(57)【要約】【課題】免震対象物に直接接続されたシリンダを最小限の受圧面積とし、さらに、高圧な圧縮空気を用いることなく免震対象物の上下免震が可能な上下免震装置を提供すること。【解決手段】上下免震装置１は、シリンダ１０に収容された作動油１２を加圧又は減圧するシリンダ１０と、作動油１２を収容する第一室３１と圧縮空気３４を収容する第二室３２とを有するタンク３０であって、第一室３１に配置された介在部３３の第一面３３１ａが作動油１２から圧力を受けると共に、第二室３２に配置された介在部３３の第二面３３２ａが圧縮空気３４から圧力を受けることにより、作動油１２により第一面３３１ａに加えられる力を、圧縮空気３４により第二面３３２ａに加えられる力に変換するタンク３０と、を備え、第二面３３２ａが圧力を受ける第二受圧面積を、第一面３３１ａが摺動方向に沿った圧力を受ける第一受圧面積よりも大きくした。【選択図】図２
2014109337.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
免震対象物の上下免震を行う上下免震装置であって、
前記免震対象物の下方の免震層に設けられたシリンダであり、前記免震対象物の上下変位に追従して当該シリンダの内部を摺動するピストンロッドによって、当該シリンダに収容された作動流体を加圧又は減圧するシリンダと、
作動流体を収容する第一室と圧縮空気を収容する第二室とを有するタンクであって、前記第一室から前記第二室に至って摺動可能に配置された介在手段を有し、前記第一室に配置された前記介在手段の第一面が作動流体から摺動方向に沿った圧力を受けると共に、前記第二室に配置された前記介在手段の第二面が圧縮空気から摺動方向に沿った圧力を受けることにより、第一室の作動流体により第一面に加えられる力を、第二室の圧縮空気により第二面に加えられる力に変換するタンクと、
前記シリンダと前記タンクの前記第一室との相互間に作動流体が移動可能となるように、これらシリンダと第一室とを相互に接続する接続管と、を備え、
前記タンクの前記介在手段の前記第二面が前記摺動方向に沿った圧力を受ける第二受圧面積を、前記タンクの前記介在手段の前記第一面が前記摺動方向に沿った圧力を受ける第一受圧面積よりも大きくした、
上下免震装置。
【請求項２】
前記免震対象物の上下方向の位置を測定する位置測定手段を備え、
前記位置測定手段により測定された前記免震対象物の位置が、所定の位置よりも沈降した位置に達している場合に、前記タンクの前記第二室に空気を注入することによって、前記圧縮空気の圧力を上昇させるコンプレッサを備える、
請求項１に記載の上下免震装置。
【請求項３】
前記第二室に絞り弁を設けた、
請求項１又は２に記載の上下免震装置。
【請求項４】
前記接続管に調整弁を備えた、
請求項１から３のいずれか一項に記載の上下免震装置。
【請求項５】
前記免震層に上下免震を行うダンパを配置した、
請求項１から４のいずれか一項に記載の上下免震装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、上下免震装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、地震動に対する免震対象物の振動を抑えるための装置として、免震装置が利用されている。この免震装置は、大まかに、免震対象物の水平方向に沿った振動を抑える水平免震装置と、免震対象物の上下方向に沿った振動を抑える上下免震装置とに分類される。
【０００３】
このうち、水平免震装置は、例えば積層ゴムを用いた装置等といった、既に一般的に利用可能となっている技術が実際に存在する。この積層ゴムを用いた装置とは、免震対象物と基礎とを隔離する免震層に、水平方向に柔軟に変位可能な積層ゴムを設けて、免震対象物の固有振動水平周期を地震動の水平周期よりも大きくすることによって、免震対象物の振動を抑えるものである。
【０００４】
一方、上下免震装置は、一般的に実現が困難であると言われるものの、従来より幾つかの上下免震装置が提案されている。例えば、水平免震機構としての単一の積層ゴム等と、上下免震機構としての複数の空気バネを高剛性のフレームを介して一体化した、空気バネによる上下免震装置や（例えば、特許文献１参照）、ピストンの下室に作動油を収容したシリンダ機構と、作動油及び加圧ガスを収容したアキュムレータと、シリンダ機構のピストン下室とアキュムレータ内の作動油部位とを接続する油圧配管とを備えた、ガスバネによる上下免震装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１２１３２８号公報
