JP3587313B2

JP3587313B2 - Anti-vibration device

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Publication number: JP3587313B2
Application number: JP27220194A
Authority: JP
Inventors: 伊津志福井; 昌樹早津; 浩一梶原
Original assignee: 日立プラント建設株式会社
Priority date: 1994-11-07
Filing date: 1994-11-07
Publication date: 2004-11-10
Anticipated expiration: 2019-11-10
Also published as: JPH08135728A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は除振装置に係り、特に、圧電素子と弾性体とを直列配置した圧電アクチュエータユニットをアクチュエータとしたアクティブ型の除振装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の除振装置を、図１３、図１４を使用して説明する。建物等の床面１に断面凹状をした矩形状の基台２が固定される。この基台２と、半導体製造装置のような嫌振機器３を搭載する定盤４との間の４隅には、定盤４を鉛直方向に駆動させて鉛直方向の振動を除振する４基の鉛直方向の圧電アクチュエータユニット５、５…が設けられると共に、基台２の側板２Ａと定盤４の外周との間には、定盤４を水平方向に駆動させて水平方向の振動を除振する８基の水平方向の圧電アクチュエータユニット６Ａ、６Ｂが設けられる。この水平方向の圧電アクチュエータユニット６Ａ、６Ｂは、水平Ｘ方向の水平振動を除振する４基の水平Ｘ方向の圧電アクチュエータユニット６Ａと、水平Ｙ方向の水平振動を除振する４基の水平Ｙ方向の圧電アクチュエータユニット６Ｂとから構成される。また、鉛直、水平のそれぞれの圧電アクチュエータユニット５、６Ａ、６Ｂは、アクチュエータとしての圧電素子７と積層ゴム等の弾性体８とが直列に設けられる。この弾性体８により圧電素子７に加わる剪断方向（圧電素子７の軸方向に対して直交する方向）の力を吸収して圧電素子７の破壊を防止することができるようになっている。また、定盤４には、鉛直方向の振動を検出する複数個の鉛直振動検出器９と、水平方向の振動を検出する複数個の水平振動検出器１０とが取付けられている。そして、これらの検出器９、１０で得られた振動の信号は、アンプ１１を介してコントローラ１２に送られる。信号を受けたコントローラ１２では、予め設定されたプログラムに基づいて振動を制御する制御信号を駆動アンプ１３に送り、駆動アンプ１３では、鉛直、水平のそれぞれの圧電アクチュエータ５、６Ａ、６Ｂに駆動電圧を印加し、これにより圧電アクチュエータ５、６Ａ、６Ｂが駆動して定盤を駆動する。この操作を繰り返すことにより振動を除振し、定盤４に搭載された嫌振機器３への振動の伝達を防止している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記構造を有する従来の除振装置は以下の欠点がある。
▲１▼除振のために水平方向の圧電アクチュエータユニット６Ａ、６Ｂが駆動して駆動力が定盤４に加わると、駆動力の反力が基台２の側板２Ａに加わる。これにより、側板２Ａは反力に耐えうる剛性を有する必要があり、側板２Ａを厚くしたり図示しない補強部材を設ける等のことが必要になる。従って、除振装置の重量が重くなるという欠点がある。
▲２▼基台２の側板２Ａが定盤４の周囲に設けられ、この側板２と定盤４の外周との間に水平方向の圧電アクチュエータユニット６Ａ、６Ｂが設けられているので、定盤４の面積よりも基台２の底面積が大きくなり、除振装置を設置するために広い床面積が必要になるという欠点がある。
▲３▼水平方向の圧電アクチュエータユニット６Ａ、６Ｂの設置数が８基と多いために、制御が複雑になると共に駆動アンプ１３の数が多くなり、除振装置の価格が高価になるという欠点がある。
▲４▼また、本発明者等は実験の結果、圧電素子７と弾性体８を直列配置してアクチュエータを構成した場合、圧電アクチュエータユニット５、６Ａ、６Ｂの駆動方向に所定の荷重を予め負荷（以後、この荷重を予荷重と称す）しておかないと除振性能が悪いと共に、予荷重の与え方によって除振の制御性が左右されるとことを見いだした。しかし、従来の除振装置は、鉛直方向の圧電アクチュエータユニット５には、定盤４や嫌振機器３の重さにより予荷重に相当する荷重が負荷されるが、水平方向の圧電アクチュエータユニット６Ａ、６Ｂには予荷重が負荷されないという欠点がある。
【０００４】
このような背景において、水平方向の圧電アクチュエータユニット６Ａ、６Ｂの数を削減して除振装置の装置価格を低減する目的で、水平方向の圧電アクチュエータユニット６Ａ、６Ｂの数を８基から４基に減らして弾性体（圧縮バネ或いはゴム柱）で置き換えた除振装置、或いは、図１５に示すように弾性体をも省略した除振装置が検討されている。しかし、圧電素子アクチュエータユニット６Ａ、６Ｂを弾性体で置き換えた除振装置は、弾性体の剛性が異なるため、水平方向アクチュエータユニット６Ａ、６Ｂに負荷する予荷重のバランスが取りにくいという欠点があり、一方、図１５の除振装置の場合は水平方向の圧電アクチュエータユニット６Ａ、６Ｂに予荷重を与えると、定盤４に図中矢印１５方向の回転力が働くので、所定の予荷重を与えられないという欠点がある。従って、これらの除振装置は前記欠点の解決にはならない。
【０００５】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、装置の小型化、軽量化、水平方向の圧電アクチュエータユニット数の削減を図ることができると共に、水平方向の圧電アクチュエータユニットに所定の予荷重を精度良く確実に負荷できる除振装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決する為の手段】
本発明は、前記目的を達成する為に、建物等の床面上に固定された基台と嫌振機器を搭載する定盤との間に介在させて前記定盤を鉛直方向に駆動させて鉛直方向の振動を除振する複数の鉛直方向の圧電アクチュエータユニットと、前記定盤を水平方向に駆動させて水平方向の振動を除振する複数の水平方向の圧電アクチュエータユニットとを備え、前記圧電アクチュエータユニットが圧電素子と弾性体とを直列配置して構成された除振装置に於いて、前記複数の水平方向の圧電アクチュエータユニットは、水平Ｘ方向に駆動すると共にその駆動力の作用方向が逆向きの一対の水平Ｘ方向の圧電アクチュエータユニットと、水平Ｙ方向に駆動すると共にその駆動力の作用方向が逆向きの一対の水平Ｙ方向の圧電アクチュエータユニットとが、前記基台と前記定盤との間に前記定盤に回転力を作用させないように予荷重を付与して配置され、前記水平方向の圧電アクチュエータユニットは、前記圧電素子側が前記基台の上面に移動可能に結合された基台用取付治具に結合し、前記弾性体である積層ゴム側が前記定盤の下面に結合された定盤用取付治具に結合し、前記基台用取付治具の近傍の前記基台の上面に予荷重押当て治具を設け、該予荷重押当て治具に予荷重ボルトを螺合して該予荷重ボルトの先端を前記基台用取付治具に当接して前記予荷重ボルトの回転数により前記基台用取付治具の移動量を変えて前記予荷重を調整するように構成して成ることで、前記水平方向の圧電アクチュエータユニットが前記鉛直方向の圧電アクチュエータユニットを介在させた前記基台と前記定盤との間の空間に配置されるようにした。
