JP2011067900A - 振動防止装置、振動防止方法および振動防止プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】周期的に運動する振動体から伝わる振動が機器へ及ぼす影響を抑えることができ、調整が容易な振動防止装置を提供する。
【解決手段】振動体からの振動を防止する振動防止装置１００であって、振動が伝わる被振動体に設けられ、振動を検知する振動検知部１１１と、振動体の振動に基づき位相同期信号を生成する位相同期信号生成部１５０と、検知された振動および生成された位相同期信号に基づいて、検知された振動を相殺する振動を発生させる振動発生信号を生成する信号生成ユニット１１０と、振動発生信号に基づいて被振動体を駆動する駆動部１１６と、を備える。これにより、微小な位置決め等への振動の影響を未然に防止することができる。また、振動体の種類を問わず適用でき、設置の際の細かい調整は不要である。
【選択図】図１

Description

本発明は、周期的な振動が発生する機器・部品等の振動を防止する振動防止装置、振動防止方法および振動防止プログラムに関する。

従来、工作機械、半導体や液晶の製造設備など振動を嫌う機器の設置には、防振台などを用いて、床から伝わる振動を遮断している。しかし、これらの機器の電源にはトランスが使われている。したがって、どれほど床の振動の防止を徹底しても、これら機器自身に取り付けられているトランスが振動する場合、機器の精度が制限される。

トランスの振動が機器の精度に影響を与える主な原因は、トランス自身の振動もしくはトランスの周囲の磁性体とトランスの作る磁界の変化による振動がトランス支持部材やねじを介して機器に伝わってしまうことである。この対策として例えば特許文献１においては、トランスの両側面部と固定金具の間に防振材（耐久性の高い弾性体、例えばゴム）を挟持した上で、固定面に固定金具を固定することでトランスの振動に起因する外部への振動を抑制している。特許文献１は電子楽器のトランス固定装置であるが、トランスを固定する際に防振材にて振動を吸収する方法は他の産業機器に応用できるものである。

特開２００６−９１５１７号公報

しかしながら、トランスの振動を吸収する為に、防振材（耐久性の高い弾性体、例えばゴム）を使用するこの方法ではユーザが支持する物の質量によりゴムの硬さを選択する必要があり、効果を得るためには多種の防振材によって試行する等の調整作業が必要となる。別の方法として、このような機器や測定機のトランスからでる振動を防ぐために、電源を離れた場所に設置し、ケーブルにて電源を供給する方法が考えられる。しかしこの方法では、電源からのケーブルにノイズが乗る等の不具合が発生する。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、周期的に振動する振動体から伝わる振動が機器へ及ぼす影響を抑えることができ、調整が容易な振動防止装置、振動防止方法、および振動防止プログラムを提供することを目的とする。

（１）上記の目的を達成するため、本発明の振動防止装置は、振動体からの振動を防止する振動防止装置であって、前記振動が伝わる被振動体に設けられ、前記振動を検知する振動検知部と、振動源の入力電圧或いは出力電圧を調整した位相同期信号を生成する位相同期信号生成部と、前記検知された振動および生成された位相同期信号に基づいて、前記検知された振動を相殺する振動を発生させる振動発生信号を生成する信号生成ユニットと、前記振動発生信号に基づいて前記被振動体を駆動する駆動部を備えることを特徴としている。

このように本発明の振動防止装置は、被振動体を駆動することで振動を相殺する振動を発生させるため、振動を抑制することができる。これにより、周囲で行われる微小な位置決めや測定等への振動の影響を未然に防止することができる。また、本発明の振動防止装置は、振動体に対して直接働きかけないため、振動体の種類を問わず適用できる。また、構造が単純であり、設置の際の細かい調整は不要である。

（２）また、本発明の振動防止装置は、前記信号生成ユニットが、前記検知された振動を前記の位相同期信号を用いて検波し、平均化して前記生成された位相同期信号を用いて乗算することで前記振動発生信号を生成することを特徴としている。

（３）また、本発明の振動防止装置は、前記駆動部（駆動部が複数のアクチュエータで構成される場合は、各々のアクチュエータの中心線から均一距離に位置する中間点に該当する箇所）が、前記振動体の周期的な直線振動の中心軸付近で、前記振動体の振動方向に平行な直線上に配置されていることを特徴としている。振動体から伝わる振動は、振動体の周期的な直線振動上で最も大きいため、この振動を抑制することで効率的に振動を防止することができる。

（４）また、本発明の振動防止方法は、振動体の振動から被振動体を介して伝わる振動を防止する振動防止方法であって、前記被振動体の振動を検知するステップと、前記振動体の振動に基づき位相同期信号を生成するステップと、前記検知された振動および生成された位相同期信号に基づいて、前記検知された振動を相殺する振動を発生させる振動発生信号を生成するステップと、前記振動発生信号に基づいて前記被振動体を駆動するステップと、を含むことを特徴としている。これにより、周囲で行われる微小な位置決め等への振動の影響を未然に防止することができる。

