JP2000234646A

JP2000234646A - 除振装置

Info

Publication number: JP2000234646A
Application number: JP11036831A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Ide; 聡井出; Michiya Kurohashi; 道也黒橋; Etsujiro Imanishi; 悦二郎今西; Koichi Honke; 浩一本家
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1999-02-16
Filing date: 1999-02-16
Publication date: 2000-08-29

Abstract

(57)【要約】【課題】基本的にはアクティブ型としながら、微小振
動や低周波振動も十分に抑制でき、しかもパッシヴ型の
利点も備えて、総合的に振動抑制性能が向上した除振装
置を得る。【解決手段】空気バネ１を介して固定部１９に弾性支
持される基盤２と、質量体３を宙に浮かした状態で相対
移動可能に基盤２に支持するとともに質量体３を強制移
動させる上下及び前後左右の計６個の電磁石７〜１２
と、基盤２の固定部１９に対する振動を検出して振動信
号を出力する振動センサ６と、を備え、振動センサ６の
出力信号に基づいて電磁石７〜１２を作動させて、基盤
２の振動が抑制される方向に質量体３を基盤２に対して
移動させるように、振動センサ６と電磁石７〜１２とを
連係するコントローラ５を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、積極的に振動を抑
制させる所謂アクティブ型の除振装置に係り、詳しく
は、低周波での微振動の抑制レベルを向上させ、より優
れた除振性能を得る技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般的な除振装置としては、空気、コイ
ルバネ、ゴム支柱等の弾性機構を介して基盤等の固定部
に可動部を支持させる防振支持構造により、固定部から
の外乱振動を遮断して可動部の除振を行う構造、所謂パ
ッシヴ型除振装置がある。この装置は、比較的構造が簡
単に除振効果が得られるものであるが、固定部の質量と
弾性機構の剛性等から決まる低周波の固有振動数付近の
外乱については、むしろ増幅されてしまう傾向がある。

【０００３】例えば弾性機構として空気バネを用いたも
のでは、オリフィスやバルブ等を設けて低周波の振動を
減衰させるようにしたものがあるが、十分な効果が得ら
れるには至っていない。又、固定部（受台）と基盤との
間にオイルダンパ等の減衰特性を備えたものを介装した
サンドイッチ構造の固定部も試されているが、この構造
ではダンパ部を介して高周波の外乱振動が伝達され易く
なり、振動遮断特性が悪くなる難点があった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】そこで、遮断特性を損
なうことなく低周波の振動を抑制するために、基盤上に
アクチュエータと質量体とを配置し、基盤の振動の検出
結果に基づいてアクチュエータを作動させて、基盤の振
動を抑制する方向に質量体を動かして除振（制振）させ
る装置、所謂アクティブ型除振装置も知られている（例
えば、特開平６−３０７４９４号公報）。

【０００５】前記アクティブ型除振装置は、近年では多
用されている手段であるが、作動振幅が非常に微小であ
り、アクチュエータや質量体の作動精度の影響が出易い
点で、精密な除振装置として低周波の振動抑制に用いる
には改善の余地がある。すなわち、一般的なアクチュエ
ータとして用いられるエア又は油圧シリンダやリニアモ
ータでは、低周波で、かつ、微小振幅で作動させるに
は、シール部やリニアガイド部の摺動抵抗、或いは、質
量体の摺動抵抗等から生じる非線型特性により、制御信
号に対応した滑らかな動きを現出させることが困難であ
るとともに、場合によっては余分な振動を外乱として発
生させてしまうおそれもあった。

【０００６】上記実情に鑑みて本発明は、基本的にはア
クティブ型としながら、微小振動や低周波振動も十分に
抑制でき、しかもパッシヴ型の利点も備えて、総合的に
振動抑制性能が向上した除振装置を得ることを目的とす
るものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】第１発明は、除振装置に
おいて、弾性具を介して固定部に弾性支持された可動部
と、質量体を非接触状態で相対移動可能に可動部に支持
する非接触支持手段と、質量体を強制移動させるべく可
動部に設けられたアクチュエータと、可動部の固定部に
対する振動を検出して振動信号を出力する振動センサ
と、を備え、振動センサの出力信号に基づいてアクチュ
エータを作動させて、可動部の振動が抑制される方向に
質量体を可動部に対して移動させるように、振動センサ
とアクチュエータとを連係してあることを特徴とする。

