。
また、免震装置が上述した空気ばねの場合には、空気圧縮機が常に良好に作動できるように管理する必要があり、そのためのメンテナンスに多大な労力を要していた。
【０００５】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、固有周期を増大させることで、地震時の振動を大幅に抑制することができる上下動免震機構を提供することを目的とする。
また、本発明の他の目的は、メンテナンスにかかる手間を少なくすることができる上下動免震機構を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明に係る上下動免震機構では、上下方向に近接離反する上部構造と下部構造との間に介装される上下動免震機構であって、上部構造および下部構造のうちいずれか一方の構造にねじ軸方向の一端を固定したねじ軸と、ねじ軸のねじに螺合し、そのねじ軸のねじ軸方向への変位に応じて回転するとともに、上部構造および下部構造のうち他方の構造に対して回転可能に保持されたナットと、回転したナットを所定の初期位置に戻るように復元力が働くばね部材と、を備え、ばね部材は、ナットの外周側に同軸に配置されるとともに、一端がナットに固定され、他端が他方の構造に固定されたねじりコイルばねであることを特徴としている。
【０００７】
本発明では、地震時の振動によって上部構造と下部構造との間に互いに上下方向に近接離反する変位が生じると、上部構造および下部構造のうちいずれか一方の構造に固定されているねじ軸が他方の構造に保持されているナットに対してそのねじ軸方向（上下方向）に往復移動しつつ、そのねじ軸方向の変位量に比例して、ねじ軸に螺合するナットが回転する。このナットの回転に伴ってばね部材が作動し、これにより回転したナットを所定の初期位置に戻るように復元力が働く。そのため、ナットに螺合するねじ軸においても、上下動による変位が抑制されるとともに、減衰効果も得られることになる。
また、ねじ軸の直線運動をナットの回転運動に変換される構成、すなわち上部構造と下部構造との間に生じる上下方向に作用する振動を回転運動に変換し、その回転をばね部材により制御することで、上下振動の固有周期を増大させることができ、上下免震を実現することができる。
さらに、本上下動免震機構では、ばね部材において、上下方向ばねで直接上下方向の振動を制御する場合に比べて小さな力でナットの回転を制御することができる。
また、上部構造と下部構造との間に上下方向の変位が生じると、ナットの回転に伴ってこれに同軸に設けられるねじりコイルばね部材にコイル軸回りのねじりモーメントが作用し、これが回転するナットの抵抗となり、ナットが所定の初期位置に戻るように復元力が働く。そのため、ナットに螺合するねじ軸においても、上下動による変位が抑制されるとともに、減衰効果も得られることになる。
【００１０】
また、本発明に係る上下動免震機構では、ばね部材は、ナットに対して二つ以上設けられていることがより好ましい。
本発明では、複数のばね部材を設けることで力の分散化を図ることができるうえ、一方向のナットの回転に対して伸び側と縮み側にばね部材を配置することで、より効果的にナットの回転を制御することができる。
【００１２】
また、本発明に係る上下動免震機構では、ねじ軸とナットとの組合せが複数設けられ、複数のナット同士の回転が同調するように連結部材によって接続されていることが好ましい。
本発明では、複数のナット同士の回転を同調させることで、ねじ軸の上下動についても同調させることが可能となり、本上下動免震機構を備えた建物全体の上下方向の動きが揃うことから、ロッキング振動を防止することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の上下動免震機構によれば、上部構造と下部構造との間に生じる上下動の直線運動を回転運動に変換し、その回転をばね部材により制御することで、上下振動の固有周期を増大させることができ、地震時の振動を大幅に抑制することができる。しかも、ばね部材によってナットの回転を制御する構成であるので、上下方向ばねで直接上下方向の振動を制御する場合に比べて小さな力で効果的に対応することができる。
