JP2004232853A - ストッパ付き転がり支承装置及び構造物のアンカー構造 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、ストッパで硬球体の転動が規制されたときの衝撃を緩和することができ、かつ、地震後に、硬球体と上下の硬質板の相対的な位置が元の状態（地震前の状態）に戻るストッパ付きの転がり支承装置を提供することを目的としている。
【解決手段】本発明に係るストッパ付き転がり支承装置１は、上下の硬質板３、４の転動面の周縁部にそれぞれ硬球体２の転動を規制するストッパ部材７、８を突設するとともに、ストッパ部材７、８の内周面に弾性緩衝材９、１０を配設したものである。弾性緩衝材９、１０により、硬球体がストッパに衝突したときの衝撃を吸収することができる。また、弾性緩衝材９、１０により、ストッパ部材７、８の組み付け誤差を吸収することができるので、地震が収まったときに、硬球体２を元の位置（地震前の位置）に復帰させることができる。
【選択図】 図１
【解決手段】本発明に係るストッパ付き転がり支承装置１は、上下の硬質板３、４の転動面の周縁部にそれぞれ硬球体２の転動を規制するストッパ部材７、８を突設するとともに、ストッパ部材７、８の内周面に弾性緩衝材９、１０を配設したものである。弾性緩衝材９、１０により、硬球体がストッパに衝突したときの衝撃を吸収することができる。また、弾性緩衝材９、１０により、ストッパ部材７、８の組み付け誤差を吸収することができるので、地震が収まったときに、硬球体２を元の位置（地震前の位置）に復帰させることができる。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、構造物の上部構造と下部構造との間に装着され、下部構造の上に上部構造を固定する構造物のアンカー構造に用いる転がり支承装置に関するものである。また、本発明に係る転がり支承装置は、嵩張らず、住宅の基礎部の通気用の基礎パッキン材としての機能を兼ね備えさせることが可能である。
【０００２】
【従来の技術】
地震等による振動から構造物を保護する免震支承装置として、転がり支承装置を備えたものが知られている。転がり支承装置は、上下の硬質板の間に硬球体を挟んだ構造をしており、地震時は、硬球体が上下の硬質板の中央部に形成した転動面を転がり、構造物の上部構造と下部構造の水平方向の相対移動を許容する構造になっている。
【０００３】
また、設計時の想定以上の揺れが生じ、転がり支承装置の硬球体が下側の硬質板から脱落するのを防止するストッパを設けたものが特許文献１に記載されている。また、転がり支承装置の上下の硬質板の周囲にストッパとなる壁を設けたものが下記特許文献２、３に記載されている。
【０００４】
また、ストッパに硬球体が衝突したときには、構造物の上部構造と下部構造の水平方向の相対移動が規制されるため、衝突の衝撃が生じる。この衝撃を回避するため、ストッパに衝突した後で、滑りを生じさせて、衝突の衝撃が生じないようにしたものが下記特許文献４、５に記載されている。
【０００５】
特許文献４では、上側の硬質板の転動面の直径を下側の硬質板のものより大きくし、ストッパに硬球体が衝突した後、下側の硬質板に設けたストッパにより転動が規制されたボールに対して、上側の硬質板が滑るようになっている。特許文献５では、ストッパに硬球体が衝突した後、下側の硬質板が構造物の土台上を滑るようになっている。
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−３０３９２８号公報
【特許文献２】特開平１０−３１７７１８号公報
【特許文献３】特開平１１−３６６５８号公報
【特許文献４】特開平１０−２９２６７１号公報
【特許文献５】特開平１１−１８２６１８号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述した特許文献４に記載されている転がり支承装置は、ストッパに硬球体が衝突した後、下側の硬質板に設けたストッパにより転動が規制された硬球体に対して、上側の硬質板が滑るようになっているため、地震後に硬球体が元の位置（地震前の位置）に復帰することができない。また、上下の硬質板の直径を変える必要があり、上下の硬質板を別々に作る必要がありコストが嵩む、また、上側の硬質板と硬球体には大きな鉛直荷重が掛かっているため、上側の硬質板が硬球体に対して滑る場合には、大きな摩擦力が生じ、上側の硬質板又は硬球体に摩耗や損傷が生じるなどの問題がある。
【０００８】
また、特許文献５に記載されている転がり支承装置は、ストッパに硬球体が衝突した後、下側の硬質板が構造物の土台上を滑るようになっているため、地震後に下側の硬質板が元の位置（地震前の位置）に復帰することができない。
【０００９】
そこで、本発明は、ストッパで硬球体の転動が規制されたときの衝撃を緩和することができ、かつ、地震後に、硬球体と上下の硬質板の相対的な位置が元の状態（地震前の状態）に戻るストッパ付きの転がり支承装置を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るストッパ付き転がり支承装置は、向かい合う面にそれぞれ転動面を有する上下一対の硬質板と、前記上下の硬質板の間に挟まれ、かつ、上下の硬質板の転動面の中央部に位置決めした状態で配設した硬球体とを備えた転がり支承装置において、前記上下の硬質板の転動面の周縁部に、それぞれ硬球体の転動を規制するストッパ部材を突設するとともに、ストッパ部材の内周面に弾性緩衝材を配設したことを特徴としている。この場合、ストッパ部材の内周側の頂部に切欠き部を設けることが望ましい。
【００１１】
本発明に係るストッパ付き転がり支承装置は、前記上下の硬質板の転動面を平らにし、かつ、前記上下の硬質板の間に軟質弾性体からなる筒状体を配設し、前記筒状体に前記硬球体を内接させることにより、前記硬球体を上下の硬質板の転動面の中央部に位置決めするとよい。
【００１２】
また、上下の硬質板の少なくとも転動面の硬さを、ＨＲＣ２５以上にすることにより、硬球体の転動面が凹むのを抑えることができ、ヒステリシスループでの負勾配の発生を抑制して効果的な制振機能を持たせることができる。上下の硬質板は、冷間圧延加工により加工硬化させることにより、ＨＲＣ２５以上の硬さを安価に確保することができる。また、上下の硬質板を冷間圧延加工により加工硬化させたものは、熱処理により硬度を向上させた場合に比べて上下の硬質板に歪が生じないのでより平坦な転動面が得られ、硬球体のより滑らかな転動を確保することができる。
【００１３】
また、硬球体の硬さをＨＲＣ２５以上にすることにより、硬球体が凹むのを抑えることができ、ヒステリシスループでの負勾配の発生を抑制して、効果的な制振機能を持たせることができる。硬球体は、転動加工により加工硬化させることにより、ＨＲＣ２５以上の硬さと所要の真球度を安価に確保することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態に係るストッパ付き転がり支承装置を図面に基づいて説明する。
【００１５】
ストッパ付き転がり支承装置１は、図１、図２に示すように、硬球体２と、円筒形状の収容部材３、４と、硬球体２及び収容部材３、４を上下に挟む硬質板５、６と、ストッパ部材７、８と弾性緩衝材９、１０とを備えており、住宅の土台１１（構造物の上部構造）と基礎コンクリート１２（構造物の下部構造）との間の制振層１３に配設される。
【００１６】
硬球体２は、所要の硬さと真球度を備えた球体であり、略球形に粗加工した鋼材を転動加工し、表面にニッケルメッキを施して製造したものである。転動加工は、略球形に粗加工した鋼材を研磨板で上下に挟み、研磨板間で転動させて鋼材の表面の歪を除去しながら、球形に整形するものである。硬球体２は、転動加工により加工硬化が生じて硬さが増す。この転動加工によれば、例えばＳ１５Ｃなどの安価な鋼材を用いて、ＨＲＣ２５以上の硬さと、高度な真球度を備えた硬球体を得ることができ、硬球体２の部品コストを安くすることができる。
【００１７】
収容部材３、４は、合成ゴムの発泡体、軟質ウレタンフォーム、ポリスチレン発泡体やポリエチレン発泡体などの軟質弾性材料からなるスポンジ状の円筒形状の部材である。収容部材３、４の内径は、硬球体２の直径と同じか、硬球体２の直径よりも少し小さくなっている。収容部材３は上側の硬質板５の下面に取り付けられ、収容部材４は下側の硬質板６の上面に取り付けられている。
【００１８】
