JP7177732B2 - 可動支承装置 - Google Patents

Description

この発明は、例えば、下部建造物で上部建造物を支承する建設分野における可動支承装置に関する。

従来より、例えば、ビル、橋梁、あるいは固定建造物同士を接続する接続部分等の振動や相対変位が生じる建造物において、水平方向に移動可能に支承する支承装置があり、さらには、所定の可動範囲に対して摺動面を小型化するために、二面滑り支承、あるいは両面滑り支承と呼ばれる支承装置が提案されている（特許文献１参照）。

特許文献１に記載の支承装置は、上下方向に離間する上部建造物と下部建造物との対向部分において対向する滑り板の間に、滑り機能を上下に有する滑動子（中間沓）を挟み込んで構成することによって、上部建造物及び下部建造物が滑動子（中間沓）に対して可動方向における一方側と他方側とに相対移動する。このため、例えば、通常の下沓を備えた下部建造物に対して上沓を備えた上部建造物が摺動する支承装置に比べて、摺動面の大きさに対する可動範囲が大きくなる。

しかしながら、特許文献１に記載の支承装置の場合、摺動面の大きさに対する可動範囲が大きくなるものの、上部建造物と下部建造物との間に配置した滑動子（中間沓）が上部建造物と下部建造物との両方に対して摺動するため、上部建造物と下部建造物との相対移動が解消した後、滑動子（中間沓）が元の中央位置（所定位置）に戻らないおそれがあった。

このように、滑動子（中間沓）が元の中央位置（所定位置）に戻らない場合、上部建造物の荷重を所定位置から偏心した位置にある滑動子（中間沓）を介して下部建造物で支持することとなり、支持条件が異なり、十分な支持性能が得られないおそれがあった。

特開平１１－２１０８２６号公報

そこで本発明は、摺動面の大きさに対して大きな可動範囲が得られるとともに、上部建造物及び下部建造物の相対移動が解消した後、中間沓が所定位置に戻って所定の支持条件で支承できる可動支承装置を提供することを目的とする。

この可動支承装置は、上部建造物に配設された上沓と、下部建造物に配設された下沓と、前記上沓と前記下沓との間に配置された中間沓とが備えられ、前記上沓と前記中間沓との対向部分における摺動面同士、及び前記中間沓と前記下沓との対向部分における摺動面同士が摺動することで相対的に摺動可能であって、前記上沓の上部摺動面及び前記下沓の下部摺動面の一方が他方に対して凹状となる断面曲線状の凹球状摺動面であるとともに、他方は水平面で構成され、前記中間沓において前記上部摺動面と摺動する中間上摺動面及び前記下部摺動面と摺動する中間下摺動面のうち、前記凹球状摺動面と対向して摺動する摺動面が前記凹球状摺動面に対応する凸球状摺動面であり、前記水平面で構成された他方の摺動面と対向して摺動する摺動面が水平面で構成されたことを特徴とする。

この可動支承装置によれば、摺動面の大きさに対して大きな可動範囲が得られるとともに、上部建造物及び下部建造物の相対移動が解消した後、中間沓が所定位置に戻って所定の支持条件で支承することができる。

詳述すると、可動支承装置は、上部建造物に配設された上沓と、下部建造物に配設された下沓と、前記上沓と前記下沓との間に配置された中間沓とが備えられ、前記上沓と前記中間沓との対向部分における摺動面同士、及び前記中間沓と前記下沓との対向部分における摺動面同士が摺動することで相対的に摺動可能であるため、各摺動面の大きさに対して大きな可動範囲を得ることができる。

また、前記上沓における前記上部摺動面及び前記下沓における前記下部摺動面の一方の摺動面が他方に対して凹状となる断面曲線状の凹球状摺動面であるとともに、前記中間沓において前記上部摺動面と摺動する前記中間上摺動面及び前記下部摺動面と摺動する前記中間下摺動面のうち、前記凹球状摺動面と対向して摺動する摺動面が前記凹球状摺動面に対応する凸球状摺動面であるため、前記上部建造物及び前記下部建造物の相対移動が解消した後には、前記上部建造物の支持荷重によって前記凹球状摺動面と前記凸球状摺動面とが摺動して、前記中間沓は所定位置に復帰することができる。そのため、相対移動が解消した後であっても、中間沓が所定位置に戻って所定の支持条件で支承することができる。

