JP2004044748A

JP2004044748A - Vertical base-isolating device

Info

Publication number: JP2004044748A
Application number: JP2002205551A
Authority: JP
Inventors: Motoetsu Ishii; 石井　元悦; Hideaki Harada; 原田　秀秋; Jun Hirai; 平井　潤; Daisuke Katayama; 片山　大助; Yasuo Ogi; 尾木　靖夫
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2002-07-15
Filing date: 2002-07-15
Publication date: 2004-02-12

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a vertical base-isolating device capable of making cycle of vertical vibration longer without depending on spring constant of an elastic body such as a mechanical spring, rubber, or air spring at a low cost. <P>SOLUTION: In a vertical base-isolating device making cycle of vertical vibration of a base-isolating object structure 1 longer by supporting the base-isolating object structure 1 by a support structure 2 below a vertical base-isolating part 13 via the vertical base-isolating part 13, a mass adding mechanism 20 increasing inertia mass which participates vertical vibration by interlocking with upward and downward movement of the base-isolating object structure 1 is provided between the base-isolating object structure 1 and the support structure 2. The mass adding mechanism 20 is composed of a disk 21 having a designated mass and a ball screw type motion transducing mechanism 22 turning the disk 21 interlocking with upward and downward movement of the base-isolating object structure 1. Inertia mass participating vertical vibration of the base-isolating object structure 1 is increased by turning inertia moment of the disk 21. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、建物の床（コンピュータルームの床等）や美術品を置くテーブル等の免震対象構造物、さらには建築物を地震の縦揺れから保護する上下免震装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように免震の原理は、免震対象構造物の振動固有周期を、免震装置によって地震波の振動周期よりも十分に長くする（長周期化する）ことにより、地震の揺れに対し構造物の揺れが追随しないようにするというものである。
【０００３】
ところで、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た長周期化が必要である。言い換えると、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。
【０００４】
このため、バネ定数ｋの機械式バネを用いて支持した場合、まず、構造物の質量Ｍによってバネが変形し、質量と重力加速度との積と、バネの力とが釣り合った状態で静止する。この時の鉛直変形量δは下式で与えられる。なお、ｇは重力加速度（９８０ｃｍ／ｓ^２）である。
【数１】

【０００５】
構造物が静止した状態から、さらに鉛直変形を与えて離すと、構造物は固有周期Ｔで自由振動する。この固有周期Ｔは、質量Ｍと、バネ定数ｋを用いて下式で与えられる。
【数２】

【０００６】
また、上記の▲１▼式、▲２▼式から、固有周期Ｔは、鉛直変形量δと、重力加速度ｇとを用いて下式で表すこともできる。
【数３】

【０００７】
すなわち、構造物は、目標とする固有周期Ｔが決まると、構造物の質量によってバネ定数は変わるが、構造物を支持したときの鉛直変形δが下式の関係を許容できるバネが必要になる。
【数４】

【０００８】
例えば、上下振動の周期をＴ＝２．０秒にする場合、免震対象構造物を支えるだけでも、鉛直変位δ＝１００ｃｍだけ上下に変形し得るバネが必要になる。また、周期Ｔ＝１．０秒にする場合、δ＝２５ｃｍだけ上下に変形し得るバネが必要になる。この鉛直変位δを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、構造物や床を支える耐荷力の面から、実現されている例がほとんどないのが実情である。
【０００９】
こうした機械式バネに対し、空気バネは、耐荷力（空気圧で調整可能）とバネ定数（体積で調整可能）を独立に設定できるため、重量が１００ｔ未満の床を対象とした上下免震に適用されている。
【００１０】
図９は空気バネを用いた上下免震装置の例を示す。図において、免震対象構造物（床等）１と支持構造物２との間に、空気バネ３及びダンパ４が介在されており、免震対象構造物１は空気バネ３によってその荷重が支えられている。空気バネ３には、コンプレッサ５から空気配管６を介して空気が供給される。この上下免震装置では、空気バネ３の空気圧と支持面積により耐荷力が与えられ、エアタンク（図示略）を含めた空気充満部の体積によりバネ定数が与えられる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、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５、エアタンク、空気配管６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。
【００１２】
本発明は、上記事情を考慮し、機械式バネやゴム、空気バネ等の、弾性体のバネ定数によらないで、上下振動の長周期化を実現し得る、低コストで、実現容易な上下免震装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、免震対象構造物を、鉛直免震部を介して、その下方の支持構造物で支持することにより、免震対象構造物の上下振動を長周期化する上下免震装置において、免震対象構造物と支持構造物との間に、荷重は前記支持構造物により支持され、且つ免震対象構造物の上下動に連動することで、上下振動に関与する慣性質量を増加させる質量付加機構を設けたことを特徴とする。
【００１４】
本発明では、上下振動に関与する見かけ上の質量を増加させることができるので、バネ定数を小さくするだけでは現実的に対応できなかったレベルの上下振動の固有周期の長期化が図れる。即ち、免震構造の上下振動固有周期Ｔは、それを支持する鉛直免震部の強さ（バネ定数：ｋ）と、上下振動に関与する質量（ｍ）の関数として、次式のように表される。
【数５】