硬質板５、６は、図２に示すように、所要の硬さと平面度を備えており、例えば５ｍｍ厚の略ひし形の板状部材である。上下の硬質板５、６の両側には、アンカーボルト１５を締結するボルト締結部１６を設けている。この硬質板５、６は、板状素材に冷間圧延加工を施して製造している。冷間圧延加工は、板状素材を圧延ローラで挟みながら引き抜くものであり、熱処理を施すことがないので、加工後に歪が生じることがなく、これにより所要の平面度を確保することができる。また、この冷間圧延加工によれば、加工硬化により所要の硬さを得ることができ、例えば、ＳＵＳ３０４などの鋼材を用いて、ＨＲＣ２５以上の硬質板５、６を得ることができる。
【００１９】
このストッパ付き転がり支承装置１は、この硬質板５、６の中央部に収容部材３、４を接着し、収容部材３、４に硬球体２を収容することにより硬球体２を位置決めしている。硬質板５、６には、硬球体２を位置決めする位置を中心として、硬球体２の転動を規制する円形のストッパ１７、１８を配設することにより、硬球体２に転動を許容する円形の転動面を形成している。
【００２０】
ストッパ１７、１８は、ストッパ部材７、８と弾性緩衝材９、１０からなる。
【００２１】
ストッパ部材７、８は、硬球体２の転動を規制するための所要の硬度を有する円筒状部材である。この実施形態では、一端にフランジ７ａ、８ａを備えており、フランジ７ａ、８ａを設けた端部を上下の硬質板５、６に取り付け、溶接やボルト締結などにより剛接合している。また、ストッパ部材７、８は、弾性緩衝材９、１０を装着するフランジ７ｂ、８ｂを内周面に備えている。
【００２２】
弾性緩衝材９、１０は、ストッパ部材７、８の内周面に装着されたリング状のゴム弾性体である。この弾性緩衝材９、１０は内周側の頂部に円弧状に切欠き部９ｂ、１０ｂを有している。弾性緩衝材９、１０は、例えば、ストッパ部材７、８の内周面に設けたフランジ７ｂ、８ｂに嵌まり合う係合凹部９ａ、１０ａを外周面に備えており、この係合凹部９ａ、１０ａをストッパ部材７、８のフランジ７ｂ、８ｂに嵌め合わせて、ストッパ部材７、８の内周面に装着している。なお、弾性緩衝材９、１０の装着の仕方は上記に限定されない。また、弾性緩衝材９、１０は、ゴム弾性体に限定されず、例えば、空気を封入したエアバッグのようなエアダンパーや、例えば粘性流体を封入した液体ダンパーを用いてもよい。
【００２３】
このストッパ付き転がり支承装置１は、図１に示すように、住宅の土台１１（構造物の上部構造）と基礎コンクリート１２（下部構造）との間の制振層１３に、制振装置（図示省略）と一緒に配設されている。
【００２４】
ストッパ付き転がり支承装置１の硬球体２と硬質板５、６との間には上部構造の鉛直荷重が掛かっているので、硬球体２と硬質板５、６との間には大きな摩擦力が作用し、地震時には、硬球体２は硬質板５、６の間を滑ることなく転動する。また、硬球体２は硬質板５、６に点接触で支持されているが、硬質板５、６が所要の硬さと平面度を備えており、かつ、硬球体２も所要の硬さと真球度を備えているので、上下の硬質板５、６間に上部構造の鉛直方向の圧縮荷重が掛かった状態でも、硬球体２および硬質板５、６に凹みがほとんど生じない。このため、地震時に硬球体２が転動する場合に、水平変位と水平反力との関係において描かれるヒステリシスループに負勾配が生じない。
【００２５】
また、ストッパ付き転がり支承装置１を設置する前は、硬球体２は収容部材３、４によって位置決めされているが、ストッパ付き転がり支承装置１を設置した後は、硬球体２と上下の硬質板５、６の間には上部構造の鉛直荷重が掛かっているので、硬球体２が上下の硬質板５、６に対して滑ることはない。
【００２６】
また、収容部材３、４は、地震時に硬球体２が転動するときには、硬球体２に大きい力が掛かっているので、硬球体２によって収容部材３、４は簡単に変形し又は壊される。収容部材３、４は、地震時の硬球体２の転動に対しては大きな抵抗にならない。図３、図４は、地震時において硬質板５、６がせん断方向（水平方向）に相対移動し、硬球体２が転動した状態を示しているが、収容部材３、４は、地震時の硬球体２の転動に対して大きな抵抗にならないので、収容部材３、４を無視している。
【００２７】
このストッパ付き転がり支承装置１は、ストッパ部材７、８の内周面に弾性緩衝材９、１０を装着しているので、図３、４に示すように、硬球体２がストッパ１７、１８に衝突したときに、硬球体２がストッパ１７、１８に衝突してから硬球体２に押されて弾性緩衝材９、１０が徐々に変形する。このため、硬球体２の水平変位に対する水平反力は、図５に示すように垂直に立ち上がらない。これに対し、仮に、ストッパ部材７、８に弾性緩衝材９、１０を装着していないと、図６に示すように、硬球体２がストッパ部材７、８に衝突するときに、硬球体２の転動が突然規制されるので、硬球体２の水平変位に対する水平反力が垂直に立ち上がる。このように、このストッパ付き転がり支承装置１は、弾性緩衝材９、１０をストッパ部材７、８の内周面に装着したので、硬球体２がストッパ１７、１８に衝突したときの衝撃を吸収することができる。
【００２８】
また、ストッパ部材７、８の内周面に弾性緩衝材９、１０を設けているので、ストッパ部材７、８の配設位置についての組み付け誤差を弾性緩衝材９、１０で吸収することができる。
【００２９】
すなわち、ストッパ１７、１８が、弾性緩衝材９、１０を装着せずに、ストッパ部材７、８のみで構成されており、かつ、ストッパ部材７、８に組み付け誤差がある場合には、硬球体２が転動したときに、上下の硬質板５、６の一方のストッパ（１７、１８）に当たっているが、他方のストッパ（１８、１７）には当たっていない状態が生じる。この場合、他方のストッパ（１８、１７）に硬球体２が当たるまで、硬球体２と硬質板５、６との間に滑りが生じ、硬球体２と硬質板５、６に顕著な摩耗痕が生じたり、地震終息後に硬球体２が元の位置（地震前の位置）に復帰できなかったりする不具合が生じる。
【００３０】
しかし、このストッパ付き転がり支承装置１によれば、硬球体２が弾性緩衝材９、１０に当たってから、弾性緩衝材９、１０が変形するので、ストッパ１７、１８に組み付け誤差がある場合でも、弾性緩衝材９、１０の変形により組み付け誤差が吸収され、硬球体２が必ず上下の硬質板５、６の両方のストッパ１７、１８に当たるようになる。このため、硬球体２と硬質板５、６との間に滑りが生じることがなく、地震が収まったときには、制振装置２２の作用により、硬球体２を元の位置（地震前の位置）に復帰させることができる。
【００３１】
本発明者らは、図７に示すように、住宅（構造物の上部構造）の土台１１と基礎コンクリート１２（下部構造）との間の制振層１３に、複数の転がり支承装置２１と複数の制振装置２２を一緒に配設することにより、地震の振動を吸収する機能と、住宅の床下の換気を行う基礎パッキンの機能を兼ね備えた構造を備えた住宅（構造物の上部構造）のアンカー構造２０を提案している。
【００３２】
本発明者らは、各転がり支承装置２１を均等に住宅（構造物の上部構造）の鉛直荷重を支承するように配設し、各制振装置２２を住宅（構造物の上部構造）の捩じれ振動を抑制するように配設することにより、より高度な制振機能を得ることを提案している。
【００３３】
転がり支承装置２１は、例えば図８に示すように、硬球体３１と、円筒形状の収容部材３２と、硬球体３１及び収容部材３２を上下に挟む硬質板３３、３４を備え、収容部材３２の中に硬球体３１を入れ、収容部材３２の上端及び下端に、上下の硬質板３３、３４をそれぞれ接着したものである。この転がり支承装置２１の硬球体３１、収容部材３２、硬質板３３、３４は、上述したストッパ付き転がり支承装置１の硬球体２、収容部材３、４、硬質板５、６と同様の構成、作用、効果を備えているので、その説明は省略する。なお、収容部材３２については、収容部材３２の下端のみ下側の硬質板３３に接着し、上端は上側の硬質板３４に接着しないようにしてもよい。
【００３４】
また、転がり支承装置２１と一緒に配設する制振装置２２は、例えば図９に示すように、高減衰ゴム製のゴム状弾性体からなる円柱形状の制振部材４１と、制振部材４１を上下に挟む硬質板４２、４３と、ゴム製の被覆材４４を備え、制振部材４１の上端及び下端にそれぞれ硬質板４２、４３を加硫接着し、制振部材４１の外周面をゴム製の被覆材４４で被覆したものである。後記表１に、制振部材４１に用いるゴム材料の好適な配合例を示す。なお、表１中、ｐｈｒは、配合剤の質量をゴム１００部に対する部数で示すときに用いる記号である。制振装置２２は、構造物の上部構造の捩じれ振動を抑制するように配設する。具体的には、構造物の上部構造と下部構造との間の制振層の偏心率が３％以内になるように配設する。なお、構造物の上部構造と下部構造との間の制振層の偏心率は、後記式１により算出する。