【特許文献２】特開２００１−２９５５０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記の特許文献１に記載の上下免震装置によれば、免震対象物の重量が大きい場合、空気バネの圧力が高圧になることを回避するためには、免震層に設置するシリンダの受圧面積を大きくする必要があるため、シリンダ自体が大型化してしまい、免震層へのシリンダの取り付けが非常に難しくなってしまう。
【０００７】
一方、上記の特許文献２に記載の上下免震装置によれば、シリンダに連結させたアキュムレータによって上部構造の圧力を支持することができるため、免震対象物の重量が大きい場合であっても、免震層に設置するシリンダ自体を小型化することが可能である。しかし、このような上下免震装置でも、免震対象物の重量が大きい場合には、アキュムレータの内部のガスを極めて高圧にする必要があり、このような高圧ガスを取り扱う上下免震装置は、取り扱いや管理が非常に困難である。
【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、免震対象物に直接接続されたシリンダを最小限の受圧面積とすることが可能であり、さらに、極めて高圧な圧縮空気を用いることなく免震対象物の上下免震が可能な上下免震装置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】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、請求項１に記載の上下免震装置は、免震対象物の上下免震を行う上下免震装置であって、前記免震対象物の下方の免震層に設けられたシリンダであり、前記免震対象物の上下変位に追従して当該シリンダの内部を摺動するピストンロッドによって、当該シリンダに収容された作動流体を加圧又は減圧するシリンダと、作動流体を収容する第一室と圧縮空気を収容する第二室とを有するタンクであって、前記第一室から前記第二室に至って摺動可能に配置された介在手段を有し、前記第一室に配置された前記介在手段の第一面が作動流体から摺動方向に沿った圧力を受けると共に、前記第二室に配置された前記介在手段の第二面が圧縮空気から摺動方向に沿った圧力を受けることにより、第一室の作動流体により第一面に加えられる力を、第二室の圧縮空気により第二面に加えられる力に変換するタンクと、前記シリンダと前記タンクの前記第一室との相互間に作動流体が移動可能となるように、これらシリンダと第一室とを相互に接続する接続管と、を備え、前記タンクの前記介在手段の前記第二面が前記摺動方向に沿った圧力を受ける第二受圧面積を、前記タンクの前記介在手段の前記第一面が前記摺動方向に沿った圧力を受ける第一受圧面積よりも大きくした。
【００１０】
また、請求項２に記載の上下免震装置は、請求項１に記載の上下免震装置において、前記免震対象物の上下方向の位置を測定する位置測定手段を備え、前記位置測定手段により測定された前記免震対象物の位置が、所定の位置よりも沈降した位置に達している場合に、前記タンクの前記第二室に空気を注入することによって、前記圧縮空気の圧力を上昇させるコンプレッサを備える。
【００１１】
また、請求項３に記載の上下免震装置は、請求項１又は２に記載の上下免震装置において、前記第二室に絞り弁を設けた。
【００１２】
また、請求項４に記載の上下免震装置は、請求項１から３のいずれか一項に記載の上下免震装置において、前記接続管に調整弁を備えた。
【００１３】
また、請求項５に記載の上下免震装置は、請求項１から４のいずれか一項に記載の前記免震層に上下免震を行うダンパを配置した。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１に記載の上下免震装置によれば、免震対象物から入力された上下振動を受圧するシリンダと、免震対象物の上下振動を長周期化するタンクと、を分離した構成とすることによって、免震対象物に直接接続されたシリンダを最小限の受圧面積とすることができ、シリンダの免震層への取り付けを容易に行うことが可能になる。また、作動流体と圧縮空気との受圧面積差を利用することによって、極めて高圧な圧縮空気を用いることなく免震対象物の上下免震が可能になる。
【００１５】
請求項２に記載の上下免震装置によれば、位置測定手段により測定された免震対象物の位置が所定の位置よりも沈降した位置に達している場合に、コンプレッサによってタンクの第二室に空気を注入することができるため、地震動終焉後においても未だ免震対象物が沈降してしまっていることを自動で検知し、地震動により免震対象物が沈降してしまう以前の位置に免震対象物を戻すことが可能になる。
【００１６】
請求項３に記載の上下免震装置によれば、第二室に絞り弁を設けることによって、絞り弁によって第二室の内部を流れる圧縮空気の流量を制限でき、免震対象物の上下振動に減衰を与えることができるので、地震動発生時における免震対象物の振幅を小さくすることが可能になる。
【００１７】
