KR100904703B1 - Torsion bar assembly for control of rotational vibration and vibration control table using that - Google Patents

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이홍기
박해동
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알엠에스테크놀러지(주)
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Abstract

A torsion bar assembly for controlling rotational vibration and a vibration absorber using the same are provided to increase a natural frequency of a rotational vibration mode by using two torsion bars. A torsion bar assembly for controlling rotational vibration comprises a rod which is made of elastic material; a torsion bar(31) which includes a torsion bar bracket(311) which is combined in the middle of the rod and permitted to rotate; two torsion arms(32) which are orthogonally combined in both ends of the torsion bar; and a support rod(33) in which a fixing bracket(332) whereof ball-joints(331) are adhered in both ends is prepared. To torsion arms are combined to each other in the coupling portion with the torsion bar and not allowed to rotate around each other.

Description

회전진동 제어용 토션바조립체 및 이를 이용한 제진대{Torsion Bar Assembly for Control of Rotational Vibration and Vibration Control Table Using That}Torsion Bar Assembly for Control of Rotational Vibration and Vibration Control Table Using That}

본 발명은 진동제어에 관한 것으로서, 좀더 자세하게는 피칭과 롤링과 같은 회전진동을 제어하기 위한 장치와 이를 이용한 제진대에 관한 것이다.The present invention relates to vibration control, and more particularly, to a device for controlling rotational vibrations such as pitching and rolling and a vibration damping table using the same.

반도체제조장비, 정밀검사장비 등은 아주 정숙한 진동환경에서 운용되는데, 이들 장비의 주변에 설치된 모타, 팬, 펌프 등의 진동유발 기계에서 발생한 진동은 물론, 심지어 주변 지역으로 사람이 보행할 때 발생하는 건물의 진동 등도 이들 정밀장비의 운용에 악영향을 미칠 수 있다. 따라서 이러한 정밀장비들은 주변의 진동환경으로부터 분리해 주는 방진장치를 이용하여 설치되는 것이 일반적이다. Semiconductor manufacturing equipment and inspection equipment operate in a very quiet vibration environment, which occurs when people walk to the surrounding areas as well as vibrations generated from vibration-inducing machines such as motors, fans, and pumps installed around them. Vibration of the building can adversely affect the operation of these precision equipment. Therefore, such precision equipment is generally installed by using a vibration isolator that separates from the surrounding vibration environment.

이와 같은 정밀장비는 통상적으로 제진대를 사용하여 방진을 하는데, 제진대는 진동을 차단할 수 있는 방진장치와 큰 관성을 가지는 무거운 중량의 관성베이스로 구성된다. 방진장치로는 고무패드, 고무마운트, 금속스프링마운트, 에어마운트 등의 탄성체를 이용한 방진마운트를 사용한다. 제진대는 기계 작동시 발생하는 가진력이 구조체로 전달되는 것을 차단하거나 또는 그 역으로 주변진동이 보호대상인 기계로 전달되는 것을 차단하는 기능을 한다.Such precision equipment is generally dustproof using a vibration damper, which is composed of a dustproof device capable of blocking vibration and a heavy weight inertial base having great inertia. As the vibration isolator, a vibration mount using an elastic body such as a rubber pad, a rubber mount, a metal spring mount, or an air mount is used. The vibration damper prevents the excitation force generated during the operation of the machine from being transmitted to the structure or vice versa from the transmission of the surrounding vibrations to the protected machine.

방진마운트에 사용되는 탄성체로는 모든 종류의 탄성 재료가 방진재료로 사용될 수 있는데, 탄성 재료 중에서 에어 마운트가 고유진동수가 아주 낮은 방진시스템을 구성할 수가 있어서 방진효율을 높게 할 수 있고, 미세 진동 및 충격 진동에 대하여 감쇠율이 크고, 공진 영역에서 진동의 증폭이 크기 않아 정밀장비의 방진을 위한 제진대에 많이 사용된다. 특히 반도체 제조장비와 같은 초정밀 장비들은 높은 정도의 진동차단을 위하여 에어마운트를 사용하는 것이 기본이다.As the elastic body used for the vibration mount, all kinds of elastic materials can be used as the dustproof material. Among the elastic materials, the air mount can constitute a dustproof system with a very low natural frequency, so that the dustproofing efficiency can be increased, and the fine vibration and It has a large damping rate against impact vibration and a large amount of vibration amplification in the resonance region, so it is widely used for vibration damping for precision equipment. In particular, high-precision equipment such as semiconductor manufacturing equipment uses air mount for high vibration blocking.