【００３５】
この転がり支承装置２１と制振装置２２は、嵩張らないので、基礎パッキンの機能を兼ね備えたものとして好適である。
【００３６】
本発明に係るストッパ付き転がり支承装置１は、図１０に示すように、このアンカー構造２０に適用可能であり、上記の複数の転がり支承装置２１の全て又は幾つか（少なくとも１つ）をストッパ付き転がり支承装置１に置き換えることにより、このアンカー構造２０の転がり支承装置２１の機能とストッパとしての機能を奏する。なお、ストッパ付き転がり支承装置１は、ストッパ１７、１８のない転がり支承装置２１に比べて、製造コストが割高になるので、ストッパ付き転がり支承装置１の数を抑えると、アンカー構造２０全体のコストを抑えることができる。住宅の重さ、地震時に作用する慣性力、ストッパ１７、１８の耐力を考慮して、ストッパ１７、１８が壊れない程度に、ストッパ付き転がり支承装置１の数を抑えればよい。
【００３７】
また、このアンカー構造２０に用いる場合のストッパ１７、１８については、制振装置２２の破損を防止することも考慮するとよい。制振装置２２の制振部材４１に用いる高減衰ゴムは、高さの約４倍の水平方向のせん断変形量によって、破断限界又は降伏限界に達することが知られている。このため、制振装置２２の上下の硬質板４２、４３のせん断方向（水平方向）の変位を制振装置２２の制振部材４１の高さの４倍以下にするとよい。ストッパ付き転がり支承装置１では、硬質板５、６のせん断方向（水平方向）の変位は、硬球体２の転動距離の２倍になる。このため、ストッパ付き転がり支承装置１のストッパ１７、１８により、硬球体２の転動を、制振装置２２の制振部材４１の高さの２倍以下に規制することにより、制振装置２２の破断を防止することができる。
【００３８】
以上、本発明に係るストッパ付き転がり支承装置１の実施の形態、および、本発明者らの提案する構造物のアンカー構造２０への適用を説明したが、本発明に係るストッパ付き転がり支承装置１は上記に限定されるものではない。
【００３９】
例えば、ストッパ付き転がり支承装置の弾性緩衝材９、１０は、上述した形態にゴムの材質を変えたり、縦断面形状を変更したりして、弾性特性を適当に選択することにより、ストッパ接触時の衝撃力の吸収過程における不具合を防止することができる。
【００４０】
図１１に示すストッパ付き転がり支承装置の弾性緩衝材１０は、図１に記載したものと同様、内周側の頂部に切欠き部１０ｂを設けたものである。以下、このストッパ付き転がり支承装置の弾性緩衝材９、１０について、さらに詳しく説明する。
【００４１】
ストッパ付き転がり支承装置の弾性緩衝材９、１０は、例えば、図１２に示すように、縦断面形状を単純な矩形断面にすると、硬球体２が接触したときに、硬球体２を受ける受圧面積（硬球体２に接触する面積）が非常に小さく、略点接触で接触する。そして、その後も受圧面積はすぐには増えない。このため、弾性緩衝材９、１０に局部的に大きな力が加わり、これが弾性緩衝材９、１０が破損する原因になる。また、この場合、弾性緩衝材９、１０は、硬球体２が接触した後すぐに上側の弾性緩衝材９が下方に変形し、下側の弾性緩衝材１０が上方に変形を始める。そして、最終的にストッパ部材７、８によって、硬球体２の転動を規制したときには、図１３に示すように、上側の弾性緩衝材９の下方への変形及び下側の弾性緩衝材１０の上方への変形がそれぞれ大きくなるため、ストッパ部材７、８の下端又は上端と、弾性緩衝材９、１０が当たる部分Ｘに局部的に大きな力が加わり、弾性緩衝材９、１０が破損する原因になる。また、この場合には、上側の弾性緩衝材９の下方への変形及び下側の弾性緩衝材１０の上方への変形がそれぞれ大きいため、上側の弾性緩衝材９と下側の弾性緩衝材１０が相互に干渉する不具合も生じる。
【００４２】
これに対し、図１や図１１に示すように、弾性緩衝材９、１０の縦断面形状において、内周側の頂部に切欠き部９ｂ、１０ｂを設けたものは、図１４に示すように、硬球体２が切欠き部９ｂ、１０ｂに接触し、接触してからすぐに受圧面積が増えるようになっており、硬球体２を受ける受圧面積を接触当初から広く確保することができる。このため、弾性緩衝材９、１０に局部的に大きな力が加わるのを防止することができ、弾性緩衝材９、１０の破損を防止することができる。
【００４３】
また、この場合、予め、弾性緩衝材の縦断面形状において、内周側の頂部に切欠き部９ｂ、１０ｂを設けているので、上側の弾性緩衝材９が下方に変形する量、及び、下側の弾性緩衝材１０が上方に変形する量を共に、小さくすることができる。このため、ストッパ部材７、８の下端又は上端と、弾性緩衝材９、１０が当たる部分Ｘ（図１３参照）に局部的に発生する力を緩和することができるので、弾性緩衝材９、１０の破損を防止できる。また、上下の弾性緩衝材９、１０が相互に干渉して不具合が生じるのを防止することができる。また、硬球体２は弾性緩衝材９、１０の切欠き部９ｂ、１０ｂに接触して、弾性緩衝材９、１０に斜め方向に力を作用させて弾性緩衝材９、１０を圧縮する。このため、弾性緩衝材９、１０に大きな弾性反力が蓄えられ、硬球体２の転動エネルギを効率良く吸収しながら、硬球体２の変位を抑制することができ、硬球体２とストッパ部材７、８の衝突を確実に防ぐことができる。
【００４４】
このように、弾性緩衝材９、１０の内周側の頂部には、切欠き部９ｂ、１０ｂを設けるとよい。なお、図１５に示すように、内周側の底部から傾きが一様な傾斜面９ｃ、１０ｃを設けた場合には、硬球体２に接触してからすぐに受圧面積が増えるので、硬球体２を受ける受圧面積を接触当初から広く確保するという面においては効果があるが、硬球体２を規制したときに、弾性緩衝材９、１０の内周側の底部９ｄ、１０ｄに硬球体２が乗りあがる可能性があり、弾性緩衝材９、１０が破損する原因になる。また、この場合、弾性緩衝材９、１０の底部が硬球体２にすぐに接触してしまうので、弾性緩衝材９、１０の底部が内周側に変形できず、上側の弾性緩衝材９の下方への変形、及び、下側の弾性緩衝材１０の上方への変形が早期に進む。このため、ストッパ部材７、８の下端又は上端と、弾性緩衝材９、１０が当たる部分Ｘ（図１３参照）に局部的に大きな力が加わり、弾性緩衝材９、１０が破損するという問題もある。
【００４５】
これに対し、図１や図１１に示すように、弾性緩衝材９、１０の縦断面形状において、弾性緩衝材９、１０の内周側の底部９ｄ、１０ｄから（硬質板５、６から）少し高い位置において、内周側の頂部に切欠き部９ｂ、１０ｂを設けると、弾性緩衝材９、１０の内周側の底部９ｄ、１０ｄが内周方向へ弾性変形するのを許容することができるので、弾性緩衝材９、１０の内周側の底部９ｄ、１０ｄが硬球体２と干渉する不具合を防止することができる。また、この場合、弾性緩衝材９、１０の底部９ｄ、１０ｄが早期に硬球体２に接触しないので、弾性緩衝材９、１０の底部９ｄ、１０ｄは内周側に変形することができ、上側の弾性緩衝材９の下方への変形、及び、下側の弾性緩衝材１０の上方への変形が、変形初期にあまり進まない、このためストッパ部材７、８の下端又は上端と、弾性緩衝材９、１０が当たる部分Ｘ（図１３参照）に局部的に大きな力が加わり、弾性緩衝材９、１０が破損することを防止することができる。
【００４６】
弾性緩衝材９、１０の内周側の頂部に形成する切欠き部９ｂ、１０ｂは、図１に示すように、円弧状にしてもよいし、図１１や図１６（ａ）に示すように、直線的な形状にしてもよい。また、弾性緩衝材９、１０の内周側の底部については、図１６（ｂ）に示すように、切欠き部９ｅ、１０ｅを設けてもよい。これにより、弾性緩衝材９、１０の底部が内周側へのより大きい弾性変形を許容することができるので、硬球体２が弾性緩衝材９、１０に乗り上げることを防止でき、上側の弾性緩衝材９の下方への変形、及び、下側の弾性緩衝材１０の上方への変形を小さくすることができ、これらに起因する不具合を防止することができる。
【００４７】
これら、弾性緩衝材９、１０の断面形状の違いによる効果に関し、図１２に示すように弾性緩衝材９、１０の縦断面形状が単純な矩形の場合には、硬球体２が弾性緩衝材９、１０に接触した後、すぐに弾性緩衝材９、１０が上方に変形するため、水平変位−水平反力の関係は、図１７に２点鎖線で示すように、硬球体２と弾性緩衝材９、１０が接触した後も水平反力はあまり大きくならず、ストッパ部材７、８により硬球体２の変位が規制される直前に水平反力が急激に大きくなる。
