JP4754406B2

JP4754406B2 - 防振壁掛装置

Info

Publication number: JP4754406B2
Application number: JP2006142259A
Authority: JP
Inventors: 賢一松原
Original assignee: Tokyo Gas Co Ltd
Current assignee: Tokyo Gas Co Ltd
Priority date: 2006-05-23
Filing date: 2006-05-23
Publication date: 2011-08-24
Anticipated expiration: 2026-05-23
Also published as: JP2007315407A

Description

本発明は防振壁掛装置に関し、特に、振動源を内蔵する重量機器の壁面設置に好適な防振壁掛装置に関する。

従来、給湯器等の振動源を内蔵する重量機器の壁面への設置は、壁面に予め埋め込んだボルトに壁掛金具を取付け、その壁掛金具に機器を取付け固定するという方法が採用されていた。この場合、埋込ボルトと壁面との間に防振ゴムを介在させて、壁掛金具が壁面に直接接触しないような対策も採られている。しかしながら、このような防振取付構造では壁の厚さによって埋め込む防振ゴムの大きさが変わり、また、既設の埋込ボルトに対しては後から防振ゴムを付加することができないため、機器の設置場所が限定されるという問題がある。さらに、長期間使用による防振ゴムの劣化によりボルトがガタ付くという問題もある。

このような問題に対応するため、「機器の上下部分を固定する壁掛金具を座付ブッシュと押えリングで狭持した状態で壁面にネジ止めする」技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この技術は図１４に示すように、機器１０１の上下部分を固定する壁掛金具１０２を座付ブッシュ１０３と押えリング１０４で狭持した状態で壁面にネジ止めするものである。これによれば、壁掛金具１０２に伝わる機器１０１の振動を、座付ブッシュ１０３と押えリング１０４で吸収することができるため、壁面に振動が伝わらず、また、支持部材として既設のボルトを利用することも可能となる。

しかしながら、通常、壁面は鉛直方向に形成されているため、壁面に壁掛金具を固定する支持部材であるボルトは必然的に水平方向に形成されることになる。一方、機器に働く重力の作用線は壁面と平行であるため、ボルトの一部に防振部材である座付ブッシュ及び押えリングを挟み込むと、回転モーメントの影響によりこれらに不均一な荷重が掛かり、振動の低減効果を十分に発揮できないという問題がある。

また、防振ゴムに圧縮力と剪断力の両方が作用するため、機器の重量により下降し、かつ、回転モーメントにより前傾してしまい、釣り合い位置で機器を鉛直に正立させるように支持部材や防振材料を設計することが困難であるという問題もある。この場合、堅いゴムや薄いゴムを用いれば上記問題は解消されるものの、振動の低減率を下げてしまうという副作用がある。
特開２０００−３２９１９０号公報

本発明は、上記課題を解決するためのものであって、剛構造のみを経由して機器から壁面まで到達できないように、静荷重を支持する経路中に必ず防振材料が挿入されるような構成とすることにより、防振効果に優れた防振壁掛装置を提供するものである。

本発明は上記目的を達成するため、
（１）機器を背面側から固定する背板と、壁面に固定される壁面取付板と、背板と壁面取付板とを結合する二以上の支持部材と、背板及び壁面取付板には支持部材を結合するための結合用台座と、弾性体からなる防振部材と、を備えた防振壁掛装置であって、支持部材は、それぞれ垂直投影面上において機器の重心点を通る直線上に配置され、支持部材と取付台座とは防振部材を介在させて結合され、防振部材は変形方向が直線に対して平行になるように台座に配置され、機器を鉛直方向に正立させた状態で機器に働く力の釣り合いが取れるように、支持部材を台座に結合可能に構成して成ることを特徴とする。

本発明によれば、静荷重を支持する全ての支持部材は機器の重心を通る直線上に配置され、壁面に固定される。これにより、支持力による重心周りの回転モーメントがゼロとなるため、支持部材に組み込まれる防振材料は支持方向にのみ均一に圧縮又は伸長されることになり、振動低減効果を十分に発揮することができる。

