JP2013072538A - 免震装置 - Google Patents

Abstract

【課題】全体の小形化、軽量化を図る。
【解決手段】ベース板１１と、ベース板１１に対して直線的に相対移動可能な中板１２と、中板１２に対し、中板１２の移動方向と直交する方向に直線的に相対移動可能な天板１３と、ばね２６、２６…を介して保持する支持板１４とを設け、ベース板１１、中板１２の間、中板１２、天板１３の間にそれぞれ第１、第２の制振機構３０、４０を介装する。
【選択図】図１

Description

この発明は、たとえば美術工芸品や精密機械器具などの任意の物品を地震による過大な振動から有効に保護することができる免震装置に関する。

美術工芸品や、精密機械器具などの物品を保護するために、免震装置が提案されている（特許文献１）。

従来の免震装置は、固定ベースに対し、前後左右に相対移動可能な移動フレームを組み合わせ、円錐形の凹部を下面に形成する規制板を移動フレームの上部に組み込むとともに、固定ベース上に立設する支持材の先端を規制板の凹部に弾発的に滑り接触させている。ただし、支持材は、圧縮ばねを介して上向きに付勢され、先端の球面を介して凹部に接触している。そこで、地震時の横揺れにより移動フレームが水平方向に相対移動すると、凹部に接触する支持材は、移動フレームを定位置に復帰させる復元力を生じるとともに、移動フレームの相対移動を妨げる摩擦力を生じ、移動フレーム上の免震対象物に生じる相対変位、応答加速度の双方を有効に低減させることができる。

特開２０１０−９６２７０号公報

かかる従来技術によるときは、下面に凹部を有する規制板は、その製作が煩雑である上に大重量であり、上向きの支持材の先端を凹部に接触させるので、全体を小形化することが難しく、安定性がよくないという問題があった。

そこで、この発明の目的は、かかる従来技術の問題に鑑み、ガイド板とプッシャとを組み合わせる第１、第２の制振機構を採用することによって、製作が簡単であり、容易に軽量化、小形化、安定化を図ることができる免震装置を提供することにある。

かかる目的を達成するためのこの発明の構成は、ベース板と、ベース板に対して直線的に相対移動可能な中板と、中板に対し、ベース板に対する中板の移動方向と直交する方向に直線的に相対移動可能な天板と、複数のばねを介して天板上に保持する支持板と、ベース板、中板の間、中板、天板の間にそれぞれ介装する第１、第２の制振機構とを備えてなり、第１、第２の制振機構は、それぞれ中板、天板の移動方向の一辺を凹曲面に形成するガイド板と、凹曲面に向けて付勢し、凹曲面に滑り接触するプッシャとを組み合わせることをその要旨とする。

なお、天板、支持板の間には、マグネットダンパを介装することができる。

また、第１、第２の制振機構は、それぞれ凹曲面の形状が異なる複数組を併設してもよく、それぞれ凹曲面の形状が同一の複数組を併設してもよい。

かかる発明の構成によるときは、中板、天板は、固定のベース板に対して互いに直交する２方向に直線的に相対移動し、地震による横揺れを直交する２方向の成分に分解することができる。したがって、ベース板、中板の間に介装する第１の制振機構、中板、天板の間に介装する第２の制振機構は、地震による横揺れの各方向の相対変位、応答加速度を互いに個別に低減させることができる。第１、第２の制振機構は、それぞれのガイド板の凹曲面に沿ってプッシャが滑り接触しながら移動することにより、中板または天板を定位置に復帰させる復元力を生じるとともに、中板または天板の相対移動を妨げる方向の摩擦力を生じるからである。ただし、ベース板、中板、天板は、この順に下から上にそれぞれ水平に配置するものとする。

なお、第１の制振機構は、ガイド板をベース板、中板の一方に連結し、プッシャを他方に連結し、第２の制振機構は、ガイド板を中板、天板の一方に連結し、プッシャを他方に連結する。そこで、第１の制振機構は、平板状のガイド板をベース板、中板の間に水平に設け、水平方向のプッシャを凹曲面に対向させるようにしてベース板、中板の間にコンパクトに介装し、第２の制振機構は、同様のガイド板を中板、天板の間に水平に設け、同様のプッシャを組み合わせて中板、天板の間にコンパクトに介装することにより、全体の小形化、軽量化、安定化を実現することができる。また、平板状のガイド板は、凹曲面の加工が二次元加工で済み、製作も極めて簡単である。

