JP5751873B2 - Air spring actuator and vibration isolator - Google Patents
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Description
本発明は、空気ばねを用いて搭載機器の位置決めを行う空気ばねアクチュエータ及び空気ばねを用いた除振装置に関するものである。 The present invention relates to an air spring actuator for positioning a mounted device using an air spring and a vibration isolator using the air spring.
従来、半導体製造工程に用いられる半導体製造装置や電子描画装置等の嫌振機器を除振するものとして、例えば特許文献１や特許文献２に示すようなアクティブ除振装置がある。 2. Description of the Related Art Conventionally, as an apparatus for isolating vibration isolating equipment such as a semiconductor manufacturing apparatus and an electronic drawing apparatus used in a semiconductor manufacturing process, there are active vibration isolating apparatuses as shown in Patent Document 1 and Patent Document 2, for example.
このアクティブ除振装置は、嫌振機器が搭載される搭載台を、複数の空気ばねアクチュエータによって鉛直方向及び水平方向に支持することによって構成されている。具体的にこのアクティブ除振装置は、搭載台を鉛直方向に駆動して鉛直方向の荷重を支持するとともに振動を除振するようにサーボバルブを制御してなる、鉛直方向の空気ばねアクチュエータと、搭載台を水平方向に駆動して水平方向の振動を除振する、水平方向の空気ばねアクチュエータとを備えている。また、アクチュエータの近傍において、水平方向の振動及び位置を検出する水平方向振動検出器及び鉛直方向の振動を検出する鉛直方向振動検出器が設けられている。そして、前記水平方向振動検出器及び鉛直方向振動検出器からの検出信号を用いて、コントローラにより前記アクチュエータが駆動される。 This active vibration isolator is configured by supporting a mounting table on which a vibration isolator is mounted in a vertical direction and a horizontal direction by a plurality of air spring actuators. Specifically, this active vibration isolator includes a vertical air spring actuator that drives a mounting base in the vertical direction to control a servo valve so as to support a vertical load and to isolate vibrations; And a horizontal air spring actuator that drives the mounting base in the horizontal direction to isolate the vibration in the horizontal direction. Further, in the vicinity of the actuator, a horizontal vibration detector that detects horizontal vibration and position and a vertical vibration detector that detects vertical vibration are provided. Then, the actuator is driven by the controller using detection signals from the horizontal direction vibration detector and the vertical direction vibration detector.
しかしながら、水平方向のアクチュエータは荷重の支持には作用しないため、内圧とバランスさせるための工夫を必要とし、水平の位置制御を必要とない場合にも位置センサを必要としたり、対向する空気ばねを別に用いたりする等の対向が行われている。また、水平の制振力を十分に取るためには荷重を支えないにもかかわらず大きな有効面積を有した空気ばねを用いることが必要となり、スペース面でもコスト面でも問題がある。さらに、スペースの制約から水平方向のアクチュエータの大きさが制約されてしまい、制振力が不足する等の問題もある。 However, since the horizontal actuator does not act to support the load, it requires a device for balancing with the internal pressure, and even when horizontal position control is not required, a position sensor is required, or an opposing air spring is installed. Opposing such as using separately. Further, in order to obtain a sufficient horizontal damping force, it is necessary to use an air spring having a large effective area even though the load is not supported, which causes a problem in terms of space and cost. Furthermore, the size of the actuator in the horizontal direction is restricted due to space restrictions, and there is a problem that the damping force is insufficient.
また、従来広く用いられているパッシブ除振装置においては、機械式のバルブを用いたサーボ機構が用いられて、搭載機器の支持高さの自動制御が行われている。この除振装置は通常３点の機械式バルブで搭載機器の支持平面を規定できるように、そのバルブのプランジャーピンを操作できるバルブ制御部を構成して、空気ばねの内圧を制御している。このことによって搭載機器のステージ等が移動して、重心位置が変動したとしても、支持平面に復元する制御力が作用し、搭載機器は一定の位置にとどまることができる。 Moreover, in a passive vibration isolator that has been widely used in the past, a servo mechanism using a mechanical valve is used to automatically control the support height of the mounted equipment. This vibration isolator normally controls the internal pressure of the air spring by configuring a valve control unit that can operate the plunger pin of the valve so that the support plane of the mounted equipment can be defined by three mechanical valves. . As a result, even if the stage of the mounted device moves and the position of the center of gravity fluctuates, the restoring force is restored to the support plane, and the mounted device can remain at a fixed position.
しかしながら、近年大きなステージが高速移動するようになり、水平側に復元機能を有さない機械式バルブの制御では、十分な復元速度が得られず、搭載機器の性能が上がらないという問題がある。 However, in recent years, a large stage has moved at a high speed, and the control of a mechanical valve that does not have a restoration function on the horizontal side has a problem that a sufficient restoration speed cannot be obtained and the performance of the mounted equipment does not improve.
そこで本発明は、上記の問題点を一挙に解決するためになされたものであり、空気ばねアクチュエータ、アクティブ除振装置やパッシブ除振装置の構成を簡単にするとともに、省スペースで十分な制振制御を可能にすることをその主たる所期課題とするものである。 Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems all at once, simplifying the configuration of the air spring actuator, the active vibration isolator, and the passive vibration isolator, and providing sufficient vibration suppression in a small space. Making the control possible is the main desired issue.
すなわち本発明に係る空気ばねアクチュエータは、機器が搭載される搭載台及び基礎の間に介在して設けられており、気体源に接続されて制御バルブにより圧力制御される気体室を有する２つ以上の空気ばね部からなる複数の空気ばねユニットと、前記搭載台における目標位置からの相対変位に基づいて前記制御バルブを制御することにより、前記搭載台を目標位置に移動させる制御機器と有し、前記空気ばねユニットにおいて、各空気ばね部が鉛直軸に対して傾斜した方向に駆動力を作用するように配置されるとともに、それら空気ばね部が鉛直軸に対して対称となるように配置されていることを特徴とする。ここで２つの空気ばね部が鉛直軸に対して対称となるように配置する態様としては、２つ以上の空気ばね部の駆動軸が内側を向いて対向するように配置されること、２つ以上の空気ばね部の駆動軸が外側を向いて配置されることが考えられる。 That is, the air spring actuator according to the present invention is provided between a mounting base and a foundation on which equipment is mounted, and has two or more gas chambers connected to a gas source and pressure-controlled by a control valve. A plurality of air spring units composed of air spring portions, and a control device that moves the mounting base to the target position by controlling the control valve based on relative displacement from the target position in the mounting base; In the air spring unit, each air spring part is arranged so as to exert a driving force in a direction inclined with respect to the vertical axis, and the air spring parts are arranged so as to be symmetric with respect to the vertical axis. It is characterized by being. Here, as a mode of arranging the two air spring parts so as to be symmetric with respect to the vertical axis, the two or more air spring parts are arranged so that the drive shafts face each other inward. It is conceivable that the drive shaft of the above air spring portion is arranged facing outward.
このようなものであれば、傾斜した空気ばね部すべてが、搭載機器の荷重を支えることに寄与して、全ての空気ばね部の気体室の内圧は、搭載機器の荷重とバランスしている。したがって、従来の除振装置のように、水平の空気ばね部の気体室の内圧を保持するためにトルクを付加する機構や対向してバランスする余分な空気ばねを必要とせず、装置構成を簡単にすることができる。また、空気ばね部を鉛直軸に対して斜めに配置することにより、同じ有効面積を有する空気ばね部を独立に駆動することで、鉛直方向のみならず、水平方向の制御を実現することができる。 If it is such, all the inclined air spring parts will contribute to supporting the load of a mounting apparatus, and the internal pressure of the gas chamber of all the air spring parts is balanced with the load of a mounting apparatus. Therefore, unlike the conventional vibration isolator, there is no need for a mechanism for applying torque to maintain the internal pressure of the gas chamber of the horizontal air spring part, and no extra air spring for balancing oppositely, and the device configuration is simple. Can be. In addition, by arranging the air spring portion obliquely with respect to the vertical axis, the air spring portion having the same effective area is independently driven, so that not only the vertical direction but also the horizontal direction control can be realized. .
なお、制御バルブとしては、機械式のものではセンタークローズ型の三方弁や四方弁が利用可能であり、電動式のものではフラッパー弁やスプール弁が利用可能であり、このフラッパー弁やスプール弁を用いたものでは高速動作可能である。また、制御機器としては、制御バルブが機械式バルブの場合、弁体を駆動するプランジャーピンやレバー、調整ヘッドを含み、これらの部分を調整してゲイン比やニュートラル位置を調整できる。また、電動式バルブの場合には、駆動アンプやＰＩＤ制御部（位置決めアンプ）を含む。 As a control valve, a center-closed three-way valve or a four-way valve can be used for a mechanical type, and a flapper valve or a spool valve can be used for an electric type. The one used can operate at high speed. Further, when the control valve is a mechanical valve, the control device includes a plunger pin, a lever, and an adjustment head that drive the valve body, and these portions can be adjusted to adjust the gain ratio and the neutral position. In the case of an electric valve, a drive amplifier and a PID control unit (positioning amplifier) are included.
簡単な構成によって搭載機器を６軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、Ｘ軸回り（ロール）、Ｙ軸回り（ピッチ）、Ｚ軸回り（ヨー））において除振するためには、前記空気ばねユニットを３組有しており、各組が、中心に対して周方向に略等間隔となるように配置されるとともに、周方向において隣り合う組の駆動力の作用ベクトルの水平方向成分が、互いに１２０度の差を有するように配置されていることが望ましい。従来方式では少なくとも９個の空気ばね部を必要としたものが、本発明によれば、空気ばね部６点、すなわち２次元構成の空気ばねユニット３つという最小構成で、パッシブ構成でもアクティブ構成でも搭載機器の剛体６自由度制御が可能になる。またそれぞれの方向に２つの空気ばね部が作用するために、１．４倍の有効面積で作用することになるため、空気ばね部の直径を小さくして小型にするか、使用圧力を下げて省エネルギーにするかを選択できる。空気ばね部を小型にすることは動作速度を速めて制振に寄与することにもつながる。 In order to isolate the mounted device on six axes (X axis, Y axis, Z axis, around the X axis (roll), around the Y axis (pitch), around the Z axis (yaw)) with a simple configuration, the air It has three sets of spring units, and each set is arranged so as to be substantially equidistant in the circumferential direction with respect to the center, and the horizontal component of the action vector of the driving force of adjacent sets in the circumferential direction is It is desirable that they are arranged so as to have a difference of 120 degrees from each other. The conventional method requires at least nine air spring portions, but according to the present invention, the air spring portion has a minimum configuration of six points, that is, three air spring units having a two-dimensional configuration. Rigid body 6-degree-of-freedom control of mounted equipment is possible. In addition, since two air spring parts act in each direction, it will work with an effective area of 1.4 times, so the diameter of the air spring part can be reduced to make it smaller, or the working pressure can be lowered. You can choose to save energy. Making the air spring portion small also contributes to damping by increasing the operating speed.
