JPH0854039A - 剛性アクチュエータ能動振動絶縁装置 - Google Patents
剛性アクチュエータ能動振動絶縁装置Info
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- JPH0854039A JPH0854039A JP7051627A JP5162795A JPH0854039A JP H0854039 A JPH0854039 A JP H0854039A JP 7051627 A JP7051627 A JP 7051627A JP 5162795 A JP5162795 A JP 5162795A JP H0854039 A JPH0854039 A JP H0854039A
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】 低い周波数帯域まで能動的に振動の絶縁を行
うために装置のフィードバック・ループ利得を極めて高
くすると共に、支持される換価荷重と能動素子との共振
周波数においては装置の利得を低い値にすることにより
安定性を確保する。 【構成】 能動振動絶縁装置１０はケース内の小質量１
８を支持する圧電モータ１２ａ−ｃ等の複数の剛性アク
チュエータを含む。受動アイソレータ２０が小質量１８
及び換価荷重質量Ｍｐの間に挿入されている。補償回路
が速度センサ１７と剛性アクチュエータの間に接続さ
れ、この「邪魔せずに動く」装置１０における後者の可
変の長さを調整し、共振モードを補償する。選択的に
は、追加の制御を行うために換価荷重質量速度センサ２
６及び付随する回路を設けても良い。モータ素子上に働
くせん断力の大きさを最小にする為に圧電モータ素子１
２ａ−ｃとともにせん断減結合器が用いられる。
うために装置のフィードバック・ループ利得を極めて高
くすると共に、支持される換価荷重と能動素子との共振
周波数においては装置の利得を低い値にすることにより
安定性を確保する。 【構成】 能動振動絶縁装置１０はケース内の小質量１
８を支持する圧電モータ１２ａ−ｃ等の複数の剛性アク
チュエータを含む。受動アイソレータ２０が小質量１８
及び換価荷重質量Ｍｐの間に挿入されている。補償回路
が速度センサ１７と剛性アクチュエータの間に接続さ
れ、この「邪魔せずに動く」装置１０における後者の可
変の長さを調整し、共振モードを補償する。選択的に
は、追加の制御を行うために換価荷重質量速度センサ２
６及び付随する回路を設けても良い。モータ素子上に働
くせん断力の大きさを最小にする為に圧電モータ素子１
２ａ−ｃとともにせん断減結合器が用いられる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】発明は支持された換価荷重から振
動を除去するための方法及び装置に関し、特にセンサ及
び剛性アクチュエータを用いた能動振動絶縁装置に関す
る。
動を除去するための方法及び装置に関し、特にセンサ及
び剛性アクチュエータを用いた能動振動絶縁装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】産業界においては振動絶縁の必要性が増
大している。例えば、半導体の製造において用いる紫外
線ステッパーの場合には周囲の振動に対する許容性が益
々小さくなっている。半導体及び他の製品の製造は益々
高精度になっており、周囲の振動を抑制する必要が益々
大きくなっている。
大している。例えば、半導体の製造において用いる紫外
線ステッパーの場合には周囲の振動に対する許容性が益
々小さくなっている。半導体及び他の製品の製造は益々
高精度になっており、周囲の振動を抑制する必要が益々
大きくなっている。
【０００３】この分野の従事者は慣性空間に対する換価
荷重の絶対的な運動を測定するために、ボイスコイルモ
ータエレメント等の力モータ、絶縁された換価荷重上の
センサを用いる理論的なアクティブ振動絶縁装置を考え
出している。
荷重の絶対的な運動を測定するために、ボイスコイルモ
ータエレメント等の力モータ、絶縁された換価荷重上の
センサを用いる理論的なアクティブ振動絶縁装置を考え
出している。
【発明が解決しようとする課題】これまで、換価荷重の
共振が検知出力に結合する問題と安定性マージンをとる
こととの妥協を図る必要から、これらの従来技術の概念
及び装置は完全には実用的ではなかった。
共振が検知出力に結合する問題と安定性マージンをとる
こととの妥協を図る必要から、これらの従来技術の概念
及び装置は完全には実用的ではなかった。
【０００４】可能な範囲で最も単純な圧電アクティブ振
動絶縁装置においては、装置の共振周波数は圧電モータ
エレメントのスプリング剛性と支持された換価荷重の質
量との組み合わせにより決まる。典型的な支持換価荷重
の重量は圧電モータ当たり１０００ポンドの範囲であ
る。典型的な圧電モータエレメントは、ほぼ１５０万ポ
ンド／インチのスプリング剛性係数を有する。この値は
約毎秒１３０サイクルのやっかいな装置共振周波数を生
じさせる。この装置共振周波数の値（絶縁が必要な周波
数範囲に対する）は実用的なアクティブ絶縁のデザイン
を得るために解決しなければならない２つの問題に行き
当たる。第１の問題は約１ヘルツの低い周波数迄のアク
ティブ振動絶縁を得るためには装置のフィードバック・
ループ利得が極めて高くなければならないことである。
更に、安定性を確保するためには利得が換価荷重／モー
タ共振周波数においては１以下の低い利得までフィルタ
リングされねばならない。従来技術の設計では、この様
な所望の利得を得ることは不可能であった。第２に、換
価荷重／モータの共振周波数において装置が周囲の振動
を大きく増幅し、また周波数におけるフィードバック利
得が低いため、かかる設計においてはアクティブ絶縁装
置の利点の殆ど全てが失われる。従って、圧電モータま
たは他の剛性アクチュエータに基づいた実用可能なアク
ティブ振動絶縁装置の必要が依然として存在する。
動絶縁装置においては、装置の共振周波数は圧電モータ
エレメントのスプリング剛性と支持された換価荷重の質
量との組み合わせにより決まる。典型的な支持換価荷重
の重量は圧電モータ当たり１０００ポンドの範囲であ
る。典型的な圧電モータエレメントは、ほぼ１５０万ポ
ンド／インチのスプリング剛性係数を有する。この値は
約毎秒１３０サイクルのやっかいな装置共振周波数を生
じさせる。この装置共振周波数の値（絶縁が必要な周波
数範囲に対する）は実用的なアクティブ絶縁のデザイン
を得るために解決しなければならない２つの問題に行き
当たる。第１の問題は約１ヘルツの低い周波数迄のアク
ティブ振動絶縁を得るためには装置のフィードバック・
ループ利得が極めて高くなければならないことである。
更に、安定性を確保するためには利得が換価荷重／モー
タ共振周波数においては１以下の低い利得までフィルタ
リングされねばならない。従来技術の設計では、この様
な所望の利得を得ることは不可能であった。第２に、換
価荷重／モータの共振周波数において装置が周囲の振動
を大きく増幅し、また周波数におけるフィードバック利
得が低いため、かかる設計においてはアクティブ絶縁装
置の利点の殆ど全てが失われる。従って、圧電モータま
たは他の剛性アクチュエータに基づいた実用可能なアク
ティブ振動絶縁装置の必要が依然として存在する。
【０００５】
【発明の概要】本発明の目的は従来の能動振動拒絶線装
置の上述の問題点を解決することである。
置の上述の問題点を解決することである。
【課題を解決するための手段】本発明はアクティブ振動
絶縁装置において、換価荷重質量とは別個の、弾性的に
絶縁された小さな中間質量（小質量）を用いることによ
り従来技術の問題を解決している。小質量は換価荷重質
量に対して少なくとも１０分の１以下の大きさである。
圧電モータエレメント等の少なくとも一つの剛性アクチ
ュエータは小質量に結合した第１の表面と、床または外
部ケース等の振動源に結合した第２の表面を有する。弾
力性のカップ形状のアイソレータ等の受動アイソレータ
エレメントが換価荷重を小質量に結合せしめる。センサ
が小質量に結合され、小質量の動きの関数であるセンサ
信号を発生する。
絶縁装置において、換価荷重質量とは別個の、弾性的に
絶縁された小さな中間質量（小質量）を用いることによ
り従来技術の問題を解決している。小質量は換価荷重質
量に対して少なくとも１０分の１以下の大きさである。
圧電モータエレメント等の少なくとも一つの剛性アクチ
ュエータは小質量に結合した第１の表面と、床または外
部ケース等の振動源に結合した第２の表面を有する。弾
力性のカップ形状のアイソレータ等の受動アイソレータ
エレメントが換価荷重を小質量に結合せしめる。センサ
が小質量に結合され、小質量の動きの関数であるセンサ
信号を発生する。
【０００６】装置の回路が動きセンサ信号を受け、振動
周波数及び換価荷重の質量の所定の範囲にわたって装置
が安定であるための補償回路を含む。回路は更に、変更
されたセンサ信号の関数として剛性アクチュエータの長
さを変化させる剛性アクチュエータに接続された駆動回
路を含む。好ましくは、小質量は「Ｘ」、「Ｙ」及び
「Ｚ」軸の各々における振動から絶縁されている。好ま
しい実施例において、小質量はケース内に納められてお
り、「Ｘ」「Ｙ」及び「Ｚ」軸の各々において、各方向
における少なくとも一つの剛性アクチュエータによりケ
ースから浮動している。剛性アクチュエータが圧電モー
タエレメントである場合には、水平に設けられた剛性ア
クチュエータは引っ張り応力からモータエレメントが損
傷するのを防ぐために予め圧縮されている。選ばれたデ
ザインにおいて、各々水平または半径方向の圧電モータ
エレメントが小質量とケースの一方の側の側壁の間に配
置されており、圧縮アッセンブリが小質量の他の面上に
設けられ、ケースからの圧縮力を小質量を介して圧電モ
ータエレメントに加えるようになっている。
周波数及び換価荷重の質量の所定の範囲にわたって装置
が安定であるための補償回路を含む。回路は更に、変更
されたセンサ信号の関数として剛性アクチュエータの長
さを変化させる剛性アクチュエータに接続された駆動回
路を含む。好ましくは、小質量は「Ｘ」、「Ｙ」及び
「Ｚ」軸の各々における振動から絶縁されている。好ま
しい実施例において、小質量はケース内に納められてお
り、「Ｘ」「Ｙ」及び「Ｚ」軸の各々において、各方向
における少なくとも一つの剛性アクチュエータによりケ
ースから浮動している。剛性アクチュエータが圧電モー
タエレメントである場合には、水平に設けられた剛性ア
クチュエータは引っ張り応力からモータエレメントが損
傷するのを防ぐために予め圧縮されている。選ばれたデ
ザインにおいて、各々水平または半径方向の圧電モータ
エレメントが小質量とケースの一方の側の側壁の間に配
置されており、圧縮アッセンブリが小質量の他の面上に
設けられ、ケースからの圧縮力を小質量を介して圧電モ
ータエレメントに加えるようになっている。
【０００７】発明の他の局面によれば、剛性アクチュエ
ータの各々は剪断応力の圧電モータに対する加圧を制限
する剪断デカップラーもしくは減結合器を用いて小質量
またはケースに接続されている。好ましい実施例におい
て、剪断デカップラーアセンブリーの各々は圧電モータ
エレメントの端部に隣接した第１の剛性プレートもしく
はエレメントと、小質量またはケースに隣接する第２の
剛性プレートもしくはエレメントと、剛性プレートの間
の弾力性材料の薄いディスクもしくはウエハを含む。
ータの各々は剪断応力の圧電モータに対する加圧を制限
する剪断デカップラーもしくは減結合器を用いて小質量
またはケースに接続されている。好ましい実施例におい
て、剪断デカップラーアセンブリーの各々は圧電モータ
エレメントの端部に隣接した第１の剛性プレートもしく
はエレメントと、小質量またはケースに隣接する第２の
剛性プレートもしくはエレメントと、剛性プレートの間
の弾力性材料の薄いディスクもしくはウエハを含む。
【０００８】発明の更に他の局面によれば、換価荷重質
量上に設置されたセンサから導出される信号を用いる追
加の補償回路を使用することも可能である。換価荷重慣
性速度を表すこれらの信号は小質量自身の上のセンサか
らのフィルタリングされた速度信号と合成されて換価荷
重の振動応答が更に制御される。好ましい実施例におい
て、本発明において用いられた小質量運動センサはその
デザインの簡潔さと機械動力学的利点から選ばれたジオ
ホンである。
量上に設置されたセンサから導出される信号を用いる追
加の補償回路を使用することも可能である。換価荷重慣
性速度を表すこれらの信号は小質量自身の上のセンサか
らのフィルタリングされた速度信号と合成されて換価荷
重の振動応答が更に制御される。好ましい実施例におい
て、本発明において用いられた小質量運動センサはその
デザインの簡潔さと機械動力学的利点から選ばれたジオ
ホンである。
【０００９】本発明はまた、好ましくは、補償回路の一
部として受動アイソレータと小質量及びモータのスプリ
ング剛性との間の特定の共振周波数を補償回路の利得を
増加させることなしに抑制する新規なノッチフィルタを
用いている。回路内の他の補償回路は他の共振モードを
補償するために用いられている。
部として受動アイソレータと小質量及びモータのスプリ
ング剛性との間の特定の共振周波数を補償回路の利得を
増加させることなしに抑制する新規なノッチフィルタを
用いている。回路内の他の補償回路は他の共振モードを
補償するために用いられている。
【作用】本発明は、剛性アクチュエータ及び邪魔になら
ずに動く絶縁機構に基づいた実用的なアクティブ振動絶
縁装置を初めて提供するものである。共振周波数の値を
上昇させるための小質量が設けられたこと、換価荷重共
振を小質量からの分離と能動絶縁周波数の範囲外の受動
的な絶縁を提供する受動アイソレータが設けられたこ
と、小質量からの絶対速度の信号及び選択に応じて換価
荷重からの動き信号に基づいて剛性アクチュエータを制
御するための補償回路が設けれたことによって、本発明
は、フィードバック不安定性が生じる恐れ無しに周囲の
振動源から換価荷重質量に伝達される振動を低減させる
ことができるのである。
ずに動く絶縁機構に基づいた実用的なアクティブ振動絶
縁装置を初めて提供するものである。共振周波数の値を
上昇させるための小質量が設けられたこと、換価荷重共
振を小質量からの分離と能動絶縁周波数の範囲外の受動
的な絶縁を提供する受動アイソレータが設けられたこ
と、小質量からの絶対速度の信号及び選択に応じて換価
荷重からの動き信号に基づいて剛性アクチュエータを制
御するための補償回路が設けれたことによって、本発明
は、フィードバック不安定性が生じる恐れ無しに周囲の
振動源から換価荷重質量に伝達される振動を低減させる
ことができるのである。
【実施例の詳細な説明】図１は符号１０で一般的に示さ
れた受動／能動アイソレーション装置の構成モデルであ
る。図１は３つの次元の内の一つでのアクティブ振動の
みを考慮したモデルを示している。この簡略化は説明の
ために行っている。装置１０は「邪魔せずに動く」アク
ティブ振動絶縁装置と命名しても良い。この装置におい
て、床もしくはベースＦは符号１２で概括的に示された
剛性アクチュエータもしくはモータエレメントの底部９
と共に振動する。剛性アクチュエータ１２の頂部１４は
殆ど動かないまま、或いは対象物の動きが床Ｆの移動の
ほぼ０．０１倍となる程度である。図１のモデルはベー
スもしくは床の振動を剛性アクチュエータ１２の変位の
軸に平行である絶対変位センサ１７（例えばジオホンな
どの、センサ信号出力が変位を得るために積分される絶
対速度センサである）の感受性の軸の方向に沿ってのみ
絶縁する。このモデルにおいて、例えば圧電スタックで
ある剛性アクチュエータもしくはモータエレメント１２
は２つの個別の要素を含んでいる。第１の要素はその軸
に平行な長さが印加された制御信号の関数として変化す
るスタック１３と称する完全に堅固な要素である。アク
チュエータモータ１２の他のモデル化された要素は剛性
Ｋsを有するモータスプリング１６である。これはアク
チュエータ１２のスプリング剛性を表している。圧電モ
ータを用いた好ましい実施例において、スプリング剛性
はほぼ１９０万ポンド／インチであり、変位対電圧関係
はほぼ１００万ボルト／インチのピークである。選ばれ
た圧電スタック１３は０．００１インチのピークの最大
相対スタック変位を有し、従ってモータ１２をプラス又
はマイナス０．００５インチ動かすのに約５００ボルト
の電圧を必要とする。この電圧は、移動が生じないため
に、５００ボルトのＤＣ電圧が圧電モータ１２に印加さ
れるような電圧である。このバイアス電圧は電流を必要
とせず、モータ１２をその最大相対変位の半分だけ予め
伸長させる。電圧を上昇または下降させることにより、
圧電モータ１２はそれに応じた分だけ拡張または収縮す
る。圧電モータ１２はゼロボルトでその完全に収縮した
状態に達し、１０００ボルトでその完全に伸長した状態
に達する。印加された電圧に対する拡張及び収縮はほぼ
直線的である。装置１０換価荷重質量の重量Ｍpを支持
するように設計されている。このモデルにおいて、換価
荷重質量Ｍpは２．６ポンド／インチ／秒2に選ばれてお
り、これは１０００ポンドの重量を有している。図示さ
れた実施例において、構造的な実施例を参照しつつ後述
する圧電モータ１２の各々について、Ｍpはほぼこの量
である。従って、この装置の共振周波数は、換価荷重Ｍ
pが剛性アクチュエータ１２によって直接的に支持され
ていれば、装置共振周波数はほぼ毎秒１３０サイクルで
あると導出される。これは、次に２つの問題を生じさせ
る。第１には所望の振動絶縁を得るためには装置利得が
極めて高くなければならず、他方、利得は換価荷重／モ
ータ共振周波数Ｆn（毎秒１３０サイクル）において利
得が１より充分低くなるように、フィルタリングされね
ばならない。剛性アクチュエータ１２入力からの補償さ
れた速度信号出力２０迄の全体的ループゲインは例えば
９９程度に高くなければならない。Ｆnより低い周波数
においてこの所望の利得を得ることは不可能である。第
２に、補正無しでは装置が換価荷重／モータ共振周波数
において振動を大きく増幅し、その結果アクティブ絶縁
の利益の殆どが失われる。本発明は値Ｍsを有する小質
量１８を介在させることによってこの問題を除去してい
る。質量Ｍsは装置１０が支持もしくは絶縁するように
設計されている質量Ｍpの範囲に比較して少なくとも一
桁大きさが小でなければならず、Ｍs対Ｍの関係は好ま
しくは１／５０から１／２００の範囲である。図示され
た実施例において、Ｍpが約１０００ポンドに対応する
ときＭsは１０ポンドに対応するように選ばれている。
小質量１８は剛性アクチュエータ１２上に直接配置され
ている。これにより圧電モータスプリング係数Ｋsに付
随する共振が毎秒１０００サイクル近くまで非常に高ま
る。ほぼ１０ポンドの重量の小質量１８により、小質量
及び圧電モータ１２の共振周波数は約毎秒１０００サイ
クルになる。ここで、２０で示された弾力性受動振動ア
イソレータが小質量１８及び換価荷重質量Ｍpの間に挿
入されている。アイソレータ２０は参照番号３０で概括
的に示された減衰エレメント係数Ｃi及び参照番号３２
で概括的に示されたスプリング定数Ｋiを有している。
このような構成により、受動アイソレータ２０がそれら
の非常に高い周波数で受動的な振動絶縁を与えるために
非常に高い周波数でフィードバック利得を得ることがで
きる。受動アイソレータ２０は換価荷重質量Ｍpが負荷
となる時に約毎秒２０サイクル共振周波数となるように
選ばれている。装置は加算電力増幅器２２を介して剛性
アクチュエータ１２の拡張及び収縮を制御する。加算電
力増幅器２２は定常状態で５００ボルトＤＣ電圧がモー
タ１２に印加されている状態において、可変電圧を圧電
モータ１２に印加する。小質量速度センサ１７が信号を
生成し、その信号が小質量１８の絶対変位を得るために
積分される。センサ信号はセンサ１７から、変位を得る
ために信号を積分して利得を増大させるための利得モジ
ュール２４に伝達される。増幅された変位センサ信号は
多くの補償回路を含む後述の電力増幅器２２に伝達され
る。アクティブ振動絶縁装置１０により絶縁された支持
された換価荷重Ｍpは、換価荷重Ｍpに作用して、それに
応答して振動させる運動機械成分を含んでいる。従って
絶縁装置１０が支持された換価荷重の換価荷重により生
成される力による移動に抵抗するように成されているこ
とが好ましい。装置１０の受動的特徴を高めるために、
第２の運動センサ２６がアクティブ振動絶縁装置１０に
付加されている。換価荷重質量絶対運動センサ２６は絶
対速度センサもしくは相対移動センサのどちらでも良
く、信号を発生し、その信号は利得ステージ２８におい
て増幅される。増幅信号は次にセンサ１７からの状態信
号に加算され、それによりステージ２２の入力がセンサ
１７及びセンサ２６に依存するように成されている。絶
対換価荷重質量速度ループ及び絶対小質量変位ループの
両方を考慮すると絶縁されて支持された換価荷重質量Ｍ
pの回りの力の合計は以下の式のようになる： ＭpＳ2Ｘ（Ｓ）＝（Ｋi＋ＣiＳ）（Ｖ（Ｓ）−Ｘ（Ｓ））＋ＦP （１） 上式はラプラス表記にて示されている。Ｘは絶縁されて
支持された換価荷重のＭ pでの運動である。Ｆpは換価荷
重Ｍp上に作用する力であり、典型的には重力の力であ
る。Ｖは小質量１８の運動である。小質量Ｍsはアイソ
レータスプリングＫi及びアイソレータダンパー３０並
びに圧電モータスプリングエレメント１６（Ｋs）に基
づいて動作する。小質量１８の回りの力の加算式は以下
の如くである。 ＭsＳ2Ｖ（Ｓ）=Ｋs（Ｚ（Ｓ）−Ｖ（S））+（Ｋi＋Ｃi）（Ｘ（Ｓ）−Ｖ（Ｓ） ） （２） ＵをモータスプリングＫSの軸方向での床Ｆの運動と
し、運動Ｚが圧電スタック１４の頂部の運動とすると、
絶対速度フィードバック式は以下のように書き直され
る： Ｚ−Ｕ＝−ＣdＶ（Ｓ）−ＣvＳＸ（Ｓ）（３） 上述の式において、Ｃdは絶対変位センサフィードバッ
ク・ループからの利得であり、Ｃvは絶対速度センサフ
ィードバック・ループからの利得。全体的な装置の動作
は完全な伝達関数としては示されていないが、これはい
かなる値についても複雑過ぎる微分式であるためであ
る。その代わりに、システムブロック図が図２に示され
ている。図２は完全なアクティブ振動絶縁装置の異なる
部分がどのようにして相互に関係しているかを示すラプ
ラス変換ブロック図である。一時的に図１に戻ると、ボ
ックス２４は絶対速度センサ１７及び電力増幅器２２の
間に挿入された補償及び利得回路を表している。センサ
１７はサーボ加速度計、或いは好ましくは、ジオホンで
ある。ジオホンは非常に低い剛性の機械スプリングに支
持された、コイルを通過する磁界を有する電線コイルか
ら成るものである。磁界はコイル内に、磁石を保持した
ジオホンケースに対するコイルの相対速度、コイルを通
過する磁界の強度、コイル内の電線の巻数に比例した電
圧を発生させる。ジオホンはまた低コストであり低雑
音、かつ高感度である。補償回路２４（及び加算電力増
幅器の部分２２）はセンサ１７がジオホンである場合に
ついて示されており、種々の補償ステージの電気的構成
図である図３及び図４において詳細に図示されている。
図３及び図４は補償回路２４のアナログ形式の実施例を
図示している。図示されたアナログ回路と同一機能を達
成するためにディジタル回路及びディジタル信号処理を
用いることも可能である。ジオホンの出力は入力７０に
示されている。入力７０に現れる信号は小質量の変位に
以下の如く関係する電圧信号である。
れた受動／能動アイソレーション装置の構成モデルであ
る。図１は３つの次元の内の一つでのアクティブ振動の
みを考慮したモデルを示している。この簡略化は説明の
ために行っている。装置１０は「邪魔せずに動く」アク
ティブ振動絶縁装置と命名しても良い。この装置におい
て、床もしくはベースＦは符号１２で概括的に示された
剛性アクチュエータもしくはモータエレメントの底部９
と共に振動する。剛性アクチュエータ１２の頂部１４は
殆ど動かないまま、或いは対象物の動きが床Ｆの移動の
ほぼ０．０１倍となる程度である。図１のモデルはベー
スもしくは床の振動を剛性アクチュエータ１２の変位の
軸に平行である絶対変位センサ１７（例えばジオホンな
どの、センサ信号出力が変位を得るために積分される絶
対速度センサである）の感受性の軸の方向に沿ってのみ
絶縁する。このモデルにおいて、例えば圧電スタックで
ある剛性アクチュエータもしくはモータエレメント１２
は２つの個別の要素を含んでいる。第１の要素はその軸
に平行な長さが印加された制御信号の関数として変化す
るスタック１３と称する完全に堅固な要素である。アク
チュエータモータ１２の他のモデル化された要素は剛性
Ｋsを有するモータスプリング１６である。これはアク
チュエータ１２のスプリング剛性を表している。圧電モ
ータを用いた好ましい実施例において、スプリング剛性
はほぼ１９０万ポンド／インチであり、変位対電圧関係
はほぼ１００万ボルト／インチのピークである。選ばれ
た圧電スタック１３は０．００１インチのピークの最大
相対スタック変位を有し、従ってモータ１２をプラス又
はマイナス０．００５インチ動かすのに約５００ボルト
の電圧を必要とする。この電圧は、移動が生じないため
に、５００ボルトのＤＣ電圧が圧電モータ１２に印加さ
れるような電圧である。このバイアス電圧は電流を必要
とせず、モータ１２をその最大相対変位の半分だけ予め
伸長させる。電圧を上昇または下降させることにより、
圧電モータ１２はそれに応じた分だけ拡張または収縮す
る。圧電モータ１２はゼロボルトでその完全に収縮した
状態に達し、１０００ボルトでその完全に伸長した状態
に達する。印加された電圧に対する拡張及び収縮はほぼ
直線的である。装置１０換価荷重質量の重量Ｍpを支持
するように設計されている。このモデルにおいて、換価
荷重質量Ｍpは２．６ポンド／インチ／秒2に選ばれてお
り、これは１０００ポンドの重量を有している。図示さ
れた実施例において、構造的な実施例を参照しつつ後述
する圧電モータ１２の各々について、Ｍpはほぼこの量
である。従って、この装置の共振周波数は、換価荷重Ｍ
pが剛性アクチュエータ１２によって直接的に支持され
ていれば、装置共振周波数はほぼ毎秒１３０サイクルで
あると導出される。これは、次に２つの問題を生じさせ
る。第１には所望の振動絶縁を得るためには装置利得が
極めて高くなければならず、他方、利得は換価荷重／モ
ータ共振周波数Ｆn（毎秒１３０サイクル）において利
得が１より充分低くなるように、フィルタリングされね
ばならない。剛性アクチュエータ１２入力からの補償さ
れた速度信号出力２０迄の全体的ループゲインは例えば
９９程度に高くなければならない。Ｆnより低い周波数
においてこの所望の利得を得ることは不可能である。第
２に、補正無しでは装置が換価荷重／モータ共振周波数
において振動を大きく増幅し、その結果アクティブ絶縁
の利益の殆どが失われる。本発明は値Ｍsを有する小質
量１８を介在させることによってこの問題を除去してい
る。質量Ｍsは装置１０が支持もしくは絶縁するように
設計されている質量Ｍpの範囲に比較して少なくとも一
桁大きさが小でなければならず、Ｍs対Ｍの関係は好ま
しくは１／５０から１／２００の範囲である。図示され
た実施例において、Ｍpが約１０００ポンドに対応する
ときＭsは１０ポンドに対応するように選ばれている。
小質量１８は剛性アクチュエータ１２上に直接配置され
ている。これにより圧電モータスプリング係数Ｋsに付
随する共振が毎秒１０００サイクル近くまで非常に高ま
る。ほぼ１０ポンドの重量の小質量１８により、小質量
及び圧電モータ１２の共振周波数は約毎秒１０００サイ
クルになる。ここで、２０で示された弾力性受動振動ア
イソレータが小質量１８及び換価荷重質量Ｍpの間に挿
入されている。アイソレータ２０は参照番号３０で概括
的に示された減衰エレメント係数Ｃi及び参照番号３２
で概括的に示されたスプリング定数Ｋiを有している。
このような構成により、受動アイソレータ２０がそれら
の非常に高い周波数で受動的な振動絶縁を与えるために
非常に高い周波数でフィードバック利得を得ることがで
きる。受動アイソレータ２０は換価荷重質量Ｍpが負荷
となる時に約毎秒２０サイクル共振周波数となるように
選ばれている。装置は加算電力増幅器２２を介して剛性
アクチュエータ１２の拡張及び収縮を制御する。加算電
力増幅器２２は定常状態で５００ボルトＤＣ電圧がモー
タ１２に印加されている状態において、可変電圧を圧電
モータ１２に印加する。小質量速度センサ１７が信号を
生成し、その信号が小質量１８の絶対変位を得るために
積分される。センサ信号はセンサ１７から、変位を得る
ために信号を積分して利得を増大させるための利得モジ
ュール２４に伝達される。増幅された変位センサ信号は
多くの補償回路を含む後述の電力増幅器２２に伝達され
る。アクティブ振動絶縁装置１０により絶縁された支持
された換価荷重Ｍpは、換価荷重Ｍpに作用して、それに
応答して振動させる運動機械成分を含んでいる。従って
絶縁装置１０が支持された換価荷重の換価荷重により生
成される力による移動に抵抗するように成されているこ
とが好ましい。装置１０の受動的特徴を高めるために、
第２の運動センサ２６がアクティブ振動絶縁装置１０に
付加されている。換価荷重質量絶対運動センサ２６は絶
対速度センサもしくは相対移動センサのどちらでも良
く、信号を発生し、その信号は利得ステージ２８におい
て増幅される。増幅信号は次にセンサ１７からの状態信
号に加算され、それによりステージ２２の入力がセンサ
１７及びセンサ２６に依存するように成されている。絶
対換価荷重質量速度ループ及び絶対小質量変位ループの
両方を考慮すると絶縁されて支持された換価荷重質量Ｍ
pの回りの力の合計は以下の式のようになる： ＭpＳ2Ｘ（Ｓ）＝（Ｋi＋ＣiＳ）（Ｖ（Ｓ）−Ｘ（Ｓ））＋ＦP （１） 上式はラプラス表記にて示されている。Ｘは絶縁されて
支持された換価荷重のＭ pでの運動である。Ｆpは換価荷
重Ｍp上に作用する力であり、典型的には重力の力であ
る。Ｖは小質量１８の運動である。小質量Ｍsはアイソ
レータスプリングＫi及びアイソレータダンパー３０並
びに圧電モータスプリングエレメント１６（Ｋs）に基
づいて動作する。小質量１８の回りの力の加算式は以下
の如くである。 ＭsＳ2Ｖ（Ｓ）=Ｋs（Ｚ（Ｓ）−Ｖ（S））+（Ｋi＋Ｃi）（Ｘ（Ｓ）−Ｖ（Ｓ） ） （２） ＵをモータスプリングＫSの軸方向での床Ｆの運動と
し、運動Ｚが圧電スタック１４の頂部の運動とすると、
絶対速度フィードバック式は以下のように書き直され
る： Ｚ−Ｕ＝−ＣdＶ（Ｓ）−ＣvＳＸ（Ｓ）（３） 上述の式において、Ｃdは絶対変位センサフィードバッ
ク・ループからの利得であり、Ｃvは絶対速度センサフ
ィードバック・ループからの利得。全体的な装置の動作
は完全な伝達関数としては示されていないが、これはい
かなる値についても複雑過ぎる微分式であるためであ
る。その代わりに、システムブロック図が図２に示され
ている。図２は完全なアクティブ振動絶縁装置の異なる
部分がどのようにして相互に関係しているかを示すラプ
ラス変換ブロック図である。一時的に図１に戻ると、ボ
ックス２４は絶対速度センサ１７及び電力増幅器２２の
間に挿入された補償及び利得回路を表している。センサ
１７はサーボ加速度計、或いは好ましくは、ジオホンで
ある。ジオホンは非常に低い剛性の機械スプリングに支
持された、コイルを通過する磁界を有する電線コイルか
ら成るものである。磁界はコイル内に、磁石を保持した
ジオホンケースに対するコイルの相対速度、コイルを通
過する磁界の強度、コイル内の電線の巻数に比例した電
圧を発生させる。ジオホンはまた低コストであり低雑
音、かつ高感度である。補償回路２４（及び加算電力増
幅器の部分２２）はセンサ１７がジオホンである場合に
ついて示されており、種々の補償ステージの電気的構成
図である図３及び図４において詳細に図示されている。
図３及び図４は補償回路２４のアナログ形式の実施例を
図示している。図示されたアナログ回路と同一機能を達
成するためにディジタル回路及びディジタル信号処理を
用いることも可能である。ジオホンの出力は入力７０に
示されている。入力７０に現れる信号は小質量の変位に
以下の如く関係する電圧信号である。
【数４】 この式において、Ｃgはボルト／インチ／秒の単位で測
定したジオホンのモータ定数である。Ｗgははジオホン
コイルのその懸架スプリング上の共振周波数である。ケ
ースの変位は小質量１８に固定されたジオホンケースの
変位である。このように分解されたジオホンの特性式は
ジオホンコイルの質量及びスプリング装置に作用する制
動が重要であることを表している。入力７０上に現れる
補償回路の出力は上記伝達関数により重み付けされたジ
オホンケースの絶対速度の測定出力である。しかしなが
ら、コイル質量スプリング装置に加えられる制動が正確
に臨界値にあることが必須でなのはなく、ジオホン応答
の臨界的制動力の約０．７から約２．０の範囲の値が本
発明のアクティブ振動絶縁装置センサの要求を満たすこ
とができるのである。積分されない速度信号は平均（Ｒ
ＭＳ）信号レベルより何デシベルも低い小さな、非常に
低周波振動振幅を生成する大きな高周波数の振幅を含ん
でいるため、積分器ステージ８０（或いは積分遅延ネッ
トワークとして知られているステージ）をアナログディ
ジタル変換器（ディジタル回路の前に設けられている）
の前に設けることが必要である。積分器ステージ８０の
入力信号７０における作用は以下の如く示すことができ
る。
定したジオホンのモータ定数である。Ｗgははジオホン
コイルのその懸架スプリング上の共振周波数である。ケ
ースの変位は小質量１８に固定されたジオホンケースの
変位である。このように分解されたジオホンの特性式は
ジオホンコイルの質量及びスプリング装置に作用する制
動が重要であることを表している。入力７０上に現れる
補償回路の出力は上記伝達関数により重み付けされたジ
オホンケースの絶対速度の測定出力である。しかしなが
ら、コイル質量スプリング装置に加えられる制動が正確
に臨界値にあることが必須でなのはなく、ジオホン応答
の臨界的制動力の約０．７から約２．０の範囲の値が本
発明のアクティブ振動絶縁装置センサの要求を満たすこ
とができるのである。積分されない速度信号は平均（Ｒ
ＭＳ）信号レベルより何デシベルも低い小さな、非常に
低周波振動振幅を生成する大きな高周波数の振幅を含ん
でいるため、積分器ステージ８０（或いは積分遅延ネッ
トワークとして知られているステージ）をアナログディ
ジタル変換器（ディジタル回路の前に設けられている）
の前に設けることが必要である。積分器ステージ８０の
入力信号７０における作用は以下の如く示すことができ
る。
【数５】 上述の式において、Ｒiがステージ８０の等価直列抵抗
であり、Ｃiが接地に対する抵抗の後であり、出力の前
の等価容量であるときに表現ＴiはＲiＣに等しくなる。
アクティブ振動絶縁装置を安定化するために、その４.
