(57)【要約】【課題】引っ張りコイルばねを用いて鉛直方向、水平方向ともにやわらかい特性を有する除振機構を提供する。【解決手段】テーブル２と、該テーブル２を支える脚台３間に、振り子機構Ｐと、減衰機構Ｄとを有している。振り子機構Ｐは、サポートロッド４と、引っ張りコイルばね５とを有し、サポートロッド４は、テーブル２側より垂下され、引っ張りコイルばね５は、脚台３側より吊下げられ、サポートロッド４を支持し、テーブル２を水平方向に揺動させるものである。減衰機構Ｄは、テーブル２と脚台３およびこの間に介在させた柱状の粘弾性体６とによって構成され、脚台３とテーブル２間の相対変位を減衰させる。【選択図】図２
2004068914.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
テーブルと、該テーブルを支える脚台間に、振り子機構と、減衰機構とを有する除振機構であって、
振り子機構は、サポートロッドと、引っ張りコイルばねとを有し、
サポートロッドは、テーブル側より垂下されたものであり、
引っ張りコイルばねは、脚台側より吊下げられ、サポートロッドを支持し、テーブルを水平方向に揺動させるものであり、
減衰機構は、テーブルと脚台およびこの間に介在させた柱状の粘弾性体とによって構成され、テーブル脚台とテーブル間の相対変位を減衰させるものであることを特徴とする除振機構。
【請求項２】
サポートロッドは、下端に球面を有し、
引っ張りコイルばねは、受座に連結され、
受座は、サポートロッドの球面を支えるものであることを特徴とする請求項１に記載の除振機構。
【請求項３】
受座は、脚台から吊下げられた２本以上の引っ張りコイルばねによって水平姿勢に支えられ、
サポートロッドは、２本以上の引っ張りコイルばねに囲まれた空間内を垂下して受座を圧下し、
引っ張りコイルばねは、テーブルを含んでサポートロッドに作用する荷重を受けて引き伸ばされ、
テーブルは、受座に支えられたサポートロッドを軸として水平方向に揺動するものであることを特徴とする請求項１に記載の除振機構。
【請求項４】
粘弾性体は、テーブルと脚台間に介在させる一定長さの柱であり、脚台の上縁に搭載され、粘弾性体の上端面で上面テーブルを支えているものであることを特徴とする請求項１に記載の制振機構。
【請求項５】
粘弾性体は、テーブルの鉛直方向と、水平方向の運動を減衰し、円弧運動の発生を抑制するものであることを特徴とする請求項４に記載の制振機構。
【請求項６】
脚台は、上端が開放された角型の筒であり、テーブルの要所に３箇所以上設置され、その上端開口縁にサポートロッドの挿入穴を開口したブラケットが取付けられたものであり、
引っ張りコイルばねは、挿入穴を中心としてその同一円周上の位置にが吊下げられ、
受座は、各引っ張りコイルばねの下端に水平姿勢に取付けられているものであり、サポートロッドは、テーブルに固定されて脚台内にそれぞれ垂下されて下端の球面が受座上にピボット軸受けされるものであることを特徴とする請求項１に記載の制振機構。
【請求項７】
サポートロッドは円筒であり、内部に重錘が挿入され、
重錘は、サポートロッドに作用する重量の大きさによって、テーブルと脚台との間隔あるいは、テーブルの傾きを調整するものであることを特徴とする請求項４に記載の制振機構。
【請求項８】
重錘は、サポートロッドの押下力に重量を付加し、バランスを保持し、テーブルの重心を下げて安定性を高めるものであることを特徴とする。
【請求項９】
振り子機構は、サポートロッドおよび引っ張りコイルばねが正確に鉛直姿勢に配置されており、サポートロッドおよび引っ張りコイルばねは、鉛直姿勢で動作することによって制振機能を発現するものであることを特徴とする請求項１に記載の制振機構。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、テーブルに搭載された精密な機器類への振動の影響を阻止して機器本来の性能を発揮させる除振機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
除振機構は、床を通して伝達されてくる外来の振動を精密な機器類に伝えたくない場合に用いられる。レーザ顕微鏡、薄膜硬度計、圧膜測定器のように微小振動を嫌う機器類では自励振動や外来の振動、特に鉛直方向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させる除振機構の性能が機器本来の性能を左右する重要な要素となる。
【０００３】
