JPS6357933A - 防振台 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は特に電子顕微鏡のような精密測定機器類の防振
支持に好適な防振台に関する。

〔従来の技術〕

従来より機械器具又は構造体の防振装置としてコイルば
ねとオイルダンパーとの組合せ、防振ゴムなどが一般に
用いら九、また、より積極的な振動防止装置としてダイ
ナミックダンパー、空気ばねなどが知られている。

ところで、電子顕微鏡やコンピュータ、通信機器に用い
る電子デバイスの回路パターンを形成するＩＣ露光機や
回路パターンを読みとる三次元測定器のように１７１１
１１以下の精度を問題とする精密機器類では自励振動や
外来の振動の影響を阻止する必要性が高く、防振支持に
用いる制振台の性能が機械の性能を左右する重要な要素
となる。

もとより特性が固定された前述のコイルばねとオイルダ
ンパーとの組合せや防振ゴム、ダイナミックダンパーで
は側底その要求を満たすことができない。空気ばねによ
るときには空気圧や流速によりばね定数、減衰力の制御
が可能であるが、圧縮空気源を含めた特別の設備を要し
、また調整の作業が厄介アある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

もっとも、コイルばねなどの減衰性の小さい弾性体で精
密機器を支持した場合、マウントの共振倍率が大きいた
め、もし床面にマウントの固有振動数に近い周波数の振
動があると、マウントに支持された精密機器の上部は大
きく揺れてしまい、機能を果たせないことになる。

一般に建屋の振動は、１０Ｆｌｚ以下の変位が大きい場
合が多く、したがって建屋の床上に精密機器を設置しよ
うとしても防振機能を果たせない例が多い。また、空気
ばねなどの防振装置を用いて、二段に防振する例もある
が、空気ばねはオリフィスによる大変位に対する減衰性
はあるものの数−の微小変位に対する減衰性が小さく、
マウントの共振点が増加し、悪影響を与えている例が多
い。

このような既存の防振支持構造とは全く異なり、弾性体
と粘弾性体との組合せによる簡単な構造によって空気ば
ねに匹敵する減衰性能を発揮しうる複合防振体が開発さ
れた（特願昭６０−１２６５９４号）が、この複合防振
体によれば、その組合せ態様の選択により、鉛直方向、
水平方向、回転方向に加えられる外力に対して大きな減
衰性が得られることがわかった。

本発明は上記複合防振体の上記特性は少くとも弾性体を
用いた支持構造と組合せることにより。

さらに優れた制振性能を発揮できることを見出し、特に
電子顕微鏡のような精密測定を要する機器類を外来の振
動から有効にしゃ断しうる防振台を提供することを目的
としている。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は少くとも弾性体を用いた第１の支持構造と１弾
性体と粘弾性体との組合せからなり、弾性体のばね力を
もって粘弾性体を保型させてなる複合防振体を用いた第
２の支持構造との２段の支持構造を有し、第１の支持構
造を上段に、第２の支持構造を下段に配置して直列的に
組合せた２段の支持構造をもって防振を必要とする機械
の構造物を支持させたことを特徴とする防振台である。

〔原理・作用〕

本発明の防振台は第１の支持構造としての弾性体は通常
の場合、コイルばねであるが、これは必ずしも弾性体の
みが用いられる場合に限らず、適当な減衰を与えるオイ
ルダンパを組合せたものであっても、あるいはばねと減
衰作用とを兼ねる防振ゴムのようなものであってもよい
０通常電子顕微鏡のような振動をきらう精密機器類には
その構造体に弾性体を含む支持構造が組込まれているが
、本発明では機器類に組込まれた弾性支持構造をそのま
ま第１の支持構造として利用できる点が大きな特徴であ
る 第２の支持構造は弾性体と粘弾性体との組合せによる複
合防振体であるが、この防振体は以下のような特性を有
するものである。すなわち、弾性体と粘弾性体との組合
せにおいて、弾性体にはコイルばねを用いるが、板ばね
、ねじりばねなどフックの法則にしたがう単体、組立体
を使用できる。

弾性体のばね定数は、そのばね力をもって、機械を支持
するのに充分な大きさをもつものとする。

粘弾性体はある種の高分子物質にみられる弾性と粘性と
が組みあわさった性質を有するものであり、ばね定数ｋ
ｄは複素数で ｋｄ＝ｋｄ、＋ｉｋｄ、　（ｋｇｆ／ｃｍ）　−（１）
　　とあられせる。

