KR20240037859A - 다단식 제진장치 - Google Patents

Abstract

상하다단식의 제진장치에 있어서, 수평 방향으로 유연한 스프링 특성을 실현한다.
제진장치(1)는, 탑재물(D)이 탑재되는 탑플레이트(12)와, 설치면(F)에 설치되고, 상하 방향으로 신축하는 제1 공기실(S1)이 구획된 하단측 스프링 요소(Sp1)와, 하단측 스프링 요소(Sp1)에 대하여 탑플레이트(12)를 지지함과 함께, 상하 방향으로 신축하는 제2 공기실(S2)이 구획된 상단측 스프링 요소(Sp2)와, 제2 공기실(S2)의 천장면과 제1 공기실(S1)의 천장면을 접속함과 함께, 탑플레이트(12)를 향하여 상방으로 개구된 피스톤웰(41)과, 피스톤웰(41)에 삽입되고, 당해 피스톤웰(41)의 내저면과 탑플레이트(12)의 하면(12a)을 연결하는 서포트봉(42)을 구비한다. 피스톤웰(41) 및 서포트봉(42)은, 탑플레이트(12)에 대한 피스톤웰(41)의 요동을 허용하는 짐벌 피스톤(40)을 구성한다.

Description

다단식 제진장치{MULTI-STAGE VIBRATION ISOLATOR}

본 개시는, 다단식 제진(除振)장치에 관한 것이다.

예를 들어 특허문헌 1에는, 다단식 제진장치로서 구성된 기체 스프링식 제진장치가 개시되어 있다. 구체적으로, 이 특허문헌 1에 따른 기체 스프링식 제진장치는, 다이어프램에 의해 구획된 용적 가변의 2개의 공기실을 구비하고 있다. 이 기체 스프링식 제진장치에서는, 이들 2개의 공기실에 의해, 탑플레이트를 상판부로 하여 피지지체를 지지하는 상단의 공기 스프링과, 보텀플레이트를 바닥판부로 하는 하단의 공기 스프링이 구성되어 있다.

특허문헌 1 : 일본 특허공개 2014-231875호 공보

그런데, 피지지체의 설치 공간 등의 관점에서, 풋프린트(Footprint)가 작은 제진장치가 요구되는 경우가 있다. 이 경우, 피지지체의 대형화, 즉 탑재 중량의 증가에도 대응시키기 위하여, 상기 특허문헌 1에 개시되어 있는 바와 같은 상하다단식의 제진장치를 이용하는 것을 생각할 수 있다.

최근, 상하다단식의 제진장치에 대하여, 풋프린트의 억제와 피지지체의 고중량화에 대한 대응의 양립을 도모할 뿐만 아니라, 수평 방향으로도 유연한 스프링 특성을 요구하는 수요가 있다. 그러나, 종래 알려진 구성에서는, 그러한 수요를 충분히 만족시킬 수는 없었다.

본 개시는, 이러한 점을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 바는, 상하다단식의 제진장치에 있어서, 수평 방향으로 유연한 스프링 특성을 실현하는 데 있다.

본 개시의 제1 양태는, 기초에 대하여 피지지체를 탄성적으로 지지하는 다단식 제진장치에 따른다. 이 다단식 제진장치는, 상기 피지지체가 탑재되는 정반과, 상기 기초에 설치되어, 상하 방향으로 신축하는 제1 공기실이 구획된 하단측 스프링 요소와, 상기 하단측 스프링 요소에 대하여 상기 정반을 지지함과 함께, 상하 방향으로 신축하는 제2 공기실이 구획된 상단측 스프링 요소와, 상기 제2 공기실의 천장면과 상기 제1 공기실의 천장면을 연결하는 지주부를 구비한다.

그리고, 본 개시의 제1 양태에 의하면, 상기 지주부는, 상기 정반을 향하여 상방으로 개구된 바닥 있는 통 형상의 피스톤웰과, 상기 피스톤웰에 삽입되어, 당해 피스톤웰의 내저면과 상기 정반의 하면을 연결하는 서포트봉을 갖고, 상기 피스톤웰 및 상기 서포트봉은, 상기 정반에 대한 상기 피스톤웰의 요동을 허용하는 짐벌 피스톤을 구성한다.

상기 제1 양태에 의하면, 상하다단식의 제진장치에 있어서, 상단측 스프링 요소와 하단측 스프링 요소를 연결하는 지주부에 의해, 피스톤웰 및 서포트봉이 구성되게 된다. 이에 의해, 이 제진장치에서 짐벌 피스톤을 구성하여, 수평 방향으로 유연한 스프링 특성을 실현할 수 있다. 이로써, 상하다단식의 제진장치로 함에 따른 풋프린트의 억제 및 피지지체의 고중량화에 대한 대응과, 짐벌 피스톤을 설치함에 따른 수평 방향의 스프링 특성을 양립시킬 수 있고, 나아가서는 보다 우수한 제진 성능을 실현하는 것이 가능해진다.

또한, 본 개시의 제2 양태에 의하면, 상기 서포트봉은, 상기 피스톤웰 및 상기 정반에 대하여 탈착 가능하게 구성되고, 상기 다단식 제진장치는, 상기 서포트봉 대신에 장착됨으로써 상기 피스톤웰의 상면과 상기 정반의 하면과의 사이에 배치되는 어태치먼트를 추가로 구비하고, 상기 다단식 제진장치는, 상기 서포트봉을 상기 어태치먼트로 치환함으로써, 상기 피스톤웰 및 상기 정반에 대하여 상기 서포트봉을 장착한 제1 형태와, 상기 정반에 대한 상기 피스톤웰의 요동을 규제한 제2 형태 간에서 전환 가능하게 구성된다.

피지지체의 중량 등에 따라서, 제진장치에 요구되는 사양은 다방면에 걸치게 된다. 예를 들어, 전술한 바와 같은 수평 방향으로 유연한 스프링 특성을 구하는 대신에, 동일 방향에서, 약간 딱딱한 스프링 특성이 요구되는 경우도 예상된다. 그러한 경우, 짐벌 피스톤을 당초부터 구비하지 않는 제진장치를 준비하는 것도 생각할 수 있으나, 사양에 따라서 전혀 다른 제진장치를 준비하는 것은, 부품의 조달 비용, 제품의 관리 등을 고려하면 적절하지 않다.

이에 반해, 상기 제2 양태에 의하면, 서포트봉을 상기 어태치먼트와 치환하는 것만으로, 수평 방향의 스프링 특성을 조정할 수 있다. 이에 의해, 제진장치의 성능 및 특성을 구별하여 사용할 수 있고, 다른 사양에 대응시키는 것이 가능해진다. 이로써, 가능한 한 부품의 공통화를 도모할 수 있어, 부품의 조달 비용을 억제함과 함께, 제품을 관리할 때의 수고를 줄이는 것이 가능해진다. 특히, 상기 제2 형태는, 정반 진동의 정정성(整定性)을 확보하는 데 있어서 유효하다.

또한, 본 개시의 제3 양태에 의하면, 상기 서포트봉의 상측 끝단부는, 구면 형상의 상면을 갖는 전동자(轉動子)를 개재하여 상기 정반의 하면에 당접하고, 상기 짐벌 피스톤은, 돔짐벌 피스톤으로서 구성되어도 된다.

상단측 스프링 요소와 하단측 스프링 요소를 연결하는 지주부에 의해 피스톤웰을 구성한 경우, 피스톤웰의 하측 끝단부가 하단측 스프링 요소에 의해 구속되게 되므로, 수평 방향의 스프링 특성을 부드럽게 하는 데 있어서 성능 향상의 여지가 남는다.

이에 반해, 상기 제3 양태와 같이 돔짐벌 피스톤을 이용함으로써, 수평 방향으로 보다 유연한 스프링 특성을 실현하고, 피스톤웰의 하측 끝단부가 하단측 스프링 요소에 의해 구속됨에 따른 영향을 감쇄할 수 있다. 이는, 수평 방향으로 유연한 스프링 특성을 실현하는 데 있어서 유효하다.

또한, 본 개시의 제4 양태에 의하면, 상기 제1 공기실과 상기 제2 공기실과의 사이에는, 당해 제1 공기실의 천장면과 상기 제2 공기실의 바닥면에 의해 구획된 중간 공기실이 개재하며, 상기 중간 공기실은, 상기 제1 공기실 및 상기 제2 공기실 양쪽에 대하여 비연통이 됨과 함께, 대기에 대하여 개방되어도 된다.

상기 제4 양태에 의하면, 제1 공기실과 제2 공기실과의 사이에 중간 공기실을 개재시켰을 때에, 이것을 대기 개방함으로써, 중간 공기실의 내압이 부압으로 떨어지는 것을 억제할 수 있다. 이에 의해, 제1 공기실 및 제2 공기실에서 탄성 특성을 실현하는 부재를, 보다 적절하게 신축시키는 것이 가능해진다.

또한, 본 개시의 제5 양태에 의하면, 상기 제1 공기실 및 상기 제2 공기실은, 서로 연통하여도 된다.

상기 제5 양태는, 제1 공기실 및 제2 공기실의 내압을 동시에 제어하는 데 있어서 유효하다.

또한, 본 개시의 제6 양태에 의하면, 상기 다단식 제진장치는, 상기 정반에 의하여 상판부가 구성되고, 상기 상단측 스프링 요소를 포위하는 케이싱과, 상기 기초에 대한 상기 정반의 진동 상태를 검출하는 진동 센서를 구비하고, 상기 제2 공기실은, 상기 서포트봉의 중심축에 관한 직경 방향에서, 적어도 일부의 외벽부가 상기 제1 공기실의 외벽부에 비하여 축소되고, 상기 진동 센서는, 상기 제2 공기실에서의 상기 외벽부와, 상기 케이싱 내벽부와의 사이에 배치되어도 된다.

정반의 진동 상태를 검출하는 센서는, 보다 정확하면서 지연이 없는 검출을 실시하기 위해서는, 가능한 한 정반에 접근시키는 것이 적절하다.

이에 대하여, 상기 제6 양태에 의하면, 제1 공기실에 비하여 제2 공기실을 콤팩트하게 구성함으로써, 센서류의 수용 공간을 확보할 수 있다. 제2 공기실은, 제1 공기실에 비하여 정반에 근접해 있기 때문에, 센서를 가능한 한 정반에 접근시키는 것도 가능해진다. 이는, 센서의 검출 신호에 기초한 제진(除振) 제어 및 제진(制振) 제어의 성능 향상에 도움이 된다.

또한, 센서류를 정반에 가능한 한 접근시킴으로써, 이른바 센서브래킷 등, 센서류를 장착하기 위한 부재를 종래보다 콤팩트화하여, 당해 부재의 강성을 확보할 수 있다. 센서브래킷 등의 강성을 확보하는 것은, 각종 제어의 방해가 되는 외란을 억제하는 데 있어서도 유효하다.

이와 같이, 상기 제6 양태에 의하면, 제진(除振) 제어 및 제진(制振) 제어의 성능 향상과, 외란의 억제와, 피지지체의 지지 안정화를 각각 양립시킬 수 있다.

또한, 본 개시의 제7 양태에 의하면, 상기 다단식 제진장치는, 상기 중간 공기실과 대기의 연통부를 축경시킨 복수의 오리피스를 구비하고, 상기 복수의 오리피스는, 상기 상하 방향 주위의 둘레 방향을 따라, 등간격으로 배치되어도 된다.

상기 제7 양태에 의하면, 중간 공기실과 대기의 연통부를 축경시킴으로써, 하단측 스프링 요소 및 상단측 스프링 요소 양쪽의 신축에 저항을 부여할 수 있다. 이에 의해, 상하 방향에서의 다단식 제진장치 전체의 신축을 감쇠시킴과 함께, 상하 방향에서의 다단식 제진장치의 높은 고유값화(높은 고유진동수화)를 실현할 수 있다. 이로써, 피지지체로부터 전해지는 흔들림을 신속하게 수렴시킬 수 있게 되어, 다단식 제진장치의 제진(制振) 성능을 향상시킬 수 있다.

또한, 상기 제7 양태에 의하면, 단순히 오리피스를 구비하는 것이 아니라, 각 오리피스를 둘레 방향으로 등간격으로 배치함으로써, 둘레 방향으로 균형있게 감쇠를 부여할 수 있다. 이로써, 제진 성능을 향상시키는 데 있어서 더욱 유리해진다.

또한, 제1 공기실 및 제2 공기실이 아니라, 중간 공기실의 응용을 강구하여, 제1 공기실 및 제2 공기실 각각의 내압 제어에 미치는 영향을 가능한 한 억제할 수 있다.

또한, 본 개시의 제8 양태에 의하면, 상기 다단식 제진장치는, 상기 중간 공기실의 내부에 배치되고, 상기 상하 방향에서, 상기 제1 공기실의 바닥면에 대한 당해 제1 공기실의 천장면의 변위를 감쇠시키는 상하 감쇠부재를 구비하여도 된다.

상기 제8 양태에 의하면, 중간 공기실에 상하 감쇠부재를 배치함으로써, 하단측 스프링 요소 및 상단측 스프링 요소 양쪽의 신축에 저항을 부여할 수 있다. 이에 의해, 상하 방향에서의 다단식 제진장치 전체의 신축을 감쇠시킴과 함께, 상하 방향에서의 다단식 제진장치의 높은 고유값화(높은 고유진동수화)를 실현할 수 있다. 이로써, 피지지체로부터 전해지는 흔들림을 신속하게 수렴시킬 수 있게 되어, 다단식 제진장치의 제진 성능을 향상시킬 수 있다.

여기서, 제1 공기실 및 제2 공기실은, 각각의 신축에 의한 공기의 압축 또는 팽창에 수반하여, 그 내부에서 온도 변화를 일으킬 가능성이 있다. 이러한 온도 변화는, 상하감쇠부재의 감쇠 특성을 변화시킬 수 있기 때문에 적절하지 않다. 한편, 중간 공기실은, 대기 개방된다. 이로써, 중간 공기실의 내부에서는, 제1 공기실 및 제2 공기실의 내부만큼 온도 변화는 발생하지 않을 것으로 생각된다. 이로써, 상기 제8 양태와 같이 중간 공기실의 내부에 상하 감쇠부재를 배치함으로써, 당해 상하 감쇠부재의 감쇠 특성을 안정시킬 수 있다.

또한, 본 개시의 제9 양태에 의하면, 상기 다단식 제진장치는, 상기 중간 공기실의 내부에 배치되고, 상기 제1 공기실의 천장면과 당해 제1 공기실의 바닥면을 접근시키는 방향으로 복원력을 발휘하는 제1 스프링부재를 구비하여도 된다.

상기 제9 양태에 의하면, 제1 스프링부재는, 제1 공기실을 상하로 압축시키는 방향으로 복원력을 발휘한다. 이 복원력은, 각 공기실의 내압을 높이도록 작용한다. 각 공기실의 내압의 상승과, 제1 스프링부재 자체의 스프링 특성이 어우러져, 상하 방향에서의 다단식 제진장치의 높은 고유값화(높은 고유진동수화)를 실현할 수 있다. 이로써, 피지지체로부터 전해지는 흔들림의 진폭을 작게 할 수 있다.

또한, 상기 제9 양태에 의하면, 제1 스프링부재는, 제1 공기실의 천장면을 밀어내리는 방향으로 복원력을 발휘한다. 이 복원력에 의해, 다단식 제진장치에 피지지체가 탑재되지 않은 비탑재 상태에 있어서, 중간 공기실의 바닥면과 천장면의 접촉을 억제하거나, 제1 공기실의 천장면의 휘청거림을 억제할 수 있다.

또한, 본 개시의 제10 양태에 의하면, 상기 다단식 제진장치는, 상기 제1 공기실의 내부에 배치되고, 상기 제1 공기실의 천장면과 당해 제1 공기실의 바닥면을 이격시키는 방향으로 복원력을 발휘하는 제2 스프링부재를 구비하여도 된다.

상기 제10 양태에 의하면, 제2 스프링부재는, 제1 공기실을 상하로 신장시키는 방향으로 복원력을 발휘한다. 제2 스프링부재 자체의 스프링 특성에 의해, 상하 방향에서의 다단식 제진장치의 높은 고유값화(높은 고유진동수화)를 실현할 수 있다. 이로써, 피지지체로부터 전해지는 흔들림의 진폭을 작게 할 수 있다.

또한, 상기 제10 양태에 의하면, 제2 스프링부재는, 제1 공기실의 천장면을 밀어올리는 방향으로 복원력을 발휘한다. 따라서, 그 복원력을 이용하여, 보다 무거운 피지지체를 지지할 수 있게 된다. 이로써, 다단식 제진장치의 탑재 능력을 높일 수 있다.

또한, 전술한 바와 같이, 제1 스프링부재는, 제1 공기실의 천장면을 밀어내리는 방향으로 복원력을 발휘한다. 이 복원력은, 제1 공기실에 대하여 중력 방향으로 작용하기 때문에, 다단식 제진장치의 탑재 능력을 훼손시킬 가능성이 있다. 한편, 제2 스프링부재는, 제1 공기실의 천장면을 밀어올리는 방향으로 복원력을 발휘한다. 이 복원력은, 다단식 제진장치의 탑재 능력을 보강하는 방향으로 작용한다. 따라서, 제1 스프링부재와, 복수의 제2 스프링부재를 병용함으로써, 다단식 제진장치의 탑재 능력을 확보하면서, 높은 고유값화를 실현할 수 있다.

또한. 본 개시의 제11 양태에 의하면, 상기 다단식 제진장치는, 상기 중간 공기실의 내부에 배치되고, 상기 상하 방향에 직교하는 수평 방향에서의, 상기 제1 공기실의 바닥면에 대한 당해 제1 공기실의 천장면의 변위를 감쇠시키는 수평 감쇠부재를 구비하여도 된다.

