JP2017057881A - 機械装置支持構造 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】
従来の、基礎に設けられ周期的な加振力を発生する駆動部を持つ機械装置本体と機械装置本体を据え付けるための据付面を持つ脚部とを有する機械装置を支持する機械装置支持構造にかわって、脚部と基礎の間に設けられ、基礎と脚部との間の鉛直方向の相対変位を回転体の回転量に変換する慣性マスと、基礎と脚部との間の鉛直方向の相対変位に対応して鉛直方向にそって作用する弾性力を発生する支持ばねと、を備えるものとした。
【選択図】 図2
Description
例えば、加工対象物を加工するのに高速プレス装置が用いられる。
高速プレス装置は、基礎に据え付けられ、高速プレス機と支持機構とで構成される。
高速プレス機は、高速プレス本体と脚部とで構成される。
高速プレス本体は、駆動部と加工部とを有する。
駆動部は、油圧駆動または電気駆動により加工部を駆動する。
加工部は、加工対象物を加工する部分である。
脚部は、高速プレス本体を据え付けるための据付面を持つ部分である。
例えば、機械装置支持構造は、高速プレス機を支持する機構である。
一般に、機械装置支持構造は、架台60と支持ばねと減衰要素とで構成される。
図13、図14は、従来構造の機械装置支持構造を示す。
例えば、架台60は、高速プレス機を乗せる台構造であり、振動を抑制できるに必要な質量をもつ。
例えば、高速プレス機の脚部が架台60の上面に据え付けられる。
支持ばねと減衰要素とが、架台60と基礎50との間に設けられる。
例えば、支持ばねと減衰要素とは鉛直に重ねられたさらバネで実現される。
駆動部が加工部を駆動すると、駆動部の加振振動数と加振力とで高速プレス装置が加振される。
架台と支持ばねと減衰要素とを適正に選択することにより、高速プレス装置の鉛直方向の鉛直応答変位を小さくすることができる。
一般的に、架台の質量が大きくなると、高速プレス装置の鉛直方向の鉛直応答変位を小さくできる。
特に、架台の質量が大きくなると、支持ばねの静たわみが大きくなり、支持ばねの選択が難しくなる。
その結果、回転体と支持ばねの物理諸元を適切に選択することで、機械装置と慣性マスと支持ばねとでできる振動系の振動を抑制できる。
上記本発明に係る実施形態の構成により、前記慣性マスの上部が脚部に直接に連結される。
その結果、前記慣性マスが鉛直方向の相対変位を回転体の回転量に変換することにより回転体の回転慣性力に起因して発生する鉛直方向の反力が機械装置に直接に伝わる。
上記本発明に係る実施形態の構成により、質点系で表したときに機械装置の質量と前記慣性マスにより前記回転体の回転慣性力に起因して生ずる鉛直方向の反力に対応する鉛直方向の見かけの質量とが直接に直列接続される。
その結果、機械装置の質量と前記慣性マスにより前記回転体の回転慣性力に起因して生ずる鉛直方向の反力に対応する鉛直方向の見かけの質量とが一体として鉛直方向に相対移動する。
上記実施形態の構成により、質点系で表されたときに前記慣性マスにより前記回転体の回転慣性力に起因して生ずる鉛直方向の反力に対応する鉛直方向の見かけの質量と前記支持ばねのばね定数とが、前記質点系の固有振動数が前記駆動部の加振振動数より十分に小さく、かつ機械装置本体の鉛直方向の鉛直応答変位が所定の鉛直変位値より小さくなる様に、選択されたものである。
その結果、無理なく機械装置本体の鉛直方向の振動を抑制できる。
上記実施形態の構成により、前記支持ばねが前記慣性マスにガイドされて基礎と脚部との間の鉛直方向の相対変位に対応して鉛直方向にそって伸縮する。
その結果、前記慣性マスの発生する鉛直方向の反力と前記支持ばねの発生する弾性反力とが同軸上に作用し、機械装置に無用な偶力が発生しにくい。
上記実施形態の構成により、前記慣性マスが外周面に長手方向に沿って所定のリードを持つ螺旋状の溝である螺旋溝を設けられる長尺部材と前記長軸部材の回転に対応して回転する回転部材と前記螺旋溝に倣って案内されるナット部材とを有する。脚部側連結部材が脚部と前記ナット部材及び前記長尺部材の一方との鉛直方向の相対変位と鉛直軸の回りの相対回転を拘束する様に脚部と前記ナット部材及び前記長尺部材の一方とを連結する。基礎側連結部材が前記ナット部材及び前記長尺部材の他方と基礎との鉛直方向の相対変位を拘束し鉛直軸の回りの回転を自在にする様に前記ナット部材及び前記長尺部材の他方と基礎とを連結する。
その結果、脚部と基礎との鉛直方向の相対変位が生ずると、前記ナット部材及び前記長尺部材の他方が回転する。
上記実施形態の構成により、
前記脚部側連結部材が脚部と前記ナット部材及び前記長尺部材の一方との水平方向の相対移動を所定のストロークの範囲内で自在にする様に脚部と前記ナット部材及び前記長尺部材の一方とを連結する。
その結果、機械装置に水平方向の相対変位が生じても所定のストロークの範囲内で前記ナット部材及び前記長尺部材の一方に水平力が生じない。
上記実施形態の構成により、前記慣性マスが外周面に長手方向に沿って所定のリードを持つ螺旋状の溝である螺旋溝を設けられる長尺部材と前記螺旋溝に倣って案内されるナット部材と前記ナット部材の回転に対応して回転する回転部材とを有する。脚部側連結部材が脚部と前記長尺部材及び前記ナット部材の一方との鉛直方向の相対変位を拘束し鉛直軸の回りの相対回転を自由にする様に脚部と前記長尺部材及び前記ナット部材の一方とを連結する。基礎側連結部材が前記長尺部材及び前記ナット部材の他方と基礎との鉛直方向の相対変位を拘束し鉛直軸の回りの回転を拘束する様に前記長尺部材及び前記ナット部材の他方と基礎と連結する。
