(57)【要約】【課題】転動体と軌道板との摩耗や焼き付きを極力軽減し、良好な性能を長期間維持することが可能な荷重支持装置を提供する。【解決手段】荷重支持装置１０は、互いに相対移動可能に重ねて配置された上段軌道板２１、中段軌道板２２及び下段軌道板２３と、上段軌道板２１と中段軌道板２２との間で、矢印Ａの方向に転動可能に配置される複数の円柱状の第１転動体２４と、中段軌道板２２と下段軌道板２３との間で、矢印Ｂの方向に転動可能に配置される複数の円柱状の第２転動体２５と、を備える。第１転動体２４及び第２転動体２５は、それぞれ転動する矢印Ａ，Ｂの方向が鈍角ψをなすように互いに配置される。鈍角ψの２等分線Ｃは、建造物１と底盤１２の並進運動の方向に一致する。【選択図】図４
2008025618.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに相対移動可能に重ねて配置された第１軌道板、第２軌道板及び第３軌道板と、
前記第１軌道板と前記第２軌道板との間で、第１の方向に転動可能に配置される複数の円柱状の第１転動体と、
前記第２軌道板と前記第３軌道板との間で、第２の方向に転動可能に配置される複数の円柱状の第２転動体と、
を備え、
互いに並進運動が生じる、前記第１軌道板と接触可能な第１部材と前記第３軌道板と接触可能な第２部材間のアキシアル荷重を支持する荷重支持装置であって、
前記第１転動体及び第２転動体は、前記第１の方向と前記第２の方向が鈍角をなすように配置されており、
前記鈍角の２等分線は、前記第１部材と第２部材の並進運動の方向に一致することを特徴とする荷重支持装置。
【請求項２】
前記鈍角の２等分線は、前記第１部材と第２部材間の前記アキシアル荷重の最大位置における前記第１部材と第２部材の並進運動の方向に一致することを特徴とする請求項１に記載の荷重支持装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷重支持装置に関し、特に、建物や機械等の免震装置等に用いて好適な荷重支持装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、免震装置に組み込んで、建造物から基台に加わる荷重を支持しつつ、これら基台と建造物とが水平方向に相対変位するのを許容する荷重支持装置として、相対的に水平方向に移動可能な３つの軌道板間に円柱状の転動体を介在させた荷重支持装置が知られている（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００３】
この荷重支持装置は、各軌道板間に配置された転動体が、互いに直交する方向へ回動可能とされており、これら転動体が回動することにより、基台に対して建造物が相対変位可能とされている。
【特許文献１】特開平１０−２９２６６９号公報
【特許文献２】特開２００３−２５３９０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記荷重支持装置では、転動体と軌道板との転がり接触部で滑りが発生すると摩耗や焼き付きが引き起こされる。そして、転がり接触部にて摩耗が生じると、その摩耗の深さ分だけ装置の高さが減少し、荷重支持が十分に機能しなくなるおそれがあり、また、転がり接触部にて焼き付きが生じると、荷重支持装置による建造物の案内が良好に行われなくなってしまう。この転がり接触部における摩耗や焼き付きは、支持する荷重の分布に偏りがある場合、特に、荷重が大きい箇所にて顕著に生じる。
【０００５】
この発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、転動体と軌道板との摩耗や焼き付きを極力軽減し、良好な性能を長期間維持することが可能な荷重支持装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を有する。
（１）  互いに相対移動可能に重ねて配置された第１軌道板、第２軌道板及び第３軌道板と、
第１軌道板と第２軌道板との間で、第１の方向に転動可能に配置される複数の円柱状の第１転動体と、
第２軌道板と第３軌道板との間で、第２の方向に転動可能に配置される複数の円柱状の第２転動体と、
を備え、
互いに並進運動が生じる、第１軌道板と接触可能な第１部材と第３軌道板と接触可能な第２部材間のアキシアル荷重を支持する荷重支持装置であって、