상기 제11 양태에 의하면, 중간 공기실에 수평 감쇠부재를 배치함으로써, 수평 방향에서의 변위에 감쇠를 부여할 수 있다. 이에 의해, 수평 방향에서의 다단식 제진장치의 높은 고유값화(높은 고유진동수화)를 실현할 수 있다. 이로써, 피지지체로부터 전해지는 흔들림을 신속하게 수렴시킬 수 있게 되어, 다단식 제진장치의 제진 성능을 향상시킬 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 개시에 의하면, 상하다단식의 제진장치에 있어서, 수평 방향으로 유연한 스프링 특성을 실현할 수 있다.

도 1은 제1 실시형태에 따른 다단식 제진장치를 이용한 제진 시스템을 예시하는 개략도이다.
도 2는 다단식 제진장치의 전체 구성을 예시하는 사시도이다.
도 3은 다단식 제진장치를 일부 분해하여 예시하는 도 2에 대응하는 도면이다.
도 4는 제1 형태의 다단식 제진장치를 예시하는 종단면도이다.
도 5는 제2 형태의 다단식 제진장치를 예시하는 도 4에 대응하는 도면이다.
도 6은 짐벌 피스톤의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 7a는 제진장치 시스템의 제어계를 예시하는 블록 다이어그램이다.
도 7b는 제진장치 시스템의 제어계를 예시하는 블록 다이어그램이다.
도 8은 제2 실시형태에 따른 다단식 제진장치의 전체 구성을 예시하는 사시도이다.
도 9는 다단식 제진장치로부터 베이스플레이트를 제거한 상태를 예시하는 도 8에 대응하는 도면이다.
도 10은 다단식 제진장치로부터 하단측 수용물을 제거한 상태를 예시하는 도 8에 대응하는 도면이다.
도 11은 제2 실시형태에 따른 도 4에 대응하는 도면이다.
도 12는 제2 실시형태에 따른 도 5에 대응하는 도면이다.
도 13은 도 8의 A-A 단면의 부분 확대도이다.
도 14는 도 8의 B-B 단면의 부분 확대도이다.
도 15는 플러그 및 오리피스의 구성을 예시하는 종단면도이다.
도 16은 오리피스의 실험 데이터를 나타내는 그래프이다.

이하, 본 개시의 실시형태를 도면에 기초하여 설명한다. 그리고, 이하의 설명은 예시이다.

<제1 실시형태>

먼저, 제1 실시형태에 따른 구성에 대하여 상세하게 설명한다.

(전체 구성)

도 1은, 제1 실시형태에 따른 다단식 제진장치(이하, 단순히 "제진장치”라고도 함)(1)를 이용한 제진 시스템(S)을 예시하는 개략도이다. 또한, 도 2는, 제진(除振)장치(1)의 전체 구성을 예시하는 사시도이며, 도 3은, 제진장치(1)를 일부 분해하여 예시하는 도 2에 대응하는 도면이다. 도 4는, 제1 형태의 제진장치(1)를 예시하는 종단면도이다. 도 4에 예시한 상태는, 베이스플레이트(11)에 대하여 탑플레이트(12)를 소정의 기준 위치에 배치한 상태, 바꾸어 말하면, 짐벌 피스톤(40)에서 요동이 발생하지 않은 상태에 대응한다.

도 1에 나타내는 바와 같이, 제진 시스템(S)은, 기초로서의 설치면(F)에 설치된 1개 또는 복수(도면 예에서는 1개)의 제진장치(1)와, 컨트롤러(100)와, 액추에이터를 구성하는 3개의 서보 밸브(91)를 구비한다.

여기서, 도면 공간의 형편상, 도 1에서는 제진장치(1)의 외부에 서보 밸브(91)를 레이아웃하였지만, 도 2~도 3에 나타내는 바와 같이, 제진장치(1)의 내부에 서보 밸브(91)를 레이아웃하여도 된다. 본 실시형태에서는, 후자의 레이아웃에 대하여 상세하게 설명한다. 후자의 레이아웃을 채용한 경우, 각 서보 밸브(91)는, 제진장치(1)의 구성 요소로 간주할 수 있다. 또한, 후자의 레이아웃을 채용한 경우라도, 모든 서보 밸브(91)를 제진장치(1)의 내부에 레이아웃할 필요는 없다.

제진장치(1)는, 설치면(F)에 대하여, 피지지체로서의 탑재물(D)을 탄성적으로 지지한다. 본 실시형태의 설치면(F)은, 대략 수평 방향을 따라 연장된다. 이하, 설치면(F)을 따라 연장되며 또한 서로 직교하는 수평 2방향을 각각 x방향 및 y방향이라고 호칭하고, 이 설치면(F)에 대하여 직교하는 연직 방향을 z방향이라고 호칭한다. x방향 및 y방향을 총칭하여 "xy방향”, "수평 방향” 또는 "측방”이라고 호칭하거나, z방향을 "높이 방향” 또는 “상하 방향”이라고 호칭하는 경우도 있다.

여기서, 설치면(F)은, 도 1에 예시되는 바와 같은 바닥면에는 한정되지 않는다. 본 실시형태의 설치면(F)에는, 상하 방향에서 제진장치(1)를 지지할 수 있는 일반적인 기초가 포함된다.

또한, 이하의 설명에 있어서, x방향을 따른 일방향(도 1의 도면 우방향)을 "+x방향”이라고 호칭하고, 그 반대 방향(도 1의 도면 좌방향)을 "-x방향”이라고 호칭하는 경우가 있다. 마찬가지로, z방향에서의 상방향(도 1의 도면 상방향)을 "+z방향”이라고 호칭하고, z방향에서의 하방향(도 1의 도면 하방향)을 "-z방향”이라고 호칭하는 경우가 있다.

또한, 본 실시형태에서의 탑재물(D)에는, 반도체 제조장치, 전자현미경 등, 진동의 영향을 회피하기에 적합한 정밀 기기가 포함된다. 제진장치(1)는, 그러한 기기를 탑재함과 함께, 탑재한 기기의 진동을 억제하는 제어력을 적절히 발생시키도록 구성된다.

도 1에 나타내는 바와 같이, 제진장치(1)는, 설치면(F)에 설치되는 베이스플레이트(11)와, 탑재물(D)이 탑재되는 탑플레이트(12)를 구비한다. 탑플레이트(12)는, 이른바 정반이다. 제진장치(1)는, 이 탑플레이트(12)를 개재하고, 설치면(F)에 대하여 탑재물(D)을 지지하도록 구성된다.

제진장치(1)는 또한, 하단측 사이드플레이트(13)와, 상단측 사이드플레이트(14)를 구비한다. 하단측 사이드플레이트(13)는, 베이스플레이트(11)를 구성하는 후술하는 종벽부(11b)와 함께, 제진장치(1)에서의 하단측 부위를 측방으로부터 덮는다. 상단측 사이드플레이트(14)는, 제진장치(1)에서의 상단측의 부위를 측방으로부터 덮는다.

베이스플레이트(11), 탑플레이트(12), 하단측 사이드플레이트(13) 및 상단측 사이드플레이트(14)에 의하여, 제진장치(1)의 각 요소를 수용하기 위한 케이싱(10)이 구성된다. 여기서, 베이스플레이트(11)는, 케이싱(10)의 바닥판부를 구성한다. 또한, 정반으로서의 탑플레이트(12)는, 케이싱(10)의 상판부를 구성한다. 그 외, 종벽부(11b), 하단측 사이드플레이트(13) 및 상단측 사이드플레이트(14)는, 케이싱(10)의 측판부를 구성한다. 케이싱(10)은, 후술하는 하단측 수용물(20) 및 상단측 수용물(30), 그리고 상단측 스프링 요소(Sp2)를 포위한다. 케이싱(10)을 구성하는 각 플레이트 부재는, 예를 들어 강철제로 할 수 있다.

보다 상세하게는, 본 실시형태에 따른 베이스플레이트(11)는, +z방향을 향하여 개구된 대략 상자 형상으로 형성되고, 바닥판부(11a)와 종벽부(11b)를 갖는다(도 2~도 4를 참조). 여기서, 바닥판부(11a)는, xy방향의 치수에 비하여 z방향의 치수가 작게 형성된 직사각형 박판 형상으로 형성된다. 종벽부(11b)는, 바닥판부(11a)의 측연부로부터 +z방향을 향하여 기립하도록 형성된다. 베이스플레이트(11)는, 하단측 사이드플레이트(13)와 연결된다.

또한, 본 실시형태에 따른 탑플레이트(12)는, 도 2~도 4에 나타내는 바와 같이, xy방향의 치수에 비하여 z방향의 치수가 작게 형성된 직사각형 박판 형상으로 형성된다. 도 1에 개략적으로 나타낸 바와 같이, 탑플레이트(12)는, 상단측 사이드플레이트(14)와 연결되고, 이 상단측 사이드플레이트(14)와 일체적으로 변위하도록 구성된다.

또한, 본 실시형태에 따른 하단측 사이드플레이트(13)는, 도 1에서는 생략되지만, +z측에 배치되며 또한 xy방향의 중앙부에 관통공(13c)이 형성된 바닥판부(13a)와, 그 바닥판부(13a)의 둘레로부터 -z방향을 향하여 돌출된 종벽부(13b)를 갖는, 바닥 있는 통 형상으로 형성된다(도 4를 참조).

또한, 본 실시형태에 따른 상단측 사이드플레이트(14)는, 제진장치(1)에서의 +x측 및 -x측의 측판부를 구성하는 2장의 제1 플레이트부재(14a)와, 제진장치(1)에서의 -y측 및 +y측의 측판부를 구성하는 2장의 제2 플레이트부재(14b)를 갖는다. 2장의 제2 플레이트부재(14b) 중, -y측에 배치되는 한쪽의 제2 플레이트부재(14b)는, 서보 밸브(91)와의 간섭E접촉을 방지하기 위하여, 그 일부를 절삭한다(도 2를 참조).

또한, 상단측 사이드플레이트(14)는, 전술한 바와 같이 탑플레이트(12)와 일체적으로 변위하는 한편, 하단측 사이드 플레이트(13)에 대해서는 상대적인 변위를 허용하도록 조립된다.

이들 부재에 의해 포위되는 구성 요소로서, 본 실시형태에 따른 제진장치(1)는, 베이스플레이트(11)를 개재하고 설치면(F)에 설치된 하단측 스프링 요소(Sp1)와, 하단측 스프링 요소(Sp1)에 대하여 탑플레이트(12) 및 탑재물(D)을 지지하는 상단측 스프링 요소(Sp2)를 구비한다. 하단측 스프링 요소(Sp1) 및 상단측 스프링 요소(Sp2)는, 기초로서의 설치면(F)에 대하여, 피지지체로서의 탑재물(D)을 탄성적으로 지지하도록 기능한다. 그러한 기능을 발휘시키기 위하여, 하단측 스프링 요소(Sp1)에는, z방향으로 신축하는 제1 공기실(S1)이 구획된다. 마찬가지로, 상단측 스프링 요소(Sp2)에는, z방향으로 신축하는 제2 공기실(S2)이 구획된다. 또한, 도 4에 예시하는 바와 같이, 제1 공기실(S1)과 제2 공기실(S2)과의 사이에는, 대기에 개방된 중간 공기실(Sm)이 개재한다.

여기서, 제1 공기실(S1) 및 제2 공기실(S2)은, 대기 대신 질소 가스 등을 봉입하여도 된다. 그 의미에서, 각 공기실(S1, S2)은, "기체실”이라고 호칭할 수도 있다. 이러한 변형예는, 후술하는 제3 공기실(S3) 및 제4 공기실(S4)에도 적용 가능하다.

이와 같이, 제진장치(1)는, z방향을 따라 하단측 스프링 요소(Sp1)와 상단측 스프링 요소(Sp2)가 적층된 상하 2단의 제진장치로서 구성된다. 상하 2단의 제진장치로 구성함으로써, 풋프린트를 억제하면서, 보다 고중량의 탑재물(D)을 지지할 수 있게 된다. 여기서, 제진장치(1)를 상하 2단으로 하는 구성은 예시에 지나지 않는다. 예를 들어, 하단측 스프링 요소(Sp1)와 상단측 스프링 요소(Sp2)와의 사이에 1개 또는 복수의 스프링 요소를 개재시켜도 된다. 본 개시에 따른 제진장치는, 상하 3단 이상의 제진장치를 포함한다.

상세한 것은 후술하지만, 이 제진장치(1)는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 제2 공기실(S2)의 천장면과 제1 공기실(S1)의 천장면을 접속하는 지주부(41, 42)를 구비한다. 여기서, 지주부(41, 42)는, 바닥이 있는 통 형상의 피스톤웰(41)과, 이 피스톤웰(41)에 삽입되는 서포트봉(42)을 갖는다. 여기서, 피스톤웰(41)은, 제2 공기실(S2)의 천장면과 제1 공기실(S1)의 천장면을 접속함과 함께, 탑플레이트(12)를 향하여 상방으로 개구된다. 서포트봉(42)은, 피스톤웰(41)에 삽입되어, 당해 피스톤웰(41)의 바닥면과 탑플레이트(12)의 하면(12a)을 연결한다.

피스톤웰(41)에 의해 제2 공기실(S2)의 천장면과 제1 공기실(S1)의 천장면을 접속함으로써, 하단측 스프링 요소(Sp1)의 신축과, 상단측 스프링 요소(Sp2)의 신축이 연동하게 된다. 예를 들어, 제2 공기실(S2)의 천장면이 가라앉음에 따라, 제1 공기실(S1)의 천장면도 가라앉게 된다.

그리고, 피스톤웰(41) 및 서포트봉(42)은, 탑플레이트(12)에 대한 피스톤웰(41)의 요동을 허용하는 짐벌 피스톤(40)을 구성한다. 이로써, xy방향에 있어서 유연한 스프링 특성을 발휘시킬 수 있다. 짐벌 피스톤(40)의 구성은, 후술한다.

제진장치(1)는 또한, 제3 스프링 요소(Sp3)와, 제4 스프링 요소(Sp4)를 구비한다(도 1 등 참조). 제3 스프링 요소(Sp3)는, x방향에서 상단측 스프링 요소(Sp2)와 +x측의 제1 플레이트부재(14a)와의 사이에 배치된다. 제3 스프링 요소(Sp3)는, x방향으로 신축하는 제3 공기실(S3)을 갖는다. 제4 스프링 요소(Sp4)는, x방향에 있어서, 상단측 스프링 요소(Sp2)와 -x측의 제1 플레이트부재(14a)와의 사이에 배치된다. 제4 스프링 요소(Sp4)는, x방향으로 신축하는 제4 공기실(S4)을 갖는다. 제3 스프링 요소(Sp3) 및 제4 스프링 요소(Sp4)는, 각각, 제1 플레이트부재(14a), 즉 상단측 사이드플레이트(14)를 개재하고, 탑플레이트(12)에 연결된다.

여기서, 제3 스프링 요소(Sp3) 및 제4 스프링 요소(Sp4)가, 필수는 아니다. 또한, x방향으로 탄성력을 발휘하는 제3 스프링 요소(Sp3) 및 제4 스프링 요소(Sp4)와 더불어, y방향으로 탄성력을 발휘하는 제5 스프링 요소 및 제6 스프링 요소를 배치하여도 된다.

하단측 스프링 요소(Sp1), 상단측 스프링 요소(Sp2), 제3 스프링 요소(Sp3) 및 제4 스프링 요소(Sp4)는, 공기에 의하여 하중을 탄성적으로 지지할 뿐만 아니라, 서보 밸브(91)와 함께 이른바 "공기스프링”을 구성한다. 즉, 각 스프링 요소는, 대응하는 서보 밸브(91)에 의하여 내압(공기압)이 적절히 제어됨으로써, 각 스프링 요소 자체가 액추에이터로서 기능하도록 구성된다. 이 제진장치(1)는, 이른바 액티브 타입의 제진장치(액티브 제진장치)로서 기능시킬 수 있다. 각 서보 밸브(91)를 작동시키기 위한 센서류의 구성 및 레이아웃, 그리고, 컨트롤러(100)에 의한 구체적인 제어 내용에 대해서는, 후술한다.

또한, 서보 밸브(91)를 이용하는 구성이 필수는 아니다. 후술하는 변형예에 나타내는 바와 같이 리니어모터와 서보 밸브(91)를 조합하여 이용하여도 되고, 서보 밸브(91)를 제외하고 리니어모터만을 이용하여도 된다. 리니어모터는, 탑플레이트(12)에 대하여, z방향의 제어력을 부여하는 데 있어서 유효하다.

또는, 리니어모터 및 서보 밸브(91)를 둘 다 제외하여도 된다. 리니어모터 및 서보 밸브(91)를 제외한 경우, 제진장치(1)는, 이른바 패시브 타입의 제진장치(패시브 제진장치)로서 기능하게 된다.

패시브 타입의 경우, 제진장치(1)는, 각 공기실에 기체를 급배하는 제어 밸브를 구비하여도 된다. 이 경우, 컨트롤러(100)는, 제어 밸브에 의하여 구성되는 레벨링 기구를 제어함으로써, 탑플레이트(12)의 상면을 수평으로 유지하며, 또한 그 높이를 일정하게 유지하기 위한 조정(레벨링 조정)을 실시하게 된다. 이 경우의 제어 밸브로서는, 이른바 탑플레이트(12)의 높이에 따라 공기의 공급 및 배기 전환이 가능한 레버식 레벨링 밸브를 이용할 수 있다.

이러한 변형예는, 리니어모터에 따른 예를 제외하고, 상하 방향의 스프링 요소(하단측 스프링 요소(Sp1) 및 상단측 스프링 요소(Sp2))와, 수평 방향의 스프링 요소(제3 스프링 요소(Sp3) 및 제4 스프링 요소(Sp4)) 중 적어도 한쪽에 대하여 적용 가능하다.

이하, 제진장치(1)의 상세 구조의 설명을 통하여, 하단측 스프링 요소(Sp1), 상단측 스프링 요소(Sp2), 제3 스프링 요소(Sp3) 및 제4 스프링 요소(Sp4), 그리고, 이들 요소를 연결하는 짐벌 피스톤(40)에 대하여 상술한다.

