JPS6231738A - 能動的振動絶縁装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、能動的振動絶縁装置および方法、特に２個
の素子または構体間に結合されるようになっておりこれ
ら素子（または構体）間に伝達されて来た機械的励起を
低減するための支持装置または懸架装置に関するもので
ある。

〔従来の技術とその問題点〕

第３図に示されているような線型粘性減衰器を使用した
単一自由度の従来の振動絶縁装置について考察する。質
量”Ｍ”のペイロード。

ｐａ７１０ａｄ）　２　（これは基礎乙に対して絶縁さ
れている）に作用する力は、ばね硬直定数”Ｋ゛′とば
ね４の圧縮（これは絶縁器の相対偏向である）との積に
等しいばね力、線型減衰係数“Ｃ”と粘性減衰器６の圧
縮率（これは相対速度である）との積である散逸力であ
る。これら２つの力は、絶縁されたペイロード２の慣性
力（これはペイロードの質量係数゛Ｍ′′とペイロード
質量自体の加速度との積である）によって中和されなけ
ればならない。

振動絶縁の分野では、線型粘性装置における減衰が振動
絶縁装置全体の共振特性を制御することは周知である。

減衰を加えると、共振増幅の有害な影響が少なくなる。

しかしながら、減衰が増大されるにつれて共振増幅は事
実下がるが、高周波振動絶縁の程度は低下される。実際
。

もし重要な減衰の一部が１に設定されて共振増幅の影響
を除去するならば、殆ど全ての振動絶縁は失われる。共
振周波数よりも非常に高い周波数においてさえ、振動絶
縁率は６デシベル／オクターブだけ増加するにすぎない
。

他の周知型式の振動絶縁装置は、共振増幅が粘性減衰に
よって良く制御されるが高い周波数で提供された振動絶
縁を保持するような仕方で制御するものである。この型
式の振動絶縁装置は、絶縁されたペイロードに接続され
て゛スカイ・フック（ｓｋｙ　ｈｏｏｋ　）　”として
働く線型粘性減衰器を使用する。この型式の振動絶縁装
置は第４図に示されている。この第４図において、線型
粘性減衰器６は、その一端が絶縁されたペイロード２へ
接続されかつその他端が”スカイ・フック°′８として
知られた空間の固定位置へ接続されている。

受動的゛スカイ・フック°′被減衰装置を構成不能にす
るのは固定接続である。振動の世界におけるため、振動
絶縁装置に近づきやすい全ての質量は動いており従って
真の”スカイ・フック°”として働かない。そのような
装置は米国特許願第７１６．０２３号に開示された能動
的振動絶縁技術を使用することによって近づけられ得る
。

しかし、前記米国特許願の発明は、他の能動的振動絶縁
装置と同様に、その有効さが２つの範囲で制限される。

まず第１に、そのような装置は一般に安定度に制限があ
り従って個別の用途に適合するように調整された必要な
装置安定化回路無しでは丁度“適所にスリップ”され得
ない。第２に、そのような装置は一般に運転するための
動力を要しかつ個々の設計によって課せられた動力要求
制限により力および運動出力の両方で制限される。

振動絶縁特性が所望通り調整され得るように、被制御減
衰係数を有する能動的振動絶縁装置が望ましい。この特
性は゛スカイ・フック゛減衰器に近づくように調整され
得ることが望ましい。

第４図に示されたような”スカイ・フック゛′型振動絶
縁装置を簡単に数学解析することによりこの発明は理解
し易くなる。この装置では、減衰力はペイロードの絶対
速度と減衰器の粘性減衰係数との積に等しい。

”スカイ・フック″波減衰振動絶縁装置の運動式は下記
の式（ｉ）で表わされる。

Ｍ（ａ　ｘ）　＝　Ｋ（Ｕ−Ｘ）　−ｃ（ａｘ）　　　
　　　（ｉ）式（ｉ）において、”ｄＸ”、　　ｄＸ　
　はペイロードのそれぞれ速度、加速度であり、そして
Ｕ”′は基礎（この基礎に対してペイロードが絶縁され
る）の時間依存変位である。なお、明細書全体を通じて
時間導関数は、分母”ｄｔ”または”ｄｔ　　無しで便
宜上記号化した。

定常状態の正弦波振動の場合、この式の１つの解は”ス
カイ・フック”減衰振動絶縁装置の伝達性ベクトル式で
ある。ラプラス変換式では、解は下記の通りである。

たマし、ｔ’＋ｙｎ”は”　Ｋ　”／”　Ｍ”に等しり
、′ゼータ”は“Ｓ°′／重要な減衰の大きさに等しく
、そしてＳ”はラプラス演算子である。

重要な減衰の装置部分に関連した減衰器すなわち”ゼー
タ”項は式（２）の分母中にのみ現われる。これは、″
ゼータ゛′項が分子と分母の両方に現われる第３図の装
置の近似解と違う。し−））しながら、従来の絶縁装置
のための伝達性ベクトルに関する周知の式と１スカイ・
フック゛波減衰絶縁装置の式との間あこの一見した微小
な相違は、粘性減衰それ自体が振動絶縁特性全体中で明
らかであるやり方で強い影響をもつ。゛スカイ・フック
パ被減衰装置では、減衰の度合が増大されかつ重要な減
衰”ゼーダ′の一部が１よりも大きい値に近づくにつれ
て、共振による増幅は消えかつ振動絶縁はゼロ周波数で
始まる。なお、１のピーク伝達性もゼロ周波数で起る。

もっと重要なことは、装置の共振を除去するために使用
された減衰の増大により、減衰されなかった共振周波数
より低い全ての周波数のための振動絶縁を付加すること
である。

”スカイ・フック゛′型装置では、重要な減衰の小部分
のための別な減衰の効果は、共振増幅骨が低減される仕
方で従来減衰された振動絶縁装置のための効果と事実上
同じである。しかしながら１重要な減衰の一部が約０．
２の値を超えて増大されるので、装置の共振による振動
の増幅が減少されるのみならず、同時に共振周波数より
も高い周波数で振動絶縁特性の損失が無いことも認めら
れる。この影響は重要な減衰の極めて大きい部分に対し
てさえ継続する。