정밀장비의 방진을 위한 제진대는 질량, 스프링, 그리고 댐퍼를 구비한 하나의 진동시스템이 구성되는데, 제진대는 그 위에 장비를 설치할 만큼의 넓이를 가진 판 형상이며 지지점이 4곳 이상으로서, 하나의 질점이 하나의 운동방향으로만 진동하는 1자유도계 진동시스템이 아니고, 서로 직교하는 3개 방향의 3축(전후방향인 x축, 좌우방향인 y축, 그리고 상하 방향인 z축)의 직선운동과 상기 3축에 대한 회전운동(피칭(Pitching), 롤링(Rolling), 그리고 요잉(Yawing))을 하는 6자유도계 진동시스템이다.The vibration damper for the vibration of precision equipment is composed of one vibration system with mass, spring and damper. The vibration damper is plate-shaped with the width enough to install the equipment on it and has 4 or more support points. It is not a single degree of freedom vibration system that vibrates in one direction of movement only, but linear motion in three axes (three directions, the x-axis in the front and rear directions, the y-axis in the horizontal direction and the z-axis in the vertical direction), It is a six degree of freedom system vibration system that performs rotational movement (pitching, rolling, and yawing) about the three axes.

통상적으로, 정밀장비가 운용되는 공장건물은 아주 강성이 크게 설계가 되는데, 수평진동은 크게 문제가 되지 않아 주로 수직방향인 상하방향 진동모드만을 제어하는 것으로 제진대가 설계된다. 이와 같이 수직방향 진동을 제어하는 방진시스템의 설계에서는, 진동시스템을 1자유도계 진동시스템으로 가정하여 다수 개가 병렬로 사용되는 방진마운트의 수직방향 스프링상수의 총합으로 시스템의 스프링상수를 구하고, 관성베이스와 장비의 질량을 합하여 질량을 구한 다음, 이 스프링상수와 질량으로 시스템의 고유진동수를 구하고, 가진 주파수를 이 고유진동수로 나누 어 주파수비를 구하여 진동전달률과 방진효율을 구하는 방법으로 설계된다.In general, a factory building in which precision equipment is operated is designed to have a very large rigidity, but the horizontal vibration is not a problem, and the vibration damping zone is designed to control only the vertical vibration mode, which is mainly vertical. In the design of the vibration control system for controlling the vertical vibration as described above, assuming that the vibration system is a single degree of freedom vibration system, the spring constant of the system is obtained by the sum of the vertical spring constants of the vibration mounts, which are used in parallel, and the inertia base The mass is obtained by summing the mass of the and the equipment, then the natural frequency of the system is obtained from the spring constant and the mass, and the frequency ratio is obtained by dividing the excitation frequency by the natural frequency to obtain the vibration transfer rate and the vibration damping efficiency.

상기와 같이 통상적인 정밀장비의 방진설계에서는 진동시스템을 1자유도계 진동시스템으로 가정하고 있으나, 실제 진동 시스템은 상기와 같이 6자유도계 진동시스템이고, 그중 x축에 대한 회전진동모드인 롤링진동과 y축에 대한 회전진동모드인 피칭진동도 건물의 바닥에 수직력을 가하는 운동이므로, 이와 같은 회전진동에 의한 수직방향 가진력이 건물의 바닥으로 전달되거나, 건물의 진동이 정밀장비에 피칭과 롤링 진동을 유발하여 문제를 야기하는 경우가 많다.In the vibration design of the conventional precision equipment as described above, the vibration system is assumed to be a single degree of freedom vibration system, but the actual vibration system is a six degree of freedom vibration system as described above, among which the rolling vibration which is the rotational vibration mode about the x axis and Pitching vibration, a rotational vibration mode about the y-axis, also applies vertical force to the floor of the building. Therefore, vertical excitation due to such rotational vibration is transmitted to the floor of the building, or vibration of the building is applied to the precision equipment for pitching and rolling vibration. Often cause problems.

