JP3115586B2 - 球状ゴム支承を使用した構造物用３次元免震装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 イ．発明の目的 〔産業上の利用分野〕 この発明は、水平並びに鉛直方向の３次元的に免震及
び除振を図るいわゆる３次元免震装置に関し、特には、
微振動に敏感なオフィースオートメーション機器（OA機
器）あるいは超精密製造設備等のいわゆる嫌振動機器を
載置し、かつこれらの嫌振動機器を地震等による振動か
ら保護する床構造に適用して好適な構造物用３次元免震
装置に関する。

〔従来の技術〕

この種の構造物用３次元免震装置を利用した免震構造
として特開平２−47477号（以下、「公知技術」とい
う）が提案されている。

該公知技術の免震構造は、基礎と床下面との間に、積
層ゴム体と空気ばねとからなる三次元緩衝装置を備える
とともに、粘性流体を装入した固定受台を基礎上に設
け、前記固定受台内の粘性流体に浸した水平抵抗板を有
しかつ、該水平抵抗板と一体的に上方に筒状容器を形成
し、該筒状容器内に挿入した垂直部材を前記床に固定し
てなる減衰装置を設けた、ことを特徴とする。

しかして、この公知技術は、積層ゴム体と空気ばねと
からなる３次元緩衝装置を使用しているが、構造が複数
であるばかりでなく、振動を長周期化するためには積層
ゴム体の断面積を小さくするか、丈高を高くするか、も
しくは上部構造（床）の荷重を上げるかする必要があ
る。しかしながら、断面積を小さくすると、上部構造
（床）を支持する上で不安定となり座屈のおそれがあ
り、また、丈高を高くすると、前記同様不安定で座屈の
おそれがあるとともに、床を支持する上で床の位置が高
くなり、居住スペースが減少して好ましくない。更にま
た、上部構造の荷重を上げることは床を支持する場合限
度があり、長周期化は難しい。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は上記実情に鑑みなされたものであって、この
種の面震装置において、比較的簡単な構成で、丈高を低
く抑えることができ、かつ、床レベルの変動の調整を容
易にできる構造物用３次元免震装置を提供することを目
的とする。

本発明は更に、この構造物用３次元免震装置を使用し
てなされる免震方法を提供することも他の目的とする。

ロ．発明の構成 〔問題点を解決するための手段〕 本発明は上記の目的を達成するために次の構成を採
る。

第１番目の発明は構造物用３次元免震装置であって、
請求項１に記載のとおり、建造物内において、嫌振動機
器を載置する床構造の上部構造と該床構造を支持する床
体の下部構造との間に、前記上部構造の荷重に対応して
圧縮空気が封入されるとともに内部に封入された圧縮空
気の空気圧作用により該上部構造を水平を維持しつつ転
動支持するゴム球体を主体とする球状ゴム支承が該上部
構造を自立的に支持するように複数箇所にわたって介装
設置されるとともに、前記ゴム球体に接続された空気導
管を介して圧縮空気が圧縮空気源より圧縮空気量を調整
しつつ持続的に供給され、上部構造と下部構造との相対
移動に付き、該相対移動の運動を減衰させる減衰装置
と、コイルばね体のばね作用により移動した上部構造を
元の位置に復帰させる復元装置とを前記球状ゴム支承と
は別位置に配してなることを特徴とする。

上記構成において、空気導管の途中に圧縮空気の給
排気の切換えをなす調整弁を介装すること、上記に
加えて上部構造に配されたレベルセンサの信号を受けて
調整弁を自動制御すること、は適宜なされる選択的事項
である。

第２番目の発明は同じく構造物用３次元免震装置であ
って、請求項４に記載のとおり、建造物内において、嫌
振動機器を載置する床構造の上部構造と該床構造を支持
する床体の下部構造との間に、前記上部構造の荷重に対
応して圧縮空気が封入されるとともに内部に封入された
圧縮空気の空気圧作用により該上部構造を水平を維持し
つつ転動支持するゴム球体を主体とする球状ゴム支承が
該上部構造を自立的に支持するように複数箇所にわたっ
て介装設置され、前記ゴム球体には空気導管が接続され
るとともに、該空気導管の途中に圧縮空気の給排気の切
換えをなす調整弁が介装され、該空気導管を介して圧縮
空気が圧縮空気源より圧縮空気量を調整しつつ持続的に
供給され、前記調整弁は上部構造に配されたレベルセン
サの信号を受けて前記ゴム球体への圧縮空気の供給量を
調整し、上部構造と下部構造との相対移動に付き、該相
対移動の運動を減衰させる減衰装置と、コイルばね体の
ばね作用により移動した上部構造を元の位置に復帰させ
る復元装置とを前記球状ゴム支承とは別位置に配してな
ることを特徴とする。

