CN102206949A - 免震装置 - Google Patents

Abstract

一种免震装置，能降低由于地震波产生的响应加速度和相对变位双方，包括：在固定基板(11)上通过压缩弹簧(12b)朝上施力的支承件(12)；被纵横滑动轨道(13、13、14、14)支承成在水平方向上自由相对移动的移动机架(20)；以及水平限制板(23)，支承件(12)通过上端的球面与限制板(23)的凹部(23a)的内表面滑动接触。

Description

免震装置

技术领域

本发明涉及一种为了有效地保护例如美术工艺品、精密机械仪表等任意物品免于由于地震造成的过大振动时使用的免震装置。

背景技术

作为保护建筑物免于地震摇晃的免震装置提出有将由压缩弹簧形成的纵向摇晃缓冲装置和由碟形构件形成的横向摇晃缓冲装置组合成一体的形式(专利文献1)。

纵向摇晃缓冲装置采用在自由伸缩的引导构件的外部安装压缩弹簧的结构。此外，横向摇晃缓冲装置通过将自由旋转地收纳于引导构件的前端的轴承的滚珠与承接该滚珠的碟形构件组合而构成。在此，该免震装置通过将引导构件的基端侧、碟形构件的背面侧分别固定于建筑物侧、建筑物基础侧，能防止地震的摇晃从建筑基础直接传递到建筑物，从而能有效地保护建筑物。

专利文献1：日本专利特开2006-200184号公报

在使用上述现有技术时，存在以下问题：为了支承建筑物的质量，纵向摇晃缓冲装置的压缩弹簧需要选择足够强力的弹簧，实际上很难阻断地震波的纵向摇晃，即便将这种强力的压缩弹簧与碟形构件组合，作用于建筑物的响应加速度也不会变小，免震效果未必充分。

发明内容

本发明鉴于上述现有技术问题而作，其目的在于提供一种免震装置，该装置通过滑动轨道支承载放物品的移动机架，来有效地降低由于地震波产生的响应加速度和相对变位双方，从而容易地实现所需的免震效果。

为达成上述目的，本发明的免震装置包括：支承件，其在固定基板上通过压缩弹簧朝上施力；移动机架，其被与固定基板组合的纵横滑动轨道支承，并相对于支承件在水平方向上自由相对移动；以及水平限制板，其装设于移动机架，并在下表面形成圆锥形的凹部，本发明的技术思想是：支承件一边通过上端的球面与凹部的内表面滑动接触，一边使移动机架复原到规定位置。

此外，凹部能通过使顶部的曲面和与曲面连续的周边部的倾斜面组合而形成，倾斜面能通过使倾斜角不同而形成多个阶段。

此外，也可将通过多个弹簧保持的水平板装设于移动机架。

根据上述本发明的结构，支承件通过压缩弹簧朝上施力，并通过上端的球面与限制板的下表面的凹部的内表面滑动接触，能使与限制板一体的移动机架复原到规定位置。这是由于支承件通过与限制板的凹部的内表面接触，对限制板施加阻碍限制板的相对移动的摩擦力，还施加有朝向凹部顶部的回复力。另一方面，由于装设限制板的移动机架被纵横滑动轨道支承成可自由水平移动，移动机架自身的重量、载置于移动机架的物品的重量不会变成对支承件施力的压缩弹簧的负载，因此，能合适地设定压缩弹簧的弹簧系数来有效地降低由于地震波而产生于移动机架、移动机架上的物品的响应加速度和相对变位双方。

限制板的下表面的凹部形成顶部的曲面和与曲面连续的周边部的倾斜面，藉此，能形成最简单且有效的形式。其中，顶部的曲面例如形成支承件的上端的球面的凸的曲率半径以上的凹的曲率半径，最好限定于半径10mm左右小的范围内。此外，通过将周边部的倾斜面例如设定为倾斜角10°±2°，能有效地降低由于地震波而产生于移动机架、移动机架上的物品的响应加速度和相对变位双方。此外，若倾斜面的倾斜角过大，则相对变位变小，而响应加速度过大，若倾斜角过小，则响应加速度变小，而相对变位过大。

凹部的倾斜面例如通过采用半径10～50mm的倾斜角θ1＝10°±3°，半径50mm以上的倾斜角θ2＝7°±3°的结构，能设定成两个阶段。此外，倾斜面例如也可通过采用半径10～50mm的倾斜角θ1＝10°±2°，半径50～100mm的倾斜角θ2＝7°±3°，半径100mm以上的倾斜角θ3＝8°±2°的结构，设定成三个阶段。其中，为了降低响应加速度和相对变位双方，最好设定成θ1＞θ2，θ1＞θ3＞θ2，但并不限定于此。

