JP4982272B2

JP4982272B2 - アクティブ除振マウント機構

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Publication number: JP4982272B2
Application number: JP2007177298A
Authority: JP
Inventors: 佐登志渡苅; 美充馬場
Original assignee: 株式会社ナベヤ
Priority date: 2007-07-05
Filing date: 2007-07-05
Publication date: 2012-07-25
Anticipated expiration: 2027-07-05
Also published as: JP2009014117A

Description

本発明は、アクティブ除振マウント機構に係り、特に、液晶、半導体の製造装置や精密加工装置等の嫌振装置を搭載し、装置から発生する振動若しくは床から装置に伝わる振動を除去する目的で用いられる除振台乃至は装置内部に組み込まれる除振マウントであって、中でも、中・大型装置のレベリングや微振動の除去に好適に用いられ得るアクティブ除振マウント機構に関するものである。なお、ここでは、レベリングとは、搭載物を水平に且つ基準の高さに保つ技術や動作を指し、また微振動の除去や除振とは、パッシブ型の除振マウントで取り切れない微振動や共振振動を除去する技術や動作を指している。

近年、液晶パネルの大型化や生産効率の改善のために、その製造装置等の装置の大型化が進んでおり、このため、アクティブ除振マウントが組み込まれる嫌振装置も大型化して来ているが、従来、そのような大型装置に組み込まれるアクティブ除振マウントとしては、大きな耐荷重性を有し、且つ推力が比較的容易に得られる、空圧のベローズ機構（空気ばね方式）のものが、広く用いられて来ている。しかしながら、特に搭載物の荷重を受ける鉛直方向のベローズは、必然的に大型で大容量のものとなるのであり、このため、除振マウント自体の大型化や、除振マウントの大型化に伴なうアクティブ動作時の応答性の悪化等が問題となっている。そこで、そのような除振マウントの大型化を避けるために、マウントを多段階構造として、小型化する方式も考えられてはいるが、その構造が複雑となる上に、荷重に合わせた多種のマウントが必要となるという問題があり、更に応答性を確保するために、金属ベローズを用いた場合にあっては、床振動との絶縁性が低下したり、サージングが発生し易い等という問題を内在するものであった。

また、ピエゾアクチュエータや超磁歪アクチュエータ等を用いて、応答性や推力を改善したアクティブ除振マウントも提案されているが、それらアクチュエータは、一般的に、その可動範囲が数十〜数百μｍと狭いために、レベリングの際に搭載物が大きく動くと、その制御範囲を越えてしまう問題があった他、床振動を絶縁する対策が必要となる問題も内在するものであった。

さらに、その他のアクチュエータとして、リニアモータやボイスコイルモータを用いた構造のアクティブ除振マウントも考えられてはいるが、それは、比較的大型のものでも推力が小さいために、重荷重のものには不適当であって、その適用分野に制限を受けるという問題を内在している。

特開平５−１４９３７９号公報特開２０００−１８３１４号公報特開２０００−６５１２８号公報特開２００６−３７９９５号公報特開２００６−１１２５３５号公報

ここにおいて、本発明は、かかる事情を背景にして為されたものであって、その解決課題とするところは、大きな可動範囲を確保しつつ、装置の小型化、簡素化が可能となる、応答性に優れたアクティブ除振マウント機構を提供することにある。

そして、本発明は、上記した課題を解決するために、以下に列挙せる如き各種の態様において、好適に実施され得るものであるが、また以下に記載の各態様は、任意の組合せにおいて採用可能である。なお、本発明の態様乃至は技術的特徴は、以下に記載のものに何等限定されることなく、明細書全体の記載及び図面から把握される発明思想に基づいて認識され得るものであることが、理解されるべきである。

（１）搭載物と床との間に介装されて、かかる搭載物を防振、支持するようにしたマウント機構にして、振動入力方向に変位して、搭載物と床との間の微振動を除去する微小変位アクチュエータと、搭載物の荷重を支持するコイルばねとを並列に組み合わせてなるアクティブ除振装置を含み、且つ該微小変位アクチュエータを、チューブ内への空気圧の導入による膨張によって軸方向に収縮し、その軸方向長さを変化させるラバーチューブにて構成すると共に、該ラバーチューブの軸方向が前記コイルばねの軸方向と同方向となるように配置せしめ、該ラバーチューブの推力と該コイルばねの推力とが中立状態となる形態において、前記搭載物と前記床との間に介装する一方、それら搭載物と床との間の変位を直接的に若しくは間接的に検知する変位センサと該搭載物の加速度を検知する加速度センサとにおける検知信号に基づき、該床から該搭載物に伝わる振動を抑制するための制御信号を出力する制御器を設け、更に外部から該ラバーチューブ内に空気圧を導入するエアー通路上にレギュレータを設けて、前記制御器からの制御信号により該レギュレータにて制御された空気圧が導入せしめられるように構成したことを特徴とするアクティブ除振マウント機構。

