除振装置
【課題】小型で高さが低く、床振動を絶縁する、または機械振動等を床に伝えない簡便で安価な除振材を提供する。
【解決手段】複数の同径の穴を打ち抜いた可撓性・弾性シート１の穴にそれぞれコイルバネ２を貫通配置し、各コイルバネの軸方向両端側に、コイルバネの外径に対応する領域を連結部を残して囲み、その内側に領域に対応する島部を形成する互いに対向する一対のスリット３Ｃ、４Ｃを形成した一組の単位ゴム板３、４を配置し、一組の単位ゴム板の各島部でこれらの間にあるコイルバネを圧縮しつつ、スリットの外側の部分でゴムシートを挟みこれらを貫通するビスナット５又はリベットで一体に固定してなる除振ユニット１００よりなる。
【解決手段】複数の同径の穴を打ち抜いた可撓性・弾性シート１の穴にそれぞれコイルバネ２を貫通配置し、各コイルバネの軸方向両端側に、コイルバネの外径に対応する領域を連結部を残して囲み、その内側に領域に対応する島部を形成する互いに対向する一対のスリット３Ｃ、４Ｃを形成した一組の単位ゴム板３、４を配置し、一組の単位ゴム板の各島部でこれらの間にあるコイルバネを圧縮しつつ、スリットの外側の部分でゴムシートを挟みこれらを貫通するビスナット５又はリベットで一体に固定してなる除振ユニット１００よりなる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体製造検査装置、電子顕微鏡、空気圧縮機、真空ポンプ、プレス機械、ピアノ等の精密機器、産業機械、音響機器等を除振する除振装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
除振材として防振ゴム、コイルバネ、空気バネなどが使われているが、これらの除振材は機械を点支持する発想で設計されている。除振設計時点で機械質量、重心位置、加振力、床剛性、機械揺れ許容値、床振動許容値などの設計要因が把握しきれずに、一旦、仮の除振材を試用してその結果により、除振材の交換、据付位置の移動を行う場合がある。点支持であると除振材の交換、移動に手間を要する。また１支持点当りの支持質量が大きくなり平面寸法、高さが大きくなる。
【０００３】
防振ゴムはもっとも多く使われている除振材である。小型軽量、安価であり振動減衰能もあり、使い易いが、バネ作用が硬く、除振性能に劣る。また支持質量の小さい質量領域においては防振ゴムが小型となり、低い固有振動数が得られない。
【０００４】
以下、図２２に示した系について除振材の除振作用を説明する。
図中のMaは支持する機械、Dは除振材、Floorは床を表している。支持する機械Maの振動周波数又は床Floorの振動周波数をｆ(Ｈｚ)、除振材の動バネ定数をｋｄ（Ｎ／M）、除振材のロスファクタをη、支持質量をｍ(ｋｇ)、衝撃応答振幅の初期値をｚ０(M)とすると、系の固有振動数ｆｎ（Ｈｚ）、振動伝達率Ｔｒ、衝撃応答振幅ｚ（M）はそれぞれ式（１）、（２）、（３）で表される。但し括弧内のＭはメートルである。
【数１】
【数２】
【数３】
【０００５】
代表的なコイルバネ、防振ゴムの振動伝達率の周波数特性を図２３に、また衝撃応答を図２４に示す。これらの図において、ａはコイルバネの特性、ｂは防振ゴムの特性である。
図２３に示すように固有振動数が低いと除振対象となる周波数領域（例えば２０〜４０ Ｈｚ）での振動伝達率Ｔｒは小さくなり除振性能が良くなる。
【０００６】
コイルバネと粘弾性体を組合せた様々な構造の除振装置が提案されているが（例えば特許文献１）、いずれも点支持構造のものである。点支持の場合、支持質量を大きくしようとすると大型となり、除振装置の高さが増大する。
【０００７】
空気バネは圧縮空気の柔らかいバネ作用と空気の絞り効果による振動減衰能を持ち、除振性能に優れるが、構造上大型、高価となり汎用性に欠ける。
【０００８】
コイルバネはバネ作用が柔らかく支持質量に関係なく低い固有振動数が得られて除振性能に優れているが、振動減衰能が小さい。減衰が小さいと図２３のグラフのピーク値（共振倍率）は大きくなる。また、式（３）あるいは図２４に示される衝撃応答振幅の収束が遅くなる。
【０００９】
機械等を工場内に設置する場合、当然ながら除振材を含めた高さが工場内に収容可能でなければならない。加えて付属する配管、ダクト等も考慮すると、除振材の高さは低ければ低いほど望ましいのは言うまでもない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００４−３２４６５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は小型で高さが低く、床振動を絶縁する、または機械振動等を床に伝えない簡便で安価な線支持又は面支持の除振装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するため、本発明の第１の実施態様は、複数の同径の穴を打ち抜いた可撓性・弾性シートの前記穴にそれぞれコイルバネを貫通配置し、各コイルバネの軸方向両端側に、前記コイルバネの外径に対応する領域を連結部を残して囲み、その内側に前記領域に対応する島部を形成する互いに対向する一対のスリットを形成した一組の単位ゴム板を配置し、前記一組の単位ゴム板の各島部でこれらの間にある前記コイルバネを圧縮しつつ前記スリットの外側の部分で前記ゴムシートを挟みこれらを貫通するビスナット又はリベットで一体に固定してなる除振ユニットよりなることを特徴としている。
なお、以下の説明において、本発明の除振装置の１個のコイルバネを一組の単位ゴム板で可撓性弾性シートに固定した単位を「除振ユニット」と称する。
【００１３】
また本発明の第２の実施態様は、第１の実施態様において前記各コイルバネのバネ定数は３〜３０N/mm、前記単位ゴム板の各島部のバネ定数は３〜３５N/mmであり、前記コイルバネとこのコイルバネを挟む一対の島部の合成バネ定数は６〜６５N/mmであり、除振ユニット１個のコイルバネの支持質量が４０ｋｇ以下であることを特徴としている。
【００１４】
本発明の第３の実施態様は、前記除振ユニットの単位ゴム板は円板状であり、円弧状のスリットが２本同心円上に互いに対向するように形成されていることを特徴としている。
【００１５】
本発明の第４の実施態様は前記単位ゴム板が矩形状であり、コの字状のスリットが２本、矩形の相対する２辺に沿ってそれぞれ中心を挟んで対向して形成されていることを特徴としている。
【００１６】
本発明の第５の実施態様は、複数の同寸法方形穴を打ち抜いた可撓性弾性シートの前記方形穴にそれぞれコイルバネを貫通配置し、各コイルバネの上下両端を、中央が前記コイルバネの外径に対応する円形の凹部を有する短冊状の単位ゴム板の前記凹部に係合させ、前記単位ゴム板を介して前記コイルバネを圧縮しつつ、前記単位ゴム板を前記可撓性弾性シートに当接させて、前記可撓性弾性シートの方形穴を挟む位置で、これらを貫通するビスナット又はリベットで一体に固定してなることを特徴としている。
【００１７】
本発明の第６の実施態様は、第５の実施態様においてコイルバネを挟む１組の単位ゴム板の両端がビスナット又はリベットで一体に固定するのではなく、ゴム金型により単位ゴム板成型時に一体成型されるものであり、前記可撓性弾性シートには接着剤により一体化されたものであることを特徴としている。
【００１８】
本発明の第７の実施態様は、第１ないし第６の実施態様のいずれかにおいて各除振ユニットのコイルバネの高さとコイルバネの中心径の比（コイルバネの高さ／コイルバネの中心径）が２以下であることを特徴としている。
【００１９】
