特許 7272896 免震装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-05-01

(45)【発行日】2023-05-12

(54)【発明の名称】免震装置

(51)【国際特許分類】

   F16F 15/02 20060101AFI20230502BHJP

   F16F 15/023 20060101ALI20230502BHJP

   F16F 7/06 20060101ALI20230502BHJP

   F16F 9/12 20060101ALI20230502BHJP

   E04H 9/02 20060101ALI20230502BHJP

【ＦＩ】

F16F15/02 A

F16F15/023 A

F16F7/06

F16F9/12

E04H9/02 351

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2019143634

(22)【出願日】2019-08-05

(65)【公開番号】P2021025576

(43)【公開日】2021-02-22

【審査請求日】2022-06-27

(73)【特許権者】

【識別番号】000002299

【氏名又は名称】清水建設株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100149548

【弁理士】

【氏名又は名称】松沼 泰史

(74)【代理人】

【識別番号】100161506

【弁理士】

【氏名又は名称】川渕 健一

(74)【代理人】

【識別番号】100161207

【弁理士】

【氏名又は名称】西澤 和純

(72)【発明者】

【氏名】小槻 祥江

(72)【発明者】

【氏名】磯田 和彦

(72)【発明者】

【氏名】杉本 浩一

【審査官】後藤 健志

(56)【参考文献】

【文献】特開平１０－１８４７５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－２７４４７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０８７５８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－０３７００５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－００２４２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－２９１７２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６０－０９２５７０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ１６Ｆ １５／０２－１５／１０

Ｆ１６Ｆ ７／０６

Ｆ１６Ｆ ９／１２

Ｅ０４Ｈ ９／０２

Ｆ１６Ｈ ２５／２２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第一構造体に固定されるとともに、内部に中空部が形成された軸線方向に延びる外筒と、
第二構造体に固定されるとともに、前記中空部内の軸線方向の一方側に前記外筒と同軸上に配置され、外周面にねじ溝が形成されたねじ軸と、
該ねじ軸に螺合され、該ねじ軸の軸方向運動を回転運動に変換するナットと、
前記中空部内の前記軸線方向の他方側に配置され、前記ナットに接合された内筒と、
前記外筒と前記内筒との間に配置された粘性体と、
摩擦材を有し、該摩擦材を前記ナットに押圧して該ナットの前記外筒に対する回転を拘束可能なロック機構と、を備えることを特徴とする免震装置。

【請求項2】

風速計と、
該風速計の計測結果に基づいて、該計測結果が閾値以上の場合に、前記ロック機構に対して、前記ナットの回転を拘束する信号を送信する制御部と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の免震装置。

【請求項3】

前記ロック機構は、
先端部に前記摩擦材が設けられた押圧部と、
前記摩擦材を前記ナットに近接させるように圧縮力を付与する油圧ジャッキと、
前記摩擦材を前記ナットから離間させる方向に付勢する付勢部と、を有することを特徴とする請求項１または２に記載の免震装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、免震装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来から、地震時の揺れを低減するために、下記の特許文献１参照に示すような減衰機能を持つ装置を免震層に備えた免震建物が増加している。

【0003】

また、地震に対する免震性能は維持したまま、風力により生じる免震層の変位を抑えるために、所定の風速以上の場合に免震層をロックして免震層の変位を抑制するロック機構を備えた建物が提案されている。このロック機構では、地震時は免震層の動きを阻害せずに免震性能を維持し、所定の風速以上の場合にのみ、コントローラがソレノイドバルブに信号を出力し、オリフィス及びタンクを結ぶ油路を遮断するようにソレノイドバルブを切換させて、シリンダーにおけるピストンの出入動作をロックする構成とされている（下記の特許文献２参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１２－３７００５号公報

【文献】特開平９－２９１７２１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特許文献２に記載されたロック機構では、通常の免震装置を用いる場合よりも、ソレノイドバルブの切換等が必要になり、構成が複雑化してしまうという問題点がある。