このとき搭載機器の位置制御（振動制御ではない）のため浮上の目標位置からの相対変位として検知する変位センサ（パッシブ構成の場合は検知レバーが相当）は、それぞれの空気ばねユニットに１点あれば搭載機器の浮上の位置（高さ）を決めることができる。また空気ばねユニット４つで搭載機器を支持する場合は、変位センサが３点あれば、支持平面を決めることができるから１つの変位センサは冗長となる。そのため従来の手法のように、いずれか１つの変位センサを共通の変位センサとして２つのユニットで共有してもよいし、１つの空気ばねユニットを静的には一定圧のユニットとしてもよい。また成立するためには条件があるが、４点の変位センサ全てを用いて冗長制御を行ってもよい。 At this time, there is one displacement sensor (equivalent to a detection lever in the case of a passive configuration) for each air spring unit that detects relative displacement from the target position for levitation for position control (not vibration control) of the mounted equipment. For example, the position (height) of the mounted equipment can be determined. Further, when the mounted device is supported by four air spring units, if there are three displacement sensors, the support plane can be determined, so that one displacement sensor becomes redundant. Therefore, as in the conventional method, any one displacement sensor may be shared by two units as a common displacement sensor, or one air spring unit may be statically a unit of constant pressure. In addition, although there are conditions for the establishment, redundant control may be performed using all four displacement sensors.
このように搭載機器の水平の位置を制御する必要がない場合には、空気ばねユニット内の位置の検知を１点として、振動制御能力を損なうことなく、空気ばねユニットを浮上かつ振動制御することが可能である。従来方式の場合は水平の位置制御を必ず必要としており、本発明の場合にはシステムはさらに簡素化できる。 When it is not necessary to control the horizontal position of the mounted equipment in this way, the position of the air spring unit is detected as one point, and the air spring unit is levitated and vibration controlled without impairing the vibration control capability. Is possible. In the case of the conventional method, horizontal position control is necessarily required, and in the case of the present invention, the system can be further simplified.
前記各空気ばねユニットにおいて、各空気ばね部の駆動軸に沿った方向に前記搭載台の目標位置が設定されており、前記制御機器が、前記駆動軸に沿った方向に設定された目標位置との相対変位に基づいて前記制御バルブを制御することが望ましい。これにより、それぞれの空気ばね部が独立して目標位置への駆動力を発生するように設定することができる。このときの制御バルブはパッシブ除振装置に用いられる機械式のものでよく、搭載機器の動きによって空気ばね部が圧縮されれば、制御バルブのプランジャを操作するバルブ駆動部の機構が作動して、制御バルブから気体が供給されて空気ばね部は伸縮する側に復元力が働く。一方、空気ばね部が伸張側に動けば気体室の気体が排気されて、空気ばね部は収縮する側に復元する。このことが空気ばねユニットの２つの空気ばね部で実施されれば、搭載機器の水平側の動きに対しても駆動力を発生することになる。 In each of the air spring units, a target position of the mounting base is set in a direction along the drive shaft of each air spring portion, and the control device has a target position set in a direction along the drive shaft, It is desirable to control the control valve based on the relative displacement. Thereby, it can set so that each air spring part may generate the driving force to a target position independently. The control valve at this time may be a mechanical type used in a passive vibration isolator, and if the air spring part is compressed by the movement of the mounted equipment, the mechanism of the valve drive part that operates the plunger of the control valve is activated. When the gas is supplied from the control valve, the air spring part has a restoring force on the side that expands and contracts. On the other hand, if the air spring part moves to the extension side, the gas in the gas chamber is exhausted, and the air spring part is restored to the contracting side. If this is carried out by the two air spring portions of the air spring unit, a driving force is generated even for the horizontal movement of the mounted device.
機械式の制御バルブで位置制御を行う従来のパッシブ方式では、３点以上の冗長な数のバルブを用いると中立点の遊びの範囲に初期位置を調整する必要があったが、本発明では水平方向の自由度を使うことができるため、６点であれば冗長にならない。従来方式でも、鉛直方向と水平方向に分け、鉛直方向の位置制御と直交するように機械式の制御バルブを設定すれば、冗長にならず６点で剛体６自由度の位置制御が可能になる。しかしこの場合は通常は用いない水平方向の空気ばねとその空気ばねに負荷を与える対向ばねを必要とする。本発明では空気ばねの駆動軸方向のすべてが荷重を支持しながら６自由度の位置決め及び姿勢制御が可能となるため、機械式３位置クローズドセンター型の三方弁を用いて水平方向を含むローリング振動を制振することができるという格別な効果が得られる。もちろん３次元のユニットであっても同様の効果を得ることができる。 In the conventional passive method in which position control is performed using a mechanical control valve, if a redundant number of valves of three or more points is used, it is necessary to adjust the initial position within the play range of the neutral point. Since the degree of freedom of direction can be used, there is no redundancy if there are 6 points. Even in the conventional method, if a mechanical control valve is set so as to be divided into a vertical direction and a horizontal direction and orthogonal to the position control in the vertical direction, position control with 6 degrees of freedom for a rigid body can be performed at 6 points without redundancy. . However, in this case, a horizontal air spring that is not normally used and a counter spring that applies a load to the air spring are required. In the present invention, positioning and posture control with six degrees of freedom are possible while supporting the load in all directions of the drive axis of the air spring. Therefore, rolling vibration including the horizontal direction using a mechanical three-position closed center type three-way valve is possible. It is possible to obtain a special effect that can be controlled. Of course, the same effect can be obtained even with a three-dimensional unit.
水平位置制御における実施の態様としては、前記空気ばねユニットが２つの空気ばね部から構成されており、前記制御機器が、前記搭載台における目標位置からの相対変位を鉛直成分及び水平成分に分解し、前記鉛直成分を前記２つの空気ばね部に均等分配して前記制御バルブを制御し、前記水平成分を前記２つの空気ばね部の向きに応じて分配して前記２つの空気ばねの気体室の給排気が互いに逆となるように前記制御バルブを制御するものであることが望ましい。 As an embodiment in horizontal position control, the air spring unit is composed of two air spring portions, and the control device decomposes the relative displacement from the target position on the mounting base into a vertical component and a horizontal component. The vertical component is equally distributed to the two air spring portions to control the control valve, and the horizontal component is distributed according to the direction of the two air spring portions to distribute the gas chambers of the two air springs. It is desirable to control the control valve so that the supply and exhaust are opposite to each other.
より具体的には、各空気ばねユニットの２つの空気ばね部の気体室には、鉛直方向の制御バルブと、水平方向の制御バルブが接続されている。そして、水平方向の制御バルブを３位置クローズドセンター型の四方弁とすると、水平方向の位置がニュートラルにあるときには、双方の気体室に接続された水平方向のバルブは双方が閉じた状態にあり、空気ばねは鉛直方向の制御バルブに委ねられることになる。水平方向の変位が加わると、スプールの向きよって２つの気体室は、一方が給気であれば一方は排気のように逆相で駆動されることになる。 More specifically, a vertical control valve and a horizontal control valve are connected to the gas chambers of the two air spring portions of each air spring unit. And when the horizontal control valve is a three-position closed center type four-way valve, when the horizontal position is in neutral, the horizontal valves connected to both gas chambers are in a closed state, The air spring is left to the vertical control valve. When the displacement in the horizontal direction is applied, depending on the direction of the spool, if one of the two gas chambers is supplied with air, one of them is driven in opposite phase like exhaust.
空気ばねユニットの配置は、この場合も最小３ユニットを剛体制御可能に配置すればよい。空気ばねユニットの配置は、搭載機器の重心に設定した鉛直をＺとする３次元座標ＸＹＺにおいてＸＹ平面に描いた円周に駆動力の作用方向が接するように等分割に配置すればよい。３ユニット構成に比較して、４ユニット構成は駆動力のバランスが取りやすく、搭載機器の動きや機構の複雑さ（偏重など）に対応しやすくなる。 As for the arrangement of the air spring units, a minimum of three units may be arranged so as to be capable of rigid body control. The air spring units may be arranged in equal divisions so that the action direction of the driving force is in contact with the circumference drawn on the XY plane in the three-dimensional coordinate XYZ where the vertical set at the center of gravity of the mounted device is Z. Compared to the three-unit configuration, the four-unit configuration makes it easier to balance the driving force, making it easier to cope with the movement of the mounted device and the complexity of the mechanism (such as uneven weight).
本発明の空気ばねユニットを、これまで通常採用されてきた４ユニット配置で用いることを考えると、冗長となる１つの空気ばねユニットを一定圧とし、それに水平方向の制御バルブの位置制御を加算することになる。このとき水平の位置検出は４点となり冗長であるから、四方弁のニュートラル位置を調節可能に取り付けることが必要となる。また隣接する２つの空気ばね部の向き合う方向（対向方向）に水平の駆動力を発生できるから、従来の水平方向のアクチュエータの配置と同様に、対向方向がＸ方向に沿ったユニットを第１象限に置けば、第２象限はＹ方向に沿ったユニット、第３象限はＸ方向に沿ったユニット、第４象限はＹ方向に沿ったユニットのようにタスキ掛けに配置することも可能である。 Considering that the air spring unit of the present invention is used in the four-unit arrangement that has been normally employed so far, one air spring unit that is redundant is set to a constant pressure, and the position control of the horizontal control valve is added thereto. It will be. At this time, since the horizontal position detection is four points and redundant, it is necessary to adjust the neutral position of the four-way valve. In addition, since a horizontal driving force can be generated in the direction in which two adjacent air springs face each other (opposite direction), the unit in which the opposing direction is along the X direction is arranged in the first quadrant as in the case of the conventional horizontal actuator arrangement. If the second quadrant is placed in the Y direction, the third quadrant may be a unit along the X direction, and the fourth quadrant may be placed along the Y direction.
