(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
建築物の床スラブと床構造体に狭装された空気ばねと、
前記空気ばねに空気流路を通じて連結された補助タンクと、
前記空気流路に配設され、前記空気ばねと前記補助タンクとの気圧差が所定閾値以上になると弁が開いて前記空気ばねと前記補助タンクとを連通するリリーフバルブと、
を備え、
前記リリーフバルブには、前記補助タンクの気圧より前記空気ばねの気圧が所定閾値以上高くなると開く弁と、前記空気ばねの気圧より前記補助タンクの気圧が所定閾値以上高くなると開く弁とが並列に設けられていることを特徴とする免震装置。
【請求項２】
前記リリーフバルブには、所定閾値が相異なる複数の弁が設けられていることを特徴とする請求項１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、地震動を低減して床構造体を効果的に保護する免震装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
免震装置は、柔軟に変位可能なアイソレータによって、地震時の振動（地震動）を低減し、コンピュータや精密機器を積載した床構造体にその振動を極力伝達させない装置である。免震装置は、鉛直方向に機能するものと水平方向に機能するものがある。鉛直方向の免震装置としては、例えば、空気ばねが用いられ、その空気ばねのばね定数が小さいほど、地面（床スラブ）の振動が床構造体に伝達しないこととなる。
【０００３】
しかし、単にばね定数を小さくして固有周期を延ばすと、その建築物の床構造体上における居住者や作業者等の移動や歩行による荷重変動に応じて、床構造体が揺れてしまうといった問題が生じ得る。特に、大きな振動を伴う大地震に対しても効果的に免震するために、免震装置のばね定数をさらに下げると、ばね要素がより柔らかくなるため、荷重変動に対する床構造体上の揺れが大きくなってしまう。
【０００４】
そこで、空気ばねに補助タンクを並設し、かつ、空気ばねと補助タンクとを結ぶ配管部に電気的な駆動弁である電磁弁を設け、地震の発生を地震波検知センサで検知して電磁弁を開き、空気ばねのばね定数を切り換える技術が開示されている（例えば、特許文献１）。さらに、空気ばねと補助タンクとの間にバルブを配置し、振動検知手段によってそのバルブの開度を制御する技術も知られている（例えば、特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−１８５１９３号公報
【特許文献２】特開平７−１７３９５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した技術を用いることで、平常時においては空気ばねのばね定数を大きくして、剛性を高め、人の移動や歩行による荷重変化に応じた床構造体の揺れを抑制し、地震発生時には空気ばねのばね定数を小さくして固有周期を延ばし、床スラブの振動による床構造体への影響を低減することができる。しかし、いずれの技術であっても、地震を検知するための高価なセンサと、電気を通じて駆動される電磁弁と、両者を連動させるための電気回路を要し、構成が複雑になることで、信頼性の低下や、部品点数、占有体積および製造コストの増大を招いていた。
【０００７】
本発明は、このような課題に鑑み、高価なセンサや電磁弁を用いることなく、高信頼性、低コストの免震装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の免震装置は、建築物の床スラブと床構造体に狭装された空気ばねと、空気ばねに空気流路を通じて連結された補助タンクと、空気流路に配設され、空気ばねと補助タンクとの気圧差が所定閾値以上になると弁が開いて空気ばねと補助タンクとを連通するリリーフバルブとを備え、リリーフバルブには、補助タンクの気圧より空気ばねの気圧が所定閾値以上高くなると開く弁と、空気ばねの気圧より補助タンクの気圧が所定閾値以上高くなると開く弁とが並列に設けられていることを特徴とする。
【０００９】
