JPH11107503A

JPH11107503A - 免振床装置

Info

Publication number: JPH11107503A
Application number: JP9266767A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Yamazaki; 武志山崎; Yoshiyuki Fujiwara; 義幸藤原; Yukio Okuda; 幸男奥田; Kazuo Ebihara; 和夫海老原; Koichi Maeda; 恒一前田; Masataka Kaneko; 正孝金子
Original assignee: Obayashi Corp; Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Obayashi Corp; Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 1997-09-30
Filing date: 1997-09-30
Publication date: 1999-04-20
Anticipated expiration: 2017-09-30
Also published as: JP3884836B2

Abstract

(57)【要約】【課題】床荷重の変動に応じて緩衝ばねのばね定数を
段階的に変化させることにより、床の固有周期を略一定
の範囲に維持する。【解決手段】免振ユニット１０の緩衝ばね１６を、そ
れぞれ巻回ピッチ間が密着状態に至る荷重の異なる第１
コイルばね要素１６ａと第２コイルばね要素１６ｂとを
直列配置して構成し、床荷重Ｆの変動に応じて、設定加
重を超える毎に順次変位吸収機能を失わせ、これにより
変位吸収機能を発揮するばね１６ａ，１６ｂの数を高荷
重側で減じて、床１２の荷重変動に対する緩衝ばね１６
のばね定数を段階的に変化させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、床をその下方のス
ラブに弾性支持させて、このスラブから床に入力される
上下振動を免振するようにした免振床装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電算機器や計測制御機器等の精密機器類
を設置する部屋の場合、それらの設置床は外部からの上
下振動を遮断（免振）可能な免振床とするのが望まし
く、この様な免振床装置として、床の支持フレームをそ
の下方の支持基盤であるスラブに対して上下変位自在に
配置し、当該支持フレームをコイルばねを用いた多数の
免振ユニットを介してスラブ上に弾性支持するようにし
た構造のものがある。

【０００３】ここで、このような免振床装置にあって
は、床の固有周期はコイルばねのばね定数と床荷重とに
よって定まるが、従来にあっては、上記コイルばねには
支持荷重に拘わらずばね定数が一定な線形特性を有する
ものを用い、そのばね定数は床面上に設置される機器類
などの重量を含んだ床荷重に合わせて定めることによ
り、床の固有周期が免振に適した値となるようにしてい
る。また、支持フレームと免振ユニットとの間には、床
荷重に相応して縮むコイルばねの変位を吸収して床面を
所定の高さに調整するためのレベル調整ボルトを介在さ
せている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の免振床装置では、免振ユニットのコイルばねには、
ばね定数が一定な線形特性を有するものを使用している
ので、室内に設置する機器類の入れ替えや増設、あるい
はレイアウト変更などによって床荷重に変動が来される
と、床の固有周期もこれに伴って変化してしまう。この
ため、このような床荷重の変動が来された後には、上記
免振に適する床の固有周期を保持することができなくな
って、免振機能が著しく低下されてしまうことになる。
従って、このような場合には、変動後の床荷重に適した
ばね定数の免振ユニットに付け替えねばならず、極めて
大がかりな作業が必要になってしまうといった課題があ
った。

【０００５】本発明は、上記従来の課題に鑑みてなされ
たものであり、その目的は、床荷重の大小に拘わらず床
の固有周期を略一定の範囲内に維持することができる免
振床装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めに本発明の免振床装置は、床をその下方のスラブに対
して上下変位自在に配置し、該床の荷重をこれら床とス
ラブとの間に介設した緩衝ばねで支持するとともに、ス
ラブ側から床に伝達される振動を該緩衝ばねで免振する
ようにした免振床装置において、上記緩衝ばねは、その
ばね定数が床荷重の増大に合わせて段階的に高まる非線
形特性を付与してコイルばねで構成したことを特徴とす
る。