本発明では、ローカル制御を基礎として利便性を高めている。そのため空気ばねユニット単独では制御の誤差を解消することが難しい。空気ばねユニット内の２つの空気ばね部の作用点の距離はきわめて近いが、その二点間では座標誤差がトルクとなって作用する。このため、前記空気ばねユニットが２つの空気ばね部から構成されるとともに、その２つの空気ばね部の駆動軸が対向するように配置されており、前記２つの空気ばね部の駆動軸の交点にヒンジを設けて、当該ヒンジによって前記２つの空気ばね部が前記搭載台に連結されていることが望ましい。これにより、駆動軸の交点に各空気ばね部の駆動力を集中させることができ、空気ばねユニット内で生じるトルクを解消することができる。 In the present invention, convenience is enhanced based on local control. Therefore, it is difficult to eliminate the control error with the air spring unit alone. Although the distance between the operating points of the two air spring portions in the air spring unit is very close, the coordinate error acts as torque between the two points. For this reason, the air spring unit is composed of two air spring portions, and is arranged so that the drive shafts of the two air spring portions are opposed to each other, at the intersection of the drive shafts of the two air spring portions. It is desirable that a hinge is provided and the two air spring portions are connected to the mounting table by the hinge. Thereby, the driving force of each air spring part can be concentrated on the intersection of a drive shaft, and the torque which arises in an air spring unit can be eliminated.
空気ばね部の出力は、その気体室の容積と制御バルブからの供給流量や供給圧力、空気ばね部の有効面積で基本的に決定される。供給流量や供給圧力は基本的な制約があり、従来は空気ばね部の有効面積を大きくすることで駆動力を確保することが行われてきた。しかし、スペースの問題やコストの問題が大きく、設計上の大きな制約になっている。本発明によれば、空気ばね部を傾斜して配置することで多く問題を解決できるが、空気ばね部の構成として駆動力を高めるためには気体室の容積を小さくするということが必要である。そのためには空気ばねのストロークを小さくしなければならず、設計上の制約となる。特に、傾斜して配置するために、従来の鉛直・水平のストロークが小さく制約されることもあって、解決策が求められる。そこでこの問題を解決するために、前記気体室内における駆動軸方向の隙間に弾性体が配置されており、当該弾性体が、前記気体室が圧縮されるに従って対向面との接触面積が増加する駆動軸方向への突起を有することが望ましい。これにより、気体室の容積を概略半分にすることができる。さらに気体室の容積を小さくするために弾性体を上下に反転して突起をずらして重ねることも効果的である。また、圧縮されるに従って突起と対向面との接触面積が増加することから、空気ばね部の支持剛性を高めることができ、振幅制約の効果を持ち、制振能力を向上させることができる。さらに弾性体の形状によってばね要素としての非線形性を強めることも可能であるため、ストロークの制約効果を強くすることもできるなど、優れた実用性を有する。なお、気体アクチュエータとしての本来の振動遮断能力は減少するため、劣化を制御で補うなどトレードオフの回避が必要である。 The output of the air spring is basically determined by the volume of the gas chamber, the supply flow rate and supply pressure from the control valve, and the effective area of the air spring. The supply flow rate and supply pressure have basic restrictions, and conventionally, the driving force has been secured by increasing the effective area of the air spring portion. However, the space problem and the cost problem are large, which is a great design restriction. According to the present invention, many problems can be solved by arranging the air spring portion to be inclined, but it is necessary to reduce the volume of the gas chamber in order to increase the driving force as a configuration of the air spring portion. . For this purpose, the stroke of the air spring must be reduced, which is a design limitation. In particular, since the arrangement is inclined, the conventional vertical and horizontal strokes are restricted to be small, and a solution is required. Therefore, in order to solve this problem, an elastic body is disposed in the gap in the drive shaft direction in the gas chamber, and the elastic body is driven such that the contact area with the facing surface increases as the gas chamber is compressed. It is desirable to have a projection in the axial direction. Thereby, the volume of a gas chamber can be substantially halved. Further, in order to reduce the volume of the gas chamber, it is also effective to flip the elastic body up and down and overlap the protrusions. In addition, since the contact area between the protrusion and the facing surface increases as it is compressed, the support rigidity of the air spring portion can be increased, the effect of amplitude restriction can be achieved, and the vibration damping capability can be improved. Furthermore, since the non-linearity as a spring element can be strengthened by the shape of the elastic body, it has excellent practicality, such as the effect of restricting the stroke can be strengthened. In addition, since the original vibration isolation capability as a gas actuator is reduced, it is necessary to avoid tradeoffs such as compensating for deterioration by control.
また、空気ばねのピストン断面形状を長方形にして、有効面積を保持しながら作用点距離を小さくすることも有効である。このような空気ばね形状を採用することによって、空気ばねユニットの高さも小さくすることができる。 It is also effective to make the piston cross-sectional shape of the air spring rectangular and to reduce the distance between the operating points while maintaining the effective area. By adopting such an air spring shape, the height of the air spring unit can also be reduced.
前記複数の空気ばねユニットの空気ばね部が長尺状をなすものであり、それら空気ばねユニットが互いに平行に配置されて構成されており、各空気ばねユニットの一方の空気ばね部の気体室が接続されてそれら気体室を連動する第１の制御バルブと、各空気ばねユニットの他方の空気ばね部の気体室が接続されてそれら気体室を連動する第２の制御バルブとを有することが望ましい。このようなものであれば、構造が簡単で非常に薄い空気ばねアクチュエータを構成することができる。また、浮上体及び支持体との間に空気ばねを形成しても良いし、膜構造を挿入しても良いし、浮上体及び支持体を弾性シールで実質的に気密に封止しても良い。ここで浮上ストロークが１ｍｍ程度のものであれば弾性シールにより気体室を形成することができ、空気ばねユニット全体をゴム成型することができ、製造コストを安価にできる。また、水平駆動した場合の連成トルクを小さくすることもできる。この空気ばねアクチュエータを重ねることによって、ストロークを大きくすることができ、またＸＹＺの位置制御用アクチュエータとして用いることもできる。 The air spring portions of the plurality of air spring units have a long shape, the air spring units are arranged in parallel to each other, and the gas chamber of one air spring portion of each air spring unit includes It is desirable to have a first control valve that is connected to interlock the gas chambers, and a second control valve that is connected to the gas chamber of the other air spring part of each air spring unit and interlocks the gas chambers. . With such a configuration, a very thin air spring actuator having a simple structure can be formed. Further, an air spring may be formed between the floating body and the support body, a membrane structure may be inserted, or the floating body and the support body may be substantially hermetically sealed with an elastic seal. good. Here, if the flying stroke is about 1 mm, the gas chamber can be formed by an elastic seal, the entire air spring unit can be molded with rubber, and the manufacturing cost can be reduced. Also, the coupled torque when driven horizontally can be reduced. By stacking the air spring actuators, the stroke can be increased, and it can also be used as an XYZ position control actuator.
上記の空気ばねアクチュエータを用いたアクティブ除振装置において、前記制御機器が、前記空気ばねユニットの各空気ばね部の駆動軸方向の振動を検出して前記制御バルブを制御するものであり、各振動検出信号に対応する空気ばね部に接続された制御バルブにその振動検出信号を直接フィードバックする直達制御器と、前記振動検出信号を直交座標に変換して得られる制御信号を前記バルブ制御部に出力する直交座標制御器とを有し、前記直達制御器からの制御信号及び前記直交座標制御器からの制御信号が加算されて前記制御バルブがフィードバック制御されるものであることが望ましい。これならば、直達制御器によって、空気ばね部の傾斜に合わせて空気ばね部の近傍に配置された振動センサを用いてコロケート制御することができ、制御のフィードバックゲインの向上はもちろん、装置のローリング制御などに特に効果的である。また、直交座標制御器によって振動検出信号が直交座標に変換されて制御されることから、グローバルなモードに近い制御を加算することができる。 In the active vibration isolator using the air spring actuator described above, the control device detects vibration in the drive shaft direction of each air spring portion of the air spring unit and controls the control valve. A direct delivery controller that directly feeds back the vibration detection signal to a control valve connected to the air spring unit corresponding to the detection signal, and a control signal obtained by converting the vibration detection signal into orthogonal coordinates is output to the valve control unit. Preferably, the control valve is feedback-controlled by adding the control signal from the direct controller and the control signal from the orthogonal coordinate controller. If this is the case, the direct controller can perform collocated control using a vibration sensor arranged in the vicinity of the air spring portion in accordance with the inclination of the air spring portion, and of course, the feedback gain of the control is improved and the rolling of the device is also performed. This is particularly effective for control. Further, since the vibration detection signal is converted into the orthogonal coordinates and controlled by the orthogonal coordinate controller, control close to the global mode can be added.
前記直交座標制御器が、入力ポート及び出力ポートを有しており、前記直交座標が外部座標系とのデータの受け渡しを行うための座標系であることが望ましい。これならば、直交座標系制御器の直交座標系と外部直交座標系を平行配置することができ、データの受け渡しを簡便にすることができる。入力ポートに入力された信号は、直交座標信号として制御器に加算される。また出力ポートからは変位信号や加速度信号が直交座標の信号として取り出される。それぞれの空気ばねユニットは、グローバル座標の中で搭載機器に応じた幾何学的な配置が選択されるために、それぞれに異なる座標変換を行って、グローバル座標系の制御と接続される。直交座標系をグローバル座標系と関係つけることで変換は比較的簡単に定義することができ、空気ばねユニットを最も効果的な状態で使用することができる。また、このような空気ばねユニット毎のローカル制御器はアナログで構成することも可能であり、制御遅れの排除やコスト削減にも有効である。 Preferably, the orthogonal coordinate controller has an input port and an output port, and the orthogonal coordinate is a coordinate system for exchanging data with an external coordinate system. In this case, the Cartesian coordinate system of the Cartesian coordinate system controller and the external Cartesian coordinate system can be arranged in parallel, and data transfer can be simplified. The signal input to the input port is added to the controller as a rectangular coordinate signal. Further, a displacement signal and an acceleration signal are taken out from the output port as orthogonal coordinate signals. Each of the air spring units is connected to the control of the global coordinate system by performing different coordinate transformations in order to select a geometric arrangement corresponding to the mounted device in the global coordinates. By associating the Cartesian coordinate system with the global coordinate system, the transformation can be defined relatively easily and the air spring unit can be used in the most effective state. In addition, such a local controller for each air spring unit can be configured in an analog manner, which is effective in eliminating control delay and reducing costs.
