JPWO2020084848A1 - 免震ユニットおよび免震装置 - Google Patents

Abstract

地震は免震するが地震でない場合には剛性を持たせることが可能な免震ユニットにおいて、圧縮方向および引張方向の両方で作動するために必要な離間機構部分で発生する衝撃荷重を小さく抑えることができる免震ユニットを得る。免震する方向に予め定められた間隔を隔てて配置された第１接続部（５ａ）及び第２接続部（５ｂ）と、第１接続部（５ａ）と第２接続部（５ｂ）との間に設けられ、免震する方向からの外力が加えられる移動制約部（６）とを備え、移動制約部（６）は、一端が第１接続部（５ａ）に接続される第１の筐体（４ａ）と、一端が第２接続部（５ｂ）に接続される第２の筐体（４ｂ）と、第１の筐体（４ａ）の内部に収納された第１の減衰装置（２１）と、第２の筐体（４ｂ）の内部に収納された第２の減衰装置（２２）と、第１の筐体（４ａ）と第２の筐体（４ｂ）との間に設けられた振動減衰部（１）と、第１の減衰装置（２１）と第２の減衰装置（２２）とを連結する連結部材（３）とを備え、第１の減衰装置（２１）と第２の減衰装置（２２）とはそれぞれ、シリンダ（２１ｂ，２２ｂ）と、可圧縮性の流体（２１ｃ，２２ｃ）と、ピストン（２１ａ，２２ａ）とを有する。

Description

この発明は、構造物や機器に対して、地震発生時に地震による揺れの伝達を抑制するための免震ユニットおよび免震装置に関するものである。

免震ユニットまたは免震装置は、免震対象である構造物や機器等と、基礎部との間に設置され、地震が発生した際に免震対象を基礎部から切り離す。そうすることにより、基礎部から地震の振動が免震対象へ伝達することを抑制し、地震発生時に免震対象に発生する加速度を緩和する効果をもたらす。このような免震ユニットにおいて、電気の無い環境でも繰り返される地震に対して何度も使用できるとともに、地震は免震するが地震でない場合は剛性を持たせることが可能な免震ユニットがあった（例えば、特許文献１参照）。特許文献１では、予圧を加えた弾性体から構成される予圧バネユニットを有するものである。この免震ユニットでは、予圧バネユニットに加わる外力が予圧以下である場合には間隔を変化させず、外力が予圧を超える場合に間隔が変化する。特許文献１の図１または図１３に開示された予圧バネユニットでは、弾性体として皿バネ重ねたものまたはコイルバネが用いられる。

また、小さな荷重では作動せず、大きな荷重で作動する緩衝部材として、可圧縮性の液体を用いた液体圧スプリングがある（例えば、特許文献２参照）。特許文献２では、一定値を超える外力が加わると、ピストンロッドがシリンダ内部へ侵入しシリンダ内部の容積が初期時に比べ小さくなる。これにより、シリンダの内部に封入された可圧縮性の流体の圧力が高まる。この高まった圧力が反力となり復元作用が生じると共に、流体が圧縮・復元する過程で加えられたエネルギーを減衰吸収する。

国際公開第２０１７／０５６２６５号 特開２００８−１７５２６６号公報

しかしながら、特許文献１の図１または図１３に開示された免震ユニットの予圧バネユニットは、弾性体として皿バネ重ねたものまたはコイルバネが用いられる。このような予圧バネユニットにおいては、予圧を超える外力が加わり圧縮変形した皿バネまたはコイルバネが初期位置に戻る際に、急激な荷重の変化が起こる。そのため皿バネまたはコイルバネに接続されたアーム部と筐体との間に大きな衝撃荷重が発生するという課題がある。また、特許文献２に開示された液体圧スプリングは減衰作用を有するため、初期位置に戻る際に衝撃荷重を小さく抑えられる。しかし、この液体圧スプリングはその構造上、圧縮方向の外力に対しては内部の流体が圧縮され動作するが、引張り方向の外力に対しては、ピストンとシリンダが接触して動作しない。そのため、免震ユニットに適用し動作させるためには、液体圧スプリングを適切な個数、適切な方向に配置しなければならないという課題がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、地震は免震するが地震でない場合には剛性を持たせることが可能な免震ユニットにおいて、復元時に発生する衝撃荷重を小さく抑えることができる免震ユニットおよび免震装置の提供を目的とする。