その結果、脚部と基礎との鉛直方向の相対変位が生ずると、前記長尺部材及び前記ナット部材の一方が回転する。
上記実施形態の構成により、基礎側連結部材が前記長尺部材及び前記ナット部材の他方と基礎との水平方向の相対変位を所定のストロークの範囲内で自在にする様に前記長尺部材及び前記ナット部材の他方と基礎と連結する。
その結果、機械装置に水平方向の相対変位が生じても所定のストロークの範囲内で前記ナット部材及び前記長尺部材の一方に水平力が生じない。
上記実施形態の構成により、前記慣性マスが前記長尺部材と前記ナット部材と前記ナット部材を囲い内部に潤滑油を溜める潤滑油用カバーとを有する。
その結果、ナット部材が長尺部材の螺旋溝に倣って安定して案内される。
上記実施形態の構成により、前記慣性マスが前記長尺部材と円筒状の外側面をもつ前記ナット部材とを有する。前記支持ばねが前記ナット部材の前記外側面により鉛直方向に伸縮自在に案内される。
その結果、前記慣性マスの発生する鉛直方向の反力と前記支持ばねの発生する弾性反力とが同軸上に作用し、機械装置に無用な偶力が発生しにくい。
周期的な加振力を発生する駆動部と加工部とをもつ機械装置本体を据え付けるための据付面を持つ脚部と基礎との間に慣性マスと支持ばねとを設け、前記慣性マスが鉛直方向の相対変位を回転体の回転量に変換し、前記支持ばねが鉛直方向の相対変位に対応して鉛直方向に採用する弾性反力を発生する様にしたので、回転体と支持ばねの物理諸元を適切に選択することで、機械装置と慣性マスと支持ばねとでできる振動系の振動を抑制できる。
また、前記慣性マスの上部が脚部に直接に連結される様にしたので、前記慣性マスが鉛直方向の相対変位を回転体の回転量に変換することにより回転体の回転慣性力に起因して発生する鉛直方向の反力が機械装置に直接に伝わる。
また、質点系で表したときに機械装置の質量と前記慣性マスにより前記回転体の回転慣性力に起因して生ずる鉛直方向の反力に対応する鉛直方向の見かけの質量とが直接に直列接続される様にしたので、機械装置の質量と前記慣性マスによち前記回転体の回転慣性力に起因して生ずる鉛直方向の反力に対応する鉛直方向の見かけの質量とが一体として鉛直方向に相対移動する。
また、質点系で表されたときに前記慣性マスにより前記回転体の回転慣性力に起因して生ずる鉛直方向の反力に対応する鉛直方向の見かけの質量と前記支持ばねのばね定数とが選択され、前記質点系の固有振動数が前記駆動部の加振振動数より十分に小さく、かつ機械装置本体の鉛直方向の鉛直応答変位が所定の鉛直変位値より小さくなる様にしたので、無理なく機械装置本体の鉛直方向の振動を抑制できる。
また、前記支持ばねが前記慣性マスにガイドされて基礎と脚部との間の鉛直方向の相対変位に対応して鉛直方向にそって伸縮する様にしたので、前記慣性マスの発生する鉛直方向の反力と前記支持ばねの発生する弾性反力とが同軸上に作用し、機械装置に無用な偶力が発生しにくい。
また、前記螺旋溝を設けられる長尺部材と前記長尺部材に対応して回転する回転部材と前記螺旋溝に倣って案内されるナット部材とで構成される前記慣性マスを用い、脚部側連結部材が脚部と前記ナット部材及び前記長尺部材の一方との鉛直方向の相対変位と鉛直軸の回りの相対回転とを拘束する様にし、基礎側連結部材が前記ナット部材及び前記長尺部材の他方と基礎との鉛直方向の相対変位を拘束し鉛直軸の回りの回転を自在にする様にしたので、脚部と基礎との鉛直方向の相対変位が生ずると、前記ナット部材及び前記長尺部材の他方が回転する。
また、前記脚部側連結部材が脚部と前記ナット部材及び前記長尺部材の一方との水平方向の相対移動を所定のストロークの範囲内で自在にする様にしたので、機械装置に水平方向の相対変位が生じても所定のストロークの範囲内で前記ナット部材及び前記長尺部材の一方に水平力が生じない。
また、前記螺旋溝を設けられる長尺部材と前記長尺部材に対応して回転する回転部材と前記螺旋溝に倣って案内されるナット部材とで構成される前記慣性マスを用い、脚部側連結部材が脚部と前記長尺部材及び前記ナット部材の一方との鉛直方向の相対変位を拘束し鉛直軸の回りの相対回転を自由にする様にし、基礎側連結部材が前記長尺部材及び前記ナット部材の他方と基礎との鉛直方向の相対変位を拘束し鉛直軸の回りに回転を拘束する様にしたので、脚部と基礎との鉛直方向の相対変位が生ずると、前記長尺部材及び前記ナット部材の一方が回転する。
また、前記基礎側連結部材が、前記長尺部材及び前記ナット部材の他方と基礎との水平方向の相対変位を所定のストロークの範囲内で自在にする様にしたので、機械装置に水平方向の相対変位が生じても所定のストロークの範囲内で前記ナット部材及び前記長尺部材の一方に水平力が生じない。
また、潤滑油用カバーが前記ナット部材を囲い内部に潤滑油を溜める様にしたので、ナット部材が長尺部材の螺旋溝に倣って安定して案内される。
また、前記支持ばねが前記慣性マスの前記長尺部材に案内される前記ナット部材の前記外側面により鉛直方向に伸縮自在に案内される様にしたので、前記慣性マスの発生する鉛直方向の反力と前記支持ばねの発生する弾性反力とが同軸上に作用し、機械装置に無用な偶力が発生しにくい。
本発明の実施形態に係る機械装置の概念図である。本発明の実施形態に係る機械装置支持構造の正面図である。本発明の実施形態に係る機械装置支持構造の平面図である。本発明の実施形態に係る慣性マスの各種タイプの概念図である。
機械装置は、機械装置本体110と脚部120とで構成する。
機械装置本体110は、駆動部111で構成される。
