JPH07133845A - 除振装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 低コストで高信頼性を有すると共に、除振効
果を悪化せずに架台上からの入力を早く減衰する。 【構成】 脚柱１４に容器部２４が固定される。容器部
２４に凹部２４Ａが形成され、凹部２４Ａの内壁面に電
極板２７が嵌め込まれる。天板１２に天板側取付け部材
３０が固定される。天板側取付け部材３０に凹部２４Ａ
に挿入される絶縁軸部３８が形成され、電極板２６が絶
縁軸部３８の外周側に嵌め込まれる。凹部２４Ａ内に
は、電気粘性流体Ｆが貯留される。電極板２６は、電極
板２６に電圧を印加する電源４２に接続され、センサ４
６と接続される制御回路４４に電源４２が接続される。
従って、センサ４６が振動を検出すると、制御回路４４
が電源４２を制御し電極板２６への印加電圧を調整し
て、電気粘性流体Ｆによる減衰力を高める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、精密測定機器や精密加
工機器を床振動等の周囲の環境から絶縁するための除振
装置に関し、電子顕微鏡、精密天秤、微小寸法・形状・
真円度測定器、表面粗さ計、微小硬度計などの精密測定
機器や精密加工機器の除振台として適用可能なものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に除振装置は、定盤あるいは付加質
量、それを弾性的に支持するばね要素及び、振動を低減
するための除振機構等で構成されている。この除振装置
の内のパッシブ除振装置では、固有振動数の値を低くす
る為に、空気ばねや多段積層ゴムなどをばね要素として
用いると共に、ゴムやオイルなどを除振機構として用い
て、減衰を付加している。

【０００３】このパッシブ除振装置においては床面から
の振動の絶縁のため、空気ばねなどのばね要素の剛性が
極端に小さくされている（固有振動数で０．５Ｈｚ〜５
Ｈｚ程度）。このため、例えば除振装置の架台上に搭載
された機器の動作による振動や、人の手による加振力な
どの除振装置上からの入力に対しては、振動を減衰する
効果は少なかった。

【０００４】つまり、除振時の振動振幅は、およそデシ
・ミクロンオーダーの非常に微小な振幅であるため、除
振装置上からの入力による振動がそのレベルまで減衰す
るには長時間を要し、その間は次の作業に入れないこと
となって、作業に非常に長時間を要する欠点を有してい
た。そのため、通常の除振効果を悪化せずに架台上から
の入力を早く減衰する除振装置が望まれていた。

【０００５】一方、ばね要素のばね特性を変化させるセ
ミアクティブ除振装置や、ばね要素あるいは付加的な装
置が制御力を発揮して能動的に振動を制御するアクティ
ブ除振装置も開発されているが、非常に高価となる上、
信頼性が常に疑問視されていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記事実を考
慮し、低コストで高信頼性を有すると共に、除振効果を
悪化せずに架台上からの入力を早く減衰する除振装置を
提供することが目的である。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１による除振装置
は、機器を搭載する架台とこの架台を支持する支持部材
との間に介在されてこの架台を弾性変形可能に支持する
ばね要素と、前記架台と前記支持部材との間に介在され
る電気粘性流体と、前記電気粘性流体に電圧を印加して
前記支持部材に対する前記架台の振動を減衰する可変減
衰機構と、前記架台の振動を検出する検出手段と、前記
検出手段が一定値以上の振動を検出すると前記可変減衰
機構の前記電気粘性流体に対する印加電圧を調整して前
記電気粘性流体による減衰力を高める制御手段と、を有
することを特徴とする。

【０００８】請求項２による除振装置は、機器を搭載す
る架台とこの架台を支持する支持部材との間に介在され
てこの架台を弾性変形可能に支持するばね要素と、前記
架台と前記支持部材との間に介在される電気粘性流体
と、前記電気粘性流体に電圧を印加して前記支持部材に
対する前記架台の振動を減衰する可変減衰機構と、前記
機器の作動に伴って前記機器が加振力を発生する場合に
は前記機器からの起振信号により前記可変減衰機構が前
記電気粘性流体に電圧を印加し、前記機器が加振力の発
生を停止する場合には前記機器からの停止信号により前
記可変減衰機構が前記電気粘性流体への電圧の印加を停
止する制御手段と、を有することを特徴とする。