【００４８】
これに対し、図１や図１１に示すように、弾性緩衝材９、１０の内周側の頂部に切欠き部９ｂ、１０ｂがある形状では、弾性緩衝材９、１０が硬球体２から斜め方向に力を受けて変形するため、水平変位−水平反力の関係は、図１７に実線で示すように、硬球体２と弾性緩衝材９、１０が接触すると、その後の水平変位に対して比較的早期に水平反力が大きくなる。このことからも、弾性緩衝材９、１０が単純な矩形状の場合に比べて、弾性緩衝材９、１０に蓄えられる水平方向の反力が大きいことが解かる。
【００４９】
また、弾性緩衝材９、１０に起因する他の不具合の発現要因として、弾性緩衝材９、１０をストッパ部材７、８の内周面にのみ取り付け、上下の硬質板５、６には接着していない場合がある。この場合には、図１８に示すように、硬球体２の転動を規制するときに、弾性緩衝材９、１０がめくれ上がり、弾性緩衝材９、１０が破損したり、ストッパ部材７、８から脱落したりする。このため、弾性緩衝材９、１０を取り付けるときは、外周面をストッパ部材７、８に取り付けるとともに、底部を上下の硬質板５、６に接着すると良く、これにより、斯かる不具合の原因を防止することができる。
【００５０】
次に、ストッパ付き転がり支承装置、及び、構造物のアンカー構造の転がり支承装置における硬球体の位置決めする手段について説明する。硬球体の位置決め手段は、上述した収容部材に限定されず、例えば、図１９に示すように、硬球体２を位置決めする収容部材５１の上端５２及び下端５３の内径を硬球体２の直径よりも大きくし、かつ、収容部材５１の内周面の高さ方向の中央部を内径側に突出させ、その頂部５４を硬球体２に接触させて硬球体２を収容部材５１の内部の中央に位置決めするようにしてもよい。この場合、地震時に、振幅の小さい範囲では収容部材５１が完全に硬球体２に緩衝しないので、硬球体２の転動がよりスムーズになる。
なお、図１９において、同一の構成部材・部位には、図１と同一の符号を付している。
【００５１】
また、他の位置決め手段としては、下側の硬質板の中央部にお碗形の湾曲形状を有する窪みを形成することにより、設置時に重力の作用により硬球体が硬質板の中央部に位置するようにしてもよい。また、接着剤などで簡易接着して硬球体を固定してもよい。すなわち、この場合には、ストッパ付き転がり支承装置を設置した後は、硬球体には構造物の上部構造を支承することにより大きな鉛直荷重が掛かっており、地震時の振動により、硬球体の接着が容易に外れる。従って、接着により硬球体を位置決めしても地震時の硬球体の転動の妨げにはならない。
【００５２】
また、ストッパ付き転がり支承装置１、転がり支承装置２１、制振装置２２の各硬質板のボルト締結部は、取付作業の便宜を図るため、図２０に示すように、片側の第１ボルト締結部６１に両側のボルト締結部６１、６２を結ぶ直線Ｌに沿って切欠き６３を形成し、反対側の第２ボルト締結部６２に両側のボルト締結部６１、６２を結ぶ直線に直交する方向に沿って切欠き６４を形成するとよい。第２ボルト締結部６２の切欠き６４は、詳しくは、第１ボルト締結部６１の所定の締結位置（例えば、設計上のボルト締結位置Ｏ）を中心とし、所定のボルトピッチ（例えば、設計上のボルトピッチＰ）を半径とする円弧Ｃに沿って形成するとよい。各ボルト締結部６１、６２の切欠き６３、６４の幅は、アンカーボルト６５、６６の直径よりも少し大きくなっており、切欠き６３、６４に沿ってアンカーボルト６５、６６を装着・離脱させることができるようになっている。また、切欠き６３、６４は、施工時の誤差を許容できるように、設計上のボルト締結位置よりも深く形成している。
【００５３】
このようにボルト締結部を形成すると、図２１に示すように、切欠き６３に沿って第１ボルト締結部６１に片側のアンカーボルト６５に装着し、ストッパ付き転がり支承装置１等を回動させて切欠き６４に沿って反対側のアンカーボルト６６を第２ボルト締結部６２に装着することができるので、取り付け作業が容易になる。
【００５４】
【表１】
【００５５】
【式１】
【００５６】
【発明の効果】
本発明に係るストッパ付き転がり支承装置は、上下の硬質板の転動面の周縁部に、それぞれ硬球体の転動を規制するストッパ部材を突設するとともに、ストッパ部材の内周面に弾性緩衝材を配設したので、硬球体がストッパに衝突したときの衝撃を吸収することができる。また、ストッパ部材の配設位置についての組み付け誤差を弾性緩衝材で吸収することができるので、地震が収まったときには、制振装置の作用により、硬球体を元の位置（地震前の位置）に復帰させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るストッパ付き転がり支承装置を示す縦断面図。
【図２】本発明の一実施形態に係るストッパ付き転がり支承装置の平面図。
【図３】本発明の一実施形態に係るストッパ付き転がり支承装置の地震時の状態を示す縦断面図。
【図４】本発明の一実施形態に係るストッパ付き転がり支承装置の地震時の状態を示す平面図。
【図５】ストッパ付き転がり支承装置の硬球体の水平変位と水平反力との関係を示す図。
【図６】弾性緩衝材が装着されていない場合におけるストッパ付き転がり支承装置の硬球体の水平変位と水平反力との関係を示す図。
【図７】本発明者らが提案する構造物のアンカー構造を示す平面図。
【図８】本発明者らが提案する構造物のアンカー構造に用いる転がり支承装置を示す縦断面図。
【図９】本発明者らが提案する構造物のアンカー構造に用いる制振装置を示す縦断面図。
【図１０】本発明者らが提案する構造物のアンカー構造に本発明に係るストッパ付き転がり支承装置を装備したものを示す平面図。
【図１１】弾性緩衝材の変形例を示す弾性緩衝材の部分縦断面図。
【図１２】略矩形の断面形状を有する弾性緩衝材を備えたストッパ付き転がり支承装置の縦断面図。
【図１３】略矩形の断面形状を有する弾性緩衝材を備えたストッパ付き転がり支承装置において、硬球体の転動を規制した状態を示すストッパ付き転がり支承装置の縦断面図。
【図１４】内周側の頂部に切欠き部を有する弾性緩衝材を備えたストッパ付き転がり支承装置の縦断面図。
【図１５】内周側に一様な傾斜面を有する弾性緩衝材を備えたストッパ付き転がり支承装置の縦断面図。
【図１６】（ａ）は内周側の頂部に切欠き部を有する弾性緩衝材の変形例を示すストッパ付き転がり支承装置の縦断面図であり、（ｂ）はさらに内周側の底部に切欠き部を有する弾性緩衝材の変形例を示すストッパ付き転がり支承装置の縦断面図である。
【図１７】ストッパ付き転がり支承装置の水平変位と水平反力との関係を示す図。
【図１８】弾性緩衝材がめくれ上がる不具合を示す縦断面図。
【図１９】ストッパ付き転がり支承装置の収容部材の変形例を示す縦断面図。
【図２０】ストッパ付き転がり支承装置のボルト締結孔の変形例を示す図。
【図２１】図２０に示すストッパ付き転がり支承装置の変形例の取り付け作業を示す図。
【符号の説明】
１ ストッパ付き転がり支承装置
２ 硬球体
３、４ 収容部材
５、６ 硬質板
７、８ ストッパ部材
７ａ、８ａ フランジ
７ｂ、８ｂ 係合突起
９、１０ 弾性緩衝材
９ａ、１０ａ 係合凹部
９ｂ、１０ｂ 弾性緩衝材の内周側の頂部の切欠き部
９ｅ、１０ｅ 弾性緩衝材の内周側の底部の切欠き部
【発明の属する技術分野】
本発明は、構造物の上部構造と下部構造との間に装着され、下部構造の上に上部構造を固定する構造物のアンカー構造に用いる転がり支承装置に関するものである。また、本発明に係る転がり支承装置は、嵩張らず、住宅の基礎部の通気用の基礎パッキン材としての機能を兼ね備えさせることが可能である。
【０００２】
【従来の技術】
地震等による振動から構造物を保護する免震支承装置として、転がり支承装置を備えたものが知られている。転がり支承装置は、上下の硬質板の間に硬球体を挟んだ構造をしており、地震時は、硬球体が上下の硬質板の中央部に形成した転動面を転がり、構造物の上部構造と下部構造の水平方向の相対移動を許容する構造になっている。
【０００３】
また、設計時の想定以上の揺れが生じ、転がり支承装置の硬球体が下側の硬質板から脱落するのを防止するストッパを設けたものが特許文献１に記載されている。また、転がり支承装置の上下の硬質板の周囲にストッパとなる壁を設けたものが下記特許文献２、３に記載されている。
【０００４】
