隔振装置的制作方法

专利名称：隔振装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种隔振装置，该隔振装置用弹簧部件进行支撑，以让电子显微镜等精密设备与来自地板等的微小振动隔离。
背景技术：
迄今为止，这种隔振装置中已为人所知的有所谓的被动(passive)型隔振台，这种隔振台用例如空气弹簧或螺旋弹簧等柔软的弹簧部件支撑平台，设备放置在该平台的上表面上。还有，主动(active)型隔振装置也已为人所知，这种隔振装置用传感器对经由例如空气弹簧(例如，日本专利第337^75号公报)或螺旋弹簧(例如，日本公开特许公报特开2007-78122号公报)支撑的隔振对象的振动或位置进行检测，对根据该检测生成的信号进行反馈，驱动致动器，由此对该隔振对象施加产生减弱该振动的振动的控制力。

发明内容
-发明要解决的技术问题-上述现有主动型隔振装置(以下，也称为主动隔振装置)中存在下述问题。也就是说，现有主动隔振装置一般在该主动隔振装置的罩盖内除了包括弹簧部件以外还为铅垂及水平这两方向分别包括传感器和致动器，因而虽然能够在铅垂及水平方向上实现极高的隔振性能，但是成本非常昂贵。然而，使用者中存在希望仅在铅垂及水平方向中的一方向上得到很高的隔振性能的人。供这种使用者选择的只有下述做法，即购买隔振性能比主动隔振装置差而价格比较低廉的被动型隔振装置，或者购买具有该使用者不需要的功能(对希望仅在铅垂方向上得到很高的隔振性能的使用者来说，是水平方向上的隔振功能；对希望仅在水平方向上得到很高的隔振性能的使用者来说，是铅垂方向上的隔振功能)、价格又昂贵的主动隔振装置。 这是一个问题。还有，在很多主动隔振装置中，除了弹簧部件、各种传感器及致动器以外，在罩盖内还安装有电动马达或用来控制这些器件的控制器，该电动马达用来进行保持平台高度为一定的高度的自动高度调整。因此，在主动隔振装置中，即使是小型的也一般具有长230mm 以上、宽230mm以上、高180mm以上的尺寸，因而不能满足希望在狭窄的空间内使用主动型隔振装置的使用者的要求。这也是一个问题。为解决上述问题，能够想到的有下述措施，即专门订购制作仅具有使用者所希望的功能且尺寸较小的主动隔振装置。然而，有下列问题，即特意订购的产品的制造成本较高；若以后有施加其它功能的必要性，便不得不购买另一台主动隔振装置；在这种情况下， 在拆卸制造成小型的罩盖，并施加所述其它功能后，需要将罩盖更换为更大的罩盖等，因而作业很烦杂。本发明正是鉴于上述各点而完成的。其目的在于提供一种具备使用者所要求的性能、尺寸较小且价格低廉的隔振装置。-用以解决技术问题的技术方案-为达成所述目的，本发明以用螺旋弹簧经由上板及下板相对于基部支撑平台的被动型隔振装置为基本装置，将用来扩展该被动型隔振装置的功能的功能扩展装置即控制力施加装置构成为将振动传感器及致动器一起模块化而成的尺寸较小的结构，并将该控制力施加装置构成为能够对上板进行装卸，以能够满足使用者的各种各样的要求。具体而言，第一方面的发明以下述隔振装置为对象，S卩该隔振装置包括上板、下板及被动型隔振装置，该上板支撑平台，该下板放置在基部上，该被动型隔振装置在该上板与该下板之间安装在这两板上，该被动型隔振装置用螺旋弹簧相对于该基部对放置在该平台上的设备进行隔振支撑。所述隔振装置的特征在于该隔振装置构成为能够以收纳在所述上板与所述下板之间的空间内的方式对该上板可装卸地安装第一控制力施加装置及/或第二控制力施加装置，该第一控制力施加装置是第一振动传感器和第一致动器一起模块化而构成的，该第一振动传感器用来检测所述设备在铅垂方向上的振动，该第一致动器用来沿铅垂方向对所述设备施加控制力，该第二控制力施加装置是第二振动传感器和第二致动器一起模块化而构成的，该第二振动传感器用来检测所述设备在水平方向上的振动，该第二致动器用来沿水平方向对所述设备施加控制力。根据第一方面的发明，首先，以采用成本比空气弹簧低的螺旋弹簧的被动型隔振装置为基本装置。因此，能够向不需要价格昂贵的主动隔振装置的使用者提供主要由上板、 下板及被动型隔振装置构成的价格低廉的被动型隔振装置。接着，在使用者希望在铅垂或水平方向上对该被动型隔振装置施加控制力的情况下，通过将功能扩展装置即第一或第二控制力施加装置安装在安装有被动型隔振装置的上板上，则能够进行铅垂或水平方向上的反馈控制。由此，能够以与所需要的性能相对应的价格向仅需要进行铅垂及水平方向中任一方向上的反馈控制的使用者或者有了进行这种反馈控制的必要性的使用者提供主动型隔振装置。还有，在使用者希望在铅垂及水平方向上都对该被动型隔振装置施加控制力的情况下，通过将第一及第二控制力施加装置都安装在上板上，则能够进行铅垂及水平方向上的反馈控制。因为第一控制力施加装置的振动传感器和致动器一起已模块化，第二控制力施加装置的振动传感器和致动器一起已模块化，所以该第一及第二控制力施加装置本身就具有收纳在上板与下板之间的空间内的尺寸较小的结构。因此，即使安装所述第一及第二控制力施加装置，也能够使整个隔振装置构成为尺寸非常小的结构。如上所述，能够提供具备使用者所要求的性能、尺寸较小且价格低廉的隔振装置。第二方面的发明，是在所述第一方面的发明中，特征在于所述第一控制力施加装置具有罩盖，该罩盖用来以该第一振动传感器的轴朝向铅垂方向的状态收纳所述第一振动传感器，并且将所述第一致动器收纳在该第一振动传感器的下侧；所述第一致动器具有固定件和可动件，该固定件经由所述罩盖固定在所述上板上，该可动件通过相对于该固定件沿铅垂方向进行往复运动而接触所述下板，来沿铅垂方向对所述设备施加控制力；所述固定件和所述可动件由橡胶弹性体联结在一起。
