(57)【要約】【課題】航空機衝突に起因する高周波振動と地震に起因する低周波振動が対象機器に伝達されることを抑制可能な防振装置を提供する。【解決手段】対象機器の筐体１０のうち部品を収容する収容部１２より水平方向Ｈ１の外側に突出しているベース１５と、固定構造物すなわち床５及び基部２１に対して筐体１０を支持しており、且つ弾性変形可能な支持用弾性体２７を有する。さらに防振装置は、ベース１５と距離をあけて配置されており、支持用弾性体２７の弾性変形により筐体１０が変位したときにベース１５との間に生じる力により筐体１０の変位を制限するストッパー３１，３３，３５を有する。【選択図】図１
2018066432.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象機器の筐体のうち部品を収容する収容部より水平方向外側に突出しているベースと、
固定構造物に対して前記筐体を支持しており、且つ弾性変形可能な支持用弾性体と、
前記ベースと距離をあけて配置されており、前記支持用弾性体の弾性変形により前記筐体が変位したときに当該ベースとの間に生じる力により当該筐体の変位を制限するストッパーと、
を備えることを特徴とする防振装置。
【請求項２】
前記ストッパーは、前記筐体が所定の距離、変位したときに、前記ベースと当接するように配置されている
ことを特徴とする請求項１に記載の防振装置。
【請求項３】
前記ストッパーと前記ベースとの間に配置されており、弾性変形することにより当該ストッパーと当該ベースとの間に生じる衝撃を緩和可能な緩衝体を、
さらに備えることを特徴とする請求項１に記載の防振装置。
【請求項４】
前記緩衝体は、
前記ストッパーと前記ベースとの間において積層された複数の層を含み、
各層は、当該ベースから当該ストッパーに向かう方向に所定の圧縮荷重を負荷したときの当該方向の弾性変形量が異なる
ことを特徴とする請求項３に記載の防振装置。
【請求項５】
前記ストッパーは、
前記ベースと鉛直方向に距離をあけて配置されており、前記筐体の揺動を制限可能な揺動制限用ストッパーを含む
ことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の防振装置。
【請求項６】
前記揺動制限用ストッパーは、
前記ベースから鉛直方向下側に距離をあけて配置されている下側ストッパーと、
前記ベースから鉛直方向上側に距離をあけて配置されている上側ストッパーと、
のうち少なくとも一方を含む
ことを特徴とする請求項５に記載の防振装置。
【請求項７】
前記ストッパーは、
前記ベースから水平方向外側に距離をあけて配置されており、前記筐体の水平動を制限可能な外側ストッパーを、含む
ことを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の防振装置。
【請求項８】
前記対象機器は、前記支持用弾性体のみを介して前記筐体が前記固定構造物に対して支持されており且つ当該筐体が変位しても前記ストッパーからの反力を受けない場合の固有振動数が、３０Ｈｚ未満となるように構成されている
ことを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載の防振装置。
【請求項９】
前記対象機器は、前記支持用弾性体のみを介して前記筐体が前記固定構造物に対して支持されており且つ前記ベースが前記ストッパーと当接して当該ストッパーからの反力を受ける場合の固有振動数が、２０Ｈｚを超えるように構成されている
ことを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか一項に記載の防振装置。
【請求項１０】
前記固有振動数には、上下並進運動の固有振動数と、ロッキング１次振動の固有振動数と、ロッキング２次振動の固有振動数が含まれている
ことを特徴とする請求項８に記載の防振装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、機器の振動を抑制する防振装置に関し、特に、固定構造物からの振動が機器に伝達されることを抑制する防振装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力プラント等にある建屋には、一般的に制御盤や電源盤等の機器が設けられている。このような機器は、一般的に多数の部品を収容する筐体を有している。このような筐体は、建屋等の固定構造物に結合されている場合がある。原子力プラントの建屋等は、一般的に耐震性を考慮して高い剛性の固定構造物として設計されている。
【０００３】
また、原子力プラント等においては、航空機が建屋等の固定構造物に衝突した場合であっても、制御盤や電源盤等の機器の健全性を維持することが求められている。航空機が建屋に衝突したとき、建屋の壁や床を介して機器に伝わる振動は、地震動に比べて高い周波数成分を有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】２００８−１５７４０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
電子部品を収容した筐体が、建屋等の固定構造物に直接に結合されている場合、比較的高い周波数の振動は、固定構造物から直接筐体に伝達される。このような高い周波数の振動が、筐体の内部にある部品に伝達されると、当該部品の機能が失われる虞があり、制御盤や電源盤等が故障する虞もある。
【０００６】
特に、原子力プラントの建屋等の固定構造物においては、航空機の衝突に起因する高い周波数の振動が、制御盤や電源盤等の機器に伝達されることを抑制する必要があり、より詳細には、高い周波数の振動が、内部に部品を収容する筐体に伝達されることを抑制する必要がある。
【０００７】
筐体の内部に部品が収容された機器においては、航空機衝突に起因する高周波振動と、地震に起因する低周波振動が固定構造物に生じたときに、これら振動が、防振対象である機器（以下、対象機器と記す）の筐体に伝達されることを抑制する技術が要望されている。
【０００８】
