JPH069261Y2 - 防振・免震装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この考案は、地震から建物や精密機械類を保護するた
め、或いは振動発生源が周囲に与える弊害を防止するた
めの防振・免震装置に関し、特に、固定側と可動側との
間に生じる水平方向の相対変位は勿論のこと、上下方向
の相対変位のも安定して対処し得る防振・免震装置に関
する。

〔従来の技術とその問題点〕

例えば、建物の土台や精密機械或いは往復動機器等の設
置床である固定側と、建物や精密機械および往復動機器
等の可動側との間における水平および上下方向の相対変
位に対処するための防振・免震装置としては、例えば実
公昭６２−７７９４号公報にみられるようなものが既に
知られている。

すなわち、このものは、建物の土台や精密機械類或いは
往復動機器等の設置床である固定側に対して設置される
平板状の台座の上に、建物や精密機械類或いは往復動機
器等を載せる可動側部材を、摩擦低減用部材を介して水
平方向へと移動可能に載置し、この可動側部材を台座と
の間に放射状に介装した４本の横ばねで所定位置に保つ
ことにより、地震等で固定側から台座へと加わった振
動、或いは往復動機器等の振動発生源から可動側部材へ
と加わった振動のうちの水平方向分を、横ばねと可動側
部材とによるばね−質量系で制振して可動側部材への伝
達を極力遮断するようにしている。

また、同時に、可動側部材に対して上下方向へと相対変
位可能に可動側受け部材を設け、この可動側受け部材を
介して建物や精密機械類或いは往復動機器等を支持する
と共に、これら可動側部材と可動側受け部材間にコイル
スプリングとダンパーを並列配置して、前記振動のうち
の垂直方向分をこれらコイルスプリングとダンパーとに
より吸収することで、その振動の伝達を遮断するように
している。

しかし、かかる防振・免震装置にあっては、水平方向に
対する制振機構の振動系自体がばね−質量系であるため
に可動側の固有振動数は固定側と可動側間の相対変位の
大小即ち振幅の大小によって変化せず、したがって、可
振振動数が可動側の固有振動数と一致すると共振を起こ
すことになる。

そのために、可動側の固有振動数を考慮してその都度横
ばねを設計し直したり、或いはどんな振動にも対処しよ
うとするならば、共振防止用の減衰器の使用が必須とな
り、その結果、固定側と可動側間の振動絶縁効果が阻害
されて制振機能が低下するという欠点をもつ。

また、垂直方向の制振機構としても、単にコイルスプリ
ングとダンパーを並列配置して用いているに過ぎないた
め、通常時において荷重と釣り合っているコイルスプリ
ングは、小さな荷重変動に対しても比較的安易に伸縮運
動を行い、これにより、支持荷重を安定して支えること
ができないので、荷重支持が安定にならざるを得ないと
いう欠点をもつ。

したがって、この考案の目的は、水平方向の振動に対し
て共振を起こすことなく、しかも、常に安定した荷重支
持を行うことのできる防振・免震装置を提供することで
ある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記の目的は、この考案によれば、固定側に設置する台
座と、この台座上に水平方向へと移動可能に載置した可
動側部材と、この可動側部材に対して上下方向へと相対
変位可能に設けた可動側受け部材と、からなる防振・免
震装置において、可動側部材がその下部に設けた転動自
在の大径スチールボールを介して台座の上面に形成の外
周に向かって直線状の登り勾配となる円錐状凹部に載置
され、可動側部材に設けたストッパーに対向する弾性部
材を上記円錐状凹部の周囲に配置し、かつ、可動側部材
と可動側受け部材との間にコイルスプリングとリリーフ
機能を備えたダンパーを並列配置してなるとすることに
よって達成することができる。

〔作用〕

すなわち、可動側部材のスチールボールが載る台座の上
面を、外周へと向かって直線状の登り勾配となる円錐状
凹部として構成したことにより、固定側部材と可動側部
材との水平方向への相対変位発生時における復元力（ス
チールボールが円錐状凹部の中心位置に戻ろうとする
力）は、両者の相対変位の大小即ち振幅の大小に関係な
く、何処の位置にあろうとも常に円錐状凹部の傾斜角θ
によって一義的に決まる一定値を保つ。