根据第二方面的发明，因为使用固定件和可动件由橡胶弹性体联结而构成的一体型致动器作为第一致动器，所以能够借助该橡胶弹性体抑制来自基部的振动经由可动件传递给固定件一侧。并且，与固定件和可动件未形成为一体的类型(固定件安装在上板上并且可动件安装在下板上的类型)不同，仅通过将收纳有固定件的罩盖安装在上板上，则能够追加设置第一控制力施加装置。因此，安装作业比较简单。第三方面的发明，是在所述第一或第二方面的发明中，特征在于所述第二控制力施加装置具有罩盖，该罩盖用来以该第二振动传感器的轴朝向水平方向的状态收纳所述第二振动传感器，并且将所述第二致动器收纳在该第二振动传感器的下侧；所述第二致动器具有固定件和可动件，该固定件经由所述罩盖固定在所述上板上，该可动件通过相对于该固定件与该第二振动传感器的轴向平行地进行往复运动而接触所述被动型隔振装置，来沿水平方向对所述设备施加控制力；所述固定件和所述可动件由橡胶弹性体联结在一起。根据第三方面的发明，与第二方面的发明一样，能够借助橡胶弹性体抑制来自基部(安装在下板上的被动型隔振装置)的振动传递给固定件一侧，并且追加设置第二控制力施加装置时的安装作业比较简单。在此，为进行正确的隔振控制，振动传感器和致动器通常配置为振动传感器的轴和致动器的进退轴位于同一直线上。但是，在第三方面的发明中，使第二振动传感器及第二致动器上下重叠起来，换句话说，配置为第二振动传感器的轴和第二致动器的进退轴平行， 以保证能够将第二控制力施加装置收纳在上板与下板之间的空间内(以免第二控制力施加装置在水平方向上扩展得太广)。如上所述，在本发明中，将隔振装置本身已紧凑化，因此即使配置第二振动传感器和第二致动器，因为第二振动传感器的轴与第二致动器的进退轴在上下方向上的间隔较窄，所以也能够进行精度较高的隔振控制。因此，能够实现将第二控制力施加装置紧凑化，也能够在水平方向上进行正确的隔振控制。第四方面的发明，是在所述第一 第三方面中的任一方面的发明中，所述隔振装置构成为能够将用来控制所述控制力施加装置的控制装置以收纳在所述上板与所述下板之间的空间内的方式安装在该下板上或从该下板上取下。根据第四方面的发明，对以被动型隔振装置为基本装置的隔振装置除了能够施加第一及第二控制力施加装置以外，还能够施加用来控制这些控制力施加装置的控制装置， 并且该控制装置构成为收纳在上板与下板之间的空间内。因此，能够将具有与现有隔振装置大致等同的功能的隔振装置构成为尺寸非常小的结构。第五方面的发明，是在所述第四方面的发明中，所述被动型隔振装置、所述第一控制力施加装置、所述第二控制力施加装置及所述控制装置在所述上板与所述下板之间的空间内配置成在俯视图上看为两行两列。根据第五方面的发明，通过将四个装置配置成在俯视图上看为两行两列，则能够无浪费地利用上板与下板之间的空间，将隔振装置紧凑化。-发明的效果-根据本发明所涉及的隔振装置，因为以采用成本比空气弹簧低的螺旋弹簧的被动型隔振装置为基本装置，所以能够向不需要主动隔振装置的使用者提供包括上板、下板及被动型隔振装置的价格低廉的被动型隔振装置；在使用者希望在铅垂及/或水平方向上对被动型隔振装置施加控制力的情况下，通过以后将功能扩展装置即第一及/或第二控制力施加装置安装在上板上，则能够提供能够进行铅垂及/或水平方向上的反馈控制的主动型隔振装置。因为第一控制力施加装置的振动传感器和致动器一起已模块化，第二控制力施加装置的振动传感器和致动器一起已模块化，所以所述第一及第二控制力施加装置本身就具有收纳在上板与下板之间的空间内的尺寸较小的结构。因此，能够将包括所述第一及第二控制力施加装置的整个隔振装置构成为非常小的结构。


图1是示出本实施方式所涉及的隔振装置的立体图。图2是侧视图，为说明而示意地示出用隔振装置相对于地板对设备进行隔振支撑的状态。图3是示出单独使用弹簧单元的情况的立体图。图4是示出组合使用弹簧单元、铅垂单元及控制单元的情况的立体图。图5是示出组合使用弹簧单元、水平单元及控制单元的情况的立体图。图6是透视隔振装置的俯视图。图7是在图6中沿箭头A看到的侧视图。图8是在图6中沿箭头B看到的侧视图。图9是示出弹簧单元的立体图。图10是弹簧单元的纵向剖视图。图11(a)是示出铅垂单元的侧视图。图11(b)是示出铅垂单元的侧视图。图12是示意地示出铅垂音圈电机的结构的纵向剖视图。图13(a)是示出水平单元的侧视图。图13(b)是示出水平单元的侧视图。图14是用来说明隔振装置与用来检测地板振动的加速度传感器及电源之间的连接关系的布线方框图。图15是示意地示出支撑平台时的隔振装置配置例的俯视图。图16是示意地示出支撑平台时的隔振装置配置例的俯视图。附图标记说明1隔振装置3弹簧单元(被动型隔振装置)5铅垂单元(第一控制カ施加装置)7水平単元(第二控制カ施加装置)9控制单元(控制装置)11顶板(上板)13螺旋弹簧15铅垂加速度传感器(第一振动传感器)
17水平加速度传感器(第二振动传感器)
21基板(下板)
25铅垂音圈电机(第一致动器)
27水平音圈电机(第二致动器)
31精密设备(设备)
35乐早皿、早皿)
37笛一習至f習至、 乐~■早皿、早皿)
41平台
51地板(基部)
60导磁体(yoke)(固定件)
62极片(pole piece)(固定件)
64磁石(固定件)
68线圈(可动件)
78线圈架(可动件)
80膜片(橡胶弹性体)