【０００９】

【作用】請求項１に係る除振装置による作用を以下に説
明する。

【００１０】機器を搭載する架台とこの架台を支持する
支持部材との間に介在されたばね要素が、この架台を弾
性変形可能に支持する。また、架台と支持部材との間に
介在される電気粘性流体に可変減衰機構が電圧を印加し
て、支持部材に対する架台の振動を減衰する。さらに、
検出手段が架台の一定値以上の振動を検出すると、可変
減衰機構の電気粘性流体に対する印加電圧を制御手段が
調整して、電気粘性流体による減衰力を高める。

【００１１】また、架台上の振動振幅が通常の除振時の
レベルまで下がったことを検出手段が検知すると、該可
変減衰機構の印加電圧を停止し、床面からの振動を絶縁
するのに好適な特性に除振装置を戻すことができる。

【００１２】従って、架台上に搭載された機器の動作に
よる振動や、人の手による加振力などの除振装置上から
の入力があった際には、電気粘性流体による減衰力が高
まって、非常に短時間に除振装置上からの入力を減衰で
きる。

【００１３】ここで電気粘性流体は、電気絶縁性液体中
に微粒子を分散した懸濁液で充分に強い電場の作用のも
とで極めてすみやかに、しかも可逆的に粘性が変化する
流体として知られている。

【００１４】この電気粘性流体の粘性を変化させるため
には、直流の電場だけでなく交流の電場でもよい。ま
た、必要な電流は非常に小さく、少ない消費電力によっ
て液体からほぼ固体状態近くまで大きな粘度変化を与え
るため、例えばクラッチ、ショックアブソーバー、各種
防振ゴムなどの装置や部品を制御するための構成要素と
して検討されてきた。

【００１５】電気粘性流体の電圧による粘性の変化は、
レオロジーにおけるいわゆるビンガム流体としての挙動
をとる。即ち電圧を印加しない場合の電気粘性流体は、
ニュートン流体に近い特性を示すが、電圧を印加する
と、ニュートン流体の粘度は変化せず、ビンガム流体に
おける降伏応力が電圧の上昇に応じて上昇する。

【００１６】ここで降伏応力は、流体が流動するまでに
要する力の意味であり、大きな降伏応力を示すというこ
とは、流速の小さい領域で非常に大きな粘性を示すこと
を意味する。

【００１７】そして、このような性質を持つ電気粘性流
体を利用した可変減衰機構は、電圧印加により減衰力を
連続的に変化することができることや低い流速で大きな
減衰力を示すなど、通常のオイルダンパーやオリフィス
切り替え機構を持つ可変ダンパーにはない優れた特性を
示す。

【００１８】つまり、このような優れた特性を示す電気
粘性流体を利用した可変減衰機構を例えば精密除振台に
利用すると、従来のパッシブ除振装置において問題とな
っていた除振装置上からの入力に対しての振動減衰効果
が大幅に改良される。

【００１９】請求項２に係る除振装置による作用を以下
に説明する。請求項１と同様にばね要素、電気粘性流体
及び可変減衰機構を有する。但し、機器の作動に伴って
機器が加振力を発生した場合には、機器からの起振信号
により可変減衰機構が電気粘性流体に電圧を印加するよ
うに、制御手段が可変減衰機構を制御し、機器が加振力
の発生を停止する場合には、機器からの停止信号により
可変減衰機構が電気粘性流体への電圧の印加を停止する
ように、制御手段が可変減衰機構を制御する。

【００２０】従って、通常は床面からの振動絶縁に除振
装置が好適な特性となっているが、除振装置上からの入
力時にのみ、電気粘性流体に電圧を印加して、除振装置
上からの入力に対しても大きな減衰力が得られるように
されている。このため、通常の除振効果を悪化せずに除
振装置上からの入力を短時間に減衰する事ができる。

