JP2008232335A - Electric control device for base isolation plate - Google Patents
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Abstract
Description
地震の衝撃から重要な物品を守る免震装置に関するものである。 The present invention relates to a seismic isolation device that protects important items from the impact of an earthquake.
従来、バネ力などの緩衝機構を持ち、平面上を移動して振動を緩和する免震台は開発されていたが、電気制御や地震速報と連動する免震台は開発されていなかった。 Conventionally, a base isolation table that has a shock absorbing mechanism such as a spring force and moves on a flat surface to reduce vibration has been developed. However, a base isolation table that interlocks with electrical control and earthquake early warning has not been developed.
しかし、従来の免震台では通常時にも人が接触することにより緩衝機構が働き、その上に乗せた重要な物品が移動し、かえって危険となる欠陥があった。 However, the conventional seismic isolation table has a deficiency that makes a shock-absorbing mechanism work when a person comes into contact with it at normal times, and an important article placed on the mechanism moves and becomes dangerous.
本発明は固定台に設置されたソレノイドに代表されるアクチュエータの可動鉄芯を可動床に突き上げることにより平時は可動床を固定台に対して固定することにより人の接触などで可動床が移動することを防止し、地震時には感震センサーの検出信号によりソレノイドを下方向に吸引することにより可動床の固定台に対する拘束関係を解除し、バネ等の緩衝機構の元で可動床を自由移動させることにより可動床上に設置された重要物品の破損を防ぐ免震装置を安価に提供するものである。
更にソレノイドに永久磁石を包含させた自己保持型のソレノイドを用いて地震後の電源遮断時にも免震状態を保持することによりその機能を発揮させることが可能となる。
In the present invention, a movable floor of an actuator represented by a solenoid installed on a fixed base is pushed up to the movable floor to fix the movable floor to the fixed base during normal times, and the movable floor moves by human contact or the like. In the event of an earthquake, the solenoid is pulled downward by the detection signal of the seismic sensor to release the restraint relationship with the fixed base of the movable floor, and the movable floor can be moved freely under a buffer mechanism such as a spring. This provides a seismic isolation device that prevents damage to important articles installed on the movable floor at low cost.
Furthermore, the self-holding solenoid in which a permanent magnet is included in the solenoid can be used to maintain its seismic isolation state even when the power is shut off after an earthquake.
本発明による電気制御を追加した免震台では平時に人が接触しただけで揺れる危険を防止し、地震発生時には極めて短時間に感震センサーにより免震状態に切り替え、さらに地震速報信号を入力すると地震の大きな衝撃が来る前に免震状態とできるので免震機能を最大限に発揮できる。更に地震直後の停電でも免震状態を保持できるので周囲の人間、および物品の被害を最小限に防げる利点がある。またアクチュエータへの通電制御は吸引時と復帰時のごく短時間のみであり、通常は動作状態を示す発光ダイオード電流と制御回路のアイドリング電流のみであり、電力消費と発熱は非常に小さく信頼性の高い装置が構成できる。 The seismic isolation table to which electric control according to the present invention is added prevents the danger of shaking just by touching people during normal times, and when an earthquake occurs, the seismic sensor switches to the seismic isolation state in a very short time, and an earthquake early warning signal is input. The seismic isolation function can be maximized because the seismic isolation can be performed before a large earthquake strikes. Furthermore, since the seismic isolation state can be maintained even during a power outage immediately after an earthquake, there is an advantage that damage to surrounding people and articles can be minimized. Also, the power supply control to the actuator is only for a very short time at the time of suction and return, and usually only the LED current indicating the operating state and the idling current of the control circuit, and the power consumption and heat generation are very small and reliable. High device can be configured.
