JPH10220523A - 免震装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 中小規模な建築物や構築物などでも水平剛性
が十分で、地震の揺れが建物への伝わりを防止し、ゴム
の品質選定が不要で、品質管理が容易である。 【解決手段】 本発明は緩衝球Ｃが転動する凹部２を形
成した振動円盤Ａと、振動円盤と同形状で凹面を下向き
とする受振円盤Ｂと、緩衝球とからなり、振動円盤と受
振円盤の凹部を対面させ、その間の凹部内に振動円盤と
受振円盤との外周立上がり縁１が接触しないように緩衝
球を介在せしめ、該緩衝球が転動する凹部の転動面４
が、外周から中心部３に向かって傾斜角が同一の直線状
の緩傾斜面に形成し、緩傾斜面が交差する中心部を緩衝
球の球面より大きな曲面とするか、又は凹部の転動面が
中心部の鉛直線上から反対側に曲率中心をずらした曲率
半径の曲面とし、これら曲面が交差する中心部の曲面を
緩衝球の球面より大きな曲面にするか、直線状傾斜面の
外周に前記と同様な曲率中心をずらした曲率半径の曲面
を形成した複合面とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は地震による横揺れを
吸収して住宅、橋、工作機械、道路、鉄道などの建築物
や構築物の横揺れを少なくする免震装置及び車両、各種
の工作機械、装置などに取り付けて地震以外の振動でも
揺れを吸収し一時的に移動したものを元の位置に戻す揺
動台やベアリングとしても使用できる装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来技術】従来、地震に対するこの種の装置は図８に
示す如く、一般に積層ゴムアイソレータと呼ばれるもの
がある。この積層ゴムアイソレータは薄いゴムシート１
０１と中間鋼板１０２が交互に積層され上下にフランジ
１０３を有し、積層ゴム外周に被覆ゴム１０４が施され
た平面形状が円形のもので、下部フランジを地盤に固定
すると共に上部フランジを建物などの下部に固定して使
用するものであり、鉛直方向の剛性が大きく、水平方向
の剛性が小さく、通常時（地震が無い時）は鉛直方向の
大きな剛性で地盤に対して建物などを支持し、地震時に
は水平方向の剛性が小さいために水平方向に変位し建物
に横揺れの伝わりを小さくするものである。また、地震
以外の振動に対しては弾性ゴム、スプリング、板バネな
どの緩衝器具を用いている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この積
層ゴムアイソレータは大規模な建築物や構築物には適し
ているが、中小規模の建築物や構築物に対しては水平剛
性が十分ではなく、地震の揺れが建物に伝わるのを防止
するには十分ではなく問題点を有している。また、積層
ゴムや被覆ゴムの品質選定や加工、及び組み立て工程な
ど製造工程における品質管理上留意することが多く、減
衰装置としてのダンパーも必要であり、装置全体として
も大掛かりなものである。また、各種の工作機械などに
緩衝器材を取り付けた場合には元の位置に復元しずらい
又は時間がかかったりして、スムースな戻りではなかっ
た。本発明は中小規模の建築物や構築物に対しても十分
に適応でき、ゴムを使用することなく、地震の揺れが建
物に伝わるのを防止し、品質管理も容易で安易な免震装
置を提供すると共に各種の工作機械など取り付けた場合
でも地震以外の振動による揺れによって一時的に移動し
てもそれを吸収しスムースに元の位置に戻すことができ
るものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明がこのような課題
を解決するため講じた手段は、請求項１に記載の発明は
緩衝球が転動する凹部を形成した振動円盤と、この振動
円盤と同形状で凹面を下向きとする受振円盤と、緩衝球
とからなり、振動円盤と受振円盤の凹部を互いに対面さ
せ、その間の凹部内に振動円盤と受振円盤との外周立上
がり縁が接触しないように緩衝球を介在せしめ、該緩衝
球が転動する凹部の転動面が、外周から中心部に向かっ
て傾斜角が同一の直線状の緩傾斜面に形成し、緩傾斜面
が交差する中心部を緩衝球の球面より大きな曲面とした
ものである。

【０００５】請求項２に記載した発明は前記凹部の転動
面が中心部の鉛直線上から反対側に曲率中心をずらした
曲率半径の曲面とし、これら曲面が交差する中心部の曲
面を緩衝球の球面より大きな曲面にしたものである。

