アクティブ防振装置及びこれに用いるアクチュエータ
【課題】機器１の載置される天板５がコイルばね４によって支持されているアクティブ除振台Ａを、できるだけ小さくかつ軽量にするとともに、コストの上昇を招くことなく所要の減衰特性が得られるようにする。
【解決手段】鉛直用リニアモータユニット６のボビン６７を、その当接部材７０の球面状凸部を介してケース２の床板２０上に転動可能に支持し、そのボビン６７の揺動によって水平方向の振動を吸収するとともに、適度な減衰力が発生するようポールピース６２との間に高減衰ゴムのＯリング６５を配設する。当接部材７０は樹脂材によって形成し、ポールピース６２とボビン６７との間に配設した予圧縮状態のコイルばね６６によって、ケース床板２０上に略一定の押圧力で押し付ける。水平用リニアモータユニット７も同様の構造とする。
【解決手段】鉛直用リニアモータユニット６のボビン６７を、その当接部材７０の球面状凸部を介してケース２の床板２０上に転動可能に支持し、そのボビン６７の揺動によって水平方向の振動を吸収するとともに、適度な減衰力が発生するようポールピース６２との間に高減衰ゴムのＯリング６５を配設する。当接部材７０は樹脂材によって形成し、ポールピース６２とボビン６７との間に配設した予圧縮状態のコイルばね６６によって、ケース床板２０上に略一定の押圧力で押し付ける。水平用リニアモータユニット７も同様の構造とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば電子顕微鏡等の振動を嫌う精密機器を基礎に対して弾性的に支持するとともに、その振動を減殺する制御力をアクチュエータによって付加するようにしたアクティブ防振装置に係り、特にそのアクチュエータの構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来よりこの種の防振装置においては例えば特許文献１、２等に示されているように、精密機器の載置される定盤をばね部材及び振動減衰部材からなるパッシブ除振台によって弾性支持した上で、それら機器及び定盤（被支持体）の振動状態を検出するセンサからの信号をフィードバックして、その振動を減殺する制御力をアクチュエータによって付加するようにしている。
【０００３】
前記特許文献１の図４、７、８に記載された実施例では、振動減衰部材として基礎側に配置した容器を粘性流体３７で満たし、これに定盤側から下ろした棒部材３８の下端を浸して粘性抵抗力により振動を減衰させるようにしている。また、同図５、６の実施例では定盤から基礎に渡した粘弾性部材３９の変形によって減衰力を得るようにしている。
【０００４】
そのようなアクティブ防振制御に用いられるアクチュエータとしては、小型でありながら比較的高出力で、しかも非常に応答性の高いものが求められることから、例えばボイスコイルモータのような電磁式のアクチュエータが採用されることが多い。
【０００５】
一例として特許文献３には、２つのボイスコイルモータを直交状に組み合わせて、可動子と固定子とを前後、左右の両方向について非接触で移動可能に構成したものが開示されている。これによれば水平方向の全方向に制御力を出力できるとともに、アクチュエータを介して水平方向の振動成分が伝達されることを阻止できる。
【０００６】
加えて同文献の図３に示される実施例では、可動子（ボビン４８）と固定子（ヨーク４６）とを極めて柔軟なゴムやスポンジ等の弾性体（５２）により連結することによって、アクチュエータを介しての上下方向の振動伝達も実質的に無視できるようにしている。
【０００７】
さらに、特許文献４に記載の動的耐震装置では、電気機械変換器２０（アクチュエータ）として拡声器のボイスコイルを採用し、その下端部に取り付けた半球２４を基礎側のブロック３０の上面に転動可能に当接させている。こうすると、横方向の振動がボイスコイルの揺動によって吸収されるとともに、振幅が大きくなれば半球２４がブロック３０上で滑動するようになり、拡声器の損傷が防止できる。
【特許文献１】特開平０８−１２８４９８号公報
【特許文献２】特開２００７−７８１２２号公報
【特許文献３】特開平０８−０７４９２８号公報
【特許文献４】特公平０６−０１７７０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、比較的小型の精密機器を載置する防振台の場合は、それ自体もできるだけ小さくかつ軽量にしたいという要請があり、前者の従来例のように減衰部材を別途、設けることは好ましくない。特に、特許文献１の図４等に開示されるように液体の粘性抵抗力によって減衰を得る構造は、軽量化に適さない上に比較的大がかりな構造になってしまい、コスト高にもなりやすい。
【０００９】
斯かる点に鑑みて本発明は、アクティブ防振装置のアクチュエータに一体的に減衰部材を設けて小型化、軽量化の要請に応えるとともに、簡易な構造としてコストの上昇を招くことなく、所要の減衰特性が得られるようにしたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
すなわち、本発明では、前記特許文献４のアクチュエータのように、可動子を球面状の凸部を介して被支持体側又は基礎側のいずれかの部材に転動可能に当接させ、その揺動によって振動を吸収するとともに、この可動子の揺動に伴い減衰力が発生するよう、固定子との間に高減衰ゴムの減衰部材を配設したものである。
【００１１】
具体的に請求項１の発明は、基礎に対して弾性支持した被支持体に、その振動を減殺する制御力を付加するようにしたアクティブ防振装置のアクチュエータであって、前記被支持体側又は基礎側のいずれか一方の部材に固定される固定子と、この固定子に対し所定方向に往復動して、前記被支持体側又は基礎側の他方の部材に制御力を付加する可動子と、を備えている。
【００１２】
そして、前記可動子を、それに設けた球面状の凸部を介して前記他方の部材の当接面に転動可能に当接させるとともに、前記固定子に対しては非接触状態で、前記制御力の作用線に直交する任意の方向に揺動するように保持させて、その上で、固定子との間に高減衰ゴムの減衰部材を設けて、可動子の揺動を減衰させるようにしている。
【００１３】
前記の構成により、まず、被支持体の振動に応じてアクチュエータを制御し、その振動を減殺する制御力を発生させることにより、この制御力の作用線の方向について被支持体の振動を効果的に抑制することができる。一方で、その制御力の作用線に直交する方向の振動成分は、アクチュエータの可動子の揺動によって吸収されるようになり、この揺動が高減衰ゴムの減衰部材によって減衰されることで、振動の収束が早められる。
【００１４】
つまり、被支持体の振動を減衰させるための構造がアクチュエータに一体化されることで、防振装置の小型化に有利になるとともに、アクチュエータの可動子と固定子との間に減衰部材を配設するという極めて簡易な構造であるから、軽量化にも有利でコストの上昇も殆どない。
【００１５】
また、可動子と固定子との間には、両者を制御力の作用線方向に相対移動可能に保持するために、例えばＯリングのような弾性体が配置されることがあり、この弾性体を高減衰ゴムによって形成すれば減衰部材として利用することができる。こうしてＯリング等を利用する場合、これが可動子の揺動に伴い弾性変形するようになるので、前記のように制御力の作用線に直交する方向（以下、直交方向ともいう）に減衰力を発生するとともに、この振動による変位に対向するような弾性力も発生することになる。
【００１６】
そして、被支持体の振幅が大きくなって前記直交方向の変位が所定以上に大きくなると、可動子の球面状凸部が当接する面上を滑り出すことになるが、この滑り出しのときに前記の弾性力や減衰力が急変すると、防振性能が損なわれる虞れがあるので、球面状凸部と当接面との間には或る程度以上の滑り摩擦力が発生することが望ましい。
【００１７】
