KR20060056387A

KR20060056387A - 제진 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20060056387A
Application number: KR1020067004506A
Authority: KR
Inventors: 타케시 미즈노; 다이스케 키시타; 마사야 다카사키
Original assignee: 도꾸리쯔교세이호징 가가꾸 기쥬쯔 신꼬 기꼬
Priority date: 2003-09-11
Filing date: 2004-03-30
Publication date: 2006-05-24
Also published as: CN1849467A; WO2005026573A1; US20070273074A1; EP1669634A1

Abstract

본 발명은, 포지티브의 스프링 특성을 갖는 지지 기구와 병렬로, 포지티브의 스프링 특성을 갖는 지지 기구와 네거티브의 스프링 특성을 갖는 지지 기구를 직렬로 접속한 지지 기구를 배치하여 이루어지는 제진 방법을 제공하는 것이다. 바닥(1)과 제 1 부재(2) 사이에 스프링을 배열 설치하여 바닥으로부터 제 1 부재로 전해지는 진동을 차단함과 동시에, 상기 제 1 부재(2)와 제 2 부재(3) 사이에 영구자석과 전자석으로 구성되는 제로 파워 특성을 갖는 자기부상 기구(4)를 배열 설치하고, 또한 바닥과 제 2 부재 사이에 포지티브의 스프링 특성을 갖는 하중지지 기구(5)를 배열 설치함으로써, 상기 제 1 부재로부터 제 2 부재로 전해지는 진동을 차단함과 동시에, 상기 제 2 부재에 걸리는 하중을 상기 자기부상 기구와 상기 하중지지 기구에 의해 지지할 수 있도록 했다.

제진 장치, 진동, 베이스, 제진 테이블, 스프링, 액추에이터, 영구자석, 전자석

Description

제진 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR VIBRATION RESISTANCE}

본 발명은 포지티브의 스프링 특성을 갖는 지지 기구와 병렬로, 포지티브의 스프링 특성을 갖는 지지 기구와 네거티브의 스프링 특성을 갖는 지지 기구를 직렬로 접속한 지지 기구를 배치하여 이루어지는 제진 방법 및 그 장치에 관한 것이다.

현재, 반도체 디바이스 제조시스템이나 극미소영역 계측시스템 등에서는, 급속하게 고정밀도화, 고성능화 해오고 있고, 이들 시스템에서는, 진동 등의 외란을 제거하는 제진(除振), 제진 장치의 중요성이 증대하고 있다. 제진 장치로 제거해야 할 진동 외란은, 설치바닥으로부터의 진동에 기인하는 지동 외란과, 장치의 스프링상에 입력되는 직동 외란으로 대별할 수 있고, 전자에는 저강성의 기구가 적합하고, 후자에는 고강성의 기구가 적합하다. 도 20(A)는, 지동 외란을 차단하여 제진하는 종래의 패시브 제진 시스템을 도시하는 것으로, 바닥(36)으로부터의 진동전달율을 낮게 하기 위해서 스프링 특성 k를 작게 하여서 스프링 강성을 작게 하면, 제진 테이블(32)(질량m)상의 질량변화 △m이나 제진 테이블(32)에 작용하는 하중 변화 등의 스프링상에서의 외란에 대해 약해져 버린다. 반대로, 스프링상에서의 외란에 대해서는 어느 정도 스프링 강성을 크게 할 필요가 있다. 이러한 외란 흡수를 위한 저강성 기구와, 위치, 자세유지를 위한 고강성 기구라고 하는 상반되는 특성이 요구된다.

도 20(B)에 도시하는 바와 같이, 일반적으로, 포지티브의 스프링 특성(k1, k2)을 갖는 2개의 스프링(35-1, 35-2)을 직렬로 결합하여 1개의 제진기구를 구성하면, 그 스프링 특성은 다음 식으로 구해진다.

kc=k1k2 / (k1 + k2) (1)

즉, 통상의 포지티브의 스프링 특성을 갖는 스프링을 직렬로 결합하면, 결합해서 생긴 스프링 특성은, 결합전의 스프링 특성보다 반드시 작아지는 것이다. 따라서, 이들 종래의 스프링만을 사용한 제진 장치에서는, 질량변화나 진동 등의 스프링상에서의 외란에 대해 높은 강성을 확보하는 것이 극히 곤란하므로, 액티브 제진제어 장치가 제안되었다.

도 21은, 일반적인 액티브 제진제어 장치의 원리를 도시한 것으로, 제진대(110)상에 설치된 가속도 센서(114)에 의한 검출신호에 기초하여 콘트롤러(115)에 의해 제진대(110)의 진동을 억제하는 제어입력을 계산하고, 구해진 제어입력에 의해, 스프링(111) 및 감쇠기(112)와 병렬로 설치된 액추에이터(113)를 동작시킴으로써 제진제어를 행한다.

그렇지만, 이러한 어프로치는, 제진대나 바닥의 진동이 정확하게 검출되는 것을 전제로 하고 있어, 실현화되기 위해서는, 저주파의 진동까지 감도 좋게 검출할 수 있는 서보형 가속도 센서를 사용할 필요가 있기 때문에 고가격으로 되는데다, 채용되는 서보형 가속도 센서에 따라서는, 직동 외란에 대한 강성이 아직 충분하다고는 말하기 어렵고, 완전한 진동 차단성능을 확보하기 위해서는 불충분했다.

그래서 본 발명자들은, 상기 종래의 제진 방법 및 그 장치의 과제를 해결하기 위해서, 먼저, 지동 외란에 대한 진동차단 성능을 손상시키지 않고, 직동 외란에 대한 높은 강성을 확보하여, 높은 제진 기능을 발휘하여 정밀가공 등을 가능하게 하는 제진 방법 및 그 장치를 제안하고 있다(일본 특개 2002-81498 참조).

상기 문헌에서 개시한 제진 방법 및 장치는, 바닥(베이스)과 중간대(제 1 부재) 사이를 스프링에 의해 제진하는 동시에, 상기 중간대(제 1 부재)와 제진 테이블(제 2 부재) 사이를 영구자석과 전자석으로 구성되는 제로 파워 특성을 갖는 자기부상 기구에 의해 제진하는 것으로, 바닥과 중간대 사이의 스프링에 의한 스프링 제진 및 중간대와 제진 테이블 사이의 자기부상 기구에 의한 제진에 의해 지동 외란에 대한 진동차단 성능을 손상시키지 않고, 직동 외란에 대한 높은 강성을 확보하고, 높은 제진 기능을 발휘하여 정밀가공 등을 가능하게 하고 있다.

그렇지만, 상기문헌에서 개시한 제진 방법 및 그 장치는, 제로 컴플라이언스 기구로서는 충분한 기능을 달성할 수 있었지만, 스테퍼 등 제품의 대형화에 의해 새로운 문제가 부상되어 왔다.

즉, 네거티브의 스프링 특성을 실현하는 액추에이터(자기부상 기구 등)가 당해 제진 테이블의 전체 질량을 지지하지 않으면 안 되고, 그 때문에 대형 제진 장치를 실현하기 위해서는 대출력의 액추에이터가 필요하다 라는 큰 장해가 발생해 왔다.

또한 네거티브의 스프링 특성을 실현하는데, 제로 파워 자기부상 기구를 이용하는 경우에는, 제로 파워 자기부상용의 영구자석이 대량으로 필요하게 되어, 고 비용화의 문제가 발생해 왔다.

또한, 제로 파워 자기부상과 같이 직류 전자석의 흡인력을 이용한 자기부상계에서는, 원리적으로 부상 대상물에 흡인력밖에 작용시켜지지 않으므로, 제진 테이블의 흡인력이 작용하는 부분은, 중간대에 하측에 있을 필요가 있다. 이것은, 제진 장치의 구조를 복잡하게 함과 동시에 장치의 설계의 자유도를 좁히게 된다.

그래서 본 발명은, 제로 컴플라이언스 기구와 병렬로, 하중 지지용의 스프링 지지 기구를 배치함으로써, 지동 외란에의 진동차단 특성을 열화시키지 않고, 직동 외란에의 강성도 높게 할 수 있고, 게다가 질량이 큰 장치에 대해서도 저코스트로 고성능을 유지할 수 있는 제진 방법 및 그 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

이하, 본 발명의 원리를 도 1을 사용하여 설명한다.

스프링 특성 k1, k2를 갖는 2개의 스프링을 직렬로 통합하고, 이것에 스프링 특성(k3)를 갖는 스프링을 병렬로 더 접속하여 하나의 스프링을 만들면, 그 합성 스프링 특성 kc는 다음 식으로 구해진다.

kc=[k1·k2/(k1+k2)]+k3

따라서, k1=-k2

라는 관계를 만족시키게 되면, k3의 값에 의하지 않고

│kc│=+∞

로 되는 것을 알 수 있다.

이상의 것으로부터, 포지티브의 스프링 특성과 네거티브의 스프링 특성을 직렬로 접속하여 구성한 제로 컴플라이언스 기구와 병렬로 하중 지지용의 스프링 요 소를 배열 설치해도, 직동 외란에 대한 강성은 무한대로 유지되는 것을 알 수 있다.

