防振装置

【課題】１つの金属材料だけを用いることにより、設計加工を容易とした防振装置を提供すること。
【解決手段】防振装置は、構造物および構造物の設置場所のそれぞれに締結される２つのフランジ１と、２つのフランジ１を結合する梁状の首４とを含む。フランジ１は、えぐることによって膜３が形成される。したがって、１つの材料で防振装置を構成することができる。また、垂直方向の振動を吸収することができると共に、垂直方向のばね係数と水平方向のばね係数とを独立して設計することが可能となる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、垂直方向および水平方向の振動を遮断し、構造物の振動を防止する技術に関し、特に、１つの材料だけを使った簡単な構造を有する防振装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の防振装置においては、垂直方向および水平方向の両方の振動を遮断するために、複数の加工品を組み合わせて構成されている。これに関連する技術として、特開２０００−３３７４３９号公報、特開平９−１４３４６号公報、特開２００２−２２７８９８号公報、特開平９−１８９３４１号公報、特開２００４−１６９５３３号公報、特開２００３−３１３８８３号公報、特開平９−１４４８１０号公報、特開平６−３４６６２８号公報および特開２０００−１６１４３０号公報に開示された発明がある。
【０００３】
特開２０００−３３７４３９号公報に開示された全方向振動絶縁懸垂システムは、相互に離間された第１末端と第２末端とを有する第１弾性構造から成る第１振動絶縁装置と、圧縮荷重を受けるように成された第２弾性構造を有し第１振動絶縁装置に軸方向直列に連結された第２振動絶縁装置とを備える。第１弾性構造は、第２末端に対する第１末端の移動に対応する横方向剛さと、物体を支持する軸方向剛さと、軸方向荷重に対応する弾性不安定点とを有し、第２弾性構造は、物体を支持する一端と、軸方向剛さと、圧縮荷重に対応する弾性不安定点でゼロの軸方向剛さとを有する。
【０００４】
また、特開平９−１４３４６号公報に開示された発明は、地震等の震動による異方向の変位を吸収させるための免震装置であって、平行する上板と下板との間に、側面視「く」字状に屈曲した屈曲連結板、または垂直板からなる震動吸収用連結板が形成されている鋼板等からなる震動吸収体を、ゴム板等の弾性体を介して上下方向に複数個、震動吸収体の震動吸収用連結板の向きを水平方向にずらして連結した構成よりなる。
【０００５】
また、特開２００２−２２７８９８号公報に開示された免振ダンパーは、ダンパー本体に鋼管を用い、その軸方向両端部の基部を残して基部間の中間部をスパイラル状に切り落とし、基部間の中間部に、基部に連続するスパイラル部を形成するものである。
【０００６】
また、特開平９−１８９３４１号公報に開示された三次元振動吸収装置においては、相対する二枚の固定板の間に、半楕円状に湾曲して形成された８本の弾性体の両端を接続・固定する。弾性体の中間部は、放射状でかつ等ピッチに配設する。固定板は、取付の際、設置面に固定し、固定板には支持する機器を取付る。
【０００７】
また、特開２００４−１６９５３３号公報に開示された免震支承装置においては、構築物等の基礎と、この基礎上に支持される構築物とにそれぞれ結合固定される免震支承装置のベースプレートとアッパープレートとの間に、複数の半円形弓状の免震用バネ部材を介し、バネ部材の両端を上下両プレートに固定させることにより免震支承装置として一体となり、地震による水平荷重或いは上下方向からの荷重による変位を吸収して地震による揺れを免震をする構成となる。
【０００８】
また、特開２００３−３１３８８３号公報に開示された発明は、建物の揺れを低減する免震装置であって、建物側に装備する凹面を有する受け穴部と、弾性特性を有する支持棒体とからなり、支持棒体と受け穴部との係合により建物を支持することを特徴とするものである。
【０００９】
また、特開平９−１４４８１０号公報に開示された構造物用３次元免震装置は、水平方向の振動を鉛直方向に積層された積層ゴム体の免震作用で緩和するゴム支承機構と、鉛直方向の振動を鉛直方向に積層された皿バネ積層体の免震作用で緩和する皿バネ支承機構とを備え、皿バネ支承機構に皿バネ積層体に水平方向の振動力が作用しないようにする案内伝達機構と、鉛直方向の静荷重のα％（０≦α＜１００）を支持する荷重支持部材とを設けたものである。