図1は本発明の基本構成であり、1はその底部にボールベアリング2を配置することにより平面上を移動可能な可動床である。3は箱状に構成した固定台であり、その1箇所または複数箇所にソレノイド4を固定しており、そのソレノイドの可動鉄芯5は通電により上下方向に移動し、上方向に移動した場合には前記可動床1の特定の場所に設けた穴7に入り込むことにより、前記可動床1の平面上の移動を規制するように機能し、また通電制御により可動鉄芯4が下方向に引き込まれた場合には前記可動床1は自由に平面上を移動できる構成としている。前記固定台3と可動床1は平面上で複数のバネ6で結合されており、これらのバネのバランスにより通常は可動床1が固定台3に対して中心に位置するように機能させている。 FIG. 1 shows a basic configuration of the present invention. Reference numeral 1 denotes a movable floor which can move on a plane by disposing a ball bearing 2 at the bottom thereof. Reference numeral 3 denotes a box-shaped fixing base, in which a solenoid 4 is fixed at one or a plurality of positions, and when the movable iron core 5 of the solenoid moves up and down by energization and moves up. Functions to regulate the movement of the movable floor 1 on a plane by entering a hole 7 provided at a specific location of the movable floor 1, and the movable iron core 4 is pulled downward by energization control. In this case, the movable floor 1 is configured to be freely movable on a plane. The fixed base 3 and the movable floor 1 are coupled to each other by a plurality of springs 6 on a plane, and normally the movable floor 1 functions so as to be centered with respect to the fixed base 3 by the balance of these springs. .
8は振動検知のセンサーであり、固定台3の一部に固定されており、地震等の振動を検知すると前記ソレノイド4に通電して可動鉄芯5を下方向に吸引して可動床1がバネ6の引っ張り力の制約を受けながら固定台上をボールベアリング2により移動できるように構成されている。 Reference numeral 8 denotes a vibration detection sensor, which is fixed to a part of the fixed base 3. When vibration such as an earthquake is detected, the solenoid 4 is energized and the movable iron core 5 is sucked downward to move the movable floor 1. It is configured to be able to move on the fixed base by the ball bearing 2 while being restricted by the pulling force of the spring 6.
図2は前記構成により感震センサー8の振動検出によりソレノイドの固定鉄芯5を下方向に引き込み、可動床1に設けた穴7から離脱することにより可動床がバネ6の引っ張り力の制御されて固定台の上を平面方向に移動する状態を示す。 FIG. 2 shows that, by detecting the vibration of the seismic sensor 8, the fixed iron core 5 of the solenoid is pulled downward and separated from the hole 7 provided in the movable floor 1, whereby the movable floor is controlled in the tensile force of the spring 6. The state of moving on the fixed base in the plane direction is shown.
図3は本発明に供するソレノイドの構造を示す。 従来の吸引型ソレノイドでは無通電時にはバネ力により可動鉄芯は上方向に引き出され、通電時にのみ可動鉄芯は固定鉄芯に吸着する位置に引き込まれる。 図3に示す本発明に用いた単安定ラッチングソレノイド4では内部に永久磁石10を配置しており、また吸引用コイル12と復帰用のコイル11の二つのコイルを持っている。 FIG. 3 shows the structure of a solenoid used in the present invention. In the conventional suction type solenoid, the movable iron core is pulled upward by the spring force when no current is supplied, and the movable iron core is drawn to a position where it is attracted to the fixed iron core only when the current is supplied. The monostable latching solenoid 4 used in the present invention shown in FIG. 3 has a permanent magnet 10 disposed therein, and has two coils, a suction coil 12 and a return coil 11.
先ず初期状態では可動鉄芯5に取り付けたバネ9により可動鉄芯5が上方向に突き出している。感震センサー8が振動を検出すると吸引用のコイル12に短時間通電し、可動鉄芯はバネ9に抗して下方向に引き込まれ、固定鉄芯13に吸着した状態では永久磁石による閉じられた磁気回路構成により通電が無くなっても可動鉄芯5はその位置を保持する。復帰用コイル11に短時間通電すると吸引コイル12と逆方向にコイルが巻かれているために、前記磁気回路の保持力に反発する力が発生し、可動鉄芯5は固定鉄芯13から瞬間的に離脱し、その後はバネ9の力により可動鉄芯5は上方向に引き出される。 First, in an initial state, the movable iron core 5 protrudes upward by a spring 9 attached to the movable iron core 5. When the seismic sensor 8 detects vibration, the coil 12 for suction is energized for a short time, and the movable iron core is pulled downward against the spring 9 and is closed by a permanent magnet when it is attracted to the fixed iron core 13. The movable iron core 5 maintains its position even when the current is lost due to the magnetic circuit configuration. When the return coil 11 is energized for a short time, the coil is wound in the opposite direction to the attracting coil 12, so that a force repelling the holding force of the magnetic circuit is generated, and the movable iron core 5 is instantaneously moved from the fixed iron core 13. After that, the movable iron core 5 is pulled upward by the force of the spring 9.
