JP5988708B2

JP5988708B2 - ローリング防止機構付き防振架台

Info

Publication number: JP5988708B2
Application number: JP2012127469A
Authority: JP
Inventors: 岡本　興三; 興三岡本; 康夫西; 八木　博昭; 博昭八木; 佳香土屋
Original assignee: Tokkyokiki Corp
Current assignee: Tokkyokiki Corp
Priority date: 2012-06-04
Filing date: 2012-06-04
Publication date: 2016-09-07
Anticipated expiration: 2032-06-04
Also published as: JP2013249942A

Description

本発明は、巨大地震に見舞われても防振架台に載置された負荷の許容範囲を超える揺れや転倒を効果的に防止できるローリング防止機構付き防振架台に関する。

従来からビルの電源装置や工場に設置された機械設備の防振装置として、これら装置から発生する振動或いはこれら装置に設置面から伝達する振動を遮断する装置として防振架台が広く利用されている。

この防振架台は床に設置される下部架台と、負荷である装置を載置する上部架台と、両者の間に複数カ所設置され、上部架台を支えるコイルばねを主構成要素とする防振具と、上・下部架台の間で水平方向及び垂直方向に相対移動が生じた場合にこれを一定範囲に抑制するストッパ機構とで構成されている。これにより装置から発生した通常の振動或いは前述のように逆方向の振動（床側からの振動）に対しては、防振具のコイルばねの働きにより上部架台と下部架台との間の振動の伝達を効果的に抑制することができる。

仮に、前述のように逆方向の揺れとして、台風のような風の圧力や小規模の地震による揺れに見舞われ、通常の振幅を超えるような揺れを受けたとしても、ストッパ部材と耐震枠とで構成されたストッパ機構によって上・下架台間の水平方向あるいは垂直方向の相対移動が一定範囲で規制されて上部架台が許容値を越えて大きく揺れて傾いたり、甚だしくは装置もろとも上部架台が倒れるということがないように規制しようとしている。

その場合、ストッパ部材に耐震枠が衝突したときに大きな衝撃が加わり、負荷である装置に大きなダメージを与える虞があるため、ストッパ部材を中心とし、隙間を設けて耐震枠の上下に一対の耐震用弾性円板部材を配設し、これによって負荷の起動・停止時は勿論、風圧や小規模地震によって負荷が大きく揺れ、ストッパ部材に取り付けた耐震用弾性部材が耐震枠に弾接して働いたとしても防振部材の除振効果を大きく損なわないようにしたものが提案された（特許文献１）。

特開平７−２０８５４２

ところが、この発明では上部架台が揺れて傾いた時、前記隙間の存在によって耐震枠に耐震用弾性部材が弾接するまでの間は耐震用弾性部材が前記隙間を空走し、耐震用弾性部材が耐震枠に接触する際には弾性部材であるものの衝撃的に耐震枠に衝突することになる。この衝撃は通常の風圧や振動、揺れの場合では問題にならないが、巨大地震のような場合には巨大な衝撃となり、ストッパ機構を破損するだけでなく、上部架台が装置もろとも転倒してしまう。また、この発明のストッパ部材は垂直方向の振動やローリングしているような耐震用弾性部材を圧縮する方向の揺れに対してはある程度有効なものの、水平方向の揺れに対しては効果が少ない。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたもので、水平方向及び垂直方向の３次元的揺れを伴う巨大地震に対して、上部架台が装置共々大きくローリングして傾き、装置を破損するというようなことがないローリング防止機構付き防振架台を提供することにある。

請求項１に記載の発明は、床面(50)に設置される下部架台(1)と、負荷(W)が設置される上部架台(10)と、上部架台(10)に穿設された通孔(12t)に非接触で挿入されたストッパーボルト(41)と、ストッパーボルト(41)の挿入端に取り付けられたナット(45)とを有し、上・下架台間の水平方向或いは垂直方向の相対移動を一定範囲で制限するストッパ機構(D)と、上部架台(10)と下部架台(1)との間に設置され、上部架台(10)上に載置された負荷(W)の重量によって撓んでこれを載置支持する防振具(30)と、上部架台(10)と下部架台(1)との間に設置され、防振架台(A)の下部架台(1)の上面に設置される下部減震基台(21)と、下部減震基台(21)に対向して上部架台(10)の下面に設置される上部減震基台(22)と、上部減震基台(22)及び下部減震基台(21)の対向面に凹設された凹部(23)、(24)に嵌め込まれた減震部材(20)とで構成され、減震部材(20)の上部と下部のそれぞれが、凹部(23)、(24)に嵌め込まれ、少なくとも凹部(23)、(24)に接する減震部材(20)の外層(20a)が弾性部材で構成され、上部架台(10)に負荷(W)が載置された状態において減震部材(20)が凹部(23)(24)の接触面に軽く接触するように配置されたローリング防止機構(B)とを備えることを特徴とするローリング防止機構(B)付き防振架台(A)である。