【０００７】
【作用】
本発明によれば、圧電素子と弾性体とを直列配置して構成した複数の水平方向の圧電アクチュエータユニットを、建物等の床面に固定された基台と嫌振機器を搭載する定盤との間に設けた。これにより、従来の除振装置のように定盤の周囲に基台の側板を設ける必要がないので、平板な基台を使用できると共に、従来の除振装置より基台の面積を小さくできる。更には、水平方向の圧電アクチュエータユニットを、基台と定盤との間に設けたことにより、水平方向の圧電アクチュエータユニットが駆動した時に定盤に加わる駆動力の反力を、駆動方向に平行な基台の面で支えることができる。これにより、従来の除振装置のように駆動方向に直角な基台の側板で前記反力を支える場合に比べて基台の板厚を薄くすることができる。
【０００８】
また、水平方向の圧電アクチュエータユニットを、水平Ｘ方向に駆動すると共にその駆動力の作用方向が逆向きの一対の水平Ｘ方向の圧電アクチュエータユニットと、水平Ｙ方向に駆動すると共にその駆動力の作用方向が逆向きの一対の水平Ｙ方向の圧電アクチュエータユニットとで構成し、これらの水平方向の圧電アクチュエータユニットを定盤に回転力が作用しないように配置した。これにより、８個の水平方向の圧電アクチュエータユニットを使用する従来の除振装置より水平方向の圧電アクチュエータユニットの数を削減でき、しかも水平方向の圧電アクチュエータユニットの駆動方向に予荷重（圧電素子の駆動方向に予め負荷しておく荷重）を負荷した時に定盤が回転しないようにできる。従って、水平方向の圧電アクチュエータユニットに所定の予荷重を精度良く確実に負荷することができるので、除振性能を向上させることができる。
【０００９】
また、本発明によれば、水平方向の圧電アクチュエータユニットに、予荷重を負荷する負荷手段を設けると共に、負荷する荷重を可変できるようにしたので、圧電素子に所定の予荷重を容易に負荷することができる。
【００１０】
【実施例】
以下添付図面に従って本発明に係る除振装置の好ましい実施例について詳説する。
図１は本発明の除振装置の圧電素子アクチュエータの配置を示した平面図であり、図２は除振装置の一部を切り欠いて圧電素子アクチュエータの配置を示した斜視図である。図１及び図２に示すように、建物等の図示しない床面上に固定される矩形板状の基台２０と、半導体装置のような嫌振機器を搭載する矩形板状の定盤２２との間の４隅には、定盤２２を鉛直方向（図１のＺ方向）に駆動して鉛直方向の振動を除振する複数の鉛直方向の圧電アクチュエータユニット２４がそれぞれ設けられる。鉛直方向の圧電アクチュエータユニット２４は、鉛直方向に駆動する圧電素子２６と圧電素子２６に加わる剪断方向（圧電素子２６の駆動方向に対して直交する方向）の力を吸収して圧電素子２６の破壊を防止する積層ゴム２８とから構成される。
【００１１】
また、基台２０と定盤２２との間の鉛直方向の圧電アクチュエータユニット２４の近傍には、定盤２２を水平方向に駆動して水平方向の振動を除振する水平方向の圧電アクチュエータユニット３０Ａ、３０Ａ′、３０Ｂ、３０Ｂ′がそれぞれ設けられる。この水平方向の圧電アクチュエータユニット３０Ａ、３０Ａ′、３０Ｂ、３０Ｂ′は、鉛直方向の圧電アクチュエータユニット１４と同様に圧電素子２６と積層ゴム２８とから構成される。また、水平方向の圧電アクチュエータユニット３０Ａ、３０Ａ′、３０Ｂ、３０Ｂ′は、水平Ｘ方向（図１のＸ方向）に駆動する一対の水平Ｘ方向の圧電アクチュエータユニット３０Ａ、３０Ａ′と、水平Ｙ方向（図１のＹ方向）に駆動する一対の水平Ｙ方向の圧電アクチュエータユニット３０Ｂ、３０Ｂ′とから構成される。そして、水平Ｘ方向の圧電アクチュエータユニット３０Ａ、３０Ａ′は基台２０と定盤２２の間の４隅のうち、一方の略対角位置に駆動力の作用方向（図中矢印ａ、ａ′）を逆向きにして配置される。また、一対の水平Ｙ方向アクチュエータユニット３０Ｂ、３０Ｂ′は基台２０と定盤２２との間の他方の略対角位置に駆動力の作用方向（図中矢印ｂ、ｂ′）を逆向きにして配置される。
【００１２】
また、定盤２２の下面４隅には、鉛直方向の振動を検出する複数個の鉛直振動検出器３２と、水平Ｘ方向の振動を検出する複数個の水平Ｘ方向振動検出器３４と、水平Ｙ方向の振動を検出する複数個の水平Ｙ方向振動検出器３６とが取付けられている。そして、これらの検出器３２、３４、３６で得られた振動の信号は、図１３で説明したようにアンプ１１を介してコントローラ１２に送られ、予め設定されたプログラムに基づいて振動を制御する制御信号を駆動アンプ１３に送り、駆動アンプ１３では、鉛直、水平のそれぞれの圧電アクチュエータユニット２４、３０Ａ、３０Ａ′、３０Ｂ、３０Ｂ′に駆動電圧を印加して定盤２２を駆動し、これにより振動を除振する。この駆動電圧の印加と圧電アクチュエータユニット２４、３０Ａ、３０Ａ′、３０Ｂ、３０Ｂ′が駆動する変位において、図３に示すように圧電素子２６はヒステリシス特性をもつため、印加電圧増加時と印加電圧減少時では発生する変位量が異なる。そこで、バイアス電圧を加え特性が線形状態を保てる範囲で使用する。
【００１３】
次に、水平方向の圧電アクチュエータユニット３０Ａ、３０Ａ′、３０Ｂ、３０Ｂ′を基台２０と定盤２２に取り付ける取付構造を、圧電アクチュエータユニット３０Ａの例で説明する。図４は水平方向の圧電アクチュエータユニット３０Ａを基台２０と定盤２２に取り付けた側面図、図５は基台２０と定盤２２を省略した状態での図４の上側平面図である。図４、図５に示すように、圧電アクチュエータユニット３０Ａの圧電素子２６側が、水平面３８Ａと垂直面３８Ｂを有する基台用取付治具３８の垂直面３８Ｂにボルト４２で結合されると共に、水平面３８Ａが基台２０にボルト４４で結合される。一方、積層ゴム２８側が、水平面４０Ａと垂直面４０Ｂを有する定盤用取付治具４０の垂直面４０Ｂにボルト４６で結合されると共に、水平面４０Ａが定盤２２にボルト４８で結合される。また、基台用取付治具３８の水平面３８Ａの４隅に形成されたボルト孔は５０、圧電素子アクチュエータ３０Ａの駆動方向に長径な長孔になっており、ボルト４４を緩めると圧電素子アクチュエータ３０Ａは移動できるようになっている。また、基台用取付治具３８の近傍には水平面５２Ａと垂直面５２Ｂを有する予荷重押当て治具５２が設けられ、その水平面５２Ａがボルト５４で基台２０に結合されると共に、垂直面５２Ｂの略中央に穿設された雌ねじに予荷重ボルト５６が螺合され、予荷重ボルト５６の先端が基台用取付治具３８に当接している。これにより、基台用取付治具３８のボルト４４を緩めた状態で予荷重ボルト５６が基台用取付治具３８を押しつけると、基台用取付治具３８が図中Ａ方向に移動して圧電素子２６を介して積層ゴム２８を圧縮する。そして、圧縮された積層ゴム２８の反力により圧電素子アクチュエータユニット３０Ａには予荷重が負荷される。また、この予荷重の程度は、予荷重ボルト５６の回転数、即ち基台用取付治具３８の移動量を変えることにより調整することができる。
