(57)【要約】【課題】支持機能や免震機能を低下することなく空気ばねのサイズを小さくする。また、機能喪失に至る前に空気ばねの異常を検出できるようにし、安全性を向上させる。【解決手段】内筒部材１４と外筒部材１０が軸方向に相対的に移動自在に組み合わされ、内筒部材と外筒部材との間隙部がローリングシール機構２２で仕切られて高圧空気室を画成する構造の高圧空気ばね式免震装置である。ローリングシール機構は、複数枚のダイヤフラム３０，３２を重ね且つ各ダイヤフラムの折り返し変形部の位置をずらして取り付けた構造をなし、それらダイヤフラム同士の間の内圧が段階的に高圧になっている。ダイヤフラム同士の間に、ゴム製のダイヤフラムの表面に一体的に形成されている凸パターンからなるスペーサを設けて、それによりガス流路を形成し、ダイヤフラム同士の間のガス圧力を検出する圧力検出系を設ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内筒部材と外筒部材とが軸方向に相対的に移動自在に組み合わされ、内筒部材と外筒部材との間隙部がローリングシール機構で仕切られて高圧空気室を画成する構造の高圧空気ばね式免震装置において、
前記ローリングシール機構は、複数枚のダイヤフラムを重ね且つ各ダイヤフラムの折り返し変形部の位置をずらして取り付けた構造をなし、それらダイヤフラム同士の間の内圧が段階的に高圧になっていることを特徴とする高圧空気ばね式免震装置。
【請求項２】
前記ダイヤフラム同士の間にスペーサが介在し、それによってガス流路が形成されており、ダイヤフラム同士の間のガス圧力を検出する圧力検出系を備えている請求項１記載の高圧空気ばね式免震装置。
【請求項３】
前記ダイヤフラム同士の間に介在するスペーサは、ゴム製のダイヤフラムの表面に一体的に形成されている凸パターンである請求項１又は２記載の高圧空気ばね式免震装置。
【請求項４】
前記ダイヤフラム同士の間に不活性ガスが充填されている請求項１乃至３のいずれかに記載の高圧空気ばね式免震装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の高圧空気ばね式免震装置を用い、それに対して直列に積層ゴムからなる水平免震手段を設置した３次元免震装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ローリングシール機構を備えた高圧空気ばね方式の免震装置に関し、更に詳しく述べると、複数枚のダイヤフラムを重ね、それらダイヤフラム同士の間の内圧を段階的に高圧にしたローリングシール機構を採用することにより、支持荷重の増大を可能とした高圧空気ばね式免震装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
各種の構造物あるいは機器を上下方向に免震、防振する際に、空気ばねは有効に機能する。最近、原子炉建屋などのような大荷重の構造物の免震支持にも、空気ばねを使用した３次元免震装置が開発されている。
【０００３】
この種の３次元免震装置としては、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構造がある（例えば特許文献１参照）。上方に位置する水平免震手段は水平方向の揺れを緩和する機能を果たし、下方に位置する垂直免震手段は上下方向の揺れを緩和する機能を果たす。ここで垂直免震手段に使用されている空気ばねは、内筒部材と外筒部材とが軸方向に相対的に移動自在に組み合わされ、内筒部材と外筒部材との間隙部がローリングシール機構で仕切られて高圧空気室を画成する構造である。
【０００４】
具体的に、例えば重量約２７万トンの原子炉建屋を３次元免震するシステムの設計例では、原子炉建屋と基礎（地盤）との間に２７２体の免震装置を分散配設する。それら２７２体の免震装置のうち１１２体は油圧ロッキング抑制装置とし、１６０体は空気ばねを利用した免震装置とする。１体の免震装置の支持荷重（静定時）は１０００トンである。この荷重を支えるためには、従来構造では、内圧１．６Ｍｐａで内筒部材の直径が３ｍ近い空気ばねを必要とする。
【０００５】
