JPH02246382A - ピエゾアクチュエータ及びアクティブ振動絶縁装置 - 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〕 本発明はピエゾアクチュエータ及びアクティブ振動絶縁
装置に係り、特に積層形ピエゾ素子を用いたビエゾアク
チ二二一タとこのピエゾアクチュエータを利用したアク
ティブ振動絶縁装置に関する。

〔従来の技術〕

従来のピエゾ素子の積層形圧電素子をアクチュエータ（
ピエゾアクチュエータ）として用いたアクティブ振動絶
縁装置は、第９図に示すような構成が基本となっている
。即ち、下部架台１０と機器搭載台１２との間にピエゾ
アクチュエータ１４を配設し、振動検出器１６．１７に
よって振動が検出されると、制御装置１８はその検出さ
れた振動と逆位相の振動を発生させるべく制御信号をピ
エゾアクチュエータ１４に出力する。

しかしながら、このような構成の場合、下部架台１０か
ら人力する鉛直方向の振動を絶縁することは可能である
が、実際の振動はほとんどが三次元振動であるため、実
用範囲が限定される。そのため、第１０図及び第１１図
に示すような構成をとている。

第１Ｏ図に示すアクティブ振動絶縁装置は、振動絶縁効
果を鉛直方向だけでなく水平方向にも広げるために、下
部架台２０、中部架台２２、機器搭載台２４の三段構造
をとっている（特開昭６１−２８６６３４号公報） このアクティブ振動絶縁装置は、中部架台２２と下部架
台２６との間にボール２８を配して中部架台２２を水平
方向に移動自在に支持し、鉛直方向の振動はピエゾアク
チュエータ３０を振動させることによって絶縁し、水平
方向の振動は第１０図上で左右方向のピエゾアクチュエ
ータ３２及び第１０図上で紙面と直交する方向のピエゾ
アクチュエータ（図示せず）を駆動させることによって
絶縁し、これにより三次元振動を絶縁するようにしてい
る。

また、第１１図に示すアクティブ振動絶縁装置は、機器
搭載台４１と上部枠体４２との間にピエゾアクチュエー
タ４０が配設され、上部枠体４２と壁部４３との間にピ
エゾアクチュエータ４４．４４が配設され、下部枠体４
８と壁部４９との間にピエゾアクチュエータ４６．４６
が配設されて構成されている。そして、鉛直方向の振動
絶縁は鉛直方向に取付けたピエゾアクチュエータ４０で
行い、水平方向の振動絶縁はビエゾアクチ二工・−タ４
４及び４６の組み合わせで行い、これらの組み合わせで
三次元振動を絶縁するようにしている。

更に、ピエゾアクチュエータには、第１２図に示すよう
にピエゾ素子５２と防振ゴム部材５４とを一体或いは連
結したものがある（特開昭５９−６５６４０号公報）。

このピエゾアクチュエータ５０は、積層形ピエゾ素子５
２により振動の吸収を可能にするとともに、積層形ピエ
ゾ素子５２によって吸収されない振動を防振ゴム部材５
４の内部摩擦によって減衰させることを狙ったものであ
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、第１０図に示したアクティブ振動絶縁装
置は、ミクロンオーダの微振動を対象とする場合、ポー
ル２８が効果的に作動しないという欠点がある。

また、水平方向の振動制御時に、一方のピエゾアクチュ
エータを駆動させることによって、これと直交する方向
の他方のピエゾアクチュエータに剪断力が加わるという
問題がある。特に、ピエゾアクチュエータは剪断力に弱
く、このため外部からピエゾアクチュエータに働く剪断
力を除去するためには、更にもう一段の架台を組み込む
ことが考えられ−６が、この場合には４段構造となって
装置が複雑になり過ぎるという欠点がある。

一方、第１１図に示したアクティブ振動絶縁装置は、前
記欠点の一つである微振動領域での効果の低下を防止す
ることができるが、構造が複雑となる欠点は解決できな
い。

更に、上記従来のアクティブ振動絶縁装置のピエゾアク
チュエータとして第１２図に示したピエゾアクチュエー
タ５０を使用すると、防振ゴム部材５４によってピエゾ
アクチュエータ５０の横方向に加わる力に対して柔軟性
をもつようになり、ピエゾアクチュエータの強度上の問
題は解決できる。しかし、このピエゾアクチュエータ５
０はその駆動方向にも柔軟性をもつことになり、微振動
の振動制御ができないという問題がある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、ミク
ロンオーダの三次元微振動を制御するのに好適なピエゾ
アクチュエータとともに、三次元の微振動を良好に制御
可能で且つ装置の構造も簡単なアクティブ振動絶縁装置
を提供することを目的とする。

