(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の質量を有する換価荷重（Ｍｐ）を振動源から絶縁するための前記換価荷重（Ｍｐ）と前記振動源との間に配設された能動振動絶縁装置であって、
前記第１の質量の１０分の１以下である第２の質量を有する小質量（Ｍｓ）と、
ある軸に沿って間隔が変化する第１及び第２の対向する表面（１４，９）を有する少なくとも一つの圧電アクチュエータ（１２）と、
前記小質量（Ｍｓ）及び前記換価荷重（Ｍｐ）の間に配置された受動アイソレータ（２０）と、
前記小質量（Ｍｓ）に接続され、前記小質量（Ｍｓ）の動きの関数であるセンサ信号を発生するセンサと、
前記センサ信号を前記圧電アクチュエータ（１２）に中継する中継回路（２２，２４）とから成り、
前記中継回路（２２，２４）は前記センサ信号を変更して前記センサの特性を補償する補償回路（２４）を含み、前記中継回路（２２，２４）は更に、前記圧電アクチュエータ（１２）に接続され前記圧電アクチュエータ（１２）の前記間隔を該変更されたセンサ信号の関数として変化させる制御回路（２２）を含み、
前記第１の表面（１４）が前記小質量（Ｍｓ）に接続されかつ前記第２の表面（９）が前記振動源と接続されていることを特徴とする能動振動絶縁装置。
【請求項２】
前記小質量（Ｍｓ）の前記換価荷重（Ｍｐ）質量に対する質量の比は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３】
前記受動アイソレータ（２０）はエラストマーからな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】
前記圧電アクチュエータ（１２）はそれぞれが第１及び第２の対向する表面を有し前記対向する表面の間の各々の軸に沿った各々の可変の間隔を有する第１、第２及び第３の圧電アクチュエータ（６１４，６１６，６１８）の少なくとも一つであり、
前記第１、第２及び第３の圧電アクチュエータ（６１４，６１６，６１８）の各々は前記第１、第２及び第３の圧電アクチュエータ（６１４，６１６，６１８）の残りの圧電アクチュエータに関する軸に対して非平行であり、
前記圧電アクチュエータの各々の第１の表面は前記小質量（Ｍｓ）に接続され、前記圧電アクチュエータの各々の第２の表面は前記震動源に接続されて、
前記圧電アクチュエータは前記換価荷重質量（Ｍｐ）を前記３つの各軸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５】
前記軸は互いに直交していることを特徴とする請求項４に記載の能動振動絶縁装置。
【請求項６】
前記第１の圧電アクチュエータ（１２）の前記第１の表面（１４）は、前記第１の表面（１４）と前記小質量（Ｍｓ）との間に配置された剪断応力減衰結合器（６４０）によって前記小質量（Ｍｓ）に接続されていることを特徴とする請求項４に記載の能動振動絶縁装置。
【請求項７】
前記センサは、各々が前記小質量（Ｍｓ）に接続され前記軸の夫々に平行な方向での前記小質量（Ｍｓ）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、前記センサのセンサ信号の一つを前記第１、第２及び第３の圧電アクチュエータの各一つに中継する第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４に記載の能動振動絶縁装置。
【請求項８】
前記センサ信号は前記小質量（Ｍｓ）の速度を表す速度信号であり、
前記中継回路（２２，２４）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（２４）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９】
前記補償回路（２４）は前記センサからの直流電圧を阻止する直流阻止回路（１４０）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１０】
前記直流阻止回路は伝達関数
【数１】
0003729888.tif 000012
を有し、Ｓはラプラス変換演算子でありＷ1は共振周波数であることを特徴とする請求項９に記載の能動振動絶縁装置。
【請求項１１】
前記直流阻止回路（１４０）はアナログ段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】
前記補償回路（２４）は伝達関数
【数２】
0003729888.tif 000013
を有する低周波数補償回路（２４）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の時定数より小さい第２の時定数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１３】
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一致していることを特徴とする請求項１２に記載の能動振動絶縁装置。
【請求項１４】
前記第１の質量は２２７キログラム（５００ポンド）から９０７キログラム（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１５】
前記補償回路（２４）は前記受動アイソレータ（２０）の共振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（１６０）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１６】
前記進み位相増加回路（１６０）は前記共振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１５に記載の能動振動絶縁装置。
【請求項１７】
前記進み位相増加回路（１６０）は２つの極と２つのゼロを有する周波数特性をもつ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１５に記載の能動振動絶縁装置。
【請求項１８】
前記補償回路は前記センサ信号に作用して前記圧電アクチュエータ（１２）のばね定数及び前記小質量（Ｍｓ）により生ずる共振周波数より低い周波数領域内の利得が１となる周波数において利得を１に減少させる高周波利得減衰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１９】
前記高周波利得減衰回路（２３０，２５０）は伝達関数
【数３】
0003729888.tif 000014
を有し、Ｓはラプラス変換演算子であり１／Ｔc3は周波数領域における前記利得が１となる周波数であることを特徴とする請求項１８に記載の能動振動絶縁装置。
【請求項２０】
前記高周波利得減衰回路（２３０，２５０）はアナログ回路であることを特徴とする請求項１８に記載の能動振動絶縁装置。
【請求項２１】
前記高周波利得減衰回路（２３０，２５０）は、各々が前記利得が１となる周波数より低い第１の周波数において極を有し、前記利得が１となる周波数より高い第２の周波数においてゼロを有する周波数特性をもつ２つの直列接続された遅れ及び進み回路から成ることを特徴とする請求項２０に記載の能動振動絶縁装置。
【請求項２２】
前記共振周波数は約１５００ヘルツであり、周波数領域内において前記利得が１となる周波数は約３５０ヘルツに選択されていることを特徴とする請求項１８に記載の能動振動絶縁装置。
【請求項２３】
前記補償回路（２４）は前記小質量（Ｍｓ）、前記換価荷重質量（Ｍｐ）及び前記受動アイソレータ（２０）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（４００）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２４】
前記ノッチフィルタ回路（４００）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２３に記載の能動振動絶縁装置。
【請求項２５】
前記ノッチフィルタは１の直流利得を有することを特徴とする請求項２３に記載の能動振動絶縁装置。
【請求項２６】
換価荷重質量（Ｍｐ）を振動から能動的に絶縁する方法であって、
受動アイソレータ（２０）上に前記換価荷重質量（Ｍｐ）を置き、
前記受動アイソレータ（２０）を前記換価荷重質量（Ｍｐ）の質量がその１０倍である小質量（Ｍｓ）に対して接続し、
ベースからの振動を受ける前記小質量（Ｍｓ）を少なくとも一つの圧電アクチュエータ（１２）により支持し、
前記小質量（Ｍｓ）の動きを検知し、
前記小質量（Ｍｓ）の動き関数である小質量（Ｍｓ）センサ信号を生成し、
前記小質量（Ｍｓ）センサ信号の関数である制御信号を生成し、
前記制御信号を前記圧電アクチュエータ（１２）に印加し、
前記印加するステップに応じて前記圧電アクチュエータ（１２）の長さを変化させ、
これによって前記換価荷重質量（Ｍｐ）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能動振動絶縁方法。
【請求項２７】
前記小質量（Ｍｓ）センサ信号は小質量（Ｍｓ）の速度の関数であることを特徴とする請求項２６に記載の能動振動絶縁方法。
【請求項２８】
前記小質量（Ｍｓ）センサ信号を積分して小質量（Ｍｓ）変位信号を得るステップと、
前記小質量（Ｍｓ）変位信号の関数として制御信号を導出するステップとを更に有することを特徴とする請求項２７に記載の能動振動絶縁方法。
【請求項２９】
能動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前記小質量（Ｍｓ）センサ信号を小質量（Ｍｓ）修正センサ信号に修正するステップと、
制御信号を前記小質量（Ｍｓ）修正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２８に記載の能動振動絶縁方法。
【請求項３０】
換価荷重質量（Ｍｐ）の動きを検知するステップと、