また、ストッパに硬球体が衝突したときには、構造物の上部構造と下部構造の水平方向の相対移動が規制されるため、衝突の衝撃が生じる。この衝撃を回避するため、ストッパに衝突した後で、滑りを生じさせて、衝突の衝撃が生じないようにしたものが下記特許文献４、５に記載されている。
【０００５】
特許文献４では、上側の硬質板の転動面の直径を下側の硬質板のものより大きくし、ストッパに硬球体が衝突した後、下側の硬質板に設けたストッパにより転動が規制されたボールに対して、上側の硬質板が滑るようになっている。特許文献５では、ストッパに硬球体が衝突した後、下側の硬質板が構造物の土台上を滑るようになっている。
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−３０３９２８号公報
【特許文献２】特開平１０−３１７７１８号公報
【特許文献３】特開平１１−３６６５８号公報
【特許文献４】特開平１０−２９２６７１号公報
【特許文献５】特開平１１−１８２６１８号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述した特許文献４に記載されている転がり支承装置は、ストッパに硬球体が衝突した後、下側の硬質板に設けたストッパにより転動が規制された硬球体に対して、上側の硬質板が滑るようになっているため、地震後に硬球体が元の位置（地震前の位置）に復帰することができない。また、上下の硬質板の直径を変える必要があり、上下の硬質板を別々に作る必要がありコストが嵩む、また、上側の硬質板と硬球体には大きな鉛直荷重が掛かっているため、上側の硬質板が硬球体に対して滑る場合には、大きな摩擦力が生じ、上側の硬質板又は硬球体に摩耗や損傷が生じるなどの問題がある。
【０００８】
また、特許文献５に記載されている転がり支承装置は、ストッパに硬球体が衝突した後、下側の硬質板が構造物の土台上を滑るようになっているため、地震後に下側の硬質板が元の位置（地震前の位置）に復帰することができない。
【０００９】
そこで、本発明は、ストッパで硬球体の転動が規制されたときの衝撃を緩和することができ、かつ、地震後に、硬球体と上下の硬質板の相対的な位置が元の状態（地震前の状態）に戻るストッパ付きの転がり支承装置を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るストッパ付き転がり支承装置は、向かい合う面にそれぞれ転動面を有する上下一対の硬質板と、前記上下の硬質板の間に挟まれ、かつ、上下の硬質板の転動面の中央部に位置決めした状態で配設した硬球体とを備えた転がり支承装置において、前記上下の硬質板の転動面の周縁部に、それぞれ硬球体の転動を規制するストッパ部材を突設するとともに、ストッパ部材の内周面に弾性緩衝材を配設したことを特徴としている。この場合、ストッパ部材の内周側の頂部に切欠き部を設けることが望ましい。
【００１１】
本発明に係るストッパ付き転がり支承装置は、前記上下の硬質板の転動面を平らにし、かつ、前記上下の硬質板の間に軟質弾性体からなる筒状体を配設し、前記筒状体に前記硬球体を内接させることにより、前記硬球体を上下の硬質板の転動面の中央部に位置決めするとよい。
【００１２】
また、上下の硬質板の少なくとも転動面の硬さを、ＨＲＣ２５以上にすることにより、硬球体の転動面が凹むのを抑えることができ、ヒステリシスループでの負勾配の発生を抑制して効果的な制振機能を持たせることができる。上下の硬質板は、冷間圧延加工により加工硬化させることにより、ＨＲＣ２５以上の硬さを安価に確保することができる。また、上下の硬質板を冷間圧延加工により加工硬化させたものは、熱処理により硬度を向上させた場合に比べて上下の硬質板に歪が生じないのでより平坦な転動面が得られ、硬球体のより滑らかな転動を確保することができる。
【００１３】
また、硬球体の硬さをＨＲＣ２５以上にすることにより、硬球体が凹むのを抑えることができ、ヒステリシスループでの負勾配の発生を抑制して、効果的な制振機能を持たせることができる。硬球体は、転動加工により加工硬化させることにより、ＨＲＣ２５以上の硬さと所要の真球度を安価に確保することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態に係るストッパ付き転がり支承装置を図面に基づいて説明する。
【００１５】
ストッパ付き転がり支承装置１は、図１、図２に示すように、硬球体２と、円筒形状の収容部材３、４と、硬球体２及び収容部材３、４を上下に挟む硬質板５、６と、ストッパ部材７、８と弾性緩衝材９、１０とを備えており、住宅の土台１１（構造物の上部構造）と基礎コンクリート１２（構造物の下部構造）との間の制振層１３に配設される。
【００１６】
硬球体２は、所要の硬さと真球度を備えた球体であり、略球形に粗加工した鋼材を転動加工し、表面にニッケルメッキを施して製造したものである。転動加工は、略球形に粗加工した鋼材を研磨板で上下に挟み、研磨板間で転動させて鋼材の表面の歪を除去しながら、球形に整形するものである。硬球体２は、転動加工により加工硬化が生じて硬さが増す。この転動加工によれば、例えばＳ１５Ｃなどの安価な鋼材を用いて、ＨＲＣ２５以上の硬さと、高度な真球度を備えた硬球体を得ることができ、硬球体２の部品コストを安くすることができる。
【００１７】
収容部材３、４は、合成ゴムの発泡体、軟質ウレタンフォーム、ポリスチレン発泡体やポリエチレン発泡体などの軟質弾性材料からなるスポンジ状の円筒形状の部材である。収容部材３、４の内径は、硬球体２の直径と同じか、硬球体２の直径よりも少し小さくなっている。収容部材３は上側の硬質板５の下面に取り付けられ、収容部材４は下側の硬質板６の上面に取り付けられている。
【００１８】
硬質板５、６は、図２に示すように、所要の硬さと平面度を備えており、例えば５ｍｍ厚の略ひし形の板状部材である。上下の硬質板５、６の両側には、アンカーボルト１５を締結するボルト締結部１６を設けている。この硬質板５、６は、板状素材に冷間圧延加工を施して製造している。冷間圧延加工は、板状素材を圧延ローラで挟みながら引き抜くものであり、熱処理を施すことがないので、加工後に歪が生じることがなく、これにより所要の平面度を確保することができる。また、この冷間圧延加工によれば、加工硬化により所要の硬さを得ることができ、例えば、ＳＵＳ３０４などの鋼材を用いて、ＨＲＣ２５以上の硬質板５、６を得ることができる。
【００１９】
このストッパ付き転がり支承装置１は、この硬質板５、６の中央部に収容部材３、４を接着し、収容部材３、４に硬球体２を収容することにより硬球体２を位置決めしている。硬質板５、６には、硬球体２を位置決めする位置を中心として、硬球体２の転動を規制する円形のストッパ１７、１８を配設することにより、硬球体２に転動を許容する円形の転動面を形成している。
【００２０】
ストッパ１７、１８は、ストッパ部材７、８と弾性緩衝材９、１０からなる。
【００２１】
ストッパ部材７、８は、硬球体２の転動を規制するための所要の硬度を有する円筒状部材である。この実施形態では、一端にフランジ７ａ、８ａを備えており、フランジ７ａ、８ａを設けた端部を上下の硬質板５、６に取り付け、溶接やボルト締結などにより剛接合している。また、ストッパ部材７、８は、弾性緩衝材９、１０を装着するフランジ７ｂ、８ｂを内周面に備えている。
【００２２】
弾性緩衝材９、１０は、ストッパ部材７、８の内周面に装着されたリング状のゴム弾性体である。この弾性緩衝材９、１０は内周側の頂部に円弧状に切欠き部９ｂ、１０ｂを有している。弾性緩衝材９、１０は、例えば、ストッパ部材７、８の内周面に設けたフランジ７ｂ、８ｂに嵌まり合う係合凹部９ａ、１０ａを外周面に備えており、この係合凹部９ａ、１０ａをストッパ部材７、８のフランジ７ｂ、８ｂに嵌め合わせて、ストッパ部材７、８の内周面に装着している。なお、弾性緩衝材９、１０の装着の仕方は上記に限定されない。また、弾性緩衝材９、１０は、ゴム弾性体に限定されず、例えば、空気を封入したエアバッグのようなエアダンパーや、例えば粘性流体を封入した液体ダンパーを用いてもよい。
【００２３】
このストッパ付き転がり支承装置１は、図１に示すように、住宅の土台１１（構造物の上部構造）と基礎コンクリート１２（下部構造）との間の制振層１３に、制振装置（図示省略）と一緒に配設されている。
【００２４】