【００１４】
次に、水平方向の圧電アクチュエータユニット３０Ａ、３０Ａ′、３０Ｂ、３０Ｂ′の詳細構造を圧電アクチュエータユニット３０Ａの例で説明する。ここでは、水平方向の圧電アクチュエータユニット３０Ａの例で説明するが、鉛直方向の圧電アクチュエータユニット２４の場合にも駆動方向が鉛直方向になるだけで基本的に同様である。図６に示すように、図中左側に開口５８を有する断面コ字形状のケーシング６０が前記した基台用取付治具３８にボルト４２で結合される。また、ケーシング６０の開口５８には、板ばね６２が押えリング６４によって挟持され、ケーシング６０、板ばね６２、押えリング６４はボルト６６により結合されている。また、板ばね６２は取付フランジ６８と押さえ治具７０によって挟みこまれ、ボルト７２で結合されている。また、ケーシング６０には、圧電素子２６を位置合わせするリング状の突起７４が形成されると共に、押さえ治具７０にもリング状の突起７６が形成され、両方の突起７４、７６に圧電素子２６の両端が嵌め込まれている。また、積層ゴム２８の両端にはそれぞれフランジ７８が固着されると共に、一方側のフランジ７８が取付けフランジ６８にボルト８０で結合され、他方のフンラジ７８が前記した定盤用取付治具４０にボルト４６で結合される。また、ケーシング６０には、圧電素子２６の配線８２の電気コネクタ８４が取付けられている。このように構成された水平方向の圧電アクチュエータユニット３０Ａは、圧電素子２６の駆動力が積層ゴム２８を介して定盤用取付治具４０に伝えられて定盤２２を駆動する。また、圧電素子２６に加わる剪断方向（圧電素子２６の軸方向に直交する方向）の力は、積層ゴム２８及び板ばね６２により圧電素子２６に伝わらないようにできる。
【００１５】
上記の如く構成された本発明の除振装置によれば、複数の水平方向の圧電アクチュエータユニット３０Ａ、３０Ａ′、３０Ｂ、３０Ｂ′を、基台２０と定盤２２との間の空間にその駆動方向を水平にして配置し、その両端を基台用取付治具３８と定盤用取付治具４０とを介して基台２０と定盤２２とに固定した。これにより、従来の除振装置のように定盤２２の周囲に基台側板（図１３参照）を設ける必要がないので、平板な基台２０を使用できると共に、基台２０の面積を、嫌振機器を搭載する定盤２２に必要な面積と同じに小さくすることができる。更には、水平方向の圧電アクチュエータユニット３０Ａ、３０Ａ′、３０Ｂ、３０Ｂ′を、基台２０と定盤２２との間に設けたことにより、圧電アクチュエータユニット３０Ａ、３０Ａ′、３０Ｂ、３０Ｂ′が駆動した時に定盤２２に加わる駆動力の反力を、基台用取付治具３８を介して駆動方向に平行な基台２０の面で支えることができる。これにより、従来の除振装置のように駆動方向に直角な基台側板で前記反力を支える場合に比べて基台２０の板厚を薄くすることができる。従って、基台２０を小さくすることができ、且つ重量を軽くすることができるので、除振装置の小型化及び軽量化を図ることができる。
【００１６】
また、水平方向の圧電アクチュエータユニット３０Ａ、３０Ａ′、３０Ｂ、３０Ｂ′を、水平Ｘ方向に駆動すると共にその駆動力の作用方向が逆向きの一対の水平Ｘ方向の圧電アクチュエータユニット３０Ａ、３０Ａ′と、水平Ｙ方向に駆動すると共にその駆動力の作用方向が逆向きの一対の水平Ｙ方向の圧電アクチュエータユニット３０Ｂ、３０Ｂ′とで構成し、水平Ｘ方向の圧電アクチュエータユニット３０Ａ、３０Ａ′を基台２０と定盤２２の間の４隅のうち、一方のほぼ対角位置に駆動力の作用方向を逆向きにして配置し、一対の水平Ｙ方向アクチュエータユニット３０Ｂ、３０Ｂ′を基台２０と定盤２２との間の他方のほぼ対角位置に駆動力の作用方向を逆向きにして配置した。これにより、水平Ｘ方向の圧電アクチュエータユニット３０Ａ、３０Ａ′は定盤２２に対して回転力Ｅ（図１参照）を作用させる一方、水平Ｙ方向の圧電アクチュエータユニット３０Ｂ、３０Ｂ′は定盤２２に対して回転力Ｄ（図１参照）を作用させて互いに回転力を相殺する。従って、８個の水平方向の圧電アクチュエータユニットを使用する従来の除振装置より水平方向の圧電アクチュエータの数を半分にしても、水平方向の圧電アクチュエータユニット３０Ａ、３０Ａ′、３０Ｂ、３０Ｂ′の駆動方向に予荷重を負荷した時に定盤２２が回転しないようにできる。更には、水平方向の圧電アクチュエータユニット３０Ａ、３０Ａ′、３０Ｂ、３０Ｂ′がその駆動方向で移動可能なように基台用取付治具３８の構造を形成すると共に、基台用取付治具３８の近傍に予荷重押当て治具５２を設け、予荷重ボルト５６を回転させることにより基台用取付治具３８を所定の移動量だけ精度良く移動できるようにした。これにより、水平方向の圧電アクチュエータユニット３０Ａ、３０Ａ′、３０Ｂ、３０Ｂ′に所定の予荷重を精度良く確実に負荷することができるので、除振性能を向上させることができる。
【００１７】
ここで、図７〜図１０により予荷重と除振性能との関係を説明する。図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、水平方向の圧電アクチュエータユニット３０Ａ、３０Ａ′、３０Ｂ、３０Ｂ′に予荷重を負荷した場合の基台取付治具３８に対する圧電素子２６、積層ゴム２８及び定盤用取付治具４０の挙動を示したもので、図８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は予荷重を負荷しない場合である。また、（ａ）は初期状態、（ｂ）は圧電素子２６に駆動電圧を印加した時、（ｃ）は印加した電圧を下げた時を示す。尚、図７、図８では、積層ゴム２８の挙動を分かり易くするために、バネ状の形状で示した。
【００１８】
図７から分かるように、予荷重を負荷した場合には、圧電素子２６に駆動電圧を印加すると圧電素子２６が伸びて定盤用取付治具４０が基台用取付治具３８から離れる方向に移動する。また、印加する駆動電圧を下げると圧電素子２６が縮んで定盤用取付治具４０が基台用取付治具３８に近づく方向に移動する。即ち、予荷重を負荷した場合には、圧電素子２６への駆動電圧の印加に応じて定盤用取付治具４０が移動するので、圧電アクチュエータユニット３０Ａ、３０Ａ′、３０Ｂ、３０Ｂ′が駆動すると定盤２２を駆動させることができる。また、本発明の除振装置では、前記したように、水平方向の各圧電アクチュエータユニット３０Ａ、３０Ａ′、３０Ｂ、３０Ｂ′に予荷重を負荷する装置５２、５６を設けると共に、予荷重の大きさを可変できるようにしたので、最高の除振性能を得るための所定の予荷重を容易に負荷することができる。
