特許 7573485 免震機構および免震構造物

(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】2024-10-17

(45)【発行日】2024-10-25

(54)【発明の名称】免震機構および免震構造物

(51)【国際特許分類】

   F16F 15/04 20060101AFI20241018BHJP

   F16F 15/06 20060101ALI20241018BHJP

   E04H 9/02 20060101ALI20241018BHJP

【ＦＩ】

F16F15/04 E

F16F15/06 G

E04H9/02 331E

E04H9/02 351

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2021084046

(22)【出願日】2021-05-18

(65)【公開番号】P2022177639

(43)【公開日】2022-12-01

【審査請求日】2024-03-08

(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】磯田 和彦

【審査官】杉山 豊博

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－０８０４４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１３０２１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－２４０８２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭６２－１７０８４８（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２０１０－２６５９２７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ１６Ｆ １５／０４

Ｆ１６Ｆ １５／０６

Ｅ０４Ｈ ９／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

上部構造体と前記上部構造体の下方に位置する基礎構造体との間に形成される免震層に備えられ、
平時は前記上部構造体を支持し、前記上部構造体の水平方向の変位に追従して変位が増すと前記上部構造体を上昇させる免震装置と、平時は前記上部構造体を支持し、前記上部構造体が水平方向に変位すると前記上部構造体の下部と離間する摩擦支承と、を備え、
前記免震装置と前記摩擦支承とは、前記免震層内で並列配置され、
前記摩擦支承は、前記上部構造体を支持時の高さと、前記上部構造体と離間した後の高さとが略一致し、
前記免震装置は、前記上部構造体の下端部に備えられる上部案内材と、前記基礎構造体の上端部に備えられる下部案内材と、前記上部案内材と前記下部案内材との間に設けられ、前記上部構造体の水平方向の変位に追従して前記上部案内材と前記下部案内材との間で摺動する摺動体とを備え、
前記上部案内材と前記下部案内材とは、前記摺動体に対してそれぞれ水平一方向と前記水平一方向に直交する水平他方向とに摺動させる滑り面をそれぞれ有し、
前記摺動体の前記上部案内材および前記下部案内材のそれぞれとの接地面は、それぞれの案内材の前記滑り面の形状に略一致し、
前記上部案内材と前記摺動体の前記上部案内材との接地面とは、平時における前記摺動体の位置を頂部とした逆Ｖの字形状の前記滑り面が形成され、
前記下部案内材と前記摺動体の前記下部案内材との接地面とは、平時における前記摺動体の位置を底部としたＶの字形状の前記滑り面が形成される、
免震機構。

【請求項2】

前記上部構造体は、前記摺動体が前記水平方向の変位に追従して前記滑り面を摺動すると、前記摩擦支承と離間する、
請求項１に記載の免震機構。

【請求項3】

前記摩擦支承は、
前記上部構造体に近接対向する摩擦材と、
水平方向の径長が異なる摺動部と凸部とが形成され、前記凸部の上端に前記摩擦材が設けられるピストンと、
一方の端部が前記摺動部の底部に接続され、予め縮めて設けられる圧縮ばねと、
前記圧縮ばねの他方の端部と底部とが接続され、前記圧縮ばねとを内部に設け、前記上部構造体に近接する端面に前記凸部が通貫可能な開口部が設けられたシリンダーと、
を備え、
前記摺動部は、前記シリンダーの内部を鉛直方向に摺動可能に形成され、
平時において、
前記摩擦材は、前記上部構造体の底部に設けられた滑り板と当接し、
前記摺動部と前記シリンダーの前記開口部が設けられる面の底部とは、鉛直方向に微小間隙を形成し、
前記上部構造体の水平方向の変位時において、
前記微小間隙が解消され、前記摺動部の上部と前記開口部を有する面の底部とが当接し、さらに前記上部構造体が水平方向に変位すると前記摩擦材と前記滑り板との当接が解除される、
請求項１または２に記載の免震機構。

【請求項4】

前記滑り板は、前記上部構造体の底部から前記滑り板と前記摩擦材との当接部の端部に向かう方向にテーパー面が形成されている、
請求項３に記載の免震機構。

【請求項5】

上部構造体と前記上部構造体の下方に位置する基礎構造体との間に形成される免震層に備えられ、
平時は前記上部構造体を支持し、前記上部構造体の水平方向の変位に追従して変位が増すと前記上部構造体を上昇させる免震装置と、平時は前記上部構造体を支持し、前記上部構造体が水平方向に変位すると前記上部構造体の下部と離間する摩擦支承と、を備え、
前記免震装置と前記摩擦支承とは、前記免震層内で並列配置され、
前記摩擦支承は、前記上部構造体を支持時の高さと、前記上部構造体と離間した後の高さとが略一致し、
前記摩擦支承は、
前記上部構造体に近接対向する摩擦材と、
水平方向の径長が異なる摺動部と凸部とが形成され、前記凸部の上端に前記摩擦材が設けられるピストンと、
一方の端部が前記摺動部の底部に接続され、予め縮めて設けられる圧縮ばねと、
前記圧縮ばねの他方の端部と底部とが接続され、前記圧縮ばねを内部に設け、前記上部構造体に近接する端面に前記凸部が通貫可能な開口部が設けられたシリンダーと、
を備え、
前記摺動部は、前記シリンダーの内部を鉛直方向に摺動可能に形成され、
平時において、
前記摩擦材は、前記上部構造体の底部に設けられた滑り板と当接し、
前記摺動部と前記シリンダーの前記開口部が設けられる面の底部とは、鉛直方向に微小間隙を形成し、
前記上部構造体の水平方向の変位時において、
前記微小間隙が解消され、前記摺動部の上部と前記開口部を有する面の底部とが当接し、さらに前記上部構造体が水平方向に変位すると前記摩擦材と前記滑り板との当接が解除される、免震機構。

