(57)【要約】【課題】ばねと摩擦ダンパから構成された振動絶縁装置において、摩擦面に一定の押し付け力を与えて摩擦力を発生させる従来型の摩擦ダンパでは、摩擦力がテーブルとベースの相対変位に依らず一定であるため、相対変位が小さくなってばねの復元力が摩擦力より小さくなったところで復帰動作が停止してしまい、位置がずれて止まってしまう問題がある。【解決手段】免震対象物を搭載するテーブルと基礎に設置するためのベースがリニアスライダを介して接続され、ばねの一端をテーブル下面に接続し、他端をベース上面に設けられたヒンジ軸の回りに回転できる接触部材に接続してあり、接触部材がテーブル下面に設けられた摩擦板を押し付ける構造にする。これにより、テーブルとベースの相対変位と相対速度の向きに応じて摩擦力も変化するため、位置ずれが生じない。なお、ヒンジ軸の設置位置と接触部材の寸法比を工夫することよって、摩擦力の作動具合を大幅に調整することができる。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
免震対象物を搭載するテーブルと、床等に設置するためのベースがリニアスライダを介して接続されて、水平方向に相対運動可能になっており、テーブルに復元力を持たせるためのばねの一端をテーブル下面に接続し、他端をベース上面に設けられたヒンジ軸の回りに回転できる接触部材に接続してあり、接触部材はテーブル下面に設けられた摩擦板を押し付けて摩擦力を発生させる構造になっており、テーブルとベースの相対変位に比例してばねが復元力を発生してテーブルを釣合位置に戻そうとするとともに、相対変位と相対速度に応じて摩擦力の大きさを変化させて、過大な振動を抑制することを特徴とした振動絶縁装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、コンピュータ等の精密機器や展示物等の貴重品あるいは建物等の大型構造物を搭載する振動絶縁装置に関し、地震等の外乱によって床や地面から受ける力を絶縁するとともに、過大に振動するのを抑制し、外乱がなくなった後の位置ずれを生じない、簡素な構造の受動型振動絶縁装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】アクチュエータを必要としない受動型の振動絶縁装置として、復元力を与えるばねと、減衰力を与える油圧ダンパや摩擦ダンパ等で構成された方式が数多くある。特に、減衰力を与える摩擦ダンパは簡便な構造で経済的であり、免震建物などの大型構造物にも用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ばねと摩擦ダンパから構成された振動絶縁装置において、絶縁性能を高めるためにばね剛性を小さくして長周期化を図る必要があり、発生する振動を抑制し減衰性能を良くするためには摩擦力を大きくする必要がある。
【０００４】ところが、摩擦面に一定の押し付け力を与えて摩擦力を発生させる従来型の摩擦ダンパでは、摩擦力がテーブルとベースの相対変位に依らず一定であるため、振動が収束する際にばねの復元力が減少し、摩擦力と同じになった時点で復帰動作が停止してしまい、位置がずれたまま止まってしまう問題がある。特に、絶縁効果を高め減衰性能を良くするために、ばね剛性を小さくし摩擦力を大きくすると、位置ずれは益々大きくなる。
【０００５】以上の問題を解決するために、本発明の目的は、摩擦ダンパにおける摩擦力を相対変位および相対速度の方向に応じて変化させることにより、絶縁効果を損なわずに過大な振動を抑え位置ずれも生じない振動絶縁装置を構成することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するために本発明は、免震対象物を搭載するテーブルと、床等に設置するためのベースがリニアスライダを介して接続され、水平方向に相対運動可能なようになっており、テーブルに復元力を持たせるためのばねの一端をテーブル下面に接続し、他端をベース上面に設けられたヒンジ軸の回りに回転できる接触部材に接続してあり、接触部材がテーブル下面に設けられた摩擦板を押し付ける構造の装置を構成する。
【０００７】上記構成によって、テーブルとベースの相対変位に比例して、ばねが復元力を発生してテーブルを釣合位置に戻そうとするとともに、接触部材が摩擦板を押し付ける力が増大して摩擦力が増加し、過大な振動を抑制する。一方、相対変位が小さくなるに従ってばねの復元力は小さくなるが、摩擦力も減少するため、位置ずれが生じない。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