【００１９】
これに対し、図８から分かるように、予荷重を負荷しない場合には、圧電素子２６に駆動電圧を印加すると圧電素子２６が伸びるがその分だけ積層ゴム２８が縮む。また、印加する駆動電圧を下げると圧電素子２６が縮むがその分だけ積層ゴム２８が伸びる。即ち、予荷重を負荷しない場合には、圧電素子２６に駆動電圧を印加しても、定盤用取付治具４０と基台用取付治具３８との距離が一定である。従って、圧電アクチュエータユニット３０Ａ、３０Ａ′、３０Ｂ、３０Ｂ′が駆動しても定盤２２が駆動しない。
【００２０】
また、図９は、水平方向及び鉛直方向の圧電アクチュエータユニット２４、３０Ａ、３０Ａ′、３０Ｂ、３０Ｂ′に適切な予荷重を負荷した場合の除振装置の除振性能を示したもので、図１０は、予荷重を負荷しない場合の除振装置の除振性能を示したものである。図９、図１０において、（ａ）は水平Ｘ方向、（ｂ）は水平Ｙ方向、（ｃ）は鉛直方向の除振性能を示したものである。
【００２１】
図９、図１０から明らかなように、圧電アクチュエータユニット２４、３０Ａ、３０Ａ′、３０Ｂ、３０Ｂ′に適切な予荷重を負荷しないと除振性能が明らに悪いのに対し、予荷重を負荷すると振動を略１００％除振することができる。ちなみに、図１０（ｃ）は図１０の（ａ）、（ｂ）に比べて除振性能が良いのは、鉛直方向の圧電素子アクチュエータユニット２４には、定盤２２や嫌振機器の重さにより予荷重に相当する荷重が負荷されているためである。
【００２２】
尚、本実施例では、水平方向の圧電アクチュエータユニット３０Ａ、３０Ａ′、３０Ｂ、３０Ｂ′を基台２０と定盤２２の対角の４隅に配置するようにしたが、図１１或いは図１２のように配置してもよい。また、圧電アクチュエータユニットは、圧電素子２６と積層ゴム２８を直列に配置するようにしたが、積層ゴム２８の代わりにゴム柱でもよい。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の除振装置によれば、複数の水平方向の圧電アクチュエータユニットを、工場等の床面に固定された基台と嫌振機器を搭載する定盤との間に設けた。これにより、従来の除振装置に比べて基台の面積を小さくでき、重さを軽くできる。従って、除振装置の小型化、軽量化を図ることができる。
【００２４】
また、水平方向の圧電アクチュエータユニットを、水平Ｘ方向に駆動すると共にその駆動力の作用方向が逆向きの一対の水平Ｘ方向の圧電アクチュエータユニットと、水平Ｙ方向に駆動すると共にその駆動力の作用方向が逆向きの一対の水平Ｙ方向の圧電アクチュエータユニットとで構成し、これらの水平方向の圧電素子アクチュエータを定盤に回転力が作用しないように予荷重を付与して配置した。これにより、水平方向の圧電アクチュエータユニットの数の削減を図ることができると共に、所定の予荷重を圧電アクチュエータユニットに負荷する際に精度良く確実に負荷できるので、除振性能を向上できる。
【００２５】
また、本発明の除振装置によれば、水平方向の圧電アクチュエータユニットは、鉛直方向の圧電アクチュエータユニットを介在させた基台と定盤との間の空間に配置されるようにしたので、従来の除振装置のように定盤の周囲に基台側板を設ける必要がないので、平板な基台を使用できると共に、基台の面積を、嫌振機器を搭載する定盤に必要な面積と同じに小さくすることができる。更に水平方向の圧電アクチュエータユニットを基台と定盤との間に設けたことにより、水平方向の圧電アクチュエータユニットが駆動したときに定盤に加わる駆動力の反力を駆動方向に平行な基台の面で支えることができるので、従来の除振装置のように駆動方向に直角な基台側板で支える場合に比べて基台の板厚を薄くすることができる。従って、基台を小さくすることができ、且つ重量を軽くすることができるので、除振装置の小型化及び計量化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明に係る除振装置の圧電アクチュエータユニットの配置を示した平面図
【図２】図２は、本発明に係る除振装置の一部を切り欠いて圧電アクチュエータユニットの配置を示した斜視図
【図３】図３は、圧電素子の電圧−変位特性を示した特性図
【図４】図４は、本発明に係る除振装置の水平方向の圧電アクチュエータユニットの取付構造を示す側面図
【図５】図５は、図４から基板と定盤を省略した平面図
【図６】図６は、圧電アクチュエータユニットの詳細構造を示した断面図
【図７】図７は、圧電アクチュエータユニットに予荷重を負荷した場合での圧電素子、積層ゴム、定盤用取付治具の挙動を示す図で、（ａ）は初期状態、（ｂ）は圧電素子２６に駆動電圧を印加した時、（ｃ）は印加した電圧を下げた時を示す。
【図８】図８は、圧電アクチュエータユニットに予荷重を負荷しない場合での圧電素子、積層ゴム、定盤用取付治具の挙動を示す図で、（ａ）は初期状態、（ｂ）は圧電素子２６に駆動電圧を印加した時、（ｃ）は印加した電圧を下げた時を示す。
【図９】図９は、圧電アクチュエータユニットに予荷重を負荷した場合での除振性能を示す図で、（ａ）は水平Ｘ方向、（ｂ）は水平Ｙ方向、（ｃ）は鉛直方向の除振結果を示す。
【図１０】図１０は、圧電アクチュエータユニットに予荷重を負荷しない場合での除振性能を示す図で、（ａ）は水平Ｘ方向、（ｂ）は水平Ｙ方向、（ｃ）は鉛直方向の除振結果を示す。
【図１１】図１１は、本発明に係る除振装置の圧電アクチュエータユニットの配置の別態様を示した平面図
【図１２】図１２は、本発明に係る除振装置の圧電アクチュエータユニットの配置の更に別態様を示した平面図
【図１３】図１３は、従来の除振装置の説明図
【図１４】図１４は、従来の除振装置の圧電アクチュエータユニットの配置を示す平面図。
【図１５】図１５は、従来の除振装置で圧電アクチュエータユニットを削減した例の平面図
【符号の説明】
２０…基台
２２…定盤
２４…鉛直方向の圧電アクチュエータユニット
２６…圧電素子
２８…積層ゴム
３０Ａ、３０Ａ′…水平Ｘ方向の圧電アクチュエータユニット
３０Ｂ、３０Ｂ′…水平Ｙ方向の圧電アクチュエータユニット
３２…鉛直方向振動検出器
３４…水平Ｘ方向振動検出器
３６…水平Ｙ方向振動検出器
３８…基台用取付治具
４０…定盤用取付治具
５２…予荷重押当て治具
５６…予荷重ボルト[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to a vibration isolation device, and more particularly to an active vibration isolation device using a piezoelectric actuator unit in which a piezoelectric element and an elastic body are arranged in series as an actuator.
