(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ローラと、このローラを間にして上下方向に関して互いに対面して配されていると共に当該ローラが接触して転動する上下接触転動面と、この上下接触転動面間でのローラの転動方向を一定にするように案内する案内手段とを有していると共に、上接触転動面に付加される鉛直荷重をローラを介して支持するローラ支持機構を具備しており、案内手段は、ローラの各端に連結された可動係合部材と、この可動係合部材の夫々が係合する固定係合部材と、上下接触転動面及びローラのうちの少なくとも一方の弾性変形、塑性変形又は撓み変形に起因して可動係合部材の夫々と固定係合部材の夫々との係合部位に生じる鉛直方向力の大きさに対応して弾性的に変形する弾性部材とを具備しており、各弾性部材は、可動係合部材と固定係合部材との係合部位に生じる鉛直方向力を固定係合部材を介して受容して当該鉛直方向の大きさに対応して弾性的に変形するように、ローラの端においてローラの転動方向に沿って設けられているローラ免震装置。
【請求項２】
可動係合部材は、ローラの各端に連結されたピニオンを具備しており、固定係合部材は、ピニオンに噛合うラックを具備している請求項１に記載のローラ免震装置。
【請求項３】
ローラの転動方向が互いに直交するようにして複数のローラ支持機構を積層してなる請求項１又は２に記載のローラ免震装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ローラ（転動体）を用いて、地震、交通振動等の振動を建築物等の構造物に伝達させないようにしたローラ免震装置に関する。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
ローラ免震装置は、通常、ローラと、このローラを間にして上下方向に関して互いに対面して配されていると共に当該ローラが接触して転動する上下接触転動面とを有していると共に、上接触転動面に付加される鉛直荷重をローラを介して支持するローラ支持機構を具備しており、下接触転動面が基礎等の地盤側に固定される一方、上接触転動面が建物等の構造物側に固定されて用いられ、例えば地震による地盤の横揺れに基づく下接触転動面の水平振動をローラの転動により上接触転動面に伝達しないようにして、而して構造物の免震を図るようにしたものである。
【０００３】
斯かるローラ免震装置では、上下接触転動面間に配されたローラが所定方向に転動するように案内機構が設けられるのであるが、この案内機構の一つとして、ピニオン及びこのピニオンに噛合うラックをもって構成する場合には、ローラの転動方向に対する案内と共にローラの位置決めをも行い得て、きわめて好ましいのであるが、斯かるピニオンとラックとからなる案内機構では、ローラの転動が滑らかに行われるべく、所謂歯車の噛合い理論に基づいて設計された噛合い部が用いられる。
【０００４】
ところで、上下接触転動面間に配されたローラは、上下接触転動面に対して略線接触するのであるが、斯かる線接触部位においては、支持する構造物荷重との関連でローラ及び上下接触転動面のうちの少なくとも一方に弾性変形、場合により塑性変形が生じて、上下接触転動面間距離、ローラの軸心位置等に変位が生じ得る場合がある。
【０００５】
上下接触転動面間距離、ローラの軸心位置等に変位が生じると、これらが正規の位置をもつものとして設計されたピニオンとラックとの噛合い部においても変動が生じて、その噛合いが所謂歯車の噛合い理論に基づかなくなり、ピニオンがラックの歯にきつく噛みついて、ローラの転動が滑らかに行われなくなる虞がある。ローラ、上下接触転動面等の弾性変形、塑性変形を考慮してピニオンとラックとの噛合いを十分な隙間をもって予め緩くすると、ピニオンの歯がラックの歯に乗り上げたりして、結局、歯の折損等を惹起させたり、正確なローラの位置決めをも行い得なくなる虞がある。
【０００６】
なお、上記のような問題は、ローラの大きな移動において上接触転動面に変形（撓み変形）が生じる場合にも生じ、更には、ピニオンとラックとの組合せの案内機構に限って生じるものではなく、ローラの位置決め機能をもたない直動体とこの直動体がローラの転動方向に関して摺動自在に噛合うレールとの組合せの案内機構でも生じ得るのである。
