JP5518399B2

JP5518399B2 - 免震装置

Info

Publication number: JP5518399B2
Application number: JP2009192303A
Authority: JP
Inventors: 和彦小林; 直樹小島; 大助片山; 秀秋原田
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Bridge and Steel Structures Engineering Co Ltd; Shimizu Corp
Current assignee: MM Bridge Co Ltd; Shimizu Corp
Priority date: 2009-08-21
Filing date: 2009-08-21
Publication date: 2014-06-11
Anticipated expiration: 2029-08-21
Also published as: JP2011042990A

Description

本発明は、免震対象物に地震に対する免震性能を付与する免震装置に関する。

従来、建屋などの免震対象物（上部構造）と下部構造との間に免震装置を介装し、免震対象物の固有周期を地震動の卓越周期帯域から長周期側にずらして応答加速度を小さくすることによって、免震対象物の損傷を防止する（免震対象物を免震化する）ことが行なわれている。

また、この種の免震装置（免振装置）には、例えば特許文献１に開示されるように、免震対象物（免振対象物）とその下方の下部構造との対向面の一方に設けられる滑り板と、対向面の他方に基端部が取り付けられて先端部が滑り板に向けて突出する支持部材と、この支持部材の先端部と滑り板との間に介在されて免震対象物の荷重を下部構造に伝える多数の小球からなる転がり支承部材と、転がり支承部材の外周囲に設けられて滑り板に摺接するリング状の摩擦材と、支持部材に反力を得て摩擦材を滑り板に向けて押圧付勢する付勢手段とを備えて構成したものがある。すなわち、この免震装置は、免震対象物の荷重を支持して下部構造に伝える転がり支承部材と支持部材とからなる転がり支承機構と、摩擦材とその付勢手段とからなる摩擦ダンパ機構とを一体化した剛すべり支承として構成されている。

そして、この免震装置においては、免震対象物の荷重が転がり支承機構を介して下部構造に剛に支持されるため、摩擦ダンパ機構の摩擦材の付勢力に免震対象物の重量が悪影響を及ぼすことがなく、摩擦ダンパ機構による減衰力を適切な値に調整して維持することができる。

特開２０００−５５１１７号公報

一方、例えば半導体・電子デバイス製造工場など（精密環境を要する精密環境施設）では、地震時に免震性能を発揮することは勿論、微細加工を行う関係上、通常時においてもミクロン単位の厳しい微振動制御が要求される。また、免震化されていない既設の半導体・電子デバイス製造工場などにおいては、生産機器や検査機器などの精密機器（重要物、免震対象物）が配置されたフロアの床のみを免震床として構築し直したり、床（下部構造）との間に免震装置を介装して構築した免震床上に精密機器を載せ、個々の精密機器のみをスポット的に免震化（機器免震、スポット免震）する場合もある。

しかしながら、上記のように免震床を構築して精密機器の免震化を図る際には、精密機器の配置によって偏在荷重が顕著になる上、免震床の施工時点においても最終的な精密機器の配置が決まらず、免震床の荷重分布が決まっていなかったり、施工途中で精密機器の配置が変更され、荷重分布に変更が生じるような場合がある。このため、特許文献１に開示される上載荷重を転がり支承機構で剛に支持し、この上載荷重によってその支承圧が決まるような上記の免震装置では、対応できなくなる場合があった。

そして、摩擦ダンパ機構の摩擦材の付勢力に免震対象物の重量が悪影響を及ぼすことがないように構成した摩擦ダンパ機構においても、偏在荷重や免震床の荷重分布の変更などによって、その支承面圧を適切な値で維持できなくなり、適正な減衰性能を発揮できなくなるおそれがある。

さらに、偏在荷重によって地震時挙動に大きな捩れを伴うことが予想されるが、上記の免震装置では、免震床の捩れを抑制することができず、免震性能を好適に発揮することができないおそれがある。

本発明は、上記事情を鑑み、上載荷重にかかわらず安定した支承面圧を維持することができる免震装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達するために、この発明は以下の手段を提供している。

本発明の免震装置は、免震床に板バネを介して支持されるとともに、該板バネによって下方に付勢された上部すべり部材と、前記免震床の下方に配された下部構造に固設され、前記上部すべり部材から、所定の振動エネルギーが作用するとともに摩擦が切れる前記板バネによる付勢に応じた押付力で押圧される下部すべり部材とからなる剛すべり支承と、水平の一方向に延び、前記下部構造に固設されたＸ軸レールと、該Ｘ軸レールに直交する水平の他方向に延び、前記免震床に固設されたＹ軸レールと、上端が前記Ｙ軸レールに、下端が前記Ｘ軸レールにそれぞれ前記各レールに沿って進退自在に繋がる連結支持部材とからなるガイドレール支承と、作用した振動エネルギーを吸収する減衰力及び前記免震床を元の位置に戻す復元力を発生させる減衰・復元機構とを備えることを特徴とする。

