JPH022995Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、機械類の防振装置に関し、特にその
水平動防振装置に関する。

従来の精密機械類の水平方向振動の防振装置
は、第１図に示すように、固定台ｃ上に設けられ
たり、第２図に示すように、固定梁ｄから吊下さ
れたりしていて、ばねａと振動を防振すべき機械
類である物体ｂとの組合わせで振子系が構成され
ており、その振子系全体の固有振動数fnは小さく
設定されている。

これらの従来装置では、固有振動数fnより高い
振動数の成分は、ほとんど物体ｂ側に伝わらな
い。

しかしながら、これらの従来の装置では、振動
系の固有振動数fnを下げることにより防振効果を
向上させるためには、ばねａの材質を柔軟にし、
径を細くしなければならず、このためばねａの機
械的強度の低下を招くという欠点がある。

そして、機械的強度を所定内にとつた場合に
は、防振ししうる振動数ｆの下限は約２〜３Hzと
なり、低い振動数における水平動の防振ができな
い。

しかも、第１図に示す従来の装置では、倒立ば
ね方式でばねａが構成されているので、座屈が生
じやすく、また、固有振動数fnを数Hzにすると物
体ｂの持が不安定になる欠点があり、第２図に示
す従来の装置では、装置全体が大がかかりなもの
となつてしまう欠点がある。

さらに、これらの従来の装置では、ばねａと物
体ｂの質量ｍとによつて振子系が構成されている
ので、物体ｂの質量ｍの変動が固有振動数fnの変
化を招くという問題点もある。

本考案は、これらの問題点を解決しようとする
もので、水平振動に対して、低い振動数でも十分
にその水平振動を防振し、機械的にも強い構造の
水平動防振装置を提供することを目的とする。

このため、本考案の水平動防振装置は、固定台
上に設置される物体の水平方向振動を防振すべ
く、上記の物体と固定台との間に、これらの相対
的水平方向移動を許容するころがり部材が介装さ
れ、且つ、上記物体の下側に、上記ころがり部材
を受ける上部凹状弯曲受部が配設されるととも
に、上記固定台の上側に、上記ころがり部材を受
ける下部凹状弯曲受部が配設され、上記ころがり
部材が上記の上部凹状弯曲受部および下部凹状弯
曲受部の各周縁付近を転動している時に、上記の
上部凹状弯曲受部および下部凹状弯曲受部の各中
央付近を転動している時よりも上記水平方向振動
における固有振動数が高くなるように非線形特性
をもたせるべく、上記の上部凹状弯曲受部および
下部凹状弯曲受部の各周縁に上記の上部凹状弯曲
受部および下部凹状弯曲受部の曲率半径より小さ
な曲率半径をもつた縁部が形成されたことを特徴
としている。

以下、図面により本考案の一実施例としての水
平動防振装置について説明すると、第３図はその
全体構成を示す立面図、第４図はその要部を示す
立面図、第５図はその動作を説明するための説明
図、第６，７図はその要部の変形例を示す立面図
である。

第３図に示すように、水平動防振機構３により
物体２が固定台１上に設置されており、この水平
動防振機構３は物体２の荷重を支えている。

この水平動防振機構３には、物体２と固定台１
との水平方向移動を許容するころがり部材として
の円筒３ａが設けられており、また、物体２の下
側に固定されて円筒３ａを受ける上部凹状弯曲受
部としての上部円筒受部３ｂと、固定台１の上側
に固定されてころがり部材３ａを受ける下部凹状
弯曲受部としての下部円筒受部３ｃとが設けられ
ている。

円筒受部３ｂ，３ｃの各周縁には固有振動数を
変えるための円筒面を有する縁部としてのガイド
部３ｄ，３ｅがそれぞれ設けられていて、ころが
り部材としての円筒３ａと円筒受部３ｂ，３ｃと
の共振を防止するようになつている。

