JP3829593B2 - 免振装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は免振装置にかかり、とりわけ空気ばねを用いて構造物の効果的な長周期化を可能にするとともに、その場合の免振対象物のロッキング振動を防止するようにした免振装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
免振装置は、地盤や床などの振動が入力されるベースと、このベース上に設置される建物や精密機器、その他の振動を嫌う設備や装置、物品などの免振対象物との間に、いわゆる長周期化手段を設け、この長周期化手段によって免振対象物側の固有周期をベースに入力される振動の周期よりも長周期化して、ベースから免振対象物へと入力される振動を低減するようになっている。
【０００３】
長周期化手段としては、積層ゴムやコイルばね、更には空気ばねなどに代表される各種の弾性体が採用されている。特に空気ばねは空気の圧縮弾性を利用したばねであるため、他のばねに比べて柔らかく、免振対象物の長周期化に優れた特性を示す。このため、空気ばねを免振装置として用いることが好ましく、該空気ばねの上下ばね力や水平ばね力（横剛性）を利用することにより優れた免振装置を提供することができる。
【０００４】
ところで、上記空気ばねとしては一般的にはベローズ型空気ばねが用いられ、その代表的な構造は、山および谷が周方向に形成されて蛇腹状となった筒状のゴムベローズと、その上下を覆う金属製の面板と、ゴムベローズの谷部分に嵌合される中間リングとを備えて構成される。そして、該空気ばねの上下ばねは、ゴムベローズ内に封入された空気が該ゴムベローズの伸縮を伴って圧縮されるときの弾性力によって得られる一方、水平ばねは、封入された空気圧に依存して発生する復元力とゴムベローズの剛性的性質とによって得られる。
【０００５】
ところで、上記ベローズ型空気ばねは大荷重の免振対象物の支持性を高めるためゴムベローズの高さ、つまり蛇腹の段数を少なくしたものを使用すると、空気室の容積が小さくなるため、ベースと免振対象物との間の相対的な上下振幅に対して空気圧が過剰に上昇し、ゴムベローズが許容量を超えて膨出するなどして耐久性に問題が生ずる。そこで、空気圧の過剰な上昇を抑えるために空気室の容積を増大しようとすると、ゴムベローズの段数を増やして空気ばねを高くすることになる。しかし、このように空気ばねを高くするとゴムベローズは座屈を起こし易くなり、大地震を対象とした大荷重や大振幅に対処するのが困難になってしまう。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、上記ゴムベローズの座屈を回避する方法として、本発明者は上記ベローズ型空気ばねに代えてローリングシール型空気ばねを用いることを提案するもので、このローリングシール型空気ばねは、相互に適宜間隔を設けて同心配置される中実の内側部材および中空筒体状の外側部材と、これら内側部材の外周と外側部材の内周との水平方向隙間に垂れ下がるように折り返されて配置される可撓性筒状のローリングシール部材とを備えて構成される。ローリングシール部材はその中間部分を折り返し、その内周部分を内側部材外周に沿わせてその端部を該内側部材の上端部に気密に取り付けるとともに、外周部分を外側部材内周に沿わせてその端部を該外側部材の上端部に気密に取り付け、内側部材と外側部材との間に形成される空気室を密封する。
【０００７】
そして、振動入力により内側部材と外側部材とが上下方向に相対変位すると、ローリングシール部材は水平方向隙間で折り返し部分が繰り上げられたり、繰り下げられるようになっている。このとき、該空気室に作用する圧力はローリングシール部材に作用するのであるが、該ローリングシール部材の折り返し部分は内側部材と外側部材との水平方向隙間を閉塞する部分であり、この折り返し部分で空気室内圧を受け止めることになる。これにより、上記空気室の容積変化が許容され、ローリングシール形空気ばねでは、その全高を低く抑えつつ長周期化を達成することができる。
【０００８】
一方、このように空気ばねを用いた場合、これの柔らかいばねは免振対象物の長周期化に有利に働くのであるが、その反面、免振対象物にロッキング振動が発生し易くなってしまうという課題があった。
【０００９】
そこで、本発明はかかる従来の課題に鑑みて成されたもので、高さを低く抑制することができる空気ばねを用いて免振対象物の長周期化を達成しつつ、そのロッキング振動を効果的に防止することができる免振装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために本発明の免振装置は、振動が入力されるベースと該ベース上方の免振対象物との間に設けられ、これらベースまたは免振対象物の一方から他方側に向かって突出される内側部材と、上記ベースまたは上記免振対象物の他方から一方側に向かって突出され、上下方向および水平方向に適宜間隔を隔てて上記内側部材の外周を囲繞する中空筒状体の外側部材と、これら外側部材の内周と内側部材の外周との水平方向隙間に垂れ下がるように折り返されて配置され、その内周部分を該内側部材外周に沿わせてその内側端部を当該内側部材に気密に取り付けるとともに、その外周部分を該外側部材内周に沿わせてその外側端部を当該外側部材に気密に取り付けて、上記ベースと上記免振対象物との上下相対変位に伴うこれら内側部材と外側部材との上下相対変位に応じて該水平方向隙間内で繰り上げ繰り下げ変位されるとともに、当該水平方向隙間から該外側部材と該内側部材との間にわたって気体封入空間を形成する可撓性筒状の第１シール部材と、前記第１シール部材の外側に設けられた第２シール部材であって、前記外側部材の内周と前