請求項２に記載の発明は、減震部材(20)の第１実施例に関し、減震部材(20)の外層(20a)と内層(20b)とを異なる縦弾性係数を持つ弾発性素材で構成されていることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、減震部材(20)の第２実施例に関し、減震部材(20)は中空体であって、その外層(20a)は弾性素材で構成されていることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、減震部材(20)の第３実施例に関し、減震部材(20)の外層(20a)が内層(20b)を支えるバネ材(20e)を内蔵していることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、減震部材(20)の第４実施例に関し、減震部材(20)の外層(20a)が内層(20b)を支えるバネ材(20e)で構成されていることを特徴とする。

本発明のローリング防止機構(B)付き防振架台(A)によれば、ローリング防止機構(B)の減震部材(20)の上部と下部のそれぞれが、凹部(23)、(24)に嵌め込まれ、少なくとも凹部(23)、(24)に接する外層(20a)が弾性部材で構成されているので、巨大な三次元的揺れが防振架台(A)に入力して上部架台(10)と下部架台(1)との間で大きな三次元的相対的ずれが生じようとしたときに、従来のように耐震用弾性部材にストッパ部材が衝撃的に衝突することがなく、三次元的相対的ずれ発生の最初から減震部材(20)が大きく撓んで振動エネルギーの一部を熱に変換する。その結果、防振具(30)の撓み量は減震部材(20)の撓み量に制限されて揺れが大幅に抑制され、ローリングして大きく傾くようなことがない。その結果、上部架台(10)に載置されている載置負荷(W)自体の損傷を免れるだけでなく、外部装置との接続のための部材、例えば、端子(T)に接続されている外部配線が断裂するというようなこともない。

また、減震部材(20)の外層(20a)が内層(20b)に比べて柔らかい素材で構成されている場合や、中空体であって、その外層(20a)は弾性素材で構成されている場合には、図４，５に示すように、大きく圧縮された時に外層(20a)が外に押し出され、その押し出された部分が近接した上・下減震基台(21)(22)の対向面の間に挟まれて急速に抵抗力を増し、これによってローリング防止効果を更に高める。逆に、減震部材(20)の内層(20b)が外層(20a)に比べて柔らかい素材で構成されている場合、外層(20a)と共に内層(20b)が大きく変形して同様にローリング防止効果を更に高める。

本発明のローリング防止機構が装備された防振架台の正面図である。図１に用いられる防振架台の斜視図である。図１の３Ａ−３Ａ断面図である。図３の減震部材を圧縮した時の正面方向からの図である。図４の直角方向からの断面図である。ローリング防止機構の第２実施例の正面図である。図６の直角方向からの断面図である。図７の中央断面図であるローリング防止機構の第３実施例の中央断面図である。図８又は９の平面図である。本発明に使用されるストッパ機構の拡大断面図である。

以下、本発明を図面に従って説明する。防振架台(A)は下部架台(1)、上部架台(10)、防振具(30)、ローリング防止機構(B)及び必要に応じて設けられるストッパ機構(D)で構成されている。

下部架台(1)は、四隅に配置された下コーナー部材(2)、下コーナー部材(2)の対向面間に溶接された長短２本づつの下フレーム(3)(4)とで矩形に構成されている。下コーナー部材(2)は、Ｌ形の側片(2a)、その上下に溶接された下片(2b)、上片(2c)とで構成されており、下片(2b)にアンカーボルト孔(2d)が穿設されている。

上部架台(10)は、下部架台(1)と同様、長短２本づつの上フレーム(13)(14)を矩形に組み合わせ、該上フレーム(13)(14)の角部に上コーナー部材(12)が溶接されている。上コーナー部材(12)は、Ｌ形の側片(12a)、その上下に溶接された下片(12b)、上片(12c)とで構成されている。

