CN117703995A - 多段式隔振装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多段式隔振装置,实现水平方向上柔软的弹簧特性。隔振装置(1)包括:承载承载物D的顶板(12);设置在设置面F上,划分出沿上下方向伸缩的第一空气室(S1)的下段侧弹簧构件(Sp1);相对于下段侧弹簧构件(Sp1)支承顶板(12)且划分出沿上下方向伸缩的第二空气室(S2)的上段侧弹簧构件(Sp2);连接第二空气室(S2)的顶面与第一空气室(S1)的顶面且朝向顶板(12)向上方开口的活塞井(41);插入活塞井(41)中,连结活塞井(41)的内底面与顶板(12)的下表面(12a)的支承杆(42)。活塞井(41)及支承杆(42)构成容许活塞井(41)相对于顶板(12)摆动的万向节活塞(40)。
Description
技术领域
本发明涉及一种多段式隔振装置。
背景技术
例如,在专利文献1中公开了一种构成为多段式隔振装置的气体弹簧式隔振装置。具体而言,该专利文献1所涉及的气体弹簧式隔振装置包括由隔膜划分出来的容积可变的两个空气室。在该气体弹簧式隔振装置中,由这两个空气室构成以顶板为顶板部支承被支承体的上段空气弹簧和以底板为底板部的下段空气弹簧。
专利文献1:日本公开专利公报特开2014-231875号公报
发明内容
-发明要解决的技术问题-
然而,从被支承体的设置空间等观点来看,存在要求占用面积小的隔振装置的情况。在该情况下,为了应对被支承体的大型化亦即为了应对承载重量的增加,能够考虑到使用上述专利文献1所公开的上下多段式的隔振装置。
近年来,针对上下多段式的隔振装置,不仅要求兼顾对占用面积的抑制和对被支承体的大重量化的应对,而且要求在水平方向上也具有柔软的弹簧特性。然而,在以往已知的结构中,无法充分满足这样的需求。
本发明正是为解决上述问题而完成的,其目的在于:在上下多段式的隔振装置中,实现水平方向上柔软的弹簧特性。
-用于解决技术问题的技术方案-
本发明的第一方面涉及一种多段式隔振装置,其相对于基础弹性地支承被支承体。该多段式隔振装置包括平台、下段侧弹簧构件、上段侧弹簧构件以及支柱部,所述平台承载所述被支承体,所述下段侧弹簧构件设置在所述基础上,在该下段侧弹簧构件中划分出沿上下方向伸缩的第一空气室,所述上段侧弹簧构件相对于所述下段侧弹簧构件支承所述平台,并且在该上段侧弹簧构件中划分出沿所述上下方向伸缩的第二空气室,所述支柱部连结所述第二空气室的顶面与所述第一空气室的顶面。
根据本发明的第一方面,所述支柱部具有活塞井及支承杆,所述活塞井为朝向所述平台向上方开口的有底筒状,所述支承杆插入所述活塞井中,连结该活塞井的内底面与所述平台的下表面,所述活塞井及所述支承杆构成万向节活塞,该万向节活塞容许所述活塞井相对于所述平台摆动。
根据上述第一方面,在上下多段式的隔振装置中,由连结上段侧弹簧构件和下段侧弹簧构件的支柱部构成活塞井及支承杆。这样一来,在该隔振装置中构成万向节活塞,能够实现水平方向上柔软的弹簧特性。这样一来,便能够兼顾通过采用上下多段式的隔振装置而实现的对占用面积的抑制以及对被支承体的大重量化的应对、和通过设置万向节活塞而实现的水平方向的弹簧特性这两者,进而能够实现更优异的隔振性能。
本发明的第二方面是这样的,所述支承杆构成为能够相对于所述活塞井及所述平台进行拆卸、安装,所述多段式隔振装置还包括附件,通过安装该附件来代替所述支承杆,将附件布置在所述活塞井的上表面与所述平台的下表面之间,所述多段式隔振装置构成为能够在第一方式和第二方式之间进行切换,该第一方式是将所述支承杆安装到所述活塞井及所述平台上的方式,该第二方式是通过将所述支承杆替换为所述附件来限制所述活塞井相对于所述平台的摆动的方式。
根据被支承体的重量等,要求隔振装置有多种规格。例如,也可以设想在水平方向上要求稍硬的弹簧特性来代替上述那样的要求在水平方向上具有柔软的弹簧特性的情况。在这种情况下,虽然也可以考虑准备一开始就不包括万向节活塞的隔振装置,但若考虑部件的采购成本、产品的管理等,则根据规格准备完全不同的隔振装置并不理想。
相对于此,根据上述第二方面,仅通过将支承杆替换为所述附件,就能够调整水平方向的弹簧特性。这样一来,便能够区分使用隔振装置的性能和特性,使其与不同的规格对应。由此而能够尽可能地实现部件的共用化,能够抑制部件的采购成本,并且能够节省管理产品时的劳力和时间。特别是,上述第二方式在确保平台的振动的整定性方面是有效的。
本发明的第三方面,可以为如下结构:所述支承杆的上端部经由具有球面状的上表面的滚动件与所述平台的下表面抵接,所述万向节活塞构成为圆顶万向节活塞。
在由连结上段侧弹簧构件和下段侧弹簧构件的支柱部构成活塞井的情况下,由于活塞井的下端部被下段侧弹簧构件限制,所以在使水平方向的弹簧特性柔软方面留有性能提升的余地。
相对于此,如上述第三方面所述,通过使用圆顶万向节活塞,能够实现水平方向上更柔软的弹簧特性,能够抵消活塞井的下端部被下段侧弹簧构件限制而产生的影响。这在实现水平方向上柔软的弹簧特性方面是有效的。
本发明的第四方面可以为如下结构:在所述第一空气室与所述第二空气室之间夹设有中间空气室,该中间空气室被所述第一空气室的顶面和所述第二空气室的底面划分出来,所述中间空气室与所述第一空气室及所述第二空气室两者都不连通,并且向大气开放。
根据上述第四方面,在使中间空气室夹设于第一空气室和第二空气室之间时,通过将中间空气室向大气开放,能够抑制中间空气室的内压降至负压。这样一来,便能够使在第一空气室及第二空气室中实现弹性特性的部件更适当地伸缩。
本发明的第五方面可以为如下结构:所述第一空气室及所述第二空气室彼此连通。
上述第五方面在同时控制第一空气室及第二空气室的内压方面是有效的。
本发明的第六方面可以为如下结构:所述多段式隔振装置包括壳体及振动传感器,所述壳体包括由所述平台构成的顶板部,并包围所述上段侧弹簧构件,所述振动传感器检测所述平台相对于所述基础的振动状态,所述第二空气室在与所述支承杆的中心轴相关的径向上,至少一部分外壁部与所述第一空气室的外壁部相比缩小,所述振动传感器布置在所述第二空气室中的所述外壁部与所述壳体的内壁部之间。
为了进行更准确且无延迟的检测,合适的做法是使检测平台的振动状态的传感器尽可能地接近平台。
相对于此,根据上述第六方面,通过与第一空气室相比紧凑地构成第二空气室,能够确保传感器类的收纳空间。由于第二空气室比第一空气室更接近平台,因此也能够使传感器尽可能接近平台。这有助于提升基于传感器的检测信号的隔振控制及减振控制的性能。
通过使传感器类尽可能接近平台,能够使所谓的传感器支架等用于安装传感器类的部件比以往更紧凑化,能够确保该部件的刚性。确保传感器支架等的刚性,在抑制妨碍各种控制的外部干扰方面也是有效的。
这样一来,根据上述第六方面,能够同时实现隔振控制及减振控制的性能提升、干扰的抑制、被支承体的支承的稳定化中的任意两者。
本发明的第七方面可以为如下结构:所述多段式隔振装置包括多个细孔,所述多个细孔使所述中间空气室与大气的连通部缩径,所述多个细孔沿着围绕所述上下方向的周向等间隔地布置。
根据上述第七方面,通过使中间空气室与大气的连通部缩径,能够对下段侧弹簧构件及上段侧弹簧构件两者的伸缩施加阻力。这样一来,便能够使多段式隔振装置整体的上下方向的伸缩衰减,并且能够实现多段式隔振装置的上下方向的高固有值化(高固有振动频率化)。由此而能够使从被支承体传递来的晃动迅速地收敛,从而能够提升多段式隔振装置的减振性能。
根据上述第七方面,不仅是包括细孔,而是将各细孔在周向上等间隔地布置,由此而能够在周向上平衡良好地赋予衰减。在提升减振性能方面因此而更有利。
通过不对第一空气室及第二空气室,而对中间空气室悉心钻研,能够尽可能地抑制对第一空气室及第二空气室各自的内压控制带来的影响。
本发明的第八方面可以为如下结构:所述多段式隔振装置包括上下衰减部件,所述上下衰减部件布置在所述中间空气室的内部,在所述上下方向上使所述第一空气室的顶面相对于该第一空气室的底面的位移衰减。
根据上述第八方面,通过将上下衰减部件布置在中间空气室中,能够对下段侧弹簧构件及上段侧弹簧构件两者的伸缩赋予阻力。这样一来,便能够使多段式隔振装置整体的上下方向的伸缩衰减,并且能够实现多段式隔振装置的上下方向的高固有值化(高固有振动频率化)。由此而能够使从被支承体传递来的晃动迅速地收敛,从而能够提升多段式隔振装置的减振性能。
需要说明的是,第一空气室及第二空气室有可能伴随着由各自的伸缩引起的空气的压缩或膨胀而在其内部产生温度变化。这种温度变化并不理想,因为它会改变上下衰减部件的衰减特性。另一方面,中间空气室向大气开放。因此,可以认为在中间空气室的内部,不会像第一空气室及第二空气室的内部那样产生温度变化。因此,通过像上述第八方面那样将上下衰减部件布置在中间空气室的内部,能够使该上下衰减部件的衰减特性稳定。
本发明的第九方面可以为如下结构:所述多段式隔振装置包括第一弹簧部件,所述第一弹簧部件布置在所述中间空气室的内部,沿着使所述第一空气室的顶面与该第一空气室的底面接近的方向施加恢复力。
根据上述第九方面,第一弹簧部件沿着使第一空气室上下压缩的方向施加恢复力。该恢复力以提升各空气室的内压的方式发挥作用。各空气室的内压上升与第一弹簧部件自身的弹簧特性相结合,能够实现多段式隔振装置在上下方向上的高固有值化(高固有振动频率化)。由此而能够减小从被支承体传递来的晃动的振幅。
根据上述第九方面,第一弹簧部件沿着将第一空气室的顶面向下压的方向施加恢复力。在多段式隔振装置中未承载有被支承体的非承载状态下,该恢复力能够抑制中间空气室的底面与顶面的接触,或抑制第一空气室的顶面的摇晃。
本发明的第十方面可以为如下结构:所述多段式隔振装置包括第二弹簧部件,所述第二弹簧部件布置在所述第一空气室的内部,沿着使所述第一空气室的顶面与所述第一空气室的底面分离的方向施加恢复力。
根据上述第十方面,第二弹簧部件沿着使第一空气室上下伸长的方向施加恢复力。利用第二弹簧部件自身的弹簧特性,能够实现多段式隔振装置在上下方向上的高固有值化(高固有振动频率化)。由此而能够减小从被支承体传递来的晃动的振幅。
根据上述第十方面,第二弹簧部件沿着将第一空气室的顶面向上推的方向施加恢复力。因此,能够利用该恢复力来支承更重的被支承体。由此而能够提升多段式隔振装置的承载能力。
如上所述,第一弹簧部件沿着将第一空气室的顶面向下压的方向施加恢复力。该恢复力沿重力方向作用于第一空气室,因此有可能破坏多段式隔振装置的承载能力。另一方面,第二弹簧部件沿着将第一空气室的顶面向上推的方向施加恢复力。该恢复力作用在增强多段式隔振装置的承载能力的方向上。通过并用第一弹簧部件和多个第二弹簧部件,能够在确保多段式隔振装置的承载能力的同时实现高固有值化。
