(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水平動に対して免震効果を発揮する水平動免震ユニットと、上下動に対して免震効果を発揮する上下動免震ユニットとを上下に連結した構造を有する三次元免震装置であって、
水平動免震ユニットは、平板状の剛性部材と弾性部材を上下方向に積層した構造からなり、
上下動免震ユニットは、上下方向の軸線を共通の中心とする上下２つの円筒型容器からなり、
上側の円筒型容器の上面には上蓋が、下側の円筒型容器の下面には下蓋が設けられており、
いずれか一方の円筒型容器の内径は他方の円筒型容器の外径よりも若干大きく、一方の円筒型容器の内側に他方の円筒型容器が上下方向に相対的にスライド可能に嵌合しており、双方の円筒状側壁の間の高さの異なる位置に２つ以上のオーリングが設けられており、
２つの円筒型容器により囲まれた密閉された内部空間にはガスまたはエアーが封入され、このガスまたはエアーは２つの円筒型容器の壁とオーリングによって外部に漏れないようにされており、
円筒型容器が上下方向に相対的にスライドすることで、上下動免震ユニットの全体高さが変化するものであり、
円筒型容器の側方外部または側方内部の少なくとも一方に環状部材または円筒型部材が同軸状に設けられ、
環状部材または円筒型部材の側壁と円筒型容器の側壁との間の高さの異なる位置に２つ以上のオーリングが設けられており、
環状部材または円筒型部材の側壁と円筒型容器の側壁により囲まれた環状の密閉された空間にはガスまたはエアーが封入され、このガスまたはエアーは環状部材または円筒型部材の側壁と円筒型容器の側壁とオーリングによって外部に漏れないようにされていることを特徴とする三次元免震装置。
【請求項２】
請求項１に記載の三次元免震装置において、
上下動免震ユニットを構成する上下２つの円筒型容器の中に、上下動に対して免震効果を発揮する上下免震部材が設けられていることを特徴とする三次元免震装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の三次元免震装置において、
密閉された空間には、ガスまたはエアーに加えて液体が封入されていることを特徴とする三次元免震装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一つに記載の三次元免震装置において、
２つの円筒型容器により囲まれた密閉された内部空間には、上下動を抑制するためのオイルダンパーが設けられていることを特徴とする三次元免震装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一つに記載の三次元免震装置において、
オーリングと側壁とで囲まれたすき間空間は、ガスまたはエアー漏れを防ぐための液体で満たされていることを特徴とする三次元免震装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一つに記載の三次元免震装置を維持管理する方法であって、
密閉された空間のガスまたはエアー圧を常時監視し、ガスまたはエアー圧の漏れを発見した場合には、発見したガスまたはエアー漏れの不具合を修復し、あるいは新規の三次元免震装置に交換することにより、常に水平動および上下動の免震効果を維持するようにしたことを特徴とする三次元免震装置の維持管理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水平方向および上下方向の振動を抑制する三次元免震装置に関し、特に、地震時の上下動を抑制し、上下方向の振動加速度を低減することが必要なオフィス、精密機械製作工場、コンピュータセンター等の建屋用の免震装置として好適な三次元免震装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
通常の建物は、地盤に構築された基礎の上に直接建設されるので、地震時の地盤の上下動および水平動はそのまま建物に作用する。この地震動のうち水平動に対して免震効果を発揮するものは従来技術として既に利用されており、例えば複数の免震装置の上に建物を建設することで実現できる。
【０００３】
このような水平動を緩和する免震装置としては、例えば水平な金属板と水平なゴム板を交互に積層した免震部材を用いたものが知られている。
【０００４】
ところで、地震動には上述のような水平動だけでなく上下動もある。
例えば、非特許文献１に示された水平方向免震装置を有する６階建て免震建物（柱ＳＲＣ造・梁Ｓ造）の地震動の実測例では、基礎面の加速度波形に比べて、１階および６階床面の加速度波形を見ると、東西および南北方向の水平地震動は免震装置によって緩和されているものの、上下方向の地震動は緩和されていないことがわかる。
【０００５】
上下動は建物を損傷する原因となる場合も懸念されるし、特に建物内部に大型コンピュータのような精密機械を多く設置してある場合には設備機械の損傷による損失あるいはコンピュータ内に蓄積されていたデータが喪失することが懸念される。
【０００６】