それ故、この発明の目的が改良された安定性を呈しかつ
慣用の能動的装置よりも少ない動力しか要さない能動的
振動絶縁装置を提供することは明らかである。

この発明の他の目的は、′スカイ・フック°′被減衰装
置の式を近似する。すなわち事実上共振増幅なしで゛ス
カイ・フック”被減衰装置の好都合な振動絶縁を有する
伝達性ベクトル式によって特徴付けられる実現可能な振
動絶縁装置を提供することである。

〔問題点を解決するための手段と作用〕この発明のこれ
らの目的やその他の目的は、ペイロードの速度を表わす
第１速度信号を導出するための第１センサと、基礎の速
度を表わす第２速度信号を導出するための第２センサと
。

前記ペイロードを前記基礎に対して支持するように配置
された粘性減衰器と、命令信号に応答して前記粘性減衰
器の減衰係数を調整するための手段と、前記第１速度信
号および前記第２速度信号ｌこ応答して前記命令信号を
連続して発生するための電子的手段とを備え、もって前
記粘性減衰器の減衰係数が制御されかつ”スカイ・フッ
ク”振動絶縁装置の減衰係数を近似し得る能動的振動絶
縁装置によって達成される。

この発明の望ましい実施例によれば１両方の速度センサ
はジオホンであり、そして調整手段は命令信号に応答し
て水圧流体の流れを調整するための電気流動性流体サー
ボ弁を含む。このサーボ弁は、作動器を蓄積器に流体結
合するためのオリフィス手段を含むことが望ましい。な
お、作動器および蓄積器には各々電気流動性流体が流れ
る。オリフィス手段は第１導電要素すなわち第１導電板
、第２導電要素すなわち第２導電板およびこれらの間に
挿入された絶縁要素すなわち絶縁板を含むことが望まし
く、各板には複数個のオリフィスが設けられている。流
体の流れは、オリフィス手段によって第１方向と第２方
向の両方に導電板沿いにかつ導電板を通して向けられる
。作動器は、基礎（この上に蓄積器があるか或は基礎に
蓄積器が緊着される）に対してペイロードを支持するよ
うになっておりかつ構成される。オリフィス手段の両端
間に被制御電界をかけるための手段は、流体従ってオリ
フィス手段を通る流れの粘性を調整する。

これは、”スカイ・フック“′減衰器の振動絶縁特性を
達成するように電界の変化に対して減衰係数を変更する
。

こ＼に説明しかつ請求されるような振動絶縁装置は、事
実、運動および作動実行器のセンサが必要なので、能動
的装置である。しかしながら、この減衰技術は、能動的
に力を発生する作動器を要しない。慣用の能動的装置の
問題点の多くが除去されるのは、この可変減衰器が減衰
力を受動的に発生しかつ能動的な方法すなわち少ない動
力しか要さない技術を使用して減衰係数の瞬時値だけを
変更するためである。

この発明はまた。そのような装置によって振動絶縁が行
われる方法を含む。

構成の細部および部品の組み合わせを含めて。

この発明の諸特色を添付図面について説明する。

この発明を具体化した特定の振動制御装置は一例ζζす
ぎず、限定ではなく、この発明の範囲から逸脱しない限
り種々の実施例が可能である。

〔実施例〕

Ａ、　基本的な装置の概要およびその数学的説明第１図
はこの発明の能動的振動絶縁装置１０を示し、この能動
的振動絶縁装置１０は動作時にペイロード１６、基礎す
なわちベース１８に結合されてそれぞれペイロード１６
．基礎１８の速度ｄＸ　、　ｄＵを表わす信号を導出す
る２個の応答センサ１２，１４を含んでいる。これら２
個の応答センサ１２，１４からの出力が速度センサの不
調のせいで速度の近似値のみを与え従ってもっと有効な
速度信号を生じるように適切ζこ処理され得ることは、
前記米国特許願において認識されかつ記述されている。

ペイロード１６または基礎１８の振動励起が能動的振動
絶縁装置１０によって絶縁されること、すなわちその伝
達が少なくとも成る範囲の周波数に対して減少ないし除
去されることを理解されたい。

能動的振動絶縁装置１０は、更に、サーボ・コントロー
ラ２２によって制御される可変減衰係数の粘性減衰器２
０を含む。サーボ・コントローラ２２からの出力信号は
こ＼では”命令信号”と呼ばれ、この命令信号を使用し
て瞬時減衰係数が式（３）で表わされるような仕方で減
衰係数を調整する。

減衰係数＝Ｃ１〔ＡＢＳ（ＡＣｄＸ／ｄ■〕）〕（３）
たゾし、”Ａ“は粘性減衰器のオリフィスの瞬時面積、
“Ｃ１°′はオリフィスが全開した時の減衰係数、そし
て”ｄＶ”は基礎１８に対するペイロード１６の相対速
度であって’ｄＵ”−”ｄＸ’”に等しい。

式（３）によって確立された装置能動的減衰サーボ環で
は、かつ応答センサ１２，１４が同一の伝達関数を持つ
ように同じであるとすれば、運動の簡略化された微分式
は能動的振動絶縁装置１０を説明するように書かれ得る
。ばね、減衰器および質量慣性力のための慣用の力加算
手法をもう一度使って当業者は下記の式（４）を導き出
せる。

（ｄ２Ｘ）　＝　Ｋ（Ｕ−Ｘ：］−Ｃ０（ａｖ）（ＡＢ
ｓ（ａ（ａｘ／ａｖ）））・・・・・（４） 注意して良く見れば、相対速度環”ｄＶ”が減衰項の分
子および分母の両方に現われ、そしてもし合成された減
衰係数項が符号を持たないことのためでなければ、２つ
の項は正確に打ち消し合いかつ真の”スカイ・フック°
“被減衰装置を数学的に形成する。しかしながら１合成
された減衰項は、減衰係数“Ｃ゛を調整するためだけに
帰還が使用されるので、符号を持たない。

