(57)【要約】【課題】  地震時に衝撃が拡大するのを防止し得る除振装置を提供することを目的とする。【解決手段】  床１３上に設置され、除振対象機械１５を支持する空気バネを備える除振装置１であって、除振対象機械１５を除振作動時の支持位置よりも低い位置で支持する上面２７を有する支持部５と、空気バネに空気を供給する給気系統７から分岐され外部と連通する第一排気管３５と、第一排気管３５に取り付けられた第一電磁弁３９と、床１３に作用する振動の加速度を検出する地震計９と、除振作動時に地震計９で検出する加速度が所定値を超える場合、第一電磁弁３９を開放するコントローラ１１と、を備えていることを特徴とする。【選択図】      図１
2007205544.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基盤上に設置され、除振対象物を支持する気体バネを備える除振装置であって、
前記除振対象物を除振作動時の支持位置よりも低い位置で支持する支持面を有する支持部と、
前記気体バネに気体を供給する給気系統から分岐され外部と連通する第一の排気管と、
該第一の排気管に取り付けられた第一の電磁弁と、
前記基盤に作用する振動の加速度を検出する加速度計と、
除振作動時に該加速度計で検出する加速度が所定値を超える場合、前記第一の電磁弁を開放する制御部と、を備えていることを特徴とする除振装置。
【請求項２】
前記加速度計は、地中に設置されることを特徴とする請求項１に記載の除振装置。
【請求項３】
前記給気系統の前記第一の排気管よりも下流側に設けられたバッファタンクと、
該バッファタンクの下流側の給気系統から分岐され外部と連通する第二の排気管と、
該第二の排気管に取り付けられた第二の電磁弁と、を備え、
前記制御部は、前記加速度計で検出する加速度が所定値を超える場合、前記第一の電磁弁を開放し、前記除振対象物が前記支持部に接すると前記第二の電磁弁を開放することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の除振装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、除振装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
大きな振動から小さな振動まで伝達しないようにする装置としては、例えば、特許文献１に示されるように免震装置と除振装置とを組み合わせたものが提案されている。しかし、これは構造が複雑で大型となるため大型構造物以外への適用は難しい。
近年、精密機械等への振動伝播を防止する場合には、除振装置が用いられるようになっている。通常、除振装置は、精密機械等を固有振動数が１Ｈｚ前後となるかたさで支持している。
この場合、精密機械等の作動条件等から除振装置の水平方向の可動ストロークは、ストッパによって数ｍｍに制限されているのが実情である。
【０００３】
【特許文献１】特開平３−２４４７６７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、地震の場合、除振装置の共振振動数に相等する１Ｈｚ前後の周波数成分が多く含まれ、これが除振装置に伝わると応答が増幅されることによって装置上端における応答変位は弱震時でも数十ｍｍになる。このため、除振装置はストッパに衝突し、この時の衝撃は地震の衝撃よりも大きくなる。この衝撃が除振対象物である精密機械等に加わり、それを損傷させる恐れがある。
この対策としては、ストッパとの間に樹脂製の緩衝材を介装して衝撃を緩和させる程度が行なわれている程度である。
【０００５】
本発明は、上記問題点に鑑み、地震時に衝撃が拡大するのを防止し得る除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】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかる除振装置は、基盤上に設置され、除振対象物を支持する気体バネを備える除振装置であって、前記除振対象物を除振作動時の支持位置よりも低い位置で支持する支持面を有する支持部と、前記気体バネに気体を供給する給気系統から分岐され外部と連通する第一の排気管と、該第一の排気管に取り付けられた第一の電磁弁と、前記基盤に作用する振動の加速度を検出する加速度計と、除振作動時に該加速度計で検出する加速度が所定値を超える場合、前記第一の電磁弁を開放する制御部と、を備えていることを特徴とする。
【０００７】