本发明的第十一方面可以为如下结构:所述多段式隔振装置包括水平衰减部件,所述水平衰减部件布置在所述中间空气室的内部,使在与所述上下方向正交的水平方向上的、所述第一空气室的顶面相对于该第一空气室的底面的位移衰减。
根据上述第十一方面,通过将水平衰减部件布置在中间空气室中,能够对水平方向的位移赋予衰减。这样一来,能够实现多段式隔振装置的水平方向上的高固有值化(高固有振动频率化)。由此而能够使从被支承体传递来的晃动迅速地收敛,从而能够提升多段式隔振装置的减振性能。
-发明的效果-
综上所述,根据本发明,在上下多段式的隔振装置中,能够实现水平方向上柔软的弹簧特性。
附图说明
图1是示例使用了第一实施方式所涉及的多段式隔振装置的隔振系统的简图;
图2是示例多段式隔振装置的整体结构的立体图;
图3是将多段式隔振装置局部分解示例的与图2对应的图;
图4是示例第一方式的多段式隔振装置的纵向剖视图;
图5是示例第二方式的多段式隔振装置的与图4对应的图;
图6是用于说明万向节活塞的工作情况的图;
图7A是示例隔振装置系统的控制系统的方框图;
图7B是示例隔振装置系统的控制系统的方框图;
图8是示例第二实施方式所涉及的多段式隔振装置的整体结构的立体图;
图9是示例从多段式隔振装置卸下底板的状态的与图8对应的图;
图10是示例从多段式隔振装置去掉了下段侧收纳物后的状态的与图8对应的图;
图11是第二实施方式所涉及的与图4对应的图;
图12是第二实施方式所涉及的与图5对应的图;
图13是沿图8中的A-A线剖开的剖面的局部放大图;
图14是沿图8中的B-B线剖开的剖面的局部放大图;
图15是示例塞子及细孔的结构的纵向剖视图;
图16是表示细孔的实验数据的曲线图。
-符号说明-
S-隔振系统;1-隔振装置(多段式隔振装置);10-壳体;12-顶板(平台、顶板部);12a-顶板的下表面(平台的下表面);15-外壁部;40-万向节活塞;41-活塞井(支柱部);42-支承杆(支柱部);42a-滚动件;62-通孔;63-细孔;71-附件;72-第一衰减部件(上下衰减部件);74-第一弹簧部件;75-第二弹簧部件;76-水平衰减部件;77-塞子;85-FF加速度传感器(振动传感器);100-控制器;D-承载物(被支承体);F-设置面(基础);Oz-支承杆的中心轴;Sp1-下段侧弹簧构件;Sp2-上段侧弹簧构件;S1-第一空气室;S2-第二空气室;Sm-中间空气室。
具体实施方式
以下,基于附图对本发明的实施方式进行详细的说明。需要说明的是,以下说明仅为示例。
<第一实施方式>
首先,对第一实施方式所涉及的结构进行详细说明。
(整体结构)
图1是示例使用了第一实施方式所涉及的多段式隔振装置(以下也简称为“隔振装置”)1的隔振系统S的简图。图2是示例隔振装置1的整体结构的立体图,图3是将隔振装置1局部分解后而示例出的与图2对应的图。图4是示例第一方式的隔振装置1的纵向剖视图。图4所示例的状态对应于将顶板12相对于底板11布置在规定的基准位置的状态,换句话说,对应于万向节活塞(Gimbal Piston)40未产生摆动的状态。
如图1所示,隔振系统S包括设置在作为基础的设置面F上的一个或多个(图例中为一个)隔振装置1、控制器100、构成致动器的三个伺服阀91。
需要说明的是,出于纸面图示的方便性,在图1中将伺服阀91布置在隔振装置1的外部,但也可以如图2至图3所示,将伺服阀91布置在隔振装置1的内部。在本实施方式中,对后者的布局进行详细说明。在采用后者的布局的情况下,能够将各伺服阀91看作隔振装置1的构成构件。需要说明的是,即使在采用后者的布局的情况下,也不需要将伺服阀91全部布置在隔振装置1的内部。
隔振装置1相对于设置面F弹性地支承作为被支承体的承载物D。本实施方式中的设置面F沿着大致水平方向延伸。以下,将沿着设置面F延伸且相互正交的两个水平方向分别称为x方向及y方向,将与该设置面F正交的铅垂方向称为z方向。有时也将x方向及y方向总称为“xy方向”、“水平方向”或“侧向”,将z方向称为“高度方向”或“上下方向”。
需要说明的是,设置面F并不限定于图1所示例的地面。本实施方式中的设置面F包括能够在上下方向上支承隔振装置1的一般的基础。
在以下的说明中,有时将沿着x方向的一个方向(图1的纸面右方)称为“+x方向”,将与其相反的方向(图1的纸面左方)称为“-x方向”。同样,有时将z方向的上方向(图1的纸面上方)称为“+z方向”,将z方向的下方向(图1的纸面下方)称为“-z方向”。
本实施方式中的承载物D包括半导体制造装置、电子显微镜等适合避免振动影响的精密设备。隔振装置1构成为承载这种设备,并且适当地产生控制力,以抑制所承载的设备的振动。
如图1所示,隔振装置1包括设置在设置面F上的底板11和承载有承载物D的顶板12。顶板12是所谓的平台。隔振装置1构成为经由该顶板12将承载物D支承在设置面F上。
隔振装置1还包括下段侧侧板13和上段侧侧板14。下段侧侧板13与构成底板11的后述的纵壁部11b一起从侧向覆盖隔振装置1的下段侧的部位。上段侧侧板14从侧向覆盖隔振装置1的上段侧的部位。
由底板11、顶板12、下段侧侧板13以及上段侧侧板14构成用于收纳隔振装置1的各构件的壳体10。此处,底板11构成壳体10的底板部。作为平台的顶板12构成壳体10的顶板部。此外,纵壁部11b、下段侧侧板13以及上段侧侧板14构成壳体10的侧板部。壳体10包围后述的下段侧收纳物20及上段侧收纳物30以及上段侧弹簧构件Sp2。构成壳体10的各板部件例如能够由钢制成。
更详细而言,本实施方式所涉及的底板11形成为朝向+z方向开口的大致箱状,具有底板部11a和纵壁部11b(参照图2至图4)。此处,底板部11a形成为z方向的尺寸比xy方向的尺寸小的矩形薄板状。纵壁部11b形成为从底板部11a的侧缘部向+z方向立起。底板11与下段侧侧板13相连结。
如图2至图4所示,本实施方式所涉及的顶板12形成为z方向的尺寸比xy方向的尺寸小的矩形薄板状。如图1简要地示出,顶板12与上段侧侧板14相连结,并构成为与该上段侧侧板14一体地位移。
虽然在图1中省略了图示,但本实施方式所涉及的下段侧侧板13形成为具有底板部13a和纵壁部13b的有底筒状(参照图4),该底板部13a布置在+z侧且在xy方向的中央部设有通孔13c,该纵壁部13b从该底板部13a的周缘朝向-z方向突出。
本实施方式所涉及的上段侧侧板14具有构成隔振装置1的+x侧及-x侧的侧板部的两张第一板部件14a、以及构成隔振装置1的-y侧及+y侧的侧板部的两张第二板部件14b。两张第二板部件14b中的布置在-y侧的一张第二板部件14b为了防止与伺服阀91的干涉、接触,将其一部分切去了(参照图2)。
上段侧侧板14如上所述与顶板12一体地位移,另一方面,以容许相对于下段侧侧板13的相对位移的方式组装。
作为被这些部件包围的构成构件,本实施方式所涉及的隔振装置1包括:下段侧弹簧构件Sp1,其经由底板11设置在设置面F上;上段侧弹簧构件Sp2,其相对于下段侧弹簧构件Sp1支承顶板12及承载物D。下段侧弹簧构件Sp1及上段侧弹簧构件Sp2以相对于作为基础的设置面F弹性地支承作为被支承体的承载物D的方式发挥作用。为了发挥这样的作用,在下段侧弹簧构件Sp1中划分出在z方向上伸缩的第一空气室S1。同样,在上段侧弹簧构件Sp2中划分出在z方向上伸缩的第二空气室S2。如图4所示例,在第一空气室S1与第二空气室S2之间夹设有向大气开放的中间空气室Sm。
需要说明的是,第一空气室S1及第二空气室S2也可以代替大气而封入氮气等。在该意义上,各空气室S1、S2也可以称为“气体室”。如此变形例也能够应用于后述的第三空气室S3和第四空气室S4。
这样一来,隔振装置1构成为上下两段的隔振装置,沿z方向层叠有下段侧弹簧构件Sp1和上段侧弹簧构件Sp2。通过构成为上下两段的隔振装置,能够抑制其占用面积,并且能够支承更大重量的承载物D。需要说明的是,隔振装置1为上下两段的结构仅为示例。例如,可以在下段侧弹簧构件Sp1与上段侧弹簧构件Sp2之间夹设一个或多个弹簧构件。本发明所涉及的隔振装置包括上下三段以上的隔振装置。
如图1所示,该隔振装置1包括连接第二空气室S2的顶面与第一空气室S1的顶面的支柱部41、42,详情后述。此处,支柱部41、42具有有底筒状的活塞井(piston well)41和插入该活塞井41中的支承杆42。此处,活塞井41连接第二空气室S2的顶面与第一空气室S1的顶面,并且朝向顶板12向上方开口。支承杆42插入活塞井41中,连结该活塞井41的底面与顶板12的下表面12a。
通过利用活塞井41连接第二空气室S2的顶面和第一空气室S1的顶面,下段侧弹簧构件Sp1的伸缩和上段侧弹簧构件Sp2的伸缩便会连动。例如,随着第二空气室S2的顶面的下沉,第一空气室S1的顶面也下沉。
活塞井41及支承杆42构成容许活塞井41相对于顶板12摆动的万向节活塞40。这样一来,便能够在xy方向上发挥出柔软的弹簧特性。万向节活塞40的结构将在后面叙述。
隔振装置1还包括第三弹簧构件Sp3和第四弹簧构件Sp4(参照图1等)。第三弹簧构件Sp3在x方向上布置在上段侧弹簧构件Sp2与+x侧的第一板部件14a之间。第三弹簧构件Sp3具有在x方向上伸缩的第三空气室S3。第四弹簧构件Sp4在x方向上布置在上段侧弹簧构件Sp2与-x侧的第一板部件14a之间。第四弹簧构件Sp4具有在x方向上伸缩的第四空气室S4。第三弹簧构件Sp3及第四弹簧构件Sp4分别经由第一板部件14a、即上段侧侧板14与顶板12相连结。
需要说明的是,第三弹簧构件Sp3及第四弹簧构件Sp4不是必需的。除了设置在x方向上发挥弹性力的第三弹簧构件Sp3及第四弹簧构件Sp4之外,还可以设置在y方向上发挥弹性力的第五弹簧构件及第六弹簧构件。
下段侧弹簧构件Sp1、上段侧弹簧构件Sp2、第三弹簧构件Sp3以及第四弹簧构件Sp4不仅通过空气弹性地支承载荷,并且与伺服阀91一起构成所谓的“空气弹簧”。也就是说,各弹簧构件构成为,通过由对应的伺服阀91适当控制内压(空气压力),各弹簧构件本身作为致动器发挥作用。该隔振装置1能够作为所谓的主动式的隔振装置(主动隔振装置)发挥作用。关于用于使各伺服阀91工作的传感器类的结构及布局、以及控制器100的具体的控制内容,将在后面叙述。