【０００７】
本発明は、前記諸点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、ローラ、上下接触転動面等の弾性変形、塑性変形、撓み変形が生じても、ローラの転動を滑らかに行わせることができるローラ免震装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の第一の態様のローラ免震装置は、ローラと、このローラを間にして上下方向に関して互いに対面して配されていると共に当該ローラが接触して転動する上下接触転動面と、この上下接触転動面間でのローラの転動方向を一定にするように案内する案内手段とを有していると共に、上接触転動面に付加される鉛直荷重をローラを介して支持するローラ支持機構を具備しており、ここで、案内手段は、ローラに連結された可動係合部材と、この可動係合部材が係合する固定係合部材と、上下接触転動面及びローラのうちの少なくとも一方の弾性変形、塑性変形又は撓み変形に起因して可動係合部材と固定係合部材との係合部位に生じる鉛直方向力の大きさに対応して弾性的に変形する弾性部材とを具備している。
【０００９】
第一の態様のローラ免震装置では、ローラの転動方向を一定にするように案内する案内手段が上下接触転動面及びローラのうちの少なくとも一方の弾性変形、塑性変形又は撓み変形に起因して可動係合部材と固定係合部材との係合部位に生じる鉛直方向力の大きさに対応して弾性的に変形する弾性部材を具備しているために、仮に、上下接触転動面及びローラのうちの少なくとも一方に弾性変形、塑性変形又は撓み変形が生じて、可動係合部材と固定係合部材との係合部位に生じる鉛直方向力が大きくなっても、弾性部材が変形して可動係合部材に対して固定係合部材が逃げて係合部位での噛み付き等の現象をなくし得て、ローラの滑らかな転動を確保できる。
【００１０】
本発明のローラ免震装置においは、その第二の態様のローラ免震装置のように、可動係合部材は、ローラに連結されたピニオンを具備しており、固定係合部材は、ピニオンに噛合うラックを具備していてもよく、斯かるピニオンとラックとを具備して案内手段を構成すると、ローラの転動を滑らかに行わせることができる上に、ローラを常に上下接触転動面の所定位置で転動させることができ、上下接触転動面に対してローラが初期設定位置からずれることがない。
【００１１】
なお、案内手段は、可動係合部材としてローラに連結されたスライダと、固定係合部材としてスライダが直動自在に嵌合するレールとを具備して構成されていてもよい。
【００１２】
本発明のローラ免震装置ではその第三の態様のローラ免震装置のように、ローラの転動方向が互いに直交するようにして複数のローラ支持機構を積層してなっていてもよく、斯かるローラ免震装置によれば、水平面内の全方向の振動に対して構造物を免震できる。
【００１３】
本発明の好ましい例のローラ免震装置は、上下接触転動面と固定係合部材とを支持する基台を有しており、ここで、弾性部材は、基台と固定係合部材との間に配されており、弾性部材は、上下接触転動面及びローラのうちの少なくとも一方の変形に基づく可動係合部材の基台に対する相対的な鉛直方向の変位に対応して弾性的に変形するようになっている。
【００１４】
また本発明の好ましい例のローラ免震装置では、上下接触転動面は平坦面からなっており、この場合には、免震動作後に下接触転動面に対して上接触転動面を原点位置に復帰させる原点復帰機構、例えば積層ゴム免震装置等を付加することが好ましいが、本発明は、これに限定されず上下接触転動面を凹面としてもよく、斯かる凹面からなる上下接触転動面間にローラを介在させると、免震動作後に下接触転動面に対して上接触転動面を原点位置に復帰させることができ、特に、原点復帰機構を必要としない。
【００１５】
本発明に用いるローラは、上下接触転動面間当たりに少なくとも一個でよいが、複数個用いると大きな荷重を受けることができて好ましい。
【００１６】
