JP7321381B2 - Vibration suppression device - Google Patents
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Description
本開示は、振動伝播抑制装置に関する。 The present disclosure relates to a vibration propagation suppression device.
振動伝播抑制装置は、精密機器を設置する場合、外部から加えられる振動および衝撃から精密機器を保護する目的で用いられている。振動伝播抑制装置は、一般に弾性を有する素材または部材を備える装置であり、振動または衝撃の発生源と精密機器の間に配置されることで、精密機器への振動または衝撃を緩和する。 Vibration propagation suppressing devices are used for the purpose of protecting precision equipment from vibrations and impacts applied from the outside when the precision equipment is installed. A vibration propagation suppressing device is generally a device that includes an elastic material or member, and is placed between a source of vibration or shock and the precision instrument to reduce vibration or shock to the precision instrument.
振動伝播抑制装置の一形態として、弾性に加えて慣性を有する流体機械要素の周期配置により、振動の伝播を広帯域で遮断するバンドストップ効果を活用するものが知られている。これは、電磁波の帯域除去に用いられるバンドストップフィルタに着想を得たものであり、周期構造を形成することで広い周波数帯域の弾性波の伝搬を抑制する振動伝播抑制装置を得ることができる。このような周期構造による振動伝播抑制装置の性能評価指標は、バンドストップ効果の現れる周波数帯域の低域性、広域性、低応答性である。したがって先行例では流体機械要素の材質が選定され、また、形状および周期配置法が考案され、これらの性能改善が追求されている。 As one form of vibration propagation suppressing device, there is known one that utilizes a bandstop effect that blocks the propagation of vibration over a wide band by periodically arranging fluid mechanical elements that have inertia in addition to elasticity. This is inspired by a band-stop filter used for band elimination of electromagnetic waves, and by forming a periodic structure, it is possible to obtain a vibration propagation suppressing device that suppresses the propagation of elastic waves in a wide frequency band. The performance evaluation index of the vibration propagation suppressing device with such a periodic structure is the low frequency range, wide range, and low response of the frequency band in which the band stop effect appears. Therefore, in the prior art, the material of the fluid machine element is selected, the shape and periodic arrangement method are devised, and the improvement of these performances is pursued.
特許文献1は、流体機械要素を振動伝播方向に周期配置した1軸の振動伝播抑制装置を開示する。流体機械要素は、中間質量の設けられたオリフィスを挟んで2つの容積室を同軸上に配置し内部を流体で満たしている。また、流体機械要素に配置された中間質量同士は弾性体で振動伝播方向に接続されている。振動伝播抑制装置に外部荷重が入力されると流体機械要素の容積室が軸方向に伸縮し、内部流体がオリフィスを介して流動する。この際に流体が狭隘なオリフィスを流れるために流体が加速され、荷重側から見て流体機械要素の質量が増大した流体質量効果を生む。この流体質量効果を含む流体機械要素の周期配置により、特許文献1に記載の振動伝播抑制装置は従来の機械系のみで形成される振動伝播抑制装置に対して、装置外形寸法を維持したままストップバンドの低域化、広域化、低応答化を実現できる。
特許文献1では機械的な変位を流体の流動に変換し、その際に流体を狭隘なオリフィスに流動させることで流体質量効果を増幅しバンドストップの低域性、広域性、低応答性を実現している。本性能を実現するため、特許文献1に記載の流体機械要素は上下の容積室とオリフィスで形成される流体充填領域を閉空間とし、流体の流動をオリフィスに集中させている。しかし流体充填領域を閉空間とする要求から、それぞれ独立した部品である容積室、フランジ、そして中間質量体を組み合わせて空間を閉じる必要性が生じ、またこれに付随して流体機械要素同士も互いに独立した部品として溶接またはボルトなどで接続する必要がある。これらにより特許文献1に記載の振動伝播抑制装置は複雑な構造を有することで、部品点数が増大するという実用上の問題がある。
In
本開示は、上記に鑑みてなされたものであり、部品点数が少ない振動伝播抑制装置を提供することを目的とする。 The present disclosure has been made in view of the above, and an object thereof is to provide a vibration propagation suppressing device with a small number of parts.
上記目的を達成するため、本開示に係る振動伝播抑制装置は、支持対象体と強制変位を受ける基礎面との間に、振動伝播方向に、直列に複数結合されて設置される複数の単位セルを備え、複数の単位セルのそれぞれは、振動伝播方向と交差する第1の方向に延びる形状を有し、閉断面を形成する隔壁と、隔壁で囲まれた空間に充填された流体と、を有し、隔壁は、振動伝播方向に加えられた荷重に対して閉断面の面積変化を生ずる構造を有し、第1の方向における両端部のうち少なくとも一端部が開放され、隣接する単位セルは、互いに隔壁で外接する。 In order to achieve the above object, a vibration propagation suppressing device according to the present disclosure includes a plurality of unit cells connected in series in the direction of vibration propagation between a support object and a base surface that undergoes forced displacement. each of the plurality of unit cells has a shape extending in a first direction that intersects the vibration propagation direction, partition walls forming a closed cross section, and a fluid filled in the space surrounded by the partition walls. The partition wall has a structure that causes a change in the area of the closed cross section with respect to a load applied in the direction of vibration propagation, at least one of both ends in the first direction is open, and the adjacent unit cells are , circumscribing each other with partition walls.