需要说明的是,使用伺服阀91的结构不是必需的。如后述的变形例所示,可以将线性电机与伺服阀91组合起来使用,也可以不使用伺服阀91而仅使用线性电机。线性电机在对顶板12赋予z方向上的控制力方面是有效的。
或者,也可以线性电机及伺服阀91都不使用。在不使用线性电机及伺服阀91的情况下,隔振装置1作为所谓的被动式的隔振装置(被动隔振装置)发挥作用。
在为被动式的情况下,隔振装置1也可以包括向各空气室供给气体或从各空气室排出气体的控制阀。在该情况下,控制器100通过控制由控制阀构成的调平机构,进行用于将顶板12的上表面保持为水平且将其高度维持为恒定的调整(调平调整)。作为该情况下的控制阀,能够使用所谓的能够根据顶板12的高度来切换空气的供给及排出的杆式调平阀。
这样的变形例除了线性电机所涉及的例子以外,还能够应用于上下方向的弹簧构件(下段侧弹簧构件Sp1及上段侧弹簧构件Sp2)和水平方向的弹簧构件(第三弹簧构件Sp3及第四弹簧构件Sp4)中的至少一者。
以下,通过对隔振装置1的详细结构的说明,对下段侧弹簧构件Sp1、上段侧弹簧构件Sp2、第三弹簧构件Sp3及第四弹簧构件Sp4、以及连结这些构件的万向节活塞40进行详细的说明。
(内部结构)
如图4所示,本实施方式所涉及的隔振装置1具有位于-z侧的下段侧收纳物20和位于+z侧的上段侧收纳物30作为被壳体10包围的收纳物。下段侧收纳物20与下段侧弹簧构件Sp1相关联。上段侧收纳物30与上段侧弹簧构件Sp2、第三弹簧构件Sp3以及第四弹簧构件Sp4相关联。
-下段侧弹簧构件Sp1-
如图4所示,下段侧收纳物20具有第一内基座21、垫圈22以及第一隔膜23。下段侧收纳物20与底板11及下段侧侧板13一起构成下段侧弹簧构件Sp1。
此处,下段侧收纳物20中第一隔膜23以外的构成构件能够是钢、铝合金等金属制构件。另一方面,第一隔膜23能够由例如将聚酯纤维的织物作为加强材料埋设而成的橡胶弹性膜构成。
第一内基座21形成为大致圆板状。第一内基座21在xy方向上布置在下段侧侧板13的内周侧,并且至少在图4所示例的状态(亦即,顶板12未产生相对位移的状态)下,以其中央部通过支承杆42的中心轴Oz的方式布置。第一内基座21在z方向上布置在比下段侧侧板13的底板部13a更靠近-z侧且与纵壁部13b大致相同的高度。
需要说明的是,这里所说的“内周侧”是指“中心轴Oz侧”或“接近中心轴Oz的一侧”。这里所说的“中心轴Oz”是支承杆42的中心轴,是指沿着大致z方向的轴。同样,以下所述的“外周侧”是指“中心轴Oz的相反侧”或“远离中心轴Oz的另一侧”。
以下记载中的“径向”是指相对于支承杆42的中心轴Oz的径向(亦即,以中心轴Oz为起点,以远离该中心轴Oz的方式延伸的方向)。以下记载中的“大径”及“小径”表示沿该径向观察时长度的大小。
第一内基座21构成第一空气室S1的顶板部及顶面、以及中间空气室Sm的底板部及底面。如图4所示,第一内基座21的上表面与下段侧侧板13的底面(下表面)在z方向上留有间隔地相对。第一内基座21的下表面与底板11的底面(上表面)在z方向上留有间隔地相对。第一隔膜23的内周侧的上表面与第一内基座21的下表面紧密接触。第一内基座21的外侧面与下段侧侧板13的内周面留有间隔地相对,以便容许第一隔膜23的伸缩。
垫圈22形成为z方向的厚度薄且在xy方向上扩展的圆环状。垫圈22的下表面与底板11的底面(上表面)在z方向上留有间隔地相对。第一隔膜23的内周侧的下表面与垫圈22的上表面紧密接触。垫圈22的外径与第一内基座21的外径大致相同。
第一隔膜23例如由橡胶材料形成,形成为z方向的厚度薄且在xy方向上扩展的圆环状。第一隔膜23的内周侧的周缘部被第一内基座21和垫圈22夹住。第一隔膜23的外周侧的周缘部被底板11和下段侧侧板13夹住。更详细而言,本实施方式所涉及的第一隔膜23以容许第一内基座21及垫圈22相对于底板11及下段侧侧板13的位移的方式,以在xy方向上已挠曲的状态被夹住。
通过夹住第一隔膜23的两周缘部,在隔振装置1的内部分隔出第一空气室S1。该第一空气室S1具有x方向及y方向的尺寸比z方向的尺寸长的大致长方体形状。本实施方式所涉及的第一隔膜23通过密封第一空气室S1,而能够限制第一空气室S1与中间空气室Sm之间的空气的流通。也就是说,本实施方式所涉及的中间空气室Sm与第一空气室S1不连通。
第一隔膜23如上述那样被夹住的部位之间的部分(在xy方向上挠曲的部分)上下起伏且在整个一周挠曲得较大,由此而相对于活塞井41、第一内基座21、第二内基座31、第三紧固环36及第五紧固环38等相互连结而成的连结部件T的z方向上的位移具有较大的挠性。需要说明的是,关于第二内基座31、第三紧固环36以及第五紧固环38将在后面叙述。通过第一隔膜23在+z侧和-z侧朝着反方向挠曲,连结部件T容易绕水平方向的任意轴摆动,并且会伴随着该摆动而相对于中心轴Oz倾斜移动(参照图6的倾斜角θ)。另一方面,第一隔膜23相对于连结部件T的x方向的位移的挠性极小,因此该连结部件T在x方向上几乎不位移。
另一方面,与下段侧收纳物20一起构成下段侧弹簧构件Sp1的底板11,如上所述,具有底板部11a和纵壁部11b。其中,底板部11a构成第一空气室S1的底板部及底面。另一方面,纵壁部11b构成第一空气室S1的侧板部及内壁面。纵壁部11b的外径形成得比垫圈22的外径大,第一隔膜23的外周侧(中心轴Oz的相反侧)的下表面与该纵壁部11b的上表面紧密接触。
与下段侧收纳物20及底板11一起构成下段侧弹簧构件Sp1的下段侧侧板13,如上所述,具有底板部13a和纵壁部13b。其中,底板部13a构成中间空气室Sm的顶板部及顶面的一部分。另一方面,纵壁部13b构成中间空气室Sm的侧板部及内壁面。纵壁部13b的外径形成得比第一内基座21的外径大,第一隔膜23的外周侧(中心轴Oz的相反侧)的上表面与该纵壁部13b的下表面紧密接触。
在下段侧侧板13的底板部13a上,除了设置在其中央部的通孔13c之外,还设置有在z方向上贯通其周缘部附近的部位的通孔62。这些通孔62与隔振装置1的外部连通。中间空气室Sm通过这些通孔62向大气开放。
-上段侧弹簧构件Sp2-
如图4所示,上段侧收纳物30具有第二内基座31、第二隔膜32、第一紧固环33、筒状体34、第二紧固环35、第三紧固环36、第四紧固环37、第五紧固环38以及第三隔膜39。上段侧收纳物30与上述活塞井41一起构成上段侧弹簧构件Sp2。上段侧收纳物30也构成第三弹簧构件Sp3及第四弹簧构件Sp4的一部分。
此处,上段侧收纳物30中的第二隔膜32及第三隔膜39以外的构成构件能够是钢、铝合金等金属制构件。另一方面,第二隔膜32及第三隔膜39与第一隔膜23一样,能够由例如将聚酯纤维的织物作为加强材料埋设而成的橡胶弹性膜构成。
第二内基座31形成为直径比第一内基座21和底板部13a中央的通孔13c小的大致圆板状。第二内基座31在xy方向上布置在底板部13a的内周侧,并且至少在图4所示例的状态(亦即,顶板12未产生相对位移的状态)下,以其中央部通过支承杆42的中心轴Oz的方式布置。第二内基座31在z方向上布置在比第一内基座21更靠+z侧且与下段侧侧板13大致相同的高度。
第二内基座31构成中间空气室Sm的侧板部及外壁面。如图4所示,第二内基座31的上表面与活塞井41的下表面一起夹住第二隔膜32的中央部。这样一来,第二内基座31就会在第二隔膜32等容许的范围内与活塞井41一体地位移,例如与活塞井41一体地上下移动,或者与活塞井41一体地摆动等。
另一方面,第二内基座31的下表面通过螺栓等紧固件紧固于第一内基座21的上表面。通过该紧固,第一内基座21就会在第一隔膜23等容许的范围内与第二内基座31及活塞井41一体地位移,例如与第二内基座31及活塞井41一体地上下移动,或者与第二内基座31及活塞井41一体地摆动等。
第一紧固环33形成为在xy方向上扩展的圆环状。第一紧固环33的内径大于第二内基座31的外径。第一紧固环33的外径小于底板部13a中央的通孔13c。第一紧固环33在xy方向上布置成比第二内基座31更靠外周侧且比下段侧侧板13的底板部13a更靠内周侧。将第一紧固环33视为圆环时的中心轴布置成与支承杆42的中心轴Oz同轴。第一紧固环33在z方向上布置成比第一内基座21及下段侧侧板13更靠+z侧。第一紧固环33的上表面布置成位于与第二内基座31的上表面大致相同的高度。
第一紧固环33构成中间空气室Sm的顶板部和顶面的其他部分。第一紧固环33的下表面与第一内基座21的上表面在z方向上留有间隔地相对。第二隔膜32的外周侧的下表面与第一紧固环33的上表面紧密接触。第一紧固环33的上表面与筒状体34的下表面一起夹住第二隔膜32的外周侧的周缘部。第一紧固环33和筒状体34通过螺栓等紧固件紧固在一起。通过该紧固,第一紧固环33与活塞井41的一体摆动便受到限制。
筒状体34形成为沿z方向延伸且使上端部(+z侧端部)和下端部(-z侧端部)开口的筒状。筒状体34的内径大于活塞井41的外径。筒状体34的外径形成为短于从中心轴Oz到上段侧侧板14的内壁面的距离。筒状体34在xy方向上布置在活塞井41的外周侧且上段侧侧板14的内周侧。将筒状体34视为圆筒时的中心轴以与支承杆42的中心轴Oz同轴的方式布置。筒状体34在z方向上布置成比下段侧侧板13更靠+z侧。筒状体34的上表面以活塞井41的上端部为基准位于-z侧。
筒状体34除了构成第二空气室S2的底板部及底面、第二空气室S2中的外周侧的侧板部及内壁面之外,还构成第三空气室S3及第四空气室S4各自的内周侧的侧板部及外壁面。筒状体34的下表面通过螺栓等紧固件紧固于下段侧侧板13的上表面和第一紧固环33的上表面。通过该紧固,筒状体34与活塞井41的一体摆动便受到限制。另一方面,筒状体34的上表面与第二紧固环35的下表面相连接,以便将第二空气室S2密闭起来。
第二隔膜32例如由橡胶材料形成,形成为z方向的厚度薄且在xy方向上扩展的圆环状。如上所述,第二隔膜32的中央部被第二内基座31和活塞井41夹住。第二隔膜32的外周侧的周缘部被第一紧固环33和筒状体34的下端部夹住。更详细而言,本实施方式所涉及的第二隔膜32以容许第一内基座21、第二内基座31以及活塞井41相对于底板11及下段侧侧板13的位移的方式,以在xy方向上已挠曲的状态被夹住。
除了夹住第一隔膜23之外,还夹住第二隔膜32,由此而在隔振装置1的内部划分出中间空气室Sm。该中间空气室Sm具有在其中央部插入有第二内基座31的大致圆环形状。本实施方式所涉及的第二隔膜32与第一隔膜23一起将中间空气室Sm密封起来,由此而能够限制第二空气室S2与中间空气室Sm之间的空气的流通。也就是说,本实施方式所涉及的中间空气室Sm与第二空气室S2不连通。