なお、前記上部摺動面及び前記下部摺動面における他方の摺動面が前記水平面で構成され、前記中間沓における前記中間上摺動面及び前記中間下摺動面のうち他方の摺動面が水平面で構成されているため、前記上部摺動面及び前記下部摺動面の他方の摺動面も凹球面で構成され、前記中間沓における前記中間上摺動面及び前記中間下摺動面のうち他方の摺動面も凸球状摺動面である場合に比べ、前記上部建造物及び前記下部建造物の相対移動時における可動支承装置の高さの変化を抑制することができる。

本発明により、摺動面の大きさに対して大きな可動範囲が得られるとともに、上部建造物及び下部建造物の相対移動が解消した後、中間沓が所定位置に戻って所定の支持条件で支承できる可動支承装置を提供することができる。

可動支承装置の斜視図。 可動支承装置の分解斜視図。 可動支承装置の断面図。 可動支承装置の摺動状態の説明図。 可動支承装置の摺動状態の説明図。 可動支承装置の断面図。 他の実施形態の可動支承装置の説明図。

この発明の一実施形態を以下図１乃至図６とともに説明する。
図１は可動支承装置１の斜視図を示し、図２は可動支承装置１の分解斜視図を示し、図３は可動支承装置１の断面図を示し、図４及び図５は可動支承装置１の摺動状態の説明図を示し、図６は可動支承装置１の断面図を示している。

なお、図１及び図２では下部建造物１０１及び上部建造物１０２の図示を省略している。また、図１及び図２では可動支承装置１の各要素の構成を明確にするために、手前側の一部を透過状態で図示している。

詳しくは、図４（ａ）は下部建造物１０１と上部建造物１０２の相対移動初期の可動支承装置１のＡ－Ａ矢視断面図（図１）を示し、図４（ｂ）は相対移動が進んだ状態の可動支承装置１のＡ－Ａ矢視断面図を示し、図５（ａ）は相対移動がさらに進んだ状態の可動支承装置１のＡ－Ａ矢視断面図を示し、図５（ｂ）は相対移動終了状態の可動支承装置１のＡ－Ａ矢視断面図を示している。図６は、下部建造物１０１と上部建造物１０２の相対移動が解消した復帰状態の可動支承装置１のＡ－Ａ矢視断面図（図１）を示している。

可動支承装置１は、下部建造物１０１（図３参照）で上部建造物１０２（図３参照）を全方向への相対移動可能に支承する全方向可動支承装置であり、下部建造物１０１の上部に配置するベースプレート１０（下沓に対応）と、上部建造物１０２の底部に配置するソールプレート２０（上沓に対応）と、ベースプレート１０とソールプレート２０との間に配置され、それぞれと摺動可能に構成された中間沓３０とで構成されている。

下部建造物１０１の上面に配置するベースプレート１０は、例えば鋼材で構成された、所定の厚みを有する平面視正方形状である。ベースプレート１０には、平面視中央に、上方が開放された円筒状の下部摺動空間１１が設けられている。下部摺動空間１１の底面は、研磨された平面状の下部摺動面１２を構成している。なお、ベースプレート１０は、下部摺動面１２が水平となるように、下部建造物１０１の上面に配置される。

上部建造物１０２の底面に配置するソールプレート２０は、上述のベースプレート１０と同様に、例えば鋼材で構成された、所定の厚みを有する平面視正方形状である。ソールプレート２０には、底面視中央に、下方が開放された円筒状の上部摺動空間２１が設けられている。上部摺動空間２１の上面は、上方に向かって凹状となる凹球面状の凹球状摺動面２２を構成している。なお、下部摺動空間１１と上部摺動空間２１とは同径の円筒状空間である。

