JP4967834B2 - 真空防振装置 - Google Patents

Description

この発明は、真空装置の配管や真空チャンバ等の真空機器の間に設置され振動の伝達を防ぐための防振装置に関する。

振動を防ぐ手段として、バネやダンパーといった弾性部材を振動物体と絶縁物体との間に設置し、受動的に振動を絶縁物体に伝えないようにするものがある。真空ポンプのように配管を用いて空気を通す場合には、真空ポンプと真空に引く側の配管に防振装置を設置して、振動を伝えないようにしている。このような防振装置としては、図４に示すように、一対のフランジ１０１−１，１０２−１とその間に設置されたベローズ１０３からなる真空維持部材と、１０４の弾性体とからなるものが多い。なお、図４（ａ）は真空維持部材を含むダンパーの斜視図、図４（ｂ）はその断面図で、例えば特許文献１に開示されている。

特開２００６−０７７７１４号公報

ところで、振動を絶縁するためには、振動物体と絶縁物体との間に設置される弾性体のバネ定数を小さくすればよいことが、理論的に証明されている。そのため、従来の防振機構では、フランジ間に設置する弾性体のバネ定数を小さくすることに集中している。このような防振機構では、設置される弾性体の位置はそのままで、バネ定数にのみ着目しているため、例えば真空ポンプの運転周波数の変更、絶縁側の質量変化などにより防振したい系全体の周波数が変化した場合、当初期待していた防振効果が得られない場合がある。

また、振動物体が地面ではなく空中に支持されている場合、下に接続される絶縁物の剛性や質量が変化すると、防振したい系の振動が変化し、望む防振効果が得られない場合がある。弾性体を設置する位置と防振の関係は一律ではなく、バネ定数を小さくすれば大きな防振効果が得られるというものでもない。例えば、回転振動を扱う簡略化モデルで考えた場合、振動物体の回転力が物体を回転させる割合は、次式のように表わされる。

θ／Ｍ＝１／（２ｋＬ²−Ｉω²）
（θ：回転振幅、Ｍ：回転力、ｋ：バネ定数、Ｌ：回転中心からバネまでの距離、Ｉ：慣性モーメント、ω：振動周波数）
上式の分母にはバネを設置する位置Ｌが含まれることから、回転振動の大きさはバネ定数だけでは決まらないことが分かる。振動物体の場合は通常、回転，並進など考えられる全ての振動モードが重なった状態で振動する。このため、弾性体を設置する位置も重要となる。

振動物体の振動を絶縁したい側に伝わらせないようにするためには、まず物体の振動特性を調べ、その後、その振動特性に合った弾性体を用いて防振が施される。このように、振動物体の振動特性にあう専用の防振が施されるため、振動エネルギーを発散させる弾性体は、或る一定の場所に設置される。このような防振が施された後に振動物体の振動特性が変化した場合、単に弾性体のバネ定数を小さくすれば良いというわけではなく、上述のように弾性体の位置を変更することによっても、防振効果を変化させることができる。

例えば、上下の並進振動が主の振動が、回転振動が主の振動に変化した場合、上式からも明らかなように、バネ定数を変化させるだけでなく弾性体の設置位置を変更することにより、防振効果は大きく変化する。ところが、従来はバネ定数を小さくすること、またはバネ定数を変化させることに着目するのみで、弾性体の設置位置を変更することは余り考慮されていない。また、弾性体の特性を変化させて防振効果を変化させた場合、防振したい系の防振効果を測定するために、加速度センサや位置センサを用いて測定することが必要となる。

つまり、従来は防振効果の測定までを考えて防振装置を構成しておらず、手軽に防振効果を計ることができるものの出現が望まれていた。
したがって、この発明の課題は、防振装置の防振効果を振動物体の振動状態に合うように変更可能とし、かつその防振効果を簡単に確認できるようにすることにある。

