JP4410725B2 - 上下免震ユニットおよびこれを用いた免震装置 - Google Patents

Description

本発明は、上下振動を免震する上下免震ユニットおよびこれを用いた免震装置に関するものである。

免震装置は、地震の応答加速度を低減して構造物を保護するものであり、種々の形式のものが提案されている。特に、コンピュータ関連機器、文化財、医療設備等の比較的軽量な構造物に対する免震装置としては、構造が簡素で安価であり、かつ地震力が小さい段階から免震効果を発揮できるものが求められている。
これらの免震装置は、水平方向の免震が大半であり、上下方向の免震装置はごく限られた用途に使用されるだけである。
これは、上下免震を行う場合は、水平免震と違って、重力の影響を考慮し、免震対象構造物を全て支えた状態で長周期の揺れを実現する必要があるからである。
すなわち、機械式バネで免震する場合、鉛直変位が大きいため、例えば圧縮バネで実現しようとすると、バネの座屈が問題となり、また引張バネで実現しようとすると、設置スペースが問題となる。そのため、実用化されている例はほとんどないのが実情である。

一方、空気バネを用いた上下免震装置は、バネ定数を小さくして長周期化するために、大容積のエアタンクを必要とする。このため、現実的には０．７から０．８秒程度の周期を実現するに留まっており、大きな免震効果が期待できない。また、コンプレッサ、エアタンク、空気配管などの空気圧システムを必要とすること、空気圧をモニタしながらコンプレッサの運転を行う必要があることなどから、機械式バネを用いる形式と比べて、設備コストやランニングコストがかかり、効果が少ない割にコストが嵩み、またコンプレッサ等のメンテナンスも大変であるという問題がある。また、柔らかい空気バネで免震対象構造物を支持するため、床免震に適用した場合、床面の歩行性が悪いという問題がある。

これらの問題を解消するものとして、特許文献１に示されるものが提案されている。これは、免震には圧縮バネあるいは積層ゴムを用いて空気バネの問題をクリアし、免震対象構造物の上下動を活用して円盤を回転させ、それによる上下振動に関与する慣性質量を増加させて免震装置の振動固有周期を長くしようとするものである。

特開２００４−４４７４８号公報（段落［００３６］〜［００４７］，及び図１）

ところで、特許文献１に記載のものでは、円盤の軸線方向が略鉛直方向に沿っているため、円盤を回転させる機構を備えるためには設置高さが高くなり、装置が大きくなることは否めず、小型化の面で必ずしも十分とは言えなかった。
また、免震性能等の調整が難しく、搭載荷重が変化した場合、例えば、搭載物の設置高さ、免震挙動等が変化するので、搭載荷重に対する性能確保が十分とは言えなかった。

本発明は、上記問題点に鑑み、小型化が可能で、かつ搭載荷重の変動に対応できる上下免震ユニットを提供し、かつそれと水平免震ユニットを組み合わせて３次元免震を行える免震装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかる上下免震ユニットは、下部プレートと、該下部プレートの上方に間隔を空けて設けられた上部プレートと、前記下部プレートおよび前記上部プレートを略平行に位置させた状態で接近離間可能に連結する水平リンク機構と、一端部が前記水平リンク機構の水平移動部に取り付けられ、他端部が前記上部プレートあるいは前記下部プレートに設けられた第一取付部に取り付けられた復元手段と、一端部が前記水平リンク機構の水平移動部に取り付けられ、他端部が前記上部プレートあるいは前記下部プレートに設けられた第二取付部に取り付けられた減衰手段と、が備えられていることを特徴とする。

本発明によれば、上下振動に伴い、例えば下部プレートが上下動すると、この動きによって水平リンク機構はリンクを構成するいずれかの節が傾斜するように移動し、上部プレートの姿勢を略水平に保持させた状態で上部プレートと下部プレートとを接近離間させる。
そして、この水平リンク機構の移動には水平方向の成分があり、水平移動部がある。
この水平移動部と上部プレートあるいは下部プレートに設けられた第一取付部との間に介装された復元手段が、水平移動部の往復周期を長周期化して上部プレートと下部プレートとの接近離間周期、すなわち、上下振動周期を長周期化して免震効果を得ることができる。
また、水平移動部と上部プレートあるいは下部プレートに設けられた第二取付部との間に介装された減衰手段が、水平移動部の振動エネルギーを吸収して振動を抑制するので、一層十分な免震効果を得ることができる。