【0006】

そこで、本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、簡易な構成で、風により発生する免震層の変位を抑止することができるとともに、地震時には免震層の動きを阻害せずに免震性能を維持することができる免震装置を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を採用している。
すなわち、本発明に係る免震装置は、第一構造体に固定されるとともに、内部に中空部が形成された軸線方向に延びる外筒と、第二構造体に固定されるとともに、前記中空部内の軸線方向の一方側に前記外筒と同軸上に配置され、外周面にねじ溝が形成されたねじ軸と、該ねじ軸に螺合され、該ねじ軸の軸方向運動を回転運動に変換するナットと、前記中空部内の前記軸線方向の他方側に配置され、前記ナットに接合された内筒と、前記外筒と前記内筒との間に配置された粘性体と、摩擦材を有し、該摩擦材を前記ナットに押圧して該ナットの前記外筒に対する回転を拘束可能なロック機構と、を備えることを特徴とする。

【0008】

このように構成された免震装置では、風に起因する外力が生じた際には、摩擦材をナットに押圧してナットの外筒に対する回転を拘束して、免震層の動きをロックすることができる。よって、複雑な制御システムを必要とせず、摩擦材をナットに押圧するという簡易な構成で、風により発生する免震層の変位を抑止することができる。
また、地震に起因する外力が生じた際には、ロック機構は解除されていて、ナット及びねじ軸は、軸方向運動を回転運動に変換して、外筒と内筒との間の粘性体の粘性抵抗により減衰力を発揮し、建物を免震し、減衰を付与することができる。

【0009】

また、本発明に係る免震装置は、風速計と、該風速計の計測結果に基づいて、該計測結果が閾値以上の場合に、前記ロック機構に対して、前記ナットの回転を拘束する信号を送信する制御部と、を備えることが好ましい。

【0010】

このように構成された免震装置では、風速計の計測結果が閾値以上の場合に、制御部が、ロック機構に対してナットの回転を拘束する信号を送信することで、免震層の動きをロックすることができる。よって、ロックする作業者を必要とせず、制御することができる。
あるいは、風速計の計測結果等に基づいて作業者が判断してナットの回転を拘束する信号を手動にて送信することも可能である。この場合の作業は信号送信スイッチのオンのみであり複雑な作業は必要としない。

【0011】

また、本発明に係る免震装置では、前記ロック機構は、先端部に前記摩擦材が設けられた押圧部と、前記摩擦材を前記ナットに近接させるように圧縮力を付与する油圧ジャッキと、前記摩擦材を前記ナットから離間させる方向に付勢する付勢部と、を有していてもよい。

【0012】

このように構成された免震装置では、風に起因する外力が生じた際には、油圧ジャッキの圧縮力により、押圧部に設けられた摩擦材がナットを押圧してナットの回転を拘束して、免震層の動きをロックすることができる。付勢部が摩擦材をナットから離間させる方向に付勢しているため、風に起因する外力が所定の風速以下の場合等には、摩擦材がナットから離間して、ロック機構が解除される。

【発明の効果】

【0013】

本発明に係る免震装置によれば、簡易な構成で、風により発生する免震層の変位を抑止することができるとともに、地震時には免震層の動きを阻害せずに免震性能を維持して、建物を免震することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の一実施形態に係る免震装置を示す図である。

【図2】本発明の一実施形態に係る免震装置のロック機構を示す断面図である。

【図3】本発明の一実施形態に係る免震装置のロック機構を示す断面図である。

【図4】本発明の一実施形態に係る免震装置のロック機構を示す断面図であり、ロック解除時を示している。

【図5】本発明の一実施形態に係る免震装置のロック機構を示す断面図であり、ロック時を示している。

【発明を実施するための形態】

【0015】

本発明の一実施形態に係る免震装置について、図面を用いて説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る免震装置を示す図である。図１では、免震装置の一部を断面として記載している。
図１に示すように、本実施形態に係る免震装置１００は、相対変位可能な柱と梁等のような第一部材（第一構造体）Ａ１と第二部材（第二構造体）Ａ２との間に設けられていて、第一部材Ａ１と第二部材Ａ２との相対変位を低減するように構成されている。

【0016】

免震装置１００は、免震機構１と、ロック機構３と、を備えている。免震装置１００は、軸線Ｏを中心軸として配置されている。軸線Ｏに沿う方向をＸ方向として、Ｘ方向の一方側を＋Ｘ側とし、他方側を－Ｘ側とする。免震装置１００は、Ｘ方向の＋側から－側に沿って、増幅部Ｂ１、伝達部Ｂ２及び減衰部Ｂ３の各領域に区分されている。

【0017】

免震機構１は、固定外筒（外筒）１０と、ねじ軸１５と、ナット２０と、回転内筒２５と、を有している。固定外筒１０、ねじ軸１５、ナット２０及び回転内筒２５は、軸線Ｏを同軸として配置されている。

