JP5878285B2 - 空気ばねタイプの圧力容器構造体 - Google Patents

Description

この発明は、ダイヤフラムもしくはベローズを用いた空気ばねタイプの圧力容器構造体、なかでも構造物とその基礎との間に設置される免震装置の一部として用いて好適な圧力容器構造体に関し、とくに、ダイヤフラムもしくはベローズを構成する可撓膜体が破裂、パンク等した際の安全性を向上させた技術を提案するものである。

ダイヤフラムもしくはベローズを用いた空気ばねとしては、たとえば、特許文献１に記載されたダイヤフラム形のもののように、ゴム板と剛性板とを交互に積層してなる「積層ゴム」と組み合わせて、それを、基礎からの地震動などの、構造物への伝達を抑制する免震装置として、構造物と基礎との間に配設することがある。
特許文献１に記載された免震装置によれば、「地震が起きれば、積層ゴムが主に水平方向の揺れを低減し、空気ばねが主に垂直方向の揺れを低減する。」とされている。

特開２００５−１６６３３号公報

ところで、このような免震装置では、構造物と基礎との間の設置スペース上の制約から、空気ばねの小型化が要求されるが、小型化した空気ばねによって、重量の大きい構造物を確実に支持するためには、空気ばねへの充填内圧を１ＭＰａ以上の高圧力に設定することが必要になる。
これがため、空気ばねの可撓膜体が破裂した場合には、瞬間的に大量の空気が外部に放出されることになるので、この種の空気ばねには、安全性の面で問題があった。

この発明は、従来技術が抱えるこのような問題点を解決することを課題とするものであり、それの目的とするところは、たとえば免震装置の一部として用いられる、高内圧下の空気ばねタイプの圧力容器構造体において、上方側からの大荷重を十分に支持するとともに、可撓膜体の破裂時等に、安全性を確保することができる圧力容器構造体を提供することにある。

この発明の圧力容器構造体は、構造物とその基礎との間に設置される免震装置に使用される圧力容器構造体であって、ダイヤフラム形の可撓膜体もしくはベローズ形の可撓膜体を用いた空気ばねタイプの圧力容器内に、非圧縮性の液体を封入するとともに、前記圧力容器内の液体室を空気タンクに連通させ、該空気タンク内で摺動可能なピストン部材により、空気タンク内の非圧縮性の液体を、空気タンク内圧に加圧してなり、前記圧力容器および前記空気タンクを一体化させること無く、連通管を用いて連通させ、前記連通管は前記空気タンクの、前記ピストン部材の摺動方向に沿った端壁に接続され、前記空気タンクの端壁と前記ピストン部材の間にストッパ部材が設けられ、前記圧力容器が、一端に開口を有する外筒と、一端に開口を有する内筒と、互いの開口を向かい合わせた前記外筒および前記内筒を、液密に連結するダイヤフラム形の可撓膜体もしくはベローズ形の可撓膜体と、を有し、前記内筒が、筒状の側壁と、前記連通管に接続された底壁と、からなり、前記内筒の前記側壁の一端によって、該内筒の前記開口が区画されており、該側壁の他端に、該内筒の前記底壁が連結されているものである。

この発明の圧力容器構造体によれば、構造物等による上方側からの荷重が作用した際に、圧力容器内に封入した非圧縮性の液体が、空気タンクへ流動し、それによって、空気タンク内のピストン部材が、空気タンクの、液体室との連通部とは逆側へ摺動し、あるいは、弾性膜が連通部とは逆側に弾性変形して、空気タンク内圧が加圧されることで、従来の空気ばねと同様に、上方側の荷重を十分に支持することができる。

そして、この圧力容器構造体では、圧力容器の可撓膜体が、破裂、パンク等した場合に、圧力容器の液体室内の液体が、その破裂箇所等から外部に加圧状態で放出することになるが、加圧された非圧縮性の液体は、加圧空気とは異なり、外部に放出された際に体積膨脹しないことから、空気のみを充填した従来の空気ばねに比して、可撓膜体の破裂時の安全性を向上させることができる。

また、液体室内の液体の、外部への放出に伴い、液体室に連通させた空気タンク内の、非圧縮性の液体を加圧するピストン部材が、空気タンクの、液体室との連通部側の所定の摺動限界位置、たとえば連通部側の端部分まで摺動し、あるいは、弾性膜が、液体室との連通部側に弾性変形して、空気タンク内圧による液体の加圧を停止するべく機能することになる。
この結果として、可撓膜体の破裂箇所等から加圧状態で放出される液体は、可撓膜体の破裂等の前に、空気タンク内に存在する液体の体積分のみとなって、従来の空気ばねの破裂時に比して、外部への放出量を大幅に低減することができるため、破裂時等の安全性がより一層高まることになる。

この発明の一の実施の形態を示す縦断面図である。 圧力容器構造体に用いる空気タンクの変形例を示す縦断面図である。

以下に図面を参照しつつ、この発明の実施の形態について説明する。
図１に例示する圧力容器構造体１は、ダイヤフラムを用いた空気ばねタイプの圧力容器を具えるものであって、いずれも剛性材料からなる外筒２および内筒３と、可撓膜体４とからなる圧力容器５を、外部に配置した空気タンク６に接続してなるものである。
なお、図示は省略するが、ダイヤフラム形の可撓膜体４に代えて、ベローズ形の可撓膜体を用いることもできる。