従来では、この式において、バネ定数ｋを小さくすることで、固有周期Ｔを大きくし、免震効果を得ていた。
【００１５】
本発明では、バネの強さに依存するのではなく、上下振動に関与する質量（ｍ）を増加させることで、上下振動固有周期Ｔを大きくし、免震効果を得るようにしている。この場合、付加される質量はバネに対する負荷（荷重）とはならないので、例えば、鉛直免震部としてコイルバネを用いた場合、コイルバネの座屈問題が生じ難くなる。や設置スペースの問題は生じないし、また、見かけの質量増加によって上下振動の長周期化を図るので、バネ定数ｋを大きくとる（硬いバネを使用する）ことができ、硬いバネの使用によって免震構造物が床である場合に、床面の歩行性が良好になる。バネとして、空気バネを用いた場合には、バネ定数ｋを大きくとることができるので、小さなエアタンクでもよくなるか、もしくは用いる必要がなくなる。
【００１６】
また、バネ定数ｋの小さな柔らかいバネを使用した場合は、そのままでは歩行困難であるために、不要時は免震機能をＯＦＦし、必要時のみ免震機能をＯＮするトリガ機構を設けることがあるが、硬いバネの使用により常時良好な歩行性が確保できるので、敢えてトリガ機構を設ける必要もなくなる。
【００１７】
請求項２の発明は、請求項１において、前記質量付加機構が、所定の質量を有する円盤と、前記免震対象構造物の上下動に連動して前記円盤を回転させる運動変換機構とからなり、前記円盤の回転慣性モーメントにより、免震対象構造物の上下振動に関与する慣性質量を増加させることを特徴とする。
【００１８】
この装置では、円盤の回転慣性モーメントにより、上下振動に関与する慣性質量を増加させるので、例えば、円盤の質量や半径、あるいは、運動変換機構の運動変換率等を調整することにより、慣性質量の増減が簡単にできて、上下振動の周期を自由に調整することができる。また、構造が簡単であるから、設備コストやメンテナンスコストを低く抑えることができる。
【００１９】
請求項３の発明は、請求項２において、前記運動変換機構が、ボールネジ軸とボールネジナットの組合せよりなり、ボールネジ軸とボールネジナットのうちの一方が免震対象構造物側に設けられ、他方が前記円盤側に設けられていることを特徴とする。
【００２０】
この装置では、ボールネジナットを免震対象構造物側、ボールネジ軸を円盤側に設けた場合、ボールネジナットの上下運動がボールネジ軸の回転運動に変換されることで、円盤が回転して回転慣性モーメントが発生する。また、ボールネジ軸を免震対象構造物側、ボールネジナットを円盤側に設けた場合、ボールネジ軸の上下運動がボールネジナットの回転運動に変換されることで、円盤が回転して回転慣性モーメントが発生する。そして回転慣性モーメントが発生することにより、免震対象構造物の上下振動の固有周期の長周期化が達成され、免震効果が現れる。
【００２１】
この場合、ボールネジの使用により、上下運動が回転運動にスムーズに変換されるので、良好な作動が保証される。また、ボールネジの使用により、ネジのリードを小さくすることができる（小さな上下動で高速回転させることができる）ので、見かけ上の質量増大効果を高くすることができる。例えば、円盤の質量の数千倍の慣性質量を得ることができる。
【００２２】
請求項４の発明は、請求項３において、前記免震対象構造物と支持構造物との間に、免震対象構造物の上下動を適正に案内する上下動ガイドを設けたことを特徴とする。
【００２３】
この装置では、上下動ガイドを設けたので、ボールネジナット（ボールネジ軸）の上下運動をスムーズにボールネジ軸（ボールネジナット）の回転運動に変換させることができる。
【００２４】
請求項５の発明は、請求項２において、前記運動変換機構がラックとピニオンの組合せよりなり、ラックが免震対象構造物側に設けられ、ピニオンが前記円盤側に設けられていることを特徴とする。
【００２５】
この装置では、ラックとピニオンの組合せにより、免震対象構造物の上下動を円盤に回転運動に変換するので、構造が簡単である。
【００２６】
請求項６の発明は、請求項３〜５のいずれかにおいて、前記円盤の回転にブレーキをかけるブレーキ機構を設けたことを特徴とする。
【００２７】
この装置では、円盤の回転時にブレーキをかけることができるので、振動減衰効果を得ることができる。また、円盤をブレーキでロックさせることにより、従来のトリガ機構と同じの役割を果たさせることもできる。
【００２８】
請求項７の発明は、請求項１〜６のいずれかにおいて、前記鉛直免震部及び前記運動変換機構の上下端の少なくとも一方に、防振ゴムを介在させたことを特徴とする。
【００２９】
この装置では、防振ゴムの作用により、地震による振動よりも短い周期の微振動を吸収することができる。
【００３０】
請求項８の発明は、請求項１〜７のいずれかにおいて、前記免震構造物とその下方の支持構造物との間に、ダンパ等の振動減衰機構を介在させたことを特徴とする。
【００３１】
この装置では、振動減衰機構の作用により地震時の振動を減衰させることができ、地震による揺れを効果的に回避することができる。
【００３２】
請求項９の発明は、請求項１〜８のいずれかにおいて、前記鉛直免震部として、水平方向に弾性的復元力を発揮する水平免震機能部材を使用したことを特徴とする。
【００３３】
この装置では、前述したように、見かけ上の質量の増加により鉛直免震部のバネ定数を高くできることから、その鉛直免震部として、微小ではあるが垂直方向に弾性的復元力を発揮する水平免震機能部材を使用できる。水平免震機能部材は、微小ではあるが、垂直方向に弾性的復元力を発揮するため、質量付加機構と協同して上下免震機能を果たす。また、水平免震機能部材は水平免震機能を有するものであるから、結果的に３次元免震を行うことができる。
【００３４】
請求項１０の発明は、請求項１〜９のいずれかにおいて、前記支持構造物を水平免震装置を介して支持したことを特徴とする。
【００３５】
この装置では、３次元免震機能を果たすことができる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は第１実施形態の上下免震装置の原理構成を示す側面図である。図において、１は免震対象構造物（床等）、２はその下方の支持構造物（建物の梁等）である。この上下免震装置は、免震対象構造物１をコイルバネ（鉛直免震部）１３を介してその下方の支持構造物２で支持することにより、免震対象構造物１の上下振動を長周期化するというものである。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。免震対象構造物１と支持構造物２との間には、さらに、免震対象構造物１の略上下動に連動することで、略上下振動に関与する慣性質量を増加させる質量付加機構２０が設けられている。
【００３７】
この質量付加機構２０は、所定の質量を有する円盤２１と、免震対象構造物１の略上下動に連動して円盤２１を回転させるボールネジ式の運動変換機構２２とから構成され、円盤２１の回転慣性モーメントにより、免震対象構造物１の略上下振動に関与する慣性質量を増加させるものである。
【００３８】
軸線を鉛直方向に向けて配置されたボールネジ式の運動変換機構２２は、ボールネジナット２３と、図示略のボールを介してボールネジナット２３に螺合するボールネジ軸２４との組合せよりなるもので、ボールネジナット２３が免震対象構造物１の下面に固定され、ボールネジ軸２４が円盤２１に固定された上で、支持構造物２上にベアリング２８により回転自在に保持されている。また、免震対象構造物１と支持構造物２との間には、免震対象構造物１の略上下動を適正に案内する上下動ガイド３０が設けられ、ボールネジナット２３とボールネジ軸２４とが適正に螺合することで、免震対象構造物１の略上下運動が円盤２１の回転運動にスムーズに変換されるようになっている。
【００３９】
次に作用を説明する。
このような上下免震装置を設けた振動系では、バネ１３の定数ｋと上下振動に関与する質量ｍで決まる固有の周期Ｔで、免震対象構造物１が上下振動することになる。即ち、免震構造の上下振動固有周期Ｔは、それを支持するバネ１３の強さ（バネ定数ｋ）と、上下振動に関与する質量ｍの関数として▲４▼式のように表される。
【００４０】
従来では、この式において、バネ定数ｋを小さくすることで固有周期Ｔを大きくしていたが、この実施形態の装置では、バネ１３の強さに依存するのではなく、上下振動に関与する質量ｍを増加させることで、上下振動固有周期Ｔを大きくするようにしている。
【００４１】
即ち、免震対象構造物１が略上下動すると、その運動がボールネジナット２３及びボールネジ軸２４を介して円盤２１の回転運動に変換される。そして、円盤２１の回転により回転慣性モーメントが発生し、この回転慣性モーメントにより、略上下振動に関与する慣性質量が増加することになり、その結果、免震対象構造物１の略上下振動の固有周期の長周期化が達成されて、上下免震効果が現れる。
【００４２】
円盤２１を設けたことによる効果を演算により求めると次のようになる。
まず、
【数６】