この発明においては、ガイドレール支承によって、免震床が水平面上を移動自在に、且つ免震床の上下方向の移動を規制して支持されるため、載置した精密機器（免震対象物）によって免震床に偏在荷重が生じる場合においても、この偏在荷重によって免震床の地震時挙動に大きな捩れが生じることを防止できる。これにより、上載荷重にかかわらず免震床ひいては免震対象物を好適に免震支承することができる。

また、剛すべり支承の上部すべり部材が板バネを介して免震床に支持されているため、上載荷重にかかわらず、この板バネによる安定した押付力（支承面圧）で下部すべり部材を押圧することができる。さらに、上部すべり部材が板バネを介して支持されることで、剛すべり支承の水平方向の剛性を確保することができる。これにより、地震に対してはすべるようにしてあるが、微振動のような小さい加振力に対しては剛性を確保したまま摩擦が切れないようにすることができる。

また、本発明の免震構造においては、前記剛すべり支承が、上部すべり部材と前記下部すべり部材の間に介装され、上下に伸縮して前記板バネによる押圧力を調整するための伸縮部材を備え、前記伸縮部材が、前記下部すべり部材上に置かれた状態で、上面がテーパー面とされた下側ブロックと、前記下側ブロックの上方に上下動可能に設けられ、下面がテーパー面とされた上側ブロックと、前記下側ブロックと前記上側ブロックの間に配され、左右に進退自在に設けられた楔状の滑動ブロックとを備えて構成されていることが望ましい。

この発明においては、伸縮部材を伸縮させることによって容易に上部すべり部材から下部すべり部材への押付力（支承面圧）を調整することができ、確実に、地震に対してはすべるようにしてあるが、微振動のような小さい加振力に対しては剛性を確保したまま摩擦が切れないようにすることができる。

本発明の免震装置によれば、上載荷重にかかわらず、ガイドレール支承によって免震床ひいては免震対象物を好適に免震支承することができる。また、剛すべり支承によって微振動のような小さい加振力に対しては剛性を確保したまま摩擦が切れないようにすることができる。これにより、偏在荷重や免震床の荷重分布の変更などによって、支承面圧を適切な値で維持できなくなることがなく、適正な減衰性能を発揮する免震装置を提供することが可能になる。

本発明の一実施形態に係る免震装置を示す平面図である。図１のＸ１−Ｘ１線矢視図である。図１のＸ２−Ｘ２線矢視図である。図２に示した剛すべり支承を拡大した図である。

以下、図１から図４を参照し、本発明の一実施形態に係る免震装置について説明する。本実施形態は、例えば半導体・電子デバイス製造工場など（精密環境を要する精密環境施設）に設けられる生産機器や検査機器などの精密機器（免震対象物）をスポット的に免震化するための免震装置に関するものである。

本実施形態の免震装置Ａは、図１から図３に示すように、精密機器Ｍが載置される矩形盤状の免震床本体１ａ及びこの免震床本体１ａが上載されて一体に繋がる略矩形枠状で盤状のフレーム１ｂからなる免震床１と、免震床１の下方に配置され、例えば工場の床Ｆ上に固設された基台（下部構造）３と、免震床１と基台３の間に介装され、地震発生時に地震動（振動エネルギー）を吸収する減衰力及び免震床１を元の位置に戻す復元力を発生させるための複数のオイルダンパ４及びばねダンパ５（減衰・復元機構）と、免震床１と基台３の間に介装され、免震床１及び精密機器Ｍを水平面上で移動自在に支持して免震性能を付与するガイドレール支承６と、例えば精密機器Ｍ自身の加振力などによって生じる微振動を基台３に伝達して支持するための剛すべり支承７とを備えて構成されている。ここで、複数のオイルダンパ４及びばねダンパ５は、一端を免震床１（フレーム１ｂ）に、他端を基台３に繋げるように設けられ、地震時に減衰力及び復元力を好適に発生させるように適宜配置されている。

