JP4469093B2 - Vibration isolator - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、外部からの振動を遮断する除振装置の構造に関わり、特に小型な装置や部品をその設置対象とした場合に好適な除振装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、振動を極端に嫌う装置や部品を固定する際、振動がこの種の装置や部品に悪影響を及ぼすのを防止するために除振装置が用いられる。
【0003】
除振装置は、空気バネなどの弾性支持手段を介して小振動を吸収するパッシブ型除振装置と油圧式アクチュエ−タなどを利用して振動を強制的に抑えるアクティブ型除振装置とに大きく分けられる。パッシブ型除振装置では大きな振動に対しての除振能力が不十分な場合があり、最近では、より除振能力に優れたアクティブ型除振装置が多用される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の油圧式アクチュエータを用いたアクティブ型除振装置では、ポンプや弁等の設置が必要で場所を取るとともに、さらに高周波数の振動に対しての即答性が十分でないという問題があった。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、小型化が可能で、且つ即答性に優れた除振装置を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項1記載の発明は、例えば図1〜4に示すように、除振対象を除振台4の上に直接、又は間接的に取付け、外部からの振動を前記除振対象に伝わらないよう除振する除振装置100であって、前記除振台を駆動するアクチュエータ5と、前記除振台の振動を検出する振動検出手段(加速度センサ12)と、前記振動検出手段の出力をフィードバックして前記アクチュエータに対して前記除振台の振動を抑止する制御を行う制御手段(制御装置13)と、を備え、前記アクチュエータは、磁界が形成された空隙中に収納されるコイル部(コイル52)に電流を供給することにより電磁力を発生させて前記コイル部を上下方向に駆動して、前記コイル部と連結される前記除振台を駆動させるよう構成され、前記除振台4の左右の両端部に上板バネ固定部材81が設置され、前記ベース6の左右の両端部に下板バネ固定部材82が設置され、前記上板バネ固定部材81には、上板バネ91の一端が固定され、前記下板バネ固定部材82には、下板バネ92の一端が固定され、前記上板バネ91及び下板バネ92の他端は、ベース6の外方に向かって突出して、前記除振台4及び前記ベース6から離間した板バネ固定板83に固定され、前記上板バネ固定部材81によって前記除振台4に固定された上板バネ91と、前記下板バネ固定部材82によって前記ベース6に固定された前記下板バネ92が前記ベース6の上下振動に応じて上下に撓むことにより、前記除振台4は前記ベース6の上方に弾性的に支持されることを特徴とする。
【0006】
請求項1記載の発明によれば、除振台を備えた除振装置が外部からの振動によって微小変位する際、除振台に設置された振動検出手段が除振台の振動を検出し、それを受けて制御手段は除振台の振動を抑止するようアクチュエータを制御する。より具体的には、アクチュエータの空隙内には磁界が形成されているため、空隙内に収納されるコイル部に制御手段から所定の電流が供給されると、空隙内に電磁力が発生しコイル部が上下方向に駆動する。この駆動力を外部からの振動と同程度、且つ逆向きとなるように制御することによって、アクチュエータが除振台を振動の方向とは逆向きに駆動するので、結果として除振台の変位を抑えることができ、除振台の位置を一定に保つことができる。
従って、電流制御によりアクチュエータを作動させるので、油圧式アクチュエータのようにポンプや弁などが必要なく、より小型化が容易な上、より即答性に優れた除振装置とすることができる。
ここで、振動検出手段としては、例えば、加速度計、速度計、変位計などを用いる。
又、磁界を形成する手段としては、例えば、永久磁石や電磁石を用いる。
【0008】
また、特に外部からの振動が上下方向のみでなく、横方向にわたる場合において、板バネは上下方向の力には板バネが撓むことによって本来のバネ系として作用するが、横方向の力は抑制するため、板バネを用いて除振台を除振装置のベース上に弾性的に支持することにより、除振が可能な上下方向の振動のみを除振台に伝えることができる。従って、除振装置は上下方向の振動のみの影響を排除すれば足りることとなって、より確実な除振を行うことができる。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
図1は本発明に係る除振装置100の正面図、図2は同平面図、図3は図2のA−A部断面図である。図4は本発明の構成をブロック図によって表したものである。
【0010】
始めに、除振装置100の構造について説明する。除振装置100は、主に、除振対象物取付ステージ1、除振対象物取付ステージ1を架設するためのブリッジ2、検出器取付台3、除振台4、アクチュエータ5、ベース6、ストッパ7、加速度センサ12、制御装置13、アンプ14などから構成されており、地面に繋がる土台10の上面に固定される。
この除振装置100のサイズは、幅、奥行きが例えば95mm程であり、高さは例えば70mm程とする。