そこで、前記球面状凸部を樹脂材によって形成し、当接面に押し付けられたときに弾性変形して、或る程度の当接面積が確保されるようにする（請求項２）。こうすれば、両者間で発生する摩擦力が安定し、前記のように球面状凸部が当接面上を滑り出すときにも、可動子の受ける弾性力や減衰力が急変することはなくなる。よって、アクチュエータにおいて制御力の作用線に直交する方向の振動に安定して減衰を付与することができる。
【００１８】
より好ましいのは、前記固定子と可動子との間に、該可動子を制御力の作用線の方向に押圧するように予圧縮状態でばね部材を配設することであり（請求項３）、こうすれば、そのばね部材の予圧縮量を調整することによって、可動子の球面状凸部と当接面との間の摩擦力を所望の大きさとすることができる。
【００１９】
見方を変えれば本発明は、前記のようなアクチュエータを用いるアクティブ防振装置が対象であり、被支持体及び基礎の中間に前記アクチュエータを、制御力の作用線が鉛直方向を向くように配設する場合に、被支持体を基礎から浮上した状態になるよう下方から支持する複数の弾性支柱と、これら各弾性支柱の弾性変形に応じて被支持体の高さを略一定に維持するように調整される高さ調整機構と、を備えるものである（請求項４）。
【００２０】
このアクティブ防振装置によれば、アクチュエータにより鉛直方向の制御力を発生させて、被支持体の鉛直方向の振動を効果的に抑制できるとともに、該アクチュエータの可動子の揺動によって水平方向の振動を吸収し、かつ減衰させることができる。
【００２１】
また、例えば載置される機器の変更によって被支持体の重量が変化し、これを受ける弾性支柱の弾性変形量が変化しても、その高さは高さ調整機構の調整によって略一定に維持することができるので、前記アクチュエータにおいて固定子と可動子との間に配設されているばね部材の予圧縮量を略一定に保つことができる。よって、被支持体の重量の変化に依らず前記請求項３の発明の作用が得られる。
【００２２】
さらに、また別のアクチュエータを被支持体及び基礎の中間に横倒しで配設し、被支持体側から垂下する垂下壁部と基礎側に立設された立壁部との間に水平方向に制御力を作用させるようにすれば（請求項５）、その水平方向のアクチュエータの作動によって被支持体の水平方向の振動を一層、効果的に抑制することができる。
【００２３】
しかも、その水平方向アクチュエータにおける可動子の揺動等によって鉛直方向の振動に適切な減衰が付与されるようになり、被支持体の振動を鉛直及び水平の全方向についてより効果的に軽減することができる。
【発明の効果】
【００２４】
以上、説明したように本発明に係るアクティブ防振装置によれば、制御力を発生するアクチュエータの可動子を、球面状凸部を介して被支持体側又は基礎側のいずれかの部材に転動可能に支持し、その可動子の揺動によって、制御力の作用線に直交する方向の振動を吸収するとともに、この可動子と固定子との間に配設した高減衰ゴムの減衰部材によって振動を減衰させるようにしたから、別途、振動減衰部材を設ける従来例に比べて防振装置の小型化、軽量化に有利になるとともに、極めて簡易な構造でコストの上昇を招く心配も少ない。
【００２５】
特に、可動子と固定子との間に配設するＯリングのような弾性体を減衰部材として利用すれば、コスト面でより好ましい。この場合に、さらに可動子の球面状凸部を樹脂材によって形成すれば、それが当接面上を滑るときにも摩擦力により安定して減衰力を得ることができる。
【００２６】
その上さらに、前記固定子と可動子との間に予圧縮状態でばね部材を配設し、可動子をそれが当接する面上に所要の力で押圧するようにすれば、前記のように可動子の球面状凸部と当接面との間で発生する滑り摩擦力の大きさを所望のものとして、前記の効果をより高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。
【００２８】
（防振装置の構成）
図１には、本発明に係る防振装置の一実施形態である精密除振台Ａの概略構成を示す。この除振台Ａは、例えば電子顕微鏡や原子間力顕微鏡、半導体関連の試験機器、検査機器等の精密計測機器のように、振動を嫌う機器１（仮想線で示す）が載置されるものであり、主に試験や研究等に用いられる比較的小型の機器を対象とするとともに、使用者の都合によって機器が入れ替えられることも想定している。
【００２９】
この除振台Ａは、図示しない専用のテーブルや台等の上面に設置されるケース２と、そのケース２の４隅にそれぞれ高さ調整機構３，３，…を介して配設されたコイルばね４，４，…（弾性支柱）と、これらのコイルばね４，４，…により４隅をそれぞれ支持されてケース２から浮上する一方で、上面には前記機器１が載置される天板５（定盤）と、を備えている。
【００３０】
ケース２は、この例ではアルミ合金の鋳物で、概略矩形状の床板２０（基礎側の部材）とその外周縁を巡る周壁２１とが一体に成形されており、例えば鉄板のプレス成形品に比べて高剛性であるとともに、アルミ合金製としては比較的大きな減衰が得られる。また、図１に破線で示すようにケース２の床板２０には要所にリブ２０ａ，…が形成されていて、全体の剛性が高められている。
【００３１】
図２に拡大して示すように高さ調整機構３は、ケース２の床板２０から鉛直上方に延びるよう回転自在に配設されたねじ軸３０と、このねじ軸３０に螺合されるとともに、コイルばね４の下端を保持するばね座３１と、このばね座３１の下方にてねじ軸３０に回転一体に固定された被動ギヤ３２と、を備えている。そして、この被動ギヤ３２と歯合する中間ギヤ３３（図１参照）が、電動モータ３４の回転軸に固定されたピニオンにより回転されることによって、ねじ軸３０が回転してばね座３１が上下動するようになっている。
【００３２】
そうして高さ調整機構３を介して配設されているコイルばね４は、この例では不等ピッチのもので、機器１の重量による荷重の増大に略比例してばね定数が高くなるプログレッシブ特性を有している。このため、上述したように機器１が変更されて被支持体の重量が変化しても、ばね系の固有振動数は概ね一定に保たれるようになり、機器１の変更によらず後述のアクティブ制御によって高い除振効果が得られる。
【００３３】
また、そうして４つのコイルばね４，４，…によって弾性支持した天板５をケース２に対して鉛直及び水平方向にそれぞれ数ミリ程度、相対変位させるように、鉛直用及び水平用の各々４個ずつのリニアモータユニット６，…，７，…（アクチュエータ）が配設されている。鉛直用の４個のリニアモータユニット６，…は、それぞれ、ケース２のリブ２０ａ，…同士が交わる部位に近接して直立配置され、該ケース２の床板２０から天板５に対し鉛直方向の制御力を付加する。
【００３４】
一方、水平用の４個のリニアモータユニット７，…は、天板５の長手方向を向いたものと幅方向を向いたものとが二つずつ対をなし、該天板５の重心周りに反対向きの偶力が発生するように配置されている。図３に拡大して示すように水平用のリニアモータユニット７は、天板５の下面から垂下する垂下壁部５ａと、ケース２の床板２０ａに立設された立壁部２０ｂとの間で水平方向に制御力を作用させるよう横倒しで配置されている。
【００３５】
それらの鉛直用及び水平用の各リニアモータユニット６，７は同じものであり、図４に鉛直用リニアモータユニット６について示すように、加速度センサ８が一体的に設けられている。この加速度センサ８から天板５の相対加速度（天板５の振動状態）を示す信号が出力され、この信号を受けたコントローラ１０からリニアモータユニット６に制御信号が出力されて、天板５及び機器１にその振動を減殺するような制御力が付加される。つまり、一例として加速度フィードバックのアクティブ除振制御が行われる。
【００３６】
尚、コントローラ１０には、天板５の高さを検出するセンサ９（図１にのみ示す）からの信号も入力され、この信号を受けたコントローラ１０が高さ調整機構３の電動モータ３４を制御することにより、コイルばね４の弾性変形に応じてその下端位置が調整されて、天板５の高さが略一定に保たれるようになっている。
