JP4827813B2

JP4827813B2 - Active vibration isolation mount mechanism

Info

Publication number: JP4827813B2
Application number: JP2007241686A
Authority: JP
Inventors: 佐登志渡苅; 美充馬場
Original assignee: 株式会社ナベヤ
Priority date: 2007-09-19
Filing date: 2007-09-19
Publication date: 2011-11-30
Anticipated expiration: 2027-09-19
Also published as: JP2009074566A

Description

本発明は、アクティブ除振マウント機構に係り、特に、液晶、半導体の製造装置や精密加工装置等の嫌振装置を搭載し、装置から発生する振動若しくは床から装置に伝わる振動を除去する目的で用いられる、除振台乃至は装置内部に組み込まれる除振マウントであって、少なくとも外来の微振動の伝播を積極的に打ち消す機能が具備せしめられてなる構造のアクティブ除振マウント機構に関するものである。 The present invention relates to an active vibration isolation mount mechanism, and in particular, for the purpose of removing vibration generated from the apparatus or vibration transmitted from the floor to the apparatus by mounting a vibration isolator such as a liquid crystal or semiconductor manufacturing apparatus or precision processing apparatus. The present invention relates to an anti-vibration mount or an anti-vibration mount incorporated in an apparatus, and an active anti-vibration mount mechanism having a structure having at least a function of positively canceling propagation of extraneous micro vibrations. .

従来から、半導体製造工場やレーザー応用製品製造工場、その他の精密加工工場等に設置される加工装置や測定装置においては、極めて僅かな微振動であっても、加工精度や測定精度に影響を与えることがあるところから、工場内の床を伝播して、テーブル乃至は定盤上の搭載機器に作用する外来の微振動を高度に制振することが要請されており、そのために、各種の除振装置乃至は除振マウントが提案されている。 Conventionally, in processing equipment and measuring equipment installed in semiconductor manufacturing plants, laser application product manufacturing plants, and other precision processing factories, even slight slight vibrations affect processing accuracy and measurement accuracy. For this reason, it has been requested to highly suppress external micro-vibration acting on the equipment installed on the table or surface plate by propagating through the floor in the factory. A vibration device or a vibration isolation mount has been proposed.

そして、それら提案されている除振マウントの一つとして、精密機器等を搭載する搭載台等を除振の制御対象とし、その制御対象を支持する支持手段に、例えば、特許文献１等に示される如く、弾性体と粘弾性体の組合せ、コイルばねとオイルダンパの組合せ、防振ゴム、空気ばね等を用いて、入力振動を減衰乃至は遮断するようにした除振装置、所謂パッシブ除振装置（マウント）があるが、このパッシブ除振マウントは、除振機能が受動的であることから、振動の減衰や伝達抑制において充分でない場合があった。 As one of these proposed anti-vibration mounts, a mounting base or the like on which a precision instrument or the like is mounted is set as a vibration control target, and support means for supporting the control target is shown in, for example, Patent Document 1 As described above, a vibration isolator that soaks or blocks input vibration using a combination of an elastic body and a viscoelastic body, a combination of a coil spring and an oil damper, an anti-vibration rubber, an air spring, etc., so-called passive vibration isolation There is a device (mount), but this passive vibration isolation mount has a passive vibration isolation function, and thus may not be sufficient in vibration attenuation and transmission suppression.

このため、特許文献２や特許文献３等においては、そのような制御対象とそれが載置される床との間に、アクチュエータと変位センサを組み合わせて配置し、この変位センサにより検出される床に対する制御対象の相対位置から、アクチュエータの作動を制御して、制御対象に伝播される振動の絶縁を積極的に行なうようにした除振装置、所謂アクティブ除振装置（マウント）が提案されるに至っている。 For this reason, in Patent Document 2, Patent Document 3, and the like, a floor detected by this displacement sensor is arranged by combining an actuator and a displacement sensor between such a controlled object and the floor on which it is placed. An anti-vibration device, so-called active anti-vibration device (mount), is proposed in which the operation of the actuator is controlled from the relative position of the object to be controlled to actively isolate the vibration transmitted to the object to be controlled. Has reached.

しかしながら、そのようなアクティブ除振マウントにおいて、アクチュエータの制御に必須の要素である変位センサは、床と制御対象との間の振動に基づくところの極めて微小な相対変位を精度良く検知する必要があるところから、渦電流式や光学式等の、従来から知られている変位センサの何れもが、そのまま用いられ得るものではなく、実用上においては、サブミクロンのオーダーの変位、更にはナノレベルの変位を精度良く検出し得るセンサであることが要求され、このために、使用可能な変位センサが限られることとなるが、そのようにして選択された変位センサは、検出方式や構造が複雑で、高価なものとなり、装置全体が高価格になるという問題が内在しているのである。 However, in such an active vibration isolation mount, the displacement sensor, which is an essential element for controlling the actuator, needs to accurately detect a very small relative displacement based on the vibration between the floor and the controlled object. Therefore, none of the conventionally known displacement sensors such as eddy current type and optical type can be used as they are. In practical use, displacements on the order of sub-micron, and even nano level. It is required to be a sensor that can detect displacement with high accuracy. For this reason, usable displacement sensors are limited, but the displacement sensor selected in this way has a complicated detection method and structure. The problem is that it is expensive and the entire device is expensive.

特開昭６３−３０６２８号公報JP 63-30628 A 特開２０００−６５１２８号公報JP 2000-65128 A 特開２００６−３７９９５号公報JP 2006-37995 A

ここにおいて、本発明は、かかる事情を背景にして為されたものであって、その解決課題とするところは、制御対象である定盤と床との間の微小変位の検出を、簡単に且つ低コストにて行ない得るようにして、装置全体の高価格化を効果的に抑制乃至は阻止してなるアクティブ除振マウント機構を提供することにある。 Here, the present invention has been made in the background of such circumstances, and the problem to be solved is to easily detect a minute displacement between the surface plate to be controlled and the floor. An object of the present invention is to provide an active vibration isolation mount mechanism which can be performed at low cost, and which effectively suppresses or prevents the cost of the entire apparatus.

