(57)【要約】【課題】３次元免震装置における水平方向と鉛直方向の支持力のアンバランスを解消させる。【解決手段】水平免震機構としての単一の積層ゴム３またはすべり支承もしくは弾性すべり支承と、鉛直免震機構としての複数の空気バネ４を高剛性のフレーム５を介して一体化する。空気バネは補助タンク４ｂとオリフィス４ｃとにより振動減衰機能を有する。空気バネの鉛直方向の振動を減衰させるための鉛直振動減衰機構６を備える。空気バネの鉛直方向の振動を許容しつつ水平方向の変形を拘束する水平変形拘束機構７を備える。【選択図】図１
2008121328.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水平免震機構と鉛直免震機構とが上下方向に直列に配置され、上部構造としての建屋とそれを支持する下部構造との間に介装されて建屋の水平方向および鉛直方向の振動に対する免震効果を得る構成の３次元免震装置であって、
水平免震機構と鉛直免震機構の間に高剛性のフレームが配置されて該フレームを介して
水平免震機構と鉛直免震機構とが一体化され、
前記水平免震機構はフレームの中心位置に固定された単一の積層ゴムまたはすべり支承もしくは弾性すべり支承からなり、
前記鉛直免震機構はフレームの中心位置の周囲に均等配置された複数の空気バネからなることを特徴とする３次元免震装置。
【請求項２】
請求項１記載の３次元免震装置であって、
鉛直免震機構としての空気バネには空気室が画成されているとともに該空気室には補助タンクが付設され、それら空気室と補助タンクとはオリフィスを介して連通されていることを特徴とする３次元免震装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の３次元免震装置であって、
鉛直免震機構としての空気バネの鉛直方向の振動を減衰させる鉛直振動減衰機構が空気バネと並列に設けられ、該鉛直振動減衰機構の一端部がフレームに連結されていることを特徴とする３次元免震装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の３次元免震装置であって、
鉛直免震機構としての空気バネの鉛直方向の振動を許容しつつ水平方向の変形を拘束する水平変形拘束機構が空気バネと並列に設けられ、該水平変形機構の一端部がフレームに対して鉛直方向に変位可能かつ水平方向に変位不能に係合せしめられていることを特徴とする３次元免震装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建屋の水平方向と鉛直方向の双方の振動に対する免震効果を得る３次元免震装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の３次元免震装置としては、たとえば特許文献１〜３に示すように、水平免震機構としての積層ゴムと鉛直免震機構としての空気バネとを上下方向に直列に連結して一体化した構造のものが一般的である。
特に特許文献３に示される３次元免震装置は鉛直免震機構としてローリングシール型の空気バネを用いたものであって、ダイヤフラムにより画成される空気室にオリフィスを介して補助タンクを連通させた構成により振動時におけるオリフィスでの空気流通抵抗によって鉛直方向の減衰効果を得るものであり、たとえば原子力発電所等の大規模な建屋全体を免震支持するものとして好適である。
【特許文献１】特開平８−１７７９６９号公報
【特許文献２】特開平９−３０２９８４号公報
【特許文献３】特開２００５−１６６３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、一般に空気バネの単位面積当たりの支持能力は積層ゴムの１／１０以下と低いことから、それらを単に直列に組み合わせている従来一般の３次元免震装置では水平免震機構としての積層ゴムと鉛直免震機構としての空気バネの支持能力に大きな差が生じることが不可避であって装置規模がアンバランスであるという問題がある。
そのようなアンバランスを改善するためには空気バネの使用圧力を充分に高めるか、あるいは空気バネを充分に大型化することが必要であるが、高圧化によることでは高圧ガス規制を受けることから自ずと限界があり、大型化によることでは設置スペースの確保や施工性の点で難があり、またいずれにしてもそのような特殊仕様の空気バネは汎用のものに比べて格段に高価となるので大幅なコスト増は不可避である。
以上のことから、この種の３次元免震装置における水平方向と鉛直方向の支持力のアンバランスを解消させ得る有効適切な改善策が望まれていた。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