【0018】

固定外筒１０は、外筒本体１１と、端部プレート１２ａ，１２ｂと、を有している。外筒本体１１は、軸線Ｏを軸線方向として、筒状に形成されている。端部プレート１２ａ，１２ｂは、外筒本体１１のＸ方向の両端部に設けられている。端部プレート（－Ｘ側に配置された端部プレート）１２ｂには、第二部材Ａ２に固定される第二取付部１３が設けられている。固定外筒１０の内部には、中空部Ｓが形成されている。

【0019】

ねじ軸１５は、固定外筒１０の＋Ｘ側の端部から中空部Ｓに挿入されている。ねじ軸１５は、増幅部Ｂ１に配置されている。

【0020】

ねじ軸１５は、棒状の部材であり、軸線Ｏを軸線方向として配置されている。ねじ軸１５の＋Ｘ側の端部には、第一部材Ａ１に固定される第一取付部１７が設けられている。

【0021】

図２は、ロック機構３を示し、軸線Ｏに沿う断面図である。
図２に示すように、ねじ軸１５の外周面には、ねじ溝１６が形成されている。ねじ溝１６には、ねじ溝１６を転動可能なボールベアリング１８（図２参照。以下同じ。）が配置されている。

【0022】

ナット２０には、ねじ軸１５が挿通される挿通孔２１が形成された円筒状の部材である。ナット２０は、ボールベアリング１８を介してねじ軸１５に螺合されている。図１に示すように、ナット２０は、増幅部Ｂ１に配置されている。ナット２０は、外筒本体１１とスラスト軸受け２３を介して回転可能に接合される。ナット２０及びねじ軸１５は、並進運動（軸方向運動）を回転運動に、または回転運動を並進運動に変換するねじ運動機構を構成している。

【0023】

回転内筒２５は、固定外筒１０の内部に配置されている。回転内筒２５は、ナット２０と接合されている。回転内筒２５は、減衰部Ｂ３に配置されている。回転内筒２５は、固定外筒１０内でナット２０とともに回転可能とされている。

【0024】

減衰部Ｂ３において、固定外筒１０と回転内筒２５との間には、粘性体２６が配置されている。固定外筒１０と回転内筒２５との間には、Ｘ方向の両側にＯリング２７が設けられている。

【0025】

ロック機構３は、ナット２０の固定外筒１０に対する回転を拘束可能に構成されている。ロック機構３は、制御盤３０と、油圧ポンプ３５と、油圧ジャッキ（油圧シリンダー）４０と、ロック装置５０と、を有している。

【0026】

制御盤３０は、油圧ポンプ３５に電気的に接続されている。制御盤３０は、圧力表示部３１と、スイッチ３２と、を有している。圧力表示部３１には、油圧ポンプ３５の圧力が表示される。スイッチ３２のオン及びオフにより、油圧ポンプ３５の作動及び停止が可能である。

【0027】

油圧ポンプ３５は、油圧ジャッキ４０に油圧配管３６で接続されている。油圧ポンプ３５は、モータ３７と、圧力計３８と、を有している。モータ３７は、油圧ジャッキ４０を作動する駆動源である。圧力計３８は、油圧ジャッキ４０の圧力を計測する。油圧ポンプ３５は、小型のものであり、固定外筒１０に設置可能である。油圧配管３６は、可撓性のない鋼製の部材であってよい。

【0028】

図３は、ロック機構３を示し、軸線Ｏに直交する断面図である。
図３に示すように、油圧ジャッキ４０は、固定外筒１０の外筒本体１１の周方向に沿って複数設置されている。本実施形態では、油圧ジャッキ４０は、４箇所に設置されているが、１箇所以上に設置されていればよい。

【0029】

図４は、ロック機構３を示し、軸線Ｏに沿う断面図であり、ロック解除時を示している。
図４に示すように、固定外筒１０の外筒本体１１の外側には、反力治具４１が設けられている。油圧ジャッキ４０は、反力治具４１に支持されている。油圧ジャッキ４０は、油圧ポンプ３５（図１参照。以下同じ。）が作動することで、反力治具４１からの反力を利用して、後述する押し棒５１を径方向の内側に移動させて、後述する摩擦材５５をナット２０に押圧させるように圧縮力を付与する。

