JP5192731B2 - ３次元免震システム - Google Patents

Description

本発明は、３次元免震システムに関する。

従来、水平方向及び鉛直方向の地震力に対してそれぞれ免震する３次元の床免震システムがある。床免震システムにおける３次元免震装置としては、水平方向の免震を行う水平免震機構に積層ゴムやコイルばね、滑り支承等を用い、鉛直方向の免震を行う鉛直免震機構に空気ばねやコイルばね等を用いたものがある（例えば、特許文献１参照。）。

また、従来、免震床のロッキング動を抑制する技術として、免震床に垂設された外筒と、下部構造体に支持され外筒内に挿入された内筒と、の間にロッキング抑制装置を介在させるものがある。このロッキング抑制装置は、外筒の内周面に沿って延設された環状の弾性材と、弾性材の内側に設けられ内筒の外周面に対して摺動する滑り材と、からなる。このロッキング防止材を用いた技術によれば、免震床にロッキング動が生じ、外筒が内筒に対して傾いたとき、弾性材の弾性力によって外筒の傾きが修正され、免震床のロッキング動が抑制される（例えば、特許文献２参照。）。
特開平８−１７７９６９号公報 特開平６−２９４４４３号公報

しかしながら、上記した従来のロッキング抑制装置を用いた技術では、建屋全体を３次元免震装置で免震するシステムの場合、建屋のロッキング動を効果的に防止或いは抑制することができないという問題が生じる。上記した床免震の場合、ロッキングする上部構造体が比較的に小規模な免震床であるため、弾性材の弾性力でロッキング動を抑制することができるが、建屋全体等の大規模な上部構造体を免震する構成の場合、弾性材の弾性力で上部構造体のロッキング動を防止或いは抑制することは難しい。

本発明は、上記した従来の問題が考慮されたものであり、３次元免震装置で免震された大規模な上部構造体のロッキング動を防止或いは抑制することができる３次元免震システムを提供することを目的としている。

本発明に係る３次元免震システムは、上部構造体と下部構造体との間に介装され前記上部構造体の水平方向及び鉛直方向の免震をそれぞれ行う３次元免震装置を備える３次元免震システムにおいて、前記上部構造体と前記下部構造体との間には、平面視における前記上部構造体の隅角位置に配置され鉛直方向の振動を減衰させる第一オイルダンパーと前記隅角位置の対角位置に配置され鉛直方向の振動を減衰させる第二オイルダンパーとからなる一対のオイルダンパーが設けられ、前記第一オイルダンパー及び前記第二オイルダンパーは、ピストンにより上下に仕切られ、かつ、それぞれ同一径ロッドに接続されているので、断面積が同一であるオイルタンク室をそれぞれ有しており、前記第一オイルダンパーの上側オイルタンク室と前記第二オイルダンパーの下側オイルタンク室とが電磁開閉弁を備えた第一油圧配管を介して連通されているとともに、前記第一オイルダンパーの下側オイルタンク室と前記第二オイルダンパーの上側オイルタンク室とが電磁開閉弁を備えた第二油圧配管を介して連通されていて、前記第一及び第二オイルダンパーの前記ピストンには、前記上側オイルタンク室と前記下側オイルタンク室とを連通する調圧弁が設けられ、前記電磁開閉弁は、前記第一オイルダンパーの上側オイルタンク室と前記第二オイルダンパーの下側オイルタンク室とを遮断するとともに、前記第一オイルダンパーの下側オイルタンク室と前記第二オイルダンパーの上側オイルタンク室とを遮断する遮断位置と、前記第一オイルダンパーの上側オイルタンク室と前記第二オイルダンパーの下側オイルタンク室とを連通するとともに、前記第一オイルダンパーの下側オイルタンク室と前記第二オイルダンパーの上側オイルタンク室とを連通する連通位置とを有し、通常時は前記遮断位置に切り替え、地震時は前記連通位置に切り替え可能に構成されていることを特徴とする。

