JP2009222080A - 振動抑制装置 - Google Patents

Abstract

【課題】省スペースで三次元の振動に対応しつつ、外部から力やエネルギーを必要とすることなく、あるいはほとんど必要とすることなく振動に応じた制振することができ、振動抑制対象部に傾きを生じさせないことによって、振動抑制対象部の上に載置される物体の転倒を防ぐことができる振動抑制装置を提供する。
【解決手段】基礎Ｂと、その基礎Ｂから所定距離離間して配置される振動抑制対象部Ｓとの間に設けられる、三次元の振動を絶縁又は減衰する振動抑制装置１００であって、自然状態において前記基礎Ｂと前記振動抑制対象部Ｓとを所定距離離間させて保つとともに、前記振動抑制対象部Ｓへの振動を絶縁する振動絶縁機構ＳＰと、前記振動抑制対象部Ｓへの振動を減衰する振動減衰機構Ｄと、前記振動抑制対象部Ｓを水平に維持する２つのリンク機構２Ａ、２Ｂと、を備えた。
【選択図】図６

Description

この発明は、免震、制振、除振、防振等のために用いられる振動抑制装置に関するものである。

振動抑制装置の一種として、例えば、家屋や文化財などを地震の被害から守るために様々な免震装置が考案されている。多くの免震装置は、地震の振動成分は統計的には鉛直方向よりも水平方向のほうが大きく、また、物体の転倒に寄与する成分としても水平方向のほうが大きいため、水平二次元の振動成分にだけ対応したものとなっている。例えば、特許文献１に示される免震装置は、基礎と免震構造物との間に複数の積層ゴムと、免震構造物のロッキングを抑制するロッキング抑制装置とを設けている。積層ゴムは、鉛直方向に薄い鉄板とゴムシートとを交互に積層して密着させることによって、鉛直方向には硬く、あまり変形しないようにし、水平方向には柔らかく、大きく変形するように構成されている。このような構造のため、積層ゴムは大きな引っ張り荷重がかかると破断あるいは剥離が起こってしまう。このため、ロッキング抑制装置は、各積層ゴムの鉛直方向の変形量を平準化し、免震構造物のロッキングによって積層ゴムに大きな引張り荷重がかかるのを防ぐように設けられている。このように、特許文献１に示される免震装置は、水平二次元の振動は免震構造物に伝えないようにすることができるが、鉛直方向にはあまり変形しないので、鉛直方向の振動を免震構造物に直接伝えてしまう。

しかしながら、新潟県中越地震などに代表されるように、鉛直方向の振動成分が無視できないほど大きい地震も発生しており、特許文献１に示されるような水平二次元の振動だけに対応した免震装置では、十分な振動抑制を行うことができない虞がある。
特開２００５−１２７０６３号公報

本発明は上述したような問題点を解決するためになされたものであり、省スペースで三次元の振動に対応しつつ、外部から力やエネルギーを必要とすることがない、あるいはほとんど必要とすることなく振動に応じた制振することができ、振動抑制対象部の傾きを生じさせないことによって、例えば、振動抑制対象部の上に載置される物体の転倒を防ぐことができる振動抑制装置を提供することを目的とする。

すなわち本願発明に係る振動抑制装置は、基礎と、その基礎から所定距離離間して配置される振動抑制対象部との間に設けられて、三次元の振動を絶縁又は減衰する振動抑制装置であって、自然状態において前記基礎と前記振動抑制対象部とを所定距離離間させて保つとともに、前記振動抑制対象部への振動を絶縁する前記振動絶縁機構と、前記振動抑制対象部への振動を減衰する振動減衰機構と、振動抑制対象部を基礎に対して並行移動のみ可能に支持する一対のリンク機構と、を備えており、前記リンク機構が、前記基礎に別体あるいは一体に設けられた第１リンクと、前記振動抑制対象部に別体あるいは一体に設けられた第２リンクと、前記第１リンク及び前記第２リンクを平行移動可能に接続する中間リンク構造体と、を具備したものであり、各リンク機構における前記第１リンクと前記第２リンクとで形成される仮想面が、前記基礎及び前記振動抑制対象部に対し傾動可能に設けられているとともに、各リンク機構の仮想面が交差するように構成されていることを特徴とする。

このようなものであれば、リンク機構によって振動抑制対象部が基礎に対して三次元の並進運動を行うのを許容しつつ、振動抑制対象部の傾きを生じさせないようにすることができ、水平二次元の振動のみならず、鉛直方向の振動をも抑制できるように振動絶縁機構を設けることができる。その結果、三次元の振動に対応した振動抑制を行うことができ、例えば、振動抑制対象部の上に載置されただけの物体であっても、転倒することを好適に防ぐことができる。

ここで、基礎とは振動の発生源となっているもののことをいい、例えば、本発明によって、地震による建物の振動を抑制する場合には、地面あるいは地面に直接設けられた部材が基礎に相当し、機械によって起こる振動を地面に伝えないようにする場合には、その機械あるいは機械が載置されている部材が基礎に相当する。

振動抑制対象部が基礎に対して三次元の並進運動を行うのを許容しつつ、振動抑制対象部に傾きを生じさせないようにすることができる前記リンク機構の具体的な態様としては、前記中間リンク構造体が、前記第１リンクと前記第２リンクとの間に平行に設けられる第３リンクと、前記第１リンクと前記第３リンクとに両端部を回転可能に連結される１対の平行な第１連結リンクと、前記第２リンクと前記第３リンクとに両端部を回転可能に連結される１対の平行な第２連結リンクと、によって構成されるものであればよい。