本発明の第８の実施態様は、第１ないしは第６の実施態様のいずれかにおいて各除振ユニットのコイルバネの固有振動数が４．５〜８．５Hzであることを特徴としている。
【００２０】
本発明の第９の実施態様は、第１ないし第８の実施態様のいずれかにおいて各除振ユニットの高さは質量無負荷時にて５０ｍｍ以下であることを特徴としている。
【００２１】
本発明の第１０の実施態様は、第１ないし第９の実施態様のいずれかにおいて円形もしくは方形穴が打ち抜かれた可撓性弾性シートに、除振ユニットを個々に分離するための裁断用の溝が付けられていることを特徴としている。
裁断用の溝は、格子状に形成され、コイルバネが貫通する穴は溝で囲まれた矩形の領域の中心に形成されることが望ましい。
可撓性弾性シートとしては、ゴムシートやプラスチックシートが例示される。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の除振装置は、コイルバネ主体の除振ユニットを集合した構造となっているため、支持質量が小さくとも防振ゴムと比べて小さい固有振動数が得られる。また、単位ゴム板の曲げ、せん断変形により振動減衰能が付加される。除振ユニット１個当たりの許容質量を抑制し、複数個の除振ユニットを集合した結果、高さの低い除振材が得られ、支持質量に応じて集合している除振シートを裁断して任意個数の除振ユニットを使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１実施形態である除振装置の概略構造を示す図である。
【図２】図１におけるＸ−Ｘ線の矢印方向よりみた断面模式図である。
【図３】本発明の第１実施形態である除振装置の除振ユニットの概略構造を示す図である。
【図４】本発明の第１実施形態である図３の除振ユニットをＹ軸方向からみた側面図である。
【図５】本発明の第１実施形態である図３の除振ユニットをＸ軸方向からみた側面図である
【図６】本発明の第１実施形態である除振装置を構成する除振ユニットの単位ゴム板の平面図である。
【図７】本発明の第１実施形態である除振装置を構成する除振ユニットの単位ゴム板の平面図である図６のＢ−Ｂ線方向からみた断面図である。
【図８】本発明の第１実施形態である除振装置を構成する除振ユニットのコイルバネの側面図である。
【図９】本発明の第１実施形態である除振装置を構成するゴムシートの平面図である。
【図１０】本発明の第１実施形態である除振装置を構成する除振ユニットの組み立て方法を示す図である。
【図１１】本発明の第１実施形態の変形例である除振ユニットを構成する単位ゴム板の平面図である。
【図１２】本発明の第１実施形態の変形例である除振ユニットを構成する単位ゴム板の平面図である図１１のＢ−Ｂ線断面図である。
【図１３】本発明の第２実施形態である除振装置の除振ユニットの概略構造を示す図である。
【図１４】本発明の第２実施形態である除振装置の除振ユニットのＹ軸方向からみた概略構造を示す図である。
【図１５】本発明の第３実施形態である除振装置の除振ユニットの概略構造を示す図である。
【図１６】本発明の第３実施形態である除振装置の除振ユニットの概略構造を示す図である図１５のＢ−Ｂ線断面図である。
【図１７】本発明の除振ユニットの作用を説明する図である。
【図１８】本発明の実施例と比較例の支持質量と固有振動数の関係を示す図である。
【図１９】本発明の実施例と比較例の支持質量と高さの関係を示す図である。
【図２０】本発明の実施例と比較例との振動伝達率の周波数特性を示す図である。
【図２１】本発明の実施例と比較例との衝撃応答特性を示す図である。
【図２２】除振を対象とするシステムを示す図である。
【図２３】代表的なコイルバネ、防振ゴムの振動伝達率の周波数特性を示す図である。
【図２４】代表的なコイルバネ、防振ゴムの衝撃応答の特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明の除振装置を、除振対象となる機器の設置面積が１ｍ×１ｍ、機器の質量が１，０００ｋｇのシステムに適用する場合について説明する。この機器は、本発明が適用される除振対象としては最も重い部類に属するものである。
この実施の形態では、複数の除振ユニットを直列に配列させた除振装置が、除振対象機器の外周部分に沿って設置される。この除振装置の幅は５ｃｍであり、除振ユニットの大きさは５ｃｍ×５ｃｍである。設置対象の機器の外周の総長さは１００ｃｍ×２＋（１００ｃｍ−５ｃｍ−５ｃｍ）×２＝３８０ｃｍであるが、偏重心に対応する除振ユニットの配置を１０ｃｍに１個ずつとして、この総長さの１／２だけに配置するとすれば１９０ｃｍの周長が有効設置長となる。従って、１９０ｃｍ÷５ｃｍ＝３８個の除振ユニットが配置されることになる。機械質量が１，０００ｋｇであるから、１，０００ｋｇ÷３８個＝２６．３ｋｇ、すなわち、除振ユニット１個あたり２６．３ｋｇの質量支持容量があればよいことになる。余裕をみて１個の除振ユニットが４０ｋｇを最大の支持容量とする。
【００２５】
１ｍ×１ｍの床面積において、最も軽い部類に属する機器の質量は４０ｋｇである。この場合、機器の重心のバランス取りを考え、８点支持とすれば、４０ｋｇ÷８個＝５ｋｇ／個の支持質量となる。なお、除振ユニット１個あたりの支持質量の下限は２ｋｇ程度である。
【００２６】
本発明の実施形態では、除振ユニットの支持質量を２〜４０ｋｇ／個、固有振動数を６〜８Ｈｚ位に抑制することにより小型化を図ることができる。設置平面積は５ｃｍ×５ｃｍ、質量支持時の高さを４０ｍｍ以下とすることが望ましい。固有振動数が４．５〜８．５Ｈｚであれば機械、あるいは床の振動数１５Ｈｚ以上の振動を除振できる。一般に問題となるのは周波数１５Ｈｚ以上の振動であるから大半の振動問題はこの実施形態により解決することができる。ちなみに、防振ゴムでは支持質量４０ｋｇ以下の場合、防振ゴムが小型になり、固有振動数８Ｈｚ以下とすることができない。
【００２７】
また除振ユニットの支持質量を２〜４０ｋｇとして所定の高さ範囲で除振ユニットのバネ定数を求めると６〜６５N/mmとなる。本発明では、コイルバネと単位ゴム板２枚で分担するので、コイルバネのバネ定数は３〜３０N/mm、単位ゴム板のバネ定数は３〜３５N/mmとなる。
【００２８】
本発明の除振装置は、可撓性弾性シートを裁断して任意の複数の除振ユニットで構成することができるので、重心取り、質量見積もり誤差の修正が容易であるとともに質量支持時の高さを４０ｍｍ以下とすることができ、除振対策が容易となる。除振効果を一層高めるには除振装置を２段重ねにすれば理論的に固有振動数が√２分の１と低くなる。
【００２９】
以下、図面を参照して本発明の第１の実施形態を詳細に説明する。
図１〜２４において、同一の部位には共通の符号を付して重複する説明は省略する。
図１は、本発明の除振ユニット１００が縦４個×横４個、合計１６個集合した除振装置１０の平面図、図２は、図1のＸ−Ｘ線断面図である。また図３は、各除振ユニットの平面図、図４は、図３のＹ軸方向から側面図、図５は、Ｘ軸方向からみた側面図である。
【００３０】
これらの図に示した本発明の第１の実施形態は、複数の同径の穴（コイルバネの逃げ穴）１ａを打ち抜いたゴムシート１と、ゴムシートの穴１ａ内にそれぞれ貫通するように伸縮方向をゴムシート１の面と直交させて配置された中心径／高さが２以下のコイルバネ２と、ゴムシート１の両面に、それぞれのコイルバネ２を挟んで配置された単位ゴム板３，４と、単位ゴム板３、ゴムシート１、単位ゴム板４を貫通して、これらを一体に固定するビスナット５から構成されている。
