JP2018503780A - 機械の振動絶縁 - Google Patents

Abstract

下側基台部分（８）および上側基台部分（１０）を備える機械基台（４）であって、上側基台部分が、下側基台部分まで、その中に、またはそれを通って延びる下方向への突出部分（１４）を含み、上側基台部分と下側基台部分との間で接触しない、機械基台（４）。機械基台は、少なくとも２つの振動および／または衝撃絶縁サブシステム（２２、２４）をさらに含む。

Description

本発明は、機械および工作機械に関し、特に、振動絶縁（防振）システムを有する機械または工作機械の基台に関する。

大部分の工業工程において、振動は、その工程、機械、および／または加工物を劣化させるおそれのある望ましくない要素である。例えば、歯車工業では、加工物は、１００万分の１メートル（μｍ）の精度まで検査および／または測定することができるが、加工物は、受け入れ可能な許容差がこれも１００万分の１メートルで測定される研磨などにより仕上げることができる。振動は機械および／または工程に影響を与える可能性があり、それにより、このような望ましい精度を達成することができない。

振動源は、機械の個々の要素と、振動し、かつ／または揺れる機械全体と、通常、機械の基台を通り外部源から導かれる振動とを含む。機械が置かれる基盤（例えば、床）は、大きな振動源となり得る。このような振動は、通常、自然に生ずる可能性があるが、他の外的要因から生ずる可能性もある。例えば、工場環境において、近くの機械およびそれらが実施する工程からの衝撃および／または振動は、振動の影響を非常受けやすい可能性のある計測機械の性能に影響を与えるおそれがある。多くの場合、計測機械は、外部振動を最小化するために、特別の床構造を備えた実験室環境に制限されている。

しかし、計測機械など、いくつかの振動に敏感な機械を工場の床に移動させる必要性が存在する。例えば、歯車を生産する機械、または１群の機械の近傍に計測機械を有することは、検査のために、実験室との間で歯車を移送するのに費やされる時間および手間と比べて、加工物のはるかに迅速な検査を可能にする。計測機械が、正確な検査および／または測定結果を供給し続けながら、工場環境内で他の機械と共に配置できる場合、製造工程全体が向上するはずである。これを達成するために、計測機械（またはいずれかの他の振動に敏感な機械もしくは工作機械）は、振動の悪影響から隔離される必要がある。

本発明は、下側基台部分および上側基台部分を備える機械基台を対象とし、上側基台部分が、上側基台部分と下側基台部分との間で接触しない状態で、下側基台部分まで、その中へと、またはそれを通して延びる下方向への突出部分を含む。機械基台は、少なくとも２つの振動および／または衝撃絶縁サブシステムをさらに含む。

エアシリンダ振動絶縁装置を備えた２部品構成の基台を含む機械の側面図である。 積み重ねられた振動絶縁パッドを備えた２部品構成の基台を含む機械の側面図である。 振動絶縁装置が垂直以外の角度に配向されている２部品構成の基台を示す図である。 図３の２部品構成の基台の横断面図である。 ２つの機械支柱が位置決めされた、図３の２部品構成の基台を示す図である。

この明細書で使用される用語「発明」、「本発明」、および「本件発明」は、この明細書、および添付のいずれかの特許請求の範囲の主題のすべてを広く指すように意図されている。これらの用語を含む記述は、本明細書で述べられる主題を限定する、または添付のいずれかの特許請求の範囲の意味もしくは範囲を限定するものと理解するべきではない。さらに、この明細書は、本出願のいずれかの特定の部分、段落、記述、または図面において、いずれかの特許請求の範囲により含まれる主題を記述する、または限定することを求めるものではない。主題は、明細書全体、すべての図面、および添付のいずれかの特許請求の範囲を参照することにより理解されるべきである。本発明は、他の構築も可能であり、また様々な方法で実践される、もしくは実行され得る。さらに、本明細書で使用される表現法および専門用語は、説明のためのものであり、限定するものと見なすべきではないことを理解されたい。

本発明の詳細が次に、例示のためだけに本発明を示している添付図面を参照して論じられる。図面では、同様の特徴または構成要素は、同様の参照番号により参照される。「含む」、「有する」、および「構成する」、ならびにその変形形態を本明細書で使用することは、その後に列挙される項目、およびそれらの均等な形態、ならびに追加の項目を包含することを意味している。本発明の記述において、上側、下側、上方向、下方向、後方、底部、上部、前部、後部などの方向に対して以下で参照が行われるが、これらの参照は、図面に対して通常見るように行われる。

