(57)【要約】【課題】免震効果を向上させることができる免震装置を提供することを目的とする。また、このような免震装置において、床面の歩行性の悪化を抑制することを目的とする。【解決手段】免震対象体１を支持するとともに免震対象体１に伝達される鉛直方向の振動を低減する免震装置１００であって、水平面内にて回転可能とされた円盤２１と、免震対象体１に作用する鉛直方向の運動を円盤２１の回転運動に変換する運動変換機構２２とを備え、円盤２１の回転慣性質量が、免震対象体１の質量の０．０５倍以上０．３倍以下とされた免震装置１００を採用する。【選択図】図１
2011007323.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
免震対象体を支持するとともに該免震対象体に伝達される鉛直方向の振動を低減する免震装置であって、
水平面内にて回転可能とされた質量体と、
前記免震対象体に作用する鉛直方向の運動を前記質量体の回転運動に変換する運動変換機構とを備え、
前記質量体の回転慣性質量が、前記免震対象体の質量の０．０５倍以上０．３倍以下とされた免震装置。
【請求項２】
前記運動変換機構が、ボールネジ軸とボールネジナットとの組合せであって、前記ボールネジ軸と前記ボールネジナットのうち一方が前記免震対象体に設けられ、他方が前記質量体に設けられている請求項１に記載の免震装置。
【請求項３】
前記ボールネジ軸のリード角が、１０度以上３０度以下とされている請求項２に記載の免震装置。
【請求項４】
前記質量体の回転を制動する制動機構を備える請求項１から請求項３のいずれかに記載の免震装置。
【請求項５】
前記免震対象体の鉛直方向の振動数が１．５Ｈｚ以上３．５Ｈｚ以下となるような防振ゴムや粘弾性体を前記免震対象体と前記運動変換機構との間に備える請求項１から請求項４のいずれかに記載の免震装置。
【請求項６】
前記免震対象体を、鉛直方向に移動自在に保持するとともに、水平方向の動きを拘束する上下動ガイドを備える請求項１から請求項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、建築物等を地震の縦揺れから保護する免震装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、構造物の固有周期を、地震波の振動周期よりも長くする、すなわち長周期化することによって、地震の揺れに構造物の揺れが追随しないようにする免震装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に開示されている免震装置において、免震対象体（床等）と支持構造物との間には、弾性的復元力を発揮する鉛直免震部と、上下振動に関与する慣性質量を増加させる質量付加機構が設けられている。前記質量付加機構は、所定の質量を有する円盤と、前記免震対象構造物の上下動に連動して前記円盤を回転させる運動変換機構とから構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−４４７４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、このような免震装置において、運動変換機構によって免震対象体の上下運動に連動して円盤が回転すると、回転慣性モーメントが発生し、免震対象体の鉛直方向の運動に関与する慣性質量が増加して、免震対象体の鉛直方向周期を長周期化できるが、同時に免震対象体と支持構造物間には、質量付加機構によって当該間の相対加速度に比例する慣性力が作用する。この相対加速度は、支持構造物に対し免震対象体が逆位相で振動する短周期側で顕著になるため、短周期成分の慣性力が免震対象体に伝達されやすくなり、免震性能が悪くなるという不都合があった。また、前述の質量付加機構を適用した場合であっても、柔らかいばねで免震対象体を支持することが免震性能確保の前提条件となるため、上記の免震装置を床免震に適用した場合、床面の歩行性が悪くなるという不都合があった。
