JP2019207006A - 気体ばね式防振装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ケース部材に起因する共振を抑える。【解決手段】アイソレータ２は、被支持体の荷重を支持するピストン１３を天板１１ｃの開口部１１ｄ近傍に配置し、ピストン１３と開口部１１ｄとの間を環状のダイヤフラム１５により閉塞してケース部材１１の内部に気体室１６を画成するとともに、ダイヤフラム１５によりピストン１３を保持して、被支持体を弾性的に支持する気体ばねを構成してなり、ケース部材１１に接触するように配設された弾性体からなるサージング防止部材２５を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、気体ばね式防振装置に関する。

気体ばね式防振装置として、例えば、特許文献１に示されるものが知られている。特許文献１の気体ばね式防振装置は、被支持体の荷重を支持するピストンをケース部材の上面の開口部に内挿して、ピストンの下端面をケース部材の内部に画成される気体室に臨ませるとともに、ピストンの外周から開口部の周縁まで環状の可撓性部材により閉塞して被支持体の荷重を弾性的に支持する。

特許文献１の気体ばね式防振装置では、ピストンに起因する共振を抑えるために、ピストンの外周側を可撓性部材で保持し、この可撓性部材を高減衰材料により構成するものとしている。

特許第３９１００２３号公報

しかし、特許文献１の気体ばね式防振装置では、ケース部材に起因する共振を抑えることができないという問題があった。

本発明は斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ケース部材に起因する共振を抑えることにある。

前記の目的を達成するために、本発明では、ケース部材に接触するサージング防止部材を設け、ケース部材に起因する共振を抑えるようにした。

具体的には、第１の発明は、被支持体の荷重を支持するピストンをケース部材の上面の開口部近傍に配置し、該ピストンと該開口部との間を環状の可撓性部材により閉塞して前記ケース部材の内部に気体室を画成するとともに、該可撓性部材により前記ピストンを保持して、前記被支持体を弾性的に支持する気体ばねを構成してなる気体ばね式除振装置であって、前記ケース部材に接触するように配設された弾性体からなるサージング防止部材を備えることを特徴とする。

この第１の発明によれば、ケース部材に接触するように配設された弾性体からなるサージング防止部材を備えるので、ケース部材に起因する共振を抑えることができる。

第２の発明は、第１の発明において、前記ケース部材は、有底筒状に形成され、前記サージング防止部材は、筒状に形成され、前記ケース部材に内嵌合されていることを特徴とする。

この第２の発明によれば、サージング防止部材がケース部材に内嵌合されているので、内嵌合という簡単な構成で、ケース部材に起因する共振を抑えることができる。

第３の発明は、第２の発明において、前記ケース部材の底部には、上方に向かって延びる筒部が形成され、前記サージング防止部材は、前記筒部に接触するように該筒部に外嵌合されていることを特徴とする。

この第３の発明によれば、サージング防止部材が筒部に接触するように筒部に外嵌合されている、すなわち、ケース部材と筒部との間に嵌合されているので、サージング防止部材をその弾性反発力でケース部材に確実に接触させることができる。その結果、ケース部材に起因する共振を確実に抑えることができる。

第４の発明は、第２の発明において、前記ピストンは、上下方向の貫通孔を有するピストン本体部と、前記貫通孔の下方に連通する中空部を有し、前記ピストン本体部から下方に延出する有底筒状の下方延出部と、前記下方延出部の中空部内を上下方向に延びるように配置されて、下端が該下方延出部の底部に枢支される一方、上端が前記ピストン本体部の上方に位置して前記被支持体の荷重を受ける支持柱部と、を有し、前記下方延出部の外周を離間して囲み、下端が前記ケースの底部に支持される一方、上端が前記ピストン本体部を支持するコイルばねを更に備え、前記サージング防止部材は、前記コイルばねに接触するように該コイルばねに外嵌合されていることを特徴とする。

この第４の発明は、サージング防止部材がコイルばねに接触するようにコイルばねに外嵌合されているので、コイルばねに起因する共振も抑えることができる。

以上説明したように、本発明によれば、ケース部材に起因する共振を抑えることができる。

本発明の実施形態１に係る精密除振台の斜視図である。 実施形態１に係るアイソレータの垂直断面図である。 実施形態２に係るアイソレータの図２相当図である。 実施形態２に係るサージング防止部材の水平断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