機械または工作機械の特定の機能、もしくは機能的な要素が本発明の中心ではなく、本発明は、衝撃および／または振動を絶縁する、かつ／または抑制するための機械基台、および基台の能力に関するものであることを理解されたい。この論議の文脈において、「機械」という用語は、金属もしくは他の材料を除去しない機械（例えば、測定、検査、試験などのための機械）を含むものと考えられ、ならびに「工作機械」は、様々な方法で金属もしくは他の材料を除去するように機能する（例えば、研磨、ホーニング、切削、ラップ仕上げなど）ものであると考えられることを理解されたい。さらに本発明は、いずれかの特定のタイプの加工物に限定されることはなく、また本論議は、歯車および他の歯付き製品を処理することを対象とする機械、工作機械、および加工物、ならびにそれらの生産用の工具に関することができるが、本発明はそれに限定されない。

図１は、例えば、歯車に対する検査および測定器械などの機械２を示している。機械２は、概して、正方形または長方形の基台部分４と、機械筐体６により概して示される機械の機能的な要素を備える動作部分とを備える。基台４は、好ましくは鋼から作られる下側基台部分８を備えるが、あるいは、グラナイト、ミネラル鋳造、ポリマー鋳造、鋳鋼、および鋳造アルミニウム合金を含む材料から作ることもできる。基台４は、好ましくは鋳鉄から作られる上側基台部分１０をさらに備えるが、あるいは、グラナイト、ミネラル鋳造、ポリマー鋳造、鋳鋼、鋳造アルミニウム合金、および溶接された鋼構造を含む材料から作ることができる。上側基台部分１０は、全体的に文字「Ｔ」の形の断面形状を有することが好ましく、また水平に延びる部分１２、および下方向への突出部分１４を備える。

下方向への突出部分１４は、下側基台部分８の上端部９の上の位置１６に、または上端９まで延びることができる。あるいは、下方向への突出部分１４は、下側基台部分８における上端部９に開口している適切な凹部の中に、位置１８まで（例えば、下側基台部分８の高さの中間など）、または端部９と端部１１の間の何らかの他の位置まで延びることができるが、または下方向への突出部分１４は、下側基台部分８の下端部１１の、またはその下の位置２０まで、基台部分の開口部１３（図３、図４、または図５を参照のこと）を介して、基台部分８を完全に通って延びることができる。下方向への突出部分１４の程度にかかわらず、下側基台部分８と上側基台部分１０との間に直接的な接触は存在しないことに留意されたい。下方向への突出部分１４を、下側基台部分８の中に、またそれを通ってさらに延びるように延長することは、機械全体の重心を低下させる利点があり、それは、機械の安定性を向上させるが、特に、機械の揺動を低減し、かつ横方向の安定性を改善する。

本発明の機械基台４は、少なくとも２つの振動および／または衝撃絶縁サブシステムを有する振動および衝撃絶縁システムを備え、サブシステムは、例えば、エアシステム、機械システム、負の剛性システム、流体システム、および気体システムのうちの１または複数ものとすることができる。第１の、または下側絶縁サブシステムは、下側基台部分８と、通常、例えば、工場または実験室などの施設の床である「基盤」との間に位置する。第１の振動システムは、例えば、Ｂｉｌｚ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓから販売されている鋼および滑り止めパッドなど、好ましくは鋼から作られ、かつ少なくとも１層のポリマー複合材料を含むことが好ましい複数の（例えば、３つ以上であることが好ましい）水平調節パッド２２を含むことが好ましい。あるいは、制御された量のコンプライアンス（撓み性）および緩衝性を示す任意の他の材料および／または機構を利用することができる。

第２の、または上側絶縁サブシステムが、本発明の機械基台４に含まれ、また下側基台部分８と上側基台部分１０の間に位置する。一実施形態では、機械基台４は、台座２８上に位置する複数の（３つ以上が好ましい）エアシリンダ２４（図１では２つが示されている）を備える。あるいは、台座２８は、下側基台８の一部とすることができる。エアシリンダ２４は、Ｂｉｌｚ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓから販売されている「機械的な水平制御システムを備えたメンブレン式空気ばね（商品名「ＢｉＡｉｒ」）」として知られるタイプのものとすることができる。エアシリンダの水平出しは、個々に制御することができるが、またはエアシリンダの２つ以上のものを、１つの水平出し弁（図示せず）により制御することができる。

