(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
免振対象物とその下方の下部構造物との対向面間に介在される免振装置であって、該対向面の一方に設けられる滑り板と、該対向面の他方に基端部が取り付けられて先端部が該滑り板に向けて突出する支持部材と、該支持部材の先端部と該滑り板との間に介在されて該免振対象物の荷重を該下部構造物に伝える多数の小球からなる転がり支承部材と、該転がり支承部材の外周囲に設けられ、前記転がり支承部材の周囲を囲繞して小球が外部に転がり出すのを防止する規制部材としての機能を保持して該滑り板に摺接するリング状の摩擦材と、該支持部材に反力を得て前記摩擦材を前記滑り板に向けて押圧付勢する付勢手段と、前記免振対象物の偏荷重に起因した撓み変形を吸収して前記支持部材先端に設けられる転がり支承部材を前記滑り板に鉛直に当接させるためのゴム板と、を備えたことを特徴とする免振装置。
【請求項２】
前記付勢手段には皿ばねを用い、該皿ばねによる押圧付勢力は、撓み量変動に対する弾発力の変動が小さい該皿ばねの非線形ばね領域内に設定することを特徴とする請求項１記載の免振装置。
【請求項３】
前記免振対象物と下部構造物との間に、それらの水平方向の相対位置を基準位置に復帰させる復元手段を設けたことを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の免振装置。
【請求項４】
前記復元手段が弾性体でなることを特徴とする請求項３記載の免振装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、免振対象物とその下方の下部構造物との間に介在される免振装置に係わり、特に、免振対象物を転がり支承部材で支持して水平方向振動の長周期化を図るとともに、水平方向の移動に対して摩擦ダンパーで減衰抵抗力を付与するようにした免振装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、地震や強風などに起因する建物の振動を免振する装置として、免振対象の上部構造物とその下方の下部構造物との間に積層ゴムアイソレータを介在させて、それらの相対的な水平変位を許容吸収するようにしたものが知られている。ここで、上記積層ゴムアイソレータは薄いゴムシートと鋼板とを交互に積み重ねて形成したもので、負担荷重に対する鉛直方向変形が極小さくて耐荷重性能に優れる一方、水平方向への弾性変形性能に富み、しかも十分な弾性復元力を有する。
【０００３】
ところで、地震等による家具などの倒壊や構造物へのダメージは、その震動周期が短い方が大きくなるため、被害を小さくするには、建物の固有振動を長周期化することが望ましい。
【０００４】
ここで周知の如く、免振対象物の固有振動周期は基本的には次式で表される。
Ｔ（振動周期）＝２π・（ｍ／ｋ）1/2 
【０００５】
即ち、免振対象物の固有振動周期はその質量ｍとばね定数ｋとによって定まり、よって免振対象の上部構造物の重量を重くし、積層ゴムアイソレータの水平方向のバネ定数を小さく設定する程、当該上部構造物の固有振動は長周期化する。
【０００６】
しかしながら、積層ゴムアイソレータは上部構造物の荷重を支承するものであるから、そのゴムシートの材質をむやみに柔らかくしてしまうと耐荷重性能が確保できなくなってしまう。これ故、積層ゴムアイソレータの水平方向のバネ定数を小さく設定するには、その負担荷重との関係において制約がある。
【０００７】
また、上部構造物の重量を重くして長周期化するにしても、その重量は建物の構造形式によってほぼ定まり、かつ構築コストを考えればむやみに重くすることもできない。そればかりか、重量を増やせば上記バネ定数も高く設定する必要が生じてしまう。
【０００８】
つまり、従来の積層ゴムアイソレータでは、上部構造物の固有振動を長周期化させるのに限界があり、所望する値まで長周期化させるのが困難であった。特に、一般住宅ではその上部構造物の重量はビル構造物の場合に比して非常に軽量なものとなるので、当該積層ゴムアイソレータは一般住宅用の免振装置としては不向きなものであった。