このような従来技術では、支持荷重が大きくなると、空気ばねの直径が大きくなり空間占有率が高くなるため、配置設計が困難になる問題があった。また、空気ばねが大型化することに伴い、メンテナンスのためのアクセスにも支障をきたす恐れがあった。更に、空気ばねの損傷は直接支持機能喪失に繋がるため、空気ばねのフェイルセーフ性の向上が求められているが、従来技術ではそれに対する有効な対策は未だ開発されていない。
【特許文献１】特開２００４−６８４５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、支持機能や免震機能を低下することなく空気ばねのサイズを小さくすることである。また本発明が解決しようとする他の課題は、機能喪失に至る前に空気ばねの異常を検出できるようにし、安全性を向上させることである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、内筒部材と外筒部材とが軸方向に相対的に移動自在に組み合わされ、内筒部材と外筒部材との間隙部がローリングシール機構で仕切られて高圧空気室を画成する構造の高圧空気ばね式免震装置において、前記ローリングシール機構は、複数枚のダイヤフラムを重ね且つ各ダイヤフラムの折り返し変形部の位置をずらして取り付けた構造をなし、それらダイヤフラム同士の間の内圧が段階的に高圧になっていることを特徴とする高圧空気ばね式免震装置である。ここで、オリフィスによって内筒空気室と外筒空気室とが連通する構成が好ましい。最も簡単な構成はダイヤフラムを２重にすることであるが、ダイヤフラムを３重以上の多重構造にすることもできる。
【０００８】
また本発明では、前記ダイヤフラム同士の間にスペーサが介在し、それによってガス流路が形成されており、ダイヤフラム同士の間のガス圧力を検出する圧力検出系を接続する。前記ダイヤフラム同士の間に介在するスペーサとしては、ゴム製のダイヤフラムの表面に一体的に形成されている凸パターンが好ましい。ダイヤフラム同士の間には不活性ガスを充填してもよい。
【０００９】
このような高圧空気ばね式免震装置を用い、それに対して直列に積層ゴムからなる水平免震手段を設置すると、３次元免震装置を構成することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の高圧空気ばね式免震装置は、複数枚のダイヤフラムを重ね且つ各ダイヤフラムの折り返し変形部の位置をずらして取り付け、それらダイヤフラム同士の間の内圧を段階的に高圧にしたローリングシール機構を装備したことにより、ダイヤフラムの耐圧限界により決まっていた空気ばね内圧の限界を、それに左右されない高圧力に設定することが可能となり、その分だけ従来品よりも直径を小さくすることが可能となる。あるいは、従来品と同じ直径の場合には、支持荷重を増大させることができる。
【００１１】
また本発明の高圧空気ばね式免震装置は、複数枚のダイヤフラムを重ねた構成なので、ダイヤフラム間の圧力を検知することにより、ダイヤフラムからの漏洩を検知することができ、それによって機能喪失前に補修が可能となり、安全性が向上する。更にダイヤフラム間に不活性ガスを充填すると、外側ダイヤフラムが損傷しても難燃性を持たせることができる。
【実施例】
【００１２】
本発明に係る高圧空気ばね式免震装置の一実施例を図１に示す。この実施例は、高圧空気ばね式免震装置に対して直列に積層ゴムからなる水平免震手段を設置した３次元免震装置の例である。Ａは全体構成を示しており、Ｂは要部の拡大図、Ｃはｃ−ｃ位置での拡大断面図である。
【００１３】
外筒部材１０は基礎１２に対して固定されており、該外筒部材１０の中に内筒部材１４が遊嵌し、該内筒部材１４が外筒部材１０に対して上下方向へ移動自在となっている。内筒空気室１６と外筒空気室１８は、内筒部材１４の底部に設けたオリフィス２０を通して繋がっている。そして、内筒部材１４と外筒部材１０との環状の間隙部がローリングシール機構（折り返し形状のダイヤフラム）２２で仕切られて、内筒空気室１６と外筒空気室１８の全体からなる高圧空気室を画成し、内筒部材１４が上下動する際にも気密が維持されるような構造である。この例では、内筒部材１４の上部に積層ゴムからなる水平免震手段２４が設置され、その上に建屋などの支持構造物２６が載置される。
【００１４】
