JP2522736B2 - Vibration isolation device - Google Patents

Vibration isolation device

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JP2522736B2 JP3361541A JP36154191A JP2522736B2 JP 2522736 B2 JP2522736 B2 JP 2522736B2 JP 3361541 A JP3361541 A JP 3361541A JP 36154191 A JP36154191 A JP 36154191A JP 2522736 B2 JP2522736 B2 JP 2522736B2
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、除振装置に係り、特に
振動を嫌う機械装置を搭載した除振台床板を浮上懸架し
て、除振台設置床からの振動を除去する除振装置に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an anti-vibration device, and in particular, an anti-vibration device for removing vibrations from a floor on which an anti-vibration table is installed by suspending an anti-vibration table floor plate equipped with a mechanical device that dislikes vibration About.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、振動を極度に嫌う、電子顕微
鏡、半導体製造装置等の機械装置は、除振装置に搭載さ
れて使用されてきた。従来の除振装置の一例として、空
気ばね方式がある。電子顕微鏡、半導体製造装置等の機
械装置は、空気ばねを具備する除振台床板に搭載され
て、設置床の振動が空気ばねにより吸収され、除振台床
板に搭載された機械装置に伝わらないようになってい
た。しかしながら、空気ばね方式の除振装置は、機械的
なものであり、振動を完全に取除くことはできず、特に
微少な振動を完全に除去するのには無理があった。更
に、除振台床板上に発生する振動に対して、振動を吸収
することができず、除振台床板に搭載した機械装置等に
振動を与えてしまうことがある。
2. Description of the Related Art Conventionally, mechanical devices such as electron microscopes and semiconductor manufacturing devices, which are extremely reluctant to vibrate, have been used by being mounted on a vibration isolation device. An example of a conventional vibration isolator is an air spring system. Mechanical devices such as an electron microscope and a semiconductor manufacturing device are mounted on a vibration isolation table floor provided with an air spring, and the vibration of the installation floor is absorbed by the air spring and is not transmitted to the machinery mounted on the vibration isolation table floor. It was like. However, the air spring type vibration damping device is mechanical, and cannot completely remove the vibration. In particular, it was impossible to completely remove the minute vibration. Further, with respect to the vibration generated on the vibration isolation base floor plate, the vibration cannot be absorbed, and the mechanical device mounted on the vibration isolation base floor plate may be vibrated.

【0003】一方、例えば特開平2−203040号公
報に開示された磁気式防振装置が知られている。これ
は、除振台床板側に配設された磁性体を、設置床側に固
定された電磁石の磁気吸引力により浮上懸架して、設置
床からの振動を除去するものである。しかしながら、こ
の磁気式防振装置においては、浮上用電磁石の磁気吸引
力によって発生するばね力で設置床と除振台床板とが結
び付けられており、磁性体のエッジ部分で磁束が回り込
むため、特に水平方向の設置床側の振動に対していわゆ
るバネ剛性が作用し、除振帯域が狭くなるという問題が
あった。
On the other hand, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 2-203040
The magnetic vibration isolation device disclosed in the report is known. this
Is a magnetic material placed on the floor plate side of the vibration isolation table
Suspended and installed by the magnetic attraction of the specified electromagnet
It removes vibrations from the floor. However, this
In the magnetic anti-vibration device, the magnetic attraction of the levitation electromagnet
The installation floor and the vibration isolation base floor plate are connected by the spring force generated by the force.
The magnetic flux wraps around the edges of the magnetic material.
Therefore, it is difficult to avoid vibrations on the floor side, especially in the horizontal direction.
There is a problem that the vibration isolation band becomes narrow due to the effect of spring rigidity.
there were.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、係る従来技
術の問題点に鑑みて為されたもので、除振台床板を設置
床より浮上懸架する、振動の固有値がほとんどゼロにな
り広い除振帯域を有する除振装置を提供することを目的
とする
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art. When the vibration isolation base floor plate is suspended from the installation floor, the eigenvalue of vibration becomes almost zero and a wide range of vibration is eliminated. The purpose is to provide a vibration isolation device having a vibration band.
And

