JPH1037519A - 構造物の免震ころがり支承 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 あらゆる地震に対して共振しない（共振
点のない）構造を有し、平常時の震動では揺動を起さ
ず、かつ、設計が容易な免震装置を提供すること。 【解決手段】 円錐形状の窪みを有する受皿４、この受
皿に対面する支承体２０を備え、この支承体２０はその
受皿の対向面に低摩擦材１０の表面を有する球面状窪み
を有し、この球面状窪みに滑合する大径球９を備え、支
承体２０はこの大径球９を介して受皿を支承する構造を
有する免震ころがり支承。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は構造物の免震装置、
特に低摩擦材と大径球を用いた支承体と円錐形凹面を有
する受皿とを用いて、免震作用と制震作用を奏する免震
装置を提供しようとするものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、受皿の凹面と支承体とを接触させ
るようにした免震装置が提案されている。この従来技術
では支承体と受皿の接触面（凹面）が水平移動によって
相対的に変位しても接触面の面圧が常に一定となる構造
であるために、受皿本体の凹面を球面にしている。例え
ば図５に示すように、球面状凹面１７を有する受皿１８
上に低摩擦材（フッ素系樹脂）１９を圧接するように、
媒体２０に接合した支承体２を組合わせ、この支承体２
１の上に構造物を載せる構造である。

【０００３】低摩擦材１９は媒体２０の接合面で回動で
きるように球面になっており、大きな地震によって、低
摩擦材の摩擦係数と重力加速度の積以上の加速度の震動
が作用して受皿１８と支承体２１とが相対的に滑る場
合、支承体２１の媒体２０の中で低摩擦材１９が回転
し、受皿１８の凹面に同じ面が圧接された状態で滑るこ
とができる。このとき、受皿の中心から外れた位置にあ
るときは、常に中心部より高い位置にあるため、重力に
より低い位置に戻る力が復元力として作用し、元の中心
部に戻る。

【０００４】これは地震により水平移動が起ったとき、
振り子の原理によって復元力を得る構造であるために、
一定の周期をもち、長周期成分をもつ地震波（例えば八
戸地震波）の場合には共振をするため期待した免震効果
が得られない可能性がある。この共振を避けるために、
受皿の曲率を大きくして固有周期を延ばすことが考えら
れるが、復元力が小さくなり、地震が止んだ後、元の位
置に復元し難くなるのが問題であった。

【０００５】図４は、従来技術の一つである鉛プラグ入
り積層ゴム免震装置である。この装置は鉛プラグ２６を
取り囲む環状の内部鋼板２３とゴム層２２とを積層した
ものの上と下を外部鋼板２４で挾み、その上面と下面に
ダボピン２５を有する取付プレート２７を備えたもので
ある。

【０００６】この装置は水平剛性が高すぎ、すなわち、
固有周期が短いので地震の振動周期によっては共振を起
こし、かえって振動を増幅することがある。また、風に
よる揺動きは抑制できないので、居住性が損なわれる問
題がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明はあらゆる地震
に対して共振しない（共振点のない）構造を有し、摩擦
によって平常時の震動では揺動を起こさず、かつ、地震
が止んだ後、元の位置に戻る復元力を有する構造物の免
震装置ならびに設計が容易な免震装置を提供しようとす
るものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明の構成は、特許請求の範囲に記載のとおりの免
震ころがり支承である。

【０００９】すなわち、本発明は、（１）円錐形状の窪
みを有する受皿、この受皿に対面する支承体を備え、こ
の支承体はその受皿対向面に低摩擦材からなる表面を有
する球面状窪みを有し、この球面状窪みに滑合する大径
球を備え、支承体はこの大径球を介して受皿を支承する
ように構成された構造物の免震ころがり支承、（２）受
皿の円錐形状の傾斜角が１〜４°、低摩擦材が四フッ化
エチレン樹脂であることを特徴とする上記（１）記載の
構造物の免震ころがり支承、（３）受皿の円錐状の傾斜
角と大径球の直径及び低摩擦材の種類、形状を選定する
ことによってトリガーの範囲を構成し、最大応答加速度
を任意に設定することを特徴とする上記（１）または
（２）記載の構造物の免震ころがり支承である。

【００１０】

【発明の実施の形態】図面を参照して本発明を具体的に
説明すると、図１は本発明の免震ころがり支承の平面
図、図２はその断面図である。

【００１１】このころがり支承は表面にゴム層２を有す
る上面板１の下にグラウト材１３、円錐型に成形された
受皿鉄板４を有し、中心部に補強材８を有する受皿が、
ボール（大径球）９を介してベースプレート６とボール
ベアー押さえ７を有する支承体によって支持されてい
る。

