(57)【要約】【課題】コイルばねを使用したアクティブ防振システムにおける、サージングの減衰方法を提供する。【解決手段】防振台のベンチ２を支持し、振動を吸収する振動吸収体としてコイルばね３を使用したアクティブ防振システムにおいて、上記コイルばね３の上端面にステンレス板４を積み重ね、当該ステンレス板４の上面に両面テープ５を介して板状に形成したソルボセイン６を積み重ねて固着し、当該コイルばね３、ステンレス板４、両面テープ５及びソルボセイン６を縦方向に一列に設けて上記振動吸収体１を形成し、コイルばね３により発生するサージングを減衰した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
防振台のベンチを支持し、振動を吸収する振動吸収体としてコイルばねを使用したアクティブ防振システムにおいて、
上記コイルばねの上端面に金属板を積み重ね、当該金属板の上面に板状に形成した粘弾性重合体を積み重ねて、当該コイルばね、金属板及び粘弾性重合体を縦方向に一列に設けて上記振動吸収体を形成し、
コイルばねにより発生するサージングを減衰させることを特徴とする、コイルばねを使用したアクティブ防振システムのサージング減衰方法。
【請求項２】
防振台のベンチを支持し、振動を吸収する振動吸収体としてコイルばねを使用したアクティブ防振システムにおいて、
上記コイルばねの上端面に金属板を積み重ね、当該金属板の上面に弾性を有する接着材を介して板状に形成した粘弾性重合体を積み重ねて固着し、当該コイルばね、金属板、接着材及び粘弾性重合体を縦方向に一列に設けて上記振動吸収体を形成し、
コイルばねにより発生するサージングを減衰させることを特徴とする、コイルばねを使用したアクティブ防振システムのサージング減衰方法。
【請求項３】
防振台のベンチを支持し、振動を吸収する振動吸収体としてコイルばねを使用したアクティブ防振システムにおいて、
上記コイルばねの上端面に金属板を積み重ね、当該金属板の上面に両面テープを介して板状に形成した粘弾性重合体を積み重ねて固着し、当該コイルばね、金属板、両面テープ及び粘弾性重合体を縦方向に一列に設けて上記振動吸収体を形成し、
コイルばねにより発生するサージングを減衰させることを特徴とする、コイルばねを使用したアクティブ防振システムのサージング減衰方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、コイルばねを使用したアクティブ防振システムにおいて、外部から伝わる振動をコイルばねにより減衰する際に発生するサージングを減衰する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
急速な技術の進歩に伴い、ナノテクノロジーの分野の研究も盛んに行われ、より高精度な製造技術、測定技術が求められている。そのような中で使用する測定機器などが周辺の環境から受ける影響、例えば、床を伝わってくる振動、周辺の装置の発生する振動、空気から伝播する音響などは、防振台上に設置された測定機器の分解能、データの再現性に問題をきたす。このような周辺環境から測定機器などを守るために防振台が使用されている。中でもアクティブ型のものは、パッシブ型のものより、対応範囲が広く、多くの場合に使用できる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この様なアクティブ防振システムにおいて、ベンチを支持し、振動を吸収する振動吸収体としては、防振ゴムがあるが、防振ゴムを使用した場合、試験結果が予測し難い。一方、これらの弊害がないコイルばねを使用する方法があるが、振動吸収体にコイルばねを使用すると、サージングと呼ばれる現象が生じる。これはコイルばね自身の弾性振動の固有振動数が外力の振動と共振した状態で一種の自励振動であるが、この現象が発生すると本来の目的である防振機能が低下する。
【０００４】