振動抑制対象部が基礎に対して三次元の並進運動を行うのを許容しつつ、振動抑制対象部に傾きを生じさせないようにすることができるリンク機構の別の態様としては、前記中間リンク構造体が、前記第１リンクと前記第２リンクとに両端部を回転可能に連結される一対の平行な第３連結リンクであり、前記第１リンクあるいは前記第２リンクが、第１リンクが延伸する方向に前記基礎あるいは前記振動抑制対象部に対してスライド可能に取り付けられているものであっても構わない。

リンク機構のさらに別の態様としては、前記中間リンク構造体は、前記第１リンクと前記第２リンクとに両端部を回転可能かつ前記第２リンクが延伸する方向にスライド可能に連結される第４連結リンクと、前記第１リンクと前記第２リンクとに回転可能に両端部を連結され、一端あるいは両端を前記第２リンクが延伸する方向にスライド可能に連結される第５連結リンクと、によって構成され、前記第４連結リンクと前記第５連結リンクは、同じ長さを有し、その交差部にて各々を回転可能に連結しているものでも構わない。

前記振動減衰機構を構成する部材の設置数を減らし、三次元の減衰を行うには、前記リンク機構に前記振動減衰機構が取り付けられているものであればよい。

また、リンク機構にさらに振動絶縁機構を取り付けたものであれば、振動抑制装置をユニット化することができ、複数の部材を基礎と振動抑制対象部との間に取り付ける手間を省くことができる。

簡単な構成でコストを抑えつつ、三次元の振動絶縁を行えるようにするには前記振動絶縁機構が、１つのコイルばねであり、その１つのコイルばねによって自然状態において前記基礎と前記振動抑制対象部とを所定距離離間させて保つとともに、前記振動抑制対象部への振動を絶縁するものであればよい。このとき、三次元各方向の固有振動数が１Ｈｚ以下になるように構成されていれば、特に地震動を有効に絶縁することができる。

リンク機構に省スペースで取り付けることができ、振動抑制装置に十分な減衰力を持たせて、好適に振動を減衰させるためには、前記減衰要素が前記リンク機構に取り付けられるロータリーダンパを備えたものであればよい。また、通常、３方向の減衰係数を独立に設定するには、ダンパの軸方向以外の変位によって減衰が発生しないようにスライド機構などを設ける必要があるが、３つのロータリーダンパをリンク機構の回転が生じる箇所に取り付けるだけで、３方向の減衰係数を独立に設定することができる。

前記第１リンクと前記第２リンクとで形成される仮想面を、前記基礎と前記振動抑制対象部とに対し傾動可能にする具体的な態様としては、前記第１リンクが前記基礎に回転可能に設けられているとともに、前記第２リンクが前記振動抑制対象部に回転可能に設けられているものであればよい。

前記第１リンクと前記第２リンクとで形成される仮想面を、前記基礎と前記振動抑制対象部とに対し傾動可能にする別の態様としては、前記第１リンク又は第２リンクが前記基礎に回転可能に設けられているとともに、前記第１リンクと前記第３リンクが形成する面と、前記第２リンクと前記第３リンクが形成する面との交わる角度が変化するものであっても構わない。

一度、振動抑制装置を設置してからでも容易に振動抑制装置全体の減衰係数や弾性や系の固有振動数を変化させることができ、セミアクティブ制御による振動の制振が行えるようにするには、振動抑制装置が、減衰係数が可変の減衰要素又は前記減衰要素に直列に接続された弾性要素を具備するセミアクティブ制御機構を備えたものであることが好ましい。

振動抑制装置を、例えば、免震装置として用いる場合などには地震によって停電が起こったとしても振動制御を行えるほうが好ましい。前記減衰要素がＭＲダンパであれば、乾電池や蓄電池程度の電力で、その減衰係数を変化させることができ、停電時でもセミアクティブ制御による制振を容易に行うことができる。

振動抑制対象部の上に載置される物体の重量が変化しても、常に一定の高さに支持しつつ、振動抑制を行うためには、前記振動絶縁機構が空気ばねによって構成されるものであればよい。

このように、本発明によれば、振動抑制対象部の傾きを防止し省スペースで三次元の振動抑制を行うことができ、振動抑制を好適に行うことができるので、例えば、振動抑制対象部に載置されただけの物体であっても転倒しないようにすることができる。

以下、本発明の第１実施形態を図面を参照して説明する。

本実施形態に係る振動抑制装置１００は、例えば、文化財や美術品が地震などによって転倒するのを防ぎ、破損することを防ぐ展示台や、機械から発生した振動を地面に伝えないようにする防振台や、地面からの微細な振動を精密機械などに伝えないようにする除振台などとして用いられるものである。図１に示すように、基礎Ｂと、その基礎Ｂから所定距離離間して配置される振動抑制対象部Ｓとの間に設けられるものであって、２つのリンク機構２Ａ、２Ｂと、自然状態において、前記振動抑制対象部Ｓを前記基礎Ｂから所定距離離間した状態に保ち、前記振動抑制対象部Ｓへの振動を絶縁する振動絶縁機構ＳＰと、前記振動抑制対象部Ｓへの振動を減衰する振動減衰機構Ｄと、系の減衰係数や弾性や固有振動数を変化させるセミアクティブ制御機構３Ａ、３Ｂとを備えている。さらに、本実施形態では、前記基礎Ｂ及び前記振動抑制対象部Ｓの振動を検出する振動検出手段（図示しない）と、前記セミアクティブ制御機構３Ａ、３Ｂの減衰係数を制御する制御部Ｃとが設けてある。ここで説明の便宜上、図面視で下側の平板及びその平板から突出した平板を基礎Ｂ、上側の平板を振動抑制対象部Ｓとする。