そして、上部架台(10)の下片(12b)と、下部架台(1)の上片(2c)にはストッパ機構(D)のストッパーボルト(41)が挿通され、その下端が下コーナー部材(2)の上片(2c)にナット止めされている。ストッパーボルト(41)の上部の挿通部分は、上部架台(10)の下片(12b)に穿設された通孔(12t)に設けられたゴム座金(42)に非接触で挿入されている。ストッパーボルト(41)の挿入端には抜け止めのナット(45)がダブルナット掛けで取り付けられている。

本実施例のストッパ機構(D)には、上部架台(10)の下片(12b)と、下部架台(1)の上片(2c)の間において、いずれにも接触しない薄い減震ワッシャ(43)がストッパーボルト(41)に螺装されている。

また、上・下架台(1)(10)の長い方の上フレーム(3)(13)間に取付フレーム(5)(15)が必要に応じて懸け渡されており、その内隅にストッパ機構(D)が必要に応じて設けられている。取付フレーム(5)(15)や内隅のストッパ機構(D)は上・下架台(1)(10)が長大である場合に必要に応じて設けられる。また、図示していないが、負荷(W)の重量が大である場合、上部架台(10)の内側にはコンクリートが充填される。

防振具(30)は周知の構造のもので、基台(31)と、基台(31)上に取り付けられた中空で下面開口上端面閉塞状且つ周面多段の蛇腹が形成された蛇腹部材(32)と、蛇腹部材(32)内に設けられたコイルばね(33)とで構成されており、基台(31)の底面に設けられたスライド溝(34)によって下フレーム(3)(4)上を移動させて任意の場所に設置することができ、上部架台(10)は蛇腹部材(32)のコイルばね(33)によって支持されている。防振具(30)は下フレーム(3)(4)上で複数個所に設置されている。

ローリング防止機構(B)の第１実施例は、図３〜５で示すように、減震部材(20)と上・下減震基台(21)、(22)とで構成されている。上・下減震基台(21)、(22)は上下対称のもので、その対向面には減震部材(20)の上部、下部をそれぞれ収容するための凹部(23)(24)が凹設されている。凹部(23)(24)の形状は収納される減震部材(20)の外形に合わせて形成される。従って、収納された減震部材(20)と凹部(23)(24)は接触状態にある。図の実施例では、凹部(23)(24)の形状は半球より若干の浅い凹球面である。上・下減震基台(21)、(22)の上・下面には嵌め込み溝(25)(26)が同じ方向に凹設されており、嵌め込み溝(25)(26)を構成する一対の立片(25a)(26a)に貫通孔(27)(28)が形成されている。

減震部材(20)は球体で、その材質はゴム状の弾性素材或いは低反発ゴムのようなもの、金属、樹脂など適宜なものが使用されるが、ゴムやその一種で反発力の殆んどない低反発ゴムのようなものが振動吸収の意味から好ましい。金属の場合は外力入力時に押し潰される必要があるところから中空体が好ましい。勿論、ゴムのような場合でも中空体を採用することができる。

また、減震部材(20)全体を前述のように弾性素材その他前記素材で構成しても良いし、接触外層(20a)と内層(20b)とで構成し、外層(20a)を内層(20b)より柔らかい素材で形成するようにしてもよいし、その逆でもよい。図示しないが、減震部材(20)の表面に弾性突起を設けるようにしてもよい。この場合、弾性突起を低反発ゴムで構成しておくことが望ましい。勿論、弾性突起を硬質素材で形成し、内層(20b)を弾性突起より軟らかい低反発ゴムで結成してもよい。いずれにせよ、接触外層(20a)と内層(20b)の硬度（或いは縦弾性係数）を変えるようにすることが好ましい。なお、内層(20b)は１層でなく、複数層で形成し、それぞれの硬度（或いは縦弾性係数）を変えるようにしておくことが振動エネルギーの吸収の点で好ましい。以上の場合が、減震部材(20)が球体の場合であるが、これをローラ状、立方体、直方体、円錐台、角錐台その他必要な形状とすることができる。

本発明にかかる防振架台(A)は、コーナー部材(2)のアンカーボルト孔(2d)を利用して床面(50)に植設されたアンカーボルト(51)にて床面(50)に固定され、防振架台(A)の上・下部架台(1)(10)間に設けられた防振具(30)の近傍内側或いは図示していないが、外側にローリング防止機構(B)が設置されている。本実施例では長尺の上・下フレーム(3)(13)の間にて４箇所設置されているが、勿論、必要に応じて更に設置することも可能である。