충분한 정도로 정밀장비의 수직방향 진동을 제어하기 위하여 장비가 설치된 제진대의 수직방향 진동모드의 고유진동수를 2 내지 3Hz로 설계할 경우, 경우에 따라 피칭과 롤링의 회전진동모드의 고유진동수는 10 내지 20Hz로 수직방향 진동모드의 고유진동수보다 상당히 높게 되는 수가 있고, 이와 같은 회전진동이 건물의 고유진동수와 일치하여 공진을 일으켜 문제가 될 수 있다. 이와 같은 경우, 회전진동모드의 고유진동수를 낮추어 공진을 피하기는 어렵고, 회전진동모드의 고유진동수를 건물의 고유진동수보다 상당히 높게(예 : 30 내지 40Hz) 하여 공진을 피하는 것이 현실적인 방안이 된다.In order to control the vertical vibration of the precision equipment to a sufficient degree, when the natural frequency of the vertical vibration mode of the vibration damper where the equipment is installed is designed to 2 to 3 Hz, the natural frequency of the rotational vibration mode of pitching and rolling may be 10 to At 20Hz, it can be considerably higher than the natural frequency of the vertical vibration mode, and this rotational vibration coincides with the natural frequency of the building, causing resonance. In such a case, it is difficult to avoid resonance by lowering the natural frequency of the rotational vibration mode, and it is realistic to avoid the resonance by making the natural frequency of the rotational vibration mode considerably higher than the natural frequency of the building (for example, 30 to 40 Hz).

상기와 같은 이유로 정밀장비의 방진 시스템의 설계에서, 주로 문제가 되는 수직방향 진동모드의 고유진동수는 낮게 유지하면서 회전진동모드의 고유진동수를 높이기 위한 방안이 강구되어야 한다. 그러나, 현재까지 이러한 진동특성을 가진 수단을 구비한 제진대는 개발된 바가 없다. For the above reasons, in the design of the vibration control system of precision equipment, a method for increasing the natural frequency of the rotational vibration mode while maintaining the natural frequency of the vertical vibration mode, which is mainly a problem, should be taken. However, up to now, no vibration damper with means having such vibration characteristics has been developed.

상기와 같이 종래의 정밀장비의 진동을 제어하기 위한 제진대는 수직방향 진동모드의 진동을 제어하기 위하여 수직방향의 스프링상수가 아주 에어마운트를 사용해 왔으나, 이와 같이 에어마운트를 사용한 정밀장비의 진동을 제어하기 위한 제진대는 피칭과 롤링의 회전진동모드의 진동을 제어하기 위한 수단이 요구된다.As described above, the vibration damper for controlling the vibration of the conventional precision equipment has used the air mount in the vertical direction to control the vibration in the vertical vibration mode, but thus the vibration of the precision equipment using the air mount is controlled. Vibration damping for the purpose is required means for controlling the vibration of the rotational vibration mode of pitching and rolling.

본 발명은 상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여, 관성베이스(관성베이스에 설치된 장비 포함)의 질량과 다수 개의 에어마운트의 스프링상수로 정해지는 수직방향 진동모드의 고유진동수에는 영향을 주지 않고, 피칭과 롤링의 회전진동모드의 고유진동수를 상당한 정도로 높게 하는 방안을 취하였다.In order to solve the above technical problem, the present invention does not affect the natural frequency of the vertical vibration mode determined by the mass of the inertial base (including the equipment installed on the inertial base) and the spring constant of the plurality of air mounts, The natural frequency of the rotational vibration mode of rolling and rolling was considerably increased.

회전진동모드의 고유진동수를 높이는 구체적인 수단으로는 토션바의 비틀림 탄성을 이용하였다. The torsion bar's torsional elasticity was used as a specific means to increase the natural frequency of the rotational vibration mode.

본 발명인 회전진동 제어용 제진대를 사용할 경우, 수직방향 진동의 효과적인 차단을 위하여 진동시스템의 수직방향의 스프링상수와 고유진동수는 아주 낮게 그대로 유지하면서, 피칭과 롤링의 회전진동모드의 고유진동수를 임의로 높게 하여, 정밀장비의 진동제어에서 문제가 되는 모든 방향의 진동, 특히 피칭과 롤링의 회전진동을 효과적으로 제어할 수 있다.In case of using the vibration damping control device of the present invention, in order to effectively block the vertical vibration, the vertical spring constant and the natural frequency of the vibration system are kept very low, while the natural frequency of the rotational vibration mode of pitching and rolling is arbitrarily high. Thus, it is possible to effectively control the vibration of all directions, in particular the rotational vibration of the pitching and rolling, which is a problem in the vibration control of precision equipment.

