JPH1172139A

JPH1172139A - 免震装置

Info

Publication number: JPH1172139A
Application number: JP18376397A
Authority: JP
Inventors: Katsuyuki Terada; 勝之寺田
Original assignee: Hitachi Kasado Engineering Co Ltd
Current assignee: Hitachi Kasado Engineering Co Ltd
Priority date: 1996-09-26
Filing date: 1997-07-09
Publication date: 1999-03-16

Abstract

(57)【要約】【課題】振り子腕を多段化して免震装置の高さを低くし
省スペース化により免震装置を実現する。【解決手段】略同心に配置された複数の環状体１ａ〜１
ｅからなり最外側の環状体１ａが地上に固定されている
環状体群１と、各環状体同志を垂直方向で球面継手を介
して結合する振り子リンク３ａ〜３ｅと、該振り子リン
クのうち最内側の振り子リンク３ｅと結ばれる中央体２
と、該中央体に結合され被免震体７が固定される支持座
５と、該最外側環状体１ａと該中央体２との間で水平方
向に設けられる水平ダンパ８ａ、８ｂとを備えた免震装
置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、免震装置に係り、
特に被免震体を省スペース、低コストで免震するに好適
な免震装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来技術としては、特開平７−２８６６
４０号に記載のように、１つの長い振子腕からなる低次
モード用制振装置と、も１つの短い振子腕からなる高次
モード用制振装置とを備え、１台で低次・高速両モード
の振動を低減するものが知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術において
は、振動の低次モードを制振しようとするとき、例えば
２．５Ｈｚの地震動を受けるとき被免震体の振動を大幅
に低減しようとする場合、被免震体の固有振動数を０.
５Ｈｚくらいに低くしておく必要があり、その場合振子
腕長さは１ｍくらいが必要となる。長さ１ｍの振子腕を
設けることは免震装置が非常に大きくなり大きなスペー
スを必要とするという問題がある。

【０００４】本発明は、従来技術のこの問題点を解決す
るために、免震装置の高さを低くして省スペース化する
ことを目的とする。

【０００５】本発明の他の目的は、高さを低くし省スペ
ース化した全方位免震装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、略同心に配置された複数個の環状体から
なり最外側の環状体が地上に固定されている環状体群
と、該環状体群の隣接する各環状体同志を垂直方向で球
面継手を介して結合する複数の振り子リンクと、該複数
の振り子リンクのうち最内側の振り子リンクと結ばれる
中央体と、該中央体に結合され被免震体が固定される支
持座と、前記最外側環状体と前記中央体との間で水平方
向に設けられる水平ダンパとを備えたことを特徴とする
ものである。本発明の他の特徴は、前記中央体と前記
支持座とを連結する上下ばね・減衰機構を設けたことに
ある。

【０００７】本発明によれば、最外側環状体と中央体と
の間を多段化、例えば、２００mm長の振り子リンクを５
段設けて全リンク長を１ｍとしているので、リンク長１
ｍの振り子リンクが１本存在することに等しい。従っ
て、２.５Ｈｚくらいの地震動を最外側環状体が受ける
とき、リンク長１ｍの振り子リンクに支持される被免震
体の固有振動数は０.５Ｈｚとなるので、この系が２.５
Ｈｚで加振されると被免震体の変位応答は加振変位の約
１／５倍となり、被免震体の振動は著しく低減される。
すなわち、大幅な振動低減が、多段化されたリンク（振
子腕）による省スペース化で実現される。

【０００８】本発明によれば、また、免震装置として、
高さを低くし省スペース化した全方位免震装置が得られ
る。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の第１実施例を説明
する。図１は本発明の免震装置の横断面図、図２は図１
のＢ−Ｂ視図、図３は本発明の免震装置の動作説明図、
図４は本発明と等価な従来の１本リンクの動作説明図、
図５は効果の説明図である。

【００１０】図１、図２において、１は、複数の同心の
環状体１ａ〜１ｅからなる環状体群であり、環状体群の
中で最も外側の環状体１ａは、点Ａで地上に固定されて
いる。２は最内側の環状体１ｅの内側にある中央体であ
る。３ａ〜３ｅは夫々長さ２００mmの振り子リンクで、
夫々各環状体１ａと１ｂ、１ｂと１ｃ、１ｃと１ｄ、１
ｄと１ｅ、環状体１ｅと中央体２を、球面継手４を介し
て環状体円周４ケ所で結合している。５は支持座で、中
央体２と結合され、６は支持座５に支持される被免震体
７の床台である。８ａ、８ｂは半径方向で互いに直角な
２ケ所に配置され、環状体１ａと中央体２に結ばれる水
平ダンパである。

