JPH09195575A - 免震装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】静止時には安定で、地震時に大きな免震効果を
持つ安価な免震装置を提供する。 【構成】 二枚の板の間に一方の板に支持部を取り付け
た全方向移動のキャスター３が自由に他方の板上を転が
り、二つの板が平面内相対運動を行うように配置し、か
つその平面内相対運動に対して、復元力を有するように
一方の板の中心から放射状に他方の板にコイルばね４を
取り付ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は免震装置および振動絶
縁装置に関するものである。この発明は地震時の振動あ
るいは機械等により発生する比較的大きな振動を絶縁す
るための装置で、振動により転倒したり、飛び散ったり
してはならない物体の支持装置として用いられるもので
あり、その応用分野は一般家庭から、事務所、工場、美
術館等非常に広い。

【０００２】

【従来の技術】地震時の地盤の振動は垂直方向に比べ、
水平方向の振幅が非常に大きいので免震を行うために
は、水平方向に小さなばね定数を有し、垂直方向には物
体の重力を支える大きなばね定数を有する免震材が必要
である。したがって従来の免震装置では、防震ゴムと鋼
板を積層し、水平方向に柔らかく、垂直方向に剛性の強
い免震ゴムが用いられてきた。しかしこの装置では、建
物等の重量物の支持には適しているが、比較的小型の機
器、美術品等の軽量の物体の支持では、ばね定数が高く
なり過ぎ、大きな免震効果を得ることができない。軽量
物体の免震には、三次元方向をばねで支持する方法も用
いられている。しかしこの方法では、装置に載せる物体
に不釣り合いがあったり、あるいは、外力が作用した場
合に装置のテーブルが傾き、載せた物体が滑落したり、
転倒したりする欠点があった。そこで球のコロを用い、
かつ免震台のテーブル端（４辺）にばねをつけた免震台
も開発されている。しかしこの場合は、テーブルの端に
取付られたばねを支持するための外枠が必要であり、ま
たテーブルと外枠の間を大きくとることが困難なため、
ばねの長さを十分にとることができず、地震などの大き
な変位にたいして、ばねの変形は、非線形領域に入り、
地震の支配振動数以外の非線形振動を誘起するため、線
形理論による設計ができない等の欠点があった。またば
ね定数は平面内の３６０度の方向に一定で無く、大きな
異方性を有するので、加振方向によっては免震の度合い
が異なる等の欠点もあった。さらに永い期間に塵が堆積
し、地震時にコロがなめらかに床上を転がらず、免震効
果が減少する欠点も考えられた。

【０００３】近年上記のようなパッシブな方法とは別
に、上記の欠点を解消できるアクティブ制御による振動
絶縁法も開発されている。しかしこの装置はかなり高価
で、かつエネルギを必要とし、とくに地震時に停電があ
れば、装置が稼動しない等の欠点がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の欠点を
解消するもので、水平方向ではわずかな力では動かない
が、地震時の大きな力には十分な免震効果を発揮し、垂
直方向には安定で、大地震に対しても線形振動を行い、
かつ地震の入力方向に無関係にほぼ同じ免震効果を有
し、長期間の使用にも安定で、かつ安価な免震装置を提
供するものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本免震装置では、二枚の
板の間に一方の板に支持部を取り付けた全方向移動のキ
ャスター３を設け、キャスター３が自由に他方板上を転
がり、二つの板が平面内相対運動を行うように配置し、
かつその平面内相対運動に対して、復元力を有するよう
に一方の板の中心から放射状に他方の板にコイルばね４
が取り付けられる。したがって本装置では、重力等の静
的な力はキャスター３により支持され、垂直方向の剛性
は非常に大きい。また水平方向はどの方向（３６０度方
向）にもキャスター３が自由に板上を転がり、コイルば
ね４の長さを大きくとれるので、小さなばね定数のばね
を用いることができ、またコイルばね４をある程度、密
に配することで、平面内の半径方向にはばね定数を一定
とすることができるので、水平方向の平面内のすべての
方向の振動伝達率を相当低下させることができる。また
キャスター３と板の間には、若干の転がり摩擦が存在す
るため、わずかな力では水平方向にも動かず、またこの
摩擦力が地震時の減衰力となる。図１はこの発明の一例
としての免震装置の上から見た図を示したものであり、
図２は装置の断面を側面から見た状態を示している。図
の上板は物体を載せるテーブル１で、下板は加振源に設
置されるベース２である。ベース２に振動が作用する
と、テーブル１に連結されたキャスター３がベース２上
を転がり、その相対運動にたいする復元力が引張りコイ
ルばね４に作用する。いまテーブル１に載せられた物体
も含めた本装置の固有角振動数をｐとし、加振力（地震
力）の支配角振動数をωとすると、ω／ｐ＞√２の条件
下で加振振幅より物体の振幅を小さくでき、この比を大
きくすることで、大きな免震効果が得られる。したがっ
てコイルばね４のばね定数は静止時に物体が水平方向に
定位置に復帰し、かつ安定であるような条件の下で、な
るべく小さく設定される。一方地震時の上下方向の加振
振幅は水平方向に比べ、高い振動数成分が択一するの
で、通常の方法と同じく、ベース２の下に防振ゴムを取
り付けることにより免震する。この図は円形テーブルに
対するものであるが、もちろん円形以外の形状をしても
差し支えない。