防振材料である「弾性体」としては、支持部材に掛かる静荷重と低減したい振動の特性に応じて最適なものを選択することができる。弾性体を使用することから、支持部材に掛かる静荷重によりたわみを生じるため、機器が鉛直方向に正立した状態を釣り合い位置にできるように、予め静荷重が加わった状態での変形量を考慮する。

本発明に用いる「支持部材」としては、ボルトや金属角材等の剛材料や、ワイヤーロープ、ケブラー、カーボンファイバー等の柔軟で細い材料を用いることができる。

（２）また、本発明は、垂直投影面上もしくは水平投影面上において機器の重心点を通らない直線上に、回動もしくは並進運動を抑制するための振れ止め部材を、さらに備えて成ることを特徴とする。

機器の重心を通るように配置された支持部材は、機器の振動が壁に伝わるのを遮断するのに適する反面、機器自体の運動（並進運動、回転運動を総合して）を抑制する効果に乏しい。一方、壁掛け設置されている機器の多くは、配管や配線で壁面や地面等と結ばれているため、機器の運動が大き過ぎると、配管や配線を傷めてしまったり、配管や配線を経由して壁面や地面との接合点に振動を伝えてしまったりすることになる。そのため、水平または垂直投影面上において、機器の中心を通らない直線上に、６軸方向乃至その一部の運動を抑制する振れ止め部材を配置することにより、機器自体の動きを抑制することができる。

本発明によれば、静荷重を支持する部材を全て重心を通る直線上に配置するため、機器の重心点から見て片側からのみ支持されているにも拘わらず、重心周りのモーメントがゼロとなる。従って、静荷重の支持部材に組み込まれる防振材料は、支持方向にのみ均一に圧縮又は伸長される。このため、剪断力に弱い柔軟なゴム材料やスプリングを防振材料として用いることが可能になり、防振材料の選択範囲が大幅に拡大する。また、支持方向にのみ均一に加重されるため、不均一に大きな荷重が加わるポイントがなく、防振材料の耐久性が向上する。

さらに、静荷重が加わった状態での防振材料の変形量を算出することが可能となり、機器が鉛直方向に正立した状態を釣り合い位置にすることが容易となる。
さらに、弾性体としてワイヤーロープ、ケブラー、カーボンファイバー等の柔軟で細い材料を用いた場合には、装置のコンパクト化が可能となり、その分、防振材料のスペース拡大に資する。

弾性体としてボルトや金属角材等の剛材料を用いた場合には、静荷重による曲げ応力に起因する折損や変形の心配がなく、圧縮又は伸長の強度のみを考慮して材料選択することが可能となる。

以下、本発明に係る防振壁掛装置の実施形態について、図１乃至１３を参照してさらに詳細に説明する。重複を避けるため、各図において同一構成には同一符号を用いて示している。なお、本発明の範囲は特許請求の範囲記載のものであって、以下の実施形態に限定されないことはいうまでもない。

（第一の実施形態）
図１は、本発明の一実施形態である防振壁掛装置の構成を側面側から見た図である。また、図２は、同装置の構成を上面側から見た一部破断図である。図１において防振壁掛装置１は、機器（給湯器２）を背面側から固定する背板３と、壁面１６にボルト・ナットにより固定される壁面取付板４と、上下２つの防振支持部１Ａ、１Ｂにより構成されている。上側防振支持部１Ａは、背板３に設けられた台座５と壁面取付板４に設けられた台座７と、背板３と壁面取付板４とを結合するためのボルト・ナットにより構成される支持部材９と、支持部材９と台座５、７間に介在する防振部材である防振ゴム１１及び１２と、により構成されている。また、下側防振支持部１Ｂは、背板３に設けられた台座６と壁面取付板４に設けられた台座８と、背板３と壁面取付板４とを結合するためのボルト・ナットにより構成される支持部材１０と、支持部材１０と台座６、８間に介在する防振ゴム１３を備えている。防振ゴム材質としてはＥＰＤＭ等の合成ゴムを用いている。給湯器２は、背面の上端部及び下端部近傍に複数のねじ穴を有する取付板１８ａ、１８ｂを備えており、対応する背板３のねじ穴にねじ止めされて固定されている。