このような特徴により、鉛直方向の地震動が作用する場合、一対のオイルダンパーのピストンが上下方向に同位相でそれぞれ作動するため、第一、第二油圧配管内のオイルの流れがスムーズになり、ピストンは抵抗なく作動する。
一方、上部構造体にロッキング動が作用する場合、一対のオイルダンパーのピストンが上下方向に９０度ずれた位相でそれぞれ作動するため、第一油圧配管及び第二油圧配管の何れか一方の内部でオイルがぶつかり合い、流れが阻止され、内部圧力が上昇する。このとき、第一及び第二オイルダンパーのピストンに設けられている調圧弁をオイルが通過し、その流体抵抗によって高減衰を発生させる。

上記の高減衰は、第一オイルダンパー上側と第二オイルダンパーの下側が高圧（高減衰）になるが、それぞれの反対側は低圧状態であり（第一オイルダンパーの下側と第二オイルダンパーの上側が高圧の場合は、それぞれの反対側が低圧）、また、この抵抗力は第一オイルダンパーと第二オイルダンパーでは方向が逆になるので、ロッキングモーメントに対する抵抗モーメントとなり、ロッキング抑制作用となるが、重心位置では上下方向の抵抗力は相殺されるので、この高減衰は上下免震の減衰としては作用しない（図６（ｂ）参照。）。

上記構成により、第一オイルダンパー、第二オイルダンパーが同期して動く上下振動には、配管からオイルが交互に流れ、低減衰回路となり、位相がずれて動くロッキング動作時には、配管の流れは阻止され、ピストンからの流れとなり、調圧弁の抵抗で高減衰の回路に切り替わる。すなわち、従来の弾性反力でロッキングを防止する方式に対し、本発明は減衰力で防止するので、弾性による反発が無く、且つ、上下動の低減衰係数と、ロッキングの高減衰係数をそれぞれ自由に設定できる特徴がある。

また、上記３次元免震システムに備えられた３次元免震装置は、水平免震機構と鉛直免震機構とが、上下方向に直列に配置されているとともに、該水平免震機構と鉛直免震機構との間に配置されたフレームを介して一体化されており、該フレームの平面視における中心位置に前記水平免震機構が固定され、前記中心位置の周囲に複数の前記鉛直免震機構が均等配置された構成からなることが好ましい。

これにより、鉛直免震機構の単体での支持力が不十分である場合であっても、複数の鉛直免震機構の全体で十分な支持力が確保される。また、鉛直免震機構の個数の増減により複数の鉛直免震機構の全体での支持荷重を自由に且つ幅広く設定可能である。

本発明に係る３次元免震システムによれば、第一及び第二オイルダンパーのピストンに調圧弁を設けたことにより、第一油圧配管および第二油圧配管でのオイルの流れが阻止されるロッキング時には第一及び第二オイルダンパー内においてオイルが調圧弁を通過して流れ、それにより高減衰が発生して上部構造体のロッキング動を防止或いは抑制することができる。このため、大規模な上部構造体（例えば建屋全体等）を３次元免震装置で免震する構成の場合であっても効果的にロッキング動を防止或いは抑制することができる。

以下、本発明に係る３次元免震システムの実施の形態について、図面に基いて説明する。
図１は本実施の形態における３次元免震システムの平面図であり、図２は図１に示すＡ−Ａ間の断面図である。

図１、図２に示すように、３次元免震システムには、建屋１と基礎２との間に介装されて建屋１全体を免震する複数の３次元免震装置３と、建屋１と基礎２との間に設けられ鉛直方向の振動を減衰させるオイルダンパー４とが備えられている。３次元免震装置３は、建屋１の柱や壁の直下に配置されており、複数の３次元免震装置３によって建屋１を支持している。具体的には、３次元免震装置３は、平面視における建屋１の四隅と、建屋１の長手方向の中間部分とにそれぞれ配設されている。オイルダンパー４は、各３次元免震装置３の平面視における中央位置に設置されており、建屋１の柱や壁の直下に配置されている。

