JPH07197990A - アクティブ型除振装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】垂直荷重の増大による圧電素子アクチュエータ
の駆動電圧の増加及び制御性の悪化を解消し、機器搭載
台に発生する常時微振動を確実に除振できるアクティブ
型除振装置を提供する。 【構成】基台３と機器搭載台４との間に複数の鉛直駆動
用圧電素子アクチュエータ６が設けられ、鉛直駆動用圧
電素子アクチュエータ６で機器搭載台５に発生する振動
と逆位相の振動を機器搭載台５に加振することにより機
器搭載台５の振動を除振する。そして、基台３と機器搭
載台５との間に弾性体２２を設け、弾性体２２により、
機器搭載台５を介して鉛直駆動用圧電素子アクチュエー
タ６に加わる荷重を支持するようにした。これにより、
鉛直駆動用圧電素子アクチュエータ６に加わる荷重を軽
減することができるので、鉛直駆動用圧電素子アクチュ
エータ６を駆動する駆動電圧を増加させる必要がないと
共に、鉛直駆動用圧電素子アクチュエータ６の制御性が
悪化しない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の利用分野】本発明はアクティブ型除振装置に係
り、特に加振器として圧電素子アクチュエータを用いた
アクティブ型除振装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種のアクティブ型除振装置は、地面
に常時発生している３〜５μｍ程度の常時微振動が半導
体機器等の嫌振機器に伝達するのを防止するのに用いら
れる。そして、従来のこの種のアクティブ型除振装置１
は、図６に示すように、床面２に基台を形成する凹形状
の駆体構造３が配設される。また、駆体構造３内には、
半導体機器等の嫌振機器４を搭載する機器搭載台５が設
けられ、機器搭載台５は、機器搭載台５を鉛直方向に駆
動させる複数の鉛直駆動用圧電素子アクチュエータ６
と、機器搭載台５を水平方向に駆動させる複数の水平駆
動用圧電素子アクチュエータ７を介して駆体構造３に支
持される。また、機器搭載台５には、複数個の鉛直方向
振動検出器８及び水平方向振動検出器９が取付けられて
いる。

【０００３】そして、機器搭載台５に与えられた常時微
振動が、これらの振動検出器８、９で検出されてアンプ
１０で増幅されてコントローラ１１に送られた後、コン
トローラ１１では、予め入力されたプログラムに従って
検出された常時微振動に対して逆位相の振動を発生する
振動制御信号を駆動アンプ１２に送る。そして、駆動ア
ンプ１２から鉛直駆動用圧電素子アクチュエータ６及び
水平駆動用圧電素子アクチュエータ７に振動制御信号に
基づいた駆動電圧が印加され、各圧電素子アクチュエー
タ６、７が駆動して逆位相の振動を機器搭載台５に加振
することにより、機器搭載台５の微振動を除振する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
アクティブ型除振装置１の構成にあっては、機器搭載台
５を介して鉛直駆動用圧電素子アクチュエータ６に加わ
る嫌振機器４の垂直荷重（機器搭載台５の重さも含む）
が大きくなると、大きな駆動電圧を必要とすると共に、
駆動電圧に対する鉛直駆動用圧電素子アクチュエータ６
の変位量が小さくなり応答性が低下するので、振動制御
信号に基づいて変化する駆動電圧に対する鉛直駆動用圧
電素子アクチュエータ６の制御性が悪くなる。この結
果、鉛直駆動用圧電素子アクチュエータ６は、逆位相振
動を機器搭載台５に精度よく加振することができなくな
るので、機器搭載台５の微振動を確実に除振できないと
いう問題が生じる。

【０００５】この対策として、耐垂直荷重の大きな鉛直
駆動用圧電素子アクチュエータを用いることが考えられ
る。しかし、耐垂直荷重の大きな鉛直駆動用圧電素子ア
クチュエータを駆動するには、更に大きな印加電圧を必
要とすると共に、振動制御信号に対する鉛直駆動用圧電
素子アクチュエータの制御性もにぶくなるので、根本的
な対策にならない。