この構成により、可動鉄芯5が上方向に引き出された位置でも、下方向に引き込まれ、固定鉄芯13に吸着した位置でも電源無しにその位置を保持することが可能となり、特に地震直後の停電に対しても免震台の機能を発揮することが可能になる。また可動鉄芯5が上方向に突き出した状態で電源が抜かれても可動床1が水平方向に移動することがないので、一時的な輸送時でも問題は発生しない。
尚、同じく内部に永久磁石を組み込み、外付のバネが無くても可動鉄芯を突き出しと引き込みの両方の位置で電源供給無しに保持できる双安定型ソレノイドも本発明に使用できる。
With this configuration, even when the movable iron core 5 is pulled out upward, it is possible to hold the position without power even at the position where the movable iron core 5 is pulled down and attracted to the fixed iron core 13, especially immediately after an earthquake. The function of the base isolation table can be demonstrated even in the event of a power failure. Moreover, even if the movable iron core 5 protrudes upward and the power is removed, the movable floor 1 does not move in the horizontal direction, so no problem occurs even during temporary transportation.
Similarly, a bistable solenoid that can incorporate a permanent magnet inside and can hold the movable iron core at both the protruding and retracting positions without power supply without an external spring can also be used in the present invention.
図4は本発明を機能させる制御回路のブロック図を、図5は制御回路のタイミング図を示す。
感震センサー8は二つの電極と金属球から構成されるシンプルな検出器が使用できる。地震等の振動で金属球が転がり、二つの電極間を短絡されると、フリップフロップ14のセット入力端子Sバーが接地電位(以下Lと略する)となり、フリップフロップ14の出力Qが電源電位(以下Hと略する)に反転し、インバータ16を通してLがタイマーIC1に入力される。
FIG. 4 is a block diagram of a control circuit for operating the present invention, and FIG. 5 is a timing diagram of the control circuit.
The seismic sensor 8 can use a simple detector composed of two electrodes and a metal sphere. When a metal ball rolls due to vibration such as an earthquake and the two electrodes are short-circuited, the set input terminal S bar of the flip-flop 14 becomes the ground potential (hereinafter abbreviated as L), and the output Q of the flip-flop 14 is the power supply potential. (Hereinafter abbreviated as H), and L is input to the timer IC 1 through the inverter 16.
この時に免震状態を示すため赤色の発光ダイオード17を点灯させる。または簡単なマルチバイブレータの回路を追加して赤色の発光ダイオード17を点滅も可能である。 At this time, the red light emitting diode 17 is turned on to indicate the seismic isolation state. Alternatively, a red light emitting diode 17 can be blinked by adding a simple multivibrator circuit.
タイマーICは入力にLが入ると外付のコンデンサと抵抗で決まる一定時間出力をHに反転させ、トランジスタ1がONとなり、吸引用コイル12に通電する。この通電時間はソレノイドの特性に拠るが100msから1000msぐらいが妥当である。この通電により可動鉄芯5はバネ9の力に抗して吸引され、その先端が固定鉄芯13に接すると通電が終了しても永久磁石10により可動鉄芯5はその位置を保持し、装置の免震状態を保つ。地震では本震に続いて通常は小規模の余震が発生するため、装置が免震状態を保持することが免震台に乗せた重要物品の保護に必要である。また激しい地震の後で停電がしばしば発生するので、本構成のソレノイドでは電源が遮断されても免震状態を維持できる。 When L is input to the timer IC, the output is inverted to H for a fixed time determined by an external capacitor and resistor, the transistor 1 is turned on, and the suction coil 12 is energized. This energization time depends on the characteristics of the solenoid, but it is reasonable to be between 100ms and 1000ms. With this energization, the movable iron core 5 is attracted against the force of the spring 9, and when the tip contacts the fixed iron core 13, the movable iron core 5 maintains its position by the permanent magnet 10 even when the energization is terminated. Keep equipment seismically isolated. In an earthquake, a small aftershock usually occurs after the main shock, so it is necessary for the protection of important items on the base isolation table to maintain the base isolation state. In addition, since power outages often occur after severe earthquakes, the solenoid with this configuration can maintain a seismic isolation state even when the power is shut off.
