(57)【要約】  本発明により提供される除振装置は、第１フレームと、第１フレームの振動が伝達されないように第１フレームに対して可動に支持される第２フレームを備えており、更に第１フレームの速度を示す速度信号を出力する速度計測手段と、速度信号に基づいて第２フレームを第１フレームに対して駆動するアクチュエータとを備えている。アクチュエータは、第１フレームの速度と同じ大きさの逆向きの速度に第２フレームを駆動する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１フレームと、該第１フレームの振動が伝達されないように該第１フレームに対して可動に支持される第２フレームを備えた除振装置であって、
前記第１フレームの速度を示す速度信号を出力する速度計測手段と、
前記速度信号に基づいて、前記第２フレームを前記第１フレームに対して駆動するアクチュエータと
を更に備え、
前記アクチュエータは、前記第１フレームの速度と同じ大きさの逆向きの速度で前記第２フレームを駆動することを特徴とする除振装置。
【請求項２】
前記速度計測手段は、検出した速度に比例する強度の信号を連続的に出力する速度センサであることを特徴とする請求項１に記載の除振装置。
【請求項３】
前記第１フレームの実際の振動に対する前記速度計測手段が出力する速度信号の遅延が０．２ｍｓ以下であることを特徴とする請求項２に記載の除振装置。
【請求項４】
前記速度計測手段は、動電型速度センサであることを特徴とする請求項２又は３に記載の除振装置。
【請求項５】
前記速度計測手段が、
前記シリンダ部と、
前記シリンダ部の内周面に設けられたコイル部と、
軸方向の一端にＳ極が、他端にＮ極が形成され、前記シリンダ部の内周面に沿って移動可能な円柱形状の磁石と、
前記磁石の一端から前記シリンダ部の外部に突出するシャフト部と
を備え、
前記シリンダ部と前記シャフト部の一方が前記第１フレームに固定され、他方がと前記第１フレームの速度の測定基準に固定されている
ことを特徴とする請求項４に記載の除振装置。
【請求項６】
前記コイル部は、
前記シリンダ部の一端側に設けられ、前記磁石の一方の極を収容する第１コイルと、
前記シリンダ部の他端側に設けられ、前記磁石の他方の極を収容する第２コイルと
を備え、
前記第１コイルと前記第２コイルは、前記シリンダ内を前記磁石が移動したときに同極性の電圧を発生するように直列に接続されている
ことを特徴とする請求項５に記載の除振装置。
【請求項７】
前記シリンダ部の軸方向寸法が前記磁石の軸方向寸法の１．２〜１．８倍であることを特徴とする請求項５又は６に記載の除振装置。
【請求項８】
前記シリンダ部の軸方向寸法が前記磁石の軸方向寸法の１．４〜１．６倍であることを特徴とする請求項７に記載の除振装置。
【請求項９】
前記第１フレームを可動に支持するベースフレームを更に備え、
前記速度計測手段は、前記ベースフレームに対する前記第１フレームの速度を計測する
ことを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の除振装置。
【請求項１０】
前記第１フレームの速度の計測基準は前記ベースフレームであることを特徴とする請求項５を引用する請求項９に記載の除振装置。
【請求項１１】
前記第１フレームが、ばね及びダンパを有する緩和機構によって前記ベースフレームに支持されていることを特徴とする請求項９又は１０に記載の除振装置。
【請求項１２】
前記第１フレームの振動に対する前記第２フレームの駆動の遅延が０．５ｍｓ以下であることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の除振装置。
【請求項１３】
前記アクチュエータが、サーボモータによって駆動される送りねじ機構であることを特徴とする請求項１から１２のいずれか一項に記載の除振装置。
【請求項１４】
前記アクチュエータが、ボイスコイルモータによって前記第２フレームを前記第１フレームに対して移動させる動電型アクチュエータである
ことを特徴とする請求項１から１２のいずれか一項に記載の除振装置。
【請求項１５】
前記第１の速度センサが出力した速度信号を増幅して駆動電流を出力するアンプを更に備え、
前記アンプの出力が前記動電型アクチュエータの可動コイルに接続されている
ことを特徴とする請求項１４に記載の除振装置。
【請求項１６】
前記第１フレームに対する第２フレームの速度を計測する第２の速度センサを更に有し、
前記制御手段は、前記第１の速度センサによる速度計測結果と前記第２の速度センサによる速度計測結果とを比較することによって、前記アンプの増幅率を決定する
ことを特徴とする請求項１５に記載の除振装置。
【請求項１７】
前記アクチュエータが、
第１吸排口と第２吸排口との間で作動油を正逆両方向に供給可能なポンプと、
前記ポンプを駆動するサーボモータと、
ピストンと、該ピストンによって内部空間が第１の圧力室と第２の圧力室に区切られ且つ前記第１フレーム或いは第２フレームのいずれか一方に固定されたスリーブと、該ピストンに連結されると共に先端が該スリーブの外部に突出して前記前記第１フレーム或いは第２フレームのいずれか他方に連結されるピストンロッドとを備えた油圧シリンダユニットと、
前記第１及び第２の圧力室を、夫々前記第１及び第２の吸排口に接続する配管と、
前記配管同士を連通させるバイパス管と、
前記バイパス管の中途に設けられ、前記第１及び第２の圧力室に所定の圧力を加えるアキュムレータと
を備えた電動油圧アクチュエータであることを特徴とする請求項１から１２のいずれか一項に記載の除振装置。
【請求項１８】
前記アキュムレータが前記第１の圧力室及び第２の圧力室に加える所定の圧力の大きさは、前記油圧シリンダユニットのシリンダの駆動に必要な最低圧力よりも大きく設定されていることを特徴とする請求項１７に記載の除振装置。
【請求項１９】
前記ポンプがピストンポンプであることを特徴とする請求項１７又は１８に記載の除振装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は除振装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造用露光装置のような精密加工装置は、装置を外部の振動に対して絶縁（除振あるいは免振）することが望まれる。加工装置の除振を行う場合は、特開平１１−１９３８４７号（日本国特許公開公報）に記載されるような除振装置が使用される。除振装置は、ばね及びダンパを介して基礎に支持された定盤を有しており、除振対象である加工装置はこの定盤の上に設置される。【０００３】
除振装置の定盤には、振動検出手段が設けられている。また、定盤と基礎との間には、アクチュエータが設けられている。このような除振装置は、振動検出手段の検出結果に基づくフィードバック制御の下でアクチュエータに定盤を駆動させることにより、定盤の振動を短時間のうちに減衰させることができる。
