(57)【要約】【課題】振動を確実に抑制することができ、且つ小型化を図ることが可能な防振構造を提供する。【解決手段】振動源１と振動源１を支持する固定部材２との間に設けられて、振動源１が発した振動エネルギーが固定部材２に伝達することを抑制するための防振構造Ｂであって、振動源１と固定部材２を結ぶ方向に間隔をあけて積層配置される複数の浮き部材１０、１１、１２と、振動エネルギーが作用するとともに減衰力を発生させて振動エネルギーを吸収する減衰機構５と、振動エネルギーが作用するとともに弾性変形して振動エネルギーを吸収する弾性機構４とを備えて構成されており、隣り合う浮き部材１０、１１、１２同士、及び固定部材２と固定部材２に隣接する浮き部材１２が、それぞれ両者の間に減衰機構５と弾性機構４の少なくとも一方を介装して連結されている。【選択図】図１
2008014409.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動源と該振動源を支持する固定部材との間に設けられて、前記振動源が発した振動エネルギーが前記固定部材に伝達することを抑制するための防振構造であって、
前記振動源と前記固定部材を結ぶ方向に間隔をあけて積層配置される複数の浮き部材と、振動エネルギーが作用するとともに減衰力を発生させて振動エネルギーを吸収する減衰機構と、振動エネルギーが作用するとともに弾性変形して振動エネルギーを吸収する弾性機構とを備えて構成されており、
隣り合う前記浮き部材同士、及び前記固定部材と該固定部材に隣接する前記浮き部材が、それぞれ両者の間に前記減衰機構と前記弾性機構の少なくとも一方を介装して連結されていることを特徴とする防振構造。
【請求項２】
請求項１記載の防振構造において、
前記隣り合う浮き部材同士の間に前記弾性機構が介装され、前記固定部材と該固定部材に隣接する浮き部材との間に前記減衰機構と前記弾性機構が介装されていることを特徴とする防振構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動源と振動源を支持する固定部材との間に設けられて、振動源で発した振動エネルギーが固定部材に伝達することを抑制するための防振構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば振動台や輪転機など（振動源）は、建物基礎（固定部材）上に設置して用いられているが、その使用時に大きな鉛直振動を生じるため、建物基礎に直接支持させて設置すると、建物基礎ひいては建物全体に振動源で発した大きな振動エネルギーが伝達して（大きな加振力が負荷されて）振動障害が生じる。
【０００３】
このため、図８に示すように、振動源１と建物基礎２との間に１つの浮き基礎（浮き部材）３を設け、この浮き基礎３と建物基礎２とを例えば空気バネ（弾性機構）４やオイルダンパー（減衰機構）５を介装して連結した防振構造Ａが多用されている（例えば、特許文献１参照）。そして、この浮き基礎３と空気バネ４とオイルダンパー５からなる防振構造Ａにおいては、振動源１で発した振動エネルギーが浮き基礎３を介して空気バネ４やオイルダンパー５に伝達した際に、空気バネ４が弾性変形し、且つオイルダンパー５が減衰力を発生させて、この振動エネルギーを吸収する。これにより、この防振構造Ａは、振動源１が発した振動エネルギーの振動数に対して数分の１の固有振動数を有するものとなり、この防振構造Ａを介装して振動源１を間接的に支持した建物基礎２ひいては建物全体は、その振動が大幅に抑制される。
【特許文献１】特開平１０−１８５６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記の防振構造Ａにおいては、建物基礎２に伝達する振動エネルギーを十分に低減させるために、バネ−マス比（空気バネ４のバネ剛性を浮き基礎３の質量で除したもの）を小さくする必要があり、すなわち巨大な浮き基礎３が必要になり、このような防振構造Ａを備えるために施設（建物）が大型化し、経済的な負担が大きくなるという問題があった。
