(57)【要約】何度も使用できるとともに電気の無い環境でも使用でき、地震は免震するが地震でない場合には剛性を持たせることが可能な免震ユニットが得られる。免震ユニットは、地震により振動する構造物に接続される振動側接続部（１２）と、振動を伝えない対象である免震対象に接続され、決められた方向である免震方向に振動側接続部から決められた間隔を隔てて位置する免震対象接続部（４１）と、移動制約部（３）とを備える。移動制約部（３）は、振動側接続部（１２）と免震対象接続部（４１）の間にあって、予圧が加えられており、免震方向の外力が圧力として加えられる弾性体（８ａ）、（８ｂ）を有する。移動制約部（３）は、外力が予圧以下である場合には間隔を変化させず、外力が予圧を超える場合に間隔が変化して振動側接続部（１２）が移動することを可能にする。
2017056265.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地震により振動する構造物に接続される振動側接続部と、
振動を伝えない対象である免震対象に接続され、決められた方向である免震方向に前記振動側接続部から決められた間隔を隔てて位置する免震対象接続部と、
前記振動側接続部と前記免震対象接続部の間にあって、予圧が加えられており、前記免震方向の外力が圧力として加えられる弾性体を有し、前記外力が前記予圧以下である場合には前記間隔を変化させず、前記外力が前記予圧を超える場合に前記間隔が変化して前記振動側接続部が移動することを可能にする移動制約部と、
を備えた免震ユニット。
【請求項２】
前記移動制約部は、前記間隔が大きくなる向きの前記外力が圧力として加えられる前記弾性体である引張側弾性体と、前記間隔が小さくなる向きの前記外力が圧力として加えられる前記弾性体である圧縮側弾性体とを有する、請求項１に記載の免震ユニット。
【請求項３】
前記弾性体に加える前記予圧を変更する予圧調整部を備える、請求項１に記載の免震ユニット。
【請求項４】
前記引張側弾性体に加える前記予圧を変更する引張側予圧調整部と、
前記圧縮側弾性体に加える前記予圧を変更する圧縮側予圧調整部とを備える、請求項２に記載の免震ユニット。
【請求項５】
前記移動制約部は、
前記引張側弾性体を収納し、前記免震方向の一端に、前記引張側弾性体が出ることがない大きさの開口を有する引張側筐体と、
前記引張側筐体の前記開口が存在しない側に存在し、前記圧縮側弾性体を収納し、前記引張側筐体が存在しない側の前記免震方向の一端に前記圧縮側弾性体が出ることがない大きさの開口を有する圧縮側筐体と、
前記引張側筐体の前記開口を通る引張側軸と、
前記引張側弾性体の前記免震方向での前記開口から遠い側で前記引張側弾性体と接触し、前記引張側軸と接続されて前記引張側軸からの力を圧力として前記引張側弾性体に伝える引張力印加部と、
前記圧縮側筐体の前記開口を通る圧縮側軸と、
前記圧縮側弾性体の前記免震方向での前記開口から近い側で前記圧縮側弾性体と接触し、前記圧縮側軸と接続されて前記圧縮側軸からの力を圧力として前記圧縮側弾性体に伝える圧縮力印加部とを有する、請求項２または４に記載の免震ユニット。
【請求項６】
前記振動側接続部と前記免震対象接続部の間の前記間隔が大きくなる際に前記間隔を小さくする向きの力を発生させ、前記間隔が小さくなる際に前記間隔を大きくする向きの力を発生させる振動減衰部を備える、請求項１から５のいずれか１項に記載の免震ユニット。
【請求項７】
前記免震方向に、前記振動減衰部と前記移動制約部とが並列に配置されている、請求項６に記載の免震ユニット。
【請求項８】
前記免震方向に、前記振動減衰部と前記移動制約部とが直列に配置されている、請求項６に記載の免震ユニット。
【請求項９】
前記移動制約部は、
前記引張側弾性体を収納する引張側筐体と、
前記引張側筐体に対して前記免震方向の一方の側に配置され、前記圧縮側弾性体を収納する圧縮側筐体と、
前記引張側筐体と前記圧縮側筐体との間に配置され、前記振動側接続部と前記免震対象接続部の間の前記間隔が大きくなる際に前記間隔を小さくする向きの力を発生させ、前記間隔が小さくなる際に前記間隔を大きくする向きの力を発生させる振動減衰部と、
前記引張側筐体の前記振動減衰部が存在しない側と前記引張側弾性体との間に存在し、前記引張側弾性体へ圧力を加える引張力印加部と、
前記圧縮側筐体の前記振動減衰部が存在する側と前記圧縮側弾性体との間に存在し、前記圧縮側弾性体へ圧力を加える圧縮力印加部と、
決められた長さを有して前記引張力印加部と前記圧縮力印加部とをつなぐアームと、を有する、請求項２または４に記載の免震ユニット。
【請求項１０】
前記振動側接続部および前記免震対象接続部の少なくともいずれか一方は、
接続する対象物に接触して接続されるための接続部材と、
前記移動制約部に対する前記接続部材の位置および角度を調整可能な接続位置調整部とを有する、請求項１から９のいずれか１項に記載の免震ユニット。
【請求項１１】
前記免震対象が上側に存在し、鉛直方向を前記免震方向にする請求項２、４、５、９のいずれか１項に記載の免震ユニットである鉛直方向免震ユニットと、
前記鉛直方向免震ユニットを介して前記免震対象に接続され、水平面内の第１方向を前記免震方向にする請求項１から９のいずれか１項に記載の免震ユニットである第１方向免震ユニットと、
前記鉛直方向免震ユニットを介して前記免震対象に接続され、水平面内で前記第１方向と異なる第２方向を前記免震方向にする請求項１から９のいずれか１項に記載の免震ユニットである第２方向免震ユニットとを備え、
前記鉛直方向免震ユニットは、前記引張側弾性体に加える前記予圧を変更する引張側予圧調整部と、前記圧縮側弾性体に加える前記予圧を変更する圧縮側予圧調整部とを有し、
前記鉛直方向免震ユニットの前記圧縮側弾性体の前記予圧は、前記免震対象に働く重力を支える垂直抗力よりも大きいことを特徴とする免震装置。
【請求項１２】
前記鉛直方向免震ユニット、前記第１方向免震ユニットおよび前記第２方向免震ユニットの前記振動側接続部は、前記振動側接続部を接続する対象物に接触して接続されるための接続部材と、前記移動制約部に対する前記接続部材の位置および角度を調整可能な接続位置調整部とを有する、請求項１１に記載の免震装置。
【請求項１３】
前記鉛直方向免震ユニット、前記第１方向免震ユニットおよび前記第２方向免震ユニットは、前記振動側接続部と前記免震対象接続部の間の前記間隔が大きくなる際に前記間隔を小さくする向きの力を発生させ、前記間隔が小さくなる際に前記間隔を大きくする向きの力を発生させる振動減衰部を有する、請求項１１または１２に記載の免震装置。
【請求項１４】
水平面内の第１方向を前記免震方向にして、水平面内で移動可能に支持されている前記免震対象に接続される請求項１から９のいずれか１項に記載の免震ユニットである第１方向免震ユニットと、
水平面内で前記第１方向と異なる第２方向を前記免震方向にして、前記免震対象に接続される請求項１から９のいずれか１項に記載の免震ユニットである第２方向免震ユニットとを備えた免震装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、構造物や機器に対して、地震発生時に地震による揺れの伝達を抑制するための免震ユニットおよび免震装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
免震ユニットまたは免震装置は、免震対象と基礎部との間に設置され、地震が発生した際に免震対象を基礎部から切り離す。そうすることにより、基礎部から地震の振動が免震対象へ伝達することを抑制し、地震発生時に免震対象に発生する加速度を緩和する効果をもたらす。具体的には、免震対象と基礎部との間に、支持装置と減衰装置とを含む免震装置が取り付けられる（例えば、特許文献１参照）。特許文献１では、ばね装置を免震装置に適用することが示唆されている。【０００３】
