JP2539906B2 - 磁気式防振装置 - Google Patents

磁気式防振装置

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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は振動防止装置に関し、特にVLSI製造工場その
他においてミクロン又はサブミクロンのオーダーの超高
精度加工用の機器が据え付けられる床又は台(以下、被
防振体という)等の振動障害防止を目的とする磁気式防
振装置に関する。
従来の技術 精密機器の設置台などに従来用いられてきた振動防止
形の制振台20の一例を第7図に示す。制振台20は基礎21
上にばね材,ゴム材等からなる支承部材22により取付け
られる。基礎21は建物の床構造体であってもよい。基礎
21の振動をセンサ23及び振動計24で検出し、振動計24の
出力と逆位相の制御信号を適当な制御装置25によって発
生させ、その制御信号をリニアモータ等のアクチュエー
タ26に加える。ここに「逆位相」とは大きさが等しく向
き又は極性が逆であることをいい、正弦波における位相
差180度に相当する。図示例のアクチュエータ26は上記
制御信号によってコイル27を付勢することにより可動片
28を駆動する。アクチュエータ26の可動片28は、基礎21
の振動を打消すような制動力Fを制振台20に加えること
により、基礎21に振動が生じた時にも制振台20を振動さ
せないようにする。
発明が解決しようとする課題 しかし、制振台20に対する従来のアクチュエータ26等
の振動防止装置は基礎21が振動してから制動をするの
で、基礎21の振動検出からアクチュエータ26による制動
開始までに時間遅れをできるだけ短くするため、可動片
28等の制動部材の作動点を常に制振台20に接触させる構
造が多く用いられている。この場合、温度変化による可
動片28の伸縮による誤差の恐れがあり、温度変化の影響
を避けるために精密な温度調節をすればコスト高となる
欠点を招く。さらに可動片28を制振台20に常時接触させ
る方式は、接触部材の摩擦や損耗による誤差を招き易
い。
第6図は、制振台20等の被防振体2を垂直方向に空気
ばね11等により弾性的に支承し、水平方向にのみ、被防
振体2と一体の接極子3と垂直間隙4aとを介して水平磁
化コイル6aにより、非接触的に制動する方式を示す。し
かし、この場合には空気ばね11による支承が温度変化に
よる垂直方向の誤差の原因となりやすい欠点を免れな
い。
従って本発明の目的は、非接触浮上方式であって温度
変化の影響を受けない磁気式能動的防振装置を提供する
にある。
問題点を解決するための手段 一実施例の側面図を示す第1図を参照するに、本発明
による磁気式防振装置1は、環状の下向き水平表面及び
垂直表面を有する固定子に支承した被防振体に対する防
振装置において、前記固定子の下向き水平表面及び垂直
表面とそれぞれ水平間隙及び垂直間隙を介して対向する
水平表面及び垂直表面を有し且つ前記環状下向き平面の
中空部を介して被防振体に固定される接触子、前記垂直
間隙に前記固定子の垂直表面と直角の水平磁界を発生さ
せる電流コイル利用の水平磁化手段、前記水平間隙に前
記固定子の環状下向き水平表面と直角の環状垂直磁界を
常時発生させる電流コイル利用の垂直磁化手段、前記被
防振体又は接極子に加わる水平及び垂直方向の力を検出
する検出器、並びに前記検出器の出力に応じて前記磁界
の強さを制御する制御装置を備え、前記水平間隙におけ
る環状磁界により前記被防振体及び接極子を前記固定子
から吸引力により重力に抗して非接触的に常時浮上させ
てなる構成を用いる。必要に応じ、磁化コイルから発生
する磁気が磁気式防振装置から漏洩するのを防止するた
め、遮磁装置を設けてもよい。また、図示例の被防振体
2に取付けられた検出器8は垂直方向の力を検出し、接
極子3に取付けられた検出器8は水平方向の力を検出す
る。しかし、本発明の検出器8は被防振体2又は接極子
3に加わる力を検出すれば足り、図示例の構成に限定さ
れるものではない。
作用 第1図及び第2図を参照して作用を説明する。水平磁
化コイル6a及び垂直磁化コイル6b等の磁化手段を適当に
付勢すれば、接極子3と固定子5との間に垂直間隙4a及
び水平間隙4bを保持するに十分なx軸方向磁束7x、y軸
方向磁束7y及びz軸方向磁束7zを発生させることができ
る。ここにz軸方向磁束7zは、重力に抗して被防振体2
