JP4973520B2 - 気体ばね式除振装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば電子顕微鏡のような精密機器等を床振動から略絶縁した状態で設置するための気体ばね式の除振装置に関する。

従来より、この種の除振装置として、例えば特許文献１、２に記載されているように、ダイヤフラム形の空気ばねを使用した除振装置のピストンにジンバル機構を組み込んで（以下、ジンバルピストンともいう）、被支持体と床との間の水平方向変位をピストンの揺動運動に変換することにより、水平方向にも柔らかなばね特性を得られるようにしたものが知られている。

このような除振装置では、図８に概略構成を示すように、空気ばねのピストンａを円盤状のロードディスクｂとその下方に位置する円筒状のピストン本体部ｃとに分割し、このピストン本体部ｃの外周をゴムのダイヤフラムｄ（可撓性部材）により保持している。また、そのピストン本体部ｃから下方に延出する有底筒状の延出部ｃ１を設けるとともに、前記ロードディスクｂから下方に垂下するロッドｅ（支持柱部）を設け、このロッドｅの下端部を前記下方延出部ｃ１の底部において枢支している。

この構造により前記従来例の除振装置では、空気ばね本来の性質として上下方向のばね特性が柔らかなものとなり、広い周波数領域に亘って優れた除振性能が得られるとともに、ジンバルピストンの揺動によって水平方向のばね特性も柔らかなものとすることができる。すなわち、ロードディスクｂに対し床が水平方向に変位するときには、ダイヤフラムｄがピストン本体部ｃを挟んで逆相に撓むことにより、同図に矢印で示すようにピストン本体部ｃが傾いて揺動し、これにより振動が吸収されるようになる。

そうしてピストン本体部ｃが揺動すると幾何学的にロッドｅの支持点が上昇し、被支持体の重心位置が高くなるので、元の位置に戻ろうとする復元力が発生し、これが水平方向のばね力となる。この水平方向のばね力は、例えばロッドｅの長さ等の設定により非常に小さくすることができるので、ジンバルピストンによれば水平方向のばね特性も上下方向と同様に柔らかなものとすることができ、よって広い周波数領域に亘り優れた除振性能を得ることが可能になる。
特公昭６２−７４０９号公報 特許第３６１１３５６号公報

ところで、近年、例えば電子顕微鏡の分析能力が高まるのに連れて、その重量も大きくなっており、一方で設置性等を向上するという観点から除振装置には小型化、特に上方からの投影面積（フットプリント）を小さくすることが求められている。この点、前記従来例のように空気ばねを利用した除振装置では、支持荷重の増大に連れて全体が大型化することは避けられず、前記のような要求を十分に満たすことはできない。

これに対し本願の発明者は、コイルばね等、他の機械的なばね要素を併用して荷重の一部を支持することを発案し、主にスペース効率の点からコイルばねをジンバルピストンの下方延出部ｃ１の周りに同心状に配置して、ピストン本体部ｃを下方から支持する構造の除振装置を試作した。しかし、その除振装置を用いて実験したところ、コイルばねによってジンバルピストンの揺動が妨げられる結果として、水平方向の除振性能が大幅に低下することが分かった。

すなわち、本来、前記図８に示すようなジンバルピストンは、ダイヤフラムｄによるピストン本体部ｃの支持高さに揺動中心があり、水平方向の振動が入力すると、ロッドｅの下端から下方延出部ｃ１の底部に作用する水平方向の力によって、ピストン本体部ｃが揺動するようになるところ、当該ピストン本体部ｃを下方からコイルばねによって支持すると、その揺動中心が見かけ上、下方に変位することから揺動モーメントが小さくなり、場合によっては揺動しなくなってしまうのである。

本発明は斯かる新規な知見に基づいてなされたものであり、その目的は、ジンバルピストンを備えた気体ばね式の除振装置において、コイルばねの併用により荷重支持能力を高めながらも、ジンバルピストンの揺動を担保して、水平方向についても所要の除振性能を確保することにある。