請求項１記載の発明は、水平免震機構と鉛直免震機構とが上下方向に直列に配置され、上部構造としての建屋とそれを支持する下部構造との間に介装されて建屋の水平方向および鉛直方向の振動に対する免震効果を得る構成の３次元免震装置であって、水平免震機構と鉛直免震機構の間に高剛性のフレームが配置されて該フレームを介して水平免震機構と鉛直免震機構とが一体化され、前記水平免震機構はフレームの中心位置に固定された単一の積層ゴムまたはすべり支承もしくは弾性すべり支承からなり、前記鉛直免震機構はフレームの中心位置の周囲に均等配置された複数の空気バネからなることを特徴とするものである。
【０００５】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明の３次元免震装置において、鉛直免震機構としての空気バネには空気室が画成されているとともに該空気室には補助タンクが付設され、それら空気室と補助タンクとはオリフィスを介して連通されていることを特徴とする。
【０００６】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の発明の３次元免震装置において、鉛直免震機構としての空気バネの鉛直方向の振動を減衰させる鉛直振動減衰機構が空気バネと並列に設けられ、該鉛直振動減衰機構の一端部がフレームに連結されていることを特徴とする。
【０００７】
請求項４記載の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明の３次元免震装置において、鉛直免震機構としての空気バネの鉛直方向の振動を許容しつつ水平方向の変形を拘束する水平変形拘束機構が空気バネと並列に設けられ、該水平変形拘束機構の一端部がフレームに対して鉛直方向に変位可能かつ水平方向に変位不能に係合せしめられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１記載の発明によれば、鉛直免震機構として複数の空気バネを用いて、それら複数の空気バネと、水平免震機構としての単一の積層ゴムあるいはすべり支承や弾性すべり支承と組み合わせた構成としたことから、個々の空気バネによる支持力が不充分であっても複数の空気バネの全体で充分な支持力を確保できるし、それら空気バネの個数の増減により鉛直方向の支持力を自由にかつ幅広く設定することが可能であり、したがって鉛直免震機構の支持力を水平免震機構の支持力と適正にバランスさせることが可能である。その結果、従来一般のこの種の３次元免震装置において問題とされていた積層ゴムと空気バネとの支持力のアンバランスを容易に解消できるし、そのために高圧あるいは大型の特殊仕様の空気バネを用いるような必要もなく、ローコストで充分な改善効果が得られる。
【０００９】
請求項２記載の発明によれば、空気バネが補助タンクとオリフィスとによる振動減衰機能を有するものであるので、空気バネ自身で鉛直方向の振動減衰機能が自ずとかつ充分に得られる。
【００１０】
請求項３記載の発明によれば、空気バネと並列に鉛直振動減衰機構を備えるので、空気バネ自身による振動減衰機能が充分でない場合にも鉛直方向の振動減衰効果が充分に得られる。
【００１１】
請求項４記載の発明によれば、空気バネの水平変形を拘束する水平変形拘束機構を備えるので、空気バネに無用な水平力が作用することを防止できて空気バネによる鉛直免震効果を確実に得られ、また空気バネの座屈や損傷を確実に防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１〜図２は本発明の実施形態である３次元免震装置を示すものである。これは、上部構造としての建屋１の底面と、それを支持する下部構造としての基礎２の上面との間に介装されて建屋１全体を免震支持することにより、建屋１の水平方向と鉛直方向の双方の振動に対する免震効果を得るためのものである。
【００１３】
本実施形態の３次元免震装置は、従来一般のこの種の３次元免震装置と同様に、水平免震機構としての積層ゴム３と、鉛直免震機構としての空気バネ４とを組み合わせたことを基本とするが、従来においては単一の積層ゴムと単一の空気バネとを単に直結した構成であることが通常であるのに対し、本実施形態では高剛性のフレーム５を挟んでその上下に単一の積層ゴム３と複数（図示例では４つ）の空気バネ４を配置してそれら積層ゴム３および空気バネ４をそれぞれフレーム５に対して固定することによって、フレーム５を介して積層ゴム３と各空気バネ４とを一体化したものとしている。
【００１４】
本実施形態におけるフレーム５は、図１（ａ）に示すように小断面のＨ形鋼等の鋼材５ａを十字形に交差させるとともにその上下に補強鋼板５ｂを一体に溶接してなるもので、全体として四隅部が隅切りされた略正方形状の盤状をなし、積層ゴム３および各空気バネ４とともに建屋１を支持するに充分な剛性を有するものとされている。
【００１５】