請求項４に記載の上下免震装置によれば、接続管に設けた調整弁の開度を絞ることによって、接続管の内部を流れる作動流体の流量を制限でき、免震対象物の上下振動に減衰を与えることができるので、地震動発生時における免震対象物の振幅を小さくすることが可能となる。また、調整弁を全閉状態とすることにより、接続管の内部を作動流体が流れなくなるため、シリンダに対するピストンロッドの位置が固定され、このことによって、シリンダを免震層に容易に設置することが可能となり、さらにシリンダを設置した後においてもメンテナンス等を容易に行うことが可能となる。
【００１８】
請求項５に記載の上下免震装置によれば、免震層にダンパを設けることによって、地震動発生時においてダンパが免震対象物の振動を抑制することにより、免震対象物の上下振動に減衰を与えることができ、このことによって、地震動発生時における免震対象物の振幅を小さくすることが可能になる。特に、ダンパは調整弁に比べて減衰の調整が容易であるため、一層精度の高い免震構造を構築することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施の形態に係る上下免震装置を示す概略図である。
【図２】図１に係る上下免震装置の要部拡大図である。
【図３】タンクの形状を変更した上下免震装置を示す概略図である。
【図４】複数のタンクを接続した上下免震装置を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に添付図面を参照して、この発明に係る上下免震装置の実施の形態を詳細に説明する。まず、〔Ｉ〕実施の形態の基本的概念を説明した後、〔ＩＩ〕実施の形態の具体的内容について説明し、〔ＩＩＩ〕最後に、実施の形態に対する変形例について説明する。ただし、実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２１】
〔Ｉ〕実施の形態の基本的概念
まず、実施の形態の基本的概念について説明する。本実施の形態に係る上下免震装置は、免震対象物の上下免震を行う装置である。そして、この上下免震装置は、免震構造建築物における免震層に設置されている。なお、本実施の形態では、免震構造建築物における、免震層よりも上方の部分を上部構造と称し、この上部構造よりも下方の部分（免震層も含む）を下部構造と称する。そして、「免震対象物」とは、当該上下免震装置による上下免震を行う対象となるものであり、本実施の形態においては、免震構造建築物における上部構造のことを指す。また、「基礎」とは、免震構造建築物の下部構造のうち、免震層よりも下方の部分のことを指す。
【００２２】
なお、本実施の形態に係る上下免震装置は、上下免震のみを行うものであり、水平免震を行わない。そのため、この上下免震装置を設置した上部構造を地震動に耐え得るようにするためには、上下免震装置と併せて他の水平免震装置も設置する必要があるが、この水平免震装置についての説明や図示は省略する。
【００２３】
また、本実施の形態に係る上下免震装置は、実際には免震層に複数設置するものであるが、本実施の形態においては、そのうちの一つの上下免震装置についてのみ具体的に説明し、他の上下免震装置については、同様に構成することが可能であるとして、説明を省略する。
【００２４】
〔ＩＩ〕実施の形態の具体的内容
次に、本発明に係る実施の形態の具体的内容について説明する。
【００２５】
（構成）
まずは、本発明の実施の形態に係る上下免震装置１の構成について説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る上下免震装置１を示す概略図であり、図２は、図１に係る上下免震装置１の要部拡大図である。これら図１、図２に示すように、上下免震装置１は、概略的に、シリンダ１０、ピストンロッド２０、タンク３０、接続管４０、位置センサ５０、コンプレッサ６０、調整弁７０、及びダンパ８０を備えて構成される。以下では、図１及び図２を参照しつつ、これら各構成要素について詳細に説明する。
【００２６】
（構成−シリンダ）
シリンダ１０は、当該シリンダ１０に収容された作動油１２を加圧又は減圧する容器である。このシリンダ１０は、上部構造２の下方の免震層３に設けられており、上部構造２と基礎４との間に介装された略中空円筒形状体として形成されている。ここで、シリンダ１０は、軸芯方向が上下方向に沿うように配置されており、その底面が基礎４に接地されている。そして、このシリンダ１０の内部には、シリンダ１０の内部を上下方向に摺動可能な後述するピストンロッド２０が配置されている。
【００２７】
ここで、シリンダ１０の内部は後述するピストン２１によって二つの分室に分割されており、ピストン２１の下方に設けられた分室（以下、受圧室１１と称する）の内部には作動油１２が充填されている。この作動油１２は、シリンダ１０に収容された作動流体であって、この受圧室１１の内部の他にも、後述する接続管４０の内部、及び後述するタンク３０の第一室３１の内部に充填されている。
