JP2007309361A - 制振装置 - Google Patents

Abstract

【課題】付加荷重が大きい場合においても、防振材の面積の増大を抑制しつつ、付加荷重を受けるとともに、系の固有振動数を小さくして振動伝達率を低減することが可能な制振装置を提供する。
【解決手段】フランジ１ａ、１ｂ間には、弾性部材ユニットＵＡ、ＵＢが取り付けられ、弾性部材ユニットＵＡの防振材として防振ゴム３を用いるとともに、弾性部材ユニットＵＢの防振材として金属コイルばね１１を用い、弾性部材ユニットＵＢには、フランジ１ａ、１ｂ間の間隔が一定値以上に広がらないように金属コイルばね１１の反力を規制する規規制部材１７を設ける。
【選択図】 図１

Description

本発明は制振装置に関し、特に、パルスチューブ冷凍機に使用される制振装置に適用して好適なものである。

電子顕微鏡などの計測機器や検査・分析機器、医療機器では、コールドトラップや部材の冷却を行うために、低振動で静粛性に優れたパルスチューブ冷凍機が用いられている。ここで、特許文献１には、真空ポンプで発生する振動が電子顕微鏡などの外部機器に伝達するのを抑止するための制振機構が開示されている。すなわち、可とう性のある円筒状の金属ベローズを介して振動発生源であるターボ分子ポンプ本体を固定部に接続することにより、固定部への振動の伝達を低減するとともに、真空度の維持が図られている。また、真空度を維持したときの負圧によって生じる荷重は、ターボ分子ポンプの外周に設置した防振ゴムで受けるとともに、ターボ分子ポンプで発生する振動の伝達率を小さくし、固定部に伝わる量を低減させている。

また、特許文献２には、振動発生源からの振動を制振するための制振機構として、振動発生源である機器の支持部材として防振ゴムとコイルばねを直列に配置する方法が開示されている。
図７は、従来の制振機構の一例を示す断面図である。
図７において、スペーサ１０３ａ、１０３ｂが両側にそれぞれ設けられたコイルばね１０２は、防振ゴム１０４と直列に配置され、フランジ１０１ａ、１０１ｂ間に保持されている。そして、フランジ１０１ａ、１０１ｂを介してコイルばね１０２および防振ゴム１０４を貫通するように貫通ボルト１０６が挿入され、貫通ボルト１０６に締結されたナット１０５にて、フランジ１０１ａ、１０１ｂ間にコイルばね１０２および防振ゴム１０４が固定されている。

図８は、従来の制振機構のその他の例を示す断面図である。
図８において、防振ゴム２０６の両端には取付け金具２０６がそれぞれ設けられている、そして、取付け金具２０６が設けられた防振ゴム２０６は、スペーサ２０３ａ、２０３ｂをそれぞれ介してフランジ２０１ａ、２０１ｂ間に保持され、フランジ２０１ａ、２０１ｂおよびスペーサ２０３ａ、２０３ｂを貫通して取付け金具２０６に当接するようにボルト２０７が挿入され、ボルト２０７に締結されたナット２０５にて、フランジ２０１ａ、２０１ｂ間に防振ゴム２０４が固定されている。

また、フランジ２０１ａ、２０１ｂ間の気密が保たれるように、円筒状の金属ベローズ２０２が取り付けられている。そして、フランジ２０１ａ、２０１ｂ間に作用する負圧による圧縮荷重を複数個の防振ゴム２０４で分担することができるように、防振ゴム２０４の耐荷重を選定して挿入することができる。
ここで、振動伝達率は、振動数比、すなわち装置の振動数と固有振動数との比によって決まり、固有振動数は、装置の質量と防振ゴムのばね定数によって決定される。そして、振動伝達率を小さくして制振効果を高めるためには、防振ゴムのばね定数を小さくすることが効果的である。
特開２００３−３９８８号公報 特開平１０−１５９９００号公報