各台座は、それぞれ背板３又は壁面取付板４に剛固定されている。各台座には防振ゴムを嵌入可能とする取付孔が設けられている。このうち、壁面取付板４側の台座８の取付孔８ａは支持部材１０を上下方向にスライド可能にするためのスライド孔８ａが設けられている。上側の台座５と台座７とは、それぞれの支持部材取付孔５ａ，７ａが対向するように配置されている。防振ゴム１１、１２は、円柱部の片側に小円柱部が積層された形状をなし、軸方向に支持部材貫通孔が設けられている。小円柱部の外径は、台座５、７の支持部材取付孔５ａ，７ａの外径と略同一に構成されており、取付孔５ａ，７ａに嵌合する。支持部材９は、防振ゴム１１、１２を介して両取付孔を貫いて取り付けられ、ナット締めされる。支持部材９の中心軸の作用線Ｌ１は、給湯器２の重心の垂直面上投影点Ｇを通過するように、水平方向に対して角度θをなして配置されている。このとき、ボルト、ナットの台座と防振ゴム１１、１２の平面部は作用線Ｌ１に対して垂直方向に全面的に接触した状態で締め付けられる。これにより、防振ゴム１１、１２からの反力は作用線Ｌ１と平行に作用することになる。また、支持部材１０の中心軸の作用線Ｌ２は、壁面に垂直（水平方向）、かつ、給湯器２の重心の垂直面上投影点Ｇを通過するように配置されている。

下側の台座６と台座８とは、それぞれの取付孔６ａ，８ａが対向するように配置されており、防振ゴム１３は、中央の円柱部を挟んで２つの小円柱部６が積層された形状をなし、軸方向に貫通孔１３ａが設けられている。台座６側の小円柱部の外径は取付孔６ａの外径と略同一に構成されており、取付孔６ａに嵌合する。取付孔６ａ，８ａには、防振ゴム１３が嵌入されている。台座８側の小円柱部６の外径はスライド孔８ａの長径より小さく、上下スライド可能に構成されている。支持部材１０は、防振ゴム１３の貫通孔１３ａを通して台座６、台座８に取り付けられ、ナット締めされる。支持部材１０の中心軸の作用線Ｌ２は、やはり給湯器２の重心の垂直面上投影点Ｇを通過するように配置されている。ボルト、ナットの台座と防振ゴム１３の平面部とは、作用線Ｌ２に対して垂直平面で全面接触した状態で締め付けられる。これにより、防振ゴム１３からの反力は作用線Ｌ２と平行に作用することになる。

このように、各防振ゴムの平面部は、締め付け方向に対して垂直方向に全面的に接触した状態で締め付けられるので、各防振ゴムの反力は支持部材の取付方向に対して平行に作用することになる。また、後述するように、機器を正立設置可能とするため、防振ゴム１１、１２と防振ゴム１３の弾性率を異ならしめている。

防振壁掛装置１は上述のように構成されており、次に図３を参照して防振壁掛装置１の正立設置状態における力の釣り合いについて説明する。給湯器２の質量をＭ、重力加速度をｇとすると、給湯器２には重力Ｍｇが働く。背板３側の台座５には防振ゴム１１から反力が働く。支持部材９については、防振ゴム１１側からは反力Ｔ_１２が、防振ゴム１２側からは反力Ｔ_１３が働く。また、壁面取付板４側の台座７については防振ゴム１２から反力Ｔ_１４が働く。各部の力の釣り合い条件から、Ｔ_１１＝Ｔ_１２＝Ｔ_１３＝Ｔ_１４となる。

一方、背板３側の台座６には防振ゴム１３から反力Ｔ_２１が働く。壁面取付板４側の台座８には防振ゴム１３から反力Ｔ_２２が働く。各部の力の釣り合い条件から、Ｔ_２１＝Ｔ_２２となる。なお、ボルト・ナットで構成される支持部材１０は、防振ゴム１３を台座６、８の所定の位置に接触させるためのガイドとして、及び、防振ゴム１３の脱落防止としての機能をもつが、支持力の伝達経路としての機能はない。