具体实施例方式下面，参照附图对本发明的实施方式加以详细的说明。应予说明，以下对优选的实施方式所作的说明是本质上示例而已，没有意图对本发明、本发明的应用对象或其用途加以限制。应予说明，在以下各图中省略使控制单元9与铅垂及水平单元5、7电连接的布线的图示，以让附图容易看懂。图1是示出本实施方式所涉及的隔振装置的立体图。如图2所示，该隔振装置1 用来安装例如半导体领域的制造装置、原子力显微镜(AFM atomic force microscope)、激光显微镜等精密仪器那样的容易受振动影响的精密设备31，并将该精密设备31设置为尽量与来自地板(基部)51的振动隔离的状态。换句话说，图示的隔振装置1相对于地板51 对被放置精密设备31的平台41进行隔振支撑。在该隔振装置1中，以平台41及安装在该平台41上的精密设备31 (严格来讲，还包括以下所述的顶板11等)为隔振对象。该隔振装置1包括顶板(上板)11、基板(下板)21及弹簧单元(被动型隔振装置)3，该顶板11支撑平台41，该基板21放置在地板51上，该弹簧单元3在该顶板11与该基板21之间安装在这两张板11、21上，用螺旋弹簧13相对于地板51对用于放置精密设备 31的平台41进行隔振支撑，该隔振装置1以该弹簧单元3为基本装置。也就是说，如图3所示，在该隔振装置1中，即使取下后述的铅垂及水平单元5、7 等也能够作为主要由顶板11、基板21及弹簧单元3构成的被动型隔振装置相对于地板51 对隔振对象进行隔振支撑。该隔振装置1构成为能够以收纳在顶板11与基板21之间的空间内的方式对该顶板11可装卸地安装铅垂单元(第一控制力施加装置)5，该铅垂单元5是铅垂加速度传感器(第一振动传感器)15和铅垂音圈电机(第一致动器)25—起模块化(功能上成为一体)而构成的，该铅垂加速度传感器15用来检测精密设备31在铅垂方向上的振动，该铅垂音圈电机25用来沿铅垂方向对精密设备31施加控制力。如上所述，因为铅垂单元5是将铅垂加速度传感器15及铅垂音圈电机(以下，称为铅垂VCM) 25—起模块化而构成的，所以铅垂单元5本身就具有尺寸较小的结构。还有，该隔振装置1构成为能够以收纳在顶板11 与基板21之间的空间内的方式对该基板21可装卸地安装用来控制铅垂单元5的控制单元 (控制装置)9。如图4所示，当希望在铅垂方向上获得更大的隔振效果时，只要将铅垂单元5及控制单元9作为用来使该隔振装置1的功能扩展的功能扩展装置安装在隔振装置1上即可。 在安装好该铅垂单元5的状态下，能够用铅垂加速度传感器15对由螺旋弹簧13支撑的精密设备31在铅垂方向上的振动状态进行检测，再对检测结果进行反馈而驱动铅垂VCM25， 减少精密设备31在铅垂方向上的振动。还有，该隔振装置1构成为能够以收纳在顶板11与基板21之间的空间内的方式对该顶板11可装卸地安装水平单元(第二控制力施加装置)7，该水平单元7是水平加速度传感器(第二振动传感器)17和水平音圈电机(第二致动器)27 —起模块化而构成的，该水平加速度传感器17用来检测精密设备31在水平方向上的振动，该水平音圈电机27用来沿水平方向对精密设备31施加控制力。如上所述，因为水平单元7是将水平加速度传感器 17及水平音圈电机(以下，称为水平VCM) 27 —起模块化而构成的，所以水平单元7本身就具有尺寸较小的结构。如图5所示，当希望在水平方向上获得更大的隔振效果时，只要将水平单元7及控制单元9作为功能扩展装置安装在该隔振装置1上即可。在安装好该水平单元7的状态下， 能够用水平加速度传感器17对精密设备31在水平方向上的振动状态进行检测，再用检测内容进行反馈而驱动水平VCM27，减少精密设备31在水平方向上的振动。再说，如图1所示，当希望在铅垂及水平方向上都获得更大的隔振效果时，只要将铅垂及水平单元5、7以及用来控制这些单元5、7的控制单元9作为功能扩展装置安装在该隔振装置1上即可。-各个单元的配置-接着，对弹簧单元3、铅垂单元5、水平单元7及控制单元9的配置及安装结构加以说明。应予说明，在以下说明中说明的是与基本装置即弹簧单元3组合使用功能扩展装置即铅垂及水平单元5、7及用来控制这些单元5、7的控制单元9的情况，但是单独使用弹簧单元3的情况和与弹簧单元3组合使用铅垂单元5或水平单元7的情况下的配置及安装结构也大致相同。如图6所示，在该隔振装置1中，弹簧单元3、铅垂单元5、水平单元7及控制单元9 在顶板11与基板21之间的空间内配置成在俯视图上看为两行两列。更为详细地说，弹簧单元3配置在图6中的右上方；铅垂单元5与该弹簧单元3相邻地配置在图6中的右下方； 水平单元7与该弹簧单元3相邻地配置在图6中的左上方；控制单元9配置在图6中的左下方，位于该弹簧单元3的对角的位置。如上所述，通过将四个单元3、5、7、9配置成在俯视图上看为两行两列，则能够无浪费地利用顶板11与基板21之间的空间，将隔振装置1构成为在俯视图上看尺寸较小的结构。这个结构、和将铅垂加速度传感器15及铅垂VCM25 —起模块化并且将水平加速度传感器17及水平VCM27 —起模块化来将铅垂及水平单元5、7构成为尺寸较小的结构的措施等配合好，其结果是虽然现有主动型隔振装置中即使较小的也一般具有长230mm以上、宽230mm以上、高180mm以上的尺寸，但是本实施方式所涉及的隔振装置1能够构成为长、宽、 高都抑制在IOOmm以下的尺寸较小的结构。