しかしながら、従来の制振装置では、ゴムなどのエラストマ材からなる防振材が直接付加荷重を受けるように構成されているため、付加荷重が大きい場合には防振材の面積を増大させる必要があり、装置の大型化を招くという問題があった。また、ゴムなどのエラストマ材を用いた場合には、系の固有振動数を小さくして振動伝達率を低減するには限界があった。
そこで、本発明の目的は、付加荷重が大きい場合においても、防振材の面積の増大を抑制しつつ、付加荷重を受けるとともに、系の固有振動数を小さくして振動伝達率を低減することが可能な制振装置を提供することである。

上述した課題を解決するために、請求項１記載の制振装置によれば、略円筒状のベローズと、前記ベローズの両端に一体的に接続された１対のフランジと、前記フランジ間に互いに対称に配置され、前記フランジを介して伝達される振動を吸収する複数の弾性部材ユニットと、前記弾性部材ユニットに設けられ、前記フランジ間の間隔が一定値以上に広がらないように前記弾性部材ユニットの反力を規制する規制部材とを備えることを特徴とする。
これにより、弾性部材ユニットの反発力に邪魔されることなく、弾性部材ユニットをフランジ間に配置することが可能となり、弾性部材ユニットの取り付け時における作業性を向上させることができる。

また、請求項２記載の制振装置によれば、前記ベローズは溶接ベローズであることを特徴とする。
これにより、軸方向および軸直角方向の剛性を成型ベローズよりも小さくすることができ、ばね定数も小さくすることが可能となることから、系の固有振動数を小さくして振動伝達率を低減することができる。

また、請求項３記載の制振装置によれば、前記弾性部材ユニットは、エストラマが金属フレームにて挟みこまれた弾性部材を持つ第１弾性部材ユニットと、金属コイルばねにて構成された弾性部材を持つ第２弾性部材ユニットとを備えることを特徴とする。
これにより、エラストマ材とともに金属コイルばねにて付加荷重を受けることが可能となるとともに、エラストマ材のみを用いた場合に比べて同一荷重に対するばね定数も小さくすることが可能となる。このため、付加荷重が大きい場合においても、弾性部材の面積の増大を抑制しつつ、付加荷重を受けることが可能となるとともに、系の固有振動数を小さくして振動伝達率を低減することが可能となり、制振装置のコンパクト化を図りつつ、制振効果を高めることができる。

また、請求項４記載の制振装置によれば、前記第２弾性部材ユニットは、前記金属コイルばねを両端から押える１対のばね押えと、前記規制部材に設けられ、前記ばね押え間の間隔が前記フランジ間の間隔よりも小さくなるように設定する間隔設定部と、前記金属コイルばねに一定値以上の圧縮力が作用したときに前記規制部材が前記フランジの一方と離間できるように前記規制部材を前記フランジの他方に固定する固定部材とを備えることを特徴とする。

これにより、金属コイルばねの反力を規制して金属コイルばねが一定値以上に伸びないようにすることが可能となるとともに、金属コイルばねの反力を規制する規制部材を設けた場合においても、ベローズにかかる荷重を金属コイルばねで受けることが可能となる。このため、特別な押え治具を用いることなく、弾性部材ユニットをフランジ間に配置することが可能となり、弾性部材ユニットの取り付け時の作業性を向上させることが可能となるとともに、付加荷重を金属コイルばねにも分担させることを可能として、同一荷重に対するばね定数を小さくすることが可能となり、系の固有振動数を小さくして振動伝達率を低減することが可能となる。

また、請求項５記載の制振装置によれば、前記弾性部材ユニットを前記フランジに取り付けるための取付け穴と、前記フランジの横から前記弾性部材ユニットを前記取付け穴に挿入できるように前記フランジの外周部に設けられたスリットを備えることを特徴とする。
これにより、特別な押え治具を用いることなく、弾性部材ユニットをフランジ間に挿入したり、抜き出したりすることが可能となるとともに、制振装置の組み立てを容易化することが可能となるとともに、制振装置の保守点検時における弾性部材ユニットの交換を効率よく行うことができる。