であり、エネルギの式は、
【数７】

となる。この式は次の式に書き直すことができ、
【数８】

この式を固有振動数ωについて解くと、
【数９】

となる。この式の中の
【数１０】

は円盤の等価質量を示す。また、下記に示す周期と角速度との一般式
【数１１】

と、▲５▼式、▲６▼式とから角速度ωを消去すると、
【数１２】

となり、上式と、▲１▼式とから下式が導かれる。
【数１３】

▲３▼式と比較すると判るように、上式の右辺第１項は、コイルバネ等の機械式バネによる免震対象構造物の上下振動の固有周期長期化に寄与する部分であり、残りの上式の右辺第２項が、円盤２１を設けたことによる免震対象構造物の上下振動の固有周期長期化に寄与する部分である。つまり、上式の右辺第２項が、円盤２１を設けたことによる効果を表す部分となる。
【００４３】
実際の効果を演算により検討してみると、例えば、円盤２１として、２５ｍｍ厚の鋼板を用いた場合を計算すると、円盤による質量効果は次表のようになる。ただし、ここではボールネジ式の運動変換機構２２のリードを２０ｍｍとしてある。
【００４４】
【表１】

【００４５】
このように、あまり大きな質量の円盤２１を使用しないでも、質量効果（質量増加率）は数千倍になる。なお、円盤２１の等価質量は、半径を大きくし、ボールネジのリードを小さくする（高速で回転する）ほど大きくなる。
【００４６】
また、摩擦係数が小さいボールネジ式の運動変換機構２２を使用したことにより、略上下運動が回転運動にスムーズに変換されるので、良好な作動が保証されることになる。また、ボールネジ式の運動変換機構２２の使用により、ネジのリードを小さくすることができる（小さな略上下動で高速回転させることができる）ので、前述したように、見かけ上の質量増大効果を高くすることができる。例えば、円盤の質量の数千倍の慣性質量を得ることができる。
【００４７】
また、上記のように回転慣性質量を利用することにより、バネ１３には追加の荷重がほとんどかからないので、バネ１３の定数を大きくとる（硬いバネを使用する）ことができ、硬いバネ１３の使用によって免震対象構造物１が床である場合に、床面の歩行性が良好になる。また、例えば、円盤２１の質量や半径、あるいは、運動変換機構２２の運動変換率（リードの大きさ）等を調整することにより、慣性質量の増減が簡単にできるので、略上下振動の周期を自由に調整することができる。
【００４８】
図２は第２実施形態の上下免震装置の原理構成を示す側面図である。この実施形態の装置では、免震対象構造物１及び支持構造物２に対するバネ１３の上下固定端、免震対象構造物１に対するボールネジナット２３の固定部、支持構造物１に対するボールネジ軸２４の支持部に防振ゴム３１を介在させている。それ以外は第１実施形態の同様の構成である。
【００４９】
このように防振ゴム３１を介在させた場合、防振ゴム３１の作用により、地震による振動よりも短い周期の微振動を吸収することができる。
【００５０】
図３は第３実施形態の上下免震装置の原理構成を示す側面図である。この実施形態の装置では、免震対象構造物１と支持構造物２の間に介在させた質量付加機構４０を、第１実施形態と同様に円盤４１とボールネジ式の運動変換機構４２とで構成しているものの、前記第１実施形態とは逆にボールネジナット４３を円盤４１と一体に設け、ボールネジ軸４４の上端を免震対象構造物１側に固定している。そしてボールネジ軸４４の下端と支持構造物１との間に、ボールネジ軸４４の上下変位を可能にする空間を確保し、その状態でボールネジ軸４４の下端を、安定して略上下動できるように上下動ガイド４８で支持している。また、円盤４１を、ボールネジ軸４３に追従して略上下動しないように、ベアリング４６で一定高さにて回転可能に支持している。また、免震対象構造物１と支持構造物２の間には、バネ１３と組合わせてダンパ（振動減衰機構）１４を介在させている。
【００５１】
この装置では、免震対象構造物１が略上下動するのに伴ってボールネジ軸４４が略上下方向にスライドし、その運動がボールネジナット４３で回転運動に変換されることで、円盤４１が回転して回転慣性モーメントが発生する。そして、回転慣性モーメントの発生により、略上下振動に関与する見かけ上の質量が増加し、略上下振動が長周期化する。その他の効果は第１実施形態と同様である。ただし、この装置では、減衰機構としてダンパ１４を設けているので、振動減衰効果も奏することができる。
【００５２】
なお、上記第１〜第３の各実施形態において、図４（ａ）に示すように、円盤２１、４１の回転にブレーキをかけるブレーキ機構３５を設けて、減衰性能を得るようにすることもできる。また、円盤２１、４１をブレーキでロックさせることにより、従来のトリガ機構と同じの役割を果たさせることもできる。また、円盤２１、４２の回転を減衰させるために、図４（ｂ）に示すように、粘性流体３６ａを用いた減衰機構３６を設けることもできる。この減衰機構３６では、円盤２１、４１に設けた下垂部材３６ｂが、粘性流体３６ａ中を動くことで減衰効果が得られる。
【００５３】
図５は第４実施形態の上下免震装置の原理構成を示す側面図である。この実施形態の装置では、免震対象構造物１と支持構造物２の間に、コイルバネ１３の代わりに、水平免震装置として一般的に使用されている積層ゴム（鉛直免震部、水平免震機能部材）１５を介在させたものである。質量付加機構４０については、第３実施形態と同様のものとし、下端部が支持構造物２上を略水平スライド可能にしてある。
【００５４】
この装置では、前述したように、見かけ上の質量の増加によりバネ定数を高くできることから、そのバネとして積層ゴム１５を使用している。積層ゴム１５は、微小ではあるが、略垂直方向にバネ作用を持っているので、質量付加機構４０と協同して上下免震機能を果たす。また、積層ゴム１５は水平免震機能を有するものであるから、結果的に３次元免震を行うことができる。
【００５５】
なお、積層ゴム１５の代わりに、安定板と、安定板より断面積の小さい複数の積層ゴムとを交互に複数段積層した、多段積層ゴムを用いても良い。多段積層ゴムは、積層ゴム１５よりも略鉛直方向の剛性が小さいため、積層ゴム１５よりも上下免震機能を発揮することができる。さらに、積層ゴム１５より略水平方向の剛性が小さいため、積層ゴム１５よりも水平免震機能を有するものである。
【００５６】
図６は第５実施形態の上下免震装置の原理構成を示す側面図である。この実施形態の装置では、支持構造物２を水平免震装置５０を介してベース構造物２Ｂで支持している。支持構造物２とベース構造物２Ｂとの間に介在された水平免震装置５０は、支持構造物２を略水平移動自在に支持する台車５１と、支持構造物２とベース構造物２Ｂとの間に略水平方向に伸縮方向を向けて介在されたバネ５２及びダンパ５３とからなる。この装置によれば、３次元免震機能を果たすことができる。
【００５７】
図７は第６実施形態の上下免震装置の原理構成を示す側面図である。この実施形態の装置では、質量付加機構６０を、ラック６３Ａ、６３Ｂとピニオン６４の組合せよりなる運動変換機構６２と、水平軸回りに回転する円盤６１とで構成している。この場合、ラック６３Ａ、６３Ｂは免震対象構造物１及び支持構造物２に取り付け、ピニオン６４は円盤６１に設けている。その他の構成は第１実施形態と同様である。
【００５８】
この装置では、免震対象構造物１が略上下動すると、それに伴ってラック６３Ａが略上下動し、その動きでラック６３Ａ、６３Ｂに挟まれたピニオン６４が回転して、円盤６１の回転により回転慣性モーメントが発生する。そして、略上下振動に関与する慣性質量の増加により、長周期化が達成される。この装置の場合、ラック６３Ａ、６３Ｂとピニオン６４の組合せで円盤６４を回転させるから、構造が簡単である。
【００５９】
図８は第７実施形態の上下免震装置の原理構成を示す側面図である。この実施形態の装置では、免震対象構造物１と支持構造物２との間に、荷重が支持構造物２により支持された質量付加機構７０を設けている。そして、その質量付加機構７０の中心的な構成要素として、回転する円盤ではなく、支持構造物１の上を略水平スライドする質量体７４を設け、免震対象構造物１の略上下動を複数のアーム７１、７２、７３を介して質量体７４の略水平方向のスライド動作に変換するようにしている。その他に免震対象構造物１と支持構造物２との間に、図１と同様にバネ（図示略）が設けられている。
【００６０】
この装置では、質量体７４の荷重は支持構造物２によって支持されており、バネにはかかっていない。また、免震対象構造物１が略上下動すると、質量体７４が略水平方向に運動することで、略上下振動の慣性質量として作用する。従って、コイルバネ等の機械式バネを用いながら、略上下振動の長周期化を実現することができる。