水平動防振機構３は、これら円筒３ａ、上部円
筒受部３ｂ、下部円筒受部３ｃおよびガイド部３
ｄ，３ｅで構成されている。

また、ころがり部材としての円筒３ａの形状は
半径ｒの円筒状であり、下部円筒受部３ｃの上面
の形状は、ころがり部材としての円筒３ａが滑ら
かに転動できるように、円筒３ａよりも大きな半
径R₁の円筒側面となつている。

さらに、上部円筒受部３ｂの下面の形状も物体
２がころがり部材としての円筒３ａの転動に従つ
て、円筒３ａに支持されたまま滑らかに移動でき
るように、円筒３ａよりも大きな半径R₁の円筒
側面となつている。

円筒３ａの転動に従つて、円筒３ａが移動して
も、ガイド部３ｄ，３ｅで固有振動数が変わるた
め円筒３ａが円筒受部３ｂ，３ｃから脱落するの
が防止される。

このガイド部３ｄ，３ｅの円筒面の半径は、円
筒受部３ｂ，３ｃの半径R₁より小さな半径R₂と
なつている。

ところで、第４図に示す下部円筒受部３ｃの上
側円筒面上をころがり部材としての円筒３ａが転
動する振子系は、１自由度系振子として良く知ら
れていて、この重力振子の復元力をばね要素とし
て用いたのが本実施例の水平動防振機構３であ
る。

第５図に示すような物体２の下面に水平動防振
機構３が１つだけ配設されている場合についてそ
の固有振動数fn等を説明する。ここで、物体２は
絶えず水平に保たれるとする。

また、符号m₁は物体２と上部円筒受部３ｂと
を合わせた質量を示しており、m₂はころがり部
材の円筒３ａの質量、ｒは円筒３ａの中心軸Ｏか
らの半径、O′は上部円筒受部３ｂの半径R₁の円
筒側面の中心軸、O″は下部円筒受部３ｃの半径
R₁の円筒側面の中心軸、各O₂はそれぞれのガイ
ド部３ｄ、３ｅの半径R₂の円筒側面の中心軸で
ある。

物体２と固定台１とが相対的に安定して静止し
ている場合、ころがり部材としての円筒３ａは下
部円筒受部３ｃの円筒面の最下部に位置し、物体
２も上部円筒受部３ｂの円筒面の最上部がころが
り部材３ａと接するような位置で静止しており、
各軸Ｏ，O′，O″がすべて１つの鉛直線上に置し
ている。

物体２と固定台１とが相対的に移動する場合、
円筒３ａがころの働きをし、両円筒受部３ｂ，３
ｃと円筒３ａとが接したまま滑らずにその位置を
変える。

このため、各軸Ｏ，O′，O″は１直線上にのつ
ていても、直線Ｏ，O′，O″と鉛直線との角度が
θとなる。

このとき物体２と固定台１との相対的な変位は
R₁sinθ＝R₁θ（θ〓Ｏ）であり、円筒３ａの回転
角φは、R₁θ＝rφの関係を保つ。

このR₁θ＝rφの状態で円筒３ａは安定な位置よ
り上側に位置し、物体２も円筒３ａに対して安定
な位置よりも上側に位置するため安定な位置に戻
ろうとする復元力が生じる。

この復元力は、物体２と固定台１との相対的な
変位が大きくなるほど大きなものとなり、ばねに
よる復元力と同じ働きをするため、水平方向の防
振を行なうことができる。

ところで、微小振動に対しての通常の防振状態
では物体２と固定台１との相対的な変位が大きく
なると、円筒３ａは上部円筒受部３ｂと下部円筒
受部３ｃと接しながら転動している。しかし、大
きな加振力が加えられ、物体２と固定台１との相
対的な変位が大きくなると、円筒３ａがガイド部
３ｄ，３ｅ上まで移動する。