従来の免震装置は、地震時のみに機能すべきであるものの、免震対象に風などによる外力が与えられた場合にも機能することがあった。【０００４】
このような地震時以外での免震動作を抑制するため、地震時以外では基礎部と免震対象を高い剛性で固定できる免震装置が求められている。例えば、特許文献１に開示されたばね装置を免震装置に適用しても、ばね装置は普通のバネとして動作し、地震時のみに免震装置が動作するようなトリガー機能は有さない。【０００５】
この要求に対し、免震用の塑性減衰装置の弾性剛性にトリガー機能を持たせたり、大地震時に破断し拘束を解放するような機械的要素を用いたり、地震波の観測センサを用い免震機能をアクティブにするような仕組みを適用することにより、地震時のみ基礎部と免震対象との固定部の連結を解放して免震システムを動作させる試みが行われている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１３−１０４４３８号公報
【特許文献２】特開昭６２−６３７７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、従来の免震装置には、繰り返される地震に対し再利用できない、あるいは動作させるために電源が必要であるため停電時に使用できないといった問題があった。【０００８】
さらに、地震時の鉛直方向の振動は、自重を支えつつ振動が免震対象に伝わることを防止する必要があるが、従来の免震装置ではこのような要請に対応できなかった。【０００９】
また、鉛直方向の振動を免震するように免震装置を設置するには、重力による自重の影響を考慮して鉛直方向での上下方向それぞれで免震機能が動作するトリガーとなる力の大きさを分ける必要がある。しかし、特許文献１に開示されたばね装置は１つの筐体中に保持された１つのバネを利用するものであり、トリガーとなる力の大きさを方向により異ならせることは困難である。【００１０】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、何度も使用できるとともに電気の無い環境でも使用でき、地震は免震するが地震でない場合には剛性を持たせることが可能な免震ユニットおよび免震装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明の一態様に係る免震ユニットは、地震により振動する構造物に接続される振動側接続部と、振動を伝えない対象である免震対象に接続され、決められた方向である免震方向に振動側接続部から決められた間隔を隔てて位置する免震対象接続部と、移動制約部とを備える。移動制約部は、振動側接続部と免震対象接続部の間にあって、予圧が加えられており、免震方向の外力が圧力として加えられる弾性体を有する。移動制約部は、外力が予圧以下である場合には間隔を変化させず、外力が予圧を超える場合に間隔が変化して振動側接続部が移動することを可能にする。【００１２】
この発明の一態様に係る免震装置は、鉛直方向免震ユニットと、第１方向免震ユニットと、第２方向免震ユニットとを備える。鉛直方向免震ユニットは、免震対象が上側に存在し、鉛直方向を免震方向にする免震ユニットである。第１方向免震ユニットは、鉛直方向免震ユニットを介して免震対象に接続され、水平面内の第１方向を免震方向にする免震ユニットである。第２方向免震ユニットは、鉛直方向免震ユニットを介して免震対象に接続され、水平面内で第１方向と異なる第２方向を免震方向にする免震ユニットである。鉛直方向免震ユニットの移動制約部は、間隔が大きくなる向きの外力が圧力として加えられる弾性体である引張側弾性体と、間隔が小さくなる向きの外力が圧力として加えられる弾性体である圧縮側弾性体とを有する。鉛直方向免震ユニットは、引張側弾性体に加える予圧を変更する引張側予圧調整部と、圧縮側弾性体に加える予圧を変更する圧縮側予圧調整部とを有する。鉛直方向免震ユニットの圧縮側弾性体の予圧は、免震対象に働く重力を支える垂直抗力よりも大きいことを特徴とする。【００１３】
また、この発明の一態様に係る免震装置は、水平面内の第１方向を免震方向にして、水平面内で移動可能に支持されている免震対象に接続される免震ユニットである第１方向免震ユニットと、水平面内で第１方向と異なる第２方向を免震方向にして、免震対象に接続される免震ユニットである第２方向免震ユニットとを備える。
【発明の効果】
【００１４】
この発明によれば、何度も使用できるとともに電気の無い環境でも使用でき、地震は免震するが地震でない場合には剛性を持たせることが可能な免震ユニットおよび免震装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態１に係る免震ユニットの模式図である。
【図２】図１に示した免震ユニットを含む免震装置を免震対象の基礎部に適用した構成例を示す模式図である。
【図３】図１に示した免震ユニットの動作を説明するための模式図である。
【図４】図１に示した免震ユニットに用いられる予圧バネユニットの特性を説明するためのグラフである。
【図５】本発明の実施の形態２に係る免震装置の正面模式図である。
【図６】図５に示した免震装置の平面模式図である。
【図７】図５に示した免震装置の側面模式図である。
【図８】図５に示した免震装置のＺ方向に関する動作を説明するための模式図である。
【図９】本発明の実施の形態３に係る免震ユニットの模式図である。
【図１０】図９に示した免震ユニットの平面模式図である。
【図１１】図１０に示したＡ−Ａ線における断面模式図である。
【図１２】図９に示した免震ユニットの動作を説明するための模式図である。
【図１３】本発明の実施の形態４に係る免震ユニットの模式図である。
【図１４】本発明の実施の形態５に係る免震ユニットの模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において、同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰り返さない。
【００１７】
（実施の形態１）
＜免震ユニットの構成＞
図１を参照して、本発明の実施の形態１に係る免震ユニットを説明する。
【００１８】
免震ユニットは、振動を伝えない対象である免震対象に接続される免震対象接続部である第１接続部４１と、地震により振動する構造物に接続される振動側接続部である第２接続部１２と、閾値を超える外力が加えられた場合に第１接続部４１と第２接続部１２との間の間隔が変化するように第２接続部１２が移動することを可能にする移動制約部としての予圧バネユニット３と、減衰装置部５とを主に備える。第１接続部４１と第２接続部１２との間には、決められた免震方向に予圧バネユニット３と減衰装置部５とが並列に配置されている。予圧バネユニット３および減衰装置部５が伸縮する方向を主軸方向と呼ぶ。免震ユニットが使用される状態では、主軸方向と免震方向は、同じ方向である。
【００１９】
予圧バネユニット３は、２つの予圧を与えられたバネ（以下、予圧バネ８ａ、８ｂと呼ぶ）と、予圧バネ８ａ、８ｂに加える与圧を調節する予圧力調整機構９ａ、９ｂと、予圧バネ８ａ、８ｂを別々に収納する筐体１１と、予圧バネ８ａ、８ｂのそれぞれに外力を伝えるシャフト７ｂ、７ｃとを主に含む。筐体１１は、隔壁１１ａにより隔てられた２つの内部空間を有する円筒状の形状を有している。筐体１１の隔壁１１ａを挟んだ両端面にはそれぞれシャフト７ｂ、７ｃが通る開口部が形成されている。シャフト７ｂは、第１接続部４１と接続する。シャフト７ｃは、第２接続部１２と接続する。２つの内部空間にそれぞれ予圧バネ８ａ、８ｂが配置されている。予圧バネ８ａ、８ｂは、例えば、外形が円錐台の形状である皿バネを決められた数だけ重ねたものである。皿バネは、頂部側に円形の穴を有する。予圧バネ８ａ、８ｂは、主軸方向に荷重を加えて自然長のバネを縮めた状態にある。