【００２８】
（構成−ピストンロッド）
ピストンロッド２０は、免震対象物の上下変位に追従して当該シリンダ１０の内部を摺動する摺動手段である。このピストンロッド２０は、略円筒形状体に形成された棒状体であって、上端部が上部構造２に接地されている。ここで、ピストンロッド２０の下端部は、円盤形状体として形成されるピストン２１であって、シリンダ１０の内径と略同一の外径を有するピストン２１に接合されており、このピストン２１によって、シリンダ１０の内部がピストン２１を隔てて二分割されている。ここで、ピストン２１の下面は作動油１２と接している。そして、地震動による基礎４の上下変位に追従してピストンロッド２０がシリンダ１０の内部を上下方向に摺動し、それに伴ってシリンダ１０の受圧室１１に充填された作動油１２が加圧又は減圧される。
【００２９】
ここで、このように構成されたピストンロッド２０は、地震動発生により想定し得る基礎４の最大振幅を許容することができるように形成する。例えば、地震動による基礎４の最大振幅を４０ｃｍと想定した場合には、ピストンロッド２０が上下に４０ｃｍ変位することが可能となるように、シリンダ１０の上下方向の長さや、シリンダ１０の内部に収容された作動油１２の油圧を調整する。また、地震動発生前におけるピストン２１の、シリンダ１０内部における上下位置（以下、必要に応じて初期位置と称する）は、想定した基礎４の最大振幅４０ｃｍを許容することが可能なように、上下に２０ｃｍ変位可能な位置となるように設定する。
【００３０】
（構成−タンク）
タンク３０は、第一室３１の作動油１２により第一面３３１ａに加えられる力を、第二室３２の圧縮空気３４により第二面３３２ａに加えられる力に変換する変換手段であると共に、上部構造２の上下振動を長周期化することで上下免震を行う長周期化手段である。このタンク３０は、軸断面の面積が其々異なる二つの略中空円筒形状体を軸芯方向に沿って並設した形状として形成されている。このうち、軸断面の面積が小さい方の略中空円筒形状体の内部には、後述する第一室３１が設けられており、軸断面の面積が大きい方の略中空円筒形状体の内部には、後述する第二室３２が設けられている。そして、この第一室３１と第二室３２との間に、タンク３０内を軸芯方向に沿って摺動可能な介在部３３が設けられている。以下では、タンク３０を構成するこれらの、第一室３１、第二室３２、及び介在部３３について説明する。
【００３１】
（構成−タンク−第一室）
第一室３１は、作動油１２を収容するための分室であり、タンク３０の内部の空間における、後述する介在部３３の第一室側受圧板３３１によって区画された部分を指す。この第一室３１の内部に充填された作動油１２と、上述したシリンダ１０の受圧室１１の内部に充填された作動油１２は同一のものであり、これらの作動油１２は、第一室３１と受圧室１１との相互間を後述する接続管４０を介して移動できる。
【００３２】
（構成−タンク−第二室）
第二室３２は、圧縮空気３４を収容するための分室であり、タンク３０の内部の空間における、後述する介在部３３の第二室側受圧板３３２によって区画された部分を指す。つまり、この第二室３２は、タンク３０の内部における、第一室３１と反対側の端部に設けられている。この第二室３２は、後述するコンプレッサ６０と注入管６１を介して接続されており、このコンプレッサ６０によって第二室３２に適宜圧縮空気３４が注入される。
【００３３】
なお、この第二室３２には、公知のオリフィスの如き絞り弁３２ａが設けられている。このように、第二室３２に絞り弁３２ａを配置することによって、第二室３２の内部を流れる圧縮空気３４の流量を制限でき、上部構造２の上下振動に減衰を与えることができるので、地震動発生時における上部構造２の振幅を小さくすることが可能になる。
【００３４】
（構成−タンク−介在部）
介在部３３は、タンク３０の内部に配置されており、タンク３０の軸芯方向に沿ってタンク３０の内部を摺動可能に形成されている。この介在部３３は、概略的に、第一室側受圧板３３１、第二室側受圧板３３２、及び緊結ロッド３３３を備えて構成される。
【００３５】
（構成−タンク−介在部−第一室側受圧板）
第一室側受圧板３３１は、作動油１２から摺動方向に沿った圧力を受ける第一面３３１ａを有する受圧手段である。この第一室側受圧板３３１は、第一室３１の内径と略同一の外径を有する略円盤形状体として形成され、この円盤面のうち一方の面が第一室３１に収容された作動油１２に接しており、この作動油１２と接している方の面を、必要に応じて「第一面３３１ａ」と称して以下では説明する。
【００３６】
（構成−タンク−介在部−第二室側受圧板）