与第一隔膜23一样,第二隔膜32如上述那样被夹住的部位之间的部分(在xy方向挠曲的部分)上下起伏且在整个一周挠曲得较大,由此而相对于所述连结部件T的z方向的位移具有较大的挠性。通过第二隔膜32在+z侧和-z侧向相反方向挠曲,连结部件T容易绕水平方向的任意轴摆动,并且伴随着该摆动,相对于中心轴Oz倾斜移动(参照图6的倾斜角θ)。另一方面,第二隔膜32相对于连结部件T的x方向的位移的挠性极小,因此该连结部件T在x方向上几乎不位移。
在活塞井41的下端部、第二隔膜32、第二内基座31的中央部和第一内基座21的中央部设置有图4所示的通孔61。第一空气室S1及第二空气室S2通过该通孔61彼此连通。在设置有通孔61的情况下,空气在第一空气室S1和第二空气室S2之间流通,它们的内压保持为大致一致的状态。
需要说明的是,如图4所示,第一空气室S1、中间空气室Sm以及第二空气室S2,按照从-z侧朝向+z侧第一空气室S1、中间空气室Sm以及第二空气室S2这样的顺序布置。换句话说,如上所述,本实施方式所涉及的中间空气室Sm能够被看成在z方向上夹设于第一空气室S1与第二空气室S2之间。中间空气室Sm的底面由第一内基座21的上表面(亦即第一空气室S1的顶面)划分而成。中间空气室Sm的顶面由下段侧侧板13的底面(底板部13a的下表面)及筒状体34的下表面(亦即,第二空气室S2的底面)划分而成。
通过设置通孔61,下段侧弹簧构件Sp1及上段侧弹簧构件Sp2在设置有伺服阀91等的情况下,两者都作为主动型的隔振装置发挥作用,另一方面,下段侧弹簧构件Sp1及上段侧弹簧构件Sp2在未设置这样的致动器的情况下(设置有调平阀等控制阀的情况下),能够作为上述那样的被动型的隔振装置发挥作用。在该情况下,与主动型或被动型的单段式的隔振装置相比,能够发挥出更优异的隔振性能。
需要说明的是,通孔61不是必需的。在不使用通孔61的情况下,能够通过伺服阀91仅控制下段侧弹簧构件Sp1及上段侧弹簧构件Sp2中的一者的内压。在该情况下,能够使下段侧弹簧构件Sp1及上段侧弹簧构件Sp2中的一者作为主动型的隔振装置发挥作用,使下段侧弹簧构件Sp1及上段侧弹簧构件Sp2中的另一者作为被动型的隔振装置发挥作用。在该情况下,与将主动型的隔振装置与被动型的隔振装置沿水平方向排列起来的结构相比,能够抑制其占用面积。
第二紧固环35形成为大致有底筒状,其具有形成为在xy方向上扩展的圆板状的底板部、和从该底板部的外周侧的周缘部向+z侧突出的纵壁部。第二紧固环35的底板部的内径与筒状体34的内径大致一致。第二紧固环35的纵壁部的内径大于筒状体34的外径。第二紧固环35整体的外径形成为短于从中心轴Oz到上段侧侧板14的内壁面的距离。第二紧固环35在xy方向上布置在活塞井41的外周侧且上段侧侧板14的内周侧。将第二紧固环35视为圆环时的中心轴布置成与支承杆42的中心轴Oz同轴。在z方向上,第二紧固环35布置在以筒状体34的上端部为基准的+z侧。第二紧固环35的上表面以活塞井41的上端部为基准位于-z侧。
第二紧固环35构成第二空气室S2的外周侧的侧板部及内壁面。如上所述,第二紧固环35的下表面紧固于筒状体34的上表面。另一方面,第二紧固环35的上表面与第四紧固环37的下表面一起夹住第三隔膜39的外周侧的周缘部。第二紧固环35的上表面经由螺栓等紧固件紧固于第四紧固环37的下表面。通过该紧固,第二紧固环35及第四紧固环37与活塞井41的一体摆动便受到限制。
第四紧固环37形成为在xy方向上扩展的圆环状。第四紧固环37的内径与第二紧固环35的纵壁部的内径大致一致。第四紧固环37的外径与第二紧固环35的纵壁部的外径大致一致。第四紧固环37在xy方向上布置在第五紧固环38的外周侧且上段侧侧板14的内周侧。将第四紧固环37视为圆环时的中心轴布置成与支承杆42的中心轴Oz同轴。在z方向上,第四紧固环37布置在以第二紧固环35的上端部为基准的+z侧。第四紧固环37的上表面位于与活塞井41的上端部大致相同的高度。
如上所述,第四紧固环37的下表面被紧固于第二紧固环35的上表面,以便夹住第三隔膜39的外周侧的周缘部。第四紧固环37的上表面相对于顶板12的下表面在z方向上留有间隔地布置。
第三紧固环36形成为在xy方向上扩展的圆环状。第三紧固环36的内径与活塞井41的外径大致一致。第三紧固环36的外径稍小于第二紧固环35的纵壁部的内径。第三紧固环36在xy方向上布置在活塞井41的外周侧且上段侧侧板14与第二紧固环35的纵壁部的内周侧。将第三紧固环36视为圆环时的中心轴,至少在图4所示例的状态(亦即,顶板12未产生相对位移的状态)下,布置成与支承杆42的中心轴Oz同轴。在z方向上,第三紧固环36布置在以筒状体34的上端部为基准的+z侧。第三紧固环36的上表面以活塞井41的上端部为基准位于-z侧。
更详细而言,活塞井41从上方插入并通过第三紧固环36。第三紧固环36的内周面与活塞井41的外周面紧密接触。第三紧固环36的上表面与设置在活塞井41的上端部的纵壁部抵接。
第三紧固环36与活塞井41的外周面一起构成第二空气室S2的内周侧的侧板部及内壁面。第三紧固环36的下表面与第二紧固环35的上表面在z方向上留有间隔地相对。另一方面,第三紧固环36的上表面与第五紧固环38的下表面一起夹住第三隔膜39的内周侧部分。第三紧固环36的上表面经由螺栓等紧固件紧固于第五紧固环38的下表面。该紧固与如上述那样将活塞井41插入并通过第三紧固环36相结合,第三紧固环36及第五紧固环38与活塞井41便会一体地摆动。
第五紧固环38形成为在xy方向上扩展的圆环状。第五紧固环38的内径形成为大于第三紧固环36的内径。第五紧固环38的外径与第三紧固环36的外径大致一致,稍小于第四紧固环37的内径。第五紧固环38在xy方向上布置在活塞井41的外周侧且上段侧侧板14及第四紧固环37的内周侧。将第五紧固环38视为圆环时的中心轴,至少在图4所示例的状态(亦即,顶板12未产生相对位移的状态)下,布置成与支承杆42的中心轴Oz同轴。第五紧固环38在z方向上布置成比第三紧固环36的上表面更靠+z侧。第五紧固环38的上表面布置在以支承杆42的上端部为基准的-z侧。
如上所述,第五紧固环38的下表面被紧固于第三紧固环36的上表面,以便夹住第三隔膜39的内周侧部分。第五紧固环38的上表面相对于顶板12的下表面在z方向上留有间隔地布置。
第三隔膜39例如由橡胶材料形成,形成为z方向的厚度薄且在xy方向上扩展的圆环状。活塞井41及支承杆42插入且通过位于第三隔膜39的中央的开口。如上所述,第三隔膜39的内周侧部分被第三紧固环36和第五紧固环38夹住。另一方面,如上所述,第三隔膜39的外周侧的周缘部被第二紧固环35的纵壁部和第四紧固环37夹住。更详细而言,本实施方式所涉及的第三隔膜39以容许第一内基座21、第二内基座31、活塞井41、第三紧固环36以及第五紧固环38相对于第四紧固环37、第二紧固环35、筒状体34、下段侧侧板13以及底板11的位移的方式,以在xy方向上已挠曲的状态被夹住。
除了夹住第二隔膜32之外,还夹住第三隔膜39,由此在隔振装置1的内部划分出第二空气室S2。该第二空气室S2具有在其中央部插入有活塞井41及支承杆42的大致圆筒形状。本实施方式所涉及的第三隔膜39通过与第二隔膜32一起密封第二空气室S2,而能够限制壳体10的内部空间与第二空气室S2之间的空气的流通。也就是说,本实施方式所涉及的第二空气室S2与壳体10的内部空间不连通。
与第一隔膜23及第二隔膜32一样,第三隔膜39如上述那样被夹住的部位之间的部分(在xy方向挠曲的部分)上下起伏且在整个一周挠曲得较大,由此而相对于所述连结部件T的z方向的位移具有较大的挠性。通过第三隔膜39在+z侧和-z侧向相反方向挠曲,连结部件T容易绕水平方向的任意轴摆动,并且伴随着该摆动,相对于中心轴Oz倾斜移动(参照图6的倾斜角θ)。另一方面,第三隔膜39相对于连结部件T的x方向的位移的挠性极小,因此该连结部件T在x方向上几乎不位移。
如图4所示,第二空气室S2在与支承杆42的中心轴Oz相关的径向(沿着xy平面的径向)上,至少一部分的外壁部15与第一空气室S1的外壁部相比缩小(缩径)(关于外壁部15,参照图3及图4)。特别是在本实施方式中,第二空气室S2的外壁部中,由第二紧固环35构成的部分和由筒状体34构成的部分这两者与第一空气室S1的外壁部相比缩小。
也就是说,在本实施方式中,上段侧弹簧构件Sp2的受压面积被设定为小于下段侧弹簧构件Sp1的受压面积。
更详细而言,第二空气室S2的上述缩小的外壁部15中,由筒状体34构成的部分与由第二紧固环35构成的部分相比在上述径向上进一步缩小(缩径)。本实施方式所涉及的第二空气室S2在沿z方向的剖视(图4所示例的剖视)中具有大致V字的横剖面。
第二空气室S2中的所述外壁部15在+x侧、-x侧、+y侧以及-y侧这四个方向上缩小。如图3所示,在+x侧的缩小部布置有第三弹簧构件Sp3,在-x侧的缩小部布置有第四弹簧构件Sp4。如图3及图4所示,第三弹簧构件Sp3从+x侧的缩小部向+x方向突出。第四弹簧构件Sp4从-x侧的缩小部向-x方向突出。在-y侧的缩径部布置有构成致动器的两个伺服阀91。
在其他空间中布置有各种传感器类、用于安装这些传感器类的支架类、以及控制基板。例如,在+x侧且-y侧的角落部的+z侧端部,布置有上下方向反馈加速度传感器(以下称为“第一FB加速度传感器”)81和水平方向反馈加速度传感器(以下称为“第二FB加速度传感器”)83。
其中,第一FB加速度传感器81能够检测顶板12相对于基础(设置面F)的振动状态(具体而言为z方向上的、顶板12相对于设置面F的加速度)。如图1所示,第一FB加速度传感器81与控制器100电连接,能够对该控制器100输入检测信号。第一FB加速度传感器81为本实施方式中的“振动传感器”的示例。
第一FB加速度传感器81能够用于利用下段侧弹簧构件Sp1、上段侧弹簧构件Sp2以及伺服阀91执行的上下方向的隔振反馈控制(以下,也称为“第一隔振FB控制”)。
如图2至图4所示,作为振动传感器的第一FB加速度传感器81布置在第二空气室S2中的至少一部分的外壁部(与第一空气室S1相比缩径的部分)15与壳体10的内壁部16之间(内壁部16仅在图4中表示)。这里所说的壳体10的内壁部16是指顶板12及上段侧侧板14的内壁部。第一FB加速度传感器81的上端部与顶板12的下表面抵接。在第一FB加速度传感器81的下方收纳有控制基板86。该控制基板86也与第一FB加速度传感器81一样收纳在壳体10中。