【0011】
除振対象を取付ける除振対象物取付ステージ1は、門型であるブリッジ2に架設されており、ブリッジ2にナット11にて固定される。ブリッジ2は検出器取付台3の上面、図1における図面前後の両端に固定されており、又、検出器取付台3は、例えば平面視略正方形の板状体であり、除振台4の上面にナット31にて四方を固定される。この検出器取付台3には、振動を検出する加速度センサ12が取付けられる。除振台4は、例えば平面視略正方形の板状体であり、四方に設けられた駆動軸53を介してアクチュエータ5に連結される。除振台4の図1における図面前後の両端中央には、除振台4と検出器取付台3の間に下部を挟まれるようにして端子台41が配置され、図示しないナットにて除振台4に固定される。端子台41の上部両側には水平方向に複数のピン41a…が並設されており、このピン41aには、加速度センサ12が接続される。
【0012】
アクチュエータ5は、その下部一部分をベース6中に埋設されてナット56にて固定されており、除振台4はベース6の上方に上板バネ91、及び下板バネ92を介して弾性的に支持されている。
ベース6は、例えば平面視略正方形の板状体であり、図1における図面左右、端部中央には逆L字型ストッパ7がナット61により固定され、ストッパ7はブリッジ2の半分ほどの高さまで延びている。
【0013】
ベース6の上面、図1における図面前後の端部中央にはコの字型をした端子台62が配置され、ナット63にてベース6に固定される。端子台62は除振台4と略同一の高さであり、上部の水平面には上下方向各々、突出したピンが複数並設されている。
【0014】
ストッパ7は、上板バネ91、及び下板バネ92によって弾性支持された除振台4の上方向の変位を制限するために設けられるものであり、外部から伝わる振動がある一定を超えた場合に、上板バネ固定部材81(後述)がストッパ7に当接するようになっている。
【0015】
次に、ベース6による除振台4の支持構造について詳述する。
ベース6、及び除振台4には、図1における図面左右の両端部に、上板バネ固定部材81と下板バネ固定部材82とが設置されている。上板バネ固定部材81、及び下板バネ固定部材82は、ベース6の一辺よりやや短い長さの長尺な板状体であり、ベース6、及び除振台4の側縁部に沿って配置されている。上板バネ固定部材81、及び下板バネ固定部材82の両端には平行する上下2枚の上板バネ91、及び下板バネ92の一端が固定されている。この上板バネ91、及び下板バネ92の他端は、ベース6の外方に向かって突出し、板バネ固定板83に固定されている。
【0016】
板バネ固定板83は、上板バネ固定部材81、及び下板バネ固定部材82と同一の幅を有する長尺な板状体であり、高さがストッパ7よりやや低くなっている。そして、板バネ固定板83はその長手方向両端に、上下に平行する4枚の板バネ(2枚の上板バネ91、及び2枚の下板バネ92)を固定するよう構成されている。
【0017】
このように、上板バネ固定部材81によって除振台4に固定された上板バネ91と、下板バネ固定部材82によってベース6に固定された下板バネ92は、夫々板バネ固定板83に固定され、ベース6の上下振動に応じて上下に撓むようになっている。よって、外部の振動が土台10からベース6に伝わる際において、上板バネ91、及び下板バネ92が撓むことにより、除振台4はベース6の上方に弾性的に支持される。
【0018】
アクチュエータ5は、例えばボイスコイルモータのような直線運動を行うモータであり、マグネット51、図示しないコイルボビン、コイル52、駆動軸53、板バネ54、及び端子台55などから構成されている。
【0019】
マグネット51は、ナット56にてベース6に固定され、その四方に円筒形の溝が設けられた略立方体の永久磁石であり、円筒溝内に磁界が形成されている。この円筒溝内の上部に、コイルボビンに巻き付けられた線材であるコイル52を一つずつ収納している。コイルボビンの上部は駆動軸53の下部と連結されており、コイル52の下部は板バネ54によって支持される。又、コイル52の両端は、端子台55に設けられたピンに繋がれる。
上述の構成からなるアクチュエータ5は、コイル52に所定電流を供給すると円筒溝内の磁界によって電磁力が発生し、駆動軸53を上下方向に付勢する。
【0020】
制御装置13は、加速度センサ12によって検出された振動信号を端子台41を介して受信し、これに対して逆向きに力が作用するようコイル52の駆動力を制御する。アンプ14は制御装置13の指示を受け、アンプ14が繋がれる端子台62、及びコイル52が繋がれる端子台55を介して、コイル52に対して所定電流を供給する。
これにより、コイル52には加速度センサ12によって検出された振動と逆向きの振動が発生し、駆動軸53を介して除振台4を駆動するので、外部から伝わる振動は瞬時に吸収され、除振対象物は常に一定の位置を保つことができる。
【0021】
次に、上述のように構成された本実施形態の除振装置100の除振動作について説明する。まず除振装置100は、土台10にベース6が固定されるが、土台10を通じて外部からの横方向、及び上下方向の振動が、振動を嫌う除振対象に伝わることが考えられる。
【0022】
除振装置100においては、土台10より伝わる横方向の振動は上板バネ91、及び下板バネ92が抑制しつつ、上下方向の振動に対してこれらの板バネは本来のバネ系として作用するので、除振台4は上下方向の振動にのみ影響を受ける。よって、上下方向の振動のみを制御すればよいこととなる。
