(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
免震層で免震構造物を支持する免震支承と、同免震支承が振動する際に減衰力を発生するダンパーと、免震構造物の振動を抑制するアクチュエータとから成るアクティブ免震装置において、
前記アクチュエータは、該アクチュエータのストロークを測定するストローク計が内蔵され、前記ストローク計のストローク信号に基づいて駆動制御されること、
前記アクチュエータを駆動制御する指令は、アクチュエータの制御力をＦ、ストローク量をδ、ストローク量を時間微分して得られるストローク速度をδ’、定数をα、及び正のとき１、負のとき−１を与える符号関数をｓｇｎ（）とすると、次式
Ｆ＝−Ｆ０ｓｇｎ（δ＋αδ’）
により演算して出されることを特徴とする、アクティブ免震装置。
【請求項２】
免震層は、免震構造物の基礎部分、または免震構造物の中間部に設けられていることを特徴とする、請求項１に記載したアクティブ免震装置。
【請求項３】
免震支承がリニアスライダー又は静圧軸受けである場合、免震構造物の免震層に、一端を上部構造に、他端を下部構造に連結した復元バネが設置されていることを特徴とする、請求項１に記載したアクティブ免震装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、免震支承及びダンパーに加え、免震構造物の振動を制御するアクチュエータを備えたアクティブ免震装置の技術分野に属し、更に云えば、免震層の変形量が可及的に小さくなるように免震（又は制振）するアクティブ免震装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、免震層の変形量が可及的に小さくなるように免震（又は制振）する免震装置の要請に応えるべく、免震構造物を支持する免震支承と、同免震支承が振動する際に減衰力を発生するダンパーに加え、免震構造物の振動を抑制するアクチュエータを備えた所謂アクティブ免震装置が案出され、例えば、特開平８−２６０７５６号公報、特公平７−１１２０７号公報、特開昭６１−２３７７７０号公報、特開平１−１７９７６号公報等に種々開示されている。
【０００３】
【本発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記各公報に開示されたアクティブ免震装置は、概ね免震構造物全体の振動（地動変位）をセンサーで測定し、その測定値に基づいて制御装置により制御していた。しかしながら、前記振動（地動変位）は絶対量であるため直接には測定不能で、通常は加速度センサーの時間に関する２階積分で得られるが、この積分効果には大きなドリフト成分（低振動数成分）が含まれる。よって、このドリフト成分を適切に除去しなければ免震層の変形量は逆に増大するという問題があるが、従来、これに対する対策は何も開示されていない。
【０００４】
したがって、本発明の目的は、センサーとしての信頼性が高く、ドリフト成分の影響が全くないストローク計を用いてアクチュエータを制御する高性能なアクティブ免震装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するための手段として、請求項１に記載した発明に係るアクティブ免震装置は、免震層で免震構造物を支持する免震支承と、同免震支承が振動する際に減衰力を発生するダンパーと、免震構造物の振動を抑制するアクチュエータとから成るアクティブ免震装置において、
前記アクチュエータは、該アクチュエータのストロークを測定するストローク計が内蔵され、前記ストローク計のストローク信号に基づいて駆動制御されること、
前記アクチュエータを駆動制御する指令は、アクチュエータの制御力をＦ、ストローク量をδ、ストローク量を時間微分して得られるストローク速度をδ’、定数をα、及び正のとき１、負のとき−１を与える符号関数をｓｇｎ（）とすると、次式
Ｆ＝−Ｆ０ｓｇｎ（δ＋αδ’）
により演算して出されることを特徴とする。
【０００６】
請求項２に記載した発明は、請求項１に記載したアクティブ免震装置において、
免震層は、免震構造物の基礎部分、または免震構造物の中間部に設けられていることを特徴とする。
【０００７】
請求項３に記載した発明は、請求項１に記載したアクティブ免震装置において、
免震支承がリニアスライダー又は静圧軸受けである場合、免震構造物の免震層に、一端を上部構造に、他端を下部構造に連結した復元バネが設置されていることを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態及び実施例】
図１は、請求項１に記載した発明の実施形態であるアクティブ免震装置の一例を示している。このアクティブ免震装置は、免震構造物１を支持する免震支承としてのリニアスライダー２と、同リニアスライダー２が振動する際に減衰力を発生するダンパー３と、免震構造物１の振動を抑制するアクチュエータ４と、復元バネ５（請求項４）とから構成され、免震構造物１と基礎６との間の免震層に設置されている。
【０００９】