これを知って式を書き直せる。式（４）の運動の微分式
は式（５）で表わされた形態に簡単化される。

Ｍｔｄｘ２〕＝Ｋ（−ｒｙ−ｘ）−ｃ、Ａ（Ａｇｓ（ｄ
ｘ））　（デルタ）・・・・・（５） こ＼で、項”デルタ”は＋１または−１に等しくかつ相
対速度の符号を表わす。式（５）を式（ｉ）で与えられ
た運動式と比較されたい。

装置の上記数学的説明は若干の点で実現され。

かつ実際の世界との接点が考察されなければならない。

もし絶対ペイロード速度を表わす電圧信号が有限であり
かつ相対速度を表わす電圧信号がゼロならば、上述した
ような実際の速度比は無限の値を有する。これは、正弦
振動で各サイクルに２回起る状態であり、従って普通に
起る事象である。サーボ・コントローラ２２は無限電圧
を出力できない。従って、命令信号は成る特定化された
最大値を持つように制限されなければならず、この最大
値は一般にＨＭＡＸで表わされ１例えば約１０ボルトで
ある。しかしながら、命令信号は、ゼロを含めて−ＵＭ
ＡＸと十ＵＭＡＸの間の全ての値をまだ持ち得る。しか
しながら、実際の装置では、命令信号がゼロの時に、常
に成る残留減衰が残っていなければならない。よって、
実現可能な装置では、減衰係数は以後”Ｃｏ”と称され
る最小値を持たなければならない。これは、式（６）で
表わされた形態で実現可能な装置のための命令信号を形
成することになる。

減衰係数Ｃ＝Ｃｏ〔１，０＋Ａ（ＡＢＳ（ｄＸ／ｄＶ）
）〕（６）実際の装置では、項Ｃ８は命令信号がゼロの
時に存在する減衰であるが、減衰係数の最大値はＣｏ（
ｉ，０＋Ａ（ＵＭＡＸ））に等しい。

従って、能動的振動絶縁装置１０は、式（ｉ）で与えら
れた”スカイ、・フック”減衰器の式を近似する伝達性
ベクトル式（５）および式（６）に従い命令信号に依存
する減衰係数によって特徴付けられる。そのような装置
の構成要素の細部を今から説明する。

Ｂ、粘性減衰器２０ 今述べたように、この発明の能動的振動絶縁装置１０は
、線型振動絶縁器の粘性減衰係数のグイナミック調整に
より作動する。粘性減衰係数を調整することの望ましい
方法は第１図に示されている。粘性減衰器２０はサーボ
弁３０を含み、このサーボ弁３０は使用した流体の流量
を自動的に計測して減衰圧力の低下およびその結果の散
逸力を提供する。サーボ弁６０へ入力された電気信号は
、こ＼で”命令信号”と呼ばれる流量命令として使用さ
れる。

振動絶縁は、減衰力すなわち散逸力の大きさの時間依存
調整次第である。相対速度が散逸要素の両端間で生じる
時に、散逸力は能動的振動絶縁装置１０によって受動的
に発生される。散逸力は、瞬時線型粘性減衰係数”ａ　
”とペイロード１６の相対速度との積に等しい。減衰係
数は、この発明において作用されかつ制御されるべき項
である。減衰係数に対する制御は、減衰力すなわち散逸
力を発生するために流路内の散逸要素としてサーボ弁６
０を利用する能動的振動絶縁装置１０により、達成され
る。

サーボ弁３０は、第１導電要素すなわち第１導電板３２
、第２導電要素すなわち第２導電板３４、およびこれら
導電板間にさしはさまれた絶縁要素すなわち絶縁板３６
を含む。これら第１導電板３２．第２導電板３４、絶縁
板６６は、それぞれ複数個のオリフィス６Ｂ、４０．４
２を含む。これらオリフィス３８，４０．４２は、以下
にもっと詳しく説明するように望ましくは第１導電板３
２、第２導電板３４を通してかつこれら沿いに流体の流
れを第１方向および第２方向に向けるための手段４５を
形成するように、配置されかつ形成されている。第１導
電板３２、第２導電板３４および絶縁板３６は一緒にな
って流体結合手段４８を構成する。

第１導電板６２、第２導電板３４は、後述する電気流動
性流体の説明から理解されるように偏流板として役立つ
。

粘性減衰器２０は、サーボ弁３０に加えて、２つの部屋
５２　、５４がある支持シリンダすなわちレセプタクル
５０を備える。サーボ弁３０は部屋５２と５４をつない
で両者間に調整された流体の流通を行わせる。上側の部
屋５２は負荷支持部屋であり、ペイロード支持体５６と
組み合って単一の水圧作用作動器５８（これには粘度を
制御自在に変えれる事実上非圧縮性の流体が充填されて
いる）を形成する。下側の部屋５４は小さな水圧蓄積部
屋すなわち蓄積器で、非圧縮性水圧流体を事実上一定の
圧力で貯えるように働く。サーボ弁６０は作動器５８か
ら蓄積器５４への流体の流れを調整する。

上側の部屋５２は弾力性のあるエラストマ材て作られて
事実上円錐状で変形可能な壁６２を有し、この円錐状壁
６２は第１導電板３２の周辺へ接着されると共にペイロ
ード支持体すなわち支持板５６へも接着される。このペ
イロード支持体５６は、ペイロード１６へ緊着可能であ
りかつ例えば第１導電板３２と間隔をあけた並列関係に
ある。エラストマ材は、第１導電板３２を環境から電気
的に絶縁するのに役立つ。第１導電板３２、ペイロード
支持体５６および円錐状壁６２は、上側の部屋５２を規
定して流体的にシールすると共に上側の部屋５２の容積
を可変にする。この容積は、負荷と振動励起の少なくと
も一方のせいで加えられた力に応答して円錐状壁６２の
変形につれて変る。

流体の容積変化による圧力変化が小さいような仕方で、
蓄積器５４は加圧下の非圧縮性流体を貯える。能動的振
動絶縁装置１０中の静止圧。

力は、蓄積器５４内に収容された加圧圧縮性流体によっ
て制御される。支持シリンダ５０の内壁にシールされた
可撓性ファイバ強化エラストマ隔膜７０は、蓄積器５４
を、非圧縮性流体、圧縮性流体がそれぞれ収納された小
部屋７２．７４に仕切る。隔膜７０のせいで小部屋７２
．７４は各々可変容積を有し従って相対圧力の変化に応
答して膨張可能である。蓄積器５４のために利用される
機器は、実際には、市販の水圧蓄積器またはその低圧用
のもの、すなわち水圧スナバ−であり得る。

