JP4469327B2

JP4469327B2 - 振動制御ユニット

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Publication number: JP4469327B2
Application number: JP2005336238A
Authority: JP
Inventors: 正志安田; 庄平民部; 公宇潘; 正隆中島
Original assignee: Tokkyokiki Corp
Current assignee: Tokkyokiki Corp
Priority date: 2001-08-03
Filing date: 2005-11-21
Publication date: 2010-05-26
Anticipated expiration: 2022-07-01
Also published as: JP2006064184A

Description

本発明は、除振、防振、免震又は制振の分野に用いられる振動制御体及びこれを含む振動制御ユニットに関する。

露光装置などの半導体製造装置や電子顕微鏡、三次元測定器などの精密機器は、各装置の性能を十分に発揮させるために設置床からの微振動が絶縁された状態で用いられる必要がある。そのため、精密機器等の装置は空気ばねを用いた除振装置で支持されるのが一般的である。除振装置の性能を向上させるには、その固有振動数を低下させる必要がある。空気ばねの鉛直方向（荷重支持方向）の固有振動数を低下させるには、空気ばねの補助空気室を大きくすればよいが、同じ手段によって水平方向の固有振動数を低下させることはできない。そこで、除振装置の水平方向の固有振動数を低下させるために、空気ばねの上又は下に水平方向の剛性が低い積層ゴムを配置することが行われている。また、積層ゴムは、地震時に建造物の揺れを抑えるための免震装置や、建造物などの揺れを吸収するための制振装置や機械振動を遮断する防振装置にも用いられている。

しかしながら、積層ゴムはその載置荷重が変化すると固有振動数が変化してしまうという欠点と共に、剪断変形によって支持面積が減少してしまうために載置された物体の支持が不安定になるという欠点を有している。

そこで、本発明の目的は、水平方向の固有振動数が小さいにも拘わらず、載置荷重が変化しても固有振動数が実質的に変化することがなく、しかも載置物体の支持が不安定になることのない振動制御体を含む振動制御ユニットを提供することである。

課題を解決するための手段及び発明の効果

上記目的を達成するために、第１の発明に係る振動制御ユニットは、全高Ｈを有していると共に、互いに対向する凸面である第１の曲面及び第２の曲面がＲ１＋Ｒ２＞Ｈ＞ｈを満たすように形成された、一つの又は直列に配置された複数の振動制御体と、少なくとも２つの板状部材とが、前記板状部材を両端としてかつ各振動制御体が前記第１の曲面及び前記第２の曲面において各板状部材で支持されるように交互にかつ直列に配置されており、前記振動制御体が、中心軸に対して対称に形成されており、前記第１の曲面及び前記第２の曲面が、前記中心軸の両端に形成された球面であり、前記中心軸が鉛直軸から傾いたときに、前記中心軸を鉛直方向に戻すように、前記第１の曲面又は前記第２の曲面に作用した剪断力の作用方向と反対方向の復元力を発生する補助部材が配置されており、前記板状部材の一つとして、凹部を有する第１ハウジングが含まれ、前記凹部には、前記第１の曲面が収容され、前記補助部材は、前記凹部に収容され、且つ、前記振動制御体と前記板状部材との間に配置されていることを特徴としている。また、別の観点から、第２の発明に係る振動制御ユニットは、全高Ｈを有していると共に、互いに対向する凸面である第１の曲面及び第２の曲面がＲ１＋Ｒ２＞Ｈ＞ｈを満たすように形成された、一つの又は直列に配置された複数の振動制御体と、少なくとも２つの板状部材とが、前記板状部材を両端としてかつ各振動制御体が前記第１の曲面及び前記第２の曲面において各板状部材で支持されるように交互にかつ直列に配置されており、前記振動制御体が、中心軸に対して対称に形成されており、前記第１の曲面及び前記第２の曲面が、前記中心軸の両端に形成された球面であり、前記中心軸が鉛直軸から傾いたときに、前記中心軸を鉛直方向に戻すように、前記第１の曲面又は前記第２の曲面に作用した剪断力の作用方向と反対方向の復元力を発生する補助部材が配置されており、前記板状部材として、第１凹部を有する第１ハウジングと、第２凹部を有する第２ハウジングと、が含まれ、前記第１凹部には、前記第１の曲面が接触し、前記第２凹部には、前記第２の曲面が接触し、前記第１の曲面、及び、前記第２の曲面に作用した剪断力の作用方向と反対方向の復元力を発生する、二つの前記補助部材が、前記第１凹部及び前記第２凹部に配置されていることを特徴としている。ここで、各符号は以下のように対応している。Ｒ１：第１の曲面の平均曲率半径Ｒ２：第２の曲面の平均曲率半径Ｈ：振動制御体の全高ｈ：第１及び第２の曲面の曲面中心間の距離。

