WO1987001777A1 - Earthquake prevention unit - Google Patents

Description

明 細 害 免 震 装 置

〔技術分野〕

この発明は、 地震発生時等における振動から、 磁気ディ スク装 置その他各種の精密な機器を完全に保護できるようにした免震装 置に関する。

〔背景技術〕

地震等の振動による災害に対して各種の機器を保護するための 耐震保護装置には、 大別して次の二つの系統が存在する。

第一は、 被保護機器をいかに強固に作るかという強度の観点か ら耐震保護装置を構成するものであり、 その場合問題となるのは どの程度の震度まで被保護機器が倒壊せずに耐えることができる かという点であり、 被^護璣舉の機能が地震時における振動によ り受ける影響までは考慮されていない。

そのため、 この種の耐震保護装置を使用した場合には、 仮りに 地震に対して被保護機器が横倒し等の被害を免れたとしても、 振 動に対して弱い璣器については、 その璣器の機能が確実に保護さ れるという保障がない。

第二は、 振動に弱い被保護機器の機能の破壌を防止することに 主眼を置く ものであり、 機器の機能上の中心部で、 振動をきらう 部分に安全装置を設けておき、 大地震の発生時には、 一定以上の 振動によりその機能を停止させるようにしている。

この種の安全装置を設置すれば、 振動に対して弱い被保護機器 を守ることはできるが、 地震発生時にその機能が停止することは 免れず、 地震の大小に拘らず機器の機能を停止させることな く維 持することは保障されない。

〔発明の開示〕 この究明の目的は、 従来の耐震保護装置におけるこのような不' 都合を解決し、 単に被保護機器が横倒し等の被害を受けないとい うだけでなく、 地震等による有害な振動が被保護機器に伝わらな いようにして、 振動に弱い機器の場合でもその機能が停止せず—完 全に維持できるようにすることにある。

そのため、 この発明の免震装置においては、 架台取付け支柱と、 この架台取付け支柱によって中心部を貫通され、 かつその中心部 に妤じて対称的でしかもほぼ同心円上に円形、 楕円形または多角 形等の複数個の貫通孔が設けられたゴム等の弾性材からなる円盤 状の振動吸収装置と、 この振動吸収装置の下部に取り付けられ横 方向の振動に対応して移動可能なすべり手段と、 振動吸収装置を 収納ケースの內都に固定する固定手段と、 支注の下部を収納する とともに、 その他の各都を収納する収納ケースとで構成すること により、 樓方向の振動、 すなわち水平方向の振動から機器を保護 するものである。

また、 この発明の免震装置においては、 上下振動に対して極く 僅かの摩擦抵抗で上下にロ ッキング等を起こさず連動するボール スプライ ン等の縦方向のすべり手段と、 上下振動を吸収するとと もに被保護機器載置用架台上に搭載された物体の自重を支えるコ ルばね等の支持手段と、 上下振動に対して任意の数値まで振勤 を吸収する振動吸収ダンパー等の振動吸収手段と、 上下振動に対 して左右対称に連動するように構成された姿勢制御手段とを、 被 保護機器載置用架台と架台との間に設け、 この架台を前述の水平 方向の振動から機器を保護する水平動免震装置の架体取付け支柱 上に取り付けることにより、 水平方向の振動のみならず、 縦方向 の振動、 すなわち上下方向の振動からも機器を保護するものであ る。

地震の発生時における或る自由振動系の振動周波数と応答加速 度との関係について、 モデル化された特性の一例を示すと第 1図 に示すようになる。 図において、 横軸は振動周波数、 縦軸は応答 加速度を示し、 曲線 P はこの発明の免震装置を使用しない場合の 応答スぺク トル、 q はこの発明の免震装置を使用した場合の応答 スペク トルであり、 f 0 は免震装置を使用した場合の固有振動数 を示す。 地震発生時には、 その地震の波形や加速度の大きさと、 それによるある物体の応答は、 その物体の振動特性や設置されて いる場所等で変化し、 必ずしも応答スぺク トルは一致しない。 し かし両者の関係をモデル化すれば、 第 1図のように表すこ とがで きる。

