CN1796972B - 振动隔离装置 - Google Patents

Abstract

一种振动隔离装置，用于隔离一振动源与一载件，该装置包括：承载台，用于承载该载件；外壳，设置在该振动源上，且围置出一容置空间；盖板，封盖在该容置空间的上方；基座，设置在该容置空间中、并延伸出该盖板与该承载台连接；多个连接件，设置在该容置空间中以及多个致动件，分别设置在每一个连接件中；本发明可充分隔离垂直与水平的振动，不会放大低频振动；同时确保该致动件仅承受轴向的负荷，不会因突发状况造成该致动件的挠曲负荷；此外，由于本发明的传感件可直接感测该承载台，故而也可避免低频隔振效果不佳等问题，充分解决了现有技术的缺点。

Description

振动隔离装置

技术领域

本发明是关于一种振动隔离装置，特别是关于一种用于精密的纳米级检测设备隔振的振动隔离装置。

背景技术

在电子及半导体产业中，其制程及检测设备往往对环境的微小振动相当敏感，在不良的微小振动环境下，极易造成这些仪器设备的动作误差或测量结果难以判读，尤其在未来制程逐渐向纳米级分辨率发展的情况下，检测设备对隔振的要求显然也更为迫切。

现有对于纳米级分辨率的电子显微镜、扫描探针显微镜或原子力显微镜，均是采用气垫隔振系统配合光学桌进行隔振，此类隔振系统在低频的部分常会放大振动，造成影像分辨率不佳；这是由于对于气垫或橡胶垫隔振而言，其在低频部分往往会出现共振的自然频率，进而导致振动放大与隔振的困难；此外，一般主动隔振系统大多仅适用于重型设备，对小型检测设备则有成本过高等问题，因此也造成小型检测设备隔振上的限制。

若如图4所示采用主被动隔振混合设计，借一压电致动器51主动控制低频部分的振动，并借另一被动隔振材料52阻绝高频部分与来自设备干扰信号的振动，的确可解决一般被动隔振在低频时被放大的问题。这项设计的缺点在于，当外界发生突发振动时，极易造成该单一压电致动器51的挠曲负荷，导致结构的破坏；且对该单一压电致动器51而言，其必须完全承受载重的负荷，长期也可能出现结构的破坏，例如美国专利第5,660,255号案的主动隔振装置即有上述问题。

再如图5所示的美国专利第6,209,841号案，它是利用钢索61作为单摆的结构，由于钢索结构61具有较大的挠性，为了避免致动器62受到挠曲的侧向应力，该设计是将致动器62包覆在一钢筒63中，并以盘型弹簧64预压。这项设计会因为预压，牺牲了致动器62的控制行程，并因其预压导致该致动器62的载重能力降低；同时，当地震发生时，过大的侧向力也可能造成该致动器62的损坏；再者，该设计中传感器65并无法直接测量负载端的振动，故而负载端的振动会通过单摆结构传回传感器65，此时该传感器65与致动器62是与地板等振动源连接，该负载端却是通过单摆结构与传感器65及致动器62连接，因而造成该致动器62仅能对来自振动源的振动进行控制，无法直接控制该负载端，导致低频隔振效果不佳。

行程，并因其预压导致该致动器62的载重能力降低；同时，当地震发生时，过大的侧向力也可能造成该致动器62的损坏；再者，该设计中传感器65并无法直接测量负载端的振动，故而负载端的振动会通过单摆结构传回传感器65，此时该传感器65与致动器62是与地板等振动源连接，该负载端却是通过单摆结构与传感器65及致动器62连接，因而造成该致动器62仅能对来自振动源的振动进行控制，无法直接控制该负载端，导致低频隔振效果不佳。

发明内容

因此，如何开发一种振动隔离装置，兼顾水平、垂直方向的振动隔离，同时避免低频振动的放大，还要兼顾致动器等结构的稳定，确已成为相关领域迫切待解的课题。

为解决上述现有技术的问题，本发明的主要目的在于提供一种可能够对垂直方向的振动隔离的振动隔离装置。

本发明的再一目的在于提供一种可对水平方向的振动隔离的振动隔离装置。

本发明的另一目的在于提供一种不会放大低频振动的振动隔离装置。

本发明的又一目的在于提供一种可避免致动件受挠曲、且结构稳定的振动隔离装置。

本发明的还一目的在于提供一种可避免致动件承受过高负载的振动隔离装置。

本发明的再一目的在于提供一种可直接感测承载台振动的振动隔离装置。

为达到上述及其它目的，本发明的振动隔离装置，用于隔离一振动源与一载件，该振动隔离装置包括：承载台，用于承载该载件；外壳，设置在该振动源上，且围置出一容置空间；盖板，封盖在该容置空间的上方；基座，设置在该容置空间中、并延伸出该盖板与该承载台连接，且该基座与位于该基座下方的该外壳之间是非接触的；多个连接件，设置在该容置空间中，位于该基座的周围，且每一连接件分别与该基座及该盖板连接；以及多个致动件，分别设置在每一个连接件中，在该振动源垂直振动时改变该连接件与基座的振动，维持该承载台的垂直振动为最小。上述连接件、该基座与该盖板间形成一单摆结构，在该振动源水平振动时摆动，维持该承载台水平位置的不变，且该单摆结构可借由调整该基座的振动大小而控制该承载台的振动量。