リリーフバルブには、所定閾値が相異なる複数の弁が設けられてもよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、高価なセンサや電磁弁を用いることなく、空気ばねの気圧を利用した単純な構成で免震能力を切り換えることができるので、信頼性の向上、ならびに、部品点数、占有体積および製造コストの削減を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】免震システムの概略的な構成を説明するための説明図である。
【図２】リリーフバルブの動作を説明するための説明図である。
【図３】リリーフバルブを双方向に利用する例を示した説明図である。
【図４】リリーフバルブの動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図５】レベル制御を説明するための制御ブロック図を示した説明図である。
【図６】リリーフバルブの構成を示した説明図である。
【図７】リリーフバルブの動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図８】リリーフバルブの減衰効果に対する周波数特性の変化を示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
【００１３】
（免震システム１００）
図１は、免震システム１００の概略的な構成を説明するための説明図である。免震システム１００は、床スラブ１１０と、免震装置１２０と、床構造体１３０とを含んで構成され、地震動を低減して床構造体１３０を効果的に保護することが可能である。
【００１４】
床スラブ１１０は、建築物における構造物基礎の最上部の床構造または上下階間の床構造であり、面に垂直な荷重を支える石やコンクリート等の厚板を示す。本実施形態において、床スラブ１１０は、地震時に地面と一体的に振動する。免震装置１２０は、地震時に床スラブ１１０にかかる振動を低減し、床構造体１３０にその振動を極力伝達させない装置である。本実施形態では、振動を伝達させない鉛直方向のアイソレータとして空気ばねが用いられる。床構造体１３０は、建築物屋内における居住者や作業者が移動可能な領域の床部分に相当する。
【００１５】
地震等が生じると、床スラブ１１０が地面と一体となって振動するが、免震装置１２０が床スラブ１１０から床構造体１３０へ伝達される振動を低減するので、床構造体１３０上にいる居住者や作業者への地震の影響は少なくなる。しかし、免震能力を高めようとして、免震装置１２０のばね要素（空気ばね）を単に柔らかくするだけでは、床構造体１３０上にいる居住者や作業者等の移動や歩行による荷重変動に対しても床構造体１３０が揺れてしまい、居住者や作業者は違和感を覚えることとなる。また、床構造体１３０上にコンピュータや精密機器を積載している場合、このような振動の影響を極力回避しなければならない。
【００１６】
そこで、本実施形態では、免震装置１２０を構成する空気ばねに補助タンクを並設し、空気ばね内の気圧の変化を利用して空気ばねのばね定数を切り換える。こうして、平常時においては、空気ばねのばね定数を大きくし、床構造体１３０と床スラブ１１０との剛性を高めて、人の移動や歩行による荷重変化に応じた床構造体１３０の揺れを防止し、地震発生時には、ばね定数を小さくして床スラブ１１０から床構造体１３０へ伝達される振動を低減する。さらに、このようなばね定数の切り換えを、高価なセンサや電磁弁を用いることなく、空気ばねの気圧を利用した単純な構成で実現できるので、信頼性の向上、ならびに、部品点数、占有体積および製造コストの削減を図ることができる。以下、このような目的を実現可能な免震装置１２０の詳細な構成を説明する。
【００１７】
（免震装置１２０）
免震装置１２０は、図１に示すように、空気ばね１５０と、補助タンク１５２と、リリーフバルブ１５４と、相対変位検出部１５６と、空気圧制御部１５８と、空気源１６０と、サーボバルブ１６２とを含んで構成される。
【００１８】
空気ばね１５０は、ベローズ形やダイヤフラム形の可撓性容器で形成された外装中に所定の圧力の空気（気体）を封入してなる弾性体である。空気ばね１５０は、建築物の床スラブ１１０と床構造体１３０に狭装されている。また、空気ばね１５０は、内包する空気の体積を変化させることで任意にばね定数を設定することができ、極めて柔らかい弾性を実現することが可能である。したがって、金属ばねでは吸収しきれない微震を低減することもでき、地震動によっては共振し難いといった特性も有している。ここでは、空気を用いた空気ばね１５０を採用しているが、空気に限らず、液体等、その用途に応じた流体を封入した流体ばね等も用いることもできる。また、ここでは、説明の便宜上、空気ばね１５０内の気体を空気と表現しているが、その成分を限定するものではなく、様々な気体を適用することができる。