前記の目的を達成するために、本発明では、前記の如く荷重支持のために併用するコイルばねの配置に工夫を凝らし、水平方向の振動入力によってピストン本体部が必ず揺動するようにしたものである。

具体的に、請求項１の発明は、被支持体の荷重を支持するピストンをケース上面の開口部近傍に配置し、該ピストンと開口部との間を環状の可撓性部材により閉塞してケースの内部に気体室を画成するとともに、該可撓性部材によりピストンを少なくとも上下動可能に保持して、前記被支持体を弾性的に支持する気体ばねを構成してなる除振装置が対象である。

そして、前記ピストンは、上下方向の貫通孔を有するピストン本体部と、その貫通孔の下方に連通する中空部を有し、前記ピストン本体部から下方に延出する有底筒状の下方延出部と、この下方延出部の中空部内を上下方向に延びるように配置されて、下端が該下方延出部の底部に枢支される一方、上端が前記ピストン本体部の上方に位置して前記被支持体の荷重を受ける支持柱部と、を備えるものと、即ちジンバルピストンとするとともに、このジンバルピストンの下方延出部の外周を離間して囲むようにコイルばねを設けて、その下端を前記ケースに支持せしめる一方、上端に前記ピストン本体部を支持させるようにし、その上で、前記可撓性部材によるピストン本体部の支持高さと前記コイルばね下端の高さとの中央の高さ位置よりも、前記支持柱部の下端の高さ位置を低く設定したものである。

前記構成の気体ばね式除振装置では、まず、上述した従来例のものと同様に被支持体が気体ばねにより上下方向に支持されていることから、上下方向の振動入力に対して広い周波数領域に亘り優れた除振性能を得ることができる。しかも、併用するコイルばねによって荷重を支持するようにしているので、装置全体を大型化することなく、荷重支持性能は十分に高くすることができる。

また、必要に応じてコイルばねを変更すれば、それ以外の部品は変更しなくても荷重の支持性能やばね特性を変更することができるので、部品の多くを共用しながら広い要求仕様に対応可能となり、装置コストを大幅に削減することができる。勿論、レベリングバルブ等を用いて高さ調整を行い、搭載機器の作動に伴う重心位置の移動に自動で対応することも可能であり、気体の流動抵抗によって減衰を得る構造とすることも容易である。

一方で、前記構成の除振装置においても水平方向の振動はジンバルピストンの揺動によって吸収されることになるが、これについては上述したように、ピストン本体部が下方からコイルばねによって支持されていて、その揺動中心が下方に変位することから、ジンバルピストンが揺動し難くなり、場合によっては揺動しなくなる虞れがある。

この点について本願の発明者は、上述したように試作した除振装置を用いて実験を行った結果、ピストン本体部を下方からコイルばねによって支持するようにした場合、その揺動中心は見かけ上、コイルばねの下端との略中央に変位することを見い出して、本発明を完成したものである。すなわち、前記の構成では、ジンバルピストンの支持柱部下端の高さ位置を、前記のように下方に変位したピストン本体部の見かけの揺動中心よりも低く設定することで、その支持柱部の下端から下方延出部の底部に作用する水平方向の力によって確実にピストン本体部を揺動させることができる。

尚、ダイヤフラムやベローズ等の可撓性部材によるピストン本体部の支持高さは、部品の寸法ばらつきや組み付けの公差によって変化する他、気体室に充填されている気体の分量によっても変化するので、簡便にはジンバルピストンの支持柱部下端の高さを、コイルばねの上下方向中央部位よりも低く設定するのがよい（請求項２）。

斯くして本発明によれば、気体ばねにコイルばねを併用することにより、コンパクトな除振装置によって十分に大きな荷重支持性能が得られるとともに、ジンバルピストンの揺動を担保して水平方向についても柔らかなばね特性を実現し、所要の除振性能を確保することができる。