ここでｋｄｌは貯蔵ばね定数とよばれ、粘弾性体のばね
力に関係する項、ｋｄ、は損失ばね定数とよばれ減衰力
に関係する項である。粘弾性体の減衰性を評価する数値
としては一般に（ｔａｎδ）　＝　ｋｄ、　／ｋｄ工が
用いられる。

粘弾性体は一定応力に対してはクリープを示し、クリー
プが進行すればするほど貯蔵はね定数ｋｄ。

が増加し、損失ばね定数ｋｄ、が低下する。また、振動
を加えると、ばね定数ｋｄ１や減衰性（ｔａｎδ〕が周
波数に関係するなどの特性を有している。

したがって粘弾性体単体だけで機械を支持すると荷重応
力、加振周波数により固有振動数が大きく、減衰性が小
さくなり、防振の機能を果たさない。

一方、粘弾性体に加えた外力を急に除くと弾性余効現象
が現われる。また変形を一定に保っておくと応力が時間
とともに減少する応力緩和現象があられれる。

弾性体と粘弾性体を並列に組合せた場合、弾性体のばね
定数（減衰性は小さいものとして無視する。）をｋｅｌ
とすれば、組合せた装置のばね定数は（１）よりに＝ｋ
ｃ、＋ｋｄ＝ｋｃ１＋ｋｄ１＋ｉｋｄ２（ｋｇｆ／ａｍ
）弾性力に関係する貯蔵ばね定数は に１＝ｋｃｍ＋ｋｄ、　（ｋｇｆ／ａｍ）であるから防
振装置の固有振動数ｆ。（Ｈｚ）は防振支持する機械の
重量をＭ　（ｋｇ）とすると 装置の減衰性を示す〔ｔａｎδ〕は （ｔａｎ　５　）８コ山−・・・（３）ｋｃ１＋ｋｄよ となる。弾性体のばね定数ｋｃ工は機械を支持するのに
充分な大きさを選択し、粘弾性体のばね定数は防振装置
に要求される固有振動数（２）式や減衰性の大きさく３
）式より決定される。

粘弾性体の材料としてはエポキシ、ウレタン樹脂、スチ
レン、ブタジェン、ポリエステル系の熱可塑性樹脂、エ
チレン、プロピレン、ポリブタジェンなどのゴムがあり
、その固形体を用いるが、温度条件、設置条件に適した
材料及び形状を選択する。

弾性体と粘弾性体との典型的な組合せ態様は第１図に示
すように筒状の粘弾性体２内に弾性体としてのコイルば
ね１を同心状に内装して複合体を構成し、その両端を端
板３にて固定した場合であるにれによって粘弾性体２は
コイルばね１の高さに保型される。複合体を単独で機械
器具類の防振支持に用いたときには複合体は垂直荷重を
受けて圧縮されるが、この複合体には荷重の方向と弾性
変位の方向が一致し、かつ角変位を生じないような軸ｔ
、ｎ、ｍが３方向に存在し１．これら３軸は１点で直交
する。このような軸をばねの弾性主軸といい、これら直
交３軸の交点が弾性中心Ｅｓである。複合体に作用する
荷重方向の弾性中心を包蔵させることにより複合体の軸
に対する垂直方向、水平方向、回転方向の外力に対して
優れた減衰性を得られることが実験的に確かめられた。

次に、本発明の基本的な構成並びに特性について、以下
の実験により考察する。

Ｉ：実験に用いた材料および装置 （１）コイルはねＡ ａ）寸法外径３０１ｍ　自由長４０１ｍの丸裸コイルば
ねｂ）圧縮方向ばね定数　Ｋｃ＝１０（ｋｇｆ／ｃｎ）
（２）コイルばねＢ ａ）寸法　コイルばねＡと同じ ｂ）圧縮方向ばね定数　Ｋｃ＝２０（ｋｇｆ／ａｍ）（
３）複合防振体Ｃ ａ）粘弾性体 ■樹脂名　　エポキシ ■物　性　・静的縦弾性率　３０（ｋｇｆ／ａｍ）・動
的　ｎ　　　５５０（ｋｇｆ／ａｉ）・ｔａｎ６　　　
　　　１．５ （動的な力とたわみの位相差の正接） ★測定条件・試料寸法　直径３０＋ｍ　　高さ４０ｍｍ
・温度　　　　　　２３℃ ・静的受圧応力　　２（ｋｇｆ／ａｌｌ）・動的受圧応
力　±１（ｋｇｆ／ａｌＴ）・加振周波数　　　１０（
七） ｂ）構成　（第１図参照） 外径３６ｍｍφ　内径３２ｍｍφ　長さ６０ｍｍｈの円
筒状材料２の中に、外径３２ｍｍφ　自由長６０　ａｓ
　ｈの丸線コイルばね１を入れ、両端を板３にて接着固
定した。