본 발명은, 상기 지견에 기초하여 이루어진 것으로, 포지티브의 스프링 특성을 갖는 하중지지 기구와 병렬로, 포지티브의 스프링 특성을 갖는 지지 기구와 네거티브의 스프링 특성을 갖는 지지 기구를 직렬로 접속한 구성을 채용한 점에 특징이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명이 채용한 기술해결 수단은,

베이스와 제 2 부재 사이에 제 1 부재를 통하여 포지티브의 스프링 특성을 갖는 지지 기구와 네거티브의 스프링 특성을 갖는 지지 기구를 직렬로 접속한 지지 기구와, 상기 지지 기구와 병렬로 포지티브의 스프링 특성을 갖는 하중지지 기구를 베이스와 제 2 부재 사이에 배치함으로써 직동 외란에 대해 대략 무한대의 강성을 갖게 하는 동시에, 베이스에 대한 진동을 차단하는 것을 특징으로 하는 제진 방법이다.

또, 베이스와 제 1 부재 사이에 스프링을 배열 설치하여 베이스로부터 제 1 부재로 전해지는 진동을 차단함과 동시에, 상기 제 1 부재와 제 2 부재 사이에 영구자석과 전자석으로 구성되는 제로 파워 특성을 갖는 자기부상 기구를 배열 설치하고, 또한 베이스와 제 2 부재 사이에 포지티브의 스프링 특성을 갖는 하중지지 기구를 배열 설치함으로써, 상기 제 1 부재로부터 제 2 부재로 전해지는 진동을 차단함과 동시에, 상기 제 2 부재에 걸리는 하중을 상기 자기부상 기구와 상기 하중지지 기구에 의해 지지할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 제진 방법이다.

또, 베이스와 제 1 부재 사이에 스프링을 배열 설치하여 베이스로부터 제 1 부재로 전해지는 진동을 차단함과 동시에, 상기 제 1 부재와 제 2 부재 사이에 영구자석과 전자석으로 구성되는 제로 파워 특성을 갖는 자기부상 기구와 그 자기부상 기구와 병렬로 포지티브의 스프링 특성을 갖는 스프링 요소를 배열 설치하고, 또한 베이스와 제 2 부재 사이에 포지티브의 스프링 특성을 갖는 하중지지 기구를 배열 설치함으로써, 상기 제 1 부재로부터 제 2 부재로 전해지는 진동을 차단함과 동시에, 상기 제 2 부재에 걸리는 하중을 상기 자기부상 기구와 상기 하중지지 기구에 의해 지지할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 제진 방법이다.

또, 베이스와 제 1 부재 사이에 포지티브의 스프링 특성을 갖는 스프링 요소와 그 스프링 요소와 병렬로 리니어 액추에이터를 배치하고, 베이스로부터 제 1 부재로 전해지는 진동을 차단함과 동시에, 상기 제 1 부재와 제 2 부재 사이에 영구자석과 전자석으로 구성되는 제로 파워 특성을 갖는 자기부상 기구를 배열 설치하고, 또한 베이스와 제 2 부재 사이에 포지티브의 스프링 특성을 갖는 하중지지 기구를 배열 설치함으로써, 상기 제 1 부재로부터 제 2 부재로 전해지는 진동을 차단함과 동시에, 상기 제 2 부재에 걸리는 하중을 상기 자기부상 기구와 상기 하중지지 기구에 의해 지지할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 제진 방법이다.

또, 베이스와 제 1 부재 사이에 스프링을 배열 설치하여 베이스로부터 제 1 부재로 전해지는 진동을 차단함과 동시에, 상기 제 1 부재와 제 2 부재 사이에 네거티브의 스프링 특성을 갖는 제로 파워 자기부상 기구를 배치하고, 또한 제 2 부재와 베이스 사이에 포지티브의 스프링 특성을 갖는 공기 스프링으로 이루어지는 하중지지 기구를 배치함으로써, 상기 제 1 부재로부터 제 2 부재로 전해지는 진동을 차단하고, 또한, 상기 제 2 부재에 작용하는 하중 일부를 상기 하중지지 기구에 의해 지지하는 것을 특징으로 하는 제진 방법이다.

또, 베이스에 소정의 포지티브의 스프링 특성을 갖는 스프링에 의해 지지된 중간대와 이 중간대에 대해 영구자석과 전자석으로 구성되고 소정의 네거티브의 스프링 특성의 제로 파워 특성을 갖는 자기부상 기구에 의해 지지된 제진 테이블을 구비하고, 또한 상기 제진 테이블과 베이스 사이에는 포지티브의 스프링 특성을 갖는 하중지지 기구를 배치한 것을 특징으로 하는 제진 장치이다.

또, 베이스에 소정의 포지티브의 스프링 특성을 갖는 스프링에 의해 지지된 중간대와, 이 중간대에 대해 영구자석과 전자석으로 구성되고 소정의 네거티브의 스프링 특성의 제로 파워 특성을 갖는 자기부상 기구 및 그 자기부상 기구와 병렬로 배치한 포지티브의 스프링 특성을 갖는 스프링 요소에 의해 지지된 제진 테이블을 구비하고, 또한 상기 제진 테이블과 베이스 사이에는 포지티브의 스프링 특성을 갖는 하중지지 기구를 배치한 것을 특징으로 하는 제진 장치이다.

또, 베이스에 소정의 포지티브의 스프링 특성을 갖는 스프링 요소와 리니어 액추에이터에 의해 지지된 중간대와, 이 중간대에 대해 영구자석과 전자석으로 구성되고 소정의 네거티브의 스프링 특성의 제로 파워 특성을 갖는 자기부상 기구에 의해 지지된 제진 테이블을 구비하고, 또한 상기 제진 테이블과 베이스 사이에는 포지티브의 스프링 특성을 갖는 하중지지 기구를 배치한 것을 특징으로 하는 제진 장치이다.

또, 상기 하중지지 기구는, 포지티브의 스프링 특성을 갖는 스프링 요소와 그 스프링 요소에 병렬로 설치한 소정의 감쇠율의 감쇠 장치로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 제진 장치이다.

또, 상기 하중지지 기구는 포지티브의 스프링 특성을 갖는 공기 스프링인 것을 특징으로 하는 제진 장치이다.

또, 상기 베이스와 중간대 사이에, 상기 포지티브의 스프링 특성을 갖는 스프링 요소와 병설하여 소정의 감쇠율의 감쇠 장치를 설치한 것을 특징으로 하는 제진 장치이다.

또, 상기 자기부상 기구를 구성하는 전자석의 흡인력은 제진 테이블에 작용하는 하중 증감에 따라 증감하도록 구성한 것을 특징으로 하는 제진 장치이다.

또, 상기 제진 장치에서, 상기 베이스와 상기 제진 테이블은, 모두 대향 부재를 연결부재로 연결하여 구성하고, 또한 베이스와 제진 테이블의 대향 부재가 번갈아 이루어지도록 배치되고, 중앙부의 베이스 및 제진 테이블의 대향 부재 사이에 중간대를 배치한 것을 특징으로 하는 제진 장치이다.

또, 상기 제진 장치에 있어서, 상기 베이스는 제진 장치를 형성하는 바닥인 것을 특징으로 하는 제진 장치이다.

또, 상기 제진 장치에 있어서, 적어도 베이스, 중간대, 제진 테이블의 1세트를 하나의 유닛으로 모아서 구성한 것을 특징으로 하는 제진 장치이다.

또, 베이스와 제 1 부재 사이에 스프링을 배열 설치하고 베이스로부터 제 1 부재로 전해지는 진동을 차단함과 동시에, 상기 제 1 부재와 제 2 부재 사이에 액추에이터와 제어장치로 구성되는 지지 기구에 의해 네거티브의 스프링 특성을 부여함으로써, 상기 제 1 부재로부터 제 2 부재로 전해지는 진동을 차단하고, 또한, 상기 제 2 부재와 베이스 사이에 포지티브의 스프링 특성을 갖는 하중지지 기구를 배치하고, 제 2 부재에 작용하는 하중 일부를 상기 하중지지 기구에 의해 지지하는 것을 특징으로 하는 제진 방법이다.

또, 베이스와 제 1 부재 사이에 스프링을 배열 설치하여 베이스로부터 제 1 부재로 전해지는 진동을 차단하고, 또한 상기 제 1 부재와 제 2 부재 사이에 액추에이터와 제어장치로 구성되는 지지 기구에 의해 네거티브의 스프링 특성을 부여함과 동시에 상기 제 1 부재와 제 2 부재 사이에 포지티브의 스프링 특성을 갖는 스프링 요소를 배치함으로써, 상기 제 1 부재로부터 제 2 부재로 전해지는 진동을 차단하고, 또한, 상기 제 2 부재와 베이스 사이에 포지티브의 스프링 특성을 갖는 하중지지 기구를 배치하고, 제 2 부재에 작용하는 하중 일부를 상기 하중지지 기구에 의해 지지하는 것을 특징으로 하는 제진 방법이다.