弹簧单元3由从上方(顶板11 一侧)插入并拧在形成于该弹簧单元3的罩盖53 的顶板上的四个螺栓孔53a、53a、…中的四个螺栓(未图示)安装在顶板11上；弹簧单元3 由从下方(基板21 —侧)插入并拧在形成于该弹簧单元3的基块23上的四个螺栓孔(未图示)中的四个螺栓(未图示)安装在基板21上。因为弹簧单元3如上所述安装在顶板 11及基板21上，所以即使是在作为被动型隔振装置单独使用该弹簧单元3时，顶板11和基板21也不会互相分离。还有，如图6及图7所示，铅垂单元5由从下方插入并拧在形成于该铅垂单元5的第一罩盖35的凸缘部35c、35c上的两个螺栓孔35d、35d中的两个螺栓36a、36a从下侧安装在顶板11上；铅垂单元5由沿水平方向贯通该第一罩盖35 (插入形成于第一罩盖35上的贯通孔35e、35e中)的两个长螺栓36b、36b、…(在图6中未图示)还安装在弹簧单元 3的罩盖53上。因为铅垂单元5如上所述能够用螺栓从下侧紧固在顶板11上，所以当希望对被动型隔振装置追加设置该铅垂单元5时，能够以后在放置有平台41等的状态不变的情况下将该铅垂单元5安装在顶板11上。应予说明，铅垂单元5未固定在基板21上。另一方面，如图6及图8所示，水平单元7由从下方插入并拧在形成于该水平单元 7的第二罩盖37的凸缘部的螺栓孔37c中的螺栓38a从下侧安装在顶板11上；水平单元 7由沿水平方向贯通该第二罩盖37的四个长螺栓38b、38b、…还安装在弹簧单元3的罩盖 53上。因为水平单元7如上所述能够用螺栓从下侧紧固在顶板11上，所以与铅垂单元5 — 样，能够以后在放置有平台41等的状态不变的情况下将该水平单元7安装在顶板11上。应予说明，与铅垂单元5 —样，水平单元7未固定在基板21上。如图6所示，控制单元9由从上方插入并拧在形成于底板上的四个螺栓孔9a、 9a、…中的四个螺栓从上侧安装在基板21上；控制单元9未固定在顶板11上。应予说明，虽然在图6所示的例子中，将铅垂及水平单元5、7配置为该铅垂及水平单元5、7与弹簧单元3相邻，但是如下所述接触部件70接触弹簧单元3的接触壁部23c的水平单元7以外的单元(铅垂单元5、控制单元9等)并不一定需要配置为与弹簧单元3相邻。接着，分别对弹簧单元3、铅垂单元5、水平单元7及控制单元9的结构加以说明。-弹簧单元-如图9及图10所示，弹簧单元3包括基块23、高度调整块33、螺旋弹簧13、中心销 43及罩盖53，该基块23安装在基板21上，该高度调整块33随着以上下方向轴为轴进行的转动相对于基块23上下移动，该螺旋弹簧13经由球轴承单元63放置在该高度调整块33 上，该螺旋弹簧13的上端总是接触顶板11，该中心销43的下端部固定在基块23上，减冲橡胶(surgeless rubber) 73安装在该中心销43的上端，该罩盖53用来保护螺旋弹簧13。基块23形成为上下组合棱柱部23a和板部2 而成的形状，该棱柱部23a在俯视图上具有像以近似圆弧状切掉正方形的一对对角部一样的形状，该板部2 呈正方形板状。在该板部2 中与棱柱部23a的切口部相对应的部位形成有沿上下方向贯通该板部2 的通孔23d，从收纳在切口部内的上浮阻止部83向上延伸的轴部83a插入该通孔23d中。在该基块23的中央部位形成有螺纹凹部23e，该螺纹凹部2 夹在两个通孔23d、23d之间，该螺纹凹部2 具有直径比这些通孔23d、23d的直径都大的圆形剖面，在该螺纹凹部23e的周壁上形成有蜗杆的内螺纹。在该螺纹凹部23e的中央形成有沿上下方向贯通基块23的插入孔23f。高度调整块33的螺钉部33a插入并拧在该螺纹凹部23e内，中心销 43插入该插入孔23f内。还有，在该基块23中与形成有切口部的一对对角部不同的另一对对角部中的一角部设置有水平单元7的水平VCM27的接触部件70所接触的接触壁部23c，而如图6所示， 所述另一对角部中的另一角部(位于基板21的一个角部)已在俯视图上以近似圆弧状被切掉，以便能够易于安装用来将基板21固定在地板51等上的螺栓等。所述高度调整块33形成为上下组合罩盖部3 和螺钉部33a的形状，该罩盖部 33b呈有底筒状，所述螺旋弹簧13的下端部收纳在该罩盖部3 的内侧，该螺钉部33a呈圆柱状，在该螺钉部33a上形成有蜗杆的外螺纹。所述螺钉部33a插入并拧在基块23的螺纹凹部23e内，使得所述高度调整块33转动自如地安装在该基块23上。在该罩盖部33b的底部，在圆周方向上隔着等间隔形成有四个插入孔33c、33c、 33c、33c。将作业工具插入该插入孔33c中，使高度调整块33以沿上下方向延伸的轴为轴进行转动，使该高度调整块33相对于基块23上下移动。根据收纳在该高度调整块33内并且上端接触顶板11的螺旋弹簧13的弹性变形使高度调整块33转动，来使该高度调整块33 沿上下方向相对于基块23移动，螺旋弹簧13的下端位置由此得以调整，保持顶板11的高度为大致一定的高度。如上所述，不是采用使用电动马达等的自动高度调整，而是采用手动式高度调整机构，这也为本实施方式所涉及的隔振装置1的紧凑化作出贡献。应予说明，因为高度调整是在精密设备31放置于平台41上的状态，即螺旋弹簧13 受到负载的状态下进行的，所以螺旋弹簧13的下端与罩盖部33b的底部之间的摩擦较强， 若靠手动便难以让高度调整块33转动。因此，在螺旋弹簧13的下端与罩盖部33b的底部之间配置有球轴承单元63，以减少所述摩擦来确保高度调整块33顺利地转动，该球轴承单元63是用上下成一对的圆环状树脂罩63b、6;3b夹住多个钢球63a、63a、…而构成的。还有，在高度调整块33 (更为正确地说，罩盖部33b的底部和螺钉部33a)的中央部位形成有沿上下方向贯通该高度调整块33的插入孔33d，中心销43插入该插入孔33d内。