(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
床をその下方のスラブに対して上下変位自在に配置し、該床の荷重をこれら床とスラブとの間に介設した緩衝ばねで支持するとともに、スラブ側から床に伝達される振動を該緩衝ばねで免振するようにした免振床装置において、
上記緩衝ばねは、そのばね定数が床荷重の増大に合わせて段階的に高まる非線形特性を付与してコイルばねで構成されており、
前記床は、機器類が設置される床面材と、フレームと、該フレーム上に設けられ前記床面材を支持する支持脚とを有し、
前記緩衝ばねの両側に配置されているフレームは、該緩衝ばねの上半分をＵ字状に跨ぐように相互に結合されていることを特徴とする免振床装置。
【請求項２】
前記緩衝ばねは、コイルの巻回ピッチ間が密着状態に至る荷重の異なる複数のコイルばね要素を直列に配置して構成したことを特徴とする請求項１記載の免振床装置。
【請求項３】
前記緩衝ばねは、コイルの巻回ピッチを途中で段階的に変えて、ピッチ間が密着状態に至る荷重の異なる複数のコイルばね要素をもつ単体の不等ピッチコイルばねで構成したことを特徴とする請求項１記載の免振床装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、床をその下方のスラブに弾性支持させて、このスラブから床に入力される上下振動を免振するようにした免振床装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電算機器や計測制御機器等の精密機器類を設置する部屋の場合、それらの設置床は外部からの上下振動を遮断（免振）可能な免振床とするのが望ましく、この様な免振床装置として、床の支持フレームをその下方の支持基盤であるスラブに対して上下変位自在に配置し、当該支持フレームをコイルばねを用いた多数の免振ユニットを介してスラブ上に弾性支持するようにした構造のものがある。
【０００３】
ここで、このような免振床装置にあっては、床の固有周期はコイルばねのばね定数と床荷重とによって定まるが、従来にあっては、上記コイルばねには支持荷重に拘わらずばね定数が一定な線形特性を有するものを用い、そのばね定数は床面上に設置される機器類などの重量を含んだ床荷重に合わせて定めることにより、床の固有周期が免振に適した値となるようにしている。また、支持フレームと免振ユニットとの間には、床荷重に相応して縮むコイルばねの変位を吸収して床面を所定の高さに調整するためのレベル調整ボルトを介在させている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の免振床装置では、免振ユニットのコイルばねには、ばね定数が一定な線形特性を有するものを使用しているので、室内に設置する機器類の入れ替えや増設、あるいはレイアウト変更などによって床荷重に変動が来されると、床の固有周期もこれに伴って変化してしまう。このため、このような床荷重の変動が来された後には、上記免振に適する床の固有周期を保持することができなくなって、免振機能が著しく低下されてしまうことになる。従って、このような場合には、変動後の床荷重に適したばね定数の免振ユニットに付け替えねばならず、極めて大がかりな作業が必要になってしまうといった課題があった。
【０００５】
本発明は、上記従来の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、床荷重の大小に拘わらず床の固有周期を略一定の範囲内に維持することができる免振床装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために本発明の免振床装置は、床をその下方のスラブに対して上下変位自在に配置し、該床の荷重をこれら床とスラブとの間に介設した緩衝ばねで支持するとともに、スラブ側から床に伝達される振動を該緩衝ばねで免振するようにした免振床装置において、上記緩衝ばねは、そのばね定数が床荷重の増大に合わせて段階的に高まる非線形特性を付与してコイルばねで構成されており、前記床は、機器類が設置される床面材と、フレームと、該フレーム上に設けられ前記床面材を支持する支持脚とを有し、前記緩衝ばねの両側に配置されているフレームは、該緩衝ばねの上半分をＵ字状に跨ぐように相互に結合されていることを特徴とする。