【００１２】支承体は図３に示すように大径球９とそれ
を支える凹部を有するボールベアー押さえ７からなり、
ボールベアー押さえ７の凹部はフェノール樹脂層１０と
四フッ化エチレン層１１からなる滑りカップ２８を有し
大径球９が回転し易いようになっており、鋼球カバー１
５で大径球９が抜け出さないようになっている。

【００１３】この発明の装置では、常時風に対するトリ
ガーをある範囲（通常６０〜１００ｇａｌ程度）で任意
に設定できる。また、構造物の積載荷重の偏在によって
免震性能が影響されることがない。更に、受皿の凹部が
一定傾斜の円錐形であるので、固有振動周期がない。し
たがって、地震と共振することがない。

【００１４】また、請求項３の受皿の傾斜角と大径球の
直径、摩擦材の種類、形状によりトリガーの範囲を次の
ように設定できる。大径球９と接するボールベアー押さ
え７の凹部の滑りカップの材料を選ぶことによって、大
径球との摩擦係数を適当な値にすることができる。この
摩擦係数と受皿の傾斜角によって、最大応答加速度が決
まる。図３に示す装置の大径球９と接する凹部の滑りカ
ップとしてフェノール樹脂内面に四フッ化エチレンを接
着固定した材料とを用いた場合は摩擦係数μは０．０５
〜０．１０である。

【００１５】図６は支承体の比較例であって、図３に示
す凹部のフェノール樹脂層１０と四フッ化エチレン層１
１の代わりに小径球１６を有する例である。

【００１６】この支承体の場合、ボールベアー押さえ７
の凹部と大径球１６との間の摩擦係数μ＝０．０３であ
る。したがって、トリガー性能が小さすぎる。

【００１７】図７（ａ）は図３に示した支承体から鋼球
カバー１５と大径球９とを除いた状態の平面図、図８は
支承体の分解図である。ホルダー１２の凹部に滑りカッ
プ２８が入っており、ホルダー１２は滑りカップ２８を
介して大径球９を支えている。大径球９は鋼球カバー１
５によってホルダー１２から脱落するのを防止されてい
る。 ホルダー１２はボールベアー押さえ７を有するベ
ースプレート６に図示のように挿入される。

【００１８】上記滑りカップ２８はフェノール樹脂製の
カップ１０の内面に四フッ化エチレン製の滑り材１１を
接着固定したもので、図７（ａ）の平面図や図８に示す
ように、空気通路２９を形成するように舌片状の滑り材
１１を接着したものである。

【００１９】大径球９と滑りカップ２８との間の摩擦を
目的とする値にするために、滑り材１１の形状、数、面
積を変えたものを選んで採用することが好ましい。

【００２０】この滑りカップ２８の他の具体例としては
図９の平面図および図１０の斜視図に示したものがあ
る。これはフェノール樹脂製のカップ１０の内面に小円
板状の四フッ化エチレン製の小片を接着したものでもよ
い。

【００２１】この発明の装置では、大径球が低摩擦材
（例えば四フッ化エチレン層）の表面で滑って回転する
ときの摺動低抗力と受皿の傾斜角の水平移動抵抗力によ
りトリガーレベルおよび最大応答加速度が大体決まる。

【００２２】この場合、大径球と低摩擦材の間の摺動抵
抗の要素としては、作動時の適度な摩擦減衰の他に、低
摩擦材内の粘性減衰力もある程度期待できる。これ等が
地震応答変位の抑制効果となる。低摩擦力の種類として
は、テフロン、フェノール樹脂、高分子ポリエチレン樹
脂、ポリアミド樹脂、ナイロン樹脂、セラミックス等が
ある。

【００２３】

【実施例】下記表１および表２に低摩擦材内の粘性減衰
を零とした場合の過去の代表的な地震波に対する応答
を、受皿の傾斜角および摩擦係数を変えた場合について
それぞれ計算例を示す。

【００２４】例１〜３で用いた樹脂系滑り材料および受
皿の傾斜、またその抵抗力の強さは下記のとおりとし
た。

【００２５】表１では、摺動材と球との間で生じる摩擦
係数と、地震終了後の原点自動復帰をもくろんだ妥当な
受皿の傾斜角を示している。

【００２６】それらの２つの要素で始動加速度（トリガ
ー）、及び免震効果、即ち最大応答加速度が決定され
る。

【００２７】例１では、４ふっ化エチレンを摺動材とし
て適応した例で、例２は高分子ポリエチレン、ナイロン
樹脂、例３ではフェノール樹脂が匹敵する。

【００２８】免震効果としては、ボールベアリングタイ
プが一番よいが、住宅用免震装置として適応した場合、
常時の風に対して揺動が生じ、居住性が問題となる。こ
の問題を克服するには例１〜例３の条件（トリガー）が
妥当であり、常時風の強い場所を判断される地域におい
てはこれらのトリガーレベルをもつ何れかを選定して適
応することができる。