【００２０】
予圧バネユニット３は、２つの内部空間ごとの２個の筐体を有するとも考えられる。なお、筐体１１に設けられた開口は、シャフト７ｂ、７ｃを通すが、予圧バネ８ａ、８ｂが筐体１１から出ることがない大きさである。
【００２１】
シャフト７ｃの一端には、隔壁１１ａと予圧バネ８ａとの間に存在する板状の加圧部材１０ｂが接続されている。シャフト７ｃおよび加圧部材１０ｂは、隔壁１１ａの側には移動できないが、予圧バネ８ａが存在する側に移動可能である。シャフト７ｃおよび加圧部材１０ｂが予圧バネ８ａをさらに圧縮させて移動すると、予圧バネユニット３の長さは長くなる。したがって、免震方向の第１接続部４１と第２接続部１２の間の間隔を大きくするような外力（引張力）が予圧バネユニット３に加えられた場合に、予圧バネ８ａには外力が圧力として加えられる。予圧バネ８ａは、間隔が大きくなる向きの外力が圧力として加えられる弾性体（引張側弾性体）である。シャフト７ｃは、外力を加圧部材１０ｂに伝える引張側軸である。加圧部材１０ｂは、引張側軸と接続されて引張側軸からの力を圧力として引張側弾性体に伝える引張力印加部である。
【００２２】
シャフト７ｂの一端には、筐体１１の開口を有する端部と予圧バネ８ｂとの間に存在する板状の加圧部材１０ｄが接続されている。シャフト７ｂおよび加圧部材１０ｄは筐体１１の端部の側には移動できないが、予圧バネ８ｂが存在する側に移動可能である。シャフト７ｂおよび加圧部材１０ｄが予圧バネ８ｂをさらに圧縮させて移動すると、予圧バネユニット３の長さは短くなる。したがって、免震方向の第１接続部４１と第２接続部１２の間の間隔が小さくなる向きの外力（圧縮力）が予圧バネユニット３に加えられた場合に、予圧バネ８ｂには外力が圧力として加えられる。予圧バネ８ｂは、間隔が小さくなる向きの外力が圧力として加えられる弾性体（圧縮側弾性体）である。シャフト７ｂは、外力を加圧部材１０ｄに伝える圧縮側軸である。加圧部材１０ｄは、圧縮側軸と接続されて圧縮側軸からの力を圧力として圧縮側弾性体に伝える圧縮力印加部である。なお、筐体の開口から遠い側で加圧部材がバネと接触する側が引張側になり、筐体の開口から近い側で加圧部材がバネと接触する側が圧縮側になる。
【００２３】
なお、予圧バネユニット３に引張力が加えられたときに、加圧部材１０ｄと筐体１１の端部が押し合うことになり、引張力は予圧バネ８ｂには伝わらない。予圧バネユニット３に圧縮力が加えられたときに、加圧部材１０ｂと隔壁１１ａが押し合うことになり、圧縮力は予圧バネ８ａには伝わらない。
【００２４】
また、異なる観点から言えば、筐体１１の隔壁１１ａを含んで隔壁１１ａより第２接続部１２側の部分は、引張側弾性体としての予圧バネ８ａを収納し、免震方向の第２接続部１２側の端面に開口を有する引張側筐体である。筐体１１の隔壁１１ａを含んで隔壁１１ａより第１接続部４１側の部分は、圧縮側弾性体としての予圧バネ８ｂを収納し、引張側筐体が存在しない側である第１接続部４１側の免震方向の端面に開口を有する圧縮側筐体である。この実施の形態１では、引張側筐体と圧縮側筐体は１個の筐体を隔壁により分けたものであり、隔壁を共有している。引張側筐体と圧縮側筐体は、互いの相対的な位置関係が固定された、別の筐体としてもよい。
【００２５】
予圧バネ８ｂにおいて、加圧部材１０ｄと接する端部と反対側の端部は、可動板１０ｃと接している。可動板１０ｃは、後述する予圧力調整機構９ｂによりその位置が調整可能になっている。
【００２６】
また、予圧バネ８ａにおいて、加圧部材１０ｂと接する端部と反対側の端部は、可動板１０ａと接している。この可動板１０ａも、後述する予圧力調整機構９ａによりその位置が調整可能になっている。外力により圧縮するように配置された２つの予圧バネ８ａ、８ｂを筐体１１の内部に配置することにより、予圧バネユニット３は伸縮可能なユニットとなっている。
【００２７】
予圧調整部としての予圧力調整機構９a、９ｂのそれぞれは、可動板１０ａ、１０ｃのそれぞれを移動させることで、予圧バネ８ａ、８ｂの予圧力をそれぞれ調整する機構である。可動板１０ａ、１０ｃを移動させると、筐体１１の内面と可動板１０ａ、１０ｃとの間の距離すなわちバネ８ａ、８ｂの長さが変化する。バネ８ａ、８ｂの長さは、フックの法則により、圧力の大きさと線形の関係がある。そのため、可動板１０ａ、１０ｃを移動させると、予圧バネ８ａ、８ｂに加えられる予圧力が変化することになる。予圧力調整機構９a、９ｂは、可動板１０ａ、１０ｃを移動させることができれば任意の構成を採用することができるが、例えばジャッキやねじを使用することができる。これにより設置後でも免震システムが機能し始める予圧力を変更することができる。具体的に予圧力は、通常時に免震対象に加えられる外力、例えば風などによる荷重などより適度に大きな値とすることができる。例えば予圧力は、通常時に発生する外力の想定する最大値の２倍程度とすることができる。予圧力調整機構９ａは、引張弾性体である予圧バネ８ａに加える予圧を変更する引張側予圧調整部である。予圧力調整機構９ｂは、圧縮弾性体である予圧バネ８ｂに加える予圧を変更する圧縮側予圧調整部である。
【００２８】
振動減衰部としての減衰装置部５は、移動速度に応じて抵抗力を発生し、入力された振動を減衰させるものである。また異なる観点から言えば、減衰装置部５は、第１接続部４１と第２接続部１２の間の間隔が大きくなる際に間隔を小さくする向きの力を発生させ、間隔が小さくなる際に間隔を大きくする向きの力を発生させる。減衰装置部５は、一方端が第１接続部４１に接続される。減衰装置部５では、第１接続部４１に接続された一方端と反対側に位置する他方端から、減衰装置部５のシャフト７ａが突出している。シャフト７ａの端部が第２接続部１２の支持部４２に接続されている。減衰装置部５は、周知の任意の減衰装置を適用することができる。なお、シャフト７ａの端部が第１接続部４１に接続されるように減衰装置部５を配置してもよい。
【００２９】
なお、減衰装置部５が存在しない場合は、理想免震となり、免震対象に加わる加速度を減衰装置部５が存在する場合よりも小さくすることができる。その反面、地盤とともに移動する構造物と免震対象の間隔の変動は大きくなり、変動が数メートルになる場合がある。減衰装置部５は、この大きな変位を防ぐためのものである。
【００３０】
減衰装置部５での減衰作用が小さいと、免震対象に加わる加速度を抑えることができる。その反面、構造物と免震対象の間隔の変動は大きくなる。一方、減衰装置部５での減衰作用が大きいと間隔の変動が小さくなるが、免震対象に加わる加速度が大きくなる。間隔の変動を現実的な値（例えば３０ｃｍ以内など）にすると同時に、完全免震とは言わないまでも免震対象に加わる加速度を極力小さくするように、変動幅と加速度のトレードオフを考慮して、減衰装置部５の減衰特性は決定される。
【００３１】
振動側接続部としての第２接続部１２は、地震により振動する構造物と接続される部分であるが、位置回転変位調整機構としての機能も有する。第２接続部１２は、位置変位調整機構１３と回転変位調整機構１４とを含む。位置変位調整機構１３は、板状部材である支持部４２と、支持部４２と間隔を隔てて配置された板状部材である中間板部４３と、支持部４２と中間板部４３との間の間隔を変更する距離調整部材とを含む。距離調整部材により支持部４２と中間板部４３との間の距離を変更することができる。距離調整部材は、例えばジャッキやねじなどである。
【００３２】
回転変位調整機構１４は、中間板部４３と、中間板部４３と間隔を隔てて配置された接続部４４と、中間板部４３と接続部４４とを任意の角度で接続する球面軸受とを含む。このような第２接続部１２を用いることにより、免震ユニットを使用する際に、接続部４４を構造物に対し、例えば６自由度で適切に位置調整し設置することができる。そのため、接続部４４による免震対象の拘束による反力が、免震対象に含まれる精密機器などの弱い剛性を有する対象に影響することを防止できる。なお、回転変位調整機構１４を予圧バネユニット３側に配置してもよい。
