JP4359911B2 - 免震・防振テーブル装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、精密機器類や展示されている美術工芸品等の物品を地震等の振動から守るための台として使用する免震・防振テーブル装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の免震テーブル装置としては、床上直接又は脚等を介して設置される支持台と、この支持台上にスライド機構を介して水平方向に移動可能に載置された載荷テーブルとを備え、支持台と載荷テーブル間に、支持台に対して載荷テーブルを所定の位置に付勢するバネ機構と、支持台に対する載荷テーブルの移動を抑制する振動減衰用のダンパーとを設置した装置が知られている（例えば実公平６−４５７１９号公報、特開平１１−２８０２９８号公報）。
【０００３】
この種の免震テーブル装置は、地震時等の振動発生時に、支持台の揺れが載荷テーブルに直接伝わらないようにスライド機構を働かせ、支持台と載荷テーブル相互の相対動作をバネ機構とダンパーによって規制するようにしている。
【０００４】
スライド機構としては、特開平１１−２８０２９８号公報に示されているように、支持台に対して載荷テーブルが全水平方向に移動可能とする必要から、スライド方向が互いに直交する２組の直線方向スライドガイドを上下２段配置に使用したものが一般的である。
【０００５】
また、バネ機構はコイルスプリングを使用したものが一般的であるが、特開平１１−２８０２９８号公報に示されているように、リング状をした線状バネの半径方向の弾性を利用したものもある。
【０００６】
また、実公平６−４５７１９号公報に示されているものは、言わばスライド機構とバネ機構を兼用した線状湾曲バネを立て向きに使用し、載荷テーブルを、その水平方向の移動のみならず垂直方向の移動をも許容しつつ支持する構造となっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述のような従来の装置において、スライド機構として直線方向スライドガイドを直行させて上下２段配置に設置したものは、構造が複雑になりコスト高となるとともに、嵩高となり装置が大型化せざるを得ない。
【０００８】
また、前述した従来の線状湾曲バネを立て向きに使用した構造の装置は、載荷テーブルの支持機構全体が簡略化される点では効果的であるが、立て向きに線状湾曲バネを使用するため支持台と載荷テーブル間の間隔が大きくなり、装置全体が嵩高とならざるを得ないという問題があった。
【０００９】
更に、従来の装置は、スライド機構及びバネ機構の他に載荷テーブルの振動減衰手段としてダンパーを別個に設置しており、そのために部品数が多くなるとともにダンパー設置のためのスペースを必要とするという問題があった。
【００１０】
本発明は、上述のような従来の問題に鑑み、全体が嵩張らず、構造が少部品でシンプルなものとなり、しかも十分な免震・防振効果が得られる免震・防振テーブルの提供を目的としてなされたものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上述の如き従来の問題を解決し、所期の目的を達成するための請求項１に記載の発明の特徴は、 水平に設置された正方形をした支持台と、該支持台上に水平スライド機構を介して全水平方向に移動可能に支持された前記支持台と同じ正方形の載荷テーブルと、該載荷テーブルを前記支持台上の所定位置に付勢するバネ機構とを備えてなる免震・防振テーブル装置において、前記水平スライド機構は、前記支持台と載荷テーブル間にあって、その一方側に設置した水平配置の平滑板と、他方側に設置され前記平滑板に対してスライド可能に接触させたスライダーとをもって構成し、前記バネ機構は、中央部分に略半円形状の湾曲部を有するとともに、該湾曲部の両端に該湾曲部の曲率半径方向に向けた直線状部と、該直線状部の先端を折り曲げた折り曲げ部とからなるフック状の固定用端部をそれぞれ有する２個の線状バネ材を、その各湾曲部の曲率半径方向を水平に向けるとともに、その両線状バネ材の湾曲部を互いに対向させて略円形が形成される向きに配置した円形配置型バネ対を、前記載荷テーブルの底面中央部を中心にして等角度の放射状配置に４個設置することによって構成させ、前記各線状バネ材を前記支持台と載荷テーブルとの間に設置し、該各線状バネ材の一端を支持台側に、他端を載荷テーブル側に、それぞれ固定し、該固定は、支持台の上面及び載荷テーブルの下面に備えたバネ支持用支柱にそれぞれ切欠部を設けるとともに該切欠部に嵌り合う止め具を備え、該切欠部と止め具に前記固定用端部が嵌り合う溝を備え、該溝に前記固定用端部を嵌め合わせ、前記止め具を切欠部内にネジ止めすることによってなされていることにある。
【００１２】
このように構成することにより、スライド機構の構造が単純化され、しかもバネ機構全体の上下方向の厚さが小さくなり、全体が嵩張らない構造となる。更にバネ機構として略半円形状の湾曲部を有する線状バネ材は、その自由端側、即ち対載荷テーブル固定側に掛かる全水平方向の荷重に対し、略均等なバネ定数を有するため、支持台に対する全水平方向の振動に対して、同等の振動吸収作用をなす。
【００１３】
また、半円形状の湾曲部を有する２個の線状バネ材を、その両者の湾局部を互いに対向させて略円形が形成される向きに配置した円形配置型バネ対を、載荷テーブルの底面中央部を中心にして放射状配置に４個設置することにより、支持台に対する全水平方向の振動に対して、同等の振動吸収作用が得られる。
【００１４】
更に、請求項２に記載の発明は、前記請求項１に記載の構成に加え、水平スライド機構のスライダーは、平滑板に接して転動する自由回転球体と、該回転球体の一部を突出させた状態で自由回転可能に保持する球体受けとからなるフリーベアーを複数使用して構成し、該フリーベアーのスライド抵抗を振動減衰手段とすることにある。
【００１５】
このように構成することにより、従来、スライド機構とは別に使用していた振動抑制手段が、不要になり、全体構造が簡略化される。
【００１６】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を図面について説明する。
【００１７】
図において、符号１は正方形をした支持台であり、床面に直接又は図示してないが適宜脚や台を介して水平に設置されるようになっている。符号２は前記支持台１と同じ正方形の載荷テーブルであり、支持台１上に間隔を隔てて平行配置に設置され、上面に防振が必要な物品が載せられるようになっている。
【００１８】
支持台１と載荷テーブル２間には水平スライド機構３とバネ機構４とが収容されている。水平スライド機構３は、支持台１の上面に表面が平滑な水平配置の平滑板３１と、その平滑板３１の表面に接して全水平方向にスライドするスライダー３２とから構成され、スライダー３２上に載荷テーブル２が支持されている。
【００１９】
スライダー３２は、載荷テーブル２の下面中央に固定された支柱２１の下端に取り付けられたスライドプレート３３と、その下面に固定された多数のフリーベアー３４とから構成され、各フリーベアー３４は、図４に示すようにスライドプレート３３の下面に固定した球体受け３４ａと、その下面に一部が突出されて脱落不能に嵌合された自由回転球体３４ｂから構成され、各自由回転球体３４ｂが平滑板３１の表面に接して転がることによって、載荷テーブル２が、その荷重を平滑板３１の表面に載荷させた状態で全水平方向に自由にスライドできるように構成されている。
【００２０】
フリーベアー３４は図３に示すように、スライドプレート３３の底面に、全フリーベアーが均等に荷重を支える配置に多数設置されている。各フリーベアー３４は全体が合成樹脂によって成形され、球体受け３４ａ及び自由回転球体３４ｂの一方又は双方を潤滑性合成樹脂材によって成形し、自由回転球体３４ｂがスライドテーブル３３上を転動することによって載荷テーブル２がスライドする際の摩擦係数が０．０５〜０．３程度となるような回転抵抗値に設定する。これによって載荷テーブル２の振動減衰手段（ダンパー）を兼用させている。
【００２１】