【０００７】
上記の構成でなる本発明の免振床装置では、床荷重が小さい時は、緩衝ばねは小さなばね定数で荷重を支持する一方、床荷重が大きくなると順次段階的にばね定数が大きくなって荷重を支持するから、［荷重／ばね定数］の平方根に比例する床の固有周期を、床荷重の大小に拘わりなく略一定の範囲内に維持することができ、地震などの振動外力に対する免振効果を床荷重の変動に拘わりなく良好に保持することができる。
【０００８】
ここで、上記緩衝ばねは、コイルの巻回ピッチ間が密着状態に至る荷重の異なる複数のコイルばね要素を直列に配置して、多段に積み重ねた構成とすることで、あるいは、コイルの巻回ピッチを途中で段階的に変えて、ピッチ間が密着状態に至る荷重の異なる複数のコイルばね要素をもつ単体の不等ピッチコイルばねを用いる構成とすることで、上記非線形特性を付与できる。
【０００９】
即ち、密着状態に至る荷重の異なる複数のコイルばね要素を直列に配置した構成の緩衝ばねは、床荷重が小さい時は、複数のコイルばね要素の全てが機能して、これらを直列に合成して得られる小さなばね定数で荷重を支持する一方、床荷重が大きくなるに従い、密着状態に至る荷重が小さいコイルばねが順次ばねとしての変位吸収機能を失っていき、これに伴い段階的に緩衝ばねのばね定数は大きくなっていく。従って、床荷重の変動に対する緩衝ばねのばね定数を順次段階的に増大させることができる。
【００１０】
また、コイルの巻回ピッチを途中で段階的に変えて一体的に連続形成した単体の不等ピッチコイルばねを緩衝ばねとして用いた場合も同様に、床荷重が小さい時は、ピッチが狭くばね定数が小さい部分と、ピッチが広くばね定数が大きい部分とが全て機能し、全体としてピッチが狭いその小さなばね定数より更に小さなばね定数で加重を支持して変位を吸収する一方、床荷重が大きくなるに従い、密着状体に至る荷重が小さいコイルばね部分が順次ばねとしての変位吸収機能を失っていき、これに伴い段階的に緩衝ばねのばね定数は大きくなっていく。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照しつつ詳細に説明する。図１から図４は本発明の免振床装置の一実施形態を示し、図１は免振床装置の拡大断面図、図２は免振床装置に用いられる緩衝ばねを示す拡大図、図３は緩衝ばねの変形量と荷重変動との関係を示す特性図、図４は床荷重と床の固有周期との関係を示す特性図である。
【００１２】
図１に示すように本実施形態の免振床装置は、床１２をその下方の支持基盤であるスラブ１４に対して上下変位自在に配置し、これら床１２とスラブ１４との間に免振ユニット１０を介在させて、この免振ユニット１０に内蔵された緩衝ばね１６により床荷重を支持するとともに、スラブ１４側から床１２に伝達される振動を免振するようになっている。
【００１３】
ここで、本発明にあっては上記免振ユニット１０の緩衝ばね１６を、そのばね定数が床荷重の増大に合わせて段階的に高まる非線形特性を付与したコイルばねで構成することを基本としており、本実施形態では、ばね定数とコイルの巻回ピッチが密着状態に至る荷重とが共に異なる複数（本実施形態では２本）の第１コイルばね要素１６ａと第２コイルばね要素１６ｂとを直列に配置して緩衝ばね１６を構成することで、上記非線形特性を付与するようにしている。つまり、床１２上に載置される機器の重量に応じた緩衝ばね１６の縮み量に合わせて免振ユニット１０内で変位の吸収機能を発揮するコイルばね要素１６ａ，１６ｂの数を段階的に変化させ、もって床荷重の変動に対する緩衝ばね１６のばね定数を段階的に設定変更する構成となっている。
【００１４】
更に、詳しく説明すると、上記免振ユニット１０は、上記緩衝ばね１６の下方に位置してスラブ１４に設置されるベースプレート１８と、緩衝ばね１６の上方に配置される上方取付け板２０とを備える。上記ベースプレート１８の中心部からはガイド支柱２２が立設されており、このガイド支柱２２の上端は上方取付け板２０の中央部を貫通し、上方取付け板２０はガイド支柱２２に摺動自在に挿通されている。
【００１５】