【００３３】
なお、位置変位調整機構１３と回転変位調整機構１４とは、第１接続部４１側に設置してもよいし、第１接続部４１と第２接続部１２の両方に設置してもよい。異なる観点から言えば、免震ユニットは、第１接続部４１および第２接続部１２の少なくともいずれか一方は、接続する対象物に接触して接続されるための接続部材としての接続部４４と、移動制約部としての予圧バネユニット３に対する接続部４４の位置および角度を調整可能な接続位置調整部として作用する球面軸受などの接続角度を可変にする部材および距離調整部材を有する。
【００３４】
＜免震ユニットを適用した構成例＞
次に、図１に示した免震ユニットの適用例を、図２を参照しながら説明する。図２には、図１に示した免震ユニットを水平方向の一方向に設置した場合の構成例を示している。なお、図２では水平方向の一方向すなわち第１方向に設置した免震ユニットを示しているが、この構成例では水平面内において第１方向と交差する方向すなわち第２方向にも、別の免震ユニット（図示しない）を設置する。第２方向は、水平面内において、好ましくは第１方向と直交する方向である。つまり、図２に示した構成例である免震装置は、水平面内の第１方向を免震方向にして、水平面内で移動可能に支持されている免震対象１に接続される図１に示した免震ユニットである第１方向免震ユニットと、水平面内で第１方向と異なる第２方向を免震方向にして、免震対象１に接続される図１に示した免震ユニットである第２方向免震ユニットとを備える。このような免震装置では、第１方向および第２方向のどちらか少なくとも一方で、２つ以上の免震ユニットを設置してもよい。この場合、免震対象を挟むように複数の免震ユニットを設置してもよい。免震ユニットの数を増やすことにより、より大きな免震効果を得ることができる。
【００３５】
図２に示すように、免震ユニットは、建築物や精密機器など免震対象１の下部に配置された水平な板状の免震層２と、地盤側の基礎部４との間に設置される。免震層２の上に免震対象１が存在する。図２では免震ユニットを実際よりも大きく書いている。免震層２の免震ユニットが設置された端部に、基礎部４から壁部４ａが免震層２側に向けて突出して形成されている。また、壁部４ａと対向する位置に、免震層２から基礎部４側に向けて壁部２ａが突出して形成されている。免震ユニットは、対向する壁部２ａと壁部４ａとの間をつなぐように配置されている。
【００３６】
なお、壁部２ａと基礎部４の間にはリニアガイド６が設置されている。ここで、リニアガイド６は水平方向に拘束がなくスムーズに動くガイド機構である。また、壁部４ａと免震層２の間にもリニアガイド６が設置されている。リニアガイド以外の滑り支承を使用してもよい。例えば、積層ゴム、滑り軸受け、転がり軸受けなどを使用してもよい。
【００３７】
図２に示すような水平免震の場合は、免震対象１と免震層２の重量を水平方向のリニアガイド６を介して、壁部２ａと壁部４ａとが支持している。このような構成により、地震時に、基礎部４が振動しても、免震ユニットにより免震対象１および免震層２の振動は緩和される。この結果、免震層２並びに免震対象１は水平方向における地震の振動に関して免震される。
【００３８】
＜免震ユニットの動作＞
次に、図３および図４を参照しながら本実施形態に係る免震ユニットの動作を説明する。図３（Ａ）は、地震による振動が加えられる前の通常状態での免震ユニットを示す。図３（Ｂ）は、免震ユニットに対して免震方向に矢印５４に示す引張り方向の外力が加えられた状態を示す。また、図３（Ｃ）は、免震ユニットに対して免震方向に矢印５６で示す圧縮方向の外力が加えられた状態を示す。
【００３９】
図３（Ｂ）に示すように、免震ユニットに対して引張り方向の外力が加えられた場合、シャフト７ｃに接続された加圧部材１０ｂが予圧バネ８ａを押圧する。予圧バネ８ａは予圧が与えられているが、外力が予圧を超える場合にさらに圧縮変形する。この結果、図３（Ｂ）に示すように加圧部材１０ｂと可動板１０ａとの間の距離が小さくなるとともに、第２接続部１２が図３（Ａ）に示す通常状態より距離Ｌ１だけ外側に移動する。この距離Ｌ１は、線分５１で示す通常状態の接続部４４の位置と、図３（Ｂ）の線分５２で示す接続部４４の位置との間の距離である。そして、このように第２接続部１２が第１接続部４１に対して相対的に移動すると、減衰装置部５のシャフト７ａも第２接続部１２側に移動することになり、減衰装置部５には矢印５５で示すような移動を妨げる減衰力が発生する。
【００４０】
また、図３（Ｃ）に示すように免震ユニットに対して圧縮方向の外力が加えられた場合、シャフト７ｃが隔壁１１ａを第２接続部４１側に押す。押された隔壁１１ａは、可動板１０ｃを介してバネ８ｂを押圧する。第２接続部４１、シャフト７ｂおよび加圧部材１０ｄは移動しない。そのため、シャフト７ｂに接続された加圧部材１０ｄが予圧バネ８ｂを押圧する。予圧バネ８ｂは予圧が与えられているが、外力が予圧を超える場合にさらに圧縮変形する。この結果、図３（Ｃ）に示すように第１接続部４１側の加圧部材１０ｄと可動板１０ｃとの間の距離が小さくなるとともに、第２接続部１２が図３（Ａ）に示す通常状態より距離Ｌ２だけ内側に移動する。この距離Ｌ２は、線分５１で示す通常状態の接続部４４の位置と、図３（Ｃ）の線分５３で示す接続部４４の位置との間の距離である。そして、第２接続部１２が第１接続部４１に対して相対的に近づくように移動すると、減衰装置部５のシャフト７ａも第１接続部４１側に移動することになり、減衰装置部５には矢印５７で示すような移動を妨げる減衰力が発生する。
【００４１】
すなわち、地震時に、免震ユニットに予圧バネ８ａ、８ｂでの予圧力を超える外力が加わると、予圧バネ８ａ、８ｂが縮み基礎部４と免震対象１とが切り離され、免震される。同時に、減衰装置部５は入力された地震振動を減衰させる。この結果、免震ユニットにより、基礎部４から免震層２に対して振動が伝わることを抑制できる。
【００４２】
なお、地震後は予圧バネ８ａ、８ｂの復元力により加圧部材１０ｂ、１０ｄは地震前の初期位置に戻される。この結果、免震ユニットは通常状態に自動的に復帰し、次に地震が発生したときにも同様に動作することが可能になる。また、免震ユニットに予圧力以下の外力が与えられた場合は第１接続部４１と第２接続部１２との間の間隔は変化することなく、免震ユニットは高い剛性を維持した状態で免震対象１と基礎部４との間を連結する。
【００４３】
ここで、予圧バネ８ａ、８ｂはバネ定数を低く設計することで、免震機能に影響を及ぼさないようにすることが望ましい。つまり予圧バネユニット３の弾性係数は図４に示すように変化することが好ましい。
【００４４】
図４は、予圧バネユニット３における荷重と変位との関係を示すグラフである。図４において、横軸は予圧バネユニット３における第１接続部４１と第２接続部１２との間の間隔の変位を示し、縦軸は予圧バネユニット３に加えられる荷重を示している。縦軸の上側が引張り荷重を示し、下側が圧縮荷重を示す。なお、第１接続部４１と第２接続部１２との間の間隔は、通常の状態を変位ゼロとする。図４に示すように、本実施形態における予圧バネユニット３では、バネ定数の低いバネを予圧して予圧バネ８ａ、８ｂとして用いる。そうすることで、図４の領域１５に示すように荷重が所定の予圧力より小さい場合は筐体１１の剛性が支配的であり、荷重の変化に対して変位の増減は極めて小さくなっている。一方、図４の領域１６に示すように荷重が所定の予圧力より大きくなる場合は、予圧バネ８ａ、８ｂ自体のバネ定数が支配的であり、荷重の変化に対して変位の増減が相対的に大きくなっている。なお、本明細書では荷重の変化に対して変位の増減が決められた閾値より小さい場合には、第１接続部４１と第２接続部１２との間の間隔は変位していないとみなす。