【００６１】
なお、第１〜第６実施形態を、建物の床の免震装置として適用する場合、質量付加機構２０、４０、６０は、床の梁下に設置するのがよい。また、第１実施形態において、上下動ガイド３０を設ける代わりに、ボールネジナット２３の免震対象構造物１への固定部分や、ボールネジ軸２４の支持構造物１による支持部分を、ある程度の揺動を許容するピン支持構造とすることもできる。また、円盤２１、４１、６１の回転による慣性モーメントを見かけ質量の付加に利用する場合には、円盤の形状を、外周縁のみを厚くした構成としてもよく、そうすることにより、円盤の重量の割に慣性力をより高めることができる。
【００６２】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明によれば、上下振動に関与する見かけ質量を増加させるようにしたので、バネ定数の大きな鉛直免震部を使用しながら、上下振動の長周期化を図ることができ、免震効果を高めることができる。また、バネ定数を大きくとることができるので、免震対象構造物が床である場合には、床面の歩行性が良好になる。
【００６３】
請求項２の発明によれば、円盤の回転慣性モーメントにより、上下振動に関与する慣性質量を増加させるようにしたので、円盤の質量や半径、あるいは、運動変換機構の運動変換率等を調整することによって、慣性質量の増減が簡単にできて、上下振動の周期を自由に調整することができる。しかも、構造が簡単であるから、設備コストやメンテナンスコストを低く抑えることができる。
【００６４】
請求項３の発明によれば、ボールネジ式運動変換機構を使用したことにより、上下運動を円盤の回転運動にスムーズに変換することができるので、良好な作動を保証することができる。また、ボールネジの使用により、ネジのリードを小さくすることができるので、見かけ上の質量増大効果を高くすることができ、例えば円盤の質量の数千倍の慣性質量を得ることができる。
【００６５】
請求項４の発明によれば、免震対象構造物と支持構造物の間に上下動ガイドを設けたので、ボールネジ式の運動変換機構の動作をスムーズに行わせることができる。
【００６６】
請求項５の発明によれば、運動変換機構をラックとピニオンで構成したので、構造が簡単である。
【００６７】
請求項６の発明によれば、円盤の回転時にブレーキをかけることができるようにしたので、振動減衰効果を得ることができる。
【００６８】
請求項７の発明によれば、防振ゴムの作用により、地震による振動よりも短い周期の微振動を吸収することができ、防振効果を高めることができる。
【００６９】
請求項８の発明によれば、振動減衰機構の作用によって地震時の振動を減衰させることができるので、地震による揺れを効果的に回避することができる。
【００７０】
請求項９の発明によれば、水平免震機能部材の使用により、３次元免震を行うことができる。
【００７１】
請求項１０の発明によれば、支持構造物を水平免震装置を介して支持しているので、３次元免震機能を果たすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の原理構成を示す側面図である。
【図２】本発明の第２実施形態の原理構成を示す側面図である。
【図３】本発明の第３実施形態の原理構成を示す側面図である。
【図４】（ａ）は第１〜第３実施形態における円盤にブレーキ機構を付加した例を示す図、（ｂ）は粘性流体式の減衰機構を付加した例を示す図である。
【図５】本発明の第４実施形態の原理構成を示す側面図である。
【図６】本発明の第５実施形態の原理構成を示す側面図である。
【図７】本発明の第６実施形態の原理構成を示す側面図である。
【図８】本発明の第７実施形態の原理構成を示す側面図である。
【図９】従来装置の原理構成を示す側面図である。
【符号の説明】
１　免震対象構造物
２　支持構造物
１３　コイルバネ（鉛直免震部）
１４　ダンパ（振動減衰機構）
１５　積層ゴム（鉛直免震部、水平免震機能部材）
２０，４０，６０　質量付加機構
２１，４１，６１　円盤
２２，４２　運動変換機構
２３，４３　ボールネジナット
２４，４４　ボールネジ軸
３０　上下動ガイド
３１　防振ゴム
３５　ブレーキ機構
３６　振動減衰機構
５０　水平免震装置
６３Ａ，６３Ｂ　ラック
６４　ピニオン
７０　質量付加機構
７４　質量体[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a seismic isolation target structure such as a floor of a building (floor of a computer room or the like) or a table on which works of art are placed, and a vertical seismic isolation device that protects a building from a pitching of an earthquake.
[0002]
[Prior art]
As is well known, the principle of seismic isolation is to make the natural period of vibration of the seismic isolation target structure sufficiently longer (longer period) than the vibration period of the seismic wave by using the seismic isolation device, so that It is to prevent the shaking of the object from following.
[0003]
By the way, when performing vertical seismic isolation, unlike horizontal seismic isolation, it is necessary to increase the period taking into account the effect of gravity. In other words, it is necessary to realize a long-period swing while supporting all the seismic isolation target structures.
[0004]
For this reason, when supported by using a mechanical spring having a spring constant k, the spring is first deformed by the mass M of the structure, and stops at a state where the product of the mass and the gravitational acceleration and the spring force are balanced. . The amount of vertical deformation δ at this time is given by the following equation. G is the gravitational acceleration (980 cm / s) ² ).
(Equation 1)

[0005]
When the structure is further separated from the stationary state by applying a vertical deformation, the structure freely vibrates at the natural period T. The natural period T is given by the following equation using the mass M and the spring constant k.
(Equation 2)

[0006]
Further, from the above equations (1) and (2), the natural period T can also be expressed by the following equation using the vertical deformation amount δ and the gravitational acceleration g.
[Equation 3]