（実施形態１）
−精密除振台−
図１は、本発明の実施形態１に係る気体ばね式除振装置（以下、アイソレータという）を使用した精密除振台Ａを示している。この精密除振台Ａは、例えば、半導体検査装置や電子顕微鏡、光学式計測装置等の精密機器（被支持体）（図示しない）を搭載して、それらの機器を床からの振動と殆ど絶縁した状態で設置するためのものである。精密除振台Ａは、床面に設置される下側構造部１と、その下側構造部１の上面に４隅にそれぞれ配設されたアイソレータ２，２，…と、アイソレータ２，２，…の上部に搭載された搭載盤３とからなる。

下側構造部１は、鋼製角パイプの構造部材を概ね直方体形状となるように櫓組みしたものであり、それぞれ上下方向に延びる４本の脚部４，４，…と、その隣接する２本の脚部４，４同士を下端側で連結するように水平方向に延びる下梁部５，５，…と、それら４本の脚部４，４，…の上端側外周を囲んで平面視で略矩形の枠状となるように配置され、それぞれ内側面が脚部４，４，…の外側面に接合されるとともに、上面が脚部４，４，…の上端面と同一平面上に位置付けられた上梁部６，６，…とからなる。そして、各脚部４の上端面からその外側を囲む上梁部６，６，…の上面に亘って、水平板７，７，…が配設されている。また、対向する２つの下梁部５，５の下面には、移動用のキャスター８，８，…が２つずつ配設されるとともに、各脚部４の下端面にはそれぞれ高さ調整用のレベラー９，９，…が配設されている。

−アイソレータ−
図２は、アイソレータ２を示している。アイソレータ２は、鋼製のケース部材１１と、ピストン１３と、ダイヤフラム１５（可撓性部材）と、ゴム製のサージング防止部材２５とを備えている。アイソレータ２は、ダイヤフラム１５によりピストン１３を保持して、被支持体を弾性的に支持する気体ばねを構成してなり、また、ピストン１３にジンバル機構を組み込んで、水平方向のばね特性を上下方向と同様に非常に柔らかくしたものである。

ケース部材１１は、有底円筒状とされ、高さ寸法が横幅よりも大きいとされている。ケース部材１１は、円盤状のベースプレート１１ａ（ケース部材の底部）と、円筒状の周壁部１１ｂと、円盤状の天板１１ｃ（ケース部材の上面）とを有している。周壁部１１ｂは、その下端面がベースプレート１１ａの上面に接合される一方、その上端が天板１１ｃに接合されている。また、天板１１ｃの略中央部には、鉛直方向の軸線Ｚと略直交するように円形の開口部１１ｄが形成されている。

ピストン１３は、天板１１ｃの開口部１１ｄ近傍に配置され、被支持体の荷重を支持する。ピストン１３は、ドーナツ状のピストン本体部１４を有している。このピストン本体部１４は、アルミニウム合金製であり、断面円形の中心孔（貫通孔）１４ａが軸線Ｚに沿って上下方向に貫通する一方、外周の下側約半分には下端側に向かって僅かに縮径するテーパ面１４ｂが形成されている。

ダイヤフラム１５は、ピストン本体部１４の下端面１４ｃから外周側のテーパ面１４ｂを覆ってさらに外周側に延び、そこから開口部１１ｄの周縁までを閉塞するように配設されている。すなわち、ダイヤフラム１５及びピストン本体部１４によりケース部材１１の開口部１１ｄが閉塞されて、気体室１６が区画されており、ピストン本体部１４の下端面１４ｃが気体室１６に臨んでその空気圧を受けることで、主に上下方向の荷重を支持する気体ばねが構成されている。

ダイヤフラム１５は、ポリエステル繊維の織物を補強材として埋設したゴム弾成膜からなり、一旦、中心部分に丸穴が空いたハット状に形成した後に、帽子の周壁部分を途中で湾曲させて下方に折り返すようにして、深皿形状としたものである。すなわち、ダイヤフラム１５は、帽子の鍔の部分に相当する外周フランジ部１５ａの内周端縁に連続して、上方に凸に湾曲する環状のロール部１５ｂが形成され、このロール部１５ｂの内周端縁部が外周フランジ部１５ａよりも下方まで延びていて、そこからさらに内周側に向かって、内周フランジ部１５ｃが形成されている。