本実施例ではローリングシール機構２２は、２枚のゴム製のダイヤフラム（内側ダイヤフラム３０と外側ダイヤフラム３２を重ねた構成であり、両ダイヤフラム３０，３２は、それらの折り返し変形部３０ａ，３２ａの位置をずらした状態とし、それぞれ両端で留め具３４によって内筒部材１４と外筒部材１０に取り付けられる。これらの取り付け部は、空気ばね内圧により常時押し付けられて気密性を保っている。重ねた２枚のダイヤフラム３０，３２の間は中圧域ｐであり、高圧空気室の圧力のほぼ半分の圧力（中間圧力）にガスを充填しておく。
【００１５】
地震動により支持構造物（建屋）２６が上下に動くと、内筒部材１４も上下に動く。このときオリフィス２０は、内筒空気室１６と外筒空気室１８との間での空気の流れに抵抗を与え、地震時の垂直方向の振動エネルギーを吸収する機能を果たす。２重のダイヤフラム３０，３２は中圧空間を保ったまま、内筒部材１４の半分のストロークで上下方向に移動することになる。従って、外側ダイヤフラム３２と内側ダイヤフラム３０には、それぞれの差圧がかかることになる。
【００１６】
２重のダイアフラム３０，３２は、折り返し部以外でも完全に密着せずに、スペーサが介在し、それによってガス流路が形成される構成とする。ここでは内側ダイヤフラム３０の外表面に一体的に上下方向につながる線状の凸パターン３０ｂを形成し、それがスペーサとなって凹溝の部分で内部のガスが流通しガス圧力を伝達できる構造となっている。そして、ダイヤフラム同士の間の中圧域ｐのガス圧力を検出するために、圧力検出系（配管４０及び圧力検出計４２など）を設置する。
【００１７】
このような構成で、圧力検出計４２によって両ダイヤフラム３０，３２の間の中圧域ｐのガス圧を監視することで、ダイヤフラムの漏洩を検知することができる。なお、中圧域ｐへは窒素など不活性ガスを入れると、難燃性をもたせることができる。
【００１８】
本実施例のように、ダイヤフラムを２重にすることで、空気ばねの内圧を２倍にすることが可能となった。例えば、ダイヤフラムの定格耐圧が１．６Ｍｐａのゴム膜材料を使用した２重ダイヤフラム構造のローリングシール機構を組み込んだ場合、２倍の３．２Ｍｐａの空気ばねを構成でき、従来圧の空気ばねの直径を０．７倍（１／√２）に減らすことができる。例えば、従来構造で内筒部材の直径が３ｍ近い空気ばねが、２ｍ程度に小径化できることになる。
【００１９】
なお、ダイヤフラムを重ねる枚数は２枚に限られるものではなく、３枚以上重ねることも可能である。その場合、各ダイヤフラムの折り返し変形部の位置を順次ずらして取り付け、それらダイヤフラム同士の間の各ガス空間を外側から内側に向けて段階的に高圧にする。ダイヤフラムを重ねた枚数分だけ、空気ばねの内圧を高圧化でき、空気ばねの直径を（１／√ｎ：ｎはダイヤフラムの枚数）まで小さくすることができる。これにより、これまでダイヤフラムの耐圧限界により決まっていた空気ばね内圧の限界を、これに左右されない高圧力に設定することが可能となる。
【００２０】
ダイヤフラムが１枚の従来構造では、ダイヤフラムの漏洩が直ちに空気ばねの機能損傷に繋がったが、本発明のようにダイヤフラムを複数枚重ねると、一度に機能損傷することはなくなる。また、ダイヤフラム間のガス空間の圧力を検出することにより、ローリングシール機構の機能損傷を防止することが可能となる。
【００２１】
図１に示す上記の実施例は、本発明の高圧空気ばね式免震装置を、積層ゴムからなる水平免震手段と組み合わせた３次元免震装置であるが、高圧空気ばね式免震装置単独での利用も可能である。本発明は、各種設備・装置の免震・防振に有用である。支持構造物が原子炉建屋のような大型構造物の場合には、本発明を利用した３次元免震装置の他に、構造物の周囲に油圧機構によるロッキング抑制装置を配設することで、上下・水平両方向の揺れを免震するとともに、ロッキングを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係る高圧空気ばね式免震装置の一実施例を示す説明図。
【符号の説明】
【００２３】
１０  外筒部材
１２  基礎
１４  内筒部材
１６  内筒空気室
１８  外筒空気室
２０  オリフィス
２２  ローリングシール機構
２４  水平免震手段
２６  支持構造物
３０  内側ダイヤフラム
３２  外側ダイヤフラム
【図１】
2007218391.tif 000003