（５）また、本発明の振動防止プログラムは、振動体の周期的な直線振動から被振動体を介して伝わる振動を防止する振動防止プログラムであって、検知された被振動体の振動および振動体の振動の位相に基づいて、前記検知された振動を相殺する振動を発生させる振動発生信号を生成する処理をコンピュータに実行させ、前記振動発生信号を出力し、前記被振動体を駆動させることを特徴としている。これにより、周囲で行われる微小な位置決め等への振動の影響を未然に防止することができる。

本発明によれば、微小な位置決め等への振動の影響を未然に防止することができる。また、本発明の振動防止装置は、偏心の調整等を行うことはなく、振動体に対して直接働きかけないため、振動体の種類を問わず適用できる。また、構造が単純であり、設置の際の細かい調整は不要である。

本発明に係る振動防止装置のブロック図である。 本発明に係る振動防止装置の特徴的な動作を示すフローチャートである。 本発明に係る振動防止装置の一例を示す正面図である。 本発明に係る振動防止装置の電気的構成を示す回路図である。 本発明に係る振動防止装置の一例を示す正面図である。

次に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

（振動防止装置の構成）
図１は、振動防止装置１００のブロック図である。振動防止装置１００は、振動体の周期的振動から伝わる振動を防止する。図１に示すように、振動防止装置１００は、振動検知部１１１、信号生成ユニット１１０、駆動部１１６、および位相同期信号生成部１５０を備えている。

振動検知部１１１は、振動が伝わる被振動体に設けられ、振動を検知し、振動信号を生成する。被振動体は、たとえば振動体を直接あるいは支持部材を介して支持する台座や壁部材等である。被振動体は、硬くて振動に対する応答性の高い物質で形成されているほど好ましい。振動検知部１１１は、たとえば振動センサを有しており、振動を検知する。振動センサは一般的なものであればよく、振動センサとしては加速度センサを用いることができる。

位相同期信号生成部１５０は、振動体の振動の位相を検知し、位相同期信号を生成する。たとえば、トランスが振動源（振動体）である場合、トランスの一次側に入力する電圧もしくは二次側から出力される電圧にて、回路に合わせて振幅量および／又は位相を調整した電圧を用いて位相同期信号としても良い。尚、ここでは振動源としてトランスを例示しているが、トランスに限らず直線的に振動するものであれば振動防止対象とすることが可能であり、振動源の入力電圧或いは出力電圧の振幅および／又は位相を調整した位相同期信号を用いれば良い。トランス以外としては直線的に往復運動するアクチュエータ等が該当する。

信号生成ユニット１１０は、振動信号を位相同期信号で検波し、検波された振動信号を平均化する。そして、平均化された振動信号を位相同期信号で乗算して振動発生信号を生成する。振動発生信号に基づいてアクチュエータ等の駆動部１１６が駆動することで、被駆動体に検知された振動を相殺する振動を発生させることができる。

信号生成ユニット１１０は、検波部１１２、平均化部１１３、乗算部１１４および加算部１１５を備えている。検波部１１２は、検知された位相の位相同期信号とその位相を９０°遅らせた位相同期信号とにより振動信号を検波し、同相検波信号および直交検波信号を生成する。

平均化部１１３は、振動信号をそれぞれ平均化し、乗算部１１４は、平均化された振動信号のそれぞれに検知された位相の位相同期信号とその位相を９０°遅らせた位相同期信号とを乗算する（後述の図４の例参照）。加算部１１５は、乗算されたそれぞれの振動信号を加算し、駆動部１１６に出力する。このように、同じ周波数で同期をとることで元の振動と同じ振動を発生させることができる。

駆動部１１６は、振動発生信号に基づいて、被駆動体の振動とは反対方向に被振動体を駆動する。これにより、振動を打ち消し、周囲で行われる微小な位置決め等への振動の影響を未然に防止することができる。また、振動源に近い場所で振動を打ち消すことができるため、効果が大きく、周囲の機械の精度が飛躍的に向上する。なお、駆動部１１６は、振動体の周期的に直線振動を行う振動の中心軸付近で、且つ振動体の振動方向に平行な直線上に配置されていることが好ましい。振動体から伝わる振動は、振動体の周期的振動の中心を通る直線上で最も大きいため、この振動を抑制することで効率的に振動を防止することができる。

なお、振動防止装置１００は、振動体に対して直接働きかけないため、振動体の種類を問わず適用できる。

振動検知部１１１および駆動部１１６は、振動体の振動方向に対して平行な直線上に設けられている。各信号生成ユニット１１０は、振動体の振動を相殺する振動を発生させる振動発生信号を生成する。なお、上記の機能は、回路によって構成されていてもよいし、コンピュータプログラムの実行により同等の機能が構成されていてもよい。