【００２１】また、上記のような構成の除振装置を精密
除振台のような除振台に適用すれば、除振台上からの入
力が入った際のみ可変減衰機構を作動することが可能と
なり、高価なアクティブ除振装置を用いた除振台に比べ
安価で除振性能の優れた除振台を得ることができる。

【００２２】

【実施例】本発明に係る除振装置を除振台として適用し
た第１実施例を図１から図８に示し、これらの図に基づ
き本実施例を説明する。

【００２３】本実施例に係る除振台の概略斜視図を図１
に示し、減衰装置の詳細を図２及び図３に示す。

【００２４】図１に示すように、除振台１０の架台とな
る天板１２を床面５０上で支持する支持部材である４本
の脚柱１４には、それぞれ減衰装置であるダンパ１６が
設置されている。また、図２に示すように、これらの脚
柱１４内には、それぞれ天板１２を弾性変形可能に支持
するばね要素である空気ばね１８が配置されていて、実
際にはこれら空気ばね１８が天板１２の四隅を支持する
構造となっている。そして、この天板１２上には、例え
ば加工機器５２が搭載されている。

【００２５】一方、４個のダンパ１６の内の一つを拡大
して表す図３に示すように、脚柱１４にねじ止めされた
ブラケット２２の上に、下部をブラケット２２にねじ止
められた容器部２４が固定されており、これらブラケッ
ト２２及び容器部２４で脚柱側取付け部材２０を構成し
ている。また、容器部２４の上部には断面が円形の凹部
２４Ａが形成されており、この凹部２４Ａの内壁面に円
環状の電極板２７が嵌め込まれている。

【００２６】そして、凹部２４Ａと同軸状の天板１２の
位置には、孔部２８が形成されている。さらに、天板１
２の下面に当接して天板１２との垂直度を保つための円
盤部３０Ａを天板側取付け部材３０が有している。この
天板側取付け部材３０の上部から突出したねじ軸部３２
が、この孔部２８内に緩く挿入されていて、ねじ軸部３
２の上部にワッシャ３４を介してねじ止められたナット
３６により、天板側取付け部材３０が天板１２に固定さ
れている。

【００２７】また、天板側取付け部材３０の下部には、
円柱状に形成されて容器部２４の凹部２４Ａに緩く挿入
される絶縁軸部３８が形成されており、電極板２７と所
定量の隙間（例えば１．５ｍｍの隙間量）を外周側が有
した円管状の電極板２６が、絶縁軸部３８の外周側に嵌
め込まれている。さらに、容器部２４の凹部２４Ａ内に
は、電気粘性流体Ｆが貯留されていて、電極板２６と電
極板２７とがこの電気粘性流体Ｆを介して対向すること
になる。従って、電極板２６、２７に電圧が印加される
と、電気粘性流体Ｆにも電圧が印加されることとなる。

【００２８】一方、容器部２４の上部には、円盤部３０
Ａの外周部に対向してリング状のゴムストッパ４０が配
置されていて、円盤部３０Ａの図３上、左右方向への移
動を防止している。これにより、天板側取付け部材３０
が左右方向への移動して電極板２７が電極板２６に接触
することを防いでいる。

【００２９】尚、ねじ軸部３２と天板１２の孔部２８と
の間の図に示すような隙間Ｓ１により、天板側取付け部
材３０を天板１２に固定する際の位置調整が容易とな
る。

【００３０】また、電極板２６は、電極板２６にプラス
の電圧を印加する電源４２に接続されていて、この電源
４２が制御手段である制御回路４４に接続されている。
制御回路４４は、天板１２に取り付けられて天板１２の
振動を検出する検出手段であるセンサ４６と接続されて
いて、センサ４６からの信号により電源４２から電極板
２６に印加する電圧を制御している。一方、電極板２７
は、アースされている。

【００３１】つまり、これら電源４２、電極板２６及び
電極板２７が可変減衰機構を構成し、また、制御回路４
４は、図示しないが、センサ４６からの信号を増幅する
増幅回路、ＯＮ−ＯＦＦ回路及びドライバ等を内蔵して
いる。