５ヘルツの共振周波数を有する伝達関数（上式４）によ
って、ジオホンは固有の低周波数利得ロールオフを有し
ている。ジオホンに固有のこの低周波数ロールオフが無
ければ、少なくとも２つの追加の補償ステージを補償回
路２４に設ける必要が生じる.例えば０．０１μＦの小
さな容量７２が入力７０及び接地の間に接続されてい
る。ダイオード７４及び７６が前置増幅器の過電圧保護
のために入力７０及び接地の間に接続されている。補償
回路２４は波線の囲みで示される幾つかの連続したステ
ージに構成されている。第１のステージ８０入力７０上
に現れる速度信号を積分して小質量１８の変位信号（図
１）を得、またここでは１５、０００に選ばれている非
常に大きな利得を得るように設計されている。ジオホン
入力７０をその正入力端において受け取る非反転演算増
幅器８２を用いることより達成される。フィードバック
抵抗８４が出力ノード８６及び増幅器８２の負入力端８
８との間に接続されている。非反転増幅器がジオホンセ
ンサ１７に負荷を与えないように用いられている。抵抗
９０がノード８８及び接地の間に接続されている。１
５、０００倍のＤＣ利得を得るためには、抵抗８４は１
５ｋΩに選ばれ、抵抗９０は１Ωに選ばれている。好ま
しくは１ｋΩの抵抗９２及び２２０μＦの容量９４がノ
ード８６及び８８の間に直列に接続されている。例えば
１００ｐＦの低い値の容量９６がノード８６を接地に接
続している。追加の抵抗９８がノード８６をステージ８
０の出力として使用されるノード１００に接続する。容
量１０２がノード１００及び接地の間に接続されてお
り、図示された実施例においては２２０μＦに選ばれて
いる。積分の半分はオペアンプ８２により行われる。ス
テージ８０により実行される積分動作の残りは抵抗９８
及び容量１０２の組み合わせにより行われる。このステ
ージ８０において信号の増幅をできる限り行い、ＤＣオ
フセット電圧及び信号のちらつきが後のステージで増幅
されないようにされることが好ましい。他の、殆んどデ
ィジタル化されたデザインにおいても尚、最初のアナロ
グ段８０を設けることが好ましい。これにより信号をマ
イクロボルトからボルトの単位に上昇させ、アナログデ
ィジタル変換器が読み取る信号において充分に高い電圧
が得られる。図３及び図４に示された補償回路の残りの
ステージはディジタル形式であっても良く、例えばディ
ジタル信号プロセッサにおいて一連のプログラムされた
ステップとして行われる。ノード１００は第２のステー
ジ１１０への入力として用いられる。ステージ１１０は
絶対変位センサ１７としてジオホンを選択的に用いたこ
とを考慮した低周波補償段である。０．２サイクル毎秒
の目標周波数において、粗い利得１の交差を得るために
は、開ループゲインの変化率は０．２ヘルツの周波数領
域において６ｄＢ／オクターブでなければならない。こ
れを行うために、遅れ−進みネットワークを用いること
ができる。遅れ−進みネットワーク１１０低い周波数に
おいて利得が１であり、次に回路の遅延部分によってマ
イナス６ｄＢ／オクターブの減衰に入り、最後に回路の
進み部分により、高い周波数において１以下の一定利得
までレベル低下する。ステージ１１０の低周波補償機能
は以下のように表すことができる：
であり、Ｃiが接地に対する抵抗の後であり、出力の前
の等価容量であるときに表現ＴiはＲiＣに等しくなる。
アクティブ振動絶縁装置を安定化するために、その４.
５ヘルツの共振周波数を有する伝達関数（上式４）によ
って、ジオホンは固有の低周波数利得ロールオフを有し
ている。ジオホンに固有のこの低周波数ロールオフが無
ければ、少なくとも２つの追加の補償ステージを補償回
路２４に設ける必要が生じる.例えば０．０１μＦの小
さな容量７２が入力７０及び接地の間に接続されてい
る。ダイオード７４及び７６が前置増幅器の過電圧保護
のために入力７０及び接地の間に接続されている。補償
回路２４は波線の囲みで示される幾つかの連続したステ
ージに構成されている。第１のステージ８０入力７０上
に現れる速度信号を積分して小質量１８の変位信号（図
１）を得、またここでは１５、０００に選ばれている非
常に大きな利得を得るように設計されている。ジオホン
入力７０をその正入力端において受け取る非反転演算増
幅器８２を用いることより達成される。フィードバック
抵抗８４が出力ノード８６及び増幅器８２の負入力端８
８との間に接続されている。非反転増幅器がジオホンセ
ンサ１７に負荷を与えないように用いられている。抵抗
９０がノード８８及び接地の間に接続されている。１
５、０００倍のＤＣ利得を得るためには、抵抗８４は１
５ｋΩに選ばれ、抵抗９０は１Ωに選ばれている。好ま
しくは１ｋΩの抵抗９２及び２２０μＦの容量９４がノ
ード８６及び８８の間に直列に接続されている。例えば
１００ｐＦの低い値の容量９６がノード８６を接地に接
続している。追加の抵抗９８がノード８６をステージ８
０の出力として使用されるノード１００に接続する。容
量１０２がノード１００及び接地の間に接続されてお
り、図示された実施例においては２２０μＦに選ばれて
いる。積分の半分はオペアンプ８２により行われる。ス
テージ８０により実行される積分動作の残りは抵抗９８
及び容量１０２の組み合わせにより行われる。このステ
ージ８０において信号の増幅をできる限り行い、ＤＣオ
フセット電圧及び信号のちらつきが後のステージで増幅
されないようにされることが好ましい。他の、殆んどデ
ィジタル化されたデザインにおいても尚、最初のアナロ
グ段８０を設けることが好ましい。これにより信号をマ
イクロボルトからボルトの単位に上昇させ、アナログデ
ィジタル変換器が読み取る信号において充分に高い電圧
が得られる。図３及び図４に示された補償回路の残りの
ステージはディジタル形式であっても良く、例えばディ
ジタル信号プロセッサにおいて一連のプログラムされた
ステップとして行われる。ノード１００は第２のステー
ジ１１０への入力として用いられる。ステージ１１０は
絶対変位センサ１７としてジオホンを選択的に用いたこ
とを考慮した低周波補償段である。０．２サイクル毎秒
の目標周波数において、粗い利得１の交差を得るために
は、開ループゲインの変化率は０．２ヘルツの周波数領
域において６ｄＢ／オクターブでなければならない。こ
れを行うために、遅れ−進みネットワークを用いること
ができる。遅れ−進みネットワーク１１０低い周波数に
おいて利得が１であり、次に回路の遅延部分によってマ
イナス６ｄＢ／オクターブの減衰に入り、最後に回路の
進み部分により、高い周波数において１以下の一定利得
までレベル低下する。ステージ１１０の低周波補償機能
は以下のように表すことができる：
【数６】 ステージ１１０（図３）において、容量１１６によって
ノード１１４が抵抗１１８に接続される。抵抗１１８は
容量１１６及び接地の間に接続されている。抵抗１１
２、容量１１６及び抵抗１１８が遅れ−進み回路の要素
を構成する。式（６）において、Ｔc2＝Ｒ118Ｃ116であ
り、Ｔc1＝（Ｒ112＋Ｒ118）Ｃ116である。図示された
実施例において、抵抗１１２は１４ｋΩに選ばれ、容量
１１６は２２０μＦに選ばれ、抵抗１１８は７２０Ωに
選ばれている。１１４が演算増幅器１２０の正入力端に
接続されている。ノード１１４はまた２２００ｐＦの容
量１２２を介して接地に接続されている。この容量がノ
イズを除去する。オペアンプ１２０の出力ノード１２４
は図示された実施例においては１５ｋΩに選ばれた抵抗
１２８を介して負入力１２６に戻り接続されている。抵
抗１３０がノード１２６を接地に接続する。ＤＣ（直
流）ステージ１１０の利得は抵抗１３０の値で割った抵
抗１２８の値＋１に等しい。ここで、図示された実施例
におけるように、抵抗１３０は６８１Ωに選ばれた場
合、ＤＣ利得は２３である。ステージ１１０は容量１０
２及び容量１１６の間の相互作用により式（６）で与え
られる理想的な低周波補償からは外れるけれども、近似
値としては正確である。小さな容量１３２が好ましくは
ノード１２４及び接地の間に配置されている。ステージ
１４０利得が６であるＤＣ電圧阻止ステージである。ノ
ード１２４におけるその入力から、好ましくは２２０μ
Ｆのｐ容量１４２が抵抗１４６を介して接地に接続され
ているノード１４４に接続されている。ノード１４４は
演算増幅器１４８への正入力端として用いられる。出力
ノード１５０が比較的小さな（１００ｐＦ）容量１５２
を介して接地に接続されている。フィードバック抵抗１
５４が出力ノード１５０をオペアンプ１４８の負入力
（ノード１５６）に接続している。抵抗１５８がノード
１５６を接地に接続している。容量１４２（好ましくは
２２０μＦ）及び抵抗１４６（好ましくは１５ｋΩ）の
組み合わせがＤＣ阻止動作を提供する。ステージ１１
０、１６０、１８０、２１０、２３０及び２５０がディ
ジタル形式である一つの実施例（図示せず）において
は、好ましくはＤＣ電圧阻止リードネットワーク１４０
がアナログ／ディジタル変換器（図示せず）の前に設け
られ、コンピュータ入力のために完全なダイナミックレ
ンジを補償するように成される。図示された全体にアナ
ログの実施例おいては、ＤＣ電圧阻止ステージ１４０を
速度積分及び増幅段８０の後に設けることにより補償回
路における利得半値点の後にＤＣ電圧阻止が行われるこ
とが保証される。ステージ１６０及び１８０受動アイソ
レータもしくはカップマウント（図１）の共振の周波数
領域に位相進みを加えるように設計されている。ノード
１５０が増幅器１６２の正入力端に接続されている。増
幅器１６２の出力ノード１６４は好ましくは１００ｋΩ
の抵抗１６６を通してノード１６８に接続されている。
ノード１６８がオペアンプ１６２の負入力端に接続され
ている。容量１７０（好ましくは０．３９μＦ）及び第
２の抵抗１７２（好ましくは１００ｋΩ）がノード１６
８を接地に接続している。小さな（１００ｐＦ）容量１
７４がノード１６４を接地に接続している。ステージ１
６０はＣ170Ｒ166、もしくはほぼ０．０３９秒の時定数
でゼロを生ずる。ステージ１６０はまた
ノード１１４が抵抗１１８に接続される。抵抗１１８は
容量１１６及び接地の間に接続されている。抵抗１１
２、容量１１６及び抵抗１１８が遅れ−進み回路の要素
を構成する。式（６）において、Ｔc2＝Ｒ118Ｃ116であ
り、Ｔc1＝（Ｒ112＋Ｒ118）Ｃ116である。図示された
実施例において、抵抗１１２は１４ｋΩに選ばれ、容量
１１６は２２０μＦに選ばれ、抵抗１１８は７２０Ωに
選ばれている。１１４が演算増幅器１２０の正入力端に
接続されている。ノード１１４はまた２２００ｐＦの容
量１２２を介して接地に接続されている。この容量がノ
イズを除去する。オペアンプ１２０の出力ノード１２４
は図示された実施例においては１５ｋΩに選ばれた抵抗
１２８を介して負入力１２６に戻り接続されている。抵
抗１３０がノード１２６を接地に接続する。ＤＣ（直
流）ステージ１１０の利得は抵抗１３０の値で割った抵
抗１２８の値＋１に等しい。ここで、図示された実施例
におけるように、抵抗１３０は６８１Ωに選ばれた場
合、ＤＣ利得は２３である。ステージ１１０は容量１０
２及び容量１１６の間の相互作用により式（６）で与え
られる理想的な低周波補償からは外れるけれども、近似
値としては正確である。小さな容量１３２が好ましくは
ノード１２４及び接地の間に配置されている。ステージ
１４０利得が６であるＤＣ電圧阻止ステージである。ノ
ード１２４におけるその入力から、好ましくは２２０μ
Ｆのｐ容量１４２が抵抗１４６を介して接地に接続され
ているノード１４４に接続されている。ノード１４４は
演算増幅器１４８への正入力端として用いられる。出力
ノード１５０が比較的小さな（１００ｐＦ）容量１５２
を介して接地に接続されている。フィードバック抵抗１
５４が出力ノード１５０をオペアンプ１４８の負入力
（ノード１５６）に接続している。抵抗１５８がノード
１５６を接地に接続している。容量１４２（好ましくは
２２０μＦ）及び抵抗１４６（好ましくは１５ｋΩ）の
組み合わせがＤＣ阻止動作を提供する。ステージ１１
０、１６０、１８０、２１０、２３０及び２５０がディ
ジタル形式である一つの実施例（図示せず）において
は、好ましくはＤＣ電圧阻止リードネットワーク１４０
がアナログ／ディジタル変換器（図示せず）の前に設け
られ、コンピュータ入力のために完全なダイナミックレ
ンジを補償するように成される。図示された全体にアナ
ログの実施例おいては、ＤＣ電圧阻止ステージ１４０を
速度積分及び増幅段８０の後に設けることにより補償回
路における利得半値点の後にＤＣ電圧阻止が行われるこ
とが保証される。ステージ１６０及び１８０受動アイソ
レータもしくはカップマウント（図１）の共振の周波数
領域に位相進みを加えるように設計されている。ノード
１５０が増幅器１６２の正入力端に接続されている。増
幅器１６２の出力ノード１６４は好ましくは１００ｋΩ
の抵抗１６６を通してノード１６８に接続されている。
ノード１６８がオペアンプ１６２の負入力端に接続され
ている。容量１７０（好ましくは０．３９μＦ）及び第
２の抵抗１７２（好ましくは１００ｋΩ）がノード１６
８を接地に接続している。小さな（１００ｐＦ）容量１
７４がノード１６４を接地に接続している。ステージ１
６０はＣ170Ｒ166、もしくはほぼ０．０３９秒の時定数
でゼロを生ずる。ステージ１６０はまた
【数７】 もしくは約.０１９５秒において極を生ずる。ステージ
１６０により生成される真の極及び真のゼロの代わり
に、他の回路を用いることができその場合複雑な極およ
び複雑なゼロが生成される。以降のステージ１８０にお
いて、ノード１６４が、０．００１μＦの容量１８６を
介して接地に接続され、かつオペアンプ１８８の正の入
力に接続されたノード１８４に抵抗１８２を介して接続
されている。オペアンプ１８８の出力ノード１９０は抵
抗１９２を通して負入力ノード１９４に接続されてい
る。ノード１９４は容量１９６及び抵抗１９８を通して
接地に直列に接続されている。比較的小さな（１００ｐ
Ｆ）容量２００がノード１９０を接地に接続する。抵抗
１９２及び１９８は好ましくは１００ｋΩに選ばれ、容
量１９６は０．３９μＦに選ばれている。抵抗１８２は
３３．２ｋΩに選び、容量１８６は０．００１μＦに選
んでも良い。抵抗１８２及び容量１８６が共働して高周
波数でのノイズ低減フィルタを提供している。ステージ
１８０はステージ１６０と同様に、同一の個々の時定数
において他の極及び他のゼロを生成する。ステージ１６
０及び１８０の両方はＤＣ利得が１であるけれども、高
周波数利得は容量１７０及び１９６のために約２となっ
ている。ステージ１６０及び１８０の両方が総計で４５
から５０度の量の位相シフトを更に与えるために一緒に
用いられる。ステージ２１０は１から１０の利得調整ス
テージである。抵抗２１２がスージ１８０の出力をオペ
アンプ２１６の負入力として用いられるノード２１４に
接続する。オペアンプ２１６の出力ノードは比較的小さ
な（例えば１００ｐＦ）の容量２２０を介して接地に接
続されている。ノード２１８が抵抗２２２を介して０及
び５０ｋΩの間で調整することが可能な可変抵抗２２４
に接続されている。抵抗２２は５ｋΩの選ばれた値を有
する。抵抗２２６がオペアンプの正入力端２１６を接地
に接続し、この抵抗は好ましくは１ｋΩの値を有する。
入力オフセット電流の影響を最小にするために抵抗２２
６のインピーダンスがオペアンプ２１６のフィードバッ
クインピーダンスに大体等しくなるように選ばれてい
る。以降のステージ２３０及び２５０が高周波数領域で
の利得を低下させるために補償回路に挿入されている。
この理由は以下の通りである。Ｔｃ２（ほぼ０．５サイ
クル毎秒）作用する周波数以上の周波数では、開ループ
回路２４の伝達関数の利得が１２ｄＢ／オクターブの割
合で約４．５サイクル毎秒のジオホンの共振周波数に達
するまで増大する。この周波数以上では、開ループ伝達
関数利得は、ほぼ１００の一定ループゲインの水準に達
するまで上昇する。もし可能で有り、本発明のアクティ
ブ振動絶縁装置の機械的要素が完全に理想的でありまた
剛体であるとすると、開ループゲインは非常に高い周波
数まで１００のままである。しかしながら、高周波数に
おいてはおよそ２０００ヘルツでの小質量１８（図１参
照）の共振があり、圧電モータスプリングエレメント１
６及び小質量の共振が約７００ヘルツで存在する。ジオ
ホン１７及び装置プラットフォームベース（後述する）
においても他の高周波数の共振が存在する。もし開ルー
プゲインがこれらの共振の周波数領域において一定の大
きさ１００に維持され得るならば、不安定な状態が存在
し、上記の共振の内の一つ或いはその近傍で装置が振動
することになる。従って補償回路２４の高周波ループゲ
インは上記の、この例では小質量１８及びスプリングエ
レメント１６の共振であり約毎秒７００サイクルの共振
の最低周波数の手前で充分に１以下になって居なければ
ならない。高周波数共振での増幅がいくらか行われるた
めには、ループゲインが１に交差し、７００ヘルツより
充分手前で周波数の上昇に対して高速に低下することが
必要である。好ましくは、利得がほぼ３５０サイクル毎
秒で１になり、それ以後急速に低下することが必要であ
る。高周波数での利得減少の式は以下の通りである。
１６０により生成される真の極及び真のゼロの代わり
に、他の回路を用いることができその場合複雑な極およ
び複雑なゼロが生成される。以降のステージ１８０にお
いて、ノード１６４が、０．００１μＦの容量１８６を
介して接地に接続され、かつオペアンプ１８８の正の入
力に接続されたノード１８４に抵抗１８２を介して接続
されている。オペアンプ１８８の出力ノード１９０は抵
抗１９２を通して負入力ノード１９４に接続されてい
る。ノード１９４は容量１９６及び抵抗１９８を通して
接地に直列に接続されている。比較的小さな（１００ｐ
Ｆ）容量２００がノード１９０を接地に接続する。抵抗
１９２及び１９８は好ましくは１００ｋΩに選ばれ、容
量１９６は０．３９μＦに選ばれている。抵抗１８２は
３３．２ｋΩに選び、容量１８６は０．００１μＦに選
んでも良い。抵抗１８２及び容量１８６が共働して高周
波数でのノイズ低減フィルタを提供している。ステージ
１８０はステージ１６０と同様に、同一の個々の時定数
において他の極及び他のゼロを生成する。ステージ１６
０及び１８０の両方はＤＣ利得が１であるけれども、高
周波数利得は容量１７０及び１９６のために約２となっ
ている。ステージ１６０及び１８０の両方が総計で４５
から５０度の量の位相シフトを更に与えるために一緒に
用いられる。ステージ２１０は１から１０の利得調整ス
テージである。抵抗２１２がスージ１８０の出力をオペ
アンプ２１６の負入力として用いられるノード２１４に
接続する。オペアンプ２１６の出力ノードは比較的小さ
な（例えば１００ｐＦ）の容量２２０を介して接地に接
続されている。ノード２１８が抵抗２２２を介して０及
び５０ｋΩの間で調整することが可能な可変抵抗２２４
に接続されている。抵抗２２は５ｋΩの選ばれた値を有
する。抵抗２２６がオペアンプの正入力端２１６を接地
に接続し、この抵抗は好ましくは１ｋΩの値を有する。
入力オフセット電流の影響を最小にするために抵抗２２
６のインピーダンスがオペアンプ２１６のフィードバッ
クインピーダンスに大体等しくなるように選ばれてい
る。以降のステージ２３０及び２５０が高周波数領域で
の利得を低下させるために補償回路に挿入されている。
この理由は以下の通りである。Ｔｃ２（ほぼ０．５サイ
クル毎秒）作用する周波数以上の周波数では、開ループ
回路２４の伝達関数の利得が１２ｄＢ／オクターブの割
合で約４．５サイクル毎秒のジオホンの共振周波数に達
するまで増大する。この周波数以上では、開ループ伝達
関数利得は、ほぼ１００の一定ループゲインの水準に達
するまで上昇する。もし可能で有り、本発明のアクティ
ブ振動絶縁装置の機械的要素が完全に理想的でありまた
剛体であるとすると、開ループゲインは非常に高い周波
数まで１００のままである。しかしながら、高周波数に
おいてはおよそ２０００ヘルツでの小質量１８（図１参
照）の共振があり、圧電モータスプリングエレメント１
６及び小質量の共振が約７００ヘルツで存在する。ジオ
ホン１７及び装置プラットフォームベース（後述する）
においても他の高周波数の共振が存在する。もし開ルー
プゲインがこれらの共振の周波数領域において一定の大
きさ１００に維持され得るならば、不安定な状態が存在
し、上記の共振の内の一つ或いはその近傍で装置が振動
することになる。従って補償回路２４の高周波ループゲ
インは上記の、この例では小質量１８及びスプリングエ
レメント１６の共振であり約毎秒７００サイクルの共振
の最低周波数の手前で充分に１以下になって居なければ
ならない。高周波数共振での増幅がいくらか行われるた
めには、ループゲインが１に交差し、７００ヘルツより
充分手前で周波数の上昇に対して高速に低下することが
必要である。好ましくは、利得がほぼ３５０サイクル毎
秒で１になり、それ以後急速に低下することが必要であ
る。高周波数での利得減少の式は以下の通りである。
【数８】 選択されたＴc3は．００３１４秒である。ステージ２３
０及び２５０全体の効果は毎秒５０サイクルから開ルー
プゲインを低下させはじめ、−１２ｄＢ／オクターブの
割合で低下させることである。図示されたアナログ段２
３０において、抵抗２３２がステージ２１０の出力ノー
ド２１８を演算増幅器２３６の入力ノード２３４に接続
している。オペアンプ２３６の第２の入力は抵抗２３８
を介して接地に接続されており、抵抗２３８好ましくは
１００ｋΩである。オペアンプ２３６の出力ノード２４
０は抵抗２４２を介して入力ノード２３４に戻り接続さ
れている。ノード２４０はまた容量２４６に直列な抵抗
２４４を介してノード２３４に接続されている。比較的
小さな容量（１００ｐＦ）２４８が出力ノード２４０を
接地に接続している。好ましくは、容量２４６は０．２
２μＦに選ばれており、抵抗２４４は１７００Ω、抵抗
２４２は１００ｋΩに選ばれている。この組み合わせ
は．０２２秒で極を、３．７４ｘ１０-4秒でゼロをそれ
ぞれ生成する。ステージ２５０の構成要素はステージ２
３０の構成要素と概ね同様である。抵抗２５２がステー
ジ２３０の出力ノード２４０を演算増幅器２５６の入力
ノード２５４に接続する。オペアンプ２５６の第２の入
力は抵抗２５８を介して接地に接続されている。オペア
ンプ２５６の出力ノード２６０は抵抗２６２を介して入
力ノード２５４に接続されている。ノード２６０及び２
５４は容量２６４及び抵抗２６６を介して直列に相互接
続されている。抵抗２５２、２５８、２６２及び２６
６、及び容量２６４の選ばれた値はステージ２３０の対
応する抵抗及び容量の値と同じである。小さな容量２６
８（１００ｐＦ）が出力ノード２６０を接地に接続す
る。所望の補償機能を得るために、第２のステージが以
下の項を二乗する。
０及び２５０全体の効果は毎秒５０サイクルから開ルー
プゲインを低下させはじめ、−１２ｄＢ／オクターブの
割合で低下させることである。図示されたアナログ段２
３０において、抵抗２３２がステージ２１０の出力ノー
ド２１８を演算増幅器２３６の入力ノード２３４に接続
している。オペアンプ２３６の第２の入力は抵抗２３８
を介して接地に接続されており、抵抗２３８好ましくは
１００ｋΩである。オペアンプ２３６の出力ノード２４
０は抵抗２４２を介して入力ノード２３４に戻り接続さ
れている。ノード２４０はまた容量２４６に直列な抵抗
２４４を介してノード２３４に接続されている。比較的
小さな容量（１００ｐＦ）２４８が出力ノード２４０を
接地に接続している。好ましくは、容量２４６は０．２
２μＦに選ばれており、抵抗２４４は１７００Ω、抵抗
２４２は１００ｋΩに選ばれている。この組み合わせ
は．０２２秒で極を、３．７４ｘ１０-4秒でゼロをそれ
ぞれ生成する。ステージ２５０の構成要素はステージ２
３０の構成要素と概ね同様である。抵抗２５２がステー
ジ２３０の出力ノード２４０を演算増幅器２５６の入力
ノード２５４に接続する。オペアンプ２５６の第２の入
力は抵抗２５８を介して接地に接続されている。オペア
ンプ２５６の出力ノード２６０は抵抗２６２を介して入
力ノード２５４に接続されている。ノード２６０及び２
５４は容量２６４及び抵抗２６６を介して直列に相互接
続されている。抵抗２５２、２５８、２６２及び２６
６、及び容量２６４の選ばれた値はステージ２３０の対
応する抵抗及び容量の値と同じである。小さな容量２６
８（１００ｐＦ）が出力ノード２６０を接地に接続す
る。所望の補償機能を得るために、第２のステージが以
下の項を二乗する。
【数９】 図示された実施例において、カップマウントもしくは受
動アイソレータ２０の剛性及び圧電モータの剛性のため
に、小質量１８及び換価荷重質量Ｍの間で、半径方向に
おいてほぼ３００ヘルツＺ方向において７００Ｈｚの周
波数の共振モードが存在することが明かになった。この
振動モードは参照番号４００で概括的示されるノッチフ
ィルタにより抑制される。好ましくは１０ｋΩの抵抗４
０２がノード２６０を演算増幅器４０６への負入力端と
して用いられるノード４０４に接続する。好ましくは１
０ｋΩの抵抗４０８がオペアンプの正入力端４０６を接
地に接続する。オペアンプ４０６の出力４１０は好まし
くは１０ｋΩの抵抗４１２を介して入力ノード４０４に
戻り接続されている。抵抗４０２及び４１２の値のため
に、「マザー」増幅器ステージ４０６の利得は１に近
