(57)【要約】【課題】      重荷重だけでなく軽荷重にも容易に対応可能な免震装置を提案する。【解決手段】  免震装置は、スライドプレートと、リテーナーと、ベースプレートを備える。スライドプレートとリテーナーとベースプレートは、中央に、吸引力が生じる磁石を備える。スライドプレートとベースプレートは、それぞれ、磁石のまわりに、磁石の磁極の対極の上部プレート２３及び下部プレート４３を備える。リテーナーは、転動体３５によって、水平方向に移動可能である。転動体３５は、高透磁率材料部であり、上部プレート２３及び下部プレート４３の間で転動可能である。支持部３３は、低透磁率材料部であり、転動体３５を転動可能に支持する。これにより、支持部３３のまわりに磁気回路を形成し、効率的に磁気吸引力を発生させることができる。【選択図】  図８
2014222093.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地盤上又は構造物上の免震対象物を鉛直方向に支持し、水平方向に変形復元可能な免震装置であって、
前記免震対象物に固定されるためのスライドプレートと、
前記地盤又は前記構造物に固定されるためのベースプレートと、
前記スライドプレート及び前記ベースプレートとの間に水平方向に移動可能に存在するリテーナーを備え、
前記スライドプレートは、
前記リテーナー側において第１磁極を有する上部磁気部と、
前記リテーナー側において前記第１磁極と対極である第２磁極を有する上部プレート部を備え、
前記ベースプレートは、
前記リテーナー側において前記第２磁極を有する下部磁気部と、
前記リテーナー側において前記第１磁極を有する下部プレート部を備え、
前記リテーナーは、
復元した場合に前記上部磁気部及び前記下部磁気部に対向する位置に存在し、前記スライドプレート側に前記第２磁極を有し、前記ベースプレート側に前記第１磁極を有する中部磁気部と、
復元した場合に前記上部プレート部及び前記下部プレート部に接し、転動可能な磁性体の転動体と、
少なくとも前記中部磁気部と前記転動体との間に存在し、前記転動体よりも磁性が低い支持部を備えることを特徴とする免震装置。
【請求項２】
前記スライドプレートは、前記上部磁気部及び前記上部プレート部との間に形成された上部溝部を有し、
前記ベースプレートは、前記下部磁気部及び前記下部プレート部との間に形成された下部溝部を有し、
前記リテーナーの前記中部磁気部が、前記スライドプレートの前記上部磁気部及び前記上部溝部と重なって前記リテーナー側の前記上部プレート部とは重ならず、かつ、前記ベースプレートの前記下部磁気部及び前記下部溝部と重なって前記リテーナー側の前記下部プレート部とは重ならない場合の接線剛性に比較して、前記リテーナーの前記中部磁気部が、前記リテーナー側の前記上部プレート部の一部と重なり、かつ、前記リテーナー側の前記下部プレート部の一部と重なる場合の接線剛性を減少させる、請求項１に記載の免震装置。
【請求項３】
前記上部磁気部、前記中部磁気部及び前記下部磁気部は、同じ大きさで対面するものであり、
前記スライドプレートの前記リテーナー側において、前記上部磁気部の前記第１磁極を有する部分を内側に、前記上部プレート部の前記第２磁極を有する部分を外側に配置し、
前記ベースプレートの前記リテーナー側において、前記下部磁気部の前記第２磁極を有する部分を内側に、前記下部プレート部の前記第１磁極を有する部分を外側に配置して、
前記上部磁気部、前記中部磁気部、前記下部磁気部、前記下部プレート部、前記転動体及び前記上部プレート部により、磁性が低い前記支持部の周りに磁気回路を形成する、請求項１又は２に記載の免震装置。
【請求項４】
前記スライドプレートと前記リテーナーとの間、及び／又は、前記リテーナーと前記ベースプレートとの間に生じる摩擦を制御する摩擦制御手段を備える、請求項１から３のいずれかに記載の免震装置。
【請求項５】
前記リテーナーは、前記スライドプレート及び前記ベースプレートの間の隙間を制御する隙間制御手段を備える、請求項１から４のいずれかに記載の免震装置。
【請求項６】
前記転動体は、
回転軸を互いに並行とする複数の円筒ローラーであり、又は、
３個以上の球であって、少なくとも一つは、他の２つの球を結んだ直線上にはない、請求項１から５のいずれかに記載の免震装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、免震装置に関し、特に、地盤上又は構造物上の免震対象物を鉛直方向に支持し、水平方向に変形復元可能な免震装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
免震対象物（例えば、住宅、事務所、高層ビル、橋梁、プラントなど）の地震動対策は、大きく、耐震（耐力の向上、補強など）、制震（制震装置による振幅の低減、エネルギー吸収など）、免震（免震装置による振動絶縁、固有周期の伸長など）が知られている。
【０００３】
免震装置は、免震対象物と地震動を絶縁するためのものであり、地震入力エネルギーが免震対象物に入りにくくし、激しく揺れないようにするものである。免震床や免震テーブルにも免震装置が使用される。従来の免震装置は、水平固有周期の伸長が行われている。現在では、一般的なスペクトル特性を持つ地震波に対して、周期４秒以上となるような水平固有周期の伸長が実現されている。免震装置の代表例としては、積層ゴム支承と転がり免震支承が知られている。積層ゴム支承は、ゴムのせん断剛性を利用した弾性型である。転がり免震支承は、転動可能な物体を、中央を広くして両側を狭くした形状で挟むことにより、水平方向の力がかかっても、振り子のようにして、広い中央に戻るようにする、重力を利用するものである。
【０００４】
制震装置として、磁石を利用することは知られている。例えば、特許文献１及び２には、制振対象構造物と可動重量とに、それぞれ、磁石が同心円状又は平面上に交互に複数設け、これらの磁石による吸引力及び反発力を利用して位置を復元することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３０３８３４７号公報
【特許文献２】特許第４０４０１２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
積層ゴム支承は、高層建物や橋梁などの大型構造物の免震装置として多数の実績がある。しかしながら、積層ゴムの水平剛性と鉛直剛性の比率の特徴から、大型構造物に比べて鉛直反力が小さな一般住宅などの小型構造物では固有周期の伸長に必要な小さな水平剛性を積層ゴムでは実現することが困難である。また、火災などへの安全性が求められる構造物では、防火設備が必要である。
【０００７】
また、転がり免震支承は、例えば多数の転動体と平面転動面を組み合わせる方法では、大きな鉛直反力に対応できるが、水平移動に対する復元力を発生しない。そのため、積層ゴムや弾性バネなどの復元力装置を併設し、さらに、摩擦減衰が小さいので減衰装置を併設する必要がある。また、例えば単一の転動体と曲面転動面を組み合わせる方法では、重力による復元力が発生するが、風時などの居住性を考慮して復元力が小さい小振幅において免震装置の作動を停止する振止装置を併設することが多く、免震装置自体の減衰は極めて小さいので減衰装置を併設する必要がある。さらに、大きな鉛直反力に対応するためには多数の免震装置を設置する必要があり、大型構造物への適用には困難さが認められる。
【０００８】
このように、既存の免震装置は、短所を補うために、異種の免震装置、減衰装置などの制震装置、振止装置などを併設していた。
【０００９】
また、従来の磁石の利用は、専ら、複数の磁石を用いることによる単純な吸引力と反発力を利用して、エネルギーを吸収して、加速度や変形を抑制しようとする制振装置に関するするものであった。これらの装置では、磁石による復元力は、変位に対して、ほぼ線形に変化することが想定されていた（例えば、特許文献１の「磁気ばね定数」に関する説明並びに図７及び図１９のグラフ参照）。
【００１０】
そこで、本願発明は、重荷重だけでなく軽荷重にも容易に対応可能な免震装置を提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本願発明の第１の観点は、地盤上又は構造物上の免震対象物を鉛直方向に支持し、水平方向に変形復元可能な免震装置であって、前記免震対象物に固定されるためのスライドプレートと、前記地盤又は前記構造物に固定されるためのベースプレートと、前記スライドプレート及び前記ベースプレートとの間に水平方向に移動可能に存在するリテーナーを備え、前記スライドプレートは、前記リテーナー側において第１磁極を有する上部磁気部と、前記リテーナー側において前記第１磁極と対極である第２磁極を有する上部プレート部を備え、前記ベースプレートは、前記リテーナー側において前記第２磁極を有する下部磁気部と、前記リテーナー側において前記第１磁極を有する下部プレート部を備え、前記リテーナーは、復元した場合に前記上部磁気部及び前記下部磁気部に対向する位置に存在し、前記スライドプレート側に前記第２磁極を有し、前記ベースプレート側に前記第１磁極を有する中部磁気部と、復元した場合に前記上部プレート部及び前記下部プレート部に接し、転動可能な磁性体の転動体と、少なくとも前記中部磁気部と前記転動体との間に存在し、前記転動体よりも磁性が低い支持部を備えることを特徴とするものである。
【００１２】