バネ機構４は、図１、図２及び図５に示すように、支持台１の上面４隅部に立設したバネ支持用支柱１１，１１……と、前述した載荷テーブル２の下面の支柱２１との間に固定された４対の線状バネ材４１，４１……によって構成されている。
【００２２】
線状バネ材４１は、略半円形に湾曲された湾曲部４１ａを有し、その両端に、先端がフック状に曲げられた一対の固定用端部４１ｂ，４１ｃが一体に形成されている。この固定用端部４１ｂ，４１ｃは、それぞれ湾曲部４１ａの両端に該湾曲部の曲率半径方向に向けた直線状部と、該直線状部の先端を折り曲げた折り曲げ部とから構成されている。そして、支持台１の上面の各バネ支持用支柱１１と載荷テーブル２の下面のバネ支持用支柱２１との間には、一対の線状バネ材４１，４１が、両者の湾曲部４１ａ，４１ａによって略円形が形成されるように配置され、それぞれの一方の固定用端部４１ｂが支持台１のバネ支持用支柱１１に、他方の固定用端部４１ｃが載荷テーブル２の下面の支柱２１に固定されている。
【００２３】
各固定用端部４１ｂ，４１ｃの固定は、図５、図６に示すように支柱１１，２１にそれぞれ切欠部４５を設け、これに嵌り合う形状の止め具４６を使用し、切欠部４５と止め具４６に線状バネ材４１の固定用端部が嵌り合う断面が半円形状をした溝４７を形成しておき、この溝４７に固定用端部４１ｂ又は４１ｃを嵌め合わせ、止め具４６を切欠部４５内にネジ止めすることによって行っている。
【００２４】
この線状バネ材４１は、略半円形の湾曲部を有し、その湾曲の半径方向を水平方向、即ち載荷テーブル２のスライド方向と平行に向けているため、線状バネ材４１の移動端、載荷テーブル２側の固定用端部に水平方向の力に対するバネ定数は、全水平方向において略均等な値を示すように形成されたものを使用している。
【００２５】
そして、一対の線状バネ材４１，４１をそれぞれの湾曲部を互いに対向させて略円形が構成されるように配置して円形配置型バネ対４２を構成し、これを載荷テーブル２の支柱２１を中心にし、支持台１の４隅に設けたバネ支持用支柱１１，１１……に向けて等角度の放射状、即ち、支柱２１を中心にして隣り合う各円形配置型バネ対４２，４２の角度α（図２に示す）が等しくなるように設置している。このように載荷テーブル２の中央の支柱２１を中心にして円形配置型バネ対４２を放射状に設置することにより、載荷テーブル２の全水平方向の動作に対して略等しいバネ定数となるように構成している。
【００２６】
試験例
・荷重‐変位特性試験
直径２ｍｍ、円弧半径２００ｍｍのバネ鋼製の線状バネ材４１を８個と、直径２５．４ｍｍのナイロン製の球体３４ｂを１２個使用し、図１〜図６に示す構造の免震・防振テーブル装置を作製した。これを図７に示すように載荷テーブル２を、ロードセル５０を介して反力壁５１に固定するとともに、支持台１をクランク式振動台５２に固定し、載荷テーブル２（２６ｋｇ）に２０ｋｇの集中荷重を搭載した場合と、搭載しない場合について、振動台５２に周波数１Ｈｚ、１．５Ｈｚ及び２Ｈｚの正弦波状変位を与えて変位と荷重の関係を測定した。
【００２７】
変位の測定にはインダクタンス型変位計５３を使用し、加振方向はα＝０°方向及びα＝４５°方向の２通りとし、それぞれの場合について測定した。結果は図８及び図９に示すグラフの通りであった。
【００２８】
尚、図８は加振方向が０°、図９は加振方向が４５°の場合の結果を示し、各図中（ａ）は集中荷重を搭載しない場合、（ｂ）は集中荷重２０ｋｇを搭載した場合の結果を示している。
【００２９】
この実験結果から、加振方向を４５°変化させた場合であっても略同じ測定値がえられ、載荷テーブル２の水平方向のバネ定数は略全周方向において同程度となることが裏づけされた。また、載荷テーブル２の水平方向移動時の摩擦係数は略０．２３であることがわかる。
・ 地震応答試験
上記荷重‐変位特性試験と同じ免震・防振テーブル装置の載荷テーブル２に１４ｋｇの集中質量ｍを搭載し、全質量４０ｋｇの載荷テーブルとし、図１０に示すように、全体を電気油圧式振動台６０上に取り付けるとともに、振動台６０と載荷テーブル２にそれぞれトランスジューサ６１，６２，６３を取り付け、α＝０°及びα＝４５°方向の地震波を入力して載荷テーブル２の応答加速度と相対変位を測定した。
