(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
弾性的に伸縮して免震作用を行うと共に伸縮方向に直交する面において弾性的に変位して免震作用を行う免震手段を、その伸縮方向が鉛直線に対して斜めになるように、その伸縮方向の一端を被免震体に、その伸縮方向の他端を基礎にそれぞれ連結して、被免震体の重心を通る鉛直線の周りに複数個配し、この免震手段により被免震体を水平方向及び垂直方向に関して免震作用を行う三次元免震装置であって、被免震体の一の水平方向の移動に対する免震手段は、その伸縮方向のばね定数をＫｖとし、その伸縮方向に直交する方向のばね定数をＫｈとし、被免震体の重心から当該免震手段の一端までの鉛直距離をＬ１とし、該一の水平方向における被免震体の重心を通る鉛直線から免震手段の一端までの水平距離をＬ２とすると、被免震体の該一の水平方向の移動において当該被免震体にロッキングが生じないように、該一の水平方向と平行な鉛直面内でのその伸縮方向と鉛直線との交差角θが、式
0003627269.tif 000004
を満足するように決定されており、該交差角θをもって該一の水平方向と平行な鉛直面内でその伸縮方向が鉛直線に対して斜めになるように、その伸縮方向の一端が被免震体に、その伸縮方向の他端が基礎にそれぞれ連結されて配されている三次元免震装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、建物等の大型構造物、電子計算機等の設置床に対する三次元免震装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
三次元免震装置は、一般に、建家の重心を通る鉛直線の周りに配された水平方向免震手段としての複数個の鉛入り積層ゴム体と、この積層ゴム体のそれぞれに載置された垂直方向免震手段としての空気ばねとを介して建家を基礎上に支持するようにしている。そしてこのような三次元免震装置では、建家のロッキング振動を抑える目的で、その垂直方向固有振動数を水平方向のそれよりも比較的高くしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで上記の三次元免震装置では、空気ばねの垂直方向固有振動数を比較的高くしているため、若干免震効果が犠牲にされており、理想的な免震装置としては未だ満足し得るものではない。また、空気ばねに対して空気を注排して、建家のロッキング振動をアクティブに抑える場合には、多量の空気の注入、排出が必要であり、大型の空気ポンプ等を準備する必要がある。更に従来の三次元免震装置では、水平方向免震手段と垂直方向免震手段とを配しているため、装置が大掛かりとなり、設置スペースをかなり必要とする（例えば、特開昭６３−２０１２７８号公報）。
【０００４】
本発明は、上記諸点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、固有振動数を低くして十分な免震効果を得ることができ、しかも大型の空気ポンプ等を必要とすることなしに、建家のロッキング振動を効果的に抑えることができ、加えて簡単な構成により設置スペースを削減することができる三次元免震装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば前記目的は、弾性的に伸縮して免震作用を行うと共に、伸縮方向に直交する面において弾性的に変位して免震作用を行う免震手段を、その伸縮方向が鉛直線に対して斜めになるように、その伸縮方向の一端を被免震体に、その伸縮方向の他端を基礎にそれぞれ連結して、被免震体の重心を通る鉛直線の周りに複数個配し、この免震手段により被免震体を水平方向及び垂直方向に関して免震作用を行う三次元免震装置であって、免震手段の伸縮方向と鉛直線との交差角を、免震手段の伸縮方向及びこの伸縮方向に直交する方向のばね定数Ｋｖ、Ｋｈ、被免震体の重心から免震手段の一端までの鉛直距離Ｌ１、被免震体の重心を通る鉛直線から免震手段の一端までの水平距離Ｌ２に基づいて決定してなる三次元免震装置によって達成される。
【０００６】
本発明における免震手段として、弾性的に伸縮して免震作用を行う、空気を内包する空気ばね又はコイルばねと、この空気ばね又はコイルばねを載置して、伸縮方向に直交する面において弾性的に変位して免震作用を行う鉛入り積層ゴム体とからなるものを一例として挙げることができるが、その他のものであってもよい。
【０００７】
本発明の好ましい一つの例では、被免震体にロッキングが生じないようにする免震手段の伸縮方向と鉛直線との交差角θは、式
0003627269.tif 000002
から決定される。
【０００８】
なお、免震対象である被免震体は、建物等の大型構造物、電子計算機等の設置床等を例示し得るが、本発明はこれに限定されない。
【０００９】
【作用】
本発明の三次元免震装置においては、例えば地震に因り基礎が振動されると、水平方向の基礎の振動は、伸縮方向が鉛直線に対して斜めになるように配された免震手段の水平方向成分のばね作用により、一方、垂直方向の基礎の振動は、免震手段の垂直方向成分のばね作用によりぞれぞれ免震される。そして免震手段の伸縮方向と鉛直線との交差角が、免震手段の伸縮方向及びこの伸縮方向に直交する方向のばね定数Ｋｖ、Ｋｈ、被免震体の重心から免震手段の一端までの鉛直線距離Ｌ１、被免震体の重心を通る鉛直線から免震手段の一端までの水平距離Ｌ２に基づいて決定されているため、被免震体に生じようとするロッキングは最小に抑止される。