(내부 구조)

도 4에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에 따른 제진장치(1)는, 케이싱(10)에 의해 포위된 수용물로서, -z측에 위치하는 하단측 수용물(20)과, +z측에 위치하는 상단측 수용물(30)을 구비한다. 하단측 수용물(20)은, 하단측 스프링 요소(Sp1)에 관련된다. 상단측 수용물(30)은, 상단측 스프링 요소(Sp2), 제3 스프링 요소(Sp3) 및 제4 스프링 요소(Sp4)에 관련된다.

-하단측 스프링 요소(Sp1)-

도 4에 나타내는 바와 같이, 하단측 수용물(20)은, 제1 인너베이스(inner base)(21)와, 와셔(22)와, 제1 다이어프램(23)을 갖는다. 하단측 수용물(20)은, 베이스 플레이트(11) 및 하단측 사이드 플레이트(13)와 함께, 하단측 스프링 요소(Sp1)를 구성한다.

여기서, 하단측 수용물(20) 중, 제1 다이어프램(23) 이외의 구성 요소는, 강철, 알루미늄 합금 등의 금속제로 할 수 있다. 한편, 제1 다이어프램(23)은, 예를 들어 폴리에스터 섬유 직물을 보강재로서 매설한 고무 탄성막에 의해 구성할 수 있다.

제1 인너베이스(21)는, 대략 원판 형상으로 형성된다. 제1 인너베이스(21)는, xy방향에서는, 하단측 사이드플레이트(13)의 내주측에 배치됨과 함께, 적어도 도 4에 예시한 상태(즉, 탑플레이트(12)에 상대 변위가 발생하지 않은 상태)에서는, 그 중앙부가 서포트봉(42)의 중심축(Oz)을 통과하도록 배치된다. 제1 인너베이스(21)는 또한, z방향에서는, 하단측 사이드플레이트(13)의 바닥판부(13a)보다 -z측이며 또한 종벽부(13b)와 대략 동일한 높이에 배치된다.

여기서 말하는 "내주측”이란, "중심축(Oz)측” 또는 "중심축(Oz)에 접근하는 일측”을 말한다. 그리고, 여기서 말하는 "중심축(Oz)"이란, 서포트봉(42)의 중심축이며, 대략 z방향을 따른 축을 가리킨다. 마찬가지로, 이하에서 서술하는 "외주측”이란, "중심축(Oz)의 반대측” 또는 "중심축(Oz)으로부터 이격된 타측”을 말한다.

또한, 이하의 기재에서의 "직경 방향”이란, 서포트봉(42)의 중심축(Oz)에 관한 직경 방향(즉, 중심축(Oz)을 시작점으로 하여, 당해 중심축(Oz)으로부터 멀어지도록 연장되는 방향)을 가리킨다. 이하의 기재에서의 "대직경” 및 "소직경”이란, 이 직경 방향을 따라 보았을 때의 길이의 대소를 나타낸다.

제1 인너베이스(21)는, 제1 공기실(S1)의 상판부 및 천장면과, 중간 공기실(Sm)의 바닥판부 및 바닥면을 구성한다. 도 4에 나타내는 바와 같이, 제1 인너베이스(21)의 상면은, 하단측 사이드플레이트(13)의 바닥면(하면)에 대하여, z방향으로 간격을 두고 마주 본다. 제1 인너베이스(21)의 하면은, 베이스플레이트(11)의 바닥면(상면)에 대하여, z방향으로 간격을 두고 마주 본다. 제1 인너베이스(21)의 하면에는, 제1 다이어프램(23)의 내주측의 상면이 밀착된다. 제1 인너베이스(21)의 외측면은, 제1 다이어프램(23)의 신축을 허용하기 위하여, 하단측 사이드플레이트(13)의 내주면에 대하여 간격을 두고 마주 본다.

와셔(22)는, z방향의 두께가 얇으며, 또한 xy방향으로 넓어지는 원형 고리 형상으로 형성된다. 와셔(22)의 하면은, 베이스플레이트(11)의 바닥면(상면)에 대하여, z방향으로 간격을 두고 마주 본다. 와셔(22)의 상면에는, 제1 다이어프램(23)의 내주측의 하면이 밀착된다. 와셔(22)의 외경은, 제1 인너베이스(21)의 외경과 대략 일치한다.

제1 다이어프램(23)은, 예를 들어 고무 재료에 의해 구성되고, z방향의 두께가 얇으며, 또한 xy방향으로 넓어지는 원형 고리 형상으로 형성된다. 제1 다이어프램(23)의 내주측의 주연부는, 제1 인너베이스(21)와 와셔(22)에 의하여 사이에 끼인다. 제1 다이어프램(23)의 외주측의 주연부는, 베이스플레이트(11)와 하단측 사이드플레이트(13)에 의하여 사이에 끼인다. 보다 상세하게는, 본 실시형태에 따른 제1 다이어프램(23)은, 베이스플레이트(11) 및 하단측 사이드플레이트(13)에 대한 제1 인너베이스(21) 및 와셔(22)의 변위를 허용하도록, xy방향으로 휜 상태로 사이에 끼인다.

제1 다이어프램(23)의 양 주연부를 협지함으로써, 제진장치(1)의 내부에 제1 공기실(S1)이 구획된다. 이 제1 공기실(S1)은, z방향의 치수에 비하여 x방향 및 y방향의 치수가 긴 대략 직육면체 형상을 갖는다. 또한, 본 실시형태에 따른 제1 다이어프램(23)은, 제1 공기실(S1)을 밀봉함으로써, 제1 공기실(S1)과 중간 공기실(Sm) 간의 공기의 유통을 규제할 수 있다. 즉, 본 실시형태에 따른 중간 공기실(Sm)은, 제1 공기실(S1)에 대하여 비연통이 된다.

또한, 제1 다이어프램(23)은, 전술한 바와 같이 협지된 부위 사이의 부분(xy방향으로 휜 부분)이 상하로 굴곡되면서 전체 둘레에 걸쳐 크게 휨으로써, 피스톤웰(41), 제1 인너베이스(21), 제2 인너베이스(31), 제3 체결링(36) 및 제5 체결링(38) 등이 서로 연결되어 이루어지는 연결부재(T)의 z 방향의 변위에 대하여, 큰 가요성을 갖는다. 여기서, 제2 인너베이스(31), 제3 체결링(36) 및 제5 체결링(38)에 대해서는 후술한다. 또한, 제1 다이어프램(23)이 +z측과 -z측으로 반대 방향으로 휨으로써, 연결부재(T)는, 수평 방향의 임의의 축 주위로 용이하게 요동함과 함께, 그 요동에 수반하여, 중심축(Oz)에 대하여 경동(傾動)하게 된다(도 6의 경사각(θ)을 참조). 한편, 제1 다이어프램(23)은, 연결부재(T)의 x방향의 변위에 대해서는 가요성이 매우 작기 때문에, 당해 부재(T)는, x방향으로는 거의 변위하지 않게 된다.

한편, 하단측 수용물(20)과 함께 하단측 스프링 요소(Sp1)를 구성하는 베이스플레이트(11)는, 전술한 바와 같이, 바닥판부(11a)와, 종벽부(11b)를 갖는다. 이 중, 바닥판부(11a)는, 제1 공기실(S1)의 바닥판부 및 바닥면을 구성한다. 한편, 종벽부(11b)는, 제1 공기실(S1)의 측판부 및 내벽면을 구성한다. 또한, 종벽부(11b)의 외경은, 와셔(22)의 외경보다 크게 형성되고, 당해 종벽부(11b)의 상면에는, 제1 다이어프램(23)의 외주측(중심축(Oz)의 반대측)의 하면이 밀착된다.

또한, 하단측 수용물(20) 및 베이스플레이트(11)와 함께 하단측 스프링 요소(Sp1)를 구성하는 하단측 사이드플레이트(13)는, 전술한 바와 같이, 바닥판부(13a)와, 종벽부(13b)를 갖는다. 이 중, 바닥판부(13a)는, 중간 공기실(Sm)의 상판부 및 천장면의 일부를 구성한다. 한편, 종벽부(13b)는, 중간 공기실(Sm)의 측판부 및 내벽면을 구성한다. 또한, 종벽부(13b)의 외경은, 제1 인너베이스(21)의 외경보다 크게 형성되고, 당해 종벽부(13b)의 하면에는, 제1 다이어프램(23)의 외주측(중심축(Oz)의 반대측)의 상면이 밀착된다.

또한, 하단측 사이드플레이트(13)의 바닥판부(13a)에는, 그 중앙부에 형성된 관통공(13c)과는 별도로, 그 주연부 부근의 부위를 z방향으로 관통하는 관통공(62)이 형성된다. 이들 관통공(62)은, 제진장치(1)의 외부와 연결된다. 중간 공기실(Sm)은, 이들 관통공(62)을 통하여 대기에 개방된다.

-상단측 스프링 요소(Sp2)-

도 4에 나타내는 바와 같이, 상단측 수용물(30)은, 제2 인너베이스(31)와, 제2 다이어프램(32)과, 제1 체결링(33)과, 통 형상체(34)와, 제2 체결링(35)과, 제3 체결링(36)과, 제4 체결링(37)과, 제5 체결링(38)과, 제3 다이어프램(39)을 갖는다. 상단측 수용물(30)은, 전술한 피스톤웰(41)과 함께, 상단측 스프링 요소(Sp2)를 구성한다. 상단측 수용물(30)은, 제3 스프링 요소(Sp3) 및 제4 스프링 요소(Sp4)의 일부도 구성한다.

여기서, 상단측 수용물(30) 중, 제2 다이어프램(32) 및 제3 다이어프램(39) 이외의 구성 요소는, 강철, 알루미늄 합금 등의 금속제로 할 수 있다. 한편, 제2 다이어프램(32) 및 제3 다이어프램(39)은, 제1 다이어프램(23)과 마찬가지로, 예를 들어 폴리에스터 섬유 직물을 보강재로서 매설한 고무 탄성막에 의해 구성할 수 있다.

제2 인너베이스(31)는, 제1 인너베이스(21) 및 바닥판부(13a) 중앙의 관통공(13c)보다 소직경의 대략 원판 형상으로 형성된다. 제2 인너베이스(31)는, xy방향에서는, 바닥판부(13a)의 내주측에 배치됨과 함께, 적어도 도 4에 예시한 상태(즉, 탑플레이트(12)에 상대 변위가 발생하지 않은 상태)에서는, 그 중앙부가 서포트봉(42)의 중심축(Oz)을 통과하도록 배치된다. 제2 인너베이스(31)는 또한, z방향에서는, 제1 인너베이스(21)보다 +z측이며 또한 하단측 사이드플레이트(13)와 대략 동일한 높이에 배치된다.

제2 인너베이스(31)는, 중간 공기실(Sm)의 측판부 및 외벽면을 구성한다. 도 4에 나타내는 바와 같이, 제2 인너베이스(31)의 상면은, 피스톤웰(41)의 하면과 함께, 제2 다이어프램(32)의 중앙부를 사이에 끼운다. 이로써, 제2 인너베이스(31)는, 제2 다이어프램(32) 등이 허용하는 범위 내에서, 피스톤웰(41)과 일체적으로 상하 운동하거나, 피스톤웰(41)과 일체적으로 요동하는 등, 피스톤웰(41)과 일체적으로 변위하게 된다.

한편, 제2 인너베이스(31)의 하면은, 볼트 등의 체결구를 개재하고 제1 인너베이스(21)의 상면에 체결된다. 이 체결에 의해, 제1 인너베이스(21)는, 제1 다이어프램(23) 등이 허용하는 범위 내에서, 제2 인너베이스(31) 및 피스톤웰(41)과 일체적으로 상하 이동하거나, 이들과 일체적으로 요동하는 등, 제2 인너베이스(31) 및 피스톤웰(41)과 일체적으로 변위하게 된다.

제1 체결링(33)은, xy방향으로 넓어지는 원형 고리 형상으로 형성된다. 제1 체결링(33)의 내경은, 제2 인너베이스(31)의 외경보다 대직경이다. 제1 체결링(33)의 외경은, 바닥판부(13a) 중앙의 관통공(13c)보다 소직경이다. 제1 체결링(33)은, xy방향에서는, 제2 인너베이스(31)보다 외주측이며 또한 하단측 사이드플레이트(13)의 바닥판부(13a)보다 내주측에 배치된다. 제1 체결링(33)을 원형 고리로 간주했을 때의 중심축은, 서포트봉(42)의 중심축(Oz)과 동축이 되도록 배치된다. 제1 체결링(33)은 또한, z방향에서는, 제1 인너베이스(21) 및 하단측 사이드플레이트(13)보다 +z측에 배치된다. 또한, 제1 체결링(33)의 상면은, 제2 인너베이스(31)의 상면과 대략 동일한 높이가 되도록 배치된다.

제1 체결링(33)은, 중간 공기실(Sm)의 상판부 및 천장면의 타부를 구성한다. 제1 체결링(33)의 하면은, 제1 인너베이스(21)의 상면에 대하여, z방향으로 간격을 두고 마주 본다. 제1 체결링(33)의 상면에는, 제2 다이어프램(32)의 외주측의 하면이 밀착된다. 제1 체결링(33)의 상면은, 통 형상체(34)의 하면과 함께, 제2 다이어프램(32)의 외주측의 주연부를 사이에 끼운다. 또한, 제1 체결링(33)과 통 형상체(34)는, 볼트 등의 체결구를 개재하고 체결된다. 이 체결에 의해, 제1 체결링(33)은, 피스톤웰(41)과의 일체적인 요동이 규제되게 된다.

통 형상체(34)는, z방향으로 연장되며 또한 상측 끝단부(+z측 끝단부)와 하측 끝단부(-z측 끝단부)를 개구시킨 통 형상으로 형성된다. 통 형상체(34)의 내경은, 피스톤웰(41)의 외경보다 대직경이다. 통 형상체(34)의 외경은, 중심축(Oz)으로부터 상단측 사이드플레이트(14)의 내벽면까지의 거리보다 짧게 형성된다. 통 형상체(34)는, xy방향에서는, 피스톤웰(41)의 외주측이며 또한 상단측 사이드플레이트(14)의 내주측에 배치된다. 통 형상체(34)를 원통으로 간주했을 때의 중심축은, 서포트봉(42)의 중심축(Oz)과 동축이 되도록 배치된다. 통 형상체(34)는 또한, z방향에서는, 하단측 사이드플레이트(13)보다 +z측에 배치된다. 또한, 통 형상체(34)의 상면은, 피스톤웰(41)의 상측 끝단부보다 -z측에 위치한다.

통 형상체(34)는, 제2 공기실(S2)의 바닥판부 및 바닥면과, 제2 공기실(S2)에서의 외주측의 측판부 및 내벽면과 더불어, 제3 공기실(S3) 및 제4 공기실(S4) 각각의 내주측의 측판부 및 외벽면도 구성한다. 통 형상체(34)의 하면은, 하단측 사이드플레이트(13)의 상면 및 제1 체결링(33)의 상면에 대하여, 볼트 등의 체결구를 개재하고 체결된다. 이 체결에 의해, 통 형상체(34)는, 피스톤웰(41)과의 일체적인 요동이 규제되게 된다. 한편, 통 형상체(34)의 상면은, 제2 공기실(S2)을 밀폐하도록 제2 체결링(35)의 하면에 접속된다.

제2 다이어프램(32)은, 예를 들어 고무 재료에 의해 구성되고, z방향의 두께가 얇으며, 또한 xy방향으로 넓어지는 원형 고리 형상으로 형성된다. 제2 다이어프램(32)의 중앙부는, 전술한 바와 같이, 제2 인너베이스(31)와 피스톤웰(41)에 의하여 사이에 끼인다. 제2 다이어프램(32)의 외주측의 주연부는, 제1 체결링(33)과 통 형상체(34)의 하측 끝단부에 의하여 사이에 끼인다. 보다 상세하게는, 본 실시형태에 따른 제2 다이어프램(32)은, 베이스플레이트(11) 및 하단측 사이드 플레이트(13)에 대한 제1 인너베이스(21), 제2 인너베이스(31) 및 피스톤웰(41)의 변위를 허용하도록, xy방향으로 휜 상태로 사이에 끼인다.

제1 다이어프램(23)과 더불어 제2 다이어프램(32)을 협지함으로써, 제진장치(1)의 내부에 중간 공기실(Sm)이 구획된다. 이 중간 공기실(Sm)은, 그 중앙부에 제2 인너베이스(31)가 삽입된 대략 원형 고리 형상을 갖는다. 또한, 본 실시형태에 따른 제2 다이어프램(32)은, 제1 다이어프램(23)과 함께 중간 공기실(Sm)을 밀봉함으로써, 제2 공기실(S2)과 중간 공기실(Sm) 간의 공기의 유통을 규제할 수 있다. 즉, 본 실시형태에 따른 중간 공기실(Sm)은, 제2 공기실(S2)에 대해서도 비연통이 된다.

그리고, 제1 다이어프램(23)과 마찬가지로, 제2 다이어프램(32)은, 전술한 바와 같이 협지된 부위 사이의 부분(xy방향으로 휜 부분)이 상하로 굴곡되면서 전체 둘레에 걸쳐 크게 휨으로써, 상기 연결부재(T)의 z 방향의 변위에 대하여, 큰 가요성을 갖는다. 또한, 제2 다이어프램(32)이 +z측과 -z측으로 반대 방향으로 휨으로써, 연결부재(T)는, 수평 방향의 임의의 축 주위로 용이하게 요동함과 함께, 그 요동에 수반하여, 중심축(Oz)에 대하여 경동하게 된다(도 6의 경사각(θ)을 참조). 한편, 제2 다이어프램(32)은, 연결부재(T)의 x방향의 변위에 대해서는 가요성이 매우 작기 때문에, 당해 부재는, x방향으로는 거의 변위하지 않게 된다.