ここで、前記のようにジンバルピストンを揺動しやすくするためには、水平方向の力が作用する支持柱部の下端をピストン本体部の見かけ上の揺動中心から大きく離すほどよく、そのためには支持柱部を長くするほどよいし、また、コイルばねの下端を高く位置づけるほどよい。

しかしながら、そうして支持柱部を長くするほど、装置全体が上下方向に大きくなることは避けられず、一方で、コイルばねの下端位置を高くするためにそれを短くするほど、ばね定数が高くなってしまい上下及び水平の両方向で除振性能が低下する虞れがある。

そこで、より好ましいのは、ピストンの支持柱部の上端に球面状の荷重受け面を設けて被支持体の荷重を転動可能に支持する構成とすることであり（請求項３）、こうすれば、水平方向の振動が入力したときに、支持柱部が傾動するとともにその上端の荷重受け面上を被支持体が転動することになるので、ピストン本体部の揺動と併せてよりスムーズに水平方向の振動を吸収することができる。よって、水平方向について極めて柔らかなばね特性を実現でき、除振性能をより一層、高めることができる。

しかも、球面状の荷重受け面によって被支持体を支持すれば、両者が点接触状態になるので、支持高さの変化に伴いコイルばねから被支持体に不要な回転力が作用することがなく、こうした回転力によって被支持体に回転方向の振動が付加される虞れもない。

さらに、コイルばねの外周に摺接するように減衰材を巻き付けてもよく（請求項４）、こうすれば、コイルばねが併設されることによって気体ばねのばね定数が高くなるのに対応して、適切な大きさの減衰力を容易に得ることができる。

以上、説明したように本発明に係る気体ばね式除振装置によると、気体ばねのピストンにジンバル機構を組み込んで、上下方向だけでなく水平方向についても高い除振性能が得られるようにしたものにおいて、さらにコイルばねを併用することで、コンパクトでありながら高い荷重支持性能を得ることができる。

また、そうして併用するコイルばねができるだけジンバルピストンの揺動を妨げないよう、そのコイルばねの影響により下方に変位するピストン本体部の見かけの揺動中心よりも低くなるように、ジンバルピストンの支持柱部下端の高さ位置を設定したので、コイルばねがあってもジンバルピストンの揺動を担保して、水平方向について所要の除振性能を確保することができる。

さらに、ピストン支持柱部の上端に球面状の荷重受け面を設けて、被支持体を転動自在に支持するようにすれば、前記ジンバルピストンの揺動と併せてよりスムーズに水平方向の振動を吸収することができ、水平方向について極めて高い除振性能が得られる。

以下、本発明の実施形態を図面に基いて説明する。

図１は、本発明に係る気体ばね式除振装置の使用態様を模式的に示し、詳細は示さないが、例えば電子顕微鏡のような精密機器１を定盤２上に搭載し、これを床振動から殆ど絶縁した状態とするべく、複数のアイソレータ３，…（気体ばね式除振装置）によって支持したものである。それぞれのアイソレータ３，…においては定盤２とその上に搭載される機器１（搭載機器）とが被支持体になるが、各アイソレータ３への分担荷重は静止状態でも若干、異なっており、さらに被支持体の作動に伴い変化することもある。

定盤２は、一例として平面視で長方形状をなす厚肉の板材からなり、その長手方向Ｘ（図の左右方向であり、以下単に左右方向ともいう）の一端側（左側）には、幅方向Ｙ（同図(a)の上下方向であり、以下単に前後方向ともいう）の略中央部にアイソレータ３が１つ配置されており、また、長手方向について反対側の他端側（右側）には前後方向Ｙの両端部にそれぞれ１つずつアイソレータ３，３が配置されている。

そのように支持された定盤２は、左右方向Ｘ、前後方向Ｙ及び上下方向Ｚの３軸に沿った並進運動の他に該各軸周りの揺動運動が可能で、合計６つの運動自由度を有しており、この定盤２を支持する各アイソレータ３にはそれぞれ前記並進運動と揺動運動とが重畳されて作用することになる。しかしながら、各アイソレータ３の動きは非常に小さいので、実質的に前記Ｘ、Ｙ、Ｚの３軸に沿った並進運動のみと見做すことができる。