【発明の概要】
【０００４】
このような除振装置は、主として高周波の振動を減衰させるものであり、数Ｈｚ以下の低周波の振動を十分に抑えることができなかった。
【０００５】
本発明は上記の事情を鑑みて創作されたものである。すなわち、本発明は、除振対象への特に低周波の振動の伝達を効果的に抑制する除振装置を提供することを目的とする。
【０００６】
本発明の実施形態に係る除振装置は、第１フレームと、第１フレームの振動が伝達されないように第１フレームに対して可動に支持される第２フレームを備えており、更に第１フレームの速度を示す速度信号を出力する速度計測手段と、速度信号に基づいて第２フレームを第１フレームに対して駆動するアクチュエータとを備えている。アクチュエータは、第１フレームの速度と同じ大きさの逆向きの速度で第２フレームを駆動する。
【０００７】
このように速度の計測結果に基づいてアクチュエータの駆動速度を制御する構成を採用することにより、実際の第１フレームの振動波形に忠実な逆向き（逆位相）の振動を第２フレームに加えることが可能になり、高い除振効果が得られる。
【０００８】
速度計測手段は、検出した速度に比例する強度の信号を連続的に出力する速度センサであることが望ましい。計測する速度に対して線形な信号を出力する速度センサを使用することにより、信号の変換や補正を行うことが不要となり、高速な応答が可能になる。
【０００９】
また、第１フレームの実際の振動に対する速度計測手段が出力する速度信号の遅延は０．２ｍｓ以下であることが望ましい。このような条件を満たす典型的な速度計測手段として動電型速度センサが挙げられる。このような速度計測手段を使用することにより、第１フレームの振動に対して第２フレームを少ない遅延で駆動することが可能になり、更に正確で効果的な除振が可能になる。
【００１０】
本発明の実施形態に適用可能な例示的な速度計測手段は、シリンダ部と、シリンダ部の内周面に設けられたコイル部と、軸方向の一端にＳ極が他端にＮ極が形成され、シリンダ部の内周面に沿って移動可能な円柱形状の磁石と、磁石の一端からシリンダ部の外部に突出するシャフト部とを備えている。シリンダ部とシャフト部の一方が第１フレームに固定され、他方が第１フレームの速度の測定基準に固定される。
【００１１】
コイル部は、シリンダ部の一端側に設けられ、磁石の一方の極を収容する第１コイルと、シリンダ部の他端側に設けられ、磁石の他方の極を収容する第２コイルとを備えていることが望ましい。また、この場合には、第１コイルと第２コイルは、シリンダ内を磁石が移動したときに同極性の電圧を発生するように直列に接続されていることが望ましい。
【００１２】
速度計測手段にこのような構成の動電型速度センサを採用すると、高いＳＮ比の速度信号が得られるため、速度信号の補正処理が不要になり、応答性が向上する。
【００１３】
シリンダ部の軸方向寸法が磁石の軸方向寸法の１．２〜１．８倍であることが望ましい。シリンダ部の軸方向寸法が磁石の軸方向寸法の１．４〜１．６倍であれば更に望ましい。
【００１４】
本発明の実施形態に係る除振装置は、第１フレームを可動に支持するベースフレームを更に備えていてもよい。この場合、速度計測手段は、ベースフレームに対する第１フレームの速度を計測するように構成されることが望ましい。すなわち、上記の第１フレームの速度の計測基準はベースフレームである。
【００１５】
第１フレームが、ばね及びダンパを有する緩和機構によってベースフレームに支持されていることが望ましい。この構成により、比較的に高い周波数成分の振動が減衰されるため、広い周波数にわたって高い除振効果を発揮する除振装置が実現する。また、緩和機構の動作には電力を必要としないため、エネルギー消費効率も高くなる。
【００１６】
また、第１フレームの振動に対する第２フレームの駆動の遅延が０．５ｍｓ以下であることが望ましい。高い除振性能を実現するためには、この程度の高速応答が必要となる。
【００１７】
アクチュエータは、サーボモータによって駆動される送りねじ機構であってもよい。
【００１８】
アクチュエータは、ボイスコイルモータによって第２フレームを第１フレームに対して移動させる動電型アクチュエータであってもよい。無接点のボイスコイルモータを使用することにより、高効率かつ低騒音の駆動が可能になる。また、この場合において、第１の速度センサが出力した速度信号を増幅して駆動電流を出力するアンプを除振装置が更に備え、アンプの出力が動電型アクチュエータの可動コイルに接続される構成とすることが望ましい。このような構成によれば、デジタル変換等の長い処理時間を要する信号処理が行われないため、極めて高速な応答が可能になる。また、計測された速度波形がほとんど劣化せずに駆動電流に変換されるため、第２フレームは計測された第１フレームの振動波形に忠実に駆動され、高精度の除振が実現する。
【００１９】
また、除振装置は、第１フレームに対する第２フレームの速度を計測する第２の速度センサを更に備えていてもよい。この場合、制御手段は、速度センサによる速度計測結果と第２の速度センサによる速度計測結果とを比較することによって、アンプの増幅率を決定するように構成されることが望ましい。第２の速度センサを設けることにより、動電型アクチュエータのフィードバック制御が可能になり、より正確な除振が実現する。
【００２０】
アクチュエータは、第１吸排口と第２吸排口との間で作動油を正逆両方向に供給可能なポンプと、ポンプを駆動するサーボモータと、ピストンと、ピストンによって内部空間が第１の圧力室と第２の圧力室に区切られ且つ第１フレーム或いは第２フレームのいずれか一方に固定されたスリーブと、ピストンに連結されると共に先端がスリーブの外部に突出して第１フレーム或いは第２フレームのいずれか他方に連結されるピストンロッドとを備えた油圧シリンダユニットと、第１及び第２の圧力室を、夫々第１及び第２の吸排口に接続する配管と、配管同士を連通させるバイパス管と、バイパス管の中途に設けられ、第１及び第２の圧力室に所定の圧力を加えるアキュムレータとを備えた電動油圧アクチュエータであってもよい。この場合において、アキュムレータが第１の圧力室及び第２の圧力室に加える所定の圧力の大きさは、油圧シリンダユニットのシリンダの駆動に必要な最低圧力よりも大きく設定されていることが望ましい。また、ポンプはピストンポンプであることが望ましい。
【００２１】
このような構成の電動油圧アクチュエータを使用すれば、高速応答が可能な小型の除振装置が実現する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態に係る除振装置の概略側面図である。
【図２】図２は、本発明の第１実施形態に係る除振装置の概略上面図である。