【００３７】
（リニアモータユニットの構成）
次に、図４を参照してリニアモータユニット６の構造を詳細に説明する。同図は、鉛直用リニアモータユニット６の断面図であるが、上述したように、ケース２や天板５への取り付けを除けば水平用のものも同じ構造である。
【００３８】
図示のように、鉛直用リニアモータユニット６は、上部に配置された加速度センサ８と一体化されて除振台Ａの天板５に固定される固定側（固定子）と、これに対し非接触状態で組み付けられて、電磁力により鉛直方向に移動される可動側（可動子）と、に分かれている。固定側は、ハウジングを兼ねて有底円筒状に形成され、図では上下に反転されて下方に開口する鉄製のヨーク６０と、その筒壁部６０ａ内に同心状に収容されて、底部６０ｂにボルト留めされる円盤状の磁石６１及びポールピース６２と、からなる。
【００３９】
前記ヨーク６０の底部６０ｂには周方向に間隔を空けて例えば４箇所にねじ穴が形成されていて、それぞれに軸端がねじ込まれたボルト６３，…によって円環状のブラケット６４（被支持体側の部材）に連結されている。このブラケット６４は、加速度センサ８の円筒状ケースの外周に突設されている鍔部８ａと係合して、該加速度センサ８をヨーク６０に固定するとともに、図示しない別のボルトによって下方から天板５に締結されている。
【００４０】
また、前記磁石６１及びポールピース６２は該略同径でかつ同程度の厚みを有する比較的厚肉の円盤状とされている。図の例では、ポールピース６２の上端部には磁石６１との間に周溝が形成されるよう段状に縮径部が形成されていて、この周溝に高減衰ゴムからなるゴム製のＯリング６５（減衰部材）が嵌め込まれている。このＯリング６５は、例えばフッ素ゴム、ニトリルゴム、ブチルゴム、ポリノルボルネンゴム、エポキシ化天然ゴム、シリコンゴム等を主成分とし、加硫後の硬度が６０度〜８０度で、損失係数が約０．４〜１．０くらいになるものが好ましい。
【００４１】
さらにポールピース６２には、その下面略中央に開口するように円形断面の凹部６２ａが形成されていて、そこには、以下に述べるようにボビン６７を下向きに付勢するコイルばね６６が嵌挿されている。
【００４２】
すなわち、リニアモータの可動側は、樹脂材からなる有底円筒状のボビン６７と、その筒壁部６７ａに電線を巻き付けてなるコイル６８と、からなり、ボビン６７は、図では上方に開口し、ヨーク６０とは軸心（軸線Ｚ）が合致するように配置されていて、その筒壁部６７ａが磁石６１及びポールピース６２を非接触状態で取り囲む一方、ヨーク６０の筒壁部６０ａには非接触状態で取り囲まれている。
【００４３】
こうして同軸状に配置されているボビン６７の筒壁部６７ａの内周面には、前記のようにポールピース６２の周溝に嵌め込まれているＯリング６５の外周が接触して、該ポールピース６２や磁石６１の外周面とボビン６７の筒壁部６７ａの内周面との間隔を所定の大きさに保つとともに、そのボビン６７の筒壁部６７ａの外周面とヨーク６０の筒壁部６０ａの内周面との間隔も所定の大きさに保つようになっている。
【００４４】
また、ボビン６７の底壁部６７ｂは、図の例では比較的厚肉の円盤状とされ、その下面の外周寄りの部位とヨーク６０の筒壁部６０ａの下端面との間がゴムのダイヤフラム６９によって連繋されている。このダイヤフラム６９は非常に柔らかなゴムによって形成され、ボビン６７及びヨーク６０の各底壁部６７ｂ，６０ａ間で全周が大きく撓むことにより、ボビン６７の軸線Ｚ方向の相対移動を許容するとともに、該ボビン６７を挟む両側部位が逆位相に撓むことによって（図６を参照）、当該ボビン６７の揺動を許容するようになっている。
【００４５】
さらに、前記ボビン６７の底壁部６７ｂの上面には、ポールピース６２の凹部６２ａに上部を嵌挿されたコイルばね６６の下端が当接している。このコイルばね６６は、外力の加わらない状態でもボビン６７を下向きに押圧するように予圧縮されており、これにより、天板５を押し上げるだけでなくそれを引き下げる向きにも制御力を発生できる。予圧縮量は、ポールピース６２の下面とボビン６７の底壁部６７ｂ上面との間隔で決まり、この実施形態では、上述したように高さ調整機構３によって天板５の高さが略一定に保たれることから、予圧縮量も略一定に保たれるようになる。
【００４６】
つまり、リニアモータユニット６において可動側であるボビン６７は、Ｏリング６５及びダイヤフラム６９によって固定側であるヨーク６０等に対し非接触状態で保持されていて、電磁力により軸線Ｚ方向に往復動してケース２床板２０及び天板５の間に上下方向の制御力を出力するとともに、この制御力の作用線（鉛直軸線Ｚ）に直交する任意の方向、即ち水平方向には揺動可能に保持されている。
【００４７】
また、そうして軸線Ｚ方向に往復動するボビン６７の底壁部６７ｂには、その内周側の部位において下方に膨出するように円形の台座部６７ｃが形成され、この台座部６７ｃの下面略中央に開口する円形断面の凹部６７ｄには、ケース２の床板２０の上面２０ａ（当接面）に当接して制御力を伝えるための当接部材７０が、出没可能に嵌挿されている。
【００４８】
この当接部材７０は、例えばＭＣナイロン等の樹脂材を円柱状に成形してその先端（図の下端）部を球面状の凸部とする一方、基端（図の上端）部には鍔部を形成したもので、図の例では、その鍔部の外径が凹部６７ｄの内径と略同径とされている。そして、台座部６７ｃの下面には押さえ板７１が重ね合わされ、これには鍔部を除いた当接部材７０の外径と略同径の丸穴が空けられており、この丸穴の周縁部によって鍔部が押さえられることで、当接部材７０の抜け止めがなされている。
【００４９】
尚、図の例では凹部６７ｄにもコイルばね７２が配設されている。このコイルばね７２は、ボビン６７を下方に付勢するコイルばね６６よりもかなりばね定数が高いことから、通常は殆ど撓まず、過大な外力によってポールピース６２とボビン６７が接触したときに初めて縮んで、それらがダメージを受けることを阻止するためのものである。
【００５０】
そうしてボビン６７が、その下端部の当接部材７０を介してケース２の床板２０の上面（当接面）に転動可能に支持されていることから、鉛直用のリニアモータユニット６においては、後述するように水平方向の振動を受けてヨーク６０とボビン６７とが水平方向に相対変位するとき、当接部材７０が床板２０上を転動することによってボビン６７が揺動し、変位を吸収するようになる（図６参照）。
【００５１】
その揺動に伴いボビン６７の筒壁部６７ａの内周面とポールピース６２の外周面との間でＯリング６５が弾性変形し、ボビン６７の揺動を抑えるような弾性力及び減衰力を発生する。そして、さらに変位が大きくなると、当接部材７０が当接するケース床板２０上を滑り出し、滑り摩擦によって減衰力が発生するようになる。
【００５２】
上述した構造のリニアモータユニット６の組み付けは、図５に模式的に示すように、まず、磁石６１とポールピース６２とを間にＯリング６５を挟んで組合せ、これをヨーク６０に組み付けてボルト７３により締結する。一方、ボビン６７の凹部６７ｄにコイルばね７２を挿入した後に当接部材７０を嵌挿して、押さえ板７１をねじ留めする。
【００５３】
それから前記ポールピース６２の凹部６２ａにコイルばね６６を嵌挿し、これを間に挟むようにしてボビン６７をヨーク６０に組み付け、このヨーク６０の開口を塞ぐようにダイヤフラム６９を取り付けて、ねじ留めする。最後に、同図には示さない加速度センサ８を組み付ければ、図４に示すようにリニアモータユニット６が完成する。
【００５４】
（リニアモータユニットの作動）
次に、この実施形態の除振台Ａにおけるリニアモータユニット６，７の作動について、図４の他、図６も参照して説明する。まず、鉛直用リニアモータユニット６は、上述したように加速度センサ８からの信号に基づいてコントローラ１０により制御され、天板５及び機器１にその鉛直方向の振動を減殺するような制御力を付加する。これにより機器１の振動が鉛直方向について効果的に抑制される。