第二室側受圧板３３２は、圧縮空気３４から摺動方向に沿った圧力を受ける第二面３３２ａを有する受圧手段である。この第二室側受圧板３３２は、第二室３２の内径と略同一の外径を有する略円盤形状体として形成され、この円盤面のうち一方の面が第二室３２に収容された圧縮空気３４に接しており、この圧縮空気３４と接している方の面を、必要に応じて「第二面３３２ａ」と称して以下では説明する。
【００３７】
（構成−タンク−介在部−緊結ロッド）
緊結ロッド３３３は、第一室側受圧板３３１と第二室側受圧板３３２とを接合する緊結手段であって、略円筒形状の棒状体として形成されている。この緊結ロッド３３３の一方の端部は、第一室側受圧板３３１における第一面３３１ａと反対側の円盤面に接合されており、緊結ロッド３３３の他方の端部は、第二室側受圧板３３２における第二面３３２ａと反対側の円盤面に接合されている。このようにして、第一室側受圧板３３１と第二室側受圧板３３２との間に介在して両者を接合することによって、第一室側受圧板３３１に加わる圧力を第二室側受圧板３３２に伝達し、また、第二室側受圧板３３２に加わる圧力を第一室側受圧板３３１に伝達することが可能となる。
【００３８】
（構成−接続管）
接続管４０は、シリンダ１０とタンク３０の第一室３１との相互間に作動油１２が移動可能となるように、これらシリンダ１０と第一室３１とを相互に接続する接続手段である。具体的には、所定の長さを有するチューブ形状体として形成され、一方の端部がシリンダ１０の受圧室１１に接続され、もう一方の端部がタンク３０の第一室３１に接続されている。なお、この接続管４０の管路中には、後述する調整弁７０が設置されており、この調整弁７０によって接続管４０の内部を通過する作動油１２の流量を調整することが可能である。
【００３９】
（構成−位置センサ）
位置センサ５０は、上部構造２の上下方向の位置を測定する位置測定手段である。この位置センサ５０は、上部構造２の上下方向が初期位置からどの程度変位しているかを測定して、測定結果を制御装置９０に送信する。この制御装置９０とは、位置センサ５０及び後述するコンプレッサ６０を制御する制御手段であり、具体的には、ＣＰＵ、当該ＣＰＵ上で解釈実行される各種のプログラム（ＯＳなどの基本制御プログラムや、ＯＳ上で起動され特定機能を実現するアプリケーションプログラムを含む）、及びプログラムや各種のデータを格納するためのＲＡＭの如き内部メモリを備えて構成されるコンピュータである。なお、制御装置９０は、必ずしもコンピュータでなくてもよく、例えば、公知のセルフレベリング装置のような手段により構成しても良い。なお、位置センサ５０は、公知の光位置センサや超音波位置センサなどを用いることが可能であるため、位置センサ５０の具体的な構成についての説明は省略する。
【００４０】
（構成−コンプレッサ）
コンプレッサ６０は、タンク３０の第二室３２に空気を注入することによって、圧縮空気３４の圧力を上昇させる圧縮手段であって、上部構造２を水平に維持するための機器であり、注入管６１を介してタンク３０の第二室３２と接続されている。ここで、本来は地震動の終焉後においても上部構造２が水平に維持されている事が望ましい。しかし、免震層３に設置された複数の上下免震装置１のうち一部の上下免震装置１を構成するピストンロッド２０が、地震動の終焉後においても地震動発生前の位置よりも沈降した位置で停止してしまう場合が考えられる。この場合には、当該一部の上下免震装置１が設置された位置において上部構造２が沈降した状態となってしまう。このような場合には、上部構造２の水平が維持されるように、上部構造２の位置を地震動発生前の位置まで復旧させる必要があり、このような際にコンプレッサ６０を稼動させる。なお、このようなコンプレッサ６０が有する上部構造２の位置を修正する機能については後述する。また、コンプレッサ６０は公知のコンプレッサを用いることが可能であるため、コンプレッサ６０の具体的な構成についての説明は省略する。
【００４１】
（構成−調整弁）
調整弁７０は、接続管４０の内部を通過する作動油１２の流量を調整する調整手段であって、接続管４０に対して取り付けられている。この調整弁７０は、公知の調整弁を用いることが可能であるため、調整弁７０の具体的な構成についての説明は省略する。
【００４２】
ここで、例えば、ユーザが調整弁７０の開度を絞った場合には、接続管４０の内部を流れる作動油１２の流量が制限され、このことによって、地震動に対する上部構造２の上下振動に減衰を与えることができ、地震動発生時における上部構造２の振幅を小さくすることが可能になる。
【００４３】
また、通常は作動油１２がシリンダ１０の受圧室１１とタンク３０の第一室３１の内部を相互に移動可能となっているため、シリンダ１０に対するピストンロッド２０の位置が上下に自由に変位してしまう。そのため、シリンダ１０を免震層３に設置する際に安定的に取り付けを行うことが難しく、また、シリンダ１０を免震層３に設置した後において、上下免震装置１のメンテナンス等を行う際にも不便であった。しかし、この調整弁７０を全閉状態とすることによって、接続管４０の内部を作動油１２が流れなくなるため、シリンダ１０に対するピストンロッド２０の位置が固定され、このことによって、シリンダ１０を免震層３に容易に設置することが可能となり、さらにシリンダ１０を設置した後においてもメンテナンス等を容易に行うことが可能となる。