したがって、可動側の振動系は、ばね−質量系とは異な
って常に復元力が一定値を保つことから、可動側部材の
固有振動数fnは、振幅をａとすると で与えられ、これにより、可動側に共振が生じて振幅が
大きくなろうとすると固有振動数fnが変化するので共振
の生じる恐れはなくなる。

また、可動側部材にストッパーを設けると共に、このス
トッパに対向して円錐状凹部の周囲に弾性部材を設置し
たことにより、万一、固定側部材に対して可動側部材が
オーバーストロークを起すような事態が生じたとして
も、ストッパが弾性部材に当接してショックを吸収しつ
つオーバーストロークの発生を阻止する。

これにより、上記のように固定側部材に対して可動側部
材を、円錐状凹部とスチールボールによりフリーな状態
で載置したとしても、可動側部材は固定側部材に対して
安全かつ確実に支持され、これらのことが相俟って、ど
のような振動に対しても同じ制振効果を発揮することに
なる。

さらに、可動側部材に対して可動側受け部材を、並列配
置したコイルスプリングとリリーフ機能を備えたダンパ
ーとで支持するようにしたことにより、可動側部材と可
動側受け部材間の上下方向への相対変移に際し、両者間
に生じる荷重がダンパーのリリーフ設定値を越える迄
は、当該ダンパーが伸縮動作を行うことなく一種の連結
棒として作用し、リリーフ設定値を越えたときに初めて
伸縮動作を行って可動側部材と可動側受け部材間の上下
相対変位を許容し、コイルスプリングの振動に対して制
振効果を発揮する。

このように、通常の状態にあっては、ダンパーがコイル
スプリングの伸縮運動を規制しているので、固定側に対
する可動側の支持剛性が増し、装置としての安定性が計
れる。

〔実施例〕

以下、図示した実施例に基づいてこの考案を説明する。

図は、この考案の最適な一実施例に係る防振・免震装置
を示すもので、この防振・免震装置は、固定側部材10と
可動側部材20および可動側受け部材31とからなってい
る。

固定側部材10は、例えば建物の土台等の固定側Ｂに対し
て設置されるもので、この実施例にあっては略平板状に
形成された台座11からなり、この台座11の底部下面から
突出する突起12を固定側Ｂへと埋設することで定着され
る。

上記台座11の上面には円錐状凹部13が形成されており、
この円錐状凹部13の中心部分は、後に述べる可動側部材
20の大径スチールボール23の球面と同一の曲率になるよ
うにつくられている。

また、上記円錐状凹部13の周囲には同じく後記する可動
側部材20の下面に設けたストッパー27と当接してその動
きを制限するゴム等からなる弾性部材14が設置してあ
り、かつ、この弾性部材14で区画された円錐状凹部13内
には適宜量の潤滑油が入れてあって、この潤滑油でスチ
ールボール23の転動がより円滑に行われるようにしてあ
る。

一方、可動側部材20は、中央本体部21と下端板部22とか
ら構成されており、中央本体部21の下部内側には、スナ
ップリング24で保持された球面保持具25ａ，25ｂを介し
て大径のスチールボール23が転勤自在に設けられてい
る。

中央本体部21と球面保持具25ｂの間には多数の小径スチ
ールボール26が収納されており、大径のスチールボール
23はこれら小径のスチールボール26を介して支持され、
それにより、大径のスチールボール23の回転摩擦を減じ
て円滑な転動を確保するようにしてある。

また、下端板部22は、中央本体部21の下面から水平方向
に延設されており、その中央部分には前記大径のスチー
ルボール23の下端側球面が露呈する開口が形成されてい
て、この開口の周縁下面に位置して、前記した固定側部
材10における円錐状凹部13の周囲に設置した弾性部材14
と当接するストッパー27が設けられている。

そして、以上のように構成された可動側部材20は、大径
のスチールボール23を介して固定側部材10における円錐
状凹部13の中心部分へと位置決められて載置され、この
状態において下端板部22が、下方に位置する固定側部材
10の円錐状凹部13を上方から覆うカバーとしての役目を
果たすように構成してある。

さらに、可動側受け部材31は、例えば建物の床等の可動
側Ｆを支える板体33と、この板体33の下面に一体に取り
付けた筒体32とからなり、当該筒体32を可動側部材20に
おける中央本体部21の上部外周面に軸受部材28を介して
挿通することにより、偏心荷重が作用したとしてもそれ
に抗して垂直方向に動作するように、可動側部材20に対
して上下動自在に配設してある。