図３は３次元免震装置３を表した図であり、（ａ）は３次元免震装置３の平面図であり、（ｂ）は図３（ａ）に示すＢ−Ｂ間の断面図である。
図３（ａ）、図３（ｂ）に示すように、３次元免震装置３は、建屋１の水平方向及び鉛直方向の双方の振動に対してそれぞれ免震作用を発揮するものであり、積層ゴム３０（水平免震機構）と空気ばね３１（鉛直免震機構）とを上下方向に直列に配置して組み合わせたものである。従来一般のこの種の３次元免震装置が単一の積層ゴムと単一の空気バネとを単に直結した構成であることが通常であるのに対し、本実施の形態における３次元免震装置３は、高剛性のフレーム３２を挟んでその上下に単一の積層ゴム３０と複数（図示例では３つ或いは４つ）の空気ばね３１を配置してそれら積層ゴム３０および空気ばね３１をそれぞれフレーム３２に対して固定することによって、フレーム３２を介して積層ゴム３０と各空気バネ３１とを一体化したものとしている。

本実施形態におけるフレーム３２は、積層ゴム３０および各空気ばね３１とともに建屋１を支持するに充分な剛性を有するものであり、Ｈ形鋼等の鋼材３２ａと補強鋼板３２ｂとを一体に組み立てた構成からなる。例えば、４つの空気ばね３１を有する３次元免震装置３のフレーム３２は、図３（ａ）に示すように、小断面のＨ形鋼等の鋼材３２ａを十字形に交差させるとともにその鋼材３２ａの下面に補強鋼板３２ｂを一体に溶接してなるものである。

そして、上記フレーム３２の上面中央位置に積層ゴム３０が配置されている。例えば、４つの空気ばね３１を有する３次元免震装置３では、図３（ａ）に示すように、双方の鋼材３２ａの交差部の位置に上記の積層ゴム３０が配置されている。積層ゴム３０のベースプレートがフレーム３２に対してアンカーボルト等により固定されており、積層ゴム３０のトッププレートは建屋１の底面に対して固定されている。

なお、水平免震機構としての積層ゴム３０は、たとえば鉛プラグを組み込んだものや高減衰ゴムを用いたもののようにそれ自身で減衰機能を有するものが好適に採用可能であるが、水平方向の減衰機構を別途設置する場合にはその必要もない。

また、フレーム３２の下面側には、フレーム３２の中央位置の周囲に複数の空気ばね３１が均等に配置されている。例えば、４つの空気ばね３１を有する３次元免震装置３では、図３（ａ）に示すように、各鋼材３２ａの端部の位置にそれぞれ上記の空気ばね３１が配置されている。各空気ばね３１は、図３（ｂ）に示すように、内部空間が空気室として画成されているゴムベローズ３１ａと、そのゴムベローズ３１ａの下部に一体に連結された補助タンク３１ｂから構成されていて、ゴムベローズ３１ａの上部がフレーム３２の下面に固定されており、補助タンク３１ｂの下部が基礎２に対してアンカーボルト等により固定されるようになっている。

空気ばね３１を構成しているゴムベローズ３１ａの空気室と補助タンク３１ｂの内部空間とはオリフィス３１ｃを介して連通しており、ゴムベローズ３１ａが鉛直方向に振動して弾性変形した際にはその内部空間である空気室と補助タンク３１ｂの間でオリフィス３１ｃを通して空気が流通し、その際に生じる流通抵抗によってゴムベローズ３１ａの振動が速やかに減衰させられるものとなっている。つまり、この空気ばね３１はそれ自身が振動減衰機能を有するものであって、鉛直方向の免震効果のみならず優れた減衰効果も併せて発揮し得るものである。

なお、上記した空気ばね３１の数は当然に任意であって、この３次元免震装置３全体に要求される支持力と、使用する個々の空気ばね３１の支持力とから適正数を設定すれば良い。但し、いずれにしても３次元免震装置３全体に対して偏心モーメントが生じることは好ましくなく、したがって空気ばね３１の配置はフレーム３２の中心の周囲に可及的に均等配置することとし、かつその全体としての重心位置と積層ゴム３０の重心位置とを可及的に合致させるような配置とすべきである。
勿論、フレーム３２の具体的な構成や形状、寸法は、このフレーム３２に要求される剛性はもとより、積層ゴム３０や空気ばね３１の寸法、特に空気ばね３１の設置数やその配置等に対応させて適宜設計すれば良い。

また、空気ばね３１の形式は特に限定すべきものではなく、たとえばローリングシール型の空気ばねをはじめとして各種形式の空気ばねを任意に採用可能である。勿論、補助タンク３１ｂとオリフィス３１ｃを有しない形式の空気ばね３１であってもよい。