（振動防止装置の動作）
次に、このように構成された振動防止装置１００の動作を説明する。図２は、振動防止装置１００の特徴的な動作を示すフローチャートである。

まず、振動防止装置１００は、被振動体に伝わる振動および位相を検知する（ステップＳ１）。そして、振動信号を検知された位相の位相同期信号とその位相を９０°遅らせた位相同期信号とで検波する（ステップＳ２）。次に、検波された振動信号を平均化し、振動の強度と位相を検出する（ステップＳ３）。なお、平均化された信号の強度の２乗平均は振動の強度を反映している。次に、平均化された振動信号に、検知された位相の位相同期信号とその位相を９０°遅らせた位相同期信号とを乗算する（ステップＳ４）。そして、位相同期信号を乗算された振動信号を加算し出力（ステップＳ５）、アクチュエータを駆動する。実際には、これらの一連の処理を繰り返すことになる。なお、繰り返し途中に終了を判断する処理があってもよい。

（振動防止装置の構成例）
図３は、振動防止装置１００の一例を示す正面図である。設置されたトランス２０１に対して、振動防止装置１００は、トランス２０１から生じる振動を防止するために設置されている。トランス２０１は、支持部２０２によって、板状の台座２１０（被振動体）に設置されている。台座２１０は、静止している機器のボデー２５０に固定されている。

トランス２０１がある側から見て台座２１０の反対側の面には、振動センサ１１１およびアクチュエータ１１６が設けられている。ここでは、トランスが磁気的なひずみ等の要因により図中の上下方向に振動しているものと仮定する。振動センサ１１１およびアクチュエータ１１６は、たとえばボデー２５０に設けられた穴に設置されている。振動センサ１１１は、トランス２０１から台座２１０に伝わる振動を検知する。アクチュエータ１１６は、台座２１０に伝わる振動信号の垂直成分、すなわち台座２１０から伝わる加速度の垂直成分１３１を打ち消す加速度１４１を台座２１０に与える。アクチュエータ１１６は、トランス２０１の軸から垂直（アクチュエータの伸縮方向）に引いた直線上あるいは近傍に設置されている。なお、アクチュエータには、圧電素子を用いることができる。圧電素子のアクチュエータは特に微小で振動数の大きい振動への適用に優れている。

振動防止装置１００は、ハード構成上、センサやアクチュエータを所定箇所に設置すればよく、構造が単純であり、設置の際の細かい調整は不要である。なお、アクチュエータは、振動と同じ振動を発生させる信号を受けたときに反対向きに伸縮するよう向きを調整して設置する。

上記では、トランス２０１がある側から見て台座２１０の反対側の面にアクチュエータ１１６が１個設けられている場合を説明しているが、図３のような構成に限らず、アクチュエータ１１６が複数個設けられている構成でも良い。図５は、アクチュエータ１１６を複数個設けた以外は図３と同じ構成である。複数のアクチュエータ１１６は、ボデー２５０に設けられた穴に設置されている。たとえば、図５のように４つのアクチュエータ１１６で構成されている場合、図５における紙面上から紙面の下の方へ伸縮するアクチュエータ１１６の中心線（アクチュエータ１１６が伸縮する方向と同一）を夫々Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄとする。すると対角上に配置されたＡとＤから均一の距離に位置する中間点と、ＢとＣから均一の距離に位置する中間点が同一点となり、この中間点を基に紙面上から紙面の下の方へ延伸した中心軸を考えた場合に、この中心軸はトランス２０１の中心を通る軸から垂直（アクチュエータの伸縮方向）に引いた直線上と同一あるいは近傍に平行に配置されている。

図４は、振動防止装置１００の電気的構成を示す回路図である。図４において、「×」の記号は、乗算回路を示しており、「＋」の記号は加算回路を示している。同期信号１５１はトランスの一次側に入力する電圧もしくは二次側から出力される電圧を回路に合わせて振幅および／又は位相を調整した電圧より生成する。
９０°移相回路１５２は、同期信号１５１の位相を９０°移相する。なお、同期信号１５１および９０°移相回路１５２は、位相同期信号生成部１５０を構成する。

乗算回路１１２ａは、振動センサ１１１および同期信号１５１に接続され、振動信号を、同期信号１５１で検波し、同相検波信号を生成する。一方、乗算回路１１２ｂは、振動センサ１１１および９０°移相回路１５２に接続され、振動信号を、前記の同期信号１５１での位相から９０°位相を遅らせた位相同期信号で検波し、直交検波信号を生成する。乗算回路１１２ａおよび乗算回路１１２ｂは、検波部１１２を構成する。