記内側部材の外周との水平方向隙間に垂れ下がるように折り返されて配置され、その内周部分を該内側部材外周に沿わせてその内側端部を当該内側部材に気密に取り付けるとともに、その外周部分を該外側部材内周に沿わせてその外側端部を当該外側部材に気密に取り付けて、上記ベースと上記免振対象物との上下相対変位に伴うこれら内側部材と外側部材との上下相対変位に応じて該水平方向隙間内で繰り上げ繰り下げ変位されるとともに、前記第１シール部材との間に副気体封入空間を形成する可撓性筒状の第２シール部材と、を備え、前記副気体封入空間は、前記気体封入空間の気圧よりも低い気圧となるように構成されており、かつ、前記ベースと前記免振対象物との間に、前後左右の相対水平移動を案内する水平移動案内手段を介して支柱部材を上下に立設するとともに、該支柱部材と該免振対象物との間に、相対上下移動を案内する上下移動案内手段を介設したことを特徴とする。
【００１１】
これにより、水平移動案内手段および上下移動案内手段を介して免振対象物の上下振動および水平振動が許容される一方、支柱部材と免振対象物間の上下移動案内手段によって該免振対象物のロッキング振動を防止することができる。
【００１２】
この場合、前記上下移動案内手段と上記支柱部材または上記免振対象物との間に、該免振対象物の水平回転を許容するジョイント部材を介設することにより、免振対象物に作用するねじれ回転成分によるモーメントを逃がすことが好ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施形態を添付図面を参照して詳細に説明する。図１〜図３は本発明の免振装置の一実施形態を示し、図１は免振装置の全体構成を示す正面図、図２は空気ばねの拡大断面図、図３は図２中のＡ−Ａ線断面図である。
【００１４】
本実施形態の免振装置１０は建物１１を免振対象物とした場合を例にとって示し、図１に示すように該建物１１とベースとしての基礎１２との間に気体が封入される空気ばね１３を配置して建物１１の長周期化を達成するとともに、
基礎１２と建物１１との間に、前後左右の相対水平移動を案内する水平移動案内手段１４，１４ａを介して支柱部材としての三角トラス１５を上下に立設するとともに、該三角トラス１５と建物１１との間に、相対上下移動を案内する上下移動案内手段１６を介設することにより、建物１１のロッキング振動を防止するようになっている。
【００１５】
上記空気ばね１３はローリングシール型空気ばね（以下、単に空気ばねと称する）として構成され、この空気ばね１３は図２に示すように基礎１２側から上方に突設される内側部材１７と、建物１１側から下方に突設され、上下方向および水平方向に適宜間隔を隔てて内側部材１７の外周を囲繞する中空筒状体の外側部材１８と、これら内側部材１７と外側部材１８との間を両者の相対移動を許容しつつ密封するローリングシール部材１９とを備えて構成される。
【００１６】
上記内側部材１７は、基礎１２に固定される基板１７ａ上に突設され、前記外側部材１８に対向する上端部が開口部１７ｂをもって開放されるとともに、該開口部１７ｂに連通する中空室１７ｃが形成されて中空円筒状に形成され、かつ該内側部材１７の下端部は上記基板１７ａに一体に固定されて閉塞される。
【００１７】
一方、上記外側部材１８は内側部材１７の上端に適宜間隔を隔てて対向される端板１８ａと、この端板１８ａの外周から環状に垂下される周壁１８ｂとによって断面逆Ｕ字状に形成され、図３に示すように該周壁１８ｂが上記内側部材１７の上端部外周を適宜間隔を隔てて同心円状に囲繞するようになっており、かつ上記端板１８ａは建物１１の下面に固定される。そして、前記内側部材１７の中空室１７ｃから開口部１７ｂを経て前記外側部材１８の端板１８ａおよび上記ローリングシール部材１９によって閉塞される空間部が主気体封入空間２０として構成される。
【００１８】
上記ローリングシール部材１９は、上記内側部材１７の外周と上記外側部材１８の周壁１８ｂの内周との間の水平方向隙間に配置されるもので、前記主気体封入空間２０側から外方（図中下方）に向かって並列に配置される第１シール部材２１と第２シール部材２２とによって構成される。これら第１，第２シール部材２１，２２は繊維補強されたゴムを素材として自然状態で円筒状を成すようにそれぞれ成形され、その中間部分を片側が裏返されるように折り返して、その折り返し部分が上記内側部材１７と上記外側部材１８とに跨って取り付けられる。
【００１９】
即ち、上記第１，第２シール部材２１，２２は中間部分で折り返されることにより、裏返される側の一端部が外周部分２１ａ，２２ａとなり、その反対側の他端部が内周部分２１ｂ，２２ｂとなる。そして、内周部分２１ｂ，２２ｂを上記内側部材１７の上端部外周に沿わせるとともに、外周部分２１ａ，２２ａを上記外側部材１８の周壁１８ｂ内周に沿わせる。このとき、上記内周部分２１ｂ，２２ｂおよび外周部分２１ａ，２２ａの各端部は、それぞれが沿う内側部材１７および外側部材１８に気密に固定される。この状態で上記第１，第２シール部材２１，２２は、その折り返し部分２１ｃ，２２ｃが内側部材１７の外周と外側部材１８の内周との間に垂れ下がった状態でそれら両者間を密封し、これら内側部材１７および外側部材１８と第１シール部材２１とで囲まれた空間部が上記主気体封入空間２０として構成されるとともに、第１シール部材２１と第２シール部材２２で囲まれた空間部が副気体封入空間２３として構成される。
【００２０】
従って、このように構成された空気ばね１３は、地震などの振動が入力されることにより、基礎１２と建物１１とが相対的に上下変位すると、これに伴って内側部材１７と外側部材１８が上下方向に相対変位して、これら両者間に形成される主気体封入空間２０内の容積変化を伴いつつ空気圧が変化される。このように主気体封入空間２０が容積変化される際、第１，第２シール部材２１，２２は内周部分２１ｂ，２２ｂと外周部分２１ａ，２２ａが内側部材１７外周と外側部材１８内周に交互に繰り上げ繰り下げされることになる。
