(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持構造物と該支持構造物の上方に間隔を隔てて配置される免振構造物との間に設けられる三次元免振装置であって、これら両構造物間の水平方向の相対移動を許容する滑動機構を介して上下免振する上下免振装置と、両構造物間の上下方向の相対移動を許容する水平方向力伝達機構を介して水平方向免振する水平免振装置とからなり、該上下免振装置には、一端が閉塞された円筒状の鋼製ケースと該ケース内を摺動する摺動体とによって内部に上下に拡縮するバネ室を形成した空気バネを用い、該空気バネの一端と該一端が当接する一方の構造物との間に前記滑動機構を介在させ、
前記空気バネの鋼製ケースに径方向外方に延出させた支持ステーを一体形成し、該支持ステーに前記水平免振装置の一端を結合させて前記上下免振装置と滑動機構とを前記水平方向力伝達機構として機能させたことを特徴とする三次元免振装置。
【請求項２】
前記支持ステーを環状のフランジに形成し、該フランジに沿って前記鋼製ケースの周囲に、前記水平免振装置を複数並設したことを特徴とする請求項１に記載の三次元免振装置。
【請求項３】
前記支持ステーあるいはフランジと他方の構造物との間に、上下方向の振動減衰装置を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の三次元免振装置。
【請求項４】
前記一方の構造物に、前記上下免振装置の他端を固定する固定台座を一体形成し、該固定台座と前記鋼製ケースの周壁部との間に水平方向の振動減衰装置を設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の三次元免振装置。
【請求項５】
前記滑動機構が転がり支承であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の三次元免振装置。
【請求項６】
前記水平免振装置が積層ゴムであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の三次元免振装置。
【請求項７】
前記上下免振装置の空気バネに、平常時における空気バネ室の内圧を一定範囲内に調圧するとともに、振動検知時に該調圧機能を強制停止させる定空気圧維持装置を取り付けたことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の三次元免振装置。
【請求項８】
前記定空気圧維持装置が、前記空気バネ室の内圧を検出する圧力センサと、該空気バネ室内の圧力を規定の上限値以下に保つリリーフ弁と、該リリーフ弁に直列接続されて該リリーフ弁による圧力解放機能を抑制する電磁開閉弁と、該空気バネ室内に圧搾空気を供給する圧気供給手段と、該圧力センサで検出した圧力値に基づいて該電磁開閉弁と該圧気供給手段との作動を制御する制御器とからなり、該制御器は該圧力センサで検出した圧力値が規定の下限値以下になると該圧気供給手段を作動させて空気バネ室の内圧を該下限値以上に保つ一方、該圧力センサで検出した圧力値の変動を監視して、該変動に基づいて振動を検知したときに該電磁開閉弁を閉じるとともに圧気供給手段の作動を停止させることを特徴とする請求項７に記載の三次元免振装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水平方向および上下方向の免振機能を備えた三次元免振装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
原子力発電所等の重要施設は地震等による影響を極力無くす建築物として構築されるが、その重要施設を立地条件にかかわらず構築できる立地拡大を目指したサイトフリーと、設備の標準化によるコスト低減を目指した標準化プラント構築とを可能とする免振構造の採用が望まれる。
【０００３】
一般に、ビル等の建築物の免振は積層ゴム等を用いた水平免振構造が採用されるが、これに上下免振構造を併用することにより三次元免振を達成して地震から建築物を効率良く保護することができ、これを上記重要施設に適用することにより建築物の標準化が可能となる。
【０００４】
この種の三次元免振装置としては、例えば特開平８−２１８６７８号公報に開示されるものが提案されている。この三次元免振装置は、積層ゴム等の水平免振装置の下部または上部に上下免振機構を付加して構成されている。即ち、水平免振装置と上下免振機構とを上下方向に直列配置して構成されるようになっており、建築物の重量がこれら水平免振装置および上下免振機構に入力されるようになっている。
【０００５】
ところで、このような三次元免振装置にあっては、建築物が地震入力時の上下振動に共振するのを避けるべく、この建築物側の上下方向の固有振動数を長周期化することが望ましい。つまり、地震により入力される上下振動の卓越周期は０．５秒以下の範囲に存在するため、上下免振機構で決定される建築物側の上下方向の振動周期は少なくとも０．５秒以上、望ましくは３秒以上に長周期化して設定する必要があり、このように建築物を長周期化するためには、上下免振機構のバネ剛性を適切に設定する必要がある。
【０００６】
