振動絶縁装置及び摩擦ダンパ
【課題】摩擦ダンパにおける摩擦力の大きさを相対変位および相対速度に応じて変化させることにより、絶縁効果を損なわずに過大な振動を抑え、位置ずれも生じない振動絶縁装置及び摩擦ダンパを提供する。
【解決手段】外力が作用している場合の過大な共振振動を抑制するとともに作用外力が去った後の振動を速やかに収束させるための減衰機構として、テーブル１又はベース２の一方の対向面に、ブロック形状の摩擦部材（円柱部材７ａ，７ｂ）を設け、テーブル１又はベース２の他方の対向面には、軸回りに回転可能なレバー（８ａ〜８ｄ）と該レバーを摩擦部材の外周面に押し付けるためのばね（押し付けばね１０ａ〜１０ｄ）からなる押圧装置を設け、テーブル１とベース２に相対変位が生じた場合、摩擦部材とレバーとの間に生じる摩擦力の大きさが変化する摩擦ダンパ１０１を用いた。
【解決手段】外力が作用している場合の過大な共振振動を抑制するとともに作用外力が去った後の振動を速やかに収束させるための減衰機構として、テーブル１又はベース２の一方の対向面に、ブロック形状の摩擦部材（円柱部材７ａ，７ｂ）を設け、テーブル１又はベース２の他方の対向面には、軸回りに回転可能なレバー（８ａ〜８ｄ）と該レバーを摩擦部材の外周面に押し付けるためのばね（押し付けばね１０ａ〜１０ｄ）からなる押圧装置を設け、テーブル１とベース２に相対変位が生じた場合、摩擦部材とレバーとの間に生じる摩擦力の大きさが変化する摩擦ダンパ１０１を用いた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンピュータ等の精密機器や展示物等の貴重品あるいは建物等の大型構造物を搭載する振動絶縁装置及び該振動絶縁装置の主要部をなす摩擦ダンパに関し、地震等の外乱によって床や地面から受ける力を絶縁するとともに、過大に振動するのを抑制し、外乱がなくなった後の位置ずれを生じない、簡素な構造の受動型振動絶縁装置と、その摩擦ダンパに関する。
【背景技術】
【０００２】
ウエハなどの半導体検査装置のような精密機器においては、外部から伝達される振動によって所要の性能を発揮できなくなり、逆にプレス機のように振動を発生する装置は、工場内の他の装置や隣接する施設に悪影響を及ぼす。このため、従来から各種の振動絶縁対策が講じられてきている。振動絶縁対策の極端な方法として、構造物を基礎に固定しないで滑らせる、あるいはローラー等に載せることにより基礎の横振動を絶縁する方法がある。例として、鎌倉の大仏の台座は座像の下に取り付けられたステンレス鋼板とその下の御影石の台との間が滑るようにして地震で倒れないようにしてある。しかし、ローラーや滑りといった手法では復元力がないため、地震等があった後、位置がずれたままになるという問題がある。そこで、一般的には自動車のサスペンションやプレス機の防振装置のようにばねで支持する方法が用いられている。また最近では、積層ゴムで支持した免震建築であることを特色にしてマンション販売に宣伝されるなど、一般社会でも関心を持たれている。
【０００３】
ばねで制振対象を支持する方法においては、ばね剛性が小さいほど基礎から伝わる振動の絶縁効果は高くなるが、制振対象側に振動発生源がある場合や制振対象に外乱が直接加わった場合などには大きく振動させてしまい、また共振時には過大な振動となる。そこで、運動エネルギーを吸収して共振ピークを小さくし、残留振動を速やかに減衰させる減衰装置（ダンパ）が用いられる。ダンパは種々の特性をもったものがある。流体の粘性抵抗を利用したオイルダンパや磁界中で導電体が移動するときに生じる渦電流によって作用する電磁力を利用した磁気ダンパなどは、速度に比例した抵抗力を発生させる粘性減衰型ダンパに分類される。なお、粘性減衰型ダンパを用いた場合には、減衰比を大きくするほど共振時の振動を低減できるものの、振動の絶縁効果が悪くなるというトレ−ド・オフの関係がある。
【０００４】
また、運動エネルギーを物体の弾塑性変形エネルギーに変換することによって振動を減衰させる弾塑性ダンパ等もあるが、滑り摩擦を利用した摩擦ダンパは基本構造がシンプルで、免震建物などの大型構造物にも用いられている。ただし、ばねと摩擦力一定の摩擦ダンパで構成された振動絶縁装置は、一般的に強制振動の共振ピークを抑制することが困難で、また、自由振動を素早く減衰させるためには摩擦力を大きくすれば良いが、摩擦力が大きくなると低振動数域の振動伝達率が大きくなって振動絶縁性が悪化したり、静止釣り合い位置からずれて止まってしまうなどの問題があり、下記先行技術文献に示されるようにいくつかの工夫もなされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−３０１８８２号広報
【特許文献２】特開２００４−１３８２３２号広報
【特許文献３】特開２００７−１７７８６４号広報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ばねと摩擦ダンパから構成された振動絶縁装置において、絶縁性能を高めるためには、ばね剛性を小さくして長周期化を図る必要があり、発生する振動を抑制し減衰性能を良くするためには摩擦力を大きくする必要がある。
【０００７】
ところが、摩擦面に一定の押し付け力を与えて摩擦力を発生させる上記従来型の摩擦ダンパでは、摩擦力がテーブルとベースの相対変位に依らず一定であるため、外力がなくなって静止釣り合い位置に戻る際にばねの復元力が減少し、摩擦力と同じになった時点で復帰動作が停止してしまい、位置がずれたまま止まってしまう問題がある。特に、絶縁効果を高め減衰性能を良くするために、ばね剛性を小さくし摩擦力を大きくすると、位置ずれは益々大きくなる。
【０００８】
以上の問題を解決するために、本発明の目的は、摩擦ダンパにおける摩擦力の大きさを相対変位および相対速度に応じて変化させることにより、絶縁効果を損なわずに過大な振動を抑え位置ずれも生じない振動絶縁装置及びその主要部を構成する摩擦ダンパを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために請求項１に記載の本発明は、振動絶縁対象物を搭載するテーブル１が、ベース２に対してガイド部材３ａ〜３ｄを介して水平直線方向に相対移動可能になっており、テーブル１に復元力を持たせるため、テーブル１とベース２を復元ばね４ａ，４ｂで接続した振動絶縁装置において、外力が作用している場合の過大な共振振動を抑制するとともに作用外力が去った後の振動を速やかに収束させるための減衰機構として、テーブル１又はベース２の一方の対向面に、ブロック形状の摩擦部材（円柱部材７，７ａ，７ｂ、角柱部材３１ａ〜３１ｄ）を設け、テーブル１又はベース２の他方の対向面には、軸回りに回転可能なレバー（８ａ〜８ｇ、８ｐ〜８ｓ）と該レバーを摩擦部材の外周面に押し付けるためのばね（押し付けばね１０ａ〜１０ｆ、連結ばね２０ａ，２０ｂ）からなる押圧装置を設けてあり、摩擦部材と接触するレバーの面を前記相対移動方向に対して傾けて配置することにより、テーブル１とベース２に相対変位が生じた場合、相対変位に対応して押圧装置による押し付け力が変化する結果、摩擦部材とレバーとの間に生じる摩擦力の大きさが変化する摩擦ダンパ（１０１〜１０６）を用いたことを特徴とする。
【００１０】
前記の摩擦ダンパは、その摩擦力の大きさがテーブルとベースの相対変位に比例して変化する機能を備えている。
この場合、前記の比例とは、狭義の意味の線形な正比例を含むが、より広い概念として、相対変位の大きさが増加するに応じて摩擦力の大きさが増加する非線形な特性まで含む。また、摩擦力の方向は相対速度と逆方向になる。
【００１１】
請求項２に記載の振動絶縁装置は、上記請求項１に記載の振動絶縁装置が、前記ベースに対する前記テーブルの相対運動の方向が互いに直交するように上下に複数組、例えば２組重ねて配置されることにより、２次元平面運動に対応した振動絶縁作用を行わせるようにしたことを特徴とする。
【００１２】
請求項１に記載の振動絶縁装置は、単一方向の直進運動に対応した装置であるが、請求項２では、相対運動の方向が互いに直交するように複数組、例えば２組の機構を重ねて配置することにより、２次元平面運動に対応した振動絶縁装置を実現できる。
【００１３】
請求項３では、請求項１又は２に記載の振動絶縁装置に用いる前記摩擦ダンパにおいて、図１及び図２に示すように、前記ブロック形状の摩擦部材を円柱部材７ａ，７ｂにより構成し、前記押圧装置を構成するレバーを該円柱部材の対向外周面に略ハ字状に接触する一対のレバー８ａ〜８ｄにより構成した摩擦ダンパ１０１を特徴とする。
摩擦ダンパは、テーブル１とベース２との相対直線移動方向に沿って、距離をおいて配置される複数組、少なくとも２組の摩擦ダンパ１０１，１０１により構成される。２組の摩擦ダンパ１０１，１０１のそれぞれの略ハ字状一対のレバーの傾斜方向は、略ハ字状及び略逆略ハ字状に、上記相対直線移動方向に沿って対称に配置される。
【００１４】
請求項４では、請求項１又は２に記載の振動絶縁装置に用いる前記摩擦ダンパにおいて、図９に示すように、前記ブロック形状の摩擦部材を円柱部材７により構成し、前記押圧装置を構成するレバーを該円柱部材の対向外周面に略平行傾斜状に接触する一対のレバー８ｅ，８ｆにより構成した摩擦ダンパ１０２を特徴とする。
【００１５】
請求項３又は請求項４のように、円柱部材と接触するレバーの面を相対変位の方向に対して傾けて配置すると、テーブルとベースに相対変位が生じた場合、円柱部材がレバーを回転させながら運動することになるため、レバーを円柱部材に押し付けるばねの力がレバーの回転角に応じて変化する。この結果、レバーと円柱部材の押し付け力が変化すると共に、摩擦力の大きさも変化することになる。
