特許 7577144 振動絶縁装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-10-24

(45)【発行日】2024-11-01

(54)【発明の名称】振動絶縁装置

(51)【国際特許分類】

   F16F 15/02 20060101AFI20241025BHJP

   F16C 29/04 20060101ALI20241025BHJP

   F16F 13/20 20060101ALI20241025BHJP

【ＦＩ】

F16F15/02 A

F16C29/04

F16F15/02 M

F16F13/20

【請求項の数】 5

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2023008047

(22)【出願日】2023-01-23

(65)【公開番号】P2023108615

(43)【公開日】2023-08-04

【審査請求日】2023-03-10

(31)【優先権主張番号】10 2022 101 722.2

(32)【優先日】2022-01-25

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(73)【特許権者】

【識別番号】514297888

【氏名又は名称】マルコ システマナリセ ウント エントヴィックルング ゲーエムベーハー

(74)【代理人】

【識別番号】110002066

【氏名又は名称】弁理士法人筒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ロイター，マルティン

【審査官】正木 裕也

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１２－１９７８０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２１－０９２２４１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ１６Ｆ １５／０２

Ｆ１６Ｃ ２９／０４

Ｆ１６Ｆ １３／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

少なくとも二つの空気ばね（１６、１８）の上に支持されている軸受体（１４）を有し、各空気ばね（１６、１８）は、制御可能な弁（６０、６２）を介して圧縮空気を付与することが可能である、ダイヤフラム（２０、２２）によって閉じられているチャンバ（２４、２６）を有し、各ダイヤフラム（２０、２２）は、自身の静止位置において平面（Ｅ１、Ｅ２）に配置されており、前記平面（Ｅ１、Ｅ２）は、互いに対してＶ字形に配置されており、前記軸受体（１４）は、前記空気ばね（１６、１８）上に設置されている振動絶縁装置を用いたロボットの振動絶縁方法であって、以下の各ステップを含んでなる方法：
・ロボットを前記軸受体上に固定するステップ、
・前記ロボットを予め与えられた動作プロファイルにしたがって動かすステップ、
・振動センサを用いてその際に生じる各振動を捉えるステップ、
・ロボットが予め与えられた動作プロファイルにしたがって動かされる場合に生じる各振動を中和するように各チャンバにおける圧力について圧力プロファイルを作成するステップ、
・ロボットが再度予め与えられた動作プロファイルにしたがって動かされる場合に作成された圧力プロファイルにしたがって全てのチャンバに圧力を付与するステップ。

【請求項2】

前記振動は、前記振動絶縁装置の距離センサによって捉えられる、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

各ダイヤフラムについて圧力付与によって調節された距離からの偏差が求められる、請求項２に記載の方法。

【請求項4】

前記振動を捉える前に前記チャンバに予め定められた圧力が付与される、請求項１または２に記載の方法。

【請求項5】

前記圧力は、各ダイヤフラムが自身の静止位置にあるように選択される、請求項４に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、軸受体とダイヤフラムによって閉じられたチャンバを有する各空気ばねとを有する振動絶縁装置に関する。

【0002】

先行技術からは、空気空間を互いに接続部を介して連通する二つのチャンバに分割するダイヤフラムを有する各振動絶縁装置が公知である。圧力調節弁を介して振動絶縁が実施されるようにダイヤフラム下の空気圧を調整することが可能である。いくつかの適用例においては負荷を担持するために三つの空気ばねが使用される。また、負荷がより多くの空気ばねによって担持される各システムも公知である。

【0003】

荷重が動かされる各機械においては可能な動作が６自由度全てにおいて吸収されるべきである。このため、先行技術において荷重を平面に固定する、付加的な各位置調節装置が使用される。そのため今度は例えば水平方向に作動する各複動シリンダなど、少なくとも三つの位置調節装置が必要である。

【0004】

各ジェット弁を用いて微量分配するための各ロボットを利用する場合、ロボットの比較的重いヘッドが作業空間の任意の箇所において所望の方向に動く。他方、この種の各ロボットあるいは各分配システムは、さほど大きな構造を有しないため、従来の各振動絶縁装置を用いることは不可能である。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