所述中心销43从上方依次插入圆环状球轴承单元63、高度调整块33的插入孔 33d及基块23的插入孔23f中，由拧在该下端部的螺母固定在基块23上，如图9所示。还有，在中心销43的上端部形成有螺栓头部43a，所述减冲橡胶73安装在该螺栓头部43a上。该减冲橡胶73由呈近似圆筒状的橡胶制成，嵌入螺旋弹簧13的圆环内，通过沿上下方向被压而接触弹簧的圆环内周面，由此使螺旋弹簧13的振动衰减，或者抑制发生冲击(surging)(在传递给螺旋弹簧13的外力频率接近弹簧本身的固有频率时振幅增大的现象)。如上所述，该减冲橡胶73安装在固定于基块23上的中心销43的螺栓头43a上，因而该减冲橡胶73的高度总是不变。换句话说，即使让高度调整块33以沿上下方向延伸的轴为轴转动，该高度调整块33由此沿上下方向移动，螺旋弹簧13的伸缩量发生变化，减冲橡胶73的位置和形状(与弹簧圆环内周面的接触状态)也不会发生变化，因而能够维持由减冲橡胶73产生一定的衰减量。应予说明，若让高度调整块33持续上升，终究会有可能造成高度调整块33从基块 23上脱离，高度调整块33和基块23分离。但是，本实施方式所涉及的隔振装置1构成为当高度调整块33上升而将要超过规定量时，球轴承单元63会接触中心销43的螺栓头部 43a。因此，在该隔振装置1中，高度调整块33不会从基块23上脱离。也就是说，中心销43 不但起到支撑减冲橡胶73的作用，而且起到抑制高度调整块33从基块23上脱离的作用。所述罩盖53用来保护螺旋弹簧13，该罩盖53形成为在俯视图上看呈正方形，并且在该罩盖53的内部具有剖面呈圆形的空间的有顶棱柱筒状，该罩盖53如上所述安装在顶板11上。应予说明，如图9所示，罩盖53中位于顶板11的一个角的角部已在俯视图上看呈近似圆弧状地被切掉，以能够容易安装用来将顶板11固定在平台41上的螺栓等。在该罩盖53的顶板的中央形成有沿上下方向贯通该罩盖53的通孔53b，螺旋弹簧 13的上端部在它插入该通孔53b内的状态下接触顶板11的下表面。还有，罩盖53的内径比高度调整块33的外径大，构成为不阻碍一部分收纳在该罩盖53内的高度调整块33在上下方向上移动。换句话说，该罩盖53在它与螺旋弹簧13及高度调整块33不接触的状态下安装在由螺旋弹簧13支撑的顶板11的的下表面上。罩盖53与所述上浮阻止部83的轴部83a的上端部相联结，该轴部83a设定为下述长度，即在精密设备31放置于平台41上的状态下，基块23的板部的下表面与收纳在基块23的切口部内的上浮阻止部83之间有数毫米左右的缝隙。这么一来，在精密设备31放置于平台41上的状态(螺旋弹簧13收缩的状态)下，与罩盖53联结在一起的上浮阻止部 83与基块23处于非接触状态，由此不会对螺旋弹簧13的隔振性能造成任何影响；另一方面，在已将精密设备31从平台41上取下的状态(螺旋弹簧13未收缩的状态)下，即使顶板11由螺旋弹簧13往上顶，因为上浮阻止部83接触基块23，所以顶板11、基板21、罩盖 53及基块23也不会相互分离。-铅垂单元-铅垂单元5包括铅垂加速度传感器15、铅垂VCM25、第一罩盖35及支架 (bracket) 45，该铅垂加速度传感器15用来检测精密设备31在铅垂方向上的振动，该铅垂 VCM25用来沿铅垂方向对精密设备31施加控制力，该第一罩盖35收纳所述铅垂加速度传感器15和铅垂VCM25，该支架45呈圆环状，用来将铅垂加速度传感器15及铅垂VCM25固定在
弟""罩盖35上。如图11(a)所示，在第一罩盖35上形成有开口朝向上方的上侧凹部3 和位于该上侧凹部3 的下侧且开口朝向下方的下侧凹部35b。如图11(b)所示，铅垂加速度传感器 15在轴朝向铅垂方向的状态下收纳在上侧凹部35a内，铅垂VCM25收纳在下侧凹部35b内， 使得铅垂加速度传感器15的轴和该铅垂VCM25的进退轴(可动件的往复运动轴)位于同一直线上。由此，铅垂加速度传感器15和铅垂VCM25经由第一罩盖35成为一体。如上所述，因为铅垂加速度传感器15和铅垂VCM25配置为铅垂加速度传感器15的轴和铅垂VCM25 的进退轴位于同一直线上，所以该铅垂单元5能够进行正确的隔振控制。由该铅垂加速度传感器15输出表示顶板11的相对加速度(顶板11的振动状态) 的信号，接收了该信号的控制单元9向铅垂VCM25输出控制信号，其结果是接触部件70如图7所示接触基板21，从而对隔振对象施加减弱该隔振对象在铅垂方向上的振动的控制力。接着，参照图12对铅垂VCM25的结构加以详细的说明。铅垂VCM25分为固定件和可动件，该固定件经由第一罩盖35固定在顶板11上，该可动件与此相对组装为非接触状态，由电磁力驱动而沿铅垂方向移动。固定件由铁制导磁体60、圆盘状磁石64及极片62构成，该铁制导磁体60兼作罩盖，形成为有顶圆筒状，开口朝向下方，该圆盘状磁石64和该极片62以同心状收纳在该导磁体60的筒壁部60a内，并由螺栓84固定在顶部60b上。在该导磁体60的顶部60b，在圆周方向上隔着间隔形成有四个螺孔，该导磁体60 由轴端分别拧在该四个螺孔中的一个螺孔内的螺栓74、74、…联结在所述支架45上。该支架45与突起地设置在铅垂加速度传感器15的圆筒状壳体外周面上的突起部1 接合起来，将铅垂加速度传感器15固定在导磁体60上。磁石64和极片62设计为直径及厚度大致相等的板材厚度比较厚的圆盘状。在极片62的上端部以台阶状形成有缩径部，使得在极片62的上端部与磁石64之间形成有周向槽。