【００３２】上記のようなダンパ１６を用いて除振効果
の実験を行った結果を図４〜図８に示す。

【００３３】図４は、除振台１０へダンパ１６を未装着
の時の床面５０−天板１２上間の加速度伝達関数であ
り、図５は、ダンパ１６装着時の床面５０−天板１２上
間の加速度伝達関数であり、それぞれ床面５０からの微
振動に対する除振効果を示している。

【００３４】つまり、ダンパ１６装着時には、共振点
（約４．２５Ｈｚ）における入出力比は２．５２ｄＢで
あり、ダンパ１６未装着時では、共振点（約２．７５Ｈ
ｚ）における入出力比は１７．８４ｄＢである。従っ
て、ダンパ１６未装着時に比較してダンパ１６装着時に
は、１７．８４ｄＢから２．５２ｄＢへと加速度の値が
大きく減少しており、大きな減衰を持っていることが理
解できる。

【００３５】つぎに、天板１２に衝撃が入力されたとき
の天板１２上での応答加速度時刻歴波形を図６〜図８に
示す。

【００３６】ダンパ１６を単に装着しただけ（図６に示
す）では減衰が非常に小さいが、ダンパ１６を装着し１
５００Ｖの電圧を電極板２６に印加した場合（図７に示
す）には、電気粘性流体Ｆの性質が変化して収束が著し
く早められることが理解できる。さらに、３０００Ｖの
電圧を印加した場合（図８に示す）には、電気粘性流体
Ｆが低速の変形に対しても大きな降伏応力を持つという
ビンガム流体の特性が十分に発揮されて、外部の入力に
ほとんど応答しない状態になる。

【００３７】このことから、電極板２６、２７を介し
て、ダンパ１６に印加する電圧を変化させることによっ
て、応答の収束速度を制御することが可能であり、例え
ば天板１２上に搭載された加工機器５２の動作による振
動の制御に優れた性能を発揮することとなる。

【００３８】次に、本実施例に係る除振台１０の作用を
説明する。センサ４６が天板１２の一定値以上の振動を
検出すると、制御回路４４が電源４２を制御することに
より電極板２６への印加電圧を調整して、電気粘性流体
Ｆによる減衰力を高める。

【００３９】また、除振台１０上の振動振幅が通常の除
振時のレベルまで下がったことをセンサ４６が検知する
と、制御回路４４が電源４２を制御することにより電極
板２６への電圧の印加を停止し、床面５０からの振動を
絶縁するのに好適な特性に除振台１０を戻すことができ
る。

【００４０】従って、天板１２上に搭載された加工機器
５２の動作による振動や、人の手による加振力などの除
振台１０上からの入力があった際には、電気粘性流体Ｆ
による減衰力が高まって高減衰力を示すようになり、非
常に短時間に除振台１０上からの入力を減衰できる。

【００４１】次に、本発明に係る除振装置を除振台とし
て適用した第２実施例を図９に示し、この図に基づき本
実施例を説明する。尚、第１実施例で説明した部材と同
一の部材には、同一の符号を付し、重複した説明を省略
する。

【００４２】本実施例に係るダンパ９０の凹部２４Ａと
ほぼ同軸状の天板１２の位置には、ねじ穴６２が形成さ
れている。さらに、天板１２の下面に当接して天板１２
との垂直度を保つための円盤部６４Ｂを天板側取付け部
材６４が有している。この天板側取付け部材６４の上部
から突出したねじ軸部６６が、このねじ穴６２に螺合さ
れて、天板側取付け部材６４が天板１２に固定されてい
る。

【００４３】この天板側取付け部材６４の下部には、複
数のキリ孔６８を有した連結用のフランジ部６４Ａが設
けられていて、このフランジ部６４Ａの下部に、絶縁軸
部７０の上部に設けられた連結用のフランジ部７０Ａの
上部が当接している。そして、フランジ部７０Ａに形成
された孔部（図示せず）を貫通したボルト７２がキリ孔
６８をさらに貫通していて、ナット７４との間で天板側
取付け部材６４と絶縁軸部７０との間を締結している。

【００４４】さらに、このボルト７２とキリ孔６８との
間には、図９に示すように、十分な隙間Ｓ２を有してい
て、天板側取付け部材６４と絶縁軸部７０との間の締結
に際しての位置調整を可能としている。