【００１１】以上の構成からなる本発明の第１実施例に
よれば、最外側環状体１ａの地上固定点Ａに地震動ｙ_o
を受けるとき、環状体１ａ〜１ｅ、中央体２、振り子リ
ンク３ａ〜３ｅは、図３のように動作する（ｍは質量で
ある）。

【００１２】図４に示す従来の１本リンク式振り子にお
いて、８は外枠、９は１本リンク、１０は支持座であ
る。

【００１３】図３において、点Ａで地震動ｙ_o を左方向
に受けると、リンク長ｈの振り子リンク３ａ〜３ｅは夫
々右方向にθ振れて（各リンクの相対左右変位はｙ₁＝
ｈθ)、夫々のリンク下端が式(１)のようにＺ₁ だけ高
さが高くなり、合計中央体２ではＺ(＝５Ｚ₁）だけ高さ
が高くなる。

【００１４】

【数１】

【００１５】中央体２が高くなることは中央体２の位置
エネルギーが増すことであり、これはやがて左方向への
復元力を発生させる。（このとき、ｍの左右絶対変位は
ｙ_G＝ｙ−ｙｏ）。

【００１６】このことから、図３は、図４のような一本
リンク式振り子に相当していることがわかる。全リンク
長Ｈは５ｈであり、振れθによる高さ増はＺである。こ
の系の振動方程式は式（２）となり（ｇは重力加速
度）、

【００１７】

【数２】

【００１８】これから左右方向の固有振動数ｆ_y は式
（３）となる。

【００１９】

【数３】

【００２０】ここで、ｈ＝２００mmとすると、Ｈ＝５ｈ
＝１ｍであり、式（３）よりｆ_y ＝０.５Ｈｚとなる。

【００２１】被免震体の質量ｍの左右変位応答倍率ｙ_G
／ｙ_oは水平ダンパ８ａ、８ｂの減衰比を小さくしてい
るとき、図５のようになり、地震動ｙ_o の周波数は一般
に１.２５〜５Ｈｚの領域にあるので、地震動ｙ_o を受
けるときの被免震体７の振動応答は約０.２ｙ_oとなっ
て、約２０％に低減される。

【００２２】本実施例によれば、各リンク長を２００mm
としたとき、これを５本つないでいるので、図４のよう
な一本リンク式振り子に比べて、高さを１／５に出来て
省スペースに出来る効果がある。

【００２３】図６に示す本発明の第２実施例では、中央
体２と支持座５の間を直結せず、上下ばね・減衰機構９
を設けている。９ａは中央体２の内側に設けた内筒、９
ｂは内筒９ａに設けたばね座、９ｃはばね座９ｂと支持
座５の間に挿入されるコイルばね、９ｄは支持座５のガ
イド棒、９ｅは内筒９ａ内に設けたガイド棒９ｄのガイ
ド、９ｆは支持座５と中央体２の間に設けた上下ダンパ
である。コイルばね９ｃは上下の固有振動数が約０.５
Ｈｚとなるように軟かくしてある。また、水平方向に
はガイド棒９ｄ、ガイド９ｅによって剛にしてある。

【００２４】本実施例によれば、中央体２の中に上下ば
ね・減衰機構を設け、コイルばねによる固有振動数を約
０.５Ｈｚとしているので、上下方向でも振動を約１／
５に出来、かつ上下免震も行う場合に上下方向でさらに
省スペース化が計れるという効果がある。

【００２５】図７に示す本発明の第３実施例では、剛支
持機構１０を支持座５にともに設けている。１０ａは支
持座５に結ばれたガイド棒９ａの下端に設けたモータ
座、１０ｂはモータ座１０ａに設けたモータ、１０ｃは
モータ１０ｂに結合されたボールスクリュー、１０ｄは
ボールスクリューに結合された支持体、１０ｅは支持体
１０ｄをガイドするリニアガイド、１０ｆは地上に設け
られた支持体１０ｄが地上に接地したことを検知するリ
ミットスイッチ、１０ｇはモータ座１０ａに設けられ地
震動の初動を検知する水平振動加速度計、１０ｈは支持
座５に設けられリミットスイッチ１０ｆ、加速度計１０
ｇからの信号を入力としてモータの駆動をオンオフする
スイッチング回路である。