（２）前記微小変位アクチュエータを中心にして、その周りに、同心的に前記コイルばねが配置され、それらの軸方向両端部がそれぞれ前記搭載物及び床に取り付けられていることを特徴とする上記態様（１）に記載のアクティブ除振マウント機構。

（３）前記コイルばねの軸方向長さに対して前記微小変位アクチュエータの軸方向長さを相対的に変化せしめ得る長さ調節機構が設けられていることを特徴とする上記態様（１）又は（２）に記載のアクティブ除振マウント機構。

（４）前記変位センサとして、前記搭載物と前記床との間の変位を荷重変化として検出する圧力センサが設けられ、該圧力センサにおける検知信号に基づき、かかる搭載物と床との間の振動に基づくところの変位が測定されるようになっている上記態様（１）乃至（３）の何れか一つに記載のアクティブ除振マウント機構。

（５）前記搭載物と床との間に、該搭載物の重量を支える弾性支持体が、更に設けられていることを特徴とする上記態様（１）乃至（４）の何れか一つに記載のアクティブ除振マウント機構。

（６）搭載物と床との間に介装されて、かかる搭載物を防振、支持するようにしたマウント機構にして、振動入力方向に変位して、搭載物と床との間の微振動を除去する微小変位アクチュエータと、搭載物の荷重を支持するコイルばねとを並列に組み合わせてなるアクティブ除振装置を含み、且つ該微小変位アクチュエータを、チューブ内への空気圧の導入による膨張によって軸方向に収縮し、その軸方向長さを変化させるラバーチューブにて構成すると共に、該ラバーチューブの軸方向が前記コイルばねの軸方向と同方向となるように配置せしめ、更に該ラバーチューブを膨張させて軸方向に収縮せしめる加圧空気が、該ラバーチューブの軸方向の一端側からチューブ内に導入され、そして該ラバーチューブ内を軸方向に流通せしめられて、該ラバーチューブの軸方向の他端側からチューブ外に排出されるように構成されていることを特徴とするアクティブ除振マウント機構。

このように、本発明に従うアクティブ除振マウント機構にあっては、そのアクティブ除振装置を構成する、コイルばねと、それを縮める方向に動作するラバーチューブからなる微小変位アクチュエータとが、それらの軸方向を同方向とした形態において並列に配置され、マウントにかかる搭載物の荷重が、かかるコイルばねで受けられるように構成されているところから、アクティブ除振のために、推力の小さなアクチュエータを利用することが出来ることとなり、以て、装置の小型化、簡素化が可能となるのであり、またアクチュエータの応答性が改善され、高周波域までの制御が可能となるのである。そして、高い振動絶縁性が得られるゴム製のアクチュエータ（ラバーチューブ）が用いられていると共に、ばねの伸びようとする推力とアクチュエータの縮めようとする推力の中立状態において、アクティブ除振装置を装置に組み込むようにすることにより、水平方向のマウント機構としても用いることが出来る利点があり、また既にパッシブ型マウントが取り付けられた装置の後付け用のアクティブ除振マウント機構として用いることも出来るのであり、しかも、その後付けに際しての性能劣化も少ないという特徴を発揮する。

また、本発明に従うアクティブ除振マウント機構は、従来の金属ベローズ型のアクチュエータを用いるものに比べて、サージングや絶縁性劣化の対策が不要となるものであり、更に、従来のピエゾ素子アクチュエータや超磁歪アクチュエータを用いたものに比べて、大きな可動範囲が得られる他、用いるコイルばねのばね定数や、アクチュエータ（ラバーチューブ）の太さ、長さを変化させることにより、比較的容易に推力や可動範囲が変更され得、その調整が可能且つ容易である等の優位性も存する他、かかるゴム製のアクチュエータの推力を調整することによって、マウントのたわみ量を変化させ、共振周波数や伝達特性等のパッシブ性能を変化させる用途にも採用可能であり、更には推力の小さなアクチュエータでも、鉛直方向のアクチュエータとして有利に用いることが可能となる。

以下、本発明を更に具体的に明らかにするために、本発明の幾つかの実施形態について、図面を参照しつつ、詳細に説明することとする。

先ず、図１には、本発明に従うアクティブ除振マウント機構の一つの概略と、その制御形態の一例が、示されている。また、図２には、図１におけるアクティブ除振装置の一具体例の構成が、断面形態において示されており、更に、図３には、そのようなアクティブ除振装置において微小変位アクチュエータとして用いられるゴムアクチュエータの断面形態が、未収縮状態と収縮状態とにおいて、それぞれ示されている。