또, 베이스와 제 1 부재 사이에 포지티브의 스프링 특성을 갖는 지지 기구와 리니어 액추에이터를 배열 설치하여 베이스로부터 제 1 부재로 전해지는 진동을 차단하고, 또한 상기 제 1 부재와 제 2 부재 사이에 액추에이터와 제어장치로 구성되는 지지 기구에 의해 네거티브의 스프링 특성을 부여함과 동시에 상기 액추에이터와 병렬로 상기 제 1 부재와 제 2 부재 사이에 포지티브의 스프링 특성을 갖는 스프링 요소를 배치함으로써, 상기 제 1 부재로부터 제 2 부재로 전해지는 진동을 차단하고, 또한, 상기 제 2 부재와 베이스 사이에 포지티브의 스프링 특성을 갖는 하중지지 기구를 배치하고, 제 2 부재에 작용하는 하중 일부를 상기 하중지지 기구에 의해 지지하는 것을 특징으로 하는 제진 방법이다.

또, 베이스에 소정의 포지티브의 스프링 특성을 갖는 스프링 요소에 의해 지지된 중간대와, 이 중간대에 대해 액추에이터와 제어장치로 구성되고 소정의 네거티브의 스프링 특성을 갖는 지지 기구에 의해 지지된 제진 테이블을 구비하고, 상기 제진 테이블과 베이스 사이에는 포지티브의 스프링 특성을 갖는 하중지지 기구를 배치한 것을 특징으로 하는 제진 장치이다.

또, 베이스에 소정의 포지티브의 스프링 특성을 갖는 스프링 요소와 리니어 액추에이터에 의하여 지지된 중간대와, 이 중간대에 대해 액추에이터와 제어장치로 구성되고 소정의 네거티브의 스프링 특성을 갖는 지지 기구에 의해 지지된 제진 테이블을 구비하고, 상기 제진 테이블과 베이스 사이에는 포지티브의 스프링 특성을 갖는 하중지지 기구를 배치한 것을 특징으로 하는 제진 장치이다.

또, 상기 중간대와 제진 테이블 사이에 설치하는 지지 기구(액추에이터)와 병렬로 포지티브의 스프링 특성을 갖는 스프링 요소를 구비한 것을 특징으로 하는 제진 장치이다.

또, 상기 제진 장치에 있어서, 상기 베이스와 상기 제진 테이블은, 모두 대향 부재를 연결부재로 연결하여 구성하고, 또한 베이스와 제진 테이블의 대향 부재가 번갈아 이루어지도록 배치되고, 중앙부의 베이스 및 제진 테이블의 대향 부재 사이에 중간대를 배치한 것을 특징으로 하는 제진 장치이다.

또, 베이스에 소정의 포지티브의 스프링 특성을 갖는 스프링 요소에 의해 지지된 복수의 중간대와, 이 복수의 중간대에 대해 액추에이터와 제어장치로 구성되고 소정의 네거티브의 스프링 특성을 갖는 지지 기구에 의해 지지된 제진 테이블을 구비하고, 상기 제진 테이블과 베이스 사이에는 포지티브의 스프링 특성을 갖는 하중지지 기구를 배치한 것을 특징으로 하는 제진 장치이다.

또, 상기 하중지지 기구는, 포지티브의 스프링 특성을 갖는 스프링과 그 스프링에 병렬로 설치한 소정의 감쇠율의 감쇠 장치로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 제진 장치이다.

또, 상기 베이스와 중간대 사이에, 상기 포지티브의 스프링 특성을 갖는 스프링과 병설하여 소정의 감쇠율의 감쇠 장치를 설치한 것을 특징으로 하는 제진 장치이다.

또, 상기 중간대에 설치된 액추에이터의 신장을 제진 테이블에 작용하는 하중 증감에 따라 증감시키도록 구성한 것을 특징으로 하는 제진 장치이다.

또, 상기 액추에이터가 보이스 코일 모터, 리니어 모터, 공기압 액추에이터, 유압 액추에이터 등의 리니어 액추에이터이며, 상기 제어장치가 변위 센서 및 제어회로 및 전력증폭기로 구성된 것을 특징으로 하는 제진 장치이다.

도 1은 본 발명의 원리를 설명하는 도면이다.

도 2는 본 발명의 제진 장치의 제 1 실시예를 도시하는 도면이다.

도 3은 본 발명의 제진 장치의 제 2 실시예를 도시하는 도면이다.

도 4는 본 발명의 제진 장치의 제 3 실시예를 도시하는 도면이다.

도 5는 본 발명의 제진 장치의 제 4 실시예를 도시하는 도면이다.

도 6은 본 발명의 제진 장치의 제 5 실시예를 도시하는 도면이다.

도 7은 본 발명의 제진 장치의 제 6 실시예를 도시하는 도면이다.

도 8은 본 발명의 제진 장치의 제 7 실시예를 도시하는 도면이다.

도 9는 본 발명의 제진 장치의 제 8 실시예를 도시하는 도면이다.

도 10은 본 발명의 제진 장치의 제 9 실시예를 도시하는 도면이다.

도 11은 본 발명의 제진 장치의 제 10 실시예를 도시하는 도면이다.

도 12는 본 발명의 제진 장치의 제 11 실시예를 도시하는 도면이다.

도 13은 본 발명의 제진 장치의 제 12 실시예를 도시하는 도면이다.

도 14는 본 발명의 제진 장치의 제 13 실시예를 도시하는 도면이다.

도 15는 본 발명의 제진 장치의 제 14 실시예를 도시하는 도면이다.

도 16은 본 발명의 제진 장치의 제 15 실시예를 도시하는 도면이다.

도 17은 본 발명의 제진 장치의 제 16 실시예를 도시하는 도면이다.

도 18은 패시브 제진 장치에 유닛형 제진 장치를 부가한 도면이다.

도 19는 패러렐 링크를 이용한 6자유도 액티브 제진 장치이다.

도 20은 종래의 스프링계의 제진 시스템의 도면이다.

도 21은 종래의 액티브 제진 시스템의 설명도이다.

본 발명은, 포지티브의 스프링 특성을 갖는 지지 기구와 네거티브의 스프링 특성을 갖는 지지 기구를 직렬로 접속한 지지 기구에 대해, 포지티브의 스프링 특성을 갖는 하중지지 기구를 병렬로 배치하여 구성한 제진 방법 및 제진 장치이다. 또, 상기 제진 장치를 구성하는 베이스, 중간대, 제진 테이블의 1세트를 하나의 유닛으로서 유닛화 한 제진 장치이다.

이하, 본 발명의 제진 방법 및 그 장치의 실시형태를 도면에 기초하여 설명한다. 본 발명은, 포지티브의 스프링 특성을 갖는 지지 기구와, 네거티브의 스프링 특성을 갖는 지지 기구를 직렬로 접속하는 동시에, 이들 지지 기구에 병렬로 포지티브의 스프링 특성을 갖는 지지 기구를 배치함으로써, 장치상에서 발생하는 직동 외란에 대해 대략 무한대의 강성을 갖게 함과 동시에, 바닥(베이스)에 대한 진동을 차단한다. 또한 제진 테이블의 하중 전부(또는 일부)는 자기부상 기구에 의해 받을 필요가 없게 되므로 자석부를 소형화 할 수 있어, 코스트의 대폭적인 저감을 도모할 수 있는 것이다. 이하, 네거티브의 스프링 특성을 갖는 지지 기구로서, 제로 파워 특성을 갖는 자기부상 기구를 사용한 실시예 1에 대해 설명한다. 또한, 제로 파워 특성을 갖는 자기부상 기구 및 전자석의 제어를 포함시킨 기본구성 작용 은, 본 발명자가 제안한 이전의 특허문헌 1(일본 특개 2002-81498)에 개시한 것을 사용함과 동시에, 자기부상의 원리는 본 발명의 특징이 아니므로 그 상세에 관한 설명은 여기에서는 생략한다.

도 2는 본 발명의 제진 장치의 제 1 실시예를 도시하는 것으로, 본 발명은, 베이스로서 바닥을 대상으로 한 것이며, 바닥(1)과 중간대인 제 1 부재(2) 사이에 소정의 포지티브의 스프링 특성 k1을 갖는 스프링(스프링 요소)을 배열 설치하여 베이스로부터 제 1 부재(2)로 전해지는 진동을 차단함과 동시에, 상기 제 1 부재(2)와 제진 테이블인 제 2 부재(3) 사이에 영구자석(6)과 전자석(7)으로 구성되는 네거티브의 스프링 특성을 갖는(제로 파워 특성을 갖는) 자기부상 기구(4)를 배열 설치하고 있다. 또한, 바닥(1)과 제 2 부재(제진 테이블)(3)의 사이에는 하중지지용의 포지티브의 스프링 특성(k3)를 갖는 하중지지 기구(5)를 배치하고 있다. 또한, 포지티브의 스프링 특성(k1, k3)을 갖는 지지 기구에는, 각각 필요에 따라서 소정의 감쇠율을 갖는 감쇠 장치(c1, c3)를 도시한 바와 같이 병렬로 설치할 수도 있다.