또한, 피스톤웰(41)의 하측 끝단부와, 제2 다이어프램(32)과, 제2 인너베이스(31)의 중앙부와, 제1 인너베이스(21)의 중앙부에는, 도 4에 나타내는 바와 같은 관통공(61)이 형성된다. 제1 공기실(S1) 및 제2 공기실(S2)은, 이 관통공(61)을 개재하여 서로 연통한다. 관통공(61)을 형성한 경우, 제1 공기실(S1)과 제2 공기실(S2) 간에서 공기가 유통되고, 이들의 내압이 대략 일치한 상태로 유지되게 된다.

또한, 도 4에 나타내는 바와 같이, -z측으로부터 +z측을 향하여, 제1 공기실(S1), 중간 공기실(Sm) 및 제2 공기실(S2)의 순서로 각 공기실이 레이아웃된다. 바꾸어 말하면, 본 실시형태에 따른 중간 공기실(Sm)은, 전술한 바와 같이, z방향에서 제1 공기실(S1)과 제2 공기실(S2)과의 사이에 개재한다고 간주할 수 있다. 중간 공기실(Sm)의 바닥면은, 제1 인너베이스(21)의 상면(즉 제1 공기실(S1)의 천장면)에 의해 구획된다. 중간 공기실(Sm)의 천장면은, 하단측 사이드플레이트(13)의 바닥면(바닥판부(13a)의 하면) 및 통 형상체(34)의 하면(즉, 제2 공기실(S2)의 바닥면)에 의해 구획된다.

관통공(61)을 형성함으로써, 하단측 스프링 요소(Sp1) 및 상단측 스프링 요소(Sp2)는, 서보 밸브(91) 등이 설치된 경우에는, 둘 다 액티브형의 제진장치로서 기능시키는 한편, 그러한 액추에이터가 설치되지 않은 경우(레벨링 밸브 등의 제어 밸브를 설치한 경우)에는, 전술한 바와 같은 패시브형의 제진장치로서 기능시킬 수 있다. 이 경우, 액티브형 또는 패시브형의 1단식 제진장치와 비교하여, 보다 우수한 제진 성능을 발휘시키는 것이 가능해진다.

여기서, 관통공(61)이 필수는 아니다. 관통공(61)을 제외한 경우, 하단측 스프링 요소(Sp1) 및 상단측 스프링 요소(Sp2) 중 한쪽만의 내압을, 서보 밸브(91)에 의해 제어하는 것이 가능해진다. 이 경우, 하단측 스프링 요소(Sp1) 및 상단측 스프링 요소(Sp2) 중 한쪽을 액티브형의 제진장치로서 기능시키고, 다른 쪽을 패시브형의 제진장치로서 기능시킬 수 있다. 이 경우, 액티브형의 제진장치와 패시브형의 제진장치를 수평 방향으로 나열한 구성과 비교하여, 풋프린트를 억제하는 것이 가능해진다.

제2 체결링(35)은, xy방향으로 넓어지는 원판 형상으로 형성된 바닥판부와, 그 바닥판부에서의 외주측의 주연부로부터 +z측을 향하여 돌출된 종벽부를 갖는 대략 바닥이 있는 통 형상으로 형성된다. 제2 체결링(35)의 바닥판부의 내경은, 통 형상체(34)의 내경과 대략 일치한다. 제2 체결링(35)의 종벽부의 내경은, 통 형상체(34)의 외경보다 대직경이다. 제2 체결링 전체의 외경은, 중심축(Oz)으로부터 상단측 사이드플레이트(14)의 내벽면까지의 거리보다 짧게 형성된다. 제2 체결링(35)은, xy방향에서는, 피스톤웰(41)의 외주측이며 또한 상단측 사이드플레이트(14)의 내주측에 배치된다. 제2 체결링(35)을 원형 고리로 간주했을 때의 중심축은, 서포트봉(42)의 중심축(Oz)과 동축이 되도록 배치된다. 제2 체결링(35)은 또한, z방향에서는, 통 형상체(34)의 상측 끝단부보다 +z측에 배치된다. 또한, 제2 체결링(35)의 상면은, 피스톤웰(41)의 상측 끝단부보다 -z측에 위치한다.

제2 체결링(35)은, 제2 공기실(S2)에서의 외주측의 측판부 및 내벽면을 구성한다. 제2 체결링(35)의 하면은, 전술한 바와 같이, 통 형상체(34)의 상면에 체결된다. 한편, 제2 체결링(35)의 상면은, 제4 체결링(37)의 하면과 함께, 제3 다이어프램(39)의 외주측의 주연부를 사이에 끼운다. 또한, 제2 체결링(35)의 상면은, 볼트 등의 체결구를 개재하고, 제4 체결링(37)의 하면에 체결된다. 이 체결에 의해, 제2 체결링(35) 및 제4 체결링(37)은, 피스톤웰(41)과의 일체적인 요동이 규제되게 된다.

제4 체결링(37)은, xy방향으로 넓어지는 원형 고리 형상으로 형성된다. 제4 체결링(37)의 내경은, 제2 체결링(35)에서의 종벽부의 내경과 대략 일치한다. 제4 체결링(37)의 외경은, 제2 체결링(35)에서의 종벽부의 외경과 대략 일치한다. 제4 체결링(37)은, xy방향에서는, 제5 체결링(38)의 외주측이며 또한 상단측 사이드플레이트(14)의 내주측에 배치된다. 제4 체결링(37)을 원형 고리로 간주했을 때의 중심축은, 서포트봉(42)의 중심축(Oz)과 동축이 되도록 배치된다. 제4 체결링(37)은 또한, z방향에서는, 제2 체결링(35)의 상측 끝단부보다 +z측에 배치된다. 또한, 제4 체결링(37)의 상면은, 피스톤웰(41)의 상측 끝단부와 대략 동일한 높이에 위치한다.

전술한 바와 같이, 제4 체결링(37)의 하면은, 제3 다이어프램(39)의 외주측의 주연부를 사이에 끼우도록, 제2 체결링(35)의 상면에 체결된다. 또한, 제4 체결링(37)의 상면은, 탑플레이트(12)의 하면에 대하여, z방향으로 간격을 두고 배치된다.

제3 체결링(36)은, xy방향으로 넓어지는 원형 고리 형상으로 형성된다. 제3 체결링(36)의 내경은, 피스톤웰(41)의 외경과 대략 일치한다. 제3 체결링(36)의 외경은, 제2 체결링(35)에서의 종벽부의 내경보다 약간 소직경이다. 제3 체결링(36)은, xy방향에서는, 피스톤웰(41)의 외주측이며 또한 상단측 사이드플레이트(14) 및 제2 체결링(35)의 종벽부의 내주측에 배치된다. 제3 체결링(36)을 원형 고리로 간주했을 때의 중심축은, 적어도 도 4에 예시한 상태(즉, 탑플레이트(12)에 상대 변위가 발생하지 않은 상태)에서는, 서포트봉(42)의 중심축(Oz)과 동축이 되도록 배치된다. 제3 체결링(36)은 또한, z방향에서는, 통 형상체(34)의 상측 끝단부보다 +z측에 배치된다. 또한, 제3 체결링(36)의 상면은, 피스톤웰(41)의 상측 끝단부보다 -z측에 위치한다.

보다 상세하게는, 제3 체결링(36)에는 피스톤웰(41)이 상방으로부터 삽입된다. 제3 체결링(36)의 내주면은, 피스톤웰(41)의 외주면에 밀착된다. 제3 체결링(36)의 상면은, 피스톤웰(41)의 상측 끝단부에 형성된 종벽부에 당접한다.

제3 체결링(36)은, 피스톤웰(41)의 외주면과 함께, 제2 공기실(S2)에서의 내주측의 측판부 및 내벽면을 구성한다. 제3 체결링(36)의 하면은, 제2 체결링(35)의 상면에 대하여, z방향으로 간격을 두고 마주 본다. 한편, 제3 체결링(36)의 상면은, 제5 체결링(38)의 하면과 함께, 제3 다이어프램(39)의 내주측 부분을 사이에 끼운다. 또한, 제3 체결링(36)의 상면은, 볼트 등의 체결구를 개재하고여, 제5 체결링(38)의 하면에 체결된다. 이 체결과, 전술한 바와 같이 제3 체결링(36)에 피스톤웰(41)을 삽입한 것이 어우러져, 제3 체결링(36) 및 제5 체결링(38)은, 피스톤웰(41)과 일체적으로 요동하게 된다.

제5 체결링(38)은, xy방향으로 넓어지는 원형 고리 형상으로 형성된다. 제5 체결링(38)의 내경은, 제3 체결링(36)의 내경보다 대직경이 되도록 형성된다. 제5 체결링(38)의 외경은, 제3 체결링(36)의 외경과 대략 일치하고, 제4 체결링(37)의 내경보다 약간 소직경이다. 제5 체결링(38)은, xy방향에서는, 피스톤웰(41)의 외주측이며 또한 상단측 사이드플레이트(14) 및 제4 체결링(37)의 내주측에 배치된다. 제5 체결링(38)을 원형 고리로 간주했을 때의 중심축은, 적어도 도 4에 예시한 상태(즉, 탑플레이트(12)에 상대 변위가 발생하지 않은 상태)에서는, 서포트봉(42)의 중심축(Oz)과 동축이 되도록 배치된다. 제5 체결링(38)은 또한, z방향에서는, 제3 체결링(36)의 상면보다 +z측에 배치된다. 또한, 제5 체결링(38)의 상면은, 서포트봉(42)의 상측 끝단부보다 -z측에 배치된다.

전술한 바와 같이, 제5 체결링(38)의 하면은, 제3 다이어프램(39)의 내주측 부분을 사이에 끼우도록, 제3 체결링(36)의 상면에 체결된다. 또한, 제5 체결링(38)의 상면은, 탑플레이트(12)의 하면에 대하여, z방향으로 간격을 두고 배치된다.

제3 다이어프램(39)은, 예를 들어 고무 재료에 의해 구성되고, z방향의 두께가 얇으며, 또한 xy방향으로 넓어지는 원형 고리 형상으로 형성된다. 제3 다이어프램(39)의 중앙에 위치하는 개구에는, 피스톤웰(41) 및 서포트봉(42)이 삽입된다. 또한, 제3 다이어프램(39)의 내주측 부분은, 전술한 바와 같이, 제3 체결링(36)과, 제5 체결링(38)에 의해 사이에 끼인다. 한편, 제3 다이어프램(39)에서의 외주측의 주연부는, 전술한 바와 같이, 제2 체결링(35)의 종벽부와, 제4 체결링(37)에 의해 사이에 끼인다. 보다 상세하게는, 본 실시형태에 따른 제3 다이어프램(39)은, 제4 체결링(37), 제2 체결링(35), 통 형상체(34), 하단측 사이드플레이트(13) 및 베이스플레이트(11)에 대한 제1 인너베이스(21), 제2 인너베이스(31), 피스톤웰(41), 제3 체결링(36) 및 제5 체결링(38)의 변위를 허용하도록, xy방향으로 휜 상태로 사이에 끼인다.

제2 다이어프램(32)과 더불어 제3 다이어프램(39)을 협지함으로써, 제진장치(1)의 내부에 제2 공기실(S2)이 구획된다. 이 제2 공기실(S2)은, 그 중앙부에 피스톤웰(41) 및 서포트봉(42)이 삽입된 대략 원통 형상을 갖는다. 또한, 본 실시형태에 따른 제3 다이어프램(39)은, 제2 다이어프램(32)과 함께 제2 공기실(S2)을 밀봉함으로써, 케이싱(10)의 내부 공간과 제2 공기실(S2) 간의 공기의 유통을 규제할 수 있다. 즉, 본 실시형태에 따른 제2 공기실(S2)은, 케이싱(10)의 내부 공간에 대하여 비연통이 된다.

그리고, 제1 다이어프램(23) 및 제2 다이어프램(32)과 마찬가지로, 제3 다이어프램(39)은, 전술한 바와 같이 협지된 부위 사이의 부분(xy방향으로 휜 부분)이 상하로 굴곡되면서 전체 둘레에 걸쳐 크게 휨으로써, 상기 연결부재(T)의 z방향의 변위에 대하여, 큰 가요성을 갖는다. 또한, 제3 다이어프램(39)이 +z측과 -z측으로 반대 방향으로 휨으로써, 연결부재(T)는, 수평 방향의 임의의 축 주위로 용이하게 요동함과 함께, 그 요동에 수반하여, 중심축(Oz)에 대하여 경동하게 된다(도 6의 경사각(θ)을 참조). 한편, 제3 다이어프램(39)은, 연결부재(T)의 x방향의 변위에 대해서는 가요성이 매우 작기 때문에, 당해 부재(T)는, x방향으로는 거의 변위하지 않게 된다.

또한 도 4에 나타내는 바와 같이, 제2 공기실(S2)은, 서포트봉(42)의 중심축(Oz)에 관한 직경 방향(xy 평면을 따른 직경 방향)에서, 적어도 일부의 외벽부(15)가, 제1 공기실(S1)의 외벽부에 비하여 축소(축경)된다(외벽부(15)에 대해서는, 도 3 및 도 4를 참조). 특히 본 실시형태에서는, 제2 공기실(S2)의 외벽부 중, 제2 체결링(35)에 의해 구성되는 부분과, 통 형상체(34)에 의해 구성되는 부분 양쪽이, 제1 공기실(S1)의 외벽부보다 축소된다.

즉, 본 실시형태에서는, 상단측 스프링 요소(Sp2)의 수압면적은, 하단측 스프링 요소(Sp1)의 수압면적에 비하여 작아지도록 설정된다.

더욱 상세하게는, 제2 공기실(S2)에서의 상기 축소된 외벽부(15) 중, 통 형상체(34)에 의해 구성되는 부분은, 제2 체결링(35)에 의해 구성되는 부분보다 더욱, 상기 직경 방향에서 축소(축경)된다. 본 실시형태에 따른 제2 공기실(S2)은, z방향을 따른 단면에서 보았을 때(도 4에 예시하는 단면에서 보았을 때), 대략 V자의 횡단면을 갖는다.

또한, 제2 공기실(S2)에서의 상기 외벽부(15)는, +x측, -x측, +y측 및 -y 측 4방향에서 축소된다. 도 3에 나타내는 바와 같이, +x측의 축소부에는 제3 스프링 요소(Sp3)가 배치되고, -x측의 축소부에는 제4 스프링 요소(Sp4)가 배치된다. 도 3 및 도 4에 나타내는 바와 같이, 제3 스프링 요소(Sp3)는, +x측의 축소부로부터 +x방향으로 돌출된다. 제4 스프링 요소(Sp4)는, -x측의 축소부로부터 -x방향으로 돌출된다. 또한, -y측의 축소부에는, 액추에이터를 구성하는 2개의 서보 밸브(91)가 배치된다.

그 밖의 공간에는, 각종 센서류, 이들 센서류를 장착하기 위한 브래킷류, 및 제어기판이 레이아웃된다. 예를 들어, +x측이며 또한 -y측 모서리부에서의 +z측 끝단부에는, 상하방향 피드백 가속도센서(이하, "제1 FB 가속도센서”라고 함)(81)와, 수평방향 피드백 가속도센서(이하, "제2 FB 가속도센서”라고 함)(83)가 배치된다.

이 중, 제1 FB 가속도센서(81)는, 기초(설치면(F))에 대한 탑플레이트(12)의 진동 상태(구체적으로는, z방향에서의, 설치면(F)에 대한 탑플레이트(12)의 가속도)를 검출할 수 있다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 제1 FB 가속도센서(81)는, 컨트롤러(100)와 전기적으로 접속되어, 당해 컨트롤러(100)에 대하여 검출 신호를 입력할 수 있다. 제1 FB 가속도센서(81)는, 본 실시형태에서의 "진동센서”의 예시이다.

제1 FB 가속도센서(81)는, 하단측 스프링 요소(Sp1), 상단측 스프링 요소(Sp2) 및 서보 밸브(91)를 이용하여 실행되는, 상하 방향에서의 제진(除振) 피드백 제어(이하, "제1 제진(除振) FB 제어”라고도 함)에 이용할 수 있다.

또한, 도 2~도 4에 나타내는 바와 같이, 진동 센서로서의 제1 FB 가속도센서(81)는, 제2 공기실(S2)에서의 적어도 일부의 외벽부(제1 공기실(S1)에 비하여 축경된 부분)(15)와, 케이싱(10)의 내벽부(16)와의 사이에 배치되도록 되어 있다(내벽부(16)는, 도 4에만 나타낸다). 여기서 말하는 케이싱(10)의 내벽부(16)란, 탑플레이트(12) 및 상단측 사이드플레이트(14)의 내벽부를 가리킨다. 제1 FB 가속도센서(81)의 상측 끝단부는, 탑플레이트(12)의 하면에 당접한다. 또한, 제1 FB 가속도센서(81)의 하방에는, 제어 기판(86)이 수용된다. 이 제어 기판(86)도, 제1 FB 가속도센서(81)와 마찬가지로 케이싱(10)에 수용된다.

또한, 제2 FB 가속도센서(83)는, x방향에서의, 기초(설치면(F))에 대한 탑플레이트(12) 및 상단측 사이드플레이트(14)의 가속도를 검출할 수 있다. 제2 FB 가속도센서(83)는, 탑플레이트(12)의 하면에 고정된다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 제2 FB 가속도센서(83)는, 컨트롤러(100)와 전기적으로 접속되어, 당해 컨트롤러(100)에 대하여 검출 신호를 입력할 수 있다.

제2 FB 가속도센서(83)는, 제3 스프링 요소(Sp3), 제4 스프링 요소(Sp4) 및 서보 밸브(91)를 이용하여 실행되는, x방향에서의 제진(除振) 피드백 제어(이하, "제2 제진(除振) FB 제어”라고도 함)에 이용할 수 있다.

그 밖에, -x측이며 또한 -y측 모서리부에는, 상하방향 피드백 변위센서(이하, "제1 FB 변위센서”라고 함)(82)와, 수평방향 피드백 변위센서(이하, "제2 FB 변위센서”라고 함)(84)와, 피드포워드 가속도 센서(이하, "FF 가속도센서”라고 함)(85)가 배치된다.