【００１０】
次に本発明を図面に示す好ましい具体例に基づいて更に詳細に説明する。なお本発明はこれら具体例に何等限定されないのである。
【００１１】
【具体例】
図１において、本例の三次元免震装置１は、弾性的に伸縮して免震作用を行うと共に、伸縮方向３に直交する面において弾性的に変位して免震作用を行うべく、空気ばね及び鉛入り積層ゴム体等からなる免震手段２を、その伸縮方向３が鉛直線４に対して斜めになるように、その伸縮方向３の一端５を建家等の被免震体６の下面７に、その伸縮方向３の他端８を基礎９にそれぞれ回動自在に連結して、被免震体６の重心１０を通る鉛直線１１の周りに複数個配し、各免震手段２により被免震体６を水平方向Ａ及び垂直方向Ｂに関して免震作用を行うようにしたものである。
【００１２】
被免震体６にロッキングＣが生じないようにする免震手段２の伸縮方向３と鉛直線４との交差角θは、免震手段２の伸縮方向３及びこの伸縮方向３に直交する方向のばね定数Ｋｖ、Ｋｈ、被免震体６の重心１０から免震手段２の一端５までの鉛直距離Ｌ１、被免震体６の重心１０を通る鉛直線１１から免震手段２の一端５までの水平距離Ｌ２に基づいて、以下のようにして決定されている。
【００１３】
発明をよりよく理解するため、図２に示すように、被免震体６の一の水平方向Ａの移動に対する免震手段２が左側の免震手段Ｅ１と右側の免震手段Ｅ２の二個からなり、地震等の振動に因る被免震体６の左向きの水平方向Ａ１の基礎９に対する相対的な移動の場合についての決定方法について説明する。ここで、被免震体６の質量をｍ、地震等の振動による被免震体６に加わる水平方向Ａ１の加速度をα、水平方向Ａ１の地震加速度αによる被免震体６に生じる水平方向力をＦ、被免震体６の重心１０から免震手段２の一端５までの鉛直距離をＬ１、重心４を通る鉛直線５から免震手段Ｅ１及びＥ２のそれぞれの一端５までの水平距離をＬ２及びＬ２とする。免震手段Ｅ１とＥ２とは、図３に示すように、それぞれ等しい伸縮方向３のばね定数Ｋｖ及び伸縮方向３に直交する方向のばね定数Ｋｈを有しているものとする。
【００１４】
そこで、地震等による水平方向Ａ１に向かう加速度αの振動で被免震体６に生じる力Ｆは、
Ｆ＝ｍα・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（１）
となり、重心４を通る鉛直線５と被免震体６の下面７との交点Ｏの回りのモーメントＭは、
Ｍ＝ＦＬ１＝ｍαＬ１・・・・・・・・・・・・・・・・・（２）
となる。地震加速度αの振動で、図４に示すように、被免震体６にロッキングが生じなく、被免震体６がδだけ基礎９に対して水平方向Ａ１に相対的に変位し、免震手段Ｅ１側でδｓｉｎθ縮み、免震手段Ｅ２側でδｓｉｎθ伸びると、これによる免震手段Ｅ１及びＥ２での力ｆ１は、
ｆ１＝δｓｉｎθＫｖ・・・・・・・・・・・・・・・・・（３）
となり、また地震加速度αの振動で、免震手段Ｅ１及びＥ２側でδｃｏｓθ横変形すると、これによる免震手段Ｅ１及びＥ２での力ｆ２は、
ｆ２＝δｃｏｓθＫｈ・・・・・・・・・・・・・・・・・（４）
となる。したがって
２（ｆ１ｓｉｎθ＋ｆ２ｃｏｓθ）＝Ｆ・・・・・・・・・（５）
２（ｆ１ｃｏｓθ＋ｆ２ｓｉｎθ）Ｌ２＝Ｍ・・・・・・・（６）
となる。
式（１）〜（６）より、
２（δｓｉｎθＫｖｓｉｎθ＋δｃｏｓθＫｈｃｏｓθ）＝ｍα    ・・（７）
２（δｓｉｎθＫｖｃｏｓθ＋δｃｏｓθＫｈｓｉｎθ）＝ｍαＬ１・・（８）
の関係が得られ、これからｍαを消去すると、
0003627269.tif 000003
なる関係が得られる。
【００１５】
すなわち、免震手段２の伸縮方向３及びこの伸縮方向３に直交する方向のばね定数をＫｖ、Ｋｈ、被免震体６の重心１０から免震手段２の一端５までの鉛直距離をＬ１、被免震体６の重心１０を通る鉛直線１１から免震手段２の一端５までの水平距離をＬ２とすると、式（９）を満足するように、水平方向Ａと平行な鉛直面内での免震手段２の伸縮方向３と鉛直線４との交差角θを決定することにより、被免震体６にロッキングが生じないようにすることができる。
【００１６】
なお、図１における紙面に直交する方向に関する免震手段２の伸縮方向３と鉛直線４との交差角は、上記と同様にして決定するとよい。
【００１７】
【発明の効果】
以上のように本発明では、免震手段を、その伸縮方向が鉛直線に対して斜めになるように、その一端を被免震体に、その他端を基礎にそれぞれ連結して設けてなるため、固有振動数を低くして十分な免震効果を得ることができ、しかも大型のポンプ等を必要とすることなしに、建家のロッキング振動を効果的に抑えることができ、加えて簡単な構成により設置スペースを削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好ましい一具体例の概略図である。
【図２】図１に示す具体例の交差角の決定のための説明図である。
【図３】図１に示す具体例の免震手段の特性の説明図である。
【図４】図１に示す具体例の交差角の決定のための説明図である。
【符号の説明】
１  三次元免震装置
２  免震手段
３  伸縮方向
４  鉛直線
５  一端
６  被免震体
８  他端
９  基礎
１０  重心
１１  鉛直線
【図１】
0003627269.tif 000005
【図２】
0003627269.tif 000006
【図３】
0003627269.tif 000007
【図４】
0003627269.tif 000008