【００１０】
また、特開平６−３４６６２８号公報に開示された３次元免震装置は、一対の対向するフランジと、フランジ間に設置されるバネ材とからなり、一方のフランジの対向するフランジ側に突起が突設され、他方のフランジに突起を鉛直方向に相対移動自在に包囲する筒状の係合部が突設された鉛直免震装置と、積層ゴムからなる２個の水平免震装置とから構成され、水平免震装置が鉛直免震装置の軸方向両側に配置され、鉛直免震装置を上下から挟み込み、各フランジに接合される。
【００１１】
また、特開２０００−１６１４３０号公報に開示された３次元免震装置は、第１部材、第２部材、第１摩擦力発生手段、スプリング手段および第２摩擦力発生手段を備える。スプリング手段は第１部材の円柱部の上端面と第２部材の円板部の下面との間に配設される。第１摩擦力発生手段は、上部構造体に取着された第１摺接部材と、円板部の上面に取着された第２摺接部材とで構成される。第２摩擦力発生手段は、第１部材の円柱部の外周面に取着された第３摺接部材と、第２部材の円筒部の内周面に取着された第４摺接部材とで構成される。
【特許文献１】特開２０００−３３７４３９号公報
【特許文献２】特開平９−１４３４６号公報
【特許文献３】特開２００２−２２７８９８号公報
【特許文献４】特開平９−１８９３４１号公報
【特許文献５】特開２００４−１６９５３３号公報
【特許文献６】特開２００３−３１３８８３号公報
【特許文献７】特開平９−１４４８１０号公報
【特許文献８】特開平６−３４６６２８号公報
【特許文献９】特開２０００−１６１４３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上述した特許文献１においては、１つの構造物の支持を行うのに１０以上のパーツのそれぞれの強度設計が必要であり、さらにそれらをすべて組み合わせたばね定数の動的設計が必要であり、設計および加工に時間と費用とがかかるといった問題点があった。また、コイルバネを利用しているため、高周波数帯域のサージングの問題が避けられないといった問題点もあった。
【００１３】
また、特許文献２において、垂直方向は屈曲板と弾性体とで、水平方向は弾性体で振動のエネルギーを吸収する構造となっており、水平方向については弾性体の力を借りているので、弾性体の耐久性に発明品自体の耐久性が依存するといった問題点があった。また、ばね定数は弾性体の寸法に依存するが、垂直方向と水平方向とが連成するため独立のばね定数設計ができないといった問題点もあった。また、複数のパーツから形成されるため、設計および加工に時間と費用とがかかるといった問題点もあった。
【００１４】
また、特許文献３においては、金属をスパイラル状に加工することが必要であり、加工に多大な費用がかかると共に、ばね定数の設計は多大な数の実験による経験則が必要になるといった問題点があった。
【００１５】
また、特許文献４および特許文献５においては、複数リングの弾性によってばね定数を決定しているため加工が複数必要であり、垂直方向および水平方向のばね定数が連成するので設計が困難になるといった問題点があった。
【００１６】
また、特許文献６においては、多数の皿バネを垂直方向に積層し、その皿ばねの剛性で支持棒を支え、支持する構造体との滑りを調整する方法で横方向のばね定数を決定している。したがって、滑りに対するたわみ量で決定される水平方向のばね定数の設計は経験的に求めるしかなく設計が困難となるといった問題点があった。
【００１７】
また、特許文献７および８においては、金属のばねと防振ゴムとを使用しているため、設計および加工に時間と費用とがかかり、ゴムの耐久性に発明品自体の耐久性が依存するといった問題点があった。
【００１８】
また、特許文献９においては、ばねおよび摩擦力発生手段といった異種のばね機構を組み合わせているため、設計および加工が困難であり、また、摩擦によるばね定数は非線形となって防振設計が非常に困難であるといった問題点があった。
【００１９】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、第１の目的は、１つの金属材料だけを用いることにより、設計加工を容易とした防振装置を提供することである。
【００２０】