【請求項6】

前記免震装置は、前記上部構造体の下端部に備えられる上部案内材と、前記基礎構造体の上端部に備えられる下部案内材と、前記上部案内材と前記下部案内材との間に設けられ、前記上部構造体の水平方向の変位に追従して前記上部案内材と前記下部案内材との間で摺動する摺動体とを備え、
前記上部案内材と前記下部案内材とは、前記摺動体に対してそれぞれ水平一方向と前記水平一方向に直交する水平他方向とに摺動させる滑り面をそれぞれ有し、
前記摺動体の前記上部案内材および前記下部案内材のそれぞれとの接地面は、それぞれの案内材の前記滑り面の形状に略一致する、
請求項５に記載の免震機構。

【請求項7】

前記上部案内材と前記下部案内材とは、形状が略一致する一対の球面形状の前記滑り面が形成され、
一対の前記滑り面の間に上下面が一対の前記球面形状と略一致する曲率を有し、一対の前記滑り面に当接して摺動する前記摺動体を有する、
請求項６に記載の免震機構。

【請求項8】

請求項１から７のいずれか一項に記載の免震機構を備えていることを特徴とする、免震構造物。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、免震機構および免震構造物に関する。

【背景技術】

【0002】

構造物に対して作用する外力には、例えば、風力等の平均成分を持ち方向性を有する外力と、地震動等の変動成分のみを有する地盤震動による外力と、があり、前者に抵抗するためには構造物の水平方向の変位を拘束するのが望ましく、後者に抵抗するためには地盤と構造物との間に水平方向の変位を拘束しない免震装置を設けるのが望ましい（例えば、特許文献１参照）。また、免震装置を設ける構造物には前者の外力にも対応できる機構を備えているものもある。
従来、上記の両方の外力に対応する方法として、免震装置に加えて風速や地震動を感知するセンサや測定機器を有する制御装置を備えて水平方向の変位を拘束したり解除したりする機構を設ける方法（アクティブ制御機構）がある。また、上記のような制御装置を設けないパッシブ型の方法として免震層の内部にシヤピンを設け、風力等の方向性外力に対して免震装置を固定する方法がある（例えば、特許文献２参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１３－１３０２１６号公報

【文献】特開２０１７－１０６１８５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

一方で、上記で挙げたアクティブ制御による方法において、計測器やセンサ等の測定機器を有する制御機構は一般的に設置費用や維持管理費用が高額になりやすいという課題がある。また、上記でパッシブ型の制御機構として挙げた免震機構の内部にシヤピン等の抵抗機構を設ける方法においては、水平方向の変位として想定されている地震動が一般的に大きな変位を生じさせるために、水平変位が発生する度に抵抗機構に大きな負担がかかり破断等が生じやすくなる。抵抗機構に破断等が生じると、水平変位（地震動）の発生後に抵抗機構を交換する必要が生じるため、設置費用や維持管理費がかさむという課題がある。

【0005】

本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、安価で、風力等の方向性外力による免震構造物の揺れを防止し、かつ、メンテナンスフリーで所望の免震性能を有するパッシブ型の免震機構と該免震機構を備えた免震構造物を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記目的を達成するため、本発明に係る免震機構は、上部構造体と前記上部構造体の下方に位置する基礎構造体との間に形成される免震層に備えられ、平時は前記上部構造体を支持し、前記上部構造体の水平方向の変位に追従して変位が増すと前記上部構造体を上昇させる免震装置と、平時は前記上部構造体を支持し、前記上部構造体が水平方向に変位すると前記上部構造体の下部と離間する摩擦支承と、を備え、前記免震装置と前記摩擦支承とは、前記免震層内で並列配置され、前記摩擦支承は、前記上部構造体を支持時の高さと、前記上部構造体と離間した後の高さとが略一致する。

【0007】

上記の構成とすることで、平時において風力等の方向性外力が作用した際は、免震装置の摩擦抵抗力および復元力と摩擦支承の摩擦抵抗力により方向性外力に抵抗し、地震動等による水平変位が作用した際は、摩擦支承の摩擦抵抗力が上部構造体に作用せず、免震機構により抵抗し水平変位に対応することが可能となる。