本開示によれば、振動伝播方向と交差する第1の方向に延びる形状を有し、閉断面を形成する隔壁と、隔壁で囲まれた空間に充填された流体と、を有することで、部品点数が少ない振動伝播抑制装置を提供することができる。 According to the present disclosure, a partition having a shape extending in a first direction that intersects the vibration propagation direction and forming a closed cross section, and a fluid filled in the space surrounded by the partition; It is possible to provide a vibration propagation suppressing device with a small number of points.
以下、本開示を実施するための形態に係る振動伝播抑制装置を図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, a vibration propagation suppressing device according to embodiments for carrying out the present disclosure will be described with reference to the drawings.
(実施の形態1)
本実施の形態1に係る振動伝播抑制装置100は、図1に示すように、振動伝播方向400に、直列に複数結合されて設置される複数の単位セル10a~10fを備え、支持対象体である精密機器200と強制変位を受ける基礎面300との間に配置される。精密機器200は、基礎面300の上に振動伝播抑制装置100により支持される。振動伝播抑制装置100と、支持対象の精密機器200と基礎面300とは、防振系を構成する。複数の単位セル10a~10fのそれぞれは、図2に示すように、振動伝播方向400と交差する第1の方向に延びる形状を有し、第1の方向に垂直な閉断面11を形成する隔壁20と、隔壁20で囲まれた空間に充填された流体30と、を有する。なお、第1の方向に延びる形状とは、第1の方向に垂直な面で切断した断面が、閉じた閉断面11を有する形状であり、隔壁20の断面12は楕円、円形または多角形を含む任意の形状を含む。実施の形態1では、楕円の断面12を有する振動伝播抑制装置100について説明する。また、振動伝播方向400と交差する第1の方向は、振動伝播方向400と直交する方向として説明するが、第1の方向は、振動伝播方向400と交差する方向であればよく、直交する方向に限定されない。また、図1では、単位セル10が6個の場合について示しているが、精密機器200と基礎面300との間で振動伝搬が抑制されれば単位セル10の個数は複数であれば何個でもよい。(Embodiment 1)
As shown in FIG. 1, the vibration
理解を容易にするために、相互に直交するxyz座標を設定し、適宜参照する。振動伝播方向400をz方向、単位セル10a~10fが延びる第1の方向をx方向、x方向およびz方向に垂直な方向をy方向、と設定する。
To facilitate understanding, mutually orthogonal xyz coordinates are set and referred to as appropriate. The
単位セル10a~10fは、一様な断面12を有してx方向に延びる楕円筒形状を有する隔壁20と、隔壁20で囲まれた空間に充填された流体30と、を有する。振動伝播抑制装置100は、複数の単位セル10a~10fを振動伝播方向400に直列に複数配置した周期構造体である。単位セル10a~10fは、隔壁20の外側で隣接する単位セル10a~10fと結合している。つまり、隣接する単位セル10a~10fは、互いに隔壁20で外接する。直列に複数配置により周期構造体の中段に位置する単位セル10b~10eは、隣接する2個の単位セル10a~10fと結合する。また1段目の単位セル10aは隣接する1個の単位セル10bと結合し、最終段目の単位セル10fは隣接する1個の単位セル10eと結合する。
Each of the
隔壁20は、金属または樹脂を含む弾性体により作成され、振動伝播方向400に加えられた荷重に対して閉断面11の面積変化を生じ、荷重が除去されると元の形状に戻る可撓性を有する。閉断面11は、x方向に垂直な面である。隔壁20の厚みは、均一であり、隔壁20の断面形状は、第1の方向において均一である。隔壁20は、x方向における両端部のうち少なくとも一端部21が開放されている。
The
流体30は、水、シリコンオイルまたは超流動ヘリウムを含む流体である。単位セル10に面内の変形が生じる外力が加わった場合、充填された流体30は面外方向13に押し出される。流体30としては、後述する流体質量効果を最大化し、ストップバンドの低域性、広域性、および低応答性を実現するために、高い密度を有するものを用いることが好ましい。また、流体30が面外方向13へ流動する際、隔壁20との相対速度による摩擦減衰が生じるため、摩擦減衰を少なくし、流体30の流動を大きくするため、流体30の粘度は、小さいことが好ましく、水または水以下の低粘度流体で、動粘度として1mm2/s以下が好ましい。なお、流体30として、液体を用いる場合、振動伝播抑制装置100は、流体30が満たされている場所で使用されるとよい。このようにすることで、面外方向13に押し出された流体30は、隔壁20に加えられた荷重が除去されると、押し出された流体30は隔壁20で囲まれた空間に戻る。また、流体30として、空気を用いる場合、空気による反力を大きくするため、隔壁20の一端部21に設けられる開口を小さくするとよい。