本発明の実施形態は、上記事情に鑑みてなされたものであって、航空機衝突に起因する高周波振動と地震に起因する低周波振動から対象機器に伝達されることを抑制可能な防振装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述の目的を達成するため、本発明の実施形態の防振装置は、対象機器の筐体のうち部品を収容する収容部より水平方向外側に突出しているベースと、固定構造物に対して前記筐体を支持しており、且つ弾性変形可能な支持用弾性体と、前記ベースと距離をあけて配置されており、前記支持用弾性体の弾性変形により前記筐体が変位したときに当該ベースとの間に生じる力により当該筐体の変位を制限するストッパーと、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の実施形態によれば、航空機衝突に起因する高周波振動や、地震に起因する低周波振動が固定構造物に生じた場合であっても、これら振動が対象機器に伝達されることを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１の実施形態の防振装置の構成を示す断面立面図であり、図３のI−I線による断面図である。
【図２】第１の実施形態の防振装置のうちストッパーとその周辺の構成を示す拡大断面図であり、図１に破線Ｅで示す部分の拡大断面図である。
【図３】第１の実施形態の防振装置の構成を示す上面図である。
【図４】筐体のロッキング１次振動について説明する説明図である。
【図５】筐体のロッキング２次振動について説明する説明図である。
【図６】筐体の上下並進振動について説明する説明図である。
【図７】第１の実施形態の防振装置において、航空機衝突に起因する高周波振動（上下並進振動）が生じた場合について説明する図であり、ストッパーとその周辺の構成を示す拡大断面図である。
【図８】第１の実施形態の防振装置において、地震に起因する低周波振動が生じた場合について説明する図であり、防振装置の全体構成を示す断面立面図である。
【図９】第１の実施形態の防振装置において、地震に起因する低周波振動が生じた場合について説明する図であり、ストッパーとその周辺の構成を示す拡大断面図である。
【図１０】支持用弾性体のみを介して筐体が固定構造物に対して支持されており且つ当該筐体がストッパーからの反力を受けない場合の電子機器の固有振動数の設定手法を説明するための解析モデルを示す模式図である。
【図１１】支持用弾性体のみを介して筐体が固定構造物に対して支持されており且つ当該筐体がストッパーからの反力を受けない場合の電子機器の固有振動数と加速度応答スペクトルとの関係を示すグラフである。
【図１２】支持用弾性体のみを介して筐体が固定構造物に対して支持された電子機器の固有振動数の設定手法を説明するための解析モデルであって、筐体のベースが揺動制限用ストッパーに当接して当該ストッパーからの反力を受ける場合の解析モデルを示す模式図である。
【図１３】筐体のうちベースの鉛直方向の変位と、当該筐体のベースがストッパーと当接したときに当該ストッパーから受ける鉛直方向の反力について説明するグラフである。
【図１４】筐体のうちベースの水平方向の変位と、当該筐体のベースがストッパーと当接したときに当該ストッパーから受ける水平方向の反力について説明するグラフである。
【図１５】支持用弾性体のみを介して筐体が固定構造物に対して支持されており、当該筐体のベースが揺動制限用ストッパーに当接して当該ストッパーからの反力を受ける場合の電子機器の固有振動数と加速度応答スペクトルとの関係を示すグラフである。
【図１６】第２の実施形態の防振装置の構成を示す断面立面図であり、ベースとストッパーが緩衝体を介して結合されている態様を示す拡大断面図である。
【図１７】第２の実施形態の防振装置の変形例の緩衝体とその周辺の構成を示す断面図であり、図１６に破線Ｅ３で囲う部分の拡大断面図である。
【図１８】第３の実施形態の防振装置の構成を示す断面立面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下に説明する実施形態により、本発明が限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
【００１３】
〔第１の実施形態〕
本実施形態の防振装置の構成について図１〜図３を参照して説明する。図１は、本実施形態の防振装置の構成を示す断面立面図であり、図３のI−I線による断面図である。なお、図１においては、電子機器の筐体のうち電子部品を収容する収容部の断面の表示を省略している。また、図１においては、鉛直方向上側を矢印Ｕで示し、鉛直方向下側を矢印Ｄで示している。図２は、本実施形態の防振装置のうちストッパーとその周辺の構成を示す拡大断面図であり、図１に破線Ｅで示す部分の拡大断面図である。図３は、本実施形態の防振装置の構成を示す上面図である。なお、図１及び図３においては、水平方向のうち所定の方向を、矢印Ｈ１で示し、水平方向のうちＨ１で示す方向と垂直な方向を、図３にＨ２で示している。
【００１４】
図１に示すように、防振装置の防振対象である機器（以下、単に「対象機器」と記す）は、部品を収容する筐体１０を有している。本実施形態の対象機器は、筐体１０内に電子部品が収容された電子機器である。電子機器の筐体１０は、内部に電子部品（図示せず）を収容する部分（以下、収容部と記す）１２を有している。本実施形態において、収容部１２は、略直方体形状をなしており、鉛直方向に延びている。また、筐体１０は、収容部１２の鉛直方向下側において当該収容部１２より水平方向外側に延びている部分（以下、単に「ベース」と記す）１５を有している。収容部１２とベース１５は、溶接等により結合されている。なお、筐体１０は、収容部１２とベース１５が一体に成形されているものとしても良い。
【００１５】
図３に示すように、収容部１２は、水平方向Ｈ２に延びており、矩形をなしている。同様に、ベース１５も矩形をなしており、収容部１２より図１及び図３に矢印Ｈ１で示す水平方向外側に延びている。当該水平方向Ｈ１の外側の縁部を符号１７で示す。すなわち、ベース１５の縁部１７は、収容部１２より水平方向Ｈ１の外側に突出している。
【００１６】