また、上下免振機構には、建築物の重量を確実に支持できること、並びに建築物のロッキング振動を防止できることも求められる。上下免振機構のバネ剛性の設定が不適当であると、建築物の上下振動周期が免振領域から短周期方向にずれて効果的に上下免振できなくなる虞がある。そして、このように免振領域からずれると建築物の上下振動が大きくなり、延いてはこの建築物に引抜き力が大きく作用して、積層ゴム等で構成される水平免振装置が損傷されてしまう虞もある。
【０００７】
さらに、建築物の荷重を支持するために上記上下免振機構のバネ剛性を大きくした場合には、この上下免振機構のバネ剛性に起因する上下変動荷重が水平免振装置の性能に大きな影響を与える。つまり、水平免振装置の上に直列に上下免振機構を設けて構成した三次元免振装置であると、水平免振装置には上下免振装置を介して上下変動荷重が作用することになるが、水平力により水平免振装置の積層ゴムに剪断力が発生しているときに、上下方向の変動荷重を受けるとその剪断抵抗力が上下変動力の影響を受けて変動してしまう。
【０００８】
これ故、上記特開平８−２１８６７８号公報に開示されるような従来の三次元免振装置では、水平免振装置自身が備える水平バネ剛性で本来達成されるべき水平免振性能に対して、上記上下免振機構の大きなバネ剛性に起因する上下変動荷重が影響し、水平免振装置単体を目的通りの性能で設計することが困難になる。
【０００９】
そこで、本願出願人は先に、特開２００１−８２５４２号公報にて示したように、支持構造物と免振構造物との間に、上下変動荷重を受けずに専ら水平免振を行う水平免振装置と、水平荷重を受けずに専ら上下免振を行う上下免振装置とを並設した三次元免振構造を提案した。即ち、当該特開２００１−８２５４２号公報の三次元免振装置にあっては、水平免振装置には積層ゴムを用いて、この積層ゴムには上下方向の相対変位を許容して水平変位のみを伝達する伝達機構を介在させて支持構造と免振構造との間に取り付ける一方、上下免振装置には免振構造体の荷重を確実に支持する必要性から皿バネ積層体を用い、この皿バネ積層体には水平方向の相対変位を許容する滑動機構を介在させて支持構造と免振構造との間に取り付けるようになっている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、係る提案の三次元免振装置では、上下免振装置に皿バネ積層体を用いているため、上下方向変位のストロークを十分に確保し得ず、現状では免振構造物の上下固有周期を未だ１秒以上に長周期化するのが困難で、望まれている３秒以上の長周期化を達成出来ないという課題がある。
【００１１】
ここで、水平免振の長周期化のみならず、上下ストロークをも十分に確保して上下固有周期を３秒以上に長周期化し得る三次元免振装置として、例えばゴム等の可撓性に富む材料にて単一気密構造の空気バネを作り、当該空気バネで三次元免振することも考えられ、このような単一気密構造の空気バネの研究開発も鋭意進められている。ところが、空気バネによって免振構造物を３秒以上の上下固有周期で支持するには、２０気圧（２０ｋｇ／ｂａｒ、１０１．３２５Pa）程度の内圧を確保する必要があって、ゴムなどの可撓性に富む材料で気密室を構成すると、その材質上、損傷を受け易いだけでなく経時劣化を生じる等、耐久信頼性の面で漏洩発生の虞が高い。そして、漏洩が生じると免振装置としての最も基本的な機能である免振構造物の支持機能を喪失してしまい、基礎版などの支持構造物の破壊や免振構造物の不等沈下をもたらす。
【００１２】
よって、以上の理由から、従来の三次元免振装置はいずれも、水平および上下の三次元方向の免振機能を共に長周期化を図りつつ、的確かつ十分に、しかも高い信頼性をもって発揮させ得ているとはいえず、従って、これを上記重要施設等に適用して建築物の標準化を達成することは、著しい困難を伴うという課題があった。
【００１３】
本発明は、以上のような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、専ら水平免振を行う水平免振装置と、専ら上下免振を行う上下免振装置とを並設する構成の三次元免振装置において、上下免振装置に耐久信頼性の高い鋼製ケース製の空気バネを用いて、水平免振装置による本来の水平免振機能を十分に確保しつつ、上下固有周期の３秒以上の長周期化を達成し得る三次元免振装置を提供することにある。
【００１４】
また、上記鋼製ケースで形成した空気バネを用いた場合、免振構造物下での配設位置が南北に異なると、それら各空気バネの周囲温度条件は四季や昼夜を通じて同等に変動することはない。このため、このような周囲温度条件の変動に差異が生じた場合に、各空気バネの内圧が相違して免振構造物に不等沈下や傾きが生じてしまう虞がある。