第１及び第２の発明に係る振動制御ユニットは、上記のように形成されているために、第２の曲面を下面として配置されたときに、第１の曲面又は第２の曲面と相対運動可能に接する部材から受ける軸力及び剪断力に起因して、剪断力の作用に伴うトルクの方向と反対方向の復元力（トルク）が発生して所定の固有振動数で振動する。この固有振動数は、第１及び第２の曲面の形状を含む振動制御体の形状だけによって決定される。従って、振動制御体の形状を調整することだけで水平方向の固有振動数を所望の値にまで小さくすることができると共に、上に載置される物体の質量が変化しても固有振動数が実質的に変化することがなくなる。そのため、上に載置される物体の質量に依存せずに、常に同等の振動制御効果を得ることができるようになる。

また、第１及び第２の発明によると、振動制御体の傾き角度が大きくなったときに大きな復元力が生じるようにすることができるので、ストッパーを用いてストロークを小さいものに制限する場合と比較すると、振動制御体の性能の劣化が少なくなる。また、積層ゴムのような弾性体ではなく高い剛性を有する材料だけで振動制御体を構成することができる。従って、振動制御体が実質的に剪断変形することがなく、上に載置される物体が安定して支持されるようになる。またその上、振動制御体を板状部材と共に１つのユニットとして簡易に所望の場所に配置することができるようになる。さらに、第１及び第２の曲面の形状が球面であるので、設計及び製造が比較的容易となる。

なお、板状部材の第１及び第２の曲面と接触する部分は、平面であってもよいし、凹型曲面であってもよい。第１の発明の振動制御ユニットにおいて、振動制御体は板状部材に対して水平面内の互いに交差する２方向に振動可能であってもよいし、水平面内のいずれか１方向だけに振動可能であってもよい。

第３の発明に係るの振動制御ユニットは、前記第１の曲面、及び、前記第２の曲面は、それぞれ、下端面、及び、上端面であり、Ｒ１＜Ｒ２の関係が満たされていることを特徴とすることを特徴としている。

第４の発明に係るの振動制御ユニットは、前記第１の曲面及び前記第２の曲面の少なくともいずれか一方は、曲率半径が前記中心軸から離れるに連れて連続的に増加する領域を有していることを特徴としている。

第４の発明によると、振動制御体の傾き角度が大きくなったときに大きな復元力が生じるようにすることができるので、ストッパーを用いてストロークを小さいものに制限する場合と比較すると、振動制御体の性能の劣化が少なくなる。

第５の発明に係る振動制御ユニットは、前記補助部材として、前記振動制御体と前記板状部材との間にＯリングが配置されていることを特徴としている。

第５の発明に係る振動制御ユニットによると、振動制御体に剪断力が加えられてその中心軸が鉛直軸から傾いたときに、中心軸を鉛直方向に戻すように剪断力と反対方向の復元力を発生させることができるようになる。

第６の発明に係る振動制御ユニットは、前記板状部材の一つとして、凹部を有する第１ハウジングが含まれ、前記凹部には、前記第１の曲面が収容され、前記振動制御体と前記凹部との間には、シリコンオイルが充填されていることを特徴としている。

第６の発明によると、振動の減衰効果を高めることができるようになる。

第７の発明に係る振動制御ユニットは、前記板状部材の一つとして、凹部を有する第１ハウジングが含まれ、前記凹部には、前記第１の曲面が収容され、前記凹部の内面から、前記振動制御体をその側面から支える複数の支持バーが突出していることを特徴としている。

第７の発明によると、振動制御体が凹部の内部において水平方向に微小振動できるようになる。

第８の発明に係る振動制御ユニットは、前記板状部材として、前記第１の曲面に接触する第１の部材と、前記第２の曲面に接触する第２の部材と、が含まれ、前記第１の部材と前記第２の部材との間隙を粘性体が塞いでいることを特徴としている。

第８の発明によると、振動の減衰効果を高め、かつ凹部の内部への粉塵の侵入を防止することが可能になる。

第９の発明に係る振動制御ユニットは、２つの前記板状部材の間に、３つ以上の同じ高さの前記振動制御体が並列に配置されていることを特徴とする。

第９の発明によると、３以上の同じ高さの振動制御体が並列に配置されることで、載置される物体が形成する平面と平行な平面をもった安定した支持面を構成することが可能になる。

第１０の発明に係る振動制御ユニットは、最端部に配置された前記板状部材のさらに外側に、前記振動制御体の軸方向の振動伝達を弱めるための振動制御機構が配置されていることを特徴としている。

第１０の発明によると、水平方向に加えて鉛直方向の固有振動数も低下させることが可能となる。すなわち、本来、振動制御体は軸方向には剛体の特性を示すように設計されるが、板状部材を介して振動制御機構（例えば軸方向の弾性体）を配置することで、鉛直方向にも遮断特性をもたせることが可能となる。