【００４５】また、絶縁軸部７０には、薄膜７８が脚柱
側取付け部材２０側に伸びるＯリング７６が取り付けら
れていて、これら薄膜７８とＯリング７６とで電気粘性
流体Ｆおよび空気を密閉している。

【００４６】一方、このダンパ９０の組立時には、二点
鎖線で示す容器部２４の外周側に数本の平板アーム８２
が回転可能にピン８４でピン止めされており、絶縁軸部
７０のフランジ部７０Ａと平板アーム８２をボルト８６
でねじ止めする事で位置決めしつつ、天板側取付け部材
６４と絶縁軸部７０との間の締結を可能としている。

【００４７】すなわち、このような構造によれば除振台
１０への取付けの際、絶縁軸部７０周りに電気粘性流体
Ｆが均一に配置される（絶縁軸部７０が中心に位置され
る）様に、容器部２４と絶縁軸部７０との間を固定した
状態で設置を行い、天板１２と脚柱１４にこのダンパ９
０が固定された後、平板アーム８２のボルト８６を外し
て平板アーム８２を取り除き、容器部２４と絶縁軸部７
０との間の接続を断つことによって、適正な位置に絶縁
軸部７０をセットすることができる。また、薄膜７８と
Ｏリング７６とで電気粘性流体Ｆも封止することができ
る。

【００４８】一方、加工機器５２内には、加工機器５２
の作動に伴って加工機器５２が加振力を発生する場合に
は加工機器５２から起振信号を発生し、加工機器５２が
加振力の発生を停止する場合には加工機器５２からの停
止信号を発生するようになっている。従って、加工機器
５２内の部材が移動するのに伴って発生する加振力がこ
れら信号として検出可能となっている。

【００４９】そして、制御回路４４は、天板１２に搭載
された加工機器５２に接続されていて、加工機器５２か
らの起振信号及び停止信号に基づき電源４２が電極板２
６に印加する電圧を制御している。

【００５０】次に、本実施例に係る除振台１０の作用を
説明する。加工機器５２が加振力を発生した場合には、
加工機器５２内からの起振信号により電源４２が電気粘
性流体Ｆに電圧を印加するように、制御回路４４が電源
４２を制御する。また、加工機器５２が加振力の発生を
停止する場合には、加工機器５２内からの停止信号によ
り電源４２が電気粘性流体Ｆへの電圧の印加を停止する
ように、制御回路４４が電源４２を制御する。

【００５１】従って、通常は床面５０からの振動絶縁に
除振台１０が好適な特性となっているが、除振台１０上
からの入力時にのみ、電気粘性流体Ｆに電圧を印加し
て、除振台１０上からの入力に対しても大きな減衰力が
得られる。このため、通常の除振効果を悪化せずに除振
台１０上からの入力を短時間に減衰する事ができる。

【００５２】以上より、除振台上からの入力が入った際
のみ電源４２から電圧を印加することが可能となり、高
価なアクティブ除振装置を用いた除振台に比べ安価で除
振性能の優れた除振台を得ることができる。

【００５３】尚、ここで、架台の振動を検出する検出手
段として、具体的には、加速度センサ、速度センサ、変
位センサ、圧力センサ、光電センサ、超音波センサ、焦
電センサ等を応用したものが考えられる。

【００５４】応用の例としては、単に架台に取り付けた
り、脚柱と架台の間或いは減衰装置と架台の間に対向、
接続等の必要な関係を持たせて取り付ける他、減衰装置
内部に組み込む等が考えられる。

【００５５】また、検出手段が一定値以上の振動を検出
した時における、電圧の印加・停止のタイミングは検出
と同時のみでなく時間差を持たせても良いし、電圧の印
加・停止のパターンは急激であっても良いし除々にであ
っても良い。もちろん、印加時は急激に、そして停止時
は除々に等と組み合わせても良い。

【００５６】ここで、起振及び停止信号は、機器の備え
ているシーケンサやコントローラ或いはモニタシステム
等を利用することにより出力する他、機器の状態を検出
する装置を別に用意して出力するのも良い。例えば電流
計、電圧計、カウンタ等を利用することが考えられる。

