JPH05302640A - アクティブ振動絶縁装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】制御対象物の水平方向の共振を抑制して振動絶
縁性能を向上する。 【構成】架台１１に搭載した空気バネ１２により制御対
象物１３を支持し、制御対象物の振動及び（又は）変位
を検出して空気バネをアクティブ制御して制御対象物の
垂直方向の振動を絶縁するアクティブ振動絶縁装置にお
いて、架台と制御対象物との間に制御対象物の水平方向
の共振を抑制するダンパー２４を介在したものである。 【効果】３自由度の空圧制御をかけ、Ｚ軸方向のみアク
ティブ空圧制御を加えて制御対象物の垂直方向の振動を
絶縁することができ、かつダンパーにより制御対象物の
水平方向の共振は抑制され振動絶縁性能を大幅に高める
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はアクティブ振動絶縁装置
に関し、特に、制御対象物の水平方向の共振を抑制して
振動絶縁性能を向上できるアクティブ振動絶縁装置に係
わる。

【０００２】

【従来の技術】従来から、図４に示すようにベロフラム
３０で囲繞された空気タンク３１、空気タンク３１とオ
リフィス３２により連通した付加タンク３３からなる空
気バネで支持された制御対象物３４をパッシブに制御す
るパッシブ振動絶縁装置は周知である。

【０００３】最近、パッシブ振動絶縁装置に代えて、同
じく図４に示すような空気バネを使用して制御対象物を
アクティブに制御するアクティブまたはセミアクティブ
振動絶縁装置が採用されつつある（特開昭６０−１２１
３４０号公報）。このアクティブ振動絶縁装置は、制御
対象物に振動センサを搭載して振動を検出し、この振動
信号によって振動絶縁装置にアクチュエータからエネル
ギーを注入し、線形フィードバック制御や線形フィード
フォワード制御の理論を用いて振動絶縁装置の除振或い
は絶縁効果を積極的に高めようとするものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなアクティブ振動絶縁装置において、制御対象物の振
動及び変位を検出して制御対象物をアクティブ制御する
ので、制御対象物の垂直方向の振動は比較的に絶縁する
ことができるが、制御対象物の水平方向の振動を防止す
ることができないという難点を惹起している。

【０００５】

【目的】本発明は叙上の難点に鑑みなされたもので、そ
の目的は、制御対象物の水平方向の共振を抑制して振動
絶縁性能を向上できるアクティブ振動絶縁装置を提供せ
んとするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明のアクティブ振動絶縁装置は、架台に搭載した
空気バネにより制御対象物を支持し、制御対象物の振動
及び（又は）変位を検出して空気バネをアクティブ制御
して制御対象物の垂直方向の振動を絶縁するアクティブ
振動絶縁装置において、架台と制御対象物との間に制御
対象物の水平方向の共振を抑制するダンパーを介在した
ものである。

【０００７】

【作用】このアクティブ振動絶縁装置によれば、基礎又
は床である設置面上に架台が設置され、架台に搭載した
空気バネにより被除振台または制御対象物が支持されて
いる。制御対象物上に搭載された加速度センサ、非接触
変位センサにより制御対象物の振動、相対変位が検出さ
れる。この検出された信号から加速度信号、速度信号、
相対変位信号が得られる。これらの信号は、駆動回路に
より電気空圧アナログ弁を駆動制御する。電気空圧アナ
ログ弁を駆動制御することによって空圧源としてのコン
プレッサから圧縮空気が空気バネに給気され、また駆動
回路の制御により空気バネ中の空気は電気空圧アナログ
弁を介して排気されて、空気バネ中の内空が制御される
ことにより除振のためのフィードバック制御が可能とな
る。

【０００８】このようにしてアクティブ振動絶縁装置は
制御対象物の振動及び（又は）変位を検出し、この検出
信号で空気バネをアクチュエータとして駆動することに
より３自由度の空圧制御をかけて、即ちＺ軸方向のみア
クティブ空圧制御を加えて制御対象物の垂直方向の振動
を絶縁する。一方、架台に固定され粘性液が充填された
タンクと、この粘性液が充填されたタンクに装着され制
御対象物に固定された胴体とから構成されたダンパー
は、制御対象物の水平方向（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向）の共
振を抑制する。

【０００９】

【実施例】以下、本発明のアクティブ振動絶縁装置を適
用した実施例につき図面を参照して説明する。図１にお
いて、このアクティブ振動絶縁装置は、基礎または床で
ある設置面１０上に架台１１が設置され、架台１１に搭
載した空気バネ１２により被除振台または制御対象物１
３が支持される。