そこでこの発明は、コイルばねを使用したアクティブ防振システムにおける、サージングの減衰方法を提供して上記課題を解決するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、防振台のベンチを支持し、振動を吸収する振動吸収体としてコイルばねを使用したアクティブ防振システムにおいて、上記コイルばねの上端面に金属板を積み重ね、当該金属板の上面に板状に形成した粘弾性重合体を積み重ねて、当該コイルばね、金属板及び粘弾性重合体を縦方向に一列に設けて上記振動吸収体を形成し、コイルばねにより発生するサージングを減衰させるコイルばねを使用したアクティブ防振システムのサージング減衰方法とした。
【０００６】
請求項２の発明は、防振台のベンチを支持し、振動を吸収する振動吸収体としてコイルばねを使用したアクティブ防振システムにおいて、上記コイルばねの上端面に金属板を積み重ね、当該金属板の上面に弾性を有する接着材を介して板状に形成した粘弾性重合体を積み重ねて固着し、当該コイルばね、金属板、接着材及び粘弾性重合体を縦方向に一列に設けて上記振動吸収体を形成し、コイルばねにより発生するサージングを減衰させるコイルばねを使用したアクティブ防振システムのサージング減衰方法とした。
【０００７】
請求項３の発明は、防振台のベンチを支持し、振動を吸収する振動吸収体としてコイルばねを使用したアクティブ防振システムにおいて、上記コイルばねの上端面に金属板を積み重ね、当該金属板の上面に両面テープを介して板状に形成した粘弾性重合体を積み重ねて固着し、当該コイルばね、金属板、両面テープ及び粘弾性重合体を縦方向に一列に設けて上記振動吸収体を形成し、コイルばねにより発生するサージングを減衰させるコイルばねを使用したアクティブ防振システムのサージング減衰方法とした。
【０００８】
【実施の形態例】
次にこの発明の第１の実施の形態例を図に基づいて説明する。
アクティブ防振システムは、機器を搭載するベンチ、このベンチを支持する振動吸収体、ベンチの振動を測定する振動センサー、エネルギーを供給しベンチを能動的に制御するためのアクチュエータ、振動センサーからの振動情報をもとにアクチュエータに対して制御出力を演算するコントローラなどから構成される（図示省略）。また架台の上に上記振動吸収体を設けて、ベンチを支持するものもある。図１は、振動吸収体１の側面の概念図を示し、また図２は実際に形成した振動吸収体１の斜視図を示し、防振台のベンチ２の下面に立設して設けられるものである。
【０００９】
この振動吸収体１は、コイルばね３として、外径４６ｍｍ、内径３３ｍｍ、有効巻数４．３、線形６．１６ｍｍ、ばね定数５．３１×１０４Ｎ／ｍ、高さ６０ｍｍ、重さ１６０ｇのものを使用し、このコイルばね３を下部に位置し、その上端面に、金属板として、このコイルばね３の平面と略同形の直径４８ｍｍ、厚さ１ｍｍの円形状に形成したステンレス板４を設け、このステンレス板４の上面に、同様にコイルばね３の平面と略同形、厚さ０．１ｍｍ、直径４８ｍｍの円形状に形成した両面テープ５を三枚重ねて固着している。
【００１０】
またこの両面テープ５の上面の接着面に、粘弾性重合体として、コイルばね３の平面と略同形の直径４８ｍｍ、厚さ５ｍｍ、硬さ７０デュロメータのソルボセイン（登録商標、以下同じ）６を設けて固着している。この様にコイルばね３、ステンレス板４、両面テープ５及びソルボセイン６を縦方向に一列に設けている。ここでソルボセイン６とコイルばね３の間に、金属板としてのステンレス板４を介在させているのは、コイルばね３からソルボセイン６に加えられる荷重を全面に分散させてソルボセイン６の破壊を防ぐためである。
【００１１】
