JP2008020012A - 防振装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、簡単な構成により、防振装置の内部構造に起因する機械モードの周波数の振動を低減するようにした防振装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 水平にそして互いに平行に配置された下板１１，上板１２及び中間板１３と、この中間板の貫通孔を通って上記下板と上板を互いに連結する一つの第一の粘弾性体１６と、上記下板と中間板との間そして中間板と上板との間にて、それぞれ鉛直方向に延びるように粘弾性体の周りに配置される少なくとも三つ以上の第一の圧縮コイルバネ１４及び第二の圧縮コイルバネ１５と、を含んでおり、対応する第一及び第二の圧縮コイルバネが、それぞれ第一の粘弾性体の中心線の周りに点対称または等角度間隔に配置されている防振装置１０であって、上記下板と中間板との間で、水平方向に関して第一の圧縮コイルバネと干渉しない位置にて、下板と中間板とを互いに連結するように鉛直方向に延びる複数個の第二の粘弾性体１７が配置されるように、防振装置１０を構成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば走査型電子顕微鏡等の構造物を支持し、その振動を抑制するための防振装置に関するものである。

従来、このような防振装置は、鉛直方向よりも水平方向の防振を重視することが要求され、例えば特許文献１に開示されており、図６に示すように構成されている。
即ち、図６において、防振装置１は、水平に固定配置された下板２に対して、その上方に所定間隔で水平に配置された上板３を、中間板４を介して二段構成で点対称に配置された４〜８本のコイルバネ（下側バネ５及び上側バネ６）によって支持すると共に、上記下板と上板とを中心付近で互いに連結する粘弾性体７により固有振動数を低下するように構成されている。

各下側バネ５は、下端が下板２に対して接着されると共に、上端が中間板４に対して接着されている。
また、各上側バネ６は、同様に下端が中間板４に対して接着されると共に、上端が上板３に対して接着されている。
そして、各上側バネ６は、その弾性中心がそれぞれ対応する下側バネ５の弾性中心に合わせた位置に配置されることにより、二段構成のコイルバネが構成されるようになっている。

ここで、各コイルバネ５，６は、外径と比較して自由長を長く選定することにより、鉛直方向の撓み量が小さく選定されている。
また、粘弾性体７は、各コイルバネ５，６の振動減衰性能が小さい点を補完するようにし、十分な振動減衰性能を保持して、水平方向の固有振動数をより低周波数とするようになっている。

このような構成の防振装置１を使用して、電子顕微鏡の防振を行なう場合、図７に示すように、鋼鉄部材から成る架台８上にて、四箇所に上記防振装置１を配置して、これらの防振装置１上に、電子顕微鏡の特に振動により影響を受けやすい鏡筒部９を搭載する。
これにより、上記鏡筒部９は、各防振装置１の防振作用により、鏡筒部９の揺れが低周波数になり、床Ｇから架台に進入する高周波数の振動が低減され得ることになる。
特開２０００−１６１４３３号公報

ここで、上述した防振装置１を使用して、図７に示す架台８上に上述した鏡筒部９の代わりに、ダミー荷重を搭載して、床Ｇとダミー荷重部における振動を振動センサで測定した場合、図８に示すように、架台８と防振装置１の内部構造による共振Ａと、ダミー荷重による共振Ｂと、防振装置１による固有振動Ｃが発生していることが分かる。
これらの振動は、防振装置１による固有振動Ｃ（約６Ｈｚ）と、ダミー荷重自体の機械モードによる共振Ｂ、そして架台８と防振装置１の内部構造に起因すると考えられる共振Ａと、に分けられる。

ところで、理論的な防振効果によれば、防振装置１の固有振動数付近の増幅領域（約６Ｈｚ近辺）より高い周波数の振動については低減され得る筈である。
しかしながら、ダミー荷重や架台８，防振装置１の内部構造に起因する機械モードによる共振Ａ，Ｂについては、本来防振できる筈であるが、実際にはこれらの周波数について防振され得ないという現象が発生している。