機械装置本体110は、駆動部111と加工部112とで構成されてもよい。
機械装置本体110は、駆動部111と加工部112と材料投入口113と制御盤114とで構成されてもよい。
駆動部111は、周期的な加振力を発生する部分である。
例えば、駆動部111は、周期的な鉛直方向の加速度成分が卓越する加振力を発生する。
加工部112は、材料を加工する部分である。
材料投入口113は,加工される材料を投入する部分である。
制御盤114は、機械装置本体110を制御する盤である。
脚部120は、機械装置本体を据え付けるための据付面Sを持つ部分である。
脚部120は、機械装置本体110の下部に固定される。
例えば、一対の脚部120が、機械装置本体110の下部に固定される。
機械装置支持構造は、基礎50に設けられる。
機械装置支持構造は、脚部120と基礎50との間に設けられる。
機械装置支持構造は、慣性マス200と支持ばね300とで構成される。
機械装置支持構造は、慣性マス200と支持ばね300と脚部側連結部材410と基礎側連結部材420とで構成される。
機械装置支持構造は、慣性マス200と支持ばね300と脚部側連結部材410と基礎側連結部材420と脚部側バネ連結部材510と基礎側バネ連結部材520とで構成されてもよい。
脚部側連結部材410が脚部側バネ連結部材510を兼ねても良い。
基礎側連結部材420が基礎側バネ連結部材520を兼ねても良い。
慣性マス200と支持ばね300とは、別個に並んで設置されてもよい。
慣性マス200と支持ばね300とは、一体になっていてもよい。
支持ばね300は、基礎と脚部との間の鉛直方向の相対変位に対応して鉛直方向にそって作用する弾性反力を発生する機械要素である。
慣性マス200の上部が、脚部120に直接に連結されてもよい。
例えば、慣性マス200の上部が、脚部側連結部材410により脚部120に直接に連結される。
慣性マス200の下部が、基礎50に直接に連結されてもよい。
例えば、慣性マス200の下部が、基礎側連結部材420により基礎50に直接に接続される。
支持ばね300の上部が、脚部120に直接に連結されてもよい。
例えば、支持ばね300の上部が、脚部側バネ連結部材510により脚部120に直接に連結される。
支持ばね300の下部が、基礎50に直接に連結されてもよい。
例えば、支持ばね300の下部が、基礎側バネ連結部材520により基礎40に直接に連結される。
鉛直方向の相対変位が慣性マスに発生すると、慣性マスが慣性力を発生する。 鉛直方向の慣性力は鉛直方向の相対変位の加速度に比例する。その結果、慣性マス200は見かけの質量mdをもつ。
弾性反力は、鉛直方向の相対変位に比例する。
減衰力は、鉛直方向の相対変位の速度に比例する。
機械装置100と機械装置支持構造とで構成されるシステムを質点モデルとして表したときに、慣性マス200と支持ばね300と減衰要素Cとが質量mを持つ機械装置と基礎50との間に設けられて、機械装置と基礎50とに連結される。
質点系で表したときに機械装置の質量mと慣性マス200により回転体の回転慣性力に起因して生ずる鉛直方向の反力に対応する鉛直方向の見かけの質量mdとが直接に直列接続される。
質点系で表したときに機械装置の質量mと慣性マス200により回転体の回転慣性力に起因して鉛直方向の相対加速度に対応する様に生ずる鉛直方向の反力に対応する鉛直方向の見かけの質量mdとが直接に直列接続される。
長尺部材210は、外周面に長手方向に沿って所定のリードを持つ螺旋状の溝である螺旋溝を設けられる部材である。
ナット部材230は、螺旋溝に倣って案内される部材である。
ナット部材230は、螺旋溝に沿って転動する複数のボール球を保持してもよい。
長尺部材210とナット部材230とが鉛直方向に相対変位すると、複数のボール球がナット部材230の内部で循環する。
回転部材220は、長尺部材210の回転に対応して回転する部材であってもよい。
回転部材220は、ナット部材230の回転に対応して回転する部材であってもよい。
潤滑油カバー240は、ナット部材230を囲い内部に潤滑油を溜める部材である。
支持ばね300が潤滑油カバー240の外側面により鉛直方向に伸縮自在に案内されてもよい。
図4は、本発明の実施形態に係る機械装置支持構造に用いられる慣性マスの各種のタイプを説明する。
図中、シンボル「○−○」で表されるものは自在機構である。シンボル「○| |○」で表されるのは回転軸受である。
回転部材220は、長尺部材210の回転に対応して回転する部材である。
例えば、回転部材220は、長尺部材210に固定され、一体に回転する
脚部側連結部材410が、脚部120とナット部材230との鉛直方向および水平方向の相対変位と鉛直軸周りの相対回転を拘束する様に様に脚部120とナット部材230とを連結する。
基礎側連結部材420が、長尺部材210と基礎50との鉛直方向および水平方向の相対変位を拘束し鉛直軸の回りの回転を自在にする様に、長尺部材210と基礎50とを連結する。
機械装置が上下振動すると、脚部120と基礎との鉛直方向の相対変位に対応して長尺部材210と回転部材220とが回転して、回転慣性力に起因して脚部側連結部材410に鉛直方向の反力が生ずる。
回転部材220は、長尺部材210の回転に対応して回転する部材である。
例えば、回転部材220は、長尺部材210に固定され、一体に回転する。
脚部側連結部材410は、脚部120と長尺部材210との鉛直方向および水平方向の相対変位を拘束し鉛直軸周りの回転を自在にする様に、脚部120と長尺部材210とを連結する。
