JPH02245539A - 防振台 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、精密測定機器に対する振動の伝達を遮断す
る防振台に関する。

〔従来の技術〕

従来の防振台としては、例えば特開昭５１１２１３５６
号公報（以下、第１従来例と称す）及び特開昭５８−１
４０６７１号公報（以下、第２従来例と称す）に記載さ
れているものがある。

第１従来例は、防振すべき物体を乗せ、少なくとも電磁
石に対向する部分が磁性体で形成された防振台と、防振
台の磁性体の上方に空隙をへだてて固定配置され、防振
台を吸引する複数個の電磁石と、防振台と電磁石との間
の空隙長を検知する複数個の空隙長センサーと、空隙長
センサーの出力信号に応じて電磁石の励磁電流を空隙長
を一定に保持させるように制御する複数の制御回路とを
設けた構成を有する。

また、第２従来例は、機器類を載置する載置台を緩衝体
で支えて機台上に上下動可能に設置し載置台との間に磁
気吸引力により載置台の復帰に抵抗を与える磁気吸引機
構を装備した構成を有する。

［発明が解決しようとする課題〕 しかしながら、上記第１従来例にあっては、防振台を磁
気浮上させて防振すべき物体を非接触で防振するもので
あるが、この方式では、電磁石の吸引力に基づくバネ定
数と防振台の質量で形成されるバネ−質量系の共振点以
下の周波数領域においては土台の振動は電磁石の振動と
なり、電磁石の振動は空隙を越えて防振台に伝達され、
防振効果を発揮することができない課題があった。

また、第２従来例にあっては、空気バネ等の緩衝体に載
置した！１載置に対してその移動の復帰時に磁気吸引機
構によって抵抗を与える構成であるので、通常のショッ
クアブソーバ等の粘性ダンパーの役割を果たすに過ぎず
、大きな防振効果を発揮するには限界がある課題があっ
た。

そこで、この発明は、上記従来例の課題に着目してなさ
れたものであり、防振対象の質量と支持体のバネで形成
されるバネ−質量系の共振点以下の周波数領域を含めて
全周波数領域において有効に防振効果を発揮することが
可能な防振台を提供することを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、この発明に係る防振台は、
架台と、該架台を支持する複数の支持部とを有する防振
台において、前記支持部は、一端が固定部に固定された
弾性部材と、該弾性部材と架台との間に介挿された制振
機構とを備え、前記制振機構は、弾性体によって弾性支
持された可動質量と、該可動質量に対して電磁力を作用
させる電磁石と、該電磁石を作動させて架台質量と弾性
部材で形成されるバネ−質量系の共振点を越える所定の
周波数以下の周波数域で架台への振動入力を相殺するよ
うに能動的に制御する制御装置とを有することを特徴と
している。

〔作用〕

この発明においては、防振対象となる架台を弾性部材と
制振機構とで構成される支持部で支持し、固定部からの
架台質量と弾性部材で形成されるバネ−質量系の共振点
を越える所定の周波数以下の周波数の振動入力に対して
は、その振動入力に応じて制御装置で電磁石を能動的に
制御して可動質量を可動させることにより、その慣性力
で振動人力を相殺して防振効果を発揮し、固定部からの
前記バネ−質量系の共振点を越える所定周波数を越える
周波数領域の振動入力に対しては、制御装置による電磁
石の制御を停止して、弾性部材による高周波数域遮断特
性を利用して防振効果を発揮させる。

〔実施例〕

以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図はこの発明の一実施例を示す支持部の拡大断面図
、第２図は防振台の全体図である。

第２図において、ｌは長方形状の剛性を有する板体で構
成された架台であって、この架台ｌがその下面四隅に配
設された支持部２ａ〜２ｄを介して床等の固定部に支持
されている。

支持部２ａ〜２ｄのそれぞれは、第１図に拡大図示した
ように、固定部に固定される取付板部３と、この取付板
部３の上面に一端が固定された弾性部材としての空気バ
ネ４と、この空気バネ４の上端と架台１間に介挿された
制振機構５とを備えている。

制振機構５は、空気バネ４の上面に固定配置された載置
板６と、この載置板６上に案内ビン７によって上下動可
能に支持され上端が架台１に固定された中空部８ａを有
する支持体８と、この支持体の中空部８ａ内に平面から
みてドーナッツ状の板バネ９を介して弾性支持された可
動質量１０と、この可動質量１０に上方から対向するよ
うに中空部８ａの上面に固定配置された電磁石１１とで
構成されている。ここで、支持体８は、上面に凹部８ｂ
を有する下支持部８ｃと、下面に凹部８ｄを有する上支
持部８ｅとが両者の対向面に仮バネ９を挾んだ関係でポ
ル）８ｆによって一体化されている。

また、！１載置板６上は、固定部から空気バネ４を介し
て伝達される加振力を検出するロードセル１２が配設さ
れていると共に、支持体８の下支持部８ｃにおける凹部
８ｂの底面には、可動質量１０の変位を検出する変位セ
ンサ１３が配設されている。