凹球状摺動面２２は、ソールプレート２０の平面視中央がもっとも高い位置である頂点となり、頂点から径外側に向かって徐々に下方に向かう、曲率半径が一定の球面である。

中間沓３０は、ベースプレート１０及びソールプレート２０のそれぞれと摺動可能に、ベースプレート１０とソールプレート２０との間に配置される。中間沓３０は、下部摺動空間１１及び上部摺動空間２１より小径で、下部摺動空間１１と上部摺動空間２１の深さの合計より高い高さを有する略円筒状の部材である。

詳しくは、中間沓３０は、図２に示すように、中間上摺動面を構成する中上摺動部４０と、中間沓３０の本体となる円筒状のベースポット３１と、中間下摺動面を構成する中下摺動部５０とで、上からこの順で構成されている。

ベースポット３１は、例えば鋼材で構成された、下部摺動空間１１及び上部摺動空間２１より小径で、下部摺動空間１１と上部摺動空間２１の深さの合計より高い高さを有する円筒状であり、中上摺動部４０を装着する上装着凹部３２を上部に設けるとともに、中下摺動部５０を装着する下装着凹部３３を下部に設けている。

ベースポット３１の下装着凹部３３に装着する中下摺動部５０は、自己潤滑性を有するとともに、低摩擦係数の充填材入りふっ素樹脂（例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ））、ポリアミド、ポリアセタールなどの樹脂で構成されたスライドベアリングであり、下装着凹部３３の深さより高い高さを有する平面視円形の板状体である。このように構成された中下摺動部５０の底面が中間下摺動面５１を構成している。

ベースポット３１の上装着凹部３２に装着する中上摺動部４０は、図２に示すように、上から順に、凸球状ベアリング４１、ピストン４２、シールリング４３、シム４４、及び弾性プレート４５で構成されている。

凸球状ベアリング４１は、後述するピストン４２の上面に設けられ、上方に向かって凹状となる凹球面状の凹球状摺動面２２と対応する、上方に凸状の球面状であり、自己潤滑性を有するとともに、低摩擦係数の充填材入りふっ素樹脂（例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ））、ポリアミド、ポリアセタールなどの樹脂で構成されている。なお、凹球面状の凹球状摺動面２２と対応する、上方に凸状の球面状とは、凸球状ベアリング４１の凸状球面と、凹球状摺動面２２の凹状球面との半径が同じ径であることを指す。

ピストン４２は、ステンレス製の略円錐台状であり、シールリング４３の嵌合を許容する円形凹部４２ａを下面の外周縁に沿って形成している。なお、ピストン４２の下方は、上装着凹部３２よりわずかに小径で形成している。
シールリング４３は、径外側が垂直面となり、径内側が上方に向かって径外側に傾斜する傾斜面である片断面台形状の円形リングであり、外径が上装着凹部３２の内径と略同じ径で形成している。

シム４４は、弾性プレート４５と同じ径の平面視円形形状で形成したフッ素樹脂製の薄板で形成している。
弾性プレート４５は、所定の厚みを有する、平面視円形のゴム製のプレートである。なお、シム４４及び弾性プレート４５は、シールリング４３と同様に、外径が上装着凹部３２の内径と略同じ径で形成している。

このように各要素で構成された中間沓３０は、ベースポット３１の下装着凹部３３に中下摺動部５０を装着し、弾性プレート４５、シム４４、円形凹部４２ａにシールリング４３を装着したピストン４２及び凸球状ベアリング４１をこの順で上装着凹部３２に装着することで組み付けることができる。

このとき、上装着凹部３２に装着された中上摺動部４０の上面である凸球状ベアリング４１が少なくともベースポット３１の上面より上方に突出する。また、上装着凹部３２の内径とピストン４２との間に径方向の隙間が形成される。

さらに、下装着凹部３３に装着された中下摺動部５０の底面である中間下摺動面５１が少なくともベースポット３１の底面より下方に突出する。

このようにして組み付けられた中間沓３０を、上部建造物１０２の底面に設けたソールプレート２０と、下部建造物１０１の上面に設けたベースプレート１０との間に配置することで可動支承装置１を構成することができる。