つぎに、上述の振動伝播抑制装置100の動作について説明する。
Next, the operation of the vibration
振動伝播抑制装置100は、図1に示す精密機器200と基礎面300の間における荷重の伝達経路に配置される。このため一段目の単位セル10aへの荷重入力が最終段目の単位セル10fに伝搬しない効果、逆に最終段目の単位セル10fへの荷重入力が一段目の単位セル10aに伝搬しない効果を有する。一段目の単位セル10aに対し、振動伝播方向400への動的な強制変位が加わった場合、一段目の単位セル10aの隔壁20にはその可撓性により閉断面11の面積に変化が生じ、流体30は閉断面11の面外方向13に押し出される。この際、隔壁20の可撓性による弾性力と、隔壁20および流体30の振動伝播方向400への加速運動による慣性力と、さらに流体30の面外方向13への加速運動による慣性力の3つの力が、強制変位に対する反力として生じる。このうち3つ目の流体30の面外方向13への加速運動による慣性力の拡大効果は、流体質量効果と呼ばれ、実際に単位セル10a~10fが有する質量以上の慣性力を生み出す効果を有する。
The vibration
弾性と慣性を有する単位セル10a~10fを含む周期構造体である振動伝播抑制装置100は、特定の周波数の弾性波の伝搬を抑制する効果を有する。この効果は、バンドストップ効果と呼ばれる。また、伝搬が抑制される弾性波の周波数帯域は、ストップバンドと呼ばれる。ストップバンドは、振動伝播抑制装置100を伝搬する弾性波の波数κ(rad/m)と周波数ω(rad/s)の分散関係を理論解析で導出し予測および設計を実施する。
A vibration
上記構成を有する振動伝播抑制装置100は、隔壁20で囲まれた空間に充填された流体30を有する複数の単位セル10a~10fを備えることで、一段目の単位セル10aへの荷重入力が最終段目の単位セル10fに伝搬しない効果、逆に最終段目の単位セル10fへの荷重入力が一段目の単位セル10aに伝搬しない効果を有する。これにより、振動伝播抑制装置100は、強制変位を受ける基礎面300から支持対象体である精密機器200に振動が伝搬しない効果を有する。また、流体30の面外方向13への加速運動による慣性力の拡大効果は、流体質量効果と呼ばれ、実際に単位セル10a~10fが有する質量以上の慣性力を生み出す効果を有する。単位セル10a~10fは、弾性と慣性を有する周期構造体であるため、特定の周波数の弾性波の伝搬を抑制するバンドストップ効果を得ることができる。単位セル10a~10fは、一様な断面12を有しているため、周期構造体全体として一様な断面構造を有することから、一体構造としてワイヤ放電加工で製造可能である。また、3次元プリンタを用いて同周期構造体を一体造形可能である。このような流体充填領域を閉断面とすることで、流体質量効果を得つつ、部品点数の削減、装置の小型化、単純化および製造コストを低減する効果が得られる。
The vibration
これに対して、流体充填領域を閉空間とする構造により流体質量効果を得るためには、閉空間であることにより外部の加工ツールのアクセスが不可能となり、閉空間の内部の形状を一体構造で製造することが困難である。このため、閉空間は、容積室、蓋およびオリフィスを別部品として製作し、これらを溶接またはボルト締結することで閉空間を形成する必要がある。従って、流体充填領域を閉空間とする構造では、部品点数が多く、構造が複雑であり、製造に手間が掛かるという問題を有する。 On the other hand, in order to obtain the fluid mass effect by making the fluid-filled area a closed space, the closed space makes it impossible to access external processing tools, and the shape of the inside of the closed space is integrated. It is difficult to manufacture with For this reason, the closed space must be formed by manufacturing the volume chamber, the lid and the orifice as separate parts and welding or bolting them together. Therefore, the structure in which the fluid-filled region is a closed space has the problem that the number of parts is large, the structure is complicated, and the manufacturing process is time-consuming.
