(57)【要約】      （修正有）【課題】  変形が起こり易い棒材やその結合部を含まない比較的簡単な構造の減衰装置を備えた免震装置を提供する。【解決手段】建築物を支持する上側架台２を、下側架台３上に複数の免震機構４を介して設置する。個々の免震機構４は、それぞれ外周部から中央部に至るに従って深くなる凹形状の上下の転動面５ａ，６ａ間に転動体７を介在させたものである。この免震装置において、上側架台２と下側架台３との間に減衰装置８を介在させる。この減衰装置８は、上下架台３に下向きに設けられたブレーキ皿９に、ブレーキパッド１０を下側架台３上から弾性体により押し付けたものである。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造物を支持する上側架台を、下側架台上に複数の免震機構を介して設置し、前記個々の免震機構は、それぞれ外周部から中央部に至るに従って深くなる凹形状の上下の転動面間に転動体を介在させたものである免震装置において、
前記上側架台と下側架台との間に減衰装置を介在させ、この減衰装置は、上下架台に下向きに設けられたブレーキ皿に、ブレーキパッドを下側架台上から弾性体により押し付けたものであることを特徴とする免震装置。
【請求項２】
請求項１において、前記減衰装置は、前記ブレーキ皿の前記ブレーキパッドを摺接させる摺動面が、中央部に至るに従って深くなる凹形状であり、前記ブレーキパッドが先細り形状であって、このブレーキパッドの平面寸法が前記ブレーキ皿の摺動面の一部の大きさである免震装置。
【請求項３】
請求項２において、前記ブレーキ皿の摺動面が、互いにテーパ角度の異なる複数の同心のテーパ面部分からなり、外周側のテーパ面部分のテーパ角度が内周側のテーパ面部分よりも急勾配である免震装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、建築物等の構造物を支持する上側架台を、下側架台上に複数の免震機構を介して設置し、上側架台と下側架台との間に減衰装置を介在させた免震装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
減衰装置を備えた免震装置としては、装置の移動量（変位量）による摩擦力増加機能を有した減衰装置を備える免震装置が例示される（例えば、特許文献１）。特許文献１に開示された免震装置は、上プレートに上皿を、下プレートに下皿を複数対向配置し、一組の上下皿間に配置されたボールで上プレートを支える構造としたものである。また、この免震装置に設置される減衰装置は、一個または複数個のガイドと、互いに直交して一体結合された案内棒からなり、ガイドと案内棒を摺接させることによって機能を奏するものである。この減衰装置では、ガイドと案内棒との摺接部に取付けられたパッドにより、摩擦力を調整し減衰特性を任意に設定できるようになされている。
【特許文献１】特開２００５−２０１２８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献１に開示された減衰装置においては、案内棒に用いられる棒材は細く、そのため減衰の際に大きな力を受けると弾性変形を起こし易い点が指摘される。また、案内棒は棒材を直交させて組み合わせたものであるため、摺接パッドが大きな摩擦力を受けた場合に、棒材同士の結合部から案内棒全体のゆがみを生じる恐れがある。さらに、案内棒の変形で、各摺接パッドの接触、つまり、発生する摩擦力が不均一になり、地震の横揺れを受けた時に、免震装置が不安定で危険な動きをすることも予想される。さらにまた、案内棒の弾性変形でガイドと案内棒との噛み込みを起こし、免震装置がロックされる恐れもある。このような不都合を回避するためには、摩擦力を受ける部分に長い棒やその結合部を含まない構造の減衰機構が待望されるところである。
【０００４】