及び接極子3を浮上させ、固定子5と接極子3との間に
上記水平間隙4bを維持するものである。
本発明によれば、接極子3が取付けられた被防振体2
は浮上状態に維持され、固定子5に対して間隙4a、4bを
保ち被接触的に保持される。また温度変化に伴う固定子
5の伸縮は、中心軸線に関して対称的に発生する。しか
も接極子3の温度変化による伸縮も固定子5の伸縮と同
時に且つ同軸的に発生する。従って、本発明における被
防振体2の位置に対する温度変化の影響は、振動抑制用
の可動片28が制振台20に点接触している場合に比して著
しく低く押えられる。
第1図及び第2図に示される構造の接極子3と固定子
5との間の磁気作用による力Fは、x軸方向成分Fx、y
軸方向成分Fy及びz軸方向成分Fzに分けて検討すること
ができる。x軸方向の成分Fxは、第2図の水平磁化コイ
ル6a1による部分Fx1と水平磁化コイル6a2による部分Fx2
とのベクトル和、即ちFx=Fx1+Fx2として表すことがで
きる。その水平磁化コイル6a1による部分Fx1について検
討するに、この力Fx1は垂直間隙4aにおける磁束密度B
の自乗に比例すること及びその磁束密度Bは水平磁化コ
イル6a1及び6a2の電流Ix1に比例し実質上垂直間隙4aの
大きさd1に反比例することが知られている。よって近似
的に力Fx1を水平磁化コイル6a1及び6a2の電流Ix1及び垂
直間隙4aの大きさd1の関数として Fx=f{Ix1/d1}のように表せる。
同様に、上記y軸方向成分Fyは第2図の水平磁化コイ
ル6a3及び6a4の電流並びに対応する間隙の大きさの関数
であり、上記z軸方向成分Fzは第1図の垂直磁化コイル
6bの電流及び水平間隙4bの大きさの関数である。ここで
は上記x軸方向成分Fxの関数から類推して、総括的に各
軸方向の上記磁気作用による力をFで表し、この力Fが
近似的に磁化コイル6の電流I及び間隙Dの大きさdの
関数としてF=f{(I/d)}のように表せるものと
する。
第1図の実施例における被防振体2あるいは接極子3
に加わる水平及び垂直方向の力を検出する検出器8は、
被防振体2及び接極子3にそれぞれ取付けられた加速度
計である。固定子5が変位すると、間隙4a、4bの大きさ
dが変化するので、変化後の間隙大きさdに対し上記式
で近似式される力Fが接極子3及び被防振体2に加わ
り、検出器8がその力Fを加速度として検出し検出値を
出力信号として制御装置9(第3図)へ送る。
上記近似式から明らかなように、固定子5からの磁気
作用によって接極子3及び被防振体2に加えられる力F
は磁化コイル6の電流Iの関数でもあるから、上記力F
の変化分を打消すべき力F′を発生させるような磁化コ
イル6の電流I′を制御装置9において算出することが
できる。さらにいわゆるPID制御によれば、制御装置9
をして、上記力Fの変化分に比例した項、その積分に比
例した項及びその微分に比例した項からなる打消力F′
を発生させるべき電流I′を算出することも可能であ
る。
検出器8の各出力信号に対し制御装置9によって算出
された電流I′を磁化コイル6に加えるならば、固定子
5の変位によって発生した上記力Fの変化分を、磁化コ
イル6に加えられた電流I′により発生した磁気作用の
力F′によって打消し被防振体2の振動を能動的に防止
することができる。
こうして本発明の目的である「非接触浮上力方式であ
って温度変化の影響を受けない磁気式能動的防振装置」
の提供が達成される。
実施例 第3図及び第4図は、制振台等の被防振体2に4台の
本発明による振動防止装置1を取付けこれを建屋床10上
に設置した実施例を示す。被防振体2を予め水平に設置
した場合には、たとえ外乱があっても4台の振動防止装
置1の使用により被防振体2の水平を保持することがで
きる。
第5図は、制御装置9の構成の一例の説明図である。
防振装置1の検出器8の出力は、信号増幅器15で増幅さ
れた後制御装置9の比較器16の一方の入力に加えられ
る。比較器16の他方の入力には目標値17が加えられ、増
幅後の検出器8の出力信号と目標値17とが比較器16にお
いて比較され、両入力の間に差がなければ比較器16は出
力を発生しない。
検出器8が加速度検出器である場合には、目標値17は
零とされ、加速度が零となるまで制御装置9が制御信号
を発生する。しかし、本発明に用いられる検出器8は加
速度検出器に限定されるものではなく、接極子3と固定