该致动件是一压电致动器，它是由压电陶瓷材料制成的，可借由改变尺寸来改变该连接件的长度；同时，该致动件设置在该连接件的约略中央位置、该连接件突出盖板上方的位置、或该连接件延伸出该基座下方的位置。

该连接件是长短两连杆的组合，且其最佳的数目是三个，等距地设置在该基座的周围。

此外，该基座中设置有一例如速度规或加速规的传感件，测量该承载台的振动信号，控制该致动件，且该传感件与该致动件均分别连接至一外界控制器。

因此，借由本发明的连接件、致动件与传感件组合，即可达到充分隔离垂直与水平振动的功效，也不会放大低频振动；同时，由于该致动件分别固定在该连接件上，故而可确保该致动件仅承受轴向的负荷，不会因突发状况造成该致动件的挠曲负荷；此外，由于本发明的传感件可直接感测该承载台，故而也可避免低频隔振效果不佳等问题，充分解决了现有技术的缺点。

附图说明

图1是本发明的振动隔离装置的实施例1剖视图；

图2是本发明的振动隔离装置的实施例2剖视图；

图3是本发明的振动隔离装置的实施例3剖视图；

图4是现有主被动隔振装置的侧视图；以及

图5是美国专利第6,209,841号案揭示的振动隔离装置侧视图。

具体实施方式

实施例1

图1是本发明的振动隔离装置的实施例1剖视图，该振动隔离装置是放置在一例如地板的振动源10上，当该振动源10发生振动时，隔离该振动隔离装置上承载的载件20；如图1所示，该振动隔离装置包括一设置在该振动源10上的外壳31，该外壳31围置出一圆筒状容置空间32，并借一盖板33封盖在该容置空间32的上方，该外壳31也可围置成方形或其它形状，也可使用二个以上的支柱，在盖板33下方支撑；同时，该容置空间32中设置一基座34，该基座34具有一定的质量，且向上延伸出该盖板33，与一用于承载该载件20的水平承载台35连接，且该承载台35与该盖板33互不接触。

该振动隔离装置的特点是，可在该容置空间32填满油或其它液体，增加阻尼作用，该基座34的周围设置有多个连接件36，它们是均匀设在该容置空间32中，并等距间隔地排列在该基座34的周围，使每一连接件36的上下两端均分别与该盖板33及该基座34底盘连接；本实施例1中，每一个连接件36均为长短两连杆的组合，且这些连接件36的数目是三个，呈正三角形等距排列在该基座34的周围(图1的剖视图仅能见得两连接件36)；此外，本实施例1中该连接件36是借由球轴承40，分别与其上方的盖板33与下方的基座34底盘连接，并如图1所示，借由一止推件45与支撑座46进行固定。其中，该连接件36具有外牙，该止推件45则具有内牙，借其接触与转动调整该连接件36的上下运动。

上述每一个连接件36的约略中央位置均设置有一致动件41(Actuator)，该致动件41装设在该长、短连杆36的连接交界处，它是受外部控制器(图未标)的控制，在该振动源10垂直振动时改变该致动件41的尺寸，进而改变该连接件36的长度；同时，由于该基座34具有一定的荷重质量，故而该致动件41可受该长短两连杆36的紧密压合。当该致动件41作动而改变该连接件36长度时，会令整个基座34产生一相对运动，进而维持调整该承载台35的振动，避免其高度位置受垂直振动而改变，达到振动隔离的防振效果。

本实施例1的致动件41是一压电致动器，该压电致动器是由压电陶瓷材料制成，当外界控制器输入电信号时，该压电致动器接收该电信号而转换达到尺寸的改变，进而控制该连接件36的长度变化。该致动件41是线性马达或旋转马达。

此外，该基座34中设置有一传感件42，该传感件42是一可测量该振动源10振动信号的速度规或加速规；因此，当该振动源10发生垂直振动，将振动信号传递至该基座34与承载台35时，该传感件42将可感测该承载台35的振动并将该信号传至外界的控制器，再经该控制器，将该信号传回给该致动件41，驱动控制该致动件41变形，视需要增加或减少该连接件36的长度，调整该基座34的相对运动与振动量。

因此，借由该传感件42、致动件41与可调整长度的连接件36的设计，即可进行主动隔振，确实隔离该载件20，避免该振动源10的垂直振动的传递。

同时，该连接件36与基座34的设计也可用于隔离该振动源10的水平振动，因该连接件36、基座34与盖板33间是形成一单摆结构，可借该盖板33的位置为支点，依据该基座34的质量与连接件36进行单摆式的摆动；故而当该振动源10发生水平振动时，该基座34与连接件36将可进行摆动，维持该承载台35水平位置的不变，达到水平振动隔离的效果。