基礎側連結部材420は、ナット部材230と基礎50との鉛直方向および水平方向の相対移動と鉛直軸周りの回転を拘束する様に、ナット部材230と基礎50とを連結する。
機械装置が上下振動すると、脚部120と基礎との鉛直方向の相対変位に対応して長尺部材210と回転部材220とが回転して、回転慣性力に起因して脚部側連結部材410に鉛直方向の反力が生ずる。
回転部材220は、ナット部材230の回転に対応して回転する。
例えば、回転部材220は、ナット部材230に固定され、一体に回転する。
脚部側連結部材410は、脚部120と長尺部材210との鉛直方向および水平方向の相対変位と鉛直軸の回りの回転を拘束する様に、脚部120と長尺部材210とを連結する。
基礎側連結部材420は、ナット部材230と基礎50との鉛直方向および水平方向の相対移動を拘束し鉛直軸の回りの回転を自在にする様に、ナット部材230と基礎50とおを連結する。
機械装置が上下振動すると、脚部120と基礎との鉛直方向の相対変位に対応してナット部材230と回転部材220とが回転して、回転慣性力に起因して脚部側連結部材410に鉛直方向の反力が生ずる。
回転部材220は、ナット部材230の回転に対応して回転する。
例えば、回転部材220は、ナット部材230に固定され、一体に回転する。
脚部側連結部材410は、脚部120とナット部材230との鉛直方向および水平方向の相対移動を拘束し鉛直軸周りの回転を自在にする様に、脚部120とナット部材230とを連結する。
基礎側連結部材420は、長尺部材210と基礎50との鉛直方向および水平方向の相対移動と鉛直軸の周りの回転を拘束する様に、長尺部材210と基礎50とを連結する。
機械装置が上下振動すると、脚部120と基礎との鉛直方向の相対変位に対応してナット部材230と回転部材220とが回転して、回転慣性力に起因して脚部側連結部材410に鉛直方向の反力が生ずる。
タイプEの構造は、脚部側連結部材410の構造を除き、タイプAの構造と同じである。
脚部側連結部材410は、脚部120とナット部材230との鉛直方向の相対変位を拘束し水平方向の相対移動を所定のストロークの範囲内で自在にし、鉛直軸周りの回転を拘束にする様に、脚部120とナット部材230とを連結する。
タイプFの構造は、基礎側連結部材420の構造を除き、タイプBの構造と同じである。
基礎側連結部材420は、ナット部材230と基礎50との鉛直方向の相対移動を拘束し水平方向の相対移動を所定のストロークの範囲内で自在にし鉛直軸の周りの回転を拘束する様に、ナット部材230と基礎50とを連結する。
タイプGの構造は、脚部側連結部材410の構造を除き、タイプCの構造と同じである。
脚部側連結部材410は、脚部120と長尺部材210との鉛直方向の相対移動を拘束し水平方向の相対移動を所定のストロークの範囲内で自由にし鉛直軸の周りの回転を拘束する様に、脚部120と長尺部材210とを連結する。
タイプHの構造は、基礎側連結部材420の構造を除き、タイプDの構造と同じである。
基礎側連結部材410は、長尺部材210と基礎50の鉛直方向の相対移動を拘束し水平方向の相対移動を所定のストロークの範囲内で自由にし鉛直軸の周りの回転を拘束する様に、長尺部材210と基礎50とを連結する。
タイプIの構造は、基礎側連結部材420の構造を除き、タイプAの構造と同じである。
基礎側連結部材420は、長尺部材210と基礎50との鉛直方向の相対移動を拘束し水平方向の相対移動を所定のストロークの範囲内で自由にし鉛直軸の周りの回転を自由にする様に、長尺部材210と基礎50とを連結する。
タイプJの構造は、脚部側連結部材410の構造を除き、タイプBの構造と同じである。
脚部側連結部材410は、脚部120と長尺部材210との鉛直方向の相対移動を拘束し水平方向の相対移動を所定のストロークの範囲内で自由にし鉛直軸の周りの回転を自由にする様に、脚部120と長尺部材210とを連結する。
タイプKの構造は、基礎側連結部材420の構造を除き、タイプCの構造と同じである。
基礎側連結部材420は、ナット部材230と基礎50との鉛直方向の相対移動を拘束し水平方向の相対移動を所定のストロークの範囲内で自由にし鉛直軸の回りの回転を自由にする様に、ナット部材230と基礎50とを連結する。
タイプLの構造は、脚部側連結部材410の構造を除き、タイプDの構造と同じである。
脚部側連結部材410は、脚部120とナット部材230との鉛直方向の相対移動を拘束し水平方向の相対移動を所定のストロークの範囲内で自由にし鉛直軸の回りに回転を自由にする様に、脚部120とナット部材230とを連結する。
図5は、本発明の第一の実施形態に係る慣性マスの正面図である。
図6は、本発明の第一の実施形態に係る支持ばねの正面図である。
第一の実施形態にかかる機械装置支持構造に用いられる慣性マスは、タイプAに相当する。
機械装置支持構造は、慣性マス200と支持ばね300と脚部側連結部材410と基礎側連結部材420と脚部側バネ連結部材510と基礎側バネ連結部材520とで構成される。
図3は、4つの慣性マス200と4つの支持ばね300とが、上からみて脚部120の隅に各々に配される様子を示す。
長尺部材210は、外周面に長手方向に沿って所定のリードを持つ螺旋状の溝である螺旋溝を設けられる部材である。
長尺部材210は、長手方向を鉛直軸に沿わす。
回転部材220は、長尺部材210の回転に対応して回転する部材である。
回転部材220は、長尺部材210の下部に固定され、一体となっている。
ナット部材230は、螺旋溝に倣って案内される部材である。
ナット部材230は、螺旋溝に沿って転動する複数のボール球をもつ。