(実施の形態2)
実施の形態1に係る振動伝播抑制装置100では、厚みが均一である筒形状を有する隔壁20を備える例について説明した。これにより、隔壁20の全体に可撓性があり、振動伝播方向400の荷重に対して振動伝播抑制装置100が座屈しやすい構造のため、精密機器200の大きさまたは質量によっては、不安定になる場合がある。実施の形態2に係る振動伝播抑制装置100は、このような不安定になる状態を解決するものであり、具体的には、図3に示すように、互いに向かい合って配置された第1の剛体壁22および第2の剛体壁23と、第1の剛体壁22および第2の剛体壁23を接続する第1の可撓壁24と第2の可撓壁25と、を有する隔壁20を備える。(Embodiment 2)
In the vibration
隔壁20は、第1の剛体壁22および第2の剛体壁23と第1の可撓壁24と第2の可撓壁25とが接続され、一様な断面を有してx方向に延びる中空の扁平な筒形状を有する。隔壁20で囲まれた空間には、流体30が充填されている。また、図3では、単位セル10が6個の場合について示しているが、振動伝搬が抑制されれば単位セル10の個数は複数であれば何個でもよい。
The
第1の剛体壁22および第2の剛体壁23は、金属または樹脂により作成され、z方向に垂直な平板状の形状を有し、互いに平行に配置されている。第1の剛体壁22の厚みt1および第2の剛体壁23の厚みt2は、第1の剛体壁22と第2の剛体壁23との間隔d1より小さい。単位セル10a~10eの第1の剛体壁22は、隣接する単位セル10b~10fの第2の剛体壁23と結合している。つまり、隣接する単位セル10a~10fのうちの一方の単位セル10a~10eの第1の剛体壁22と他方の単位セル10b~10fの第2の剛体壁23とが外接する。例えば、一方の単位セル10aの第1の剛体壁22と他方の単位セル10bの第2の剛体壁23とが外接する。これにより、単位セル10a~10eが互いに安定して結合される。第1の剛体壁22の厚みt1は、第2の剛体壁23の厚みt2と同じであってもよく、異なっていてもよい。
The first
第1の可撓壁24および第2の可撓壁25は、金属または樹脂を含む弾性体により作成され、隔壁20により形成される空間を内側として、外側に凸の曲面形状を有する。第1の可撓壁24および第2の可撓壁25は、加えられた荷重に対して閉断面11の面積変化を生じ、荷重が除去されると元の形状に戻る可撓性を有する。第1の可撓壁24の厚みt3および第2の可撓壁25の厚みt4は、第1の剛体壁22の厚みt1および第2の剛体壁23の厚みt2より小さい。このため、第1の可撓壁24と第2の可撓壁25は、第1の剛体壁22および第2の剛体壁23と同じ金属または樹脂を用いて作成されたとしても、第1の可撓壁24と第2の可撓壁25は、可撓性を有することができる。第1の可撓壁24の厚みt3と第2の可撓壁25の厚みt4とは、同じであることが好ましい。また、第1の可撓壁24は、第1の剛体壁22の一端部22aと第2の剛体壁23の一端部23aとを接続し、第2の可撓壁25は、第1の剛体壁22の他端部22bと第2の剛体壁23の他端部23bとを接続する。これにより、第1の可撓壁24と第2の可撓壁25とが離れて配置されることで、モーメントアームを確保でき、単位セル10a~10eの曲げ剛性が向上する。また、第1の可撓壁24の厚みt3と第2の可撓壁25の厚みt4とが、同じであることで、第1の可撓壁24と第2の可撓壁25とが均等に撓み、第1の剛体壁22および第2の剛体壁23がz方向に対して傾斜することを防ぐことができる。これにより、振動伝播抑制装置100全体としても曲げ剛性が向上し、座屈を抑制でき、構造安定性が向上する。
The first
(実施の形態3)
実施の形態2に係る振動伝播抑制装置100では、構造安定性の向上のため、振動伝播抑制装置100が、互いに向かい合って配置された第1の剛体壁22および第2の剛体壁23と、第1の剛体壁22および第2の剛体壁23を接続する第1の可撓壁24と第2の可撓壁25と、を有する隔壁20を備える例について説明した。これに対して、実施の形態3に係る振動伝播抑制装置100は、実施の形態2に係る振動伝播抑制装置100の基本構造を踏襲しつつ、図4に示すように、隔壁20により形成される閉断面11の面積を相対的に小さくする構造とする。(Embodiment 3)
In vibration
隔壁20は、第1の剛体壁22および第2の剛体壁23と第1の可撓壁24と第2の可撓壁25とが接続され、一様な断面を有してx方向に延びる扁平な筒形状を有する。隔壁20で囲まれた空間には、流体30が充填されている。隔壁20により形成される閉断面11は、x方向に見て、H形状を有している。また、図4では、単位セル10が6個の場合について示しているが、振動伝搬が抑制されれば単位セル10の個数は複数であれば何個でもよい。
The
第1の剛体壁22および第2の剛体壁23は、金属または樹脂により作成され、zに垂直な平板状の形状を有し、互いに平行に配置されている。図5に示すように、第1の剛体壁22の厚みt5および第2の剛体壁23の厚みt6は、第1の剛体壁22と第2の剛体壁23との間隔d2より大きい。第1の剛体壁22の厚みt5および第2の剛体壁23の厚みt6は、好ましくは、間隔d2の2倍以上である。隔壁20をワイヤ放電加工により製造することで、第1の剛体壁22と第2の剛体壁23との間隔d2の小さい隔壁20を容易に得ることが可能である。これにより、隔壁20により形成される図4に示す閉断面11の面積を相対的に小さくすることができる。第1の剛体壁22の厚みt5は、第2の剛体壁23の厚みt6と同じであってもよく、異なっていてもよい。
The first