그리고, 본 실시예의 경우에는, 바닥(1)에 대해 소정의 포지티브의 스프링 특성(k3)의 스프링에 의해 지지된 제진 테이블(3)과, 중간대(2)에 대해 영구자석과 전자석으로 구성되고 소정의 네거티브의 스프링 특성(ks)을 갖고, 또한 제로 파워 특성을 갖는 자기부상 기구(4)에 의해 지지된 제진 테이블(3)로 구성되어 있기 때문에, 도시의 예에서는, 중간대(2)에 설치된 전자석(7)의 흡인력을 영구자석(6)이 설치된 제진 테이블(3)의 질량증가 등에 기인하는 하중의 증감에 따라 증감시키도 록 적당한 제어장치(도시생략)에 의해 제어할 수 있다. 또 제 2 부재(3)에 작용하는 하중 전부(또는 일부)를 자기부상 기구(4)에 의해 받을 필요가 없게 된다. 또한 본 예에서는 전자석(7)이 중간대(2)에, 영구자석(6)이 제진 테이블(3)측에 부착되어 있는데, 이것들을 반대로 하거나, 모아서 한쪽에 부착할 수도 있다. 또, 상기 제어장치가 변위 센서 및 제어회로 및 전력증폭기로 구성되어 있는 것은 전술한 특허문헌 1의 경우와 동일하다. 또한 전자석과 영구자석의 배치에 대해서는 앞에 기술한 특허문헌 1(일본 특개 2002-81498)에서 상세하게 설명한 구성의 것을 사용할 수 있는 것은 당연하다.

이 결과 제로 파워 특성을 갖는 자기부상 기구내의 자석부를 소형화 할 수 있어, 코스트의 대폭적인 저감을 도모할 수 있다. 또, 구조를 단순화할 수 있어, 제진 장치 전체의 설계가 하기 쉬워짐과 동시에 저코스트화를 도모할 수 있다.

도 3은 본 발명의 제진 장치의 제 2 실시예를 도시하고 있다. 상기 제 1 실시예에서는, 제진 테이블(3)의 흡인력이 작용하는 부분은 중간대(2)의 하측에 있다. 이것은, 제로 파워 자기부상과 같이 직류전자석의 흡인력을 이용한 자기부상계에서는 원리적으로 부상 대상물에 흡인력밖에 작용시켜지지 않기 때문인데, 이것은 제진 장치의 구조를 복잡하게 함과 동시에, 장치의 설계의 자유도를 좁히는 것으로도 되고 있다.

이에 반해, 스프링 요소(k3)를 이용하여 중력보다도 큰 상향력이 제진 테이블에 작용하도록 하면, 도 3에 도시하는 바와 같은 구성의 제진 장치가 가능하게 된다. 이 경우에는 제진 테이블의 자석의 흡인력이 작용하는 부분을 중간대의 하 측으로 가지고 올 필요가 없게 되므로, 장치 전체의 구조를 단순화할 수 있다.

도 3을 참조하여 제 2 실시예의 구성을 설명하면 바닥(1)에는 포지티브의 스프링 특성을 갖는 소정의 스프링 특성으로 이루어지는 지지 기구에 의해 중간대(2)가 지지되어 있고, 또한 중간대(2)와 제진 테이블(3) 사이에는 네거티브의 스프링 특성을 갖는 소정의 스프링 특성을 갖는 자기부상 기구(4)가 배치되어 있다. 제진 테이블(3)은 본 예에서는 중간대(2)의 전체를 상측으로부터 덮는 형상으로 되어 있다. 또한, 제진 테이블(3)에는 하중지지 기구를 구성하는 포지티브의 스프링 특성(k3)을 갖는 하중지지 기구가 바닥(1)과 제진 테이블(3)의 사이에 배치되어 있다. 그리고, 전술한 포지티브의 스프링 특성을 갖는 각 지지 기구에는, 각각 필요에 따라 감쇠 장치를 도면에 나타내는 바와 같이 병렬로 설치한다. 또한, 본 예에서는 자기부상 기구는 중간대측에 설치되어 있지만, 제진 테이블(3)측에 설치할 수도 있다.

도 4는 본 발명의 제진 장치의 제 3 실시예를 도시하고 있다. 상기 제 2 실시예에서는, 네거티브의 스프링 특성의 크기는, 제로 파워 자기부상의 영구자석의 세기와, 중간대에서 영구자석의 흡인력이 작용하는 개소와 영구자석 사이의 공극의 크기로 결정되어버린다. 이 때문에, 제 3 실시예에서는, 제로 파워 자기부상 기구와 병렬로 포지티브의 스프링 특성을 갖는 스프링 요소(k2)를 삽입함으로써, 네거티브의 스프링 특성의 크기를 조정할 수 있도록 하고 있다.

도 4에 있어서, 바닥(1)에는 포지티브의 스프링 특성을 갖는 소정의 스프링 특성으로 이루어지는 지지 기구(스프링 요소)(k1)에 의해 중간대(2)가 지지 되어 있고, 또한 중간대(2)와 제진 테이블(3) 사이에는 네거티브의 스프링 특성을 갖는 자기부상 기구(4)가 배치되어 있다. 또, 중간대(2)와 제진 테이블(3) 사이에 포지티브의 스프링 특성을 갖는 스프링 요소(k2)가 자기부상 기구(4)와 병렬로 배치되어 있다. 제진 테이블(3)은 본 예에서는 중간대(2) 전체를 상측으로부터 덮는 단면이 대략 역 ㄷ자 형상을 한 형상으로 되어 있다. 또한, 제진 테이블(3)에는 하중지지 기구를 구성하는 포지티브의 스프링 특성(k3)을 갖는 하중지지 기구가 바닥(1)과 제진 테이블(3) 사이에 배치되어 있다. 그리고, 전술한 포지티브의 스프링 특성을 갖는 각 지지 기구(k1, k3)에는, 각각 필요에 따라 감쇠 장치(c1, c3)를 도시하는 바와 같이 병렬로 설치한다. 또한, 본 예에서는 자기부상 기구는 중간대측에 설치되어 있는데, 제진 테이블(3)측에 설치할 수도 있다.

상기와 같은 구성으로 함으로써, 제로 파워 자기부상 기구만에 의한 네거티브의 스프링 특성의 크기를 kn으로 하면, 중간대에 대한 제진 테이블의 네거티브의 스프링 특성의 크기는 (kn-k2)이 되고, 이것과 포지티브의 스프링 특성의 크기 k1을 동일하게 설정하면, 직동 외란에 대해 대략 무한대의 강성을 유지한 채, 바닥 진동에 대한 진동차단 특성을 더욱 양호하게 하는 것이 가능하게 된다.

도 4에 도시한 계를 사용하여, 제로 파워 자기부상 기구와 병렬로 포지티브의 스프링 특성을 갖는 스프링 요소(k2)를 삽입함으로써, 중간대에 대한 제진 테이블의 네거티브의 스프링 특성의 크기가 (kn-k2)이 되는 것을 설명한다. 중간대가 움직이지 않으면 가정하는(x1=0, 단 x1은 중간대의 평형점으로부터의 변위)와, 제진 테이블의 운동 방정식은, 다음 식과 같이 구해진다.

(1)

여기에서,

x2: 제진 테이블의 평형점으로부터의 변위

kn: 자석의 변위·흡인력 계수

ki: 자석의 전류·흡인력 계수

i: 제어전류

fd: 제진 테이블에 작용하는 직동 외란

제로 파워 제어를 달성하는 제어입력은 다음과 같이 나타낼 수 있다.

I(s)= -c2(s)s X2(s) (2)

여기에서 c2(s)는 0(제로)을 극에 갖지 않는 강 프로파 한 전달함수로, 제어계가 안정으로 되도록 선정된다. 중간대가 움직이지 않는다고 가정되어 있는 경우에는 2차식 이상의 차수를 갖는 제어기에 의해 안정화가 가능하게 된다.

간단하게 하기 위해 초기 조건을 0으로 가정하여 (1)식을 라플라스 변환하고, 이것에 식(2)을 대입하여 정리하면 다음 식이 얻어진다. 또한, 각 변수의 라플라스 변환은 대응하는 대문자로 나타내고 있다.

(3)

직동 외란에 대한 강성을 평가하기 위해서,

Fd(s)=F0/s FO=일정 (4)

으로 한다. 제진 테이블의 중간대에 대한 변위 x(∞)는 다음과 같이 구해진다.

(5)

따라서, 제진 테이블의 중간대에 대한 네거티브의 강성(=힘/변위)의 크기는 kn-k2이 된다.

도 5는 본 발명의 제진 장치의 제 4 실시예를 도시하고 있다. 상기 제 2 실시예(도 3 참조)에서는, 바닥(1)에 대한 중간대(2)의 포지티브의 스프링 특성의 크기 및 감쇠 특성은 스프링 요소(k1) 및 감쇠 장치(c1)에 의해 정해져 버린다. 이에 반해 도 5에 도시하는 바와 같이, 이들 요소와 병렬로 리니어 액추에이터(A1)를 바닥(1)과 중간대(2) 사이에 삽입하고, 이것을 제어함으로써 포지티브의 스프링 특성 및 감쇠 특성을 보다 유연하게 조정하는 것이 가능하게 된다.