い。ノード４１０が全体ステージ４００の出力ノードと
して用いられ、図１において２２で示されている圧電モ
ータ電力増幅器に接続されている。ステージ４００の残
りの回路は入力ノード４０４及び出力ノード４１０の間
にブリッジ接続されている。ポテンシオメータ４１４は
ノード４１０に接続された第１の端部と、ノード４１６
に接続された第２の端部と、オペアンプの負入力端４１
８に接続されたワイパを有している。好ましくは１０ｋ
Ωの抵抗４２０がオペアンプの正入力端４１８を接地に
接続している。オペアンプ４１８及び素子４１４及び４
２０の目的は抵抗４１２に平行なループの回りに供給さ
れる信号の利得を設定することである。同じく、好まし
くは１０ｋΩの抵抗４２２がノード４１６を入力ノード
４２４に接続している。入力ノード４２４は演算増幅器
４２６の負入力端に接続されている。好ましくは１ｋΩ
の抵抗４２８によりオペアンプの正入力端４２６が接地
に接続される。ここでは０．０４７μＦに選ばれた容量
４３０がオペアンプ４２６の出力ノード４３２をその入
力４２４に接続している。ノード４３２及び４２４はま
た好ましくは５ｋΩのポテンシオメータ４３４及び好ま
しくは１ｋΩの値を有する抵抗４３６を介して接続され
ている。ポテンシオメータ４３４のワイパーが抵抗４３
６を介してノード４２４に接続されており、その一端は
接地に接続されており、その他端はノード４３２に接続
されている。演算増幅器４２６及び付随する素子４２
８、４３０、４３６及び４３４が第１の積分器ステージ
を形成する。ポテンシオメータ４３４はノード４１０に
現れる出力スペクトルの「ノッチ」の深さを設定する。
ノード４３２が好ましくは１０ｋΩの抵抗４３７を介し
て演算増幅器４４０への負入力端として用いられるノー
ド４３８に接続されている。オペアンプ４４０は好まし
くは１ｋΩの抵抗４４２を介して接地に接続された正入
力端を有する。オペアンプ４４０の出力ノード４４４は
図示された実施例においては０．０４７μＦに選ばれた
容量４４６を介して入力ノード４３８に接続されてい
る。オペアンプ４４０及び付随する素子４４２、４３７
及び４４６がオペアンプ４２６を含む第１の積分器ステ
ージとともに共振状態を生成する第２の積分器ステージ
を形成している。出力ノード４３２における電圧が所定
の周波数範囲で共振し、マザー増幅器４０６により得ら
れる利得の全体的な減衰を生成する。ノード４３２が図
示された実施例では４．９９ｋΩに選ばれた抵抗４４８
を介してオペアンプ４０６の信号入力４０４に再び接続
される。ノード４４４がポテンシオメータ４５０の一端
に接続されている。ポテンシオメータ４５０のワイパー
は演算増幅器の負入力端４５２に接続されている。この
オペアンプ４５２の正入力端が抵抗４５４を介して接地
に接続されている。図示された実施例において、ポテン
シオメータ４５０は５ｋΩに選ばれており、抵抗４５４
は１ｋΩに選ばれている。ポテンシオメータ４５０の他
端はオペアンプ４５２の出力ノード４５６に接続されて
いる。オペアンプ４５２及び付随する素子４５０及び４
５４が利得を有する反転増幅器として動作する。ポテン
シオメータ４５０を調整することにより出力４１０に現
れる「ノッチ」の周波数が変化する。ノード４０４及び
４１０の間の二次のループにおける利得が高くなるほど
「ノッチ」の幅が広くなる。ノード４５６が好ましくは
１０ｋΩの抵抗４５８を介してノード４２４に接続され
ている。ノッチフィルタステージ４００が利得が１以上
にならないという有益な特徴を有している。ＤＣ利得は
１であり、無限周波数での利得も１である。「ノッチ」
の周波数はポテンシオメータ４５０により調整される。
「ノッチ」の深さはポテンシオメータ４３４により調整
される。「ノッチ」の幅はポテンシオメータ４１４にお
いて調整される。図７−１３に図示された実施例におい
て、ジオホン２６（図１）等の換価荷重絶対速度センサ
により圧電スタック１２に追加のフィードバック・ルー
プが提供される。もしこの追加のセンサが用いられた場
合、それからの補償された信号がノード２７０に加えら
れる。換価荷重速度信号増幅器ステージが４６０の影像
で示されている。この追加の絶対速度ループの動きの閉
ループ式は以下の通りである。
動アイソレータ２０の剛性及び圧電モータの剛性のため
に、小質量１８及び換価荷重質量Ｍの間で、半径方向に
おいてほぼ３００ヘルツＺ方向において７００Ｈｚの周
波数の共振モードが存在することが明かになった。この
振動モードは参照番号４００で概括的示されるノッチフ
ィルタにより抑制される。好ましくは１０ｋΩの抵抗４
０２がノード２６０を演算増幅器４０６への負入力端と
して用いられるノード４０４に接続する。好ましくは１
０ｋΩの抵抗４０８がオペアンプの正入力端４０６を接
地に接続する。オペアンプ４０６の出力４１０は好まし
くは１０ｋΩの抵抗４１２を介して入力ノード４０４に
戻り接続されている。抵抗４０２及び４１２の値のため
に、「マザー」増幅器ステージ４０６の利得は１に近
い。ノード４１０が全体ステージ４００の出力ノードと
して用いられ、図１において２２で示されている圧電モ
ータ電力増幅器に接続されている。ステージ４００の残
りの回路は入力ノード４０４及び出力ノード４１０の間
にブリッジ接続されている。ポテンシオメータ４１４は
ノード４１０に接続された第１の端部と、ノード４１６
に接続された第２の端部と、オペアンプの負入力端４１
８に接続されたワイパを有している。好ましくは１０ｋ
Ωの抵抗４２０がオペアンプの正入力端４１８を接地に
接続している。オペアンプ４１８及び素子４１４及び４
２０の目的は抵抗４１２に平行なループの回りに供給さ
れる信号の利得を設定することである。同じく、好まし
くは１０ｋΩの抵抗４２２がノード４１６を入力ノード
４２４に接続している。入力ノード４２４は演算増幅器
４２６の負入力端に接続されている。好ましくは１ｋΩ
の抵抗４２８によりオペアンプの正入力端４２６が接地
に接続される。ここでは０．０４７μＦに選ばれた容量
４３０がオペアンプ４２６の出力ノード４３２をその入
力４２４に接続している。ノード４３２及び４２４はま
た好ましくは５ｋΩのポテンシオメータ４３４及び好ま
しくは１ｋΩの値を有する抵抗４３６を介して接続され
ている。ポテンシオメータ４３４のワイパーが抵抗４３
６を介してノード４２４に接続されており、その一端は
接地に接続されており、その他端はノード４３２に接続
されている。演算増幅器４２６及び付随する素子４２
８、４３０、４３６及び４３４が第１の積分器ステージ
を形成する。ポテンシオメータ４３４はノード４１０に
現れる出力スペクトルの「ノッチ」の深さを設定する。
ノード４３２が好ましくは１０ｋΩの抵抗４３７を介し
て演算増幅器４４０への負入力端として用いられるノー
ド４３８に接続されている。オペアンプ４４０は好まし
くは１ｋΩの抵抗４４２を介して接地に接続された正入
力端を有する。オペアンプ４４０の出力ノード４４４は
図示された実施例においては０．０４７μＦに選ばれた
容量４４６を介して入力ノード４３８に接続されてい
る。オペアンプ４４０及び付随する素子４４２、４３７
及び４４６がオペアンプ４２６を含む第１の積分器ステ
ージとともに共振状態を生成する第２の積分器ステージ
を形成している。出力ノード４３２における電圧が所定
の周波数範囲で共振し、マザー増幅器４０６により得ら
れる利得の全体的な減衰を生成する。ノード４３２が図
示された実施例では４．９９ｋΩに選ばれた抵抗４４８
を介してオペアンプ４０６の信号入力４０４に再び接続
される。ノード４４４がポテンシオメータ４５０の一端
に接続されている。ポテンシオメータ４５０のワイパー
は演算増幅器の負入力端４５２に接続されている。この
オペアンプ４５２の正入力端が抵抗４５４を介して接地
に接続されている。図示された実施例において、ポテン
シオメータ４５０は５ｋΩに選ばれており、抵抗４５４
は１ｋΩに選ばれている。ポテンシオメータ４５０の他
端はオペアンプ４５２の出力ノード４５６に接続されて
いる。オペアンプ４５２及び付随する素子４５０及び４
５４が利得を有する反転増幅器として動作する。ポテン
シオメータ４５０を調整することにより出力４１０に現
れる「ノッチ」の周波数が変化する。ノード４０４及び
４１０の間の二次のループにおける利得が高くなるほど
「ノッチ」の幅が広くなる。ノード４５６が好ましくは
１０ｋΩの抵抗４５８を介してノード４２４に接続され
ている。ノッチフィルタステージ４００が利得が１以上
にならないという有益な特徴を有している。ＤＣ利得は
１であり、無限周波数での利得も１である。「ノッチ」
の周波数はポテンシオメータ４５０により調整される。
「ノッチ」の深さはポテンシオメータ４３４により調整
される。「ノッチ」の幅はポテンシオメータ４１４にお
いて調整される。図７−１３に図示された実施例におい
て、ジオホン２６（図１）等の換価荷重絶対速度センサ
により圧電スタック１２に追加のフィードバック・ルー
プが提供される。もしこの追加のセンサが用いられた場
合、それからの補償された信号がノード２７０に加えら
れる。換価荷重速度信号増幅器ステージが４６０の影像
で示されている。この追加の絶対速度ループの動きの閉
ループ式は以下の通りである。
【数１０】 Ｘは換価荷重Ｍpの運動、Ｕはベースの運動、Ｗiは受動
アイソレータ及び換価荷重の共振周波数、Ｇvは補償機
能、Ｃvは閉ループ利得でありＳはラプラス変換演算子
である。上式はジオホンの伝達関数を１に設定した単純
化した形式で示されている。これはジオホンの共振周波
数Ｗgはアクティブ絶対速度制御が行われる周波数領域
より殆ど１／１０程度低いため、行うことができるので
ある。伝達関数特性式の虚数部分は２ζＷiＳに等しく
なければならず、ζは臨界値の制動の受動アイソレータ
に相当する部分である。補償機能Ｇvは臨界値制動の受
動アイソレータ相当部分である。補償機能Ｇvは１に設
定される。次にζは以下の通りである。 ζ＝０．５ＣvＷi （９） 受動アイソレータは好ましくは弾力性の構造である。ζ
の所望の値は１であり、換価荷重Ｍp（この実施例では
２０００ポンドの最大値を有する）による応力が印加さ
れているエラストマーのＷiは約毎秒２π２０ラジアン
であるから、Ｃv約０．０１ポンド／インチ／秒であ
る。圧電モータを０．０００１インチ動かすのに必要な
電圧は１００ボルトであり、ジオホンの較正は１.５ボ
ルト／インチ／秒である。所望のループゲインを達成す
るための実利得は１００／１.５又は６７である。この
小さな大きさの利得によって、ＤＣブロックステージを
設ける必要が無い。６７の実際の増幅器利得は適当な抵
抗値を選ぶことによってステージ４６０において達成さ
れる。ジオホン共振周波数は毎秒４．５サイクルであ
り、換価荷重絶対速度制御界ループゲインは０．００１
５／秒であり、また１００サイクルの周波数において換
価荷重速度制御ループの開ループゲインは０．００３３
である。これらの利得の両方は低く、また周波数が受動
アイソレータ共振周波数から増加もしくは減少するのに
応じてさらに低くなる。４．５ヘルツ及び１００ヘルツ
での低利得ステージは換価荷重絶対速度センサ２６から
電力増幅器２２までの回路に複雑な補償回路を設ける必
要が無いことを示している。こうして、必要となるすべ
ては単一の増幅器ステージ４６０である。複雑で重い内
部共振を伴う換価荷重については、このフィードバック
・ループにおいて、より複雑なフィルタリング、例えば
少なくとも２つの極の追加が必要になる。図３及び図４
の回路は完全にアナログ形式である。幾つかのアルゴリ
スムのうちのいずれかを用いることによって同一の信号
処理をディジタルで行うことができ、これらの機能をデ
ィジタルで実施することは十分に当業者の能力の内であ
るからこれらのディジタルの方法は図示されたアナログ
回路の完全に等価である。補償回路２４「絶対変位」セ
ンサ（好ましくは、その出力が一度積分された絶対速度
センサであり、図示された回路２４がこの積分を行う）
及び（選択的には）一方向の動きのための絶対速度セン
サからの信号を調整するのに用いられる。以下に述べる
ように、発明の装置３つの方向の各々における振動を補
償する。補償回路２４は単にこれらの振動補償の追加の
方向の各々に対して同じ動作を行う。他の実施例（図示
せず）の場合にはマルチ・アクセス接続された補償回路
が個々の補償回路の代わりに用いられる。図５は３次元
的装置の為のジオホン、補償回路及び剛性アクチュエー
タの間の電気的相互接続を示す高水準の電気的構成図で
ある。符号４７０で全体的に表される電子コントローラ
が図３及び図４において詳しく説明した補償回路２４を
含んでいる。回路４７２及び４７４は回路２４と同一で
ある。補償／制御回路２４は「Ｚ」もしくは垂直の換価
荷重ジオホン２６及び「Ｚ」小質量ジオホン１７からの
センサ入力を受け取るように設けられている。この回路
は複数の垂直の圧電もしくは剛性アクチュエータモータ
１２ａ、１２ｂ及び１２ｃの各々に並列的に制御信号を
出力する。補償／制御回路４７２は「Ｘ」軸に沿った換
価荷重の動きを検知する「Ｘ」ジオホン３２３からのセ
ンサ信号を受け取る。この回路はさらに小質量の「Ｘ」
方向の動きを検知する「Ｘ」ジオホン５０２からのセン
サ信号を受け取る。制御信号がこれらのセンサ信号から
導出され、「Ｘ」半径方向の剛性アクチュエータもしく
は圧電モータ２８４に伝達される。補償／制御回路４７
４は「Ｙ」換価荷重ジオホン３２５及び「Ｙ」小質量ジ
オホン５０６からの入力を受け取る。これらのジオホン
から受けた信号に基づいて、「Ｙ」補償／制御回路４７
４は制御信号を「Ｙ」半径方向の剛性アクチュエータも
しくは圧電モータ３５０に供給する。図から分かるよう
に、センサ／モータ装置は電子的クロストークが無く、
以下に記述した種々の剪断デカップラーにより実際のク
ロストークを扱う必要が無くなる。先に述べたように、
本発明の補償回路はアナログ形式の代わりにディジタル
形式で構成しても良い。図１８は図３及び図４に図示さ
れたアナログ回路の代わりに使用することができるディ
ジタル補償回路の高水準電気ブロック構成図である。信
号調節器８００が入力８０３に現れる６つのセンサ信号
（Ｘ、Ｙ及びＺ方向の各々について２つ）の各々をバッ
ファリングし、増幅する。センサ信号のうちの３つは小
質量に付いた運動センサから供給され、さらに外側制御
ループが用いられている場合には他の３つのセンサ信号
は換価荷重質量に付随するセンサから導出される。信号
調節器８００は信号をバッファリングして増幅し、次い
でこれらの信号をサンプルホールド回路８０３に伝送す
る。適当な周期でサンプルホールド信号がアナログ／デ
ィジタル変換器８０４に信号送出される。アナログ／デ
ィジタル変換器８０４は６つの信号のうちの一つを選択
してディジタル信号プロセッサ８０８に送出するマルチ
プレクサ８０６にディジタル信号を送出する。図示され
た実施例において、ディジタル信号プロセッサは一度に
一つの信号を処理するものであるが並列処理を用いても
良いことは勿論である。ディジタル信号プロセッサ８０
８は圧電モータのために適当な制御信号を生成するため
に入力８０３上に現れる信号をフィルタリングするため
に必要な信号補償を行う。３つの方向のうちの選ばれた
一つのためのディジタル制御信号はディジタル信号プロ
セッサ８０８からデマルチプレクサ８１０に出力され、
後者は次に、デマルチプレックス（多重化分解）信号を
３つのライン８１２のうちの選ばれたひとつからディジ
タル・アナログ変換器８１４に送出する。ディジタル・
アナログ変換器８１４は制御信号のアナロク信号を生成
し、後者は次にローパス平滑フィルタ８１６に伝達され
る。フィルタリングされた制御信号は次いで高電圧増幅
器８１８に伝達され、後者は出力８２０を介して、増幅
信号を圧電スタックに伝達する。図１９は発明の構成に
より実現されねばならない内側及び外側制御ループ及び
能動（アクティブ）／受動振動補償装置の補償回路のブ
ロック図での表示であり、３つの方向のうちの一つのみ
が示されている。図１９は特に換価荷重質量の絶対速度
を用いる外側ループが使用された場合を示している。入
力関数δinは振動する床により発生するベース外乱変位
を表している。慣性変位ζcは圧電モータスタックによ
り発生し、これはノード８３０において「邪魔せずに動
く」方法でδinから減算されて中間の質量慣性変位δi
が生成される。本発明の目的はδiを最小にすることで
ある。ブロック８３２は変位から速度への微分を表して
おり、装置の構造に内在されるものである。ブロック８
３２は中間もしくは小質量の絶対速度であるｖiを生成
する。速度ｖiはジオホンにより検知される。ジオホン
センサの動的特性は関数Ｓ（s）で表される。関数Ｇ
（s）中間慣性速度ｖiと換価荷重の速度出力ｖoとの間
の動的関係を表している。これは次に外側ループ補償関
数であるＣ（ｓ）に入力される。内側ループ補償関数Ｃ
（ｓ）ブロック８３４で示されており、例えば、図３及
び図４に示された回路により実現される。関数Ｃｖ
（s）カップマウントもしくは受動アイソレータにより
生じ、ほぼ２０ヘルツにおい出現する共振を補償するた
めにのみ用いられる。図示された実施例において補償回
路Ｃｖ（ｓ）からの出力はＣ（ｓ）からの補償信号にノ
ード８３６において加算され、これが次に圧電モータの
慣性変位δcを生成する。図２０（Ａ）及び（Ｂ）は補
償関数Ｃ（ｓ）についての振幅対周波数の及び位相対周
波数のボード線図である。図２０（Ａ）において、縦座
標は周波数をデシベル単位で−２０及び１４０デシベル
の間で示している。周波数は横座標において１００ｍＨ
ｚ及び１ｋＨｚの間で対数的に示されている。図２０
（Ｂ）において、縦座標は位相を−１８０及び＋１８０
度の間で示し、周波数は再び１００ｍＨｚ及び１ｋＨｚ
の間で対数的に示されている。図２１（Ａ）及び（Ｂ）
は選ばれた外側ループ補償関数Ｃｖ（s）についてのボ
ーデ曲線である。図２１（Ａ）及び（Ｂ）に示されたグ
ラフの横座標は受動アイソレータ共振周波数ωcが１
（１０0）に等しくなるように正規化された周波数であ
る。図２１（Ａ）における利得も利得曲線の「位置」は
センサ感度及び他の要因に依存するため同様に正規化さ
れている。利得はデシベル単位で示されている。外側ル
ープはカップマウントにより生成される共振にのみ関係
しているため、共振周波数ωcから離れるに従って意図
的な減衰が行われている。一般的に、補償関数は以下の
式で示される。
アイソレータ及び換価荷重の共振周波数、Ｇvは補償機
能、Ｃvは閉ループ利得でありＳはラプラス変換演算子
である。上式はジオホンの伝達関数を１に設定した単純
化した形式で示されている。これはジオホンの共振周波
数Ｗgはアクティブ絶対速度制御が行われる周波数領域
より殆ど１／１０程度低いため、行うことができるので
ある。伝達関数特性式の虚数部分は２ζＷiＳに等しく
なければならず、ζは臨界値の制動の受動アイソレータ
に相当する部分である。補償機能Ｇvは臨界値制動の受
動アイソレータ相当部分である。補償機能Ｇvは１に設
定される。次にζは以下の通りである。 ζ＝０．５ＣvＷi （９） 受動アイソレータは好ましくは弾力性の構造である。ζ
の所望の値は１であり、換価荷重Ｍp（この実施例では
２０００ポンドの最大値を有する）による応力が印加さ
れているエラストマーのＷiは約毎秒２π２０ラジアン
であるから、Ｃv約０．０１ポンド／インチ／秒であ
る。圧電モータを０．０００１インチ動かすのに必要な
電圧は１００ボルトであり、ジオホンの較正は１.５ボ
ルト／インチ／秒である。所望のループゲインを達成す
るための実利得は１００／１.５又は６７である。この
小さな大きさの利得によって、ＤＣブロックステージを
設ける必要が無い。６７の実際の増幅器利得は適当な抵
抗値を選ぶことによってステージ４６０において達成さ
れる。ジオホン共振周波数は毎秒４．５サイクルであ
り、換価荷重絶対速度制御界ループゲインは０．００１
５／秒であり、また１００サイクルの周波数において換
価荷重速度制御ループの開ループゲインは０．００３３
である。これらの利得の両方は低く、また周波数が受動
アイソレータ共振周波数から増加もしくは減少するのに
応じてさらに低くなる。４．５ヘルツ及び１００ヘルツ
での低利得ステージは換価荷重絶対速度センサ２６から
電力増幅器２２までの回路に複雑な補償回路を設ける必
要が無いことを示している。こうして、必要となるすべ
ては単一の増幅器ステージ４６０である。複雑で重い内
部共振を伴う換価荷重については、このフィードバック
・ループにおいて、より複雑なフィルタリング、例えば
少なくとも２つの極の追加が必要になる。図３及び図４
の回路は完全にアナログ形式である。幾つかのアルゴリ
スムのうちのいずれかを用いることによって同一の信号
処理をディジタルで行うことができ、これらの機能をデ
ィジタルで実施することは十分に当業者の能力の内であ
るからこれらのディジタルの方法は図示されたアナログ
回路の完全に等価である。補償回路２４「絶対変位」セ
ンサ（好ましくは、その出力が一度積分された絶対速度
センサであり、図示された回路２４がこの積分を行う）
及び（選択的には）一方向の動きのための絶対速度セン
サからの信号を調整するのに用いられる。以下に述べる
ように、発明の装置３つの方向の各々における振動を補
償する。補償回路２４は単にこれらの振動補償の追加の
方向の各々に対して同じ動作を行う。他の実施例（図示
せず）の場合にはマルチ・アクセス接続された補償回路
が個々の補償回路の代わりに用いられる。図５は３次元
的装置の為のジオホン、補償回路及び剛性アクチュエー
タの間の電気的相互接続を示す高水準の電気的構成図で
ある。符号４７０で全体的に表される電子コントローラ
が図３及び図４において詳しく説明した補償回路２４を
含んでいる。回路４７２及び４７４は回路２４と同一で
ある。補償／制御回路２４は「Ｚ」もしくは垂直の換価
荷重ジオホン２６及び「Ｚ」小質量ジオホン１７からの
センサ入力を受け取るように設けられている。この回路
は複数の垂直の圧電もしくは剛性アクチュエータモータ
１２ａ、１２ｂ及び１２ｃの各々に並列的に制御信号を
出力する。補償／制御回路４７２は「Ｘ」軸に沿った換
価荷重の動きを検知する「Ｘ」ジオホン３２３からのセ
ンサ信号を受け取る。この回路はさらに小質量の「Ｘ」
方向の動きを検知する「Ｘ」ジオホン５０２からのセン
サ信号を受け取る。制御信号がこれらのセンサ信号から
導出され、「Ｘ」半径方向の剛性アクチュエータもしく
は圧電モータ２８４に伝達される。補償／制御回路４７
４は「Ｙ」換価荷重ジオホン３２５及び「Ｙ」小質量ジ
オホン５０６からの入力を受け取る。これらのジオホン
から受けた信号に基づいて、「Ｙ」補償／制御回路４７
４は制御信号を「Ｙ」半径方向の剛性アクチュエータも
しくは圧電モータ３５０に供給する。図から分かるよう
に、センサ／モータ装置は電子的クロストークが無く、
以下に記述した種々の剪断デカップラーにより実際のク
ロストークを扱う必要が無くなる。先に述べたように、
本発明の補償回路はアナログ形式の代わりにディジタル
形式で構成しても良い。図１８は図３及び図４に図示さ
れたアナログ回路の代わりに使用することができるディ
ジタル補償回路の高水準電気ブロック構成図である。信
号調節器８００が入力８０３に現れる６つのセンサ信号
（Ｘ、Ｙ及びＺ方向の各々について２つ）の各々をバッ
ファリングし、増幅する。センサ信号のうちの３つは小
質量に付いた運動センサから供給され、さらに外側制御
ループが用いられている場合には他の３つのセンサ信号
は換価荷重質量に付随するセンサから導出される。信号
調節器８００は信号をバッファリングして増幅し、次い
でこれらの信号をサンプルホールド回路８０３に伝送す
る。適当な周期でサンプルホールド信号がアナログ／デ
ィジタル変換器８０４に信号送出される。アナログ／デ
ィジタル変換器８０４は６つの信号のうちの一つを選択
してディジタル信号プロセッサ８０８に送出するマルチ
プレクサ８０６にディジタル信号を送出する。図示され
た実施例において、ディジタル信号プロセッサは一度に
一つの信号を処理するものであるが並列処理を用いても
良いことは勿論である。ディジタル信号プロセッサ８０
８は圧電モータのために適当な制御信号を生成するため
に入力８０３上に現れる信号をフィルタリングするため
に必要な信号補償を行う。３つの方向のうちの選ばれた
一つのためのディジタル制御信号はディジタル信号プロ
セッサ８０８からデマルチプレクサ８１０に出力され、
後者は次に、デマルチプレックス（多重化分解）信号を
３つのライン８１２のうちの選ばれたひとつからディジ
タル・アナログ変換器８１４に送出する。ディジタル・
アナログ変換器８１４は制御信号のアナロク信号を生成
し、後者は次にローパス平滑フィルタ８１６に伝達され
る。フィルタリングされた制御信号は次いで高電圧増幅
器８１８に伝達され、後者は出力８２０を介して、増幅
信号を圧電スタックに伝達する。図１９は発明の構成に
より実現されねばならない内側及び外側制御ループ及び
能動（アクティブ）／受動振動補償装置の補償回路のブ
ロック図での表示であり、３つの方向のうちの一つのみ
が示されている。図１９は特に換価荷重質量の絶対速度
を用いる外側ループが使用された場合を示している。入
力関数δinは振動する床により発生するベース外乱変位
を表している。慣性変位ζcは圧電モータスタックによ
り発生し、これはノード８３０において「邪魔せずに動
く」方法でδinから減算されて中間の質量慣性変位δi