また、空気ばねに比べて長期にわたって安定した性能を維持することができるので、メンテナンスにかかる手間を少なくすることができ利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施の形態による免震装置の全体構成を示す立断面図である。
【図２】図１に示すＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図１に示す免震装置の一部破断側面図である。
【図４】（ａ）、（ｂ）は免震装置の作用を説明するための水平断面図であって、図２に対応する図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態による免震装置の全体構成を示す水平断面図であって、図２に対応する図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態による免震装置の全体構成を示す立断面図であって、図１に対応する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の第１の実施の形態による上下動免震機構について、図１乃至図４に基づいて説明する。
図１に示すように、本第１の実施の形態による上下動免震機構としての免震装置１は、上部構造２とそれを支持する下部構造３との間に介装され、それら上部構造２と下部構造３との間に生じる上下方向（矢印Ｙ方向）の振動に対して免震効果を得るものである。
図１及び図２に示すように、この免震装置１は、上部構造２にねじ軸方向の一端（固定端１１ｂ）を固定させたねじ軸１１と、このねじ軸１１に螺合するとともに下部構造３に対して回転可能に保持されたナット１２と、ナット１２の回転を抑制する一対のばね部材１３（１３Ａ、１３Ｂ）とを備えて概略構成されている。
【００１６】
ねじ軸１１は、外周面にねじ軸方向全長にわたってねじ１１ａが形成され、ねじ軸方向を上下方向Ｙに向けた状態で固定端１１ｂを上部構造２の基台２１に固定している。
【００１７】
ナット１２は、内周面１２ｃに雌ねじが形成されており、ねじ軸１１に対して同軸に螺着し、下部構造３に設けられた筒部３１内で回転自在に保持されている。
図３に示すように、具体的にナット１２は、壁部１２ａと、この壁部１２ａの上端縁部に全周にわって径方向外側に張り出した周縁部１２ｂとからなり、壁部１２ａが筒部３１内に挿通されている。その周縁部１２ｂには、径方向で対向する二点（固定点Ｐ１、Ｐ２）の夫々に後述するばね部材１３の係止棒１３ｂが固定されている。
【００１８】
一対のばね部材１３Ａ、１３Ｂは、それぞれコイルばねからなるばね本体１３ａが下部構造３上の基台３２に固定されており、ばね本体１３ａとナット１２の周縁部１２ｂとを連結する固定点Ｐ（Ｐ１、Ｐ２）とが棒状の係止棒１３ｂによって連結されている。このとき、ばね部材１３Ａ、１３Ｂは、図２に示す平面視でナット１２の接線方向に平行となる方向（Ｘ方向）にばねの伸縮方向を向けた状態で配置されている。
なお、ばね部材１３Ａ、１３Ｂは、上部構造２と下部構造３との相対位置が初期の状態、つまりねじ軸１１がナット１２に対して上下方向で初期の位置にあるとき、伸縮していない自然長Ｌ０（図２参照）の状態となっている。
【００１９】
次に、上述した免震装置１の作用について図面に基づいて詳細に説明する。
図１に示すように、地震時の振動によって上部構造２と下部構造３とが互いに上下方向に近接離反する変位が生じると、上部構造２に固定されているねじ軸１１が下部構造３に保持されているナット１２に対してそのねじ軸方向（上下方向Ｙ）に往復移動しつつ、そのねじ軸方向の変位量に比例して、ねじ軸１１に螺合するナット１２が回転し、この回転と共にばね部材１３Ａ、１３Ｂのそれぞれの係止棒１３ｂが固定される固定点Ｐ１、Ｐ２も中心軸まわりに回転移動する。
【００２０】
そして、図４（ａ）に示すように、ねじ軸１１が下方に変位してナット１２が筒部３１内で矢印Ｗ１方向に回転し、固定点Ｐ１、Ｐ２が初期位置から図で反時計回りに移動すると、一方の第１ばね部材１３Ａ（ここでは紙面上側のばね）が矢印Ｘ１方向に伸張してばね本体１３ａが付勢された状態になるとともに、他方の第２ばね部材１３Ｂ（紙面下側のばね）が矢印Ｘ２方向に圧縮した状態となり、それぞれのばね部材１３Ａ、１３Ｂが元の初期状態Ｌ０（図２参照）に戻ろうとする作用が働くことになる。