前記アイソレータ３は、図２に断面で内部構造を示すように、上下方向Ｚの空気ばねとして、従来例（特許文献１）のものと基本的な構造が同じジンバルピストンを備え、上下方向Ｚ及び水平方向（Ｙ方向、Ｘ方向）の両方について基本的に柔らかなばね特性を有するものである。図の例ではアイソレータ３のケースは概略四角柱状のもので、各々金属製板材からなる底板１０上に側壁１１が立設され、その上端に配置された天板１２の略中央部には、鉛直方向の軸線Ｚと略直交する円形の開口部１２ａが形成されている。

前記の開口部１２ａにはドーナツ状のピストン本体１３が内挿されている。このピストン本体１３には断面円形の中心孔１３ａが軸線Ｚに沿って上下方向に貫通する一方、外周の少なくとも下半部には下方に向かって僅かに縮径するテーパ面１３ｂ（図３参照）が形成されている。そして、該ピストン本体１３の下面から外周側を覆った後に開口部１２ａの周縁に至るように環状のダイヤフラム１４が配設されている。つまり、ダイヤフラム１４及びピストン本体１３によりケース上面の開口部１２ａが閉塞されて空気室１５が区画され、主に上下方向の荷重を支持する空気ばねが構成されている。

前記ダイヤフラム１４は、例えば織布を補強材として埋め込んだゴム弾性膜からなり、図３に仮想線で示すように一旦、中心部分に丸穴が空いたハット状に形成した後に、そのハットの周壁部分を途中で湾曲させて下方に折り返すようにして、同図に実線で示す深皿状に形成したものである。そして、ハットの鍔の部分に相当する外周側の部分１４ａがケースの天板１２の上面に接着されて、締付けリング１６との間に挟持される一方、丸穴を囲む内周側の部分１４ｂはピストン本体１３の下面に接着され、それらの中間には上凸に湾曲する環状ロール部１４ｃが形成されている。

そして、ダイヤフラム１４は、環状ロール部１４ｃがピストン本体１３と締付けリング１６との間で上下にうねるように大きく撓むことにより、ピストン本体１３の上下方向の変位に対して大きな可撓性を有し、また、ピストン本体１３を挟む左右両側のロール部１４ｃがそれぞれ上下方向の反対の向きに撓むことによって、ピストン本体１３が水平方向の軸心（揺動中心）の周りに揺動するようになる（図４を参照）。つまり、ジンバルピストンにおいてピストン本体１３の揺動中心は本来、ダイヤフラム１４による支持高さｈ１に位置している（図５を参照）。

また、前記ピストン本体１３には、その下面内周側から略鉛直下方に延びるように円筒状のピストンウエル１８が取付けられている。このピストンウエル１８の上端には大きく拡径する円盤状のフランジ１８ａが形成されており、これがピストン本体１３の下面に重ね合わされて図示しない締結部材によって締結され、ダイヤフラム１４の内周側部分１４ｂを挟持している。この状態でピストンウエル１８の中空部１８ｂはピストン本体１３の中心孔１３ａに連通しており、一方、該中空部１８ｂの下端は円盤状のキャップ１９により閉止されている。

すなわち、前記ピストンウエル１８とキャップ１９とによって、ピストン本体１３から下方に向かって延びる有底円筒状の下方延出部が構成されており、前記キャップ１９の上面、即ち、下方延出部の底部には、被支持体の荷重を支持するためのサポートロッド２０（支持柱部）の下端部が枢支されている。サポートロッド２０は、ピストンウエル１８の中空部１８ａ内を軸線Ｚに沿って上下方向に伸びていて、その下端部には例えば鋼球２０ａが埋め込まれている。また、図の例ではサポートロッド２０の下端側に、それを軸線Ｚ上に位置付けるためのゴム弾性リング２１が外挿されている。