上部架台(10)は防振具(30)に載置支持され、上部架台(10)の取付孔(図示せず)を利用して上部架台(10)上に載置された負荷(W)が固定される。負荷(W)が変圧器のような電気設備の場合、上面の端子(T)に図示しない外部配線が接続される。負荷(W)の重量によって所定高さまで防振具(30)のコイルばね(33)が撓み、その位置でローリング防止機構(B)の減震部材(20)は、減震部材(20)を受けている凹所(23)(24)の接触面に軽く接触するように配置される。

このような設置状態のもとで、巨大地震に襲われると、床面(50)が三次元的に大きく揺れ、その影響で床面(50)に固定されている下部架台(1)と、防振具(30)に支えられ、重い負荷(W)が取り付けられている上部架台(10)との間で三次元的な相対変位が発生しようとする。その結果、負荷(W)が前述の変圧器のような電気設備の場合、従来の場合ではこれが大きく揺さぶられて転倒こそしないものの、上面の端子(T)に接続された外部配線が引きちぎられるなど大きなダメージが発生することがある。本発明では、上・下部減震基台(21)(22)が互いに剪断方向或いは上下の圧縮方向に相対移動しようとするものの、その時、減震部材(20)が接触している凹所(23)(24)の接触面において、前述のように減震部材(20)の外層(20a)が最初からに凹所(23)(24)の接触面に接しているので、衝撃的衝突を生ずることなく、凹所(23)(24)の接触面によって減震部材(20)が繰り返して圧迫され、減震部材(20)が剪断或いは圧縮によって変形する。

図４，５は減震部材(20)が中空体または外層(20a)が内層(20b)より柔らかい部材で構成され、これを圧縮した状態を示す図面である。押圧された減震部材(20)は押し潰されて次第に変形し、上・下減震基台(21)(22)の間の隙間からその一部が押し出され、外層(20a)が上・下減震基台(21)(22)の対向面間に挟まれる。その結果、上・下減震基台(21)(22)の対向面の近接移動方向に対して大きな抵抗力が生じ、消費エネルギー量が急増して、効率的に大きな相対変位、即ち大きなローリングの発生を抑制することができる。換言すれば、負荷(W)共々三次元的相対変位を生ずる上部架台(10)の移動量は、基本的には前記減震部材(20)の変形量に制限される。なお、減震部材(20)が中空体の場合、側面に設けた、例えば自転車のチューブに取り付けられているバルブのような給気部(20k)から内部に供給する空気量を調節して内部の圧力を調整することができる。内部の空気圧が高い場合には変形抵抗力が大きくなる。

そして、仮に減震部材(20)の変形量がストッパ機構(D)の変位許容量を超えた場合には、ストッパーボルト(41)がゴム座金(42)に衝突してストッパ機構(D)のストッパ機能が作用し、下部架台(1)に対する上部架台(10)の大幅な三次元的相対変位が抑制されて負荷(W)の揺れを小さなものに抑える。この場合、前述の減震部材(20)の変形によって振動エネルギーのかなりの部分は熱に変換されており、その分だけストッパ機構(D)に発生する衝撃エネルギーは減殺され、衝撃が緩和される。

また、減震ワッシャ(43)が設けられている場合、減震ワッシャ(43)が上部のゴム座金(42)に接触して変形破損し、この変形或いは破損より衝撃エネルギーがさらに減殺され、ローリング防止機構(B)との協働により激しい揺れ（ローリング）防ぐ。特に、負荷(W)が前述のような変圧器の場合、変圧器の端子(T)と外部装置のコードとの接続にダメージを生じさせることがない。

上記実施例では外層(20a)が内層(20b)より柔らかい場合は示したが、勿論、これに限られず、逆に外層(20a)が内層(20b)より硬い場合でもよい。この場合は、外層(20a)より内層(20b)が変形して同様の効果を示す。