このような課題を解決するため、請求項１の発明では、円筒状ベローズの両端に一体的に一対のフランジが接続された真空維持部材と、その一対のフランジ間に複数個の弾性部材とを配置して振動を抑制する真空防振装置において、
前記弾性部材の位置を調整する調整機構と、振動を光に変える振動可視化手段とを設け、前記フランジには、フランジ中心で点対称となるようにフランジから突出し、前記弾性部材を支持するための複数の腕部を設けるとともに、この腕部には、前記弾性部材の取付け位置を調整するための複数の穴をそれぞれ形成したことを特徴とする。この請求項１の発明においては、前記振動可視化手段は、前記腕部の外側に設けることができる（請求項２の発明）。

また、請求項３の発明では、円筒状ベローズの両端に一体的に一対のフランジが接続された真空維持部材と、その一対のフランジ間に複数個の弾性部材とを配置して振動を抑制する真空防振装置において、
前記弾性部材の位置を調整する調整機構と、振動を光に変える振動可視化手段とを設け、前記フランジは、フランジ中心で点対称となるようにフランジから突出し、前記弾性部材を支持するための複数の腕部を介して同心円状部材と連結するとともに、前記腕部には、前記弾性部材の取付け位置を調整するための長方形状の穴をそれぞれ形成し、この長方形状の穴には厚さ方向に段差を形成することを特徴とする。この請求項３の発明においては、前記振動可視化手段は、前記同心円状部材の外側に設けることができ（請求項４の発明）、これら請求項１〜４のいずれかの発明においては、前記振動可視化手段を、応力発光体とすることができる（請求項５の発明）。

この発明によれば、ベローズに設置されるフランジに弾性部材の設置位置を変更できる腕部と、例えば応力発光体からなる振動可視化手段とを設けることで、振動物体の振動状態が変化した場合でも、防振装置の防振効果をその振動状態に合わせることができ、振動可視化手段により光に変えることで、大掛かりな機器を使わずに防振効果を確認することが可能となる。このため、防振装置を多く設置する場合には、１つ１つの振動の抑制効果を加速度センサなどを使わずに発光状態で確認でき、防振に要する時間を短くできる。また、物体の振動状態の変化に対応することができ、１つの防振装置でいくつもの振動に対応できるため、製造コストを抑えることができる。

図１はこの発明の実施の形態を示す構成図である。図１（ａ）は全体構成図、図１（ｂ），（ｃ）はフランジを示す平面図，断面図、図１（ｄ），（ｅ）は振動可視化手段の例を示す平面図，断面図である。図１において、１は冷凍機、２は振動可視化手段、３は弾性部材、４は防振装置、５は真空チャンバ、６はスペーサー、７，８はナット、９はフランジ、１０は腕部、１１は弾性部材取付け穴、１２は真空ベローズ、１３は錘部材、１４は応力発光体、１５は設置部材を示す。

すなわち、図１（ａ）のように、冷凍機１と真空チャンバ５の間に設けられる防振装置４は冷凍機１，真空チャンバ５と接続する図１（ｂ），（ｃ）のようなフランジ９を持ち、このフランジ９から弾性部材３を支持する複数の穴１１が開いた腕部１０を持っている。一対のフランジ９は、真空ベローズ１２により結合されている。また、振動可視化手段２は図１（ｄ），（ｅ）のように、同心円状の形をしており、内側から設置部材１５、応力発光体１４、錘部材１３のように並べて構成されている。

防振装置４の腕部１０には、弾性部材３がナット７（Ａ）で挟み込むように支持されている。弾性部材３はその両端にオスねじを持っており、これを貫通するメスねじを持つナット７（Ａ）で腕部１０に固定する。次いで、ナット７（Ａ）の上に振動可視化手段２を置き、オスねじを持つナット８（Ｂ）で固定する。防振装置４の先には真空チャンバ５がつながっており、真空ベローズ１２には大気圧が加わるので弾性部材３は圧力を受けるが、振動可視化手段２は腕部１０の外側に設置されているので、圧力を受けることはない。

以上のような構成で、冷凍機１が発生する振動を真空チャンバ５側に伝えないようにしている。ここで、冷凍機１の運転周波数や質量が変化すると、系全体の振動に変化が生じる。変化する前に振動を十分に抑えていれば、振動可視化手段２は殆ど発光しない。そして、変化が起こった後、はじめに構成した防振装置４で振動が抑えられなくなると、振動可視化手段２の発する光は強くなる。なお、このような応力発光体は応力を受けることで発光するもので、例えば特開２００５−２９１８７５号公報等により周知なので、詳細は省略する。

