(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上部構造物をその下方の下部構造物に、積層ゴムアイソレータと水平方向の摩擦ダンパとを並設して免震支持し、該摩擦ダンパは、上記上部あるいは下部のいずれか一方の構造物に固設された滑り板と、積層した複数の皿ばねを介して他方の構造物に取り付けられて該皿ばねの弾発力により該滑り板に圧接される滑り材とから構成した免震装置において、前記積層ゴムアイソレータが上下の震動を吸収可能に形成すると共に該摩擦ダンパの皿ばね間には適宜箇所に摩擦板を介在させて、該摩擦板の上下の皿ばねを直列配置とし、
上下震動に対して、前記皿ばねの大径側周縁部が前記摩擦板と摺動する際に発生する摩擦力により震動エネルギーを吸収して減衰するように構成されていることを特徴とする三次元免震装置。
【請求項２】
前記摩擦板の外径寸法は、前記皿ばねの最大圧縮変位時の外径寸法よりも大きいことを特徴する請求項１記載の三次元免震装置。
【請求項３】
前記皿ばね組で、同一の向きに並列配置される皿ばね同士の接触面を粗面にして摩擦係数を高く設定したことを特徴とする請求項１記載の三次元免震装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、上下の免震機構に皿ばねを用いた三次元免震装置に係わり、特に、上下の減衰力の増大化を図った三次元免震装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、建物の上部構造物と下部構造物との間に介設されて上部構造物の水平及び上下震動を吸収可能な三次元免震装置として、多数の皿ばねを積層してなる上下免震機構としての皿ばね組と水平免震機構としての積層ゴムアイソレータとを上下に直列に組み合わせるようにしたものが、例えば特開平８−２１８６７８号公報等に開示されている。
【０００３】
この種の皿ばね組を用いた上下免震機構は、上下震動を各皿ばねのたわみ変形によって吸収する免震機能と、その変形時における皿ばね同士の接触面の摺動により震動エネルギーを摩擦エネルギーに変換して消耗させる震動減衰機能とを有している。即ち、笠状をなす皿ばねを同一方向に面接触させて多数積み重ねて並列配置すれば、その重ね合わせる皿ばね同士の総接触面積に応じて震動減衰力が得られる。ただしこの場合には、変位ストロークは単一の皿ばねの最大圧縮変形量に等しくなる。一方、笠状をなす皿ばねの小径側の頂部同士および大径側の底部同士をそれぞれ突き合わせて、交互に逆向きに積み重ねて直列配置すれば、各々の皿ばねのたわみ変形能力が合算されて上下方向の変位ストロークを大きくできる。ただしこの場合には、各皿ばね同士の接触面による摩擦減衰力は得られなくなる。一般に上下方向の減衰力が小さい場合が多く、より多くの減衰力が得られるようなシステムが望まれる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、かかる従来の皿ばねを用いた上下免震機構では、減衰力が十分でなく、より多くの減衰力が望まれる。特に、変位ストロークが得られるように皿ばねを直列配置した場合、減衰力が得られなくなるので、これを解決する必要がある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために、本発明の請求項１に示す三次元免震装置にあっては、上部構造物をその下方の下部構造物に、積層ゴムアイソレータと水平方向の摩擦ダンパとを並設して免震支持し、該摩擦ダンパは、上記上部あるいは下部のいずれか一方の構造物に固設された滑り板と、積層した複数の皿ばねを介して他方の構造物に取り付けられて該皿ばねの弾発力により該滑り板に圧接される滑り材とから構成した免震装置において、前記積層ゴムアイソレータが上下の震動を吸収可能に形成すると共に該摩擦ダンパの皿ばね間には適宜箇所に摩擦板を介在させて、該摩擦板の上下の皿ばねを直列配置とし、
上下震動に対して、前記皿ばねの大径側周縁部が前記摩擦板と摺動する際に発生する摩擦力により震動エネルギーを吸収して減衰するように構成されていることを特徴とする。
【０００６】
以上の構成によれば、水平震動は、積層ゴムの水平方向の変位と摩擦ダンパの横滑りとにより吸収され、上下震動は、摩擦ダンパの皿バネと積層ゴムとの上下方向の撓みで吸収される。