본 발명인 회전진동 제어용 제진대는 도 1에 도시한 바와 같이, 판 형상으로서 그 위에 장비를 설치할 수 있게 하고 무거운 중량으로 큰 운동 관성을 갖는 관성베이스(1, Inertia Base)와 탄성을 가져 진동을 차단하는 기능을 하는 다수 개의 방진마운트(2)로 구성된 종래의 제진대에, 회전진동을 제어하기 위한 토션바조립체(3)을 전후방향(이하, 이를 x방향이라 칭함.)과 좌우방향(이하, 이를 y방향이라 칭함.)으로 1개 이상을 구비한 것이다.As shown in FIG. 1, the vibration damping control device of the present invention has a plate shape, which allows equipment to be installed thereon, and has elasticity with an inertia base (1, Inertia Base) having a large motion inertia with a heavy weight to block vibration. In the conventional vibration isolator composed of a plurality of vibration mounts (2) to function, the torsion bar assembly 3 for controlling the rotation vibration in the front and rear direction (hereinafter referred to as x direction) and the left and right directions (hereinafter, It is provided with one or more in the y direction.).

관성베이스(1)는 부가베이스라고도 불리고, 통상의 방진시스템의 관성베이스와 기능과 구성이 동일한데, 상면에는 진동제어대상인 장비가 고정되어 설치되고 하면 또는 측면에는 방진마운트를 부착하기 위한 브래킷이 구비되어 있다. 이 관성베이스는 진동시스템의 질량을 크게 하여 시스템의 고유진동수를 낮게 하고, 시스템의 민감도(이는 통상 "모빌리티"로 나타내는데, 모빌리티 = 진동속도진폭/가진력의 진폭이다.)를 낮게 하여 진동을 유발하는 가진력에 대하여 진동응답을 적게 한다.The inertial base 1 is also called an additional base, and has the same function and configuration as the inertial base of a conventional dustproof system. The upper surface is provided with the equipment for vibration control being fixed, and the lower surface or side has a bracket for attaching the dustproof mount. It is. This inertial base increases the mass of the vibration system to lower the natural frequency of the system, and lowers the sensitivity of the system (this is usually referred to as "mobility", which is mobility = vibration speed amplitude / vibration amplitude). Reduce vibration response to excitation force.

방진마운트(2)는 진동제어에 사용되는 통상의 방진마운트와 구성과 기능이 동일하다. 통상의 방진마운트는 고무, 금속스프링, 에어스프링 등의 탄성체의 상하에 브래킷을 구비한 것으로서, 하단은 장비가 설치될 바닥에 고정되고 상단은 상기 관성베이스(1)에 고정되어 진동제어대상인 장비가 설치된 관성베이스(1)를 지지하 여, 관성베이스가 탄성체에 의하여 지지될 수 있게 한다.The dustproof mount 2 has the same structure and function as a conventional dustproof mount used for vibration control. A typical dustproof mount is provided with a bracket above and below an elastic body such as rubber, metal springs, air springs, the bottom of which is fixed to the floor where the equipment is to be installed, and the top of which is fixed to the inertial base 1 so that the equipment subject to vibration control is By supporting the installed inertial base 1, the inertial base can be supported by an elastic body.

본 발명은 아주 높은 정도의 진동차단을 요구하는 정밀장비의 방진에 사용되는 것으로서, 본 발명에 사용되는 방진마운트(2)는 주로 정적변형이 아주 큰 금속코일스프링을 사용하는 스프링마운트 또는 에어스프링을 사용하는 에어마운트이다.The present invention is used for the vibration of precision equipment that requires a very high degree of vibration blocking, the vibration mount (2) used in the present invention mainly uses a spring mount or air spring using a metal coil spring with a large static deformation Air mount used.

토션바조립체(3)는 도 2에 도시한 바와 같이, 비틀림 탄성을 제공하는 토션바(31), 상기 토션바(31)의 양단에 각각 결합되는 것으로서 같은 방향으로 토션바와 직각으로 강체결합을 하여 토션바와 함께 ㄷ-자를 형성하는 두 개의 토션암(32), 양단에 볼조인트가 구비된 고정브래킷이 구비되어 있어 일단은 상기 토션암(32)에 부착되고 타단은 바닥에 고정되는 지지로드(33)를 포함하여 구성된다.The torsion bar assembly 3 is coupled to both ends of the torsion bar 31 and the torsion bar 31 providing torsional elasticity, as shown in FIG. Two torsion arms 32 forming a c-shape together with the torsion bar are provided with fixing brackets having ball joints at both ends thereof, one end of which is attached to the torsion arm 32 and the other end of which is fixed to the floor. It is configured to include).