【００２１】
また、上記第１，第２シール部材２１，２２間に構成される副気体封入空間２３には、上記主気体封入空間２０の空気圧Ｐ1より低い空気圧Ｐ2を封入して、第１シール部材２１の折り返し部分２１ｃにそれらの差圧（Ｐ1−Ｐ2）を作用させるとともに、第２シール部材２２の折り返し部分２２ｃに低い空気圧Ｐ2を作用させるようにして、これら折り返し部分２１ｃ，２２ｃが負担する実質的な圧力を低減するようになっている。これによりローリングシール部材２１の耐久性を向上し、ひいては空気ばね１３の支持荷重を高めることができるようになっている。
【００２２】
ここで、本実施形態では前記三角トラス１５を建物１１の各側面に、各面の中央部から略対称となるように適宜間隔Ｌ1を設けて２基配置し、周囲４面で計８基を設置してある。該三角トラス１５は、底辺１５ａが水平となり直角辺１５ｂが上下となる三角形状に構成され、該底辺１５ａは水平移動案内手段１４を介して基礎１２の上面に支持される。この水平移動案内手段１４は、図中左右方向の水平移動が自在なリニアーベアリングレールによって構成され、三角トラス１５は水平面に沿った左右方向に滑らかに移動できるようになっている。
【００２３】
また、前記直角辺１５ｂには上下移動案内手段１６を介して建物１１の側面が支持されるが、該上下移動案内手段１６は上下方向に適宜間隔Ｌ2を設けて各三角トラス１５に対して２基づつ設けられる。この上下移動案内手段１６は上下一方向の上下移動が自在なリニアベアリングレールによって構成され、建物１１は上下方向に滑らかに移動できるようになっている。
【００２４】
さらに、この上下移動案内手段と建物側面との間には、さらにもう一方向の水平移動を許容する水平移動案内手段１４ａが設けられ、この水平移動案内手段１４ａは図中、（紙面と直交する）前後方向の水平移動が自在なリニアーベアリングレールによって構成され、建物１１は水平面に沿った前後方向に滑らかに移動できるようになっている。このとき、上記水平移動案内手段１４は、前記三角トラス１５と基礎１２との間の浮上り方向のガタ付きを防止し、該三角トラス１５の鉛直性を高い精度で保持することによりその傾斜が防止されるようになっている。また、上記上下移動案内手段１６にあっても、三角トラス１５と建物１１との間の離隔方向のガタ付きを防止し、三角トラス１５と建物１１との間の間隔を高い精度で保持できるようになっている。
【００２５】
更に、上記上下移動案内手段１６には、これと三角トラス１５の直角辺１５ｂとの間に、上下傾斜を阻止しつつ水平回転を許容するジョイント部材３０が介在され、このジョイント部材３０によって建物１１に働くねじれ回転成分によるモーメントを逃がすようになっている。前記ジョイント部材３０は各上下移動案内手段１６に対してそれぞれ上下２箇所に配置される。
【００２６】
以上の構成により本実施形態の免振装置１０にあっては、空気ばね１３は入力振動の上下振動成分により内側部材１７と外側部材１８とが上下方向に相対変位されると、これに伴って主気体封入空間２０内が圧力変化され、このときの封入気体の圧縮弾性により柔らかい上下ばねが得られ、これによって建物１１の上下方向の固有周期を長周期化して効果的に上下免振することができる。
【００２７】
この場合、前記空気ばね１３はローリングシール型として構成されることにより、内側部材１７と外側部材１８とが上下方向に相対変位すると、内側部材１７外周に沿う第１，第２シール部材２１，２２の内周部分２１ｂ，２２ｂと、外側部材１８内周に沿う第１，第２シール部材２１，２２の外周部分２１ａ，２２ａが交互に繰り上げ繰り下げられて、上記主気体封入空間２０の容積変化が許容されるため、空気ばね１３の高さを低く抑制しつつ上記長周期化を達成することができる。
【００２８】
また、入力振動の水平振動成分により内側部材１７と外側部材１８とが水平方向に相対変位されると、主気体封入空間２０の封入気体圧に依存して発生する復元力と第１，第２シール部材２１，２２の剛性的性質によって柔らかい水平ばねが得られ、これによって建物１１の水平方向の固有周期を長周期化して水平免振することができる。従って、本実施形態の免振装置１０は、上記空気ばね１３による上下免振機能および水平免振機能を有効に活用して三次元免振を達成することができる。
【００２９】
ところで、このように空気ばね１３の柔らかい上下ばね力および水平ばね力により建物１１を三次元免振した場合、該空気ばね１３の柔らかさ故に建物１１にロッキング振動が発生し易くなるが、本実施形態では建物１１の周囲４面と基礎１２との間に、水平移動案内手段１４，１４ａおよび上下移動案内手段１６を備えた三角トラス１５を設けたので、これによって建物１１の上下移動および水平移動を許容しつつロッキング振動を防止することができる。即ち、前記水平移動案内手段１４，１４ａはあくまでも基礎１２に対して三角トラス１５の水平移動のみを許容し、該三角トラス１５の鉛直性が高い精度をもって保持されるとともに、前記上下移動案内手段１６はあくまでも三角トラス１５に対して建物１１の上下移動のみを許容するもので、これら建物１１と三角トラス１５との間の間隔は高い精度で一定に保持される。従って、該建物１１はその水平移動および上下移動以外の運動が阻止されることになる。
【００３０】