また、３次元免震装置３には、空気ばね３１の鉛直方向の振動を許容しつつ水平方向の変形を拘束する水平変形拘束機構３３が備えられている。水平変形拘束機構３３は、フレーム３２の下面側に、フレーム３２の中心位置の周囲に複数（図示例では３つ或いは４つ）配設されており、空気ばね３１と並列に設けられている。これら水平変形拘束機構３３は、基礎２に対するフレーム３２の鉛直方向の相対変位は許容しつつ水平方向の相対変位を拘束し、以て、空気ばね３１を支障なく作動させて鉛直方向の免震効果を確保しつつ、空気ばね３１に無用な水平力を作用させないように設置されたものである。

つまり、このような水平変形拘束機構３３が無い場合には、建屋１が水平方向に振動した際にはその水平力が積層ゴム３０、フレーム３２を介して空気ばね３１にそのまま伝達されてしまうことから、空気ばね３１に無用な水平力が作用して横方向に無用な変形を生じ、本来の鉛直方向への免震効果に悪影響を及ぼすばかりでなく、ゴムベローズ３１ａが座屈したり損傷を受けることも懸念されることから、水平変形拘束機構３３の設置によってそのような事態を回避するようにしたものである。

図４は水平変形拘束機構３３を表した破断図である。
図４に示すように、本実施形態における水平変形拘束機構３３は、高剛性の鋼棒からなる支柱３３ａがベース部材３３ｂにより基礎２上に立設され、その支柱３３ａの上端部に円筒状のスリーブ部材３３ｃが鉛直方向に摺動自在に装着されるようになっており、スリーブ部材３３ｃの内側には支柱３３ａに対する摺動抵抗を軽減するためのリング状のベアリング３３ｄが取り付けられた構成とされている。そして、スリーブ部材３３ｃをフレーム３２の中心位置の周囲（鋼材３２ａの交差部の周囲）に固定して支柱３３ａに装着することにより、支柱３３ａに対するフレーム３２の鉛直方向の相対変位は支障なく許容されるが、フレーム３２の水平方向の相対変位は支柱３３ａによって確実に拘束され、これにより空気ばね３１を支障なく作動させつつ空気ばね３１に無用な水平力が作用することを確実に防止できるものとなっている。つまり、水平変形拘束機構３３の一端部がフレーム３２に対して鉛直方向に変位可能且つ水平方向に変位不能に係合せしめられている。

図５はオイルダンパー４の概略構成を模式的に表した断面図である。
オイルダンパー４は、鉛直方向の振動を減衰させるものであり、図１〜図３に示すように、フレーム３２の下面側の中心位置に空気ばね３１と並列に設置されている。オイルダンパー４は、図５に示すように、鉛直方向に延設された筒状のシリンダー４０と、鉛直方向に延在した棒状のピストンロッド４１と、ピストンロッド４１の中間部に固定されたピストン４２とから構成されている。

シリンダー４０内には、オイルで満たされたオイルタンク室４３が形成されている。ピストンロッド４１は、シリンダー４０の上端側からシリンダー４０内に挿入され、オイルタンク室４３を鉛直方向に貫通して設けられている。このピストンロッド４１は、鉛直方向に移動可能に設けられている。

ピストン４２は、オイルタンク室４３内に配置されてオイルタンク室４３を上下に仕切るものであり、このピストン４２によりオイルタンク室４３は２つに分けられている。すなわち、オイルタンク室４３は、ピストン４２の上方に形成された上側オイルタンク室４３ａと、ピストン４２の下方に形成された下側オイルタンク室４３ｂとに分けられる。また、ピストン４２は、オイルタンク室４３の壁面（シリンダー４０の内周面）に沿って鉛直方向に摺動可能に設けられている。したがって、ピストンロッド４１の鉛直方向に移動によりピストン４２が上下動される。また、ピストン４２の上下動により、上記した上側オイルタンク室４３ａと下側オイルタンク室４３ｂとの容積比率が可変される。