このように構成した本発明によれば、空気ばねアクチュエータ、アクティブ除振装置やパッシブ除振装置の構成を簡単にするとともに、省スペースで十分な制振制御を可能にすることができる。また、同じ有効面積の空気ばね部を４５℃傾斜させて対向させるとすると、荷重の支持に使える有効面積は従来の約１．４倍になる。またこれを同じ面積でよいとすると約０．８３７倍の空気ばね径で良い。いずれにしてもエネルギーの効率が上がり、低圧・省エネルギー制御を行うか、高速・高性能制御を行うかが選択可能となる。さらに、このように構成した本発明によれば、パッシブ型（機械式バルブのサーボ型）で、水平、特にローリング振動に制振力を有した除振装置を簡便に提供することができる。しかも６バルブ６空気ばね部の最小構成で６自由度サーボが実現できる。その上、従来は６自由度空気圧アクティブ制御を行おうとすると、水平の位置決め制御（内圧保持のための位置決め）がバランスのために必要であったが、本発明では、水平方向の位置センサや制御なしに鉛直３体の位置センサで浮上して、水平の振動制御も含む６自由度の振動制御を実現することができる。このことは、従来行ってきた水平のアクチュエータの立ち上げとセッティングというプロセスが全く必要ないということであり、シンプルな動作でスタンバイ状態を作ることができる。空気ばね部にセンサを配置してフィードバックする、いわゆるコロケート制御をアナログ制御で実現できるなど、簡便に高いフィードバック性能を得ることができる。また水平と鉛直の制御力の配分を空気ばねの傾斜角を変更することで簡単に実現できることから、共通の部品でいろいろな要求に応えることができるなどの効果も有する。 According to the present invention configured as described above, it is possible to simplify the configuration of the air spring actuator, the active vibration isolator, and the passive vibration isolator, and to enable sufficient vibration suppression control in a small space. If the air springs having the same effective area are inclined at 45 ° C. and face each other, the effective area usable for supporting the load is about 1.4 times that of the conventional one. If the same area may be used, the air spring diameter may be about 0.837 times. In any case, the energy efficiency is improved, and it is possible to select whether to perform low pressure / energy saving control or high speed / high performance control. Furthermore, according to the present invention configured as described above, it is possible to simply provide a vibration isolator having a passive type (mechanical valve servo type) and having damping force in horizontal, particularly rolling vibration. Moreover, a 6-degree-of-freedom servo can be realized with the minimum configuration of the 6-valve 6-air spring. In addition, in the past, horizontal positioning control (positioning for maintaining internal pressure) was necessary for balance when performing 6-DOF pneumatic active control, but in the present invention, horizontal position sensors and controls are used. It is possible to realize the vibration control of 6 degrees of freedom including the horizontal vibration control by surfacing with the position sensor of three vertical bodies without. This means that the conventional process of starting and setting the horizontal actuator is not required at all, and a standby state can be created with a simple operation. High feedback performance can be easily obtained, for example, so-called collocated control can be realized by analog control, in which a sensor is arranged on the air spring portion for feedback. In addition, since the horizontal and vertical control force distribution can be easily realized by changing the inclination angle of the air spring, it is possible to meet various requirements with common parts.
以下に本発明に係るアクティブ除振装置の一実施形態について図面を参照して説明する。 An embodiment of an active vibration isolation device according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
本実施形態に係るアクティブ除振装置１００は、半導体製造装置や電子線描画装置、その他の精密機器等の振動を嫌う嫌振機器２００が搭載されるとともに、当該嫌振機器２００の除振を行うものである。 The active vibration isolation device 100 according to the present embodiment includes a vibration isolation device 200 that dislikes vibrations such as a semiconductor manufacturing apparatus, an electron beam drawing apparatus, and other precision devices, and performs vibration isolation of the vibration isolation device 200. Is.
具体的にこのものは、図１及び図２に示すように、嫌振機器２００が搭載される搭載台２と、この搭載台２及び基礎３００の間に介在して設けられた３つの空気ばねユニット３とを有する。このアクティブ除振装置１００は、空圧（気体）を用いたサーボ機構で駆動されるものであり、気体源４及びその圧力の定圧化のためのレギュレータ５を介して空気ばねユニット３の制御バルブ３１ａに気体が供給される構成である。 Specifically, as shown in FIGS. 1 and 2, this includes a mounting base 2 on which a vibration isolator 200 is mounted, and three air springs provided between the mounting base 2 and the foundation 300. Unit 3. This active vibration isolator 100 is driven by a servo mechanism using pneumatic pressure (gas), and a control valve of the air spring unit 3 via a gas source 4 and a regulator 5 for making the pressure constant. In this configuration, gas is supplied to 31a.
各空気ばねユニット３は、図２に示すように、２つの空気ばね部３１と、これら２つの空気ばね部３１を支持する共通の１つの支持体３２と、２つの空気ばね部３１により浮上動作する支持される共通の１つの浮上体３３を有する。各空気ばね部３１は、図３に示すように、気体源４に接続された制御バルブ３１ａ（本実施形態ではフラッパー弁）と、当該制御バルブ３１ａにより内圧が制御される気体室３１ｂと、当該気体室３１ｂの内圧により浮上動作するピストン３１ｃとを有している。制御バルブ３１ａの制御ポートは、気体室３１ｂに接続されており、制御バルブ３１ａの制御によって気体室３１ｂ内の気体を吸排気することでピストン３１ｃの動作を可能にしている。なお、フラッパー弁の弁体の共振点は１ｋＨｚ付近と振動制御には十分な高速動作が可能となる。 As shown in FIG. 2, each air spring unit 3 floats by two air spring portions 31, one common support body 32 that supports these two air spring portions 31, and two air spring portions 31. A common floating body 33 to be supported. As shown in FIG. 3, each air spring portion 31 includes a control valve 31a (a flapper valve in the present embodiment) connected to the gas source 4, a gas chamber 31b whose internal pressure is controlled by the control valve 31a, And a piston 31c that moves up by the internal pressure of the gas chamber 31b. The control port of the control valve 31a is connected to the gas chamber 31b, and the operation of the piston 31c is enabled by sucking and exhausting the gas in the gas chamber 31b under the control of the control valve 31a. Note that the resonance point of the flap body of the flapper valve is about 1 kHz, and a high-speed operation sufficient for vibration control is possible.
また、各空気ばねユニット３は、図２に示すように、同じ有効面積を有する２つの空気ばね部３１を用いて、鉛直軸Ｚに対して傾斜した方向に駆動力を作用するように配置されるとともに、２つの空気ばね部３１が鉛直軸Ｚに対して対称となるように対をなして配置されている。具体的には、２つの空気ばね部３１は、鉛直軸Ｚに対する傾斜角度θ（鉛直軸Ｚと空気ばね部３１の駆動力の作用軸とのなす角度）が軸周りに１８０度反転して配置されることになる。このような配置により、２つの空気ばね部３１の駆動力の鉛直方向成分は加算されて浮上力となり、水平方向成分は、相殺されて内力としてバランスすることになる。このとき、傾斜角度θは３０度から４５度が実用的である。 Further, as shown in FIG. 2, each air spring unit 3 is arranged so as to apply a driving force in a direction inclined with respect to the vertical axis Z by using two air spring portions 31 having the same effective area. In addition, the two air spring portions 31 are arranged in pairs so as to be symmetric with respect to the vertical axis Z. Specifically, the two air spring portions 31 are arranged with an inclination angle θ with respect to the vertical axis Z (an angle formed between the vertical axis Z and the action axis of the driving force of the air spring portion 31) reversed by 180 degrees around the axis. Will be. With such an arrangement, the vertical components of the driving force of the two air spring portions 31 are added to form a levitation force, and the horizontal component is canceled out and balanced as an internal force. At this time, the inclination angle θ is practically 30 to 45 degrees.
ここで浮上体３３の下面には、２つの空気ばね部３１の作用面（先端面）が取り付けられる空気ばね取付面３３ａが設けられおり、この空気ばね取付面３３ａは、各空気ばね部３１の傾斜角度θに対応して形成されている。また、隣接する２つの空気ばね部３１（空気ばねユニット３）は、単一の支持体３２上に設けられた固定部材３２１に固定されている。この固定部材３２１の空気ばね搭載面３２１ａは、空気ばね部３１の傾斜角度θに対応して形成されている。 Here, an air spring attachment surface 33 a to which the action surfaces (tip surfaces) of the two air spring portions 31 are attached is provided on the lower surface of the floating body 33, and the air spring attachment surfaces 33 a correspond to the air spring portions 31. It is formed corresponding to the inclination angle θ. Two adjacent air spring portions 31 (air spring units 3) are fixed to a fixing member 321 provided on a single support 32. The air spring mounting surface 321 a of the fixing member 321 is formed corresponding to the inclination angle θ of the air spring portion 31.
そして、３つの空気ばねユニット３は、図４に示すように、中心に対して周方向に略等間隔となるように配置されるとともに、周方向において隣り合う組の駆動力の作用ベクトルの水平方向成分が、互いに１２０度の差を有するように配置されている。具体的には、各空気ばねユニット３の駆動力の作用ベクトルの水平方向成分が接線方向に沿うように配置されている。ここで、搭載機器２００を剛体として考えると６つの運動自由度を持つ。空気ばねユニット３は２次元の自由度を持っているから、上記のように重複しないように合計３つの空気ばねユニット３を配置すれば、６自由度の運動制御が可能になる。 As shown in FIG. 4, the three air spring units 3 are arranged so as to be substantially equidistant in the circumferential direction with respect to the center, and the action vector of a pair of driving forces adjacent in the circumferential direction is horizontal. The directional components are arranged so as to have a difference of 120 degrees from each other. Specifically, the air spring unit 3 is arranged so that the horizontal component of the action vector of the driving force of each air spring unit 3 is along the tangential direction. Here, when the mounted device 200 is considered as a rigid body, it has six degrees of freedom of movement. Since the air spring unit 3 has a two-dimensional degree of freedom, if a total of three air spring units 3 are arranged so as not to overlap as described above, motion control with six degrees of freedom becomes possible.