前記振動絶縁機構ＳＰは、基礎Ｂと振動抑制対象部Ｂの中央部に設けてある１つのコイルばねＳＰのみで構成してある。前記コイルばねＳＰは、鉛直方向及び水平方向の固有振動数が１Ｈｚよりも小さく、かつ、前記振動抑制対象部Ｓと自重を支えられるようにその弾性を決めている。また、コイルばねＳＰは鉛直方向だけでなく、水平方向にも変形し、その復元力によって元の自然状態の位置に戻るようにしてある。このコイルばねＳＰの両端の座巻部は、溶接によって基礎Ｂ及び振動抑制対象部Ｓに固定してある。このようにコイルばねＳＰを固定しておくことによって、前記振動抑制対象部Ｓが大きく移動した場合などに、前記コイルばねＳＰが倒れてしまい、自然状態の位置に戻ることができなくなるのを防ぐことができる。すなわち、コイルばねＳＰの座巻部はリンク機構２Ａ、２Ｂによって平行を維持された基礎Ｂ及び振動抑制対象部Ｓに対して常に垂直に固定されているので、コイルばねＳＰは振動抑制対象部Ｓの水平方向の動きに対して水平方向に変形し、自然状態に戻る方向へ復元力を生じさせることができる。また、溶接以外にも、クランプによって座巻部を固定するものであっても構わない。

前記振動減衰機構Ｄは、各リンク機構２Ａ、２Ｂに取り付けられたロータリーダンパ２６Ａ、２６Ｂによって構成してある。ロータリーダンパ２６Ａ、２６Ｂは後述するリンク機構２Ａ、２Ｂにおいて、各リンクの回転運動が生じる節に設けてあり、前記振動抑制対象部Ｓの水平方向及び鉛直方向の振動を減衰する。

前記２つのリンク機構２Ａ、２Ｂは、図２に示すように、基礎Ｂ及び振動抑制対象部Ｓの間に設けられ、後述する第２リンク２２Ａ、２２Ｂがそれぞれ直交する向きになるように配置してある。ここで図２においては、振動絶縁機構及びセミアクティブ制御機構は省略してある。

前記リンク機構２Ａ、２Ｂは、前記基礎Ｂに設けられる第１リンク２１Ａ、２１Ｂと、その第１リンク２１Ａ、２１Ｂと平行に前記振動抑制対象部Ｓに設けられる第２リンク２２Ａ、２２Ｂと、前記第１リンク２１Ａ、２１Ｂと前記第２リンク２２Ａ、２２Ｂとの間に平行に設けられる第３リンク２３Ａ、２３Ｂと、前記第１リンク２１Ａ、２１Ｂと前記第３リンク２３Ａ、２３Ｂとに両端を回転可能に連結される１対の平行な第１連結リンク２４Ａ、２４Ｂと、前記第２リンク２２Ａ、２２Ｂと前記第３リンク２３Ａ、２３Ｂとに両端を回転可能に連結される１対の平行な第２連結リンク２５Ａ、２５Ｂと、によって構成している。各リンクの連結部分にはベアリングとロータリーダンパ２６Ａ、２６Ｂが設けてある。なお、第１連結リンク２４Ａ、２４Ｂと第２連結リンク２５Ａ、２５Ｂは一直線上に並ばないようにしている。従って、図面視で上下方向に２つの異なる形状の平行四辺形がそれぞれのリンクによって形成されることになる。

前記第１リンク２１Ａ、２１Ｂ及び前記第２リンク２２Ａ、２２Ｂについて詳述すると、前記第１リンク２１Ａ、２１Ｂと前記第２リンク２２Ａ、２２Ｂとが、他方向に設けられたリンク機構２Ｂ、２Ａの第２リンクが延伸する方向に相対変位するように、前記第１リンク２１Ａ、２１Ｂは前記基礎Ｂに、前記第２リンク２２Ａ、２２Ｂは振動抑制対象部Ｓに蝶番２１１Ａ、２２１Ａ、２１１Ｂ、２２１Ｂによって回転可能に連結してある。換言すると、リンク機構２Ａ、２Ｂの第１リンク２１Ａ、２１Ｂと第２リンク２２Ａ、２２Ｂが形成する平面が他方のリンク機構２Ｂ、２Ａの第２リンク２２Ｂ、２２Ａが延伸する方向へ傾くことができるように、前記第１リンク２１Ａ、２１Ｂは前記基礎Ｂに、前記第２リンク２２Ａ、２２Ｂは振動抑制対象部Ｓに蝶番２１１Ａ、２２１Ａ、２１１Ｂ、２２１Ｂによって回転可能に連結してある。

次に、セミアクティブ制御機構３Ａ、３Ｂについて詳述する。

セミアクティブ制御機構３Ａ、３Ｂは、振動抑制装置１００全体の系の減衰係数や弾性、固有振動数を制御し、前記振動絶縁機構ＳＰ及び前記振動減衰機構Ｄの働きを助勢するものである。なお、図１では、２方向のみセミアクティブ制御機構３Ａ、３Ｂを図示しているが、図示しない紙面奥方向にもセミアクティブ制御機構が設けてある。従って、鉛直に１方向と水平に２方向の計３方向にセミアクティブ制御機構をそれぞれ設けている。

