JP2007051742A - 制振構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】 工作機械、測定機器のような制振対象物に対して外来振動を簡便にしかも効果的に制止する制振構造体を提供する。
【解決手段】 制振構造体１は、球体４、該球体４に外接する第１の曲面５を有する第１の結合部材６、該第１の結合部材６に対向して配置され該球体４に外接する第２の曲面７を有する第２の結合部材８を備えている。そして、第１の結合部材６は制振対象物である工作機械１１のベッド３に締結され、第２の結合部材７は機械設置台２に締結される。このような制振構造体１は、機械設置台２と工作機械の基台であるベッド３との間の３箇所において配置すると好適である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば工作機械のような制振対象物の振動を制止する制振構造体に関する。

工作機械の切削加工部、研削加工部等に対しその外側から振動が伝播すると、被加工物の切削面、研削面等の面精度が悪化するなど加工面に大きな影響が出る。上記振動には、工作機械の構造内で生じる機械固有の振動と、工作機械の設置環境から生じる外来振動とがある。ここで、上記固有の振動は、例えば機械内の駆動用モータの振動、加工具であるスピンドルのアンバランス振動、あるいは移動体に起因する振動等である。そして、外来振動は、工作機械が設置される床のような設置台を伝わってくる外部振動である。

最近の工作機械では、その精密化および高性能化が進み、加工面の精度は数ｎｍ〜数十ｎｍ程度と高精度化してきている。それに伴い上記工作機械では、機械を構成する部位に制振減衰機能を有する振動減衰材（制振材）が適用され、機械的な振動あるいは脈動等の微小振幅レベルの振動を制止する方法が種々に検討されている。例えば、機械構造体同士の締結部にマンガン合金のような制振合金を介挿させる方法（例えば、特許文献１を参照）、工作機械の各部品に振動吸収金属の制振合金を局部的に使用する方法（例えば、特許文献２を参照）等が提案されている。

また、工作機械あるいは走査型トンネル顕微鏡のような精密機器は、床のような設置台に対して制振マウントに搭載されて設置される場合が多い。ここで、制振マウントとしては、上記機械あるいは機器を搭載するレベリングボルトの支持台に樹脂から成る粘体層を介挿させたものを用い、外来振動を上記粘体層で摩擦減衰させることにより制振する方法がある（例えば、特許文献３を参照）。

更に、上記外来振動を制振するために、上記機械あるいは機器は防振基礎上に取り付けられるようになる。ここで、防振基礎には、例えば能動ダンパや衝撃ダンパなどの振動減衰装置が取り付けられる。このようなダンパは、地震あるいは隣接して設置された別の機械からの大振幅レベルの機械的振動を制振するものとして常用される。
特開２００４−２０２６４９号公報 特開２０００−１０７９７６号公報 特開平０６−７４２９８号公報

しかしながら、上記制振合金あるいは粘体層を制振材として用いた制振方法は、微小振幅レベルの振動の制止には有効であるが、振動振幅が増大してくるとその制振材の振動減衰性能に限界が生じ、例えば上記大振幅レベルの機械的振動のような外来振動の制止では充分な効果を奏しなくなる。
また、上記ダンパのような振動減衰装置は、上記地震あるいは大振幅レベルの機械的振動の制止においてはよい効果を得ることがあるが、一つの固有振動数域において顕著な振動減衰効果を発揮し、他の振動数域では充分な振動減衰効果を生じないことがある。そして、装置が大きくしかも高価になり、多くの工作機械には採用しにくい状況にある。

本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであって、工作機械、測定機器のような制振対象物に対する外来振動を簡便にしかも効果的に制止することのできる制振構造体を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の制振構造体は、制振対象物の据付けられた設置台から伝わる振動を制止する制振構造体であって、球体と、前記球体に外接する曲面を有する第１の結合部材と、前記球体を挟み前記第１の結合部材に対向して配置され、前記球体に外接する曲面を有する第２の結合部材と、を備え、前記第１の結合部材が前記制振対象物に締結され、前記第２の結合部材が前記設置台に締結される構成になっている。