さらに、復元手段および減衰手段は、水平移動部と下部プレートあるいは上部プレートの間に介装され、水平移動部の水平方向への移動を規制するので、略水平方向に延在して設けられることになる。
このように、復元手段および減衰手段は、略水平方向に延在されて配置されるので、これらを配置するスペースを大きく採ることができる。このため、例えば、復元手段のバネ定数を十分小さくすることができるので、免震性能を向上させることができる。
また、下部プレートおよび上部プレートの間の間隔は、復元手段および減衰手段の幅方向大きさで制約されるだけであるので、小さくすることができる。このため、上下免震ユニットを小型化することができる。

また、本発明にかかる上下免震ユニットでは、前記第一取付部は、水平面内で取付位置が変更可能とされていることを特徴とする。

このように、第一取付部は、水平面内で取付位置が変更可能とされているので、第一取付部の取付位置を水平面内で変更すると復元手段の水平移動部の移動方向に対する水平面内の傾斜角度が変更できる。
復元手段の傾斜角度が変更されると、水平部材の移動方向に対するバネ定数が変化するので、例えば、上部プレート上に搭載する物の重量が変化してもそれに対応した免震性能を確保することができる。

また、本発明にかかる上下免震ユニットでは、前記第一取付部は、前記上部プレートあるいは前記下部プレートに取り付けられた第一レールに、該第一レールの延在方向に移動可能に取り付けられていることを特徴とする。

このように、第一取付部は、上部プレートあるいは下部プレートに取り付けられた第一レールに、第一レールの延在方向に移動可能に取り付けられているので、第一取付部を第一レールに沿って移動させると復元手段の水平移動部の移動方向に対する水平面内の傾斜角度が変更できる。
復元手段の傾斜角度が変更されると、水平部材の移動方向に対するバネ定数が変化するので、例えば、上部プレート上に搭載する物の重量が変化してもそれに対応した免震性能を確保することができる。

また、本発明にかかる上下免震ユニットでは、前記第二取付部は、水平面内で位置が変更可能とされていることを特徴とする。

このように、第二取付部は、水平面内で取付位置が変更可能とされているので、第二取付部の取付位置を水平面内で変更すると減衰手段の水平移動部の移動方向に対する水平面内の傾斜角度が変更できる。
減衰手段の傾斜角度が変更されると、水平部材の移動方向に対する減衰係数が変化するので、例えば、上部プレート上に搭載する物の重量が変化してもそれに対応した減衰性能を確保することができる。

また、本発明にかかる上下免震ユニットでは、前記第二取付部は、前記上部プレートあるいは前記下部プレートに取り付けられた第二レールに、該第二レールの延在方向に移動可能に取り付けられていることを特徴とする。

このように、第二取付部は、上部プレートあるいは下部プレートに取り付けられた第二レールに、第二レールの延在方向に移動可能に取り付けられているので、第二取付部を第二レールに沿って移動させると減衰手段の水平移動部の移動方向に対する水平面内の傾斜角度が変更できる。
減衰手段の傾斜角度が変更されると、水平部材の移動方向に対する減衰係数が変化するので、例えば、上部プレート上に搭載する物の重量が変化してもそれに対応した減衰性能を確保することができる。

また、本発明にかかる上下免震ユニットでは、前記復元手段および／または前記減衰手段は、その軸線方向が前記水平移動部の移動方向に沿う配置において、バネ定数および／または減衰係数が最大許容搭載荷重に対して所定の免震性能を発揮する大きさとされていることを特徴とする。

復元手段のバネ定数および減衰手段の減衰係数は、復元手段および減衰手段の軸線方向が移動方向に沿うように配置されている時に最大となる。
本発明によれば、復元手段および／または減衰手段は、その軸線方向が水平移動部の移動方向に沿う配置において最大許容搭載荷重に対する性能を発揮するように構成されているので、第一取付部および／または第二取付部を水平面内で移動させることによって搭載荷重が少なくなった場合に対応することができる。

また、本発明にかかる上下免震ユニットでは、前記下部プレートおよび前記上部プレートの間に、軸線方向が略水平方向に沿うように設けられ、所定の質量を有する円盤と、
前記水平移動部に支持され、その水平方向の移動によって前記円盤を回転させる運動変換機構と、が備えられたことを特徴とする。

このように、水平移動部の動きによって運動変換機構が所定の質量を有する円盤を回転させるので、この円盤の回転慣性モーメントによって、上下振動に関与する慣性質量を増加させることができる。これにより、上下振動の固有周期を大きくできるので、上下振動を長周期化して一層十分な免震効果を得ることができる。
また、円盤は下部プレートおよび上部プレートの間に、軸線方向が水平方向に沿うように設けられているので、運動変換機構を配置するスペースを大きく採ることができる。このため、下部プレートおよび上部プレートの間の間隔は円盤の直径で制約されるだけであるので、小さくすることができる。このため、上下免震ユニットを小型化することができる。