第２の目的は、耐久性があり、垂直方向と水平方向とのばね定数を独立して簡単に設計できる防振装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明は、構造物の振動を防止する防振装置であって、構造物および構造物の設置場所のそれぞれに締結される２つのフランジ部と、２つのフランジ部を結合する梁状の首とを含み、２つのフランジ部の少なくとも一方は、えぐることによって膜が形成される。
【００２２】
好ましくは、梁状の首は、付け根にＲがつけられた形状を有する。
【００２３】
好ましくは、膜は、カーブ形状を有する。
【００２４】
好ましくは、梁状の首は、フランジ部の膜が形成される面と同じ面がえぐられる。
【００２５】
好ましくは、防振装置は、２つのフランジ部と梁状の首とを含むばね構造を複数直列に連結した構造を有する。
【００２６】
好ましくは、防振装置は、制振性のある材料によって構成される。
【００２７】
好ましくは、防振装置はさらに、構造物と設置場所との間に設けられる減衰材を含む。
【発明の効果】
【００２８】
本発明は、防振装置が構造物および構造物の設置場所のそれぞれに締結される２つのフランジ部と、２つのフランジ部を結合する梁状の首とで構成されるので、１つの材料で防振装置を構成することが可能となる。
【００２９】
また、２つのフランジ部の少なくとも一方は、えぐることによって膜が形成されるので、垂直方向の振動を吸収することができると共に、垂直方向のばね係数と水平方向のばね係数とを独立して設計することが可能となる。
【００３０】
また、梁状の首が付け根にＲがつけられた形状を有するので、垂直方向のばね係数を変更できると共に、梁状の首の付け根部分の応力の大きさを調整することが可能となる。
【００３１】
また、膜がカーブ形状を有するので、垂直方向の力によって膜に発生する応力を低減することが可能となる。
【００３２】
また、梁状の首は、フランジ部の膜が形成される面と同じ面がえぐられるので、梁状の首の付け根に集中していた応力を分散することが可能となる。
【００３３】
また、防振装置が２つのフランジ部と梁状の首とを含むばね構造を複数直列に連結した構造を有するので、１つ１つのばね構造が堅い場合であっても、柔らかいばねを構成することが可能となる。
【００３４】
また、防振装置が制振性のある材料によって構成されるので、共振周波数における振幅の増大を小さくすることが可能となる。
【００３５】
また、防振装置がさらに構造物と設置場所との間に設けられる減衰材を含むので、制振性のない材料でばねを構成した場合でも、共振周波数における振幅の増大を小さくすることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態における防振装置の断面図である。この防振装置は、２つのフランジ１と、２つのフランジ１の中央部を結合する梁状の首４とを含む。一方のフランジ１の周囲部分には構造物と結合するためのボルト締結部２が設けられ、ボルトによって構造物と防振装置とが剛に結合される。
【００３７】
また、他方のフランジ１の周囲部分には構造物を設置する地面と結合するためのボルト締結部２が設けられ、ボルトによって防振装置と地面とが剛に結合される。２つのフランジ１、またはどちらか一方のフランジ１はボルト締結部２から中央寄りにえぐられており、膜３が形成されている。
【００３８】
２つのフランジ１の中央部が梁状の首４で結合されている。この形状は、たとえばフランジ１の直径を有する棒を削りだして形成することもできるし、フランジ１と首４とを別々に作成して溶接することにより形成することもできる。
【００３９】
このような構成にすることによって、構造物と地面との振動がそれぞれ上下のフランジ１のボルト締結部２の振動と同一となり、フランジ１に振動に応じた垂直方向または水平方向の力が発生する。
【００４０】
垂直方向の力はフランジ１の膜３に対して働くので、膜３の厚さと膜３の半径とで決定されるバネ力が生じる。また、水平方向の力によって、首４に対して曲げの力が働くので、首４の断面２次モーメントと首４の長さとで決定されるばね力が生じる。この両方のばねと構造物の重量とで決定される共振周波数以上で地面から構造物または構造物から地面へ伝達される振動を遮断することができる。
【００４１】
フランジ１をえぐることで形成される膜３を上下のフランジ１のいずれか一方に形成した場合は、形成された側の膜３のばね定数が垂直方向のばね定数となる。また、上下ともに膜３を形成した場合は、上部の膜３によるばね定数をｋ１、下部の膜３によるばね定数をｋ２とすると、（ｋ１×ｋ２）/（ｋ１＋ｋ２）で表されるように２つのばねを直列結合したものがばね定数となる。