筐体１０は、図１に示すように、原子力プラントの建屋等の固定構造物のうち水平方向に延びている床５に対して支持部材２０を介して支持されている。本実施形態の支持部材２０は、床５上において水平方向に広がっている部分（以下、基部と記す）２１を有している。床５は、例えば、コンクリート製であり、基部２１は、金属製である。基部２１は、床５に結合されている。なお、床５及び基部２１は、剛体であるものとすることができる。
【００１７】
また、支持部材２０は、図１及び図２に示すように、基部２１の水平方向Ｈ１の外側から鉛直方向上側に延びている部分（以下、上側延伸部と記す）２３と、当該鉛直方向延伸部の鉛直上側から水平方向Ｈ１の内側に延びている部分（以下、内側延伸部と記す）２５とを有している。本実施形態において、上側延伸部２３及び内側延伸部２５は、基部２１と一体に成形された金属製の剛体である。基部２１、上側延伸部２３及び内側延伸部２５は、床５と同様に、原子力プラントの建屋等の固定構造物の一部分である。
【００１８】
本実施形態の防振装置は、これら固定構造物からの振動が筐体１０に伝達されることを抑制するため、固定構造物に対して当該筐体１０を支持しており且つ弾性変形可能な部材（以下、支持用弾性体と記す）２７を有している。本実施形態の支持用弾性体２７は、固定構造物である支持部材２０の基部２１と筐体１０のベース１５との間に配置されている。より具体的には、支持用弾性体２７は、図１に示すように、ベース１５の水平方向Ｈ１の中央部の鉛直下側において当該水平方向Ｈ１に間隔をあけて２つ配置されており、且つ図３に示すように、水平方向Ｈ２に延びている。
【００１９】
各支持用弾性体２７は、その鉛直方向下側が基部２１に結合されており、その鉛直方向上側がベース１５に結合されている。すなわち、各支持用弾性体２７は、固定構造物である基部２１と筐体１０とを接続している。支持用弾性体２７は、固定構造物である床５及び基部２１からの航空機衝突に起因する高周波振動（例えば、３０Ｈｚ〜１００Ｈｚの振動）が、筐体１０に伝達されることを抑制する。
【００２０】
本実施形態の支持用弾性体２７は、いわゆる防振ゴム等のエラストマーで構成されており、鉛直方向に弾性変形するだけでなく、固定構造物からの振動を減衰する機能を有している。なお、本発明に係る支持用弾性体は、鉛直方向に弾性変形可能な部材であれば良く、例えば、金属製のばね等を用いることも可能である。
【００２１】
このような支持用弾性体２７により筐体１０が支持されている電子機器には、固定構造物の振動に応じて、各種の振動が生じる。当該電子機器に生じる各種の振動について、図４、図５及び図６を用いて説明する。図４は、ロッキング１次振動について説明する説明図である。図５は、ロッキング２次振動について説明する説明図である。図６は、上下並進振動について説明する説明図である。なお、図４、図５及び図６において、筐体が静止しているときの位置を二点鎖線で示しており、その水平方向の中央を一点鎖線Ａで示している。
【００２２】
例えば、地震（横波）が生じた場合には、図４に矢印Ｒ１で示すように、筐体１０のうち鉛直上側が比較的大きく搖動する振動モード、いわゆるロッキング１次振動が生じることがある。ロッキング１次振動は、「下心ロッキング振動」とも呼称される。また、図５に矢印Ｒ２で示すように、筐体１０のうち鉛直下側が比較的大きく搖動する振動モード、いわゆるロッキング２次振動が生じることがある。ロッキング２次振動は、「上心ロッキング振動」とも呼称される。また、地震（縦波）が生じた場合や航空機衝突が生じた場合には、図６に矢印Ｔ１で示すように、鉛直方向にのみ振動する上下並進振動が生じる場合がある。
【００２３】
このような筐体１０の振動を制限するために、図１に示すように、固定構造物である支持部材２０には、ベース１５と距離をあけてストッパー３１，３３，３５が配置されている。ストッパー３１，３３，３５は、支持用弾性体２７の弾性変形により筐体１０が変位して当接したときに、ベース１５との間に生じる力により筐体１０の変位を制限する。ベース１５が筐体１０に当接したときに、当該ベース１５は、ストッパー３１，３３，３５からの反力を受ける。これにより、ストッパー３１，３３，３５は、それぞれ筐体１０の変位を制限することが可能である。
【００２４】
具体的には、主に筐体１０の揺動を制限するために、ベース１５の鉛直方向に距離をあけて配置された揺動制限用ストッパー３１，３５と、筐体１０の水平方向の移動を制限するために、ベース１５の水平方向Ｈ１の外側に距離をあけて配置された水平動制限用ストッパー３３である。これらストッパー３１，３３，３５は、筐体１０に対して水平方向Ｈ１の両側にそれぞれ配置されている。
【００２５】
揺動制限用ストッパー３１，３５は、ベース１５の水平方向Ｈ１の外側の縁部１７と鉛直方向に対向して配置されている。より具体的には、揺動制限用ストッパー３１，３５は、ベース１５を含む筐体１０が静止しているとき、図２に示すように、ベース１５の縁部１７から鉛直方向下側に所定の距離（図に寸法ｇ１で示す）をあけて配置された下側ストッパー３１と、当該縁部１７から鉛直方向上側に所定の距離（図に寸法ｇ５で示す）をあけて配置された上側ストッパー３５である。
【００２６】
下側ストッパー３１は、固定構造物である基部２１に結合されており、詳細には、当該基部２１の鉛直方向上側に固定されている。上側ストッパー３５は、固定構造物である内側延伸部２５に結合されており、詳細には、当該内側延伸部２５の鉛直方向下側に固定されている。下側ストッパー３１及び上側ストッパー３５は、筐体１０の揺動によりベース１５が所定の角度傾斜して、縁部１７が鉛直方向に所定の距離、変位したときに当接するように配置されている。
【００２７】
水平動制限用ストッパー３３は、ベース１５の水平方向Ｈ１の外側の縁部１７と水平方向に対向して配置されている。より具体的には、水平動制限用ストッパー３３は、ベース１５を含む筐体１０が静止しているとき、図２に示すように、縁部１７から水平方向下側に所定の距離（図に寸法ｇ３で示す）をあけて配置されている。
【００２８】
水平動制限用ストッパー３３は、固定構造物である上側延伸部２３に結合されており、詳細には、当該上側延伸部２３の水平方向Ｈ１の内側に固定されている。外側ストッパー３３は、筐体１０の水平動によりベース１５が水平方向に所定の距離、変位したときに縁部１７と当接するように配置されている。