単位ゴム板３，４のゴムシート１の各穴１ａに対応する位置には、コイルバネ２の外径に対応する領域を連結部３ａ，４ａを残して囲み、内側に島部Ａ3、Ａ4を形成した一対のスリット３ｃ、４ｃが形成されている。
単位ゴム板３，４は、コイルバネ２を押し縮めた状態で連結部３ｂ、４ｂがゴムシート１に両面側から当接されビスナット５で固定されている。単位ゴム板３，４の連結部３ｂ、４ｂはコイルバネ２の弾発力により引き伸ばされて、島部Ａ3、Ａ4は、図４，図５に示すように、ゴムシート１の面から離れた状態になっている。
次に、この実施形態の組立方法について説明する。
図６は、この実施形態に使用する単位ゴム板の平面図、図７はそのB−B線に沿う断面図、図８はコイルバネの側面図、図９はゴムシートの平面図、図１０は組立図である。
【００３１】
この実施形態では、図９に示すように、ゴムシート１に格子状に溝１ｂが形成され、溝１ｂで区画された矩形領域の中心にコイルバネ２が配置される複数の逃げ穴１ａが形成され、各逃げ穴１ａを挟んで一対のビスナット穴１ｄが形成されている。
また、図６，図７に示すように、単位ゴム板３，４には、それぞれ片面にコイルバネ受け用凹部３ａ，４ａが形成され、その外側に連結部３ｂ，４ｂを残して同心円上に円弧状のスリット３ｃ，４ｃが形成されている。スリット３ｃ，４ｃの中央部の外側にはゴムシート１のビスナット穴１ｃに対応するビスナット穴３ｄ，４ｄが形成されている。
これらの単位ゴム板３，４とゴムシート１は図１０に示すように単位ゴム板３、ゴムシート１、単位ゴム板４の順にビスナット穴を一致させて重ね、ビスナット穴３ｄ，４ｄにビスナットを挿通させて、これらを一体に共締めする。
次に、単位ゴム板３，４のスリット３ｃ，４ｃの内側部分（島部）を引伸ばしつつ持ち上げて、その中に、両端が凹部３ａ，４ａに係合するようにして圧縮させたコイルバネ２を挿入する。
【００３２】
このようにして組立てられた除振装置では、コイルバネ２は引張変形可能な単位ゴム板２枚の凹部３ａ、４ａで嵌め合っているため着脱可能であり、分担する支持質量に合わせてバネ定数の合ったコイルバネを選択し、除振ユニット１００を分解することなく着脱交換することができる。
【００３３】
ゴムシート１により各除振ユニットが集合連結されている。ゴムシート１には裁断用の溝１ｂを設け、必要ユニット数に切り分ける際、容易に切り分けできるようにしてもよい。
【００３４】
上述した防振ユニットでは単位ゴム板は円板状であるが、方形板である例を図１１に示す（第１実施形態の変形例）。図１１に示すように単位ゴム板（３１、４１）は方形（矩形状）であり、スリット３１ｃ（４１ｃ）はコの字状である。図１１のＢ−Ｂ線より見た断面図を図１２に示している。
【００３５】
図１３は第２の実施形態である除振装置を構成する除振ユニット１０１を示す平面図であり、図１４はこの防振ユニット１０１のＹ軸方向の側面図である。この実施形態では、ゴムシート１２に設けられたコイルバネの逃げ穴１２ａは矩形状であり、単位ゴム板は中央がコイルバネ収容用凹部３２ａ（４２ａ）を持つ短冊状である。この例では水平方向のX方向、Y方向に対して異なるバネ定数となる。Y方向はコイルバネの曲げ、せん断変形が主体であるが、X方向は単位ゴム板の変形にコイルバネの圧縮成分が含まれるためにY方向よりもバネ定数が大きくなる。
【００３６】
バネ定数には静バネ定数、動バネ定数の２種類がある。弾性体をゆっくり加力した場合のバネ定数を静バネ定数、振動が作用した状態のバネ定数を動バネ定数という。動バネ定数を静バネ定数で除した比率を動倍率と言う。単位ゴム板を付加した場合に振動減衰能、すなわちロスファクタηが同一であれば動倍率が小さいほど小さい固有振動数が得られて除振効果が大きい。
【００３７】
コイルバネにおいては式（１）のロスファクタはおおむねη＝0.01以下であり、また、静バネ定数と動バネ定数はほぼ等しい、とみなすことができるので動倍率は1である。本発明においては単位ゴム板が圧縮変形ではなく曲げ、せん断変形であるために断面積に比較して長さ寸法が大きくできること、また、横弾性係数は縦弾性係数の約1/3であることから、単位ゴム板の静バネ定数は小さい値が得られる。また、曲げ、せん断変形は圧縮変形に比較して分子間の間隔変位が小さいため動倍率は小さく、したがって、小さい動バネ定数が得られる。
【００３８】
式（１）の定数kdはコイルバネのバネ定数とゴム板のバネ定数の和である。前項に述べられているように動倍率1のコイルバネに付加される単位ゴム板の動バネ定数が小さいため式（１）の固有振動数の増大は少なく、式（２）の振動伝達率が小さくなる。また、本発明においては図１７に示すように垂直方向に圧縮荷重Pが加わると除振ユニットの幅Dが拡幅して、ゴムシート３が引張変形し、更にゴムシートのバネ定数、振動減衰能が付加される。
【００３９】
図１５は図１４の第２の実施形態である除振装置を構成する除振ユニットの単位ゴム板３３、４３が短冊状の両端の連結部３３ｂで単位ゴム板成型時に一体成型されている構造である。単位ゴム板とゴムシート１３との結合は接着面６で接着された構造であり、ビスナットまたはリベットを含まない。この場合も実施例２の場合と同様コイルバネの逃げ穴１３ａは矩形状である。
【００４０】
除振ユニットの高さを４０ｋｇの最大支持質量を持つ実施例4について以下に示す。
HO＝δST＋Ha＋δs＋２ｔ（mm）……………………………（４）
HO：除振ユニットの無負荷時の高さ mm
δST：静的たわみ
固有振動数を４．５〜８．５Hzに抑制して必要なδSTを、動的バネ定数が静バネ定数よりも硬くなることを考慮して最大支持質量４０ｋｇ作用時にて１５ｍｍとした。
もし従来品のように固有振動数を３．５Hzとする場合、δST は ４０〜６０mm必要である。
Ha ：コイルバネの密着高さ（40 kgのときHa＝17.6mm）
δs ：コイルバネが１５mm撓んだ時、密着しないための余裕（５ｍｍ）。
ｔ ：コイルバネが挿入されている単位ゴム板の厚さ（３．５mm）。
HO＝１５mm＋１７．６mm＋５mm＋７mm＝４４．６mm
４０ｋｇ作用時の高さHは
H＝４４．６mm−１５mm＝２９．６mm
実施例１、２、３はコイルバネの線径が細くて密着高さが低いことなどから、最大支持質量５ｋｇ、１０ｋｇ、２０kgにおける高さは２２mmとなる。
【００４１】
除振ユニットすなわち単位ゴム板付きコイルバネはゴムシートにより複数個集合されている。一般に機械の据付においては、機械下の除振材据付部は高さの制限はあるが平面的には余裕があり、広い面支持が可能である。シートをT形、L形、長方形などに裁断してコイルバネが均等にたわむように配列すれば、除振材のレベル調整機構が不要となる。均等なたわみが得られる結果、使用するコイルバネ個数を最小限にして最大のたわみを得ることが出来る。この結果、最小の固有振動数が得られて良好な除振性能が得られる。
【実施例】
【００４２】
図1の構造を持つ除振ユニットの許容支持質量５ｋｇ（実施例１）、１０ｋｇ（実施例２）、２０ｋｇ（実施例３）、４０ｋｇ（実施例４）の除振ユニットに、許容値の５０％〜１００％までを負荷した場合の固有振動数を太い実線で図１８に示す。実施例１が符号番号ａ、実施例２が符号番号ｂ、実施例３が符号番号ｃ、実施例４が符号番号ｄである。単位ゴム板の材質は高減衰合成ゴムである。実施例５は実施例３の高減衰ゴムを天然ゴムに置き換えたものである。（符号番号：ｅ）。実施例５では減衰能は小さく共振倍率は２８dB、η＝０．０４であるが、動倍率は小さいため１０ｋｇの支持質量で６．５Ｈｚ、２０ｋｇで４．８Ｈｚの低固有振動数が得られている。
