JP2021131157A - 精密機器用防振装置 - Google Patents

Abstract

【課題】振動発生源の振動が精密機器に伝達されることを防止する精密機器用防振装置を提供する。【解決手段】精密機器用防振装置１０は、精密機器１１と基盤１２のいずれか一方の部材に取り付けられる閉塞端部１４、および他方の部材に向けて開口する開口端部１６を備えるカップ状のケース１３と、精密機器１１と基盤１２のいずれか他方の部材に取り付けられ、開口端部１６の内部に配置される連結頭部１８と、連結頭部１８とケース１３との間に配置される防振部材４１と、連結頭部１８に形成された内周側係合部２１に内周部が係合し、開口端部１６に形成された外周側係合部２５に外周部が係合する渦巻ばね３１と、を有し、精密機器１１と基盤１２との間に配置され、基盤１２から精密機器１１に伝達される振動を吸収する。【選択図】図１

Description

本発明は、主として、振動発生源の振動が比較的軽量な精密機器等に伝達されるのを防止しつつ、載置された精密機器等を支持する精密機器用防振装置に関する。

振動発生源からの振動が物体に伝達されるのを防止する、すなわち振動絶縁しつつ、取り付けられた物体を支持するために、防振装置が使用される。特許文献１に記載されるゴム受座、および、特許文献２に記載されるエンジンマウント装置は、振動発生源であるエンジンの振動が車体に伝達されるのを防止するための防振装置として使用することができる。

特許文献１に記載される防振装置、すなわち、ゴム受座は、車体に取り付けられるカップ形状の支承部材と、エンジンに取り付けられる台座とを有し、これらの間にゴム製のばね部材と、皿状、ブリッジ状、ヘアピン状または円錐コイル状に形成された金属製の緩和ばねとが取り付けられ、エンジン振動はそれぞれのばねにより絶縁され車体へのエンジン振動の伝播が遮断される。隔壁により支承部材の内部は作用室と調圧室とに仕切られ、これらに注入された液体は連絡孔により連通しており、台座の振動は液体により減衰される。

また、特許文献２に記載される防振装置、すなわち、エンジンマウント装置は、車体に取り付けられる外筒と、外筒を貫通しエンジンに取り付けられる内筒とを有し、外筒に取り付けられた２枚の外筒固着部材の両側と内筒との間にはゴムブロックが設けられ、外筒固着部材の間の隙間には渦巻きばねが装着されている。隙間とゴムブロックの内部に形成された室とには、高粘度粘性体が封入されており、高粘度粘生体の粘性抵抗力と、渦巻きばねの隙間を流れる際の流路抵抗力とにより低周波振動を減衰する。

上述の防振装置は、自動車用のエンジン等の比較的重量物の振動絶縁に適する。エンジン等の重量物の振動が車体等に伝達されないようにするための防振装置においては、一般に、硬いゴムや金属製ばね部材からなる振動吸収部材を採用して重量を弾性支持し、これに加えて、振動減衰性を付与するために液体による減衰機構を内蔵する液室を組み合わせる場合が多い。

これに対し、精密機器等の比較的軽量物の振動絶縁に適する防振装置として、特許文献３に記載される防振装置がある。

特許文献３に記載される防振装置、すなわち、精密機器等における防振構造は、固定枠に設けた支持部と精密機器等を搭載する架台に設けた保持部材との間に、シリコーンゲル等のゲル状物質、あるいは、微小中空球体のフィラーを混入したゲル状物質からなる吸振体を設けることにより、固定枠と架台との相互の振動伝達を遮断しながら固定枠に対して架台を支持する構造において、吸振体をカサ状に設けている。さらに、円筒型コイルばね部材を固定枠と架台との間に設けている。

特開平２−１２５１１９号公報 実公平７−４０７４９号公報 特開平４−３９４３８号公報

近年、カメラ等のイメージセンサや被検知物が放射する赤外線を検知する赤外線センサ等の光学センサ、磁性体の有無や地磁気を検知する磁気センサ、もしくは、被検知物から生じる音や反射音を検知する音響センサ等の多様なセンサ部品、センサの制御回路コンピュータ等の演算回路を含む電子回路が実装された電子基板、ディスプレイや小型アクチュエータ等の小型電子機器を含む精密機器が自動車、産業機械及び生産機械等に、多数多様な環境で搭載されている。このような精密機器は、エンジン等に比べて軽量であるため、特許文献１、２に開示されるような重量物用の防振装置を、単にスケールダウンして精密機器に適用しようとしても、ゴム等の粘弾性を有する防振部材や金属製コイルスプリングの低ばね化には限界があり、十分なクッション性を得ることが難しい。

そこで、特許文献３に開示されるように、吸振体、すなわち防振部材として、減衰性が高く且つ低ばね化し易いゲル状物質を適用することが考えられるが、一般に、ゲル状物質は被防振体（精密機器等）の荷重を長期にわたり支持する場合にはへたりが生じ易いため、被防振体の荷重支持用に低ばね化した金属製コイルスプリング等が併用される。コイルスプリングを低ばね化する場合には、線径を細くするか、線長を長く（巻き数を多く）する必要があり、圧縮・伸長方向に長い防振装置となり易い。