本発明にかかる免震装置は、請求項１から請求項７のいずれかに記載の上下免震ユニットと、水平免震ユニットと、がいずれか一方の上に他方が配置されるように上下に組み合わされてなることを特徴とする。

このように、上下免震ユニットと水平免震ユニットとが上下に組み合わせているので、水平方向および上下方向の３次元の免震性能を発揮する免震装置を提供することができる。
なお、上下免震ユニットと水平免震ユニットとは上下に配置されることになるが、どちらが上になってもよい。また、両者は相互に固定されていてもよいし、ただいずれか一方を他方の上に載置させるだけでもよい。

本発明によれば、復元手段および減衰手段は、略水平方向に延在されて配置されるので、十分な免震性能を確保して上下免震ユニットを小型化することができる。また、この上下免震ユニットと水平免震ユニットとを組み合わせることによって、水平方向および上下方向の３次元の免震性能を発揮する免震装置を提供することができる。

以下、本発明の実施形態について、図を参照して説明する。
［第一実施形態］
本発明の第一実施形態にかかる免震装置１について、図１〜図７を用いて説明する。
図１は、本実施形態にかかる免震装置１を設置した、例えばサーバラックとされた免震対象物３に適用した全体概略構成を示す断面図である。
免震対象物としては、サーバラック等のコンピュータ関連機器、文化財、医療設備、建物等の構造物等がある。

免震装置１には、床５上に載置された水平方向に結合部材７によって連結された２台の水平免震ユニット９と、それらの上に載置された上下免震ユニット１１とが備えられている。
上下免震ユニット１１の上に免震対象物３が載置されている。なお、水平免震ユニット９と上下免震ユニット１１との間および／または免震対象物３と上下免震ユニット１１との間には、必要に応じて防振材を介装してもよい。防振材としては、各種のゴムやポリウレタンエラストマー等の樹脂系、アスファルト系、金属系等を用いることができる。

水平免震ユニット９には、床５上に載置される水平下部プレート１３と、水平下部プレート１３の上方に間隔を空けて配置された水平上部プレート１５と、水平下部プレート１３および水平上部プレート１５の間に介装された転がり支承１７と、水平下部プレート５および上部プレート７の間に介装された復元部材１９とが備えられている。

転がり支承１７は、水平上部プレート１５に取り付けられ、下端部に設けられたボールベアリングが水平下部プレート１３の上面に当接し、水平上部プレート１５と水平下部プレート１３との間隔を保持している。転がり支承１７は、摩擦係数が小さいので、床５および水平下部プレート１３が水平に振動した場合、簡単に滑り、この水平振動を水平上部プレート１５に伝達しないようにして免震するものである。
なお、転がり支承１７は、上下方向の振動については水平上部プレート１５に伝達することになる。
また、転がり支承１７が大きく滑るようであれば、摩擦ダンパ等の減衰機構を設けて水平振動を減衰させるようにしてもよい。

復元部材１９は、少なくとも２本のコイルバネが、相互に異なる方向に延在して設けられて構成されている。
復元部材１９は、水平上部プレート１５と水平下部プレート１３との間に相対的な水平方向の変位が発生すると、この力の釣り合いが破れ、コイルバネによる総合的な力がこの変位を元に戻す方向に作用する。
これにより、振動の振幅が小さくなり、一方振動の周期が長くなる。そして、振動が収まった場合には、転がり支承１７は、各コイルバネの引張力が安定した変位前の位置に戻されることになる。
２台の水平免震ユニット９は結合部材７によって結合され、一体的に動作するように構成されている。

次に、上下免震ユニット１１の構造について図２〜図６によって説明する。
図２は図１のＸ−Ｘ断面図で、上下免震ユニット１１の全体概略構成の平面視を示す。図３は上下免震ユニット１１の正面図である。図４は図２のY−Y断面図である。図５は図２のZ−Z断面図である。図６は図２のA視図である。
上下免震ユニット１１には、下部プレート２１と、下部プレート２１の上方に間隔を空けて配置された上部プレート２３と、下部プレート２１および上部プレート２３を略平行に位置させた状態で接近離間可能に連結する水平リンク機構２５と、復元機構２７と、減衰機構２９と、が備えられている。
下部プレート２１は、鋼製の略長方形をした板である。上部プレート２３は、鋼製の略長方形をした板である。

水平リンク機構２５は、上下免震ユニット１１の四辺に沿って設置されており、長辺に沿って設置された第一長リンク機構３１および第二長リンク機構３２と、短辺に沿って設置された第一短リンク機構３３および第二短リンク機構３４と、で構成されている。
第一長リンク機構３１および第二長リンク機構３２は、上下免震ユニット１１の長手方向に対して線対称な関係にあるので、図２および図３によって第一長リンク機構３１について説明し、第二長リンク機構３２については”，”の後に符号（偶数）を付して説明に代えることとする。

