JP2003148540A

JP2003148540A - 空気ばね

Info

Publication number: JP2003148540A
Application number: JP2001350085A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Watakari; 佐登志渡苅
Original assignee: NEC Ameniplantex Ltd
Current assignee: NEC Ameniplantex Ltd
Priority date: 2001-11-15
Filing date: 2001-11-15
Publication date: 2003-05-21
Anticipated expiration: 2021-11-15
Also published as: JP4117524B2

Abstract

(57)【要約】【課題】補助タンクや、オイルダンパを付設すること
なく、空気ばねに減衰を付与した空気ばねを提供する。【解決手段】空気ばね１のベローズ２内に除振マウン
ト６を有している。除振マウント６は、粘弾性体３と、
コイルばね１２とを並列に組合せたものである。粘弾性
体３には、ベローズ２に加えられる水平・鉛直両方向の
振動・振幅を減衰させる機能を受け持たせ、コイルばね
１２には、圧縮変形したベローズ２の復元力を補完し、
同時に空気ばねを一定形態に保形する機能を受け持たせ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、機器類のレベル調
整具に用いる空気ばねに関する。

【０００２】

【従来の技術】空気ばねは、機器類の除振ばねやアクチ
ュエータとして、あるいは機器類のレベル調整具として
従来より各種分野の機器類の支持構造に用いられてい
る。

【０００３】空気ばねには、ベローズ型（蛇腹式）と、
ダイアフラム型とがあり、座屈に対しては、後者の方が
安定しているが、機器類の支持構造には主としてベロー
ズ型の空気ばねが用いられる。空気ばねは、メカニカル
バルブを用いて内部の空気圧の制御が行なわれ、機器類
のレベル調整具として空気ばねを使用するときには、メ
カニカルバルブによる空気圧の調整によって、レベル
（床面からの高さ）を一定に制御される。

【０００４】荷重や衝撃の変動に関わらず、機器類を搭
載したテーブルのレベルを一定に保つことは、特に加工
機械、測定機器類において重要である。空気ばねは、テ
ーブルの４本の脚に支持構造として組みつけられる。こ
のようなテーブルの４本の脚に偏荷重が加わり、それぞ
れの脚の空気ばねの沈み量に違いが生ずると、テーブル
が動揺し、あるいは傾き、この結果、加工誤差の原因に
なり、あるいは測定誤差の発生原因になる。

【０００５】レベル調整具として空気ばねを使用する場
合に、メカニカルバルブは、テーブルのレベル変動を補
償するために用いられるものである。すなわち、テーブ
ルに偏荷重が作用して少なくとも１本の脚の空気ばねが
圧縮されて沈み、そのレベルが規定のレベルより下がる
と、メカニカルバルブに備えたスイッチが働き、配管を
通して高圧空気がベローズ内に注入されて、ベローズを
膨張させてレベルを回復させる。

【０００６】逆に、テーブルのレベルが規定以上のレベ
ルに上がれば、メカニカルバルブは、ベローズ内の空気
を放出してレベルを規定のレベルまで下げ、テーブルは
常にそのレベルを一定に自動調整される。

【０００７】また、空気ばねには、規定レべルに保持さ
れているテーブルが衝撃や荷重変動を受けてそのレベル
が変動した場合に、そのレベルの変動分を速やかに規定
レべルにまで収束させるため、減衰機構を設けることが
必要となる。従来、空気ばねには、その減衰機構とし
て、補助タンクを付設し、ベローズの空気室と、補助タ
ンクとの間にオリフィスを入れることで、空気の粘性抵
抗による減衰を空気ばねに付与する機構が用いられてい
た。

【０００８】空気ばねに減衰を付与することで、図５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、テーブルの揺れを速やかに収束す
ることができ、外乱による支持荷重の変化を速やかに吸
収し、変動レベルを収束して規定レベルに保持できる。
また、減衰機構は、上記構造に限らず、オイルダンパを
付加することによっても同様の効果を得る事ができる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、空気ば
ねに減衰を付与するために、補助タンクや、オイルダン
パを付設することは、ベローズとは別に補助タンクやオ
イルダンパの設置スペースや、その制御機構が必要であ
り、このため、空気ばねが大型化し、また、流体の制御
系に厄介な調整が必要となるという問題がある。

【００１０】本発明の目的は、補助タンクや、オイルダ
ンパを付設することなく、空気ばねに減衰を付与した空
気ばねを提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明による空気ばねにおいては、粘弾性体を有す
る空気ばねであって、空気ばねの空気室は、ベローズに
よって形成され、粘弾性体は、柱状をなし、ベローズの
上下に取付けられた上段プレートと下段プレート間に設
置され、ベローズに加えられる水平・鉛直両方向の微振
動・振幅を減衰させるものである。