この発明の目的は、変形が起こり易い棒材やその結合部を含まない比較的簡単な構造の減衰装置を備えた免震装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この発明の免震装置は、構造物を支持する上側架台を、下側架台上に複数の免震機構を介して設置し、前記個々の免震機構は、それぞれ外周部から中央部に至るに従って深くなる凹形状の上下の転動面間に転動体を介在させたものである免震装置において、前記上側架台と下側架台との間に減衰装置を介在させ、この減衰装置は、上側架台に下向きに設けられたブレーキ皿に、ブレーキパッドを下側架台上から弾性体により押し付けたものであることを特徴とする。
【０００６】
この構成の免震装置においては、地盤側となる下側架台上に、構造物を支持する上側架台が複数の免震機構を介して設置される。個々の免震機構には、それぞれ外周部から中央部に至るに従って深くなる凹形状の上下の転動面間に転動体が介在されているから、固定側の震動は、上下の転動面間での転動によって吸収され、上側架台およびその上に支持された建築物への震動伝達が緩和される。震動に伴う転動体の転動により上側架台が下側架台に対して水平方向へ相対移動する際、上下の転動面の上記凹形状によって、上側架台は垂直方向へも移動する。
また、減衰装置は、上側架台に下向きに設けられたブレーキ皿に、ブレーキパッドを下側架台上から弾性体により押し付けた構成であるため、上記上側架台の水平方向への相対移動に伴い弾性体のブレーキ皿に対する弾性押し付け力が変化し、これによって震動の減衰がなされる。
【０００７】
この発明において、前記減衰装置は、前記ブレーキ皿の前記ブレーキパッドを摺接させる摺動面が、中央部に至るに従って深くなる凹形状であり、前記ブレーキパッドが先細り形状であって、このブレーキパッドの平面寸法が前記ブレーキ皿の摺動面の一部の大きさであるものとしても良い。この構成によると、ブレーキ皿の前記ブレーキパッドを摺接させる摺動面が、中央部に至るに従って深くなる凹形状とされているから、上側架台が水平方向へ相対移動しブレーキパッドの摺動面に対する摺接位置が変化するに伴い、ブレーキパッドの摺動面に作用する弾性復元力が変化し、この弾性復元力によるブレーキ摩擦力によって震動の減衰が効果的になされる。特に、水平方向の移動量が大きい場合は、ブレーキ皿の中央部から遠い凹形状の浅い部分にまでブレーキパッドの摺接範囲が及ぶから、弾性復元力が大きくなって減衰作用がより強くなる。ブレーキパッドは、先細り形状であって平面寸法が前記ブレーキ皿の摺動面の一部の大きさとされているから、ブレーキパッドのブレーキ皿に対する摺動が円滑になされると共に、その摺動範囲も広く確保され、減衰機能が確実に得られる。
【０００８】
この発明において、前記ブレーキ皿の摺動面が、互いにテーパ角度の異なる複数の同心のテーパ面部分からなり、外周側のテーパ面部分のテーパ角度が内周側のテーパ面部分よりも急勾配であるものとしても良い。この構成によると、外周側のテーパ面部分のテーパ角度が内周側のテーパ面部分よりも急勾配とされているから、水平方向の移動量が大きく、ブレーキ皿の中央部から遠い凹形状の浅い部分にまでブレーキパッドの摺接範囲が及ぶ場合に、この急勾配部分で上記弾性復元力が急激に大きくなり、そのブレーキ摩擦力により減衰作用がより顕著となる。したがって、地震の揺れが大きくなる程、ブレーキ摩擦力が大きくなり、装置の過大な変位を抑制することができる。
【発明の効果】
【０００９】
この発明の免震装置は、構造物を支持する上側架台を、下側架台上に複数の免震機構を介して設置し、前記個々の免震機構は、それぞれ外周部から中央部に至るに従って深くなる凹形状の上下の転動面間に転動体を介在させたものである免震装置において、前記上側架台と下側架台との間に減衰装置を介在させ、この減衰装置は、上下架台に下向きに設けられたブレーキ皿に、ブレーキパッドを下側架台上から弾性体により押し付けたものとしたため、変形が起こり易い棒材やその結合部を含まない比較的簡単な構造の減衰装置を備えた免震装置とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