[0002]
[Prior art]
A conventional vibration isolator of this type will be described with reference to FIGS. A rectangular base 2 having a concave cross section is fixed to a floor 1 of a building or the like. At four corners between the base 2 and the surface plate 4 on which the anti-vibration device 3 such as a semiconductor manufacturing device is mounted, the surface plate 4 is driven vertically to remove vibrations in the vertical direction. .. Are provided, and between the side plate 2A of the base 2 and the outer periphery of the surface plate 4, the surface plate 4 is driven in the horizontal direction to generate vibrations in the horizontal direction. Eight horizontal piezoelectric actuator units 6A and 6B for vibration isolation are provided. The horizontal piezoelectric actuator units 6A and 6B are composed of four horizontal X-direction piezoelectric actuator units 6A for removing horizontal X-direction horizontal vibration and four horizontal Y-direction horizontal Y-direction vibration units. Direction piezoelectric actuator unit 6B. In each of the vertical and horizontal piezoelectric actuator units 5, 6A and 6B, a piezoelectric element 7 as an actuator and an elastic body 8 such as laminated rubber are provided in series. The elastic body 8 absorbs a force applied to the piezoelectric element 7 in a shearing direction (a direction orthogonal to the axial direction of the piezoelectric element 7) to prevent the piezoelectric element 7 from being broken. A plurality of vertical vibration detectors 9 for detecting vertical vibration and a plurality of horizontal vibration detectors 10 for detecting horizontal vibration are attached to the surface plate 4. The vibration signals obtained by the detectors 9 and 10 are sent to the controller 12 via the amplifier 11. The controller 12 that has received the signal sends a control signal for controlling the vibration based on a preset program to the drive amplifier 13, and the drive amplifier 13 applies a drive voltage to the vertical and horizontal piezoelectric actuators 5, 6A, and 6B. Is applied, whereby the piezoelectric actuators 5, 6A, 6B are driven to drive the surface plate. By repeating this operation, the vibration is removed, and the transmission of the vibration to the anti-vibration device 3 mounted on the surface plate 4 is prevented.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional vibration isolator having the above structure has the following disadvantages.
{Circle around (1)} When the piezoelectric actuator units 6A and 6B in the horizontal direction are driven for vibration isolation and a driving force is applied to the surface plate 4, a reaction force of the driving force is applied to the side plate 2A of the base 2. Accordingly, the side plate 2A needs to have rigidity enough to withstand the reaction force, and it is necessary to increase the thickness of the side plate 2A or to provide a reinforcing member (not shown). Therefore, there is a disadvantage that the weight of the vibration isolator increases.
(2) Since the side plate 2A of the base 2 is provided around the surface plate 4, and the horizontal piezoelectric actuator units 6A and 6B are provided between the side plate 2 and the outer periphery of the surface plate 4, the surface plate is provided. There is a disadvantage that the bottom area of the base 2 is larger than the area of the base 4 and a large floor area is required to install the vibration isolator.
{Circle around (3)} Since the number of horizontal piezoelectric actuator units 6A and 6B is as large as eight, control becomes complicated, the number of drive amplifiers 13 increases, and the cost of the vibration isolator increases. is there.
{Circle around (4)} As a result of the experiment, the present inventors have found that when an actuator is configured by arranging the piezoelectric element 7 and the elastic body 8 in series, a predetermined load is applied in advance in the driving direction of the piezoelectric actuator units 5, 6A, 6B. It has been found that the vibration isolation performance is poor unless this load is hereinafter referred to as a preload, and that the controllability of the vibration isolation is affected by the manner in which the preload is applied. However, in the conventional vibration isolator, a load corresponding to the preload is applied to the vertical piezoelectric actuator unit 5 due to the weight of the surface plate 4 and the anti-vibration device 3, but the horizontal piezoelectric actuator unit 6A , 6B have the disadvantage that no preload is applied.
[0004]
Against this background, the number of horizontal piezoelectric actuator units 6A, 6B is reduced from eight to four in order to reduce the number of piezoelectric actuator units 6A, 6B in the horizontal direction and to reduce the price of the vibration isolator. An anti-vibration device in which an elastic body (a compression spring or a rubber column) is replaced with an elastic body, or an anti-vibration device in which the elastic body is omitted as shown in FIG. However, the vibration damping device in which the piezoelectric element actuator units 6A and 6B are replaced with elastic bodies has a disadvantage that it is difficult to balance the preload applied to the horizontal actuator units 6A and 6B because the rigidities of the elastic bodies are different. On the other hand, in the case of the vibration isolator of FIG. 15, when a preload is applied to the piezoelectric actuator units 6A and 6B in the horizontal direction, a rotating force in the direction of arrow 15 in FIG. There is a disadvantage that there is no. Therefore, these anti-vibration devices do not solve the above-mentioned disadvantage.
[0005]
The present invention has been made in view of such circumstances, and can reduce the size and weight of the device, reduce the number of piezoelectric actuator units in the horizontal direction, and provide a predetermined preload to the piezoelectric actuator units in the horizontal direction. It is an object of the present invention to provide an anti-vibration device capable of accurately and reliably applying a load.
[0006]
[Means for solving the problem]
The present invention, in order to achieve the above object,A plurality of vertical directions interposed between a base fixed on the floor surface of a building or the like and a surface plate on which anti-vibration devices are mounted, and driving the surface plate vertically so as to eliminate vibrations in the vertical direction. A piezoelectric actuator unit, and a plurality of horizontal piezoelectric actuator units for driving the surface plate in the horizontal direction and removing horizontal vibrations, wherein the piezoelectric actuator unit includes a piezoelectric element and an elastic body arranged in series. The plurality of horizontal piezoelectric actuator units are driven in the horizontal X direction and a pair of horizontal X direction piezoelectric actuator units in which the driving force acts in opposite directions. A pair of horizontal Y-direction piezoelectric actuator units that are driven in the horizontal Y direction and whose driving force acts in the opposite direction are provided between the base and the base, Disposed preloading so as not to act on the rolling force,The horizontal piezoelectric actuator unit is configured such that the piezoelectric element side is coupled to a base mounting jig movably coupled to an upper surface of the base, and the laminated rubber side that is the elastic body is coupled to a lower surface of the base. A preload pressing jig is provided on the upper surface of the base near the base mounting jig, and a preload bolt is screwed onto the preload pressing jig. In combination, the tip of the preload bolt is brought into contact with the mounting jig for the base, and the preload is adjusted by changing the moving amount of the mounting jig for the base according to the number of rotations of the preload bolt. With this configuration, the horizontal piezoelectric actuator unit is arranged in a space between the base and the surface plate with the vertical piezoelectric actuator unit interposed therebetween.
[0007]
[Action]
According to the present invention, a plurality of horizontal piezoelectric actuator units configured by arranging a piezoelectric element and an elastic body in series, a base fixed to a floor surface of a building or the like, and a surface plate on which a vibration damping device is mounted. It was provided between. This eliminates the need to provide a side plate of the base around the surface plate unlike the conventional vibration isolator, so that a flat base can be used and the area of the base can be smaller than that of the conventional vibration isolator. Furthermore, by providing the horizontal piezoelectric actuator unit between the base and the surface plate, the reaction force of the driving force applied to the surface plate when the horizontal piezoelectric actuator unit is driven is parallel to the driving direction. It can be supported on the surface of a simple base. This makes it possible to reduce the thickness of the base as compared with the case where the reaction force is supported by the side plate of the base perpendicular to the driving direction as in the conventional vibration isolator.