そして、本発明にあっては、上記した課題を解決するために、以下に列挙せる如き各種の態様において好適に実施され得るものであるが、また以下に記載の各態様は、任意の組合せにおいて採用可能である。なお、本発明の態様乃至は技術的特徴は、以下に記載のものに何等限定されるものではなく、明細書全体の記載及び図面から把握される発明思想に基づいて認識されるものであることが、理解されるべきである。 In the present invention, in order to solve the above-described problems, the present invention can be suitably implemented in various aspects as listed below, but each aspect described below can be implemented in any combination. It can be adopted. It should be noted that the aspects and technical features of the present invention are not limited to those described below, but are recognized based on the description of the entire specification and the inventive concept grasped from the drawings. Should be understood.

（１）嫌振機器が搭載される定盤と床との間に介装されて、かかる定盤を支持すると共に、少なくとも外来の微振動の該定盤への伝播を打ち消す機能が具備せしめられてなる除振マウント機構にして、それら床と定盤との間の振動絶縁を図る一方、該定盤の重量を支える弾性支持体と、前記定盤の前記床に対する相対的な上下振動により惹起されるたわみ量の変化に対応して復元力が変化する第一のコイルばねと、該第一のコイルばねの復元力変化を検知して、制御信号として出力するロードセルとを、直列に組み合わせてなるセンサ手段と、微小変位アクチュエータと第二のコイルばねとが直列に組み合わされてなり、該微小変位アクチュエータは、前記ロードセルからの制御信号を入力として前記定盤の前記床に対する相対的な高さ変化を補償するように上下動するようにしたものである一方、該第二のコイルばねは、荷重を支えると共に、該微小変位アクチュエータの上下動によりたわみ量を変化させるようにしたものであるアクティブ除振装置とを、有することを特徴とするアクティブ除振マウント機構。 (1) Provided between the surface plate on which the vibration isolator is mounted and the floor to support the surface plate and at least have the function of canceling the propagation of extraneous fine vibrations to the surface plate. The vibration isolation mount mechanism is designed to isolate the vibration between the floor and the surface plate, while being caused by the elastic support that supports the weight of the surface plate and the vertical vibration of the surface plate relative to the floor. A first coil spring whose restoring force changes in response to a change in the amount of deflection, and a load cell which detects the restoring force change of the first coil spring and outputs it as a control signal are combined in series. The sensor means, the minute displacement actuator and the second coil spring are combined in series, and the minute displacement actuator receives the control signal from the load cell and receives the relative height of the surface plate with respect to the floor. Strange On the other hand, the second coil spring supports the load and changes the amount of deflection by the vertical movement of the micro-displacement actuator. An active vibration isolation mount mechanism comprising: a vibration device.

（２）前記床及び／又は前記定盤の振動加速度を検知する加速度センサが更に設けられ、該加速度センサによる検知信号に基づいて、前記微小変位アクチュエータが更に駆動制御されるようになっていることを特徴とする上記態様（１）に記載のアクティブ除振マウント機構。 (2) An acceleration sensor for detecting vibration acceleration of the floor and / or the surface plate is further provided, and the minute displacement actuator is further driven and controlled based on a detection signal from the acceleration sensor. An active vibration isolation mount mechanism according to the above aspect (1), characterized by:

（３）前記弾性支持体のばね定数、前記第一のコイルばねのばね定数及び前記第二のコイルばねのばね定数を、それぞれ、Ｋｍ、Ｋａ及びＫｂとしたとき、かかるＫｍがＫｂよりも大きく、且つ該Ｋｂが前記Ｋａよりも大きくなるように構成されていることを特徴とする上記態様（１）又は（２）に記載のアクティブ除振マウント機構。 (3) When the spring constant of the elastic support, the spring constant of the first coil spring, and the spring constant of the second coil spring are Km, Ka and Kb, respectively, the Km is larger than Kb. The active vibration isolation mount mechanism according to the aspect (1) or (2), wherein the Kb is configured to be larger than the Ka.

（４）前記ロードセルが、歪みゲージの貼り付けられた所定長さの起歪体と、該起歪体の一方の端部に片持梁り形態で設けられたＬ字形状の作用部材と、該起歪体の他方の端部に片持梁り形態で設けられたＬ字形状の支持部材とを有し、該作用部材に対して前記第一のコイルばねが取り付けられて、該第一のコイルばねの復元力が作用せしめられるようになっていることを特徴とする上記態様（１）乃至（３）の何れか一つに記載のアクティブ除振マウント機構。 (4) The load cell includes a strain-generating body having a predetermined length to which a strain gauge is attached, and an L-shaped working member provided in a cantilever form at one end of the strain-generating body, An L-shaped support member provided in the form of a cantilever at the other end of the strain generating body, and the first coil spring is attached to the action member. The active vibration isolation mount mechanism according to any one of the above aspects (1) to (3), wherein the restoring force of the coil spring is applied.

（５）前記第一のコイルばねが、前記定盤と前記ロードセルの作用部材とを連結するように配されている一方、前記ロードセルの支持部材が、安全ばねを介して、前記床に取り付けられていることを特徴とする上記態様（４）に記載のアクティブ除振マウント機構。 (5) While the first coil spring is arranged to connect the surface plate and the action member of the load cell, the support member of the load cell is attached to the floor via a safety spring. An active vibration isolation mount mechanism according to the above aspect (4), wherein:

（６）前記弾性支持体が、コイルばね、又はコイルばねと粘弾性体から構成されていることを特徴とする上記態様（１）乃至（５）の何れか一つに記載のアクティブ除振マウント機構。 (6) The active vibration isolation mount according to any one of the above aspects (1) to (5), wherein the elastic support is configured by a coil spring or a coil spring and a viscoelastic body. mechanism.

