JP2015127592A - 免震機能付防振装置 - Google Patents

Abstract

【課題】地震により生じる震動の影響を免れる免震機能付防振装置を提供する。【解決手段】免震機能付防振装置１０は、対象物の振動を防止する防振機構１４と、この対象物の防振機構１４よりも大きな震動を防止する免震機構１６と、を有し、防振機構１４は、対象物の垂直方向の振動に対応する空気ばね部６０を有し、この空気ばね部６０は、免震機構１６における対象物の垂直方向の対応を兼ねている。【選択図】図３

Description

本発明は、免震機能付防振装置に関する。

従来より、測定装置や製造装置等の振動を防止する防振装置が知られている。

特許文献１には、ベンチを支える中空状の各脚体の上端開口部から、上端が開口した筒状のピストンを挿入し、この脚体の上部開口部に設けた空気バネによりピストンを脚体内に揺動自在に支持させ、上記ベンチの下面から垂下した吊り下げ枠を上記ピストン内に垂直方向に摺動自在に挿入し、この吊り下げ枠の上部両側を通した吊り下げ支持板を当該ピストン内に固定し、この吊り下げ支持板と吊り下げ枠の底板とを夫々遊貫するシャフトを設け、吊り下げ支持板の上面から突出するシャフトの上部及び吊り下げ枠体の底板の下面から突出するシャフトの下部に防振体を夫々設け上記脚体の中空部を空気バネのエアータンクとした防振台が開示されている。

特開平０５−３０２６４５号公報

しかしながら、従来においては、通常想定される振動よりも大きな震動（例えば地震等により生じる震動）に対する備えがなく、このような震動に対応するには防振装置以外に免震設備を導入する他なかった。

本発明は、地震により生じる震動の影響を免れる免震機能付防振装置を提供することを目的とする。

請求項１に係る本発明は、対象部が載置される載置台と、前記載置台の垂直方向及び水平方向の振動を防止する防振機構と、前記載置台の水平方向の震動を防止する水平方向免震機構と、を有し、水平方向における振動及び水平方向における予め定めた値よりも小さい震動は前記防振機構のみにより防止され、前記防振機構のみで防止される水平方向の震動よりも大きい水平方向の震動は、前記防振機構及び前記水平方向免震機構により防止される免震機能付防振装置である。

請求項２に係る本発明は、前記防振機構は、空気ばねを有し、前記空気ばねに予め定められたストローク以上に変形が発生することを防止するストッパー部をさらに有する請求項１記載の免震機能付防振装置である。

請求項３に係る本発明は、前記ストッパー部は、前記空気ばねに予め定められたストローク以上に変形が発生した場合の衝撃を緩和する緩衝部を有する請求項２記載の免震機能付防振装置である。

請求項４に係る本発明は、前記緩衝部は、第一の方向で前記空気ばねに予め定められたストローク以上に変形が発生した場合に収縮する第一の弾性部材と、第一の方向とは反対方向である第二の方向で前記空気ばねに予め定められたストローク以上に変形が発生した場合に収縮する第二の弾性部材と、を有する請求項３記載の免震機能付防振装置である。

請求項５に係る本発明は、前記防振機構は、水平方向の振動に対応する積層ゴムを有する請求項１乃至４いずれか記載の免震機能付防振装置である。

請求項６に係る本発明は、前記水平方向免震機構は、前記対象部の水平方向の震動に対応する定荷重ばねを有する請求項１乃至６いずれか記載の免震機能付防振装置である。

本発明によれば、地震等による大きな震動を免れる免震機能付防振装置を提供することができる。

本発明の一実施形態にかかる免震機能付防振装置の上面図である。 本発明の一実施形態にかかる免震機能付防振装置の側面図である。 本発明の一実施形態にかかる防振機構の概略図である。 図３のＡ−Ａ線図である。 本発明の一実施形態にかかる水平方向免震機構の側面図である。 図５のＢ−Ｂ線図である。 本発明の一実施形態にかかる免震機能付防振装置の動作について説明する説明図である。

本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態としての免震機能付防振装置１０の上面図を示す。
図２は、免震機能付防振装置１０の側面図を示す。

免震機能付防振装置１０は、載置台１２と、防振機構１４と、免震機構１６とを有する。
載置台１２は、例えば、アルミやスチール、非磁性のステンレス等からなるハニカムベンチにより構成される。載置台１２には、微小な距離を測る光学式測長装置等が載置される。
載置台１２の下方には、複数（本実施形態においては四つ）の脚部２２と、これら脚部２２それぞれを相互に固定する固定部２４とが配設されている。
脚部２２それぞれに、防振機構１４が設けられている。