一般に除振機構には、図６に示すように空気ばねを組み込んだ構造のものが用いられてきた（先行例１）。このような除振機構は、空気ばね２０と、空気ばね２０に支持される機器類の質量２１との系によって実現され、空気ばねには、固有振動数が１〜２Ｈｚのダイアフラム形空気ばねを用いることによって、優れた除振機能が得られる。
【０００４】
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る点にある。図７に示すように、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。
【０００５】
しかし、空気ばねは、上下方向の除振のみであり、水平方向の除振をも考慮に入れると全く別の問題が生じてくる。空気ばねに水平除振機構を付与するという試みは、例えばダイアフラム形空気ばねのピストンの中にジンバル機構といわれる機構を組み込んだ構造のものが提案されている（先行例２）。
【０００６】
この構造によるときには、図８に示すように機器類の荷重は、ロードディスク２２に支持され、ロードディスク２２はサポートロッド２３によって、ダイアフラム２４よりずっと下方のピストン２６の底部でピボット軸受け２７されている（倉敷加工株式会社　ＫＵＲＡＳＩＫＩ　ＭＩＣＲＯ−ｇ　Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ―ｉｓｏｌａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍｓ　精密除振台カタログ参照）。これによって、水平方向の荷重の動きは、ピストン２６のロッキング運動に変換され、非常にやわらかい水平方向のばね特性を得ることができるとはいうものの、空気ばねを用いるという構想による限り、構造が複雑となり、除振機構は高価にならざるを得ない。
【０００７】
一方、高価な空気ばねを用いずに鉛直方向と、水平方向との除振機能を得る除振機構として、弾性体と、粘弾性体との組み合わせによる装置（除振マウント）が提案されている。この装置は、例えば図９に示すように、弾性体である圧縮コイルばね３１と円柱状の粘弾性体（エポキシ樹脂）３２との組合わせを用い、粘弾性体３１を圧縮コイルばね３１の中に入れ、粘弾性体３２の両端と、圧縮コイルばね２１の両端とにフランジ３３を取り付け、圧縮コイルばね３１と粘弾性体３２との複合体に作用する荷重方向の弾性中心を粘弾性体側に包蔵させて両者を一体にネジで緊締したものである。
【０００８】
この装置を機械器具の支持に用いれば、水平方向（横方向）と鉛直方向（縦方向）に加えられる外力に対して大きな減衰性を得ることができる（特開昭６３−３０６２８号（先行例３）参照）。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、先行例３に示す上記除振マウントにおいて、鉛直方向に加えられる外力に対して除振性能を上げるため、すなわち、除振マウントの共振周波数を低くするためには、負荷荷重によるコイルばねの圧縮量をできるだけ大きくするようにばねが選定されるが、負荷荷重によるコイルばねの圧縮量をできるだけ大きくするようにばねが選定されると、確かに、鉛直方向に軟らかな性能が得られるものの、同時に水平方向には、逆の特性が強く現れてくる。
【００１０】
もっとも、鉛直方向の圧縮コイルばねのたわみ量は、ばねの線材同士の接触によって限界に達し、横方向では、ばねのアスペクト比にもよるが、コイルばねのたわみによって座屈を生ずるという問題がある。
【００１１】
座屈とは、コイルばねが横方向に柔らかくなりすぎて水平方向のばね性が失われ、コイルばねに加えられる横からの力に耐えきれずに横ずれを生じてしまう現象である。コイルばねに座屈が生じたときには、もはや機械器具を支持することができない。図１０に、コイルばね３１と円柱状の粘弾性体（エポキシ樹脂）３２との組合わせによる除振マウント（図１０（ａ）参照）の除振メカニズムを示す。図１０において、コイルばね３１の鉛直方向の共振周波数ｆ０は、近似的に式（１）であらわされる。
ｆ０＝５／√たわみ量（ｃｍ）・・・・（１）
【００１２】
また、コイルばね３１と、粘弾性体３２との組合わせにおける除振マウントの性能を表す振動伝達率（単位ｄＢ）は、除振マウントの上端をＵ、下端をＤとして、式（２）のとおりである。
ｄＢ＝２０ｌｏｇＵの振動／Ｄの振動・・・（２）
【００１３】
図１０（ｂ）において、曲線Ａは、コイルばね３１の共振周波数がｆ０のときのコイルばね１の振動伝達特性を示している。図は、説明を分かりやすくするため、サージングの波形は図示を省略してある。（１）式により、曲線Ａにおける共振周波数ｆ０を下げるには、鉛直方向のたわみ量を大きくすることである。
【００１４】