【０００５】
より具体的に、図８に示した防振構造Ａは、図９のような振動モデルＡ１で示すことができる。そして、この振動モデルを用い、浮き基礎３の質量Ｍを１５００ｔｏｎ、防振構造Ａの固有振動数ｆ１＝１Ｈｚに対応するバネ定数（空気バネ４のバネ定数）ｋを６０ｔｏｎ／ｃｍ、減衰係数（オイルダンパー５の減衰係数）Ｃを０．９５ｔｏｎ／ｋｉｎｅ、振動源１が発する振動エネルギーによる加振力Ｆを１０ｔｏｎの正弦波としてシミュレーションを行なうと、図１０のような結果が得られる。ここで、図１０において、縦軸は、加振力Ｆに対する建物基礎２に作用する力（反力Ｒ）（反力倍率Ｒ／Ｆ）を示し、横軸は、振動源１が発する振動エネルギーの振動数（加振振動数）を示している。
【０００６】
ここで、人は、水平振動に比べて鉛直振動を感じやすく、人が最も感じやすい鉛直振動の振動数は、４〜１２．５Ｈｚと言われている。このため、一般に、この種の防振構造Ａで対象とする振動数の範囲（防振対象範囲）は、５〜１０Ｈｚとされている。
【０００７】
そして、図１０の結果から、上記の防振構造Ａにおいては、加振振動数が６Ｈｚのときに反力倍率Ｒ／Ｆが０．０３３となり、反力Ｒが１／３０程度に低減し、加振振動数が８Ｈｚのときに反力倍率Ｒ／Ｆが０．０２０となって、反力Ｒが１／５０程度に低減する。これにより、加振振動数５〜１０Ｈｚにおいて、振動レベルを３０ｄＢ程度低減することが可能になる。
【０００８】
しかしながら、上記のように、１０ｔｏｎの加振力Ｆに対する反力Ｒを１／３０程度に低減するために（振動レベルを３０ｄＢ程度低減するために）、１５００ｔｏｎの浮き基礎３を備えることになり、すなわち浮き基礎３の１％程度しかない振動源１が発する振動エネルギーを抑制するために巨大な浮き基礎３を備える必要が生じ、このような巨大な浮き基礎３を備えることで施設（建物）が大型化し、これに掛かるコストが膨大になってしまう。
【０００９】
一方、上記の防振構造Ａでは、一つの浮き基礎３を備えて構成されるため、この浮き基礎３と建物基礎２の間にオイルダンパー（減衰機構５）と空気バネ（弾性機構４）を介装せざるを得ず、減衰機構５の減衰性能を大きくすると、弾性機構４の弾性変形が制限されて反力Ｒが大きくなってしまい、逆に、減衰機構５の減衰性能を小さくすると、弾性機構４の弾性変形が制限されず反力Ｒを低減できる反面、防振構造Ａが大きく変形することになり好適に振動源１や浮き基礎３を支持できなくなってしまう。このため、振動を抑制する性能に限りが生じるという問題があった。
【００１０】
本発明は、上記事情を鑑み、振動を確実に抑制することができ、且つ小型化を図ることが可能な防振構造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】
【００１１】
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。
【００１２】
本発明の防振構造は、振動源と該振動源を支持する固定部材との間に設けられて、前記振動源が発した振動エネルギーが前記固定部材に伝達することを抑制するための防振構造であって、前記振動源と前記固定部材を結ぶ方向に間隔をあけて積層配置される複数の浮き部材と、振動エネルギーが作用するとともに減衰力を発生させて振動エネルギーを吸収する減衰機構と、振動エネルギーが作用するとともに弾性変形して振動エネルギーを吸収する弾性機構とを備えて構成されており、隣り合う前記浮き部材同士、及び前記固定部材と該固定部材に隣接する前記浮き部材が、それぞれ両者の間に前記減衰機構と前記弾性機構の少なくとも一方を介装して連結されていることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