さらに、搭載機器２００の位置制御は、浮上体３３の鉛直方向の位置（浮上位置）を検出する変位センサ３４を配置して、その変位センサ３４により得られる検出位置及び予め定められた目標位置の偏差を制御機器６を用いてＰＩ制御することによって、目標位置に保持することが可能となる。変位センサ３４は、図２に示すように、支持体３２及び浮上体３３の間に設けられており、支持体３２に対する浮上体３３の位置を検出するものである。この浮上位置制御に用いる変位センサ３４は、それぞれのユニットに１点あれば良く、水平の位置を制御する必要が無い場合には、空気ばねユニット３を１点の変位センサ３４で浮上制御することが可能であり、システムを簡素化することができる。 Further, the position control of the mounted device 200 is performed by arranging a displacement sensor 34 for detecting the vertical position (levitation position) of the levitated body 33, and detecting a detection position obtained by the displacement sensor 34 and a predetermined target position. It is possible to hold the deviation at the target position by performing PI control using the control device 6. As shown in FIG. 2, the displacement sensor 34 is provided between the support body 32 and the floating body 33, and detects the position of the floating body 33 with respect to the support body 32. The displacement sensor 34 used for the floating position control may be one point for each unit, and when there is no need to control the horizontal position, the air spring unit 3 is subjected to the floating control by the single displacement sensor 34. Is possible and can simplify the system.
また、搭載機器２００の振動制御は、浮上体３３の振動を検出する振動センサ３５を配置して、その振動センサ３５により得られる検出振動をそのまま制御機器６を用いてフィードバック制御することによって除振する。ここで振動センサ３５は、図３に示すように、空気ばね部３１の駆動軸上となるように搭載機器２００側に設置されている。具体的には、ピストン３１ｃの先端面に設置されている。このように振動センサ３５を配置することによって、コロケート配置を利用したＤＶＦＢ制御が可能となり、安定性の高い制御が可能となる。なお、剛体６自由度の振動制御を対象としてアクティブ制御するためには、６自由度の動きが観測可能になるように最低６点の振動センサ３５が配置されている必要があり、従来のように直交座標に振動センサを配置して、空気ばね部のローカル座標に変換してフィードバック制御することも考えられる。 Further, the vibration control of the on-board device 200 is performed by arranging a vibration sensor 35 for detecting the vibration of the levitated body 33 and performing feedback control on the detected vibration obtained by the vibration sensor 35 using the control device 6 as it is. To do. Here, as shown in FIG. 3, the vibration sensor 35 is installed on the mounted device 200 side so as to be on the drive shaft of the air spring portion 31. Specifically, it is installed on the tip surface of the piston 31c. By arranging the vibration sensor 35 in this way, DVFB control using a collocated arrangement is possible, and highly stable control is possible. In order to perform active control for vibration control of a rigid body with 6 degrees of freedom, it is necessary to arrange at least 6 vibration sensors 35 so that a motion with 6 degrees of freedom can be observed. It is also conceivable to arrange a vibration sensor at orthogonal coordinates and convert it to local coordinates of the air spring portion to perform feedback control.
なお、空気ばねユニット３を４つ配置した場合には、１つの空気ばねユニット３が冗長であるが、同様に円周を４分割して（図５（Ａ）参照）、接線方向に大きな制御力を得る。しかし、搭載機器２００の制御座標系に合わせることが通常に行われていており、この場合はＸ方向とＹ方向に二体ずつを配分してタスキ掛けに配置する（図５（Ｂ）参照）。具体的には、空気ばねユニット３の２つの空気ばね部３１の向き合う方向（対向方向）がＸ方向に沿ったユニットを第１象限に置いた場合に、第２象限はＹ方向に沿ったユニット、第３象限はＸ方向に沿ったユニット、第４象限はＹ方向に沿ったユニットのように配置する。このように空気ばねユニット３を４つ配置した場合、１点を共通の変位センサとして、２つのユニットで共有しても良いし、１つの空気ばねユニットは静的には一定圧のユニットとしても良い。 When four air spring units 3 are arranged, one air spring unit 3 is redundant. Similarly, the circumference is divided into four parts (see FIG. 5 (A)) and large control is performed in the tangential direction. Gain power. However, it is usually performed to match the control coordinate system of the on-board device 200. In this case, two units are allocated in the X direction and the Y direction and are arranged in a stack (see FIG. 5B). . Specifically, when the unit in which the two air spring portions 31 of the air spring unit 3 face each other (opposing direction) is along the X direction is placed in the first quadrant, the second quadrant is a unit along the Y direction. The third quadrant is arranged as a unit along the X direction, and the fourth quadrant is arranged as a unit along the Y direction. When four air spring units 3 are arranged in this way, one point may be shared by two units as a common displacement sensor, and one air spring unit may be statically a unit of constant pressure. good.
また、空気ばねユニット３を３つの空気ばね部３１を有するユニットとすることもできる。この場合には、図６に示すように、３つの空気ばね部３１を鉛直軸Ｚ周りに１２０度で分割して空気ばね角（傾斜角度）θで対向配置すると、各空気ばね部３１の駆動力の鉛直方向成分は加算されて浮上力となり、水平方向成分は、ローカル座標のＸＹ平面内で相殺されて内力としてバランスすることになる。 Further, the air spring unit 3 may be a unit having three air spring portions 31. In this case, as shown in FIG. 6, if the three air spring portions 31 are divided by 120 degrees around the vertical axis Z and arranged to face each other with an air spring angle (tilt angle) θ, the driving of each air spring portion 31 is performed. The vertical component of the force is added to form a levitation force, and the horizontal component is canceled out in the XY plane of the local coordinates and balanced as an internal force.
次に、本実施形態のアクティブ除振装置１００の制御態様について図７のブロック図を参照して説明する。 Next, the control mode of the active vibration isolator 100 of this embodiment will be described with reference to the block diagram of FIG.
制御機器６は、空気ばねユニット３の駆動軸方向の振動を検出して制御バルブ３１ａを制御するものであり、振動検出信号を取得した空気ばね部３１に対応する制御バルブ３１ａにその振動検出信号を直接フィードバックする直達制御器６１と、振動検出信号をユニット直交座標に変換して得られる制御信号を制御バルブ３１ａに出力する直交座標制御器６２とを有する。そして、制御機器６は、直達制御器６１からの制御信号及び直交座標制御器６２からの制御信号を加算してバルブ制御部６３によって制御バルブ３１ａをフィードバック制御する。この制御は、機械的なダイナミクスの誤差が少ない領域で制御を行うことから、特に優れた効果を発揮する。これならば、直達制御器６１によって、空気ばね部３１の傾斜に合わせて空気ばね部３１の近傍に配置された振動センサ３５を用いてコロケート制御することができ、制御のフィードバックゲインの向上はもちろん、装置のローリング制御などに特に効果的である。また、直交座標制御器６２によって振動検出信号がユニット直交座標に変換されて制御されることから、グローバルなモードに近い制御を加算することができる。また、シンプルな制御器で実現できるため、自動調節などを組み込むことも容易であり、立ち上げ調整不要の除振装置の提供に向く。 The control device 6 detects vibration in the drive shaft direction of the air spring unit 3 and controls the control valve 31a. The vibration detection signal is sent to the control valve 31a corresponding to the air spring portion 31 that has acquired the vibration detection signal. And a Cartesian coordinate controller 62 that outputs a control signal obtained by converting the vibration detection signal to unit rectangular coordinates to the control valve 31a. Then, the control device 6 adds the control signal from the direct controller 61 and the control signal from the Cartesian coordinate controller 62, and feedback-controls the control valve 31 a by the valve controller 63. This control exhibits a particularly excellent effect because the control is performed in a region where there is little error in mechanical dynamics. In this case, the direct controller 61 can perform the collocated control using the vibration sensor 35 disposed in the vicinity of the air spring portion 31 in accordance with the inclination of the air spring portion 31 and, of course, improves the feedback gain of the control. It is particularly effective for rolling control of the apparatus. Further, since the vibration detection signal is converted into the unit orthogonal coordinates and controlled by the orthogonal coordinate controller 62, control close to the global mode can be added. Moreover, since it can be realized with a simple controller, it is easy to incorporate automatic adjustment and the like, and it is suitable for providing a vibration isolator that does not require start-up adjustment.
具体的にこの制御機器６の各空気ばねユニット３の制御は、２個の振動センサ３５から得られる振動検出信号を用いて、それぞれの制御バルブ３１ａへのフィードバック信号を直達制御器（直達アンプ）６１で生成して振動制御（ローカル振動フィードバック制御）を行うことが基本となる。そして、制御機器６は、空気ばねユニット３に設けられた変位センサ３４からの検出位置及び目標位置の偏差に該当する電圧にＰＩＤ演算を施して位置制御信号を生成し、この位置制御信号を前記振動制御信号に加算して制御バルブ３１ａに出力する。なお、本実施形態では、空気ばねユニット３の変位は、１つの変位センサ３４で検出するだけであり、位置制御に関しては、基本的に２つの制御バルブ３１ａは同じバイアス電圧で駆動される。 Specifically, the control of each air spring unit 3 of this control device 6 uses the vibration detection signals obtained from the two vibration sensors 35 to send feedback signals to the respective control valves 31a as direct controllers (direct amplifiers). Basically, it is generated at 61 to perform vibration control (local vibration feedback control). Then, the control device 6 generates a position control signal by performing PID calculation on the voltage corresponding to the deviation between the detection position and the target position from the displacement sensor 34 provided in the air spring unit 3, and this position control signal is generated as the position control signal. It adds to the vibration control signal and outputs it to the control valve 31a. In this embodiment, the displacement of the air spring unit 3 is only detected by one displacement sensor 34, and basically the two control valves 31a are driven with the same bias voltage with respect to position control.