上下動に有効な免震装置として、例えば下記の特許文献１〜７に示すようなものが知られている。このうち特許文献４〜７は、ゴム板と鋼板を交互に積層した水平動免震ユニットと、ゴム板と鋼板を交互に同心状に積層した上下動免震ユニットを上下に連結したものである。また、上下動免震ユニットの構造に類似したものとして、弾性材料と延伸不能材料を同心状に交互に積層した積層軸受が知られている（例えば、特許文献８、９を参照）。
【０００７】
また、実際に適用された事例として非特許文献２に示すようなものが知られている。しかし、実際に適用された上下動免震装置はガススプリング機構を利用しているものの、上下動免震ユニットの転倒挙動の懸念があることがデメリットであった。また、使用するガス圧を大きくすることが困難なため、多数の免震装置を必要とすることも経済的なデメリットであった。また、ゴム製の耐圧袋を使った装置では耐圧性能を大きくするために、ゴムを鋼線補強することになり、装置の柔軟性や組み立てやすさに支障があることがデメリットであった。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】長田勝幸、川田公裕、「免震建物の兵庫県南部地震による効果（郵政省ＷＥＳＴビル）」、日本建築学会学術講演梗概集、Ｎｏ．２１３１６、ｐｐ．６３１−６３２、１９９５年８月
【非特許文献２】高橋治ほか、「３次元免震システムの開発と共同受託へ採用した設計事例」、鉄構技術、ｐｐ．４０−４７、２０１０年１０月
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特許第３０９７００６号公報
【特許文献２】特開２００２−１０６６３０号公報
【特許文献３】特開２００１−０８２５４２号公報
【特許文献４】特開２００２−１３５７２号公報
【特許文献５】特開平９−１４４８０８号公報
【特許文献６】特開２０００−１３０５０６号公報
【特許文献７】特開平３−２４４７６６号公報
【特許文献８】特開昭５４−１３２０４３号公報
【特許文献９】特開昭４８−１６４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
このため、上下動免震ユニットの転倒のおそれをなくし、設置数を減らせる三次元免震装置の開発が求められていた。
【００１１】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、上下動免震ユニットの転倒のおそれをなくし、設置数を減らせる三次元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】
【００１２】
上記した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る三次元免震装置は、水平動に対して免震効果を発揮する水平動免震ユニットと、上下動に対して免震効果を発揮する上下動免震ユニットとを上下に連結した構造を有する三次元免震装置であって、水平動免震ユニットは、平板状の剛性部材と弾性部材を上下方向に積層した構造からなり、上下動免震ユニットは、上下方向の軸線を共通の中心とする上下２つの円筒型容器からなり、上側の円筒型容器の上面には上蓋が、下側の円筒型容器の下面には下蓋が設けられており、いずれか一方の円筒型容器の内径は他方の円筒型容器の外径よりも若干大きく、一方の円筒型容器の内側に他方の円筒型容器が上下方向に相対的にスライド可能に嵌合しており、双方の円筒状側壁の間の高さの異なる位置に２つ以上のオーリングが設けられており、２つの円筒型容器により囲まれた密閉された内部空間にはガスまたはエアーが封入され、このガスまたはエアーは２つの円筒型容器の壁とオーリングによって外部に漏れないようにされており、円筒型容器が上下方向に相対的にスライドすることで、上下動免震ユニットの全体高さが変化することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係る他の三次元免震装置は、上述した発明において、上下動免震ユニットを構成する上下２つの円筒型容器の中に、上下動に対して免震効果を発揮する上下免震部材が設けられていることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係る他の三次元免震装置は、上述した発明において、円筒型容器の側方外部または側方内部の少なくとも一方に環状部材または円筒型部材が同軸状に設けられ、環状部材または円筒型部材の側壁と円筒型容器の側壁との間の高さの異なる位置に２つ以上のオーリングが設けられており、環状部材または円筒型部材の側壁と円筒型容器の側壁により囲まれた環状の密閉された空間にはガスまたはエアーが封入され、このガスまたはエアーは環状部材または円筒型部材の側壁と円筒型容器の側壁とオーリングによって外部に漏れないようにされていることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明に係る他の三次元免震装置は、上述した発明において、密閉された空間には、ガスまたはエアーに加えて液体が封入されていることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明に係る他の三次元免震装