【００１０】空気バネ１２は、図４に示すようなベロフ
ラムで囲繞された空気タンクと、この空気タンクにオリ
フィスにより連通した付加タンクとからなる。なお、空
気バネ１２をアクティブ振動制御させる場合の応答性を
高めるためにはオリフィスおよび付加タンクは不要であ
るが、空気バネ１２をパッシブ制御するパッシブ振動制
御のときにはむしろ空気タンクにオリフィスにより連通
した付加タンクを付加するのが好ましい。

【００１１】また、このアクティブ振動絶縁装置には加
速度センサ１４が制御対象物１３に搭載されている。加
速度センサ１４は制御対象物１３の振動を検出して加速
度信号Ｓ₁を出力する。なお、ここで、制御対象物１３
とは、定盤のような被除振台のみならず、これに搭載さ
れた電子顕微鏡やＩＣ、ＬＳＩの製造装置であるステッ
パ等の精密機器が含まれるものであり、この場合、加速
度センサ１４はこのような精密機器自体に搭載してもよ
い。

【００１２】さらに、このアクティブ振動絶縁装置は、
制御対象物１３と空気バネ１２の設置面１０間の相対変
位を検出して相対変位信号Ｓ₃を出力する非接触近接セ
ンサまたは変位センサ１５が架台１１、制御対象物１３
の何れかに搭載されている。この変位センサ１５として
は、例えば、渦電流素子、差動トランス、ＬＥＤ、レー
ザー素子等が採用できる。

【００１３】また、加速度信号Ｓ₁を加速度を１回積分
することにより速度信号Ｓ₂を得る積分器１６と、速度
信号Ｓ₂を増幅する増幅器１７と、加速度信号Ｓ₁を増幅
する増幅器１８と、相対変位信号Ｓ₃を増幅する増幅器
１９とを備え、さらにこれらの信号を加算する加算器２
０と、位相反転器２１と、駆動回路２２と、電気空圧ア
ナログ弁２３とを有する。なお、この実施例では、加速
度センサ１４からの加速度信号Ｓ₁を加速度を１回積分
することにより速度信号Ｓ₂を得たが、速度センサを使
用し、その速度信号を１回微分することによって加速度
信号Ｓ₁を得ることもできる。

【００１４】これらの増幅器１７、１８、１９は、加速
度信号Ｓ₁、速度信号Ｓ₂、相対変位信号Ｓ₃を調整して
制御対象物１２の動きに忠実な電気信号を出力するセン
サ用ゲイン・位相調整回路を含ませてもよい。電気空圧
アナログ弁２３としてはサーボ弁（ノズルフラッパ
ー）、電気空圧比例弁（スプール弁）、電気空圧レギュ
レータ（ノズルフラッパー他）などが使用される。

【００１５】駆動回路２２の制御により空圧源としての
コンプレッサ２５から圧縮空気がレギュレータ２６で調
整されて空気バネ１２に給気され、また駆動回路２２の
制御により空気バネ１２中の空気は電気空圧アナログ弁
２３を介して排気される。さらに、このアクティブ振動
絶縁装置は、架台１１と制御対象物１３との間には制御
対象物１３の水平方向の共振を抑制するダンパー２４が
介在されている。

【００１６】このダンパー２４は、図１、図２に示すよ
うに架台１１に固定されシリコンオイルなどの粘性液２
９が充填されたタンク２７と、この粘性液が充填された
タンクに装着され制御対象物１３に固定された胴体２８
とから構成されている。胴体２８には粘性液２９の一部
をバイパスして逃がす導孔３０を穿設してもよい。この
ように構成されたアクティブ振動絶縁装置において、基
礎又は床である設置面１０上に架台１１が設置され、架
台１１に搭載した空気バネ１２により被除振台または制
御対象物１３が支持されている。制御対象物１３上に搭
載された加速度センサ１４により制御対象物１３の振動
が検出される。この検出された加速度信号Ｓ₁は積分器
１６により加速度信号を１回積分することにより速度信
号Ｓ₂が得られ、増幅器１７にて増幅され、加速度信号
Ｓ₁は増幅器１８にて増幅される。