この発明に係る免震ユニットは、免震する方向に予め定められた間隔を隔てて配置された第１接続部及び第２接続部と、第１接続部と第２接続部との間に設けられ、免震する方向からの外力が加えられる移動制約部とを備え、移動制約部は、一端が第１接続部に接続された第１の筐体と、一端が第２接続部に接続された第２の筐体と、第１の筐体の内部に収納された第１の減衰装置と、第２の筐体の内部に収納された第２の減衰装置と、第１の筐体と前記第２の筐体との間に設けられ、第１接続部と第２接続部との間の間隔が大きくなる際に間隔を小さくする向きの力を発生させ、間隔が小さくなる際に間隔を大きくする向きの力を発生させる振動減衰部と、第１の減衰装置と前記第２の減衰装置とを連結する連結部材とを備え、第１の減衰装置と第２の減衰装置とはそれぞれ、両端が閉塞されたシリンダと、シリンダの内部に封入されると共に予圧が加えられた可圧縮性の流体と、シリンダの一端を貫通し、一端が前記シリンダの内部に設けられ他端が前記シリンダの外部に設けられ、シリンダの内部への進入により流体に圧力上昇を生じさせるピストンとを有し、第１の減衰装置のシリンダと第２の減衰装置のシリンダとは、連結部材に接続され、第１の減衰装置のピストンの他端は、第１の筐体の前記一端に接続され、第２の減衰装置の前記ピストンの他端は、第２の筐体の前記他端に接続される。

本発明によれば、地震は免震するが地震でない場合には剛性を持たせることが可能な免震ユニットにおいて、復元時に発生する衝撃荷重を小さく抑えることができる免震ユニットおよび免震装置を得ることができるという効果を奏する。

本発明の実施の形態１に係る免震ユニットの模式図である。 本発明の実施の形態１に係る免震ユニットの動作および構造を説明するための断面図である。 本発明の実施の形態１に係る免震ユニットの第１の減衰装置と第２の減衰装置とにおける荷重と変位との関係を示すグラフである。 本発明の実施の形態１に係る免震ユニットを含む免震装置を免震対象の基礎部に適用した構成例を示す模式図である。 本発明の実施の形態１に係る免震ユニットの圧縮方向の外力が作用したときの荷重の伝達経路を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る免震ユニットの引張方向の外力が作用したときの荷重の伝達経路を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る免震ユニットの地震時の動作を説明する模式図を示す。 本発明の実施の形態２に係る免震ユニットの動作および構造を説明するための断面図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の図面において、同一または相当する部分には同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。

実施の形態１．
本実施形態に係る免震ユニットは、例えば免震対象である大型望遠鏡を搭載する架台と、基礎部である地盤との間に適用される。図１（ａ）は、本発明の実施の形態１に係る免震ユニットの平面模式図である。図１（ｂ）は図１に示した免震ユニットのＡ−Ａ線における断面模式図である。図２は図１（ａ）に示した免震ユニットの動作および構造を説明するための断面図である。

図２に示すように、免震ユニットは、振動を伝えない対象である免震対象に接続される免震対象接続部である第１接続部５ａと、地震により振動する構造物に接続される振動側接続部である第２接続部５ｂと、移動制約部６とを主に備える。第１接続部５ａ及び第２接続部５ｂは、免震する方向である免震方向に予め定められた間隔を隔てて配置される。移動制約部６は、第１接続部５ａと第２接続部５ｂとの間に設けられる。移動制約部６は、免震方向の一端が第１接続部５ａに接続され、他端が第２接続部５ｂに接続される。移動制約部６は、第１接続部５ａと第２接続部５ｂとから、免震方向に加えられた外力が閾値を超える場合に第１接続部５ａと第２接続部５ｂとの間の間隔が変化するように第２接続部５ｂが移動することを可能にするものである。つまり、移動制約部６は、免震方向に伸縮可能なユニットとなっている。

移動制約部６は、第１の筐体４ａと、第２の筐体４ｂと、第１の減衰装置２１と第２の減衰装置２２と、振動減衰部１と、連結部材３とを備える。免震ユニットの両端部に位置する第１接続部５ａ及び第２接続部５ｂとの間に、第１の筐体４ａと、第１の筐体４ａに収納された第１の減衰装置２１と、振動減衰部１と、第２の筐体４ｂと、第２の筐体４ｂに収納された第２の減衰装置２２とが免震方向に一直線上に並んで配置されている。連結部材３は、第１の減衰装置２１と第２の減衰装置２２とを連結している。

図２に示すように、第１の筐体４ａと第２の筐体４ｂとが、振動減衰部１の免震方向における両側に配置される。第１の減衰装置２１は、第１の筐体４ａの内部に収納される。第２の減衰装置２２は、第２の筐体４ｂの内部に収納される。