☆特性　・圧縮方向動的ばね定数　約２０ｋｇｆ／ａ＋
＋・ｔａｎδ　　　　　０．６ ＩＩ：ｌｌｌｌｌ決 方法測定方法（その１） 第２図（ａ）において、重さ１３．４ｋｇの欽定盤４の
要所を３個のマウント５で支持した。この系を加振台６
の上に置き、加速度センサー７を加振台６の上と定盤４
の上とに設置した。加振器８で加振台６に周波数０〜５
〇七のランダム振動を与え、振動伝達率（定盤上の加速
度／加振台上の加速度）を評価した。

２）測定方法（その２） 第２図（ｂ）において、前記マウント５で支持しである
系をさらに重さ３３．６ｋｇの欽定盤９上に設置し、欽
定盤９の要所を３個のマウント１０で支持した。これに
より、欽定盤４をマウント５の組とマウント１０の組と
により上下２段に支持させたものである。

この系を加振台６の上におき、前記測定方法（その１）
と同様にして、振動伝達率（定盤上の加速度／加振台上
の加速度）を評価した。

■：：定結果 測定方法（その１）において、第２図（ａ）に示すマウ
ント５にコイルばねＡを使用したときの振動伝達率は第
３図中実１１＆Ｉのようになり、周波数約７．５七での
振動伝達率は、コイルばねＡの共振のため、２８ｄＢ　
（共振倍率２５．１倍）にもなった。

一般に、振動伝達率Ｔは、加振周波数ｆと支持する弾性
体の固有振動数をｆｏ、弾性体の減衰定数をことすると
。

と表わせる。

周波数ｆ＝ｆ、の時共振現象をおこし、（２）式より共
振時のＴを小さくするには、ζを大きくすればよいこと
がわかる。そこで、コイルばねＡに減衰性ζ：０．３を
付与すると、第３図の破線■のようになり、共振での伝
達率は６ｄＢ（約２倍）に低下した。

しかしながら、周波数１０七以上では振動伝達率が大き
く、高周波での防振効果が低下する。すなわち、測定方
法（その１）のように、弾性体１種のみによる防振では
、減衰性を上げると弾性体の共振倍率は小さくなるが、
高周波の防振効果が低下するという結果になる。

測定方法（その２）において、第２図（ｂ）に示すマウ
ント５としてコイルばねＡを、マウント１０として前記
複合防振体Ｃを使用したときの振動伝達率は第３図の一
点鎖線■のようになり、実線Ｉと比べて共振倍率が低下
し、かつ高周波振動も低下していることがわかる。

ちなみにマウント１０にコイルばねＢを使用したときは
、第３図の二点鎖線■のようになり、マウントによる共
振点が増加し、共振倍率が太きいために、定盤４の揺れ
が非常に大きくなる。したがって測定方法（その２）の
場合、マウント１０として減衰性の高い防振体Ｃを使用
したときにだけ、・マウントの共振倍率が小さくなる。

・同時に高周波の振動をさらに防止できる。

ことがわかる。

すなわち、本発明の構成によれば、共振周波数のピーク
を低く抑え、しかも高周波域での振動伝達率を低下させ
ることができる。

〔実施例〕

本発明を実機に応用した場合の実施例を以下に示す。

■−使用機械 ａ）名称　走査型電子顕微鏡（以下ＳＥＭと呼ぶ）ｂ）
寸法　幅７４０　　奥行８８０　　高さ１５００（ｍｍ
）Ｃ）重量　２９５ｋｇ ■：複合防振体Ｄ（第４図） 直径２４国、長さ１７４ｍｍの粘弾性体１１を外径６０
Ｉｍφ、内径３０ｎｍφ、長さ１５０ｍｍのコイルばね
１２（静的弾性率８１．０　ｋｇ　ｆ　／　ａｍ）の中
に入れ、粘弾性体１１０両端１３の１２＋ｎと、コイル
ばね１２の両端とをフランジ１４に取付けてネジ１５で
締め付けた。

■：防防振台 前記防振体りを４つ用いて防振台Ｅを構成した図を第５
図に示す。この防振台Ｅは４本の脚１６上にそれぞれ複
合防振体りを取付け、その上面に該機械を設置するため
の寸法幅１２００ｎｍ、奥行９５０　ｒｔｔａ、高さ７
４０ｍｍ、重さ約４００　ｋｇの懸垂架台１７を懸架支
持させたものである。

