JP2012067840A - 水平免震テーブル装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】基板10と、テーブル部21と脚部22とからなる免震テーブル20と、斜めに張られて基板10の上面とテーブル部21の下面とを連結した複数のコイルばね30と、基板10の上面又は免震テーブル20の下面に設けられ各コイルばね30の一端を連結するばね用漸硬型弾性支持体40とを備える。免震テーブル20は脚部22の下端の接触子23により地震時に基板10上を摩擦移動する。ばね用漸硬型弾性支持体40は、コイルばね30の伸びが、通常の地震時に対応したコイルばねの最大伸び以下ではコイルばね30の張力を小さく線形に維持し、かつ長周期地震動によって免震テーブル20が共振し水平ずれが大きくなり最大伸びを超える領域ではコイルばね30の張力を漸硬的に非線形に高める。
【選択図】図1
Description
ばね6は、基板2の周壁2a内側面部と免震テーブル4の側面部4aとを連携していて地震発生時には自身も振動を起こすことで、基板2と免震テーブル4の相対的な水平移動(横ずれ)の振動を許容し、地震収束後は基板2と免震テーブル4とを元の相対的な位置関係に復帰させる機能を果たすために採用される。ダンパ7は、ばね6のみでは得られない有効な減衰性能を得るために採用される。
また、コイルばねの上下成分によって生じる基板と脚部接触子間の摩擦力特性も、水平相対変位の増加とともに増大する漸硬型摩擦力特性を示す。従って、図1〜図4に開示しているばね式免震装置から、ばねに必要充分な大きさの減衰機能=漸硬摩擦力特性を備えることができるならばダンパを併設することを必要としないことが理解される。
従って、周期が1秒以下の短周期成分が卓越成分である通常の地震動に対しては小さな減衰を発生し、かつ長周期地震動を受けて免震対象物が大きく揺れようとするときには大きな減衰を発生する免震装置が必要となる。
他方、長周期地震動によって免震テーブルが共振し水平ずれが大きくなる領域では、コイルばねの通常の地震時の最大伸びを超える負荷がばね用漸硬型弾性支持体に掛かり、ばね用漸硬型弾性支持体が非線形に張力変化するので、ばね用漸硬型弾性支持体のコイルばねに対する係止点の変化が非線形に小さくなるから、この負荷をコイルばねが負担する割合が非線形に高まることになり、コイルばねの張力が非線形に高まる。このため、長周期地震動時には脚部の下端面と基板の上面との間の摩擦力が非線形に大きくなり有効な減衰性能が得られ、地震エネルギーは摩擦による熱エネルギーに変化し免震テーブルは制動され共振が抑えられる。
図1は、この実施形態に係るばね式水平免震テーブル装置100の斜視図を示す。このばね式水平免震テーブル装置100は、建物内の適宜の平面スペースに固定設置される基板10と、基板10上に静置されるテーブル部21および脚部22を有する免震テーブル20と、基板10の上面とに免震テーブル20のテーブル部21の下面とを斜めに連繋する複数のコイルばね30と、基板10の上面又はテーブル部21の下面に取付けられコイルばね30の端部を係止する漸硬型弾性支持体40とを備えてなる。
以下、各構成要素に付いて分説する。
図5(a)〜(d)は、コイルばね30の両端を一対のばね用漸硬型弾性支持体40で係止する場合に漸硬型が顕著になることのモデル解析図である。すなわち、コイルばね30を斜めに張りかつ初期張力を与えて係止する場合には、コイルばね30が漸硬型になるが、さらに該コイルばね30の両端を一対のばね用漸硬型弾性支持体40で係止する場合には、漸硬型が一層顕著になる。このことのモデル解析を図5(a)〜(d)を用いて説明する。
図5(b)は、図5(a)の状態から地震による基板10の振動により下側のピン軸41が左方向へ移動して、下側のピン軸41と静止している上側のピン軸41とが水平方向に寸法uだけずれ、かつ下側のピン軸41の取付端と上側のピン軸41の取付端とを結ぶ直線上に重なるように、下側のピン軸41及び上側のピン軸41が傾いているモデルを示す。
図5(c)は、図5(a)の状態から地震による基板10の振動により下側のピン軸41が左方向へ移動して、下側のピン軸41と静止している上側のピン軸41とが水平方向に寸法uだけずれ、かつ下側のピン軸41及び上側のピン軸41をそれぞれ図示しない支持部材で垂直状態に支持した状態のモデルを示す。