第１の筐体４ａと、第２の筐体４ｂとは、両端が塞がれた円筒状の形状を有している。第１の筐体４ａは、一端である端部４１ａが第１接続部５ａに接続され、他端である端部４２ａが振動減衰部１に接続される。第２の筐体４ｂは、一端である端部４１ｂが第２接続部５ｂに接続され、他端である端部４２ｂが振動減衰部１に接続される。第１接続部５ａと第２接続部５ｂとは、例えばクレビス等のシリンダ用金具から構成される。これにより、第１接続部５ａと第２接続部５ｂとの間に、第１の筐体４ａ、振動減衰部１、第２の筐体４ｂが一直線上に並んで配置される。ここでは、第１の筐体４ａが第１接続部５ａに接続され、第２の筐体４ｂが第２接続部５ｂに接続されているが、逆向きに接続してもよい。つまり、第１の筐体４ａは、一端である端部４１ａが第２接続部５ｂに接続され、他端である端部４２ａが振動減衰部１に接続される。そして、第２の筐体４ｂは、一端である端部４１ｂが第１接続部５ａに接続され、他端である端部４２ｂが振動減衰部１に接続される構成としてもよい。

振動減衰部１は、移動速度に応じて抵抗力を発生し、入力された振動を減衰させる減衰装置である。また異なる観点から言えば、振動減衰部１は、第１接続部５ａと第２接続部５ｂの間の間隔が大きくなる際に間隔を小さくする向きの力を発生させ、間隔が小さくなる際に間隔を大きくする向きの力を発生させる。振動減衰部１は、周知の任意の減衰装置を適用することができ、ここでは粘性ダンパーである。振動減衰部１は、一端が第１の筐体４ａの他端である端部４２ａに接続される。振動減衰部１の他端は第２の筐体４ｂの他端である端部４２ｂに接続される。

第１の減衰装置２１は、シリンダ２１ｂと、可圧縮性の流体２１ｃと、ピストン２１ａとを有する。流体２１ｃは、シリンダ２１ｂの内部に封入されると共に予圧が加えられている。ピストン２１ａは、シリンダ２１ｂ内に往復動自在に設けられる。ピストン２１ａは、ピストンヘッドとピストンロッドとから成る。ピストンヘッドは、シリンダ２１ｂの内部に設けられる。ピストンロッドは、シリンダ２１ｂの一端を貫通しており、端部がシリンダの外部に出ている。つまりピストン２１ａは、一端がシリンダ２１ｂの内部に設けられ、他端がシリンダ２１ｂの外部に設けられる。

第１の減衰装置２１の動作を説明する。ピストン２１ａに、流体２１ｃに加えられた予圧力を超える押圧力が加えられると、シリンダ２１ｂのピストンロッドが貫通している側の端部とピストンヘッドが離間する。そして、ピストン２１ａがシリンダ２１ｂ内部へ進入し、シリンダ２１ｂ内部の容積が初期時に比べ小さくなる。これにより、シリンダ２１ｂ内部に密封された流体２１ｃが圧縮されその圧力が高まる。この高まった圧力が反力となり復元作用が生じると共に、流体２１ｃが圧縮および復元の過程でエネルギーを減衰吸収する。ピストン２１ａへ加えられる押圧力が解消されると、ピストン２１ａは、加圧された流体２１ｃの反力により元の初期位置に復帰される。ピストン２１ａに引張力が加えられた場合は、シリンダ２１ｂのピストンロッドが貫通している側の端部とピストンヘッドとの接触により、ピストン２１ａは移動しない。

第２の減衰装置２２は、第１の減衰装置２１と同様に、両端が閉塞されたシリンダ２２ｂと、シリンダ２２ｂの内部に封入されると共に予圧が加えられた可圧縮性の流体２２ｃと、ピストン２２ａとを有するものであり、第１の減衰装置２１と同様の構成である。

上記により、第１の減衰装置２１と第２の減衰装置２２とは、押圧力が加えられたことにより、動作したピストン２１ａ（２２ａ）を初期位置に戻すための復元力に加えて、衝撃荷重を緩和する減衰力も有する構成となる。また、シリンダ２１ｂ（２２ｂ）内部の流体２１ｃ（２２ｃ）に加える予圧を設定することで、小さな荷重ではピストン２１ａ（２２ａ）の移動を生じさせず、大きな荷重で初めてピストン２１ａ（２２ａ）の移動を生じさせることができる。つまり、第１の減衰装置２１及び第２の減衰装置２２の主軸方向に予圧以下の押圧力が加えられた場合、高い剛性を有し、予圧を超える押圧力が加えられた場合、低い剛性を有する構成とすることができる。

第１の減衰装置２１と第２の減衰装置２２とに加える予圧力は、通常時に免震ユニットに作用する荷重より大きい値に設計することで、免震機能が作動していないときには高い剛性を有することが望ましい。つまり第１の減衰装置２１と第２の減衰装置２２との荷重と変位との関係は、図３に示すように変化することが好ましい。