〔ｒｓａを解決する為の手段〕 本発明は前記目的を達成するために、積層形ピエゾ素子
の駆動方向の端面に薄膜状の弾性体を圧着状態で挟んだ
板材を取り付け、前記弾性体に前記積層形ピエゾ素子の
駆動方向に対して直交する方向のみに弾性をもたせるよ
うにしたことを特徴としている。

また、前記ピエゾアクチュエータを複数準備するととも
に、各ピエゾアクチュエータの駆動方向が積層形ピエゾ
素子の端面に薄膜状の弾性体を圧着状態で挟んだ板材を
取り付け、前記弾性体に前記積層ピエゾ素子の駆動方向
に対して直交する方向のみに弾性をもたせるようにした
複数のピエゾアクチュエータを、各ピエゾアクチュエー
タの駆動方向がｘＳｙＳｚ方向に一致するように下部架
台と機器搭載台との間に配設し、且つＸ、ＹＳＺ方向の
振動を検出する振動検出器を設け、該振動検出器によっ
て検出されるＸ、Ｙ、Ｚ方向の各振動を示す信号に基づ
いて駆動方向がｘ、’ｙ、ｚ方向に一致するように配設
された各ピエゾアクチュエータをそれぞれ制御し、前記
機器搭載台の三次元の振動を防止するようにしたことを
特徴とじている。

〔作用〕

前記ビエゾアクチ二二一タは、駆動方向に対して直交す
る方向のみに弾性をもっている。すなわち、前記ビエゾ
アクチ二二一タはその駆動方向には剛性をもっており、
駆動方向と直交する方向には柔軟性をもっている。

従って、駆動方向と同方向のミクロンオーダの微振動に
対しても振動制御が可能であり、一方、駆動方向と直交
する振動に対しては柔軟性をもっているため、ピエゾア
クチュエータに大きな剪断力が加わることがなく、ピエ
ゾアクチュエータの強度上の問題を解決することができ
るとともに、互いに直交関係をもって配設される他のピ
エゾアクチュエータの振動時に大きな負荷となることが
ない。

これにより、前記ピエゾアクチュエータを使用したアク
ティブ振動絶縁装置は、簡単な構造で三次元の微振動を
良好に制御できるようになる。

〔実施例〕

以下添付図面に従って本発明に係るピエゾアクチュエー
タ及びアクティブ振動絶縁装置の好ましい実施例を詳説
する。

第４図は本発明に係るピエゾアクチュエータの一実施例
を示す側面図である。このピエゾアクチュエータ６０は
、積層形ピエゾ素子６２と、２枚の金属板６４．６６と
、弾性体６８とを有し、積層形ピエゾ素子６２の積層方
向く駆動方向）７０の端面に金属板６４が取付けられ、
この金属板６４の他方の面と金属板６６との間に、薄膜
状の弾性体６８が圧着状態で挟まれて構成されている。

尚、弾性体６８０予圧縮力は積層形ピエゾ素子６２が発
生する力よりも大きくなるように設定されており、これ
により弾性体６８は積層形ピエゾ素子６２の駆動方向７
０には剛性をもち、駆動方向７０と直交する方向（１方
向）７２のみに弾性（柔軟性）をもっている。

第５図は第４図のピエゾアクチュエータ６０と同等の効
果をもつピエゾアクチュエータ７４の側面図であり、こ
のアクチュエータ７４は金属板６４．６６間に前記弾性
体６８の代わりにベアリング７６が配設されている点で
相違する。

即ち、ピエゾアクチュエータ６００弾性体６８は、駆動
方向７０に積層形ピエゾ素子６２が振動するとき、上記
のように弾性体６８が圧着されているため、駆動方向７
０には剛として作用し、横方向７２には弾性体６８の弾
性力の効果で柔として作用する。尚、弾性体６８を用い
ることは、ベアリング７６等の剛体を用いる場合と違っ
てサブミクロンオーダの微振動時に対して特に有効に作
用するという効果がある。