【００４５】
なお、予圧バネ８ａ、８ｂは、ストロークが大きいほど地震時にバネ剛性の影響が少なく、免震性能を高めることができるが、ストロークの長い予圧バネ８ａ、８ｂが必要となり免震ユニットが大きくなる。そのため、地震時の免震対象への加速度の要求仕様や免震ユニットのコスト、さらに空間的な制約などを考慮して総合的に免震ユニットの構成を決定する。
【００４６】
＜免震ユニットの作用効果＞
免震ユニットは、地震により振動する構造物に接続される振動側接続部である第２接続部１２と、振動を伝えない対象である免震対象に接続され、決められた方向である免震方向に振動側接続部から決められた間隔を隔てて位置する免震対象接続部である第１接続部４１と、移動制約部である予圧バネユニット３とを備える。移動制約部は、振動側接続部と免震対象接続部の間にあって、予圧が加えられており、免震方向の外力が圧力として加えられる弾性体である予圧バネ８ａ、８ｂを有する。移動制約部は、外力が予圧以下である場合には間隔を変化させず、外力が予圧を超える場合に間隔が変化して振動側接続部が移動することを可能にする。
【００４７】
このようにすれば、振動側接続部である第２接続部１２に対して、地震発生時に予圧より大きな外力が加えられたときに、免震対象接続部である第１接続部４１に対して第２接続部１２が移動できる。この結果、地震による振動が第２接続部１２から第１接続部４１および免震対象１に伝わることを防止できる。また、地震発生時以外の外部からの振動などの外力が予圧を超えない場合には、第１接続部４１と第２接続部１２との間隔は予圧バネユニット３によって維持されている。この結果、地震発生時のみに免震機能が動作する一方、通常時には高い剛性を保つことが可能な免震ユニットを得ることができる。
【００４８】
また、予圧バネユニット３は予圧を与えられた予圧バネ８ａ、８ｂを利用しており、とくに電源を必要とするような機器を有さない。そのため、電源が必要な機器を用いた場合より構成が簡単であり、故障の発生確率を低くできる。さらに、停電時や山頂等の電源の確保が難しいような環境であっても、免震ユニットを適用することができる。
【００４９】
免震ユニットでは、免震方向に、減衰装置部５と予圧バネユニット３とが並列に配置されている。この場合、減衰装置部５と予圧バネユニット３とを免震方向に直列に配置する場合よりも免震ユニットの免震方向の長さを短くできる。そのため、第１接続部４１と第２接続部１２との間の距離、つまり免震方向の免震ユニットの長さをあまり長くできないような環境でも本実施形態に係る免震ユニットを容易に適用できる。
【００５０】
本発明に係る免震ユニットは、免震対象として望遠鏡や光学機器などの精密機器に適用した場合に特に効果的である。本発明に係る免震ユニットを用いることにより、通常時は望遠鏡などの精密機器の動作、例えば観測動作などに影響を与えないようしっかりと地盤に精密機器を含む構造物を接続することができる一方、地震時には免震させることができる。つまり、精密機器に対して地震による振動が伝わることを抑制できる。また、地震時は電力網などの社会基盤がダメージを受けることが想定され、免震ユニットに十分電力を供給できない状況が考えられる。そのような状況に対し、本発明に係る免震ユニットは予圧バネユニット３などの機械要素のみで構成されており、電力の供給の有無などに左右されず常時使用可能である。さらに、接続位置調整部である位置変位調整機構１３および回転変位調整機構１４を備えることにより、免震対象が反力の影響を受けずに支持されるので、剛性の弱い精密機器なども免震対象とすることができる。
【００５１】
（実施の形態２）
＜免震装置の構成＞
図５〜図７を参照して、本発明の実施の形態２に係る免震装置を説明する。本実施形態に係る免震装置は、例えば大型望遠鏡の架台上に設置される観測機器に対する免震に使用され得る。図５〜図７に示すように、免震装置は、地震により振動する構造物に接続される振動側接続部である第１接続部２４と、振動を伝えない対象である免震対象に接続される天板２３を含む第２接続部２２と、第１接続部２４と第２接続部２２の間に配置されたＺ方向予圧バネユニット２０およびＺ方向減衰装置部１８と、Ｘ方向予圧バネユニット１９ａと、Ｘ方向減衰装置部１７ａと、Ｙ方向予圧バネユニット１９ｂと、Ｙ方向減衰装置部１７ｂとを主に備える。観測機器などの免震対象は、天板２３の上方に存在する。免震対象は、天板２３と直接に接触してもよいし、間に別の部材が存在してもよい。Ｘ方向予圧バネユニット１９ａ、Ｙ方向予圧バネユニット１９ｂ、Ｘ方向減衰装置部１７ａ、Ｙ方向減衰装置部１７ｂは、それぞれ一端が第２接続部２２に接続され、他端が水平第１接続部３０（図示せず）に接続される。なお、図６は図５の矢印６１で示す方向から見た免震装置の平面模式図であり、図７は図５の矢印６２で示す方向から見た免震装置の側面模式図である。なお、Ｘ方向が水平面内の１方向であり、Ｙ方向が水平面内でＸ方向と直交する方向であり、Ｚ方向が鉛直方向である。
【００５２】
構造物の下部の例えば４隅にそれぞれ１個の免震装置を設置する。構造物の面積によっては、５個以上あるいは３個以下の免震装置を設置してもよい。
【００５３】
Ｚ方向予圧バネユニット２０、Ｘ方向予圧バネユニット１９ａ、Ｙ方向予圧バネユニット１９ｂは、それぞれ実施の形態１における免震装置の予圧バネユニット３と基本的には同様の構成を備える。また、Ｚ方向減衰装置部１８、Ｘ方向減衰装置部１７ａ、およびＹ方向減衰装置部１７ｂは、それぞれ実施の形態１における免震装置の減衰装置部５と同様の構成を備えている。
【００５４】
第１接続部２４は、上側にフランジを有する上部円筒２４ａの下に、両側にフランジを有する下部円筒２４ｂを直列に接続したものである。上部円筒２４ａが、構造物に接続し固定される。上部円筒２４ａのフランジには、Ｚ方向減衰装置部１８の一端が接続される。下部円筒２４ｂの下端は、底板２４ｃにより閉じられている。下部円筒２４ｂおよび底板２４ｃは、Ｚ方向予圧バネユニット２０と上部円筒２４ａが接続する構造物との間で、力を伝えるためのものである。Ｚ方向予圧バネユニット２０のシャフト７ｂの一端が、底板２４ｃの下部円筒の内側の面に接続されている。第１接続部２４の内部にＺ方向予圧バネユニット２０の下側の７０％程度の長さの部分が、第１接続部２４に収容されている。第１接続部２４のフランジよりも下の部分が、構造物の基礎よりも深い位置に配置されるように、第１接続部２４は設置される。
【００５５】
第２接続部２２は、天板２３と、実施の形態１と同様な位置変位調整機構１３および回転変位調整機構１４と、棒状部材および板状部材を連結した水平免震ユニット接続部３１とを有する。水平免震ユニット接続部３１には、Ｘ方向およびＹ方向の水平方向の免震ユニットの一端が接続される。具体的には、水平免震ユニット接続部３１には、Ｘ方向予圧バネユニット１９ａ、Ｘ方向減衰装置部１７ａ、Ｙ方向予圧バネユニット１９ｂ、およびＹ方向減衰装置部１７ｂの一端が接続する。水平免震ユニット接続部３１には、Ｚ方向減衰装置部１８の一端も接続する。水平免震ユニット接続部３１は、Ｚ方向予圧バネユニット２０のシャフト７ｃの一端が接続する支持部４２と接続し、支持部４２との相対的な位置関係は固定されている。
【００５６】