【００１６】
ところで、これまで述べてきた摩擦ダンパ１０１，１０２の機構において、円柱部材を用いているのは、テーブルとベースの相対変位に伴ってレバーの角度が変化することに対応させるためである。しかしながら、この構造では円柱部材とレバーが線接触しているので、接触部が摩耗しやすい欠点がある。
【００１７】
この欠点を改善する策として、円柱部材の代わりに、軸回りに回転可能な角柱部材を設けて同等の作用を行わせることも考えられる。この構造にすると、レバーの角度の変化に応じて角柱部材の接触面の角度も変化し、両者は常に面接触になるので、摩耗しにくくなる。
【００１８】
すなわち、請求項５では、請求項１又は２に記載の振動絶縁装置に用いる前記摩擦ダンパにおいて、図１３及び図１４に示されるように、前記ブロック形状の摩擦部材を軸回りに回転可能な角柱部材３１ａ〜３１ｄにより構成し、前記押圧装置を構成するレバー８ａ〜８ｄの面が該角柱部材の回動外面に平行に接触する摩擦ダンパ１０４を特徴とする。
【００１９】
上述した装置では、軸回りに回転可能なレバーをばねで円柱部材あるいは角柱部材に押し付けることによって摩擦力を発生させる機構について述べてきたが、レバーを板ばねで保持する構造にすると、回転軸が不要になって、構造が簡素化される。
【００２０】
すなわち、請求項６では、請求項３乃至５のいずれかに記載の摩擦ダンパにおいて、図１６に示すように、前記レバーの回転軸とばねを設ける代わりに、該レバーを板ばね４１ａ〜４１ｄで保持し、軸回りに回転可能とするとともに前記摩擦部材の外周面に弾性的に押し付けるようにした摩擦ダンパ１０６を特徴とする。
【００２１】
請求項７では、請求項３乃至６のいずれかに記載の摩擦ダンパにおいて、前記レバーの回転中心軸部を摩擦力作用線から離してオフセットを設けることにより、摩擦力がレバーに回転モーメントを発生させ、押し付け力を増大あるいは減少させる結果、摩擦力の大きさの変化も増幅させる自己倍力効果を利用する摩擦ダンパを特徴とする。
オフセットは、レバー本体の回転基部をＬ形に折曲することにより形成され、オフセットを構成する折曲片の先端部分に回転軸を設ける。
【００２２】
請求項７のように、レバーの回転軸中心を摩擦力作用線から離してオフセットを設けることにより、摩擦力がレバーに回転モーメントを発生させ、押し付け力を増大あるいは減少させる結果、摩擦力自体の大きさの変化も増幅される。このメカニズムは、自動車のドラムブレーキなどの自己倍力効果として知られている作用と同じである。なお、レバーを円柱部材に押し付けるばねは相対変位の方向に対しても働くため、復元力としても作用し、特にレバーの傾斜角が大きい場合には絶縁装置全体としてのばね定数を大きくして絶縁効果を低減させてしまう恐れがあるが、オフセットを設けて自己倍力効果を利用すると、レバーを押し付けるばねを強くする必要がないので、復元力として作用する悪影響を小さくすることができる。
【００２３】
また、オフセットを設けて自己倍力効果を利用する場合には、円柱部材が運動する際にレバーを回転させて押し付けばねの力を大きくすることがなくとも、摩擦力が相対変位に比例して変化することになるので、円柱部材と接触するレバーの面を相対変位の方向に対して平行に配置してもよい。ただしこの場合には、相対変位０の静止釣合位置にある場合も微小な押し付け力を与えておく必要がある。このため、相対変位０での摩擦力も０にならず、静止釣合位置がずれるのを完全には押さえることはできなくなるが、摩擦力一定のダンパに比べてずれは微小である。
【発明の効果】
【００２４】
本発明は、以上のように構成され機能するので、比例摩擦ダンパと復元用ばねで構成された振動絶縁装置においては、テーブルとベースの相対変位が増加すると摩擦力の大きさも増加し、相対変位の更なる増加を防ぐとともに運動エネルギーを熱エネルギーに変えて過大な共振振動を抑制する。一方、外乱が立ち去った後の静止釣り合い位置に復帰する際、相対変位が小さくなるに従ってばねの復元力は小さくなるが、摩擦力の大きさも減少するため、大きさ一定の摩擦力が作用する場合のようにテーブルとベースが静止釣り合い位置からずれて止まってしまう問題が生じない。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】実施例１の構成を示す分解斜視図である。
【図２】実施例１の構成において、テーブルを除いた部分の平面図（ａ）と、ガイド部材の一部を省いた正面図（ｂ）である。
【図３】実施例１において、テーブルがベースに対して相対的に動いた場合の、レバー、円柱部材およびレバー押し付けばねの位置関係の変化を表す平面図である。
【図４】実施例１において、相対変位ｘおよび相対速度ｖが正の場合に、レバーに作用するばね力Ｎ、押し付け力Ｐと摩擦力Ｆを説明する図である。
【図５】実施例１において、相対変位ｘの場合の、円柱部材とレバーの幾何的関係を説明する図である。
【図６】実施例１において、相対変位ｘおよび相対速度ｖが正の場合に、円柱部材に作用する押し付け力Ｐ、摩擦力Ｆおよび合力Ｑを説明する図である。
【図７】実施例１において、押し付け力Ｐと相対変位ｘの関係を示す線図の一例である。
【図８】実施例１において、円柱部材に作用する合力Ｑのｘ方向成分Ｑx と相対変位ｘの関係を示す線図の一例である。
【図９】実施例２の構成を示す平面図である。
【図１０】実施例３において、レバーに作用する力の説明図である。
【図１１】実施例３において、押し付け力Ｐと相対変位ｘの関係を示す線図の一例である。
【図１２】実施例３において、円柱部材に作用する合力Ｑのｘ方向成分Ｑｘと相対変位ｘの関係を示す線図の一例である。
【図１３】実施例４の構成を示す分解斜視図である。
【図１４】実施例４の構成において、テーブルを除いた部分の平面図と、ガイド部材の一部を省いた正面図である。
【図１５】実施例５の構成例を示す平面図である。
【図１６】実施例６の構成例を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下に、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００２７】
（全体の構造と基本的動作）
図１は本発明の振動絶縁装置の一実施形態を示す分解斜視図であり、図２（ａ）は図１においてテーブル１を除いた残りの部分の平面図、図２（ｂ）は図１の組立正面図である。なお、図２（ｂ）においては、ガイド部材３ａ、３ｂの記載を省いている。
【００２８】
テーブル１は、ガイド部材３ａ〜３ｄを介して、ベース２に接続されている。これらのガイド部材は、テーブル１とベース２がｘ方向のみにスムーズに相対運動し、ｙ方向およびｚ方向には相対運動が発生しないようにテーブル１とベース２を拘束する目的で設置されている。この場合、ベース２が設置されている床面がｘ方向に揺れてもテーブル１に力が伝わらずテーブルは動かない。しかし、このままではテーブル１の位置が定まらない上に、テーブル１に力が作用した場合にはガイド部材３ａ〜３ｄの可動限度まで移動してしまう。そこで、以下のように復元ばねを設ける。
【００２９】
テーブル１の下面に復元ばねのテーブル側支持部材５ａ、５ｂを設け、ベース２の上面に復元ばねのベース側支持部材６ａ、６ｂを設けてあり、これらは各々復元ばね４ａ、４ｂで接続されている。テーブル１に力が作用したりベース２が動いてテーブル１とベース２に相対変位ｘが生じると、復元ばね４ａ、４ｂは相対変位ｘに比例した復元力を発生して相対変位が０の静止釣り合い位置（原点）に向かう方向にテーブル１を押し戻す。
【００３０】
しかしながら、テーブル１が相対変位０の静止釣り合い位置に戻って復元力が０になっても、テーブル１およびこれに載せられた搭載物の質量による慣性力のために運動が継続して逆方向に行き過ぎてしまう。この繰り返しで、復元ばねのみでは振動が長時間継続する問題や共振振幅が過大になる問題がある。そこで、以下に説明するような摩擦ダンパ１０１を設置して運動エネルギーを熱エネルギーに変えて消散させることにより振動を抑制する。
【００３１】
テーブル１の下面に円柱部材７ａ、７ｂを設け、ベース２の上面にレバーの回転軸９ａ〜９ｄを設ける。回転軸９ａ〜９ｄにはレバー８ａ〜８ｄを回転軸（ｚ軸方向）回りに自在に回転できるように設ける。これらのレバー８ａ〜８ｄは、ベース側支持部材１１ａ〜１１ｄで保持された押し付けばね１０ａ〜１０ｄに接続され、円柱部材７ａ、７ｂに接触するように配置されている。この際、テーブル１が静止釣り合い位置にある場合には、レバー８ａ〜８ｄと円柱部材７ａ、７ｂの接触部における押し付け力が０になるように押し付けばね１０ａ〜１０ｄを調整しておく。
【００３２】
なお、図２（ａ）に示すように、レバー８ａと８ｂは回転軸側の間隔が狭く、円柱部材７ａと接触している側の間隔が広くなったＶ字状（略ハ字状）に、相対変位の方向に対して傾けて配置されている。また、レバー８ｃと８ｄは円柱部材７ｂに対して逆向きのＶ字状（略逆ハ字状）で同様に配置されている。
【００３３】
さて、テーブル１とベース２に相対変位ｘが生じてテーブル１が図２において右方向に移動した場合、テーブル１の下面に設けられた円柱部材７ａも右方向に移動するため、相対変位の方向に対して傾けて配置されたレバー８ａは円柱部材７ａによって押されて回転軸９ａに関し右回りに回転して押し付けばね１０ａが縮められる。逆に、押し付けばね１０ａからはレバー８ａを円柱部材７ａに押し付けるように反力が作用するため、レバー８ａと円柱部材７ａの接触部に摩擦力が発生する。なお、これらの力は、相対変位ｘが増加するに従って大きくなる。
