JP2012062982A - Devibration device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は半導体製造検査装置、電子顕微鏡、空気圧縮機、真空ポンプ、プレス機械、ピアノ等の精密機器、産業機械、音響機器等を除振する除振装置に関する。 The present invention relates to a vibration isolation device for isolating a semiconductor manufacturing inspection apparatus, an electron microscope, an air compressor, a vacuum pump, a press machine, a precision instrument such as a piano, an industrial machine, an acoustic instrument, and the like.
除振材として防振ゴム、コイルバネ、空気バネなどが使われているが、これらの除振材は機械を点支持する発想で設計されている。除振設計時点で機械質量、重心位置、加振力、床剛性、機械揺れ許容値、床振動許容値などの設計要因が把握しきれずに、一旦、仮の除振材を試用してその結果により、除振材の交換、据付位置の移動を行う場合がある。点支持であると除振材の交換、移動に手間を要する。また1支持点当りの支持質量が大きくなり平面寸法、高さが大きくなる。 Anti-vibration rubber, coil springs, air springs, etc. are used as vibration isolation materials, but these vibration isolation materials are designed with the idea of supporting the machine as a point. At the time of vibration isolation design, design factors such as machine mass, center of gravity position, excitation force, floor rigidity, mechanical vibration tolerance, floor vibration tolerance, etc. could not be grasped. Therefore, the vibration isolator may be replaced and the installation position may be moved. If it is point support, it takes time to replace and move the vibration isolator. Further, the support mass per support point is increased, and the planar dimensions and height are increased.
防振ゴムはもっとも多く使われている除振材である。小型軽量、安価であり振動減衰能もあり、使い易いが、バネ作用が硬く、除振性能に劣る。また支持質量の小さい質量領域においては防振ゴムが小型となり、低い固有振動数が得られない。 Anti-vibration rubber is the most commonly used vibration isolator. Small, lightweight, inexpensive and vibration damping, easy to use, but hard spring action and poor vibration isolation performance. In the mass region where the support mass is small, the vibration-proof rubber is small and a low natural frequency cannot be obtained.
以下、図22に示した系について除振材の除振作用を説明する。
図中のMaは支持する機械、Dは除振材、Floorは床を表している。支持する機械Maの振動周波数又は床Floorの振動周波数をf(Hz)、除振材の動バネ定数をkd(N/M)、除振材のロスファクタをη、支持質量をm(kg)、衝撃応答振幅の初期値をz0(M)とすると、系の固有振動数fn(Hz)、振動伝達率Tr、衝撃応答振幅z(M)はそれぞれ式(1)、(2)、(3)で表される。但し括弧内のMはメートルである。
In the figure, Ma represents a supporting machine, D represents a vibration isolator, and Floor represents a floor. The vibration frequency of the machine Ma to be supported or the vibration frequency of the floor floor is f (Hz), the dynamic spring constant of the vibration isolation material is k d (N / M), the loss factor of the vibration isolation material is η, and the support mass is m (kg) ), Where the initial value of the impact response amplitude is z 0 (M), the natural frequency f n (Hz) of the system, the vibration transmissibility Tr, and the impact response amplitude z (M) are expressed by equations (1) and (2), respectively. (3). However, M in parentheses is a meter.
代表的なコイルバネ、防振ゴムの振動伝達率の周波数特性を図23に、また衝撃応答を図24に示す。これらの図において、aはコイルバネの特性、bは防振ゴムの特性である。
図23に示すように固有振動数が低いと除振対象となる周波数領域(例えば20〜40 Hz)での振動伝達率Trは小さくなり除振性能が良くなる。
FIG. 23 shows the frequency characteristics of vibration transmissibility of typical coil springs and vibration-proof rubbers, and FIG. 24 shows the impact response. In these figures, a is the characteristic of the coil spring and b is the characteristic of the vibration-proof rubber.
As shown in FIG. 23, when the natural frequency is low, the vibration transmissibility Tr in a frequency region (for example, 20 to 40 Hz) to be a vibration isolation becomes small and the vibration isolation performance is improved.
コイルバネと粘弾性体を組合せた様々な構造の除振装置が提案されているが(例えば特許文献1)、いずれも点支持構造のものである。点支持の場合、支持質量を大きくしようとすると大型となり、除振装置の高さが増大する。 A vibration isolator having various structures combining a coil spring and a viscoelastic body has been proposed (for example, Patent Document 1), all of which have a point support structure. In the case of point support, if an attempt is made to increase the support mass, the size becomes large, and the height of the vibration isolation device increases.
空気バネは圧縮空気の柔らかいバネ作用と空気の絞り効果による振動減衰能を持ち、除振性能に優れるが、構造上大型、高価となり汎用性に欠ける。 The air spring has vibration damping ability due to the soft spring action of compressed air and the air throttling effect, and is excellent in vibration isolation performance, but it is large and expensive in structure and lacks versatility.
コイルバネはバネ作用が柔らかく支持質量に関係なく低い固有振動数が得られて除振性能に優れているが、振動減衰能が小さい。減衰が小さいと図23のグラフのピーク値(共振倍率)は大きくなる。また、式(3)あるいは図24に示される衝撃応答振幅の収束が遅くなる。 The coil spring has a soft spring action and a low natural frequency regardless of the supporting mass and is excellent in vibration isolation performance, but has a low vibration damping capability. If the attenuation is small, the peak value (resonance magnification) in the graph of FIG. 23 increases. Further, the convergence of the impact response amplitude shown in Expression (3) or FIG. 24 is delayed.