【００５５】
同様に、水平用リニアモータユニット７もコントローラ１０によって制御され、天板５及び機器１にその水平方向の振動を減殺するような制御力を付加する。これにより機器１の振動は水平方向についても効果的に抑制される。
【００５６】
その水平方向の振動に対して鉛直用リニアモータユニット６においては、ボビン６７の揺動によって振動が吸収されるとともに、適度の減衰が付与されるようになる。すなわち、図６に模式的に示すように例えばヨーク６０等、固定側が機器１や天板５とともに図の左側に変位するとき、可動側であるボビン６７はその下端の当接部材７０の転動によって左側に傾いて、ヨーク６０等との相対変位を吸収する。
【００５７】
このとき、図の右側ではボビン６７の筒壁部６７ａとポールピース６２との間隔が狭まり、Ｏリング６５が圧縮されて弾性力（圧縮反力）を発生するとともに、こうして圧縮される際の内部損失によって適度な減衰力を発生するようになる。よって、鉛直用リニアモータユニット６において水平方向の振動を適度に減衰させて、その収束を早めることができる。
【００５８】
また、比較的大きな振動によって相対変位が所定以上に大きくなると、当接部材７０の先端（球面状凸部）が当接するケース床板２０上を滑り出すことになるが、この当接部材７０は樹脂材によって形成されており、予圧縮状態のコイルばね６６によってケース床板２０上に略一定の押圧力で押し付けられているので、当接部材７０の先端が弾性変形して或る程度以上の当接面積が確保されるようになり、ここにおいて適度の滑り摩擦力が安定して発生する。
【００５９】
よって、前記のように当接部材７０がケース床板２０上を滑り出すときにもボビン６７とヨーク６０等との間で水平方向に作用する力が急変することはなく、水平方向の振動に対して安定して減衰を付与することができる。同様に、水平用リニアモータユニット７においては鉛直方向の振動がボビンの揺動によって吸収されるとともに、これに適度の減衰が付与されて、その収束が早められる。
【００６０】
したがって、この実施形態に係る除振台Ａのリニアモータユニット６，７によると、可動側のボビン６７を、当接部材７０の球面状凸部を介して被支持体側又は基礎側のいずれかの部材に転動可能に当接させ、その揺動によって制御力の作用線に直交する方向の振動を吸収するとともに、固定側であるポールピース６２との間に介在させたＯリング６５の弾性変形によって適度な減衰力を得ることができる。つまり、減衰部材をリニアモータユニット６，７のＯリング６５と兼用することで、除振台Ａの小型化、軽量化に有利になるとともに、コストの上昇を招く心配もない。
【００６１】
また、比較的大きな振動に対しては前記当接部材７０が当接面上を滑るときの摩擦力によって減衰を付与することができ、その力の大きさが滑り出しのときにも急変しないことから、振動に対し安定して減衰を付与することができるものである。
【００６２】
尚、本発明の防振装置の構成は前記実施形態の除振台Ａに何ら限定されるものではない。例えばリニアモータユニット６，７においてはＯリング６５のみならず、ダイヤフラム６９も高減衰ゴムで形成することができる一方、それらを高減衰ゴムにはせず、それらとは別に高減衰ゴムの減衰部材を設けてもよい。
【００６３】
また、前記したリニアモータユニット６，７の構造は一例に過ぎず、ヨーク６０やボビン６７の形状は異なるものであってもよいし、前記の例とは反対にヨーク６０を可動側とし、ボビン６７を固定側とすることもできる。
【００６４】
また、除振台Ａにおいて鉛直用リニアモータユニット６，６，…は３個以上であればよく、同様に天板５を支持するコイルばね４も３固以上であればよい。コイルばね４に代えて、例えばゴム弾性体や気体ばねを用いることも可能であるが、金属製のコイルばね４は、気体ばねのような圧力源が不要であり比較的特性ばらつきも少ないので、好ましい。
【００６５】
また、高さ調整機構３についても種々の構成が適用可能であり、その配置も前記実施形態には限定されない。
【００６６】
さらに、リニアモータユニット６，７の作動によるアクティブ除振制御の手法として、前記実施形態のようなフィードバック制御に限らず、ケース２の振動状態に基づいて天板５へ伝達する振動を推定し、この振動を打ち消すような制御力を発生させる、所謂フィードフォワード制御や、機器１の作動に伴う振動を予測してこれを打ち消すような制御力を発生させる、所謂制振フィードフォワード制御も可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明は、精密機器の振動を抑えるアクティブタイプの防振装置の小型化、軽量化に有利であり、コストの上昇を招くこともないから、特に試験、研究用の比較的小型の除振台に極めて好適である。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の実施形態に係る精密除振台の概略構成を示す図である。
【図２】コイルばね及び高さ調整機構の概略構成を示す拡大図である。
【図３】水平用リニアモータユニットの配置を示す拡大図である。
【図４】リニアモータユニットの構造を示す拡大図である。
【図５】リニアモータの組み付け手順を示す分解図である。
【図６】水平方向の振動によるボビンの揺動を模式的に示す説明図である。
【符号の説明】
【００６９】
Ａ 精密除振台（防振装置）
１ 精密機器（被支持体）
２ ケース
２０ 床板（基礎側の部材）
３ 高さ調整機構
４ コイルばね（弾性支柱）
５ 天板（定盤：被支持体）
６，７ リニアモータユニット（アクチュエータ）
６０ ヨーク（固定子）
６１ 磁石（固定子）
６２ ポールピース（固定子）
６４ ブラケット（被支持体側の部材）
６５ Ｏリング（減衰部材）
６６ コイルばね（ばね部材）
６７ ボビン（可動子）
６８ コイル（可動子）
６９ ダイヤフラム
７０ 当接部材（球面状凸部）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば電子顕微鏡等の振動を嫌う精密機器を基礎に対して弾性的に支持するとともに、その振動を減殺する制御力をアクチュエータによって付加するようにしたアクティブ防振装置に係り、特にそのアクチュエータの構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来よりこの種の防振装置においては例えば特許文献１、２等に示されているように、精密機器の載置される定盤をばね部材及び振動減衰部材からなるパッシブ除振台によって弾性支持した上で、それら機器及び定盤（被支持体）の振動状態を検出するセンサからの信号をフィードバックして、その振動を減殺する制御力をアクチュエータによって付加するようにしている。
【０００３】
前記特許文献１の図４、７、８に記載された実施例では、振動減衰部材として基礎側に配置した容器を粘性流体３７で満たし、これに定盤側から下ろした棒部材３８の下端を浸して粘性抵抗力により振動を減衰させるようにしている。また、同図５、６の実施例では定盤から基礎に渡した粘弾性部材３９の変形によって減衰力を得るようにしている。
【０００４】
そのようなアクティブ防振制御に用いられるアクチュエータとしては、小型でありながら比較的高出力で、しかも非常に応答性の高いものが求められることから、例えばボイスコイルモータのような電磁式のアクチュエータが採用されることが多い。
【０００５】
一例として特許文献３には、２つのボイスコイルモータを直交状に組み合わせて、可動子と固定子とを前後、左右の両方向について非接触で移動可能に構成したものが開示されている。これによれば水平方向の全方向に制御力を出力できるとともに、アクチュエータを介して水平方向の振動成分が伝達されることを阻止できる。