自由振動をする或る機器について観察すれば、 免震装置を使用 しない場合には地震発生時に第 1図の曲線 pに示すような振動が 行われる。 地震による機器の振動周波数成分は広い範囲にわたつ ており、 また応答加速度の大きい主要な振動部分が存在し、 この 特に被保護機器に悪影響を与える周波数成分が問題となる。

それ故免震装置の機能としては、 このような地震による振動周 波数成分に対して、 その共振点すなわち固有振動数 f 。 が十分に 低く 、 しかも被保護機器に悪影響を与える周波数領域の応答倍率 が 1以下の小さな値であることが要求される。 また、 例えば、 周 波数 Xにおいて、 免震装置をつけた場合の応答量 b は、 免震装置 をつけない場合の周波数 Xに対する応答量 a の大きさに関係な く 、 被保護機器の機能に支障のない値まで減衰されることが絶対条件 である。 このような免震装置としての必要条件は、 この発明によ り満たすことができる。

この発明の水平動免震装置によれば、 地震等の発生時に、 単に 被保護璣器が横倒し等の被害を受けないというだけでなく 、 建物 の床面から伝わる振動を減衰、 吸収するこ とができるので、 特に 振動に対して弱い被保護機器についても、 完全にその璣能を保護 することが可能となるものである。 すなわち、 この発明の水平動 免震装置は円筒形であるから、 樓方向について方向性がなく、 ど の方向に対しても同一の条件となり、 横方向から伝達される振動 に対して、 その有害な振動成分を完全に減衰、 吸収することがで きる。

この癸明の水平動免震装置は、 被保護機器の重量、 設置面積に 応じて架台取付け支柱の本数、 すなわち免震装置の個数を選定す ることによって、 どのような重量、 設置面積の被保護機器につい ても適用することができる。

この発明の水平動免震装置は、 小形で軽量のため据え付けが簡 単で、 既設の耐震保護装置を備えた被保護機器に対しても簡単な 作業でこの発明の免震装置と取り替えることができる。 ' この発明の水平勤免震装置をつけた場合の固有振動 （ f 0 ) は 極めて低く、 免震装置 ばねとしては柔らかく構成されているの で、 地震の消滅時においては、 架台およびその上の被保護機器は 元の位置に停止する。 従来の大がかりな免震床においては、 ある 一定値以上の加速度で作動すると、 その後に再セッ トする必要が あるが、 この発明の免震装置においては再セッ トの必要がな く 、 取扱いが簡単で、 常に確実に作動する。

さらにこの発明の水平動免震装置は構成が極めて簡里で、 その 移設も極めて容易であり、 特にメ ンテナンスの必要もないので、 経済的にも有利である。

さらにこの発明によれば、 水平勤免震装置に上下動免震装置を 付加することにより、 地震 ¾生時に、 建物の床面から伝わる水平 方向の振勤のみならず、 縦方向の振動、 すなわち上下振動の有害 な振動成分をも完全に減衰、 吸収することができ、 横方向、 縦方 向のいずれの振動に対しても、 機器の機能を保護することができ、 しかもその上下動免震装置も、 水平動免震装置と同様に、 構成が 簡単で、 移設も極めて容易であり、 しかも格別メ ンテナンスの必 要もないので、 経済的にも有利である。

〔図面の簡単な説明〕

第 1図は地震発生時における或る自由振動系の振動周波数と応 答加速度との関係の説明図であり、

第 2図はこの発明の水平動に対する免震装置の一実施例の外観 図で、 第 2図 a は正面図、 第 2図 bは上面図であり、

第 3図は第 2図に示す免震装蘆の内部構造を示す縦断面図であ ¾、

第 4図は第 2図の免震装置に使用される振動吸収盤の詳細な構 造を示し、 第 4図 a は上面図、 第 4図 bは側面図、 第 4図 c は第 4図 aの C — C断面図であり、

第 5図は第 2図の免震装置に使用される振動吸収盤の環伏ケー 'スの詳細な構造を示し、 第 5図 a は上面図、 第 5図 b は側面図、 第 5図 c は第 5図 a の C 一 C断面図であり、 - 第 6図は第 2図の免震装置に使用される振動吸収盤と璟伏ケ一 スとを組み合わせたものの構造を示し、 第 6図 a は上面図、 第 6 図 b は側面図、 第 6図 c は第 6図 a の C - C断面図であり、 第 7図はこの発明の水平動に対する免震装置に上下動に対する 免震装置を組み合わせた実施例の構造図で、 第 7図 a は要都側面 図、 第 7図 bは上面図であり、