第1の可撓壁24および第2の可撓壁25は、金属または樹脂を含む弾性体により作成され、隔壁20により形成される空間を内側として、外側に凸の曲面形状を有する。第1の可撓壁24および第2の可撓壁25は、加えられた荷重に対して閉断面11の面積変化を生じ、荷重が除去されると元の形状に戻る可撓性を有する。第1の可撓壁24の厚みt7および第2の可撓壁25の厚みt8は、第1の剛体壁22の厚みt5および第2の剛体壁23の厚みt6より小さい。このため、第1の可撓壁24と第2の可撓壁25は、第1の剛体壁22および第2の剛体壁23と同じ金属または樹脂を用いて作成されたとしても、第1の可撓壁24と第2の可撓壁25は、可撓性を有することができる。第1の可撓壁24の厚みt5と第2の可撓壁25の厚みt6とは、同じであることが好ましい。また、第1の可撓壁24は、第1の剛体壁22の一端部22aと第2の剛体壁23の一端部23aとを接続し、第2の可撓壁25は、第1の剛体壁22の他端部22bと第2の剛体壁23の他端部23bとを接続する。
The first
第1の剛体壁22の厚みt5および第2の剛体壁23の厚みt6が、第1の剛体壁22と第2の剛体壁23との間隔d2より大きいことで、図4に示す閉断面11の面積を相対的に小さくすることができる。閉断面11の面積が相対的に小さくすることで、振動伝播抑制装置100に対して振動伝播方向400に外力が加わることにより、流体30がx方向に受ける加速度が増大する。これにより、流体30の慣性力が増大し、流体質量効果を高めることができる。この結果、実施の形態3に係る振動伝播抑制装置100のストップバンド効果は、実施の形態2に係る振動伝播抑制装置100に比してさらに低域性および広域性を有する。実施の形態3に係る振動伝播抑制装置100が有する単位セル10a~10fは、一様な断面12を有しており、第1の剛体壁22と第2の剛体壁23との間隔d2が相対的に小さいため、一体構造としてワイヤ放電加工により容易に製造可能である。
Since the thickness t5 of the first
(実施の形態4)
実施の形態3に係る振動伝播抑制装置100では、閉断面11の面積を相対的に小さくすることで、振動伝播抑制装置100に対して振動伝播方向400に外力が加わることにより、流体30がx方向に受ける加速度が増大し、より大きい流体質量効果を得る例について説明した。この場合、単位セル10a~10fに振動伝播方向400に外力が加わると、第1の可撓壁24および第2の可撓壁25は、外に膨らむ変形を呈する。これにより、第1の可撓壁24と、第1の剛体壁22の一端部22aおよび第2の剛体壁23の一端部23aと、の間の隙間、および第2の可撓壁25と、第1の剛体壁22の他端部22bおよび第2の剛体壁23の他端部23bと、の隙間が広がり、流体30がx方向に移動する量が低減し、十分な流体質量効果が得られにくい場合がある。(Embodiment 4)
In vibration
これに対して、実施の形態4に係る振動伝播抑制装置100は、図6および図7に示すように、互いに向かい合う方向に凸の曲面形状を有する第1の可撓壁24および第2の可撓壁25を有する。この場合、単位セル10a~10fに振動伝播方向400に外力が加わると、第1の可撓壁24および第2の可撓壁25は、さらにくびれる変形を呈する。これにより、第1の可撓壁24と、第1の剛体壁22の一端部22aおよび第2の剛体壁23の一端部23aと、の間の隙間、および第2の可撓壁25と、第1の剛体壁22の他端部22bおよび第2の剛体壁23の他端部23bと、の隙間が狭まり、図6に示す閉断面11の面積をさらに低減する変形が生じる。この結果、流体30がx方向に移動する量が実施の形態3に係る振動伝播抑制装置100に比べて、相対的に増加し、十分な流体質量効果を容易に得ることができる。また、実施の形態4に係る振動伝播抑制装置100のストップバンドは、実施の形態3に係る振動伝播抑制装置100に比してさらに低域性および広域性を得ることができる。また、実施の形態4に係る振動伝播抑制装置100は、実施の形態4に係る振動伝播抑制装置100と同様に、隔壁20をワイヤ放電加工により製造することで、第1の剛体壁22と第2の剛体壁23との間隔d2の小さい隔壁20を容易に得ることが可能である。
In contrast, as shown in FIGS. 6 and 7, the vibration
(実施の形態5)
実施の形態1~4に係る振動伝播抑制装置100では、単位セル10a~10fを振動伝播方向400の一方向に複数並べた周期構造体である振動伝播抑制装置100について説明した。これにより、振動伝播方向400一軸へのバンドストップ効果を実現する。しかし、振動伝播抑制装置100または支持対象体である精密機器200に対して、z方向およびy方向の2軸に荷重が加わり、これらの伝搬を2軸にわたって抑制したい場合がある。このような場合に対応するため、実施の形態5に係る振動伝播抑制装置100では、単位セル10をz方向およびy方向の2軸の2方向に周期配置する2次元周期構造体である振動伝播抑制装置100を開示する。図8に示すように、振動伝播方向400に加えて直交する振動伝播方向410を定義し、当該方向にも単位セル10を周期配置する。これにより2次元周期構造体である振動伝播抑制装置100の外部に加わった2次元方向の荷重は、である振動伝播抑制装置100により伝播が抑制される。なお、実施の形態3および4に係る振動伝播抑制装置100が有する単位セル10の閉断面11を小さくすること、および実施の形態4で示した、互いに向かい合う方向に凸の曲面形状を有する第1の可撓壁24および第2の可撓壁25を、実施の形態5に係る振動伝播抑制装置100で示されるように、単位セル10をz方向およびy方向の2軸の2方向に周期配置する2次元周期構造体である振動伝播抑制装置100に適用してもよい。このようにすることで、構造安定性の向上、およびバンドストップ効果の向上に有効である。(Embodiment 5)
In the vibration