しかしながら、ガイド部３ｄ，３ｅの円筒面の
半径R₂が、円筒受部３ｂ，３ｃの半径R₁より小
さく形成されているので、それまでより大きな復
元力が働き、物体２と固定台１とが相対的に安定
な位置まで戻ろうとするため、物体２の固定台１
からの脱落が防止される。

このような水平動防振機構３を物体２の下部に
複数組配設して、物体２を固定台１の上に設置す
れば、容易にしかも構造的にも強い防振装置が実
現できる。

また、微小振動に対する通常の防振状態、すな
わち円筒３ａが上部円筒受部３ｂおよび下部円筒
受部３ｃと接して転動している場合、この系の固
有振動数fnは、円筒３ａの回転中心軸まわりの慣
性モーメントをＪ、重力加速度をｇとすると、次
式のようになる。

ここで、物体２が円筒３ａよりも十分重いと考
えられ、m₂《m₁の関係が得られるから、ほぼ次
式の関係が満足される。

つまり、固有振動数fnが物体２などの質量と無
関係になるのである。

このため、物体２などの質量の変化による固有
振動数fnの変動がなくなり、安定した防振効果が
得られる。

また、固有振動数fnは両円筒受部３ｂ，３ｃの
円筒面の半径R₁と、円筒３ａの半径ｒによつて
決まるので、固有振動数fnを容易に設定変更する
ことが可能となる。したがつて、設置場所の卓越
振動数に合わせて各部の半径の組み合わせを変え
れば、最適な防振が可能となる。

さらに、外部振動が、この系の固有振動数を一
致したとき共振現象が生じ、大振幅で物体２が動
くが、外縁部３ｄ，３ｅの曲率半径を小さくして
おり、非線形バネを用いたのと同じ作用でこの縁
部３ｄ，３ｅまでころがり部材３ａが移動したと
き、固有振動数が変わるため、共振点がはずれ、
振動の成長はそこで停止して、振動の防振がはか
られて安全性が保たれるのである。

ところで、この水平動防振機構３は、ころがり
抵抗等によつて減衰させており、この減衰効果を
より大きくするために、第６図に示すように、下
部円筒受部３ｃに高粘度性油４を注入し、上部円
筒受部３ｂと下部円筒受部３ｃとの円筒面の外側
に、固定台１と物体２の相対的な変位にほとんど
影響を与えないゴムシール５を旋せば、ころがり
部材３ａのころがり抵抗が増して、振動をより減
衰させることができる。

なお、円筒状のころがり部材３ａと、円筒側面
を凹状弯曲面とする両円筒受部３ｂ，３ｃによる
水平動防振機構３では一定方向の水平振動しか防
振できない。

そこで、この円筒状の水平動防振機構を２層設
けて、一方をＸ方向に配設し、他方をＹ方向に配
設すれば、水平方向の振動に対し、防振すること
ができる。

また、第７図に示すように、水平動防振機構３
を複数組一体に設けてもよい。

なお、ころがり部材を球状に形成して、上部凹
状弯曲受部と下部凹状弯曲受部を球面状にそれぞ
れ形成してもよく、この場合この水平動防振機構
を物体の下側に３組以上設けて上部および下部凹
状弯曲受部の凹状弯曲面がころがり部材より大き
な半径r₁の球面状にそれぞれ形成されるととも
に、縁部が凹状弯曲受部の半径r₁より小さな半径
r₂の球面状に形成されるようにしてもよく、この
場合、この水平動防振機構を物体の下側に３組以
上設けることにより、本実施例とほぼ同様の効果
が得られ、水平全方向に対して防振することが可
能となる。