[0007]
That is, when the target natural period T is determined, the spring constant of the structure changes depending on the mass of the structure. However, a spring that allows the vertical deformation δ when supporting the structure to allow the following relationship is required. .
(Equation 4)

[0008]
For example, when the period of the vertical vibration is set to T = 2.0 seconds, a spring that can be vertically deformed by a vertical displacement δ = 100 cm is required even just to support the structure to be subjected to seismic isolation. When the cycle T is set to 1.0 second, a spring that can be vertically deformed by δ = 25 cm is required. If this vertical displacement δ is to be realized by a compression spring, buckling of the spring will be a problem, and if it is to be realized by a tension spring, the installation space will be a problem. Therefore, in reality, there are few examples that have been realized in terms of the load-bearing capacity for supporting structures and floors.
[0009]
In contrast to such mechanical springs, air springs can be set independently for load-bearing capacity (adjustable by air pressure) and spring constant (adjustable by volume), so they are applicable to vertical seismic isolation for floors weighing less than 100 tons. Have been.
[0010]
FIG. 9 shows an example of a vertical seismic isolation device using an air spring. In the figure, an air spring 3 and a damper 4 are interposed between a seismic isolation target structure (floor or the like) 1 and a support structure 2, and the load of the seismic isolation target structure 1 is supported by the air spring 3. Have been. Air is supplied to the air spring 3 from the compressor 5 via an air pipe 6. In this vertical seismic isolation device, the load resistance is given by the air pressure and the support area of the air spring 3, and the spring constant is given by the volume of the air-filled portion including the air tank (not shown).
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, a vertical seismic isolation device using an air spring requires a large-volume air tank in order to reduce the spring constant and extend the period. Therefore, in reality, only a period of about 0.7 to 0.8 seconds is realized, and a large seismic isolation effect cannot be expected. In addition, the necessity of a pneumatic system such as the compressor 5, the air tank, and the air piping 6, and the necessity of operating the compressor while monitoring the air pressure. There is a problem that running costs are high, costs are high for little effect, and maintenance of the compressor and the like is also difficult. In addition, since the structure to be subjected to seismic isolation is supported by a soft air spring, there is a problem that when applied to floor seismic isolation, the walking ability of the floor surface is poor.
[0012]
In consideration of the above circumstances, the present invention can realize a long period of vertical vibration without depending on a spring constant of an elastic body such as a mechanical spring, rubber, or an air spring. The purpose is to provide seismic isolation devices.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
According to the first aspect of the present invention, the seismic isolation target structure is supported by a support structure below the seismic isolation target structure via the vertical seismic isolation part, so that the vertical vibration of the seismic isolation target structure is prolonged. In the device, between the seismic isolation target structure and the support structure, the load is supported by the support structure, and interlocks with the vertical movement of the seismic isolation target structure, thereby causing the inertial mass involved in the vertical vibration to move. It is characterized in that a mass adding mechanism for increasing the weight is provided.
[0014]
In the present invention, the apparent mass involved in the vertical vibration can be increased, so that it is possible to prolong the natural period of the vertical vibration at a level that cannot be practically dealt with simply by reducing the spring constant. That is, the natural period T of the vertical vibration of the seismic isolation structure is expressed by the following equation as a function of the strength (spring constant: k) of the vertical seismic isolation part supporting the seismic isolation structure and the mass (m) involved in the vertical vibration. expressed.
(Equation 5)