上述单摆结构也可利用螺纹设计，调整该基座34的高度，也就是调整该连接件36上下两个轴承40之间的距离，改变其有效长度，进而调整其水平方向的自然频率，达到水平调整的目的。

为进一步强化本发明的隔振效果，该承载台35与该载件20之间间隔有一例如弹性垫或弹簧的弹性物体(图未标)，发挥被动隔振的作用；上述用于连接该连接件36的轴承40上也包覆有一橡胶垫，避免环境振动经由外壳31传入该基座34。

因此，借由本发明的设计，即可充分达到垂直与水平振动隔离的功效，也不会放大低频振动；同时，由于该致动件41是分别固定在该连接件36上，因此可确保该致动件41仅承受轴向的负荷，不会因突发状况造成该致动件41的挠曲负荷，并可借由该多个致动件41平均分摊载重；此外，由于本发明的传感件42是可直接感测该承载台35，故而也可避免低频隔振效果不佳等问题。

实施例2

本发明的振动隔离装置除上述实施例1外，也可以是如图2所示的实施例2，视该容置空间32的大小改变该致动件41的位置，此时该连接件36的一端是与该盖板33连接、且向上延伸出该盖板33，该致动件41则设置在该盖板33上方的连接件36中，并夹固在该轴承40上的支撑座46与一止推件45中。

实施例3

反之，该致动件41的位置也可如图3所示的实施例3，此时该连接件36的一端与该基座34连接、且向下延伸出该基座34，该致动件41设置在该基座34下方的连接件36中，并夹固在该轴承40下的支撑座46与另一止推件45中。

Claims (21)

1.一种振动隔离装置，用于隔离一振动源与一载件，其特征在于，该振动隔离装置包括：

承载台，用于承载该载件；

外壳，设置在该振动源上，且围置出一供容纳用以增加阻尼作用的液体的容置空间；

盖板，封盖在该容置空间的上方；

基座，设置在该容置空间中、并延伸出该盖板与该承载台连接，且该基座与位于该基座下方的该外壳之间是非接触的；

多个连接件，设置在该容置空间中，位于该基座的周围，且每一连接件分别与该基座及该盖板连接，并该连接件、该基座与该盖板形成一单摆结构，在该振动源水平振动时摆动，维持该承载台水平振动为最小；以及

多个致动件，分别设置在每一个连接件中，在该振动源垂直振动时改变该连接件与基座的振动，维持该承载台的垂直振动为最小。

2.如权利要求1所述的振动隔离装置，其特征在于，该致动件是一压电致动器。

3.如权利要求2所述的振动隔离装置，其特征在于，该压电致动器是由压电陶瓷材料制成的。

4.如权利要求1所述的振动隔离装置，其特征在于，该致动件是线性马达或旋转马达。

5.如权利要求1所述的振动隔离装置，其特征在于，该致动件是借由改变其尺寸而改变该连接件与基座的振动大小。

6.如权利要求1所述的振动隔离装置，其特征在于，该致动件设置在该连接件的约略中央位置。

7.如权利要求1所述的振动隔离装置，其特征在于，该致动件设置在该盖板上方的连接件中。

8.如权利要求1所述的振动隔离装置，其特征在于，该致动件设置在该基座下方的连接件中。

9.如权利要求1所述的振动隔离装置，其特征在于，该连接件是长短两连杆的组合。

10.如权利要求1所述的振动隔离装置，其特征在于，该连接件是杆件或索。

11.如权利要求1所述的振动隔离装置，其特征在于，该连接件的数目是三个，且是等距设置在该基座的周围。

12.如权利要求1所述的振动隔离装置，其特征在于，该基座中设置有一传感件，测量该承载台的振动信号，控制该致动件。

13.如权利要求12所述的振动隔离装置，其特征在于，该传感件是一速度规。

14.如权利要求12所述的振动隔离装置，其特征在于，该传感件是一加速规。

15.如权利要求12所述的振动隔离装置，其特征在于，该传感件与该致动件均分别连接至一外界控制器。

16.如权利要求1所述的振动隔离装置，其特征在于，该连接件与该基座是借由轴承连接的，并借由一支撑座与止推件而固定。

17.如权利要求1所述的振动隔离装置，其特征在于，该连接件与该盖板间是借由轴承连接的，并借由一支撑座与止推件而固定。

18.如权利要求1所述的振动隔离装置，其特征在于，该承载台与该载件之间间隔有一弹性物体。

19.如权利要求1所述的振动隔离装置，其特征在于，该承载台与该盖板未接触。

20.如权利要求1所述的振动隔离装置，其特征在于，该外壳是围置成一圆筒状。

21.如权利要求1所述的振动隔离装置，其特征在于，该外壳是围置成一方形。

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