機械等を工場内に設置する場合、当然ながら除振材を含めた高さが工場内に収容可能でなければならない。加えて付属する配管、ダクト等も考慮すると、除振材の高さは低ければ低いほど望ましいのは言うまでもない。 When installing a machine etc. in a factory, naturally the height including a vibration isolator must be able to be accommodated in the factory. In addition, considering the attached pipes, ducts, etc., it goes without saying that the lower the height of the vibration isolation material, the better.
本発明は小型で高さが低く、床振動を絶縁する、または機械振動等を床に伝えない簡便で安価な線支持又は面支持の除振装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a simple and inexpensive line-supported or surface-supported vibration isolator that is small in size, low in height, insulates floor vibration, or does not transmit mechanical vibration or the like to the floor.
上記目的を達成するため、本発明の第1の実施態様は、複数の同径の穴を打ち抜いた可撓性・弾性シートの前記穴にそれぞれコイルバネを貫通配置し、各コイルバネの軸方向両端側に、前記コイルバネの外径に対応する領域を連結部を残して囲み、その内側に前記領域に対応する島部を形成する互いに対向する一対のスリットを形成した一組の単位ゴム板を配置し、前記一組の単位ゴム板の各島部でこれらの間にある前記コイルバネを圧縮しつつ前記スリットの外側の部分で前記ゴムシートを挟みこれらを貫通するビスナット又はリベットで一体に固定してなる除振ユニットよりなることを特徴としている。
なお、以下の説明において、本発明の除振装置の1個のコイルバネを一組の単位ゴム板で可撓性弾性シートに固定した単位を「除振ユニット」と称する。
In order to achieve the above object, according to a first embodiment of the present invention, a coil spring is disposed through each of the holes of a flexible / elastic sheet obtained by punching a plurality of holes of the same diameter, and both axial sides of each coil spring are disposed. In addition, a pair of unit rubber plates that surround a region corresponding to the outer diameter of the coil spring leaving a connecting portion and in which a pair of opposed slits forming an island portion corresponding to the region are formed are disposed. The rubber sheet is sandwiched between the outer portions of the slit while compressing the coil spring between the island portions of the pair of unit rubber plates, and is integrally fixed with a screw nut or a rivet penetrating the rubber sheet. It is characterized by comprising a vibration isolation unit.
In the following description, a unit in which one coil spring of the vibration isolation device of the present invention is fixed to a flexible elastic sheet with a set of unit rubber plates is referred to as a “vibration isolation unit”.
また本発明の第2の実施態様は、第1の実施態様において前記各コイルバネのバネ定数は3〜30N/mm、前記単位ゴム板の各島部のバネ定数は3〜35N/mmであり、前記コイルバネとこのコイルバネを挟む一対の島部の合成バネ定数は6〜65N/mmであり、除振ユニット1個のコイルバネの支持質量が40kg以下であることを特徴としている。 In the second embodiment of the present invention, the spring constant of each coil spring in the first embodiment is 3 to 30 N / mm, and the spring constant of each island portion of the unit rubber plate is 3 to 35 N / mm. The combined spring constant of the coil spring and the pair of islands sandwiching the coil spring is 6 to 65 N / mm, and the support mass of the coil spring of one vibration isolation unit is 40 kg or less.
本発明の第3の実施態様は、前記除振ユニットの単位ゴム板は円板状であり、円弧状のスリットが2本同心円上に互いに対向するように形成されていることを特徴としている。 The third embodiment of the present invention is characterized in that the unit rubber plate of the vibration isolation unit is disk-shaped, and two arc-shaped slits are formed on the concentric circles so as to face each other.
本発明の第4の実施態様は前記単位ゴム板が矩形状であり、コの字状のスリットが2本、矩形の相対する2辺に沿ってそれぞれ中心を挟んで対向して形成されていることを特徴としている。 In a fourth embodiment of the present invention, the unit rubber plate has a rectangular shape, and two U-shaped slits are formed to face each other across two opposite sides of the rectangle. It is characterized by that.
本発明の第5の実施態様は、複数の同寸法方形穴を打ち抜いた可撓性弾性シートの前記方形穴にそれぞれコイルバネを貫通配置し、各コイルバネの上下両端を、中央が前記コイルバネの外径に対応する円形の凹部を有する短冊状の単位ゴム板の前記凹部に係合させ、前記単位ゴム板を介して前記コイルバネを圧縮しつつ、前記単位ゴム板を前記可撓性弾性シートに当接させて、前記可撓性弾性シートの方形穴を挟む位置で、これらを貫通するビスナット又はリベットで一体に固定してなることを特徴としている。 In a fifth embodiment of the present invention, coil springs are respectively disposed through the rectangular holes of a flexible elastic sheet in which a plurality of rectangular holes of the same size are punched, and the upper and lower ends of each coil spring are centered on the outer diameter of the coil spring. The unit rubber plate is brought into contact with the flexible elastic sheet while being engaged with the concave portion of a strip-shaped unit rubber plate having a circular concave portion corresponding to and compressing the coil spring via the unit rubber plate. Thus, the flexible elastic sheet is integrally fixed with a screw nut or a rivet penetrating the square hole of the flexible elastic sheet.