この結果、ピエゾアクチュエータ６０は駆動方向７０に
は非常に剛で、駆動方向７０と直交する方向の横力向７
２には、自由に動ける柔らかさをもっている。そのため
、同一剛体の異方向に取付けられたピエゾアクチュエー
タ６０はそれぞれ自由に独立した動きが可能で、ピエゾ
アクチュエータ６０を自在に配置することで、三次元的
に振動制御可能なアクチュエータ振動絶縁装置を提供で
きる。

第６図乃至第８図はそれぞれ本発明に係るピエゾアクチ
ュエータの他の実施例を示す縦断面図である。尚、第３
図と共通の部分に関しては同一の符号を付し、その説明
は省略する。

第６図において、金属板６４と７１とには、それぞれ積
層形ピエゾ素子６２を囲むように同心状の筒体７３．７
５が配設されている。筒体７３．７５間は、積層形ピエ
ゾ素子６２の駆動方向に伸縮自在になっており、かつ筒
内の気密を保持できるようになっている。

これにより、積層形ピエゾ素子６２の雰囲気の湿度を所
定値（８０％）以下に保持し、ピエゾ素子の特性が変化
しないようにしている。また、筒体７３．７５は、積層
形ピエゾ素子６２に加わる剪断方向の衝撃力を吸収する
作用もある。

第７図に示すピエゾアクチュエータは、第６図に示した
筒体７３．７５の代わりに、金属筒７７とゴム筒７８を
用いたものであり、第８図に示すピエゾアクチュエータ
は蛇復７９を用いたものであり、いずれも積層形ピエゾ
素子６２の防湿を図っている。

第１図及び第２図はそれぞれ本発明に係るアクティブ振
動絶縁装置の一実施例を示す平断面図及び立断面図であ
る。尚、第１図は第２図のＡ−Ａ線に沿う断面図である
。

これらの図面に示すように、このアクチニエータ振動絶
縁装置は、下部架台８０、機器搭載台８２、ヒエゾ７り
ｆユニー９６０　Ｘ、　６０　Ｙ、　６０Ｚ１コイルば
ね８４Ｘ、８４Ｙ、振動検出器８６等から構成されてい
る。

下部架台８０は、高さ調節ねじ８８により基盤９０上に
水平になるように設置され、機器搭載台８２はピエゾア
クチュエータ６０Ｘ、６０Ｙ、６０Ｚ１コイルばね８４
Ｘ、８４Ｙを介して下部架台８０上に配設されている。

ここで、ピエゾアクチュエータ６０Ｘ、６０Ｙ。

６０２はそれぞれ前述したピエゾアクチュエータ６０（
第４図）又は第６図乃至第８図に示したピエゾアクチュ
エータと同様に構成されており、ピエゾアクチュエータ
６０Ｘ、６０Ｘは、その駆動方向がＸＹ平面（水平面）
のＸ方向と一致するように下部架台８０と機器搭載台８
２との間に配設され、同様にしてピエゾアクチュエータ
６０Ｙ２６０Ｙはその駆動方向がＹ方向と一致するよう
に、４つのピエゾアクチュエータ６０２はその駆動方向
がＺ方向（鉛直方向）と一致するように下部架台８０と
機器搭載台８２との間に配設されている。

また、コイルばね８４Ｘ、８４Ｘ及び８４Ｙ８４Ｙは、
それぞれピエゾアクチュエータ６０Ｘ。

６０Ｘ及び６０Ｙ、６０Ｙと対向する側の下部架台８０
と機器搭載台８２との間に配設されている。

尚、ピエゾアクチンエータ６０Ｘ、６０Ｙのピエゾ素子
が常に圧縮応力場で歪みが生じることが出来るように、
各コイルばね８４Ｘ、８４Ｙは常にピエゾアクチュエー
タ６０Ｘ、６０Ｙに予圧縮力を掛けるように設けられて
いる。また、コイルばね８４Ｘ、８４Ｙｌこも、ピエゾ
アクチュエータ６０の金属破６４．６６及び弾性体６８
から成る横方向のみ柔軟性をもつ手段が設けられている
が、コイルばね８４Ｘ、８４Ｙはもともと横方向に柔軟
性をもっているため、この手段は必ずしも必要ではない
。

振動絶楊装［１８６は、機器搭載台８２上の機器（図示
せず）から伝播する三次元振動、即ちｘ１ＹＳＺ方向の
振動を検出し、各方向の振動を示す信号を図示しない制
御装置に出力する。制御装置は、振動検出器８６からの
人力信号に基づいて機器搭載台８２を静止させるに必要
なビニシアクチｓ：Ｌ−９６０Ｘ、　６０　Ｙ、　６０
　Ｚ（Ｄ伸ヒ！、即チピエゾアクチニエータ６０Ｘ、６
０Ｙ、６０２に印加すべき電圧信号を求め、その電圧信
号を各ピエゾアクチュエータ６０Ｘ、６０Ｙ、６０２に
出力して機器搭載台８２の振動を制御する。

