(57)【要約】【課題】大きな力、大きな変位出力が容易に得られ、圧縮空気の消費量が少なく、出力軸に直交する方向にも除振機能を有する空圧制御型除振装置を提供する。【解決手段】空圧制御型除振装置１は、電空式サーボバルブ１３を介して圧縮空気源１４に接続されたアクティブ除振用空気ばね１１と、入力端１６の上下動に対応して作動する弁体を内蔵し、上記上下動の距離に比例して空気流量を増減させるレベリングバルブ１５を介して圧縮空気源１４に接続され、空気ばね１１に並列配置されたパッシブ除振用空気ばね１２と、両空気ばね１１，１２上に水平に支持され、入力端１６と一体的に上下動する定盤１７と、この上下方向の振動状態を検出する振動センサ１８からの検出振動状態を示す電気信号を受け、これを打消す方向に空気ばね１１の高さが変化するように、空気ばね１１への圧縮空気量を調節する制御信号をサーボバルブ１３に出力する演算制御手段１９とを備えている。【選択図】  図１
2005069303.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電空式サーボバルブを介して圧縮空気源に接続されたアクティブ除振用空気ばねと、
入力端の上下動に対応して作動する弁体を内蔵し、上記上下動の距離に比例して空気流量を増減させるレベリングバルブを介して圧縮空気源に接続され、かつ上記アクティブ除振用空気ばねに並列に配置されたパッシブ除振用空気ばねと、
上記アクティブ除振用空気ばね及び上記パッシブ除振用空気ばねにより、これらの上部に水平に支持され、かつ上記入力端と一体的に上下動する定盤と、
この定盤の上下方向の振動状態を検出する振動センサからの検出振動状態を示す電気信号を受け、この検出振動状態を打消す方向に上記アクティブ除振用空気ばねの高さが変化するように、このアクティブ除振用空気ばねへの圧縮空気量を調節するための制御信号を上記電空式サーボバルブに出力する演算制御手段と
を備えたことを特徴とする空圧制御型除振装置。
【請求項２】
電空式サーボバルブを介して圧縮空気源に接続されたアクティブ除振用空気ばねと、
入力端の上下動に対応して作動する弁体を内蔵し、上記上下動の距離に比例して空気流量を増減させるレベリングバルブを介して圧縮空気源に接続され、かつ上記アクティブ除振用空気ばねの上方に、これに直列に配置されたパッシブ除振用空気ばねと、
上記パッシブ除振用空気ばねの下方に、これに直列に、かつ上記アクティブ除振用空気ばねに並列に配置された機械ばねと、
上記パッシブ除振用空気ばねにより、この上部に水平に支持され、かつ上記入力端と一体的に上下動する定盤と、
この定盤の上下方向の振動状態を検出する振動センサからの検出振動状態を示す電気信号を受け、この検出振動状態を打消す方向に上記アクティブ除振用空気ばねの高さが変化するように、このアクティブ除振用空気ばねへの圧縮空気量を調節するための制御信号を上記電空式サーボバルブに出力する演算制御手段と
を備えたことを特徴とする空圧制御型除振装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気ばねを用いた空圧制御型除振装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、アクティブ除振手段とパッシブ除振手段とを組合せたアクティブ除振装置は公知である（例えば、特許文献１〜４参照。）。
これらの特許文献１〜４には、例えば積層型圧電素子のように電気的に作動させるアクチュエータや磁歪素子のように電磁気的に作動させるアクチュエータを用いたアクティブ除振手段とばね部材を用いたパッシブ除振手段とを並列配置したアクティブ除振装置が開示されている。
【０００３】
一方、サーボバルブを介して圧縮空気源に接続された空気ばねを用いたアクティブ除振装置も公知である（例えば、特許文献５参照。）。
【特許文献１】特開平８−１２８４９８号公報
【特許文献２】特開平８−３２１２７４号公報
【特許文献３】特開平１０−３１８３２４号公報
【特許文献４】特開２００２−１８１１２３号公報
【特許文献５】特開平６−１５９４３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１〜４に開示のアクティブ除振装置のうち、アクティブ除振手段に積層圧電素子のように電気的に作動させるアクチュエータを用いたものの場合、ミクロン単位の変位出力しか得られないため、変位が大きい低周波数領域での振動制御には適していないという問題がある。一方、特許文献１〜４に開示のアクティブ除振装置のうち、アクティブ除振手段に電磁気的に作動させるアクチュエータを用いたものの場合、大きな出力が得られず、コイル部の発熱量が大きいという問題がある。また、積層圧電素子の場合、出力軸に直交する方向に関するばね定数については、ほぼ剛体に近く、この方向における除振作用は殆どないという問題もある。