【００４４】
（構成−ダンパ）
ダンパ８０は、免震層３に配置され、上下免震を行うための減衰手段である。このダンパ８０は公知のダンパを用いることができるため、その具体的な構成についての説明は省略する。このように、シリンダ１０やタンク３０に加えてダンパ８０によって上下免震を行うことによって、上部構造２の上下振動に減衰を与えることができ、地震動発生時における上部構造２の振幅を小さくすることが可能になる。特に、ダンパ８０は絞り弁３２ａ等に比べて減衰の調整が容易であるため、一層精度の高い免震構造を構築することが可能になる。
【００４５】
なお、このダンパ８０は、シリンダ１０の数によらず任意の数を免震層３に設置することができ、例えば想定した基礎４の最大の振幅などを考慮して、上部構造２の振幅が一定の値以下となるような数を設置しても良い。なお、ダンパ８０を設けなくても、同じく上部構造２の上下振動に対して減衰を与える調整弁や絞り弁によって、上下振動に所望の減衰を与えることができる場合には、ダンパ８０を省略しても良い。
【００４６】
（機能）
続いて、このように構成された上下免震装置１が有する、上部構造２に対して上下免震を行う機能（以下、上下免震機能と称する）と、地震動終焉後においてもピストンロッド２０の位置が初期位置にない場合に、上下位置の修正を行う機能（以下、上下位置修正機能と称する）について説明する。
【００４７】
（機能−上下免震機能）
はじめに、上下免震機能について説明する。まず、地震動が発生した際には、基礎４が変位し、これに伴って、基礎４に設置されたシリンダ１０の内部を、上部構造２に設置されたピストンロッド２０が上下に摺動する。ここで、以下では、地震動発生中において、ピストンロッド２０が初期位置よりも下の位置に摺動した後に、初期位置よりも上の位置に摺動したものと仮定して、上下免震装置１の機能について説明する。
【００４８】
まず、地震動による基礎４の変位によりピストンロッド２０が下方向に摺動することによって、シリンダ１０の受圧室１１に充填された作動油１２が加圧され、これに伴い、受圧室１１と接続管４０によって接続されたタンク３０の第一室３１に充填された作動油１２が加圧される。そして、このようにして第一室３１に充填された作動油１２が加圧されることによって、第一室３１に充填された作動油１２が第一室側受圧板３３１の第一面３３１ａを摺動方向に沿った向きに押圧し、そして第二室側受圧板３３２の第二面３３２ａが、第二室３２の圧縮空気３４を圧縮する。これに伴って、第二室３２に充填された圧縮空気３４が第二室側受圧板３３２の第二面３３２ａを摺動方向に沿った向きに押圧する。このように、介在部３３は、第一室３１の作動油１２により第一面３３１ａに加えられる力を、第二室３２の圧縮空気３４により第二面３３２ａに加えられる力に変換する。
【００４９】
次に、地震動による基礎４の変位によりピストンロッド２０が上方向に摺動することによって、シリンダ１０の受圧室１１に充填された作動油１２が減圧され、これに伴い、受圧室１１と接続管４０によって接続されたタンク３０の第一室３１に充填された作動油１２が減圧される。そして、このようにして第一室３１に充填された作動油１２が減圧されることによって、第一室３１に充填された作動油１２が第一室側受圧板３３１の第一面３３１ａを摺動方向に沿った向きに引っ張り、そして第二室側受圧板３３２の第二面３３２ａが、第二室３２の圧縮空気３４を膨張させる。これに伴って、第二室３２に充填された圧縮空気３４が第二室側受圧板３３２の第二面３３２ａを摺動方向に沿った向きに引っ張る。このように、介在部３３は、第一室３１の作動油１２により第一面３３１ａに加えられる力を、第二室３２の圧縮空気３４により第二面３３２ａに加えられる力に変換する。
【００５０】
ここで、介在部３３の第二面３３２ａが摺動方向に沿った圧力を受ける第二受圧面積は、第一面３３１ａが摺動方向に沿った圧力を受ける第一受圧面積よりも大きい。すなわち、介在部３３は、圧縮空気３４によって力を受ける面積が、作動油１２によって力を受ける面積よりも大きい。そのため、圧縮空気３４の気圧を高くせずとも、介在部３３を介して、第一室３１の作動油１２によって加えられる力を、第二室３２の圧縮空気３４によって加えられる力に変換することができる。
【００５１】
続いて、このような上下免震装置１の構成によって上下免震が可能であることの原理を以下に示す。まず、上下免震装置１による上部構造２の振動数ｆ（Ｈｚ）は、下記式（１）で表すことができる。