そこで、設置している弾性部材３の位置を変更して、振動の状態が変化したことに対して適応する弾性部材３の位置を見つける。弾性部材３はナット７（Ａ）で固定されているので、取付け穴１１から取り外すことができ、真空ベローズ１２は伸縮可能であるので、両フランジ間の距離を長くとり、弾性部材３を現在の穴１１から取り出して、他の穴１１へ移動させることができる。そして、弾性部材３の他の穴１１への取り付け時に、振動可視化手段２の発する光の強さを確認することにより、弾性部材３の位置が適当かどうかを確認することができる。

弾性部材３は、スペーサー６を介して腕部１０に固定されているので、このスペーサー６のサイズを選択することで、他の弾性部材３も腕部１０に取り付け可能である。また、弾性部材３のバネ定数を変更したければ、バネ定数の異なる弾性部材３とそれに対応するスペーサー６とを用意しておけば良い。

振動可視化手段２は図１（ｄ），（ｅ）のように構成され、上下振動、回転振動、ねじり振動などの振動を可視化することができる。例えば、上下振動ならば、図１（ａ）の上下方向に系全体が揺れる。このとき、振動可視化手段２の錘部材１３は自由端となっているので、錘部材１３は上下に振動して応力発光体１４に振動を伝える。この場合は上下振動なので、振動可視化手段２はすべて同時に発光する。

回転振動の場合は、図１（ａ）の紙面と垂直な方向の軸を中心に回転する。この回転振動でも、振動可視化手段２の錘部材１３は上下に振動して応力発光体１４に振動を伝える。この場合、回転中心軸上にある振動可視化手段２はあまり発光せず、回転中心軸に対し法線方向軸上にある振動可視化手段２が強く発光する。これにより、回転振動と判断することができる。

また、ねじり振動の場合は、図１（ａ）の縦方向軸を中心に系全体がねじり運動をし、振動可視化手段２には図１（ｄ）で上下に揺らすような振動が加わる。このため、応力発光体１４は図１（ｄ）の縦中心軸上に最も力が加わることになる。その結果、応力発光体１４は上下振動、回転振動とは異なる発光状態となり、これによりねじり振動と判別できるようになる。

図２はこの発明の他の実施の形態を示す構成図で、同（ａ）は平面図、同（ｂ）はその断面図である。
これは、主として防振装置を、真空配管等につながるフランジ１６と、フランジ１６から突出し図示されない弾性部材を設置するための腕部１７と、この腕部１７の先端を連結する同心円状部材１９とから構成したものである。

腕部１７には弾性部材の位置を変更するための長方形状の穴２０が開いており、同心円状部材１９の外側には振動可視化手段１８が取り付けられている。振動可視化手段１８は図１（ｄ），（ｅ）とは異なり、棒状の応力発光体２１の先端に錘部材２２を取り付けた構造となっている。同心円状部材１９は、この応力発光体２１を多数取り付けるための部材としての役目を果たしている。

従って、図２の防振装置を振動している真空配管に接続することで、振動可視化手段１８により振動の方向を知ることが可能となる。例えば、真空配管が左右に振動していれば、その方向に設置されている振動可視化手段１８が強く発光し、振動方向と垂直に設置されている振動可視化手段１８は殆ど発光しない。また、真空配管が回転していれば、振動可視化手段１８は順々に発光していく。この振動可視化手段１８の発光状態から弾性部材の位置を変更し、振動の効果を確認することができる。

なお、応力発光体２１はゴムなどの弾性体に混合される。振動可視化手段１８は、弾性体である応力発光体２１と錘部材２２で構成されるため、応力発光体２１のバネ定数、錘部材２２の質量を考慮することにより、或る一定の固有周波数を持たせることができる。そして、抑えたい周波数があるならば、振動可視化手段１８のバネ定数と質量の少なくとも一方を変更することにより、振動可視化手段１８の固有周波数を、その抑えたい周波数に合わせ、振動可視化手段１８が強く発光するかどうかによって、目的とする周波数成分が抑えられているか否かが分かる。