【００１９】
免震装置の弾性体として仮に金属ばねを用いた場合、コンピュータ等のダウンサイジングによって床構造体１３０上の積載物の重量が変わり床構造体１３０の固有振動数が高くなると（固有周期が短期化すると）、それに合わせて金属ばね自体を、ばね定数が大きい新たな金属ばねに交換しなければならなくなる。また、このような金属ばねの硬化により免震能力が低下してしまうといった問題も生じることとなる。本実施形態で用いられる空気ばね１５０では、積載荷重が変化しても固有振動数がほとんど変化しないので、メンテナンスや免震能力の維持において有利である。
【００２０】
また、空気ばね１５０は可撓性容器で形成された弾性体なので、鉛直方向のみならず、水平方向の免震能力も備えているが、実用性の面から、水平方向の免震には、別途、積層ゴム等を用いるのが一般的である。ただし、本実施形態においては、説明の便宜上、鉛直方向の免震を担う空気ばね１５０の作用のみに着目し、水平方向の免震については記載を省略する。
【００２１】
補助タンク（補助空気室）１５２は、空気ばね１５０の例えば３倍の内容積で形成された耐圧容器で構成され、空気流路１７０を通じて空気ばね１５０に連結されている。
【００２２】
リリーフバルブ１５４は、空気流路１７０に配設され、地震によって空気ばね１５０内の気圧が大きく変動し、空気ばね１５０と補助タンク１５２との気圧差が所定閾値以上になると自体の弁が自動的に開いて、空気ばね１５０と補助タンク１５２とを連通する。そして、空気ばね１５０と補助タンク１５２との気圧差が再び所定閾値未満となると、リリーフバルブ１５４の弁は閉じられる。
【００２３】
リリーフバルブ１５４は、空気ばね１５０と補助タンク１５２とを連通させて空気ばね１５０の見かけ上の体積を増やし、空気ばね１５０のばね定数を小さく切り換える役目を担う。例えば、空気ばね１５０がベローズ形である場合において、空気ばね１５０の横断面積の変化率を無視すると、空気ばね１５０のばね定数は、大凡、内容積の逆数に比例し、固有振動数は、そのばね定数の２乗根に比例する。したがって、補助タンク１５２の内容積を空気ばね１５０の３倍とし、空気ばね１５０と補助タンク１５２とを連通した場合、空気ばね１５０のばね定数は、連通していないときの１／（１＋３）＝１／４倍になり、固有振動数は１／√４＝１／２倍となるので、補助タンク１５２を連通していないときの固有振動数が１Ｈｚであれば、連通すると０．５Ｈｚとなる。
【００２４】
図２は、リリーフバルブ１５４の動作を説明するための説明図である。平常時には、床構造体１３０上において人が移動や歩行することで荷重変化が生じるものの、その圧力変動が小さいので、図２（ａ）のように、リリーフバルブ１５４の弁が開くことはない。したがって、当該免震装置１２０の固有周期（空気ばね１５０のばね定数）を決定づける空気ばね１５０の内容積は、図２（ａ）においてハッチングで示すように、概ね、空気ばね１５０内に封入されている空気のみに限定されるため、床構造体１３０と床スラブ１１０との剛性は比較的高く維持される。こうして、人の移動や歩行による荷重変化に基づく床構造体１３０の揺れを防止することが可能となる。
【００２５】
ただし、平常時において、空気ばね１５０と補助タンク１５２との間の空気の連通を完全に制限する必要はなく、両者の間に微小な孔（オリフィス）を設けてもよい。こうして、時定数は長いものの、長期の視点では、空気ばね１５０と補助タンク１５２との気圧を等しく保つことができる。
【００２６】
一方、所定の大きさ以上の振動を伴う地震（大地震）が生じた場合、床スラブ１１０から空気ばね１５０に伝達する圧力変動が大きくなり、床スラブ１１０からの圧力によって空気ばね１５０内の気圧が急上昇または急降下する。すると、その気圧変動に応じて、空気ばね１５０と補助タンク１５２との気圧差が所定閾値以上になり、図２（ｂ）のようにリリーフバルブ１５４が開いて空気ばね１５０と補助タンク１５２とが連通する。