図３は、第１の減衰装置２１と第２の減衰装置２２とにおける荷重と変位との関係を示すグラフである。図３（ａ）において、横軸は第１の減衰装置２１と第２の減衰装置２２とにおけるシリンダ２１ｂ（２２ｂ）の一端とピストン２１ａ（２２ａ）のピストンヘッドとの間の間隔の変位を示す。縦軸は第１の減衰装置２１と第２の減衰装置２２とに加えられる荷重を示している。縦軸の上側が圧縮荷重を示し、下側が引張り荷重を示す。なお、シリンダ２１ｂ（２２ｂ）の一端とピストン２１ａ（２２ａ）のピストンヘッドとの間の間隔は、初期位置である通常の状態を変位ゼロとする。図３（ａ）の領域６ａ、領域６ｂ、領域６ｃでの、第１の減衰装置２１及び第２の減衰装置２２の状態を図３（ｂ）に示す。領域６ａは、第１の減衰装置２１及び第２の減衰装置２２に予圧力以下の圧縮荷重が作用した場合を示す。領域６ｂは、第１の減衰装置２１及び第２の減衰装置２２に予圧力を超える圧縮荷重が作用した場合を示す。領域６ｃは、第１の減衰装置２１及び第２の減衰装置２２に引張荷重が作用した場合を示す。

図３（ａ）の領域６ａ、領域６ｃに示すように荷重が所定の予圧力より小さい場合は、第１の減衰装置２１及び第２の減衰装置２２の剛性が支配的であり、荷重の変化に対して変位の増減は極めて小さくなっている。一方、図３（ａ）の領域６ｂに示すように荷重が所定の予圧力より大きくなる場合は、荷重の変化に対して変位の増減が相対的に大きくなっている。

ここで、第１の減衰装置２１は、第１の筐体４ａの内部に収納されると共に、一端が第１の筐体４ａに接続され、他端が連結部材３に接続される。第２の減衰装置２２は、第２の筐体４ｂの内部に収納されると共に、一端が第２の筐体４ｂに接続され、他端が連結部材３に接続される。詳しくは、第１の減衰装置２１のピストン２１ａの他端であるピストンロッドは、第１の筐体４ａの一端である端部４１ａに接続される。よって、第１の筐体４ａに加えられた外力は、ピストン２１ａに伝えられる。第２の減衰装置２２のピストン２２ａの他端であるピストンロッドは、第２の筐体４ｂの他端である端部４２ｂに接続される。よって、第２の筐体４ｂに加えられた外力は、ピストン２２ａに伝えられる。

シリンダ２１ｂにおいてピストンロッドが貫通している側の端部と反対側の端部と、シリンダ２２ｂにおいてピストンロッドが貫通している側の端部と反対側の端部とは、連結部材３に接続される。これにより、第１の減衰装置２１のシリンダ２１ｂと第２の減衰装置２２のシリンダ２２ｂとは、連結され、決められた間隔を維持して連動して動作する。よって、連結部材３は、第１の減衰装置２１に加えられた力を第２の減衰装置２２に伝え、第２の減衰装置２２に加えられた力を第１の減衰装置２１に伝える。このように、構成することで、免震ユニットは、伸縮可能なユニットとなっている。

次に、図２に示した免震ユニットの適用例を、図４を参照しながら説明する。図４には、図２に示した免震ユニットを水平方向の一方向に設置した場合の構成例を示している。なお、図４では水平方向の一方向すなわち第１方向に設置した免震ユニットを示しているが、この構成例では水平面内において第１方向と交差する方向すなわち第２方向にも、別の免震ユニット（図示しない）を設置する。第２方向は、水平面内において、好ましくは第１方向と直交する方向である。つまり、図４に示した構成例である免震装置は、水平面内の第１方向を免震方向にして、水平面内で移動可能に支持されている免震対象に接続される図２に示した免震ユニットである第１方向免震ユニットと、水平面内で第１方向と異なる第２方向を免震方向にして、免震対象に接続される図２に示した免震ユニットである第２方向免震ユニットとを備える。このような免震装置では、第１方向および第２方向のどちらか少なくとも一方で、２つ以上の免震ユニットを設置してもよい。この場合、免震対象を挟むように複数の免震ユニットを設置してもよい。免震ユニットの数を増やすことにより、より大きな免震効果を得ることができる。

図４に示すように、免震ユニットは、建築物や精密機器など免震対象９の下部に配置された水平な板状の免震層１０と、地盤側の基礎部１１との間に設置される。免震層１０の上に免震対象９が存在する。図４では免震ユニットを実際よりも大きく書いている。免震層１０の免震ユニットが設置された端部に、基礎部１１から壁部１３が免震層１０側に向けて突出して形成されている。また、壁部１３と対向する位置に、免震層１０から基礎部１１側に向けて壁部１４が突出して形成されている。免震ユニットは、対向する壁部１３と壁部１４との間をつなぐように配置されている。

なお、壁部１４と基礎部１１の間にはリニアガイド１２が設置されている。ここで、リニアガイド１２は水平方向に拘束がなくスムーズに動くガイド機構である。また、壁部１３と免震層１０の間にもリニアガイド１２が設置されている。リニアガイド１２以外の滑り支承を使用してもよい。例えば、積層ゴム、滑り軸受け、転がり軸受けなどを使用してもよい。