そこで、本発明では、空気バネによる上下免振機能を損なうことなく外気温などの影響による空気バネの内圧変動を規定の一定範囲内に抑えて、免振構造物下に複数配設される空気バネ相互間の高さをほぼ一定に保ち得、もって免振構造物に不等沈下や傾きを生じさせることのない三次元免振装置を提供することを第２の目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記第１の目的を達成するために本発明では、支持構造物と該支持構造物の上方に間隔を隔てて配置される免振構造物との間に設けられる三次元免振装置であって、これら両構造物間の水平方向の相対移動を許容する滑動機構を介して上下免振する上下免振装置と、両構造物間の上下方向の相対移動を許容する水平方向力伝達機構を介して水平方向免振する水平免振装置とからなり、該上下免振装置には、一端が閉塞された円筒状の鋼製ケースと該鋼製ケース内を摺動する摺動体とによって上下に拡縮するバネ室を形成した空気バネを用い、該空気バネの一端と該一端が当接する一方の構造物との間に前記滑動機構を介在させ、前記空気バネの鋼製ケースに径方向外方に延出させた支持ステーを一体形成し、該支持ステーに前記水平免振装置の一端を結合させて、前記上下免振装置と滑動機構とを前記水平方向力伝達機構として機能させる構成となし得る（請求項１）。
【００１７】
さらに、前記支持ステーは環状のフランジに形成し、該フランジに沿って前記鋼製ケースの周囲に、前記水平免振装置を複数並設する構成にもなし得る（請求項２）。
【００１８】
またさらに、前記支持ステーあるいはフランジと他方の構造物との間に、上下方向の振動減衰装置を設けた構成にもなし得る（請求項３）。
【００１９】
さらにまた、前記一方の構造物に、前記上下免振装置の他端を固定する固定台座を一体形成し、該固定台座と前記鋼製ケースの周壁部との間に水平方向の振動減衰装置を設けた構成にもなし得る（請求項４）。
【００２０】
ここで、前記滑動機構には転がり支承を用い得る（請求項５）。
また、前記水平免振装置には積層ゴムを用い得る（請求項６）。
【００２１】
一方、上記第２の目的を達成するために、本発明にあっては、前記上下免振装置の空気バネに、平常時における空気バネ室の内圧を一定範囲内に調圧するとともに、振動検知時に該調圧機能を強制停止させる定空気圧維持装置を取り付けたことを特徴とする（請求項７）。
【００２２】
ここで、前記定空気圧維持装置は、前記空気バネ室の内圧を検出する圧力センサと、該空気バネ室内の圧力を規定の上限値以下に保つリリーフ弁と、該リリーフ弁に直列接続されて該リリーフ弁による圧力解放機能を抑制する電磁開閉弁と、該空気バネ室内に圧搾空気を供給する圧気供給手段と、該圧力センサで検出した圧力値に基づいて該電磁開閉弁と該圧気供給手段との作動を制御する制御器とからなり、該制御器は該圧力センサで検出した圧力値が規定の下限値以下になると該圧気供給手段を作動させて空気バネ室の内圧を該下限値以上に保つ一方、該圧力センサで検出した圧力値の変動を監視して、該変動に基づいて振動を検知したときに該電磁開閉弁を閉じるとともに圧気供給手段の作動を停止させる構成となし得る（請求項８）。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る三次元免振装置の好ましい実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明の基本形をなす第１実施形態を示すものである。図示するように、この三次元免振装置１０は、支持構造物１２とこの支持構造物１２の上方に間隔を隔てて配置される免振構造物１４との間に配設されて、これら両構造物１２，１４間の上下方向の相対移動を水平方向力伝達機構２０を介して許容しつつ水平免振する水平免振装置１６と、両構造物１２，１４間の水平方向の相対移動を滑動機構２８を介して許容しつつ上下免振する上下免振装置１８とからなる。
【００２４】
両免振装置１６，１８は両構造物１２，１４間に並列配置され、水平力伝達機構２０は水平免振装置１６とその上方の免振構造物１４との間に配置される一方、滑動機構２８は上下免振装置１８とその下方の支持構造物１２との間に配置され、上下免振装置１８によって免振構造物１４の鉛直荷重を支持するようになっている。これら水平免振装置１６と上下免振装置１８，水平力伝達機構２０及び滑動機構２８とは、同図に示すように、１つの三次元免振ユニットを構成し、このユニットが免振構造物１４の下面に複数個配置されて全体の三次元免振を行うようになっている。なお、水平免振装置１６と上下免振装置１８とは、これらを並列配置させてあれば必ずしもユニット化する必要はなく、個数も同数である必要はない。
【００２５】
上記水平免振装置１６は、ゴム層と鋼板とが交互に積層される積層ゴム２２で構成され、この積層ゴム２２には下方フランジ２２ａと上方フランジ２２ｂとが設けられる。この積層ゴム２２の設置部位には支持構造物１２から所定高さの鉄筋コンクリート造の固定台座２４が突設され、この固定台座２４上に下方フランジ２２ａを固定して積層ゴム２２が設置される。積層ゴム２２は、水平方向に等方性の復元性能および減衰性能を有し、水平方向全方位に対して的確な免振性能を発揮する。
【００２６】
この水平免振装置１６と免振構造物１４との間には、免振構造物１４の上下方向の相対移動を許容しつつ、水平方向の相対移動（水平方向力）を水平免振装置１６に伝達する水平方向力伝達機構２０が介在されており、この水平方向力伝達機構２０は、積層ゴム２２の上方フランジ２２ｂ上に立設された筒体３２と、免振構造物１４に固定される上方取付板３４から垂設されて筒体３２内に上下方向にスライド自在に挿入され、筒体３２に対して水平方向に係合する軸体３２ａとから構成される。これら筒体３２および軸体３２ａについては、図示例では上方フランジ２２ｂに筒体３２、上方取付板３４に軸体３２ａを設けたが、これらの配置関係は逆であってもよい。