詳述すると、ベースプレート１０の下部摺動空間１１において、下部摺動面１２と中間下摺動面５１とが対向するとともに、ソールプレート２０の上部摺動空間２１において、凹球状摺動面２２と凸球状ベアリング４１とが対向するように中間沓３０を配置する。

このように中間沓３０を配置することで、可動支承装置１は、水平面となる下部摺動面１２と中間下摺動面５１とが面内方向に摺動できるとともに、対応する球面で構成した凹球状摺動面２２と凸球状ベアリング４１とが摺動することができる。

なお、このように、ベースプレート１０とソールプレート２０との間に配置される中間沓３０は、ベースプレート１０及びソールプレート２０の平面視中心に配置される。換言すると、凹球面状の凹球状摺動面２２においてもっとも高い位置である頂点と、凸球面状の凸球状ベアリング４１の頂点とが一致する位置に配置される。なお、以下の説明においては、この平面視中央となる位置を所定位置という。

続いて、可動支承装置１を装着した下部建造物１０１と上部建造物１０２との相対移動する際の可動支承装置１の動きについて説明する。なお、以下の説明では、下部建造物１０１に対して上部建造物１０２が右方向に相対移動する場合について説明するが、もちろんその方向は問わない。

図４（ａ）に示すように、下部建造物１０１に対して上部建造物１０２が右側に相対移動すると、相対移動する上部建造物１０２及びソールプレート２０に伴って、中間沓３０が右側に相対移動する。これは、水平面である下部摺動面１２と中間下摺動面５１との間の摺動抵抗が、球面同士が対向する凹球状摺動面２２と凸球状ベアリング４１との間の摺動抵抗より小さいことに起因し、中間沓３０は上部建造物１０２及びソールプレート２０の相対移動に伴ってベースプレート１０に対して相対移動することとなる。

図４（ｂ）に示すように、下部建造物１０１に対する上部建造物１０２の相対移動がさらに進み、下部摺動空間１１の右側端部まで中間沓３０が相対移動すると、ベースプレート１０に対する中間沓３０の右側への相対移動は規制される。

そのため、図５（ａ），（ｂ）に示すように、下部建造物１０１に対する上部建造物１０２の相対移動がさらに進むと、ベースプレート１０によって右側への移動が規制された中間沓３０に対してソールプレート２０が右側に相対移動することとなる。このとき、図５（ｂ）におけるａ部拡大図に示すように、球面状である凹球状摺動面２２に対応する球面状である凸球状ベアリング４１は、弾性プレート４５によって傾斜する。

これは、凸球状ベアリング４１は、凹球状の凹球状摺動面２２と同径の球面で構成されているものの、下部摺動面１２と中間下摺動面５１とが水平方向に摺動することで、凹球状摺動面２２に対して凸球状ベアリング４１は水平方向に相対移動しているため、当接箇所において凹球状摺動面２２の法線方向と凸球状ベアリング４１の法線方向とが略一致するように、弾性変形できる弾性プレート４５によって凸球状ベアリング４１が傾斜して、凸球状ベアリング４１と凹球状摺動面２２とが面接触することとなる。

このように、可動支承装置１は、ベースプレート１０及びソールプレート２０のそれぞれに対して中間沓３０を摺動可能に設けているため、単にベースプレート１０とソールプレート２０とを摺動させる場合に比べて、広い可動範囲で摺動することができる。したがって、下部建造物１０１と上部建造物１０２との広い相対移動に対応することができる。

なお、上述のように下部建造物１０１と上部建造物１０２の相対移動に対して、可動支承装置１は、対向する下部摺動面１２と中間下摺動面５１及び凹球状摺動面２２と凸球状ベアリング４１とが摺動して支承したが、図５に示すように、下部建造物１０１と上部建造物１０２の相対移動が解消すると、下部建造物１０１と上部建造物１０２に伴ってベースプレート１０及びソールプレート２０の相対移動も解消する。