また、請求項６記載の制振装置によれば、前記ベローズの一端は冷凍機の膨張フランジに直接接続されていることを特徴とする。
これにより、制振装置に設けられた一方のフランジを冷凍機の膨張フランジで兼用することができ、制振装置の構成を簡素化することが可能となるとともに、制振装置の軽量化を図ることができる。

以上説明したように、本発明によれば、エラストマ材と金属コイルばねとを並列にフランジ間に挿入することで、付加荷重を金属コイルばねにも分担させることが可能となるとともに、同一荷重に対するばね定数も小さくすることが可能となり、付加荷重が大きい場合においても、弾性部材の面積の増大を抑制しつつ、付加荷重を受けることが可能となるとともに、系の固有振動数を小さくして振動伝達率を低減することが可能となる。

以下、本発明の実施形態に係る制振装置について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る制振装置の概略構成を示す斜視図、図２は、本発明の一実施形態に係る制振装置の概略構成を示す断面図である。
図１および図２において、略円筒状のベローズ２の両端には、１対のフランジ１ａ、１ｂがそれぞれ一体的に接続されている。なお、ベローズ２は溶接ベローズであることが好ましい。そして、フランジ１ａ、１ｂ間には、フランジ１ａ、１ｂを介して伝達される振動を吸収する複数の弾性部材ユニットＵＡ、ＵＢが取り付けられている。なお、各弾性部材ユニットＵＡ、ＵＢは、フランジ１ａ、１ｂの外周に互いに交互に対称配置することができる。ここで、フランジ１ａ、１ｂには、弾性部材ユニットＵＡ、ＵＢを取り付けるための取付け穴が形成されるとともに、弾性部材ユニットＵＡ、ＵＢを取付け穴にそれぞれ挿入するためのスリット７、１４がフランジ１ａ、１ｂの外周部に形成されている。

ここで、弾性部材ユニットＵＡには、防振ゴム３、防振ゴム３を両端で支持しながらフランジ１ａ、１ｂに取り付けるための取付け金具４、フランジ１ａ、１ｂにナット５が接触するのを防止するカラー６が設けられている。
また、弾性部材ユニットＵＢには、金属コイルばね１１、金属コイルばね１１を両端で支持するばね押え１５、１６、フランジ１ａ、１ｂ間の間隔が一定値以上に広がらないように金属コイルばね１１の反力を規制する規規制部材１７が設けられている。ここで、規制部材１７には、軸状部１７ａおよび互いに所定の間隔を隔てて配置され、軸状部１７ａの径方向に突出するように構成された突出部１７ｂ、１７ｃが設けられている。

そして、金属コイルばね１１、ばね押え１５、１６および軸状部１７ａを同心円状に配置し、ばね押え１６が突出部１７ｂの内側の端面に当接するとともに、ばね押え１５が突出部１７ｃの外側の端面に当接するようにして、金属コイルばね１１をばね押え１５、１６で挟み込み、突出部１７ｃの外側からナット１２にてばね押え１５を締め付けることにより、金属コイルばね１１、ばね押え１５、１６、規規制部材１７およびナット１２が一体化された弾性部材ユニットＵＢを構成することができる。ここで、突出部１７ｂ、１７ｃの間の間隔は、ばね押え１５、１６間の間隔がフランジ１ａ、１ｂ間の間隔よりも小さくなるように設定することができる。

そして、弾性部材ユニットＵＡをフランジ１ａ、１ｂ間に配置する場合、スリット７を介してフランジ１ａ、１ｂの横から、防振ゴム３および取付け金具４を一体的に挿入する。そして、カラー６を取付け金具４のねじに差し込み、ナット５にてフランジ１ａ、１ｂの両側から取付け金具４を締め付けることにより、弾性部材ユニットＵＡをフランジ１ａ、１ｂに固定することができる。