【００２７】
そして互いに相対向する軸体３２ａの外周面と筒体３２の内周面との間には、僅かな隙間を設けることが好ましい。これら外周面と内周面とを常時摺接状態とすると、免振構造物１４と支持構造物１２との間に上下方向相対移動が生じたときに両者間に摩擦力が発生し、これが上下方向力として水平免振装置１６に作用するおそれがあるからである。他方、これら外周面と内周面との隙間が大きすぎると、免振構造物１４と支持構造物１２との間に水平方向相対移動が生じたときに水平免振装置１６や免振構造物１４に衝撃的な力が作用して好ましくないからである。
【００２８】
さらに、上下方向に相対向する軸体３２ａの下端と積層ゴム２２の上方フランジ２２ｂとの間、及び同じく上下方向に相対向する筒体３２の上端と上方取付板３４との間とには、許容すべき上下方向相対変位よりも大きな隙間が設定され、免振構造物１４と支持構造物１２との上下方向相対移動で軸体３２ａと上方フランジ２２ｂとが、また筒体３２と上方取付板３４とが干渉しないようになっている。ここで、筒体３２および軸体３２ａの断面形状は、上下方向スライドと水平方向の係合が維持されるならば、円形などどのような断面形状としてもよい。そして、これら軸体３２ａと筒体３２とが一対の係合部材を構成している。
【００２９】
上記上下免振装置１８には、空気バネ２６が用いられている。この空気バネ２６は、一端が平坦に閉塞された上下一対の有底円筒状の鋼製ケース２６ａ，２６ｂによって形成されており、下側鋼製ケース２６ａの方が上側鋼製ケース２６ｂよりも大径になっていて、上側鋼製ケース２６ｂの開放端側が下側鋼製ケース２６ａの開放端側に入り込んで相互に摺動自在に嵌合し、当該摺動部にはＯリング２７が介装されて、内部には２０気圧（２０ｋｇ／ｂａｒ、１０１．３２５Pa）程度の圧搾空気を収納する密封された空気バネ室２６ｃが上下に拡縮可能に画成されている。なお、ここで空気バネ２６は上記のように必ずしも一対の鋼製ケース２６ａ，２６ｂで構成する必要はなく、少なくとも一方を鋼製ケース２６ａで形成して他方はその鋼製ケース２６ａ内を上下に摺動するピストン様の摺動体としても良い。
【００３０】
そして、空気バネ２６の下側は、支持構造物１２に載置される滑動機構２８としての転がり支承２９上に搭載される。空気バネ２６の上側は、免振構造物１４に下方に突出されて一体形成された環状の上方取付座３０に上側鋼製ケース２６ｂの上端部が嵌合固定されて取り付けられる。
【００３１】
上記転がり支承２９は、下面が平坦となった支持基板２９ａと、この支持基板２９ａの周縁部を適宜隙間を設けて覆う外殻２９ｂと、これら支持基板２９ａと外殻２９ｂとの間の空間部に収納される多数の小球２９ｃとを備えて構成される。そして、上記支持基板２９ａは上記小球２９ｃを介在させた状態で支持構造物１２上面に敷設されるスライド基板３６に載置され、介在された小球２９ｃが転動することにより、この転がり支承２９と支持構造物１２とは極小さな滑動抵抗をもって滑動自在となっている。なお、滑動機構２８として本実施形態では転がり支障２９を用いているが、これに限らず、滑り支承を採用しても良い。
【００３２】
また、水平免振装置１６の上方取付板３４と上方フランジ２２ｂとの間には、これらに結合されて支持構造物１２と免振構造物１４との上下方向の相対振動のエネルギーを吸収して当該上下振動を減衰させるダンパー５０が別途設けられている。さらに、固定台座２４と空気バネ２６の下側鋼製ケース２６ａの周壁部との間には、これらの水平方向の相対変位方向に追従して回動するように両者にピンジョイント５１を介して回動自在に結合されて、支持構造物１２と免振構造物１４との水平方向の相対振動のエネルギーを吸収して当該水平振動を減衰させるダンパー５２が別途設けられている。これらの上下方向及び水平方向のバンパー５０，５２としては、例えば油圧式等の流体ダンパーあるいは摩擦ダンパー等を採用でき、ここでは油圧ダンパーが用いられている。
【００３３】
一方、前記上下免振装置１８の空気バネ２６には、平常時における空気バネ室２６ｃの内圧を一定範囲内に調圧するとともに、振動検知時にその調圧機能を強制停止させる定空気圧維持装置５４が取り付けられている。この定空気圧維持装置５４は、空気バネ室２６ｃの内圧を検出する圧力センサ５６と、この空気バネ室２６ｃ内の圧力を規定の上限値以下に保つリリーフ弁５８と、このリリーフ弁５８に直列接続されて当該リリーフ弁５８による圧力解放機能を抑制する電磁開閉弁６０と、空気バネ室２６ｃ内に圧搾空気を供給する圧気供給手段６２と、この圧力センサ５６で検出した圧力値に基づいて上記圧力解放抑制用の電磁開閉弁６０と圧気供給手段６２との作動を制御する制御器６４とからなる。
【００３４】
圧気供給手段６２はエアコンプレッサ６２ａと電磁開閉弁６２ｂとからなり、圧搾空気の供給時にはエアコンプレッサ６２ａの作動とともに電磁開閉弁６２ｂが開放され、供給停止時にはエアコンプレッサ６２ａが停止されるとともに電磁開閉弁６２ｂが閉じられるようになっている。
【００３５】