ダイヤフラム１５の内周フランジ部１５ｃは、ピストン本体部１４の下端面１４ｃに接着されて、その下方からワッシャ１７によりピストン本体部１４に対して強固に圧着されている。一方、ダイヤフラム１５の外周フランジ部１５ａは、ケース部材１１の天板１１ｃの上面に接着されて、その上部に配設された締付リング１８がボルト（図示しない）により天板１１ｃに締結されることにより、締付リング１８の下面と天板１１ｃの上面との間に強固に挟持されている。

ピストン１３は、ピストン本体部１４から下方に延出する有底円筒状のピストンウエル１９（下方延出部）を有している。ピストンウエル１９は、ピストン本体部１４の下端面１４ｃから、その内周側から略鉛直下方に向かって延びるように形成されており、ピストン本体部１４の中心孔１４ａの下方に連通する中空部１９ａを有している。

ピストンウエル１９は、ピストン本体部１４と同じアルミ合金製であり、その上端部が、ピストン本体部１４の中心孔１４ａに螺入される縮径部１９ｂとされている。そして、この縮径部１９ｂの外周に螺設された雄ネジ（図示しない）が中心孔１４ａの内周に螺設された雌ネジ（図示しない）と螺合することにより、ピストンウエル１９の上端側がワッシャ１７と共にピストン本体部１４に対して強固に締結されている。また、ピストンウエル１９の中空部１９ａの上端はピストン本体部１４の中心孔１４ａに連通し、一方、中空部１９ａの下端は円盤状の鋼製のキャップ２０により閉止されており、このキャップ２０の上面には、後述の如くサポートロッド２２の下端部を支持するために、表面硬度を高める熱処理加工が施されたウエルスラグ２０ａが形成されている。

ピストン１３は、ピストン本体部１４の上方に、搭載盤３及び搭載機器（被支持体）の荷重を上方から受けるように、円盤状のロードディスク２１を有している。

ピストン１３は、サポートロッド（支持柱）２２を有している。サポートロッド２２は、その上端部がロードディスク２１の下面中央部に締結されている。このサポートロッド２２は、ピストン本体部１４の中心孔１４ａ及びピストンウエル１９の中空部１９ａを貫通して鉛直下方に延びていて、その下端部には剛球２３がウエルスラグ２０ａに転動自在に当接するように配設されている。サポートロッド２２の下端側には、芯体２４ａの埋設されたゴム弾性リング２４が外挿されて、サポートロッド２２の下端部を常に軸線Ｚ上に位置付けるようになっている。つまり、ロードディスク２１は、サポートロッド２２を介してピストンウエル１９の底部に枢支されて、ピストン本体部１４に対し水平方向の任意の軸の周りに回動自在になっている。

アイソレータ２は、ロードディスク２１やピストン本体部１４等からなるジンバルピストンが気体ばねにより支持されて、搭載盤３上の被支持体に対する床からの上下方向振動を絶縁するとともに、ジンバルピストンの働きによって床からの水平方向振動も同様に略絶縁することができるようになっている。

サージング防止部材２５は、ケース部材１１の共振（サージング）を抑えるためのものである。サージング防止部材２５は、ケース部材１１の周壁部１１ｂと相補形状となるように円筒状に形成されている。サージング防止部材２５は、その外周面が周壁部１１ｂの内周面にその下端面がベースプレート１１ａにそれぞれ接触するように、ケース部材１１に内嵌合されている。サージング防止部材２５の上下方向の長さは、ケース部材１１の共振の腹となる部位に接触するような長さであり、例えば、周壁部１１ｂの上下方向の長さの半分より少し長い。

ベースプレート１１ａには、上方に向かって延びる筒部１１ｅが一体に形成されている。この筒部１１ｅは、サージング防止部材２５と相補形状となるように円筒状に形成されている。サージング防止部材２５は、この筒部１１ｅに接触するように筒部１１ｅに外嵌合されている。すなわち、サージング防止部材２５は、その位置が筒部１１ｅで固定されている。筒部１１ｅの上下方向の長さは、サージング防止部材２５をケース部材１１に確実に接触させるような長さであり、例えば、サージング防止部材２５と同じ長さである。