また、前記ダンパー３には、オイルダンパーや粘性体ダンパーが好適に使用される。前記アクチュエータ４には、油圧サーボアクチュエータやＡＣサーボモータが好適に使用される。前記復元バネ５には、コイルバネ、積層ゴム、板バネが好適に使用される。
前記アクチュエータ４は、該アクチュエータ４のストロークを測定するストローク計を内蔵した構成とされ、同ストローク計のストローク信号に基づいて駆動制御される。具体的には、アクチュエータ４の制御力Ｆは、例えば下記の数式［数１］として与えられる。
【００１０】
【数１】
Ｆ＝−Ｆ0ｓｇｎ（δ＋αδ′）
前記［数１］中、δはストローク量、δ′はδを時間微分して得られるストローク速度であり、αは定数である（請求項２）。また、ｓｇｎ（  ）は正のとき１、負のとき−１を与える符号関数である。
【００１１】
前記［数１］を図示すれば図２のような出力信号になる。この場合、δ＋αδ′＝０において信号が不連続になるため、減衰や摩擦が小さいと、衝撃により高次モードを発生し、場合によっては不安定になる。このため、図３のように安定性を保持する滑らかな曲線に信号処理することも有効である。
以下に、図１に示したアクティブ免震装置と従来技術とをシュミレーション解析結果を用いて比較する。但し、免震構造物は総重量５０００ｔの剛体と考え、入力地震動として、日本建築センターが作成したレベル２地震動を用いた。
＜条件＞
0003820495.tif 000002
＜シュミレーション解析結果＞
【００１２】
【表１】
0003820495.tif 000003
＜分析＞
モデル２は周期を長くしたため、モデル１に比べて免震効果は向上しているが、免震層の変位量は大きくなっている。モデル３は、モデル２に４９０ｋＮのアクチュエータ４を加えたものであり、免震層の変位をモデル１と略同等にしたまま免震効果をモデル１よりも飛躍的に向上させることができた。
【００１３】
さらに、モデル４のように、アクチュエータ４を９８０ｋＮと高く設定すれば、復元バネ５を使わないでも免震層の変位をモデル１と略同等にしたまま高い免震効果を得ることができた。
即ち、図１に示したアクティブ免震装置は、復元バネ５を設置した場合（モデル３）と設置しない場合（モデル４）を問わず、センサーとしての信頼性が高く、ドリフト成分の影響が全くないストローク計を用いてアクチュエータを制御でき、云うなれば、モデル１とモデル２の長所のみを合わせ持った高性能なアクティブ免震装置を提供することができるのである。
したがって、図１〜図３のように構成されたアクティブ免震装置は、構成要素であるアクチュエータ４が、該アクチュエータ４のストロークを測定するストローク計のストローク信号に基づいて駆動制御されるので、センサーとしての信頼性が高く、ドリフト成分の影響が全くない、高性能なアクティブ免震装置となる。もちろん、摩擦力（１４７ｋＮ）よりもアクチュエータの制御力（４９０ｋＮ又は９８０ｋＮ）の方が大きいため残留変形は生じない。
【００１４】
なお、本実施例では、免震支承としてリニアスライダー２を使用しているが、これに限定されず、静圧軸受け７（図４）、高面圧の積層ゴム８（図５）、あるいは中空積層ゴム、多段積層ゴム９（図６）を採用して同様に実施できる。前記リニアスライダー２や静圧軸受け７等、復元力を有しない免震支承を使用する場合は、復元バネ５を使用することが好ましい。但し、前記シュミレーション解析結果で分析したように、アクチュエータ４の制御力を大きく設定すれば、復元バネ５を設置しなくても十分に実施できる。
【００１５】
上記図１に基づいて説明した実施例では免震層を免震構造物１の基礎部分に設けているが、免震構造物１の中間部に設けて実施しても良い（請求項３）。また、ストローク計はアクチュエータ４に内蔵された構成の限りではなく、アクチュエータ４とは別個に設けても良い。
【００１６】
【本発明が奏する効果】
本発明に係るアクティブ免震装置によれば、構成要素であるアクチュエータが、該アクチュエータのストロークを測定するストローク計のストローク信号に基づいて駆動制御されるので、センサーとして信頼性が高く、ドリフト成分の影響が全くない、高性能なアクティブ免震装置が達成される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るアクティブ免震装置を模式的に示した正面図である。
【図２】［数１］をグラフに表したものである。
【図３】［数１］をグラフに表したものである。
【図４】本発明に係るアクティブ免震装置を模式的に示した正面図である。
【図５】本発明に係るアクティブ免震装置を模式的に示した正面図である。
【図６】本発明に係るアクティブ免震装置を模式的に示した正面図である。
【符号の説明】
１    免震構造物
２    リニアスライダー
３    ダンパー
４    アクチュエータ
５    復元バネ
６    地盤
７    静圧軸受け
８    積層ゴム
９    多段積層ゴム
【図１】
0003820495.tif 000004
【図２】
0003820495.tif 000005
【図３】
0003820495.tif 000006
【図４】
0003820495.tif 000007
【図５】
0003820495.tif 000008
【図６】
0003820495.tif 000009