それらの図において、アクティブ除振装置は、コイルばね１と微小変位アクチュエータとしてのゴムアクチュエータ２とを並列に組み合わせて構成され、そして、このアクティブ除振装置が、搭載物１０と床１１との間に介装されて、かかる搭載物１０を防振、支持するマウント機構を与えている。ここで、コイルばね１としては、搭載物１０の荷重を支持すべく、そのような荷重を受けるのに充分なばね定数を有するコイルばねが、用いられているのであり、またゴムアクチュエータ２としては、図１において上下方向となる振動入力方向に変位して、搭載物１０と床１１との間の微振動を除去する微小変位アクチュエータとして機能するように、チューブ内への空気圧の導入による膨張によって軸方向に収縮し、その軸方向長さを変化させるラバーチューブにて構成されたものが用いられている。なお、ここで、搭載物１０は、本発明に従うアクティブ除振マウント機構にて防振支持される各種の嫌振装置や、それが載置される定盤であり、また床１１は、かかる搭載物１０が設置される所定の床である。

また、かかるアクティブ除振装置を構成するコイルばね１とゴムアクチュエータ２は、ゴムアクチュエータ２の縮む力とコイルばね１が復元しようとする力とが対抗するように配置され、そして、それらが下端ホルダ５と上端ホルダ６との間に挟まれてなる形態となるようにして、一体構造において、搭載物１０と床１１に取り付けられている。更に、床１１側に固定せしめられる下端ホルダ５が貫通し、かかる下端ホルダ５の外周面に螺合するばね圧アジャスタ固定ねじ４によって下方への移動が阻止された補正アジャスタ３によって、コイルばね１の下端部が支持されていると共に、ばね圧アジャスタ固定ねじ４の上下方向への移動によって、補正アジャスタ３が、上下方向に移動せしめられることにより、コイルばね１の上下方向（軸方向）長さが変化させられ得るようになっており、これによって、搭載物１０の荷重を受けたときのコイルばね１の縮み量に合わせて、コイルばね１とゴムアクチュエータ２の位置を調整し得るようになっている。従って、ここでは、補正アジャスタ３とばね圧アジャスタ固定ねじ４とによって、コイルばね１の軸方向長さに対して、ゴムアクチュエータ２の軸方向長さを相対的に変化せしめ得る長さ調節機構が、構成されているのである。一方、上端ホルダ６の搭載物１０に対する取付軸には、下限ブロック７と上限ブロック８とが、所定距離を隔てて一体的に設けられており、それらブロック７，８に、上記したアクティブ除振装置を収容したケース９の天井部がそれぞれ当接することにより、稼動部が稼動範囲を越えるのを防止し得るようになっている。

なお、床１１上に配置されたケース９と稼動部の間、即ちケース９の天井部と上端ホルダ６との間に、補助ばね１３と圧力センサ１２が直列に配設され、この圧力センサ１２における荷重変化の検出値から、床１１と搭載物１０の間の振動に基づくところの変位が測定され得るようになっている。ここで、補助ばね１３は、搭載物１０の荷重と圧力センサ１２の出力の比が変更せしめられ得るように、交換可能とされている。更に、上端ホルダ６の上部には、加速度センサ１４が設置され、搭載物１０の加速度も測定し得るようになっている。

ところで、かかるアクティブ除振マウント機構におけるアクティブ除振装置は、より具体的には、例えば、図２に示される如く、ゴムアクチュエータ２を中心にして、その周りに同心的に、矩形断面の線状板材からなるコイルばね１が配置されてなる形態において、構成されている。そこにおいて、ゴムアクチュエータ２は、チューブ内への空気圧の導入による膨張によって軸方向に収縮し、その軸方向（上下方向）長さを変化させるラバーチューブ２００と、その上下端の開口部を閉塞する、上側閉塞体２０２及び下側閉塞体２０４とを含んで構成されている。そして、そのようなゴムアクチュエータ２の上端部が、上側取付けブラケット２０６を介して、搭載物１０の下面に固設される一方、その下端部が、下側取付けブラケット２０８を介して、床１１側に位置固定に取り付けられ得るようになっている。更に、コイルばね１の付勢力を受ける上側ばね座２１０が、ゴムアクチュエータ２の上側閉塞体２０２にて係止され得るようになっている一方、下側ばね座２１２が、ゴムアクチュエータ２の下側閉塞体２０４に回動可能に係止される長さ調節スリーブ２１４の外周面に螺合せしめられ得るようになっており、それら下側ばね座２１２と長さ調節スリーブ２１４の相対的な回動によって、コイルばね１の軸方向長さが調節せしめられ得て、コイルばね１の軸方向長さに対して、ゴムアクチュエータ２の軸方向長さが相対的に変化せしめられ得るようになっている。なお、長さ調節スリーブ２１４は、その下端部に設けたフランジ部において、スペーサ２１６を介して、下側取付けブラケット２０８に固定的に取り付けられている。