【００４３】
高減衰ゴムの実施例１〜４の場合、平均的にほぼ６．０ Hz（許容支持質量の１００％）〜８Ｈｚ（許容支持質量の５０％）の結果が得られた。これは防振ゴムの約1/2の固有振動数、すなわち、防振ゴムの1/4の動バネ定数に相当する。また各除振ユニットの支持質量が８０％のときの高さを図１９に示す。図１９においても各実施例に対応する符号番号は同じである。
【００４４】
実施例１〜４の固有振動数を平均的に7Hz、ロスファクタηを０．１８とみなした場合の振動伝達率の周波数特性を符号番号ｃとして図２０に、衝撃応答の波形を図２１に示す。
【比較例】
【００４５】
比較例として小型除振ゴム（比較例１）φ１５×１７．８、φ２０×２１．４、φ３０×２９．６、の平均的固有振動数を１２Ｈｚ、ロスファクタηを０．１、および、普及型コイルバネ（比較例２）の固有振動数を４．５Ｈｚ、ロスファクタηを０．０１と見なした場合の振動伝達率の周波数特性を図２０（小型除振ゴム符号番号ｂ、普及型コイルバネ符号番号ａ）に、衝撃応答の波形を図２１にあわせて示す。
【００４６】
図２０、図２１に示されるように実施例１〜４の最大支持質量４０ｋｇ以下において、防振ゴムと普及型コイルバネの中間の固有振動数を持つものが測定された。実施例１の単位ゴム板は図１の円形であるがその断面寸法は幅７．５ｍｍ、厚さ３．７ｍｍ、円弧長さ１５ｍｍである。コイルバネのバネ定数は３．２３Ｎ/ｍｍ、単位ゴム板のバネ定数は支持質量により変化し３．８９〜５．１０Ｎ/ｍｍ、合計バネ定数は７．１２〜８．３３Ｎ/ｍｍであった。固有振動数は６．５〜８．５Ｈｚ、動倍率２．５倍、共振倍率は平均的に１２ dB(ロスファクタη＝０．２５)の測定結果が得られた。
【００４７】
実施例２においてはゴム板の幅は７．５ｍｍ、厚さ４．０ｍｍ、円弧長さ１５ｍｍ。コイルバネのバネ定数は６．９０Ｎ/ｍｍ、ゴム板のバネ定数は５．７２〜７．２９Ｎ/ｍｍ、合計バネ定数は１２．６２〜１４．１９Ｎ/ｍｍであった。固有振動数８〜６Ｈｚ、動倍率１．８〜２．０倍、共振倍率は平均的に１３ dB(η＝０．２２) の測定結果が得られた。
【００４８】
実地例３においては単位ゴム板の幅は７．５ｍｍ、厚さ５．０ｍｍ、円弧長さ１５ｍｍ。コイルバネのバネ定数は１４．２０Ｎ/ｍｍ、単位ゴム板のバネ定数は７．９８〜１４．１９Ｎ/ｍｍ、合計バネ定数は２２．１８〜２８．３９Ｎ/ｍｍであった。固有振動数６〜７．５Ｈｚ、動倍率１．５〜２．０倍、共振倍率は平均的に１５〜１７dB(η＝０．１４〜０．１７) の測定結果が得られた。
【００４９】
実施例４においては単位ゴム板の幅は７．５ｍｍ、厚さ６．０ｍｍ、円弧長さ１８ｍｍ。コイルバネのバネ定数は２５．６Ｎ/ｍｍ、単位ゴム板のバネ定数は２４．４６〜２７．４６Ｎ/ｍｍ、合計バネ定数は５０．４８〜５３．０６Ｎ/ｍｍであった。固有振動数５．８〜８Ｈｚ、動倍率は１．７〜１．８倍、共振倍率は平均的に１８dB(η＝０．１２)が得られた。除振ユニットの1個の大きさは許容支持質量が５〜２０ｋｇにて外径Φ４２、組立時高さ３６ｍｍ、許容負荷支持時の高さ２２ｍｍ、許容支持質量４０ｋｇにて外径Φ４８ｍｍ、組立時高さ４４．６ｍｍ、許容支持質量時の高さ２９．６ｍｍである。高減衰の除振装置は往復動圧縮機、振動コンベヤー、プレス機械、液晶検査装置などに好んで使われる。
【００５０】
他方、送風機、ポンプなどの回転機械は衝撃力がなく、高減衰板バネを適用する必要がない。天然ゴムのように低減衰で動的倍率の小さいものとし、低固有振動数を得て振動伝達率を小さく出来る。すでに説明したように図１８に許容支持質量２０ｋｇについて天然ゴムを使用した場合の固有振動数を太線の破線で示す。高減衰ゴムに対して固有振動数が約２０％低減している。
【００５１】
コイルバネの高さhと中心径dの比率(h/d)を２以下とし機械支持時の安定性を確保してある。２段重ねしても除振材の座屈は無く安定的に機械を支持できる。２段重ねすれば固有振動数が４．２〜５．６Ｈｚとなり機械、床の振動数７〜１０Ｈｚの振動が除振できる。
【符号の説明】
【００５２】
１、１２、１３……ゴムシート
１ａ、１２ａ、１３ａ……コイルバネ用逃げ穴
１ｂ、１２ｂ、１３ｂ……ゴムシート裁断の案内溝
２……コイルバネ
３、３１、３２、３３、４、４１、４２……単位ゴム板
３ａ、３１ａ、３２ａ、３３ａ、４ａ、４１ａ、４２ａ……コイルバネ受け用凹部
３ｂ、３１ｂ、３２ｂ、３３ｂ……連結部
３ｃ、３１ｃ、４ｃ、４１ｃ……スリット
３ｄ、３１ｄ、４ｄ、４１ｄ……ビスナット用穴
５……ビスナット
６……接着面
１０……除振装置
１００、１０１、１０２……除振ユニット
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体製造検査装置、電子顕微鏡、空気圧縮機、真空ポンプ、プレス機械、ピアノ等の精密機器、産業機械、音響機器等を除振する除振装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
除振材として防振ゴム、コイルバネ、空気バネなどが使われているが、これらの除振材は機械を点支持する発想で設計されている。除振設計時点で機械質量、重心位置、加振力、床剛性、機械揺れ許容値、床振動許容値などの設計要因が把握しきれずに、一旦、仮の除振材を試用してその結果により、除振材の交換、据付位置の移動を行う場合がある。点支持であると除振材の交換、移動に手間を要する。また１支持点当りの支持質量が大きくなり平面寸法、高さが大きくなる。
【０００３】
防振ゴムはもっとも多く使われている除振材である。小型軽量、安価であり振動減衰能もあり、使い易いが、バネ作用が硬く、除振性能に劣る。また支持質量の小さい質量領域においては防振ゴムが小型となり、低い固有振動数が得られない。
【０００４】
以下、図２２に示した系について除振材の除振作用を説明する。
図中のMaは支持する機械、Dは除振材、Floorは床を表している。支持する機械Maの振動周波数又は床Floorの振動周波数をｆ(Ｈｚ)、除振材の動バネ定数をｋｄ（Ｎ／M）、除振材のロスファクタをη、支持質量をｍ(ｋｇ)、衝撃応答振幅の初期値をｚ０(M)とすると、系の固有振動数ｆｎ（Ｈｚ）、振動伝達率Ｔｒ、衝撃応答振幅ｚ（M）はそれぞれ式（１）、（２）、（３）で表される。但し括弧内のＭはメートルである。
【数１】
【数２】
【数３】
【０００５】
代表的なコイルバネ、防振ゴムの振動伝達率の周波数特性を図２３に、また衝撃応答を図２４に示す。これらの図において、ａはコイルバネの特性、ｂは防振ゴムの特性である。
図２３に示すように固有振動数が低いと除振対象となる周波数領域（例えば２０〜４０ Ｈｚ）での振動伝達率Ｔｒは小さくなり除振性能が良くなる。
【０００６】
コイルバネと粘弾性体を組合せた様々な構造の除振装置が提案されているが（例えば特許文献１）、いずれも点支持構造のものである。点支持の場合、支持質量を大きくしようとすると大型となり、除振装置の高さが増大する。
【０００７】
空気バネは圧縮空気の柔らかいバネ作用と空気の絞り効果による振動減衰能を持ち、除振性能に優れるが、構造上大型、高価となり汎用性に欠ける。
【０００８】
コイルバネはバネ作用が柔らかく支持質量に関係なく低い固有振動数が得られて除振性能に優れているが、振動減衰能が小さい。減衰が小さいと図２３のグラフのピーク値（共振倍率）は大きくなる。また、式（３）あるいは図２４に示される衝撃応答振幅の収束が遅くなる。
【０００９】