【0008】

また、本発明に係る免震機構において、前記摩擦支承は、前記上部構造体に近接対向する摩擦材と、水平方向の径長が異なる摺動部と凸部とが形成され、前記凸部の上端に前記摩擦材が設けられるピストンと、一方の端部が前記摺動部の底部に接続され、予め縮めて設けられる圧縮ばねと、前記圧縮ばねの他方の端部と底部とが接続され、前記摩擦材と前記ピストンと前記圧縮ばねとを内部に設け、前記上部構造体に近接する端面に前記凸部が通貫可能な開口部が設けられたシリンダーと、を備え、前記摺動部は、前記シリンダーの内部を鉛直方向に摺動可能に形成され、平時において、前記摩擦材は前記上部構造体の底部に設けられた滑り板と当接し、前記摺動部と前記シリンダーの前記開口部が設けられる面の底部とは、鉛直方向に微小間隙を形成し、前記上部構造体の水平方向の変位時において、前記微小間隙が解消され前記摺動部の上部と前記開口部を有する面の底部とが当接し、さらに前記上部構造体が水平方向に変位すると前記摩擦材と前記滑り板との当接が解除されてもよい。

【0009】

上記の構成を有することで、摩擦支承の摩擦抵抗力を圧縮ばねによって任意で調整することが可能となり、風力等の方向性外力に対しては摩擦支承の摩擦抵抗力と免震装置の摩擦抵抗力および復元力とにより抵抗し、地震動等による水平変位で生じるせん断力に対しては免震層に設けられた免震装置やダンパーで抵抗することが可能となる。

【0010】

また、本発明に係る免震機構において、前記滑り板は、前記上部構造体の底部から前記滑り板と前記摩擦材との当接部の端部に向かう方向にテーパー面が形成されてもよい。

【0011】

上記の構成とすることで、免震装置が免震作用を発揮している状態において免震装置の鉛直方向の高さがわずかしか変わらない構成であっても、平時は風力等の方向性外力に対して摩擦支承と免震装置とで抵抗し、地震動等による水平変位が作用した際は、摩擦支承と上部構造体とを離間させることが可能となる。また、上部構造体の水平変位が減少して摩擦支承が上部構造体と再接触する際、テーパーを設けることで滑り板の端部に摩擦支承が衝突するおそれがなくなる。

【0012】

また、本発明に係る免震機構において、前記免震装置は、前記上部構造体の下端部に備えられる上部案内材と、前記基礎構造体の上端部に備えられる下部案内材と、前記上部案内材と前記下部案内材との間に設けられ、前記上部構造体の水平方向の変位に追従して前記上部案内材と前記下部案内材との間で摺動する摺動体とを備え、前記上部案内材と前記下部案内材とは、前記摺動体に対してそれぞれ水平一方向と前記水平一方向に直交する水平他方向とに摺動させる滑り面をそれぞれ有し、前記摺動体の前記上部案内材および前記下部案内材のそれぞれとの接地面は、それぞれの案内材の前記滑り面の形状に略一致してもよい。

【0013】

上記の構成とすることで、複数の方向の水平変位に対して所望の免震装置の免震効果を発揮させることが可能となる。

【0014】

また、本発明に係る免震機構において、前記上部構造体は、前記摺動体が前記水平方向の変位に追従して前記滑り面を摺動すると、前記摩擦支承と離間する構成としてもよい。

【0015】

上記の構成により、摺動体が上部案内材と下部案内材との間を水平方向の変位に追従して摺動することで、確実に摩擦支承と上部構造体とを離間させることが可能となる。

【0016】

また、本発明に係る免震機構において、前記上部案内材と前記摺動体の前記上部案内材との接地面とは、平時における前記摺動体の位置を頂部とした逆Ｖの字形状の前記滑り面が形成され、前記下部案内材と前記摺動体の前記下部案内材との接地面とは、平時における前記摺動体の位置を底部としたＶの字形状の前記滑り面が形成されてもよい。

【0017】

上記の構成とすることで、免震構造物に水平変位が作用した際に所定の免震装置の効果を発揮し、かつ所望の傾斜復元力を容易に得ることができるため、水平変位の解放後（地震後）に残留変位が生じにくくなり、免震装置を原位置に復元することなく継続使用することが可能となる。

【0018】

また、本発明に係る免震機構において、前記上部案内材と前記下部案内材として、形状が略一致する一対の球面形状の前記滑り面が形成され、一対の前記滑り面の間に上下面が一対の前記球面形状と略一致する曲率を有し、一対の前記滑り面に当接して摺動する前記摺動体を有する構成（球面滑り支承）としてもよい。

【0019】

上記の構成とすることで、任意方向の水平変位に追従できる免震機構とすることが可能となる。

【0020】

また、本発明の免震構造物は、上記の免震機構を備えていることを特徴とする。

【0021】

上記の構成とすることで、風力等の方向性外力と地震動等による水平変位とに対して、設置や維持管理等の費用を抑えた、所望の免震性能を有するパッシブ型の免震機構を備えた免震構造物とすることができる。

【発明の効果】

【0022】

本発明によれば、安価で、風力等の方向性外力による免震構造物の揺れを防止し、かつ、シヤピンのように破断して交換する部材もないことから、メンテナンスフリーで所望の免震性能を有するパッシブ型の免震機構と該免震機構を備えた免震構造物を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】本発明の第一実施形態による免震機構と免震構造物との立面図である。（ａ）は、本発明の第一実施形態による平時における免震機構の設置状況を示す立面図である。（ｂ）は、本発明の第一実施形態による水平変位作用時の免震機構の免震効果の発現状況を示す立面図である。