あるいは、本発明の制振構造体は、制振対象物の据付けられた設置台から伝わる振動を制止する制振構造体であって、球体と、前記球体に外接する曲面を有し、前記制振対象物に締結する第１の結合部材と、前記球体を挟み前記第１の結合部材に対向する設置台の表面部に形成した前記球体に外接する曲面と、を有する構成になっている。

上記発明では、設置台とそれに締結された第２の結合部材が振動すると、制振構造体の球体はほとんど振動しないで転動するようになる。そして、第1の結合部材は第２の結合部材の振動に追随しなくなり静止のままに保たれるようになる。このようにして、設置台からの振動は制振対象物まで伝達されずに上記制振構造体により制振される。

そして、上記発明の好適な一態様では、前記球体は、鋼材あるいは制振材を有して構成されている。ここで、前記制振材は、制振合金、断熱ゴムあるいは樹脂である。

また、前記第１の結合部材および前記第２の結合部材の曲面は、それぞれ、球面、放物面あるいは双曲面より選択してなる。あるいは、前記設置台の表面部に形成した前記球体に外接する曲面が円錐曲面になる。

上記発明により、第1の結合部材および第２の結合部材が球体の球面と当接する領域が小さくなるために、設置台の振動の制振対象物への伝達が低減するようになる。また、球体を制振材で形成することにより、上記振動エネルギーがこの球体により吸収され減衰し易くなる。

そして、上記制振構造体の使用における好適な一態様では、制振構造体は、前記制振対象物と前記設置台との間において３箇所に配置される。ここで、前記制振対象物は工作機械あるいは測定機器である。あるいは、前記制振対象物は、工作機械あるいは測定機器が据付けられる防振基礎である。

上記発明により、制振対象物である工作機械、測定機器は、外来振動が大振幅レベルであってもその振動数に無関係に簡便にしかも効果的に防振できるようになる。

本発明の構成によれば、工作機械、測定機器のような制振対象物に対する外来振動を簡便にしかも効果的に制止する制振構造体を提供できる。

以下、本発明の好適な実施形態のいくつかを図面を参照して説明する。ここで、互いに同一または類似の部分には共通の符号を付す。
（実施の形態１）
本発明の第１の実施形態について図１ないし図５を参照して説明する。図１は好適な一態様を示す制振構造体の側面図である。図２は図1のＸ−Ｘ矢視図であり、図３は上記制振構造体の側面縦断面図である。そして、図４は、制振対象物である工作機械が上記制振構造体を介し機械設置台に据付けられた側面図であり、図５は図４のＹ−Ｙ矢視図となっている。ここで、制振対象物としては、特に工作機械に限定されるものではなく、その他に精密測定のための機器なども挙げることができる。

図１に示すように、本実施形態の制振構造体１は、機械設置台２と工作機械の基台であるベッド３との間に取り付けられる。この制振構造体１は、球体４、該球体４に外接する第１の曲面５を有する第１の結合部材６、該第１の結合部材６に対向して配置され該球体４に外接する第２の曲面７を有する第２の結合部材８を備えている。

ここで、上記第１の結合部材６はボルト９を通してベッド３に締結される。図２に示すように、第１の結合部材６の平面形状は矩形であり、この第１の結合部材６において、その中央部領域に設けられた第１の曲面５を挟んだ縁端の締結部６ａに、それぞれ一対の貫通孔（不図示）が設けてある。そして、４本のボルト９が上記貫通孔を挿通しベッド３に設けたネジ孔に螺合することにより、第１の結合部材６は工作機械の基台に締結され固定される。

また、第２の結合部材８の平面形状も図２に示したのと同様であり、第２の結合部材８の縁端の締結部８ａに貫通孔が設けられ、４本の図１に示すボルト１０が上記貫通孔を挿通して機械設置台２に設けられたネジ孔に螺合して、第２の結合部材８は機械設置台２に締結され固定される。なお、上記ボルト（９，１０）の本数はそれぞれ４本に限定されるものではなく、工作機械の重量あるいは大きさによりその本数は適宜に決められる。