本発明の第6の実施態様は、第5の実施態様においてコイルバネを挟む1組の単位ゴム板の両端がビスナット又はリベットで一体に固定するのではなく、ゴム金型により単位ゴム板成型時に一体成型されるものであり、前記可撓性弾性シートには接着剤により一体化されたものであることを特徴としている。 In the sixth embodiment of the present invention, both ends of the pair of unit rubber plates sandwiching the coil spring in the fifth embodiment are not fixed integrally with a screw nut or a rivet, but are integrated when a unit rubber plate is molded by a rubber mold. The flexible elastic sheet is molded by an adhesive and is characterized by being molded.
本発明の第7の実施態様は、第1ないし第6の実施態様のいずれかにおいて各除振ユニットのコイルバネの高さとコイルバネの中心径の比(コイルバネの高さ/コイルバネの中心径)が2以下であることを特徴としている。 According to a seventh embodiment of the present invention, in any one of the first to sixth embodiments, the ratio of the coil spring height and the coil spring center diameter of each vibration isolation unit (coil spring height / coil spring center diameter) is 2. It is characterized by the following.
本発明の第8の実施態様は、第1ないしは第6の実施態様のいずれかにおいて各除振ユニットのコイルバネの固有振動数が4.5〜8.5Hzであることを特徴としている。 The eighth embodiment of the present invention is characterized in that, in any of the first to sixth embodiments, the natural frequency of the coil spring of each vibration isolation unit is 4.5 to 8.5 Hz.
本発明の第9の実施態様は、第1ないし第8の実施態様のいずれかにおいて各除振ユニットの高さは質量無負荷時にて50mm以下であることを特徴としている。 The ninth embodiment of the present invention is characterized in that in any one of the first to eighth embodiments, the height of each vibration isolation unit is 50 mm or less when no mass is loaded.
本発明の第10の実施態様は、第1ないし第9の実施態様のいずれかにおいて円形もしくは方形穴が打ち抜かれた可撓性弾性シートに、除振ユニットを個々に分離するための裁断用の溝が付けられていることを特徴としている。
裁断用の溝は、格子状に形成され、コイルバネが貫通する穴は溝で囲まれた矩形の領域の中心に形成されることが望ましい。
可撓性弾性シートとしては、ゴムシートやプラスチックシートが例示される。
According to a tenth embodiment of the present invention, there is provided a cutting material for individually separating the vibration isolation unit on the flexible elastic sheet having a circular or square hole punched out in any one of the first to ninth embodiments. It is characterized by a groove.
The cutting groove is preferably formed in a lattice shape, and the hole through which the coil spring passes is preferably formed at the center of a rectangular region surrounded by the groove.
Examples of the flexible elastic sheet include a rubber sheet and a plastic sheet.
本発明の除振装置は、コイルバネ主体の除振ユニットを集合した構造となっているため、支持質量が小さくとも防振ゴムと比べて小さい固有振動数が得られる。また、単位ゴム板の曲げ、せん断変形により振動減衰能が付加される。除振ユニット1個当たりの許容質量を抑制し、複数個の除振ユニットを集合した結果、高さの低い除振材が得られ、支持質量に応じて集合している除振シートを裁断して任意個数の除振ユニットを使用することができる。 Since the vibration isolator of the present invention has a structure in which vibration isolation units mainly composed of coil springs are assembled, even if the supporting mass is small, a natural frequency smaller than that of the vibration isolating rubber can be obtained. Moreover, vibration damping capability is added by bending and shearing deformation of the unit rubber plate. As a result of suppressing the allowable mass per anti-vibration unit and collecting multiple anti-vibration units, a vibration isolator having a low height is obtained, and the anti-vibration sheets assembled according to the support mass are cut. Any number of vibration isolation units can be used.
本発明の除振装置を、除振対象となる機器の設置面積が1m×1m、機器の質量が1,000kgのシステムに適用する場合について説明する。この機器は、本発明が適用される除振対象としては最も重い部類に属するものである。
この実施の形態では、複数の除振ユニットを直列に配列させた除振装置が、除振対象機器の外周部分に沿って設置される。この除振装置の幅は5cmであり、除振ユニットの大きさは5cm×5cmである。設置対象の機器の外周の総長さは100cm×2+(100cm−5cm−5cm)×2=380cmであるが、偏重心に対応する除振ユニットの配置を10cmに1個ずつとして、この総長さの1/2だけに配置するとすれば190cmの周長が有効設置長となる。従って、190cm÷5cm=38個の除振ユニットが配置されることになる。機械質量が1,000kgであるから、1,000kg÷38個=26.3kg、すなわち、除振ユニット1個あたり26.3kgの質量支持容量があればよいことになる。余裕をみて1個の除振ユニットが40kgを最大の支持容量とする。
A case will be described in which the vibration isolation device of the present invention is applied to a system in which the installation area of a device to be subjected to vibration isolation is 1 m × 1 m and the mass of the device is 1,000 kg. This device belongs to the heaviest category as a vibration isolation object to which the present invention is applied.
In this embodiment, a vibration isolation device in which a plurality of vibration isolation units are arranged in series is installed along the outer peripheral portion of the vibration isolation target device. The width of the vibration isolation device is 5 cm, and the size of the vibration isolation unit is 5 cm × 5 cm. The total length of the outer circumference of the equipment to be installed is 100 cm × 2 + (100 cm−5 cm−5 cm) × 2 = 380 cm, but the vibration isolation units corresponding to the eccentric centers of gravity are arranged one by one in 10 cm. If it arrange | positions only to 1/2, the circumference of 190 cm will become an effective installation length. Therefore, 190 cm / 5 cm = 38 vibration isolation units are arranged. Since the mechanical mass is 1,000 kg, 1,000 kg ÷ 38 pieces = 26.3 kg, that is, a mass supporting capacity of 26.3 kg per vibration isolation unit is sufficient. With a margin, one vibration isolation unit has a maximum support capacity of 40 kg.
