(57)【要約】【課題】本発明は、上部構造物と下部構造物の間の絶縁性を高めることによって免震性能を向上させた免震滑り支承を提供する。【解決手段】建物３と基礎２の間に介在する免震滑り支承１は、建物３の下面３ａに固定された第１の滑り部４と、基礎２に固定されると共に第１の滑り部４の滑り面４ａ上で滑る第２の滑り部５と、滑り面４ａに超音波振動を与える第１〜第４の超音波振動子７ａ〜７ｄとを備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上部構造物と下部構造物との間に介在する建物の免震滑り支承において、
前記上部構造物及び前記下部構造物の何れか一方に固定された第１の滑り部と、
前記上部構造物及び前記下部構造物の他方に固定されると共に前記第１の滑り部の滑り面上で滑る第２の滑り部と、
前記滑り面に超音波振動を与える超音波振動子と、
を備えたことを特徴とする免震滑り支承。
【請求項２】
前記第２の滑り部の側面に固定される前記超音波振動子は、前記滑り面の近傍に設置されていることを特徴とする請求項１に記載の免震滑り支承。
【請求項３】
前記第２の滑り部は、ゴム部を介して前記上部構造物又は前記下部構造物に固定されており、
前記超音波振動子は、前記第２の滑り部と前記ゴム部との間に設置されていることを特徴とする請求項１に記載の免震滑り支承。
【請求項４】
前記第２の滑り部は、ゴム部を介して前記上部構造物又は前記下部構造物に固定されており、
前記ゴム部は、前記超音波振動子に上下から挟み込まれていることを特徴とする請求項１に記載の免震滑り支承。
【請求項５】
振動を電力に変換する振動発電手段を備え、
前記超音波振動子は、前記振動発電手段からの電力を受けて作動することを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の免震滑り支承。
【請求項６】
振動を検出する振動センサを備え、
前記超音波振動子は、前記振動センサが振動を検出したときに作動することを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の免震滑り支承。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、上部構造物と下部構造物の間に介在し、下部構造物から上部構造物に伝達される揺れを抑える免震滑り支承に関する。
【背景技術】
【０００２】
地震発生時における建物の揺れを抑えることによって、建物内における安全性を高める手段として免震構造が広く普及している。その免震構造の一つとして免震滑り支承が知られており、免震滑り支承は、地盤と建物との間の絶縁効果を高められる構造として近年利用が拡大している。免震滑り支承は、地盤及び建物のいずれか一方に設けられた滑り材が他方に設けられた滑り板上で滑る構造となっており、滑り板における滑り面の摩擦係数は０．０１〜０．１程度となっている。
【０００３】
また、免震滑り支承に関する技術として特開平９−２４２３８２号公報が知られている。この公報には、構造物の底部に積層ゴム支承と滑り支承とを配置した免震構造が開示されており、滑り支承は、構造物の底面に固定された金属板と、基礎の上面に固定された金属板とによって構成されている。基礎側の金属板は、二硫化モリブデンを介して構造物側の金属板に接触しており、構造物側の金属板に対して水平方向に滑るように配置されている。上記の二硫化モリブデンは、基礎側の金属板と構造物側の金属板とが固着することを防止する固着防止剤として機能する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−２４２３８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上部構造物と下部構造物の間の絶縁効果を高めて免震性能をより十分に発揮させるには、上述した滑り面の摩擦係数を０．０１よりも更に小さくすることが好ましい。また、上述したように、滑り支承と積層ゴム支承とを併用することによって、地震発生時における構造物の固有周期を長くすると共に構造物に付与される地震のエネルギーを低減させることは可能である。しかしながら、滑り支承では、基礎側の金属板と構造物側の金属板の間に働く摩擦力が未だ十分に低減できていない状態となっている。よって、上部構造物と下部構造物の間の絶縁性において改善の余地があり、免震性能を一層向上させることが求められている。