また、通常の弾性体は上下のみならず回転方向にも変形してしまうが、特に第９の発明のように安定した支持面が構成される場合には、第１０の発明に基づいて空気ばねやコイルスプリングなどの通常の弾性体を振動制御体と直列に配置することが可能になり、安定した三次元の支持機構を実現することができる。さらに、別の観点から、第１１の発明に係る振動制御ユニットは、全高Ｈを有していると共に、互いに対向する凸面である第１の曲面及び第２の曲面がＲ１＋Ｒ２＞Ｈ＞ｈを満たすように形成された、同じ高さの複数の振動制御体と、同心状に配置された３枚の円板と、を有し、前記３枚の円板は、第１の円板、第２の円板、及び、前記第１の円板及び前記第２の円板の間に配置された第３の円板、であり、前記複数の振動制御体と、前記３枚の円板とは、前記第１の円板及び前記第２の円板を両端として、交互にかつ直列に配置されており、前記複数の振動制御体には、複数の第１の制御体と、複数の第２の制御体と、が含まれ、前記複数の第１の制御体は、前記第１の円板及び前記第３の円板に挟まれて並列に配置され、それぞれの前記第１の制御体は、前記第１の曲面において、前記第１の円板で支持され、且つ、記第２の曲面において、前記第３の円板で支持され、前記複数の第２の制御体は、前記第２の円板及び前記第３の円板に挟まれて並列に配置され、それぞれの前記第２の制御体は、前記第１の曲面において、前記第３の円板で支持され、且つ、前記第２の曲面において、前記第２の円板で支持され、前記複数の振動制御体は、前記３つの円板の中心から等距離の円周上に、等角度間隔で配置されており、且つ、当該円周上では、前記第１の制御体と前記第２の制御体とが交互に配置されており、それぞれの前記振動制御体が、中心軸に対して対称に形成されており、それぞれの前記振動制御体において、前記第１の曲面及び前記第２の曲面は、前記中心軸の両端に形成された球面であり、それぞれの前記振動制御体には、前記中心軸が鉛直軸から傾いたときに、前記中心軸を鉛直方向に戻すように、前記第１の曲面又は前記第２の曲面に作用した剪断力の作用方向と反対方向の復元力を発生する補助部材が配置されていることを特徴としている。

上述した振動制御ユニットは、除振装置、振動発生機器の防振構造、免震装置又は制振装置のいずれとしても用いることができる（第１２〜１５の発明）ことは勿論、アクティブ制御を含むこれらの装置の支持機構としても用いることができる。

以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１は、本発明の第１の参考例による振動制御体の斜視図である。図２は、図１に示す振動制御体の縦断面図である。図１及び図２に示す振動制御体１は、円柱の２つの端面２、３がともに外方に飛び出して凸型球面となったような形状を有している。振動制御体１は、使用に当たっては、半径が小さい方の端面（以下、「下端面」という）３を下方にし、半径が大きい方の端面（以下、「上端面」という）２を上方にして配置される。振動制御体１は、後で説明するように、除振装置、免震装置若しくは制振装置又はこれらの一部として用いられる。

振動制御体１は、全高Ｈを有するように、上端面２及び下端面３を両端に有する中心軸８に対して軸対称に形成されている。そのため、上端面２を構成する球面の中心Ｃ２及び下端面３を構成する球面の中心Ｃ１は、共に中心軸８上にある。また、振動制御体１の全高Ｈは、上端面２の半径Ｒ２と下端面３の半径Ｒ１との和よりも小さくなるように形成されている（Ｒ１＋Ｒ２＞Ｈ）。従って、上端面２を構成する球面の中心Ｃ２は下端面３を構成する球面の中心Ｃ１よりも下方にあって両者の間は距離ｈ＝Ｒ１＋Ｒ２−Ｈだけオフセットしている。これらの間には、Ｒ１＋Ｒ２＞Ｈ＞ｈの関係がある。なお、Ｒ１＝Ｒ２であってもよい。

図２に示すように、振動制御体１の上端面２には水平に配置された上面板６が接触しており、下端面３には水平に配置された下面板７が接触していると共に、上面板６上に質量Ｍの物体が載置され且つ下面板７が床に固定されているとする。このとき、転動体である振動制御体１は、下端面３において下面板７に対して転動すると共に、上端面２において上面板６に対して転動する。上面板６上の質量Ｍの物体が水平方向に移動したとすると、その移動量ｘは振動制御体１の傾き角度をθとして以下の式（１）により表される。このとき、質量Ｍの物体が同じ高さＨをもった複数の振動制御体で支持されているとすると、質量Ｍの物体は外乱力によって並進運動を行うのみであるから、質量Ｍの物体の回転は生じず、振動制御体１の運動に影響を与えない。