【００２９】
揺動制限用ストッパー３１，３５は、鉛直方向に所定の圧縮荷重を負荷したときの当該方向の弾性変形量が、上述した支持用弾性体２７に比べて小さくなるよう構成されている。同様に、水平動制限用ストッパー３３は、水平方向に所定の圧縮荷重を負荷したときの当該方向の弾性変形量が、上述した支持用弾性体２７に比べて小さくなるよう構成されている。
【００３０】
このようなストッパー３１，３３，３５は、支持用弾性体２７に比べて体積弾性係数又はヤング率が大きい材料で構成することができる。本実施形態において、ストッパー３１，３３，３５は、金属製であり、弾性変形可能なものが好ましい。なお、支持部材２０の基部２１、上側延伸部２３及び内側延伸部２５は、ストッパー３１，３３，３５と同様に、支持用弾性体２７に比べて体積弾性係数又はヤング率が大きい材料で構成することができ、ストッパー３１，３３，３５と同じ材料で構成することができる。
【００３１】
また、本実施形態の防振装置において、図２に示す筐体１０が静止しているときの揺動制限用ストッパー３１，３５のそれぞれとベース１５との鉛直方向の距離ｇ１，ｇ５は、航空機衝突時の高周波振動（例えば、３０Ｈｚ以上の振動）が支持用弾性体２７を介して筐体１０に伝達されたときに想定される筐体１０の鉛直方向の変位に比べて大きい値に設定されている。同様に、水平動制限用ストッパー３３とベース１５との水平方向の距離ｇ３は、航空機衝突時の高周波振動が、支持用弾性体２７を介して筐体１０に伝達されたときに想定される筐体１０の水平方向の変位に比べて大きい値に設定されている。
【００３２】
以上のように構成された防振装置において、航空機衝突に起因する振動が固定構造物に生じた場合と、地震に起因する振動が固定構造物に生じた場合の各構成要素の機能について、図１、図５、図７、図８及び図９を参照して説明する。
【００３３】
図７は、本実施形態の防振装置において、航空機衝突に起因する高周波振動が生じた場合について説明する図であり、ストッパーとその周辺の構成を示す拡大断面図である。なお、図７は、図１に破線Ｅで囲う部分の拡大断面図である。図８は、本実施形態の防振装置において、地震に起因する低周波振動が生じた場合について説明する図であり、防振装置の全体構成を示す断面立面図である。図９は、本実施形態の防振装置において、地震に起因する低周波振動が生じた場合について説明する図であり、ストッパーとその周辺の構成を示す拡大断面図である。なお、図７及び図９において、筐体が静止しているときの位置を二点鎖線で示している。
【００３４】
航空機衝突に起因する高周波振動が、固定構造物すなわち図１に示す床５及び基部２１に生じた場合、当該基部２１の振動は、支持用弾性体２７を介して筐体１０に伝達される。航空機衝突に起因して筐体１０に生じる振動は、図７に矢印Ｔ１又は矢印Ｔ２で示すような上下又は水平方向の振動であり、周波数が比較的高く（例えば、３０Ｈｚ〜１００Ｈｚ）振幅が比較的小さい。
【００３５】
基部２１からの高周波振動は、支持用弾性体２７において減衰されて筐体１０に伝達される。このため、ベース１５には、図７に示すように、比較的微小な鉛直方向及び水平方向の変位が生じる。しかし、筐体１０の変位が微小なものであるため、当該ベース１５の縁部１７がストッパー３１，３３，３５と接触するがことがない。航空機衝突に起因する振動は、電子機器に伝達することなく収束する。
【００３６】
一方、地震に起因する低周波振動が固定構造物すなわち床５及び基部２１に生じた場合、当該基部２１の振動は、支持用弾性体２７を介して筐体１０に伝達されるものの、当該支持用弾性体２７だけでは地震時の応答を十分に抑制することができない。地震に筐体１０には、図８に矢印Ｔ１で示す上下並進運動に加えて、矢印Ｒ１で示すロッキング１次振動が生じる場合がある。なお、ロッキング１次振動に代えて、図５に矢印Ｒ２で示すロッキング２次振動が生じる場合もある。
【００３７】
このような地震に起因するロッキング振動が生じると、図８に示すように、筐体１０が傾斜する。ベース１５の縁部１７は、図９に示すように、下側ストッパー３１（又は上側ストッパー３５）に当接する。当該縁部１７は、当接したストッパー３１，３５からの反力を受ける。これにより、揺動制限用ストッパー３１，３５は、筐体１０の揺動を、所定の範囲に制限する。
【００３８】
なお、ロッキング振動や上下並進運動に起因して筐体１０が水平方向に変位するとベース１５の縁部１７は、外側ストッパー３３に当接し、当該外側ストッパー３３からの反力を受ける。これにより、水平動制限用ストッパー３３は、筐体１０の水平方向の変位を、所定の距離に制限する。
【００３９】
（電子機器の固有振動数の設定手法）
上述した筐体１０を含む電子機器の固有振動数の設定方法について説明する。なお、上述した例と略共通の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。電子機器は、筐体１０に加えて当該筐体１０の収容部１２内に収容されている各種の電子部品（図示せず）が含まれている。当該電子機器の固有振動数は、以下の３つの手順、すなわちステップ１、ステップ２及びステップ３を順次行うことにより設定される。なお、電子機器の質量Ｍ、慣性モーメントＩ、重心Ｇの算出には、筐体１０の質量、慣性モーメント及び重心のみならず、収容部１２に収容された各種の電子部品の質量、及び収容部１２内における位置が考慮されている。
【００４０】
（ステップ１：防振系固有振動数の設定）
ステップ１においては、上述した支持用弾性体２７のみを介して筐体１０が固定構造物（例えば、床５及び基部２１）に対して支持されており且つ当該筐体１０がストッパー３１，３３，３５からの反力を受けない場合の電子機器の固有振動数を設定しており、以下に、図１０及び図１１を参照して説明する。
【００４１】
図１０は、支持用弾性体のみを介して筐体が固定構造物に対して支持されており且つ当該筐体がストッパーからの反力を受けない場合の電子機器の固有振動数の設定手法を説明するための解析モデルを示す模式図である。図１１は、支持用弾性体のみを介して筐体が固定構造物に対して支持されており且つ当該筐体がストッパーからの反力を受けない場合の電子機器の固有振動数と加速度応答スペクトルとの関係を示すグラフである。