第 8図は第 7図の免震装置に使用される姿勢制御装置の動作を 説明するための要部説明図で、 第 8図 a は通常の状態、 第 8図 b は振動により移動した伏態を示すものである。

〔発明を実施するための最良の形態〕

まず水平動の免震装置の実施例について説明する。

第 2図 a , bにおいて、 1 は円筒伏のケース本体、 2 は底板、 3 は架台取付け支柱、 4は床止め用の穴を示し、 免震装置の主要 部はケース本体 1 と底板 2より成る収納ケース内に収納され、 床 止め穴 4で取付けねじ等の固定手段により建物の床面へ強固に固 定されている。 被保護璣器は、 図示されていない支持枠等からな る架台上に載 Sされ、 この架台の 4隅がそれぞれ免震装置の上部 に架台取付け支柱 3により取り付けられ、 4点で支持される。 ケ ース本体 1、 床板 2 は金属、 樹脂等で構成することができ、 架台 取付け支柱 3 も同様に金属、 樹脂等で構成することができ、 また 被 撒器を載せる架台を取り付けやすくするため、 外周にねじ 溝を設けることができる。 しかし必ずしもねじ溝を設ける必要は な く、 他の取り付け手段を使用してもよい。

第 3図において、 ケース本体 1および底板 2 よりなる収納ケ一 ス中には、 架台取付け支柱 3、 振動吸収盤 5、 振動吸収盤 5の環 状ケース 6、 瑷状ケース 6 の固定具 7 、 ボールベア リ ング 8およ びボールべァリ ング装着板 9 より成るすべり手段が収納されてい ' る。

振動吸収盤 5 は、 後でさらに詳しく説明するが、 円盤状をして おり、 その中心部には架台取付け支注 3が固定され、 横方向の振 動を吸収、 減衰させる璣能を有し、 比較的軟質のゴム材、 例えば 合成ゴムで構成されている。 璦状ケース 6 は、 円盤伏の振動吸収 盤 5 の円周を取り囲むような形状で、 金属で構成され、 比較的軟 質のゴム材で構成された振動吸収盤 5の円周部の変形を防止する よう機能するとともに、 固定具 7 によってケース本体 1 の内側に 振動吸収盤 5を強固に取り付け得るように作用する。

ボールベアリ ング装着板 9 と、 その下面に同心円状に配列され た多数のボールべァリ ング 8 とは、 振動吸収盤 5 の下部に取り付 けられ、 模方向の任意の振動に対応して移動可能なすべり手段を 構成している。

第 4図において、 振動吸収盤 5 は既に述べたようにゴム等の弾 性材から成る円盤で、 その中心部には架台取付け支柱 3を嵌め込 むための貫通孔 1 0が設けられ、 この中心部に対して対称的で、 かつほぼ同心円上に複数個の円形の貫通孔 1 1 が設けられている。 この貫通孔は必ずしも円形に限ることなく、 楕円形、 多角形のよ うな形状のものでもよい。

第 5図において、 璟状ケース 6 は断面コ伏のリ ングから成り、 その中に挿入される振動吸収盤 5を支える構造になっている。

第 6図において、 振勤吸収盤 5 は璟伏ケース 6によって外周と 上下両縁都を取り囲まれ、 振動により振動吸収盤 5が変形した場 合でも璟状ケース 6外へ脱落しないようになっている。

次にこの水平勤免震装置の地震発生時の動作について説明する。 今地震が発生して底板 2が水平方向に振動すると、 ボールベア リ ング 8 によりすベり手段のボールべァリ ング装着板 9 と底扳 2 との間の摩擦抵抗は水平方向の振動に対してその強弱に関係な く 減少するため、 ボールベアリ ング装着板 9 、 したがって架台取付 け支柱 3 は元の位置にとどまろう とする。 一方衝擊的な振動に対 しては、 振動吸収盤 5がばねとしては柔らかい弾性材で構成され ているため、 振動吸収盤 5 の変形により これを減衰、 吸収せしめ、 架台取付け支柱 3 に支持された被保護機器に横方向の有害な衝擊 や振動が伝達されることはない。