Conventionally, in this equation, by reducing the spring constant k, the natural period T is increased to obtain the seismic isolation effect.
[0015]
In the present invention, the natural period T of the vertical vibration is increased by increasing the mass (m) involved in the vertical vibration without depending on the strength of the spring, thereby obtaining the seismic isolation effect. In this case, since the added mass does not become a load (load) on the spring, for example, when a coil spring is used as the vertical seismic isolation part, the buckling problem of the coil spring hardly occurs. And the installation space does not cause a problem, and the vertical vibration is lengthened by increasing the apparent mass, so that the spring constant k can be increased (a hard spring is used) and the seismic isolation is achieved by using a hard spring. When the structure is a floor, the walkability of the floor surface becomes good. When an air spring is used as the spring, the spring constant k can be increased, so that a small air tank can be used or it is not necessary to use it.
[0016]
When a soft spring having a small spring constant k is used, it is difficult to walk as it is. Therefore, a trigger mechanism that turns off the seismic isolation function when unnecessary and turns on the seismic isolation function only when necessary may be provided. However, since good walking properties can be always secured by using a hard spring, there is no need to provide a trigger mechanism.
[0017]
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the mass adding mechanism includes a disk having a predetermined mass, and a motion conversion mechanism that rotates the disk in conjunction with the vertical movement of the seismic isolation target structure. The inertial mass involved in the vertical vibration of the seismic isolation target structure is increased by the rotational inertia moment of the disk.
[0018]
In this device, the inertial mass involved in vertical vibration is increased by the rotational moment of inertia of the disk, so for example, by adjusting the mass and radius of the disk, or the motion conversion rate of the motion conversion mechanism, the inertial mass of the inertia mass is adjusted. It can be easily increased or decreased, and the cycle of the vertical vibration can be freely adjusted. In addition, since the structure is simple, equipment costs and maintenance costs can be reduced.
[0019]
According to a third aspect of the present invention, in the second aspect, the motion conversion mechanism includes a combination of a ball screw shaft and a ball screw nut, and one of the ball screw shaft and the ball screw nut is provided on the seismic isolation target structure side, and the other is provided. It is characterized by being provided on the disk side.
[0020]
In this device, when the ball screw nut is provided on the seismic isolation target structure side and the ball screw shaft is provided on the disk side, the vertical movement of the ball screw nut is converted into the rotational movement of the ball screw shaft, so that the disk rotates and the rotational moment of inertia Occurs. In addition, when the ball screw shaft is provided on the seismic isolation target structure side and the ball screw nut is provided on the disk side, the vertical movement of the ball screw shaft is converted into the rotational movement of the ball screw nut, and the disk rotates to generate a rotational moment of inertia I do. The generation of the rotational moment of inertia achieves a longer natural period of the vertical vibration of the seismic isolation target structure, and the seismic isolation effect appears.
[0021]
In this case, the use of the ball screw smoothly converts the up-down motion into the rotary motion, so that good operation is guaranteed. Further, by using a ball screw, the lead of the screw can be reduced (it can be rotated at a high speed with a small vertical movement), so that the apparent effect of increasing the mass can be enhanced. For example, an inertial mass several thousand times the mass of the disk can be obtained.
[0022]
According to a fourth aspect of the present invention, in the third aspect, a vertical motion guide for appropriately guiding the vertical motion of the seismic isolation target structure is provided between the seismic isolation target structure and the support structure. I do.
[0023]
In this apparatus, since the vertical movement guide is provided, the vertical movement of the ball screw nut (ball screw shaft) can be smoothly converted into the rotation movement of the ball screw shaft (ball screw nut).
[0024]
According to a fifth aspect of the present invention, in the second aspect, the motion conversion mechanism comprises a combination of a rack and a pinion, the rack is provided on the seismic isolation target structure side, and the pinion is provided on the disk side. And
[0025]
In this device, the vertical movement of the seismic isolation target structure is converted into a rotational motion by a disk by the combination of the rack and the pinion, so that the structure is simple.
[0026]
According to a sixth aspect of the present invention, in any one of the third to fifth aspects, a brake mechanism for braking the rotation of the disk is provided.
[0027]
In this device, the brake can be applied during rotation of the disk, so that a vibration damping effect can be obtained. Further, by locking the disk with a brake, the same function as the conventional trigger mechanism can be performed.
[0028]
According to a seventh aspect of the present invention, in any one of the first to sixth aspects, at least one of the vertical seismic isolation portion and the upper and lower ends of the motion conversion mechanism is provided with a vibration-proof rubber.
[0029]
In this device, due to the action of the vibration isolating rubber, it is possible to absorb a minute vibration having a shorter cycle than the vibration caused by the earthquake.
[0030]
According to an eighth aspect of the present invention, in any one of the first to seventh aspects, a vibration damping mechanism such as a damper is interposed between the seismic isolation structure and a support structure therebelow.
[0031]
In this device, the vibration during the earthquake can be attenuated by the action of the vibration damping mechanism, and the shaking due to the earthquake can be effectively avoided.
[0032]
According to a ninth aspect of the present invention, in any one of the first to eighth aspects, a horizontal seismic isolation function member that exerts an elastic restoring force in a horizontal direction is used as the vertical seismic isolation part.
[0033]
As described above, in this device, the spring constant of the vertical seismic isolation part can be increased by increasing the apparent mass, so the vertical seismic isolation part has a small but horizontal elasticity that exerts an elastic restoring force in the vertical direction. Seismic isolation function members can be used. The horizontal seismic isolation function member, though small, exerts an elastic restoring force in the vertical direction, and thus performs a vertical seismic isolation function in cooperation with the mass adding mechanism. Further, since the horizontal seismic isolation function member has the horizontal seismic isolation function, three-dimensional seismic isolation can be performed as a result.
[0034]
According to a tenth aspect of the present invention, in any one of the first to ninth aspects, the support structure is supported via a horizontal seismic isolation device.
[0035]
This device can perform a three-dimensional seismic isolation function.
[0036]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a side view showing the principle configuration of the vertical seismic isolation device of the first embodiment. In the figure, 1 is a seismic isolation target structure (floor or the like), and 2 is a support structure thereunder (a building beam or the like). In this vertical seismic isolation device, the seismic isolation target structure 1 is supported by a supporting structure 2 thereunder via a coil spring (vertical seismic isolation part) 13, so that the vertical vibration of the seismic isolation target structure 1 is long-period. It is to become. The coil spring may be any other than the coil spring as long as it has a restoring force, for example, rubber or an air spring. Between the seismic isolation target structure 1 and the support structure 2, a mass adding mechanism 20 that increases the inertial mass involved in the substantially vertical vibration by interlocking with the approximately vertical movement of the seismic isolation target structure 1. Is provided.
[0037]
The mass adding mechanism 20 includes a disk 21 having a predetermined mass, and a ball screw type motion converting mechanism 22 that rotates the disk 21 in conjunction with the vertical movement of the seismic isolation target structure 1. The rotational moment of inertia increases an inertial mass involved in substantially vertical vibration of the seismic isolation target structure 1.
[0038]
The ball screw type motion conversion mechanism 22 whose axis is arranged in the vertical direction is composed of a combination of a ball screw nut 23 and a ball screw shaft 24 screwed to the ball screw nut 23 via a ball (not shown). A screw nut 23 is fixed to the lower surface of the seismic isolation target structure 1, and a ball screw shaft 24 is fixed to the disk 21, and is rotatably held on the support structure 2 by a bearing 28. A vertical movement guide 30 is provided between the seismic isolation target structure 1 and the support structure 2 to appropriately guide the approximately vertical movement of the seismic isolation target structure 1, and a ball screw nut 23 and a ball screw shaft 24 are provided. Is screwed properly so that the substantially vertical movement of the seismic isolation target structure 1 is smoothly converted to the rotational movement of the disk 21.
[0039]
Next, the operation will be described.
In a vibration system provided with such a vertical seismic isolation device, the seismic isolation target structure 1 vertically vibrates at a specific period T determined by the constant k of the spring 13 and the mass m involved in the vertical vibration. That is, the vertical vibration natural period T of the seismic isolation structure is expressed as a function of the strength (spring constant k) of the spring 13 supporting the same and the mass m involved in the vertical vibration as shown in the following equation (4).
[0040]
Conventionally, in this equation, the natural period T is increased by reducing the spring constant k. However, in the device of this embodiment, the mass involved in the vertical vibration does not depend on the strength of the spring 13. By increasing m, the vertical vibration natural period T is increased.
[0041]
That is, when the seismic isolation target structure 1 moves substantially up and down, the movement is converted into a rotational movement of the disk 21 via the ball screw nut 23 and the ball screw shaft 24. The rotation of the disk 21 generates a rotational moment of inertia, and the rotational moment of inertia increases the inertial mass involved in the vertical vibration. As a result, the characteristic of the vertical vibration of the seismic isolation target structure 1 is increased. A longer period is achieved, and a vertical seismic isolation effect appears.
[0042]
An effect obtained by providing the disk 21 is obtained by calculation as follows.
First,
(Equation 6)

And the energy equation is
(Equation 7)

It becomes. This equation can be rewritten as
(Equation 8)

Solving this equation for the natural frequency ω gives:
(Equation 9)

It becomes. In this formula
(Equation 10)

Indicates the equivalent mass of the disk. Also, the general formula of the period and angular velocity shown below
[Equation 11]

And elimination of angular velocity ω from equations (5) and (6),
(Equation 12)

And the following equation is derived from the above equation and the equation (1).
(Equation 13)

As can be seen from the comparison with equation (3), the first term on the right side of the above equation is a part that contributes to prolonging the natural period of the vertical vibration of the seismic isolation target structure by a mechanical spring such as a coil spring. The second term on the right side of the equation is a part that contributes to prolonging the natural period of the vertical vibration of the seismic isolation target structure due to the provision of the disk 21. In other words, the second term on the right side of the above equation is a portion representing the effect of providing the disk 21.
[0043]
When the actual effect is examined by calculation, for example, when the case where a steel plate having a thickness of 25 mm is used as the disk 21 is calculated, the mass effect by the disk is as shown in the following table. Here, the lead of the ball screw type motion conversion mechanism 22 is set to 20 mm.
[0044]
[Table 1]