【００４２】
図１０に示す解析モデルにおいて、支持用弾性体２７は、鉛直方向に延びているばね２７ａと、水平方向に延びているばね２７ｃで表わすことができる。ばね２７ａのばね定数ｋｚは、支持用弾性体２７の鉛直方向の剛性を表しており、より具体的には、支持用弾性体２７に所定の圧縮荷重を鉛直方向に負荷したときの当該支持用弾性体２７の鉛直方向の弾性変形量と当該圧縮荷重の比を表している。同様に、ばね２７ｃのばね定数ｋｘは、支持用弾性体２７の水平方向の剛性を表しており、より具体的には、支持用弾性体２７に所定の圧縮荷重を水平方向に負荷したときの当該支持用弾性体２７の水平方向の弾性変形量と当該圧縮荷重との比を表している。なお、支持用弾性体２７の剛性が、ベース１５を含む筐体１０の剛性に比べて十分に低い場合、当該筐体１０は、剛体とみなすことができる。
【００４３】
図１０に示す解析モデルの自由度は、筐体１０を含む電子機器の重心Ｇの水平方向の変位ｘ、鉛直方向の変位ｚ、重心Ｇまわりの回転角θで表される。この振動系には、上下並進振動（図６参照）及びロッキング振動の振動モードが生じる。
【００４４】
ロッキング振動には、筐体１０の鉛直上側が大きく揺動するロッキング１次振動（いわゆる下心ロッキング振動、図４参照）と、筐体１０の鉛直下側が大きく揺動するロッキング２次振動（いわゆる上心ロッキング振動、図５参照）がある。ロッキング１次振動は、一般的に、ロッキング２次振動に比べて固有振動数が低い傾向がある。
【００４５】
上下並進振動の固有振動数ｆｚは、以下の式（１）で表される。
【数１】
2018066432.tif 000003
【００４６】
ロッキング１次振動の固有振動数ｆｒ１は、以下の式（２）で表される。
【数２】
2018066432.tif 000004
【００４７】
ロッキング２次振動の固有振動数ｆｒ２は、以下の式（３）で表される。
【数３】
2018066432.tif 000005
【００４８】
上記の式（１）、式（２）及び式（３）においては、
ａ１：電子機器（筐体１０と、その収容部１２内に収容された電子部品を含む）の重心Ｇから支持用弾性体２７までの水平方向の距離
ｂ２：電子機器（筐体１０と、その収容部１２内に収容された電子部品を含む）の重心Ｇから支持用弾性体２７までの鉛直方向の距離
Ｍ：電子機器（筐体１０と、その収容部１２内に収容された電子部品を含む）の質量
Ｉ：電子機器（筐体１０と、その収容部１２内に収容された電子部品を含む）の慣性モーメント
【００４９】
ここで、βは、支持用弾性体２７の水平方向の剛性を示すばね定数ｋｘと、鉛直方向の剛性を示すばね定数ｋｚの比であり、以下の式（４）で表される。
【数４】
2018066432.tif 000006
【００５０】
航空機の衝突を考慮した防振設計においては、電気機器の上下並進振動の固有振動数ｆｚ、ロッキング１次振動の固有振動数ｆｒ１及びロッキング２次振動の固有振動数ｆｒ２を、図１１に示すように、航空機衝突波の卓越振動数域（図に破線Ｓ１で示す）に比べて低くなるように設定する。例えば、ばね定数ｋｚすなわち支持用弾性体２７の鉛直方向の剛性を変えることにより、固有振動数ｆｚ，ｆｒ１，ｆｒ２を、航空機衝突波の卓越振動数域に比べて低いものにすることができる。航空機衝突波の卓越振動数域は、３０Ｈｚ〜１００Ｈｚである。電子機器は、その固有振動数ｆｚ，ｆｒ１，ｆｒ２が、それぞれ３０Ｈｚ未満となるように構成される。具体的には、固有振動数ｆｚ，ｆｒ１，ｆｒ２が、それぞれ３０Ｈｚ未満となるように筐体１０の形状や、収容部１２内の電子部品の配置等が決定される。
【００５１】
（ステップ２：ベースとストッパーとの間隔の設定）
ステップ２においては、筐体１０のうちベース１５と、当該ベース１５と当接するストッパーとの間の距離（間隔）を設定する。まず、評価用の航空機衝突波に対する、電子機器の筐体１０の水平方向及び鉛直方向の応答変位を、時間の関数すなわち時刻歴として算出する。算出された時刻歴のうち最大の応答変位において、ベース１５とストッパーが接触しないようにする。
【００５２】
本実施形態においては、図２に示すように、時刻歴のうちベース１５の縁部１７と下側ストッパー３１との鉛直方向の間隔（図２に寸法ｇ１で示す）と、当該縁部１７と外側ストッパー３３との水平方向の間隔（図２に寸法ｇ３で示す）と、当該縁部１７と上側ストッパー３５との鉛直方向の間隔（図２に寸法ｇ５で示す）を、それぞれ設定する。
【００５３】
（ステップ３：地震時の固有振動数の設定）
ステップ３においては、上述した支持用弾性体２７のみを介して固定構造物（例えば、床５及び基部２１）に対して筐体１０が支持されており且つ当該筐体１０のベース１５が揺動制限用ストッパー３１，３５と当接して当該ストッパー３１，３５からの反力を受ける場合の電子機器の固有振動数を設定しており、以下に、図１２〜図１５を参照して説明する。
【００５４】
図１２は、支持用弾性体のみを介して筐体が固定構造物に対して支持された電子機器の固有振動数の設定手法を説明するための解析モデルであって、筐体のベースが揺動制限用ストッパーに当接して当該ストッパーからの反力を受ける場合の解析モデルを示す模式図である。図１３は、筐体のうちベースの鉛直方向の変位と、当該筐体のベースがストッパーと当接したときに当該ストッパーから受ける鉛直方向の反力について説明するグラフである。図１４は、筐体のうちベースの水平方向の変位と、当該筐体のベースがストッパーと当接したときに当該ストッパーから受ける水平方向の反力について説明するグラフである。図１５は、支持用弾性体のみを介して筐体が固定構造物に対して支持されており、当該筐体のベースが揺動制限用ストッパーに当該して当該ストッパーからの反力を受ける場合の電子機器の固有振動数と加速度応答スペクトルとの関係を示すグラフである。
【００５５】