このとき、対向する下部摺動面１２と中間下摺動面５１及び凹球状摺動面２２と凸球状ベアリング４１とが摺動して、中間沓３０は所定位置である当初の中央位置に復帰する。しかし、図６に示すように、中心位置に復帰できなかった場合であっても、図６のａ部拡大図に図示するように、中心位置まで復帰できなかった中間沓３０の凸球面状の凸球状ベアリング４１には、凹球面状の凹球状摺動面２２を介して上部建造物１０２の自重が作用しており、凸球状ベアリング４１に作用した自重は、軸方向（上下方向）に対して傾斜する球面によって、当初の中央位置に向かう方向の力として中間沓３０に作用するため、中間沓３０は当初の中央位置に復帰することができる。

上述したように、可動支承装置１は、上部建造物１０２に配設されたソールプレート２０と、下部建造物１０１に配設されたベースプレート１０と、ソールプレート２０とベースプレート１０との間に配置された中間沓３０とが備えられ、ソールプレート２０と中間沓３０との対向部分における摺動面同士、及び中間沓３０とベースプレート１０との対向部分における摺動面同士が摺動することで相対的に摺動可能であり、凹球状摺動面２２が下部摺動面１２に対して凹状の断面曲線状の凹球面であるとともに、下部摺動面１２は水平面で構成され、凹球状摺動面２２と対向して摺動する凸球状ベアリング４１が、凹球面に対応する凸球面であり、下部摺動面１２と対向して摺動する中間下摺動面５１が水平面で構成されているため、摺動面（１２，２２）の大きさに対して大きな可動範囲が得られるとともに、上部建造物１０２及び下部建造物１０１の相対移動が解消した後、中間沓３０が所定位置に戻って所定の支持条件で支承することができる。

詳述すると、上部建造物１０２に配設されたソールプレート２０と、下部建造物１０１に配設されたベースプレート１０と、ソールプレート２０とベースプレート１０との間に配置された中間沓３０とが備えられ、ソールプレート２０と中間沓３０との対向部分における摺動面同士、及び中間沓３０とベースプレート１０との対向部分における摺動面同士が摺動することで相対的に摺動可能であるため、各摺動面の大きさに対して大きな可動範囲を得ることができる。

また、ソールプレート２０における凹球状摺動面２２が下部摺動面１２に対して凹状の断面曲線状の凹球面であるとともに、凹球状摺動面２２と対向して摺動する凸球状ベアリング４１が凹球面に対応する凸球面であるため、上部建造物１０２及び下部建造物１０１の相対移動が解消した後には、上部建造物１０２の支持荷重によって凹球状摺動面２２と凸球状ベアリング４１とが摺動して、中間沓３０は所定位置に復帰することができる。そのため、相対移動が解消した後であっても、中間沓３０が所定位置に戻って所定の支持条件で支承することができる。

なお、下部摺動面１２及び中間下摺動面５１が水平面で構成されているため、下部摺動面１２も凹球面で構成され、中間沓３０における中間下摺動面５１も凸球面である可動支承装置に比べ、上部建造物１０２及び下部建造物１０１の相対移動時における可動支承装置１の高さの変化を抑制することができる。

また、凸球面である凸球状ベアリング４１を備えたピストン４２と、中間沓３０を構成するベースポット３１との間に、弾性プレート４５が配置されているため、凹球状摺動面２２を有するソールプレート２０に対して相対移動した中間沓３０の凸球面である凸球状ベアリング４１を備えたピストン４２が、断面曲線状の凹球状摺動面２２の向きに応じてベースポット３１に対して傾斜できるため、凹球状摺動面２２に凸球状ベアリング４１が角あたりすることなく、スムーズに摺動することができる。
さらにまた、凸球状ベアリング４１及び中間下摺動面５１がＰＴＦＥ材で構成されているため、摺動抵抗の増大を抑制し、スムーズに摺動させることができる。