[0045]
As described above, even if the disk 21 having a very large mass is not used, the mass effect (mass increase rate) is several thousand times. The equivalent mass of the disk 21 increases as the radius increases and the lead of the ball screw decreases (rotates at a high speed).
[0046]
Further, the use of the ball screw type motion conversion mechanism 22 having a small friction coefficient allows a substantially up-down motion to be smoothly converted into a rotary motion, thereby ensuring a good operation. Further, by using the ball screw type motion conversion mechanism 22, the screw lead can be made smaller (it can be rotated at a high speed by a small vertical movement), and as described above, the effect of increasing the apparent mass is enhanced. can do. For example, an inertial mass several thousand times the mass of the disk can be obtained.
[0047]
Further, by using the rotational inertial mass as described above, since an additional load is hardly applied to the spring 13, the constant of the spring 13 can be increased (a hard spring is used), and the use of the hard spring 13 is enabled. Accordingly, when the seismic isolation target structure 1 is a floor, the walking ability of the floor surface is improved. Further, for example, by adjusting the mass and radius of the disk 21 or the motion conversion rate (the size of the lead) of the motion conversion mechanism 22, the inertial mass can be easily increased or decreased, so that the period of the substantially vertical vibration can be reduced. Can be adjusted freely.
[0048]
FIG. 2 is a side view showing the principle configuration of the vertical seismic isolation device of the second embodiment. In the apparatus of this embodiment, the upper and lower fixed ends of the spring 13 with respect to the seismic isolation target structure 1 and the support structure 2, the fixing portion of the ball screw nut 23 with respect to the seismic isolation target structure 1, and the support of the ball screw shaft 24 with respect to the support structure 1. The vibration isolating rubber 31 is interposed in the portion. Otherwise, the configuration is the same as that of the first embodiment.
[0049]
When the anti-vibration rubber 31 is interposed in this way, the action of the anti-vibration rubber 31 can absorb microvibration having a shorter cycle than vibration caused by an earthquake.
[0050]
FIG. 3 is a side view showing the principle configuration of the vertical seismic isolation device of the third embodiment. In the device of this embodiment, the mass adding mechanism 40 interposed between the seismic isolation target structure 1 and the support structure 2 is constituted by a disk 41 and a ball screw type motion conversion mechanism 42 as in the first embodiment. However, contrary to the first embodiment, the ball screw nut 43 is provided integrally with the disk 41, and the upper end of the ball screw shaft 44 is fixed to the seismic isolation target structure 1 side. Then, a space is provided between the lower end of the ball screw shaft 44 and the support structure 1 so that the ball screw shaft 44 can be vertically displaced, and in this state, the lower end of the ball screw shaft 44 can be stably moved substantially vertically. It is supported by a vertical movement guide 48. Further, the disk 41 is rotatably supported at a certain height by a bearing 46 so as not to move substantially up and down following the ball screw shaft 43. A damper (vibration damping mechanism) 14 is interposed between the seismic isolation target structure 1 and the support structure 2 in combination with a spring 13.
[0051]
In this device, as the seismic isolation target structure 1 moves substantially up and down, the ball screw shaft 44 slides substantially up and down, and the movement is converted into rotational movement by the ball screw nut 43, so that the disk 41 rotates. As a result, a rotational moment of inertia is generated. Then, due to the generation of the rotational moment of inertia, the apparent mass involved in the substantially vertical vibration increases, and the substantially vertical vibration becomes longer. Other effects are the same as those of the first embodiment. However, in this device, since the damper 14 is provided as a damping mechanism, a vibration damping effect can also be achieved.
[0052]
In each of the first to third embodiments, as shown in FIG. 4A, a braking mechanism 35 for applying a brake to the rotation of the

disks

21 and 41 may be provided to obtain the damping performance. it can. Further, by locking the

disks

21 and 41 with brakes, the same function as that of the conventional trigger mechanism can be performed. In addition, as shown in FIG. 4B, a damping mechanism 36 using a viscous fluid 36a can be provided to attenuate the rotation of the

disks

21 and 42. In this damping mechanism 36, a damping effect is obtained by the hanging member 36b provided on the

disks

21 and 41 moving in the viscous fluid 36a.
[0053]
FIG. 5 is a side view showing the principle configuration of the vertical seismic isolation device of the fourth embodiment. In the device of this embodiment, instead of the coil spring 13, between the seismic isolation target structure 1 and the support structure 2, a laminated rubber (a vertical seismic isolation part, a horizontal seismic (Earthquake function member) 15 is interposed. The mass adding mechanism 40 is the same as that of the third embodiment, and the lower end portion can slide substantially horizontally on the support structure 2.
[0054]
In this apparatus, as described above, since the spring constant can be increased by increasing the apparent mass, the laminated rubber 15 is used as the spring. Although the laminated rubber 15 is minute, it has a spring action in a substantially vertical direction, and thus performs a vertical seismic isolation function in cooperation with the mass adding mechanism 40. Since the laminated rubber 15 has a horizontal seismic isolation function, three-dimensional seismic isolation can be performed as a result.
[0055]
Note that, instead of the laminated rubber 15, a multi-layer laminated rubber in which a stabilizer and a plurality of laminated rubber having a smaller cross-sectional area than the stabilizer is alternately laminated in a plurality of stages may be used. The multi-layer laminated rubber has lower rigidity in the substantially vertical direction than the laminated rubber 15, and thus can exhibit a vertical seismic isolation function more than the laminated rubber 15. Further, since the rigidity in the substantially horizontal direction is smaller than that of the laminated rubber 15, it has a horizontal seismic isolation function more than the laminated rubber 15.
[0056]
FIG. 6 is a side view showing the principle configuration of the vertical seismic isolation device of the fifth embodiment. In the device of this embodiment, the support structure 2 is supported by the base structure 2B via the horizontal seismic isolation device 50. The horizontal seismic isolation device 50 interposed between the support structure 2 and the base structure 2B includes a bogie 51 that supports the support structure 2 so that the support structure 2 can be moved substantially horizontally, and the support structure 2 and the base structure 2B. A spring 52 and a damper 53 are interposed in the direction of expansion and contraction in a substantially horizontal direction. According to this device, a three-dimensional seismic isolation function can be achieved.
[0057]
FIG. 7 is a side view showing the principle configuration of the vertical seismic isolation device of the sixth embodiment. In the apparatus of this embodiment, the mass adding mechanism 60 is constituted by a motion converting mechanism 62 composed of a combination of

racks

63A and 63B and a pinion 64, and a disk 61 rotating around a horizontal axis. In this case, the

racks

63A and 63B are mounted on the seismic isolation target structure 1 and the support structure 2, and the pinion 64 is provided on the disk 61. Other configurations are the same as those of the first embodiment.
[0058]
In this apparatus, when the seismic isolation target structure 1 moves up and down substantially, the rack 63A moves up and down accordingly, and the movement causes the pinion 64 sandwiched between the

racks

63A and 63B to rotate. A rotational moment of inertia occurs. The longer period is achieved by the increase in the inertial mass involved in the vertical vibration. In the case of this device, since the disk 64 is rotated by the combination of the

racks

63A and 63B and the pinion 64, the structure is simple.
[0059]
FIG. 8 is a side view showing the principle configuration of the vertical seismic isolation device of the seventh embodiment. In the device of this embodiment, a mass adding mechanism 70 in which a load is supported by the support structure 2 is provided between the seismic isolation target structure 1 and the support structure 2. As a central component of the mass adding mechanism 70, a mass body 74 that slides substantially horizontally on the support structure 1 is provided instead of a rotating disk, and a plurality of substantially vertical movements of the seismic isolation target structure 1 are provided. Is converted into a substantially horizontal sliding operation of the mass body 74 via the