ステップ２において設定された間隔をあけて配置されたストッパー３１，３３，３５の存在を考慮すると、解析モデルは、図１２に示すように、ストッパー３１，３５は、鉛直方向に延びているばね３０ａで表すことができ、ストッパー３３は、水平方向に延びているばね３０ｃで表わすことができる。すなわち、ばね３０ａのばね定数Ｋｚは、下側ストッパー３１及び上側ストッパー３５（図２参照）の鉛直方向の剛性を表しており、より具体的には、揺動制限用ストッパー３１，３５に所定の圧縮荷重を鉛直方向に負荷したときの当該ストッパー３１，３５の鉛直方向の弾性変形量と当該圧縮荷重との比を表している。同様に、ばね３０ｃのばね定数Ｋｘは、外側ストッパー３３の水平方向の剛性を表しており、より具体的には、水平動制限用ストッパー３３に所定の圧縮荷重を水平方向に負荷したときの当該ストッパー３３の水平方向の弾性変形量と当該圧縮荷重との比を表している。
【００５６】
ストッパー３１，３５を表すばね３０ａは、図１３に示す非線形特性を有する。ストッパー３１，３５は、それぞれ筐体１０のベース１５に対して鉛直方向に間隔（図１３に「±δｚ」で示す）をあけて配置されている。ベース１５は、鉛直方向に変位することによりストッパー３１，３５と当接して、これらストッパー３１，３５からの鉛直方向の反力を受ける。
【００５７】
同様に、ストッパー３３を表すばね３０ｃは、図１４に示す非線形特性を有する。ストッパー３３は、ベース１５に対して水平方向に間隔（図１４に「±δｘ」で示す）をあけて配置されている。ベース１５は、水平方向に変位することにより、ストッパー３３と当接して、当該ストッパー３３から水平方向の反力を受ける。
【００５８】
このような場合、筐体１０を含む電子機器の固有振動数は、その変位振幅に依存する。簡易に固有振動数を推定する場合には、ベース１５の変位とストッパーから受ける反力との関係を示すＫｘ，Ｋｚが線形に作用すると仮定して電子機器の固有振動数を計算する。
【００５９】
当該ステップ３においては、この仮定に基づいて、上下並進振動、ロッキング１次振動、ロッキング２次振動のそれぞれについて電子機器の固有振動数を算出する。なお、下記の式（５）〜式（８）において、支持用弾性体２７の剛性を表すばね定数ｋｚ，ｋｘを省略している。これらのばね定数ｋｚ，ｋｘは、ストッパー３１，３５の剛性を表すばね定数Ｋｚ及びストッパー３３の剛性を表すばね定数Ｋｘに比べて十分に小さいためである。
【００６０】
上下並進振動の固有振動数ｆｚ’は、以下の式（５）で表される。
【数５】
2018066432.tif 000007
【００６１】
ロッキング１次振動の固有振動数ｆｒ１’は、以下の式（６）で表される。
【数６】
2018066432.tif 000008
【００６２】
ロッキング２次振動の固有振動数ｆｒ２’は、以下の式（７）で表される。
【数７】
2018066432.tif 000009
【００６３】
上記の式（５）、式（６）及び式（７）においては、
ａ２：電子機器（筐体１０と、その収容部１２内に収容された電子部品を含む）の重心Ｇからストッパーまでの水平方向の距離
ｂ：電子機器（筐体１０と、その収容部１２内に収容された電子部品を含む）の重心Ｇからストッパーまでの鉛直方向の距離
Ｍ：電子機器（筐体１０と、その収容部１２内に収容された電子部品を含む）の質量
Ｉ：電子機器（筐体１０と、その収容部１２内に収容された電子部品を含む）の慣性モーメント
【００６４】
ここで、β’は、ストッパー３３の水平方向の剛性を示すばね定数Ｋｘと、ストッパー３１，３５の鉛直方向の剛性を示すばね定数Ｋｚとの比であり、以下の式（８）で表される。
【数８】
2018066432.tif 000010
【００６５】
なお、上記の式（５）〜式（８）においては、筐体１０を剛体と仮定している。筐体１０の剛性がＫｘ，Ｋｚに対して十分に大きくない場合には、筐体１０を梁等とみなして多自由度系のモデルを解析することも好適である。
【００６６】
耐震設計においては、電子機器の上下並進振動の固有振動数ｆｚ’、ロッキング１次振動の固有振動数ｆｒ１’及びロッキング２次振動の固有振動数ｆｒ２’を、図１５に示すように、地震波の卓越振動数域（図に実線Ｓ２で示す）に比べて高くなるように設定する。例えば、ばね定数ｋｚすなわち支持用弾性体２７の鉛直方向の剛性を変えることにより、固有振動数ｆｚ’，ｆｒ１’，ｆｒ２’を、地震波の卓越振動数域に比べて高いものに設定する。地震波の卓越振動数域は、概ね２０Ｈｚ以下である。本実施形態においては、電子機器の固有振動数ｆｚ’，ｆｒ１’，ｆｒ２’が、それぞれ２０Ｈｚを超えるように構成される。具体的には、固有振動数ｆｚ，ｆｒ１，ｆｒ２が、それぞれ２０Ｈｚを超えるように筐体１０の形状や、収容部１２内の電子部品の配置等が決定される。
【００６７】
以上に説明したステップ１、ステップ２及びステップ３を順次行うことにより、電子機器の固有振動数が設定される。電子機器（対象機器）及び支持用弾性体２７は、当該支持用弾性体２７のみを介して筐体１０が固定構造物に対して支持されており且つ筐体１０が変位してもストッパー３１，３３，３５からの反力を受けない場合の固有振動数が、３０Ｈｚ（航空機衝突時の卓越振動数域）未満となるように構成される（ステップ１）。また、電子機器（対象機器）は、筐体１０のベース１５がストッパー３１，３３，３５と当接して当該ストッパー３１，３３，３５からの反力を受ける場合の固有振動数が、２０Ｈｚを超えるように構成される（ステップ３）。
【００６８】
（作用・効果）
以上に説明したように本実施形態の防振装置は、電子機器の筐体１０のうち電子部品を収容する収容部１２より水平方向Ｈ１の外側に突出しているベース１５と、固定構造物すなわち床５及び基部２１に対して筐体１０を支持しており、且つ弾性変形可能な支持用弾性体２７を有する。さらに防振装置は、ベース１５と距離をあけて配置されており、支持用弾性体２７の弾性変形により筐体１０が変位したときにベース１５との間に生じる力により筐体１０の変位を制限するストッパー３１，３３，３５を有するものとした。
【００６９】
航空機衝突に起因する高周波振動が固定構造物に生じた場合、弾性変形可能な支持用弾性体２７は、当該振動を減衰させて筐体１０に伝達する。このとき、ストッパー３１，３３，３５は、筐体１０のベース１５から距離をあけて配置されているので、当該ベース１５に微小な振動が生じても、ストッパー３１，３３，３５と当該ベース１５との間に力が生じることがない。
【００７０】