【００２９】表２では、選定した例１〜３のいずれかに
対する地震波入力時の応答変位を表わしている。

【００３０】

【表１】

【００３１】

【表２】

【００３２】上記結果から、通常の鋼球（小径球）を使
った例と樹脂系滑り材料を使った例１〜３とを比較する
と、樹脂系滑り材料を使った場合は応答加速度は大きい
が、風に対する揺動防止（トリガー）について充分な性
能を示し、かつ、応答変位も鋼球の場合より小さい。

【００３３】上記結果からみると例１が最も好ましい例
である。受皿の円錐形状の傾斜角は１〜４°であること
が好ましい。

【００３４】

【発明の効果】以上、説明したように、本発明の免震装
置は共振点がないので、あらゆる地震に対して共振する
ことがなく、かつ、風などで起こる平常時の振動では作
動しない。また、地震が止んだ時は元の位置に戻る復元
力を有し、装置の設計も容易である、という効果を奏す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の免震ころがり支承の一具体例の平面
図、

【図２】図１の装置の一部裁断側面図、

【図３】本発明で用いる支承体の一具体例の一部裁断側
面図、

【図４】従来の免震装置の説明図、

【図５】従来の滑り免震装置の説明図、

【図６】従来のころがり免震装置の説明図、

【図７】図３の装置から鋼球カバーと大径球を除いた状
態の平面図、

【図８】本発明の装置の支承体の分解図、

【図９】図７の装置とは異なった滑りカップの平面図、

【図１０】図９の滑りカップと大径球の関係を示す斜視
図。

【符号の説明】

１ 上面板 ２ ゴム層 ３ 受皿固定金具 ４ 受皿鉄板 ５ 受皿据付用治具 ６ ベースプレート ７ ボールベアー押さえ ８ 補強材 ９ 大径球 １０ フェノール樹脂層 １１ 四フッ化エチレン層 １２ ホルダー １３ グラウト材 １４ Ｌ型アンカーボルト １５ 鋼球カバー １６ 小径球 １７ 球面状凹面 １８ 受皿 １９ 低摩擦材 ２０ 媒体 ２１ 支承体 ２２ ゴム層 ２３ 内部鋼板 ２４ 外部鋼板 ２５ ダボピン ２６ 鉛プラグ ２７ 取付プレート ２８ 滑りカップ ２９ 空気抜き用の道

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 倉林 浩 東京都江東区辰巳３−５−３ 三菱製鋼株 式会社環境エンジニアリング事業部技術部 内 (72)発明者 小見 俊夫 東京都江東区辰巳３−５−３ 三菱製鋼株 式会社環境エンジニアリング事業部技術部 内 (72)発明者 曽根 信行 東京都江東区辰巳３−５−３ 三菱製鋼株 式会社環境エンジニアリング事業部技術部 内 (72)発明者 染谷 武司 東京都江東区辰巳３−５−３ 三菱製鋼株 式会社環境エンジニアリング事業部技術部 内 (72)発明者 洞 宏一 東京都江東区辰巳３−５−３ 三菱製鋼株 式会社環境エンジニアリング事業部技術部 内 (72)発明者 松田 明 東京都江東区辰巳３−５−３ 三菱製鋼株 式会社環境エンジニアリング事業部技術部 内 (72)発明者 藤田 隆史 千葉県流山市中野久木575−28

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 円錐形状の窪みを有する受皿、この受皿
   に対面する支承体を備え、この支承体はその受皿対向面
   に低摩擦材からなる表面を有する球面状窪みを有し、こ
   の球面状窪みに滑合する大径球を備え、支承体はこの大
   径球を介して受皿を支承するように構成された構造物の
   免震ころがり支承。
2. 【請求項２】 受皿の円錐形状の傾斜角が１〜４°、低
   摩擦材が四フッ化エチレン樹脂であることを特徴とする
   請求項１記載の構造物の免震ころがり支承。
3. 【請求項３】 受皿の円錐状の傾斜角と大径球の直径及
   び低摩擦材の種類、形状を選定することによってトリガ
   ーの範囲を構成し、最大応答加速度を任意に設定するこ
   とを特徴とする請求項１または請求項２記載の構造物の
   免震ころがり支承。