【０００８】第２発明は、除振装置において、弾性具を
介して固定部に弾性支持させる可動部と、少なくとも質
量体と前記可動部とに亘って架設してなる弾性部材を含
み、前記質量体を相対移動可能に可動部に支持する支持
手段と、質量体を強制移動させるべく可動部に設けられ
た摺動部を持たない非摺動型アクチュエータと、可動部
の固定部に対する振動を検出して振動信号を出力する振
動センサと、を備え、振動センサの出力信号に基づいて
非摺動型アクチュエータを作動させて、可動部の振動が
抑制される方向に質量体を可動部に対して移動させるよ
うに、振動センサと非摺動型アクチュエータとを連係し
てあることを特徴とする。

【０００９】第３発明は、第１発明において、質量体が
磁性体で構成されるとともに、非接触支持手段及びアク
チュエータが共に電磁石で構成されていることを特徴と
する。

【００１０】第４発明は、第２発明において、質量体が
磁性体で構成されるとともに、前記弾性部材を除く前記
支持手段及び非摺動型アクチュエータが共に電磁石で構
成されていることを特徴とする。

【００１１】第１発明の構成によれば、質量体を非接触
状態で相対移動可能に可動部に支持してあるから、質量
体と可動部との摺動抵抗が無い状態で、振動抑制方向に
質量体を十分な移動量でもって動かせるようになる。従
って、スライド構造やローラ支持構造で相対移動可能に
支持されている従来手段に比べて摺動抵抗の少ない状態
となり、低周波で微小振幅での質量体の動作特性を、線
型に近く、かつ、素早い応答性として得ることが可能に
なる。そして、可動部は固定部に弾性支持されているの
で、コスト安に外乱振動を固有振動数以外のほぼ全域に
亘って抑制できるという、パッシヴ型除振装置の作用も
発揮できるものである。

【００１２】第２発明の構成によれば、質量体を強制移
動させるために可動部に設けられたアクチュエータを、
摺動部を持たない非摺動型に構成したので、アクチュエ
ータの動作抵抗が無い状態で、振動抑制方向に質量体を
十分な移動量でもって動かせるようになる。従って、油
圧やエアシリンダ、或いはリニアモータ等で質量体を動
かす従来手段に比べて摺動抵抗の少ない状態となり、低
周波で微小振幅での質量体の動作特性を、線型に近く、
かつ、素早い応答性として得ることが可能になる。そし
て、可動部は固定部に弾性支持されているので、コスト
安に外乱振動を固有振動数以外のほぼ全域に亘って抑制
できるという、パッシヴ型除振装置の作用も発揮できる
ものである。更には、質量体と可動体とに亘って巻きバ
ネ等の弾性機構を架設したので、大型の装置に適用する
場合には質量体自体も大型化して重くなる場合において
も、支持手段のうちの弾性部材を除く構成、すなわち電
磁石やエアー吹出し等の非接触支持手段、スライド構造
等の支持手段、電磁石やエアー吹出し等の非摺動型アク
チュエータへの、前記した質量体の大型化に伴う作用負
荷を軽減でき、それらを小型、軽量のものにすることが
可能になる。

【００１３】第３又は第４発明の構成によれば、磁力の
吸引又は反発力によって質量体を浮かして支持でき、か
つ、電流値を変更する等の電磁石の磁力調節によって質
量体を十分な移動量でもって動かすことができるので、
質量体と可動部との摺動抵抗、及びアクチュエータの動
作抵抗の双方共に無い状態が現出できるものとなる。従
って、低周波で微小振幅での質量体の動作特性を、線型
又はほぼ線型にでき、かつ、より素早い応答性が得られ
るようになるとともに、前述したパッシヴ型除振装置の
作用も発揮できる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を図
面に基づいて説明する。図１に示すように、固定部とし
ての４個の受台１９の夫々に、弾性具である空気バネ１
を介して可動部である基盤２を弾性支持するとともに、
その基盤２上に、アクティブマスダンパ４、コントロー
ラ５、及び振動センサ６を搭載して除振装置が構成され
ている。