上面板６上の質量Ｍの物体が水平方向に移動すると、上端面２と上面板６との接触点（荷重作用点）が下端面３と下面板７との接触点から水平方向にずれるために振動制御体１にはその傾きを小さくするような復元モーメントが働く。振動制御体１の傾き角度がθのときに振動制御体１に働く復元モーメントの大きさはＭｇｈsinθとなるので、質量Ｍの物体に作用する水平方向の力の大きさは、Ｍｇｈsinθ／（Ｒ１＋Ｒ２−ｈcosθ）となる。従って、上面板６上に載置された質量Ｍの物体の力の釣り合いは、以下の式（２）のようになる。

以下、式（２）から振動制御体１の水平方向の固有振動数を求める。まず、式（１）を利用してｘのｔによる２階微分を以下の式（３）〜（６）の手順で求める。

なお、式（５）を式（６）に変形する際に、式（７）の関係を用いた。

式（６）を式（２）に代入すると、

が得られる。ここで、振動制御体１の傾き角度θが非常に小さい微振動の場合を考え、sinθ＝θ、cosθ＝１と近似する。すると、式（８）は、

のように表すことができる。式（９）の運動方程式から求まる一般解は自由振動を示すものであり、その水平方向の固有振動数ｆは以下の式（１０）又は（１１）で表すことができる。

式（１０）又は（１１）から分かるように、質量Ｍの物体の水平方向の固有振動数ｆは、上端面２及び下端面３の半径Ｒ２、Ｒ１と全高Ｈとで決まり、質量Ｍに依存しない。従って、振動制御体１の形状を適宜定めることにより、振動制御体１の固有振動数ｆを小さい値に設定することができる。これにより、振動制御体１は良好な振動遮断効果を有するようになり、下面板７が振動したときの上面板６の揺れを小さなものとすることができる。

特に、本実施の形態の振動制御体１の場合は、固有振動数ｆを表す式（１０）を参照すると明らかなように、ｈを小さくすることで、振動制御体１自体をあまり大きくすることなくその固有振動数ｆを低下させることができる。従って、振動制御体１が必要とするスペースを比較的小さなものとすることができる。そして、このようにして設定された固有振動数ｆは、上に載置される物体の質量が変わったとしても変化することがない。そのため、振動制御体１を除振装置や免震装置、制振装置に用いることにより、上に載置される物体の質量に依存せずに、常に同等の振動制御効果を期待することができるようになる。

また、振動制御体１は積層ゴムとは異なりステンレスなどの高い剛性を有する材料だけで構成することができるので、実質的に剪断変形することがなく、上に載置される物体を安定して支持することができる。

さらに、本参考例によると、凸面と凹面とが組み合わされたものではなく上端面２と下端面３との両方が凸面になっているために、転動体である振動制御体１だけで振動制御ユニットを構成することができるという利点がある。

なお、本参考例の変形例として、上端面２及び下端面３の少なくともいずれか一方は、球面ではなく、その曲率半径が中心軸８から離れるに連れて連続的に増加する領域を有しているものであってよい。このようにすることで、振動制御体１の傾き角度が大きくなったときに大きな復元力が生じるようにすることができるので、例えばストッパーを用いてストロークを小さいものに制限する場合と比較すると、振動制御体２１の性能の劣化が少なくなる。また、振動制御体２１は、水平面内の任意の２以上の方向に振動可能であるが、水平面内の１方向だけに振動するように形成してもよい。振動制御体２１が水平面内の１方向だけに振動可能とした場合には、それを複数組み合わせることで水平面内の任意の２以上の方向に振動させることが可能である。

なお、振動制御体１は、それ単体として用いることができるほか、上面板６及び下面板７を含む１つの振動制御ユニットとして構成されていてもよい。

次に、本発明の第1の実施の形態について、図３に基づいて説明する。本実施の形態は、図１で説明したような振動制御体１と類似の振動制御体を含む振動制御ユニットに係るものである。図３に示す振動制御ユニット２０は、上端面２２及び下端面２３が共に外方に飛び出した凸型球面となった振動制御体２１を含んでいる。振動制御体２１は、比較的直径が大きい円柱形状を有しており下端面２３に連なる基部２１ａと、基部２１ａよりも小さな直径を有するように基部２１ａから同軸状に突出しており上端面２２に連なる突出部２１ｂとから構成されている。

振動制御体２１の形状は、第１の参考例に係る振動制御体１と同様の関係を満たしている。つまり、上端面２２の半径は下端面２３の半径よりも大きく、振動制御体２１の全高は、上端面２２の半径と下端面２３の半径との和よりも小さくなっている。そのため、振動制御体２１についても式（１）〜（１１）が成り立ち、第１の参考例の振動制御体１と同等の利益が得られる。