【０００６】
本発明は、上部構造物と下部構造物の間の絶縁性を高めることによって免震性能を向上させた免震滑り支承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】
【０００７】
本発明の免震滑り支承は、上部構造物と下部構造物との間に介在する建物の免震滑り支承において、上部構造物及び下部構造物の何れか一方に固定された第１の滑り部と、上部構造物及び下部構造物の他方に固定されると共に第１の滑り部の滑り面上で滑る第２の滑り部と、滑り面に超音波振動を与える超音波振動子と、を備えている。
【０００８】
第１の滑り部の滑り面に第２の滑り部を接触させた状態で滑り面に超音波振動を与えるとスクイーズ効果を発揮する。スクイーズ効果とは、対向する２面間に超音波振動を与えることによって２面間に形成された微小な隙間の圧力が高まる現象である。このスクイーズ効果によって、第１の滑り部と第２の滑り部との間で僅かに形成された隙間の圧力が高くなるので滑り面の摩擦係数が低減される。ここで、滑り面の摩擦係数を小さくする手法として、第１の滑り部と第２の滑り部の間に磁気浮上力を発生させることが考えられるが、建物を構成する上部構造物は非常に重いので、磁気浮上力を発生させるために必要なエネルギーは高いものとなる。これに対して、本発明では、スクイーズ効果で第１の滑り部と第２の滑り部との間の隙間の圧力を高めているだけなので、磁気浮上力を用いた場合と比較して必要なエネルギーを抑えることが可能となる。また、滑り面の摩擦係数を小さくすることによって、下部構造物の揺れに上部構造物が追従しにくくなっており、下部構造物に対する上部構造物の絶縁性が高まっている。従って、地震で下部構造物が激しく揺れても、上部構造物における揺れの応答加速度を低減させることができるので、免震性能を一層向上させることができる。
【０００９】
また、第２の滑り部の側面に固定される超音波振動子は、滑り面の近傍に設置されている。
超音波振動子を滑り面の近傍に設置すると、超音波振動を減衰させることなく滑り面に与えることができる。よって、超音波振動子に必要最小限の電力を供給すれば滑り面に対して超音波振動を十分に与えることができるので、超音波振動子に供給する電力を低減させることができる。また、第２の滑り部の側面に固定される超音波振動子は、既存の免震滑り支承に後から装着させることも可能である。
【００１０】
また、第２の滑り部は、ゴム部を介して上部構造物又は下部構造物に固定されており、超音波振動子は、第２の滑り部とゴム部との間に設置されている。
地震によって下部構造物が揺れたときに、ゴム部が揺れを吸収することによって上部構造物に伝達される振動エネルギーが小さくなり高い免震効果が発揮される。また、ゴム部と第２の滑り部との間に超音波振動子が設置されていると、滑り面上で移動する第２の滑り部を介して超音波振動を満遍なく滑り面に与えることができる。
【００１１】
また、第２の滑り部は、ゴム部を介して上部構造物又は下部構造物に固定されており、ゴム部は、超音波振動子に上下から挟み込まれている。
このような構成にあっては、第２の滑り部を介して滑り面に超音波振動が与えられるので、滑り面に与えられる超音波振動の減衰を抑えることができる。また、複数の超音波振動子でゴム部を挟み込む構造とすることにより、各々の超音波振動子に供給される電力を低減させることができる。
【００１２】
また、振動を電力に変換する振動発電手段を備え、超音波振動子は、振動発電手段からの電力を受けて作動する。