一方、サポートロッド２０の上端はピストン本体１３の上面よりも上方に突出して、円盤状のロードディスク２２の下面に当接している。ロードディスク２２は定盤２の下面に接合されて、被支持体の荷重を受ける一方で、下方からサポートロッド２０により支持されて、ピストン本体１３の上方に離間している。ロードディスク２２の直径はピストン本体１３の外径よりも大きく、図の例では締付けリング１６と略同じである。

そして、この実施形態では前記サポートロッド２０の上端に、ロードディスク２２の下面に転動自在に且つ点接触状態で当接し、該ロードディスク２２を介して被支持体の荷重を受けるように上凸の球面状の荷重受け面２０ｂが設けられている。すなわち、ロードディスク２２は、サポートロッド２０上端の荷重受け面２０ｂに対し転動自在であるとともに、該サポートロッド２０を介してピストンウエル１８の底部に枢支されており、ピストン本体１３及びピストンウエル１８の揺動とサポートロッド２０の傾動との双方によって、床面との間の水平方向の振動を吸収するようになっている。

より具体的には図４に示すように、例えば床振動によってケースがロードディスク２２に対し図の左側に変位するときには、ピストン本体１３及びピストンウエル１８が一体となってその下端が右側に変位するように揺動するとともに、サポートロッド２０の上側が図の右側へ傾き、これに連れて該サポートロッド２０上端の荷重受け面２０ｂ上をロードディスク２２が転動して、水平方向の変位（振動）が吸収される。

そうしてピストン本体１３及びピストンウエル１８の揺動とサポートロッド２０の傾動とによって、水平方向の振動が吸収されるときに、その両者の寄与率は、詳しい説明は省略するが、荷重受け面２０ｂの曲率半径Ｒとサポートロッド２０の長さＬとの比率に応じて変化するものであり、概ねＲ≧２×Ｌのときにピストン本体１３等の揺動の寄与率が大きくなる一方、Ｒ＜２×Ｌのときにはサポートロッド２０の傾動の寄与率が大きくなる。

また、前記のようにピストン本体１３等が揺動し且つサポートロッド２０が傾動すると、これに伴い被支持体が僅かに上昇することになるから、重力による復元力が発生してピストン本体１３及びピストンウエル１８、並びにサポートロッド２０がそれぞれ元の直立状態に戻ろうとし、これがアイソレータ３の水平方向のばね力となる。但し、Ｒ＜Ｌでは復元力が発生せず不安定になってしまうから、図５に示すようにＲ≧Ｌに設定しなくてはならない。

上述の如くジンバル機構をピストンに組み込んだことで、この実施形態のアイソレータ３では、被支持体と床との間の水平方向変位がジンバルピストンの揺動運動に変換されるようになり、基本的に水平方向に柔らかなばね特性が得られるものである。勿論、上下方向については空気ばね本来の柔らかなばね特性となる。

そして、この実施形態では、本発明の特徴部分としてピストン本体１３を下方から支持して、被支持体の荷重の一部を受けるようにコイルばね２３を配設している。図の例ではコイルばね２３は、ピストンウエル１８の外周を離間して囲むように配置されていて、その下端は、ケース底板１０の上面から膨出するボス部１０ａに嵌合されている一方、コイルばね２３の上端は、ピストンウエル１８上端のフランジ１８ａの下面に形成された座部に当接している。

そうしてコイルばね２３を併用して、空気ばねと共にピストン本体１３を下方から支持することで、空気室１５を大きくしなくても、即ちコンパクトな構成でもってアイソレータ３の最大支持荷重を十分に大きくすることができる。また、コイルばね２３のみで荷重を支持するものとは異なり、空気室１５の空気の給排によって容易に被支持体の高さを調整することができる。すなわち、図２に示すようにアイソレータ３には周知のレベリングバルブ２４が付設されており、図示省略の通路を介して空気室１５に対する空気の給排を行うことにより、支持高さを略一定に維持するようになっている。