図３に示すように、本実施の形態による振動制御ユニット２０では、振動制御体２１の基部２１ａと突出部２１ｂの下側部分とがハウジング２４内に収納されており、ハウジング２４の上面に設けられた孔２７ａからは突出部２１ｂの上側部分が飛び出している。ハウジング２４の内周面と振動制御体２１との間には若干の間隙が設けられており、ハウジング２４内部において振動制御体２１が水平方向に微小振動できるようになっている。

ハウジング２４は、振動制御体２１の基部２１ａが収容される凹部を有する下ハウジング２６と、その上に配置される孔２７ａを有する上ハウジング２７とから構成されている。下ハウジング２６の凹部底面には、振動制御体２１の下端面２３と接触する高剛性材料から成る板状部材２８が配置されている。また、板状部材２８の周縁部と下端面２３との間にはＯリング２９が配置されている。Ｏリング２９は、振動制御体２１に剪断力が加えられてその中心軸３３が鉛直軸から傾いたときに、中心軸３３を鉛直方向に戻すように剪断力と反対方向の復元力を発生させる。

上ハウジング２７の下面と振動制御体２１の基部２１ａの上面との間には、止め板３０が配置されている。止め板３０の上下方向位置は、上ハウジング２７と螺合したボルト３２ａ、３２ｂによって調整することができる。止め板３０の上下方向位置を調整することにより、基部２１ａ上側の遊び量が調整される。

図３に示す振動制御ユニット２０は、使用に際して、下ハウジング２６が床や土台に固定され、突出部２１ｂの上端面２２上に機器や建造物、制振質量体が配置される。このとき、振動制御ユニット２０は振動制御体２１がハウジング２４に収容されているために簡易に所望の場所に配置することができる。また、ハウジング２４内にはＯリング２９が配置されているために、振動制御体２１の傾き角度が大きくなったときに大きな復元力が生じるようにすることができるので、例えばストッパーを用いてストロークを小さいものに制限する場合と比較すると、振動制御体２１の性能の劣化が少なくなる。

次に、本発明の第２の実施の形態について、図４に基づいて説明する。本実施の形態は、図１で説明したような振動制御体１と類似の振動制御体を含む振動制御ユニットに係るものである。図４に示す振動制御ユニット４０は、上端面４２及び下端面４３が共に外方に飛び出した凸型球面となったほぼ円柱状の振動制御体４１を含んでいる。

振動制御体４１の形状は、第１の参考例に係る振動制御体１と同様の関係を満たしている。つまり、上端面４２の半径は下端面４３の半径よりも大きく、振動制御体４１の全高は、上端面４２の半径と下端面４３の半径との和よりも小さくなっている。そのため、振動制御体４１についても式（１）〜（１１）が成り立ち、第１の参考例の振動制御体１と同等の利益が得られる。

図４に示すように、本実施の形態による振動制御ユニット４０では、振動制御体４１の全体がハウジング４４内に収納されている。ハウジング４４の内周面と振動制御体４１との間には比較的広い間隙が設けられているが、２本の支持バー４８ａ、４８ｂのために振動制御体４１は側面から支えられている。そのため、振動制御体４１はハウジング４４内部において水平方向に微小振動できるようになっている。

ハウジング２４は、振動制御体４１の頂部近傍を除く大部分が収容される凹部を有する下ハウジング４６と、その上に配置される凹部を有する上ハウジング４７とから構成されている。下ハウジング４６の凹部底面及び上ハウジング４７の凹部上面は、それぞれ振動制御体４１の下端面４３及び上端面４２に接触している。そして、振動制御体４１の下端面４３の周縁部と下ハウジング４６の凹部底面との間にはＯリング４９ａが配置されていると共に、上端面４２の周縁部と上ハウジング４７の凹部上面との間にはＯリング４９ｂが配置されている。これらのＯリング４９ａ、４９ｂは、振動制御体４１に剪断力が加えられてその中心軸（図示せず）が鉛直軸から傾いたときに、中心軸を鉛直方向に戻すように剪断力と反対方向の復元力を発生させる。

図４に示す振動制御ユニット４０は、使用に際して、下ハウジング４６が床や土台に固定され、上ハウジング４７上に機器や建造物、制振質量体が配置される。このとき、振動制御体４１がハウジング４４に収容されているために振動制御ユニット４０を簡易に所望の場所に配置することができる。また、Ｏリング４９ａ、４９ｂが配置されているために、振動制御体４１の傾き角度が大きくなったときに大きな復元力が生じるようにすることができるので、例えばストッパーを用いてストロークを小さいものに制限する場合と比較すると、振動制御体４１の性能の劣化が少なくなる。