(実施の形態6)
実施の形態1~5に係る振動伝播抑制装置100では、振動伝播方向400、410に外部荷重が加わった際、単位セル10の隔壁20が変形し、流体30がx方向に流動する。しかし、単位セル10の一端部21は封止されておらず、流体30が満たされている場所で使用されない場合、流体30が外部にリークする。このため実施の形態6に係る振動伝播抑制装置100は、図9に示すように、単位セル10の一端部21および他端部26に可撓性を有する封止壁27を有する。これにより、流体30が外部にリークすることを防ぐことができ、流体30が満たされている場所で使用されない場合であっても、振動伝播抑制装置100を用いることができる。その他の構成は、実施の形態1に係る振動伝播抑制装置100と同様の構成を有する。(Embodiment 6)
In the vibration
ただし、封止壁27は、2つの観点で流体質量効果を劣化させることに注意が必要である。まず、封止壁27は、振動伝播方向400に有限の剛性を有することで、外部荷重に対する単位セル10の面内変形を抑制し、流体30の面外方向13への吐出量を減少させる。またさらに吐出方向に蓋をするため、吐出される流体30の行き場がなく流動が発生にくい。封止壁27が柔軟性を有さない場合、流体質量効果が小さくなり、振動伝播抑制装置100のバンドストップ効果は期待された性能を発揮できない。
Note, however, that the sealing
このため、実施の形態6では封止壁27は振動伝播方向400に加えて、面外方向13に対して柔軟な封止壁27とする。封止壁27は、隔壁20より高い可撓性を有することが好ましい。これにより、流体30のリークによる振動伝播抑制装置100または外部装置への悪影響を取り除きつつ流体質量効果が小さくなることを抑制し、ストップバンドが十分低域化された小型、軽量かつ製造容易な振動伝播抑制装置100が得られる。なお、可撓性を有する封止壁27の具体的な例として、粘弾性体による栓、または面外方向13に延びるベローズ構造を採用してもよい。このようにすることで、実施の形態6の振動伝播抑制装置100は、流体30が外部にリークすることを防ぐことができるため、本リークが、振動伝播抑制装置100の性能に影響を与える、または外部装置に不具合を生じさせるリスクがある場合、有効である。また、同様に、実施の形態2~5に係る振動伝播抑制装置100の単位セル10の一端部21および他端部26に可撓性を有する封止壁27設けてもよい。
Therefore, in the sixth embodiment, the sealing
(実施の形態7)
実施の形態6に係る振動伝播抑制装置100では、流体30の面外方向13へのリークを抑止するためにそれぞれの単位セル10の一端部21および他端部26に封止壁27を有する。ただし、それぞれの単位セル10に封止壁27を設けると、封止壁27の可撓性を確保しづらく、図1に示す閉断面11自体の断面積変化および面外方向13への流体30の流動が十分に励起されない。これにより、流体質量効果が小さくなり、振動伝播抑制装置100のバンドストップ効果は、期待された性能を十分に発揮できない。(Embodiment 7)
In the vibration
このため、実施の形態7に係る振動伝播抑制装置100は、図10および図11に示すように、単位セル10の全体を一括で密閉して収容する外殻壁40を備え、流体30は、外殻壁40で囲まれた空間に充填されている。これにより、流体30が外殻壁40の外部にリークすることを防ぐことができる。その他の構成は、実施の形態4に係る振動伝播抑制装置100と同様である。
Therefore, as shown in FIGS. 10 and 11, the vibration
外殻壁40は、図12に示すように、単位セル10aに接続された第1のフランジ41と、単位セル10fに接続された第2のフランジ42と、第1のフランジ41と第2のフランジ42を接続し、少なくとも一部に可撓性を有する側壁43と、を有し、内部の閉空間44に単位セル10a~10fを収容する。第1のフランジおよび第2のフランジは、振動伝播方向400において、複数の単位セル10a~10fを挟んで配置される。閉空間44および隔壁20で囲まれた空間には、流体30が満たされている。外殻壁40は、振動伝播方向400に力が加わると、内部の閉空間44の体積が変化できるよう少なくとも側壁43の一部に可撓性を有し、振動伝播抑制装置100への荷重に対して内部の単位セル10a~10fに変位が発生する構造とする。
As shown in FIG. 12, the
側壁43は、粘弾性体または金属の膜により作成されてもよく、ベローズ構造を有してもよい。これにより、外殻壁40は、振動伝播方向400に力が加わると変形し、第1のフランジ41が固定されている場合、第2のフランジ42は、z方向に移動することができ、内部の閉空間44の体積が変化する。また、図11および図13に示すように、側壁43は、単位セル10a~10fとの間にx方向にクリアランスを有して配置される。側壁43と単位セル10a~10fとの間隔d3は、単位セル10a~10fに充填された流体30がスムーズに吐出できる大きさであることが好ましい。これに対して、図11および図12に示すように、y方向において、側壁43と単位セル10a~10fとの間隔d4は、単位セル10a~10fと、側壁43と、が互いに干渉しない大きさであることが好ましいい。だたし、y方向においては、間隔d4が0であったとしても、単位セル10a~10fに充填された流体30が吐出できなくなるわけではないので、側壁43と単位セル10a~10fとの間にクリアランスを設ける必要は必ずしもない。