由高衰减橡胶制成的橡胶制0形圈76嵌在该周向槽内。在极片62上形成有位于该极片62的下表面的大致中央的凹部62a，该凹部62a的剖面呈圆形。将构成可动件的线圈架 78向下推的螺旋弹簧66嵌入该凹部62a内。另一方面，可动件由线圈架78、线圈68及接触部件70构成，该线圈架78由树脂材制成，呈有底圆筒状，该线圈68是将电线缠绕在该线圈架78的筒状壁部78a上而构成的， 该接触部件70设置在线圈架78的底壁部78b上。线圈架78向上方开口，配置为该线圈架 78的轴心与导磁体60的轴心一致。该线圈架78的筒状壁部78a以非接触状态包围磁石 64和极片62，该线圈架78被导磁体60的筒状壁部60a以非接触状态包围。嵌入极片62在周向槽内的0形圈76的外周部分接触如上所述配置成轴心一致的线圈架78的筒状壁部78a的内周面，由此保持该极片62及磁石64的外周面与线圈架78 的筒状壁部78a的内周面之间的间隔为规定的值，该线圈架78的筒状壁部78a的外周面与导磁体60的筒状壁部60a的内周面之间的间隔也保持为规定的值。还有，线圈架78的底壁部78b形成为板材厚度比较厚的圆盘状，该底壁部78b的下表面中靠近外周的部位与导磁体60的筒状壁部60a的下端面之间由硅橡胶制膜片(橡胶弹性体)80联结在一起。该膜片80的整个周在线圈架78的底壁部78b与导磁体60的筒状壁部60a之间大幅度弯曲，由此容许线圈架78沿铅垂方向进行相对移动，并且，夹住该线圈架78的两侧部位互相逆相位地弯曲，由此容许该线圈架78进行摇动。而且，螺旋弹簧66的下端接触线圈架78的底壁部78b的上表面，该螺旋弹簧66 的上部嵌入极片62的凹部62a内。该螺旋弹簧66事先被进行预压缩，以便即使在未施加外力的状态下也将线圈架78往下推。由此，该螺旋弹簧66不但能够向将顶板11顶起来的方向产生控制力，也能够向将该顶板11拉下的方向产生控制力。预压缩量根据极片62的下表面与线圈架78的底壁部78b的上表面之间的间隔决定。在本实施方式中，因为由高度调整块33保持顶板11的高度为大致一定的值，所以预压缩量也保持为大致一定的值。也就是说，铅垂VCM25中为可动件的线圈架78经由0形圈76及膜片80被为固定件的导磁体60等以非接触状态支撑，该线圈架78由于电磁力而沿铅垂方向进行往复运动， 在基板21与顶板11之间沿上下方向施加控制力，并支撑为能够沿水平方向摇动。还有，在沿铅垂方向进行往复运动的线圈架78的底壁部78b中靠近内周一侧的部位形成有向下鼓起的圆形基座部78c。剖面呈圆形的凹部78d位于该基座部78c的下表面的大致中央部位，用来接触基板21并传递控制力的接触部件70可拔出且可嵌入地插入该凹部78d中。该接触部件70是将例如MC Nylon(MC尼龙)(注册商标)等树脂材形成为圆柱状并将该圆柱状的顶端(附图中的下端)部分形成为球面状凸部，并且在基端(附图中的上端)部分形成突起部而形成的。该突起部的外径与凹部78d的内径大致相等。压板82 重叠在基座部78c的下表面上，在该压板82中开有外径与接触部件70中除突起部以外的部分的外径大致相等的圆孔，突起部被该圆孔的周缘部压住，由此防止接触部件70脱出。应予说明，配置在凹部78d内的螺旋弹簧72的弹簧常数比将线圈架78往下推的螺旋弹簧66的弹簧常数高多了，因而该螺旋弹簧72通常几乎不收缩。该螺旋弹簧72用来当过大的外力使极片62与线圈架78接触时才收缩，来阻止该极片62和该线圈架78受损。如上所述，因为使用固定件和可动件由硅橡胶制膜片80联结在一起的一体型铅垂VCM25作致动器，所以能够借助膜片80抑制来自地板51的振动经由可动件传递给固定件。并且，与固定件及可动件未成为一体的类型(固定件安装在顶板11上并且可动件安装在基板21上的类型)不同，只要将收纳有固定件的第一罩盖35安装在顶板11上就能够追加设置铅垂单元5，因此，安装作业很简单。-水平单元-水平单元7包括水平加速度传感器17、水平VCM27、第二罩盖37及支架 (bracket) 47，该水平加速度传感器17用来检测精密设备31在水平方向上的振动，该水平 VCM27用来沿水平方向对精密设备31施加控制力，该第二罩盖37收纳所述水平加速度传感器17和水平VCM27，该支架47呈圆环状，用来将水平加速度传感器17固定在第二罩盖37上。如图13 (a)所示，在第二罩盖37中形成有开口朝向水平方向的上侧凹部37a和位于该上侧凹部37a的下侧且开口朝向与该上侧凹部37a相同的方向的下侧凹部37b。如图 13 (b)所示，水平加速度传感器17在轴朝向水平方向的状态下收纳在上侧凹部37a内，与突起地设置在该水平加速度传感器17的圆筒状壳体外周面上的突起部17a接合的支架47 由螺栓紧固在第二罩盖37上。另一方面，水平VCM27收纳在下侧凹部37b内，使得水平加速度传感器17的轴和水平VCM27的进退轴相互平行，该水平VCM27由螺栓紧固在第二罩盖 37上。由此，水平加速度传感器17和水平VCM27经由第二罩盖37成为一体。由该水平加速度传感器17输出表示顶板11的相对加速度(顶板11的振动状态) 的信号，接收了该信号的控制单元9向水平VCM27输出控制信号，其结果是接触部件70接触弹簧单元3的基块23的接触壁部23c，由此对隔振对象施加减弱该隔振对象在水平方向上的振动的控制力。