[0008]
Further, a pair of horizontal X-direction piezoelectric actuator units, which drive the horizontal piezoelectric actuator unit in the horizontal X direction and the driving force of the driving direction is opposite, are driven in the horizontal Y direction and the driving force is applied. A pair of horizontal Y-direction piezoelectric actuator units whose directions are opposite to each other are arranged, and these horizontal piezoelectric actuator units are arranged so that no rotational force acts on the surface plate. As a result, the number of piezoelectric actuator units in the horizontal direction can be reduced compared to the conventional vibration isolator using eight piezoelectric actuator units in the horizontal direction. The platen can be prevented from rotating when a load (a load previously applied in the driving direction) is applied. Therefore, a predetermined preload can be accurately and reliably applied to the piezoelectric actuator unit in the horizontal direction, so that the vibration isolation performance can be improved.
[0009]
Further, according to the present invention, a load means for applying a preload is provided in the horizontal piezoelectric actuator unit, and the load to be applied can be varied, so that a predetermined preload can be easily applied to the piezoelectric element. be able to.
[0010]
【Example】
Hereinafter, preferred embodiments of a vibration isolator according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a plan view showing the arrangement of the piezoelectric element actuator of the vibration isolator of the present invention, and FIG. 2 is a perspective view showing the arrangement of the piezoelectric element actuator by cutting out a part of the vibration isolator. As shown in FIGS. 1 and 2, a rectangular plate-like base 20 fixed on a floor (not shown) of a building or the like, a rectangular plate-like surface plate 22 on which anti-vibration devices such as semiconductor devices are mounted, and In each of the four corners, a plurality of vertical piezoelectric actuator units 24 for driving the surface plate 22 in the vertical direction (Z direction in FIG. 1) and removing vibrations in the vertical direction are provided. The vertical piezoelectric actuator unit 24 breaks the piezoelectric element 26 by absorbing the piezoelectric element 26 driven in the vertical direction and the force in the shearing direction (the direction orthogonal to the driving direction of the piezoelectric element 26) applied to the piezoelectric element 26. And a laminated rubber 28 for preventing the
[0011]
In the vicinity of the vertical piezoelectric actuator unit 24 between the base 20 and the surface plate 22, a horizontal piezoelectric actuator unit 30A for driving the surface plate 22 in the horizontal direction and removing horizontal vibrations is provided. , 30A ', 30B, 30B' are provided respectively. The horizontal piezoelectric actuator units 30A, 30A ', 30B, 30B' are composed of a piezoelectric element 26 and a laminated rubber 28 similarly to the vertical piezoelectric actuator unit 14. The horizontal piezoelectric actuator units 30A, 30A ', 30B, 30B' are a pair of horizontal X-direction piezoelectric actuator units 30A, 30A 'driven in the horizontal X direction (X direction in FIG. 1) and the horizontal Y direction. (Y direction in FIG. 1) and a pair of horizontal Y direction piezoelectric actuator units 30B and 30B '. The piezoelectric actuator units 30A and 30A 'in the horizontal X direction have a driving force acting direction (arrows a and a' in the figure) at one substantially diagonal position among four corners between the base 20 and the surface plate 22. Are arranged in the opposite direction. Further, the pair of horizontal Y-direction actuator units 30B and 30B 'reverse the direction of action of the driving force (arrows b and b' in the drawing) at the other approximately diagonal position between the base 20 and the surface plate 22. Placed.
[0012]
At four corners of the lower surface of the surface plate 22, a plurality of vertical vibration detectors 32 for detecting vertical vibrations, a plurality of horizontal X-direction vibration detectors 34 for detecting horizontal X-direction vibrations, A plurality of horizontal Y-direction vibration detectors 36 for detecting vibration in the Y-direction are attached. The vibration signals obtained by the detectors 32, 34, and 36 are sent to the controller 12 via the amplifier 11 as described with reference to FIG. 13, and the vibration is controlled based on a preset program. The control signal is sent to the drive amplifier 13, and the drive amplifier 13 drives the surface plate 22 by applying a drive voltage to each of the vertical and horizontal piezoelectric actuator units 24, 30A, 30A ', 30B, 30B'. Removes vibration. During the application of the drive voltage and the displacement driven by the piezoelectric actuator units 24, 30A, 30A ', 30B, 30B', the piezoelectric element 26 has a hysteresis characteristic as shown in FIG. Sometimes the amount of displacement that occurs is different. Therefore, a bias voltage is applied to use the characteristic within a range in which a linear state can be maintained.
[0013]
Next, a mounting structure for attaching the horizontal piezoelectric actuator units 30A, 30A ', 30B, 30B' to the base 20 and the surface plate 22 will be described using an example of the piezoelectric actuator unit 30A. 4 is a side view in which the horizontal piezoelectric actuator unit 30A is attached to the base 20 and the base 22. FIG. 5 is an upper plan view of FIG. 4 in a state where the base 20 and the base 22 are omitted. As shown in FIGS. 4 and 5, the piezoelectric element 26 side of the piezoelectric actuator unit 30A is connected to a vertical surface 38B of a base mounting jig 38 having a horizontal surface 38A and a vertical surface 38B with a bolt 42, and the horizontal surface 38A. Are connected to the base 20 with bolts 44. On the other hand, the laminated rubber 28 side is connected to the vertical surface 40B of the surface plate mounting jig 40 having the horizontal surface 40A and the vertical surface 40B with bolts 46, and the horizontal surface 40A is connected to the surface plate 22 with bolts 48. The bolt holes 50 formed at the four corners of the horizontal surface 38A of the mounting jig 38 for the base are 50 long holes in the driving direction of the piezoelectric element actuator 30A. When the bolt 44 is loosened, the piezoelectric element actuator 30A Can be moved. A preload pressing jig 52 having a horizontal surface 52A and a vertical surface 52B is provided near the base mounting jig 38, and the horizontal surface 52A is connected to the base 20 by bolts 54, A preload bolt 56 is screwed into a female screw formed substantially at the center of 52B, and the tip of the preload bolt 56 is in contact with the base mounting jig 38. As a result, when the preload bolt 56 presses the base mounting jig 38 with the bolt 44 of the base mounting jig 38 loosened, the base mounting jig 38 moves in the direction A in the figure. The laminated rubber 28 is compressed via the piezoelectric element 26. Then, a preload is applied to the piezoelectric element actuator unit 30A by the reaction force of the compressed laminated rubber 28. The degree of the preload can be adjusted by changing the number of rotations of the preload bolt 56, that is, the amount of movement of the base mounting jig 38.