도 5에 있어서 바닥(1)에는 포지티브의 스프링 특성을 갖는 지지 기구(스프링 요소(k1))에 의해 중간대(2)가 지지 되어 있고, 또한 그 지지 기구(k1)와 병렬로 리니어 액추에이터(A1)가 배치되어 있다. 그리고 중간대(2)와 제진 테이블(3) 사이에는 네거티브의 스프링 특성을 갖는 자기부상 기구(4)가 배치되어 있다. 제 진 테이블(3)은 본 예에서는 중간대(2) 전체를 상측으로부터 덮는 단면이 대략 역 ㄷ자 형상을 한 형상으로 되어 있다. 또한, 제진 테이블(3)에는 하중지지 기구를 구성하는 포지티브의 스프링 특성(k3)를 갖는 하중지지 기구가 바닥(1)과 제진 테이블(3) 사이에 배치되어 있다. 전술한 포지티브의 스프링 특성을 갖는 각 지지 기구(k1, k3)에는, 각각 필요에 따라 감쇠 장치(c1, c3)가 도시하는 바와 같이 병렬로 설치되어 있다. 또한, 본 예에서는 자기부상 기구는 중간대측에 설치되어 있는데, 제진 테이블(3)측에 설치할 수도 있다.

도 6은 본 발명의 제진 장치의 제 5 실시예를 도시하고 있다. 제 5 실시예는, 하중지지 기구로서, 종래의 패시브 제진 장치에서 사용되고 있는 공기 스프링을 사용한 구성예이다.

제 5 실시예에서는 바닥(1)에는 포지티브의 스프링 특성을 갖는 소정의 스프링 특성으로 이루어지는 지지 기구(스프링 요소(k1))에 의해 복수(본 예에서는 2대)의 중간대(2)가 지지 되어 있고, 또한 각각의 중간대(2)와 제진 테이블(3) 사이에는 네거티브의 스프링 특성을 갖는 제로 파워 자기부상 기구(4)가 배치되어 있다. 또한, 제진 테이블(3)에는 하중지지 기구를 구성하는 포지티브의 스프링 특성(k3)를 갖는 공기 스프링(9)이 바닥(1)과의 사이에 배치되어 있다. 그리고, 전술한 포지티브의 스프링 특성을 갖는 지지 기구(k1)에는, 필요에 따라서 감쇠 장치(c1)를 병렬로 설치할 수 있다.

이 구성에 의해 제로 파워 자기부상 기구(4)를 이용하여 네거티브의 강성을 실현하고, 그 절대값을 k1과 동일하게 함으로써, 직동 외란에 대한 강성을 무한대 로 할 수 있다. 따라서, 종래의 패시브 제진 차단 특성을 열화시키지 않고, 직동 외란에 대한 강성을 무한대로 할 수 있다.

도 7은 본 발명의 제진 장치의 제 6 실시예를 도시하고 있다. 상기 제 6 실시예는, 네거티브의 스프링 특성을 갖는 지지 기구를 실현하는데 액추에이터(리니어 액추에이터)(8)를 사용하고 있다. 제진 테이블(3)은 포지티브의 스프링 요소(k3)와 감쇠 요소(c3)로 이루어지는 하중지지 기구(5)에 의해, 바닥(1)으로부터 지지되어 있다. 이 하중지지 기구(5)의 스프링 요소(k3)의 상향력을 이용함으로써, 리니어 액추에이터(8)로 지지하는 하중을 경감할 수 있으므로, 리니어 액추에이터(8)가 소형이어도 되므로, 저코스트화를 도모할 수 있다. 또한, 상기 리니어 액추에이터(8) 대신에, 보이스 코일 모터, 리니어 모터, 공기압 액추에이터, 유압 액추에이터 등의 리니어 액추에이터를 사용할 수 있는 것은 당연하다.

도 8은 본 발명의 제진 장치의 제 7 실시예를 도시하고 있다. 상기 도 7에 도시하는 제 6 실시예에서는, 바닥에 대한 중간대의 포지티브의 스프링 특성의 크기 및 감쇠 특성은 스프링 요소(k1)와 감쇠 요소(c1)에 의해 정해져 버린다. 이에 반해 도 8에 도시하는 제 7 실시예에서는, 스프링 요소(k1)와 감쇠 요소(c1)가 병렬로 네거티브의 스프링 특성을 갖는 리니어 액추에이터(10)를 중간대(2)와 바닥(1) 사이에 삽입하고, 이것을 제어함으로써 포지티브의 스프링 특성 및 감쇠 특성을 더욱 유연하게 조정할 수 있다.

도 8에서, 제진 테이블(3)은, 포지티브의 스프링 요소(k3)과 감쇠 요소(c3)로 이루어지는 하중지지 기구(5)에 의해, 바닥(1)으로부터 지지되어 있다. 또, 중 간대는 포지티브의 스프링 요소(k1)와 감쇠 요소(c1)로 이루어지는 지지 기구에 의해, 바닥(1)으로부터 지지되어 있다. 또한 상기 스프링 요소(k1)와 감쇠 요소(c1)와 병렬로 중간대와 바닥(1) 사이에는 네거티브의 스프링 특성을 갖는 리니어 액추에이터(10)가 배치된다. 또, 중간대(2)와 제진 테이블(3) 사이에는, 네거티브의 스프링 특성을 갖는 액추에이터(리니어 액추에이터)(8)와 포지티브의 스프링 특성을 갖는 스프링 요소(k2)가 배치된다. 또, 중간대(2)와 제진 테이블(3) 사이의 포지티브의 스프링 특성을 갖는 스프링 요소(k2)는 삭제하는 것도 가능하다. 또, 상기 리니어 액추에이터(8, 10) 대신에, 보이스 코일 모터, 리니어 모터, 공기압 액추에이터, 유압 액추에이터 등의 리니어 액추에이터를 사용할 수 있는 것은 당연하다.

도 9는 본 발명의 제진 장치의 제 8 실시예를 도시하고 있다. 제 8 실시예는, 하중지지 기구(5)로서, 종래의 패시브 제진 장치에서 사용되고 있는 공기 스프링을 이용한 경우의 제진 장치의 구성예이다.

제 8 실시예에서는 바닥(1)에는 포지티브의 스프링 특성을 갖는 소정의 스프링 특성으로 이루어지는 지지 기구에 의해 복수(본 예에서는 2대)의 중간대(2)가 지지 되어 있고, 또한 각각의 중간대(2)와 제진 테이블(3) 사이에는 네거티브의 스프링 특성을 갖는 리니어 액추에이터(8)가 배치되어 있다. 제진 테이블(3)은 본 예에서는 중간대(2) 전체를 상측으로부터 덮는 형상으로 되어 있고, 또한, 제진 테이블(3)에는 하중지지 기구(5)를 구성하는 포지티브의 스프링 특성을 갖는 공기 스프링(9)이 바닥(1)과의 사이에 배치되어 있다. 그리고, 전술한 포지티브의 스프링 특성을 갖는 지지 기구(k1)에는, 필요에 따라서 감쇠 장치(c1)를 도면에 도시하는 바와 같이 병렬로 설치한다. 이 구성에 의해 리니어 액추에이터를 이용하여 네거티브의 강성을 실현하고, 그 절대값을 k1과 동일하게 함으로써, 직동 외란에 대한 강성을 무한대로 할 수 있다. 따라서, 종래의 패시브 제진 차단 특성을 열화시키지 않고, 직동 외란에 대한 강성을 무한대로 할 수 있다.

그런데, 이상 설명해 온 제 1 실시예로부터 제 8 실시예의 「네거티브의 강성과 포지티브의 강성을 조합시킨 제진 장치」에서는, 포지티브 네거티브 쌍방의 강성의 절대값은 동일하게 될 때, 제진 테이블이 갖는 강성이 이론상 무한대로 된다는 현상을 이용하고 있다. 이 중에서 네거티브의 강성을 실현하는 요소로서 「제로 파워 특성을 갖는 자기부상 기구」가 예로 들어져 있고, 지금까지 「포지티브의 강성」으로서 코일 스프링을 사용하고 있었다. 「강성이 이론상 무한대로 된다는 현상」은 동일축상에 「네거티브의 강성」과 「포지티브의 강성」을 배치한 경우에, 축방향의 강성에 관해서만 실현할 수 있다. 즉 제진 테이블이 갖는 6개의 자유도 모두의 강성을 「이론상 무한대」로 하기 위해서는 적어도 6축의 「네거티브의 강성」과 「포지티브의 강성」의 직렬배치가 필요하게 된다.

예를 들면, 전술한 실시예를 사용하여 6자유도 제진 장치를 구성한 경우에는, 본 발명자가 이미 제안, 개시한 일본 특개2002-81498에 기재한 구성을 채용하게 된다.

또, 연직방향에 배치된 하이브리드 전자석(전술한 제로 파워 특성을 갖는 자기부상 기구로서, 이하 자기부상 기구라고 함)에서는 중간대, 제진 테이블의 질량 을 지탱하기 위해서, 대형의 것이 필요하게 되는데, 수평방향으로 배지된 것에서는 중력을 지지할 필요가 없기 때문에 반면(反面) 차동형의 구조를 가질 필요가 있다. 이 때문에, 제진 테이블의 개발에는 2종류의 네거티브의 강성과 포지티브의 강성의 조합을 개발 할 필요가 있다.