図４に示すような水平免震の場合は、免震対象９と免震層１０の重量を水平方向のリニアガイド１２を介して、壁部１３と壁部１４とが支持している。このような構成により、地震時に、基礎部１１が振動しても、免震ユニットにより免震対象９および免震層１０の振動は緩和される。この結果、免震層１０並びに免震対象９は水平方向における地震の振動に関して免震される。

また、図２に示した免震ユニットを複数組み合わせた免震装置としてもよい。例えば、免震ユニットをＺ方向、Ｘ方向およびＹ方向（３軸方向）に備えた免震装置（図示しない）としてもよい。Ｘ方向が水平面内の１方向であり、Ｙ方向が水平面内でＸ方向と直交する方向であり、Ｚ方向が鉛直方向である。詳しくは、上側に存在する免震対象に接続され、鉛直方向を免震方向にする鉛直方向免震ユニットと、水平面内の第１方向を免震方向にする第１方向免震ユニットと、水平面内で第１方向と異なる第２方向を免震方向にする第２方向免震ユニットとを備える免震装置である。第１方向免震ユニットと第２方向免震ユニットとは、鉛直方向免震ユニットを介して免震対象に接続される。

このような免震装置によると、鉛直方向免震ユニットにより、鉛直方向での振動に対する免震機能を実現できる。また、水平面内の第１方向免震ユニットにより、水平面内の一方向である第１方向での振動に対する免震機能を実現できる。また、水平面内の第２方向免震ユニットにより、水平面内において第１方向と交差する第２方向での振動に対する免震機能を実現できる。このように、鉛直方向と水平面内の３方向に沿った方向で免震機能を実現できる。なお、３つの方向のうち２つの方向に免震ユニットを組み合わせて免震装置を構成してもよい。また、３つの方向ではなく、４つ以上の方向に免震ユニットを組み合わせてもよい。

次に、図５〜図７を参照しながら本実施形態に係る免震ユニットの動作を説明する。図５（ａ）は免震ユニットに、免震方向において、移動制約部６が圧縮する方向である圧縮方向の外力が作用したときの第１の減衰装置２１及び第２の減衰装置２２側の荷重の伝達経路を示す図である。圧縮方向を矢印７で示す。荷重の伝達経路を破線で示す。

圧縮方向の外力が作用すると、第２の減衰装置２２のピストン２２ａは、第２の筐体４ｂから引張られる。ピストン２２ａが受けた荷重は、ピストン２２ａと接触するシリンダ２２ｂを通じて連結部材３へと荷重が伝わる。連結部材３へと荷重が伝わった荷重は、連結部材３から、第１の減衰装置２１のシリンダ２１ｂ、流体２１ｃ、ピストン２１ａの順に伝わる。つまり、第２の減衰装置２２には、引張力が加えられる。第１の減衰装置２１には、押圧力が加えられる。

図５（ｂ）は免震ユニットに、免震方向において、移動制約部６が圧縮する方向である圧縮方向の外力が作用したときの振動減衰部１側の荷重の伝達経路を示す図である。荷重の伝達経路を破線で示す。振動減衰部１は、第２の筐体４ｂから圧縮方向の荷重を受ける。

図６（ａ）は免震ユニットに免震方向において移動制約部６が引張する方向である引張方向の外力が作用したときの第１の減衰装置２１及び第２の減衰装置２２側の荷重の伝達経路を示す図である。引張方向を矢印８で示す。荷重の伝達経路を破線で示す。引張方向の外力が作用すると、第２の減衰装置２２のピストン２２ａは、第２の筐体４ｂから押圧される。ピストン２２ａが受けた荷重は、ピストン２２ａ、流体２２ｃ、シリンダ２２ｂの順に伝わりを通じて連結部材３へと伝わる。そして連結部材３から、第１の減衰装置２１のシリンダ２２ｂ、ピストン２２ａに荷重が伝わる。つまり、第２の減衰装置２２には、押圧力が加えられる。第１の減衰装置２１には、引張力が加えられる。

図６（ｂ）は免震ユニットに、免震方向において、移動制約部６が引張する方向である引張方向の外力が作用したときの振動減衰部１側の荷重の伝達経路を示す図である。荷重の伝達経路を破線で示す。振動減衰部１は、第２の筐体４ｂから引張方向の荷重を受ける。

したがって、第１の減衰装置２１は、免震ユニットに第１接続部５ａと第２接続部５ｂの間の間隔が小さくなる向きの外力（圧縮力）が印加された場合に、押圧力が加えられる。第２の減衰装置２２は、免震ユニットに第１接続部５ａと第２接続部５ｂの間の間隔が大きくなる向きの外力（引張力）が印加された場合に、押圧力が加えられる。

