(57)【要約】【課題】わが国は地震暴風に対する建造物耐震免震対策が喫緊の課題であるが、現状の装置は高価なため普及が遅れている。本発明は安価で効果的な免震装置をコンピュータ、センサー、ジャッキ、ラチェット、スライド機構を組み合わせて提供する。【解決手段】コンピュータ制御で平時はラチェット機構により建造物と基礎とその間にあるスライド機構は拘束固定されている。センサーで設定値以上の地震暴風を検知しその拘束を解除し、建造物を基礎から切り離し、地震動、暴風を免れる免震装置により課題を解決する。【選択図】  図2
2014001514.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
建造物の基礎盤を2枚以上に分離し、地震暴風等の外力と建造物の水平性と歪を検知するセンサーからの信号をコンピュータ等で計測し、分離された基礎盤をコンピュータ制御により摩擦支承を通して拘束ないし解除ないし拘束力度合いを制御するラッチ装置と転がり支承、滑り支承等の自由スライド機構と転がり支承等を支持する受け材とダンパー支承を組み合わせ、地震暴風等発生時に上部建造物と基礎の力学的拘束を制御し地震、暴風等の外力の影響を免減する装置と本装置と揚重装置を利用して基礎盤の水平性を調整する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、揚重装置と検知センサーとコンピュータとソフトウエアとダンパー支承とスライド機構により地震力、暴風力を計測し、建造物に作用する力を制御免減する免震装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
本稿でいう揚重装置とはモータ、油圧ジャッキ、エアジャッキ、磁気浮上等の動力により荷重を上下させる装置のことで以降ジャッキと称す。
またバネ、ゴム、油圧、空気圧、磁石ダンパー等を利用して外力を吸収して変移量を減衰し、変位前の位置に復元させる装置を以降ダンパー支承と称する。
外力検知センサーは地震、振動、風圧力等建物に加わる外力を検知するセンサーと傾斜計、距離計、温度計、歪ゲージ等性状検知センサーで以降センサーと称す。
複数枚の基礎盤を押し付けあい拘束、解除する装置は以降ラチェットと称す。
外力としては地震、台風、暴風、振動等を対象として考えるが以降地震と称す。
建造物の基礎を上下基盤に分離しその間にベアリングやスライドレールや摩擦の低いシートを設置し独立して円滑に動く機構を以降滑り支承と称す。
【０００３】
【特許文献１】特開  平10-292671 免震装置の転滑支承構造    は免震基礎における転がり支承についての発明である。この発明において、転がり支承支持金物について述べられている。転がり支承をはさむ上下支持体のうち下部支持体を平面ではなく球面とすることで、地震時の水平変移を元に戻す作用がある。重力式復元機構と称される機構で一般的に用いられる積層ゴムによる復元機構より安価である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
先般東北地方で発生した巨大地震の被害は改めてわが国が地震、台風等自然災害に常時さらされている事を再認識させた。
それを契機として関東地方及び太平洋沿岸地域に巨大地震が到来すると予測する研究発表もあり、その危険度はますます高まっている。
地球は地殻変動の活動期に入ったとも言われており、わが国に限らず環太平洋諸国の南北アメリカの太平洋地方、中国東北沿岸部、台湾、フィリピン、インドネシア、中近東、地中海沿岸諸国多くの国もわが国同様の渦中にあるといえる。
地震研究の先進国であるわが国は耐震技術が発達し、免震装置や制震装置の研究開発が進んでおり、一般の住宅にも普及し始めた。
これらの装置には全面的に力を逃がす免震装置、部分的に力を逃がし、吸収する軽度のものまで種々雑多である。
一般的には建物と基礎盤の間にスライド装置と積層ゴムダンパーを設置し地震の水平成分を免震する方法が多い。
部分的に例えば軸組みの一部コーナーに積層ゴムやバネ製のエネルギ吸収金物を設置してエネルギの何割かを吸収し、熱エネルギに変換する方法もある。
しかしながら例えば免震装置は住宅に関しては一式一戸当り300〜400万円が相場である。
部分的制震ダンパーを設置する制震装置は１戸当り100万円以下で設置できるが効果は限定的である。
本発明はかかる現状に鑑み安価で効果確実な免震装置の提供をするものであり、その解決すべき課題は大きく分けて4点ある。
【０００５】
第一の課題は装置の起動速度と減衰機能の問題である。
軽微な交通振動や、微風時に稼動するといわゆる船酔い減少を起こし、居住者に不快感を与えるのである。
一定の強さ以上の地震発生時だけ稼動し、発生後１，２秒内に装置は起動しなければならなく、稼働中共振して振動、振幅が増大することも防止しなければならない。
第二の課題は費用対効果である。
部分的な免震、制震装置は上述のように地盤の状態や建造物のプランや荷重の多寡により効果は大きく影響を受ける。