なお、２次元空気ばねユニットのユニット直交座標については、ユニット鉛直軸をＺ軸として、たとえばＸＺ平面に空気ばね部３１の駆動軸が存在するように座標を配置する。また、３次元空気ばねユニットのユニット座標変換については、ユニット鉛直軸をＺ軸として、例えば１つの空気ばね部３１の駆動軸の水平方向成分がＹ軸上に存在するような座標を配置する。このように定義すると空気ばね部３１のローカル座標からユニット直交座標への変換行列が簡単に定義できる。 In addition, about the unit orthogonal coordinate of a two-dimensional air spring unit, a coordinate is arrange | positioned so that the drive axis of the air spring part 31 may exist in an XZ plane, for example by making a unit vertical axis into a Z-axis. For unit coordinate conversion of the three-dimensional air spring unit, for example, coordinates are set such that the horizontal component of the drive axis of one air spring portion 31 exists on the Y axis with the unit vertical axis as the Z axis. With this definition, the conversion matrix from the local coordinates of the air spring portion 31 to the unit orthogonal coordinates can be easily defined.
さらに、直交座標制御器６２が、入力ポート及び出力ポートを有しており、ユニット直交座標が外部座標系とのデータの受け渡しを行うための座標系とされている。このように構成することにより、上位制御機器との接続が容易になり、基礎３００側に設けられた鉛直又は水平振動センサ７（図１参照）からフィードフォワード制御部（不図示）を介して得た鉛直方向又は水平方向のフィードフォワード制御信号や搭載機器に設けられた鉛直又は水平振動センサ８（図１参照）からフィードフォワード制御部を介して得た鉛直方向又は水平方向のフィードフォワード制御信号等の外部信号を取得することができる。そして、入力ポートから得られたフィードフォワード制御信号は直交座標制御器６２において前記振動制御信号に加算される。 Further, the Cartesian coordinate controller 62 has an input port and an output port, and the unit Cartesian coordinates are used as a coordinate system for transferring data to and from the external coordinate system. Such a configuration facilitates connection with the host control device, and is obtained from a vertical or horizontal vibration sensor 7 (see FIG. 1) provided on the base 300 side via a feedforward control unit (not shown). Vertical or horizontal feed-forward control signals, vertical or horizontal feed-forward control signals obtained from a vertical or horizontal vibration sensor 8 (see FIG. 1) provided on the mounted device via a feed-forward control unit, etc. External signals can be acquired. The feedforward control signal obtained from the input port is added to the vibration control signal in the orthogonal coordinate controller 62.
なお、空気ばねユニット３のローカル座標がグローバル座標と平行になるように４ユニットでタスキ掛け配置であれば、空気ばね部３１の駆動信号を反転加算してゲインを与えればよい。 In addition, if the unit is arranged in a stacking manner so that the local coordinates of the air spring unit 3 are parallel to the global coordinates, a gain may be given by inverting and adding the drive signal of the air spring unit 31.
このように構成した本実施形態に係るアクティブ除振装置１００によれば、傾斜した空気ばね部３１すべてが、搭載機器２００の荷重を支えることに寄与して、全ての空気ばね部３１の気体室３１ｂの内圧は搭載機器２００の荷重とバランスしている。したがって、従来の除振装置のように、水平の空気ばね部の気体室の内圧を保持するためにトルクを付加する機構や対向してバランスする余分な空気ばねを必要とせず、装置構成を簡単にすることができる。また、空気ばね部３１を鉛直軸Ｚに対して斜めに配置することにより、同じ有効面積を有する空気ばね部３１を独立に駆動することで、鉛直方向のみならず、水平方向の制御を実現することができる。さらに空気ばねユニット３により２つの空気ばね部３１をユニット化しているので、各空気ばね部３１の作用点を可及的に近づけることができ、浮上体３３及びその上に載置された搭載機器２００に生じるトルク連成を小さくすることができる。またこれにより直交座標系への変換を簡単に行うことができる。さらにユニット化することにより変位センサ３４等のセンサをユニットに１つ設けて２つの空気ばね部３１で共通化することができ装置構成の簡単化、部品点数の削減及びコストダウン等の効果もある。 According to the active vibration isolator 100 according to the present embodiment configured as described above, all the inclined air spring portions 31 contribute to supporting the load of the mounted device 200, and the gas chambers of all the air spring portions 31 are supported. The internal pressure of 31b is balanced with the load of the mounted device 200. Therefore, unlike the conventional vibration isolator, there is no need for a mechanism for applying torque to maintain the internal pressure of the gas chamber of the horizontal air spring part, and no extra air spring for balancing oppositely, and the device configuration is simple. Can be. Further, by disposing the air spring portion 31 obliquely with respect to the vertical axis Z, the air spring portion 31 having the same effective area is independently driven, thereby realizing control in the horizontal direction as well as the vertical direction. be able to. Furthermore, since the two air spring parts 31 are unitized by the air spring unit 3, the action point of each air spring part 31 can be brought as close as possible, and the floating body 33 and the mounted equipment mounted on it. The torque coupling generated in 200 can be reduced. This also makes it easy to convert to an orthogonal coordinate system. Further, by unitizing, one sensor such as a displacement sensor 34 can be provided in the unit and used in common by the two air spring portions 31, and there are effects such as simplification of the device configuration, reduction of the number of parts, and cost reduction. .
次にパッシブ除振装置に好適に用いられる空気ばねユニット３について説明する。
本実施形態の空気ばね部ユニット３は、図８に示すように、各空気ばね部３１の駆動軸に沿った方向、具体的には駆動軸と同軸上に浮上の目標位置を設定して、その目標位置との軸上の相対距離を検知する変位検知部３６と、当該変位検出部３６により得られた検出量に基づいて、制御機器であるバルブ制御部６３が操作されることによって、それぞれの空気ばね部３１の気体室３１ｂに接続された制御バルブ３１ａが制御されるものである。
Next, the air spring unit 3 used suitably for a passive vibration isolator will be described.
As shown in FIG. 8, the air spring unit 3 of the present embodiment sets a target position for levitating in the direction along the drive shaft of each air spring portion 31, specifically, coaxially with the drive shaft, By operating a displacement detection unit 36 that detects a relative distance on the axis with respect to the target position, and a valve control unit 63 that is a control device based on a detection amount obtained by the displacement detection unit 36, respectively. The control valve 31a connected to the gas chamber 31b of the air spring portion 31 is controlled.
この実施形態の制御バルブ３１ａは機械式バルブであり、変位検知部３６は、バルブ制御部６３に設けられた検知レバーである。この検知レバー３６が搭載機器２００（つまり浮上体３３）の動きに連動して、その変位を検出し、この検出量に基づいてプランジャが動作して制御バルブ３１ａの弁体が作動する。具体的に本実施形態の機械式バルブは、３ポート３位置センタークローズ型の三方弁を用いている。 The control valve 31 a of this embodiment is a mechanical valve, and the displacement detection unit 36 is a detection lever provided in the valve control unit 63. The detection lever 36 detects the displacement in conjunction with the movement of the mounted device 200 (that is, the floating body 33), and the plunger operates based on the detected amount to operate the valve body of the control valve 31a. Specifically, the mechanical valve of this embodiment uses a 3-port 3-position center-closed three-way valve.
空気ばね部３１が圧縮側に動作すると、三方弁３１ａから気体が気体室３１ｂに供給されて空気ばね部３１に伸張する側に復元力が働く。一方、空気ばね部３１が伸張側に動作すると、三方弁３１ａを介して気体室３１ｂの気体が排気されて空気ばね部３１は圧縮する側に復元する。このことが対向する２つの空気ばね部３１で行われると、搭載機器２００のローリング振動には軸力がそのまま制振力になり、水平側の動きに対しても鉛直成分は相殺されて、水平成分が加算されて復元力を発生することになる。ただし、このときの鉛直成分の相殺では、作用点の差に基づくモーメントが発生して連成振動が残留する。装置のスケールからすれば小さな値であるが、作用点距離をできるだけ小さくすることが望ましい。 When the air spring portion 31 operates on the compression side, a restoring force acts on the side where the gas is supplied from the three-way valve 31 a to the gas chamber 31 b and extends to the air spring portion 31. On the other hand, when the air spring portion 31 operates to the extension side, the gas in the gas chamber 31b is exhausted through the three-way valve 31a, and the air spring portion 31 is restored to the compressing side. If this is performed by the two air spring portions 31 facing each other, the axial force is directly used as the damping force for the rolling vibration of the on-board device 200, and the vertical component is canceled against the horizontal movement. The components are added to generate a restoring force. However, in the cancellation of the vertical component at this time, a moment based on the difference of the action points is generated and the coupled vibration remains. Although it is a small value in terms of the scale of the apparatus, it is desirable to make the distance of the action point as small as possible.
なお、前記実施形態の変位センサ３４を、三方弁３１ａの変位検知部３６に替えて配置して、各空気ばね部３１の軸方向の相対変位を検出してサーボバルブを駆動するようにしてもよい。 The displacement sensor 34 of the above embodiment is arranged in place of the displacement detection part 36 of the three-way valve 31a, and the servo valve is driven by detecting the relative displacement in the axial direction of each air spring part 31. Good.
次に、変形実施形態に係る空気ばねユニット３について説明する。
本実施形態の空気ばねユニット３においては、制御機器６が、搭載台２（具体的には浮上体３３）における目標位置からの相対変位を、２つの空気ばね部３１の鉛直成分及び水平成分に分解し、前記鉛直成分を２つの空気ばね部３１に均等分配して制御バルブ３１ａを制御し、水平成分を２つの空気ばね部３１の向きに応じて分配して２つの空気ばね部３１の気体室３１ｂの給排気が互いに逆となるように制御バルブ３１ａを制御する。
Next, the air spring unit 3 according to a modified embodiment will be described.
In the air spring unit 3 of the present embodiment, the control device 6 converts the relative displacement from the target position on the mounting base 2 (specifically, the floating body 33) into the vertical component and horizontal component of the two air spring portions 31. The control unit 31 controls the control valve 31a by distributing the vertical component evenly to the two air springs 31 and distributes the horizontal component according to the direction of the two air springs 31 to provide the gas of the two air springs 31. The control valve 31a is controlled so that the supply and exhaust of the chamber 31b are opposite to each other.