なお、目的とする周波数成分が抑えられていなければ、弾性部材の位置、またはバネ定数を変更して、振動可視化手段１８が発光しないようにする。このようにすれば、目的とする周波数成分が抑えられているか否かが分かり、加速度センサなどを使わずに、振動可視化手段１８の発光状態によって防振効果を確認することができる。

図３はこの発明のさらに他の実施の形態を示す構成図で、図１，図２に示す弾性部材取付け穴の変形例を示す。図３（ａ）は正面図、同（ｂ）はＢ−Ｂ断面図、同（ｃ）はＡ−Ａ断面図、同（ｄ）は裏面図である。
すなわち、穴２３は長方形の穴に対し、図３（ｂ）のように厚さ方向の段差を設けた点が特徴である。そして、この段差の径の大きい方で図１（ａ）のようなスペーサーを支持し、径の小さい方でナット等を支持するものである。

回転振動の場合、弾性部材を設置する位置を変更すると、振動の大きさが変化する。そのため、弾性部材を設置する位置は多くある方が振動を低減させる位置が見つけ易いことになる。この点について、図１では弾性部材３の位置は或る間隔を開けて設けられた穴１１で決まるため、弾性部材を設置する位置が限られる代わりに位置ずれのおそれは無い。一方、図２のような長方形の穴２０では弾性部材を設置する位置は無限であり、極めて柔軟に振動を低減できる弾性部材設置位置を見つけ易い代わりに位置ずれのおそれがある。

図３は上記のような点に鑑みなされたもので、図１のものよりは弾性部材の設置可能位置を多くし、図２のものよりは弾性部材の設置可能位置は少ないが、強固な固定を可能にし、位置ずれのおそれを低減したものと言うことができる。

この発明の実施の形態を示す構成図 この発明の他の実施の形態を示す部分構成図 図１，図２の変形例を示す部分構成図 従来例を示す構成図

符号の説明

１…冷凍機、２，１８…振動可視化手段、３…弾性部材、４…防振装置、５…真空チャンバ、６…スペーサー、７，８…ナット、９，１６…フランジ、１０，１７…腕部、１１，２０…弾性部材取付け穴、１２…真空ベローズ、１３，２２…錘部材、１４，２１…応力発光体、１５…設置部材。

Claims (5)

1. 円筒状ベローズの両端に一体的に一対のフランジが接続された真空維持部材と、その一対のフランジ間に複数個の弾性部材とを配置して振動を抑制する真空防振装置において、
   前記弾性部材の位置を調整する調整機構と、振動を光に変える振動可視化手段とを設け、前記フランジには、フランジ中心で点対称となるようにフランジから突出し、前記弾性部材を支持するための複数の腕部を設けるとともに、この腕部には、弾性部材の取付け位置を調整するための複数の穴をそれぞれ形成したことを特徴とする真空防振装置。
2. 前記振動可視化手段は、前記腕部の外側に設けたことを特徴とする請求項１に記載の真空防振装置。
3. 円筒状ベローズの両端に一体的に一対のフランジが接続された真空維持部材と、その一対のフランジ間に複数個の弾性部材とを配置して振動を抑制する真空防振装置において、
   前記弾性部材の位置を調整する調整機構と、振動を光に変える振動可視化手段とを設け、前記フランジは、フランジ中心で点対称となるようにフランジから突出し、前記弾性部材を支持するための複数の腕部を介して同心円状部材と連結するとともに、前記腕部には、前記弾性部材の取付け位置を調整するための長方形状の穴をそれぞれ形成し、この長方形状の穴には厚さ方向に段差を形成することを特徴とする真空防振装置。
4. 前記振動可視化手段は、前記同心円状部材の外側に設けることを特徴とする請求項３に記載の真空防振装置。
5. 前記振動可視化手段を、応力発光体とすることを特徴とする請求項１〜４のいずれか1つに記載の真空防振装置。

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