JPS61252928A - 防振ゴム併用空気ばねシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ホログラフィセット、電子顕微鏡等のような
各種精密測定機器又は製造機械を設置した床から該精密
機器等に伝わる微細振動を遮断又は低減し機器等の精度
を維持するための空気ばねシステムに関するものである
。

【え立且遣 従来、周囲からの、特に床からの振動を防ぎ。

精密機器の測定精度又は製造機械の加工精度を維持又は
向上せしめるために空気ばねシステムが利用されている
− 従来の空気ばねシステムは、概略第１０図に図示する構
成が一般的である。つまり、空気ばねシステムｌは精密
機器２を担持する防振架台（定盤）４を有し、該防振架
台４が複数個の空気ばね６によっ□て床８上に支持され
る。空気ばね６は。

防振架台４に取付けられた止金具１０と、該止金具ｌＯ
にベローズ固定金具１２にて取付けられ上空気室１４を
形成するベローズ１６と、該ベローズ１６に固着され内
部に上空気室１８を画成し床８上に設置される下金具２
０とを有する。前記上空気室１４と上空気室１８は、下
金具２０の上面に形成した第２段オリフィス２４よって
連通される。

前記上空気室１８は止金具２０に設けられた第２段オリ
フィス２４を介して自動圧力調整弁２６と連通され、圧
縮空気の供給、排気がなされる。

該自動圧力調整弁２６は種々のものが使用されているが
、いずれにしても自動圧力調整弁２６のＯＮ＠ＯＦＦ作
用により、防振架台４上の機器２の水平精度（レベリン
グ精度）が正確に維持される０例えば自動圧力調整弁２
６の位置での高さ寸法を±５０〜±１００ルｍに調整可
能とし、又支持間隔すを１０００ｍｍとすると（０，１
〜０１２）／１ｏｏｏの水平度が達成される。

く　　しよ−　　　　、　へ Ｌ記構成の空気ばねシステム１において、空気ばね６に
水平方向成分の振動が作用するとベローズ１６に剪断力
Ｆが加わり、該ベローズ１６は第１１図の状態から第１
２図の状態へと変形される。従来、上空気室１４を形成
するベローズ１６は薄い補強布にゴムをコーティングし
た概略厚さが０．５〜１ｍｍの柔軟性に富む材料で作製
されており、成る大きさの剪断ばね定数Ｋｔｚを有して
いる。一般に空気ばねの剪断ばね定数Ｋｔは次式にて表
わされる。

Ｋｔ＝Ｋｔ、＋Ｋｔｚ ここで、Ｋｔ、は剪断力Ｆに基づく、つまり第１１図に
図示されるベローズの変位εによる左右のベローズ接触
長さの差に起因するばね定数であり１次式で表わされる
。

Ｋ　ｔ　Ｉ＝　Ｆ　／ε＝π２／　（８ＰＤｐ）このよ
うに、上記式で表わされる空気ばねの剪断ばね定数Ｋｋ
の値はある限度以下にはならず、該剪断ばね定数Ｋｔを
希望する値まで小さくすることができない、従って、次
式から理解されるように、空気ばね防振システムの水平
方向の固有振動数ｆｎｔが小さくならない。

ｆｎｔ＝　（１／２π）　・　　　ｔ／Ｍ）ここで、Ｍ
はばね上質量である。

従来、空気ばね防振システムの防振効果を評価するファ
クタとして、次の式で表わされる振動伝達率Ｔｒが採用
されている。

Ｔｒ＝１１／（１−（ｆ／ｆｎｔ）２）　　ｌここで、
ｆは防振対象の振動数で、ｆｎｔは空気ばね防振システ
ムの固有振動数である。

該振動伝達率Ｔｒは小さいことが好ましいが、上述から
分るように、従来の空気ばね防振システムではｆｎｔを
小とすることができず、水平方向の防振性能が向上しな
いという欠点があった。

例えば、有効断面積Ａｅ＝４５Ｃｍ２とした場合、固有
振動数ｆｎｔを２．５Ｈｚ以下とすることはできなかっ
た。防振性能上該固有振動数ｆｎｔは１．５Ｈｚ程度ま
で下げることが望まれている。

泉」ＬΩ」Ｌ節 従って、本発明の目的は、特に水平方向のばね定数を大
幅に低下せしめ、即ち、水平方向のばね作用を軟らかく
し、それにより固有振動数を小さくシ、特に水平方向の
防振性能を著しく向上せしめた空気ばねシステムを提供
することである。