制御器６４はマイクロコンピュータにより構成され、圧力センサ５６で検出した圧力値が規定の下限値以下になると圧気供給手段６２を作動させて空気バネ室２６ｃの内圧をその下限値以上に保つ一方、圧力センサ５６で検出した圧力値の変動を常時監視して、この圧力変動の大きさ及び速さに基づいて振動を検知したときには電磁開閉弁６０を閉じるとともに圧気供給手段６２の作動を停止させるようになっており、振動が検知されない平常時にあっては圧力解放抑制用の電磁開閉弁６０は開放されている。なお、上記振動の検知は支持構造体側に設けた加速度センサによって行うようにしても良い。
【００３６】
以上の構成により本第１実施形態の三次元免振装置１０では、支持構造物１２と免振構造物１４との間に水平免振装置１６と上下免振装置１８とが並列配置されることにより、地震による振動が入力されると水平免振装置１６により水平振動エネルギーが吸収されて水平免振されるとともに、上下免振装置１８により上下振動エネルギーが吸収されて上下免振され、これら水平免振と上下免振とをもって三次元免振される。また、水平免振装置１６の上部に配置された水平力伝達機構２０は、上下振動に起因する軸力変動が水平免振装置１６に作用するのを阻止する機能を備える。
【００３７】
ここで、水平免振装置１６と上下免振装置１８とを並列配置し、かつ免振構造物１４の上下方向相対移動は許容し水平方向相対移動は水平免振装置１６に伝達する水平方向力伝達機構２０を設けることにより、鉛直方向に作用する免振構造物１４の重量Ｗを上下免振装置１８のみに支持させて、水平免振装置１６には免振構造物１４の重量Ｗが作用しないようにすることができる。このように水平免振装置１６で負担する鉛直荷重がなくなるため、積層ゴム２２のゴム層の面圧依存性を低下することができ、水平免振時のゴムの性状の不安定性を解消し得て、安定した性能を得ることができる。即ち、水平免振装置１６には水平力伝達機構２０を介して免振構造物１４と支持構造物１２間の水平方向の相対移動のみが伝達されるので、水平免振装置１６である積層ゴム２２は安定的にかつ十分な水平免振機能を発揮することができる。従ってまた、水平免振装置１６の設計も容易になる。
【００３８】
また、このように水平免振装置１６に鉛直荷重が作用しないので、免振構造物１４の下側に配置するこの水平免振装置１６の総個数を少なく、あるいは小型化することができ、これにより水平免振に関して長周期化を確保し易くなり、かつコストの低減をも達成することができる。
【００３９】
更に、水平力伝達機構２０によって地震時の上下変動荷重を、上下免振装置１８のみに負担させることができ、しかもこの上下免振装置１８には水平方向の剛性が強大な有底筒体状の鋼製ケース２６ａ，２６ｂで形成した空気バネ２６を用いているので、上下方向のバネ剛性をその空気バネ室２６ｃの内圧調整で任意に容易に設定し得る。このため、この上下免振装置１８にて支持される免振構造物１４の上下方向の振動周期を、例えば３．０秒以上の最適な値にチューニングして長周期化を図ることが容易になし得るとともに、支持荷重の調整範囲も広く確保することができるようになる。
【００４０】
また更に、この第１実施形態では上下免振装置１８の下側鋼製ケース２６ａの下端面に転がり支承２９を設けて、水平方向の自由な滑動が可能となっているため、支持構造物１２と免振構造物１４との間の水平振動が上下免振装置１８に入力されるのをこの転がり支承２９によって大幅に低減し得、もって、この上下免振装置１８のバネ剛性が水平免振装置１６に影響するのを極力防止することができる。この点からも、この水平免振装置１６による水平免振機能を、予期した設定通りに発揮させることができ、この水平免振装置１６の設計が容易になるとともに、上記転がり支承２９や滑り支承が滑動するときの摩擦抵抗を水平振動の減衰要素として機能させることもできる。
【００４１】
また、この第１実施形態の三次元免振装置１０では、水平免振装置１６の特性などを考慮せずに上下免振装置１８のバネ剛性を独自に適切に設定でき、このような独自設定の上下免振装置１８によって免振構造物１４全体を支持できることからロッキング振動を効果的に抑制することができる。
【００４２】
更に、上下免振装置１８は一対の鋼製ケース２６ａ，２６ｂによって空気バネ室２６ｃを画成した空気バネ２６で構成されるが、上下振動の入力により空気バネ室２６ｃが上下に拡縮変形して、相互に嵌合し合う一対の鋼製ケース２６ａ，２６ｂが互いに擦り合うため、このときの摩擦効果により上下振動に対する減衰効果も得ることができる。
【００４３】
また、水平免振装置１６の上方取付板３４と上方フランジ２２ｂとの間にダンパー５０を別途設けることにより、上下振動の入力によりこのダンパー５０が作動して上下振動エネルギーを吸収できるため、この構成によって必要な減衰を確保できるとともに、上下免振装置１８としての減衰量の設定が容易になる。また、上方取付板３４と上方フランジ２２ｂとは上下方向に相対変位するが、水平方向には相対変位が生じないので、ダンパー５０はその両端を上方取付板３４と上方フランジ２２ｂとのそれぞれに対して、ピンジョイント構造などを介さずに単に接続させるだけで良く、接続構造の簡略化が図れる。ここで、上下振動の入力に伴う減衰作用の発現に際し、若干の上下方向力が水平免振装置１６の積層バネ２２に加わることになるが、当該上下方向力はダンパー５０の抵抗力のみであって、積層バネ２２ｂの水平剛性に与える影響は殆ど無い。