【０００７】上記の構成でなる本発明の免振床装置で
は、床荷重が小さい時は、緩衝ばねは小さなばね定数で
荷重を支持する一方、床荷重が大きくなると順次段階的
にばね定数が大きくなって荷重を支持するから、［荷重
／ばね定数］の平方根に比例する床の固有周期を、床荷
重の大小に拘わりなく略一定の範囲内に維持することが
でき、地震などの振動外力に対する免振効果を床荷重の
変動に拘わりなく良好に保持することができる。

【０００８】ここで、上記緩衝ばねは、コイルの巻回ピ
ッチ間が密着状態に至る荷重の異なる複数のコイルばね
要素を直列に配置して、多段に積み重ねた構成とするこ
とで、あるいは、コイルの巻回ピッチを途中で段階的に
変えて、ピッチ間が密着状態に至る荷重の異なる複数の
コイルばね要素をもつ単体の不等ピッチコイルばねを用
いる構成とすることで、上記非線形特性を付与できる。

【０００９】即ち、密着状態に至る荷重の異なる複数の
コイルばね要素を直列に配置した構成の緩衝ばねは、床
荷重が小さい時は、複数のコイルばね要素の全てが機能
して、これらを直列に合成して得られる小さなばね定数
で荷重を支持する一方、床荷重が大きくなるに従い、密
着状態に至る荷重が小さいコイルばねが順次ばねとして
の変位吸収機能を失っていき、これに伴い段階的に緩衝
ばねのばね定数は大きくなっていく。従って、床荷重の
変動に対する緩衝ばねのばね定数を順次段階的に増大さ
せることができる。

【００１０】また、コイルの巻回ピッチを途中で段階的
に変えて一体的に連続形成した単体の不等ピッチコイル
ばねを緩衝ばねとして用いた場合も同様に、床荷重が小
さい時は、ピッチが狭くばね定数が小さい部分と、ピッ
チが広くばね定数が大きい部分とが全て機能し、全体と
してピッチが狭いその小さなばね定数より更に小さなば
ね定数で加重を支持して変位を吸収する一方、床荷重が
大きくなるに従い、密着状体に至る荷重が小さいコイル
ばね部分が順次ばねとしての変位吸収機能を失ってい
き、これに伴い段階的に緩衝ばねのばね定数は大きくな
っていく。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
添付図面を参照しつつ詳細に説明する。図１から図４は
本発明の免振床装置の一実施形態を示し、図１は免振床
装置の拡大断面図、図２は免振床装置に用いられる緩衝
ばねを示す拡大図、図３は緩衝ばねの変形量と荷重変動
との関係を示す特性図、図４は床荷重と床の固有周期と
の関係を示す特性図である。

【００１２】図１に示すように本実施形態の免振床装置
は、床１２をその下方の支持基盤であるスラブ１４に対
して上下変位自在に配置し、これら床１２とスラブ１４
との間に免振ユニット１０を介在させて、この免振ユニ
ット１０に内蔵された緩衝ばね１６により床荷重を支持
するとともに、スラブ１４側から床１２に伝達される振
動を免振するようになっている。

【００１３】ここで、本発明にあっては上記免振ユニッ
ト１０の緩衝ばね１６を、そのばね定数が床荷重の増大
に合わせて段階的に高まる非線形特性を付与したコイル
ばねで構成することを基本としており、本実施形態で
は、ばね定数とコイルの巻回ピッチが密着状態に至る荷
重とが共に異なる複数（本実施形態では２本）の第１コ
イルばね要素１６ａと第２コイルばね要素１６ｂとを直
列に配置して緩衝ばね１６を構成することで、上記非線
形特性を付与するようにしている。つまり、床１２上に
載置される機器の重量に応じた緩衝ばね１６の縮み量に
合わせて免振ユニット１０内で変位の吸収機能を発揮す
るコイルばね要素１６ａ，１６ｂの数を段階的に変化さ
せ、もって床荷重の変動に対する緩衝ばね１６のばね定
数を段階的に設定変更する構成となっている。