換価荷重（Ｍｐ）センサ信号を換価荷重（Ｍｐ）の動きの関数として生成するステップと、
制御信号を前記センサ信号及び前記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２８に記載の能動振動絶縁方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本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。
【０００２】
【従来の技術】
産業界においては振動絶縁（アイソレーション）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。
【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。
【０００４】
【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。
【０００５】
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４５４キログラム（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２．６８×１０７キログラム／メートル（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１３０ヘルツ（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。
【０００６】
【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。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明による能動振動絶縁装置は、第１の質量を有する換価荷重を振動源から絶縁するための前記換価荷重と前記振動源との間に配設された能動振動絶縁装置であって、前記第１の質量の１０分の１以下である第２の質量を有する小質量と、ある軸に沿って間隔が変化する第１及び第２の対向する表面を有する少なくとも一つの圧電アクチュエータと、前記小質量及び前記換価荷重の間に配置さ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センサと、前記センサ信号を前記圧電アクチュエータに中継する中継回路とから成り、前記中継回路は前記センサ信号を変更して前記センサの特性を補償する補償回路を含み、前記中継回路は更に、前記圧電アクチュエータに接続され前記圧電アクチュエータの前記間隔を該変更されたセンサ信号の関数として変化させる制御回路を含み、前記第１の表面が前記小質量に接続されかつ前記第２の表面が前記振動源と接続されていることを特徴とする。
【０００８】
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。
【０００９】
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衰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。
【００１０】
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。
【００１１】
本発明はまた、好ましくは、袖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。
【００１２】
【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、小質量からの換価荷重の共振の減衰と能動的に絶縁する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。
【００１３】
【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）の感度の高い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と称する全体が堅固な要素である。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（ばね定数）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３．３９×１０７キログラム／メートル（１９０万ポンド／インチ）であり、変位対電圧関係はほぼ３．９３×１０７ボルト／メートル（１００万ボルト／インチ）のピークである。
【００１４】
選ばれた圧電スタック１３は２．５４×１０−５メートル（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１．２７×１０−４メートル（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。
【００１５】
装置１０は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４．６×１０キログラム／メートル／秒２（２．６ポンド／インチ／秒２）に選ばれており、これは４５４キログラム（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の各々についで、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Ｍｐ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１３０ヘルツ（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（１３０ヘルツ（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の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。
【００１６】
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の範囲に比較して質量が少なくとも一桁小でなければならず、Ｍｓ対Ｍｐ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４５４キログラム（１０００ポンド）に対応するときＭｓは４．５４キログラム（１０ポンド）に対応するように選ばれている。
【００１７】
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１０００ヘルツ（毎秒１０００サイクル）近くまで非常に高まる。ほぼ４．５４キログラム（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１０００ヘルツ（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２０ヘルツ（毎秒２０サイクル）の共振周波数となるように選ばれている。
【００１８】
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。
【００１９】
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Ｍｐ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Ｍｐ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。
【００２０】
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・ループからの利得である。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
ジオホンの出力は入力７０に示されでいる。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。
【００２５】
【数４】
0003729888.tif 000002
この式において、Ｃｇはボルト／メートル／秒×０．０２５４（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臨界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、ジオホンコイル−小質量−スプリング系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。
【００２６】
積分されない速度信号は平均（ＲＭＳ）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。
【００２７】
【数５】
0003729888.tif 000003
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の小さなコンデンサ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。
【００２８】
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は入力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。この利得はジオホン入力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８８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。１５、０００倍のＤＣ利得を得るためには、抵抗８４は１５ｋΩ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のコンデンサ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の低い値のコンデンサ９６がノード８６を接地に接続している。