本発明は、以上の点から、簡単な構成により、防振装置の内部構造に起因する機械モードの周波数の振動を低減するようにした防振装置を提供することを目的としている。

上記目的は、本発明によれば、水平に固定配置された下板と、この下板に対して上方に所定間隔で水平に配置され且つ構造物等の被支持物を支持する上板と、これらの下板及び上板の間に水平に配置され中心に貫通孔を備えた中間板と、この中間板の貫通孔を通って上記下板と上板を互いに連結する一つの第一の粘弾性体と、上記下板と中間板との間にて鉛直方向に延びるように粘弾性体の周りに配置される少なくとも三つ以上の第一の圧縮コイルバネと、上記中間板と上板との間にて水平方向に関して第一の圧縮コイルバネと同じ位置にて鉛直方向に延びるように少なくとも三つ以上の第二の圧縮コイルバネと、を含んでおり、対応する第一及び第二の圧縮コイルバネが、それぞれ第一の粘弾性体の中心線の周りに点対称または等角度間隔に配置されている防振装置であって、上記下板と中間板との間で、水平方向に関して第一の圧縮コイルバネと干渉しない位置にて、下板と中間板とを互いに連結するように鉛直方向に延びる複数個の第二の粘弾性体が配置されていることを特徴とする、防振装置により、達成される。

本発明による防振装置は、上記第二の粘弾性体が、第一の圧縮コイルバネの間の領域に配置されている。

本発明による防振装置は、上記第二の粘弾性体が、少なくとも一部の第一の圧縮コイルバネ内に配置されている。

本発明による防振装置は、上記第二の粘弾性体が、使用温度条件にてガラス転移領域にある材料から構成されている。

上記構成によれば、上板が下板に対して二段構成のコイルバネである第一及び第二の圧縮コイルバネにより支持されると共に、第一の粘弾性体により固有振動数における揺れが減衰される。
即ち、防振装置全体の固有振動数は鉛直方向及び水平方向共に１０Ｈｚ以下であり、二段構成のコイルバネのバネ定数に対応して設定された第一の粘弾性体により、この固有振動数における揺れが減衰される。

さらに、下板と上板との間に位置する中間板が、上下にてそれぞれ第一及び第二の圧縮コイルバネにより支持されており、これらの圧縮コイルバネの減衰が比較的小さいことから、中間板の共振現象が機械モードとして発生しやすいが、下板と中間板との間に第二の粘弾性体が設けられていることにより、中間板が下板により支持されることになり、中間板の共振現象が第二の粘弾性体によって抑制され得る。従って、機械モードによる振動に関する防振効果が改善され得ることになる。
尚、第二の粘弾性体が中間板と上板との間にも設けられると、防振装置全体の固有振動数が高くなってしまい、基本的な防振効果が損なわれてしまうことになる。

上記第二の粘弾性体が、第一の圧縮コイルバネの間の領域に配置されている場合には、第一の圧縮コイルバネの配置に影響を与えることなく、第二の粘弾性体が配置され得る。

上記第二の粘弾性体が、少なくとも一部の第一の圧縮コイルバネ内に配置されている場合には、第一の圧縮コイルバネの配置に影響を与えることなく、第二の粘弾性体が配置され得ると共に、第一の圧縮コイルバネの周囲にスペースを確保することができないときでも、第二の粘弾性体が容易に配置され得る。

上記第二の粘弾性体が、使用温度条件にて、ガラス転移領域にある材料から構成されている場合には、周波数が高くなるほど縦弾性率が高くなることから、低い周波数域では、第一及び第二の圧縮コイルバネに対応して比較的軟らかく、また高周波域で比較的硬くなる。これにより、機械モードによる比較的高い周波数の振動がより効果的に低減され得ることになる。

このようにして、本発明による防振装置によれば、防振装置の内部構造に起因する機械モードの周波数の振動を効果的に低減することができる。

以下、この発明の好適な実施形態を図１から図５を参照しながら、詳細に説明する。
尚、以下に述べる実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。