より具体的には、図９に示すように、２つの空気ばね部３１の気体室３１ｂには、鉛直方向の制御バルブ３１ａ１と、水平方向の制御バルブ３１ａ２が接続されている。そして、水平方向の制御バルブ３１ａ２が３位置クローズドセンター型の四方弁であり、水平方向の位置がニュートラルにあるときには、双方の気体室３１ｂに接続された水平方向のバルブ３１ａ２は双方が閉じた状態にあり、空気ばね部３１は鉛直方向の制御バルブ３１ａ１に委ねられることになる。水平方向の変位が加わると、スプールの向きよって２つの気体室３１ｂは、一方が給気であれば一方は排気のように逆相で駆動されることになる。 More specifically, as shown in FIG. 9, a vertical control valve 31 a 1 and a horizontal control valve 31 a 2 are connected to the gas chambers 31 b of the two air spring portions 31. When the horizontal control valve 31a2 is a three-position closed center type four-way valve and the horizontal position is neutral, the horizontal valve 31a2 connected to both gas chambers 31b is in a closed state. Therefore, the air spring portion 31 is left to the vertical control valve 31a1. When a displacement in the horizontal direction is applied, depending on the direction of the spool, if one of the two gas chambers 31b is supplied with air, the other is driven in a reverse phase like exhaust.
次に空気ばね部３１の変形実施形態について説明する。
空気ばね部３１の気体剛性は、気体室３１ｂの容積が大きくなるほど小さくできるが、図１０のように付加気体室３１ｄを設けることによって除振系の固有振動数を小さくすることができる。このとき制御バルブ３１ａをメインの気体室３１ｂに近く接続することによってバルブ−空気ばねの制御ゲインをさほど下げることなく、つまり制振性能を保持しながら、除振性能を上げることができる。
Next, a modified embodiment of the air spring portion 31 will be described.
The gas rigidity of the air spring portion 31 can be reduced as the volume of the gas chamber 31b increases, but the natural frequency of the vibration isolation system can be reduced by providing the additional gas chamber 31d as shown in FIG. At this time, by connecting the control valve 31a close to the main gas chamber 31b, it is possible to increase the vibration isolation performance without reducing the control gain of the valve-air spring, that is, while maintaining the vibration suppression performance.
また、空気ばね部３１の構成として駆動力を高めるためには気体室３１ｂの容積を小さくするということが必要である。このため、有効面積を確保しながら容積を減らす方法が求められ、図１０に示すように、気体室３１ｂ内における駆動軸方向の隙間に弾性体シート３１ｅを配置することが考えられる。この弾性体シート３１ｅは、気体室３１ｂが圧縮されるに従って対向面（具体的にはピストン３１ｃの裏面）との接触面積が増加する駆動軸方向への突起を有する。この突起は、複数並列に配置されており、各突起は、断面概略三角形状をなすものである。このように弾性体シート３１ｅを配置することで、気体室３１ｂの容積を概略半分にすることができる。さらに容積を小さくするために弾性体シート３１ｅを上下反転させてピストン裏面に設けて、各弾性体シート３１ｅの突起をずらして重ねるように設けることも効果的である。 Further, in order to increase the driving force as a configuration of the air spring portion 31, it is necessary to reduce the volume of the gas chamber 31b. For this reason, a method for reducing the volume while ensuring an effective area is required, and it is conceivable to arrange the elastic sheet 31e in the gap in the drive shaft direction in the gas chamber 31b as shown in FIG. The elastic sheet 31e has a protrusion in the drive shaft direction in which the contact area with the opposing surface (specifically, the back surface of the piston 31c) increases as the gas chamber 31b is compressed. A plurality of the protrusions are arranged in parallel, and each protrusion has a substantially triangular cross section. By disposing the elastic sheet 31e in this way, the volume of the gas chamber 31b can be approximately halved. In order to further reduce the volume, it is also effective to provide the elastic sheet 31e upside down so as to be provided on the back surface of the piston so that the protrusions of the elastic sheet 31e are shifted and overlapped.
従来の鉛直と水平にそれぞれのアクチュエータを配置した除振機構においても直交軸の連成問題は存在したが、本発明も対向する空気ばね部３１間の連成の除去が問題となる。そこで、前記空気ばね部３１と浮上体３３との間において、空気ばね部３１の軸方向の力は伝達するが、せん断方向には力を伝達しないように、例えばベアリング３１ｆ１を用いたスラスト機構３１ｆを設けても良い。このスラスト機構３１ｆは、ピストン３１ｃの先端面に設けられたベアリング３１ｆ１と、当該ベアリング３１ｆ１により支持されて浮上体３３に接合される接合体３１ｆ２とを有する。ベアリング３１ｆ１を３点以上としてピストン３１ｃと接合体３１ｆ２の間に挿入すると浮上体３３の空気ばね取付面３３ａと接合体３１ｆ２とは平行面を形成して、軸力は伝達してせん断力は作用しない接合機構を構成できる。さらにベアリング３１ｆ１と並列に弾性部材３１ｇを挿入してピストン３１ｃと接合体３１ｆ２をつなげば、センター位置に復元可能なスラスト機構３１ｆを得ることができる。他にも積層ゴム、転動偏芯ベアリング、ジンバルピストンなどを用いることができる。 Even in the conventional vibration isolation mechanism in which the respective actuators are arranged vertically and horizontally, there is a problem of coupling of orthogonal axes, but the present invention also has a problem of removal of coupling between the opposed air spring portions 31. Therefore, a thrust mechanism 31f using, for example, a bearing 31f1 is transmitted between the air spring portion 31 and the floating body 33 so as to transmit the axial force of the air spring portion 31 but not in the shear direction. May be provided. The thrust mechanism 31f includes a bearing 31f1 provided on the front end surface of the piston 31c, and a joined body 31f2 supported by the bearing 31f1 and joined to the floating body 33. When the bearing 31f1 has three or more points and is inserted between the piston 31c and the joined body 31f2, the air spring mounting surface 33a of the levitated body 33 and the joined body 31f2 form a parallel surface, the axial force is transmitted, and the shearing force acts. A joining mechanism that does not work can be configured. Further, by inserting an elastic member 31g in parallel with the bearing 31f1 and connecting the piston 31c and the joined body 31f2, a thrust mechanism 31f that can be restored to the center position can be obtained. In addition, a laminated rubber, a rolling eccentric bearing, a gimbal piston, or the like can be used.
次に空気ばねユニット３の変形実施形態を図１１に示す。
図２等に見られるように２つの空気ばね部３１の作用点に距離があると、ローカル制御やユニット制御にはアクチュエータの小さな作用点の違いを補正することができず、そのために座標変換においてトルク誤差が残ることになる。これを消去するには図１１に示すように、空気ばね部３１間の作用点の距離をできるだけ小さくする、あるいは作用点にトルクが残存しないように回転ヒンジ３７で空気ばね部３１のピストン３１ｃを連結することが望ましい。図１１では、空気ばねユニット３内で鉛直軸Ｚ周りに対向する少なくとも２つの空気ばね部３１の駆動軸の交点にヒンジ３７を設けて、当該ヒンジ３７によって隣接する２つの空気ばね部３１を浮上体３３に連結している。これにより、駆動軸の交点に各空気ばね部３１の駆動力を集中させることができ、２次元空気ばねユニット３内で生じるトルクを解消することができる。
Next, a modified embodiment of the air spring unit 3 is shown in FIG.
As shown in FIG. 2 and the like, if there is a distance between the action points of the two air spring portions 31, the local control and unit control cannot correct the difference in the small action point of the actuator. A torque error will remain. In order to eliminate this, as shown in FIG. 11, the piston 31c of the air spring part 31 is moved by the rotary hinge 37 so that the distance of the action point between the air spring parts 31 is made as small as possible or no torque remains at the action point. It is desirable to connect. In FIG. 11, a hinge 37 is provided at the intersection of the drive shafts of at least two air spring portions 31 facing around the vertical axis Z in the air spring unit 3, and the two adjacent air spring portions 31 are levitated by the hinge 37. It is connected to the body 33. Thereby, the driving force of each air spring part 31 can be concentrated on the intersection of a drive shaft, and the torque which arises in the two-dimensional air spring unit 3 can be eliminated.
また、前記空気ばね部３１が、力を作用させるその両端部の接合面（固定部材３２１と空気ばね部３１の接合面及び浮上体３３及び空気ばね部３１の接合面）が搭載台の変位に応じて、その角度が変更可能となるように構成することも考えられる。具体的には、図１２に示すように、空気ばね部３１をリンク機構３８ａを介して固定部材３２１に固定して、当該空気ばね部３１を固定部材３２１に対して回動可能に設けるとともに、空気ばね部３１のピストン３１ｃをリンク機構３８ｂを介して浮上体３３に固定して、当該空気ばね部３１を浮上体３３に対して回動可能も設けることも考えられる。なお、浮上体３３におけるリンク機構３８ｂとの連結部にはリンク機構３８ｂの軸がスライド可能なように長孔が形成されている。このようなものであれば、浮上体３３の角度を変更することができる。 Also, the air spring portion 31 is subjected to a force applied to the joint surfaces at both ends thereof (the joint surface between the fixing member 321 and the air spring portion 31 and the joint surface between the floating body 33 and the air spring portion 31). Accordingly, it is also conceivable that the angle can be changed. Specifically, as shown in FIG. 12, the air spring portion 31 is fixed to the fixing member 321 via the link mechanism 38a, and the air spring portion 31 is provided so as to be rotatable with respect to the fixing member 321. It is also conceivable that the piston 31c of the air spring part 31 is fixed to the floating body 33 via the link mechanism 38b, and the air spring part 31 is also rotatable with respect to the floating body 33. A long hole is formed in the connecting portion of the floating body 33 with the link mechanism 38b so that the shaft of the link mechanism 38b can slide. If it is such, the angle of the floating body 33 can be changed.
さらに対向する空気ばね部３１の傾斜角度θを変えることは鉛直と水平の駆動力の配分を変えることに相当し、搭載機器２００の特性によって大きな水平駆動力を必要とする場合には、初期の傾斜角度設定を大きくすることによって、水平に大きな制御力を配分することができる。 Furthermore, changing the inclination angle θ of the opposing air spring portion 31 corresponds to changing the distribution of the vertical and horizontal driving forces, and if a large horizontal driving force is required due to the characteristics of the mounted device 200, By increasing the tilt angle setting, a large control force can be distributed horizontally.