結局、給湯器２（給湯器、背板及び背板側台座を一体として考える）に働く力は、重力Ｍｇ、鉛直方向にＴ１（＝Ｔ_１１）、水平方向にＴ２（＝Ｔ_２１）となる。従って、
鉛直方向の力の釣り合いは、Ｍｇ＝Ｔ１sinθ ・・・・・（１）
水平方向の力の釣り合いは、Ｔ２＝Ｔ１cosθ ・・・・（２）
従って、Ｔ１＝Ｍｇ／sinθ、Ｔ２＝／sinθ となる。
防振ゴム１１，１２の自然長をｄ１、バネ定数をｋ１、防振ゴム１３の自然長をｄ２、バネ定数をｋ２とすると、機器を懸架したときは、防振ゴムは重量により圧縮されるため、防振ゴム１１，１２については、
ｄ１’＝ｄ１−（１／ｋ１）・Ｔ１＝ｄ１−（１／ｋ１）・Ｍｇ／sinθ
また、防振ゴム１３については、
ｄ２’＝ｄ１−（１／ｋ１）・Ｔ１＝ｄ１−（１／ｋ１）・Ｍｇ／sinθ
となる。従って、これらの長さのときに機器が直立するようにゴム材質、支持部材長さを設計すればよいことになる。

次に図４を参照して、本実施形態において給湯器２をより軽量の給湯器２’にリプレースしたときの位置関係について説明する。この場合、各台座を介して各防振ゴムに加わる荷重は減少するから、各防振ゴムの歪みも減少する。これに伴い各防振ゴムから各台座への反力も減少する。従って、給湯器１’（背板及び背板側台座を一体として考える）に働く力は、重力Ｍｇ’（＜Ｍｇ）、方向にＴ１’（＜Ｔ１）、水平方向にＴ２’（＜Ｔ２）である。機器を正立させるためには、Ｔ１’sinθ＝Ｍｇ’、Ｔ１’cosθ＝Ｔ２’にする必要がある。給湯器１‘を正立させるためには、支持部材９、１０の長さを給湯器２設置のときより長くする必要がある。これに伴って、給湯器１’の重心位置Ｇ‘は給湯器１の重心位置Ｇから作用線Ｌ１に沿って平行移動して下がる。

（第二の実施形態）
次に、請求項１に対応する他の実施形態について説明する。図５は、本実施形態に係る防振壁掛装置２０を側面側から見た図である。また、上面側から見た同装置の構成は、第一の実施形態に係る防振壁掛装置１と同一であるので図示を省略する。防振壁掛装置２０が防振壁掛装置１と異なる点は、防振壁掛装置１では下側防振支持部１Ｂは水平方向、かつ、給湯器２の重心の垂直面上投影点Ｇを通過するように配置されているのに対して、下側防振壁掛装置２０においては、下側防振支持部２０Ｂは上側防振支持部１Ａと水平面に対して対称、すなわち、水平方向に対して−θの角度で配置されていることである。下側防振支持部Ｃは、背板３に設けられた台座２１と壁面取付板４に設けられた台座２２と、背板３と壁面取付板４とを結合するためのボルト・ナットにより構成される支持部材２３と、支持部材２３と台座２１、２２間に介在する防振ゴム２４を備えている。その他の構成は防振壁掛装置１と同一であるので説明を省略する。