이 중, 제1 FB 변위센서(82)는, z방향에서의, 베이스플레이트(11)에 대한 탑플레이트(12) 및 상단측 사이드플레이트(14)의 상대 변위를 검출할 수 있다. 제1 FB 변위센서(82)는, 판 형상의 제1 센서브래킷(82a)을 개재하고 외벽부(15)에 체결되고, 그 +z측 끝단부는, 탑플레이트(12)의 하면(12a)에 대하여 간격을 두고 배치된다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 제1 FB 변위센서(82)는, 컨트롤러(100)와 전기적으로 접속되어, 당해 컨트롤러(100)에 대하여 검출 신호를 입력할 수 있다. 제1 FB 변위센서(82)는, 탑플레이트(12)의 진동 상태(상대 변위)를 검출할 수 있고, 제1 FB 가속도센서(81)와 마찬가지로 본 실시형태의 "진동 센서”를 예시한다. 진동 센서로서의 제1 FB 변위센서(82)도, 상기 외벽부(15)와, 케이싱(10)의 내벽부(16)와의 사이에 배치되도록 되어 있다.

제1 FB 변위센서(82)는, 하단측 스프링 요소(Sp1), 상단측 스프링 요소(Sp2) 및 서보 밸브(91)를 이용하여 실행되는, z방향에서의 제진(制振) 피드백 제어(이하, "제1 제진(制振) FB 제어”라고도 함)에 이용할 수 있다.

또한, 제2 FB 변위센서(84)는, x방향에서의, 베이스플레이트(11)에 대한 탑플레이트(12) 및 상단측 사이드플레이트(14)의 상대 변위를 검출할 수 있다. 제2 FB 변위센서(84)는, 판 형상의 제2 센서브래킷(84a)을 개재하고 상기 외벽부(15)에 체결되고, 그 -x측 끝단부는, 상단측 사이드플레이트(14)의 내벽부(16)에 대하여 간격을 두고 배치된다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 제2 FB 변위센서(84)는, 컨트롤러(100)와 전기적으로 접속되어, 당해 컨트롤러(100)에 대하여 검출 신호를 입력할 수 있다.

제2 FB 변위센서(84)는, 제3 스프링 요소(Sp3), 제4 스프링 요소(Sp4) 및 서보 밸브(91)를 이용하여 실행되는, x방향에서의 제진(制振) 피드백 제어(이하, "제2 제진(制振) FB 제어”라고도 함)에 이용할 수 있다.

또한, FF 가속도센서(85)는, z방향에서의 베이스플레이트(11)의 가속도(바닥 진동)를 검출할 수 있다. FF 가속도센서(85)는, 하단측 사이드플레이트(13)의 상면에 당접한다. 도 1에 나타내는 바와 같이, FF 가속도센서(85)는, 컨트롤러(100)와 전기적으로 접속되어, 당해 컨트롤러(100)에 대하여 검출 신호를 입력할 수 있다.

FF 가속도센서(85)는, 하단측 스프링 요소(Sp1), 상단측 스프링 요소(Sp2) 및 서보 밸브(91)를 이용하여 실행 가능한 제진(除振) 피드포워드 제어(이하, "제진(除振) FF 제어”라고도 함)에 이용할 수 있다.

-짐벌 피스톤(40)-

도 4에 예시하는 바와 같이, 짐벌 피스톤(40)은, 전술한 피스톤웰(41) 및 서포트봉(42)과 더불어, 캡부재(43)와, 탄성링(44)과, 강철구(42b)와, 전동자(42a)를 갖는다.

이 중, 피스톤웰(41)은, 전술한 바와 같이, 제2 공기실(S2)의 천장면과 제1 공기실(S1)의 천장면을 접속함과 함께, 탑플레이트(12)를 향하여 상방으로 개구된, 바닥 있는 통 형상으로 형성된다. 피스톤웰(41)의 중심축은, 적어도 도 4에 예시한 상태(즉, 탑플레이트(12)에 상대 변위가 발생하지 않은 상태)에서는, 서포트봉(42)의 중심축(Oz)과 동축으로 배치된다.

특히, 본 실시형태에 따른 피스톤웰(41)은, 예를 들어 알루미늄 합금제이고, 제2 공기실(S2)의 천장면으로서의 제3 체결링(36)과, 제1 공기실(S1)의 천장면으로서의 제1 인너베이스(21)의 상면을 접속한다.

여기서, 피스톤웰(41)의 상측 끝단부는, 도 4에 나타내는 바와 같이 중심축(Oz)으로부터 이격되는 방향으로 돌출한 플랜지 형상으로 형성된다. 피스톤웰(41)은, 그 플랜지 형상부를 제3 체결링(36)과 걸림 결합 함으로써, 당해 제3 체결링(36)에 대하여 기밀상태로 밀착된다. 피스톤웰(41)의 상측 끝단부는, 탑플레이트(12)의 하면에 대하여, z방향으로 간격을 두고 마주 본다. 피스톤웰(41)의 상측 끝단부는, 제3 체결링(36), 제5 체결링(38), 제3 다이어프램(39), 제4 체결링(37), 제2 체결링(35) 및 통 형상체(34)를 개재하고, 제3 스프링 요소(Sp3) 및 제4 스프링 요소(Sp4), 나아가서는 상단측 사이드플레이트(14) 및 탑플레이트(12)와 연결된다.

또한, 피스톤웰(41)의 하측 끝단부는, 전술한 바와 같이, 제2 인너베이스(31)와 함께 제2 다이어프램(32)을 사이에 끼운다. 즉, 피스톤웰(41)은, 제1 인너베이스(21)의 상면에 대해서는, 제2 인너베이스(31)의 상면을 개재하고 간접적으로 접속된다고 간주할 수 있다. 피스톤웰(41)의 하측 끝단부는, 제2 인너베이스(31), 제1 인너베이스(21), 와셔(22) 및 제1 다이어프램(23)을 개재하고 하단측 사이드플레이트(13) 및 베이스플레이트(11)와 연결된다.

캡부재(43)는, 피스톤웰(41)의 내저부에 배치된다. 이 캡부재(43)는, 예를 들어 강철제로 할 수 있고, 원반 형상으로 형성된다. 캡부재(43)의 상면에는, 서포트봉(42)의 하측 끝단부를 지지하기 위하여, 표면 경도를 높이는 열처리 가공이 실시된 웰 슬래그(도시하지 않음)가 형성된다.

탄성링(44)은, 캡부재(43)보다 약간 상방(적어도, 피스톤웰(41)을 상하 방향으로 2분할했을 때의 중앙부보다 하방)에 배치된다. 탄성링(44)에는, 서포트봉(42)의 하측 끝단측 부분이 삽입된다. 이 탄성링(44)은, 심체(도시하지 않음)가 매설된, 고무 탄성을 갖는 링 형상으로 형성된다.

또한, 서포트봉(42)은, 전술한 바와 같이, 피스톤웰(41)에 삽입되고, 이 피스톤웰(41)의 내저면과 탑플레이트(12)의 하면(12a)을 연결하도록 구성된다.

상세하게는, 서포트봉(42)은, z방향으로 연장되는 기둥 형상으로 형성되고, 그 상측 끝단부는, 탑플레이트(12)의 하면 대략 중앙부에 연결된다. 이 서포트봉(42)은, 피스톤웰(41)의 상측 끝단부의 개구를 관통하여 -z방향으로 연장된다.

서포트봉(42)의 하측 끝단부에는, 강철구(42b)가 형성된다. 서포트봉(42)은, 이 강구(42b)를 개재하여 캡부재(43)의 웰 슬래그에 접한다. 강철구(42b)는, 웰 슬래그에 대하여 전동 자유롭게 당접한다. 또한, 서포트봉(42)의 하측 끝단부 주변의 부위에는, 전술한 바와 같이 탄성링(44)이 삽입된다. 탄성링(44)이 삽입됨으로써, 서포트봉(42)의 하측 끝단부는, 항상 중심축(Oz) 상에 위치되게 된다.

이와 같이 구성함으로써, 탑플레이트(12)는, 서포트봉(42)을 개재하고 피스톤웰(41)의 바닥부에 피봇 지지된다. 이로써, 탑플레이트(12)는, 피스톤웰(41)에 대하여, xy방향을 따른 임의의 축 주위로 회동 자유롭게 된다. 여기서, 전술한 도 6은, 도 6의 도면에 직교하는 y방향의 주위로 회동시킨 상태에 상당한다.

한편, 서포트봉(42)의 상측 끝단부는, 구면(球面) 형상의 상면을 갖는 전동자(42a)를 개재하여 탑플레이트(12)의 하면(12a)에 당접한다. 상세하게는, 본 실시형태에 따른 전동자(42a)는, 서포트봉(42)의 상측 끝단부에 형성되고, 두꺼운 원반 형상으로 형성된다. 이 전동자(42a)의 상면은, 구면 형상(돔 형상)으로 되며, 여기에 탑플레이트(12)의 하면(12a)이 당접하도록 되어 있다. 전동자(42a)의 상면은, 탑플레이트(12)의 하면(12a)에 대하여 전동 자유롭게 지지된다.

따라서, 본 실시형태에 있어서 피스톤웰(41) 및 서포트봉(42)에 의해 구성되는 짐벌 피스톤(40)은, 돔 형상의 곡면을 개재하여 서포트봉(42)의 상측 끝단부와 탑플레이트(12)의 하면(12a)을 접촉시킨, 이른바 돔짐벌 피스톤으로서 구성된다.

여기서, 짐벌 피스톤(40)을 돔짐벌 피스톤으로 하는 것이 필수는 아니다. 짐벌 피스톤(40)은, 돔 형상의 곡면을 이용하지 않는 통상의 짐벌 피스톤으로 하여도 된다. 통상의 짐벌 피스톤에 의해 제진장치(1)가 구성된 경우, 서포트봉(42)의 상측 끝단부는 탑플레이트(12)의 하면(12a)에 체결되게 된다.

그런데, 사용자가 요구하는 사양에 따라서는, 짐벌 피스톤(40)을 원하지 않는 경우가 있다. 그러한 수요를 만족시키기 위하여, 본 실시형태에 따른 서포트봉(42)은, 피스톤웰(41) 및 탑플레이트(12)에 대하여 탈착 가능하게 구성된다. 서포트봉(42)의 탈착은, 도 3에 예시한 바와 같이 제진장치(1)로부터 탑플레이트(12)를 제거한 상태에서는, 피스톤웰(41)에 대하여 서포트봉(42)을 삽입하거나 빼거나 함으로써 실현할 수 있다. 이때, 캡부재(43) 및 탄성링(44) 등을 서포트봉(42)과 동시에 탈착시켜도 된다.

그리고, 피스톤웰(41)로부터 서포트봉(42)을 뺀 상태에서, 피스톤웰(41)의 상방으로부터 어태치먼트(71)를 삽입함으로써, 도 5에 예시하는 바와 같은 제진장치(1)의 제2 형태가 실현된다.

즉, 본 실시형태에 따른 제진장치(1)는, 서포트봉(42) 대신에 장착됨으로써, 피스톤웰(41)의 상면과 탑플레이트(12)의 하면(12a)과의 사이에 배치되는 어태치먼트(71)를 추가로 구비한다. 그리고, 이 제진장치(1)는, 서포트봉(42)을 어태치먼트(71)로 치환함으로써, 피스톤웰(41) 및 탑플레이트(12)에 대하여 서포트봉(42)을 장착한 제1 형태(도 4 참조)와, 탑플레이트(12)에 대한 피스톤웰(41)의 요동을 규제한 제2 형태(도 5 참조) 간에서 전환 가능하게 구성된다.

도 5에 나타내는 바와 같이, 어태치먼트(71)는, -z측을 향하여 개구된 바닥 있는 원통 형상(혹은, 그 오목부를 -z측을 향하게 한 접시 형상)으로 형성된다. 어태치먼트(71)의 내측면은, 피스톤웰(41)의 상측 끝단부의 외벽면에 대응한 형상을 가지며, 전자의 내측면을 후자의 외측면에 접촉시킬 수 있다. 또한, 어태치먼트(71)의 상면은, 탑플레이트(12)의 하면(12a)에 고정되는 한편, 어태치먼트(71)의 하면은, 제3 체결링(36)의 상면에 접촉한다. 이들 고정 및 접촉에 의해, 피스톤웰(41), 나아가서는 상기 연결부재(T)의 요동 및 경동이 규제된다.

또한, 도면 예에서는 어태치먼트(71)의 상면이 탑플레이트(12)의 하면(12a)에 체결되어 있지만, 이러한 체결이 필수는 아니다.

-제4 스프링 요소(Sp4)(제3 스프링 요소(Sp3))-

이어서, 제4 스프링 요소(Sp4)에 대해 설명한다. 이하의 설명은, 도 4~도 6의 각 도면에 있어서 경영대칭(mirror symmetry)인 점을 제외하고, 제3 스프링 요소(Sp3)에 대해서도 동일하다.

도 4에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에 따른 제4 스프링 요소(Sp4)는, 원통부(51)와, 체결링(52)과, 제4 다이어프램(53)과, 원반 부재(54)와, 체결플레이트(55)와, 돌출부(56)를 갖는다.

원통부(51)는, x방향을 따라 연장되는 중심축을 갖는 대략 원통 형상으로 형성되고, 제4 공기실(S4)의 측벽부 및 내측면을 구획한다. 원통부(51)는, 체결링(52)과 함께 제4 다이어프램(53)의 주연부를 협지한다.

원반 부재(54)는, 제1 플레이트부재(14a)의 내벽면에 체결되고, 제4 공기실(S4)에서, +x측에 면하는 정상면(top face)을 구획한다. 원반 부재(54)는, 원판 형상의 체결 플레이트(55)와 함께, 제4 다이어프램(53)의 중앙부를 협지한다. 이때, 제4 다이어프램(53)은, z방향으로 휜 상태에서 협지되도록 되어 있다. 또한, 제4 공기실(S4)에 있어서 -x측에 면하는 바닥면은, 전술한 통 형상체(34)의 외벽면에 의해 구획된다.

여기서, 제4 다이어프램(53)은, 원판 형상의 박막에 의해 구성되고, 예를 들어 폴리에스터 섬유 직물을 보강재로서 매설한 고무 탄성막에 의해 구성할 수 있다.

또한, 원반 부재(54) 및 체결 플레이트(55)에는, +x측으로부터 돌출부(56)가 체결된다. 이 돌출부(56)가 통 형상체(34)의 외벽면에 당접함으로써, 중심축(Oz)에 근접하는 방향으로의 원반 부재(54) 및 상단측 사이드플레이트(14)의 변위가 규제된다.

제4 다이어프램(53)의 설명으로 되돌아가면, 이 제4 다이어프램(53)은, 전술한 바와 같이 협지된 부위 사이의 부분(z 방향으로 휜 부분)이 수평 방향으로 굴곡되면서 전체 둘레에 걸쳐 크게 휨으로써, 원반 부재(54), 체결 플레이트(55) 및 돌출부(56) 등이 서로 연결된 부재의 x방향 변위에 대하여, 큰 가요성을 갖는다. 또한, 제4 다이어프램(53)이 +x측과 -x측으로 반대 방향으로 휨으로써, 상기 서로 연결된 부재는, 도면 방향의 임의의 축 주위로 용이하게 요동함과 함께, 그 요동에 수반하여, x방향에 대하여 경동하게 된다. 한편, 제4 다이어프램(53)은, 상기 서로 연결된 부재의 z방향 변위에 대해서는 가요성이 매우 작기 때문에, 당해 부재는, z방향으로는 거의 변위하지 않게 된다.

또한, 원반 부재(54), 체결플레이트(55) 및 돌출부(56)를 중공으로 하고, 그 중공부에 상단측 사이드플레이트(14)와 접하는 서포트봉을 삽입함으로써, 제4 스프링 요소(Sp4)에 짐벌 피스톤을 구성할 수도 있다. 이 경우에 이용되는 짐벌 피스톤은, 전술한 바와 같은 돔짐벌 피스톤이어도 된다.

(각 스프링 요소의 동작)

-제1 형태-

제1 공기실(S1) 및 제2 공기실(S2)에 적정 공기압이 공급되어 있는 상태에서는, 제1 공기실(S1) 및 제2 공기실(S2)의 내압은, 관통공(61)을 통하여 동압이 된다. 한편, 중간 공기실(Sm)은, 대기에 개방되어 있으므로 대기압이 된다.

이 경우, 제진장치(1)는, 탑재물(D) 및 탑플레이트(12)와 더불어, 피스톤웰(41)이 포함된 상기 연결부재(T)가 대략 일체로서 z방향으로 변위하도록, z방향의 하단측 스프링 요소(Sp1) 및 상단측 스프링 요소(Sp2)를 기능시킨다.

여기서, 탑플레이트(12)는, 서포트봉(42)을 개재하고 피스톤웰(41)에 피봇 지지된다. 탑플레이트(12)는, 제1 다이어프램(23), 제2 다이어프램(32) 및 제3 다이어프램(39)에 의해 피스톤웰(41) 등의 요동이 허용되도록(바꾸어 말하면, 요동 자유롭게 되도록) 지지되고, 이들 피스톤웰(41) 및 서포트봉(42)에 의해 이른바 짐벌 피스톤(40)이 구성된다.

이때, 공기 스프링의 축방향인 z방향의 진동에 관해서는, 상하 2단으로 함으로써, 풋프린트를 억제하면서, 보다 고중량의 탑재물(D)을 지지할 수 있게 된다.