このように、本発明に従うアクティブ除振マウント機構にあっては、定盤と床との間に配設されるアクティブ除振装置の作動制御のために、従来からの変位センサとは異なり、第一のコイルばねとロードセルを組み合わせてなるセンサ手段を用い、定盤の床に対する相対的な上下振動により惹起される荷重の変化、ひいてはたわみ量の変化に対応した復元力の変化を、ロードセルにて検知し、そしてその検出値に基づいて、アクティブ除振装置における微小変位アクチュエータの作動を制御せしめて、定盤の振動の減衰を図るようにしたものであるところから、従来の如き複雑で、高価な変位センサを用いることなく、定盤と床との間の微小な相対変位を、極めて簡単な構造において効果的に検知し得ることとなったのであり、これによって、装置の簡略化と共に、低価格化を有利に実現し得ることとなったのである。 As described above, the active vibration isolation mount mechanism according to the present invention differs from the conventional displacement sensor in order to control the operation of the active vibration isolation device disposed between the surface plate and the floor. Using a sensor means consisting of a single coil spring and load cell, the load cell is used to detect changes in load caused by relative vertical vibrations relative to the floor of the surface plate, and in turn, changes in restoring force corresponding to changes in the amount of deflection. Based on the detected value, the operation of the micro displacement actuator in the active vibration isolator is controlled to attenuate the vibration of the surface plate. Without using a simple displacement sensor, a minute relative displacement between the surface plate and the floor can be detected effectively with an extremely simple structure. With simplification of the apparatus, it became a fact which can advantageously realize low cost.

加えて、そのような本発明において用いられるセンサ手段にあっては、定盤から加わる分担荷重が、第一のコイルばねのばね機能によって更に効果的に低減せしめられて、ロードセルに加わり、その荷重変化に基づくところのたわみ量変化、ひいては復元力変化が検知され得ることとなるところから、ロードセルに大きな力（荷重）が掛かり過ぎることはなく、そのために、定盤の微振動に基づくところの第一のコイルばねの復元力変化を有効に検知し得るロードセルを用いることが出来ることとなるのであり、以て、かかる定盤の微振動を、所定のロードセルにて、精度良く且つ迅速に測定することが出来ることとなったのである。 In addition, in such sensor means used in the present invention, the shared load applied from the surface plate is further effectively reduced by the spring function of the first coil spring, and is applied to the load cell. Since the deflection amount change based on the change, and hence the restoring force change, can be detected, a large force (load) is not applied to the load cell. A load cell that can effectively detect a change in the restoring force of one coil spring can be used. Therefore, the fine vibration of the surface plate can be accurately and quickly measured with a predetermined load cell. It was possible to do that.

以下、本発明を更に具体的に明らかにするために、本発明の代表的な実施形態の一つについて、図面を参照しつつ、詳細に説明することとする。 Hereinafter, in order to clarify the present invention more specifically, one of the representative embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

先ず、図１には、本発明に従うアクティブ除振マウント機構の一つの配設形態の概略が示されている。そこにおいて、各種の嫌振機器が搭載される定盤２とそれが載置される床４との間には、弾性支持体６と、センサ装置８と、アクティブ除振装置１０とが介装、配置されて、かかる定盤２を支持するようになっていると共に、床４の振動加速度（α）を検知する加速度センサ１２が、床４上に配設されている。 First, FIG. 1 shows an outline of one arrangement of an active vibration isolation mount mechanism according to the present invention. An elastic support 6, a sensor device 8, and an active vibration isolator 10 are interposed between the surface plate 2 on which various vibration isolator devices are mounted and the floor 4 on which the surface vibration device is mounted. The acceleration sensor 12 is arranged on the floor 4 so as to support the surface plate 2 and detects the vibration acceleration (α) of the floor 4.

より具体的には、そのようなアクティブ除振マウント機構において、弾性支持体６は、定盤２と床４との間の振動絶縁を図る一方、かかる定盤２の重量を支える、所定のばね定数：Ｋｍを有するマウントであって、一般に、共振周波数を中心にした振動増幅域を有するものである。なお、この弾性支持体６としては、従来から公知の、各種のパッシブ除振マウントが適宜に用いられ、ここでは、コイルばね１４の単独使用の他、コイルばね１４と共に、円柱状の粘弾性体（エポキシ樹脂）１６を用い、それらを並列に配設してなる構造が、採用されるようになっている。 More specifically, in such an active vibration isolation mount mechanism, the elastic support 6 is a predetermined spring that supports vibration weight between the surface plate 2 and the floor 4 and supports the weight of the surface plate 2. A mount having a constant: Km, generally having a vibration amplification region centered on the resonance frequency. In addition, as this elastic support body 6, conventionally well-known various passive vibration isolation mounts are used suitably, and here, besides the single use of the coil spring 14, a cylindrical viscoelastic body is used with the coil spring 14. A structure in which (epoxy resin) 16 is used and these are arranged in parallel is adopted.