振動発電手段を備えることによって振動が電力に変換され、変換された電力を受けて超音波振動子が作動するので、地震発生時における適切なタイミングで超音波振動子を作動させることができる。また、振動発電手段によって、地震から得られた電力が超音波振動子に供給されるので、外部電源からの電力供給が不要となり省エネルギー化に寄与する。更に、地震発生時には地震によって電力インフラが使えなくなることがあるが、本発明では外部電源からの電力供給が不要となるので、電力インフラが使えなくなっても超音波振動子を作動させることが可能となる。
【００１３】
また、振動を検出する振動センサを備え、超音波振動子は、振動センサが振動を検出したときに作動する。
このように振動センサが振動を検出したときに超音波振動子が作動するので、適切なタイミングで超音波振動子を作動させることができる。また、地震発生時以外は超音波振動子が作動しないようにすることが可能となるので省エネルギー化に寄与する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、上部構造物と下部構造物の間の絶縁性を高めることによって免震性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る免震滑り支承の第１実施形態を示す断面図である。
【図２】建物の高さと揺れの応答加速度との関係を示すグラフである。
【図３】本発明に係る免震滑り支承の第２実施形態を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照しつつ本発明に係る免震滑り支承の好適な実施形態について詳細に説明する。
【００１７】
（第１実施形態）
図１に示されるように、免震滑り支承１は、地盤上に構築された基礎（下部構造物）２と、基礎２の上方に位置する鉄筋コンクリート造の建物（上部構造物）３との間の空間Ｓに介在する免震構造物であり、基礎２上で建物３を支持している。図１では１体の免震滑り支承１を示しているが、実際にはマトリクス状に配置された複数体の免震滑り支承１が建物３を支持している。免震滑り支承１は、建物３を構成する各柱の直下に配置されている。免震滑り支承１は、建物３の下面３ａに固定された円柱状の第１の滑り部４と、基礎２に積層ゴム（ゴム部）６を介して固定された円柱状の第２の滑り部５と、第１の滑り部４の滑り面４ａに超音波振動を与える第１〜第４の超音波振動子７ａ〜７ｄとを備えている。
【００１８】
基礎２には、免震滑り支承１を設置するための突起部２Ａが形成されている。突起部２Ａの上部には円柱状の積層ゴム６が固定され、積層ゴム６は、上下から第３及び第４の超音波振動子７ｃ，７ｄによって挟み込まれている。積層ゴム６の上部には、超音波振動子７ｃを介して第２の滑り部５が固定されており、第２の滑り部５における側面５ａの上端近傍には第２の超音波振動子７ｂが固定されている。第１の滑り部４は、第２の滑り部５上に載置された状態となっており、第１の滑り部４に対して第２の滑り部５が水平方向に滑ることにより建物３に対して基礎２が水平方向に相対移動可能となっている。第１の滑り部４における滑り面４ａの縁には第１の超音波振動子７ａが固定されている。第１及び第２の滑り部４，５は、テフロン（登録商標）等の低摩擦材料で構成されている。
【００１９】
超音波振動子７ａ〜７ｄは、それぞれ電極及び圧電体を有しており、電力供給部８から供給された電気信号を機械的な超音波振動に変換して出力する。ところで、建物３の重量は非常に大きいので建物３を支えながら滑り面４ａに有効な超音波振動を与えるためには相当の電力を超音波振動子７ａ〜７ｄに供給しなければならない。そこで、超音波振動子７ａ〜７ｄが出力する超音波振動の周波数を積層ゴム６の固有振動数と略同一にすると、滑り面４ａに有効な超音波振動を与えると共に超音波振動子７ａ〜７ｄに供給する電力を抑えることが可能となる。
【００２０】