应予说明，除了下述两点以外，水平VCM27的结构与铅垂VCM25的结构大致相同， 该不同的两点是用来将水平VCM27的导磁体60固定在第二罩盖37上的螺栓未与在水平加速度传感器17的圆筒状壳体的壳体外周面上突起而设的突起部17a所接合的支架47联结在一起；接触部件70所接触的不是基板21，而是弹簧单元3的基块23的接触壁部23c。 因此，省略水平VCM27的结构的说明。并且，用与构成铅垂VCM25的各个部件相同的符号表示构成水平VCM27的各个部件。在此，为进行正确的隔振控制，振动传感器和致动器通常配置为振动传感器的轴和致动器的进退轴位于同一直线上。但是，在本实施方式中，配置为水平加速度传感器17 及水平VCM27上下重叠起来(水平加速度传感器17的轴和水平VCM27的进退轴平行)，以保证能够将水平单元7收纳在顶板11与基板21之间的空间内(以免水平单元7在水平方向上扩展得太广)。如上所述，在本发明中，将隔振装置1本身已紧凑化，即使如上所述配置水平加速度传感器17和水平VCM27，因为水平加速度传感器17的轴与水平VCM27的进退轴在上下方向上的间隔较窄，所以也能够进行精度较高的隔振控制。-控制单元-控制单元9包括第一基盘19、第二基盘四及罩盖39，该第一基盘19用来控制铅垂单元5，该第二基盘四用来控制水平单元7，该罩盖39用来保护所述第一基盘19和所述
第二基盘四。如图14所示，各个基盘19、29经由布线81与从隔振装置1独立出来的电源61电连接，该电源61向各个基盘19J9供电。还有，第一基盘19经由未图示的布线与铅垂加速度传感器15及铅垂VCM25电连接；第二基盘四经由其它未图示的布线与水平加速度传感器17及水平VCM27电连接。第一基盘19将来自电源61的电力供向铅垂加速度传感器15 和铅垂VCM25。另一方面，由铅垂加速度传感器15向该第一基盘19输入与隔振对象在铅垂方向上的加速度有关的电信号(具体而言，电流值)。同样，第二基盘四将来自电源61的电力供向水平加速度传感器17和水平VCM27。另一方面，由水平加速度传感器17向该第二基盘四输入与隔振对象在水平方向上的加速度有关的电信号(具体而言，电流值)。例如在对加速度进行反馈的主动隔振控制时，这些基盘19、29向各个音圈电机 25、27输出下列反馈控制量，S卩将从各个加速度传感器15、17得到的隔振对象的加速度X” 及反馈控制增益Gm相乘而得到的反馈控制量Gm · X”，将对加速度X”进行一次积分而得到的速度X’及反馈控制增益Gc相乘而得到的反馈控制量Gc ·Χ’，以及将对加速度X”进行两次积分而得到的位移X及反馈控制增益( 相乘而得到的反馈控制量Gk · X。还有，如图14所示，在希望进一步提高隔振性能时，也能够进行下述前馈控制， 即追加设置从隔振装置1独立出来、检测地板51的振动状态的第三加速度传感器(前馈单元)71，经由布线91使该第三加速度传感器71与各个基盘19、29电连接起来，根据该第三加速度传感器71所发出的信号推测传达给隔振对象的振动，用铅垂及水平VCM25、27施加抵消该传达振动的控制振动。-使用方式_在用如上所述构成的隔振装置1支撑精密设备31时，例如图15所示，准备四个安装上弹簧单元3、铅垂单元5、水平单元7及控制单元9的隔振装置1，以这四个隔振装置1 为四个点支撑平台41。这么一来，能够用四个铅垂VCM25施加减小铅垂方向上的振动的控制力；能够用两个(附图中的左上方和右下方)水平VCM27、27施加减小精密设备31在X 方向上的振动的控制力；能够用两个(附图中的左下方和右上方)水平VCM27、27施加减小精密设备31在Y方向上的振动的控制力。还有，在减小水平方向上的振动的必要性较低时，例如图16所示能够准备四个仅安装好弹簧单元3的隔振装置1，用这些隔振装置1作脚部，以四点支撑平台41，并将安装好弹簧单元3、铅垂单元5及控制单元9的隔振装置1配置在中央部位，用一个铅垂VCM25 施加减小铅垂方向上的振动的控制力。-效果-在本实施方式中，以采用成本比空气弹簧低廉的螺旋弹簧13的弹簧单元3为基本装置。因此，能够向不需要价格昂贵的主动隔振装置的使用者提供包括顶板11、基板21及弹簧单元3的价格低廉的被动型隔振装置。还有，在使用者希望在铅垂或水平方向上对该弹簧单元3施加控制力的情况下， 通过将功能扩展装置即铅垂单元5或水平单元7安装在安装有弹簧单元3的顶板11上，则能够进行铅垂或水平方向上的反馈控制。由此，能够向仅需要进行铅垂及水平方向中任一方向上的反馈控制的使用者或者有了进行这种反馈控制的必要性的使用者以与所需要的性能相对应的价格提供主动型隔振装置。再说，在使用者希望在铅垂及水平方向上都对该弹簧单元3施加控制力的情况下，通过将铅垂及水平单元5、7都安装在顶板11上，则能够进行铅垂及水平方向上的反馈控制。因为铅垂单元5的铅垂加速度传感器15和铅垂VCM25 —起已模块化，水平单元7 的水平加速度传感器17和水平VCM27 —起已模块化，所以这些单元5、7具有尺寸较小的结构，能够收纳在顶板11与基板21之间的空间内。因此，即使安装所述铅垂及水平单元5、7， 也能够将整个隔振装置1构成为尺寸非常小的结构。综上所述，能够提供具备使用者所要求的性能、尺寸较小且价格低廉的隔振装置 1。(其它实施方式)本发明并不限于实施方式，只要不脱离其精神或主要特征，就能够以其它各种各样的方式实施本发明。在所述实施方式中，用螺栓对顶板11、基板21、弹簧单元3、铅垂单元5、水平单元 7及控制单元9进行紧固。但是，可以采用所谓的一按式嵌入型联结结构。还有，在所述实施方式中示出的是用四个以上的隔振装置1对精密设备31进行隔振支撑的例子，但并不限于此。