機械等を工場内に設置する場合、当然ながら除振材を含めた高さが工場内に収容可能でなければならない。加えて付属する配管、ダクト等も考慮すると、除振材の高さは低ければ低いほど望ましいのは言うまでもない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００４−３２４６５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は小型で高さが低く、床振動を絶縁する、または機械振動等を床に伝えない簡便で安価な線支持又は面支持の除振装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するため、本発明の第１の実施態様は、複数の同径の穴を打ち抜いた可撓性・弾性シートの前記穴にそれぞれコイルバネを貫通配置し、各コイルバネの軸方向両端側に、前記コイルバネの外径に対応する領域を連結部を残して囲み、その内側に前記領域に対応する島部を形成する互いに対向する一対のスリットを形成した一組の単位ゴム板を配置し、前記一組の単位ゴム板の各島部でこれらの間にある前記コイルバネを圧縮しつつ前記スリットの外側の部分で前記ゴムシートを挟みこれらを貫通するビスナット又はリベットで一体に固定してなる除振ユニットよりなることを特徴としている。
なお、以下の説明において、本発明の除振装置の１個のコイルバネを一組の単位ゴム板で可撓性弾性シートに固定した単位を「除振ユニット」と称する。
【００１３】
また本発明の第２の実施態様は、第１の実施態様において前記各コイルバネのバネ定数は３〜３０N/mm、前記単位ゴム板の各島部のバネ定数は３〜３５N/mmであり、前記コイルバネとこのコイルバネを挟む一対の島部の合成バネ定数は６〜６５N/mmであり、除振ユニット１個のコイルバネの支持質量が４０ｋｇ以下であることを特徴としている。
【００１４】
本発明の第３の実施態様は、前記除振ユニットの単位ゴム板は円板状であり、円弧状のスリットが２本同心円上に互いに対向するように形成されていることを特徴としている。
【００１５】
本発明の第４の実施態様は前記単位ゴム板が矩形状であり、コの字状のスリットが２本、矩形の相対する２辺に沿ってそれぞれ中心を挟んで対向して形成されていることを特徴としている。
【００１６】
本発明の第５の実施態様は、複数の同寸法方形穴を打ち抜いた可撓性弾性シートの前記方形穴にそれぞれコイルバネを貫通配置し、各コイルバネの上下両端を、中央が前記コイルバネの外径に対応する円形の凹部を有する短冊状の単位ゴム板の前記凹部に係合させ、前記単位ゴム板を介して前記コイルバネを圧縮しつつ、前記単位ゴム板を前記可撓性弾性シートに当接させて、前記可撓性弾性シートの方形穴を挟む位置で、これらを貫通するビスナット又はリベットで一体に固定してなることを特徴としている。
【００１７】
本発明の第６の実施態様は、第５の実施態様においてコイルバネを挟む１組の単位ゴム板の両端がビスナット又はリベットで一体に固定するのではなく、ゴム金型により単位ゴム板成型時に一体成型されるものであり、前記可撓性弾性シートには接着剤により一体化されたものであることを特徴としている。
【００１８】
本発明の第７の実施態様は、第１ないし第６の実施態様のいずれかにおいて各除振ユニットのコイルバネの高さとコイルバネの中心径の比（コイルバネの高さ／コイルバネの中心径）が２以下であることを特徴としている。
【００１９】
本発明の第８の実施態様は、第１ないしは第６の実施態様のいずれかにおいて各除振ユニットのコイルバネの固有振動数が４．５〜８．５Hzであることを特徴としている。
【００２０】
本発明の第９の実施態様は、第１ないし第８の実施態様のいずれかにおいて各除振ユニットの高さは質量無負荷時にて５０ｍｍ以下であることを特徴としている。
【００２１】
本発明の第１０の実施態様は、第１ないし第９の実施態様のいずれかにおいて円形もしくは方形穴が打ち抜かれた可撓性弾性シートに、除振ユニットを個々に分離するための裁断用の溝が付けられていることを特徴としている。
裁断用の溝は、格子状に形成され、コイルバネが貫通する穴は溝で囲まれた矩形の領域の中心に形成されることが望ましい。
可撓性弾性シートとしては、ゴムシートやプラスチックシートが例示される。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の除振装置は、コイルバネ主体の除振ユニットを集合した構造となっているため、支持質量が小さくとも防振ゴムと比べて小さい固有振動数が得られる。また、単位ゴム板の曲げ、せん断変形により振動減衰能が付加される。除振ユニット１個当たりの許容質量を抑制し、複数個の除振ユニットを集合した結果、高さの低い除振材が得られ、支持質量に応じて集合している除振シートを裁断して任意個数の除振ユニットを使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１実施形態である除振装置の概略構造を示す図である。
【図２】図１におけるＸ−Ｘ線の矢印方向よりみた断面模式図である。
【図３】本発明の第１実施形態である除振装置の除振ユニットの概略構造を示す図である。
【図４】本発明の第１実施形態である図３の除振ユニットをＹ軸方向からみた側面図である。
【図５】本発明の第１実施形態である図３の除振ユニットをＸ軸方向からみた側面図である
【図６】本発明の第１実施形態である除振装置を構成する除振ユニットの単位ゴム板の平面図である。
【図７】本発明の第１実施形態である除振装置を構成する除振ユニットの単位ゴム板の平面図である図６のＢ−Ｂ線方向からみた断面図である。
【図８】本発明の第１実施形態である除振装置を構成する除振ユニットのコイルバネの側面図である。
【図９】本発明の第１実施形態である除振装置を構成するゴムシートの平面図である。
【図１０】本発明の第１実施形態である除振装置を構成する除振ユニットの組み立て方法を示す図である。
【図１１】本発明の第１実施形態の変形例である除振ユニットを構成する単位ゴム板の平面図である。
【図１２】本発明の第１実施形態の変形例である除振ユニットを構成する単位ゴム板の平面図である図１１のＢ−Ｂ線断面図である。
【図１３】本発明の第２実施形態である除振装置の除振ユニットの概略構造を示す図である。
【図１４】本発明の第２実施形態である除振装置の除振ユニットのＹ軸方向からみた概略構造を示す図である。
【図１５】本発明の第３実施形態である除振装置の除振ユニットの概略構造を示す図である。
【図１６】本発明の第３実施形態である除振装置の除振ユニットの概略構造を示す図である図１５のＢ−Ｂ線断面図である。
【図１７】本発明の除振ユニットの作用を説明する図である。
【図１８】本発明の実施例と比較例の支持質量と固有振動数の関係を示す図である。
【図１９】本発明の実施例と比較例の支持質量と高さの関係を示す図である。
【図２０】本発明の実施例と比較例との振動伝達率の周波数特性を示す図である。
【図２１】本発明の実施例と比較例との衝撃応答特性を示す図である。
【図２２】除振を対象とするシステムを示す図である。
【図２３】代表的なコイルバネ、防振ゴムの振動伝達率の周波数特性を示す図である。
【図２４】代表的なコイルバネ、防振ゴムの衝撃応答の特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明の除振装置を、除振対象となる機器の設置面積が１ｍ×１ｍ、機器の質量が１，０００ｋｇのシステムに適用する場合について説明する。この機器は、本発明が適用される除振対象としては最も重い部類に属するものである。