共振周波数ｆ０を下げることによって、曲線Ｂのように共振周波数ｆ０を頂点とした領域の共振倍率が上昇する。共振周波数ｆ０を下げることによって上昇した弾性体の共振倍率は、その弾性体１に粘弾性体２を組合せることによって、下げることができ、同時にサージングも解消できる。曲線Ｃは、曲線Ｂの特性のコイルばね３１に粘弾性体３２を組合わせた除振マウントの特性を示している。
【００１５】
図に明らかな通り、曲線Ｂは、曲線Ａよりも共振周波数が低下するが、弾性体１に粘弾性体２を組合わせた除振マウントの減衰曲線Ｃは、曲線Ｂよりも共振周波数が増大するものの、曲線Ａの共振周波数に匹敵し、かつ共振倍率が大幅に低下して優れた減衰性能の振動伝達特性が得られる。なお、説明を分かりやすくするため、サージング波形は図示を省略してある。
【００１６】
しかし、圧縮コイルばね１の共振周波数を低下させることは、圧縮量を大きくすることであり、圧縮コイルばね１に用いたコイルばねが水平方向にずれやすくなり、この結果、コイルばねが真っ直ぐに縮まらず、除振マウントに支えるべき物体が横方向にずれっぱなしになるという問題が生ずるのである。
【００１７】
このような問題を解決するため、コイルばねと、粘弾性体とを組合わせた除振マウントに、コイルばねの水平方向のたわみを防止して弾性体の変位方向を一方向に規制するガイドを設け、除振マウントに横ずれを生じさせることなく、コイルばねに負荷荷重によるコイルばねの圧縮量をできるだけ大きくするようにばねを選定して共振周波数を低く抑えることができる装置が提案された（特願２０００−２６２７０８号（先行例４）参照）。
【００１８】
先行例４においては、コイルばねの水平方向のずれを防止するため、ガイドとして例えば相対変位する一方のカバーと他方のカバーの何れか一方に、ガイドポストを保持させ、このガイドポストを他方のカバーに設けたガイドポストに摺動可能に差込んだものであるため、鉛直方向の摩擦抵抗がある程度上昇するのは避けられない。摩擦抵抗の増大は、共振周波数の増大を招くことになる。
【００１９】
このような問題は、コイルばねと、粘弾性体とを内外同心状に組合わせる場合に限らず、一般にコイルばねと、粘弾性体とを任意に組合わせた場合についてもそのまま当てはまる。
【００２０】
除振機構に圧縮コイルばねを用いたときに、そのコイルばねが鉛直方向と水平方向とに同時に適度な軟らかさを有しているのが理想であるが、実際に、鉛直方向に軟らかいばねを用いると、座屈が生じ、所定の重量を支えることができない。このため、座屈がおこらないコイルばねを用いて圧縮（鉛直）方向の除振機能を向上させようとすると、今度は水平方向に硬くなってせん断方向の除振機能が得られない。このように、除振機構に圧縮コイルばねを用いるという構想は、コイルばねの座屈が鉛直方向、水平方向の除振機構を実現する上での問題解決の大きなネックになっている。
【００２１】
本発明の目的は、引っ張りコイルばねを用いて鉛直方向、水平方向共にやわらかい特性を有する除振機構を提供することにある。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明による除振機構は、テーブルと、該テーブルを支える脚台間に、振り子機構と、減衰機構とを有する除振機構であって、
振り子機構は、サポートロッドと、引っ張りコイルばねとを有し、
サポートロッドは、テーブル側より垂下されたものであり、
引っ張りコイルばねは、脚台側より吊下げられ、サポートロッドを支持し、テーブルを水平方向に揺動させるものであり、
減衰機構は、テーブルと脚台およびこの間に介在させた柱状の粘弾性体とによって構成され、テーブル脚台とテーブル間の相対変位を減衰させるものである。
【００２３】
また、サポートロッドは、下端に球面を有し、
引っ張りコイルばねは、受座に連結され、
受座は、サポートロッドの球面を支えるものである。
【００２４】
また、受座は、脚台から吊下げられた２本以上の引っ張りコイルばねによって水平姿勢に支えられ、
サポートロッドは、２本以上の引っ張りコイルばねに囲まれた空間内を垂下して受座を圧下し、
引っ張りコイルばねは、テーブルを含んでサポートロッドに作用する荷重を受けて引き伸ばされ、
テーブルは、受座に支えられたサポートロッドを軸として水平方向に揺動するものである。
【００２５】
また、粘弾性体は、テーブルと脚台間に介在させる一定長さの柱であり、脚台の上縁に搭載され、粘弾性体の上端面で上面テーブルを支えているものである。
【００２６】
また、粘弾性体は、テーブルの鉛直方向と、水平方向の運動を減衰し、円弧運動の発生を抑制するものである。
【００２７】