【００４４】
加えて、固定台座２４と空気バネ２６の下側鋼製ケース２６ａの周壁部との間にダンパー５２を別途設けることにより、水平振動の入力によりこのダンパー５２が作動して水平振動を吸収できるため、この構成によって必要な減衰を確保できるとともに、水平免振装置１６としての減衰量の設定が容易になる。また、下側鋼製ケース２６ａと固定台座２４とには上下方向の相対変位が生じないので、ダンパー５２の両端はそれぞれ水平方向の回動のみを許容するピンジョイント５１を介して接続させれば良い。
【００４５】
一方、水平力伝達機構２０は筒体３２と軸体３２ａとから構成しており、これらによって水平方向の係合と上下方向の相対移動とを適切に確保でき、加えて構造が簡単であるとともに信頼性も高い。
【００４６】
また、上下免振装置の空気バネ２６には、平常時における空気バネ室２６ｃの内圧を一定範囲内に調圧するとともに、振動検知時に当該調圧機能を強制停止させる定空気圧維持装置５４を取り付けているので、上下振動入力時の免振機能を損なうことなく、温度変化に起因した各空気バネ相互間の膨張体積差を一定範囲内に維持し得る。
【００４７】
即ち、上下免振装置１８の空気バネ２６にはその内圧が規定の上限値を超えると内部の圧搾空気を外部にリリーフするリリーフ弁５８を設けているため、外気温の影響により内圧が高まってもその値を常に上限値以下に抑えることができる。一方、圧力センサ５６により内圧が規定の下限値を下回ったことを検出すると、制御器６４はエアコンプレッサ６２ａを作動させると共に電磁開閉弁６２ｂを開放させて空気バネ室２６ｃ内部に圧搾空気を供給するので、空気バネ室２６ｃの内圧を常時規定の一定値範囲内に保持することができる。このため、免振構造物１４の北側や南側等に複数配設される空気バネ２６の相互間に、大きな内圧差が生じることを防止でき、平常時において免振構造物を傾かせることなくその水平度を絶えず良好に維持することができる。
【００４８】
そして、地震時などに大きな振動が加わった場合には、圧力センサ５６で検出した空気バネ室２６ｃの内部圧力を絶えず制御器６４で監視することによって、その変動の大きさや速さから当該地震などの振動の入力を検知することができ、このような大きな振動を検知した際には、制御器６４は空気バネ室２６ｃ内の圧搾空気を外部にリリーフするリリーフ弁５８に直列接続させた電磁開閉弁６０を強制的に閉塞させて圧搾空気の解放を抑止するとともに、圧気供給手段６２の電磁開閉弁６２ｂも強制的に閉塞させる。このため、大きな上下振動が加わった際には、空気バネ室２６ｃは密閉状態に維持され、上下振動に伴って空気バネ室２６ｃの内圧が急激に大きく上昇しても圧搾空気は外部に解放されず、これ故、空気バネ２６による免振機能が損なわれることはない。
【００４９】
従って、この第１実施形態の三次元免振装置１０では、水平免振装置１６による水平免振機能を阻害することなく十分良好に確保しつつ、空気バネ２６でなる上下免振装置１８によって上下免振機能をも３秒以上の長周期化を図りながら十分に確保し得て、三次元方向に優れた免振機能を発揮することができる。
【００５０】
また、免振構造物１４下に複数配設される各々の空気バネ２６の平常時の内圧を、定空気圧維持装置５４により、その設置位置の南北などに起因する外気温条件のバラツキに左右されずに、絶えず規定の一定範囲内に保持することができ、もって四季や昼夜を通じて免振構造物１４の水平度を良好に維持して、不動沈下や傾きが生じることを防止できる。しかも、地震時などに大きな上下振動入力された場合には、当該振動を制御器６４が検知して定空気圧維持装置５４による調圧機能を強制的に停止させるから、空気バネ２６による所期の免振機能を損なわずに確保できる。
【００５１】
このため、この三次元免振装置１０を原子力発電所等の地震時の安全性が強く要求される重要施設の構造物等に適用することにより、この重要施設構造物の標準化、すなわち建物設備やプラント設備、例えば建物の骨組みや配管，サポート等の規格化を達成することができる。また、重要施設のサイトフリーを可能として立地条件の拡大を図ることができるとともに、他方、施設構造物の工費低減も達成することができる。
【００５２】
なお、本第１実施形態では水平免振装置１６を積層ゴム２２で構成したが、これに限ることなく水平免振を効果的に達成できる弾性部材であれば良い。更に、滑動機構として転がり支承２９を用いたが、勿論これに限ることはなく、滑らかな相対移動を許容する構造、例えば滑り支承やリニアレール等を用いることができる。
【００５３】
図２は、本発明の第２実施形態を示す。図示するように、この第２実施形態にあっても、上下免振装置１８をなす空気バネ２６と滑動機構の転がり支承２９及び水平免振装置１６は基本的に上記第１実施形態とほぼ同一構成であって、水平免振装置１６に対して水平力を伝達する水平力伝達機構２０の構成のみが異なっている。即ち、この第２実施形態では前記上下免振装置１８と滑動機構２８とを前記水平方向力伝達機構２０として機能させるようになっている。以下には、前記第１実施形態と同一構成の部材については同一の符号を付してその説明を省略し、構成の相違する部分に付いてのみ詳しく述べる。