小部屋７４中の圧縮性流体は例えばガスまたは普通の空
気であり得る。圧縮性流体およびその容積並びに作動器
５８の負荷支持面積の選択により、能動的振動絶縁装置
１０の共振特性を確立する。圧縮性流体の機能は、粘性
減衰器２０の内側に積極的に圧力を維持し、もって空洞
状プロセスにより流体の流れの阻害を防止することであ
る。

蓄積器５４の機能は２つあり、第１の機能では捕えられ
た圧縮性流体が空気ばねとして働き、能動的振動絶縁装
置１０に事実上線型のばね硬直を与えて能動的振動絶縁
装置１ｏの非減衰固有周波数を定める。第２の機能は、
適度に高くて事実上一定の圧力下で維持される非圧縮性
流体のための貯蔵器を提供することである。これは、支
持シリンダ５０の負荷支持区域と協働してペイロード１
６の静止負荷を支持するためのリフトを提供すると共に
、サーボ弁３ｏを通る線型の流れを生じさせることによ
り相対速度に比例しかつ帰還制御信号に応じてその値を
線型に変える減衰散逸力を生じるための手段を提供する
。

上述したように、サーボ弁３ｏの機能は、所望の制御関
数に応じて水圧流体の流量を計」１１することである。

サーボ弁３０は、これを可動部品無しで行うので、”ソ
リッドステート”サー　　　　□ボ弁と考えて良い。こ
れは、支持シリンダ５０内の非圧縮性流体として電気流
動性流体の使用　　　　１により可能とされる。

電気流動性流体（以後、ＫＲＦと云う。）は米国特許第
４．０３３．８９２号、第４．１２９，５１３号および
第４．３４２．３５４号に開示されている。ＥＲＦは、
米国に在るアメリカン・シアナミド（Ａｍａｒｉｃａｎ
Ｃｙａｎａｍｉｄ）のシアナミド・インター・アメリカ
ン・コーポレーション部門を通じて市販されているが、
現在のところ商標は付いていないので一般名で市販され
ている。

簡単に説明すると、ＥＲＦは、電界に曝された時に粘性
を変えることのできる流体である。この変化は事実上瞬
時でかつ電界強度に線型に依存する。

ＥＲＦは通常低粘度の油ベース流体であり、これには普
通の水の非常に薄い被膜を有する少量のポリマー粒が添
加される。分極電界が無い場合のＥＲＦの態様は、普通
の低粘度で非圧縮性の水圧油のそれである。しかしなが
ら、ポリマー粒上の非常に薄い水被膜は水の分子自体の
強い裡性のせいで分極され、そして強い電界が有る場合
に水で被覆されたポリマーの粒はそれら自体を電界で整
列さしかつ互に粘着する。電界が有る場合に粒子整列お
よび粘着の最終効果は、流体の粘度が増すことである。

分極電圧の関数としてのＥＲＦ粘度は、事実上線型であ
りかつ重力だけでは流れないスラリーすなわち半固体の
特性を示す粘度値まで及ぶ。

１　ｍｌ当り４０００ボルトの電圧でスラリーは大体固
体になる。

重大なことには、粘度対電圧特性は線型であるが、流体
粘度への分極電圧電界の影響は、０ボルトの電圧では始
まらず、むしろＥＯボルトの分極電圧で始まる。

ＥＲＦの粘度に影響するのに所要の分極電圧値は比較的
大きい。これは、設計制約をサイ、ズにおき、かつ流体
結合手段４８の相対的配置を例えば第１導電板３２と第
２導電板３４　（ＫＲＦに電界誘起電圧をかける）の間
隔におく。しかしながら、ＥＲＦの抵抗率が幸運なこと
には大変高いので、印加電力レベルはソリッドステート
制御器の範囲内で良好である。もし０．１ｍ程度の分極
板用規模を有する小さなオリフィス間隔が利用されるな
らば、制御分極電圧は現在入手可能な制御機器のための
扱いやすい状態である直流４００ポルトより低いことに
注目されたい。

この発明によれば、ＥＲＦが流体結合手段４８の流れ方
向は手段４５を通って流れるので、粘性減衰器２０は、
］１ｎＲＦの粘度に依存する可変減衰係数を有する。粘
度は電界強度の変化に応答する。電界強度は命令信号に
よって決定されかつ制御される。流体結合手段４８のた
めの流体機械について簡単に説明しておけば、この発明
を理解する助けになろう。

まず、流体結合手段４８を通る非粘性の理想的な流体の
流れは、能動的振動絶縁装置１０の代表的な動作時に経
験されるべき流速に対して事実上動げられないとしよう
。非粘性流体に対し、能動的振動絶縁装置１０は理想的
にはどんな減衰も呈さない。これは、流体方向付手段４
５の面積すなわち板３２，３４．５６のオリフィス３８
゜４０．４２の全流量面積が極めて広い場合である。

オリフィス３８，４０．４２を通る流体の粘性流量゛Ｑ
“ば、流体の粘度Ｉ＋　：′ｌ　ＩＩで割った、オリフ
ィス両端間での圧力低下”ｔｉＰ”に比例する。それは
基礎１８に対するペイロード１６の相対速度にも比例す
る。これは数学的には式（力で表わされる。

Ｑ、　＝Ｒ（ｄＰ）／Ｎ　＝Ａｃ（ｄＵ−ｄＸ）　＝Ａ
、ｃ（ｄＶ）　　　　（７）こ＼で、′Ｒ″は実験で決
定された比例定数、そして“ＡＣ″は粘性減衰器２０の
有効負荷支持面、積である。