【0023】
より具体的には、土台10が振動によって上方向に微小変位する場合、除振台4も同様に上方向に変位しようとするが、除振台4が上方向に変位し始めると、加速度センサ12によってその加速度が検出され、その加速度信号が制御装置13へ送信される。制御装置13は加速度が零となるよう、検出された加速度信号に対して逆の向きに作用するような制御信号を生成し、その制御信号をアンプ14へ送信する。アンプ14は受信した制御信号を増幅し、コイル52へ電流を供給する。すると、マグネット51に設けられた円筒溝内に収納されるコイル52に力が発生し、駆動軸53を下方向に付勢することになる。
即ち、除振台4は駆動軸53によって下方向の力を受けるので、結果として除振台4の上方向への変位を抑えることができ、除振台4を所定の位置に保つことができる。
【0024】
又、土台10が下方向に微小変位する場合においても、同様にして除振台4は逆向きの力を受けるので、土台10が上下方向のどちらに微小振動しても、アクチュエータ5の働きによって除振が行われ、除振対象物取付ステージ1上に設置される除振対象は、常に一定の位置を保つことができる。
【0025】
以上のように、本実施例の除振装置100によれば、マグネット51とコイル52から構成されるアクチュエータ5に電流を流し、これを制御することによって除振を行うので、即答性に優れた除振装置とすることができる。又、小型化するのが容易な構成のため、除振対象が小さい装置や部品等の場合にも、これに適した小型の除振装置として省スペースを図ることができる。
又、上板バネ91、及び下板バネ92を夫々上下2段に設けることにより、板バネによる支持剛性をさらに高める効果が期待できる。
【0026】
尚、上記実施例においては、本発明にかかる除振装置の一実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、種々の変更が可能である事は言うまでもない。例えば、マグネット51に設けられた円筒溝、及び円筒溝内に収納されるコイル52の数は4つとする構成としたが、数はいくつでも良い。
又、上板バネ91、及び下板バネ92は上下2段に設ける構成としたが、何枚であっても良い。
【0027】
【発明の効果】
請求項1記載の発明によれば、除振台を備えた除振装置が外部からの振動によって微小変位する際、除振台に設置された振動検出手段が除振台の振動を検出し、それを受けて制御手段は除振台の振動を抑止するようアクチュエータを制御する。より具体的には、アクチュエータの空隙内には磁界が形成されているため、空隙内に収納されるコイル部に制御手段から所定の電流が供給されると、空隙内に電磁力が発生しコイル部が上下方向に駆動する。この駆動力を外部からの振動と同程度、且つ逆向きとなるように制御することによって、アクチュエータが除振台を振動の方向とは逆向きに駆動するので、結果として除振台の変位を抑えることができ、除振台の位置を一定に保つことができる。
従って、電流制御によりアクチュエータを作動させるので、油圧式アクチュエータのようにポンプや弁などが必要なく、より小型化が容易な上、より即答性に優れた除振装置とすることができる。
【0028】
また、特に外部からの振動が上下方向のみでなく、横方向にわたる場合において、板バネは上下方向の力には板バネが撓むことによって本来のバネ系として作用するが、横方向の力は抑制するため、板バネを用いて除振台を除振装置のベース上に弾性的に支持することにより、除振が可能な上下方向の振動のみを除振台に伝えることができる。従って、除振装置は上下方向の振動のみの影響を排除すれば足りることとなって、より確実な除振を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明にかかる除振装置の正面図である。
【図2】本発明にかかる除振装置の平面図である。
【図3】本発明にかかる除振装置の図2のA−A部断面図である。
【図4】本発明にかかる除振装置の構成を表したブロック図である。
【符号の説明】
100 除振装置
4 除振台
5 アクチュエータ
52 コイル(コイル部)
6 ベース
91 上板バネ(板バネ)
92 下板バネ(板バネ)
12 加速度センサ(振動検出手段)
13 制御装置(制御手段)[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a structure of a vibration isolation device that blocks external vibrations, and more particularly to a vibration isolation device that is suitable when a small device or component is to be installed.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, when fixing a device or component that is extremely disliked by vibration, a vibration isolator is used to prevent the vibration from adversely affecting this type of device or component.