が生成される。本発明の目的はδiを最小にすることで
ある。ブロック８３２は変位から速度への微分を表して
おり、装置の構造に内在されるものである。ブロック８
３２は中間もしくは小質量の絶対速度であるｖiを生成
する。速度ｖiはジオホンにより検知される。ジオホン
センサの動的特性は関数Ｓ（s）で表される。関数Ｇ
（s）中間慣性速度ｖiと換価荷重の速度出力ｖoとの間
の動的関係を表している。これは次に外側ループ補償関
数であるＣ（ｓ）に入力される。内側ループ補償関数Ｃ
（ｓ）ブロック８３４で示されており、例えば、図３及
び図４に示された回路により実現される。関数Ｃｖ
（s）カップマウントもしくは受動アイソレータにより
生じ、ほぼ２０ヘルツにおい出現する共振を補償するた
めにのみ用いられる。図示された実施例において補償回
路Ｃｖ（ｓ）からの出力はＣ（ｓ）からの補償信号にノ
ード８３６において加算され、これが次に圧電モータの
慣性変位δcを生成する。図２０（Ａ）及び（Ｂ）は補
償関数Ｃ（ｓ）についての振幅対周波数の及び位相対周
波数のボード線図である。図２０（Ａ）において、縦座
標は周波数をデシベル単位で−２０及び１４０デシベル
の間で示している。周波数は横座標において１００ｍＨ
ｚ及び１ｋＨｚの間で対数的に示されている。図２０
（Ｂ）において、縦座標は位相を−１８０及び＋１８０
度の間で示し、周波数は再び１００ｍＨｚ及び１ｋＨｚ
の間で対数的に示されている。図２１（Ａ）及び（Ｂ）
は選ばれた外側ループ補償関数Ｃｖ（s）についてのボ
ーデ曲線である。図２１（Ａ）及び（Ｂ）に示されたグ
ラフの横座標は受動アイソレータ共振周波数ωcが１
（１０0）に等しくなるように正規化された周波数であ
る。図２１（Ａ）における利得も利得曲線の「位置」は
センサ感度及び他の要因に依存するため同様に正規化さ
れている。利得はデシベル単位で示されている。外側ル
ープはカップマウントにより生成される共振にのみ関係
しているため、共振周波数ωcから離れるに従って意図
的な減衰が行われている。一般的に、補償関数は以下の
式で示される。
【数１１】 通過帯域はカップマウント周波数のほぼ１オクターブ上
と下に選ばれている。第１の極１／τ1はωc／２より低
く選ぶことすら可能である。例えば、ωcが２０ヘルツ
であるときには、１／τ1は５ヘルツに選んでも良い。
他方の極１／τ2は、この時４０ヘルツに選ぶことがで
きる。第１の極の前のロールオフは一定の変位に対して
は反作用が起こらないようにするＤＣブロック機能であ
る。図２０（Ａ）、（Ｂ）、図２１（Ａ）及び（Ｂ）に
示されたボード線図が有り、図１９のブロック図が与え
られたとすると、ディジタル信号プロセッサ８０８（図
１８）を生のセンサ信号の共振を補償するのに必要な適
当な伝達関数によりプログラムすることは当業者にとっ
ては可能な範囲内のことである。図６はアクティブ振動
絶縁装置の２次元表示の単純化した概略的な実体図であ
る。図１により分かるように、支持された換価荷重Ｍは
受動アイソレータ（好ましくは弾力性タイプのマウン
ト）２０上に静止しており、後者は小質量１８により支
持さている。剪断デカップラー２８２が小質量１８及び
垂直の圧電モータスタック１２の間に挿入されている。
図６はまた換価荷重により働く力（典型的には重力）に
垂直な方向での能動的な振動の絶縁も示している。この
絶縁は半径方向の剛性アクチュエータ（好ましくは圧電
モータ）２８４及び半径方向の剪断デカップラー２８６
を使用することにより行われる。半径方向のモータ２８
４は振動する床もしくはベースＦに何等かの方法で固定
されている。剪断デカップラー２８６は半径方向のモー
タ２８４及び小質量１８のあいだに挿入されている。半
径方向の剛性アクチュエータモータ２８４が圧電スタッ
クである場合には、半径方向のモータ２８４には実際の
動作においてモータエレメント２８４が張力を受けるよ
うにならないように与圧しておくことが必要である。参
照番号２８８で概括的に示される圧縮スプリングエレメ
ントが半径方向のモータ２８４を与圧しておくために用
いられる。好ましい実施例において、スプリングエレメ
ントはゴムもしくはエラストマー同軸ブシュ２９２によ
って案内された円錐形の鋼スプリング等のスプリング２
９０を含む。スプリングエレメント２８８は床もしくは
振動するベースＦの延長部分及び剪断デカップラーユニ
ット２９４との間に配置されており、後者はスプリング
エレメント２８８及び小質量１８の間に挿入されてい
る。半径方向のモータ２８４、デカップラー２８６、デ
カップラー２９４及びスプリングエレメント２８８の直
線的な配置は図６における紙に垂直な方向についても繰
り返されており、これにより３次元の全てにおいて振動
の絶縁が行われる。 剛性アクチュエータモータ２８４
が圧電型である場合、最大の半径方向の振動の大きさは
励振スぺクトル全体に対してほぼ０．００１インチであ
る。圧電モータエレメントの予圧圧縮は例えば０．００
１５インチ等の０．００１インチよりわずかに大な値で
なければならない。圧電モータ２８４をこの量だけ圧縮
するのに必要な力は約１０００ポンドである。好ましく
は圧縮設定ネジもしくは他の手段（図６に図示せず）に
より円錐形の鋼スプリング２９０が予圧されて半径方向
の圧電モータエレメント２８４の圧縮方向において所望
の大きさのスラスト力を提供する。同軸スプリングエレ
メント２８８半径方向のモータ２８４の軸に平行なその
軸に沿って低い剛性を有し、それから半径方向には非常
に高い剛性を有する。こうして、同軸スプリングエレメ
ント２８８は半径方向のモータエレメント２８４が印加
された指令信号に応じて半径方向に収縮もしくは拡張す
ることを許す。同軸スプリングエレメント２８８は軸方
向において小さなスプリング剛性値を有しているけれど
も、その軸に垂直な全ての方向における力学剛性は非常
に高い。この構成により半径方向の圧電モータエレメン
ト２８４が半径方向のアイソレータの方向に自由に動
き、垂直モータのデカップラーの小さな剛性及び同軸円
錐形スプリングエレメントの負荷を受けるのみである。
デカップラー２８６が半径方向のモータ２８４及び小質
量１８の間に挿入されていることにより、例えば換価荷
重支持圧電モータ１２の移動により生じる剪断偏移が半
径方向のモータ１２の移動の０．７％程度に減少する。
小質量１８垂直方向にのみ動き、垂直モータ１２が拡張
もしくは収縮するときに回転しないことが望まれる。従
って、デカップラー２８６は小質量１８の他の面におい
てデカップラー２９４及び同軸ブシュ２９２によってバ
ランスが取られている。図７−１０は本発明の第１の実
際の実施例の詳細な機械的図面であり、図７は等角投影
図、図８は構成要素のある部分が影像で示された平面
図、図９は図８の線１０−９にほぼ沿った立断面図、図
１０は図８の線１０−１０にほぼ沿った立断面図であ
る。始めに図７を参照して、参照番号１０で概括的に表
されたアクティブ振動絶縁装置は、図示された実施例で
は長方形の外部筐体もしくはケース３００内に納められ
た機械的要素を有する。実施時には、３つのアクティブ
振動絶縁装置１０が用いられており、単一の換価荷重質
量Ｍ（図示せず）を三脚の状態で支持するように構成さ
れていることが注目される。ケース３００は側壁３０８
及び３１０及び更に２つの側壁（図示せず、図７−９参
照）を有し、その各々はそれぞれ側壁３０８及び３１０
に平行である。ケース３００の頂部３０２は取付可能な
別のユニットである。外部ケース３００は良好な高周波
数の能動的振動絶縁を得るために、高いモード共振周波
数を持つように充分に堅固でなければならない。外部筐
体３００の振動の第１のモードは毎秒１５００サイクル
より上でなければならない。これを満たすために、外部
筐体３００は例えばアルミニウム等の軽い重量の金属か
ら製造され、比較的厚い壁を有している必要が有る。外
部筐体３００は鋳造または機械仕上げされたプレートを
ボルトで組み立てることで作成される。好ましくは、外
部筐体３００はダイキャスト処理により製造される。頂
部プレート３０２は外部ケース３００にボルト３０４を
用いて取り付けられる。外部筐体３００と同様、頂部３
０２例えばアルミニウムもしは他の軽い金属等の軽い堅
固な材料から作られ、実用的な範囲でできるだけ厚い必
要がある。図示された実施例において、頂部３０２及び
外部筐体３００の壁の厚さはほぼ１．５インチである。
３つの足３０６が外部筐体３００の底部に、好ましくは
スイベルによって取り付けられる。この構成は足が非平
滑であり得る床の表面に対応することができるために用
いられている。しかしながら足３０６は高さが調整可能
であってはならない。もし底部足３０６が振動アイソレ
ータ１０が取付られ、支持された換価荷重Ｍp（図示せ
ず）がカバー板３２０上に配置された状態でその垂直の
高さが変更されたとすると、底部足３０６のどの一つの
高さが変化してもアイソレータ外部ケース３００が受動
アイソレータ２０に大きな剪断負荷を与えるような方法
で回転することになる。この剪断負荷は次に大きなトル
クを小質量（ここでは図示せず、図８−１０参照）に与
え、これによって潜在的に大きな剪断負荷が圧電モータ
エレメント（ここでは図示せず、図８−１０参照）に与
えられることになる。もしその結果生じる小質量上のね
じれがかなり大きければ圧電モータ剪断応力を過度に受
け割れてしまい、モータエレメントが動作しなくなる。
図示された実施例において、受動振動アイソレータ２０
はマサチューセッツ州、ブライトンのバリーコントロー
ル社により品番ＵＣ−４３００として製造されている弾
力性のカップマウントである。同様のアイソレータはオ
ハイオ州、デイトンのテックプロダクツ社から入手可能
である。受動アイソレータ２０好ましくは図７に示され
るＸ、Ｙ及びＺの全ての方向において等しい動的スプリ
ング剛性を有している。受動アイソレータは支持された
重い換価荷重質量Ｍp（図１参照）を小質量１８（図８
−１０に示す）から動的に絶縁し、剛性アクチュエータ
及び補償回路により良好なアクティブ振動絶縁が提供さ
れる周波数より高い周波数において、支持された換価荷
重のすべての振動方向における振動絶縁が行われる。
受動振動アイソレータ２０の共振周波数の選択は、一方
で高周波数での振動絶縁のトレードオフを考慮し、他方
では支持された換価荷重自身に作用する力による支持さ
れた換価荷重の動的な偏位を考慮して行われる。振動ア
イソレータ２０のために特に選ばれた共振周波数はほぼ
２０ヘルツである。図示された実施例において、受動ア
イソレータ２０は広いベース３１２（図８及び９）を含
む。アイソレータもしくはカップマウント２０の直径は
垂直に上昇するに従って減少し、カップマウント２０の
半径が最小となる狭搾部３１４に至る。この点からは、
カップマウント２０の輪郭がリップ部３１６まで半径方
向外側に所定の距離だけ拡大する。カップマウント２０
の輪郭は次いで凸形にその頂部３１８に向けて湾曲して
いる。頂部プレート３２０が受動アイソレータ２０の頂
部３１８に付着している。頂部プレート３２０により支
持された換価荷重質量の重量が確実にカップマウントア
イソレータ２０の頂部３１８全体に分配される。頂部プ
レート３２０はまたその各々がＺ、Ｘ及びＹ方向におけ
る換価荷重の移動を個々に検知するために配置された３
つの速度制御ループジオホンセンサ２６、３２３及び３
２５（図８参照）を含むケース３２２を含む。それらの
感度の軸は剛性アクチュエータ１２ａ−ｃ、２８４及び
３５０の各々の伸長／収縮の軸に一致させられている。
外部エンクロージャ３００の頂部３０２はスペーサ板３
２６を受ける大きな中心開口３２４を有する。支持され
た換価荷重センサのエンクロージャ３２２はプレート３
２０、アイソレータ２０の頂部及びセンサ２６、３２３
及び３２５の重量の共振周波数が高いようにカップマウ
ントカバープレート３２０によって支持されねばならな
い。これらの共振周波数が高くなる程、絶対速度制御ル
ープを良好に機能させることができる。図７にはＸ方向
の半径方向圧電モータのための半径方向のデカップラー
保持板３３２と、Ｙ方向の半径方向圧電モータのための
円錐形スプリング保持板３３４が示されている。装置１
０の実施例の内部構成は図８−１０に最も良く図示され
ている。図８はその内部構成の選ばれたエレメントを影
像で示したアクティブ振動絶縁装置１０の平面図であ
る。図９は図８の線９−９にほぼ沿った立断面図であ
る。図１０は図８の線１０−１０にほぼ沿った横方向の
立断面図である。特に図１０を参照すると、スペーサ板
３２６がボルト３６によって小質量１８に取り付けられ
ている。 小質量１８は垂直の圧電モータエレメント１
２ａ、１２ｂ及び１２ｃ、及び付随した垂直のデカップ
ラーs２８２ａ、２８２ｂ及び２８２ｃによって全体的
に支持されている。小質量１８は内部の空洞３３８内に
位置し、全ての面が外部ケース３００から離れており、
垂直の圧電モータエレメント１２ａ−１２ｃ及び半径方
向の圧電モータエレメント２８４及び３５０（後述す
る）を介した接触点のみが外部ケース３００との実際の
接触点である。図示された実施例において、垂直の圧電
モータエレメント１２ａ−１２ｃは直径が１.０インチ
であり、垂直の高さが１.２６インチである。これらの
モータ１２ａ−１２ｃはプラス又はマイナス０．００１
インチの最大動作範囲を有している。３つの垂直モータ
s１２ａ−１２ｃは３脚状の支持を形成し、垂直モータ
１２ａ−１２ｃが支持すること可能な換価荷重を増加さ
せるために使用されている。各垂直の剪断デカップラー
アセンブリー２８２ａ−２８２ｃは垂直方向において非
常に高いスプリング剛性を有する一方、Ｘ及びＹ方向に
おいては非常に低い力学剛性を有する。好ましくは、軸
方向（垂直）の剛性と半径方向（Ｘ及びＹ）の剪断デカ
ップラーの剛性の比は少なくとも１０倍好ましくは１０
０倍の大きさである。図示された実施例において、剪断
デカップラー２８２ａ−２８２ｃの直径は２インチであ
り、２つのデカップラーディスク３４２及び３４４の各
々の間の弾力性円板もしくはウエハ３４０の直径も２イ
ンチである。デカップラー２８２ａ−２８２ｃ及び対応
する半径方向のデカップラー（後述）が発明の重要な局
面を成している。アクティブ振動絶縁装置１０内におい
て用いられる圧電モータエレメントは常に圧縮されてい
ることが必要である。全ての引っ張り負荷はそれらのウ
エハ層に依存し、そうでなければモータを分極させる。
引っ張り応力の発生を避けるためには、モータエレメン
トは軸方向の装荷もしくは曲げ方向の装荷において引っ
張り負荷が生じないように構成されていなければならな
い。圧電モータエレメントの剪断装荷は剪断負荷がモー
タの部分に引っ張り負荷を発生する曲げモーメントを発
生させない限り許容される。圧電モータエレメント１２
ａ−ｃ内の剪断負荷を制限するために、各剪断デカップ
ラー２８２ａ−ｃが使用されており、その各々はエラス
トマーの薄いディスク、ウエハもしくは層３４０がその
間に挟まれた硬い非弾性材料例えば金属等から成る２つ
のディスク３４２及び３４４から成るものである。装荷
領域と非装荷領域の比が大きなときには各剪断デカップ
ラー２８２ａ−ｃの軸方向の剛性は高く保たれる一方、
半径方向の剛性は非常に低く保たれる。装置１０により
担持される換価荷重はエラストマーディスク３４０及び
好ましくは鋼ディスク３４２及び３４４の面に垂直であ
り、他のモータエレメントの動きにより生成される剪断
負荷は常にほぼエラストマーディスク３４０の面内にあ
る。剪断デカップラー２８２ａ−ｃの品質の一つの測定
基準は形状係数であり、これは圧縮負荷を受けるゴムも
しくは他のエラストマーの領域のディスクの周囲の回り
の装荷されないゴムの領域に対する比に相当する。これ
は以下の式で表される。
と下に選ばれている。第１の極１／τ1はωc／２より低
く選ぶことすら可能である。例えば、ωcが２０ヘルツ
であるときには、１／τ1は５ヘルツに選んでも良い。
他方の極１／τ2は、この時４０ヘルツに選ぶことがで
きる。第１の極の前のロールオフは一定の変位に対して
は反作用が起こらないようにするＤＣブロック機能であ
る。図２０（Ａ）、（Ｂ）、図２１（Ａ）及び（Ｂ）に
示されたボード線図が有り、図１９のブロック図が与え
られたとすると、ディジタル信号プロセッサ８０８（図
１８）を生のセンサ信号の共振を補償するのに必要な適
当な伝達関数によりプログラムすることは当業者にとっ
ては可能な範囲内のことである。図６はアクティブ振動
絶縁装置の２次元表示の単純化した概略的な実体図であ
る。図１により分かるように、支持された換価荷重Ｍは
受動アイソレータ（好ましくは弾力性タイプのマウン
ト）２０上に静止しており、後者は小質量１８により支
持さている。剪断デカップラー２８２が小質量１８及び
垂直の圧電モータスタック１２の間に挿入されている。
図６はまた換価荷重により働く力（典型的には重力）に
垂直な方向での能動的な振動の絶縁も示している。この
絶縁は半径方向の剛性アクチュエータ（好ましくは圧電
モータ）２８４及び半径方向の剪断デカップラー２８６
を使用することにより行われる。半径方向のモータ２８
４は振動する床もしくはベースＦに何等かの方法で固定
されている。剪断デカップラー２８６は半径方向のモー
タ２８４及び小質量１８のあいだに挿入されている。半
径方向の剛性アクチュエータモータ２８４が圧電スタッ
クである場合には、半径方向のモータ２８４には実際の
動作においてモータエレメント２８４が張力を受けるよ
うにならないように与圧しておくことが必要である。参
照番号２８８で概括的に示される圧縮スプリングエレメ
ントが半径方向のモータ２８４を与圧しておくために用
いられる。好ましい実施例において、スプリングエレメ
ントはゴムもしくはエラストマー同軸ブシュ２９２によ
って案内された円錐形の鋼スプリング等のスプリング２
９０を含む。スプリングエレメント２８８は床もしくは
振動するベースＦの延長部分及び剪断デカップラーユニ
ット２９４との間に配置されており、後者はスプリング
エレメント２８８及び小質量１８の間に挿入されてい
る。半径方向のモータ２８４、デカップラー２８６、デ
カップラー２９４及びスプリングエレメント２８８の直
線的な配置は図６における紙に垂直な方向についても繰
り返されており、これにより３次元の全てにおいて振動
の絶縁が行われる。 剛性アクチュエータモータ２８４
が圧電型である場合、最大の半径方向の振動の大きさは
励振スぺクトル全体に対してほぼ０．００１インチであ
る。圧電モータエレメントの予圧圧縮は例えば０．００
１５インチ等の０．００１インチよりわずかに大な値で
なければならない。圧電モータ２８４をこの量だけ圧縮
するのに必要な力は約１０００ポンドである。好ましく
は圧縮設定ネジもしくは他の手段（図６に図示せず）に
より円錐形の鋼スプリング２９０が予圧されて半径方向
の圧電モータエレメント２８４の圧縮方向において所望
の大きさのスラスト力を提供する。同軸スプリングエレ
メント２８８半径方向のモータ２８４の軸に平行なその
軸に沿って低い剛性を有し、それから半径方向には非常
に高い剛性を有する。こうして、同軸スプリングエレメ
ント２８８は半径方向のモータエレメント２８４が印加
された指令信号に応じて半径方向に収縮もしくは拡張す
ることを許す。同軸スプリングエレメント２８８は軸方
向において小さなスプリング剛性値を有しているけれど
も、その軸に垂直な全ての方向における力学剛性は非常
に高い。この構成により半径方向の圧電モータエレメン
ト２８４が半径方向のアイソレータの方向に自由に動
き、垂直モータのデカップラーの小さな剛性及び同軸円
錐形スプリングエレメントの負荷を受けるのみである。
デカップラー２８６が半径方向のモータ２８４及び小質
量１８の間に挿入されていることにより、例えば換価荷
重支持圧電モータ１２の移動により生じる剪断偏移が半
径方向のモータ１２の移動の０．７％程度に減少する。
小質量１８垂直方向にのみ動き、垂直モータ１２が拡張
もしくは収縮するときに回転しないことが望まれる。従
って、デカップラー２８６は小質量１８の他の面におい
てデカップラー２９４及び同軸ブシュ２９２によってバ
ランスが取られている。図７−１０は本発明の第１の実
際の実施例の詳細な機械的図面であり、図７は等角投影
図、図８は構成要素のある部分が影像で示された平面
図、図９は図８の線１０−９にほぼ沿った立断面図、図
１０は図８の線１０−１０にほぼ沿った立断面図であ
る。始めに図７を参照して、参照番号１０で概括的に表
されたアクティブ振動絶縁装置は、図示された実施例で
は長方形の外部筐体もしくはケース３００内に納められ
た機械的要素を有する。実施時には、３つのアクティブ
振動絶縁装置１０が用いられており、単一の換価荷重質
量Ｍ（図示せず）を三脚の状態で支持するように構成さ
れていることが注目される。ケース３００は側壁３０８
及び３１０及び更に２つの側壁（図示せず、図７−９参
照）を有し、その各々はそれぞれ側壁３０８及び３１０
に平行である。ケース３００の頂部３０２は取付可能な
別のユニットである。外部ケース３００は良好な高周波
数の能動的振動絶縁を得るために、高いモード共振周波
数を持つように充分に堅固でなければならない。外部筐
体３００の振動の第１のモードは毎秒１５００サイクル
より上でなければならない。これを満たすために、外部
筐体３００は例えばアルミニウム等の軽い重量の金属か
ら製造され、比較的厚い壁を有している必要が有る。外
部筐体３００は鋳造または機械仕上げされたプレートを
ボルトで組み立てることで作成される。好ましくは、外
部筐体３００はダイキャスト処理により製造される。頂
部プレート３０２は外部ケース３００にボルト３０４を
用いて取り付けられる。外部筐体３００と同様、頂部３
０２例えばアルミニウムもしは他の軽い金属等の軽い堅
固な材料から作られ、実用的な範囲でできるだけ厚い必
要がある。図示された実施例において、頂部３０２及び
外部筐体３００の壁の厚さはほぼ１．５インチである。
３つの足３０６が外部筐体３００の底部に、好ましくは
スイベルによって取り付けられる。この構成は足が非平
滑であり得る床の表面に対応することができるために用
いられている。しかしながら足３０６は高さが調整可能
であってはならない。もし底部足３０６が振動アイソレ
ータ１０が取付られ、支持された換価荷重Ｍp（図示せ
ず）がカバー板３２０上に配置された状態でその垂直の
高さが変更されたとすると、底部足３０６のどの一つの
高さが変化してもアイソレータ外部ケース３００が受動
アイソレータ２０に大きな剪断負荷を与えるような方法
で回転することになる。この剪断負荷は次に大きなトル
クを小質量（ここでは図示せず、図８−１０参照）に与
え、これによって潜在的に大きな剪断負荷が圧電モータ
エレメント（ここでは図示せず、図８−１０参照）に与
えられることになる。もしその結果生じる小質量上のね
じれがかなり大きければ圧電モータ剪断応力を過度に受
け割れてしまい、モータエレメントが動作しなくなる。
図示された実施例において、受動振動アイソレータ２０
はマサチューセッツ州、ブライトンのバリーコントロー
ル社により品番ＵＣ−４３００として製造されている弾
力性のカップマウントである。同様のアイソレータはオ
ハイオ州、デイトンのテックプロダクツ社から入手可能
である。受動アイソレータ２０好ましくは図７に示され
るＸ、Ｙ及びＺの全ての方向において等しい動的スプリ
ング剛性を有している。受動アイソレータは支持された
重い換価荷重質量Ｍp（図１参照）を小質量１８（図８
−１０に示す）から動的に絶縁し、剛性アクチュエータ
及び補償回路により良好なアクティブ振動絶縁が提供さ
れる周波数より高い周波数において、支持された換価荷
重のすべての振動方向における振動絶縁が行われる。
受動振動アイソレータ２０の共振周波数の選択は、一方
で高周波数での振動絶縁のトレードオフを考慮し、他方
では支持された換価荷重自身に作用する力による支持さ
れた換価荷重の動的な偏位を考慮して行われる。振動ア
イソレータ２０のために特に選ばれた共振周波数はほぼ
２０ヘルツである。図示された実施例において、受動ア
イソレータ２０は広いベース３１２（図８及び９）を含
む。アイソレータもしくはカップマウント２０の直径は
垂直に上昇するに従って減少し、カップマウント２０の
半径が最小となる狭搾部３１４に至る。この点からは、
カップマウント２０の輪郭がリップ部３１６まで半径方
向外側に所定の距離だけ拡大する。カップマウント２０
の輪郭は次いで凸形にその頂部３１８に向けて湾曲して
いる。頂部プレート３２０が受動アイソレータ２０の頂
部３１８に付着している。頂部プレート３２０により支
持された換価荷重質量の重量が確実にカップマウントア
イソレータ２０の頂部３１８全体に分配される。頂部プ
レート３２０はまたその各々がＺ、Ｘ及びＹ方向におけ
る換価荷重の移動を個々に検知するために配置された３
つの速度制御ループジオホンセンサ２６、３２３及び３
２５（図８参照）を含むケース３２２を含む。それらの
感度の軸は剛性アクチュエータ１２ａ−ｃ、２８４及び
３５０の各々の伸長／収縮の軸に一致させられている。
外部エンクロージャ３００の頂部３０２はスペーサ板３
２６を受ける大きな中心開口３２４を有する。支持され
た換価荷重センサのエンクロージャ３２２はプレート３
２０、アイソレータ２０の頂部及びセンサ２６、３２３
及び３２５の重量の共振周波数が高いようにカップマウ
ントカバープレート３２０によって支持されねばならな
い。これらの共振周波数が高くなる程、絶対速度制御ル