【００４２】
膜３の半径をａ、首３の半径をｂ、縦弾性係数をＥ、膜の厚さをｈ、ａとｂとの比率で計算される材料力学の定数をαとすると、この防振装置の膜３による垂直方向のばね定数ｋｚは次式で表わすことができる。
【００４３】
【数１】

【００４４】
また、首４の断面２次モーメントをＩ、首４の長さをｌとすると、この防振装置の首４による水平方向のばね定数ｋｘｙは次式で表わすことができる。
【００４５】
【数２】

【００４６】
このように、独立した寸法設計で垂直方向と水平方向とのばね定数を容易に設計することができる。
【００４７】
図２は、本発明の第１の実施の形態における防振装置を用いて構造物を支持したところの一例を示す図である。防振装置６の一方のフランジ１がボルト締結部２を介して構造物５に結合され、防振装置６の他方のフランジ１がボルト締結部２を介して地面に結合される。構造物５の重量をＭとすると、防振装置６のばね定数Ｋによって１自由度の共振が生じる。共振周波数ｆ０は次式で表わすことができる。
【００４８】
【数３】

【００４９】
図３は、本発明の第１の実施の形態における防振装置６を用いて防振した場合の構造物５の振動加速度応答を示す図である。図３において、太線は地面７の加速度、細線は構造物５の加速度応答を示している。共振周波数ｆ０は１１０Ｈｚであり、それ以上の周波数で構造物５の加速度応答は減少し、２００Ｈｚ以上で防振できているのが分かる。
【００５０】
以上説明したように、本実施の形態における防振装置によれば、２つのフランジ１と、２つのフランジ１の中央部を結合する梁状の首４とによって構成され、少なくともフランジ１の一方の中央部分をえぐることによって膜３を形成するようにしたので、単一の金属材料で構成することができ、安価に防振装置を製造することが可能となった。
【００５１】
また、フランジ１の膜３によるばね作用によって垂直方向の振動を吸収し、首４によるばね作用によって水平方向の振動を吸収するので、垂直方向と水平方向とで独立して容易にばね定数を設計することが可能となった。
【００５２】
また、設置空間の大きさを問わずに防振装置を形成することが可能となった。
【００５３】
（第２の実施の形態）
図４は、本発明の第２の実施の形態における防振装置の断面図である。この防振装置は、第１の実施の形態において説明した防振装置の構成に加えて、首４の付け根にＲ（８）をつけたものである。このＲによって、ばね定数ｋｚの大きさを変更できると共に、首４の付け根部分の応力の大きさを調整することが可能となる。
【００５４】
（第３の実施の形態）
図５は、本発明の第３の実施の形態における防振装置の断面図である。この防振装置は、上下のフランジ１をえぐって膜３を形成する際、膜３にカーブ９をつけたものである。このカーブ９によって、垂直方向に力がかかったとき膜３に発生する応力を低減でき、第１の実施の形態における防振装置と同じ特性を持ちながら、強度の高いばねを設計することが可能となる。
【００５５】
図９は、本発明の第１の実施の形態における防振装置に垂直方向の力を加えた場合の応力計算結果を示す図である。図９（ｂ）に示すように、首４の付け根部分に応力が集中しており、この部分で破断する確率が非常に高くなっている。なお、図９（ａ）は、第１の実施の形態における防振装置の応力計算モデルを示している。
【００５６】
図１０は、本発明の第３の実施の形態における防振装置に垂直方向の力を加えた場合の応力計算結果を示す図である。図１０（ｂ）に示すように、第１の実施の形態において首４の付け根に集中していた応力が、第３の実施の形態においては膜３につけたカーブ９の部分にも見られる。このように、第１の実施の形態に比べて応力が分散しており、第１の実施の形態に比べて破断の確率が低くなっているのが分かる。なお、図１０（ａ）は、第３の実施の形態における防振装置の応力計算モデルを示している。
【００５７】
（第４の実施の形態）
図６は、本発明の第４の実施の形態における防振装置の断面図である。この防振装置は、第３の実施の形態において説明した防振装置の構成に加えて、上下のフランジ１をえぐって膜３を形成する際、首４の部分もえぐったものである。この首４の抉り１０によって、首４と膜３との間に発生する応力を低減することができる。
【００５８】