置は、上述した発明において、２つの円筒型容器により囲まれた密閉された内部空間には、上下動を抑制するためのオイルダンパーが設けられていることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明に係る他の三次元免震装置は、上述した発明において、オーリングと側壁とで囲まれたすき間空間は、ガスまたはエアー漏れを防ぐための液体で満たされていることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明に係る三次元免震装置の維持管理方法は、上述した三次元免震装置を維持管理する方法であって、密閉された空間のガスまたはエアー圧を常時監視し、ガスまたはエアー圧の漏れを発見した場合には、発見したガスまたはエアー漏れの不具合をただちに修復し、あるいは新規の三次元免震装置に交換することにより、常に水平動および上下動の免震効果を維持するようにしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係る三次元免震装置によれば、水平動に対して免震効果を発揮する水平動免震ユニットと、上下動に対して免震効果を発揮する上下動免震ユニットとを上下に連結した構造を有する三次元免震装置であって、水平動免震ユニットは、平板状の剛性部材と弾性部材を上下方向に積層した構造からなり、上下動免震ユニットは、上下方向の軸線を共通の中心とする上下２つの円筒型容器からなり、上側の円筒型容器の上面には上蓋が、下側の円筒型容器の下面には下蓋が設けられており、いずれか一方の円筒型容器の内径は他方の円筒型容器の外径よりも若干大きく、一方の円筒型容器の内側に他方の円筒型容器が上下方向に相対的にスライド可能に嵌合しており、双方の円筒状側壁の間の高さの異なる位置に２つ以上のオーリングが設けられており、２つの円筒型容器により囲まれた密閉された内部空間にはガスまたはエアーが封入され、このガスまたはエアーは２つの円筒型容器の壁とオーリングによって外部に漏れないようにされており、円筒型容器が上下方向に相対的にスライドすることで、上下動免震ユニットの全体高さが変化するので、上下動免震ユニットの転倒挙動に対して円筒型容器、オーリングが効果的に作用するため、上下動免震ユニットの転倒のおそれを低減することができる。また、三次元免震装置に作用する建物荷重を支持する力として、円筒型容器の内部のガス圧力による支持力を利用することで、三次元免震装置の設置数を節減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】
【００２０】
【図１−１】図１−１は、本発明に係る三次元免震装置の実施の形態１を示す常時の鉛直断面図である。
【図１−２】図１−２は、本発明に係る三次元免震装置の実施の形態１を示す地震時（地盤が上向き変位時）の鉛直断面図である。
【図１−３】図１−３は、本発明に係る三次元免震装置の実施の形態１を示す地震時（地盤が下向き変位時）の鉛直断面図である。
【図１−４】図１−４は、本発明に係る三次元免震装置の実施の形態１を示す地震時（地盤が水平変位時）の鉛直断面図である。
【図１−５】図１−５は、本発明に係る三次元免震装置の実施の形態１の変形例を示す鉛直断面図である。
【図２−１】図２−１は、本発明に係る三次元免震装置の実施の形態２を示す常時の鉛直断面図である。
【図２−２】図２−２は、本発明に係る三次元免震装置の実施の形態２を示す地震時の鉛直断面図である。
【図２−３】図２−３は、本発明に係る三次元免震装置の実施の形態２を示す地震時の鉛直断面図である。
【図３】図３は、本発明に係る三次元免震装置の実施の形態３を示す常時の鉛直断面図である。
【図４】図４は、本発明に係る三次元免震装置の実施の形態４を示す常時の鉛直断面図である。
【図５】図５は、高圧ガスによるバネ反力の違いを説明した図である。
【図６−１】図６−１は、本発明に係る三次元免震装置の実施の形態５を示す鉛直断面図である。
【図６−２】図６−２は、本発明に係る三次元免震装置の実施の形態６を示す鉛直断面図である。
【図６−３】図６−３は、本発明に係る三次元免震装置の実施の形態７を示す鉛直断面図である。
【図７】図７は、本発明に係る三次元免震装置の実施の形態８を示す常時の鉛直断面図である。
【図８】図８は、本発明に係る三次元免震装置を配置した建物の実施の形態を示す正面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に、本発明に係る三次元免震装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施の形態では、建物基礎の上部と下部の間に三次元免震装置が設けられる場合を例にとり説明するが、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００２２】
（実施の形態１）
まず、本発明の実施の形態１について説明する。
本実施の形態１は、高圧ガス封入方式についてのものである。
【００２３】