【０００６】本発明は、このうような事情に鑑みてなさ
れたもので、垂直荷重の増大による圧電素子アクチュエ
ータの駆動電圧の増加及び制御性の悪化を解消し、機器
搭載台に発生する常時微振動を確実に除振できるアクテ
ィブ型除振装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決する為の手段】本発明は、前記目的を達成
する為に、基台と、前記基台の上面にその駆動方向下端
が支持された圧電素子アクチュエータと、前記圧電素子
アクチュエータの上端に設けられ、前記圧電素子アクチ
ュエータによって駆動される機器搭載台と、前記機器搭
載台に発生する振動に基づいて圧電素子アクチュエータ
の駆動を制御する制御機構と、から成り、前記圧電素子
アクチュエータで前記機器搭載台の振動と逆位相の振動
を機器搭載台に加振することにより機器搭載台の振動を
除振するアクティブ型除振装置に於いて、前記基台と前
記機器搭載台との間に前記圧電素子アクチュエータと並
列に弾性部材を設け、前記機器搭載台を介して前記圧電
素子アクチュエータに加わる垂直荷重を軽減するように
したことを特徴とする。

【０００８】

【作用】本発明は、圧電素子アクチュエータに加わる垂
直荷重が大きくなると、圧電素子アクチュエータを駆動
する駆動電圧を増加させる必要があると共に、圧電素子
アクチュエータの制御性も悪くなることを見いだし、こ
の知見に基づいてなされた。即ち、本発明によれば、基
台と機器搭載台との間に前記圧電素子アクチュエータと
並列に弾性部材を設け、弾性部材により、機器搭載台を
介して圧電素子アクチュエータに加わる垂直荷重を支持
するようにした。これにより、圧電素子アクチュエータ
に加わる垂直荷重を軽減することができるので、圧電素
子アクチュエータを駆動する駆動電圧を増加させる必要
がないと共に、圧電素子アクチュエータの制御性が悪化
しない。

【０００９】また、機械的なロック機構を設け、前記弾
性部材の伸び方向の付勢力を規制して前記圧電素子アク
チュエータが上下方向に引っ張られないようにしたの
で、圧電素子アクチュエータの破壊を防止できる。

【００１０】

【実施例】以下添付図面に従って本発明に係るアクティ
ブ型除振装置の好ましい実施例について詳説する。尚、
図６にて説明した従来のアクティブ型除振装置と同じ部
材には、同符号を付して説明する。図１は本発明のアク
ティブ型除振装置２０の第１実施例を説明する説明図で
あり、図２は、装置本体を上側から見た平面図である。
図１及び図２に示すように、床面２に基台を形成する断
面凹形状の駆体構造３が固定される。また、駆体構造３
内には、半導体機器等の嫌振機器４が搭載される正方形
状の機器搭載台５が水平に設けられ、この機器搭載台５
の４隅と駆体構造３の底板３Ａとの間には、機器搭載台
５を鉛直方向に駆動させる鉛直駆動用圧電素子アクチュ
エータ６、６…が夫々配設される。また、機器搭載台５
と底板３Ａとの間で、夫々の鉛直駆動用圧電素子アクチ
ュエータ６の前後左右（図２参照）には、圧縮コイルバ
ネ、空気バネ、ゴム支柱等の弾性体２２、２２…が鉛直
駆動用圧電素子アクチュエータ６と並列に配設される。
これにより、嫌気機器４及び機器搭載台５による垂直荷
重のうち、８０％は弾性体２２で支持され、残りの２０
％の垂直荷重を鉛直駆動用圧電素子アクチュエータ６で
支持するようにした。即ち、鉛直駆動用圧電素子アクチ
ュエータ６には、鉛直駆動用圧電素子アクチュエータ６
を駆動させるのに必要な定格荷重のみが加わるようにし
た。

【００１１】また、機器搭載台５と、駆体構造３の４枚
の側板３Ｂ、３Ｂ…との間には、機器搭載台５を水平方
向に駆動させる水平駆動用圧電素子アクチュエータ７、
７…が夫々配設される。また、機器搭載台５には、複数
個の鉛直方向振動検出器８、８…及び水平方向振動検出
器９、９…が取付けられ、機器搭載台５の微振動のう
ち、鉛直振動成分が鉛直方向振動検出器８で検出され、
水平振動成分が水平方向振動検出器９で検出される。ま
た、各振動検出器８、９で検出された微振動信号は、ア
ンプ１０に送られて増幅される。また、アンプ１０で増
幅された微振動信号はコントローラ１１に送られる。コ
ントローラ１１では、予め入力されているプログラムに
従って、微振動信号の振幅、振動波形、振動周波数等を
解析し、機器搭載台５に与えられた微振動と逆位相の振
動を発生させる振動制御信号を駆動アンプ１２に発信す
る。駆動アンプ１２では、振動制御信号に基づいて鉛直
駆動用圧電素子アクチュエータ６及び水平駆動用圧電素
子アクチュエータ７に駆動電圧を印加する。駆動電圧が
印加された鉛直駆動用圧電素子アクチュエータ６は逆位
相の鉛直振動成分を機器搭載台５に加振し、水平駆動用
圧電素子アクチュエータ７は逆位相の水平振動成分を機
器搭載台５に加振する。