第一長リンク機構３１および第二長リンク機構３２には、水平に延在して長辺に沿って配置される長水平節３５，３６が備えられている。長水平節３５，３６の一端（前端）はそれぞれ、長辺に略直交して略水平に延在して設けられた前支持軸（水平移動部）４５の両端部に、回動可能に取付けられている。
また、長水平節３５，３６の他端（後端）はそれぞれ、長辺に略直交して略水平に延在して設けられた後支持軸（水平移動部）４７の両端部に、回動可能に取付けられている。
前支持軸４５の両端部には、前上変換節３７，３８および前下変換節３９，４０の一端が枢支されている。
前上変換節３７，３８の他端は、上部プレート２３に固定されたブラケット４９，５０に、前下変換節３９，４０の他端は、下部プレート２１に固定されたブラケット５１，５３に、それぞれ枢支されている。

そして、後支持軸４７の両端部には、後上変換節４１，４２および後下変換節４３，４４の一端が枢支されている。後上変換節４１，４２の他端は、上部プレート２３に固定されたブラケット５３，５４に、後下変換節４３，４４の他端は、下部プレート２１に固定されたブラケット５５，５６に、それぞれ枢支されている。
前上変換節３７，３８、前下変換節３９，４０、後上変換節４１，４２および後下変換節４３，４４によって長水平節３５，３６、前支持軸４５および後支持軸４７は略水平に支持されている。すなわち、第一長リンク機構３１および第二長リンク機構３２は、前支持軸４５および後支持軸４７によって連動して動作されるように構成されている。

前上変換節３７，３８および前下変換節３９，４０は、後方に向かい開くように傾斜して設置されている。また、後上変換節４１，４２および後下変換節４３，４４も、後方に向かい開くように傾斜して設置されている。
すなわち、第一長リンク機構３１および第二長リンク機構３２は、上下振動によって上部プレート２３と下部プレート２１との間隔が変動すると、前上変換節３７，３８、前下変換節３９，４０、後上変換節４１，４２および後下変換節４３，４４の傾斜する角度が変化し、これによって長水平節３５，３６、前支持軸４５および後支持軸４７は長辺に沿って前後に移動させられるように構成されている。

第一短リンク機構３３および第二短リンク機構３４は、上下免震ユニット１１の短手（幅）方向に対して線対称な関係にあるので、図２によって第一短リンク機構３３について説明し、第二短リンク機構３４については”，”の後に符号（偶数）を付して説明に代えることとする。
第一短リンク機構３３および第二短リンク機構３４には、水平に延在して短辺に沿って配置される短水平節５７，５８が備えられている。短水平節５７，５８の一端には、前上短変換節５９，６０および前下変換節６１，６２の一端が枢支されている。
前上短変換節３７，３８の他端は、上部プレート２３に固定されたブラケット６３，６４に、前下短変換節６１，６２の他端は、下部プレート２１に固定されたブラケット６５，６６に、それぞれ枢支されている。

そして、短水平節５７，５８の他端には、後上短変換節６７，６８および後下短変換節６９，７０の一端が枢支されている。後上短変換節６７，６８の他端は、上部プレート２３に固定されたブラケット７１，７２に、後下短変換節６９，７０の他端は、下部プレート２１に固定されたブラケット７３，７４に、それぞれ枢支されている。
前上変換節３７，３８、前下変換節３９，４０、後上変換節４１，４２および後下変換節４３，４４によって長水平節３５，３６、前支持軸４５および後支持軸４７は略水平に支持されている。すなわち、第一短リンク機構３３および第二短リンク機構３４は、前支持軸４５および後支持軸４７によって連動して動作されるように構成されている。

前上短変換節５９，６０および前下変換節６１，６２は、他端側に向かい開くように傾斜して設置されている。また、後上短変換節６７，６８および後下短変換節６９，７０も、他端側に向かい開くように傾斜して設置されている。
すなわち、第一短リンク機構３３および第二短リンク機構３４は、上下振動によって上部プレート２３と下部プレート２１との間隔が変動すると、前上短変換節５９，６０、前下変換節６１，６２、後上短変換節６７，６８および後下短変換節６９，７０の傾斜する角度が変化し、これによって短水平節５７，５８は短辺に沿って前後に移動させられるように構成されている。

復元機構２７には、下プレート２１に固定された第一レール７５と、第一レール７５に摺動可能に設けられた第一移動部材（第一取付部）７７と、第一移動部材７７および前移動軸４５の間に介装されたコイルバネ（復元手段）７９と、第一移動部材７７を第一レール７５に沿って移動させる第一移動手段８１とが備えられている。
第一レール７５は、略矩形形状をし、その長手方向が外側に向かうに連れて前（前支持軸４５）側になるように傾斜して配置されている。
第一移動部材７７は、略矩形形状をし、長手方向下部に設けられた溝部が第一レール７５の上面に係合し、第一レール７５の長手方向に摺動するように構成されている。