第３番目の発明は第１番目の構造物用３次元免震装置
を使用してなされる免震方法であって、請求項５に記載
のとおり、建造物内において嫌振動機器を載置する床構
造の上部構造と該床構造に支持する床体の下部構造との
間に、前記上部構造の荷重に対応して圧縮空気が封入さ
れるとともに内部に封入された圧縮空気の空気圧作用に
より該上部構造を水平を維持しつつ転動支持するゴム球
体を主体とする球状ゴム支承が該上部構造を自立的に支
持するように複数箇所にわたって介装設置されるととも
に、前記ゴム球体に接続された空気導管を介して圧縮空
気が圧縮空気源より圧縮空気量を調整しつつ持続的に供
給され、上部構造と下部構造との相対移動を減衰させる
減衰装置と、コイルばね体のばね作用により移動した上
部構造を元の位置に復帰させる復元装置とを前記球状ゴ
ム支承とは別位置に配してなる構造物用３次元免震装置
を使用し、振動外力により上部構造物に惹起される３次
元的振動変位を吸収することを特徴とする。

〔作用〕

上部構造の荷重は球状ゴム支承のゴム球体によって支
持され、上部構造の水準は該ゴム球体に封入される圧縮
空気圧及びその空気量の調整によって一定に保持され
る。

地震動あるいは通過交通振動等により上部構造が３次
元的に振動すると、その水平変位成分はゴム球体の転が
りにより許容され、また、その鉛直変位成分はゴム球体
の弾性変位により許容される。

一方、減衰装置によりこの３次元的振動は減衰され、
復元装置のばね体の弾性エネルギーにより元の位置に復
する力が働き、上部構造の振動は速やかに吸収される。
更に、ばね体はコイルばねを使用することにより特性が
明確であり、そのばね定数を適宜に定めることにより構
造物系の振動を所望の長周期に設定される。

〔実施例〕

本発明の構造物用３次元免震装置の実施例を図面に基
づいて説明する。

（実施例の構成） 第１図〜第４図は建物内の床構造に適用したその一実
施例の構造物用３次元免震装置を示す。すなわち、建物
内の一区画内にOA機器等の嫌振動機器を載置する床構造
を設置し、該床構造をこの３次元免震装置により動的に
支持するものであり、第１図は免震装置の全体構成を示
し、第２図はその平面配置を示し、第３図及び第４図は
その部分構造を示す。

第１図及び第２図に示すように、本実施例の構造物用
３次元免震装置は、建物の床体Ｂと床構造Ｆとの間に介
装され、床構造Ｆを自立的に支えるように配されてなる
球状ゴム支承１と、粘性せん断抵抗を利用した減衰部２
と復帰ばねを主体とする復元部３との組合わせからなる
減衰・復元装置４と、を主要構成部として含み、更に
は、球状ゴム支承１から配設される空気導管６と、該空
気導管６の端部に配される圧縮空気供給部７とからなる
圧縮空気供給系統を含む。

図における床構造Ｆはフリーアクセス床を構成し、床
フレーム100と、該床フレーム100上に設置される支持体
102と、該支持体102の頂部に載置される床パネル104
と、からなる。該フリーアクセス床はその上面に種々の
機器が載置されるものであるので、比較的大きな重量性
を有する。

床フレーム100は横梁106と縦梁108とから格子状に組
まれ、相隣れる縦梁108相互間には小梁110が横梁106に
平行して架設される。なお支持体102は場合により省略
されるものであり、床パネル104を床フレーム100に直接
載置してもよく、また、床パネル104も大型板を使用し
て差し支えなく、本発明にとって本質的な事項ではな
い。

以下、この３次元免震装置の各部の構成について詳述
する。

球状ゴム支承１は中空のゴム球体10を主体とし、該ゴ
ム球状10が床体Ｂに固設された下部支承板11と床構造Ｆ
の下面に固設された上部支承板12との間に配される。下
部・上部支承板11,12は硬質素材よりなり、その上下面1
1a,12aは平坦面に形成される。

第３図は球状ゴム支承部１の詳細構造を示す。

図に示すように、該ゴム球体10は内部に中空部14を有
して厚肉のゴム弾性部15からなり、ゴム弾性部15には中
空部14に連通するチューブ16が貫通状に挿通されてい
る。ゴム弾性部15は単一のゴム素材か、補強繊維入りゴ
ムから形成される。しかして、このゴム球体10には圧縮
空気が封入される。