【００２９】
追加の抵抗９８がノード８６をステージ８０の出力として使用されるノード１００に接続する。コンデンサ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及びコンデンサ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。
【００３０】
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。
【００３１】
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投である。
０．２ヘルツ（０．２サイクル毎秒）の目標周波数において、おおよそ利得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、遅れ一進みネットワークを用いることができる。遅れ一進みネットワーク１１０は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：
【００３２】
【数６】
0003729888.tif 000004
ステージ１１０（図３）において、コンデンサ１１６によってノード１１４が抵抗１１８に接続される。抵抗１１８はコンデンサ１１６及び接地の間に接続されている。抵抗１１２、コンデンサ１１６及び抵抗１１８が遅れ一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、コンデンサ１１６は２２０μＦに選ばれ、抵抗１１８は７２０Ωに選ばれている。
【００３３】
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のコンデンサ１２２を介して接地に接続されている。このコンデンサ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。
【００３４】
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はコンデンサ１０２及びコンデンサ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。
【００３５】
小さな容量のコンデンサ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２２０μＦのコンデンサ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が比較的小さな容量（１００ｐＦ）のコンデンサ１５２を介して接地に接続されている。フィードバック抵抗１５４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。
【００３６】
コンデンサ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１１０、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電圧阻止進みネットワーク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。図示された全体がアナログである実施例においては、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。
【００３７】
ステージ１６０及び１８０は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。コンデンサ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１６８を接地に接続している。小さな容量（１００ｐＦ）のコンデンサ１７４がノード１６４を接地に接続している。
【００３８】
ステージ１６０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
【００３９】
【数７】
0003729888.tif 000005
もしくは約．０１９５秒においてポールを生ずる。ステージ１６０により生成される真のポール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ポール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のコンデンサ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はコンデンサ１９６及び抵抗１９８を通して接地に直列に接続されている。比較的小さな容量（１００ｐＦ）のコンデンサ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、コンデンサ１９６は０．３９μＦに選ばれている。抵抗１８２は３３．２ｋΩに選び、コンデンサ１８６は０．００１μＦに選んでも良い。抵抗１８２及びコンデンサ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ポール及び他のゼロを生成する。
【００４０】
ステージ１６０及び１８０の両方はＤＣ利得が１であるけれども、高周波数利得はコンデンサ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がステージ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容量（例えば１００ｐＦ）のコンデンサ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２２２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２２６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。
【００４１】
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ヘルツ（０．５サイクル毎秒））が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ヘルツ（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。
【００４２】
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１６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。
【００４３】
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７００ヘルツ（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。
【００４４】
好ましくは、利得がほぼ３５０ヘルツ（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。
【００４５】
【数８】
0003729888.tif 000006
選択されたＴｃ３は．００３１４秒である。ステージ２３０及び２５０全体の効果は５０ヘルツ（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２３０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２４０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はまたコンデンサ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）のコンデンサ２４８が出力ノード２４０を接地に接続している。好ましくは、コンデンサ２４６は０．２２μＦ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秒でポールを、３．７４ｘ１０−４秒でゼロをそれぞれ生成する。
【００４６】
ステージ２５０の構成要素はステージ２３０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２５４はコンデンサ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２６６、及びコンデンサ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。容量の小さなコンデンサ２６８（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。
【００４７】
【数９】
0003729888.tif 000007
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らかになった。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。
【００４８】
好ましくは１０ｋΩの抵抗４０２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１０ｋΩ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。
【００４９】
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４１８に接続されたワイパを有している。好ましくは１０ｋΩ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４２０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。
【００５０】
