(57)【要約】【課題】  構造物に伝達する衝撃エネルギーを吸収して衝撃や振動を十分緩和させる圧入式衝撃緩衝装置及び複合型衝撃緩衝構造を提供する。【解決手段】  圧入式衝撃緩衝装置である切削式ショックマウント１は、シリンダ４と、シリンダ４の内径より大きい直径のピン５がシリンダ４に嵌合されて構成され、衝撃を受けると、ピン５がシリンダ４内部に圧入されてその衝撃を吸収する。  また、複合型衝撃緩衝構造は、衝撃緩衝装置（空気バネ３等）と、切削式ショックマウント１とを組み合わせて構成することで、地震時に発生する大きな衝撃や振動から平常時に発生する交通振動等の小さな衝撃や振動にわたってそれらの衝撃や振動を吸収することが可能になる。【選択図】        図３
2006170264.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属製薄肉円筒と、
前記金属製薄肉円筒の内径より大きい直径を有する金属製ピンとで構成され、
前記金属製ピンは前記金属製薄肉円筒の上部から前記金属製薄肉円筒の内側に嵌合されており、
衝撃を受けた際、
前記金属製ピンが前記金属製薄肉円筒を押し広げつつ下方に押し込まれるように構成されている
ことを特徴とする圧入式衝撃緩衝装置。
【請求項２】
前記金属製ピンが前記金属製薄肉円筒の内面を削りつつ下方に押し込まれるように構成されている
ことを特徴とする請求項１記載の圧入式衝撃緩衝装置。
【請求項３】
あらかじめ設定された値以下の衝撃を吸収する衝撃緩衝装置と、
あらかじめ設定された値を越えたとき前記衝撃緩衝装置と共働して衝撃を吸収する前記圧入式衝撃緩衝装置とを、
構造物と前記構造物の荷重を支えるための基盤との間に備える
ことを特徴とする複合型衝撃緩衝構造。
【請求項４】
前記第２衝撃緩衝装置が弾性体である
ことを特徴とする請求項２記載の複合型衝撃緩衝構造。
【請求項５】
前記弾性体が空気バネである
ことを特徴とする請求項４記載の複合型衝撃緩衝構造。
【請求項６】
前記弾性体が金属塑性マウントである
ことを特徴とする請求項４記載の複合型衝撃緩衝構造。
【請求項７】
前記弾性体が積層ゴムである
ことを特徴とする請求項４記載の複合型衝撃緩衝構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、衝撃や振動から生じるエネルギーを吸収する圧入式衝撃緩衝装置に関する。また、複数の衝撃緩衝装置で構成する複合型衝撃緩衝構造に関し、特に建物及びビル等の建造物の耐震・免震構造や落石対策、キャスクへの衝撃緩衝、海上構造物の緩衝、船舶の甲板構造、装置類の衝撃緩和等の広い分野に使用できる複合型衝撃緩衝構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
基盤（構造物を設置する床面や地面、机、車体等）に衝撃が加わると、通常その衝撃の大きさに応じた衝撃加速度が発生する。また、その基盤の上に構造物（家屋やビル等の建造物、発電機や輪転機、プレス機、大型コンピュータ、パーソナルコンピュータ、一般家電製品の機器装置を含む）があれば、通常その構造物にも衝撃加速度が伝達する。
一方、構造物の中にはそれ自体で振動を発生する発電機や輪転機、プレス機等の装置がある。これらの装置から発生した振動が他の構造物にも伝達してしまうことがある。
このような衝撃や振動の衝撃エネルギーが構造物に伝達すると、その衝撃エネルギーの大きさに応じて加速度応答や変位がその構造物に生じて大きな被害や損害を及ぼすことになる。
【０００３】