또한, xy방향의 진동에 대해서는, 예를 들어 도 6의 δx로 나타내는 바와 같이, 탑플레이트(12) 및 상단측 사이드플레이트(14)와 서포트봉(42)이 x방향으로 변위하면, 피스톤웰(41)은, 제3 다이어프램(39)에 의해 유지되면서, 수평 방향의 임의의 축(예를 들어, y방향을 따라 연장되는 축) 주위로 요동하고, 이에 따라 진동이 흡수되게 된다. 이때, 그 피스톤웰(41)의 제3 다이어프램(39)에 의한 유지 위치보다, 서포트봉(42)의 하측 끝단부가 상기 웰 슬래그에 피봇 지지되는 위치가 낮은 점에서, 제3 다이어프램(39)의 스프링 특성은 매우 유연해지며, 이로써, 도 6에 일례를 나타내는 바와 같이, 제진장치(1)에 의한 xy방향의 제진(除振) 성능이 우수하게 된다.

또한, 본 실시형태에 따른 짐벌 피스톤(40)은, 이른바 돔짐벌 피스톤으로서 구성된다. 돔짐벌 피스톤으로서의 짐벌 피스톤(40)은, 수평 방향으로서의 xy방향으로 하중이 입력되었을 때에, 탑플레이트(12)와 전동자(42a)가 상대적으로 전동함으로써, 진동을 흡수할 수 있다.

즉, 상단측 스프링 요소(Sp2)에서는, xy방향의 진동에 대하여, 피스톤웰(41)의 요동 운동뿐만 아니라, 탑플레이트(12)와 전동자(42a) 사이의 전동 운동에 의해서도 진동이 흡수되게 된다. 그 결과, 제진장치(1)에서의 xy방향의 스프링 특성이 한층 더 유연해져, 한층 더 제진(除振) 성능의 향상이 도모된다.

또한, 제진장치(1)는, 상단측 사이드플레이트(14)와 더불어, 원반 부재(54), 체결 플레이트(55) 및 돌출부(56) 등의 서로 연결된 부재가 대략 일체로서 x방향으로 변위하도록, +x측의 제3 스프링 요소(Sp3) 및 -x측의 제4 스프링 요소(Sp4)를 기능시킨다.

이에 의해, 공기스프링의 축방향인 x방향의 진동에 관해서는, 고유 진동수를 저하시킬(즉, x방향의 저고유값화가 실현될) 수 있다. 이때, 하단측 스프링 요소(Sp1) 및 상단측 스프링 요소(Sp2)에 의한 xy방향의 진동 억제와 어우러져, x방향에 있어서 우수한 제진(除振) 성능을 발휘시킬 수 있다.

-제2 형태-

한편, 제2 형태에서는, 제진장치(1)에 짐벌 피스톤(40)은 따로 구성되지 않는다. 이 경우, xy방향의 스프링 특성은, 제1 형태에 비해 비교적 단단하게 설정되게 된다. 또한, xy방향에서의 탑플레이트(12)의 정정성은, 제1 형태에 비해 높아진다.

(액티브 제어)

도 7a 및 도 7b는, 제진 시스템(S)의 제어계를 예시하는 블록 다이어그램이다. 또한, 도 7a는 하단측 스프링 요소(Sp1) 및 상단측 스프링 요소(Sp2)에 관련되고, 도 7b는 제3 스프링 요소(Sp3) 및 제4 스프링 요소(Sp4)에 관련된다.

컨트롤러(100)는, 전술한 각 센서(81~85)로부터 입력되는 신호에 기초하여, 3개의 서보 밸브(91)를 제어한다. 컨트롤러(100)는, 각 서보 밸브(91)를 제어함으로써, 각 서보 밸브(91)를 통한 압축 공기의 공급 유량 및 배기 유량을 조정한다. 이 조정에 의해, 4개의 공기 스프링(Sp1~Sp4) 각각의 내압이 조정된다.

컨트롤러(100)는, 신호의 입출력이 가능한 제어 기판 등에 의해 구성된다. 컨트롤러(100)는, 그러한 하드웨어에 의해 실현되는 기능 블록으로서, 도 7a에 예시하는 제1 제진(除振) FB 제어부(101), 제1 제진(制振) FB 제어부(102) 및 제진(除振) FF 제어부(103)와, 도 7b에 예시하는 제2 제진(除振) FB 제어부(111) 및 제2 제진(制振) FB 제어부(112)를 갖는다. 이들 기능 블록은 모두, 액티브한 제진(除振) 및 제진(制振)에 관련된 것이다.

컨트롤러(100)는, 이들 기능 블록을 통하여 서보 밸브(91)로 제어 신호를 입력함으로써, 제진장치(1)(특히 탑플레이트(12))에 대하여, 그 진동을 억제하는 제어력을 부여하도록 구성된다.

도 7a에 나타내는 바와 같이, 서보 밸브(91)로의 입력은, 주로, 제1 FB 가속도센서(81)로부터의 출력에 기초하여 제1 제진 FB 제어부(101)에 의해 연산되는 제진(除振) 피드백 조작량과, 제1 FB 변위센서(82)로부터의 출력에 기초하여 제1 제진 FB 제어부(102)에 의해 연산되는 제진(制振) 피드백 조작량과, FF 가속도센서(85)로부터의 출력에 기초하여 제진(除振) FF 제어부(103)에 의해 연산되는 제진(除振) 피드포워드 조작량을 포함한다.

제1 제진 FB 제어부(101)는, 제1 FB 가속도센서(81)의 검출값, 즉 탑플레이트(12)의 z방향에서의 가속도에 기초하여, 그 진동이 감쇠하는 제어력을 하단측 스프링 요소(Sp1) 및 상단측 스프링 요소(Sp2)에 의해 발생시키는 것이다. 예를 들어, 가속도의 검출값, 그 미분값 및 적분값에 각각 피드백 게인을 곱하고, 이들 삼자를 모두 더한 후에 반전시킴으로써, 서보 밸브(91)로의 제어 입력(제진 피드백 조작량)으로 할 수 있다. 이로써, z방향에 있어서 탑플레이트(12)에 강성을 부여하거나, 탑플레이트(12)의 질량을 증가시키는 것과 마찬가지의 효과가 얻어진다.

또한, 제1 제진 FB 제어부(102)는, 제1 FB 변위센서(82)의 검출값, 즉 탑플레이트(12)의 상하 위치(z방향에서 본 높이 위치)의 변화량(상대 변위)에 기초하여, 그 상대 변위가 작아지도록 하단측 스프링 요소(Sp1) 및 상단측 스프링 요소(Sp2)의 내압을 제어함으로써, 이 탑플레이트(12)의 기울기나, 이 기울기에 의해 발생하는 흔들림을 억제하는(감쇠시키는) 것이다. 예를 들어, 변위의 검출값을 목표값(0)에서 뺀 후에 PID 제어법에 따라, 서보 밸브(91)로의 제어 입력(제진 피드백 조작량)을 구할 수 있다. 이로써, 탑플레이트(12)의 상하 위치를, 소정의 기준 위치(예를 들어, 도 4에 예시하는 위치 관계)로 수렴시킬 수 있다.

또한, 제진 FF 제어부(103)는, FF 가속도센서(85)에 의한 검출값, 즉 기초(도 1의 사선부를 참조)의 진동 상태에 기초하여, 이로부터 제진 대상물(탑재물(D))로 전달되는 진동을 상쇄시키는 역위상의 진동을 발생시키기 위한 것으로, 예를 들어 디지털 필터를 이용하여 서보 밸브(91)로의 제어 입력을 구할 수 있다. 이 디지털 필터의 특성은, 바닥 진동이 하단측 스프링 요소(Sp1) 및 상단측 스프링 요소(Sp2)를 개재하고 탑플레이트(12)에 전달될 때의 전달함수 H(s)와, 하단측 스프링 요소(Sp1) 및 상단측 스프링 요소(Sp2)에 의해 구성되는 보상 전달함수 K(s)를 이용하여, －H(s)·K(s)^－1로 표시된다.

그리고, 전술한 바와 같은 제어 입력을 수신하고 서보 밸브(91)가 작동하여, 하단측 스프링 요소(Sp1) 및 상단측 스프링 요소(Sp2)의 내압이 제어됨으로써, 제진 대상물인 탑플레이트(12)에 적절한 제어력이 부여되게 된다. 즉, 기초로서의 설치면(F)으로부터 전달되는 진동(특히, z방향의 진동)에 대해서는, 제진 FF 제어부(103)가 제진 피드포워드 제어를 실행함으로써 진동의 전달을 억제하면서, 그럼에도 불구하고 전달되는 미세 진동에 대해서는, 제1 제진 FB 제어부(101)가 제1 제진 피드백 제어를 실행함으로써 감쇄시키는 것으로, 매우 높은 제진(除振) 성능이 얻어진다.

한편, 비교적 큰 진동, 즉, 탑재물(D)의 작동 등에 수반하여 탑플레이트(12)에 발생하는 진동(흔들림)에 대해서는, 전술한 제1 제진 피드백 제어와 더불어, 제1 제진 FB 제어부(102)가 제1 제진 피드백 제어를 실행함으로써 감쇄되게 된다.

도 7b에 대해서도 마찬가지다. 도 7b에 나타내는 바와 같이, 서보 밸브(91)로의 입력은, 주로, 제2 FB 가속도센서(83)로부터의 출력에 기초하여 제2 제진 FB 제어부(111)에 의해 연산되는 제진(除振) 피드백 조작량과, 제2 FB 변위센서(84)로부터의 출력에 기초하여 제2 제진 FB 제어부(112)에 의해 연산되는 제진(制振) 피드백 조작량을 포함한다.

제2 제진 FB 제어부(111)는, 제2 FB 가속도센서(83)의 검출값, 즉 탑플레이트(12)의 x방향에서의 가속도에 기초하여, 그 진동이 감쇠하는 제어력을 제3 스프링 요소(Sp3) 및 제4 스프링 요소(Sp4)에 의해 발생시키는 것이다. 예를 들어, 가속도의 검출값, 그 미분값 및 적분값에 각각 피드백 게인을 곱하고, 이들 삼자를 모두 더한 후에 반전시킴으로써, 서보 밸브(91)로의 제어 입력(제진 피드백 조작량)으로 할 수 있다. 이에 의해, 서보 밸브(91)는, 상단측 사이드플레이트(14)를 개재하여 탑플레이트(12)에 제어력을 가한다. 이로써, x방향에 있어서 탑플레이트(12)에 강성을 가하거나, 탑플레이트(12)의 질량을 증가시키는 것과 마찬가지의 효과가 얻어진다.

또한, 제2 제진 FB 제어부(112)는, 제2 FB 변위센서(84)의 검출값, 즉 탑플레이트(12)의 수평 위치(x방향에서 본 위치)의 변화량(상대 변위)에 기초하여, 그 상대 변위가 작아지도록 제3 스프링 요소(Sp3) 및 제4 스프링 요소(Sp4)의 내압을 제어함으로써, 이 탑플레이트(12)의 기울기나, 이 기울기에 의해 발생하는 흔들림을 억제하는(감쇠시키는) 것이다. 예를 들어, 변위의 검출값을 목표값(0)에서 뺀 후에 PID 제어법에 따라, 서보 밸브(91)로의 제어 입력(제진(制振) 피드백 조작량)을 구할 수 있다. 이로써, 탑플레이트(12)의 수평 위치를, 전술한 기준 위치로 수렴시킬 수 있다.

그리고, 전술한 바와 같은 제어 입력을 수신하고 서보 밸브(91)가 작동하여, 제3 스프링 요소(Sp3) 및 제4 스프링 요소(Sp4)의 내압이 제어됨으로써, 제진 대상물인 탑플레이트(12)에 적절한 제어력이 부여되게 된다. 즉, 기초로서의 설치면(F)으로부터 전달되는 x방향의 미세 진동에 대해서는, 제2 제진 FB 제어부(111)가 제2 제진 피드백 제어를 실행함으로써 감쇄시키는 것으로, 매우 높은 제진(除振) 성능이 얻어진다.

한편, 비교적 큰 진동, 즉, 탑재물(D)의 작동 등에 수반하여 탑플레이트(12)에 발생하는 x방향의 진동에 대해서는, 전술한 제2 제진 피드백 제어와 더불어, 제2 제진 FB 제어부(112)가 제2 제진 피드백 제어를 실행함으로써 감쇄되게 된다. 이때의 제어력은, 상단측 사이드플레이트(14)를 개재하여 탑플레이트(12)에 가해지게 된다.

또한, 액추에이터에 리니어모터를 이용하는 경우는, 제1 제진 FB 제어부(101) 및 제2 제진 FB 제어부(111) 등의 구성이 변경될 수 있다. 그러나, 기본적인 제어 양태에 관해서는, 상기 실시형태와 거의 마찬가지로 된다.

(결론)

이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태에 따르면, 상하다단식의 제진장치(1)에 있어서, 상단측 스프링 요소(Sp2)와 하단측 스프링 요소(Sp1)를 연결하는 지주부(41, 42)에 의해, 피스톤웰(41) 및 서포트봉(42)이 구성되게 된다(도 1 및 도 4 등을 참조). 이에 의해, 이 제진장치(1)에 있어서 짐벌 피스톤(40)을 구성하고, 수평 방향(x방향)으로 유연한 스프링 특성을 실현할 수 있다. 이로써, 상하다단식의 제진장치(1)로 함에 따른 풋프린트의 억제 및 탑재물(D)의 고중량화에 대한 대응과, 짐벌 피스톤(40)을 설치함에 따른 수평 방향의 스프링 특성을 양립시킬 수 있고, 나아가서는 보다 우수한 제진 성능의 실현이 가능해진다.

또한, 본 실시형태에 따른 제진장치(1)는, 2015년 9월의 UN 정상회의에서 가맹국의 만장일치로 채택된 "지속가능발전을 위한 2030 의제”에 기재된, 2030년까지 지속가능하고 보다 나은 세계를 목표로 하는 국제 목표인 지속가능 개발 목표(SDGs: Sustainable Development Goals) 중, 목표 9 "산업, 혁신, 사회기반시설(산업과 기술 혁신의 기반을 만들자)" 달성에 공헌할 수 있다.

또한, 피지지체로서의 탑재물(D)의 중량 등에 따라서, 제진장치(1)에 요구되는 사양은 다방면에 걸치게 된다. 예를 들어, 전술한 바와 같은 수평 방향으로 유연한 스프링 특성을 구하는 대신에, 동일 방향에 있어서, 약간 딱딱한 스프링 특성이 요구되는 경우도 예상된다. 그러한 경우, 짐벌 피스톤(40)을 당초부터 구비하지 않는 제진장치를 준비하는 것도 생각할 수 있으나, 사양에 따라서 전혀 다른 제진장치를 준비하는 것은, 부품의 조달 비용, 제품의 관리 등을 고려하면 적절하지 않다.

이에 반해, 본 실시형태에 따르면, 도 4 및 도 5를 이용하여 설명한 바와 같이, 서포트봉(42)을 어태치먼트(71)와 치환하는 것만으로, 수평 방향의 스프링 특성을 조정할 수 있다. 이에 의해, 제진장치(1)의 성능 및 특성을 구별하여 사용할 수 있고, 다른 사양에 대응시키는 것이 가능해진다. 이로써, 가능한 한 부품의 공통화를 도모할 수 있고, 부품의 조달 비용을 억제함과 함께, 제품을 관리할 때의 수고를 줄이는 것이 가능해진다. 특히, 상기 제2 형태는, 탑플레이트(12)의 진동의 정정성을 확보하는 데 있어서 유효하다.

또한, 상단측 스프링 요소(Sp2)와 하단측 스프링 요소(Sp1)를 연결하는 지주부(41, 42)에 의해 피스톤웰(41)을 구성한 경우, 피스톤웰(41)의 하측 끝단부가 하단측 스프링 요소(Sp1)에 의해 구속되게 되므로, 수평 방향의 스프링 특성을 부드럽게 하는 데 있어서 성능 향상의 여지가 남는다.

이에 반해, 도 4 등에 나타낸 바와 같이, 짐벌 피스톤(40)으로서 돔짐벌 피스톤을 이용함으로써, 수평 방향으로 보다 유연한 스프링 특성을 실현하고, 피스톤웰(41)의 하측 끝단부가 하단측 스프링 요소(Sp1)에 의해 구속됨에 따른 영향을 감쇄할 수 있다. 이는, 수평 방향으로 유연한 스프링 특성을 실현하는 데 있어서 유효하다.

또한, 도 4 등에 나타낸 바와 같이, 제1 공기실(S1)과 제2 공기실(S2)과의 사이에 중간 공기실(Sm)을 개재시켰을 때에, 이것을 대기 개방함으로써, 중간 공기실(Sm)의 내압이 부압으로 떨어지는 것을 억제할 수 있다. 이에 의해, 제1 공기실(S1) 및 제2 공기실(S2)에 있어서 탄성 특성을 실현하는 부재(구체적으로는, 제1 다이어프램(23) 및 제2 다이어프램(32))를, 종래보다 적절하게 신축시키는 것이 가능해진다.

또한, 도 4 등에 나타낸 바와 같이 제1 공기실(S1)과 제2 공기실(S2)을 서로 연통시킨 것은, 제1 공기실(S1) 및 제2 공기실(S2)의 내압을 동시에 제어하는 데 있어서 유효하다. 즉, 하단측 스프링 요소(Sp1) 및 상단측 스프링 요소(Sp2)의 각각에 서보 밸브(91)를 설치하지 않아도, 1개의 서보 밸브(91)에 의해 내압을 제어하는 것이 가능해진다.

또한, 탑플레이트(12)의 진동 상태를 검출하는 센서(특히, 제1 FB 가속도센서(81) 및 제1 FB 변위센서(82))는, 보다 정확하면서 지연이 없는 검출을 실시하기 위해서는, 가능한 한 탑플레이트(12)에 접근시키는 것이 바람직하다.

이에 대하여, 도 2~도 4를 이용하여 설명한 바와 같이, 제1 공기실(S1)에 비하여 제2 공기실(S2)을 콤팩트하게 구성함으로써, 센서류의 수용 공간을 확보할 수 있다. 제2 공기실(S2)은, 제1 공기실(S1)에 비하여 탑플레이트(12)에 근접해 있기 때문에, 제1 FB 가속도센서(81) 및 제1 FB 변위센서(82)를 탑플레이트(12)에 가능한 한 접근시키는 것도 가능해진다. 이는, 제1 FB 가속도센서(81) 및 제1 FB 변위센서(82)의 검출 신호에 기초한 제진(除振) 제어 및 제진(制振) 제어의 성능 향상에 기여한다.