そして、電磁石１１の電磁力がロードセルＩ２及び変位
センサ１３の検出信号が入力された制御装置１５によっ
て制御される。

この制御装置１５は、第４図に示すように、ロードセル
１２の検出信号が入力される動的補償器１６と、この動
的補償器１６の出力側が一方の入力端に接続され、他方
の入力側が接地されたアナログスイッチ１７と、このア
ナログスイッチ１７に対する選択信号を形成する選択信
号形成回路１８と、前記変位センサ１３の変位検出信号
が入力され、これと目標位置を表す設定値とを比較して
両者の偏差を出力する変位調整回路１９と、アナログス
イッチ１７の出力と変位調整回路１９の出力とを減算す
る減算器２０と、この減算器２０の出力が供給されるパ
ワーアンプ２１と、パワーアンプ２１の出力が入力され
る例えばオペアンプを使用したフローティング形の定電
流回路２２とを備え、定電流回路２２から出力される励
磁電流が制御対象としての電磁石１１に供給されて板バ
ネ９で弾性支持された可動質量ｌＯを動かす。

ここで、動的補償器１６は、ロードセル１２で検出され
る加振力を抑制する加振特性とするために、低周波領域
でのゲインが増大する積分特性を必要とし、２次形の近
似積分形式とし、高周波域での位相を進ませるように、
その伝達関数Ｇｃ（ｓ）が基本的に下記（１）式に選定
されている。

・・・・・・・・・・・（１） ここで、Ｋはゲイン、ω。は折点周波数、ω１は補償用
周波数、ζは減衰定数、Ｓは演算子である。

そして、上記（１）式において、加振力抑制領域の広く
とれる補償特性（ωＩ＝４０Ｈｚ）を基に、低周波域で
の加振力抑制効果をさらに改善し、且つ不安定状態に至
る１９〇七近傍での加振現象を抑えるために、低周波域
では位相余裕が十分である点を考慮し、ゲイン増大法と
して下記（２）式で表される伝達関数ＧＬｌｌ（Ｓ）に
選定し、高周波域での安定性改善策として下記（３）式
で表される伝達関数Ｇｔａａａ（ｓ）に選定されている
。

また、アナログスイッチ１７は選択信号形成回路１８か
ら入力される選択信号ＳＳが論理値“１１のときに動的
補償器１６の出力を選択し、論理値゛Ｏ”のときに接地
電位を選択する。

さらに、選択信号形成回路１８は、ロードセル１２の出
力が入力される周波数−電圧変換回路１８ａと、この変
換回路１８ａの出力電圧■、が一方の入力端に、他方の
入力側に第６図に示す空気バネ４の共振周波数ω。の１
倍の周波数に対応する基準電圧■、が入力された比較回
路１８ｂとを有し、比較回路１８ｂからＶＦ　＜ｖ、で
あるときに論理値“１”、Ｖｙ≧■、であるときに論理
値″０″となる選択信号ＳＳがアナログスイッチ１７に
供給される。

そして、上記の動的補償器１６によるサーボ系をブロッ
ク線図で表すと、第５図に示すようになる。この第５図
で、ｆ　ｉｎは加振力、ｆ４は電磁石１１による可動質
１１０の移動によって発生する抑制力である。

次に、上記実施例の動作を説明する。今、固定部からの
加振力が架台ｌに作用していないものとすると、この状
態では、ロードセル１２の出力は架台１等の静的荷重に
応じた一定値となる。このロードセル１２の出力が周波
数−電圧変換器１８ａに入力されるので、この変換器１
８ａから零の電圧Ｖｒが出力され、比較回路１８ｂから
論理値ＩＩ　Ｉ　１１の選択信号ＳＳが出力される。こ
のため、アナログスイッチ１７で動的補償器１６の出力
信号が選択される。このとき、動的補償器１６は積分制
御を行うので、ロードセル１２の出力が一定値であるた
め出力は零となり、この零の出力が減算器２０に供給さ
れる。

一方、変位センサ１３からは、可動質量１０の重力によ
る変位に対応した変位検出値が出力され、これが変位調
整回路１９に入力されるので、この変位調整回路１９で
変位検出値と目標変位量との偏差ΔＨが出力され、これ
が減算器２０に供給される。

したがって、減算器２０から変位調整回路１９の偏差Δ
Ｈのみでなる減算出力がパワーアンプ２１に人力され、
その増幅出力が定電流回路２２に入力されることにより
、増幅出力に対応した励磁電流が電磁石１１に供給され
、この電磁石１１で吸引力が発生して可動質１１０を吸
引し、この可動質量１０が板ばね９を中程度に変形させ
た目標位置となるように制御される。