【0030】

図２に示すように、ロック装置５０は、押し棒（押圧部）５１と、摩擦材５５と、付勢部６０と、を有している。

【0031】

押し棒５１は、ジャッキ固定部５２と、棒本体５３と、摩擦材支持部５４と、を有している。

【0032】

ジャッキ固定部５２は、油圧ジャッキ４０に固定されている。ジャッキ固定部５２は、外筒本体１１の外側に配置されている。

【0033】

固定外筒１０の外筒本体１１には、径方向に貫通する取付孔１４が形成されている。棒本体５３は、ジャッキ固定部５２から径方向の内側に延びている。棒本体５３は、外筒本体１１の取付孔１４に挿通されている。摩擦材支持部５４は、棒本体５３の先端部（径方向内側の端部）に設けられている。

【0034】

摩擦材５５は、摩擦材支持部５４における径方向の内側を向く面に設けられている。摩擦材５５は、ナット２０の外周面に当接可能とされている。図２に示す摩擦材５５がナット２０の外周面に当接した状態（ロック状態）で、固定外筒１０の外筒本体１１の取付孔１４には、摩擦材支持部５４よりも径方向の外側にスペースが形成されている。これにより、棒本体５３が径方向の外側に変位した際には、摩擦材支持部５４がスペースに入って、摩擦材５５がナット２０の外周面から離間可能とされている。

【0035】

付勢部６０は、ジャッキ固定部５２と外筒本体１１との間に設けられている。付勢部６０は、摩擦材５５をナット２０から離間する方向、つまり径方向の外側に付勢している。本実施形態では、付勢部６０は、皿ばねで構成されている。

【0036】

次に、上記の免震装置１００の動作について説明する。
通常時には、制御盤３０のスイッチ３２はオフにされ、油圧ポンプ３５は作動しておらず、図４に示すロック解除状態で、摩擦材５５がナット２０から離間している。
地震時に、第一部材Ａ１と第二部材Ａ２との間で層間変位が生じた際には、ナット２０及びねじ軸１５は、並進運動を回転運動に変換して、減衰部Ｂ３で固定外筒１０と回転内筒２５との間の粘性体２６の粘性抵抗により減衰力を発揮する。つまり、粘性ダンパーとして機能する。

【0037】

図５は、ロック機構３を示し、軸線Ｏに沿う断面図であり、ロック時を示している。
風速が閾値を超えた場合には、自動的に、あるいは作業者が制御盤３０のスイッチ３２をオンにして、油圧ポンプ３５を作動させ、油圧ジャッキ４０の圧縮力により、図５に示すように、押し棒５１を径方向の内側に移動させて、摩擦材５５でナット２０を押圧する。図３に示すように、ジャッキ軸力Ｎにより、摩擦材５５とナット２０との間に摩擦抵抗力Ｐが生じる。これにより、ロックされ、ナット２０及びねじ軸１５の並進運動が停止し、免震層の変位が抑制される。

【0038】

作業者が制御盤３０のスイッチ３２をオフにする。あるいは、ロック状態から数時間後にスイッチがオフとなる設定を設けることで自動的にオフとなる。これにより、油圧ポンプ３５が停止し、油圧ジャッキ４０からの圧縮力がなくなり、付勢部６０の付勢力により押し棒５１が元の位置（径方向の外側）に移動する。摩擦材５５がナット２０から離間して、摩擦抵抗力Ｐが消失する。

【0039】

なお、ロック時に、大地震やより大きな風外力が生じて、設置したロック荷重を超える荷重が作用した場合に、摩擦材５５がナット２０上を滑り、ロックが解除される構成であってもよい。

【0040】

例えば、最大軸減衰力１４００ｋＮの減衰こまを用いて、保証荷重１００ｋＮ、ストローク２５ｍｍの油圧シリンダーを４台設置した際の、各種数値は表１に示すとおりである。

【0041】

【表1】

【0042】

トルクＴ、必要摩擦力Ｐ及び必要ジャッキ軸力Ｎの計算は、数式（１）～（３）に示すとおりである。

【0043】

【数1】

【0044】

【数2】

【0045】

【数3】

【0046】

このように構成された免震装置１００では、風に起因する外力が生じた際には、摩擦材５５をナット２０に押圧してナット２０の固定外筒１０に対する回転を拘束して、免震層の動きをロックすることができる。よって、複雑な制御システムを必要とせず、摩擦材５５をナット２０に押圧するという簡易な構成で、風により発生する免震層の変位を抑止することができる。

