JP6050990B2 - 制振装置と制振架台 - Google Patents

Description

本発明は、ＩＴ機器や通信設備等の各種機器を設置するラックやその他の設備等に、地震等による振動の伝達を減衰させる制振装置と制振装置を備えた制振架台に関する。

従来、コンピュータや通信設備等の各種機器が設置される部屋を備えた建物が、地震の際に生じる振動を吸収する制振装置として、例えば特許文献１に開示された３次元ダンパ装置が提案されている。
このダンパ装置では、粘性体を入れた水平用容器を固定床に設置し、この水平用容器内に同じく粘性体を貯留させた縦長の容器を設置している。縦長の容器内には、免震床の下面に取り付けた支柱が粘性体中に挿入され、支柱の下端には円板が取り付けられている。

そして、地震によって建物が地震力を受けて、固定床と免震床が水平方向に急激に振動すると、ダンパ装置の支柱に設けられた円板と縦長の容器との間隙に入り込む粘性体によって水平方向の振動を減衰させる。しかも、上下方向の振動に際しては、円板と縦長の容器内の粘性体とによって上下方向の振動を減衰できる。これによって３次元方向に振動を抑制する機能を発揮して、免震床やラックやその他の設備等の振動を減衰させることができるようにしている。

実開平１-８５５４９号公報

しかしながら、上述した３次元ダンパ装置では、二重に容器を設けるなど構造が複雑であり製造コストが高い上に設置スペースが大きいという欠点があった。また、縦長の容器の底部と水平用容器との間の間隙に粘性体が介在する構成であるため、地震による振動によって、縦長の容器が水平用容器に対して水平方向にずれて傾斜することがある。この場合、縦長の容器が支柱と相対的に傾斜するため水平方向及び上下方向の制振機能が低下するおそれがあるという欠点もあった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、地震等の振動に対して３次元方向の制振を行えると共に振動による支柱の傾斜を抑制するようにした制振装置と制振架台を提供することを目的とする。

本発明による制振装置は、粘性体を収納した筒状の容器内に支柱が挿入され、該支柱の上部には架台が設置されていると共に中間部にプレートが固定され、該プレートと容器の内面との間に間隙が形成され、容器の底部には支柱の下端部を位置決めするためのテーパ部が形成されており、テーパ部における最下部にテーパ部より下方に落ち込む筒状の凹部が形成され、該筒状の凹部内に支柱が挿入されていることを特徴とする。
本発明による制振装置によれば、地震等が発生した場合、水平方向の振動は支柱の中間部に設けたプレートと容器の内面との間隙に入り込む粘性体のせん断抵抗によって減衰され、上下方向の振動はプレートと容器の底部との間の粘性体のせん断抵抗によって減衰され、支柱の上部に設けた架台への３次元方向の振動を抑制できる。
しかも、容器底部のテーパ部の最下部に筒状の凹部を形成し、支柱を筒状の凹部内に落ち込ませたことで、水平方向の振動が比較的小さい場合には、支柱は筒状の凹部内に保持された状態で水平方向の振動を上下方向の振動に変換することになり３次元方向の振動を減衰することができる。また、上下方向と水平方向の振動が比較的大きい場合、支柱が筒状の凹部を飛び出したとしても、支柱の下端部はテーパ部のテーパ面に沿ってガイドされて凹部内に落ち込んで定置されることになる。

また、支柱は、プレートを固定した軸部と、該軸部の上側に連結された鋼管とを備えていることが好ましい。
本発明による制振装置は、支柱の上部を鋼管で形成したため剛性と強度が高く、架台や架台に設置する設備の重量が大きくても支柱が座屈することなく荷重と振動に耐えることができる。

本発明による制振架台は、上述したいずれかの制振装置を１または複数備えていて、これら制振装置の上部には架台が設けられてなることを特徴とする。
本発明による制振架台によれば、各種の設備等が設置された架台を上述した制振装置で支持するので、地震等の際に水平方向と垂直方向に振動を減衰させて吸収できる。しかも、制振装置の架台と連結された支柱は、地震等の際に振動で傾斜したとしても、その下端部が容器の底部に設けられたテーパ部によってガイドされて定位置に移動されて傾斜状態を解消して起立状態になるため、容器内で安定した姿勢に保持できる。