−占　　　　　　　　　だ　　の 上記目的は本発明によって達成される。要約すれば本発
明は、所定圧力に保持された空気室を有する空気ばねと
、該空気ばねに対し直列態様で該空気ばねに連結された
防振ゴム手段とを具備することを特徴とする空気ばねシ
ステムである０本発明の一実施態様によると、防振ゴム
手段は空気ばねと定盤との間に配置され、又他の実施態
様によると、防振ゴム手段は床と空気ばねとの間に配置
される。

本発明の好ましい実施態様によると、防振ゴム手段は、
防振ゴムを防振ゴム下金具及び防振ゴム上金具で挟持し
て構成され、該防振ゴム下金具及び防振ゴム上金具は平
板状か、又は半球状とされる。

次に、本発明に係る空気ばねシステムについて図面を参
照して更に詳しく説明する。

第１図は本発明に係る空気ばねシステムの一実施例が部
分的に拡大して図示される０本発明に係る空気ばねシス
テムｌａは防振架台（定盤）４と床８との間に空気ばね
３０と、防振ゴム手段５０とを具備する０本実施例にお
いて、定盤４は防振ゴム手段５０に直接支持され、該防
振ゴム手段５０は空気ばね３０に担持される構成とされ
る。

第１図の実施例では、空気ばね３０は内部に空所を有し
上端が開口した空気ばね下金具３２と。

前記空気ばね下金具３２の上部開口端に配置され該空気
ばね下金具３２と協働して空気室３４を画成するベロー
ズ３６と、該ベローズ３６を空気ばね下金具３２の上端
に固定するベローズ押え金具３８とを有する。該空気室
３４内は圧縮空気が充填され圧力Ｐに保持されている。

前記ベローズ３６には空気ばね下金具４０が固着され、
防振ゴム手段５０が連結される。

防振ゴム手段５０は、防振ゴム５２を平板状の防振ゴム
下金具５４及び防振ゴム上金具５６で挟持して構成され
、防振ゴム下金具５４は連結軸５８にて上記空気ばね下
金具４０に固定的に連結され、又防振ゴム上金具５６は
直接定盤４に取付けられる。

次に、上記の如くに構成される空気ばねシステムｌａの
作用について説明する。

第２図に図示されるように、振動により空気ばね３０と
定盤４との間に相対水平方向運動が起り、第２図で空気
ばね３ｏが固定され定盤４が左方向へと移動したとする
と、水平方向力Ｆ及び垂直方向力（空気ばねの支持荷重
）Ｗによって空気ばね下金具４０及び防振ゴム手段５ｏ
は回転中心０１及び０２の回りに回転し防振ゴム手段５
０には剪断変形とねじれ変形が起る。勿論、振動により
空気ばね３０と定盤４との間に相対水平方向運動が起こ
る前は、第１図に図示されるように、水平方向力Ｆは発
生せず、垂直方向力（空気ばねの支持荷重）Ｗの作用線
上に空気ばね下金具４ｏ及び防振ゴム手段５０の回転中
心０１及びｏ２は位置しており、防振ゴム手段５０に剪
断変形とねじれ変形は起こらない。

今、防振ゴム手段５０．即ち、防振ゴム５２が丸形防振
ゴムであるとすると、防振ゴム手段５゜の水平方向、つ
まり剪断方向のばね定数Ｋｒ、及び垂直力Ｗの作用によ
るねじれ変形のねじればね定数に０は次式で表わされる
。

Ｋｒ＝Ｆ／δｒ　　　　　　　（１） Ｋθ＝Ｋｃ−ｄ２／１６　　　（２） ここで、Ｆ：水平力 δｒ：剪断変形量 ＫＣ：防振ゴムの圧縮ばね定数 ｄ：防振ゴムの直径 従ッて、本発明に係る空気ばねシステムｌａの総合ばね
定数Ｋｋは次の式で表わされる。

Ｋ　ｔ　＝　１　／　［（１／　Ｋ　ｂ　）　＋　（１
／　Ｋ　ｒ　）　＋（Ｊ１２　　（１＋ＡｅＰ／ＫｒＪ
ｌ）／　（Ｋｏ−ＡｅＰ文））］　　　　　　　　　　
（３）ここで、Ｋｂ：ベローズ単体の水平方向ばね定数
にθ：防振ゴムのねじればね定数 Ａｅ：空気ばね有効誉圧面積 Ｐ：空気ばね圧（Ｐ　＝　Ｗ　／　Ａ　ｅ　）見：回転
中心０１．０２間の距離 上記式（３）から理解されるように総合ばね定数Ｋｔは
ベローズ単体のばね定数Ｋｂより小さくなり１本発明に
係る空気ばねシステムは、空気ばねのみしか有しない、
つまり、ベローズの剪断変形しか起こらない従来の空気
ばねシステムに比較すると、斯るベローズの剪断変形に
更に防振ゴムの剪断変形及びねじれ変形が直列にて付加
され、その結果ばね作用がソフトになる。