コイルバネ７９は、前支持軸４５を引っ張ることによって、前上変換節３７，３８、前下変換節３９，４０、後上変換節４１，４２および後下変換節４３，４４を介して上部プレート２３および免震対象物３を支持している。
なお、コイルバネは、復元力を有するものであればコイルバネ以外のもの、例えばゴムや空気バネを用いても良い。
第一移動手段８１には、一端が第一移動部材７７の外側面に回動自在に取り付けられ、第一レール７５に沿って延在された第一ネジ８３と、第一ネジ８３の他端に取り付けられた第一ハンドル８５と、第一ネジ８３と螺合し、第一ネジを支持する第一ナット部材８７とが備えられている。（図６参照）
第一ナット部材８７は、ダブルナットとされ、必要に応じて第一ネジ８３が移動しないように保持することができる。

減衰機構２９には、下プレート２１に固定された第二レール８９と、第二レール８９に摺動可能に設けられた第二移動部材（第一取付部）９１と、第二移動部材９１および前移動軸４５の間に介装されたオイルダンパ（減衰手段）９３と、第二移動部材９１を第二レール８９に沿って移動させる第二移動手段８２とが備えられている。
第二レール８９は、略矩形形状をし、その長手方向が外側に向かうに連れて前（前支持軸４５）側になるように傾斜して配置されている。
第二移動部材９１は、略矩形形状をし、長手方向下部に設けられた溝部が第二レール８９の上面に係合し、第二レール８９の長手方向に摺動するように構成されている。

オイルダンパ９３は、前支持軸４５の移動に抵抗力を付与し、エネルギーを消費するように構成されている。
なお、オイルダンパ９３は、例えば、空気、磁性流体、電機粘性流体を用いたものでも良く、また、弾塑性材の変形を活用する履歴ダンパ、ゴム等の粘弾性を活用する粘弾性ダンパ、摩擦抵抗を活用する摩擦ダンパ等の種々のダンパを用いても。
第二移動手段８２には、一端が第二移動部材９１の外側面に回動自在に取り付けられ、第二レール８９に沿って延在された第二ネジ８４と、第二ネジ８４の他端に取り付けられた第二ハンドル８６と、第二ネジ８４と螺合し、第二ネジ８４を支持する第二ナット部材８８とが備えられている。
第二ナット部材８８は、ダブルナットとされ、必要に応じて第二ネジ８４が移動しないように保持することができる。

以上、説明した本実施形態にかかる免震装置１の免震動作について説明する。
例えば、地震によって床５が振動した場合、その水平方向成分は、水平下部プレート１３と転がり支承１７との間で滑りを発生させ、コイルバネ１９で長周期化された水平上部プレート１５と、水平下部プレート１３との間で水平方向に相対変位を生じさせる。
この相対変位は、水平下部プレート１３の動きに対し、長周期化した水平上部プレート１５が追随できないために生じるもので、地震動と同じ速い動きの水平下部プレート１３に対して水平上部プレート１５はあたかも止まっているような免震効果が発揮される。
水平上部プレート１５と水平下部プレート１３との間に相対的な水平方向の変位が発生すると、各コイルバネ１９による総合的な力が変位を元に戻す方向に作用し、振動の振幅が小さくなり、一方振動の周期が長くなる。そして、振動が収まった場合には、転がり支承１７は各コイルバネ１９の引張力が安定した変位前の位置に戻されることになる。

一方、振動の上下方向の成分は、水平下部プレート１３から転がり支承１７を経由して水平上部プレート１５へ伝達される。そして、水平上部プレート１５から上下免震ユニット１１の下部プレート２１へ伝達される。
伝達された振動の上下方向成分によって、下部プレート２１と上部プレート２３との間に上下方向の相対変位が発生する。すなわち、下部プレート２１と上部プレート２３との間隔が変動する。
この間隔の変動によって、第一長リンク機構３１および第二長リンク機構３２の前上変換節３７，３８、前下変換節３９，４０、後上変換節４１，４２および後下変換節４３，４４の傾斜が変動し、長水平節３５，３６をその軸線方向（長辺に沿う方向）に移動させる。