第１転動体及び第２転動体は、第１の方向と第２の方向が鈍角をなすように配置されており、
鈍角の２等分線は、第１部材と第２部材の並進運動の方向に一致することを特徴とする荷重支持装置。
（２）  鈍角の２等分線は、第１部材と第２部材間のアキシアル荷重の最大位置における第１部材と第２部材の並進運動の方向に一致することを特徴とする請求項１に記載の荷重支持装置。
【０００７】
このように、第１転動体及び第２転動体は、第１の方向と第２の方向が鈍角をなすように配置されており、鈍角の２等分線は、第１部材と第２部材の並進運動の方向に一致するので、第１転動体及び第２転動体の転動方向を直交させた場合と比較して、第１転動体及び第２転動体の転動速度を高めることができる。
【０００８】
これにより、第１転動体と第１軌道板及び第２軌道板との接触箇所、第２転動体と第２軌道板及び第３軌道板との接触箇所において潤滑膜を形成されやすくすることができ、接触箇所における摩耗や焼き付きを大幅に抑えることができ、良好な性能を長期間維持することができる。
【０００９】
また、鈍角の２等分線は、第１部材と第２部材間のアキシアル荷重の最大位置における第１部材と第２部材の並進運動の方向に一致することが好ましい。これにより、この荷重支持装置を、例えば、建造物などの特に大きなアキシアル荷重が生じる箇所に配置することにより、建造物の免震効果をより高めることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の荷重支持装置によれば、転動体と軌道板との摩耗や焼き付きを極力軽減し、良好な性能を長期間維持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の一実施形態に係る荷重支持装置について図面を参照ながら説明する。
【００１２】
図１及び図２において、符号１は、例えば、鉄筋コンクリート造からなる直方体形状の建造物（第１部材）であり、この建造物１には、免震装置２が設けられている。免震装置２は、複数の荷重支持装置１０からなるもので、これら荷重支持装置１０が、地盤Ｇに打ち込まれた杭（図示略）上に設けられた基台である底盤（第２部材）１２と建造物１の底面との間に配置されて、建造物１のアキシアル荷重を支持している。
【００１３】
図３に示すように、荷重支持装置１０は、例えば、鋼板からなる上段軌道板（第１軌道板）２１、中段軌道板（第２軌道板）２２及び下段軌道板（第３軌道板）２３を有しており、これら上段軌道板２１、中段軌道板２２及び下段軌道板２３が互いに相対移動可能に上方側から重ねて配置されている。
【００１４】
上段軌道板２１と中段軌道板２２との間には、複数（本実施形態では、２列で４個ずつ）の円柱状の第１転動体２４が配設され、中段軌道板２２と下段軌道板２３との間には、複数（本実施形態では、２列で４個ずつ）の円柱状の第２転動体２５が配設されている。
【００１５】
従って、上段軌道板２１と中段軌道板２２とは、第１転動体２４の軸と直交する方向に沿う水平方向へ相対移動可能とされ、中段軌道板２２と下段軌道板２３とは、第２転動体２５の軸と直交する方向に沿う水平方向へ相対移動可能とされている。
【００１６】
なお、図３（ａ）には図示していないが、図３（ｂ）及び図３（ｃ）に示すように、上段軌道板２１と中段軌道板２２との間には、第１転動体２４を転動可能に保持するポケットを有する第１保持器２６が設けられ、中段軌道板２２と下段軌道板２３との間には、第２転動体２５を転動可能に保持するポケットを有する第２保持器２７が設けられている。また、上段軌道板２１と中段軌道板２２との間及び中段軌道板２２と下段軌道板２３との間には、潤滑剤が充填されている。
【００１７】
上記荷重支持装置１０では、図４に示すように、第１転動体２４が矢印Ａの方向（第１の方向）に転動可能とされ、第２転動体２５が矢印Ｂの方向（第２の方向）に転動可能とされている。また、第１転動体２４及び第２転動体２５は、矢印Ａ，Ｂの方向が直交することなく鈍角をなすように互いに交差して配置されており、鈍角ψは、１００〜１７０°とされている。また、第１転動体２４と第２転動体２５の転動方向がなす鈍角ψの２等分線Ｃは、地震発生時における底盤１２と建造物１の底面との相対変位方向と一致されている。
【００１８】