電力供給部８は、信号線Ｌ１を介して超音波振動子７ａ〜７ｄのそれぞれと接続されており、超音波振動子７ａ〜７ｄに電気信号を出力することによって超音波振動子７ａ〜７ｄを作動させ、超音波振動子７ａ〜７ｄに超音波振動を出力させる。電力供給部８は、振動センサ８ａを内蔵しており、振動センサ８ａは水平方向への基礎２の振動を検出する。振動センサ８ａが基礎２の振動を検出すると、電力供給部８から各超音波振動子７ａ〜７ｄに電気信号が出力され、このタイミングで各超音波振動子７ａ〜７ｄが滑り面４ａに超音波振動を出力する。
【００２１】
次に、地震によって基礎２が揺れた場合における免震滑り支承１の動作について説明する。まず、基礎２における鉛直方向の揺れに対しては、積層ゴム６が上下に伸縮することによって揺れが吸収され、建物３に伝達される地震のエネルギーが低減される。また、基礎２における水平方向の揺れに対しては、振動センサ８ａが基礎２の振動を検出して電力供給部８が超音波振動子７ａ〜７ｄに電力を供給するので、超音波振動子７ａ〜７ｄから滑り面４ａに超音波振動が与えられる。この超音波振動によって滑り面４ａでスクイーズ効果を生じさせることにより第１の滑り部４と第２の滑り部５の間で働く摩擦力が低減されているので、地震発生時には、第２の滑り部５が滑り面４ａ上で水平方向に往復移動することとなる。
【００２２】
以上のように免震滑り支承１では、超音波振動子７ａ〜７ｄによって滑り面４ａに超音波振動が与えられると、スクイーズ効果によって、第１の滑り部４と第２の滑り部５の間で僅かに形成された隙間の圧力が高くなるので滑り面４ａの摩擦係数が低減される。また、摩擦係数を低減させるために磁気浮上力を用いると膨大なエネルギーを要することとなるが、免震滑り支承１では、スクイーズ効果によって隙間の圧力を高めているだけなので、第１の滑り部４を磁気浮上させる場合と比較して必要なエネルギーを抑えることが可能となる。更に、免震滑り支承１では、滑り面４ａの摩擦係数を小さくすることによって、基礎２の揺れに建物３が追従しにくくなっており、基礎２に対する建物３の絶縁性が高まっている。従って、地震で基礎２が激しく揺れても、建物３における揺れの応答加速度を低減させることができる。
【００２３】
図１及び図２に示されるように、基礎２の上面２ａに対する建物３の下面３ａの高さを高さＨとすると、超音波振動子７ａ〜７ｄを有する免震滑り支承１を用いた場合における揺れの応答加速度と高さとの関係はＲ１となり、超音波振動子７ａ〜７ｄを有しない従来の免震滑り支承を用いた場合における揺れの応答加速度と建物の高さとの関係はＲ２となる。図２のグラフに示されるように、免震滑り支承１を用いた場合における高さＨでの応答加速度Ａは、従来の免震滑り支承を用いた場合における高さＨでの応答加速度Ｂの半分以下となる。
【００２４】
また、免震滑り支承１では、超音波振動子７ａ〜７ｄによって滑り面４ａの摩擦係数μを０．００５程度にすることが可能となる。ここで、従来の免震滑り支承における滑り面の摩擦係数μは最小で０．０１５程度であるため、例えば下記の表１に示されるように、揺れの応答加速度を従来の半分程度にすることが可能となる。
【００２５】
なお、表１における告示Ａ〜告示Ｅは告示波の種類を示している。告示波は、告示された解放工学的基盤における加速度応答スペクトルに適合する地震波であって、表層地盤の増幅を考慮すると共に、過去の地震から得た位相データを用いて作成された地震波のデータを示している。告示Ａ〜告示Ｅにおける告示波は大地震を想定したものであり、各告示波の加速度は概ね５００Ｇａｌである。また、表１における摩擦係数μが０．００５である場合の応答加速度（３０Ｇａｌ程度）は震度３〜４程度の地震における加速度と概ね一致しており、大地震が発生しても応答加速度を著しく低減できることが分かる。
【００２６】
【表１】
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（応答加速度、単位はＧａｌ）
【００２７】