【００１２】次に、上記の如く構成された本発明のアク
ティブ型除振装置２０の作用について説明する。機器搭
載台５の微振動は、鉛直方向振動検出器８及び水平方向
振動検出器９で検出され、アンプ１０で増幅してからコ
ントローラ１１に入力される。次に、コントローラ１１
では、プログラムにより、機器搭載台５の振動に対して
逆位相の振動を発生させる振動制御信号を駆動アンプ１
２に送り、駆動アンプ１２が鉛直駆動用圧電素子アクチ
ュエータ６及び水平駆動用圧電素子アクチュエータ７に
振動制御信号に基づいた駆動電圧を印加して機器搭載台
５を加振する。この操作を繰り返すことにより、機器搭
載台５の振動を逆位相振動で相殺し、機器搭載台５に搭
載された嫌振機器４に微振動が伝達されないようにす
る。

【００１３】しかし、この除振操作において、嫌振機器
４の重量が重く、機器搭載台５を介して鉛直駆動用圧電
素子アクチュエータ６に加わる垂直荷重が大きくなる
と、鉛直駆動用圧電素子アクチュエータ６を駆動する駆
動電圧を増加させる必要があると共に、鉛直駆動用圧電
素子アクチュエータ６の制御性が悪化し、機器搭載台５
に精度良く逆位相振動を加振できないので、機器搭載台
５の振動を確実に除振できない。即ち、鉛直駆動用圧電
素子アクチュエータ６は、負荷荷重が大きくなるほど、
鉛直駆動用圧電素子アクチュエータ６の機械的共振周波
数が低下するので、印加電圧に対する応答性が悪くな
り、鉛直駆動用圧電素子アクチュエータ６の制御性が悪
化する。

【００１４】例えば、端面の縦・横が各２５ｍｍで、長
さが５０ｍｍの鉛直駆動用圧電素子アクチュエータ６の
場合、耐垂直荷重３５０Ｋｇ、破壊につながる垂直荷重
７００Ｋｇであるが、制御性の良い最大垂直荷重は１０
０Ｋｇである。この結果、従来のアクティブ型除振装置
のように全ての垂直荷重を鉛直駆動用圧電素子アクチュ
エータ６で支持する場合、４個の鉛直駆動用圧電素子ア
クチュエータ６で構成すると、機器搭載台５の重量も含
めて４００Ｋｇ以上の嫌振機器４が機器搭載台５に搭載
されると、鉛直駆動用圧電素子アクチュエータ６の制御
性が悪くなる。

【００１５】そこで、本発明のアクティブ型除振装置２
０では、上記の如く夫々の鉛直駆動用圧電素子アクチュ
エータ６の前後左右に垂直荷重を支持する弾性体２２を
配設し、荷重の８０％を弾性体２２で支持し、残りの２
０％の荷重を鉛直駆動用圧電素子アクチュエータ６で支
持するようにして、鉛直駆動用圧電素子アクチュエータ
６には、鉛直駆動用圧電素子アクチュエータ６を駆動さ
せるのに必要な定格荷重のみが加わるようにした。これ
により、鉛直駆動用圧電素子アクチュエータ６に加わる
垂直荷重を軽減することができるので、重量の大きな嫌
振機器４を機器搭載台５に搭載しても鉛直駆動用圧電素
子アクチュエータ６を駆動する駆動電圧を増加させる必
要がないと共に、鉛直駆動用圧電素子アクチュエータ６
の制御性が悪化しないので、機器搭載台５の振動を確実
に除振することができる。

【００１６】実際に、前記した寸法の鉛直駆動用圧電素
子アクチュエータ６を４個使用し、１トンの垂直荷重の
うち、８０％を弾性体２２で支持し、残りの２０％の荷
重を鉛直駆動用圧電素子アクチュエータ６で支持するよ
うにした。この結果、３００Ｖの駆動電圧で鉛直駆動用
圧電素子アクチュエータ６の変位量は３０μｍになり、
３〜５μｍを対象とした微振動に対して充分な制御性を
有することが分かった。