【００１５】図２に示すように、アクティブマスダンパ
４は、基盤２に受板４ａを介して置かれたケーシング１
３内に、鋼鉄等の磁性体で成る立方体形状の質量体３
を、その上下及び前後左右の計６箇所に配置した電磁石
（非接触支持手段及び非摺動型アクチュエータの一例）
７〜１２によって、ケーシング１３に対して、すなわち
基盤２に対して上下及び前後左右に相対移動自在に非接
触状態で支持して構成されている。

【００１６】上下の電磁石７，８は、円筒型鉄心にコイ
ルを巻いた棒状のものに、かつ、前後左右の電磁石９，
１０，１１，１２は、Ｕ字型鉄心にコイルを巻いた馬蹄
形のものに夫々構成され、それら各電磁石７〜１２にお
ける質量体３側端に表れる磁極は、質量体３の対向部分
に予め励磁された磁極と同極となるようにしてあり、６
個の電磁石７〜１２との磁気反発力でもって質量体３を
宙に浮かした非接触状態で、ケーシング１３の上下及び
前後左右の３次元方向のほぼ中心となる位置に支持させ
る構造である。

【００１７】なお、電磁力を用いた質量体４の支持方法
は、本例で挙げた反発力を利用した方法の他に、吸引力
を用いた方法、反発力と吸引力の両方を用いた方法でも
適用可能である。

【００１８】質量体３は、磁界中では所定の磁化を伴う
磁性体であれば良く、前記の鋼鉄以外のものでも良い。
又、質量体３の形状としては、後述する変位センサによ
る位置測定のし易さからは平面の存在するものが便利で
あり、この点からは立方体や円筒形のものが良いが、他
の形状でも差し支えない。

【００１９】そして、３次元方向での質量体３のケーシ
ング１３に対する位置が常時検出できるように、上下、
前後、左右の各一対の電磁石７〜１２のいずれかには、
対向する質量体３の表面との距離を検出する変位センサ
１４が配備されている。変位センサ１４は、質量体３と
の相対位置が検出可能なものであれば何でも良いが、質
量体３の動きの微小さ故、測定精度面を考慮すると光学
式の変位計が好適である。

【００２０】例えば、質量体３を前方向に動かすには、
後側電磁石１０の供給電流を増加させるか、それに加え
て前側電磁石９への供給電流を減少させることにより、
反発力の釣り合い位置を前にずらすことで行われる。上
下や左右方向にも同様に移動できるので、前斜め上方
等、３次元方向に一挙に質量体を宙に浮かした非接触状
態で移動させることができる。

【００２１】図３に示すように、コントローラ５には、
位相調節回路１５、位置保持回路１６、アンプ１７を備
えており、３個の変位センサ１４、６個の電磁石７〜１
２、及び振動センサがリード線等で接続されている。振
動センサ６は、基盤２の３次元方向の動き及び方向を検
出できるものであり、基盤２の「動き」としては、移動
速度や移動加速度等である。

【００２２】この除振装置の作動原理を説明すると、基
盤２上の振動センサ６及び各変位センサ１４で検出され
た信号をコントローラ１０で処理され、基盤２の振動を
キャンセルする方向に質量体３を移動させるに必要なコ
イル電流を出力する。コイル電流の変化に伴って反発力
の釣り合い位置がずれることで、質量体３が摺動抵抗無
く移動して応答遅れなく迅速に基盤２の振動を抑制又は
消滅される。

【００２３】〔別実施形態〕図４に示すように、質量体
３の上下及び前後左右の各面と、ケーシング１３の対向
する面部分とに亘って一対の巻きバネ（弾性機構の一
例）１８を架設し、質量体３の移動に対する抵抗を持た
せた構造でも良い。つまり、大型の除振装置とした場合
には、質量体３自体が大型化するので、その荷重の一部
を巻きバネ１８に持たせるようにすることで、各電磁石
７〜１２の容量（出力）を小さくすることができる利点
がある。