通过多个弹簧装设于移动机架的水平板上能载置任意的免震对象物的物品。水平板用弹簧在地震时上下伸缩，阻断由于地震波引起的纵向摇晃传递到水平板上的物品。

附图说明

图1是整体示意立体图。

图2是图1的X-X线剖视图。

图3是图2的Y-Y线剖视图。

图4是图2的Z-Z线剖视图。

图5是主要部分的放大剖视图。(1)

图6是主要部分的放大剖视图。(2)

图7是动作特性说明线图。(1)

图8是动作特性说明线图。(2)

图9是表示其他实施方式的整体主视图。

图10是图9的A-A线剖视图。

图11是表示其他实施方式的与图5相当的说明图。

(符号说明)

θ倾斜角

11固定基板

12支承件

12b压缩弹簧

13、14滑动轨道

20移动机架

23限定板

23a凹部

24水平板

24c弹簧

具体实施方式

以下，参照附图说明本发明的实施方式。

免震装置的主要构件包括：设置于固定基板11上的支承件12；以及通过纵横滑动轨道13、13、14、14支承的移动机架20(图1、图2)。此外，移动机架20上装设有限制板23。

固定基板11是固定于地表F上的底座11a的上表面的块体。固定基板11的上表面立设有支承件12用的引导筒12a，引导筒12a内收纳有对支承件12朝上方施力的压缩弹簧12b。支承件12采用在与引导筒12a的内径配合的本体部12c的上端加设球12d的结构，本体部12c的下端垂设有用于与压缩弹簧12b组合的小径部12e。

滑动轨道13、13被组合成相对于固定基板11可自由滑动。此外，各滑动轨道13的两端分别固定有滑动块13a(图3、图4)，与滑动轨道13、13垂直的滑动轨道14和滑动块13a、13a被组合成自由滑动。此外，移动机架20通过底板21组装于滑动轨道14、14上，底板21的中心部形成有供固定基板11上的支承件12用的引导筒12a从下朝上贯通的大直径的圆孔21a。

移动机架20采用在正方形的底板21的四角部立设支柱22、22...(图1、图2)，并将限制板23朝下旋紧于支柱22、22...的上端的结构。限制板23的下表面形成有圆锥形的凹部23a(图2、图5)。

在限制板23的凹部23a的顶部的半径R1≤10mm的范围形成凹的曲率半径Ra＞Rb的曲面。其中，Rb是支承件12的上端的球12d的表面所形成的球面的凸的曲率半径。此外，在半径R1＞10mm的范围形成与顶部的曲面连续的周边部的倾斜面，倾斜角θ＝10°±2°。

限制板23上装设有水平板24(图1、图2)。水平板24的四角部分别垂设有脚24a，各脚24a用的带边缘有底的引导套管24b朝下地加设于限制板23的四角部。此外，各引导套管24b内收容有对脚24a朝上施力的弹簧24c(图6)。弹簧24c例如是螺旋弹簧，弹簧24c的下端、上端分别与引导套管24b的底面、脚24a的下表面连结。即，弹簧24c通过上下伸缩产生朝下的拉伸力和朝上的压缩力。

移动机架20通过纵横滑动轨道13、13、14、14被支承成相对于固定基板11上的支承件12沿水平方向自由相对移动。但是，移动机架20在地震不发生的静的状态下复原到规定位置以使位于支承件12的上端的球12d位于限制板23的凹部23a的顶部。

当地震发生、固定基板11在水平方向上横向摇晃时，移动机架20相对于固定基板11的支承件12沿水平方向相对移动，支承件12的上端的球12d与限制板23的凹部23a的内表面滑动接触地离开凹部23a的顶部做相对移动。在此，被压缩弹簧12b施加朝上的作用力的支承件12基于凹部23a的倾斜面的倾斜角θ产生使限制板23、移动机架20复原到规定位置的回复力，并在阻碍限制板23的相对移动的方向上产生摩擦力，使产生于移动机架20的水平板24上所载置的免震对象物的物品所产生的响应加速度和相对变位双方降低。但是，地震波的纵向摇晃通过对水平板24的脚24a、24a...朝上施力的弹簧24c、24c...被阻断。这是由于弹簧24c、24c...上下伸缩动作将水平板24保持于没有地震时的静的位置。