【図2】本発明の第一実施形態による摩擦支承の立面図である。（ａ）は、本発明の第一実施形態による平時における摩擦支承の設置状況を示す立面図である。（ｂ）は、本発明の第一実施形態による水平変位作用時の摩擦支承の設置状況を示す立面図である。

【図3】本発明の第一実施形態による免震機構に作用する荷重と免震装置の水平変位との関係図である。（ａ）は、水平変位と免震装置の傾斜復元力との関係図である。（ｂ）は、水平変位と免震装置の摩擦抵抗力との関係図である。（ｃ）は、水平変位と摩擦支承の摩擦抵抗力との関係図である。（ｄ）は、水平変位と免震機構の総抵抗力（総反力）との関係図である。

【図4】本発明の第一実施形態による摩擦支承の摩擦抵抗力と免震装置の水平変位との関係図である。（ａ）は、摩擦支承が免震構造物に対して摩擦抵抗力を有する水平変位範囲を示す関係図である。（ｂ）は、水平変位と摩擦支承の摩擦抵抗力との関係図である。

【図5】本発明の第二実施形態による摩擦支承の立面図である。（ａ）は、本発明の第二実施形態による平時における免震機構の設置状況を示す立面図である。（ｂ）は、本発明の第二実施形態による水平変位作用時の免震機構の免震効果の発現状況を示す立面図である。

【図6】本発明の第二実施形態による摩擦支承の摩擦抵抗力と免震装置の水平変位との関係図である。（ａ）は、摩擦支承が免震構造物に対して摩擦抵抗力を有する水平変位範囲を示す関係図である。（ｂ）は、水平変位と摩擦支承の摩擦抵抗力との関係図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

以下、本発明の実施形態による免震機構および免震構造物について、図１乃至図６に基づいて説明する。

【0025】

＜第一実施形態＞
図１（ａ）に示すように、本実施形態による免震機構１１は、免震構造物１に設けられる。免震構造物１は上部構造体２と、上部構造体２の下方に設けられる基礎構造体３とから構成され、上部構造体２と基礎構造体３との間に免震層４が設けられる。免震機構１１は、免震層４内に設けられ、免震装置５と摩擦支承６とを備えている。
また、以下の説明において特に断りがない限り、図１、図２および後述する第二実施形態を説明する図５の左右方向を第一水平方向（水平一方向）として「Ｘ方向」、Ｘ方向に対して水平に直交する方向を第二水平方向（水平他方向）として「Ｙ方向」、Ｘ方向およびＹ方向に直交する方向を鉛直方向として「Ｚ方向」とする。
免震機構１１は、風力等の方向性外力に対して全方向で抵抗し、地震動等による水平変位は免震装置５に対してＸ方向、Ｙ方向の少なくともいずれかに作用し、免震装置５は両方向に対して免震効果を発揮することで水平変位に対応する。

【0026】

図２（ａ）に示すように、上部構造体２には、免震層４に面する下端部において摩擦支承６に近接対向する滑り板２１が設けられる。上部構造体２の種類は、本実施形態において限定されないが、例えば、高層階を有し、風力等の平時においても作用する外力を受ける面積が大きい構造物（例として、高層ビルや高層マンション等）の公知の高層構造物が挙げられる。基礎構造体３は、上部構造体２の自重（上部構造体重量Ｗ）を支持する基礎底部３１と、免震構造物１周囲の土圧を支持する擁壁部３２と、を備えている。

【0027】

また、免震層４において免震機構１１を設置するスペースの構成は、免震機構１１が所望の機能を発揮できれば本実施形態において限定されない。例えば、図１に示すような免震機構１１を設けるスペースに余裕を持たせた構成としてもよいし、免震機構１１の設置と免震装置５の免震作用が発揮できる程度の空間で構成されてもよい。

【0028】

また、免震装置５と摩擦支承６とは、免震層４内で並列に配置される。なお、免震装置５と摩擦支承６との設置位置および構成は、所望の外力への抵抗力と免震性能とが得られ、免震装置５と摩擦支承６とが並列配置されていれば限定されない。例えば、免震構造物１の四隅に免震装置５をそれぞれ配設し、各免震装置５間に摩擦支承６をそれぞれ配設してもよいし、免震構造物１の設置下面中央部に摩擦支承６を１つ配設してもよい。

【0029】

免震装置５は、上部構造体２の下端部に備えられる上部案内材５１と、基礎底部３１の上端部に備えられる下部案内材５２と、上部案内材５１と下部案内材５２との間に設けられ上部構造体２の水平方向の変位に追従して上部案内材５１と下部案内材５２との間で摺動する摺動体５３とを設けている。

【0030】

上部案内材５１はＹ方向に摺動体５３を摺動させる上部滑り面５１Ａを有し、下部案内材５２は、Ｘ方向に摺動体５３を摺動させる下部滑り面５２Ａを有する。なお、摺動体５３を摺動させる方向は上記に限定されず、例えば上部案内材５１が摺動体５３をＸ方向に摺動させ、下部案内材５２が摺動体５３をＹ方向に摺動させてもよい。
上部滑り面５１Ａは平時における摺動体５３の中央部の設置位置を頂部とした、逆Ｖの字形状に形成され、下部滑り面５２Ａは平時における摺動体５３の中央部の設置位置を底部とした、Ｖの字形状に形成される。摺動体５３のそれぞれの滑り面に当接する面は、当接する滑り面の表面形状に略一致する。なお、上部滑り面５１Ａと下部滑り面５２Ａとは、それぞれの中央部から両端部に向かってそれぞれ傾斜角θを有して形成される（傾斜滑り支承）。また、摺動体５３はそれぞれの滑り面に対向する摺動面において摺動面摩擦係数μ_１を有する。