또한, 상기 실시예에서는 중간대(제 1 부재)를 공통으로 하나로 하고 있기 때문에, 어떤 축에서의 중간대의 진동의 영향이 다른 축에서도 영향을 미치는 경우가 있다. 또, 제진 테이블의 구조상 3자유도에 대해 4세트의 「네거티브의 강성」과 「포지티브의 강성」의 직렬접속을 사용하지 않으면 안되는 경우에는, 그 장황성을 배제하기 위해서 더욱 복잡한 제어계가 필요하게 되어버린다. 또, 6개 모두의 자유도의 제진이 필요없는 경우에도, 6자유도를 고려하지 않으면 안된다. 이와 같이, 상기의 각 실시예에서는 중간대를 공용으로 한 구성이므로 상술한 바와 같은 문제가 발생한다.

그래서, 본 발명의 이하에 기술하는 제 9 실시예∼제 12 실시예는, 축방향에 강성이 이론상 무한대로 되는 유닛을 도입한 것이다. 즉 적어도 베이스, 중간대, 제진 테이블의 1세트를 유닛화 하고, 유닛 1개에서 1자유도의 제진 기능을 갖게 한다. 1개의 유닛당 1개의 중간대를 갖기 때문에, 다자유도의 제진을 행할 때의 중간대가 공통에 의한 문제점을 해결할 수 있다. 또 복수의 유닛의 조합에 의해, 다자유도의 제진이 가능하고, 또한 여분의 자유도를 고려하지 않아서 된다. 또한 6자유도 모두를 제진하는 경우에는 패러렐 링크 기구를 채용하면 된다.

이하 본 발명의 제 9 실시예∼제 12 실시예에 대해 도면을 참조하여 설명한 다.

도 10은 제 9 실시예로서, 이 제 9 실시예는 전술한 제 1∼제 8 실시예에 도시한 제진 장치에 있어서, 적어도 베이스(기초대(基臺)),대 중간대(제 1 부재), 제진 테이블(제 2 부재) 1세트를 유닛화 하고, 유닛 1개로 하나의 제진 장치를 구성한 것이다.

도 10에 있어서, 21은 기초대(이하 베이스라고 함), 22는 제 1 부재로서의 중간대, 23은 제 2 부재로서의 제진 테이블이며, 베이스(21) 및 제진 테이블(23)은 도면과 같이 상하로 떨어진 대향 부재를 연결부재(28, 29)로 결합하고, 또한 각각의 대향 부재가 번갈아 이루어지도록 배치되어 있다. 상기 대향 부재는 본 예에서는 도면과 같이 평평하게 구성되어 있는데, 반드시 평판이 아니어도, 지지 기구, 자기부상 기구, 하중지지 기구를 부착할 수 있고, 상기한 기능을 달성할 수 있는 것이면, 여러 형태의 대향 부재를 사용할 수 있다. 또, 연결부재(28, 29)도 설계시에 적당한 형상의 것을 채용할 수 있다.

그리고, 중간대(22)는, 도시한 바와 같이 베이스(21) 및 제진 테이블(23) 사이의 대향 부재 사이에 배치되어 있다. 베이스(21)에는 포지티브의 스프링 특성을 갖는 소정의 스프링 특성으로 이루어지는 지지 기구(k1)에 의해 중간대(22)가 지지 되어 있고, 또한 중간대(22)와 제진 테이블(23) 사이에는 네거티브의 스프링 특성을 갖는 소정의 스프링 특성을 갖는 자기부상 기구(24)가 배치되어 있다. 또한, 제진 테이블(23)에는 하중지지 기구를 구성하는 포지티브의 스프링 특성(k3)을 갖는 하중지지 기구가 베이스(21)와 제진 테이블(23) 사이에 배치되어 있다. 그리 고, 전술한 포지티브의 스프링 특성을 갖는 각 지지 기구에는, 각각 필요에 따라 감쇠 장치(c1)를 병렬로 설치한다. 또한, 본 예에서는 자기부상 기구를 구성하는 전자석을 중간대에, 영구자석을 제진 테이블(23)에 설치하고 있는데 이 배치를 반대로 하는 것도 가능하다. 또, 하중지지 기구로서의 스프링(k3) 대신에 전술한 실시예에서도 설명한 공기 스프링을 사용하는 것도 가능하다. 또한 상기 자기부상 기구(24)와 병렬로 포지티브의 스프링 특성을 갖는 스프링 요소를 배치할 수도 있다.

도 11은 제 10 실시예이다. 제 10 실시예는 상기 제 9 실시예에서의 지지 기구(k1)와 병렬로 포지티브의 강성을 갖는 리니어 액추에이터(32)를 배치한 것이다.

도 12는 제 11 실시예이다. 제 11 실시예는 상기 제 9 실시예에 있어서의 자기부상 기구 대신에 네거티브의 강성을 갖는 액추에이터(31)를 배치한 것이다.

도 13은 제 12 실시예이다. 제 12 실시예는 상기 제 9 실시예에 있어서의 자기부상 기구 대신에 네거티브의 강성을 갖는 액추에이터(31)와 포지티브의 스프링 특성을 갖는 스프링 요소(k2)를 배치하고, 또한 베이스와 중간대 사이에 배치한 지지 기구와 병렬로 포지티브의 강성을 갖는 액추에이터(32)를 배치한 것이다.

그런데, 상기 제 9∼제 12 실시예는, 적어도 베이스(기초대), 중간대(제 1 부재), 제진 테이블(제 2 부재) 1세트를 유닛화 하여 구성한 것이다. 구체적으로는, 베이스와 제진 테이블은, 모두 대향 부재를 구비하고, 그들 대향 부재를 연결부재(28, 29)로 연결하여 구성하고, 또한 베이스와 제진 테이블의 대향 부재가 번 갈아 이루어지도록 배치되고, 중앙부의 베이스 및 제진 테이블의 대향 부재 사이에 중간대를 배치한 구성(입롱식(入籠式)(큰 상자 안에 작은 상자를 넣는 형식)이라고 함)으로 되어 있다. 그러나, 상기한 바와 같은 입롱식의 구조로 하면, 장치의 구조를 복잡화함과 동시에 설계의 자유도를 좁히게 되어, 제작에 수고나 코스트가 든다.

이 때문에, 이하에 기술하는 제 13 실시예∼제 16 실시예는, 상기 제 9 실시예∼제 12 실시예의 지지 기구와 상기 도 3(제 2 실시예)∼도 9(제 8 실시예)에 도시하는 바와 같은 하중지지 기구를 병용하여 구성함으로써, 상기 입롱식의 구조를 불필요 하게 하여, 보다 실용성이 높은 유닛으로 할 수 있는 것이다.

도 14는 제 13 실시예이며, 이 제 13 실시예는 전술한 제 9 실시예에 나타낸 입롱식의 제진 장치와, 제 2 실시예 등에 나타내는 비입롱식의 구성을 병용하여 구성한 것이다.

도 14에 있어서, 21은 기초대(이하 베이스라고 함), 22는 제 1 부재로서의 중간대, 23은 제 2 부재로서의 제진 테이블이며, 베이스(21) 및 제진 테이블(23)은 도면과 같이 상하로 떨어져서 배치되고, 또한 베이스(21)와 제진 테이블(23) 사이에 중간대가 배치되어 있다. 베이스(21)는, 포지티브의 스프링 특성을 갖는 소정의 스프링 특성으로 이루어지는 지지 기구(k1)를 통하여 중간대(22)를 지지하고 있고, 또한 중간대(22)와 제진 테이블(23) 사이에는 네거티브의 스프링 특성을 갖는 소정의 스프링 특성을 갖는 자기부상 기구(24)가 배치되어 있다. 또한, 제진 테이블(23)과 베이스(21) 사이에는 하중지지 기구를 구성하는 포지티브의 스프링 특성 (k3)을 갖는 하중지지 기구가 배치되어 있다. 그리고, 전술한 포지티브의 스프링 특성을 갖는 각 지지 기구에는, 각각 필요에 따라 감쇠 장치(c1)를 병렬로 설치한다. 또한, 본 예에서는 자기부상 기구를 구성하는 전자석을 제진 테이블(23)에, 또 영구자석을 중간대(22)에 설치하고 있는데, 이 배치를 반대로 하는 것도 가능하다. 또, 하중지지 기구로서의 스프링(k3) 대신에 전술한 실시예에서도 설명한 공기 스프링을 사용하는 것도 가능하다. 또한 상기 자기부상 기구(24)와 병렬로 포지티브의 스프링 특성을 갖는 스프링 요소를 배치할 수도 있다.

도 15는 제 14 실시예이다. 제 14 실시예는 상기 제 13 실시예에 있어서의 지지 기구(k1)와 병렬로 포지티브의 강성을 갖는 리니어 액추에이터(32)를 배치한 것이다.

도 16은 제 15 실시예이다. 제 15 실시예는 상기 제 13 실시예에 있어서의 자기부상 기구 대신에 네거티브의 강성을 갖는 액추에이터(31)를 배치한 것이다.