本願発明の第２の観点は、第１の観点の免震装置であって、前記スライドプレートは、前記上部磁気部及び前記上部プレート部との間に形成された上部溝部を有し、前記ベースプレートは、前記下部磁気部及び前記下部プレート部との間に形成された下部溝部を有し、前記リテーナーの前記中部磁気部が、前記スライドプレートの前記上部磁気部及び前記上部溝部と重なって前記リテーナー側の前記上部プレート部とは重ならず、かつ、前記ベースプレートの前記下部磁気部及び前記下部溝部と重なって前記リテーナー側の前記下部プレート部とは重ならない場合の接線剛性に比較して、前記リテーナーの前記中部磁気部が、前記リテーナー側の前記上部プレート部の一部と重なり、かつ、前記リテーナー側の前記下部プレート部の一部と重なる場合の接線剛性を減少させるものである。
【００１３】
本願発明の第３の観点は、第１又は第２の観点の免震装置であって、前記上部磁気部、前記中部磁気部及び前記下部磁気部は、同じ大きさで対面するものであり、前記スライドプレートの前記リテーナー側において、前記上部磁気部の前記第１磁極を有する部分を内側に、前記上部プレート部の前記第２磁極を有する部分を外側に配置し、前記ベースプレートの前記リテーナー側において、前記下部磁気部の前記第２磁極を有する部分を内側に、前記下部プレート部の前記第１磁極を有する部分を外側に配置して、前記上部磁気部、前記中部磁気部、前記下部磁気部、前記下部プレート部、前記転動体及び前記上部プレート部により、磁性が低い前記支持部の周りに磁気回路を形成するものである。
【００１４】
本願発明の第４の観点は、第１から第３のいずれかの観点の免震装置であって、前記スライドプレートと前記リテーナーとの間、及び／又は、前記リテーナーと前記ベースプレートとの間に生じる摩擦を制御する摩擦制御手段を備えるものである。
【００１５】
本願発明の第５の観点は、第１から第４のいずれかの観点の免震装置であって、前記リテーナーは、前記スライドプレート及び前記ベースプレートの間の隙間を制御する隙間制御手段を備えるものである。
【００１６】
本願発明の第６の観点は、第１から第５のいずれかの観点の免震装置であって、前記転動体は、回転軸を互いに並行とする複数の円筒ローラーであり、又は、３個以上の球であって、少なくとも一つは、他の２つの球を結んだ直線上にはないものである。
【００１７】
なお、上部プレート部、下部プレート部、上部磁気部、中部磁気部及び下部磁気部の一部を磁気発生部（例えば磁石等）とし、他を、支持部よりも磁性が高い磁性体としてもよい。一部を磁性体とすることにより、最少個数の磁石等を用いて、ベースプレートとリテーナーとベースプレートにおける磁気回路を形成することができる。磁石等としては、例えば、高磁束のネオジウム系磁石、低磁束のフェライト系磁石などを用いることができる。磁石の種類は、免震対象物の質量や社会的な重要度に合わせて選定すればよい。磁石の固定は、既存の接着剤やしまりばねなどの技術で容易に実現可能である。
【００１８】
ここで、変形復元可能とは、外乱の作用によって、免震装置のスライドプレートとリテーナーおよびベースプレートのそれぞれが、元の位置から水平方向に相対的に移動し、外乱の作用が無くなるとスライドプレート、リテーナーおよびベースプレートが元の位置に戻ることを示す。
【００１９】
また、本願発明の各観点の免震装置において、支持部等（低透磁率材料部）の磁性が低い部分を構成する各材料の磁束密度は、転動体等（高透磁率材料部）の磁性が高い部分を構成する各材料の磁束密度に比べて、無視することができる程度に小さいことが望ましい。例えば、高透磁率材料部の磁束密度は、低透磁率材料部の磁束密度の５０倍以上であれば、低透磁率材料部の磁界の影響を十分に無視することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本願発明の各観点によれば、磁力線が形成する磁気回路は、磁性が低い支持部の周りに発生し、ベースプレートの下部磁気部から、下部磁気部とリテーナーの中部磁気部の間の隙間、中部磁気部、中部磁気部とスライドプレートの上部磁気部の間の隙間を貫通して上部磁気部に向かい、スライドプレートにおいて上部磁気部から上部プレート部に向かって貫通し、スライドプレートの上部プレート部から転動体内部を貫通してベースプレートの下部プレート部に向かい、ベースプレートにおいて下部プレート部から下部磁気部に向かって貫通するもの、又は、これと逆順となるものである。これにより、磁気抵抗が少なく周回路となる磁路を形成して磁束を増強し、磁気吸引力及び磁気復元力を効率よく発生させる磁気回路を構成して、重荷重だけでなく軽荷重にも容易に対応することが可能になる。
【００２１】
さらに、磁気回路による、スライドプレートの上部磁気部、リテーナーの中部磁気部、ベースプレートの下部磁気部の間の相互の磁気吸引力の作用、及び、スライドプレートの上部プレート部、転動体、ベースプレートの下部プレート部の間の相互の磁気吸引力の作用によって、スライドプレート、リテーナー、ベースプレートの間に生じる水平方向の相互の変位を元に戻す磁気復元力を発生させるだけでなく、スライドプレート、リテーナー、及び、ベースプレート間の水平方向の相互の変位の増加に伴って、磁気復元力の接線剛性が減少する。磁気復元力が、このような力学特性を有することから、水平変位の増加により水平固有周期が増加する非線形固有振動特性を有することとなる。この非線形固有振動特性を持つ本発明の免震装置の共振条件は、振動体の固有周期と外乱の周期の一致、及び、振動体の固有周期に対応する固有振幅と外乱の作用による振動体の振幅の一致の二つである。例えば、振幅に拘わらずに固有周期が一定である線形固有振動特性を持つ免震装置であれば、共振条件は振動体の固有周期と外乱の周期の一致のみである。よって、共振の条件が固有周期と固有振幅の二つである非線形固有振動特性を持つ本願発明の各観点の免震装置は、積層ゴム支承や転がり免震支承等の線形固有振動特性を持つ免震装置に比べて、地震動との共振の可能性を著しく小さくすることができる。
【００２２】
さらに、スライドプレート、リテーナー、及び、ベースプレート間の相互の磁気吸引力と磁気復元力の作用によって、リテーナー（特に、転動体）の逸脱を防止することができ、免震装置の地震時の安定作動を実現することが可能になる。一般に、一つの免震対象物に対して、複数の免震装置が使用される。各免震装置の転動平面は、望ましくは互いに平行になることが理想的であるが、装置の据付誤差などにより各装置の転動平面が互いに平行とならない場合がある。また、地震時中に、地盤又は構造物の変形により、いずれかの免震装置に傾きが生じたり、不等沈下が生じたりすることがある。そのような場合には、従来の装置では、作動中に転動体と転動平面とが離れて転動体の回転不足が生じてしまった。転動体の回転不足がリテーナーの中で偏ったりリテーナーの全体に広がると、リテーナーの移動方向が本来移動すべき方向から逸れたりリテーナーが回転したりする。最悪の場合はリテーナーが逸脱し、転動体が転動平面から外れ、免震装置の機能が失われる場合がある。本願発明の各観点の免震装置によれば、磁気吸引力と磁気復元力は、リテーナーがスライドプレートとベースプレートのそれぞれの変位の中間の位置に留まるように作用するので、リテーナーの運動が転動体の運動のみに依存する場合に比べて、地震時のリテーナーの逸脱、すなわち、転動体の転動平面からの逸脱の可能性を著しく小さくすることが可能になる。
【００２３】
本願発明の各観点によれば、磁気吸引力及び磁気復元力を効率よく発生させて免震対象物の水平固有周期の伸長を実現し、重荷重だけでなく軽加重にも容易に対応して居住性を向上させるだけでなく、非線形固有振動特性により共振可能性を低くしたり、リテーナーの逸脱の可能性を低くしたりすることが可能になる。さらに、ゴムのような可燃性の材料を免震対象物を鉛直方向に支持する部材の材料として用いる必要がないため、火災への安全性を向上させることもできる。このように、本願発明の各観点によれば、地震に対して安全な社会の維持・構築に貢献することができる。
【００２４】
さらに、本願発明の第２の観点によれば、スライドプレートにおいて上部磁気部と上部プレート部との間に形成された上部溝部、及び、ベースプレートにおいて下部磁気部及び下部プレート部との間に形成された下部溝部を利用して、磁気復元力の接線剛性を、水平相対変位の小さい側に高剛性領域を形成し、大きい側に低剛性領域を形成することができる。本願発明の各観点によれば、磁気吸引力及び磁気復元力を効率よく発生させており、風等による小振幅時について、従来の装置に比べて、振止装置の必要性は低い。さらに、一般に、小振動に対しては、免震対象物地震が十分な地震時安全性を確保していると考えられる。本願発明の第２の観点によれば、小振動に比較して、地震等の大振動に対して固有周期をより伸長して免震効果を高めることにより、効率よく免震効果を実現することが可能になる。
【００２５】
さらに、本願発明の第３の観点によれば、リテーナーにおいて、中部磁気発生部は内側に配置され、その外側に転動体が配置されることによって、大きな鉛直支持力と小さな復元力に対応することが可能になる。すなわち、上部プレート部及び下部プレート部の面積を大きくして転動体の数を増やすことによって鉛直支持力を大きくし、上部磁気発生部、下部磁気発生部及び中部磁気発生部の面積を小さくして、磁気発生源の起磁力を小さくすることによって磁気復元力を小さくすることが可能となる。これは、特に、免震対象物の自重が大きく大きな鉛直力が必要であるが、大きな復元力は必要としない場合に、経済的に適したものである。
【００２６】
さらに、本願発明の第４の観点によれば、スライドプレートとリテーナーとの間、及び／又は、ベースプレートとリテーナーとの間に生じる摩擦を制御することにより、装置に減衰を付加することができる。また、本願発明の第５の観点によれば、上側隙間及び下側隙間の間隔により磁気抵抗を調整することよって、磁気回路の磁束を容易に調整する、すなわち、磁気吸引力及び磁気復元力の大きさを容易に調整することが可能になる。上側隙間と下側隙間の磁気抵抗は、それらの間隔によって大きく変動する。そのため、隙間保持手段によって、上側隙間と下側隙間の間隔を一定に保つことによって、両隙間の磁気抵抗を一定になり、磁気回路を安定化することが可能になる。なお、第４の観点の減衰の付加と、第５の観点の隙間の間隔保持は、一つの手段によって同時に行うことができる。