次に、本発明の第３の実施の形態について、図５に基づいて説明する。なお、図５において、図４と同様の部材には共通の符号を付して詳細な説明を省略する。図５に示すように、本実施の形態の振動制御ユニット５０は、下ハウジング４６の支持バー４８ａ、４８ｂよりも下の部分と振動制御体４１との間隙にシリコンオイル５２が充填されているという点においてのみ図４で説明した第２の実施の形態の振動制御ユニット４０と相違している。そのため、振動制御ユニット５０は、第２の実施の形態の振動制御ユニット４０による利益を有すると共に、これと比較して振動の減衰効果が大きいという利益をも有している。

次に、本発明の第４の実施の形態について、図６に基づいて説明する。なお、図６において、図４と同様の部材には共通の符号を付して詳細な説明を省略する。図６に示すように、本実施の形態の振動制御ユニット６０は、下ハウジング４６と上ハウジング４７との間隙を塞ぐようにゴム又はゲルなどの粘性体６２が配置されているという点においてのみ図４で説明した第２の実施の形態の振動制御ユニット４０と相違している。そのため、振動制御ユニット６０は、第２の実施の形態の振動制御ユニット４０による利益を有すると共に、これと比較して振動の減衰効果が大きくハウジング４４内部への粉塵の侵入を防止することができるという利益をも有している。

次に、本発明の第５の実施の形態について、図７（ａ）、（ｂ）に基づいて説明する。図７（ａ）は本実施の形態による振動制御ユニットの平面図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）のＡ−Ａ線での断面図である。図７（ａ）、（ｂ）に示す振動制御ユニット７０は、上下の比較的薄い円板７１、７３及びこれらの間に配置された比較的厚い円板７２と、これら同心状に配置された３枚の円板７１〜７３の間に挟まれた６つの振動制御体４１ａ〜４１ｆとを含んでいる。

６つの振動制御体４１ａ〜４１ｆのうち、振動制御体４１ａ、４１ｃ、４１ｅは下方側の２枚の円板７２、７３の間に挟まれて上端面及び下端面においてそれぞれ円板７２、７３で支持されており、振動制御体４１ｂ、４１ｄ、４１ｆは上方側の２枚の円板７１、７２の間に挟まれて上端面及び下端面においてそれぞれ円板７１、７２で支持されている。２枚の円板７２、７３の間に挟まれた３つの振動制御体４１ａ、４１ｃ、４１ｅは、各々と円板７２、７３の中心Ｏとを結ぶ線どうしが互いに１２０°ずつ離れるように並列にかつ中心Ｏから等距離の位置に配置されている。一方、２枚の円板７１、７２の間に挟まれた３つの振動制御体４１ｂ、４１ｄ、４１ｆは、各々と円板７１、７２の中心Ｏとを結ぶ線どうしが互いに１２０°ずつ離れるように並列にかつ中心Ｏから等距離の位置に配置されている。３つの振動制御体４１ａ、４１ｃ、４１ｅ及び３つの振動制御体４１ｂ、４１ｄ、４１ｆは、互いに重なり合うことなく、これら６つの振動制御体４１ａ〜４１ｆの各々と中心Ｏとを結ぶ線どうしが互いに６０°ずつ離れるように配置されている。なお、６つの振動制御体４１ａ〜４１ｆのそれぞれの上下端面には、上述した第２〜第４の実施の形態と同様に、Ｏリング４９ａ、４９ｂが配置されている。

図７（ａ）、（ｂ）に示す振動制御ユニット７０は、使用に際して、円板７３が床や土台に固定され、円板７１上に機器や建造物、制振質量体が配置される。このとき、振動制御体４１ａ〜４１ｆが円板７１、７２、７３に支持されているために振動制御ユニット７０を簡易に所望の場所に配置することができる。また、Ｏリング４９ａ、４９ｂが配置されているために、振動制御体４１の傾き角度が大きくなったときに大きな復元力が生じるようにすることができるので、例えばストッパーを用いてストロークを小さいものに制限する場合と比較すると、振動制御体４１の性能の劣化が少なくなる。

また、本実施の形態の振動制御ユニット７０では、直列２段に配列されているので、より振動制御効果を高めることができる。さらに、各段において３以上の振動制御体が並列に配置されることで、載置される物体からの力を分散させて安定した支持を実現することが可能になる。

なお、本実施の形態では、振動制御体を直列に２段配置したが、直列に３段以上配置することも可能である。また、振動制御体の１段当たりの並列数も任意に変更可能である。

また、本実施の形態の振動制御ユニット７０において、円板７１の上方又は円板７３の下方に空気ばね、コイルスプリング、ゴムユニットなどの鉛直方向の振動伝達を弱めるための機構を配置してもよい。これにより、鉛直方向の固有振動数が低下し、水平及び鉛直の両方向において優れた振動制御効果が得られる。