第二FB加速度传感器83能够检测x方向上的、顶板12及上段侧侧板14相对于基础(设置面F)的加速度。第二FB加速度传感器83固定于顶板12的下表面。如图1所示,第二FB加速度传感器83与控制器100电连接,能够对该控制器100输入检测信号。
第二FB加速度传感器83能够用于利用第三弹簧构件Sp3、第四弹簧构件Sp4以及伺服阀91执行的x方向上的隔振反馈控制(以下,也称为“第二隔振FB控制”)。
此外,在-x侧且-y侧的角落部布置有上下方向反馈位移传感器(以下称为“第一FB位移传感器”)82、水平方向反馈位移传感器(以下称为“第二FB位移传感器”)84、前馈加速度传感器(以下称为“FF加速度传感器”)85。
其中,第一FB位移传感器82能够检测z方向上的、顶板12及上段侧侧板14相对于底板11的相对位移。第一FB位移传感器82经由板状的第一传感器支架82a紧固于外壁部15,其+z侧端部相对于顶板12的下表面12a留有间隔地布置。如图1所示,第一FB位移传感器82与控制器100电连接,能够对该控制器100输入检测信号。第一FB位移传感器82能够检测顶板12的振动状态(相对位移),与第一FB加速度传感器81一样,示例了本实施方式中的“振动传感器”。作为振动传感器的第一FB位移传感器82也布置于所述外壁部15与壳体10的内壁部16之间。
第一FB位移传感器82能够用于利用下段侧弹簧构件Sp1、上段侧弹簧构件Sp2以及伺服阀91执行的z方向上的减振反馈控制(以下,也称为“第一减振FB控制”)。
其中,第二FB位移传感器84能够检测x方向上的、顶板12及上段侧侧板14相对于底板11的相对位移。第二FB位移传感器84经由板状的第二传感器支架84a紧固于所述外壁部15,其-x侧端部相对于上段侧侧板14的内壁部16留有间隔地布置。如图1所示,第二FB位移传感器84与控制器100电连接,能够对该控制器100输入检测信号。
第二FB位移传感器84能够用于利用第三弹簧构件Sp3、第四弹簧构件Sp4以及伺服阀91执行的x方向上的减振反馈控制(以下,也称为“第二减振FB控制”)。
FF加速度传感器85能够检测底板11在z方向上的加速度(地面振动)。FF加速度传感器85与下段侧侧板13的上表面抵接。如图1所示,FF加速度传感器85与控制器100电连接,能够对该控制器100输入检测信号。
FF加速度传感器85能够用于能够利用下段侧弹簧构件Sp1、上段侧弹簧构件Sp2以及伺服阀91执行的隔振前馈控制(以下也称为“隔振FF控制”)。
-万向节活塞40-
如图4所示例,万向节活塞40除了上述的活塞井41及支承杆42之外,还具有盖部件43、弹性环44、钢球42b以及滚动件42a。
其中,如上所述,活塞井41连接第二空气室S2的顶面和第一空气室S1的顶面,并且形成为朝向顶板12向上方开口的有底筒状。活塞井41的中心轴至少在图4所示例的状态(亦即,顶板12未产生相对位移的状态)下,与支承杆42的中心轴Oz同轴地布置。
特别是,本实施方式所涉及的活塞井41例如为铝合金制活塞井,连接着作为第二空气室S2的顶面的第三紧固环36和作为第一空气室S1的顶面的第一内基座21的上表面。
此处,如图4所示,活塞井41的上端部形成为向离开中心轴Oz的方向突出的锷状。活塞井41通过将其锷状部卡止于第三紧固环36,气密性地与该第三紧固环36紧密接触。活塞井41的上端部相对于顶板12的下表面在z方向上留有间隔地相对。活塞井41的上端部经由第三紧固环36、第五紧固环38、第三隔膜39、第四紧固环37、第二紧固环35以及筒状体34与第三弹簧构件Sp3及第四弹簧构件Sp4相连结,进而与上段侧侧板14及顶板12相连结。
如上所述,活塞井41的下端部与第二内基座31一起夹住第二隔膜32。亦即,活塞井41能够被看作是经由第二内基座31的上表面与第一内基座21的上表面间接连接。活塞井41的下端部经由第二内基座31、第一内基座21、垫圈22及第一隔膜23与下段侧侧板13及底板11相连结。
盖部件43布置在活塞井41的内底部。该盖部件43例如能够由钢制成,形成为圆盘状。为了支承支承杆42的下端部,在盖部件43的上表面形成有井塞(未图示),对该井塞进行了用于提升表面硬度的热处理加工。
弹性环44布置在比盖部件43稍靠上方(至少在将活塞井41沿上下方向一分为二时的中央部的下方)的位置。支承杆42的下端侧部分插入弹性环44中。该弹性环44形成为埋设有芯体(未图示)、具有橡胶弹性的环状。
如上所述,支承杆42被插入活塞井41中,构成为连结该活塞井41的内底面与顶板12的下表面12a。
详细而言,支承杆42形成为沿z方向延伸的柱状,其上端部与顶板12的下表面大致中央部相连结。该支承杆42贯通活塞井41的上端部的开口而沿-z方向延伸。
在支承杆42的下端部设置有钢球42b。支承杆42经由该钢球42b与盖部件43的井塞接触。钢球42b滚动自如地与井塞抵接。在支承杆42的下端部周边的部位,如上所述地插入有弹性环44。通过插入弹性环44,支承杆42的下端部便始终位于中心轴Oz上。
通过这样的结构,顶板12经由支承杆42由活塞井41的底部支承着,顶板12经由支承杆42能够相对于活塞井41的底部转动。这样一来,顶板12能够相对于活塞井41绕沿着xy方向的任意轴自由转动。需要说明的是,上述的图6相当于绕与该图的纸面正交的y方向转动的状态。
另一方面,支承杆42的上端部经由具有球面状的上表面的滚动件42a与顶板12的下表面12a抵接。详细而言,本实施方式所涉及的滚动件42a设置在支承杆42的上端部,形成为厚度厚的圆盘状。该滚动件42a的上表面形成为球面状(圆顶状),顶板12的下表面12a与该上表面抵接。滚动件42a的上表面被支承为能够相对于顶板12的下表面12a滚动。
因此,在本实施方式中,由活塞井41及支承杆42构成的万向节活塞40构成为经由圆顶状的曲面使支承杆42的上端部与顶板12的下表面12a接触的所谓圆顶万向节活塞。
需要说明的是,万向节活塞40并非必须为圆顶万向节活塞。万向节活塞40也可以是一般的不使用圆顶状曲面的万向节活塞。在由一般的万向节活塞构成隔振装置1的情况下,支承杆42的上端部会紧固于顶板12的下表面12a。
然而,根据使用者所要求的规格,有时不希望有万向节活塞40。为了满足这样的需要,本实施方式所涉及的支承杆42构成为能够相对于活塞井41及顶板12进行拆卸、安装。如图3所示,在已从隔振装置1上卸下了顶板12的状态下,通过相对于活塞井41进行支承杆42的插、拔,能够实现支承杆42的拆卸、安装。此时,也可以同时将盖部件43及弹性环44等安装到支承杆42上,或者将盖部件43及弹性环44等从支承杆42上拆下来。
并且,在已从活塞井41中拔出支承杆42的状态下,通过从活塞井41的上方插入附件71,能够实现图5所示例的隔振装置1的第二方式。
也就是说,本实施方式所涉及的隔振装置1还包括附件71,通过安装该附件71来代替支承杆42,而将附件71布置在活塞井41的上表面与顶板12的下表面12a之间。并且,该隔振装置1构成为能够在第一方式(参照图4)和第二方式(参照图5)之间进行切换,该第一方式是将支承杆42安装到活塞井41及顶板12上的方式;该第二方式是通过将支承杆42替换为附件71来限制活塞井41相对于顶板12的摆动的方式。
如图5所示,附件71形成为朝向-z侧开口的有底圆筒状(或者使其凹部朝向-z侧的碟状)。附件71的内侧面具有与活塞井41的上端部的外壁面对应的形状,能够使前者的内侧面与后者的外侧面接触。附件71的上表面固定于顶板12的下表面12a,另一方面,附件71的下表面与第三紧固环36的上表面接触。通过这些固定及接触,活塞井41得到限制,进而所述连结部件T的摆动及倾斜移动得到限制。
需要说明的是,在图例中,附件71的上表面紧固于顶板12的下表面12a,但这样的紧固并不是必需的。
-第四弹簧构件Sp4(第三弹簧构件Sp3)-
接着,对第四弹簧构件Sp4进行说明。以下的说明,除了在图4至图6的各图中为镜面对称这一点之外,对于第三弹簧构件Sp3也相同。
如图4所示,本实施方式所涉及的第四弹簧构件Sp4具有圆筒部51、紧固环52、第四隔膜53、圆盘部件54、紧固板55以及突出部56。
圆筒部51形成为具有沿x方向延伸的中心轴的大致圆筒状,划分出第四空气室S4的侧壁部及内侧面。圆筒部51与紧固环52一起夹住第四隔膜53的周缘部。
圆盘部件54紧固于第一板部件14a的内壁面,在第四空气室S4中划分出面向+x侧的顶面。圆盘部件54与圆板状的紧固板55一起夹住第四隔膜53的中央部。此时,第四隔膜53以在z方向上已挠曲的状态被夹住。需要说明的是,在第四空气室S4中面向-x侧的底面由所述筒状体34的外壁面划分而成。
此处,第四隔膜53由圆板状的薄膜构成,例如能够由将聚酯纤维的织物作为加强材料埋设而成的橡胶弹性膜构成。
突出部56从+x侧紧固在圆盘部件54及紧固板55上。通过该突出部56与筒状体34的外壁面抵接,来限制圆盘部件54及上段侧侧板14向接近中心轴线Oz的方向的位移。
返回到第四隔膜53的说明,该第四隔膜53如上述那样被夹住的部位之间的部分(在z方向上已挠曲的部分)在水平方向上起伏且在整个一周挠曲得较大,由此而相对于圆盘部件54、紧固板55以及突出部56等相互连结而成的部件的x方向的位移具有较大的挠性。通过第四隔膜53在+x侧和-x侧向相反方向挠曲,所述相互连结的部件容易绕纸面方向的任意轴摆动,并且伴随着该摆动,相对于x方向倾斜移动。另一方面,第四隔膜53相对于所述相互连结的部件的z方向的位移挠性极小,因此该部件在z方向上几乎不位移。
需要说明的是,也可以使圆盘部件54、紧固板55以及突出部56为中空,在该中空部中插入与上段侧侧板14接触的支承杆,由此在第四弹簧构件Sp4中构成万向节活塞。在该情况下使用的万向节活塞可以是如上所述的圆顶万向节活塞。
(各弹簧构件的工作情况)
-第一方式-
在向第一空气室S1及第二空气室S2供给适当的空气压力的状态下,第一空气室S1及第二空气室S2的内压通过通孔61而成为相同压力。另一方面,中间空气室Sm由于向大气开放而成为大气压。
在该情况下,隔振装置1使z方向的下段侧弹簧构件Sp1及上段侧弹簧构件Sp2发挥作用,以便使承载物D、顶板12、以及包括活塞井41的所述连结部件T大致作为一体沿z方向位移。
此处,顶板12经由支承杆42由活塞井41支承着。顶板12由第一隔膜23、第二隔膜32以及第三隔膜39以容许活塞井41等摆动的方式(换句话说,以摆动自如的方式)支承,由这些活塞井41及支承杆42构成所谓的万向节活塞40。