【０００９】図１は本発明の振動絶縁装置の一実施形態を示す分解斜視図であり、図２（ａ）は図１の組立正面図、図２（ｂ）は図１においてテーブル１を除いた残りの部分の平面図である。
【００１０】テーブル１は、４個のリニアスライダ３ａ〜３ｄを介して、ベース２に接続されている。テーブル１とベース２はＸ方向に相対運動が可能であるため、床面がＸ方向に揺れてもテーブル１に力が直接には作用しない。しかし、このままではテーブル１の位置が定まらないので、以下のようにばねを設ける。
【００１１】テーブル１の下面にばね支持部材４ａ〜４ｄおよび摩擦板５ａ、５ｂを設け、ベース２の上面にヒンジ軸６ａ〜６ｄを設ける。ヒンジ軸には接触部材７ａ〜７ｄをヒンジ軸（Ｚ軸）回りに自在に回転できるように設ける。これらの接触部材７ａ〜７ｄとばね支持部材４ａ〜４ｄを各々ばね８ａ〜８ｄで接続する。
【００１２】接触部材７ａと７ｂおよび７ｃと７ｄの先端部は各々摩擦板５ａおよび５ｂを押し付けるようになっている。テーブル１が原点位置（静止釣合位置）にあり、テーブル１のベース２に対する相対変位Ｘが零である場合には、この押し付け力がほとんど零、あるいは接触部材７ａ〜７ｄの先端部が摩擦板５ａ、５ｂから離れて押し付け力が完全に零になるように、ばね８ａ〜８ｄの長さ又はばね支持部材４ａ〜４ｄの位置を調整しておく。
【００１３】次に図３、図４および図５により、本装置の作用について説明する。図３はテーブル１が、ベース２に対して、相対変位Ｘだけ右に移動した状態を示す。なお、テーブル１が原点位置（相対変位Ｘが零）にある場合の摩擦板５ａ、５ｂ、接触部材７ａ〜７ｄおよびばね支持部材４ａ〜４ｄを破線で示し、またテーブル、ベースおよびリニアスライダを省略してある。
【００１４】テーブル１が原点位置から相対変位Ｘだけ右に移動すると、テーブル１の下面に取り付けられたばね支持部材および摩擦板は、４ａ’〜４ｄ’および５ａ’、５ｂ’の位置から４ａ〜４ｄおよび５ａ、５ｂの位置に移動する。一方、ヒンジ軸６ａ〜６ｄはベース２の上面に取り付けられているので、位置が変化しない。
【００１５】この結果、ばね８ａと８ｃは縮んで、復元力Ｐがテーブル１を原点位置に戻そうとするとともに、図４（ａ）に示すように接触部材７ａ、７ｃにはヒンジ軸６ａ、６ｃの回りにモーメントＭ＝Ｐｓが作用するため、図４（ｂ）に示すように、接触部材７ａ、７ｃの先端部が摩擦板５を押し付ける力Ｎ’が増加し、摩擦力Ｆ’も増加する。また、図４（ａ）のＮ、Ｆは摩擦板から接触部材に作用する反力であり、ＮとＮ’あるいはＦとＦ’は、各々大きさが等しく向きが逆の関係にある。
【００１６】一方、図３において、ばね８ｂと８ｄは伸びてテーブル１を原点位置に戻そうとする復元力が発生するが、接触部材７ｂ’、７ｄ’はヒンジ軸６ｂ、６ｄの回りに回転して７ｂ、７ｄの位置となり、それらの先端部が摩擦板５から離れ、摩擦力は作用しなくなる。なお、図４の９ａ、９ｂは接触部材が過大に回転するのを防ぐためのストッパーである。
【００１７】ところで、図４の摩擦力の方向は、テーブル１が右方向に運動している状態すなわち移動速度ｖ＝ｄＸ／ｄｔが正の場合であり、テーブル１の位置が図３と同じでも左方向に移動している状態、すなわち移動速度ｖが負の場合には、図５に示す様に摩擦力の方向は逆になる。
【００１８】摩擦係数をμとし、Ｆ＝μＮと考えると、図４（ａ）、図５（ａ）の接触部材に作用する力の釣り合いより、摩擦板に作用する摩擦力は、
ｖ＞０の場合　　Ｆ’＝μｓＰ／（ｒ−μｑ）、
ｖ＜０の場合　　Ｆ’＝μｓＰ／（ｒ＋μｑ）
となる。なお、ｓ、ｑ、ｒは、ヒンジ軸６ａから力Ｐ、Ｆ、Ｎの作用軸までの距離であ、ｒ＞μｑとする。
【００１９】ばね８のばね定数をｋとするとＰ＝ｋＸであるので、前述の式より、摩擦力は相対変位Ｘに比例して増加する一方、ｖ＞０の場合にはｖ＜０の場合に比べ摩擦力が大きいことが分かる。すなわち、テーブル１が釣り合い位置から遠ざかるときには摩擦力が大きく、釣り合い位置に戻るときには摩擦力が小さくなる。また、ｒとμｑの値が近い程ｖ＞０の場合の摩擦力Ｆ’は大きくなる。