従って、建物１１の両端部が逆位相をもって上下揺動するロッキング振動は、該建物１１の端部を弧状軌跡に沿って上下変位させることになるが、この弧状軌跡に沿う変位を前記三角トラス１５の鉛直保持によって規制できるため、結果的に上記建物１１のロッキング振動を防止できる。特に、本実施形態では上記上下移動案内手段１６が各三角トラス１５に対して上下方向に間隔Ｌ2をもって２基配置されたので、これら２基の上下移動案内手段１６によって建物１１の鉛直保持性が増大され、ロッキング振動に対する建物１１の拘束性を高めることができる。また、前記三角トラス１５は建物１１の各側面に間隔Ｌ1を設けて２基配置されたので、各三角トラス１５が負担する建物１１の拘束力を低減できるため、前記ロッキング振動を安定的に防止できる。
【００３１】
また、このように三角トラス１５を設けた場合にも、水平移動案内手段１４，１４ａを介してあらゆる方向の水平移動が許容されるため、これによって上記水平免振機能を保証することができ、また、上下移動案内手段１６を介して建物１１は三角トラス１５に対して上下移動が許容されるため、これによって前記上下免振機能を保証することができる。このように上記三角トラス１５を設けたことにより建物１１の三次元免振を阻害することなく、ロッキング振動を効果的に防止することができる。
【００３２】
また、本実施形態では基礎１２から空気ばね１３を介して建物１１に入力される振動にねじれ回転振動成分が存在すると、このねじれ回転成分により建物１１は鉛直軸を中心として回転方向に揺動され、これを原因として上記上下移動案内手段１６に大きな力がかかるおそれがある。このとき、本実施形態では上記上下移動案内手段１６に上下傾斜を阻止しつつ水平回転を許容するジョイント部材３０を設けてあるので、上記ねじれ回転によるモーメントを該ジョイント部材３０の水平回転によって逃がすことができ、これによって上下移動案内手段１６が破損されるのを防止することができる。また、ジョイント部材３０は上下傾斜を阻止するので、本来のロッキング振動の防止機能が確保される。更に、本実施形態では前記ジョイント部材３０を各上下移動案内手段１６に対して上下２箇所に配置したので、該上下移動案内手段１６と三角トラス１５との支持性が増大されて、ロッキング振動の防止効果を高めることができる。
【００３３】
ところで、上記ジョイント部材３０は、上下移動案内手段１６と三角トラス１５の直角辺１５ｂとの間に介在したが、これに限ることなく上下移動案内手段１６と建物１１との間に介在させることもできる。また、支柱部材を三角トラス１５によって構成したが、これに限られない。
【００３４】
更に、本実施形態の空気ばね１３はローリングシール部材２１を２枚の第１，第２シール部材２１，２２で構成したが、勿論１枚若しくは３枚以上で構成することもできる。また、内側部材１７を基礎１２側、外側部材１８を建物１１側に設けたが、これら内側部材１７と外側部材１８を逆にして配置しても同様の機能を得ることができる。また、上記実施形態にあっては、入力振動として地震を例示して説明したが、交通振動や日常振動であっても建物１１のロッキング振動を防止しつつ免振できることはもちろんである。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の免振装置は、ローリングシール型空気ばねを用いて免振対象物の長周期化を達成するようになっており、この場合にあってベースと免振対象物との間に、前後左右の相対水平移動を案内する水平移動案内手段を介して支柱部材を上下に立設するとともに、支柱部材と免振対象物との間に、相対上下移動を案内する上下移動案内手段を介設したので、該支柱部材によって免振対象物の水平移動および上下移動以外の運動を阻止することができるため、該免振対象物のロッキング振動を効果的に防止することができる。
【００３６】
また、上下移動案内手段と支柱部材または免振対象物との間に、免振対象物の水平回転を許容するジョイント部材を介設したので、免振対象物に作用するねじれ回転成分によるモーメントを逃がして、上記上下移動案内手段が破損されるのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる免振装置の一実施形態を示す全体構成の断面正面図である。
【図２】本発明にかかる免振装置の一実施形態に用いられる空気ばねの拡大断面図である。
【図３】本発明にかかる免振装置の一実施形態を示す図２中のＡ−Ａ線断面図である。
【符号の説明】
１０ 免振装置
１１ 建物
１２ 基礎
１３ ローリングシール型空気ばね
１４，１４ａ 水平移動案内手段
１５ 三角トラス
１６ 上下移動案内手段
１７ 内側部材
１８ 外側部材
１９ ローリングシール部材
２０ 気体封入空間
２１ａ，２２ａ 外周部分
２１ｂ，２２ｂ 内周部分
２１ｃ，２２ｃ 折り返し部分
３０ ジョイント部材
【発明の属する技術分野】
本発明は免振装置にかかり、とりわけ空気ばねを用いて構造物の効果的な長周期化を可能にするとともに、その場合の免振対象物のロッキング振動を防止するようにした免振装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
免振装置は、地盤や床などの振動が入力されるベースと、このベース上に設置される建物や精密機器、その他の振動を嫌う設備や装置、物品などの免振対象物との間に、いわゆる長周期化手段を設け、この長周期化手段によって免振対象物側の固有周期をベースに入力される振動の周期よりも長周期化して、ベースから免振対象物へと入力される振動を低減するようになっている。
【０００３】
長周期化手段としては、積層ゴムやコイルばね、更には空気ばねなどに代表される各種の弾性体が採用されている。特に空気ばねは空気の圧縮弾性を利用したばねであるため、他のばねに比べて柔らかく、免振対象物の長周期化に優れた特性を示す。このため、空気ばねを免振装置として用いることが好ましく、該空気ばねの上下ばね力や水平ばね力（横剛性）を利用することにより優れた免振装置を提供することができる。