【００２６】図８にスイッチング回路１０ｈの構成例を
示す。この図８を用いて第３実施例のシーケンスを説明
する。免震装置上に被免震体７を固定した後、まず、手
動スイッチＳｗ₁、Ｓｗ₂、Ｓｗ₃ を手動でオンする。電
磁スイッチＳｗ₄ は最初からオンされている。するとモ
ータ１０ｂはボールスクリュー１０ｃを回転させるの
で、支持体１０ｄは地面に向かって移動する。支持体１
０ｄが接地するとリミットスイッチ１０ｆがオンされラ
ンプＬが点灯すると共に電磁スイッチＳｗ₄ はオフされ
る。したがってモータ１０ｂは駆動を停止する。ランプ
Ｌの点灯を知ってスイッチＳｗ₁、Ｓｗ₂を手動でオフす
る。この状態が地震のない通常時の状態である。地震動
発生時には、加速度計１０ｇがその初動を検知し、その
信号はアンプ１０ｉで増幅され、比較器１０ｊに送られ
る。比較器１０ｊでは設定値（１００ガルくらい）と信
号が比較され、設定値以上の信号であれば電磁スイッチ
Ｓｗ₅ に電流が送られスイッチＳｗ₅ がオンする。する
とモータ１０ｂは逆転駆動され支持体１０ｄは上方へ引
込む。モータ１０ｂはある設定パルス数だけ逆転して停
止する。こうして剛支持機構１０が接地から開放される
と免震装置の固有振動数は水平、上下方向とも約０.５
Ｈｚとなり地震動を免震する状態にされる。

【００２７】本実施例によれば、地震のない通常時に被
免震体が剛支持されるので、通常時の人的外力（約１０
０ガル以下の）によって被免震体７がふらふらすること
がない。

【００２８】図９に示す本発明の他の実施例では、図６
に示す第２実施例の上下ばね９ｃの具体例として、上下
ばね１１ｂとてこ１１ｅからなる上下ばね減衰機構を設
けている。中央体２の内側上部に上ばね座１１ａを設
け、上ばね座１１ａの下面に接してコイルばね１１ｂを
挿入し、コイルばね１１ｂの下端に接して下ばね座１１
ｃが設けてある。下ばね座１１ｃと中央体２の上端に設
けたピン支持１１ｆにピン支持されたてこ１１ｅの小端
部とはロッド１１ｄと両端のピン１１ｈを介して結ばれ
ている。てこ１１ｅの大端部は支持座５に固定されたフ
ランジ１１ｇとゴム入ピン１１ｉを介して結ばれる。

【００２９】図６の上下ばね９ｃにおいて、ばね負荷荷
重（ばね上荷重）を２０kgf とするとき、上下の固有振
動数を０.７Ｈｚにしようとすると、上下ばね定数ｋは
0.039kgf／mm と非常に軟かくなる。このばねにばね負
担荷重２０kgf をかけると、ばねは５１２mm撓むので、
自然長７６２mmのばねを５１２mm撓ませて中央体２の上
下長さ約２５０mm以下に収めねばならない。このような
軟かいばねを真直ぐに保って大きく予圧縮する作業は、
現実的にはかなり困難である。

【００３０】そこで、図９のように上下ばね１１ｂとて
こ１１ｅの組合せにすると、上下ばね１１ｂのばね定数
ｋ′は図６の上下ばね定数ｋの（てこ比)²倍、（てこ比
＝９／１、てこは円周方向で４個）、すなわちｋの８１
倍の３.２kgf／mmと硬くできるので、負担荷重２０kgf
による予圧縮量は５６mmとなり、自然長１２５mmのばね
を５６mmだけ圧縮すればよいから容易にばねを真直ぐに
保ったまま中央体２の中にばねを収めることができる。
このとき、荷重の質量ｍの上下変位Ｚ_G の振動方程式は
次式（４）で示せる。

【００３１】

【数４】

【００３２】ここに、ｌ₂／ｌ₁はてこ比の逆数、Ｚ₀ は
上下方向地震動変位上式は前述の式（２）と同じ形であり、上下方向の免震
効果は図５の左右方向免震効果とほぼ同じ効果が得られ
る。

【００３３】本実施例によれば、上下固有振動数を非常
に低くする場合に、てこを用いているので上下ばねに硬
いばねを使用することが出来、上下ばねを容易にコンパ
クトに中央体内に収めうるという効果がある。