また、ゴムアクチュエータ２は、図３に示される如く、チューブ壁に強化繊維を埋設してなる、径方向外方に膨張せしめられ得る所定長さの中空のラバーチューブ２００を有しており、このラバーチューブ２００の両端部が、それぞれ上側閉塞体２０２と下側閉塞体２０４にて閉塞されてなる構造において、構成されているのである。即ち、上側閉塞体２０２は、ラバーチューブ２００の上端部内に挿入される上側挿入プラグ２１８と、ラバーチューブ２００の上端部分を上側挿入プラグ２１８との間において挟持する上側スリーブ２２０とから構成され、それら上側挿入プラグと上側スリーブ２２０とによって、ラバーチューブ２００の上端開口部が閉塞せしめられるようになっている。一方、下側閉塞体２０４は、ラバーチューブ２００の下端部内に挿入せしめられる下側挿入プラグ２２２と、それとの間において、ラバーチューブ２００の下端側部分を挟持する下側スリーブ２２４とから構成され、それら下側挿入プラグ２２２と下側スリーブ２２４とによって、ラバーチューブ２００の下端開口部が閉塞せしめられ得るようになっていると共に、下側挿入プラグ２２０内を軸方向に伸び、そして側方に開口する加圧孔２２６によって、ラバーチューブ２００内と外部とが連通され、この加圧孔２２６内に、圧縮空気等の加圧された空気（空気圧）の導入によって、ラバーチューブ２００が、図３（ｂ）に示される如く、径方向外方に膨張し、それによって、軸方向に収縮することにより、その軸方向長さが変化せしめられ得るようになっている。

なお、このような構造のゴムアクチュエータ２は、その機能を利用して、各種の用途における機能部品として用いられており、また市販も為されているが、その中でも、本発明にあっては、「ラバーマッスル」（フェスト社製）が有利に用いられることとなる。この製品では、空気圧を加圧孔２２６から導入させて、ラバーチューブ２００を径方向外方に膨張せしめることによって、軸方向に収縮させることにより、その軸方向長さを、無負荷時の基本長さの２５％まで収縮させることが可能となっている。

そして、上述の如き構造のアクティブ除振装置を備えたアクティブ除振マウント機構において、その作動を制御すべく、図１においては、圧力センサ１２の検出信号を増幅する圧力センサアンプ１５や、加速度センサ１４の検出信号を増幅する加速度センサアンプ１６が設けられており、更に、それらアンプ１５，１６の出力信号をデジタル値に変換するＡ／Ｄ回路１７を介して、コントローラ１８に信号が入力されるようになっている。このコントローラ１８においては、Ａ／Ｄ回路１７でデジタル値に変換された圧力センサ１５及び加速度センサ１６の情報から、ゴムアクチュエータ２の制御信号を生成するようになっている。次いで、このコントローラ１８からの制御信号は、それをアナログ信号に変換するＤ／Ａ回路１９を通じて、バルブコントローラ２０に入力され、そこにおいて、Ｄ／Ａ回路１９からのアナログ信号を基に、電空レギュレータ２１を制御する制御信号を出力するようになっている。そして、電空レギュレータ２１においては、バルブコントローラ２０からの制御信号を受けて、エアー供給路２２を通じて供給される圧縮空気等の加圧空気の流量や圧力が調整され、更に制御エアー通路２３から、その制御された加圧空気（空気圧）が、加圧孔２２６を通じて、ラバーチューブ２００内に導かれ、以て、ゴムアクチュエータ２が、その軸方向に長さ変化せしめられ得るようになっているのである。なお、ゴムアクチュエータ２の駆動のためにラバーチューブ２００内に供給される制御エアーの流量、圧力の調整に際して、不要となったエアーは、エアー排気路２４を通じて、外部に放出されるようになっている。

ところで、かくの如きアクティブ除振マウント機構におけるアクティブ除振装置の設置に際しては、先ず、搭載物１０の荷重を作用せしめた状態下において、更にコイルばね１を縮める方向に、ゴムアクチュエータ２を１／２の推力で駆動し、コイルばね１が伸びようとする推力とゴムアクチュエータ２がコイルばね１を縮める推力とが、アクチュエータの１／２の推力で相殺される状態（中立状態）になるように、調整される。そして、この状態で、搭載物１０の鉛直方向の位置が基準の点にあるときに、稼動部が上限ブロック７と下限ブロック８が定める駆動範囲の中心に位置するように、補正アジャスター３を回動させて調整するようにするのである。