次に、防振機構１４及び免震機構１６の詳細について説明する。
図３は、防振機構１４及び免震機構１６のストッパー部７０の概略図を示す。
図４は、図３のＡ−Ａ線図を示す。

まず、防振機構１４について説明する。
防振機構１４は、載置台１２及びこれに載置される物体（対象物）の振動を防止する。
防振機構１４は、載置台１２から垂下するようにして設けられた第一の支持体３２を備え、この第一の支持体３２は、円筒形状に構成されている。第一の支持体３２の上面部３２ａは、載置台１２の下面に固定されている。
第一の支持体３２の側壁には、開口部３２ｂが形成されている。

第一の支持体３２の外側には、この第一の支持体３２と接触しないでこれを囲うようにして第二の支持体３４が配設されている。第二の支持体３４は、円筒形状に構成されており、底面が囲われ上部が開口した形状となっている。
第二の支持体３４の内側には、対向する一組の側面を渡るようにして水平支持板３４ａが設けられており、この水平支持板３４ａは，第一の支持体３２の開口部３２ｂを連通するように配設されている。

第二の支持体３４の水平支持板３４ａと第一の支持体３２の底面部３２ｃとには、それぞれを遊びをもって貫く（遊貫する）ように軸部材４０が配設されている。

水平支持板３４ａの上部には、軸部材４０が遊貫するように防振体４２ａが配設され、この防振体４２ａの上部には、軸部材４０に固定された規制部材４４ａが配設されている。
防振体４２ａは、規制部材４４ａと水平支持板３４ａとの間で挟まれた構成となっており、規制部材４４ａによって上方側への移動が規制され、水平支持板３４ａによって下方側への移動が規制されるようになっている。

底面部３２ｃの下部には、軸部材４０が遊貫するように防振体４２ｂが配設され、この防振体４２ｂの下部には、軸部材４０に固定された規制部材４４ｂが配設されている。
防振体４２ａは、底面部３２ｃと規制部材４４ｂとの間で挟まれた構成となっており、底面部３２ｃによって上方側への移動が規制され、規制部材４４ｂによって下方側への移動が規制されるようになっている。

防振体４２ａ、４２ｂはそれぞれ、例えば積層ゴムであり、弾性体と鋼板とを交互に積層して成形された構成となっている。

載置台１２上に物体が載置される（荷重がかかる）と、第一の支持体３２に垂直方向下方の負荷がかかる。第一の支持体３２にかかるこの負荷は防振体４２ｂに作用し、この防振体４２ｂにかかる負荷は、規制部材４４ｂ、軸部材４０、及び規制部材４４ａを介して、防振体４２ａに作用する。
このように、載置台１２にかかる荷重は、防振体４２ａ、４２ｂにより支持されるようになっている。
このため、水平方向の振動は防振体４２ａ、４２ｂによって吸収され、載置台１２に対する水平方向の振動が抑制される。

第二の支持体３４の外側には、この第二の支持体３４と接触しないでこれを囲うようにして第三の支持体５０が配設されている。第三の支持体５０は、側面及び底面に囲われ、上部が開口した形状となっている。
本実施形態においては、第三の支持体５０は、脚部２２の外郭を構成するようになっている。

第三の支持体５０と第二の支持体３４との間には、空気ばね部６０が配設されている。
空気ばね部６０は、空気ばね６２と、エアータンク６４とにより構成される。
空気ばね６２は弾性体からなり、外縁が第三の支持体５０に接続され、内縁が第二の支持体３４に接続されている。
エアータンク６４は、第三の支持体５０と第二の支持体３４との隙間を空気ばね６２により塞がれて形成される空間であり、オリフィス（非図示）を通じて、空気の吸入・吸出が行われるようになっている。

このように、第三の支持体５０は、空気ばね部６０を介してこの第三の支持体５０の内部で第二の支持体３４を支持している。
このため、第一の支持体３２及び第二の支持体３４は空気ばね部６０により、垂直方向において第三の支持体５０に対して移動自在な構成となっている。
空気ばね部６０は、可動範囲（ストロークの長さ）が例えば±８０ｍｍ程度であり、通常の防振装置に用いられるもの（例えば±１０ｍｍ程度）よりもストロークが長くなっている。このため、空気ばね部６０は、通常想定される振動よりも大きな震動に対応可能となっている。