【図３】図３は、本発明の実施形態に係る速度センサの概略断面図である。
【図４】図４は、本発明の第１実施形態に係る除振装置の制御システムの概略ブロック図である。
【図５】図５は、本発明の第２実施形態に係る除振装置の概略側面図である。
【図６】図６は、本発明の第２実施形態に係る除振装置の概略上面図である。
【図７】図７は、本発明の第２実施形態に係る上部フレーム駆動機構の概略断面図である。
【図８】図８は、本発明の第２実施形態に係る除振装置の制御システムの概略ブロック図である。
【図９】図９は、本発明の第３実施形態に係る除振装置の概略側面図である。
【図１０】図１０は、本発明の第３実施形態に係る除振装置の概略上面図である。
【図１１】図１１は、本発明の第３実施形態に係る除振装置のアクチュエータの概略ブロック図である。
【図１２】図１２は、本発明の第３実施形態に係る除振装置の制御システムの概略ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
（第１実施形態）
以下、本発明の実施の形態について説明する。図１及び図２は、本発明の第１実施形態に係る除振装置１の概略側面図及び概略上面図である。図１に示されるように、本実施形態に係る除振装置１は、ベースフレーム１０、ベースフレーム１０上に配置された中間フレーム２０、及び中間フレーム２０上に配置された上部フレーム３０を備えている。
【００２４】
中間フレーム２０は、一対の第１リニアガイド機構４０によって、ベースフレーム１０に対して水平面上の所定方向（図１及び図２における左右方向。以下、「装置奥行方向」という。）に移動可能に支持されている。また、中間フレーム２０とベースフレーム１０との間に設けられた緩和機構８０（図１）により、ベースフレーム１０に対する中間フレーム２０の装置奥行方向の振動が緩和されるようになっている。なお、この緩和機構８０は、主として中間フレーム２０の高周波成分の振動を吸収するものであり、ばね８１とオイルダンパ８２から構成されている。
【００２５】
図２に示されるように、第１リニアガイド機構４０は、ベースフレーム１０上の、装置奥行方向と直交する水平方向（以下、「装置幅方向」という。）の両端付近に１つずつ設けられている。各第１リニアガイド機構４０は、ベースフレーム１０の上面１１に固定された装置奥行方向に延びるレール４１と、このレール４１と係合する一対のランナーブロック４２を備えている。ランナーブロック４２は、中間フレーム２０の底面２１に固定されている。また、各第１リニアガイド機構４０の一対のランナーブロック４２は、レール４１の装置奥行方向に間隔を空けて設けられている。ランナーブロック４２の夫々は、係合するレール４１の長さ方向、すなわち装置奥行方向のみに移動可能となっている。そのため、ランナーブロック４２が固定された中間フレーム２０が移動可能な方向も、装置奥行方向のみに制限されている。
【００２６】
上部フレーム３０は、一対の第２リニアガイド機構５０によって、中間フレーム２０に対して装置奥行方向に移動可能に支持されている。
【００２７】
図２に示されるように、第２リニアガイド機構５０は、上部フレーム３０上の、装置幅方向の両端付近に１つずつ設けられている。各第２リニアガイド機構５０は、中間フレーム２０の上面２２に固定されている装置奥行方向に延びるレール５１と、レール５１と係合するランナーブロック５２を備えている。ランナーブロック５２は、上部フレーム３０の底面３１に固定されている。ランナーブロック５２の夫々は、係合するレール５１の長さ方向、すなわち装置奥行方向のみに移動可能となっている。そのため、ランナーブロック５２が固定された上部フレーム３０が移動可能な方向も、装置奥行方向のみに制限されている。
【００２８】
なお、第１リニアガイド機構４０及び第２リニアガイド機構５０には、レールとランナーブロックの間にローラを設けたローラガイドや、レールとランナーブロックの間に高圧空気層を供給して摩擦を低減したエアスライダ等、摩擦抵抗の低いものが適している。
【００２９】
中間フレーム２０には、上部フレーム３０を中間フレーム２０に対して装置奥行方向に駆動する上部フレーム駆動機構１００が設けられている。図２に示されるように、上部フレーム駆動機構１００は、ＡＣサーボモータ１１０、送りねじ１２２、及び送りナット１２４を備えている。上部フレーム駆動機構１００は、ＡＣサーボモータ１１０を回転駆動することによって、上部フレーム３０に固定された送りナット１２４を装置奥行方向に移動させることができる。
【００３０】
図１及び図２に示されるように、送りねじ１２２は装置奥行方向に延びている。送りねじ１２２は、その両端付近において、中間フレーム２０に固定された一対の軸受１３２、１３４によって回転可能に支持されている。送りねじ１２２の一端（図１、２における右側の一端）は、カップリング１４０を介してＡＣサーボモータ１１０の駆動軸１１２（図２）と連結されており、ＡＣサーボモータ１１０を駆動することによって、送りねじ１２２を回転させることができるようになっている。
【００３１】
前述のように、第２リニアガイド機構５０によって送りナット１２４が固定された上部フレーム３０の移動可能な方向は装置奥行方向に限定されている。このため、ＡＣサーボモータ１１０によって送りねじ１２２を回転駆動すると、送りナット１２４及び上部フレーム３０は装置奥行方向に移動する。
【００３２】
本実施形態に係る除振装置１には、ベースフレーム１０に対する中間フレーム２０の移動速度を計測するための速度センサ７０が設けられている。速度センサ７０は、図１及び図２に示されるように、シリンダ部７１及びシリンダ部７１の内周面に沿って軸方向に往復移動可能なシャフト部７２を備えており、シリンダ部７１に対するシャフト部７２の相対速度を計測する。
【００３３】
速度センサ７０のシリンダ部７１は、シリンダ固定部材１２を介してベースフレーム１０に固定されている。また、シャフト部７２の一端７２ａは、中間フレーム２０の側面２３に固定されたステー２４に固定されている。シリンダ部７１及びシャフト部７２は、シャフト部７２の移動方向が装置奥行方向となるように、夫々ベースフレーム１０及び中間フレーム２０に固定されている。従って、速度センサ７０によって、ベースフレーム１０に対する中間フレーム２０の相対速度が検出される。すなわち、ベースフレーム１０は中間フレーム２０の速度の計測基準となる。
【００３４】
次に、速度センサ７０の構造の詳細を説明する。図３は、本実施形態において使用される速度センサ７０の概略断面図である。速度センサ７０は、コイルと磁石から構成された、いわゆる動電型の速度センサの一種である。
【００３５】
図３に示されるように、速度センサ７０のシャフト部７２には、その中途に円柱形状の磁石７３が固定されている。磁石７３は、その軸方向の一端（図３における左端）がＮ極７３ａに、他端（図３における右端）がＳ極７３ｂになっている。