また、ピストン４２には、上側オイルタンク室４３ａと下側オイルタンク室４３ｂとを連通させる調圧弁４４が設けられている。この調圧弁４４は、オイルが通過する出口の形状を変えることでその出口の大きさ（面積）を可変させる弁である。オイルダンパー４は、上記した調圧弁４４を通過するオイルの流体抵抗によって必要な減衰力を発生させる構成となっている。

本実施の形態の他に、後述する第一油圧配管５及び第二油圧配管６、それぞれに電磁開閉弁４５を設け、通常時ロックとすると、上下動時もロッキング時と同じ高減衰が得られ、各種の振動に対し防振効果を強化することが出来る。
地震時は、緊急地震速報の情報や地震計の信号等に基づいて、開放に切り替え、ロッキング防止と上下動免震への減衰切り替え回路にすることが出来る。

また、上記した構成のオイルダンパー４は、フレーム３２の下面と基礎２の上面との間に介装されており、ピストンロッド４１の上端がフレーム３２に連結されており、シリンダー４０の下端が基礎２に連結されている。

ところで、図１に示すように、建屋１の下方に設けられた複数のオイルダンパー４のうち、平面視における建屋１の隅角位置に設けられた第一オイルダンパー４Ａと、その隅角位置の対角位置に設けられた第二オイルダンパー４Ｂと、が対を成し、一対のオイルダンパーとなっている。本実施の形態では、平面視における建屋１の四隅にそれぞれオイルダンパー４が配設されており、一対のオイルダンパー４Ａ、４Ｂが二組設けられた構成になっている。

図６は一対のオイルダンパー４Ａ、４Ｂを模式的に表した断面図である。なお、図６の（ａ）は鉛直方向に振動するときの状態を表しており、（ｂ）は建屋１がロッキング動するときの状態を表している。
図６に示すように、上記した第一オイルダンパー４Ａのオイルタンク室４３と第二オイルダンパー４Ｂのオイルタンク室４３とは、第一油圧配管５及び第二油圧配管６によりたすき掛け状に連結されている。すなわち、第一オイルダンパー４Ａの上側オイルタンク室４３ａと第二オイルダンパー４Ｂの下側オイルタンク室４３ｂとは第一油圧配管５を介して連通されている。また、第一オイルダンパー４Ａの下側オイルタンク室４３ｂと第二オイルダンパー４Ｂの上側オイルタンク室４３ａとは第二油圧配管６を介して連通されている。第一油圧配管５の一端は、第一オイルダンパー４Ａのオイルタンク室４３の上部に接続されており、第一油圧配管５の他端は、第二オイルダンパー４Ｂのオイルタンク室４３の下部に接続されている。また、第二油圧配管６の一端は、第一オイルダンパー４Ａのオイルタンク室４３の下部に接続されており、第二油圧配管６の他端は、第二オイルダンパー４Ｂのオイルタンク室４３の上部に接続されている。

次に、上記した構成からなる３次元免震システムの作用について説明する。

図６（ａ）に示すように、鉛直方向の地震動が作用すると、一対のオイルダンパー４Ａ、４Ｂのピストン４２が上下方向に同位相でそれぞれ作動するため、第一、第二油圧配管５、６内のオイルの流れがスムーズになり、ピストン４２は抵抗なく作動する。

例えば、鉛直方向の地震動により、一対のオイルダンパー４Ａ、４Ｂに圧縮力がそれぞれ作用すると、一対のオイルダンパー４Ａ、４Ｂのピストン４２にそれぞれ下方向の力が作用する。このとき、双方のオイルダンパー４Ａ、４Ｂの下側オイルタンク室４３ｂ内のオイルはピストン４２によりそれぞれ押圧される。このため、図６（ａ）の実線矢印で示すように、第一オイルダンパー４Ａの下側オイルタンク室４３ｂ内のオイルの一部が第二油圧配管６内に押し出され、第二オイルダンパー４Ｂの下側オイルタンク室４３ｂ内のオイルの一部が第一油圧配管５内に押し出される。また、このとき、双方のオイルダンパー４Ａ、４Ｂの上側オイルタンク室４３ａの容積はそれぞれ増大される。このため、第二油圧配管６内のオイルは第二オイルダンパー４Ｂの上側オイルタンク室４３ａ内に吸引され、第一油圧配管５内のオイルは第一オイルダンパー４Ａの上側オイルタンク室４３ａ内に吸引される。このように、第一油圧配管５では、一端からオイルが流出するとともに他端からオイルが流入し、また、第二油圧配管６では、一端からオイルが流入するとともに他端からオイルが流出するため、第一、第二油圧配管５、６内でオイルがスムーズに流通し、第一、第二油圧配管５、６内でオイルの抵抗が小さい。