図７に地震時の免震ユニットの動作を説明する模式図を示す。図７（ａ）は免震ユニットに対して圧縮方向の外力が加えられた状態を示す。図７（ｂ）は、免震ユニットの初期位置を示す。図７（ｃ）は、免震ユニットに対して引張方向の外力が加えられた状態を示す。図７（ｂ）は、免震ユニットの初期位置であり、地震による振動が加えられる前の通常状態である。免震ユニットは初期位置では、第１の減衰装置２１のシリンダ２１ｂの一端とピストン２１ａのピストンヘッドとが接触した状態である。また、第２の減衰装置２２のシリンダ２２ｂの一端とピストン２２ａのピストンヘッドとが接触した状態である。免震ユニットに加えられる外力が予圧以下の場合は、図７（ｂ）に示すように、免震ユニットは初期位置から動くことなく、主軸方向の長さは通常時の長さになる。

図７（ａ）に示すように、免震ユニットに、第１の減衰装置２１及び第２の減衰装置２２に加えられた予圧力より大きい圧縮方向の外力が加えられるとする。圧縮方向を矢印７で示す。このとき、第２の筐体４ｂが矢印７の方向の荷重を受け、第２の減衰装置２２のピストン２２ａが第２の筐体４ｂから引張されるため、シリンダ２２ｂの一端とピストン２２ａのピストンヘッドとが接触し、第２の減衰装置２２は圧縮しない。また、第２の筐体４ｂからピストン２２ａに加わった荷重は、シリンダ２２ｂを通じて連結部材３へと伝わる。そして、連結部材３から第１の減衰装置２１のシリンダ２１ｂへ荷重が伝わり、第１の減衰装置２１に押圧力が加わる。この押圧力が流体２１ｃに加えられた予圧力を超える場合に、流体２２ｃが圧縮され、シリンダ２１ｂの一端とピストン２１ａのピストンヘッドとが離間する。つまり、ピストン２１ａがシリンダ２１ｂの内部に進入し、第１の減衰装置２１が圧縮される。同時に、振動減衰部１は、第２の筐体４ｂから押圧力が加えられ圧縮する。

この結果、図７（ａ）に示すように、第２の筐体４ｂが第１の筐体４ａの方へ移動する。つまり、移動制約部６が圧縮され、第１接続部５ａと第２接続部５ｂの間の間隔が小さくなる。このとき、第１の減衰装置２１には、ピストン２１ａを元の位置に戻す復元力およびピストン２１ａの移動を抑制する向きの減衰力が働く。振動減衰部１には、第２の筐体４ｂの移動を抑制する向きの減衰力が働く。振動減衰部１によって生じる大きな減衰力は、第１の筐体４ａと第２の筐体４ｂとを通して接続部５ａと接続部５ｂとに伝わるため、第１の減衰装置２１には大きな荷重が作用しない。

図７（ｃ）に示すように、免震ユニットに、第１の減衰装置２１及び第２の減衰装置２２に加えられた予圧力より大きい引張方向の外力が加えられるとする。引張方向を矢印８で示す。このとき、第２の減衰装置２２のピストン２２ａは第２の筐体４ｂから押圧力が加えられる。この押圧力が流体２２ｃに加えられた予圧力を超える場合に、流体２２ｃが圧縮し、シリンダ２２ｂの一端とピストン２２ａのピストンヘッドとが離間する。つまり、ピストン２２ａがシリンダ２２ｂの内部に進入し、第２の減衰装置２２が圧縮する。同時に、振動減衰部１は、第２の筐体４ｂから引張力が加えられ引張する。また、第２の筐体４ｂからピストン２２ａに加わった荷重は、流体２２ｃ、シリンダ２２ｂを通じて連結部材３に伝わる。そして、連結部材３から第１の減衰装置２１のシリンダ２１ｂへ荷重が伝わり、第１の減衰装置２１に引張力が加わる。第１の減衰装置２１のピストン２１ａは連結部材３から引張されるため、シリンダ２１ｂの一端とピストン２１ａのピストンヘッドとが接触し、第１の減衰装置２１は圧縮されない。

この結果、図７（ｃ）に示すように、第２の筐体４ｂが第１の筐体４ａと離れる方向へ移動する。つまり、移動制約部６が引張され、第１接続部５ａと第２接続部５ｂの間の間隔が大きくなる。このとき、第２の減衰装置２２には、ピストン２２ａを元の位置に戻す復元力およびピストン２２ａの移動を抑制する向きの減衰力が働く。振動減衰部１には、第２の筐体４ｂの移動を抑制する向きの減衰力が働く。振動減衰部１によって生じる大きな減衰力は、第１の筐体４ａと第２の筐体４ｂとを通して接続部５ａと接続部５ｂとに伝わるため、第２の減衰装置２２には大きな荷重が作用しない。