また、脚台は、上端が開放された角型の筒であり、テーブルの要所に３箇所以上設置され、その上端開口縁にサポートロッドの挿入穴を開口したブラケットが取付けられたものであり、
引っ張りコイルばねは、挿入穴を中心としてその同一円周上の位置にが吊下げられ、
受座は、各引っ張りコイルばねの下端に水平姿勢に取付けられているものであり、サポートロッドは、テーブルに固定されて脚台内にそれぞれ垂下されて下端の球面が受座上にピボット軸受けされるものである。
【００２８】
また、サポートロッドは円筒であり、内部に重錘が挿入され、
重錘は、サポートロッドに作用する重量の大きさによって、テーブルと脚台との間隔あるいは、テーブルの傾きを調整するものである。
【００２９】
また、重錘は、サポートロッドの押下力に重量を付加し、バランスを保持し、テーブルの重心を下げて安定性を高めるものである。
【００３０】
また、振り子機構は、サポートロッドおよび引っ張りコイルばねが正確に鉛直姿勢に配置されており、サポートロッドおよび引っ張りコイルばねは、鉛直姿勢で動作することによって制振機能を発現するものである。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下に本発明による除振機構の実施の形態を図によって説明する。
【００３２】
図１に、本発明による除振機構を適用した除振台１の構成を示す。除振台１は、テーブル（定盤）２を有し、テーブル２は、その要所、少なくとも３箇所、この実施形態においてはテーブル２の四隅が脚台３に支えられているものである。図２に本発明による除振機構の構成図を示す。
【００３３】
図２において、本発明による除振機構は、テーブル２と、該テーブルを支える脚台３間に、振り子機構Ｐと、減衰機構Ｄとを有する除振機構であって、振り子機構Ｐは、サポートロッド４と、引っ張りコイルばね５とを有し、サポートロッド４は、テーブル２に固定されてその下方に垂下されたものであり、引っ張りコイルばね５は、脚台３の上縁より吊下げられ、サポートロッド４を支持してテーブル２を水平方向に揺動させるものである。また、減衰機構Ｄは、テーブル２と脚台３及びこの間に介在させた柱状の粘弾性体６によって構成され、テーブル２と脚台３間に生ずる鉛直方向、水平方向の相対変位を減衰させるものである。
【００３４】
脚台３は、床Ｆ上に据え付けられ、テーブル２上には、レーザー顕微鏡その他の機器類Ｍが据え付けられる。この実施形態において、脚台３は、上端が開放された角型の筒であり、振り子機構Ｐは、脚台３の角筒に内装されているものである。
【００３５】
一方、サポートロッド４は有底の円筒であり、下端は球面７に加工されているものである。各サポートロッド４は、テーブル２の四隅に固定されて脚台３の角筒内にそれぞれ垂下されている。図３において、脚台３には、その上端開口縁にサポートロッド４の挿入穴８を開口したブラケット９が取付けられ、挿入穴８を中心としてその同一円周上の位置（ブラケットの四隅）に前記引っ張りコイルばね５が吊下げられ、各引っ張りコイルばね５の下端には、受座１０が水平姿勢に取付けられている。前記サポートロッド４の下端の球面７は、受座上にピボット軸受けされているものである。
【００３６】
前記サポートロッド４は、テーブル２およびテーブル２に搭載された機器Ｍの重量を受け、引っ張りコイルばね５の有する引き上げ力に抗して受座１０を押下げる。受座１０は、サポートロッド４から受ける押下力と、引っ張りコイルばね５の引き上げ力とが釣り合った位置で停止する。
【００３７】
粘弾性体６は、テーブル２と脚台３間に介在させる一定長さの柱であり、脚台の上縁、この実施形態においては、ブラケット９上面の四隅に円柱状の粘弾性体６が搭載され、粘弾性体６の上端面で上面テーブル２を支えている。テーブル２と脚台３との間隔は、サポートロッド４に作用する全重量（テーブル２および機器Ｍを含めた重量）と、引っ張りコイルばね４の有する引き上げ力とのバランスによって決定される。
【００３８】
テーブル２および機器Ｍを含めた重量がサポートロッド４に作用した状態でなお、テーブル２と脚台３との間隔が粘弾性体６の高さより大きいときには、サポートロッドの筒内に、重錘１１を挿入し、受座１０に対するサポートロッド４の押下力に重錘１１の重量を付加し、その押下力を増大させることにより受座１０の高さを調整し、サポートロッド４の上端面と、テーブル２の下面との間隔を粘弾性体６の高さの範囲内に納める。サポートロッド４の押下力に重錘１１の重量を付加することは、バランスを保持し、テーブルの重心を下げて安定性を高める上にも重要なことである。
【００３９】