一方、弾性部材ユニットＵＢをフランジ１ａ、１ｂ間に配置する場合、スリット７を介してフランジ１ａ、１ｂの横から、金属コイルばね１１、ばね押え１５、１６、規規制部材１７およびナット１２を一体的に挿入する。ここで、弾性部材ユニットＵＢをフランジ１ａ、１ｂ間に配置する場合、突出部１７ｂとばね押え１６との間にフランジ１ｂが挟まれるとともに、ばね押え１５の外側にフランジ１ａが配置されるようにする。なお、規制部材１７にて金属コイルばね１１の反力を規制しながら、突出部１７ｂとばね押え１６との間にフランジ１ｂを挿入できるようにするために、金属コイルばね１１を突出部１７ｂから離間させるためのリング状部材１６ａをばね押え１６に設けることができる。そして、ナット１３にてフランジ１ａの外側からばね押え１５を締め付けることにより、規制部材１７がフランジ１ｂと離間できるようにして弾性部材ユニットＵＢをフランジ１ａに固定することができる。

ここで、弾性部材ユニットＵＢに規制部材１７を設けることにより、フランジ１ａ、１ｂ間の間隔が一定値以上に広がらないようにすることができる。このため、金属コイルばね１１の反発力に邪魔されることなく、弾性部材ユニットＵＢをフランジ１ａ、１ｂ間に配置することが可能となり、弾性部材ユニットＵＢの取り付け時における作業性を向上させることができる。

また、金属コイルばね１１に一定値以上の圧縮力が作用したときに規制部材１７がフランジ１ｂと離間できるように弾性部材ユニットＵＢを構成することにより、金属コイルばね１１の反力を規制して金属コイルばね１１が一定値以上に伸びないようにした上で、ベローズ２にかかる荷重を金属コイルばね１１で受けることが可能となる。このため、特別な押え治具を用いることなく、弾性部材ユニットＵＢをフランジ１ａ、１ｂ間に配置することが可能となり、弾性部材ユニットＵＢの取り付け時の作業性を向上させることが可能となるとともに、付加荷重を金属コイルばね１１にも分担させることを可能として、同一荷重に対するばね定数を小さくすることが可能となり、系の固有振動数を小さくして振動伝達率を低減することが可能となる。

そして、シール部材を介して真空チャンバ側のフレーム１９にフランジ１ａを接続するとともに、冷凍機本体側の膨張部フランジ１８にフランジ１ｂを接続する。そして、真空チャンバを負圧に真空引きすると、ベローズ２の断面積に比例した圧力差による圧縮力がフランジ１ａ、１ｂ間に作用し、フランジ１ａ、１ｂ間が収縮する。そして、弾性部材ユニットＵＡ、ＵＢの合成ばね定数が釣り合った位置でフランジ１ａ、１ｂ間の収縮を停止させることができる。

これにより、防振ゴム３を構成するエラストマ材とともに金属コイルばね１１にて付加荷重を受けることが可能となるとともに、エラストマ材のみを用いた場合に比べて同一荷重に対するばね定数も小さくすることが可能となる。このため、付加荷重が大きい場合においても、弾性部材の面積の増大を抑制しつつ、付加荷重を受けることが可能となるとともに、系の固有振動数を小さくして振動伝達率を低減することが可能となり、制振装置のコンパクト化を図りつつ、制振効果を高めることができる。

図３は、防振ゴムを制振機構に用いた場合の発生側周波数と振動伝達率との関係を示す図、図４は、並列接続された防振ゴムとコイルばねを制振機構に用いた場合の発生側周波数と振動伝達率との関係を示す図である。
図３および図４において、振動発生側の周波数５０Ｈｚにおける振動伝達率を比較すると、防振ゴムを制振機構に用いた場合には、振動伝達率が０．３となるのに対して、並列接続された防振ゴムとコイルばねを制振機構に用いた場合には、振動伝達率が０．１７となった。このため、並列接続された防振ゴムとコイルばねを制振機構に用いた場合には、防振ゴムを制振機構に用いた場合に比べて、振動伝達率を約５６％に低減できた。