1m×1mの床面積において、最も軽い部類に属する機器の質量は40kgである。この場合、機器の重心のバランス取りを考え、8点支持とすれば、40kg÷8個=5kg/個の支持質量となる。なお、除振ユニット1個あたりの支持質量の下限は2kg程度である。 In the floor area of 1 m × 1 m, the mass of equipment belonging to the lightest category is 40 kg. In this case, if the balance of the center of gravity of the device is taken into consideration and the eight-point support is used, the support mass is 40 kg ÷ 8 = 5 kg / piece. In addition, the minimum of the support mass per vibration isolation unit is about 2 kg.
本発明の実施形態では、除振ユニットの支持質量を2〜40kg/個、固有振動数を6〜8Hz位に抑制することにより小型化を図ることができる。設置平面積は5cm×5cm、質量支持時の高さを40mm以下とすることが望ましい。固有振動数が4.5〜8.5Hzであれば機械、あるいは床の振動数15Hz以上の振動を除振できる。一般に問題となるのは周波数15Hz以上の振動であるから大半の振動問題はこの実施形態により解決することができる。ちなみに、防振ゴムでは支持質量40kg以下の場合、防振ゴムが小型になり、固有振動数8Hz以下とすることができない。 In the embodiment of the present invention, it is possible to reduce the size by suppressing the supporting mass of the vibration isolation unit to 2 to 40 kg / piece and the natural frequency to about 6 to 8 Hz. The installation plane area is preferably 5 cm × 5 cm, and the height when mass is supported is preferably 40 mm or less. If the natural frequency is 4.5 to 8.5 Hz, vibrations of the machine or floor having a frequency of 15 Hz or more can be isolated. In general, since vibrations with a frequency of 15 Hz or more are a problem, most vibration problems can be solved by this embodiment. Incidentally, in the case of the anti-vibration rubber, when the support mass is 40 kg or less, the anti-vibration rubber becomes small, and the natural frequency cannot be made 8 Hz or less.
また除振ユニットの支持質量を2〜40kgとして所定の高さ範囲で除振ユニットのバネ定数を求めると6〜65N/mmとなる。本発明では、コイルバネと単位ゴム板2枚で分担するので、コイルバネのバネ定数は3〜30N/mm、単位ゴム板のバネ定数は3〜35N/mmとなる。 Further, when the support mass of the vibration isolation unit is 2 to 40 kg and the spring constant of the vibration isolation unit is obtained in a predetermined height range, it is 6 to 65 N / mm. In the present invention, since the coil spring and the unit rubber plate share the two, the spring constant of the coil spring is 3 to 30 N / mm, and the spring constant of the unit rubber plate is 3 to 35 N / mm.
本発明の除振装置は、可撓性弾性シートを裁断して任意の複数の除振ユニットで構成することができるので、重心取り、質量見積もり誤差の修正が容易であるとともに質量支持時の高さを40mm以下とすることができ、除振対策が容易となる。除振効果を一層高めるには除振装置を2段重ねにすれば理論的に固有振動数が√2分の1と低くなる。 Since the vibration isolator of the present invention can be constituted by a plurality of vibration isolation units by cutting the flexible elastic sheet, it is easy to correct the center of gravity, correct the mass estimation error, and increase the mass support. The thickness can be reduced to 40 mm or less, and vibration isolation measures are facilitated. In order to further enhance the vibration isolation effect, if the vibration isolation devices are stacked in two stages, the natural frequency is theoretically reduced to 1/2.
以下、図面を参照して本発明の第1の実施形態を詳細に説明する。
図1〜24において、同一の部位には共通の符号を付して重複する説明は省略する。
図1は、本発明の除振ユニット100が縦4個×横4個、合計16個集合した除振装置10の平面図、図2は、図1のX−X線断面図である。また図3は、各除振ユニットの平面図、図4は、図3のY軸方向から側面図、図5は、X軸方向からみた側面図である。
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
1 to 24, the same portions are denoted by common reference numerals, and redundant description is omitted.
FIG. 1 is a plan view of a
これらの図に示した本発明の第1の実施形態は、複数の同径の穴(コイルバネの逃げ穴)1aを打ち抜いたゴムシート1と、ゴムシートの穴1a内にそれぞれ貫通するように伸縮方向をゴムシート1の面と直交させて配置された中心径/高さが2以下のコイルバネ2と、ゴムシート1の両面に、それぞれのコイルバネ2を挟んで配置された単位ゴム板3,4と、単位ゴム板3、ゴムシート1、単位ゴム板4を貫通して、これらを一体に固定するビスナット5から構成されている。
単位ゴム板3,4のゴムシート1の各穴1aに対応する位置には、コイルバネ2の外径に対応する領域を連結部3a,4aを残して囲み、内側に島部A3、A4を形成した一対のスリット3c、4cが形成されている。
単位ゴム板3,4は、コイルバネ2を押し縮めた状態で連結部3b、4bがゴムシート1に両面側から当接されビスナット5で固定されている。単位ゴム板3,4の連結部3b、4bはコイルバネ2の弾発力により引き伸ばされて、島部A3、A4は、図4,図5に示すように、ゴムシート1の面から離れた状態になっている。
次に、この実施形態の組立方法について説明する。
図6は、この実施形態に使用する単位ゴム板の平面図、図7はそのB−B線に沿う断面図、図8はコイルバネの側面図、図9はゴムシートの平面図、図10は組立図である。
The first embodiment of the present invention shown in these drawings is a
At positions corresponding to the
In the
Next, the assembly method of this embodiment will be described.
