(57)【要約】【課題】床部分の支持に止まらず、建物全体を支持する等大規模支持の場合にも好適に用いる。【解決手段】空気ばね２ａからなる垂直免震手段２と積層ゴム３ａからなる水平免震手段３とを直列に連結する。空気ばね２ａは内部に密閉空気室１１を画成するゴム製のダイヤフラム８を備え、このダイヤフラムはその外周を鋼製の外筒６の内周面に密着状態で覆われることで補強されている。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
積層ゴムからなる水平免震手段と空気ばねからなる垂直免震手段とを直列に連結した３次元免震装置であって、
起立状態の外筒内に作動体の一端が昇降可能に嵌挿され、
前記作動体の他端に前記積層ゴムが設けられるとともに、前記外筒の底部プレートと前記作動体の一端との間に前記空気ばねの密閉空気室を画成するゴム製のダイヤフラムが設けられ、
該ダイヤフラムは、その外周を前記外筒の内周面に密着状態で覆われて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次元免震装置において、
前記外筒の開放端には内フランジが設けられ、該内フランジの内周面と前記作動体の外周面とが互いに相対移動可能な摺動部とさ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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は構造物の免震用として使用される３次元免震装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現状の免震構造物は、水平２方向の地震時の揺れを大幅に低減する水平免震方式が主流である。そのための代表的な免震装置が積層ゴムである。また、床免震等では、上載荷重が比較的軽量であることや免震支持する床面積が小さいことなどの事由で、水平２方向に加えて上下方向の地震時の揺れも低減する３次元免震装置が開発されている。その代表的なものが空気ばねである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の３次元免震装置は、せいぜい床部分の支持など小規模支持用に用いられているにすぎず、建物全体を支持する等大規模支持用には用いられていない。
【０００４】
このため、上下方向の地震の揺れが大きい場合では、現状の免震構造物は、従来の耐震構造物と同様に大きな上下応答が生じ建物自体が損傷するおそれがある。
また、原子力発電所等の大規模電力施設、半導体工場、計算機センターおよび病院など社会的に重要な施設では、建物自体に限られることなく、建物の内部に設置される精密機器や配管等も損傷されるおそれもあり、その場合損害が大きくなる。
また、現状の免震構造物において柱、梁および壁部材等の断面は、上下応答値で決まっており、上下方向の揺れを低減しない限り断面細小化に限界がある。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、床部分等の小規模の支持に止まらず、建物全体を支持する等大規模支持の場合にも好適に用いられる３次元免震装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため請求項１に係る３次元免震装置は、積層ゴムからなる水平免震手段と空気ばねからなる垂直免震手段とを直列に連結した３次元免震装置であって、
起立状態の外筒内に作動体の一端が昇降可能に嵌挿され、
前記作動体の他端に前記積層ゴムが設けられるとともに、前記外筒の底部プレートと前記作動体の一端との間に前記空気ばねの密閉空気室を画成するゴム製のダイヤフラムが設けられ、
該ダイヤフラムは、その外周を前記外筒の内周面に密着状態で覆われてなることを特徴としている。
【０００７】
この場合、地震が起きれば、積層ゴムが主に水平方向の揺れを低減し、空気ばねが主に垂直方向の揺れを低減する。また、ダイヤフラムは外周を外筒の内周面により密着状態で覆われることで補強されている。このため、高軸力に耐えられる空気ばねが実現できる。
【０００８】