次に本発明及びその実施の形態を、図に示す好ましい例に基づいて更に詳細に説明する。なお、本発明はこれら例に何等限定されないのである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１から図３において、本例のローラ免震装置１は、下基台２と、中間基台３と、上基台４と、下基台２と中間基台３との間に、下基台２に対して中間基台３を水平面内において一つの方向、すなわちＸ方向に移動自在に支持するローラ支持機構５と、中間基台３と上基台４との間に、中間基台３に対して上基台４を水平面内において他の一つの方向、すなわちＸ方向に直交するＹ方向に移動自在に支持するローラ支持機構５ａとを具備している。
【００１８】
下基台２は、その下面１０でアンカーボルト１１により基礎１２に固定されており、下基台２の上面１３には、ボルト１４及び取付金具１５により平坦な上面を有した鋼板１６が固着されており、中間基台３は、下基台２と上基台４との間にＸ及びＹ方向に可動に配されており、中間基台３の下面１７には、鋼板１６と同様に、ボルト１８及び取付金具１９により平坦な下面を有した鋼板２０が固着されており、中間基台３の上面２１には、同じく鋼板１６と同様に、ボルト２２及び取付金具２３により平坦な上面を有した鋼板２４が固着されており、上基台４の上面２５には、構造物としてのビル等の建物２６が載置されてボルト２７により固定されており、上基台４の下面２８には、同じく鋼板１６と同様に、ボルト２９及び取付金具３０により平坦な下面を有した鋼板３１が固着されている。
【００１９】
ローラ支持機構５に対して上に積層されたローラ支持機構５ａでは、ローラ支持機構５の下基台２及び中間基台３の夫々に相当するものが中間基台３及び上基台４となり、ローラ４１ａの転動方向Ｙがローラ支持機構５のローラ４１の転動方向Ｘに対して直交するようになっている以外は、ローラ支持機構５と実質的に同様に構成されているので、以下、ローラ支持機構５について詳細に説明し、ローラ支持機構５ａついては、対応する構成について同じ数字符号にａを付して必要に応じて説明する。
【００２０】
ローラ支持機構５は、一対のローラ４１と、ローラ４１を間にして上下方向に関して互いに対面して配されていると共に当該ローラ４１が接触してＸ方向に転動する平坦な上下接触転動面４２及び４３と、上下接触転動面４２及び４３間でのローラ４１の転動方向Ｘを一定にするように案内する案内手段４４とを有して、上接触転動面４２に付加される鉛直方向Ｚの荷重、すなわち鉛直荷重をローラ４１を介して支持するようになっている。
【００２１】
Ｙ方向に長く伸びる一対の円柱状のローラ４１は、その両端で互いに後述の連結板５１により連結されており、下接触転動面４３は、鋼板１６の平坦な上面からなり、上接触転動面４２は、鋼板２０の平坦な下面からなる。
【００２２】
案内手段４４は、ローラ４１の夫々の両端に連結された可動係合部材としてのピニオン５２と、ピニオン５２が噛合って係合する固定係合部材としてのラック５３及び５４と、ピニオン５２と当該ピニオン５２に噛合う歯を有したラック５３及び５４との係合部位である噛合い部位６２及び６３に生じる鉛直方向力（荷重方向又は鉛直方向）、すなわちＺ方向の鉛直荷重の大きさに対応して弾性的に変形するゴム板等からなる弾性部材５５及び５６とを具備している。
【００２３】
各ピニオン５２は、本例ではローラ４１の一端に固着されて連結されているが、これに代えて、ローラ４１の回転と独立に回転できるように、ローラ４１の一端に軸心６４を中心としてＲ方向に回転自在となるように軸を介して連結されていてもよい。
【００２４】
連結板５１は、軸５７を介してピニオン５２に相対的に回転自在に取付けられており、連結板５１により一対のローラ４１間の間隔が一定になるように保持されている。
【００２５】
Ｘ方向に長く伸びて、鋼板１６のＹ方向の両端に配されたラック５３及び弾性部材５５は、ねじ５８及び取付具５９により下基台２の上面１３に固着されており、同じくＸ方向に長く伸びて、鋼板２０のＹ方向の両端に配されたラック５４及び弾性部材５６は、ねじ６０及び取付具６１により中間基台３の下面１７に固着されている。
【００２６】