【０００９】
そこで、長周期化が図れる免振装置として、上部構造物と下部構造物との間に多数の小球からなる転がり支承部材を介在させることが考えられている。即ち、上部構造物の荷重を転がり支承部材を介して下部構造物に伝えるようにすれば、上部構造物と下部構造物との相対移動に対し、水平面内のあらゆる方向への変位を許容して高い自由度を付与でき、しかもその相対移動に伴う摩擦力を極めて小さくすることができるので、上部構造物の振動周期の可及的な長周期化が図れる。
【００１０】
なお、この種の転がり支承体としては、例えば実公平３−２９６７４号公報に開示されたものが公知になっている。
【００１１】
ここで、このような転がり支承構造にあっては、免振方向の自由度が大きく固有振動周期を極長周期化できるという点で極めて有効である反面、制動機能を殆ど有していないので、免振装置として採用するにあたっては、上部構造物と下部構造物との相対移動に抵抗を加えて減衰させるダンパー機構を別途に設ける必要があり、そのダンパ機構としては、摩擦ダンパの採用が検討されている。
【００１２】
即ち、この摩擦ダンパは下部構造物の上面に敷設された滑り板と、バネ材の弾発力によって所定の押圧力で上記滑り板に圧接されるとともに上部構造物と一体となって水平方向に摺動する摩擦材とを有するもので、地震等によって上部構造物と下部構造物との間に摩擦材と滑り板との静摩擦力以上の水平力が作用して、それらに相対移動が生じた場合にのみダンパとして機能し、その際の摩擦力は摩擦材と滑り板との間の摩擦係数及び摩擦材を滑り板に圧接させている押圧力とによって定まり、ダンパとしての減衰力は上記摩擦係数と押圧力とを任意に設定することで適切な値に調整し得る。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の如く転がり支承部材と摩擦ダンパーとを個別に並設して免振装置を構成するようにすると、それら転がり支承部材と摩擦ダンパーとを個々に設置するのに手間がかかり、またそれらの設置スペースを広く確保しなければならず、当該設置スペースの面で制約も生じ、特に一般住宅には適用が困難になるといった問題がある。
【００１４】
本発明はかかる従来の課題に鑑みて成されたものであり、その目的は、免振対象物の固有振動の長周期化が図れる転がり支承部材と、水平方向の相対変位に対して減衰力を与える摩擦ダンパーとを備える免振装置の可及的な小型化、及び設置作業の軽減化が図れるとともに、設置スペースを縮小でき、一般住宅にも適用可能な免振装置を提供することにある。
【００１５】
【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この出願の請求項１に係る発明では、免振対象物とその下方の下部構造物との対向面間に介在される免振装置を、該対向面の一方に設けられる滑り板と、該対向面の他方に基端部が取り付けられて先端部が該滑り板に向けて突出する支持部材と、該支持部材の先端部と該滑り板との間に介在されて該免振対象物の荷重を該下部構造物に伝える多数の小球からなる転がり支承部材と、該転がり支承部材の外周囲に設けられ、前記転がり支承部材の周囲を囲繞して小球が外部に転がり出すのを防止する規制部材としての機能を保持して該滑り板に摺接するリング状の摩擦材と、該支持部材に反力を得て前記摩擦材を前記滑り板に向けて押圧付勢する付勢手段と、前記免振対象物の偏荷重に起因した撓み変形を吸収して前記支持部材先端に設けられる転がり支承部材を前記滑り板に鉛直に当接させるためのゴム板と、を備える構成とした。
【００１６】
上記構成によれば、免振対象物の荷重を支持して下部構造体に伝える転がり支承部材と支持部材とからなる転がり支承機構の外周側に、これらを取り囲むようにして、リング状の摩擦材とその付勢手段とからなる摩擦ダンパ機構を配し、これら転がり支承機構と摩擦ダンパー機構とを一体化させたので、装置全体を可及的にコンパクトに形成でき、設置スペースの縮小化が図れ、狭いスペースにも付設することが可能になると共に、転がり支承機構と摩擦ダンパ機構とを同時に設置でき、付設作業が簡易に行えるようになる。