【０００６】
加えて同文献の図３に示される実施例では、可動子（ボビン４８）と固定子（ヨーク４６）とを極めて柔軟なゴムやスポンジ等の弾性体（５２）により連結することによって、アクチュエータを介しての上下方向の振動伝達も実質的に無視できるようにしている。
【０００７】
さらに、特許文献４に記載の動的耐震装置では、電気機械変換器２０（アクチュエータ）として拡声器のボイスコイルを採用し、その下端部に取り付けた半球２４を基礎側のブロック３０の上面に転動可能に当接させている。こうすると、横方向の振動がボイスコイルの揺動によって吸収されるとともに、振幅が大きくなれば半球２４がブロック３０上で滑動するようになり、拡声器の損傷が防止できる。
【特許文献１】特開平０８−１２８４９８号公報
【特許文献２】特開２００７−７８１２２号公報
【特許文献３】特開平０８−０７４９２８号公報
【特許文献４】特公平０６−０１７７０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、比較的小型の精密機器を載置する防振台の場合は、それ自体もできるだけ小さくかつ軽量にしたいという要請があり、前者の従来例のように減衰部材を別途、設けることは好ましくない。特に、特許文献１の図４等に開示されるように液体の粘性抵抗力によって減衰を得る構造は、軽量化に適さない上に比較的大がかりな構造になってしまい、コスト高にもなりやすい。
【０００９】
斯かる点に鑑みて本発明は、アクティブ防振装置のアクチュエータに一体的に減衰部材を設けて小型化、軽量化の要請に応えるとともに、簡易な構造としてコストの上昇を招くことなく、所要の減衰特性が得られるようにしたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
すなわち、本発明では、前記特許文献４のアクチュエータのように、可動子を球面状の凸部を介して被支持体側又は基礎側のいずれかの部材に転動可能に当接させ、その揺動によって振動を吸収するとともに、この可動子の揺動に伴い減衰力が発生するよう、固定子との間に高減衰ゴムの減衰部材を配設したものである。
【００１１】
具体的に請求項１の発明は、基礎に対して弾性支持した被支持体に、その振動を減殺する制御力を付加するようにしたアクティブ防振装置のアクチュエータであって、前記被支持体側又は基礎側のいずれか一方の部材に固定される固定子と、この固定子に対し所定方向に往復動して、前記被支持体側又は基礎側の他方の部材に制御力を付加する可動子と、を備えている。
【００１２】
そして、前記可動子を、それに設けた球面状の凸部を介して前記他方の部材の当接面に転動可能に当接させるとともに、前記固定子に対しては非接触状態で、前記制御力の作用線に直交する任意の方向に揺動するように保持させて、その上で、固定子との間に高減衰ゴムの減衰部材を設けて、可動子の揺動を減衰させるようにしている。
【００１３】
前記の構成により、まず、被支持体の振動に応じてアクチュエータを制御し、その振動を減殺する制御力を発生させることにより、この制御力の作用線の方向について被支持体の振動を効果的に抑制することができる。一方で、その制御力の作用線に直交する方向の振動成分は、アクチュエータの可動子の揺動によって吸収されるようになり、この揺動が高減衰ゴムの減衰部材によって減衰されることで、振動の収束が早められる。
【００１４】
つまり、被支持体の振動を減衰させるための構造がアクチュエータに一体化されることで、防振装置の小型化に有利になるとともに、アクチュエータの可動子と固定子との間に減衰部材を配設するという極めて簡易な構造であるから、軽量化にも有利でコストの上昇も殆どない。
【００１５】
また、可動子と固定子との間には、両者を制御力の作用線方向に相対移動可能に保持するために、例えばＯリングのような弾性体が配置されることがあり、この弾性体を高減衰ゴムによって形成すれば減衰部材として利用することができる。こうしてＯリング等を利用する場合、これが可動子の揺動に伴い弾性変形するようになるので、前記のように制御力の作用線に直交する方向（以下、直交方向ともいう）に減衰力を発生するとともに、この振動による変位に対向するような弾性力も発生することになる。
【００１６】
そして、被支持体の振幅が大きくなって前記直交方向の変位が所定以上に大きくなると、可動子の球面状凸部が当接する面上を滑り出すことになるが、この滑り出しのときに前記の弾性力や減衰力が急変すると、防振性能が損なわれる虞れがあるので、球面状凸部と当接面との間には或る程度以上の滑り摩擦力が発生することが望ましい。
【００１７】
そこで、前記球面状凸部を樹脂材によって形成し、当接面に押し付けられたときに弾性変形して、或る程度の当接面積が確保されるようにする（請求項２）。こうすれば、両者間で発生する摩擦力が安定し、前記のように球面状凸部が当接面上を滑り出すときにも、可動子の受ける弾性力や減衰力が急変することはなくなる。よって、アクチュエータにおいて制御力の作用線に直交する方向の振動に安定して減衰を付与することができる。
【００１８】
より好ましいのは、前記固定子と可動子との間に、該可動子を制御力の作用線の方向に押圧するように予圧縮状態でばね部材を配設することであり（請求項３）、こうすれば、そのばね部材の予圧縮量を調整することによって、可動子の球面状凸部と当接面との間の摩擦力を所望の大きさとすることができる。
【００１９】
見方を変えれば本発明は、前記のようなアクチュエータを用いるアクティブ防振装置が対象であり、被支持体及び基礎の中間に前記アクチュエータを、制御力の作用線が鉛直方向を向くように配設する場合に、被支持体を基礎から浮上した状態になるよう下方から支持する複数の弾性支柱と、これら各弾性支柱の弾性変形に応じて被支持体の高さを略一定に維持するように調整される高さ調整機構と、を備えるものである（請求項４）。
【００２０】
このアクティブ防振装置によれば、アクチュエータにより鉛直方向の制御力を発生させて、被支持体の鉛直方向の振動を効果的に抑制できるとともに、該アクチュエータの可動子の揺動によって水平方向の振動を吸収し、かつ減衰させることができる。
【００２１】
また、例えば載置される機器の変更によって被支持体の重量が変化し、これを受ける弾性支柱の弾性変形量が変化しても、その高さは高さ調整機構の調整によって略一定に維持することができるので、前記アクチュエータにおいて固定子と可動子との間に配設されているばね部材の予圧縮量を略一定に保つことができる。よって、被支持体の重量の変化に依らず前記請求項３の発明の作用が得られる。
【００２２】
さらに、また別のアクチュエータを被支持体及び基礎の中間に横倒しで配設し、被支持体側から垂下する垂下壁部と基礎側に立設された立壁部との間に水平方向に制御力を作用させるようにすれば（請求項５）、その水平方向のアクチュエータの作動によって被支持体の水平方向の振動を一層、効果的に抑制することができる。
【００２３】
しかも、その水平方向アクチュエータにおける可動子の揺動等によって鉛直方向の振動に適切な減衰が付与されるようになり、被支持体の振動を鉛直及び水平の全方向についてより効果的に軽減することができる。
【発明の効果】
【００２４】
以上、説明したように本発明に係るアクティブ防振装置によれば、制御力を発生するアクチュエータの可動子を、球面状凸部を介して被支持体側又は基礎側のいずれかの部材に転動可能に支持し、その可動子の揺動によって、制御力の作用線に直交する方向の振動を吸収するとともに、この可動子と固定子との間に配設した高減衰ゴムの減衰部材によって振動を減衰させるようにしたから、別途、振動減衰部材を設ける従来例に比べて防振装置の小型化、軽量化に有利になるとともに、極めて簡易な構造でコストの上昇を招く心配も少ない。
【００２５】