本発明による制振装置及び制振架台によれば、地震等による振動が生じても容器内に粘性体と中間部にプレートを備えた支柱とを設置したので、３次元方向の振動を減衰させることができると共に、構造が簡単で製造コストが低廉である。
また、地震等の３次元方向の振動で支柱が傾斜したとしても、容器の底部に設けたテーパ部によって支柱の下端部をガイドして傾斜状態を解消して起立状態で容器の定位置に戻すよう位置決めでき、３次元方向の振動減衰機能を確実に発揮できる。

本発明の第一実施形態による制振装置を用いた制振架台を示す要部構成図である。 第一実施形態による制振装置の構成を示す要部縦断面図である。 図２に示す制振装置の支柱の中間部に設けた水平プレートの平面図である。 第二実施形態による制振装置の構成を示す要部縦断面図である。 第三実施形態による制振装置の構成を示す要部縦断面図である。 変形例による制振装置の水平プレートの部分を示す要部縦断面図である。

以下、本発明の実施形態による制振装置と制振架台について添付図面に基づいて説明する。
図１は本発明の第一実施形態による制振装置１を備えた制振架台２を示すものである。
本実施形態における制振架台２は複数本、例えば４本の制振装置１を備えており、各制振装置１の上部はフレーム３によって互いに連結されて例えば四角形枠状に形成されている。この四角形枠状のフレーム３は、例えばＩＴ機器や通信機器等の各種機器やその他の設備を設置するための制振架台４を構成する。

次に、制振架台２の制振装置１について図２により説明する。
本実施形態による制振装置１において、建物の床面６上に容器７が設置され、容器７は例えば比較的外径寸法の狭い円筒状の筒部８とその底部をなす基板９とによって有底円筒状に形成され、基板９は筒部８より幅広でアンカーボルト１０によって床面６に固定されている。また、容器７の上端は開口されている。なお、容器７の上端開口には埃などの異物が侵入するのを防ぐために蓋を設置してもよいが、容器７に固定せずに揺動可能に載置する程度に設置することが好ましい。

容器７内には、粘性体として例えばシリコンオイル１２が例えば容器７の高さ方向の１/２以上の深さで貯留されており、容器７内には軸状に延びる支柱１３が水平方向と垂直方向に揺動可能に挿入されている。この支柱１３は鉛直荷重を支える治具であり、長手方向の下部にねじが切られた比較的短いボルト軸１４が軸部として設けられ、上部にはボルト軸１４の先端に螺合して連結された鋼管１５が設けられている。

支柱１３のボルト軸１４はその下端に着座板１６が固定され、着座板１６と鋼管１５との中間には水平プレート１７が連結されている。図３に示すように、水平プレート１７はねじ軸１４の周囲に所定間隔で穴１７ａが形成されていて、穴１７ａの数や面積等でシリコンオイル１２の流動性と振動減衰力を調整できるようになっている。
鋼管１５は円筒状の側面部１８と底板１９とを有しており、ボルト軸１４は鋼管１５の底板１９に螺合してダブルナット２０で固定されている。また、水平プレート１７は着座板１６より大径の円板を形成しており、鋼管１５の底板１９と略同一の外径寸法を有している。鋼管１５の上端は容器７の上方に突出しており、例えばリング状の連結板２２を介して架台４の角部で二つのフレーム３の端部にそれぞれ連結されている。

これら水平プレート１７と鋼管１５の外周面は容器７の内面との間に全周に亘って間隙Ｋが形成され、シリコンオイル１２で満たされている。
また、容器７の底部の基板９上にはすり鉢状のテーパ部２３が形成されており、全周に亘ってテーパ面２３ａで囲われたその中央の最下部２３ｂは着座板１６より若干大きい円形の平面に形成され、最下部２３ｂに支柱１３の着座板１６が載置可能とされている。このテーパ面２３の最下部２３ａは容器７と同心円に形成されている。これによって支柱１３が水平方向と上下方向の３次元方向に振動すると、支柱１３はその幅が小さいために傾斜する場合があるが、この場合でも、支柱１３の下端部がテーパ部２３のテーパ面２３ａにガイドされて容器７の中央の最下部２３ｂに戻り、傾斜状態を解消して起立状態に保持されることになる。