しかしながら、既述したように、流体の粘度は、比例定
数Ｔ＋　Ｒ＋＋では制御電圧に比例する。

当業者には明らかなように、減衰力”　Ｆｄ　”は式（
８）で与えられる。

Ｆｄ＝Ｃｏ（ｉ−）−Ａ（ＡＢＳ（ｄＸ／ｄＶ）））ｄ
Ｖ　＝Ａｃ（ｄＰ）　（３１上式を置換すれば、命令信
号＝−ｇｃ　＋＋の式は式（９）で与えられる。

Ｒｃ　＝　（ＲＯｏ）（ｉ＋利得（ＡＢＳ　（ａｘ／ａ
ｖ）））／　（ｒＡｃ２）命令信号は、従って基本的な
帰還制御装置自体の制御関数に正比例する。この場合、
命令信号は、流体結合手段４８へ印加された制御分極電
圧でありかつ制御関数と実験で一番良く決定される比例
定数との積に等しい。

もし分極電圧”ＥＣＩＴが第１導電板３２へ印加されか
つ第２導電板６４が大地電位に維持されるならば、（第
１導電板３２と第２導電板３４は、ＫＲＦが流れる流路
の長さである小寸法″ｒ”だけ離れている。）第１導電
板３２における電荷″ｑ′”は式（ｉ０）で定められる
。

ｑ　：　ＣＥＣ（ｉ０） ２板の導電板３２と３４のキャパシタンス゛′Ｃ′。

は式（ｉ１）で定められる。

ｃ　＝　ＡＥｃ／　（４（ｐｉ）　ｒ　）　　　　　　
　　　（ｉ１）たゾし、“Ａ　”は板の面積、＋１　ｐ
ｉ　＋＋は３ｊ４ｊ５９、そしてＪ　ＥＣ１−は第１導
電板３２での電位である。

充電されたＥＲＦ粒子への分極電圧の影響は式％式％ たゾし、ｎ　Ｈｌ”は流れ方向付手段４５中のＫＲＦに
加えられた力であり、そしてｎ　Ａ　＋＋は導電板３２
．３４　（これらは計算の簡単化のため同一サイズ、同
一形状にあるとしよう。）の面積である。

従って、流体の得られた粘度は、分極電圧の大きさに比
例しかつ２枚の導電板３２と３４を隔てる距離の３乗に
反比例する。すなわち、式で表わせば、式（ｉ３）のと
おりになる。

粘度＝　ＢＫｃ／　ｒ’　　　　　　　　　　　（＋ｓ
、）こ＼で、Ｂは実験で決定された定数である。

Ｄ、サーボ弁６０ 上述したように、サーボ弁６ｏは第１導電板３２および
第２導電板３４並びにこれら導電板の間の絶縁板３６を
含む。第１導電板３２、第２導電板６４は、例えば絶縁
板３６のそれぞれ上、下に積み重ねられてそれと接触し
、かつ鋼、銅または他の導電材料のような事実上導電性
の材料で作られている。絶縁板６６は高抵抗率の事実上
絶縁性の材料で作られている。

第１導電板３２および第２導電板３４並びに絶縁板３６
の厚さは、大部分実験で決定されるへきである。しかし
ながら、出発点として、上述したようにＥＲＦのための
要求によって課せられた設計の制約のため、第１導電板
３２および第２導電板３４はその厚さを約１．０ｍｍに
できかつ絶縁板３６は約０．１ｍｍである。

第１導電板３２は導体８８によってサーボ・コントロー
ラ２２の出力側に接続されている。

導体８８は上側の部屋５２の円錐状壁６２を貫通してい
る。第２導電板３２は導体８９によっ、て大地電位点に
接続されることが望ましく、これはその電圧を零に設定
する。

第２図はサーボ弁３０の斜視図である。流体結合手段４
８は、第１方向では一方から垂直に他方に向けて、また
第２方向では導電板３２と３４の一方または両方沿いに
流れを方向付けることにより、上側の第１導電板６２を
下側の導電板３４へ流体結合するための流れ方向付手段
４５を含む。各導電板３２．３４はそれぞれ複数個のオ
リフィス３８．４０を含む。オリフィス３８．４０は例
えば円形または楕円形の断面形状にし得る。

絶縁板３６は、流れの第２方向が得られるように細長い
スロットまたはチャネルの形態をとるのが望ましい多数
のオリフィス４２を含む。この発明にとって重要なのは
、オリフィス３８゜４０．４２を整列させることである
。各オリフィス３８はオリフィス４２の１つの一端の真
上で流体結合手段４８中に配置され、そしてオリフィス
４０の１つはオリフィス４２の上記１つの他端の真下に
配置されることが望ましい。

第２図に矢印で示したように、例えば流体を第１導電板
３２のオリフィス３８に入れ、次に絶縁板３６の細長い
オリフィス４２の内部にかつこのオリフィス４２沿いに
流し、最後に第２導電板６４のオリフィス４０に通し、
もって流体結合手段４８から出すことにより、ＥＲＦの
流れは生じる。このように、ＥＲＦは、導電板６２およ
び３４によって作られた平面と垂直の第１方向に流れ、
次に上記平面と平行である第２方向に流れ、最後に再び
第１方向に流れる。重要なことは、ＥＲＦがサーボ弁３
０から出る前に、上述の流路が導電板３２．３４間かつ
細長いオリフィス４２内でＫＲＦをかなりの距離だけ移
行させることである。従って、ＥＲＦの分極電圧で誘起
した粘性は、ＫＲＦと導電板３２．３４の間に生じた粘
性摩擦により流れをかなり抑制する。他の形態の流れ方
向付手段４５もこの発明の範囲内に入ることを理解され
たい。その秘訣は、流れ方向付手段４５の流路を延長さ
せることである。例えば、ＥＲＦに曝された導電板３２
．３４の面積を増大するように、細長いスロットに隣接
する導電板３２．３４の対向面上に配置されたチャネル
を流れ方向付手段が含み得ることである。

導電板３２．３４は他の形態例えば一方の内部に他方を
組み入れる構成にしても良い。当業者は円筒状、球状ま
たは“コツプ状の導電要素を組み入れて使用することを
容易に口論める。

最後に、２枚の導電板３２．３４だけを用いてこの発明
を実施しなければならないということはない。むしろ、
もっと多数枚の導電板を使用し、２枚１組が絶縁層で分
離されるようにすることができる。そのような場合には
、流れ方向付手段は外側の２枚の導電要素を流体相互結
合する。