【００５４】
本第２実施形態にあっては、前記空気バネ２６の下側鋼製ケース２６ａに径方向外方に延出させた支持ステー６６を一体形成し、この支持ステー６６に前記水平免振装置１６としての積層ゴム２２の上端を接合させて水平方向力伝達機構２０を構成している。この支持ステー６６は鋼製でなり、上側鋼製ケース２６ｂが摺動嵌合している下側鋼製ケース２６ａの上側部の外周に嵌着されて一体的に溶接接合されて設けられていて、下側鋼製ケース２６ａの当該部位の補強用リブとしても機能している。支持ステー６６の一端は水平免振装置１６の積層ゴム２２の上端に向けて水平に延び、当該積層ゴム２２の上方フランジ２２ｂを構成し、その下面に積層ゴム２２の上端部が接合されている。そして、この支持ステー６６と免振構造物の下面との間に上下振動を吸収するダンパー５０が設けられている。
【００５５】
従って、当該第２実施形態によれば、支持ステー６６によって下側鋼製ケース２６ａと積層バネ２２の上端部とを繋ぐだけという極めて簡単な構造で、上下免振装置１８と滑動機構２８とを水平方向力伝達機構２０として利用して機能させることができ、もって水平方向伝達機構を別途に設けずに済む。よって、部品点数の削減化が図れるばかりか、設置の手間も大幅に軽減できて、建設費の可及的な軽減が達成できる。
【００５６】
また、上下免振装置１６の下側鋼製ケース２６ａに一体的に設けられて径方向外方に延びる支持ステー６６と免振構造物１４の下面との間に上下振動を吸収するダンパー５０を別途設けることで、入力される上下振動により、このダンパー５０を作動させて上下振動エネルギーを吸収できるため、この構成によって必要な減衰を確保できるとともに、上下免振装置１８としての減衰量の設定が容易になる。また、支持ステー６６と免振構造物１４下面とは上下方向に相対変位するが、水平方向には相対変位が生じないので、ダンパー５０はその両端を免振構造物１４下面と支持ステー６６とのそれぞれに対して、ピンジョイント構造などを介さずに単に接続させるだけで良く、接続構造の簡略化が図れる。また、上下振動の入力に伴う減衰作用の発現に際して発生する上下方向力は、支持ステー６６と上下免振装置１８の下側ケース２６ａとを介して支持構造物１２に伝えることができ、水平免振装置１６の積層ゴム２２に上下方向力が加わるのを防止できる。
【００５７】
図３、図４は、本発明の第３実施形態を示す。図示するように、この第３実施形態にあっても、基本的には上下免振装置１８と滑動機構２８及び水平免振装置１６は、上記第１及び第２実施形態とほぼ同一構成であり、さらに水平免振装置１６に対して水平力を伝達する水平力伝達機構２０も第２実施形態と基本的に同様の構成となっていて、その相違する点は水平免振装置１６の積層ゴム２２が上下免振装置１８の空気バネ２６の周囲を取り巻いて複数設けらていることにある。
【００５８】
即ち、支持構造物１２に一体形成されて水平免振装置１６の積層ゴム２２が配設される固定台座２４は、上下免振装置１８を構成する空気バネ２６の外周囲に沿ってその下側鋼製ケース２６ａの下側部を囲繞するように、水平方向に所定距離を隔てて環状に設けられ、この固定台座２４の上面に８つの積層ゴム２２が等間隔で配設されている。一方、下側ケース２６ａの上端部には径方向外方に水平に延出されて各積層ゴム２２の上端部に至る環状フランジ６８が一体形成されていて、当該環状フランジ６８の下面に各積層ゴム２２の上端部が接合されている。つまり、この環状フランジ６８は前記第２実施形態における支持ステー６６並びに積層ゴム２２の上方フランジ２２ｂに相当する。
【００５９】
また、環状フランジ６８にはその上面と免振構造物１４とを繋いで、当該免振構造物１４の上下振動を減衰させるためのダンパー５０が等間隔に４つ設けられている。更に、固定台座２４と鋼製ケース２６ａの周壁部との間には、水平方向の振動を減衰させるダンパー５２を、水平方向の回動を許容させるピンジョイント５１を両端に介して接続させて放射状に４つ設けている。
【００６０】
従って、この第３実施形態によれば、水平免振装置１６の積層ゴム２２を複数に分割して配設することにより、個々の積層ゴム２２の小型化が図れるだけでなく、これらの積層ゴム２２や上下方向の振動を吸収するダンパー５０及び水平方向振動を吸収するダンパー５１を、上下免振装置１８の軸芯に対して容易に点対称に配置し得て、あらゆる方向への水平振動に対しても可及的に均等な免振性能を発揮させることができるようになる。
【００６１】
なお、図示した第１〜第３実施形態では、そのいずれもが空気バネ２６を免振構造物１４側に固定して、支持構造物１２に対して転がり支承を介して水平方向に相対移動可能となしているが、これらの配置関係は逆であってもよい。
【００６２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の三次元免振装置にあっては、次のような各種優れた効果を奏する。
【００６３】