そこで、これらの加速度応答や変位を緩和させるために、従来から図７Ａに示す防振ゴムや図８Ａに示す金属塑性マウント（ｙｉｅｌｄｉｎｇ  ｓｔｒａｐ）である板バネを用いて発生する衝撃や振動を弾性的に緩和する衝撃緩衝装置が開示されている（例えば、特許文献１、２参照）。これらの衝撃緩衝装置は、基盤と構造物との間に設置され、発生した衝撃や振動を吸収して構造物を保護するようになっている。また、図７Ｂ及び図８Ｂに示すグラフは、荷重変位曲線（縦軸に荷重、横軸に変位）を示しており、各衝撃緩衝装置が吸収することのできるエネルギーの量を示している。この荷重変位曲線で囲まれている範囲（ａ及びｂ）が吸収することのできるエネルギーの量である。これらの衝撃緩衝装置は、構造物に伝達される上下方向の衝撃や振動を主に吸収するようになっている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３４００９１号公報（図１、図２）
【特許文献２】特開２００１−３２９７１８号公報（図９）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
防振ゴムや金属塑性マウント等を用いた衝撃緩衝装置は、大きな衝撃荷重を減少させることはできる。しかしながら、地震時に発生するような水平方向の振動が作用すると、その振動に併せてそれらの衝撃緩衝装置自体も振動してしまう。防振ゴムを用いた衝撃緩衝装置では、図７Ｂに示す面積ａが小さいために吸収することのできるエネルギー量は少ない。これは、発生する加速度応答を有効に減少させることができないことを意味している。また、変位が大きくなると反力が急激に増大して構造物を破壊してしまうこともある。
【０００６】
金属塑性マウントを用いた衝撃緩衝装置では、図８Ｂに示す面積ｂは図７Ｂに示す面積ａに比べて大きいために吸収することのできるエネルギー量は防振ゴムを用いた衝撃緩衝装置に比べて大きい。しかしながら、変位が増大して塑性域に入ると衝撃荷重が急激に低下してしまう。
【０００７】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、構造物に伝達する衝撃エネルギーを吸収して衝撃や振動を十分に緩和させる圧入式衝撃緩衝装置及び複合型衝撃緩衝構造を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る圧入式衝撃緩衝装置は、金属製薄肉円筒と、前記金属製薄肉円筒の内径より大きい直径を有する金属製ピンとで構成され、前記金属製ピンは前記金属製薄肉円筒の上部から前記金属製薄肉円筒の内側に嵌合されており、衝撃を受けた際、前記金属製ピンが前記金属製薄肉円筒を押し広げつつ下方に押し込まれるように構成されていることを特徴とする。
【０００９】
また本発明に係る複合型衝撃緩衝構造は、あらかじめ設定された値以下の衝撃を吸収する衝撃緩衝装置と、あらかじめ設定された値を越えたとき前記衝撃緩衝装置と共働して衝撃を吸収する前記圧入式衝撃緩衝装置とを、構造物と前記構造物の荷重を支えるための基盤との間に備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る圧入式衝撃緩衝装置は、金属製薄肉円筒に嵌合されている金属製ピンが衝撃を受けるとその金属製薄肉円筒内部に圧入されることによりその衝撃を吸収するので、押し込みが開始されてからの荷重が一定となり荷重低下することなく、衝撃エネルギーを安定して吸収することが可能になる。また、反力が急激に増減することがないので、安定した反力を得ることが可能になり、支持している構造物を破壊することもない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
実施の形態１
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態１について説明する。
図１は、本発明の実施の形態１に係る圧入式衝撃緩衝装置の概略図である。ここでは、圧入式衝撃緩衝装置が切削式ショックマウント１である場合を例に示す。切削式ショックマウント１は、シリンダ４（金属製薄肉円筒）とピン５（金属製ピン）とで構成されている。ピン５の直径はシリンダ４の内径よりも大きく設定されており、シリンダ４に嵌合されている。なお、ピン５はシリンダ４に隙間無く嵌合するように円柱形状のもので構成するのが好ましい。例えば、ピン５をピストンのようなもので構成するとよい。