一方、図４（ｂ）に示すように、ねじ軸１１が上方に変位してナット１２が筒部３１内で矢印Ｗ２方向に回転し、固定点Ｐ１、Ｐ２が初期位置から図で時計回りに移動すると、第２ばね部材１３Ｂが矢印Ｘ１方向に伸張してばね本体１３ａが付勢された状態になるとともに、第１ばね部材１３Ａが矢印Ｘ２方向に圧縮した状態となり、それぞれのばね部材１３Ａ、１３Ｂが元の初期状態Ｌ０（図２参照）に戻ろうとする作用が働くことになる。
【００２１】
このように、ナット１２の回転に伴ってばね部材１３Ａ、１３Ｂが作動し、これにより回転したナット１２を所定の初期位置に戻るように復元力が働き、ナット１２に螺合するねじ軸１１においても、上下動による変位が抑制されるとともに、減衰効果も得られることになる。
【００２２】
また、図１に示すように、本免震装置１では、ねじ軸１１の直線運動をナットの回転運動に変換される構成、すなわち上部構造２と下部構造３との間に生じる上下方向に作用する振動を回転運動に変換し、その回転をばね部材１３により制御することで、上下振動の固有周期を増大させることができ、上下免震を実現することができる。
さらに、ばね部材１３において、上下方向ばねで直接上下方向の振動を制御する場合に比べて小さな力でナット１２の回転を制御することができる。
【００２３】
また、ばね部材１３は、ナット１２が保持される下部構造３に基台３２を介して固定されているので、上部構造２と下部構造３との間に変位が生じても、ナット１２とばね部材１３との上下方向の高さに相対的な変化が生じないので、ばね部材１３はナット１２の回転に対して常に同じ条件で減衰作用を与えることができる。
【００２４】
さらに、ばね部材１３は、ナット１２の接線方向に平行となる方向にばねの伸縮方向を向けた状態で設けられていることから、ナット１２の回転方向に対して効果的にばね部材１３を伸縮させることができ、ナット１２の回転制御をより確実に且つ高精度で行うことができる。
【００２５】
また、本実施の形態では、複数（二つ）のばね部材１３Ａ、１３Ｂを設けることで、力の分散化を図ることができるうえ、一方向のナット１２の回転に対して伸び側と縮み側にばね部材１３Ａ、１３Ｂを配置することで、より効果的にナット１２の回転を制御することができる。
【００２６】
上述のように本実施の形態による上下動免震機構では、上部構造２と下部構造３との間に生じる上下動の直線運動を回転運動に変換し、その回転をばね部材１３により制御することで、上下振動の固有周期を増大させることができ、地震時の振動を大幅に抑制することができる。しかも、ばね部材１３によってナット１２の回転を制御する構成であるので、上下方向ばねで直接上下方向の振動を制御する場合に比べて小さな力で効果的に対応することができる。
また、空気ばねに比べて長期にわたって安定した性能を維持することができるので、メンテナンスにかかる手間を少なくすることができる利点がある。
【００２７】
次に、本発明の上下動免震機構による他の実施の形態について、添付図面に基づいて説明するが、上述の実施の形態と同一又は同様な部材、部分には同一の符号を用いて説明を省略し、実施の形態と異なる構成について説明する。
図５に示す第２の実施の形態による免震装置１Ａでは、ねじ軸１１とナット１２との組合せ（運動変換機構Ｔ１、Ｔ２）が複数（図５では２組）設けられ、それぞれのナット１２Ａ、１２Ｂ同士の回転が同調するように一対の連結部材１４（１４Ａ、１４Ｂ）によって接続された構成となっている。ここで、図５において、上側の第１運動変換機構を符号Ｔ１とし、下側の第２運動変換機構を符号Ｔ２とする。
【００２８】
一方の連結部材１４Ａは、運動変換機構Ｔ１、Ｔ２のそれぞれナット１２Ａ、１２Ｂの固定点Ｐ３、Ｐ５同士を連結している。他方の連結部材１４Ｂは、運動変換機構Ｔ１、Ｔ２のそれぞれナット１２Ａ、１２Ｂの固定点Ｐ４、Ｐ６同士を連結している。