【００２７】
さらに、本願発明の第６の観点によれば、転動体を複数の円筒ローラーによって構成する場合には、免震対象物の免震方向が一方向に限定することができ、さらに、ローラーは、球に比べて１個あたりの支圧耐力が大きいことから、免震対象物の作動方向が限定され、質量が大きい場合に対応することができる。他方、転動体を複数の球によって構成する場合には、任意の水平方向の地震動に免震効果を発揮でき、さらに、免震対象物の質量に応じて、球の個数により鉛直方向の支持力を調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本願発明の実施の形態に係る免震システムの構成の一例を示す図である。
【図２】図１のスライドプレート１１の概要を示す図であり、（ａ）中央断面図と、（ｂ）底面図である。
【図３】図１のリテーナー１３の概要を示す第１図であり、平面図である。
【図４】図１のリテーナー１３の概要を示す第２図であり、転動体３５を含む中央断面図である。
【図５】図１のリテーナー１３の概要を示す第３図であり、（ａ）隙間保持器３７を含む中央断面図と、（ｂ）隙間保持器３７の拡大図である。
【図６】図１のベースプレート１５の概要を示す図であり、（ａ）中央断面図と、（ｂ）平面図である。
【図７】図１の免震装置３の中央断面図であって、（ａ）転動体３５を含むものと、（ｂ）隙間保持器３７を含むものである。
【図８】図１の免震装置３の磁気回路の一例を示す図である。
【図９】図８の磁気回路と等価な磁気回路を示す図である。
【図１０】図１の免震装置３について、静止状態Ｉにおける転動体３５を含む中央断面図における主要な磁力線を示す図である。
【図１１】図１の免震装置３について、スライドプレートとベースプレートの相対変位ｕが０＜ｕ＜２ｅを満たす状態IIにおけるせん断変形の様子及び主要な磁力線の位置を示す図であり、（ａ）全体図と、（ｂ）中央部の拡大図である。
【図１２】図１の免震装置３について、相対変位ｕがｕ＝２ｅを満たす状態IIIにおけるせん断変形の様子及び主要な磁力線の位置を示す図であり、（ａ）全体図と、（ｂ）中央部の拡大図である。
【図１３】図１の免震装置３について、相対変位ｕが２ｅ＜ｕ＜ａを満たす状態IVにおけるせん断変形の様子及び主要な磁力線の位置を示す図であり、（ａ）全体図と、（ｂ）中央部の拡大図である。
【図１４】リテーナー１３に作用する主な力、及び、それらに対応して、スライドプレート１１とベースプレート１５に作用する力を示す図である。
【図１５】転動体３５に作用する主な力、及び、これらに対応して、スライドプレート１１とベースプレート１５に作用する力を示す図である。
【図１６】図５（ｂ）の隙間保持器３７の他の一例を示す図である。
【図１７】転動体３５としてローラーにより実現する場合に、磁路を作動方向と作動直角方向に発生させる例を示す図であり、（ａ）側面図、（ｂ）スライドプレートの底面図、（ｃ）リテーナーの平面図、（ｄ）ベースプレートの平面図である。
【図１８】転動体３５としてローラーにより実現する場合に、磁路を作動直角方向に発生させる例を示す図であり、（ａ）側面図、（ｂ）スライドプレートの底面図、（ｃ）リテーナーの平面図、（ｄ）ベースプレートの平面図である。
【図１９】組み立てる前のスライドプレート１１の上部磁石２１と上部プレート２３の磁束密度の分布を示すグラフである。
【図２０】組み立てる前のリテーナー１３の磁束密度の分布を示すグラフである。
【図２１】組み立てる前のベースプレート１５の下部磁石４１の上面と下部プレート４３の上面の磁束密度の分布を示すグラフである。
【図２２】組み立てられた免震装置３の相対変位ｕと復元力Ｒの履歴曲線を示すグラフである。
【図２３】免震装置３の自由振動記録の一例である。
【図２４】図２３と同様な試験を１０回繰り返して得られた振幅と周期の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下では、図面を参照して、本願発明の実施例について説明する。なお、本願発明は、この実施例に限定されるものではない。
【実施例】
【００３０】
図１は、本願発明の実施の形態に係る免震システムの一例の概要を示す図である。図１の免震システムは、地盤７上に、免震対象物１、免震装置３、及び、下部構造５（本願請求項の「構造物」の一例）を備える。下部構造５は、地盤７の上に位置する。免震装置３は、下部構造５の上で、免震対象物１を鉛直方向に支持し、鉛直方向に直交する水平面内の任意の水平方向において、免震対象物１と下部構造５の相対変位に対する復元性を有する。ここで、水平方向の相対変位に関する復元性とは、免震対象物１に対する水平方向と平行な外力の作用に対して、免震装置３が水平方向にせん断変形することにより、免震対象物１が静止時の元の位置から外力の作用方向に移動し、外力を取り除くと、免震装置３のせん断変形が元に戻ることによって、免震対象物１が静止時の元の位置に戻ることを意味する。免震装置３のせん断変形を元に戻す復元力は、せん断変形の増加に対して復元力の接線剛性が減少する漸軟ばね型の力学特性を示す。ここで、復元力の接線剛性とは、変形の微小増加量と変形の微小増加で生じる復元力の増加量との比であり、式(1)で定義される。なお、式(1)中の「変形」は、せん断変形、変位、相対変位と読み替えてもよい。
【００３１】
免震装置３は、スライドプレート１１（本願請求項の「スライドプレート」の一例）と、リテーナー１３（本願請求項の「リテーナー」の一例）と、ベースプレート１５（本願請求項の「ベースプレート」の一例）を備える。
【００３２】
【数１】
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【００３３】
図２は、スライドプレート１１の概要を示す図である。（ａ）は中央断面図であり、（ｂ）はリテーナー１３側からの底面図である。スライドプレート１１は、免震対象物１に固定される。スライドプレート１１は、上部磁石２１（本願請求項の「上部磁気部」の一例）と、上部プレート２３（本願請求項の「上部プレート部」の一例）と、上部溝２５（本願請求項の「上部溝部」の一例）を備える。
【００３４】
スライドプレート１１は、概円盤状の形状である。リテーナー１３と対面する面は、上部磁石２１を内側にし、これを囲うように上部プレート２３を配置している。上部溝２５は、上部磁石２１と上部プレート２３の境界に位置する。上部磁石２１の直径をａとする。上部溝２５の幅をｅとする。上部磁石２１の直径ａと上部溝２５の幅ｅは、それぞれ、免震装置３のせん断変形可能量と復元力特性に関係する。
【００３５】
図３、４及び５は、リテーナー１３の概要を示す図である。図３は、平面図である。図４は、転動体を含む面での中央断面図である。図５において、（ａ）は隙間保持器を含む面での断面図であり、（ｂ）は隙間保持器の近傍の拡大図である。リテーナー１３は、スライドプレート１１とベースプレート１５の間に存在し、水平方向に移動可能なものである。リテーナー１３は、中部磁石３１（本願請求項の「中部磁気部」の一例）と、支持部３３（本願請求項の「支持部」の一例）と、転動体３５（本願請求項の「転動体」の一例）と、隙間保持器３７（本願請求項の「摩擦制御手段」及び「隙間制御手段」の一例）を備える。
【００３６】
リテーナー１３は、概円盤状の磁気発生体である中部磁石３１を中央に備え、その外側を囲うように概円盤状の低透磁率材料部である支持部３３を備える。支持部３３には、転動体３５（支持部３３内の大きな円で図示）が転動可能に格納され、また、隙間保持器３７（支持部３３内の小さな円で図示）が設けられている。中部磁石３１は、支持部３３の中央に設けられた円筒穴に固定され、転動体３５は、支持部３３に設けられた穴（例えば、円筒穴でもよい）に転動可能に格納される。隙間保持器３７を格納するための穴は、例えば、スライドプレート１１に対面する側及びベースプレート１５に対面する側に開口する止まり円筒穴とし、鉛直方向に上下一対となるように配置する。なお、転動体３５を格納するための穴は、転動体３５を転動自在に格納できればよく、円筒穴でなくてもよい。例えば、転動体３５とリテーナー１３の鉛直方向の相対変位を制限し、スライドプレート１１とリテーナー１３の鉛直方向の間隔及びリテーナー１３とベースプレート１５の鉛直方向の間隔を一定とする形態としてもよい。このような構成により、転動体３５を格納するための穴は、隙間保持手段を兼ねることができる。
【００３７】
中部磁石３１は、直径ｂ・高さｃの円盤状の形態とする。中部磁石３１は、スライドプレート１１側とベースプレート１５側とで、異なる磁極とする。なお、中部磁石３１は、その一部を高透磁率材料で作成したものでもよい。例えば、中部磁石２１のスライドプレート１１側及び／又はベースプレート１３側の一部を、高透磁率材料のヨークとしてもよい。
【００３８】
図４を参照して、転動体３５について説明する。転動体３５は、復元した位置において、上部プレート２３及び下部プレート４３に対向する位置にあり、上部プレート２３及び下部プレート４３の間で回転して移動する。スライドプレート１１、リテーナー１３、及び、ベースプレート１５は、転動体３５の転動に伴う水平方向の移動によって、相互に水平方向の相対変位が生じる。転動体３５の転動に伴ってスライドプレート１１、リテーナー１３、ベースプレート１５が水平方向に相互に移動することを、免震装置３のせん断変形と定義する。リテーナー１３の水平方向の変位は、スライドプレート１１とベースプレート１５の水平方向のそれぞれの変位の中間になる。
【００３９】