【００３６】
速度センサ７０のシリンダ部７１の内周面７１ａにはコイル７４が形成されており、磁石７３はコイル７４の内部をシャフト部７２の長さ方向（図３における左右方向）に移動可能となっている。磁石７３がコイル７４の内部で移動すると、コイル７４に誘導起電力が発生する。この誘導起電力の大きさ（電圧）は、磁石７３の移動速度に比例するため、コイル７４の両端間の電位差から、磁石７３の移動速度すなわちシリンダ部７１に対するシャフト部７２の移動速度を検出することができる。
【００３７】
図３に示されるように、速度センサ７０においては、磁石７３の全体、すなわちＮ極７３ａとＳ極７３ｂの双方がシリンダ部７１に収容されるようになっている。また、コイル７４は、シリンダ部７１の一端側（図３において左側）に配置された第１コイル部７４ａと、他端側に配置された第２コイル部７４ｂとが直列に接続されたものである。磁石７３を移動させると、Ｎ極７３ａに近接する第１コイル部７４ａと、Ｓ極７３ｂに近接する第２コイル部７４ｂの双方に誘導起電力が発生する。第１コイル部７４ａと第２コイル部７４ｂは、磁石７３が移動したときに回路にそれぞれ同符号の誘導起電力を与えるように直列に接続されている。そのため、速度センサ７０の出力電圧の大きさは両コイル部に発生する誘導起電力の大きさを加算したものになる。そのため、速度センサ７０が発生する単位速度あたりの誘導起電力は大きく、高い精度でシャフト部７２の移動速度を検出可能となっている。
【００３８】
また、シリンダ部７１の長さは、磁石７３の長さの１．２〜１．８倍に、好ましくは磁石７３の長さの１．４〜１．６倍に調整される。また、第１コイル部７４ａと第２コイル部７４ｂは略同じ長さを有している。本実施形態では、各コイル部の長さは、シリンダ部７１の長さの半分よりも少し短い長さとなっている。シリンダ部７１及び磁石７３の長さを上記範囲に設定することにより、磁石７３のＮ極７３ａ及びＳ極７３ｂが、夫々第１コイル部７４ａ及び第２コイル部７４ｂ内に収容された状態を維持しながら磁石７３が長いストロークで移動可能となる。すなわち、シリンダ部７１と磁石７３の長さの比率を上記範囲に設定することにより、シリンダ部７１の長さに対して、速度検出が可能な磁石７３の可動範囲が広くなり、コンパクトな速度センサ７０が実現する。本実施形態の速度センサ７０の一例においては、磁石７３の長さが約３５ｃｍ、シリンダ部７１の長さが約５０ｃｍであり、シャフト部７２が１０ｃｍ程度の振幅で振動しても、その速度を正確に検出できるようになっている。
【００３９】
また、図３に示されるように、コイル７４の内周は磁性をもたない絶縁体７５により覆われており、コイル７４と磁石７３とが直接接触しないようになっている。また、絶縁体７５において、磁石７３が挿通される空洞部の壁面７５ａは、磁石７３の外周面と略同径の円筒面となっている。このため、磁石７３は絶縁体７５の壁面７５ａにガイドされて、その移動方向は一方向（図における左右方向）のみに規制される。
【００４０】
本実施形態においては、除振装置１の制御部２００（後述）が、速度センサ７０によって検出された中間フレーム２０の速度に基づいて上部フレーム駆動機構１００のＡＣサーボモータ１１０を制御するよう構成されている。次に、制御部２００の構成について説明する。
【００４１】
図４は、本実施形態に係る除振装置１の制御システムの概略ブロック図である。図４に示されるように、速度センサ７０、ＡＣサーボモータ１１０、及び制御部２００から構成される。また、制御部２００は、コントローラ２２０、Ａ／Ｄコンバータ２４０、及びサーボアンプ２６０を備えている。
【００４２】
サーボアンプ２６０は、ＡＣサーボモータ１１０に３相の交流電流を供給することによって、ＡＣサーボモータ１１０の駆動軸１１２（図２）を任意の回転数で正逆両方向に回転させるものである。駆動軸１１２の回転数は、交流電流の周波数を変化させることによって制御される。また、図４に示されるように、ＡＣサーボモータ１１０には、駆動軸１１２の回転数を検出するためのエンコーダ１１４が内蔵されている。エンコーダ１１４による回転数の検出結果は、サーボアンプ２６０に送られる。サーボアンプ２６０は、この検出結果に基づいてＡＣサーボモータ１１０に送る交流電流の周波数を調整し、コントローラ２２０に指令された回転数で駆動軸１１２が回転するようＡＣサーボモータ１１０を制御する（フィードバック制御）。
【００４３】
Ａ／Ｄコンバータ２４０は、速度センサ７０に接続されており、速度センサ７０が検出した中間フレーム２０の速度検出値をＡ／Ｄ変換してコントローラ２２０に送る。コントローラ２２０は、Ａ／Ｄコンバータ２４０から得た速度検出値に基づいて回転数制御命令を作成し、これをサーボアンプ２６０に送る。なお、Ａ／Ｄコンバータ２４０による速度信号のサンプリング及びコントローラ２２０による回転数制御命令は、好ましくは１ｋＨｚ以上（より好ましくは２ＫＨｚ以上）の高い繰り返しレートで行われる。
【００４４】
コントローラ２２０は、ベースフレーム１０に対する中間フレーム２０（図１）の速度と逆向きの同じ大きさの速度で、上部フレーム３０（図１）が中間フレーム２０に対して移動するように、サーボアンプ２６０に回転数制御命令を与える。具体的には、ベースフレーム１０に対する中間フレーム２０の移動速度Ｖ［ｍ／ｓ］及び送りねじ１２２（図１）のリードＬ［ｍ］から、サーボアンプ２６０に送る回転数をＲ［ｒｐｍ］は以下の数１によって求められる。
【００４５】
【数１】
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【００４６】
以上のようにコントローラ２２０がサーボアンプ２６０を制御しているときに、中間フレーム２０がベースフレーム１０に対して移動すると、中間フレーム２０の移動方向とは反対方向に上部フレーム３０が移動する。このため、中間フレーム２０が振動しても、その振動と逆位相の振動が上部フレーム３０に加えられ、結果として上部フレーム３０はベースフレーム１０に対して殆ど振動しない状態となる。このように、本実施形態に係る除振装置１は、中間フレーム２０の装置奥行方向の振動が上部フレーム３０に伝達されないようにすることが可能である。
【００４７】
本実施形態に係る除振装置１においては、速度センサ７０が計測した速度から演算される回転数によりＡＣサーボモータ１１０の駆動軸１１２が回転するように制御されている。この制御は、速度センサ７０の代わりに変位センサや加速度センサによって計測した計測値に基づいてＡＣサーボモータ１１０の制御を行う場合、或いは、ＡＣサーボモータ１１０の回転軸の角度や角加速度を制御する場合よりも、応答遅れなく（０．５ｍｓ以内）正確に上部フレーム３０を移動させることができる。よって、特に中間フレーム２０が数Ｈｚ以下の周波数で振動している場合には、上部フレーム３０はベースフレーム１０に対して実質的に振動しない状態となる。また、ばねとダンパから構成される緩和機構８０によって中間フレーム２０の高周波の振動は抑えられるため、低周波から高周波まで幅広い成分から構成されるランダム波形で中間フレーム２０が加振されても、上部フレーム３０はベースフレーム１０に対して殆ど静止した状態を保つ。