토션바(31, Torsion Bar)는 비틀림 탄성을 갖는 재료로 제작되는 일정 길이를 가진 봉으로서, 단면이 원형인 강(Steel), 황동, 스테인레스스틸 등의 금속봉을 사용한다. 일정길이를 가진 봉이 토크를 받을 경우, 탄성변형 영역 내에서는 비틀림각도(θ)는 θ= TL/GJ로 계산된다. 여기서, T는 비틀림토크이고, L은 봉의 길이이고, G는 재료의 횡탄성계수이고, J는 단면의 극관성모멘트이다. 봉의 지름이 d인 원형단면인 경우, 극관성모멘트(J)는 πd4/32 이다.Torsion bar 31 is a rod having a predetermined length made of a material having a torsional elasticity, and uses a metal rod such as steel, brass, stainless steel, and the like having a circular cross section. When a rod of constant length is subjected to torque, the torsion angle θ in the elastic deformation region is calculated as θ = TL / GJ. Where T is the torsional torque, L is the length of the rod, G is the lateral modulus of material, and J is the moment of inertia of the cross section. If the circular cross-section rod diameter d, second moment of area (J) is πd 4/32.

상기 식으로 봉의 비틀림스프링상수(Kθ)를 구하면, Kθ = T/θ = GJ/L가 된다. 이 식에서 알 수 있듯이, 특정 재질(예 : 강)의 토션바에서 봉의 길이(L)와 봉의 지름(d)를 조절하여 원하는 비틀림스프링상수를 갖는 토션바를 설계할 수 있다.When the torsion spring constant K θ of the rod is obtained by the above equation, K θ = T / θ = GJ / L. As can be seen from this equation, the torsion bar with the desired torsion spring constant can be designed by adjusting the rod length (L) and the rod diameter (d) in the torsion bar of a specific material (eg steel).

토션바(31)의 중간에는 토션바를 관성베이스(1)의 하면에 고정할 수 있게 하는 브래킷이 있는 토션바브래킷(311)이 2 이상 다수 개가 결합되는데, 토션바가 토션바브래킷에 결합된체로 자유롭게 회전할 수 있도록 토션바브래킷의 축구멍에는 베어링을 설치하는 것이 좋다.In the middle of the torsion bar 31, two or more torsion bar brackets 311 having a bracket for fixing the torsion bar to the lower surface of the inertia base 1 are combined. It is recommended to install a bearing in the shaft hole of the torsion bar bracket so that it can rotate.

토션암(32, Torsion Arm)은 상기 토션바(31)의 양단에 같은 방향으로 토션바와 직각으로 결합이 되어 토션바와 함께 ㄷ-자를 형성하도록 결합되는데, 토션암(32)과 토션바(31)는 서로 회전이 일어나지 않도록 결합부위에 키를 설치하거나, 토션바의 끝을 4각, 6각 등으로 가공하고 토션암에 토션바의 끝이 삽입되게 결합하거나, 억지끼워맞춤 결합을 하거나, 용접으로 접합을 하는 등의 방법으로 강체결합을 한다. 토션암은 주로 굽힘모멘트를 받으므로, 단면형상은 사각 또는 I자 형상으로 하는 것이 좋다.Torsion arm 32 is coupled to the torsion bar at right angles to both ends of the torsion bar 31 in the same direction and coupled to form a c-shape with the torsion bar, the torsion arm 32 and the torsion bar 31. In order to prevent rotation between each other, install the key, or process the end of the torsion bar into 4, 6, etc., and insert the end of the torsion bar into the torsion arm. Rigid bonds are made, for example by bonding. Since the torsion arm is mainly subjected to the bending moment, the cross-sectional shape is preferably square or I-shaped.