ここで、直方体形状の建造物１では、地震時の揺れは、平面視における短辺に沿う方向が大きくなる。これは、平面視が長方形である直方体形状の建築物１では、短辺方向が不安定になる傾向があるためである。
【００１９】
したがって、このような建造物１では、地震時における揺れの大きい短辺方向に沿って並進運動が生じ、この短辺方向に沿う方向にて底盤１２と建造物１の底面との相対変位が大きくなる。
【００２０】
上記荷重支持装置１０では、建造物１の短辺方向に沿って大きくなる並進運動方向に、第１転動体２４と第２転動体２５の転動方向Ａ、Ｂがなす鈍角ψの２等分線Ｃを一致させている。
【００２１】
このように、第１転動体２４と第２転動体２５の転動方向がなす鈍角ψの２等分線Ｃを一致させると、第１転動体２４と上段軌道板２１及び中段軌道板２２との接触箇所、第２転動体２５と中段軌道板２２及び下段軌道板２３との接触箇所における摩耗や焼き付きが軽減され、良好な性能を長期間維持することが可能となる。
【００２２】
以下に、その摩耗が低減される原理について説明する。
一般に、転動体と軌道板との接触箇所における摩耗量は、荷重と接触面のすべり距離の積に比例しているとされており、すべりが同じであれば荷重が最も大きい時が最も摩耗し易いとされている（山本雄二、兼田禎宏著「トライポロジー」理工学社、１９９８年、１８８〜１８９頁）。
【００２３】
ここで、接触箇所に油膜があれば、摩耗や焼き付きを抑えることが可能であるが、この油膜の形成は転動体の転がり速度により支配され、荷重にはあまり影響されない。これは、荷重の増加が接触面積の増加をもたらし、荷重増加による油膜厚さの減少を相殺するためである（山本雄二、兼田禎宏著「トライポロジー」理工学社、１９９８年、１１９〜１２１頁）。従って、荷重が大きい時でも、転動体の転がり速度を大きくすれば、摩耗を防ぐことができる。
【００２４】
ここで、図５に示すように、建造物１と底盤１２との相対的な速度ベクトルをＶ０、第１転動体２４の転動速度ベクトルをＶ１、第２転動体２５の転動速度ベクトルをＶ２と定義し、Ｖ１とＶ２のなす鈍角２α（ψ＝２α）の２等分線をＸ軸とし、Ｘ軸に直交し、かっ、Ｖ１とＶ２の同一平面上に存在する軸をＹ軸とすると、Ｖ０は、Ｙ軸とＶ０のなす角θを用い、ＸＹ座標系で次式にて表される。
【００２５】
Ｖ０＝（Ｖ０ｓｉｎθ，Ｖ０ｃｏｓθ）
【００２６】
さらに、Ｖ０ｓｉｎθとＶ０ｃｏｓθは、それぞれＸ軸とＶ１及びＶ２とのなす角αを用いて次式にて表される。
【００２７】
Ｖ０ｓｉｎθ＝（Ｖ１ｃｏｓα＋Ｖ２ｃｏｓα）
Ｖ０ｃｏｓθ＝（Ｖ１ｓｉｎα−Ｖ２ｓｉｎα）
【００２８】
図６は、αをパラメータとし、Ｖ０により無次元化したＶ１及びＶ２とＶ０の相関を示す。図６に示すように、αが７５°の場合、θが９０°あるいは２７０°にて、第１転動体２４と第２転動体２５の転動速度の絶対値の和（｜Ｖ１｜＋｜Ｖ２｜）が最大となり、また、αが４５°の場合と比較して、その転動速度が大きくなる。
【００２９】
従って、αを７５°とし、第１転動体２４と第２転動体２５の転動方向がなす鈍角ψの２等分線Ｃを、θ＝９０°、２７０°、即ち、建造物１と底盤１２との並進運動の方向に一致させた際に、第１転動体２４と第２転動体２５の転動速度の絶対値の和（｜Ｖ１｜＋｜Ｖ２｜）が最大となることが分かる。
【００３０】
このことより、接触面にて潤滑膜が形成されやすくなるため、第１転動体２４と上段軌道板２１及び中段軌道板２２との接触箇所、第２転動体２５と中段軌道板２２及び下段軌道板２３との接触箇所における摩耗が抑えられる。
【００３１】
ここで、図７は、Ｖ０を１としたときの第１転動体２４及び第２転動体２５の転動速度の絶対値の和の最大値と、第１転動体２４及び第２転動体２５がそれぞれ転動する矢印Ａ，Ｂによる鈍角ψ（ψ＝２α）の相関を示す。
【００３２】
図７に示すように、第１転動体２４と第２転動体２５の転動速度の絶対値の和の最大値と、第１転動体２４及び第２転動体２５の転動方向の鈍角ψとは、正の相関があることがわかる。つまり、第１転動体２４及び第２転動体２５の転動方向の鈍角ψが大きくなるにしがたい、第１転動体２４と第２転動体２５の転動速度の絶対値の和の最大値が大きくなる。
【００３３】
ここで、図８（ａ）に示すものは、第１転動体２４及び第２転勤体２５の転動方向が交差する角度を９０°としたものであり、図８（ｂ）に示すものは、第１転動体２４及び第２転勤体２５の転動方向が交差する角度を１３０°としたものである。
【００３４】
