(57)【要約】【課題】設置面積が小さく耐荷重の大きい復元力をもつ滑り免震機構を提供する。【解決手段】上部案内部材２と下部案内部材４の間に介装される摺動子５を、上段摺動子６と、下段摺動子８と、上段摺動子６と下段摺動子８の間に介装される中段摺動子７とで構成する。また、下段摺動子８と中段摺動子７がｙ方向に延びるｙ軸周りに回転可能、且つｘ方向に延びるｘ軸周りに回転不能に係合し、上段摺動子６と中段摺動子７がｘ軸周りに回転可能、且つｙ軸周りに回転不能に係合するように構成する。【選択図】図２
2019070432.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上部構造体の底部に固定される上部案内部材と、下部構造体の上部に固定される下部案内部材と、前記上部案内部材と前記下部案内部材の間に介装される摺動子からなる滑り免震機構において、
前記摺動子が当接する前記下部案内部材の上面の滑り面が水平のｘ方向に延びる凹円弧面状に形成され、前記摺動子が当接する前記上部案内部材の下面の滑り面が前記ｘ方向に直交する水平のｙ方向に延びる凹円弧面状に形成されており、
前記摺動子は、前記上部案内部材の滑り面に当接し前記上部案内部材に対して前記ｙ方向に摺動可能に係合する上段摺動子と、前記下部案内部材の滑り面に当接し前記下部案内部材に対して前記ｘ方向に摺動可能に係合する下段摺動子と、前記上段摺動子と前記下段摺動子の間に介装される中段摺動子を備えて構成されるとともに、
前記下段摺動子と前記中段摺動子が前記ｙ方向に延びるｙ軸周りに回転可能、且つ前記ｘ方向に延びるｘ軸周りに回転不能に係合し、
前記上段摺動子と前記中段摺動子が前記ｘ軸周りに回転可能、且つ前記ｙ軸周りに回転不能に係合して構成されていることを特徴とする滑り免震機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建物や精密機器等の免震対象を滑動自在に支持するための滑り免震機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、建物や精密機器等の免震対象の地震等による被害を防止（抑止）するための免震構造として、積層ゴムや滑り支承が多用されている。また、滑り支承は、構造が単純で大変形まで安定した履歴特性を有し、装置高さが小さいことから採用事例が増えている。
【０００３】
しかしながら、滑り支承は低コストで過大変形にも十分に対応できるが、復元機能を持たないことで地震後などに残留変位が生じてしまうという欠点がある。このため、従来、復元ゴムを併用したり、滑り面を球面にするなどして、復元機能をもたせることが行われている。このような復元機能をもたせるためのＦＰＳ（Friction Pendulum System）は、特に荷重支持と大変形性能と復元能力を併せ持つ装置であり、日本だけでなく海外でも多くの大規模案件に適用されている。
【０００４】
一方で、ＦＰＳを利用した場合であっても、大きな変位に対応するためには球面板の径を大きくすることが必要で、設置面積が大きくなるなどの問題があった。
【０００５】
これに対し、設置面積を小さくする工夫として免震層の上下に直交するレール（を設け、その間にスライド部材（摺動子）を配置することで大きな変位に対応可能にした滑り免震支承が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
さらに、第１摺動部材として対向配置された凹球面部材と、その間に配置され双方に当接した第２摺動部材としての介在部材（摺動材）からなり、介在部材（摺動材）が滑り面の勾配に合わせて回転することで、変位しても接触面積が変わらないように構成した滑り免震支承も提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−２３０２５４号公報
【特許文献２】特開２０００−２３０１８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１のような滑り免震支承においては、水平変位に伴いレール面が傾斜するのに対し、スライド部材は傾斜せず水平のままであるため、移動後にレールとの接触がごく一部だけとなってしまい、接触面積の大幅な低下に伴って接触面圧が増大し、耐荷重性能の大きな低下が生じるという問題があった。
【０００９】