能動的振動絶縁装置１０によって振動励起が絶縁される
仕方を以下に簡単に説明する。

上方に移動する振動運動の影響下では、円錐状壁６２が
ペイロード１６によって生じられた慣性力の結果として
偏向し、上側の部屋５２の容積を減少させる。この容積
減少は上側の部屋５２の内側のＥＲＦによって圧力を増
大させ、従って上側の部屋５２と下側の部屋５４の間、
換言すれば流体結合手段４８の両端間に圧力差が生じら
れるようにする。この圧力差は流れ方向付手段４５内の
ＥＲＦを流体結合手段４８を通しかつ作動器５８と蓄積
器５４の間に流させる。

流体結合手段４８中の流体内の摩擦は振動の機械的エネ
ルギーを熱として消費し、もって振動を減衰させること
になる。

能動的振動絶縁装置１０の非減衰共振特性はその静止機
械的硬直さによって生じられる。この機械的硬直さは主
としてエラストマーの円錐状壁６２の機械的硬直さから
決定される。しかしながら、能動的振動絶縁装置全体の
硬直さの一部は、水圧蓄積器５４中の圧縮空気の作用に
よる。圧縮空気の所要圧力は実験で決定されなければな
らない。しかしながら、とにかく、それは能動的振動絶
縁装置１０が特定の用途で作動するように設計される最
大振動励起下ではＥＲＦの流れの空洞現象を避けるのに
充分でなければならない。

Ｆ、応答センサ１２，１４ 上述したように、ペイロード１６および基礎１８には応
答センサ１２および１４が設けられている。これら応答
センサ１２，１４は、それぞれペイロード１６の速度ｄ
Ｘ、基礎１８の励起速度ｄＵを表わす信号を処理後に発
生する。

応答センサ１２，１４は、出力が一体化されて速度信号
を発生する圧電式加速度計のような加速度計またはジオ
ホン型機構（これが望ましい）のような電気機械式速度
センサであり得る。ジオホンは前記米国特許願に詳しく
述べられている。センサ信号の情報内容は能動的振動絶
縁装置の非減衰共振周波数より低い周波数には事実上利
用されず、従って運動センサの周波数応答は極端に低い
周波数まで拡がる必要がない。

センサの共振周波数が能動的振動絶縁装置１゜の共振周
波数より低い周波数において少なくとも１オクターブで
あるべきように、各応答センサ１２，１４は実施される
べきである。これは、毎秒約１０サイクルよりも高い共
振周波数を有する能動的振動絶縁装置への、ジオホンの
ような電気機械式速度センサの適用を制限する。一体型
加速度計は、毎秒約１０サイクルよりも低い共振周波数
を有する能動的振動絶縁装置のための速度センサとして
利用され得る。

Ｇ、　電子的サーボ・コントローラ２２第１図に示した
サーボ・コントローラ２２は、２つの速度信号を使用し
、式（９）で必要とされた形態の命令信号としてサーボ
弁３ｏへ印加されるべき制御関数を発生する。オール・
アナログ装置を図示したが、応答センサ１２．ｉ４およ
びサーボ・コントローラ２２と接続するためのアナログ
／デジタル変換器およびデジタル／アナログ変換器を使
用してデジタル装置に変換できる。この変更は当業者に
とって簡単なことである。

制御装置信号の流、れは、応答センサ１２，１４からの
出力電圧ＥＸ、ＫＵをそれぞれ結合手段１０２　、１０
４　　へ印加することで始まる。結合手段１０２　、１
０４　の機能は、応答センサ１２，１４からの高インピ
ーダンス信号を低インピーダンス信号に変換することで
ある。この低インピーダンス信号は、これを変更する他
の回路素子の入力インピーダンスすなわちインピーダン
ス整合なしで別な取り扱いを受は得る。結合手段すなわ
ち増幅手段１０２，１０４　は、適所に、速度信号用の
所望の電圧スケール・ファクタを確立するための増幅器
のような回路素子（図示しない）と、センサの共振周波
数を人為的に下げるための周波数処理回路または速度セ
ンサの代りに応答センサ１２，１４のために使用された
場合に加速度センサからの加速度信号を積分するための
積分回路との少なくとも一方を含み得る。

センサの共振周波数を人為的に下げるのに使用された回
路は、遅れ／進み２重伝達関数を発生するために使用さ
れる１個または２個の演算増幅器（図示しない）を備え
る。この回路および積分回路の詳細は当業者には周知で
ある。演算増幅器を利用する線型伝達関数の合成の詳細
は前記米国特許願に開示されている。

結合手段１０２，１０４からの出方信号（これら出力信
号は簡単化のためまだＥＸ、ＥＵ　　で表わす）は減算
回路１０６へ供給されて電圧信−号“Ｅｄ　”になり、
この電圧信号ｎＥｄｕは出力信号ＥＸとＥＵの差であり
かつ相対速度を表わす。

出力信号ＥＸ、電圧信号Ｅｄは処理手段１０８゜１１０
へ入力されて絶対値に変換される。

２つの絶対値信号はアナログ除算回路１１２（出力電圧
リミッタとしても働く）へ供給されるが、ＥＸが分子と
してＥｄが分母として供給される。除算回路１１２の出
力は、最大値の電圧に制限される速度比ＥＲである。

この速度比ＥＲは、利得Ｇの増幅器１１４へ入力される
。

次に、増幅された速度比信号は加算回路１１６へ供給さ
れ、こ＼で一定電圧”Ｅｂ”がバイアスとして速度比に
加算される。

加算回路１１６からの出力信号は利得″Ｒ”の増幅器１
１８へ供給される。

得られた電圧信号は、式（９）で与えられたようにＥＲ
Ｆの粘度を制御するのに必要なものである。

上側の第１導電板６２への命令信号として印加されるの
はこの信号である。

電圧バイアス″ｇｂｌ＋および利得ｎ　ＲＩＴの大きさ
はこれらの積が電圧″ＥＯ”よりもほんの少し大きいよ
うに調節され、電圧″Ｅｏ”ではＥＲＦ’粘度が増加し
始めるので、ｄｘ”＝０の時得られた装置減衰はゼータ
・ゼロの重要な減衰の装置部分を生じ、そして速度比が
その最大値にある時に重要な減衰の装置部分がゼータ・
ゼロ（ｉ＋最犬速度比）である。これら調節によりエレ
クトロニクスは所望の装置特性を生じるように設計され
る。