一方、地震による縦揺れは、支持板を保持する複数のばねによって吸収する。すなわち、支持板上に設置する免震対象物は、第１、第２の制振機構により横揺れから保護し、支持板用のばねにより縦揺れから保護することができる。そこで、天板、支持板の間に介装するマグネットダンパは、ばねによる有害な共振の機会を低減し、縦揺れに対する応答加速度を小さくすることができる。

第１、第２の制振機構は、ガイド板の凹曲面の形状を変えて横揺れに対する相対変位、応答加速度の低減特性を変えることができ、凹曲面の形状が異なる複数組を併設することにより、最適な低減特性を実現することができる。また、第１、第２の制振機構は、ガイド板の凹曲面の形状が同一の複数組を併設することにより、大重量の免震対象物にも容易に対応させることができる。免震対象物が大重量になると、ガイド板に組み合わせるプッシャの押圧力を大きくして大きな復元力を発生させる必要があるが、ガイド板を複数にして複数のプッシャを同時に作動させれば、大形の押しばねを使用することなく、容易に所要の押圧力を達成することができる。

全体構成模式斜視図 図１のＸ−Ｘ線矢視相当断面図 図２のＹ−Ｙ線矢視相当断面図 図３のＺ−Ｚ線矢視相当断面図 動作説明線図（１） 動作説明線図（２） 他の実施の形態を示す図２相当図 他の実施の形態を示す図３相当図

以下、図面を以って発明の実施の形態を説明する。

免震装置は、ベース板１１、中板１２、天板１３と、支持板１４とを備えてなる（図１、図２）。なお、ベース板１１、中板１２、天板１３、支持板１４は、外形が同形同大の長方形の板体であり、下から上に互いに平行にこの順に配置されている。ただし、ベース板１１、中板１２、天板１３は、それぞれの間隔が狭く、支持板１４は、天板１３の上方に高く水平に保持されている。

ベース板１１の上面中央には、前後方向のガイドレール２１が固定されている。また、中板１２の下面中央部には、スライダ２１ａが固定されており（図２、図３）、スライダ２１ａは、ガイドレール２１に沿って往復摺動可能である。なお、スライダ２１ａは、ガイドレール２１の上方に分離不能に組み合わされている。中板１２の下面には、スライダ２１ａを両側から挟むようにして、左右各一対のローラ２２、２２…が下向きに装着されている（図１、図２）。各ローラ２２は、中板１２の下面に垂設するブラケット２２ａを介し、ベース板１１上のガイドレール２１と平行にベース板１１上を転動可能である。そこで、中板１２は、ベース板１１に対し、ガイドレール２１上のスライダ２１ａ、ローラ２２、２２…を介し、ガイドレール２１に沿う前後方向に直線的に相対移動可能である。

中板１２の上面中央には、左右方向のガイドレール２３が固定されている（図２、図３）。また、天板１３の下面中央部には、スライダ２３ａが固定されており、スライダ２３ａは、ガイドレール２３に沿って往復摺動可能である。なお、スライダ２３ａは、ガイドレール２３の上方に分離不能に組み合わされている。天板１３の下面には、スライダ２３ａを両側から挟むようにして、前後各一対のローラ２４、２４…が下向きに装着されている。各ローラ２４は、天板１３の下面に垂設するブラケット２４ａを介し、中板１２上のガイドレール２３と平行に中板１２上を転動可能である。そこで、天板１３は、中板１２に対し、ガイドレール２３上のスライダ２３ａ、ローラ２４、２４…を介し、ガイドレール２３に沿う左右方向、すなわちベース板１１に対する中板１２の移動方向と直交する方向に直線的に相対移動可能である。

支持板１４は、複数のばね２６、２６…を介して天板１３の上方に水平に保持されている（図１、図２）。支持板１４の四隅部には、それぞればね２６を装着するガイド脚２６ａが垂設されており、ガイド脚２６ａの下部は、天板１３上に立設するガイドブッシュ２６ｂに摺動自在に挿入されている。なお、ばね２６は、ガイド脚２６ａを介し、ガイドブッシュ２６ｂの上端と支持板１４の下面との間に介装され、ばね２６の両端は、それぞれガイドブッシュ２６ｂの上端、支持板１４の下面に連結されている。