第３図は、ベローズ単体の水平方向ばね定数Ｋｂと、大
型防振ゴム手段併用の本発明による空気ばねシステムの
ばね定数Ｋｋ（実測値及び計算値）との関係を示すグラ
フであるが、防振ゴム手段を併用することによりばね定
数が著しく低減していることが分かるであろう。

第３図から明らかなように１本発明の空気ばねシステム
においては圧力の増大と共にばね定数Ｋｔが減少してい
るが、これは空気ばね支持荷重Ｗ（＝　Ａ　ｅ　Ｐ）に
よるモーメントが第２図から分かるように、防振ゴム手
段５０が転倒、即ち１回転する方向に作用するからであ
る。

又、上記式（３）から回転中心０１．０２間の距離文、
即ち、連結軸５８の長さを大きくすれば、ばね定数Ｋｔ
はより小さいものとなる。従って１種々の長さの連結軸
５８を用意するか又はスペーサ（図示せず）により連結
軸の長さを変えることによりばね定数Ｋｔを微調整する
ことができる。しかしながら、防振ゴム手段５０の座屈
を防止するために、防振ゴムのねじればね定欽（Ｋθ）
は、Ｋθ＞ＷＺを満足する必要があり、従って連結軸５
８の長さにも限度がある０例えば防振ゴムのねじればね
定数にθが３０００ｋｇｏ　ａｍ／　ｒ　ａ　ｄ、支持
荷重Ｗが３５０ｋｇであるとすれば、文が８．５ｃｍ以
下となるように連結軸５８の長さを設定すべきである。

第４図は、本発明に係る空気ばねシステムの他の実施態
様を示す０本実施例の空気ばねシステムｌｂは第１図の
空気ばねシステムｌａと同様の構造とされるが、本実施
例においては、定盤４は直接には空気ばね３０に支持さ
れ、該空気ばね３０が防振ゴム手段５０に担持されてい
る点において前記空気ばねシステムｌａと相違する０本
実施例の空気ばねシステム１ｂも前記空気ばねシステム
１ａに関連して説明したと同様に作用し、且つ同様の効
果を有する。

又、上記各実施例において使用された空気ばね３０はそ
の構造が限定されるものではなく１例えば第５図に例示
するような構造とすることもできる。つまり、本実施例
の空気ばねシステム１ｃの空気ばね３０ａは、第１Ｏ図
に関連して説明した従来の構造の空気ばね６と同様に、
空気室３４の下方に第１段オリフィス２２にて連通され
た下室気室４２を設け、該下室気室４２は第２段オリフ
ィス２４を介して自動圧力調整弁２６と連通され、各空
気室への圧縮空気の供給、排気がなされる構造とするこ
ともできる。

第６図は２本発明に係る空気ばねシステムの他の実施例
を示す０本実施例の空気ばねシステム１ｄは、第１図に
示す空気ばねシステム１ａと同様の構成とされるが、防
振ゴム手段５０が具体的構造において相違している。

更に詳しく説明すれば、防振ゴム手段５０は防振ゴム５
２を防振ゴム下金具５４及び防振ゴム上金具５６で挟持
して構成し、防振ゴム下金具５４は連結軸５８にて前記
各実施例の空気ばねと同じ構造とされる空気ばね３０の
主金具４０に固定的に連結され、又防振ゴム上金具５６
は直接定盤４に取付けられる点において上記実施例と同
じであるが、防振ゴム下金具５４及び防振ゴム上金具５
６の構造が相違している。つまり、本実施例では、防振
ゴム下金具５４は半径Ｒ１の凸表面を有した半球体とさ
れ、又防振ゴム上金具５６は半径Ｒ２（＞Ｒ１）の凹表
面を有した半球面体とされる。防振ゴム５２は、凸型下
金具５４と凹型上金具５６との間に介設され、好ましく
は下金具５４及び主金具５６の表面に加硫接着される。

第６図の実施例では、連結軸５Ｂは両端に螺子軸５８ａ
、５８ｂが設（すられ、それぞれ防振ゴム下金具５４及
び空気ばね主金具４０に螺合して取付けられる。又、連
結軸５８と防振ゴム下金具５４との間にはスペーサＳが
配置され、連結軸５８の長さ、即ち、回転中心Ｏｆ、０
２間の距離文を変え得るように構成される。