本実施形態による制振装置１と制振架台２は上述の構成を備えており、次に地震時の作用を説明する。
制振架台２を備えた建物に地震が発生すると、床面６から制振装置１に３次元方向の振動が伝達され、制御架台２へも伝達される。制振装置１において水平方向の振動は容器７の内面と支柱１３の水平プレート１７及び鋼管１５との間隙Ｋに充填されたシリコンオイル１２のせん断抵抗によって減衰させられる。また、上下方向の振動は、水平プレート１７と容器の底部の基板９との間、水平プレート１７と鋼管１５の底部１９との間のシリコンオイル１２のせん断抵抗によって減衰させられる。しかも、水平プレート１７に所定間隔に形成された複数の穴１７ａを形成したことでシリコンオイル１２の流動抵抗を調整して、上下方向の引っ張り力を調整できる。これによって容器７の基板９に固定されたアンカーボルト１０に対する引き抜き方向の荷重を低減できる。

しかも、容器７と支柱１３は比較的縦長であるため、水平方向と垂直方向に３次元方向の振動が生じると、支柱１３は３次元方向に揺動して振動を減衰させると共に、支柱１３の下端部の着座板１６がテーパ部２３の最下部２３ｂから外れ、容器７内で斜め方向に傾斜することになる。すると、支柱１３の下端部の着座板１６は容器７の底部のテーパ部２３のテーパ面２３ａに当接し、そして、地震の振動によってテーパ面２３ａにガイドされて降下して着座板１６がテーパ部２３の中心の最下部２３ｂに戻って着座することになると、支柱１３は容器７に対して傾斜姿勢を解消して中央位置に起立状態に保持される。そのため、次の地震の際、支柱１３は３次元方向の振動に対して安定した減衰機能を発揮できる。

そのため、複数の制振装置１を備えた制御架台２において、架台４のフレーム３への振動伝達が低減され、しかも支柱１３はテーパ部２３にガイドされて中央の最下部２３ｂに起立状態で落ち着くため、架台４は振動を減衰させた状態に保持され、制振できる。

上述したように、本実施形態による制振装置１によれば、容器７内に挿入した支柱１３との間のシリコンオイル１２のせん断抵抗によって地震等による振動を水平方向及び上下方向の３次元方向に減衰できて床面６から架台４へ伝達する振動を減衰できる。また、水平プレート１７と容器７の底部との間のシリコンオイル１２のせん断抵抗によりアンカーボルト１０の引っ張り力を低減できる。
また、支柱１３の上部側領域に剛性の高い鋼管１３を設置して架台４のフレーム３に連結するようにしたから、地震等が発生した場合、重量の大きいＩＴ機器や通信機器等の各種機器や設備を設置していても支柱１３の座屈を防いで振動を減衰させて制振できる。

また、水平プレート１７に形成する穴１７ａの数と面積を調整することによってシリコンオイル１２の流動性を制御し、上下方向の振動減衰力と衝撃量を調整することができる。また、容器７内に挿入された支柱１３は３次元方向の振動の減衰に寄与すると共に、振動によって斜め方向に傾くことがあっても、容器７の底部に形成したすり鉢状のテーパ部２３のテーパ面２３ａにガイドされて支柱１３の下端部の着座板１６が最下部２３ｂに降下し、傾斜姿勢を解消して容器７の中央に起立状態に保持されるため、地震等による３次元方向の振動に対して安定した減衰機能を発揮できる。

また、このような制振装置１を用いた制振架台２によれば、地震等が生じても各制振装置１によって３次元方向の振動を減衰させると共に、各制振装置１において容器７の底部に設けたテーパ部２３によって支柱１３の着座板１６をすり鉢状のテーパ面２３ａの中央最下部２３ｂに戻して傾斜状態から起立状態に戻すことができるので、制振架台２と設置された各種設備を安定して支持できる。

なお、本発明による制振装置１及び制振架台２は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない限り適宜の変更や置換等を採用することができる。
次に本発明の他の実施形態や変形例について説明するが、上述した第一実施形態による制振装置１と同一または同様な部品、部材には同一の符号を用いて説明を省略する。
図４は第二実施形態による制振装置１Ａを示すものであり、本実施形態では支柱１３Ａが鋼管１５を有しておらず、全長に亘って例えばＰＣ鋼棒からなる棒体２５とされている。そして、この棒体２５の下端部にはテーパ部２３の中央最下部に着座可能な着座板１６が連結され、中間部分に着座板１６より幅広で全周に亘って容器７の内面との間に間隙Ｋを形成する水平プレート１７が連結されている。そして、棒体２４の上端部は容器７の上端部から上方に突出していて連結板２２を介して架台４のフレーム３に連結されている。