図１−１は、建物荷重が三次元免震装置に作用していない状態を示している。この図に示すように、本発明の実施の形態１に係る三次元免震装置１００は、水平動に対して免震効果を発揮する水平動免震ユニット１０と、上下動に対して免震効果を発揮する上下動免震ユニット１２とを上下に連結した構造を有する。水平動免震ユニット１０は下面の固定板１４を介して建物の基礎の下部１６にアンカーボルト１８で固定され、上下動免震ユニット１２は上面の固定板２０を介して基礎の上部２２にアンカーボルト１８で固定される。
【００２４】
水平動免震ユニット１０は、平板状の金属板２４（剛性部材）とゴム板２６（弾性部材）を上下方向に交互に積層した積層ゴム免震構造からなる。
【００２５】
上下動免震ユニット１２は、高圧ガス封入方式のものであり、上下方向の軸線（不図示）を共通の中心とする上下２つの円筒型容器２８、３０からなる。上側の円筒型容器２８の上面には上蓋３２が設けられており、固定板２０に固定されている。また、下側の円筒型容器３０の下面には下蓋３４が設けられており、水平動免震ユニット１０の上面に固定されている。
【００２６】
下側の円筒型容器３０の内径は上側の円筒型容器２８の外径よりも若干大きく、円筒型容器３０の内側に円筒型容器２８が上下方向に相対的にスライド可能に嵌合しており、双方の円筒状側壁３６、３８の間の高さの異なる位置に２つのオーリング４０が設けられている。オーリング４０は、外側の円筒状側壁３８の内周に沿って環状に設けた凹部４２に収容固定されている。
【００２７】
２つの円筒型容器２８、３０により囲まれた密閉された内部空間４４にはガスが封入され、このガスは２つの円筒型容器２８、３０の側壁３６、３８とオーリング４０によって外部に漏れないようにされている。円筒型容器２８、３０は水平変形抑制体を兼ねる高圧ガス支持体である。円筒型容器２８、３０が上下方向に相対的にスライドすることで、上下動免震ユニット１２の全体高さが変化するようになっている。
【００２８】
なお、図１−１の例では、小径の円筒型容器２８が大径の円筒型容器３０の上に配置されているが、上下逆に配置してもよい。また、オーリング４０が上下２つ設けられているが、これは水平方向の地震動によって円筒型容器２８、３０が傾斜変形することを防ぐ効果を期待しているためである。よって、オーリング４０は異なる高さ位置に３個でもあるいはそれ以上の数であってもよい。
【００２９】
円筒型容器２８、３０の内部に封入するガスは空気、窒素ガス、炭酸ガス、アルゴンガス等の不燃性ガスである。
【００３０】
上記構成の動作および作用について説明する。
建物の静的荷重が三次元免震装置１００に作用している常時の状態では、図１−１に示すように三次元免震装置１００のガス圧力による支持力が建物の重量とバランスした状態の高さで維持される。
【００３１】
地震発生時には、図１−２および図１−３に示すように、地盤の上下動に応じて上下動免震ユニット１２の高さが変化し、それに応じてガス圧が変化するガス圧バネによって上下動変形量が抑制される。
【００３２】
一方、図１−４に示すように地盤の水平方向の動きが生じたときに、上下動免震ユニット１２を構成する円筒型容器２８、３０は水平変位や傾斜変位を生じないので、上下動免震ユニット１２の下に存在する水平動免震ユニット１０がスムースに機能することができる。
【００３３】
このように、本実施の形態によれば、上下動免震ユニット１２の転倒挙動に対して円筒型容器２８、３０、オーリング４０が効果的に作用するため、上下動免震ユニット１２の転倒のおそれを低減することができる。また、三次元免震装置１００に作用する建物荷重を支持する力として、円筒型容器２８、３０の内部のガス圧力による支持力を利用することで、三次元免震装置１００の設置数を節減することができる。
【００３４】
なお、上記の実施の形態では、水平動免震ユニット１０の上に上下動免震ユニット１２を連結配置した場合を例にとり説明したが、上下動免震ユニット１２の上に水平動免震ユニット１０を連結配置してもよい。このようにしても本実施の形態と同様の作用効果を奏することができる。
【００３５】
（実施の形態１の変形例）
次に、本発明の実施の形態１の変形例について説明する。
図１−５に示すように、本実施の形態１の変形例の三次元免震装置１０１は、上下動免震ユニット１２Ａの円筒型容器２８の側壁３６に、ガスまたはエアーが出入可能な出入口４６と開閉装置４８（例えばボールバルブ、調圧弁など）を設けたものである。この出入口４６を使うことで、建物に三次元免震装置を設置した直後におけるガスの注入作業やその後のガスの追加注入、あるいは三次元免震装置を取り出してメンテナンスするためにガスまたはエアーを抜いて装置高さを小さくすることが可能である。さらに、出入口４６に圧力計５０を連結しておくことで、上下動免震ユニット１２Ａ内のガスまたはエアー圧を常時監視することもできる。上下動免震ユニット１２Ａ内のガスまたはエアーを圧力計５０にて管理し、開閉装置４８にてガスまたはエアー圧力を適正値に制御することが可能である。
【００３６】
本発明に係る維持管理方法では、密閉された内部空間４４のガスまたはエアー圧を常時監視し、ガスまたはエアー圧の漏れを発見した場合には、発見したガスまたはエアー漏れの不具合をただちに修復し、あるいは新規の三次元免震装置に交換することにより、常に水平動および上下動の免震効果を維持するようにする。