ープを良好に機能させることができる。図７にはＸ方向
の半径方向圧電モータのための半径方向のデカップラー
保持板３３２と、Ｙ方向の半径方向圧電モータのための
円錐形スプリング保持板３３４が示されている。装置１
０の実施例の内部構成は図８−１０に最も良く図示され
ている。図８はその内部構成の選ばれたエレメントを影
像で示したアクティブ振動絶縁装置１０の平面図であ
る。図９は図８の線９−９にほぼ沿った立断面図であ
る。図１０は図８の線１０−１０にほぼ沿った横方向の
立断面図である。特に図１０を参照すると、スペーサ板
３２６がボルト３６によって小質量１８に取り付けられ
ている。 小質量１８は垂直の圧電モータエレメント１
２ａ、１２ｂ及び１２ｃ、及び付随した垂直のデカップ
ラーs２８２ａ、２８２ｂ及び２８２ｃによって全体的
に支持されている。小質量１８は内部の空洞３３８内に
位置し、全ての面が外部ケース３００から離れており、
垂直の圧電モータエレメント１２ａ−１２ｃ及び半径方
向の圧電モータエレメント２８４及び３５０（後述す
る）を介した接触点のみが外部ケース３００との実際の
接触点である。図示された実施例において、垂直の圧電
モータエレメント１２ａ−１２ｃは直径が１.０インチ
であり、垂直の高さが１.２６インチである。これらの
モータ１２ａ−１２ｃはプラス又はマイナス０．００１
インチの最大動作範囲を有している。３つの垂直モータ
s１２ａ−１２ｃは３脚状の支持を形成し、垂直モータ
１２ａ−１２ｃが支持すること可能な換価荷重を増加さ
せるために使用されている。各垂直の剪断デカップラー
アセンブリー２８２ａ−２８２ｃは垂直方向において非
常に高いスプリング剛性を有する一方、Ｘ及びＹ方向に
おいては非常に低い力学剛性を有する。好ましくは、軸
方向（垂直）の剛性と半径方向（Ｘ及びＹ）の剪断デカ
ップラーの剛性の比は少なくとも１０倍好ましくは１０
０倍の大きさである。図示された実施例において、剪断
デカップラー２８２ａ−２８２ｃの直径は２インチであ
り、２つのデカップラーディスク３４２及び３４４の各
々の間の弾力性円板もしくはウエハ３４０の直径も２イ
ンチである。デカップラー２８２ａ−２８２ｃ及び対応
する半径方向のデカップラー（後述）が発明の重要な局
面を成している。アクティブ振動絶縁装置１０内におい
て用いられる圧電モータエレメントは常に圧縮されてい
ることが必要である。全ての引っ張り負荷はそれらのウ
エハ層に依存し、そうでなければモータを分極させる。
引っ張り応力の発生を避けるためには、モータエレメン
トは軸方向の装荷もしくは曲げ方向の装荷において引っ
張り負荷が生じないように構成されていなければならな
い。圧電モータエレメントの剪断装荷は剪断負荷がモー
タの部分に引っ張り負荷を発生する曲げモーメントを発
生させない限り許容される。圧電モータエレメント１２
ａ−ｃ内の剪断負荷を制限するために、各剪断デカップ
ラー２８２ａ−ｃが使用されており、その各々はエラス
トマーの薄いディスク、ウエハもしくは層３４０がその
間に挟まれた硬い非弾性材料例えば金属等から成る２つ
のディスク３４２及び３４４から成るものである。装荷
領域と非装荷領域の比が大きなときには各剪断デカップ
ラー２８２ａ−ｃの軸方向の剛性は高く保たれる一方、
半径方向の剛性は非常に低く保たれる。装置１０により
担持される換価荷重はエラストマーディスク３４０及び
好ましくは鋼ディスク３４２及び３４４の面に垂直であ
り、他のモータエレメントの動きにより生成される剪断
負荷は常にほぼエラストマーディスク３４０の面内にあ
る。剪断デカップラー２８２ａ−ｃの品質の一つの測定
基準は形状係数であり、これは圧縮負荷を受けるゴムも
しくは他のエラストマーの領域のディスクの周囲の回り
の装荷されないゴムの領域に対する比に相当する。これ
は以下の式で表される。
【数１２】 Ｄはゴムディスクの直径でありｔはディスクの厚さであ
る。エラストマーの剪断実効係数が変化しない限り形状
係数が増加するるとともにエラストマーの圧縮実効係数
が増加する。図示された実施例において、剪断デカップ
ラー２８２ａ−ｃの各々は直径が２インチであり、エラ
ストマーウエハ３４０は厚さが約０．０６インチであ
り、大きな直径対エラストマーの厚さの比が生じ、形状
係数は約８である。図示された圧電モータ１２ａ−ｃの
場合のモータ圧縮係数は３、０００、０００ｐｓｉであ
り、モータ剪断係数はほぼ１、０００、０００ｐｓｉで
ある。圧縮剛性は１、８８０、０００ポンド／インチで
あり、剪断に対する垂直モータスプリング剛性は約６
２、８３０ポンド／インチである。垂直モータ１２ａ−
ｃについては、軸方向でのデカップラー剛性とモータ剛
性の比は０．７である。半径方向での同一の比は０．０
７である。同一サイズではないけれども、半径方向のモ
ータ及びそれらの剪断デカップラー（後述）についても
同様の数値が得られる。大きな電圧が圧電モータエレメ
ント１２ａ−ｃに印加されていることを考慮すると、剪
断デカップラーエラストマー３４０はオゾンに対する耐
性がなければならない。他のオゾン耐性エラストマーを
使用することも可能であるが、かかるエラストマーとし
てはクロロプレンゴムがある。エラストマーウエハ３４
０を構成するために用いられるクロロプレンゴムは好ま
しくは剪断剛性をできるだけ低く維持し、かつ高い機械
強度を得るために、例えばカーボンブラック等の強化充
填材を使用せずに形成される。図示された如く、各デカ
ップラー２８２ａ−ｃは垂直の圧電モータエレメント１
２ａ−ｃの各々の端部と小質量１８の間に間挿され、小
質量１８にこの目的で形成された受け部３４６の中に位
置する。適当な穴及びチャンネル（明確のために省略し
た）がケース３００及び小質量１８に形成され、圧電モ
ータ１２ａ−ｃに連絡する。圧電モータエレメント１２
ａ−ｃの各々は絶縁ディスクにより互いに分離された複
数の圧電ディスクから成る。圧電ディスクは一対の平行
バスにより並列に配線され、後者は一対の高電圧リード
に接続する。これらの詳細は明確のために省略したが、
この技術分野では良く知られた内容である。本発明の図
７−１０に示された実施例には２つの半径方向の圧電モ
ータエレメントが設けられている。即ち「Ｙ」方向（図
１０参照）にその軸が向いた圧電モータ３５０と、その
軸が「Ｘ」方向（図９参照）に向いた圧電モータエレメ
ント２８４である。図示された実施例において、半径方
向のモータエレメント２８４及び３５０は直径が０．６
３インチであり長さが１.２６インチである。この直径
は円錐形スプリングが実用的な大きさだけ突出する（円
錐形スプリングについては後述する）為に必要な長さに
対してできる限り小さく選ばれている。モータ２８４及
び３５０は垂直の圧電モータエレメント１２ａ−１２ｃ
と同一のダイナミック変位特性を有する。半径方向モー
タエレメント２８４には参照番号２８６で概略的に表さ
れた半径方向のデカップラーが設けられており、半径方
向のモータエレメント３５０には参照番号３５２で概略
的に表された半径方向のデカップラーが設けられてい
る。各デカップラーアセンブリー２８６、３５０はフロ
ントプレート３５４、弾力性ウエハ３５６及びリア取付
部品もしくは板３５８を含む。ディスク３５４、フィッ
ティング３５８及び弾力性ウエハ３５６は垂直のデカッ
プラーアセンブリー２８２ａ−ｃのそれと同じ直径を有
し、ディスク３５４は金属ディスク３４４及び３４２と
厚さが同じであり、弾力性ウエハ３５６はウエハ３４０
と同様の弾力性を有する。各フロントディスク３５４は
半径方向のモータ３５０又は２８６の一端を所定位置に
保持するために端ぐりされている。モータエレメント３
５０及び２８６の端部をそれぞれのディスク３５４に取
り付けるためには高係数エポキシ樹脂接着剤を用いる方
法が選ばれている。フィッティング３５８は外部エンク
ロージャ３００の各々の側壁３５９、３０８にネジ込ま
れたネジ付きシリンダである。図１０を参照すれば、小
質量１８の他の面には半径方向のモータ３５０と正反対
の位置に、これに軸方向に位置合わせされた、参照番号
３６０で概括的に表された半径方向のデカップラーが設
けられている。半径方向のデカップラー３６０は、半径
方向のデカップラーアセンブリー３５２と同様に、金属
フォロントディスク３６２、弾力性ウエハ３６４及び後
部の円筒形成分３６６を含む。部品３６２、２６４及び
３６６の直径は垂直のデカップラーアセンブリー２８２
ａ−ｃの直径と同一である。ディスク３６２の厚さはデ
ィスク３４４の厚さと同一であり、弾力性層３６４の厚
さは層３４０の厚さと同様である。図示された実施例に
おける半径方向のデカップラーは半径方向の大きさが垂
直のデカップラー２８２ａ−ｃと同一であるが、これは
コストの理由からであり他のサイズとしても良い。ディ
スク３６２は小質量１８のボア穴３６８にはめ込まれて
いる。半径方向の同軸ブシュ３７０がチューブ３７４及
びシリンダ３６６によって形成される。これらの構成要
素好ましくは機械加工可能な金属例えば鋼、真ちゅうも
しくはアルミニウムから作られる。シリンダ３６６は例
えば０．０６３インチの小さな隙間を残してチューブ３
７４の中に差し込まれている。弾力性のガスケット３７
８がシリンダ３６６及びチューブ３７４の間の位置はめ
込まれている。同軸ブシュ３７０はブシュ半径方向の軸
の方向において大きな形状係数を有しデカップラー２８
２ａ−ｃ及びデカップラー３５２と同様の作用を成す。
これによりブシュがブシュ半径方向において非常に大き
な力学剛性をもつ一方、ブシュの軸方向においては非常
に低い力学剛性をもつことになる。この様にして、半径
方向の圧電モータ３５０は小質量１８を同軸ブシュのス
プリング剛性から殆ど抵抗を受けずに「Ｙ」方向に動か
すことが可能である。しかしながらブシュはブシュ軸の
方向に対する半径方向において大きな力学剛性を有し、
垂直の圧電モータ１２ａ−１２ｃが動く結果となるブシ
ュ３７０の半径方向の移動が防止される。ジオホン１７
が小質量１８に形成された受容キャビティ（空洞）３７
９内に配置されている。ジオホンは装置１０の「Ｚ」軸
或いは換言すればモータ１２ａ−ｃの軸に軸合わせされ
ており、小質量の１８の垂直の振動を検知する。一時的
に図９に戻ると、「Ｘ」半径方向の圧電モータ２８４に
は剪断デカップラー２８６が設けられており、後者はフ
ロントプレート３５４、弾力性ウエハ３５６及びリア取
付部品３５８から成り、それらの全ては剪断デカップラ
ー３５２の構成要素と同一である。質量１８の他の側に
は半径方向の圧電モータ２８４の長さ方向の軸に同軸と
なるように半径方向のスプリングデカップラーアセンブ
リー２９４が設けられている。スプリングデカップラー
アセンブリー２９４はフロントディスク３６２、弾力性
円板、ウエハもしくは層３６４及び後部円筒形成分３６
６を含みこれらの全ては半径方向のスプリングデカップ
ラーアセンブリー３６０の同様の番号で示された構成要
素と同一であり得る。「Ｘ」半径方向の圧電モータ２８
４にはまた半径方向の同軸ブシュ５００が設けられてい
る。図９に示された区間においてまた明かなように、
「Ｘ」小質量ジオホン５０２（部分的に示す）が小質量
１８内のその受容部５０４に納められて示されており、
「Ｙ」ジオホン５０６が小質量１８内のその受容部５０
８に納められて示されている。ジオホン１７、５０２及
び５０６の内部構成要素は示されていないが、これらの
部品は販売会社から入手可能である。ジオホン５０２は
そのセンサ軸が半径方向の圧電モータ２８４の軸に平行
に軸合わせされており、図３及び図４に示されたものと
同様の回路を用いてモータに電子的に接続されている。
ジオホン５０６は「Ｙ」軸もしくは半径方向の圧電モー
タ３５０の軸に軸合わせされており、回路４７２（図
５）を用いて電子的にこのモータに接続されている（図
９）。図７−１０を同時に参照すると、同軸ブシュ３７
０の半径方向の高い力学剛性（図１０）は小質量１８の
垂直もしくは「Ｚ」軸に沿った力学剛性に釣りあってい
る。従って、小質量１８の垂直の動きが小質量１８の各
面上のデカップラー３６０、３５２、２９４及び２８６
をして同じ量だけ偏位せしめ、小質量がロール、縦揺れ
もしくは偏揺れ角度の方向に回転することが防止され
る。半径方向の同軸ブシュ３７０及び５００の半径方向
の剛性は半径方向の圧電モータ３５０及び２８４の半径
方向の剛性にほぼ等しい。小質量１８のすべての側面に
作用する垂直剛性は等しく、小質量１８が垂直の圧電モ
ータ１２ａ−１２ｃの頂部の面内で変位することが許さ
れる。これにより、垂直モータ１２ａ−１２ｃが動作し
たときに小質量１８はほぼ純粋に垂直に移動する。図１
０に戻って、外側同軸ブッシュチューブの直径３７４は
ネジ付けされており、ケース３００内のネジ付穴３８０
に受け取られる。これにより同軸ブッシュチューブ３７
４がケース３００の外側の側壁３１０の位置にネジこま
れて円錐形スプリング筐体（後述）を用いることにより
所定の軸方向の予圧が半径方向のモータ３５０に与えら
れる時点まで一時的に半径方向の圧電モータ３５０及び
同軸ブシュ３７０を弱い圧縮下で正しい位置に保持す
る。円錐形スプリング（もしくはワッシャー）３８２ａ
及び３８２ｂは半径方向の圧電モータ３５０に同軸的
に、また後者からは小質量１８の反対側に設けられてい
る。各円錐形スプリングもしくはベルビルワッシャー３
８２の形状は明確化の為に大きく誇張されており、実際
はもっと平坦である。円錐形スプリング３８２ａ−ｂは
適当な量だけ圧縮されたときに一定の圧縮力を与える。
円錐形ワッシャー３８２ａ−ｂは寸法が小さく非常にコ
ストが低いことが理由で選ばれているが、例えばゴム、
エラストマーもしくは鋼ダイスプリング、あるいは普通
の圧縮コイルスプリング等の他の圧縮手段が所定の圧縮
力を圧電モータ３５０に加えるために用いることができ
る。図示された実施例において、２つの円錐形ワッシャ
ー３８２ａ及び３８２ｂは、さらに直線的な特性を得る
ためにフロント（前部）対フロントの形で配置されてス
プリング内の摩擦を低減させている。この種の円錐形ワ
ッシャーは、例えばニューヨーク、ウッドサイドのシュ
ノーコーポレーションにより製造されている。同軸ブシ
ュ内側シリンダ３６６（剪断デカップラー３６０の部分
としても同様に作用する同一構成要素）は内側円錐形ワ
ッシャー３８２ｂを正しい位置に保持するために形成或
いは機械加工されている。例えば、カウンタボア穴３８
４はシリンダ３６６内へのボア穴及びその中に配置され
たインサート３８６である。この中にはセットネジもし
くはそれによりワッシャー３８２ｂが正しい位置に保持
されるピン３８８が配置される。外側の円錐形スプリン
グ保持板３３４は中心ボア穴３９０を有し、その中には
円錐形ワッシャー３８２ａを正しい位置に保持するよう
に動作するネジ３９２がネジ込まれている。円錐形ワッ
シャー３８２ａ及び３８２ｂを正しい位置に固定するた
めの他の手段を用いても良い。円錐形スプリング保持板
３３４はソケットヘッドキャップネジ３９４等を用いて
ブッシュチューブ３７４に（或いは、外部側壁３１０
に）固定されている。同軸ブッシュチューブ３７４及び
シリンダ３６６の間のオフセットは円錐形スプリング保
持板が正しい位置に置かれるたときにほぼ３００ポンド
の圧縮力が圧電半径方向のモータエレメント３５０に加
えられるように予め決められる。保持板３３４は「Ｙ」
方向半径方向のすべての部品が接触するまで同軸ブシュ
３７０内にネジ込み、ついで堅く接触するまで１／４か
ら１／２回回転させることで固定される。この方法で、
半径方向の部品及び小質量１８は円錐形ワッシャー３８
２ａ、３８２ｂが正しく位置し、予圧されるまで同軸ブ
シュが軸方向に装荷されることによる小さな力で正しい
位置に保持される。予圧圧縮力はアイソレータ１０が支
持された換価荷重の下に設置されるまでそれを一緒に保
持する。図９に戻り、半径方向のスプリングデカップラ
ーアセンブリー２９４及び半径方向の同軸ブシュ５００
は同様の方法で、デカップラーアセンブリー３６０及び
同軸ブシュ３７０（図１０）と同一の部品で構成され
る。同軸ブシュ５００は側壁５１４内の適当なボア穴５
１２にネジ込まれたネジ付きチューブ５１０を含み、外
部キャップ５１６がキャップネジ５１８によってチュー
ブ５１０に取り付けられている。ベルビルワッシャーが
設けられており、それは対向する二つの部分５２０ａ及
び５２０ｂを有している。これらの部分はそれぞれのピ
ン５２２及び５２４によって正しい位置に保持されてい
る。ピン５２２は円筒形部品３６６に同軸的なインサー
ト５２６内に納められている。ピン５２４はエンドキャ
ップ５１６の同軸ボア穴に挿入されている。弾力性の円
筒形層５３０がブシュ円筒３６６及びチューブ５１０の
間に形成されている。適当な柔軟性導線ジャケット５３
２及び付随する部品が換価荷重ジオホンケース３２２及
びケース３００の側壁５１４の穴（図示せず）との間に
取り付けられている。導線ジャケット５３２はジオホン
２６、３２３及び３２５（図８）に接続された電線のた
めの空間を提供する。ジオホン及び種々の圧電モータへ
の電気的接続は明確化のために省略されている。図示さ
れた実施例において、図３及び図４及び図５の補償回路
はユニット１０から離れて位置し、適当な通信ケーブル
（図示せず）を通してユニット１０に接続されている。
図１１（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、１２及び１３はほぼ円
筒形の形状の発明の第２の実施例を示している。図１１
（Ａ）は参照番号６００で概略的に表されたアクティブ
振動絶縁装置の分解等角投影図である。図１１（Ｃ）は
（Ａ）及び（Ｂ）のための座標装置を図示している。図
１１（Ｂ）は装置６００を組み立てた状態で示す等角投
影図である。図１２は図１１の線１２−１２にほぼ沿っ
た構成断面図である。図１３はいくつかの内部構成要素
を影像で示した装置６００の平面図である。図１１
（Ａ）−１３を参照すると、装置６００はキャビティ６
０４を確定する円筒形ケース６０２に納められている。
ケース６０２はその外部側壁６０６において凹型であ
り、同時にその内側側壁表面６０８において凸型であ
る。小質量６１０は側壁６０８及びケース６０２の底部
６１２から離れるようにキャビティ６０４内に納められ
ている。小質量６１０は３つの剛性アクチュエータもし
くは圧電モータ６１４−６１８により支持されている。
垂直の圧電モータ６１４−６１８の各々は垂直の剪断デ
カップラーアセンブリーを有し、その一つは、例えば圧
電モータ６１６とともに符号６２０で示されている（図
１１（Ｂ））。垂直のデカップラーアセンブリー６２０
は前の実施例における場合と同様に、下部金属板６２
２、弾力性ウエハもしくはディスク６２４及び上部金属
板６２６から構成されている。部品６２２−６２６は図
７−１０に示された実施例における部品と同様に同じ大
きさと特性を有している。モータエレメント６１６を一
例とすると、その頂部は下部デカップラーアセンブリー
板６２２の凹部６２８内に受容されている。モータエレ
メント６１６の底部は内部ケース６０２の底部表面６１
２上に静止している。デカップラーアセンブリー６２０
及びモータエレメント６１４は小質量６１０内のボア穴
６３０内に受容されている。小質量６１０はキャビティ
６０４内に納まり、また小質量６１０の重量を減少させ
るために曲面の表面６３２（図１１（Ａ）参照）をもつ
ように形成されている。小質量６１０内のボア穴６３０
はその最も内側の部分において、上部デカップラーアセ
ンブリー板６２６を精密に受容するために比較的小さな
半径となっている。ボア穴６３０はその長さの残り全体
にわたってやや大きな半径となって、弾力性円板もしく
はウエハ６２４、下部板６２２及び圧電モータ６１４を
より緩く受容し、ディスク６２４及び板６２２が小質量
６１０に対して横方向に動くことを許している。前の例
と同様に小質量６１０は「Ｘ」及び「Ｙ」方向において
剛性アクチュエータもしくは圧電モータエレメント６３
４及び６３６によって個々にケース６０２から絶縁され
ている。剪断デカップラーアセンブリー６４０は図１２
に示されており、「Ｙ」圧電モータエレメント６３６と
連結している。同様にデカップラーアセンブリー６４２
は「Ｘ」圧電モータエレメント６３４（図１１（Ａ））
と連結している。デカップラーアッセンブリー６４０及
び６４２は夫々近接金属板、弾力性円板もしくはウエ
ハ、遠隔金属板を含み、好ましくは製造が容易であるた
めに垂直のデカップラーアセンブリー２０と同一であ
る。圧電モータエレメント６３６及びデカップラーアセ
ンブリー６４０は図１２に示された如く「Ｙ」軸に同軸
的に配置されている。また参照番号６４４で概略的に表
されたブシュデカップラーアセンブリー及び水平パワー
キャップ６４６が「Ｙ」軸に同軸的に設けられている。
デカップラーアセンブリー６４４は、組み立てられたと
きに小質量の平坦な垂直の側壁６１０に係合するように
成された近接板６４８を含んでいる。弾力性ウエハもし
くはディスク６５０が金属板６４８に隣接するように設
けられている。円筒形金属デカップラーアセンブリーエ
レメント６５２が弾力性円板６５０の近傍に近接板６４
８に位置を合わせて配置されている。筒型スリーブ６５
４がケース６０２のボア穴６５６にネジ込まれている。
スリーブもしくはチューブ６５４の内側の半径はそれと
円筒形ブシュ部品６５２との間に十分な隙間が残るよう
に決められている。パワーキャップ６４６には複数のボ
ア穴が設けられ、それらはスリーブ６５４の対応するボ
ア穴と直線上に位置するように成されている。キャップ
ネジ（図示せず）がネジ付きボア穴６５８及び６６０内
に受容されてパワーキャップ６４６がスリーブ６５４に
取り付けられる。中心ネジ６６２が水平パワーキャップ
６４６の軸方向のボア穴６６４内に受容されている。ボ
ア穴６６４はネジ付きである。ネジ６６２は長いソケッ
トヘッドネジであり、ネジ無しのクリアランスシリンダ
６５２のボア穴６６６に受容されるのに十分な長さであ
る。セットネジ６６２はパワーキャップ６４６にネジ込
まれており２つのロックジャムナット６６５ａ及び６６
５ｂがソケットヘッドキャップネジ６６２に取付られて
いる。ロックジャムナット６６５ａ及び６６５ｂはソケ
ットヘッドキャップネジ６６２上でまず位置決めされ、
ついで互いに締め付け固定される。ジャムナット６６５
ａ及び６６５ｂのロック（固定）位置は２つの円錐形ワ
ッシャー６６７及び６６８を位置決めするように設定さ
れている。ロックされたジャムナット６６５ａ及び６６
５ｂの位置は２つの円錐形ワッシャーが予圧されｔ時に
ソケットヘッドキャップネジ６６２がシリンダ６５２に
接触しないように決められている。ボア穴６６６はその
直径がソケットヘッドキャップネジ６６２がそれに接触
しないような大きさである。円錐形ワッシャー６６７及
び６６８がソケットヘッドキャップネジ６６２上の正し
い位置に保持され、内側のワッシャーもしくは円錐形ス
プリング６６７の直径部分がジャムナット６６８に接触
する。円錐形スプリング６６７の外側の直径部分が円錐
形スプリング６６８の外側の直径部分に接触する。円錐
形スプリング６６８の内側の直径部分はソケットヘッド
キャップネジ６６２の外側の直径部分によって円錐形ス
プリング６６７に同軸的に保持されている。円錐形スプ
リング６６８の内側の直径部分がボア穴６６６の回りの
シリンダ６５２に接触している。別な方法としては、ジ
ャムナット６６５ａ及び６６５ｂは、ネジ６６２の半径
がそのステップ（段差）部の後に減少するようなネジ６
６２の機械加工されたステップ部（図示せず）に変えて
もよい。次ぎに円錐形ワッシャー６６７及び６６８はネ
ジ６６２の細くなったシャフトにステップ部に届くまで
滑り込まされ、該ステップ部はワッシャー６６７の内側
直径部分に接触する機械的ストップ部として作用する。
圧電モータ６３６はソケットヘッドキャップネジ６６２
を円錐形ワッシャー６６７及び６６８の荷重対変位特性
に依存した所定の変位だけ締め付けることにより予圧さ
れ、圧電モータエレメントの６３６予圧に必要な３００
ポンドの大きさの軸方向の推力を発生する。他の別な実
施例（図示せず）においては、図示されたワッシャー６
６７及び６６８は例えば６個もしくは８個のワッシャー
がネジ６６２上に並び、ジャムナット６６５及びボア穴
６６６の間に配置されるように複数個用いても良い。次
いで、「Ｘ」方向についてもこのようにベルビルワッシ
ャーの数を増加させる。この例と第１の実施例（図７−
１０）の一つの重要な特徴は「Ｙ」軸（及び「Ｘ」軸、
図１３参照）を垂直のデカップラーアセンブリー６２０
（一つが図１２に示されている）に対して位置決めされ
ることである。垂直のデカップラーアセンブリー６２０
はモータ６３６の「Ｙ」軸が垂直の剪断デカップラーエ
ラストマー６２４ａ、ｂ及びｃの水平な面内にほぼ存在
するように位置決めされている。この方法により、
「Ｙ」軸に沿って伝達された力が垂直モータエレメント
６１４−６１８上の曲げモーメントもしくは力あるいは
小質量６１０の回転を生じさせることが無いのである。
小質量６１０の他の面上には水平圧電スタック保持板６
７０がケース６０２の側壁６０６内の受容部もしくはボ
ア穴６７２内にはめ込まれている。適当なネジ付きボア
穴６７４及び６７６（図１０及び１１）が側壁６０６及
び保持板６７０内に形成され、保持板６７０が適当なネ
ジ（図示せず）により側壁６０６に取り付けられてい
る。ネジ（図示せず）がネジ付きボア穴６７８（図１
２）内に受容されて、水平剪断デカップラーアセンブリ