その上、空気ばね部３１は、気体室３１ｂの内圧が保持できること、及び振動伝達経路にならず軸方向のストロークをなめらかに確保できることが必要である。嫌振機器のような精密装置を対象とする場合には、それほど大きなストロークは必要とないので、ベロフラムのようなゴム膜も大きな折り返しは不要である。傾斜に強い平ゴムの使用も好ましい。ＯリングやＸリングのようなものも利用可能である。空気ばね自身の固有振動数が高い場合にはストロークも小さく使いやすい。 In addition, the air spring portion 31 needs to be able to maintain the internal pressure of the gas chamber 31b and to ensure a smooth axial stroke without being a vibration transmission path. When a precision device such as a vibration isolator is targeted, since a large stroke is not necessary, a rubber film such as belofram does not need to be folded back. It is also preferable to use flat rubber which is strong against inclination. Things like O-rings and X-rings can also be used. When the natural frequency of the air spring itself is high, the stroke is small and easy to use.
加えて、図１３に示すように、前記複数の空気ばねユニット３の空気ばね部３１が長尺状をなすものであり、それら空気ばねユニット３が互いに平行に配置されて構成されており、各空気ばねユニット３の一方の空気ばね部３１ｘの気体室３１ｂが接続されてそれら気体室３１ｂを連動する第１の制御バルブＶ１と、各空気ばねユニット３の他方の空気ばね部３１ｙの気体室３１ｂが接続されてそれら気体室３１ｂを連動する第２の制御バルブＶ２とを有することが望ましい。このようなものであれば、構造が簡単で非常に薄い空気ばねアクチュエータ３を構成することができる。また、浮上体３３及び支持体３２との間に空気ばねを配置して空気ばね部３１を形成しても良いし、膜構造を挿入しても良いし、浮上体３３及び支持体３２を弾性シールで実質的に気密に封止しても良い。ここで浮上ストロークが１ｍｍ程度のものであれば弾性シールにより気体室を形成することができ、空気ばねユニット全体をゴム成型することができ、製造コストを安価にできる。また、水平駆動した場合の連成トルクを小さくすることもできる。この空気ばねアクチュエータ３を重ねることによって、ストロークを大きくすることができ、またＸＹＺの位置制御用アクチュエータとして用いることもできる。その他、浮上体３３又は支持体３２の少なくとも一方に付加チャンバを設けることで固有振動数を下げることができ、除振に好適に用いることができる。 In addition, as shown in FIG. 13, the air spring portions 31 of the plurality of air spring units 3 are elongated, and the air spring units 3 are arranged in parallel to each other. The gas chamber 31b of one air spring part 31x of the air spring unit 3 is connected to the first control valve V1 that interlocks the gas chambers 31b, and the gas chamber 31b of the other air spring part 31y of each air spring unit 3 And a second control valve V2 that interlocks the gas chambers 31b. With such a configuration, the air spring actuator 3 having a simple structure and a very thin thickness can be configured. Further, an air spring may be formed between the floating body 33 and the support body 32 to form the air spring portion 31, a film structure may be inserted, and the floating body 33 and the support body 32 may be elastic. You may seal substantially airtight with a seal | sticker. Here, if the flying stroke is about 1 mm, the gas chamber can be formed by an elastic seal, the entire air spring unit can be molded with rubber, and the manufacturing cost can be reduced. Also, the coupled torque when driven horizontally can be reduced. By superposing the air spring actuator 3, the stroke can be increased, and it can also be used as an XYZ position control actuator. In addition, by providing an additional chamber in at least one of the levitated body 33 or the support body 32, the natural frequency can be lowered and can be suitably used for vibration isolation.
その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。 In addition, it goes without saying that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
１００・・・アクティブ除振装置
２００・・・機器
３００・・・基礎
２ ・・・搭載台
３ ・・・空気ばねユニット
４ ・・・気体源
３１ ・・・空気ばね部
３１ａ・・・制御バルブ
３１ｂ・・・気体室
３２ ・・・支持体
３３ ・・・浮上体
６ ・・・制御機器
Ｚ ・・・鉛直軸
３１ｅ・・・弾性体
Ｖ１ ・・・第１の制御バルブ
Ｖ２ ・・・第２の制御バルブ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Active vibration isolator 200 ... Equipment 300 ... Base 2 ... Mounting stand 3 ... Air spring unit 4 ... Gas source 31 ... Air spring part 31a ... Control valve 31b ... Gas chamber 32 ... Support 33 ... Floating body 6 ... Control device Z ... Vertical shaft 31e ... Elastic body V1 ... First control valve V2 ... First 2 control valves
Claims (8)
前記搭載台の目標位置からの相対変位に基づいて前記空気ばね部を制御する制御機器とを有し、
前記空気ばねユニットにおいて、各空気ばね部が、気体源に接続された制御バルブと、当該制御バルブにより圧力が制御される気体室とを有しており、
前記空気ばねユニットにおいて、各空気ばね部が鉛直軸に対して傾斜した方向に駆動力を作用するように配置されるとともに、それら空気ばね部が鉛直軸に対して対称となるように配置されており、
前記各空気ばねユニットにおいて、各空気ばね部の駆動軸に沿った方向に前記搭載台の目標位置が設定されており、
前記制御機器が、前記駆動軸に沿った方向に設定された目標位置との相対変位に基づいて前記制御バルブを制御して前記搭載台を目標位置に移動させることを特徴とする空気ばねアクチュエータ。 A plurality of air spring units that are provided between the mounting base and the foundation on which the device is mounted and are composed of two air spring portions;
And a control device for controlling the air spring portion on the basis of the relative displacement from the target position of the mounting base,
In the air spring unit, each air spring portion has a control valve connected to a gas source, and a gas chamber whose pressure is controlled by the control valve,
In the air spring unit, each air spring part is arranged so as to exert a driving force in a direction inclined with respect to the vertical axis, and the air spring parts are arranged so as to be symmetric with respect to the vertical axis. And
In each air spring unit, the target position of the mounting base is set in a direction along the drive shaft of each air spring part,
An air spring actuator , wherein the control device controls the control valve based on a relative displacement with a target position set in a direction along the drive shaft to move the mounting base to the target position .
水平方向において互いに異なる位置に設けられ、前記搭載台の鉛直方向の位置を検出する３つの変位センサと、
前記搭載台の振動を検出する振動センサと、
前記搭載台における目標位置からの相対変位に基づいて前記空気ばね部を制御する制御機器とを有し、
前記空気ばねユニットにおいて、各空気ばね部が、気体源に接続された制御バルブと、当該制御バルブにより圧力が制御される気体室とを有しており、
前記空気ばねユニットにおいて、各空気ばね部が鉛直軸に対して傾斜した方向に駆動力を作用するように配置されるとともに、それら空気ばね部が鉛直軸に対して対称となるように配置されており、
前記制御機器が、前記変位センサの検出位置と前記搭載台の目標位置との偏差から位置制御信号を生成し、前記振動センサの検出信号から振動制御信号を生成し、前記位置制御信号に前記振動制御信号を加算して、前記制御バルブを制御して前記搭載台を目標位置に移動させることを特徴とする空気ばねアクチュエータ。 At least three air spring units, which are provided between a mounting base and a foundation on which equipment is mounted, and which are composed of two air spring parts;
Three displacement sensors provided at different positions in the horizontal direction and detecting the vertical position of the mounting table;
A vibration sensor for detecting vibration of the mounting table;
A control device that controls the air spring unit based on a relative displacement from a target position in the mounting base;
In the air spring unit, each air spring portion has a control valve connected to a gas source, and a gas chamber whose pressure is controlled by the control valve,
In the air spring unit, each air spring part is arranged so as to exert a driving force in a direction inclined with respect to the vertical axis, and the air spring parts are arranged so as to be symmetric with respect to the vertical axis. And
The control device generates a position control signal from a deviation between a detection position of the displacement sensor and a target position of the mounting base, generates a vibration control signal from the detection signal of the vibration sensor, and adds the vibration to the position control signal. An air spring actuator characterized by adding a control signal to control the control valve to move the mounting base to a target position .
前記２つの空気ばね部の駆動軸の交点にヒンジを設けて、当該ヒンジによって前記２つの空気ばね部が前記搭載台に連結されている請求項１乃至３のいずれかに記載の空気ばねアクチュエータ。 The drive shaft of the two air spring unit is disposed so as to face,
The air spring actuator according to any one of claims 1 to 3 , wherein a hinge is provided at an intersection of the drive shafts of the two air spring portions, and the two air spring portions are connected to the mounting base by the hinge.
各空気ばねユニットの一方の空気ばね部の気体室が接続されてそれら気体室を連動する第１の制御バルブと、各空気ばねユニットの他方の空気ばね部の気体室が接続されてそれら気体室を連動する第２の制御バルブとを有する請求項１乃至５のいずれかに記載の空気ばねアクチュエータ。 The air spring portions of the plurality of air spring units are elongated, and the air spring units are arranged in parallel to each other.
A gas chamber of one air spring part of each air spring unit is connected to interlock with the gas chamber, and a gas chamber of the other air spring part of each air spring unit is connected to the gas chamber. The air spring actuator according to any one of claims 1 to 5 , further comprising: a second control valve that interlocks the two.
前記制御機器が、前記空気ばねユニットの各空気ばね部の駆動軸方向の振動を検出して前記制御バルブを制御するものであり、各振動検出信号に対応する空気ばね部に接続された制御バルブにその振動検出信号を直接フィードバックする直達制御器と、前記振動検出信号を直交座標に変換して得られる制御信号を前記制御バルブに出力する直交座標制御器とを有し、
前記直達制御器からの制御信号及び前記直交座標制御器からの制御信号が加算されて前記制御バルブがフィードバック制御されるものであるアクティブ除振装置。 An active vibration isolator using the air spring actuator according to claim 2 ,
The control device detects vibration in the drive shaft direction of each air spring portion of the air spring unit to control the control valve, and is connected to the air spring portion corresponding to each vibration detection signal. A direct control controller that directly feeds back the vibration detection signal to, and an orthogonal coordinate controller that outputs a control signal obtained by converting the vibration detection signal into an orthogonal coordinate to the control valve ,
An active vibration isolator in which a control signal from the direct controller and a control signal from the Cartesian coordinate controller are added and the control valve is feedback-controlled.
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