【００４８】
また、本実施形態に係る除振装置１は、前述のようにストローク長の長い速度センサ７０を用いて中間フレーム２０の速度を検出しているため、中間フレーム２０が大振幅で振動しても、上部フレーム３０はベースフレーム１０に対して静止した状態を保つ。
【００４９】
本実施形態に係る除振装置１は、中間フレーム２０のベースフレーム１０に対する装置奥行方向の振動が上部フレーム３０に伝わらないようにするものである。しかしながら、本発明の別の実施形態においては、例えば中間フレーム２０を３軸方向に移動可能にして、各軸方向に対応する速度センサと上部フレーム駆動機構を設けることで、３軸の除振が実現する。すなわち、除振装置が、中間フレーム２０の移動速度の装置奥行方向、幅方向及び上下方向成分の夫々を計測する速度センサと、上部フレーム３０を装置奥行方向、幅方向及び上下方向夫々に移動させる駆動手段を備える構成とすることにより、中間フレーム２０がベースフレーム１０に対して任意の方向に振動したとしても、その振動が上部フレーム３０に伝わらないようにすることができる。
【００５０】
このように、本実施形態に係る除振装置１は、上部フレーム３０の振動を抑えるものである。このような除振装置は、半導体の製造装置等の精密加工装置や、オプティカルベンチ等の振動を防止するために利用することができる。また、本実施形態に係る除振装置は、基礎から建築物に振動が伝わらないようにする免震装置としても使用される。
【００５１】
なお、本実施形態に係る除振装置１の速度センサ７０は、電磁誘導によって計測対象である中間フレーム２０の速度を計測する動電型速度センサである。しかしながら、本発明の実施形態に適用可能なセンサは上記構成のものに限定されない。例えば、上記実施形態の速度センサは可動磁石７３が計測基準（ベースフレーム１０）に固定されるタイプのものであるが、可動磁石（または可動コイル）が固定されずに慣性力により自由に移動するタイプの周知の速度ピックアップを使用することができる。この場合、第１リニアガイド機構４０及び緩和機構８０を設けずに、ベースフレーム１０と中間フレーム２０を一体化させることもできる。但し、緩和機構８０を省く場合には、振動の高周波成分が取り除かれるように上部フレーム駆動機構１００を制御する必要があるため、Ａ／Ｄコンバータ２４０による速度信号のサンプリング及びコントローラ２２０による回転数制御命令の繰り返しレートを、除振が必要な振動の最大周波数（好ましくは最大周波数の２倍）よりも高く設定する必要がある。あるいは、上部フレーム３０の上に第１リニアガイド機構４０及び緩和機構８０を介して第３のフレームを設けて、上部フレーム駆動機構１００によっては除去できない高周波数成分を緩和機構８０により除去するようにしてもよい。
【００５２】
また、速度センサ７０の代わりに、計測対象に音波や光を当てて、計測対象にて反射した超音波や光の周波数を計測し、この計測結果からドップラー効果に基づいて計測対象の速度を検出する速度センサを使用してもよい。
【００５３】
本発明の実施形態においては、高い除振性能を実現するために、正確な速度信号を連続的かつリアルタイムに（タイムラグ無く）取得して、取得した速度信号を高速に処理し、速やかに上部フレーム駆動機構の駆動信号を出力することが重要である。そのため、速度センサは、速度信号をリアルタイムに（すなわち低遅延で）出力することが求められる。また速度センサは、コントローラ２２０において複雑な信号変換や補正処理が不要な、リニアリティの高い速度信号を出力することが求められる。動電型速度センサは、本願発明の実施形態において要求されるこのような性能を極めて高い水準で満足する最適な速度センサの一つである。
【００５４】
（第２実施形態）
以上に説明した第１実施形態は、送りねじ機構をサーボモータにより駆動する構成の直動アクチュエータを採用したものであるが、本発明の実施形態に適用されるアクチュエータはこの構成に限定されない。次に説明する本発明の第２実施形態は、アクチュエータとしてボイスコイルモータを採用した動電型除振装置の一例である。以下の説明においては、第１実施形態と共通する構成要素については、同一の符号を使用する。
【００５５】
図５及び図６は、それぞれ本発明の第２実施形態に係る除振装置２の概略側面図及び概略上面図である。なお、以下に説明する上部フレーム駆動機構３００及び制御部４００を除く第２実施形態の構成（具体的にはベースフレーム１０、中間フレーム２０、第１リニアガイド機構４０、第２リニアガイド機構５０、速度センサ７０、及び緩和機構８０）は、第１実施形態のものと共通するため、詳しい説明は省略する。また、第１実施形態と共通する構成要素には、同一の符号を使用する。
【００５６】
図６に示されるように、中間フレーム２０には、上部フレーム３０を中間フレーム２０に対して装置奥行方向に移動させる上部フレーム駆動機構３００が設けられている。本実施形態に係る上部フレーム駆動機構３００は、ボイスコイルモータによってロッド３０２を駆動する、いわゆる動電型アクチュエータである。
【００５７】
次に、上部フレーム駆動機構３００の詳細を説明する。上部フレーム駆動機構３００は、ボディ３２０と、ボディ３２０に対して装置奥行方向に進退するよう駆動されるロッド３０２と、ボディ３２０を中間フレーム２０の上面２２に固定する固定ブロック３１０を備えている。固定ブロック３１０は図示されないボルトにより中間フレーム２０に固定されている。
【００５８】
図６に示されるように、ボディ３２０の装置幅方向両端には、上下方向に伸びる溝３２２ａが形成されている。この溝３２２ａの底面は、装置幅方向と直交する平面上に形成されている。また、固定ブロック３１０には、幅及び高さが溝３２２ａの幅及び最大高さに夫々略等しい突出部３１２が形成されている。突出部３１２の頂面（装置幅方向に突出する突出部３１２の先端側の面）も装置幅方向と直交している。そのため、突出部３１２は溝３２２ａにほとんど隙間無く嵌まり、溝３２２ａの底面と突出部３１２の頂面とが当接するようになっている。このように突出部３１２が溝３２２ａに嵌まり込んだ状態で固定用ボルトＢにより上部フレーム駆動機構３００を固定ブロック３１０に固定すると、溝３２２ａと突出部３１２とが係合する。更にボルトＢを締めつけることによって、広い面積を有する突出部３１２の頂面が略全面に亙って溝３２２ａの底面を付勢するようになっている。そのため、集中荷重によって溝３２２ａや固定ブロック３１０が大きく変形することはない。この結果、上部フレーム駆動機構３００は固定ブロック３１０を介して中間フレーム２０に強固に固定される。