【００１７】
また、免振対象物の荷重は、転がり支承部材と支持部材とからなる転がり支承機構を介して下部構造物に剛に支持するため、摩擦ダンパ機構の摩擦材の付勢力に免振対象物の重量が悪影響を及ぼすことがなく、もって当該付勢力を常に所望の値に維持し得、このため、当該付勢力及び摩擦材と滑り板との間の摩擦係数を適宜任意に設定することで、摩擦ダンパーによる減衰力を適切な値に容易に調節して維持することができる。
【００１８】
さらに、摩擦ダンパの付勢手段は、上部構造体の重量を直接的に支える必要がなく、摩擦材に所望の摩擦力を生じさせる程度の剛性を有していれば良いから、小型かつ廉価に形成できる。
【００１９】
そしてさらに、免振対象物の重量はその固有振動周期に関与しないから、軽量な一般住宅にも充分に適用し得るものとなる。
【００２０】
請求項２にかかる発明では、前記付勢手段には皿ばねを用い、該皿ばねによる押圧付勢力は、撓み量変動に対する弾発力の変動が小さい該皿ばねの非線形ばね領域内に設定するようにしたので、種々の原因によって皿ばねの変形量が上記非線形ばね領域内で変化した場合にあっても、摩擦部材の押圧付勢力の変動はきわめて小さく、摩擦減衰力生成部で発生される摩擦抵抗力を略一定に維持することができ、振動減衰力の変動が防止されてエネルギー吸収能力の安定性が大幅に改善され、もって免振性能の向上が図れる。
【００２１】
請求項３にかかる発明では、前記免振対象物と下部構造物との間に、それらの水平方向の相対位置を基準位置に復帰させる復元手段を設けたので、免振対象物と下部構造物との相対位置を、初期の基準位置に自動的に復帰させて保持することができる。
【００２２】
ここで、請求項４にかかる発明に示すように、前記復元手段には弾性体を用いることができ、この弾性体には免振対象物の荷重を負担させない、あるいはその負担荷重を小さくすることにより、該弾性体の水平方向の弾性係数を可及的に小さく設定できる。このため、このような弾性体を介在させることにより免振対象物が振動系を構成するようになっても、その免振対象物の固有振動の周期を十分に長周期化させることができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明にかかる免振装置の好適な実施形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００２４】
図１は第１実施形態に係る免振装置の概略構成を示す側断面図である。図示するように免振装置１０は、免振対象物である建物の上部構造物１２と、下部構造物である基礎構造物１４との対向面間に介在されて設けられる。この免振装置１０は、上部構造物１２の下面に対向する基礎構造物１４の上面に敷設された滑り板２６と、上部構造物１２の下面に基端部が固設されて先端部が上記滑り板２６に向けて下方向に突出する支持部材３０と、この支持部材３０の先端部下面と滑り板２６との間に介在されて上部構造物１２の荷重を基礎構造物１４に伝える多数の小鋼球２８からなる転がり支承部材３２と、転がり支承部材３２の外周囲に設けられて滑り板２６に摺接するリング状の摩擦材２４と、支持部材３０に反力を得て摩擦材２４を滑り板２６に向けて押圧付勢する付勢手段としての皿ばね体１６とから主になる。
【００２５】
上記支持部材３０は上端の基端部側が拡径されて円盤状の取付フランジ部３０ａに形成され、この取付フランジ部３０ａがボルト等によって上部構造体１２にゴム板３１を介して一体的に固設されている。ここで、このゴム板３１は、支持部材３０を取り付ける部位の上部構造物１２側部分に偏荷重等に起因した撓み変形が生じた場合にも、この撓み変形を吸収して支持部材３０先端に設けられる転がり支承部材３２が鉛直に滑り板２６に当接するように自動的に調節させるためのものである。
【００２６】