【００３４】図１０、図１１に示す本発明の他の実施例
では、図６に示す上下ばね９ｃの他の具体例として、ね
じり棒１２ａとアーム１２ｂの組４個からなる上下ばね
減衰機構１２を設けている。中央体２の上部円周方向４
ケ所に足１２ｃが設けられ、足１２ｃに架台１２ｄが固
定されている。架台１２ｄには上面に２組のねじり棒１
２ａとアーム１２ｂ、下面に前記と直角方向で２組のね
じり棒１２ａとアーム１２ｂが設けられている。架台１
２ｄに固定端１２ｅが取付けられ固定端１２ｅにねじり
棒１２ａが固定される。ねじり棒１２ａの中間部では、
架台１２ｄに取付けられたベアリングを有する支持端１
２ｆのベアリング内をねじり棒１２ａが回転可能に貫通
している。ねじり棒１２ａの他端にはアーム１２ｂが直
角水平に取付けられる。アーム１２ｂのねじり棒１２ａ
と反対側には、支持座５から下へ伸びた脚１２ｇがピン
で結合されている。

【００３５】本実施例によれば、ねじり棒１２ａを上下
ばね用として用いていて、例えば負荷荷重２０kgf によ
る撓みをアーム１２ｂの端で５mm程度とすることが出来
るので、図９と同様に狭いスペース内に容易に上下ばね
減衰機構１２をコンパクトに収めることが出来る効果が
ある。

【００３６】また、図１２に示す本発明の他の実施例で
は、環状体が略同心の正方形１３ａ〜１３ｄからなって
おり、図１３に示す他の実施例では、環状体が略同心の
正三角形１４ａ〜１４ｃからなっている。このように環
状体を正多角形、あるいはそれに近い例えば長方形等の
多角形で構成してもよい。また、各環状体の中心位置は
厳密に一致している必要は無いが、環状体間はほぼ同じ
大きさにしたいので、中心ずれは余り大きく出来ず実質
的に略同心であればよい。

【００３７】これらの実施例によれば、図２に示した同
心円状に配置された円形の環状体に比べて剛性はやや低
下するものの、環状体が直線部材で構成されているた
め、製作が容易でより安価となる効果がある。

【００３８】

【発明の効果】本発明によれば、震動を約２０％に低減
するという高性能の免震装置を、高さを低くして省スペ
ースで実現できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例になる免震装置の横断面図
である。

【図２】図１に示す免震装置のＢ−Ｂ視図である。

【図３】図１に示す第１実施例の動作説明図である。

【図４】本発明と等価な従来の１本リンク方式免震装置
の動作説明図である。

【図５】本発明の免震装置の効果を説明する図である。

【図６】本発明の第２実施例になる免震装置の横断面図
である。

【図７】本発明の第３実施例になる免震装置の横断面図
である。

【図８】第３実施例のスイッチング回路図である。

【図９】本発明の第２実施例の具体実施例になる免震装
置の横断面図である。

【図１０】本発明の第２実施例の他の具体実施例になる
免震装置の正面図である。

【図１１】図１０に示す免震装置のＣ−Ｃ視図である。

【図１２】環状体が略同心の四角形で構成された本発明
の他の実施例になる免震装置の平面図である。

【図１３】環状体が略同心の三角形で構成された本発明
の他の実施例になる免震装置の平面図である。

【符号の説明】

１…環状体群、１ａ〜１ｅ…環状体、２…中央体、３ａ
〜３ｅ…振り子リンク、５…支持座、８ａ〜８ｂ…水平
ダンパ、９、１１、１２…上下ばね・減衰機構、１０…
剛支持機構、１３ａ〜１３ｄ…環状体、１４ａ〜１４ｃ
…環状体、

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】略同心に配置された複数個の環状体からな
り最外側の環状体が地上に固定されている環状体群と、
該環状体群の隣接する各環状体同志を垂直方向で球面継
手を介して結合する複数の振り子リンクと、該複数の振
り子リンクのうち最内側の振り子リンクと結ばれる中央
体と、該中央体に結合され被免震体が固定される支持座
と、前記最外側環状体と前記中央体との間で水平方向に
設けられる水平ダンパとを備えたことを特徴とする免震
装置。
【請求項２】請求項１に記載の免震装置において、前記
中央体と前記支持座とを連結する上下ばね・減衰機構を
設けたことを特徴とする免震装置。
【請求項３】請求項１または請求項２に記載の免震装置
において、前記支持座を地震時以外は地上に剛に支持す
る剛支持機構を設けたことを特徴とする免震装置。