【００５９】
次に、上部フレーム駆動機構３００の構造について説明する。
【００６０】
図７は、上部フレーム駆動機構３００の上断面図である。上部フレーム駆動機構３００は、筒状体３２２を有するボディ３２０と、このボディ３２０の筒内に収められた可動部３３０を備えている。可動部３３０は、円錐台形状の可動フレーム３３４と、可動フレーム３３４の上部フレーム３０側の端部に固定されている天板３３２とを有している。可動フレーム３３４は、ボディ３２０の筒内に同軸に配置され、ボディ３２０に対して装置奥行方向に可動となっている。
【００６１】
可動フレーム３３４の、天板３３２とは反対側の端部には、可動コイル保持部材３３６を介して可動コイル３３８が取り付けられている。可動コイル３３８は、可動フレーム３３４と略同軸に配置されている。
【００６２】
また、ボディ３２０の筒状体３２２の内部には、筒状体３２２と同軸に形成された円筒形状の内側磁極３２５が固定されている。内側磁極３２５の外径は、可動コイル３３８の内径よりも小さくなっており、可動コイル３３８は内側磁極３２５の外周面と筒状体３２２の内周面との間に配置される。
【００６３】
筒状体３２２の内周面には、筒状体３２２の半径方向外側に向かって凹んだ凹部３２２ｂが複数設けられている。各凹部３２２ｂの内部には、筒状体３２２の半径方向を軸にして導線を巻き回して形成した固定コイル３２８が取り付けられている。ここで、筒状体３２２及び内側磁極３２５は共に強磁性体又はフェリ磁性体から形成されており、固定コイル３２８に直流電流を流すと、筒状体３２２の半径方向、すなわち可動コイル３３８の半径方向に磁界が発生するようになっている。
【００６４】
この状態で可動コイル３３８に電流を流すと、可動コイル３３８の軸方向、すなわち装置奥行方向にローレンツ力が発生し、可動部３３０を装置奥行方向（図７における左右方向）に駆動することができる。
【００６５】
また、内側磁極３２５の中には空気ばね３２４が設けられている。空気ばね３２４の一端（図７において右側）はボディ３２０に固定されている。また、空気ばね３２４の他端（図７において左側）からロッド３０２に向かって装置奥行方向に伸びる連結バー３３４ａを介して、空気ばね３２４と可動フレーム３３４とが連結されている。可動コイル３３８に電流が流れていないときは、空気ばね３２４が可動フレーム３３４に加える装置奥行方向の荷重（引張又は圧縮荷重）によって、可動フレーム３３４が所定の位置で静止するようになっている。
【００６６】
図７に示されるように、連結バー３３４ａは可動フレーム３３４の中を通って天板３３２付近に達しており、可動フレーム３３４の半径方向に伸びる複数本のはり３３４ｂを介して、可動フレーム３３４の内周面と連結バー３３４ａとが連結している。
【００６７】
また、内側磁極３２５の内部空間には、連結バー３３４ａを装置奥行方向のみに移動可能に支持する軸受３２６が固定されている。
【００６８】
本実施形態に係る除振装置２にも、ベースフレーム１０に対する中間フレーム２０の移動速度を計測するための速度センサ７０が設けられている。除振装置２の制御部４００（後述）は、速度センサ７０によって検出された中間フレーム２０の速度に基づいて上部フレーム駆動機構３００を制御するよう構成されている。
【００６９】
次に、制御部４００の構成について説明する。図８は、上部フレーム駆動機構３００及び制御部４００から構成される制御システムのブロック図である。図８に示されるように、制御部４００は、アンプ４６０と差分回路４４０を備えている。また、上部フレーム駆動機構３００は、ロッド３０２（図５〜図７）の速度を検出する速度センサ３４０を備えている。速度センサ３４０は、ベースフレーム１０と中間フレーム２０の間に設けられた速度センサ７０と同型のものである。
【００７０】
アンプ４６０は、速度センサ７０が出力した中間フレーム２０の速度を示す速度信号を増幅して駆動電流とし、上部フレーム駆動機構３００の可動コイル３３８（図７）に送る。これによって、可動コイル３３８に駆動電流が流れることで、上部フレーム３０は中間フレーム２０に対して逆方向に移動する。差分回路４４０は、速度センサ７０が検出した中間フレーム２０の速度と、速度センサ３４０が検出した上部フレーム３０の速度との差分をとり、この差分に基づいてアンプ４６０の増幅率を決定し、アンプ４６０を制御する。これにより、ベースフレーム１０に対する中間フレーム２０の速度の大きさと、中間フレーム２０に対する上部フレームの速度の大きさが等しくなるように制御される。この制御により、中間フレーム２０の移動を打ち消すように上部フレーム３０が駆動され、即ち、中間フレーム２０と逆方向に同じ速さで上部フレーム３０を移動させることができる。その結果、上部フレーム３０をベースフレーム１０に対して静止させることができる。
【００７１】
本実施形態に係る除振装置２においては、動電型アクチュエータが上部フレーム駆動機構３００として使用されている。動電型アクチュエータは、可動コイル３３８に入力される電流の大きさに比例した速度で上部フレーム３０を移動させる。従って、速度センサ７０が検出したアナログ出力をアンプ４６０により所定の増幅率で増幅させ、これをそのまま可動コイル３３８に入力させることにより、ベースフレーム１０に対する中間フレーム２０の速度と、中間フレーム２０に対する上部フレームの速度が等しくなるよう制御することが可能である。本実施形態においては、制御部４００をアンプ４６０及び差分回路４４０を含むアナログ回路のみで構成することが可能であり、Ａ／Ｄコンバータやデジタルコントローラ等を必要としない。このため、中間フレーム２０の移動に対する応答遅れは短くなり、除振装置２は高い応答性をもって上部フレーム３０を移動させることができるようになっている。このため、特に中間フレーム２０が数Ｈｚ以下の周波数で振動している場合には、上部フレーム３０はベースフレーム１０に対して実質的に振動しない状態となる。そして、本実施形態に係る除振装置２においては、ばね８１とダンパ８２によるサスペンション８０（図５）によって中間フレーム２０の高周波の振動は抑えられているため、低周波から高周波まで幅広い成分から構成されるランダム波形で中間フレーム２０を加振したとしても、上部フレーム３０はベースフレーム１０に対して殆ど静止した状態を保つ。
【００７２】
また、上記実施形態においては、速度センサから出力されるアナログの速度信号が一旦デジタル信号に変換され、デジタル処理が行われる。しかしながら、速度センサの出力するアナログ信号を増幅したものを駆動電流として使用してもよい。除振性能を最大限に引き出すためには、アナログ回路のみで制御部を構成した方が、遅延が少なく有利である。