以上のように免震滑り支承１では、建物３における揺れの応答加速度を大幅に低減させることができるので、免震性能が格段に向上し建物の居住者への影響を極力低減させることができる。
【００２８】
また、第２の滑り部５の側面５ａに固定される超音波振動子７ｂは、滑り面４ａの近傍に設置されているので、超音波振動を減衰させることなく滑り面４ａに与えることができる。よって、超音波振動子７ｂに必要最小限の電力を供給すれば滑り面４ａに対して超音波振動を十分に与えることができるので、超音波振動子７ｂに供給する電力を低減させることができる。更に、第２の滑り部５の側面５ａに固定される超音波振動子７ｂは、既存の免震滑り支承に後から装着させることも可能である。
【００２９】
また、第２の滑り部５は、積層ゴム６を介して基礎２に固定されており、超音波振動子７ｃは、第２の滑り部５と積層ゴム６との間に設置されている。よって、地震によって基礎２が揺れたときに、積層ゴム６が揺れを吸収することによって建物３に伝達される振動エネルギーが小さくなり高い免震効果が得られる。更に、積層ゴム６と第２の滑り部５との間に超音波振動子７ｃが設置されているので、滑り面４ａ上で移動する第２の滑り部５を介して超音波振動を満遍なく滑り面４ａに与えることができる。
【００３０】
また、積層ゴム６は、第３及び第４の超音波振動子７ｃ，７ｄに上下から挟み込まれている。よって、第２の滑り部５を介して滑り面４ａに超音波振動が与えられるので、滑り面４ａに与えられる超音波振動の減衰を抑えることができる。更に、複数の超音波振動子７ｃ，７ｄで積層ゴム６を挟み込む構造とすることにより、各々の超音波振動子７ｃ，７ｄに供給される電力を低減させることができる。
【００３１】
また、免震滑り支承１では、振動センサ８ａが振動を検出したときに超音波振動子７ａ〜７ｄが作動するので、適切なタイミングで超音波振動子７ａ〜７ｄを作動させることができる。更に、地震発生時以外は超音波振動子７ａ〜７ｄが作動しないようにすることが可能となるので省エネルギー化に寄与する。
【００３２】
（第２実施形態）
図３に示されるように、第２実施形態の免震滑り支承１１が第１実施形態の免震滑り支承１と異なる点は、電力供給部８に代えて、振動発電手段１２と電力供給コントローラ１３とを用いた点のみである。以下では、第１実施形態と重複する部分について説明を省略する。
【００３３】
免震滑り支承１１では、基礎２と建物３が振動発電手段１２を介して接続されてる。振動発電手段１２は、基礎２の上面２ａに固定されて側面視直角三角形状となる第１のブラケット１２Ｂと、建物３の下面３ａに固定されて側面視直角三角形状となる第２のブラケット１２Ｃと、第１及び第２のブラケット１２Ｂ，１２Ｃ間で略水平方向に延在する電磁ダンパ１２Ａとを備えている。
【００３４】
電磁ダンパ１２Ａは、信号線Ｌ２を介して電力供給コントローラ１３に接続されている。電磁ダンパ１２Ａは、外筒と、内筒と、外筒の内周面に固定されたコイルと、内筒の外周面に固定された永久磁石とを備えている。電磁ダンパ１２Ａでは、内筒が外筒内でピストン運動することによってコイルに対して永久磁石が移動し、コイルの磁束が変化することによって電流が発生する。また、電磁ダンパ１２Ａでは、発生した電流に比例する減衰力を生じさせる。電磁ダンパ１２Ａは上記のピストン運動の速度に比例した電力を発生させるようになっており、ピストン運動の周期と電磁ダンパ１２Ａが発生した電力の周期とは略同一となっている。このように電磁ダンパ１２Ａは、地震発生時に発電機として機能し、電磁ダンパ１２Ａによって生じた電力は信号線Ｌ２を介して電力供給コントローラ１３に出力される。
【００３５】
電力供給コントローラ１３は、信号線Ｌ３を介して超音波振動子７ａ〜７ｄのそれぞれと接続されている。電力供給コントローラ１３は、電磁ダンパ１２Ａから入力された電力に対して周波数の変調を行い、変調された電気信号は信号線Ｌ３を介して各超音波振動子７ａ〜７ｄに供給される。このように超音波振動子７ａ〜７ｄに電気信号が供給されることによって超音波信号が滑り面４ａに出力される。