本実施形態のガイドレール支承６は、平面視略矩形盤状に形成された免震床１の４つの角部側にそれぞれ配設されている。また、各ガイドレール支承６は、水平の一方向に延び、基台３に固設されたＸ軸レール６ａと、このＸ軸レール６ａに直交する水平の他方向に延び、免震床１（フレーム１ｂ）に固設されたＹ軸レール６ｂと、上端がＹ軸レール６ｂに、下端がＸ軸レール６ａにそれぞれ各レール６ａ、６ｂに沿って進退自在に繋がる連結支持部材６ｃとで構成されている。このように構成したガイドレール支承６によって、免震床１及び精密機器Ｍは、床Ｆ及び基台３に対し、水平面上を移動自在に支持（免震支承）されるとともに、上下に剛接合され上下方向の移動が規制されている。

一方、本実施形態の剛すべり支承７は、図１に示すように、免震床１の中心を挟んで両側端側の外側にそれぞれ１つずつ対称配置されている。また、これら剛すべり支承７は、それぞれ、図２及び図４に示すように、免震床１に板バネ７ａを介して支持され、板バネ７ａによって下方に付勢された上部すべり部材７ｂと、免震床１の下方に配された基台３上に固設された下部すべり部材７ｃと、上部すべり部材７ｂと下部すべり部材７ｃの間に介装された上下に伸縮可能な伸縮部材８とを備えて構成されている。また、このように板バネ７ａが繋がって下方に付勢された上部すべり部材７ｂは、下部すべり部材７ｃとの間に介装した伸縮部材８を下方に押圧し、この伸縮部材８を通じて、板バネ７ａの付勢に応じた押付力（支承面圧）で下部すべり部材７ｃを押圧するように設けられている。

さらに、本実施形態においては、図１、図２及び図４に示すように、免震床１の両側端側のフレーム１ｂから水平方向外側に延びる延出部材１ｃに上端が繋がり下方に延びる支持部材９が設けられており、板バネ７ａが、その一端をこの支持部材９に、他端を上部すべり部材７ｂに繋げて設けられている。これにより、上部すべり部材７ｂが、板バネ７ａ、支持部材９及び延出部材１ｃを介して免震床１（フレーム１ｂ）に支持され、このように構成した剛すべり支承７は、板バネ７ａによって水平方向の剛性が微振動を確実に基台３に伝達して支持させることができるように固定されている。

また、本実施形態の伸縮部材８は、レベリングブロックであり、図４に示すように、下部すべり部材７ｃ上に置かれた状態で、上面がテーパー面とされた下側ブロック８ａと、下側ブロック８ａの上方に上下動可能に設けられ、下面がテーパー面とされた上側ブロック８ｂと、上下両ブロック８ａ、８ｂの間に配されて各ブロック８ａ、８ｂのテーパー面に上下のテーパー面をそれぞれ接触して設けられるとともに、調整ボルト８ｃを回転操作によって左右に進退する楔状の滑動ブロック８ｄとを備えて構成されている。そして、このように構成した伸縮部材８は、調整ボルト８ｃを例えば正転させると滑動ブロック８ｄが進出移動し、上側ブロック８ｂを上方に押し上げられるように移動させる。また、調整ボルト８ｃを逆転すると滑動ブロック８ｄが退避移動し、上側ブロック８ｂを下げるように移動させる。すなわち、調整ボルト８ｃの回転操作によってその上下方向に伸縮自在とされ、このような伸縮部材８によって、板バネ７ａで付勢された上部すべり部材７ｂから伸縮部材８を介して下部すべり部材７ｃに作用する押付力（支承面圧）が調整できる。

ついで、上記の構成からなる免震装置Ａの作用及び効果について説明する。

はじめに、地震が発生した際には、床Ｆに地震動が伝達するとともに、その振動エネルギーが床Ｆを通じて免震装置Ａに伝達される。このとき、従来と同様に、フレーム１ｂ（免震床１）に繋げて設けられたオイルダンパ４やばねダンパ５に減衰力及び回復力が発生して振動エネルギーが吸収される。

また、本実施形態においては、免震床１がガイドレール支承６によって支持されているため、連結支持部材６ｃがＸ軸レール６ａ及びＹ軸レール６ｂに沿ってそれぞれ進退するように移動する。これにより、免震床１は、精密機器Ｍが載置されて偏在荷重が顕著である場合においても、水平面上を自在に移動し、このように移動することで、免震床１の固有周期が地震動の卓越周期帯域から長周期側にずらされ、応答加速度が小さくなる。