ナット部材230と長尺部材210とが鉛直方向に相対移動すると複数のボール球がナット部材230の中を循環する。
重なる複数のさらバネ310が、鉛直方向に伸縮することにより、鉛直方向に弾性反力を発生する。
重なる複数のさらバネ310が、鉛直方向に伸縮することにより、複数のさらバネの摩擦に起因して鉛直方向に減衰力が発生する。
ガイド棒が複数のさらバネを鉛直方向に伸縮自在にガイドする。
脚部側バネ連結部材510は、脚部120に固定され、ガイド棒を鉛直方向及び水平方向に相対移動を拘束し、鉛直軸の回りの回転を拘束する。
基礎側バネ連結部材520は、基礎50に固定され、ガイド棒を鉛直方向の相対移動を自在にし水平方向の相対移動を拘束する。
加振力が機械装置に発生すると、機械装置が振動し、脚部120と基礎50との間に相対変位が生ずる。
脚部120と基礎50と間の鉛直方向の相対変位により、慣性マス200は、長尺部材210と回転部材220の鉛直軸の回りの回転により回転慣性能率に起因する鉛直方向の反力を発生する。発生する鉛直方向の反力は、鉛直方向の相対変位の加速度に比例する。
ここで、反力は、加速度の向きの反対方向に作用する力である。
脚部120と基礎50と間の鉛直方向の相対変位により、支持ばね300は、重なった複数のさらバネの伸縮により、弾性力と減衰力とを発生する。弾性力は、鉛直方向の相対変位に比例する。減衰力は、鉛直方向の速度に比例する。
ガイド棒320が基礎側バネ連結部材520に設けられた穴に案内されるので、脚部120と基礎50と間の水平方向の相対変位が抑制される。
図7は、本発明の第二の実施形態に係る機械装置支持構造に用いる慣性マスの正面図である。
第二の実施形態のかかる機械装置支持構造に用いる慣性マスは、タイプEに相当する。
機械装置支持構造は、慣性マス200と支持ばね300と脚部側連結部材410と基礎側連結部材420と脚部側バネ連結部材510と基礎側バネ連結部材520で構成される。
図3は、4つの慣性マス200と4つの支持ばね300とが、上からみて脚部120の隅に各々に配される様子を示す。
例えば、脚部側連結部材410は、脚部側連結部材本体411と自在機構412とで構成される。
例えば、自在機構412は、一端を脚部120に球面ブッシュで揺動自在に固定され、他端を脚部側連結部材本体411に球面ブッシュで揺動自在に固定されるリンクである。
図8は、本発明の第三の実施形態に係る慣性マスの正面図である。
第三の実施形態に係る機械装置支持機構に用いる慣性マスは、タイプAに相当するものと支持ばねを一体にしたものである。
機械装置支持構造は、慣性マス200と支持ばね300と脚部側連結部材410と基礎側連結部材420とで構成される。
脚部側連結部材410は、脚部側バネ連結部材510を兼ねる
基礎側連結部材420は、基礎側バネ連結部材520を兼ねる。
重なった複数のさらばね310が、ナット部材230の円筒状の外側面により鉛直方向に伸縮自在に案内される。
図9は、本発明の第四の実施形態に係る慣性マスの正面図である。
第四の実施形態にかかる機械装置支持構造に用いる慣性マスは、タイプBに相当する。
機械装置支持構造は、慣性マス200と支持ばね300と脚部側連結部材410と基礎側連結部材420と脚部側バネ連結部材510と基礎側バネ連結部材520で構成される。
図3は、4つの慣性マス200と4つの支持ばね300とが、上からみて脚部120の隅に各々に配される様子を示す。
長尺部材210は、外周面に長手方向に沿って所定のリードを持つ螺旋状の溝である螺旋溝を設けられる部材である。
長尺部材210は、長手方向を鉛直軸に沿わす。
回転部材220は、長尺部材210の回転に対応して回転する部材である。
回転部材220は、長尺部材210の下部に固定され、一体となっている。
ナット部材230は、螺旋溝に倣って案内される部材である。
ナット部材230は、螺旋溝に沿って転動するボールをもつ。
ナット部材230と長尺部材210とが鉛直方向に相対移動すると複数のボール球がナット部材230の中を循環する。
潤滑油カバー240は、ナット部材230を囲い内部に潤滑油を溜める部材である。
加振力が機械装置に発生すると、機械装置が振動し、脚部120と基礎50との間に相対変位が生ずる。
脚部120と基礎50と間の鉛直方向の相対変位により、慣性マス200は、長尺部材210と回転部材220の鉛直軸の回りの回転により回転慣性能率に起因する鉛直方向の反力を発生する。発生した鉛直方向の反力は、鉛直方向の相対変位の加速度に比例する。
ここで、反力は加速度の向きの反対方向に作用する力である。
潤滑油が潤滑油カバーの内部で循環し、長尺部材210とナット部材230との相対摩擦を軽減する。
脚部120と基礎50と間の鉛直方向の相対変位により、支持ばね300は、重なった複数のさらバネの伸縮により、弾性力と減衰力とを発生する。弾性力は、鉛直方向の相対変位に比例する。減衰力は、鉛直方向の速度に比例する。
ガイド棒320が基礎側連結部材420に設けられた穴に案内されるので、脚部120と基礎50と間の水平方向の相対変位が抑制される。
図10は、本発明の第五の実施形態に係る慣性マスの正面図である。
第五の実施形態にかかる機械装置支持構造に用いる慣性マスは、タイプDに相当する。
機械装置支持構造は、慣性マス200と支持ばね300と脚部側連結部材410と基礎側連結部材420とで構成される。
脚部側連結部材410が、脚部側バネ連結部材510を兼ねる。
基礎側連結部材420が、基礎側バネ連結部材420を兼ねる。