6 is a plan view of a unit rubber plate used in this embodiment, FIG. 7 is a cross-sectional view taken along line B-B, FIG. 8 is a side view of a coil spring, FIG. 9 is a plan view of a rubber sheet, and FIG. FIG.
この実施形態では、図9に示すように、ゴムシート1に格子状に溝1bが形成され、溝1bで区画された矩形領域の中心にコイルバネ2が配置される複数の逃げ穴1aが形成され、各逃げ穴1aを挟んで一対のビスナット穴1dが形成されている。
また、図6,図7に示すように、単位ゴム板3,4には、それぞれ片面にコイルバネ受け用凹部3a,4aが形成され、その外側に連結部3b,4bを残して同心円上に円弧状のスリット3c,4cが形成されている。スリット3c,4cの中央部の外側にはゴムシート1のビスナット穴1cに対応するビスナット穴3d,4dが形成されている。
これらの単位ゴム板3,4とゴムシート1は図10に示すように単位ゴム板3、ゴムシート1、単位ゴム板4の順にビスナット穴を一致させて重ね、ビスナット穴3d,4dにビスナットを挿通させて、これらを一体に共締めする。
次に、単位ゴム板3,4のスリット3c,4cの内側部分(島部)を引伸ばしつつ持ち上げて、その中に、両端が凹部3a,4aに係合するようにして圧縮させたコイルバネ2を挿入する。
In this embodiment, as shown in FIG. 9,
Also, as shown in FIGS. 6 and 7, the
As shown in FIG. 10, these
Next, the
このようにして組立てられた除振装置では、コイルバネ2は引張変形可能な単位ゴム板2枚の凹部3a、4aで嵌め合っているため着脱可能であり、分担する支持質量に合わせてバネ定数の合ったコイルバネを選択し、除振ユニット100を分解することなく着脱交換することができる。
In the vibration isolator assembled in this way, the
ゴムシート1により各除振ユニットが集合連結されている。ゴムシート1には裁断用の溝1bを設け、必要ユニット数に切り分ける際、容易に切り分けできるようにしてもよい。
The vibration isolation units are collectively connected by the
上述した防振ユニットでは単位ゴム板は円板状であるが、方形板である例を図11に示す(第1実施形態の変形例)。図11に示すように単位ゴム板(31、41)は方形(矩形状)であり、スリット31c(41c)はコの字状である。図11のB−B線より見た断面図を図12に示している。 In the above-described vibration isolation unit, the unit rubber plate has a disc shape, but an example of a square plate is shown in FIG. 11 (modified example of the first embodiment). As shown in FIG. 11, the unit rubber plates (31, 41) are square (rectangular), and the slits 31c (41c) are U-shaped. FIG. 12 shows a sectional view taken along line BB in FIG.
図13は第2の実施形態である除振装置を構成する除振ユニット101を示す平面図であり、図14はこの防振ユニット101のY軸方向の側面図である。この実施形態では、ゴムシート12に設けられたコイルバネの逃げ穴12aは矩形状であり、単位ゴム板は中央がコイルバネ収容用凹部32a(42a)を持つ短冊状である。この例では水平方向のX方向、Y方向に対して異なるバネ定数となる。Y方向はコイルバネの曲げ、せん断変形が主体であるが、X方向は単位ゴム板の変形にコイルバネの圧縮成分が含まれるためにY方向よりもバネ定数が大きくなる。
FIG. 13 is a plan view showing the
バネ定数には静バネ定数、動バネ定数の2種類がある。弾性体をゆっくり加力した場合のバネ定数を静バネ定数、振動が作用した状態のバネ定数を動バネ定数という。動バネ定数を静バネ定数で除した比率を動倍率と言う。単位ゴム板を付加した場合に振動減衰能、すなわちロスファクタηが同一であれば動倍率が小さいほど小さい固有振動数が得られて除振効果が大きい。 There are two types of spring constants: a static spring constant and a dynamic spring constant. The spring constant when the elastic body is slowly applied is called the static spring constant, and the spring constant in the state where the vibration is applied is called the dynamic spring constant. The ratio obtained by dividing the dynamic spring constant by the static spring constant is called the dynamic magnification. When the unit rubber plate is added, if the vibration damping ability, that is, the loss factor η is the same, the smaller the dynamic magnification, the smaller the natural frequency is obtained, and the vibration isolation effect is greater.