第三の支持体５０の内側であって第二の支持体３４の下方には、例えば低反発スポンジ等からなり衝撃を緩衝する緩衝部材６６が設けられている。
第三の支持体５０の下部には、脚部の垂直方向の位置（高さ）を調整するレベリング部６８が設けられており、このレベリング部６８は、免震機構１６の水平方向免震機構１００（図５参照）に固定されている。

次に、免震機構１６のストッパー部７０について説明する。
免震機構１６は、防振機構１４が防止する対象物の振動よりも大きな震動を防止するように構成されており、この免震機構１６は、空気ばね６２に予め定められたストローク以上に変形が発生することを防止するストッパー部７０を備えている。
ここで、「振動」とは、例えば、歩行や建造物の揺れ等、日常の行為や現象に起因する揺れを示し、防振装置が防振の対象として通常想定する揺れを意味する。
一方、「震動」とは、地震等に起因する揺れを示し、「振動」よりも大きな揺れを意味する。

ストッパー部７０は、第三の支持体５０の外側に固定して設けられた固定部材７２と、上端が載置台１２に固定され固定部材７２を遊貫する軸部材７４と、固定部材７２の上方側（載置台１２側）に設けられた第一の緩衝部７６と、固定部材７２の下方側に設けられた第二の緩衝部７８とを備える。

第一の緩衝部７６は、弾性部材案内部８２と、弾性部材８４と、上端規制部材８６とにより構成される。
弾性部材８４としては、例えばコイルばねが用いられる。

弾性部材案内部８２は、軸部材７４の周囲を囲うようにして固定部材７２の上部に設けられており、この弾性部材案内部８２内に弾性部材８４が嵌るようにして配設されている（図４参照）。弾性部材８４の水平方向の移動は弾性部材案内部８２により規制されるようになっており、この弾性部材８４と軸部材７４との接触が防止される。
弾性部材案内部８２の垂直方向（高さ方向）の長さは、予め定められる最大の負荷がかかった場合（最大に収縮した場合）の弾性部材８４の長さよりも短くなるようになっている。
上端規制部材８６は、弾性部材８４の上方に位置し軸部材７４に固定されている。

第二の緩衝部７８は、弾性部材案内部９２と、弾性部材９４と、下端規制部材９６とにより構成される。
弾性部材９４としては、例えばコイルばねが用いられる。

下端規制部材９６は軸部材７４の下端に固定されており、弾性部材案内部９２は、軸部材７４を囲うようにしてこの下端規制部材９６の上部に設けられている。弾性部材９４は、弾性部材案内部９２内に嵌るようにして配設されている。弾性部材９４の水平方向の移動は弾性部材案内部９２により規制されるようになっており、この弾性部材９４と軸部材７４との接触が防止される。
弾性部材案内部９２の垂直方向の長さは、予め定められる最大の負荷がかかった場合の弾性部材９４の長さよりも短くなるようになっている。
第二の緩衝部７８の水平方向の構成は、図４に示す第一の緩衝部７６と同様となっている。

次に、免震機構１６の水平方向免震機構１００の詳細について説明する。
図５は、水平方向免震機構１００の側面図を示す。
図６は、図５のＢ−Ｂ線図を示す。

水平方向免震機構１００は、脚部２２それぞれの下方に設けられており、この水平方向免震機構１００の垂直方向上方に防振機構１４が位置する。
水平方向免震機構１００は、基台１０２と、水平移動部１０４と、複数個（本実施形態のおいては四つ）の定荷重ばね１０６と、により構成される。

基台１０２は、設置部１０２ａにより免震機能付防振装置１０の設置される面（設置箇所）と接するようになっている。設置部１０２ａは、摩擦係数の大きいものが用いられる等して、設置箇所に対する移動が抑制されるように構成されている。
なお、基台１０２を免震機能付防振装置１０の設置箇所に固定するようにしてもよい。

水平移動部１０４上部に、脚部２２のレベリング部６８が固定されるようになっている。
水平移動部１０４は、例えばボールキャスタ等の水平可動部材１０４ａを介して、基台１０２上に載置されている。
水平移動部１０４の側壁には、衝撃を緩衝する衝撃緩衝部材１０４ｂがこの水平移動部１０４の周囲を覆うようにして設けられている。衝撃緩衝部材１０４ｂは、例えば、低反発スポンジやゴム等の弾性体からなる。このため、本構成を有さない場合と比較して、水平移動部１０４が外壁等と衝突するような場合であっても、それによる衝撃が緩和され、これら水平移動部１０４や外壁等の破損が抑制される。
なお、衝撃緩衝部材１０４ｂは、例えば、水平移動部１０４の側壁の各辺それぞれに一つ又は複数個所設ける等、この水平移動部１０４の側壁に間隔を空けて部分的に設けるようにしてもよい。