또한, 제1 FB 변위센서(82)를 탑플레이트(12)에 가능한 한 접근시킴으로써, 제1 센서브래킷(82a)을 종래보다 콤팩트화하여, 당해 제1 센서브래킷(82a)의 강성을 확보할 수 있다. 제1 센서브래킷(82a)의 강성을 확보하는 것은, 각종 제어의 방해가 되는 외란을 억제하는 데 있어서도 유효하다.

이와 같이, 본 실시형태에 따르면, 제진(除振) 제어 및 제진(制振) 제어의 성능 향상과, 외란의 억제와, 탑재물(D)의 지지 안정화를 각각 양립시킬 수 있다.

<제2 실시형태>

계속해서, 제2 실시형태에 따른 구성에 대하여 설명한다. 이하, 제1 실시형태와 동일한 부분에는 동일한 부호를 붙여 설명을 생략하고, 다른 부분에 대해 상세하게 설명한다.

여기서, 도 8은, 제2 실시형태에 따른 제진장치(1)의 전체 구성을 예시하는 사시도이고, 도 9는, 제진장치(1)에서 베이스플레이트(11)를 제거한 상태를 예시하는 도 8에 대응하는 도면이고, 도 10은, 제진장치(1)에서 하단측 수용물(20)을 제거한 상태를 예시하는 도 8에 대응하는 도면이다.

또한, 도 11은, 제2 실시형태에 따른 도 4에 대응하는 도면이고, 도 12는, 제2 실시형태에 따른 도 5에 대응하는 도면이다. 또한, 도 13은, 도 8의 A-A단면의 부분 확대도이고, 도 14는, 도 8의 B-B단면의 부분 확대도이다. 도 13은, 도 11의 하부를 확대한 도면에 상당한다. 또한, 도 15는, 플러그(77) 및 오리피스(63)의 구성을 예시하는 종단면도이고, 도 16은, 오리피스(63)의 실험 데이터를 나타내는 그래프이다.

(상세 구조)

제2 실시형태에서는, 주로, 제1 공기실(S1) 및 중간 공기실(Sm)의 내부구조가, 제1 실시형태에 따른 내부 구조와 상이하다. 예를 들어, 제2 실시형태에 따른 제진장치(1)는, 제1 실시형태에 따른 관통공(62) 대신에, 복수의 오리피스(63)를 구비한다(도 10, 도 11, 도 12 및 도 13을 참조).

-오리피스(63)-

복수의 오리피스(63)는, 중간 공기실(Sm)과 대기의 연통부인 관통공(62)을 축경시킨다. 이 중간 공기실(Sm)은, 제1 공기실(S1) 및 제2 공기실(S2)에 대하여, 제1 실시형태와 마찬가지로 비연통이 된다. 중간 공기실(Sm)은, 각 오리피스(63)를 개재하고 대기에 개방된다.

도 11, 도 12 및 도 13에 나타내는 바와 같이, 각 관통공(62)에는, 플러그(77)가 삽입된다. 각 플러그(77)는, 제2 실시형태에 따른 오리피스(63)를 갖는다. 예를 들어 도 15에 나타내는 바와 같이, 각 오리피스(63)는, 상하 방향으로 연장되며, 또한 제1 실시형태에 따른 관통공(62)보다 소직경의 관통공에 의해 구성된다. 각 오리피스(63)가, 하단측 사이드플레이트(13)의 바닥판부(13a)를 상하로 관통한다. 여기서, 플러그(77)를 이용하여 오리피스(63)를 구성하는 것이 필수는 아니다. 관통공(62)의 내경을 조정함으로써 오리피스(63)를 구성하여도 된다.

또한, 복수의 오리피스(63)는, 상하 방향 주위의 둘레 방향을 따라, 등간격으로 배치된다. 구체적으로, 제2 실시형태에 따른 제진장치(1)는, 4개의 오리피스(63)를 구비한다. 4개의 오리피스(63)는, 둘레 방향에 있어서, 90도마다 등간격으로 배치된다.

또한, 각 오리피스(63)는, 제2 공기실(S2)보다 직경 방향의 외측에 배치된다. 상세하게는, 각 오리피스(63)는, 후술하는 각 제1 스프링부재(74), 각 제2 스프링부재(75), 각 제1 감쇠부재(72) 및 수평 감쇠부재(76)보다 직경 방향의 외측에 배치된다. 또한, 각 오리피스(63)는, 직경 방향에 있어서, 각 제2 감쇠부재(73)와 대략 동일한 위치에 배치된다.

그리고, 각 오리피스(63)는, 상하 방향에서의 제1 인너베이스(21)의 변위를 감쇠시키기 위하여, 상기 관통공(62)보다 소직경이 된다. 예를 들어 도 15에 나타내는 바와 같이, 각 오리피스(63)의 내경을 φ로 하면, 내경 φ의 크기는 0.3㎜ 이상 0.7㎜ 이하, 더욱 상세하게는 0.4 ㎜ 이상 0.6 ㎜ 이하의 범위 내로 설정된다.

그 밖에, 제2 실시형태에 따른 제진장치(1)는, 도 9~도 14에 나타내는 바와 같이, 복수의 제1 감쇠부재(72), 복수의 제2 감쇠부재(73), 복수의 제1 스프링부재(74), 복수의 제2 스프링부재(75) 및 수평 감쇠부재(76)를 구비한다. 이들 부재는 모두, 중간 공기실(Sm) 또는 제1 공기실(S1)의 내부에 배치된다.

또한, 복수의 오리피스(63), 복수의 제1 감쇠부재(72), 복수의 제2 감쇠부재(73), 복수의 제1 스프링부재(74), 복수의 제2 스프링부재(75), 및 수평 감쇠부재(76)는, 전술한 제1 형태 및 제2 형태 양쪽에서 이용 가능하다.

-제1 감쇠부재(72) 및 제2 감쇠부재(73)-

복수의 제1 감쇠부재(72)는, 중간 공기실(Sm)의 내부에 배치된다. 이들 제1 감쇠부재(72)는, 각각, 상하 방향에서의 하단측 스프링 요소(Sp1) 및 상단측 스프링 요소(Sp2)의 신축을 감쇠시키는 댐퍼로서 기능한다.

복수의 제1 감쇠부재(72)는, 각각, 블록 형상의 고감쇠 고무에 의해 구성된다. 각 제1 감쇠부재(72)는, 상하 방향으로 연장되는 원통 형상을 갖는다. 각 제1 감쇠부재(72) 중앙의 관통공에는, 제1 인너베이스(21)의 상면으로부터 돌출하는 체결구(볼트)가 삽입된다.

또한, 각 제1 감쇠부재(72)는, 중간 공기실(Sm)의 천장면(하단측 사이드플레이트(13)의 바닥판부(13a)의 하면)과 바닥면(제1 인너베이스(21)의 상면)과의 사이에 배치된다. 각 제1 감쇠부재(72)는, 전술한 제진 제어 등이 실행되고 있는지 여부에 관계없이, 압축된 상태로 배치된다. 각 제1 감쇠부재(72)는, 제진장치(1)에 부여되는 진동 중, 특히 상하 방향으로 부여되는 진동에, 감쇠를 부여한다.

또한, 복수의 제1 감쇠부재(72)는, 상기 둘레 방향을 따라 등간격으로 배치된다. 구체적으로, 제2 실시형태에 따른 제진장치(1)는, 4개의 제1 감쇠부재(72)를 구비한다. 도 10에 나타내는 바와 같이, 4개의 제1 감쇠부재(72)는, 둘레 방향에 있어서, 90도마다 등간격으로 배치된다.

복수의 제1 감쇠부재(72)는, 제1 공기실(S1)의 바닥면에 대한 당해 제1 공기실(S1)의 천장면의 변위를 감쇠시킨다는 점에서, 각각, 제2 실시형태에서의 "상하감쇠부재”를 예시한다.

복수의 제2 감쇠부재(73)는, 제1 공기실(S1)의 내부에 배치된다. 이들 제2 감쇠부재(73)는, 각각, 상하 방향에서의 제1 공기실(S1)의 신축을 감쇠시키는 댐퍼로서 기능한다.

복수의 제2 감쇠부재(73)는, 각각, 블록 형상의 고감쇠 고무에 의해 구성된다. 각 제2 감쇠부재(73)는, 상하 방향으로 연장되는 원통 형상을 갖는다. 각 제2 감쇠부재(73) 중앙의 관통공에는, 제1 인너베이스(21)의 하면으로부터 돌출하는 체결구(볼트)가 삽입된다. 각 제2 감쇠부재(73)는, 와셔(22)를 개재하고 제1 인너베이스(21)의 하면에 장착된다.

또한, 각 제2 감쇠부재(73)는, 제1 공기실(S1)의 천장면(제1 인너베이스(21)의 하면)과 바닥면(베이스플레이트(11)의 바닥판부(11a)의 상면)과의 사이에 배치된다. 각 제2 감쇠부재(73)는, 전술한 제진 제어 등이 실행되고 있는지 여부에 관계없이, 압축된 상태로 배치된다. 각 제2 감쇠부재(73)는, 제진장치(1)에 부여되는 진동 중, 특히 상하 방향으로 부여되는 진동에, 감쇠를 부여한다.

또한, 복수의 제2 감쇠부재(73)는, 상기 둘레 방향을 따라 등간격으로 배치된다. 구체적으로, 제2 실시형태에 따른 제진장치(1)는, 4개의 제2 감쇠부재(73)를 구비한다. 도 9에 나타내는 바와 같이, 4개의 제2 감쇠부재(73)는, 둘레 방향에 있어서, 90도마다 등간격으로 배치된다.

제1 인너베이스(21)는, 복수의 제1 감쇠부재(72)와, 복수의 제2 감쇠부재(73)에 의해, 상하로 협지된다. 도 9와 도 10의 비교, 또는, 도 13과 도 14의 비교로부터 알 수 있듯이, 직경 방향에 있어서, 각 제2 감쇠부재(73)는, 각 제1 감쇠부재(72) 및 후술하는 각 제2 스프링부재(75)의 외측에 배치된다. 또한, 이들 비교로부터 알 수 있듯이, 둘레 방향에 있어서, 각 제2 감쇠부재(73)는, 각 제1 감쇠부재(72)에 대하여 오프셋되도록 배치된다. 또한, 각 제2 감쇠부재(73)를 외측에 배치함으로써, 피스톤웰(41)의 기울기, 휘청거림을 억제할 수 있다.

-제1 스프링부재(74)-

복수의 제1 스프링부재(74)는, 중간 공기실(Sm)의 내부에 배치된다. 이들 제1 스프링부재(74)는, 각각, 제1 공기실(S1)의 천장면과 당해 제1 공기실(S1)의 바닥면을 접근시키는 방향으로 복원력(F1)을 발휘하는 바이어스 부재로서 기능한다(도 14를 참조).

복수의 제1 스프링부재(74)는, 각각, 상하 방향으로 신축하는 코일스프링에 의해 구성된다. 각 제1 스프링부재(74)는, 중간 공기실(Sm)의 천장면과 바닥면과의 사이에 배치된다. 각 제1 스프링부재(74)는, 상하 방향으로 압축됨으로써, 중간 공기실(Sm)의 천장면과 바닥면과의 근접에 저항하는 방향, 즉 천장면과 바닥면을 이격시키는 방향으로 복원력(F1)을 발휘한다. 이 복원력(F1)은, 제1 인너베이스(21)의 상방으로의 변위에 저항하는 방향으로 작용하는 것으로서, 하단측 스프링 요소(Sp1)의 스프링 상(上)(제1 인너베이스(21))을 밀어 내리는 방향으로 작용한다. 이에 의해, 각 제1 스프링부재(74)는, 하단측 스프링 요소(Sp1)의 신장에 저항하는 스프링으로서 기능하게 된다. 또한, 각 제1 스프링부재(74)가 미치는 복원력(F1)은, 제2 공기실(S2)에도 작용하여, 제1 공기실(S1) 및 제2 공기실(S2)의 각각의 내압을 높이는 데도 작용한다.

또한, 복수의 제1 스프링부재(74)는, 2개 1쌍의 페어를 복수 구비한다. 각 페어는, 상기 둘레 방향을 따라 등간격으로 배치된다. 구체적으로, 제2 실시형태에 따른 제진장치(1)는, 8개의 제1 스프링부재(74)를 구비한다. 8개의 제1 스프링부재(74)는, 2개 1쌍의 페어를 4쌍 구성한다. 도 10에 나타내는 바와 같이, 4개의 페어는, 둘레 방향에 있어서, 90도마다 등간격으로 배치된다.

-제2 스프링부재(75)-

복수의 제2 스프링부재(75)는, 제1 공기실(S1)의 내부에 배치된다. 이들 제2 스프링부재(75)는, 각각, 제1 공기실(S1)의 천장면과 당해 제1 공기실(S1)의 바닥면을 이격시키는 방향으로 복원력(F2)을 발휘하는 바이어스 부재로서 기능한다(도 13을 참조).

복수의 제2 스프링부재(75)는, 각각, 상하 방향으로 신축하는 코일스프링에 의해 구성된다. 각 제2 스프링부재(75)는, 제1 공기실(S1)의 천장면과 바닥면과의 사이에 배치된다. 각 제2 스프링부재(75)는, 상하 방향으로 압축됨으로써, 제1 공기실(S1)의 천장면과 바닥면과의 근접에 저항하는 방향, 즉 천장면과 바닥면을 이격시키는 방향으로 복원력(F2)을 발휘한다. 이 복원력(F2)은, 제1 인너베이스(21)의 하방으로의 변위에 저항하는 방향으로 작용하는 것으로서, 하단측 스프링 요소(Sp1)의 스프링 상(제1 인너베이스(21))을 밀어 올리는 방향으로 작용한다. 이에 의해, 각 제2 스프링부재(75)는, 하단측 스프링 요소(Sp1)의 압축에 저항하는 스프링으로서 기능하게 된다. 또한, 각 제2 스프링부재(75)가 미치는 복원력(F2)은, 제2 공기실(S2)에도 작용한다.

또한, 복수의 제2 스프링부재(75)는, 상기 둘레 방향을 따라 등간격으로 배치된다. 구체적으로, 제2 실시형태에 따른 제진장치(1)는, 4개의 제2 스프링부재(75)를 구비한다. 도 9에 나타내는 바와 같이, 4개의 제2 스프링부재(75)는, 둘레 방향에 있어서, 90도마다 등간격으로 배치된다.

또한, 제진장치(1)에 탑재물(D)이 탑재되지 않은 비탑재 상태에 있어서, 복수의 제1 스프링부재(74) 전체가 제1 인너베이스(21)에 미치는 복원력(F1)(도 14를 참조)은, 복수의 제2 스프링부재(75) 전체가 제1 인너베이스(21)에 미치는 복원력(F2)(도 13을 참조)을 상회하도록 설정된다. 이 설정은, 비탑재 상태에서 하기 식(1)을 만족함으로써 실현된다.

Ka·ΔXa·Na ＞ Kb·ΔXb·Nb　　…(1)

상기 식(1)에 있어서, Ka는 각 제1 스프링부재(74)의 스프링 상수이고, ΔXa는 비탑재 상태에서의 각 제1 스프링부재(74)의 휨량이고, Na는 제1 스프링부재(74)의 개수(본 실시형태에서는 8개)이다. 마찬가지로, 상기 식(1)에 있어서, Kb는 각 제2 스프링부재(75)의 스프링 상수이고, ΔXb는 비탑재 상태에서의 각 제2 스프링부재(75)의 휨량이고, Nb는 제2 스프링부재(75)의 개수(본 실시형태에서는 4개)이다. 제2 실시형태에서는, 상기 식(1)이 만족되도록 되어 있다. 또한, 상기 설정은, 비탑재 상태이면서 서보 밸브(91)의 비작동시(각 공기실에 에어가 공급되지 않은 상태)에 있어서, 상기 식(1)을 만족함으로써 실현되는 것으로 하여도 된다.

상기 식(1)을 만족함으로써, 제1 인너베이스(21)를 밀어 내리려고 하는 힘이, 제1 인너베이스(21)를 밀어 올리려는 힘을 상회하게 된다. 이에 의해, 비탑재 상태, 바람직하게는 비탑재 상태이면서 상기 비작동시에서, 제1 인너베이스(21)를 부상시키지 않고, 당해 제1 인너베이스(21)의 지지를 안정시킬 수 있다.

제1 인너 베이스(21)는, 복수의 제1 스프링부재(74)와, 복수의 제2 스프링부재(75)에 의해, 상하로 협지된다. 도 9와 도 10의 비교, 또는, 도 13과 도 14의 비교로부터 알 수 있듯이, 직경 방향에 있어서, 각 제1 스프링부재(74)는, 제2 스프링부재(75)의 외측에 배치된다. 또한, 이들 비교로부터 알 수 있듯이, 둘레 방향에 있어서, 각 제1 스프링부재(74)는, 각 제2 감쇠부재(75)에 대하여 오프셋되도록 배치된다.

-수평 감쇠부재(76)-

수평 감쇠부재(76)는, 중간 공기실(Sm)의 내부에 배치된다. 이 수평 감쇠부재(76)는, 상하 방향에 직교하는 수평 방향에서의, 제1 공기실(S1)의 바닥면에 대한 당해 제1 공기실(S1)의 천장면의 변위를 감쇠시키는 댐퍼로서 기능한다.

수평 감쇠부재(76)는, 판 형상이면서 링 형상의 고감쇠 고무에 의해 구성된다. 수평 감쇠부재(76) 중앙의 관통공은, 제2 인너베이스(31)의 외주면에 삽입된다. 수평 감쇠부재(76)의 주연부는, 하단측 사이드플레이트(13)의 내주면에 접한다. 수평 감쇠부재(76)는, 수평 방향으로 예압축된 상태로 배치된다. 수평 감쇠부재(76)는, 상하 방향으로는 예압축되지 않고, 도 13 및 도 14 등에 나타내는 바와 같이, 제1 인너베이스(21)의 상면에 대하여 틈새를 두고 배치된다.