この実施の形態では、複数の除振ユニットを直列に配列させた除振装置が、除振対象機器の外周部分に沿って設置される。この除振装置の幅は５ｃｍであり、除振ユニットの大きさは５ｃｍ×５ｃｍである。設置対象の機器の外周の総長さは１００ｃｍ×２＋（１００ｃｍ−５ｃｍ−５ｃｍ）×２＝３８０ｃｍであるが、偏重心に対応する除振ユニットの配置を１０ｃｍに１個ずつとして、この総長さの１／２だけに配置するとすれば１９０ｃｍの周長が有効設置長となる。従って、１９０ｃｍ÷５ｃｍ＝３８個の除振ユニットが配置されることになる。機械質量が１，０００ｋｇであるから、１，０００ｋｇ÷３８個＝２６．３ｋｇ、すなわち、除振ユニット１個あたり２６．３ｋｇの質量支持容量があればよいことになる。余裕をみて１個の除振ユニットが４０ｋｇを最大の支持容量とする。
【００２５】
１ｍ×１ｍの床面積において、最も軽い部類に属する機器の質量は４０ｋｇである。この場合、機器の重心のバランス取りを考え、８点支持とすれば、４０ｋｇ÷８個＝５ｋｇ／個の支持質量となる。なお、除振ユニット１個あたりの支持質量の下限は２ｋｇ程度である。
【００２６】
本発明の実施形態では、除振ユニットの支持質量を２〜４０ｋｇ／個、固有振動数を６〜８Ｈｚ位に抑制することにより小型化を図ることができる。設置平面積は５ｃｍ×５ｃｍ、質量支持時の高さを４０ｍｍ以下とすることが望ましい。固有振動数が４．５〜８．５Ｈｚであれば機械、あるいは床の振動数１５Ｈｚ以上の振動を除振できる。一般に問題となるのは周波数１５Ｈｚ以上の振動であるから大半の振動問題はこの実施形態により解決することができる。ちなみに、防振ゴムでは支持質量４０ｋｇ以下の場合、防振ゴムが小型になり、固有振動数８Ｈｚ以下とすることができない。
【００２７】
また除振ユニットの支持質量を２〜４０ｋｇとして所定の高さ範囲で除振ユニットのバネ定数を求めると６〜６５N/mmとなる。本発明では、コイルバネと単位ゴム板２枚で分担するので、コイルバネのバネ定数は３〜３０N/mm、単位ゴム板のバネ定数は３〜３５N/mmとなる。
【００２８】
本発明の除振装置は、可撓性弾性シートを裁断して任意の複数の除振ユニットで構成することができるので、重心取り、質量見積もり誤差の修正が容易であるとともに質量支持時の高さを４０ｍｍ以下とすることができ、除振対策が容易となる。除振効果を一層高めるには除振装置を２段重ねにすれば理論的に固有振動数が√２分の１と低くなる。
【００２９】
以下、図面を参照して本発明の第１の実施形態を詳細に説明する。
図１〜２４において、同一の部位には共通の符号を付して重複する説明は省略する。
図１は、本発明の除振ユニット１００が縦４個×横４個、合計１６個集合した除振装置１０の平面図、図２は、図1のＸ−Ｘ線断面図である。また図３は、各除振ユニットの平面図、図４は、図３のＹ軸方向から側面図、図５は、Ｘ軸方向からみた側面図である。
【００３０】
これらの図に示した本発明の第１の実施形態は、複数の同径の穴（コイルバネの逃げ穴）１ａを打ち抜いたゴムシート１と、ゴムシートの穴１ａ内にそれぞれ貫通するように伸縮方向をゴムシート１の面と直交させて配置された中心径／高さが２以下のコイルバネ２と、ゴムシート１の両面に、それぞれのコイルバネ２を挟んで配置された単位ゴム板３，４と、単位ゴム板３、ゴムシート１、単位ゴム板４を貫通して、これらを一体に固定するビスナット５から構成されている。
単位ゴム板３，４のゴムシート１の各穴１ａに対応する位置には、コイルバネ２の外径に対応する領域を連結部３ａ，４ａを残して囲み、内側に島部Ａ3、Ａ4を形成した一対のスリット３ｃ、４ｃが形成されている。
単位ゴム板３，４は、コイルバネ２を押し縮めた状態で連結部３ｂ、４ｂがゴムシート１に両面側から当接されビスナット５で固定されている。単位ゴム板３，４の連結部３ｂ、４ｂはコイルバネ２の弾発力により引き伸ばされて、島部Ａ3、Ａ4は、図４，図５に示すように、ゴムシート１の面から離れた状態になっている。
次に、この実施形態の組立方法について説明する。
図６は、この実施形態に使用する単位ゴム板の平面図、図７はそのB−B線に沿う断面図、図８はコイルバネの側面図、図９はゴムシートの平面図、図１０は組立図である。
【００３１】
この実施形態では、図９に示すように、ゴムシート１に格子状に溝１ｂが形成され、溝１ｂで区画された矩形領域の中心にコイルバネ２が配置される複数の逃げ穴１ａが形成され、各逃げ穴１ａを挟んで一対のビスナット穴１ｄが形成されている。
また、図６，図７に示すように、単位ゴム板３，４には、それぞれ片面にコイルバネ受け用凹部３ａ，４ａが形成され、その外側に連結部３ｂ，４ｂを残して同心円上に円弧状のスリット３ｃ，４ｃが形成されている。スリット３ｃ，４ｃの中央部の外側にはゴムシート１のビスナット穴１ｃに対応するビスナット穴３ｄ，４ｄが形成されている。
これらの単位ゴム板３，４とゴムシート１は図１０に示すように単位ゴム板３、ゴムシート１、単位ゴム板４の順にビスナット穴を一致させて重ね、ビスナット穴３ｄ，４ｄにビスナットを挿通させて、これらを一体に共締めする。
次に、単位ゴム板３，４のスリット３ｃ，４ｃの内側部分（島部）を引伸ばしつつ持ち上げて、その中に、両端が凹部３ａ，４ａに係合するようにして圧縮させたコイルバネ２を挿入する。
【００３２】
このようにして組立てられた除振装置では、コイルバネ２は引張変形可能な単位ゴム板２枚の凹部３ａ、４ａで嵌め合っているため着脱可能であり、分担する支持質量に合わせてバネ定数の合ったコイルバネを選択し、除振ユニット１００を分解することなく着脱交換することができる。
【００３３】
ゴムシート１により各除振ユニットが集合連結されている。ゴムシート１には裁断用の溝１ｂを設け、必要ユニット数に切り分ける際、容易に切り分けできるようにしてもよい。
【００３４】
上述した防振ユニットでは単位ゴム板は円板状であるが、方形板である例を図１１に示す（第１実施形態の変形例）。図１１に示すように単位ゴム板（３１、４１）は方形（矩形状）であり、スリット３１ｃ（４１ｃ）はコの字状である。図１１のＢ−Ｂ線より見た断面図を図１２に示している。
【００３５】
図１３は第２の実施形態である除振装置を構成する除振ユニット１０１を示す平面図であり、図１４はこの防振ユニット１０１のＹ軸方向の側面図である。この実施形態では、ゴムシート１２に設けられたコイルバネの逃げ穴１２ａは矩形状であり、単位ゴム板は中央がコイルバネ収容用凹部３２ａ（４２ａ）を持つ短冊状である。この例では水平方向のX方向、Y方向に対して異なるバネ定数となる。Y方向はコイルバネの曲げ、せん断変形が主体であるが、X方向は単位ゴム板の変形にコイルバネの圧縮成分が含まれるためにY方向よりもバネ定数が大きくなる。
【００３６】
バネ定数には静バネ定数、動バネ定数の２種類がある。弾性体をゆっくり加力した場合のバネ定数を静バネ定数、振動が作用した状態のバネ定数を動バネ定数という。動バネ定数を静バネ定数で除した比率を動倍率と言う。単位ゴム板を付加した場合に振動減衰能、すなわちロスファクタηが同一であれば動倍率が小さいほど小さい固有振動数が得られて除振効果が大きい。
【００３７】
コイルバネにおいては式（１）のロスファクタはおおむねη＝0.01以下であり、また、静バネ定数と動バネ定数はほぼ等しい、とみなすことができるので動倍率は1である。本発明においては単位ゴム板が圧縮変形ではなく曲げ、せん断変形であるために断面積に比較して長さ寸法が大きくできること、また、横弾性係数は縦弾性係数の約1/3であることから、単位ゴム板の静バネ定数は小さい値が得られる。また、曲げ、せん断変形は圧縮変形に比較して分子間の間隔変位が小さいため動倍率は小さく、したがって、小さい動バネ定数が得られる。