なお、サージング防止部材２５の内径は、筒部１１ｅの外径よりも小さい。このため、サージング防止部材２５は筒部１１ｅに外嵌合されることで弾性反発力が発生する。

（効果）
以上より、本実施形態によれば、ケース部材１１に接触するように配設された弾性体からなるサージング防止部材２５を備えているので、ケース部材１１に起因する共振を抑えることができる。

また、本実施形態によれば、サージング防止部材２５がケース部材１１に内嵌合されているので、内嵌合という簡単な構成で、ケース部材１１に起因する共振をケース部材１１の内側で抑えることができる。

また、本実施形態によれば、サージング防止部材２５が筒部１１ｅに接触するように筒部１１ｅに外嵌合されている、すなわち、ケース部材１１と筒部１１ｅとの間に嵌合されているので、サージング防止部材２５をその弾性反発力でケース部材１１に確実に接触させることができる。その結果、ケース部材１１に起因する共振を確実に抑えることができる。

（実施形態２）
実施形態２は、アイソレータ２の構成を変更したものであり、その他の点については、実施形態１と同様の構成である。そこで、以下の説明では、実施形態１の構成要素と同様の構成要素については、重複説明を省略する場合がある。

図３は、本実施形態のアイソレータ２を示している。

サポートロッド２２の上端には、ロードディスク２１の下面に転動自在に且つ点接触状態で当接し、ロードディスク２１を介して被支持体の荷重を受けるように上凸の球面状の荷重受け面２２ａが設けられている。すなわち、ロードディスク２１は、サポートロッド２２上端の荷重受け面２２ａに対し転動自在であるとともに、サポートロッド２２を介してピストンウエル１９の底部に枢支されている。

アイソレータ２は、コイルばね２６を更に備えている。コイルばね２６は、被支持体の荷重の一部を受ける。コイルばね２６は、ピストン１３のピストンウエル１９の外周を離間して囲み、下端がベースプレート１１ａに支持される一方、上端がピストン本体部１４を支持している。

ベースプレート１１ａの上面にはボス部１１ｆが膨出して形成されており、また、ピストンウエル１９の上端には、フランジ部１９ｃが形成されている。そして、コイルばね２６は、その下端がベースプレート１１ａのボス部１１ｆを取り囲むように配置されている一方、その上端がピストンウエル１９上端のフランジ部１９ｃに当接している。なお、ボス部１１ｆは、コイルばね２６の下端を位置決めするためのものである。

サージング防止部材２５は、ケース部材１１及びコイルばね２６の共振を抑えるためのものである。サージング防止部材２５は、その外周面が周壁部１１ｂの内周面に接触するようにケース部材１１に内嵌合される一方、その内周面（詳細には後述する突起部２５ａ）がコイルばね２６に接触するようにコイルばね２６に外嵌合されている。サージング防止部材２５の上下方向の長さは、ケース部材１１及びコイルばね２６の共振それぞれの腹となる部位に接触するような長さであり、例えば、コイルばね２６と略同じ長さである。

図４は、サージング防止部材２５の水平方向の断面を示している。サージング防止部材２５は、その内周面に上下方向に延びる突条形状の複数（本実施形態では４つ）の突起部２５ａ，２５ａ，…が間隔を空けて形成されている。サージング防止部材２５は、その各突起部２５ａがコイルばね２６に接触している。

すなわち、本実施形態では、サージング防止部材２５は、その内周面がコイルばね２６に接触するようにコイルばね２６に外嵌合されているので、ケース部材１１に起因する共振だけでなく、コイルばね２６に起因する共振も抑えることができる。

また、サージング防止部材２５は、その突起部２５ａ，２５ａ，…がコイルばね２６に接触しているので、サージング防止部材２５の内周面全体で接触する場合に比べて、コイルばね２６のばね定数に与える影響が少なく、また、摩擦が小さくなるので外嵌合させやすい。

（その他の実施形態）
なお、前記各実施形態では、アイソレータ２は、ピストン１３にジンバル機構を組み込んだものとしたが、これに限定されない。

また、前記各実施形態では、サージング防止部材２５は、上下方向の長さがケース部材１１の周壁部１１ｂの上下方向の長さの半分よりも少し長い円筒状とし、その下端面がベースプレート１１ａに接触しているが、これに限定されず、例えば、ケース部材１１又はコイルばね２６の共振の腹となる部位のみに接触するようにケース部材１１又はコイルばね２６に嵌合されてもよい。