の防振構造においては、前記隣り合う浮き部材同士の間に前記弾性機構が介装され、前記固定部材と該固定部材に隣接する浮き部材との間に前記減衰機構と前記弾性機構が介装されていることが望ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の防振構造によれば、複数の浮き部材が間隔をあけて積層配置して設けられ、隣り合う浮き部材同士、及び固定部材と固定部材に隣接する浮き部材が、減衰機構及び／又は弾性機構を介して連結されていることによって、振動源で発した振動エネルギーが浮き部材に作用した際に、積層状態で（多段状に）配置したそれぞれの減衰機構や弾性機構で振動エネルギーを吸収することができる。これにより、特に人が最も感じやすい５Ｈｚ以上の高振動数領域の振動エネルギー（加振力）が作用した場合に、従来の防振構造に比べて、固定部材に生じる反力を大幅に低減することができ、すなわち固定部材に伝達する振動エネルギーを大幅に低減することができ、固定部材の振動を大幅に低減することができる。また、逆に、従来の防振構造と同等の防振性能を備えるようにした場合には、複数の浮き部材の総質量を小さくすることができ、防振構造の小型化を図ることができる。よって、この防振構造を備えることで、施設（建物）が大型化することを解消でき、これに掛かるコストを軽減することができる。
【００１５】
また、本発明の防振構造においては、隣り合う浮き部材同士を弾性機構で連結し、固定部材と固定部材に隣接する浮き部材を減衰機構と弾性機構で連結することによって、減衰機構の減衰性能を大きくして防振構造に過大な変位が生じないようにした場合においても、この減衰機構と異なる層に設けられた隣り合う浮き部材同士を連結する弾性機構の弾性振動を抑制することがなく、高振動数領域において固定部材に生じる反力を大幅に低減することができる。よって、確実に固定部材の振動を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図１から図３を参照し、本発明の一実施形態に係る防振構造について説明する。本実施形態は、例えば振動台や輪転機など（振動源）を支持する建物基礎（固定部材）の振動を低減するための防振構造に関するものである。
【００１７】
本実施形態の防振構造Ｂは、図１に示すように、振動源１と振動源１を支持する建物基礎２との間に設けられており、振動源１と建物基礎２を結ぶ上下方向に間隔をあけて積層配置された複数（本実施形態では３つ）の盤状の浮き基礎（浮き部材）１０、１１、１２と、振動エネルギーが作用するとともに減衰力を発生させて振動エネルギーを吸収する例えばオイルダンパーや粘性ダンパーなどの減衰機構５と、振動エネルギーが作用するとともに弾性変形して振動エネルギーを吸収する例えば空気バネなどの弾性機構４とを備えて構成されている。
【００１８】
そして、本実施形態においては、上下に隣り合う浮き基礎１０、１１、１２同士が、両者の間に介装した複数の弾性機構４を通じて連結されている。このとき、各弾性機構４の上端及び下端が上方の浮き基礎１０、１１の下面及び下方の浮き基礎１１、１２の上面にそれぞれ接続されて、上下に隣り合う浮き基礎１０、１１、１２同士が連結されている。また、建物基礎２とこの建物基礎２の上方に隣接する最下方の浮き基礎１２は、両者の間に複数の弾性機構４と複数の減衰機構５が介装され、各弾性機構４と各減衰機構５のそれぞれの上端及び下端が最下方の浮き基礎１２の下面及び建物基礎２の上面にそれぞれ接続されて、連結されている。これにより、複数の浮き基礎１０、１１、１２と複数の弾性機構４と複数の減衰機構５が多段状に連結して本実施形態の防振構造Ｂが一体に形成され、防振構造（最上方の浮き基礎１０の上面）Ｂに設置した振動源１が、この防振構造Ｂを介して建物基礎２に間接的に支持されている。なお、本実施形態では、各段の一つの浮き基礎１０、１１、１２と、この浮き基礎１０、１１、１２の下面に繋がる複数の弾性機構４（最下段においては一つの浮き基礎１２と複数の弾性機構４及び減衰機構５）とで防振ユニット１３、１４、１５を構成している。これにより、本実施形態の防振構造Ｂは、３つの防振ユニット（ｉ＝１、２、３）１３、１４、１５が上下に連結して構成されている。