【００３８】
式（１）の定数kdはコイルバネのバネ定数とゴム板のバネ定数の和である。前項に述べられているように動倍率1のコイルバネに付加される単位ゴム板の動バネ定数が小さいため式（１）の固有振動数の増大は少なく、式（２）の振動伝達率が小さくなる。また、本発明においては図１７に示すように垂直方向に圧縮荷重Pが加わると除振ユニットの幅Dが拡幅して、ゴムシート３が引張変形し、更にゴムシートのバネ定数、振動減衰能が付加される。
【００３９】
図１５は図１４の第２の実施形態である除振装置を構成する除振ユニットの単位ゴム板３３、４３が短冊状の両端の連結部３３ｂで単位ゴム板成型時に一体成型されている構造である。単位ゴム板とゴムシート１３との結合は接着面６で接着された構造であり、ビスナットまたはリベットを含まない。この場合も実施例２の場合と同様コイルバネの逃げ穴１３ａは矩形状である。
【００４０】
除振ユニットの高さを４０ｋｇの最大支持質量を持つ実施例4について以下に示す。
HO＝δST＋Ha＋δs＋２ｔ（mm）……………………………（４）
HO：除振ユニットの無負荷時の高さ mm
δST：静的たわみ
固有振動数を４．５〜８．５Hzに抑制して必要なδSTを、動的バネ定数が静バネ定数よりも硬くなることを考慮して最大支持質量４０ｋｇ作用時にて１５ｍｍとした。
もし従来品のように固有振動数を３．５Hzとする場合、δST は ４０〜６０mm必要である。
Ha ：コイルバネの密着高さ（40 kgのときHa＝17.6mm）
δs ：コイルバネが１５mm撓んだ時、密着しないための余裕（５ｍｍ）。
ｔ ：コイルバネが挿入されている単位ゴム板の厚さ（３．５mm）。
HO＝１５mm＋１７．６mm＋５mm＋７mm＝４４．６mm
４０ｋｇ作用時の高さHは
H＝４４．６mm−１５mm＝２９．６mm
実施例１、２、３はコイルバネの線径が細くて密着高さが低いことなどから、最大支持質量５ｋｇ、１０ｋｇ、２０kgにおける高さは２２mmとなる。
【００４１】
除振ユニットすなわち単位ゴム板付きコイルバネはゴムシートにより複数個集合されている。一般に機械の据付においては、機械下の除振材据付部は高さの制限はあるが平面的には余裕があり、広い面支持が可能である。シートをT形、L形、長方形などに裁断してコイルバネが均等にたわむように配列すれば、除振材のレベル調整機構が不要となる。均等なたわみが得られる結果、使用するコイルバネ個数を最小限にして最大のたわみを得ることが出来る。この結果、最小の固有振動数が得られて良好な除振性能が得られる。
【実施例】
【００４２】
図1の構造を持つ除振ユニットの許容支持質量５ｋｇ（実施例１）、１０ｋｇ（実施例２）、２０ｋｇ（実施例３）、４０ｋｇ（実施例４）の除振ユニットに、許容値の５０％〜１００％までを負荷した場合の固有振動数を太い実線で図１８に示す。実施例１が符号番号ａ、実施例２が符号番号ｂ、実施例３が符号番号ｃ、実施例４が符号番号ｄである。単位ゴム板の材質は高減衰合成ゴムである。実施例５は実施例３の高減衰ゴムを天然ゴムに置き換えたものである。（符号番号：ｅ）。実施例５では減衰能は小さく共振倍率は２８dB、η＝０．０４であるが、動倍率は小さいため１０ｋｇの支持質量で６．５Ｈｚ、２０ｋｇで４．８Ｈｚの低固有振動数が得られている。
【００４３】
高減衰ゴムの実施例１〜４の場合、平均的にほぼ６．０ Hz（許容支持質量の１００％）〜８Ｈｚ（許容支持質量の５０％）の結果が得られた。これは防振ゴムの約1/2の固有振動数、すなわち、防振ゴムの1/4の動バネ定数に相当する。また各除振ユニットの支持質量が８０％のときの高さを図１９に示す。図１９においても各実施例に対応する符号番号は同じである。
【００４４】
実施例１〜４の固有振動数を平均的に7Hz、ロスファクタηを０．１８とみなした場合の振動伝達率の周波数特性を符号番号ｃとして図２０に、衝撃応答の波形を図２１に示す。
【比較例】
【００４５】
比較例として小型除振ゴム（比較例１）φ１５×１７．８、φ２０×２１．４、φ３０×２９．６、の平均的固有振動数を１２Ｈｚ、ロスファクタηを０．１、および、普及型コイルバネ（比較例２）の固有振動数を４．５Ｈｚ、ロスファクタηを０．０１と見なした場合の振動伝達率の周波数特性を図２０（小型除振ゴム符号番号ｂ、普及型コイルバネ符号番号ａ）に、衝撃応答の波形を図２１にあわせて示す。
【００４６】
図２０、図２１に示されるように実施例１〜４の最大支持質量４０ｋｇ以下において、防振ゴムと普及型コイルバネの中間の固有振動数を持つものが測定された。実施例１の単位ゴム板は図１の円形であるがその断面寸法は幅７．５ｍｍ、厚さ３．７ｍｍ、円弧長さ１５ｍｍである。コイルバネのバネ定数は３．２３Ｎ/ｍｍ、単位ゴム板のバネ定数は支持質量により変化し３．８９〜５．１０Ｎ/ｍｍ、合計バネ定数は７．１２〜８．３３Ｎ/ｍｍであった。固有振動数は６．５〜８．５Ｈｚ、動倍率２．５倍、共振倍率は平均的に１２ dB(ロスファクタη＝０．２５)の測定結果が得られた。
【００４７】
実施例２においてはゴム板の幅は７．５ｍｍ、厚さ４．０ｍｍ、円弧長さ１５ｍｍ。コイルバネのバネ定数は６．９０Ｎ/ｍｍ、ゴム板のバネ定数は５．７２〜７．２９Ｎ/ｍｍ、合計バネ定数は１２．６２〜１４．１９Ｎ/ｍｍであった。固有振動数８〜６Ｈｚ、動倍率１．８〜２．０倍、共振倍率は平均的に１３ dB(η＝０．２２) の測定結果が得られた。
【００４８】
実地例３においては単位ゴム板の幅は７．５ｍｍ、厚さ５．０ｍｍ、円弧長さ１５ｍｍ。コイルバネのバネ定数は１４．２０Ｎ/ｍｍ、単位ゴム板のバネ定数は７．９８〜１４．１９Ｎ/ｍｍ、合計バネ定数は２２．１８〜２８．３９Ｎ/ｍｍであった。固有振動数６〜７．５Ｈｚ、動倍率１．５〜２．０倍、共振倍率は平均的に１５〜１７dB(η＝０．１４〜０．１７) の測定結果が得られた。
【００４９】
実施例４においては単位ゴム板の幅は７．５ｍｍ、厚さ６．０ｍｍ、円弧長さ１８ｍｍ。コイルバネのバネ定数は２５．６Ｎ/ｍｍ、単位ゴム板のバネ定数は２４．４６〜２７．４６Ｎ/ｍｍ、合計バネ定数は５０．４８〜５３．０６Ｎ/ｍｍであった。固有振動数５．８〜８Ｈｚ、動倍率は１．７〜１．８倍、共振倍率は平均的に１８dB(η＝０．１２)が得られた。除振ユニットの1個の大きさは許容支持質量が５〜２０ｋｇにて外径Φ４２、組立時高さ３６ｍｍ、許容負荷支持時の高さ２２ｍｍ、許容支持質量４０ｋｇにて外径Φ４８ｍｍ、組立時高さ４４．６ｍｍ、許容支持質量時の高さ２９．６ｍｍである。高減衰の除振装置は往復動圧縮機、振動コンベヤー、プレス機械、液晶検査装置などに好んで使われる。
【００５０】
他方、送風機、ポンプなどの回転機械は衝撃力がなく、高減衰板バネを適用する必要がない。天然ゴムのように低減衰で動的倍率の小さいものとし、低固有振動数を得て振動伝達率を小さく出来る。すでに説明したように図１８に許容支持質量２０ｋｇについて天然ゴムを使用した場合の固有振動数を太線の破線で示す。高減衰ゴムに対して固有振動数が約２０％低減している。
【００５１】
コイルバネの高さhと中心径dの比率(h/d)を２以下とし機械支持時の安定性を確保してある。２段重ねしても除振材の座屈は無く安定的に機械を支持できる。２段重ねすれば固有振動数が４．２〜５．６Ｈｚとなり機械、床の振動数７〜１０Ｈｚの振動が除振できる。
【符号の説明】
【００５２】
１、１２、１３……ゴムシート
１ａ、１２ａ、１３ａ……コイルバネ用逃げ穴