図６〜８は減震部材(20)の第２実施例で、減震部材(20)が、内層(20b)と、外層(20a)を構成するバネ材(20e)で構成されている。内層(20b)は球状で、例えば硬い金属或いは樹脂製で、その上・下部を実施例では四方からバネ材(20e)が支える構造となっている。勿論、それ以上の方向からバネ材(20e)で支えるようにしてもよい。これにより前述のように圧力を受けた減震部材(20)はバネ材(20e)の変形により衝撃エネルギーの減殺、衝撃緩和がなされる。なおこの場合、内層(20b)の上・下部外面を覆う半球状の内層側シェル部材(20b1)、上・下の凹部(23)(24)の内面を覆う半球状の外層側シェル部材(20a1)を更に設けてもよく、両内外層側シェル部材(20a1)(20b1)が硬い金属或いは樹脂製である場合には、同じく硬い金属或いは樹脂製の内層(20b)の表面を滑りによる相対移動することになる。逆に、両内外層側シェル部材(20a1)(20b1)が柔らかい部材であれば、バネ材(20e)の撓みと協働してより大きな衝撃エネルギーの減殺、衝撃緩和を実現する。図６，７の場合は、シェル部材(20a1)(20b1)は内外層の両側に設けた例を示すが、図８のように内層側シェル部材(20b1)だけとしてもよいし、図示していないが、逆に、外層側シェル部材(20a1)だけとしてもよい。

図９は減震部材(20)の第３実施例で、外層(20a)が半球状の、例えば、ゴムや低反発ゴム或いはエラストマのような軟質部材(20n)とこれに内蔵されたバネ材(20e)とで構成された例である。バネ材(20e)の支持方向は第２実施例と同じである。また、シェル部材についても、図の実施例では内層側シェル部材(20b1)だけが示されているか、この点も第２実施例と同じである。この場合は、軟質部材(20n)による衝撃エネルギーの減殺、衝撃緩和作用が加算される。

(A)：防振架台,(B)：ローリング防止機構，(D)：ストッパ機構，(T)：端子，(W)：負荷，(1)：下部架台,(2)：下コーナー部材，(2a)：Ｌ形の側片，(2b)：下片，(2c)：上片，(2d)：アンカーボルト孔，(3)(4)：下フレーム，(5)：取付フレーム，(10)：上部架台，(12)：上コーナー部材，(12a)：Ｌ形の側片，(12b)：下片，(12c)：上片，(12t)：通孔，(13)(14)：上フレーム，(15)：取付フレーム，(20)：減震部材，(20a)：外層，(20a1)：外層側シェル部材，(20b)：内層，(20b1)：内層側シェル部材，(20e)：バネ材，(20n)：軟質部材，(21)：下部減震基台，(20e)：バネ材，(22)：上部減震基台，(23)(24)：凹部，(25)(26)：嵌め込み溝，(25a)(26a)：立片, (27)(28)：貫通孔，(30)：防振具，(31)：基台，(32)：蛇腹部材，(33)：コイルばね，(34)：スライド溝，(41)：ストッパーボルト，(42)：ゴム座金，(43)：減震ワッシャ，(45)：抜け止めのナット，(50)：床面。

Claims

床面に設置される下部架台と、
負荷が設置される上部架台と、
上部架台に穿設された通孔に非接触で挿入されたストッパーボルトと、ストッパーボルトの挿入端に取り付けられたナットとを有し、上・下架台間の水平方向或いは垂直方向の相対移動を一定範囲で制限するストッパ機構と
上部架台と下部架台との間に設置され、上部架台上に載置された負荷の重量によって撓んでこれを載置支持する防振具と、
上部架台と下部架台との間に設置され、防振架台の下部架台の上面に設置される下部減震基台と、下部減震基台に対向して上部架台の下面に設置される上部減震基台と、上部減震基台及び下部減震基台の対向面に凹設された凹部に嵌め込まれた減震部材とで構成され、減震部材の上部と下部のそれぞれが、凹部に嵌め込まれ、少なくとも凹部に接する減震部材の外層が弾性部材で構成され、上部架台に負荷が載置された状態において減震部材が前記凹部の接触面に軽く接触するように配置されたローリング防止機構とを備えることを特徴とするローリング防止機構付き防振架台。
減震部材の外層と内層とを異なる縦弾性係数を持つ弾発性素材で構成されていることを特徴とする請求項１に記載のローリング防止機構付き防振架台。
減震部材は中空体であって、その外層は弾性素材で構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のローリング防止機構付き防振架台。
減震部材の外層が内層を支えるバネ材を内蔵していることを特徴とする請求項１又は２に記載のローリング防止機構付き防振架台。
減震部材の外層が内層を支えるバネ材で構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のローリング防止機構付き防振架台。