本第二実施形態による制振装置１Ａによれば、支柱１３Ａが棒体２５であるから、支柱の上部側に鋼管１５を設置した第一実施形態よりも比較的重量の小さい設備を備えた架台４を支持するのに適している。その余の作用効果は第一実施形態による制振装置１と同様である。

次に本発明の第三実施形態による制振装置１Ｂを図５により説明する。
図５に示す制振装置１Ｂは概略で第２実施形態による制振装置１Ａと同一構成を有しているが、本実施形態による制振装置１Ｂでは、支柱１３Ｂとしての棒体２７は、下端部に着座板１６が設けられておらず、棒状にストレートに延びている。
また、容器７の底部に設けたテーパ部２８は容器７の中心に向けてすり鉢状に形成されたテーパ面２８ａと、すり鉢の底である中央最下部が容器７の基板９まで延びる円筒状の凹部２９とを備えている。凹部２９の内径は棒体２７の外径に対して全周に若干の間隙Ｋ１が形成されており、この間隙Ｋ１にもシリコンオイル１２が充填されている。そのため、テーパ部２８の断面は略台形状に形成されている。
本実施形態による制振装置１Ｂはその余の構成において、第二実施形態による制振装置１Ａと共通する。

本第三実施形態による制振装置１Ｂは上述の構成を備えているから、比較的小さい地震が発生した場合、棒体２７の下端部が凹部２９内に挿入されていて上下方向の振動は水平プレート１７と容器７の底部のテーパ面２８との間のシリコンオイル１２のせん断抵抗によって減衰させられる。しかも棒体２７は、テーパ部２６の凹部２９の深さよりも上下方向の振動の振幅が小さくて凹部２９内から抜けない。
そのため、棒体２７がテーパ部２８の凹部２９内に保持されるために、水平方向の振動は小さく抑制される。この場合、棒体２７の水平方向の振動の範囲が狭く、水平方向の振動は上下方向の振動に変換され、上述したように水平プレート１７と容器７の底部のテーパ面２８との間のシリコンオイル１２のせん断抵抗によって減衰させられる。水平方向の振動によっても棒体２７が傾斜することが抑制され、常時中央の凹部２９内に起立状態に支持されている。
これによって、本実施形態による制振装置１Ｂは、上述した第一及び第二実施形態の制振装置１，１Ａよりも、振動による棒体２７と架台４の横揺れを著しく低減できる。

また、地震の振動が大きい場合には、上下方向の振動によって棒体２７がテーパ部２８の凹部２９から上方に抜けてしまう。そのため、水平方向の振動は、容器７の内面と支柱２７の水平プレート１７との間隙Ｋに充填されたシリコンオイル１２のせん断抵抗によって減衰させられる。また、上下方向の振動は、水平プレート１７と容器７の底部のテーパ部２８との間のシリコンオイル１２のせん断抵抗によって減衰させられる。
この場合、上下方向の振動と水平方向の振動によって棒体２７は凹部２９から脱出して振動させられ、棒体２７は３次元方向に振動が生じると、振動を減衰させつつ容器７内で斜め方向に傾斜することがある。すると、棒体２７の振動幅が低減されるため、シリコンオイル１２による振動減衰効果が低下する。
この場合でも、棒体２７の下端部は容器７の底部のテーパ部２８のテーパ面２８ａに当接するため、振動しながらテーパ面２８ａにガイドされて中央方向に移動して凹部２９内に落ち込むことで中心位置に保持され、棒体２７は傾斜状態から起立状態に戻される。

従って、本第三実施形態による制振装置１Ｂは、比較的振動の小さい地震では、棒体２７がテーパ部２８の凹部２９内に保持されて水平方向の振動を上下方向の振動に変換して抑制できるため、棒体２７に連結された架台４への制振効果は第二実施形態による制振装置１Ａよりも大きくなる。その余の作用効果は上述した第一及び第二実施形態による制振装置１、１Ａと同様である。