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に選ばれたコンデンサ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４３６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４２８、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。
【００５１】
ノード４３２が好ましくは１０ｋΩの抵抗４３７を介しで演算増幅器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に選ばれたコンデンサ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。
【００５２】
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。
【００５３】
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４５４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。
【００５４】
ノッチフィルタステージ４００は利得が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。
【００５５】
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の点線で示されている。
【００５６】
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。
【００５７】
【数１０】
0003729888.tif 000008
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は補償関数、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Ｗｑ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。
【００５８】
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は臨界制動の受動アイソレータに相当する部分である。補償関数Ｇｖは臨界値制動の受動アイソレータ相当部分である。補償関数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９０７キログラム（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１．７９×１０−１キログラム／メートル／秒（０．０１ポンド／インチ／秒）である。
【００５９】
圧電モータを２．５４×１０−６メートル（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５．９×１０ボルト／メートル／秒（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。
【００６０】
実際の増幅器利得を６７にするに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４．５ヘルツ（毎秒４．５サイクル）であり、換価荷重の絶対速度制御の開ループゲインは０．００１５／秒であり、また１００ヘルツ（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。複雑で激し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つのポールの追加が必要になる。
【００６１】
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は「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、発明の装置は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。
【００６２】
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。
【００６３】
補償／制御回路４７４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４７４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。
【００６４】
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８０８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グ信号を生成し、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。
【００６５】
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でいる。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δｃ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。
【００６６】
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８３２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Ｇｖ（ｓ）は中間慣性速度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Ｃｖ（ｓ）に入力される。内側ループ補償関数Ｃ（ｓ）はブロック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）は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ヘルツにおいて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。
【００６７】
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１００ｍＨｚ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。
【００６８】
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。
【００６９】
【数１１】
0003729888.tif 000009
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のポール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。他方のポール１／τ２は、この時４０ヘルツに選ぶことができる。第１のポール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。
【００７０】
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２８４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。
【００７１】
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２９０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。
【００７２】
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周波数域全体に対してほぼ２．５４×１０−５メートル（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３．８１×１０−５メートル（０．００１５インチ）等の２．５４×１０−５メートル（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４５４キログラム（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。
【００７３】
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。
【００７４】
小質量１８は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１５００ヘルツ（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３０２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３．８×１０−２メートル（１．５インチ）である。
【００７５】
３つの足３０６が外部筐体３００の底部に、好ましくは自在継手によって取り付けられる。この構成は足が非平坦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。
【００７６】
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は好ましくは図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。受動アイソレータ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。
【００７７】
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。
【００７８】
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３２５（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。
【００７９】