請求項２に係る３次元免震装置は、請求項１記載のものにおいて、
前記外筒の開放端には内フランジが設けられ、該内フランジの内周面と前記作動体の外周面とが互いに相対移動可能な摺動部とされていることを特徴としている。
【０００９】
この場合、外筒の開放端に内フランジを設けているため、該内フランジの厚み分だけダイヤフラムの曲率が小さくなる。この結果、ダイヤフラムに過大な屈曲荷重がかかるのを防止できる。また、外筒に内フランジを設けているため、外筒と作動体との接触面積が小さくなる。このため、摩擦低減のためそれら摺動部を表面処理する際に処理面積が小さくなる分、低コスト化が図れる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき本発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明のかかる３次元免震装置の断面を示している。
この図からわかるように、本発明のかかる３次元免震装置１は、空気ばね２ａからなる垂直免震手段２と、積層ゴム３ａからなる水平免震手段３とを直列に連結したものである。つまり、下側に垂直免震手段２を配置し、上側に水平免震手段３を配置しており、それら垂直震手段２、水平免震３をそれぞれ独立に調整することにより、例えば比較的長い固有周期をもつ原子炉建屋等の建物へも適用可能となっている。
【００１１】
前記空気ばね２ａの具体的構造について説明すると、起立状態に配置される鋼製の外筒６には、筒状の作動体７の一端側（下端側）が昇降可能に嵌挿され、この作動体７の他端（上端）には蓋７ａが取り付けられている。また、鋼製の外筒６の下端には下面プレート（底部プレート）５が固定されている。下面プレート５の上面外周部には略リング状に形成されたゴム製のダイヤフラム８の下端が連結部材９を介して気密状態で取り付けられ、ダイヤフラム８の上端は前記作動体７の下面に連結部材１０を介して気密状態で取り付けられている。
そして、前記ダイヤフラム８、下面プレート５および連結部材１０によって、密閉空気室１１が画成されている。
【００１２】
また、ダイヤフラム８はその外周を前記鋼製の外筒６の内周面６ａに密着状態で覆われている。
すなわち、ダイヤフラム８はゴム製であるため、内部の密閉空気室１１の圧力が高まるときには径方向外方へ膨らむように変形しようとするが、外周が前記鋼製の外筒６に密着されているためその変形を規正される。したがって、ダイヤフラム８の変形は、鋼製の外筒６と連結部材１０との間の隙間の膨出部分Ｂに限られる。
【００１３】
鋼製の外筒６と前記作動体７との摺動部、つまり、鋼製の外筒６の開放端に設けた内フランジ１２の内周面１２ａと作動体７の外周面７ｂとのいずれか一方（例えば、内フランジの内周面１２ａ）は硬質クロムメッキ処理が施され、他方（作動体の外周面７ｂ）は鉛青銅鋳物溶着処理が施されている。
このような表面処理法は、中高速・高荷重用のピストンや軸受等で用いられるものである。
【００１４】
一方、前記積層ゴム３ａは、周知のように、薄い金属板とゴムとを交互に何重にも重ね貼り合わせたものであって、水平方向には非常に柔らかく、鉛直方向には非常に固い性質のものである。そして、この積層ゴム３ａは、前記作動体７の他端側に設けられた蓋７ａと上面プレート１３の下面との間に介装されている。
【００１５】
次に、上記構成の３次元免震装置１の作用について説明する。
地震等が発生した場合には、地震波の垂直成分は空気ばね２ａからなる垂直免震手段２によって、また、地震波の水平成分は、積層ゴム３ａからなる水平免震手段３によってそれぞれ吸収される。つまり、地震によって下面プレート５が振動した場合、その垂直方向成分は、空気ばね２ａの密閉空気室１１の圧力変動に伴い作動体７が下面プレート５に対して相対的に上下動することによって吸収され、これにより該垂直方向成分の衝撃は緩和される。また、下面プレート５が振動した場合の水平方向成分は、上面プレート１３と作動体７との間に介装された積層ゴム３ａが適宜変形することによって吸収され、これにより該水平方向成分の衝撃は緩和される。
【００１６】