余震が終わった後、免震台の操作盤に設けたリセットスイッチ15を操作すると、フリップフロップ14の入力RバーがLとなるため出力Qバーは反転し、第2のタイマーIC2が外付のコンデンサと抵抗で決まる一定時間出力をHに反転させ、トランジスタ2がONとなり、復帰用コイル12に通電する。これにより可動鉄芯5は固定鉄芯13から離脱し、バネ9の反発力と合わせて可動鉄芯5を上方向に引き出し、可動床1が固定台3に対して拘束される状態に戻る。この復帰時にはフリップフロップ14のQバー出力により緑色の発光ダイオード18を点灯させる。 After the aftershock is over, if the reset switch 15 provided on the operation panel of the base isolation table is operated, the input R bar of the flip-flop 14 becomes L, the output Q bar is inverted, and the second timer IC 2 is externally attached. The output is inverted to H for a fixed time determined by the capacitor and the resistance, the transistor 2 is turned on, and the return coil 12 is energized. As a result, the movable iron core 5 is detached from the fixed iron core 13, and the movable iron core 5 is pulled upward together with the repulsive force of the spring 9, and the movable floor 1 returns to a state where it is restrained with respect to the fixed base 3. At this time, the green light emitting diode 18 is turned on by the Q bar output of the flip-flop 14.
前記実施例では感震センサーによる機械的接点により地震を検出したが、気象庁が契約者に配信する地震速報器の出力もリレーによる機械接点方式であり、同様に接続できる。 In the above embodiment, the earthquake is detected by the mechanical contact by the seismic sensor, but the output of the earthquake early warning device delivered to the contractor by the Japan Meteorological Agency is also a mechanical contact method by the relay and can be similarly connected.
図5は前記の制御回路の動作を時間軸で示す。地震の振動が感震センサー8で検出されるとフリップフロップ14のセット入力端子Sバーが接地電位となり、吸引用コイル12にタイマーIC1に設定された時間通電する。前記のように可動鉄芯5が吸引され、固定鉄芯13に接触するとソレノイド内の永久磁石により吸引用コイル12への通電が終了しても可動鉄芯は固定鉄芯に吸着したまま保持される。この構造により、地震直後に電源が遮断されても免震台は免震状態を保持可能となり、その上に設置された重要物品を保護できる。 FIG. 5 shows the operation of the control circuit on the time axis. When the seismic vibration is detected by the seismic sensor 8, the set input terminal S bar of the flip-flop 14 becomes the ground potential, and the suction coil 12 is energized for the time set in the timer IC1. As described above, when the movable iron core 5 is attracted and comes into contact with the fixed iron core 13, the movable iron core is held while being attracted to the fixed iron core even when energization of the suction coil 12 is terminated by the permanent magnet in the solenoid. The With this structure, even if the power supply is cut off immediately after the earthquake, the base isolation table can maintain the base isolation state and can protect important items installed thereon.