【００１２】また、ベローズの上段プレートと下段プレ
ート間に設置された粘弾性体と並列にコイルばねを有
し、コイルばねは、圧縮変形したベローズの復元力を補
完するものである。

【００１３】また、粘弾性体は、コイルばねの中空部内
に設置されて内外同心上に配置されているものである。

【００１４】また、揺動ダンパを有し、揺動ダンパは、
棒状の粘弾性体であり、上段プレートと下段プレート間
に生ずる水平方向の相対変位によるエネルギーを吸収さ
せるものである。

【００１５】また、ベローズ内に除振マウントを有する
空気ばねであって、除振マウントは、粘弾性体と、コイ
ルばねとを並列に組合せたものであり、粘弾性体には、
ベローズに加えられる水平・鉛直両方向の微振動・振幅
を減衰させる機能を受け持たせ、コイルばねには、圧縮
変形したベローズの復元力を補完し、同時に空気ばねを
一定形態に保形する機能を受け持たせるものである。

【００１６】また、ベローズ内に除振マウントを有する
空気ばねであって、除振マウントは、粘弾性体と、コイ
ルばねとを並列に組合せたものであり、共振倍率を大幅
に低下させて減衰性能の振動伝達特性を改善するもので
ある。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図に
よって説明する。図１において、本発明による空気ばね
１には、ベローズ型（蛇腹式）の空気ばねを用いてい
る。本発明は、ベローズ内の空気室Ｒ内に粘弾性体３を
有するものである。粘弾性体３は、応力の大きさのみな
らず、その増加速度もひずみの増加速度に大きな影響を
与える性質を備えた固形物である（科学大辞典昭和６
０年丸善株式会社発行Ｐ１０５９参照）。この性質
を備えた物質には例えばエポキシ樹脂がある。

【００１８】この実施形態においては、粘弾性体２と並
列にコイルばね１２を配置し、粘弾性体２とコイルばね
１２との組合せを除振マウント６として用いている。こ
の実施形態では、粘弾性体２を中心に、その周囲にコイ
ルばね１２を配置して内外同心状に組合わせた例を示し
ている。

【００１９】本発明において、円柱状の粘弾性体３を空
気ばね１の空気室Ｒ内に鉛直姿勢で設置している。ま
た、空気室Ｒには、２段のゴムベローズ２を用いてい
る。ベローズ２には、１〜３段のものが多用されている
が、１段のものは水平方向にかたく、また、３段のもの
は、鉛直方向の伸縮性に優れているが、水平方向には軟
らかすぎて座屈が生じやすいという理由から、この実施
形態においては、２段のゴムベローズを用いたのである
が、空気室Ｒ内には、防振マウント６として粘弾性体３
と並列にコイルばね１２を装填するため、コイルばね１
２を設置したときには、ベローズ２は、コイルばねに支
えられて横ずれが生ぜず、一定の形態に保形されるた
め、必ずしも２段のゴムベローズに限らず、３段のベロ
ーズであっても空気室Ｒに利用できる。

【００２０】ベローズ２は、上下段のプレート４，５間
に設置され、空気室Ｒは、その内部に形成されたもので
ある。空気ばね１はテーブル７の４本の支持構造であ
り、空気ばね１の下段プレート５が床上に設置され、上
段プレート４上には、直接あるいは脚台（図示略）を介
してテーブル７が載せられ、テーブル７上には、図２に
示すように機器類１６が搭載される。したがって、テー
ブル７を含めて機器類１６の重量が各空気ばね１２に加
わり、コイルばね１２はその重量を受けて圧縮され、テ
ーブル７の高さは規定のレベルＬに保たれる。

【００２１】図２において、空気ばね１の空気室Ｒ内に
は、メカニカルバルブ９を通じて高圧空気が供給され、
空気室Ｒ内の空気圧はメカニカルバルブ９によって制御
され、テーブル７のレベル（床面からの高さ）は一定
（規定レベルＬ）に保たれる。すなわち、テーブル７が
機器類Ｍの荷重移動や衝撃あるいは動作時の反力を受け
て振れが生じ、テーブル７のレベルが規定レベルＬから
Ｌｌに下がると、メカニカルバルブ９に備えたスイッチ
１０が押し下げられ、高圧空気が空気室Ｒ内に供給され
て空気室Ｒは膨張し、テーブル７が押し上げられる。