[0003]
The vibration isolator is largely divided into a passive vibration isolator that absorbs small vibrations via an elastic support means such as an air spring and an active vibration isolator that forcibly suppresses vibrations using a hydraulic actuator or the like. Divided. In some cases, a passive type vibration isolator has insufficient vibration isolation capability for large vibrations, and recently, an active type vibration isolation device with more excellent vibration isolation capability has been frequently used.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, the active vibration isolator using a conventional hydraulic actuator has a problem that it requires installation of a pump, a valve, etc., and takes up a place, and further, the quick response to high frequency vibration is not sufficient. .
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a vibration isolation device that can be reduced in size and has excellent quick response.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to
[0006]
According to the first aspect of the present invention, when the vibration isolator provided with the vibration isolation table is slightly displaced by external vibration, the vibration detection means installed on the vibration isolation table detects the vibration of the vibration isolation table, In response, the control means controls the actuator so as to suppress the vibration of the vibration isolation table. More specifically, since a magnetic field is formed in the gap of the actuator, an electromagnetic force is generated in the gap when a predetermined current is supplied from the control means to the coil portion accommodated in the gap. The unit is driven in the vertical direction. By controlling this driving force to be about the same as the external vibration and in the opposite direction, the actuator drives the vibration isolation table in the opposite direction to the vibration direction. The position of the vibration isolation table can be kept constant.
Therefore, since the actuator is operated by current control, there is no need for a pump or a valve as in the case of a hydraulic actuator, and it is possible to provide a vibration isolation device that is easier to reduce in size and more excellent in quick response.
Here, as the vibration detection means, for example, an accelerometer, a speedometer, a displacement meter, or the like is used.
As a means for generating a magnetic field, for example, a permanent magnet or an electromagnet is used.
[0008]
In particular , when the vibration from the outside extends not only in the vertical direction but also in the horizontal direction, the leaf spring acts as an original spring system by bending the leaf spring to the force in the vertical direction. In order to suppress the vibration, the vibration isolation table is elastically supported on the base of the vibration isolation device by using a leaf spring, so that only the vibration in the vertical direction capable of vibration isolation can be transmitted to the vibration isolation table. Therefore, it is sufficient for the vibration isolator to eliminate the influence of only the vibration in the vertical direction, and more reliable vibration isolation can be performed.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
1 is a front view of a
[0010]
First, the structure of the
The size of the
[0011]
A vibration isolation
[0012]
The lower part of the
The
[0013]
A U-shaped
[0014]
The
[0015]
Next, the support structure of the vibration isolation table 4 by the
In the
[0016]
The plate
[0017]
As described above, the
[0018]
The
[0019]
The
When the
[0020]
The
As a result, vibration in the direction opposite to the vibration detected by the
[0021]
Next, the vibration isolation operation of the
[0022]
In the
[0023]
More specifically, when the
That is, since the vibration isolation table 4 receives a downward force by the
[0024]
Even when the
[0025]
As described above, according to the
Further, by providing the
[0026]
In the above embodiment, one embodiment of the vibration isolator according to the present invention has been described. However, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made. . For example, the number of cylindrical grooves provided in the
In addition, the
[0027]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, when the vibration isolator provided with the vibration isolation table is slightly displaced by external vibration, the vibration detection means installed on the vibration isolation table detects the vibration of the vibration isolation table, In response, the control means controls the actuator so as to suppress the vibration of the vibration isolation table. More specifically, since a magnetic field is formed in the gap of the actuator, an electromagnetic force is generated in the gap when a predetermined current is supplied from the control means to the coil portion accommodated in the gap. The unit is driven in the vertical direction. By controlling this driving force to be about the same as the external vibration and in the opposite direction, the actuator drives the vibration isolation table in the opposite direction to the vibration direction. The position of the vibration isolation table can be kept constant.