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明の除振装置は、除
振台床板底面から下方に延在する支持部材と、該支持部
材の下端に配設された水平方向に延在する磁性体と、
置床側に固定され前記磁性体を上方から吸引するように
磁極面が配設された浮上用電磁石と、前記磁性体と前記
浮上用電磁石の磁極面との空隙における相対変位を検出
する変位センサと、該変位センサの信号により前記除振
台床板を目標位置に浮上させるため前記電磁石の励磁電
を制御する制御回路とからなる除振装置において、前
記支持部材の下端に配設された磁性体の磁極面の外縁部
が、前記浮上用電磁石の磁極面の外縁部よりも十分に
きく外方に位置していることを特徴とする。
DISCLOSURE OF THE INVENTION A vibration isolator according to the present invention comprises a support member extending downward from a bottom surface of a vibration isolation table and a support portion.
A magnetic body that extends in the horizontal direction is disposed at the lower end of the timber, set
It is fixed on the floor and sucks the magnetic material from above.
A levitating electromagnet pole face is disposed, a displacement sensor for detecting a relative displacement in the air gap between the magnetic member and the <br/> pole faces of the levitation electromagnets, said anti-vibration table by the signal of the displacement sensor exciting electric of the electromagnet for floating the floor plate to a target position
In a vibration isolation device consisting of a control circuit for controlling the flow ,
The outer edge of the magnetic pole surface of the magnetic body disposed at the lower end of the support member
However, it is characterized in that it is located at a position sufficiently larger than the outer edge portion of the magnetic pole surface of the levitation electromagnet.

【0006 [0006 ]

【作用】設置床側に固定された浮上用電磁石は、励磁電
流が流れると、磁気吸引力により、除振台床板に固定さ
れた磁性体を吸引し浮上支持する。従って、磁性体に固
定された除振台床板は、設置床側に対して非接触で浮上
懸架された状態となる。そして、除振台床板に固定され
た磁性体の磁極面が、設置床側に固定された浮上用電磁
石の磁極面よりも大きくなっており、水平方向の磁気
力が作用しない。従って、設置床側が振動しても、そ
の振動は除振台床板に伝わらず、除振台床板は水平方向
に静止したままである。即ち、水平方向の振動の固有値
がほとんどゼロの振動系となり、広い除振帯域を有する
除振装置が実現される。
When the exciting current flows, the levitation electromagnet fixed to the installation floor side attracts and floats the magnetic material fixed to the vibration isolation base floor plate by the magnetic attraction force. Therefore, the vibration isolation base floor plate fixed to the magnetic body is in a state of being suspended and suspended without contact with the installation floor side. The pole face of the fixed magnetic body vibration isolation table floorboards, is larger than the magnetic pole surface of the levitation electromagnets fixed to the installation floor side, in the horizontal direction magnetic determined
My heart doesn't work. Therefore, even if the installation floor side is vibrated, the vibration is not transmitted to the anti-vibration table floorboard, dividing Fudaiyuka plate remains stationary in a horizontal direction. That becomes a unique value of the vibration in the horizontal direction is almost zero vibration system, vibration isolation devices Ru is realized with a wide anti-vibration band.

【0007】[0007]

【実施例】図2は、本発明の一実施例の除振装置の
(a)は、平面図であり、(b)は側面図である。除振
台床板1は、浮上用電磁石からなるアクチュエータ3に
より浮上懸架される。アクチュエータ3は、設置床2に
設置され、除振台床板1を、図示するように4点で支持
する。除振台床板1の上には、電子顕微鏡、半導体製造
装置等の振動を極度に嫌う機械装置が搭載される。
2A and 2B are a plan view and a side view, respectively, of a vibration isolator according to an embodiment of the present invention. The anti-vibration base plate 1 is suspended by an actuator 3 composed of a levitation electromagnet. The actuator 3 is installed on the installation floor 2 and supports the anti-vibration base plate 1 at four points as shown. On the vibration isolation base plate 1, a mechanical device such as an electron microscope and a semiconductor manufacturing device which is extremely reluctant to vibrate is mounted.

【0008】 図1は、本発明の一実施例の除振装置のア
クチュエータ部分の説明図である。除振台床板1は、支
持部材12を介して、磁性体5に接続固定されている。
磁性体5は、高透磁率の磁性材料である。浮上用電磁石
4は、設置床3に固定されており、浮上用電磁石4は、
環状のコイルがヨーク9に巻回されたもので、ヨーク9
は、磁性体5に対向している。即ち、ヨーク9と磁性体
5とは、その間の空隙を介して浮上用電磁石4の磁気回
路を形成する。変位センサ8は、磁性体5に設けられた
ターゲットにより、磁性体5と設置床側に固定された浮
上用電磁石との空隙における相対変位を検出する。
FIG . 1 is an explanatory view of an actuator portion of a vibration isolator according to an embodiment of the present invention. The anti-vibration base plate 1 is connected and fixed to the magnetic body 5 via the support member 12.
The magnetic body 5 is a magnetic material having a high magnetic permeability. The levitation electromagnet 4 is fixed to the installation floor 3, and the levitation electromagnet 4 is
An annular coil is wound around the yoke 9,
Faces the magnetic body 5. That is, the yoke 9 and the magnetic body 5 form a magnetic circuit of the levitation electromagnet 4 with a gap therebetween. The displacement sensor 8 detects the relative displacement in the gap between the magnetic body 5 and the levitation electromagnet fixed to the installation floor side by the target provided on the magnetic body 5.