【００３６】
以上のように免震滑り支承１１では、超音波振動子７ａ〜７ｄによって滑り面４ａに超音波振動が与えられるので第１実施形態と同様の効果を奏する。また、免震滑り支承１１では、振動発電手段１２を備えることによって振動が電力に変換され、変換された電力を受けて超音波振動子７ａ〜７ｄが作動するので、地震発生時における適切なタイミングで超音波振動子７ａ〜７ｄを作動させることができる。
【００３７】
また、振動発電手段１２によって、地震から得られた電力が超音波振動子７ａ〜７ｄに供給されるので、外部電源からの電力供給が不要となり省エネルギー化に寄与する。更に、地震発生時には地震によって電力インフラが使えなくなることがあるが、免震滑り支承１１では外部電源からの電力供給が不要となるので、電力インフラが使えなくなっても超音波振動子７ａ〜７ｄを作動させることが可能となる。
【００３８】
また、免震滑り支承１１では、電磁ダンパ１２Ａを採用しており、電磁ダンパ１２Ａは、地震によるピストン運動で発電する。よって、地震波に応じた発電を行うことが可能となるので省エネルギー化に寄与する。更に、電磁ダンパ１２Ａは、ピストン運動で発生した電流に比例する減衰力を生じさせるので、この減衰力によって建物３に伝達される地震エネルギーを一層低減させることができる。
【００３９】
本発明は、上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、下記のような種々の変形が可能である。
【００４０】
例えば、上記実施形態では超音波振動子７ａ〜７ｄを備えていたが、超音波振動子の個数や配置は上記に限定されず、例えば超音波振動子７ａ〜７ｄのいずれか１個のみを備えていてもよい。
【００４１】
また、第１及び第２の滑り部４，５の材料は、建物３に求められる免震性能に応じて適宜変更可能である。更に、第１及び第２の滑り部４，５そのものを低摩擦材料で構成するのではなく、第１の滑り部４と第２の滑り部５の各接触面に鏡面仕上げを施してもよい。
【００４２】
また、第１の滑り部４が建物３の下面３ａに固定されており、積層ゴム６を介して第２の滑り部５が基礎２に固定されていたが、第１の滑り部４と第２の滑り部５の上下位置を逆にしてもよい。更に、第１及び第２の滑り部４，５と積層ゴム６は円柱状であったが、例えば角柱状等、別の形状であってもよい。
【００４３】
また、上記実施形態では、基礎２の揺れを吸収する免震ゴムとして積層ゴム６を用いたが、積層ゴム以外のゴムを免震ゴムとして用いることも可能である。
【００４４】
また、上記実施形態では、振動センサ８ａを有する電力供給部８からの電力で超音波振動子７ａ〜７ｄが作動していたが、外部電源によって超音波振動子７ａ〜７ｄを作動させてもよい。更に、上記実施形態では、振動発電手段として電磁ダンパ１２Ａを用いたが、振動エネルギーを電力エネルギーに変換可能なエネルギー変換装置であれば、電磁ダンパ以外のものを用いることが可能である。
【００４５】
また、上記実施形態では、複数の免震滑り支承１がマトリクス状となるように配置されたが、免震滑り支承１の配置方法はこれに限定されず、例えば、建物３の途中階に免震滑り支承が設けられていてもよい。更に、本発明に係る免震滑り支承は、積層ゴムを有しない免震滑り支承、又は橋梁構造物や鉄道構造物で用いられる免震滑り支承にも応用させることが可能である。
【符号の説明】
【００４６】
１，１１…免震滑り支承、２…基礎、３…建物（上部構造物）、４ａ…滑り面、４…第１の滑り部、５…第２の滑り部、６…積層ゴム（ゴム部）、７ａ〜７ｄ…超音波振動子、８…電力供給部、８ａ…振動センサ、１２…振動発電手段、１２Ａ…電磁ダンパ、１３…電力供給コントローラ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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