【０００６】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、免震効果を向上させることができる免震装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、このような免震装置において、床面の歩行性の悪化を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明は、免震対象体を支持するとともに該免震対象体に伝達される鉛直方向の振動を低減する免震装置であって、水平面内にて回転可能とされた質量体と、前記免震対象体に作用する鉛直方向の運動を前記質量体の回転運動に変換する運動変換機構とを備え、前記質量体の回転慣性質量が、前記免震対象体の質量の０．０５倍以上０．３倍以下とされた免震装置を採用する。
【０００８】
本発明によれば、質量体の回転慣性質量を免震対象体の質量の０．３倍以下に制限することになるため、運動変換機構から免震対象体に伝達される短周期成分の慣性力（＝回転慣性体質量×相対加速度）を抑制することが可能になる。また、質量体の回転慣性質量を免震対象体の０．０５倍以上にすることになるため、免震対象体の鉛直方向の振動を長周期化することが可能であり、免震対象体に伝達される鉛直方向の振動を低減することができる。
【０００９】
この場合において、より好ましくは質量体の回転慣性質量を免震対象体の質量の０．２倍とすることにより、免震対象体の加速度を小さくすることができるので、免震対象体を効果的に免震することができる。
【００１０】
上記発明において、前記運動変換機構が、ボールネジ軸とボールネジナットとの組合せであって、前記ボールネジ軸と前記ボールネジナットのうち一方が前記免震対象体に設けられ、他方が前記質量体に設けられていることとしてもよい。
【００１１】
運動変換機構をボールネジ軸とボールネジナットとの組合せとすることで、例えば、ボールネジナットを免震対象体に、ボールネジ軸を質量体に設けた場合、免震対象体（ボールネジナット）の上下運動がボールネジ軸の回転運動に変換される。これにより、質量体が回転し、その回転慣性モーメントによって免震対象体の鉛直方向の運動に関与する慣性質量が効率良く増加される。また、ボールネジの使用により、免震対象体の上下運動を質量体の回転運動にスムーズに変換することができ、免震効果を向上させることができる。
【００１２】
上記発明において、前記ボールネジ軸のリード角が、１０度以上３０度以下とされていることとしてもよい。
ボールネジ軸のリード角を大きく、すなわち、ボールネジ軸のリード長を長くすると、ボールネジナットの上下運動をボールネジ軸の回転運動に効率的に変換することができる。一方、ボールネジ軸のリード角を小さく、すなわち、ボールネジ軸のリード長を短くすると、免震対象体の上下運動に伴う質量体の回転角度を大きくすることができるので、その回転慣性質量を増加させることができる。
【００１３】
ここで、一般に、回転運動への変換効率は９５％以上必要である。したがって、ボールネジ軸のリード角を１０度以上３０度以下、より好ましくは、ボールネジ軸のリード長が直径と略等しくなる１７度程度とすることで、ボールネジナットの上下運動をボールネジ軸の回転運動に効率的に変換するとともに、質量体の回転慣性質量の低下を抑制して効果的な免震を行うことができる。
【００１４】
上記発明において、前記質量体の回転を制動する制動機構を備えることとしてもよい。
制動機構により質量体の回転を制動することによって、免震対象体の振動減衰効果を得ることができる。これにより、質量体の回転慣性質量が小さい場合にも、免震対象体の鉛直方向の振動を効果的に低減することができる。
また、制動機構により質量体の回転を制動することによって、免震対象体の上下運動を抑制することができ、免震対象体が床である場合に床面の歩行性を向上させることができる。
【００１５】
上記発明において、前記免震対象体の鉛直方向の振動数が１．５Ｈｚ以上３．５Ｈｚ以下となるような防振ゴムや粘弾性体を前記免震対象体と前記運動変換機構との間に備えることとしてもよい。
免震対象体の鉛直方向の振動数が３．５Ｈｚ以下となるような防振ゴムや粘弾性体を備えることで、運動変換機構により質量体の回転運動に変換することが難しい高周波振動（例えば１０Ｈｚ以上の振動）が発生した場合にも、その振動を吸収して、免震対象体を免震することができる。また、免震対象体の鉛直方向の振動数が１．５Ｈｚ以上となるような防振ゴムや粘弾性体にすることで、免震対象体が床である場合の床面の歩行性を確保することができる。