すなわち、伝達された振動の上下方向成分による下部プレート２１と上部プレート２３との間の周期的な間隔変動が、長水平節３５，３６の軸線方向への往復動となり、前支持軸４５および後支持軸４７が軸線に直交する方向（長辺に沿う方向）に往復動することになる。
この時、コイルバネ７９は前支持軸４５の変位を元に戻す方向に作用し、往復動の周期を長くするので、上下振動を免震することができる。
同時に、オイルダンパ９３は、前支持軸４５の往復動にかかるエネルギーを吸収して、振動を減衰させる。
そして、振動が収まった場合には、平行リンク機構２５はコイルバネ７９の引張力が安定した変位前の位置に戻されることになる。

コイルバネ７９のバネ定数Ｋおよびオイルダンパ９３の減衰係数Ｃは、コイルバネ７９およびオイルダンパ９３の軸線方向が、一端部における移動方向に対してなす傾斜角度によって変化する。
これについて、図２に実線で示されるようにコイルバネ７９およびオイルダンパ９３の軸線が長辺に沿う方向となっている状態から一点鎖線で示されるように角度（傾斜角度）θ傾斜した状態となった場合について説明する。
図７は、説明の便宜のため前支持軸４５が固定位置で、第一移動部材７７が長辺に沿う方向に移動した状態を示している。
図７において、（ａ）は中立位置における状態が示され、（ｂ）は間隔がＸだけ拡大した状態が示され、（ｃ）は間隔がＸだけ狭くなった状態が示されている。

図７におけるコイルバネ７９の伸縮Ｘ_θは、式（１）で表される。

この時、コイルバネ７９の軸線方向の力Ｆ_θは、コイルバネ７９のバネ定数をＫとすると、式（２）で表される。

これを、第一移動部材７７が移動する方向の力Ｆに換算すると、

となる。すなわち、移動方向に対して角度θ傾斜したコイルバネ７９の移動方向（長辺に沿う方向）での等価バネ定数Ｋ_θはＫ・（ｃｏｓθ）^２となる。
したがって、等価バネ定数Ｋ_θは角度θが０度の時最大となり、角度θが大きくなるに連れてより小さくなる。

オイルダンパ９３の減衰係数Ｃについてもコイルバネ７９同様な関係になり、移動方向に対して角度θ傾斜したオイルダンパ９３の移動方向での等価減衰係数Ｃ_θはＣ・（ｃｏｓθ）^２となる。
したがって、等価減衰係数Ｃ_θは角度θが０度の時最大となり、角度θが大きくなるに連れてより小さくなる。
本実施形態にかかる上下免震ユニット１１では、角度θが０度、すなわち、軸線方向が前支持軸４５の移動方向に沿う配置において搭載する最大重量（最大許容搭載荷重）の免震対象物３に対して所定の免震性能を発揮するように設計されている。

免震対象物３が最大重量より小さいものに変わると、復元機構２７では、ハンドル８５を廻して第一ネジ８３を第一ナット部材８７に対してその軸線方向に移動させる。これによって、第一移動部材７７は第一レール７５に沿って移動され、コイルバネ７９はその軸線が長辺に沿う方向に対して傾斜し、角度θが０度より大きくなる。このため、コイルバネ７９の長辺に沿う方向に対するバネ定数は低減されることとなる。
このようにして免震対象物３の荷重低下に見合うように角度θを調整すると、その荷重に応じたバネ定数に設定できるので、設計した所定の免震性能を維持することができる。

減衰機構２９では、ハンドル８６を廻して第二ネジ８４を第二ナット部材８８に対してその軸線方向に移動させる。これによって、第二移動部材９１は第二レール８９に沿って移動し、オイルダンパ９３はその軸線が長辺に沿う方向に対して傾斜し、角度θが０度より大きくなる。このため、オイルダンパ９３の長辺に沿う方向に対する減衰係数は低減されることとなる。
このようにして免震対象物３の荷重低下に見合うように角度θを調整すると、その荷重に応じた減衰係数に設定できるので、設計した所定の減衰性能を維持することができる。

以下、本実施形態にかかる免震装置１の作用・効果について説明する。
本実施形態の上下免震ユニット１１によれば、上下振動に伴い、例えば下部プレート２１が上下動すると、この動きによって水平リンク機構２５の第一長リンク機構３１および第二長リンク機構３２の前上変換節３７，３８、前下変換節３９，４０、後上変換節４１，４２および後下変換節４３，４４の傾斜が変動し、長水平節３５，３６をその軸線方向（長辺に沿う方向）に移動させる。この水平リンク機構２５の運動によって上部プレート２３の姿勢を略水平に保持させた状態で上部プレート２３と下部プレート２１とは接近離間させられる。