この様にして形成したこの発明の振動吸収体１（コイルばね３＋ステンレス板４＋両面テープ５＋ソルボセイン６）を防振台のベンチ２に取り付けて、実験をした。なお図中７は床面である。図３は、この振動吸収体１をベンチ２の下面の４隅に取り付け、２８ｋｇの質量を有するベンチ２で実験を行った様子を示し、床面７からの振動の伝達率（ｄＢ）を測定した。なお、この時のベンチ２の大きさは横幅６００ｍｍ、奥行き５００ｍｍ、厚さ１０ｍｍであった。そして同条件で振動吸収体１１（コイルばね３のみ）の場合も測定し、サージングが生じた場合と比較した。
【００１２】
図４に示すのは、この第１の実施の形態例と後述する第２の実施の形態例とを合わせたグラフ図である。これによると振動吸収体１１（コイルばね３のみ）において、サージングが発生したことが分かる。第１次のサージングは、３１８Ｈｚ付近、第２次のサージングは６００Ｈｚ付近、第三次のサージングは８７０Ｈｚ付近で夫々発生している。なお、このグラフで上記サージングの前の、１５０〜２５０Ｈｚ付近で三つの波が発生しているが、これらの三つの波は、実験前のシミュレーションから振動吸収体１１（コイルばね３のみ）によるサージングではなく、ベンチ２などの振動に起因して生じたものと思われる。
【００１３】
図５乃至図７は、図４における第１の実施の形態例のみの拡大図である。図４及び図５を見ると、振動吸収体１１（コイルばね３のみ）の場合、３１８Ｈｚ付近で伝達率が突出して、＋８ｄＢ、＋９ｄＢ程度の波が幾つかあり、コイルばね３の第１次のサージングが発生しているが、この第１の実施の形態例の振動吸収体１（コイルばね３＋ステンレス板４＋両面テープ５＋ソルボセイン６）を使用した場合、上記波が発生した箇所の伝達率は、−９ｄＢ、−３１ｄＢ、−３６ｄＢ、−１０ｄＢ程度であり、振動吸収体１１（コイルばね３のみ）の場合と比べ、サージングを大きく減衰させている。
【００１４】
また図４及び図６を見ると、振動吸収体１１（コイルばね３のみ）の場合、６００Ｈｚ付近で伝達率が突出して、−１１ｄＢ、−８ｄＢ、−６ｄＢの波があり、コイルばね３の第２次のサージングが発生しているが、この第１の実施の形態例の振動吸収体１（コイルばね３＋ステンレス板４＋両面テープ５＋ソルボセイン６）を使用した場合、上記波が発生した箇所の伝達率は、−３４ｄｂ、−３２ｄＢ、−３８ｄＢであり、振動吸収体１１（コイルばね３のみ）の場合と比べ、サージングを大きく減衰させている。
【００１５】
さらに図４及び図７を見ると、振動吸収体１１（コイルばね３のみ）の場合、８７０Ｈｚ付近で伝達率が突出して、−７ｄＢ、−６ｄＢ程度の波があり、コイルばね３の第三次のサージングが発生しているが、この第１の実施の形態例の振動吸収体１（コイルばね３＋ステンレス板４＋両面テープ５＋ソルボセイン６）を使用した場合、上記波が発生した箇所の伝達率は、−３８ｄＢ、−３９ｄＢであり、振動吸収体１１（コイルばね３のみ）の場合と比べ、サージングを大きく減衰させている。
この様に、振動吸収体１（コイルばね３＋ステンレス板４＋両面テープ５＋ソルボセイン６）では、振動吸収体１１（コイルばね３のみ）の様なサージングの発生は無く、サージングの防振性能が優れていることが分かる。
【００１６】
またここで、図４における、この発明の振動吸収体１（コイルばね３＋ステンレス板４＋両面テープ５＋ソルボセイン６）と振動吸収体１１（コイルばね３のみ）による場合の低周波部分の固有振動のピークを見て、上記実験におけるばね定数の変化を見た。
【００１７】
コイルばね３のばね定数と固有振動数の関係は以下の式で表され、コイルばね３のばね定数が変化すると固有振動数も変化する。
ｆ０＝１／２π・√ｋ／ｍ
ｆ０：固有振動数（Ｈｚ）、ｋ：ばね定数（Ｎ／ｍ）、ｍ：質量（ｋｇ）
ばね定数が変化するとシミュレーションによる予想していた数値から離れてしまうので、予想していた数値での結果を得る為には、ばね定数を変化させないことが望まれる。
【００１８】
図４では、１６Ｈｚ付近にコイルばね３（振動吸収体１１）の固有振動のピークがあり、第１の実施の形態例の振動吸収体１（コイルばね３＋ステンレス板４＋両面テープ５＋ソルボセイン６）を使用した場合、固有振動のピークは１５Ｈｚ付近で大きな変化はない。