次に図６を参照して防振壁掛装置１の正立設置状態における力の釣り合いについて説明する。給湯器２（給湯器、背板及び背板側台座を一体として考える）に働く力は、重力Ｍｇ、作用線Ｌ１方向についてＴ３、作用線Ｌ３方向についてＴ４となる。従って、
水平方向の力の釣り合いは、Ｔ３cosθ＝Ｔ４cosθ
鉛直方向の力の釣り合いは、Ｔ３sinθ＋Ｔ４sinθ＝Ｍｇ
これより、Ｔ３＝Ｔ４＝Ｍｇ／２sinθ となる。
防振ゴム１１、１２、２４の自然長をそれぞれｄａ、ｄｂ、ｄｃ、機器設置時の長さをそれぞれｄａ’、ｄｂ’、ｄｃ’及びバネ定数をそれぞれｋａ、ｋｂ、ｋｃとすると、機器を懸架したときは、防振ゴムは重量により圧縮されるため、
ｄａ’＝ｄａ−（１／ｋａ）・Ｍｇ／２sinθ
ｄｂ’＝ｄｂ−（１／ｋｂ）・Ｍｇ／２sinθ
ｄｃ’＝ｄｃ−（１／ｋｃ）・Ｍｇ／２sinθ
となる。従って、これらの長さのときに機器が直立するようにゴム材質、支持部材長さを設計すればよいことになる。
なお、機器が防振ゴムの支持力によるたわみ（上述の（１／ｋａ）・Ｍｇ／２sinθに相当）よりも大きく振動する場合には、
（ａ）防振ゴム１１と台座５、防振ゴム１２と台座７、防振ゴム２４と台座２２を接着するなど、互いに離れないようにする
（ｂ）防振ゴムをさらに追加し、防振ゴム１１，１２，２４が自然長まで伸びてしまった際にも振動が低減するようにする。この場合、追加する各防振ゴムの寸法は、機器が鉛直に支持されたときに自然長（＝力が掛かっていない状態）になるように決定する
といった処置が必要となる。

なお、本実施形態では支持部材９，１０を、機器重心を通る作用線上に配置する形態としたが、これに限らず図７の立面図又は正面図（同図５（ａ）、（ｂ））において、重心と平行な作用線Ｌ２１、Ｌ２２上に配置する支持部材９ａ、９ｂ及び１０ａ、１０ｂで支持する形態とすることもできる。さらに、図８に示すように機器重心を通る放射状の３本の作用線Ｌ３１乃至Ｌ３３上に配置した支持部材９ｄ、９ｅ、９ｆで支持する形態とすることもできる。さらに、図９に示すように機器重心を通る放射状の４本の作用線Ｌ４１乃至Ｌ４４上に配置した支持部材９ｇ乃至９ｊで支持する形態とすることもできる。

（第三の実施形態）
さらに図１０乃至１３を参照して、本発明の他の実施形態について説明する。本実施形態は請求項２に対応するものである。図１０は、本実施形態に係る防振壁掛装置３０の側面を示す図である。また、図１１は防振壁掛装置３０の振れ止め部材の配置を示す図である。
防振壁掛装置３０が上述の防振壁掛装置１と異なるのは、四隅に振れ止め部材３１Ａ乃至３１Ｄ及び重心周りに振れ止め部材３２Ａ、３２Ｂを備えている点である。なお、図１０，１１では煩雑を避けるため防振支持部については一部表示を省略しているが、実際には防振壁掛装置１の防振支持部１Ａ、１Ｂと同様の防振支持部を備えている。
振れ止め部材３１Ａ乃至３１Ｄの中心軸の作用線Ｌ３乃至Ｌ５’は水平であり、重心点Ｇを通らないように設けられている。また、振れ止め部材３２Ａ、３２Ｂの中心軸の作用線Ｌ４、Ｌ４’についても、重心点Ｇを通らないように設けられている。

図１２は、振れ止め部材３１Ａの展開図である。振れ止め部材３１Ａは、貫通ボルト３１ａ、平ワッシャ３１ｂ、背板３側の台座金具３１ａと壁面取付板４側の台座金具３１ａに設けられた防振ゴム３１ｃを、平ワッシャ３１ｂ、３１ｆを介して貫通ボルト３１ａとナット３１ｇで固定することにより構成されている。防振ゴム３１ｃの凹部３１ｉは、台座金具３１ａの孔部３１ｈに、３１ｊは、台座金具３１ｂの孔部３１ｋにそれぞれ嵌合する。この場合、両台座と防振ゴム３１ｃの嵌合は、いずれか一方に遊びが設けられるようになっている。なお，振れ止め部材３１Ｂ乃至３１Ｄも同一構成を備えている。