この発明の免震装置の一実施形態を図１ないし図５と共に説明する。図１，図２に示すように、この免震装置１は、建築物等の構造物（図示せず）を支持する上側架台２が、下側架台３上に複数の免震機構４（図示では４個）を介して設置されている。
個々の免震機構４は、上側架台２の下面および下側架台３の上面に対向関係で固定される上下の支承皿５，６と、両支承皿５，６の対向する皿面である転動面５ａ，６ａ間に介在された鋼球からなる転動体７とより構成されている。各転動面５ａ，６ａは、いずれも外周部から中央部に至るに従って深くなる円錐凹形状とされている。４個の免震機構４は、方形の上下架台２，３のほぼ対角位置に配置されており、その対角線の交差する位置に減衰装置８が介在されている。
【００１１】
減衰装置８は、上側架台２に下向きに設けられたブレーキ皿９に、ブレーキパッド１０を下側架台３上から弾性体１１（図４参照）により押し付けるよう構成されている。ブレーキ皿９の皿面は、ブレーキパッド１０を摺接させる摺動面９Ａとされる。この摺動面９Ａは、中央部に至るに従って深くなる凹形状であり、互いにテーパ角度の異なる複数の同心のテーパ面部分９Ａａ，９Ａｂからなる。外周側のテーパ面部分９Ａａのテーパ角度は内周側のテーパ面部分９Ａｂよりも急勾配とされている。
【００１２】
ブレーキパッド１０は、ゴム等の弾性摩擦部材からなり、先細り形状であって、平面寸法Ｄがブレーキ皿９の摺動面９Ａの一部の大きさとされている。弾性体１１は圧縮コイルスプリングからなり、ベースプレート８ａ上に固定されたガイド円筒８ｂ内に縦向きに収納されている。上記ブレーキパッド１０は、この弾性体１１の上端に取付けられ、上向き付勢状態とされている。このブレーキパッド１０の下半部はガイド円筒８ｂに嵌挿され、その外周部分がガイド円筒８ｂの内周面に対し軸方向に沿って摺動可能とされている。
【００１３】
上記構成の免震装置１を用いた建築物の免震構造においては、固定側となる地盤側に下側架台３が設置され、上側架台２上には建築物等の構造物（図示せず）が支持される。固定側が地震等によって震動した時、上下の支承皿５，６の転動面５ａ，６ａ間で転動体７が転動することによって震動が吸収され、上側架台２およびその上に支持された建築物に震動が伝達されることが緩和される。この転動は２次元的になされるから、固定側のあらゆる方向の震動に対応してその吸収がなされ、この免震装置１に支持される建築物に対して優れた免震性が付与される。転動体７の、支承皿５，６間での転動は、その対向する凹形状の転動面５ａ，６ａ間でなされるから、転動体７と凹形状の転動面５ａ，６ａとの相互作用によって、上側支承皿５は下側支承皿６に対して水平方向に相対移動すると共に上下方向にも移動する。
【００１４】
減衰装置８は、震動のない状態である常時は、図４に示すようにブレーキパッド１０の中心がブレーキ皿９の中心とほぼ合致する位置（原点位置）とされる。震動に伴う上側架台２の相対移動に伴い、図５（Ａ）（Ｂ）に示すようにブレーキ皿９がブレーキパッド１０に対して水平方向に相対移動し、上下方向にも移動する。図５（Ａ）は、水平方向の移動量が小さい状態であり、ブレーキパッド１０の上端先細り部が、ブレーキ皿９のテーパ面部分とされた摺動面９Ａの内周側テーパ面部分９Ａｂに弾性摺接している。この状態では、ブレーキパッド１０の弾性体１１による弾性復元力が弱く、かつテーパ面部分９Ａｂのテーパ角度が小さいので弾性体収縮量（弾性体１１の圧縮量）が小さく、ブレーキパッド１０の摺動面９Ａに対する弾性摺接によるブレーキ摩擦力が小さく作用する。
【００１５】
図５（Ｂ）は、水平方向の移動量が大きい状態であり、ブレーキパッド１０の上端先細り部が、ブレーキ皿９のテーパ面部分とされた摺動面９Ａの外周側テーパ面部分９Ａａに弾性摺接している状態である。この状態では、ブレーキパッド１０の弾性体１１による弾発力が強く、かつテーパ面部分９Ａａのテーパ角度が大きいので弾性体収縮量が大きく、ブレーキパッド１０の摺動面９Ａに対する弾性摺接によるブレーキ摩擦力が大きく作用する。したがって、揺れが大きく上側架台２の水平方向の相対移動量が大きい程、減衰装置８の減衰作用がより強く生じ、上側架台２の過大変位が抑制される。