特に、可動子と固定子との間に配設するＯリングのような弾性体を減衰部材として利用すれば、コスト面でより好ましい。この場合に、さらに可動子の球面状凸部を樹脂材によって形成すれば、それが当接面上を滑るときにも摩擦力により安定して減衰力を得ることができる。
【００２６】
その上さらに、前記固定子と可動子との間に予圧縮状態でばね部材を配設し、可動子をそれが当接する面上に所要の力で押圧するようにすれば、前記のように可動子の球面状凸部と当接面との間で発生する滑り摩擦力の大きさを所望のものとして、前記の効果をより高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。
【００２８】
（防振装置の構成）
図１には、本発明に係る防振装置の一実施形態である精密除振台Ａの概略構成を示す。この除振台Ａは、例えば電子顕微鏡や原子間力顕微鏡、半導体関連の試験機器、検査機器等の精密計測機器のように、振動を嫌う機器１（仮想線で示す）が載置されるものであり、主に試験や研究等に用いられる比較的小型の機器を対象とするとともに、使用者の都合によって機器が入れ替えられることも想定している。
【００２９】
この除振台Ａは、図示しない専用のテーブルや台等の上面に設置されるケース２と、そのケース２の４隅にそれぞれ高さ調整機構３，３，…を介して配設されたコイルばね４，４，…（弾性支柱）と、これらのコイルばね４，４，…により４隅をそれぞれ支持されてケース２から浮上する一方で、上面には前記機器１が載置される天板５（定盤）と、を備えている。
【００３０】
ケース２は、この例ではアルミ合金の鋳物で、概略矩形状の床板２０（基礎側の部材）とその外周縁を巡る周壁２１とが一体に成形されており、例えば鉄板のプレス成形品に比べて高剛性であるとともに、アルミ合金製としては比較的大きな減衰が得られる。また、図１に破線で示すようにケース２の床板２０には要所にリブ２０ａ，…が形成されていて、全体の剛性が高められている。
【００３１】
図２に拡大して示すように高さ調整機構３は、ケース２の床板２０から鉛直上方に延びるよう回転自在に配設されたねじ軸３０と、このねじ軸３０に螺合されるとともに、コイルばね４の下端を保持するばね座３１と、このばね座３１の下方にてねじ軸３０に回転一体に固定された被動ギヤ３２と、を備えている。そして、この被動ギヤ３２と歯合する中間ギヤ３３（図１参照）が、電動モータ３４の回転軸に固定されたピニオンにより回転されることによって、ねじ軸３０が回転してばね座３１が上下動するようになっている。
【００３２】
そうして高さ調整機構３を介して配設されているコイルばね４は、この例では不等ピッチのもので、機器１の重量による荷重の増大に略比例してばね定数が高くなるプログレッシブ特性を有している。このため、上述したように機器１が変更されて被支持体の重量が変化しても、ばね系の固有振動数は概ね一定に保たれるようになり、機器１の変更によらず後述のアクティブ制御によって高い除振効果が得られる。
【００３３】
また、そうして４つのコイルばね４，４，…によって弾性支持した天板５をケース２に対して鉛直及び水平方向にそれぞれ数ミリ程度、相対変位させるように、鉛直用及び水平用の各々４個ずつのリニアモータユニット６，…，７，…（アクチュエータ）が配設されている。鉛直用の４個のリニアモータユニット６，…は、それぞれ、ケース２のリブ２０ａ，…同士が交わる部位に近接して直立配置され、該ケース２の床板２０から天板５に対し鉛直方向の制御力を付加する。
【００３４】
一方、水平用の４個のリニアモータユニット７，…は、天板５の長手方向を向いたものと幅方向を向いたものとが二つずつ対をなし、該天板５の重心周りに反対向きの偶力が発生するように配置されている。図３に拡大して示すように水平用のリニアモータユニット７は、天板５の下面から垂下する垂下壁部５ａと、ケース２の床板２０ａに立設された立壁部２０ｂとの間で水平方向に制御力を作用させるよう横倒しで配置されている。
【００３５】
それらの鉛直用及び水平用の各リニアモータユニット６，７は同じものであり、図４に鉛直用リニアモータユニット６について示すように、加速度センサ８が一体的に設けられている。この加速度センサ８から天板５の相対加速度（天板５の振動状態）を示す信号が出力され、この信号を受けたコントローラ１０からリニアモータユニット６に制御信号が出力されて、天板５及び機器１にその振動を減殺するような制御力が付加される。つまり、一例として加速度フィードバックのアクティブ除振制御が行われる。
【００３６】
尚、コントローラ１０には、天板５の高さを検出するセンサ９（図１にのみ示す）からの信号も入力され、この信号を受けたコントローラ１０が高さ調整機構３の電動モータ３４を制御することにより、コイルばね４の弾性変形に応じてその下端位置が調整されて、天板５の高さが略一定に保たれるようになっている。
【００３７】
（リニアモータユニットの構成）
次に、図４を参照してリニアモータユニット６の構造を詳細に説明する。同図は、鉛直用リニアモータユニット６の断面図であるが、上述したように、ケース２や天板５への取り付けを除けば水平用のものも同じ構造である。
【００３８】
図示のように、鉛直用リニアモータユニット６は、上部に配置された加速度センサ８と一体化されて除振台Ａの天板５に固定される固定側（固定子）と、これに対し非接触状態で組み付けられて、電磁力により鉛直方向に移動される可動側（可動子）と、に分かれている。固定側は、ハウジングを兼ねて有底円筒状に形成され、図では上下に反転されて下方に開口する鉄製のヨーク６０と、その筒壁部６０ａ内に同心状に収容されて、底部６０ｂにボルト留めされる円盤状の磁石６１及びポールピース６２と、からなる。
【００３９】
前記ヨーク６０の底部６０ｂには周方向に間隔を空けて例えば４箇所にねじ穴が形成されていて、それぞれに軸端がねじ込まれたボルト６３，…によって円環状のブラケット６４（被支持体側の部材）に連結されている。このブラケット６４は、加速度センサ８の円筒状ケースの外周に突設されている鍔部８ａと係合して、該加速度センサ８をヨーク６０に固定するとともに、図示しない別のボルトによって下方から天板５に締結されている。
【００４０】
また、前記磁石６１及びポールピース６２は該略同径でかつ同程度の厚みを有する比較的厚肉の円盤状とされている。図の例では、ポールピース６２の上端部には磁石６１との間に周溝が形成されるよう段状に縮径部が形成されていて、この周溝に高減衰ゴムからなるゴム製のＯリング６５（減衰部材）が嵌め込まれている。このＯリング６５は、例えばフッ素ゴム、ニトリルゴム、ブチルゴム、ポリノルボルネンゴム、エポキシ化天然ゴム、シリコンゴム等を主成分とし、加硫後の硬度が６０度〜８０度で、損失係数が約０．４〜１．０くらいになるものが好ましい。
【００４１】
さらにポールピース６２には、その下面略中央に開口するように円形断面の凹部６２ａが形成されていて、そこには、以下に述べるようにボビン６７を下向きに付勢するコイルばね６６が嵌挿されている。
【００４２】
すなわち、リニアモータの可動側は、樹脂材からなる有底円筒状のボビン６７と、その筒壁部６７ａに電線を巻き付けてなるコイル６８と、からなり、ボビン６７は、図では上方に開口し、ヨーク６０とは軸心（軸線Ｚ）が合致するように配置されていて、その筒壁部６７ａが磁石６１及びポールピース６２を非接触状態で取り囲む一方、ヨーク６０の筒壁部６０ａには非接触状態で取り囲まれている。
【００４３】
こうして同軸状に配置されているボビン６７の筒壁部６７ａの内周面には、前記のようにポールピース６２の周溝に嵌め込まれているＯリング６５の外周が接触して、該ポールピース６２や磁石６１の外周面とボビン６７の筒壁部６７ａの内周面との間隔を所定の大きさに保つとともに、そのボビン６７の筒壁部６７ａの外周面とヨーク６０の筒壁部６０ａの内周面との間隔も所定の大きさに保つようになっている。
【００４４】