【００１４】更に、詳しく説明すると、上記免振ユニッ
ト１０は、上記緩衝ばね１６の下方に位置してスラブ１
４に設置されるベースプレート１８と、緩衝ばね１６の
上方に配置される上方取付け板２０とを備える。上記ベ
ースプレート１８の中心部からはガイド支柱２２が立設
されており、このガイド支柱２２の上端は上方取付け板
２０の中央部を貫通し、上方取付け板２０はガイド支柱
２２に摺動自在に挿通されている。

【００１５】また、このガイド支柱２２を中心にして上
記緩衝ばね１６を構成する第１コイルばね要素１６ａと
第２コイルばね要素１６ｂとが上下に直列に配置されて
いる。緩衝ばね１６の上端には、ガイド支柱２２に挿通
されるガイド部２１ａを有するスプリングシート２１が
取り付けられる。また、ベースプレート１８と上方取付
け板２０とにはそれぞれ緩衝ばね１６の外周側を覆う筒
状部１８ａ，２０ａが設けられている。

【００１６】上記上方取付け板２０の上面には、図示す
る左右方向に延びる矩形の連結板２５が一体的に溶接さ
れて立設されており、かつこの連結板２５はガイド支柱
２２を避けてこれを挟むようにして図示する紙面の直交
方向両側に並設されている。また、これらの連結板２５
の左右両側には、それぞれ側方から下方に向けて延びる
Ｌ字状をした板材でなるフレーム連結部材２４がボルト
により一体的に接合されており、このフレーム連結部材
２４の下端は水平配置されるＳ造のフレーム２８の一端
に一体的に溶接接合されている。即ち、免振ユニット１
０の左右両側に配置されている各フレーム２８，２８は
それぞれフレーム連結部材２４と連結板２５とを介し
て、免振ユニット１０の上方取付け板２０に結合されて
いて、しかも両フレーム２８，２８は上記フレーム連結
部材２４，２４と連結板２５とにより、ばね要素１６の
上半部をＵ字状に跨ぐようにして相互に結合されてい
る。また、各フレーム２８，２８の他端は隣設する図外
の免振ユニットに同様にフレーム連結部材等を介して結
合され、両端が各々免振ユニット１０により支持されて
水平配置されるようになっている。

【００１７】また、上記上方取付け板２０には、これに
螺合されてレベル調整ボルト２６が設けられ、その先端
は上部取付け板２０を貫通して、上記緩衝ばね１６上端
のスプリングシート２１に当接している。一方、上記フ
レーム２８の上側には支持脚３０を介して床面材１３が
支持されるようになっており、床面材１３，支持脚３
０，フレーム２８，フレーム連結部材２４等からなる床
１２自身の荷重及び床面上に載置される機器類等の荷重
は、上記上部連結板２５及びレベル調整ボルト２６を介
して免振ユニット１０のスプリングシート２１に伝達さ
れるようになっている。

【００１８】尚、上記ガイド支柱２２の上方に位置する
床面材１３には所定の面積をもって切り欠いた点検口１
３ａが設けられ、この点検口１３ａは蓋１３ｂによって
着脱可能に閉止されている。

【００１９】ところで、上記緩衝ばね１６は図２に示す
ように、直列配置された第１コイルばね要素１６ａ，第
２コイルばね要素１６ｂのうち、例えば上方に配置され
る第１コイルばね要素１６ａのピッチＰ1 を下方に配置
される第２コイルばね要素１６ｂのピッチＰ2 より小さ
くすることにより、第１コイルばね要素１６ａが密着状
体に至る荷重Ｗａと第２コイルばね要素１６ｂが密着状
態に至る荷重Ｗｂとを相違させて、第１コイルばね要素
１６ａが密着状態に至った以後のばね定数を密着以前よ
り大きくすることができる。