【００１６】
この実施形態の減衰装置８は、様々な免震装置の免震機構に対応するため、また上側架台２の下側架台３に対する相対移動量の増加につれてブレーキ摩擦力を大きくし、過大変位を抑制するため、ブレーキ皿９の摺動面９Ａをテーパ面部分９Ａａ，９Ａｂで構成している。この実施形態の免震装置１においては、地震時に上側架台２が下側架台３に対して水平方向に相対移動した時、同時に垂直方向へも移動する。この２方向移動量の関係は、主に免震機構４の構造で決まる。ブレーキ皿９における摺動面９Ａのテーパ面構造は、この垂直方向移動によってブレーキ皿９がベースプレート８ａから遠ざかる距離を相殺し、弾性体収縮量（つまりブレーキ摩擦力）の減少を防ぐ役割を果たす。また、上記２方向移動量の関係をもとに、テーパ角度変化を連続的に設定して摺動面９Ａを球面状にしたり、テーパ角度を付けなかったりすることで、様々な構造の免震機構４に対応し、上側架台２が水平方向に相対移動しても摩擦ブレーキ力を低下させないようにすることができる。
【００１７】
また、テーパ角度を大きくすることで、上側架台２の水平方向の相対移動量に比例するように弾性体収縮量を増加させることができる。これにより、上側架台２の大きな水平方向移動に対して強いブレーキ力を作用させ、過大変位を抑制することができる。テーパ角度を連続的に変化させて摺動面９Ａを球面状にすることも可能であり、摺動面９Ａの形状により摩擦ブレーキ力変化を任意に設定することができる。以上より、このブレーキ皿９は、免震機構４の形式（転動面５ａ，６ａが球面状やすり鉢形で転動体７の転動によって上側架台２が相対的な水平移動に伴い垂直方向に移動するタイプの他、垂直移動を伴わないタイプ）に対応し、個々の免震装置の減衰特性を任意に設定することが可能である。
【実施例】
【００１８】
表１は図３、図４の各部の寸法・特性を示す。このような寸法・特性の免震機構４および減衰装置８を組み込み、図１および図２のような構成の免震装置１を組立てた。なお、表１において、ブレーキ機構部寸法ｈ1は、ガイド円筒８ｂ、ブレーキパッド１０、および弾性体１１を組立てた状態における、ベースプレート８ａの上面からブレーキパッド１０の先端までの寸法である。
【００１９】
【表１】
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【００２０】
上記免震装置１における、減衰装置８の相対変位と摩擦力の関係を図６に示す。図６に示すように、上側架台２の下側架台３に対する水平方向の相対変位量が０．０９ｍまではブレーキ摩擦力が一定で、相対変位量が０．０９ｍを超えると変位量の増加に合わせてブレーキ摩擦力が増大していることが理解される。これは、テーパ面部分９Ａｂのテーパ角度βを支承皿５，６の転動面５ａ，６ａのテーパ角度θと等しくし、テーパ面部分９Ａａのテーパ角度αをこれらより大きくしたからである。すなわち、上側架台２の下側架台３に対する水平方向の相対変位量が０．０９ｍの範囲では、θ＝βであるから、上側架台２の水平移動に伴う垂直方向への移動がブレーキパッド１０の弾性収縮を相殺し、これによりブレーキパッド１０によるブレーキ摩擦力が一定となる。また、この変位量が０．０９ｍを超えると、テーパ面部分９Ａａのテーパ角度αがテーパ面部分９Ａｂのテーパ角度βより大きいから、弾性体１１の収縮量が増加し、これによりブレーキパッド１０によるブレーキ摩擦力が変位に伴い大きくなる。このように、ブレーキ皿９の寸法、テーパ面部分９Ａａ，９Ａｂの径および角度等の適宜設定により、免震機構４の構造に対応した減衰特性を任意に設定することができる。
【００２１】
減衰装置８の個数は、免震対象の体積や重量によって適宜定められる。また、ブレーキの摩擦係数は、ブレーキパッド１０と摺動面９Ａの材質により任意に設定することができる。ブレーキパッド１０を押上げ付勢する弾性体１１としては図示のような弾性体に限定されるものではない。この実施例での摩擦係数は、０．５９である。弾性体１１は、そのばね定数を変えることによって適正な摩擦力の設定がなされる。
