(57)【要約】【課題】圧縮コイルばねの圧縮変位に対して弾性抵抗の上昇や形状保持のための強度による影響を殆ど生じさせることのない簡単な構造の制振・防振装置を提供する。【解決手段】、圧縮コイルばねによる制振・防振装置において、荷重坦持用の圧縮コイル２と、当該圧縮コイルばね２の外周に対向して配設された低硬度かつ低反発弾性率部材３とから構成され、前記低硬度かつ低反発弾性率部材３は前記圧縮コイルばね２との対向面が常時接触するよう構成した。                【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮コイルばねによる制振・防振装置において、
荷重坦持用の圧縮コイルと、当該圧縮コイルばねの内周又は外周に対向して配設された低硬度かつ低反発弾性率部材とから構成され、
前記低硬度かつ低反発弾性率部材は前記圧縮コイルばねとの対向面が常時接触するよう構成されたことを特徴とする、圧縮コイルばねによる制振・防振装置。
【請求項２】
前記低硬度かつ低反発弾性率部材は板体形状からなり、前記圧縮コイルばねの内周又は外周に巻き付け、その両端を固定したことを特徴とする、請求項１に記載の圧縮コイルばねによる制振・防振装置。
【請求項３】
前記板体形状の低硬度かつ低反発弾性率部材を前記圧縮コイルばねの内周又は外周に巻き付けた前記低硬度かつ低反発弾性率部材の両端の固定を、前記低硬度かつ低反発弾性率部材の外周に非弾性体シート又はテープを巻き付けてなしたことを特徴とする、請求項２に記載の圧縮コイルばねによる制振・防振装置。
【請求項４】
前記低硬度かつ低反発弾性率部材は、ショアＡ硬度が１０以下でかつ反発弾性率が３０％以下であることを特徴とする、請求項１，２又は３のいずれかに記載の圧縮コイルばねによる制振・防振装置。
【請求項５】
前記低硬度かつ低反発弾性率部材は、軟質ウレタンフォームであることを特徴とする、請求項１、２、３又は４のいずれかに記載の圧縮コイルばねによる制振・防振装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、簡易な構造で圧縮コイルばねの振動減衰特性を損なう事なく低硬度且つ低反発弾性率部材の振動吸収性を活用してダンパ効果を発揮させる事ができる新規な制振・防振装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ナノテクノロジーやバイオテクノロジーに代表される超微細技術による「観察・検査・加工・操作など」を維持するための周辺技術として、制振・防振を含む幾つかの「測定環境」の重要性の認識がますます深まってきている。そうした中、床を通して伝達されてくる外来の振動が精密な機器類に与える影響を防ぎ、適正な測定環境を確保するために、機器類の設置に制振・防振機構が用いられる。
【０００３】
コンピュータや通信機器に用いられる電子デバイスの回路パターンを形成する露光機や青色レーザーを用いた光学装置に使われる光学素子の高精度な形状を読み取る３次元形状測定器、遺伝子解析などに用いられる電子顕微鏡のようにナノメートルの精度が問題となる機器類では外来の振動の影響を阻止する必要性が高く、床から機器類に伝えられる振動を減衰する除振機構の性能が測定装置の性能を左右する重要な要素となる。
【０００４】
最近では、研究・開発段階で行われていた精密測定が製品の高密度・高精度化に伴い、生産ラインでの全数検査工程で行われるようになり、小型且つ取り扱いが簡易でありながら制振・防振性能が高い装置への要求がますます高まっている。
【０００５】
従来から制振・防振機構には、一般に空気ばねを組み込んだ構造のものが用いられてきた。特に、固有振動数が１〜２ｋＨｚのダイアフラム形空気ばねを用いることによって、制振・防振機構の機能は、空気ばねと、空気ばねに支持される機器類の質量との系によって実現される。
【０００６】
空気ばねを用いることによる利点は、補助タンクを付設し、空気ばねと、タンクとの間にオリフィスを入れることで、空気の粘性抵抗による減衰を得ることができ、固有振動数における共振ピークを低く抑えることが可能となり、外乱による支持荷重の揺れを速やかに吸収することができる点であるが、空気ばねの性能を維持するためのエアーの供給や管理という点で取り扱いが簡易とは言えない。
【０００７】