【００２０】ここで、本実施形態では、上記第１コイル
ばね要素１６ａと第２コイルばね要素１６ｂとは線径が
均一な単一のばね鋼を用いて、一体的な不等ピッチコイ
ルばねとして連続形成してある。即ち、具体的には、Ｓ
ＵＰ９，ＳＵＰ９Ａ等のばね鋼を用いて線径１５ｍｍ，
コイル平均径１９８ｍｍにて連続的に巻回し、第１コイ
ルばね要素１６ａ部分はピッチＰ1 を３２．８ｍｍにし
て巻数４．９（長さ約１６０ｍｍ）とし、第２コイルば
ね要素１６ｂ部分はピッチＰ2 を８９．８ｍｍにして巻
数３．３５（長さ約３００ｍｍ）として、全長約４６０
ｍｍの単一な不等ピッチコイルばねに一体形成してあ
る。また、ばね定数は第１コイルばね要素１６ａ部分が
Ｋ1 ＝１．３３ｋｇ／ｍｍで、第２コイルばね要素１６
ｂ部分がＫ2 ＝１．９４ｋｇ／ｍｍとなっている。

【００２１】従って、上記緩衝ばね１６は、上記床１２
上に載置される機器類の重量などを含んだ床荷重Ｆに応
じて、スラブ１４とスプリングシート２１との間で変位
の吸収機能を発揮するコイルばね要素の数が段階的に変
化する。即ち、第１コイルばね要素１６ａの各ピッチＰ
1 間が押しつぶされて密着状態となる設定荷重Ｗａ（約
１１６ｋｇｆ）よりも、床荷重Ｆの方が小さいＦ＜Ｗａ
の範囲では、第１コイルばね要素１６ａと第２コイルば
ね要素１６ｂとがともに働いて床荷重Ｆを支持するとと
もに変位の吸収機能を発揮するが、床荷重Ｆが大きく上
記設定荷重Ｗａを超える場合には、第１コイルばね要素
１６ａはそのピッチＰ1 間が密着した状態になって変位
の吸収機能を失い、それ以後は第２コイルばね要素１６
ｂのみで増大する荷重を負担するとともに変位吸収機能
を発揮する。

【００２２】また、上記床荷重Ｆによる緩衝ばね１６の
縮みに相応させて、レベル調整ボルト２６の操作により
スプリングシート２１と上部取付け板２０との間隙を調
整し、床１２の高さを所定値Ｓに設定保持する。この
際、載置する機器等の重量が重く、床荷重Ｆが設定荷重
Ｗａよりも大きくなって緩衝ばね１６の縮み量も大きく
なる場合には、レベル調整ボルト２６は予め十分長いも
のにして取り付けておく。

【００２３】以上のような本実施形態の免振床装置にあ
っては、上述の如く床１２上に載置した機器類等の重量
を含めた床荷重Ｆが小さくて上記設定荷重Ｗａに満たな
い場合には、第１，第２コイルばね要素１６ａ，１６ｂ
の両者が共に働いて荷重を支持するとともに変位の吸収
機能を発揮するが、このときの緩衝ばね１６の全体的な
ばね定数Ｋは、１／Ｋ＝（１／Ｋ1 ) ＋( １／Ｋ2 ）と
して得られ、第１，第２コイルばね要素１６ａ，１６ｂ
のそれぞれのばね定数Ｋ1 またはＫ2 のいずれよりも小
さな値になる。

【００２４】また、床荷重Ｆが上記設定荷重Ｗａ以上の
場合には、第１コイルばね要素１６ａは押し潰されて各
ピッチＰ1 間が密着した状態となるので、このときの緩
衝ばね１６のばね定数Ｋは第２コイルばね要素１６ｂの
大きなばね定数Ｋ2 となる。

【００２５】図３は床荷重Ｆの変動と緩衝ばね１６の縮
み（変形）量との関係を示すもので、緩衝ばね１６全体
としてのばね特性を表す。同図に示すように緩衝ばね１
６のばね特性は２段の折れ線グラフとして得られる。即
ち，このばね特性において、Ａ点は第１コイルばね要素
１６ａのピッチＰ1 間が密着状態に至った時点を示し、
Ｂ点は第２コイルばね要素１６ｂもそのピッチＰ2 間が
密着状態に至った時点を示す。ここで、Ｏ点からＡ点の
間では、２つのコイルばね要素１６ａ，１６ｂが共に働
くからその全体としてのばね定数はＫ＝Ｋ1 ・Ｋ2 ／
（Ｋ1 ＋Ｋ2 ）となり、また、Ａ点以後Ｂ点まではＫ＝
Ｋ2 となる。つまり、上記緩衝ばね１６のばね特性は、
縮み量（荷重変動）に対してばね定数Ｋが段階的に増大
し、全体として不連続な非線形ばね特性を呈する設定と
なっている。