【０００６】上記装置において、図３のようにコイルば
ね４の釣り合い位置でキャスター３の転がり部の一部が
入るようなくぼみ（図中のｈ）、あるいは段差を板に設
け、静止時のキャスター３の動きを拘束する。このよう
な構成とすることにより、静的な力に対する動きを拘束
し、地震の無い通常の状態でのテーブル１の安定性を増
加させることができる。しかし大きな地震力に対して
は、物体の水平方向慣性力により、そのくぼみあるいは
段差を乗り越え、相対運動が行われる。しかし段差分だ
けの上下震動が行われるので、免震の見地からはなるべ
く段差が無い方が望ましい。

【０００７】上記装置において、キャスター３の転がり
部をテーブル１の下面に接触させるようにキャスター３
を配置する。これにより、塵の堆積が転がり部に無くな
るため、地震時に塵の堆積による転がり接触抵抗変化が
少なくなり、安定な免震効果が長期間にわたり得られ
る。また保守管理が少なくてすむ。図４はこのキャスタ
ー３の取り付け状態を示したものである。

【０００８】上記装置において、地震による変位振幅を
ｄ／２としたとき、 Ｄ＝（１＋√２）ｄより得られる
値かそれに近い直径を有する円形テーブル、あるいは一
辺がＤかそれに近い正方形テーブルを用い、直径ｄの四
つの小円同士を外接させ、かつテーブル１の縁に四つの
小円を内接させる。このとき得られる小円の中心にキャ
スター３を配置し、かつキャスター３のほかにテーブル
１の外縁に近い位置に補助キャスター５を設けることに
より、大きなテーブル１の変位に対してもテーブル１が
傾かないようする。このような構成とすることにより、
設計振幅に対する最適なテーブル１寸法およびキャスタ
ー３の配置が決まり、また補助キャスター５を使用する
事により、大きな地震を受け、テーブル１が大きく変位
し、重心が大きく移動したとしてもキャスター３と補助
キャスター５の間で大きな復元モーメントを得ることが
でき、地震時のテーブル１の傾きを防止することができ
る。過去の日本における地震によるの最大変位は０．４
ｍ程度であり、この振幅以上の０．５ｍの振幅に対して
も耐えうる免震装置のテーブル１に対するキャスター３
の配置を有する免震装置の一例を上式により計算して図
５、図６に示してある。図中Ｄおよびｄは上式の記号に
対応する。変位が０．５ｍ程度と大きくなると、テーブ
ル１の寸法も大となるが、上記の式により、最適なテー
ブル１の寸法が得られている。またこのように大きな振
幅では、テーブル１の重心がテーブル１の中心から大き
く振動方向に移動し、さらにテーブル１に載せられて物
体の水平方向慣性力により大きな転倒モーメントが作用
し、テーブル１が傾き、物体が滑落あるいは転倒する。
しかし図のようにキャスター３を配置すると、キャスタ
ー３がテーブル１から外れることも無く、かつテーブル
１の外周近くに補助キャスター５を配置することによ
り、テーブル１に大きな復元モーメントが作用し、物体
の滑落あるいは転倒を防止することができる。

【０００９】

【作用】本発明の基本構成は請求項１のようであり、垂
直方向力をキャスター３で支持しているため、テーブル
１が傾くことは無い。すなわち上下方向をばねで支持し
た免震台にありがちな、テーブルに物体を載せたとき、
あるいは外力等による不釣り合い力により、テーブルが
傾き、そのため物体が滑落したり、転倒したりすること
が、本装置では無く安定である。また積層ゴムなどと異
なり、水平方向のばね定数は垂直方向と独立に決定で
き、またばねの長さを大きく取れることから、ばね定数
を自由に選択できるので、免震装置設計の自由度が大き
く、そのため大きな免震効果を得ることができる。さら
にばね長が大きいため、地震等の大きな変位に対しても
線形で、平面内のすべての方向にほぼ一様な免震効果を
持たすことができる。