転動体３５は、直径ｄ（ｄ＞ｃ）の球であり、高透磁率材料で形成する。転動体３５は、支持部３３に、転動自在に且つ鉛直方向に遊動自在になるように格納される。図３では、転動体３５の配置は、直径の異なる二つの円周ｑ上とｒ上に転動体３５が交互に並ぶ千鳥配置とした。転動体３５の配置は、望ましくは、単位面積当たりの転動体３５の個数が多く、中部磁石３１のスライドプレート１１側の中心とベースプレート１５側の中心を結ぶ軸線に対して、転動体３５の位置が軸対称となるようなものがよい。転動体３５の配置は、免震装置３の最大せん断変形量、転動体３５の個数と直径ｄ、中部磁石３１の直径ｂなどに応じて、適宜、決めればよい。
【００４０】
図５を参照して、隙間保持器３７について説明する。隙間保持器３７は、スライドプレート３とリテーナー５の間及びベースプレート７とリテーナー５の間にあって、スライドプレート３とリテーナー５の鉛直方向の間隔及びベースプレート７とリテーナー５の鉛直方向の間隔をそれぞれ一定に保つと共に、免震装置３に摩擦減衰を付与するものである。
【００４１】
隙間保持器３７は、圧縮体３７１と、副転動体３７３と、副転動体保持器３７５で構成し、これらは低透磁率材料で形成する。副転動体保持器３７５は概円筒状であり、一方の先端に圧縮体３７１を備え、他方の先端に備えた半球状の凹面で副転動体３７３を転動自在に保持する。なお、凹面と副転動体３７３の間に、低透磁率材料で形成された小型転動体を介在させてもよい。圧縮体３７１は、概円盤状とし、鉛直方向の圧縮力Ｖによって変形と復元が可能である。圧縮体３７１は、弾性に限らず、弾塑性、粘弾性などの力学特性を示す材料で形成してもよく、形状は、格納できる他の形状としてもよい。さらに、圧縮体３７１は、皿ばねや弦巻ばねなどの形態を用いてもよい。本実施例では、副転動体３７３は球である。
【００４２】
隙間保持器３７は、副転動体３７３と圧縮体３７１が、それぞれ、リテーナー１３の外方と内方に位置するように、且つ、鉛直方向に遊動自在になるように、支持部３３の格納部内に挿入される。また、図５に示すように、隙間保持器３７は、鉛直方向に上下一対となるように配置される。上下一対の隙間保持器３７の上方の先端は、スライドプレート１１と接触し、下方の先端はベースプレート１５に接触する。上方の先端と下方の先端の鉛直方向の間隔ｄは、転動体３５の直径に等しい。上方の先端と下方の先端には、上下一対の圧縮力Ｖが作用する。上下一対の圧縮力Ｖの作用下で、隙間保持器３７の支持部３３からの突出高ｊは、一定に保たれる。すなわち、隙間保持器３７は、リテーナー１３とスライドプレート１１の鉛直方向の間隔、及び、リテーナー１３とベースプレート１５の鉛直方向の間隔を一定に保つ。
【００４３】
図６は、ベースプレート１５の概要を示す図である。（ａ）は中央断面図であり、（ｂ）はリテーナー１３側からの平面図である。ベースプレート１５の構成は、スライドプレート１１の構成と同様であるが、上下が逆となり、磁極が異なる。ベースプレート１５は、下部構造５に固定される。ベースプレート１５は、下部磁石４１（本願請求項の「下部磁気部」の一例）と、下部プレート４３（本願請求項の「下部プレート部」の一例）と、下部溝４５（本願請求項の「下部溝部」の一例）を備える。
【００４４】
ベースプレート１５は、概円盤状の形状である。リテーナー１３と対面する面は、下部磁石４１を内側にし、これを囲うように下部プレート４３を配置している。下部溝４５は、下部磁石４１と下部プレート４３の境界に位置する。下部磁石４１の直径をａとする。下部溝４５の幅をｅとする。下部磁石４１の直径ａと下部溝４５の幅ｅは、それぞれ、免震装置３のせん断変形可能量と復元力特性に関係する。
【００４５】
図７は、免震装置３が静止状態、すなわち、スライドプレート１１とベースプレート１５の相対変位がゼロである中立時における、免震装置３の鉛直断面図である。（ａ）は、転動体３５を含み、（ｂ）は、隙間保持器３７を含む。
【００４６】
図７において、スライドプレート１１の上部磁石２１の下面とリテーナー１３の中部磁石３１の上面は、隙間を挟んで鉛直方向に互いに対面する。リテーナー１３の中部磁石３１の下面とベースプレート１５の下部磁石４１の上面は、隙間を挟んで鉛直方向に互いに対面する。スライドプレート１１の上部磁石２１の下面とベースプレート１５の下部磁石の上面は、リテーナー１３を挟んで鉛直方向に互いに対面する。スライドプレート１１の上部磁石２１の下面とリテーナー１３の中部磁石３１の上面の隙間、及び、リテーナー１３の中部磁石３１の下面とベースプレート１５の下部磁石４１の上面の隙間を、それぞれ、上側隙間、及び、下側隙間という。
【００４７】
図７（ａ）において、スライドプレート１１の上部プレート２３の下面とベースプレート１５の下部プレート１５の上面は、リテーナー１３を挟んで鉛直方向に互いに対面する。免震装置３は、スライドプレート１１の上部プレート２３の下面とベースプレート１５の下部プレート４３の上面が転動体３５と接触するように組み立てられている。転動体３５の弾性変形を無視すると、スライドプレート１１の上部プレート２３の下面とベースプレート１５の下部プレート４３の上面の鉛直方向の間隔は、転動体の直径ｄに等しい。スライドプレート１１の上部プレート２３の下面及びベースプレート１５の下部プレート４３の上面が転動体３５と接触する接触部を、それぞれ、上側接触部及び下側接触部という。
【００４８】
図７（ｂ）において、スライドプレート１１の上部プレート２３の下面及びベースプレート１５の下部プレート４３の上面は、それぞれ、隙間保持器３７の上方及び下方の先端に接触する。スライドプレート１１の上部プレート２３の下面とベースプレート１５の下部プレート４３の上面の鉛直方向の間隔は、転動体３５の直径ｄに等しい。
【００４９】
本実施例では、スライドプレート１１の上部磁石２１及びベースプレート１５の下部磁石４１の直径ａと、リテーナー１３の中部磁石３１の上面及び下面の直径ｂは等しい。この理由は、後述する。
【００５０】
ここで、高透磁率材料と低透磁率材料について説明する。高透磁率材料は、低透磁率材料と比較して、例えば、免震装置３が発生する磁界に拘わらず、同一条件の磁界中において、一方の材料の磁束密度の大きさが、他方の材料の磁束密度に比べて、５０倍以上大きいものをしようすることが考えられる。高透磁率材料と低透磁率材料は、それぞれ、金属や非金属の材料であってよい。高透磁率材料の磁束密度に対し、低透磁率材料の磁束密度が１／５０（上記５０倍の逆数）以下であれば、免震装置におけるスライドプレート、リテーナー、ベースプレートの磁石が発する磁界に対する低透磁率材料の影響は、実用的に無視できる。
【００５１】
続いて、スライドプレート１１、リテーナー１３及びベースプレート１５の構成及び磁極について説明する。以下では、第１磁極をＳ極、第２磁極をＮ極として説明するが、逆であってもよい。また、上側隙間、下側隙間、上側接触部の付近、下側接触部の付近を除く部分の磁束漏れを無視する。
【００５２】
まず、スライドプレート１１について説明する。図２（ａ）に、スライドプレート１１の磁気極性の一例を示す。上部磁石２１は、リテーナー１３側（下側）がＳ極、異なる側（上側）がＮ極の磁石である。スライドプレート１１のリテーナー１３側において、上部磁石２１は、内側に配置される。上部プレート２３は、高透磁率材料のものであり、リテーナー１３側では上部磁石２１の外側に配置され、リテーナー１３とは反対側では上部磁石２１のＮ極側を覆うように配置されている。本実施例では、上部プレート２３は、上部磁石２１を格納するために中央が凹んでおり、上部磁石２１は、凹んだ部分に接着剤などで固定されている。本実施例では、スライドプレート１１のリテーナー１３側は、平面状になっている。転動体３５は、上部プレート２３上を転動するが、上部磁石２１上には侵入しない。上部プレート２３は、上部磁石２１のＮ極によって、リテーナー１５側においてＮ極となる。
【００５３】
続いて、リテーナー１３について説明する。図４及び図５（ａ）に、リテーナー１３の磁気極性の一例を示す。中部磁石３１は、スライドプレート１１側（上側）がＮ極、ベースプレート１５側（下側）がＳ極の磁石である。支持部３３は、低透磁率材料のものである。転動体３５は、高透磁率材料のものである。隙間保持器３７は、低透磁率材料のものである。
【００５４】
続いて、ベースプレート１５について説明する。図６に、ベースプレート１５の磁気極性の一例を示す。ベースプレート１５の構成は、スライドプレート１１の構成と同様であるが、上下が逆となり、磁極が異なる。下部磁石４１は、リテーナー１３側（上側）がＮ極、異なる側（下側）がＳ極の磁石である。ベースプレート１５のリテーナー１３側において、下部磁石４１は、内側に配置される。下部プレート４３は、高透磁率材料のものであり、リテーナー１３側では下部磁石４１の外側に配置され、リテーナー１３とは反対側では下部磁石４１のＳ極側を覆うように配置されている。本実施例では、下部プレート４３は、下部磁石４１を格納するために中央が凹んでおり、下部磁石４１は、凹んだ部分に接着剤などで固定されている。本実施例では、ベースプレート１５のリテーナー１３側は、平面状になっている。転動体３５は、下部プレート４３上を転動するが、下部磁石４１上には侵入しない。下部プレート４３は、下部磁石４１のＳ極によって、リテーナー１３側においてＳ極となる。
【００５５】
なお、上部溝２５及び／又は下部溝４５は、低透磁率材料で充填して閉塞してもよい。これにより、上部磁石２１と上部プレート２３、及び／又は、下部磁石４１と下部プレート４３が、異物などで磁気的に短絡し難くなる。また、これにより、上部磁石２１と上部プレート２３、及び／又は、下部磁石４１と下部プレート４３を固定してもよい。また、上部磁石２１及び／又は下部磁石４１を、コイル式電磁石としても良い。この場合、コイル部を上部溝２５及び／又は下部溝４５に設置すると効果的であり、上部磁石２１と上部プレート２３とを、及び／又は、下部磁石４１と下部プレート４３とを、連続する磁心として構成しても良い。