すなわち地震時、免震ユニットに、第１の減衰装置２１及び第２の減衰装置２２に加えられた予圧力を超える外力が加わると、振動減衰部１及び第１の減衰装置２１及び第２の減衰装置２２の動作により移動制約部６が伸縮する。言い換えると、第１の減衰装置２１及び第２の減衰装置２２は、圧縮方向および引張方向の両方の外力に対して作動する離間機構となる。このとき振動減衰部１の減衰力により、地震による振動エネルギーを吸収する。この結果、地震による振動が第２接続部５ｂから第１接続部５ａおよび免震対象に伝わることを抑制することができる。

また、地震後は第１の減衰装置２１、第２の減衰装置２２の復元力により第１の筐体４ａ、第２の筐体４ｂは地震前の初期位置に戻される。よって、免震ユニットは、地震後には初期位置に自動で復元する機能を実現できる。連続した地震に遭遇しても場合でも、地震後に初期位置に戻っているため、その都度、免震ユニットが最大ストロークまで可動できる。

さらに、第１の減衰装置２１および第２の減衰装置２２が復元力に加え、減衰力を有している。地震時には、図７（ａ）の圧縮荷重作用時と図７（ｃ）の引張荷重作用時の状態が繰り返される。このとき、シリンダ２１ｂ（２２ｂ）の一端とピストン２１ａ（２２ａ）のピストンヘッドとが離間後に再度接触するときに発生する衝撃荷重は、減衰力により小さく抑えることができる。従来の免震装置の圧縮変形した皿バネまたはコイルバネが初期位置に戻る際と比較しても衝撃荷重を小さく抑えることができる。そのため、第１の減衰装置２１および第２の減衰装置２２にそれぞれ衝撃荷重を緩和可能な緩衝装置を設ける必要がなく、装置の大型化を防ぐことができる。

また、地震発生時以外の外部からの振動などの外力が予圧力を超えない場合には、第１接続部５ａと第２接続部５ｂとの間隔は移動制約部６によって維持されている。よって、第１接続部５ａと第２接続部５ｂとの間の間隔は変化することなく、免震ユニットは高い剛性を維持した状態で地震により振動する構造物と免震対象との間を連結する。この結果、地震発生時のみに免震機能が動作する一方、通常時には高い剛性を保つことが可能な免震ユニットを得ることができる。

また、移動制約部６は予圧を与えられた第１の減衰装置２１および第２の減衰装置２２を利用しており、とくに電源を必要とするような機器を有さない。そのため、電源が必要な機器を用いた場合より構成が簡単であり、故障の発生確率を低くできる。さらに、山頂等の電源の確保が難しいような環境や、停電時であっても、免震ユニットを適用することができる。

本発明に係る免震ユニットは、免震対象として望遠鏡や光学機器などの精密機器に適用した場合に特に効果的である。本発明に係る免震ユニットを用いることにより、通常時は望遠鏡などの精密機器の動作、例えば観測動作などに影響を与えないようしっかりと地盤に精密機器を含む構造物を接続することができる一方、地震時には免震させることができる。つまり、精密機器に対して地震による振動が伝わることを抑制できる。また、地震時は電力網などの社会基盤がダメージを受けることが想定され、免震ユニットに十分電力を供給できない状況が考えられる。そのような状況に対し、本発明に係る免震ユニットは第１の減衰装置２１および第２の減衰装置２２などの機械要素のみで構成されており、電力の供給の有無などに左右されず常時使用可能である。

さらに、望遠鏡の方位軸周りの角度検出には、走査ヘッドとスケールテープから成るリニアエンコーダが配置される場合がある。本発明に係る免震ユニットは、初期位置に自動で復元する機能により、地震後にも走査ヘッドとスケールテープの相対位置関係がほぼずれないため、短時間で観測を再開することが可能である。

実施の形態２．
図８を参照して、本発明の実施形態２に係る免震ユニットを説明する。本実施の形態に係る免震ユニットは、振動側接続部である第２接続部５ｂが位置回転変位調整機構としての機能も有する点が、実施の形態１に係る免震ユニットと異なる。その他の構成は、実施の形態１に係る免震ユニットと同様の構成であり、同様の効果を得ることができる。

図８に示すように、第２接続部５ｂは、位置変位調整機構１５と回転変位調整機構１６とを含む。位置変位調整機構１５は、板状部材である支持部５１と、支持部５１と間隔を隔てて配置された板状部材である中間板部５２と、支持部５１と中間板部５２との間の間隔を変更する距離調整部材とを含む。距離調整部材により支持部５１と中間板部５２との間の距離を変更することができる。距離調整部材は、例えばジャッキやねじなどである。

回転変位調整機構１６は、中間板部５２と、中間板部５２と間隔を隔てて配置された接続部５３と、中間板部５２と接続部５３とを任意の角度で接続する球面軸受とを含む。このような第２接続部５ｂを用いることにより、免震ユニットを使用する際に、接続部５３を構造物に対し、例えば６自由度で適切に位置調整し設置することができる。そのため、接続部５３による免震対象の拘束による反力が、免震対象に含まれる精密機器などの弱い剛性を有する対象に影響することを防止できる。なお、回転変位調整機構１６を移動制約部６側に配置してもよい。