【００２７】
この場合、免震装置１２０の固有周期（空気ばね１５０のばね定数）を決定づける空気ばね１５０の見かけの内容積は、図２（ｂ）においてハッチングで示すように、補助タンク１５２を含めた容積となり、固有周期を長期化して床スラブ１１０から床構造体１３０へ伝達される振動を低減、換言すれば免震性能を向上することが可能となる。ここでは、リリーフバルブ１５４により、空気ばね１５０内の気圧そのものを利用して床スラブ１１０に加わる振動の大きさを検知している。
【００２８】
ところで、地震が生じると床スラブ１１０が振動し、床スラブ１１０と床構造体１３０との鉛直方向の相対変位は増減する。すなわち、空気ばね１５０には床スラブ１１０から圧縮力と引張力との両方がかかるので、リリーフバルブ１５４は、空気ばね１５０における所定閾値以上の正の値のみならず、絶対値が所定閾値以上となる負の値でも弁を開くべきである。そこで、本実施形態では、正負いずれの気圧にも対応可能なリリーフバルブ１５４を用いることとする。
【００２９】
図３は、リリーフバルブ１５４を双方向に利用する例を示した説明図である。リリーフバルブ１５４には、補助タンク１５２の気圧より空気ばね１５０の気圧が所定閾値以上高くなると開く弁と、空気ばね１５０の気圧より補助タンク１５２の気圧が所定閾値以上高くなると開く弁とが並列に設けられている。このように機能の異なる弁は、１のリリーフバルブ１５４内に並列に設けられてもよいし、複数のリリーフバルブ１５４それぞれに設けられ、そのリリーフバルブ１５４が並列に連結されるとしてもよい。ここでは機能の異なる弁をそれぞれ有する２つのリリーフバルブ１５４ａ、１５４ｂを用いて、その動作を説明する。
【００３０】
平常時においては、空気ばね１５０と補助タンク１５２との気圧が等しく設定されており、図３（ａ）の如く、リリーフバルブ１５４ａ、１５４ｂのぞれぞれの弁はいずれも閉じた状態となっている。したがって、空気ばね１５０のばね定数は空気ばね１５０内に封入されている空気のみによって決まる。
【００３１】
ここで、地震により、床スラブ１１０が上昇すると、図３（ｂ）の如く、空気ばね１５０が圧縮し、補助タンク１５２の気圧より空気ばね１５０の気圧が所定閾値以上高くなって一方のリリーフバルブ１５４ａが開き、空気ばね１５０から補助タンク１５２に向かって空気が排出される。また、床スラブ１１０が下降すると、図３（ｃ）の如く、補助タンク１５２の気圧より空気ばね１５０の気圧が所定閾値以上低くなって他方のリリーフバルブ１５４ｂが開き、補助タンク１５２から空気ばね１５０に向かって空気が排出される。このようなリリーフバルブ１５４ａ、１５４ｂの動作をさらに詳細に説明する。
【００３２】
図４は、リリーフバルブ１５４ａ、１５４ｂの動作を説明するためのタイミングチャートである。図４において横軸は時間を示し、各タイミングチャートの縦軸は変位および気圧を示している。図４に示された、床スラブ１１０の鉛直方向の位置１７２、床構造体１３０の鉛直方向の位置１７４、空気ばね１５０内の気圧１７６、補助タンク１５２内の気圧１７８、リリーフバルブ１５４ａの開閉状態１８０、リリーフバルブ１５４ｂの開閉状態１８２は、同時間軸で推移している。
【００３３】
平常時において、床スラブ１１０の鉛直方向の位置１７２はほぼ変動しないが、床構造体１３０の鉛直方向の位置１７４は人の移動による荷重変化に応じて多少変動する。しかし、その変動による空気ばね１５０内の気圧１７６の変動量は所定閾値以下となるので、リリーフバルブ１５４ａ、１５４ｂの弁の開閉状態１８０、１８２は閉状態から開状態に移行することはない。したがって、空気ばね１５０のばね定数は比較的大きな値に維持され、床構造体１３０の揺れを防止することが可能となる。
【００３４】
このとき、地震により床スラブ１１０が鉛直方向に振動し、任意の時点ｔ１において、空気ばね１５０内の気圧１７６が補助タンク１５２内の気圧１７８より、図４中矢印で示すように、所定閾値以上高くなると、リリーフバルブ１５４ａの開閉状態１８０が閉状態から開状態に移行する。
【００３５】