また、図１に示されるアクティブ除振マウント機構の作動に際しては、コントローラ１８において、圧力センサアンプ１５、加速度センサアンプ１６及びＡ／Ｄ回路１７を介して、圧力センサ１２及び加速度センサ１４の状態を取り込み、デジタル処理によって、レベリング或いは微振動除去のための制御信号が生成され、Ｄ／Ａ回路１９に出力される。そして、Ｄ／Ａ回路１９を介して、コントローラ１８から制御信号を受信したバルブコントローラ２０は、ゴムアクチュエータ２のラバーチューブ２００に供給される制御エアーが、制御信号に応じた流量又は圧となるように、電空レギュレータ２１を制御し、これによって、ゴムアクチュエータ２は、制御エアーの圧に応じて、コイルばね１を縮める方向に推力を発生させるのである。即ち、ゴムアクチュエータ２が縮む力を制御して、ゴムアクチュエータ２の縮めようとする推力と、コイルばね１が伸びようとする推力によって、レベリング或いは微振動の除去が行なわれることとなる。

なお、図４は、上記したアクティブ除振装置単体の動作の様子を示すものであって、そこにおいて、（ａ）は、除振装置の推力を上方向にかけた状態を示し、また（ｂ）は、除振装置の推力を搭載物１０に加えていない、通常のパッシブ型除振装置と同等の状態を示し、更に（ｃ）は、アクティブ除振装置の推力が下方向にかかった状態を示している。

また、図５には、図１に示される制御系統におけるコントローラ１８内の処理の一例が示されている。そこにおいて、コントローラ１８は、ＭＡＴＬＡＢ（MathWorks 社製）等を用いたデジタル処理を行なうようになっている。乗算ブロック２５は、デジタル信号に変換された圧力センサ１２の信号に係数を乗算して、床１１と搭載物１０の相対変位を出力する。また、微分ブロックＡ２６は、乗算ブロック２５から出力された信号を微分して、床１１と搭載物１０の相対速度を出力する。更に、微分ブロックＢ２７は、微分ブロックＡ２６から出力された信号を更に微分して、床１１と搭載物１０の相対加速度を出力する。ローパスフィルタ２８は、微分ブロックＢ２７から出力された信号にデジタルフィルタをかけて、制御に不要な高周波成分を減衰させた前記相対加速度の信号を生成して、出力する。なお、このローパスフィルタ２８は、微分ブロックによって拡大する高周波成分を減衰させる目的で用いられる。加算ブロックＡ２９は、ローパスフィルタ２８から出力された信号とデジタル信号に変換された加速度センサ１４の信号を減算して出力する。即ち、圧力センサ１２の測定値から、床１１と搭載物１０の相対加速度を算出し、搭載物１０の絶対加速度を除算することによって、床１１の絶対加速度を導いているのである。レベリング制御器３０は、乗算ブロック２５から出力された信号を基に、レベリングのための制御信号を生成して出力する。搭載物除振フィードバック制御器３１は、加算ブロックＡ２９から出力された信号を基に、搭載物１０の除振を行なうための制御信号を生成し、出力する。床振動フィードフォワード制御器３２は、床１１から搭載物１０へ伝わる振動を抑制するための制御信号を生成し、出力する。加算ブロックＢ３３は、レベリング制御器３０、搭載物除振フィードバック制御器３１、床振動フィードフォワード制御器３２から出力された制御信号を加算して、アクチュエータ出力として出力するようになっているのである。

なお、かかる図５に示される信号処理方式においては、乗算ブロック２５、微分ブロックＡ２６、微分ブロックＢ２７、加算ブロックＡ２９等の演算ブロックは、圧力センサのように相対的な状態を測定するセンサの信号と、搭載物或いは床振動の絶対加速度、速度、変位等の絶対的な状態を示すセンサの信号を基に、絶対的な信号を導く過程の一例を示しているものであり、センサの信号から制御信号を生成する過程においては、必ずしも同じ構成になるとは限らず、例えば、図６に示される如く、圧力センサと加速度センサから床振動の絶対速度を得るようにすることも可能である。この図６においては、前記した図５とは異なり、一つの微分ブロック３４が配されているのみであり、また搭載物の振動加速度信号の入力回路に積分ブロック３５が配されている他は、図５と同様な信号処理が行なわれるものであるところから、図５と同様な部分には同一の符号を付して、詳細な説明は省略することとする。