さらに、特許文献１〜４に開示のアクティブ除振装置におけるパッシブ除振手段は、単に弾性バネを用いているだけ故、これにより位置制御はできないという問題がある。
【０００５】
特許文献５に開示のアクティブ除振装置の場合、除振対象となる機器及びそれを搭載させる定盤の全重量を支え、これらの位置制御と振動を低減させる制御の両者を同時にさせる空気ばねが設けられているだけで、これらの働きをなすためにこの空気ばねは大きな容量にする必要がある。またサーボバルブに関しては、その構造上、常時圧縮空気を放出した状態で使用せざるを得ず、その放出量は空気ばねの圧力に比例する。このため、このアクティブ除振装置の場合、圧縮空気の消費量が非常に多くなるという問題がある。
本発明は、斯かる従来の問題をなくすことを課題としてなされたもので、大きな力、大きな変位出力が容易に得られ、圧縮空気の消費量が少なく、出力軸に直交する方向にも除振機能を有する空圧制御型除振装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１発明に係る空圧制御型除振装置は、電空式サーボバルブを介して圧縮空気源に接続されたアクティブ除振用空気ばねと、入力端の上下動に対応して作動する弁体を内蔵し、上記上下動の距離に比例して空気流量を増減させるレベリングバルブを介して圧縮空気源に接続され、かつ上記アクティブ除振用空気ばねに並列に配置されたパッシブ除振用空気ばねと、上記アクティブ除振用空気ばね及び上記パッシブ除振用空気ばねにより、これらの上部に水平に支持され、かつ上記入力端と一体的に上下動する定盤と、この定盤の上下方向の振動状態を検出する振動センサからの検出振動状態を示す電気信号を受け、この検出振動状態を打消す方向に上記アクティブ除振用空気ばねの高さが変化するように、このアクティブ除振用空気ばねへの圧縮空気量を調節するための制御信号を上記電空式サーボバルブに出力する演算制御手段とを備えた構成とした。
【０００７】
第２発明に係る空圧制御型除振装置は、電空式サーボバルブを介して圧縮空気源に接続されたアクティブ除振用空気ばねと、入力端の上下動に対応して作動する弁体を内蔵し、上記上下動の距離に比例して空気流量を増減させるレベリングバルブを介して圧縮空気源に接続され、かつ上記アクティブ除振用空気ばねの上方に、これに直列に配置されたパッシブ除振用空気ばねと、上記パッシブ除振用空気ばねの下方に、これに直列に、かつ上記アクティブ除振用空気ばねに並列に配置された機械ばねと、上記パッシブ除振用空気ばねにより、この上部に水平に支持され、かつ上記入力端と一体的に上下動する定盤と、この定盤の上下方向の振動状態を検出する振動センサからの検出振動状態を示す電気信号を受け、この検出振動状態を打消す方向に上記アクティブ除振用空気ばねの高さが変化するように、このアクティブ除振用空気ばねへの圧縮空気量を調節するための制御信号を上記電空式サーボバルブに出力する演算制御手段とを備えた構成とした。
【発明の効果】
【０００８】
第１及び第２発明によれば、空気ばねのみを用いているため、大きな力、大きな変位出力が容易に得られ、かつ出力軸に直交する方向にも除振機能を有するとともに、定盤の位置制御、即ち一定高さを保つための制御をレベリングバルブを介して圧縮空気が流出入するパッシブ除振用空気ばねにより行い、定盤の振動制御を電空式サーボバルブを介して圧縮空気が流出入するアクティブ除振用空気ばねにより行うようになり、アクティブ除振用空気ばねの容量を小さくすることができ、電空式サーボバルブからの圧縮空気放出量は少なくて済み、圧縮空気の消費量が少なくなる等の効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１は、第１発明に係る空圧制御型除振装置１を示し、この空圧制御型除振装置１は並列配置されたアクティブ除振用空気ばね１１とパッシブ除振用空気ばね１２とを備えている。
アクティブ除振用空気ばね１１は電空式サーボバルブ１３を介して圧縮空気源１４に接続され、パッシブ除振用空気ばね１２はレベリングバルブ１５を介して圧縮空気源１４に接続されている。このレベリングバルブ１５は、入力端１６の上下動に対応して作動する図示しない弁体を内蔵し、入力端１６の上下動の距離に比例して空気流量を増減させる機械式のものである。
【００１０】
アクティブ除振用空気ばね１１とパッシブ除振用空気ばね１２の上部には、これらにより定盤１７が水平に支持されており、上記入力端１６は定盤１７と一体的に上下動するように設けられている。なお、この定盤１７には、除振対象となる機器Ｏ、例えば走査型電子顕微鏡、原子間力顕微鏡等の精密機器が搭載される。