[0014]
Next, the detailed structure of the horizontal piezoelectric actuator units 30A, 30A ', 30B, 30B' will be described using an example of the piezoelectric actuator unit 30A. Here, an example of the piezoelectric actuator unit 30A in the horizontal direction will be described. However, the case of the piezoelectric actuator unit 24 in the vertical direction is basically the same except that the driving direction is the vertical direction. As shown in FIG. 6, a casing 60 having a U-shaped cross section and having an opening 58 on the left side in the figure is connected to the base mounting jig 38 by bolts 42. Further, a leaf spring 62 is sandwiched in the opening 58 of the casing 60 by a retaining ring 64, and the casing 60, the leaf spring 62 and the retaining ring 64 are connected by bolts 66. Further, the leaf spring 62 is sandwiched between a mounting flange 68 and a holding jig 70 and is connected by bolts 72. In addition, a ring-shaped projection 74 for positioning the piezoelectric element 26 is formed on the casing 60, and a ring-shaped projection 76 is also formed on the holding jig 70. Are fitted at both ends. Flanges 78 are fixed to both ends of the laminated rubber 28, one flange 78 is connected to the mounting flange 68 with bolts 80, and the other funnel 78 is bolted to the platen mounting jig 40. It is joined at 46. Further, an electrical connector 84 of the wiring 82 of the piezoelectric element 26 is attached to the casing 60. In the horizontal piezoelectric actuator unit 30 </ b> A configured as described above, the driving force of the piezoelectric element 26 is transmitted to the platen attachment jig 40 via the laminated rubber 28 to drive the platen 22. Further, a force applied to the piezoelectric element 26 in a shearing direction (a direction orthogonal to the axial direction of the piezoelectric element 26) can be prevented from being transmitted to the piezoelectric element 26 by the laminated rubber 28 and the leaf spring 62.
[0015]
According to the vibration damping device of the present invention configured as described above, the plurality of horizontal piezoelectric actuator units 30A, 30A ', 30B, 30B' are driven into the space between the base 20 and the surface plate 22. The direction was horizontal and both ends were fixed to the base 20 and the surface plate 22 via the base mounting jig 38 and the surface plate mounting jig 40. This eliminates the need to provide a base side plate (see FIG. 13) around the surface plate 22 unlike a conventional vibration isolator, so that a flat base 20 can be used and the area of the base 20 is reduced. It can be made as small as the area required for the surface plate 22 on which the vibration equipment is mounted. Furthermore, the piezoelectric actuator units 30A, 30A ', 30B, 30B' are driven by providing the piezoelectric actuator units 30A, 30A ', 30B, 30B' in the horizontal direction between the base 20 and the surface plate 22. The reaction force of the driving force applied to the surface plate 22 at this time can be supported by the surface of the base 20 parallel to the driving direction via the base mounting jig 38. Thereby, the plate thickness of the base 20 can be reduced as compared with the case where the reaction force is supported by the base side plate perpendicular to the driving direction as in the conventional vibration isolator. Therefore, the base 20 can be made smaller and the weight can be reduced, so that the vibration isolator can be reduced in size and weight.
[0016]
Further, the horizontal piezoelectric actuator units 30A, 30A ', 30B, 30B' are driven in the horizontal X direction, and a pair of horizontal X direction piezoelectric actuator units 30A, 30A 'whose driving force acts in opposite directions. And a pair of horizontal Y-direction piezoelectric actuator units 30B and 30B 'which are driven in the horizontal Y-direction and whose driving force acts in the opposite direction. Of the four corners between the table 20 and the platen 22, the drive force is applied in the opposite direction at substantially one diagonal position, and the pair of horizontal Y-direction actuator units 30 B, 30 B ′ is fixed to the base 20. The driving force was applied in a direction opposite to the direction substantially opposite to the board 22 at the opposite diagonal position. As a result, the horizontal X-direction piezoelectric actuator units 30A and 30A 'apply a rotational force E (see FIG. 1) to the surface plate 22, while the horizontal Y-direction piezoelectric actuator units 30B and 30B' act on the surface plate 22. On the other hand, a rotational force D (see FIG. 1) is applied to cancel the mutual rotational force. Therefore, even if the number of horizontal piezoelectric actuators is reduced by half compared to the conventional vibration isolator using eight horizontal piezoelectric actuator units, the driving of the horizontal piezoelectric actuator units 30A, 30A ', 30B, 30B' is performed. The platen 22 can be prevented from rotating when a preload is applied in the direction. Further, the structure of the base mounting jig 38 is formed so that the horizontal piezoelectric actuator units 30A, 30A ', 30B, 30B' can move in the driving direction. A preload pressing jig 52 is provided in the vicinity, and by rotating the preload bolt 56, the base mounting jig 38 can be accurately moved by a predetermined moving amount. As a result, a predetermined preload can be accurately and reliably applied to the horizontal piezoelectric actuator units 30A, 30A ', 30B, 30B', and the vibration isolation performance can be improved.
[0017]
Here, the relationship between the preload and the vibration isolation performance will be described with reference to FIGS. FIGS. 7A, 7B and 7C show the piezoelectric element 26 on the base mounting jig 38 when the piezoelectric actuator units 30A, 30A ', 30B and 30B' in the horizontal direction are preloaded. 8 (a), 8 (b) and 8 (c) show the behavior of the rubber 28 and the mounting jig 40 for the surface plate, in which no preload is applied. (A) shows an initial state, (b) shows a case where a driving voltage is applied to the piezoelectric element 26, and (c) shows a case where the applied voltage is reduced. 7 and 8, the laminated rubber 28 is shown in a spring-like shape in order to make the behavior of the laminated rubber 28 easy to understand.
[0018]
As can be seen from FIG. 7, when a preload is applied, when a driving voltage is applied to the piezoelectric element 26, the piezoelectric element 26 expands and the platen mounting jig 40 moves away from the base mounting jig 38. Moving. When the applied drive voltage is reduced, the piezoelectric element 26 shrinks, and the platen mounting jig 40 moves in a direction approaching the base mounting jig 38. That is, when a preload is applied, the platen mounting jig 40 moves in response to the application of the drive voltage to the piezoelectric element 26, so that the piezoelectric actuator units 30A, 30A ', 30B, 30B' are driven. The platen 22 can be driven. Further, in the vibration damping device of the present invention, as described above, the devices 52 and 56 for applying the preload to the respective piezoelectric actuator units 30A, 30A ', 30B and 30B' in the horizontal direction are provided, and the magnitude of the preload is set. Can be varied, so that a predetermined preload for obtaining the highest vibration isolation performance can be easily applied.
[0019]
On the other hand, as can be seen from FIG. 8, when a preload is not applied, when a driving voltage is applied to the piezoelectric element 26, the piezoelectric element 26 expands, but the laminated rubber 28 contracts accordingly. When the applied driving voltage is reduced, the piezoelectric element 26 contracts, but the laminated rubber 28 expands by that amount. That is, when a preload is not applied, the distance between the platen mounting jig 40 and the base mounting jig 38 is constant even when a drive voltage is applied to the piezoelectric element 26. Therefore, even if the piezoelectric actuator units 30A, 30A ', 30B, 30B' are driven, the platen 22 is not driven.
[0020]
FIG. 9 shows the vibration isolation performance of the vibration isolation device when an appropriate preload is applied to the horizontal and vertical piezoelectric actuator units 24, 30A, 30A ', 30B, 30B'. Numeral 10 indicates the vibration isolation performance of the vibration isolation device when no preload is applied. 9 and 10, (a) shows the vibration isolation performance in the horizontal X direction, (b) shows the vibration isolation performance in the horizontal Y direction, and (c) shows the vibration isolation performance in the vertical direction.