ｆ＝１／（２π）｛（１＋Ａ／Ｗ）（γｇＡ／Ｖ）｝１／２  ・・・（１）
ここで、
Ａ＝タンク３０の受圧面積（ｍ２）
Ｗ＝建物重量（ｋｇ）
Ｖ＝タンク３０の空気室体積（ｍ３）
γ＝ポリトロープ係数
ｇ＝重力加速度（ｍ／ｓ２）
ここで、建物重量Ｗの値は、上部構造２が一般的な一戸建て建物（重量５０ｔ）であるものと仮定し、この重量５０ｔを用いるものとする。また、常時の空気圧を０．６７ＭＰａとし、目標とする上下周期を２秒とする。ここで、タンク３０の受圧面積Ａは、建物重量（５０ｔ）を常時の空気圧（０．６７ＭＰａ）で除することにより算出することが可能であり、目標とするタンク３０の受圧面積Ａとして、０．７３５ｍ２を算出することができる。
【００５２】
ここで、建物重量Ｗ（５０ｔ）、受圧面積Ａ（０．７３５ｍ２）、及び目標とする振動数ｆ（目標とする上下周期の逆数である０．５）の値を上記式（１）に代入することにより、目標とする上下周期を２秒とするために必要な空気室体積Ｖの値１．１８ｍ３が導出される。
【００５３】
このようなタンク３０の受圧面積Ａ（０．７３５ｍ２）、及びタンク３０の空気室体積Ｖ（１．１８ｍ３）を達成するために、本実施の形態では、４本のシリンダ１０（７５ｍｍ径）によって上部構造２を支持し、これら４本のシリンダ１０をそれぞれ４本のタンク３０（５００ｍｍ径、長さ１．５ｍ）に接続した。この４本のタンク３０を総合した受圧面積Ａは約０．７８５ｍ２となり、目標となる受圧面積Ａ（０．７３５ｍ２）を充足し、４本のタンク３０を総合した空気室体積Ｖは約１．１８ｍ３となり、目標となる空気室体積Ｖ（１．１８ｍ３）を充足する。このように、４本のシリンダ１０に対して４本のタンク３０を設置することによって、目標とする上下周期Ｔ（２秒）を達成することが可能となる。
【００５４】
（機能−上下位置修正機能）
次に、上下位置修正機能について説明する。まず、上述した位置センサ５０が、任意のタイミングで起動し、上部構造２の上下位置を測定して、測定結果を制御装置９０に送信する。なお、本実施の形態では、地震動の終焉を検知したタイミングで位置センサ５０が起動するものとして説明する。そして、制御装置９０は、この測定結果を参照し、測定結果から導出された上部構造２の位置と、予め制御装置９０の図示しない記憶部等に記憶された上部構造２の初期位置とを比較する。そして、制御装置９０は、両者が所定の距離以上離れている場合には、上下位置の修正が必要と判断し、後述するコンプレッサ６０に上下位置の修正を指示する信号を送信する。
【００５５】
そして、この信号を受信したコンプレッサ６０は、後述するタンク３０の第二室３２に対して、注入管６１を介して空気を送出して上部構造２の上下方向の修正を行う。この上下位置の修正作業を行っている際も位置センサ５０は測定を継続し、上部構造２の上下位置を制御装置９０に対して送信する。そして、制御装置９０は、コンプレッサ６０による圧縮空気３４の注入によって、上部構造２の上下位置が初期位置に到達したと判断した場合には、コンプレッサ６０に対して圧縮空気３４の注入の停止を指示する信号を送信する。そして、この信号を受信したコンプレッサ６０は、空気の送出を中止する。このようにして、上部構造２の位置を初期位置まで復旧させることができる。
【００５６】
（効果）
このように本実施の形態によれば、上部構造２から入力された上下振動を受圧するシリンダ１０と、上部構造２の上下振動を長周期化することで上下免震を行うタンク３０と、を分離した構成とすることによって、上部構造２に直接接続されたシリンダ１０を最小限の受圧面積とすることができ、シリンダ１０の免震層３への取り付けを容易に行うことが可能である。また、作動油１２と圧縮空気３４との受圧面積差を利用することによって、極めて高圧な圧縮空気３４を用いることなく上部構造２の上下免震が可能である。
【００５７】
また、位置センサ５０により測定された上部構造２の位置が所定の位置よりも沈降した位置に達している場合に、コンプレッサ６０によってタンク３０の第二室３２に空気を注入することができるため、地震動終焉後においても未だ上部構造２が沈降してしまっていることを自動で検知し、地震動により上部構造２が沈降してしまう以前の位置まで上部構造２を戻すことが可能である。
【００５８】
また、第二室３２に絞り弁３２ａを設けることによって、絞り弁３２ａによって第二室３２の内部を流れる圧縮空気３４の流量が制限され、上部構造２の上下振動に減衰を与えることができるので、地震動発生時における上部構造２の振幅を小さくすることが可能になる。
【００５９】