振動吸収盤 5 に同心円上に複数個の貫通孔を設けることにより、 その固有振動数 f 0 を例えば数分の 1 ヘルツにまで、 著しく低下 させることが可能となり、 第 1図の曲線 qに示すような応答スぺ ク ト ルを得るこ とができる。

次に水平動および上下動免震装置の実施例について説明する。 第 7図において、 1 2 は水平動免震装置で、 その構造は既に第 2図〜第 6図に示すとおりである。 1 3 は水平動免震装置 1 2 の 架台取付け支柱 3 に取り付けられた架台、 1 4は被保護機器載置 用架台、 1 5 は被保護機器載置用架台 1 4の上方に突出するよう に架台 1 3に固定されたスプラィ ン铀支持部材、 1 6 は架台 1 3 とスプライ ン铀支持部材 1 5 との間に配置されたスプライ ン軸、 1 7 は被保護機器載置用架台 1 4に設けられスプライ ン敏 1 6を 揷入されたボールスプライ ン、 1 8 は架台 1 3 と被保護機器載置 用架台 1 4 との間に挿入されたコィルばね、 1 9 は架台 1 3 と被 保護機.器載置用架台 1 4 との間に挿入された振動吸収ダンパー、 2, 0 は架台 1 3 と被保護機器載置用架台 1 4 との間に配置された 姿勢制御装置、 2 1 は被保護機器、 2 2 は床を示す。

スプライ ン軸 1 6 はボールスプライ ン 1 7上を極く僅かの摩擦 抵抗でもって移動することができ、 したがって架台 1 3が上下に 振動した場合、 ボールスプラ イ ン 1 7 はスプラ イ ン轴 1 6に对し 上下に口 ッキング等を起こさず連動し、 スプラ イ ン軸 1 6 とボー ルスプライ ン 1 7 とは縦方向のすべり手段を構成し、 被保護機器 載置用架台 1 4 の位置決めを行う。

コィルばね 1 8 は、 上下振動を吸収するとともに、 被保護機器 載置用架台 1 4に搭載された物体の自重を支える支持手段を形成 する。

振動吸収ダンパー 1 9 は、 上下振動に対するエネルギーの吸収 減.衰を行う とともに被保護機器載置用架台 1 4 に搭載された物体 の自重を支え、 大きな振幅の振動を吸収、 減衰させるものである。 姿勢制御装置 2 0 は、 上下振動に対して左右対称に連動するよ うに構成され、 被保護機器 2 1 の重心による傾きに対して重心の ノ ラ ンスをとるように機能する。 第 8図において、 1 3 は架台、 1 4は被保護機器載置用架台、 2 3 , 2 4は被保護機器載置用架 台 1 4に設けられた固定部材、 2 5 , 2 6 は架台 1 3に对し取り 付けられた姿勢制御装置の固定轴、 2 7 , 2 8 は固定鼬 2 5 , 2 6 の周りに面動し得るように取り付けられたクラ ンク部材、 2 9 , 3 0 はクランク部材 2 7 , 2 8 の一端と固定部材 2 3 , 2 4 との 間にそれぞれ取り付けられ、 固定部材 2 3 , 2 4を中心にして画 動し得る棒伏片、 3 1 はクラ ンク部材 2 7 , 2 8 の各他端を連接 する連接棒を示し、 矢印 X , Y , Zは姿勢制御装置 2 0 の各都の 移勤方向を示す。

今、 被保護璣器載置用架台 1 4の左嬸が架台 1 3 に対し相対的 に下方へ移動した場合を考えると、 固定部材 2 3 に一端が取り付 けられた棒状片 2 9 は矢印 Xの方向に移動する。 この棒状片 2 9 の下方への移動により、 ク ラ ンク部材 2 7 は固定铀 2 5を中心に して矢印 Yのよう に右方向へ画転移動する。 そのため連接棒 3 1 も右方向へ移動し、 その一端に'連接されたク ラ ンク部材 2 8が固 定铀 2 6を中心にして矢印 Zの方向へ回転移動する。 このク ラ ン ク部材 2 8 の回転移動によって、 その一端に取り付けられた棒伏 片 3 0 は下 ¾Γへ移動し、 被保護璣器載置用架台 1 4 の右端も下方 へ移動し、 再び水平状態になる。— このように姿勢制御装置 2 0 は、 被保護機器載置用架台 1 2が上下方向の振勤によって傾斜しかか つたときでも、 常に被保護璣器載置用架合 1 4を水平伏態に復元 するように機能する。 したがって被保護機器載置用架台 1 4上に 置かれた被保護機器 2 0 は、 上下振動に対して常に水平状態に保 持されることになる。