また、前記各実施形態では、サージング防止部材２５は、ゴム製のものとしたが、これに限定されず、例えば、ウレタン樹脂、熱可塑性エラストマー、又は粘弾性を有する材料で構成してもよい。

また、前記実施形態１では、ケース部材１１の周壁部１１ｂ及び筒部１１ｅ並びにサージング防止部材２５は円筒状としたが、これに限定されず、例えば、四角筒状としてもよい。

また、前記実施形態１では、サージング防止部材２５は、ケース部材１１の筒部１１ｅに外嵌合で固定されたが、これに限定されず、例えば、接着剤で固定してもよい。また、サージング防止部材２５の外周面及びケース部材１１の周壁部１１ｂの一方に凸部（突条など）を設け、他方にこの凸部と相補形状の凹部（溝など）設け、凸部を凹部に嵌合させることで、サージング防止部材２５をケース部材１１に固定してもよい。

また、前記実施形態１では、サージング防止部材２５は、ケース部材１１に内嵌合されたが、これに限定されず、ケース部材１１に外嵌合されていてもよい。

また、前記実施形態１では、筒部１１ｅは、ベースプレート１１ａと一体に形成されたが、これに限定されず、ベースプレート１１ａとは一体でない独立した部材であってもよい。

また、前記実施形態２では、ベースプレート１１ａの上面にはボス部１１ｆが形成されているとしたが、これに限定されず、ボス部１１ｆが形成されていなくてもよい。すなわち、コイルばね２６は、その下端がベースプレート１１ａの上面に当接していてもよい。

また、前記実施形態２では、サージング防止部材２５は、４つの突起部２５ａ，２５ａ，…が形成されているとしたが、その数はこれに限定されず、例えば３つであってもよい。さらに、突起部２５ａ，２５ａ，…が形成されてなくてもよい。

本発明は、気体ばね式防振装置として有用である。

２ アイソレータ（気体ばね式除振装置）
１１ ケース部材
１１ａ ベースプレート（ケース部材）
１１ｂ 周壁部（ケース部材）
１１ｃ 天板（ケース部材）
１１ｄ 開口部
１１ｅ 筒部
１３ ピストン
１４ ピストン本体部
１４ａ 中心孔（貫通孔）
１５ ダイヤフラム（可撓性部材）
１６ 気体室
１９ ピストンウエル（下方延出部）
１９ａ 中空部
２０ キャップ（下方延出部）
２２ サポートロッド（支持柱部）
２５ サージング防止部材
２６ コイルばね

Claims (4)

1. 被支持体の荷重を支持するピストンをケース部材の上面の開口部近傍に配置し、該ピストンと該開口部との間を環状の可撓性部材により閉塞して前記ケース部材の内部に気体室を画成するとともに、該可撓性部材により前記ピストンを保持して、前記被支持体を弾性的に支持する気体ばねを構成してなる気体ばね式除振装置であって、
   前記ケース部材に接触するように配設された弾性体からなるサージング防止部材を備える気体ばね式防振装置。
2. 請求項１において、
   前記ケース部材は、有底筒状に形成され、
   前記サージング防止部材は、筒状に形成され、前記ケース部材に内嵌合されている気体ばね式防振装置。
3. 請求項２において、
   前記ケース部材の底部には、上方に向かって延びる筒部が形成され、
   前記サージング防止部材は、前記筒部に接触するように該筒部に外嵌合されている気体ばね式防振装置。
4. 請求項２において、
   前記ピストンは、上下方向の貫通孔を有するピストン本体部と、
   前記貫通孔の下方に連通する中空部を有し、前記ピストン本体部から下方に延出する有底筒状の下方延出部と、
   前記下方延出部の中空部内を上下方向に延びるように配置されて、下端が該下方延出部の底部に枢支される一方、上端が前記ピストン本体部の上方に位置して前記被支持体の荷重を受ける支持柱部と、を有し、
   前記下方延出部の外周を離間して囲み、下端が前記ケース部材の底部に支持される一方、上端が前記ピストン本体部を支持するコイルばねを更に備え、
   前記サージング防止部材は、前記コイルばねに接触するように該コイルばねに外嵌合されている気体ばね式防振装置。

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