上記支持部材３０の取付フランジ部３０ａの中央部には滑り板２６に向けて下方に延びる円柱状のロッド部３０ｂが一体形成されており、このロッド部３０ｂの先端部は平坦に形成されていて、その下面と滑り板２６との間に多数の小鋼球２８からなる転がり支承部材３２が介設されている。即ち、これら支持部材３０と転がり支承部材３２とにより転がり支承機構が構成され、この転がり支承機構により上部構造物１２の荷重を支持して基礎構造物１４に伝えるようになっている。
【００２７】
転がり支承機構を構成する支持部材３０のロッド部３０ｂには、中央に貫通穴を有する多数の皿ばね１６ａが挿通されるとともに、鉛直方向に積層されて支持部材３０を囲む筒状の皿ばね体１６が形成されている。この筒状の皿ばね体１６の下端には、前記支持部材３０の下端に設けられた転がり支承部材３２の鋼球２８の外側を囲むようにリング状の平板に形成された摩擦材２４が設けられている。この摩擦材２４は、基礎構造体１４上面の滑り板２６に、皿ばね体１６の弾発力によって押圧付勢されて圧接し、滑り板２６との摩擦力によって減衰力を生じさせるようになっており、皿ばね体１６はその上端部が支持部材３０の取付フランジ部３０ａに当接してこれより反力を得るようになっていて、支持部材３０と皿ばね体１６と摩擦材２４とによって摩擦ダンパ３４が構成されている。ここで、上記皿ばね体１６による押圧付勢力は、当該皿ばね体１６の撓み量変動に対する弾発力の変動が小さい非線形ばね領域内で設定されている。つまり、この転がり支承部材３２を囲むように設けられた摩擦材２４は、上部構造物１２の重量に関係なく皿ばね体１６の弾発力のみで基礎構造物１４上の滑り板２６に押圧されるようになっている。また、摩擦材２４は転がり支承部材３２の周囲を囲繞して、小鋼球２８が外部に転がり出すのを防止する規制部材としての機能の他に、滑り板２６上のごみとかほこりを排除して、転がり支承部材３２の安定した性能を保持する機能も有している。
【００２８】
即ち、上記転がり支承機構と摩擦ダンパー機構とからなる基本構成の免振装置では、上部構造物１２は基礎構造物１４との間がその水平方向に関して直接的に弾性体で繋がれておらず基本的に振動系を構成しない。よって上部構造物１２の水平方向の固有振動の周期は無限大となって極限まで長周期化されることになり、その相対移動は摩擦ダンパーにより制動されて減衰されることになる。
【００２９】
ここで、この図示例の第１実施形態にあっては、上部構造物１２と基礎構造物１４との間にはさらに積層ゴム１８が介設されており、この積層ゴム１８は地震により生じる水平方向の相対変位を初期状態の基準位置に復帰させる復元手段としての機能を発揮するようになっている。そして、この積層ゴム１８には上部構造物１２の荷重は負担させないか、あるいはその負担荷重は小さくするようにしている。このため、積層ゴム１８の水平方向の弾性係数は可及的に小さく設定でき、これ故、このような弾性体の積層ゴム１８を介在させることにより上部構造物１２が振動系を構成するようになっても、その上部構造物１２の固有振動の周期を十分に長周期化させることができる。
【００３０】
以上の構成により本実施形態の免振装置１０にあっては、上部構造物１２の荷重を支持して基礎構造物１４に伝える転がり支承部材３２並びに支持部材３０とからなる転がり支承機構の外周側に、これらを取り囲むようにして、リング状の摩擦材２４とその付勢手段の皿ばね体１６とからなる摩擦ダンパ機構を配し、これら転がり支承機構と摩擦ダンパ機構とを一体化させたので、免振装置１０全体を可及的にコンパクトに形成でき、設置スペースの縮小化が図れ、狭いスペースにも付設することが可能になると共に、転がり支承機構と摩擦ダンパ機構とを同時に設置でき、付設作業が簡易に行えるようになる。
【００３１】