【００１９】
また、本実施形態では、複数の浮き基礎１０、１１、１２のそれぞれの質量ｍが同質量とされ、複数の弾性機構４のそれぞれのバネ定数ｋも同一とされている。そして、各防振ユニット１３、１４、１５において、ω０２＝ｋｉ／ｍｉ≡ｃｏｎｓｔの条件を満たしている。ここで、ω０は角振動数、ｋｉは各防振ユニット１３、１４、１５に具備する弾性機構４のバネ定数、ｍｉは各防振ユニット１３、１４、１５の浮き基礎１０、１１、１２の質量である。さらに、本実施形態では、浮き基礎１０、１１、１２の質量とバネ定数から定まる固有振動数ｆ０＝{√（ｋ／ｍ）}／２πを、防振対象振動数範囲（５Ｈｚ以上）の最小値の０．４倍以下としている。
【００２０】
ついで、上記のように構成した本実施形態の防振構造Ｂは、図２に示すような振動モデルＢ１で示すことができる。そして、各浮き基礎１０、１１、１２の質量ｍ１、ｍ２、ｍ３を５００ｔｏｎとして浮き基礎１０、１１、１２全体の質量を１５００ｔｏｎ（図９に示した従来の防振構造の振動モデルＡ１における浮き基礎３の質量Ｍと同質量）とし、また、固有振動数ｆ１＝ω０／２π×０．４４５＝１Ｈｚに対応するバネ定数（弾性機構４のバネ定数）ｋを１００ｔｏｎ／ｃｍ（ω０＝√（ｋ／ｍ）＝１４ｒａｄ／ｓ、固有値解析結果よりω１／ω０＝０．４４５）、減衰係数（減衰機構５の減衰係数Ｃ）を１．４ｔｏｎ／ｋｉｎｅ、加振力Ｆを１０ｔｏｎの正弦波としてシミュレーションを行なうと、図３のような結果が得られる。ここで、図３において、縦軸は、加振力Ｆに対する建物基礎２に作用する力（反力Ｒ）（反力倍率Ｒ／Ｆ）を示し、横軸は、振動源１の加振振動数を示している。また、図１０に示した従来の防振構造Ａの振動モデルＡ１のシミュレーション結果も比較のために表記している。
【００２１】
この結果から、本実施形態の防振構造Ｂにおいては、加振振動数が６Ｈｚのときに反力倍率Ｒ／Ｆが０．００７５となり、反力Ｒが１／１３０程度（従来の防振構造Ａでは１／３０程度）に低減し、加振振動数が８Ｈｚのときに反力倍率Ｒ／Ｆが０．００１となって、反力Ｒが１／１０００程度（従来の防振構造Ａでは１／５０程度）に低減し、高振動数になるほど反力Ｒの低減効果が大きくなる。これにより、加振振動数５〜１０Ｈｚの高振動数領域において、十分な防振性能を発揮し、加振振動数８Ｈｚにおいては、振動レベルを６０ｄＢ程度（従来の防振構造Ａでは３０ｄＢ程度）と大幅に低減することができる。
【００２２】
一方、例えば、従来の防振構造Ａの加振振動数８Ｈｚにおける反力倍率Ｒ／Ｆは０．０２である。これに対し、本実施形態の防振構造Ｂの反力倍率Ｒ／Ｆが０．０２となる加振振動数は、図３より５．３６Ｈｚとなる。そして、弾性機構４の１次固有振動数は、ｆ１＝８．０／５．３６×１．０＝１．４９Ｈｚとなり、このときの角振動数をω０’とすると、ω０’／ω０＝√（ｍ／ｍ’）＝１．４９となる。これより、３つの浮き基礎１０、１１、１２の各質量ｍ’（ｍ１、ｍ２、ｍ３）は、ｍ’＝ｍ／１．４９２＝０．４５×ｍ＝２２５ｔｏｎとなる。よって、３つの浮き基礎１０、１１、１２の質量ｍ’を合わせても６７５ｔｏｎとなり、従来の防振構造Ａに具備する浮き基礎３の質量Ｍ（１５００ｔｏｎ）と比べて半減する。
【００２３】