【００１６】
上記発明において、前記免震対象体を、鉛直方向に移動自在に保持するとともに、水平方向の動きを拘束する上下動ガイドを備えることとしてもよい。
上下動ガイドにより、免震対象体を鉛直方向に移動自在に保持するとともに、水平方向の動きを拘束することで、運動変換機構に水平方向の荷重が加わることを防止することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、免震効果を向上させることができるという効果を奏する。また、床面の歩行性の悪化を抑制することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態の概略構成を示す側面図である。
【図２】図１のブレーキ機構の作用を説明する側断面図である。
【図３】回転慣性質量の検討において図１の免震装置をモデル化した側面図である。
【図４】減衰定数が０．３の場合の回転慣性質量比と加速度との関係を示すグラフである。
【図５】減衰定数が０．３の場合の回転慣性質量比と変位との関係を示すグラフである。
【図６】減衰定数が０．１の場合の回転慣性質量比と加速度との関係を示すグラフである。
【図７】減衰定数が０．１の場合の回転慣性質量比と変位との関係を示すグラフである。
【図８】ボールネジのリード角と変換効率との関係を示すグラフである。
【図９】振動試験における振動台の加速度波の周波数分析結果である。
【図１０】振動試験における免震架台の加速度波の周波数分析結果である。
【図１１】防振ゴムの検討において図１の免震装置をモデル化した側面図である。
【図１２】図１１のモデルの諸元を説明する図である。
【図１３】定常状態における防振ゴムのばね定数と加速度応答倍率の関係を示すグラフである。
【図１４】過渡状態における防振ゴムのばね定数と加速度応答倍率の関係を示すグラフである。
【図１５】粘弾性体の検討において図１の免震装置をモデル化した側面図である。
【図１６】図１５のモデルの諸元を説明する図である。
【図１７】定常状態における粘弾性体のばね定数と加速度応答倍率の関係を示すグラフである。
【図１８】過渡状態における粘弾性体のばね定数と加速度応答倍率の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の免震装置の一実施形態について、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る免震装置１００の概略構成を示す模式図である。
図１において、符号１は免震対象体（例えば床および床上の積載物）、符号２は免震対象体１を支持する支持構造物（例えば建物の梁等）である。免震対象体１は、空気ばね１３を介して支持構造物２により支持されている。なお、空気ばね１３は、内部の空気圧を変化させることで、免震対象体１のレベル調整が可能である。
【００２０】
免震装置１００は、免震対象体１と支持構造物２との間に配置され、免震対象体１を支持するとともに、支持構造物２から免震対象体１に伝達される鉛直方向の振動を低減する装置である。免震装置１００は、質量付加機構２０と、スプライン機構（上下動ガイド）３０と、防振ゴム３１と、ブレーキ機構（制動機構）４０とを主な構成要素として備えている。
【００２１】
質量付加機構２０は、免震対象体１の上下動に連動して、免震対象体１の慣性質量を増加させる機構である。質量付加機構２０は、水平面内にて回転可能とされた円盤（質量体）２１と、免震対象体１に作用する鉛直方向の運動を円盤２１の回転運動に変換する運動変換機構２２とを備えている。
【００２２】
円盤２１は、所定の質量を有しており、運動変換機構２２により回転させられることで、回転慣性モーメントを発生させる。この際の回転慣性質量については後述する。
運動変換機構２２は、免震対象体１の下面に固定された支持金物２５により支持されたボールネジナット２３と、該ボールネジナット２３に螺合するボールネジ軸２４との組合せにより構成されている。
【００２３】