例えば荷重の軽い部分に制震装置を設置しても、外力の流れは重い部分に伝わるため効力は発揮できない。
設計や設置環境に左右され、部分的な制震装置の効果は限定的なのである。
免震装置は、滑り支承を設置し、共振防止用鉛ダンパー内蔵の積層ゴムで上下構造物を繋いで設置する。
そのため積層ゴムは機械的に複雑な機構となり、高度な素材と強度が要求されるものとなる。
また滑り支承には常時荷重が乗った状態であり、強度と耐久性が要求される。
エアバルーンで全構造物を支え、地盤と分離する方法もあり一定の普及を見ているが、平時はバルーンは収縮していて地震波を検知すると、1秒程度でバルーンをコンプレッサで膨張し、上部構造物を分離し、外力を免減する。
この方法は正常に稼動すれば免震性能は非常に優れている。
しかしながら  巨大なバルーンを膨張するためのコンプレッサ装置、無停電装置の併設が必要であるし、いつ発生するかわからない、地震や暴風に備えるためには耐久性のある素材を使用し、エアーリークの問題に備えなければならない。
【０００６】
第三の課題は被害発生後の変移した建造物の復元調整機能である。
地震被害後、液状化現象や不同沈下などにより、構造物が傾斜する等の弊害が必然的に併発する。
その修理方法は基盤下を掘削しジャッキ等でリフトアップし、新たに砂利、コンクリートを流し込んだり、直接ホースで基盤下にグラウト（セメントと水ガラス混合物のような材料）を圧入して、水平調整する等の方法があるが、費用がかかるし、効果は限定的である。
第四の課題は上下動に対する免震、制震である。
現状の免震、制震装置は地震の水平成分だけを対象としており、上下成分の大きい直下型の地震に対しては効力がないか少ない。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１の発明はコンピュータ201とセンサー203、219とジャッキ200とジャッキ上部のラチェット122と摩擦支承209とダンパー205、207と転がり支承206（コンクリートや鋼製や硬質ゴムや硬質プラスティック等で作られた球形、卵形、楕円立体等のもので自由放置され、転がり抵抗を少なくする形状のもの）と転がり支承受け（以降
支承受けと称す）223で構成された免震、水平調整装置である。（図2）
本発明は原理的にはジャッキ200とジャッキ上部のラチェット122と上部、下部押さえ板204、適度な摩擦係数の摩擦支承209と水平ダンパー205、ダンパー支承207と転がり支承206の構成でも効果はある。(図5)
この場合電気系統が存在しないので、メンテナンスは基本的に不要であり、安価な方法であるがコンピュータ制御はしないので、船酔い現象等の解消はできない。
支承受け223の形状は引掛りや転がり停滞等のトラブルが少ない単純な平面形を基本とするが、楕円形、放物線形、球形等もスライド運動に対するダンパーとしての作用があり、支承受けに含むものとする。
平面形や球形断面の支承受けは製作、施工は簡単であるが、地震動に共振しやすく、振幅増大、収束時間が遅くなるが、ダンパー支承207は防止策として有効である。
収束の過程で、一時的に振幅が大きくなるため、逸脱防止208も必要である。
支承受けは上部下部基盤いずれに設置しても効果は同じであるが、上部に設置すれば支承受け下部お椀への泥、塵埃の堆積を防止し、自由スライドの円滑なスライドを維持するメリットがある。
上下基盤両面に設置する方法も上記中心に戻る作用の効果を高める。
次にラチェットも本発明の要である。
ラチェット222とジャッキ200の構造を(図1)に示す。
ジャッキは油圧でも、エアーでも電動リフトでもよいがこの図では油圧ジャッキを例に説明する。
ラチェットは電動ボールネジ100とモータ104で構成され、地震センサー202に接続しているコンピュータ201により制御される。
ラチェットの役目は平常時や軽い地震時は稼動しないように上下基盤をラッチ機構（掛け金物）で緊結固定し、いわゆる船酔い現象を防止する。
一定値以上の地震時はセンサーからの信号によりラチェト拘束が短時間内に外力に応じて徐々に緩和され、摩擦支承209の動きは徐々にスムースにする。
外力が小さければ拘束力を大きくし、外力が大きければ拘束力を小さくする制御を行いダンパー機能の微調整を行うことができる。
また摩擦支承209は一定の厚みの弾性体であり、上下動の検知センサーからの信号により、ラチェット拘束の程度を制御し地震の上下動きに対して免震することができる。
摩擦支承は摩擦抵抗の大きいゴム系の材料や硬質樹脂や金属を形状を変えてくみ合わせる等  相対する摩擦支承の遠近により摩擦抵抗を制御できる構造とする。(図4)
これらの装置、センサーはコンピュータ217により計測制御される。
（図2）はその構成図である。
上部基盤210に上部構造物215が緊結されており、下部基盤211は地盤212と一体に動く。
【０００８】