リリーフバルブ１５４ａが開状態になると、空気ばね１５０から補助タンク１５２に空気が排出され、補助タンク１５２の気圧１７８は、空気ばね１５０の気圧１７６との差を所定閾値に保ちながらその推移に追従し、空気ばね１５０内の気圧１７６が極値を折り返し補助タンク１５２との気圧差が所定閾値未満となった時点ｔ２で、リリーフバルブ１５４ａの弁の開閉状態１８０が閉状態となり、補助タンク１５２では、そのときの気圧１７８が維持される。
【００３６】
続いて、空気ばね１５０の気圧１７６が低下すると、時点ｔ３において、空気ばね１５０と補助タンク１５２との気圧差が再び所定閾値以上となり、今度はリリーフバルブ１５４ｂの開閉状態１８２が閉状態から開状態に移行する。リリーフバルブ１５４ｂが開状態になると、補助タンク１５２から空気ばね１５０に空気が排出され、ここでも補助タンク１５２の気圧は、空気ばね１５０の気圧１７６との差を所定閾値に保ちながらその推移に追従する。そして、空気ばね１５０内の気圧１７６が極値を折り返し補助タンク１５２との気圧差が所定閾値未満となった時点ｔ４でリリーフバルブ１５４ｂの弁の開閉状態１８２が閉状態となり、補助タンク１５２では、そのときの気圧１７８が維持される。
【００３７】
こうして、床スラブ１１０の振動が空気ばね１５０に鉛直上下のいずれの方向に加わったとしても、リリーフバルブ１５４ａ、１５４ｂの弁がそれぞれ開くので、免震装置１２０は、空気ばね１５０のばね定数を下げ、固有周期を延ばすことが可能となる。
【００３８】
その後、床スラブ１１０への振動がなくなると、そのタイミングによっては空気ばね１５０と補助タンク１５２との気圧が異なる場合がある。しかし、上述した微少な穴や後述するレベル制御によって、補助タンク１５２の気圧１７８も長い時定数を伴って空気ばね１５０の気圧１７６と等しくなる。
【００３９】
このように、本実施形態の免震装置１２０では、高価なセンサや電磁弁を用いることなく、空気ばね１５０自体の気圧を利用した単純な構成で免震能力を切り換えることができるので、信頼性の向上、ならびに、部品点数、占有体積および製造コストの削減を図ることが可能となる。
【００４０】
また、リリーフバルブ１５４は、空気ばね１５０のばね定数の切り換えのみならず、自体の開口部や空気流路１７０における空気の摩擦により、床スラブ１１０と床構造体１３０との相対的な振動を減衰させる減衰機構としての役目も担う。本実施形態の免震装置１２０では、リリーフバルブ１５４および空気流路１７０により、減衰効果が生じるので、床スラブ１１０と床構造体１３０との相対的な振動を減衰させるために、別途、油圧ダンパー等を付設する必要がなくなり、コスト面でも有利になる。
【００４１】
ところで、空気ばね１５０は、床構造体１３０上の荷重変動に応じて、その荷重変動に対応した内圧を得るために空気ばね１５０内の内容積が変化し、床構造体１３０の鉛直位置が変化する場合がある。そこで、本実施形態では、図１に示した、相対変位検出部１５６、空気圧制御部１５８、空気源１６０、サーボバルブ１６２を用いて、以下のように床構造体１３０をレベル制御している。
【００４２】
相対変位検出部１５６は、床スラブ１１０に立設され床構造体１３０に対するレーザ反射時間を検出するレーザ変位計、床スラブ１１０と床構造体１３０とにそれぞれに設置された速度計または加速度計等で構成され、床スラブ１１０と床構造体１３０との相対変位（鉛直方向の相対距離）を検出する。ここで、速度計や加速度計を用いる場合、相対変位検出部１５６は、床スラブ１１０および床構造体１３０からそれぞれの速度や加速度を個別に取得し、１回または２回積分することで互いの変位を求め、その差分により相対変位を導出する。
【００４３】
空気圧制御部１５８は、床構造体１３０上の荷重変動による床構造体１３０自体の変位に応じて、その変位を相殺する制御指令を生成し、後述するサーボバルブ１６２に送信する。
【００４４】
空気源１６０は、コンプレッサで構成され、空気ばね１５０および補助タンク１５２に空気を供給することで、大気圧より高い気圧を任意に加えることができる。
【００４５】
サーボバルブ１６２は、空気圧制御部１５８からの制御指令に応じて空気源１６０の気圧を制御し、空気ばね１５０および補助タンク１５２の気圧を増減する。また、初期設定時には、空気ばね１５０および補助タンク１５２の両者の気圧が予め設定された所定の気圧になるように空気源１６０から空気を供給させる。
【００４６】