ストッパ付き転がり支承装置１の硬球体２と硬質板５、６との間には上部構造の鉛直荷重が掛かっているので、硬球体２と硬質板５、６との間には大きな摩擦力が作用し、地震時には、硬球体２は硬質板５、６の間を滑ることなく転動する。また、硬球体２は硬質板５、６に点接触で支持されているが、硬質板５、６が所要の硬さと平面度を備えており、かつ、硬球体２も所要の硬さと真球度を備えているので、上下の硬質板５、６間に上部構造の鉛直方向の圧縮荷重が掛かった状態でも、硬球体２および硬質板５、６に凹みがほとんど生じない。このため、地震時に硬球体２が転動する場合に、水平変位と水平反力との関係において描かれるヒステリシスループに負勾配が生じない。
【００２５】
また、ストッパ付き転がり支承装置１を設置する前は、硬球体２は収容部材３、４によって位置決めされているが、ストッパ付き転がり支承装置１を設置した後は、硬球体２と上下の硬質板５、６の間には上部構造の鉛直荷重が掛かっているので、硬球体２が上下の硬質板５、６に対して滑ることはない。
【００２６】
また、収容部材３、４は、地震時に硬球体２が転動するときには、硬球体２に大きい力が掛かっているので、硬球体２によって収容部材３、４は簡単に変形し又は壊される。収容部材３、４は、地震時の硬球体２の転動に対しては大きな抵抗にならない。図３、図４は、地震時において硬質板５、６がせん断方向（水平方向）に相対移動し、硬球体２が転動した状態を示しているが、収容部材３、４は、地震時の硬球体２の転動に対して大きな抵抗にならないので、収容部材３、４を無視している。
【００２７】
このストッパ付き転がり支承装置１は、ストッパ部材７、８の内周面に弾性緩衝材９、１０を装着しているので、図３、４に示すように、硬球体２がストッパ１７、１８に衝突したときに、硬球体２がストッパ１７、１８に衝突してから硬球体２に押されて弾性緩衝材９、１０が徐々に変形する。このため、硬球体２の水平変位に対する水平反力は、図５に示すように垂直に立ち上がらない。これに対し、仮に、ストッパ部材７、８に弾性緩衝材９、１０を装着していないと、図６に示すように、硬球体２がストッパ部材７、８に衝突するときに、硬球体２の転動が突然規制されるので、硬球体２の水平変位に対する水平反力が垂直に立ち上がる。このように、このストッパ付き転がり支承装置１は、弾性緩衝材９、１０をストッパ部材７、８の内周面に装着したので、硬球体２がストッパ１７、１８に衝突したときの衝撃を吸収することができる。
【００２８】
また、ストッパ部材７、８の内周面に弾性緩衝材９、１０を設けているので、ストッパ部材７、８の配設位置についての組み付け誤差を弾性緩衝材９、１０で吸収することができる。
【００２９】
すなわち、ストッパ１７、１８が、弾性緩衝材９、１０を装着せずに、ストッパ部材７、８のみで構成されており、かつ、ストッパ部材７、８に組み付け誤差がある場合には、硬球体２が転動したときに、上下の硬質板５、６の一方のストッパ（１７、１８）に当たっているが、他方のストッパ（１８、１７）には当たっていない状態が生じる。この場合、他方のストッパ（１８、１７）に硬球体２が当たるまで、硬球体２と硬質板５、６との間に滑りが生じ、硬球体２と硬質板５、６に顕著な摩耗痕が生じたり、地震終息後に硬球体２が元の位置（地震前の位置）に復帰できなかったりする不具合が生じる。
【００３０】
しかし、このストッパ付き転がり支承装置１によれば、硬球体２が弾性緩衝材９、１０に当たってから、弾性緩衝材９、１０が変形するので、ストッパ１７、１８に組み付け誤差がある場合でも、弾性緩衝材９、１０の変形により組み付け誤差が吸収され、硬球体２が必ず上下の硬質板５、６の両方のストッパ１７、１８に当たるようになる。このため、硬球体２と硬質板５、６との間に滑りが生じることがなく、地震が収まったときには、制振装置２２の作用により、硬球体２を元の位置（地震前の位置）に復帰させることができる。
【００３１】
本発明者らは、図７に示すように、住宅（構造物の上部構造）の土台１１と基礎コンクリート１２（下部構造）との間の制振層１３に、複数の転がり支承装置２１と複数の制振装置２２を一緒に配設することにより、地震の振動を吸収する機能と、住宅の床下の換気を行う基礎パッキンの機能を兼ね備えた構造を備えた住宅（構造物の上部構造）のアンカー構造２０を提案している。
【００３２】
本発明者らは、各転がり支承装置２１を均等に住宅（構造物の上部構造）の鉛直荷重を支承するように配設し、各制振装置２２を住宅（構造物の上部構造）の捩じれ振動を抑制するように配設することにより、より高度な制振機能を得ることを提案している。
【００３３】
転がり支承装置２１は、例えば図８に示すように、硬球体３１と、円筒形状の収容部材３２と、硬球体３１及び収容部材３２を上下に挟む硬質板３３、３４を備え、収容部材３２の中に硬球体３１を入れ、収容部材３２の上端及び下端に、上下の硬質板３３、３４をそれぞれ接着したものである。この転がり支承装置２１の硬球体３１、収容部材３２、硬質板３３、３４は、上述したストッパ付き転がり支承装置１の硬球体２、収容部材３、４、硬質板５、６と同様の構成、作用、効果を備えているので、その説明は省略する。なお、収容部材３２については、収容部材３２の下端のみ下側の硬質板３３に接着し、上端は上側の硬質板３４に接着しないようにしてもよい。
【００３４】
また、転がり支承装置２１と一緒に配設する制振装置２２は、例えば図９に示すように、高減衰ゴム製のゴム状弾性体からなる円柱形状の制振部材４１と、制振部材４１を上下に挟む硬質板４２、４３と、ゴム製の被覆材４４を備え、制振部材４１の上端及び下端にそれぞれ硬質板４２、４３を加硫接着し、制振部材４１の外周面をゴム製の被覆材４４で被覆したものである。後記表１に、制振部材４１に用いるゴム材料の好適な配合例を示す。なお、表１中、ｐｈｒは、配合剤の質量をゴム１００部に対する部数で示すときに用いる記号である。制振装置２２は、構造物の上部構造の捩じれ振動を抑制するように配設する。具体的には、構造物の上部構造と下部構造との間の制振層の偏心率が３％以内になるように配設する。なお、構造物の上部構造と下部構造との間の制振層の偏心率は、後記式１により算出する。
【００３５】
この転がり支承装置２１と制振装置２２は、嵩張らないので、基礎パッキンの機能を兼ね備えたものとして好適である。
【００３６】
本発明に係るストッパ付き転がり支承装置１は、図１０に示すように、このアンカー構造２０に適用可能であり、上記の複数の転がり支承装置２１の全て又は幾つか（少なくとも１つ）をストッパ付き転がり支承装置１に置き換えることにより、このアンカー構造２０の転がり支承装置２１の機能とストッパとしての機能を奏する。なお、ストッパ付き転がり支承装置１は、ストッパ１７、１８のない転がり支承装置２１に比べて、製造コストが割高になるので、ストッパ付き転がり支承装置１の数を抑えると、アンカー構造２０全体のコストを抑えることができる。住宅の重さ、地震時に作用する慣性力、ストッパ１７、１８の耐力を考慮して、ストッパ１７、１８が壊れない程度に、ストッパ付き転がり支承装置１の数を抑えればよい。
【００３７】
また、このアンカー構造２０に用いる場合のストッパ１７、１８については、制振装置２２の破損を防止することも考慮するとよい。制振装置２２の制振部材４１に用いる高減衰ゴムは、高さの約４倍の水平方向のせん断変形量によって、破断限界又は降伏限界に達することが知られている。このため、制振装置２２の上下の硬質板４２、４３のせん断方向（水平方向）の変位を制振装置２２の制振部材４１の高さの４倍以下にするとよい。ストッパ付き転がり支承装置１では、硬質板５、６のせん断方向（水平方向）の変位は、硬球体２の転動距離の２倍になる。このため、ストッパ付き転がり支承装置１のストッパ１７、１８により、硬球体２の転動を、制振装置２２の制振部材４１の高さの２倍以下に規制することにより、制振装置２２の破断を防止することができる。
【００３８】
以上、本発明に係るストッパ付き転がり支承装置１の実施の形態、および、本発明者らの提案する構造物のアンカー構造２０への適用を説明したが、本発明に係るストッパ付き転がり支承装置１は上記に限定されるものではない。
【００３９】
例えば、ストッパ付き転がり支承装置の弾性緩衝材９、１０は、上述した形態にゴムの材質を変えたり、縦断面形状を変更したりして、弾性特性を適当に選択することにより、ストッパ接触時の衝撃力の吸収過程における不具合を防止することができる。
【００４０】
図１１に示すストッパ付き転がり支承装置の弾性緩衝材１０は、図１に記載したものと同様、内周側の頂部に切欠き部１０ｂを設けたものである。以下、このストッパ付き転がり支承装置の弾性緩衝材９、１０について、さらに詳しく説明する。
【００４１】