【００７３】
（第３実施形態）
次に、アクチュエータとして電動油圧アクチュエータを採用した第３実施形態を説明する。以下の説明においても、第１実施形態と共通する構成要素については、同一の符号を使用し、また詳しい説明は省略する。
【００７４】
図９及び１０は、それぞれ本発明の第３実施形態に係る除振装置３の概略側面図及び概略上面図である。なお、以下に説明する上部フレーム駆動機構５００及び制御部６００を除く第３実施形態の構成要素（具体的には、ベースフレーム１０、中間フレーム２０、第１リニアガイド機構４０、第２リニアガイド機構５０、速度センサ７０、及び緩和機構８０）は、第１及び第２実施形態のものと実質的に共通するものであるため、詳しい説明は省略する。
【００７５】
本実施形態に係る除振装置３は、上部フレーム３０を中間フレーム２０に対して装置奥行方向に移動させるための上部フレーム駆動機構５００を備えている。図９及び図１０に示されるように、上部フレーム駆動機構５００は、サーボユニットＳが差動油を油圧シリンダユニット５６０に供給することにより、油圧シリンダユニット５６０のシリンダロッド５６１を装置奥行方向に移動させるものである。油圧シリンダユニット５６０とサーボユニットＳは、配管５４１及び５４２を介してサーボユニットＳに接続されている。また、油圧シリンダユニット５６０は、中間フレーム２０に固定されている。図１０に示されるように、上部フレーム３０には、シリンダロッド５６１が連結されており、上部フレーム３０はシリンダロッド５６１と一体になっている。従って、シリンダロッド５６１を駆動することにより、上部フレーム３０を中間フレーム２０に対して装置奥行方向に移動させることができる。
【００７６】
次に、上部フレーム駆動機構５００の詳細を説明する。図１１は、本実施形態に係る上部フレーム駆動機構５００のブロック図である。図１１に示されるように、本実施形態に係る上部フレーム駆動機構５００のサーボユニットＳはサーボアンプ６６０、電源６８０、ポンプユニット５２０、作動油タンク５２４及びアキュムレータ５２５を備えている。
【００７７】
ポンプユニット５２０は、ポンプ本体５２３とサーボモータ５２１を備えている。サーボモータ５２１は、サーボアンプ６６０から出力される交流電流によって、駆動軸５２１ａを正逆両方向へ回転駆動することができる。また、サーボモータ５２１は、駆動軸５２１ａの回転数を精密に調整できるようになっている。なお、本実施形態においては、サーボモータ５２１には、高出力で高い繰り返しレートの反転駆動が可能な低慣性ＡＣサーボモータが使用される。また、サーボアンプ６６０は、電源６８０から供給される電力に基づいて、所望の位相、振幅及び周期を持つ３相交流電流を生成し、これをサーボモータ５２１に供給している。
【００７８】
また、本実施形態においては、ポンプ本体５２３は、第１吸排口５２３ａから第２吸排口５２３ｂへ、或いは第２吸排口５２３ｂから第１吸排口５２３ａへ作動油を送ることが可能なピストンポンプである。そして、サーボモータ５２１によってポンプ本体５２３を駆動することにより、ポンプ本体５２３が供給する作動油の流量及び方向を変化させることができる。例えば、サーボモータ５２１を一定の周期で往復駆動させると、第１吸排口５２３ａと第２吸排口５２３ｂとの間を流れる作動油の流量及び方向は周期的に変化する。
【００７９】
油圧シリンダユニット５６０は、ピストンロッド５６１、スリーブ５６２、及びスリーブ５６２内で移動可能なピストン５６３を有している。ピストンロッド５６１は、ピストン５６３の一面からスリーブ５６２の外部に突出している。スリーブ５６２の内部空間は、ピストン５６３によって第１圧力室５６２ａと第２圧力室５６２ｂに分けられている。第１圧力室５６２ａ及び第２圧力室５６２ｂには、作動油が封入されている。また、第１圧力室５６２ａ及び第２圧力室５６２ｂは夫々、配管５４１及び５４２を介してポンプ本体５２３の第１吸排口５２３ａ及び第２吸排口５２３ｂに接続されている。なお、配管５４１、５４２としては、上部フレーム３０（図９、図１０）を移動させる際に発生する作動油の圧力上昇（数１０ＭＰａ程度）に耐えられる高圧ホースなどが使用される。
【００８０】
作動油タンク５２４は、逆止弁５４３、５４４を介して第１圧力室５６２ａ及び第２圧力室５６２ｂに接続されている。各逆止弁５４３、５４４は、それぞれ第１圧力室５６２ａ又は第２圧力室５６２ｂの内圧が作動油タンク５２４内の油圧（大気圧）よりも小さくなったときに開き、作動油タンク５２４から作動油を供給する。本実施形態においては、空の第１圧力室５６２ａ及び第２圧力室５６２ｂに作動油を充填する際に、逆止弁５４３、５４４が開いて作動油タンク５２４から各圧力室５６２ａ、５６２ｂに作動油が供給される。
【００８１】
具体的には、第１圧力室５６２ａ及び第２圧力室５６２ｂには、エア抜きのための図示されないバルブが設けられている。先ず、第１圧力室５６２ａのバルブが開けられ、第２圧力室５６２ｂのバルブが閉じられ、次いで、第２吸排口５２３ｂから第１吸排口５２３ａに作動油が送られるようポンプユニット５２０が制御されると、第２圧力室５６２ｂ及び配管５４２内のエアが配管５４１を介して第１圧力室５６２ａのバルブから押し出される。そして、第２圧力室５６２ｂの圧力が大気圧未満に低下するので、逆止弁５４４が開いて作動油タンク５２４から作動油が配管５４２、５４１を介して第１圧力室５６２ａに充填される。
【００８２】
作動油が第１圧力室５６２ａに充填された後、第１圧力室５６２ａのバルブが閉じられ、第２圧力室５６２ｂのバルブが開けられ、第１吸排口５２３ａから第２吸排口５２３ｂに作動油が送られるようポンプユニット５２０が制御されると、第２圧力室５６２ｂ及び配管５４２内のエアが第２圧力室５６２ｂのバルブから押し出される。また、ピストン５６３がロッド側（図１１において左側）に移動して第１圧力室５６２ａ側に充填されている作動油が配管５４１に押し出される。ピストン５６３が上死点まで移動すると、第１圧力室５６２ａ及び配管５４１内の作動油の圧力が大気圧未満となり、逆止弁５４３が開いて作動油が作動油タンク５２４から第２圧力室５６２ｂに移動する。第２圧力室５６２ｂに作動油が充填されると、第２圧力室５６２ｂのバルブが閉じられる。以上の工程によって、第１圧力室５６２ａ、第２圧力室５６２ｂ及び配管５４１及び５４２に作動油が充填される。
【００８３】
次に、上部フレーム駆動機構５００が、上部フレーム３０（図９、１０）を移動させるための機構について以下に説明する。上部フレームを図９及び図１０における左側へ移動させる際は、作動油が第１吸排口５２３ａから第２吸排口５２３ｂに移動するようにポンプユニット５２０が駆動される。すると、作動油が配管５４２を介して第２圧力室５６２ｂに供給され、ピストン５６３が第１圧力室５６２ａ側に押し込まれ、ピストンロッド５６１及び上部フレーム３０が図９において左側へ移動する。第１圧力室５６２ａ内の作動油は、ピストン５６３の移動に伴って配管５４１を介してポンプユニット５２０に移動し、ポンプユニット５２０から配管５４２を介して第２圧力室５６２ｂへ送られる。