外部エンクロージャ３００の頂部３０２はスペーサ板３２６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３２０、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。
【００８０】
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１０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点線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１２ａ、１２ｂ及び１２ｃ、及び付随した垂直のデカップラー２８２ａ、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。
【００８１】
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２．５×１０−２メートル（１．０インチ）であり、垂直の高さが３．２０×１０−２メートル（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２．５４×１０−５メートル（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１２ａ−１２ｃは３脚状の支持を形成し、垂直モータ１２ａ−１２ｃが支持することが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１００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５．１×１０−２メートル（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５．１×１０−２メートル（２インチ）である。
【００８２】
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負荷もしくは曲げ方向の負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負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１２ａ−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。
【００８３】
負荷が作用する面積と負荷が作用しない面積と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。
【００８４】
これは以下の式で表される。
【００８５】
【数１２】
0003729888.tif 000010
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５．１×１０−２メートル（２インチ）であり、エラストマーウエハ３４０は厚さが約１．５２×１０−３メートル（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。
【００８６】
図示された圧電モータ１２ａ−ｃの場合のモータ圧縮係数は２．１１×１０９キログラム／メートル２（３、０００、０００ｐｓｉ）であり、モータ剪断係数はほぼ７．０３×１０８キログラム／メートル２（１、０００、０００ｐｓｉ）である。圧縮剛性は３．３６×１０７キログラム／メートル（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１．１２×１０６キログラム／メートル（６２、８３０ポンド／インチ）である。
【００８７】
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０．０７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３４０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１２ａ−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。
【００８８】
圧電モータエレメント１２ａ−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１．６×１０−２メートル（０．６３インチ）であり長さが３．２×１０−２メートル（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。
【００８９】
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３５０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。
【００９０】
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２８２ａ−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。
【００９１】
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１．６×１０−３メートル（０．０６３インチ）の小さな隙間を残してチューブ３７４の中に差し込まれている。弾力性のガスケット３７８がシリンダ３６６及びチューブ３７４の間の位置にはめ込まれている。
【００９２】
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２８２ａ−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。
【００９３】
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）３７９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−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３６６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２８４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に示された断面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５０８に納められで示されている。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でいる。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）。
【００９４】
図７〜１０を同時に参照すると、同軸ブシュ３７０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。
【００９５】
図１０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３７４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。
【００９６】
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３８２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−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。
【００９７】
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３８４はシリンダ３６６内へのボア穴及びその中に配置された埋め金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。
【００９８】
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。
【００９９】
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１３６キログラム（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３８２ａ、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。
【０１００】
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５１２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に同軸的な埋め金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。
【０１０１】
適当な柔軟性導線ジャケット５３２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。
【０１０２】
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点線で示した装置６００の平面図である。
【０１０３】
図１１（Ａ）〜１３を参照すると、装置６００はキャビティ６０４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においで凸型である。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６２２、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。
【０１０４】
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６１２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。