【００３７】
例えば、図８に示すように、本発明の三次元免震装置（図中の符号１００を符号１０１と読み替える）を配置して、常時はガスまたはエアー圧で一定高さに維持し、各上下動免震ユニット（図中の符号１２を符号１２Ａと読み替える）のガスまたはエアー圧を監視するようにする。そして、ガスまたはエアー圧の漏れを発見した場合には、ガスまたはエアー漏れによる上下動免震ユニットの不具合をただちに修復し、あるいは新規の三次元免震装置に交換する。
【００３８】
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２について説明する。
図２−１に示すように、本発明の実施の形態２に係る三次元免震装置２００は、上下２つの円筒型容器２８、３０からなる上下動免震ユニット１２の中に、上下動に対して免震効果を発揮する別の上下動免震ユニット５２（上下免震部材）を設けたものである。以下、上下動免震ユニット１２と上下動免震ユニット５２からなる構成を、上下動免震ユニット１２Ｂと称する。
【００３９】
上下動免震ユニット５２は、上下方向の軸線（不図示）を中心とする円筒状の金属板５４（剛性部材）とゴム板５６（弾性部材）を同心円状に交互に積層した同心円積層ゴム構造からなる。円筒状のゴム板５６の厚さは均等の厚さとなっている。
【００４０】
上下動免震ユニット５２の上面および下面には、それぞれ金属製の円盤状の上板５８および下板６０が設けられている。上板５８は上蓋３２に固定され、下板６０は下蓋３４に固定される。
【００４１】
上下動免震ユニット５２の同心円の中心部には、上下方向にスライド可能な上下一対の金属製の金属上下部材６２、６４（剛性上下部材）が配置されている。上側の金属上下部材６２は、上板５８から下方に向けて突き出た円柱状の心棒からなる。下側の金属上下部材６４は、下板６０から上方に向けて突き出た円筒管状のシリンダー型の部材である。この下側の金属上下部材６４は、上側の金属上下部材６２の上下の動きを妨げることなくその周囲を囲うように上側の金属上下部材６２の外側に接近配置される。
【００４２】
また、上板５８の外縁から下方に向けて円筒状の内側壁６６が配置され、下板６０の外縁から上方に向けて円筒状の外側壁６８が配置される。内側壁６６は、下側の金属上下部材６４の半径方向外側に配置される。内側壁６６と外側壁６８との間に、円筒状の金属板５４とゴム板５６とが交互に同心円状に積層配置される。
【００４３】
上記構成において、上下動免震ユニット１２を介して内部の上下動免震ユニット５２に水平力が作用すると、上側の金属上下部材６２と下側の金属上下部材６４の側部間が水平方向に近づき接触することで、上側の金属上下部材６２から下側の金属上下部材６４、下板６０、下蓋３４を介して水平動免震ユニット１０に水平力が確実に伝達することになる。
【００４４】
次に、上下動免震ユニット５２の動作および作用について説明する。
図２−１に示すように、建物の静的荷重が三次元免震装置２００に作用している常時の状態では、三次元免震装置２００の高さは安定している。このとき、上下動免震ユニット１２内部の上下動免震ユニット５２では円筒状のゴム板５６からなる積層ゴムのせん断変形が生じており、せん断力に見合った支持力を発揮する。
【００４５】
図２−２に示すように、地震時に地盤が上方向に変形したときには、建物はあたかも沈み込むような変形となる。上下動免震ユニット５２のゴム板５６のせん断力が増加して上下動免震ユニット５２の高さは小さくなる。一方、地盤が下方向に変形したときには、建物はあたかも浮き上がったような状態になる。上下動免震ユニット５２のゴム板５６には逆方向のせん断力が発生する。他方、図２−３に示すように、地震時に水平方向に地盤が変形したときには、上下動免震ユニット５２のゴム板５６に水平力が発生し、この水平力は上下動免震ユニット１２を介して水平動免震ユニット１０に伝達し、水平動免震ユニット１０が水平変形する。
【００４６】
このように、地震発生時には、上下動免震ユニット５２の円筒状のゴム板５６からなる積層ゴムのせん断剛性バネによって上下動変形量は抑制される。さらに、この積層ゴムが粘弾性挙動をするので、上下動を抑制できる。本実施の形態では、円筒状のゴム板５６の厚さは均等になっている。上下動に応じてせん断変形する積層ゴムは、中心側のゴム板５６の面積（周長×高さ）に比べて、半径方向外側に配置されているゴム板５６の面積が大きくなっている。したがって、各層のゴム板５６の発揮するせん断抵抗力は外側に配置されているゴム板５６の方が大きい。小規模な地震においては外側のゴム板５６に比して、中心側のゴム板５６の方が大きく変形して比較的剛性の小さい抵抗力を発揮するのに対し、大規模な地震においては外側のゴム板５６も大きく変形するので、上下の変形量が大きくなるにしたがって、せん断剛性が大きくなる。このように上下変形量の大きさに応じて、せん断剛性が変化するので、より免震効果が有効になる。
【００４７】
また、図２−２に示すように、上下動免震ユニット５２は所定の高さまで縮小変形した時点で、内側壁６６の下端と、金属上下部材６４が固定される下板６０とが当接することによって、それ以上高さを縮小変形できないようになっている。