ー６４０の末端の金属板６８０を保持板６７０に取り付
ける。図１２に図示された「Ｙ」方向の構造は「Ｘ」方
向についても繰り返される。特に図１１（Ａ）を参照す
ると、スタック保持板６８２が側壁６０６内の対応する
受容部６８４に固定され、「Ｘ」デカップラーアセンブ
リー６４２を圧電モータ６３４に対して保持するように
成されている。スリーブもしくはチューブ６８６が
「Ｘ」軸で小質量６１０の反対側にあるボア穴６８８に
ねじ込まれている。水平パワーキャップ６９０は中心セ
ットネジ６９２を有し、後者は中心ボア穴６９０内にね
じ込まれシリンダ６８７内に軸方向に形成されたネジ無
しクリアランスボア穴６９４内に伸びている。前の例と
同様にジャムナット６９６及び６９８はセットネジ６９
２にネジ込まれており（或いはまた、これらのネジ６９
２の残りのシャフト部分の半径が小さくなるようなネジ
６９２の機械加工されたステップ部に置き換えても良
い）。一対の円錐形スプリングsもしくはベルビルワッ
シャー７００及び７０２はジャムナット７００及び[中
心ボア穴６９４のリップ部の間で圧縮され、セットネジ
６９２のシャフトによって正しい位置に保持される。図
１０において、ジャムナット６６５ａ及び６６５ｂ及び
円錐形スプリング６６７及び６６８は明確化のために省
略されている。「Ｘ」、「Ｙ」及び「Ｚ」軸の各々に対
して各ジオホン６９４、６９６及び６９８（図１３に最
も良く示されている）が設けられており、小質量６１０
内の適当な空洞部分内に配置されている。３つの足７０
０の夫々はケース６０２の底部の適当なネジ付きボア穴
７０４にねじ込まれたシャフト７０２を含む。図示され
た実施例では弾力性カップマウント７０６である受動ア
イソレータはフランジ部７０８及び適当なボア穴７１０
（図１１（Ａ））にネジ込まれたネジ（図示せず）を介
して直接的に小質量６１０の頂部に固定されている。こ
の実施例において、換価荷重質量は中間の構造を介さず
に直接的にカップマウント７０６の頂部上に静止してい
る。図示された実施例においてはまた、換価荷重運動セ
ンサフィードバック・ループが設けられておらず、図７
−１０に示された実施例においてはこの目的のために設
けられていたセンサ及びケースはここでは用いられてい
ない。勿論、換価荷重質量の速度を測定する速度フィー
ドバック・ループを設けることが望ましい場合には図１
１（Ａ）−１３に示された構成に追加することができ
る。発明の更に他の実施例が図１４に示された等角投影
図及び図１５の関連する分解図に図示されている。図１
４及び１５に示された実施例は図１０−１３に図示され
た実施例と大体同様であり、主な相違点についてのみ説
明する。外部ケース７２０には図５に図示された補償回
路を納めた回路ボックス７２２が取付られている。カッ
プマウントもしくは受動アイソレータ７２４は前の例と
同様に小質量７２６の頂部に取り付けられている。カッ
プマウント７２４は中心ネジ７３０によってキャップ７
２８に取り付けられている。キャップ７２８の下に見え
るのは変位センサ７３２、７３４及び７３６であり、こ
れらは３つの方向の各々における換価荷重（図示せず）
の動きを検知する為に配置されている。下方くさび７３
８（図１５においてシート金属カバー７４０の頂部上に
示されているけれども、実際はカバー７４０の下に配置
されている）が中心ネジ７３０（実際にカバー７４０上
にある）によって正しい位置に保持されている。下方く
さび７４４はシート金属カバー７４０の下にbyanL−Ｌ
型ブラケット７４６によって保持されている。セットネ
ジ（図示せず）がＬ型ブラケット７４６を通して及びネ
ジ付きボア穴７４８にねじ込まれており、下方くさび７
４４を内側もしくは外側に付勢しており、これによりカ
バー７４０を上昇もしくは下降せしめる。図１４に示さ
れた如く、セットネジはカバー７４０の側面内の外部ボ
ア穴７５０から挿入される。弾力性円板７５２がカバー
７４０の頂部に取り付けられ、換価荷重を受けるように
成されている。図１４−１５に示された実施例におい
て、下方及び上方くさび７４４及び７３８を適当に調節
することにより換価荷重の水準の調整が可能である。図
１６は３つの能動／受動絶縁装置７２１がすぐに換価荷
重質量（図示せず）を受けることが可能なように３角形
に配置されている状態を示す等角投影図である。３つの
装置７２１は、使用者が装置７２１の適当な電子診断及
び組み上げができるように使用者インターフェース／コ
ントローラ７５４に接続されている。電力ケーブル７５
６及び通信ケーブル７５８がこれらのユニット間を接続
する。図１７は速度及び相対変位フィードバック・ルー
プの両方を用いた発明の更に他の実施例の等角投影図で
ある。図１５及び１７の間では同様の文字が同様の部品
を表している。上方くさび７３８及び中心ネジ７３０が
正しい位置にあることが注目される。図７−９及び１４
−１６の場合の如く、速度もしくは初期変位センサを換
価荷重に接続して配置する代わりに発明のこの実施例は
小質量７２６の頂部に配置されたマウントブラケット７
７６上に配置されたＸ、Ｙ及びＺ相対移動センサ７７
０、７７２及び７７４を用いている。変位センサ７７
０、７７２及び７７４は渦電流センサ、磁気抵抗素子も
しくはホール効果センサ等を含む種々の種類の非接触セ
ンサの何れでも良い。センサ７７０−７７４及びマウン
トブラケット７７６は参照番号７７８で概略的に表され
た３軸ターゲットと共働する。ターゲット７７８は鉄を
含む材料から成り、カバー７２８の下面に固定されてい
る。ターゲット７７８の面７８０はＺセンサ７７４に沿
い、面７８２はＹセンサ７７２に沿い、面７８４（隠れ
線で示す）はＸセンサ７７０に沿っている。組み立てた
状態において、面７８２及び７８４はブラケット７７６
及びＺセンサ７８４の直立した壁との間に配置されてい
る。ブラケット７７６は小質量７２６の上面の上に受動
アイソレータ７２４からは半径方向に位置をずらして配
置されているけれども、小質量７２６の半径方向の余裕
部分の中に位置している。センサ７７０−７７４が渦電
流センサもしくは磁気抵抗素子である場合にはターゲッ
ト７７８は強磁性体のものが選ばれる。センサ７７０−
７７４の各々からのリード線は補償回路に接続され、こ
れらのセンサからの信号は小質量７２６上及び内に配置
されたジオホンとともにアクチュエータ７９０、７９
２、７９４、７９６及び７９８を制御するために用いら
れる。換価荷重の振動特性が能動／受動振動絶縁装置の
制動性能に顕著に影響することが明らかになった。剛性
アクチュエータを制御するために速度フィードバックを
用いた結果、換価荷重の振動モードと検知された出力と
の間に強い結合が生じる。ループゲインを高く保つ「進
み−遅れ」ネットワーク（例えば図３及び図４参照）を
用いたことによりループが閉じるためには、少なくとも
有る程度は特定の換価荷重に対して調整することが必要
な補償回路が要求される。以上に示した動的装置におい
て極の位置は固定されていたが、ゼロの位置及びそれに
応じて結合強度は測定されたセンサ出力に依存してい
る。その結果がゼロに現れるセンサ出力を極の非常に近
くに選ぶことによって、フィードバック・ループ対換価
荷重の動的特性の感度を低下させることができる。これ
は、受動マウントの負荷もしくは偏位を測定することに
よって達成される。換価荷重からの速度フィードバック
を使用することによって２つ以上の極が外側もしくは速
度ループを構成する補償回路に挿入されることが必要に
なるが、相対移動センサを使用することで補償回路を比
較的単純化されることが明らかになった。図２２は装置
の内側及び外側ループの組み合わせを示すブロック図で
あり、ここでは相対移動センサは外側ループの補償に用
いられている。床の動きはζｉｎで表されている。中間
質量慣性変位ζｉ（垂直方向における変位）は圧電モー
タの頂部において測定されると考えることができる。
（図１９における場合と同様に、自由度の一つのみが表
されており、これらの補償回路は他の自由度についても
複製して用いられる。）「プラント」ブロック８４０は
関数Ｐ（ｓ）を含み、これは補償装置の構造に固有の変
位から速度への微分である。この関数が中間質量の絶対
速度であるｖｉを生成する。ジオホンセンサの動的特性
はブロック８４２にＳ（ｓ）として表されている。小質
量絶対速度もまたブロック８４４に入力されている。こ
の固有もしくは「プラント」関数ブロックは入力ｖｉ
と、速度を変位に微分するために逆ラプラス変換演算子
１／Ｓが作用する検知された変位ｑとの間の動的関係を
示している。検知された変位ｑは８４６で示される外側
ループ補償器Ｃ（ｓ）に入力される。Ｃｑ（ｓ）は好ま
しくはＣ（ｓ）（式９.１参照）と同一であり、以下の
式で表されることが確認されている。
る。エラストマーの剪断実効係数が変化しない限り形状
係数が増加するるとともにエラストマーの圧縮実効係数
が増加する。図示された実施例において、剪断デカップ
ラー２８２ａ−ｃの各々は直径が２インチであり、エラ
ストマーウエハ３４０は厚さが約０．０６インチであ
り、大きな直径対エラストマーの厚さの比が生じ、形状
係数は約８である。図示された圧電モータ１２ａ−ｃの
場合のモータ圧縮係数は３、０００、０００ｐｓｉであ
り、モータ剪断係数はほぼ１、０００、０００ｐｓｉで
ある。圧縮剛性は１、８８０、０００ポンド／インチで
あり、剪断に対する垂直モータスプリング剛性は約６
２、８３０ポンド／インチである。垂直モータ１２ａ−
ｃについては、軸方向でのデカップラー剛性とモータ剛
性の比は０．７である。半径方向での同一の比は０．０
７である。同一サイズではないけれども、半径方向のモ
ータ及びそれらの剪断デカップラー（後述）についても
同様の数値が得られる。大きな電圧が圧電モータエレメ
ント１２ａ−ｃに印加されていることを考慮すると、剪
断デカップラーエラストマー３４０はオゾンに対する耐
性がなければならない。他のオゾン耐性エラストマーを
使用することも可能であるが、かかるエラストマーとし
てはクロロプレンゴムがある。エラストマーウエハ３４
０を構成するために用いられるクロロプレンゴムは好ま
しくは剪断剛性をできるだけ低く維持し、かつ高い機械
強度を得るために、例えばカーボンブラック等の強化充
填材を使用せずに形成される。図示された如く、各デカ
ップラー２８２ａ−ｃは垂直の圧電モータエレメント１
２ａ−ｃの各々の端部と小質量１８の間に間挿され、小
質量１８にこの目的で形成された受け部３４６の中に位
置する。適当な穴及びチャンネル（明確のために省略し
た）がケース３００及び小質量１８に形成され、圧電モ
ータ１２ａ−ｃに連絡する。圧電モータエレメント１２
ａ−ｃの各々は絶縁ディスクにより互いに分離された複
数の圧電ディスクから成る。圧電ディスクは一対の平行
バスにより並列に配線され、後者は一対の高電圧リード
に接続する。これらの詳細は明確のために省略したが、
この技術分野では良く知られた内容である。本発明の図
７−１０に示された実施例には２つの半径方向の圧電モ
ータエレメントが設けられている。即ち「Ｙ」方向（図
１０参照）にその軸が向いた圧電モータ３５０と、その
軸が「Ｘ」方向（図９参照）に向いた圧電モータエレメ
ント２８４である。図示された実施例において、半径方
向のモータエレメント２８４及び３５０は直径が０．６
３インチであり長さが１.２６インチである。この直径
は円錐形スプリングが実用的な大きさだけ突出する（円
錐形スプリングについては後述する）為に必要な長さに
対してできる限り小さく選ばれている。モータ２８４及
び３５０は垂直の圧電モータエレメント１２ａ−１２ｃ
と同一のダイナミック変位特性を有する。半径方向モー
タエレメント２８４には参照番号２８６で概略的に表さ
れた半径方向のデカップラーが設けられており、半径方
向のモータエレメント３５０には参照番号３５２で概略
的に表された半径方向のデカップラーが設けられてい
る。各デカップラーアセンブリー２８６、３５０はフロ
ントプレート３５４、弾力性ウエハ３５６及びリア取付
部品もしくは板３５８を含む。ディスク３５４、フィッ
ティング３５８及び弾力性ウエハ３５６は垂直のデカッ
プラーアセンブリー２８２ａ−ｃのそれと同じ直径を有
し、ディスク３５４は金属ディスク３４４及び３４２と
厚さが同じであり、弾力性ウエハ３５６はウエハ３４０
と同様の弾力性を有する。各フロントディスク３５４は
半径方向のモータ３５０又は２８６の一端を所定位置に
保持するために端ぐりされている。モータエレメント３
５０及び２８６の端部をそれぞれのディスク３５４に取
り付けるためには高係数エポキシ樹脂接着剤を用いる方
法が選ばれている。フィッティング３５８は外部エンク
ロージャ３００の各々の側壁３５９、３０８にネジ込ま
れたネジ付きシリンダである。図１０を参照すれば、小
質量１８の他の面には半径方向のモータ３５０と正反対
の位置に、これに軸方向に位置合わせされた、参照番号
３６０で概括的に表された半径方向のデカップラーが設
けられている。半径方向のデカップラー３６０は、半径
方向のデカップラーアセンブリー３５２と同様に、金属
フォロントディスク３６２、弾力性ウエハ３６４及び後
部の円筒形成分３６６を含む。部品３６２、２６４及び
３６６の直径は垂直のデカップラーアセンブリー２８２
ａ−ｃの直径と同一である。ディスク３６２の厚さはデ
ィスク３４４の厚さと同一であり、弾力性層３６４の厚
さは層３４０の厚さと同様である。図示された実施例に
おける半径方向のデカップラーは半径方向の大きさが垂
直のデカップラー２８２ａ−ｃと同一であるが、これは
コストの理由からであり他のサイズとしても良い。ディ
スク３６２は小質量１８のボア穴３６８にはめ込まれて
いる。半径方向の同軸ブシュ３７０がチューブ３７４及
びシリンダ３６６によって形成される。これらの構成要
素好ましくは機械加工可能な金属例えば鋼、真ちゅうも
しくはアルミニウムから作られる。シリンダ３６６は例
えば０．０６３インチの小さな隙間を残してチューブ３
７４の中に差し込まれている。弾力性のガスケット３７
８がシリンダ３６６及びチューブ３７４の間の位置はめ
込まれている。同軸ブシュ３７０はブシュ半径方向の軸
の方向において大きな形状係数を有しデカップラー２８
２ａ−ｃ及びデカップラー３５２と同様の作用を成す。
これによりブシュがブシュ半径方向において非常に大き
な力学剛性をもつ一方、ブシュの軸方向においては非常
に低い力学剛性をもつことになる。この様にして、半径
方向の圧電モータ３５０は小質量１８を同軸ブシュのス
プリング剛性から殆ど抵抗を受けずに「Ｙ」方向に動か
すことが可能である。しかしながらブシュはブシュ軸の
方向に対する半径方向において大きな力学剛性を有し、
垂直の圧電モータ１２ａ−１２ｃが動く結果となるブシ
ュ３７０の半径方向の移動が防止される。ジオホン１７
が小質量１８に形成された受容キャビティ（空洞）３７
９内に配置されている。ジオホンは装置１０の「Ｚ」軸
或いは換言すればモータ１２ａ−ｃの軸に軸合わせされ
ており、小質量の１８の垂直の振動を検知する。一時的
に図９に戻ると、「Ｘ」半径方向の圧電モータ２８４に
は剪断デカップラー２８６が設けられており、後者はフ
ロントプレート３５４、弾力性ウエハ３５６及びリア取
付部品３５８から成り、それらの全ては剪断デカップラ
ー３５２の構成要素と同一である。質量１８の他の側に
は半径方向の圧電モータ２８４の長さ方向の軸に同軸と
なるように半径方向のスプリングデカップラーアセンブ
リー２９４が設けられている。スプリングデカップラー
アセンブリー２９４はフロントディスク３６２、弾力性
円板、ウエハもしくは層３６４及び後部円筒形成分３６
６を含みこれらの全ては半径方向のスプリングデカップ
ラーアセンブリー３６０の同様の番号で示された構成要
素と同一であり得る。「Ｘ」半径方向の圧電モータ２８
４にはまた半径方向の同軸ブシュ５００が設けられてい
る。図９に示された区間においてまた明かなように、
「Ｘ」小質量ジオホン５０２（部分的に示す）が小質量
１８内のその受容部５０４に納められて示されており、
「Ｙ」ジオホン５０６が小質量１８内のその受容部５０
８に納められて示されている。ジオホン１７、５０２及
び５０６の内部構成要素は示されていないが、これらの
部品は販売会社から入手可能である。ジオホン５０２は
そのセンサ軸が半径方向の圧電モータ２８４の軸に平行
に軸合わせされており、図３及び図４に示されたものと
同様の回路を用いてモータに電子的に接続されている。
ジオホン５０６は「Ｙ」軸もしくは半径方向の圧電モー
タ３５０の軸に軸合わせされており、回路４７２（図
５）を用いて電子的にこのモータに接続されている（図
９）。図７−１０を同時に参照すると、同軸ブシュ３７
０の半径方向の高い力学剛性（図１０）は小質量１８の
垂直もしくは「Ｚ」軸に沿った力学剛性に釣りあってい
る。従って、小質量１８の垂直の動きが小質量１８の各
面上のデカップラー３６０、３５２、２９４及び２８６
をして同じ量だけ偏位せしめ、小質量がロール、縦揺れ
もしくは偏揺れ角度の方向に回転することが防止され
る。半径方向の同軸ブシュ３７０及び５００の半径方向
の剛性は半径方向の圧電モータ３５０及び２８４の半径
方向の剛性にほぼ等しい。小質量１８のすべての側面に
作用する垂直剛性は等しく、小質量１８が垂直の圧電モ
ータ１２ａ−１２ｃの頂部の面内で変位することが許さ
れる。これにより、垂直モータ１２ａ−１２ｃが動作し
たときに小質量１８はほぼ純粋に垂直に移動する。図１
０に戻って、外側同軸ブッシュチューブの直径３７４は
ネジ付けされており、ケース３００内のネジ付穴３８０
に受け取られる。これにより同軸ブッシュチューブ３７
４がケース３００の外側の側壁３１０の位置にネジこま
れて円錐形スプリング筐体（後述）を用いることにより
所定の軸方向の予圧が半径方向のモータ３５０に与えら
れる時点まで一時的に半径方向の圧電モータ３５０及び
同軸ブシュ３７０を弱い圧縮下で正しい位置に保持す
る。円錐形スプリング（もしくはワッシャー）３８２ａ
及び３８２ｂは半径方向の圧電モータ３５０に同軸的
に、また後者からは小質量１８の反対側に設けられてい
る。各円錐形スプリングもしくはベルビルワッシャー３
８２の形状は明確化の為に大きく誇張されており、実際
はもっと平坦である。円錐形スプリング３８２ａ−ｂは
適当な量だけ圧縮されたときに一定の圧縮力を与える。
円錐形ワッシャー３８２ａ−ｂは寸法が小さく非常にコ
ストが低いことが理由で選ばれているが、例えばゴム、
エラストマーもしくは鋼ダイスプリング、あるいは普通
の圧縮コイルスプリング等の他の圧縮手段が所定の圧縮
力を圧電モータ３５０に加えるために用いることができ
る。図示された実施例において、２つの円錐形ワッシャ
ー３８２ａ及び３８２ｂは、さらに直線的な特性を得る
ためにフロント（前部）対フロントの形で配置されてス
プリング内の摩擦を低減させている。この種の円錐形ワ
ッシャーは、例えばニューヨーク、ウッドサイドのシュ
ノーコーポレーションにより製造されている。同軸ブシ
ュ内側シリンダ３６６（剪断デカップラー３６０の部分
としても同様に作用する同一構成要素）は内側円錐形ワ
ッシャー３８２ｂを正しい位置に保持するために形成或
いは機械加工されている。例えば、カウンタボア穴３８
４はシリンダ３６６内へのボア穴及びその中に配置され
たインサート３８６である。この中にはセットネジもし
くはそれによりワッシャー３８２ｂが正しい位置に保持
されるピン３８８が配置される。外側の円錐形スプリン
グ保持板３３４は中心ボア穴３９０を有し、その中には
円錐形ワッシャー３８２ａを正しい位置に保持するよう
に動作するネジ３９２がネジ込まれている。円錐形ワッ
シャー３８２ａ及び３８２ｂを正しい位置に固定するた
めの他の手段を用いても良い。円錐形スプリング保持板
３３４はソケットヘッドキャップネジ３９４等を用いて
ブッシュチューブ３７４に（或いは、外部側壁３１０
に）固定されている。同軸ブッシュチューブ３７４及び
シリンダ３６６の間のオフセットは円錐形スプリング保
持板が正しい位置に置かれるたときにほぼ３００ポンド
の圧縮力が圧電半径方向のモータエレメント３５０に加
えられるように予め決められる。保持板３３４は「Ｙ」
方向半径方向のすべての部品が接触するまで同軸ブシュ
３７０内にネジ込み、ついで堅く接触するまで１／４か
ら１／２回回転させることで固定される。この方法で、
半径方向の部品及び小質量１８は円錐形ワッシャー３８
２ａ、３８２ｂが正しく位置し、予圧されるまで同軸ブ
シュが軸方向に装荷されることによる小さな力で正しい
位置に保持される。予圧圧縮力はアイソレータ１０が支
持された換価荷重の下に設置されるまでそれを一緒に保
持する。図９に戻り、半径方向のスプリングデカップラ
ーアセンブリー２９４及び半径方向の同軸ブシュ５００
は同様の方法で、デカップラーアセンブリー３６０及び
同軸ブシュ３７０（図１０）と同一の部品で構成され
る。同軸ブシュ５００は側壁５１４内の適当なボア穴５
１２にネジ込まれたネジ付きチューブ５１０を含み、外
部キャップ５１６がキャップネジ５１８によってチュー
ブ５１０に取り付けられている。ベルビルワッシャーが
設けられており、それは対向する二つの部分５２０ａ及
び５２０ｂを有している。これらの部分はそれぞれのピ
ン５２２及び５２４によって正しい位置に保持されてい
る。ピン５２２は円筒形部品３６６に同軸的なインサー
ト５２６内に納められている。ピン５２４はエンドキャ
ップ５１６の同軸ボア穴に挿入されている。弾力性の円
筒形層５３０がブシュ円筒３６６及びチューブ５１０の
間に形成されている。適当な柔軟性導線ジャケット５３
２及び付随する部品が換価荷重ジオホンケース３２２及
びケース３００の側壁５１４の穴（図示せず）との間に
取り付けられている。導線ジャケット５３２はジオホン
２６、３２３及び３２５（図８）に接続された電線のた
めの空間を提供する。ジオホン及び種々の圧電モータへ
の電気的接続は明確化のために省略されている。図示さ
れた実施例において、図３及び図４及び図５の補償回路
はユニット１０から離れて位置し、適当な通信ケーブル
（図示せず）を通してユニット１０に接続されている。
図１１（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、１２及び１３はほぼ円
筒形の形状の発明の第２の実施例を示している。図１１
（Ａ）は参照番号６００で概略的に表されたアクティブ
振動絶縁装置の分解等角投影図である。図１１（Ｃ）は
（Ａ）及び（Ｂ）のための座標装置を図示している。図
１１（Ｂ）は装置６００を組み立てた状態で示す等角投
影図である。図１２は図１１の線１２−１２にほぼ沿っ
た構成断面図である。図１３はいくつかの内部構成要素
を影像で示した装置６００の平面図である。図１１
（Ａ）−１３を参照すると、装置６００はキャビティ６
０４を確定する円筒形ケース６０２に納められている。
ケース６０２はその外部側壁６０６において凹型であ
り、同時にその内側側壁表面６０８において凸型であ
る。小質量６１０は側壁６０８及びケース６０２の底部
６１２から離れるようにキャビティ６０４内に納められ
ている。小質量６１０は３つの剛性アクチュエータもし
くは圧電モータ６１４−６１８により支持されている。
垂直の圧電モータ６１４−６１８の各々は垂直の剪断デ
カップラーアセンブリーを有し、その一つは、例えば圧
電モータ６１６とともに符号６２０で示されている（図
１１（Ｂ））。垂直のデカップラーアセンブリー６２０
は前の実施例における場合と同様に、下部金属板６２
２、弾力性ウエハもしくはディスク６２４及び上部金属
板６２６から構成されている。部品６２２−６２６は図
７−１０に示された実施例における部品と同様に同じ大
きさと特性を有している。モータエレメント６１６を一
例とすると、その頂部は下部デカップラーアセンブリー
板６２２の凹部６２８内に受容されている。モータエレ
メント６１６の底部は内部ケース６０２の底部表面６１
２上に静止している。デカップラーアセンブリー６２０
及びモータエレメント６１４は小質量６１０内のボア穴
６３０内に受容されている。小質量６１０はキャビティ
６０４内に納まり、また小質量６１０の重量を減少させ
るために曲面の表面６３２（図１１（Ａ）参照）をもつ
ように形成されている。小質量６１０内のボア穴６３０
はその最も内側の部分において、上部デカップラーアセ
ンブリー板６２６を精密に受容するために比較的小さな
半径となっている。ボア穴６３０はその長さの残り全体
にわたってやや大きな半径となって、弾力性円板もしく
はウエハ６２４、下部板６２２及び圧電モータ６１４を
より緩く受容し、ディスク６２４及び板６２２が小質量
６１０に対して横方向に動くことを許している。前の例
と同様に小質量６１０は「Ｘ」及び「Ｙ」方向において
剛性アクチュエータもしくは圧電モータエレメント６３
４及び６３６によって個々にケース６０２から絶縁され
ている。剪断デカップラーアセンブリー６４０は図１２
に示されており、「Ｙ」圧電モータエレメント６３６と
連結している。同様にデカップラーアセンブリー６４２
は「Ｘ」圧電モータエレメント６３４（図１１（Ａ））
と連結している。デカップラーアッセンブリー６４０及
び６４２は夫々近接金属板、弾力性円板もしくはウエ
ハ、遠隔金属板を含み、好ましくは製造が容易であるた
めに垂直のデカップラーアセンブリー２０と同一であ
る。圧電モータエレメント６３６及びデカップラーアセ
ンブリー６４０は図１２に示された如く「Ｙ」軸に同軸
的に配置されている。また参照番号６４４で概略的に表
されたブシュデカップラーアセンブリー及び水平パワー