一方で、そうしてコイルばね２３により下方から支持すると、これによりピストン本体１３の揺動が規制されることになる。すなわち、上述したようにピストン本体１３の本来の揺動中心は、ダイヤフラム１４による支持高さｈ１にあるところ（図５を参照）、それを下方から支持するコイルばね２３は、その下端を中心としてピストン本体１３を揺動させようとするから、これによりピストン本体１３の見かけの揺動中心が下方に変位することになり、この結果としてピストン本体１３やピストンウエル１８の揺動モーメントが小さくなるばかりか、それが揺動しなくなることもあるのである。

詳しくは、一般的に、上述の如くピストン本体１３やピストンウエル１８の揺動によるジンバルピストンの水平方向のばね定数Ｋjは、空気ばねの内圧をＰ、その有効受圧面積をＡとし、また、ピストン本体１３の揺動中心からそれに対する水平方向の入力点、即ちサポートロッド２０下端の枢支点までの間隔をｄとして、以下の（式１）により表される。 Ｋj＝（ＰＡ×１００／ｄ）＋Ｋr ・・・（式１） 但し、Ｋrは、サポートロッド２０に外挿されたゴム弾性リング２１のばね定数である。

また、この実施形態のようにサポートロッド２０の上端に球面状の荷重受け面２０ｂを設けて、ロードディスク２２を転動自在に支持するようにした場合、そのロードディスク２２の転動とサポートロッド２０の傾動とによって得られる水平方向のばね定数Ｋdは、荷重受け面２０ｂの曲率半径をＲとし、サポートロッド２０の長さＬとして、以下のように表され； Ｋd＝ ｛ＰＡ×１００×（Ｒ−Ｌ）／Ｌ｝＋Ｋr ・・・（式２）、 そして、それらＫj，Ｋdを合わせたトータルの水平方向ばね定数Ｋtは、以下の（式３）によって表される； Ｋt ＝ Ｋj×Ｋd／（Ｋj＋Ｋd） ・・・（式３）。

本願の発明者は、前記したようにコイルばね２３を併用するアイソレータ３を試作して前記水平方向のばね定数Ｋtを実測し、仮にコイルばね２３の影響がないと仮定したときの前記（式３）による計算値が実測値と合致するように、前記（式１）における間隔ｄの値を補正した。そして、この補正後の間隔ｄに基づいてピストン本体１３の揺動中心の高さを求めたところ、それが見かけ上、ダイヤフラム１４によるピストン本体１３の支持高さｈ１とコイルばね２３の下端の高さｈ２との略中央の高さｈ３にあることを見出した。

斯かる知見に基づいてこの実施形態では、前記図５に示したように、ピストン本体１３及びピストンウエル１８に対する水平方向の入力点、即ちサポートロッド２０の下端の高さｈ４を、前記見かけの揺動中心の高さｈ３よりも低く設定しており、こうすることで、サポートロッド２０の下端からピストンウエル１８の底部（キャップ１９）に作用する水平方向の力によって確実に揺動モーメントを発生させることができる。

尚、厳密にはダイヤフラム１４によるピストン本体１３の支持高さｈ１は、部品の寸法ばらつきや組み付けの公差によって変化するし、空気室１５に充填されている空気の分量によっても変化するので、簡便にはサポートロッド２０下端の高さｈ４を、コイルばね２３の上下方向中央部位よりも低く設定すればよい。

斯かる設定により、水平方向の振動入力時にはピストン本体１３の揺動中心周りに確実に揺動モーメントが発生し、コイルばね２３がピストン本体１３を下方から支持する構造であっても、水平方向の振動入力に対応してジンバルピストンが揺動するようになるから、上述したようにサポートロッド２０が傾動し且つその上端の荷重受け面２０ｂ上をロードディスク２２が転動することと併せて、水平方向の振動をスムーズに吸収することができ、水平方向のばね特性を非常に柔らかなものとすることができる。