【００２６】ところで、上記床１２の固有周期Ｔは一般
に知られるように次の数式１によって得られる。同式中
Ｗは荷重、Ｋはばね定数、ｇは重力加速度である。［数式１］Ｔ＝２π（Ｗ／Ｋ・ｇ）^1/2

【００２７】そして、数式１によって得られる固有周期
Ｔと床荷重Ｆとの関係は、図４に示すような特性図とな
る。即ち、この周期特性図は上記図３に示した各変位点
Ｏ，Ａに対応した点ｏ，ａ，ｂがプロットされており、
床荷重ＦがＷａより小さい範囲Ｆ＜Ｗａでは、緩衝ばね
１６のばね定数Ｋは第１，第２コイルばね要素１６ａ，
１６ｂを直列合成したばね定数Ｋ1 ・Ｋ2 ／（Ｋ1 ＋Ｋ
2 ）となって一定である。このため当該Ｆ＜Ｗａの範囲
では床荷重Ｆが大きいほど床１２の固有周期Ｔは長くな
る。

【００２８】そして、床荷重がＷａ（ａ点）以上の範囲
Ｆ≧Ｗａでは、緩衝ばね１６のばね定数はＫ2 と高まっ
てその固有周期Ｔは一旦低下し、このＦ≧Ｗｂの範囲に
おいても床荷重Ｆが大きいほど固有周期Ｔは長くなる。

【００２９】従って、床１２の固有周期Ｔは床面荷重Ｆ
の通常の使用範囲で若干上下するものの略一定した範囲
内に設定でき、例えば本実施形態で示すように緩衝ばね
１６を上記図３に示すばね特性とすることにより、図４
に示すように床の固有周期Ｔを略０．５〜０．９秒前後
の範囲内に収めることができる。

【００３０】このように、載置機器等の重量の増減範囲
を考慮して予め想定した通常使用範囲の床荷重Ｆに合わ
せて、第１，第２コイルばね要素１６ａ，１６ｂのばね
定数Ｋ1 ，Ｋ2 と、第１コイルばね要素１６ａのピッチ
Ｐ1 間が密着状態になる設定荷重Ｗａとを適宜決定する
ことで、当該通常使用範囲内で床荷重Ｆが如何様に変動
されても、床１２の固有周期Ｔを略０．５〜０．９秒前
後のほぼ一定の範囲内に自動的に維持することができ、
地震等の振動外力に対して良好な免振効果を保たせるこ
とができる。

【００３１】ここで、載置機器の増設や移設、並びにレ
イアウト変更等により床荷重Ｆが変動された場合には、
当然に床１２の沈みこみ量が変わってしまうが、床面の
高さはレベル調整ボルト２６によって容易に所定の高さ
Ｓに再設定調節可能であるから、レベル調整ボルト２６
を操作して高さ調整をおこなうだけの簡単な作業です
み、緩衝ばね１６の交換といった大がかりな作業を行う
必要がない。

【００３２】なお、本実施形態では、ばね性状の異なる
２つのコイルばね要素１６ａ，１６ｂを直列に連続形成
した単体の不等ピッチコイルばねを、緩衝ばね１６とし
て用いた場合を開示したが、本発明はこれに限られるこ
とはなく、３つ以上のコイルばね要素を直列配置した不
等ピッチコイルばねを採用することもできる。このよう
に直列配置するコイルばね要素の数を増加することによ
り、固有周期Ｔをより緻密に制御することができる。