また、鉛直方向の地震動により、一対のオイルダンパー４Ａ、４Ｂに引張力がそれぞれ作用すると、一対のオイルダンパー４Ａ、４Ｂのピストン４２に上方向の力が作用する。このとき、オイルの流れは、上述した圧縮力が作用する場合と逆になる。すなわち、図６（ａ）の破線矢印で示すように、第一オイルダンパー４Ａの上側オイルタンク室４３ａ内から第一油圧配管５を通って第二オイルダンパー４Ｂの下側オイルタンク室４３ｂ内に流れるとともに、第二オイルダンパー４Ｂの上側オイルタンク室４３ａ内から第二油圧配管６を通って第一オイルダンパー４Ａの下側オイルタンク室４３ｂ内に流れる。このように、オイルはスムーズに流れ、第一、第二油圧配管５、６内を流通するオイルに抵抗が小さい。

一方、図６（ｂ）に示すように、建屋１にロッキング動が作用する場合、一対のオイルダンパー４Ａ、４Ｂのピストン４２が上下方向に９０度ずれた位相でそれぞれ作動するため、第一油圧配管５及び第二油圧配管６の何れか一方の内部でオイルがぶつかり合って油圧の抵抗力が生じ、ピストン４２の上下動が抑制される。

例えば、建屋１のロッキング動により、第一オイルダンパー４Ａに対して圧縮力Ｆ１が作用し、第二オイルダンパー４Ｂに対して引張力Ｆ２が作用すると、第一オイルダンパー４Ａのピストン４２に下方向の力が作用し、第二オイルダンパー４Ｂのピストン４２は上方向の力が作用する。このとき、第一オイルダンパー４Ａの下側オイルタンク室４３ｂ内のオイルがピストン４２により押圧され、第一オイルダンパー４Ａの下側オイルタンク室４３ｂ内のオイルの一部を第二油圧配管６の一端から第二油圧配管６内に押し出そうとする。また、これと同時に、第二オイルダンパー４Ｂの上側オイルタンク室４３ａ内のオイルがピストン４２により押圧され、第二オイルダンパー４Ｂの下側オイルタンク室４３ｂ内のオイルの一部を第二油圧配管６の他端から第二油圧配管６内に押し出そうとする。つまり、第二油圧配管６の両端からオイルが押し込まれ、図６（ｂ）の実線矢印で示すように第二油圧配管６内でオイルがぶつかり合う状態となる。これにより、オイルは、第一、第二オイルダンパー４Ａ、４Ｂの調圧弁４４から流れとなり、調圧弁４４の流量抵抗は大きく設定されているので、第一オイルダンパー４Ａは圧縮側に、第二オイルダンパー４Ｂは伸張側に大きな減衰力が発生する。

また、建屋１のロッキング動により、第一オイルダンパー４Ａに対して引張力Ｆ３が作用し、第二オイルダンパー４Ｂに対して圧縮力Ｆ４が作用すると、第一オイルダンパー４Ａのピストン４２に上方向の力が作用し、第二オイルダンパー４Ｂのピストン４２に下方向の力が作用する。このとき、第一油圧配管５の両端からオイルが押し込まれ、図６（ｂ）の破線矢印で示すように第一油圧配管５内でオイルがぶつかり合う状態となる。これにより、オイルは、第一、第二オイルダンパー４Ａ、４Ｂの調圧弁４４から流れとなり、調圧弁４４の流量抵抗は大きく設定されているので、第一オイルダンパー４Ａは伸張側に、第二オイルダンパー４Ｂは圧縮側に大きな減衰力が発生する。