ゴム球体10は床構造Ｆを含む上載荷重を受けて弾性変
形し、完全な球体ではなく支承板11,12との当接部には
平坦部が形成される。該ゴム球体10のころがり移動は、
支承板11,12の水平変位ｌの２分の１となる。

第１図に戻って、ゴム球体10から突出するチューブ16
に空気導管６の一端が接続され、その他端は圧縮空気供
給部７に接続される。該空気導管部６の途中に調整弁18
が介装される。調整弁18は後述するレベルセンサからの
電気信号に基づいて自動制御がなされる場合、電子信号
の駆動信号を受けて切換え駆動される３方弁が採用され
るが、勿論手動式であってもよい。

圧縮空気供給部７は、いわゆる空気圧縮機すなわちコ
ンプレッサが使用される。該圧縮空気供給部７には適
宜、空気タンク８が介装され、圧縮機からの圧縮空気圧
を一時貯留する。

この球状ゴム支承１・空気導管６・圧縮空気供給部７
の圧縮空気供給系統において、床構造Ｆのレベルセンサ
（図示せず）により床構造Ｆのレベルが検知され、この
検知信号に基づき処理装置で各調整弁18の切換え量もし
くは開閉量が計算され、調整弁18を作動し、各ゴム球体
10への圧縮空気量の供給量を調整制御する。

減衰・復元装置４は減衰部２と復元部３との組合わせ
構造よりなり、第４図にその細部の構成を示す。

すなわち、減衰部２は、円筒状の囲壁をもって上方に
向けて凹部を有し、その凹部に粘性流体Ｌが充填され床
体Ｂに固設される鍋状部材20、該鍋状部材20の囲壁の上
縁に摺動可動に載置される蓋体22と該蓋体22に固定保持
されるとともに内部に粘性流体Ｌを充填した有底の円筒
体23とからなる中間可動体24、及び床構造Ｆの下面に固
設され、前記可動体24の円筒体23内にすべり機能を有す
る突起部材26を介して挿入される円柱状の垂直部材27、
の各構成要素からなる。

そして、鍋状部材20の凹部の底面と円筒体23の底板23
aの下面とは所定のすき間s1に保持され、また、円筒体2
3の内周面と垂直部材27の外周面とは所定のすき間s2に
保持され、これらのすき間s1,s2に粘性流体Ｌが介在す
る。

なお、すき間s1の距離は蓋体22によって、すき間s2の
距離は突起部材27によって決められる。

この構成により、床構造Ｆが床体Ｂに対して水平並び
に上下移動したとき、垂直部材27と中間可動体24とは上
下移動を許容し、中間可動体24と鍋状部材20とは水平移
動を許容し、全体として３次元の移動を許容する。

復元部３は主体とするばね体29をもってこの減衰部２
に連動して設置される。すなわち、ばね体29はコイルば
ねの態様を採り、この減衰部２の回りに放射状に配され
る。

もっと詳しくは、該コイルばね29はその一端を減衰部
２の中間可動体24の円筒体23に固設され、他端を床面Ｂ
に固定立設した定着部材30に固設される。

このばね体29の配置態様に関して、本実施例の放射型
に配する場合には、90゜の等間隔に限らず、120゜間隔
（すなわち３態様）のもの、あるいは72゜間隔（すなわ
ち５個態様）のもの、等適宜の等間隔の放射態様のもの
が採用されうる。また、これらの等間隔でなくても、非
対称配置であっても合力として、０となればよいもので
ある。

更に、ばね体29の他端部は直接的に床構造Ｆの下面に
固設してもよい。更にまた、１か所における放射態様を
採らず、個々に独立して分散配置され、全体として合力
が０となるように配されればよいものである。

この３次元装置を構成する球状ゴム支承１と減衰・復
元装置４とは、例えば第２図に示すように配される。

すなわち、本実施例では、該球状ゴム支承１は床構造
Ｆの四隅に配され、減衰・復元装置４は床構造Ｆの中央
に配されてなる。しかしながら、球状ゴム支承１は床構
造Ｆを自立的に支持し得れば足り、少くとも３か所に配
されるが、勿論それ以上であってもよい。また、減衰・
復元装置２も中央の縦梁108（または中央の横梁106）に
対称的に２か所に配してもよい。