【００３３】また、本実施形態では上記第１，第２コイ
ルばね要素１６ａ，１６ｂを線径が均一な単一のばね鋼
の線材で連続的に巻回形成した単体の不等ピッチコイル
ばねで緩衝ばね１６を構成する場合を開示したが、図５
に示すようにこれら第１，第２コイルばね要素１６ａ，
１６ｂをそれぞれ分離して別体に形成し、それぞれをス
プリングシート３２などを介して直列に結合して緩衝ば
ね１６を構成するようにしてもよいことは勿論である。
そして、このようにばね性状の異なるコイルばね要素１
６ａ，１６ｂを各々分離して別体に形成して、これらを
直列配置して積み重ねることで、緩衝ばね１６を構成す
るようにすると、個々のコイルばね要素１６ａ，１６ｂ
を、使用するばね鋼の材質や線材の太さなどを異ならせ
て作製できるから、その作製上の制約が大幅に緩和され
て、緩衝ばね１６の特性設定の自由度が高くなり、また
廉価に作製できる。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように本発明の免振床装置
は、緩衝ばねをばね定数が床荷重の増大に合わせて段階
的に高まる非線形特性を有するコイルばねで構成したの
で、床荷重が小さい時は小さなばね定数で支持する一
方、床荷重が大きくなると順次段階的にばね定数が高く
なって荷重を支持するから、［荷重／ばね定数］の平方
根に比例する床の固有周期を、略一定の範囲内に維持す
ることができ、地震などの振動外力に対する免振効果を
床荷重の変動に拘わりなく良好に保持することができ
る。

【００３５】また、上記非線形特性を有するコイルばね
は、コイルの巻回ピッチ間が密着状態に至る荷重の異な
る複数のコイルばね要素を直列に配置した構成とするこ
とで得ることができ、さらにはコイルの巻回ピッチを途
中で段階的に変えて、ピッチ間が密着状体に至る荷重の
異なる複数のコイルばね要素をもつ単体の不等ピッチコ
イルばねを用いる構成とすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる免振床装置の一実施形態を示す
拡大断面図である。

【図２】図１の免振床装置に用いられている不等ピッチ
コイルばねの拡大図である。

【図３】本発明にかかる免振床装置の一実施形態に用い
られている不等ピッチコイルばねの変形量と荷重変動と
の関係を示す特性図である。

【図４】本発明に係る免振床装置の一実施形態における
床の固有周期と床荷重との関係を示す特性図である。

【図５】本発明の免振床装置に用いる非線形特性を有す
るコイルばねの別の形態例を示す図である。

【符号の説明】

１０免振ユニット１２床１４スラブ１６緩衝ばね１６ａ第１コイルばね要素１６ｂ第２コイルばね要素

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者奥田幸男東京都千代田区神田司町２丁目３番地株式会社大林組東京本社内 (72)発明者海老原和夫東京都千代田区神田司町２丁目３番地株式会社大林組東京本社内 (72)発明者前田恒一東京都千代田区神田司町２丁目３番地株式会社大林組東京本社内 (72)発明者金子正孝東京都清瀬市下清戸４丁目640番地株式会社大林組技術研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】床をその下方のスラブに対して上下変位
自在に配置し、該床の荷重をこれら床とスラブとの間に
介設した緩衝ばねで支持するとともに、スラブ側から床
に伝達される振動を該緩衝ばねで免振するようにした免
振床装置において、上記緩衝ばねは、そのばね定数が床荷重の増大に合わせ
て段階的に高まる非線形特性を付与してコイルばねで構
成したことを特徴とする免振床装置。
【請求項２】前記緩衝ばねは、コイルの巻回ピッチ間
が密着状態に至る荷重の異なる複数のコイルばね要素を
直列に配置して構成したことを特徴とする請求項１記載
の免振床装置。
【請求項３】前記緩衝ばねは、コイルの巻回ピッチを
途中で段階的に変えて、ピッチ間が密着状態に至る荷重
の異なる複数のコイルばね要素をもつ単体の不等ピッチ
コイルばねで構成したことを特徴とする請求項１記載の
免振床装置。