図3は、4つの慣性マス200と4つの支持ばね300とが、上からみて脚部120の隅に配される様子を示す。
説明の便宜上、機械装置は高速プレス機であるとして、以下説明する。
慣性マスによる高速プレス機の鉛直変位抑制効果の検討を行った。慣性マスの設定にあたっては、次の2つの条件を満たすものとする。(1)慣性マス設置後の振動系の固有振動数と減衰係数が等しくなるようにすること、(2)与えられた加振条件に対して、鉛直応答変位は1mm以下になるようにすること。
機械装置本体と機械装置支持構造の諸元は表1に、質点系で表したときの検討モデルを図11に示す。検討モデルは、機械装置本体の下に減衰要素をもつ支持ばねと並列に慣性ますを設置したものとした。加振条件は、振動数10Hz、6tonfの加振力を機械装置本体の質点に与えるものとした。
ここで、慣性マス設置後の固有振動数と減衰係数が等しいという条件(f−f’、h=h’)より、慣性マス設置後の機械装置支持構造のバネ剛性kと減衰係数c’は式(4
、式(5)で表される。
一方、図11において、慣性マス設置後の振動方程式は式(6)で表される。ここで、ωは加振固有円振動数、F0は加振力を表す。
ここで、定常応答解をx=Aeiωtとおくと、
よって、応答変位と機械装置支持構造の反力Fdは、それぞれ式(7)、式(8)で表される。
表1に示す加振条件において、応答変位が、
以下いう条件を満たす慣性マスmdを式(4)、式(5)に代入すると、慣性マス設置後の機械装置支持構造のバネ剛性K’と減衰係数c’が求まる。
機械の鉛直応答変位xを1mm以下に抑制するための慣性マス、機械装置支持構造のバネ剛性および減衰係数を3で算出した式により求める。検討結果を表2に示す。鉛直応答変位xを1mm以下に抑制するための慣性マスは13ton(4隅に設置する場合、1基当たり3.25ton)、慣性マス設置後の機械装置支持構造のバネ剛性は4195kN/m(4隅に設置する場合、1基当たり1049kN/m)、減衰係数は80.1Ns/m(一基当たり20.0Ns/m)であった。また、加振振動数を10Hzとして、加振力を40kN、60kN、100kNと変化させたときの慣性マスと鉛直応答変位との関係を表3に示す。
4の検討で得られた等価質量3.25tonの慣性マスの概略寸法を検討する。ここで、慣性マスは仮にボールねじ式とし、等価質量は式(9)で求めた。
検討結果を表4に示す。ボールねじのリードを16mm、付加錘の外径を180mm、内径を150mm、長さを50mmとすると、等価質量3ton程度のダンパーとなる。
周期的な加振力を発生する駆動部111と加工部112とをもつ機械装置本体110を据え付けるための据付面Sを持つ脚部120と基礎50との間に慣性マス200と支持ばね300とを設け、慣性マス200が鉛直方向の相対変位を回転体の回転量に変換し、支持ばね300が鉛直方向の相対変位に対応して鉛直方向に採用する弾性反力を発生する様にしたので、回転体と支持ばねの物理諸元を適切に選択することで、機械装置100と慣性マス200と支持ばね300とでできる振動系の振動を抑制できる。
また、慣性マス200の上部が脚部120に直接に連結される様にしたので、慣性マス200が鉛直方向の相対変位を回転体の回転量に変換することにより回転体の回転慣性力に起因して発生する鉛直方向の反力が機械装置に直接に伝わる。
また、質点系で表したときに機械装置の質量と慣性マスにより回転体の回転慣性力に起因して鉛直方向の相対加速度に比例する様に生ずる鉛直方向の反力に対応する鉛直方向の見かけの質量とが直接に直列接続される様にしたので、機械装置100の質量と慣性マス200による回転体の回転慣性力に起因して生ずる鉛直方向の反力に対応する鉛直方向の見かけの質量とが一体として鉛直方向に相対移動する。
また、質点系で表されたときに慣性マス200により回転体の回転慣性力に起因して鉛直方向の相対加速度に比例する様に生ずる鉛直方向の反力に対応する鉛直方向の見かけの質量mdと支持ばね300のばね定数kとが選択され、質点系の固有振動数が駆動部111の加振振動数より十分に小さく、かつ機械装置本体110の鉛直方向の鉛直応答変位が所定の鉛直変位値より小さくなる様にしたので、無理なく機械装置本体110の鉛直方向の振動を抑制できる。
また、支持ばね300が慣性マス200にガイドされて基礎50と脚部120との間の鉛直方向の相対変位に対応して鉛直方向にそって伸縮する様にしたので、慣性マス200の発生する鉛直方向の反力と支持ばね300の発生する弾性反力とが同軸上に作用し、機械装置に無用な偶力が発生しにくい。
また、螺旋溝を設けられる長尺部材210と長尺部材210に対応して回転する回転部材220と螺旋溝に倣って案内されるナット部材230とで構成される慣性マス200を用い、脚部側連結部材410が脚部120とナット部材230との鉛直方向の相対変位と鉛直軸の回りの相対回転とを拘束する様にし、基礎側連結部材420が長尺部材210と基礎50との鉛直方向の相対変位を拘束し鉛直軸の回りの回転を自在にする様にしたので、脚部120と基礎50との鉛直方向の相対変位が生ずると、長尺部材210が回転する。
また、脚部側連結部材410が脚部120とナット部材230との水平方向の相対移動を所定のストロークの範囲内で自在にする様にしたので、機械装置100に水平方向の相対変位が生じても所定のストロークの範囲内でナット部材に水平力が生じない。