【００１２】
一方、シリンダ４は、ピン５の押圧力で内面が切削されながら拡径するような性質を有する材料で構成するとよい。なお、シリンダ４を弾性に優れた材質で構成し、その弾性でピン５が押し込まれることが可能であれば、シリンダ４の内面が必ずしも削られる必要はない。
【００１３】
次に、切削式ショックマウント１で衝撃を吸収する作用について説明する。切削式ショックマウント１は、衝撃を受けるとその衝撃によりピン５がシリンダ４内に押し込まれる。そして、ピン５はシリンダ４の内面を削りながら下方に進行してその衝撃を吸収するようになっている。このようにして、衝撃を吸収するので、ピン５の押し込みが開始されてからの荷重は一定となり、荷重低下を招くことなく安定したエネルギー吸収力を発揮することが可能になる。なお、切削式ショックマウント１は特に大きな衝撃を受けた場合にその効果が発揮される。
【００１４】
また、衝撃を受けてシリンダ４内部に押し込まれたピン５は、その後シリンダ４の有する弾性で元の位置に戻ろうとする。小さな衝撃を受けた場合であれば、ピン５は設置当初の元の位置まで戻り、次回の衝撃に備えることが可能である。しかしながら、大きな衝撃を受けた場合であれば、ピン５はシリンダ４の底面部にまで到達していることもあり、設置当初の元の位置まで戻らないということも想定できる。したがって、衝撃の大小を問わず、衝撃を受けた後は安全上の観点からも切削式ショックマウント１を点検することが望ましい。また、この点検でピン５の位置に変化があれば切削式ショックマウント１を交換するとよい。
【００１５】
図２は、切削式ショックマウント１のエネルギー吸収特性を示す説明図である。切削式ショックマウント１の吸収できる衝撃エネルギーは、グラフに示す荷重変位曲線で囲まれている部分の面積Ａで表される。すなわち、切削式ショックマウント１は、従来の防振ゴムを用いた衝撃緩衝装置（図７Ｂで示すａ）や金属塑性マウントを用いた衝撃緩衝装置（図８Ｂで示すｂ）と比較して大きな衝撃エネルギーを吸収することができる。また、衝撃から生じる荷重を一定に維持することができるので、荷重低下を招くことが無い。さらに、反力が急激に増減することがないので、安定した反力を得ることが可能になっている。なお、この切削式ショックマウント１は上下方向の衝撃や振動を特に吸収するようになっている。
【００１６】
実施の形態２
図３は、本発明の実施の形態２に係る複合型衝撃緩衝構造２の全体概略図である。ここでは、実施の形態１に示した圧入式衝撃緩衝装置である切削式ショックマウント１と衝撃緩衝装置である空気バネ３とを組み合わせて複合型衝撃緩衝構造２を構成した場合を例に示している。空気バネ３は、防振性能と耐久性能とを有する防振材である。また、空気バネ３は水平方向及び上下方向の衝撃や振動を吸収する機能を有している。したがって、空気バネ３を切削式ショックマウント１と組み合わせることで上下方向のみならず水平方向の衝撃や振動をより効果的に安定して吸収することが可能になる。
【００１７】
すなわち、平常時に発生するような小さな衝撃や微小振動には、空気バネ３のみが対応して、大きな衝撃や振動には空気バネ３と切削式ショックマウント１とが共働して対応するようになっている。こうすることで、空気バネ３のみで衝撃や振動を吸収する場合に比べて、変位を約４割、衝撃加速度を約５割減少させることが可能となった。これより、切削式ショックマウント１は空気バネ３のみでは吸収できないような大きな衝撃や振動を吸収することが可能であり、発生する衝撃の大きさに伴い役割を明確に分担しているのが分かる。
【００１８】
実施の形態２では、切削式ショックマウント１と空気バネ３とを組み合わせた複合型衝撃緩衝構造２を例に説明したが、本発明はこれに限定するものではない。例えば、切削式ショックマウント１と他の弾性体（板バネ、コイルバネ等の金属塑性マウントあるいは積層ゴム等）とを組み合わせて構成しても構わない。なお、複合型衝撃緩衝構造２の組み合わせは、複合型衝撃緩衝構造２を設置する場所や衝撃の大きさの範囲を想定して決定するとよい。