このような制振構造体１において、制振手段となる球体４は、鋼材で形成されていてもよいが、マンガン合金、強磁性を有する制振合金（例えばサイレンタロイ）、断熱ゴム、あるいは樹脂のような制振材を使用すると極めて好適である。ここで、球体４全体を上記制振材により構成してもよいし、球体４の表面部に上記制振材を設けるようにしてもよい。そして、球体４の大きさは、工作機械の重量あるいは大きさにより適宜に決められる。

上記球体４を包接する第１の結合部材６は鋼製であり、上記球体４に外接する第１の曲面５を有する。この第１の曲面５は、球面、あるいは放物面、双曲面のような非球面であり、更に、その表面が鏡面研磨され高い平滑性を有すると好適である。

同様に、上記球体４を包接する第２の結合部材８も鋼製であって球体４に外接する第２の曲面７を有している。この第２の曲面７も、球面、あるいは放物面、双曲面のような非球面であって、その表面が鏡面研磨され高い平滑性を有すると好適である。

次に、図３を参照して上記制振構造体１の動作機構について説明する。図３に示す機械設置台２が、例えば図面の左右に振動する場合、制振構造体１の第２の結合部材８は機械設置台２と同じ振動をする。ここで、上記第２の結合部材８の振動に伴う（加速）運動は、その第２の曲面７に当接する領域において球体４表面に摩擦力を与える。そして、同時に、球体４は、第２の結合部材８に対向する第１の結合部材６の第１の曲面５と当接する領域において逆方向の摩擦力を受け、結果として回転力を受けるようになり、第２の結合部材８の振動方向とは逆方向に転動する。そして、第１の結合部材６は、第２の結合部材８の振動に追随することなく静止して工作機械を制振する。

また、上記制振構造体１においては、球体４が第１の曲面５および第２の曲面７と当接する領域の面積は、球体４が球面であるために小さく、上記摩擦力は、平面で接する構造の場合よりも大幅に低減している。このことも、第１の結合部材６の振動の消滅すなわち工作機械の制振に効果的に働いている。

更に、制振構造体１において球体４が上記制振材により構成されていると、上記第２の結合部材８の振動エネルギーは、上記球体４により吸収され熱エネルギーとなり減衰するようになる。そして、第１の結合部材６に締結された工作機械の制振は更に効果的に働くようになる。また、上記機械設置台２が上下に振動する場合においても、上記制振構造体１はその振動を上記球体４により効果的に制振することができるようになる。

但し、図３に示すように、球体４は、第１の結合部材６と第２の結合部材８によりそれぞれの第１の曲面５および第２の曲面７で包接されている。このような包接構造により、上記転動による球体４の左右の可動範囲は、第２の曲面７上において制約されるようになる。このために、機械設置台２の左右の振動振幅が大きくなり、それに伴い球体４の転動が上記可動範囲を超えてくると、球体４は第１の結合部材６に対して上下の振動を引き起こすようになる。そこで、上記第１の曲面５および第２の曲面７が球体４を包接する左右の可動範囲を、制振対象とする振幅レベルに合わせて適宜に決める必要がある。ここで、その振幅レベルが大きくなるに伴い上記包接する左右方向の範囲は広くなる。なお、この範囲は、球体４が制振材により構成されると、球体４が鋼材でない場合よりも狭めることが可能になる。

次に、上記制振構造体１を介して工作機械が機械設置台に据付けられる具体例について説明する。初めに工作機械１１の概略構成について説明する。図４に示すように、工作機械１１は、ベッド３上にコラム構成体１２、該コラム構成体１２の水平梁（不図示）を水平駆動するスピンドルヘッド１３、該スピンドルヘッド１３を垂直駆動するスピンドル１４、スピンドル１４の先端に取り付けられた例えば切削加工用あるいは研削加工用の工具１５を有している。そして、ベッド３上には例えばリニアガイドによりスライドするテーブル１６が備えられ、このテーブル１６上に例えばチャック（不図示）を介してワーク１７が載置され保持される。