図5(d)は、図5(a)の状態から地震による基板10の振動により下側のピン軸41が左方向へ移動して、下側のピン軸41と静止している上側のピン軸41とが水平方向に寸法uだけずれ、かつ下側のピン軸41及び上側のピン軸41をそれぞれ漸硬型弾性支持体本体42で弾持した状態のモデルを示す。
なお、寸法Hとaは、他のモデルでも同一である。
(1)コイルばね30の長さをL1は、
(2a+L1)2=H2+u2 …の式と、H=(2a+L1)cosα …の式とから、(3)式となる。
(2a+L1)sinα=uより導かれる、sinα=u/(2a+L1)=ucosα/H …の式と、
またsinα2+cosα2=1より導かれる、{(u/H)2+1}cosα2=1 …の式とから、(4)式となる。
(1)コイルばね30の長さをL2は、
L2 2=(H−2a)2+u2 …の式と、L2cosβ=L0 …の式とから、(9)式となる。
H=2a+L1=2a+L2cosβ …の式と、L2cosβ=u …の式とから、(10),(11)式となる。
H=0.6m、L0=0.5m、a=0.05m、K=174N/mとしたとき、F1、F2、P1、P2は、それぞれ(15)式〜(18)式のようになる。
上記のモデル解析によれば、ばね力上下成分F1,F2に摩擦係数を掛ければ摩擦力となる。この摩擦力は、接触子23と表面硬質パネル12との摺動ポイントに作用する。ばね力上下成分F1,F2は、共に漸硬型となるが、F2の方がF1よりも漸硬性が高い。またばね力水平成分P1,P2は、共に漸硬型となるが、P2の方がP1よりも漸硬性が高い。従って、ばね力でピン軸41が揺動しないように、ピン軸41を固定する構成の方がばね力でピン軸41が揺動する構成よりも漸硬性が高い。
本実施形態で採用しているばね用漸硬型弾性支持体40は、ばね力でピン軸41が揺動しにくいように支持しているが、ゴム製で厚肉な略半球殻形に形成されているものであり、uが小さいときは線系に撓む柔らかい状態でピン軸41を倒れないように支持し、uが大きくなるほど非線形で硬くなってピン軸41を倒れないように支持する働きをする。それゆえ、ばね用漸硬型弾性支持体40の変形状況は、uが小さいときには、F1,P1の状態に近く、uが大きくなるとF2,P2の状態に近づく。従って、ばね用漸硬型弾性支持体40を用いることによる復元力と摩擦力の漸硬性の効果は、図5(c)の場合よりも図5(d)の場合の方が大きくなる。
複数のコイルばね30は、斜めに張られて基板10の上面と免震テーブル20の下面とを連結し地震発生時に伸縮して基板10と免震テーブル20との水平振動を許容し地震収束時には基板10と免震テーブル20とを元の位置関係に復帰させる。
基板10の周壁部13の内面の緩衝材14は、通常の地震時には脚部22に接触しないので免震が確保され、長周期地震動によって免震テーブル20が共振し水平ずれが大きくなると脚部22に接触し制動するダンパ機能及び漸硬ばね機能を果たす。
図9は、この実施形態に係るばね式水平免震テーブル装置100Aの図4に対応した縦断面図を示す。このばね式水平免震テーブル装置100Aも、第1の実施形態と同様に、基板10及び免震テーブル20のテーブル部21が矩形に形成され、テーブル部21の四隅が四つの脚部22で支持され、テーブル部21下面の各脚部の内側の対角線上の四位置及び基板の上面中央部の対角線上の四位置にばね用漸硬型弾性支持体40Aがそれぞれ設けられ、下部中央部の一つと上部四隅の一つとが斜め方向上下に対応している各一対のばね用漸硬型弾性支持体40Aにコイルばね30が初期張力を与えられて両端を係止されてなる。
本発明は、上記第1、第2の実施形態に限定されるものではない。基板10や免震テーブル20のテーブル部21は矩形に限定されるものでなく、円形、三角形などでもよい。テーブル部21を支える脚部22は4本に限定されるものではない。例えば、テーブル部21の下面中央より1本の脚部が垂下し、該脚部の下端が例えば基板に近接するH型フレームの中央に固定され、H型フレームの四隅にフリー回転自在なベアリングあるいは高滑り性を有する半球体等の接触子を備えてもよい。コイルばね30は、斜めに張られる必要があるが、4本のコイルばねの下端がテーブル部21の下面中央部に集中し、4本のコイルばねの下端が基板の周縁部に分散して張られた形態(実施形態のコイルばね30の斜め方向の張り方が天地逆になった形態)でもよい。コイルばねは、4本に限定されるものではない。本発明は、コイルばねにダンパを併用したものではない。ばね用漸硬型弾性支持体は、ダンパではなく、コイルばねが通常の地震動に対しては線系に張力変化し長周期地震動に対しては漸硬的に非線形に張力変化する機能を保有させる働きを備えている構造であればよい。