此时,关于作为空气弹簧的轴向的z方向的振动,通过设为上下两段,能够抑制其占用面积,并且能够支承更大重量的承载物D。
对于xy方向的振动,例如,如图6的δx所示,当顶板12及上段侧侧板14和支承杆42沿x方向位移时,活塞井41被第三隔膜39保持,并且绕水平方向的任意轴(例如,沿y方向延伸的轴)摆动,由此振动被吸收。此时,由于支承杆42的下端部枢轴支承于所述井塞的位置低于该活塞井41的由第三隔膜39保持的保持位置,所以第三隔膜39的弹簧特性非常柔软。因此,如图6的一例所示,隔振装置1的xy方向的隔振性能优异。
进而,本实施方式所涉及的万向节活塞40构成为所谓的圆顶万向节活塞。作为圆顶万向节活塞的万向节活塞40,在载荷已沿着作为水平方向的xy方向输入时,通过顶板12与滚动件42a相对地滚动,能够吸收振动。
也就是说,在上段侧弹簧构件Sp2中,对于xy方向的振动,不仅通过活塞井41的摆动运动来吸收,还通过顶板12与滚动件42a之间的滚动运动来吸收。其结果是,隔振装置1的xy方向的弹簧特性变得更柔软,从而能够进一步提升隔振性能。
隔振装置1还使+x侧的第三弹簧构件Sp3及-x侧的第四弹簧构件Sp4发挥作用,以便使上段侧侧板14和将圆盘部件54、紧固板55以及突出部56等相互连结起来而构成的部件大致作为一体沿x方向位移。
这样一来,对于空气弹簧的轴向即x方向的振动,能够降低固有振动频率(即实现x方向的低固有值化)。此时,与由下段侧弹簧构件Sp1及上段侧弹簧构件Sp2进行的xy方向的振动抑制相结合,能够在x方向上发挥优异的隔振性能。
-第二方式-
另一方面,在第二方式中,在隔振装置1中已不再构成万向节活塞40。在该情况下,xy方向的弹簧特性被设定为比第一方式硬。而且,xy方向上的顶板12的整定性高于第一方式。
(主动控制)
图7A及图7B是示例隔振系统S的控制系统的方框图。需要说明的是,图7A与下段侧弹簧构件Sp1及上段侧弹簧构件Sp2相关,图7B与第三弹簧构件Sp3及第四弹簧构件Sp4相关。
控制器100根据从上述各传感器81~85输入的信号,控制三个伺服阀91。控制器100通过控制各伺服阀91,来调整通过各伺服阀91的压缩空气的供给流量及排出流量。通过该调整来调整四个空气弹簧Sp1~Sp4各自的内压。
控制器100由能够输入输出信号的控制基板等构成。作为由如此硬件实现的功能模块,控制器100具有图7A所示例的第一隔振FB控制部101、第一减振FB控制部102及隔振FF控制部103、图7B所示例的第二隔振FB控制部111及第二减振FB控制部112。这些功能模块均与主动的隔振及减振相关联。
控制器100构成为通过这些功能模块向伺服阀91输入控制信号,对隔振装置1(特别是顶板12)施加抑制其振动的控制力。
如图7A所示,向伺服阀91的输入主要包括:由第一隔振FB控制部101基于来自第一FB加速度传感器81的输出运算出的隔振反馈操作量、由第一减振FB控制部102基于来自第一FB位移传感器82的输出运算出的减振反馈操作量、由隔振FF控制部103基于来自FF加速度传感器85的输出运算出的隔振前馈操作量。
第一隔振FB控制部101基于第一FB加速度传感器81的检测值即顶板12的z方向上的加速度,使下段侧弹簧构件Sp1及上段侧弹簧构件Sp2产生使该振动衰减的控制力。例如,对加速度的检测值、其微分值以及积分值分别乘以反馈增益,在将这三者相加之后进行反转,由此能够作为向伺服阀91的控制输入(隔振反馈操作量)。这样一来,便能够收到与在z方向上对顶板12增加刚性或增加顶板12的质量相同的效果。
第一减振FB控制部102基于第一FB位移传感器82的检测值即顶板12的上下位置(在z方向观察的高度位置)的变化量(相对位移),以该相对位移变小的方式控制下段侧弹簧构件Sp1及上段侧弹簧构件Sp2的内压,由此抑制(使其衰减)该顶板12的倾斜、因该倾斜而产生的晃动。例如,在从目标值(零)中减去位移的检测值之后,根据PID控制规则,能够求出向伺服阀91的控制输入(减振反馈操作量)。这样一来,便能够使顶板12的上下位置收敛于规定的基准位置(例如,图4所示例的位置关系)。
进而,隔振FF控制部103用于根据FF加速度传感器85的检测值即基础(参照图1的斜线部)的振动状态,产生抵消从该处向隔振对象物(承载物D)传递的振动那样的反相位振动,例如能够用数字滤波器求出向伺服阀91的控制输入。用地面振动经由下段侧弹簧构件Sp1及上段侧弹簧构件Sp2传递到顶板12时的传递函数H(s)、和由下段侧弹簧构件Sp1及上段侧弹簧构件Sp2构成的补偿系统的传递函数K(s),将该数字滤波器的特性表示为-H(s)·K(s)-1。
并且,接受上述那样的控制输入而使伺服阀91工作,控制下段侧弹簧构件Sp1及上段侧弹簧构件Sp2的内压,由此而对作为隔振对象物的顶板12施加适当的控制力。也就是说,对于从作为基础的设置面F传递来的振动(特别是z方向的振动),通过由隔振FF控制部103进行隔振前馈控制来抑制振动的传递,而对于经过了该抑制还能传递来的微小振动,则通过由第一隔振FB控制部101进行第一隔振反馈控制加以抵消,便能够得到非常高的隔振性能。
另一方面,对于比较大的振动亦即伴随着承载物D的工作等而在顶板12上产生的振动(晃动),除了通过上述第一隔振反馈控制加以抵消之外,还通过由第一减振FB控制部102进行第一减振反馈控制加以抵消。
这同样适用于图7B。如该图所示,向伺服阀91的输入主要包括:由第二隔振FB控制部111基于来自第二FB加速度传感器83的输出运算出的隔振反馈操作量、和由第二减振FB控制部112基于来自第二FB位移传感器84的输出运算出的减振反馈操作量。
第二隔振FB控制部111基于第二FB加速度传感器83的检测值即顶板12的x方向上的加速度,使第三弹簧构件Sp3及第四弹簧构件Sp4产生该振动衰减的控制力。例如,对加速度的检测值、其微分值以及积分值分别乘以反馈增益,在将这三者相加之后进行反转,由此能够作为向伺服阀91的控制输入(隔振反馈操作量)。这样一来,伺服阀91便会经由上段侧侧板14对顶板12施加控制力。由此而能够收到与在x方向上对顶板12增加刚性或增加顶板12的质量相同的效果。
第二减振FB控制部112基于第二FB位移传感器84的检测值即顶板12的水平位置(在x方向观察的位置)的变化量(相对位移),以该相对位移变小的方式控制第三弹簧构件Sp3及第四弹簧构件Sp4的内压,由此而抑制(使其衰减)该顶板12的倾斜、因该倾斜而产生的晃动。例如,在从目标值(零)中减去位移的检测值之后,根据PID控制规则,能够求出向伺服阀91的控制输入(减振反馈操作量)。这样一来,便能够使顶板12的水平位置收敛于上述基准位置。
并且,接受上述那样的控制输入而使伺服阀91工作,控制第三弹簧构件Sp3及第四弹簧构件Sp4的内压,由此对作为隔振对象物的顶板12施加适当的控制力。也就是说,对于从作为基础的设置面F传递来的x方向的微小振动,通过由第二隔振FB控制部111进行第二隔振反馈控制加以抵消,从而能够得到非常高的隔振性能。
另一方面,对于比较大的振动亦即伴随着承载物D的工作等而在顶板12上产生的x方向的振动(摇晃),除了通过上述第二隔振反馈控制加以抵消之外,还通过由第二减振FB控制部112进行第二减振反馈控制加以抵消。此时的控制力经由上段侧侧板14施加在顶板12上。
需要说明的是,在致动器使用线性电机的情况下,能够改变第一隔振FB控制部101及第二隔振FB控制部111等的结构。然而,关于基本的控制方式,与上述实施方式大致相同。
(总结)
综上所述,根据本实施方式,在上下多段式的隔振装置1中,利用连结上段侧弹簧构件Sp2和下段侧弹簧构件Sp1的支柱部41、42来构成活塞井41及支承杆42(参照图1及图4等)。这样一来,就会在该隔振装置1中构成万向节活塞40,而能够实现水平方向(x方向)上柔软的弹簧特性。由此而能够兼顾通过采用上下多段式的隔振装置1而实现的对占用面积的抑制以及对承载物D的大重量化的应对、和通过设置万向节活塞40而实现的水平方向的弹簧特性这两者,进而能够实现更优异的隔振性能。
本实施方式所涉及的隔振装置1能够对在2015年9月的联合国峰会中在加盟国的全会中一致采用的“2030年可持续发展议程”中记载的、到2030年为止以可持续且更好的全球为目标的国际目标,即可持续发展目标(SDGs:Sustainable Development Goals)中的目标9“产业、创新和基础设施”的达成作出贡献。
根据作为被支承体的承载物D的重量等,要求隔振装置1具有多种规格。例如,也可以设想代替上述那样的在水平方向上要求柔软的弹簧特性,而要求在水平方向上稍硬的弹簧特性的情况。在这种情况下,虽然也可以考虑准备一开始就不包括万向节活塞40的隔振装置,但若考虑到部件的采购成本、产品的管理等,则根据规格准备完全不同的隔振装置并不理想。
相对于此,根据本实施方式,如图4及图5所示,仅通过将支承杆42替换为附件71,就能够调整水平方向的弹簧特性。这样一来,能够区分使用隔振装置1的性能和特性,使其与不同的规格对应。由此而能够尽可能地实现部件的共用化,能够抑制部件的采购成本,并且能够节省管理产品时的劳力和时间。特别是,上述第二方式在确保顶板12的振动的整定性方面是有效的。
在由连结上段侧弹簧构件Sp2和下段侧弹簧构件Sp1的支柱部41、42构成活塞井41的情况下,由于活塞井41的下端部被下段侧弹簧构件Sp1限制,所以在使水平方向的弹簧特性柔软方面,留有性能提升的余地。
相对于此,如图4等所示,通过使用圆顶万向节活塞作为万向节活塞40,能够实现水平方向上更柔软的弹簧特性,能够减弱活塞井41的下端部被下段侧弹簧构件Sp1限制而产生的影响。这在实现水平方向上柔软的弹簧特性方面是有效的。
如图4等所示,在使中间空气室Sm夹设于第一空气室S1和第二空气室S2之间时,通过将中间空气室Sm向大气开放,能够抑制中间空气室Sm的内压降至负压。这样一来,便能够使在第一空气室S1和第二空气室S2中实现弹性特性的部件(具体而言是第一隔膜23和第二隔膜32)比以往更适当地伸缩。
如图4等所示,使第一空气室S1和第二空气室S2相互连通,在同时控制第一空气室S1及第二空气室S2的内压方面是有效的。也就是说,即使不在下段侧弹簧构件Sp1及上段侧弹簧构件Sp2上分别设置伺服阀91,也能够利用一个伺服阀91控制内压。
检测顶板12的振动状态的传感器(特别是第一FB加速度传感器81及第一FB位移传感器82),为了进行更准确且无延迟的检测,最好尽可能地接近顶板12。