【0009】 除振台床板1に固定された磁性体5の磁極
面は、図中Aで示すように、設置床2側に固定された浮
上用電磁石4のヨーク9の磁極面よりも大きくなってい
る。このため、浮上用電磁石4の磁気吸引力は、垂直方
向にのみ、磁性体5に対して作用し、水平方向には磁気
求心力はほとんど作用しない。従って、浮上用電磁石4
よりは、磁性体5を平衡位置に保持するような水平方向
の力、いわゆるばね剛性がほとんど働かず、ばね剛性
と、被支持体の質量とで定まる自由振動の固有値がほと
んどゼロに近い振動系が実現される。
[0009] pole faces of the anti-vibration table floorboard 1 which is fixed to the magnetic body 5, as shown in the figure A, is greater than the pole faces of the yoke 9 of the levitation electromagnets 4 which is fixed to the installation floor 2 side ing. Therefore, the magnetic attraction force of the levitation electromagnet 4 acts on the magnetic body 5 only in the vertical direction, and the magnetic attraction force in the horizontal direction.
Centripetal force is almost no action. Therefore, the levitation electromagnet 4
Is a vibrating system in which a horizontal force for holding the magnetic body 5 at the equilibrium position, so-called spring rigidity, hardly acts, and the eigenvalue of free vibration determined by the spring rigidity and the mass of the supported body is almost zero. Is realized.

【0010】 更に、除振台床板1には、振動センサ6が
具備されており、除振台床板1の水平方向の振動(
位、速度、加速度)を検出する。除振台床板1に生じる
水平方向の振動を打消すために、水平方向除振用電磁石
7が設けられている。水平方向除振用電磁石7は、その
磁極が、支持部材12のターゲット14に対向すること
により、水平方向の磁気吸引力を除振台床板1に対して
作用させることができる。
Furthermore, the anti-vibration table floorboard 1, the vibration and the sensor 6 is provided, horizontal vibration of the vibration isolation base floor 1 (odd
Position, speed, acceleration). A horizontal vibration isolating electromagnet 7 is provided in order to cancel horizontal vibration generated on the vibration isolation base plate 1. Since the magnetic poles of the horizontal vibration isolation electromagnet 7 face the target 14 of the support member 12, a horizontal magnetic attraction force can be applied to the vibration isolation base plate 1.

【0011】 図3は、本発明の一実施例の除振装置の垂
直方向制御のブロック図である。浮上位置指令信号15
により所望する磁性体5の垂直方向の浮上位置を指定す
る。比較器17によって、浮上位置指令信号15と、変
位センサ8の信号を変位センサアンプ16で増幅した信
号とを比較する。そして変位センサアンプ16の出力が
浮上位置指令信号15に達しない場合には、その差分が
位相補償回路18によって、位相が調整され、ドライブ
回路19によって電力増幅され、浮上用電磁石4のコイ
ルに励磁電流として印加される。浮上用電磁石4に励磁
電流が流れると、磁性体5の磁極に対して磁気吸引力が
発生し、磁性体5、即ち除振台床板1は浮上する。この
ようなフィードバック制御系によって、磁性体5、即
ち、除振台床板1の位置は、浮上位置指令信号15によ
って指定された位置で安定に浮上する。
FIG . 3 is a block diagram of vertical control of the vibration isolator according to an embodiment of the present invention. Ascent position command signal 15
The desired floating position of the magnetic body 5 in the vertical direction is designated by. The comparator 17 compares the flying position command signal 15 with the signal obtained by amplifying the signal from the displacement sensor 8 by the displacement sensor amplifier 16. When the output of the displacement sensor amplifier 16 does not reach the floating position command signal 15, the phase is adjusted by the phase compensation circuit 18, the power is amplified by the drive circuit 19, and the coil of the floating electromagnet 4 is excited. It is applied as an electric current. When an exciting current flows through the levitation electromagnet 4, a magnetic attraction force is generated on the magnetic poles of the magnetic body 5, and the magnetic body 5, that is, the vibration isolation base plate 1 floats. By such a feedback control system, the position of the magnetic body 5, that is, the vibration isolation floor plate 1 is stably levitated at the position designated by the levitating position command signal 15.