また、このガイド支柱２２を中心にして上記緩衝ばね１６を構成する第１コイルばね要素１６ａと第２コイルばね要素１６ｂとが上下に直列に配置されている。緩衝ばね１６の上端には、ガイド支柱２２に挿通されるガイド部２１ａを有するスプリングシート２１が取り付けられる。また、ベースプレート１８と上方取付け板２０とにはそれぞれ緩衝ばね１６の外周側を覆う筒状部１８ａ，２０ａが設けられている。
【００１６】
上記上方取付け板２０の上面には、図示する左右方向に延びる矩形の連結板２５が一体的に溶接されて立設されており、かつこの連結板２５はガイド支柱２２を避けてこれを挟むようにして図示する紙面の直交方向両側に並設されている。また、これらの連結板２５の左右両側には、それぞれ側方から下方に向けて延びるＬ字状をした板材でなるフレーム連結部材２４がボルトにより一体的に接合されており、このフレーム連結部材２４の下端は水平配置されるＳ造のフレーム２８の一端に一体的に溶接接合されている。即ち、免振ユニット１０の左右両側に配置されている各フレーム２８，２８はそれぞれフレーム連結部材２４と連結板２５とを介して、免振ユニット１０の上方取付け板２０に結合されていて、しかも両フレーム２８，２８は上記フレーム連結部材２４，２４と連結板２５とにより、ばね要素１６の上半部をＵ字状に跨ぐようにして相互に結合されている。また、各フレーム２８，２８の他端は隣設する図外の免振ユニットに同様にフレーム連結部材等を介して結合され、両端が各々免振ユニット１０により支持されて水平配置されるようになっている。
【００１７】
また、上記上方取付け板２０には、これに螺合されてレベル調整ボルト２６が設けられ、その先端は上部取付け板２０を貫通して、上記緩衝ばね１６上端のスプリングシート２１に当接している。一方、上記フレーム２８の上側には支持脚３０を介して床面材１３が支持されるようになっており、床面材１３，支持脚３０，フレーム２８，フレーム連結部材２４等からなる床１２自身の荷重及び床面上に載置される機器類等の荷重は、上記上部連結板２５及びレベル調整ボルト２６を介して免振ユニット１０のスプリングシート２１に伝達されるようになっている。
【００１８】
尚、上記ガイド支柱２２の上方に位置する床面材１３には所定の面積をもって切り欠いた点検口１３ａが設けられ、この点検口１３ａは蓋１３ｂによって着脱可能に閉止されている。
【００１９】
ところで、上記緩衝ばね１６は図２に示すように、直列配置された第１コイルばね要素１６ａ，第２コイルばね要素１６ｂのうち、例えば上方に配置される第１コイルばね要素１６ａのピッチＰ1 を下方に配置される第２コイルばね要素１６ｂのピッチＰ2 より小さくすることにより、第１コイルばね要素１６ａが密着状体に至る荷重Ｗａと第２コイルばね要素１６ｂが密着状態に至る荷重Ｗｂとを相違させて、第１コイルばね要素１６ａが密着状態に至った以後のばね定数を密着以前より大きくすることができる。
【００２０】
ここで、本実施形態では、上記第１コイルばね要素１６ａと第２コイルばね要素１６ｂとは線径が均一な単一のばね鋼を用いて、一体的な不等ピッチコイルばねとして連続形成してある。即ち、具体的には、ＳＵＰ９，ＳＵＰ９Ａ等のばね鋼を用いて線径１５ｍｍ，コイル平均径１９８ｍｍにて連続的に巻回し、第１コイルばね要素１６ａ部分はピッチＰ1 を３２．８ｍｍにして巻数４．９（長さ約１６０ｍｍ）とし、第２コイルばね要素１６ｂ部分はピッチＰ2 を８９．８ｍｍにして巻数３．３５（長さ約３００ｍｍ）として、全長約４６０ｍｍの単一な不等ピッチコイルばねに一体形成してある。また、ばね定数は第１コイルばね要素１６ａ部分がＫ1 ＝１．３３ｋｇ／ｍｍで、第２コイルばね要素１６ｂ部分がＫ2 ＝１．９４ｋｇ／ｍｍとなっている。
【００２１】
従って、上記緩衝ばね１６は、上記床１２上に載置される機器類の重量などを含んだ床荷重Ｆに応じて、スラブ１４とスプリングシート２１との間で変位の吸収機能を発揮するコイルばね要素の数が段階的に変化する。即ち、第１コイルばね要素１６ａの各ピッチＰ1 間が押しつぶされて密着状態となる設定荷重Ｗａ（約１１６ｋｇｆ）よりも、床荷重Ｆの方が小さいＦ＜Ｗａの範囲では、第１コイルばね要素１６ａと第２コイルばね要素１６ｂとがともに働いて床荷重Ｆを支持するとともに変位の吸収機能を発揮するが、床荷重Ｆが大きく上記設定荷重Ｗａを超える場合には、第１コイルばね要素１６ａはそのピッチＰ1 間が密着した状態になって変位の吸収機能を失い、それ以後は第２コイルばね要素１６ｂのみで増大する荷重を負担するとともに変位吸収機能を発揮する。