また、上部構造物１２の支持部材３０と基礎構造物１４との間に多数の小鋼球２８からなる転がり支承部材３２を介在させて、上部構造物１２を基礎構造物１４に転がり支承機構を介して支持するようになっているので、上部構造物１２の重量はそのほとんどがこの転がり支承機構で受けられて、摩擦ダンパ３４の押圧付勢力には上部構造物１２の重量が悪影響を及ぼすことがない。よって、当該押圧付勢力を常に所望の値に維持し得、このため、当該付勢力及び摩擦材２４と滑り板２６との間の摩擦係数を適宜任意に設定することで、摩擦ダンパ３４による減衰力を適切な値に容易に調節して維持することができる。
【００３２】
また、皿ばね体１６の初期撓み変形量を、当該皿ばね体１６の弾発力の変動が小さい非線形ばね領域内に設定して押圧付勢力を発生させるようにしたので、種々の原因によって皿ばね体１６の変形量が上記非線形ばね領域内で変化した場合にあっても、摩擦減衰力生成部の摩擦材に与える押圧付勢力の変動はきわめて小さくすることができる。これ故、摩擦減衰力生成部で発生させる摩擦抵抗力を略一定に維持することができ、もって振動減衰能力が変動することを防止して、これまで難しいとされていたエネルギー吸収能力の安定性を大幅に改善させて、建物の免振性能の向上が図れる。
【００３３】
また、支持部材３０と転がり支承部材３２とから転がり支承機構は剛性が高く、支持部材３０の取付けフランジ部３０ａと基礎構造物１４上の滑り板２６との間の上下方向の距離は常に一定に保たれるから、摩擦材２４と滑り板２６との押圧付勢力は安定し、摩擦ダンパ３４の摩擦力も安定して、良好な免振性能が得られる。
【００３４】
また、前記摩擦材２４はリング状をなすと共に、転がり支承部材３２の周囲を囲繞して配設したため、転がり支承機構部の周りにほぼ均等の摩擦減衰力がかかり、上部構造物１２と基礎構造物１４との間に水平面内のいかなる方向の相対変位力が作用しても、転がり支承機構部に対して摩擦減衰力の偏りが生じず、安定した免振効果が得られると共に上部構造物１２にモーメント等の余分な力がかからず、建物の劣化や損傷等の発生も可及的に防ぐことができる。
【００３５】
また、上部構造物１２と基礎構造物１４との間に積層ゴム１８を介在させ、水平方向の相対位置を基準位置に復帰させる復元手段としたので、上部構造物１２には、基礎構造体１４との相対位置を常に初期状態に保とうとする復元力が働く。即ち、振動周期を長周期化するために、上部構造物１２を転がり支承部材３２で支え、いかなる方向にも移動し易くしたが、その結果として上部構造物１２と基礎構造物１４との相対位置が一時的に大きくずれることがあっても、基準位置に戻る復元力を有しているため常に上下の構造物１２，１４の相対位置を初期状態に保つことができる。
【００３６】
図２は本発明にかかる免振装置の第２実施形態の概略構成を示す側断面図である。この第２実施形態の免振装置４０にあってもその基本構成は前述した第１実施形態と同様であり、同一部材には同一の符号を付して、その詳しい説明は省略し、相違する点について詳述する。
【００３７】
即ち、この第２実施形態の免振装置４０では、支持部材３０のロッド部３０ｂの外周面にネジ部３０ｃを形成し、このネジ部３０ｃに螺合させて皿ばね体１６の反力受け部材３８を設けている。従って、反力受け部材３８を回転させることによって容易に皿ばね体１６の押圧付勢力を調整できる。なお、反力受け部材３８の固定位置を確実に保持させるためにはこれをダブルナット構成にするのが望ましい。
【００３８】
また、ネジ部３０ｃに皿ばね１６ａの内周部が引っかかるのを防止するために、その内周部には円筒状のスリーブ４２を嵌装させている。そして、このスリーブ４２の下端には径方向外方に延出されたフランジ部４２ａを一体形成しており、このフランジ部４２ａに摩擦材２４を一体的に固定し、皿ばね体１６の下端部はそのフランジ部４２ａに当接させている。
【００３９】
さらに、復元手段として、コイルばね２０を設けている。このコイルばね２０は少なくとも３本以上を放射状に配し、一端を支持部材３０の取付フランジ部３０ａに係止させ、他端部を基礎構造物１４に立設した支持ポール４４に係止させている。
【００４０】
なお、図１と図２の実施形態では本発明の免振装置１０，４０を建物に適用した例を示したが、本発明はこれに限らず精密機器類を載置する免振台など、免振対象物全般に適用可能である。