【００５６】
スライドプレート１１、リテーナー１３、及び、ベースプレート１５は、これらの磁気特性に係る構成上の特徴により、水平方向のせん断変形に関する漸軟ばね型の復元力特性が付与され、地盤７の地震動に対して、優れた免震効果を発揮する。免震装置３の漸軟ばね型の復元力特性により、振動体（免震対象物１及び免震装置３）の水平方向の水平固有周期は、免震装置３のせん断変形の振幅（免震対象物１と下部構造５の相対振幅）の増加に伴って増加する。本願発明によれば、振動体は、漸軟ばね型の非線形固有振動特性を有する。免震装置３の復元力特性を適宜調整することにより、振動体の固有周期を伸長し、所要の非線形固有振動特性を得ることができる。
【００５７】
図８は、免震装置３の磁気回路の一例を示す図である。磁力線が形成する磁気回路は、次のようになる。まず、ベースプレート１５の下部磁石４１から、下側隙間、リテーナー１３の中部磁石３１、上側隙間を貫通して、スライドプレート１１の上部磁石２１に向かう。そして、上部プレート２３が高透磁率材料であることから、スライドプレート１１において、上部磁石２１から上部プレート２３に向かって貫通する。そして、転動体３５が高透磁率材料であることから、スライドプレート１１の上部プレート２３から転動体３５を貫通して、ベースプレート１５の下部プレート４３に向かう。下部プレート４３が高透磁率材料であることから、ベースプレート１５において、下部プレート４３から下部磁石４１に向かって貫通する。なお、Ｓ極とＮ極が逆の場合には、逆順となる。このように、磁気抵抗が少なく周回路となる磁路を形成して磁束を増強し、磁気吸引力及び磁気復元力を効率よく発生させる磁気回路を構成して、重荷重だけでなく軽荷重にも容易に対応することが可能になる。
【００５８】
さらに、図８の磁気回路において、下部磁石４１、中部磁石３１、及び、上部磁石２１の間の相互の磁気吸引力の作用、及び、上部プレート２３、転動体３５、下部プレート４３の間の相互の磁気吸引力の作用によって、スライドプレート１１、リテーナー１３及びベースプレート１５の間に、水平方向の相互の変位を元に戻す磁気復元力が発生する。さらに、スライドプレート１１、リテーナー１３及びベースプレート１５の間の水平方向の相互の変位が増加するに伴い、磁気復元力の接線剛性が減少する。磁気復元力は、このような力学的特性を有することから、水平変位の増加により水平固有周期が増加する非線形固有振動特性を有することとなる。そのため、免震装置３の共振条件は、振動体の固有周期と外乱の周期の一致、及び、振動体の固有周期に対応する固有振幅と外乱の作用による振動体の振幅の一致の二つである。よって、免震装置３は、線形固有振動特性を持つ免震装置に比べて、地震動との共振の可能性を著しく小さくすることができる。
【００５９】
さらに、スライドプレート１１、リテーナー１３及びベースプレート１５の間の相互の磁気吸引力と磁気復元力の作用によって、リテーナー１３の逸脱を防止することができ、免震装置の地震時の安定作動を実現することが可能になる。リテーナー１３に生じる磁気吸引力と磁気復元力は、リテーナー１３がスライドプレート１１とベースプレート１５のそれぞれの変位の中間の位置に留まるように作用するので、リテーナー１３の運動が転動体３５の運動のみに依存する場合に比べて、地震時のリテーナー１１の逸脱、すなわち、転動体３５の転動平面からの逸脱の可能性を著しく小さくすることが可能になる。
【００６０】
図９は、スライドプレート１１の上部磁石２１及び上部プレート２３、リテーナー１３の中部磁石３１及び転動体３５、並びに、ベースプレート１５の下部磁石４１及び下部プレート４３が構成する磁気回路と等価な磁気回路を示す図である。ここで、磁気発生部１５１、１５３及び１５５は、それぞれ、上部磁石２１、中部磁石３１、及び、下部磁石４１の起磁力である。磁気抵抗１５７及び１５９は、それぞれ、上側隙間及び下側隙間の磁気抵抗である。磁気抵抗１６１、１６３及び１６５は、それぞれ、上部プレート２３（上部プレート２３と上部磁石２１の接触部を含む。）、転動体３５（上側接触部と下側接触部を含む。）、及び、下部プレート４３（下部プレート４３と下部磁石４１の接触部を含む）の磁気抵抗である。Φは、磁束である。
【００６１】
図９の等価磁気回路の磁束Φの大きさは、磁気発生部１５１、１５３及び１５５の起磁力の大きさ、及び、磁気抵抗１５７及び１５９の大きさによって、容易に調整ができる。すなわち、上部磁石２１、中部磁石３１、下部磁石４１のそれぞれの起磁力、及び、上側隙間と下側隙間のそれぞれの大きさによって、等価磁気回路を流れる磁束Φの大きさを調整できる。免震装置の磁気吸引力は、磁束Φの大きさによって決まる。磁気発生部１５１、１５３及び１５５のそれぞれの起磁力の方向を総て逆転させると、磁束Φの向きは逆転する。
【００６２】
なお、上部磁石、中部磁石及び下部磁石は、少なくとも一つを電磁石で構成してもよい。そのような構成では、電磁石の起磁力を時間的に変化させることにより、磁束Φの大きさ、すなわち、免震装置の磁気吸引力を時間的に変化させることができる。
【００６３】
また、上部磁石２１、中部磁石３１及び下側磁石４１の何れか一つまたは二つを、ヨークに置き換えてもよい。このような構成では、等価磁気回路において、それらに対応する磁気発生部の起磁力の何れか一つまたは二つが磁気抵抗に置き換わる磁気回路が成立する。したがって、このような構成では実施例に比べて磁気回路の磁束が大幅に小さくなり、結果として磁気吸引力も大幅に小さくなる。
【００６４】
本願発明の特徴は、図９で表される磁気回路を成立させ、効率的に磁気吸引力を発生させるために、スライドプレート１１、リテーナー１３、ベースプレート１５に所要の磁気特性を持たせると共に、それらを適切に配置するところにある。この特徴に付随して、本実施例には、磁気発生源をスライドプレート１１、リテーナー１３及びベースプレート１５に分散させることにより、且つ、これらの３個の磁気発生源により磁気回路の起磁力を高めることにより、体積的にコンパクトな装置を実現できる特徴がある。
【００６５】
さらに、本実施例では、磁石の磁束密度の分布を考慮して、上部磁石２１、中部磁石３１、下部磁石４１を同径とし、各磁極の磁束密度が高い外縁部を対向させることによって磁気吸引力を高める。磁石の磁束密度は、内側に比べて外縁部が大きくなり、磁界中の磁性体の磁束密度は、磁路が短くなる部分で大きくなる性質がある。また、磁気吸引力は、互いに異極で磁束密度が大きい部分同士が対面する場合に大きくなる性質がある。本実施例では、静止状態の免震装置３において、磁気吸引力をより大きくするために、上部磁石２１、中部磁石３１、下部磁石４１のそれぞれの直径を同径とし、上部磁石２１及び中部磁石３１のそれぞれの外縁部を向き合わせ、且つ、下部磁石４１及び中部磁石３１のそれぞれの外縁部を向き合わせた。
【００６６】
中部磁石３１の直径ｂは、上部磁石２１と下部磁石４１の直径ａより小さくしてもよいが、本実施例に比べて磁気吸引力が小さくなる。中部磁石３１の直径ｂを上部磁石２１と下部磁石４１の直径ａより大きくしてもよいが、本実施例に比べて磁気吸引力がさらに小さくなる。
【００６７】
続いて、免震装置の水平変位方向の復元力の特性について説明する。
【００６８】
図１０は、免震装置３について、転動体３５を含む中央断面図における主要な磁力線を示す図である。磁石の磁束密度は、外縁部が内側に比べて大きくなり、磁界中の磁性体の磁束密度は磁路が短くなる部分で大きくなる性質がある。そのため、図１０の磁力線で示すように、上部磁石と下部磁石のそれぞれの外縁部付近の磁束密度が特に大きくなる。
【００６９】
図１０は、静止状態の免震装置３の断面図であり、スライドプレート１１とベースプレート１５の水平方向の相互の相対変位はゼロである。これを状態Ｉと呼ぶ。この状態では、互いに異極である上部磁石２１の下面と中部磁石３１の上面が正対し、中部磁石３１の下面と下部磁石４１の上面が正対している。そのため、下部磁石４１の上面から中部磁石３１の下面に向かう磁界（磁力線）は、下側隙間を直線的に貫通する。同様に、中部磁石３１の上面から上部磁石２１の下面に向かう磁界（磁力線）は、上側隙間を直線的に貫通する。特に、上部磁石２１、中部磁石３１、下部磁石４１のそれぞれの磁極面の磁束密度は、磁極面の中心から外縁に向かって大きくなり、磁気回路の磁路はスライドプレートの上部プレート内の最短経路、及び、ベースプレートの下部プレート内の最短経路となる。そのため、上部磁石２１の下面、中部磁石３１の上面及び下面、並びに、下部磁石４１の上面のそれぞれの外縁部の内側周辺部が主要な磁路を形成し、これらの部分の磁束密度が大きくなる。これらの外縁部の内側周辺部の磁界によって、主に磁気吸引力が生じる。
【００７０】
図３に示すように、転動体３５は、水平面内に、中部磁石３１（磁気発生体）を中心として放射状に配置されている。そのため、各転動体３５を通る図１０に示すような磁力線が放射状に存在する。すなわち、スライドプレート１１の上部磁石２１及び上部プレート２３、リテーナー１３の中部磁石３１及び転動体３５、ベースプレートの下部磁石４１及び下部プレート４３は、図１０の磁力線で示されるような磁路群からなる磁気回路を構成する。この磁気回路の作用によって、スライドプレート１１とリテーナー１３とベースプレート１５の磁石の相互間、及び、スライドプレート１１と転動体３５とベースプレート１５との相互間に、鉛直方向の磁気吸引力が作用する。すなわち、免震装置には、鉛直方向に磁気吸引力が発生する。転動体３５は、この磁気吸引力に抗し、ベースプレート１１とスライドプレート１５の鉛直方向の間隔を一定に保つ。