【００２２】テーブル７が押し上げられてスイッチ１０
の上限以上のレベルＬｈに上がると、空気室Ｒ内の空気
がドレン１１を通して放出され、空気室Ｒが圧縮変形
し、テーブル７はレベルを下げてもとの規定レベルＬに
自動調整される。

【００２３】本発明において、粘弾性体３は、エポキシ
樹脂の円柱体であり、その上下端をベローズ２の上段プ
レート４及び下段プレート５に支えて空気室Ｒ中に設置
されているものである。粘弾性体３をベローズ２内に設
置することによって、テーブル７が押し下げられたとき
に、ベローズ２には鉛直方向の荷重が加えられるため、
空気室Ｒは圧縮され、逆に圧縮されたベローズ２が復元
するときに膨張するが、粘弾性体３は空気室Ｒの圧縮時
あるいは膨張時の抵抗となり、空気室Ｒの圧縮時あるい
は膨張時に生ずる微振動・振幅を減衰させる。

【００２４】除振マウント６を用いた場合に、粘弾性体
３は、ベローズ２に加えられる水平・鉛直両方向の振動
・振幅を減衰させる機能を受け持ち、コイルばね１２
は、ベローズの保形とともに、圧縮変形したベローズの
復元力を補完し、同時に空気ばね１を一定形態に保形す
る機能を受け持つが、粘弾性体と、コイルばねとの組合
せは、それぞれ単独の機能を発現するのみではなく、除
振マウント６として以下に説明するような除振機能が得
られる。すなわち、図３において、弾性体（コイルバ
ネ）１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）

【００２５】また、図３（ａ）に示すコイルばね１２
と、粘弾性体３との組み合わせにおける除振マウント６
の減衰ｄＢは、除振マウント６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）

【００２６】図３（ｂ）において、曲線Ａは、コイルば
ね１２の共振周波数がｆ０のときのコイルばね１２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。

【００２７】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、そのコイルばねに粘弾性体
３を組合せることによって、下げることができる。曲線
Ｃは、曲線Ｂの特性のコイルばね１に粘弾性体３を組合
わせた除振マウント６の特性を示している。

【００２８】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、コイルばね１２に粘弾性体
３を組合せた除振マウント６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。

【００２９】以上に明らかなとおり、空気ばね１のベロ
ーズ２内に、柱状の粘弾性体３を設置することによっ
て、粘弾性体３の有する粘弾性の性質を生かして有効な
減衰特性が得られ、さらに粘弾性体にコイルばねを組合
せることにより、レベル変動の復帰特性を改善するとと
もに、共振倍率を大幅に低下させてその減衰性能を大幅
に改善できる。

【００３０】すなわち、図４において、Ｘ−Ｙステージ
のような機械の動きによって、重量がテーブル７上で位
置移動する機器類１６をテーブル７上に搭載した場合、
機器１６の固定部分を含むテーブル７の重量をＭ、機器
１６の位置移動する部分（以下「位置移動する構成物と
いう」の重量をｍとすると、４本の脚に組み込まれた各
空気ばね１にかかる総重量は、「位置移動する構成物」
の荷重（ｍ）と、「位置移動する構成物」を除いたテー
ブル７の重量（Ｍ）との合計値となる。「位置移動する
構成物」を除いたテーブル７の重量（Ｍ）は、専らコイ
ルばね１２に支えられ、コイルばね１２は、「位置移動
する構成物」を除いた機器類の重量（Ｍ）と釣り合いを
保っている。

【００３１】各空気ばね１のそれぞれのベローズ２は、
コイルばね１２が一定量圧縮された状態で「位置移動す
る構成物」の位置によって変化する荷重を受けて個々に
収縮、膨張する。各脚の空気ばね１のベローズ２の膨張
・収縮によって、テーブル７に傾き（揺れ）が生じる
が、設定された水平レベルに安定するまでの過渡的な振
動・振幅は、空気ばね１２に組み込まれた粘弾性体３に
よって、効率よく短時間で減衰される。空気ばね１の空
気圧によって支持される荷重の大きさ、すなわち、「位
置移動する構成物」の荷重（ｍ）は、最大で総重量のせ
いぜい３０％程度である。

【００３２】本発明によれば、最大で総重量の３０％程
度の「位置移動する構成物」の荷重（ｍ）をベローズ２
に圧入する空気圧で支えるようにすればよいため、小容
量のベローズを低い空気圧で利用することが可能とな
り、応答性に優れたレベル調整機能を実現できる。