지지로드(33)는 일단은 토션바(31)에 결합되지 않은 토션암(32)의 끝단에 고정되고, 타단은 바닥에 고정된다. 이 지지로드는 양단이 모든 방향으로 회전가능하도록 양단에 볼조인트(331)가 부착되어 있고, 길이조정을 용이하게 하기 위하여 상, 하 두 부분으로 나누고, 이 두 부분을 나사결합으로 하여 신축가능하도록 제작하는 것이 좋다. 지지로드 양단의 볼조인트에는 각각 고정브래킷(332)이 구비되어 각각 바닥과 토션암(32)에 고정될 수 있게 한다.One end of the support rod 33 is fixed to the end of the torsion arm 32, which is not coupled to the torsion bar 31, and the other end is fixed to the bottom. The support rod has ball joints 331 attached to both ends thereof so that both ends can be rotated in all directions. The support rod is divided into two parts, the upper part and the lower part, to facilitate the length adjustment. It is good to make. Ball joints on both ends of the support rod are provided with fixing brackets 332, respectively, so that they can be fixed to the bottom and torsion arm 32, respectively.

만약 수평방향 진동 중 어느 한 방향의 진동이 전혀 문제가 되지 않는다면, 여를 들어 제진대가 전후방향의 진동은 일어날 가능성이 없는 경우 또는 일어나더라고 문제가 되지 않는 경우에는 상기 볼조인트(331) 대신 한쪽 방향으로만 자유롭게 회전하는 핀결합으로 할 수 있다. If the vibration in either direction of the horizontal vibration is not a problem at all, for example, if the vibration damper is not likely to occur in the forward and backward direction or if the problem does not occur, it is one direction instead of the ball joint 331. Only by rotating the pin can be made freely.

상기와 같은 토션바조립체(3)의 기능은 다음과 같다.The function of the torsion bar assembly 3 as described above is as follows.

만약 제진대가 회전진동모드, 예를 들어 피칭진동을 할 경우, 제진대의 일단은 위로 올라가고 타단은 아래로 내려가게 된다. 이때 제진대에 x방향으로 부착된 토션바조립체(3)의 토션바(31)도 도 3의 (a)에 도시한 바와 같이, 제진대와 함께 일단은 위로 올라가고 타단은 아래로 내려가려고 한다.(변형 후의 토션바와 토션암은 점선으로 표시.) 지지로드(33)의 길이는 변하지 않고 일단이 바닥에 고정되어 있으므로, 지지로드(33)와 볼조인트결합을 하고 있는 토션암(32)의 상단은 상, 하로 운동을 하지 못하고, 토선암(32)의 토션바와 강체결합을 하고 있는 끝단이 토션바(31)와 함께 일단은 위로 올라가고 타단은 아래로 내려간다. 이때 토션암(32)은 지지로드와의 결합부위에서 회전운동을 하고 수직 상방 또는 수직 하방으로 구속력(F)이 작용한다. 이 구속력의 크기에 토션암의 길이(ℓ)를 곱한 값인 토크(T=Fℓ)를 토션바(31)에 가하게 되어, 이 토크에 의하여 토션바에 비틀림 변형(θ)이 발생한다.If the vibration damper is in rotational vibration mode, for example, pitching vibration, one end of the vibration damper goes up and the other end goes down. At this time, the torsion bar 31 of the torsion bar assembly 3 attached to the vibration damping table in the x direction is also shown in (a) of FIG. 3, with one end going up and the other end going down. (The torsion bar and the torsion arm after deformation are indicated by dotted lines.) Since the length of the support rod 33 does not change and one end is fixed to the bottom, the upper end of the torsion arm 32 which is ball jointed with the support rod 33. Silver does not move up and down, the end of the torsion bar of the torsion arm (32) is rigidly coupled with the torsion bar (31), one end goes up and the other end goes down. At this time, the torsion arm 32 is rotated at the coupling portion with the support rod and the restraining force (F) acts vertically upward or vertically downward. Torque bar 31, which is a value obtained by multiplying the magnitude of the restraining force by the length L of the torsion arm, is applied to the torsion bar 31, and torsional deformation θ occurs in the torsion bar.

상기와 같이 제진대의 피칭운동에 의하여 x축 방향으로 설치된 토션바(31)에 비틀림 변형(θ)이 발생하고, 이 비틀림변형에 토션바의 비틀림스프링상수값( Kθ)을 곱한 값만큼의 탄성 복원력(T)이 생겨서 제진대의 회전진동을 제어한다. 여기서 토션바(31)는 회전진동모드인 피칭 진동에서 비틀림스프링 역할을 한다.Of the number of the first twist deformation (θ) to the torsion bar 31 provided in the x-axis direction by a pitching motion of the vibration removal table as described above occurs, and multiplied by the torsional spring constant (K θ) of the torsion bar to twist deformation An elastic restoring force T is generated to control the vibration of the vibration damper. The torsion bar 31 serves as a torsion spring in the pitching vibration of the rotational vibration mode.