【００１１】
また、定盤１７には、定盤１７の上下方向の振動状態を検出する振動センサ１８が取り付けられており、この振動センサ１８からの検出振動状態を示す電気信号は演算制御手段１９に入力される。そして、この演算制御手段１９から上記検出振動状態を打消すための制御信号が電空式サーボバルブ１３に出力される。即ち、この制御信号により上記検出振動状態を打消す方向にアクティブ除振用空気ばね１１の高さが変化するように、電空式サーボバルブ１３を通過する圧縮空気の流量が調節される。
なお、図１において、アルファベット“Ａ”同士、“Ｂ”同士は、それぞれ連続していることを示している。
【００１２】
そして、上記構成からなる空圧制御型除振装置１において、定盤１７上の機器Ｏの質量を支持する力はレベリングバルブ１５を介してパッシブ除振用空気ばね１２に供給される圧縮空気の圧力により発生させるとともに、レベリングバルブ１５の入力端１６の変動量に比例して空気流量を増減させ、パッシブ除振用空気ばね１２により定盤１７の高さを一定に保つ制御、即ち位置制御をさせている。これに対して、機器Ｏに伝達される振動外乱による機器Ｏを支持する力の変動は非常に小さく、その力に対向する力、即ち振動外乱を打ち消すために必要な制御圧力は、電空式サーボバルブ１３を介してアクティブ除振用空気ばね１１に供給される圧縮空気により発生させ、アクティブ除振用空気ばね１１により定盤１７の振動を打消すための振動制御を行わせている。このため、空圧制御型除振装置１においては、大きな力、大きな変位出力が容易に得られ、出力軸に直交する方向にも除振機能を有するという空気ばねの長所を生かしつつ、常時空気を放出する電空式サーボバルブ１３は小規格のもので足りようになり、圧縮空気の消費量は非常に少なくなる。
【００１３】
なお、図１は例示であって、アクティブ除振用空気ばね１１とパッシブ除振用空気ばね１２のそれぞれの設置数は何等限定するものでなく、例えば、パッシブ除振用空気ばね１２とレベリングバルブ１５の対を定盤１７の四隅に配置し、アクティブ除振用空気ばね１１と振動センサ１８の対を定盤の中心に配置してもよく、定盤１７の四隅のそれぞれにパッシブ除振用空気ばね１２とレベリングバルブ１５の複数対を配置し、アクティブ除振用空気ばね１１と振動センサ１８の対を定盤の中心に配置してもよい。
【００１４】
図２は、第２発明に係る空圧制御型除振装置２を示し、この空圧制御型除振装置２はアクティブ除振用空気ばね１１と、この上方に直列配置されたパッシブ除振用空気ばね１２とを備えており、図１に示す空圧制御型除振装置１と互いに共通する部分については、同一番号を付して説明を省略する。
この空圧制御型除振装置２では、パッシブ除振用空気ばね１２から、その下方のアクティブ除振用空気ばね１１に作用する力を軽減するために、パッシブ除振用空気ばね１２と直列に、かつアクティブ除振用空気ばね１１に機械ばね２１が設けられている。また、上記同様、定盤１７の位置制御と振動制御とをパッシブ除振用空気ばね１２とアクティブ除振用空気ばね１１とで分担させ、即ち定盤１７の位置制御をパッシブ除振用空気ばね１２により行い、定盤１７の振動制御をアクティブ除振用空気ばね１１により行い、かつアクティブ除振用空気ばね１１に作用する上下方向の静的な力を機械ばね２１により支持させるようになっている。
このため、この空圧制御型除振装置２の場合も、上述した空気ばねの長所を生かしつつ、常時空気を放出する電空式サーボバルブ１３は小規格のもので足りるようになり、圧縮空気の消費量は非常に少なくなる。
【産業上の利用可能性】
【００１５】
本発明は、例えば、荷重変動が比較的小さい走査型電子顕微鏡、原子間力顕微鏡等の精密機器を搭載する装置として、或いは大型コンプレッサの設置が不可能で、かつアクティブ除振が必要な環境で使用する除振装置として特に好適であるが、本発明の適用はこれらに限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１発明に係る空圧制御型除振装置を示す図である。
【図２】第２発明に係る空圧制御型除振装置を示す図である。
【符号の説明】
【００１７】
１  空圧制御型除振装置
２  空圧制御型除振装置
１１  アクティブ除振用空気ばね
１２  パッシブ除振用空気ばね
１３  電空式サーボバルブ
１４  圧縮空気源
１５  レベリングバルブ
１６  入力端
１７  定盤
１８  振動センサ
１９  演算制御手段
２１  機械ばね
Ｏ  機器
【図１】
2005069303.tif 000003
【図２】
2005069303.tif 000004