［実施例１］
図１及び図２は、本発明による防振装置の第一の実施形態の構成を示している。
図１及び図２において、防振装置１０は、下板１１と、上板１２と、これらの下板１１と上板１２との間に配置される中間板１３と、下板１１と中間板１３との間そして中間板１３と上板１２との間にそれぞれ配置される六個の第一の圧縮コイルバネ（下側バネ）１４及び第二の圧縮コイルバネ（上側バネ）１５と、中間板１３の中心の貫通孔１３ａを介して下板１１と上板１２とを互いに連結する一つの第一の粘弾性体１６と、さらに下板１１と中間板１３とを互いに連結する一対の第二の粘弾性体１７と、から構成されている。

上記下板１１は、水平に固定配置された例えば平板から構成されている。
上記上板１２は、同様に例えば平板から構成されており、上記下板１１に対して、その上方に所定間隔で水平に配置されている。
さらに、上記上板１２は、その上面に載置された構造物等の被支持物（例えば電子顕微鏡）１８を支持するようになっている。

上記下側バネ１４及び上側バネ１５は、それぞれ図２に示すように、上記下板１１及び上板１２を垂直に通る中心線Ｏに関して、所定半径の円周上にて、それぞれ上記中心線Ｏに対して平行に鉛直方向に延びるように、点対称の位置に配置されている。
具体的には、図示の場合、下側バネ１４及び上側バネ１５は、それぞれ中心線Ｏに対して４５度の等角度間隔の位置のうち、左右の互いに対向する位置を除いた六ヶ所の位置に配置されている。

ここで、下側バネ１４及び上側バネ１５は、各上側バネ１５の弾性中心が、下側バネ１４の弾性中心と同軸に配置されることにより、二段構成になっている。

ここで、各下側バネ１４及び上側バネ１５は、それぞれバネの外径と比較して自由長の長いバネが使用されている。

尚、各下側バネ１４及び上側バネ１５は、それぞれ下端及び上端が上記下板１１及び中間板１３そして中間板１３及び上板１２に固定されている。
ここで、各下側バネ１４及び上側バネ１５の下端及び上端の対応する下板１１，中間板１３または中間板１３，上板１２への固定は、例えば、下板１１または上板１２の各圧縮コイルバネ１３の固定位置に、バネ外径に合わせた嵌合溝またはキャップを形成しておき、これらの嵌合溝またはキャップ内に下側バネ１４及び上側バネ１５の下端または上端を挿入し、接着等により固定保持することにより、行なわれる。

上記第一の粘弾性体１６は、粘弾性を有する材料、例えば熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂等から構成されており、図示の場合、細長い円柱状に形成されている。
そして、上記第一の粘弾性体１６は、中間板１３の中心の貫通孔１３ａを挿通されて、下端が下板１１の上面中心に対して、そして上端が上板１２の下面中心に対して、それぞれ接着等により固定されている。

上記第二の粘弾性体１７は、例えば電子顕微鏡等の使用温度条件にてガラス転移領域にある材料が選定される。
これにより、第二の粘弾性体１７は、図３の図表に示すように、そして図４のグラフに示すように、周波数が高くなるほど縦弾性率、即ち貯蔵弾性率Ｘ，損失弾性率Ｙが高くなる傾向を有しており、低周波域では比較的軟らかく、また高周波域では比較的硬くなる特性を備えている。
そして、第二の粘弾性体１７は、下板１１と中間板１３との間にて、上記下側バネ１４が配置されていない角度位置で、その下端及び上端が、それぞれ下板１１の上面と中間板１３の下面に対して接着等により固定されている。

本発明実施形態による防振装置１０は、以上のように構成されており、例えば電子顕微鏡等の装置１８の防振を行なう場合、図７と同様にして、上記上板１２の上面に対して装置１８が固定保持される。
これにより、下板１１と上板１２の間に二段に構成された各下側コイルバネ１４，上側コイルバネ１５により水平方向の固有振動数は鉛直方向よりも低周波数に設定され、下板１１が振動したとき、上板１２そして装置１８の水平方向の振動が効果的に抑制され得ると共に、第一の粘弾性体１６の減衰作用によって、鉛直方向の揺れが減衰されることになる。