一方、介在部材（摺動材）が滑り面の勾配に合わせて回転することで、変位しても接触面積が変わらないように構成した特許文献２のような滑り免震支承においては、移動後の接触面圧が保たれ、耐荷重性能の低下を招くおそれがない。しかしながら、ＦＰＳであるが故に、大きな変位に対応するためには凹球面部材や介在部材（摺動材）の径を大きくする必要があり、やはり設置面積が大きくなるという問題があった。
【００１０】
本発明は、上記事情に鑑み、設置面積が小さく耐荷重の大きい復元力をもつ滑り免震機構を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の目的を達するために、この発明は以下の手段を提供している。
【００１２】
本発明の滑り免震機構は、上部構造体の底部に固定される上部案内部材と、下部構造体の上部に固定される下部案内部材と、前記上部案内部材と前記下部案内部材の間に介装される摺動子からなる滑り免震機構において、前記摺動子が当接する前記下部案内部材の上面の滑り面が水平のｘ方向に延びる凹円弧面状に形成され、前記摺動子が当接する前記上部案内部材の下面の滑り面が前記ｘ方向に直交する水平のｙ方向に延びる凹円弧面状に形成されており、前記摺動子は、前記上部案内部材の滑り面に当接し前記上部案内部材に対して前記ｙ方向に摺動可能に係合する上段摺動子と、前記下部案内部材の滑り面に当接し前記下部案内部材に対して前記ｘ方向に摺動可能に係合する下段摺動子と、前記上段摺動子と前記下段摺動子の間に介装される中段摺動子を備えて構成されるとともに、前記下段摺動子と前記中段摺動子が前記ｙ方向に延びるｙ軸周りに回転可能、且つ前記ｘ方向に延びるｘ軸周りに回転不能に係合し、前記上段摺動子と前記中段摺動子が前記ｘ軸周りに回転可能、且つ前記ｙ軸周りに回転不能に係合して構成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の滑り免震機構においては、設置面積が小さく耐荷重の大きい優れた復元力を有する滑り免震機構Ａを実現することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係る滑り免震機構を示す平面図である。
【図２】図１のＴ１−Ｔ１線矢視図であり、本発明の一実施形態に係る滑り免震機構を示す側面図である。
【図３】図１のＴ２−Ｔ２線矢視図であり、本発明の一実施形態に係る滑り免震機構を示す側面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る滑り免震機構を示す分解斜視図である。
【図５】上部構造体と下部構造体に水平方向の相対変位が生じた際の本発明の一実施形態に係る滑り免震機構の挙動を示す側面図である。
【図６】上部構造体と下部構造体に水平方向の相対変位が生じた際の本発明の一実施形態に係る滑り免震機構の挙動を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図１から図６を参照し、本発明の一実施形態に係る滑り免震機構について説明する。ここで、本実施形態は、免震対象物である上部構造体をその支持構造物である下部構造体に対して水平のｘ方向と、ｘ方向に直交する水平のｙ方向に滑動自在に支持する免震機構に関するものである。
【００１６】
そして、本実施形態の滑り免震機構Ａは、図１から図４に示すように、上部構造体１の底部に固定される上部案内部材（上沓、上部レール）２と、下部構造体３の上部に固定される下部案内部材（下沓、下部レール）４と、それら上部案内部材２及び下部案内部材４の間に介装される摺動子５とを備えて構成されている。
【００１７】
本実施形態において、上部案内部材２と下部案内部材４は、例えば、断面矩形の横長のブロック状の略同一形状、同一寸法の部材とされ、長さ方向を水平の互いに直交する向きに配しつつ、すなわち、下部案内部材４がその長さ方向を水平のｘ方向（一方向）に向け、上部案内部材２がその長さ方向をｘ方向に直交する水平のｙ方向（他方向）に向けつつ、上下のｚ方向（上下方向）に間隔をあけて対向配置されている。
【００１８】
上部案内部材２は、摺動子５が接して摺動する平面視でｙ方向に延びる下面が滑り面２ａとされ、この滑り面２ａがｙ方向中央を最上部とした凹円弧面状に形成されている。
【００１９】
下部案内部材４は、摺動子５が接して摺動する平面視でｘ方向に延びる上面が滑り面４ａとされ、この滑り面４ａがｘ方向中央を最下部とした凹円弧面状に形成されている。