【0047】

また、地震に起因する外力が生じた際には、ロック機構３は解除されていて、ナット２０及びねじ軸１５は、並進運動を回転運動に変換して、固定外筒１０と回転内筒２５との間の粘性体２６の粘性抵抗により減衰力を発揮し、建物を免震し、減衰を付与することができる。

【0048】

また、風に起因する外力が生じた際には、油圧ジャッキ４０の圧縮力により、押し棒５１に設けられた摩擦材５５がナット２０を押圧してナット２０の回転を拘束して、免震層の動きをロックすることができる。付勢部６０が摩擦材５５をナット２０から離間させる方向に付勢しているため、風に起因する外力が所定の風速以下の場合等には、摩擦材５５がナット２０から離間して、ロック機構３が解除される。

【0049】

また、シアピンや鋼材ダンパーを用いた耐風ロック機構と異なり、ロック後も部材の交換を必要とせず、自動的に解除できる。また、常時に免震層の剛性を増大させないため、中小地震時にも本来の免震性能を発揮できる。

【0050】

また、免震機構（粘性ダンパー）１にロック機構３を付加するだけの構成であるため、安価に機能追加することができる。すなわち、常時及び地震時には、通常の粘性ダンパーとして機能しつつ、暴風時に免震層をロックする装置となる。ただし、ロック機構３の摩擦抵抗力Ｐと粘性抵抗力との和がダンパー反力となることから、減衰部Ｂ３の長さを縮小したり、減衰部Ｂ３を省略しロック機構３だけにしたりすることもできる。また、ロック機構３作動中に地震に遭遇した場合、ロック機構３を解除して摩擦抵抗力Ｐを消失させる方法をとることもできる。

【0051】

また、ボールねじ機構を利用しているため、ナット（ボールナット）２０と固定外筒１０の外筒本体１１との間の摩擦抵抗力Ｐはロック荷重と比べて桁違いに小さくて済む。表１に示すように、ロック荷重（装置の軸方向力）１０００ｋＮに対し、ナット２０と固定外筒１０の外筒本体１１との間の摩擦抵抗力Ｐは、１８．６×４台＝７４．４ｋＮと極めて小さくなる。このため、摩擦材５５をナット２０に押し当てるジャッキ反力も小さくてよい。また、摩擦抵抗を生じさせるためのジャッキストロークも僅かで済む。そのため、使用する油圧ジャッキは小型軽量の安価なものでよく、油圧ポンプ３５も油量が小さい装置でよいことから、安価に装置を実現することができる。

【0052】

また、油圧ジャッキ４０及び油圧ポンプ３５はコンパクトな構成であるため、油圧ジャッキ４０及び油圧ポンプ３５を免震機構１に載せることができる。よって、油圧ジャッキ４０と油圧ポンプ３５との間の相対変位がないため、可撓性のない安価な鋼製の油圧配管３６で接続でき、高圧で信頼性の高い油圧システムを安価に構築することができる。

【0053】

なお、上述した実施の形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

【0054】

例えば、上記に示す実施形態では、作業者等の人によりスイッチ３２のオン・オフが行われているが、本発明はこれに限られない。免震装置１００が、風速計と、制御部と、を備え、風速計の計測結果に基づいて、計測結果が閾値以上の場合に、ロック機構３に対して、ナット２０の回転を拘束する信号を送信する構成であってもよい。この場合には、風速計の計測結果が閾値以上の場合に、制御部が、ロック機構３に対してナット２０の回転を拘束する信号を送信することで、免震層の動きをロックすることができる。よって、ロックする作業者を必要とせず、制御することができる。

【符号の説明】

【0055】

１…免震機構
３…ロック機構
１０…固定外筒（外筒）
１５…ねじ軸
１６…ねじ溝
１８…ボールベアリング
２０…ナット
２５…回転内筒（内筒）
２６…粘性体
３０…制御盤
３５…油圧ポンプ
４０…油圧ジャッキ
５０…ロック装置
５１…押し棒（押圧部）
５５…摩擦材
６０…付勢部
１００…免震装置
Ａ１…第一部材（第一構造体）
Ａ２…第二部材（第一構造体）
Ｂ１…増幅部
Ｂ２…伝達部
Ｂ３…減衰部
Ｓ…中空部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】