上記した構成からなる３次元免震システムによれば、第一オイルダンパー４Ａと第二オイルダンパー４Ｂが同一位相で作動する上下動振動に対しては、オイルが流量抵抗の小さい配管を小さな抵抗で流れ、位相の異なるロッキング作動に対しては、油圧配管５、６から流れず、流量抵抗の大きいピストン４２の調圧弁４４から流れ、高減衰を発生する。
また、同位相の作動に対しては、減衰力の両オイルダンパーの方向は同一であり、位相差のある作動に対しては方向が逆になるので、同位相では、上下動に対する低減衰ダンパーとなり、位相差のあるロッキングに対しては、回転方向に作用する高減衰ダンパーとなる。

本実施形態の他に、第一油圧配管５及び第二油圧配管６に電磁開閉弁４５を設け、通常時ロック状態で使用すると、位相差に関係なく、単なる高減衰オイルダンパーとして作動する。これにより、通常時は、風揺れ、交通振動等の各種振動に対して防振効果を発揮できる。
地震時は、緊急地震速報の情報や地震計の信号等に基づいて、開放に切り替わると、上下動作動とロッキング作動に対して、減衰力が切り替わるオイルダンパーとなる。すなわち、上下動作動には低減衰の上下動オイルダンパーとして作用し、ロッキング作動に対しては回転防止高減衰ダンパーとして作用する。

また、上記した構成からなる３次元免震システムによれば、空気ばね３１の単体での支持力が不十分である場合であっても、複数の空気ばね３１の全体で十分な支持力が確保される。また、空気ばね３１の個数の増減により複数の空気ばね３１の全体での支持荷重を自由に且つ幅広く設定可能である。したがって、複数の空気ばね３１の全体での支持力を積層ゴム３０の支持力と適正にバランスさせることができる。その結果、大規模な建屋１を免震する３次元免震装置において従来問題とされていた積層ゴムと空気ばねとの支持力のアンバランスを解消でき、大規模な建屋１を支持可能な３次元免震装置３を実現することができる。

さらに、上記した構成からなる３次元免震システムによれば、汎用品である積層ゴム３０、空気ばね３１及びオイルダンパー４を用いて３次元免震システムが構築されている。このため、免震作用の信頼性が高く、また、高圧或いは大型の特殊仕様の空気ばねを用いる必要がなく、ローコストで大容量の３次元免震システムを実現することができる。なお、積層ゴム３０に代えて滑り支承や弾性滑り支承、コイルばね等の他の汎用の水平免震機構を用いたり、空気ばね３１に代えてコイルばね等の他の汎用の鉛直免震機構を用いたりしても、同様の効果を奏する。

以上、本発明に係る３次元免震システムの実施の形態について説明したが、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、上記した実施の形態では、３次元免震装置３の中にオイルダンパー４が設置された構成となっているが、本発明は、建屋１と基礎２との間にオイルダンパー４を介装させ、オイルダンパー４を３次元免震装置３と独立させて設置することも可能である。

また、上記した実施の形態では、オイルダンパー４がピストンロッド４１を上向きにして配置されており、オイルダンパー４のシリンダー４０が基礎２側に固定され、ピストンロッド４１が建屋１側に固定されているが、本発明は、ピストンロッド４１を下向きにしてオイルダンパー４を配置してもよい。

また、上記した実施の形態では、一対のオイルダンパー４Ａ、４Ｂが２組設けられているが、本発明は、一対のオイルダンパー４Ａ、４Ｂが１組であってもよく、或いは、一対のオイルダンパー４Ａ、４Ｂが３組以上設けられていてもよい。

また、上記した実施の形態では、単一の積層ゴム３０と、複数の空気ばね３１と、フレーム３２と、水平変形拘束機構３３とからなる３次元免震装置３が備えられているが、本発明は、他の構成の３次元免震装置を用いることも可能である。例えば、積層ゴム３０と空気ばね３１との天地を逆にしても構造的には同様に挙動し同様に機能する。つまり、フレーム３２の上部に複数の空気ばね３１を配置し、下部に単一の積層ゴム３０を配置しても良い。また、上記実施形態のように空気ばね３１の水平変形を拘束するための水平変形拘束機構３３を設置することが好ましいが、その具体的な構成は任意であるし、建屋１の水平変位が他の手段によって自ずと拘束されるような場合には省略しても良い。また、フレーム３２を介在させずに、単一の積層ゴム（水平免震機構）と単一の空気ばね（鉛直免震機構）とを上下に直列に組み合わせた構成からなる従来一般の３次元免震装置を用いることも可能である。