そして、図１（ｂ）に示すように、そのフレーム５の上面中央位置つまり双方の鋼材５ａの交差部の位置に上記の積層ゴム３が配置されてそのベースプレートがフレーム５に対してアンカーボルト等により固定されており、積層ゴム３のトッププレートが建屋１の底面に対して固定されるようになっている。
【００１６】
また、フレーム５の下面側には、各鋼材５ａの端部の位置にそれぞれ上記の空気バネ４が配置されている。各空気バネ４は、図１（ｂ）に示すように、内部空間が空気室として画成されているゴムベローズ４ａと、そのゴムベローズ４ａの下部に一体に連結された補助タンク４ｂから構成されていて、ゴムベローズ４ａの上部がフレーム５の下面に固定されており、補助タンク４ｂの下部が基礎２に対してアンカーボルト等により固定されるようになっている。
【００１７】
空気バネ４を構成しているゴムベローズ４ａの空気室と補助タンク４ｂの内部空間とはオリフィス４ｃを介して連通しており、ゴムベローズ４ａが鉛直方向に振動して弾性変形した際にはその内部空間である空気室と補助タンク４ｂの間でオリフィス４ｃを通して空気が流通し、その際に生じる流通抵抗によってゴムベローズ４ａの振動が速やかに減衰させられるものとなっている。つまり、この空気バネ４はそれ自身が振動減衰機能を有するものであって、鉛直方向の免震効果のみならず優れた減衰効果も併せて発揮し得るものである。
【００１８】
また、フレーム５の下面側の中心位置にはオイルダンパー等の鉛直振動減衰機構６が空気バネ４と並列に設置され、その上端部がフレーム５に対して連結されており、下端部は基礎２に対して連結されるようになっている。その鉛直振動減衰機構６は、空気バネ４自身が有する上記のような振動減衰機能では不充分な場合に所望の減衰量を確保するべく補助的に付加すれば良く、空気バネ４自身で充分な振動減衰機能が確保できる場合は省略して差し支えない、勿論、必要とされる減衰性能によっては鉛直振動減衰機構６としてオイルダンパーに限らず適宜の形式のダンパーを採用しても良く、その設置数も任意である。
【００１９】
さらに、フレーム５の下面側には、その中心位置の周囲に複数（図示例では４つ）の水平変形拘束機構７が空気バネ４と並列に設けられている。これら水平変形拘束機構７は、基礎２に対するフレーム５の鉛直方向の相対変位は許容しつつ水平方向の相対変位を拘束し、以て、空気バネ４を支障なく作動させて鉛直方向の免震効果を確保しつつ、空気バネ４に無用な水平力を作用させないように設置されたものである。
つまり、このような水平変形拘束機構７がない場合には、建屋１が水平方向に振動した際にはその水平力が積層ゴム３、フレーム５を介して空気バネ４にそのまま伝達されてしまうことから、空気バネ４に無用な水平力が作用して横方向に無用な変形を生じ、本来の鉛直方向への免震効果に悪影響を及ぼすばかりでなく、ゴムベローズ４ａが座屈したり損傷を受けることも懸念されることから、水平変形拘束機構７の設置によってそのような事態を回避するようにしたものである。
【００２０】
具体的には、本実施形態における水平変形拘束機構７は、高剛性の鋼棒からなる支柱７ａがベース部材７ｂにより基礎２上に立設され、その支柱７ａの上端部に円筒状のスリーブ部材７ｃが鉛直方向に摺動自在に装着されるようになっており、スリーブ部材７ｃの内側には支柱７ａに対する摺動抵抗を軽減するためのリング状のベアリング７ｄが取り付けられた構成とされている。そして、スリーブ部材７ｃをフレーム５の中心位置の周囲（鋼材５ａの交差部の周囲）に固定して支柱７ａに装着することにより、支柱７ａに対するフレーム５の鉛直方向の相対変位は支障なく許容されるが、フレーム５の水平方向の相対変位は支柱７ａによって確実に拘束され、これにより空気バネ４を支障なく作動させつつ空気バネ４に無用な水平力が作用することを確実に防止できるものとなっている。
【００２１】
以上の構成に基づき、本実施形態の３次元免震装置によれば、水平免震機構としての積層ゴム３と鉛直免震機構としての空気バネ４とにより水平振動と上下振動の双方に対して優れた免震効果が得られ、大規模な建屋全体を免震支持する３次元免震装置として有効なものである。
【００２２】
そして、特に本実施形態の３次元免震装置は、鉛直免震機構として複数の空気バネ４を用いて、それら複数の空気バネ４と水平免震機構としての単一の積層ゴム３とを組み合わせた構成としたことから、個々の空気バネ４の支持力が充分でない場合であっても複数の空気バネ４の全体で充分な支持力を確保できるし、空気バネ４の個数の増減により支持荷重を自由にかつ幅広く設定することが可能であり、したがって空気バネ４全体の支持力を単一の積層ゴム３の支持力と適正にバランスさせることが可能である。