【００１９】
次に説明するのは、この発明の第２の実施の形態例である。
この第２の実施の形態例の振動吸収体２１は、図８に示すように、下部に位置するコイルばね３の上端面に、金属板として、このコイルばね３の平面と略同形の直径４８ｍｍ、厚さ１ｍｍの円形状に形成したステンレス板４を設け、このステンレス板４の上面に、粘弾性重合体として、コイルばね３の平面と略同形の直径４８ｍｍで、厚さ５ｍｍ、硬さ７０デュロメータのソルボセイン６を設け、コイルばね３、ステンレス板４及びソルボセイン６を縦方向に一列に設けている。
【００２０】
この様にして形成したこの発明の振動吸収体２１（コイルばね３＋ステンレス板４＋ソルボセイン６）を防振台のベンチ２に取り付けて、上記第１の実施の形態例の場合と同様の実験を行い、床面７からの振動の伝達率（ｄＢ）を測定し、上記第１の実施の形態例の場合と同様に振動吸収体１１（コイルばね３のみ）による場合と比較した。
【００２１】
図９乃至図１１は、図４における第２の実施の形態例のみの拡大図である。図４及び図９を見ると、上記の通り振動吸収体１１（コイルばね３のみ）の場合、３１８Ｈｚ付近で伝達率が突出して、＋８ｄＢ〜＋９ｄＢ程度の波が幾つかあり、コイルばね３の第１次のサージングが発生しているが、この第２の実施の形態例の振動吸収体２１（コイルばね３＋ステンレス板４＋ソルボセイン６）を使用した場合、上記波が発生した箇所の伝達率は、−１９ｄＢ、−１７ｄＢ、−９ｄＢ、−８ｄＢであり、振動吸収体１１（コイルばね３のみ）の場合と比べ、サージングを大きく減衰させている。
【００２２】
また図４及び図１０を見ると、振動吸収体１１（コイルばね３のみ）の場合、６００Ｈｚ付近で伝達率が突出して、−１１ｄＢ、−８ｄＢ、−６ｄＢと波が幾つかあり、コイルばね３の第２次のサージングが発生しているが、この第２の実施の形態例の振動吸収体２１（コイルばね３＋ステンレス板４＋ソルボセイン６）を使用した場合、上記波が発生した箇所の伝達率は、−２３ｄＢ、−１５ｄＢ、−２２ｄＢであり、振動吸収体１１（コイルばね３のみ）の場合と比べ、サージングを大きく減衰させている。
【００２３】
さらに図４及び図１１を見ると、振動吸収体１１（コイルばね３のみ）の場合、８７０Ｈｚ付近で伝達率が突出して、−７ｄＢ、−６ｄＢ程度の波があり、コイルばね３の第三次のサージングが発生しているが、この第２の実施の形態例の振動吸収体２１（コイルばね３＋ステンレス板４ソルボセイン６）を使用した場合、上記波が発生した箇所の伝達率は、−２２ｄＢ程度であり、振動吸収体１１（コイルばね３のみ）の場合と比べ、サージングを大きく減衰させている。
この様に、振動吸収体２１（コイルばね３＋ステンレス板４＋ソルボセイン６）では、振動吸収体１１（コイルばね３のみ）の様なサージングの発生は無く、サージングの防振性能が優れていることが分かる。
【００２４】
またここでこの第２の実施の形態例の上記実験におけるばね定数の変化を見ると（図４参照）、１６Ｈｚ付近にコイルばね３（振動吸収体１１）の固有振動のピークがあり、第２の実施の形態例の振動吸収体２１（コイルばね３＋ステンレス板４＋ソルボセイン６）を使用した場合、固有振動のピークは１４Ｈｚ付近で大きな変化はない。
【００２５】
上記第１の実施の形態例の振動吸収体１（コイルばね３＋ステンレス板４＋両面テープ５＋ソルボセイン６）と第２の実施の形態例の振動吸収体２１（コイルばね３＋ステンレス板４＋ソルボセイン６）とでは、サージングの減衰具合から、振動吸収体１（コイルばね３＋ステンレス板４＋両面テープ５＋ソルボセイン６）の方が優れていることが分かる。
【００２６】
上記第１及び第２の実施の各形態例では、コイルばね３、ステンレス板４及びソルボセイン６として具体的な大きさや形状を述べているが、コイルばね３、ステンレス板４及びソルボセイン６は、これらの大きさや形状に限定するものではない。粘弾性重合体として、ソルボセイン６を用いたが、これに限らず、粘弾性重合体なら他のものでもよい。