【００３４】
レバー８ｂに関しても同様に摩擦力が発生する。これらの摩擦力の合力のｘ方向成分がテーブル１の運動に対する抵抗力となり運動エネルギーを消散させる働きをする。なお、円柱部材７ｂも右方向に移動するが、この場合にはレバー８ｃと８ｄは円柱部材７ｂから離れてしまうため、これらの間に摩擦力は生じない。
【００３５】
上記と逆に、テーブル１が図２において左方向に移動した場合には、レバー８ｃ、８ｄと円柱部材７ｂの接触部に摩擦力が発生する。一方、レバー８ａと８ｂは円柱部材７ａから離れてしまうため、これらの間に摩擦力は生じなくなる。これらの作用の繰り返しで、振動が絶縁・抑制されることになる。
【００３６】
（動作の詳細な説明）
次に図３、図４、図５および図６により、本装置の動作について詳細に説明する。図３はテーブル１がベース２に対して相対変位ｘだけ右に移動した場合に、円柱部材７ａ、レバー８ａ、押し付けばね１０ａの位置関係の変化状態を表し、破線は変化前、実線は変化後を示す。変化前の相対変位ｘ＝０の状態では、円柱部材７ａの中心が点Ｏの位置にあり、これに押し付け力０で接するように配置されているレバー８ａの初期角度をθ0 とする。変化後の相対変位ｘの状態では、円柱部材７ａの中心が点Ｏx の位置に移動し、レバー８ａが回転軸９ａを右回りに回転した際の角度変化をθとしている。なお、回転軸９ａおよびばね支持部材１１ａはベース２の上面に取り付けられているので、位置は変化しない。
【００３７】
図４は、テーブル１とともに円柱部材７ａが右方向の相対変位ｘの位置にあり、しかも相対速度ｖが正（ｖ＝ｄｘ／ｄｔ＞０）の右方向に運動している状態の、レバー８ａに作用する力を示し、Ｎは押し付けばね１０ａの力、Ｐは円柱部材７ａとの接触部Ｃに作用する押し付け力、Ｆは摩擦力である。回転軸９ａからこれらの力の作用線までの距離をそれぞれｄ、ｓ、ｅ（オフセット）とし、回転軸９ａに関するモーメントの釣り合いを考えると
【００３８】
【数１】
となる。また、レバー８ａの角度変化θが小さい場合、ばね１０ａの長さ変化はθに比例し、ばね力Ｎもθに比例するので、比例定数をｋとすると
【００３９】
【数２】
と表すことができる。さらに、クーロン摩擦を仮定し摩擦係数をμとすると
【００４０】
【数３】
となる。ここに、ｓｇｎ（ｖ）は符号関数であり
【００４１】
【数４】
である。これは、前述したように、図４に示す摩擦力Ｆの方向は相対速度が正（ｖ＝ｄｘ／ｄｔ＞０）の右方向に運動している場合であり、相対速度が負（ｖ＝ｄｘ／ｄｔ＜０）の左方向に運動している場合には力の方向が逆になるためである。
【００４２】
数１式〜数３式を変形して整理すると
【００４３】
【数５】
となる。
【００４４】
数５式において、相対変位ｘが増加すると回転軸９ａから接触部Ｃまでの距離ｓは減少し、レバーの角度変化θは増加するので、相対変位ｘが増加するに従って押し付け力Ｐは増加することがわかる。この特性と、数３式を考慮すると、相対変位ｘが増加するに従って摩擦力Ｆも増加することがわかる。
【００４５】
なお、数５式において、オフセットe ＝０の場合の押し付け力をＰ0 とすると
【００４６】
【数６】
となり、Ｐ0 は相対速度ｖの正負に関係せず相対変位ｘのみに依存して決定されることがわかる。
【００４７】
一方、ｅ＞０の場合には相対速度ｖの正負によって大きく異なる。具体的には、相対速度ｖ＞０の場合の押し付け力をＰP 、ｖ＜０の場合の押し付け力をＰM とすると、数５式は
【００４８】
【数７】
となる。数７式の分母に関し、ｓ＋μｅ＞ｓ−μｅであるため、ＰP ＜ＰM であることがわかる。なお、ｓがμｅの値に近づくに従ってＰM の分母は０に近づくため、ＰM は極端に大きくなり、ｓ＝μｅではＰM は無限大になる。これは、レバーと円柱部材が固着することを意味し、テーブルとベースはロックされることになるため、実用の際にはｓ＞μｅの範囲で使用するように留意する必要がある。このような特性は、前述したように、ドラムブレーキで知られている自己倍力作用と同じである。
【００４９】
さらに、相対変位ｘと距離ｓおよびレバーの角度変化θの関係を数式的に導出すると、図５に示す幾何的関係から、以下のようになる。
【００５０】
【数８】
【００５１】
【数９】
【００５２】
なお、図５、数８式および数９式において、Ｌは相対変位ｘ＝０の場合の円柱部材７ａの中心Ｏから回転軸９ａの中心までのｘ方向距離、Ｒは円柱部材７ａの半径、ｈは円柱部材７ａの中心を通るｘ座標軸から回転軸９ａの中心までの距離であり、また
【００５３】
【数１０】
である。
【００５４】
次に、円柱部材７ａに作用する力を図６に示す。図３に示したレバー８ａとの作用・反作用の関係から、レバー８ａとの接触部Ｃには、押し付け力Ｐと摩擦力Ｆがレバーに作用する場合と逆方向に作用する。これらの合力をＱとし、このｘ方向成分をＱx 、ｙ方向成分をＱy とすると
【００５５】
【数１１】
となり、これらの力は円柱部材７ａを介してテーブル１に作用する。
【００５６】
上記数３式〜数１１式を用いて、ｅ＝３８ｍｍ、ｈ＝１０ｍｍ、Ｒ＝５５ｍｍ、Ｌ＝１３６ｍｍ、ｋｄ＝３００００Ｎ・ｍｍ／ｒａｄ、μ＝０．６の場合について、押し付け力Ｐと相対変位ｘの関係を求めると図７のようになり、合力のｘ方向成分Ｑx と相対変位ｘの関係を求めると図８のようになる。なお、これらの数値は、試しに計算するために設定したものであり、実際に作製する場合には、絶縁対象物の質量、絶縁したい振動数範囲、共振振動数や共振ピークの高さなど様々な要因を考慮して最適なパラメータに設定する必要がある。
【００５７】
図７、８において、線図５０ａおよび線図５１ａは相対速度ｖ＞０の場合であり、相対変位ｘが増加するとともに、押し付け力Ｐおよび合力のｘ方向成分Ｑx は０から増加する。一方、線図５０ｂおよび線図５１ｂは相対速度ｖ＜０の場合であり、相対変位ｘが減少するとともに、押し付け力Ｐは減少して静止釣り合い位置で０になる。また、合力のｘ方向成分Ｑx は負の値であり図６に示す矢印と逆の方向に作用するが、その大きさは減少して０になる。
【００５８】
また、相対変位ｘが０からｘM まで増加し、再び０に戻るまでに消散するエネルギーは、図８の線図５１ａ、５１ｂおよびｘ＝ｘM に囲まれた領域５２の面積に相当し、これが大きくなるほど振動が抑制される。
【００５９】
さて、これまでは図２に示すようにレバー８ａ〜８ｄが相対変位ｘの方向に対して傾けて配置された場合を考えてきたが、これらが平行に配置された場合を考える。この場合、図３においてレバー８ａの初期角度θ0 は０であり、角度変化θも相対変位ｘに依存せず常に０となる。
【００６０】
レバー８ａが傾斜している場合には、数２式のように、ばね力Ｎが角度変化θに比例してθ＝０ではＮ＝０になるように設定していたが、レバー８ａが平行に配置されている場合には若干ながら一定大きさのばね力Ｎ0 が作用するようにばね１０ａを調整しておき、数５式においてＮ＝Ｎ0 とすると
【００６１】
【数１２】
となる。また、距離ｓに関する幾何的関係式は、数９式の代わりに
【００６２】
【数１３】
となる。さらに、円柱部材７ａに作用する合力Ｑのｘ方向成分Ｑx およびｙ方向成分Ｑy は、数１１式でθ＝θ0 ＝０とおいて
【００６３】
【数１４】
となる。
【００６４】
数１２式の分子は一定であるが、分母のｓが相対変位ｘによって変化するため、押し付け力Ｐおよび合力Ｑのｘ方向成分Ｑx も変化し、基本的特徴はレバー８ａ〜８ｄが相対変位ｘの方向に対して傾けて配置された場合と同等になる。
【００６５】
以上は、テーブル１が右方向に動いた相対変位ｘ＞０の場合について、レバー８ａの作用に絞って説明してきたが、円柱部材７ａにはレバー８ｂも接触してレバー８ａと同様に作用する。一方この間、円柱部材７ｂとレバー８ｃおよび８ｄは離れて接触していない状態になっているため、摩擦力は発生しない。したがって、テーブル１（円柱部材７ａ）に実質的に作用する全合力は数１１式あるいは数１４式で与えられるＱx の２倍の大きさになる。なお、レバー８ａと８ｂは、図２のｙ方向に関して、互いに逆方向にテーブル１（円柱部材７ａ）を押し付けるため、ｙ方向力Ｑy の合力は０になり、テーブル１にはｘ方向の合力のみ作用することになる。このため、ガイド部材３ａ〜３ｄには無理な力が作用せずｘ方向の滑らかな運動となる。
【００６６】
また、テーブル１が左方向に相対的に動いて相対変位ｘ＜０の場合には、円柱部材７ａとレバー８ａおよび８ｂは離れた状態になり、逆に、円柱部材７ｂとレバー８ｃおよび８ｄが接触するようになって、これまで説明してきたことと同様な作用で、逆方向に摩擦力が発生する。
【００６７】
なお、これまで説明してきた図１〜６において、円柱部材７ａ、７ｂはテーブル１の下面に設置され、レバーの回転軸９ａ〜９ｄおよびレバー押し付けばね支持部材１１ａ〜１１ｄはベース２の上面に設置された場合を考えているが、逆に、円柱部材７ａ、７ｂはベース２の上面に設置され、レバーの回転軸９ａ〜９ｄおよびレバー押し付けばね支持部材１１ａ〜１１ｄはテーブル１の下面に設置された場合でも同様な機能を発揮できる。
【実施例２】
【００６８】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、この形態は図１、２の構成に限られることなく、種々の変形が可能である。図９に示す摩擦ダンパ１０２は、テーブル１の下面に円柱部材７を設け、ベース２の上面にレバーの回転軸９ｅ、９ｆを設けて、この回りに自在に回転できるようにレバー８ｅ、８ｆを設ける。これらのレバー８ｅ、８ｆはベース側支持部材１１ｅ、１１ｆで保持された押し付けばね１０ｅ、１０ｆに接続され、円柱部材７に接触するように配置されている。