수평 감쇠부재(76)는, 제2 인너베이스(31)를 개재하여 제1 인너베이스(21)와 일체적으로 변위한다. 그 변위 시에 수평 방향으로 압축됨으로써, 수평 감쇠부재(76)는, 제1 인너베이스(21)의 수평 이동을 감쇠시킨다. 이 감쇠는, 제1 공기실(S1)의 바닥면에 대한 천장면의 수평 이동에 저항하는 것으로서, 하단측 스프링 요소(Sp1)의 스프링상의 수평 이동을 억제하는 방향으로 작용한다. 이에 의해, 수평 감쇠부재(76)는, 수평 방향에서의 하단측 스프링 요소(Sp1)의 변형을 감쇠시키는 댐퍼로서 기능하게 된다.

또한, 제1 인너베이스(21)는, 제2 인너베이스(31)를 개재하고 피스톤웰(41)과 연결된다. 피스톤웰(41)은, 전술한 바와 같이 제2 공기실(S2)을 구획한다. 따라서, 제2 인너베이스(31)의 외주면에 수평 감쇠부재(76)를 장착함으로써, 이 수평 감쇠부재(76)는, 상단측 스프링 요소(SP2)의 스프링상의 수평 이동을 억제하는 것도 가능하다. 이에 의해, 수평 감쇠부재(76)는, 수평 방향에서의 상단측 스프링 요소(Sp2)의 변형을 감쇠시키는 댐퍼로서도 기능하게 된다.

(각 부재의 작용)

제2 실시형태에 의하면, 도 13 등에 나타낸 바와 같이, 중간 공기실(Sm)과 대기의 연통부를 오리피스(63)에 의해 축경시킴으로써, 하단측 스프링 요소(Sp1) 및 상단측 스프링 요소(Sp2) 양쪽의 신축에 저항을 부여할 수 있다. 이에 의해, 상하 방향에서의 제진장치(1) 전체의 신축을 감쇠시킴과 함께, 상하 방향에서의 제진장치(1)의 높은 고유값화(높은 고유진동수화)를 실현할 수 있다. 이로써, 탑재물(D)로부터 전해지는 흔들림을 신속하게 수렴시킬 수 있게 되어, 제진장치(1)의 제진(制振) 성능을 향상시킬 수 있다.

또한, 도 10에 나타낸 바와 같이, 각 오리피스(63)를 등간격으로 배치함으로써, 둘레 방향으로 균형있게 감쇠를 부여할 수 있다. 이로써, 제진(制振) 성능을 향상시키는 데 있어서 더욱 유리해진다.

또한, 제1 공기실(S1) 및 제2 공기실이 아니라, 중간 공기실(Sm)에 오리피스(63)를 배치함으로써, 제1 공기실(S1) 및 제2 공기실 각각의 내압 제어에 미치는 영향을, 가능한 한 억제할 수 있다.

여기서, 도 16의 가로축은 주파수이고, 그 세로축은 공진 배율이다. 또한, 도 16의 2점 쇄선은, 4개의 관통공(62)이 형성되어 있기는 하나, 각 관통공(62)에 플러그(77)가 삽입되지 않은 경우를 나타낸다. 마찬가지로, 도 16의 1점 쇄선은, 4개의 관통공(62) 중 3개를 폐색하고, 1개를 오리피스(63)에 의해 대기 개방시킨 경우를 나타낸다. 도 16의 파선은, 4개의 관통공(62)을 모두 폐색하지 않고, 4개 모두를 오리피스(63)에 의해 대기 개방시킨 경우를 나타낸다. 이 경우, 4개의 오리피스(63)는, 도 10에 예시한 바와 같이 90도마다 등간격으로 배치된다. 또한, 도 16의 실선은, 4개의 관통공(62)을 모두 폐색한 경우를 나타낸다. 또한, 도 16의 각 데이터에 있어서, 오리피스(63)의 내경은, φ=0.5±0.02[㎜]로 설정된다.

도 16의 포위부(Ci)에 나타내는 바와 같이, 4개의 오리피스(63)를 구비한 경우에서는, 공진 시의 피크 높이가, 다른 경우보다 낮다. 이는, 둘레 방향으로 등간격으로 오리피스(63)를 배치한 것이, 그 오리피스(63)에 의해 감쇠를 부여하는 데 있어서 바람직하게 작용한 것을 나타낸다.

또한, 도 10 및 도 13 등에 나타낸 바와 같이, 중간 공기실(Sm)에 각 제1 감쇠부재(72)를 배치함으로써, 하단측 스프링 요소(Sp1) 및 상단측 스프링 요소(Sp2) 양쪽의 신축에 저항을 부여할 수 있다. 이에 의해, 상하 방향에서의 제진장치(1) 전체의 신축을 감쇠시킴과 함께, 상하 방향에서의 제진장치(1)의 높은 고유값화(높은 고유진동수화)를 실현할 수 있다. 이로써, 탑재물(D)로부터 전해지는 흔들림을 신속하게 수렴시킬 수 있게 되어, 제진장치(1)의 제진(制振) 성능을 향상시킬 수 있다.

또한, 제1 공기실(S1) 및 제2 공기실(S2)은, 각각의 신축에 의한 공기의 압축 또는 팽창에 수반하여, 그 내부에서 온도 변화를 일으킬 가능성이 있다. 이 온도 변화는, 각 제1 감쇠부재(72)의 감쇠 특성을 변화시킬 수 있기 때문에 적절하지 않다. 이러한 문제는, 상기 제2 실시형태와 같이, 각 제1 감쇠부재(72)에 고감쇠 고무를 이용했을 때 현저한 것이다.

한편, 중간 공기실(Sm)은 대기 개방된다. 이로써, 중간 공기실(Sm)의 내부에서는, 제1 공기실(S1) 및 제2 공기실의 내부만큼 온도 변화는 발생하지 않을 것으로 생각된다. 이로써, 제2 실시형태와 같이 중간 공기실(Sm)의 내부에 각 제1 감쇠부재(72)를 배치함으로써, 당해 각 제1 감쇠부재(72)의 감쇠 특성을 안정시킬 수 있다.

또한, 도 14에 나타낸 바와 같이, 제1 스프링부재(74)는, 제1 공기실(S1)을 상하로 압축시키는 방향으로 복원력(F1)을 발휘한다. 이 복원력(F1)은, 제1 공기실(S1) 및 제2 공기실(S2)의 내압을 높이도록 작용한다. 각 공기실(S1, S2)의 내압의 상승과, 제1 스프링부재(74) 자체의 스프링 특성이 어우러져, 상하 방향에서의 제진장치(1)의 높은 고유값화(높은 고유진동수화)를 실현할 수 있다. 이로써, 탑재물(D)로부터 전해지는 흔들림의 진폭을 작게 할 수 있다.

또한, 도 14에 의하면, 제1 스프링부재(74)가 발휘하는 복원력(F1)은, 제1 공기실(S1)의 천장면을 밀어 내리는 방향으로 작용한다. 이 복원력(F1)에 의해, 제진장치(1)에 탑재물(D)이 탑재되지 않은 비탑재 상태에 있어서, 중간 공기실(Sm)의 바닥면과 천장면의 접촉을 억제하거나, 제1 공기실(S1)의 천장면의 휘청거림을 억제할 수 있다.

또한, 도 9 및 도 13 등에 나타낸 바와 같이, 제2 스프링부재(75)는, 제1 공기실(S1)을 상하로 신장시키는 방향으로 복원력(F2)을 발휘한다. 제2 스프링부재(75) 자체의 스프링 특성에 의해, 상하 방향에서의 제진장치(1)의 높은 고유값화(높은 고유진동수화)를 실현할 수 있다. 이로써, 탑재물(D)로부터 전해지는 흔들림의 진폭을 작게 할 수 있다.

또한, 도 13에 나타내는 바와 같이, 제2 스프링부재(75)가 발휘하는 복원력(F2)은, 제1 공기실(S1)의 천장면을 밀어 올리는 방향으로 작용한다. 따라서, 그 복원력(F2)을 이용하여, 보다 무거운 탑재물(D)을 지지할 수 있게 된다. 이로써, 제진장치(1)의 탑재 능력을 높일 수 있다.

또한, 도 10, 도 13 및 도 14 등에 나타낸 바와 같이, 중간 공기실(Sm)에 수평 감쇠부재(76)를 배치함으로써, 수평 방향의 변위에 감쇠를 부여할 수 있다. 이로써, 수평 방향에서의 제진장치(1)의 높은 고유값화(높은 고유진동수화)를 실현할 수 있다. 이로써, 탑재물(D)로부터 전해지는 흔들림을 신속하게 수렴시킬 수 있게 되어, 제진장치(1)의 제진(制振) 성능을 향상시킬 수 있다.

또한, 도 11 및 도 12에 나타낸 바와 같이, 제1 인너베이스(21) 및 피스톤웰(41)은, 제2 인너베이스(31)를 개재하고 연결된다. 따라서, 제2 인너베이스(31)의 외주면에 수평 감쇠부재(76)를 장착함으로써, 이 수평 감쇠부재(76)는, 상단측 스프링 요소(Sp2)의 스프링상의 수평 이동을 억제할 수도 있다. 이로써, 수평 감쇠부재(76)는, 수평 방향에서의 상단측 스프링 요소(Sp2)의 높은 고유값화(높은 고유진동수화)를 실현할 수도 있다. 이로써, 탑재물(D)로부터 전해지는 흔들림을 신속하게 수렴시킬 수 있게 되어, 제진장치(1)의 제진(制振) 성능을 향상시킬 수 있다.

또한, 복수의 제1 스프링부재(74)와, 복수의 제2 스프링부재(75)를 양쪽 모두 구비하는 것이 필수는 아니지만, 적어도 복수의 제1 스프링부재(74)를 이용할 때에는, 복수의 제2 스프링부재(75)를 병용하는 것이 유용하다. 즉, 전술한 바와 같이, 복수의 제1 스프링부재(74)는, 제1 인너베이스(21)를 밀어 내리는 방향으로 복원력(F1)을 발휘한다. 이 복원력(F1)은, 제1 공기실(S1)의 내압 제어에 영향을 미치지 않는다는 이점을 갖기는 하나, 제1 공기실(S1)에 대하여 중력 방향으로 작용하기 때문에, 제진장치(1)의 탑재 능력(탑재물(D) 중량의 상한)을 훼손시킬 가능성이 있다. 한편, 복수의 제2 스프링부재(75)는, 제1 인너베이스(21)를 밀어 올리는 방향으로 복원력(F2)을 발휘한다. 이 복원력(F2)은, 제진장치(1)의 탑재 능력을 보강하는 방향으로 작용한다.

이와 같이, 복수의 제1 스프링부재(74)와, 복수의 제2 스프링부재(75)를 병용함으로써, 제진장치(1)의 탑재 능력을 확보하면서, 높은 고유값화를 실현할 수 있다.

또한, 복수의 제1 감쇠부재(72)와 복수의 제2 감쇠부재(73)를 병용함으로써, 탑재물(D)이 제진장치(1)에 미치는 하중이 증감하는 경우에, 특히 유효하다. 예를 들어, 탑재물(D)로서, 정반 위를 슬라이드 이동하는 스테이지를 이용함과 함께, 그 탑재물(D)을, 복수의 제진장치(1)에 의해 지지하는 경우를 생각한다. 이 경우, 탑재물(D)의 이동에 수반하여, 하나의 제진장치(1)에 작용하는 하중이 감소하거나, 당해 하중이 증가하거나 한다. 전자의 경우, 제1 감쇠부재(72)가 압축되는 한편, 제2 감쇠부재(73)는 신장하게 된다. 후자의 경우, 제1 감쇠부재(72)가 신장하는 한편, 제2 감쇠부재(73)는 압축되게 된다. 제1 감쇠부재(72)와 제2 감쇠부재(73)를 병용함으로써, 각 감쇠부재(72, 73)에 작용하는 하중을 분산시킬 수 있다.

S : 제진 시스템
1 : 제진장치(다단식 제진장치)
10 : 케이싱
12 : 탑플레이트(정반, 상판부)
12a : 탑플레이트의 하면(정반의 하면)
15 : 외벽부
40 :짐벌 피스톤
41 : 피스톤웰(지주부)
42 : 서포트봉(지주부)
42a : 전동자
62 : 관통공
63 : 오리피스
71 : 어태치먼트
72 : 제1 감쇠부재(상하 감쇠부재)
74 : 제1 스프링부재
75 : 제2 스프링부재
76 : 수평 감쇠부재
77 : 플러그
85 : FF 가속도센서(진동센서)
100 : 컨트롤러
D : 탑재물(피지지체)
F : 설치면(기초)
Oz : 서포트봉의 중심축
Sp1 : 하단측 스프링 요소
Sp2 : 상단측 스프링 요소
S1 : 제1 공기실
S2 : 제2 공기실
Sm : 중간 공기실

Claims (11)

1. 기초에 대하여 피지지체를 탄성적으로 지지하는 다단식 제진장치로서,
   상기 피지지체가 탑재되는 정반과,
   상기 기초에 설치되고, 상하 방향으로 신축하는 제1 공기실이 구획된 하단측 스프링 요소와,
   상기 하단측 스프링 요소에 대하여 상기 정반을 지지함과 함께, 상기 상하 방향으로 신축하는 제2 공기실이 구획된 상단측 스프링 요소와,
   상기 제2 공기실의 천장면과 상기 제1 공기실의 천장면을 연결하는 지주부를 구비하고,
   상기 지주부는,
   상기 정반을 향하여 상방으로 개구된 바닥 있는 통 형상의 피스톤웰과,
   상기 피스톤웰에 삽입되어, 당해 피스톤웰의 내저면과 상기 정반의 하면을 연결하는 서포트봉을 가지며,
   상기 피스톤웰 및 상기 서포트봉은, 상기 정반에 대한 상기 피스톤웰의 요동을 허용하는 짐벌 피스톤을 구성하는
   것을 특징으로 하는 다단식 제진장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 서포트봉은, 상기 피스톤웰 및 상기 정반에 대하여 탈착 가능하게 구성되고,
   상기 서포트봉 대신에 장착됨으로써, 상기 피스톤웰의 상면과 상기 정반의 하면과의 사이에 배치되는 어태치먼트를 추가로 구비하고,
   상기 피스톤웰 및 상기 정반에 대하여 상기 서포트봉을 장착한 제1 형태와, 상기 서포트봉을 상기 어태치먼트로 치환함으로써, 상기 정반에 대한 상기 피스톤웰의 요동을 규제한 제2 형태 간에서,
   상기 서포트봉을 상기 어태치먼트로 치환함으로써 전환 가능하게 구성되는
   것을 특징으로 하는 다단식 제진장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 서포트봉의 상측 끝단부는, 구면 형상의 상면을 갖는 전동자를 개재하여 상기 정반의 하면에 당접하고,
   상기 짐벌 피스톤은, 돔짐벌 피스톤으로서 구성되는
   것을 특징으로 하는 다단식 제진장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 제1 공기실과 상기 제2 공기실과의 사이에는, 당해 제1 공기실의 천장면과 상기 제2 공기실의 바닥면에 의해 구획된 중간 공기실이 개재하고,
   상기 중간 공기실은, 상기 제1 공기실 및 상기 제2 공기실 양쪽에 대하여 비연통이 됨과 함께, 대기에 대하여 개방되는
   것을 특징으로 하는 다단식 제진장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 제1 공기실 및 상기 제2 공기실은, 서로 연통하는
   것을 특징으로 하는 다단식 제진장치.
6. 제1항에 있어서,
   상기 정반에 의하여 상판부가 구성되고, 상기 상단측 스프링 요소를 포위하는 케이싱과,
   상기 기초에 대한 상기 정반의 진동 상태를 검출하는 진동 센서를 구비하고,
   상기 제2 공기실은, 상기 서포트봉의 중심축에 관한 직경 방향에서, 적어도 일부의 외벽부가, 상기 제1 공기실의 외벽부에 비하여 축소되고,
   상기 진동 센서는, 상기 제2 공기실에서의 상기 외벽부와, 상기 케이싱의 내벽부와의 사이에 배치되는
   것을 특징으로 하는 다단식 제진장치.
7. 제4항에 있어서,
   상기 중간 공기실과 대기의 연통부를 축경시킨 복수의 오리피스를 구비하고,
   상기 복수의 오리피스는, 상기 상하 방향 주위의 둘레 방향을 따라, 등간격으로 배치되는
   것을 특징으로 하는 다단식 제진장치.
8. 제4항에 있어서,
   상기 중간 공기실의 내부에 배치되고, 상기 상하 방향에서, 상기 제1 공기실의 바닥면에 대한 당해 제1 공기실의 천장면의 변위를 감쇠시키는 상하감쇠부재를 구비하는
   것을 특징으로 하는 다단식 제진장치.
9. 제4항에 있어서,
   상기 중간 공기실의 내부에 배치되고, 상기 제1 공기실의 천장면과 당해 제1 공기실의 바닥면을 접근시키는 방향으로 복원력을 발휘하는 제1 스프링부재를 구비하는
   것을 특징으로 하는 다단식 제진장치.
10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 공기실의 내부에 배치되고, 상기 제1 공기실의 천장면과 당해 제1 공기실의 바닥면을 이격시키는 방향으로 복원력을 발휘하는 제2 스프링부재를 구비하는
    것을 특징으로 하는 다단식 제진장치.
11. 제4항에 있어서,
    상기 중간 공기실의 내부에 배치되고, 상기 상하 방향에 직교하는 수평 방향에서의, 상기 제1 공기실의 바닥면에 대한 당해 제1 공기실의 천장면의 변위를 감쇠시키는 수평 감쇠부재를 구비하는
    것을 특징으로 하는 다단식 제진장치.

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