よって本発明の課題は、構造がコンパクトであり、最適な振動絶縁を提供する振動絶縁装置を考案することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題は、請求項１の各特徴と、特に少なくとも二つの空気ばねの上に支持されている軸受体を有する振動絶縁装置によって解消され、この際各空気ばねは、制御可能な弁を介して圧縮空気を付与することが可能である、ダイヤフラムによって閉じられているチャンバを有する。さらに各ダイヤフラムは、自身の静止位置において平面に配置されており、両平面は互いに対してＶ字形に配置または配向されており、軸受体は両空気ばね上に設置されている。

【0007】

よって本発明によると軸受体は二つの互いに向かって傾斜している空気ばねの間に配置される。各空気ばねのダイヤフラムは、自身の静止位置、すなわち自身の偏向していない位置において平面に配置されている、すなわちダイヤフラムは、自身の偏向していない位置において平面状に形成されており、すなわち先行技術から公知であるように（少なくとも部分的に）波状またはロール状ではない。よって各ダイヤフラムが平面において平面状に配置されてＶの一脚部を形成する、Ｖ字形の配置を実現することが可能である。

【0008】

本発明によると可能である全ての運動軸のために重力が利用される、すなわち各アクチュエータは水平方向には使用されない。本発明によると水平方向または垂直方向に作用するあるいは配置される各空気ばねは使用されないため、全ての自由度における補償のために各空気ばねを使用することが可能である。本発明によると自身の取り付け位置における各空気ばねの作用方向は、水平方向にも垂直方向にも配向されていない。むしろ当該作用方向は、垂直方向に対して例えば１０°から約６０°の間における鋭角において延伸している。

【0009】

前述の振動絶縁装置を非常にコンパクトな構造に製造することが可能であり、この種の各振動絶縁装置を用いて例えば三つまたは四つの前述の類の振動絶縁装置を含む各システムを組み立てることが可能である。三つの振動絶縁装置の場合、当該各振動絶縁装置を絶縁すべき荷重下において星形に配置することが可能である。全部で四つの振動絶縁装置上に支持する場合には確かに運動学的な余分が生じる。しかしながら電子制御を用いて当該余分を確実に調節することが可能である。いずれの場合も絶縁すべき装置が６自由度全てにおいて振動に対して絶縁される。よってちょうど三つの本発明による振動絶縁装置を有するユニットは、いわば六脚体を構成し、当該六脚体の各アクチュエータ（各ダイヤフラム）は、六脚体のベースが極力動かないままでいるように制御される。

【0010】

本発明の有利である各実施形態は、明細書、図面および各請求項に記載されている。

【0011】

第一の好ましい実施形態において両空気ばねの各作用線は、鋭角に交差することが可能である。ここで空気ばねの作用線とは、各空気ばねの重心に対する法線、すなわちばねの重心領域においてばね力が発現する直線であると理解される。

【0012】

別の有利である実施形態によると、軸受体は、各ボールベアリングを介して各空気ばね上に支持されていてもよい。これにより軸受体と空気ばねとの間の界面領域における摩擦が大幅に低減されることにより振動絶縁にとって有利である。別の好ましい実施形態によるとボールベアリングは、例えばボールベアリングの個々のボールを収容するための平らなボールケージが設けられることによって平らなボールベアリングとして構成され得る。本実施形態において複数の振動絶縁装置間の極めて有利な分離が得られるのは、一つの振動絶縁装置が２自由度に関する動きを補償することが可能であるためである。その後、残りの４自由度は、さらに二つのさらなる本発明による振動絶縁装置の対象とされ得るのは、第一の振動絶縁装置の両方の平らなボールベアリングが２×２のさらなる各軸に沿った自由な動きを可能するためである。

【0013】

別の有利である実施形態によると、ボールベアリングまたはボールケージは、各ばねＵボルトによって振動絶縁装置においてセンタリングされて保持され得る。これによりボールベアリングを各ばねＵボルトの間にクリップ止めすることが可能であり、このことは簡単且つ迅速な取り付けにとって有利である。

【0014】

別の有利である実施形態によると軸受体は、二つの支持面を有することが可能であり、当該各支持面は、各ダイヤフラムが自身の静止位置にある両平面とほぼ同じ角度において互いに対して傾斜している。この場合、各空気ばねと軸受体のそれぞれの支持面とが二つの平行な平面を形成するため、軸受体が両ダイヤフラムの間において省スペースの状態で収容され得る。