【００４８】
上述したように、建物荷重が作用している常時は、図２−１に示すような状態となっている。地震発生時には、図２−２に示すように、上下動免震ユニット５２は沈み込み変形する。地震動が過大となり、上下動変位量が予め設定した一定値以上となった場合には、図２−２の状態からさらに沈み込み、内側壁６６は下限まで沈下してその下端が下板６０に当接する。当接してから後は、それ以上の沈み込みをしないようにブロックされるので、建物は一定高さ以上に沈み込むことはない。また、ゴム板５６からなる積層ゴムは限界以上のせん断変形を起こさないので、積層ゴムが破断する懸念をなくすことができる。
【００４９】
次に、上下動免震ユニット５２を内蔵する上下動免震ユニット１２Ｂの動作および作用について説明する。
【００５０】
上述したように、建物荷重が作用している常時は、図２−１に示すような状態となる。地震発生時には、図２−２および図２−３に示すような状態となる。本実施の形態では、上下動免震ユニット１２Ｂのガス圧スプリングによる免震と、上下動免震ユニット５２による積層ゴムのせん断剛性バネの両者によって上下動変形量は抑制されるので、免震効果はより増強される。さらに、上下動免震ユニット５２の同心円状に積層させたゴム板５６が粘弾性挙動をするので、上下動を抑制できる。
【００５１】
なお、上記の実施の形態において、上下動免震ユニット５２の代わりに別の上下免震部材を上下動免震ユニット１２に内蔵した構成とすることも可能である。
【００５２】
（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３について説明する。
図３に示すように、本発明の実施の形態３に係る三次元免震装置３００は、上下動免震ユニット１２のオーリング４０と、円筒状側壁３６、３８とで囲まれたすき間空間７０を、ガスまたはエアー漏れを防ぐための液体で満たしたものである。すき間空間７０を満たす液体としては、例えば水、油、有機系液体もしくは水銀等の液体を用いることができる。
【００５３】
ゴムは液体に対して非常に透過性が無い材料であるが、ガスに対しては微量な透過性を有していることは、ゴムタイヤにガスを追加注入が必要なことからも明らかである。建物に設置する三次元免震装置は数年間〜数１０年間維持する必要があるので、できるだけガスが漏れない構造であることが望ましい。なお、上下動免震ユニット１２の内部に、上下動免震ユニット５２（図２−１等を参照）などの別の上下免震部材を内蔵した構成としてもよい。
【００５４】
上下動免震ユニット１２の内部に封入されたガスはゴム製のオーリング４０を微量ずつ透過するが、オーリング４０間のすき間空間７０を満たしている液体に出て行く際のガスの泡は非常に小さいので液体中を浮力で上昇する速度は著しく遅い。それ故、内部の高圧ガスは上下動免震ユニット１２の外部に漏出しにくく、ガスの注入作業等のメンテナンスを定期的に行う間隔を長くすることができる。
【００５５】
（実施の形態４）
次に、本発明の実施の形態４について説明する。
本実施の形態４は、縮むときとともに伸びるときに免震効果が同等になる構造についてのものである。
【００５６】
図４に示すように、本発明の実施の形態４に係る三次元免震装置４００の上下動免震ユニット１２Ｃは、上記の上下２つの円筒型容器２８、３０からなる上下動免震ユニット１２の側方外部に、正面視で略Ｌ字状断面の環状部材７２および円筒型部材７４を同軸状に設けるとともに、その側壁にオーリング７６、７８を設けて円筒型容器２８、３０の外にリング状の外部空間８０を画成配置したものである。これにより、内部空間４４と外部空間８０にガス室がダブル配置される。なお、このようにする代わりに、円筒型容器２８、３０の内部をリング状に区画してガス室をダブル配置してもよい。
【００５７】
建物の静的荷重が三次元免震装置４００に作用している常時の状態では、図４に示すように三次元免震装置４００の２つのガス室のガス圧力による支持力が建物の重量とバランスした状態の高さで維持される。
【００５８】
地震発生時には、地盤の上下動に応じて上下動免震ユニット１２Ｃの高さが変化し、それに応じてガス圧が変化するガス圧バネによって上下動変形量が抑制される。
【００５９】
図５は、高圧ガスによるバネ反力の違いを説明したものである。（１）は高圧ガス室がシングルの場合、（２）はダブルの場合である。図５（１）に示すように、ガス室がシングルの場合には、バネ反力は非線形（指数関数カーブ）となり、上下動免震ユニットが広がったときに元に戻す復元力が小さくなる。一方、図５（２）に示すように、ガス室がダブルの場合には、上下動免震ユニットが狭くなったときに一方の変形特性が硬化し、広くなったときはもう一方の変形特性が硬化する。このように、ガス室がダブル配置の場合には、常にバネ反力による元に戻そうとする上下方向の復元力が大きくなり、上下動免震ユニットの変位を抑えることが可能となる。
【００６０】
次に、本発明の実施の形態５〜７について説明する。本実施の形態５〜７は、ガス室の剛性を調整できるガス・液体封入方式についてのものである。
