高温超電導バルク体を用いた免震装置に関する研究

点击翻译按钮获取中文摘要

東北地方太平洋沖地震をはじめ,日本は地震によって大規模な人的被害および経済的被害がもたらされ,復旧にも莫大な時間と費用が必要となる。本研究では,地震被害を抑制するために,超電導バルク体を用いた磁気浮上型の免震装置の開発を図っており,当該年度において免震対象物を浮上支承させるための効率の良い浮上力確保や水平および鉛直振動に対する振動伝達率の抑制(免震効果の向上)を検討した。効率よく浮上力を得るために,超電導バルク体と永久磁石の配置や大きさについて検討し,超電導バルク体の単位面積当たり2000kgf以上(半導体製造装置レベル)の浮上力が得られることを見出した。実際に得られた浮上力特性から大型モデル装置を製作し,地震波を印加させ,振動伝達特性を測定した。初期微動となる小振幅高周波振動(振幅10mm未満,周波数1Hz以上)に対しては,加速度を20分の1に低減することができ,主要動となる大振幅低周波振動(振幅10mm以上,周波数1Hz未満)に対しては,等速直線運動を示すことを明らかにした。つまり,地震波周波数領域(10Hz以下)において固有周波数が存在せず,既存の免震装置では不可能であった共振現象に伴う振動増幅を抑制する(振動伝達率が1以下になる)ことに成功した。鉛直振動伝達特性では,共振時における振動伝達率を抑制するために,超電導バルク体数を変化させて剛性を高める方法や渦電流ダンパーによって減衰力を高める方法を考案した。これらは,鉛直方向のみに振動伝達を抑制する力が発生するため,水平振動伝達には寄与しない利点がある。これらにより,地震動の周波数領域から共振点を移行させるとともに,共振時における振動伝達率を3分の1程度抑制することに成功した。超電導免震装置の早期実用化によって,地震被害を大幅に低減し,業務継続や機能維持が確保されるとともに,物的被害のみならず,精神的なストレス抑制にもつながることになる。