また、床４に対する定盤（制御対象）２の相対位置を検出するセンサ装置８は、かかる定盤２が床振動に共振して上下振動し、作用荷重が変化することに伴なう、たわみ量の変化（Δδ）に対応した復元力の変化（Δδ・Ｋａ）をもたらす、所定のばね定数：Ｋａを有する第一のコイルばね１８と、この第一のコイルばね１８の復元力変化を検知して、制御信号として出力するロードセル２０とを、直列に組み合わせてなる構造において配設されており、更にロードセル２０が、コイルばねからなる安全ばね２２を介して、床４側に取り付けられているのである。 In addition, the sensor device 8 that detects the relative position of the surface plate (control target) 2 with respect to the floor 4 flexes as the surface plate 2 resonates with the floor vibration and vibrates up and down, and the applied load changes. A first coil spring 18 having a predetermined spring constant: Ka that causes a restoring force change (Δδ · Ka) corresponding to a change in amount (Δδ) and a change in the restoring force of the first coil spring 18 are detected. The load cell 20 that is output as a control signal is arranged in a series combination, and the load cell 20 is attached to the floor 4 via a safety spring 22 that is a coil spring. It is.

そこで、ロードセル２０は、第一のコイルばね１８の復元力変化を検知するための歪みゲージ２４が側面に貼り付けられた、所定長さのブロック状の起歪体２６と、この起歪体２６の長さ方向の一方の端部に、片持梁り形態で設けられたＬ字形状の作用部材２８と、かかる起歪体２６の長さ方向の他方の端部に、片持梁り形態で設けられたＬ字形状の支持部材３０とを有し、前記した作用部材２８に対して、前記第一のコイルばね１８が取り付けられて、定盤２からの荷重に基づくところの第一のコイルばね１８の復元力が、作用せしめられるようになっている一方、支持部材３０に対して、安全ばね２２が取り付けられて、過大な振動荷重が作用したときに、ロードセル２０が損傷を受けないようになっている。なお、安全ばね２２は、支持部材３０に固設された取付けネジ３２の周りに配置され、この取付けネジ３２が、床４上に設けられた取付けブラケット３４にナット３６にて取り付けられることにより、ロードセル２０が、安全ばね２２の付勢力によって上方に付勢された形態において取り付けられて、ロードセル２０が上方から大きな荷重を受けたときに、クッション性を発揮し得るようになっている。また、そこでは、取付けネジ３２に対するナット３６の螺合の程度に応じて、ロードセル２０の高さ調整が行なわれ得るようになっている。 Therefore, the load cell 20 includes a block-shaped strain generating body 26 having a predetermined length in which a strain gauge 24 for detecting a restoring force change of the first coil spring 18 is attached to a side surface, and the strain generating body 26. An L-shaped action member 28 provided in a cantilever form at one end in the length direction of the lens, and a cantilever form at the other end in the length direction of the strain body 26 The first coil spring 18 is attached to the action member 28 and the first coil spring 18 based on the load from the surface plate 2 is provided. While the restoring force of the coil spring 18 is made to act, when the safety spring 22 is attached to the support member 30 and an excessive vibration load is applied, the load cell 20 is not damaged. It is like that. The safety spring 22 is disposed around a mounting screw 32 fixed to the support member 30, and the mounting screw 32 is attached to a mounting bracket 34 provided on the floor 4 with a nut 36. The load cell 20 is attached in a form in which it is urged upward by the urging force of the safety spring 22 so that it can exhibit cushioning properties when the load cell 20 receives a large load from above. Further, the height of the load cell 20 can be adjusted in accordance with the degree of screwing of the nut 36 to the mounting screw 32.

さらに、定盤２と床４との間に、前記した弾性支持体６及びセンサ装置８に対して並列的に配設されるアクティブ除振装置１０は、第二のコイルばね３８と微小変位アクチュエータ４０とが直列に組み合わされて、構成されている。そこにおいて、微小変位アクチュエータ４０は、前記したロードセル２０における検知信号に基づく制御信号を入力として、定盤２の床４に対する相対的な高さ変化を補償するように上下動して、低周波領域での第二のコイルばね３８の振動増幅を阻止するようになっている。なお、この微小変位アクチュエータ４０としては、ピエゾ素子やソレノイド等の、微小変位が可能な各種のアクチュエータが適宜に用いられ、その出力ロッド４２のストローク：Ｓ₁ は、前記した第一のコイルばね１８の復元力変化（Δδ・Ｋａ）に比例するようにして、アクチュエータ４０の出力ロッド４２が上下動するように構成されている。 Furthermore, the active vibration isolator 10 disposed in parallel with the elastic support 6 and the sensor device 8 between the surface plate 2 and the floor 4 includes a second coil spring 38 and a minute displacement actuator. 40 are combined in series. In this case, the minute displacement actuator 40 is moved up and down so as to compensate for a relative height change with respect to the floor 4 of the surface plate 2 by using a control signal based on the detection signal in the load cell 20 as an input, and a low frequency region. The vibration amplification of the second coil spring 38 is prevented. As the minute displacement actuator 40, such as a piezoelectric element or a solenoid, minute displacement can be various actuators used appropriately, the stroke of the output rod 42: S _1, the first coil spring 18 described above The output rod 42 of the actuator 40 is configured to move up and down in proportion to the restoring force change (Δδ · Ka).

更にまた、第二のコイルばね３８は、所定のばね定数：Ｋｂを有し、定盤２からの荷重を支えると共に、微小変位アクチュエータ４０の高周波振動を減衰させて、定盤２に伝えないように、床４と定盤２を絶縁するものである。そして、この微小変位アクチュエータ４０の上下動により、第二のコイルばね３８のたわみ量が変化（Δδｂ）し、その復元力が変化（Δδｂ・Ｋｂ）することとなる。また、このような第二のコイルばね３８のばね定数：Ｋｂは、第一のコイルばねのばね定数：Ｋａよりも大きく、弾性支持体６のばね定数：Ｋｍよりも小さくなるように設定され、好ましくは、Ｋｂ＝５〜２０Ｋａ程度が採用され、またＫｍ＝５〜２０Ｋｂ程度が採用されることとなる。 Furthermore, the second coil spring 38 has a predetermined spring constant: Kb, supports the load from the surface plate 2, and attenuates the high frequency vibration of the minute displacement actuator 40 so as not to transmit it to the surface plate 2. In addition, the floor 4 and the surface plate 2 are insulated. As the minute displacement actuator 40 moves up and down, the deflection amount of the second coil spring 38 changes (Δδb), and its restoring force changes (Δδb · Kb). Further, the spring constant: Kb of the second coil spring 38 is set to be larger than the spring constant: Ka of the first coil spring, and smaller than the spring constant: Km of the elastic support body 6; Preferably, about Kb = 5 to 20 Ka is adopted, and about Km = 5 to 20 Kb is adopted.