図５は、本発明の第１実施形態に係るパルスチューブ冷凍機の概略構成を示す側面図である。
図５において、パルスチューブ冷凍機Ｆの膨張部フランジ１８には、図１のフランジ１ｂを介して図１の制振装置Ｋａが接続されている。そして、制振装置Ｋａを介してパルスチューブ冷凍機Ｆを真空装置のチャンバに取り付けると、パルスチューブ冷凍機Ｆから真空装置のチャンバに伝達される振動を約０．１７倍に低減することができる。

図６は、本発明の第２実施形態に係るパルスチューブ冷凍機の概略構成を示す側面図である。
図６において、パルスチューブ冷凍機Ｆの膨張部フランジ１８には、図１のフランジ１ｂを介することなく、図１の制振装置Ｋａのベローズ２の一端が直接接続されている。これにより、制振装置Ｋａに設けられた一方のフランジ１ｂをパルスチューブ冷凍機Ｆの膨張部フランジ１８で兼用することができ、制振装置Ｋａの構成を簡素化することが可能となるとともに、制振装置Ｋａの軽量化を図ることができる。

本発明の一実施形態に係る制振装置の概略構成を示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係る制振装置の概略構成を示す断面図である。 防振ゴムを制振機構に用いた場合の発生側周波数と振動伝達率との関係を示す図である。 並列接続された防振ゴムとコイルばねを制振機構に用いた場合の発生側周波数と振動伝達率との関係を示す図である。 本発明の第１実施形態に係るパルスチューブ冷凍機の概略構成を示す側面図である。 本発明の第２実施形態に係るパルスチューブ冷凍機の概略構成を示す側面図である。 従来の制振機構の一例を示す断面図である。 従来の制振機構のその他の例を示す断面図である。

符号の説明

ＵＡ、ＵＢ 弾性部材ユニット
１ａ、１ｂ フランジ
２ ベローズ
３ 防振ゴム
４ 取付け金具
５ ナット
６ カラー
７、１４ スリット
１１ 金属コイルばね
１２、１３ ナット
１５、１６ ばね押え
１６ａ リング状部材
１７ 規制部材
１７ａ 軸状部
１７ｂ、１７ｃ 突出部
１８膨張部フランジ
１９ フレーム
Ｆ パルスチューブ冷凍機
Ｋａ、Ｋｂ 制振装置

Claims (6)

1. 略円筒状のベローズと、
   前記ベローズの両端に一体的に接続された１対のフランジと、
   前記フランジ間に互いに対称に配置され、前記フランジを介して伝達される振動を吸収する複数の弾性部材ユニットと、
   前記弾性部材ユニットに設けられ、前記フランジ間の間隔が一定値以上に広がらないように前記弾性部材ユニットの反力を規制する規制部材とを備えることを特徴とする制振装置。
2. 前記ベローズは溶接ベローズであることを特徴とする請求項１記載の制振装置。
3. 前記弾性部材ユニットは、
   エストラマが金属フレームにて挟みこまれた弾性部材を持つ第１弾性部材ユニットと、
   金属コイルばねにて構成された弾性部材を持つ第２弾性部材ユニットとを備えることを特徴とする請求項１または２記載の制振装置。
4. 前記第２弾性部材ユニットは、
   前記金属コイルばねを両端から押える１対のばね押えと、
   前記規制部材に設けられ、前記ばね押え間の間隔が前記フランジ間の間隔よりも小さくなるように設定する間隔設定部と、
   前記金属コイルばねに一定値以上の圧縮力が作用したときに前記規制部材が前記フランジの一方と離間できるように前記規制部材を前記フランジの他方に固定する固定部材とを備えることを特徴とする請求項３記載の制振装置。
5. 前記弾性部材ユニットを前記フランジに取り付けるための取付け穴と、
   前記フランジの横から前記弾性部材ユニットを前記取付け穴に挿入できるように前記フランジの外周部に設けられたスリットを備えることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の制振装置。
6. 前記ベローズの一端は冷凍機の膨張フランジに直接接続されていることを特徴とする請求項１ら５のいずれか１項記載の制振装置。

Images