一方、メインテナンスが必要でかつ高価空気ばねを用いずに、垂直方向と水平方向との制振・防振機能を得る制振・防振機構として、圧縮コイルばね５１と、制振材との組合せによる装置が知られている。この装置は、例えば図６に示すように、弾性体としての圧縮コイルばね５１と、円柱状の粘弾性体５２との組合せを用い、粘弾性体５２を圧縮コイルばね５１の空間内に配置し、粘弾性体５２の両端と、圧縮コイルばね５１の両端とにフランジ５３を取り付け、圧縮コイルばね５１と粘弾性体５２とが複合的に作用するように一体にしたものである。
【０００８】
この装置を機械器具の制振・防振支持に用いれば、水平方向と垂直方向に加えられる外力に対して制振・防振効果を得ることができる。
【０００９】
ところで、図６に示す制振・防振構造によるときには、この機構に加わる荷重はコイルばね５１によって支えられるが、制振材としての粘弾性体５２の粘弾性抵抗は、圧縮コイルばね５１の圧縮たわみ量が大きければ大きいほど弾性反発力が増し、逆に粘性抵抗が減少し、実質的に弾性体となるため制振効果が変動・悪化する。具体的には、装置全体の固有振動数が上昇することにより防振特性が悪化し、加えて共振倍率Ｑ値の上昇により、装置に過大変動が加わった時の揺れの収斂時間が著しく伸びる。特に軽荷重を支える制振・防振機構の場合には、圧縮コイルばね５１のばね常数が小さいため荷重変動による変位が大きく、それに伴って粘弾性体５２の圧縮変動率が高くなり制振・防振性能が大きく変化するという問題が生じるのである。
【００１０】
また、図７に示す特許文献１に記載された制振・防振機構によれば、制振・防振機構に作用する荷重が変化して圧縮コイルばね６１の撓みに大きなストローク変位が生じたとしても、粘弾性体６２の圧縮量制御手段（調整ねじ）６３で適宜調整することで、装置全体の固有振動数を調整することができる。
【００１１】
しかしながら、この調整機構では、固有振動数を調整する場合、加速度センサー等を用いた周波数応答測定を行いながら調整する必要があり煩雑である。また、制振・防振機構が四隅、四カ所配置され荷重を支える一般的構造において、加わる荷重が偏重心している場合などは、それぞれの制振・防振機構に加わる荷重が異なっており、加えて個々の制振・防振機構の振動特性は互いに相関をもって変化するため、４箇所の制振・防振機構を数度にわたり測定・調整を行う必要があり、非常に煩雑であり、取り扱いが困難である。
【００１２】
図８に示す特許文献２に記載された制振・防振機構によれば、制振・防振機構に作用する荷重が変化して圧縮コイルばねの撓みに大きなストローク変位が生じたとしても、制振・防振機構は制振材の抵抗の影響を受けずに安定した除振性能を発揮することができる。この制振・防振機構の制振・防振振性能は、制振材に用いた帯状の粘弾性体７１の幅，厚さ，硬さを変えることにより、粘弾性特性を変え、これにより粘弾性特性を変えることによって容易に調整できる。
【００１３】
しかしながら、制振材は、圧縮コイルばねとは独立した別の部品として制振・防振機構に組み込まれるものであるために、圧縮コイルばねの伸縮変位に追従させるには、独立した部品として伸縮変位に対してある程度の復元強度が必要であり、この要求された強度が、圧縮コイルばねの伸縮変位に対する抵抗となり、圧縮コイルばねの圧縮変形のストロークの大小を左右し、その結果、制振・防振機構の性能に影響を与えるという問題がある。
【００１４】
【特許文献１】特許第３５４３７５８号公報
【特許文献２】特開２００６−２０７７２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
従来、制振用粘弾性部材は、圧縮コイルばねの圧縮変位とともに圧縮され弾性抵抗体となるか、或いは伸縮変位時の形状保持のための強度が必要となり、その結果、制振・防振機構の固有振動数やＱ値の上昇などの性能に対する影響は避けられないという欠点がある
【課題を解決するための手段】
【００１６】
そこで、この発明は、圧縮コイルばねの圧縮変位に対して弾性抵抗の上昇や形状保持のための強度による影響を殆ど生じさせることない低硬度かつ低反発弾性率部材を有効な箇所に配置することで、圧縮コイルばねの圧縮変位に対して制振・防振特性の変化が極めて少ない制振・防振装置を簡易な構造で実現した。
【００１７】
具体的には、請求項１の発明は、圧縮コイルばねによる制振・防振装置において、荷重坦持用の圧縮コイルと、当該圧縮コイルばねの内周又は外周に対向して配設された低硬度かつ低反発弾性率部材とから構成され、前記低硬度かつ低反発弾性率部材は前記圧縮コイルばねとの対向面が常時接触するよう構成された、圧縮コイルばねによる制振・防振装置とした。
【００１８】
請求項２の発明は、前記低硬度かつ低反発弾性率部材は板体形状からなり、前記圧縮コイルばねの内周又は外周に巻き付け、その両端を固定した、請求項１に記載の圧縮コイルばねによる制振・防振装置とした。