【００１７】非接触変位センサ１５により制御対象物１
３と空気バネ１２の設置面１０間の相対変位を検出して
相対変位信号Ｓ₃を出力する。この検出された相対変位
信号Ｓ₃は増幅器１９で増幅される。これらの加速度信
号Ｓ₁、速度信号Ｓ₂、相対変位信号Ｓ₃は、加算器２０
で加算され、さらに位相反転器２１で位相反転される。
この位相反転された信号は、駆動回路２２により電気空
圧アナログ弁２３を駆動制御する。電気空圧アナログ弁
２３を駆動制御することによって空圧源としてのコンプ
レッサ２５から圧縮空気がレギュレータ２６で調整され
て空気バネ１２に給気され、また駆動回路２２の制御に
より空気バネ１２中の空気は電気空圧アナログ弁２３を
介して排気されて、空気バネ１２中の内空が制御される
ことにより除振のためのフィードバック制御が可能とな
る。

【００１８】このようにしてアクティブ振動絶縁装置は
制御対象物の振動及び（又は）変位を検出し、この検出
信号で空気バネ１２をアクチュエータとして駆動するこ
とにより３自由度の空圧制御をかけて、即ちＺ軸方向の
みアクティブ空圧制御を加えて制御対象物１３の垂直方
向の振動を絶縁する。一方、架台１１に固定されシリコ
ンオイルなどの粘性液２９が充填されたタンク２７と、
この粘性液が充填されたタンクに装着され制御対象物１
３に固定された胴体２８とから構成されたダンパー２４
は、制御対象物１３の水平方向（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向）
の共振を抑制する。

【００１９】このダンパー２４に充填される粘性液の粘
度を変えることによりダンピングが変化し水平方向（Ｘ
軸方向、Ｙ軸方向）の共振倍率或いは減衰特性を任意に
設定することが可能である。また、ダンパー２４の胴体
２８に粘性液２９の一部をバイパスして逃がす導孔３０
を穿設することにより、制御対象物１３に垂直方向のダ
ンピングを付与する効果をもたせることもできる。

【００２０】このように本発明のアクティブ振動絶縁装
置は、３自由度の空圧制御をかけて、垂直方向（Ｚ軸方
向）は共振を抑えるためにフィードバック制御が加えら
れている。その結果、このアクティブ振動絶縁装置は、
制御対象物１３の垂直方向では共振倍率１．６ｄＢが達
成されている。制御対象物１３の水平方向ではダンパー
２４を装着しないときは制御が加えられていないので、
共振倍率１５ｄＢ程度であったが、ダンパー２４を装着
すれば、除振性能は若干悪化したものの共振倍率は低く
なった。図３（ａ）、（ｂ）にダンパー２４を装着しな
いときと、ダンパー２４を装着したときの周波数、伝達
関数の変化をそれぞれ示す。

【００２１】以上の例では加速度信号、速度信号、相対
変位信号の３信号をフィードバック制御信号として用い
たが、所期の振動絶縁効果を得るための用途に応じて加
速度信号に速度信号または相対変位信号を組合せた信号
を用いて制御することもできる。

【００２２】

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明のアクティブ振動絶縁装置によれば、架台に搭載した
空気バネにより制御対象物を支持し、制御対象物の振動
及び（又は）変位を検出して空気バネをアクティブ制御
して制御対象物の垂直方向の振動を絶縁する手段を設け
ると共に、架台と制御対象物との間に制御対象物の水平
方向の共振を抑制するダンパーを介在したことにより、
制御対象物の振動及び（又は）変位を検出し、この検出
信号で空気バネをアクチュエータとして駆動することに
より３自由度の空圧制御をかけて、即ちＺ軸方向のみア
クティブ空圧制御を加えて制御対象物の垂直方向の振動
を絶縁することができ、かつ架台と制御対象物間に設け
られたダンパーにより、制御対象物の水平方向（Ｘ軸方
向、Ｙ軸方向）の共振は抑制され振動絶縁性能を大幅に
高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるアクティブ振動絶縁装置の説明
図。

【図２】図１におけるアクティブ振動絶縁装置に使用さ
れるダンパーを示す説明図。

【図３】図３（ａ）、（ｂ）はアクティブ振動絶縁装置
の特性説明図。

【図４】従来のパッシブ振動絶縁装置に使用される空気
バネを示す説明図。

【符号の説明】

１１……架台 １２……空気バネ １３……制御対象物 １３……加速度センサ ２４……ダンパー

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】架台に搭載した空気バネにより制御対象物
   を支持し、前記制御対象物の振動及び（又は）変位を検
   出して前記空気バネをアクティブ制御して前記制御対象
   物の垂直方向の振動を絶縁するアクティブ振動絶縁装置
   において、前記架台と前記制御対象物との間に前記制御
   対象物の水平方向の共振を抑制するダンパーを介在した
   ことを特徴とするアクティブ振動絶縁装置。