【0031】

上記の構成によって、摺動体５３は、免震構造物１のＸ方向またはＹ方向の水平変位の作用方向に応じて上部滑り面５１Ａまたは下部滑り面５２Ａを摺動し、上部構造体２の水平方向の変位に追従する。そのため、上部構造体２は各滑り面の中央部からＸ方向またはＹ方向に変位すると同時にＺ方向上向きに持ち上がる。よって、上部構造体２と摩擦支承６とが離間する。図１（ｂ）において、Ｘ方向に作用する水平変位が離間時水平変位ｘ_ｇに達すると、上部構造体２と摩擦支承６との間に離間時微小間隙ｚ_ｇがＺ方向に発生し、上部構造体２と摩擦支承６とが離間する。また、摺動体５３は、上部案内材５１と下部案内材５２とに上下から挟持される構成であるため、免震装置５から脱落することなく摺動する。

【0032】

また、平時において摺動体５３は、上部滑り面５１Ａの頂部および下部滑り面５２Ａの底部に中央部が位置して挟持されているため、免震装置５は、上部構造体２の支承として作用する。そのため、免震装置５は、上部構造体重量Ｗを支持可能な十分な強度を有する材料により形成される。例えば、鋼材（案内材・摺動体）、ステンレス鋼（滑り面）により形成される。

【0033】

図２（ａ）に示すように、摩擦支承６は、免震層４内に設けられ、滑り板２１に近接対向する摩擦材６１と、摩擦材６１が一方の端部に設けられたピストン６２と、一方の端部がピストン６２の他方の端部に接続された圧縮ばね６３とが、シリンダー６４内に設けられた構成を有する。

【0034】

摩擦材６１は、ピストン６２の一方の端部に設けられ、平時は滑り板２１に当接する。滑り板２１と摩擦材６１とは、平時における圧縮ばね６３の反力により破壊されない所望の強度を有する材料により形成される。例えば、ステンレス鋼等の公知の金属材料やＰＴＦＥ（樹脂系摩擦材）が挙げられる。また、本実施形態において、滑り板２１と摩擦材６１との当接面の面積は、免震構造物１が水平変位して滑り板２１と摩擦材６１とが離間するまで摩擦材６１が滑り板２１に全面接触するように、滑り板２１の方が大きく形成されている。なお、上記の材質と同様に平時における圧縮ばね６３の反力により破壊されなければ本実施形態に限らない。例えば、滑り板２１と摩擦材６１との当接面の面積は略一致してもよいし、上部構造体２の下部全面に滑り板２１を設けてもよい。また、滑り板２１と摩擦材６１とは、滑り板２１と摩擦材６１とが離間する時点でのＸ方向の水平変位である離間時水平変位ｘ_ｇ以下の水平変位で当接し、ピストン６２が摺動できればよい。

【0035】

ピストン６２は、上端部に摩擦材６１が設けられた凸部６２Ａと下端部に圧縮ばね６３が接続され、凸部６２Ａを周方向に拡大し、シリンダー６４の内径形状と略一致する径形状を備えた凸側当接部（摺動部）６２Ｂとを設けている。ピストン６２は、圧縮ばね６３の伸縮により凸側当接部６２Ｂがシリンダー６４の内部をＺ方向に摺動可能に備えられる。

【0036】

圧縮ばね６３は、一方の端部が凸側当接部６２Ｂの下端部に接続され、他方の端部がシリンダー６４の底部に接続されて設けられる。また、摩擦支承６は、圧縮ばね６３が予め縮められた状態で摩擦材６１と滑り板２１とが当接し上部構造体２を支持する。

【0037】

シリンダー６４は、底部に圧縮ばね６３の他方の端部が接続され、頂部に凸部６２Ａが通貫可能で凸側当接部６２Ｂが通貫不可能な開口部６４Ｂを有し、Ｚ方向上向きに摺動した凸側当接部６２Ｂと当接する凹側当接部６４Ａが形成される。この構成により、ピストン６２の摺動範囲および圧縮ばね６３の伸びの範囲は一定範囲に制限される。また、凸部６２Ａと摩擦材６１とは開口部６４Ｂを通貫高さｚ_０の長さでＺ方向に通貫し、滑り板２１と摩擦材６１とが当接する。

【0038】

摩擦支承６は、平時において凸側当接部６２Ｂと凹側当接部６４Ａとの間に微小間隙６Ａを形成した状態で上部構造体２を支持する。また、平時においては、免震装置５についても上部構造体２の支承として作用するため、上記の状態における摩擦支承６のＺ方向の高さと免震装置５の平時におけるＺ方向の高さとは略一致する。