【００２０】
そして、上部案内部材２と下部案内部材４はそれぞれ、互いの交差部分で摺動子５を介装した状態で上部構造体１の底部、下部構造体３の上部に固定されている。
【００２１】
一方、本実施形態の摺動子５は、上段摺動子６と中段摺動子７と下段摺動子８の３つの摺動子で構成されている。
【００２２】
上段摺動子６は、その上面及び下面がそれぞれ所定の曲率の凸円弧面状に形成されている。上段摺動子６は、両側部にそれぞれ上方に突出するガイド部９を備え、上面の凸円弧面状の滑り面６ａを上部案内部材２の凹円弧面状の滑り面２ａに当接させつつ上部案内部材２に一対のガイド部９を係合させることにより、上部案内部材２の滑り面２ａに沿うｙ方向に摺動可能に設けられている。また、上段摺動子６は、両側部にそれぞれ下方に突出し、中段摺動子７に係合させるためのガイド部１０を備えて形成されている。
【００２３】
下段摺動子８は、その上面及び下面がそれぞれ所定の曲率の凸円弧面状に形成されている。下段摺動子８は、両側部にそれぞれ下方に突出するガイド部１１を備え、下面の凸円弧面状の滑り面８ａを下部案内部材４の凹円弧面状の滑り面４ａに当接させつつ下部案内部材４に一対のガイド部１１を係合させることにより、下部案内部材４の滑り面４ａに沿うｘ方向に摺動可能に設けられている。また、下段摺動子８は、両側部にそれぞれ上方に突出し、中段摺動子７に係合させるためのガイド部１２を備えて形成されている。
【００２４】
中段摺動子７は、その上面及び下面がそれぞれ所定の曲率の凹円弧面状に形成されている。中段摺動子７は、上面の凹円弧面状の滑り面７ａを上段摺動子６の下面の凸円弧面状の滑り面６ｂに当接させるとともに上段摺動子６の下方の一対のガイド部１０に係合することにより、上段摺動子６に対して相対的にｘ方向に延びるｘ軸周りに回転可能に設けられている。また、中段摺動子７は、下面の凹円弧面状の滑り面７ｂを下段摺動子８の上面の凸円弧面状の滑り面８ｂに当接させるとともに、下段摺動子８の上方の一対のガイド部１２に係合することにより、下段摺動子８に対して相対的にｙ方向に延びるｙ軸周りに回転可能に設けられている。
【００２５】
すなわち、本実施形態の滑り免震機構Ａにおいては、図５、図６に示すように、下段摺動子８と中段摺動子７がｙ軸周りに回転可能、ｘ軸周りに回転不能とされ、上段摺動子６と中段摺動子７がｘ軸周りに回転可能、ｙ軸周りに回転不能に係合／接続して設けられている。
【００２６】
なお、上部案内部材２と下部案内部材４の滑り面２ａ、４ａ、各摺動子６、７、８の滑り面６ａ、６ｂ、７ａ、７ｂ、８ａ、８ｂは、適宜、例えばテフロン（登録商標）などの滑り材を一体に設けるなどして、摩擦抵抗の低減が図られている。
【００２７】
例えば、本実施形態では、上部案内部材２、下部案内部材４の円弧滑り面における摺動子５（６、８）との摩擦係数μが０．０１≦μ≦０．１の範囲とされ、上段摺動子６、下段摺動子８の円弧滑り面における中段摺動子７との摩擦係数μも０．０１≦μ≦０．１の範囲とされている。全ての支承（滑り免震機構Ａ）の摩擦係数を同一としても、設置場所により異なる摩擦係数の支承を併用するようにしてもよい。例えば、支持荷重の小さい外周部を摩擦係数の小さい支承とし、支持荷重の大きい内部を摩擦係数の大きい支承とすることもできる。
【００２８】
また、本実施形態においては、上部案内部材２、下部案内部材４と摺動子５（６、８）との間の滑り面を、例えば曲率半径Ｒ≧４ｍの円弧滑り面とする。これは、固有周期４秒の振り子に相当する。上段摺動子６、下段摺動子８と中段摺動子７との間の滑り面は、例えば曲率半径Ｒ≦１ｍの円弧滑り面とする。
【００２９】
上記の通り、本実施形態の滑り免震機構Ａは、一般的なＦＰＳと同様に、免震層の上部構造体１に一体化した上部案内部材２と、下部構造体３に一体化した下部案内部材４との間に摺動子５を挟み、摺動子５が上下の案内部材２、４との接触面において相対滑りを生じるように構成されている。
【００３０】
また、上下の案内部材２、４の滑り面２ａ、４ａを円弧滑り面（摩擦面）とし、それぞれの滑り面２ａ、４ａを１方向のみに傾斜した曲面としている。そして、この傾斜方向にのみ摺動子５（６、８）が移動できるようにガイド部９、１１を設けて移動拘束する。さらに、上下の案内部材２、４の傾斜方向をそれぞれｘ方向とｙ方向にすることで、任意の方向に変位可能としている。なお、変位して摺動子５（６、８）が移動することにより高さが変化するが、これはリニアガイドをｘ、ｙ方向に配置した場合と同様の構成となる。