【0015】

別の有利である実施形態によると、各ダイヤフラムに例えばダイヤフラムにねじ止めされる支持板を設けることが可能である。その後、支持板上に軸受体あるいはボールベアリングユニットを配置することでいずれの場合も摩擦の少ない支持が得られる。

【0016】

別の有利である実施形態によると、機械的な振動制限を形成するために軸受体のための少なくとも一つのストッパを設けることが可能である。ここで少なくとも一つのストッパがダンパーとして形成されるあるいはダンパーを有することが可能である。例えば一つのストッパがゴム状要素を有し得る。また一つのストッパを軸受体の上面に設けることで当該ストッパが振動絶縁装置の運搬時に当該振動絶縁装置から落下することがないようにすることも可能である。同時に本実施形態は、校正のための軸受体を軸受体の上面におけるストッパと並べることが可能であるという利点を提供する。当該位置において軸受体は明確に予め定められた位置を有し、当該位置を制御または調節のために利用することが可能である。

【0017】

別の有利である実施形態によると両平面は、約９０°から１５０°の角度において互いに対して傾斜し得る。これにより、各初期実験において良好な各結果が得られた。

【0018】

別の有利である実施形態によるとそれぞれのチャンバについて一つの圧力調節弁が設けられ、当該圧力調節弁は、ダイヤフラムの振動を検出する、それぞれ一つの振動センサによって制御される。電子制御により振動センサを用いることでダイヤフラムの動きを求め、当該動きに応じて関連する圧力調節弁を制御することが可能であるため、ダイヤフラムの下方におけるチャンバ内の圧力が増加または減少される。振動センサは、距離センサとして構成され得、当該距離センサを用いてダイヤフラムが一定の位置に調節され得る。

【0019】

別の実施形態によると軸受体（およびこれとともに振動から絶縁すべき荷重も）がちょうど二つの、特に共通のハウジング内に配置されている空気ばね上に設置され得る。ちょうど二つの空気ばねを有する実施形態においては要件に応じて三つまたは四つの箇所において機械支持手段の下に配置され得るコンパクトなユニットが得られる。空間における物体の位置を調節するには六つの動作方向をそれぞれ一つのアクチュエータで調節することが公知である。本発明によると二つの能動型空気ばねを有する、最低三つの振動絶縁装置がハウジング内に設けられる。

【0020】

それぞれちょうど二つの空気ばねを有する四つの振動絶縁装置を有するシステムにおいて各振動絶縁装置は、例えば二つの互いに直角に交差する軸に沿って配置され得、これにより余分が生じるものの今度は６自由度全てに沿った振動の分離が可能となる。一台の振動絶縁装置がマスターとして機能し、当該マスターにその他の各振動絶縁装置がスレーブとして圧力調節に追従するように定義することにより余分を解消することが可能である。

【0021】

以下において本発明について各図面を参照しながら例示的な実施形態により説明する。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】振動絶縁装置の透視図、

【図2】図１における振動絶縁装置を線II－IIに沿って通る断面図、

【図3】図２における領域IIIの拡大部分図、

【図4】図２における領域IVの拡大部分図、

【図5】カバーを取り外し、軸受体を取り外した、図１における振動絶縁装置の上面図、

【図6】各ボールベアリングを取り除いた、図５におけるユニットの上面図、

【図7】振動絶縁装置の配線図、および

【図8】図１から図７による振動絶縁装置を三つ有するシステムである。

【発明を実施するための形態】

【0023】

図１において基本ハウジング１０を有する振動絶縁装置の透視図が示されており、当該基本ハウジングは自身の上面が枠状のカバー１２によって閉じられている。基本ハウジング１０内には軸受体１４が二つの空気ばね１６、１８上に支持されており、当該各空気ばねも同様に基本ハウジング１０内に収容されている。