ボールネジ軸２４は、鉛直方向に軸線を向けて配置され、ボールネジナット２３に螺合するとともに、支持構造物２に固定されたベアリング２８により回転自在に保持されている。また、軸線方向におけるボールネジナット２３とベアリング２８との間において、ボールネジ軸２４には円盤２１が固定されている。なお、ボールネジ軸２４のリード角（リード長）については後述する。
【００２４】
上記のような構成を有することで、運動変換機構２２は、免震対象体１（ボールネジナット２３）の上下運動をボールネジ軸２４の回転運動に変換して、ボールネジ軸２４に固定された円盤２１を回転させるようになっている。
【００２５】
スプライン機構３０は、支持構造物２に固定された円筒部材３３と、円筒部材３３の内部に設けられたベアリング３４と、免震対象体１に固定された軸体３５とを備えている。軸体３５は、円筒部材３３の内部に挿入されており、ベアリング３４により鉛直方向に移動自在に支持されている。このような構成を有することで、スプライン機構３０は、免震対象体１を鉛直方向に移動自在に保持するとともに、免震対象体１の水平方向の動きを拘束するようになっている。
【００２６】
防振ゴム３１は、免震対象体１と質量付加機構２０との間に設けられている。この防振ゴム３１は、地震による短い周期の微振動を吸収するものであるが、防振ゴムに換えて、粘弾性体としてもよい。なお、防振ゴム３１や粘弾性体の詳細な仕様については後述する。
【００２７】
ブレーキ機構４０は、円盤２１の偏心位置を半径方向に対して直交する方向両側から挟み込むことによって円盤２１の回転を制動し、免震対象体１の上下動を制動する機構である。ここで、ブレーキ機構４０の詳細な構成を図２に示す。図２に示すように、ブレーキ機構４０において、免震対象体１に作用するブレーキ力Ｆと、円盤２１に与えられる押付け力Ｐとの関係は以下のように表される。
【数１】
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ここで、Ｌはボールネジ軸２４のリード長、Ｒはボールネジ軸２４の軸心と押付け力Ｐの作用点との間の距離、μは円盤２１の摩擦係数を表している。なお、ここでは、運動変換機構２２による回転運動と上下運動との変換効率は１．０と仮定している。
【００２８】
上記構成を有する免震装置１００の作用について以下に説明する。
本実施形態の免震装置１００によれば、免震対象体１が上下動すると、その運動がボールネジナット２３及びボールネジ軸２４を介して円盤２１の回転運動に変換される。そして、円盤２１の回転により回転慣性モーメントが発生し、この回転慣性モーメントにより、免震対象体１の上下振動に関与する慣性質量が増加する。ここで、増加する慣性質量を免震対象体１の０．３倍以下にすることで、免震対象体１に伝達される短周期成分の慣性力が抑制される。また、増加する慣性質量を免震対象体１の０．０５倍以上にすることで、免震対象体１の上下振動の固有周期Ｔが長周期化されて、免震対象体１に伝達される鉛直方向の振動を低減することができる。
【００２９】
［回転慣性質量の検討］
ここで、円盤２１の回転慣性質量について、図３から図７を用いて説明する。
ここでは、上記構成を有する免震装置１００において、円盤２１の回転慣性質量が免震性能に及ぼす影響を以下のように検討した。
【００３０】
（１）免震対象
免震対象体１の具体例として、免震架台とその上に積載された積載物を考える。
免震架台とその上に積載された積載物との合計重量Ｗ１（免震対象体１の重量）を３０００ｋｇとし、その振動特性（振動数、減衰定数）を以下のように設定した。
・減衰定数：ｈ＝０．３、ｈ＝０．１の２種類
・振動数：ｆ＝１．２Ｈｚ、１．０Ｈｚ、０．８Ｈｚの３種類
ここで、ｈ＝０．３はオイルダンパーおよび空気ばねによる減衰を考慮したケースであり、ｈ＝０．１は空気ばねの減衰のみを考慮したケースを想定している。
また、振動数１．２Ｈｚは通常の免震振動数に対応し、０．８Ｈｚはスリーブ型の空気ばねを適用した場合を想定している。
【００３１】
（２）検討モデル
図３は、本検討を行うにあたって免震装置１００をモデル化した図である。
図３において、ΔＭ３は円盤２１の回転慣性質量、Ｆ３は制動力（ブレーキ力）、Ｋ１は空気ばね１３のばね定数、Ｃ１およびＣ’１はオイルダンパーおよび空気ばね１３の減衰係数、Ｆ１はスプライン機構３０の摩擦力、Ｗ３は免震対象体１とボールネジナット２３とを接続する接続金物の重量、Ｋ３は防振ゴム３１のばね定数、Ｃ３は防振ゴム３１の減衰係数を表している。