（１）水平方向力を受けずに専ら上下振動を免振する上下免振装置に、水平方向の剛性が強大な有底筒体状の鋼製ケースで形成した空気バネを用いているので、上下方向のバネ剛性をその空気バネ室の内圧調整で任意に容易に設定することができる。このため、この上下免振装置にて支持される免振構造物の上下方向の振動周期を、例えば３．０秒以上の最適な値にチューニングして長周期化を図ることが容易になし得るとともに、支持荷重の調整範囲も広く確保することができるようになる。また、上下免振装置は鋼製ケースとこの鋼製ケース内を摺動する摺動体に空気バネ室が画成された空気バネで構成されるが、上下振動の入力により空気バネ室が上下に拡縮変形して、相互に嵌合し合う鋼製ケースと摺動体が擦り合うため、このときの摩擦効果により上下振動に対する減衰効果も得ることができる。
【００６４】
（２）上下免振装置の空気バネの鋼製ケースに径方向外方に延出させた支持ステーを一体形成し、この支持ステーに前記水平免振装置の一端を結合させるという極めて簡単な構造で、上下免振装置と滑動機構とを水平方向力伝達機構として利用して機能させることができ、水平方向伝達機構を別途に設けずに済む。よって、部品点数の削減化が図れるばかりか、設置の手間も大幅に軽減できて、建設費の可及的な軽減が達成できる。
【００６５】
（３）また、支持ステーと免振構造物の下面との間に上下振動を吸収するダンパーを別途設けることで、入力される上下振動により、このダンパーを作動させて上下振動エネルギーを吸収できるため、この構成によって必要な減衰を確保できるとともに、上下免振装置としての減衰量の設定が容易になる。また、支持ステーと免振構造物下面とは上下方向に相対変位するが、水平方向には相対変位が生じないので、ダンパーはその両端を免振構造物の下面と支持ステーとのそれぞれに対して、ピンジョイント構造などを介さずに単に接続させるだけで良く、接続構造の簡略化が図れる。また、上下振動の入力に伴う減衰作用の発現に際して発生する上下方向力は、支持ステーを介して上下免振装置の鋼製ケースに伝えることができるので、積層ゴムなどからなる水平免振装置に上下方向力が加わるのを防止できる。
【００６６】
（４）支持ステーを環状のフランジ状に形成することで、積層ゴムなどでなる水平免振装置や上下方向振動を吸収するダンパーを小型のものに複数に分割して上下免振装置の周囲に配設でき、個々の水平免振装置やダンパーの小型化が図れるだけでなく、これらを上下免振装置の軸芯に対して点対称に容易に配置し得て、あらゆる方向の水平振動に対しても可及的に均等な免振性能を発揮させることができるようになる。
【００６７】
（５）一方の構造物に、上下免振装置の他端を固定する固定台座を一体形成すれば、当該固定台座と鋼製ケースとには上下方向の相対変位が生じないから、水平方向振動を吸収するダンパーを当該固定台座と鋼製ケースの周壁部との間に、水平方向の回動のみを許容するピンジョイントを介して容易に設けることができる。  また、水平振動の入力によりこのダンパーが作動して水平振動を吸収できるため、この構成によって必要な減衰を確保できるとともに、水平免振装置としての減衰量の設定が容易に行える。
【００６８】
更に、固定台座を上下免振装置の鋼製ケースの周囲を取り巻いて囲繞する様に形成すれば、水平方向の振動を吸収するダンパーも小型のものに複数に分割して上下免振装置の周囲に、上下免振装置の軸芯に対して点対称の放射状に容易に配置し得て、あらゆる方向の水平振動に対しても可及的に均等な減衰性能を発揮させることができるようになる。
【００６９】
（６）空気バネに、空気バネ室の内圧を規定の一定範囲内に保持する一方、振動検知時に該調圧機能を強制停止させる定空気圧維持装置を設けることにより、免振構造物下に複数配設される各々の空気バネの平常時の内圧を、それらの設置位置の南北の相違などに起因する外気温条件のバラツキに左右されずに、一定範囲内に保持することができ、もって四季や昼夜を通じて免振構造物の水平度を良好に維持して、不動沈下や傾きが生じることを防止でき、しかも、振動検知時には調圧機能を強制的に停止させるから、空気バネによる所期の免振機能を損なわずに確保できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る三次元免振装置の基本形である第１実施形態の概略構成を示す一部を断面した側面図である。
【図２】本発明に係る三次元免振装置の第２実施形態の概略構成を示す一部を断面した側面図である。
【図３】本発明に係る三次元免振装置の第３実施形態の概略構成を示す一部を断面した側面図である。
【図４】図３中に示すIV−IV線矢視部の平断面図である。
【符号の説明】
１０    三次元免振装置
１２    支持構造物
１４    免振構造物
１６    水平免振装置
１８    上下免振装置
２０    水平方向力伝達手段
２２    積層ゴム
２４    固定台座
２６    空気バネ
２６ａ，ｂ  鋼製ケース
２６ｃ  空気バネ室
２８    滑動機構
２９    転がり支承
５０，５２  ダンパー
５４    定空気圧維持装置
５６    圧力センサー
５８    リリーフ弁
６０    電磁開閉弁
６２    圧気供給手段
６４    制御器
６６    支持ステー
６８    環状フランジ
【図１】
0004734777.tif 000002
【図２】
0004734777.tif 000003
【図３】
0004734777.tif 000004
【図４】
0004734777.tif 000005