２つのＸ方向予圧バネユニット１９ａは、図５〜図７に示すように、Ｘ軸方向を免震方向とし、第２接続部２２を挟んで互いに平行に配置されている。Ｘ方向予圧バネユニット１９ａの免震方向の両端部には予圧力調整機構２１が設置されている。予圧力調整機構２１では、シャフト７ｂ、７ｃの長さを変更することにより、与圧力を変更する。図５に示すように、Ｘ方向減衰装置部１７ａは、Ｘ方向予圧バネユニット１９ａと同様にＸ軸方向が主軸方向になり、図６および図７に示すようにＸ軸方向から見たときにＺ方向予圧バネユニット２０の中心軸と重なる位置に配置されている。Ｘ方向減衰装置部１７ａのＺ方向予圧バネユニット２０から遠い側の一端には、Ｘ方向減衰装置部１７ａを囲むように折れ曲がった連結部材３２が存在する。連結部材３２は、Ｘ方向予圧バネユニット１９ａの第２接続部２２でない側の一端に接続される連結部材３３も接続する連結部材３４（図示せず）に接続する。こうすることで、水平第１接続部３０のＸ方向の振動が、Ｘ方向減衰装置部１７ａおよび２つのＸ方向予圧バネユニット１９ａに同じように伝えられる。
【００５７】
２つのＹ方向予圧バネユニット１９ｂは、図５〜図７に示すように、Ｙ軸方向を免震方向とし、第２接続部２２を挟んで互いに平行に配置されている。Ｙ方向予圧バネユニット１９ｂの免震方向の両端部には予圧力調整機構２１が設置されている。図７に示すように、Ｙ方向減衰装置部１７ｂは、Ｙ方向予圧バネユニット１９ｂと同様にＹ軸方向が主軸方向になり、図６および図７に示すようにＹ軸方向から見たときにＺ方向予圧バネユニット２０の中心軸と重なる位置に配置されている。Ｙ方向減衰装置部１７ｂのＺ方向予圧バネユニット２０から遠い側の一端には、Ｙ方向減衰装置部１７ｂを囲むように折れ曲がった連結部材３５が存在する。連結部材３５は、Ｙ方向予圧バネユニット１９ｂの第２接続部２２でない側の一端に接続される連結部材３６と共通な部材３７に接続する。こうすることで、水平第１接続部３０のＹ方向の振動が、Ｙ方向減衰装置部１７ｂおよび２つのＹ方向予圧バネユニット１９ｂに同じように伝えられる。
【００５８】
また、異なる観点から言えば、本実施形態に係る免震装置は、鉛直方向免震ユニットと、第１方向免震ユニットと、第２方向免震ユニットとを備える。鉛直方向免震ユニットと、第１方向免震ユニットと、第２方向免震ユニットとは、それぞれ実施形態１に開示した免震ユニットと同じ構成を備えていてもよい。鉛直方向免震ユニットは、第１接続部２４とＺ方向予圧バネユニット２０とを少なくとも含む。第１方向免震ユニットは、Ｘ方向予圧バネユニット１９ａを少なくとも含む。第２方向免震ユニットは、Ｙ方向予圧バネユニット１９ｂを少なくとも含む。また、鉛直方向免震ユニットと、第１方向免震ユニットと、第２方向免震ユニットとは、それぞれＺ方向減衰装置部１８、Ｘ方向減衰装置部１７ａ、Ｙ方向減衰装置部１７ｂを有している。鉛直方向免震ユニットは、免震対象が上側に存在し、鉛直方向を免震方向にする免震ユニットである。第１方向免震ユニットは、鉛直方向免震ユニットを介して免震対象に接続され、水平面内の第１方向（Ｘ方向）を免震方向にする免震ユニットである。第２方向免震ユニットは、鉛直方向免震ユニットを介して免震対象に接続され、水平面内でＸ方向と異なる第２方向（Ｙ方向）を免震方向にする免震ユニットである。鉛直方向免震ユニットの移動制約部であるＺ方向予圧バネユニット２０は、間隔が大きくなる向きの外力が圧力として加えられる弾性体である引張側弾性体（例えば図８の予圧バネ８ａ）と、間隔が小さくなる向きの外力が圧力として加えられる弾性体である圧縮側弾性体（例えば図８の予圧バネ８ｂ）とを有する。鉛直方向免震ユニットは、予圧バネ８ａに加える予圧を変更する引張側予圧調整部としての予圧力調整機構９ａと、予圧バネ８ｂに加える予圧を変更する圧縮側予圧調整部としての予圧力調整機構９ｂとを有する。鉛直方向免震ユニットの圧縮側弾性体である予圧バネ８ｂの予圧は、免震対象に働く重力を支える垂直抗力よりも大きい。
【００５９】
また、免震装置では、第１方向免震ユニットおよび第２方向免震ユニットは、振動側接続部および免震対象接続部の少なくともいずれか一方を接続する対象物に接触して接続されるための接続部材と、移動制約部に対する接続部材の位置および角度を調整可能な接続位置調整部とを有していてもよい。具体的には、第１方向免震ユニットおよび第２方向免震ユニット振動側接続部は、図１に示すような位置変位調整機構１３と回転変位調整機構１４とをそれぞれ有していてもよい。鉛直方向免震ユニットは、接続部材と接続位置調整部を有さなくてもよい。この実施の形態２のように、鉛直方向免震ユニットが主軸方向に長くなる場合は、接続部材と接続位置調整部は免震対象接続部に設けることが望ましい。
【００６０】
鉛直方向免震ユニットにより、鉛直方向での振動に対する免震機能を実現できる。また、第１方向免震ユニットにより、水平面内の一方向である第１方向での振動に対する免震機能を実現できる。また、第２方向免震ユニットにより、水平面内において第１方向と交差する第２方向での振動に対する免震機能を実現できる。このように、鉛直方向と水平面内の３方向に沿った方向で免震機能を実現できる。
【００６１】
２つのＸ方向予圧バネユニット１９ａをＺ方向予圧バネユニット２０の両側に配置し、２つのＹ方向予圧バネユニット１９ｂをＺ方向予圧バネユニット２０の両側に配置しているので、免震装置の、Ｘ方向の長さ、Ｙ方向の長さ、および水平面での面積を小さくできる。
【００６２】
＜免震装置の動作＞
次に、図８を参照しながら本実施形態に係る免震装置の動作を説明する。図８（Ａ）は、地震による振動が加えられる前の通常状態での免震装置を示す。図８（Ｂ）は、免震装置に対して鉛直方向である免震方向に矢印５４に示す引張り応力が加えられた状態を示す。また、図８（Ｃ）は、免震装置に対して免震方向に矢印５６に示す圧縮応力が加えられた状態を示す。
【００６３】
なお、以下では鉛直方向に振動が加えられた場合の免震装置の動作を説明する。図５〜図７に示した第１接続部２４はフランジと底を有する円筒であるが、図８では鉛直方向免震ユニットの構成を図３に示した予圧バネユニットと同様に簡略化して記載している。Ｘ方向予圧バネユニット１９ａ、Ｙ方向予圧バネユニット１９ｂ、Ｘ方向減衰装置部１７ａ、およびＹ方向減衰装置部１７ｂは、実際には鉛直方向の範囲として第２接続部２２と重複して存在するが、図８では簡単のために第２接続部２２の下側に存在するように書いている。
【００６４】
また、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に沿って振動が加えられたときの、Ｘ方向予圧バネユニット１９ａ、Ｙ方向予圧バネユニット１９ｂ、Ｘ方向減衰装置部１７ａ、およびＹ方向減衰装置部１７ｂの動作は、基本的に実施の形態１における予圧バネユニット３および減衰装置部５の動作と同様である。
【００６５】
図８（Ｂ）に示すように、免震装置に対して鉛直方向に引張り方向の外力が加えられた場合に、シャフト７ｃに接続された加圧部材１０ｂが予圧バネ８ａを押圧する。予圧バネ８ａは予圧が与えられているが、外力が予圧を超える場合にさらに圧縮変形する。この結果、図３（Ｂ）に示す場合と同様に、加圧部材１０ｂと可動板１０ａとの間の距離が小さくなるとともに、第２接続部２２が図８（Ａ）に示す通常状態より距離Ｌ１だけ外側に移動する。この距離Ｌ１は、線分５１で示す通常状態の天板２３の位置と、図８（Ｂ）の線分５２で示す天板２３の位置との間の距離である。そして、このように第２接続部２２が第１接続部２４に対して相対的に移動すると、Ｚ方向減衰装置部１８のシャフト７ａが第２接続部２２側に引張られることになり、Ｚ方向減衰装置部１８にはシャフト７ａの変位を妨げるような減衰力が発生する。
【００６６】
また、図８（Ｃ）に示すように免震装置に対して鉛直方向に圧縮方向の外力が加えられた場合、シャフト７ｂに接続された加圧部材１０ｄが予圧バネ８ｂを押圧する。予圧バネ８ｂは予圧が与えられているが、外力が予圧を超える場合にさらに圧縮変形する。この結果、図８（Ｃ）に示すように第１接続部２４側の加圧部材１０ｄと可動板１０ｃとの間の距離が小さくなる。同時に、第２接続部２２が図８（Ａ）に示す通常状態より距離Ｌ２だけ鉛直方向の下側に移動する。この距離Ｌ２は、線分５１で示す通常状態の天板２３の位置と、図８（Ｃ）の線分５３で示す天板２３の位置との間の距離である。そして、第２接続部２２が第１接続部２４に対して相対的に近づくように移動すると、Ｚ方向減衰装置部１８に向かう方向に移動する。このとき、Ｚ方向減衰装置部１８のシャフト７ａが第１接続部２４側に押圧されることになり、Ｚ方向減衰装置部１８にシャフト７ａの動作を妨げるような減衰力が発生する。