そして、これらを図８（ｃ）に示すように重ねて示すと、建造物１と底盤１２との相対移動距離がいずれも同じ距離Ｌ１であるとき、交差する角度が９０°の場合と交差する角度が１３０°の場合では、距離Ｌ２の分だけ転動距離に差が生じる。従って、建造物１と底盤１２とが同じ時間で同じ距離を相対移動する場合、交差する角度が大きな１３０°の場合の方が、転動距離が長くなることから、転がり速度Ｖ０も大きくなる。
【００３５】
従って、荷重がかかったときには、転がり速度Ｖ０が大きい方がより摩耗を防ぐことができることから、第１転動体２４及び第２転勤体２５の転動方向の交差する角度は、直角の９０°よりも鈍角の１３０°の方が摩耗を抑えることができる。
【００３６】
つまり、第１転動体２４及び第２転勤体２５の転動方向の鈍角ψの２等分線Ｃの方向と、建造物１と底盤１２との相対的な並進運動方向が一致し、第１転動体２４及び第２転勤体２５の転がり速度Ｖ０が最大となるときに、第１転動体２４と上段軌道板２１及び中段軌道板２２との接触箇所、第２転動体２５と中段軌道板２２及び下段軌道板２３との接触箇所における摩耗を軽減することが可能となる。
【００３７】
以上、説明したように、上記荷重支持装置１０によれば、第１転動体２４及び第２転動体２５は、それぞれ転動する矢印Ａ，Ｂの方向が鈍角ψをなすように互いに配置されており、鈍角ψの２等分線Ｃは、建造物１と底盤１２の並進運動の方向に一致するので、第１転動体２４及び第２転動体２５の転動方向を直交させた場合と比較して、第１転動体２４及び第２転動体２５の転動速度を高めることができる。
【００３８】
これにより、第１転動体２４と上段軌道板２１及び中段軌道板２２との接触箇所、第２転動体２５と中段軌道板２２及び下段軌道板２３との接触箇所において潤滑膜を形成されやすくすることができ、接触箇所における摩耗や焼き付きを大幅に抑えることができ、良好な性能を長期間維持することができる。
【００３９】
また、鈍角ψの２等分線Ｃは、建造物１と底盤１２のアキシアル荷重の最大位置における建造物１と底盤１２の並進運動の方向に一致することが好ましい。これにより、この荷重支持装置１０を、建造物１の特に大きなアキシアル荷重が生じる箇所に配置することにより、建造物１の免震効果をより高めることができる。
【００４０】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものでなく、適宜、変形、改良等が可能である。
また、上記実施形態では、荷重支持装置１０を建造物１に設けたが、この荷重支持装置１０は、荷重がかかる二つの部材間であれば建造物に限らずあらゆる箇所に用いて好適であるのは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本実施形態の荷重支持装置を設置して免震構造が施された建造物の側面図である。
【図２】本実施形態の荷重支持装置を設置して免震構造が施された建造物の平面図である。
【図３】（ａ）は、荷重支持装置の構成を説明する側面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＩ−Ｉ断面図であり、（ｃ）は、（ａ）のＩＩ−ＩＩ断面図である。
【図４】荷重支持装置における第１転動体及び第２転動体の配置を説明する図である。
【図５】摩耗低減原理を説明する図である。
【図６】摩耗低減原理を説明するグラフ図である。
【図７】摩耗低減原理を説明するグラフ図である。
【図８】（ａ）は、摩耗低減原理を説明する従来の転動体配置の概略平面図であり、（ｂ）は、摩耗低減原理を説明する本発明の転動体配置の概略平面図であり、（ｃ）は、従来と本発明の転動体配置を重ねて示す概略平面図である。
【符号の説明】
【００４２】
１  建造物（第１部材）
１０  荷重支持装置
１２  底盤（第２部材）
２１  上段軌道板（第１軌道板）
２２  中段軌道板（第２軌道板）
２３  下段軌道板（第３軌道板）
２４  第１転動体
２５  第２転動体
Ｃ  ２等分線
ψ  鈍角
【図１】
2008025618.tif 000003
【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】
2008025618.tif 000009
【図８】
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