図５は、レベル制御を説明するための制御ブロック図を示した説明図である。ここでは、空気ばね１５０内の気圧を制御することで空気ばね１５０をアクチュエータとして利用し、床構造体１３０の床スラブ１１０に対する相対変位を安定させるレベル制御が実行される。
【００４７】
図５に示した制御系では、相対変位検出部１５６が検出した相対変位が大きくなると、すなわち床スラブ１１０に対して床構造体１３０が上昇すると、サーボバルブ１６２は、空気ばね１５０の気圧を下げて空気ばね１５０を圧縮し、床構造体１３０を降下させる。また、相対変位検出部１５６が検出した相対変位が小さくなると、すなわち床スラブ１１０に対して床構造体１３０が降下すると、サーボバルブ１６２は、空気ばね１５０の気圧を上げて空気ばね１５０を膨張させ、床構造体１３０を上昇させる。
【００４８】
このように、地震が生じていないときや地震の規模が極めて小さいときには、図５に示した閉ループを機能させることで剛性をさらに高め、人の移動による荷重変化によっては床構造体１３０を振動させないようにすることができる。また、床スラブ１１０の振動が大きくなると、免震装置１２０は、図５の閉ループを切り、上記リリーフバルブ１５４を通じて空気ばね１５０のばね定数を下げ、床スラブ１１０に加わる振動を低減することが可能となる。
【００４９】
上述した免震装置１２０によって、空気ばね１５０の気圧を利用した単純な構成のみで、免震能力を維持することができる。しかし、リリーフバルブ１５４を１の閾値のみで開くとすると、地震時に空気ばね１５０のばね要素が急峻に柔らかくなり、免震能力が一度に高まると共に床構造体１３０を支持する免震装置１２０の剛性も一度に低下してしまい、床構造体１３０が急激に降下することとなる。そこで、本実施形態のリリーフバルブ１５４を相異なる複数の所定閾値で段階的に開口するように設定する。
【００５０】
図６は、リリーフバルブ１５４の他の構成例を示した説明図である。所定閾値が相異なる複数の弁は１のリリーフバルブ１５４内に並列に設けられてもよいし、複数のリリーフバルブ１５４それぞれに設けられ、そのリリーフバルブ１５４が並列に連結されるとしてもよい。ここでは、所定閾値Ｐｃ、Ｐｄ、Ｐｅである３つのリリーフバルブ１５４ｃ、１５４ｄ、１５４ｅを設けている。かかるリリーフバルブ１５４ｃ、１５４ｄ、１５４ｅの各所定閾値は、Ｐｃ＜Ｐｄ＜Ｐｅの関係を満たすとする。ここでは、３つのリリーフバルブ１５４ｃ、１５４ｄ、１５４ｅがすべて開口したときに、当該空気ばね１５０と補助タンク１５２との最適な口径となるように設定されている。
【００５１】
また、理解を容易にするため、ここでは、補助タンク１５２の気圧より空気ばね１５０の気圧が高くなると開く弁についてのみ説明し、空気ばね１５０の気圧より補助タンク１５２の気圧が高くなると開く弁については記載が重複するので説明を省略する。
【００５２】
図７は、リリーフバルブ１５４ｃ、１５４ｄ、１５４ｅの動作を説明するためのタイミングチャートである。図７において横軸は時間を示し、各タイミングチャートの縦軸は変位および気圧を示している。図７に示された、床スラブ１１０の鉛直方向の位置１７２、床構造体１３０の鉛直方向の位置１７４、空気ばね１５０内の気圧１７６、補助タンク１５２内の気圧１７８、リリーフバルブ１５４ｃの開閉状態１８４、リリーフバルブ１５４ｄの開閉状態１８６、リリーフバルブ１５４ｅの開閉状態１８８は、同時間軸で推移している。
【００５３】
平常時には、図４同様、床スラブ１１０の鉛直方向の位置１７２はほぼ変動しないが、床構造体１３０の鉛直方向の位置１７４は人の移動による荷重変化に応じて多少変動する。しかし、その変動による空気ばね１５０内の気圧１７６の変動量は、リリーフバルブ１５４ｃの所定閾値Ｐｃ以下となるので（所定閾値Ｐｃは人の移動等では到達しない程度十分に高く設定されている。）、リリーフバルブ１５４ｃ、１５４ｄ、１５４ｅの弁の開閉状態１８４、１８６、１８８は閉状態から開状態に移行することはない。
【００５４】