【００６９】
これは、図２においてレバー８ｂ、８ｄおよびこれらに関係する回転軸とばねを取り除いた構造と等価である。したがって、円柱部材７の設けられたテーブル１が右方向に相対変位ｘした場合の円柱部材７とレバー８ｅの作用は、図３〜図６で説明してきた円柱部材７ａとレバー８ａに作用する力の関係と全く同じである。ただし、図２のレバー８ｂに相当するレバーがなくなったために、テーブル１に実質的に作用する全合力ｘ方向成分は数１１式で与えられるＱx だけになり、またｙ方向成分Ｑy がキャンセルされずに残るが、ガイド部材３ａ〜３ｄがこのｙ方向成分Ｑy を充分支えることができ、滑らかな直線運動を保持できる性能を持たせることによって実施例１と同等の目的を達成できる。
【実施例３】
【００７０】
次に、本発明の第３の実施例の要点を図１０〜図１２により説明する。図１０において、 摩擦ダンパ１０３を構成するレバー８ｇの回転軸９ｇは摩擦力Ｆの作用線に関して円柱部材７ａと反対側にオフセットして配置されている。これは、図４に示すレバー８ａの回転軸９ａが摩擦力Ｆの作用線に関して円柱部材７ａと同じ側に配置された第１の実施例と逆側になっている。
【００７１】
この実施例の場合、レバーと円柱部材の接触部Ｃに作用する押し付け力Ｐや円柱部材に作用する合力のｘ方向成分Ｑx と相対変位ｘとの関係式は、数１式〜数１１式においてｅを−ｅに置き換えた式になる。例として、ｅ＝１５ｍｍ、ｈ＝６０ｍｍ、Ｒ＝５５ｍｍ、Ｌ＝１３６ｍｍ、ｋｄ＝３００００Ｎ・ｍｍ／ｒａｄ、μ＝０．６の場合について、押し付け力Ｐと相対変位ｘの関係を求めると図１１のようになり、合力のｘ方向成分Ｑx と相対変位ｘの関係を求めると図１２のようになる。
【００７２】
図１１、１２において、線図５３ａおよび線図５４ａは相対速度ｖ＞０の場合であり、相対変位ｘが増加するとともに、押し付け力Ｐおよび合力のｘ方向成分Ｑx は０から増加する。一方、線図５３ｂおよび線図５４ｂは相対速度ｖ＜０の場合であり、相対変位ｘが減少するとともに、押し付け力Ｐは減少して静止釣り合い位置で０になる。これらの力の大きさについて比較すると、図７、８の実施例１では相対速度ｖ＜０の場合に大きく、逆に図１１、１２の実施例３では相対速度ｖ＞０の場合に大きくなる。これは、オフセットｅの位置と相対速度ｖの兼ね合いにより、摩擦力Ｆによるモーメントが押し付け力Ｐを増加あるいは減少させるかの自己倍力効果が逆に作用するためである。
【００７３】
なお、振動絶縁性能を重視する装置を作製する場合には実施例１や２のような設定が適しており、振幅と共振ピークを抑えることを重視する場合には実施例３のような設定が適している。
【実施例４】
【００７４】
これまでの実施例では、図２に示すように、テーブル１の下面に設けた円柱部材７ａ、７ｂにレバー８ａ〜８ｄを押し付けることによって摩擦力を発生させる機構であったが、円柱部材を設けた理由は、図３に示したように相対変位ｘとともにレバーの傾斜角θが変化することに対応させるためである。しかし、円柱部材とレバーは線接触しているため、接触部が摩耗しやすい欠点がある。この欠点を改善した実施例に係る摩擦ダンパ１０４を図１３、図１４により説明する。テーブル１の下面に設けた回転軸３０ａ〜３０ｄ回りに、自在に回転できる角柱部材３１ａ〜３１ｄが配置されており、これらの角柱部材にレバー８ａ〜８ｄが接触する構造になっている。テーブル１の相対変位ｘと共にレバーの傾斜角θは変化するが、角柱部材の角度もこれに応じて変化して、レバーと角柱部材は常に面接触するため、摩耗を小さくできる。
【００７５】
なお、実施例１で説明したように、レバー８ａ〜８ｄを相対変位ｘの方向に平行に配置することも可能である。この場合にはレバーの傾斜角θは常に０になるため、角柱部材３１ａ〜３１ｄのレバーとの接触面を相対変位ｘの方向に平行になるようにして固定設置することができ、回転軸３０ａ〜３０ｄは不要になる。
【実施例５】
【００７６】
これまでの実施例では、図２に示すように、レバー８ａ〜８ｄを円柱部材７ａ、７ｂに押し付けるために、ベース側支持部材１１ａ〜１１ｄで保持されたばね１０ａ〜１０ｄを用いているが、必ずしもこのような構成にする必要はなく、種々の方法が考えられる。例えば、図１５に示す実施例の摩擦ダンパ１０５では、レバー８ａ、８ｂを連結ばね２０ａで連結し、レバー８ｃ、８ｄを連結ばね２０ｂで連結して、これらのレバーを円柱部材７ａ、７ｂに押し付ける構造となっている。
【００７７】
また、回転軸９ａ〜９ｄそのものをトーションバー（ねじれ軸）のばねにして、これにレバー８ａ〜８ｄを固定すれば、連結ばね２０ａや２０ｂのようなばねを設ける必要もなくなる。
【実施例６】
【００７８】
さらに、図１６に示す実施例６の摩擦ダンパ１０６では、ベース上面に設けた支持部材４０ａ〜４０ｄに板ばね４１ａ〜４１ｄの一端を固定し、これらの板ばねの他端にレバー８ｐ〜８ｓを固定した構造になっている。この場合には、図２に示すような回転軸９ａ〜９ｄが不要になる。
【符号の説明】
【００７９】
１ テーブル
２ ベース
３ａ〜３ｄ ガイド部材
４ａ、４ｂ 復元ばね
５ａ、５ｂ 復元ばねのテーブル側支持部材
６ａ、６ｂ 復元ばねのベース側支持部材
７、７ａ、７ｂ 円柱部材
８ａ〜８ｇ、８ｐ〜８ｓ レバー
９ａ〜９ｇ レバーの回転軸
１０ａ〜１０ｆ 押し付けばね
１１ａ〜１１ｆ 押し付けばね支持部材
２０ａ、２０ｂ 連結ばね
３０ａ〜３０ｄ 角柱部材の回転軸
３１ａ〜３１ｄ 角柱部材
４０ａ〜４０ｄ 板ばね保持部材
４１ａ〜４１ｄ 板ばね
５０ａ、５０ｂ、５３ａ、５３ｂ 押し付け力Ｐと相対変位ｘの関係線図
５１ａ、５１ｂ、５４ａ、５４ｂ 合力のｘ方向成分Ｑx と相対変位ｘの関係線図
５２ 消散エネルギーに相当する領域
１０１〜１０６ 摩擦ダンパ
Ｃ レバーと円柱部材の接触部
Ｏ 相対変位ｘが０の場合の円柱部材中心の位置
Ｏx 相対変位がｘの場合の円柱部材中心の位置
Ｐ レバーと円柱部材の間に作用する押し付け力
Ｆ レバーと円柱部材の間に作用する摩擦力
Ｎ 押し付けばねの力
Ｑ 円柱部材に作用する合力
Ｑx 円柱部材に作用する合力Ｑのｘ方向成分
Ｑy 円柱部材に作用する合力Ｑのｙ方向成分
ｖ ベースに対するテーブルの相対速度
ｘ ベースに対するテーブルの相対変位、座標軸
ｙ 水平面上でｘ座標軸に垂直な座標軸
ｚ 垂直方向座標軸
θ0 相対変位ｘが０の場合のレバーの傾斜角
θ 相対変位ｘが生じた場合のレバー傾斜角の変化量
ｄ レバーの回転軸から押し付けばねの力の作用線までの距離
ｓ レバーの回転軸からレバーと円柱部材の接触部Ｃまでの距離
ｅ レバーの回転軸から摩擦力作用線までの距離（オフセット）
ｈ 円柱部材中心を通るｘ軸からレバーの回転軸までの距離
Ｌ 相対変位ｘが０の場合における、レバーの回転軸から円柱部材中心までの距離
Ｒ 円柱部材の半径
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンピュータ等の精密機器や展示物等の貴重品あるいは建物等の大型構造物を搭載する振動絶縁装置及び該振動絶縁装置の主要部をなす摩擦ダンパに関し、地震等の外乱によって床や地面から受ける力を絶縁するとともに、過大に振動するのを抑制し、外乱がなくなった後の位置ずれを生じない、簡素な構造の受動型振動絶縁装置と、その摩擦ダンパに関する。
【背景技術】
【０００２】
ウエハなどの半導体検査装置のような精密機器においては、外部から伝達される振動によって所要の性能を発揮できなくなり、逆にプレス機のように振動を発生する装置は、工場内の他の装置や隣接する施設に悪影響を及ぼす。このため、従来から各種の振動絶縁対策が講じられてきている。振動絶縁対策の極端な方法として、構造物を基礎に固定しないで滑らせる、あるいはローラー等に載せることにより基礎の横振動を絶縁する方法がある。例として、鎌倉の大仏の台座は座像の下に取り付けられたステンレス鋼板とその下の御影石の台との間が滑るようにして地震で倒れないようにしてある。しかし、ローラーや滑りといった手法では復元力がないため、地震等があった後、位置がずれたままになるという問題がある。そこで、一般的には自動車のサスペンションやプレス機の防振装置のようにばねで支持する方法が用いられている。また最近では、積層ゴムで支持した免震建築であることを特色にしてマンション販売に宣伝されるなど、一般社会でも関心を持たれている。
【０００３】
ばねで制振対象を支持する方法においては、ばね剛性が小さいほど基礎から伝わる振動の絶縁効果は高くなるが、制振対象側に振動発生源がある場合や制振対象に外乱が直接加わった場合などには大きく振動させてしまい、また共振時には過大な振動となる。そこで、運動エネルギーを吸収して共振ピークを小さくし、残留振動を速やかに減衰させる減衰装置（ダンパ）が用いられる。ダンパは種々の特性をもったものがある。流体の粘性抵抗を利用したオイルダンパや磁界中で導電体が移動するときに生じる渦電流によって作用する電磁力を利用した磁気ダンパなどは、速度に比例した抵抗力を発生させる粘性減衰型ダンパに分類される。なお、粘性減衰型ダンパを用いた場合には、減衰比を大きくするほど共振時の振動を低減できるものの、振動の絶縁効果が悪くなるというトレ−ド・オフの関係がある。
【０００４】