なお、位置変位調整機構１５と回転変位調整機構１６とは、第１接続部５ａ側に設置してもよいし、第１接続部５ａと第２接続部５ｂの両方に設置してもよい。異なる観点から言えば、免震ユニットは、第１接続部５ａおよび第２接続部５ｂの少なくともいずれか一方は、接続する対象物に接触して接続される接続部５３と、移動制約部６に対する接続部５３の位置および角度を調整可能な接続位置調整部として作用する球面軸受などの接続角度を可変にする部材および距離調整部材を有する。

本実施の形態の免震ユニットによれば、接続位置調整部である位置変位調整機構１５および回転変位調整機構１６を備えることにより、免震対象が反力の影響を受けずに支持されるので、剛性の弱い精密機器なども免震対象とすることができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 振動減衰部、２１ 第１の減衰装置、２２ 第２の減衰装置、２１ａ，２２ａ ピストン、２１ｂ，２２ｂ シリンダ、２１ｃ，２２ｃ 流体、３ 連結部材、４ａ 第１の筐体、４ｂ 第２の筐体、５ａ 第１接続部、５ｂ 第２接続部、６ 移動制約部、６ａ 予圧力以下の圧縮荷重作用時の剛性、６ｂ 予圧力を超える圧縮荷重作用時の剛性、６ｃ 引張荷重作用時の剛性、７ 圧縮方向、８ 引張方向、９ 免震対象、１０ 免震層、１１ 基礎部、１２ リニアガイド、１３，１４ 壁部、１５ 位置変位調整機構、１６ 回転変位調整機構、５１ 支持部、５２ 中間板部、５３ 接続部。

Claims (5)

1. 免震する方向に予め定められた間隔を隔てて配置された第１接続部及び第２接続部と、
   前記第１接続部と前記第２接続部との間に設けられ、前記免震する方向からの外力が加えられる移動制約部とを備え、
   前記移動制約部は、一端が前記第１接続部に接続された第１の筐体と、一端が前記第２接続部に接続された第２の筐体と、前記第１の筐体の内部に収納された第１の減衰装置と、前記第２の筐体の内部に収納された第２の減衰装置と、前記第１の筐体と前記第２の筐体との間に設けられ、前記第１接続部と前記第２接続部との間の前記間隔が大きくなる際に前記間隔を小さくする向きの力を発生させ、前記間隔が小さくなる際に前記間隔を大きくする向きの力を発生させる振動減衰部と、前記第１の減衰装置と前記第２の減衰装置とを連結する連結部材とを備え、
   前記第１の減衰装置と前記第２の減衰装置とはそれぞれ、両端が閉塞されたシリンダと、前記シリンダの内部に封入されると共に予圧が加えられた可圧縮性の流体と、前記シリンダの一端を貫通し、一端が前記シリンダの内部に設けられ他端が前記シリンダの外部に設けられ、前記シリンダの内部への進入により前記流体に圧力上昇を生じさせるピストンとを有し、
   前記第１の減衰装置の前記シリンダと前記第２の減衰装置の前記シリンダとは、前記連結部材に接続され、
   前記第１の減衰装置の前記ピストンの他端は、前記第１の筐体の前記一端に接続され、
   前記第２の減衰装置の前記ピストンの他端は、前記第２の筐体の前記他端に接続される免震ユニット。
2. 前記第１の減衰装置の前記シリンダの他端と前記第２の減衰装置の前記シリンダの他端とが、前記連結部材に接続された請求項１に記載の免震ユニット。
3. 前記第１接続部及び前記第２接続部の少なくともいずれか一方は、接続する対象物に接触して接続される接続部と、前記移動制約部に対する前記接続部の位置および角度を調整可能な接続位置調整部とを有する請求項１または請求項２に記載の免震ユニット。
4. 水平面内の第１方向を前記免震する方向にして、水平面内で移動可能に支持されている免震対象に接続される請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の免震ユニットである第１方向免震ユニットと、水平面内で前記第１方向と異なる第２方向を前記免震する方向にして、前記免震対象に接続される請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の免震ユニットである第２方向免震ユニットとを備えた免震装置。
5. 免震対象が上側に存在し、鉛直方向を前記免震する方向にする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の免震ユニットである鉛直方向免震ユニットと、前記鉛直方向免震ユニットを介して前記免震対象に接続され、水平面内の第１方向を前記免震する方向にする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の免震ユニットである第１方向免震ユニットと、前記鉛直方向免震ユニットを介して前記免震対象に接続され、水平面内で前記第１方向と異なる第２方向を前記免震する方向にする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の免震ユニットである第２方向免震ユニットとを備える免震装置。