【００３２】
（３）モデル諸元
本検討を行うにあたってのモデル諸元は以下のとおりである。
Ｋ１：Ｗ１＝３０００ｋｇの場合に、振動数が１．２Ｈｚ、１．０Ｈｚ、０．８Ｈｚになるばね定数
Ｃ’１：Ｗ１＝３０００ｋｇの場合に、上記振動数で減衰定数ｈ＝０．１となる減衰係数
Ｃ１：Ｗ１＝３０００ｋｇの場合に、上記振動数で減衰定数ｈ＝０．２となる減衰係数
（減衰定数ｈ＝０．３についてはＣ’１＋Ｃ１として考える。）
Ｆ１：スプライン機構の摩擦力＝１４ｋｇ
Ｆ３：制動力＝２００ｋｇ
Ｋ３：防振ゴムのばね定数＝３５０ｋｇ／ｃｍ
Ｃ３：防振ゴムの減衰係数＝２ｋｇｓ／ｃｍ
Ｗ３：接続金物重量＝２０ｋｇ
【００３３】
（４）検討方法
ここでは、ΔＭ３（回転慣性質量）を変化させ、ＪＭＡ神戸ＵＤ地震（最大加速度＝３３２Ｇａｌ）に対する免震架台の応答を求めた。
なお、ＪＭＡ神戸ＵＤ地震は、０．５秒〜１秒程度の周期成分を含むため、標準的地震（例えば、エルセントロＵＤ地震、タフトＵＤ地震、八戸ＵＤ地震）に比べて免震性能（応答加速度の低減）を得にくい地震である。
【００３４】
（５）検討結果
免震架台の最大応答値（加速度、変位）と回転慣性質量比（回転慣性質量／免震対象体質量）の関係について、免震架台の減衰定数をｈ＝０．３にした場合を図４および図５に、免震架台の減衰定数をｈ＝０．１にした場合を図６および図７にそれぞれ示す。
【００３５】
図４から図７に示されるように、免震床（架台）の最大加速度は、免震架台の振動数が１．０Ｈｚや１．２Ｈｚの場合、回転慣性質量比が０．２を中心に、０．１〜０．３の場合に小さくなるが、免震架台の振動数が０．８Ｈｚになると、回転慣性質量比が０．０５の場合でも大きな免震性能が得られることが分かる。この傾向は、免震架台の減衰定数が変動した場合でもほぼ同じになる。免震架台の振動数や減衰定数は、積載荷重により変動することを考慮すると、回転慣性質量比は、０．０５以上０．３以下の範囲、より好ましくは０．２を目標として設定することにより、効果的な免震を行うことができることが分かる。
【００３６】
なお、回転慣性質量比が０．３よりも大きくなるに従い、免震架台の応答加速度は漸増するが、これは回転慣性質量と免震架台の相対加速度との積で表される慣性力が、回転慣性質量比の増加や、地震の揺れに対し免震架台が逆位相で揺れる短周期成分の相対加速度の増加によって大きくなり、その結果として応答加速度が漸増したものと考えられる。また、免震振動数が１．２Ｈｚ、１．０Ｈｚの場合、回転慣性質量比が０．１よりも小さくなると免震性能が顕著に低下するが、これは回転慣性質量比が小さくなりすぎると免震周期の長周期化（免震振動数の低下）に対する効果が少なくなるためと考えられる。ただし免震振動数が０．８Ｈｚの場合、即ち元々免震周期が長い場合は、回転慣性質量比が０．０５と小さくても大きな免震性能が保持される。
【００３７】
［リード長の検討］
次に、ボールネジ軸２４のリード長について図８を用いて説明する。
ここでは、上記構成を有する免震装置１００において、ボールネジ軸２４のリード長が免震性能に及ぼす影響を以下のように検討した。
（１）検討モデル
ボールナット２３の上下運動をボールネジ軸２４の回転運動に変換する機構において、そのときの逆効率（変換効率）ηは図８のように示される。
図８に示されるように、逆効率ηは、リード角βと摩擦係数μにより変動するが、リード角βが大きくなるほど摩擦係数μの影響が小さくなり、逆効率ηが１００％に近づくことがわかる。
【００３８】
また、ボールナット２３の推力Ｆと、ボールネジ軸２４のトルクＴの関係は、以下に示す（２）式で表される。この式より、変換効率ηが小さい場合には、大きな推力Ｆが作用しないとボールネジ軸２４は回転しないことが分かる。また、ボールネジ軸２４のリード長Ｌが小さい場合も同様であることが分かる。
【数２】
2011007323.tif 000004
【００３９】
運動変換機構２２は、免震対象体１と支持構造物２との間に設けられるが、上下方向に大きなＦが生じると、その力は免震対象体１に伝達されて免震性能を阻害することになるため、リード角β、リード長Ｌは大きい方が良いことになる。
【００４０】