【００１９】
また、切削式ショックマウント１と空気バネ３との配置関係は特に限定するものではないが、構造物の大きさや設置される場所等の関係を考慮して配置を決めるとよい。さらに、切削式ショックマウント１と空気バネ３との個数も特に限定するものではなく、構造物の大きさや設置される場所等の関係で決定すればよい。
【００２０】
図４は、複合型衝撃緩衝構造２の具体的な使用例を示す説明図である。ここでは、複合型衝撃緩衝構造２が家屋やビル等の建造物が建てられる構造物である免震床１０とそれらの荷重を支える基盤である土台２０との間に採用されている場合を例に示している。この免震床１０の上部に図示省略の家屋やビル等の建造物が建てられる。土台２０は、建てられる建造物と免震床１０との重量荷重を支える基盤である。
【００２１】
複合型衝撃緩衝構造２を構成する切削式ショックマウント１と空気バネ３とは、少なくとも免震床１０と土台２０のいずれか一方に固定し、所定の間隔で複数配置するとよい。配置する間隔と個数とは、建造物の大きさや免震床１０の面積等で決定するとよい。切削式ショックマウント１や空気バネ３を固定しないと、衝撃や振動でそれらの位置が変わってしまい、十分に免震機能を果たすことができなくなってしまうからである。
【００２２】
次に、複合型衝撃緩衝構造２の衝撃を吸収する具体的な作用について説明する。小さな地震や交通等による衝撃や振動が発生した場合には、衝撃緩衝装置である空気バネ３がその衝撃や振動を吸収して免震するようになっている。
地震等により大きな衝撃が発生した場合には、複合型衝撃緩衝構造２を構成する切削式ショックマウント１と空気バネ３とが共働してその大きな衝撃や振動を吸収して免震するようになっている。切削式ショックマウント１は上述したように上下方向の大きな衝撃や振動を特に吸収し、空気バネ３は大きな衝撃や振動に伴い発生する上下方向の小さな衝撃や振動及び水平方向の衝撃や振動を吸収し、それぞれ役割が分担されている。
【００２３】
このように衝撃や振動を吸収するので、荷重低下を招くこと無く、安定した反力が得られ、大きな衝撃や振動から生ずる衝撃エネルギーを十分に吸収することができる。したがって、このような特性をもった切削式ショックマウント１と弾性体とを組み合わせて複合型衝撃緩衝構造２を構成することで、地震等の大きな衝撃や振動から交通振動等の小さな振動にわたって免震することが可能になる。また、安全性の観点から定期的に複合型衝撃緩衝構造２を点検・交換するのが望ましい。
【００２４】
図５は、複合型衝撃緩衝構造２の別の具体的な使用例を示す説明図である。ここでは、複合型衝撃緩衝構造２は、キャスク５０を輸送するトラックや船舶等の荷台２１に使用されている場合を例に示している。複合型衝撃緩衝構造２を構成する切削式ショックマウント１と空気バネ３とは、構造物である免震材１１と基盤である荷台２１との間に設置されている。
【００２５】
キャスク５０は、使用済み核燃料を貯蔵・運搬する容器である。免震材１１は、キャスク５０が落下しないように保持するものである。なお、免震材１１はそれ自体が柔軟性の優れた性能を有する材料で構成することが好ましい。荷台２１は、トラックや船舶等の荷台である。キャスク５０は、運搬時や取扱い時に生じる振動や、事故等で生じる衝撃等を緩和しながら輸送されることが好ましい。そこで、複合型衝撃緩衝構造２を荷台２１に採用して、そのような衝撃や振動を吸収できるようにしている。
【００２６】