만약 제진대의 회전진동모드인 롤링진동을 제어하려면, 토션바조립체(3)을 y방으로 설치하면 상기 피칭진동과 동일한 메커니즘으로 제어가 된다.To control the rolling vibration in the vibration vibration mode of the vibration damper, when the torsion bar assembly 3 is installed in the y direction, it is controlled by the same mechanism as the pitching vibration.

만약 제진대가 상하방향(z 방향)으로 진동을 하면, 도 3의 (b)에 도시한 바 와 같이, 토션바의 양단이 모두 지지로드와의 볼조인트 연결부위에서 같은 방향으로 회전하여 토션바가 제진대와 함께 아무런 구속도 받지않고 상하로 운동을 한다. 이 경우에는 제진대의 모든 하중은 통상의 제진대와 같이 방진마운트가 구속하고, 방진마운트에 의하여 수직방향 진동이 제어된다.If the vibration damper vibrates in the up and down direction (z direction), as shown in FIG. 3 (b), both ends of the torsion bar rotate in the same direction at the ball joint connection portion with the support rod, and thus the torsion bar is damped. Exercise up and down with no restraint. In this case, all loads of the vibration isolator are restrained by the vibration mounts as in the normal vibration damper, and the vertical vibration is controlled by the vibration mounts.

만약 제진대가 전후(x 방향) 또는 좌우(y 방향)방향으로 수평진동을 하면, 도 도 3의 (c)에 도시한 바와 같이, 토션바의 양단과 지지로드의 바닥과의 결합부위의 볼조인트 연결부위에서 같은 방향으로 회전이 일어나므로 토션바가 제진대와 함께 아무런 구속도 받지않고 전후 또는 좌우로 운동을 한다. 이 경우에는 제진대의 모든 하중은 통상의 제진대와 같이 방진마운트의 수평저항력 또는 별도로 수평방향으로 설치된 방진마운트가 구속하고, 이들 방진마운트에 의하여 수평방향 진동이 제어된다.If the vibration damper vibrates horizontally in the front-back (x-direction) or left-right (y-direction) direction, as shown in Fig. 3 (c), the ball joint at the coupling portion between both ends of the torsion bar and the bottom of the support rod is shown. Since the rotation occurs in the same direction at the joint, the torsion bar moves forward, backward, left and right without being bound by the vibration damper. In this case, all the loads of the vibration isolator are bound by the horizontal resistance of the vibration mount or the vibration mount mounted separately in the horizontal direction as in the case of the general vibration damping band, and the horizontal vibration is controlled by these vibration mounts.

상기와 같은 메커니즘으로, 통상의 제진대에 추가로 구비된 토션바 조립체는 제진대의 수평 및 상하방향의 직선모드 진동은 전혀 구속하지 않고, 피칭 또는 롤링의 회전모드의 진동만 구속한다.With the above mechanism, the torsion bar assembly provided in addition to the conventional vibration damping band restrains the vibration of the rotation mode of pitching or rolling without restraining the linear and vertical vibrations of the vibration damping band in the horizontal and vertical directions.

제진대의 회전모드 진동을 제어하기 위해서는, 상기와 같이 구성된 토션바조립체(3)를 제진대의 하면 중앙에 하나를 설치할 수도 있고, 제진대가 아주 크고 무거워 회전진동 시 큰 토크가 걸릴 경우 2개 이상 다수 개를 서로 평행하게 설치할 수도 있다.In order to control the vibration mode of the vibration damper, one of the torsion bar assemblies 3 configured as described above may be installed in the center of the lower surface of the vibration damper, or the vibration damper is very large and heavy so that two or more torques may be applied during rotation vibration. It is also possible to install a plurality of parallel to each other.

회전모드의 진동중 z축에 대한 회전 진동인 요잉(Yawing) 진동은 상기한 토션바조립체(3)를 수직으로 배치하여 제어할 수 있다. 그러나 통상의 경우 제진대에 서 요잉(Yawing) 진동이 문제가 되는 경우가 거의 없으므로, 본 발명에서는 이에 대한 고려는 하지 않았다. Yawing vibration, which is a rotational vibration about the z-axis among the vibrations of the rotation mode, can be controlled by arranging the torsion bar assembly 3 vertically. However, since the yaw vibration is rarely a problem in the vibration damping table, the present invention does not consider this.