【００２０】以上は、ヒンジ軸６を摩擦力Ｆの作用線に対してばね力Ｐの作用線と反対側に設置した場合であるが、図６に示すように、ヒンジ軸６を摩擦力Ｆの作用線に対してばね力Ｐの作用線と同じ側に設置した場合には、摩擦板に作用する摩擦力は、
ｖ＞０の場合　　Ｆ’＝μｓＰ／（ｒ＋μｑ）、
ｖ＜０の場合　　Ｆ’＝μｓＰ／（ｒ−μｑ）
となる。
【００２１】このようにすると、テーブル１が釣り合い位置から遠ざかるときには摩擦力が小さく、釣り合い位置に戻るときには摩擦力が大きくなる。
【００２２】さらに、図７に示すように、ヒンジ軸６を摩擦力Ｆの作用線上に設置した場合には、摩擦力の大きさは移動速度ｖの方向（正負）と無関係になり、Ｆ’＝μｓＰ／ｒとなる。
【００２３】したがって、振動絶縁装置を用いる環境に応じて、ヒンジ軸６の位置や力の作用線までの距離ｓ、ｑ、ｒを調整する必要がある。
【００２４】なお、相対変位Ｘが負の場合、すなわち図３で左方向に移動した場合には、ばね８ａ、８ｃおよび接触部材７ａ、７ｃとばね８ｂ、８ｄおよび接触部材７ｂ、７ｄの役割が入れ替わって、同様の作用を行う。
【００２５】相対変位Ｘが零の場合には、接触部材７ａ〜７ｄの先端部が摩擦板５を押し付ける力が零となるように、ばね８ａ〜８ｄの長さあるいはばね支持部材４ａ〜４ｄの位置を調整しておく。つまり、相対変位Ｘが減少するにしたがってばねの復元力が小さくなるが、摩擦力も小さくなるため、位置ずれが生じることを防止できる。
【００２６】微小な位置ずれが生じても支障がない場合には、相対変位Ｘが零の場合に、接触部材７ａ〜７ｄの先端部が微小な力で摩擦板５を押し付けるように、ばね８ａ〜８ｄの長さあるいはばね支持部材４ａ〜４ｄの位置を調整しても良い。このように設定すると、外乱が微弱で振動を絶縁する必要がなく、むしろテーブルの相対運動を発生させたくない場合に効果的である。
【００２７】以上、本発明の実施の形態について説明したが、この形態は図１、２の構成に限られることなく、種々の変形が可能である
【００２８】例えば、接触部材７ａ、７ｂと摩擦板５ａおよび接触部材７ｃ、７ｄと摩擦板５ｂは各々対になって配置したが、一方のみ（接触部材７ａ、７ｂと摩擦板５ａ）の設置でも目的を達成できる。
【００２９】また、摩擦板５およびばね支持部材４をテーブル１に設置し、ヒンジ軸６をベース２に設置する構造で説明したが、摩擦板５およびばね支持部材４をベース２に設置し、ヒンジ軸６をテーブル１に設置しても目的を達成できる。
【００３０】これまで説明してきた本発明の振動絶縁装置は、Ｘ方向の運動のみを考えているが、本装置を２つ重ね、一方はＸ方向、他方はＹ方向の振動を絶縁するように組み合わせれば、水平面の任意方向の振動を絶縁できる。
【００３１】
【発明の効果】以上説明したように本発明の振動絶縁装置においては、過大な振動を抑制するための摩擦ダンパの摩擦力が、テーブル１とベース２の相対変位に応じて変化するので、振動収束時に位置ずれが生じることがなく、また、減衰効果も十分確保することが可能となる。
【００３２】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の構成を示す分解斜視図である。
【図２】本発明の構成を示す正面図と、テーブルを除いた部分の平面図である。
【図３】テーブルがベースに対して相対的に動いた場合の、ばね支持部材、ばね、ヒンジ軸、接触部材および摩擦板の状態を表す平面図である。
【図４】相対変位および相対速度が正の場合に、接触部材および摩擦板に作用するばね力、押し付け力と摩擦力を説明する図である。
【図５】相対変位が正で相対速度が負の場合に、接触部材および摩擦板に作用するばね力、押し付け力と摩擦力を説明する図である。
【図６】ヒンジ軸の位置を変えた場合の説明図である。
【図７】ヒンジ軸の位置を変えた場合の他の説明図である。
【符号の説明】
１　テーブル
２　ベース
３ａ〜３ｄ　リニアスライダ
４ａ〜４ｄ　ばね支持部材
５ａ、５ｂ　摩擦板
６ａ〜６ｄ　ヒンジ軸
７ａ〜７ｄ　接触部材
８ａ〜８ｄ　ばね
９ａ〜９ｄ　ストッパー
【図１】
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【図２】
2004138232.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2004138232.tif 000008
【図７】
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