本発明において、床面Ｆから脚台３に伝えられる外来の振動の水平方向成分は、振り子機構Ｐを介してテーブル２を水平に振動させようとするが、脚台３には、テーブルを含めた機器Ｍの重量が作用して均等に引き伸ばされた引っ張りコイルばね５が介在しており、当該引っ張りコイルばね５が振り子の役割を果し、テーブル２は、振子が持つ水平方向の伝達特性に従って、水平方向に揺動する。
【００４０】
床面Ｆから脚台３に伝えられる外来の振動の鉛直成分は、引っ張りコイルばね５を介して上面のテーブル２を鉛直方向に振動させようとするが、テーブル２は引っ張りコイルばねが持つ鉛直方向の伝達特性に従って鉛直方向に振動する。但し、それぞれの脚台内部の引っ張りコイルばね５は、テーブル２を支える脚台ごとに非同期で鉛直振動するのが通常であり、結果として図４に示すようにテーブル２は、サポートロッド４の加工の１点Ｏ１を旋回中心とする円弧運動（ロッキング）するが、脚台３の上縁とテーブル２間に介在させた粘弾性体６は、鉛直方向と、水平方向の運動を減衰し、円弧運動の発生を抑制する
【００４１】
本発明において、テーブル２を支える複数の脚台３にはバランスよく重量が作用することが必要である。図５に示すように、各脚台３に作用する力の大きさに違いが生じてバランスが崩れると、各脚台３に内蔵された振り子機構Ｐの引っ張りコイルばね５に作用する力の大きさが異なり、図５の場合には、一方の引っ張りコイルばね５ａが伸長し、他方の引っ張りコイルばね５ｂが収縮してテーブル２に傾きが生じ、引っ張りコイルばね５ａ、５ｂには復元力が作用しなくなることがある。
【００４２】
このような場合には、各サポートロッド４内に差し込む重錘１１の数を増減してその重量の大きさを調整することによって各脚台３に作用する重量のバランスを修正できる。もっとも、テーブル２は脚台３上の粘弾性体６に支えられるため、各脚台３に作用する重量のバランスが極端に崩れることはない。本発明による制振機構は、振り子機構Ｐを構成するサポートロッド４および引っ張りコイルばね５が正確に鉛直姿勢に配置され、また、鉛直姿勢で動作することによって、優れた制振機能が発現される。
【００４３】
【発明の効果】
以上のように本発明は、テーブルと、該テーブルを支える脚台間に、振り子機構と、減衰機構とを設け、振り子機構に引っ張りコイルばねを使用することによって、圧縮コイルばねを使用した場合のように座屈による横ずれを生じさせることなく、荷重の大きさに追従して変形（伸長）させることができ、引っ張りコイルばねの全長に相当した長さの振り子運動と、引っ張りばねの伸縮運動を利用し、テーブルに加えられる床からの振動の鉛直方向成分と、水平方向成分とをそれぞれ減衰させてテーブル上の機器への振動の影響をなくすことができる。
【００４４】
また、本発明によるときには、サポートロッドと、引っ張りコイルばねとの組合わせによる振り子機構と、柱状の粘弾性体を有する減衰機構との組合せのみによって構成されるものであるため、従来の空気ばねを利用した制振機構に比べてその構造を大幅に簡略化でき、しかも空気ばねを利用した制振機構を上回る性能を発揮できる効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の除振機構を装備したテーブルの側面図である。
【図２】本発明による除振機構の構成を示す図である。
【図３】（ａ）は図２のＡ矢視図、（ｂ）は図２のＢ矢視図である。
【図４】テーブルの揺動の様子を示す図である。
【図５】テーブルに傾きが生じた状態を示す図である。
【図６】先行例１を示す図である。
【図７】先行例１の振動伝達率を示す図である。
【図８】先行例２を示す図である。
【図９】先行例３を示す図である。
【図１０】（ａ）は、先行例３の除振マウントの基本的構成を示す図、（ｂ）は、弾性体及び除振マウントの減衰特性を示す図である。
【符号の説明】
１　除振台
２　テーブル
３　脚台
４　サポートロッド
５　引っ張りコイルばね
６　粘弾性体
７　球面
８　挿入穴
９　ブラケット
１０　受座
１１　重錘
Ｆ　床面
Ｐ　振り子機構
Ｄ　減衰機構
Ｍ　機器
【図１】
2004068914.tif 000003
【図２】
2004068914.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2004068914.tif 000008
【図７】
2004068914.tif 000009
【図８】
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【図９】
2004068914.tif 000011
【図１０】
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