【００１７】次に、本発明のアクティブ型除振装置２０
の第２実施例を説明する。第２実施例は、アクティブ型
除振装置２０に用いる鉛直駆動用圧電素子アクチュエー
タをユニット化したものである。このユニット２４は、
図３及び図４に示すように、主として、鉛直駆動用圧電
素子アクチュエータ６と、弾性体２２と、弾性体２２の
伸び方向の付勢力を規制して圧電素子アクチュエータが
上下方向に引っ張られないようにする機械的なロック機
構２６とで構成され、各機器６、２２、２６が上側フラ
ンジ２８と下側フランジ３０との間に並列に配設され
る。即ち、正方形な板状の下側フランジ３０の中央位置
に鉛直駆動用圧電素子アクチュエータ６の駆動方向下端
が支持され、鉛直駆動用圧電素子アクチュエータ６の上
端にゴム板３２を介して正方形な板状の上側フランジ２
８が設けられる。そして、上側フランジ２８、ゴム板３
２、鉛直駆動用圧電素子アクチュエータ６は接着剤で接
合される。

【００１８】また、圧縮コイルバネ、空気バネ、ゴム支
柱等の弾性体２２は、上側フランジ２８と下側フランジ
３０の間の４隅位置に配設され、弾性体２２の一方端が
上側フランジ２８に支持されると共に、他方端が下側フ
ランジ３０に固定された架台３４に支持される。この架
台３４は、架台板３４Ａと、架台板３４Ａの４隅を下側
フランジ３０に支持する４本のボルト３４Ｂ、４Ｂ…か
ら構成され、ボルト３４Ｂを回転させることにより架台
板３４Ａの高さを変えることができるようになってい
る。これにより、弾性体２２の弾性力を調整できるよう
になっている。

【００１９】また、ロック機構２６は、弾性体２２の近
傍で、上側フランジ２８と下側フランジ３０の間の４隅
位置に配設される。そして、上側フランジ２８から下側
フランジ側３０に向けて延びたロック棒２６Ａにはネジ
が刻まれており、ロック棒２６Ａの先端に下側ナット２
６Ｂが螺合されると共に、下側ナット２６Ｂのやや上方
に上側ナット２６Ｃが螺合されている。一方、下側フラ
ンジ３０には、上面に前記ロック棒２６Ａが貫通すると
共に、前記両ナット２６Ｂ、２６Ｃの径よりも小さな貫
通孔２６Ｄが形成された係止台２６Ｅが固定されてい
る。そして、貫通孔２６Ｄを境にして貫通孔２６Ｄの下
側に下側ナット２６Ｂが位置し、貫通孔２６Ｄの上側に
上側ナット２６Ｃが位置している。

【００２０】そして、上記の如く構成されたユニット２
４が、機器搭載台５の４隅と駆体構造３の底板３Ａとの
間に配設される。これにより、第１実施例と同様に機器
搭載台５を介して鉛直駆動用圧電素子アクチュエータ６
に加わる垂直荷重を軽減できると共に、第１実施例のよ
うに鉛直駆動用圧電素子アクチュエータ６と弾性体２２
を個々に配置するよりも位置決め精度と、配置するため
の作業効率を向上させることができる。

【００２１】また、圧電素子アクチュエータは上下方向
の引張力に脆い性質があり、大きな引張力が加わると電
素子アクチュエータの致命的な破壊につながる危険があ
る。そして、弾性体を設けたことにより、鉛直駆動用圧
電素子アクチュエータ６に加わる荷重を軽減できる反
面、機器搭載台５が上向きに振動する際に、弾性体２２
の伸び方向の付勢力、即ち、鉛直駆動用圧電素子アクチ
ュエータ６に上下方向の引張力が加わり易くなる。そこ
で、本発明の第２実施例では、前記構造のロック機構２
６を設け、弾性体２２の伸び方向の付勢力を下側ナット
２６Ｂが貫通孔２６Ｄに引っ掛かって係止されることに
より規制するようにしたので、鉛直駆動用圧電素子アク
チュエータ６が引張力により破壊されるので防止するこ
とができる。また、ロック機構２６には、上側ナット２
６Ｃを設けたので、機器搭載台５に異常に大きな垂直荷
重がかかり、弾性体２２で支持しきれない場合でも、上
側ナット２６Ｃが貫通孔２６Ｄに引っ掛かって係止され
るので、過大な圧縮力による鉛直駆動用圧電素子アクチ
ュエータ６の破壊をも防止することができる。また、ロ
ック機構２６は、上側ナット２６Ｃと下側ナット２６Ｂ
の間隔を調整することにより、前記した引張力と圧縮力
の規制度合いを調整することができる。