第６図は防振台の振動伝達率を示す。複合防振体りを用
いることにより、周波数６．２５Ｈｚの共振倍率は４．
５ｄＢ（約１．７倍）程度と小さい。

■：実機による効果 第７図はこの防振台ＥにＳＥＭｌｇを搭載したものであ
る。

試料室１９があるＳＥＭｌｇの本体上部２０は振動をき
らうため、通常床面２３からの振動防止の意味でコイル
ばねなどの弾性体２２を用いて本体下部２２から分離さ
れている。この弾性体２２が本発明にいう第１の支持構
造になり、防振台Ｅに組込んだ複合防振体りが第２の支
持構造である。

第７図において、床面２３とＳＥＭ　１８の試料室１９
に変位センサー２４を置き、防振台Ｅを機能させない時
と、機能させた時との鉛直方向の振動伝達特性を測定し
た結果を第８図に示す。

実線■は防振台Ｅを機能させない時で、周波数約６．５
＆に弾性体２２の共振とみられるピークがあり、共振倍
率の大きさは約２２ｄＢ（１２，６倍）となっている。

破線■は防振台Ｅを機能させた時で、共振は約５　Ｉ（
ｚ近辺にみられるが、共振倍率の大きさは約５ｄＢ（１
，８倍）程度で機能させない場合の１／７に減少してい
る。また周波数１０Ｈ１以上の振動伝達率は約１０〜２
０ｄＢ　（１／３〜１／１０）に小さくなっているのが
わかる。

この結果は前記（原理・作用〕の項で考察した結果が実
機においても認められたことを示している。

次に試料室１９上の鉛直方向の変位量を比較する。

第９図（ａ）　、　（ｂ）は防振台Ｅを機能させない時
の試料室１９上の変位で、試料室１９上では、床面２３
からの振動あるいは第７図中真空ポンプ類のパイプ２５
からの衝撃振動（図中矢印にて示す）が弾性体２２を介
して、あるいは本体上部２０に直接的に伝わり弾性体２
２の共振が起こり、振動変位が増大している。第９図（
ｂ）によれば、周波数成分は約６．５七で２．５−Ｐ−
Ｐの変位が現われている。これは、第８図中実線で示し
た弾性体２２の共振に他ならない。

第９図（Ｃ）　、　（ｄ）は防振台１８を機能させた時
の試料室１９上の変位である。

防振台１８を機能させると、第９図（ｃ）のように、（
ａ）と比べ本体上部２０に伝わる衝撃振動（矢印）が早
く減衰する。第９図（ｄ）によれば、変位の大きさは周
波数２０）１ｚ以下で０．５ｔａｎｐ−ｐ以下である。

すなわち防振台Ｅを機能させた場合、試料室１９上の変
位が１７５以下に低下していることがわかる。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によるときには弾性体を用いた第１
の支持構造と、複合防振体を用いた第２の支持構造との
２段の支持構造を組込むことにより第１の弾性体の共振
倍率を低下させ、また、高周波域の制振性を高めること
ができる。