ストッパ付き転がり支承装置の弾性緩衝材９、１０は、例えば、図１２に示すように、縦断面形状を単純な矩形断面にすると、硬球体２が接触したときに、硬球体２を受ける受圧面積（硬球体２に接触する面積）が非常に小さく、略点接触で接触する。そして、その後も受圧面積はすぐには増えない。このため、弾性緩衝材９、１０に局部的に大きな力が加わり、これが弾性緩衝材９、１０が破損する原因になる。また、この場合、弾性緩衝材９、１０は、硬球体２が接触した後すぐに上側の弾性緩衝材９が下方に変形し、下側の弾性緩衝材１０が上方に変形を始める。そして、最終的にストッパ部材７、８によって、硬球体２の転動を規制したときには、図１３に示すように、上側の弾性緩衝材９の下方への変形及び下側の弾性緩衝材１０の上方への変形がそれぞれ大きくなるため、ストッパ部材７、８の下端又は上端と、弾性緩衝材９、１０が当たる部分Ｘに局部的に大きな力が加わり、弾性緩衝材９、１０が破損する原因になる。また、この場合には、上側の弾性緩衝材９の下方への変形及び下側の弾性緩衝材１０の上方への変形がそれぞれ大きいため、上側の弾性緩衝材９と下側の弾性緩衝材１０が相互に干渉する不具合も生じる。
【００４２】
これに対し、図１や図１１に示すように、弾性緩衝材９、１０の縦断面形状において、内周側の頂部に切欠き部９ｂ、１０ｂを設けたものは、図１４に示すように、硬球体２が切欠き部９ｂ、１０ｂに接触し、接触してからすぐに受圧面積が増えるようになっており、硬球体２を受ける受圧面積を接触当初から広く確保することができる。このため、弾性緩衝材９、１０に局部的に大きな力が加わるのを防止することができ、弾性緩衝材９、１０の破損を防止することができる。
【００４３】
また、この場合、予め、弾性緩衝材の縦断面形状において、内周側の頂部に切欠き部９ｂ、１０ｂを設けているので、上側の弾性緩衝材９が下方に変形する量、及び、下側の弾性緩衝材１０が上方に変形する量を共に、小さくすることができる。このため、ストッパ部材７、８の下端又は上端と、弾性緩衝材９、１０が当たる部分Ｘ（図１３参照）に局部的に発生する力を緩和することができるので、弾性緩衝材９、１０の破損を防止できる。また、上下の弾性緩衝材９、１０が相互に干渉して不具合が生じるのを防止することができる。また、硬球体２は弾性緩衝材９、１０の切欠き部９ｂ、１０ｂに接触して、弾性緩衝材９、１０に斜め方向に力を作用させて弾性緩衝材９、１０を圧縮する。このため、弾性緩衝材９、１０に大きな弾性反力が蓄えられ、硬球体２の転動エネルギを効率良く吸収しながら、硬球体２の変位を抑制することができ、硬球体２とストッパ部材７、８の衝突を確実に防ぐことができる。
【００４４】
このように、弾性緩衝材９、１０の内周側の頂部には、切欠き部９ｂ、１０ｂを設けるとよい。なお、図１５に示すように、内周側の底部から傾きが一様な傾斜面９ｃ、１０ｃを設けた場合には、硬球体２に接触してからすぐに受圧面積が増えるので、硬球体２を受ける受圧面積を接触当初から広く確保するという面においては効果があるが、硬球体２を規制したときに、弾性緩衝材９、１０の内周側の底部９ｄ、１０ｄに硬球体２が乗りあがる可能性があり、弾性緩衝材９、１０が破損する原因になる。また、この場合、弾性緩衝材９、１０の底部が硬球体２にすぐに接触してしまうので、弾性緩衝材９、１０の底部が内周側に変形できず、上側の弾性緩衝材９の下方への変形、及び、下側の弾性緩衝材１０の上方への変形が早期に進む。このため、ストッパ部材７、８の下端又は上端と、弾性緩衝材９、１０が当たる部分Ｘ（図１３参照）に局部的に大きな力が加わり、弾性緩衝材９、１０が破損するという問題もある。
【００４５】
これに対し、図１や図１１に示すように、弾性緩衝材９、１０の縦断面形状において、弾性緩衝材９、１０の内周側の底部９ｄ、１０ｄから（硬質板５、６から）少し高い位置において、内周側の頂部に切欠き部９ｂ、１０ｂを設けると、弾性緩衝材９、１０の内周側の底部９ｄ、１０ｄが内周方向へ弾性変形するのを許容することができるので、弾性緩衝材９、１０の内周側の底部９ｄ、１０ｄが硬球体２と干渉する不具合を防止することができる。また、この場合、弾性緩衝材９、１０の底部９ｄ、１０ｄが早期に硬球体２に接触しないので、弾性緩衝材９、１０の底部９ｄ、１０ｄは内周側に変形することができ、上側の弾性緩衝材９の下方への変形、及び、下側の弾性緩衝材１０の上方への変形が、変形初期にあまり進まない、このためストッパ部材７、８の下端又は上端と、弾性緩衝材９、１０が当たる部分Ｘ（図１３参照）に局部的に大きな力が加わり、弾性緩衝材９、１０が破損することを防止することができる。
【００４６】
弾性緩衝材９、１０の内周側の頂部に形成する切欠き部９ｂ、１０ｂは、図１に示すように、円弧状にしてもよいし、図１１や図１６（ａ）に示すように、直線的な形状にしてもよい。また、弾性緩衝材９、１０の内周側の底部については、図１６（ｂ）に示すように、切欠き部９ｅ、１０ｅを設けてもよい。これにより、弾性緩衝材９、１０の底部が内周側へのより大きい弾性変形を許容することができるので、硬球体２が弾性緩衝材９、１０に乗り上げることを防止でき、上側の弾性緩衝材９の下方への変形、及び、下側の弾性緩衝材１０の上方への変形を小さくすることができ、これらに起因する不具合を防止することができる。
【００４７】
これら、弾性緩衝材９、１０の断面形状の違いによる効果に関し、図１２に示すように弾性緩衝材９、１０の縦断面形状が単純な矩形の場合には、硬球体２が弾性緩衝材９、１０に接触した後、すぐに弾性緩衝材９、１０が上方に変形するため、水平変位−水平反力の関係は、図１７に２点鎖線で示すように、硬球体２と弾性緩衝材９、１０が接触した後も水平反力はあまり大きくならず、ストッパ部材７、８により硬球体２の変位が規制される直前に水平反力が急激に大きくなる。
【００４８】
これに対し、図１や図１１に示すように、弾性緩衝材９、１０の内周側の頂部に切欠き部９ｂ、１０ｂがある形状では、弾性緩衝材９、１０が硬球体２から斜め方向に力を受けて変形するため、水平変位−水平反力の関係は、図１７に実線で示すように、硬球体２と弾性緩衝材９、１０が接触すると、その後の水平変位に対して比較的早期に水平反力が大きくなる。このことからも、弾性緩衝材９、１０が単純な矩形状の場合に比べて、弾性緩衝材９、１０に蓄えられる水平方向の反力が大きいことが解かる。
【００４９】
また、弾性緩衝材９、１０に起因する他の不具合の発現要因として、弾性緩衝材９、１０をストッパ部材７、８の内周面にのみ取り付け、上下の硬質板５、６には接着していない場合がある。この場合には、図１８に示すように、硬球体２の転動を規制するときに、弾性緩衝材９、１０がめくれ上がり、弾性緩衝材９、１０が破損したり、ストッパ部材７、８から脱落したりする。このため、弾性緩衝材９、１０を取り付けるときは、外周面をストッパ部材７、８に取り付けるとともに、底部を上下の硬質板５、６に接着すると良く、これにより、斯かる不具合の原因を防止することができる。
【００５０】
次に、ストッパ付き転がり支承装置、及び、構造物のアンカー構造の転がり支承装置における硬球体の位置決めする手段について説明する。硬球体の位置決め手段は、上述した収容部材に限定されず、例えば、図１９に示すように、硬球体２を位置決めする収容部材５１の上端５２及び下端５３の内径を硬球体２の直径よりも大きくし、かつ、収容部材５１の内周面の高さ方向の中央部を内径側に突出させ、その頂部５４を硬球体２に接触させて硬球体２を収容部材５１の内部の中央に位置決めするようにしてもよい。この場合、地震時に、振幅の小さい範囲では収容部材５１が完全に硬球体２に緩衝しないので、硬球体２の転動がよりスムーズになる。
なお、図１９において、同一の構成部材・部位には、図１と同一の符号を付している。
【００５１】
また、他の位置決め手段としては、下側の硬質板の中央部にお碗形の湾曲形状を有する窪みを形成することにより、設置時に重力の作用により硬球体が硬質板の中央部に位置するようにしてもよい。また、接着剤などで簡易接着して硬球体を固定してもよい。すなわち、この場合には、ストッパ付き転がり支承装置を設置した後は、硬球体には構造物の上部構造を支承することにより大きな鉛直荷重が掛かっており、地震時の振動により、硬球体の接着が容易に外れる。従って、接着により硬球体を位置決めしても地震時の硬球体の転動の妨げにはならない。
【００５２】