【００５７】また、信号入力に対する電圧の印加・停止
のタイミングは、信号の入、切と同時のみでなく時間差
を持たせても良いし、電圧の印加・停止のパターンは、
急激であっても良いし除々にであっても良い。もちろ
ん、印加時は急激に、そして停止時は除々に等と組み合
わせても良い。

【００５８】また、ダンパの数も実施例においては４個
としたが、１個あるいは４個以外の複数としてもよい。

【００５９】一方、空気ばね１８としては、周知な構造
のものを用いればよく、他の部材の材質、構造、形状な
ども上記実施例の記載により制限されるものでなく、他
の材質、形状を採用してもよい。さらに、実施例は、除
振台を通して除振装置を説明したが、例えば防振装置に
適用することとしてもよい。

【００６０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の除振装置
は、低コストで高信頼性を有し、また除振効果を悪化す
ることなく架台上からの入力を短時間に減衰することが
できるため、除振装置上の作業を短時間に進めることが
できるという優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係る除振台を示す斜視図
である。

【図２】本発明の第１実施例に係る除振台の拡大要部図
である。

【図３】本発明の第１実施例に係る除振台を構成するダ
ンパの断面図である。

【図４】ダンパ未装着時の床面−天板上間の加速度伝達
関数を示す図である。

【図５】ダンパ装着時の床面−天板上間の加速度伝達関
数を示す図である。

【図６】電極板に電圧を印加していない場合に、天板に
衝撃が入力されたときの天板上での応答加速度時刻歴波
形を示す図である。

【図７】電極板に１５００Ｖの電圧を印加した場合に、
天板に衝撃が入力されたときの天板上での応答加速度時
刻歴波形を示す図である。

【図８】電極板に３０００Ｖの電圧を印加した場合に、
天板に衝撃が入力されたときの天板上での応答加速度時
刻歴波形を示す図である。

【図９】本発明の第２実施例に係る除振台を構成するダ
ンパの断面図である。

【符号の説明】

１０ 除振台 １２ 天板（架台） １４ 脚柱（支持部材） １６ ダンパ １８ 空気ばね ２４ 容器部 ２６ 電極板（可変減衰機構） ２７ 電極板（可変減衰機構） ４２ 電源（可変減衰機構） ４４ 制御回路（制御手段） ４６ センサ（検出手段） ５２ 加工機器 ９０ ダンパ Ｆ 電気粘性流体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岩田 義明 神奈川県川崎市多摩区三田１−15−１− 503 (72)発明者 山家 弘行 東京都小平市小川東町３−１−１ 株式会 社ブリヂストン東京工場内 (72)発明者 石野 裕一 東京都小平市小川東町３−１−１ 株式会 社ブリヂストン東京工場内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 機器を搭載する架台とこの架台を支持す
   る支持部材との間に介在されてこの架台を弾性変形可能
   に支持するばね要素と、 前記架台と前記支持部材との間に介在される電気粘性流
   体と、 前記電気粘性流体に電圧を印加して前記支持部材に対す
   る前記架台の振動を減衰する可変減衰機構と、 前記架台の振動を検出する検出手段と、 前記検出手段が一定値以上の振動を検出すると前記可変
   減衰機構の前記電気粘性流体に対する印加電圧を調整し
   て前記電気粘性流体による減衰力を高める制御手段と、 を有することを特徴とする除振装置。
2. 【請求項２】 機器を搭載する架台とこの架台を支持す
   る支持部材との間に介在されてこの架台を弾性変形可能
   に支持するばね要素と、 前記架台と前記支持部材との間に介在される電気粘性流
   体と、 前記電気粘性流体に電圧を印加して前記支持部材に対す
   る前記架台の振動を減衰する可変減衰機構と、 前記機器の作動に伴って前記機器が加振力を発生する場
   合には前記機器からの起振信号により前記可変減衰機構
   が前記電気粘性流体に電圧を印加し、前記機器が加振力
   の発生を停止する場合には前記機器からの停止信号によ
   り前記可変減衰機構が前記電気粘性流体への電圧の印加
   を停止する制御手段と、を有することを特徴とする除振
   装置。