したがって、本実施形態の防振構造Ｂによれば、振動源１で発した振動エネルギーが浮き基礎１０、１１、１２に作用した際に、積層状態で（多段状に）配置したそれぞれの弾性機構４や減衰機構５で振動エネルギーを吸収することができ、特に人が最も感じやすい５Ｈｚ以上の高振動数領域における飛躍的な振動抑制効果を発揮することができる。すなわち、高振動数領域での加振力Ｆに対する反力Ｒが、従来の防振構造Ａでは振動数の２乗に反比例するのに対し、本実施形態の防振構造は、振動数の６乗に反比例することになり、振動数が大きくなるほどに従来の防振構造Ａよりも建物基礎２ひいては建物全体の優れた振動抑制効果を発揮することができる。また、逆に、従来の防振構造Ａと同等の防振性能を備えるようにした場合には、複数の浮き基礎１０、１１、１２の総質量を大幅に小さくすることができるため、防振構造Ｂの小型化を図ることができる。これにより、施設（建物）の大型化を招くことがなく、地下基礎工事の簡素化、地盤掘削量の低減を図ることができ、掘削工事費用、地下基礎躯体工事費用、杭や基礎工事費用の縮減を図ることができる。よって、経済性を大幅に向上させることが可能になる。
【００２４】
また、本実施形態の防振構造Ｂにおいては、隣り合う浮き基礎１０、１１、１２同士を弾性機構４で連結し、建物基礎２と最下方の浮き基礎１２を弾性機構４と減衰機構５で連結することによって、減衰機構５の減衰性能を大きくして防振構造Ｂに過大な変位が生じないようにした場合においても、上方の隣り合う浮き基礎１０、１１同士を連結する弾性機構４の弾性振動を抑制せず、確実に建物基礎２に生じる反力Ｒを低減することができる。これにより、積載質量（振動源１の質量）が大幅に変動した場合においても防振性能が大きく変化することがない安定した防振特性を得ることができる。また、このように安定した防振特性が得られることで、防振構造Ｂのメンテナンスを容易にし、供用後の経済性の向上をも図ることが可能になる。
【００２５】
さらに、弾性機構４によって反力Ｒを確実に低減できることで、減衰機構５の負担力や変形を低減でき、これにより、ストロークの小さいコンパクトで低コストの減衰機構５を使用することも可能になる。
【００２６】
また、浮き基礎１０、１１、１２を分割して弾性機構４で連結するという簡易な構成であるため、特殊な装置や技能、施工法を必要とせず、容易に設置することができる。
【００２７】
以上、本発明に係る防振構造の一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、防振ユニット１３、１４、１５（盤状の浮き基礎１０、１１、１２）を３つ積層して防振構造Ｂが構成されているものとしたが、防振ユニット１３、１４、１５（浮き基礎１０、１１、１２）の数や形状は特に限定を必要とするものではない。
【００２８】
また、本実施形態では、上下方向に隣り合う浮き基礎１０、１１、１２の間に弾性機構４のみが設けられ、最下方の浮き基礎１２と建物基礎２の間に弾性機構４と減衰機構５が設けられているものとしたが、例えば、最下方の防振ユニット１５の上方に位置する少なくとも一部の防振ユニットに、弾性機構４とともに減衰機構５を具備させてもよい。この場合には、最下方にのみ減衰機構５を備えた場合と比較して若干反力Ｒが大きくなるおそれはあるが、防振構造の変位を抑制することが可能になる。
【００２９】
さらに、本実施形態では、弾性機構４が空気バネであり、減衰機構５がオイルダンパーや粘性ダンパーであるものとして説明を行なったが、弾性機構４や減衰機構５は、それぞれ弾性性能や減衰性能を備えていれば、特に限定を必要とするものではない。また、これに関連して、本実施形態では、同一層に弾性機構４と減衰機構５を備える場合に、分離した弾性機構４と減衰機構５をそれぞれ個別に配置するものとしたが、例えば一つの部材で弾性性能と減衰性能の両性能を賄う粘弾性ダンパーのように、弾性機構４と減衰機構５が一体に構成されてもよい。
【００３０】