ここで、前記ダイヤフラム８は、外周を鋼製の外筒６の内周面６ａに密着状態で覆われることによって径方向外方への変形が規正され、その変形が鋼製の外筒６と連結部材１０との間の隙間の膨出部分Ｂのみに限られている。つまり、ダイヤフラムは外側の鋼製の外筒６により補強されており、このため、密閉空気室１１の圧力が高くても充分耐えられる構造になっている。したがって、結果的に、高軸力の空気ばね２ａを実現されており、建物全体の支持にも充分適用可能である。
【００１７】
また、鋼製の外筒６の開放端に内フランジ１２を設けているため、この内フランジ１２の厚み分だけダイヤフラム８の曲率が小さくなる。この結果、ダイヤフラムに過大な屈曲荷重がかかるのを防止できる。また、同内フランジ１２を設けている分、外筒６と作動体７との接触面積が小さくなり、このため、摩擦低減のためそれら摺動部を前述の如く硬質クロムメッキ処理等の表面処理を施す際に処理面積が小さくなる分、低コスト化が図れる。
【００１８】
また、垂直免震手段２と水平免震手段３とをそれぞれ別々に設けているため、言い換えれば、作動体７と積層ゴム３ａとが分解可能なユニットとなっているため、メンテナンスが必要になったときでもそれらの作業を個々に行えるため、メンテナンス作業が容易になる。また、初期の当該３次元免震装置１の組立作業も容易になる。
【００１９】
加えて、鋼製の外筒６と作動体７との摺動部は、いずれか一方が硬質クロムメッキ処理を施され、他方が鉛青銅鋳物溶着処理を施されているため、地震時等にたとえ水平力が摺動部に作用しても、それら摺動部には摩擦がほとんど生じない。このため、水平力作用下であっても、作動体７は鋼製の外筒６に対し上下方向に滑らかに動き、もって垂直方向の揺れを低減する。
【００２０】
なお、前記した発明の実施の形態はあくまで本願発明の例示であり、必要に応じ発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜設計変更可能である。
例えば、上記した発明の実施の形態では、３次元免震装置１の上側に水平免震手段３、下側に垂直免震手段２をそれぞれ配置する構成としたが、これに限られることなく、これとは逆に、下側に水平免震手段３を配置し、上側に垂直免震手段２を配置する構成にしてもよい。
また、上記した実施の形態では、鋼製の外筒６と作動体７との摺動部のうち、いずれか一方を硬質クロムメッキ処理し、他方を鉛青銅鋳物溶着処理しているが、これらの摺動部の材料はなんらこれらに限定されるものではないのはいうまでもない。
【００２１】
【発明の効果】
本発明によれば、垂直免震手段と水平免震手段とを直列に連結したから、垂直免震手段と水平免震手段の双方の要素を合わせ持つこととなり、上部構造物に振動が作用する際に垂直・水平両方向の衝撃を緩和できる。
また、上記のように上部構造物へ垂直・水平両方向の衝撃を緩和できるので、上部構造物の断面の細小化が図れ、建築材料の削減が図れるとともに、上部構造物の自由な間取り、配置設計並びに大スパン構造が可能になる。
また、ダイヤフラムを外周を外筒内周面により密着状態で覆って補強しているため、高軸力に耐えられる空気ばねが実現でき、建物全体の支持する場合にも充分適用可能である。
また、外筒の開放端に内フランジを設けているため、該内フランジの厚み分だけダイヤフラムの曲率が小さくなり、ダイヤフラムに過大な屈曲荷重がかかるのを防止できる。また、外筒に内フランジを設けているため、外筒と作動体との接触面積が小さくなり、摩擦低減のためそれら摺動部を表面処理する際に処理面積が小さくなる分、低コスト化を図ることができる。
また、実績のある既製の積層ゴムと空気ばねを利用しているので、信頼性が高く、安価に製作できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる３次元免震装置の実施の形態を示す断面図である。
【符号の説明】
１　３次元免震装置
２　垂直免震手段
２ａ　空気ばね
３　水平免震手段
３ａ　積層ゴム
６　鋼製の外筒
７　作動体
７ｂ　作動体の外周面（摺動部）
８　ゴム製のダイヤフラム
１１　密閉空気室
１２　内フランジ
１２ａ　内フランジの内周面（摺動部）
【図１】
2004068453.tif 000003