以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な設計変更が可能なものである。例えば、転動体又は振動制御体の形状は図示された特定の形状に限られるものではなく、様々な形状に変更することが可能である。具体的には、上述の実施の形態の振動制御体は中心軸に対して対称であるが、本発明の振動制御体は必ずしも中心軸に対して対称に形成されている必要はない。また、上述の実施の形態の振動制御体では、上端面及び下端面（凹面及び凸面）が共に球面であるが、これらの面は球面でなくてもよい。例えば第１〜第５の実施の形態の場合、Ｒ１及びＲ２をそれぞれ上端面及び下端面の平均曲率半径、ｈを上端面及び下端面の曲面中心間の距離として、Ｒ１＋Ｒ２＞Ｈ＞ｈを満たすように形成されていればよい。

図３に示した振動制御ユニット２０による振動遮蔽効果を確認するための実験を行った。図８はその結果を描いたグラフであって、横軸は振動数（Ｈｚ）、縦軸は振動伝達率（ｄＢ）、つまり入力振動に対する出力振動の比率を示している。なお、ここでは、振動制御体２１の下端面２３の半径Ｒ１が５０ｍｍ、上端面２２の半径Ｒ２が５０ｍｍ、全高Ｈが９３ｍｍのものについて実験を行った。

図８から明らかなように、実験に用いられた振動制御ユニット２０は、０．５Ｈｚの比較的小さい固有周波数を有しており、約０．７Ｈｚよりも大きい周波数において振動伝達率を低下させることができるものであることが分かった。

本発明の第１の参考例による振動制御体の斜視図である。図１に示す振動制御体の縦断面図である。本発明の第１の実施の形態による振動制御ユニットの縦断面図である。本発明の第２の実施の形態による振動制御ユニットの縦断面図である。本発明の第３の実施の形態による振動制御ユニットの縦断面図である。本発明の第４の実施の形態による振動制御ユニットの縦断面図である。本発明の第５の実施の形態による振動制御ユニットの平面図及び縦断面図である。第１の実施の形態による振動制御ユニットの振動遮蔽効果を確認するための実験結果を描いたグラフである。