このとき、地震により床スラブ１１０が鉛直上方向に振動し、任意の時点ｔ５において、空気ばね１５０内の気圧１７６が補助タンク１５２内の気圧１７８より所定閾値Ｐｃ以上高くなると、リリーフバルブ１５４ｃの開閉状態１８４のみが閉状態から開状態に移行する。この時点では、開口しているのがリリーフバルブ１５４ｃのみであり、開口面積が小さいので、リリーフバルブ１５４ｃを含む空気流路１７０の流路抵抗が大きくなり、強い減衰効果が得られる。したがって、内容積は空気ばね１５０と補助タンク１５２との和となっているものの、空気ばね１５０のばね定数は急激に小さくならず、床構造体１３０の降下の速度も抑制される。
【００５５】
引き続き、床スラブ１１０の振動が大きくなると、空気ばね１５０の圧力が増し、時点ｔ６、ｔ７において気圧差がそれぞれ所定閾値Ｐｄ、Ｐｅ以上となり、図７のリリーフバルブ１５４ｄの開閉状態１８６およびリリーフバルブ１５４ｅの開閉状態１８８に示されるように、リリーフバルブ１５４ｄ、１５４ｅが順次開かれる。そうすると、開口面積が次第に大きくなるので、空気流路１７０の流路抵抗も小さくなり、減衰力の低下と共に免震力が高まる。
【００５６】
このようにリリーフバルブ１５４において、複数段の所定閾値を設定し、空気ばね１５０にかかる圧力の大きさに応じて弁を順次開く構成とすることで減衰力が段階的に下がり、免震力が段階的に上がることとなる。したがって、床構造体１３０の降下も緩やかになる。ここではリリーフバルブ１５４を例えば３段階設けているが、その数は３に限らず、２段階や４段階以上であってもよい。また、空気ばね１５０にかかる圧力の大きさに応じて、弁の開度を連続的に変化させるとしてもよい。
【００５７】
また、図７に示したような大きな地震ではなく、空気ばね１５０の気圧が、所定閾値Ｐｅを越えない、例えば、所定閾値Ｐｃ以上かつ所定閾値Ｐｄ未満の値までしか上昇しなかった場合、リリーフバルブ１５４ｃの弁のみが開くこととなるので、ある程度の減衰効果も期待できる。したがって、圧力の急激な変化のみならず、地震の大きさに応じて床構造体１３０が降下する変位そのものを抑制することも可能となる。
【００５８】
以下、リリーフバルブ１５４による減衰効果の変化と固有振動数との関係を具体的に説明する。図８は、リリーフバルブ１５４の減衰効果に対する周波数特性の変化を示した説明図である。図８において横軸は周波数を示し縦軸は応答率（出力振幅／入力振幅）を示す。また、図８中の各曲線は減衰効果を０〜∞に変化した場合の周波数特性を示している。
【００５９】
図８を参照して理解できるように、リリーフバルブ１５４の開口面積が小さい場合、例えば、減衰効果が∞の場合、固有振動数が比較的高くなる。続いて減衰効果を低減すると、固有振動数で共振したときの応答率が低下すると共に固有振動数自体が低くなり、減衰効果が０．５の場合において応答率が最小となる。さらに減衰効果を低減すると、固有振動数の低下と共に、また、応答率も増加しはじめる。
【００６０】
図８における減衰効果は、複数段のリリーフバルブ１５４の開閉状態に対応する。したがって、空気ばね１５０内の気圧がまだ低く、複数段のリリーフバルブ１５４のいずれの弁も閉じている状態は減衰効果∞に相当し、リリーフバルブ１５４が順次開口していくと、減衰効果が下がり、固有振動数が低くなる。こうして、リリーフバルブ１５４の弁を順次開口することで、固有振動数を下げ、固有周期を段階的に長期化できることが理解される。
【００６１】
以上、説明した免震装置１２０によって、空気ばね１５０の気圧を利用した単純な構成で免震能力を切り換えることができるので、信頼性の向上、ならびに、部品点数、占有体積および製造コストの削減を図ることが可能となる。また、リリーフバルブ１５４を多段式にすることで、床構造体１３０の鉛直方向の急激な低下を抑制できる。
【００６２】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明は、地震動を低減して床構造体を効果的に保護する免震装置に利用することができる。
【符号の説明】
【００６４】
１１０  …床スラブ
１２０  …免震装置
１３０  …床構造体
１５０  …空気ばね
１５２  …補助タンク
１５４  …リリーフバルブ
１５６  …相対変位検出部
１５８  …空気圧制御部
１６０  …空気源
１６２  …サーボバルブ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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