この水平リンク機構２５の移動によって前支持軸４５が長辺に沿う方向に往復動することになるが、前支持軸４５と下部プレート２１に設けられた第一移動部材７７との間に介装されたコイルバネ７９が、前支持軸４５の往復周期を長周期化して上部プレート２３と下部プレート２１との接近離間周期、すなわち、上下振動周期を長周期化して免震効果を得ることができる。
また、前支持軸４５と下部プレートに設けられた第二移動部材９１との間に介装されたオイルダンパ９３が、前支持軸４５を往復動させるエネルギーの一部を吸収して振動を抑制するので、一層十分な免震効果を得ることができる。

コイルバネ７９およびオイルダンパ９３は、略水平方向に延在されて配置されるので、これらを配置するスペースを大きく採ることができる。このため、例えば、コイルバネ７９の変形量を確保できるので、そのバネ定数を十分小さくすることができる。これにより、振動周期の長周期化をはかることができるので、免震性能を向上させることができる。
そして、下部プレート２１および上部プレート２３の間の間隔は、コイルバネ７９およびオイルダンパ９３の幅方向大きさで制約されるだけであるので、小さくすることができる。このため、上下免震ユニットを小型化することができる。

また、第一移動部材７７は、下部プレートに取り付けられた第一レール７５に、第一レール７５の延在方向に移動可能に取り付けられているので、第一移動手段８１によって第一移動部材７７を第一レール７５に沿って移動させるとコイルバネ７９の水平移動部の移動方向に対する水平面内の傾斜角度を変更することができる。
このようにすると、前支持軸４５の移動方向に対するコイルバネ７９のバネ定数が変化するので、例えば、上部プレート２３上に搭載する物の重量が変化してもそれに対応した免震性能を確保することができる。

さらに、第二移動部材９１は、下部プレート２１に取り付けられた第二レール８９に、第二レール８９の延在方向に移動可能に取り付けられているので、第二移動手段８２によって第二移動部材９１を第二レール８９に沿って移動させるとオイルダンパ９３の前支持軸４５の移動方向に対する水平面内の傾斜角度を変更することができる。
オイルダンパ９３の傾斜角度が変更されると、前支持部軸４５の移動方向に対する減衰係数が変化するので、例えば、上部プレート２３上に搭載する物の重量が変化してもそれに対応した減衰性能を確保することができる。

また、コイルバネ７９のバネ定数およびオイルダンパ９３の減衰係数は、それらの軸線方向が前支持軸４５の移動方向に沿う配置において最大許容搭載荷重に対して所定の免震性能を発揮するように構成されているので、第一移動部材７７および／または第二移動部材９１を第一移動手段８１および／または第二移動手段８２で移動させることによって搭載荷重が少なくなった場合にも所定の免震性能を維持させることができる。

本実施形態にかかる免震装置１は、水平免震ユニット９とその上に設置された上下免震ユニット１１とが組み合わされているので、水平方向および上下方向の３次元の免震効果を発揮することができる。
なお、上下免震ユニット１１と水平免震ユニット９とは上下に配置されることになるが、どちらが上になってもよい。また、両者は相互に固定されていてもよいし、ただいずれか一方を他方の上に載置させるだけでもよい。

［第二実施形態］
次に、本発明の第二実施形態について、図８および図９を用いて説明する。
本実施形態では、第一実施形態とは、基本的に同一構成であり、ただ慣性質量を増加させる構造を付加した点が異なっている。よって、本実施形態においては、この相違点について説明し、その他の部分については重複した説明を省略する。
なお、第一実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図８は、図２と同様な断面を示し、上下免震ユニット１１の全体概略構成の平面視を示す。図９は、図８のＷ−Ｗ断面図である。

本実施形態では、第一実施形態の構成に加えて、復元機構２７と減衰機構２９との間に慣性付加機構１０１が備えられている。
慣性付加機構１０１には、軸線方向が略水平方向に沿うように設けられ、所定の質量を有する円盤１０３と、水平方向の移動によって前記円盤を回転させる運動変換機構１０５と、が備えられている。
運動変換機構１０５には、ナット支持体１０７と、ボールネジナット１０９と、ボールネジ軸１１１と、軸受１１３と、ブラケット１１５とが備えられている。

ナット支持体１０７は、その後端が後支持軸４７の長手方向略中央部に取り付けられ、長辺に沿う方向に水平に延在して設けられている。
ブラケット１１５は長辺に沿う方向に面するように下部プレート２１の上面に固定されている。ボールネジナット１０９は、ナット支持体１０７の前端に取り付けられている。
ボールネジ軸１１１は、長辺に沿う方向へ略水平に延在して配置され、その後端部分はボールネジナット１０９に螺合され、前端部はブラケット１１５に固定された軸受１１３によって回動自在に保持されている。
ボールネジ軸１１１には、それを軸線中心とするように円盤１０３が固定されている。