図２は、第２の絶縁サブシステムの別の実施形態を示しており、機械基台４は、台座２８上の位置する複数の（３つ以上が好ましい）絶縁パッドスタック２６（２つが図２で示されている）を備える。絶縁パッドスタックは、Ｂｉｌｚ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓから販売されている「絶縁材料および滑り止めパッドスタックを備えた精密水平出しウェッジ」として知られたタイプのものとすることができる。別の市販されている振動絶縁パッドは、Ｆａｂｒｅｅｋａにより製作されるＦａｂｃｅｌニトリルパッドである。

第１および第２の衝撃および振動絶縁サブシステムは、共に動作して、広範囲な振動の全体的に大きな減衰（de-amplification）を与える。同時に、システム全体は、大きな衝撃変位の絶縁を可能にする。第１および第２の絶縁サブシステムは、低および高周波数、衝撃および調和振動、ならびに／またはモーダル（modal）パラメータおよび横縦交差コンプライアンスを絶縁すべく共に機能するように選択すべきである。

図３および図４は、本発明を示しており、絶縁パッドスタック２６など、複数の振動および／または衝撃絶縁装置が、各台座２８の独立した角度的な位置決めにより、角度的な配向（例えば、０度（垂直）から９０度まで）に設定される。振動絶縁装置の角度的な位置決めは、機械の重心に関して、それらの剛性および制振性を調整するために、システムの独立した要素の制御を可能にする。各パッドスタック２６の面３２は、上側基台部分１０のその各コーナ領域３４の形状と相補的であるように形成されることが好ましい。絶縁パッドスタック２６が示されているが、角度的な位置決めは、エアシリンダ２４、または任意の他のタイプの振動絶縁装置にも同様に適用可能である。図５は、図３および図４と同じ基台を示しているが、歯車計測機械の２つの主支柱４０、４２を含む。

図３〜図５は、内側への角度的な配向を示しており、それにより、概して機械の重心に向いているが、本発明はまた、外側への角度的な配向も企図している。角度を付けない（すなわち、０度）振動絶縁装置の取付け（例えば、図１および図２）において、垂直方向には重力によって与圧がかかり、また横方向には、与圧はかからないことに留意されたい。振動絶縁装置の角度が付けられた位置決めを用いると、横方向にも重力によって制御された量の与圧を受ける。

上記で論じたように、下方向への突出部分１４を延長することは、機械の重心の位置を変化させる効果を有する。したがって、重心を選択的に位置決めするために、下方向への突出部分１４に質量を付加することによって重心を制御し、それにより、すべての方向の運動および振動絶縁を制御することにおいて角度の付けられた絶縁装置の要素の有効性を最適化することができる。角度の付けられた絶縁装置のない場合であっても、重心を選択的に位置決めするために、下方向への突出部分１４に質量を付加することにより、重心を制御することができる。

本発明の衝撃および振動絶縁（防振）システムは、機械装置への床振動、床に影響を与える機械装置の振動、ならびに／または加工物および／もしくは工程に影響するある種の機械振動を大幅に低減する、または除去する。本発明のこのシステムは、すべての方向における垂直、横方向、および揺動運動を制御することができる。交差コンプライアンスは、特定の用途の要求に応じて制御することができる。例えば、横方向の基盤の動きおよび機械の揺動運動に向けて特に調整することができる。

本発明の絶縁システムは、受動システムである（すなわち、制御ループが存在しない）ことが好ましい。しかし、本発明はまた、エアシリンダおよび／または角度付き絶縁装置を用いるなど、制御ループが含まれる（すなわち、能動システム）ことも企図している。加えて本発明は、能動的な制御システムデバイス、負の剛性機構デバイス、または他の受動デバイス絶縁装置など、他の様々な絶縁要素を組み込むことができる。

上記で論じたように、好ましい上側基台部分１０は、全体的な形が文字「Ｔ」である断面形状を有し、かつ水平に延びる部分１２および下方向への突出部分１４を備えることが好ましい。しかし、本発明はそれに限定されない。あるいは、下方向への突出部分１４は、全体的にギリシャ文字パイ「Π」の形状とすることができるが、または鋳鉄のバーもしくはプレート、または他の形状の要素など、複数の個々の要素を備えることができる。下方向への突出部分１４はまた、水平に延びる部分１２から、鋼製ロッドにより吊された鋳鉄もしくはグラナイトなどの材料のブロックを含むことができる。下方向への突出部分１４はまた、水平に延びる部分１２から広がる外側のスカートタイプの要素の形態とすることもできる。また下側基台部分８および上側基台部分１０のいずれか、または両方は、機械的に調整可能な同調質量ダンパ（ＴＭＤ）、または同調質量ダンパのシステムとすることができる。