【００４１】
また、転がり支承部材３２には多数の鋼球をケージで保持させてスラスト軸受け様に構成したものを採用し、ケージを支持部材３０の下端に一体的に固定するようにしても良い。
【００４２】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように本発明にかかる免振装置によれば次のような優れた効果を奏する。
【００４３】
（１）請求項１に示す免振装置にあっては、免振対象物の荷重を支持して下部構造体に伝える、転がり支承部材と支持部材とからなる転がり支承機構の外周側に、これらを取り囲むようにして、リング状の摩擦材とその付勢手段とからなる摩擦ダンパ機構を配し、これら転がり支承機構と摩擦ダンパー機構とを一体化させたので、装置全体を可及的にコンパクトに形成でき、設置スペースの縮小化が図れ、狭いスペースにも付設することが可能になると共に、転がり支承機構と摩擦ダンパ機構とを同時に設置でき、付設作業が簡易に行えるようになる。
【００４４】
また、免振対象物の荷重は、転がり支承部材と支持部材とからなる転がり支承機構を介して下部構造物に支持するとともに、摩擦ダンパ機構の摩擦材の付勢力は支持部材に反力を得るようにしたので、摩擦材の付勢力に免振対象物の重量が悪影響を及ぼすことがなく、もって当該付勢力を常に所望の値に維持し得、このため、当該付勢力及び摩擦材と滑り板との間の摩擦係数を適宜任意に設定することで、摩擦ダンパーによる減衰力を適切な値に容易に調節して維持することができる。
【００４５】
さらに、摩擦ダンパの付勢手段は、上部構造体の重量を支える必要がなく、摩擦材に所望の摩擦力を生じさせる程度の剛性を有していれば良いから、小型かつ廉価に形成できる。
【００４６】
そしてさらに、免振対象物の重量はその固有振動周期に関与しないから、軽量な一般住宅にも充分に適用し得るものとなる。
【００４７】
（２）請求項２に示す免振装置にあっては、前記付勢手段には皿ばねを用い、該皿ばねによる押圧付勢力は、撓み量変動に対する弾発力の変動が小さい該皿ばねの非線形ばね領域内に設定するようにしたので、種々の原因によって皿ばねの変形量が上記非線形ばね領域内で変化した場合にあっても、摩擦部材の押圧付勢力の変動はきわめて小さく、摩擦減衰力生成部で発生される摩擦抵抗力を略一定に維持することができ、振動減衰力の変動が防止されてエネルギー吸収能力の安定性が大幅に改善され、もって免振性能の向上が図れる。
【００４８】
（３）請求項３に示す免振装置にあっては、前記免振対象物と下部構造物との間に、それらの水平方向の相対位置を基準位置に復帰させる復元手段を設けたので、免振対象物と下部構造物との相対位置を、初期の基準位置に自動的に復帰させて保持することができる。
【００４９】
（４）請求項４に示す免振装置にあっては、前記復元手段には弾性体を用い、かつ該弾性体には免振対象物の鉛直方向の荷重を負担させないか、あるいはその鉛直方向の負担荷重を小さくすることで、該弾性体の水平方向の弾性係数を可及的に小さく設定でき、これ故、このような弾性体を介在させることにより免振対象物が振動系を構成するようになっても、その免振対象物の固有振動周期を十分に長周期化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる免振装置の第１実施形態の概略構成を示す側断面図である。
【図２】本発明にかかる免振装置の第２実施形態の概略構成を示す側断面図である。
【符号の説明】
１２    上部構造物（免振対象物）
１４    基礎構造物（下部構造物）
１６    皿ばね体
１６ａ  皿ばね
１８    積層ゴム
２０    コイルばね
２４    摩擦材
２６    滑り板
２８    小鋼球
３０    支持部材
３１    ゴム板
３２    転がり支承部材
３４    摩擦ダンパ
【図１】
0003794830.tif 000002
【図２】
0003794830.tif 000003