図１に示されるように、前記セミアクティブ制御機構３Ａ、３Ｂは、弾性要素であるコイルばね３３Ａ、３３Ｂと、減衰要素であるＭＲダンパとから構成してある。第１ＭＲダンパ３１Ａ,３１Ｂは減衰係数を制御する。コイルばね３３Ａ、３３Ｂは第２ＭＲダンパ３２Ａ、３２Ｂと直列に配置してあるので、このＭＲダンパによってばね定数を制御できる。このセミアクティブ制御機構によって、ばね定数と減衰係数をほぼ独立に設定することができる。なお、図１では、セミアクティブ制御機構３Ａ、３Ｂは、説明の便宜上基礎Ｂ及び振動抑制部の周辺部に設けられている図になっているが、基礎Ｂ及び振動抑制対象部Ｓの中央に設けるものであっても構わない。

前記MRダンパ（Magneto-Rheological Fluid Damper）は機能性材料であるMR流体（磁性流体）を用いたオイルダンパの一種で、オイル中に強磁性体粒子が分散しており、電磁石に電流を流して磁場を与えることで強磁性体粒子が鎖状のクラスターを形成し、オイルが流れにくくなって減衰係数が大きくすることができる。なお、ＭＲダンパの減衰力は速度比例成分と摩擦力型成分から成り立っているが、ここでは、摩擦力型成分も含めて等価な速度比例の減衰係数として考える。

前記制御部Ｃは、少なくとも、ハードウェア構成としては、ＣＰＵ、メモリ、各種ドライバ回路などを具備したものであり、前記メモリに記憶させたプログラムに従って、前記ＣＰＵや周辺機器が協動することで種々の機能を発揮する。しかして、本実施形態においては、図５の機能ブロック図に示すように、少なくとも、基礎Ｂ及び振動抑制対象部Ｓの振動に関する情報を取得する振動情報取得部Ｃ１と、振動抑制装置１００の振動制御に関するパラメータを記憶するパラメータ記憶部Ｃ２と、前記第１ＭＲダンパ３１Ａ、３１Ｂ及び第２ＭＲダンパ３２Ａ、３２Ｂの減衰係数の大きさを決定し、制御する減衰係数制御部Ｃ３としての機能を発揮するように構成してある。

前記振動情報取得部Ｃ１は、基礎Ｂ及び振動抑制対象部Ｓの変位量や、発生している振動の振動数を前記振動検出手段から取得あるいは算出するものである。前記パラメータ記憶部Ｃ２は、前記振動絶縁機構のばね定数、前記振動減衰機構による減衰係数、前記セミアクティブ制御機構３Ａ、３Ｂのばね定数や減衰係数及び、振動抑制装置１００全体の系の固有振動数を記憶している。前記減衰係数制御部Ｃ３は、前記振動情報取得部Ｃ１及び前記パラメータ記憶部Ｃ２の情報から制振を行うのに適切な減衰係数を決定し、前記第１ＭＲダンパ３１Ａ、３１Ｂ及び第２ＭＲダンパ３２Ａ、３２Ｂの減衰係数を制御するものである。

次に、構成された２つのリンク機構２Ａ、２Ｂの動作について、図３及び図４を参照して説明する。なお、図３及び図４においてはセミアクティブ制御機構３Ａ、３Ｂを省略している。

図３は、振動が起こっておらず、リンク機構２Ａ、２Ｂに変形が起こっていない状態を示し、図４は振動抑制対象部Ｓが図面視で右下方向に移動した状態を示す。基礎Ｂから振動が発生し、前記振動抑制対象部Ｓが図面視で右下方向に移動しようとすると、それぞれのリンク機構２Ａ、２Ｂでは、図面視で下方向の移動を許容するために、前記第１連結リンク２４Ａ、２４Ｂ及び前記第２連結リンク２５Ａ、２５Ｂは平行四辺形が形成される面内で倒伏する。また図面視で奥行き方向に配置されたリンク機構２Ｂは前記振動抑制対象部Ｓの移動を許容するために、蝶番２１１Ａ、２２１Ａ、２１１Ｂ、２２１Ｂによって回転し、図面視で右方向へ倒伏する。このようにして、前記振動抑制対象部Ｓは２つのリンク機構２Ａ、２Ｂによって傾きを生じずに水平を保ったまま、三次元の並進運動のみを行うことができるようになる。

次に、前記セミアクティブ制御機構３Ａ、３Ｂの制御について説明する。

一般的には、基礎Ｂの振動を振動抑制対象部Ｓに伝達しないためには、振動抑制対象部Ｓを基礎Ｂから浮かせばよい。すなわち、ダンパの減衰係数を小さくし、ばねを柔らかくすればよい。しかし、その場合は振動抑制対象部Ｓに力が働くと大きく振動し、停止するまで長い時間がかかる。そこで、力加振や残留振動の場合は、ダンパの減衰係数を大きくし、ばねを硬くすればよい。したがって、前記振動検出手段によって基礎Ｂと振動抑制対象部Ｓの振動を検出し、前記振動情報取得部Ｃ１が算出した振動の状態に応じて、前記減衰係数制御部Ｃ３は、各ＭＲダンパの減衰係数を制御することによって、系全体の減衰係数やばね定数の大きさを調整する。また、基礎Ｂの振動や加振力が定常的な場合は、共振を防ぐために、ばね定数を変化させればよい。すなわち、前記パラメータ記憶部Ｃ２に記憶されている固有振動数と検出した振動の振動数が近い場合には、前記減衰係数制御部Ｃ３は、ばね定数を変化させて系の固有振動数を変化させることによって、共振を防ぐ。