【0012】 図4は、本発明の一実施例の除振装置の水
平方向制御のブロック図である。除振台床板1上に設置
された振動センサ6で、除振台に加えられる水平方向の
振動、即ち、変位、速度、加速度を検出する。そして検
出された振動を、除振回路21に入力する。除振回路2
1は、振動を打消すために必要な信号を発生し、そして
一定のゲインを有する増幅回路で増幅後、直流検波回路
22で右(R)側と左(L)側を振り分け、ドライブ回
路23でそれぞれ電力増幅し、右側と左側の水平方向除
振用電磁石7R7Lのコイル13に印加する。
FIG . 4 is a block diagram of horizontal control of the vibration isolator according to an embodiment of the present invention. A vibration sensor 6 installed on the vibration isolation table floor plate 1 detects horizontal vibration applied to the vibration isolation table, that is, displacement, velocity, and acceleration. Then, the detected vibration is input to the vibration isolation circuit 21. Vibration isolation circuit 2
1 generates a signal necessary for canceling the vibration, and after amplification by an amplification circuit having a constant gain, the DC detection circuit 22 distributes the right (R) side and the left (L) side, and the drive circuit 23 Then, the power is amplified respectively and applied to the coils 13 of the right and left horizontal vibration isolation electromagnets 7R and 7L.

【0013】 図5は、除振特性の説明図であり、(A)
は水平方向のばね剛性により、振動の固有値を有する場
合であり、(B)は水平方向のばね剛性が無く、振動の
固有値がほとんどゼロの場合である。コンプライアンス
は、外乱の外力に対する変位の比であり、X(変位)/
F(外力)で表される。(A)に示す水平方向のばね剛
性により振動の固有値を有する場合には、外乱がある
と、固有値(ω0) 付近で、大きな振動が生じ、除振帯
域は、固有値(ω0) より高い周波数領域に限られる。
これに対して、本発明の一実施例では、図1の円Aに示
すように、除振台床板1に固定された磁性体5の磁極面
が設置床2側に固定された浮上用電磁石4の磁極面より
も大きくなっている。このため、浮上用電磁石4は、水
平方向の磁気求心力がほとんど磁性体5に作用せず、い
わゆるばね剛性がほとんどゼロであり、振動の固有値が
ほとんどゼロとなる。従って、本発明の除振装置の構造
は、(B)に示す振動の固有値がほとんどゼロの場合と
なる。それ故、(A)に示す、水平方向のばね剛性によ
り、振動の固有値を有する場合と比較して、全周波数領
域にわたって、除振帯域が得られるという効果を奏す
る。
FIG . 5 is an explanatory view of the vibration isolation characteristic, which is (A).
Shows the case where the horizontal spring rigidity has an eigenvalue of vibration, and (B) shows the case where there is no horizontal spring rigidity and the eigenvalue of vibration is almost zero. Compliance is the ratio of the displacement of the disturbance to the external force, and X (displacement) /
It is represented by F (external force). When the horizontal spring stiffness shown in (A) has an eigenvalue of vibration, if there is a disturbance, large vibration occurs near the eigenvalue (ω 0 ), and the vibration isolation band is higher than the eigenvalue (ω 0 ). Limited to the frequency domain.
On the other hand, in one embodiment of the present invention, as shown by a circle A in FIG. 1, the levitation electromagnet in which the magnetic pole surface of the magnetic body 5 fixed to the vibration isolation base floor plate 1 is fixed to the installation floor 2 side. It is larger than the magnetic pole surface of No. 4. Thus, levitation electromagnets 4 does not act on the most magnetic 5 magnetic centripetal force in the horizontal direction, a so-called spring stiffness almost zero, the eigenvalues of the vibration becomes almost zero. Therefore, the structure of the vibration isolator of the present invention is the case where the eigenvalue of vibration shown in (B) is almost zero. Therefore, as shown in (A), the spring rigidity in the horizontal direction brings about an effect that the vibration isolation band can be obtained over the entire frequency region, as compared with the case where the vibration has an eigenvalue.

【0014】 更に、除振台床板1に垂直方向の振動セン
サを取付け、垂直方向の速度、加速度を検出し、この信
号をもとに、垂直方向に浮上用電磁石の励磁電流をコン
トロールすることが考えられる。このような制御によっ
て、水平方向、鉛直方向の絶対座標系での除振が可能と
なる。
Furthermore, mounting the vibration sensor in the direction perpendicular to the anti-vibration table floorboard 1, the vertical velocity, to detect the acceleration on the basis of this signal, is possible to control the excitation current of the levitation electromagnets in the vertical direction Conceivable. By such control, it becomes possible to perform vibration isolation in the absolute coordinate system in the horizontal and vertical directions.