また、接続管４０に設けた調整弁７０の開度を絞ることによって、接続管４０の内部を流れる作動油１２の流量が制限され、上部構造２の上下振動に減衰を与えることができるので、地震動発生時における上部構造２の振幅を小さくすることが可能になる。また、調整弁７０を全閉状態とすることにより、接続管４０の内部を作動油１２が流れなくなるため、シリンダ１０に対するピストンロッド２０の位置が固定され、このことによって、シリンダ１０を免震層３に容易に設置することが可能となり、さらにシリンダ１０を設置した後においてもメンテナンス等を容易に行うことが可能となる。
【００６０】
免震層３にダンパ８０を設けることによって、上部構造２の上下振動に減衰を与えることができ、地震動発生時における上部構造２の振幅を小さくすることが可能になる。特に、ダンパ８０は絞り弁３２ａ等に比べて減衰の調整が容易であるため、一層精度の高い免震構造を構築することが可能になる。
【００６１】
〔ＩＩＩ〕実施の形態に対する変形例
以上、本発明に係る実施の形態について説明したが、本発明の具体的な構成及び手段は、特許請求の範囲に記載した各発明の技術的思想の範囲内において、任意に改変及び改良することができる。以下、このような変形例について説明する。
【００６２】
（解決しようとする課題や発明の効果について）
まず、発明が解決しようとする課題や発明の効果は、前記した内容に限定されるものではなく、本発明によって、前記に記載されていない課題を解決したり、前記に記載されていない効果を奏することもでき、また、記載されている課題の一部のみを解決したり、記載されている効果の一部のみを奏することがある。
【００６３】
（寸法や材料について）
発明の詳細な説明や図面で説明した上下免震装置１の各部の寸法、形状、比率等は、あくまで例示であり、その他の任意の寸法、形状、比率等とすることができる。また、各部を構成する材料については、金属や樹脂を含む任意の材料を用いることができる。また、構成要素の一部について適宜省略しても良く、例えば、絞り弁３２ａや調整弁７０を省略しても良い。
【００６４】
（設置対象について）
本実施の形態に係る上下免震装置１は必ずしも上部構造２全体の上下免震を行うものでなくても良く、いわゆる床免震に対しても用いることが可能である。このように床免震を行う場合には、免震対象物は床となり、上部構造２全体の上下免震を行う場合と比べて建物重量Ｗが小さくなるため、より空気室体積Ｖや受圧面積Ａの小さいタンクを用いても良い。
【００６５】
（位置センサについて）
位置センサ５０は設けなくても良い。すなわち、ユーザが上部構造２の水平が維持されているか否かの判断を行い、水平が維持されていないと判断した場合に、手動でコンプレッサ６０を稼動させても良い。
【００６６】
（コンプレッサについて）
コンプレッサ６０は常設しなくても良い。例えば、地震動により上部構造２が傾いてしまった際に初めてコンプレッサ６０を設置して稼動し、上部構造２の水平を維持しても良い。
【００６７】
（第二室の形状について）
第二室３２の形状はどのようなものであっても構わない。図３は、タンク３０の形状を変更した上下免震装置１００を示す概略図である。例えばこの図３に示すように、第二室３２の形状を、タンク３０において第一室３１が配置されている側と反対側の部分の軸断面積をさらに大きくした形状にて形成することにより、第二室３２の空気室体積を変化させずに、軸芯方向に沿った長さを小さくすることが可能である。
【００６８】
（タンクについて）
図４は、複数のタンク３０を接続した上下免震装置１１０を示す概略図である。このように、本実施の形態では、一つのシリンダ１０に対して一つのタンク３０が接続されているものとして説明したが、これに限定されず、一つのシリンダ１０に対して複数のタンク３０を接続しても良い。このことによって、より大きい荷重を一つのシリンダ１０によって支えることが可能となり、また、一つのタンク３０の圧力負担を低減することが出来る。
【００６９】
（作動流体について）
本実施の形態に係る作動流体は作動油１２であるものとして説明したが、作動流体は、ピストンロッド２０により加えられた圧力をタンク３０内の介在部３３に伝達することが可能なものであればどのようなものであってもよく、例えば、作動流体は空気であっても構わない。
【符号の説明】
【００７０】
１、１００、１１０  上下免震装置
２  上部構造
３  免震層
４  基礎
１０  シリンダ
１１  受圧室
１２  作動油
２０  ピストンロッド
２１  ピストン
３０  タンク
３１  第一室
３２  第二室
３２ａ    絞り弁
３３  介在部
３３１  第一室側受圧板
３３１ａ  第一面
３３２  第二室側受圧板
３３２ａ  第二面
３３３  緊結ロッド
３４  圧縮空気
４０  接続管
５０  位置センサ
６０  コンプレッサ
６１  注入管
７０  調整弁
８０  ダンパ
９０  制御装置
【図１】
2014109337.tif 000003
【図２】
2014109337.tif 000004
【図３】
2014109337.tif 000005
【図４】
2014109337.tif 000006