また、螺旋溝を設けられる長尺部材210と長尺部材210に対応して回転する回転部材220と螺旋溝に倣って案内されるナット部材230とで構成される慣性マス200を用い、脚部側連結部材410が脚部120と長尺部材210との鉛直方向の相対変位と鉛直軸の回りの相対回転とを拘束する様にし、基礎側連結部材420がナット部材230と基礎50との鉛直方向の相対変位を拘束し鉛直軸の回りの回転を自在にする様にしたので、脚部120と基礎50との鉛直方向の相対変位が生ずると、ナット部材230が回転する。
また、脚部側連結部材410が脚部120と長尺部材210の水平方向の相対移動を所定のストロークの範囲内で自在にする様にしたので、機械装置100に水平方向の相対変位が生じても所定のストロークの範囲内で長尺部材210に水平力が生じない。
また、螺旋溝を設けられる長尺部材210と長尺部材210に対応して回転する回転部材220と螺旋溝に倣って案内されるナット部材230とで構成される慣性マス200を用い、脚部側連結部材410が脚部120と長尺部材210との鉛直方向の相対変位を拘束し鉛直軸の回りの相対回転を自由にする様にし、基礎側連結部材420がナット部材230と基礎50との鉛直方向の相対変位を拘束し鉛直軸の回りに回転を拘束する様にしたので、脚部120と基礎50との鉛直方向の相対変位が生ずると、長尺部材210が回転する。
また、基礎側連結部材410が、ナット部材230と基礎50との水平方向の相対変位を所定のストロークの範囲内で自在にする様にしたので、機械装置100に水平方向の相対変位が生じても所定のストロークの範囲内でナット部材230に水平力が生じない。
また、螺旋溝を設けられる長尺部材210と長尺部材210に対応して回転する回転部材220と螺旋溝に倣って案内されるナット部材230とで構成される慣性マス200を用い、脚部側連結部材410が脚部120とナット部材230との鉛直方向の相対変位を拘束し鉛直軸の回りの相対回転を自由にする様にし、基礎側連結部材420が長尺部材210と基礎50との鉛直方向の相対変位を拘束し鉛直軸の回りに回転を拘束する様にしたので、脚部120と基礎50との鉛直方向の相対変位が生ずると、ナット部材230が回転する。
また、基礎側連結部材420が、ナット部材230と基礎50との水平方向の相対変位を所定のストロークの範囲内で自在にする様にしたので、機械装置100に水平方向の相対変位が生じても所定のストロークの範囲内で長尺部材210に水平力が生じない。
また、潤滑油用カバー240がナット部材230を囲い内部に潤滑油を溜める様にしたので、ナット部材230が長尺部材210の螺旋溝に倣って安定して案内される。
また、支持ばね300が慣性マス200の長尺部材210に案内されるナット部材230の外側面により鉛直方向に伸縮自在に案内される様にしたので、慣性マス200の発生する鉛直方向の反力と支持ばねの発生する弾性反力とが同軸上に作用し、機械装置100に無用な偶力が発生しにくい。
その結果、従来構造と比較して架台を必要としない機械装置支持構造を提供できる。
さらバネにより減衰力を発生させる例で説明したが、これに限定されない。例えば、粘性体を利用して減衰力を発生させてもよい。
50 基礎
60 架台
100 機械装置
110 機械装置本体
111 駆動部
112 加工部
113 材料投入口
114 制御盤
120 脚部
200 慣性マス
210 長尺部材
220 回転部材
230 ナット部材
240 潤滑油カバー
300 支持ばね
310 さらバネ
320 ガイド棒
410 脚部側連結部材
411 脚部側連結部材本体
412 自在機構
420 基礎側連結部材
510 脚部側バネ連結部材
520 基礎側バネ連結部材
Claims (19)
- 基礎に設けられ周期的な加振力を発生する駆動部を持つ機械装置本体と機械装置本体を据え付けるための据付面を持つ脚部とを有する機械装置を支持する機械装置支持構造であって、
脚部と基礎の間に設けられ、
基礎と脚部との間の鉛直方向の相対変位を回転体の回転量に変換する慣性マスと、
基礎と脚部との間の鉛直方向の相対変位に対応して鉛直方向にそって作用する弾性反力を発生する支持ばねと、
を備えることを特徴とする機械装置支持構造。 - 前記慣性マスの上部が脚部に直接に連結される、
ことを特徴とする請求項1に記載の機械装置支持構造。 - 質点系で表したときに機械装置の質量と前記慣性マスにより前記回転体の回転慣性力に起因して生ずる鉛直方向の反力に対応する鉛直方向の見かけの質量とが直接に直列接続される、
ことを特徴とする請求項2に記載の機械装置支持構造。 - 質点系で表されたときに前記慣性マスにより前記回転体の回転慣性力に起因して生ずる鉛直方向の反力に対応する鉛直方向の見かけの質量と前記支持ばねのばね定数とが、前記質点系の固有振動数が前記駆動部の加振振動数より十分に小さく、かつ機械装置本体の鉛直方向の鉛直応答変位が所定の鉛直変位値より小さくなる様に、選択されたものである、
ことを特徴とする請求項3に記載の機械装置支持構造。 - 前記支持ばねが前記慣性マスにガイドされて基礎と脚部との間の鉛直方向の相対変位に対応して鉛直方向にそって伸縮する、
ことを特徴とする請求項4に記載の機械装置支持構造。 - 脚部と前記慣性マスとを連結する脚部側連結部材と、
前記慣性マスと基礎とを連結する基礎側連結部材と、
を備え、
前記慣性マスが外周面に長手方向に沿って所定のリードを持つ螺旋状の溝である螺旋溝を設けられる長尺部材と前記長尺部材の回転に対応して回転する回転部材と前記螺旋溝に倣って案内されるナット部材とを有し、
脚部側連結部材が脚部と前記ナット部材及び前記長尺部材の一方との鉛直方向の相対変位と鉛直軸の回りの相対回転を拘束する様に脚部と前記ナット部材及び前記長尺部材の一方とを連結し、