また、ストッパ付き転がり支承装置１、転がり支承装置２１、制振装置２２の各硬質板のボルト締結部は、取付作業の便宜を図るため、図２０に示すように、片側の第１ボルト締結部６１に両側のボルト締結部６１、６２を結ぶ直線Ｌに沿って切欠き６３を形成し、反対側の第２ボルト締結部６２に両側のボルト締結部６１、６２を結ぶ直線に直交する方向に沿って切欠き６４を形成するとよい。第２ボルト締結部６２の切欠き６４は、詳しくは、第１ボルト締結部６１の所定の締結位置（例えば、設計上のボルト締結位置Ｏ）を中心とし、所定のボルトピッチ（例えば、設計上のボルトピッチＰ）を半径とする円弧Ｃに沿って形成するとよい。各ボルト締結部６１、６２の切欠き６３、６４の幅は、アンカーボルト６５、６６の直径よりも少し大きくなっており、切欠き６３、６４に沿ってアンカーボルト６５、６６を装着・離脱させることができるようになっている。また、切欠き６３、６４は、施工時の誤差を許容できるように、設計上のボルト締結位置よりも深く形成している。
【００５３】
このようにボルト締結部を形成すると、図２１に示すように、切欠き６３に沿って第１ボルト締結部６１に片側のアンカーボルト６５に装着し、ストッパ付き転がり支承装置１等を回動させて切欠き６４に沿って反対側のアンカーボルト６６を第２ボルト締結部６２に装着することができるので、取り付け作業が容易になる。
【００５４】
【表１】
【式１】
【発明の効果】
本発明に係るストッパ付き転がり支承装置は、上下の硬質板の転動面の周縁部に、それぞれ硬球体の転動を規制するストッパ部材を突設するとともに、ストッパ部材の内周面に弾性緩衝材を配設したので、硬球体がストッパに衝突したときの衝撃を吸収することができる。また、ストッパ部材の配設位置についての組み付け誤差を弾性緩衝材で吸収することができるので、地震が収まったときには、制振装置の作用により、硬球体を元の位置（地震前の位置）に復帰させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るストッパ付き転がり支承装置を示す縦断面図。
【図２】本発明の一実施形態に係るストッパ付き転がり支承装置の平面図。
【図３】本発明の一実施形態に係るストッパ付き転がり支承装置の地震時の状態を示す縦断面図。
【図４】本発明の一実施形態に係るストッパ付き転がり支承装置の地震時の状態を示す平面図。
【図５】ストッパ付き転がり支承装置の硬球体の水平変位と水平反力との関係を示す図。
【図６】弾性緩衝材が装着されていない場合におけるストッパ付き転がり支承装置の硬球体の水平変位と水平反力との関係を示す図。
【図７】本発明者らが提案する構造物のアンカー構造を示す平面図。
【図８】本発明者らが提案する構造物のアンカー構造に用いる転がり支承装置を示す縦断面図。
【図９】本発明者らが提案する構造物のアンカー構造に用いる制振装置を示す縦断面図。
【図１０】本発明者らが提案する構造物のアンカー構造に本発明に係るストッパ付き転がり支承装置を装備したものを示す平面図。
【図１１】弾性緩衝材の変形例を示す弾性緩衝材の部分縦断面図。
【図１２】略矩形の断面形状を有する弾性緩衝材を備えたストッパ付き転がり支承装置の縦断面図。
【図１３】略矩形の断面形状を有する弾性緩衝材を備えたストッパ付き転がり支承装置において、硬球体の転動を規制した状態を示すストッパ付き転がり支承装置の縦断面図。
【図１４】内周側の頂部に切欠き部を有する弾性緩衝材を備えたストッパ付き転がり支承装置の縦断面図。
【図１５】内周側に一様な傾斜面を有する弾性緩衝材を備えたストッパ付き転がり支承装置の縦断面図。
【図１６】（ａ）は内周側の頂部に切欠き部を有する弾性緩衝材の変形例を示すストッパ付き転がり支承装置の縦断面図であり、（ｂ）はさらに内周側の底部に切欠き部を有する弾性緩衝材の変形例を示すストッパ付き転がり支承装置の縦断面図である。
【図１７】ストッパ付き転がり支承装置の水平変位と水平反力との関係を示す図。
【図１８】弾性緩衝材がめくれ上がる不具合を示す縦断面図。
【図１９】ストッパ付き転がり支承装置の収容部材の変形例を示す縦断面図。
【図２０】ストッパ付き転がり支承装置のボルト締結孔の変形例を示す図。
【図２１】図２０に示すストッパ付き転がり支承装置の変形例の取り付け作業を示す図。
【符号の説明】
１ ストッパ付き転がり支承装置
２ 硬球体
３、４ 収容部材
５、６ 硬質板
７、８ ストッパ部材
７ａ、８ａ フランジ
７ｂ、８ｂ 係合突起
９、１０ 弾性緩衝材
９ａ、１０ａ 係合凹部
９ｂ、１０ｂ 弾性緩衝材の内周側の頂部の切欠き部
９ｅ、１０ｅ 弾性緩衝材の内周側の底部の切欠き部
Claims (9)
- 向かい合う面にそれぞれ転動面を有する上下一対の硬質板と、
前記上下の硬質板の間に挟まれ、かつ、上下の硬質板の転動面の中央部に位置決めした状態で配設した硬球体とを備えた転がり支承装置において、
前記上下の硬質板の転動面の周縁部にそれぞれ硬球体の転動を規制するストッパ部材を突設するとともに、ストッパ部材の内周面に弾性緩衝材を配設したことを特徴とするストッパ付き転がり支承装置。 - 前記上下の硬質板の転動面を平らにし、かつ、前記上下の硬質板の間に配設した軟質弾性体からなる筒状体の内周面に前記硬球体を内接させることにより、前記硬球体を上下の硬質板の転動面の中央部に位置決めしたことを特徴とする請求項１に記載のストッパ付き転がり支承装置。
- 前記上下の硬質板の少なくとも転動面の硬さが、ＨＲＣ２５以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載のストッパ付き転がり支承装置。
- 前記上下の硬質板が冷間圧延加工により加工硬化させたものであることを特徴とする請求項３に記載のストッパ付き転がり支承装置。
- 前記硬球体の硬さが、ＨＲＣ２５以上であることを特徴とする請求項１から４の何れかに記載のストッパ付き転がり支承装置。
- 前記硬球体が転動加工により加工硬化させたものであることを特徴とする請求項５に記載のストッパ付き転がり支承装置。
- 前記ストッパ部材の内周側の頂部に切欠き部を設けたことを特徴とする請求項１から６の何れかに記載のストッパ付き転がり支承装置。
- 前記請求項１から７の何れかに記載のストッパ付き転がり支承装置を、構造物の上部構造の鉛直荷重を支持するように、構造物の下部構造と上部構造との間に分散させて配設するとともに、
高減衰ゴムの上下端面に硬質板をそれぞれ取り付けた複数の制振装置を、前記構造物の上部構造の捩じれ振動を抑制するように、構造物の下部構造と上部構造との間に分散させて配設したことを特徴とする構造物のアンカー構造。 - 転がり支承装置又は滑り支承装置と、前記請求項１から７の何れかに記載のストッパ付き転がり支承装置とを、構造物の上部構造の鉛直荷重を支持するように、構造物の下部構造と上部構造との間に分散させて配設するとともに、
高減衰ゴムの上下端面に硬質板をそれぞれ取り付けた複数の制振装置を、前記構造物の上部構造の捩じれ振動を抑制するように、構造物の下部構造と上部構造との間に分散させて配設したことを特徴とする構造物のアンカー構造。
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008014346A (ja) * | 2006-07-03 | 2008-01-24 | Daiwa House Ind Co Ltd | 緩衝機能付き免震装置 |
| JP2019039533A (ja) * | 2017-08-28 | 2019-03-14 | オイレス工業株式会社 | 滑り振子型免震装置 |
| CN110616811A (zh) * | 2019-10-23 | 2019-12-27 | 武汉桥之恒桥梁工程技术有限公司 | 一种具有抗拉拔功能的双向导轨摩擦摆式隔震支座 |
| KR102461643B1 (ko) * | 2021-08-30 | 2022-11-01 | 주식회사 참솔테크 | 볼 이탈방지기구가 구비된 볼타입 면진장치 |
-
2003
- 2003-04-03 JP JP2003100498A patent/JP2004232853A/ja active Pending
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| KR102461643B1 (ko) * | 2021-08-30 | 2022-11-01 | 주식회사 참솔테크 | 볼 이탈방지기구가 구비된 볼타입 면진장치 |
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