本発明の除振装置によれば、除振装置が作動している時（除振作動時）に、加速度計が所定値を超える振動の加速度を検出すると、制御部が第一の電磁弁を開放する。
第一の電磁弁が開放されると、第一の排気管を通って気体バネを形成している気体が外部に排出されるので、気体バネの圧力が減少する。
気体バネの圧力が減少すると、気体バネは除振対象物を支持できなくなるので、除振対象物が降下する。
除振対象物が降下すると、除振対象物は支持部の支持面に支持されるので、除振がされず支持部の振動と同様に振動されることとなる。
したがって、振動が拡大して伝達されることを防止することができる。これにより、除振対象物に想定以上の衝撃が作用することを防止できるので損傷する可能性を阻止することができる。
【０００８】
上記発明では、前記加速度計は、地中に設置されるのが好ましい。
このようにすると、地震の振動をより早くかつより正確に検出することができる。
【０００９】
また、本発明にかかる除振装置は、前記給気系統の前記第一の排気管よりも下流側に設けられたバッファタンクと、該バッファタンクの下流側の給気系統から分岐され外部と連通する第二の排気管と、該第二の排気管に取り付けられた第二の電磁弁と、を備え、前記制御部は、前記加速度計で検出する加速度が所定値を超える場合、前記第一の電磁弁を開放し、前記除振対象物が前記支持部に接すると前記第二の電磁弁を開放することを特徴とする。
【００１０】
本発明の除振装置によれば、除振作動時に加速度計が所定値を超える振動の加速度を検出すると、制御部がまず第一の電磁弁を開放し、第一の排気管から気体を外部に排出するので、バッファタンクを含めた容積が大きいため、気体の排出割合が小さくなる。このため、除振対象物の降下速度が遅くなるので、支持部に接触する衝撃を緩和することができる。
除振対象物が支持部の支持面に当接すると、制御部は第二の電磁弁を開放し、第二の排気管から気体を外部に排出するので、排出対象の気体容積が減少するため、気体の排出割合が増加する。このため、除振対象物は速やかに降下ので、支持部に確りと支持される。
なお、除振対象物と支持面との接触は、近接センサ、圧力センサ、変位センサ等適宜なセンサで検出される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、除振作動時に加速度計が所定値を超える振動の加速度を検出すると、制御部が第一の電磁弁を開放し、気体バネを形成している気体を外部に排出するようにしているので、除振対象物が降下して支持部の支持面に支持されるため、振動が拡大して伝達されることを防止することができる。これにより、除振対象物に想定以上の衝撃が作用することを防止できるので損傷する可能性を阻止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に、本発明にかかる一実施形態の除振装置１について、図１および図２を用いて説明する。
図１は、除振作動時の除振装置１の概略構成を示すブロック図、図２は除振非作動時の除振装置１の概略構成を示すブロック図である。
除振装置１には、複数、例えば２台の除振部３と、支持部５と、給気系統７と、地震計（加速度計）９と、コントローラ（制御部）１１とが備えられている。
【００１３】
除振部３は、床（基盤）１３上に設置され、除振作動時に除振対象機械（除振対象物）１５を支持するものである。除振対象機械１５の下面１６は、平面状で鋼で形成されている。
除振部３には、天板１７と、金属ベローズ１９と、台板２１と、が備えられている。
天板１７は、円板状の厚板であり、除振対象機械１５を支持するものである。除振対象機械１５は天板１７に固定されていても、あるいは載置されていてもよい。
除振部３の基盤となる台板２１は、円板状の厚板であり、床１３上に取り付けられている。
【００１４】
金属ベローズ１９は、ステンレス製で、周縁が曲折されたドーナツ状の板同士が相互に溶接されて形成されている。
金属ベローズ１９は、上端が天板１７の下部に、下端が台板２１の上部に、それぞれ固定されており、天板７および台板２１と合わせて密封された内部空間２３が形成されている。
台板２１の略中央部には、内部空間２３と外部とを連通させる連通孔２５が設けられている。
【００１５】
支持部５は、鋼製で直方体形状をしている。支持部５は、床１３上に固定して取り付けられている。
支持部５は除振対象機械１５の略重心位置の下方に設置されている。
支持部５の上面（支持面）２７は、除振作動時に除振対象機械１５の下面１６との間に１〜２ｍｍの間隔が空く高さとされている。
【００１６】