【０００４】
ところで、上記空気ばねとしては一般的にはベローズ型空気ばねが用いられ、その代表的な構造は、山および谷が周方向に形成されて蛇腹状となった筒状のゴムベローズと、その上下を覆う金属製の面板と、ゴムベローズの谷部分に嵌合される中間リングとを備えて構成される。そして、該空気ばねの上下ばねは、ゴムベローズ内に封入された空気が該ゴムベローズの伸縮を伴って圧縮されるときの弾性力によって得られる一方、水平ばねは、封入された空気圧に依存して発生する復元力とゴムベローズの剛性的性質とによって得られる。
【０００５】
ところで、上記ベローズ型空気ばねは大荷重の免振対象物の支持性を高めるためゴムベローズの高さ、つまり蛇腹の段数を少なくしたものを使用すると、空気室の容積が小さくなるため、ベースと免振対象物との間の相対的な上下振幅に対して空気圧が過剰に上昇し、ゴムベローズが許容量を超えて膨出するなどして耐久性に問題が生ずる。そこで、空気圧の過剰な上昇を抑えるために空気室の容積を増大しようとすると、ゴムベローズの段数を増やして空気ばねを高くすることになる。しかし、このように空気ばねを高くするとゴムベローズは座屈を起こし易くなり、大地震を対象とした大荷重や大振幅に対処するのが困難になってしまう。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、上記ゴムベローズの座屈を回避する方法として、本発明者は上記ベローズ型空気ばねに代えてローリングシール型空気ばねを用いることを提案するもので、このローリングシール型空気ばねは、相互に適宜間隔を設けて同心配置される中実の内側部材および中空筒体状の外側部材と、これら内側部材の外周と外側部材の内周との水平方向隙間に垂れ下がるように折り返されて配置される可撓性筒状のローリングシール部材とを備えて構成される。ローリングシール部材はその中間部分を折り返し、その内周部分を内側部材外周に沿わせてその端部を該内側部材の上端部に気密に取り付けるとともに、外周部分を外側部材内周に沿わせてその端部を該外側部材の上端部に気密に取り付け、内側部材と外側部材との間に形成される空気室を密封する。
【０００７】
そして、振動入力により内側部材と外側部材とが上下方向に相対変位すると、ローリングシール部材は水平方向隙間で折り返し部分が繰り上げられたり、繰り下げられるようになっている。このとき、該空気室に作用する圧力はローリングシール部材に作用するのであるが、該ローリングシール部材の折り返し部分は内側部材と外側部材との水平方向隙間を閉塞する部分であり、この折り返し部分で空気室内圧を受け止めることになる。これにより、上記空気室の容積変化が許容され、ローリングシール形空気ばねでは、その全高を低く抑えつつ長周期化を達成することができる。
【０００８】
一方、このように空気ばねを用いた場合、これの柔らかいばねは免振対象物の長周期化に有利に働くのであるが、その反面、免振対象物にロッキング振動が発生し易くなってしまうという課題があった。
【０００９】
そこで、本発明はかかる従来の課題に鑑みて成されたもので、高さを低く抑制することができる空気ばねを用いて免振対象物の長周期化を達成しつつ、そのロッキング振動を効果的に防止することができる免振装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために本発明の免振装置は、振動が入力されるベースと該ベース上方の免振対象物との間に設けられ、これらベースまたは免振対象物の一方から他方側に向かって突出される内側部材と、上記ベースまたは上記免振対象物の他方から一方側に向かって突出され、上下方向および水平方向に適宜間隔を隔てて上記内側部材の外周を囲繞する中空筒状体の外側部材と、これら外側部材の内周と内側部材の外周との水平方向隙間に垂れ下がるように折り返されて配置され、その内周部分を該内側部材外周に沿わせてその内側端部を当該内側部材に気密に取り付けるとともに、その外周部分を該外側部材内周に沿わせてその外側端部を当該外側部材に気密に取り付けて、上記ベースと上記免振対象物との上下相対変位に伴うこれら内側部材と外側部材との上下相対変位に応じて該水平方向隙間内で繰り上げ繰り下げ変位されるとともに、当該水平方向隙間から該外側部材と該内側部材との間にわたって気体封入空間を形成する可撓性筒状の第１シール部材と、前記第１シール部材の外側に設けられた第２シール部材であって、前記外側部材の内周と前記内側部材の外周との水平方向隙間に垂れ下がるように折り返されて配置され、その内周部分を該内側部材外周に沿わせてその内側端部を当該内側部材に気密に取り付けるとともに、その外周部分を該外側部材内周に沿わせてその外側端部を当該外側部材に気密に取り付けて、上記ベースと上記免振対象物との上下相対変位に伴うこれら内側部材と外側部材との上下相対変位に応じて該水平方向隙間内で繰り上げ繰り下げ変位されるとともに、前記第１シール部材との間に副気体封入空間を形成する可撓性筒状の第２シール部材と、を備え、前記副気体封入空間は、前記気体封入空間の気圧よりも低い気圧となるように構成されており、かつ、前記ベースと前記免振対象物との間に、前後左右の相対水平移動を案内する水平移動案内手段を介して支柱部材を上下に立設するとともに、該支柱部材と該免振対象物との間に、相対上下移動を案内する上下移動案内手段を介設したことを特徴とする。
【００１１】
これにより、水平移動案内手段および上下移動案内手段を介して免振対象物の上下振動および水平振動が許容される一方、支柱部材と免振対象物間の上下移動案内手段によって該免振対象物のロッキング振動を防止することができる。
【００１２】