１ｂ、１２ｂ、１３ｂ……ゴムシート裁断の案内溝
２……コイルバネ
３、３１、３２、３３、４、４１、４２……単位ゴム板
３ａ、３１ａ、３２ａ、３３ａ、４ａ、４１ａ、４２ａ……コイルバネ受け用凹部
３ｂ、３１ｂ、３２ｂ、３３ｂ……連結部
３ｃ、３１ｃ、４ｃ、４１ｃ……スリット
３ｄ、３１ｄ、４ｄ、４１ｄ……ビスナット用穴
５……ビスナット
６……接着面
１０……除振装置
１００、１０１、１０２……除振ユニット
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の同径の穴を打ち抜いた可撓性弾性シートの前記穴にそれぞれコイルバネを貫通配置し、各コイルバネの軸方向両端側に、前記コイルバネの外径に対応する領域を連結部を残して囲みその内側に前記領域に対応する島部を形成する互いに対向する一対のスリットを形成した１組の単位ゴム板を、それぞれ配置し、前記一組の単位ゴム板の各島部でこれらの間にある前記コイルバネを圧縮しつつ前記スリットの外側の部分で前記可撓性弾性シートを挟みこれらを貫通するビスナット又はリベットで一体に固定してなる除振ユニットよりなることを特徴とする除振装置。
【請求項２】
前記各コイルバネのバネ定数が３．０〜３０Ｎ／ｍｍ、前記単位ゴム板の各島部のバネ定数が３．０〜３５Ｎ／ｍｍ前記コイルバネとこのコイルバネを挟む一対の島部の合成バネ定数は６．０〜６５Ｎ／ｍｍである除振装置であり、コイルバネ１個を含む除振ユニット１個のコイルバネの支持質量が２〜４０ｋｇ以下であることを特徴とする請求項１記載の除振装置。
【請求項３】
前記除振ユニットの単位ゴム板が円板状であり、円弧のスリットが２本施されたものであることを特徴とする請求項１または請求項２記載の除振装置。
【請求項４】
前記単位ゴム板が矩形状であり、コの字状のスリットが矩形の島部を形成するように島部の中心に対して対向して２本施されたものであることを特徴とする請求項１または請求項２記載の除振装置。
【請求項５】
複数の同寸法方形穴を打ち抜いた可撓性弾性シートの前記方形穴にそれぞれコイルバネを貫通配置し、各コイルバネの上下両端を、中央が前記コイルバネの外径に対応する円形の凹部を有する短冊状の単位ゴム板に前記凹部に係合させ、前記単位ゴム板を介して前記コイルバネを圧縮しつつ、前記単位ゴム板を前記可撓性弾性シートに当接させ、前記可撓性弾性シートの方形穴を挟む位置で、これらを貫通するビスナット又はリベットで一体に固定してなることを特徴とする除振装置。
【請求項６】
前記単位ゴム板がビスナット又はリベットで一体に固定するのではなく、ゴム金型による単位ゴム板成型時に一体成型され、前記可撓性弾性シートには接着剤により一体化されたものであることを特徴とする請求項５記載の除振装置。
【請求項７】
前記コイルバネの高さとコイルバネの中心径の比（コイルバネの高さ／コイルバネの中心径）が２以下であることを特徴とする請求項１ないし請求項６記載の除振装置。
【請求項８】
前記コイルバネの固有振動数が４．５〜８．５Hzであることを特徴とする請求項１ないし請求項７記載の除振装置。
【請求項９】
前記コイルバネの位置する部位の高さは５０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１ないし請求項８記載の除振装置。
【請求項１０】
円形もしくは方形穴が打ち抜かれた前記可撓性弾性シートに裁断用の溝が付けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項９記載の除振装置。
【請求項１】
複数の同径の穴を打ち抜いた可撓性弾性シートの前記穴にそれぞれコイルバネを貫通配置し、各コイルバネの軸方向両端側に、前記コイルバネの外径に対応する領域を連結部を残して囲みその内側に前記領域に対応する島部を形成する互いに対向する一対のスリットを形成した１組の単位ゴム板を、それぞれ配置し、前記一組の単位ゴム板の各島部でこれらの間にある前記コイルバネを圧縮しつつ前記スリットの外側の部分で前記可撓性弾性シートを挟みこれらを貫通するビスナット又はリベットで一体に固定してなる除振ユニットよりなることを特徴とする除振装置。
【請求項２】
前記各コイルバネのバネ定数が３．０〜３０Ｎ／ｍｍ、前記単位ゴム板の各島部のバネ定数が３．０〜３５Ｎ／ｍｍ前記コイルバネとこのコイルバネを挟む一対の島部の合成バネ定数は６．０〜６５Ｎ／ｍｍである除振装置であり、コイルバネ１個を含む除振ユニット１個のコイルバネの支持質量が２〜４０ｋｇ以下であることを特徴とする請求項１記載の除振装置。
【請求項３】
前記除振ユニットの単位ゴム板が円板状であり、円弧のスリットが２本施されたものであることを特徴とする請求項１または請求項２記載の除振装置。
【請求項４】
前記単位ゴム板が矩形状であり、コの字状のスリットが矩形の島部を形成するように島部の中心に対して対向して２本施されたものであることを特徴とする請求項１または請求項２記載の除振装置。
【請求項５】
複数の同寸法方形穴を打ち抜いた可撓性弾性シートの前記方形穴にそれぞれコイルバネを貫通配置し、各コイルバネの上下両端を、中央が前記コイルバネの外径に対応する円形の凹部を有する短冊状の単位ゴム板に前記凹部に係合させ、前記単位ゴム板を介して前記コイルバネを圧縮しつつ、前記単位ゴム板を前記可撓性弾性シートに当接させ、前記可撓性弾性シートの方形穴を挟む位置で、これらを貫通するビスナット又はリベットで一体に固定してなることを特徴とする除振装置。
【請求項６】
前記単位ゴム板がビスナット又はリベットで一体に固定するのではなく、ゴム金型による単位ゴム板成型時に一体成型され、前記可撓性弾性シートには接着剤により一体化されたものであることを特徴とする請求項５記載の除振装置。
【請求項７】
前記コイルバネの高さとコイルバネの中心径の比（コイルバネの高さ／コイルバネの中心径）が２以下であることを特徴とする請求項１ないし請求項６記載の除振装置。
【請求項８】
前記コイルバネの固有振動数が４．５〜８．５Hzであることを特徴とする請求項１ないし請求項７記載の除振装置。
【請求項９】
前記コイルバネの位置する部位の高さは５０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１ないし請求項８記載の除振装置。
【請求項１０】
円形もしくは方形穴が打ち抜かれた前記可撓性弾性シートに裁断用の溝が付けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項９記載の除振装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【公開番号】特開２０１２−６２９８２（Ｐ２０１２−６２９８２Ａ）
【公開日】平成２４年３月２９日（２０１２．３．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２０８７９９（Ｐ２０１０−２０８７９９）
【出願日】平成２２年９月１７日（２０１０．９．１７）
【出願人】（５１０２５０７００）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月２９日（２０１２．３．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月１７日（２０１０．９．１７）
【出願人】（５１０２５０７００）
【Ｆターム（参考）】
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