【００３１】
そして、本実施形態の滑り免震機構Ａにおいては、図５、図６に示すように、下段摺動子８と中段摺動子７がｙ軸周りの回転はしてもｘ軸周りの回転はしない。上段摺動子６と中段摺動子７がｘ軸周りの回転はしてもｙ軸周りの回転はしない。また、中段摺動子７は回転せず水平を保持される。
【００３２】
これにより、ｘ、ｙ方向の任意の組合せ（水平面内の任意方向）に対して摺動部分の接触面積を確保したまま変位対応できる滑り免震機構Ａとなる。
【００３３】
また、上部構造体１、下部構造体３に接合するのは案内部材２、４だけであるため、設置面積を通常の球面滑り支承（ＦＰＳ）より大幅に縮小できる。さらに、案内部材２、４の滑り面２ａ、４ａは単純な凹円弧状であるため、球面を必要とするＦＰＳより安価に製造できる。なお、案内部材２、４を梁に沿って設置すれば、鉄骨造でも容易に対応可能である。
【００３４】
また、摺動子５を上段摺動子６、中段摺動子７、下段摺動子８の３段構成とすることで、案内部材２、４の傾斜方向のみに回転する上下段の摺動子６、８を組合せ、免震層の変位に関わらず摺動子５と案内部材２、４との接触面積を保持することができる。さらに、中段摺動子７は回転せず水平が保持されるため、既往の球面滑り支承と同様の効果を、単純な円弧滑りを用いながら上下の案内部材２、４と上下段の摺動子６、８との間で実現することが可能になる。
【００３５】
したがって、本実施形態の滑り免震機構Ａによれば、設置面積が小さく耐荷重の大きい優れた復元力を有する滑り免震機構Ａを実現することが可能になる。
【００３６】
なお、本実施形態の滑り免震機構Ａにおいては、従来の球面滑り支承（ＦＰＳ）と同等の免震効果を有するが、やや異なる点もある。
例えば、球面滑り支承（ＦＰＳ）は中心（原位置）からの変位（移動量）が同じであれば鉛直変位も同じであるが、本実施形態の滑り免震機構Ａにおいては、ｘ方向変位（移動量）による鉛直変位とｙ方向変位量（移動量）による鉛直変位の和となる。このため、球面滑り支承の曲率半径と円弧滑りの曲率半径が同じ場合、ｘ方向やｙ方向に変位したときの鉛直変位は同じとなるが、４５°方向に変位したときの鉛直変位は円弧滑りの方が球面滑り支承の√２倍となる。
【００３７】
また、滑り支承は摩擦係数を増すと減衰が増加して応答変位が低減できるが、上部構造体の加速度が増大するおそれもある。この場合、本実施形態の滑り免震機構Ａと並列してオイルダンパー等の粘性減衰を付加すれば、加速度の増加を抑制しつつ応答変位を低減できる。なお、本実施形態の滑り免震機構ＡやＦＰＳでは変位の増加により鉛直変位が生じるため、ダンパーが水平から傾斜するが、ダンパー両端部のクレビスのスフェリカルによって角度変化に対応することができ、問題は生じない。
【００３８】
以上、本発明に係る滑り免震機構の一実施形態について説明したが、本発明は上記の一実施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。
【００３９】
例えば、中段摺動子７にガイド部を設けて、下段摺動子８と中段摺動子７がｙ軸周りに回転可能、ｘ軸周りに回転不能で、上段摺動子６と中段摺動子７がｘ軸周りに回転可能、ｙ軸周りに回転不能に係合するように構成してもよい。
【符号の説明】
【００４０】
１      上部構造体
２      上部案内部材（上沓、上部レール）
２ａ    滑り面
３      下部構造体
４      下部案内部材（下沓、下部レール）
４ａ    滑り面
５      摺動子
６      上段摺動子
６ａ    滑り面
６ｂ    滑り面
７      中段摺動子
７ａ    滑り面
７ｂ    滑り面
８      下段摺動子
８ａ    滑り面
８ｂ    滑り面
９      ガイド部
１０    ガイド部
１１    ガイド部
１２    ガイド部
Ａ      滑り免震機構
【図１】
2019070432.tif 000003
【図２】
2019070432.tif 000004
【図３】
2019070432.tif 000005
【図４】
2019070432.tif 000006
【図５】
2019070432.tif 000007
【図６】
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