子5との間隙4a、4bの大きさの変化を検出できるもので
あれば足りる。
比較器16の出力が印加される演算回路18は、例えば比
較器16の出力が上記説明の力Fそのものである場合にそ
の力Fの変化分を打消すべきF′を発生させるべき磁化
コイル6の電流値を算出する。しかし本発明に用いられ
る演算回路18は上記電流値の算出手段に限定されるもの
ではなく、外乱の影響を打消すべく接極子3と固定子5
との間の磁界の強さを制御するものであれば足りる。
演算回路18の出力は、好ましくは増幅器19を介して防
振装置1の操作要素、例えば水平磁化コイル6a及び垂直
磁化コイル6b等の磁化手段に加えられる。
本発明の防振装置1は図示実施例に限定されるもので
はなく各種変形が可能である。例えば、水平磁化コイル
6a及び垂直磁化コイル6b等の磁化手段を固定子5ではな
く接極子3に設けてもよい。
発明の効果 以上詳細に説明した如く、本発明による磁気式防振装
置は、被防振体に固定され且つ間隙を介して固定子に対
向する接極子、前記間隙に磁界を発生させる磁化手段、
前記被防振体あるいは接極子に加わる力の大きさの変化
を検出する検出器、及び前記検出器の出力に応じて前記
磁界の強さを制御する制御装置を備えてなる構成を用い
るので次の効果を奏する。
(イ)制振台等の被防振体の非接触的に浮上させて支持
しながら外部振動が被防振体に伝わるのを能動的に防止
することができる。
(ロ)接触式振動防止装置における温度変化の影響、接
触部材の摩擦・損耗による誤差等を防止することができ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の図式的側面図、第2図は第
1図の線II−IIにおける断面図、第3図及び第4図は他
の実施例の図式的側面図及び図式的斜視図、第5図は制
御装置の説明図、第6図はさらに他の実施例の図式的側
面図、第7図は従来装置の説明図である。 1……防振装置、2……被防振体、3……接極子、4a…
…垂直間隙、4b……水平間隙、5……固定子、6a……水
平方向磁化コイル、6b……垂直方向磁化コイル、7x……
x軸方向磁束、7y……y軸方向磁束、7z……z軸方向磁
束、8……検出器、9、25……制御装置、10……建屋
床、11……空気ばね、12……遮磁装置、15……信号増幅
器、16……比較器、17……目標値、18……演算回路、19
……増幅器、20……制振台、21……基礎、22……支承部
材、23……センサ、24……振動計、26……アクチュエー
タ。

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】環状の下向き水平表面及び垂直表面を有す
    る固定子に支承した被防振体に対する防振装置におい
    て、前記固定子の下向き水平表面及び垂直表面とそれぞ
    れ水平間隙及び垂直間隙を介して対向する水平表面及び
    垂直表面を有し且つ前記環状下向き平面の中空部を介し
    て被防振体に固定される接極子、前記垂直間隙に前記固
    定子の垂直表面と直角の水平磁界を発生させる電流コイ
    ル利用の水平磁化手段、前記水平間隙に前記固定子の環
    状下向き水平表面と直角の環状垂直磁界を常時発生させ
    る電流コイル利用の垂直磁化手段、前記被防振体あるい
    は接極子に加わる水平及び垂直方向の力を検出する検出
    器、並びに前記検出器の出力に応じて前記磁界の強さを
    制御する制御装置を備え、前記水平間隙における環状磁
    界により前記被防振体及び接極子を前記固定子から吸引
    力により重力に抗して非接触的に常時浮上させてなる磁
    気式防振装置。
  2. 【請求項2】請求項1記載の防振装置において、前記水
    平及び垂直磁化手段に前記固定子に取付けられた水平方
    向磁化コイルと垂直方向磁化コイルとを設けてなる磁気
    式防振装置。
  3. 【請求項3】請求項1記載の防振装置において、前記水
    平及び垂直磁化手段に前記接極子に取付けられた前記磁
    化手段に水平方向磁化コイルと垂直方向磁化コイルとを
    設けてなる磁気式防振装置。
  4. 【請求項4】請求項1、2又は3の防振装置において、
    前記水平及び垂直磁化手段からの磁気の漏洩を防止する
    遮磁装置を設けてなる磁気式防振装置。
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