なお、上述した各実施形態による制振装置１，１Ａ，１Ｂは容器７が外径の小さい寸法に形成できるから、狭いスペースに設置することが可能である。
また、上述した第二〜第三実施形態による制振装置１Ａ，１Ｂにおいて、各容器７の上端開口には蓋を設けない構成としたが、第一実施形態と同様に蓋を設置するようにしてもよい。この場合、埃等の異物が容器７のシリコンオイル１２内に落下することを防止できればよく、蓋は容器７の上端や支柱１３Ａ，１３Ｂに固定しなくてもよい。
なお、上述した各実施形態による制振装置１，１Ａ，１Ｂにおいて、水平プレート１７は所定間隔で穴１７ａを形成してこれらの穴１７ａを通してシリコンオイル１２の流動性を制御して振動の減衰機能と振動による衝撃力を調整するようにしたが、本発明による水平プレート１７は上述した構成に限定されない。例えば、穴１７ａを設けない水平プレート１７を用いてもよい。

或いは、図６に示すように、水平プレート１７に穴１７ａを形成すると共にその下側にヒンジ部を介して開閉可能な逆止弁３１を設置してもよい。この場合、上下方向の振動において支柱１５、２５、２７が上昇移動する場合には穴１７ａが逆止弁３１によって開口されてシリコンオイル１２が流動し、下降移動する場合には穴１７ａが逆止弁３１によって閉鎖されてシリコンオイル１２の流動を停止させることができる。
このような逆止弁３１を採用することで上下方向の振動による減衰機能を調整するようにしてもよい。なお、逆止弁として、上述の構成に代えて水平プレート１７に段付きの貫通穴を形成し、段部に弁体としてボール等を配設した構成を採用してもよい。

また、第一実施形態による制振装置１において支柱１３における鋼管１５の下部をボルト軸１４としたが雄ネジを設けない軸体を用いてもよく、鋼管１５の底部１９に溶接等で連結してもよい。
また、第一及び第二実施形態において、支柱１３の下側のボルト軸１４と棒体２５の下端に着座板１６を固定したが、着座板１６を設置することなく、ボルト軸１４や棒体２５自体の下端部をテーパ部２３の中央最下部２３ｂに位置させて静止させるようにしてもよい。
また、第三実施形態において、支柱１３Ｂの上部側に鋼管１５を連結してもよい。

なお、上述した第一実施形態における制御架台２は、第一実施形態による制振装置１だけでなく、第二実施形態による制振装置１Ａ、第三実施形態による制振装置１Ｂ等を適宜採用することができる。しかも、制御架台２は４本の制振装置１を脚部として用いて架台４を設置したが、脚部は４本に限定されることなく適宜の１または複数本を採用できる。また、架台４に対して異なる実施形態による制振装置１、１Ａ、１Ｂを組み合わせて取り付けてもよい。
また、制振装置１，１Ａ，１Ｂの容器７に貯留する粘性体としてシリコンオイル１２を用いたが、本発明による粘性体はシリコンオイル１２に限定されるものではなく、その他のオイル等適宜の高粘性を有する流体材料を採用できる。

また、上述した制振装置１，１Ａ，１Ｂは、制御架台２の脚部として用いるものとして説明したが、本発明による制振装置はこのような構成に限定されない。例えば、床面６として建物の基礎や固定床等に制振装置を設置し、支柱の上部に連結する架台として構造物の床面や下面、或いは免震床等を連結して、地震力を極力受けないように制御する免震装置として用いることもできる。

１，１Ａ、１Ｂ 制振装置
２ 制振架台
３ フレーム
４ 架台
７ 容器
８ 筒部
１２ シリコンオイル
１３，１３Ａ、１３Ｂ 支柱
１４ ボルト軸
１５ 鋼管
１６ 着座板
１７ 水平プレート
１７ａ 穴
２３、２８ テーパ部
２３ａ，２８ａ テーパ面
２５、２７ 棒体
２９ 凹部

Claims (3)

1. 粘性体を収納した筒状の容器内に支柱が挿入され、該支柱の上部には架台が設置されていると共に中間部にプレートが固定され、該プレートと前記容器の内面との間に間隙が形成され、前記容器の底部には前記支柱の下端部を位置決めするためのテーパ部が形成されており、
   前記テーパ部における最下部に前記テーパ部より下方に落ち込む筒状の凹部が形成され、該筒状の凹部内に前記支柱が挿入されていることを特徴とする制振装置。
2. 前記支柱は、前記プレートを固定した軸部と、該軸部の上側に連結された鋼管とを備えている請求項１に記載された制振装置。
3. 請求項１または２に記載された制振装置を１または複数備えていて、前記制振装置の上部には前記架台が設けられてなることを特徴とする制振架台。

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