上記工作機械１１は、図１ないし３で説明した制振構造体１を介して機械設置台２上に据付けられる。ここで、図５のベッド３の裏面側に示すように、工作機械１１は、３個の制振構造体１により機械設置台２上にマウントさせると好適である。但し、工作機械１１の重心は、上記３個の制振構造体１の配置箇所を頂点とした三角形の領域内に位置させることが必要である。

上記実施形態による制振構造体１の使用、および工作機械１１のベッド３下への上記制振構造体１の配置により、工作機械１１に対する外来振動が効果的に制振できるようになる。この制振構造体１は、極めて簡便な構造であるが、外来振動の振幅が増大し大振幅レベルの機械的振動になっても有効に減衰させることができる。また、上記制振構造体１は、外来振動の振動数域に無関係にあらゆる振動数の外来振動を制止することができる。しかも、それは、その構造がコンパクトであり安価になるために、多くの工作機械に極めて容易に採用できる。

（実施の形態２）
次に、本発明の第２の実施形態について図６ないし９を参照して説明する。ここで、図６は好適な一態様を示す別の制振構造体の側面図である。図７は図６のＺ−Ｚ矢視図であり、図８は別の制振構造体の側面縦断面図である。そして、図９は、制振対象物である防振基礎が上記制振構造体を介し据付けられた側面図である。

図６に示すように、制振構造体２１は、基礎設置台２２と防振基礎２３との間に設けられる。この制振構造体２１は、球体４、該球体４に外接する第１の曲面５を有する第１の結合部材６、該第１の結合部材６に対向した基礎設置台２２の表面部に形成され、該球体４に外接する第２の曲面７を有している。

上記第１の結合部材６は、第１の実施形態の図２で説明したのと全く同様な構造を有しており、例えば４本のボルト９により防振基礎２３に締結される。そして、第１の結合部材６は鋼製であり、上記球体４に外接する第１の曲面５を有している。この第１の曲面５は、第１の実施形態で説明したように球面、あるいは放物面、双曲面のような非球面であって、その表面が鏡面研磨され高い平滑性を有する。

そして、図７に示すように、第２の曲面７は例えば鋼製の基礎設置台２２の所定の表面が穿たれて形成されている。ここで、上記第２の曲面７は円錐曲面であると好適である。そして、その表面は鏡面研磨され高い平滑性を有する。

そして、制振構造体２１の球体４には鋼製の球を使用すると好適である。あるいは強磁性を有する制振合金（例えばサイレンタロイ）のような制振材を使用することもできる。ここで、球体４全体を上記制振材により構成してもよいし、球体４の表面部に上記制振材を設けるようにしてもよい。そして、球体４の大きさは、工作機械の重量あるいは大きさにより適宜に決められる。

次に、図８を参照して上記制振構造体２１の動作機構について説明する。第２の実施形態では、球体４は円錐曲面から成る第２の曲面７上に搭載されている。ここで、図８に示す基礎設置台２２が、例えば図面の左右に振動する場合、制振構造体２１の球体４は基礎設置台２２とほぼ同じような振動をする。これは、球体４の球面が上記円錐曲面に対して円状に当接するために、第１の実施形態の場合よりも球体４が基礎設置台２２に固定された状態に近くなるからである。

しかし、球体４が第１の結合部材６の第１の曲面５と当接する領域の面積は小さく、当接する領域における摩擦力は、平面で接する構造の場合よりも大幅に低減する。このために、第１の結合部材６は、基礎設置台２２の振動に追随することなく静止状態に近くなる。このようにして、第１の結合部材６に締結している防振基礎２３は制振される。

次に、上記制振構造体２１を用いて防振基礎２３および工作機械１１が基礎設置台２２上に据付けられる具体例について説明する。ここで、工作機械１１の概略構成は図４において説明したようなものである。防振基礎２３は、図６ないし８で説明した制振構造体２１を介して基礎設置台２２上に据付けられる。ここで、防振基礎２３は、３個あるいは４個の制振構造体２１により基礎設置台２２上に取り付ける。

そして、上記防振基礎２３上に工作機械１１がマウントされる。ここでは、図１ないし３で説明した制振構造体１を介して防振基礎２３上に据付けられ、図５に示したように、上記工作機械１１は、３個の制振構造体１により防振基礎２３上にマウントさせると好適である。但し、第１の実施形態の場合と同様に、３個の制振構造体１の配置箇所を頂点とした三角形の領域内に工作機械１１の重心が入るようにする。