【００２２】
また、上記床荷重Ｆによる緩衝ばね１６の縮みに相応させて、レベル調整ボルト２６の操作によりスプリングシート２１と上部取付け板２０との間隙を調整し、床１２の高さを所定値Ｓに設定保持する。この際、載置する機器等の重量が重く、床荷重Ｆが設定荷重Ｗａよりも大きくなって緩衝ばね１６の縮み量も大きくなる場合には、レベル調整ボルト２６は予め十分長いものにして取り付けておく。
【００２３】
以上のような本実施形態の免振床装置にあっては、上述の如く床１２上に載置した機器類等の重量を含めた床荷重Ｆが小さくて上記設定荷重Ｗａに満たない場合には、第１，第２コイルばね要素１６ａ，１６ｂの両者が共に働いて荷重を支持するとともに変位の吸収機能を発揮するが、このときの緩衝ばね１６の全体的なばね定数Ｋは、１／Ｋ＝（１／Ｋ1 ) ＋( １／Ｋ2 ）として得られ、第１，第２コイルばね要素１６ａ，１６ｂのそれぞれのばね定数Ｋ1 またはＫ2 のいずれよりも小さな値になる。
【００２４】
また、床荷重Ｆが上記設定荷重Ｗａ以上の場合には、第１コイルばね要素１６ａは押し潰されて各ピッチＰ1 間が密着した状態となるので、このときの緩衝ばね１６のばね定数Ｋは第２コイルばね要素１６ｂの大きなばね定数Ｋ2 となる。
【００２５】
図３は床荷重Ｆの変動と緩衝ばね１６の縮み（変形）量との関係を示すもので、緩衝ばね１６全体としてのばね特性を表す。同図に示すように緩衝ばね１６のばね特性は２段の折れ線グラフとして得られる。即ち，このばね特性において、Ａ点は第１コイルばね要素１６ａのピッチＰ1 間が密着状態に至った時点を示し、Ｂ点は第２コイルばね要素１６ｂもそのピッチＰ2 間が密着状態に至った時点を示す。ここで、Ｏ点からＡ点の間では、２つのコイルばね要素１６ａ，１６ｂが共に働くからその全体としてのばね定数はＫ＝Ｋ1 ・Ｋ2 ／（Ｋ1 ＋Ｋ2 ）となり、また、Ａ点以後Ｂ点まではＫ＝Ｋ2 となる。つまり、上記緩衝ばね１６のばね特性は、縮み量（荷重変動）に対してばね定数Ｋが段階的に増大し、全体として不連続な非線形ばね特性を呈する設定となっている。
【００２６】
ところで、上記床１２の固有周期Ｔは一般に知られるように次の数式１によって得られる。同式中Ｗは荷重、Ｋはばね定数、ｇは重力加速度である。
［数式１］
Ｔ＝２π（Ｗ／Ｋ・ｇ）1/2 
【００２７】
そして、数式１によって得られる固有周期Ｔと床荷重Ｆとの関係は、図４に示すような特性図となる。即ち、この周期特性図は上記図３に示した各変位点Ｏ，Ａに対応した点ｏ，ａ，ｂがプロットされており、床荷重ＦがＷａより小さい範囲Ｆ＜Ｗａでは、緩衝ばね１６のばね定数Ｋは第１，第２コイルばね要素１６ａ，１６ｂを直列合成したばね定数Ｋ1 ・Ｋ2 ／（Ｋ1 ＋Ｋ2 ）となって一定である。このため当該Ｆ＜Ｗａの範囲では床荷重Ｆが大きいほど床１２の固有周期Ｔは長くなる。
【００２８】
そして、床荷重がＷａ（ａ点）以上の範囲Ｆ≧Ｗａでは、緩衝ばね１６のばね定数はＫ2 と高まってその固有周期Ｔは一旦低下し、このＦ≧Ｗｂの範囲においても床荷重Ｆが大きいほど固有周期Ｔは長くなる。
【００２９】
従って、床１２の固有周期Ｔは床面荷重Ｆの通常の使用範囲で若干上下するものの略一定した範囲内に設定でき、例えば本実施形態で示すように緩衝ばね１６を上記図３に示すばね特性とすることにより、図４に示すように床の固有周期Ｔを略０．５〜０．９秒前後の範囲内に収めることができる。
【００３０】
このように、載置機器等の重量の増減範囲を考慮して予め想定した通常使用範囲の床荷重Ｆに合わせて、第１，第２コイルばね要素１６ａ，１６ｂのばね定数Ｋ1 ，Ｋ2 と、第１コイルばね要素１６ａのピッチＰ1 間が密着状態になる設定荷重Ｗａとを適宜決定することで、当該通常使用範囲内で床荷重Ｆが如何様に変動されても、床１２の固有周期Ｔを略０．５〜０．９秒前後のほぼ一定の範囲内に自動的に維持することができ、地震等の振動外力に対して良好な免振効果を保たせることができる。