【０００７】
即ち、水平震動に対しては、摩擦ダンパを構成する滑り板と滑り材との摩擦力以上の水平力が、地震等で発生した場合に、滑り板と滑り材との間で滑りが生じ、この滑り摩擦力が減衰力となって地震の伝達を低減する。つまり、滑り板と滑り材とは上部構造体の重量で押圧され、発生した滑り摩擦により震動エネルギーを消費する摩擦ダンパとしての機能有し、摩擦ダンパと並設した積層ゴムアイソレータによって、その滑りによって生じた上部構造物と下部構造物との相対位置のずれを基準位置に補正することによって、水平方向の免震作用を奏する。
【０００８】
また、上下震動に対しては、直列配置構成の場合、重ね合わせる皿ばね間の適宜箇所に摩擦板を介在させたので、摩擦板に当接する皿ばねはその変形時において大径側周縁部が当該摩擦板と摺動することになるので、その際に発生する摩擦力により震動エネルギーを吸収して減衰することができるようになる。従って、変位ストロークの増大化を図りつつも減衰力が得られるようになる。
【０００９】
ここで、請求項２に示すように、前記摩擦板の外径寸法は、前記皿ばねの最大圧縮変位時、つまり平板状態まで変形されたときの外径寸法よりも大きくしておき、皿ばねが最大に圧縮変形されたときにも、皿ばねの大径側の外周縁部が摩擦板から脱落しないようにしておくことが望ましい。
【００１０】
また、請求項３に示すように、前記皿ばね組で、同一の向きに並列配置される皿ばね同士の接触面は粗面にして摩擦係数を高く設定することが望ましく、これにより、上下震動の減衰力の増大化が図れる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１は、本発明の第１実施形態にかかる三次元免震装置の概略構成を示す断面図である。
【００１２】
この三次元免震装置は、上部構造物としての建物１と下部構造物としての基礎部材２との対向面間に、積層ゴムアイソレータ２０と上下免震機構を有する摩擦ダンパ８とを並設し介在した構成となっている。
【００１３】
前記積層ゴムアイソレータ２０は、上下の端板２０ａ，２０ｂと薄いゴムシートと鋼板とを交互に積み重ねた積層ゴムとで構成され、建物１の下面に積層ゴムアイソレータ２０の上端部の端板２０ｂを、建物１の下面と対向する基礎部材２の上面に積層ゴムアイソレータ２０の下端部の端板２０ａをそれぞれ固定している。
【００１４】
また、前記摩擦ダンパ８は、建物１の下面に取り付けられた支持部材２２と、その支持部材２２に対向する基礎部材２の上面に取り付けられた滑り板２４と、滑り板２４を押圧するスライド部材２６と、スライド部材２６の押圧手段としての皿ばね組１８と、皿ばね組１８を構成する皿ばね１２の位置を規制するガイド１４とで構成されている。
【００１５】
また、前記スライド部材２６は円盤状をなし、その下面には滑り材２８が取り付けられている。ここで、前記滑り材２８は、フェノール樹脂，メラミン樹脂，フラン樹脂，ポリイミド樹脂，ＤＦＫ樹脂，グアナミン樹脂，エポキシ樹脂，キシレン樹脂，シリコーン樹脂，ジアリルフタレーン樹脂，不飽和ポリエステル樹脂などの熱硬化型樹脂を結合材として、アラミド繊維，ガラス繊維，ビニロン繊維，カーボンファイバー，アスベストなどの繊維材料と、カシューダスト，鉛などの摩擦調整材と、硫酸バリュームなどの充填剤とからなる複合摩擦材料で形成されている。
【００１６】
さらに、スライド部材２６の上面中央に上下方向に延びる円柱形状のガイド１４が一体的に立設され、スライド部材２６上面には前記ガイド１４の直径より僅かに大きな貫通孔を有する平坦な円盤状の摩擦板１０をガイド１４を挿通して固定配置し、更にその上側には、中央部に前記ガイド１４の直径より僅かに大きな貫通孔を有する笠状の皿ばね１２と上記摩擦板１０とを交互に上記ガイド１４に挿通して積層配置し、皿ばね組１８を形成する。ここで、摩擦板１０の外径寸法は、皿ばね１２の最大圧縮変位時の外径寸法、つまり平板状態まで圧縮変形されたときの外径寸法よりも大きく設定されている。
【００１７】