コイルバネにおいては式(1)のロスファクタはおおむねη=0.01以下であり、また、静バネ定数と動バネ定数はほぼ等しい、とみなすことができるので動倍率は1である。本発明においては単位ゴム板が圧縮変形ではなく曲げ、せん断変形であるために断面積に比較して長さ寸法が大きくできること、また、横弾性係数は縦弾性係数の約1/3であることから、単位ゴム板の静バネ定数は小さい値が得られる。また、曲げ、せん断変形は圧縮変形に比較して分子間の間隔変位が小さいため動倍率は小さく、したがって、小さい動バネ定数が得られる。 In the coil spring, the loss factor of the equation (1) is approximately η = 0.01 or less, and the static spring constant and the dynamic spring constant can be regarded as substantially equal, so the dynamic magnification is 1. In the present invention, the unit rubber plate is bent and sheared, not compressed, so that the length dimension can be increased compared to the cross-sectional area, and the transverse elastic modulus is about 1/3 of the longitudinal elastic modulus. Therefore, a small value is obtained for the static spring constant of the unit rubber plate. In addition, bending and shear deformation have a smaller dynamic displacement because inter-molecular displacement is smaller than compression deformation, so that a small dynamic spring constant can be obtained.
式(1)の定数kdはコイルバネのバネ定数とゴム板のバネ定数の和である。前項に述べられているように動倍率1のコイルバネに付加される単位ゴム板の動バネ定数が小さいため式(1)の固有振動数の増大は少なく、式(2)の振動伝達率が小さくなる。また、本発明においては図17に示すように垂直方向に圧縮荷重Pが加わると除振ユニットの幅Dが拡幅して、ゴムシート3が引張変形し、更にゴムシートのバネ定数、振動減衰能が付加される。
The constant k d in equation (1) is the sum of the spring constant of the coil spring and the spring constant of the rubber plate. As described in the previous section, since the dynamic spring constant of the unit rubber plate added to the coil spring having a dynamic magnification of 1 is small, the increase in the natural frequency of equation (1) is small, and the vibration transmissibility of equation (2) is small. Become. Further, in the present invention, as shown in FIG. 17, when a compressive load P is applied in the vertical direction, the width D of the vibration isolation unit is widened, the
図15は図14の第2の実施形態である除振装置を構成する除振ユニットの単位ゴム板33、43が短冊状の両端の連結部33bで単位ゴム板成型時に一体成型されている構造である。単位ゴム板とゴムシート13との結合は接着面6で接着された構造であり、ビスナットまたはリベットを含まない。この場合も実施例2の場合と同様コイルバネの逃げ穴13aは矩形状である。
FIG. 15 shows a structure in which
除振ユニットの高さを40kgの最大支持質量を持つ実施例4について以下に示す。
HO=δST+Ha+δs+2t(mm)……………………………(4)
HO:除振ユニットの無負荷時の高さ mm
δST:静的たわみ
固有振動数を4.5〜8.5Hzに抑制して必要なδSTを、動的バネ定数が静バネ定数よりも硬くなることを考慮して最大支持質量40kg作用時にて15mmとした。
もし従来品のように固有振動数を3.5Hzとする場合、δST は 40〜60mm必要である。
Ha :コイルバネの密着高さ(40 kgのときHa=17.6mm)
δs :コイルバネが15mm撓んだ時、密着しないための余裕(5mm)。
t :コイルバネが挿入されている単位ゴム板の厚さ(3.5mm)。
HO=15mm+17.6mm+5mm+7mm=44.6mm
40kg作用時の高さHは
H=44.6mm−15mm=29.6mm
実施例1、2、3はコイルバネの線径が細くて密着高さが低いことなどから、最大支持質量5kg、10kg、20kgにおける高さは22mmとなる。
The height of the vibration isolation unit is shown below for Example 4 having a maximum support mass of 40 kg.
H O = δ ST + Ha + δs + 2t (mm) ……………………… (4)
H O : Vibration-free unit height at no load mm
δ ST : Static deflection
The necessary δ ST is set to 15 mm when the maximum support mass is 40 kg in consideration of the fact that the dynamic spring constant is harder than the static spring constant by suppressing the natural frequency to 4.5 to 8.5 Hz.
If the natural frequency is 3.5 Hz as in the conventional product, δ ST is 40-60 mm is required.
Ha: Coil spring contact height (Ha = 17.6mm at 40 kg)
δs: A margin (5 mm) for preventing close contact when the coil spring is bent by 15 mm.
t: Thickness (3.5 mm) of the unit rubber plate in which the coil spring is inserted.
H O = 15 mm + 17.6 mm + 5 mm + 7 mm = 44.6 mm
The height H at 40 kg is
H = 44.6mm-15mm = 29.6mm
In Examples 1, 2, and 3, the coil spring has a thin wire diameter and a low contact height, so the height at a maximum support mass of 5 kg, 10 kg, and 20 kg is 22 mm.
除振ユニットすなわち単位ゴム板付きコイルバネはゴムシートにより複数個集合されている。一般に機械の据付においては、機械下の除振材据付部は高さの制限はあるが平面的には余裕があり、広い面支持が可能である。シートをT形、L形、長方形などに裁断してコイルバネが均等にたわむように配列すれば、除振材のレベル調整機構が不要となる。均等なたわみが得られる結果、使用するコイルバネ個数を最小限にして最大のたわみを得ることが出来る。この結果、最小の固有振動数が得られて良好な除振性能が得られる。 A plurality of vibration isolation units, that is, coil springs with unit rubber plates, are assembled by rubber sheets. In general, in the installation of a machine, the vibration isolator installation part under the machine has a height limitation but has a margin in plan, and can support a wide surface. If the sheet is cut into a T shape, an L shape, a rectangle, etc. and arranged so that the coil springs are bent evenly, the level adjustment mechanism of the vibration isolator is not necessary. As a result of obtaining uniform deflection, the maximum deflection can be obtained by minimizing the number of coil springs used. As a result, the minimum natural frequency can be obtained and good vibration isolation performance can be obtained.