【００２２】尚、本実施例では、弾性体２２を鉛直駆動
用圧電素子アクチュエータ６の前後左右に配設するよう
にしたが、これに限定されるものではなく、図５に示す
ように、鉛直駆動用圧電素子アクチュエータ６から離れ
た位置に５個配置してもよい。このように、弾性体２２
を鉛直駆動用圧電素子アクチュエータ６から離して配設
することにより、弾性体２２を配設する作業時に鉛直駆
動用圧電素子アクチュエータ６を傷つけないようにする
ことができる。この場合、複数の弾性体２２に均等に垂
直荷重が分担されるように配置する。また、５点支持で
なく、荷重バランスをとれる３点支持になるように弾性
体２２を３個配設してもよい。また、弾性体２２と鉛直
駆動用圧電素子アクチュエータ６の垂直荷重の分担は、
８０％と２０％に限定されるものではなく、鉛直駆動用
圧電素子アクチュエータ６の良い制御性が得られる比率
であればよい。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るアク
ティブ型除振装置によれば、基台と機器搭載台との間に
弾性部材を設け、圧電素子アクチュエータにかかる垂直
荷重を軽減させるようにしたので、圧電素子アクチュエ
ータを駆動する駆動電圧を増加させる必要がないと共
に、圧電素子アクチュエータの制御性が悪化しない。

【００２４】従って、機器搭載台の振動に対して逆位相
の振動を圧電素子アクチュエータで機器搭載台に精度良
く加振することができるので、機器搭載台の振動を確実
に除振することができる。また、機械的なロック機構を
設けて、弾性部材の伸び方向の付勢力を規制して前記圧
電素子アクチュエータが上下方向に引っ張られないよう
にしたので、引張力に脆い性質のある圧電素子アクチュ
エータの破壊を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るアクティブ型除振装置の第１実施
例を説明する説明図

【図２】図１のアクティブ型除振装置本体を上方から見
た平面図

【図３】本発明のアクティブ型除振装置の第２実施例
で、鉛直駆動用圧電素子アクチュエータユニットを説明
する説明図

【図４】図３のユニットを上方から見た平面図

【図５】本発明に係るアクティブ型除振装置の鉛直駆動
用圧電素子アクチュエータの別の配置例を示した平面図

【図６】従来のアクティブ型除振装置を説明する説明図

【符号の説明】

３…基台を形成する駆体構造 ４…半導体機器等の嫌振機器 ５…機器搭載台 ６…鉛直駆動用圧電素子アクチュエータ ７…水平駆動用圧電素子アクチュエータ ８…鉛直方向振動検出器 ９…水平方向振動検出器 １０…アンプ １１…コントローラ １２…駆動アンプ ２０…アクティブ型除振装置 ２２…弾性体 ２４…鉛直駆動用圧電素子アクチュエータのユニット ２６…ロック機構

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基台と、 前記基台の上面にその駆動方向下端が支持された圧電素
   子アクチュエータと、 前記圧電素子アクチュエータの上端に設けられ、前記圧
   電素子アクチュエータによって駆動される機器搭載台
   と、 前記機器搭載台に発生する振動に基づいて圧電素子アク
   チュエータの駆動を制御する制御機構と、から成り、前
   記圧電素子アクチュエータで前記機器搭載台の振動と逆
   位相の振動を機器搭載台に加振することにより機器搭載
   台の振動を除振するアクティブ型除振装置に於いて、 前記基台と前記機器搭載台との間に前記圧電素子アクチ
   ュエータと並列に弾性部材を設け、前記機器搭載台を介
   して前記圧電素子アクチュエータに加わる垂直荷重を軽
   減するようにしたことを特徴とするアクティブ型除振装
   置。
2. 【請求項２】前記弾性部材の伸び方向の付勢力を規制し
   て前記圧電素子アクチュエータが上下方向に引っ張られ
   ないようにする機械的なロック機構を設けたことを特徴
   とする請求項１のアクティブ型除振装置。