図１１は、本発明の第４の実施の形態における防振装置に垂直方向の力を加えた場合の応力計算結果を示す図である。図１１（ｂ）に示すように、第１の実施の形態において首４の付け根に集中していた応力が、第４の実施の形態においては膜３につけたカーブ９の部分にも見られ、さらに膜３に発生する応力レベルが第３の実施の形態よりも小さくなっているのが分かる。したがって、第３の実施の形態に比べて破断の確率が低くなっている。なお、図１１（ａ）は、第４の実施の形態における防振装置の応力計算モデルを示している。
【００５９】
（第５の実施の形態）
図７は、本発明の第５の実施の形態における防振装置の断面図である。この防振装置は、第１〜第４の実施の形態において説明したばねを複数直列に結合したものである。このような構成にすることにより、１つのばねが堅い場合でも複数結合することによって柔らかいばねを形成することができる。１つ１つのばねが堅いので、本実施の形態における防振装置は強度的に有利な構成となる。
【００６０】
（第６の実施の形態）
第１〜第５の実施の形態において説明した防振装置の材料は何であっても構わない。たとえば、Ｍ２０５２などの制振合金のような制振性のある材料を防振装置に用いた場合、共振周波数における振幅の増大を小さくすることができる。
【００６１】
図８は、制振性のある材料を防振装置に用いることができない場合において、構造物を支持する方法の一例を示す図である。図８に示すように、たとえばノンブレンなどの減衰材１１を、構造物５と地面７との間に、防振装置６と並列に配置する。このように構成することによって、制振性のない材料を用いて防振装置を構成した場合でも、共振周波数における振幅の増大を小さくすることが可能となる。
【００６２】
今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の第１の実施の形態における防振装置の断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態における防振装置を用いて構造物を支持したところの一例を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態における防振装置６を用いて防振した場合の構造物５の振動加速度応答を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態における防振装置の断面図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態における防振装置の断面図である。
【図６】本発明の第４の実施の形態における防振装置の断面図である。
【図７】本発明の第５の実施の形態における防振装置の断面図である。
【図８】制振性のある材料を防振装置に用いることができない場合において、構造物を支持する方法の一例を示す図である。
【図９】本発明の第１の実施の形態における防振装置に垂直方向の力を加えた場合の応力計算結果を示す図である。
【図１０】本発明の第３の実施の形態における防振装置に垂直方向の力を加えた場合の応力計算結果を示す図である。
【図１１】本発明の第４の実施の形態における防振装置に垂直方向の力を加えた場合の応力計算結果を示す図である。
【符号の説明】
【００６４】
１フランジ、２ボルト締結部、３膜、４首、５構造物、６防振装置、７地面、８Ｒ、９膜のカーブ、１０首の抉り、１１減衰材。

【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造物の振動を防止する防振装置であって、
前記構造物および前記構造物の設置場所のそれぞれに締結される２つのフランジ部と、
前記２つのフランジ部を結合する梁状の首とを含み、
前記２つのフランジ部の少なくとも一方は、えぐることによって膜が形成される、防振装置。
【請求項２】
前記梁状の首は、付け根にＲがつけられた形状を有する、請求項１記載の防振装置。
【請求項３】
前記膜は、カーブ形状を有する、請求項１記載の防振装置。
【請求項４】
前記梁状の首は、前記フランジ部の膜が形成される面と同じ面がえぐられる、請求項１記載の防振装置。
【請求項５】
前記防振装置は、前記２つのフランジ部と前記梁状の首とを含むばね構造を複数直列に連結した構造を有する、請求項１記載の防振装置。
【請求項６】
前記防振装置は、制振性のある材料によって構成される、請求項１〜５のいずれかに記載の防振装置。
【請求項７】
前記防振装置はさらに、前記構造物と前記設置場所との間に設けられる減衰材を含む、請求項１〜５のいずれかに記載の防振装置。

【図１】