【００１９】
請求項３の発明は、前記板体形状の低硬度かつ低反発弾性率部材を前記圧縮コイルばねの内周又は外周に巻き付けた前記低硬度かつ低反発弾性率部材の両端の固定を、前記低硬度かつ低反発弾性率部材の外周に非弾性体シート又はテープを巻き付けてなした、請求項２に記載の圧縮コイルばねによる制振・防振装置とした。
【００２０】
請求項４の発明は、前記低硬度かつ低反発弾性率部材は、ショアＡ硬度が１０以下でかつ反発弾性率が３０％以下である、請求項１，２又は３のいずれかに記載の圧縮コイルばねによる制振・防振装置とした。
【００２１】
請求項５の発明は、前記低硬度かつ低反発弾性率部材は、軟質ウレタンフォームである、請求項１、２、３又は４のいずれかに記載の圧縮コイルばねによる制振・防振装置とした。
【発明の効果】
【００２２】
請求項１の発明の制振・防振装置によれば、空気ばね方式に対して構造が簡易で、しかも取り扱いが容易であり圧縮コイルばねと粘弾性部材を使用した従来の制振・防振機構に比べて荷重変動により変位が増した時の弾性抵抗の増加が無く、制振部材の強度が制振・防振性能に影響を与えないくらい小さいことで、あらゆる荷重ですぐれた制振・防振効果が得られる。すなわち、圧縮コイルばねの圧縮変位時の固有抵振動数やＱ値の変化がない制振・防振装置である。それ故、耐久性があり、メインテナンスが不要な、低コストの制振・防振装置である。
【００２３】
また、請求項２の発明によれば、前記請求項１の効果に加え、前記低硬度かつ低反発弾性率部材は板体形状であるため、製造し易い。また、板体形状の低硬度かつ低反発弾性率部材の両端の固定は、接着剤、両面テープ、または、輪ゴムで巻いてもよい。また、請求項３の発明によれば、前記請求項１及び２の効果に加え、前記低硬度かつ低反発弾性率部材の外周に非弾性体シート又はテープを巻き付けて構成しているため、さらに製造が容易である。
【００２４】
請求項４の発明は、前記低硬度かつ低反発弾性率部材は、ショアＡ硬度が１０以下でかつ反発弾性率が３０％以下としているため、この減衰効果は確実となる。また、請求項５の発明では、前記低硬度かつ低反発弾性率部材を軟質ウレタンフォームとしているため、入手しやすい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
圧縮コイルばねの圧縮変形のストロークの大小に左右されずに制振・防振機構の制振・防振性能を長期にわたって発揮させるという目的を、圧縮コイルばねの内周または外周に低硬度かつ低反発弾性率部材を設け、前記圧縮コイルばねとの対向面に常時接触するように配置することで実現した。
【実施例１】
【００２６】
以下この発明の実施例１を図について説明する。
図１の（ａ）図はこの発明の実施例１の一部縦断面側面図、（ｂ）図は同横断面平面図である。この発明による制振・防振機構は、搭載板或いはテーブル１ａ，ベース或いはフレーム１ｂと、弾性体である圧縮コイルばね２と、低硬度かつ低反発弾性率部材３とからなるものである。搭載板或いはテーブル１ａ、ベース或いはフレーム１ｂは、圧縮コイルばね２の上下に配置されたものであり、上段の搭載板或いはテーブル１ａは構造体の支持台となり、下段のベース或いはフレーム１ｂは、制振・防振装置の床或いは卓への設置台となるものである。
【００２７】
前記低硬度かつ低反発弾性率部材３は板体形状で、圧縮コイルばね２の外周部に巻き付けて構成している。この低硬度かつ低反発弾性率部材３は、圧縮コイルばね２に作用する荷重、振動に対してその低反発弾性により支持体としての抵抗にはならず、専ら構造体の振動に伴って圧縮コイルばね２の一端から他端に伝播する振動エネルギーを減衰させて制振・防振性能を得るものである。低硬度かつ低反発弾性率部材３としては、ショアＡ硬度が１０以下でかつ反発弾性率が３０％以下の軟質ウレタンフォームを用いると効果的であるが、軟質ウレタンフォーム以外のものであっても、ショアＡ硬度が１０以下でかつ反発弾性率が３０％以下の材料であれば同様な結果が得られることは言うまでも無い。
【００２８】
前記低硬度かつ低反発弾性率部材３の外周部に非弾性体シートまたはテープ４を巻き付けて、前記低硬度かつ低反発弾性率部材３を圧縮コイルばね２の外周に保持することで圧縮コイルばね２との対向面に常時接触するように構成されている。非弾性体シートまたはテープ４の材質としては、弾性力や強度が制振・防振特性に影響を及ぼさないくらい小さければ何でもよく、例えばポリ塩化ビニリデン、塩化ビニール、ポリエチレンなどや和紙などがある。さらには、前記低硬度かつ低反発弾性率部材３を圧縮コイルばね２の外周に巻き付けてその両端を接着剤、両面テープで留めるか輪ゴムを巻いても良い。