キャップ６４６が「Ｙ」軸に同軸的に設けられている。
デカップラーアセンブリー６４４は、組み立てられたと
きに小質量の平坦な垂直の側壁６１０に係合するように
成された近接板６４８を含んでいる。弾力性ウエハもし
くはディスク６５０が金属板６４８に隣接するように設
けられている。円筒形金属デカップラーアセンブリーエ
レメント６５２が弾力性円板６５０の近傍に近接板６４
８に位置を合わせて配置されている。筒型スリーブ６５
４がケース６０２のボア穴６５６にネジ込まれている。
スリーブもしくはチューブ６５４の内側の半径はそれと
円筒形ブシュ部品６５２との間に十分な隙間が残るよう
に決められている。パワーキャップ６４６には複数のボ
ア穴が設けられ、それらはスリーブ６５４の対応するボ
ア穴と直線上に位置するように成されている。キャップ
ネジ（図示せず）がネジ付きボア穴６５８及び６６０内
に受容されてパワーキャップ６４６がスリーブ６５４に
取り付けられる。中心ネジ６６２が水平パワーキャップ
６４６の軸方向のボア穴６６４内に受容されている。ボ
ア穴６６４はネジ付きである。ネジ６６２は長いソケッ
トヘッドネジであり、ネジ無しのクリアランスシリンダ
６５２のボア穴６６６に受容されるのに十分な長さであ
る。セットネジ６６２はパワーキャップ６４６にネジ込
まれており２つのロックジャムナット６６５ａ及び６６
５ｂがソケットヘッドキャップネジ６６２に取付られて
いる。ロックジャムナット６６５ａ及び６６５ｂはソケ
ットヘッドキャップネジ６６２上でまず位置決めされ、
ついで互いに締め付け固定される。ジャムナット６６５
ａ及び６６５ｂのロック（固定）位置は２つの円錐形ワ
ッシャー６６７及び６６８を位置決めするように設定さ
れている。ロックされたジャムナット６６５ａ及び６６
５ｂの位置は２つの円錐形ワッシャーが予圧されｔ時に
ソケットヘッドキャップネジ６６２がシリンダ６５２に
接触しないように決められている。ボア穴６６６はその
直径がソケットヘッドキャップネジ６６２がそれに接触
しないような大きさである。円錐形ワッシャー６６７及
び６６８がソケットヘッドキャップネジ６６２上の正し
い位置に保持され、内側のワッシャーもしくは円錐形ス
プリング６６７の直径部分がジャムナット６６８に接触
する。円錐形スプリング６６７の外側の直径部分が円錐
形スプリング６６８の外側の直径部分に接触する。円錐
形スプリング６６８の内側の直径部分はソケットヘッド
キャップネジ６６２の外側の直径部分によって円錐形ス
プリング６６７に同軸的に保持されている。円錐形スプ
リング６６８の内側の直径部分がボア穴６６６の回りの
シリンダ６５２に接触している。別な方法としては、ジ
ャムナット６６５ａ及び６６５ｂは、ネジ６６２の半径
がそのステップ（段差）部の後に減少するようなネジ６
６２の機械加工されたステップ部（図示せず）に変えて
もよい。次ぎに円錐形ワッシャー６６７及び６６８はネ
ジ６６２の細くなったシャフトにステップ部に届くまで
滑り込まされ、該ステップ部はワッシャー６６７の内側
直径部分に接触する機械的ストップ部として作用する。
圧電モータ６３６はソケットヘッドキャップネジ６６２
を円錐形ワッシャー６６７及び６６８の荷重対変位特性
に依存した所定の変位だけ締め付けることにより予圧さ
れ、圧電モータエレメントの６３６予圧に必要な３００
ポンドの大きさの軸方向の推力を発生する。他の別な実
施例（図示せず）においては、図示されたワッシャー６
６７及び６６８は例えば６個もしくは８個のワッシャー
がネジ６６２上に並び、ジャムナット６６５及びボア穴
６６６の間に配置されるように複数個用いても良い。次
いで、「Ｘ」方向についてもこのようにベルビルワッシ
ャーの数を増加させる。この例と第１の実施例（図７−
１０）の一つの重要な特徴は「Ｙ」軸（及び「Ｘ」軸、
図１３参照）を垂直のデカップラーアセンブリー６２０
（一つが図１２に示されている）に対して位置決めされ
ることである。垂直のデカップラーアセンブリー６２０
はモータ６３６の「Ｙ」軸が垂直の剪断デカップラーエ
ラストマー６２４ａ、ｂ及びｃの水平な面内にほぼ存在
するように位置決めされている。この方法により、
「Ｙ」軸に沿って伝達された力が垂直モータエレメント
６１４−６１８上の曲げモーメントもしくは力あるいは
小質量６１０の回転を生じさせることが無いのである。
小質量６１０の他の面上には水平圧電スタック保持板６
７０がケース６０２の側壁６０６内の受容部もしくはボ
ア穴６７２内にはめ込まれている。適当なネジ付きボア
穴６７４及び６７６（図１０及び１１）が側壁６０６及
び保持板６７０内に形成され、保持板６７０が適当なネ
ジ（図示せず）により側壁６０６に取り付けられてい
る。ネジ（図示せず）がネジ付きボア穴６７８（図１
２）内に受容されて、水平剪断デカップラーアセンブリ
ー６４０の末端の金属板６８０を保持板６７０に取り付
ける。図１２に図示された「Ｙ」方向の構造は「Ｘ」方
向についても繰り返される。特に図１１（Ａ）を参照す
ると、スタック保持板６８２が側壁６０６内の対応する
受容部６８４に固定され、「Ｘ」デカップラーアセンブ
リー６４２を圧電モータ６３４に対して保持するように
成されている。スリーブもしくはチューブ６８６が
「Ｘ」軸で小質量６１０の反対側にあるボア穴６８８に
ねじ込まれている。水平パワーキャップ６９０は中心セ
ットネジ６９２を有し、後者は中心ボア穴６９０内にね
じ込まれシリンダ６８７内に軸方向に形成されたネジ無
しクリアランスボア穴６９４内に伸びている。前の例と
同様にジャムナット６９６及び６９８はセットネジ６９
２にネジ込まれており（或いはまた、これらのネジ６９
２の残りのシャフト部分の半径が小さくなるようなネジ
６９２の機械加工されたステップ部に置き換えても良
い）。一対の円錐形スプリングsもしくはベルビルワッ
シャー７００及び７０２はジャムナット７００及び[中
心ボア穴６９４のリップ部の間で圧縮され、セットネジ
６９２のシャフトによって正しい位置に保持される。図
１０において、ジャムナット６６５ａ及び６６５ｂ及び
円錐形スプリング６６７及び６６８は明確化のために省
略されている。「Ｘ」、「Ｙ」及び「Ｚ」軸の各々に対
して各ジオホン６９４、６９６及び６９８（図１３に最
も良く示されている）が設けられており、小質量６１０
内の適当な空洞部分内に配置されている。３つの足７０
０の夫々はケース６０２の底部の適当なネジ付きボア穴
７０４にねじ込まれたシャフト７０２を含む。図示され
た実施例では弾力性カップマウント７０６である受動ア
イソレータはフランジ部７０８及び適当なボア穴７１０
（図１１（Ａ））にネジ込まれたネジ（図示せず）を介
して直接的に小質量６１０の頂部に固定されている。こ
の実施例において、換価荷重質量は中間の構造を介さず
に直接的にカップマウント７０６の頂部上に静止してい
る。図示された実施例においてはまた、換価荷重運動セ
ンサフィードバック・ループが設けられておらず、図７
−１０に示された実施例においてはこの目的のために設
けられていたセンサ及びケースはここでは用いられてい
ない。勿論、換価荷重質量の速度を測定する速度フィー
ドバック・ループを設けることが望ましい場合には図１
１（Ａ）−１３に示された構成に追加することができ
る。発明の更に他の実施例が図１４に示された等角投影
図及び図１５の関連する分解図に図示されている。図１
４及び１５に示された実施例は図１０−１３に図示され
た実施例と大体同様であり、主な相違点についてのみ説
明する。外部ケース７２０には図５に図示された補償回
路を納めた回路ボックス７２２が取付られている。カッ
プマウントもしくは受動アイソレータ７２４は前の例と
同様に小質量７２６の頂部に取り付けられている。カッ
プマウント７２４は中心ネジ７３０によってキャップ７
２８に取り付けられている。キャップ７２８の下に見え
るのは変位センサ７３２、７３４及び７３６であり、こ
れらは３つの方向の各々における換価荷重（図示せず）
の動きを検知する為に配置されている。下方くさび７３
８（図１５においてシート金属カバー７４０の頂部上に
示されているけれども、実際はカバー７４０の下に配置
されている）が中心ネジ７３０（実際にカバー７４０上
にある）によって正しい位置に保持されている。下方く
さび７４４はシート金属カバー７４０の下にbyanL−Ｌ
型ブラケット７４６によって保持されている。セットネ
ジ（図示せず）がＬ型ブラケット７４６を通して及びネ
ジ付きボア穴７４８にねじ込まれており、下方くさび７
４４を内側もしくは外側に付勢しており、これによりカ
バー７４０を上昇もしくは下降せしめる。図１４に示さ
れた如く、セットネジはカバー７４０の側面内の外部ボ
ア穴７５０から挿入される。弾力性円板７５２がカバー
７４０の頂部に取り付けられ、換価荷重を受けるように
成されている。図１４−１５に示された実施例におい
て、下方及び上方くさび７４４及び７３８を適当に調節
することにより換価荷重の水準の調整が可能である。図
１６は３つの能動／受動絶縁装置７２１がすぐに換価荷
重質量（図示せず）を受けることが可能なように３角形
に配置されている状態を示す等角投影図である。３つの
装置７２１は、使用者が装置７２１の適当な電子診断及
び組み上げができるように使用者インターフェース／コ
ントローラ７５４に接続されている。電力ケーブル７５
６及び通信ケーブル７５８がこれらのユニット間を接続
する。図１７は速度及び相対変位フィードバック・ルー
プの両方を用いた発明の更に他の実施例の等角投影図で
ある。図１５及び１７の間では同様の文字が同様の部品
を表している。上方くさび７３８及び中心ネジ７３０が
正しい位置にあることが注目される。図７−９及び１４
−１６の場合の如く、速度もしくは初期変位センサを換
価荷重に接続して配置する代わりに発明のこの実施例は
小質量７２６の頂部に配置されたマウントブラケット７
７６上に配置されたＸ、Ｙ及びＺ相対移動センサ７７
０、７７２及び７７４を用いている。変位センサ７７
０、７７２及び７７４は渦電流センサ、磁気抵抗素子も
しくはホール効果センサ等を含む種々の種類の非接触セ
ンサの何れでも良い。センサ７７０−７７４及びマウン
トブラケット７７６は参照番号７７８で概略的に表され
た３軸ターゲットと共働する。ターゲット７７８は鉄を
含む材料から成り、カバー７２８の下面に固定されてい
る。ターゲット７７８の面７８０はＺセンサ７７４に沿
い、面７８２はＹセンサ７７２に沿い、面７８４（隠れ
線で示す）はＸセンサ７７０に沿っている。組み立てた
状態において、面７８２及び７８４はブラケット７７６
及びＺセンサ７８４の直立した壁との間に配置されてい
る。ブラケット７７６は小質量７２６の上面の上に受動
アイソレータ７２４からは半径方向に位置をずらして配
置されているけれども、小質量７２６の半径方向の余裕
部分の中に位置している。センサ７７０−７７４が渦電
流センサもしくは磁気抵抗素子である場合にはターゲッ
ト７７８は強磁性体のものが選ばれる。センサ７７０−
７７４の各々からのリード線は補償回路に接続され、こ
れらのセンサからの信号は小質量７２６上及び内に配置
されたジオホンとともにアクチュエータ７９０、７９
２、７９４、７９６及び７９８を制御するために用いら
れる。換価荷重の振動特性が能動／受動振動絶縁装置の
制動性能に顕著に影響することが明らかになった。剛性
アクチュエータを制御するために速度フィードバックを
用いた結果、換価荷重の振動モードと検知された出力と
の間に強い結合が生じる。ループゲインを高く保つ「進
み−遅れ」ネットワーク（例えば図３及び図４参照）を
用いたことによりループが閉じるためには、少なくとも
有る程度は特定の換価荷重に対して調整することが必要
な補償回路が要求される。以上に示した動的装置におい
て極の位置は固定されていたが、ゼロの位置及びそれに
応じて結合強度は測定されたセンサ出力に依存してい
る。その結果がゼロに現れるセンサ出力を極の非常に近
くに選ぶことによって、フィードバック・ループ対換価
荷重の動的特性の感度を低下させることができる。これ
は、受動マウントの負荷もしくは偏位を測定することに
よって達成される。換価荷重からの速度フィードバック
を使用することによって２つ以上の極が外側もしくは速
度ループを構成する補償回路に挿入されることが必要に
なるが、相対移動センサを使用することで補償回路を比
較的単純化されることが明らかになった。図２２は装置
の内側及び外側ループの組み合わせを示すブロック図で
あり、ここでは相対移動センサは外側ループの補償に用
いられている。床の動きはζｉｎで表されている。中間
質量慣性変位ζｉ（垂直方向における変位）は圧電モー
タの頂部において測定されると考えることができる。
（図１９における場合と同様に、自由度の一つのみが表
されており、これらの補償回路は他の自由度についても
複製して用いられる。）「プラント」ブロック８４０は
関数Ｐ（ｓ）を含み、これは補償装置の構造に固有の変
位から速度への微分である。この関数が中間質量の絶対
速度であるｖｉを生成する。ジオホンセンサの動的特性
はブロック８４２にＳ（ｓ）として表されている。小質
量絶対速度もまたブロック８４４に入力されている。こ
の固有もしくは「プラント」関数ブロックは入力ｖｉ
と、速度を変位に微分するために逆ラプラス変換演算子
１／Ｓが作用する検知された変位ｑとの間の動的関係を
示している。検知された変位ｑは８４６で示される外側
ループ補償器Ｃ（ｓ）に入力される。Ｃｑ（ｓ）は好ま
しくはＣ（ｓ）（式９.１参照）と同一であり、以下の
式で表されることが確認されている。
【数１３】 この補償関数の通過帯域はＣ（ｓ）に対するものと同じ
く選択され、図２１ａ及び２１ｂに示されたボード線図
がＣ（ｓ）及びＣｑ（ｓ）を画定するために使用され
る。フィルタリングされた信号Ｓｑがジオホン速度信号
Ｓｖとノード８４８において加算され、合成信号Ｓｃが
得られる。この信号はステップ８５０において内側ルー
プ補償関数Ｃ（ｓ）により補償される。内側ループ補償
関数Ｃ（ｓ）は図３及び図４に示されたアナログ回路を
使用し、あるいはディジタル的に実現される。Ｃ（s）
のボーデ曲線は図２０ａ及び２０ｂに示されている。内
側ループ補償関数Ｃ（ｓ）が圧電スタック変位ζｃを生
成し、それはノード８５２において環境の変位ζｉｎと
加算される。１／τ１の選択は目的とする換価荷重に依
存している。換価荷重はまた少ない程度であるが、１／
τ２の選択にも影響する。以上の如く、アクティブ振動
絶縁装置について示し説明してきた。本発明による絶縁
装置においては共振周波数及び必要な利得を低下させる
ため小質量が換価荷重質量及びこれを支持する剛性アク
チュエータエレメントの間に配置されている。剛性アク
チュエータを小質量内のセンサによって生成された変位
信号の関数として３つの方向の各々で駆動する回路が設
けられている。この回路はその中に構造に特有の共振モ
ードをフィルタリングする補償回路を有している。受動
的振動絶縁を能動的振動絶縁周波数の範囲外において行
うために、受動アイソレータが小質量と換価荷重質量の
間に挿入されている。好ましくは、小質量はケースに受
容され、「Ｘ」、「Ｙ」及び「Ｚ」剛性アクチュエータ
エレメントによって、ケースの底部及び壁部から支持さ
れている。ケースはまた水平圧電モータに対して圧縮力
を印加する方法を提供している。本発明は回路の全体的
利得を変更すること無しに「ノッチ」フィルタ特性を提
供する新規な信号フィルタ技術を用いている。以上の詳
細な説明においては説明的な実施例について記述してき
たけれども、本発明はこれに限るものでははなく、添付
の請求項の範囲及び精神にのみ限定されるのである。
く選択され、図２１ａ及び２１ｂに示されたボード線図
がＣ（ｓ）及びＣｑ（ｓ）を画定するために使用され
る。フィルタリングされた信号Ｓｑがジオホン速度信号
Ｓｖとノード８４８において加算され、合成信号Ｓｃが
得られる。この信号はステップ８５０において内側ルー
プ補償関数Ｃ（ｓ）により補償される。内側ループ補償
関数Ｃ（ｓ）は図３及び図４に示されたアナログ回路を
使用し、あるいはディジタル的に実現される。Ｃ（s）
のボーデ曲線は図２０ａ及び２０ｂに示されている。内
側ループ補償関数Ｃ（ｓ）が圧電スタック変位ζｃを生
成し、それはノード８５２において環境の変位ζｉｎと
加算される。１／τ１の選択は目的とする換価荷重に依
存している。換価荷重はまた少ない程度であるが、１／
τ２の選択にも影響する。以上の如く、アクティブ振動
絶縁装置について示し説明してきた。本発明による絶縁
装置においては共振周波数及び必要な利得を低下させる
ため小質量が換価荷重質量及びこれを支持する剛性アク
チュエータエレメントの間に配置されている。剛性アク
チュエータを小質量内のセンサによって生成された変位
信号の関数として３つの方向の各々で駆動する回路が設
けられている。この回路はその中に構造に特有の共振モ
ードをフィルタリングする補償回路を有している。受動
的振動絶縁を能動的振動絶縁周波数の範囲外において行
うために、受動アイソレータが小質量と換価荷重質量の
間に挿入されている。好ましくは、小質量はケースに受
容され、「Ｘ」、「Ｙ」及び「Ｚ」剛性アクチュエータ
エレメントによって、ケースの底部及び壁部から支持さ
れている。ケースはまた水平圧電モータに対して圧縮力
を印加する方法を提供している。本発明は回路の全体的
利得を変更すること無しに「ノッチ」フィルタ特性を提
供する新規な信号フィルタ技術を用いている。以上の詳
細な説明においては説明的な実施例について記述してき
たけれども、本発明はこれに限るものでははなく、添付
の請求項の範囲及び精神にのみ限定されるのである。
以下の詳細な説明を参照することによって、発明の他の
局面及びその利点について理解することができる。図に
おいて同様の部分は同じ参照記号で示されている。
局面及びその利点について理解することができる。図に
おいて同様の部分は同じ参照記号で示されている。
【図１】 単一の軸に沿った振動の絶縁を示す装置モデ
ルの構成図である。
ルの構成図である。
【図２】 アクティブ振動絶縁装置の異なる区間が数学
的に互いにどの様に関係しているかについて示す数学的
システムブロック図である。
的に互いにどの様に関係しているかについて示す数学的
システムブロック図である。
【図３】 本発明のセンサを制御される剛性アクチュエ
ータエレメントに連結する補償回路の電子回路詳細図で
ある。
ータエレメントに連結する補償回路の電子回路詳細図で
ある。
【図４】 本発明のセンサを制御される剛性アクチュエ
ータエレメントに連結する補償回路の電子回路詳細図で
ある。
ータエレメントに連結する補償回路の電子回路詳細図で
ある。
【図５】 ３次元の制御におけるセンサ及び剛性アクチ
ュエータエレメント間の電気的相互接続を示す高度に簡
略化した電気的構成図である。
ュエータエレメント間の電気的相互接続を示す高度に簡
略化した電気的構成図である。
【図６】 ２つの軸に沿った絶縁を示すアクティブ振動
絶縁装置の実施例の簡略化した実ブロック構成図であ
る。
絶縁装置の実施例の簡略化した実ブロック構成図であ
る。
【図７】 アクティブ振動絶縁装置の第１の実際の実施
例の等角投影図である。
例の等角投影図である。
【図８】 図７に図示された実施例の、選ばれた部分を
影像で示し、頂部プレートを明確化のために除いて示し
たの平面図である。
影像で示し、頂部プレートを明確化のために除いて示し
たの平面図である。
【図９】 図８の線９−９にほぼ沿った断面構成図であ
る。
る。
【図１０】 図８の線１０−１０にほぼ沿った構成立断
面図である。
面図である。
【図１１】 （Ａ）は本発明の第２の実際の実施例の分
解等角投影図である。（Ｂ）は発明の第２の実施例の組
み立てた状態での等角投影図である。（Ｃ）は図（Ａ）
及び（Ｂ）を描くために用いたデカルト座標系である。
解等角投影図である。（Ｂ）は発明の第２の実施例の組
み立てた状態での等角投影図である。（Ｃ）は図（Ａ）
及び（Ｂ）を描くために用いたデカルト座標系である。
【図１２】 図１１の線１２−１２にほぼ沿った立断面
図である。
図である。
【図１３】 図１１に示された実際の実施例を、選ばれ
た内部要素を影像で示した平面図である。
た内部要素を影像で示した平面図である。
【図１４】 発明の第３の実施例の組み立てた状態での
等角投影図である。
等角投影図である。
【図１５】 図１４に示された実施例の構成要素の分解
図である。
図である。
【図１６】 図１４及び１５に図示された如く配置さ
れ、換価荷重を受け入れ使用者インターフェース／制御
装置に接続された３つの能動／受動絶縁装置の等角投影
図である。
れ、換価荷重を受け入れ使用者インターフェース／制御
装置に接続された３つの能動／受動絶縁装置の等角投影
図である。
【図１７】 相対移動センサを用いた発明の第４の実施
例の等角投影分解図である。
例の等角投影分解図である。
【図１８】 ここに記述された補償機能を実行するのに
適当なディジタル回路を示す高レベルの電気ブロック構
成図である。
適当なディジタル回路を示す高レベルの電気ブロック構
成図である。
【図１９】 外部制御ループにおいて絶対速度センサを
用いた補償装置の説明ブロック図である。
用いた補償装置の説明ブロック図である。
【図２０】 （Ａ）及び（Ｂ）は選ばれた内側ループ補
償機能のボーデ曲線である。
償機能のボーデ曲線である。
【図２１】 （Ａ）及び（Ｂ）は選ばれた外側ループ補
償機能のボーデ曲線である。
償機能のボーデ曲線である。
【図２２】 外側制御ループにおいて相対移動センサを
用いた装置の説明ブロック図である。
用いた装置の説明ブロック図である。
１０ 能動振動絶線装置 １２ 剛性アクチュエータ １７ ジオホン １８ 小質量 ２０ 受動振動アイソレータ ３００ 外部筺体 Ｍ 換価荷重
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 アンドリュー マイケル ビアード アメリカ合衆国 マサチューセッツ州 01890 ウィンチェスター ハイランドア ベニュ 428 (72)発明者 スティーブン フランク シェド アメリカ合衆国 マサチューセッツ州 02367 プリンプトン ディボラサンプソ ンウェイ ９ (72)発明者 マリオン リチャード アールス ジュニ ア アメリカ合衆国 マサチューセッツ州 01752 マルボロ ウィリアムズロード 540 (72)発明者 アンドレアス エイチ． ヴァン フロタ ウ アメリカ合衆国 オレゴン州 97031 フ ッドリバー カントリークラブロード 1750
Claims (80)
- 【請求項１】 換価荷重質量の所定の範囲に入る換価荷
重質量を振動源から絶縁するための能動振動絶縁装置で
あって、 換価荷重質量の前記所定の範囲に比較して大きさが少な
くとも一桁少ない小質量と、 第１及び第２の対向する表面と、軸に沿って心合わせさ
れた前記表面の間の可変の長さとを有し、その前記第１
の表面が前記小質量に接続される少なくとも一つの剛性
アクチュエータと、 前記小質量及び前記換価荷重質量の間に置かれたれた受
動アイソレータと、 前記小質量に接続され、前記小質量の動きの関数である
センサ信号を発生するたセンサと、 前記センサを前記剛性アクチュエータに接続し前記セン
サ信号を受け取る回路とから成り、前記回路は前記セン
サ信号を前記装置が振動周波数及び換価荷重質量の所定
の範囲にわたって安定しているように変更する補償回路
を含み、前記回路は更に、前記剛性アクチュエータに接
続され前記剛性アクチュエータの長さを前記変更センサ
信号の関数として変化させるための制御回路を含み、前
記装置は前記換価荷重質量及び振動源の間に配置される
ように成されることを特徴とする能動振動絶縁装置。 - 【請求項２】 前記剛性アクチュエータは圧電モータで
あることを特徴とする請求項１に記載のアクティブ振動
装置。 - 【請求項３】 前記小質量の前記換価荷重質量に対する
比は１／５０から１／２００の範囲であることを特徴と
する請求項１に記載の能動振動絶縁装置。 - 【請求項４】 前記受動アイソレータはエラストマーで
作られることを特徴とする請求項１に記載の能動振動絶
縁装置。 - 【請求項５】 前記剛性アクチュエータはそれぞれが第
１及び第２の対向する表面と前記対向する表面の間の各
々の可変の長さを有する第１、第２及び第３の剛性アク
チュエータの少なくとも一つであり、前記第１、第２及
び第３の剛性アクチュエータの各々は前記第１、第２及
び第３の剛性アクチュエータの残りのアクチュエータに
関する軸に対して角度をもつそれぞれの軸に対して心合
わせされており、前記剛性アクチュエータの第１の表面
の各々は前記小質量に接続されて前記換価荷重を前記３
つの軸の各々に沿って前記振動源から絶縁するように動
作し得ることを特徴とする請求項１に記載の能動振動絶
縁装置。 - 【請求項６】 前記軸は互いに直行していることを特徴
とする請求項５に記載の能動振動絶縁装置。 - 【請求項７】 前記第１の剛性アクチュエータの前記第
１の表面は、前記第１の表面及び前記小質量の間に配置
された剪断減結合器によって前記小質量に接続されてい
ることを特徴とする請求項５に記載の能動振動絶縁装
置。 - 【請求項８】 前記センサは、各々が前記小質量に接続
され前記軸の夫々に平行な方向での前記小質量の動きを
検知する第１、第２及び第３のセンサの内の一つであ
り、前記センサの一つを前記第１、第２及び第３の剛性
アクチュエータの各一つに接続する第１、第２及び第３