平時は上部基盤、構造物はラチェット222が下降定着状態にあるため押さえ板204により圧着され、転がり支承206を通して下部基盤に押さえ付けられている。
押さえ板を上部基盤の下面に設置し、平時は下から押し付け、上部基盤を押し上げて保持する方法も考えられる。(図5)
この場合ダンパー支承207のばね定数と摩擦支承209の押し付けによる摩擦抵抗の制御による免震装置となる。
この方法はラチェット軸用の開口部は不要で工法的には簡素になるが平時からラチェットに上部構造物の荷重がかかることになり、ジャッキ、ラチェットの高度な耐久性が必要である。  
平時とは地震が発生しない状態、コンピュータに設定されている閾値以下の地震発生時であり、摩擦支承209により水平方向にも拘束されている。
従って軽度の地震に対しては動揺しない。
地震が発生しセンサーからの信号が設定した閾値以上の時は、ラチェット222を短期間に上昇させ、転がり支承の押さえ板、摩擦支承からの拘束を徐々に開放する。
全開放状態では  上部基盤は下部基盤上に転がり支承だけを通して乗っている状態になり、下部基盤が動いても上部基盤は慣性の法則により、静止状態を保持しようとするため、免震装置として働く。
地震収束後はラチェットを下降し上部構造物、基盤は抑えつけられ平時の状態に戻す。
これだけの制御であるので、コンピュータではなくいわゆるハードロジックで制御することも可能である。
電動ボールネジを使わないラッチ機構もある。
例えば地震時コンピュータにより上下電磁石に反極になるように通電し電磁石の反発力により押さえ板を押し上げる方法もある。
押し上げると同時にラッチ機構のピンを跳ね上げ、ラッチをはずし、押さえ板の拘束を解除し、平常時にはピンは降下する。
この場合摩擦支承は拘束か解除の二者択一となり拘束力のアナログ制御は出来ないので摩擦支承209によるダンパ機能はない。
現行の免震装置にはコンピュータ制御されていないものも多く、いったん地震が収まった後の再来、例えば余震などに対応することが難しい。
本発明では、これらの動作がコンピュータを通して行われるため、変則的な外乱に対応することが可能であり、地盤や建造物の形状、性状に応じた動作を設定することが可能である。
実際には、転がり支承と下部基盤との転がり摩擦があるのである程度は下部基盤に追随して動くが、かなりの動きが減免される。
地震が大きくて、上下基盤の乖離量が多いと  転がり支承が逸脱したり、基盤の一部がジャッキの一部と衝突したり、共振現象により震動がとまらない場合もある。
逸脱防止208は転がり支承が一定幅以上は転がらないように遮蔽するものである。
ダンパー支承207は共振を減衰させかつ上下基盤の乖離量を制限し、水平ダンパー205は急激な衝突を緩和させるものであるが、207のように垂直に置いたダンパの代わりに水平方向い置く方法でも本発明の効果は同じである。
ジャッキも上部基盤を通して水平方向からの曲げ力を受けるので相応の強度を持つ支柱にする。
また請求項1で自由スライド機構として滑り支承を上げているが、これは滑り摩擦の低く、強度のあるシート（以降滑りシートと称す）を上下基盤に貼り付けたもので、この場合には支承受け223や、ダンパー支承207は不要である。
【０００９】
上記装置を利用して地震被災後の変移した水平性の調整をする方法も本発明である。
上下基盤、構造物が水平でなくなった場合や歪が生じた場合はセンサーの一部である傾斜計や歪ゲージ219で知ることができる。
軽微な傾きの場合はジャッキ200と下押さえ板で上基盤を持ち上げて、転がり支承受け223下部に水平調整用スペーサ301を挿入する。
傾きが大きく調整用スペーサでは調整不可能の場合は下記の方法で調整する。
ラチェットを下降した状態で上下基盤をボルト、ナット224で固定する。
傾斜計と構造的な重要な場所随所に貼付された歪ゲージをセンシングしながらコンプレッサ220でジャッキを上下させ上下基盤を水平状態にする。
この状態でグラウト注入口からコンクリートやグラウトを注入する。
【発明の効果】
【００１０】
防災、耐震対策は現在わが国で最も重要な課題である。
特に関東東海地方では今後5〜30年以内にマグニチュード7クラスの地震が発生することは確実視されている。
しかしながら現状は公共建造物の耐震化、免震化は進んでいるが、個人の住宅、建築物の耐震化ほとんど進んでいないのが実情である。
発明者は建設業に従事しているが、原因は耐震免震の工事費が高価であること、その効果の信頼性が一定でないこと、装置が複雑で施工業者が簡単には施工できないことなどが上げられる。
本発明は心臓部であるコンピュータ、センサー、稼動部はパッケージで提供するので、施工者は建材の一部を取り付ける感覚で簡便に工事ができる。
上下の基盤は概ね平板であるので、従来のような迷路のような基礎形状は不要で、基盤工事は簡単であり、試算によると基盤工事費用は概ね半分である。
本発明の装置は一式で概ね150万円程度であり、基盤工事費用の減額と相殺すると約100万円の増額で全免震装置を設置できる。
従来価格の1/3〜1/4の価格で提供できる。