【０００６】請求項３に記載した発明は前記凹部の転動
面が直線状の緩傾斜面の外周に、中心部の鉛直線上から
反対側に曲率中心をずらした曲率半径の曲面とし、これ
ら曲面が交差する中心部の曲面を緩衝球の球面より大き
な曲面にした所謂請求項１と請求項２の複合体の凹部と
したものである。

【０００７】これらによって地震及び各種の振動による
３６０度いずれからの方向の横揺れをも吸収して建築物
や構築物及び各種装置に対して横揺れの伝わりを防止ま
たは少なくすると共にスムースに元の位置に戻れるもの
である。

【０００８】また、請求項４に記載の発明は上記の装置
において、振動円盤と受振円盤の凹部における転動面と
外周立上り面との交差部に緩衝球の球面より小さな曲面
を形成したものである。

【０００９】

【作用】本発明は振動円盤と受振円盤との間に緩衝球を
挟まれる状態に介在せしめて１組とし、これを最低３組
以上用いて、建築物や構築物が安定する状態となる位置
に振動円盤を地面上に固定すると共に受振円盤を建築物
や構築物の最下面に固定し、地震によって地面が揺れ水
平方向に振動円盤も揺れ動き緩衝球が振動円盤と受振円
盤の凹部内面の転動面を転動し受振円盤に直接振動が伝
達されず横揺れを吸収し受振円盤上の建築物や構築物の
横揺れを少なくすることができ、復元力により水平方向
の剛性も柔らかくすると共に地震が止まった後は緩衝球
が転動面をスムーズに往復しながら中心部に戻り、地震
前の通常時の位置に自然に復帰することができるので中
小規模の建築物や構築物に対しても十分に適応し得る。

【００１０】地震がないときすなわち通常時は緩衝球が
振動円盤と受振円盤との間に挟まれた状態で凹部の中心
部に停止しており、振動円盤上の建築物や構築物の荷重
は振動円盤、緩衝球、受振円盤で鉛直方向に支持でき
る。

【００１１】また、凹部の転動面が外周から中心部に向
かって傾斜角が同一の直線状の緩傾斜面の場合には転動
面の傾斜角度を任意に設定して復元力を所望の値に設定
でき緩衝球が滑らかな転動となると共に中心部を前述の
ごとく曲面としたので反対側の転動面への転動もスムー
スで衝撃のない面となる。

【００１２】凹部の転動面が中心部の鉛直線上から反対
側に曲率中心をずらした曲率半径の曲面とした場合には
鉛直線上に曲率中心を有する曲率半径の曲面による転動
面すなわち単純な円弧面に比べ、円錐面が形成され転動
面が傾斜角度を大きくし得て緩衝球が中心部に戻りやす
くして速く戻すことができ復元力が大きく停止状態に戻
る時間を短縮させ得ると共に中心部を前述のごとく曲面
としたので全周面３６０度の転動面への転動もスムース
で衝撃のない面となる。

【００１３】また、直線状傾斜面の外周に前記と同様な
中心部の鉛直線上から反対側に曲率中心をずらした曲率
半径の曲面を形成した複合状態の場合も同様である。

【００１４】また、振動円盤と受振円盤の凹部における
転動面と外周立上り面との交差部を緩衝球の球面より小
さな曲面にすることにより横揺れの範囲が凹部内を越え
ようとする場合に制動作用が働き緩衝球が凹部から外れ
ることがなく安定状態を保持することができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面に基づ
いて詳細に説明すると、振動円盤Ａと受振円盤Ｂはステ
ンレス、鉄、焼き入れした鋼などで円盤状に形成し、両
者Ａ，Ｂは同一形状で同一の大きさであって上下面を逆
にしたのもので、平面が円形の偏平皿状で外周に立上り
縁１を有する凹部２を形成してなり、この凹部２の形状
を外周から中心部３に向かって緩傾斜する転動面４と
し、この振動円盤Ａと受振円盤Ｂとを凹部２が対面する
向き合い状に組み合わせ、凹部２内面に緩衝球Ｃを入れ
て振動円盤Ａと受振円盤Ｂとで挟持して転動面を転動す
るようにすると共に振動円盤Ａと受振円盤Ｂとの立上り
縁１同志が接触しないようにする。したがって立上り縁
１の高さは中心部３の水平線の位置から最大で緩衝球Ｃ
の半径ｃｒよりもごく僅か高く、最も低い場合でも緩衝
球Ｃの半径ｃｒの半分にごく僅かプラスした高さにす
る。