の補償回路を有することを特徴とする請求項５に記載の
能動振動絶縁装置。 - 【請求項９】 前記センサ信号は速度信号であり、前記
回路は前記速度信号を積分して変位信号を生成し前記変
位信号のための出力を有する速度積分器を含み、前記補
償回路は前記速度積分器の前記出力に接続されているこ
とを特徴とする請求項１に記載の能動振動絶縁装置。 - 【請求項１０】 前記補償回路は前記センサからの直流
電圧を阻止する直流阻止回路を含むことを特徴とする請
求項１に記載の能動振動絶縁装置。 - 【請求項１１】 前記直流阻止回路は伝達関数 【数１】 を有し、Ｓはラプラス変換演算子Ｗ1は約０．３ヘルツ
周波数であることを特徴とする請求項１０に記載の能動
振動絶縁装置。 - 【請求項１２】 前記直流阻止回路はアナログ段である
ことを特徴とする請求項１１に記載の能動振動絶縁装
置。 - 【請求項１３】 前記補償回路は伝達関数 【数２】 を有する低周波数補償回路を含み、Ｓはラプラス変換演
算子、Ｔｃ１は所定の第１の時定数、Ｔｃ２は前記第１
の時定数より約２０倍短い第２の時定数ことを特徴とす
る請求項１に記載の能動振動絶縁装置。 - 【請求項１４】 前記センサはサスペンション周波数を
有し、Ｔｃ１は前記サスペンション周波数にほぼ適合し
ていることを特徴とする請求項１３に記載の能動振動絶
縁装置。 - 【請求項１５】 質量の前記所定の範囲は５００ポンド
から２、０００ポンドであることを特徴とする請求項１
に記載の能動振動絶縁装置。 - 【請求項１６】 前記補償回路は前記受動アイソレータ
の共振の周波数領域において進み位相を加える進み位相
増加回路を含むことを特徴とする請求項１に記載の装
置。 - 【請求項１７】 前記進み位相増加回路は前記周波数領
域において前記センサ信号の少なくとも４０゜の位相シ
フトを起こすことを特徴とする請求項１６に記載の装
置。 - 【請求項１８】前記進み位相増加回路は２つの極と２つ
のゼロを有する２つの直列接続されたアナログ進み遅れ
ステージから成ることを特徴とする請求項１６に記載の
装置。 - 【請求項１９】 前記補償回路は前記センサ信号に作用
して前記剛性アクチュエータのスプリング定数及び前記
小質量により形成される共振周波数より大きく低い周波
数範囲内の点においてその利得を１に減少させる利得減
少回路を含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。 - 【請求項２０】前記高周波利得減衰回路は伝達関数 【数３】 有し、Ｓはラプラス変換演算子であり１／Ｔｃ３は周波
数範囲における前記単位利得の点であることを特徴とす
る請求項１９に記載の装置。 - 【請求項２１】 前記高周波利得減衰回路はアナログ回
路であることを特徴とする請求項１９に記載の装置。 - 【請求項２２】 前記高周波利得減衰回路は、各々が前
記単位利得の点の前の第１の周波数において極を有し前
記単位利得の点の後の第２の周波数においてゼロを有す
る２つの直列接続された遅れ進み回路から成ることを特
徴とする請求項２１に記載の装置。 - 【請求項２３】 前記共振周波数は約１５００ヘルツで
あり、周波数範囲内において前記単位利得点は約３５０
ヘルツに選択されていることを特徴とする請求項１９に
記載の装置。 - 【請求項２４】 前記補償回路は前記小質量、前記換価
荷重質量及び前記受動アイソレータの相互作用により生
じる共振周波数において低利得となるノッチを有するノ
ッチフィルタ回路を含むことを特徴とする請求項１に記
載の装置。 - 【請求項２５】 前記ノッチフィルタ回路は約３００ヘ
ルツのノッチを有することを特徴とする請求項２４に記
載の装置。 - 【請求項２６】 前記ノッチフィルタは１に近い直流利
得を有することを特徴とする請求項２４に記載の装置。 - 【請求項２７】 換価荷重質量の所定の範囲に入る換価
荷重質量を振動するベースから絶縁するための能動振動
絶縁装置であって、 大きさが前記所定の範囲より少なくとも一桁小さい小質
量と、 第１及び第２の面を有し、前記第１及び第２の面の間の
長さが可変である少なくとも一つの剛性アクチュエータ
であり、アクチュエータ制御信号を受け取りこれに応じ
て前記可変の長さを変化させ、前記小質量に接続された
前記剛性アクチュエータの前記第１の面は前記小質量を
通過する軸に平行に配置された前記剛性アクチュエータ
と、 前記小質量及び前記換価荷重質量の間に置かれ、前記剛
性アクチュエータに軸合わせされた位置に配置された受
動アイソレータと、 前記小質量上に配置されその絶対速度を測定して速度信
号を生成しするジオホンと、前記ジオホン及び前記剛性
アクチュエータに接続されて前記速度信号を受け取り、
前記速度信号を積分して変位信号を得て、前記アクチュ
エータ制御信号を前記変位信号の関数として生成する回
路を含み、前記換価荷重質量と振動源の間に挿入されい
ることを特徴とする前記能動振動絶縁装置。 - 【請求項２８】 前記剛性アクチュエータが前記小質量
と前記振動源の間に挿入されていることを特徴とする請
求項２７に記載の能動振動絶縁装置。 - 【請求項２９】 前記小質量の前記換価荷重質量に対す
る比は１／５０から１／２００の範囲であることを特徴
とする請求項２８に記載の能動振動絶縁装置。 - 【請求項３０】 質量の所定の範囲に入る換価荷重質量
の換価荷重を支持するように成すことができる受動アイ
ソレータマウントであって、前記換価荷重により第１の
軸に沿って力が加えられる前記受動アイソレータマウン
トと、 前記換価荷重に接続され、前記第１の軸に平行な方向に
おける前記換価荷重の絶対速度を検知する少なくとも一
つの換価荷重速度センサと、 前記受動アイソレータマウントを支持し前記換価荷重質
量に対して正しい位置に配置された小質量であり、質量
の前記所定の範囲より少なくとも一桁小さくその大きさ
が選ばれた前記小質量と、 前記小質量に接続され、前記第１の軸に平行な方向にお
ける前記小質量の絶対速度を検知する少なくとも一つの
小質量速度センサと、 前記小質量の近傍に配置され、前記受動アイソレータマ
ウントに対して正しい位置に配置された少なくとも第１
の剛性アクチュエータであり、前記第１の軸に沿ったの
その長さがそれに印加された制御信号の関数として変化
する前記第１の剛性アクチュエータと、 前記センサに接続された入力と前記第１の剛性アクチュ
エータに接続された少なくとも一つの出力を有するコン
トローラであって、前記センサからの前記入力上に現れ
る入力信号の関数として前記コントローラにより生成さ
れる制御信号により前記換価荷重の振動を補償するよう
に前記第１の剛性アクチュエータを制御するように動作
可能な前記コントローラとから成る能動振動絶縁装置。 - 【請求項３１】 前記コントローラは前記小質量速度信
号を積分して小質量変位信号を得るための積分器を含
み、前記コントローラは前記制御信号を前記小質量変位
信号の関数として生成することを特徴とする請求項３０
に記載の能動振動絶縁装置。 - 【請求項３２】 前記剛性アクチュエータは圧電モータ
であることを特徴とする請求項３０に記載の能動振動絶
縁装置。 - 【請求項３３】 前記小質量の前記換価荷重質量に対す
る比は１／５０から１／２００の範囲であることを特徴
とする請求項３０に記載の能動振動絶縁装置。 - 【請求項３４】 前記第１の軸に対して角度をもって配
置された第２の軸に沿って前記小質量と物理的に連絡す
る少なくとも一つの半径方向の剛性アクチュエータであ
って、前記半径方向の剛性アクチュエータの前記第２の
軸に沿った長さがこれに印加された第２の制御信号の関
数として変化する前記半径方向の剛性アクチュエータ
と、 前記換価荷重質量とに接続され、前記第２の軸に平行な
方向における前記換価荷重の第２の絶対速度を検知して
第２の換価荷重速度信号を生成する第２の換価荷重セン
サと、 前記小質量とに接続され、前記第２の軸に平行な方向に
おける前記小質量の第２の速度を検知して第２の小質量
速度信号を生成するた第２の小質量速度センサとをさら
に含み、 前記コントローラは前記第２の換価荷重及び小質量速度
信号を受け取り、その関数として前記第２の制御信号を
送出するように動作可能であり、前記半径方向の剛性ア
クチュエータが前記第２の制御信号により制御されて前
記第２の軸に平行な方向に起こる振動を補償することを
特徴とする請求項３０に記載の装置。 - 【請求項３５】 前記軸は互いに直交することを特徴と
する請求項３４に記載の装置。 - 【請求項３６】 前記剛性アクチュエータの近傍に配置
された半径方向の剪断減結合器及び前記第１の剛性アク
チュエータに隣接して配置された第１の剪断減結合器を
さらに有し、前記剪断減結合器の各々はそれにより個々
のアクチュエータが合わされた軸に直交する方向におい
て前記剛性アクチュエータの夫々が受ける剪断力を減少
させることを特徴とする請求項３４に記載の装置。 - 【請求項３７】 前記小質量に物理的に連絡し、前記第
１及び第２の軸に対して角度を持って配置された第３の
軸に沿って配置された第２の半径方向の剛性アクチュエ
ータであり、前記第３の軸に沿ったその長さがこれに印
加された第３の制御信号の関数として変化する前記第２
の半径方向の剛性アクチュエータと、 前記換価荷重質量に接続されて前記第３の軸に平行な方
向における前記換価荷重質量の第３の速度を検知する第
３の換価荷重質量速度センサと、 前記小質量とに接続されて前記第３の軸に平行な方向に
おける前記小質量の第３の速度を検知する第３の小質量
速度センサとを更に有し、 前記コントローラは前記第３の小質量及び換価荷重質量
センサからの第３の速度信号を受け取るように動作可能
であり、前記コントローラは前記第３の制御信号を前記
第３の速度信号の関数として生成し、前記第２の半径方
向の圧電モータは前記第３の軸に平行に振動を前記第３
の制御信号に応答して補償することを特徴とする請求項
３４に記載の装置。 - 【請求項３８】 前記第３の軸は前記第１及び第２の軸
の少なくとも一つに垂直であることを特徴とする請求項
３７に記載の装置。 - 【請求項３９】 前記第２の半径方向の剛性アクチュエ
ータは圧電モータであり、前記装置は前記第２の半径方
向の剛性アクチュエータを前記第３の軸に平行な方向に
おいて圧縮状態にするための手段を更に有することを特
徴とする請求項３７に記載の装置。 - 【請求項４０】 前記半径方向の剛性アクチュエータは
圧電モータであり、前記装置は前記半径方向の剛性アク
チュエータを前記第２の軸に平行な方向において圧縮状
態にするするための手段を更に有することを特徴とする
請求項３４に記載の装置。 - 【請求項４１】 前記第１の剛性アクチュエータ及び前
記小質量と振動源の内の選ばれた一方の間に挿入された
剪断減結合器を更に含み、前記剪断減結合器は前記第１
の剛性アクチュエータに前記第１の軸に垂直な方向にお
いて加えられる剪断力を減少させるように動作すること
を特徴とする請求項３０に記載の装置。 - 【請求項４２】 前記剪断減結合器は半径方向の剛性が
その垂直剛性に対して少なくとも一桁大きさが小さい薄
い弾力性材料のディスクを含むことを特徴とする請求項
４１に記載の装置。 - 【請求項４３】 前記減結合器は前記薄い弾力性材料の
ディスクの両面の近傍に配置された２つの剛性円板を更
に含むことを特徴とする請求項４２に記載の装置。 - 【請求項４４】 前記速度センサはジオホンであること
を特徴とする請求項３０に記載の装置。 - 【請求項４５】 各々が電気的制御信号に応答して換価
荷重質量を互いに角度をもって形成された少なくとも２
つの軸の上の振動するベースから絶縁する複数の剛性ア
クチュエータを用い、各剛性アクチュエータ対向する第
１及び第２の面を有し前記面の間の長さが可変であり、
前記長さは前記電気的制御信号の少なくとも一つの関数
である値を有する能動振動絶縁装置において、 各剛性アクチュエータに対して、前記第１の面の近傍に
配置された剪断減結合器が設けられており、前記剪断減
結合器は前記第１の面の近傍に配置された第１の剛性円
板と、前記第１の面から離れて配置された第２の剛性円
板と、前記第１及び第２の剛性円板の間に挿入された弾
力性円板とから成り、前記剪断減結合器は前記剛性アク
チュエータの前記長さに垂直などの方向での力も減少さ
せることを特徴とする前記能動振動絶縁装置。 - 【請求項４６】 前記剪断減結合器は値が少なくとも８
の形状係数を有することを特徴とする請求項４５に記載
の装置。 - 【請求項４７】 前記第１及び第２の剛性円板は金属か
ら成ることを特徴とする請求項４５に記載の装置。 - 【請求項４８】 夫々の軸方向における少なくとも一つ
の剛性アクチュエータの剛性の夫々の剪断減結合器のそ
れに対する比は、前記軸方向に直角な半径方向における
前記剛性アクチュエータの剛性の前記減結合器のそれに
対する比の約１０倍であることを特徴とする請求項４５
に記載の装置。 - 【請求項４９】 換価荷重を絶縁するための能動振動絶
縁装置であって、 空洞を画定する側壁を有する外部ケースと、 前記ケースがそれからすべての面で離れているように少
なくとも部分的に前記空洞に受容される大きさである小
質量であり、換価荷重質量の所定範囲に対して少なくと
も一桁大きさが小さく、換価荷重質量に接続するように
成すことができる前記小質量と、 互いに角度をもって配置され、前記側壁及び荷重の軸に
交差する少なくとも第１及び第２の軸と、 前記第１の軸、前記第２の軸及び前記荷重の軸の各々に
対して設けられ、その長さが印加された制御信号に応じ
て変化する少なくとも一つの剛性アクチュエータであ
り、前記可変の長さが各々の軸に平行であるように配置
されており、前記ケースからの前記質量を離すのに用い
られる前記剛性アクチュエータと、 各々の軸に対して設けられ、前記小質量に加えられて速
度信号を生成するように動作し得るセンサと、 前記センサからの前記速度信号を受取りそれに応答して
夫々の複数の制御信号を生成するための補償回路であ
り、前記剛性アクチュエータの各々に前記制御信号を印
加しその可変の長さを変化させる前記補償回路とから成
ることを特徴とする前記能動振動絶縁装置。 - 【請求項５０】 複数の前記剛性アクチュエータは互い
に平行な長さを有し、前記複数の剛性アクチュエータは
前記制御信号の内の一つに応答して平行して動作するこ
とを特徴とする請求項４９に記載の装置。 - 【請求項５１】 前記小質量を前記換価荷重質量に接続
する受動アイソレータを更に含むことを特徴とする請求
項４９に記載の装置。 - 【請求項５２】 前記軸は互いに直行していることを特
徴とする請求項４９に記載の装置。 - 【請求項５３】 剛性アクチュエータの各々には、
（ａ）前記質量及び前記ケースの選ばれた一方と、
（ｂ）前記剛性アクチュエータとの間に設けられた剪断
減結合器を更に含み、前記剛性アクチュエータの軸に平
行な方向における前記剪断減結合器の剛性は前記軸に直
交する方向における前記剪断減結合器の剛性に対して大
きさが少なくとも２桁大であることを特徴とする請求項
４９に記載の装置。 - 【請求項５４】 前記剪断減結合器の各々はそれに比較
して柔軟性が低い材料から成る第１及び第２の素子の間
に挟まれたエラストマーのウエファーから成り、前記第
１の素子は前記剛性アクチュエータの近傍に配置されて
いることを特徴とする請求項５３に記載の装置。 - 【請求項５５】 前記剛性アクチュエータの初めの一つ
は長さが前記第１の軸に沿って可変であり、前記剛性ア
クチュエータの前記初めの一つには前記第１の軸に沿っ
て圧縮力が加えられており、前記剪断減結合器の夫々は
前記剛性アクチュエータの前記最初のひとつ及び前記小
質量の間に配置されており、 残りの二つの軸の少なくとも一つは前記第１の軸に直角
な面内にあり、前記装置は前記面の一面で前記換価荷重
質量を受けるように成されており、前記剪断減結合器の
夫々の前記のエラストマーの位置は前記面内或いは前記
換価荷重質量に対して反対側の前記面の他の面内にほぼ
維持されることを特徴とする請求項５４に記載の装置。 - 【請求項５６】 前記剛性アクチュエータは圧電モータ
であり、前記装置は前記圧電モータに対してその各々の
軸に平行な方向において常時圧縮力を加える手段を含む
ことを特徴とする請求項４９に記載の装置。 - 【請求項５７】 前記換価荷重重量は前記小質量を通し
て前記圧電モータの少なくとも一つに圧縮力を加えるこ
とを特徴とする請求項５６に記載の装置。 - 【請求項５８】 前記換価荷重質量は前記小質量の上に
配置され、前記換価荷重質量は前記前記圧電モータの少
なくとも一つに重力による力で圧縮力を加えることを特
徴とする請求項５６に記載の装置。 - 【請求項５９】 前記剛性アクチュエータの少なくとも
一つのために、前記前記剛性アクチュエータの少なくと
も一つの軸上に前記ケース及び前記剛性アクチュエータ
との間に圧縮力を加えるように配置されたスプリングが
設けられていることを特徴とする請求項４９に記載の装
置。 - 【請求項６０】 前記剛性アクチュエータの軸は一側壁
を通し、前記小質量を通し、対向する側壁を通して伸
び、前記スプリングは前記軸の回りにおいて前記小質量
の近傍にあり、前記剛性アクチュエータの反対側にある
ように配置されていることを特徴とする請求項４８に記
載の装置。 - 【請求項６１】 前記外部ケース内において前記対向す
る側壁の前記軸の回りに形成されたボア穴をと、前記対
向する側壁に取り付けられた保持板とを更に有し、前記
スプリングは前記小質量及び前記保持板の間に圧縮力を
加えることを特徴とする請求項４９に記載の装置。 - 【請求項６２】 前記スプリング及び前記小質量の間で
前記軸上に配置された第２の剪断減結合器を有し、前記
軸に平行な方向における前記減結合器の弾力性の単位は
前記軸に直交する方向における前記第２の減結合器の弾
力性の単位に対して少なくとも２桁剛性が高いことを特
徴とする請求項４９に記載の装置。 - 【請求項６３】 前記スプリングは少なくとも一つのベ
ルビルワッシャーを含むことを特徴とする請求項４８に
記載の装置。 - 【請求項６４】 前記スプリングは少なくとも第１及び
第２のベルビルワッシャーから成り、前記第１のワッシ
ャーの外側リムは前記第２のワッシャーの外側リムに合
わされていることを特徴とする請求項６３に記載の装
置。 - 【請求項６５】 前記軸は交差していことを特徴とする
請求項４９に記載の装置。 - 【請求項６６】 換価荷重を振動から能動的にに絶縁す
る方法であって、 受動アイソレータ上に換価荷重を置き、 受動アイソレータを大きさが換価荷重質量の所定の範囲
に対して少なくとも一桁小さい小質量に接続し、 ベースからの振動を受ける小質量を少なくとも一つの剛
性アクチュエータにより支持し、 小質量の動きを検知し、 小質量の動き関数である小質量センサ信号を生成し、 小質量センサ信号の関数である制御信号を生成し、 制御信号を剛性アクチュエータに印加し、 前記印加するステップに応じて剛性アクチュエータの長
さを変化させ、これによって換価荷重に伝わる振動を減
少させる各ステップからなることを特徴とする前記方
法。 - 【請求項６７】 センサ信号は小質量の速度の関数であ
ることを特徴とする請求項６６に記載の方法。 - 【請求項６８】 センサ信号を積分して小質量変位信号
を得るステップと、 小質量変位信号の関数として制御信号を導出しするステ
ップとを更に有することを特徴とする請求項６７に記載
の方法。 - 【請求項６９】 アクティブ振動絶縁装置の少なくとも
一つの共振周波数を補償するためにセンサ信号を修正し
するステップと、 制御信号を修正センサ信号の関数として生成すステップ
とをさらに含むことを特徴とする請求項６６に記載の方
法。． - 【請求項７０】 換価荷重の動きを検知しするステップ
と、 換価荷重センサ信号を換価荷重の動きの関数としてを生
成するステップと、 制御信号をセンサ信号及び換価荷重センサ信号の関数と
して]生成するステップとを更に含むことを特徴とする
請求項６６に記載の方法。 - 【請求項７１】 換価荷重を振動から能動的に絶縁する
方法であって、 換価荷重を、その長さが互いに角度を有する夫々の軸の
方向に可変である少なくとも第１及び第２の剛性アクチ
ュエータに夫々接続し、 軸のひとつひとつに夫々平行な第１及び第２の方向にお
ける換価荷重に関する移動を検知しし、 第１の制御信号を第１の方向における動きの関数として
生成し、 第２の制御信号を第２の方向における動きの関数として
生成し、 第１及び第２の制御信号を、第１及び第２の剛性アクチ
ュエータに夫々印加し、 前記印加ステップに応答し、前記第１及び第２の剛性ア
クチュエータの長さを第１及び第２の方向において夫々
検知された移動量に等価は量だけ変化させ、 第２の剛性アクチュエータの長さを変化させることによ
り第１の剛性アクチュエータ上に発生する剪断力の結合
を減小させ、 第１の剛性アクチュエータの長さを変化させることによ
り第２の剛性アクチュエータ上に生じる剪断力の結合を
減少させる各ステップからなることを特徴とする前記方
法。 - 【請求項７２】 換価荷重をその大きさが換価荷重質量
の所定の範囲に対して少なくとも一桁小さい小質量を介
して剛性アクチュエータに接続するステップをさらに有
することを特徴とする請求項７１に記載の方法。 - 【請求項７３】 受動アイソレータを用いて小質量を換
価荷重に接続するステップをさらに有するとを特徴とす
る請求項７２に記載の方法。 - 【請求項７４】 受動アイソレータを介して換価荷重質
量を剛性アクチュエータに接続するステップを更に有す
ることを特徴とする請求項７１に記載の方法。 - 【請求項７５】 前記剛性アクチュエータは圧電モータ
であることを特徴とする請求項７１に記載の方法。 - 【請求項７６】 その長さが前記第１及び第２の軸に対
して角度を有するように配置された第３の軸に沿って可
変である第３の剛性アクチュエータを換価荷重に接続
し、 第３の軸に平行な第３の方向における前記換価荷重の移
動を検知し、 第３の制御信号を第３の方向における前記移動の関数と
して生成し、 第３の制御信号を第３の剛性アクチュエータに印加し、 前記印加するステップに応答し、第３の剛性アクチュエ
ータの長さを第３の方向において検知された移動に等価
な量だけ変化させ、 第１及び第２の剛性アクチュエータの長さを変化させる
ことにより生じる剪断力を第３の剛性アクチュエータへ
の結合を減少させ、 第３の剛性アクチュエータの長さ変化させることにより
生じる剪断力の第１及び第２の剛性アクチュエータ上へ
の結合を減少させる各ステップから成ることを特徴とす
る請求項７１に記載の方法。 - 【請求項７７】 換価荷重を絶縁するための能動振動絶
縁装置であって、 その長さが互いに角度もって配置された第１及び第２の
軸において夫々可変である少なくとも第１及び第２の剛
性アクチュエータであって、その第１の端部が前記換価
荷重に接続され、その第２の端部が振動感受性のベース
に接続された前記第１及び第２の剛性アクチュエータ
と、 前記第１の軸に平行な第１の方向及び前記第２の軸に平
行な第２の方向における前記換価荷重質量に関係する動
きを夫々検知して、第１及び第２のセンサ信号を個々に
に生成する前記換価荷重質量に接続された第１及び第２
のセンサと、 前記第１及び第２のセンサに接続され、第１の制御信号
を前記第１のセンサ信号の関数として生成し第２の制御
信号を前記第２のセンサ信号の関数として生成するため
の回路とから成ることを特徴とする能動振動絶縁装置。 - 【請求項７８】 換価荷重を振動源から絶縁する方法で
あって、 その長さが軸に沿って可変である少なくとも一つの剛性
アクチュエータを振動感受性のベースと換価荷重との間
に接続するステップと、 軸に平行な方向における換価荷重に関係する速度を検知
するためにジオホンを使用するステップと、 前記ジオホンを使用するステップに応じて速度信号を生
成するステップと、 速度信号を積分して変位信号を得るステップと、 制御信号を変位信号の関数として生成するステップと、 制御信号を剛性アクチュエータに印加するステップと、 前記印加するステップに応答して、換価荷重に伝わる振
動を減少させるために剛性アクチュエータの長さを変化
させるステップとから成ることを特徴とする振動絶縁方
法。 - 【請求項７９】 小質量の大きさを換価荷重質量の所定
の範囲に対して少なくとも一桁小さく選択するステップ
と、 受動アイソレータを用いて換価荷重を小質量に接続する
ステップと、 小質量の速度を検知するためにジオホンを使用するステ
ップとをさらに有することを特徴とする請求項７８に記
載の方法。 - 【請求項８０】 換価荷重を支持するように成された受
動アイソレータと、 その大きさが換価荷重質量の所定の範囲に対して少なく
とも一桁が小さい小質量であって、前記受動アイソレー
タに接続され、前記換価荷重に対して正しい位置に配置
された前記小質量と、 前記小質量に接続され、小質量の動きの関数として小質
量センサ信号を生成するセンサと、 前記センサに接続され、小質量センサ信号の関数として
制御信号を生成するように成すことができる回路と、 振動源及び前記小質量の間に配置された少なくとも一つ
の剛性アクチュエータとから成り、前記回路は前記剛性
アクチュエータに前記制御信号を印加するために前記剛
性アクチュエータに接続されており、前記剛性アクチュ
エータの長さが前記制御信号の関数として変化して前記
換価荷重に伝わる振動を減少させることを特徴とする能
動振動絶縁装置。
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