また、コイルスプリングの圧縮・伸長方向に長い防振装置は、コイルスプリングの圧縮・伸長方向に対する直角方向の荷重を受ける場合、コイルスプリングの下端と上端に距離があるためこじり変形となり、過大な荷重を受けた場合、コイルスプリングに座屈を生じて転倒状態になる恐れがある。

また、軽量な精密機器等の防振装置の場合、取付け自由度が高いことから様々な取り付けがなされるため、コイルスプリングの圧縮・伸長方向振動の他、コイルスプリングの圧縮・伸長方向に対する直角方向の振動や、その組み合わせによるこじり方向振動の防振も要求され、それぞれバランスさせることが難しいという問題がある。

本発明の目的は、精密機器等の軽量な物品の防振装置において、圧縮・伸長方向、圧縮・伸長方向に対する直角方向、及び、こじり方向についても高い振動絶縁性を有し、耐久性が高く、コンパクトな精密機器用防振装置を提供することにある。

本発明の精密機器用防振装置は、精密機器と当該精密機器を支持する基盤との間に配置され、前記基盤から前記精密機器に伝達される振動を吸収する精密機器用防振装置であって、前記精密機器と前記基盤のいずれか一方の部材に取り付けられる閉塞端部、および他方の部材に向けて開口する開口端部を備えるカップ状のケースと、前記精密機器と前記基盤のいずれか他方の部材に取り付けられ、前記開口端部の内部に配置される連結頭部と、前記連結頭部と前記カップ状のケースとの間に配置される防振部材と、前記連結頭部に形成された内周側係合部に内周部が係合し、前記開口端部に形成された外周側係合部に外周部が係合する渦巻ばねと、を有する。

精密機器用防振装置は、カップ状のケースと、ケースの開口端部の内部に配置される連結頭部とを有し、振動発生源側の基盤と精密機器との間に配置される。連結頭部とケースとの間には防振部材が設けられ、連結頭部と開口端部との間には渦巻ばねが配置され、渦巻ばねの内周部は連結頭部の内周側係合部に係合し、渦巻ばねの外周部は開口端部の外周側係合部に係合しており、基盤の振動は、渦巻ばね及び防振部材により吸収されて、振動エネルギーは防振部材の内部抵抗により熱エネルギーとして消散される。

カップ状ケースの開口端部と、その内径方向に配置される連結頭部の内周側係合部との間を渦巻ばねで弾性接続することにより、振動が印加されていない静的状態においては、渦巻ばねの中央位置、すなわち中立位置に連結頭部が緩やかに位置決めされる。精密機器が防振装置を介して連結されている基盤に振動が印加されるとき、渦巻ばねは、中立位置近傍においては、連結頭部の中心軸に沿う方向、この中心軸に対して直角となる方向とも柔らかい。すなわち低いバネ定数を有するため、本発明にかかる精密機器用防振装置は、比較的軽量な精密機器を支持する場合であっても、カップ状ケースと連結頭部との間に差動を生じせしめて振動を吸収することができ、防振部材が吸収した振動エネルギーを消散することができる。そして、振動が減衰されたのち、渦巻ばねにより、中立位置に緩やかに復帰するので、防振部材のへたりを抑えることができる。

一実施の形態である精密機器用防振装置を示す断面図である。 図１におけるＡ−Ａ線断面図である。 （Ａ）は図１に示された渦巻ばねの全体を示す平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）におけるＢ−Ｂ線断面図である。 精密機器用防振装置に振動荷重が加わっていない状態と押付荷重が加わった状態とを示す断面図である。 精密機器用防振装置に振動荷重が加わっていない状態と引っ張り荷重が加わった状態とを示す断面図である。 （Ａ）は連結頭部に引っ張り荷重が加わったときに渦巻ばねの外周部が係合鍔片の内面に接触した状態を示す平面図であり、（Ｂ）は他の実施の形態における係合鍔片を示す断面図であって（Ａ）における６−６線に相当する部分を示す。 （Ａ）は精密機器用防振装置の静的状態における渦巻ばね外周部と係合鍔片との関係を示す概念図、（Ｂ）は精密機器用防振装置の連結頭部に引っ張り荷重が加わった状態における渦巻ばねの外周部と係合鍔片との関係を示す概念図である。 （Ａ）は精密機器用防振装置の図６における８−８線に相当する部分の拡大断面図であり、（Ｂ）は係合鍔片の内面に渦巻ばねの外周エッジが接触したときにおける荷重の分散方向を示す説明図であり、（Ｃ）は軸方向荷重による渦巻ばねの径方向の変形量を示す説明図である。 他の実施の形態である精密機器用防振装置を示す断面図である。 （Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれ渦巻ばねの変形例を示す断面図である。 （Ａ）は他の実施の形態である精密機器用防振装置を示す断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）に示された第１の渦巻ばね示す平面図であり、（Ｃ）は（Ａ）に示された第２の渦巻ばねを示す平面図である。 （Ａ）は他の実施の形態である精密機器用防振装置を示す断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）に示された渦巻ばね組立体を示す平面図であり、（Ｃ）は（Ｂ）に示された第１の渦巻ばねを示す平面図であり、（Ｄ）は（Ｂ）に示された第２の渦巻ばねを示す平面図である。 他の実施の形態である精密機器用防振装置を示す断面図である。 （Ａ）は他の実施の形態である精密機器用防振装置を示す断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）における図６（Ｂ）と同様の部分を示す拡大断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。それぞれの図面において、共通する部材には同一の符号が付されている。