この場合、前記上下移動案内手段と上記支柱部材または上記免振対象物との間に、該免振対象物の水平回転を許容するジョイント部材を介設することにより、免振対象物に作用するねじれ回転成分によるモーメントを逃がすことが好ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施形態を添付図面を参照して詳細に説明する。図１〜図３は本発明の免振装置の一実施形態を示し、図１は免振装置の全体構成を示す正面図、図２は空気ばねの拡大断面図、図３は図２中のＡ−Ａ線断面図である。
【００１４】
本実施形態の免振装置１０は建物１１を免振対象物とした場合を例にとって示し、図１に示すように該建物１１とベースとしての基礎１２との間に気体が封入される空気ばね１３を配置して建物１１の長周期化を達成するとともに、
基礎１２と建物１１との間に、前後左右の相対水平移動を案内する水平移動案内手段１４，１４ａを介して支柱部材としての三角トラス１５を上下に立設するとともに、該三角トラス１５と建物１１との間に、相対上下移動を案内する上下移動案内手段１６を介設することにより、建物１１のロッキング振動を防止するようになっている。
【００１５】
上記空気ばね１３はローリングシール型空気ばね（以下、単に空気ばねと称する）として構成され、この空気ばね１３は図２に示すように基礎１２側から上方に突設される内側部材１７と、建物１１側から下方に突設され、上下方向および水平方向に適宜間隔を隔てて内側部材１７の外周を囲繞する中空筒状体の外側部材１８と、これら内側部材１７と外側部材１８との間を両者の相対移動を許容しつつ密封するローリングシール部材１９とを備えて構成される。
【００１６】
上記内側部材１７は、基礎１２に固定される基板１７ａ上に突設され、前記外側部材１８に対向する上端部が開口部１７ｂをもって開放されるとともに、該開口部１７ｂに連通する中空室１７ｃが形成されて中空円筒状に形成され、かつ該内側部材１７の下端部は上記基板１７ａに一体に固定されて閉塞される。
【００１７】
一方、上記外側部材１８は内側部材１７の上端に適宜間隔を隔てて対向される端板１８ａと、この端板１８ａの外周から環状に垂下される周壁１８ｂとによって断面逆Ｕ字状に形成され、図３に示すように該周壁１８ｂが上記内側部材１７の上端部外周を適宜間隔を隔てて同心円状に囲繞するようになっており、かつ上記端板１８ａは建物１１の下面に固定される。そして、前記内側部材１７の中空室１７ｃから開口部１７ｂを経て前記外側部材１８の端板１８ａおよび上記ローリングシール部材１９によって閉塞される空間部が主気体封入空間２０として構成される。
【００１８】
上記ローリングシール部材１９は、上記内側部材１７の外周と上記外側部材１８の周壁１８ｂの内周との間の水平方向隙間に配置されるもので、前記主気体封入空間２０側から外方（図中下方）に向かって並列に配置される第１シール部材２１と第２シール部材２２とによって構成される。これら第１，第２シール部材２１，２２は繊維補強されたゴムを素材として自然状態で円筒状を成すようにそれぞれ成形され、その中間部分を片側が裏返されるように折り返して、その折り返し部分が上記内側部材１７と上記外側部材１８とに跨って取り付けられる。
【００１９】
即ち、上記第１，第２シール部材２１，２２は中間部分で折り返されることにより、裏返される側の一端部が外周部分２１ａ，２２ａとなり、その反対側の他端部が内周部分２１ｂ，２２ｂとなる。そして、内周部分２１ｂ，２２ｂを上記内側部材１７の上端部外周に沿わせるとともに、外周部分２１ａ，２２ａを上記外側部材１８の周壁１８ｂ内周に沿わせる。このとき、上記内周部分２１ｂ，２２ｂおよび外周部分２１ａ，２２ａの各端部は、それぞれが沿う内側部材１７および外側部材１８に気密に固定される。この状態で上記第１，第２シール部材２１，２２は、その折り返し部分２１ｃ，２２ｃが内側部材１７の外周と外側部材１８の内周との間に垂れ下がった状態でそれら両者間を密封し、これら内側部材１７および外側部材１８と第１シール部材２１とで囲まれた空間部が上記主気体封入空間２０として構成されるとともに、第１シール部材２１と第２シール部材２２で囲まれた空間部が副気体封入空間２３として構成される。
【００２０】
従って、このように構成された空気ばね１３は、地震などの振動が入力されることにより、基礎１２と建物１１とが相対的に上下変位すると、これに伴って内側部材１７と外側部材１８が上下方向に相対変位して、これら両者間に形成される主気体封入空間２０内の容積変化を伴いつつ空気圧が変化される。このように主気体封入空間２０が容積変化される際、第１，第２シール部材２１，２２は内周部分２１ｂ，２２ｂと外周部分２１ａ，２２ａが内側部材１７外周と外側部材１８内周に交互に繰り上げ繰り下げされることになる。
【００２１】
また、上記第１，第２シール部材２１，２２間に構成される副気体封入空間２３には、上記主気体封入空間２０の空気圧Ｐ1より低い空気圧Ｐ2を封入して、第１シール部材２１の折り返し部分２１ｃにそれらの差圧（Ｐ1−Ｐ2）を作用させるとともに、第２シール部材２２の折り返し部分２２ｃに低い空気圧Ｐ2を作用させるようにして、これら折り返し部分２１ｃ，２２ｃが負担する実質的な圧力を低減するようになっている。これによりローリングシール部材２１の耐久性を向上し、ひいては空気ばね１３の支持荷重を高めることができるようになっている。
【００２２】
ここで、本実施形態では前記三角トラス１５を建物１１の各側面に、各面の中央部から略対称となるように適宜間隔Ｌ1を設けて２基配置し、周囲４面で計８基を設置してある。該三角トラス１５は、底辺１５ａが水平となり直角辺１５ｂが上下となる三角形状に構成され、該底辺１５ａは水平移動案内手段１４を介して基礎１２の上面に支持される。この水平移動案内手段１４は、図中左右方向の水平移動が自在なリニアーベアリングレールによって構成され、三角トラス１５は水平面に沿った左右方向に滑らかに移動できるようになっている。