ベース板１１、中板１２の間には、第１の制振機構３０が介装されている（図２、図３）。

第１の制振機構３０は、ガイド板３１にプッシャ３２を組み合わせて構成されている。ベース板１１上のガイドレール２１と平行に配置する平板状のガイド板３１は、ブラケット３１ａを介して中板１２の下面に固定されており、押しばね３２ａを伴うプッシャ３２は、ベース板１１の上面に固定するスライドブラケット３２ｂを介し、ベース板１１上に水平に配置されている。ガイド板３１は、ガイドレール２１に沿う中板１２の移動方向の一辺が凹曲面３１ｂに形成されており、プッシャ３２は、先端のドーム状のアダプタ３２ｃを介し、凹曲面３１ｂに対して弾発的に対向して滑り接触している。ただし、プッシャ３２は、中板１２がベース板１１に対して相対移動していない中板１２の定位置において、凹曲面３１ｂの最深位置（凹曲面３１ｂを介して滑らかに変化するガイド板３１の幅ｗ3 が最小となる位置）に対向するものとする。

中板１２、天板１３の間には、第２の制振機構４０が介装されている（図３、図４）。

第２の制振機構４０は、ブラケット４１ａを介して天板１３の下面に固定する平板状のガイド板４１と、中板１２の上面に固定するスライドブラケット４２ｂを介し、中板１２上に水平に配置する押しばね４２ａ付きのプッシャ４２とを組み合わせて構成されている。ガイド板４１は、中板１２上のガイドレール２３と平行に配置され、ガイドレール２３に沿う天板１３の移動方向の一辺が凹曲面４１ｂに形成されている。プッシャ４２は、先端のドーム状のアダプタ４２ｃを介し、凹曲面４１ｂに対して弾発的に対向して滑り接触しており、天板１３が中板１２に対して相対移動していない天板１３の定位置において、凹曲面４１ｂの最深位置（凹曲面４１ｂを介して滑らかに変化するガイド板４１の幅ｗ4 が最小となる位置）に対向するものとする。

なお、第１、第２の制振機構３０、４０において、ガイド板３１、４１は、それぞれベース板１１、中板１２の上面に連結してもよく、プッシャ３２、４２は、それぞれスライドブラケット３２ｂ、４２ｂを介して中板１２、天板１３の下面に連結してもよい。

天板１３、支持板１４の間には、マグネットダンパ５０、５０…が介装されている（図１、図２）。各マグネットダンパ５０は、天板１３の上面に立設するブラケット５１の先端部に磁石５２を固定し、支持板１４の下面に垂設するブラケット５３の先端部に磁石５２を対向させている。ただし、ブラケット５１、５３は、非磁性体の金属製であり、マグネットダンパ５０、５０…は、天板１３、支持板１４の各辺の中間部に配置されている。

免震装置は、ベース板１１を図示しない床上に固定し、支持板１４上に保護すべき免震対象物を設置して使用する。地震が発生していない静的な状態では、中板１２、天板１３は、それぞれ第１、第２の制振機構３０、４０を介し、ベース板１１、中板１２に対して相対移動していない定位置に復帰し、支持板１４は、免震対象物の重量を加算した合計重量に対応するだけばね２６、２６…を縮小させて待機している。

地震が発生してベース板１１が水平方向に横揺れすると、中板１２は、ベース板１１に対し、ガイドレール２１の方向に相対移動し、天板１３は、中板１２に対し、ガイドレール２３の方向に相対移動する。ただし、このとき、中板１２、天板１３は、それぞれ地震による横揺れ加速度のガイドレール２１、２３方向の成分によって駆動される。

そこで、中板１２の相対移動に対し、第１の制振機構３０のプッシャ３２は、対応するガイド板３１の凹曲面３１ｂに滑り接触しながら凹曲面３１ｂの最深位置から相対移動し、凹曲面３１ｂの形状に従って押しばね３２ａを圧縮することにより、中板１２を定位置に復帰させる復元力を生じ、中板１２の相対移動を妨げる方向に摩擦力を生じる。また、天板１３の相対移動に対し、第２の制振機構４０のプッシャ４２は、ガイド板４１の凹曲面４１ｂとともに同様に作用することにより、天板１３を定位置に復帰させる復元力を生じ、天板１３の相対移動を妨げる方向に摩擦力を生じる。したがって、第１、第２の制振機構３０、４０は、地震の横揺れに対し、支持板１４上の免震対象物に生じる応答加速度、相対変位の双方を低減させることができる。