一方、ボールネジ軸２４には円盤２１が固定され、回転慣性質量体として利用される。
円盤２１の回転により免震対象体１に付加される回転慣性質量ΔＭは、以下の（３）式で表される。この式より、質量効果はボールネジ軸２４のリード長Ｌが大きくなると、その２乗に反比例して小さくなることがわかる。
【数３】
2011007323.tif 000005
【００４１】
（２）検討結果
（２）式に示されるように、ボールネジ軸２４のリード角βを大きく、すなわち、ボールネジ軸２４のリード長Ｌを長くすると、ボールネジナット２３の上下運動をボールネジ軸２４の回転運動に効率的に変換することができる。
一方、（３）式に示されるように、ボールネジ軸２４のリード角βを小さく、すなわち、ボールネジ軸２４のリード長Ｌを短くすると、免震対象体１の上下運動に伴う円盤２１の回転角度を大きくすることができるので、その回転慣性質量を増加させることができる。
【００４２】
ここで、一般に、回転運動への変換効率は９５％以上必要である。したがって、ボールネジ軸２４のリード角βを１０度以上３０度以下、より好ましくは、ボールネジ軸２４のリード長Ｌが軸外径と略等しくなる１７度程度とすることで、ボールネジナット２３の上下運動をボールネジ軸２４の回転運動に効率的に変換するとともに、円盤２１の回転慣性質量の低下を抑制して効果的な免震を行うことができる。
【００４３】
（３）ケーススタディ
上記検討結果のケーススタディとして、軸外径とリード長とが略等しいボールネジ軸２４ａと、リード長が軸外径の２倍とされたボールネジ軸２４ｂについて、それぞれの変換効率を検討する。
軸外径とリード長とが略等しいボールネジ軸２４ａの場合、リード角βは１７度であり、図８を参照すると、摩擦係数μによらず１００％に近い変換効率が得られる。
【００４４】
リード長が軸外径の２倍とされたボールネジ軸２４ｂの場合、リード角βは３１度である。ここで、図８に示されるように、変換効率はリード角βがある程度以上になると１００％に漸近する特性を有することから、ボールネジ軸２４ｂの変換効率はボールネジ軸２４ａの変換効率と大差ないと推測できる。
【００４５】
一方、その質量効果ΔＭは、取り付けた円盤２１が同じであれば、リード長が軸外径の２倍とされたボールネジ軸２４ｂの場合、（３）式に示されるように、軸外径とリード長とが略等しいボールネジ軸２４ａの１／４となる。
【００４６】
したがって、質量効果の低減を抑えながら１００％に近い変換効率を得ることができるのは、軸外径とリード長とが略等しいボールネジ軸２４ａである。
なお、軸外径（正確には軸の横断面積）は、ボールネジ軸に作用する軸方向の力（＝ΔＭ×相対加速度）で決定するが、大きな軸力の負担を要する場合ほどリード長を長くできるので、その変換効率を向上させることができる。
【００４７】
［防振ゴムの仕様検討］
次に、防振ゴム３１の仕様について、図９から図１４を用いて説明する。
ここでは、上記構成を有する免震装置１００において、防振ゴム３１の振動吸収域が免震性能に及ぼす影響を以下のように検討した。
【００４８】
（１）振動台試験
本実施形態に係る免震装置１００を免震架台に直接装着した場合における振動台試験の結果を図９および図１０に示す。図９は振動台加速度波の周波数分析結果であり、図１０は免震架台加速度波の周波数分析結果である。
【００４９】
図９に示されるように、振動台加速度は約５Ｈｚの振動成分が卓越している。これに対し、免震架台加速度については、図１０に示されるように、５Ｈｚ成分は半分程度に低減するものの、１０Ｈｚ以上の振動成分が増幅しているのが分かる。これは、ボールネジ軸２４のリード長を軸外径と略等しくして、直線運動から回転運動への変換効率を１００％に近づけても、１０Ｈｚを超える高い振動成分に対しては、その変換が瞬時にできないことを示している。
【００５０】
（２）検討モデル
振動台試験の結果から、本実施形態の免震装置１００を装着することで、１０Ｈｚ以上の高周波成分が免震架台に伝達されることが確認されたことから、図１１の解析モデルを用いて高周波成分を除去するための防振ゴム選定を行った。
【００５１】
（３）検討方法
図１１に示すモデルにおいて防振ゴム３１のばね定数を変化させて、５Ｈｚ、７．５Ｈｚ、１０Ｈｚ、１５Ｈｚの正弦波（最大加速度＝１００Ｇａｌ）を入力した場合の応答解析を行い、防振ゴム３１のばね定数と応答加速度の関係を求めた。また、その際のモデル諸元を図１２に示す。