【００３０】
また、連続系シミュレーション言語（ＦＵＪＩＴＳＵ ＳＬＣＳ Ｖ）を用いて振動応答解析を行い、本装置の免震効果を確かめた。尚、加速度の測定にはサーボ型加速度計６３を用い、相対変位の測定にはインダクタンス型変位計６１，６２を用いた。
【００３１】
実験に用いた地震波は最大加速度４ｍ／ｓ^２に基準化したインペリアルバレー（Ｉｍｐｅｒｉａｌ Ｖａｌｌｅｙ）地震（１９４０年）Ｅｌ Ｃｅｎｔｒｏ ＮＳ成分と、最大加速度２．５ｍ／ｓ^２に基準化した日本海中部地震（１９８３年）秋田港ＮＳ成分である。
【００３２】
応答加速度及び応答変位の最大値は第１表の如くであった。
【００３３】
第１表
また、α＝０°の場合における前記インペリアルバレー地震のＥｌ Ｃｅｎｔｒｏ ＮＳ成分の入力加速度は図１１（ａ）に、同載荷テーブル２の応答加速度は図１１（ｂ）に、応答変位は図１１（ｃ）に示す如くであった。また、前記日本海中部地震の秋田港ＮＳ成分の入力加速度は図１２（ａ）に、同載荷テーブル２応答加速度は図１２（ｂ）に、応答変位は図１２（ｃ）に示す如くであった。
【００３４】
これらの結果から、載荷テーブル２上の最大応答加速度は、最大入力加速度に比べ、Ｅｌ Ｃｅｎｔｒｏ ＮＳ成分の入力時では１／５程度に、日本海中部地震の秋田港ＮＳ成分の入力時では１／３程度に低減し、本装置の免震効果が確認された。
【００３５】
上述の実施例及び試験例では、フリーベアー３４のスライド抵抗を振動減衰手段として使用しているが、この他、振動減衰不足で共振点における振動が大きくなるときには、図１３、図１４に示すように、スライドプレート１３の下面に、平滑板３１に接触しない状態に希土類磁石３５を固定し、平滑板３１に非磁性導体を使用することにより、希土類磁石３５と平滑板３１との間に非接触な状態で磁気による振動減衰力が発生するようにし、フリーベアー３４による振動減衰と合わせ、共振点における振動を減少させるようにしてもよい。
【００３６】
【発明の効果】
上述のように本発明は、水平に設置された支持台と、該支持台上に水平スライド機構を介して全水平方向に移動可能に支持された載荷テーブルと、該載荷テーブルを前記支持台上の所定位置に付勢するバネ機構とを備えてなる免震・防振テーブル装置において、前記水平スライド機構は、前記支持台と載荷テーブル間にあって、その一方側に設置した水平配置の平滑板と、他方側に設置され前記平滑板に対してスライド可能に接触させたスライダーとをもって構成したことにより、同一平面上を全水平方向にスライドする１つのスライダーによって構成させることができ、従来のようにｘ軸方向とｙ軸方向のスライドガイドを２段に配置する必要がなくなり、簡単な構造によって載荷テーブルのスライド機構を構成させることができる。
【００３７】
また、バネ機構は、中央部分に略半円形状の湾曲部を有する線状バネ材を、前記支持台と載荷テーブルとの間に、前記湾曲部の曲率半径方向を水平に向けて介在させ、該線状バネ材の一端を支持台側に、他端を載荷テーブル側に固定することにより、１つの線状バネ材によって全水平方向の力に対して同等のバネ定数とすることが可能となり、従来のバネ機構に比べ、上下方向の厚さが線状バネ材の太さ分だけでよくなり、上下方向の厚さが極めて小さいものとなり、前述した水平スライド機構の構造と合わせ、装置全体の高さ（厚さ）が従来に比べて極めて小さいものとできる。
【００３８】
更に、前述した半円形状の湾曲部を有する２個の線状バネ材を、その両者の湾局部を互いに対向させて略円形が形成される向きに配置した円形配置型バネ対を、載荷テーブルの底面中央部を中心にして放射状配置に複数設置することによって、載荷テーブルが水平方向の何れかに移動した際にも全体のバネ定数をより均一なものとできる。
【００３９】