図１に示されるように、精密機器用防振装置１０は精密機器１１と基盤１２との間に配置され、精密機器１１を基盤１２の上に弾性的に支持するために使用される。例えば、精密機器１１が建設機械に搭載されるイメージセンサ（カメラ）の場合には、精密機器用防振装置１０は、基盤１２としての建設機械のセンサ取付用基台とイメージセンサとの間に配置される。

精密機器用防振装置１０はカップ状のケース１３を有し、基盤１２に取り付けられる閉塞端部１４と、閉塞端部１４から精密機器１１に向けて内径が大きくなったテーパ形状の円筒部１５とを有し、円筒部１５は精密機器１１に向けて開口する開口端部１６とを備えている。閉塞端部１４にはねじ部材１７が取り付けられており、ねじ部材１７のケース固定用の基部１７ａはケース１３内に配置され、ねじ部１７ｂは閉塞端部１４から外方に突出して基盤１２にねじ結合される。上記は、ねじ部材１７をケース１３の内側から固着する場合を説明したが、ケース１３の外方から溶接や接着などで固定しても良い。その場合、ケース１３内に基部１７ａが残らないので、ケース１３の容積を大きくとることができる。

開口端部１６の内部には連結頭部１８が配置され、連結頭部１８には外側端面から精密機器１１に向けて突出するねじ部１９が一体に設けられ、ねじ部１９は精密機器１１にねじ結合される。図１は、精密機器１１と基盤１２との間に取り付けられ、振動が印加されていない静止状態の精密機器用防振装置１０を示しており、連結頭部１８の中心軸Ｏがケース１３の中心軸と同心状態に配置されている。ここで、以下の本発明にかかる実施の形態の説明を容易にするため、連結頭部１８の中心軸Ｏに沿う方向を軸方向といい、この軸方向に対して直角となる方向を水平方向という。

連結頭部１８には内周側係合部２１が連結頭部１８の軸方向中央部に設けられている。連結頭部１８の軸方向中央部に環状溝２２が設けられており、環状溝２２よりも先端側には閉塞端部１４に向けて漸次小径となった円錐形突出部２３が設けられ、環状溝２２よりもねじ部１９側には基端部２４が設けられている。内周側係合部２１は、円錐形突出部２３の端面と基端部２４の端面と環状溝２２の底面とにより形成され、径方向外方に向けて凹形状をなしている。

ケース１３の開口端部１６には外周側係合部２５が設けられている。外周側係合部２５は、円筒部１５から径方向外方に突出する径方向部２６と、径方向部２６の外周部から軸方向に屈曲する外周部２７と、外周部２７の端部から径方向内方に向けて屈曲するとともに精密機器１１に向けて傾斜する係合鍔片２８とを有し、径方向内方に向けて開口する凹形状をなしている。径方向部２６、外周部２７および係合鍔片２８のそれぞれの内面により形成される環状凹部が外周側係合部２５を形成している。

ケース１３の開口端部１６には渦巻ばね３１が配置される。渦巻ばね３１は、図３に示されるように、鋼製のばね線材を渦巻状に形成したばね部材であり、渦巻ばね３１の径方向のばね線材の間には、隙間Ｇが設けられている。

図１に示されるように、渦巻ばね３１の内周部３２が連結頭部１８の内周側係合部２１に係合し、外周部３３が外周側係合部２５に係合している。ここにおいて、フリー状態の渦巻ばね３１の外周部３３の外径は、ケース１３の外周側係合部２５の外周部２７の内径よりも若干大径とすることが好ましく、この場合、外周部３３が広がろうとする弾性力により、外周側係合部２５の内面により形成される環状凹部に嵌め込まれてより確実に係止される。

精密機器用防振装置１０が精密機器１１と基盤１２との間に取り付けられた静止状態においては、渦巻ばね３１は、内周部３２から外周部３３に向けて連結頭部１８の中心軸Ｏに対して径方向にほぼ真っ直ぐな状態となって延在する。つまり、渦巻ばね３１の内周部３２と外周部３３は、軸方向にほぼ同一の位置になるように配置されている。

渦巻ばね３１は、水平方向荷重を受けて、連結頭部１８の中心軸Ｏが径方向に変位したとき、およびこじり方向荷重を受けて連結頭部１８の中心軸Ｏが傾斜する方向に変位したときに、中心軸Ｏをケース１３の中心軸に一致させる方向と、連結頭部１８の軸方向位置に変位したときに軸方向の所定位置に戻す方向とに調心する機能を有している。渦巻ばね３１は、軸方向、水平方向とも、所定位置から大きく変位するにしたがって、復元力が大きく作用する非線形のばね定数を示すため、精密機器用防振装置１０に振動が加わっていない静的状態、すなわち中立位置が最も柔らかい。すなわち低いバネ定数を有するため、本発明にかかる精密機器用防振装置は、比較的軽量な精密機器を支持する場合であっても、カップ状ケースと連結頭部との間に差動を生じせしめて振動を吸収することができ、防振部材が吸収した振動エネルギーを消散することができる。そして、振動が減衰されたのち、渦巻ばねにより、中立位置に緩やかに復帰するので、防振部材のへたりを抑えることができる。