なお、上記各皿ばね１２の上下の向きはどちらに向いていてもかまわず、個々にバラバラであっても良いのであるが、図示例にあっては摩擦板１０を挟む２枚の皿ばね１２、１２の上下の向きは、全て逆になるように重ね合わせている。即ち、皿ばね１２の配置は、スライド部材２６上に摩擦板１０、その上に下方向に開いた皿ばね１２、その上に摩擦板１０その上に上方向に開いた皿ばね１２、さらに、摩擦板１０、その上に下方向に開いた皿ばね１２、というように摩擦板１０と皿ばね１２が交互に積み重なり、皿ばね１２の上下の向きも交互に入れ替わるように積み重ねて直列配置している。ここで、従来の積層ゴムアイソレータは、上部構造物の支承としても機能していたため、剛性の高いゴムが使用されていたが、本実施形態に示す上記積層ゴムアイソレータ２０は、上下方向の剛性が低く柔らかい免震ゴムを採用し、上下動の吸収を可能にしている。
【００１８】
一方、前記ガイド１４の上端面と対向する建物１の下面に取り付けられた支持部材２２には、ガイド１４の直径より大きな円形状の凹部１６が形成され、その凹部１６にはガイド１４の上部先端が入り込んでいる。また、前記建物１下面に設けられた円形状の凹部１６の周りにも摩擦板１０が固定され、前記積層された複数の皿ばね１２，１２，……の最上部の皿ばね１２が当接している。
【００１９】
以上の構成により本発明の三次元免震装置にあっては、水平震動については、建物１の下面と対向する基礎部材２の上面間に並設した摩擦ダンパ８と積層ゴムアイソレータ２０とが免震機能を発揮する。即ち、摩擦ダンパ８を構成する滑り板２４と滑り材２８との摩擦力以上の水平力が、地震等で発生した場合に、滑り板２４と滑り材２８との間で滑りが生じ、この滑り摩擦力が減衰力となって地震の伝達を低減する。つまり、滑り板２４と滑り材２８とは上部構造体の重量で押圧され、発生した滑り摩擦により震動エネルギーを消費する摩擦ダンパ８としての機能有し、摩擦ダンパ８と並設した積層ゴムアイソレータ２０によって、その滑りによって生じた建物１と基礎部材２との相対位置のずれを基準位置に補正することによって、水平方向の免震作用を奏する。
【００２０】
また、上下震動に対しては、摩擦ダンパの皿ばねと積層ゴムとの上下方向の撓みで吸収される。即ち、摩擦ダンパ８の押圧手段として重ね合わせる皿ばね１２，１２，……間に摩擦板１０を介在させたので、それぞれの皿ばね１２，１２，……が摩擦板１０で仕切られることによって、笠状の上下方向の向きをたとえ同一の方向に向けて重ね合わせてあったとしても、直列配列の皿ばね組１８として機能することになる。即ち、圧縮力に対して各々が独立して変形した際、積み重ねた皿ばね組１８の全体の変形量は個々の皿ばね１２の変形量の総和となり、大きな変形量を得ることができる。従って、地震等の上下方向の震動は皿ばね組全体としての変形量で吸収されるから、その免震ストロークが大きく確保されることになり、上下の震動を吸収して建物１に伝わる震動を小さくすることができる。
【００２１】
また、そればかりか各皿ばね１２がたわみ変形する際には、皿ばね１２は外周部が広がる方向に変形し、逆に押圧力が弱まると閉じる方向に変形する。このため、摩擦板１０に接している皿ばね１２の外周部が、摩擦板１０表面を摺動することによって摩擦力を生じる。この摩擦力が、震動による皿ばね１２の圧縮および反発を抑制するとともに、震動の減衰力として働き、地震等の震動エネルギーを吸収して震動を小さく抑えることができる。また、この摩擦力は、皿ばね１２外周部が摩擦板１０表面を摺動ことによって発生するものであるため、摩擦板１０の材質や表面粗さを変更することによって、自由に設定することができる。即ち、摩擦板１０の材質や表面粗さを変更することで、建物１の大きさや設置箇所、設置条件等に合わせた所望の減衰力を得ることができる。
【００２２】
図２は、本発明の第２実施形態にかかる三次元免震装置の概略構成を示す断面図である。
この第２実施形態の三次元免震装置は、その全体的な構成は前述の図１のものとほぼ同様であり、よって以下には同一の部材には同一の符号を付してその説明を省略し、相違する点について説明する。
【００２３】
即ち、図１では摩擦ダンパ８の摩擦板１０間に介在させる皿ばね１２の数は各１枚ずつとしたが、当該図２の実施形態の三次元免震装置では、摩擦板１０間に設ける皿ばね１２を同一方向に複数枚ずつ重ねて並列配置する構成としてあり、ここでは３枚ずつ同一方向に重ねている。
【００２４】