Therefore, since the actuator is operated by current control, there is no need for a pump or a valve as in the case of a hydraulic actuator, and it is possible to provide a vibration isolation device that is easier to reduce in size and more excellent in quick response.
[0028]
In particular, when the vibration from the outside extends not only in the vertical direction but also in the horizontal direction, the leaf spring acts as an original spring system by bending the leaf spring to the force in the vertical direction. In order to suppress the vibration, the vibration isolation table is elastically supported on the base of the vibration isolation device by using a leaf spring, so that only the vibration in the vertical direction capable of vibration isolation can be transmitted to the vibration isolation table. Therefore, it is sufficient for the vibration isolator to eliminate the influence of only the vibration in the vertical direction, and more reliable vibration isolation can be performed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front view of a vibration isolation device according to the present invention.
FIG. 2 is a plan view of the vibration isolator according to the present invention.
3 is a cross-sectional view of the vibration isolator according to the present invention, taken along line AA in FIG.
FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of a vibration isolation device according to the present invention.
[Explanation of symbols]
100
6
92 Lower leaf spring (leaf spring)
12 Acceleration sensor (vibration detection means)
13 Control device (control means)
Claims (1)
前記除振台を駆動するアクチュエータと、
前記除振台の振動を検出する振動検出手段と、
前記振動検出手段の出力をフィードバックして前記アクチュエータに対して前記除振台の振動を抑止する制御を行う制御手段と、を備え、
前記アクチュエータは、磁界が形成された空隙中に収納されるコイル部に電流を供給することにより電磁力を発生させて前記コイル部を上下方向に駆動して、前記コイル部と連結される前記除振台を駆動させるよう構成され、
前記除振台の左右の両端部に上板バネ固定部材が設置され、
前記ベースの左右の両端部に下板バネ固定部材が設置され、
前記上板バネ固定部材には、上板バネの一端が固定され、
前記下板バネ固定部材には、下板バネの一端が固定され、
前記上板バネ及び下板バネの他端は、ベースの外方に向かって突出して、前記除振台及び前記ベースから離間した板バネ固定板に固定され、
前記上板バネ固定部材によって前記除振台に固定された上板バネと、前記下板バネ固定部材によって前記ベースに固定された前記下板バネが前記ベースの上下振動に応じて上下に撓むことにより、前記除振台は前記ベースの上方に弾性的に支持されることを特徴とする除振装置。A vibration isolation device that directly or indirectly mounts a vibration isolation object on a vibration isolation table, and isolates vibrations from outside so as not to be transmitted to the vibration isolation object.
An actuator for driving the vibration isolation table;
Vibration detecting means for detecting vibration of the vibration isolation table;
Control means for feeding back the output of the vibration detection means and controlling the actuator to suppress vibration of the vibration isolation table,
The actuator generates an electromagnetic force by supplying an electric current to a coil portion housed in a gap formed with a magnetic field, thereby driving the coil portion in the vertical direction to connect the removal portion connected to the coil portion. Configured to drive the shaking table ,
Upper leaf spring fixing members are installed at both left and right ends of the vibration isolation table,
Lower leaf spring fixing members are installed at both left and right ends of the base,
One end of the upper leaf spring is fixed to the upper leaf spring fixing member,
One end of a lower leaf spring is fixed to the lower leaf spring fixing member,
The other ends of the upper leaf spring and the lower leaf spring protrude toward the outside of the base, and are fixed to the leaf spring fixing plate separated from the vibration isolation table and the base,
The upper leaf spring fixed to the vibration isolation table by the upper leaf spring fixing member and the lower leaf spring fixed to the base by the lower leaf spring fixing member bend up and down according to the vertical vibration of the base. Accordingly, the vibration isolation table is elastically supported above the base .
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