渦巻ばね３１を構成するばね線材は、図１および図３に示されるように、中心軸Ｏの軸方向と平行な縦方向を長辺とし、横方向を短辺とする断面長方形であり、縦方向が横方向よりも長い。このように、渦巻ばね３１のばね線材は、縦長の長方形断面となっている。よって、ばね線材の水平方向厚みが薄いので、渦巻ばね３１の巻数を増やして、線長を長くすることが容易となる。これにより、軸方向のみならず、水平方向も低ばね化し易い。また、連結頭部１８の水平方向の変位可能量を大きくとることができる。

渦巻ばね３１の内周部３２は、図２に示されるように、渦巻ばね３１の内周端面３４から約１巻きの渦巻部分により形成されており、外周部３３は外周端面３５から約一巻きの渦巻部分により形成されている。つまり、渦巻ばね３１の線材は、外周部３３として、大径にて約一巻きしたのち、渦巻部分を形成しつつ周回半径を小さくし、内周部３２として、小径にて約一巻きするように形成されている。なお、本実施形態では、外周部３３、内周部３２を、それぞれ一巻きとしたがこれに限定されるものではない。

連結頭部１８とケース１３との間には、防振部材４１が配置されている。防振部材４１は架橋により網目構造を有する高分子ゲルにより形成され、連結頭部１８から加わる精密機器１１の荷重を支持するとともに、ケース１３側から連結頭部１８に伝達される振動を減衰する機能を有している。防振部材４１は、ケース１３の閉塞端部１４に面する側では、ねじ部材１７の基部１７ａが入り込む、つまり基部１７ａに適合する凹部４２と、連結頭部１８に面する側では、円錐形突出部２３が入り込む凹部４３とを有しており、円錐形突出部２３とケース１３の内面とに密着している。凹部４３は、連結頭部１８の直下、すなわち中心軸Ｏに沿って形成されているので、連結頭部１８がこじれ方向荷重をうけたとき、渦巻ばね３１と凹部４３により中心軸Ｏ位置に留まるように保持力をうけ、過大なこじり変形が抑制され、精密機器１１の転倒を防止できる。ここで、連結頭部１８の転倒とは、過大なこじり変形をうけたときに、連結頭部１８を保持する渦巻ばね３１が座屈を生じ、連結頭部１８がケース１３の上端部等に接触する状態をいう。

減衰機能を有する防振部材４１としては、高分子ゲル以外に、軟質の加硫ゴム、樹脂エラストマー、及び、これらの素材に気泡を含ませて形成した発泡ゴム、発泡樹脂エラストマー等を用いることができる。発泡ゴムや発泡樹脂エラストマーを採用した場合は、圧縮時の移動ボリュームを気泡内に吸収できることから、柔らかく移動ボリュームの小さい防振部材４１とすることができる。

図４は、精密機器用防振装置１０の静的状態を左側に示し、精密機器１１が基盤１２に向けて接近する方向の押付荷重が精密機器用防振装置１０に加わった状態を右側に示す断面図である。

このように、押圧する方向に荷重や振動が精密機器用防振装置１０に加わると、渦巻ばね３１の外周部３３は外周側係合部２５の径方向部２６に押し付けられ、基端部２４の端面が渦巻ばね３１の内周部３２に押し付けられる。これにより、渦巻はね３１は中心軸Ｏに沿う方向に弾性変形して、防振部材４１とともに押付荷重を支持し、精密機器１１に加えられる押付方向の振動が吸収し減衰される。

図５は、精密機器用防振装置１０の静的態を左側に示し、精密機器１１が基盤１２から離れる方向の引っ張り荷重が精密機器用防振装置１０に加わった状態を示す断面図である。

このように、引っ張り方向の荷重や振動が精密機器用防振装置１０に加わると、渦巻ばね３１の外周部３３は外周側係合部２５の係合鍔片２８に押し付けられる。これにより、渦巻ばね３１は中心軸Ｏに沿う方向に弾性変形して、防振部材４１とともに引っ張り荷重を支持し、精密機器１１に加えられる引っ張り方向の振動が吸収し減衰される。本実施形態においては、防振部材４１が、連結頭部１８の下端面及びケース１３の内面に接着されているが、必ずしも接着されている必要はない。