さらに、中間板１３に生ずる比較的高い周波域における共振が、第二の粘弾性体１７の減衰作用により、抑制され得ることになる。
従って、負荷荷重や架台、そして防振装置の内部構造に起因する機械モードによる共振が効果的に抑制され得ることになる。

以下に、ダミー荷重による防振装置１０の防振効果を計算する。
Ｋｃ１を下側バネ１４のバネ定数（ｋｇ／ｍｍ），Ｋｃ２を上側バネ１５のバネ定数（ｋｇ／ｍｍ），Ｋｍ１を第一の粘弾性体１６の貯蔵バネ定数（ｋｇ／ｍｍ），Ｋｍ２を第二の粘弾性体１７の貯蔵バネ定数（ｋｇ／ｍｍ）とすると、防振装置１０全体のバネ定数Ｋは、

で表わされる。
ここで、図７に示すと同様にして、重量Ｍ（＝１０８０ｋｇ）のダミー荷重を同じバネ定数Ｋである四個の防振装置１０により支持して、床Ｇとダミー荷重における振動伝達率を測定して、第二の粘弾性体１７がある場合とない場合とを比較測定する。
ここで、第二の粘弾性体１７がある場合には、図８にて点線で示すように、架台８及び防振装置１０の内部構造による機械モードの共振Ａのうち、周波数１５０〜１７０Ｈｚにおける共振がほぼ消滅しており、第二の粘弾性体１７によって共振Ａが大幅に抑制されていることが分かる。
また、ダミー荷重による共振Ｂについては、一部の共振ピークが低下しており、第二の粘弾性体１７による防振効果が確認できた。

この場合、Ｋｃ１＝１６９．６（ｋｇ／ｍｍ），Ｋｃ２＝１２４．０（ｋｇ／ｍｍ），Ｋｍ１＝８８．０（ｋｇ／ｍｍ），Ｋｍ２＝３４４．８（ｋｇ／ｍｍ）として、上記式（１）から、第二の粘弾性体１７がある場合の防振装置１０のバネ定数Ｋは、Ｋ＝１８９．９（ｋｇ／ｍｍ）であるのに対して、第二の粘弾性体１７がない場合には、そのバネ定数Ｋｏは、Ｋｏ＝１５９．６（ｋｇ／ｍｍ）となる。
また、防振装置１０の基本性能を表わす固有振動数ｆｏ（Ｈｚ）は、ｇを重力の加速度（＝９．８ｍ／ｓ2 ）とすると、

で与えられる。
即ち、式（２）から、第二の粘弾性体１７がある場合の防振装置１０の固有振動数ｆｏは、ｆｏ＝６．５（Ｈｚ）であり、第二の粘弾性体１７がない場合には、その固有周波数ｆｏは、ｆｏ＝６．１（Ｈｚ）となり、第二の粘弾性体１７の有無により、固有周波数ｆｏは殆ど変化せず、ほぼ同等の防振特性が得られることが分かる。

このようにして、本発明実施形態による防振装置１０によれば、固有振動数を殆ど変化させることなく、即ち防振効果を損なわずに、第二の粘弾性体１７を設けることによって、高周波域における振動を抑制することができる。従って、防振装置１０の内部構造の機械モードによる共振が効果的に抑制され得ることになる。

［実施例２］
図５は、本発明による防振装置の第二の実施形態の構成を示している。
図５において、防振装置２０は、図１及び図２に示した防振装置１０とほぼ同様の構成であるので、同じ構成要素には同じ符号を付して、その説明を省略する。
上記防振装置２０は、図１及び図２に示した防振装置１０とは、下側バネ１４，上側バネ１５及び第二の粘弾性体１７の配置のみが異なっている。

即ち、図５において、防止装置２０では、下側バネ１４及び上側バネ１５は、それぞれ上記下板１１及び上板１２を垂直に通る中心線Ｏに関して、所定半径の円周上にて、それぞれ上記中心線Ｏに対して平行に鉛直方向に延びるように、等角度間隔の位置に配置されている。
具体的には、図示の場合、下側バネ１４及び上側バネ１５は、それぞれ中心線Ｏに対して６０度の等角度間隔の位置に配置されている。