定荷重ばね１０６は、巻取り部１０６ａと、回転支軸１０６ｂと、ばね部１０６ｃとにより構成される。
巻取り部１０６ａは、水平移動部１０４に垂直方向回転自在に設けられており、ばね部１０６ｃの一端側を巻き取るようになっている。
回転支軸１０６ｂは、基台１０２に垂直方向回転自在に設けられており、ばね部１０６ｃの一端側が固定されている。
定荷重ばね１０６は、通常時において水平移動部１０４を基台１０２の中央部に配置するように設計されている。

水平方向免震機構１００は、水平移動部１０４の水平移動距離が200 mm程度となるように設計されている。
本実施形態においては、水平移動部１０４は水平可動部材１０４ａを備えた構成であるが、これに限らず、例えばろう石等、水平方向に移動可能な程度に摩擦の小さい部材を用いるようにしてもよい。

予め設定した震度以上の地震により免震機能付防振装置１０の設置箇所が大きく震動すると、この設置箇所とともに基台１０２は水平方向に移動する。これに対し、水平移動部１０４は水平方向に対する位置を維持するように、基台１０２に対して相対的に水平方向自在に移動する。この際、定荷重ばね１０６それぞれのばね部１０６ｃが水平移動部１０４の移動に併せて伸縮するとともに、この水平移動部１０４の移動に従って回転支軸１０６ｂが回転する。
回転支軸１０６ｂが垂直方向回転自在に設けられているため、本構成を有さない場合と比較して、水平移動部１０４の移動に伴って生じるばね部１０６ｃ等にかかる負担が抑制される。

このように、水平方向免震機構１００により水平方向の震動が防止され、この水平方向免震機構１００上に設けられた構成部分に対する震動の影響が抑制されるようになっている。

ここで、水平方向免震機構１００は、防振機構１４が防止する水平方向の振動よりも大きい水平方向の震動を防止するように構成されている。
本実施形態においては、防振機構１４が抑制可能な大きさの振動以上の震動に対して、水平方向免震機構１００が作用するように調整されている。水平方向免震機構１００が作用する震動の大きさの範囲は、防振機構１４の防振する能力や免震機能付防振装置１０の設置箇所等を考慮して、適宜調整することができる。

次に、免震機能付防振装置１０の垂直方向の動作について説明する。
図７は、免震機能付防振装置１０の動作について説明する説明図を示す。
図７（ａ）は、載置台１２が第三の支持体５０に対して最も離間（上昇）している状態（以下、「上昇状態」と称す）を示し、図７（ｂ）は、空気ばね部６０が通常に防振機能を発揮している状態（以下、「通常状態」と称す）を示し、図７（ｃ）は、載置台１２が第三の支持体５０に対して最も接近（下降）している状態（以下、「下降状態」と称す）を示す。

図７（ｂ）に示すように、通常状態において第二の支持体３４は、空気ばね部６０によってその垂直方向における位置が調整されるようになっている。この際、ストッパー部７０の弾性部材８４及び弾性部材９４それぞれは、負荷がかかっていない状態にある。

この場合において、通常想定される振動や比較的弱い地震（例えば震度２以下程度）による震動等が生じると、これらの振動及び震動は、防振機構１４により防止される。具体的には、主に、垂直方向の振動は空気ばね部６０により防止され、水平方向の振動は防振体４２ａ、４２ｂにより防止される。
本実施形態においては、通常想定される振動や比較的弱い地震による震動に対しては、水平方向免震機構１００は作用しないように構成されている。

一方、比較的強い地震（例えば震度３以上程度）による震動（通常想定される振動を超える震動）が生じると、その震動は、防振機構１４及び免震機構１６により防止される。具体的には、垂直方向の震動は空気ばね部６０により防止され、水平方向の震動は水平方向免震機構１００及び防振体４２ａ、４２ｂにより防止される。

空気ばね部６０はストロークの長さが比較的長い構成となっているため、本構成を有さない場合と比較して、垂直方向に対するより大きな震動を吸収することができる。
空気ばね部６０は、通常想定される振動に加え、比較的強い地震等に起因するより大きな震動についても、その垂直方向の震動を吸収し対応するようになっている。

このように、垂直方向については、通常想定される振動からそれを超える大きな震動に対してまで、空気ばね部６０により対応するように構成されている。すなわち、空気ばね部６０は、防振機構１４と併せ免震機構１６における対象物の垂直方向の振動及び震動の対応を兼ねる。