本発明が、好ましい実施形態を参照して述べられてきたが、本発明は、その特定なものに限定されないことを理解されたい。本件発明は、添付の特許請求の範囲の趣旨および範囲から逸脱することなく、主題が関係する当業者には明らかなはずの変更形態を含むように意図されている。

Claims (24)

1. 動作部分および基台部分を有する機械であって、前記基台部分が、
   上側基台部分および下側基台部分であって、前記上側基台部分と前記下側基台部分との間に直接的な接触はなく、
   前記下側基台部分が、上端部および下端部を含み、
   前記上側基台部分が、前記下側基台部分に向けた方向へと下に延びる突出部分を備える、上側基台部分および下側基台部分と、
   振動および／または衝撃絶縁システムとを備え、
   前記振動および／または衝撃絶縁システムが、前記上側基台部分と前記下側基台部分との間に位置する上側の振動および／または衝撃絶縁サブシステムを含む
   ことを特徴とする機械。
2. 前記振動および／または衝撃絶縁システムは、前記下側基台部分の前記下端部の下に位置する下側の振動および／または衝撃絶縁サブシステムをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の機械。
3. 前記上側の振動および／または衝撃絶縁サブシステムは、複数のエアシリンダを備えることを特徴とする請求項１に記載の機械。
4. 前記エアシリンダの水平出しは、個々に制御されることを特徴とする請求項３に記載の機械。
5. 前記エアシリンダの数は、３つ以上であることを特徴とする請求項３に記載の機械。
6. 前記複数のエアシリンダのそれぞれは、台座上に位置することを特徴とする請求項３に記載の機械。
7. 前記下側の振動および／または衝撃絶縁サブシステムは、複数の水平出しパッドを備えることを特徴とする請求項２に記載の機械。
8. 前記水平出しパッドの数は、３つ以上であることを特徴とする請求項７に記載の機械。
9. 前記水平出しパッドは、鋼を含むことを特徴とする請求項７に記載の機械。
10. 前記水平出しパッドは、少なくとも１つの層のポリマー複合材料をさらに含むことを特徴とする請求項９に記載の機械。
11. 前記突出部分は、前記下側基台部分の少なくとも前記上端部まで、下方向に延びることを特徴とする請求項１に記載の機械。
12. 前記下側基台部分は、前記上端部に開口している窪んだ部分を含み、また前記突出部分が、前記窪んだ部分の中に延びることを特徴とする請求項１１に記載の機械。
13. 前記下側基台部分は、上端部と下端部の間で延びる開口部を含み、また前記突出部分が前記開口部の中に延びることを特徴とする請求項１１に記載の機械。
14. 前記突出部分は、前記開口部を通って、前記下端部まで、または前記下端部の下まで延びることを特徴とする請求項１３に記載の機械。
15. 前記上側基台部分は、前記突出部分の上に位置し、かつそれに取り付けられた水平に延びる部分をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の機械。
16. 前記上側の振動および／または衝撃絶縁サブシステムは、複数の絶縁パッドスタックを備えることを特徴とする請求項１に記載の機械。
17. 前記上側の振動および／または衝撃絶縁サブシステムは、複数の振動および／または衝撃絶縁装置を備え、前記複数の振動および／または衝撃絶縁装置の１または複数ものが、独立して、かつ角度的に垂直方向に対して、ある角度で位置決め可能であることを特徴とする請求項１に記載の機械。
18. 前記複数の振動および／または衝撃絶縁装置のそれぞれは、台座上に位置し、それにより、前記複数の振動および／または衝撃絶縁装置の前記それぞれの独立した、角度的な位置決めが、各台座の独立した角度的な位置決めにより行われることを特徴とする請求項１７に記載の機械。
19. 前記振動および／または衝撃絶縁システムは、受動システムであることを特徴とする請求項１に記載の機械。
20. 前記振動および／または衝撃絶縁システムは、制御ループを含むことを特徴とする請求項１に記載の機械。
21. 前記突出部分は、前記下側基台部分に向けた方向へと下に延びる複数の個別の要素を備えることを特徴とする請求項１に記載の機械。
22. 前記突出部分は、外側のスカートタイプの要素の形態のものであることを特徴とする請求項１に記載の機械。
23. 前記上側基台部分および前記下側基台部分の一方または両方は、機械的に調整可能な同調質量ダンパであることを特徴とする請求項２に記載の機械。
24. 歯車検査機械および測定機械であることを特徴とする請求項１に記載の機械。

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