特に、本発明によれば電子顕微鏡などの精密機器類の防
振支持として内蔵されている弾性体をそのまま利用して
優れた防振機能を発揮できる効果を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に用いる複合防振体の一例を示す図、第
２図（ａ）　、　（ｂ）はそれぞれ実験装置の概略図、
第３図は第２図（ａ）　、　（ｂ）の装置で得られた振
動伝達率と周波数との関係を示す特性曲線を示す図、第
４図は複合防振体の他の例を示す図、第５図は防振台の
一例を示す図、第６図は第５図の防振台の振動伝達率の
特性曲線を示す図、第７図は本発明の一実施例を示す図
、第８図は第７図の防振台についての振動伝達率の特性
曲線を示す図、第９図（ａ）〜（ｄ）は第７図の防振台
についての振動変位を示す図である。 １・・・弾性体　　　　　　２・・・粘弾性体５・・・
マウント（第１の支持構造）１０・・・マウント（第２
の支持構造）Ｄ・・・複合防振体 特許出願人　　日本電気環境エンジニアリング株式会社
（ａ＞ （ｂ） 第２図 周波数（）（Ｘ） 第３図 第４図 周波数（１−１，り （ｂ） 第 周波数Ｃ／−Ｌ＝） 手続補正書 １、事件の表示 昭和６１年特　許　願第２０３０６３号２、発明の名称 防振台 ３、補正をする者 事件との関係（特許出願人） 住　所　　東京都港区芝五丁目７番１５号名　称　　日
本電気環境エンジニアリング株式会社４、代理人〒１０
１電話０３　（２５３）　００４１住　所　　東京都千
代田区神田佐久間町１丁目ｓｔＦ地６、補正の対象 （１）明細書の発明の詳細な説明の欄 （１）明細書第１６ページ第１７行目のｒ本発明によれ
ば電子顕微鏡などの」をｒ本発明によれば電子顕微鏡あ
るいは電子ビーム露光装置などの」に訂正する。 平叙ａネ１１￥正書 １．事件の表示 昭和６１年特　許　願第２０３０６３号２、発明の名称 防振台 ３、補正をする者 事件との関係（特許出願人） 名　称　　日本電気環境エンジニアリング株式会社４、
代理人〒１０１電話０３　（２５３）　００４１住　所
　　東京都千代田区神田佐久間町１丁目８番地（１）明
細書１４頁６〜８行目の「第６図は」から「周波数６．
２５Ｈｚの共振倍率は４．５ｄＢ（約１．７倍）程度と
小さい。」までを「第６図は防振台の鉛直方向、第１０
図は水平方向の振動伝達率を示す。複合防振体りを用い
ることにより、第６図に示すように鉛直方向において、
周波数６．２５Ｈｚの共振倍率は４，５ｄＢ（約１．７
倍）程度と小さい。また、第１０図に示すように水平方
向においては、固有振動数が１．６３Ｈｚと低く、防振
特性が優れている。」に訂正する。 （２）同１４頁１４行目の「本体下部２２」　を「本体
下部２１Ｊに訂正する。 （３）同１５頁１行゛目の「第８図に示す。」を「第８
図に、水平方向の測定結果を第１１図に示す。」に訂正
する。 （４）同１５頁２行目の「実線■は」を［第８図に基づ
いて、鉛直方向においての防振台の効果を以下に示す。 第８図において、実線■は」に訂正する。 （５）同１５頁１０行目の末尾に、 「水平方向においては、第１１図に示すように防振台を
機能させない時には実線■のように、周波数７、補正の
内容 約３　、２　Ｈｚに弾性体２２の共振とみられるピーク
があるが、防振台を機能させると破線■のように共振の
ピークは周波数約１　、５Ｈｚに低下し、防振特性が向
上していることがわかる。」を挿入する。 （６）同１６頁３行目及び５行目の「防振台１８」を「
防振台Ｅ」に訂正する。 （７）同１６頁１０行目の末尾に、 「次に試料室１９上の水平方向の変位量を比較する。 第１２図（ａ）、　（ｂ）は防振台Ｅを機能させない時
の試料室１９上の変位で、試料室１９上では弾性体２２
の共振が起こり、周波数約３．２Ｈｚで約１．９μｍの
変位が現われている。 第１２図（ｃ）、（ｄ）は防振台Ｅを機能させた時の試
料室１９上の変位である。防振台Ｅを機能させると共振
によるピークは約１．５〜１．７１１ｚと低く、２１（
ｚ以上で防振効果が現われていることがわかる。」を挿
入する。 （８）同１７頁７〜１２行目の「第６図は」からｒ図で
ある。」までを 「第６図は第５図の防振台の鉛直方向の振動伝達率の特
性曲線を示す図、第７図は本発明の一実施例を示す図、
第８図は第７図の防振台についての鉛直方向の振動伝達
率の特性曲線を示す図、第９図（ａ）〜（ｄ）は第７図
の防振台についての鉛直方向の振動変位を示す図、第１
Ｏ図は第５図の防振台の水平方向の振動伝達率の特性曲
線を示す図、第１１図は第７図の防振台についての水平
方向の振動伝達率の特性曲線を示す図、第１２図（ａ）
〜（ｄ）は第７図の防振台についての水平方向の振動変
位を示す図である。Ｊに訂正する。 （９）第１０図、第１１図、第１２図（ａ）　〜（ｄ）
を補充する。 以上 周２反数（）（ｚ） 周波数（Ｈｚ） 第１１図 時間（ｓｅｃ） （α） （ｂ） 第 時　間　（ｓｅｃ） （Ｃ） 周〉反数（Ｈｚ） （ｄ） 、１２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）少くとも弾性体を用いた第１の支持構造と、弾性
   体と粘弾性体との組合せからなり、弾性体のばね力をも
   って粘弾性体を保型させてなる複合防振体を用いた第２
   の支持構造との２段の支持構造を有し、第１の支持構造
   を上段に、第２の支持構造を下段に配置して直列的に組
   合せた２段の支持構造をもって防振を必要とする機械の
   構造物を支持させたことを特徴とする防振台。