ここで、図示の圧力容器５では、外筒２および、外筒２よりも小径の内筒３をともに、各一端２ａ、３ａを開口させた筒状とするとともに、各他端を底壁２ｂ、３ｂで密閉した形状とし、内筒３を、外筒２の内側に、各開口端２ａ、３ａが互いに向い合う姿勢で配置する。
そして、内筒３の、図では下方を向く一端３ａと、外筒２の底壁２ｂの内側とを、筒状の可撓膜体４で液密に連結し、この可撓膜体４の内側に、非圧縮性の液体を封入して液体室７を形成する。

ここで、空気タンク６は、それの内部に、図の上下方向に摺動可能に配設した、空気タンク６の内面寸法に一致する寸法を有するピストン部材８を具える。
このピストン部材８は、空気タンク６の内部を、図の上下に二個の空間に気密に区画するものである。

そして、空気タンク６の、図の下方側の空間に、所定の圧力に加圧した空気その他の気体を充填封入して気室１０を形成する。
一方、空気タンク６の、図の上方側の空間には、非圧縮性の液体を封入し、これを、ピストン部材８を介して気室１０から圧力を受ける受圧液室１１とし、この受圧液室１１を、たとえば連通管９によって圧力容器５の液体室７、図では内筒３の内側に連通させる。

このようにして構成した圧力容器構造体１では、圧力容器５の可撓膜体４が、たとえば、内外反転箇所Ａで破裂した場合に、その破裂箇所Ａから、加圧状態の液体が外部へ流出することになるが、液体の流出に伴う液圧の低下によって、空気タンク６のピストン部材８が、気室１０の内圧の作用に基いて、図に矢印で示す向きに摺動するも、この摺動変位は、ピストン部材８が、空気タンク６の、液体室７との連通部側の端壁６ａに当接することにより、図に仮想線で示す摺動限界位置で停止されることになる。
これがため、実質的には、破裂前に受圧液室１１内に存在した液体の体積Ｖｐ分だけが、破裂箇所Ａから加圧状態で流出されることになるので、従来の空気ばねの破裂時に比して、加圧流体の外部への流出量を大幅に低減することができ、その結果として、可撓膜体４の破裂時等の安全性が確保されることになる。

なお、図１に示すところでは、空気タンク６の、連通部側の端壁６ａで、ピストン部材８の摺動限界位置を特定することとしたが、これ以外に、たとえば、別個のストッパ部材を、空気タンクの内周面で、連通部側端壁とピストン部材との間に取付け、このストッパ部材で、前記摺動限界位置を特定するものとすることもできる。
このことによれば、構造体ごとに、それの使用態様などに応じて、ピストン部材の摺動量、ひいては加圧液体の流出量を適宜選択することが可能となる。

ここにおいて、空気タンク６の内側に、ピストン部材８を収納することに代えて、空気タンク６の内面に、図２に示すような弾性膜１２を固定ないしは固着させて設けることもできる。
この場合、可撓膜体４の破裂時には、弾性膜１２が、図２に仮想線で示す如く端壁６ａ側に大きく弾性変形することになって、弾性膜１２に固有の張力で、気室１０の内圧を受け持つので、加圧空気による、受圧液室１１内の液体の全ての流出を防ぐことができる。

ところで、図示は省略するが、圧力容器５の可撓膜体４は、気密性および屈曲性の確保のため、ゴム材料などの弾性材料から形成したゴム膜の内部に、たとえば、有機繊維コードを、筒状可撓膜体４の中心軸線に対して傾斜する向きに延在させてなる一層もしくは複数層の補強層を埋設することにより構成することができる。
また、可撓膜体４の各端部と、内筒３の一端３ａおよび、外筒２の底壁２ｂの内側のそれぞれとを連結するに当っては、図１に示すように、リング状の締結帯１３を用いることができる。

１、２１ 圧力容器構造体
２、２２ 外筒
２ａ 一端
２ｂ 底壁
３、２３ 内筒
３ａ 一端
３ｂ 底壁
４、２４ 可撓膜体
５、２５ 圧力容器
６、２６ 空気タンク
６ａ 連通部側の端壁
７、２７ 液体室
８、２８ ピストン部材
９、２９ 連通管
１０、３０ 気室
１１、３１ 受圧液室
１２ 弾性膜
１３ 締結帯
Ａ 破裂箇所
Ｖｐ 破裂前の、受圧液室内の液体体積

Claims (1)

1. 構造物とその基礎との間に設置される免震装置に使用される圧力容器構造体であって 、
   ダイヤフラム形の可撓膜体もしくはベローズ形の可撓膜体を用いた空気ばねタイプの圧力容器内に、非圧縮性の液体を封入するとともに、前記圧力容器内の液体室を空気タンクに連通させ、
   該空気タンク内で摺動可能なピストン部材により、空気タンク内の非圧縮性の液体を、空気タンク内圧に加圧してなり、
   前記圧力容器および前記空気タンクを一体化させること無く、連通管を用いて連通させ、
   前記連通管は前記空気タンクの、前記ピストン部材の摺動方向に沿った端壁に接続され、
   前記空気タンクの端壁と前記ピストン部材の間にストッパ部材が設けられ、
   前記圧力容器が、一端に開口を有する外筒と、一端に開口を有する内筒と、互いの開口を向かい合わせた前記外筒および前記内筒を、液密に連結するダイヤフラム形の可撓膜体もしくはベローズ形の可撓膜体と、を有し、
   前記内筒が、筒状の側壁と、前記連通管に接続された底壁と、からなり、
   前記内筒の前記側壁の一端によって、該内筒の前記開口が区画されており、該側壁の他端に、該内筒の前記底壁が連結されている、圧力容器構造体。

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