なお、地震の縦揺れは、支持板１４を保持するばね２６、２６…によって遮断される。ばね２６、２６…は、上下に伸縮し、支持板１４を地震がないときの静的な待機位置に保持するように働くからである。また、このとき、ばね２６、２６…に併設するマグネットダンパ５０、５０…は、それぞれ磁石５２、ブラケット５３が吸着しながら相対移動することにより、支持板１４に対するダンピング効果を生じる。

マグネットダンパ５０、５０…の動作特性を例示すると、たとえば図５、図６のとおりである。ただし、図５、図６は、それぞれ２００４年新潟県中越地震、２００８年岩手・宮城内陸地震の際の小千谷市、一関市における縦揺れの入力加速度波形に対し、マグネットダンパ５０、５０…の有無による免震対象物の応答加速度波形を対比して図示している。図５によれば、マグネットダンパ５０、５０…を設けることにより、応答加速度の最大値は、約７７％に低減され、図６によれば、約５１％に低減されている。

他の実施の形態

ベース板１１、中板１２の間には、２組の第１の制振機構３０、３０を併設してもよい（図７、図８）。また、中板１２、天板１３の間には、２組の第２の制振機構４０、４０を併設してもよい。

図７、図８において、第１の制振機構３０、３０のガイド板３１、３１は、それぞれの凹曲面３１ｂの形状が異なっている。すなわち、図８において、ガイドレール２１の左側のガイド板３１の凹曲面３１ｂは、滑らかな曲線状であるのに対し、右側のガイド板３１の凹曲面３１ｂは、２直線を対称的に組み合わせて形成されている。第２の制振機構４０、４０についても、全く同様である。ただし、第１の制振機構３０、３０のプッシャ３２、３２は、それぞれ中板１２の定位置において、対応するガイド板３１の凹曲面３１ｂの最深位置に対向しており、第２の制振機構４０、４０のプッシャ４２、４２は、それぞれ天板１３の定位置において、対応するガイド板４１の凹曲面４１ｂの最深位置に対向している。なお、図８において、２本のガイド板３１、３１は、凹曲面３１ｂ、３１ｂを有する一体に形成してもよい。２本のガイド板４１、４１についても同様である。

一方、各２組の第１、第２の制振機構３０、３０、４０、４０は、それぞれ凹曲面３１ｂ、３１ｂ、４１ｂ、４１ｂの形状を同一に揃えてもよい。また、第１、第２の制振機構３０、４０は、それぞれ２組以上の複数組を併設してもよい。

なお、プッシャ３２、４２の先端のアダプタ３２ｃ、４２ｃは、それぞれドーム状に代えて、対応する凹曲面３１ｂ、４１ｂを上下に横切って線接触するかまぼこ状に形成することができる。

この発明は、地震時の他、たとえば輸送時などの過大な振動から任意の物品を有効に保護するために、広く好適に適用することができる。

１１…ベース板
１２…中板
１３…天板
１４…支持板
２６…ばね
３０…第１の制振機構
４０…第２の制振機構
３１、４１…ガイド板
３１ｂ、４１ｂ…凹曲面
３２、４２…プッシャ
５０…マグネットダンパ

特許出願人 国立大学法人 福井大学
株式会社 江沼チヱン製作所

Claims (4)

1. ベース板と、該ベース板に対して直線的に相対移動可能な中板と、該中板に対し、前記ベース板に対する前記中板の移動方向と直交する方向に直線的に相対移動可能な天板と、複数のばねを介して前記天板上に保持する支持板と、前記ベース板、中板の間、前記中板、天板の間にそれぞれ介装する第１、第２の制振機構とを備えてなり、前記第１、第２の制振機構は、それぞれ前記中板、天板の移動方向の一辺を凹曲面に形成するガイド板と、前記凹曲面に向けて付勢し、前記凹曲面に滑り接触するプッシャとを組み合わせることを特徴とする免震装置。
2. 前記天板、支持板の間には、マグネットダンパを介装することを特徴とする請求項１記載の免震装置。
3. 前記第１、第２の制振機構は、それぞれ前記凹曲面の形状が異なる複数組を併設することを特徴とする請求項１または請求項２記載の免震装置。
4. 前記第１、第２の制振機構は、それぞれ前記凹曲面の形状が同一の複数組を併設することを特徴とする請求項１または請求項２記載の免震装置。

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