これにより、機器搭載台８２の三次元的な振動を制御す
ることができる。また、ピエゾアクチュエータ６０Ｘ、
６０Ｙ、６０２は、その端部に取付けた薄膜状の弾性体
６８（第４図）の効果で互いに直角方向における駆動制
御の妨げにならず、これにより、それぞれ同時に独立し
て制御することができる。

篇３図は本発明に係るアクティブ振動絶縁装置の他の実
施例を示す立断面図である。尚、第２図と共通の部分に
関しては同一の符号を付し、その説明は省略する。この
アクティブ振動絶縁装置は、第２図に示した装置と比較
して、主として下部架台８１の形状及びピエゾアクチュ
エータ６０２の配設位置が相違している。

尚、前記実施例においては、薄膜状の弾性体をピエゾ素
子の片端面に配設したが両端面に配設してもよい。

また、水平方向用ピエゾアクチュエータの対向面には、
ピエゾ素子に予圧縮状態を作るために反力を利用できる
コイルばねを用いたが、コイルばねの代わりに同じよう
にピエゾアクチュエータを設置して、対向面と反転した
振動信号を与えることで左右両方の振動変位を与える方
式をとってもよい。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明に係るピエゾアクチュエータ
によれば、ピエゾ素子の駆動方向には剛性をもっている
ため微振動領域でも振動制御が可能となり、一方、駆動
方向と直交する方向には柔軟性をもっているためピエゾ
アクチュエータには剪断力が加わらず、互いに直交関係
をもって配設される他のピエゾアクチュエータの駆動時
に大きな負荷となることがない。これにより、上記ピエ
ゾアクチュエータを利用した本発明に係るアクティブ振
動絶縁装置は、下部架台と機器搭載台の簡単な２段構造
で三次元６自由度の微振動を良好に制御できる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図はそれぞれ本発明に係るアクティブ振
動絶縁装置の一実施例を示す平断面図及び立断面図、第
３図は本発明に係るアクティブ振動絶縁装置の他の実施
例を示す立断面図、第４図及び第５図はそれぞれ本発明
に係るピエゾアクチュエータの側面図及びその効果を模
擬的に示した側面図、第６図乃至第８図はそれぞれ本発
明に係るピエゾアクチンエータの他の実施例を示す縦断
面図、第９図乃至第１１図はそれぞれ従来のアクティブ
振動絶縁装置を示す図、第１２図は従来のピエゾアクチ
ュエータの一例を示す側面図である。 ６０．６０Ｘ、６０Ｙ、６０２・・・ピエゾアクチュエ
ータ、　６２・・・積層形ピエゾ素子、　６４．６６・
・・金属板、　６８・・・弾性体、　８０・・・下部架
台、　８２・・・機器搭載台、　８６・・・振動検出器
。 １１　ぷ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　積層形ピエゾ素子の駆動方向の端面に薄膜状の
   弾性体を圧着状態で挟んだ板材を取り付け、前記弾性体
   に前記積層形ピエゾ素子の駆動方向に対して直交する方
   向のみに弾性をもたせるようにしたことを特徴とするピ
   エゾアクチュエータ。
2. （２）　積層形ピエゾ素子の端面に薄膜状の弾性体を圧
   着状態で挟んだ板材を取り付け、前記弾性体に前記積層
   ピエゾ素子の駆動方向に対して直交する方向のみに弾性
   をもたせるようにした複数のピエゾアクチュエータを、
   各ピエゾアクチュエータの駆動方向がＸ、Ｙ、Ｚ方向に
   一致するように下部架台と機器搭載台との間に配設し、
   且つＸ、Ｙ、Ｚ方向の振動を検出する振動検出器を設け
   、該振動検出器によって検出されるＸ、Ｙ、Ｚ方向の各
   振動を示す信号に基づいて駆動方向がＸ、Ｙ、Ｚ方向に
   一致するように配設された各ピエゾアクチュエータをそ
   れぞれ制御し、前記機器搭載台の三次元の振動を防止す
   るようにしたことを特徴とするアクティブ振動絶縁装置
   。