基礎側連結部材が前記ナット部材及び前記長尺部材の他方と基礎との鉛直方向の相対変位を拘束し鉛直軸の回りの回転を自在にする様に前記ナット部材及び前記長尺部材の他方と基礎とを連結する、
ことを特徴とする請求項5に記載の機械装置支持構造。 - 前記脚部側連結部材が脚部と前記ナット部材及び前記長尺部材の一方との水平方向の相対移動を所定のストロークの範囲内で自在にする様に脚部と前記ナット部材及び前記長尺部材の一方とを連結する、
ことを特徴とする請求項6に記載の機械装置支持構造。 - 脚部と前記慣性マスとを連結する脚部側連結部材と、
前記慣性マスと基礎とを連結する基礎側連結部材と、
を備え、
前記慣性マスが外周面に長手方向に沿って所定のリードを持つ螺旋状の溝である螺旋溝を設けられる長尺部材と前記螺旋溝に倣って案内されるナット部材と前記ナット部材の回転に対応して回転する回転部材とを有し、
脚部側連結部材が脚部と前記長尺部材及び前記ナット部材の一方との鉛直方向の相対変位を拘束し鉛直軸の回りの相対回転を自由にする様に脚部と前記長尺部材及び前記ナット部材の一方とを連結し、
基礎側連結部材が前記長尺部材及び前記ナット部材の他方と基礎との鉛直方向の相対変位を拘束し鉛直軸の回りの回転を拘束する様に前記長尺部材及び前記ナット部材の他方と基礎と連結する、
ことを特徴とする請求項5に記載の機械装置支持構造。 - 基礎側連結部材が前記長尺部材及び前記ナット部材の他方と基礎との水平方向の相対変位を所定のストロークの範囲内で自在にする様に前記長尺部材及び前記ナット部材の他方と基礎と連結する、
ことを特徴とする請求項8に記載の機械装置支持構造。 - 前記慣性マスが前記長尺部材と前記ナット部材と前記ナット部材を囲い内部に潤滑油を溜める潤滑油カバーとを有する、
ことを特徴とする請求項6または請求項8のうちの一つの請求項に記載の機械装置支持構造。 - 前記慣性マスが前記長尺部材と円筒状の外側面をもつ前記ナット部材とを有し、
前記ばね要素が前記ナット部材の前記外側面により鉛直方向に伸縮自在に案内される、
ことを特徴とする請求項6または請求項8のうちの一つの請求項に記載の機械装置支持構造。 - 質点系で表されたときに前記慣性マスにより前記回転体の回転慣性力に起因して生ずる鉛直方向の反力に対応する鉛直方向の見かけの質量と前記支持ばねのばね定数とが前記質点系の固有振動数が前記駆動部の加振振動数より十分に小さく、かつ機械装置本体の鉛直方向の鉛直応答変位が所定の鉛直変位値より小さくなる様に選択されたものである、
ことを特徴とする請求項1に記載の機械装置支持構造。 - 前記支持ばねが前記慣性マスにガイドされて基礎と脚部との間の鉛直方向の相対変位に対応して鉛直方向にそって伸縮する、
ことを特徴とする請求項1に記載の機械装置支持構造。 - 脚部と前記慣性マスとを連結する脚部側連結部材と、
前記慣性マスと基礎とを連結する基礎側連結部材と、
を備え、
前記慣性マスが外周面に長手方向に沿って所定のリードを持つ螺旋状の溝である螺旋溝を設けられる長尺部材と前記長軸部材の回転に対応して回転する回転部材と前記螺旋溝に倣って案内されるナット部材とを持ち、
脚部側連結部材が脚部と前記ナット部材及び前記長尺部材の一方との鉛直方向の相対変位と鉛直軸の回りの相対回転を拘束する様に脚部と前記ナット部材及び前記長尺部材の一方とを連結し、
基礎側連結部材が前記ナット部材及び前記長尺部材の他方と基礎との鉛直方向の相対変位を拘束し鉛直軸の回りの回転を自在にする様に前記ナット部材及び前記長尺部材の他方と基礎とを連結する、
ことを特徴とする請求項1に記載の機械装置支持構造。 - 脚部側連結部材が脚部と前記ナット部材及び前記長尺部材の一方との水平方向の相対移動を所定のストロークの範囲内で自在にする様に脚部と前記ナット部材及び前記長尺部材の一方とを連結する、
ことを特徴とする請求項14に記載の機械装置支持構造。 - 脚部と前記慣性マスとを連結する脚部側連結部材と、
前記慣性マスと基礎とを連結する基礎側連結部材と、
を備え、
前記慣性マスが外周面に長手方向に沿って所定のリードを持つ螺旋状の溝である螺旋溝を設けられる長尺部材と前記螺旋溝に倣って案内されるナット部材と前記ナット部材の回転に対応して回転する回転部材とを有し
脚部側連結部材が脚部と前記長尺部材及び前記ナット部材の一方との鉛直方向の相対変位を拘束し鉛直軸の回りの相対回転を自由にする様に脚部と前記長尺部材及び前記ナット部材の一方とを連結し、
基礎側連結部材が前記長尺部材及び前記ナット部材の他方と基礎との鉛直方向の相対変位を拘束し鉛直軸の回りに回転を拘束する様に前記長尺部材及び前記ナット部材の他方と基礎と連結する、
ことを特徴とする請求項1に記載の機械装置支持構造。 - 基礎側連結部材が前記長尺部材及び前記ナット部材の他方と基礎との水平方向の相対変位を所定のストロークの範囲内で自在にする様に前記長尺部材及び前記ナット部材の他方と基礎と連結する、
ことを特徴とする請求項16に記載の機械装置支持構造。 - 前記慣性マスが前記長尺部材と前記ナット部材と前記ナット部材を囲い内部に潤滑油を溜める潤滑油カバーとを有する、
ことを特徴とする請求項14または請求項16のうちの一つの請求項に記載の機械装置支持構造。 - 前記慣性マスが前記長尺部材と円筒状の外側面をもつ前記ナット部材とを有し、
前記ばね要素が前記ナット部材の前記外側面により鉛直方向に伸縮自在に案内される、
ことを特徴とする請求項14または請求項16のうちの一つの請求項に記載の機械装置支持構造。
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