【００７１】
図１１は、水平方向の一対の力Ｒがスライドプレートとベースプレートに作用し、水平方向のスライドプレートとベースプレートの相対変位ｕが、０＜ｕ＜２ｅを満たす状態における免震装置のせん断変形の様子、及び、主要な磁力線の位置を示す。これを状態IIと呼ぶ。（ａ）は、全体図であり、（ｂ）は、中央部の拡大図である。
【００７２】
図１１に示すように、上部磁石２１の下面と中部磁石３１の上面、及び、中部磁石３１の下面と下部磁石４１の上面がそれぞれ水平方向にずれることによって、上部磁石２１の下面と中部磁石３１の上面が部分的に重なり、中部磁石３１の上面から上部磁石２１の下面へ向かう磁界で磁界の曲がりが生じる。同様に、下部磁石４１の上面と中部磁石３１の下面が部分的に重なり、下部磁石４１の上面から中部磁石３１の下面に向かう磁界で磁界の曲がりが生じる。これらの磁界の曲りによって、力Ｒにつり合う水平方向の復元力が生じる。この復元力の方向は、磁気回路で発生する磁気吸引力の方向と直交するので、この復元力をここでは特に磁気横吸引力と呼ぶ。磁気横吸引力の大きさは磁界の方向と磁界の強さによって決まる。力Ｒを取り除くと、この磁気横吸引力によって、スライドプレート１１とベースプレート１５の相対変位はゼロとなり、免震装置３のせん断変形は元に戻る。
【００７３】
図１２は、図１１の状態に比べて力Ｒと相対変位ｕが大きくなり、相対変位ｕが、ｕ＝２ｅを満たす状態の免震装置３のせん断変形の様子、及び主要な磁力線の位置を示す。これを状態IIIと呼ぶ。（ａ）は、全体図であり、（ｂ）は、中央部の拡大図である。
【００７４】
図１２に示すように、中部磁石３１の上面と上部磁石２１の下面は部分的に重なり、上部溝２５の一方は、中部磁石３１の上面と重なり、中部磁石３１の上面と上部プレート２３の下面は重ならない。中部磁石３１の上面と上部溝２５が最も重なる部分の幅は、上側溝２５の幅ｅと等しくなる。中部磁石３１の上面と上部溝２５が重なる部分では、中部磁石３１の上面から上部磁石２１の下面へ向かう磁界で磁界の曲がりが生じる。同様に、下部磁石４１の上面と中部磁石３１の下面は部分的に重なり、下部溝４５の一方は、中部磁石３１の下面と重なり、中部磁石３１の上面と下部プレート４３の上面は重ならない。下部溝４５と中部磁石３１の下面が最も重なる部分の幅は、下側溝の幅ｅと等しくなる。下部溝４５と中部磁石３１の下面が重なる部分では、下部磁石４１の上面から中部磁石３１の下面へ向かう磁界で磁界の曲がりが生じる。これらの磁界の曲りによって、力Ｒにつり合う水平方向の磁気横吸引力が生じる。
【００７５】
図１３は、図１２の状態に比べて力Ｒと相対変位ｕが大きくなり、相対変位ｕが、２ｅ＜ｕ＜ａを満たす状態の免震装置のせん断変形の様子、及び、主要な磁力線の位置を示す。これを状態IVと呼ぶ。（ａ）は、全体図であり、（ｂ）は、中央部の拡大図である。
【００７６】
図１３に示すように、中部磁石３１の上面と上部磁石２１の下面は部分的に重なり、上部溝２５の一方は、中部磁石３１の上面と重なり、中部磁石３１の上面と上部プレート２３の下面は部分的に重なる。上部溝２５と中部磁石３１の上面が重なる部分では、状態IIIと同様に、中部磁石３１の上面から上部磁石２１の下面へ向かう磁界で磁界の曲がりが生じる。さらに、上部プレート２３の下面と中部磁石３１の上面は、共に同じ極性の磁極であるから、中部磁石３１の上面と上部プレート２３の下面が重なる部分では磁界の反発が生じ、磁界の向きが水平方向と平行になる。磁界の曲りにより磁気横吸引力が生じる一方で、磁界の反発部分で磁気反発力が生じ、磁気横吸引力を弱める作用が発生する。同様に、下部磁石４１の上面と中部磁石３１の下面は部分的に重なり、下部溝４５の一方は、中部磁石３１の下面と重なり、中部磁石３１の下面と下部プレート４３の上面は部分的に重なる。下部溝４５と中部磁石３１の下面が重なる部分では、状態IIIと同様に、下部磁石４１の上面から中部磁石３１の下面へ向かう磁界で磁界の曲がりが生じる。さらに、下部プレート４３の上面と中部磁石３１の下面は、共に同じ極性の磁極であるから、中部磁石３１の下面と下部プレート４３の上面が重なる部分では磁界の反発が生じ、磁界の向きが水平方向と平行になる。磁界の曲りにより磁気横吸引力が生じる一方で、磁界の反発部分で磁気反発力が生じ、磁気横吸引力を弱める作用が発生する。
【００７７】
状態II、状態III及び状態IVを比較すると、状態IIと状態IIIで磁界が反発する部分は無く、状態IVになると磁界が反発する部分が生じる。そのため、状態IVは、状態IIに比べて磁気横吸引力の増加を弱める作用が急激に大きくなる。状態IIIは、状態IIと状態IVの中間に位置する。すなわち、状態IVの磁気横吸引力の接線剛性は、状態IIのそれに比べて急激に小さくなり、状態IIIを接線剛性が急激に変わる分岐点と考えてよい。ここでは、状態IIにおける相対変位ｕの範囲を高剛性領域と呼び、状態IVにおける相対変位ｕの範囲を低剛性領域と呼び、状態IIIの変位ｕを分岐相対変位ｕbと呼ぶ。状態IIにあるように、低剛性領域と高剛性領域の分岐相対変位ｕbは、上部溝２５と下部溝４５の幅ｅの二倍である。以上の磁気横吸引力の特性から、免震装置３は、相対変位の小さい方から順に高剛性領域と低剛性領域に区分される漸軟ばね型の復元力特性を持つ。
【００７８】
なお、相対変位ｕが上部磁石２１の下面と下部磁石４１の上面の直径ａ及び中部磁石３１の上面及び下面の直径ｂに近づくと、磁界の反発部分が急激に拡大するので、相対変位ｕの上限は直径ａとするのが望ましい。
【００７９】
また、状態Ｉ〜状態IVの磁気横吸引力の大きさは、免震装置３の磁界の強さによって決まるので、免震装置３の磁気横吸引力は、図９に示す磁気回路の磁束Φの大きさによって調整できる。また、本実施例の免震装置３を含む振動体は、漸軟ばね型の復元力特性を持つ。復元力の大きさは上部磁石２１、中部磁石３１、下部磁石４１のそれぞれの起磁力と上側隙間と下側隙間の磁気抵抗によって容易に調整できるので、想定される地震動のスペクトル特性に合わせて、振動体の水平方向の固有周期を伸長できる。この固有周期の伸長により、免震対象物に作用する地震力を低減できる。
【００８０】
さらに、免震装置３のせん断変形の振幅が増加すると、振動体の水平方向の固有周期が増加する。すなわち、振動体は、漸軟ばね型の非線形固有振動特性を有する非線形振動体である。振動体が外乱と共振するためには、外乱の周期が振動体の固有周期に一致し、且つ、外乱の作用による振動体の振幅が振動体の固有周期に対応する固有振幅に一致する必要がある。振幅に拘わらず固有周期が一定である線形固有振動特性を有する線形振動体の共振の条件は、外乱の周期と固有周期の一致のみである。一般の地震動では、周期と振幅の二つの条件が揃うことは非常に稀であるので、線形振動体となるような他の免震装置に比べて、本願発明の免震装置３は地震時の共振の可能性を極めて低くできる。
【００８１】
次に、隙間保持器３７の作用について説明する。組み立てられた免震装置３においては、上下一対の隙間保持器３７の上方の先端と下方の先端の間隔は、転動体３５の直径ｄに等しい。また、リテーナー１３の支持部３３からの隙間保持器３７の突出高さは、上側も下側もｊである。中部磁石３１の高さはｃなので、上側隙間と下側隙間のそれぞれの隙間間隔ｇは、式(2)で表される。隙間間隔ｇは、上側隙間と下側隙間の磁気抵抗を決定する。隙間保持器３７は、隙間間隔ｇを一定にすることにより、両隙間の磁気抵抗を一定にし、磁気回路を安定化する。
【００８２】
【数２】
2014222093.tif 000004
【００８３】
組み立て直前、すなわち、図５（ｂ）の一対の圧縮力Ｖが作用する直前の隙間保持器３７の上方の先端と下方の先端の間隔を、初期高さｈとする。初期高さｈは、転動体３５の直径ｄよりも大きくなる（すなわち、ｈ＞ｄとなる）ように設定する。ｈ＞ｄの条件で免震装置３を組み立てると、上下一対の隙間保持器３７は、スライドプレート１１とベースプレート１５から圧縮されて圧縮変形を生じ、図５（ｂ）に示すように、上下一対の圧縮力Ｖが作用する。圧縮変形量はｈ−ｄであるので、圧縮力Ｖは、式(3)で表される。ここで、ｋは、１個の隙間保持器３７の鉛直方向の圧縮変形のばね定数とする。圧縮体３７１は、ばね定数ｋを調整する。
【００８４】
【数３】
2014222093.tif 000005
【００８５】
隙間保持器３７と上部プレート２３に相対運動が生じる場合、又は、隙間保持器３７と下部プレート４３に相対運動が生じる場合に、隙間保持器３７と上部プレート２３又は下部プレート４３の各面の間に作用する運動抵抗力Ｆは、共に、式(4)で表される。ここで、μは運動抵抗係数とする。式(4)の運動抵抗力Ｆは、隙間保持器３７、上部プレート２３、下部プレート４３のそれぞれに各々の相対運動を妨げる方向に作用する。この運動抵抗力Ｆは、副転動体３７３と副転動体保持器３７５の間の摩擦によって主に生成される。運動抵抗力Ｆは、副転動体３７３の転がり摩擦抵抗力でもある。
【００８６】
【数４】
2014222093.tif 000006
【００８７】
免震装置３が静止状態である状態Ｉから作動状態の状態IIに移る過程では、状態Ｉを脱する直前では運動抵抗力は静止摩擦力となる。隙間保持器３７のばね定数ｋ、高さの差（ｈ−ｄ）、運動抵抗係数μを適切に設定することにより、免震装置３がせん断変形を開始する免震対象物１の慣性力又は外力の大きさを調整することができる。例えば、小規模地震や低風速時などでは、免震装置３は作動させる必要はないので、隙間保持器３７の運動抵抗力を利用して、免震装置３の作動を止めることができる。すなわち、隙間保持器３７に免震装置３の作動開始のトリガー機能を持たせることができる。
【００８８】