可動側受け部材31における板体33と可動側部材20の下端
板部22との間にはコイルスプリング30が介装してあり、
このコイルスプリング30の復元力で可動側受け部材31の
板体33を介して可動側Ｆを支持している。

また、上記コイルスプリング30と並列配置して可動側部
材20における中央本体部21と可動側受け部材31の板体33
間には、リリーフ機能をもつダンパー40が介装してあ
る。

この実施例の場合、上記ダンパー40はオイルダンパーと
して構成されており、その下端即ちロッド41の先端が可
動側部材20における中央本体部21の上面中央部に形成し
た嵌合穴29内に係止され、かつ、シリンダ42が可動側受
け部材31の板体33と可動側Ｆを貫通すると共に、シリン
ダ42の外周途中に設けたロックナット43を通して可動側
Ｆにより押圧されるようになっている。

そして、以上のように構成された防振・免震装置は、以
下のようにして動作する。

すなわち、地震等の振動発生源のない通常の状態にあっ
ては、固定側部材10における円錐状凹部13の働きにより
可動側部材20は、固定側部材10に対して大径のスチール
ボール23が円錐状凹部13の中心部分に位置する所定位置
を保っている。

また、可動側受け部材31は、可動側部材20との間に介装
したコイルスプリング30の復元力で可動側Ｆの荷重を支
持し、かつ、可動側部材20と可動側受け部材31間に加わ
る荷重がリリーフ設定値を越える迄は、伸縮動作を行う
ことなく一種の連結棒として作用するリリーフ機能付き
のダンパー40でコイルスプリング30の伸縮運動を規制
し、可動側Ｆが比較的小さな力で安易に動いてしまうの
を阻止しつつ、可動側Ｆの荷重を安定状態に保って支持
している。

そして、この状態から地震等が発生して固定側Ｂに振動
が生じると、当該振動中の水平方向分の振動に伴い固定
側部材10の円錐状凹部13が、可動側Ｆの慣性によりスチ
ールボール23を転動させつつ可動側部材20に対して水平
方向に相対変位を起こし、それにより、固定側Ｂに生じ
た水平方向の振動を吸収して当該振動の可動側Ｆへの伝
達を極力軽減する。

なお、上記固定側部材10の水平方向への振動に際し、ス
チールボール23が円錐状凹部13の中心部分から、又は中
心部分を挟んで転動することになるが、円錐状凹部13の
中心部分はスチールボール23の球面と同一の曲率になる
ようにつくられているので、スチールボール23がその部
分を円滑に転動し、したがって、ショックなくしかも極
めて微細な水平方向への振動に対しても円滑に対処し得
る。

また、固定側Ｂと可動側Ｆとの相対変位によって生じる
復元力即ちスチールボール23が円錐状凹部13の中心部分
に戻ろうとする力は、固定側Ｂと可動側Ｆ間の相対変位
の大小即ち振幅の大小に関係なく、何処の位置にあろう
とも円錐状凹部の傾斜角θによって一義的に決まる一定
値を保つため、先に「問題点を解決するための手段」の
「作用」の項で述べたように、、可動側Ｆに共振が生じ
て振幅が大きくなろうとすると固有振動数が変化し、し
たがって、可動側Ｆに共振の生じる恐れはない。

さらに、固定側Ｂの振幅が大きくなって固定側部材10に
対し可動側部材20が万一オーバーストロークを起こすよ
うな事態が生じたとしても、円錐状凹部13の周囲に設け
た弾性部材14が可動側部材20のストッパー27に当接して
その動きを規制することになるので、ショックを吸収し
つつ当該オーバーストロークの発生を阻止する。

このことから、固定側部材10に対して可動側部材20を、
円錐状凹部13とスチールボール23によりフリーな状態で
載置したとしても、可動側部材20を固定側部材10に対し
て安全かつ確実に支持することが可能となり、かくし
て、これらのことが相俟ってどのような振動に対しても
同じ制振効果を発揮し得ることになる。