そして、このような構成のアクティブ除振マウント機構にあっては、床振動に共振した定盤２の上下振動に相当する力（ΔＦｍ）が、微小変位アクチュエータ４０の作動によって、第二のコイルばね３８において発生せしめられて、床４と定盤２との間の間隔が一定となるように（０ｄＢ目標）、駆動制御されることとなるのである。即ち、ΔＦｍ＝Δδ・Ｋｍ＝Δδｂ・Ｋｂとなるように制御されるのである。また、加速度センサ１２にて検知された床４の振動加速度（α）を用いて、定盤重量（Ｍ）との積（Ｍ・α）に相当する復元力の変化を、第二のコイルばね３８に発生させるように、微小変位アクチュエータ４０を駆動せしめて、マウントの増幅周波数域を０ｄＢ以下に下げるように制御される。なお、その際のアクチュエータストローク：Ｓ₂ は、Ｍ・α／Ｋｂとなるのである。そして、最終的なアクチュエータストローク：Ｓは、前記したＳ₁ とＳ₂ の和となる。 In the active vibration isolation mount mechanism having such a configuration, the force (ΔFm) corresponding to the vertical vibration of the surface plate 2 that resonates with the floor vibration is applied to the second coil spring by the operation of the minute displacement actuator 40. It is generated at 38, and the drive is controlled so that the distance between the floor 4 and the surface plate 2 is constant (0 dB target). That is, control is performed so that ΔFm = Δδ · Km = Δδb · Kb. Further, by using the vibration acceleration (α) of the floor 4 detected by the acceleration sensor 12, a change in the restoring force corresponding to the product (M · α) with the surface plate weight (M) is changed to the second coil spring. 38, the minute displacement actuator 40 is driven so that the amplification frequency range of the mount is lowered to 0 dB or less. In this case, the actuator stroke S ₂ is M · α / Kb. The final actuator stroke: S is the sum of S ₁ and S ₂ described above.

従って、以上のような構成のアクティブ除振マウント機構にあっては、定盤２の床４に対する相対位置が、第一のコイルばね１８とロードセル２０を組み合わせてなる、構造の簡単なセンサ装置８を用いて、有利に検知され得ることとなるのであり、しかも、それら第一のコイルばね１８やロードセル２０は、何れも、汎用の安価な製品として提供され得るものであるところから、センサ装置８は、安価に提供され得ることとなるのである。従って、定盤２と床４との間の微小変位を測定するために、従来の如き、複雑で、高価な変位センサを用いる必要が全く無くなったのであり、以て、装置全体の製作コストが有利に低減され得ることとなったのである。 Therefore, in the active vibration isolation mount mechanism configured as described above, the relative position of the surface plate 2 with respect to the floor 4 is a sensor device 8 having a simple structure in which the first coil spring 18 and the load cell 20 are combined. Since the first coil spring 18 and the load cell 20 can be provided as general-purpose and inexpensive products, the sensor device 8 can be used. Can be provided at low cost. Therefore, in order to measure the minute displacement between the surface plate 2 and the floor 4, it is no longer necessary to use a complicated and expensive displacement sensor as in the prior art. It could be advantageously reduced.

また、そのようなセンサ装置８にあっては、第一のコイルばね１８が、ロードセル２０に組み合わせて用いられていることにより、定盤２の分担荷重は、第一のコイルばね１８にて受けることとなり、ロードセル２０には、そのままの荷重が作用することはなく、低減された荷重において、第一のコイルばね１８の復元力変化を、定盤２の床４に対する相対位置として検知することが出来るところから、ロードセル２０として微小荷重が測定可能であるものを用いることが出来、これによって、微小な相対位置（相対変位）の検出が有効に為され得て、その検出精度をより一層有利に高めることが出来るのである。 In such a sensor device 8, the first coil spring 18 is used in combination with the load cell 20, so that the shared load of the surface plate 2 is received by the first coil spring 18. Accordingly, the load cell 20 is not subjected to the load as it is, and the change in the restoring force of the first coil spring 18 can be detected as the relative position of the surface plate 2 to the floor 4 with the reduced load. From what can be done, a load cell 20 that can measure a minute load can be used. This makes it possible to effectively detect a minute relative position (relative displacement), thereby further improving the detection accuracy. It can be raised.

加えて、例示のロードセル２０にあっては、起歪体２６に対して、それぞれＬ字形状を呈する作用部材２８と支持部材３０とが、対応する端部に設けられて、それら作用部材２８及び支持部材３０を介して、定盤２側及び床４側に、それぞれ取り付けられるようになっているところから、定盤２の上下振動により惹起される荷重変化、ひいてはたわみ量の変化に対応した復元力変化を、より一層、微小領域において有利に検出することが可能となるのであり、これによって、また、センサ装置８の検出精度が、より一層高められ得るようになっている。 In addition, in the illustrated load cell 20, an action member 28 and a support member 30 each having an L shape are provided on the corresponding ends of the strain body 26. Restoration corresponding to a change in load caused by vertical vibration of the surface plate 2 and a change in deflection amount from being attached to the surface plate 2 side and the floor 4 side via the support member 30. The force change can be detected more advantageously in a minute region, and this also allows the detection accuracy of the sensor device 8 to be further enhanced.