【００１６】凹部２は外周に立上り縁１を有する偏平状
の半径が例えば１００〜４００ｍｍの円形窪みで、底面
が外周から中心部３に向かって傾斜する転動面４を形成
し、転動面４が交差する中心部３を緩衝球Ｃの球面より
大きな曲面５に形成すると共に立上り縁１と転動面との
交差部を緩衝球Ｃの球面より小さな曲面６とし、立上り
縁１の内側上端面には面取りを形成する。曲面５による
制動作用に加えて緩衝球Ｃが立上り縁１の内側に接した
場合にストッパーとなる。ここで球面とは断面的に見る
とアールを、曲面は断面的に見ると円弧を形成するもの
であって、緩衝球の球面より大きな曲面とは断面形状か
ら見ると緩衝球Ｃの半径ｃｒよりも大きな半径Ｌの円弧
になることを意味し、緩衝球の球面より小さな曲面とは
緩衝球Ｃの半径ｃｒよりも小さい半径を意味するもので
ある。

【００１７】中心部３は振動円盤Ａと受振円盤Ｂに形成
した凹部２の中心点であって、傾斜面により最深部とな
る部分で、通常時はこの中心部３に緩衝球Ｃが位置して
振動円盤Ａと受振円盤Ｂとを支承しており、地震及び振
動時に緩衝球Ｃが傾斜している左右前後を含め３６０度
全周面の転動面４を転動した場合に、この中心部を境に
反対面に転がりやすくかつ転動終了時に元の位置である
中心点に復帰しやすくするために緩衝球Ｃの球面半径ｃ
ｒより大きな曲面５に形成する。この曲面５は緩衝球Ｃ
の球面半径ｃｒよりも僅かに大きい半径Ｌ、例えば半径
ｃｒが５０ｍｍに対して曲面５の半径Ｌが６０ｍｍであ
っても、１００ｍｍに対して１１０ｍｍであっもよく、
更には半径ｃｒの２〜５倍の半径Ｌでも良い。

【００１８】転動面４は緩衝球Ｃが転動する凹部２の底
面であって、水平面ではなく外周から中心部３に向かっ
てきわめて僅かに傾斜状に形成する。この場合の傾斜面
は図５に示す様に傾斜角αが同一の直線面Ｍとするか、
図６に示すように中心部３の鉛直線Ｈ上から反対側に曲
率中心Ｘをずらした曲率半径Ｒの曲面Ｎとするか、図７
に示すように傾斜角αが同一の直線面Ｍの外周に中心部
３の鉛直線Ｈ上から反対側に曲率中心Ｘをずらした曲率
半径Ｒの曲面Ｎを形成した所謂図５と図６との複合面に
するかは任意である。

【００１９】これら任意の傾斜する転動面４の最下点と
なる中心部３は前記したように緩衝球Ｃの半径ｃｒより
も大きな半径Ｌの曲面５とする。またこの転動面４の上
部となる外周立上り縁１と傾斜面との交差部には緩衝球
Ｃの球面半径ｃｒより小さな曲面６を形成して緩衝球Ｃ
が立上り縁１の内面に接触する場合の制動作用を働かし
緩衝球Ｃが該凹部２から逸脱しないように立上り縁１の
内面に接触して停止するようにする。

【００２０】緩衝球Ｃは振動円盤Ａや受振円盤Ｂと同様
にステンレス、鉄、焼き入れした鋼などで形成した半径
ｃｒが５〜２００ｍｍの球であり、振動円盤Ａおよび受
振円盤Ｂの凹部２に収容して緩傾斜面４を転動せしめる
が振動円盤Ａと受振円盤Ｂを向かい合わせに組み合わせ
た場合に互いの立上り縁１の上端部が接触しない大きさ
の直径とする。地震又は振動によって振動円盤Ａが揺動
すなわち水平方向に移動した場合この緩衝球Ｃが緩傾斜
面４を転動するが、緩衝球Ｃが振動円盤Ａと受振円盤Ｂ
とに挟まれているため振動円盤Ａと受振円盤Ｂとは水平
方向に相対移動して受振円盤Ｂを支承し地盤の水平方向
の揺れを受振円盤Ｂに伝播しないようにする。