【０１０５】
小質量６１０内のボア穴６３０はその最も深い部分において、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。
【０１０６】
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６３４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。
【０１０７】
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６４８に位置を合わせて配置されている。
【０１０８】
筒型スリーブ６５４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。
【０１０９】
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６６５ｂ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６６５ａ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６６５ｂの位置は２つの円錐形ワッシャーが予圧された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。
【０１１０】
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６６２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。
【０１１１】
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の荷重対変位の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１３６キログラム（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６６７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。
【０１１２】
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。
【０１１３】
小質量６１０の他の面上には水平圧電スタック保持板６７０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１２）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。
【０１１４】
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６９２にネジ込まれており（或いはまた、これらのネジ６９２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もしくはベルビルワッシャー７０１及び７０３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。
【０１１５】
「Ｘ」、「Ｙ」及び「Ｚ」軸の各々に対して各ジオホン６９４、６９５及び６９７（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７００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１１（Ａ）〜１３に示された構成に追加することができる。
【０１１６】
更に能動／受動絶縁装置７２１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１４反び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７２８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７３８（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７４４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。
【０１１７】
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７５６及び通信ケーブル７５８がこれらのユニット間を接続する。
【０１１８】
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７７６上に配置されたＸ、Ｙ及びＺ相対移動センサ７７０、７７２及び７７４を用いている。変位センサ７７０、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、７９２、７９４、７９６及び７９８を制御するために用いられる。
【０１１９】
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ポール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ポール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。
【０１２０】
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つ以上のポール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δｉｎで表されている。中間質量慣性変位δｉ（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。
【０１２１】
【数１３】
0003729888.tif 000011
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２１（Ａ）及び２１（Ｂ）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Ｓ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δｃを生成し、それはノード８５２において環境の変位δｉｎ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。
【０１２２】
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。
【０１２３】
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。
【図面の簡単な説明】
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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【図８】  図７に図示された実施例の、選ばれた部分を点線で示し、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。
【図１０】  図８の線１０−１０にほぼ沿った構成立断面図である。
【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。
【図１２】  図１１の線１２−１２にほぼ沿った立断面図である。
【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点線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。
【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。
【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。
【図１８】  ここに記述された補償関数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。
【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。
【図２０】  （Ａ）及び（Ｂ）は選ばれた内側ループ補償関数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関数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。
【主要部分の符号の説明】
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  外部筐体
Ｍ  換価荷重
【図１】
0003729888.tif 000015
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
0003729888.tif 000023
【図１０】
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【図１１】
0003729888.tif 000025
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
0003729888.tif 000028
【図１５】
0003729888.tif 000029
【図１６】
0003729888.tif 000030
【図１７】
0003729888.tif 000031
【図１８】
0003729888.tif 000032
【図１９】
0003729888.tif 000033
【図２０】
0003729888.tif 000034
【図２１】
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【図２２】
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