さらに強い地震（例えば震度７以上程度）による震動が生じると、図７（ａ）、（ｃ）に示すように、免震機能付防振装置１０は、上昇状態、下降状態となる。

図７（ａ）に示すように、上昇状態において、第二の支持体３４は第三の支持体５０に対して上昇し、空気ばね部６０は可動可能な長さの限界に近づく状態となる。この際、ストッパー部７０の弾性部材９４は、その上端が固定部材７２の下面に接触し、収縮した状態となる。

第二の緩衝部７８は、垂直方向への衝撃を緩和しながら、載置台１２と第三の支持体５０とが予め定められた距離以上に離間することを防止し、空気ばね部６０にそのストローク以上の負荷がかかるのを防止するようになっている。

図７（ｃ）に示すように、下降状態において、第二の支持体３４は第三の支持体５０に対して下降し、空気ばね部６０は上昇状態とは反対の方向に対して可動可能な長さの限界に近づく状態となっている。この際、ストッパー部７０の弾性部材８４は、その上端が上端規制部材８６の下面に接触し、収縮した状態となる。
また、第二の支持体３４は、その下部が緩衝部材６６と接触して垂直方向に対する震動が緩衝される。

第一の緩衝部７６は、垂直方向への衝撃を緩衝しながら、載置台１２と第三の支持体５０とが予め定められた距離以上に接近することを防止し、空気ばね部６０にそのストローク以上の負荷がかかるのを防止するようになっている。

垂直方向上方に向けて空気ばね部６０に予め定められたストローク以上に変形が発生した場合には、弾性部材９４が収縮し、これとは反対方向である垂直方向下方に向けて空気ばね部６０に予め定められたストローク以上に変形が発生した場合には、弾性部材８４が収縮する。
防振機構１４に対して、載置台１２と第三の支持体５０との距離を空気ばね部６０のストロークの長さ以上に移動させるような負荷がかかるような場合、ストッパー部７０は、空気ばね部６０にかかる負荷を抑制し、この空気ばね部６０が破損するのを防止するようになっている。

免震機能付防振装置１０は、通常想定される振動に対する防振機能を維持しつつ、地震に起因するより大きな震動に対してもその震動の影響を免れるようになっている。
免震機能付防振装置１０は、対象物の振動を防止するとともに、この免震機能付防振装置１０自体が設置箇所に対し移動することが防止されるように構成されている。

なお、上記実施形態においては、通常想定される振動を超える震動として地震を想定した場合について説明したが、これに限らず、設置箇所への衝突による突発的な振動等についても適用される。

１０ 免震機能付防振装置
１２ 載置台
１４ 防振機構
１６ 免震機構
２２ 脚部
３２ 第一の支持体
３４ 第二の支持体
４２ａ 防振体
４２ｂ 防振体
５０ 第三の支持体
６０ 空気ばね部
６２ 空気ばね
６４ エアータンク
７０ ストッパー部
１００ 水平方向免震機構

Claims (6)

1. 対象部が載置される載置台と、
   前記載置台の垂直方向及び水平方向の振動を防止する防振機構と、
   前記載置台の水平方向の震動を防止する水平方向免震機構と、
   を有し、
   水平方向における振動及び水平方向における予め定めた値よりも小さい震動は前記防振機構のみにより防止され、前記防振機構のみで防止される水平方向の震動よりも大きい水平方向の震動は、前記防振機構及び前記水平方向免震機構により防止される
   免震機能付防振装置。
2. 前記防振機構は、空気ばねを有し、
   前記空気ばねに予め定められたストローク以上に変形が発生することを防止するストッパー部をさらに有する請求項１記載の免震機能付防振装置。
3. 前記ストッパー部は、前記空気ばねに予め定められたストローク以上に変形が発生した場合の衝撃を緩和する緩衝部を有する請求項２記載の免震機能付防振装置。
4. 前記緩衝部は、
   第一の方向で前記空気ばねに予め定められたストローク以上に変形が発生した場合に収縮する第一の弾性部材と、
   第一の方向とは反対方向である第二の方向で前記空気ばねに予め定められたストローク以上に変形が発生した場合に収縮する第二の弾性部材と、
   を有する請求項３記載の免震機能付防振装置。
5. 前記防振機構は、水平方向の振動に対応する積層ゴムを有する請求項１乃至４いずれか記載の免震機能付防振装置。
6. 前記水平方向免震機構は、前記対象部の水平方向の震動に対応する定荷重ばねを有する請求項１乃至６いずれか記載の免震機能付防振装置。

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