なお、かくの如き構成のアクティブ除振マウント機構において、その作動の制御は、例えば、図２に示される如き形態において実施されることとなる。即ち、そこにおいて、センサ装置８のロードセル２０の検出信号（荷重信号／圧力信号）を増幅するために、ロードセルアンプ４４が設けられ、また加速度センサ１２の検出信号を増幅するために、加速度センサアンプ４６が設けられている。更に、それらアンプ４４，４６の出力信号をデジタル値に変換するＡ／Ｄ回路４８を介して、コントローラ５０に信号が入力されるようになっている。そして、コントローラ５０においては、Ａ／Ｄ回路４８でデジタル値に変換されたロードセル２０及び加速度センサ１２の情報から、微小変位アクチュエータ４０の制御信号を生成するようになっている。次いで、その生成したコントローラ５０からの制御信号は、それをアナログ信号に変換するＤ／Ａ回路５２を通じて、アクチュエータコントローラ５４に入力され、そこにおいて、Ｄ／Ａ回路５２からのアナログ信号を基に、微小変位アクチュエータ４０を制御する制御信号を出力するようになっている。そして、微小変位アクチュエータ４０においては、かかるアクチュエータコントローラ５４からの制御信号によって、その出力ロッド４２の上下動が制御され、以て、定盤２の床４に対する相対的な高さ変化が補償されることにより、第二のコイルばね３８の振動増幅が阻止せしめられることとなるのである。 In the active vibration isolation mount mechanism having such a configuration, the operation control is performed, for example, in the form shown in FIG. That is, a load cell amplifier 44 is provided for amplifying the detection signal (load signal / pressure signal) of the load cell 20 of the sensor device 8, and an acceleration sensor amplifier for amplifying the detection signal of the acceleration sensor 12. 46 is provided. Furthermore, signals are input to the controller 50 via an A / D circuit 48 that converts the output signals of the amplifiers 44 and 46 into digital values. The controller 50 generates a control signal for the minute displacement actuator 40 from the information of the load cell 20 and the acceleration sensor 12 converted into digital values by the A / D circuit 48. Next, the generated control signal from the controller 50 is input to the actuator controller 54 through a D / A circuit 52 that converts the control signal into an analog signal, where the control signal is based on the analog signal from the D / A circuit 52. A control signal for controlling the minute displacement actuator 40 is output. In the minute displacement actuator 40, the vertical movement of the output rod 42 is controlled by the control signal from the actuator controller 54, so that the relative height change with respect to the floor 4 of the surface plate 2 is compensated. As a result, vibration amplification of the second coil spring 38 is prevented.

また、そのような制御系統におけるコントローラ５０内の処理は、例えば、図３の如くして行なわれることとなる。この図３においては、コントローラ５０は、ＭＡＴＬＡＢ（MathWorks 社製）等を用いたデジタル処理を行なうようになっている。そして、乗算ブロック５６は、デジタル信号に変換されたロードセル２０からの信号（圧力信号）に係数を乗算して、床４と定盤２との間の相対変位を出力する。また、微分ブロックＡ５８は、乗算ブロック５６から出力された信号を微分して、床４と定盤２の相対速度を出力する。更に、微分ブロックＢ６０は、微分ブロックＡ５８から出力された信号を更に微分して、床４と定盤２の相対加速度を出力する。ローパスフィルタ６２は、微分ブロックＢ６０から出力された信号にデジタルフィルタをかけて、制御に不要な高周波成分を減衰させた前記相対加速度の信号を生成して、出力する。なお、このローパスフィルタ６２は、微分ブロックによって拡大する高周波成分を減衰させる目的で用いられる。加算ブロックＡ６４は、ローパスフィルタ６２から出力された信号と、デジタル信号に変換された加速度センサ１２の信号を減算して出力する。即ち、ロードセル２０の測定値から床４と定盤２の相対加速度を算出し、床４の絶対加速度を除算することによって、定盤２の絶対加速度を導いているのである。レベリング制御器６６は、乗算ブロック５６から出力された信号を基に、レベリングのための制御信号を生成して出力する。定盤除振フィードバック制御器６８は、加算ブロックＡ６４から出力された信号を基に、定盤２の除振を行なうための制御信号を生成し、出力する。床振動フィードフォワード制御器７０は、床４から定盤２へ伝わる振動を抑制するための制御信号を生成し、出力する。加算ブロックＢ７２は、レベリング制御器６６、定盤除振フィードバック制御器６８、床振動フィードフォワード制御器７０から出力された制御信号を加算して、アクチュエータ出力として出力するようになっている。 Further, the processing in the controller 50 in such a control system is performed as shown in FIG. 3, for example. In FIG. 3, the controller 50 performs digital processing using MATLAB (made by MathWorks) or the like. The multiplication block 56 multiplies the signal (pressure signal) from the load cell 20 converted into a digital signal by a coefficient, and outputs a relative displacement between the floor 4 and the surface plate 2. The differentiation block A58 differentiates the signal output from the multiplication block 56 and outputs the relative speed between the floor 4 and the surface plate 2. Further, the differentiation block B60 further differentiates the signal output from the differentiation block A58 and outputs the relative acceleration between the floor 4 and the surface plate 2. The low-pass filter 62 applies a digital filter to the signal output from the differentiation block B60 to generate and output the relative acceleration signal in which a high-frequency component unnecessary for control is attenuated. The low-pass filter 62 is used for the purpose of attenuating a high-frequency component that is expanded by the differentiation block. The addition block A64 subtracts the signal output from the low-pass filter 62 from the signal of the acceleration sensor 12 converted into a digital signal and outputs the result. That is, the absolute acceleration of the surface plate 2 is derived by calculating the relative acceleration of the floor 4 and the surface plate 2 from the measured value of the load cell 20 and dividing the absolute acceleration of the floor 4. Based on the signal output from the multiplication block 56, the leveling controller 66 generates and outputs a control signal for leveling. The surface plate vibration isolation feedback controller 68 generates and outputs a control signal for performing vibration isolation of the surface plate 2 based on the signal output from the addition block A64. The floor vibration feedforward controller 70 generates and outputs a control signal for suppressing vibration transmitted from the floor 4 to the surface plate 2. The addition block B72 adds the control signals output from the leveling controller 66, the surface plate vibration isolation feedback controller 68, and the floor vibration feedforward controller 70, and outputs the result as an actuator output.