【0039】

また、図２（ｂ）に示すように、微小間隙６Ａは、水平変位の作用時において上部構造体２がＺ方向上向きに持ち上がることで、ピストン６２も上記Ｚ方向上向きの変位量に応じて同様に持ち上がるため、徐々に減少する。微小間隙６Ａが解消され、凸側当接部６２Ｂと凹側当接部６４Ａとが当接すると、滑り板２１と摩擦材６１とは当接が解除されて離間し、摩擦支承６の摩擦抵抗力Ｆ_３は０となる。そのため、上部構造体２の振動制御は免震装置５のみの抵抗に切り替わる。免震層４にダンパーが設置されていれば、免震装置５とダンパーとの抵抗となる。

【0040】

また、微小間隙６Ａは、摩擦材６１の長期的な使用による摩耗等により摩擦支承６の高さが変化しても、圧縮ばね６３の伸縮量を調整することで同じ位置で摩擦支承６が負担する鉛直重量を保持するために設けられる。なお、圧縮ばね６３を予め縮めて設置すると、微小間隙６ＡのＺ方向の長さの変化による圧縮ばね６３の圧縮力の変動はわずかとなり、摩擦支承６はほぼ一定の鉛直荷重を支持する。また、微小間隙６ＡのＺ方向の長さ（微小間隙高さ）ｚ_１は、上記の摩耗等の予測を考慮して２ｍｍ程度の微小な間隔で形成される。本実施形態では、図１および図２に示すようにＸ方向に作用する水平変位が離間時水平変位ｘ_ｇ以上で微小間隙６Ａが解消され滑り板２１と摩擦材６１との当接が離間時微小間隙ｚ_ｇを有して解除される。

【0041】

また、摩擦支承６が所望の性能を発揮でき、水平変位の作用時は上部構造体２から離間できれば本実施形態の構成に限らない。例えば、圧縮ばね６３の他方の端部はシリンダー６４の底部に接続されているが、シリンダー６４の底部がない形態で基礎底部３１に接続され、圧縮ばね６３の他方の端部が基礎底部３１に直接接続される構成でもよい。

【0042】

次に、上述した第一実施形態による免震機構および免震構造物の作用・効果について図１乃至図４に基づいて説明する。
図１（ａ）および図２（ａ）に示すように、免震機構１１は平時において免震装置５と摩擦支承６とで上部構造体重量Ｗの抵抗力を負担し、上部構造体２に作用する風力等の方向性外力による変位に抵抗する。
この場合、上記の方向性外力に抵抗する免震装置５の傾斜復元力Ｆ_１および摩擦抵抗力Ｆ_２と、摩擦支承６の摩擦抵抗力Ｆ_３とは、免震装置５が負担する上部構造体重量をＷ_１、摩擦支承６が負担する上部構造体重量をＷ_２、摩擦支承６（摩擦材６１の当接部）の摩擦係数をμ_２、任意の時点でのＸ方向の水平変位をｘとすると、上記の各定義と合わせてそれぞれ次式で表される。各力と水平変位との関係図は図３（ａ）から（ｄ）となる。なお、図３，図４および後述する図６に示す原点Ｏは平時における摺動体５３の位置となる。

【0043】

［数１］
Ｆ_１＝Ｗ_１ｔａｎθ（｜ｘ｜≦ｘ_ｇ），Ｆ_１＝Ｗｔａｎθ（｜ｘ｜＞ｘ_ｇ）

【0044】

［数２］
Ｆ_２＝μ_１Ｗ_１（｜ｘ｜≦ｘ_ｇ），Ｆ_２＝μ_１Ｗ（｜ｘ｜＞ｘ_ｇ）

【0045】

［数３］
Ｆ_３＝μ_２Ｗ_２（｜ｘ｜≦ｘ_ｇ），Ｆ_３＝０（｜ｘ｜＞ｘ_ｇ）

【0046】

免震層４内において他にダンパー等が設けられていない場合、総抵抗力（総反力）Ｆ_４はＦ_１，Ｆ_２，Ｆ_３の総和となり、漸増変位ｘ≧０に対して次式で表される。また、図３（ｄ）に示すように、免震機構１１は水平変位ｘが離間時水平変位ｘ_ｇ以下（｜ｘ｜≦ｘ_ｇ）で最も大きな総抵抗力（最大抵抗力）Ｆ_Ｏ，－Ｆ_Ｏ（以下、｜Ｆ_Ｏ｜）を有する。なお、例として最大抵抗力｜Ｆ_Ｏ｜を考慮する際は、設計最大風荷重に対して免震装置５の傾斜復元力Ｆ_１と摩擦抵抗力Ｆ_２と摩擦支承６の摩擦抵抗力Ｆ_３とによって抵抗し、かつ、地震動等による水平変位の発生時に摩擦支承６が離間できればよい。つまり、最大抵抗力｜Ｆ_Ｏ｜は設計最大風荷重以上であり、地震動等の水平せん断力以下であればよい。