【００５２】
（４）解析結果
防振ゴム３１のばね定数と加速度応答倍率の関係を図１３および図１４に示す。ここで、図１３は正弦波入力後、応答が定常状態になった時の結果であり、図１４は過渡状態の結果を含む最大値の結果である。
図１３および図１４に示されるように、防振ゴム３１による振動低減効果が確認できるが、防振ゴム３１により１０Ｈｚ以上の成分を半分以下にするものとすると、防振ゴム３１のばね定数Ｋとしては１５００ｋｇ／ｃｍ以下が必要になる。また、歩行性を確保する場合、体重７０ｋｇの人による変形を０．２ｃｍ以下に抑えるものとすると、防振ゴム３１のばね定数Ｋとしては３５０ｋｇ／ｃｍ以上が必要になる。
【００５３】
このばね定数Ｋと免震対象体１の質量Ｍより決定する振動数ｆを下式より算出する。
【数４】
2011007323.tif 000006
【００５４】
ここで、Ｍ＝３０００／９８０＝３．０６ｋｇｓ２／ｃｍとなるため、振動数は以下のように算出される。
Ｋ＝３５０ｋｇ／ｃｍの場合、ｆ≒１．５Ｈｚ
Ｋ＝１５００ｋｇ／ｃｍの場合、ｆ≒３．５Ｈｚ
したがって、免震対象体１が、１．５Ｈｚ〜３．５Ｈｚの範囲で振動するようなばね定数を有する防振ゴム３１を選定すれば、１０Ｈｚ以上の振動成分を除去できることが分かる。すなわち、免震対象体１が床である場合の床面の歩行性を確保しながら、防振ゴム３１により、運動変換機構２２により免震対象体１の上下動を円盤２１の回転運動に変換することが困難な短周期の微振動を吸収することができることが分かる。
【００５５】
［粘弾性体の仕様検討］
次に、防振ゴム３１に換えて用いる粘弾性体の仕様について、図１５から図１８を用いて説明する。
【００５６】
（１）検討モデル
図１５の解析モデルを用いて１０Ｈｚ以上の高周波成分を除去するための粘弾性体選定を行った。図１６にモデル諸元を示すが、図１２のモデル諸元で防振ゴムを粘弾性体に変更したものである。粘弾性体は、温度２０℃で使用するものとし、下式で定義する損失係数ηｄがほぼ１．０となる材料を用いるものとした。
【数５】
2011007323.tif 000007
【００５７】
ここでＣは粘弾性体の減衰係数、Ｋは粘弾性体のばね定数、ωは加振円振動数を表している。
【００５８】
（２）検討方法
図１５に示すモデルにおいて粘弾性体のばね定数を変化させて、５Ｈｚ、７．５Ｈｚ、１０Ｈｚ、１５Ｈｚの正弦波（最大加速度＝１００Ｇａｌ）を入力した場合の応答解析を行い、粘弾性体のばね定数と応答加速度の関係を求めた。
【００５９】
（３）解析結果
粘弾性体のばね定数と加速度応答倍率の関係を図１７および図１８に示す。ここで図１７は正弦波入力後、応答が定常状態になった時の結果であり、図１８は過渡状態の結果を含む最大値の結果である。
図１７および図１８に示されるように、粘弾性体による振動低減効果が確認できるが、粘弾性体により１０Ｈｚ以上の成分を半分以下にするものとすると、粘弾性体のばね定数Ｋとしては、防振ゴムの場合と同様１５００ｋｇ／ｃｍ以下が必要になる。また歩行性を確保する場合、体重７０ｋｇの人による変形を０．２ｃｍ以下に抑えるものとすると、粘弾性体のばね定数Ｋとしては３５０ｋｇ／ｃｍ以上が必要になる。
【００６０】
このばね定数Ｋと免震対象体１の質量Ｍより決定する振動数は、防振ゴムの場合と同じになることから、免震対象体１に対し、１．５Ｈｚ〜３．５Ｈｚの範囲で振動するばね定数の粘弾性体を選定すれば、１０Ｈｚ以上の振動成分を除去できることが分かる。
【００６１】
以上説明してきたように、本実施形態に係る免震装置１００によれば、円盤２１の回転慣性質量を免震対象体１の質量の０．３倍以下に制限することで、運動変換機構２２から免震対象体１に伝達される短周期成分の慣性力を抑制可能になる。また質量体の回転慣性質量を免震対象体１の０．０５倍以上にすることで、免震対象体１の鉛直方向の振動を長周期化することができ、免震対象体１が支持構造物２の振動に追従してしまうことを防止して、免震対象体１に伝達される鉛直方向の振動を低減することができる。
【００６２】