図1の構造を持つ除振ユニットの許容支持質量5kg(実施例1)、10kg(実施例2)、20kg(実施例3)、40kg(実施例4)の除振ユニットに、許容値の50%〜100%までを負荷した場合の固有振動数を太い実線で図18に示す。実施例1が符号番号a、実施例2が符号番号b、実施例3が符号番号c、実施例4が符号番号dである。単位ゴム板の材質は高減衰合成ゴムである。実施例5は実施例3の高減衰ゴムを天然ゴムに置き換えたものである。(符号番号:e)。実施例5では減衰能は小さく共振倍率は28dB、η=0.04であるが、動倍率は小さいため10kgの支持質量で6.5Hz、20kgで4.8Hzの低固有振動数が得られている。 The allowable support mass of the vibration isolation unit having the structure of FIG. 1 is 5 kg (Example 1), 10 kg (Example 2), 20 kg (Example 3), and 40 kg (Example 4). The natural frequency in the case of loading from 100% to 100% is shown by a thick solid line in FIG. Example 1 is a code number a, Example 2 is a code number b, Example 3 is a code number c, and Example 4 is a code number d. The material of the unit rubber plate is high damping synthetic rubber. In Example 5, the high damping rubber of Example 3 was replaced with natural rubber. (Code number: e). In Example 5, the damping capacity is small and the resonance magnification is 28 dB and η = 0.04. However, since the dynamic magnification is small, a low natural frequency of 6.5 Hz is obtained with a support mass of 10 kg and 4.8 Hz with 20 kg. Yes.
高減衰ゴムの実施例1〜4の場合、平均的にほぼ6.0 Hz(許容支持質量の100%)〜8Hz(許容支持質量の50%)の結果が得られた。これは防振ゴムの約1/2の固有振動数、すなわち、防振ゴムの1/4の動バネ定数に相当する。また各除振ユニットの支持質量が80%のときの高さを図19に示す。図19においても各実施例に対応する符号番号は同じである。 In the case of Examples 1 to 4 of the high-damping rubber, an average result of approximately 6.0 Hz (100% of the allowable support mass) to 8 Hz (50% of the allowable support mass) was obtained. This corresponds to a natural frequency about half that of the anti-vibration rubber, that is, a dynamic spring constant of 1/4 of the anti-vibration rubber. FIG. 19 shows the height when the supporting mass of each vibration isolation unit is 80%. Also in FIG. 19, the code numbers corresponding to the respective embodiments are the same.
実施例1〜4の固有振動数を平均的に7Hz、ロスファクタηを0.18とみなした場合の振動伝達率の周波数特性を符号番号cとして図20に、衝撃応答の波形を図21に示す。 The frequency characteristics of the vibration transmissibility when the natural frequencies of Examples 1 to 4 are regarded as 7 Hz on average and the loss factor η as 0.18 are shown as a code number c in FIG. Show.
比較例として小型除振ゴム(比較例1)φ15×17.8、φ20×21.4、φ30×29.6、の平均的固有振動数を12Hz、ロスファクタηを0.1、および、普及型コイルバネ(比較例2)の固有振動数を4.5Hz、ロスファクタηを0.01と見なした場合の振動伝達率の周波数特性を図20(小型除振ゴム符号番号b、普及型コイルバネ符号番号a)に、衝撃応答の波形を図21にあわせて示す。
As a comparative example, a small anti-vibration rubber (Comparative Example 1) φ15 × 17.8, φ20 × 21.4, φ30 × 29.6, average natural frequency of 12 Hz, loss factor η of 0.1, and
図20、図21に示されるように実施例1〜4の最大支持質量40kg以下において、防振ゴムと普及型コイルバネの中間の固有振動数を持つものが測定された。実施例1の単位ゴム板は図1の円形であるがその断面寸法は幅7.5mm、厚さ3.7mm、円弧長さ15mmである。コイルバネのバネ定数は3.23N/mm、単位ゴム板のバネ定数は支持質量により変化し3.89〜5.10N/mm、合計バネ定数は7.12〜8.33N/mmであった。固有振動数は6.5〜8.5Hz、動倍率2.5倍、共振倍率は平均的に12 dB(ロスファクタη=0.25)の測定結果が得られた。 As shown in FIGS. 20 and 21, those having a natural frequency intermediate between the anti-vibration rubber and the popular coil spring were measured at the maximum support mass of 40 kg or less in Examples 1 to 4. The unit rubber plate of Example 1 is circular as shown in FIG. 1, but its cross-sectional dimensions are 7.5 mm in width, 3.7 mm in thickness, and 15 mm in arc length. The spring constant of the coil spring was 3.23 N / mm, the spring constant of the unit rubber plate was 3.89 to 5.10 N / mm depending on the supporting mass, and the total spring constant was 7.12 to 8.33 N / mm. The natural frequency was 6.5 to 8.5 Hz, the dynamic magnification was 2.5 times, and the resonance magnification was 12 dB on average (loss factor η = 0.25).