その結果、従来一般のこの種の３次元免震装置において問題とされていた積層ゴムと空気バネとの支持力のアンバランスを容易に解消できるし、そのために高圧あるいは大型の特殊仕様の空気バネを用いるような必要もないから、個々の空気バネ４としては小型の汎用製品を用いることで充分であり、さしたるコストアップとなることなく３次元免震装置全体として所望の支持能力を確保することが可能となる。
【００２３】
以上で本発明の一実施形態について説明したが、上記実施形態はあくまで好適な一例であって本発明は上記実施形態に限定されるものでは勿論なく、たとえば以下に列挙するような様々な設計的変形や応用が可能である。
【００２４】
上記実施形態は４つの空気バネ４を用いた場合の例であるが、空気バネ４の数は当然に任意であって、この３次元免震装置全体に要求される支持力と、使用する個々の空気バネ４の支持力とから適正数を設定すれば良い。但し、いずれにしても３次元免震装置全体に対して偏心モーメントが生じることは好ましくなく、したがって空気バネ４の配置はフレーム５中心に対して点対称となるようにその周囲に可及的に均等配置することとし、かつその全体としての重心位置と積層ゴム３の重心位置とを可及的に合致させるような配置とすべきである。
勿論、フレーム５の具体的な構成や形状、寸法は、このフレーム５に要求される剛性はもとより、積層ゴム３や空気バネ４の寸法、特に空気バネ４の設置数やその配置等に対応させて適宜設計すれば良い。
【００２５】
上記実施形態では鉛直免震機構としての空気バネ４としてゴムベローズ４ａによるベローズ型のものを用いたが、空気バネ４の形式は特に限定すべきものではなく、たとえば特許文献３に示されるようなローリングシール型の空気バネをはじめとして各種形式の空気バネを任意に採用可能である。
また、空気バネ４としては上記実施形態のように補助タンク４ｂとオリフィス４ｃとによる振動減衰機能を有するものが好ましいが、上述したように空気バネ３と並列に鉛直振動減衰機構６を付加することを前提とする場合、あるいは建屋１と基礎２との間に適宜の減衰機構を別途設けるような場合には、必ずしもそのような形式の空気バネとする必要はない。
【００２６】
同様に、水平免震機構としての積層ゴム３は、たとえば鉛プラグを組み込んだものや高減衰ゴムを用いたもののようにそれ自身で減衰機能を有するものが好適に採用可能であるが、水平方向の減衰機構を別途設置する場合にはその必要もない。
さらに、水平免震機構としては上記実施形態のように積層ゴム３を用いることが最も一般的であり現実的ではあるが、軽量な建物等に適用する場合には積層ゴム３に代えてより簡略な水平免震機構としてすべり支承や弾性すべり支承を採用することも妨げるものではない。いずれにしてもそれら水平免震機構の支持力と、複数の空気バネによる鉛直免震機構全体の支持力を可及的にバランスさせることが好ましい。
【００２７】
上記実施形態のように空気バネ４の水平変形を拘束するための水平変形拘束機構７を設置することが好ましいが、その具体的な構成は任意であるし、建屋１の水平変位が他の手段によって自ずと拘束されるような場合には省略しても良い。
【００２８】
上記実施形態では、フレーム５の上部に積層ゴム３を配置し、下部に複数の空気バネ４を配置したが、その天地は逆にしても構造的には同様に挙動し同様に機能する。つまり、フレーム５の上部に複数の空気バネ４を配置し、下部に単一の積層ゴム３（あるいはすべり支承ないし弾性すべり支承）を配置しても良い。なお、その場合において上記実施形態のような鉛直振動減衰機構６や水平変形拘束機構７を設ける場合には、当然にそれらも空気バネ４と並列にしてフレーム５と建屋１との間に設置することになるが、その場合にはいずれも天地を逆にしてそれらの一端部（この場合は下端部）をフレーム５に連結あるいは係合し他端部（同、上端部）を建屋１に対して固定すれば良い。
さらに、本発明の３次元免震装置は、上記実施形態のように基礎免震として基礎２と建屋１との間に設置するみならず、中間免震として建屋１の中間階に設置することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施形態である３次元免震装置を示す平面図および側面図である。
【図２】同、水平変形拘束機構を示す図である。
【符号の説明】
【００３０】
１  建屋（上部構造）
２  基礎（下部構造）
３  積層ゴム（水平免震機構）
４  空気バネ（鉛直免震機構）
４ａ  ゴムベローズ
４ｂ  補助タンク
４ｃ  オリフィス
５  フレーム
５ａ  鋼材
５ｂ  補強鋼板
６  鉛直振動減衰機構
７  水平変形拘束機構
７ａ  支柱
７ｂ  ベース部材
７ｃ  スリーブ部材
７ｄ  ベアリング
【図１】
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【図２】
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