この加振力が作用していない状態から、固定部から加振
力が作用される状態となると、この加振力が空気バネ４
を介して制振機構５に伝達される。

このため、ロードセル１２から加振力に応じて変動する
検出信号が出力され、この周波数域が予め設定された弾
性部材としての空気バネ４のバネ−質量系の共、振周波
数ω７の１倍未満であるときには、選択信号形成回路１
８の比較回路１８ｂから論理値“１パの選択信号ＳＳが
出力されているので、アナログスイッチ１７で動的補償
器１６の出力を選択する状態が維持される。このとき、
固定部から下向き（又は上向き）の加振力が伝達された
ときに、ロードセル１２から正方向（又は負方向）に増
加する検出信号が出力され、これを動的補償器１６で積
分補償した補償出力ｙが得られ、これが減算器２０に供
給されるので、この減算器２０から（ΔＨ−ｙ）（又は
ΔＨ＋ｙ）で表される減算出力が得られ、これがパワー
アンプ２１で増幅されて定電流回路２２に供給されるの
で、電磁石１１に対する励磁電流が減少（又は増加）し
、これによって可動質量１０が板ばね９の弾性によって
下方に（又は板ばね９の弾性に抗して上方に）移動して
、固定部からの加振力を相殺する。

一方、固定部から伝達される加振力の周波数が空気バネ
４の共振周波数ω１の１倍以上であるときには、ロード
セル１２から出力される検出信号の周波数も高くなるの
で、これを周波数−電圧変換回路１８ａで変換された電
圧■、が所定設定電圧Ｖｓ以上となり、これに応じて比
較回路１８ｂから出力される選択信号ＳＳが論理値°“
Ｏ＋＋となる。したがって、アナログスイッチ１７が接
地側に切換えられて、その出力が零となるので、前述し
た加振力がないときと同様に、変位センサ１３の検出信
号に基づいて可動質量ＩＯが目標位置を維持するように
制御され、この可動質量ｌＯが支持体８と一体となって
、制振機構５による制振効果が停止され、空気ばね４に
よる第６図に示す高周波数域遮断特性を利用して制振効
果を発揮する。

したがって、第６図に示すように、加振力の周波数が４
０１未満であるときには、電磁石１１を制御することに
よる能動的な振動抑制制御を行って加振力の伝達率を減
少させ、周波数がｎ（ＩＪ、以上であるときには、空気
ばねの高周波数域遮断特性を利用して加振力の伝達率を
減少させることができ、加振力の何れの周波数域でも大
きな制振効果を発揮することができる。

また、架台ｌ上に載置した機器が振動する場合にも、そ
の振動の固定部への伝達を抑制することができる。

なお、上記実施例においては、ロードセル１２を使用し
て加振力を検出する場合について説明したが、これに限
定されるものではなく、加速度センサ、超音波センサ等
を適用することができる。

また、上記実施例においては、可動質量１０が磁性体で
ある場合について説明したが、これに限らず可動質量１
０の少なくとも電磁石１１との対向面に永久磁石を配設
し、電磁石１１の通電方向を切換えることにより、吸引
力及び反発力を作用させて、加振力を相殺するようにし
てもよい。

さらに、上記実施例においては、弾性部材として空気ば
ねを適用した場合について説明したが、これに限定され
るものではなく、コイルばね等の他の弾性部材を適用し
得ることは言うまでもない。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明によれば、弾性部材と架
台との間に、弾性体によって弾性支持された可動質量と
、この可動質量に対して電磁力を作用させる電磁石と、
この電磁石を作動させて架台質量と弾性部材で形成され
るバネ−質量系の共振点を越える所定の周波数以下の周
波数域で振動入力を相殺するように能動的に制御する制
御装置とで構成される制振機構を介挿した構成としたの
で、バネ−質量系の共振点を越える所定の周波数以下の
周波数域で制振機構による能動的な制振効果を発揮し、
所定周波数を越える周波数域では、弾性部材による高周
波数域遮断特性を利用して制振効果を発揮させるので、
架台に入力される振動の全周波数域に亘って高い制振効
果を発揮することができる効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の要部の拡大断面図、第２図は防振台
の全体構成図、第３図は第１図の■−■線断面図、第４
図は制御装置の一例を示すブロック図、第５図はサーボ
系のブロック線図、第６図は振動の周波数に対する力伝
達率との関係を示す特性線図である。 図中、１は架台、４は空気バネ（弾性部材）、５は制振
機構、８は支持体、９は板バネ、ｌＯは可動質量、１１
は電磁石、１２はロードセル、１３は変位センサ、１５
は制御装置、１６は動的補償器、１７はアナログスイッ
チ、１８は選択信号形成回路、１９は変位調整回路、２
０は加算回路、２１はパワーアンプ、２２は定電流回路
である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）架台と、該架台を支持する複数の支持部とを有す
   る防振台において、前記支持部は、一端が固定部に固定
   された弾性部材と、該弾性部材と架台との間に介挿され
   た制振機構とを備え、前記制振機構は、弾性体によって
   弾性支持された可動質量と、該可動質量に対して電磁力
   を作用させる電磁石と、該電磁石を作動させて架台質量
   と弾性部材で形成されるバネ−質量系の共振点を越える
   所定の周波数以下の周波数域で架台への振動入力を相殺
   するように能動的に制御する制御装置とを有することを
   特徴とする防振台。