一方、地震等の発生により固定側Ｂに生じた振動の中の
垂直方向分の振動により、可動側部材20と可動側受け部
材31との間に介装したダンパー40に加わる荷重がリリー
フ設定値を越えることなるので、ダンパー40が可動側部
材20と可動側受け部材31との間に介装したコイルスプリ
ング30と共に、可動側部材20の中央本体部21とそれに嵌
合した可動側受け部材31の筒体32とで上下方向に案内さ
れながら伸縮動作し、当該ダンパー40により減衰作用を
与えて可動側Ｆの共振を阻止しつつコイルスプリング30
で所望の緩衝機能を発揮し、当該振動の可動側Ｆへの伝
達を極力軽減することになる。

かくして、地震等により固定側Ｂに生じたあらゆる方向
の振動は、この制振・免震装置により緩衝されて可動側
Ｆへと軽減されたかたちで伝達されることになるのであ
る。

また、地震等の振動源が治まれば、固定側部材10におけ
る円錐状凹部13の斜面効果により、可動側部材20のスチ
ールボール23が当該円錐状凹部13の中心部分へと向かっ
て転動すると共に、可動側Ｆがコイルスプリング30の復
元力と釣り合う位置まで垂直方向に移動し、初期の静止
状態へと復帰して次の地震等の発生に備える。

なお、これまでの説明では、主としてこの考案の防振・
免震装置を建物を免震マウントとして使用した場合につ
いて述べたが、これに代えて、例えば精密機械類の防振
マウントや振動発生源である往復動機器等からの振動伝
播防止用マウントとしても使用し得ることは勿論であ
り、この場合にあってもその作用は前記したところと異
なることはなく、したがって、その説明は省略する。

〔考案の効果〕

以上のように、この考案によれば、固定側部材と可動側
部材との間の振動系をばね−質量系とは異なり、振幅が
変わると固有振動数が変化するように、外周に向かって
直線状の登り勾配となる円錐状凹部とスチールボールに
よる振動系として構成したので、可動側の振動に共振が
発生するのを未然に防止することができる。

しかも、万一、固定側部材と可動側部材との間にオーバ
ーストロークを起こすような大きな振幅の振動が加わっ
た場合にあっても、ストッパと弾性部材の当接によって
ショックを吸収しつつオーバーストロークの発生を阻止
することができ、これによって、先の円錐状凹部とスチ
ールボールによるフリーな状態での振動系の安定化を図
ることができる。

さらに上記に加え、可動側部材に対して可動側受け部材
を弾性的に支持するコイルスプリングと並列配置したダ
ンパーにリリーフ機能を付与したことにより、通常の状
態でのコイルスプリングの伸縮運動を規制し、その支持
剛性を増して装置としての安定化を図ることができる。

かくして、これらのことが相俟って、どのような振動に
対しても安定して同じ制振効果を発揮することが可能に
なるのである。

【図面の簡単な説明】

図は、この考案による防振・免震装置の一実施例を示す
一部縦断正面図である。 〔符号の説明〕 10…固定側部材、11…台座 13…円錐状凹部、14…弾性部材 20…可動側部材、21…中央本体部 23…大径スチールボール、27…ストッパー 30…コイルスプリング、31…可動側受け部材 40…ダンパー、Ｂ…固定側 Ｆ…可動側

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 緑川 浩史 東京都調布市飛田給２丁目19番１号 鹿島 建設株式会社技術研究所内 (72)考案者 鎮目 武治 神奈川県相模原市麻溝台1805番地１ カヤ バ工業株式会社相模工場内 (72)考案者 磯浪 隆一 神奈川県相模原市麻溝台1805番地１ カヤ バ工業株式会社相模工場内 (56)参考文献 実公 昭62−7794（ＪＰ，Ｙ２)

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】固定側に設置する台座と、この台座上に水
   平方向へと移動可能に載置した可動側部材と、この可動
   側部材に対して上下方向へと相対変位可能に設けた可動
   側受け部材と、からなる防振・免震装置において、可動
   側部材がその下部に設けた転動自在の大径スチールボー
   ルを介して台座の上面に形成の外周に向かって直線状の
   登り勾配となる円錐状凹部に載置され、可動側部材に設
   けたストッパーに対向する弾性部材を上記円錐状凹部の
   周囲に配置し、かつ、可動側部材と可動側受け部材との
   間にコイルスプリングとリリーフ機能を備えたダンパー
   を並列配置してなることを特徴とする防振・免震装置