給気系統７には、給気管２９と、圧縮機３１と、バッファタンク３３と、第一排気管（第一の排気管）３５と、第二排気管（第二の排気管）３７と、が備えられている。
給気管２９、バッファタンク３３、第一排気管３５および第二排気管３７は、各除振部３に対応する数備えられている。
給気管２９は、一端が圧縮機３１の吐出部に、他端が連通孔２５に接続されている。
バッファタンク３３は、給気管２９の途中に一体的に形成されている。
【００１７】
第一排気管３５は、バッファタンク３３の上流側で給気管２９から分岐するように設けられている。第一排気管３５には、第一電磁弁（第一の電磁弁）３９が取り付けられている。
第二排気管３７は、バッファタンク３３の下流側で給気管２９から分岐するように設けられている。第二排気管３７には、第二電磁弁（第二の電磁弁）４１が取り付けられている。
【００１８】
給気系統７の給気管２９、バッファタンク３３、第一排気管３５の第一電磁弁３９から内側部分および第二排気管３７の第二電磁弁４１から内側部分は、連通孔２５を介して内部空間２３と連通され、外部から密閉された一つの空間４３を形成している。
圧縮機２９から空気（気体）を供給し、空間４３内を所定の圧力に調節するように構成されている。
この空間４３に封入された空気は、その圧力で除振対象機械１５を支持する空気バネ（気体バネ）の機能を奏する。
【００１９】
地震計９は、除振対象機械１５が設置される建物の基礎よりも深い、例えば、地上から略１０ｍの地中に設置されている。
地震計９は、地盤に伝播される振動の加速度を検出するものである。
コントローラ１１は、地震計９で検出された加速度および除振対象機械１５と支持部５との接触情報を受けて、第一電磁弁３９および第二電磁弁４１の開閉を制御する機能を奏する。
コントローラ１１は、これ以外に圧縮機３１の運転等を含む除振装置１の運転を制御する機能を備えている。
【００２０】
以上説明した構成を有する本実施形態にかかる除振装置１の動作について、その作用・効果を含めて説明する。
除振作動時には、圧縮機３１から空間４３に空気（気体）を供給し、空間４３内の空気で形成される空気バネの圧力を高める。これにより、除振対象機械１５を支持する力が大きくなり、金属ベローズ１９が伸長し、除振対象機械１５は支持部５との間隔が１〜２ｍｍとなる作動位置まで上昇させられる。
【００２１】
この状態で除振対象機械１５は所定の作業を開始する。
地震等の何らかの外乱によって、床１３が振動すると、台板２１が振動し、金属ベローズ１９の台板２１への固定部が振動する。
この振動は、金属ベローズ１９および内部空間２３の変形によって吸収され、天板１７および除振対象機械１５へ伝播しない。すなわち、金属ベローズ１９の下端が振動しても、金属ベローズ１９および内部空間２３が上下方向および水平方向に容易に変形して、金属ベローズ１９の上端に伝播されないことになる。
この時、除振対象機械１５の振幅は、数μｍ以下程度であり、特に厳しい場合にはｎｍオーダの場合もある。
【００２２】
除振性能を向上させるためには、除振部３のバネ定数を小さくすればよい。
本実施形態の場合、空気バネのバネ定数は、封入される空気の容積あるいは圧力を調節することによって調節できるので、例えば、コンプレッサ３１から送られる空気量を調節する、あるいは、空間４３内の空気を排出する、ことによって調節できる。また、バッファタンク３３の容積を調節する可能として空間４３の容積を調節してもよい。
これらにより、除振部３のバネ定数を調節することができる。
【００２３】
この除振作動時に、地震計９は地盤振動の加速度を検出してコントローラ１１へ伝送している。
地震計９は、建物の基礎よりも深い位置に設定されているので、地震の振動をより早くかつより正確に検出することができる。
コントローラ１１は送られてきた加速度が所定値以内かをチェックし、加速度が所定の値を超えると、除振対象機械１５の振幅が所定値を越える恐れがあると判断する。
この時、コントローラ１１は第一電磁弁３９に開放信号を伝送し、それを受けた第一電磁弁３９は開放動作を行なう。
【００２４】
第一電磁弁３９が開放されると、第一排気管３５を通って空間４３内の空気が外部に排出される。空間４３内の空気が排出されると空間４３内の空気の圧力が減少するので、空間４３内の空気で形成される空気バネは除振対象機械１５を支持できなくなり、除振対象機械１５が降下することになる。
この時、第一排気管３５よりも下流側の空間４３には、バッファタンク３３および内部空間２３が含まれるので、容積が大きい。このため、内部空間２３から排出される空気の排出割合が小さくなる。