【0047】

［数４］
Ｆ_４＝Ｆ_１＋Ｆ_２＋Ｆ_３＝Ｗ_１ｔａｎθ＋μ_１Ｗ_１＋μ_２Ｗ_２＝Ｆ_Ｏ（０≦ｘ≦ｘ_ｇ）

【0048】

［数５］
Ｆ_４＝Ｆ_１＋Ｆ_２＋Ｆ_３＝Ｗｔａｎθ＋μ_１Ｗ（ｘ＞ｘ_ｇ）

【0049】

また、図１（ｂ）および図２（ｂ）に示すように、地震動Ａによって、上部構造体２が離間時水平変位ｘ_ｇ以上（｜ｘ｜＞ｘ_ｇ）水平方向に変位すると、摩擦支承６は滑り板２１から離間し、摩擦支承６を除いた免震装置５で免震構造物１が制御される。また、地震動Ａにより発生する力の大きさは一般に風荷重よりも大きい。

【0050】

地震動Ａによる免震層４の変位は、複雑な軌跡となるが、大振幅時には原点（平時における免震機構１１の位置）をほとんど通過しない特性があり、上記の機構によれば、摺動体５３は上部案内材５１および下部案内材５２のいずれの滑り面を摺動する場合においても、原点（平時における摺動体５３の位置）をほとんど通過せず、摺動体５３の水平変位は離間時水平変位以下とならない。すなわち、大地震時において摩擦支承６は、ほとんど滑り板２１に当接せず離間したままの状態となる。そのため、上部構造体２には、摩擦抵抗力がほとんど作用しないか、作用したとしても静止摩擦力よりも小さい動摩擦力がごく短時間だけ作用することとなる。

【0051】

以上の機構により、本実施形態における地震動Ａによる水平変位が生じ摩擦支承６と上部構造体２とが離間した状態の免震機構１１と、摩擦支承６が設けられていない免震機構とを比較しても、免震装置５の免震効果はほとんど低下しない。つまり、摩擦支承６は大地震時における免震効果の発揮に影響しない構成となっている。

【0052】

また、公知の研究によれば、傾斜滑り面を有する免震装置の傾斜復元力は摩擦抵抗力の０．５倍以上であれば残留変位はほとんど生じないことが確認されている。本実施形態においては、傾斜復元力Ｆ_１が次式を満たせば残留変位がほぼ生じないこととなる。

【0053】

［数６］
Ｆ_１≧０．５（Ｆ_２＋Ｆ_３）

【0054】

なお、水平変位および平時における風荷重等の外力はＸ方向、Ｙ方向同時かつ連続的に作用するため、上記のＸ方向の水平変位ｘに対する一連の機構はＹ方向の水平変位ｙに対しても同様に作用する。そのため、上部構造体２と摩擦支承６とが離間するときのＹ方向の水平変位を離間時水平変位ｙ_ｇとすると、水平変位ｙが０に近傍する範囲（｜ｙ｜≦ｙ_ｇ）で最も大きな外力への抵抗力を持ち、離間時水平変位ｙ_ｇ以上の水平変位ｙが生じている状態（｜ｙ｜＞ｙ_ｇ）における摩擦支承６も同様に免震装置５の免震効果の発揮に影響しない。なお、一般的には離間時水平変位ｘ_ｇ＝ｙ_ｇとされ、摩擦支承６が摩擦抵抗力Ｆ_３を持つ水平変位範囲Ｂ（｜ｘ｜＋｜ｙ｜＜ｘ_ｇ）は図４（ａ）に示す菱形領域となる。また、図４（ｂ）に示すように、免震構造物１の水平変位がさらに増加すると摩擦支承６の摩擦抵抗力Ｆ_３が消失する復元力特性を有する。

【0055】

以上より、図４に示すように、摩擦支承６が摩擦抵抗力Ｆ_３を持つ水平変位範囲Ｂは上部構造体２のＸ方向、Ｙ方向の水平変位がいずれも離間時水平変位ｘ_ｇ，ｙ_ｇ以下であることが求められる。また、摩擦支承６の摩擦抵抗力Ｆ_３は、圧縮ばね６３の反力で支持する（摩擦支承６が負担する）上部構造体重量Ｗ_２がほぼ一定に保持されるので、滑り板２１と摩擦材６１とが当接している間は一定となる。

【0056】

以上の機構により、風力等の方向性外力による免震構造物１の揺れを防止し、かつ、所望の免震性能を有するパッシブ型の免震機構１１と免震機構１１を備えた免震構造物１を提供することができる。また、一つのパッシブ型の免震機構１１によって方向性外力と地震動との両方を制御することが可能となるため、免震装置５の拘束を制御する新たな機構や、制御対象の外力を切り替える新たな制御機構が不要となる。そのため、信頼性を備えた上で免震機構の設置費用と維持管理費用とを削減することが可能となる。

【0057】

また、免震装置５と摩擦支承６とは、ともにＸ方向、Ｙ方向の両方向に作用するため、１方向のみに効く摩擦ダンパーと比較して免震機構１１の設置台数を減らすことができ、上記と同様に免震機構の設置費用と維持管理費用とを削減することが可能となる。

【0058】

また、免震機構１１は方向性外力と水平変位に対して、上部構造体２と摩擦支承６とが摺動体５３の動きに追従して当接または離間することで対応することができるため、支持対象の外力が切り替わった際の機構や部材の破損等がなく、例えば大きな地震動を免震した後等においても継続的に免震機構１１を使用することが可能であるため、免震機構の維持管理費等を削減することが可能となる。