ところで、かかる図３に示される信号処理方式においては、乗算ブロック５６、微分ブロックＡ５８、微分ブロックＢ６０、加算ブロックＡ６４等の演算ブロックは、ロードセルのように相対的な状態を測定するセンサの信号と、定盤２或いは床４の振動の絶対加速度、速度、変位等の絶対的な状態を示すセンサの信号を基に、絶対的な信号を導く過程の一例を示しているものであり、センサの信号からの制御信号を生成する過程においては、必ずしも同じ構成になるとは限らず、例えば、図４に示される如く、ロードセル２０と加速度センサ１２から、定盤振動の絶対速度を得るようにすることも可能である。この図４においては、前記した図３とは異なり、一つの微分ブロック７４が配されているのみであり、また床４の振動加速度信号の入力回路に積分ブロック７６が配されている他は、図３と同様な信号処理が行なわれるものであるところから、ここでは、図３と同様な部分には同一な符号を付して、詳細な説明は省略することとする。そして、このように、定盤２と床４との間に発生する荷重変化（圧力変化）と床４の加速度から、定盤２の加速度を算出することによって、定盤２に対する加速度センサの配設も必要が無くなるのであり、これによって、装置の簡略化とコストの低減を実現することが出来ることとなり、また定盤２と床４の相関関係を測定するセンサに、比較的安価で精度の高い圧力センサであるロードセル２０を用いることにより、更に安価な装置構成とすることが可能となるのである。 By the way, in the signal processing method shown in FIG. 3, the operation blocks such as the multiplication block 56, the differentiation block A58, the differentiation block B60, and the addition block A64 are connected to the sensor signal for measuring the relative state like a load cell. This shows an example of a process for deriving an absolute signal based on a sensor signal indicating an absolute state such as absolute acceleration, velocity, displacement, etc. of vibration of the surface plate 2 or the floor 4. In the process of generating the control signal from the signal, the configuration is not necessarily the same. For example, as shown in FIG. 4, the absolute velocity of the surface plate vibration is obtained from the load cell 20 and the acceleration sensor 12. Is also possible. 4 differs from FIG. 3 described above in that only one differential block 74 is provided, and an integration block 76 is provided in the input circuit for the vibration acceleration signal of the floor 4, Since the same signal processing as in FIG. 3 is performed, the same reference numerals are given to the same parts as in FIG. 3 and detailed description thereof is omitted. Thus, by calculating the acceleration of the surface plate 2 from the load change (pressure change) generated between the surface plate 2 and the floor 4 and the acceleration of the floor 4, the acceleration sensor is arranged on the surface plate 2. Therefore, it is possible to simplify the apparatus and reduce the cost, and the sensor for measuring the correlation between the surface plate 2 and the floor 4 is relatively inexpensive and accurate. By using the load cell 20 which is a high pressure sensor, it becomes possible to make a more inexpensive apparatus configuration.

以上、本発明の代表的な実施形態について詳述して来たが、それは、あくまでも例示に過ぎないものであって、本発明は、そのような実施形態に係る具体的な記述によって、何等限定的に解釈されるものではないことが、理解されるべきである。 The representative embodiments of the present invention have been described in detail above, but these are merely examples, and the present invention is not limited to any specific description according to such embodiments. It should be understood that this is not to be construed as a matter of course.

例えば、上述した実施形態においては、センサ装置８を構成する第一のコイルばね１８が、定盤２側に取り付けられ、またロードセル２０が、床４側に取り付けられていたが、これとは逆に、第一のコイルばね１８を床４側に、またロードセル２０を定盤２側に取り付けるようにすることも可能であり、更に、アクティブ除振装置１０の場合においても、同様である。 For example, in the above-described embodiment, the first coil spring 18 constituting the sensor device 8 is attached to the surface plate 2 side, and the load cell 20 is attached to the floor 4 side. In addition, the first coil spring 18 can be attached to the floor 4 side, and the load cell 20 can be attached to the surface plate 2 side, and the same applies to the case of the active vibration isolator 10.

また、加速度センサ１２は、床４側に取り付けられる場合の他、それに代えて、或いはそれと共に、定盤２側に取り付けられて、定盤２側の加速度が検出されるように構成することも可能である。 In addition to the case where the acceleration sensor 12 is attached to the floor 4 side, the acceleration sensor 12 may be attached to the surface plate 2 side instead of or together with the acceleration sensor 12 so as to detect the acceleration on the surface plate 2 side. Is possible.

さらに、弾性支持体６、センサ装置８及びアクティブ除振装置１０を含むアクティブ除振マウント機構は、定盤２と床４との間において、所定位置に、一つ或いは複数の割合で配設され、例えば、矩形の定盤２が用いられた場合においては、その四隅にそれぞれ配設されて、その防振・支持が行なわれ得るように構成されることとなる。 Further, the active vibration isolation mount mechanism including the elastic support 6, the sensor device 8, and the active vibration isolation device 10 is disposed at a predetermined position between the surface plate 2 and the floor 4 at one or a plurality of ratios. For example, in the case where the rectangular surface plate 2 is used, it is arranged at each of its four corners so as to be able to perform vibration isolation and support.