また、運動エネルギーを物体の弾塑性変形エネルギーに変換することによって振動を減衰させる弾塑性ダンパ等もあるが、滑り摩擦を利用した摩擦ダンパは基本構造がシンプルで、免震建物などの大型構造物にも用いられている。ただし、ばねと摩擦力一定の摩擦ダンパで構成された振動絶縁装置は、一般的に強制振動の共振ピークを抑制することが困難で、また、自由振動を素早く減衰させるためには摩擦力を大きくすれば良いが、摩擦力が大きくなると低振動数域の振動伝達率が大きくなって振動絶縁性が悪化したり、静止釣り合い位置からずれて止まってしまうなどの問題があり、下記先行技術文献に示されるようにいくつかの工夫もなされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−３０１８８２号広報
【特許文献２】特開２００４−１３８２３２号広報
【特許文献３】特開２００７−１７７８６４号広報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ばねと摩擦ダンパから構成された振動絶縁装置において、絶縁性能を高めるためには、ばね剛性を小さくして長周期化を図る必要があり、発生する振動を抑制し減衰性能を良くするためには摩擦力を大きくする必要がある。
【０００７】
ところが、摩擦面に一定の押し付け力を与えて摩擦力を発生させる上記従来型の摩擦ダンパでは、摩擦力がテーブルとベースの相対変位に依らず一定であるため、外力がなくなって静止釣り合い位置に戻る際にばねの復元力が減少し、摩擦力と同じになった時点で復帰動作が停止してしまい、位置がずれたまま止まってしまう問題がある。特に、絶縁効果を高め減衰性能を良くするために、ばね剛性を小さくし摩擦力を大きくすると、位置ずれは益々大きくなる。
【０００８】
以上の問題を解決するために、本発明の目的は、摩擦ダンパにおける摩擦力の大きさを相対変位および相対速度に応じて変化させることにより、絶縁効果を損なわずに過大な振動を抑え位置ずれも生じない振動絶縁装置及びその主要部を構成する摩擦ダンパを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために請求項１に記載の本発明は、振動絶縁対象物を搭載するテーブル１が、ベース２に対してガイド部材３ａ〜３ｄを介して水平直線方向に相対移動可能になっており、テーブル１に復元力を持たせるため、テーブル１とベース２を復元ばね４ａ，４ｂで接続した振動絶縁装置において、外力が作用している場合の過大な共振振動を抑制するとともに作用外力が去った後の振動を速やかに収束させるための減衰機構として、テーブル１又はベース２の一方の対向面に、ブロック形状の摩擦部材（円柱部材７，７ａ，７ｂ、角柱部材３１ａ〜３１ｄ）を設け、テーブル１又はベース２の他方の対向面には、軸回りに回転可能なレバー（８ａ〜８ｇ、８ｐ〜８ｓ）と該レバーを摩擦部材の外周面に押し付けるためのばね（押し付けばね１０ａ〜１０ｆ、連結ばね２０ａ，２０ｂ）からなる押圧装置を設けてあり、摩擦部材と接触するレバーの面を前記相対移動方向に対して傾けて配置することにより、テーブル１とベース２に相対変位が生じた場合、相対変位に対応して押圧装置による押し付け力が変化する結果、摩擦部材とレバーとの間に生じる摩擦力の大きさが変化する摩擦ダンパ（１０１〜１０６）を用いたことを特徴とする。
【００１０】
前記の摩擦ダンパは、その摩擦力の大きさがテーブルとベースの相対変位に比例して変化する機能を備えている。
この場合、前記の比例とは、狭義の意味の線形な正比例を含むが、より広い概念として、相対変位の大きさが増加するに応じて摩擦力の大きさが増加する非線形な特性まで含む。また、摩擦力の方向は相対速度と逆方向になる。
【００１１】
請求項２に記載の振動絶縁装置は、上記請求項１に記載の振動絶縁装置が、前記ベースに対する前記テーブルの相対運動の方向が互いに直交するように上下に複数組、例えば２組重ねて配置されることにより、２次元平面運動に対応した振動絶縁作用を行わせるようにしたことを特徴とする。
【００１２】
請求項１に記載の振動絶縁装置は、単一方向の直進運動に対応した装置であるが、請求項２では、相対運動の方向が互いに直交するように複数組、例えば２組の機構を重ねて配置することにより、２次元平面運動に対応した振動絶縁装置を実現できる。
【００１３】
請求項３では、請求項１又は２に記載の振動絶縁装置に用いる前記摩擦ダンパにおいて、図１及び図２に示すように、前記ブロック形状の摩擦部材を円柱部材７ａ，７ｂにより構成し、前記押圧装置を構成するレバーを該円柱部材の対向外周面に略ハ字状に接触する一対のレバー８ａ〜８ｄにより構成した摩擦ダンパ１０１を特徴とする。
摩擦ダンパは、テーブル１とベース２との相対直線移動方向に沿って、距離をおいて配置される複数組、少なくとも２組の摩擦ダンパ１０１，１０１により構成される。２組の摩擦ダンパ１０１，１０１のそれぞれの略ハ字状一対のレバーの傾斜方向は、略ハ字状及び略逆略ハ字状に、上記相対直線移動方向に沿って対称に配置される。
【００１４】
請求項４では、請求項１又は２に記載の振動絶縁装置に用いる前記摩擦ダンパにおいて、図９に示すように、前記ブロック形状の摩擦部材を円柱部材７により構成し、前記押圧装置を構成するレバーを該円柱部材の対向外周面に略平行傾斜状に接触する一対のレバー８ｅ，８ｆにより構成した摩擦ダンパ１０２を特徴とする。
【００１５】
請求項３又は請求項４のように、円柱部材と接触するレバーの面を相対変位の方向に対して傾けて配置すると、テーブルとベースに相対変位が生じた場合、円柱部材がレバーを回転させながら運動することになるため、レバーを円柱部材に押し付けるばねの力がレバーの回転角に応じて変化する。この結果、レバーと円柱部材の押し付け力が変化すると共に、摩擦力の大きさも変化することになる。
【００１６】
ところで、これまで述べてきた摩擦ダンパ１０１，１０２の機構において、円柱部材を用いているのは、テーブルとベースの相対変位に伴ってレバーの角度が変化することに対応させるためである。しかしながら、この構造では円柱部材とレバーが線接触しているので、接触部が摩耗しやすい欠点がある。
【００１７】
この欠点を改善する策として、円柱部材の代わりに、軸回りに回転可能な角柱部材を設けて同等の作用を行わせることも考えられる。この構造にすると、レバーの角度の変化に応じて角柱部材の接触面の角度も変化し、両者は常に面接触になるので、摩耗しにくくなる。
【００１８】
すなわち、請求項５では、請求項１又は２に記載の振動絶縁装置に用いる前記摩擦ダンパにおいて、図１３及び図１４に示されるように、前記ブロック形状の摩擦部材を軸回りに回転可能な角柱部材３１ａ〜３１ｄにより構成し、前記押圧装置を構成するレバー８ａ〜８ｄの面が該角柱部材の回動外面に平行に接触する摩擦ダンパ１０４を特徴とする。
【００１９】
上述した装置では、軸回りに回転可能なレバーをばねで円柱部材あるいは角柱部材に押し付けることによって摩擦力を発生させる機構について述べてきたが、レバーを板ばねで保持する構造にすると、回転軸が不要になって、構造が簡素化される。
【００２０】
すなわち、請求項６では、請求項３乃至５のいずれかに記載の摩擦ダンパにおいて、図１６に示すように、前記レバーの回転軸とばねを設ける代わりに、該レバーを板ばね４１ａ〜４１ｄで保持し、軸回りに回転可能とするとともに前記摩擦部材の外周面に弾性的に押し付けるようにした摩擦ダンパ１０６を特徴とする。
【００２１】
請求項７では、請求項３乃至６のいずれかに記載の摩擦ダンパにおいて、前記レバーの回転中心軸部を摩擦力作用線から離してオフセットを設けることにより、摩擦力がレバーに回転モーメントを発生させ、押し付け力を増大あるいは減少させる結果、摩擦力の大きさの変化も増幅させる自己倍力効果を利用する摩擦ダンパを特徴とする。
オフセットは、レバー本体の回転基部をＬ形に折曲することにより形成され、オフセットを構成する折曲片の先端部分に回転軸を設ける。
【００２２】
請求項７のように、レバーの回転軸中心を摩擦力作用線から離してオフセットを設けることにより、摩擦力がレバーに回転モーメントを発生させ、押し付け力を増大あるいは減少させる結果、摩擦力自体の大きさの変化も増幅される。このメカニズムは、自動車のドラムブレーキなどの自己倍力効果として知られている作用と同じである。なお、レバーを円柱部材に押し付けるばねは相対変位の方向に対しても働くため、復元力としても作用し、特にレバーの傾斜角が大きい場合には絶縁装置全体としてのばね定数を大きくして絶縁効果を低減させてしまう恐れがあるが、オフセットを設けて自己倍力効果を利用すると、レバーを押し付けるばねを強くする必要がないので、復元力として作用する悪影響を小さくすることができる。
【００２３】
また、オフセットを設けて自己倍力効果を利用する場合には、円柱部材が運動する際にレバーを回転させて押し付けばねの力を大きくすることがなくとも、摩擦力が相対変位に比例して変化することになるので、円柱部材と接触するレバーの面を相対変位の方向に対して平行に配置してもよい。ただしこの場合には、相対変位０の静止釣合位置にある場合も微小な押し付け力を与えておく必要がある。このため、相対変位０での摩擦力も０にならず、静止釣合位置がずれるのを完全には押さえることはできなくなるが、摩擦力一定のダンパに比べてずれは微小である。
【発明の効果】
【００２４】
本発明は、以上のように構成され機能するので、比例摩擦ダンパと復元用ばねで構成された振動絶縁装置においては、テーブルとベースの相対変位が増加すると摩擦力の大きさも増加し、相対変位の更なる増加を防ぐとともに運動エネルギーを熱エネルギーに変えて過大な共振振動を抑制する。一方、外乱が立ち去った後の静止釣り合い位置に復帰する際、相対変位が小さくなるに従ってばねの復元力は小さくなるが、摩擦力の大きさも減少するため、大きさ一定の摩擦力が作用する場合のようにテーブルとベースが静止釣り合い位置からずれて止まってしまう問題が生じない。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】実施例１の構成を示す分解斜視図である。