センサー、コンピュータを常時稼動しているので多少の電源を常時供給しなければならないし、被災電源ストップ時に備えて非常用発電機（バッテリ）が必要であるが、構造物の全荷重を持ち上げるのではなく、押さえ板104約50kg程度を持ち上げるだけであるので試算によると乗用車用のバッテリーで1、2時間は稼動できる。
またコンピュータ、センサー、ジャッキ等も複雑な仕様ではないので、廉価な市販品で装置が構成できる。
水平調整時用にコンプレッサは常設する必要はなく、必要なとき汎用品をレンタルするなり工事業者が準備するため負担にはならない。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】ジャッキ及びラチェットの構造を説明した図面である。
【図２】請求項１の装置の構成図を説明した図面である。
【図３】請求項１の装置の独立基礎での利用方法を説明した図面である。
【図４】各種摩擦支承の例を示した図面である。
【図５】本発明の原理、基本形を示した図面である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の要点は支承受けとラチェットである。
現在  平面形、球形、楕円形、放物線形断面の支承受けの数学的シミュレーションを行っている。
当然ながら平面型が転がり摩擦が最も少なく免震効果が大きいが共振しやすくまた収束時間が長い。
椀曲断面の場合は円形断面より放物線の支承受けが転がり後、元に戻そうとする復元力が強く、復元時間は早い。
球形の場合球面上の接線方向が一定であるため復元力は一定であり、ダンパー支承の効果は放物線に比べて小さいが、半径を小さくすることで復元力は強くなり、スライド代214は小さくなる。
試算によると楕円形、放物線形のお椀型支承受けを作る費用は球形の倍以上かかるが、効果効能を考えると放物線を採用すべきであろう。
また転がり、滑り支承方式にしないで滑りシート方式にした場合は、滑り抵抗が大きくなるが、費用的にはかなり安価である。
ラチェットは機械式が構造がシンプルであり、拘束圧着、拘束開放の切り替えが瞬時にできるが、上下電磁石の反発力には限度があり重い上部押さえ板204は負担できず、ラッチ、ジャッキの設置箇所数を増やす結果になる。
現段階での本発明の最良の形態は電動ボールネジ100と転がり支承206
とダンパー支承207と支承受け223を組み合わせた装置である。
実際に円形、放物線形のお椀を作り、転がり支承とも擬似基盤に挟み込んで実験をしている。
摩擦支承についてはシミュレーションを行い、並行して材質、形状を変えて模擬試験をしながら、最良の材質形状を模索している。
【産業上の利用可能性】
【００１３】
先般の大震災以降、地震に対する不安からわが国の日本の住宅建設需要が落ち込んでいる。
耐震、免震技術は耐震工法、免震装置を併用した住宅、建造物は先般の地震被害が僅少であったことからも技術的に対する信頼は証明され、周知されている、一方でその技術が高価なことから住宅新築に躊躇するユーザが多いのが現状である。本発明を安価に提供することにより、ユーザの安心感を醸成し、住宅建設着工数を増加せしめる。
【符号の説明】
【００１４】
100  ボールネジ       
101  下電磁石
102  上電磁石                    
103  ラッチ機構    
104  モータ 
200  ジャッキ等                  
201  コンピュータ
202  地震検知センサー             
203  風圧検知センサー    
204  上部押さえ板（下部押さえ板）               
205  水平ダンパー
206  転がり支承                   
207  ダンパー支承          
208  逸脱防止                     
209  摩擦支承
210  上部基盤                     
211  下部基盤
212  捨てコンクリート、砕石、地盤調整、改良部、ジャッキ基盤
213  防塵防水遮蔽板        
214  スライド代  
215  上部構造物                   
216  点検口
217  バッテリ、非常電源           
218  電源、信号、動力圧力系統
219  傾斜計、距離計、歪ゲージ等性状検知センサー
220  コンプレッサ                 
221 下部押さえ板
222  電動ラチェット        
223 転がり支承受け
224  ボルト穴及び受けネジ         
225 グラウト注入口
301  水平調整用スペーサ
【図１】
2014001514.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2014001514.tif 000006
【図５】
2014001514.tif 000007