【００６１】
（実施の形態５）
まず、本発明の実施の形態５について説明する。
図６−１に示すように、本発明の実施の形態５に係る三次元免震装置５００は、ガス室がシングルの場合であり、上下動免震ユニット１２のガス室をなす内部空間４４に、ガスに加えて液体８２を封入したものである。液体８２としては、例えばオイル、水、有機系の液体、コロイド懸濁液等の粘度の大きい液体を用いることができる。液体８２を封入することで内部空間４４における液体８２の体積比率に応じてガス圧によるバネ反力係数（バネ剛性）を容易に調整することが可能となる。
【００６２】
ガス室の容積の約１／２を液体８２が満たしている場合には、上下変位量に対するガス圧反力は約２倍になる。液体８２の占める体積比率を調整することで最適なガス圧バネの剛性を得られる。
【００６３】
（実施の形態６）
次に、本発明の実施の形態６について説明する。
図６−２に示すように、本発明の実施の形態６に係る三次元免震装置６００は、ガス室がダブルの場合であり、上下動免震ユニット１２Ｃのガス室をなす内部空間４４、外部空間８０に、ガスに加えて液体８２が封入されている。液体８２としては、例えばオイル、水、有機系の液体、コロイド懸濁液等の粘度の大きい液体を用いることができる。液体８２を封入することで内部空間４４、外部空間８０における液体８２の体積比率に応じてガス圧を容易に調整することが可能となる。
【００６４】
ダブル配置したガス室の各々において容積の約１／２を液体８２が満たしている場合には、上下変位量に対するガス圧反力は約２倍になる。液体８２の占める体積比率を調整することで最適なガス圧バネの剛性を得られる。
【００６５】
（実施の形態７）
次に、本発明の実施の形態７について説明する。
図６−３に示すように、本発明の実施の形態７に係る三次元免震装置７００は、上記の実施の形態５の上下動免震ユニット１２の内部に、オイルダンパーユニット８４を内蔵した上下動免震ユニット１２Ｄを備えたものである。
【００６６】
オイルダンパーユニット８４は、円筒型容器２８、３０の内部中心に設けられ、金属等の上側の剛性部材８６と下側の剛性部材９０からなり、狭いすき間を隔てて浮いた状態で嵌合している。より具体的には、上側の剛性部材８６の下面には下方に突出する複数の突起部８８が設けられ、この突起部８８は、下側の剛性部材９０の上面の凹部９２に嵌合している。オイルダンパーユニット８４の上側の剛性部材８６は上蓋３２に固定され、下側の剛性部材９０は下蓋３４に固定されている。オイルダンパーユニット８４は一つでもよいし、複数でもよい。
【００６７】
上記構成において、上下変位が生じるとオイル等の液体８２は狭いすき間を経由して流動するので、液体８２の粘度抵抗によって上下動が抑制される。最大の上下変位が生じても、常にオイルダンパーユニット８４の下半分の剛性部材９０の天端よりも高い位置に液面が存在するようにしておけば、ダンパーは繰り返し機能できる。
【００６８】
オイルダンパーユニット８４の構造としては、例えば板状の突起部８８を櫛状に配置する一方、これと対向する位置に凹部９２を配置した構造でもよいし、円柱状の突起部８８をドット状に配置する一方、これと対向する位置に凹部９２を配置した構造としてもよい。
【００６９】
このように、本実施の形態によれば、上下動免震ユニット１２内に上下動変位時における液体８２の流動（粘性）抵抗機能を活用したオイルダンパーユニット８４を設けることにより、地震動の上下動に対する免震効果を阻害することなく、上下動免震ユニット１２に生じる上下動変位を抑制することが可能となり、上下動免震ユニット１２の高さをより低く抑えコンパクトな装置とすることが可能となる。また、免震層に上下動方向のダンパーを別に設置することが不要もしくは低減するため、施工性や免震装置の設置に対する自由度が向上する。
【００７０】
（実施の形態８）
次に、本発明の実施の形態８について説明する。
図７に示すように、本実施の形態８に係る三次元免震装置８００の上下動免震ユニット１２Ｅは、円筒型容器２８、３０の内部空間４４に上記のオイルダンパー９４を内蔵したものである。
【００７１】
オイルダンパー９４は、オイル１１０が満たされたシリンダー９６と、ピストンロッド９８と、調圧弁１０２と、リリーフ弁１０４と、上部ハウジング１０６と、下部板１０８とを備える。
【００７２】
オイルダンパー９４の上部ハウジング１０６は上蓋３２に固定され、下部板１０８は下蓋３４に固定されている。オイルダンパー９４は一つでもよいし、複数でもよい。オイルダンパー９４は円筒型容器２８、３０の内部に配置する代わりに、円筒型容器２８、３０の外部かつ水平動免震ユニット１０の上部に配置してもよい。
【００７３】
地震発生時には、地盤の上下動に応じてオイルダンパー９４と上下動免震ユニット１２Ｅの高さが変化し、上下動変形量が抑制される。
【００７４】
このように、本実施の形態によれば、上下動免震ユニット１２Ｅ内に上下動変位時におけるオイル１１０の流動（粘性）抵抗機能を活用したオイルダンパー９４を設けることにより、地震動の上下動に対する免震効果を阻害することなく、上下動免震ユニット１２Ｅに生じる上下動変位を抑制することが可能となり、上下動免震ユニット１２Ｅの高さをより低く抑えコンパクトな装置とすることが可能となる。また、免震層に上下動方向のダンパーを別に設置することが不要もしくは低減するため、施工性や免震装置の設置に対する自由度が向上する。