このように、本実施形態に係る振動抑制装置１００によれば、２つのリンク機構２Ａ、２Ｂによって、前記振動抑制対象部Ｓを前記基礎Ｂに対して傾きを生じさせず、水平を保つことができ、基礎Ｂと振動抑制対象部Ｓの間に大きなスペースを生じることなく設けられた絶縁機構と減衰機構によって三次元の振動を抑制することができる。また、前記セミアクティブ制御機構３Ａ、３Ｂは、減衰係数とばね定数が可変であることから、例えば、振動抑制対象部Ｓの振動が静定する時間を短縮することや、系の固有振動数を変化させることによって共振を防ぐことができる。このように、振動抑制対象部Ｓを水平に保つことができ、振動に応じて適切な振動抑制を行うことができるので、例えば、振動抑制対象部Ｓの上に載置されているだけの物体であっても転倒することを好適に防ぐことができる。

また、ＭＲダンパは乾電池や蓄電池程度の小さい電力でその減衰係数を制御することができるので、停電が起こった場合でも制振を行うことが容易にできる。さらに、減衰係数を変化させるというセミアクティブ制御によって制振をおこなうので、アクティブ制振に比べて、大きなエネルギーを必要としない。

リンク機構２Ａ、２Ｂの連結部分にはロータリーダンパ２６Ａ、２６Ｂが設けてあるので、省スペースで振動抑制装置１００に減衰を与えることができ、リンク機構２Ａ、２Ｂの変形によって三次元の振動を好適に減衰することができる。また、図において、蝶番２１１Ａは、前記振動抑制対象部Ｓの紙面奥方向への水平移動によってのみ回転が生じ、蝶番２１１Ｂは紙面左右方向への水平移動によってのみ回転が生じる。リンク機構２１Ａ、２１Ｂの各連結部は主に前記振動抑制対象部Ｓの鉛直方向への移動によって回転が生じるので、これら蝶番２１１Ａ、２１１Ｂ、連結部にロータリーダンパを１つずつ設けることにより、前記振動減衰機構の３方向の減衰係数を独立に決めることもできる。

なお、図１では直動型のＭＲダンパ３１Ａ、３１Ｂを用いているが、回転型の可変ダンパを２６Ａ、２６Ｂに用いると、３１Ａ、３１Ｂを省略することができる。また、ＭＲダンパ３１Ａ、３１Ｂを用いると、ロータリーダンパ２６Ａ、２６Ｂを省略することもできる。

次に第２実施形態について説明する。以下前記実施形態と同じ部材に対しては同一の符号を付すこととする。

図６に第２実施形態の模式的機器構成図を示す。第１実施形態とは、セミアクティブ制御機構を用いていない点が異なる。第２実施形態においては、振動絶縁機構は、基礎Ｂ及び振動抑制対象部Ｓの中央に両端を固定された１つのコイルばねＳＰのみであり、振動減衰機構は、各リンク機構２Ａ、２Ｂに取り付けられたロータリーダンパ２６Ａ、２６Ｂによって構成してある。

第２実施形態においては、リンク機構２Ａ、２Ｂによって振動抑制対象部Ｓが水平を保ったまま移動することができ、基礎Ｂからの振動を前記コイルばねＳＰは鉛直方向及び水平方向に柔らかく変形することによって、振動抑制対象部Ｓに振動を伝えないようにすることができる。振動絶縁機構であるコイルばねＳＰの弾性や前記振動減衰機構であるロータリーダンパ２６Ａ、２６Ｂの減衰係数を適切に設定することによって、振動抑制対象部Ｓを所定の位置に保持しつつ、三次元の振動を絶縁し減衰するパッシブ制振を行うことができる。また、セミアクティブ制御機構を省略することによって低コスト化を図ることができる。

さらに、振動抑制対象部Ｓがどの方向に移動しても、少なくとも前記リンク機構２Ａ、２Ｂのいずれかにおいては平行四辺形の変形が生じ、リンクに回転が発生するので、ロータリーダンパ２６Ａ、２６Ｂをそれぞれのリンク機構２Ａ、２Ｂに１つずつ取り付けるだけでも三次元の減衰を得ることができる。従って、１つのコイルばねＳＰと２つのロータリーダンパ２６Ａ、２６Ｂだけという非常に簡素な構成によっても、三次元の振動抑制を行うことができる。

なお、この第２実施形態を基本構成として、減衰係数を可変にするには、図１２に示すように、基礎Ｂと振動抑制対象部Ｓの間に取り付けられる減衰係数が可変の減衰要素Ｄ１、Ｄ２を設けるものであっても構わない。

次に第３実施形態について説明する。

図７、図８に第３実施形態の模式図を示す。なお図７、図８では振動絶縁機構である１つのコイルばねを図示していない。２つのリンク機構４Ａ、４Ｂは、直交するように２方向に設けてある。第３実施形態のリンク機構４Ａ、４Ｂは、基礎Ｂに設けられる第１リンク４１Ａ、４１Ｂと、その第１リンク４１Ａ、４１Ｂと平行に前記振動抑制対象部Ｂに設けられる第２リンク４２Ａ、４２Ｂと、前記第１リンク４１Ａ、４１Ｂと前記第２リンク４２Ａ、４２Ｂとに両端をヒンジ４４Ａ、４４Ｂによって回転可能に連結される一対の平行な第３連結リンク４３Ａ、４３Ｂと、によって平行リンクを形成するように構成されている。また、第１リンク４１Ａ、４１Ｂ機構は第１リンク４１Ａ、４１Ｂが延伸する方向に基礎Ｂに対してスライド可能に設けられている。第１リンク４１Ａ、４１Ｂ及び第２リンク４２Ａ、４２Ｂは、それぞれ第２リンク４２Ａ、４２Ｂが延伸する方向の軸回りに回転できるように、面外回転機構５Ａ、５Ｂによって基礎Ｂ及び振動抑制対象部Ｂに連結してある。