また、免震装置３の作動時、すなわち、状態IIから状態IVまでの状態では、隙間保持器３７の運動抵抗力Ｆは、免震装置３のせん断変形運動を妨げる動摩擦力となる。よって、隙間保持器３７のばね定数ｋ、高さの差（ｈ−ｄ）、運動抵抗係数μを適切に設定することにより、隙間保持器３７は、免震装置３に摩擦減衰を付与することができる。長周期地震動などとの共振が想定される場合でも、摩擦減衰を適切に付与することにより、想定される振幅を固有振幅より小さくすることによって、共振を避けることができる。
【００８９】
図１４は、リテーナー１３に作用する主な力、及び、それらに対応して、スライドプレート１１とベースプレート１５に作用する力を図示する。リテーナー１３には、上側隙間と下側隙間で発生する磁気吸引力Ｐと磁気横吸引力Ｓ、隙間保持器３７に作用する圧縮力Ｖと運動抵抗力Ｆが作用する。磁気吸引力Ｐと磁気横吸引力Ｓは、リテーナー１３がスライドプレート１１とベースプレート１５のそれぞれの位置の中間の位置に留まるように作用する。よって、転動体３５とスライドプレート１１、又は、転動体３５とベースプレート１５の間で接触不良が生じ、転動体３５に回転不足が生じる場合においても、スライドプレート１１とベースプレート１５の相対変位の中間の位置に転動体３５が留まるように、リテーナー１３は転動体３５に作用する。すなわち、リテーナー１３に作用する磁気吸引力Ｐと磁気横吸引力Ｓは、スライドプレート１１とベースプレート１５からのリテーナー１３の逸脱、すなわち、転動体３５の逸脱を防止する。
【００９０】
図１４では、スライドプレート１１に作用する力として、外力Ｒ、免震対象物１とスライドプレート１１の自重Ｗ、磁気吸引力Ｐと磁気横吸引力Ｓ、隙間保持器３７に作用する圧縮力Ｖと摩擦力Ｆを示した。スライドプレート１１には、これらの力の他に、転動体３５との接触部で力が作用する。これについては後述する。
【００９１】
図１４では、ベースプレート１５に作用する力として、磁気吸引力Ｐと磁気横吸引力Ｓ、隙間保持器３７に作用する圧縮力Ｖと運動抵抗力Ｆ、及び、下部構造５から受ける反力Ｚを示した。リテーナー１３の自重とベースプレート１５の自重は無視する。これらの力の他に、転動体３５との接触部で力が作用する。これについては後述する。
【００９２】
図１５に、転動体３５に作用する鉛直力Ｑと転がり抵抗力Ｆｂを図示する。また、これらに対応して、スライドプレート１１とベースプレート１５に作用する力を図示した。また、図１４で示した磁気吸引力Ｐと磁気横吸引力Ｓも併記した。
【００９３】
図１４と図１５に示すスライドプレート１１に作用する鉛直方向の力のつり合い式より、転動体３５に作用する鉛直力Ｑは、式(5)で示される。１個の転動体の転がり抵抗力Ｆｂは、式(6)で表される。ここに、μbは、転動体３５の転がり抵抗係数である。
【００９４】
【数５】
2014222093.tif 000007
【００９５】
図１４と図１５に示したスライドプレート１１に作用する水平方向の力のつり合い式より、外力Ｒ、すなわち、免震装置の復元力は式(7)で表される。ここで、ΣＦは隙間保持器３７に作用する運動抵抗力の総和であり、ΣＦｂは転動体３５の転がり抵抗力の総和である。式(7)は、相対変位ｕに対応する相対速度の符号によって向きが変わるΣＦとΣＦｂを復元力Ｒに含むので、免震装置は、クーロン摩擦減衰の減衰特性を持つ。ただし、転動体３５の転がり抵抗係数μbは、転動体の形態で決まる１／１０００程度の小さな値であるので、隙間保持器３７の圧縮力Ｖ又は運動抵抗係数μで免震装置４のクーロン摩擦減衰量を調整するのが望ましい。
【００９６】
【数６】
2014222093.tif 000008
【００９７】
図１６は、図５（ｂ）で説明した隙間保持器３７の別の形態を示す。図１６の形態では、隙間保持器は、圧縮体５１と摩擦体５３で構成する。圧縮体５１の特徴は、図５（ｂ）の圧縮体３７１と同様である。摩擦体５３は、上部プレート２３及び下部プレート４３に比べて軟質な低透磁率材料で構成した概円筒状であり、一方の先端に圧縮体５１を備え、他方の先端が上部プレート２３又は下部プレート４３との摩擦面となる。隙間保持器は、摩擦面と圧縮体がそれぞれリテーナーの外方と内方に位置するように、且つ、鉛直方向に遊動自在になるように、支持部３３の格納部内に挿入される。上下一対の摩擦面に、鉛直方向の一対の圧縮力Ｖが作用する。組み立て前の上下一対の摩擦面同士の初期高さはｈとする。組立後に隙間保持器に作用する圧縮力Ｖは式(3)で示される。
【００９８】
隙間保持器と上部プレート２３に相対運動が生じる場合、又は、隙間保持器と下部プレート４３に相対運動が生じる場合に、隙間保持器３７と各転動平面の間に作用する運動抵抗力Ｆは式(4)で表される。ここで、摩擦体５３と上部プレート２３及び下部プレート４３との動摩擦係数が、運動抵抗係数μとなる。式(4)の運動抵抗力Ｆは、隙間保持器、上部プレート２３、下部プレート４３のそれぞれに各々の相対運動を妨げる方向に作用する。この運動抵抗力Ｆは、摩擦力である。圧縮体５１と摩擦体５３を各々適切な材料と適切な形態とすることにより、必要な摩擦減衰を免震装置３に付与できる。
【００９９】
このように、本願発明の隙間保持器は、例えば、以下のように捉えることができる。すなわち、リテーナーの支持部に止まり穴状の隙間保持器格納部をスライドプレート側とベースプレート側のそれぞれの位置が鉛直方向に対称となるように配置し、一方の先端に副転動体を転動自在に保持し、且つ、他方の先端に圧縮体を備える概円筒状の隙間保持器を、副転動体と圧縮体をそれぞれリテーナーの外方と内方に向くように且つ鉛直方向に遊動自在になるように隙間保持器格納部に装着し、鉛直方向に一対の副転動体の頂部間の高さを転動体の直径より大きくする構成とすることができる。この構成によれば、磁気吸引力に起因して隙間保持器に作用する圧縮力と圧縮力による隙間保持器の圧縮変形を利用して、上側隙間と下側隙間の間隔を一定に保ち、圧縮力によって発生する副転動体の転がり抵抗により免震装置に減衰を付与することができる。
【０１００】
また、本願発明の隙間保持器は、例えば、以下のように捉えることができる。すなわち、リテーナーの支持部に止まり穴状の隙間保持器格納部をスライドプレート側とベースプレート側のそれぞれの位置が鉛直方向に一対となるように配置し、一方の先端に摩擦体を備え且つ他方の先端に圧縮体を備える概円筒状の隙間保持器を、摩擦体と圧縮体をそれぞれリテーナーの外方と内方に向くように且つ鉛直方向に遊動自在になるように隙間保持器格納部に装着し、鉛直方向に一対の摩擦体の先端間の高さを転動体の直径より大きくする構成を示した。この構成によれば、磁気吸引力に起因して隙間保持器に作用する圧縮力と圧縮力による隙間保持器の圧縮変形を利用して、上側隙間と下側隙間の間隔を一定に保ち、且つ摩擦体と転動平面との摩擦により免震装置に減衰を付与することができる。隙間の間隔の保持、減衰の付加、減衰性能の調整を同時に行える。先の構成では、固体と固体の摩擦抵抗に比べると副転動体の転がり抵抗ははるかに小さいので、減衰を増加させるには限界がある。この構成によれば、摩擦体と圧縮体のばね定数を適切に設定することによって、必要な摩擦力を発生させ、装置が必要とする減衰性能を付与することができる。また、静止摩擦力を用いて、微小振幅時の振れ止めを行うことができる。
【０１０１】
続いて、転動体の他の例について、ローラーにより実現する場合について説明する。図１７は、磁路を作動方向と作動直角方向に発生させる例を示す。図１８は、磁路を作動直角方向に発生させる例を示す。図１７及び１８において、（ａ）は、側面図、（ｂ）は、スライドプレートのリテーナー側の図、（ｃ）は、リテーナーの平面図、（ｄ）は、ベースプレートのリテーナー側の図である。
【０１０２】
図１７を参照して、スライドプレート及びベースプレートは、それぞれ、中央に上部磁石及び下部磁石を配置し、そのまわりに上部プレート及び下部プレートを配置し、これらの間には、上部溝及び下部溝が形成されている。リテーナーでは、中央に中部磁石を配置し、小さい円が隙間保持器を格納する部分であり、中部磁石のまわりの長方形は、転動体であるローラーを格納する部分である。この場合、漸軟ばね型の復元力特性を示すが、作動方向と比較して、作動直角方向の磁路が強くなる。そのため、上部溝及び下部溝による接線剛性の変化は、球の場合によりも少なくなると考えられる。
【０１０３】
図１８を参照して、スライドプレート及びベースプレートは、それぞれ、中央に上部磁石及び下部磁石を配置し、そのまわりに上部プレート及び下部プレートを配置し、これらの間には、上部溝及び下部溝が形成されている。リテーナーでは、中央に中部磁石を配置し、小さい円が隙間保持器を格納する部分であり、中部磁石の上下の長方形は、転動体であるローラーを格納する部分である。図１７と比較して、転動体は、磁石の作動方向には設けられていない。この場合、漸軟ばね型の復元力特性を示すが、作動方向と比較して、作動直角方向の磁路が強くなる。そのため、上部溝及び下部溝による接線剛性の変化は、球の場合によりも少なくなると考えられる。
【０１０４】
続いて、作動試験について説明する。表１に、作動試験に用いた免震装置の構成要素の主要な外形寸法を示す。表２に、磁気特性に係る寸法を示す。表１のようにスライドプレートとリテーナーとベースプレートの外径は、それぞれ、340mm、280mm、390mmとした。転動体の直径は28.6mmとし、転動体の配置は直径240mmと直径180mmの円周上に転動体が交互に並ぶ千鳥配置とした。転動体の個数は30個である。上部磁石の下面、中部磁石の上面及び下面、並びに、下部磁石の上面の直径は、共に80mmとした。上部溝と下部溝の幅は、共に5mmとした。上側隙間と下側隙間は共に1.8mmとした。各構成要素の質量は表１の通りである。
【０１０５】
【表１】
2014222093.tif 000009
【０１０６】
【表２】
2014222093.tif 000010