【0024】

本実施形態例において、両空気ばね１６および１８は同様の構造を有する。図３および図４に示されているとおり、各空気ばね１６、１８は、それぞれがチャンバ２４、２６の上に配されて当該チャンバを密閉するダイヤフラム２０、２２を有する。各チャンバ２４および２６は、それぞれ一つの圧力調節弁６０、６２を介して圧縮空気が付与され得る、すなわち給排気可能であり、そのために両弁６０、６２がマイクロコントローラ６５（図７）を介して制御される。各チャンバ２４および２６へのそれぞれの空気供給は、各図において示されていない。同様に各チャンバにおける圧力を測定し、マイクロコントローラ６５と接続されている各圧力センサも図示されていない。この種の各圧力センサは、例えば圧力調節弁内に一体化され得る。

【0025】

図２から図４は、自身の静止位置、すなわち自身の偏向していない位置における各ダイヤフラム２０、２２を示している。当該静止位置において各ダイヤフラム２０、２２は平面上に配置されている、すなわちダイヤフラムは平面状に形成されており、両ダイヤフラムが自身の静止位置において配置されている両平面は、互いに対してＶ字形に配置または配向されている。換言すると両ダイヤフラムは、図示される実施形態例においては約１２０°である開口角αを有するＶの各脚部上にある。相応して両空気ばね１６および１８の各作用線が鋭角β（図２を参照のこと）において互いに交差しており、当該鋭角は図示された実施形態例においては約６０°である。

【0026】

特に図３および図４に示されているように、各ダイヤフラム２０、２２は支持板２８に対してねじ止めされており、当該支持板は逆圧板３０によってダイヤフラムの反対側に保持されている。各支持板２８と各逆圧板３０との間における空洞にはゴムダンパー３２が設けられ、当該ゴムダンパーは基本ハウジング１０の固定ストッパ３３と協働して極端な場合に動かされる各荷重の衝突を緩和する。

【0027】

両空気ばね１６および１８上に設置されている軸受体１４は、断面が概ね三角形に形成されており、自身の下面において二つの支持面４０および４２を有し、当該各支持面は両平面Ｅ１およびＥ２と同様に同じ角度αにおいて互いに対して傾斜している。各空気ばね１６および１８の各支持板２８と両支持面４０および４２との間においてそれぞれ平らなボールベアリング４４、４６が設けられており、当該ボールベアリングは図示されている実施形態例においてレーストラック状の周輪郭を有し、多数のベアリングボールを有し、当該各ベアリングボールは平らなボールケージ４５、４７を用いて支持板２８上に分配されて配置されている。

【0028】

図５はカバー１２を取り外し、軸受体１４を取り除いた状態の基本ハウジング１０の上面図を示している。見受けられるように両空気ばね１６および１８は平行に隣接しており、各支持板２８の上方に各ボールベアリング４４および４６が位置づけられている。両ボールベアリング４４および４６は、各ばねＵボルト４９、５１を用いてセンタリングされて自身の位置に保持されている。図６は、各ダイヤフラム２０、２２が見えるように両ボールベアリング４４および４６が取り除かれた状態での図５における図を示している。

【0029】

図２に示すように、軸受体１４には自身の上面において二つの面取り部５０、５２が設けられており、当該各面取り部は、カバー１２の開口部における、対応する各面取り部５４、５６に対して平行に延伸する。これによりカバー１２の両面取り部５４および５６が軸受体１４のための上部固定ストッパを形成し、当該上部固定ストッパはカバーが閉じられた状態において軸受体１４がハウジング１２から脱落することも同時に防止する。両ダイヤフラム２０、２２の下方においてストッパ３３が設けられており、当該ストッパに対してダンパー３２が衝突することが可能であることによって極端な各振動時において軸受体１４が強く衝突すぎることを防止する。

【0030】

図１において、両圧力調節弁６０および６２が基本ハウジング１０の側面に配置されてそこに固定されていることが示されている。両圧力調節弁６０および６２の下方には電気式および空気圧式の各接続が設けられている。さらに基本ハウジング１０には二つの減衰チャンバ６４および６６が設けられており、当該各減衰チャンバは、それぞれ調整可能な絞り弁６８、７０を介して各チャンバ２４、２６のうち一つと接続されている。