加えて、センサ装置８におけるロードセル２０としては、例示の構造のもののみに限定されるものでは決してなく、定盤２と床４との間の微小な相対変位に基づくところの微小な荷重変化、ひいては第一のコイルばね１８の微小な復元力変化を検知し得る公知の各種の構造のものが選択使用されることとなる。 In addition, the load cell 20 in the sensor device 8 is not limited to the one having the illustrated structure, and a minute load change based on a minute relative displacement between the surface plate 2 and the floor 4 is not limited. As a result, those of various known structures that can detect minute changes in the restoring force of the first coil spring 18 are selectively used.

その他、一々列挙はしないが、本発明は、当業者の知識に基づいて、種々なる変更、修正、改良等を加えた態様において実施され得るものであり、また、そのような実施の態様が、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、何れも、本発明の範疇に属するものであることは、言うまでもないところである。 In addition, although not enumerated one by one, the present invention can be implemented in a mode to which various changes, modifications, improvements, and the like are added based on the knowledge of those skilled in the art. It goes without saying that any one of them falls within the scope of the present invention without departing from the spirit of the present invention.

本発明に従うアクティブ除振マウント機構の一例に係る構成の概略を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the outline of the structure which concerns on an example of the active vibration isolation mount mechanism according to this invention. 図１に示されるアクティブ除振マウント機構の制御系統の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the control system of the active vibration isolation mount mechanism shown by FIG. 図２に示される制御系統におけるコントローラの信号処理系統の一例を示すフロー図である。It is a flowchart which shows an example of the signal processing system of the controller in the control system shown by FIG. 図２に示される制御系統におけるコントローラの信号処理系統の他の異なる一例を示すフロー図である。It is a flowchart which shows another different example of the signal processing system of the controller in the control system shown by FIG.

Explanation of symbols

２定盤４床
６弾性支持体８センサ装置
１０除振装置１２加速度センサ
１４コイルばね１６粘弾性体
１８第一のコイルばね２０ロードセル
２２安全ばね２４歪みゲージ
２６起歪体２８作用部材
３０支持部材３２取付けネジ
３４取付けブラケット３６ナット
３８第二のコイルばね４０微小変位アクチュエータ
４２出力ロッド４４ロードセルアンプ
４６加速度センサアンプ４８Ａ／Ｄ回路
５０コントローラ５２Ｄ／Ａ回路
５４アクチュエータコントローラ５６乗算ブロック
５８微分ブロックＡ６０微分ブロックＢ
６２ローパスフィルタ６４加算ブロックＡ
６６レベリング制御器６８定盤除振フィードバック制御器
７０床振動フィードフォワード制御器７２加算ブロックＢ
７４微分ブロック７６積分ブロック
2 Surface plate 4 Floor 6 Elastic support body 8 Sensor device 10 Vibration isolator 12 Acceleration sensor 14 Coil spring 16 Viscoelastic body 18 First coil spring 20 Load cell 22 Safety spring 24 Strain gauge 26 Strain body 28 Action member 30 Support member 32 mounting screw 34 mounting bracket 36 nut 38 second coil spring 40 minute displacement actuator 42 output rod 44 load cell amplifier 46 acceleration sensor amplifier 48 A / D circuit 50 controller 52 D / A circuit 54 actuator controller 56 multiplication block 58 differentiation block A 60 Differential block B
62 Low-pass filter 64 Addition block A
66 Leveling controller 68 Surface plate vibration isolation feedback controller 70 Floor vibration feedforward controller 72 Addition block B
74 Differentiation block 76 Integration block

Claims

It is interposed between the surface plate on which the vibration isolator is mounted and the floor to support the surface plate and at least have a function of canceling the propagation of extraneous fine vibrations to the surface plate. The swing mount mechanism
While providing vibration isolation between the floor and the surface plate, an elastic support that supports the weight of the surface plate,
Detecting a first coil spring whose restoring force changes in response to a change in the amount of deflection caused by a vertical vibration relative to the floor of the surface plate, and a change in the restoring force of the first coil spring; , Sensor means comprising a load cell that outputs as a control signal in series;
A minute displacement actuator and a second coil spring are combined in series, and the minute displacement actuator receives a control signal from the load cell as an input to compensate for a relative height change of the surface plate with respect to the floor. On the other hand, the second coil spring supports an active vibration isolator that supports a load and changes the amount of deflection by the vertical movement of the minute displacement actuator. ,
An active vibration isolation mount mechanism characterized by comprising:

An acceleration sensor for detecting vibration acceleration of the floor and / or the surface plate is further provided, and the micro displacement actuator is further driven and controlled based on a detection signal from the acceleration sensor. The active vibration isolation mount mechanism according to claim 1.

When the spring constant of the elastic support, the spring constant of the first coil spring, and the spring constant of the second coil spring are Km, Ka, and Kb, respectively, the Km is larger than Kb, and The active vibration isolation mount mechanism according to claim 1 or 2, wherein Kb is configured to be larger than the Ka.

The load cell includes a strain-generating body having a predetermined length with a strain gauge attached thereto, an L-shaped working member provided in a cantilever form at one end of the strain-generating body, and the strain-generating body. An L-shaped support member provided in the form of a cantilever at the other end of the body, and the first coil spring is attached to the action member. The active vibration isolation mount mechanism according to any one of claims 1 to 3, wherein a restoring force is applied.

The first coil spring is arranged so as to connect the surface plate and the action member of the load cell, while the support member of the load cell is attached to the floor via a safety spring. The active vibration isolation mount mechanism according to claim 4.

The active vibration isolation mount mechanism according to any one of claims 1 to 5, wherein the elastic support body is constituted by a coil spring or a coil spring and a viscoelastic body.