【００２４】アクティブマスダンパ４は、６個の電磁石
７〜１２によって非接触状態で支持された質量体３を、
油圧、電動、エア等のシリンダで３次元方向に押し引き
駆動によって移動させる構造や、３次元方向に自由移動
自在にレール支持されたスライド支持手段で支持された
質量体３を、エア吹き出しによる空気圧、すなわち非摺
動型アクチュエータで押し引き移動させる構造でも良
い。又、空気圧と磁力との組合わせで質量体３の支持手
段と移動手段とを受け持つものでも良い。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明による除振
装置によれば、従来技術によるアクティブマスダンパを
精密除振に適用する際の問題点であって摺動抵抗、すな
わち、質量体の移動並びにそのためのアクチュエータ自
体の作動に伴う摺動抵抗等の影響による作動性悪化が克
服でき、制御信号に応じて滑らかに動作させることが可
能になり、低周波までの広域にわたって良好な除振特性
が得られる。

【００２６】第１発明に記載の除振装置では、質量体を
摺動抵抗の無い状態で動かせるようにしたアクティブ型
と、可動部を弾性支持したパッシヴ型との組合わせ工夫
により、低周波の微小振動抑制効果が高められて、あら
ゆる周波数の振動抑制を高次元で行える総合性能に優れ
るものにできた。

【００２７】第２発明に記載の除振装置では、アクチュ
エータの動作抵抗の無い状態で質量体を動かせるように
したアクティブ型と、可動部を弾性支持したパッシヴ型
との組合わせ工夫により、低周波の微小振動抑制効果が
高められて、あらゆる周波数の振動抑制を高次元で行え
る総合性能に優れ、且つ小型の支持手段及びアクチュエ
ータで構成しながら、大きな質量を用いて振動抑制効果
が得られ、コンパクト性や経済性の点で有利なものにで
きた。

【００２８】第３又は第４発明に記載の除振装置では、
質量体を摺動抵抗の無い状態で、かつ、アクチュエータ
の動作抵抗の無い状態として質量体を軽快、迅速に動か
せるようにしたアクティブ型と、可動部を弾性支持した
パッシヴ型との組合わせ工夫により、低周波の微小振動
抑制効果がより一層高められて、あらゆる周波数の振動
抑制をより高次元で行える総合性能に一段と優れるもの
にできた。

【図面の簡単な説明】

【図１】防振装置の全体斜視図

【図２】アクティブマスダンパの内部構造を示す原理図

【図３】振動抑制用の制御装置を示すブロック図

【図４】アクティブマスダンパの別の内部構造を示す原
理図

【符号の説明】

１弾性具２可動部３質量体６振動センサ７〜１２非接触支持手段、非摺動型アクチュエータ１９固定部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者今西悦二郎兵庫県神戸市西区高塚台１丁目５番５号株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内 (72)発明者本家浩一兵庫県神戸市西区高塚台１丁目５番５号株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内Ｆターム(参考） 3J048 AA02 AB08 AB09 AB11 AD03 BE02 BE09 BF09 DA01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】弾性具を介して固定具に弾性支持される
可動部と、質量体を非接触状態で相対移動可能に前記可
動部に支持する非接触支持手段と、前記質量体を強制移
動させるべく前記可動部に設けられたアクチュエータ
と、前記可動部の前記固定部に対する振動を検出して振
動信号を出力する振動センサと、を備え、前記振動セン
サの出力信号に基づいて前記アクチュエータを作動させ
て、前記可動部の振動が抑制される方向に前記質量体を
前記可動部に対して移動させるように、前記振動センサ
と前記アクチュエータとを連係してある除振装置。
【請求項２】弾性具を介して固定部に弾性支持される
可動部と、少なくとも質量体と前記可動部とに亘って架
設してなる弾性部材を含み、前記質量体を相対移動可能
に前記可動部に支持する支持手段と、前記質量体を強制
移動させるべく前記可動部に設けられた摺動部の無い非
摺動型アクチュエータと、前記可動部の前記固定部に対
する振動を検出して振動信号を出力する振動センサと、
を備え、前記振動センサの出力信号に基づいて前記非摺
動型アクチュエータを作動させて、前記摺動部の振動が
抑制される方向に前記質量体を前記可動部に対して移動
させるように、前記振動センサと前記非摺動型アクチュ
エータとを連係してある除振装置。
【請求項３】前記質量体が磁性体で構成されるととも
に、前記非接触支持手段及び前記アクチュエータが共に
電磁石で構成されている請求項１に記載の除振装置。
【請求項４】前記質量体が磁性体で構成されるととも
に、前記弾性部材を除く前記支持手段及び非摺動型アク
チュエータが共に電磁石で構成されている請求項２に記
載の除振装置。