前記面外回転機構５Ａ、５Ｂは、前記第１リンク４１Ａ、４１Ｂをスライド可能かつ回転可能に基礎Ｂに連結する基礎側機構５１Ａ、５１Ｂと前記第２リンク４２Ａ、４２Ｂを振動抑制対象部Ｂに回転可能に連結する振動抑制対象部側機構５２Ａ、５２Ｂとからなる。

前記基礎側機構５１Ａ、５１Ｂは、基礎Ｂから突出させた２つの基礎側軸支持部５１１Ａ、５１１Ｂと、前記基礎側軸支持部５１１Ａ、５１１Ｂに両端を支持され、前記第２リンク４２Ａ、４２Ｂと平行の向きに設けてある細円柱状の基礎側軸５２２Ａ，５２２Ｂと、概略円柱状の中心に貫通孔を有し、その貫通孔に前記基礎側軸を通して取り付けられ、前記第１リンク４１Ａ、４１Ｂと連結される２つの基礎側連結部５１３Ａ、５１３Ｂと、から構成してある。また、基礎側連結部５１３Ａ、５１３Ｂは、前記基礎側軸５２２Ａ，５２２Ｂの軸方向にスライド可能であるとともに、周方向にも回転可能なように設けてある。

前記振動抑制対象部側機構５２Ａ、５２Ｂは、振動抑制対象部Ｂから突出させた２つの振動抑制対象部側支持部５２１Ａ、５２１Ｂと、前記振動抑制対象部側支持部５２１Ａ、５２１Ｂに２点支持され、前記第２リンク４２Ａ、４２Ｂと平行に設けてある細円柱状の振動抑制対象部側軸５２２Ａ、５２２Ｂと、前記振動抑制対象部側軸５２２Ａ、５２２Ｂの両端に回転可能に設けられ、前記第２リンク４２Ａ、４２Ｂと連結される振動抑制対象部側連結部５２３Ａ、５２３Ｂと、から構成してある。

さらに、リンク機構４Ａ、４Ｂは、その連結部分であるヒンジ４４Ａ、４４Ｂや連結部５２３Ａ、５２３Ｂに振動減衰機構としてロータリーダンパ４６Ａ、４６Ｂを設けてあり、振動抑制対象部Ｂの振動を減衰するようにしてある。

このリンク機構４Ａ、４Ｂの動作について簡単に説明する。

図８は、前記振動抑制対象部Ｂが図面視で右下方向に移動した場合、すなわち、水平方向と鉛直方向に移動した場合のリンク機構４Ａ、４Ｂの変形を示す。水平方向の動きに対して、紙面正面に設けられたリンク機構４Ａ、４Ｂは、水平方向にスライド移動するとともに、紙面奥方向に設けられたリンク機構４Ｂは、面外回転機構５Ｂによって前記第１リンク４１Ｂと前記第２リンク４２Ｂの形成する面が水平面に交わる角度が変化するように回転する。また、鉛直方向の移動に対しては、第１リンク４１Ａ、４１Ｂ、第２リンク４２Ａ、４２Ｂ、第３リンクによって形成される平行リンクが倒伏する。このようにして、前記振動抑制対象部Ｂが基礎Ｂに対して水平を常に保つことができる。

また、水平方向及び鉛直方向の変位に応じて、ヒンジ４４Ａ、４４Ｂや連結部５２３Ａ、５２３Ｂには回転運動が生じる。その運動をロータリーダンパ４６Ａ、４６Ｂによって減衰するので、三次元の振動を減衰することができる。図７において、前記面外回転機構５Ａは前記振動抑制対象部Ｓの紙面奥方向への水平移動によってのみ回転し、面外回転機構５Ｂは紙面左右方向への水平移動によってのみ回転し、一対の第３連結リンク４３Ａ、４４Ａのヒンジ部４４Ａは鉛直方向への移動によってのみ回転が生じる。従って、これらの３箇所にロータリーダンパを１つずつ設けることによって、３次元の減衰を得ることができ、さらに３方向の減衰係数をそれぞれ独立に設定することができる。

次に第４実施形態について説明する。

図９、図１０に第４実施形態の模式図を示す。なお図９、図１０では振動絶縁機構を図示していない。２つのリンク機構６Ａ、６Ｂは、直交するように２方向に設けてある。第４実施形態のリンク機構６Ａ、６Ｂは、前記基礎Ｂに設けられる第１リンク６１Ａ、６１Ｂと、その第１リンク６１Ａ、６１Ｂと平行に前記振動抑制対象部Ｓに設けられる第２リンク６２Ａ、６２Ｂと、前記第１リンク６１Ａ、６１Ｂと前記第２リンク６２Ａ、６２Ｂとに両端を回転可能かつ前記第２リンク６２Ａ、６２Ｂが延伸する方向にスライド可能に連結される第４連結リンク６４Ａ、６４Ｂと、前記第１リンク６１Ａ、６１Ｂと前記第２リンク６２Ａ、６２Ｂとに回転可能に両端を連結され、一端が第２リンク６２Ａ、６２Ｂが延伸する方向にスライド可能に連結される第５連結リンク６５Ａ、６５Ｂと、面外回転機構５Ａ、５Ｂによって構成してある。