次にこの水平動および上下動免震装置の動作について説明する。 水平方向の振動に対しては、 水平動免震装置 1 2 により減衰、 吸収されることは既に説明したとおりである。 今地震が発生して 架台 1 3が上下方向に振動すると、 ボールスプライ ン 1 7 はスプ ライ ン鼬 1 6に対し極く僅かの摩擦抵抗で上下にロ ッキングを起 こすことなく すべり運動を行い、 被保護機器載置用架台 1 4の位 置決めの働きをし、 コィ ルばね 1 8、 振動吸収ダンパー 1 9 は上 下振動を吸収、 減衰し、 姿勢制御装置 2 0 は被保護機器載置用架 台 1 4を水平状態に保持する。

〔産業上の利用可能性〕

この発明の免震装置は、 磁気ディ スク装置のような精密機器で 振動に対して弱い装置に使用することにより、 地震時の振動が加 わっても装置の正常な動作を維持させるものであり、 磁気ディ ス ク装置を備えたコ ンピュータを振動から保護し、 災害時において もコ ンピュータに課せられた制御、 警報、 情報伝達等の機能を保 証するものである。

Claims

言罾 求 の 範 囲

1. 架台取り付け支柱と、 この架台取り付け支柱によって中心部 を貫通され、 かつその中心部に対して対称的でしかもほぼ同心 円上に円形、 楕円形または多角形等の複数個の貫通孔が設けら れたゴム等の弾性材からなる円盤状の振動吸収装置と、 この振 動吸収装置の下部に取り付けられ横方向の振動に対応して移動 可能なすべり手段と、 振動吸収装置を収納ケースの内都に固定 する固定手段と、 架台取り付け支柱の下部を収納するとともに、 その他の各都を収納する収納ケースとを備えたことを特徴とす る免! 。

2. 円盤状の振動吸収装置は、 軟質のゴム材で構成されているこ とを特徴とする特許請求の範囲第 1項記載の免震装置。

3. 円盤状の振動吸収 置は、 璟伏ケース内に挿入され、 こ 0環 状ケースが固定手段により収納ケースに固定されていることを 特徴とする特許請求の範囲第 1項又は第 2項記載の免震装置。

4. すべり手段は振動吸収装置の下部に取り付けられたボ—ルべ ァリ ング装着板と、 その下面に同心円状に配列された多数のボ —ルベアリ ングとから構成されていることを特徴とする特許請 求の範囲第 1項〜第 3項のいずれか 1項に記載の免震装置。

5. 架台取付け支柱と、 この架台取付け支柱によって中心都を貫 通され、 かつその中心都に対して対称的でしかもほぼ同心円上 に円形、 楕円形または多角形等の複数悃の貫通孔が設けられた ゴム等の弾性材からなる円盤状の振動吸収装置と、 この振動吸 収装置の下部に取り付けられた橫方向の振動に対応して移動可 能なすべり手段と、 振動吸収装置を収納ケースの內都に固定す る固定手段と、 架台取付け支柱の下部を収納するとともに、 そ の他の各部を収納する収納ケースと、 架台取付け支柱に取り付 けられた架台と、 被保護機器載置用架台と、 上下振動に対して 極く僅かの摩擦抵抗で上下にロ ッキング等を起こさず連動する ボールスプライ ン等の縦方向のすべり手段と、 上下振動を吸収 するとともに被保護機器載置用架台上に搭載された物体の自重 を支えるコィルばね等の支持手段と、 上下振動に対して任意の 数値まで振動を吸収する振動吸収ダンバ—等の振動吸収手段と、 上下振動に対して左右対称に連動するように構成された姿勢制 御'手段とを備え、 縦方向のすべり手段と、 支持手段と、 振動吸 収手段と、 姿勢制御手段とは架台と被保護機器載置用架台との 間に配置されていることを特徵とする免震装置。