【００２７】
さらに第１及び第２の各実施の形態例では、ソルボセイン６とコイルばね３の間に、金属板としてステンレス板４を介在させているが、金属板としてはステンレス板４に限定するものではなく、また両面テープ５を三枚重ねて使用しているが、これは、この発明の必須要件ではない。
【００２８】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、コイルばね、金属板及び粘弾性重合体とを縦方向に一列に設けて振動吸収体を形成したので、コイルばねを使用したアクティブ防振システムであっても、コイルばねにより発生するサージングを効果的に減衰させることができ、アクティブ防振システムとして、信頼性の高いものである。
【００２９】
請求項２又は３の各発明によれば、コイルばね、金属板、弾性を有する接着材（又は両面テープ）とを介して粘弾性重合体を縦方向に一列に設けて振動吸収体を形成したので、コイルばねを使用したアクティブ防振システムであっても、コイルばねにより発生するサージングをより効果的に減衰させることができ、アクティブ防振システムとして、極めて信頼性の高いものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施の形態例の振動吸収体の概念図である。
【図２】この発明の第１の実施の形態例の振動吸収体の斜視図である。
【図３】この発明の第１の実施の形態例の振動吸収体を取り付け、ベンチを示す正面図である。
【図４】この発明の第１の実施の形態例の振動吸収体（コイルばね＋ステンレス板＋両面テープ＋ソルボセイン）と第２の実施の形態例の振動吸収体（コイルばね＋ステンレス板＋ソルボセイン）と振動吸収体（コイルばねのみ）におけるベンチに伝わる床面からの振動の伝達率を表すグラフ図である。
【図５】図４における第１の実施の形態例の振動吸収体（コイルばね＋ステンレス板＋両面テープ＋ソルボセイン）と振動吸収体（コイルばねのみ）における振動が２５０Ｈｚ〜４００Ｈｚ箇所の拡大図である。
【図６】図４における第１の実施の形態例の振動吸収体（コイルばね＋ステンレス板＋両面テープ＋ソルボセイン）と振動吸収体（コイルばねのみ）における振動が５００Ｈｚ〜７００Ｈｚ箇所の拡大図である。
【図７】図４における第１の実施の形態例の振動吸収体（コイルばね＋ステンレス板＋両面テープ＋ソルボセイン）と振動吸収体（コイルばねのみ）における振動が８５０Ｈｚ〜９００Ｈｚ箇所の拡大図である。
【図８】この発明の第２の実施の形態例の振動吸収体の概念図である。
【図９】図４における第２の実施の形態例の振動吸収体（コイルばね＋ステンレス板＋ソルボセイン）と振動吸収体（コイルばねのみ）における振動が２５０Ｈｚ〜４００Ｈｚ箇所の拡大図である。
【図１０】図４における第２の実施の形態例の振動吸収体（コイルばね＋ステンレス板＋ソルボセイン）と振動吸収体（コイルばねのみ）における振動が５００Ｈｚ〜７００Ｈｚ箇所の拡大図である。
【図１１】図４における第２の実施の形態例の振動吸収体（コイルばね＋ステンレス板＋ソルボセイン）と振動吸収体（コイルばねのみ）における振動が８５０Ｈｚ〜９００Ｈｚ箇所の拡大図である。
【符号の説明】
１  振動吸収体（コイルばね＋ステンレス板＋両面テープ＋ソルボセイン）
２  ベンチ                      ３    コイルばね
４  ステンレス板                ５    両面テープ
６  ソルボセイン
２１  振動吸収体（コイルばね＋ステンレス板＋ソルボセイン）
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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