また、上記第二の粘弾性体１７は、六個の下側バネ１４のうち、図５にて上下に示された二つの下側バネ１４を除いて、他の下側バネ１４の内側に配置されている。

このような構成の防振装置２０によれば、図１及び図２に示した防振装置１０と同様に作用して、防振効果を損なうことなく、その内部構造に起因する機械モードによる共振が効果的に抑制され得ることになる。

上述した本発明実施形態による防振装置１０においては、六個の下側バネ１４，上側バネ１５及び第二の粘弾性体１７が、それぞれ図２または図５に示すように配置されているが、これに限らず、これらの下側バネ１４，上側バネ１５そして第二の粘弾性体１７は、第一の粘弾性体１６を中心として、等角度間隔または点対称であれば、種々の配置が可能である。

上述した実施形態においては、装置１０として電子顕微鏡を支持しその振動を抑制する防振を行なう場合について説明したが、これに限らず、他の各種機器装置、特に精密機器類等の防振のために使用してもよいことは明らかである。

以上述べたように、本発明によれば、簡単な構成により、防振装置の内部構造に起因する機械モードの周波数の振動を低減するようにした、極めて優れた防振装置が提供され得る。

本発明による防振装置の第一の実施形態の構成を示す概略側面図である。 図１の防振装置における下側バネ，上側バネ，第一及び第二の粘弾性体の配置を示す概略平面図である。 図１の防振装置における第二の粘弾性体の材料の縦弾性率の周波数特性を示す図である。 図１の防振装置における第二の粘弾性体の材料の縦弾性率の周波数特性を示すグラフである。 本発明による防振装置の第二の実施形態における下側バネ，上側バネ，第一及び第二の粘弾性体の配置を示す概略平面図である。 従来の防振装置の一例の構成を示す概略側面図である。 図６の防振装置における使用例を示す概略側面図である。 図６の防振装置及び図１の防振装置による振動伝達特性を示すグラフである。

符号の説明

１０ 防振装置
１１ 下板
１２ 上板
１３ 中間板
１３ａ 貫通孔
１４ 下側バネ（第一の圧縮コイルバネ）
１５ 上側バネ（第二の圧縮コイルバネ）
１６ 第一の粘弾性体
１７ 第二の粘弾性体
１８ 装置（電子顕微鏡）
２０ 防振装置

Claims (4)

1. 水平に固定配置された下板と、この下板に対して上方に所定間隔で水平に配置され且つ構造物等の被支持物を支持する上板と、これらの下板及び上板の間に水平に配置され中心に貫通孔を備えた中間板と、この中間板の貫通孔を通って上記下板と上板を互いに連結する一つの第一の粘弾性体と、上記下板と中間板との間にて鉛直方向に延びるように粘弾性体の周りに配置される少なくとも三つ以上の第一の圧縮コイルバネと、上記中間板と上板との間にて水平方向に関して第一の圧縮コイルバネと同じ位置にて鉛直方向に延びるように少なくとも三つ以上の第二の圧縮コイルバネと、を含んでおり、対応する第一及び第二の圧縮コイルバネが、それぞれ第一の粘弾性体の中心線の周りに点対称または等角度間隔に配置されている防振装置であって、
   上記下板と中間板との間で、水平方向に関して第一の圧縮コイルバネと干渉しない位置にて、下板と中間板とを互いに連結するように鉛直方向に延びる複数個の第二の粘弾性体が配置されていることを特徴とする、防振装置。
2. 上記第二の粘弾性体が、第一の圧縮コイルバネの間の領域に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の防振装置。
3. 上記第二の粘弾性体が、少なくとも一部の第一の圧縮コイルバネ内に配置されていることを特徴とする、請求項１または２に記載の防振装置。
4. 上記第二の粘弾性体が、使用温度条件にて、ガラス転移領域にある材料から構成されていることを特徴とする、請求項１から３の何れかに記載の防振装置。
   

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