また、本実施形態において、ガイドレール支承６を免震床１の４つの角部側にそれぞれ設けて免震床１を支持しているため、地震動の振動エネルギーが伝達した際に、それぞれのガイドレール支承６によって上記のように水平面上を自在に移動することで、偏在荷重が作用していても免震床１に大きな捩れが発生することがない。さらに、それぞれのガイドレール支承６によって上下方向の移動を規制して免震床１が支持されているため、地震動によって免震支承が上方に引き抜かれるように動くこともなく、免震床１が上下に動くことも確実に防止される。

よって、この免震床１に載置された精密機器Ｍは、従来からこの種の免震装置Ａに具備されるオイルダンパ４やばねダンパ５とともにガイドレール支承６を備えることによって、地震動によって倒れたりすることがなく、確実に地震による損傷が防止されて保護される。そして、本実施形態の免震装置Ａによって地震による精密機器Ｍの損傷が防止されることで、被災後の事業の復旧や回復を早期に図ることができ、ＢＣＰ（事業継続計画）の観点からも好適に免震化が図られることになる。

なお、ガイドレール支承６は、確実に免震床１の捩れを防止しつつ免震床１を水平面上で自在に移動させることができれば、その設置位置や数を限定する必要はない。そして、このようなガイドレール支承６は、免震床１を構築して精密機器Ｍの免震化を図る際に、精密機器Ｍの配置によって偏在荷重が顕著になったり、免震床１の施工時点において最終的な精密機器Ｍの配置が決まらず、免震床１の荷重分布が決まっていなかったり、施工途中で精密機器Ｍの配置が変更され、荷重分布に変更が生じるような場合であっても、単に免震床１を水平面上で移動自在に支持すればよいため、容易に対応可能とされる。

一方、精密機器Ｍを使用している通常のオペレーション時（通常時）には、例えば精密機器Ｍ自身から発せられる加振力や、フロアを人間が移動することによる加振力、工場の周囲を自動車などが走行することによる加振力などに伴う微振動が発生する。

これに対し、本実施形態の免震装置Ａにおいては、板バネ７ａによって剛すべり支承７の上部すべり部材７ｂが支持されているため、伸縮部材８を伸縮させることで、この上部すべり部材７ｂから下部すべり部材７ｃへの押付力（支承面圧）が任意の大きさで調整できる。特に、免震床１を構築して精密機器Ｍの免震化を図る際に、精密機器Ｍの配置によって偏在荷重が顕著になったり、免震床１の施工時点においても最終的な精密機器Ｍの配置が決まらず、免震床１の荷重分布が決まっていなかったり、施工途中で精密機器Ｍの配置が変更され、荷重分布に変更が生じるような場合であっても、上部すべり部材７ｂが板バネ７ａを介して免震床１に支持されていることで、上載荷重にかかわらず、支承面圧を所望の大きさに調整し、調整後の支承面圧を維持することができる。

そして、本実施形態においては、予め、伸縮部材８で板バネ７ａの付勢力（押圧力）を調整して、支承面圧を調整し、地震に対しては摩擦が切れてすべるように、微振動による加振力に対しては上部すべり部材７ｂ（伸縮部材８）と下部すべり部材７ｃとの摩擦が切れないようにしておく。これにより、偏在荷重や免震床の荷重分布の変更などによって、支承面圧を適切な値で維持できなくなることがなく、適正な減衰性能が発揮される。

したがって、本実施形態の免震装置Ａにおいては、ガイドレール支承６によって、免震床１が水平面上を移動自在に、且つ免震床１の上下方向の移動を規制して支持されることで、載置した精密機器Ｍにより免震床１に偏在荷重が生じる場合においても、この偏在荷重によって免震床１の地震時挙動に大きな捩れが生じることを防止できる。これにより、上載荷重にかかわらず免震床１ひいては精密機器Ｍを好適に免震支承することができる。

また、剛すべり支承７の上部すべり部材７ｂが板バネ７ａを介して免震床１に支持されていることで、上載荷重にかかわらず、この板バネ７ａによる安定した押付力（支承面圧）で下部すべり部材７ｃを押圧することができ、さらに、剛すべり支承７の水平方向の剛性を確保することができる。これにより、地震に対してはすべるようにしてあるが、微振動のような小さい加振力に対しては剛性を確保したまま摩擦が切れないようにすることができる。

また、このとき、伸縮部材８を伸縮させることで容易に上部すべり部材７ｂから下部すべり部材７ｃへの支承面圧を調整することができ、確実に、地震に対してはすべるようにしてあるが、微振動のような小さい加振力に対しては剛性を確保したまま摩擦が切れないようにすることができる。