余震が終了した後は管理者によりリセットスイッチ15を操作することによりフリップフロップ14は反転し、Qバー出力により復帰用コイルにタイマーIC2により一定時間通電がされ、可動鉄芯5が固定鉄芯13から離脱すると可動鉄芯5付近に設けたバネ9の反発力により可動鉄芯5は上方向に移動し、可動床1に設けた保持用穴7に入り込み、可動床1は固定台3に対して拘束される。 After the aftershock is over, the flip-flop 14 is reversed by operating the reset switch 15 by the administrator, the return coil is energized for a certain time by the timer IC2 by the Q bar output, and the movable iron core 5 is fixed to the fixed iron core 13. When detached from the movable core 5, the movable core 5 moves upward due to the repulsive force of the spring 9 provided near the movable core 5 and enters the holding hole 7 provided in the movable floor 1. To be restrained.
図6は地震による振動後に自動的に可動床1を固定台3に再度拘束させるタイマー回路を設けた構成を示す。この回路では前記応用例のフリップフロップの代わりにタイマー回路を3個使用して全体を構成している。感震センサー8が振動を検出すると第1のタイマーIC1は外付けのコンデンサと抵抗で決まる概略100msから1000msの時間、吸引コイルに通電し、免震状態にする。同時に第1のタイマーIC1の出力反転で第2のタイマーIC2を起動させ、この時間設定は数分から数十分と設定し、この設定時間経過後に第3のタイマーIC3を起動させ、概略100msから1000msの時間、復帰用コイルに通電する。 FIG. 6 shows a configuration in which a timer circuit for automatically restraining the movable floor 1 to the fixed base 3 again after vibration due to an earthquake is provided. In this circuit, three timer circuits are used in place of the flip-flop of the application example to constitute the whole. When the seismic sensor 8 detects vibration, the first timer IC1 energizes the suction coil for approximately 100ms to 1000ms determined by the external capacitor and resistance to make it seismic isolation. At the same time, the second timer IC2 is started by reversing the output of the first timer IC1, this time setting is set from several minutes to several tens of minutes, the third timer IC3 is started after this set time has elapsed, and approximately 100 ms to 1000 ms The return coil is energized for a period of time.
この方式を用いれば地震の混乱終了後に自動的に元の免震状態に復帰できる。この場合にも再度強い地震が到来すれば感震センサー8により毎回免震状態を実現できる。 By using this method, it is possible to automatically return to the original seismic isolation state after the end of the earthquake confusion. Also in this case, if a strong earthquake comes again, the seismic sensor 8 can realize the seismic isolation state every time.
本発明を用いた免震台は美術品、博物品のみならず高精度の計測器や工作機械、コンピュータ、更にバイオ研究や医療現場、熱帯魚槽、ワイン貯蔵庫など地震により甚大な被害が想定されるほとんどの分野に利用可能である。 The seismic isolation table using the present invention is expected to cause tremendous damage due to earthquakes such as high precision measuring instruments, machine tools, computers, bio-research, medical sites, tropical fish tanks, wine storages as well as arts and crafts. Available for most fields.
1. 可動床
2. ボールベアリング
3.固定台
4.ソレノイド
5.ソレノイドの可動鉄芯
6.バランスバネ
7.可動床に設けて保持用穴
8.感震センサー
9.ソレノイドに設けたバネ
10.ソレノイドに内蔵した永久磁石
11.復帰用コイル
12.復帰用コイル
13.固定鉄芯
14.フリップフロップ
15.リセットスイッチ
16.インバータ
17.赤色発光ダイオード
18.緑色発光ダイオード
1. Movable floor 2. Ball bearing Fixed base 4. Solenoid 5. 5. Moving iron core of solenoid Balance spring7. 7. Holding hole provided on the movable floor 8. Seismic sensor Spring provided on solenoid 10. 10. Permanent magnet built in solenoid Return coil 12. Return coil 13. Fixed iron core 14. Flip-flop 15. Reset switch 16. Inverter 17. Red light emitting diode 18. Green light emitting diode
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JP2007074517A JP2008232335A (en) | 2007-03-22 | 2007-03-22 | Electric control device for base isolation plate |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN107962389A (en) * | 2017-10-31 | 2018-04-27 | 马鞍山市盛力锁业科技有限公司 | A kind of headstock lockset punching and hole bit synchronization organisation of working |
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2007
- 2007-03-22 JP JP2007074517A patent/JP2008232335A/en active Pending
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