도 17은 제 16 실시예이다. 제 16 실시예는 상기 제 13 실시예에 있어서의 자기부상 기구 대신에 네거티브의 강성을 갖는 액추에이터(31)와 포지티브의 스프링 특성을 갖는 스프링 요소(k2)를 배치하고, 또한 베이스와 중간대 사이에 배치한 지지 기구와 병렬로 포지티브의 강성을 갖는 액추에이터(32)를 배치한 것이다.

상기 유닛화 한 제진 장치의 사용방법을 도 18, 도 19에 도시한다. 도 18은 테이블의 다리와 평행하게 유닛화 한 제진 장치를 배치한 예이며, 또 도 19는 패러렐 링크를 이용한 6자유도 액티브 제진 장치의 예dl다.

이상, 본 발명의 제진 방법 및 그 장치의 실시형태를 설명해 왔는데, 본 발 명의 취지의 범위내에서, 중간대 및 제진 테이블의 형상, 형식, 전자석 및 영구자석의 형상, 형식 및 그것들의 배열 설치 형태(전자석을 중간대 또는 제진 테이블에 설치할지, 영구자석을 제진 테이블 또는 중간대에 설치할지, 영구자석에 더하여 강자성체를 병설할지, 혹은 영구자석을 전자석의 철심에 편입하여 제진 테이블 또는 중간대의 어느 일방에만 설치하고, 타방에는 강자성체를 설치하도록 구성해도 좋음), 액추에이터, 스프링 및 감쇠 장치의 형상, 형식 및 그 중간대에의 배열 설치 형태(바닥과 중간대 사이에는 스프링에 더하여 적당한 감쇠 장치를 병설해도 좋음), 제로 파워 특성을 갖는 자기부상 수단, 액추에이터의 제어수단(변위 센서의 종류, 제어회로의 형식, 전력증폭 형태 및 그것들에 의한 액추에이터의 제어형태), 제진의 방향(상기의 각 실시예에서는, 주로 수직방향의 제진에 대해 설명했는데, 수평방향의 제진, 또는 수직방향 및 수평방향을 동시에 제진하도록 구성할 수 있는 것은 말할 필요도 없다.) 등에 대해서는 적당하게 선정할 수 있다. 또, 바닥은 소위 기초대이며, 또 중간대, 제진 테이블의 형상도 적당한 형상의 것을 선택할 수 있다. 또한, 포지티브의 강성을 갖는 지지 기구(스프링 요소)로서는, 고무 등을 포함하는 패시브한 탄성체나 포지티브의 강성을 갖는 액추에이터를 사용할 수 있다. 또, 네거티브의 강성을 갖는 자기부상 기구로서 네거티브의 강성을 갖도록 액티브 제어된 각종 액추에이터를 사용할 수 있다.

또 본 발명은 그 정신 또 주요한 특징으로부터 일탈하지 않고, 다른 여러 형태로 실시할 수 있다. 그 때문에 전술의 실시예는 단순한 예시에 지나지 않고, 한정적으로 해석해서는 안된다. 또한 특허청구범위의 균등 범위에 속하는 변형이나 변경은 모두 본 발명의 범위 내에 있는 것이다.

본 발명에서는, 포지티브의 스프링 특성을 갖는 하중지지 기구와 병렬로, 포지티브의 스프링 특성을 갖는 지지 기구와 네거티브의 스프링 특성을 갖는 지지 기구를 직렬로 접속한 구성을 채용함으로써, 이하와 같은 특유한 효과를 달성할 수 있다.

(a) 네거티브의 스프링 특성을 갖는 지지 기구를 실현하는데도 제로 파워 자기부상 기구를 이용한 경우.

제진 테이블의 하중 전부(또는 일부)를 자기부상 기구에 의해 받을 필요가 없어지므로 자석부를 소형화 할 수 있어, 코스트의 대폭적인 저감을 도모할 수 있다.

또 구조를 단순화할 수 있어, 제진 장치 전체의 설계를 하기 쉬워짐과 동시에 저코스트화를 도모할 수 있다.

(b) 네거티브의 스프링 특성을 갖는 지지 기구를 실현하는데 리니어 액추에이터를 이용한 경우.

제진 테이블의 하중 전부(또는 일부)를 리니어 액추에이터에 의해 받을 필요가 없어지므로, 저출력인 액추에이터를 이용할 수 있게 되므로, 코스트의 대폭적인 저감을 도모할 수 있다.

(c) 상기의 제진 기구를 구성하는 베이스, 중간대, 제진 테이블의 1세트를 하나의 유닛으로 모아서 구성함으로써, 이것들을 복수 조합시킴으로써 다자유도의 제진 장치를 용이하게 구성할 수 있고, 또한, 여분의 자유도를 고려할 필요를 없앨 수 있다. 또한, 6자유도 모두를 제진하는 경우에는 패러렐 링크 기구를 채용함으로써 용이하게 대응할 수 있다.

따라서, 본 발명은,

(1) 반도체 노광 장치나 레이저 가공 장치 등의 정밀기기·장치

(2) 전자현미경, STM, AFM 등의 초정밀계측

(3) 초미세 가공분야

등에 이용할 수 있다.