実施例2においてはゴム板の幅は7.5mm、厚さ4.0mm、円弧長さ15mm。コイルバネのバネ定数は6.90N/mm、ゴム板のバネ定数は5.72〜7.29N/mm、合計バネ定数は12.62〜14.19N/mmであった。固有振動数8〜6Hz、動倍率1.8〜2.0倍、共振倍率は平均的に13 dB(η=0.22) の測定結果が得られた。 In Example 2, the rubber plate has a width of 7.5 mm, a thickness of 4.0 mm, and an arc length of 15 mm. The spring constant of the coil spring was 6.90 N / mm, the spring constant of the rubber plate was 5.72 to 7.29 N / mm, and the total spring constant was 12.62 to 14.19 N / mm. As a result, a natural frequency of 8 to 6 Hz, a dynamic magnification of 1.8 to 2.0 times, and a resonance magnification of 13 dB (η = 0.22) on average were obtained.
実地例3においては単位ゴム板の幅は7.5mm、厚さ5.0mm、円弧長さ15mm。コイルバネのバネ定数は14.20N/mm、単位ゴム板のバネ定数は7.98〜14.19N/mm、合計バネ定数は22.18〜28.39N/mmであった。固有振動数6〜7.5Hz、動倍率1.5〜2.0倍、共振倍率は平均的に15〜17dB(η=0.14〜0.17) の測定結果が得られた。 In practical example 3, the width of the unit rubber plate is 7.5 mm, the thickness is 5.0 mm, and the arc length is 15 mm. The spring constant of the coil spring was 14.20 N / mm, the spring constant of the unit rubber plate was 7.98 to 14.19 N / mm, and the total spring constant was 22.18 to 28.39 N / mm. Measurement results were obtained with a natural frequency of 6 to 7.5 Hz, a dynamic magnification of 1.5 to 2.0 times, and an average resonance magnification of 15 to 17 dB (η = 0.14 to 0.17).
実施例4においては単位ゴム板の幅は7.5mm、厚さ6.0mm、円弧長さ18mm。コイルバネのバネ定数は25.6N/mm、単位ゴム板のバネ定数は24.46〜27.46N/mm、合計バネ定数は50.48〜53.06N/mmであった。固有振動数5.8〜8Hz、動倍率は1.7〜1.8倍、共振倍率は平均的に18dB(η=0.12)が得られた。除振ユニットの1個の大きさは許容支持質量が5〜20kgにて外径Φ42、組立時高さ36mm、許容負荷支持時の高さ22mm、許容支持質量40kgにて外径Φ48mm、組立時高さ44.6mm、許容支持質量時の高さ29.6mmである。高減衰の除振装置は往復動圧縮機、振動コンベヤー、プレス機械、液晶検査装置などに好んで使われる。 In Example 4, the width of the unit rubber plate is 7.5 mm, the thickness is 6.0 mm, and the arc length is 18 mm. The spring constant of the coil spring was 25.6 N / mm, the spring constant of the unit rubber plate was 24.46 to 27.46 N / mm, and the total spring constant was 50.48 to 53.06 N / mm. The natural frequency was 5.8 to 8 Hz, the dynamic magnification was 1.7 to 1.8 times, and the resonance magnification was 18 dB (η = 0.12) on average. One size of the vibration isolation unit is an outer diameter of Φ42 when the allowable support mass is 5 to 20 kg, a height of 36 mm when assembled, a height of 22 mm when supporting the allowable load, an outer diameter of Φ48 mm when the allowable support mass is 40 kg, and when assembled. The height is 44.6 mm, and the height at the allowable support mass is 29.6 mm. High-damping vibration isolator is favorably used for reciprocating compressors, vibration conveyors, press machines, liquid crystal inspection devices, etc.
他方、送風機、ポンプなどの回転機械は衝撃力がなく、高減衰板バネを適用する必要がない。天然ゴムのように低減衰で動的倍率の小さいものとし、低固有振動数を得て振動伝達率を小さく出来る。すでに説明したように図18に許容支持質量20kgについて天然ゴムを使用した場合の固有振動数を太線の破線で示す。高減衰ゴムに対して固有振動数が約20%低減している。 On the other hand, rotating machines such as blowers and pumps have no impact force and do not require the application of high damping leaf springs. It is possible to reduce vibration transmission rate by obtaining a low natural frequency with low damping and low dynamic magnification like natural rubber. As described above, the natural frequency when natural rubber is used for an allowable support mass of 20 kg is shown by a thick broken line in FIG. The natural frequency is reduced by about 20% with respect to the high damping rubber.
コイルバネの高さhと中心径dの比率(h/d)を2以下とし機械支持時の安定性を確保してある。2段重ねしても除振材の座屈は無く安定的に機械を支持できる。2段重ねすれば固有振動数が4.2〜5.6Hzとなり機械、床の振動数7〜10Hzの振動が除振できる。 The ratio (h / d) between the height h of the coil spring and the center diameter d (h / d) is set to 2 or less to ensure stability when the machine is supported. Even if two stages are stacked, the vibration isolator is not buckled and the machine can be supported stably. If two stages are stacked, the natural frequency becomes 4.2 to 5.6 Hz, and vibrations of the machine and floor frequencies of 7 to 10 Hz can be eliminated.
1、12、13……ゴムシート
1a、12a、13a……コイルバネ用逃げ穴
1b、12b、13b……ゴムシート裁断の案内溝
2……コイルバネ
3、31、32、33、4、41、42……単位ゴム板
3a、31a、32a、33a、4a、41a、42a……コイルバネ受け用凹部
3b、31b、32b、33b……連結部
3c、31c、4c、41c……スリット
3d、31d、4d、41d……ビスナット用穴
5……ビスナット
6……接着面
10……除振装置
100、101、102……除振ユニット
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