【0059】

また、免震機構１１は、平時における摩擦支承６の摩擦抵抗力Ｆ_３を上部構造体２と摩擦支承６とが離間しない範囲で圧縮ばね６３の伸縮によって調整することが可能であるため、圧縮ばね６３のばね定数と設置前に予め与える予ひずみ（圧縮量）により、摩擦支承６の摩擦抵抗力Ｆ_３を任意に設定することが可能である。そのため、設計最大風荷重と地震時層せん断力に対し、摩擦抵抗力（Ｆ_２＋Ｆ_３）および最大抵抗力｜Ｆ_Ｏ｜の設定の自由度を高めることが可能となる。また、所望の摩擦抵抗力を容易に備えることが可能となる。

【0060】

また、摩擦支承６は構造が簡易であるため、設置場所の自由度が高い。例えば、免震層４内において内部においても外周部においても容易に設置可能である。そのため、上部構造体２と免震装置５との重量の支持のバランスを考慮して設置できるため、平面計画上の制約等も少なくなる。

【0061】

また、滑り板２１はＸ方向、Ｙ方向の水平変位がそれぞれ離間時水平変位ｘ_ｇ以下、ｙ_ｇ以下の範囲内で摩擦材６１と当接し、ピストン６２が摺動できればよいため、公知の免震滑り支承と比較すると少ない面積で形成できる。そのため、設置費用や維持管理費用を削減することが可能となる。

【0062】

また、上記の免震機構１１は、免震構造物１を新築する際だけでなく、既存の免震構造物１においても、免震層４に摩擦支承６を免震装置５と並列配置して追加するだけでよいため、容易に適用することが可能である。

【0063】

＜第二実施形態＞
次に、本発明の第二実施形態について、図５および図６に基づいて説明する。なお、上述の第一実施形態と同一又は同様な部材、部分には同一の符号を用いて説明を省略し、実施形態と異なる構成について説明する。

【0064】

図５および図６より、第二実施形態は、第一実施形態のように滑り面５１Ａおよび５１Ｂが一定の勾配をもつものではなく、一定の曲率をもつ球面形状の滑り面を有し、滑り面５１Ａおよび５１Ｂの滑り面形状が略一致する形態（球面滑り支承）を対象とする。この形態では摺動体５３が変位する前の位置（原点）付近の滑り面形状がほぼ水平となり、第一実施形態より滑り面５１Ａおよび５１Ｂの傾斜角θは小さくなる特徴を有する。

【0065】

本実施形態において摺動体５３は全方向の水平変位に対して効くため、摩擦支承６が摩擦抵抗力Ｆ_３を持つ水平変位範囲Ｂ（｜ｘ｜^２＋｜ｙ｜^２＜ｘ_ｇ ^２）は図６（ａ）に示す原点を中心とし、半径が離間時水平変位ｘ_ｇの円形領域となる。また、本実施形態においても図６（ｂ）に示すように、免震構造物１の水平変位が離間時水平変位以上になると、摩擦支承６の摩擦抵抗力Ｆ_３が消失する復元力特性を有する。

【0066】

以上、本発明による免震機構および免震構造物の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、上記の実施形態では、摩擦支承６は、摩擦材６１が摩耗している等の状況を除いて微小間隙６Ａの間で高さが変化するが、水平変位の作用時に上部構造体２と摩擦支承６とを離間させることができれば、摩擦支承６と上部構造体２の下部との離間前の高さと離間後の高さとが一致してもよい。

【0067】

また、例えば上記の実施形態では、上部滑り面５１Ａと下部滑り面５２Ｂとが、それぞれの中央部から両端部に向かってそれぞれ傾斜角θを有して形成されているが、所望の免震性能が得られれば、それぞれの滑り面の形状が円弧状に形成され、摺動体５３の上下摺動面の形状が滑り面と略一致する円弧形状に形成されてもよい。

【0068】

また、例えば滑り板２１は、上部構造体２の下端部から滑り板２１と摩擦材６１との当接部の端部に向かう方向に傾斜するテーパー面が形成されてもよい。上記の構成によって、免震装置５が、原点（平時における免震装置５の位置）付近で水平変位の増加に伴い上部構造体２をＺ方向上向きにわずかしか持ち上げない（Ｚ方向の変位が小さい）構成であっても、テーパー面によって水平変位が減少した際に滑り板２１の端部が摩擦支承６と衝突せず、第一実施形態と同様の摩擦抵抗力Ｆ_３および免震効果を発揮できる。

【符号の説明】

【0069】

１ 免震構造物
２ 上部構造体
３ 基礎構造体
４ 免震層
５ 免震装置
６ 摩擦支承
６Ａ 微小間隙
１１ 免震機構
２１ 滑り板
３１ 基礎底部
３２ 擁壁部
５１ 上部案内材
５２ 下部案内材
５１Ａ 上部滑り面
５２Ａ 下部滑り面
５３ 摺動体
６１ 摩擦材
６２ ピストン
６２Ａ 凸部
６２Ｂ 凸側当接部（摺動部）
６３ 圧縮ばね
６４ シリンダー
６４Ａ 凹側当接部
６４Ｂ 開口部
Ａ 地震動
ｚ_０ 通貫高さ
ｚ_１ 微小間隙高さ
ｚ_ｇ 離間時微小間隙

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】