次に、上記の如くに構成される空気ばねシステムｌｄの
作用について説明する。

第７図に図示されるように、振動により空気ばね３０と
定盤４との間に相対水平方向運動が起こり、第７図で空
気ばね３０が固定され定盤４が左方向へと移動したとす
ると、水平方向力Ｆ及び垂直方向力（空気ばねの支持荷
重）Ｗによって空気ばね主金具４０及び防娠ゴム手段５
０は回転中心Ｏ１及び０２の回りに回転し防振ゴム手段
５０にはねじれ変形が起る。勿論、揚動により空気ばね
３０と定盤４との間に相対水平方向運動が起こる前は、
第１図に図示されるように、水平方向力Ｆは発生せず、
垂直方向力（空気ばねの支持荷重）Ｗの作用線上に空気
ばね上金具４０及び防振ゴム手段５０の回転中心０１及
び０２は位置しており、防振ゴム手段５０に何等ねじれ
変形は起こらない。

本実施例における空気ばねシステムｌｄの総合ばね定数
Ｋｔは次の式で表わされる。

Ｋｔ＝１／［１／Ｋｂ＋Ｊｌ’／（ＫＯ−Ａｅ・Ｐｉ）
１　　　　　　　　　　　　　（４）ここで、Ｋｂ：ベ
ローズ単体の水平方向ばね定数に０：防振ゴムのねじれ
ばね定数 Ａｅ：空気ばね有効受圧面積 Ｐ：空気ばね圧（Ｐ　＝　Ｗ　／　Ａ　ｅ　）！Ｌ二回
転中心Ｏｆ、０２間の距離 上記式（４）から理解されるように総合ばね定数Ｋｔは
ベローズ単体のばね定数Ｋｂより小さくなり、本発明に
係る空気ばねシステムｌｄは、空気ばねのみしか有しな
い、つまり、ベローズの剪断変形しか起こらない従来の
空気ばねシステムに比較すると、斯るベローズの剪断変
形に更に防振ゴムのねじれ変形が直列にて付加され、そ
の結果ばね作用がソフトになる。

第８図は、ベローズ単体の水平方向ばね定数Ｋｂと、半
球型防振ゴム手段併用の本発明による空気ばねシステム
のばね定数Ｋｔ（実測値及び計算値）との関係を示すグ
ラフであるが、防振ゴム手段を併用することによりばね
定数が著しく低減していることが分かるであろう。

第８図から明らかなように、本発明の空気ばねシステム
においては圧力の増大と共にばね定数Ｋｔが減少してい
るが、これは空気ばね支持荷重Ｗ（＝　Ａ　ｅ　Ｐ）に
よるモーメントが第７図から分かるように、防振ゴム手
段５０が転倒、即ち、回転する方向に作用するからであ
る。

又、上記式（４）から理解されるように、空気ばねシス
テム１ｄのばね定数Ｋｋは、回転中心０１．０２間の距
離皇の二乗に反比例して小さくなる。従って、上記スペ
ーサＳにて連結軸５８の長さを調整することによりばね
定数Ｋｔを微調整することができる。

しかしながら、防振ゴム手段５０の座屈を防止するため
に、防振ゴムのねじればね定数（ＫＯ）〉Ｗ文を満足す
る必要があり、従って連結軸５８の長さにも限度がある
０例えば防振ゴムのねじればね定数ＫＯが２０００ｋｇ
＊　ｃｍ／ｒａｄ、支持荷重Ｗが３５０ｋｇであるとす
れば、Ｊｌが５゜７ｃｍ以下となるように連結軸５８の
長さを設定すべきである。

更に、本実施例の空気ばねシステムｌｄは、前記第１図
に示す実施例と異なり、圧縮方向及び水平方向のばね定
数は大きいが１回転中心０１（更には０２）の回りのね
じればね定数は小さいという特徴を有する。換言すれば
、垂直方向のばね作用は固く、従って該空気ばねシステ
ムｌｄの許容支持荷重が大となる。又、ばね上の定ｓ１
４に水平力を作用させた場合に、防振ゴム５２は純粋に
水平方向に撓むことはないが、防振ゴム５２のねじれ変
形により、水平方向へも容易に撓むことができ結果とし
て水平方向に軟らかいばね作用をなす。