【図２】実施例１の構成において、テーブルを除いた部分の平面図（ａ）と、ガイド部材の一部を省いた正面図（ｂ）である。
【図３】実施例１において、テーブルがベースに対して相対的に動いた場合の、レバー、円柱部材およびレバー押し付けばねの位置関係の変化を表す平面図である。
【図４】実施例１において、相対変位ｘおよび相対速度ｖが正の場合に、レバーに作用するばね力Ｎ、押し付け力Ｐと摩擦力Ｆを説明する図である。
【図５】実施例１において、相対変位ｘの場合の、円柱部材とレバーの幾何的関係を説明する図である。
【図６】実施例１において、相対変位ｘおよび相対速度ｖが正の場合に、円柱部材に作用する押し付け力Ｐ、摩擦力Ｆおよび合力Ｑを説明する図である。
【図７】実施例１において、押し付け力Ｐと相対変位ｘの関係を示す線図の一例である。
【図８】実施例１において、円柱部材に作用する合力Ｑのｘ方向成分Ｑx と相対変位ｘの関係を示す線図の一例である。
【図９】実施例２の構成を示す平面図である。
【図１０】実施例３において、レバーに作用する力の説明図である。
【図１１】実施例３において、押し付け力Ｐと相対変位ｘの関係を示す線図の一例である。
【図１２】実施例３において、円柱部材に作用する合力Ｑのｘ方向成分Ｑｘと相対変位ｘの関係を示す線図の一例である。
【図１３】実施例４の構成を示す分解斜視図である。
【図１４】実施例４の構成において、テーブルを除いた部分の平面図と、ガイド部材の一部を省いた正面図である。
【図１５】実施例５の構成例を示す平面図である。
【図１６】実施例６の構成例を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下に、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００２７】
（全体の構造と基本的動作）
図１は本発明の振動絶縁装置の一実施形態を示す分解斜視図であり、図２（ａ）は図１においてテーブル１を除いた残りの部分の平面図、図２（ｂ）は図１の組立正面図である。なお、図２（ｂ）においては、ガイド部材３ａ、３ｂの記載を省いている。
【００２８】
テーブル１は、ガイド部材３ａ〜３ｄを介して、ベース２に接続されている。これらのガイド部材は、テーブル１とベース２がｘ方向のみにスムーズに相対運動し、ｙ方向およびｚ方向には相対運動が発生しないようにテーブル１とベース２を拘束する目的で設置されている。この場合、ベース２が設置されている床面がｘ方向に揺れてもテーブル１に力が伝わらずテーブルは動かない。しかし、このままではテーブル１の位置が定まらない上に、テーブル１に力が作用した場合にはガイド部材３ａ〜３ｄの可動限度まで移動してしまう。そこで、以下のように復元ばねを設ける。
【００２９】
テーブル１の下面に復元ばねのテーブル側支持部材５ａ、５ｂを設け、ベース２の上面に復元ばねのベース側支持部材６ａ、６ｂを設けてあり、これらは各々復元ばね４ａ、４ｂで接続されている。テーブル１に力が作用したりベース２が動いてテーブル１とベース２に相対変位ｘが生じると、復元ばね４ａ、４ｂは相対変位ｘに比例した復元力を発生して相対変位が０の静止釣り合い位置（原点）に向かう方向にテーブル１を押し戻す。
【００３０】
しかしながら、テーブル１が相対変位０の静止釣り合い位置に戻って復元力が０になっても、テーブル１およびこれに載せられた搭載物の質量による慣性力のために運動が継続して逆方向に行き過ぎてしまう。この繰り返しで、復元ばねのみでは振動が長時間継続する問題や共振振幅が過大になる問題がある。そこで、以下に説明するような摩擦ダンパ１０１を設置して運動エネルギーを熱エネルギーに変えて消散させることにより振動を抑制する。
【００３１】
テーブル１の下面に円柱部材７ａ、７ｂを設け、ベース２の上面にレバーの回転軸９ａ〜９ｄを設ける。回転軸９ａ〜９ｄにはレバー８ａ〜８ｄを回転軸（ｚ軸方向）回りに自在に回転できるように設ける。これらのレバー８ａ〜８ｄは、ベース側支持部材１１ａ〜１１ｄで保持された押し付けばね１０ａ〜１０ｄに接続され、円柱部材７ａ、７ｂに接触するように配置されている。この際、テーブル１が静止釣り合い位置にある場合には、レバー８ａ〜８ｄと円柱部材７ａ、７ｂの接触部における押し付け力が０になるように押し付けばね１０ａ〜１０ｄを調整しておく。
【００３２】
なお、図２（ａ）に示すように、レバー８ａと８ｂは回転軸側の間隔が狭く、円柱部材７ａと接触している側の間隔が広くなったＶ字状（略ハ字状）に、相対変位の方向に対して傾けて配置されている。また、レバー８ｃと８ｄは円柱部材７ｂに対して逆向きのＶ字状（略逆ハ字状）で同様に配置されている。
【００３３】
さて、テーブル１とベース２に相対変位ｘが生じてテーブル１が図２において右方向に移動した場合、テーブル１の下面に設けられた円柱部材７ａも右方向に移動するため、相対変位の方向に対して傾けて配置されたレバー８ａは円柱部材７ａによって押されて回転軸９ａに関し右回りに回転して押し付けばね１０ａが縮められる。逆に、押し付けばね１０ａからはレバー８ａを円柱部材７ａに押し付けるように反力が作用するため、レバー８ａと円柱部材７ａの接触部に摩擦力が発生する。なお、これらの力は、相対変位ｘが増加するに従って大きくなる。
【００３４】
レバー８ｂに関しても同様に摩擦力が発生する。これらの摩擦力の合力のｘ方向成分がテーブル１の運動に対する抵抗力となり運動エネルギーを消散させる働きをする。なお、円柱部材７ｂも右方向に移動するが、この場合にはレバー８ｃと８ｄは円柱部材７ｂから離れてしまうため、これらの間に摩擦力は生じない。
【００３５】
上記と逆に、テーブル１が図２において左方向に移動した場合には、レバー８ｃ、８ｄと円柱部材７ｂの接触部に摩擦力が発生する。一方、レバー８ａと８ｂは円柱部材７ａから離れてしまうため、これらの間に摩擦力は生じなくなる。これらの作用の繰り返しで、振動が絶縁・抑制されることになる。
【００３６】
（動作の詳細な説明）
次に図３、図４、図５および図６により、本装置の動作について詳細に説明する。図３はテーブル１がベース２に対して相対変位ｘだけ右に移動した場合に、円柱部材７ａ、レバー８ａ、押し付けばね１０ａの位置関係の変化状態を表し、破線は変化前、実線は変化後を示す。変化前の相対変位ｘ＝０の状態では、円柱部材７ａの中心が点Ｏの位置にあり、これに押し付け力０で接するように配置されているレバー８ａの初期角度をθ0 とする。変化後の相対変位ｘの状態では、円柱部材７ａの中心が点Ｏx の位置に移動し、レバー８ａが回転軸９ａを右回りに回転した際の角度変化をθとしている。なお、回転軸９ａおよびばね支持部材１１ａはベース２の上面に取り付けられているので、位置は変化しない。
【００３７】
図４は、テーブル１とともに円柱部材７ａが右方向の相対変位ｘの位置にあり、しかも相対速度ｖが正（ｖ＝ｄｘ／ｄｔ＞０）の右方向に運動している状態の、レバー８ａに作用する力を示し、Ｎは押し付けばね１０ａの力、Ｐは円柱部材７ａとの接触部Ｃに作用する押し付け力、Ｆは摩擦力である。回転軸９ａからこれらの力の作用線までの距離をそれぞれｄ、ｓ、ｅ（オフセット）とし、回転軸９ａに関するモーメントの釣り合いを考えると
【００３８】
【数１】
となる。また、レバー８ａの角度変化θが小さい場合、ばね１０ａの長さ変化はθに比例し、ばね力Ｎもθに比例するので、比例定数をｋとすると
【００３９】
【数２】
と表すことができる。さらに、クーロン摩擦を仮定し摩擦係数をμとすると
【００４０】
【数３】
となる。ここに、ｓｇｎ（ｖ）は符号関数であり
【００４１】
【数４】
である。これは、前述したように、図４に示す摩擦力Ｆの方向は相対速度が正（ｖ＝ｄｘ／ｄｔ＞０）の右方向に運動している場合であり、相対速度が負（ｖ＝ｄｘ／ｄｔ＜０）の左方向に運動している場合には力の方向が逆になるためである。
【００４２】
数１式〜数３式を変形して整理すると
【００４３】
【数５】
となる。
【００４４】
数５式において、相対変位ｘが増加すると回転軸９ａから接触部Ｃまでの距離ｓは減少し、レバーの角度変化θは増加するので、相対変位ｘが増加するに従って押し付け力Ｐは増加することがわかる。この特性と、数３式を考慮すると、相対変位ｘが増加するに従って摩擦力Ｆも増加することがわかる。
【００４５】
なお、数５式において、オフセットe ＝０の場合の押し付け力をＰ0 とすると
【００４６】
【数６】
となり、Ｐ0 は相対速度ｖの正負に関係せず相対変位ｘのみに依存して決定されることがわかる。
【００４７】
一方、ｅ＞０の場合には相対速度ｖの正負によって大きく異なる。具体的には、相対速度ｖ＞０の場合の押し付け力をＰP 、ｖ＜０の場合の押し付け力をＰM とすると、数５式は
【００４８】
【数７】
となる。数７式の分母に関し、ｓ＋μｅ＞ｓ−μｅであるため、ＰP ＜ＰM であることがわかる。なお、ｓがμｅの値に近づくに従ってＰM の分母は０に近づくため、ＰM は極端に大きくなり、ｓ＝μｅではＰM は無限大になる。これは、レバーと円柱部材が固着することを意味し、テーブルとベースはロックされることになるため、実用の際にはｓ＞μｅの範囲で使用するように留意する必要がある。このような特性は、前述したように、ドラムブレーキで知られている自己倍力作用と同じである。
【００４９】
さらに、相対変位ｘと距離ｓおよびレバーの角度変化θの関係を数式的に導出すると、図５に示す幾何的関係から、以下のようになる。
【００５０】
【数８】