図６には、この実施形態のように定盤２及び搭載機器１（被支持体）を３つのアイソレータ３，…によって支持し、いずれか１つのアイソレータ３における水平方向の振動伝達率を計測した結果を示す。同図の実線のグラフはこの実施形態のアイソレータ３のものであり、一方、破線のグラフは、コイルばねによってジンバルピストンの揺動が阻害されるよう、サポートロッド２０下端の高さｈ４をピストン本体１３の見かけの揺動中心よりも高く設定したものである。

同図から、本発明に係るアイソレータ３では、実線のグラフのように約２Ｈｚという低い周波数に共振ピークが現れており、コイルばねを付加しない場合と同様に柔らかなばね特性によって、広い周波数領域に亘って優れた除振性能を得られることが分かる。一方、破線のグラフでは共振ピークは約６Ｈｚになっており、コイルばねによってジンバルピストンの揺動が阻害される結果として、除振性能が悪化している。

したがって、この実施形態に係るアイソレータ３，…（気体ばね式除振装置）によると、まず、従来一般的な空気ばね式の除振装置と同じく、被支持体を空気ばねによって支持していることから、上下方向のばね特性を柔らかなものとすることが可能であり、振動入力に対して広い周波数領域に亘る優れた除振性能を得ることができる。しかも、併設したコイルばね２３によって荷重の一部を支持するようにしたことで、コンパクトな外形寸法でありながら荷重支持性能を十分に高くすることができる。

また、そうしてコイルばね２３を併用することで、必要に応じてコイルばね２３の仕様を変更するだけで、それ以外の部品は変更しなくてもアイソレータ３の荷重支持性能やばね特性を変更することができ、部品の多くを共用しながら広い要求仕様に対応可能であることから、量産効果によって装置コストを大幅に削減することができる。

勿論、空気ばね式除振装置本来の機能も得られるから、レベリングバルブ２４を用いて支持高さを調整することにより、搭載機器１の作動に伴う重心位置の移動に自動的に対応することができるとともに、その際の空気の流通抵抗によって減衰を得る構造とすることもできる。

一方で、そうして併用するコイルばね２３の影響でピストン本体１３の揺動中心が下方に変位し、水平方向のばね特性が低下する虞れがあるが、その揺動中心よりもさらに低くなるように、ジンバルピストンの枢支点であるサポートロッド２０の下端の高さｈ４を設定することで、ジンバルピストンの揺動が担保され、当該サポートロッド２０の傾動及びロードディスク２２の転動と併せて、水平方向の振動をスムーズに吸収し極めて柔らかなばね特性として、優れた水平方向除振性能を得ることができる。

また、そうして球面状の荷重受け面２０ｂによって点接触状態でロードディスク２２を支持する構造では、支持高さの変化に伴いコイルばね２３からピストン本体１３を介して被支持体に不要な回転力が作用することがなく、こうした回転力によって被支持体に余計な回転振動が付加される心配もない。

尚、前記の実施形態において空気ばねは、例えば窒素ガス等を充填した気体ばねとしてもよい。また、図１に示す定盤２やアイソレータ３，３，…の配置は、単に使用態様の一例を示しただけであり、定盤２の形状や、それに対するアイソレータ３，３，…の配置が同図のものに限定されないことは勿論、アイソレータ３，３，…の個数も４個以上としてもよい。

また、図７に一例を示すが、前記実施形態のアイソレータ３においてコイルばね２３の外周に摺接するように、例えばフッ素ゴム、ブチルゴム、エポキシ化天然ゴム等の高減衰ゴムからなる円筒状の減衰材２４を巻き付けてもよい。こうすれば、コイルばね２３が併設されることによってアイソレータ３の特に上下方向のばね定数が高くなっても、これに対して適切な大きさの減衰力を容易に得ることができる。

さらに、アイソレータ３のピストンは、前記実施形態のようにサポートロッド２０の上端に荷重受け面２０ｂを有するものでなくてもよく、例えば図８に模式的に示すような従来周知のジンバルピストンを備えたものであってもよい。但し、そうした場合は水平方向のばねを柔らかくするために、できるだけコイルばね２３を短くし、また、サポートロッド２０は長くするのが好ましく、従って、アイソレータ３の外形が上下方向に大きくなりやすい。