以上詳述したように、本考案の水平動防振装置
によれば、上記の物体と固定台との間に、これら
の相対的水平方向移動を許容するころがり部材が
介装され、且つ、上記物体の下側に、上記ころが
り部材を受ける上部凹状弯曲受部が配設されると
ともに、上記固定台の上側に、上記ころがり部材
を受ける下部凹状弯曲受部が配設され、上記ころ
がり部材が上記の上部凹状弯曲受部および下部凹
状弯曲受部の各周縁付近を転動している時に、上
記の上部凹状弯曲受部および下部凹状弯曲受部の
各中央付近を転動している時よりも上記水平方向
移動における固有振動数が高くなるように非線形
特性をもたせるべく、上記の上部凹状弯曲受部お
よび下部凹状弯曲受部の各周縁に上記の上部凹状
弯曲受部および下部凹状弯曲受部の曲率半径より
小さな曲率半径をもつた縁部が形成されるという
簡素な構成で、低振動数の水平方向の振動に対し
ても適切に防振することができ、防振すべき物体
の質量によつて防振しうる振動数が変化すること
なく、また、系の固有振動数に近い水平方向の振
動に対しても、縁部によつて固有振動数が高くな
るため、ころがり部材と各凹状弯曲受部との共振
を防止できる利点がある。

さらに、本考案の水平動防振装置によれば、物
体が固定台から脱落することなしに防振を行なえ
るとともに、構造上も強い装置として構成するこ
とができ、固有振動数の設定変更も容易である。

【図面の簡単な説明】

第１，２図は従来の水平動防振装置を示す側面
図であり、第３〜７図は、本考案の一実施例とし
ての水平動防振装置を示すもので、第３図はその
全体構成を示す立面図、第４図はその要部を示す
立面図、第５図はその動作を説明するための説明
図、第６，７図はその要部の変形例を示す立面図
である。 １……固定台、２……物体、３……水平動防振
機構、３ａ……ころがり部材としての円筒、３ｂ
……上部凹状弯曲受部としての上部円筒受部、３
ｃ……下部凹状弯曲受部としての下部円筒受部、
３ｄ，３ｅ……縁部としてのガイド部、４……高
粘度性油、５……ゴムシール、Ｏ，O′，O″……
中心軸。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) 固定台上に設置される物体の水平方向振動を
   防振すべく、上記の物体と固定台との間に、こ
   れらの相対的水平方向移動を許容するころがり
   部材が介装され、且つ、上記物体の下側に、上
   記ころがり部材を受ける上部凹状弯曲受部が配
   設されるとともに、上記固定台の上側に、上記
   ころがり部材を受ける下部凹状弯曲受部が配設
   され、上記ころがり部材が上記の上部凹状弯曲
   受部および下部凹状弯曲受部の各周縁付近を転
   動している時に、上記の上部凹状弯曲受部およ
   び下部凹状弯曲受部の各中央付近を転動してい
   る時よりも上記水平方向振動における固有振動
   数が高くなるように非線形特性をもたせるべ
   く、上記の上部凹状弯曲受部および下部凹状弯
   曲受部の各周縁に上記の上部凹状弯曲受部およ
   び下部凹状弯曲受部の曲率半径より小さな曲率
   半径をもつた縁部が形成されたことを特徴とす
   る、水平動防振装置。 (2) 上記ころがり部材が円筒状または球状に形成
   されるとともに、上記の上部凹状弯曲受部と下
   部凹状弯曲受部とが、上記ころがり部材より大
   きな半径R₁の円筒状にそれぞれ形成されると
   ともに、上記縁部が上記凹状弯曲受部の半径
   R₁より小さな半径R₂の円筒状に形成された、
   実用新案登録請求の範囲第１項に記載の水平動
   防振装置。 (3) 上記ころがり部材が球状に形成されるととも
   に、上記の上部凹状弯曲受部と下部凹状弯曲受
   部とが、上記ころがり部材より大きな半径r₁の
   球面状にそれぞれ形成されるとともに、上記縁
   部が上記凹状弯曲受部の半径r₁より小さな半径
   r₂の球面状に形成された、実用新案登録請求の
   範囲第１項に記載の水平動防振装置。