본 발명인 토션바조립체와 이를 이용한 제진대는 반도체 제조장비, 전자현미경 등의 초정밀 가공장비 또는 검사장비의 진동제어에 사용될 수 있다.The torsion bar assembly of the present invention and the vibration damper using the same can be used for vibration control of ultra precision processing equipment or inspection equipment such as semiconductor manufacturing equipment and electron microscope.

도 1은 본 발명인 제진대이다.1 is a vibration damper according to the present invention.

도 2는 본 발명인 토션바조립체이다.2 is a torsion bar assembly of the present invention.

도 3은 각 진동모드에서 토션바조립체가 변형하는 그림이다.3 is a diagram in which the torsion bar assembly deforms in each vibration mode.

※주요 구성품 번호※ Main component number

1 : 관성베이스, 2 : 방진마운트, 3 : 토션바조립체,1: inertial base, 2: dustproof mount, 3: torsion bar assembly,

31 : 토션바, 32 : 토션암, 33 : 지지로드31: torsion bar, 32: torsion arm, 33: support rod

Claims (2)

비틀림 탄성을 제공하는 것으로서 탄성을 갖는 재료로 제작되는 일정 길이를 가진 봉과, 상기 봉의 중간에 봉과 회전 가능하도록 결합되고 타 물체에 부착할 수 있는 브래킷을 구비한 토션바브래킷(311)으로 구성되는, 토션바(31);A torsion bar bracket 311 having a rod having a predetermined length made of an elastic material and providing a torsional elasticity, and a bracket that is rotatably coupled to the rod in the middle of the rod and attachable to another object, Torsion bar 31; 상기 토션바(31)의 양단에 각각 토션바(31)와 직각으로 결합되는 것으로서, 두 개가 같은 방향으로 결합되어 토션바(31)와 함께 ㄷ-자를 형성하고, 토션바(31)와의 결합부위에서 서로 회전하지 못하도록 강체결합을 하는, 두 개의 토션암(32);Both ends of the torsion bar 31 are coupled to the torsion bar 31 at right angles, respectively, the two are coupled in the same direction to form a c-letter together with the torsion bar 31, and a coupling portion with the torsion bar 31. Two torsion arms 32, which are rigidly coupled to each other so as not to rotate in each other; 그리고, 양단에 임의의 방향으로 회전가능한 볼조인트(331)가 부착된 고정브래킷(332)이 구비되어 있는 것으로서, 일단의 고정브래킷(332)은 상기 토션암(32)에 부착되고, 타단의 고정브래킷(332)은 바닥에 고정되는, 지지로드(33);In addition, a fixed bracket 332 having a ball joint 331 rotatable in an arbitrary direction is provided at both ends, and one end of the fixed bracket 332 is attached to the torsion arm 32 and fixed at the other end. Bracket 332 is a support rod 33, fixed to the floor; 를 포함하여 구성되는 것으로서, 진동하는 물체의 회전모드의 진동을 제어하는데 사용되는, 토션바조립체(3).A torsion bar assembly (3), comprising: used to control the vibration of a rotating mode of a vibrating object. 판 형상으로서 상면에 장비를 설치할 수 있게 하고, 일정 중량을 갖는 관성베이스(1);An inertial base (1) which makes it possible to install the equipment on the upper surface as a plate shape and has a certain weight; 바닥에 고정되어 상기 관성베이스(1)을 지지하는 것으로서, 금속스프링 또는 에어스프링을 구비하여, 진동을 차단하는 기능을 하는 다수 개의 방진마운트(2);Fixed to the floor to support the inertial base (1), provided with a metal spring or air spring, a plurality of dustproof mount (2) to function to block vibration; 그리고, 토션바브래킷(311)이 상기 관성베이스(1)에 결합되고, 지지로드(33)의 일단이 바닥에 결합되는, 한 개 이상의 제1항의 토션바조립체(3);And one or more torsion bar assembly (3) of the torsion bar bracket 311 is coupled to the inertial base (1), one end of the support rod (33) is coupled to the bottom; 를 포함하여 구성되는 것으로서, 회전모드의 진동인 피칭진동 또는 롤링진동을 제어할 수 있는 기능을 구비한 제진대.A vibration damper having a function of controlling a pitching vibration or a rolling vibration which is configured to include a vibration in a rotation mode.
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