以上のローラ支持機構５及び５ａを有したローラ免震装置１では、地震が生じて基礎１２が例えばＹ方向に振動すると、ローラ４１ａが上下接触転動面４２ａ及び４３ａに接触してＹ方向に転動して、図４に示すように、建物２６を載置した上基台４が基礎１２に対して相対的にＹ方向に移動されて、地震振動が建物２６に伝達しないようにして免震を行う。地震による基礎１２のＸ方向の振動でも、同様であって、中間基台３が基礎１２に対して相対的にＸ方向に移動されて、地震振動が中間基台３を介して建物２６に伝達しないようにして免震を行う。
【００２７】
そしてローラ免震装置１では、ローラ４１が上下接触転動面４２及び４３に接触してＸ方向に転動する際には、ピニオン５２もラック５３及び５４に噛合いながらＸ方向に転動する結果、ローラ４１の転動方向Ｘに対する案内がなされると共に、ローラ４１を常に上下接触転動面４２及び４３の所定位置で転動させることができ、上下接触転動面４２及び４３に対してローラ４１が初期設定位置からずれることがない。
【００２８】
加えて、ローラ免震装置１では、ローラ４１の転動方向Ｘを一定にするように案内する案内手段４４がピニオン５２とラック５３及び５４との噛合い部位６２及び６３に生じる鉛直方向力の大きさに対応して弾性的に変形する弾性部材５５及び５６を具備しているために、仮に、上下接触転動面４２及び４３並びにローラ４１のうちの少なくとも一方に弾性変形、塑性変形が生じて又はローラ４１のＸ方向の大きな移動において中間基台３に変形（撓み変形）が生じて、ピニオン５２とラック５３及び５４との噛合い部位６２及び６３に生じる鉛直方向力が大きくなっても、弾性部材５５及び５６が厚みが小さくなるように弾性的に変形してピニオン５２に対してラック５３及び５４が逃げて噛合い部位６２及び６３での噛み付き等の現象をなくし得て、ローラ４１のＸ方向の転動を滑らかに行わせることができる。
【００２９】
上記の例では、弾性部材５５及び５６の夫々を下基台２の上面１３及び中間基台３の下面１７に接触させて、弾性部材５５の上面にラック５３を、弾性部材５６の下面にラック５４を夫々設けたが、これに代えて、図５に示すように下基台２の上面１３及び中間基台３の下面１７に、鋼板７１及び７２を接触して設け、鋼板７１及び７２の夫々とラック５３及び５４の夫々との間にゴム板等からなる弾性部材５５及び５６を介在させて案内手段４４を具体化してもよい。
【００３０】
また、下基台２の上面１３及び中間基台３の下面１７とラック５３及び５４との間に介在させる弾性部材５５及び５６は、一枚に限らず複数枚でもよく、この場合には、弾性係数が互いに異なる弾性部材を用いてもよい。
【００３１】
更に上記の例では、案内手段４４を、ピニオン５２とラック５３及び５４とを用いて具体化したが、これに代えて又はこれと共に、図６に示すように、可動係合部材としてローラ４１に連結されたスライダ８１と、固定係合部材としてスライダ８１がＸ方向に直動自在に嵌合するレール８２及び８３とを具備して構成してもよく、この場合にも、下基台２の上面１３及び中間基台３の下面１７とレール８２及び８３との間に弾性部材５５及び５６を介在させるとよい。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によれば、ローラ、上下接触転動面等の弾性変形、塑性変形、撓み変形が生じても、ローラの転動を滑らかに行わせることができるローラ免震装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の好ましい一例の正面説明図である。
【図２】図１に示す例の一部の平面説明図である。
【図３】図１に示す例の一部拡大説明図である。
【図４】図１に示す例の動作説明図である。
【図５】本発明の実施の形態の好ましい他の例の一部拡大正面説明図である。
【図６】本発明の実施の形態の好ましい更に他の例の一部拡大正面説明図である。
【符号の説明】
１  ローラ免震装置
５  ローラ支持機構
４１  ローラ
４２  上接触転動面
４３  下接触転動面
４４  案内手段
５２  ピニオン
５３、５４  ラック
５５、５６  弾性部材
【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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