【００３３】さらに、この実施形態においては、上段プ
レート４と、下段プレート５間に生ずる水平方向の相対
変位のエネルギーを吸収させる手段として揺動ダンパ１
５を組みつけている。すなわち、上段プレート４にはブ
ラケット１３を立ち下げ、下段プレート５には、ステー
１４を立ち上げ、ステー１４に支持させた揺動ダンパ１
５をブラケット１３に圧接させる。揺動ダンパ１５は、
図１（ｂ）に示すようにＸ−Ｙ平面の２箇所に設ける。

【００３４】揺動ダンパ１５は、棒状の粘弾性体であ
る。揺動ダンパ１５をブラケット１３と、ステー１４と
に跨って保持させ、上段プレート４と、下段プレート５
間に水平姿勢に介在させることによって、機器の動作の
反力を受けてテーブル７が水平面（Ｘ−Ｙ平面）でＸ方
向あるいはＹ方向に大きく揺れた場合に、揺動ダンパ１
５の粘性性質によってテーブル７に抵抗を与える。これ
によって、テーブル７の揺れのエネルギーが吸収され、
テーブル７の揺れを速やかに停止させることができる。

【００３５】

【発明の効果】以上のように本発明は、空気ばねのベロ
ーズによって形成される空気室内に柱状の粘弾性体を設
置し、空気室の圧縮時、膨張時に粘弾性体による抵抗を
付与してレベル変動時の減衰特性を得るものであり、粘
弾性体は、ベローズ内に収納されるため、従来の空気ば
ねのように減衰機構として補助タンクや、オイルダンパ
を付設するための設置スペースや、その制御機構は全く
不要であり、流体の制御系にも厄介な調整は不要であ
る。

【００３６】また、本発明によるときには、粘弾性体
と、コイルばねとの組合せを除振マウントとしてベロー
ズ内に並列に設置することにより、圧縮変形したベロー
ズの復元力を補完し、同時に空気ばねを一定形態に保形
することができ、併せて共振倍率を大幅に低下させて減
衰性能を改善することができる。さらに、揺動ダンパを
用いて上板と下板間に生ずる水平方向の相対変位にもと
づく振動・振幅を減衰させることにより、レベル調整具
としての空気ばねの性能をより向上できる効果を有す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は、本発明による空気ばねの１実施形態
を示す断面側面、（ｂ）は同一部断面平面図である。

【図２】本発明の基本的構成を示す図である。

【図３】（ａ）は、除振マウントの基本的構成を示す
図、（ｂ）は、コイルばね及び除振マウントの減衰特性
を示す図である。

【図４】空気ばねに作用する荷重の様子を示す図であ
る。

【図５】空気の粘性抵抗を利用した減衰特性を示す図で
ある。

【符号の説明】

１空気ばね２ベローズ３粘弾性体４上段プレート５下段プレート６除振マウント７テーブル８送気管９メカニカルバルブ１０スイッチ１１ドレン１２コイルばね１３ブラケット１４ステー１５揺動ダンパ１６機器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】粘弾性体を有する空気ばねであって、空気ばねの空気室は、ベローズによって形成され、粘弾性体は、柱状をなし、ベローズの上下に取付けられ
た上段プレートと下段プレート間に設置され、ベローズ
に加えられる水平・鉛直両方向の微振動・振幅を減衰さ
せるものであることを特徴とする空気ばね。
【請求項２】ベローズの上段プレートと下段プレート
間に設置された粘弾性体と並列にコイルばねを有し、コイルばねは、圧縮変形したベローズの復元力を補完す
るものであることを特徴とする請求項１に記載の空気ば
ね。
【請求項３】粘弾性体は、コイルばねの中空部内に設
置されて内外同心上に配置されているものであることを
特徴とする請求項２に記載の空気ばね。
【請求項４】揺動ダンパを有し、揺動ダンパは、棒状の粘弾性体であり、上段プレートと
下段プレート間に生ずる水平方向の相対変位によるエネ
ルギーを吸収させるものであることを特徴とする請求項
１に記載の空気ばね。
【請求項５】ベローズ内に除振マウントを有する空気
ばねであって、除振マウントは、粘弾性体と、コイルばねとを並列に組
合せたものであり、粘弾性体３には、ベローズに加えられる振動・振幅を減
衰させる機能を受け持たせ、コイルばねには、圧縮変形したベローズの復元力を補完
し、同時に空気ばねを一定形態に保形する機能を受け持
たせるものであることを特徴とする空気ばね。
【請求項６】ベローズ内に除振マウントを有する空気
ばねであって、除振マウントは、粘弾性体と、コイルばねとを並列に組
合せたものであり、共振倍率を大幅に低下させて減衰性
能を改善するものであることを特徴とする空気ばね。