符号の説明

１振動制御体
２上端面
３下端面
６上面板
７下面板
８中心軸

Claims

全高Ｈを有していると共に、互いに対向する凸面である第１の曲面及び第２の曲面がＲ１＋Ｒ２＞Ｈ＞ｈを満たすように形成された、一つの又は直列に配置された複数の振動制御体と、少なくとも２つの板状部材とが、前記板状部材を両端としてかつ各振動制御体が前記第１の曲面及び前記第２の曲面において各板状部材で支持されるように交互にかつ直列に配置されており、
前記振動制御体が、中心軸に対して対称に形成されており、
前記第１の曲面及び前記第２の曲面が、前記中心軸の両端に形成された球面であり、
前記中心軸が鉛直軸から傾いたときに、前記中心軸を鉛直方向に戻すように、前記第１の曲面又は前記第２の曲面に作用した剪断力の作用方向と反対方向の復元力を発生する補助部材が配置されており、
前記板状部材の一つとして、凹部を有する第１ハウジング（２６、４６、７３）が含まれ、
前記凹部には、前記第１の曲面が収容され、
前記補助部材は、前記凹部に収容され、且つ、前記振動制御体と前記板状部材との間に配置されていることを特徴とする振動制御ユニット。
Ｒ１：第１の曲面の平均曲率半径
Ｒ２：第２の曲面の平均曲率半径
Ｈ：振動制御体の全高
ｈ：第１及び第２の曲面の曲面中心間の距離
全高Ｈを有していると共に、互いに対向する凸面である第１の曲面及び第２の曲面がＲ１＋Ｒ２＞Ｈ＞ｈを満たすように形成された、一つの又は直列に配置された複数の振動制御体と、少なくとも２つの板状部材とが、前記板状部材を両端としてかつ各振動制御体が前記第１の曲面及び前記第２の曲面において各板状部材で支持されるように交互にかつ直列に配置されており、
前記振動制御体が、中心軸に対して対称に形成されており、
前記第１の曲面及び前記第２の曲面が、前記中心軸の両端に形成された球面であり、
前記中心軸が鉛直軸から傾いたときに、前記中心軸を鉛直方向に戻すように、前記第１の曲面又は前記第２の曲面に作用した剪断力の作用方向と反対方向の復元力を発生する補助部材が配置されており、
前記板状部材として、第１凹部を有する第１ハウジング（４６）と、第２凹部を有する第２ハウジング（４７）と、が含まれ、
前記第１凹部には、前記第１の曲面が接触し、
前記第２凹部には、前記第２の曲面が接触し、
前記第１の曲面、及び、前記第２の曲面に作用した剪断力の作用方向と反対方向の復元力を発生する、二つの前記補助部材（４９ａ、４９ｂ）が、前記第１凹部及び前記第２凹部に配置されていることを特徴とする振動制御ユニット。
Ｒ１：第１の曲面の平均曲率半径
Ｒ２：第２の曲面の平均曲率半径
Ｈ：振動制御体の全高
ｈ：第１及び第２の曲面の曲面中心間の距離
前記第１の曲面、及び、前記第２の曲面は、それぞれ、下端面（２３、４３）、及び、上端面（２２、４２）であり、
Ｒ１＜Ｒ２の関係が満たされていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の振動制御ユニット。
前記第１の曲面及び前記第２の曲面の少なくともいずれか一方は、曲率半径が前記中心軸から離れるに連れて連続的に増加する領域を有していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の振動制御ユニット。
前記補助部材として、前記振動制御体と前記板状部材との間にＯリングが配置されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の振動制御ユニット。
前記板状部材の一つとして、凹部を有する第１ハウジング（４６）が含まれ、
前記凹部には、前記第１の曲面が収容され、
前記振動制御体と前記凹部との間には、シリコンオイル（５２）が充填されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の振動制御ユニット。
前記板状部材の一つとして、凹部を有する第１ハウジング（４６）が含まれ、
前記凹部には、前記第１の曲面が収容され、
前記凹部の内面から、前記振動制御体をその側面から支える支持バー（４８ａ、４８ｂ）が突出していることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の振動制御ユニット。
前記板状部材として、前記第１の曲面に接触する第１の部材（４６）と、前記第２の曲面に接触する第２の部材（４７）と、が含まれ、
前記第１の部材と前記第２の部材との間隙を粘性体が塞いでいることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の振動制御ユニット。
２つの前記板状部材の間に、３つ以上の同じ高さの前記振動制御体が並列に配置されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の振動制御ユニット。
最端部に配置された前記板状部材のさらに外側に、前記振動制御体の軸方向の振動伝達を弱めるための振動制御機構が配置されていることを特徴とする請求項９に記載の振動制御ユニット。
全高Ｈを有していると共に、互いに対向する凸面である第１の曲面及び第２の曲面がＲ１＋Ｒ２＞Ｈ＞ｈを満たすように形成された、同じ高さの複数の振動制御体（４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄ、４１ｅ、４１ｆ）と、
同心状に配置された３枚の円板（７１、７２、７３）と、を有し、
前記３枚の円板は、第１の円板（７３）、第２の円板（７１）、及び、前記第１の円板及び前記第２の円板の間に配置された第３の円板（７２）、であり、
前記複数の振動制御体と、前記３枚の円板とは、前記第１の円板及び前記第２の円板を両端として、交互にかつ直列に配置されており、
前記複数の振動制御体には、複数の第１の制御体（４１ａ、４１ｃ、４１ｅ）と、複数の第２の制御体（４１ｂ、４１ｄ、４１ｆ）と、が含まれ、
前記複数の第１の制御体は、前記第１の円板及び前記第３の円板に挟まれて並列に配置され、
それぞれの前記第１の制御体は、前記第１の曲面において、前記第１の円板で支持され、且つ、記第２の曲面において、前記第３の円板で支持され、
前記複数の第２の制御体は、前記第２の円板及び前記第３の円板に挟まれて並列に配置され、
それぞれの前記第２の制御体は、前記第１の曲面において、前記第３の円板で支持され、且つ、前記第２の曲面において、前記第２の円板で支持され、
前記複数の振動制御体は、前記３つの円板の中心から等距離の円周上に、等角度間隔で配置されており、且つ、当該円周上では、前記第１の制御体と前記第２の制御体とが交互に配置されており、
それぞれの前記振動制御体が、中心軸に対して対称に形成されており、
それぞれの前記振動制御体において、前記第１の曲面及び前記第２の曲面は、前記中心軸の両端に形成された球面であり、
それぞれの前記振動制御体には、前記中心軸が鉛直軸から傾いたときに、前記中心軸を鉛直方向に戻すように、前記第１の曲面又は前記第２の曲面に作用した剪断力の作用方向と反対方向の復元力を発生する補助部材が配置されていることを特徴とする振動制御ユニット。
Ｒ１：第１の曲面の平均曲率半径
Ｒ２：第２の曲面の平均曲率半径
Ｈ：振動制御体の全高
ｈ：第１及び第２の曲面の曲面中心間の距離
請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の振動制御ユニットを用いることで床振動を遮断可能とされていることを特徴とする精密機器の除振構造。
請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の振動制御ユニットを用いることでユニット上に搭載した機器の振動を床に伝達しないように遮断可能とされていることを特徴とする振動発生機器の防振構造。
請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の振動制御ユニットを用いて地震動の伝達を遮断可能とされていることを特徴とする免震構造物。
請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の振動制御ユニットを用いて制振装置の付加質量を支持することによって固有周期の同調を可能とされていることを特徴とする制振構造物。