(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、これら床とスラブとの間に介設したコイルばねによりスラブ側から床に伝達される振動を免振するようにした免振床装置において、
上記コイルばねに、床荷重の増大に対してばね定数が連続的に増大する非線形ばね特性を有するばねを用い、
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、
前記コイルばねの両側に配置されているフレームは、該コイルばねの上半分を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。
【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】
また、免振ユニットによって弾性支持した床を地震等の振動外力からより効果的に免振するには、床荷重と免振ユニットのコイルばねの剛性とで決まる固有周期Ｔを約１．２秒程度に長周期化しておくことが望ましいが、そのためにはコイルばねの剛性（ばね定数）を低く設定する必要がある。
【０００６】
ところが、コイルばねの剛性を低くすると、床荷重によるばねの縮み量（変位）は大きくなり、しかもこの大きく変位した状態でさらに地震等の外部振動を有効に吸収し得るようにコイルばねの伸縮ストロークを確保せねばならないので、従来のような線形特性を有するコイルばねを用いた免振床装置では、コイルばねの長さが必然的に長大なものとなってしまう。したがって、これに伴いコイルばねを配置する床とスラブとの間のクリアランスも大きく設定する必要が生じ、よって長周期化を図って免振床を設置しようとすればその分だけ階高が高くなり、建物全体の高さが必要以上に大きくなってしまうという課題があった。また、これは換言すれば、階高に十分な余裕のない既存建物には長周期化を図って従来の免振床は設置し難いということになる。
【０００７】
一方、長周期化を図り易いばねとして、空気ばねを採用することが考えられるが、空気ばねを組み込んで免振床装置を構成するには、制御盤や各種エアー機器、配管、補助タンクなどの多数の周辺機器や部品が必要となり、このため装置のコストが高くなり、かつそれだけではなく定期点検整備や部品交換などによるランニングコストも嵩んでしまうことになる。
【０００８】
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、しかも床とスラブとの間のクリアランスを大きくとることなく、固有周期の長周期化も図ることができる免振床装置を提供することにある。
【０００９】
【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にかかる免振床装置は、床をその下方のスラブに対して上下変位自在に配置し、これら床とスラブとの間に介設したコイルばねによりスラブ側から床に伝達される振動を免振するようにした免振床装置において、上記コイルばねに、床荷重の増大に対してばね定数が連続的に増大する非線形ばね特性を有するばねを用い、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、前記コイルばねの両側に配置されているフレームは、該コイルばねの上半分を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。
【００１０】
以上の構成により本発明の免振床装置の作用を述べると、コイルばねに、床荷重の増大に対してばね定数が連続的に増大する非線形特性を有するばねを用いたので、［荷重／ばね定数］の平方根に比例する床の固有周期が床荷重の変動にかかわらず略一定に保たれるように設定することができ、地震などの振動外力に対する免振効果を床荷重の荷重変動にかかわりなく良好に保持することができる。また、床荷重が大きいときのばね定数が大きくなるので、当該大荷重時の縮み量は小さくなり、コイルばねの全長を可及的に短く形成して免振床装置の高さを抑えることができ、床の固有周期の長周期化を図り易くなる。また、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、前記コイルばねの両側に配置されているフレームは、該コイルばねの上半分を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、コイルばねを、床とスラブと間に効果的に設置できる。
【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は免振床装置の断面図、図２は免振床装置に用いられるコイルばねを示す拡大断面図、図３はコイル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を介在させるようになっており、この免振ユニット１０内に設けたコイルばね１６で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、本実施形態における上記免振ユニット１０の基本構成としては、上記コイルばね１６には床荷重Ｆの変動に対するばね定数Ｋが漸次連続的に増大する非線形特性を有するばねを用いるようにしている。
【００１４】
上記免振ユニット１０は、スラブ１４に設置されるベースプレート１８と、床面１２側に設けられる上方取付け板２０とを備え、これらベースプレート１８と上方取付け板２０との間に上記コイルばね１６が配置される。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を中心として上記コイルばね１６が配置されるとともに、上記上方取付け板２０の中心部はガイド支柱２２に摺動自在に挿通されている。
【００１５】
また、コイルばね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とにはそれぞれコイルばね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、図において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、コイルばね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、その先端は当該上方取付け板２０を貫通して、上記コイルばね１６上端のスプリングシート２１に当接している。
【００１８】
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１２上に載置される機器類等の荷重は、上記連結板２５，上方取付け板２０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に入力される。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】