【００２３】
また、前記直角辺１５ｂには上下移動案内手段１６を介して建物１１の側面が支持されるが、該上下移動案内手段１６は上下方向に適宜間隔Ｌ2を設けて各三角トラス１５に対して２基づつ設けられる。この上下移動案内手段１６は上下一方向の上下移動が自在なリニアベアリングレールによって構成され、建物１１は上下方向に滑らかに移動できるようになっている。
【００２４】
さらに、この上下移動案内手段と建物側面との間には、さらにもう一方向の水平移動を許容する水平移動案内手段１４ａが設けられ、この水平移動案内手段１４ａは図中、（紙面と直交する）前後方向の水平移動が自在なリニアーベアリングレールによって構成され、建物１１は水平面に沿った前後方向に滑らかに移動できるようになっている。このとき、上記水平移動案内手段１４は、前記三角トラス１５と基礎１２との間の浮上り方向のガタ付きを防止し、該三角トラス１５の鉛直性を高い精度で保持することによりその傾斜が防止されるようになっている。また、上記上下移動案内手段１６にあっても、三角トラス１５と建物１１との間の離隔方向のガタ付きを防止し、三角トラス１５と建物１１との間の間隔を高い精度で保持できるようになっている。
【００２５】
更に、上記上下移動案内手段１６には、これと三角トラス１５の直角辺１５ｂとの間に、上下傾斜を阻止しつつ水平回転を許容するジョイント部材３０が介在され、このジョイント部材３０によって建物１１に働くねじれ回転成分によるモーメントを逃がすようになっている。前記ジョイント部材３０は各上下移動案内手段１６に対してそれぞれ上下２箇所に配置される。
【００２６】
以上の構成により本実施形態の免振装置１０にあっては、空気ばね１３は入力振動の上下振動成分により内側部材１７と外側部材１８とが上下方向に相対変位されると、これに伴って主気体封入空間２０内が圧力変化され、このときの封入気体の圧縮弾性により柔らかい上下ばねが得られ、これによって建物１１の上下方向の固有周期を長周期化して効果的に上下免振することができる。
【００２７】
この場合、前記空気ばね１３はローリングシール型として構成されることにより、内側部材１７と外側部材１８とが上下方向に相対変位すると、内側部材１７外周に沿う第１，第２シール部材２１，２２の内周部分２１ｂ，２２ｂと、外側部材１８内周に沿う第１，第２シール部材２１，２２の外周部分２１ａ，２２ａが交互に繰り上げ繰り下げられて、上記主気体封入空間２０の容積変化が許容されるため、空気ばね１３の高さを低く抑制しつつ上記長周期化を達成することができる。
【００２８】
また、入力振動の水平振動成分により内側部材１７と外側部材１８とが水平方向に相対変位されると、主気体封入空間２０の封入気体圧に依存して発生する復元力と第１，第２シール部材２１，２２の剛性的性質によって柔らかい水平ばねが得られ、これによって建物１１の水平方向の固有周期を長周期化して水平免振することができる。従って、本実施形態の免振装置１０は、上記空気ばね１３による上下免振機能および水平免振機能を有効に活用して三次元免振を達成することができる。
【００２９】
ところで、このように空気ばね１３の柔らかい上下ばね力および水平ばね力により建物１１を三次元免振した場合、該空気ばね１３の柔らかさ故に建物１１にロッキング振動が発生し易くなるが、本実施形態では建物１１の周囲４面と基礎１２との間に、水平移動案内手段１４，１４ａおよび上下移動案内手段１６を備えた三角トラス１５を設けたので、これによって建物１１の上下移動および水平移動を許容しつつロッキング振動を防止することができる。即ち、前記水平移動案内手段１４，１４ａはあくまでも基礎１２に対して三角トラス１５の水平移動のみを許容し、該三角トラス１５の鉛直性が高い精度をもって保持されるとともに、前記上下移動案内手段１６はあくまでも三角トラス１５に対して建物１１の上下移動のみを許容するもので、これら建物１１と三角トラス１５との間の間隔は高い精度で一定に保持される。従って、該建物１１はその水平移動および上下移動以外の運動が阻止されることになる。
【００３０】
従って、建物１１の両端部が逆位相をもって上下揺動するロッキング振動は、該建物１１の端部を弧状軌跡に沿って上下変位させることになるが、この弧状軌跡に沿う変位を前記三角トラス１５の鉛直保持によって規制できるため、結果的に上記建物１１のロッキング振動を防止できる。特に、本実施形態では上記上下移動案内手段１６が各三角トラス１５に対して上下方向に間隔Ｌ2をもって２基配置されたので、これら２基の上下移動案内手段１６によって建物１１の鉛直保持性が増大され、ロッキング振動に対する建物１１の拘束性を高めることができる。また、前記三角トラス１５は建物１１の各側面に間隔Ｌ1を設けて２基配置されたので、各三角トラス１５が負担する建物１１の拘束力を低減できるため、前記ロッキング振動を安定的に防止できる。
【００３１】
また、このように三角トラス１５を設けた場合にも、水平移動案内手段１４，１４ａを介してあらゆる方向の水平移動が許容されるため、これによって上記水平免振機能を保証することができ、また、上下移動案内手段１６を介して建物１１は三角トラス１５に対して上下移動が許容されるため、これによって前記上下免振機能を保証することができる。このように上記三角トラス１５を設けたことにより建物１１の三次元免振を阻害することなく、ロッキング振動を効果的に防止することができる。
【００３２】