arms

71, 72, 73 of the first embodiment. In addition, a spring (not shown) is provided between the seismic isolation target structure 1 and the support structure 2 as in FIG.
[0060]
In this device, the load of the mass body 74 is supported by the support structure 2 and is not applied to the spring. In addition, when the seismic isolation target structure 1 moves substantially up and down, the mass body 74 moves in a substantially horizontal direction, thereby acting as an inertial mass of a substantially vertical vibration. Therefore, it is possible to achieve a longer period of the vertical vibration while using a mechanical spring such as a coil spring.
[0061]
When the first to sixth embodiments are applied as a seismic isolation device for the floor of a building, the

mass adding mechanisms

20, 40, and 60 are preferably installed under beams on the floor. In the first embodiment, instead of providing the vertical movement guide 30, the fixed portion of the ball screw nut 23 to the seismic isolation target structure 1 and the support portion of the ball screw shaft 24 by the support structure 1 are pivoted to some extent. May be used as the pin support structure. When the moment of inertia due to the rotation of the

disks

21, 41, 61 is used for adding an apparent mass, the disk may have a configuration in which only the outer peripheral edge is thickened, whereby the weight of the disk is reduced. The inertial force can be further increased.
[0062]
【The invention's effect】
As described above, according to the first aspect of the present invention, since the apparent mass related to the vertical vibration is increased, it is possible to increase the period of the vertical vibration while using the vertical seismic isolation unit having a large spring constant. The seismic isolation effect can be enhanced. In addition, since the spring constant can be increased, when the seismic isolation target structure is a floor, the walking ability of the floor surface is improved.
[0063]
According to the second aspect of the present invention, the inertial mass involved in the vertical vibration is increased by the rotational moment of inertia of the disk, so that the mass and radius of the disk, the motion conversion rate of the motion conversion mechanism, and the like are adjusted. Thus, the inertial mass can be easily increased or decreased, and the cycle of the vertical vibration can be freely adjusted. In addition, since the structure is simple, equipment costs and maintenance costs can be reduced.
[0064]
According to the third aspect of the present invention, the use of the ball screw type motion conversion mechanism makes it possible to smoothly convert the vertical motion into the rotational motion of the disk, thereby ensuring a good operation. In addition, the use of a ball screw can reduce the lead of the screw, so that the apparent effect of increasing the mass can be increased, and for example, an inertial mass several thousand times the mass of the disk can be obtained.
[0065]
According to the fourth aspect of the invention, since the vertical movement guide is provided between the seismic isolation target structure and the support structure, the operation of the ball screw type motion conversion mechanism can be smoothly performed.
[0066]
According to the fifth aspect of the invention, since the motion conversion mechanism is constituted by the rack and the pinion, the structure is simple.
[0067]
According to the sixth aspect of the present invention, the brake can be applied during rotation of the disk, so that a vibration damping effect can be obtained.
[0068]
According to the seventh aspect of the present invention, by the action of the vibration isolating rubber, it is possible to absorb a minute vibration having a shorter cycle than the vibration caused by the earthquake, and to enhance the vibration isolating effect.
[0069]
According to the eighth aspect of the invention, the vibration at the time of the earthquake can be attenuated by the action of the vibration damping mechanism, so that the shaking due to the earthquake can be effectively avoided.
[0070]
According to the invention of claim 9, three-dimensional seismic isolation can be performed by using the horizontal seismic isolation function member.
[0071]
According to the tenth aspect of the present invention, since the support structure is supported via the horizontal seismic isolation device, a three-dimensional seismic isolation function can be achieved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side view showing a principle configuration of a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a side view illustrating a principle configuration according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a side view showing a principle configuration of a third embodiment of the present invention.
FIG. 4A is a diagram showing an example in which a brake mechanism is added to the disk in the first to third embodiments, and FIG. 4B is a diagram showing an example in which a viscous fluid damping mechanism is added.
FIG. 5 is a side view showing a principle configuration according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a side view showing a principle configuration according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a side view illustrating a principle configuration according to a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a side view showing a principle configuration according to a seventh embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a side view showing the principle configuration of a conventional device.
[Explanation of symbols]
1 Structures subject to seismic isolation
2 Supporting structures
13 Coil spring (vertical seismic isolation part)
14 Damper (vibration damping mechanism)
15 Laminated rubber (vertical seismic isolation part, horizontal seismic isolation functional member)
20, 40, 60 Mass addition mechanism
21,41,61 disk
22,42 Motion conversion mechanism
23, 43 Ball screw nut
24,44 Ball screw shaft
30 Vertical guide
31 Anti-vibration rubber
35 Brake mechanism
36 Vibration damping mechanism
50 Horizontal seismic isolation device
63A, 63B rack
64 pinion
70 Mass addition mechanism
74 mass

Claims

The vertical vibration of the seismic isolation target structure is prolonged by supporting the seismic isolation target structure via a vertical seismic isolation part that exerts elastic restoring force in the vertical direction with a support structure below it In the vertical seismic isolation device,
A mass is added between the seismic isolation target structure and the support structure, and a load is supported by the support structure, and the inertial mass involved in the vertical vibration is increased by interlocking with the vertical movement of the seismic isolation target structure. A vertical seismic isolation device characterized by a mechanism.

The mass adding mechanism includes a disk having a predetermined mass, and a motion conversion mechanism that rotates the disk in conjunction with the vertical movement of the seismic isolation target structure. The vertical seismic isolation device according to claim 1, wherein an inertial mass involved in vertical vibration of the structure is increased.

The motion conversion mechanism comprises a combination of a ball screw shaft and a ball screw nut, wherein one of the ball screw shaft and the ball screw nut is provided on the seismic isolation target structure side, and the other is provided on the disk side. The vertical seismic isolation device according to claim 2, wherein

4. The vertical seismic isolation device according to claim 3, wherein a vertical movement guide that appropriately guides vertical movement of the seismic isolation target structure is provided between the seismic isolation target structure and the support structure. 5.

3. The vertical seismic isolation device according to claim 2, wherein the motion conversion mechanism comprises a combination of a rack and a pinion, a rack is provided on a side of the seismic isolation target structure, and a pinion is provided on the disk side.

The vertical seismic isolation device according to any one of claims 3 to 5, further comprising a brake mechanism that applies a brake to the rotation of the disk.

The vertical seismic isolation device according to any one of claims 1 to 6, wherein at least one of the vertical seismic isolation part and the upper and lower ends of the motion conversion mechanism has a rubber vibration isolator interposed therebetween.

The vertical seismic isolation device according to any one of claims 1 to 7, wherein a vibration damping mechanism such as a damper is interposed between the seismic isolation structure and a support structure below the seismic isolation structure.

The vertical seismic isolation device according to any one of claims 1 to 8, wherein a horizontal seismic isolation function member that exerts an elastic restoring force in a horizontal direction is used as the vertical seismic isolation part.

The vertical seismic isolation device according to any one of claims 1 to 9, wherein the support structure is supported via a horizontal seismic isolation device.