一方、地震に起因する低周波振動が固定構造物に生じた場合、支持用弾性体２７が比較的大きく弾性変形して、上述したロッキング振動等が生じる。筐体１０が所定の距離、変位したときにベース１５がストッパー３１，３３，３５と当接する。ベース１５を含む筐体１０は、当該ストッパー３１，３３、３５と当接したときに当該ストッパー３１，３３、３５からの反力を受ける。これにより、当該ベース１５と当接したときに当該ストッパーから反力を受ける。当該反力により筐体１０の変位が制限される。
【００７１】
なお、本実施形態において、ストッパー３１，３３，３５は、ベース１５の水平方向外側の縁部１７と当接することにより、筐体１０の移動（変位）を制限するものとしたが、本発明に係るストッパーが、電子機器の筐体の移動を制限する態様は、これに限定されるものではない。本発明に係るストッパーは、筐体の移動に応じて当該筐体に反力を付与可能なものであれば良い。
【００７２】
〔第２の実施形態〕
第２の実施形態の防振装置の構成について、図１、図１６及び図１７を用いて説明する。図１６は、本実施形態の防振装置の構成を示す断面立面図であり、ベースとストッパーが緩衝体を介して結合されている態様を示す拡大断面図である。図１７は、本実施形態の防振装置の変形例の緩衝体とその周辺の構成を示す断面図であり、図１６に破線Ｅ３で囲う部分の拡大断面図である。なお、第１の実施形態と略共通の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００７３】
本実施形態の防振装置は、図１６に示すように、ストッパー３１，３３，３５とベース１５との間には、それぞれ緩衝体４１，４３，４５が配置されている。具体的には、下側ストッパー３１とベース１５の縁部１７との間には、下側緩衝体４１が配置されており、上側ストッパー３５と縁部１７との間には、上側緩衝体４５が配置されている。また、外側ストッパー３３と縁部１７との間には、外側緩衝体４３が配置されている。
【００７４】
本実施形態において、ベース１５は、下側緩衝体４１を介して下側ストッパー３１と結合されており、上側緩衝体４５を介して上側ストッパー３５と結合されている。また、ベース１５は、外側緩衝体４３を介して外側ストッパー３３と結合されている。
【００７５】
緩衝体４１，４３，４５は、それぞれ弾性変形可能な部材であり、例えば、ゴム等のエラストマーで構成されている。下側緩衝体４１及び上側緩衝体４５は、鉛直方向に所定の圧縮荷重を負荷したときの当該方向の弾性変形量が、それぞれ下側ストッパー３１及び上側ストッパー３５に比べて十分に大きくなるように構成されている。同様に、外側緩衝体４３は、水平方向に所定の圧縮荷重を負荷したときの当該方向の弾性変形量が、外側ストッパー３３に比べて十分に大きくなるように構成されている。
【００７６】
地震に起因して電子機器の筐体１０（図１参照）が変位すると、ベース１５とストッパー３１，３３，３５との間において、それぞれ対応する緩衝体４１，４３，４５が弾性変形する。緩衝体４１，４３，４５は、それぞれ対応するストッパー３１，３３，３５からの反力をベース１５に伝達すると共に、弾性変形することにより、その衝撃を緩和する。
【００７７】
筐体１０の変位により、ベース１５とストッパー３１，３３，３５との間に力が生じたときに、当該ベース１５を含む筐体１０に生じる加速度を低減することができ、筐体１０の収容部１２内に収容された電子部品が破損することを抑制することができる。
【００７８】
なお、本発明に係る緩衝体は、上述した態様に限定されるものではない。例えば、図１７に示す変形例のように、上側緩衝体４５Ｃは、対応する上側ストッパー３５とベース１５の間において積層された複数の層５１，５２，５３，５４を含むものとしても良い。
【００７９】
各層５１，５２，５３，５４は、ベース１５からストッパー３５に向かう方向、すなわち鉛直方向に所定の圧縮荷重を負荷したときの当該鉛直方向の弾性変形量、すなわち鉛直方向の剛性が異なる。本変形例においては、最もベース１５側の層５１が最も剛性が低く、ストッパー３５側の層ほど剛性が高くなるように構成されている。なお、下側緩衝体４１Ｃ及び外側緩衝体４３Ｃについても、上側緩衝体４５Ｃと同様に、剛性が異なる複数の層で構成されている。
【００８０】
筐体１０（図１参照）が例えば鉛直方向上側に変位すると、当該ベース１５とストッパー３５との間において、まず、最も剛性が低い層５１が弾性変形し、その後、層５２、層５３、層５４の順に弾性変形する。このように緩衝体４５Ｃを剛性が異なる層５１，５２，５３，５４で構成することにより、筐体１０の変位に応じてベース１５が受ける反力を徐々に変化させることができる。これにより、ベース１５とストッパー３１，３３，３５との間に力が生じたときに、当該ベース１５を含む筐体１０に生じる加速度を低減することができる。
【００８１】
〔第３の実施形態〕
第３の実施形態の防振装置の構成について、図１８を用いて説明する。図１８は、本実施形態の防振装置の構成を示す断面立面図である。なお、第１の実施形態と略共通の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００８２】
図１８に示すように、本実施形態の防振装置は、筐体１０Ｃ内に電子部品（図示せず）が収容された電子機器の固有振動を抑制するための動吸振器６０を有している。動吸振器６０は、筐体１０に対して相対的に移動可能な可動質量６１と、可動質量６１と筐体１０とを接続するばね６２とを含んでいる。加えて、本実施形態の動吸振器６０は、可動質量６１と筐体１０とを接続する減衰要素６３を含んでいる。
【００８３】
本実施形態において、動吸振器６０は、筐体１０Ｃの収容部１２の鉛直上側に配置されている。収容部１２には、動吸振器６０を固定するための部材（以下、固定部材と記す）１９が結合されている。ばね６２及び減衰要素６３は、当該固定部材１９を介して収容部１２と結合されている。
【００８４】
動吸振器６０において、ばね６２のばね定数は、可動質量６１の固有振動数が、収容部１２に電子部品を収容した筐体１０Ｃのロッキング１次振動の固有振動数と逆位相で同調するよう設定されている。地震に起因して筐体１０Ｃがロッキング振動したときに、動吸振器６０の可動質量６１が振動する。このとき筐体１０Ｃには、動吸振器６０からの反力が作用する。これにより、地震に起因して電子機器に生じるロッキング振動を抑制することができる。