そして、このように、搭載物１０と床１１との間に発生する圧力と搭載物１０の加速度から床１１の加速度を算出することによって、従来必要であった床１１の加速度センサを削除することが可能となるのであり、これによって、装置の簡略化とコストの低減を実現することが出来るのであり、また搭載物１０と床１１の相関関係を測定するセンサに、比較的安価で精度の高い圧力センサ（１２）を用いることにより、安価な装置を実現することが出来るという利点も生じるのである。

これに対して、アクティブ除振マウントを微振動の除去に用いる場合においては、搭載物１０の振動を測定し、搭載物１０の振動を抑制するフィードバック制御と、床１１の振動を測定し、床１１から搭載物１０へ伝わる振動を抑制するフィードフォワード制御を併用するのが一般的であるが、その場合において、レベリングに加え、前述した微振動除去を行なうアクティブ除振マウント機能を実現するとき、レベリングに用いる変位センサの他に、床の振動のみを測定する加速度センサと、搭載物の振動のみを測定する加速度センサが必要となるのであり、このため、装置構成が複雑になったり、精度の高い変位センサや加速度センサを多用することにより装置が高価になるという問題が内在していたのである。

ところで、図１に示される具体例においては、変位センサとして、圧力センサ１２が用いられ、搭載物１０と床１１との間の変位が間接的に検知される構造となっているが、これに代えて、それら搭載物１０と床１１との間の変位を直接的に検知する、通常の変位センサを用いることも可能であり、その一例が、図７に示されている。そこにおいて、変位センサ４３が、上端ホルダ６に取り付けられ、ケース９に取り付けられたセンサブロック４４との間において、搭載物１０と床１１との間に振動が入力することに基づく、それらの間の変位を検出し得るようになっており、そしてその検出信号が、変位センサ４３から変位センサアンプ４５に入力されて、図１と同様にして、ゴムアクチュエータ２の駆動が制御され得るようになっているのである。なお、図８は、図７のコントローラ１８における信号処理の一例が示されているが、そこでは、図５において乗算ブロック２５を除いた形態において、同様な信号処理が行なわれることとなる。

また、本発明に従うアクティブ除振マウント機構は、鉛直方向の振動の他に、水平方向の振動乃至は揺れに対しても、同様に、アクティブ除振することが可能であり、その一例が、図９に示されている。そこにおいて、コイルばね１とゴムアクチュエータ２とを並列に組み合わせてなるアクティブ除振装置が、ブラケット５０，５２を介して、それぞれ、搭載物１０側及び床１１側に固定されるようになっている。即ち、搭載物１０側への取付けブラケット５０には、上端ホルダ６の取付軸が固定せしめられるようになっている一方、床１１側への取付けブラケット５２には、下端ホルダ５が、ケース９を介して、固定せしめられるようになっているのである。なお、そのような水平方向の取付け形態において、コイルばね１とゴムアクチュエータ２とを並列に組み合わせてなるアクティブ除振装置の補正アジャスタ３の位置：ｂは、搭載物１０の荷重を受ける鉛直方向の取付け形態における補正アジャスタ３の位置：ａ（図１参照）に比べて、コイルばね１のたわみ量が少ない分、ばねが伸びる方向に移動している。

そして、かくの如き本発明に従うアクティブ除振マウント機構は、搭載物１０と床１１との間において、所定位置に、１個或いは複数個の割合で配設され、例えば、矩形の定盤を搭載物１０とする場合においては、その四隅にそれぞれ配設されて、その防振・支持が行なわれ得るように構成されることとなるが、また、そのようなアクティブ除振マウント機構は、単独で用いられる場合の他、図１０に示される如く、公知のパッシブ型除振装置６０と組み合わせて、搭載物１０と床１１との間に配設することも可能である。なお、ここで用いられるパッシブ型除振装置６０は、搭載物１０の重量を弾性的に支える弾性支持体であって、従来と同様な構成のものが適宜に採用され、例えば、先の特許文献１〜５に示される如き、コイルスプリングの如き弾性体や、これと柱状の粘弾性体とを組み合わせてなるもの等が用いられることとなる。