また、ボビン６７の底壁部６７ｂは、図の例では比較的厚肉の円盤状とされ、その下面の外周寄りの部位とヨーク６０の筒壁部６０ａの下端面との間がゴムのダイヤフラム６９によって連繋されている。このダイヤフラム６９は非常に柔らかなゴムによって形成され、ボビン６７及びヨーク６０の各底壁部６７ｂ，６０ａ間で全周が大きく撓むことにより、ボビン６７の軸線Ｚ方向の相対移動を許容するとともに、該ボビン６７を挟む両側部位が逆位相に撓むことによって（図６を参照）、当該ボビン６７の揺動を許容するようになっている。
【００４５】
さらに、前記ボビン６７の底壁部６７ｂの上面には、ポールピース６２の凹部６２ａに上部を嵌挿されたコイルばね６６の下端が当接している。このコイルばね６６は、外力の加わらない状態でもボビン６７を下向きに押圧するように予圧縮されており、これにより、天板５を押し上げるだけでなくそれを引き下げる向きにも制御力を発生できる。予圧縮量は、ポールピース６２の下面とボビン６７の底壁部６７ｂ上面との間隔で決まり、この実施形態では、上述したように高さ調整機構３によって天板５の高さが略一定に保たれることから、予圧縮量も略一定に保たれるようになる。
【００４６】
つまり、リニアモータユニット６において可動側であるボビン６７は、Ｏリング６５及びダイヤフラム６９によって固定側であるヨーク６０等に対し非接触状態で保持されていて、電磁力により軸線Ｚ方向に往復動してケース２床板２０及び天板５の間に上下方向の制御力を出力するとともに、この制御力の作用線（鉛直軸線Ｚ）に直交する任意の方向、即ち水平方向には揺動可能に保持されている。
【００４７】
また、そうして軸線Ｚ方向に往復動するボビン６７の底壁部６７ｂには、その内周側の部位において下方に膨出するように円形の台座部６７ｃが形成され、この台座部６７ｃの下面略中央に開口する円形断面の凹部６７ｄには、ケース２の床板２０の上面２０ａ（当接面）に当接して制御力を伝えるための当接部材７０が、出没可能に嵌挿されている。
【００４８】
この当接部材７０は、例えばＭＣナイロン等の樹脂材を円柱状に成形してその先端（図の下端）部を球面状の凸部とする一方、基端（図の上端）部には鍔部を形成したもので、図の例では、その鍔部の外径が凹部６７ｄの内径と略同径とされている。そして、台座部６７ｃの下面には押さえ板７１が重ね合わされ、これには鍔部を除いた当接部材７０の外径と略同径の丸穴が空けられており、この丸穴の周縁部によって鍔部が押さえられることで、当接部材７０の抜け止めがなされている。
【００４９】
尚、図の例では凹部６７ｄにもコイルばね７２が配設されている。このコイルばね７２は、ボビン６７を下方に付勢するコイルばね６６よりもかなりばね定数が高いことから、通常は殆ど撓まず、過大な外力によってポールピース６２とボビン６７が接触したときに初めて縮んで、それらがダメージを受けることを阻止するためのものである。
【００５０】
そうしてボビン６７が、その下端部の当接部材７０を介してケース２の床板２０の上面（当接面）に転動可能に支持されていることから、鉛直用のリニアモータユニット６においては、後述するように水平方向の振動を受けてヨーク６０とボビン６７とが水平方向に相対変位するとき、当接部材７０が床板２０上を転動することによってボビン６７が揺動し、変位を吸収するようになる（図６参照）。
【００５１】
その揺動に伴いボビン６７の筒壁部６７ａの内周面とポールピース６２の外周面との間でＯリング６５が弾性変形し、ボビン６７の揺動を抑えるような弾性力及び減衰力を発生する。そして、さらに変位が大きくなると、当接部材７０が当接するケース床板２０上を滑り出し、滑り摩擦によって減衰力が発生するようになる。
【００５２】
上述した構造のリニアモータユニット６の組み付けは、図５に模式的に示すように、まず、磁石６１とポールピース６２とを間にＯリング６５を挟んで組合せ、これをヨーク６０に組み付けてボルト７３により締結する。一方、ボビン６７の凹部６７ｄにコイルばね７２を挿入した後に当接部材７０を嵌挿して、押さえ板７１をねじ留めする。
【００５３】
それから前記ポールピース６２の凹部６２ａにコイルばね６６を嵌挿し、これを間に挟むようにしてボビン６７をヨーク６０に組み付け、このヨーク６０の開口を塞ぐようにダイヤフラム６９を取り付けて、ねじ留めする。最後に、同図には示さない加速度センサ８を組み付ければ、図４に示すようにリニアモータユニット６が完成する。
【００５４】
（リニアモータユニットの作動）
次に、この実施形態の除振台Ａにおけるリニアモータユニット６，７の作動について、図４の他、図６も参照して説明する。まず、鉛直用リニアモータユニット６は、上述したように加速度センサ８からの信号に基づいてコントローラ１０により制御され、天板５及び機器１にその鉛直方向の振動を減殺するような制御力を付加する。これにより機器１の振動が鉛直方向について効果的に抑制される。
【００５５】
同様に、水平用リニアモータユニット７もコントローラ１０によって制御され、天板５及び機器１にその水平方向の振動を減殺するような制御力を付加する。これにより機器１の振動は水平方向についても効果的に抑制される。
【００５６】
その水平方向の振動に対して鉛直用リニアモータユニット６においては、ボビン６７の揺動によって振動が吸収されるとともに、適度の減衰が付与されるようになる。すなわち、図６に模式的に示すように例えばヨーク６０等、固定側が機器１や天板５とともに図の左側に変位するとき、可動側であるボビン６７はその下端の当接部材７０の転動によって左側に傾いて、ヨーク６０等との相対変位を吸収する。
【００５７】
このとき、図の右側ではボビン６７の筒壁部６７ａとポールピース６２との間隔が狭まり、Ｏリング６５が圧縮されて弾性力（圧縮反力）を発生するとともに、こうして圧縮される際の内部損失によって適度な減衰力を発生するようになる。よって、鉛直用リニアモータユニット６において水平方向の振動を適度に減衰させて、その収束を早めることができる。
【００５８】
また、比較的大きな振動によって相対変位が所定以上に大きくなると、当接部材７０の先端（球面状凸部）が当接するケース床板２０上を滑り出すことになるが、この当接部材７０は樹脂材によって形成されており、予圧縮状態のコイルばね６６によってケース床板２０上に略一定の押圧力で押し付けられているので、当接部材７０の先端が弾性変形して或る程度以上の当接面積が確保されるようになり、ここにおいて適度の滑り摩擦力が安定して発生する。
【００５９】
よって、前記のように当接部材７０がケース床板２０上を滑り出すときにもボビン６７とヨーク６０等との間で水平方向に作用する力が急変することはなく、水平方向の振動に対して安定して減衰を付与することができる。同様に、水平用リニアモータユニット７においては鉛直方向の振動がボビンの揺動によって吸収されるとともに、これに適度の減衰が付与されて、その収束が早められる。
【００６０】
したがって、この実施形態に係る除振台Ａのリニアモータユニット６，７によると、可動側のボビン６７を、当接部材７０の球面状凸部を介して被支持体側又は基礎側のいずれかの部材に転動可能に当接させ、その揺動によって制御力の作用線に直交する方向の振動を吸収するとともに、固定側であるポールピース６２との間に介在させたＯリング６５の弾性変形によって適度な減衰力を得ることができる。つまり、減衰部材をリニアモータユニット６，７のＯリング６５と兼用することで、除振台Ａの小型化、軽量化に有利になるとともに、コストの上昇を招く心配もない。
【００６１】
また、比較的大きな振動に対しては前記当接部材７０が当接面上を滑るときの摩擦力によって減衰を付与することができ、その力の大きさが滑り出しのときにも急変しないことから、振動に対し安定して減衰を付与することができるものである。
【００６２】
尚、本発明の防振装置の構成は前記実施形態の除振台Ａに何ら限定されるものではない。例えばリニアモータユニット６，７においてはＯリング６５のみならず、ダイヤフラム６９も高減衰ゴムで形成することができる一方、それらを高減衰ゴムにはせず、それらとは別に高減衰ゴムの減衰部材を設けてもよい。