【００６７】
このようにすれば、地震時に、構造物に加えられる鉛直方向の突き上げ力や重力方向の力に対して、鉛直方向免震ユニットの動作により、免震対象に対する入力加速度や衝撃を減少させることができる。なお、地震後はＺ方向予圧バネユニット２０の予圧バネ８ａ、８ｂの復元力により加圧部材１０ｂは地震前の初期位置に戻される。この結果、免震装置は通常状態に自動的に復帰する。また、免震装置に予圧力（閾値）以下の外力が与えられた場合は、予圧バネ８ａ、８ｂは変形することなく、免震装置は高い剛性を維持した状態で免震対象と基礎部との間を連結する。
【００６８】
また、図８（Ｃ）に示すように圧縮方向の外力が加えられた時に縮む側の予圧バネ８ｂの予圧力は、免震対象の自重の影響を考慮し、鉛直方向に適切な予圧力に予圧バネ８ｂが免震対象の重力を支える垂直抗力を加えた値とする。一方、図８（Ｂ）に示すような引張り方向の外力が加えられた時に縮む側の予圧バネ８ａの予圧力は、鉛直方向に適切な予圧力のみの値とする。予圧力調整機構を用いて予圧力をこのように設定することで、自重の影響が相殺でき、鉛直方向にも水平方向に設置した予圧バネと同等の機能を持たせることができる。
【００６９】
また、免震装置では、免震ユニットをＺ軸方向のみではなく、Ｘ軸方向およびＹ軸方向（３軸方向）に備える。そのため、全方向に免震機能を持たせることができる。
【００７０】
なお、免震装置では、Ｚ軸方向に加えてＸ軸方向とＹ軸方向とにおける振動を減衰させる減衰装置部や予圧バネユニットを組み合わせているが、３つの方向のうち２つの方向に減衰装置部や予圧バネユニットを組み合わせて免震装置を構成してもよい。また、３つの方向ではなく、４つ以上の方向に減衰装置部や予圧バネユニットを組み合わせてもよい。
【００７１】
（実施の形態３）
＜免震ユニットの構成＞
図９〜図１２を参照して、本発明の実施の形態３に係る免震ユニットを説明する。本実施形態に係る免震ユニットは、例えば大型望遠鏡を搭載する架台と地盤との間に適用される。図９は本発明の実施の形態３に係る免震ユニットの模式図である。図９の中央に表示されているのは免震ユニットの正面模式図であり、正面模式図の両側に表示されているのは免震ユニットの側面図である。免震ユニットの両端には、それぞれ第１接続部または第２接続部に対応する継手３８が接続されている。図１０は図９に示した免震ユニットの平面模式図である。図１１は図１０のＡ−Ａ線における断面模式図である。図１２は図９に示した免震ユニットの動作および構造を説明するための模式図である。
【００７２】
図９〜図１２に示すように、免震ユニットは図１に示した免震ユニットと基本的には同様の構成を備え、同様の効果を得ることができる。図１に示す免震ユニットとは、以下の２点が異なる。(ア)免震ユニットの両端部に位置する振動側接続部と免震対象接続部との間に予圧バネユニット２７ａ、２７ｂと減衰装置部２６とが免震方向に直線状に並んで配置されている点。(イ)予圧バネユニット２７ａ、２７ｂに含まれる予圧バネ２８ａ、２８ｂ（図１２参照）を連動して動作させるための連動加圧部２５を備える点。すなわち、図９〜図１２に示した免震ユニットでは、図１２に示すように免震ユニットに対して引張方向の外力が印加されたときに収縮する予圧バネ２８ａと、圧縮方向の外力が印加されたときに収縮する予圧バネ２８ｂとが存在する。これらの２つの予圧バネを、減衰装置部２６の両側に配置している。以下、具体的に説明する。
【００７３】
図９〜図１２に示すように、免震ユニットは、減衰装置部２６を挟んで２つの予圧バネユニット２７ａ、２７ｂが一直線上に並ぶように配置されている。それぞれの予圧バネユニット２７ａ、２７ｂは、それぞれ筐体２９ｅ、２９ｆと、筐体２９ｅ、２９ｆの内部に配置される予圧バネ２８ａ、２８ｂとを含む。２つの予圧バネ２８ａ、２８ｂの同じ側、例えば図１２における左側に位置する端部から予圧バネ２８ａ、２８ｂを押せるように、連動加圧部２５（図１２参照）が配置されている。
【００７４】
連動加圧部２５は、筐体２９ｅの内部に存在するバネ加圧部２５ｂと、筐体２９ｆの内部に存在するバネ加圧部２５ｃと、バネ加圧部２５ｂおよびバネ加圧部２５ｃを連結する連結アーム部２５ａとを含む。バネ加圧部２５ｂは、筐体２９ｅの減衰装置部２６が存在しない側の端部２９ａと予圧バネ２８ａとの間に存在する。バネ加圧部２５ｃは、筐体２９ｆの減衰装置部２６が存在する側の端部２９ｃと予圧バネ２８ｂとの間に存在する。バネ加圧部２５ｂ、２５ｃのそれぞれは、筐体の軸方向に設けられた３つの開口からそれぞれ出る３つの突起を有する。連結アーム部２５ａは、バネ加圧部２５ｂ、２５ｃの突起を連結する３つの板状部材である。バネ加圧部２５ｂ、２５ｃの３つの突起は、円周方向に互いに１２０度の角度で設けられている。筐体２９ｅ、２９ｆの３つの開口も、円周方向に互いに１２０度の角度で設けられている。筐体２９ｅ、２９ｆの３つの開口の周方向の幅は、バネ加圧部２５ｂ、２５ｃの３つの突起が軸方向に移動できるように、軸方向で一定である。
【００７５】
連結アーム部２５ａは、バネ加圧部２５ｂに加えられた力をバネ加圧部２５ｃに伝え、バネ加圧部２５ｃに加えられた力をバネ加圧部２５ｂに伝える。また、連結アーム部２５ａにより、バネ加圧部２５ｂ、２５ｃは、決められた間隔を維持して連動して移動する。
【００７６】
また、異なる観点から言えば、図９〜図１２に示した免震ユニットは予圧バネ２８ａ、２８ｂの予圧を超える外力が加えられたときに振動側接続部と免震対象接続部との間の間隔を変化させる移動制約部を備える。移動制約部は、引張側弾性体としての予圧バネ２８ａを収納する引張側筐体としての筐体２９ｅと、筐体２９ｅに対して免震方向の一方の側に配置され、圧縮側弾性体としての予圧バネ２８ｂを収納する圧縮側筐体としての筐体２９ｆとを有する。さらに、移動制約部は、予圧バネ２８ａへ圧力を加える引張力印加部としてのバネ加圧部２５ｂを有する。また、移動制約部は、予圧バネ２８ｂへ圧力を加える圧縮力印加部としてのバネ加圧部２５ｃを有する。また、移動制約部は、決められた長さを有してバネ加圧部２５ｂとバネ加圧部２５ｃとをつなぐアームである連結アーム部２５ａを有する。免震ユニットは、筐体２９ｅと筐体２９ｆとの間に配置され、振動側接続部と免震対象接続部の間の間隔が大きくなる際に間隔を小さくする向きの力を発生させ、間隔が小さくなる際に間隔を大きくする向きの力を発生させる振動減衰部としての減衰装置部２６を有する。
【００７７】
＜免震ユニットの動作＞
次に、図１２を参照しながら本実施形態に係る免震ユニットの動作を説明する。図１２（Ａ）は、地震による振動が加えられる前の通常状態での免震ユニットを示す。図１２（Ｂ）は、免震ユニットに対して免震方向に矢印５６に示す圧縮方向の外力が加えられた状態を示す。また、図１２（Ｃ）は、免震ユニットに対して免震方向に矢印５４に示す引張方向の外力が加えられた状態を示す。図１２（Ａ）に示すように、外力が与圧力以下の場合は、バネ加圧部２５ｂは与圧バネ２８ａにより端部２９ａに押し付けられた状態であり、バネ加圧部２５ｃは与圧バネ２８ｂにより端部２９ｃに押し付けられた状態である。そのため、免震ユニットの主軸方向の長さは通常時の長さになる。
【００７８】