【0031】

前述の振動絶縁装置は、基本ハウジング１０側に設けられた各取り付けフランジ１１および１３によって水平である場所の上に容易に取り付けられ得る。その後、例えば分配ロボットやその他の装置である、振動から絶縁すべき装置と軸受体１４とを接続することが可能であり、この際に取り付けを容易にするために軸受体１４の中央において自身の上面にねじ穴１７で囲まれたセンタリングピン１５が設けられている。

【0032】

前述のとおり、複数の前述の各振動絶縁装置を振動から絶縁すべき装置の下に設けることが可能であり、この際に振動絶縁装置が三つである場合には６自由度の全てにおける振動の絶縁を実施するためには図８に示される星形の配置が有利である。図示される配置においては、ちょうど三つの本発明による振動絶縁装置が一つのベースプレートの下において互いに可能な限り離れて星形の配置で位置づけられている。

【0033】

各ダイヤフラム１６、１８の振動を捉えられるようにするため基本ハウジング１０内の各チャンバ２４、２６の床に一つの振動センサ３４がセンサコイルの形において一体化されており、当該振動センサは、鉄製であるまたは鉄を含む逆圧板３０の動きを検出する。両振動センサ３４は、センサコイルとダイヤフラム間の距離の変化を求め、マイクロコントローラ６５（図７）と接続されており、両圧力調節弁６０、６２を制御することによって両チャンバ２４、２６に対して所定の圧力が付与されるあるいは圧力が抜かれるようにすることも可能である。したがって両圧力調節弁６０および６２は圧力管Ｐと戻り管Ｒとに接続されている。符号Aは、データ・電源供給管を示す。

【0034】

振動絶縁のための非調整駆動のためにはまず両チャンバ２４および２６にまず圧力を付与して軸受体１４が各ストッパ５４、５６に当接するようにし、これにより当該軸受体が予め定められて定義された位置になるようにすることが可能である。次に各チャンバにおける圧力を低減することで両チャンバが自身の図において示される静止位置になるようにする。その後、より高周波の振動絶縁は、各チャンバにおける流体（通常は空気）がそれぞれの減衰弁６８および７０を介して各減衰チャンバ６４および６６内に流入して当該各減衰チャンバから流出するようにすることによって実施され得る。

【0035】

しかしながら、能動的な振動減衰が望まれる場合、各センサ３４は各ダイヤフラムの動作を検出し、その後各チャンバ２４および２６内の圧力を調節することによって各ダイヤフラムの振動が減衰されるようにマイクロコントローラ６５が各圧力調節弁６０および６２を制御することが可能である。

【0036】

例えばロボットやそれ以外の装置が予め与えられた動作プロファイルに沿って動くことによって生じる各振動が予め分かっている場合には、振動絶縁のための特に有利である方法が得られる。当然、ここでは動作時に各振動を生成する装置の単なる一例としてロボットを挙げているに過ぎない。本方法の実施のために装置またはロボットを前述の振動絶縁装置の軸受体の上に固定してその後予め与えられた動作プロファイルに従って動かすことが可能である。例えば、分配弁が予め与えられた動作経路に沿って動かされるように分配ロボットを動かすことが可能である。ここで生じる各振動は、振動センサを用いて捉えられて記録されることが可能であり、この際例えば振動絶縁装置の各距離センサ３４を利用することが可能である。選択的に各ダイヤフラムについて圧力付与によって調節された距離からの偏差が求められる。

【0037】

その後、装置またはロボットが再び予め与えられた動作プロファイルに沿って動かされるとこの際に生じる各振動が既に公知であるため、動作時に生じる各振動を中和するために圧力について予め作成した圧力プロファイルを各チャンバにおいて利用することが可能である。このためロボットまたは装置が再度予め与えられた動作プロファイルに沿って動かされる場合に作成された圧力プロファイルに相当するように両チャンバ２４、２６に対して圧力を付与することが可能である。これにより、優れた振動補償を得ることが可能である。この関連において各圧力調節弁の各反応時間を考慮して各圧変化を少し早めに始動することも有利であり得る。

【0038】

ロボットの各動作データおよび振動センサの各データの迅速なデータ取得のためには、特にパワー・オーバー・イーサネット（ＰｏＥ）との組み合わせにおける各リアルタイム・イーサネット・アプリケーション（ＲＴＥ）が適している。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】