さらに、本発明においては、アクティブ除振装置を構成するゴムアクチュエータ２において、その一方の端部側から加圧空気を導入する一方、他方の端部側から、その導入された加圧空気を排出するように構成すると共に、その導入された加圧空気の空気圧を変化させることにより、ラバーチューブ２００内を軸方向に流れる加圧空気によって、ラバーチューブを膨張・収縮させて、その軸方向の長さを変化せしめるようにすることも可能であり、その一例が、図１１に示されている。かかる図１１においては、ゴムアクチュエータ２の上部にエアー供給口２３０が設けられている一方、その下部には、エアー排出口２３２が設けられており、エアー供給口２３０から供給される加圧空気が、ゴムアクチュエータ２のラバーチューブ２００内に導かれて、その軸方向に流通せしめられた後、下部のエアー排出口２３２から外部に排出されるようになっているのである。そして、エアー供給口２３０には、エアー供給路２２が接続され、オリフィス２３４によって供給エアーの流量を調整しつつ、ゴムアクチュエータ２内に供給せしめられ得るようになっている。また、エアー排出口２３２から排出される排気エアーは、二方弁の電空レギュレーター２１を介して、エアー排気路２４から外部に排気されるようになっている。要するに、ここでは、オリフィス２３４による供給エアーの流量の調整と、電空レギュレータ２１による排気エアーの流量の調整によって、ゴムアクチュエータ２内の圧力が制御され、以て、ゴムアクチュエータ２が駆動されて、その伸縮が行なわれ得るようになっているのである。

従って、このようなゴムアクチュエータ２（具体的には、ラバーチューブ２００）内をその軸方向に加圧空気が通過せしめられるようにすることによって、ゴムアクチュエータ２内の内部が冷却され、その駆動に基づくところの発熱、更には高温化による特性変化や寿命の低下等の問題が、有利に回避され得るという利点が生じるのであり、しかも、電空レギュレータ２１としても、他の実施形態で用いられている三方弁のレギュレータを用いることなく、二方弁のレギュレータでも対応可能となる特徴を発揮する。

以上、本発明の代表的な実施形態について詳述して来たが、それは、あくまでも例示に過ぎないものであって、本発明は、そのような実施形態に係る具体的な記述によって、何等限定的に解釈されるものではないことが、理解されるべきである。

例えば、上述した実施形態においては、コイルばね１とゴムアクチュエータ２とを並列に組み合わせてなるアクティブ除振装置を収容したケース９内において、上端ホルダ６とケース９の天井部との間に圧力センサ１２が組み込まれていたが、そのようなマウント除振装置とは別ユニットにて、搭載物１０と床１１との間に、圧力センサを配置することも可能であり、その一例が、図１２に示されている。

かかる図１２においては、圧力センサ７０と補助ばね７２とが直列に配列されて、搭載物１０と床１１との間に介装されていると共に、圧力センサ７０にかかる圧力が一定圧を超えると、破損防止ばね７４が縮み、圧力センサ７０が破壊されるのを防ぐように構成した保護機構が設けられている。また、高さ調整ねじ７６によって、設置時の高さ調整が行なわれ得るようになっている。

また、加速度センサ１４にあっても、図１に示される具体例においては、上端ホルダ６上に配設されているが、これに代えて、ケース９内の底面上に加速度センサ（１４）を配設して、床１１側の加速度を検出するように構成することも、可能である。

その他、一々列挙はしないが、本発明は、当業者の知識に基づいて、種々なる変更、修正、改良等を加えた態様において実施され得るものであり、また、そのような実施の態様が、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、何れも、本発明の範疇に属するものであることは、言うまでもないところである。

本発明に従うアクティブ除振マウント機構の一例に係る構成の概略とその制御系統を示す説明図である。本発明に従うアクティブ除振マウント機構において用いられるアクティブ除振装置の一具体例を示す断面説明図である。図２において用いられるゴムアクチュエータの縦断面説明図であって、（ａ）は、無負荷（無加圧）状態を示し、（ｂ）は、負荷（加圧）状態を示している。図１に示されるアクティブ除振装置の各種作動形態を示す説明図であって、（ａ）は、推力を上方向にかけた状態、（ｂ）は、推力をかけていない状態、（ｃ）は、推力を下方向にかけた状態をそれぞれ示している。図１に示される制御系統におけるコントローラの信号処理系統の一例を示すフロー図である。図１に示される制御系統におけるコントローラの信号処理系統の他の異なる一例を示すフロー図である。図１において圧力センサに代えて、変位センサを用いた例を示す図１に対応する図である。図７に示される例における図５に対応するフロー図である。本発明に従うアクティブ除振マウント機構を用いて水平方向の振動乃至は揺動を除振乃至は減衰する一例を示す図１に対応する図である。本発明に従うアクティブ除振装置と共に、パッシブ除振装置を並列に設けてなる構造を示す図１に対応する説明図である。本発明に従うアクティブ除振マウント機構の他の一例を示す図１に対応する説明図である。本発明に従うアクティブ除振装置と共に、圧力センサを別ユニットにて配設してなる構造を示す図１に対応する説明図である。