図６（Ａ）は、図５に示されるように、精密機器１１が基盤１２から離れる方向の引っ張り荷重が精密機器用防振装置１０に加わり、渦巻ばね３１の外周部３３の上面全体が係合鍔片２８の内面に接触して係止されたうえで、渦巻ばね３１全体が接続頭部１８の変位により引き上げられた状態を示す平面図である。図６（Ａ）において、渦巻ばね３１上の位置Ｂ０〜Ｂ５で示す部分は全て係合鍔片２８の内面に接触して、渦巻ばね３１が外周側係合部２７から外れることを防止している。位置Ｂ０は外周部３３における渦巻ばね３１の外周側端部であり、位置Ｂ１〜Ｂ５は図に示す通り、渦巻ばね３１の線材に沿う渦巻ばね３１上の位置である。Ｂ４は、Ｂ０から線材に沿って３６０°周回した位置であり、位置Ｂ４からさらに線材上の距離Ｒ進めた位置がＢ５に相当する。位置Ｂ５は、係合鍔片２８の内周側端部に一致し、これ以降の線材は、係合鍔片２８の位置規制を受けることなく、連結頭部１８の変位に応じて変形する。つまり、位置Ｂ５を境に、渦巻ばね３１の変形の態様は大きく異なる。なお、渦巻ばね３１は、軸方向に引き上げられることにより、その引き上げ量、すなわち渦巻ばね３１の変形量に応じて外周部３３の外径がわずかに縮径されるので、係合鍔片２８の内周側端部と一致する外周部３３の線材上の位置Ｂ５も渦巻ばね３１の変形量に応じて線材上を移動する。

図７（Ａ）は、精密機器用防振装置１０の静的状態における渦巻ばね３１の外周部３３と係合鍔片２８との関係を示す概念図、図７（Ｂ）は、精密機器用防振装置の連結頭部１８がケース１３に対して引き離される方向に変位した状態における渦巻ばね３１の外周部３３と係合鍔片２８との関係を示す概念図である。図７（Ａ）、（Ｂ）においては、図６（Ａ）で示した、外周部３３上の位置Ｂ０〜Ｂ５の距離を横軸ｒθとし、連結頭部１８の軸方向変位を縦軸Ｚとして、ｒθ−Ｚ図を提示し、このｒθ図の右端に、中心軸Ｏから位置Ｂ５に該当する面で切断した外周側係合部２７の断面図を重ねて描画している。なお、渦巻ばね３１は、外周部３３が径方向に拘束されていない場合、上記に説明した通り、渦巻ばね３１の軸方向の変形により、外周部が縮径するが当該図面では描画を省略している。

図７（Ａ）において、精密機器用防振装置１０の連結頭部１８は、中立位置にあるため、渦巻ばね３１のＢ０からＢ５までＺ軸方向の高さに変化はなく、外周側係合部２７の外周面２５の内周面高さに一致している。中立状態では、渦巻ばね３１は緩和状態にあるため、外周部３３が拡径して、外周側係合部２７に嵌まり込んで係止されている。図７（Ｂ）においては、連結頭部１８のＺ軸方向の変位（軸方向変位）により、渦巻ばね３１は、Ｚ軸方向に引き上げられるが、図に示されるように、Ｂ０〜Ｂ５は、係合鍔片２８の内面に沿って変形可能としているため、渦巻ばね３１の変形の一部を担うことができる。つまり、外周部３３は、最外周に位置するＢ０から線材上の距離（位置）Ｂ１〜Ｂ４に進むにつれて、係合鍔片２８の内面の傾斜に沿って線材の上面を当接させつつ、徐々に変形量を大きくし、係合鍔片２８の内周側端部に一致するＢ５まで、係合鍔片２８の内面の傾斜の範囲で規制されつつ変形が許容される。よって、外周部３３のＢ０〜Ｂ５まで、例えば、カシメなどにより変形が拘束された場合に比べて、渦巻ばね３１の変形量の一部を外周部３３が分担できること、加えて渦巻ばね３１の変形による外周部３３の縮径も許容されるため、位置Ｂ５が渦巻ばね３１の変形量に応じて移動するため、繰り返し同じ部位に変形が集中することが防止できる。よって、渦巻ばね３１の破断リスクをより小さくすることができる。

上述した精密機器用防振装置１０においては、図８（Ａ）に示されるように、係合鍔片２８の傾斜角度をθとし、係合鍔部２８の内側エッジ５１と外周側係合部２７との間の中心軸Ｏに対して直角方向におけるガイド幅をＰとし、外周側係合部の内面角部５２と内側エッジ５１との間における中心軸Ｏに沿う方向のガイド高さをＺとすると、ガイド高さＺは、
Ｚ＝Ｐ・ｔａｎθ である。

さらに、図３（Ａ）に示されるように、渦巻ばね３１の最外周半径をｒ₁とし、１巻き内側の外周半径をｒ₂とすると、渦巻ばねの最外周半径と１巻き内側の外周半径との差である半径差Δｒは、
Δｒ＝ｒ１−ｒ２ である。

図８（Ｂ）、（Ｃ）に示されるように、連結頭部１８の変位により渦巻ばね３１が引き上げられ、渦巻ばね３１の外周部に軸方向荷重Ｆが加わったときにおける径方向荷重をＦ_rとし、渦巻ばね３１が引き上げられることによって渦巻ばね３１の外周部３３が縮径することにより生じる径方向の外力を径方向外力ｆ_r1とすると、径方向荷重Ｆ_rは、
Ｆ_r＝Ｆ・ｔａｎθ＋ｆ_r1 である。