第９図は、第６図に示す本発明に係る空気ばねシステム
の変形実施態様を示す８本実施例の空気ばねシステムｌ
ｅは第６図の空気ばねシステムｌａと実質的に同様の構
造とされるが、本実施例においては、定盤４は直接には
空気ばね３０に支持され、該空気ばね３０が防振ゴム手
段５０に担持されている点において前記空気ばねシステ
ムｌｄと相違する０本実施例の空気ばねシステムｌｅも
前記空気ばねシステムｌｄに関連して説明したと同様に
作用し、且つ同様の効果を有する。

又、第６図及び第９図に例示する各実施例において使用
された空気ばね３０はその構造が図示されるものに限定
されるものではなく、例えば第５図に関連して説明した
構造の空気ばねな採用することも可能である。更に又、
第６図の実施例において上記説明では防振ゴム手段５０
にて、防振ゴム下金具５４が半径Ｒ１の凸表面を有した
半球体であり、防振ゴム上金具５６が半径Ｒ２（＞Ｒ１
）の凹表面を有した半球面体としたが、逆に防振ゴム下
金具５４を半径Ｒ２の凹表面を有した半球面体とし、防
振ゴム上金具５６を半径Ｒ１（＜Ｒ２）の凸表面を有し
た半球体とすることもできるし、又同様に第９図の実施
例においても主金具と下金具の形状を逆に構成すること
ができる。

兄」ＬΩ」Ｌ釆 本発明に係る空気ばねシステムは以上の如くに空気ばね
に防振ゴム手段を直列態様にて併用するために防振装置
の、特に水平方向ばね定数を大幅に低下せしめ、それに
より空気ばねシステムの。

特に水平方向の固有振動数を小さくし、振動伝達率の低
下、即ち、防振性能の著しい向上を実現し得るという効
果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る空気ばねシステムの一実施態様
を示す断面図である。 第２図は、第１図の空気ばねシステムの作動態様を示す
断面図である。 第３図は、ベローズ単体の水平方向ばね定数Ｋｂと、第
１図の空気ばねシステムのばね定数Ｋｔ（実測値及び計
算値）との関係を示すグラフである。 第４図は、第１図の空気ばねシステムの変形実施態様を
示す断面図である。 第５図は、第１図の空気ばねシステムの更に他の変形実
施態様を示す断面図である。 第６図は、本発明に係る空気ばねシステムの他の実施態
様を示す断面図である。 第７図は、第６図の空気ばねシステムの作動態様を示す
断面図である。 第８図は、ベローズ単体の水平方向ばね定数Ｋｂと、第
６図の空気ばねシステムのばね定数Ｋｔ（実測値及び計
算値）との関係を示すグラフである。 第９図は、第６図の空気ばねシステムの変形実施態様を
示す断面図である。 第１θ図は、従来の空気ばねシステムを示す断面図であ
る。 第１１図及び第’１２図は、第１０図の空気ばねシステ
ムの作動態様を説明する部分断面図である。 ４：防振架台（定盤） ３０：空気ばね ３２：空気ばね下金具 ３４：空気室 ３６：ベローズ ４０：空気ばね主金具 ５０：防振ゴム手段 ５２：防振ゴム ５４：防振ゴム下金具 ５６：防振ゴム上金具 ５８二連結軸 整＾圧力　Ｋシ。ｍ２ を九万力　Ｋｇ／Ｃｍ２ 第１１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）所定圧力に保持された空気室を有する空気ばねと、
   該空気ばねに対し直列態様で該空気ばねに連結された防
   振ゴム手段とを具備することを特徴とする空気ばねシス
   テム。 ２）防振ゴム手段は、空気ばねの上方に配置され、該空
   気ばねにて担持されて成る特許請求の範囲第１項記載の
   空気ばねシステム。 ３）空気ばねは、防振ゴム手段の上方に配置され、該防
   振ゴム手段にて担持されて成る特許請求の範囲第１項記
   載の空気ばねシステム。 ４）防振ゴム手段は、防振ゴムを防振ゴム下金具及び防
   振ゴム上金具で挟持して構成される特許請求の範囲第２
   項又は第３項記載の空気ばねシステム。 ５）防振ゴム下金具及び防振ゴム上金具は平板状である
   特許請求の範囲第４項記載の空気ばねシステム。 ６）防振ゴム下金具は凸型半球体で、防振ゴム上金具が
   凹型半球面体とされるか、又は防振ゴム下金具は凹型半
   球面体で、防振ゴム上金具が凸型半球体とされて成る特
   許請求の範囲第４項記載の空気ばねシステム。