相对于此,如图2至图4所示,通过与第一空气室S1相比更紧凑地构成第二空气室S2,能够确保传感器类的收纳空间。由于第二空气室S2比第一空气室S1更接近顶板12,因此也能够使第一FB加速度传感器81及第一FB位移传感器82尽可能接地近顶板12。这有助于提升基于第一FB加速度传感器81及第一FB位移传感器82的检测信号进行的隔振控制及减振控制的性能。
通过使第一FB位移传感器82尽可能地接近顶板12,能够使第一传感器支架82a比以往紧凑化,能够确保该第一传感器支架82a的刚性。确保第一传感器支架82a的刚性还能有效地抑制可能妨碍各种控制的干扰。
这样一来,根据本实施方式,能够同时实现隔振控制及减振控制的性能提升、干扰的抑制、承载物D的支承的稳定化中的任意两者。
<第二实施方式>
接着,对第二实施方式所涉及的结构进行说明。以下,对与第一实施方式相同的部分标注相同的符号并省略说明,对不同的部分进行详细说明。
此处,图8是示例第二实施方式所涉及的隔振装置1的整体结构的立体图,图9是示例已从隔振装置1上拆下底板11后的状态的与图8对应的图,图10是示例已从隔振装置1上将下段侧收纳物20卸下后的状态的与图8对应的图。
图11是第二实施方式所涉及的与图4对应的图,图12是第二实施方式所涉及的与图5对应的图。图13是沿图8中的A-A线剖开的剖面的局部放大图,图14是沿图8中的B-B线剖开的剖面的局部放大图。图13相当于将图11的下部放大后的图。图15是示例塞子77及细孔(Orifice)63的结构的纵向剖视图,图16是表示细孔63的实验数据的曲线图。
(详细构造)
在第二实施方式中,主要是第一空气室S1和中间空气室Sm的内部结构与第一实施方式所涉及的内部结构不同。例如,第二实施方式所涉及的隔振装置1包括多个细孔63来代替第一实施方式所涉及的通孔62(参照图10、图11、图12及图13)。
-细孔63-
多个细孔63使中间空气室Sm与大气的连通部即通孔62缩径。与第一实施方式一样,该中间空气室Sm与第一空气室S1及第二空气室S2都不连通。中间空气室Sm经由各细孔63向大气开放。
如图11、图12及图13所示,在各通孔62中插入有塞子77。各塞子77具有第二实施方式所涉及的细孔63。例如,如图15所示,各细孔63由沿上下方向延伸且直径小于第一实施方式所涉及的通孔62的通孔形成。各细孔63上下贯穿下段侧侧板13的底板部13a。需要说明的是,并不是必须用塞子77构成细孔63。也可以通过调整通孔62的内径来构成细孔63。
多个细孔63沿着围绕上下方向的圆周方向等间隔地布置。具体而言,第二实施方式所涉及的隔振装置1包括四个细孔63。四个细孔63在周向上每隔90度等间隔地布置。
各细孔63比起第二空气室S2布置在径向外侧。详细而言,各细孔63比起后述的各第一弹簧部件74、各第二弹簧部件75、各第一衰减部件72及水平衰减部件76布置在径向外侧的位置。各细孔63在径向上布置在与各第二衰减部件73大致相同的位置。
为了使第一内基座21在上下方向上的位移衰减,各细孔63的直径小于所述通孔62。例如,如图15所示,若将各细孔63的内径设为φ,则内径φ的大小设定在0.3mm以上0.7mm以下,更具体而言设定在0.4mm以上0.6mm以下的范围内。
此外,如图9至图14所示,第二实施方式所涉及的隔振装置1包括多个第一衰减部件72、多个第二衰减部件73、多个第一弹簧部件74、多个第二弹簧部件75以及水平衰减部件76。这些部件均布置在中间空气室Sm或第一空气室S1的内部。
需要说明的是,多个细孔63、多个第一衰减部件72、多个第二衰减部件73、多个第一弹簧部件74、多个第二弹簧部件75以及水平衰减部件76能够在上述的第一方式以及第二方式的两者中利用。
-第一衰减部件72及第二衰减部件73-
多个第一衰减部件72布置在中间空气室Sm的内部。这些第一衰减部件72分别作为使下段侧弹簧构件Sp1及上段侧弹簧构件Sp2在上下方向上的伸缩衰减的阻尼器而发挥作用。
多个第一衰减部件72分别由块状的高衰减橡胶形成。各第一衰减部件72具有沿上下方向延伸的圆筒形状。在各第一衰减部件72的中央的通孔中,插入有从第一内基座21的上表面突出的紧固件(螺栓)。
各第一衰减部件72布置在中间空气室Sm的顶面(下段侧侧板13的底板部13a的下表面)与底面(第一内基座21的上表面)之间。无论是否执行上述隔振控制等,各第一衰减部件72都以被压缩的状态布置。各第一衰减部件72对施加给隔振装置1的振动中特别是沿上下方向施加的振动施加衰减。
多个第一衰减部件72沿所述周向等间隔地布置。具体而言,第二实施方式所涉及的隔振装置1包括四个第一衰减部件72。如图10所示,四个第一衰减部件72在周向上每隔90度等间隔地布置。
多个第一衰减部件72在使该第一空气室S1的顶面相对于第一空气室S1的底面的位移衰减这一点上,分别示例了第二实施方式中的“上下衰减部件”。
多个第二衰减部件73布置在第一空气室S1的内部。这些第二衰减部件73分别作为使第一空气室S1在上下方向上的伸缩衰减的阻尼器发挥作用。
多个第二衰减部件73分别由块状的高衰减橡胶形成。各第二衰减部件73具有沿上下方向延伸的圆筒形状。在各第二衰减部件73的中央的通孔中插入有从第一内基座21的下表面突出的紧固件(螺栓)。各第二衰减部件73通过垫圈22安装在第一内基座21的下表面上。
各第二衰减部件73布置在第一空气室S1的顶面(第一内基座21的下表面)与底面(底板11的底板部11a的上表面)之间。无论是否执行上述隔振控制等,各第二衰减部件73都以被压缩的状态布置。各第二衰减部件73对施加给隔振装置1的振动中的、特别是沿上下方向施加的振动施加衰减。
多个第二衰减部件73沿所述周向等间隔地布置。具体而言,第二实施方式所涉及的隔振装置1包括四个第二衰减部件73。如图9所示,四个第二衰减部件73在周向上每隔90度等间隔地布置。
第一内基座21被多个第一衰减部件72和多个第二衰减部件73从上下夹住。从图9与图10的比较或图13与图14的比较可知,在径向上,各第二衰减部件73布置在各第一衰减部件72及后述的各第二弹簧部件75的外侧。从这些比较可知,在周向上,各第二衰减部件73以相对于各第一衰减部件72偏置的方式布置。通过将各第二衰减部件73布置在外侧,能够抑制活塞井41的倾斜、摇晃。
-第一弹簧部件74-
多个第一弹簧部件74布置在中间空气室Sm的内部。这些第一弹簧部件74分别作为沿着使第一空气室S1的顶面与该第一空气室S1的底面接近的方向施加恢复力F1的施力部件来发挥作用(参照图14)。
多个第一弹簧部件74分别由沿上下方向伸缩的螺旋弹簧构成。各第一弹簧部件74布置在中间空气室Sm的顶面与底面之间。各第一弹簧部件74通过在上下方向上被压缩而沿着抵抗中间空气室Sm的顶面与底面接近的方向亦即顶面与底面分离的方向施加恢复力F1。该恢复力F1为作用在抵抗第一内基座21向上方位移的方向上的恢复力,即该恢复力F1作用在将下段侧弹簧构件Sp1的安装在弹簧的重物(sprung)(第一内基座21)向下压的方向上。这样一来,各第一弹簧部件74便作为抵抗下段侧弹簧构件Sp1的伸长的弹簧发挥作用。各第一弹簧部件74施加的恢复力F1也作用于第二空气室S2,也以提升第一空气室S1、第二空气室S2各自的内压的方式作用。
多个第一弹簧部件74包括多对以两个为一组的对。各对沿着所述周向等间隔地布置。具体而言,第二实施方式所涉及的隔振装置1包括八个第一弹簧部件74。八个第一弹簧部件74构成四对以两个为一组的对。如图10所示,四个对在周向上每隔90度等间隔地布置。
-第二弹簧部件75-
多个第二弹簧部件75布置在第一空气室S1的内部。这些第二弹簧部件75分别作为沿着使第一空气室S1的顶面与该第一空气室S1的底面分离的方向施加恢复力F2的施力部件来发挥作用(参照图13)。
多个第二弹簧部件75分别由沿上下方向伸缩的螺旋弹簧构成。各第二弹簧部件75布置在第一空气室S1的顶面与底面之间。各第二弹簧部件75通过在上下方向上被压缩而沿着抵抗第一空气室S1的顶面与底面的接近的方向亦即顶面与底面分离的方向施加恢复力F2。该恢复力F2为作用在抵抗第一内基座21向下方位移的方向上的恢复力,即作用在将下段侧弹簧构件Sp1的安装在弹簧上的重物(第一内基座21)向上推的方向上。这样一来,各第二弹簧部件75便作为抵抗下段侧弹簧构件Sp1的压缩的弹簧发挥作用。各第二弹簧部件75施加的恢复力F2也作用于第二空气室S2。
多个第二弹簧部件75沿所述周向等间隔地布置。具体而言,第二实施方式所涉及的隔振装置1包括四个第二弹簧部件75。如图9所示,四个第二弹簧部件75在周向上每隔90度等间隔地布置。
需要说明的是,在隔振装置1中未承载有承载物D的非承载状态下,多个第一弹簧部件74整体对第一内基座21施加的恢复力F1(参照图14)被设定成大于多个第二弹簧部件75整体对第一内基座21施加的恢复力F2(参照图13)。该设定通过在非承载状态下满足下式(1)来实现。
Ka·ΔXa·Na>Kb·ΔXb·Nb……(1)
在上式(1)中,Ka是各第一弹簧部件74的弹簧常数,ΔXa是非承载状态下的各第一弹簧部件74的挠曲量,Na是第一弹簧部件74的数量(在本实施方式中为八个)。同样,在上式(1)中,Kb是各第二弹簧部件75的弹簧常数,ΔXb是非承载状态下的各第二弹簧部件75的挠曲量,Nb是第二弹簧部件75的数量(在本实施方式中为四个)。第二实施方式满足上式(1)。需要说明的是,上述设定也可以通过在非承载状态且伺服阀91不工作时(不向各空气室供给空气的状态)满足上式(1)来实现。
通过满足上式(1),将第一内基座21向下压的力超过将第一内基座21向上推的力。这样一来,在非承载状态、优选在非承载状态且上述非工作时,能够使对该第一内基座21的支承稳定,不使第一内基座21浮起。
第一内基座21被多个第一弹簧部件74和多个第二弹簧部件75从上下夹住。从图9与图10的比较或图13与图14的比较可知,在径向上,各第一弹簧部件74布置在各第二弹簧部件75的外侧。从这些比较可知,在周向上,各第一弹簧部件74以相对于各第二衰减部件75偏置的方式布置。
-水平衰减部件76-
水平衰减部件76布置在中间空气室Sm的内部。该水平衰减部件76作为使与上下方向正交的水平方向上的、第一空气室S1的顶面相对于该第一空气室S1的底面的位移衰减的阻尼器发挥作用。
水平衰减部件76由板状且环状的高衰减橡胶形成。水平衰减部件76的中央的通孔插入第二内基座31的外周面。水平衰减部件76的周缘部与下段侧侧板13的内周面接触。水平衰减部件76以在水平方向上已被预压缩的状态布置。水平衰减部件76在上下方向上未被预压缩,如图13及图14等所示,相对于第一内基座21的上表面布置,与第一内基座21的上表面留有间隙。