符号の説明

１コイルばね２ゴムアクチュエータ
３補正アジャスタ４ばね圧アジャスタ固定ねじ
５下端ホルダ６上端ホルダ
７下限ブロック８上限ブロック
９ケース１０搭載物
１１床１２圧力センサ
１３補助ばね１４加速度センサ
１５圧力センサアンプ１６加速度センサアンプ
１７Ａ／Ｄ回路１８コントローラ
１９Ｄ／Ａ回路２０バルブコントローラ
２１電空レギュレータ２２エアー供給路
２３制御エアー通路２４エアー排気路
２５乗算ブロック２６微分ブロックＡ
２７微分ブロックＢ２８ローパスフィルタ
２９加算ブロックＡ３０レベリング制御器
３１搭載物除振フィードバック制御器３２床振動フィードフォワード制御器
３４微分ブロック３５積分ブロック
４３変位センサ４４センサブロック
４５変位センサアンプ５０，５２ブラケット
６０パッシブ型除振装置７０圧力センサ
７２補助ばね７４破損防止ばね
７６高さ調整ねじ２００ラバーチューブ
２０２上側閉塞体２０４下側閉塞体
２０６上側取付けブラケット２０８下側取付けブラケット
２１０上側ばね座２１２下側ばね座
２１４長さ調節スリーブ２１６スペーサ
２１８上側挿入プラグ２２０上側スリーブ
２２２下側挿入プラグ２２４下側スリーブ
２２６加圧孔２３０エアー供給口
２３２エアー排出口２３４オリフィス

Claims

搭載物と床との間に介装されて、かかる搭載物を防振、支持するようにしたマウント機構にして、
振動入力方向に変位して、搭載物と床との間の微振動を除去する微小変位アクチュエータと、搭載物の荷重を支持するコイルばねとを並列に組み合わせてなるアクティブ除振装置を含み、且つ該微小変位アクチュエータを、チューブ内への空気圧の導入による膨張によって軸方向に収縮し、その軸方向長さを変化させるラバーチューブにて構成すると共に、該ラバーチューブの軸方向が前記コイルばねの軸方向と同方向となるように配置せしめ、該ラバーチューブの推力と該コイルばねの推力とが中立状態となる形態において、前記搭載物と前記床との間に介装する一方、それら搭載物と床との間の変位を直接的に若しくは間接的に検知する変位センサと該搭載物の加速度を検知する加速度センサとにおける検知信号に基づき、該床から該搭載物に伝わる振動を抑制するための制御信号を出力する制御器を設け、更に外部から該ラバーチューブ内に空気圧を導入するエアー通路上にレギュレータを設けて、前記制御器からの制御信号により該レギュレータにて制御された空気圧が導入せしめられるように構成したことを特徴とするアクティブ除振マウント機構。
前記微小変位アクチュエータを中心にして、その周りに、同心的に前記コイルばねが配置され、それらの軸方向両端部がそれぞれ前記搭載物及び床に取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載のアクティブ除振マウント機構。
前記コイルばねの軸方向長さに対して前記微小変位アクチュエータの軸方向長さを相対的に変化せしめ得る長さ調節機構が設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のアクティブ除振マウント機構。
前記変位センサとして、前記搭載物と前記床との間の変位を荷重変化として検出する圧力センサが設けられ、該圧力センサにおける検知信号に基づき、かかる搭載物と床との間の振動に基づくところの変位が測定されるようになっている請求項１乃至請求項３の何れか一つに記載のアクティブ除振マウント機構。
前記搭載物と床との間に、該搭載物の重量を支える弾性支持体が、更に設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一つに記載のアクティブ除振マウント機構。
搭載物と床との間に介装されて、かかる搭載物を防振、支持するようにしたマウント機構にして、
振動入力方向に変位して、搭載物と床との間の微振動を除去する微小変位アクチュエータと、搭載物の荷重を支持するコイルばねとを並列に組み合わせてなるアクティブ除振装置を含み、且つ該微小変位アクチュエータを、チューブ内への空気圧の導入による膨張によって軸方向に収縮し、その軸方向長さを変化させるラバーチューブにて構成すると共に、該ラバーチューブの軸方向が前記コイルばねの軸方向と同方向となるように配置せしめ、更に該ラバーチューブを膨張させて軸方向に収縮せしめる加圧空気が、該ラバーチューブの軸方向の一端側からチューブ内に導入され、そして該ラバーチューブ内を軸方向に流通せしめられて、該ラバーチューブの軸方向の他端側からチューブ外に排出されるように構成されていることを特徴とするアクティブ除振マウント機構。