また、軸方向荷重による径方向の渦巻ばね３１の変形量をｒ_dとし、軸方向荷重による軸方向の移動量をｈ_dとすると、軸方向の移動量ｈ_dは、
ｈ_d＝ｒ_d・ｔａｎθ である。

渦巻ばね３１の外周部３３が係合鍔片２８から離脱しないためには、ガイド幅Ｐは以下の条件を満たす必要がある。

Ｐ≧Δｒ＋ｒ_d
上述した径方向荷重Ｆ_rは、
Ｆ_r＝Ｋｒ・ｒ_dであり、
ガイド高さＺは、
Ｚ＝ｈ_d＋δである。ただし、δは軸荷重による軸方向の渦巻ばね３１の変形量である。

一方、軸方向荷重Ｆは、
Ｆ＝Ｋ_h・δである。ただし、Ｋ_hは軸方向ばね定数である。

上述した関係式により、Ｐ≧Δｒ＋ｒ_dは、
Ｐ≧Δｒ＋（Ｆ・ｔａｎθ＋ｆ_r1）／Ｋｒであり、
傾斜角度θは、以下の式（１）の条件を満たすことが望ましい。

ｔａｎθ≦Ｋｒ／Ｆ・（Ｐ−Δｒ）−ｆ_r1／Ｋｒ ・・・式（１）

さらに、上述したＺ＝ｈ_d＋δは、
Ｚ＝Ｆ／Ｋ_r・ｔａｎ²θ＋Ｆ／Ｋ_h＝Ｐ・ｔａｎθ であり、
ガイド高さＺは以下の式（２）の条件を満たすことが望ましい。

Ｆ／Ｋ_r・ｔａｎ²θ−Ｐ・ｔａｎθ＋Ｆ／Ｋ_h＝０ ・・・式（２）

このように、式（１）（２）を満たすように、傾斜角度θとガイド幅Ｐとを設定すると、渦巻ばね３１の外周部３３が係合鍔片２８から離脱することを抑制できるとともに、上方変位を阻害しない。これにより、渦巻ばね３１が係合鍔片２８から離脱することがなく、より柔らかい防振装置とすることができる。なお、渦巻ばね３１がケース１３から離脱すれば、防振装置としての機能を失うことになるので、上述の式（１）及び（２）を満たす傾斜角度θ以下の角度及び又はガイド幅Ｐ以上の幅の係合鍔片とすることで、より確実に渦巻ばね３１がケース１３から離脱することを防止できる。

図９は、他の実施の形態である精密機器用防振装置１０を示す断面図である。図９に示される精密機器用防振装置１０は、防振部材４１の形状が上述したものと相違している。この防振部材４１の連結頭部１８側の外周部には切欠き部４４が設けられており、防振部材４１の容積が上述した場合よりも小さく設定されている。防振部材４１の容積は、精密機器１１の重量や入力される振動の大きさ等に応じて設定することができる。

図１０（Ａ）〜図１０（Ｃ）はそれぞれ渦巻ばね３１の変形例を示す断面図である。図１０（Ａ）に示された渦巻ばね３１は、三角形断面形状のばね線材により形成されており、図１０（Ｂ）に示された渦巻ばね３１は、台形断面形状のばね線材により形成されている。図１０（Ｃ）に示された渦巻ばね３１は、楕円断面形状のばね線材により形成されている。それぞれの渦巻ばね３１においては、ばね線材の断面の長手方向が中心軸Ｏに沿う方向を向くように、縦長となっている。このように、渦巻ばね３１のばね線材の断面形状としては、長方形断面のみならず、種々の断面形状とすることができる。

渦巻ばね３１のばね線材の断面形状は、内周端面３４から外周端面３５まで同一断面形状としても良く、渦巻方向の位置に応じて、例えば、長方形断面形状から楕円断面形状に変化させるようにしても良い。また、渦巻ばね３１の外周部側のばね線材の外径を太くし、内周部側の外径を細くすると、渦巻ばね３１の内外径のばね定数の変化を小さくすることができる。

図１１（Ａ）は他の実施の形態である精密機器用防振装置１０を示す断面図であり、図１１（Ｂ）は図１１（Ａ）に示された第１の渦巻ばね示す平面図であり、図１１（Ｃ）は図１１（Ａ）に示された第２の渦巻ばねを示す平面図である。

図１１（Ａ）に示される精密機器用防振装置１０においては、第１の渦巻ばね３１ａと、第２の渦巻ばね３１ｂが軸方向に隣り合って連結頭部１８に配置される。一方の渦巻ばね３１ａは内周部３２から外周部３３に向けて図１１において右巻きであり、他方の渦巻ばね３１ｂは内周部３２から外周部３３に向けて左巻きである。このように、２つの渦巻ばね３１ａ、３１ｂを配置すると、連結頭部１８がケース１３に対して軸方向に変位した場合に、渦巻ばね３１ａ、３１ｂが変形することにより、連結頭部１８に捩り力が加わっても、渦巻ばね３１ａ、３１ｂが互いに逆巻きに配置されていることから、捩り力を相殺することができる。両方の渦巻ばね３１ａ、３１ｂの巻き方向を同一としても良いが、逆巻き配置とすることにより、捩り力を相殺して連結頭部１８と載置される精密機器１１が螺合締結される場合には、ゆるみや過剰しまりを防止できる。また、溶接や接着などで固定される場合でも、繰り返しの捩り力の印加を防止できるので、固定部の破断を防止することができる。