さらに、本発明の３次元免震システムは、上記実施形態のように基礎免震として基礎２と建屋１との間に設置するみならず、中間免震として建屋１の中間階に設置することも可能である。また、本発明の３次元免震システムは、大規模な建屋１を免震する場合に限らず、例えば、上部構造体として床だけを免震する床免震に適用することも可能である。

その他、本発明の主旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、上記した変形例を適宜組み合わせてもよい。

本発明の実施の形態を説明するための３次元免震システムの平面図である。 図１に示すＡ−Ａ間の断面図である。 （ａ）は本発明の実施の形態を説明するための３次元免震装置の平面図であり、（ｂ）は３次元免震装置の断面図である。 本発明の実施の形態を説明するための水平変形拘束機構の破断図である。 本発明の実施の形態を説明するためのオイルダンパーを模式的に表した断面図である。 本発明の実施の形態を説明するための一対のオイルダンパーを模式的に表した断面図である。

符号の説明

１ 建屋（上部構造体）
２ 基礎（下部構造体）
３ ３次元免震装置
４ オイルダンパー
４Ａ 第一オイルダンパー
４Ｂ 第二オイルダンパー
５ 第一油圧配管
６ 第二油圧配管
３０ 積層ゴム（水平免震機構）
３１ 空気ばね（鉛直免震機構）
３２ フレーム
４２ ピストン
４３ オイルタンク室
４３ａ 上側オイルタンク室
４３ｂ 下側オイルタンク室
４４ 調圧弁
４５ 電磁開閉弁

Claims (3)

1. 上部構造体と下部構造体との間に介装され前記上部構造体の水平方向及び鉛直方向の免震をそれぞれ行う３次元免震装置を備える３次元免震システムにおいて、
   前記上部構造体と前記下部構造体との間には、平面視における前記上部構造体の隅角位置に配置され鉛直方向の振動を減衰させる第一オイルダンパーと前記隅角位置の対角位置に配置され鉛直方向の振動を減衰させる第二オイルダンパーとからなる一対のオイルダンパーが設けられ、
   前記第一オイルダンパー及び前記第二オイルダンパーは、ピストンにより上下に仕切られたオイルタンク室をそれぞれ有しており、
   前記第一オイルダンパーの上側オイルタンク室と前記第二オイルダンパーの下側オイルタンク室とが電磁開閉弁を備えた第一油圧配管を介して連通されているとともに、前記第一オイルダンパーの下側オイルタンク室と前記第二オイルダンパーの上側オイルタンク室とが電磁開閉弁を備えた第二油圧配管を介して連通されていて、
   前記第一及び第二オイルダンパーの前記ピストンには、前記上側オイルタンク室と前記下側オイルタンク室とを連通する調圧弁が設けられ、
   前記電磁開閉弁は、
   前記第一オイルダンパーの上側オイルタンク室と前記第二オイルダンパーの下側オイルタンク室とを遮断するとともに、前記第一オイルダンパーの下側オイルタンク室と前記第二オイルダンパーの上側オイルタンク室とを遮断する遮断位置と、
   前記第一オイルダンパーの上側オイルタンク室と前記第二オイルダンパーの下側オイルタンク室とを連通するとともに、前記第一オイルダンパーの下側オイルタンク室と前記第二オイルダンパーの上側オイルタンク室とを連通する連通位置とを有し、
   通常時は前記遮断位置に切り替え、地震時は前記連通位置に切り替え可能に構成されていることを特徴とする３次元免震システム。
2. 請求項１記載の３次元免震システムにおいて、
   前記３次元免震装置は、水平免震機構と鉛直免震機構とが、上下方向に直列に配置されているとともに、該水平免震機構と鉛直免震機構との間に配置されたフレームを介して一体化された構成からなることを特徴とする３次元免震システム。
3. 請求項２記載の３次元免震システムにおいて、
   前記３次元免震装置は、前記フレームの平面視における中心位置に前記水平免震機構が固定され、前記中心位置の周囲に複数の前記鉛直免震機構が均等配置された構成からなることを特徴とする３次元免震システム。

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