【００７５】
以上説明したように、本発明に係る三次元免震装置によれば、水平動に対して免震効果を発揮する水平動免震ユニットと、上下動に対して免震効果を発揮する上下動免震ユニットとを上下に連結した構造を有する三次元免震装置であって、水平動免震ユニットは、平板状の剛性部材と弾性部材を上下方向に積層した構造からなり、上下動免震ユニットは、上下方向の軸線を共通の中心とする上下２つの円筒型容器からなり、上側の円筒型容器の上面には上蓋が、下側の円筒型容器の下面には下蓋が設けられており、いずれか一方の円筒型容器の内径は他方の円筒型容器の外径よりも若干大きく、一方の円筒型容器の内側に他方の円筒型容器が上下方向に相対的にスライド可能に嵌合しており、双方の円筒状側壁の間の高さの異なる位置に２つ以上のオーリングが設けられており、２つの円筒型容器により囲まれた密閉された内部空間にはガスまたはエアーが封入され、このガスまたはエアーは２つの円筒型容器の壁とオーリングによって外部に漏れないようにされており、円筒型容器が上下方向に相対的にスライドすることで、上下動免震ユニットの全体高さが変化するので、上下動免震ユニットの転倒挙動に対して円筒型容器、オーリングが効果的に作用するため、上下動免震ユニットの転倒のおそれを低減することができる。また、三次元免震装置に作用する建物荷重を支持する力として、円筒型容器の内部のガス圧力による支持力を利用することで、三次元免震装置の設置数を節減することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
以上のように、本発明に係る三次元免震装置は、水平方向および上下方向の振動を抑制するのに有用であり、特に、地震時の上下動を抑制し、上下方向の振動加速度を低減することが必要なオフィス、精密機械製作工場、コンピュータセンター等の建屋用の免震装置に適している。
【符号の説明】
【００７７】
１０  水平動免震ユニット
１２，１２Ａ〜１２Ｅ  上下動免震ユニット
１４，２０  固定板
１６  基礎の下部
１８  アンカーボルト
２２  基礎の上部
２４  金属板（平板状の剛性部材）
２６  ゴム板（平板状の弾性部材）
２８，３０  円筒型容器
３２  上蓋
３４  下蓋
３６，３８  側壁
４０  オーリング
４２  凹部
４４  内部空間
４６  出入口
４８  開閉装置
５０  圧力計
５２  上下動免震ユニット（上下免震部材）
５４  金属板（円筒状の剛性部材）
５６  ゴム板（円筒状の弾性部材）
５８  上板
６０  下板
６２，６４  金属上下部材（剛性上下部材）
６６  内側壁
６８  外側壁
７０  すき間空間
７２  環状部材
７４  円筒型部材
７６，７８  オーリング
８０  外部空間
８２  液体
８４  オイルダンパーユニット
８６，９０  剛性部材
８８  突起部
９２  凹部
９４  オイルダンパー
９６  シリンダー
９８  ピストンロッド
１０２  調圧弁
１０４  リリーフ弁
１０６  上部ハウジング
１０８  下部板
１１０  オイル
１００，１０１，２００，３００，４００，５００，６００，７００，８００  三次元免震装置
【図１−１】
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【図１−２】
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【図１−３】
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【図１−４】
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【図１−５】
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【図２−１】
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【図２−２】
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【図２−３】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６−１】
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【図６−２】
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【図６−３】
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【図７】
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【図８】
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