図１１（Ａ）に示されるように、ケース１３の開口端部１６には軸方向にずらして２つの外周側係合部２５ａ、２５ｂが設けられており、両方の外周側係合部２５ａ、２５ｂは仕切り突起３６により仕切られている。ケース１３と連結頭部１８との間に２つ以上の渦巻ばねを設けることも可能であり、複数の渦巻ばねを設けることにより、大きな荷重を支持することができるし、軸方向にずらして配置されることから、こじれ変形への耐性も高い。

図１２（Ａ）は他の実施の形態である精密機器用防振装置を示す断面図であり、図１２（Ｂ）は図１２（Ａ）に示された渦巻ばね組立体３１Ａを示す平面図であり、図１２（Ｃ）は図１２（Ｂ）に示された第１の渦巻ばね３１ａを示す平面図であり、図１２（Ｄ）は図１２（Ｂ）に示された第２の渦巻ばね３１ｂを示す平面図である。

渦巻ばね組立体３１Ａは、第１の渦巻ばね３１ａと第２の渦巻ばね３１ａとを組合せることにより形成されており、両方の渦巻ばねは、内周部３２から外周部３３に向けて図１２（Ｂ）において右巻きであり、円周方向の位相が相互に１８０度ずれている。このように、同一平面に同一巻き方向の２つの渦巻ばねを組み合わせることができるので、図１１に示した精密機器用防振装置１０と同様に、少ないスペースに複数の渦巻ばねを設けることにより、大きな荷重を支持することができる。また、複数の渦巻ばねの間に摩擦を生じさせることで、摩擦力による減衰を追加して生じせしめることができる。

図１３は他の実施の形態である精密機器用防振装置１０を示す断面図である。この精密機器用防振装置１０においては、防振部材４１は、非圧縮性素材であるゴムや弾性エラストマー、ゲルなどから形成され、内部に気泡を有しない。防振部材４１の凹部４２の内面４５とねじ部材１７の基部１７ａの外面との間に空間４７を設け、また、防振部材４１の開口端部１６側の端面には、ケース部１３の閉塞端部１４に向けて凹状に形成された環状のスグリ部４６とこのスグリ部４６と軸方向に対向する渦巻ばね３１の下面との間に空間４７を設けている。この場合、連結頭部１８がケース部１３の閉塞端部１４に向けて大きく沈むとき、防振部材４１が圧縮され、防振部材４１のボリューム移動を生じるが、この圧縮により移動するボリューム（以下、移動ボリュームという。）が空間４７に収納されるため、移動ボリュームがスグリ部４７より大きく膨出することがないので、軸の引っ張り方向に位置する渦巻ばね３１の隙間Ｇに挟み込まれる可能性を抑えることができる。なお、スグリ部４６が大きくとれる場合には、閉塞底部１４側の空間４７を省略してよいことは勿論である。

図６（Ｂ）は他の実施の形態における係合鍔片を示す断面図であって、図６（Ａ）における６−６線に相当する部分を示す。

図６（Ｂ）に示す精密機器用防振装置１０のケース１３においては、係合鍔片２８の開口端部には舌片状の脱落防止爪２８ａが少なくとも１カ所設けられており、脱落防止爪２８ａは開口端部からケース１３の径方向内方に向けて突出するとともに、閉塞端部１４に向けて折り曲げられている。図示する脱落防止爪２８ａの位置は、図６（Ａ）におけ６−６線の部分、つまり図６（Ａ）における位置Ｂ５の部分を示しており、渦巻ばね３１の外周部３３と、その内側の部分３３ａとが脱落防止爪２８ａに係合して、その内側の部分３３ｂは脱落防止爪２８ａよりも内側に位置している。

渦巻ばね３１が軸方向に引き上げられることにより、外周部３３の外径が縮径されるために過度に引き上げられると、係合鍔片２８から外周部３３が離脱する可能性が生じる。これに対して、図６（Ｂ）に示されるように、脱落防止爪２８ａを設けると、渦巻ばね３１が係合鍔片２８から離脱することをより確実に防止できる。脱落防止爪２８ａは、上述のように、図６（Ａ）に示した位置Ｂ５に相当する位置に１つ設けることが望ましい。これにより、少なくとも渦巻ばね３１の外周部の１巻が係合鍔片２８内に保持することができる。

図１４（Ａ）は他の実施の形態である精密機器用防振装置を示す断面図であり、図１４（Ｂ）は図１４（Ａ）における図６（Ａ）と同様の部分を示す拡大断面図である。

この精密機器用防振装置１０のケース１３においては、径方向部２６の内面２６ａは径方向内方に向かって傾斜しており、傾斜角度は上述した式（１）及び（２）に合致するように形成されることがより好ましい。このように、径方向部２６の内面を傾斜させると、渦巻ばね３１の外周部についても下方への変位を阻害しない。つまり、下方変位についても離脱を抑制しつつ低ばね化できる。