【００３１】
ここで、載置機器の増設や移設、並びにレイアウト変更等により床荷重Ｆが変動された場合には、当然に床１２の沈みこみ量が変わってしまうが、床面の高さはレベル調整ボルト２６によって容易に所定の高さＳに再設定調節可能であるから、レベル調整ボルト２６を操作して高さ調整をおこなうだけの簡単な作業ですみ、緩衝ばね１６の交換といった大がかりな作業を行う必要がない。
【００３２】
なお、本実施形態では、ばね性状の異なる２つのコイルばね要素１６ａ，１６ｂを直列に連続形成した単体の不等ピッチコイルばねを、緩衝ばね１６として用いた場合を開示したが、本発明はこれに限られることはなく、３つ以上のコイルばね要素を直列配置した不等ピッチコイルばねを採用することもできる。このように直列配置するコイルばね要素の数を増加することにより、固有周期Ｔをより緻密に制御することができる。
【００３３】
また、本実施形態では上記第１，第２コイルばね要素１６ａ，１６ｂを線径が均一な単一のばね鋼の線材で連続的に巻回形成した単体の不等ピッチコイルばねで緩衝ばね１６を構成する場合を開示したが、図５に示すようにこれら第１，第２コイルばね要素１６ａ，１６ｂをそれぞれ分離して別体に形成し、それぞれをスプリングシート３２などを介して直列に結合して緩衝ばね１６を構成するようにしてもよいことは勿論である。そして、このようにばね性状の異なるコイルばね要素１６ａ，１６ｂを各々分離して別体に形成して、これらを直列配置して積み重ねることで、緩衝ばね１６を構成するようにすると、個々のコイルばね要素１６ａ，１６ｂを、使用するばね鋼の材質や線材の太さなどを異ならせて作製できるから、その作製上の制約が大幅に緩和されて、緩衝ばね１６の特性設定の自由度が高くなり、また廉価に作製できる。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の免振床装置は、緩衝ばねをばね定数が床荷重の増大に合わせて段階的に高まる非線形特性を有するコイルばねで構成したので、床荷重が小さい時は小さなばね定数で支持する一方、床荷重が大きくなると順次段階的にばね定数が高くなって荷重を支持するから、［荷重／ばね定数］の平方根に比例する床の固有周期を、略一定の範囲内に維持することができ、地震などの振動外力に対する免振効果を床荷重の変動に拘わりなく良好に保持することができる。また、床は、機器類が設置される床面材と、フレームと、該フレーム上に設けられ床面材を支持する支持脚とを有し、緩衝ばねの両側に配置されているフレームは、該緩衝ばねの上半分をＵ字状に跨ぐように相互に結合されているように構成したので、緩衝ばねを、床とスラブと間に効果的に設置できる。
【００３５】
また、上記非線形特性を有するコイルばねは、コイルの巻回ピッチ間が密着状態に至る荷重の異なる複数のコイルばね要素を直列に配置した構成とすることで得ることができ、さらにはコイルの巻回ピッチを途中で段階的に変えて、ピッチ間が密着状体に至る荷重の異なる複数のコイルばね要素をもつ単体の不等ピッチコイルばねを用いる構成とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる免振床装置の一実施形態を示す拡大断面図である。
【図２】図１の免振床装置に用いられている不等ピッチコイルばねの拡大図である。
【図３】本発明にかかる免振床装置の一実施形態に用いられている不等ピッチコイルばねの変形量と荷重変動との関係を示す特性図である。
【図４】本発明に係る免振床装置の一実施形態における床の固有周期と床荷重との関係を示す特性図である。
【図５】本発明の免振床装置に用いる非線形特性を有するコイルばねの別の形態例を示す図である。
【符号の説明】
１０  免振ユニット
１２  床
１４  スラブ
１６  緩衝ばね
１６ａ  第１コイルばね要素
１６ｂ  第２コイルばね要素
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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