前記第１リンク６１Ａ、６１Ｂには２つの、前記第２リンク６２Ａ、６２Ｂには１つのガイドローラ用の溝６７Ａ、６７Ｂが形成してある。前記第４連結リンク６４Ａ、６４Ｂと前記第５連結リンク６５Ａ、６５Ｂは、同じ長さを有し、その概略中央にて各々を回転可能に連結して交差させてある。ここで、前記第４連結リンク６４Ａ、６４Ｂと前記第５連結リンク６５Ａ、６５Ｂとが交差する点をリンクの長さを所定の比率で分割する点にし、第１リンク６１Ａ、６１Ｂと第２リンク６２Ａ、６２Ｂとが平行を保つように構成しても構わない。例えば、リンクの長さが２：１などに分割される点において交差させてもよい。前記第４連結リンク６４Ａ、６４Ｂの両端と、前記第５連結リンク６５Ａ、６５Ｂの基礎Ｂ側の端部は前記溝６７Ａ、６７Ｂに連結され、ガイドローラによってリンクが延伸する方向に移動することができる。

なお、面外回転機構５Ａ、５Ｂについては、前記第３実施形態で説明した振動抑制対象部Ｓ側の機構の構成を、基礎Ｂにも同様に用いたものであるので、詳細な説明を省略する。

この実施形態では、振動減衰機構として面外回転機構５Ａ、５Ｂの回転連結部５２３Ａ、５２３Ｂにロータリーダンパ６６Ａ、６６Ｂが取り付けてあり、さらに、第４連結リンク６４Ａ、６４Ｂと第５連結リンク６５Ａ、６５Ｂとを回転可能に連結する中央部にもロータリーダンパ６６１Ａ、６６１Ｂを設けてある。

このリンク機構６Ａ、６Ｂの動作について簡単に説明する。

図１０は、前記振動抑制対象部Ｓが図面視で右下方向に移動した場合、すなわち、水平方向と鉛直方向に移動した場合のリンク機構６Ａ、６Ｂの変形を示す。この実施形態においても、振動抑制対象部Ｓのリンク機構６Ａ、６Ｂに対して垂直な水平方向の動きに対して、リンク機構６Ｂは倒伏することができ、鉛直方向の動きに対しては、ガイドローラによって第４連結リンク６４Ａ、６４Ｂ及び第５連結リンク６５Ａ、６５Ｂが移動し、第１リンク６１Ａ、６１Ｂと第２リンク６２Ａ、６２Ｂの平行を保ったまま、鉛直方向に縮むように変形する。

このようにして、振動抑制対象部Ｓの水平を維持し、ロータリーダンパ６６Ａ、６６Ｂ、６６１Ａ、６６１Ｂによって三次元の振動を減衰することができる。また、この第４実施形態でも、第３実施形態と同様の理由で、３方向の減衰係数を独立に設定することができる。

なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。

第１リンクが基礎に、第２リンクが振動抑制対象部に一体となって設けてあり、第１リンクと第２リンクによって形成される仮想面が傾動可能になっているものであっても構わない。

振動抑制装置は、三次元の振動を絶縁又は減衰することができるものであるので、基礎に対して振動抑制対象部が吊り下げられるように振動抑制装置を設けても構わないし、基礎と振動抑制対象部が水平方向に離間しているものの間に振動抑制装置が設けられていても構わない。

リンク機構の変形量を制限するストッパーを基礎と振動抑制対象部との間に設けておけば、第１連結リンクと第２連結リンクが一直線上に並ぶことによって、基礎と振動抑制対象部との間の距離が縮まらなくなるなどの不良を防ぐことができる。

前記振動絶縁機構が空気ばねによって構成されるものであっても構わない。この場合、振動抑制対象部に載置される物体の重量に応じて、空気ばねの空気量を調整するようにすることによって、振動抑制装置の高さを常に一定にすることができる。振動絶縁機構は、金属ばねやゴム系のばねであっても構わない。また振動絶縁機構が複数のコイルばねで構成してあるものでも構わない。減衰係数が可変の減衰要素としては、可変絞りのオイルダンパやエアーダンパであっても構わない。前記リンク機構に前記振動絶縁機構を取り付けたものであってもかまわない。このようなもので、さらに前記振動減衰機構もリンク機構に取り付けたものであれば、振動抑制装置をユニット化することができ、取付の手間を省くことができる。

セミアクティブ制御機構として、いくつかの弾性要素と減衰要素の組み合わせが可能である。たとえば、減衰係数が可変の減衰要素と弾性要素を並列に設けた並列部とし、並列部を直列に設けるものであっても構わない。

第１実施形態において、リンク機構が、第１リンクあるいは第２リンクが蝶番によって基礎又は振動抑制対象部に回転可能に設けられ、第３リンクが蝶番によって折りたためるように構成されており、第１リンクと第３リンクによって形成する面と第２リンクと第３リンクによって形成される面の交わる角度が変化するようなものであっても構わない。これらのようなものであっても、振動抑制対象部が基礎に対して姿勢変化するのを防ぎつつ三次元方向に並進運動させることができる。

第１実施形態において、第１リンク及び第２リンクは、蝶番によって回転可能に取り付けられていたが、第１リンクと第２リンクとが、他方向に設けられた第２リンクが延伸する方向に相対変位するのを許容できるものであれば構わない。

第１実施形態において、振動絶縁機構が第１リンクと第３リンクとの間、あるいは第２リンクと第３リンクとの間に設けられるものであっても構わない。また振動減衰機構として、鉛直方向の振動を減衰するためにダンパなどをそのまま鉛直方向に設けると、大きなスペースを必要とする場合がある。例えば、図１１に示すようにリンク機構の第３リンクの端部と基礎との間を水平に連結するようにダンパＤＮを入れても、水平方向及び鉛直方向の振動を減衰することができる。つまり、振動抑制対象部の三次元の動きが、リンク機構の変形に現れている箇所と、基礎との間に振動減衰機構を設けても構わない。