[0021]
As apparent from FIGS. 9 and 10, the vibration isolation performance is clearly poor unless an appropriate preload is applied to the piezoelectric actuator units 24, 30A, 30A ', 30B, 30B'. Then, the vibration can be substantially 100% removed. By the way, FIG. 10C shows that the vibration isolation performance is better than that of FIGS. 10A and 10B because the vertical piezoelectric element actuator unit 24 has the weight of the surface plate 22 and the anti-vibration device. This is because a load corresponding to the preload is applied.
[0022]
In this embodiment, the horizontal piezoelectric actuator units 30A, 30A ', 30B, 30B' are arranged at four diagonal corners of the base 20 and the platen 22. It may be arranged as follows. In the piezoelectric actuator unit, the piezoelectric element 26 and the laminated rubber 28 are arranged in series, but a rubber column may be used instead of the laminated rubber 28.
[0023]
【The invention's effect】
As described above, according to the vibration damping device of the present invention, a plurality of horizontal piezoelectric actuator units are provided between a base fixed to the floor of a factory or the like and a surface plate on which anti-vibration devices are mounted. Provided. Thus, the area of the base can be reduced and the weight can be reduced as compared with the conventional vibration isolator. Therefore, the size and weight of the vibration isolator can be reduced.
[0024]
Further, a pair of horizontal X-direction piezoelectric actuator units, which drive the horizontal piezoelectric actuator unit in the horizontal X direction and the driving force of the driving direction is opposite, are driven in the horizontal Y direction and the driving force is applied. A pair of horizontal Y-direction piezoelectric actuator units whose directions are opposite to each other, so that these horizontal piezoelectric element actuators do not act on the platen.With a preloadPlaced. Thus, the number of piezoelectric actuator units in the horizontal direction can be reduced, and a predetermined preload can be accurately and reliably applied to the piezoelectric actuator units, so that vibration isolation performance can be improved.
[0025]
According to the vibration isolation device of the present invention,The horizontal piezoelectric actuator unit is arranged in the space between the base and the surface plate with the vertical piezoelectric actuator unit interposed, so it is located around the surface plate like a conventional vibration isolator. Since there is no need to provide a base side plate, a flat base can be used, and the area of the base can be made as small as the area required for the surface plate on which the anti-vibration device is mounted. Furthermore, by providing the horizontal piezoelectric actuator unit between the base and the base, the reaction force of the driving force applied to the base when the horizontal piezoelectric actuator unit is driven is parallel to the base. Therefore, the thickness of the base can be reduced as compared with the case where the base is supported by the base side plate perpendicular to the driving direction as in the conventional vibration isolator. Therefore, the base can be reduced in size and the weight can be reduced, so that the vibration isolator can be reduced in size and measured.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view showing an arrangement of a piezoelectric actuator unit of a vibration isolator according to the present invention.
FIG. 2 is a perspective view showing an arrangement of a piezoelectric actuator unit by cutting out a part of the vibration isolation device according to the present invention.
FIG. 3 is a characteristic diagram showing a voltage-displacement characteristic of a piezoelectric element.
FIG. 4 is a side view showing a mounting structure of a piezoelectric actuator unit in a horizontal direction of the vibration isolator according to the present invention.
FIG. 5 is a plan view in which a substrate and a surface plate are omitted from FIG. 4;
FIG. 6 is a sectional view showing a detailed structure of a piezoelectric actuator unit.
FIGS. 7A and 7B are diagrams showing the behavior of the piezoelectric element, the laminated rubber, and the mounting jig for the surface plate when a preload is applied to the piezoelectric actuator unit, wherein FIG. 7A is an initial state, and FIG. (C) shows a case where the drive voltage is applied to the piezoelectric element 26 and the applied voltage is reduced.
FIGS. 8A and 8B are diagrams showing the behavior of the piezoelectric element, the laminated rubber, and the mounting jig for the surface plate when no preload is applied to the piezoelectric actuator unit, where FIG. 8A is an initial state, and FIG. (C) shows a case where the drive voltage is applied to the piezoelectric element 26 and the applied voltage is reduced.
FIGS. 9A and 9B are diagrams illustrating vibration isolation performance when a preload is applied to the piezoelectric actuator unit, where FIG. 9A is a horizontal X direction, FIG. 9B is a horizontal Y direction, and FIG. 9C is a vertical direction. The results of vibration isolation of are shown.
FIGS. 10A and 10B are graphs showing vibration isolation performance when no preload is applied to the piezoelectric actuator unit. FIG. 10A is a horizontal X direction, FIG. 10B is a horizontal Y direction, and FIG. 10C is a vertical direction. The results of vibration isolation of are shown.
FIG. 11 is a plan view showing another embodiment of the arrangement of the piezoelectric actuator units of the vibration damping device according to the present invention.
FIG. 12 is a plan view showing still another embodiment of the arrangement of the piezoelectric actuator units of the vibration damping device according to the present invention.
FIG. 13 is an explanatory view of a conventional vibration damping device.
FIG. 14 is a plan view showing an arrangement of a piezoelectric actuator unit of a conventional vibration isolator.
FIG. 15 is a plan view of an example in which the number of piezoelectric actuator units is reduced in the conventional vibration isolator.
[Explanation of symbols]
20 ... Base
22 ... surface plate
24 Vertical piezoelectric actuator unit
26 ... Piezoelectric element
28 ... Laminated rubber
30A, 30A ': Horizontal X direction piezoelectric actuator unit
30B, 30B '... horizontal Y direction piezoelectric actuator unit
32 Vertical vibration detector
34: Horizontal X direction vibration detector
36 Horizontal Y-direction vibration detector
38 ... Base mounting jig
40 ... Mounting jig for surface plate
52: Preload pressing jig
56… Preload bolt

Claims

A plurality of vertical directions interposed between a base fixed on the floor surface of a building or the like and a surface plate on which anti-vibration devices are mounted, and driving the surface plate vertically so as to eliminate vibrations in the vertical direction. A piezoelectric actuator unit, and a plurality of horizontal piezoelectric actuator units for driving the surface plate in the horizontal direction and removing horizontal vibrations, wherein the piezoelectric actuator unit includes a piezoelectric element and an elastic body arranged in series. In the vibration isolator configured as
The plurality of horizontal piezoelectric actuator units,
A pair of horizontal X-direction piezoelectric actuator units that are driven in the horizontal X direction and the driving direction of the driving force is opposite, and a pair of horizontal Y directions that are driven in the horizontal Y direction and the direction of the driving force is opposite. The piezoelectric actuator unit is arranged between the base and the surface plate while applying a preload so as not to apply a rotational force to the surface plate,
The horizontal piezoelectric actuator unit is configured such that the piezoelectric element side is coupled to a base mounting jig movably coupled to an upper surface of the base, and the laminated rubber side that is the elastic body is coupled to a lower surface of the base. A preload pressing jig is provided on the upper surface of the base near the base mounting jig, and a preload bolt is screwed onto the preload pressing jig. In combination, the tip of the preload bolt is brought into contact with the mounting jig for the base, and the preload is adjusted by changing the moving amount of the mounting jig for the base according to the number of rotations of the preload bolt. With this configuration, the horizontal piezoelectric actuator unit is arranged in a space between the base and the surface plate with the vertical piezoelectric actuator unit interposed therebetween. anti-vibration apparatus that.