このように慣性付加機構１０１が付加された本実施形態の作用・効果について説明する。本実施形態では、第一実施形態の作用・効果に加えて以下の作用・効果を奏する。
基本的な免震動作は、前述した第一実施形態と同じであるので、ここでは重複した説明を省略する。
上下免震ユニット１１に伝達された振動の上下方向成分による下部プレート２１と上部プレート２３との間の周期的な間隔変動が、長水平節３５，３６の軸線方向への往復動となり、前支持軸４５および後支持軸４７が軸線に直交する方向（長辺に沿う方向）に往復動することになる。
この動きが、後支持軸５７を経由し、ボールネジナット１０９に伝えられる。
ボールネジナット１０９が軸線方向に水平に移動すると、ボールネジ軸１１１が回転させられるので、円盤１０３が回転し、回転慣性モーメントが発生する。

この円盤２９による回転慣性モーメントによって、上部プレート２３および免震対象物３における略上下振動に関与する慣性質量が増加することになる。
その結果、これらの慣性質量の増加によって、上部プレート２３および免震対象物３の略上下振動の固有周期の長周期化が達成されて、一層十分な上下免震効果が現れる。
また、円盤２９は下部プレート２１および上部プレート２３の間に、軸線方向が水平方向に沿うように設けられているので、運動変換機構１０５を含む慣性付加機構１０１を配置するスペースを大きく採ることができる。
このため、下部プレート２１および上部プレート２３の間の間隔は円盤２９の直径で制約されるだけであるので、小さくすることができる。このため、慣性付加機構１０１を付加しても上下免震ユニット１１の小型化を抑制することがないので、上下免震ユニット１１を小型化することができる。

本発明の第一実施形態にかかる免震装置の全体概略構成を示す断面図である。 本実施形態にかかる上下免震ユニットの全体概略構成の平面視を示し、図１のＸ−Ｘ断面図である。 本実施形態にかかる上下免震ユニットの正面図である。 図２のY−Y断面図である。 図２のZ−Z断面図である。 図２のA視図である。 本実施形態にかかるコイルバネが水平面内で傾斜したときの伸び状態を示す正面図である。 本発明の第二実施形態にかかる上下免震ユニットの全体概略構成の平面視を示す図２と同様位置における断面図である。 図８のＷ−Ｗ断面図である。

符号の説明

１ 免震装置
９ 水平免震ユニット
１１ 垂直免震ユニット
２１ 下部プレート
２３ 上部プレート
２５ 水平リンク機構
４５ 前支持軸
４７ 後支持軸
７５ 第一レール
７７ 第一移動部材
７９ コイルバネ
８９ 第二レール
９１ 第二移動部材
９３ オイルダンパ
１０３ 円盤
１０５ 運動変換機構

Claims (8)

1. 下部プレートと、
   該下部プレートの上方に間隔を空けて設けられた上部プレートと、
   前記下部プレートおよび前記上部プレートを略平行に位置させた状態で接近離間可能に連結する水平リンク機構と、
   一端部が前記水平リンク機構の水平移動部に取り付けられ、他端部が前記上部プレートあるいは前記下部プレートに設けられた第一取付部に取り付けられた復元手段と、
   一端部が前記水平リンク機構の水平移動部に取り付けられ、他端部が前記上部プレートあるいは前記下部プレートに設けられた第二取付部に取り付けられた減衰手段と、が備えられていることを特徴とする上下免震ユニット。
2. 前記第一取付部は、水平面内で取付位置が変更可能とされていることを特徴とする請求項１に記載の上下免震ユニット。
3. 前記第一取付部は、前記上部プレートあるいは前記下部プレートに取り付けられた第一レールに、該第一レールの延在方向に移動可能に取り付けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の上下免震ユニット。
4. 前記第二取付部は、水平面内で位置が変更可能とされていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の上下免震ユニット。
5. 前記第二取付部は、前記上部プレートあるいは前記下部プレートに取り付けられた第二レールに、該第二レールの延在方向に移動可能に取り付けられていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の上下免震ユニット。
6. 前記復元手段および／または前記減衰手段は、その軸線方向が前記水平移動部の移動方向に沿う配置において、バネ定数および／または減衰係数が最大許容搭載荷重に対して所定の免震性能を発揮する大きさとされていることを特徴とする請求項２から請求項５のいずれかに記載の上下免震ユニット。
7. 前記下部プレートおよび前記上部プレートの間に、軸線方向が略水平方向に沿うように設けられ、所定の質量を有する円盤と、
   前記水平移動部に支持され、その水平方向の移動によって前記円盤を回転させる運動変換機構と、が備えられたことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の上下免震ユニット。
8. 請求項１から請求項７のいずれかに記載の上下免震ユニットと、水平免震ユニットと、がいずれか一方の上に他方が配置されるように上下に組み合わされてなることを特徴とする免震装置。

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