しかして、この３次元免震装置上に載置される床構造
Ｆ上にOA機器あるいは超精密製造設備等の嫌振動機器が
設置される。

（実施例の作用・効果） このように構成された本実施例の３次元免震装置は以
下の機能を発揮する。

通常時において、床構造Ｆ及びその上に載置されるOA
機器等の荷重は球状ゴム支承１のゴム球体10によって支
持される。

床構造上の機器の移動などにより床構造Ｆの上下ある
いは傾動などが生じようとしたときは、直ちにレベルセ
ンサが作動し、該センサの検出信号に基づき、コンピユ
ータによる処理装置を介して調整弁18を作動してゴム球
体10に対する圧縮空気の吸排気を行い、床構造Ｆを常に
水平状態に保持するように自動的に調整される。あるい
はまた、調整弁18の手動操作により床構造Ｆの水平を調
整する。

通過交通振動やあるいは床構造Ｆ上に設置された機器
によって生じる微振動及び比較的小さな振動（これらは
縦振動が卓越する）は、ゴム球体10によって効果的に除
振される。すなわち、ゴム球体10はゴム弾性部15自体の
弾性力によるほか、ゴム球体10内の圧縮空気圧も相乗的
作用を発揮して縦振動が吸収される。更には、減衰・復
元装置４の減衰部２における円筒体23と垂直部材27との
間隙に充填された粘性流体Ｌによる粘性せん断抵抗力も
この縦振動の吸収に協働する。

次に、地震動等の外部からの強大な強制振動力により
建物が揺れると、建物すなわち床体Ｂと床構造Ｆとの間
に３次元的な相対変位が生じ、その水平変位は球状ゴム
支承１のゴム球体10の転がりにより許容され、また、そ
の鉛直変位はゴム球体10の弾性変形により許容され、か
つ、本３次元免震装置においてはこれらの変位を妨げる
要素はないので、３次元移動は円滑に許容される。

なお、ゴム球体10の転がりは水平方向の全変位の1/2
であるので、さ程大きなものではなく、従って、チュー
ブ16の傾動も大きなものとはならない。

この３次元の変位において、減衰・復元装置４の減衰
部２にあっては、水平変位は鍋状部材20の凹部の底面と
円筒体23の底板23aの下面との相対的変位となってあら
われ、かつ、この間隙部に充填された粘性流体Ｌの存在
により、この変位を止める方向の力いわゆる粘性せん断
抵抗力が生じ、水平振動を減衰させる。

また、垂直変位は円筒体23の内周面と垂直部材27の外
周面との相対的変位となってあらわれ、かつ、この間隙
部に充填された粘性流体Ｌの存在により、この変位を止
める方向に粘性せん断抵抗力が生じ、垂直振動を減衰さ
せる。

そして、減衰・復元装置４の復元部３にあっては、そ
のばね体29により変位した床構造Ｆをその弾性エネルギ
ーにより元の位置に復帰させる。

以上のように本実施例の３次元面震装置によれば、圧
縮空気を封入したゴム球体10は床構造Ｆを支持するとと
もに、その３次元変位を許容し、かつ、鉛直方向の微震
銅を吸収するものがあるので、免震装置として効果的に
機能し、かつ、装置全体の小型化に寄与する。

また、減衰・復元装置４は減衰部２と復元部３とが一
体となっており、小型化され、大きな設置空間を採ら
ず、かつ、減衰部２はその粘性せん断抵抗特性により縦
振動にも有効で、ゴム球体10の縦振動吸収特徴を協働し
て、嫌振動機器に特に有効である。

更に、減衰部２の発揮する粘性せん断抵抗は大きな制
動力を発揮し、床構造Ｆの振動を速やかに減衰させるこ
とができる。

本発明は叙上の実施例に限定されるものではなく、本
発明の基本的技術思想の範囲内で種々設計変更が可能で
ある。すなわち、以下の態様は本発明の技術的範囲に包
含されるものである。

叙上の実施例の構成では、減衰部２と復元部３とを一
体とした減衰・復元装置４としたが、減衰部２と復元部
３とを分離別体としてもよい。第５図はそのような例を
示す。図例において、ばね体29と一端は床体Ｂに固設さ
れ、他端は床構造Ｆに固設される。