【実施例２】
【００２９】
図２の（ａ）図、および（ｂ）図は、この発明の実施例２の一部縦断面側面図、及び同横断面平面図である。この制振・防振機構は、搭載板或いはテーブル１ａ、ベース或いはフレーム１ｂと、弾性体である圧縮コイルばね２と、低硬度かつ低反発弾性率部材３とからなるものであり、圧縮コイルばね２の内周部の対向面において低硬度かつ低反発弾性率部材３と圧縮コイルばねが常時接触するように構成されており、図１の形態と同様な効果が得られることは言うまでも無い。このように、前記低硬度かつ低反発弾性率部材３は板体形状でも、筒状、円柱形状、さらには、圧縮コイルばねの形状に合わせて角柱形状の成型品でもよい。
【００３０】
次に、この発明の実施例１の圧縮コイルばねと全く同じ圧縮コイルばねを用いて実施例１の装置と減衰特性を比較した。図３は縦軸に加速度（１目盛１０gal）、横軸を時間（１目盛０．５秒）とし、両者に一定の力を加えた際の力の減衰と時間の減衰を示す。図３の（ａ）図は圧縮コイルばねのみ、（ｂ）図は実施例１の装置の減衰特性を示す。（ａ）図のものは、加速度も大きく、減衰時間が長いが、（ｂ）図のものは、加速度も小さく、初めから力が減衰されており、また減衰時間も２秒以内であった。従って、この装置は力の減衰と時間の減衰の両方の効果を有しているといえる。
【００３１】
さらに、図４は測定実験の要領を示す図である。搭載板３１上にウエイト３２を付加し、床面３３と搭載板３１の間に実施例１の制振・防振機構３４を四隅、四箇所に配置し、制振・防振効果を確認するための加速度ピックアップ３５を図に示す床面３３、搭載板３２にそれぞれ設置し、床面３３と搭載板３２間の振動伝達率の測定を行った。  測定して得られた垂直方向の振動特性のグラフを、図５（ａ）、（ｂ）に示す。
【００３２】
図５（ａ）は、付加したウエイトが３８ｋｇの時の垂直方向の振動特性のグラフであり、図５（ｂ）は、付加したウエイトが５５ｋｇの時の垂直方向の振動特性のグラフである。両図を比較して明らかなように２つの荷重条件下でも制振・防振特性の指標となる図中矢印箇所７ａ、７ｂの共振周波数と共振倍率（Ｑ値）すなわちピークの高さの変化が極めて少なく、制振・防振効果として良好な値を示していることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】この発明の実施例１の装置の概略断面図を示し、（ａ）図は一部縦断面側面図、（ｂ）図は横断面平面図である。
【図２】この発明の実施例２の装置の概略断面図を示し、（ａ）図は一部縦断面側面図、（ｂ）図は横断面平面図である。
【図３】この発明の実施例１の装置と、これに使用した圧縮コイルばねと同じばねとで振動を与えた場合の減衰特性を表示したグラフ図であり、（ａ）図は圧縮コイルばねのみの場合、（ｂ）図は実施例１の装置のグラフ図である。
【図４】この発明の実施例１の振動伝達率の測定実験の装置の概要を示す図で、（ａ）図は平面図、（ｂ）図は側面図である。
【図５】この発明の図４の測定実験の結果を示す振動特性を示すグラフ図であり、（ａ）図は、ウエイト３８ｋｇの時の垂直方向の振動特性、（ｂ）図はウエイト５５ｋｇの時の垂直方向の振動特性を示すものである。
【図６】圧縮コイルばねと粘弾性部材を使用した従来例を示す側面図である。
【図７】圧縮コイルばねと粘弾性部材を使用した改良型の従来例を示す側面図である。
【図８】圧縮コイルばねと粘弾性部材を使用した改良型の従来例を示す側面図である。
【符号の説明】
【００３４】
１ａ    搭載或いはテーブル         １ｂ    ベース或いはフレーム
２      圧縮コイルばね内層          ３      低硬度かつ低反発弾性率部材
４      非弾性体シート又はテープ    
３１      搭載板                    ３２      ウエイト
３３      床面                      ３４      制振・防振装置
３５      加速度ピックアップ        
【図１】
2010031953.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2010031953.tif 000007
【図６】
2010031953.tif 000008
【図７】
2010031953.tif 000009
【図８】
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