【0015】[0015]

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明の除
振装置は、除振台床板に固定された磁性体を、設置床側
に固定された電磁石の磁気力により非接触浮上するもの
である。除振台床板に固定された磁性体の磁極面が設置
床側に固定された浮上用電磁石の磁極面よりも大きくな
っているので、水平方向の磁気求心力が発生しないこと
から、全周波数領域にわたって除振が可能となり、広い
除振帯域を有する除振装置が実現される。
As described in detail above, the vibration isolator according to the present invention levitates the magnetic body fixed to the vibration isolation base floor plate in a non-contact manner by the magnetic force of the electromagnet fixed to the installation floor side. It is. Since the pole faces of which is fixed to the anti-vibration table bed plate magnetic material is larger than the magnetic pole surfaces of levitating electromagnets fixed to the installation floor side, since the magnetic centripetal force in the horizontal direction does not occur, the entire frequency range It is possible to perform vibration isolation over the entire range, and a vibration isolation device having a wide vibration isolation band is realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施例の除振装置のアクチュエータ
部分の説明図。
FIG. 1 is an explanatory diagram of an actuator portion of a vibration isolation device according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の一実施例の除振装置の(a)平面図、
(b)側面図。
FIG. 2 is a (a) plan view of a vibration isolation device according to an embodiment of the present invention,
(B) Side view.

【図3】本発明の一実施例の除振装置の垂直方向制御の
ブロック図。
FIG. 3 is a block diagram of vertical control of a vibration isolation device according to an embodiment of the present invention.

【図4】本発明の一実施例の除振装置の水平方向制御の
ブロック図。
FIG. 4 is a block diagram of horizontal control of a vibration isolation device according to an exemplary embodiment of the present invention.

【図5】除振特性の説明図。FIG. 5 is an explanatory diagram of vibration isolation characteristics.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 除振台床板 2 設置床 3 アクチュエータ 4 浮上用電磁石 5 磁性体 6 振動センサ 7 水平方向除振用電磁石 8 変位センサ 9 ヨーク 12 支持部材 13 コイル 14 ターゲット 1 Vibration Isolation Floor Plate 2 Installation Floor 3 Actuator 4 Levitation Electromagnet 5 Magnetic Material 6 Vibration Sensor 7 Horizontal Vibration Isolation Electromagnet 8 Displacement Sensor 9 Yoke 12 Supporting Member 13 Coil 14 Target

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 除振台床板底面から下方に延在する支持
部材と、該支持部材の下端に配設された水平方向に延在
する磁性体と、設置床側に固定され前記磁性体を上方か
ら吸引するように磁極面が配設された浮上用電磁石と、
前記磁性体と前記浮上用電磁石の磁極面との空隙におけ
る相対変位を検出する変位センサと、該変位センサの信
号により前記除振台床板を目標位置に浮上させるため
電磁石の励磁電流を制御する制御回路とからなる除振
装置において、 前記支持部材の下端に配設された磁性体の磁極面の外縁
部が、前記 浮上用電磁石の磁極面の外縁部よりも十分に
大きく外方に位置していることを特徴とする除振装置。
1. A support extending downward from a bottom surface of a vibration isolation table floor plate.
Member and a horizontally extending member disposed at the lower end of the supporting member
And the magnetic body that is fixed on the installation floor side.
A levitation electromagnet whose magnetic pole surface is arranged so as to be attracted from
A displacement sensor for detecting a relative displacement in the air gap between the magnetic member and the magnetic pole surfaces of levitating electromagnets, before order to float the anti-vibration table floor to the target position by a signal of the displacement sensor
Comprising a control circuit for controlling the excitation current of the serial electromagnet vibration isolation
In the device, the outer edge of the magnetic pole surface of the magnetic body disposed at the lower end of the support member
The vibration isolation device is characterized in that the portion is located outwardly sufficiently larger than the outer edge portion of the magnetic pole surface of the levitation electromagnet.
【請求項2】 前記除振台床板の水平方向の振動を検出2. Detecting horizontal vibration of the floor plate of the vibration isolation table
する振動センサと、前記支持部材の側面に配設されたタA vibration sensor and a touch sensor provided on a side surface of the support member.
ーゲットと、前記振動センサの信号から前記除振台床板Target and the floor plate of the anti-vibration base from the signal of the vibration sensor.
の水平方向振動を除振制御する前記ターゲットに対向すIt controls the horizontal vibration of the
るように磁極面が配置された除振用電磁石とを更に設けAnd an electromagnet for vibration isolation whose magnetic pole surface is arranged so that
たことを特徴とする請求項1記載の除振装置。The vibration isolator according to claim 1, wherein
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