【００２２】
上記構成の免震装置１による免震効果確認試験の結果を図７（Ａ）（Ｂ）に示す。図７（Ａ）（Ｂ）は、地震波再現装置で免震装置１に地震波を加えたときの応答加速度の標準偏差を示している。ここに、入力加速度は地震波再現装置の加速度、応答加速度は免震装置１上に乗せられた免震対象を模した棚に発生した加速度、免震無し応答加速度は免震装置を用いないで地震を再現した際にこの棚に発生した加速度を示す。上側架台２と棚との合計重量を８０ｋｇとした。図７（Ａ）は再現した地震波の南北成分を示し、図７（Ｂ）は再現した地震波の東西成分を示している。また、図における各地名は、以下の地震の再現に対応する。
兵庫県南部地震（神戸）×１／２、
新潟県中越地震（小千谷）×１／２、
宮城県沖地震（築館）、
福岡県西方沖地震（唐津）、
【００２３】
図７（Ａ）（Ｂ）に示されるように、上記免震装置１を用いると応答加速度が小さくなり、また免震装置を用いない場合は応答加速度が大幅に増幅されており、免震装置１による免震効果が顕著であることが理解される。
【００２４】
図８（Ａ）（Ｂ）は、免震装置１の上側架台２の自由震動時の動きを示しており、（Ａ）は減衰装置８が無しの場合を、（Ｂ）は減衰装置８が有の場合を示している。この図で示されるように、減衰装置８を有している場合は、地震後速やかに原点復帰することが理解される。
【００２５】
地震の揺れは、水平方向面内で免震装置１設置面積内を中心とした回転運動とはなり得ない。そのため、免震装置１の上側部分である上側架台２が、下側部分である下側架台３に対して水平面内で相対的に起こすねじれ運動の規模は小さいと言える。さらに、減衰装置８と複数の免震機構４を用いた免震装置１においては、上記のような揺れ方を合わせて考えると、上側架台２の下側架台３に対する水平面内でのねじれ運動は大きくならないと考えられる。したがって、前記従来技術のような案内棒等がなくても、減衰装置８の減衰効果によりねじれ運動は概ね抑制でき、水平面内での姿勢を維持することができる。
【００２６】
なお、ブレーキ皿９の摺動面９Ａの形状、ブレーキパッド１０の材質（ブレーキ皿９およびブレーキパッド１０間の摩擦係数）、弾性体（ばね定数）等は実施例に限定されず、これらの適宜選定により、免震機構４の構造等に応じて任意に設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】この発明の免震装置の一実施形態を示す平面図である。
【図２】図１におけるII−II線矢視断面図である。
【図３】同実施形態に用いられる免震機構の拡大断面図である。
【図４】同実施形態に用いられる減衰装置の拡大断面図である。
【図５】（Ａ）（Ｂ）は同減衰装置の動作状態を示す図である。
【図６】同減衰装置における水平方向変位とブレーキ摩擦力の関係を示す図である。
【図７】（Ａ）（Ｂ）は同実施形態における免震効果確認試験結果を示す図である。
【図８】（Ａ）（Ｂ）は同実施形態における上側架台の自由振動時の動きを示す図である。
【符号の説明】
【００２８】
１…免震装置
２…上側架台
３…下側架台
４…免震機構
５…上側支承皿
５ａ…転動面
６…下側支承皿
６ａ…転動面
７…転動体
８…減衰装置
９…ブレーキ皿
９Ａ…摺動面（テーパ面部分）
９Ａａ…外周側のテーパ面部分
９Ａｂ…内周側のテーパ面部分
１０…ブレーキパッド
１１…弾性体
【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６】
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【図７】
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【図８】
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