水平衰减部件76经由第二内基座31与第一内基座21一体地位移。水平衰减部件76通过在该位移时在水平方向被压缩,而使第一内基座21的水平移动衰减。该衰减抵抗第一空气室S1的顶面相对于第一空气室S1的底面的水平移动,作用在抑制下段侧弹簧构件Sp1的安装在弹簧上的重物的水平移动的方向上。这样一来,水平衰减部件76便作为使下段侧弹簧构件Sp1在水平方向上的变形衰减的阻尼器发挥作用。
第一内基座21经由第二内基座31与活塞井41相连结。如上所述,由活塞井41划分出第二空气室S2。因此,通过将水平衰减部件76安装在第二内基座31的外周面上,该水平衰减部件76也能够抑制上段侧弹簧构件Sp2的安装在弹簧上的重物的水平移动。这样一来,水平衰减部件76作为使上段侧弹簧构件Sp2在水平方向上的变形衰减的阻尼器发挥作用。
(各部件的作用)
根据第二实施方式,如图13等所示,通过利用细孔63使中间空气室Sm与大气的连通部缩径,能够对下段侧弹簧构件Sp1及上段侧弹簧构件Sp2两者的伸缩施加阻力。这样一来,能够使隔振装置1整体的上下方向的伸缩衰减,并且能够实现隔振装置1的上下方向的高固有值化(高固有振动频率化)。由此而能够使从承载物D传递来的晃动迅速地收敛,从而能够提升隔振装置1的减振性能。
进而,如图10所示,通过等间隔地布置各细孔63,能够在周向上均衡地赋予衰减。在提升减振性能方面也会因此而更有利。
通过将细孔63布置在中间空气室Sm中而不是布置在第一空气室S1及第二空气室S2中,能够尽可能地抑制对第一空气室S1及第二空气室S2各自的内压控制造成的影响。
此处,图16的横轴为频率,其纵轴为共振倍率。图16中的双点划线表示虽然设有四个通孔62,但在各通孔62中未插入塞子77的情况。同样,图16中的点划线表示堵塞四个通孔62中的三个、通过细孔63使一个通孔62向大气开放的情况。图16中的虚线表示四个通孔62都不堵塞,通过细孔63使四个通孔62全部向大气开放的情况。在该情况下,如图10所示,四个细孔63每隔90度等间隔地布置。图16中的实线表示将四个通孔62全部堵塞的情况。在图16的各数据中,细孔63的内径被设定为φ=0.5±0.02[mm]。
如图16中圈出的部分Ci所示,在包括四个细孔63的情况下,共振时的峰值的高度低于其他情况。这表示,在周向上等间隔地布置细孔63这一做法,在通过该细孔63赋予衰减方面上起到良好的作用。
如图10及图13等所示,通过将各第一衰减部件72布置在中间空气室Sm中,能够对下段侧弹簧构件Sp1及上段侧弹簧构件Sp2两者的伸缩施加阻力。这样一来,便能够使隔振装置1整体的上下方向的伸缩衰减,并且能够实现隔振装置1的上下方向的高固有值化(高固有振动频率化)。由此而能够使从承载物D传递来的晃动迅速地收敛,从而能够提升隔振装置1的减振性能。
需要说明的是,第一空气室S1及第二空气室S2有可能伴随着由各自的伸缩引起的空气的压缩或膨胀而在其内部产生温度变化。这种温度变化可能会改变各第一衰减部件72的衰减特性,并不理想。如上述第二实施方式所示,当各第一衰减部件72使用高衰减橡胶时,这样的不理想的情况会变得更明显。
另一方面,中间空气室Sm向大气开放。因此,可以认为在中间空气室Sm的内部,不会像第一空气室S1及第二空气室S2的内部那样产生温度变化。因此,通过像第二实施方式那样将各第一衰减部件72布置在中间空气室Sm的内部,能够使该各第一衰减部件72的衰减特性稳定。
如图14所示,第一弹簧部件74沿着使第一空气室S1上下压缩的方向施加恢复力F1。该恢复力F1以提升第一空气室S1及第二空气室S2的内压的方式发挥作用。第一空气室S1、第二空气室S2的内压上升与第一弹簧部件74自身的弹簧特性相结合,能够实现隔振装置1在上下方向上的高固有值化(高固有振动频率化)。由此,能够减小从承载物D传递来的晃动的振幅。
根据图14,第一弹簧部件74所发挥的恢复力F1作用在将第一空气室S1的顶面向下压的方向上。通过该恢复力F1,在隔振装置1尚未承载承载物D的非承载状态下,能够抑制中间空气室Sm的底面与顶面的接触,或抑制第一空气室S1的顶面的摇晃。
如图9及图13等所示,第二弹簧部件75沿着使第一空气室S1上下伸长的方向施加恢复力F2。通过第二弹簧部件75自身的弹簧特性,能够实现隔振装置1在上下方向上的高固有值化(高固有振动频率化)。由此而能够减小从承载物D传递来的晃动的振幅。
如图13所示,第二弹簧部件75所发挥的恢复力F2作用在将第一空气室S1的顶面向上推的方向上。因此,能够利用该恢复力F2来支承更重的承载物D。由此而能够提升隔振装置1的承载能力。
如图10、图13及图14等所示,通过将水平衰减部件76布置在中间空气室Sm中,能够对水平方向的位移赋予衰减。这样一来,便能够实现隔振装置1的水平方向上的高固有值化(高固有振动频率化)。由此而能够使从承载物D传递来的晃动迅速地收敛,从而能够提升隔振装置1的减振性能。
如图11及图12等所示,第一内基座21及活塞井41经由第二内基座31相连结。因此,通过将水平衰减部件76安装在第二内基座31的外周面,该水平衰减部件76也能够抑制上段侧弹簧构件Sp2的安装在弹簧上重物的水平移动。这样一来,水平衰减部件76也能够实现上段侧弹簧构件Sp2在水平方向上的高固有值化(高固有振动频率化)。由此而能够使从承载物D传递来的晃动迅速地收敛,从而能够提升隔振装置1的减振性能。
需要说明的是,并非必须包括多个第一弹簧部件74和多个第二弹簧部件75这两者,但至少在使用多个第一弹簧部件74时,并用多个第二弹簧部件75是有用的。也就是说,如上所述,多个第一弹簧部件74沿着将第一内基座21向下压的方向施加恢复力F1。该恢复力F1虽然具有不影响第一空气室S1的内压控制的优点,但由于它会沿重力方向作用于第一空气室S1,因此有可能破坏隔振装置1的承载能力(承载物D的重量的上限)。另一方面,多个第二弹簧部件75沿着将第一内基座21向上推的方向施加恢复力F2。该恢复力F2作用在增强隔振装置1的承载能力的方向上。
如上所述,通过并用多个第一弹簧部件74和多个第二弹簧部件75,能够在确保隔振装置1的承载能力的同时实现高固有值化。
并用多个第一衰减部件72和多个第二衰减部件73,在承载物D对隔振装置1施加的载荷增减的情况下特别有效。例如,考虑使用在平台上滑动移动的平台作为承载物D,并且由多个隔振装置1支承该承载物D的情况。在该情况下,伴随着承载物D的移动,作用于一个隔振装置1的载荷或者减少,或者增加。在前者的情况下,第一衰减部件72被压缩,而第二阻尼构件73伸长。在后者的情况下,第一衰减部件72伸长,而第二衰减部件73被压缩。通过并用第一衰减部件72和第二衰减部件73,便能够使作用于第一衰减部件72和第二衰减部件73的载荷分散。
Claims (11)
1.一种多段式隔振装置,相对于基础弹性地支承被支承体,其特征在于:所述多段式隔振装置包括平台、下段侧弹簧构件、上段侧弹簧构件以及支柱部,
所述平台承载所述被支承体,
所述下段侧弹簧构件设置在所述基础上,在该下段侧弹簧构件中划分出沿上下方向伸缩的第一空气室,
所述上段侧弹簧构件相对于所述下段侧弹簧构件支承所述平台,并且在该上段侧弹簧构件中划分出沿所述上下方向伸缩的第二空气室,
所述支柱部连结所述第二空气室的顶面与所述第一空气室的顶面,
所述支柱部具有活塞井和支承杆,
所述活塞井为朝向所述平台向上方开口的有底筒状,
所述支承杆插入所述活塞井中,连结该活塞井的内底面与所述平台的下表面,
所述活塞井及所述支承杆构成万向节活塞,该万向节活塞容许所述活塞井相对于所述平台摆动。
2.根据权利要求1所述的多段式隔振装置,其特征在于:
所述支承杆构成为能够相对于所述活塞井及所述平台进行拆卸、安装,
所述多段式隔振装置还包括附件,通过安装该附件来代替所述支承杆,将该附件布置在所述活塞井的上表面与所述平台的下表面之间,
所述多段式隔振装置构成为能够在第一方式和第二方式之间进行切换,该第一方式是将所述支承杆安装到所述活塞井及所述平台上的方式,该第二方式是通过将所述支承杆替换为所述附件来限制所述活塞井相对于所述平台的摆动的方式。
3.根据权利要求1所述的多段式隔振装置,其特征在于:
所述支承杆的上端部经由具有球面状的上表面的滚动件与所述平台的下表面抵接,
所述万向节活塞构成为圆顶万向节活塞。
4.根据权利要求1所述的多段式隔振装置,其特征在于:
在所述第一空气室与所述第二空气室之间夹设有中间空气室,该中间空气室由所述第一空气室的顶面和所述第二空气室的底面划分出来,
所述中间空气室与所述第一空气室及所述第二空气室两者都不连通,并且向大气开放。
5.根据权利要求4所述的多段式隔振装置,其特征在于:
所述第一空气室及所述第二空气室彼此连通。
6.根据权利要求1所述的多段式隔振装置,其特征在于:
所述多段式隔振装置包括壳体和振动传感器,
所述壳体包括由所述平台构成的顶板部,并包围所述上段侧弹簧构件,
所述振动传感器检测所述平台相对于所述基础的振动状态,
在与所述支承杆的中心轴相关的径向上,所述第二空气室的至少一部分外壁部与所述第一空气室的外壁部相比缩小,
所述振动传感器布置在所述第二空气室的所述外壁部与所述壳体的内壁部之间。
7.根据权利要求4所述的多段式隔振装置,其特征在于:
所述多段式隔振装置包括多个细孔,
所述多个细孔使所述中间空气室与大气的连通部缩径,
所述多个细孔沿着围绕所述上下方向的周向等间隔地布置。
8.根据权利要求4所述的多段式隔振装置,其特征在于:
所述多段式隔振装置包括上下衰减部件,
所述上下衰减部件布置在所述中间空气室的内部,在所述上下方向上使所述第一空气室的顶面相对于该第一空气室的底面的位移衰减。
9.根据权利要求4所述的多段式隔振装置,其特征在于:
所述多段式隔振装置包括第一弹簧部件,
所述第一弹簧部件布置在所述中间空气室的内部,沿着使所述第一空气室的顶面与该第一空气室的底面接近的方向施加恢复力。
10.根据权利要求9所述的多段式隔振装置,其特征在于:
所述多段式隔振装置包括第二弹簧部件,
所述第二弹簧部件布置在所述第一空气室的内部,沿着使所述第一空气室的顶面与该第一空气室的底面分离的方向施加恢复力。
11.根据权利要求4所述的多段式隔振装置,其特征在于:
所述多段式隔振装置包括水平衰减部件,
所述水平衰减部件布置在所述中间空气室的内部,使在与所述上下方向正交的水平方向上的、所述第一空气室的顶面相对于该第一空气室的底面的位移衰减。
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