【００８５】
なお、動吸振器６０が配置される場所は、収容部１２の鉛直方向上側に限定されるものではない。動吸振器６０は、筐体との間で力を伝達可能な場所であれば、様々な場所に配置することができ、例えば、収容部１２の鉛直方向下側に配置することができる。
【００８６】
〔他の実施形態〕
なお、上述した各実施形態において、ストッパー３１，３３、３５は、筐体１０のベース１５から鉛直方向に距離をあけて配置され、当該筐体１０の揺動を制限する揺動制限用ストッパー３１，３５と、ベース１５から水平方向に距離をあけて配置され、当該筐体１０の水平動を制限する水平動制限用ストッパー３３とを備えるものとしたが、本発明に係る防振装置は、この態様に限定されるものではない。水平動制限用ストッパー３３を設けることなく、揺動制限用ストッパー３１，３５のみを設けるものとしても良い。
【００８７】
また、各実施形態において、揺動制限用ストッパー３１，３５は、筐体１０が静止しているときにベース１５から鉛直方向下側に距離をあけて配置された下側ストッパー３１と、ベース１５から鉛直方向上側に距離をあけて配置された上側ストッパー３５とを含むものとしたが、本発明に係る揺動制限用ストッパーは、この態様に限定されるものではない。揺動制限用ストッパーは、ベース１５から鉛直方向の上側及び下側のうち少なくとも一方に距離をあけて配置されており、筐体１０の揺動を制限可能なものであれば良い。
【００８８】
例えば、揺動制限用ストッパーは、上側ストッパー３５のみが、筐体１０に対して水平方向Ｈ１の両側にそれぞれ配置されているものとしても良い。この態様によっても、２つの揺動制限用ストッパー３５は、当該ベース１５との間における力の作用により、筐体１０の揺動を制限することができ、また、筐体１０の鉛直方向の変位を所定の距離に制限することが可能である。なお、揺動制限用ストッパーは、下側ストッパー３１が、筐体１０に対して水平方向Ｈ１の両側にそれぞれ配置されているものとしても良い。
【００８９】
また、上述した実施形態に係るストッパー３１，３３，３５は、金属製であるものとしたが、本発明に係るストッパーは、これに限定されるものではない。本発明に係るストッパーは、所定の圧縮荷重を負荷したときの圧縮方向の弾性変形量が、支持用弾性体２７に比べて十分に小さくなるように構成されていれば良い。各ストッパーには、様々な硬質のゴムを含めた様々な材料で構成することができる。なお、本発明に係るストッパーは、剛体であるものとしても良い。
【００９０】
また、本発明に係るストッパー３１，３３，３５は、固定構造物の床５に結合された支持部材２０に結合されているものとしたが、本発明に係るストッパーは、この態様に限定されるものではない。本発明に係るストッパーは、筐体１０の静止時において、ベース１５から距離をあけて配置されており、固定構造物に結合されていれば良い。
【００９１】
例えば、固定構造物の床５に筐体１０のベース１５を収容するためのリセス（凹部）を形成し、当該リセス内にストッパーを配置して、ストッパーを床５に直接に結合するものとしても良い。この場合、支持用弾性体２７は、床５に形成されたリセスの底面に直接、結合することが好適である。この態様によれば、上述した支持部材２０を有することなく、固定構造物に対して筐体１０を支持すると共に、固定構造物から筐体１０に伝達される振動を抑制することができる。
【００９２】
なお、上述した各実施形態において、防振装置の防振対象である対象機器は、筐体の収容部１２内に電子部品を収容した、いわゆる電子機器であるものとしたが、本発明に係る対象機器は、電子機器に限定されるものではない。本発明に係る防振装置の防振の対象は、様々な機器であるものとすることができる。
【００９３】
本発明のいくつかの実施形態について説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態はその他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００９４】
５：床（固定構造物）、１０，１０Ｃ：筐体（対象機器の筐体、電子機器の筐体）、１２：収容部（筐体）、１５：ベース（筐体）、１７：縁部（筐体のベース）、１９：固定部材、２０：支持部材、２１：基部（支持部材、固定構造物）、２３：上側延伸部（支持部材、固定構造物）、２５：内側延伸部（支持部材、固定構造物）、２７：支持用弾性体（支持部材）、３１：下側ストッパー（揺動制限用ストッパー）、３３：外側ストッパー（水平動制限用ストッパー）、３５：上側ストッパー（揺動制限用ストッパー）、４１，４１Ｃ：下側緩衝体（緩衝体）、４３，４３Ｃ：外側緩衝体（緩衝体）、４５，４５Ｃ：上側緩衝体（緩衝体）、５１：層（緩衝体）、５２：層（緩衝体）、５３：層（緩衝体）、５４：層（緩衝体）、６０：動吸振器、６１：可動質量、６２：ばね、６３：減衰要素
【図１】
2018066432.tif 000011
【図２】
2018066432.tif 000012
【図３】
2018066432.tif 000013
【図４】
2018066432.tif 000014
【図５】
2018066432.tif 000015
【図６】
2018066432.tif 000016
【図７】
2018066432.tif 000017
【図８】
2018066432.tif 000018
【図９】
2018066432.tif 000019
【図１０】
2018066432.tif 000020
【図１１】
2018066432.tif 000021
【図１２】
2018066432.tif 000022
【図１３】
2018066432.tif 000023
【図１４】
2018066432.tif 000024
【図１５】
2018066432.tif 000025
【図１６】
2018066432.tif 000026
【図１７】
2018066432.tif 000027
【図１８】
2018066432.tif 000028