また、減衰部２は実施例の粘性せん断抵抗型に限ら
ず、その他の減衰装置、例えばオイルダンパを使用して
もその機能に変わりはない。

ハ．発明の効果 本発明の構造物用３次元免震装置によれば、上部構造
はゴム球体で支持し、減衰力及び復元力は別途減衰装置
及びばね体による復元装置を配置したので、圧縮空気を
封入したゴム球体により横振動並びに縦振動の優れた吸
収特性が十分に発揮できるとともに、構造が簡単なゴム
球体により装置を小型化でき、本装置全体の丈高を低く
抑えることができ、かつ、該ばね体のばね定数を適宜に
小さくすることにより、振動の長周期化を容易に達成す
ることができる。更に、積載物の移動などによる床レベ
ルの変動を、ゴム球体への圧縮空気の導入を加減するこ
とにより、容易に調整できる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の構造物用３次元免震装置の実施例を示
し、第１図はその一実施例の建物内の床構造の断面図、
第２図はその平面配置図、第３図は球状ゴム支承の詳細
構造を示す断面図、第４図は第１図のIV部拡大図、第５
図は減衰部と復元部の他の配置例図である。 Ｆ……床構造（上部構造）、Ｂ……床体（下部構造）、
１……球状ゴム支承、２……減衰装置、３……復元装
置、４……減衰・復元装置、６……空気導管、７……空
気圧縮機、10……ゴム球体、18……調整弁、29……ばね
体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−102742（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−223542（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−214533（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−220427（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−10133（ＪＰ，Ａ) 実開 昭60−184449（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭58−142975（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F16F 15/04 E04H 9/02 331

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】建造物内において、嫌振動機器を載置する
   床構造の上部構造と該床構造を支持する床体の下部構造
   との間に、前記上部構造の荷重に対応して圧縮空気が封
   入されるとともに内部に封入された圧縮空気の空気圧作
   用により該上部構造を水平を維持しつつ転動支持するゴ
   ム球体を主体とする球状ゴム支承が該上部構造を自立的
   に支持するように複数箇所にわたって介装設置されると
   ともに、前記ゴム球体に接続された空気導管を介して圧
   縮空気が圧縮空気源より圧縮空気量を調整しつつ持続的
   に供給され、 上部構造と下部構造との相対移動に付き、該相対移動の
   運動を減衰させる減衰装置と、コイルばね体のばね作用
   により移動した上部構造を元の位置に復帰させる復元装
   置とを前記球状ゴム支承とは別位置に配してなる、 ことを特徴とする構造物用３次元免震装置。
2. 【請求項２】空気導管の途中に圧縮空気の給排気の切換
   えをなす調整弁が介装されてなる請求項１に記載の構造
   物用３次元免震装置。
3. 【請求項３】前記請求項２において、上部構造に配され
   たレベルセンサの信号を受けて調整弁は自動制御されて
   なる構造物用３次元免震装置。
4. 【請求項４】建造物内において、嫌振動機器を載置する
   床構造の上部構造と該床構造を支持する床体の下部構造
   との間に、前記上部構造の荷重に対応して圧縮空気が封
   入されるとともに内部に封入された圧縮空気の空気圧作
   用により該上部構造を水平を維持しつつ転動支持するゴ
   ム球体を主体とする球状ゴム支承が該上部構造を自立的
   に支持するように複数箇所にわたって介装設置され、前
   記ゴム球体には空気導管が接続されるとともに、該空気
   導管の途中に圧縮空気の給排気の切換えをなす調整弁が
   介装され、該空気導管を介して圧縮空気が圧縮空気源よ
   り圧縮空気量を調整しつつ持続的に供給され、 前記調整弁は上部構造に配されたレベルセンサの信号を
   受けて前記ゴム球体への圧縮空気の供給量を調整し、 上部構造と下部構造との相対移動に付き、該相対移動の
   運動を減衰させる減衰装置と、コイルばね体のばね作用
   により移動した上部構造を元の位置に復帰させる復元装
   置とを前記球状ゴム支承とは別位置に配してなる、 ことを特徴とする構造物用３次元免震装置。
5. 【請求項５】構造物内において嫌振動機器を載置する床
   構造の上部構造と該床構造に支持する床体の下部構造と
   の間に、前記上部構造の荷重に対応して圧縮空気が封入
   されるとともに内部に封入された圧縮空気の空気圧作用
   により該上部構造を水平を維持しつつ転動支持するゴム
   球体を主体とする球状ゴム支承が該上部構造を自立的に
   支持するように複数箇所にわたって介装設置されるとと
   もに、前記ゴム球体に接続された空気導管を介して圧縮
   空気が圧縮空気源より圧縮空気量を調整しつつ持続的に
   供給され、上部構造と下部構造との相対移動を減衰させ
   る減衰装置と、コイルばね体のばね作用により移動した
   上部構造を元の位置に復帰させる復元装置とを前記球状
   ゴム支承とは別位置に配してなる構造物用３次元免震装
   置を使用し、 振動外力により上部構造物に惹起される３次元的振動変
   位を吸収することを特徴とする構造物の免震方法。