また、本実施形態では、浮き部材が浮き基礎１０、１１、１２であり、固定部材が建物基礎２であり、また、振動源１が振動台や輪転機であるものとして説明を行なったが、本発明の防振構造は、例えば図４に示すように、振動エネルギーを発する機器、装置など（振動源１）を床やテーブルなど（固定部材）に設置（載置）する際に、両者の間に介装して機器、装置などを載せる防振基礎架台（防振構造Ｃ）として用いてもよいものである。このように使用した場合においても、床やテーブルなどへの振動エネルギーの伝達を抑制することができ、振動の発生を低減することができる。
【００３１】
さらに、例えば図５及び図６に示すように、機器や装置などの振動源１を載置した床梁２０（図５）、あるいは体育館やエアロビクススタジオなど人間が動いて振動源１となる床梁２０（図６）と、これらの床梁２０の下階の床梁２１との間に、本発明の防振構造Ｃが介装されてもよい。この場合、床梁２０や柱２２などを通じて伝達する振動が残ることになるが、下階の床梁２１の振動は、防振構造Ｃによって抑制できる。また、このように上階の床梁２０と下階の床梁２１を連結するように防振構造Ｃを設ける場合には、図６に示すように、防振構造Ｃの上端と上階の床梁２０の隙間をモルタル等２３でグラウトすることにより、互いの連結状態を好適に保持することができ、既存建物に適用する場合でも連結状態を確実に保持できることで確実に振動を抑制できる。
【００３２】
また、例えば図７に示すように、道路舗装用の転圧機や解体工事用の削岩機などの工具３０の工具本体（振動源１）と支持部（固定部材２）を連結するように、本発明の防振構造Ｃを取り付けることによって、工具本体１から支持部２に伝わる振動を軽減することができる。この場合には、主として１０Ｈｚ以上の高い振動数成分を有する電動工具・機器に、本発明の防振構造Ｃを備えることで好適に振動を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の一実施形態に係る防振構造を示す側断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る防振構造の振動モデルを示す図である。
【図３】図２の振動モデルでシミュレーションを行なった結果を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る防振構造の変形例を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る防振構造の変形例を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る防振構造の変形例を示す図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る防振構造の変形例を示す図である。
【図８】従来の防振構造を示す側断面図である。
【図９】従来の防振構造の振動モデルを示す図である。
【図１０】図９の振動モデルでシミュレーションを行なった結果を示す図である。
【符号の説明】
【００３４】
１      振動源
２      建物基礎（固定部材）
４      弾性機構
５      減衰機構
１０    浮き基礎（浮き部材）
１１    浮き基礎（浮き部材）
１２    浮き基礎（浮き部材）
１３    防振ユニット
１４    防振ユニット
１５    防振ユニット
Ａ      防振構造
Ｂ      防振構造
【図１】
2008014409.tif 000003
【図２】
2008014409.tif 000004
【図３】
2008014409.tif 000005
【図４】
2008014409.tif 000006
【図５】
2008014409.tif 000007
【図６】
2008014409.tif 000008
【図７】
2008014409.tif 000009
【図８】
2008014409.tif 000010
【図９】
2008014409.tif 000011
【図１０】
2008014409.tif 000012