图7是根据1995年兵库县南部地震的实际地震波，免震装置的模拟分析数据的一例。根据图7(A)可知，当凹部23a的倾斜面的倾斜角θ＝8°～12°时，有效地降低了产生于移动机架20的响应加速度和相对变位双方。此外，根据图7(B)可知，当压缩弹簧12b的弹簧系数k＝4000～6000N/m时，有效地降低了响应加速度和相对变位双方。其中，图7的纵轴表示响应加速度(m/s²)、相对变位(m)的各最大值。此外，即便使用2004年新潟县中越地震的地震波做模拟分析也得到了大致相同的结果，与试验结果也很好地一致。

此外，根据实际的地震波的加振试验数据的一例如图8所示。图8(A)是输入地震波的加速度波形，图8(B)、图8(C)分别是产生于移动机架20的响应加速度、相对变位的实际波形。根据图8可知，响应加速度大致降低至1/3，相对变位大致降低至85mm。

将固定基板11变成平板状，并能通过辅助板15组装移动机架20用的纵横滑动轨道13、13、14、14(图9、图10)。

辅助板15的下表面的滑动轨道13、13与固定基板11上的滑动块11b、11b...被组合成自由滑动。此外，移动机架20的底板21的下表面的滑动导轨14、14与辅助板15上的滑动块13a、13a...被组合成自由滑动。此外，为使固定基板11上的支承件12用的引导筒12a从下朝上贯通，在辅助板15上形成有与底板21的圆孔21a同样的大直径的圆孔15a。

移动机架20的支柱22、22...分别通过支架22a、22a立设于底板21的四角部。此外，水平板24的四角部的脚24a、24a...分别从上朝下自由滑动地贯通限制板23的四角部的引导套管24b，引导套管24b上安装有对水平板24朝上施力的弹簧24c。此外，弹簧24c的下端、上端分别与引导套管24b的上端面、和水平板24的下表面一体的脚24a的上端的外凸缘的下表面连结。地震时，通过引导轨道13、13、14、14，移动机架20沿水平方向相对移动，与先前的实施方式相同，能有效地保护水平板24上载置的物品免于地震的摇晃。

也可改变装设于移动机架20的限制板23的下表面的凹部23a的截面形状(图11)。

图11(A)再次表示图5的形状，在顶部的半径R≤R1＝10mm的范围形成截面圆弧状的曲面，在半径R＞R1的范围形成与顶部的曲面连续的周边部的倾斜面(倾斜角θ＝10°±2°)。图11(B)中，将周边部的倾斜面形成倾斜角θ＝θ1、θ＝θ2两个阶段，并以半径R＝R2＝50mm划分。此外，倾斜角θ例如为θ1＝10°±3°，θ2＝7°±3°。图11(C)中，将周边部的倾斜面形成三个阶段，半径R＝R1＝10mm～R2＝50mm的倾斜角θ1＝10°±2°、半径R＝R2＝50mm～R3＝100mm的倾斜角θ2＝7°±3°、半径R≥R3＝100mm的倾斜角θ3＝8°±2°。

其中，图11(B)中，θ1＞θ2，图11(C)中，θ1＞θ3＞θ2。可确认图11(B)比图11(A)的响应加速度、相对变位双方的降低效果佳，图11(C)比图11(B)更佳。此外，图11(C)中，若θ1＞θ2＞θ3，则相对变位变大，但能抑制响应加速度，若θ1＜θ2＜θ3，则能抑制相对变位，但响应加速度变大。

以上说明中，为使支承件12的上端与限制板23的凹部23a的内表面平滑地滑动接触，也可形成朝上方凸的球面，没有必要一定要加设球12d。例如，也可只将外径足够的圆棒状支承件12的上端加工成圆顶状。

Claims (4)

1.一种免震装置，其特征在于，包括：

支承件，该支承件在固定基板上通过压缩弹簧朝上施力；

移动机架，该移动机架被与所述固定基板组合的纵横滑动轨道支承，并相对于所述支承件在水平方向上自由相对移动；以及

水平限制板，该限制板装设于所述移动机架，并在下表面形成圆锥形的凹部，

所述支承件一边通过上端的球面与所述凹部的内表面滑动接触，一边使所述移动机架复原到规定位置。

2.如权利要求1所述的免震装置，其特征在于，所述凹部通过使顶部的曲面和与所述曲面连续的周边部的倾斜面组合而形成。

3.如权利要求2所述的免震装置，其特征在于，所述倾斜面通过使倾斜角不同而形成多个阶段。

4.如权利要求1至3中任一项所述的免震装置，其特征在于，将通过多个弹簧保持的水平板装设于所述移动机架。

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