キャスク５０は、慎重かつ安全に取り扱わなければならない。それは、キャスク５０が損傷したり破損したりすると、この中に収納されている使用済み核燃料が漏洩することになるからである。キャスク５０自体を、衝撃や振動を受けにくい頑丈な構造にすることは重要であるが、キャスク５０の輸送に伴う衝撃や振動を緩和することも重要である。そこで、車両等に起因して発生する衝撃や振動を複合型衝撃緩衝構造２で吸収してそれらがキャスク５０に伝達しないようにしている。この衝撃や振動を吸収する作用は、上述したものと同様である。また、安全性の観点から定期的に複合型衝撃緩衝構造２を点検・交換するのが望ましい。
【００２７】
図６は、複合型衝撃緩衝構造２のさらに別の具体的な使用例を示す説明図である。ここでは、複合型衝撃緩衝構造２は、山沿いの道路に架設した屋根に使用されている場合を例に示している。複合型衝撃緩衝構造２を構成する切削式ショックマウント１と空気バネ３とは、構造物である衝撃緩和屋根１２と基盤である屋根土台２２との間に設置されている。
【００２８】
一般に、山沿いの路面６０は、山の斜面を切除して平面上に建設される。そして、この路面６０の一端である山側に壁７０を建設するとともに、他の一端である谷側に支柱８０を複数建設し、壁７０と支柱８０との上端部位に屋根土台２２を架設し、その屋根土台２２と衝撃緩和屋根１２との間に複合型衝撃緩衝構造２を採用したものである。
【００２９】
この衝撃緩和屋根１２に落石があった場合は、落石の衝撃の大きさによって複合型衝撃緩衝構造２を構成する切削式ショックマウント１と空気バネ３とが共働してその衝撃を吸収するようになっている。すなわち、落石が小さいものであれば衝撃も小さく空気バネ３のみで衝撃を吸収し、落石が大きいものであれば衝撃も大きく空気バネ３と切削式ショックマウント１とが共働して衝撃を吸収する。したがって、落石の大きさにかかわらずに衝撃エネルギーを吸収し、落石のリバウンド動作を阻止することが可能になっている。
【００３０】
上記実施の形態では、建造物の免震構造やキャスクの衝撃を緩和する対策、落石対策に複合型衝撃緩衝構造２が採用される場合を例に説明したが、それらに限定するものではない。例えば、船舶の甲板構造に用いて振動を緩和する対策や振動を発生する装置類の振動を緩和する対策、海上構造物の振動を緩衝する対策等に複合型衝撃緩衝構造２を採用しても構わない。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施の形態１に係る圧入式衝撃緩衝装置の概略図である。
【図２】切削式ショックマウントのエネルギー吸収特性を示す説明図である。
【図３】本発明の実施の形態２に係る複合型衝撃緩衝構造の全体概略図である。
【図４】複合型衝撃緩衝構造の具体的な使用例を示す説明図である。
【図５】複合型衝撃緩衝構造の別の具体的な使用例を示す説明図である。
【図６】複合型衝撃緩衝構造のさらに別の具体的な使用例を示す説明図である
【図７Ａ】防振ゴムを用いた衝撃緩衝装置の従来例を示す概略図である。
【図７Ｂ】図７Ａの衝撃緩衝装置のエネルギー吸収特性を示す説明図である。
【図８Ａ】金属塑性マウントを用いた衝撃緩衝装置の従来例を示す概略図である。
【図８Ｂ】図８Ａの衝撃緩衝装置のエネルギー吸収特性を示す説明図である。
【符号の説明】
【００３２】
１  切削式ショックマウント、２  複合型衝撃緩衝構造、３  空気バネ、４  シリンダ、５  ピン、１０  免震床、１１  免震材、１２  衝撃緩和屋根、２０  土台、２１  荷台、２２  屋根土台、５０  キャスク、６０  路面、７０  壁、８０  支柱。
【図１】
2006170264.tif 000003
【図２】
2006170264.tif 000004
【図３】
2006170264.tif 000005
【図４】
2006170264.tif 000006
【図５】
2006170264.tif 000007
【図６】
2006170264.tif 000008
【図７Ａ】
2006170264.tif 000009
【図７Ｂ】
2006170264.tif 000010
【図８Ａ】
2006170264.tif 000011
【図８Ｂ】
2006170264.tif 000012