そして、第１運動変換機構Ｔ１のナット１２Ａには、上述した第１の実施の形態と同様に下部構造３上の基台３２に固定されたばね部材１３Ａ、１３Ｂが固定されている。つまり、ばね部材１３Ａ、１３Ｂの作用は第１運動変換機構Ｔ１を介して第２運動変換機構Ｔ２へ伝達されることになる。
【００２９】
本第２の実施の形態の免震装置１Ａでは、上述した第１の実施の形態と同様の作用、効果が得られるとともに、連結部材１４Ａ、１４Ｂによって接続されている一対の運動変換機構Ｔ１、Ｔ２のナット１２Ａ、１２Ｂ同士の回転を同調させることがき、それぞれのねじ軸１１Ａ、１１Ｂの上下動についても同調させることが可能となることから、本免震装置１Ａを備えた建物全体の上下方向の動きが揃い、ロッキング振動を防止することができる。
【００３０】
次に、図６に示すように、第３の実施の形態による免震装置１Ｂは、上述した第１の実施の形態のばね部材１３（図１参照）に代えて、ナット１２と下部構造３との間にねじりコイルばね部材１５（ばね部材）を設けた構成としたものである。
すなわち、ねじりコイルばね部材１５は、ナット１２を挿通させる筒部３１の外周側に同軸に配置されるとともに、このばねの一端１５ａがナット１２の周縁部１２ｂに固定され、他端１５ｂが下部構造３（他方の構造）に固定されている。なお、このねじりコイルばね部材１５は、周知のものが用いられている。
【００３１】
本第３の実施の形態の免震装置１Ｂでは、上部構造２と下部構造３との間に上下方向Ｙの変位が生じると、ナット１２の回転に伴ってこれに同軸に設けられるねじりコイルばね部材１５にコイル軸（図６に示す符号Ｃ）回りのねじりモーメントが作用し、これが回転するナット１２の抵抗となり、ナット１２が所定の初期位置に戻るように復元力が働く。そのため、ナット１２に螺合するねじ軸１１においても、上下動による変位が抑制されるとともに、減衰効果も得られることになる。
【００３２】
以上、本発明による上下動免震機構の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の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、本実施の形態ではばね部材としてコイルばねを用いているが、これに限定されることがなく、例えばダンパーを採用することも可能である。
また、本実施の形態ではナット１２に対して二つのばね部材１３Ａ、１３Ｂを設けているが、ばね部材１３の数量に制限はなく、例えば１つのばね部材であってもよく、また３つ以上であってもかまわない。
【００３３】
また、本実施の形態では、ねじ部１１を上部構造２側に固定し、ナット１２を下部構造３に保持させているが、配置を上下逆にすることも可能である。つまり、上部構造２側でナット１２を保持し、下部構造３側でねじ軸１１を固定させる構造であってもよい。
さらに、上述した第２の実施の形態では、２組の運動変換機構Ｔ１、Ｔ２を設けた構成としているが、３組以上の運動変換機構Ｔのナット１２をそれぞれ適宜に連結部材１４で接続して同調可能としてもよい。
さらにまた、ねじ軸１１、ナット１２の各寸法、ばね部材の性能などは本上下動免震機構を適用する条件に応じて適宜変更することができる。
その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、上記した実施の形態を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００３４】
１、１Ａ、１Ｂ  免震装置（上下動免震機構）
２  上部構造
３  下部構造
１１、１１Ａ、１１Ｂ  ねじ軸
１２、１２Ａ、１２Ｂ  ナット
１３、１３Ａ、１３Ｂ  ばね部材
１３ａ  ばね本体
１３ｂ  係止棒
１４、１４Ａ、１４Ｂ  連結部材
１５  ねじりコイルばね部材（ばね部材）
Ｐ、Ｐ１〜Ｐ６  固定点
Ｔ、Ｔ１、Ｔ２  運動変換機構
【図１】
0005574337.tif 000002
【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６】
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