なお、外殻壁40は力学的に単位セル10a~10fと並列のばね要素となるため、振動伝播方向400に対して必要以上の剛性を持たせず柔軟に設計する必要がある。ただし、振動伝播抑制装置100として最低限の強度を要求される場合には、バンドストップ効果と強度の両立がなされるよう適切な設計をすること重要である。
Since the
つぎに、上記構成を有する振動伝播抑制装置100の動作について説明する。
Next, the operation of the vibration
振動伝播抑制装置100に対して振動伝播方向400に外部荷重が加わった際、第1のフランジ41または第2のフランジ42を介して内部の単位セル10a~10fに荷重が伝達する。これによりそれぞれの単位セル10a~10fの隔壁20が面内につぶれ、x方向または-x方向に流体30が加速的に吐出され、結果として流体質量効果を得る。
When an external load is applied to the vibration
このとき側壁43と単位セル10a~10fとの間にはx方向にクリアランスが存在するため、x方向への流体30の流動は阻害されない。これにより実施の形態7に係る振動伝播抑制装置100は、流体30の外部へのリークを抑制しながら、流体質量効果によってストップバンドが低域性かつ広域性を有する振動伝播抑制効果を得ることができる。なお、実施の形態6に係る振動伝播抑制装置100は、実施の形態4に係る振動伝播抑制装置100の単位セル10の全体を一括で密閉して収容する外殻壁40を備える例について説明したが、実施の形態7に係る振動伝播抑制装置100は、実施の形態4に係る振動伝播抑制装置100の単位セル10に代えて、実施の形態1~3および5に係る振動伝播抑制装置100の単位セル10を用いてもよい。
At this time, since clearances exist in the x direction between the
(変形例)
上述の実施の形態においては、隔壁20が、可撓性部材により作成されるか、または第1の可撓壁24と第2の可撓壁25を有する例について説明した。隔壁20は、加えられた荷重に対して図2に示す閉断面11の面積変化を生ずる構成であればよく、隔壁20が、可撓性部材によらず、機械的に変形することで面積変化を生ずる構造を有してもよい。一つの例として、図14に示すように、隔壁20は、板状の形状を有する固定壁51と、固定壁51の端部52に垂直に配置された一対の摺動壁53と、板状の形状を有し、一対の摺動壁53の間に配置され、摺動壁53に沿ってz方向に移動する移動壁54と、固定壁51と移動壁54との間に配置された弾性体55、を備えてもよい。固定壁51と移動壁54とは、互いに平行に配置されている。移動壁54は、弾性体55により支持され、固定壁51との間隔が維持される。流体30は、固定壁51と、摺動壁53と、移動壁54と、に囲まれた空間に充填される。この構造により、荷重が加えられると、弾性体55が弾性変形し、移動壁54がz方向に移動することで、流体30が押し出される。この結果、流体質量効果によってストップバンドが低域性かつ広域性を有する振動伝播抑制効果を得ることができる。(Modification)
In the above-described embodiments, examples were described in which the
上述の実施の形態においては、振動伝播抑制装置100が、支持対象体である精密機器200と強制変位を受ける基礎面300との間に配置される例について説明した。振動伝播抑制装置100は、モータを含む機械的構成を有する振動発生装置と基礎面300との間に配置されてもよい。振動発生装置は、HDD(hard disk drive)またはモータを含む機械的構成を有する装置を含む。このようにすることで、振動発生装置により発生した振動を基礎面300に振動が伝搬しない効果を有する。これにより、基礎面300に設置された他の装置に振動が伝搬しない効果を有する。
In the above-described embodiment, an example in which vibration
本開示は、本開示の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施の形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施の形態は、この開示を説明するためのものであり、本開示の範囲を限定するものではない。すなわち、この開示の範囲は、実施の形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。そして、特許請求の範囲内及びそれと同等の開示の意義の範囲内で施される様々な変形が、この開示の範囲内とみなされる。 This disclosure is capable of various embodiments and modifications without departing from the broader spirit and scope of this disclosure. In addition, the embodiments described above are for explaining this disclosure, and do not limit the scope of this disclosure. That is, the scope of this disclosure is indicated by the claims rather than the embodiments. Various modifications made within the scope of the claims and within the scope of equivalent disclosure are considered to be within the scope of this disclosure.