このように、同一方向に皿ばね１２を複数重ね合わせると、上下震動に伴う皿ばね１２のたわみ変形時に、上下に接触し合う各皿ばね１０同士の接触面間にずれが生じて摺動するから、当該接触面間に摩擦力が発生し、前記皿ばねの外周部と摩擦板１０表面との間で発生する摩擦力と合わせて、さらに大きな震動減衰力を得ることができる。ここで、上下に接触して重ね合わされる皿ばね１２の接触面を粗面に形成して摩擦係数を高く設定しておけば、より大きな摩擦力を発生させて、震動減衰力の増大化を図ることができる。また、当然のことながら、重ね合わせる皿ばねの枚数を調節することによって、皿ばねの接触面を増減させ所望の減衰力に設定できることは勿論である。
【００２５】
さらに、皿ばね１２の重ね合わせ枚数や個々の皿ばね１２のばね剛性を違えるなどして、皿ばね組１８全体としての剛性を幅広く調節し得るから、建物震動の固有周期を予想される外部震動に対して共振しない領域に設定することが容易に行えるようになる。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の請求項１に示す三次元免震装置にあっては、水平震動に対しては、建物の下面と対向する基礎部材の上面間に並設した摩擦ダンパと積層ゴムアイソレータとが免震機能を有する。これは、摩擦ダンパを構成する滑り板と滑り材との摩擦力以上の水平力が、地震等で発生した場合に、滑り板と滑り材との間で滑りが生じ、この滑り摩擦力が減衰力となって地震の伝達を低減するものである。つまり、滑り板と滑り材とは上部構造体の重量で押圧され、発生した滑り摩擦により震動エネルギーを消費する摩擦ダンパとしての機能有し、摩擦ダンパと並設した積層ゴムアイソレータによって、その滑りによって生じた建物と基礎部材との相対位置のずれを基準位置に補正することによって、水平方向の免震作用を奏する。
【００２７】
また、上下震動に対しては、摩擦ダンパの皿ばねと積層ゴムとの上下方向の撓みで吸収される。即ち、摩擦ダンパの押圧手段として重ね合わせる皿ばね間の適宜箇所に摩擦板を介在させ、皿ばねのストロークを増大させるための直列配置では、減衰力が少なくなるのを補う。摩擦板に当接する皿ばねはその変形時において大径側周縁部が当該摩擦板と摺動することになるので、その際に発生する摩擦力により震動エネルギーを吸収して減衰することができるようになる。従って、ストロークの増大化を図りつつも減衰力が得られるようになる。また、積層ゴムアイソレータと上下方向の免震機能を備えた摩擦ダンパとを並設したので直列に組み合わせる場合に比べ上部構造物と下部構造物間のクリアランスを小さくし、工費が抑えられるため三次元免震装置を備えた建物を極めて安価で供給することができる。
【００２８】
さらに、この摩擦力は、皿ばね外周部と摩擦板表面との摺動によって発生するものであるため、摩擦板の材質や表面粗さを変更することによって、自由に設定することができる。即ち、摩擦板の材質や表面粗さを変更することによって建物の大きさや設置箇所、設置条件等に合わせた所望の減衰力得ることができる。
【００２９】
また、請求項２に示すように、前記摩擦板の外径寸法を前記皿ばねの最大圧縮変位時、つまり平板状態まで変形されたときの外径寸法よりも大きくしておくことで、皿ばねが最大に圧縮変形されたときにもその大径側の外周縁部が摩擦板から脱落することを防止でき、円滑な作動を行わすことができる。
【００３０】
また、請求項３に示すように、前記皿ばね組で、同一の向きに並列配置される皿ばね同士の接触面は粗面にして摩擦係数を高く設定しておくことで、より大きな摩擦力を発生させて、震動減衰力の一層の増大化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる上下免震装置が組み込まれた三次元免震装置の概略構成を示す断面図である。
【図２】本発明の第２実施形態にかかる上下免震装置が組み込まれた三次元免震装置の概略構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１  建物（上部構造物）
２  基礎部材（下部構造物）
８  摩擦ダンパ
１０  摩擦板
１２  皿ばね
１４  ガイド
１６  凹部
１８  皿ばね組
２０  積層ゴムアイソレータ
２２  支持部材
２４  滑り板
２６  スライド部材
２８  滑り材
【図１】
0004244408.tif 000002
【図２】
0004244408.tif 000003