更に、水平スライド機構のスライダーを、平滑板に接して転動する自由回転球体と、該回転球体の一部を突出させた状態で自由回転可能に保持する球体受けとからなるフリーベアーを複数使用して構成し、該フリーベアーのスライド抵抗を振動減衰手段とすることによって、従来の免震・防振テーブル装置の殆どのものに、スライド機構及びバネ機構とは別に組み込まれている振動減衰用ダンパーが不要となり、構造が簡略化されるとともに従来と同様の振動減衰機能を持った免震・防振テーブル装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る免震・防振テーブル装置の一実施例の示す側面図である。
【図２】図１中のＡ―Ａ線断面図である。
【図３】図１に示す装置のスライダー部分の底面図である。
【図４】同上のフリーベアーを示す断面図である。
【図５】図１に示す装置の線状バネ材の固定状態を示す断面図である。
【図６】同上の固定部分を示す分解斜視図である。
【図７】図１に示す装置の荷重−変位特性試験用の装置の概略を示す模式図である。
【図８】同上の装置による加振方向０°の荷重‐変位特性試験結果を示すグラフである。
【図９】同加振方向４５°の荷重‐変位特性試験結果を示すグラフである。
【図１０】図１に示す装置の地震応答試験装置を示す斜視図である。
【図１１】同装置によるインペリアルバレー地震シミュレーションにおける入力加速度、応答加速度及び応答変位の各試験結果を示すグラフである。
【図１２】同装置による日本海中部地震シミュレーションにおける入力加速度、応答加速度及び応答変位の各試験結果を示すグラフである。
【図１３】本発明装置における振動減衰手段部分の他の例を示す断面図である。
【図１４】同上のスライドプレートの底面図である。
【符号の説明】
１ 支持台
２ 載荷テーブル
３ 水平スライド機構
４ バネ機構
１１ バネ支持用支柱
２１ 支柱
３１ 平滑板
３２ スライダー
３３ スライドプレート
３４ フリーベアー
３４ａ 球体受け
３４ｂ 自由回転球体
３５ 希土類磁石
４１ 線状バネ材
４１ａ湾曲部
４１ｂ，４１ｃ 固定用端部
４２ 円形配置型バネ対
４５ 切欠部
４６ 止め具
４７ 溝
５０ ロードセル
５１ 反力壁
５２ クランク式振動台
５３ インダクタンス型変位計
６０ 電気油圧式振動台
６１，６２，６３ トランスジューサ

Claims (2)

1. 水平に設置された正方形をした支持台と、該支持台上に水平スライド機構を介して全水平方向に移動可能に支持された前記支持台と同じ正方形の載荷テーブルと、該載荷テーブルを前記支持台上の所定位置に付勢するバネ機構とを備えてなる免震・防振テーブル装置において、
   前記水平スライド機構は、前記支持台と載荷テーブル間にあって、その一方側に設置した水平配置の平滑板と、他方側に設置され前記平滑板に対してスライド可能に接触させたスライダーとをもって構成し、前記バネ機構は、中央部分に略半円形状の湾曲部を有するとともに、該湾曲部の両端に該湾曲部の曲率半径方向に向けた直線状部と、該直線状部の先端を折り曲げた折り曲げ部とからなるフック状の固定用端部をそれぞれ有する２個の線状バネ材を、その各湾曲部の曲率半径方向を水平に向けるとともに、その両線状バネ材の湾曲部を互いに対向させて略円形が形成される向きに配置した円形配置型バネ対を、前記載荷テーブルの底面中央部を中心にして等角度の放射状配置に４個設置することによって構成させ、前記各線状バネ材を前記支持台と載荷テーブルとの間に設置し、該各線状バネ材の一端を支持台側に、他端を載荷テーブル側に、それぞれ固定し、
   該固定は、支持台の上面及び載荷テーブルの下面に備えたバネ支持用支柱にそれぞれ切欠部を設けるとともに該切欠部に嵌り合う止め具を備え、該切欠部と止め具に前記固定用端部が嵌り合う溝を備え、該溝に前記固定用端部を嵌め合わせ、前記止め具を切欠部内にネジ止めすることによってなされていることを特徴とする免震・防振テーブル装置。
2. 水平スライド機構のスライダーは、平滑板に接して転動する自由回転球体と、該回転球体の一部を突出させた状態で自由回転可能に保持する球体受けとからなるフリーベアーを複数使用して構成し、該フリーベアーのスライド抵抗を振動減衰手段としてなる請求項１に記載の免震・防振テーブル装置。