制御機能はデジタル・マイクロプロセッサを使っても実
施できる。命令信号をデジタル合成する場合には、結合
手段１０２，１０４が多重化されたアナログ／デジタル
変換器によって置ぎ換えられ、そして最終利得段はデジ
タル／アナログ変換器である。全ての中間計算は精巧な
ソフトウェアを使用するマイクロプロセッサによって行
われる。マルチ自由度の振動絶縁装置を構成するのに多
数のアイソレータが使用される場合には、単一のマイク
ロプロセッサは、その入力手段および出力手段として多
重化されたアナログ／デジタル変換器およびデジタル／
アナログ変換器を使用する全ての単位アイソレータを制
御できる。

Ｈ１他の実施例 能動的振動絶縁装置１ｏは第１図に示したもの以外の作
動器と一緒に働くことを、この点で認識されたい。サー
ボ弁６０は、実例では、得られた振動絶縁装置が振動励
起にさらされる時に減衰力を生じるように適切に設計さ
れた任意の２つのＥＲＦ充填空洞間に置かれ得る。例え
ば、固体サーボ弁は特願昭６１−　　　号明細書記載の
サーボ弁に換り得る。従ってこの発明はその明細書に開
示された圧延隔膜作動器で実施される。この発明はその
明細書に開示された高さ検知・制御器を含んでも良い。

〔発明の効果〕

この発明によれば、安定化回路無しでも安定度が良くな
り、また力および運動出力に制限が課せられない効果が
得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は電気流動性流体サーボ弁を用いるこの発明の能
動的振動絶縁装置の概略図、第２図は電気流動性流体と
一緒に使用するためのサーボ弁の斜視図、第３図は線型
粘性減衰を使用する従来の振動絶縁装置の略略図、第４
図は”スカイ・フック″減衰器として接続された粘性減
衰器を有する従来の振動絶縁装置の概略図である。 １０は能動的振動絶縁装置、１２と１４は応答センサ、
１６はペイロード、１８は基礎、　２０は粘性減衰器、
２２はサーボ・コントローラ、３０はサーボ弁、３２は
第１導電板、３４は第２導電板、３６は絶縁板、３８と
４０と４２はオリフィス、４５は流れ方向付手段、４８
は流体結合手段、５ｏは支持シリンダ、５２は部屋、５
４は蓄積器になる部屋、５６はペイロード支持体、５８
は作動器、７２と７４は小室、ｆ０２と１０４は結合手
段、１０６は減算回路、１０８と１１０は処理手段、１
１２は除算回路、１１４と１１８は増幅器、１１６は加
算回路である。 特許出願人代理人　　曽　我　道　照 ＦＩＧ２ 」２ Ｆ／Ｇ４