図１３は、振れ止め部材３２Ａの展開図である。振れ止め部材３２Ａは背板３側の台座金具３２ａと、壁面取付板４側の台座金具３２ｂと、防振ゴム３２ｃを備え、防振ゴム３２ｃの凹部３２ｄが台座金具３２ａの孔部３２ｅに嵌合し、さらに防振ゴム３２ｃが台座金具３２ｂに嵌合するように構成されている。この場合、防振ゴム３２ｃは台座金具３２ｂに固定されず、荷重のない状態では自由に動けるようになっている。
その他の構成は第一の実施形態と同一であるので、説明を省略する。以上のような構成により防振壁掛装置３０においては、振れ止め部材３１Ａ乃至３１Ｄによりｚ軸方向の並進運動、ｙ軸周りの回転運動、及びｘ軸周りの回転運動を抑制することができる。さらに、振れ止め部材３２Ａ、３２Ｂによりｙ軸方向の並進運動、ｚ軸周りの回転運動を抑制することができる。

なお、本実施形態では各振れ止め部材を防振壁掛装置１と同一の防振支持部と組み合わせた例を示したが、これに限らず防振壁掛装置２０又は図７乃至９等に示した防振支持部等と適宜、組み合わせた防振支持部を用いることも可能である。
また、各実施形態では、防振部材として防振ゴムを用いた例を示したが、これに限らずスプリングなど他の弾性体材料を用いることも可能である。
また、支持部材としてボルト・ナットを用いた例を示したが、金属角材等の剛材料やワイヤーロープ、ケブラー、カーボンファイバー等の柔軟で細い材料を用いることも可能である。

本発明は、分野を問わず振動源を内蔵する重量機器用の防振壁掛装置として広く適用可能である。

第一の実施形態に係る防振壁掛装置１を示す図である。防振壁掛装置１の立面図である。防振壁掛装置１の力の釣り合いを示す図である。防振壁掛装置１において、より軽量の給湯器を設置したときの位置関係を示す図である。第二の実施形態に係る防振壁掛装置２０を示す図である。防振壁掛装置２０の力の釣り合いを示す図である。第二の実施形態における防振部材の他の設置例（１）を示す図である。第二の実施形態における防振部材の他の設置例（２）を示す図である。第二の実施形態における防振部材の他の設置例（３）を示す図である。第三の実施形態に係る防振壁掛装置３０を示す図である。防振壁掛装置３０の振れ止め部材の配置を示す図である。振れ止め部材３１Ａの展開図である。振れ止め部材３２Ａの展開図である。従来の防振壁掛装置１００の側断面を示す図である。

符号の説明

１、２０、３０防振壁掛装置
１Ａ、１Ｂ、２０Ｂ防振支持部
２給湯器
３背板
４壁面取付板
５〜８、２１ａ〜２４ａ、３１ａ〜３１ｃ台座
９、１０支持部材
１１、１２、１３、２４防振ゴム
３１Ａ〜３１Ｄ、３２Ａ，３２Ｂ振れ止め部材
Ｌ１〜Ｌ５、Ｌ４１〜Ｌ４４作用線

Claims

機器を背面側から固定する背板（３）と、壁面に固定される壁面取付板（４）と、
前記背板と前記壁面取付板とを結合する二以上の支持部材（９，１０）と、
前記背板及び前記壁面取付板には、前記支持部材を結合するための一対の第一の台座（５，７）と、
弾性体からなる第一の防振部材（１１，１２，１３）と、を備えた防振壁掛装置であって、
前記支持部材は、それぞれ垂直投影面において機器の重心点を通る直線上に配置され、
前記支持部材と前記第一の台座とは、前記第一の防振部材を介在させて結合され、
前記第一の防振部材は、変形方向が前記直線に対して平行になるように前記第一の台座に配置され、
機器を鉛直方向に正立させた状態で機器に働く力の釣り合いが取れるように、前記支持部材を前記第一の台座に結合可能に構成し、かつ、
垂直投影面上もしくは水平投影面上において機器の重心点を通らない直線上に、機器の６軸方向の回動及び並進運動を抑制するための複数の振れ止め部材（３１Ａ−３１Ｄ，３２Ａ，３２Ｂ）を備え、
該振れ止め部材は、前記背板及び前記壁面取付板に一対の第二の台座（３１ａ、３１ｂ及び３２ａ、３２ｂ）と、該第二の台座に遊びを以って又は固定されることなく結合される第二の防振部材（３１ｃ、３２ｃ）と、を含んで構成され、
て成ることを特徴とする防振壁掛装置。