平均化回路１１３ａは、乗算回路１１２ａに接続され、同相検波信号を平均化し、同相平均化信号を生成する。一方、平均化回路１１３ｂは、乗算回路１１２ｂに接続され、直交検波信号を平均化し、直交平均化信号を生成する。平均化回路１１３ａおよび平均化回路１１３ｂは、平均化部１１３を構成する。

乗算回路１１４ａは、平均化回路１１３ａおよび同期信号１５１に接続され、同相平均化信号に位相同期信号を乗算し、同相乗算信号を生成する。乗算回路１１４ｂは、平均化回路１１３ｂおよび９０°移相回路１５２に接続され、直交平均化信号に９０°移相された位相同期信号を乗算し、直交乗算信号を生成する。乗算回路１１４ａおよび１１４ｂは、乗算部１１４を構成する。加算回路１１５は、同相乗算信号および直交乗算信号を加算し、振動発生信号を生成し、アクチュエータ１１６に出力する。振動発生信号は、台座２１０に伝わる垂直方向の振動を反映したものとなる。アクチュエータ１１６は、出力された振動発生信号により、垂直に伸縮し、台座２１０へ振動を打ち消す加速度を与える。

このように、振動発生信号をアクチュエータ１１６に加えることで、振動体から発生する振動とまったく同じ周波数で振動体により発生する振動と逆向きの振動を発生することができる。

また、上記の例では、９０°移相回路が位相同期信号生成部１５０に含まれているが、プログラムの機能により検波部や乗算部を構成する場合には、検波部や乗算部で移相の処理を行ってもよい。また、１次元的な振動として対応できるトランスの振動は、トランスに印加されている電圧の周波数に起因していることから、トランスへの印加電圧を直接、位相同期信号として利用することができる。

なお、アクチュエータのみの伸縮によって、振動を発生することはできるが、より大きな振動に対応するために、アクチュエータの先端に錘を設置し、同じ大きさの加速度を与えられるように調整可能にしてもよい。

１００ 振動防止装置
１１０ 信号生成ユニット
１１１ 振動センサ
１１２ 検波部
１１２ａ、１１２ｂ 乗算回路
１１３ 平均化部
１１３ａ、１１３ｂ 平均化回路
１１４ 乗算部
１１４ａ、１１４ｂ 乗算回路
１１５ 加算回路
１１６ アクチュエータ
１３１ 振動
１４１ 加速度
１５０ 位相同期信号生成部
１５１ 位相同期信号(トランスの一次もしくは二次側の電圧を回路に合わせて調整した電圧)
１５２ ９０°移相回路
２０１ トランス(振動体)
２０２ 支持部
２１０ 台座(被振動体)
２５０ ボデー

Claims (6)

1. 振動体からの振動を防止する振動防止装置であって、前記振動が伝わる被振動体に設けられ、前記振動を検知する振動検知部と、振動源の入力電圧或いは出力電圧を調整した位相同期信号を生成する位相同期信号生成部と、前記検知された振動および生成された位相同期信号に基づいて、前記検知された振動を相殺する振動を発生させる振動発生信号を生成する信号生成ユニットと、前記振動発生信号に基づいて前記被振動体を駆動する駆動部と、を備えることを特徴とする振動防止装置。
2. 前記信号生成ユニットは、前記検知された振動を前記生成された位相同期信号を用いて検波し、平均化して前記生成された位相同期信号を用いて乗算することで前記振動発生信号を生成することを特徴とする請求項１記載の振動防止装置。
3. 前記駆動部は、前記振動体の周期的な直線振動の中心軸付近で、且つ前記振動体の振動方向に平行な直線上に配置されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の振動防止装置。
4. 前記駆動部が複数のアクチュエータからなる場合、各々のアクチュエータの中心線から均一距離に位置する中間点が前記振動体の周期的な直線振動の中心軸付近で、且つ前記振動体の振動方向に平行な直線上に配置されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の振動防止装置。
5. 振動体の振動から被振動体を介して伝わる振動を防止する振動防止方法であって、前記被振動体の振動を検知するステップと、前記振動体の運動に基づき位相同期信号を生成するステップと、前記検知された振動および生成された位相同期信号に基づいて、前記検知された振動を相殺する振動を発生させる振動発生信号を生成するステップと、前記振動発生信号に基づいて前記被振動体を駆動するステップと、を含むことを特徴とする振動防止方法。
6. 振動体の周期的な直線振動から被振動体を介して伝わる振動を防止する振動防止プログラムであって、検知された被振動体の振動および振動体の振動の位相に基づいて、前記検知された振動を相殺する振動を発生させる振動発生信号を生成する処理をコンピュータに実行させ、前記振動発生信号を出力し、前記被振動体を駆動させることを特徴とする振動防止プログラム。

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