10…基板、
13…周壁部、
20…免震テーブル、
21…テーブル部、
22…脚部、
23…接触子、
30…コイルばね、
40,40A…ばね用漸硬型弾性支持体、
41…ピン軸、
41a…球体部 42a…中心孔、
42…漸硬型弾性支持体本体、
43…球面軸受、
45…ピン軸付ダイヤフラム、
45a…ダイヤフラム部、
45c…ばね係止部、
45d…フランジ部、
46…漸硬型弾性支持体本体、
46a…フランジ部、
Claims (5)
- 基板と、
免震対象物を載置するためのテーブル部及び該テーブル部より垂下する脚部を有し該脚部が下端に備えた接触子を介し前記基板上を摩擦移動可能に載置された免震テーブルと、
斜めに張られて前記基板の上面と前記免震テーブルの下面とを連結し地震発生時に伸縮して前記基板と前記免震テーブルとの水平振動を許容し地震収束時には前記基板と前記免震テーブルとを元の位置関係に復帰させる複数のコイルばねとを備え、
前記各コイルばねの少なくとも一端に対応する前記基板の上面又は前記免震テーブルの下面には、前記各コイルばねの一端を連結し,前記コイルばねの伸びが、短周期成分が卓越した通常の地震時に対応した前記コイルばねの最大伸び以下ではコイルばねの水平復元力特性をほぼ線形状態に維持し、かつ長周期地震動によって免震テーブルが共振し水平ずれが大きくなり前記最大伸びを超える領域ではコイルばねの水平復元力特性及び摩擦力特性を非線形状態に高めるばね用漸硬型弾性支持体、を備えていることを特徴とするばね式水平免震テーブル装置。 - 請求項1に記載のばね式水平免震テーブル装置において、
前記ばね用漸硬型弾性支持体は、
ゴム製で略半球殻形に形成され基部端面を前記基板の上面又は前記免震テーブルの下面あるいはそれらの両面に固定された漸硬型弾性支持体本体と、
前記漸硬型弾性支持体本体の内部において前記基板の上面又は前記免震テーブルの下面に球面対偶となるように連結され前記漸硬型弾性支持体本体の略中央に設けられた中心孔に通され該漸硬型弾性支持体本体によって支持され先端に前記コイルばねの一端を係止するばね係止部を有し剛性を有するピン軸と、
を備えてなることを特徴とするばね式水平免震テーブル装置。 - 請求項1に記載のばね式水平免震テーブル装置において、
前記ばね用漸硬型弾性支持体は、
ゴム製で略短リング状に形成され基部端面を前記基板の上面又は前記免震テーブルの下面あるいはそれらの両面に固定された漸硬型弾性支持体本体と、
可撓性金属材料よりダイヤフラム部が形成され該ダイヤフラム部の中央より外方に一体に突出し先端に前記コイルばねの一端を係止するばね係止部を有するピン軸部が形成され前記ダイヤフラム部のフランジ部が前記漸硬型弾性支持体本体の内周面より内部に侵入し該漸硬型弾性支持体本体に支持されたピン軸付ダイヤフラムと、
を備えてなることを特徴とするばね式水平免震テーブル装置。 - 請求項1乃至3のいずれか一に記載のばね式水平免震テーブル装置において、
前記免震テーブルは前記テーブル部が矩形に形成され該テーブル部の四隅が四つの前記脚部で支持されてなり、前記ばね用漸硬型弾性支持体が、前記テーブル部下面の各脚部の内側の対角線上の四位置及び前記基板の上面中央部の対角線上の四位置にそれぞれ設けられ、下部中央部の一つと上部四隅の一つとが斜め方向上下に対応している各一対のばね用漸硬型弾性支持体に前記コイルばねが初期張力を与えられて両端を係止されてなる、ことを特徴とするばね式水平免震テーブル装置。 - 請求項1乃至4のいずれか一に記載のばね式水平免震テーブル装置において、
前記基板は、周縁部より立ち上がり前記脚部を取り囲む周壁部を有し該周壁部に内面には緩衝材が設けられている、ことを特徴とするばね式水平免震テーブル装置。
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