【００２１】本発明は前記した振動円盤Ａと受振円盤Ｂ
と緩衝球Ｃとで１組とするもので、建築物や構築物の大
きさや重量によって適宜増減させるが、最低３組以上用
いて建築物や構築物が安定する平面状態に振動円盤Ａを
地面上に任意の手段で固定すると共に受振円盤Ｂも建築
物や構築物の最下面に任意の手段で固定するが、地上の
取り付け面の水平が保たれ且つ建築物や構築物の取り付
け面が何組取り付けても凹部の高さが同一に保たれる
か、地上面に取り付けた振動円盤Ａに対して調整できる
構造になるならば何組取り付けても良い。

【００２２】更に図４に示すごとく中間支持板７を介在
せしめて二段重ねに積み上げ式にしようすることもでき
る。この場合は横揺れ防止効果が向上する。

【００２３】また、図示していないが振動円盤Ａと受振
円盤Ｂとの間に、緩衝球の直径より僅かに大きな穴を中
心部に形成した保持器を備え、その穴に緩衝球を挿入せ
しめることにより緩衝球が安定した転動をすることがで
きるようになる。

【００２４】本発明の免震装置は従来周知の減衰器とし
てのダンパーを補助的に使用して併用することも可能で
あり、免震性能を損なわずに減衰力を設定することもで
き、極めて有効なものとなる。

【００２５】上記の実施の態様では振動円盤Ａと受振円
盤Ｂを平面が円形で説明したが、正方形や多角形状であ
っても凹部２が円形の窪みであれば平面の形状や大きさ
は何等限定されず、また、立上がり縁の高さ、凹部の半
径、緩衝球の半径などの数値も限定されるものではな
い。建築物などの地震に対する装置としては大きくなる
が、機械や装置に取り付けて地震以外の振動に対する治
具等として用いる場合は比較的小さなものであっても良
い。

【００２６】

【発明の効果】本発明は緩衝球が転動する凹部を形成し
た振動円盤と、この振動円盤と同形状で凹面を下向きと
する受振円盤と、緩衝球とからなり、振動円盤と受振円
盤の凹部を互いに対面させてその間の凹部内に、振動円
盤と受振円盤との外周立上がり縁が接触しないように緩
衝球を介在せしめ、該緩衝球が転動する凹部の転動面
が、外周から中心部に向かって傾斜角が同一の直線状の
傾斜面に形成し、傾斜面が交差する中心部を緩衝球の球
面より大きな曲面としたから、これを１組として建築物
や構築物の面積や重量に応じて最低３組以上を増減させ
て用い、建築物や構築物の安定が計れる状態に振動円盤
を地面上に固定すると共に受振円盤を建築物や構築物の
最下面に固定することにより、地震によって地面が水平
方向に揺れても振動円盤の動きを緩衝球が振動円盤と受
振円盤の凹部内面の転動面をスムースに転動し相対的に
スライドすることにより受振円盤に直接振動が伝達され
ず横揺れを吸収し受振円盤上の建築物や構築物の横揺れ
を少なくすることができる。したがって大規模なものも
含め中小規模な建築物や構築物に対しても十分に適応し
得ると共に工作機械又は振動を発生しやすい若しくは振
動を受けやすい各種の装置に取り付けた場合にも緩衝球
が同様な転動をして地震以外の振動に対しても横揺れを
吸収し少なくする効果を発揮し機械や装置を保護するこ
とができる。

【００２７】また、転動面の傾斜角度を任意に設定して
復元力を所望の値に設定することができ、地震又は振動
が止まった後は緩衝球が転動面を往復しながら中心部に
戻り、地震前の通常時の位置に自然に復帰することがで
きるので中小規模の建築物や構築物に対しても十分に適
応し得る。

【００２８】もし、凹部の転動面が外周から中心部に向
かって傾斜角が同一の直線状に形成し傾斜面が交差する
中心部を緩衝球の球面より大きな曲面としなかった場合
には、緩衝球が中心部を中心点として左右又は前後、斜
め方向など全周３６０度の転動するのに対して、中心部
において転動面の交差角が形成され又は緩衝球の球面よ
り小さい曲面となり、その角部又は小さな曲面が衝撃部
となりガタガタ衝撃音を発し、衝撃を受けながらの転動
となり、スムースな移動にならない。

【００２９】また、前記の凹部の転動面を直線状の傾斜
面に代えて中心部の鉛直線上から反対側に曲率中心をず
らした曲率半径の曲面とし、これら曲面が交差する中心
部の曲面を緩衝球の球面より大きな曲面とした場合も前
記の直線状傾斜面の場合と同様な状態で使用でき、かつ
円錐面からなる凹部が形成され曲率中心の位置の変更及
び曲率半径の選定で転動面の傾斜角度を変えることが可
能で大きくすることで緩衝球が中心部に速く戻ることが
でき復元力が大きく停止状態に戻る時間を短縮させ得る
と共に中心部を前述のごとく曲面としたので前記と同様
に全周面３６０度の転動面への転動もスムースで衝撃の
ない面となる。