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ペイロードと基礎の間の機械的励起の伝達を低減す
   るための粘性減衰器であって、作動器と、蓄積器と、前
   記作動器を前記蓄積器へ流体結合するための手段であり
   、その中に電気流動性流体を有するとともに第１および
   第２の導電性要素並びにこれら導電性要素間に挿入され
   た絶縁性要素を含みかつ前記第１の導電性要素から前記
   第２の導電性要素へ第１および第２の方向で前記流体結
   合手段を通る流体の流れを方向付けるための手段を含む
   ものと、前記第１および第２の導電性要素へ電圧差を印
   加するための手段とを備えた粘性減衰器。 ２、第１制御信号を導出するための第１手段と、可変減
   衰係数を有する粘性減衰器と、命令信号に応答して前記
   粘性減衰器の減衰係数を調整するための手段と、前記第
   １信号に応答して前記命令信号を連続的に発生し、もっ
   て前記減衰係数が制御可能であるようにするための電子
   的制御手段とを備えた能動的振動絶縁装置。 ３、第１信号がペイロードと基礎の間の相対運動の速度
   を表わし、前記ペイロードと前記基礎が前記粘性減衰器
   によって相互接続される特許請求の範囲第２項記載の能
   動的振動絶縁装置。 ４、第１手段は、動作時ペイロードに結合された第１セ
   ンサおよび動作時基礎に結合された第２センサを含む特
   許請求の範囲第３項記載の能動的振動絶縁装置。 ５、第１手段は第１センサおよび第２センサを含み、各
   センサはそれぞれペイロード、基礎の速度を検出するた
   めのジオホンを含む特許請求の範囲第３項記載の能動的
   振動絶縁装置。 ６、調整手段は、電気流動性流体を有するサーボ弁を含
   む特許請求の範囲第３項記載の能動的振動絶縁装置。 ７、粘性減衰器は第１および第２の部屋を含み、サーボ
   弁は両方の部屋を通る流体の流れを方向付けるための手
   段を含めて前記両方の部屋を流体結合するための手段を
   含み、この流体結合手段の両端間に電界をかけるための
   手段を更に備えた特許請求の範囲第６項記載の能動的振
   動絶縁装置。 ８、流体結合手段は、間隔があけられた導電性の第１お
   よび第２の要素並びにこれら要素の間に配置された絶縁
   性の第３の要素を含み、前記導電性要素と前記絶縁性要
   素は流れ方向付手段によって流体結合される特許請求の
   範囲第７項記載の能動的振動絶縁装置。 ９、第１手段は、ペイロードの速度を表わす第１速度信
   号Ｅ＿Ｘを導出するための第１センサ、および基礎の速
   度を表わす第２速度信号Ｅ＿Ｕを導出するための第２セ
   ンサを含む特許請求の範囲第２項記載の能動的振動絶縁
   装置。 １０、電子的制御手段は、 （ａ）第１センサから信号Ｅ＿Ｘを受けて信号Ｅ＿Ｕを
   出力する結合手段、 （ｂ）前記信号Ｅ＿Ｘおよび信号Ｅ＿Ｕのうちの一方か
   ら他方を減算してペイロードと基礎の 相対運動の速度を表わす信号Ｅ＿ｄを導出するための手
   段、 （ｃ）前記信号Ｅ＿Ｘを前記信号Ｅ＿ｄで除算して出力
   信号Ｅ＿Ｒを導出するための手段、 （ｄ）前記信号Ｅ＿Ｒを増幅するための手段、（ｅ）前
   記信号Ｅ＿ＲおよびＥ＿ｄに応答し、命令信号を導出し
   て調整手段へ印加するための コントローラ手段、 を含む特許請求の範囲第９項記載の能動的振動絶縁装置
   。 １１、大体、Ｍ（ｄ＾２Ｘ）＝Ｋ（Ｕ−Ｘ）−Ｃ〔ＡＢ
   Ｓ（ｄＸ）〕（デルタ）である運動式によって特徴付け
   られる特許請求の範囲第８項記載の能動的振動絶縁装置
   。 １２、粘性減衰器は、第１の部屋を有する作動器、およ
   び第２の部屋を有する蓄積器を更に備え、サーボ弁は前
   記作動器と前記蓄積器の間で流体的に連通している特許
   請求の範囲第８項記載の能動的振動絶縁装置。 １３、作動器は、支持要素、およびこの支持要素を第１
   の導電性要素へ接続するエラストマー壁を含み、前記支
   持要素と前記壁と前記第１の導電性要素は電気流動性流
   体が収容される第１の部屋を定め、命令信号は流体がサ
   ーボ弁を通って流れる時に前記流体の粘度を変えること
   によって前記作動器と蓄積器の間の流れを調整し、もっ
   て減衰係数を調整する特許請求の範囲第１２項記載の能
   動的振動絶縁装置。 １４、流れ方向付手段は、流体の流れを第１の方向に向
   けるために両方の導電性要素にあけられた複数個のオリ
   フィス、および少なくとも一方の導電性要素沿いに流体
   の流れを第２の方向に向けるためのチャネル手段を含む
   特許請求の範囲第８項記載の能動的振動絶縁装置。 １５、チャネル手段は、絶縁性要素と少なくとも一方の
   導電性要素とによってこれら要素間に定められた複数個
   の細長いスロットを含み、このような細長いスロットは
   第１の導電性要素のオリフィスの１つと第１の方向にお
   ける一端で整列されかつ第２の導電性要素のオリフィス
   の１つと前記第１の方向における他端で整列され、流体
   は前記第１の方向では前記第１および第２の導電性要素
   のオリフィスを通って流れかつ前記第２の方向では前記
   細長いスロット内を流れる特許請求の範囲第１４項記載
   の能動的振動絶縁装置。 １６、導電性要素と絶縁性要素は、第１の方向と事実上
   平行な方向で一方の上に他方が積み重ねられた板である
   特許請求の範囲第１５項記載の能動的振動絶縁装置。 １７、蓄積器は、 （ａ）蓄積用シリンダ、 （ｂ）この蓄積用シリンダを第１と第２の小室に流体的
   に仕切る隔膜 を含み、前記第１の小室がサーボ弁と流体的に連通し、
   前記第２の小室がその中に圧縮性流体を有している特許
   請求の範囲第１２項記載の能動的振動絶縁装置。 １８、減衰係数が、事実上 減衰係数＝Ｃ＝Ｃ＿０〔１．０＋Ａ（ＡＢＳ（ｄＸ／ｄ
   Ｖ））〕に従い命令信号によって制御される特許請求の
   範囲第８項記載の能動的振動絶縁装置。 １９、下記の構成要素を備えた能動的振動絶縁装置。 （ａ）動作時ペイロードと関連させられてその速度を表
   わす第１速度信号を発生するため の第１のジオホン、 （ｂ）動作時基礎と関連させられてその速度を表わす第
   ２速度信号を発生するための第２ のジオホン、 （ｃ）可変減衰係数を有し、前記ペイロードを前記基礎
   に対して支持し、かつ（ｉ）作動器および（ｉｉ）蓄積
   器を含む粘性減衰器、 （ｄ）前記粘性減衰器の減衰係数を調整するための手段
   、電気流動性流体の流れを方向付 けるための手段を含みかつ作動器を蓄積器 へ流体結合する結合手段であるサーボ弁、 （ｅ）前記第１速度信号および前記第２速度信号に依存
   して命令信号を導出するための、 前記命令信号に相当する電界を発生してこ の電界をオリフィス手段の両端間にかける ための回路手段。 ２０、結合手段は、第１の導電板および第２の導電板並
   びにこれら導電板間に配置された絶縁板を含み、流れ方
   向付手段は、前記導電板間で流体を第１の方向および第
   ２の方向に向けるための手段を含み、命令信号は前記導
   電板間の電圧差を調整して電気流動性流体の粘度を調整
   し、もって減衰係数を変更する特許請求の範囲第１９項
   記載の能動的振動絶縁装置。 ２１、粘性減衰器の減衰係数を制御するために、（ａ）
   前記粘性減衰器によって接続された第１の要素と第２の
   要素との間の相対運動の速 度を表わす第１信号を導出して前記要素間 に伝達されてきた機械的励起を低減するス テップ、 （ｂ）命令信号に応答して前記粘性減衰器の減衰係数を
   調整するステップ、および （ｃ）前記第１信号に応答して前記命令信号を発生し、
   もって前記減衰係数を制御するス テップ、 からなる制御方法。 ２２、第１信号を導出するステップは、 （ａ）第１の要素の速度を検知してこの速度を表わす信
   号を発生するステップ、 （ｂ）第２の要素の速度を検知してこの速度を表わす信
   号を発生するステップ、および （ｃ）発生された両信号の差をとって前記第１信号を導
   出するステップ を含む特許請求の範囲第２１項記載の制御方法。 ２３、調整ステップは、電気流動性流体の流れをオリフ
   ィス要素に向けかつ命令信号に応答して電界を前記オリ
   フィス要素の両端間にかけるステップを含む特許請求の
   範囲第２１項記載の制御方法。 ２４、流れ方向付ステップは、オリフィス要素の導電板
   間で流れを第１の方向および第２の方向に向けるステッ
   プを含む特許請求の範囲第２３項記載の制御方法。