【００５１】
【数９】
【００５２】
なお、図５、数８式および数９式において、Ｌは相対変位ｘ＝０の場合の円柱部材７ａの中心Ｏから回転軸９ａの中心までのｘ方向距離、Ｒは円柱部材７ａの半径、ｈは円柱部材７ａの中心を通るｘ座標軸から回転軸９ａの中心までの距離であり、また
【００５３】
【数１０】
である。
【００５４】
次に、円柱部材７ａに作用する力を図６に示す。図３に示したレバー８ａとの作用・反作用の関係から、レバー８ａとの接触部Ｃには、押し付け力Ｐと摩擦力Ｆがレバーに作用する場合と逆方向に作用する。これらの合力をＱとし、このｘ方向成分をＱx 、ｙ方向成分をＱy とすると
【００５５】
【数１１】
となり、これらの力は円柱部材７ａを介してテーブル１に作用する。
【００５６】
上記数３式〜数１１式を用いて、ｅ＝３８ｍｍ、ｈ＝１０ｍｍ、Ｒ＝５５ｍｍ、Ｌ＝１３６ｍｍ、ｋｄ＝３００００Ｎ・ｍｍ／ｒａｄ、μ＝０．６の場合について、押し付け力Ｐと相対変位ｘの関係を求めると図７のようになり、合力のｘ方向成分Ｑx と相対変位ｘの関係を求めると図８のようになる。なお、これらの数値は、試しに計算するために設定したものであり、実際に作製する場合には、絶縁対象物の質量、絶縁したい振動数範囲、共振振動数や共振ピークの高さなど様々な要因を考慮して最適なパラメータに設定する必要がある。
【００５７】
図７、８において、線図５０ａおよび線図５１ａは相対速度ｖ＞０の場合であり、相対変位ｘが増加するとともに、押し付け力Ｐおよび合力のｘ方向成分Ｑx は０から増加する。一方、線図５０ｂおよび線図５１ｂは相対速度ｖ＜０の場合であり、相対変位ｘが減少するとともに、押し付け力Ｐは減少して静止釣り合い位置で０になる。また、合力のｘ方向成分Ｑx は負の値であり図６に示す矢印と逆の方向に作用するが、その大きさは減少して０になる。
【００５８】
また、相対変位ｘが０からｘM まで増加し、再び０に戻るまでに消散するエネルギーは、図８の線図５１ａ、５１ｂおよびｘ＝ｘM に囲まれた領域５２の面積に相当し、これが大きくなるほど振動が抑制される。
【００５９】
さて、これまでは図２に示すようにレバー８ａ〜８ｄが相対変位ｘの方向に対して傾けて配置された場合を考えてきたが、これらが平行に配置された場合を考える。この場合、図３においてレバー８ａの初期角度θ0 は０であり、角度変化θも相対変位ｘに依存せず常に０となる。
【００６０】
レバー８ａが傾斜している場合には、数２式のように、ばね力Ｎが角度変化θに比例してθ＝０ではＮ＝０になるように設定していたが、レバー８ａが平行に配置されている場合には若干ながら一定大きさのばね力Ｎ0 が作用するようにばね１０ａを調整しておき、数５式においてＮ＝Ｎ0 とすると
【００６１】
【数１２】
となる。また、距離ｓに関する幾何的関係式は、数９式の代わりに
【００６２】
【数１３】
となる。さらに、円柱部材７ａに作用する合力Ｑのｘ方向成分Ｑx およびｙ方向成分Ｑy は、数１１式でθ＝θ0 ＝０とおいて
【００６３】
【数１４】
となる。
【００６４】
数１２式の分子は一定であるが、分母のｓが相対変位ｘによって変化するため、押し付け力Ｐおよび合力Ｑのｘ方向成分Ｑx も変化し、基本的特徴はレバー８ａ〜８ｄが相対変位ｘの方向に対して傾けて配置された場合と同等になる。
【００６５】
以上は、テーブル１が右方向に動いた相対変位ｘ＞０の場合について、レバー８ａの作用に絞って説明してきたが、円柱部材７ａにはレバー８ｂも接触してレバー８ａと同様に作用する。一方この間、円柱部材７ｂとレバー８ｃおよび８ｄは離れて接触していない状態になっているため、摩擦力は発生しない。したがって、テーブル１（円柱部材７ａ）に実質的に作用する全合力は数１１式あるいは数１４式で与えられるＱx の２倍の大きさになる。なお、レバー８ａと８ｂは、図２のｙ方向に関して、互いに逆方向にテーブル１（円柱部材７ａ）を押し付けるため、ｙ方向力Ｑy の合力は０になり、テーブル１にはｘ方向の合力のみ作用することになる。このため、ガイド部材３ａ〜３ｄには無理な力が作用せずｘ方向の滑らかな運動となる。
【００６６】
また、テーブル１が左方向に相対的に動いて相対変位ｘ＜０の場合には、円柱部材７ａとレバー８ａおよび８ｂは離れた状態になり、逆に、円柱部材７ｂとレバー８ｃおよび８ｄが接触するようになって、これまで説明してきたことと同様な作用で、逆方向に摩擦力が発生する。
【００６７】
なお、これまで説明してきた図１〜６において、円柱部材７ａ、７ｂはテーブル１の下面に設置され、レバーの回転軸９ａ〜９ｄおよびレバー押し付けばね支持部材１１ａ〜１１ｄはベース２の上面に設置された場合を考えているが、逆に、円柱部材７ａ、７ｂはベース２の上面に設置され、レバーの回転軸９ａ〜９ｄおよびレバー押し付けばね支持部材１１ａ〜１１ｄはテーブル１の下面に設置された場合でも同様な機能を発揮できる。
【実施例２】
【００６８】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、この形態は図１、２の構成に限られることなく、種々の変形が可能である。図９に示す摩擦ダンパ１０２は、テーブル１の下面に円柱部材７を設け、ベース２の上面にレバーの回転軸９ｅ、９ｆを設けて、この回りに自在に回転できるようにレバー８ｅ、８ｆを設ける。これらのレバー８ｅ、８ｆはベース側支持部材１１ｅ、１１ｆで保持された押し付けばね１０ｅ、１０ｆに接続され、円柱部材７に接触するように配置されている。
【００６９】
これは、図２においてレバー８ｂ、８ｄおよびこれらに関係する回転軸とばねを取り除いた構造と等価である。したがって、円柱部材７の設けられたテーブル１が右方向に相対変位ｘした場合の円柱部材７とレバー８ｅの作用は、図３〜図６で説明してきた円柱部材７ａとレバー８ａに作用する力の関係と全く同じである。ただし、図２のレバー８ｂに相当するレバーがなくなったために、テーブル１に実質的に作用する全合力ｘ方向成分は数１１式で与えられるＱx だけになり、またｙ方向成分Ｑy がキャンセルされずに残るが、ガイド部材３ａ〜３ｄがこのｙ方向成分Ｑy を充分支えることができ、滑らかな直線運動を保持できる性能を持たせることによって実施例１と同等の目的を達成できる。
【実施例３】
【００７０】
次に、本発明の第３の実施例の要点を図１０〜図１２により説明する。図１０において、 摩擦ダンパ１０３を構成するレバー８ｇの回転軸９ｇは摩擦力Ｆの作用線に関して円柱部材７ａと反対側にオフセットして配置されている。これは、図４に示すレバー８ａの回転軸９ａが摩擦力Ｆの作用線に関して円柱部材７ａと同じ側に配置された第１の実施例と逆側になっている。
【００７１】
この実施例の場合、レバーと円柱部材の接触部Ｃに作用する押し付け力Ｐや円柱部材に作用する合力のｘ方向成分Ｑx と相対変位ｘとの関係式は、数１式〜数１１式においてｅを−ｅに置き換えた式になる。例として、ｅ＝１５ｍｍ、ｈ＝６０ｍｍ、Ｒ＝５５ｍｍ、Ｌ＝１３６ｍｍ、ｋｄ＝３００００Ｎ・ｍｍ／ｒａｄ、μ＝０．６の場合について、押し付け力Ｐと相対変位ｘの関係を求めると図１１のようになり、合力のｘ方向成分Ｑx と相対変位ｘの関係を求めると図１２のようになる。
【００７２】
図１１、１２において、線図５３ａおよび線図５４ａは相対速度ｖ＞０の場合であり、相対変位ｘが増加するとともに、押し付け力Ｐおよび合力のｘ方向成分Ｑx は０から増加する。一方、線図５３ｂおよび線図５４ｂは相対速度ｖ＜０の場合であり、相対変位ｘが減少するとともに、押し付け力Ｐは減少して静止釣り合い位置で０になる。これらの力の大きさについて比較すると、図７、８の実施例１では相対速度ｖ＜０の場合に大きく、逆に図１１、１２の実施例３では相対速度ｖ＞０の場合に大きくなる。これは、オフセットｅの位置と相対速度ｖの兼ね合いにより、摩擦力Ｆによるモーメントが押し付け力Ｐを増加あるいは減少させるかの自己倍力効果が逆に作用するためである。
【００７３】
なお、振動絶縁性能を重視する装置を作製する場合には実施例１や２のような設定が適しており、振幅と共振ピークを抑えることを重視する場合には実施例３のような設定が適している。
【実施例４】
【００７４】
これまでの実施例では、図２に示すように、テーブル１の下面に設けた円柱部材７ａ、７ｂにレバー８ａ〜８ｄを押し付けることによって摩擦力を発生させる機構であったが、円柱部材を設けた理由は、図３に示したように相対変位ｘとともにレバーの傾斜角θが変化することに対応させるためである。しかし、円柱部材とレバーは線接触しているため、接触部が摩耗しやすい欠点がある。この欠点を改善した実施例に係る摩擦ダンパ１０４を図１３、図１４により説明する。テーブル１の下面に設けた回転軸３０ａ〜３０ｄ回りに、自在に回転できる角柱部材３１ａ〜３１ｄが配置されており、これらの角柱部材にレバー８ａ〜８ｄが接触する構造になっている。テーブル１の相対変位ｘと共にレバーの傾斜角θは変化するが、角柱部材の角度もこれに応じて変化して、レバーと角柱部材は常に面接触するため、摩耗を小さくできる。
【００７５】
なお、実施例１で説明したように、レバー８ａ〜８ｄを相対変位ｘの方向に平行に配置することも可能である。この場合にはレバーの傾斜角θは常に０になるため、角柱部材３１ａ〜３１ｄのレバーとの接触面を相対変位ｘの方向に平行になるようにして固定設置することができ、回転軸３０ａ〜３０ｄは不要になる。
【実施例５】
【００７６】