以上、本発明の構成と、前述の実施態様との対応において、上部建造物は上部建造物１０２に対応し、
以下同様に、
上沓はソールプレート２０に対応し、
下部建造物は下部建造物１０１に対応し、
下沓はベースプレート１０に対応し、
中間沓は中間沓３０に対応し、
可動支承装置は可動支承装置１に対応し、
上部摺動面は凹球状摺動面２２に対応し、
下部摺動面は下部摺動面１２に対応し、
中間上摺動面は凸球状ベアリング４１に対応し、
中間下摺動面は中間下摺動面５１に対応し、
沓本体はベースポット３１に対応し、
弾性材は弾性プレート４５に対応するも、
上記実施形態に限定するものではない。

例えば、上述の可動支承装置１では、ベースプレート１０の下部摺動面１２が水平面であり、ソールプレート２０の凹球状摺動面２２が上方に凹状となる凹球面で構成したが、ソールプレート２０において凹球状摺動面２２を構成していた上部摺動空間２１の上面を水平面で構成し、ベースプレート１０において下部摺動面１２を構成していた下部摺動空間１１の下部摺動面１２を下方に凹状となる凹球面で構成してもよい。

この場合、中間沓３０において凸球状ベアリング４１を構成していた中間上摺動面を水平面で構成するとともに、中下摺動部５０において中間下摺動面５１を構成していた底面を下方に向かって凸状となる凸球面で構成することで、上述した可動支承装置１と同様の効果を奏することができる。

また、上述の可動支承装置１では、ベースプレート１０及びソールプレート２０は平面視正方形状であったが、下部建造物１０１及び上部建造物１０２の取付け箇所の形状によっては、図７に示すように、平面視円形状のベースプレート１０及びソールプレート２０で構成する可動支承装置１ａであってもよい。なお、ベースプレート１０とソールプレート２０との一方が平面視正方形状であり、他方が平面視円形であってもよい。これらの場合であっても上述した可動支承装置１と同様の効果を奏することができる。

また、上述の可動支承装置１では、凸球状ベアリング４１と中間下摺動面５１を、自己潤滑性を有するとともに、低摩擦係数の充填材入りＰＴＦＥで構成したが、凸球状ベアリング４１及び中間下摺動面５１が対向して摺動する下部摺動面１２及び凹球状摺動面２２に低摩擦係数の充填材入りＰＴＦＥで構成されたスライドプレートやＰＴＦＥコーティングまたは研磨仕上げを施したステンレス鋼板を設けてもよい。これにより、摺動性を向上させることができる。

１…可動支承装置
１０…ベースプレート
１２…下部摺動面
２０…ソールプレート
２２…凹球状摺動面
３０…中間沓
３１…ベースポット
４１…凸球状ベアリング
４５…弾性プレート
５１…中間下摺動面
１０１…下部建造物
１０２…上部建造物

Claims (2)

1. 上部建造物に配設された上沓と、下部建造物に配設された下沓と、前記上沓と前記下沓との間に配置された中間沓とを備え、前記上沓と前記中間沓との対向部分における摺動面同士、及び前記中間沓と前記下沓との対向部分における摺動面同士が摺動することで相対的に摺動可能な可動支承装置であって、
   前記上沓の上部摺動面及び前記下沓の下部摺動面の一方が他方に対して凹状となる断面曲線状の凹球状摺動面であるとともに、他方は水平面で構成され、
   前記中間沓において前記上部摺動面と摺動する中間上摺動面及び前記下部摺動面と摺動する中間下摺動面のうち、前記凹球状摺動面と対向して摺動する摺動面が前記凹球状摺動面に対応する凸球状摺動面であり、前記水平面で構成された他方の摺動面と対向して摺動する摺動面が水平面で構成され、
   前記上部摺動面、前記下部摺動面、前記中間上摺動面及び前記中間下摺動面は平面視円形に形成され、
   前記凸球状摺動面と、前記中間沓を構成する沓本体との間に、弾性材が配置された
   可動支承装置。
2. 前記中間上摺動面及び前記中間下摺動面がＰＴＦＥ材で構成されている
   請求項１に記載の可動支承装置。
   

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