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において様々な変形が可能である。

本発明の第１実施形態に係る振動抑制装置の模式的機器構成図。 同実施形態に係る振動抑制装置の模式的斜視図。 同実施形態に係る静止状態におけるリンク機構の模式図。 同実施形態に係る変形後のリンク機構の模式図。 同実施形態に係る制御部の機能ブロック図。 本発明の第２実施形態に係る振動抑制装置の模式的機器構成図。 本発明の第３実施形態に係る静止状態におけるリンク機構の模式図。 同実施形態に係る変形後のリンク機構の模式図。 本発明の第４実施形態に係る振動抑制装置の模式的機器構成図。 同実施形態に係る変形後のリンク機構の模式図。 本発明の第１実施形態に係る振動抑制装置の別の構成例。 本発明の第２実施形態に係る振動抑制装置の別の構成例。

符号の説明

１００・・・振動抑制装置
Ｂ・・・基礎
Ｓ・・・振動抑制対象部
２Ａ、２Ｂ、４Ａ、４Ｂ、６Ａ、６Ｂ・・・リンク機構
２１Ａ、２１Ｂ、４１Ａ、４１Ｂ、６１Ａ、６１Ｂ・・・第１リンク
２２Ａ、２２Ｂ、４２Ａ、４２Ｂ、６２Ａ、６２Ｂ・・・第２リンク
２３Ａ、２３Ｂ・・・第３リンク
２４Ａ、２４Ｂ・・・第１連結リンク
２５Ａ、２５Ｂ・・・第２連結リンク
４３Ａ、４３Ｂ・・・第３連結リンク
６４Ａ、６４Ｂ・・・第４連結リンク
６５Ａ、６５Ｂ・・・第５連結リンク
ＳＰ・・・振動絶縁機構（コイルばね）
Ｄ・・・振動減衰機構
３１Ａ，３１Ｂ、３４Ａ、３４Ｂ・・・ＭＲダンパ

Claims (12)

1. 基礎と、その基礎から所定距離離間して配置される振動抑制対象部との間に設けられて、三次元の振動を絶縁又は減衰する振動抑制装置であって、
   自然状態において前記基礎と前記振動抑制対象部とを所定距離離間させて保つとともに、前記振動抑制対象部への振動を絶縁する振動絶縁機構と、
   前記振動抑制対象部への振動を減衰する振動減衰機構と、
   振動抑制対象部を基礎に対して並行移動のみ可能に支持する一対のリンク機構と、を備えており、
   前記リンク機構が、前記基礎に別体あるいは一体に設けられた第１リンクと、前記振動抑制対象部に別体あるいは一体に設けられた第２リンクと、前記第１リンク及び前記第２リンクを平行移動可能に接続する中間リンク構造体と、を具備したものであり、
   各リンク機構における前記第１リンクと前記第２リンクとで形成される仮想面が、前記基礎及び前記振動抑制対象部に対し傾動可能に設けられているとともに、各リンク機構の仮想面が交差するように構成されていることを特徴とする振動抑制装置。
2. 前記中間リンク構造体が、前記第１リンクと前記第２リンクとの間に平行に設けられる第３リンクと、
   前記第１リンクと前記第３リンクとに両端部を回転可能に連結される１対の平行な第１連結リンクと、
   前記第２リンクと前記第３リンクとに両端部を回転可能に連結される１対の平行な第２連結リンクと、によって構成される請求項１記載の振動抑制装置。
3. 前記中間リンク構造体が、前記第１リンクと前記第２リンクとに両端部を回転可能に連結される一対の平行な第３連結リンクであり、
   前記第１リンクまたは前記第２リンクが、第１リンクが延伸する方向に前記基礎または前記振動抑制対象部に対してスライド可能に取り付けられている請求項１記載の振動抑制装置。
4. 前記中間リンク構造体は、前記第１リンクと前記第２リンクとに両端部を回転可能かつ前記第２リンクが延伸する方向にスライド可能に連結される第４連結リンクと、
   前記第１リンクと前記第２リンクとに回転可能に両端部を連結され、一端あるいは両端を前記第２リンクが延伸する方向にスライド可能に連結される第５連結リンクと、によって構成され、
   前記第４連結リンクと前記第５連結リンクは、同じ長さを有し、その交差部にて各々を回転可能に連結している請求項１記載の振動抑制装置。
5. 前記リンク機構に前記振動減衰機構が取り付けられている請求項１、２、３又は４記載の振動抑制装置。
6. 前記振動絶縁機構が、１つのコイルばねである請求項１、２、３、４又５は記載の振動抑制装置。
7. 前記振動減衰機構がロータリーダンパを具備するものである請求項１、２、３、４、５又は６記載の振動抑制装置。
8. 前記第１リンクが前記基礎に当該第１リンクが延伸する方向を軸として回転可能に設けられているとともに、
   前記第２リンクが前記振動抑制対象部に当該第２リンクが延伸する方向を軸として回転可能に設けられている請求項１、２、３、４、５、６又は７記載の振動抑制装置。
9. 前記第１リンク又は第２リンクが前記基礎に当該第１リンク又は第２リンクが延伸する方向に回転可能に設けられているとともに、前記第１リンクと前記第３リンクが形成する面と、前記第２リンクと前記第３リンクが形成する面との交わる角度が変化するものである請求項２記載の振動抑制装置。
10. 振動抑制装置が、減衰係数が可変の減衰要素又は前記減衰要素に直列に接続された弾性要素を具備するセミアクティブ制御機構を備えたものである請求項１、２、３、４、５、６、７、８又は９記載の振動抑制装置。
11. 減衰係数が可変の減衰要素がＭＲダンパである請求項１０記載の振動抑制装置。
12. 前記振動絶縁機構が空気ばねである請求項１、２、３、４、５、７、８、９、１０又は１１記載の振動抑制装置。