これまでの実施例では、図２に示すように、レバー８ａ〜８ｄを円柱部材７ａ、７ｂに押し付けるために、ベース側支持部材１１ａ〜１１ｄで保持されたばね１０ａ〜１０ｄを用いているが、必ずしもこのような構成にする必要はなく、種々の方法が考えられる。例えば、図１５に示す実施例の摩擦ダンパ１０５では、レバー８ａ、８ｂを連結ばね２０ａで連結し、レバー８ｃ、８ｄを連結ばね２０ｂで連結して、これらのレバーを円柱部材７ａ、７ｂに押し付ける構造となっている。
【００７７】
また、回転軸９ａ〜９ｄそのものをトーションバー（ねじれ軸）のばねにして、これにレバー８ａ〜８ｄを固定すれば、連結ばね２０ａや２０ｂのようなばねを設ける必要もなくなる。
【実施例６】
【００７８】
さらに、図１６に示す実施例６の摩擦ダンパ１０６では、ベース上面に設けた支持部材４０ａ〜４０ｄに板ばね４１ａ〜４１ｄの一端を固定し、これらの板ばねの他端にレバー８ｐ〜８ｓを固定した構造になっている。この場合には、図２に示すような回転軸９ａ〜９ｄが不要になる。
【符号の説明】
【００７９】
１ テーブル
２ ベース
３ａ〜３ｄ ガイド部材
４ａ、４ｂ 復元ばね
５ａ、５ｂ 復元ばねのテーブル側支持部材
６ａ、６ｂ 復元ばねのベース側支持部材
７、７ａ、７ｂ 円柱部材
８ａ〜８ｇ、８ｐ〜８ｓ レバー
９ａ〜９ｇ レバーの回転軸
１０ａ〜１０ｆ 押し付けばね
１１ａ〜１１ｆ 押し付けばね支持部材
２０ａ、２０ｂ 連結ばね
３０ａ〜３０ｄ 角柱部材の回転軸
３１ａ〜３１ｄ 角柱部材
４０ａ〜４０ｄ 板ばね保持部材
４１ａ〜４１ｄ 板ばね
５０ａ、５０ｂ、５３ａ、５３ｂ 押し付け力Ｐと相対変位ｘの関係線図
５１ａ、５１ｂ、５４ａ、５４ｂ 合力のｘ方向成分Ｑx と相対変位ｘの関係線図
５２ 消散エネルギーに相当する領域
１０１〜１０６ 摩擦ダンパ
Ｃ レバーと円柱部材の接触部
Ｏ 相対変位ｘが０の場合の円柱部材中心の位置
Ｏx 相対変位がｘの場合の円柱部材中心の位置
Ｐ レバーと円柱部材の間に作用する押し付け力
Ｆ レバーと円柱部材の間に作用する摩擦力
Ｎ 押し付けばねの力
Ｑ 円柱部材に作用する合力
Ｑx 円柱部材に作用する合力Ｑのｘ方向成分
Ｑy 円柱部材に作用する合力Ｑのｙ方向成分
ｖ ベースに対するテーブルの相対速度
ｘ ベースに対するテーブルの相対変位、座標軸
ｙ 水平面上でｘ座標軸に垂直な座標軸
ｚ 垂直方向座標軸
θ0 相対変位ｘが０の場合のレバーの傾斜角
θ 相対変位ｘが生じた場合のレバー傾斜角の変化量
ｄ レバーの回転軸から押し付けばねの力の作用線までの距離
ｓ レバーの回転軸からレバーと円柱部材の接触部Ｃまでの距離
ｅ レバーの回転軸から摩擦力作用線までの距離（オフセット）
ｈ 円柱部材中心を通るｘ軸からレバーの回転軸までの距離
Ｌ 相対変位ｘが０の場合における、レバーの回転軸から円柱部材中心までの距離
Ｒ 円柱部材の半径
【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動絶縁対象物を搭載するテーブルが、ベースに対してガイド部材を介して水平直線方向に相対移動可能になっており、テーブルに復元力を持たせるため、テーブルとベースをばねで接続した振動絶縁装置において、
外力が作用している場合の過大な共振振動を抑制するとともに作用外力が去った後の振動を速やかに収束させるための減衰機構として、テーブル又はベースの一方の対向面に、ブロック形状の摩擦部材を設け、テーブル又はベースの他方の対向面には、軸回りに回転可能なレバーと該レバーを摩擦部材の外周面に押し付けるためのばねからなる押圧装置を設けてあり、摩擦部材と接触するレバーの面を前記相対移動方向に対して傾けて配置することにより、テーブルとベースに相対変位が生じた場合、相対変位に対応して押圧装置による押し付け力が変化する結果、摩擦部材とレバーとの間に生じる摩擦力の大きさが変化する摩擦ダンパを用いたことを特徴とする振動絶縁装置。
【請求項２】
請求項１に記載の振動絶縁装置が、前記ベースに対する前記テーブルの相対運動の方向が互いに直交するように上下に複数組重ねて配置されることにより、２次元平面運動に対応した振動絶縁作用を行わせるようにしたことを特徴とする振動絶縁装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の振動絶縁装置に用いる前記摩擦ダンパにおいて、前記ブロック形状の摩擦部材を円柱部材により構成し、前記押圧装置を構成するレバーを該円柱部材の対向外周面に略ハ字状に接触する一対のレバーにより構成したことを特徴とする摩擦ダンパ。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の振動絶縁装置に用いる前記摩擦ダンパにおいて、前記ブロック形状の摩擦部材を円柱部材により構成し、前記押圧装置を構成するレバーを該円柱部材の対向外周面に略平行傾斜状に接触する一対のレバーにより構成したことを特徴とする摩擦ダンパ。
【請求項５】
請求項１又は２に記載の振動絶縁装置に用いる前記摩擦ダンパにおいて、前記ブロック形状の摩擦部材を軸回りに回転可能な角柱部材により構成し、前記押圧装置を構成するレバーの面が該角柱部材の回動外面に平行に接触することを特徴とする摩擦ダンパ。
【請求項６】
請求項３乃至５のいずれかに記載の摩擦ダンパにおいて、前記レバーの回転軸とばねを設ける代わりに、該レバーを板ばねで保持し、軸回りに回転可能とするとともに前記摩擦部材の外周面に弾性的に押し付けるようにしたことを特徴とする摩擦ダンパ。
【請求項７】
請求項３乃至６のいずれかに記載の摩擦ダンパにおいて、前記レバーの回転中心軸部を摩擦力作用線から離してオフセットを設けることにより、摩擦力がレバーに回転モーメントを発生させ、押し付け力を増大あるいは減少させる結果、摩擦力の大きさの変化も増幅させる自己倍力効果を利用することを特徴とする摩擦ダンパ。
【請求項１】
振動絶縁対象物を搭載するテーブルが、ベースに対してガイド部材を介して水平直線方向に相対移動可能になっており、テーブルに復元力を持たせるため、テーブルとベースをばねで接続した振動絶縁装置において、
外力が作用している場合の過大な共振振動を抑制するとともに作用外力が去った後の振動を速やかに収束させるための減衰機構として、テーブル又はベースの一方の対向面に、ブロック形状の摩擦部材を設け、テーブル又はベースの他方の対向面には、軸回りに回転可能なレバーと該レバーを摩擦部材の外周面に押し付けるためのばねからなる押圧装置を設けてあり、摩擦部材と接触するレバーの面を前記相対移動方向に対して傾けて配置することにより、テーブルとベースに相対変位が生じた場合、相対変位に対応して押圧装置による押し付け力が変化する結果、摩擦部材とレバーとの間に生じる摩擦力の大きさが変化する摩擦ダンパを用いたことを特徴とする振動絶縁装置。
【請求項２】
請求項１に記載の振動絶縁装置が、前記ベースに対する前記テーブルの相対運動の方向が互いに直交するように上下に複数組重ねて配置されることにより、２次元平面運動に対応した振動絶縁作用を行わせるようにしたことを特徴とする振動絶縁装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の振動絶縁装置に用いる前記摩擦ダンパにおいて、前記ブロック形状の摩擦部材を円柱部材により構成し、前記押圧装置を構成するレバーを該円柱部材の対向外周面に略ハ字状に接触する一対のレバーにより構成したことを特徴とする摩擦ダンパ。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の振動絶縁装置に用いる前記摩擦ダンパにおいて、前記ブロック形状の摩擦部材を円柱部材により構成し、前記押圧装置を構成するレバーを該円柱部材の対向外周面に略平行傾斜状に接触する一対のレバーにより構成したことを特徴とする摩擦ダンパ。
【請求項５】
請求項１又は２に記載の振動絶縁装置に用いる前記摩擦ダンパにおいて、前記ブロック形状の摩擦部材を軸回りに回転可能な角柱部材により構成し、前記押圧装置を構成するレバーの面が該角柱部材の回動外面に平行に接触することを特徴とする摩擦ダンパ。
【請求項６】
請求項３乃至５のいずれかに記載の摩擦ダンパにおいて、前記レバーの回転軸とばねを設ける代わりに、該レバーを板ばねで保持し、軸回りに回転可能とするとともに前記摩擦部材の外周面に弾性的に押し付けるようにしたことを特徴とする摩擦ダンパ。
【請求項７】
請求項３乃至６のいずれかに記載の摩擦ダンパにおいて、前記レバーの回転中心軸部を摩擦力作用線から離してオフセットを設けることにより、摩擦力がレバーに回転モーメントを発生させ、押し付け力を増大あるいは減少させる結果、摩擦力の大きさの変化も増幅させる自己倍力効果を利用することを特徴とする摩擦ダンパ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図８】
【公開番号】特開２０１０−１８０９６１（Ｐ２０１０−１８０９６１Ａ）
【公開日】平成２２年８月１９日（２０１０．８．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２５２４７（Ｐ２００９−２５２４７）
【出願日】平成２１年２月５日（２００９．２．５）
【出願人】（３９００１４３０６）防衛省技術研究本部長 (169)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年８月１９日（２０１０．８．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月５日（２００９．２．５）
【出願人】（３９００１４３０６）防衛省技術研究本部長 (169)
【Ｆターム（参考）】
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