ここで、上記コイルばね１６は、ＳＵＰ９，ＳＵＰ９Ａ等のばね鋼を用いて形成され、図２に示すように例えばピッチＰを一端から他端に行くに従って漸次大きくなるように変化させてある。すなわち、コイルばね１６のばね定数Ｋは材質，スプリング巻回径および線径が同一の場合、ばねとして有効な巻回数が多い程小さく、巻回数が少ない程大きくて、荷重の漸増に従ってピッチＰが小さい部分から順に密着してばねとして有効な巻回数が漸減するため、上記コイルばね１６のばね定数Ｋは、ピッチＰの小さい一端部からピッチＰの大きい他端部にかけて漸増する仕様となる。
【００２０】
以上の構成により本実施形態の免振床装置１０にあっては、コイルばね１６にはピッチＰが一方から他方に行くに従って漸次連続的に大きくなる非線形特性を有するばねを用いているので、床荷重Ｆが比較的小さくてコイルばね１６の縮み量（変形）が少ない場合は、上記コイルばね１６のほぼ全長で荷重支持するとともに変位の吸収機能を発揮することになり、該コイルばね１６全体で得られる小さいばね定数Ｋが働く。
【００２１】
一方、床荷重Ｆが増大した場合には、コイルばね１６の縮み量が大きくなるが、この場合には上記コイルばね１６は、荷重に応じてピッチＰの小さい部分が除々に潰れて密着していき、ばね定数が大きくまだ密着状態に至っていないピッチＰの大きい部分によって変位の吸収機能が発揮されるようになる。
【００２２】
図３は床荷重Ｆの変動とコイルばね１６の縮み量（変形）との関係を示すもので、上記コイルばね１６のばね特性Ｘを表す。即ち，縦軸は床荷重であり、Ｏ点を基準として床荷重Ｆを増大させていった場合のコイルばね１６の高さ変化を横軸に示している。同図に示すように、このコイルばね１６のばね特性は傾き（ばね定数Ｋ）が変位とともに連続して大きくなる曲線グラフとなっている。つまり、このばね特性Ｘでは床荷重Ｆが小さいときほどその荷重増に対する縮み量は多くく、床荷重Ｆが大きいときほどその荷重増に対する縮み量は少なくなっていく。
【００２３】
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 
【００２４】
即ち、数式１に示されるように固有周期Ｔと床荷重Ｆとの関係は、固有周期Ｔが［荷重／ばね定数］の平方根に比例するようになっている。ここで、本実施形態では上記図３に示したように床荷重Ｆの増大に伴ってばね定数Ｋが連続して増大するので、その固有周期Ｔを略一定に設定することができる。そして、このときの固有周期Ｔは図４に示すような特性図となる。即ち、この特性図に示す周期特性Ｙは上記図３に示した初期値Ｏ点に対応した点ｏがプロットされており、床荷重Ｆの増大に伴って滑らかに増大する。従って、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、上記コイルばね１６のばね定数Ｋを図３に示す荷重と高さの関係に設定しておくことにより、当該通常使用領域Ｒにおいて上記固有周期Ｔを略１．２秒前後の範囲に収めることができる。
【００２５】
このように、床荷重Ｆの変動にかかわらず床１２の固有周期Ｔを略１．２秒前後の範囲に長周期化できることにより、地震等の振動外力に対して著しい免振効果を発揮させることができる。
【００２６】
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が変動されると、当然に床１２の沈み込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、コイルばね１６の交換といった大がかりな作業を行う必要がない。
【００２７】
また、上記コイルばね１６は大荷重時ほど、そのばね定数Ｋが大きくなるため、従来の線形特性を呈するものに比べて、コイルばね１６のばね長を可及的に短く形成することができ、よって免振ユニット１０の高さを低くでき、床１２とスラブ１４との間隔Ｓを小さくして、建物が不必要に高くなるのを防止することができる。これは換言すれば、階高にあまり余裕のない既存の建物に対しても長周期化を図った免振床装置を設置することが可能になることを意味する。
【００２８】
また、本実施形態では上記コイルばね１６には、ピッチＰが漸次変化するものを使用して構成した場合を開示したが、これに限ることなくコイルの巻回径を漸次変化させたり、線径が漸増するばね素材を用いることによっても同様の機能を得ることができる。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の請求項１に示す免振床装置にあっては、免振ユニットのコイルばねに、床荷重の増大に対するばね定数が漸次連続的に強まる非線形特性を有したばねを用いたので、［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変動にかかわらず略一定の範囲内に保持することができる。従って、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ても、地震などの振動外力に対する免振効果を良好に維持することができ、免震ユニットのコイルばねを交換する必要がない。また、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、前記コイルばねの両側に配置されているフレームは、該コイルばねの上半分を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、コイルばねを、床とスラブと間に効果的に設置できる。
【００３０】
また、コイルばねの縮み量が大きくなるに連れて大きなばね定数をもって床荷重を支持することができるため、当該コイルばねの全長を可及的に短く形成し得、よって免振床装置の高さを低く構成することが可能となり、床面とスラブとの間の間隔を小さくして建物が不必要に高くなるのを防止することができ、階高にあまり余裕のない既存の建物に対しても長周期化を図った免振床装置を設置することが可能になる。
【００３１】
また、床荷重の変動に対するコイルばねのばね定数変化が滑らであり、固有周期も滑らかに変化するから、振動入力時における床の揺動を滑らかに抑制することができるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の免振床装置の一実施形態を示す断面図である。
【図２】本発明の免振床装置に用いられる非線形コイルばねの一実施形態を示す拡大図である。
【図３】本発明の免振床装置の一実施形態に用いられる非線形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】本発明の免振床装置の一実施形態における床荷重と床の固有周期との関係を示す特性図である。
【符号の説明】
１０  免振ユニット
１２  床
１４  スラブ
１６  コイルばね
【図１】
0003884837.tif 000002
【図２】
0003884837.tif 000003
【図３】
0003884837.tif 000004
【図４】
0003884837.tif 000005