【００１０】本装置において、さらに請求項２のように
構成とすると、静的安定が保たれる。１

【００１１】本装置において、さらに請求項３のように
構成すると、キャスター３の転がるテーブル１の下面に
塵の堆積が無く、長期間にわたり安定な免震効果が得ら
れる。また維持管理が少なくて済む。

【００１２】本装置において、さらに請求項４のように
構成すると、テーブル１の寸法の最適値および最適配置
が求められ、大きな地震に対しても、テーブル１の傾き
を拘束できる。

【００１３】本装置において、さらに請求項５のように
構成すると、転がり部が無いため、潤滑油の給油が不要
となり、維持管理が容易である。

【００１４】

【実施例】本装置の有用性を確認するため図１、図２に
示す装置を試作し、実験を行った。本装置を水平加震台
に載せ、さらに装置のテーブル１に質量１１．６Ｋｇの
物体を裁荷した。ばね設計では、振動伝達率を１／４に
設定し、ばね定数を求め、そのばね定数に相当する引っ
張りコイルばね４を取り付けた。また振動台の加振振幅
（片振幅）を約５ｍｍとし、加振振動数は日本で起きた
地震の支配振動数を参考にして、３．５Ｈｚと設定し
た。実験結果を図７に示す。図中上の図が加振波形であ
り、下の図が本装置の上に載せられた物体の振幅であ
る。図より本装置を用いることにより物体の振幅を設計
どうり加振振幅の約１／４に押さえられている事がわか
る。水平方向の剛性をさらに小さくしても良いときは、
もちろん物体の振幅をさらに小さくすることができる。

【００１５】

【発明の効果】本免震装置では、垂直方向力をキャスタ
ー３で支持しているため、テーブル１が傾くことが無
い。すなはち上下方向をばねで支持した免震台にありが
ちな、テーブルに物体を載せたとき、あるいは外力等に
よる不釣り合い力により、テーブルが傾き、そのため物
体が滑落したり転倒したりすることが本装置では無く安
定である。また積層ゴムなどと異なり、水平方向のばね
定数は垂直方向と独立に決定でき、またコイルばね４の
長さを大きく取れることから、ばね定数を自由に選択で
きるので、免震装置設計の自由度が大きく、そのため大
きな免震効果を得ることができる。さらにコイルばね４
の長が大きいため、地震時の大きな変位に対しても安定
で大きな免震効果を持たすことができ、かつ請求項２〜
５の構成とすることで、静止時に水平方向に安定で、長
期間の使用に対して安定で大きな免震効果が得られる。
さらに機構が極めて簡単なため非常に安価である。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の装置の一例を示す平面図である。

【図２】図１の側面の断面図である。

【図３】ばねの釣り合い位置に設けたくぼみを示す拡大
図

【図４】塵の堆積を防止するためのキャスター３の取付
方を示した図である。

【図５】地震振幅の大きいときのキャスター３の配置を
示した平面図である。

【図６】図５の側面の断面図である

【図７】この発明の装置による免震効果を示した図であ
る。

【符号の説明】

１ テーブル ２ ベース ３ キャスター ４
コイルばね ５ 補助キャスター

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】二枚の板の間に一方の板に支持部を取り付
   けた全方向移動のキャスター３を設け、キャスター３が
   自由に他方の板上を転がり、二つの板が平面内相対運動
   を行うように配置し、かつその平面内相対運動に対し
   て、 復元力を有するように一方板の中心から放射状に他方の
   板にコイルばね４を取り付けることを特徴とする免震装
   置。
2. 【請求項２】請求項１の装置において、コイルばね４の
   釣り合い位置でキャスター３の転がり部の一部が入るよ
   うなくぼみ、あるいは段差を板に設け、静止時のキャス
   ター３の動きを拘束することを特徴とする免震装置。
3. 【請求項３】請求項１の装置において、キャスター３の
   転がり部をテーブル１下面に接触させるようキャスター
   ３を配置することを特徴とする免震装置。
4. 【請求項４】請求項１、３の装置において、地震による
   変位振幅をｄ／２としたとき、Ｄ＝（１＋√２）ｄより
   得られる値かそれに近い直径を有する円形テーブルある
   いは一辺がＤかそれに近い正方形テーブルを用い、直径
   ｄの四つの小円同士を外接させ、かつテーブル１の縁に
   四つの小円を内接させる。このとき得られる小円の中心
   にキャスター３を配置し、かつキャスター３のほかにテ
   ーブル１の外縁に近い位置に補助キャスター５を設ける
   ことを特徴とする免震装置。
5. 【請求項５】請求項１、３、４の装置において、キャス
   ター３の代わりにすべり摩擦係数の小さい板を用い他方
   の板上をすべるのを特徴とする免震装置。