10、10a~10f…単位セル、11…閉断面、12…断面、13…面外方向、20…隔壁、21、22a、23a一端部、22…第1の剛体壁、22b、23b、26…他端部、23…第2の剛体壁、24…第1の可撓壁、25…第2の可撓壁、27…封止壁、30…流体、40…外殻壁、41…第1のフランジ、42…第2のフランジ、43…側壁、44…閉空間、51…固定壁、52…端部、53…摺動壁、54…移動壁、55…弾性体、100…振動伝播抑制装置、200…精密機器、300…基礎面、400、410…振動伝播方向。
10, 10a to
Claims (10)
複数の前記単位セルのそれぞれは、前記振動伝播方向と交差する第1の方向に延びる形状を有し、閉断面を形成する隔壁と、前記隔壁で囲まれた空間に充填された流体と、を有し、
前記隔壁は、前記振動伝播方向に加えられた荷重に対して前記閉断面の面積変化を生ずる構造を有し、前記第1の方向における両端部のうち少なくとも一端部が開放され、
隣接する前記単位セルは、互いに前記隔壁で外接する、
振動伝播抑制装置。 A plurality of unit cells connected in series in the vibration propagation direction between the support object and the base surface that receives forced displacement,
Each of the plurality of unit cells has a shape extending in a first direction that intersects with the vibration propagation direction, and includes a partition wall forming a closed cross section, and a fluid filled in a space surrounded by the partition wall. have
The partition wall has a structure that changes the area of the closed cross section with respect to the load applied in the vibration propagation direction, and at least one of both ends in the first direction is open,
the adjacent unit cells are circumscribed by the partition walls;
Vibration propagation suppression device.
請求項1に記載の振動伝播抑制装置。 The vibration propagation suppressing device according to claim 1, wherein the cross-sectional shape of the partition wall is uniform in the first direction.
隣接する前記単位セルのうちの一方の前記単位セルの前記第1の剛体壁と他方の前記単位セルの前記第2の剛体壁とが外接する、
請求項1または2に記載の振動伝播抑制装置。 The partition includes a first rigid wall and a second rigid wall arranged to face each other, and a flexible first flexible wall connecting the first rigid wall and the second rigid wall. and a second flexible wall,
the first rigid wall of one of the adjacent unit cells and the second rigid wall of the other unit cell circumscribe;
3. The vibration propagation suppressing device according to claim 1 or 2.
請求項3に記載の振動伝播抑制装置。 the distance between the first rigid wall and the second rigid wall is smaller than the thickness of the first rigid wall or the second rigid wall;
The vibration propagation suppressing device according to claim 3.
請求項3または4に記載の振動伝播抑制装置。 each of the first flexible wall and the second flexible wall has a convex curved surface shape facing each other,
5. The vibration propagation suppression device according to claim 3 or 4.
請求項1から5の何れか1項に記載の振動伝播抑制装置。 each of the plurality of unit cells are arranged side by side in a direction intersecting the vibration propagation direction and the first direction;
The vibration propagation suppressing device according to any one of claims 1 to 5.
複数の前記単位セルのそれぞれは、前記振動伝播方向と交差する第1の方向に延びる形状を有し、閉断面を形成する隔壁と、前記隔壁で囲まれた空間に充填された流体と、を有し、
前記隔壁は、前記振動伝播方向に加えられた荷重に対して前記閉断面の面積変化を生ずる構造を有し、
隣接する前記単位セルは、互いに前記隔壁で外接し、前記第1の方向における両端部に可撓性を有する封止壁を有する、
振動伝播抑制装置。 A plurality of unit cells connected in series in the vibration propagation direction between the support object and the base surface that receives forced displacement,
Each of the plurality of unit cells has a shape extending in a first direction that intersects with the vibration propagation direction, and includes a partition wall forming a closed cross section, and a fluid filled in a space surrounded by the partition wall. have
The partition wall has a structure that changes the area of the closed cross section with respect to the load applied in the direction of propagation of the vibration,
The adjacent unit cells are circumscribed by the partition walls and have flexible sealing walls at both ends in the first direction,
Vibration propagation suppression device.
請求項7に記載の振動伝播抑制装置。 The vibration propagation suppressing device according to claim 7, wherein the sealing wall has higher flexibility than the partition wall.
前記流体は、前記外殻壁で囲まれた空間に充填されている、
請求項1から6の何れか1項に記載の振動伝播抑制装置。 An outer shell wall that hermetically accommodates the plurality of unit cells,
The fluid is filled in a space surrounded by the outer shell wall,
The vibration propagation suppressing device according to any one of claims 1 to 6.
請求項9に記載の振動伝播抑制装置。 The outer shell wall connects a first flange and a second flange arranged across the plurality of unit cells in the vibration propagation direction, and connects the first flange and the second flange, and at least a partially flexible sidewall;
The vibration propagation suppressing device according to claim 9.
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