また、本実施形態では基礎１２から空気ばね１３を介して建物１１に入力される振動にねじれ回転振動成分が存在すると、このねじれ回転成分により建物１１は鉛直軸を中心として回転方向に揺動され、これを原因として上記上下移動案内手段１６に大きな力がかかるおそれがある。このとき、本実施形態では上記上下移動案内手段１６に上下傾斜を阻止しつつ水平回転を許容するジョイント部材３０を設けてあるので、上記ねじれ回転によるモーメントを該ジョイント部材３０の水平回転によって逃がすことができ、これによって上下移動案内手段１６が破損されるのを防止することができる。また、ジョイント部材３０は上下傾斜を阻止するので、本来のロッキング振動の防止機能が確保される。更に、本実施形態では前記ジョイント部材３０を各上下移動案内手段１６に対して上下２箇所に配置したので、該上下移動案内手段１６と三角トラス１５との支持性が増大されて、ロッキング振動の防止効果を高めることができる。
【００３３】
ところで、上記ジョイント部材３０は、上下移動案内手段１６と三角トラス１５の直角辺１５ｂとの間に介在したが、これに限ることなく上下移動案内手段１６と建物１１との間に介在させることもできる。また、支柱部材を三角トラス１５によって構成したが、これに限られない。
【００３４】
更に、本実施形態の空気ばね１３はローリングシール部材２１を２枚の第１，第２シール部材２１，２２で構成したが、勿論１枚若しくは３枚以上で構成することもできる。また、内側部材１７を基礎１２側、外側部材１８を建物１１側に設けたが、これら内側部材１７と外側部材１８を逆にして配置しても同様の機能を得ることができる。また、上記実施形態にあっては、入力振動として地震を例示して説明したが、交通振動や日常振動であっても建物１１のロッキング振動を防止しつつ免振できることはもちろんである。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の免振装置は、ローリングシール型空気ばねを用いて免振対象物の長周期化を達成するようになっており、この場合にあってベースと免振対象物との間に、前後左右の相対水平移動を案内する水平移動案内手段を介して支柱部材を上下に立設するとともに、支柱部材と免振対象物との間に、相対上下移動を案内する上下移動案内手段を介設したので、該支柱部材によって免振対象物の水平移動および上下移動以外の運動を阻止することができるため、該免振対象物のロッキング振動を効果的に防止することができる。
【００３６】
また、上下移動案内手段と支柱部材または免振対象物との間に、免振対象物の水平回転を許容するジョイント部材を介設したので、免振対象物に作用するねじれ回転成分によるモーメントを逃がして、上記上下移動案内手段が破損されるのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる免振装置の一実施形態を示す全体構成の断面正面図である。
【図２】本発明にかかる免振装置の一実施形態に用いられる空気ばねの拡大断面図である。
【図３】本発明にかかる免振装置の一実施形態を示す図２中のＡ−Ａ線断面図である。
【符号の説明】
１０ 免振装置
１１ 建物
１２ 基礎
１３ ローリングシール型空気ばね
１４，１４ａ 水平移動案内手段
１５ 三角トラス
１６ 上下移動案内手段
１７ 内側部材
１８ 外側部材
１９ ローリングシール部材
２０ 気体封入空間
２１ａ，２２ａ 外周部分
２１ｂ，２２ｂ 内周部分
２１ｃ，２２ｃ 折り返し部分
３０ ジョイント部材
Claims (2)
- 振動が入力されるベースと該ベース上方の免振対象物との間に設けられ、これらベースまたは免振対象物の一方から他方側に向かって突出される内側部材と、
上記ベースまたは上記免振対象物の他方から一方側に向かって突出され、上下方向および水平方向に適宜間隔を隔てて上記内側部材の外周を囲繞する中空筒状体の外側部材と、
これら外側部材の内周と内側部材の外周との水平方向隙間に垂れ下がるように折り返されて配置され、その内周部分を該内側部材外周に沿わせてその内側端部を当該内側部材に気密に取り付けるとともに、その外周部分を該外側部材内周に沿わせてその外側端部を当該外側部材に気密に取り付けて、上記ベースと上記免振対象物との上下相対変位に伴うこれら内側部材と外側部材との上下相対変位に応じて該水平方向隙間内で繰り上げ繰り下げ変位されるとともに、当該水平方向隙間から該外側部材と該内側部材との間にわたって気体封入空間を形成する可撓性筒状の第１シール部材と、
前記第１シール部材の外側に設けられた第２シール部材であって、前記外側部材の内周と前記内側部材の外周との水平方向隙間に垂れ下がるように折り返されて配置され、その内周部分を該内側部材外周に沿わせてその内側端部を当該内側部材に気密に取り付けるとともに、その外周部分を該外側部材内周に沿わせてその外側端部を当該外側部材に気密に取り付けて、上記ベースと上記免振対象物との上下相対変位に伴うこれら内側部材と外側部材との上下相対変位に応じて該水平方向隙間内で繰り上げ繰り下げ変位されるとともに、前記第１シール部材との間に副気体封入空間を形成する可撓性筒状の第２シール部材と、
を備え、
前記副気体封入空間は、前記気体封入空間の気圧よりも低い気圧となるように構成されており、
かつ、前記ベースと前記免振対象物との間に、前後左右の相対水平移動を案内する水平移動案内手段を介して支柱部材を上下に立設するとともに、該支柱部材と該免振対象物との間に、相対上下移動を案内する上下移動案内手段を介設したことを特徴とする免振装置。 - 前記上下移動案内手段と上記支柱部材または上記免振対象物との間に、該免振対象物の水平回転を許容するジョイント部材を介設したことを特徴とする請求項１に記載の免振装置。
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