さらに、図１４に示した防振部材４１においては、上述した実施の形態と異なり、上面が平坦面で形成され、連結頭部１８の先端部には球面形状の突出部２３ａが設けられている。連結頭部１８が中立位置となった状態においては、突出部２３ａと防振部材４１は接触状態で荷重を支持するように配置されている。つまり、突出部２３ａと防振部材４１は接着されておらず、突出部２３ａが防振部材４１の上面に乗った状態で支持されている。

また、防振部材４１の外周面とケース１３の内面との間には空間４８が設けられている。これにより、連結頭部１８がケース部１３の閉塞端部１４に向けて大きく沈むとき、防振部材４１が圧縮され、防振部材４１のボリューム移動を生じるが、この移動ボリュームは空間４８に収納されるため、渦巻ばね３１の隙間Ｇに挟み込まれる可能性を抑えることができる。

上述したそれぞれの精密機器用防振装置１０においては、内周部３２が連結頭部１８の内周側係合部２１に係合され、外周部３３がケース１３の外周側係合部２５に係合された渦巻ばね３１により、連結頭部１８とケース１３との間に装着されているので、静的状態においては、渦巻ばねの中央位置に連結頭部が緩やかに位置決めされる。ケース１３が締結された基盤１２に振動が印加された場合、又は精密機器１１の内部構成により精密機器１１自身に振動が印加された場合、渦巻ばね３１は、中立位置近傍においては、軸方向、水平方向とも低いバネ定数を有するため、精密機器用防振装置１０は、比較的軽量な精密機器を支持する場合であっても、カップ状ケースと連結頭部との間に差動を生じせしめて振動を吸収することができ、防振部材が吸収した振動エネルギーを消散することができる。そして、振動が減衰されたのち、渦巻ばねにより、中立位置に緩やかに復帰するので、防振部材のへたりを抑えることができる。

本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、上述した実施の形態においては、ケース１３が基盤１２に取り付けられ、連結頭部１８が精密機器１１に取り付けられているが、ケース１３を精密機器１１に取り付け、連結頭部１８を基盤１２に取り付けるようにしても良い。

１１ 精密機器
１２ 基盤
１３ ケース
１４ 閉塞端部
１５ 円筒部
１６ 開口端部
１７ ねじ部材
１８ 連結頭部
２１ 内周側係合部
２２ 環状溝
２３ 円錐形突出部
２４ 基端部
２５ 外周側係合部
２６ 径方向部
２７ 外周部
２８ 係合鍔片
３１ 渦巻ばね
３１Ａ 渦巻ばね組立体
３１ａ 第１の渦巻ばね
３１ｂ 第２の渦巻ばね
３２ 内周部
３３ 外周部
４１ 防振部材
４２、４３ 凹部
４６ スグリ部
４７ 空間

Claims (8)

1. 精密機器と当該精密機器を支持する基盤との間に配置され、前記基盤から前記精密機器に伝達される振動を吸収する精密機器用防振装置であって、
   前記精密機器と前記基盤のいずれか一方の部材に取り付けられる閉塞端部、および他方の部材に向けて開口する開口端部を備えるカップ状のケースと、
   前記精密機器と前記基盤のいずれか他方の部材に取り付けられ、前記開口端部の内部に配置される連結頭部と、
   前記連結頭部と前記カップ状のケースとの間に配置される防振部材と、
   前記連結頭部に形成された内周側係合部に内周部が係合し、前記開口端部に形成された外周側係合部に外周部が係合する渦巻ばねと、
   を有する、精密機器用防振装置。
2. 請求項１記載の精密機器用防振装置において、
   前記精密機器と前記基盤との間に荷重が加えられていない状態のもとでは、前記渦巻ばねは、前記内周部から前記外周部に向けて前記連結頭部の中心軸に対して径方向に延在する、精密機器用防振装置。
3. 請求項１または２記載の精密機器用防振装置において、
   前記開口端部の外周側係合部は、径方向内方に向けて開口する凹形状をなし、前記渦巻ばねの外周部に係合するとともに、径方向内方に向けて屈曲するとともに前記他方の部材に向けて傾斜する係合鍔片を有する、精密機器用防振装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の精密機器用防振装置において、
   前記渦巻ばねのばね線材は、渦巻方向の位置に応じて断面形状が変化する、精密機器用防振装置。
5. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の精密機器用防振装置において、
   前記渦巻ばねのばね線材は、前記連結頭部の軸方向と平行な縦方向が横方向よりも長い長方形断面である、精密機器用防振装置。
6. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の精密機器用防振装置において、
   前記連結頭部と前記開口端部との間に、前記連結頭部の軸方向に隣り合って複数の渦巻ばねを配置した、精密機器用防振装置。
7. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の精密機器用防振装置において、
   前記連結頭部と前記開口端部との間に、相互に円周方向の位相がずれた２つの渦巻ばねからなる渦巻ばね組立体を配置した、精密機器用防振装置。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の精密機器用防振装置において、
   前記連結頭部は前記閉塞端部に向けて漸次小径となる円錐形突出部を有し、前記防振部材は前記円錐形突出部に適合する凹部を有する、精密機器用防振装置。

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