図１２（Ｂ）に示すように、与圧バネ２８ｂの与圧力より大きい圧縮方向の外力が免震ユニットに加えられるとする。つまり、アーム２５のバネ加圧部２５ｂが端部２９ａにより矢印５６に示す方向に押圧される。このとき、バネ加圧部２５ｂが受けた力は連結アーム部２５ａを介して他方のバネ加圧部２５ｃに伝わる。そして、加圧部材としてのバネ加圧部２５ｃが予圧バネ２８ｂを押圧する。予圧バネ２８ｂは予圧が与えられているが、外力が予圧を超える場合に圧縮変形する。この結果、図１２（Ｂ）に示すように端部２９ｄ側のバネ加圧部２５ｃと端部２９ｄとの間の距離が小さくなるとともに、バネユニット２７ａおよび連動加圧部２５が、バネユニット２７ｂの方へ移動する。圧縮方向の外力が与圧バネ２８ｂの与圧力以下の場合は、与圧バネ２８ｂはさらに圧縮変形しないので、バネユニット２７ａおよび連動加圧部２５は移動できず、端部２９ａと端部２９ｄの間隔は通常状態と同じである。
【００７９】
バネユニット２７ａがバネユニット２７ｂの方へ移動すると、バネユニット２７ａとバネユニット２７ｂの間にある減衰装置部２６はバスユニット２７ａの移動を抑制する向きの図において白抜きの矢印で示す減衰力が働く。
【００８０】
図１２（Ｃ）に示すように、与圧バネ２８ａの与圧力より大きい引張方向の外力が免震ユニットに加えられるとする。バネユニット２７ａが図における左側に移動し、端部２９ａと端部２９ｄの間隔が広がる。しかし、連動加圧部２５は、バネ加圧部２５ｃが端部２９ｃと係合しており、移動できない。そのため、与圧バネ２８ａがさらに圧縮変形する。引張方向の外力が与圧バネ２８ａの与圧力以下の場合は、与圧バネ２８ａはさらに圧縮変形しないので、バネユニット２７ａは移動できず、端部２９ａと端部２９ｄの間隔は通常状態と同じである。
【００８１】
バネユニット２７ａがバネユニット２７ｂから離れる方向へ移動すると、バネユニット２７ａとバネユニット２７ｂの間にある減衰装置部２６はバスユニット２７ａの移動を抑制する向きの図において白抜きの矢印で示す減衰力が働く。
【００８２】
このように本免震ユニットは、日常の風などの外乱に対しては図１２（Ａ）に示すように構造の一部材として剛性を保ち、地震時の振動に対して図１２（Ｂ）、図１２（Ｃ）に示すように減衰装置部２６が動作し、地震による振動エネルギーを吸収することができる。
【００８３】
＜免震ユニットの作用効果＞
免震ユニットでは、免震方向に、減衰装置部２６と予圧バネユニット２７ａ、２７ｂとが直列に配置されている。この場合、減衰装置部２６と予圧バネユニット２７ａ、２７ｂとを図１等に示すように免震方向に並列に配置する場合より、免震ユニットの免震方向に対する垂直方向の幅を小さくできる。そのため、免震方向に対して垂直方向の幅をあまり広くできないような環境でも本実施形態に係る免震ユニットを容易に適用できる。
【００８４】
また、予圧バネユニット２７ａ、２７ｂと減衰装置部２６とを１直線状に配置することで、予圧バネユニット２７ａ、２７ｂと減衰装置部２６の位置のずれに起因する力やモーメントを無くすことができる。また、図９〜図１２に示した免震ユニットを複数準備し、１つの免震システムを構成するセットとしてこれらの複数の免震ユニットを組むことができる。したがって、免震ユニットを個別に運搬できる一方、免震システムとして据え付けや組立を簡便に行うことができる。
【００８５】
（実施の形態４）
＜免震ユニットの構成及び動作＞
図１３を参照して、本発明の実施の形態４に係る免震ユニットを説明する。なお、図１３は免震ユニットの模式図であり、実施の形態１での図１に対応する。図１３に示す免震ユニットは、基本的には図１に示した免震ユニットと基本的には同様の構成を備え、同様の効果を得ることができる。免震ユニットは、予圧バネユニット３を構成する弾性体が皿バネではなくコイルバネ６８である点が図１に示した免震ユニットと異なっている。このようなコイルバネ６８を用いた場合であっても、図１に示した免震ユニットと同様の動作を行うことができる。
【００８６】
＜免震ユニットの作用効果＞
免震ユニットでは、基本的に図１に示した免震ユニットと同様の効果を得ることができる。また、予圧バネユニット３を構成する弾性体としては、コイルバネ６８に代えて、例えば板バネ、線バネなどの他の任意の構成のバネを用いてもよい。この場合も、コイルバネ６８を用いた場合と同様の効果を得ることができる。
【００８７】
（実施の形態５）
＜免震ユニットの構成及び動作＞
図１４を参照して、本発明の実施の形態５に係る免震ユニットを説明する。なお、図１４は免震ユニットの模式図であり、実施の形態１での図１に対応する。図１４に示すように、免震ユニットは基本的には図１に示した免震ユニットと同様の構成を備え、同様の効果を得ることができる。減衰装置部５を備えていない点が、図１に示した免震ユニットと異なっている。このような構成の免震ユニットによっても、図１に示した免震ユニットと同様の動作を行うことができる。
【００８８】
＜免震ユニットの作用効果＞
免震ユニットでは、基本的に図１に示した免震ユニットと同様の効果を得ることができる。なお、減衰装置部が存在しないため、図１４に示した免震ユニットでは理想免震となって免震対象に加わる加速度を抑制できる。ただし、第１接続部４１と第２接続部１２との間の間隔、すなわち地盤とともに移動する構造物と免震対象との間隔の変動は大きくなる。図１４に示した免震ユニットは、このような大きな変動が許容できる場合に採用し得る。なお、第１接続部４１と第２接続部１２との間の間隔が狭いと、構造物が免震対象にぶつかることになるため、第１接続部４１と第２接続部１２との間の間隔は想定される変動幅より十分大きく設定する。
【００８９】
また、各実施の形態における免震ユニットでは、予圧バネユニットが２つの弾性体を含む構成を開示しているが、予圧バネユニットを構成する弾性体の数は２つに限られず、１つであってもよい。あるいは、予圧バネユニットを構成する弾性体の数は３つ以上としてもよい。
【００９０】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。本発明はその発明の精神の範囲内において各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の変形や省略が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００９１】
この発明は、特に精密機器に対する免震システムに有利に適用される。
【符号の説明】
【００９２】
１  免震対象、２  免震層、２ａ，４ａ  壁部、３，２７ａ，２７ｂ  予圧バネユニット、４  基礎部、５，２６  減衰装置部、６  リニアガイド、７，７ａ〜７ｃ  シャフト、８ａ，８ｂ，２８ａ，２８ｂ  予圧バネ、９ａ，９ｂ，２１  予圧力調整機構、１０ａ，１０ｃ  可動板、１０ｂ，１０ｄ  加圧部材、１１，２９ｅ，２９ｆ  筐体、１１ａ  隔壁、１２，２２  第２接続部、１３  位置変位調整機構、１４  回転変位調整機構、１５，１６  領域、１７ａ  Ｘ方向減衰装置部、１７ｂ  Ｙ方向減衰装置部、１８  Ｚ方向減衰装置部、１９ａ  Ｘ方向予圧バネユニット、１９ｂ  Ｙ方向予圧バネユニット、２０  Ｚ方向予圧バネユニット、２３  天板、２４，４１  第１接続部、２４ａ  上部円筒、２４ｂ  下部円筒、２４ｃ  底板、２５  アーム、２５ａ  連結アーム部、２５ｂ，２５ｃ  バネ加圧部、２９ａ〜２９ｄ  端部、３０  水平第１接続部、３１  水平免震ユニット接続部、３２，３３，３４，３５，３６，３７  連結部材、３８  継手、４２  支持部、４３  中間板部、４４  接続部、５１〜５３  線分、５４〜５７，６１，６２  矢印、６８  コイルバネ。
【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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【国際調査報告】
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