上述した実施形態による制振構造体２１および防振基礎２３への上記制振構造体２１の適用により、防振基礎２３に対する外来振動が効果的に制振される。この制振構造体２１は、極めて簡便な構造であるが、外来振動の振幅が増大し大振幅レベルの機械的振動であっても有効に減衰させる。また、上記制振構造体２１は、外来振動の振動数域に無関係にあらゆる振動数の外来振動を制止させることができる。そして、工作機械１１が上記防振基礎２３上に制振構造体１を介して据付けられる。このようにすると、工作機械１１は、外来振動が大振幅レベルであっても完全に制振されるようになる。しかも、これらの制振構造体は、その構造がコンパクトであり極めて安価になり、多くの工作機械の防振構造体として使用できる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、上述した実施形態は本発明を限定するものでない。当業者にあっては、具体的な実施態様において本発明の技術思想および技術範囲から逸脱せずに種々の変形・変更を加えることが可能である。

本発明の実施の形態１にかかる制振構造体を示す側面図である。 上記制振構造体の平面形状を示すための図１のＸ−Ｘ矢視図である。 上記制振構造体の側面縦断面図である。 工作機械が上記制振構造体を介し機械設置台に据付けられた側面図である。 工作機械における制振構造体の配置状態を示す図４のＹ−Ｙ矢視図である。 本発明の実施の形態２にかかる別の制振構造体を示す側面図である。 上記別の制振構造体の平面形状を示すための図６のＺ−Ｚ矢視図である。 上記別の制振構造体の側面縦断面図である。 防振基礎が上記別の制振構造体を介し基礎設置台に取り付けられ、更に工作機械が上記制振構造体を介して上記防振基礎上に据付けられた側面図である。

符号の説明

１ 制振構造体
２ 機械設置台
３ ベッド
４ 球体
５ 第１の曲面
６ 第１の結合部材
６ａ，８ａ 締結部
７ 第２の曲面
８ 第２の結合部材
９，１０ ボルト
１１ 工作機械
１２ コラム構成体
１３ スピンドルヘッド
１４ スピンドル
１５ 工具
１６ テーブル
１７ ワーク
２１ 別の制振構造体
２２ 基礎設置台
２３ 防振基礎

Claims (9)

1. 制振対象物の据付けられた設置台から伝わる振動を制止する制振構造体であって、
   球体と、
   前記球体に外接する曲面を有する第１の結合部材と、
   前記球体を挟み前記第１の結合部材に対向して配置され、前記球体に外接する曲面を有する第２の結合部材と、
   を備え、前記第１の結合部材が前記制振対象物に締結され、前記第２の結合部材が前記設置台に締結されることを特徴とする制振構造体。
2. 制振対象物の据付けられた設置台から伝わる振動を制止する制振構造体であって、
   球体と、
   前記球体に外接する曲面を有し、前記制振対象物に締結する第１の結合部材と、
   前記球体を挟み前記第１の結合部材に対向する設置台の表面部に形成した前記球体に外接する曲面と、
   を有することを特徴とする制振構造体。
3. 前記球体は、鋼材あるいは制振材を有して構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の制振構造体。
4. 前記制振材は、制振合金、断熱ゴムあるいは樹脂であることを特徴とする請求項３に記載の制振構造体。
5. 前記第１の結合部材および前記第２の結合部材の曲面は、それぞれ、球面、放物面あるいは双曲面より選択してなることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の制振構造体。
6. 前記設置台の表面部に形成した前記球体に外接する曲面が円錐曲面であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の制振構造体。
7. 前記制振対象物と前記設置台との間において３箇所に配置されることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一項に記載の制振構造体。
8. 前記制振対象物は、工作機械あるいは測定機器であることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか一項に記載の制振構造体。
9. 前記制振対象物は、工作機械あるいは測定機器が据付けられる防振基礎であることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか一項に記載の制振構造体。
   
   
   

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