【００３０】さらに、前記凹部の転動面を直線状傾斜面
の外周に、中心部の鉛直線上から反対側に曲率中心をず
らした曲率半径の曲面を形成した複合面で、中心部の曲
面を緩衝球の球面より大きな曲面とした場合も何等かわ
ることなく同様の効果を発揮することができる。

【００３１】なお、本発明の転動面に代えて中心部の鉛
直線上に曲率中心を有する単純な円弧面の場合は凹部の
中心部が平面に近い面となり地震や振動が生じた際に緩
衝球が中心部に戻るのに何回も往復しなければならず時
間がかかるのに比べ、本発明のように傾斜面にすると単
純な円弧面より中心部が小さな曲面にすることができ緩
衝球が中心部に戻りやすくなる。

【００３２】さらに、これら凹部における転動面と外周
立上り面との交差部を緩衝球の球面より小さな曲面に形
成することにより、横揺れの範囲が凹部内を越えようと
する場合に制動作用が働き緩衝球が凹部から外れること
がなく安定状態を保持することができ緩衝球が立上り縁
の内側に接した場合にストッパーとなり、仮に大きな揺
れがあっても、緩衝球が凹部を逸脱することがなく安定
状態が向上するものとなる。

【００３３】また、振動円盤と受振円盤とが同一形状か
らなるので部品数が少なく管理も容易で低廉化されると
共に従来の積層ゴムアイソレータのようなゴムを使用し
ないので品質の選定や加工がなく、構造が極めて簡単で
小規模な装置でありながら免震効果の大きなものが提供
でき、製造も容易なものである。

【００３４】しかも、本発明は地震に対する免震装置以
外に列車におけるシートやトイレの部分、ダイヤモンド
切削加工などの高価な工作機械、各種の装置のような振
動が発生しやすい若しくは受けやすい場合の揺動台、ベ
アリングとしても有益なものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明免震装置の一形態の断面図。

【図２】 分解状態の斜視図。

【図３】 振動円盤と受振円盤とが相対的に移動した状
態の断面図。

【図４】 二段重ねに積み上げ式にした状態の断面図。

【図５】 転動面の形状を示す断面説明図。

【図６】 他の転動面の形状を示す断面説明図。

【図７】 他の転動面の形状を示す断面説明図。

【図８】 従来例の積層ゴムアイソレータの断面図。

【符号の説明】

Ａ：振動円盤、Ｂ：受振円盤、Ｃ：緩衝球、ｃｒ：球面
半径、Ｈ：鉛直線、Ｌ：中心部の曲面の半径、Ｍ：直線
面、Ｒ：曲率半径、Ｘ：曲率中心、α：傾斜角、 １：
外周立上がり縁、２：凹部、３：中心部、４：転動面、
５：中心部の曲面

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】緩衝球が転動する凹部を形成した振動円盤
   と、この振動円盤と同形状で凹面を下向きとする受振円
   盤と、緩衝球とからなり、振動円盤と受振円盤の凹部を
   互いに対面させてその間の凹部内に、振動円盤と受振円
   盤との外周立上がり縁が接触しないように緩衝球を介在
   せしめ、該緩衝球が転動する凹部の転動面が、外周から
   中心部に向かって傾斜角が同一の直線状の傾斜面に形成
   し、傾斜面が交差する中心部を緩衝球の球面より大きな
   曲面としたことを特徴とする免震装置
2. 【請求項２】請求項１の凹部の転動面が中心部の鉛直線
   上から反対側に曲率中心をずらした曲率半径の曲面と
   し、これら曲面が交差する中心部の曲面を緩衝球の球面
   より大きな曲面としたことを特徴とする免震装置
3. 【請求項３】請求項１における直線状の傾斜面の外周
   に、請求項２の転動面を形成してなり、中心部が緩衝球
   の球面より大きな曲面であることを特徴とする免震装置
4. 【請求項４】請求項１乃至請求項３のいずれかの凹部に
   おける転動面と外周立上り面との交差部を緩衝球の球面
   より小さな曲面としたことを特徴とする免震装置