さらにまた、前記実施形態のアイソレータ３は所謂パッシブタイプのものであるが、本発明は、アクチュエータにより逆位相の力を加えて被支持体の振動を軽減するようにした所謂アクティブタイプの除振装置にも適用可能である。

以上、説明したように本発明に係る気体ばね式除振装置は、コイルばねを併用してコンパクトでありながら大きな荷重支持性能を得られる上に、上下方向のみならず水平方向についても十分な除振性能を確保できるものであり、産業上の利用可能性は高い。

本発明の実施形態に係るアイソレータ（気体ばね式除振装置）の使用態様を示す模式図であり、(a)は上面図、(b)は正面図である。 アイソレータの構造を示す縦断面図である。 ケースにダイヤフラムやピストン、コイルばねを組み付ける分解斜視図である。 被支持体が水平方向に変位した状態を誇張して示す図２相当図である。 ピストン本体の揺動中心の高さとサポートロッド下端の高さとの関係を示す図２相当図である。 実施形態のアイソレータによる水平方向の除振性能の一例を、ジンバルピストンの揺動が阻害されている場合と対比して示すグラフ図である。 コイルばねに減衰材を巻き付けた他の実施形態に係る図２相当図である。 ジンバルピストンを有する従来までのアイソレータの模式図である。

符号の説明

１ 搭載機器（被支持体）
２ 定盤（被支持体）
３ アイソレータ（除振装置）
１０ 底板（ケース）
１１ 側壁（ケース）
１２ 天板（ケース）
１２ａ 上面開口部
１３ ピストン本体（ピストン）
１３ａ 貫通孔
１４ ダイヤフラム（可撓性部材）
１５ 空気室（気体室）
１８ ピストンウエル（下方延出部）
１８ｂ 中空部
１９ キャップ（下方延出部）
２０ サポートロッド（支持柱部）
２２ ロードディスク
２３ コイルばね
ｈ１ ダイヤフラムによるピストン本体の支持高さ
ｈ２ コイルばね下端の高さ
ｈ３ ピストン本体の支持高さとコイルばね下端の高さとの中央の高さ
ｈ４ サポートロッド下端の高さ
Ｚ 上下方向軸線

Claims (4)

1. 被支持体の荷重を支持するピストンをケース上面の開口部近傍に配置し、該ピストンと開口部との間を環状の可撓性部材により閉塞してケースの内部に気体室を画成するとともに、当該可撓性部材によりピストンを少なくとも上下動可能に保持して、前記被支持体を弾性的に支持する気体ばねを構成してなる除振装置であって、
   前記ピストンは、
   上下方向の貫通孔を有するピストン本体部と、
   前記貫通孔の下方に連通する中空部を有し、前記ピストン本体部から下方に延出する有底筒状の下方延出部と、
   前記下方延出部の中空部内を上下方向に延びるように配置されて、下端が該下方延出部の底部に枢支される一方、上端が前記ピストン本体部の上方に位置して前記被支持体の荷重を受ける支持柱部と、を備え、
   前記下方延出部の外周を離間して囲むようにコイルばねが設けられて、その下端が前記ケースに支持される一方、上端が前記ピストン本体部を支持しており、
   前記可撓性部材によるピストン本体部の支持高さと前記コイルばね下端の高さとの中央の高さ位置よりも、前記支持柱部の下端の高さ位置が低く設定されている
   ことを特徴とする気体ばね式除振装置。
2. ピストンの支持柱部下端の高さがコイルばねの上下方向中央部位よりも低く設定されている、請求項１の気体ばね式除振装置。
3. ピストンの支持柱部の上端には球面状の荷重受け面が設けられて、被支持体の荷重を転動可能に支持している、請求項１又は２のいずれかの気体ばね式除振装置。
4. コイルばねの外周に摺接するように減衰材が巻き付けられている、請求項１〜３のいずれか１つの気体ばね式除振装置。

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