このため、除振対象機械１５はゆっくりと降下するので、支持部５に接触する衝撃を緩和することができる。
【００２５】
除振対象機械１５の下面１６が支持部５の上面２７に当接したことを図示しないセンサが検知すると、その情報によってコントローラ１１は第二電磁弁４１へ開放信号を伝送し、それを受けた第二電磁弁４１は開放動作を行なう。
第二電磁弁４１が開放されると、第二排気管３７を通って空間４３内の空気が外部に排出される。第二排気管３７は、内部空間２３に近いので、内部空間２３から速やかに空気が排出される。
このため、除振対象機械１５は速やかに降下するので、支持部５に確りと支持される。
【００２６】
また、空間４３内の空気はさらに排出されるので、除振部３は除振対象機械１５を支持する能力を失い、除振対象機械１５は支持部５で支持されることとなる。
このため、除振対象機械１５は除振がされず支持部５（床１３）の振動と同様に振動されることとなる。
したがって、振動が拡大して伝達されることを防止することができる。これにより、除振対象物に想定以上の衝撃が作用することを防止できるので損傷する可能性を阻止することができる。
【００２７】
相互に接触している除振対象機械１５の下面１６および支持部５の上面は鋼で形成されているので、両者の間の静摩擦係数は略０．３となる。
したがって、もっとも厳しい水平方向についても、震度５強に相当する０．３Ｇまでの加速度には相互に移動しないように耐えられることになる。
震度５強のような大きな地震では、除振対象機械１５の作業は当然中止されるので、十分である。
【００２８】
コントローラ１１が、第一電磁弁３９を開く時の加速度の値は、所要の大きさの地震のＰ波を検出できる程度に設定するのが好ましい。
例えば、最も近いと思われる地下１０ｋｍを震源とする直下型の地震であっても、Ｓ波の到着はＰ波から略１．２秒遅れるので、Ｐ波を検出できればＳ波の到着までに除振対象機械１５を支持部５で支持させるように降下させることができる。
【００２９】
以下、本発明の効果を数値シミュレーションによって得られた結果に基づいて示す。
図３は、ある震度４相等の地震の加速度の時間変化である加速度波形を示している。図４は、従来のストッパを備えた除振装置を数値モデル化したものにこの加速度波形を入力した場合の応答加速度解析結果の波形を示している。該モデルにおいては除振装置の応答変位が所定の変位量を超えた場合にストッパ位置において発生する衝撃の要素が含まれている。
本実施形態の場合には、除振対象機械１５は地震の振動と同様に振動するので、図３と同様な振動を行なうことになる。
この場合、加速度の最大値は、３．７２秒の時１．１ｍ／Ｓ２（１１０．００Ｇａｌ）、最小値は、６．５６秒の時−０．９１５５ｍ／Ｓ２（−９１．５５Ｇａｌ）となっている。
図４の場合には、加速度の最大値は、３．７８秒の時１．７１２２ｍ／Ｓ２（１７１．２２Ｇａｌ）、最小値は、６．６６秒の時−１．８７１５ｍ／Ｓ２（−１８７．１５Ｇａｌ）となっている。
これを見ると、従来のものは、入力加速度が大きい地震初期にストッパ部における衝突によって１．５〜２倍の加速度が発生することになり、除振対象機械１５にたいする影響は本実施形態のものが格段に良好であることがわかる。
【００３０】
なお、本実施形態では、支持部５と除振対象機械１５とは面接触するようにしているが、これに限定されるものではなく、例えば、どちらか一方に凹所を形成し、他方がこの凹所に嵌合するように構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一実施形態にかかる除振装置の除振作動時の状況を一部を破断して示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態にかかる除振装置の非除振作動時の状況を示すブロック図である。
【図３】ある地震の加速度波形を示しているグラフである。
【図４】従来のストッパを備える除振装置に図３の加速度波形を入力したときの応答加速度波形を示しているグラフである。
【符号の説明】
【００３２】
１  除振装置
５  給気系統
９  地震計
１１  コントローラ
１３  床
１５  除振対象機械
２７  上面
３３  バッファタンク
３５  第一排気管
３７  第二排気管
３９  第一電磁弁
４１  第二電磁弁
【図１】
2007205544.tif 000003
【図２】
2007205544.tif 000004
【図３】
2007205544.tif 000005
【図４】
2007205544.tif 000006