この場合において、より好ましくは円盤２１の回転慣性質量を免震対象体１の質量の０．２倍とすることにより、免震対象体１の加速度を小さくすることができるので、免震対象体１を効果的に免震することができる。
【００６３】
また、運動変換機構２２をボールネジ軸２４とボールネジナット２３との組合せとし、ボールネジ軸２４のリード角を１０度以上３０度以下、より好ましくは、ボールネジ軸２４のリード長が直径と略等しくなる１７度程度とすることで、ボールネジナット２３の上下運動をボールネジ軸２４の回転運動に効率的に変換するとともに、円盤２１の回転慣性質量の低下を抑制して効果的な免震を行うことができる。
【００６４】
また、ブレーキ機構４０により円盤２１の回転を制動することによって、免震対象体１の振動減衰効果を得ることができる。これにより、円盤２１の回転慣性質量が小さい場合にも、免震対象体１の鉛直方向の振動を効果的に低減することができる。
また、ブレーキ機構４０により円盤２１の回転を制動することによって、免震対象体１の上下運動を抑制することができ、免震対象体１が床である場合に床面の歩行性を向上させることができる。
【００６５】
また、免震対象体１の鉛直方向の振動数が１．５Ｈｚ以上３．５Ｈｚ以下となるような防振ゴムや粘弾性体を免震対象体１と質量付加機構２０との間に備えることで、運動変換機構２２により円盤２１の回転運動に変換することが難しい高周波振動（例えば１０Ｈｚ以上の振動）が発生した場合にも、その振動を吸収して、免震対象体１を免震することができると共に、免震対象体１が床である場合の床面の歩行性を確保することができる。
【００６６】
また、スプライン機構３０により、免震対象体１を鉛直方向に移動自在に保持するとともに、水平方向の動きを拘束することで、水平方向の荷重に弱い防振ゴム３１、運動変換機構２２、および空気ばね１３に対して、水平方向の荷重が加わることを防止することができる。
【００６７】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
例えば、本実施形態では、免震対象体１に対して免震装置を１つ設けた例を説明したが、免震対象体１に対して免震装置を複数設けることとしてもよい。その場合には、各免震装置における円盤２１の合計回転慣性質量を免震対象体１の質量の０．０５倍以上０．３倍以下とすればよい。
【００６８】
また、本実施形態では、運動変換機構２２により回転させる質量体が円盤２１であるとして説明したが、回転慣性モーメントを発生させて免震対象体１の鉛直方向の運動に関与する慣性質量を増加させることができればよく、回転させる質量体を棒状あるいは板状のものとしてもよい。
【００６９】
また、本実施形態では、免震対象体１は空気ばね１３により支持されていることとして説明したが、復元力を有し、免震対象体１を支持可能なものであればよく、例えばゴムやコイルばねを用いても良い。
【符号の説明】
【００７０】
１  免震対象体
２  支持構造物
１３  空気ばね
２０  質量付加機構
２１  円盤
２２  運動変換機構
２３  ボールネジナット
２４  ボールネジ軸
３０  スプライン機構
３１  防振ゴム
４０  ブレーキ機構
１００  免震装置
【図１】
2011007323.tif 000008
【図２】
2011007323.tif 000009
【図３】
2011007323.tif 000010
【図４】
2011007323.tif 000011
【図５】
2011007323.tif 000012
【図６】
2011007323.tif 000013
【図７】
2011007323.tif 000014
【図８】
2011007323.tif 000015
【図９】
2011007323.tif 000016
【図１０】
2011007323.tif 000017
【図１１】
2011007323.tif 000018
【図１２】
2011007323.tif 000019
【図１３】
2011007323.tif 000020
【図１４】
2011007323.tif 000021
【図１５】
2011007323.tif 000022
【図１６】
2011007323.tif 000023
【図１７】
2011007323.tif 000024
【図１８】
2011007323.tif 000025