只要支撑结构不会成为不稳定的结构，即只要隔振装置1的数量在三个以上，就能够对精密设备31进行隔振支撑。再说，在所述实施方式中，用布线将铅垂单元5及水平单元7与控制单元9连接起来，但并不限于此。能够构成为无线结构。还有，在所述实施方式中，将弹簧单元3、铅垂单元5、水平单元7及控制单元9这四个单元配置成在俯视图上看为两行两列，但并不限于此。也可以组合使用其它单元；还可以根据所组合的单元数量配置为在俯视图上看为例如两行三列。再说，在所述实施方式中采用的是手动式高度调整机构，但是只要不阻碍紧凑化和低成本化，就不限于此。例如，也可以采用使用小型电动马达等的自动高度调整机构。如上所述，所述实施方式在任何意义上都只不过是示例而已，不得根据上述实施方式对本发明作出限定的解释。而且，属于权利要求书所述的范围的等同范围的变形和变更都在于本发明的范围内。-产业实用性-综上所述，本发明对用来相对于基部对被放置设备的平台进行隔振支撑的隔振装置等很有用。
权利要求
1.一种隔振装置，该隔振装置包括上板、下板及被动型隔振装置，该上板支撑平台，该下板放置在基部上，该被动型隔振装置在该上板与该下板之间安装在这两板上，该被动型隔振装置用螺旋弹簧相对于该基部对放置在该平台上的设备进行隔振支撑，其特征在于所述隔振装置构成为能够以收纳在所述上板与所述下板之间的空间内的方式对该上板可装卸地安装第一控制力施加装置及/或第二控制力施加装置，该第一控制力施加装置是第一振动传感器和第一致动器一起模块化而构成的，该第一振动传感器用来检测所述设备在铅垂方向上的振动，该第一致动器用来沿铅垂方向对所述设备施加控制力，该第二控制力施加装置是第二振动传感器和第二致动器一起模块化而构成的，该第二振动传感器用来检测所述设备在水平方向上的振动，该第二致动器用来沿水平方向对所述设备施加控制力。
2.根据权利要求1所述的隔振装置，其特征在于所述第一控制力施加装置具有罩盖，该罩盖用来以该第一振动传感器的轴朝向铅垂方向的状态收纳所述第一振动传感器，并且将所述第一致动器收纳在该第一振动传感器的下侧；所述第一致动器具有固定件和可动件，该固定件经由所述罩盖固定在所述上板上，该可动件通过相对于该固定件沿铅垂方向进行往复运动而接触所述下板，来沿铅垂方向对所述设备施加控制力；所述固定件和所述可动件由橡胶弹性体联结在一起。
3.根据权利要求1所述的隔振装置，其特征在于所述第二控制力施加装置具有罩盖，该罩盖用来以该第二振动传感器的轴朝向水平方向的状态收纳所述第二振动传感器，并且将所述第二致动器收纳在该第二振动传感器的下侧；所述第二致动器具有固定件和可动件，该固定件经由所述罩盖固定在所述上板上，该可动件通过相对于该固定件与该第二振动传感器的轴向平行地进行往复运动而接触所述被动型隔振装置，来沿水平方向对所述设备施加控制力；所述固定件和所述可动件由橡胶弹性体联结在一起。
4.根据权利要求2所述的隔振装置，其特征在于所述第二控制力施加装置具有罩盖，该罩盖用来以该第二振动传感器的轴朝向水平方向的状态收纳所述第二振动传感器，并且将所述第二致动器收纳在该第二振动传感器的下侧；所述第二致动器具有固定件和可动件，该固定件经由所述罩盖固定在所述上板上，该可动件通过相对于该固定件与该第二振动传感器的轴向平行地进行往复运动而接触所述被动型隔振装置，来沿水平方向对所述设备施加控制力；所述固定件和所述可动件由橡胶弹性体联结在一起。
5.根据权利要求1所述的隔振装置，其特征在于所述隔振装置构成为能够将用来控制所述控制力施加装置的控制装置以收纳在所述上板与所述下板之间的空间内的方式安装在该下板上或从该下板上取下。
6.根据权利要求2所述的隔振装置，其特征在于所述隔振装置构成为能够将用来控制所述控制力施加装置的控制装置以收纳在所述上板与所述下板之间的空间内的方式安装在该下板上或从该下板上取下。
7.根据权利要求3所述的隔振装置，其特征在于所述隔振装置构成为能够将用来控制所述控制力施加装置的控制装置以收纳在所述上板与所述下板之间的空间内的方式安装在该下板上或从该下板上取下。
8.根据权利要求4所述的隔振装置，其特征在于所述隔振装置构成为能够将用来控制所述控制力施加装置的控制装置以收纳在所述上板与所述下板之间的空间内的方式安装在该下板上或从该下板上取下。
9.根据权利要求5到8中任一项所述的隔振装置，其特征在于所述被动型隔振装置、所述第一控制力施加装置、所述第二控制力施加装置及所述控制装置在所述上板与所述下板之间的空间内配置成在俯视图上看为两行两列。
全文摘要
本发明公开了一种隔振装置。该隔振装置(1)包括支撑平台的顶板(11)，放置在地板上的基板(21)，以及在顶板(11)与基板(21)之间安装在这两板上，并且用螺旋弹簧(13)在地板上对被放置精密设备的平台进行隔振支撑的弹簧单元(3)。该隔振装置(1)构成为能够以收纳在顶板(11)与基板(21)之间的空间内的方式对顶板(11)可装卸地安装铅垂单元(5)及/或水平单元(7)，该铅垂单元(5)是铅垂加速度传感器(15)及铅垂VCM一起模块化而构成的，该水平单元(7)是水平加速度传感器及水平VCM一起模块化而构成的。因此，能够提供一种具备使用者所要求的性能、尺寸较小且价格低廉的隔振装置。
文档编号F16F15/08GK102374258SQ201110186660
公开日2012年3月14日 申请日期2011年7月5日 优先权日2010年8月4日
发明者大村泰弘, 山本修司, 岸本伊知郎, 渡边清文 申请人:仓敷化工株式会社