【０１０７】
表３に、上部磁石２１、下部磁石４１、中部磁石３１の仕様を示す。リテーナー１３の中部磁石３１は、上側を磁石とし、下側をヨークとする構成とした。使用した磁石は、外径×厚が80mm×5mmのネオジウム磁石である。
【０１０８】
表４に、各構成要素の材料を示す。高透磁率材料としては、スライドプレート１１とベースプレート１５に機械構造用炭素鋼（S50C）を使用し、転動体３５に高炭素クロム軸受鋼を使用した。低透磁率材料としては、リテーナー１３にアルミニューム合金（A5052）を使用し、隙間保持器３７の副転動体３７３と副転動体保持器３７５にオーステナイト系ステンレス鋼を使用し、隙間保持器３７の圧縮体３７１にポリウレタンゴムを使用した。転動体３５の鉛直支持力は約4kN／個であり、免震装置３の鉛直支持力は約120kNである。
【０１０９】
【表３】
2014222093.tif 000011
【０１１０】
【表４】
2014222093.tif 000012
【０１１１】
図１９は、組み立てる前のスライドプレート１１の上部磁石２１と上部プレート２３の磁束密度の分布を示すグラフである。上部磁石２１の下面はＳ極であり、中部磁石３１の上面がＮ極である。スライドプレート１１の上部磁石２１の下面以外の面は、総てＮ極である。上部磁石２１の下面の中央部から外縁に向かって磁束密度が増加し、上部プレート２４の下面の内縁から外側に向かって磁束密度が減少する特徴が確認される。
【０１１２】
図２０は、組み立てる前のリテーナーの磁束密度の分布を示すグラフである。中部磁石３１の上面がＮ極であり、下面がＳ極である。中部磁石３１の下面の磁束密度は、上面の磁束密度の約1/2程度である。これは、ヨークの磁気抵抗のために、上面より下面の磁束密度が小さくなった。磁極面の中央部から外縁に向かって磁束密度が増加する特徴が確認される。
【０１１３】
図２１は、組み立てる前のベースプレート１５の下部磁石４１の上面と下部プレート４３の上面の磁束密度の分布を示すグラフである。下部磁石４１の上面はＮ極であり、下部プレート４３の上面がＳ極である。ベースプレート１５の下部磁石４１の上面以外の面は、総てＳ極である。下部磁石４１の上面の中央部から外縁に向かって磁束密度が増加し、下部プレート４３の上面の内縁から外側に向かって磁束密度が減少する特徴が確認される。
【０１１４】
表５は、組み立てられた免震装置３の磁気吸引力Ｐの試験結果である。鉛直方向にスライドプレート１１とベースプレート１５を引っ張って、転動体３５がスライドプレート１１又はベースプレート１５と離間するときの磁気吸引力Ｐを求めた。表５の磁気吸引力には、スライドプレート１１、転動体３５及びリテーナー１３の自重は除外されている。磁気吸引力は2098Nであり、磁石メーカーの技術資料によれば、使用したネオジウム磁石と鉄板（SS400）の磁気吸引力は170Nであった。よって、図９で示した磁気回路によって、免震装置３の磁気吸引力は、磁石と鉄板の磁気吸引力の約12倍となることが確認された。これより、免震装置３では図９の磁気回路が成立していることが確認された。
【０１１５】
【表５】
2014222093.tif 000013
【０１１６】
図２２は、組み立てられた免震装置３の図１１、図１２及び図１３に示す相対変位ｕと復元力Ｒの履歴曲線である。横軸はｕであり、縦軸はＲである。免震装置３は、免震対象物１を搭載していない。高剛性領域IIと低剛性領域IVの境界IIIの変位は、上部溝と下部溝の幅の２倍である10mmである。静止状態Ｉから徐々に相対変位ｕを大きくすると、相対変位の増加に比例して復元力が増加する。相対変位が状態IIIの10mmに近くになるにつれて接線剛性が減少し、相対変位が状態IIIを超えて低剛性領域IVに入ると接線剛性の減少が大きくなり、相対変位が状態IIIから離れるに従って、相対変位の増加に比例して復元力が増加する特徴が確認される。
【０１１７】
相対変位を減少させると、相対変位が増加する場合に比べて、復元力が約24N減少することが確認される。これは、式(7)で示した、転動体３５の転がり抵抗力と隙間保持器３７の運動抵抗力が作用したためである。なお、上部磁石１１と下部磁石４１及び中部磁石３１の磁石を設置する前に、主に隙間保持器３７で発生する運動抵抗力を計測した。その運動抵抗力は約10Nであった。よって、先の復元力の減少分約24Nの内、約20Nは隙間保持器３７で発生する運動抵抗力であり、残りの約4Nは主に磁気吸引力で発生する転動体３５の転がり抵抗力である考えられる。転動体３５の転がり抵抗係数は1/1000程度であるので、磁気吸引力は2098Nであるから、転がり抵抗力は約2Nと推定される。この転がり抵抗力の2倍が履歴曲線に現れるので、先の復元力の減少分約24Nの内、約4Nが転動体３５の転がり抵抗で生じたと考えられる。
【０１１８】
図２２より、免震装置３は、上部溝と下部溝の幅で分岐点が規定されるバイリニア型の復元力特性を持ち、主に隙間保持器３７で発生する運動抵抗力によるクーロン減衰を持つことが確認される。
【０１１９】
図２３は、免震装置３の自由振動記録の一例である。横軸は時間であり、縦軸はスライドプレート１１とベースプレート１５の相対変位である。免震装置３を手で数回加振し、その後の自由振動状態の相対変位を計測した。図より、振幅の減少と共に周期が減少する特徴と前記クーロン減衰によって時間の経過と共に振幅が減少する特徴が確認される。
【０１２０】
図２４は、図２３と同様な試験を１０回繰り返して得られた振幅と周期の関係を示すグラフである。振幅が数ミリの微小振幅時の周期は約0.32秒であり、振幅の増加と共に周期が増加する特徴が見られる。特に、振幅が10mmを超える領域では、振幅の増加に比例して周期が増加する特徴を明確に確認できる。これより、免震装置３は振幅の増加に比例して固有周期が増加する非線形固有振動特性を持つことが確認される。
【０１２１】
図２２より微小振幅における復元力の接線剛性すなわちばね定数を6.0N/mmと仮定して、免震対象物１の質量を5000kgと仮定して、免震装置３で支持された免震対象物１の固有周期を試算する。
【０１２２】
免震対象物１を搭載しない免震装置３の固有周期は、数７のように計算される。この固有周期0.33sは、図２４の実験結果と良く対応する。
【０１２３】
【数７】
2014222093.tif 000014
【０１２４】
次に、免震対象物１を搭載した場合の免震装置３の固有周期は、微小振幅時の場合において数８のように計算される。図２４では微小振幅の周期は約0.32sであり、計算値と実験値は良い対応を示した。次に、図２４では振幅が40mmの周期は約5.2sであるので、免震対象物１を搭載した場合で、振幅が40mmの場合の固有周期は、微小振幅の固有周期4.59sの約1.6倍の約7.3sになると推定される。
【０１２５】
一般に、免震構造物１では、固有周期が4秒以上となるように免震装置３のばね定数を設定する。実施例の免震装置３の固有周期は4.59s以上となるので、免震装置３は質量5000kgの免震対象物１に対して、耐震設計上の有効な固有周期の伸長を実現できることが確認される。
【０１２６】
【数８】
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【０１２７】
なお、転動平面と転動体の防錆のため、下記の方法をとることが可能である。摩擦制御手段及び隙間制御手段としては、リテーナーの総ての転動体格納部を外側から囲繞するように、周回溝状の隙間保持器格納部を、リテーナーの支持部のスライドプレート側とベースプレート側のそれぞれに鉛直方向に一対となる位置に配置し、隙間保持器は平面視した場合にリング状であって、リングの断面で見ると一方の側に摩擦体を備え且つ他方の側に圧縮体を備え、摩擦体をリテーナーの外方に且つ圧縮体側をリテーナーの内方に位置するように隙間保持器を隙間保持器格納部に装着し、鉛直方向に一対の摩擦体の先端間の高さを転動体の直径より大きくする構成でも良い。この構成によれば、一対の摩擦体をそれぞれ上部プレートおよび下部プレートに接触させ、主に磁気吸引力に起因して隙間保持器に作用する圧縮力と圧縮力による隙間保持器の圧縮変形を利用して、上側隙間の間隔と下側隙間の間隔を一定に保ち、且つ摩擦体と上部プレートとの摩擦及び摩擦体と下部プレートとの摩擦により免震装置に減衰を付与し、且つ装置内部を密閉すると共に装置内部の空気を不活性・不燃性流体で置換することができる。この構成では、隙間の間隔の保持、減衰の付加、減衰の調整、装置内部の防錆が同時にできる。さらに、前記不活性・不燃性流体に粘性を持たせることによって、免震装置に粘性減衰を付与することも可能である。
【０１２８】
装置内部の防錆は装置を実現する上で大きな課題である。転動平面と転動体の防錆は特に重要である。不活性・不燃性流体としては、安価な窒素ガスを用いることができる。これにより、不活性・不燃性流体の追加充填などの定期的なメンテナンスは必要であるが、装置内部の防錆ができる。
【符号の説明】
【０１２９】
１  免震対象物、３  免震装置、５  下部構造、７  地盤、11  スライドプレート、13  リテーナー、15  ベースプレート、21  上部磁石、23  上部プレート、25  上部溝、31  中部磁石、33  支持部、35  転動体、37  隙間保持器、371  圧縮体、373  副転動体、375  副転動体保持器、41  下部磁石、43  下部プレート、45  下部溝、151，153，155  起磁力、157，159，161，163，165  磁気抵抗、51  圧縮体、53  摩擦体
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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