Claims

베이스와 제 2 부재 사이에 제 1 부재를 통하여 포지티브의 스프링 특성을 갖는 지지 기구와 네거티브의 스프링 특성을 갖는 지지 기구를 직렬로 접속한 지지 기구와, 상기 지지 기구와 병렬로 포지티브의 스프링 특성을 갖는 하중지지 기구를 베이스와 제 2 부재 사이에 배치함으로써 직동 외란에 대해 대략 무한대의 강성을 갖게 하는 동시에, 베이스에 대한 진동을 차단하는 것을 특징으로 하는 제진 방법.
베이스와 제 1 부재 사이에 스프링을 배열 설치하여 베이스로부터 제 1 부재로 전해지는 진동을 차단함과 동시에, 상기 제 1 부재와 제 2 부재 사이에 영구자석과 전자석으로 구성되는 제로 파워 특성을 갖는 자기부상 기구를 배열 설치하고, 또한 베이스와 제 2 부재 사이에 포지티브의 스프링 특성을 갖는 하중지지 기구를 배열 설치함으로써, 상기 제 1 부재로부터 제 2 부재로 전해지는 진동을 차단함과 동시에, 상기 제 2 부재에 걸리는 하중을 상기 자기부상 기구와 상기 하중지지 기구에 의해 지지할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 제진 방법.
베이스와 제 1 부재 사이에 스프링을 배열 설치하여 베이스로부터 제 1 부재로 전해지는 진동을 차단함과 동시에, 상기 제 1 부재와 제 2 부재 사이에 영구자석과 전자석으로 구성되는 제로 파워 특성을 갖는 자기부상 기구와 그 자기부상 기구와 병렬로 포지티브의 스프링 특성을 갖는 스프링 요소를 배열 설치하고, 또한 베이스와 제 2 부재 사이에 포지티브의 스프링 특성을 갖는 하중지지 기구를 배열 설치함으로써, 상기 제 1 부재로부터 제 2 부재로 전해지는 진동을 차단함과 동시에, 상기 제 2 부재에 걸리는 하중을 상기 자기부상 기구와 상기 하중지지 기구에 의해 지지할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 제진 방법.
베이스와 제 1 부재 사이에 포지티브의 스프링 특성을 갖는 스프링 요소와 그 스프링 요소와 병렬로 리니어 액추에이터를 배치하고, 베이스로부터 제 1 부재로 전해지는 진동을 차단함과 동시에, 상기 제 1 부재와 제 2 부재 사이에 영구자석과 전자석으로 구성되는 제로 파워 특성을 갖는 자기부상 기구를 배열 설치하고, 또한 베이스와 제 2 부재 사이에 포지티브의 스프링 특성을 갖는 하중지지 기구를 배열 설치함으로써, 상기 제 1 부재로부터 제 2 부재로 전해지는 진동을 차단함과 동시에, 상기 제 2 부재에 걸리는 하중을 상기 자기부상 기구와 상기 하중지지 기구에 의해 지지할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 제진 방법.
베이스와 제 1 부재 사이에 스프링을 배열 설치하여 베이스로부터 제 1 부재로 전해지는 진동을 차단함과 동시에, 상기 제 1 부재와 제 2 부재 사이에 네거티브의 스프링 특성을 갖는 제로 파워 자기부상 기구를 배치하고, 또한 제 2 부재와 베이스와 사이에 포지티브의 스프링 특성을 갖는 공기 스프링으로 이루어지는 하중지지 기구를 배치함으로써, 상기 제 1 부재로부터 제 2 부재로 전해지는 진동을 차단하고, 또한, 상기 제 2 부재에 작용하는 하중의 일부를 상기 하중지지 기구에 의 해 지지하는 것을 특징으로 하는 제진 방법.
베이스에 소정의 포지티브의 스프링 특성을 갖는 스프링에 의해 지지된 중간대와, 이 중간대에 대해 영구자석과 전자석으로 구성되고 소정의 네거티브의 스프링 특성의 제로 파워 특성을 갖는 자기부상 기구에 의해 지지된 제진 테이블을 구비하고, 또한 상기 제진 테이블과 베이스 사이에는 포지티브의 스프링 특성을 갖는 하중지지 기구를 배치한 것을 특징으로 하는 제진 장치.
베이스에 소정의 포지티브의 스프링 특성을 갖는 스프링에 의해 지지된 중간대와, 이 중간대에 대해 영구자석과 전자석으로 구성되고 소정의 네거티브의 스프링 특성의 제로 파워 특성을 갖는 자기부상 기구 및 그 자기부상 기구와 병렬로 배치한 포지티브의 스프링 특성을 갖는 스프링 요소에 의해 지지된 제진 테이블을 구비하고, 또한 상기 제진 테이블과 베이스 사이에는 포지티브의 스프링 특성을 갖는 하중지지 기구를 배치한 것을 특징으로 하는 제진 장치.
베이스에 소정의 포지티브의 스프링 특성을 갖는 스프링 요소와 리니어 액추에이터에 의해 지지된 중간대와, 이 중간대에 대해 영구자석과 전자석으로 구성되고 소정의 네거티브의 스프링 특성의 제로 파워 특성을 갖는 자기부상 기구에 의해 지지된 제진 테이블을 구비하고, 또한 상기 제진 테이블과 베이스 사이에는 포지티브의 스프링 특성을 갖는 하중지지 기구를 배치한 것을 특징으로 하는 제진 장치.
제 6 항 내지 제 8 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 하중지지 기구는 포지티브의 스프링 특성을 갖는 스프링 요소와 그 스프링 요소에 병렬에 설치한 소정의 감쇠율의 감쇠 장치로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 제진 장치.
제 6 항 내지 제 8 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 하중지지 기구는 포지티브의 스프링 특성을 갖는 공기 스프링인 것을 특징으로 하는 제진 장치.
제 6 항 내지 제 10 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 베이스와 중간대 사이에, 상기 포지티브의 스프링 특성을 갖는 스프링 요소와 병설하여 소정의 감쇠율의 감쇠 장치를 설치한 것을 특징으로 하는 제진 장치.
제 6 항 내지 제 11 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 자기부상 기구를 구성하는 전자석의 흡인력은 제진 테이블에 작용하는 하중 증감에 따라 증감하도록 구성한 것을 특징으로 하는 제진 장치.
제 6 항 내지 제 12 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 베이스와 상기 제진 테이블은 모두 대향 부재를 연결부재로 연결하여 구성하고, 또한 베이스와 제진 테이블의 대향 부재가 번갈아 이루어지도록 배치되고, 중앙부의 베이스 및 제진 테이블의 대향 부재의 사이에 중간대를 배치한 것을 특징으로 하는 제진 장치.
제 6 항 내지 제 13 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 베이스는 제진 장치를 형성하는 바닥인 것을 특징으로 하는 제진 장치.
제 6 항 내지 제 13 항중 어느 한 항에 있어서, 적어도 베이스, 중간대, 제진 테이블의 1세트를 하나의 유닛으로 모아서 구성한 것을 특징으로 하는 제진 장치.
베이스와 제 1 부재 사이에 스프링을 배열 설치하여 베이스로부터 제 1 부재로 전해지는 진동을 차단함과 동시에, 상기 제 1 부재와 제 2 부재 사이에 액추에이터와 제어장치로 구성되는 지지 기구에 의해 네거티브의 스프링 특성을 부여함으로써, 상기 제 1 부재로부터 제 2 부재로 전해지는 진동을 차단하고, 또한, 상기 제 2 부재와 베이스 사이에 포지티브의 스프링 특성을 갖는 하중지지 기구를 배치하여, 제 2 부재에 작용하는 하중 일부를 상기 하중지지 기구에 의해 지지하는 것을 특징으로 하는 제진 방법.
베이스와 제 1 부재 사이에 스프링을 배열 설치하여 베이스로부터 제 1 부재로 전해지는 진동을 차단하고, 또한 상기 제 1 부재와 제 2 부재 사이에 액추에이터와 제어장치로 구성되는 지지 기구에 의해 네거티브의 스프링 특성을 부여함과 동시에 상기 제 1 부재와 제 2 부재 사이에 포지티브의 스프링 특성을 갖는 스프링 요소를 배치함으로써, 상기 제 1 부재로부터 제 2 부재로 전해지는 진동을 차단하고, 또한, 상기 제 2 부재와 베이스 사이에 포지티브의 스프링 특성을 갖는 하중지지 기구를 배치하여, 제 2 부재에 작용하는 하중 일부를 상기 하중지지 기구에 의해 지지하는 것을 특징으로 하는 제진 방법.
베이스와 제 1 부재 사이에 포지티브의 스프링 특성을 갖는 지지 기구와 리니어 액추에이터를 배열 설치하여 베이스로부터 제 1 부재로 전해지는 진동을 차단하고, 또한 상기 제 1 부재와 제 2 부재 사이에 액추에이터와 제어장치로 구성되는 지지 기구에 의해 네거티브의 스프링 특성을 부여함과 동시에 상기 액추에이터와 병렬로 상기 제 1 부재와 제 2 부재 사이에 포지티브의 스프링 특성을 갖는 스프링 요소를 배치함으로써, 상기 제 1 부재로부터 제 2 부재로 전해지는 진동을 차단하고, 또한, 상기 제 2 부재와 베이스 사이에 포지티브의 스프링 특성을 갖는 하중지지 기구를 배치하여, 제 2 부재에 작용하는 하중 일부를 상기 하중지지 기구에 의해 지지하는 것을 특징으로 하는 제진 방법.
베이스에 소정의 포지티브의 스프링 특성을 갖는 스프링 요소에 의해 지지된 중간대와, 이 중간대에 대해 액추에이터와 제어장치로 구성되고 소정의 네거티브의 스프링 특성을 갖는 지지 기구에 의해 지지된 제진 테이블을 구비하고, 상기 제진 테이블과 베이스 사이에는 포지티브의 스프링 특성을 갖는 하중지지 기구를 배치한 것을 특징으로 하는 제진 장치.
베이스에 소정의 포지티브의 스프링 특성을 갖는 스프링 요소와 리니어 액추에이터에 의해 지지된 중간대와, 이 중간대에 대해 액추에이터와 제어장치로 구성되고 소정의 네거티브의 스프링 특성을 갖는 지지 기구에 의해 지지된 제진 테이블을 구비하고, 상기 제진 테이블과 베이스 사이에는 포지티브의 스프링 특성을 갖는 하중지지 기구를 배치한 것을 특징으로 하는 제진 장치.
제 19 항 또는 제 20 항에 있어서, 상기 중간대와 제진 테이블 사이에 설치하는 지지 기구(액추에이터)와 병렬로 포지티브의 스프링 특성을 갖는 스프링 요소를 구비한 것을 특징으로 하는 제진 장치.
제 19 항 내지 제 21 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 베이스와 상기 제진 테이블은 모두 대향 부재를 연결부재로 연결하여 구성하고, 또한 베이스와 제진 테이블의 대향 부재가 번갈아 이루어지도록 배치되고, 중앙부의 베이스 및 제진 테이블의 대향 부재 사이에 중간대를 배치한 것을 특징으로 하는 제진 장치.
제 19 항 내지 제 22 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 베이스는 제진 장치를 형성하는 바닥인 것을 특징으로 하는 제진 장치.
제 19 항 내지 제 22 항중 어느 한 항에 있어서, 적어도 베이스, 중간대, 제 진 테이블의 1세트를 하나의 유닛으로 모아서 구성한 것을 특징으로 하는 제진 장치.
베이스에 소정의 포지티브의 스프링 특성을 갖는 스프링 요소에 의해 지지된 복수의 중간대와, 이 복수의 중간대에 대해 액추에이터와 제어장치로 구성되고 소정의 네거티브의 스프링 특성을 갖는 지지 기구에 의해 지지된 제진 테이블을 구비하고, 상기 제진 테이블과 베이스 사이에는 포지티브의 스프링 특성을 갖는 하중지지 기구를 배치한 것을 특징으로 하는 제진 장치.
제 19 항 내지 제 25 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 하중지지 기구는 포지티브의 스프링 특성을 갖는 스프링과 그 스프링에 병렬로 설치한 소정의 감쇠율의 감쇠 장치로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 제진 장치.
제 19 항 내지 제 25 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 하중지지 기구는 포지티브의 스프링 특성을 갖는 공기 스프링인 것을 특징으로 하는 제진 장치.
제 19 항 내지 제 25 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 베이스와 중간대 사이에, 상기 포지티브의 스프링 특성을 갖는 스프링과 병설하여 소정의 감쇠율의 감쇠 장치를 설치한 것을 특징으로 하는 제진 장치.
제 25 항 내지 제 28 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 중간대에 설치된 액추에이터의 신장을 제진 테이블에 작용하는 하중 증감에 따라 증감시키도록 구성한 것을 특징으로 하는 제진 장치.
제 19 항 내지 제 29 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 액추에이터가 보이스 코일 모터, 리니어 모터, 공기압 액추에이터, 유압 액추에이터 등의 리니어 액추에이터이며, 상기 제어장치가 변위 센서 및 제어회로 및 전력증폭기로 구성된 것을 특징으로 하는 제진 장치.