【００６３】
また、前記したリニアモータユニット６，７の構造は一例に過ぎず、ヨーク６０やボビン６７の形状は異なるものであってもよいし、前記の例とは反対にヨーク６０を可動側とし、ボビン６７を固定側とすることもできる。
【００６４】
また、除振台Ａにおいて鉛直用リニアモータユニット６，６，…は３個以上であればよく、同様に天板５を支持するコイルばね４も３固以上であればよい。コイルばね４に代えて、例えばゴム弾性体や気体ばねを用いることも可能であるが、金属製のコイルばね４は、気体ばねのような圧力源が不要であり比較的特性ばらつきも少ないので、好ましい。
【００６５】
また、高さ調整機構３についても種々の構成が適用可能であり、その配置も前記実施形態には限定されない。
【００６６】
さらに、リニアモータユニット６，７の作動によるアクティブ除振制御の手法として、前記実施形態のようなフィードバック制御に限らず、ケース２の振動状態に基づいて天板５へ伝達する振動を推定し、この振動を打ち消すような制御力を発生させる、所謂フィードフォワード制御や、機器１の作動に伴う振動を予測してこれを打ち消すような制御力を発生させる、所謂制振フィードフォワード制御も可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明は、精密機器の振動を抑えるアクティブタイプの防振装置の小型化、軽量化に有利であり、コストの上昇を招くこともないから、特に試験、研究用の比較的小型の除振台に極めて好適である。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の実施形態に係る精密除振台の概略構成を示す図である。
【図２】コイルばね及び高さ調整機構の概略構成を示す拡大図である。
【図３】水平用リニアモータユニットの配置を示す拡大図である。
【図４】リニアモータユニットの構造を示す拡大図である。
【図５】リニアモータの組み付け手順を示す分解図である。
【図６】水平方向の振動によるボビンの揺動を模式的に示す説明図である。
【符号の説明】
【００６９】
Ａ 精密除振台（防振装置）
１ 精密機器（被支持体）
２ ケース
２０ 床板（基礎側の部材）
３ 高さ調整機構
４ コイルばね（弾性支柱）
５ 天板（定盤：被支持体）
６，７ リニアモータユニット（アクチュエータ）
６０ ヨーク（固定子）
６１ 磁石（固定子）
６２ ポールピース（固定子）
６４ ブラケット（被支持体側の部材）
６５ Ｏリング（減衰部材）
６６ コイルばね（ばね部材）
６７ ボビン（可動子）
６８ コイル（可動子）
６９ ダイヤフラム
７０ 当接部材（球面状凸部）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基礎に対して弾性支持した被支持体に、その振動を減殺する制御力を付加するようにしたアクティブ防振装置のアクチュエータであって、
前記被支持体側又は基礎側のいずれか一方の部材に固定される固定子と、この固定子に対し所定方向に往復動して、前記被支持体側又は基礎側の他方の部材に制御力を付加する可動子と、を備え、
前記可動子は、それに設けられた球面状の凸部を介して前記他方の部材の当接面に転動可能に当接されるとともに、前記固定子に対し非接触状態で、前記制御力の作用線に直交する方向に揺動可能に保持されていて、
その可動子の揺動を減衰させるように、該可動子と固定子との間に高減衰ゴムの減衰部材が設けられている、アクティブ防振装置のアクチュエータ。
【請求項２】
請求項１のアクチュエータにおいて、
減衰部材は、可動子の揺動に伴い弾性変形するよう固定子との間に配設され、
前記可動子の球面状凸部が樹脂材によって形成されている、アクティブ防振装置のアクチュエータ。
【請求項３】
請求項２のアクチュエータにおいて、
固定子と可動子との間には、該可動子を制御力の作用線の方向に押圧するように予圧縮状態でばね部材が配設されている、アクティブ防振装置のアクチュエータ。
【請求項４】
請求項３のアクチュエータを用いたアクティブ防振装置であって、
被支持体を基礎から浮上した状態になるよう下方から支持する複数の弾性支柱と、
前記弾性支柱の弾性変形に応じて、前記被支持体の高さを略一定に維持するように調整される高さ調整機構と、を備え、
前記アクチュエータは、前記被支持体及び基礎の中間にて制御力の作用線が鉛直方向を向くように配設されている、ことを特徴とするアクティブ防振装置。
【請求項５】
請求項４のアクティブ防振装置において、
被支持体側から垂下する垂下壁部と基礎側に立設された立壁部との間で水平方向に制御力を作用させるように、両者の中間にもアクチュエータが配設されている、ことを特徴とするアクティブ防振装置。
【請求項１】
基礎に対して弾性支持した被支持体に、その振動を減殺する制御力を付加するようにしたアクティブ防振装置のアクチュエータであって、
前記被支持体側又は基礎側のいずれか一方の部材に固定される固定子と、この固定子に対し所定方向に往復動して、前記被支持体側又は基礎側の他方の部材に制御力を付加する可動子と、を備え、
前記可動子は、それに設けられた球面状の凸部を介して前記他方の部材の当接面に転動可能に当接されるとともに、前記固定子に対し非接触状態で、前記制御力の作用線に直交する方向に揺動可能に保持されていて、
その可動子の揺動を減衰させるように、該可動子と固定子との間に高減衰ゴムの減衰部材が設けられている、アクティブ防振装置のアクチュエータ。
【請求項２】
請求項１のアクチュエータにおいて、
減衰部材は、可動子の揺動に伴い弾性変形するよう固定子との間に配設され、
前記可動子の球面状凸部が樹脂材によって形成されている、アクティブ防振装置のアクチュエータ。
【請求項３】
請求項２のアクチュエータにおいて、
固定子と可動子との間には、該可動子を制御力の作用線の方向に押圧するように予圧縮状態でばね部材が配設されている、アクティブ防振装置のアクチュエータ。
【請求項４】
請求項３のアクチュエータを用いたアクティブ防振装置であって、
被支持体を基礎から浮上した状態になるよう下方から支持する複数の弾性支柱と、
前記弾性支柱の弾性変形に応じて、前記被支持体の高さを略一定に維持するように調整される高さ調整機構と、を備え、
前記アクチュエータは、前記被支持体及び基礎の中間にて制御力の作用線が鉛直方向を向くように配設されている、ことを特徴とするアクティブ防振装置。
【請求項５】
請求項４のアクティブ防振装置において、
被支持体側から垂下する垂下壁部と基礎側に立設された立壁部との間で水平方向に制御力を作用させるように、両者の中間にもアクチュエータが配設されている、ことを特徴とするアクティブ防振装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１０−１２７３９１（Ｐ２０１０−１２７３９１Ａ）
【公開日】平成２２年６月１０日（２０１０．６．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３０３０２６（Ｐ２００８−３０３０２６）
【出願日】平成２０年１１月２７日（２００８．１１．２７）
【出願人】（０００２０１８６９）倉敷化工株式会社 (282)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年６月１０日（２０１０．６．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１１月２７日（２００８．１１．２７）
【出願人】（０００２０１８６９）倉敷化工株式会社 (282)
【Ｆターム（参考）】
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