よって、本実施形態の免震装置Ａによれば、上載荷重にかかわらず、ガイドレール支承６によって免震床１ひいては精密機器Ｍを好適に免震支承することができ、剛すべり支承７によって安定した支承面圧を維持して確実に微振動のような小さい加振力に対しては剛性を確保したまま摩擦が切れないようにすることができるため、偏在荷重や免震床の荷重分布の変更などによって、支承面圧を適切な値で維持できなくなることがなく、適正な減衰性能を発揮する免震装置Ａを提供することが可能になる。

以上、本発明に係る免震装置の実施形態について説明したが、本発明は上記の一実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、本実施形態では、精密機器Ｍを載置する免震床１が免震床本体１ａとフレーム１ｂで構成され、また、ガイドレール支承６及び剛すべり支承７がフレーム１ｂと基台３に繋げられてこれらの間に介装されているものとしたが、免震床１は、必ずしもフレーム１ｂを備えて構成されていなくてもよく、また、基台３を設けなくてもよく、ガイドレール支承６及び剛すべり支承７を直接免震床本体１ａ（免震床１）や床Ｆ（下部構造）に繋げて、免震装置Ａが構成されてもよい。

また、本実施形態では、伸縮部材８がレベリングブロックであるものとしたが、上部すべり部材７ｂから所望の押付力を下部すべり部材７ｃに作用させるように上下に伸縮可能に構成されていれば、特にレベリングブロックに限定する必要はない。さらに、上部すべり部材７ｂと下部すべり部材７ｃの間に、必ずしも伸縮部材８が介装されていなくてもよく、上部すべり部材７ｂを直接下部すべり部材７ｃに接触させて押圧させるようにしてもよい。この場合、板バネ７ａの変形量を、板バネ７ａの弾発力の変動が小さい非線形ばね領域内に設定しておくことで、本実施形態と同様に、所望の押付力（支承面圧）で下部すべり部材７ｃを押圧し、これを維持することができる。

また、本実施形態では、免震装置Ａにオイルダンパ４やばねダンパ５が付加減衰として設けられているものとしたが、例えば積層ゴム支承など他の付加減衰が具備されてもよい。

さらに、本実施形態では、免震装置Ａによって精密機器Ｍをスポット的に免震化するものとして説明を行なったが、例えば工場の複数の精密機器Ｍが載置される床Ｆを免震床１として、フロアの床Ｆ全体の免震化に適用されてもよい。

１免震床
１ａ免震床本体
１ｂフレーム
３基台（下部構造）
４オイルダンパ
５ばねダンパ
６ガイドレール支承
６ａＸ軸レール
６ｂＹ軸レール
６ｃ連結支持部材
７剛すべり支承
７ａ板バネ
７ｂ上部すべり部材
７ｃ下部すべり部材
８伸縮部材
Ａ免震装置
Ｆ床

Claims

免震床に板バネを介して支持されるとともに、該板バネによって下方に付勢された上部すべり部材と、前記免震床の下方に配された下部構造に固設され、前記上部すべり部材から、所定の振動エネルギーが作用するとともに摩擦が切れる前記板バネによる付勢に応じた押付力で押圧される下部すべり部材とからなる剛すべり支承と、
水平の一方向に延び、前記下部構造に固設されたＸ軸レールと、該Ｘ軸レールに直交する水平の他方向に延び、前記免震床に固設されたＹ軸レールと、上端が前記Ｙ軸レールに、下端が前記Ｘ軸レールにそれぞれ前記各レールに沿って進退自在に繋がる連結支持部材とからなるガイドレール支承と、
作用した振動エネルギーを吸収する減衰力及び前記免震床を元の位置に戻す復元力を発生させる減衰・復元機構とを備えることを特徴とする免震装置。
請求項１記載の免震装置において、
前記剛すべり支承が、上部すべり部材と前記下部すべり部材の間に介装され、上下に伸縮して前記板バネによる押圧力を調整するための伸縮部材を備え、
前記伸縮部材が、前記下部すべり部材上に置かれた状態で、上面がテーパー面とされた下側ブロックと、前記下側ブロックの上方に上下動可能に設けられ、下面がテーパー面とされた上側ブロックと、前記下側ブロックと前記上側ブロックの間に配され、左右に進退自在に設けられた楔状の滑動ブロックとを備えて構成されていることを特徴とする免震装置。