【００８４】
上部フレーム３０を図９における右側に移動させる際は、ポンプユニット５２０は、作動油が第２吸排口５２３ｂから第１吸排口５２３ａへ移動するように駆動される。すると、作動油が配管５４１を介して第１圧力室５６２ａに供給され、ピストン５６３が第２圧力室５６２ｂ側に押し込まれ、ピストンロッド５６１及び上部フレーム３０が図９中右側に移動する。第２圧力室５６２ｂ内の作動油は、ピストン５６３の移動に伴って配管５４２を介してポンプユニット５２０に移動し、ポンプユニット５２０から配管５４１を介して第１圧力室５６２ａに送られる。
【００８５】
このように、本実施形態に係る上部フレーム駆動機構５００は、正逆両方向に駆動可能なポンプユニット５２０によって作動油を油圧シリンダユニット５６０の第１圧力室５６２ａ又は第２圧力室５６２ｂに供給することにより、上部フレーム３０（図９、１０）を移動させるようになっている。
【００８６】
さらに、本実施形態に係るサーボユニットＳは、配管５４１と５４２とをバイパスするバイパス管５４５と、バイパス管５４５の中途に設けられたアキュムレータ５２５を備えている。アキュムレータ５２５は、その内部に所定の圧力の窒素ガス等のガス層が形成されている圧力容器であり、配管５４１及び５４２を介して油圧シリンダユニット５６０の第１圧力室５６２ａ及び第２圧力室５６２ｂを加圧する。
【００８７】
バイパス管５４５及びアキュムレータ５２５が無い場合には、ポンプユニット５２０により作動油が吸引される側の配管内の圧力は、作動油が供給される側の配管の圧力と比較すると極めて低い大きさとなる。また、作動油は圧縮性を有しているため、作動油により駆動力を伝達するためには作動油を加圧して一定の密度まで圧縮する必要がある。そのため、ポンプユニット５２０の駆動方向が切り換わった直後は、作動油が供給される側の配管及び圧力室の圧力をこの低い圧力からピストン５６３を駆動する高圧（１０〜数１０ＭＰａ）まで上昇させるのに、数１０ミリ秒程度の時間を要する。すなわち、圧縮による作動油の体積減少分を補う追加の作動油がポンプユニット５２０から供給されるまでの数１０ミリ秒の間、作動油はピストン５６３へ十分な駆動力を加えることができない。この時間は、上部フレーム３０が移動しないタイムラグとなる。
【００８８】
本実施形態に係る振動試験装置３においては、ポンプユニット５２０により作動油が吸引される側の配管及び圧力室の圧力が常にピストン５６３の駆動に必要な高圧に維持されるよう、アキュムレータ５２５により各圧力室及び配管の加圧が行われている。このため、上部フレーム３０の移動方向が切り換わった直後であっても、作動油が供給される側の配管及び圧力室の圧力はピストン５６３の駆動に十分な高さに保たれている。このため、上述のようにアキュムレータ５２５が無い構成において発生していたタイムラグが殆ど発生せず、サーボアンプ６６０が出力する交流電流に対して高い応答性をもって上部フレーム３０を移動させることができる。なお、タイムラグをできる限り小さくするため、アキュムレータ５２５のガス層の圧力、すなわちアキュムレータ５２５が作動油に加える圧力の大きさは、ピストン５６３の移動に必要な最低圧力よりも大きくなるよう設定されている。また、バイパス管５４５には、高圧ホースや金属パイプなど、アキュムレータ５２５が作動油に加える圧力に十分耐えられ、圧力変動によっても容積がほとんど変動しないものが使用される。
【００８９】
本実施形態に係る除振装置３にも、ベースフレーム１０に対する中間フレーム２０の移動速度を計測するための速度センサ７０が設けられている。本実施形態においては、除振装置３の制御部６００（後述）が、速度センサ７０が出力する中間フレーム２０の速度を示す信号に基づいて、上部フレーム駆動機構５００のサーボコントローラ６６０を制御するよう構成されている。
【００９０】
次に、制御部６００の構成について説明する。図１２は、本実施形態に係る除振装置３の制御システムの概略ブロック図である。除振装置３の制御システムは、速度センサ７０、サーボモータ５２１及び制御部６００から構成されている。図１２に示されるように、制御部６００は、コントローラ６２０、Ａ／Ｄコンバータ６４０、及びサーボアンプ６６０を備えている。
【００９１】
前述のように、サーボアンプ６６０はサーボモータ５２１に３相の交流電流を供給することによって、サーボモータ５２１の駆動軸５２１ａを任意の回転速度で正逆方向に回転させるものである。駆動軸５２１ａの回転速度は、交流電流の周波数を変化させることによって制御される。また、図１２に示されるように、サーボモータ５２１には、駆動軸５２１ａの回転数を検出するためのエンコーダ５２２が内蔵されている。エンコーダ５２２による回転速度の検出結果は、サーボアンプ６６０に送られる。サーボアンプ６６０は、この検出結果に基づいてサーボモータ５２１に送る交流電流の周波数を調整し、所望の回転速度で駆動軸５２１ａが回転するようサーボモータ５２１を制御する（フィードバック制御）。
【００９２】
Ａ／Ｄコンバータ６４０は、速度センサ７０に接続されており、速度センサ７０が出力した中間フレーム２０の速度を示す速度信号をＡ／Ｄ変換してコントローラ６２０に送る。コントローラ６２０は、Ａ／Ｄコンバータ６４０から得た速度信号に基づいて回転速度制御命令を作成し、これをサーボアンプ６６０に送る。
【００９３】
コントローラ６２０は、ベースフレーム１０に対する中間フレーム２０（図９）の速度と逆向きの同じ大きさの速度で上部フレーム３０（図９）が中間フレーム２０に対して移動するような回転速度制御命令を生成して、サーボアンプ１０３に与える。具体的には、サーボアンプ６６０に送る回転速度Ｒ［ｒｐｍ］は次の数１によって求められる。ここで、Ｖ［ｍ／ｓ］はベースフレーム１０に対する中間フレーム２０の移動速度であり、Ｆ［ｍ３］はサーボモータ５２１の駆動軸５２１を一回転させるために必要な作動油の供給量であり、Ａ［ｍ２］はスリーブ５６２（図１１）の断面積である。
【００９４】
【数２】
2010098399.tif 000004
【００９５】
以上のようにコントローラ６２０がサーボアンプ６６０を制御しているとき、中間フレーム２０がベースフレーム１０に対して移動すると、中間フレーム２０の移動方向とは反対方向に上部フレーム３０が移動する。このため、中間フレーム２０が振動しても、その振動と逆位相の振動が上部フレーム３０に加えられ、結果として上部フレーム３０はベースフレーム１０に対して殆ど振動しない状態となる。このように、本実施形態の除振装置３は、中間フレーム２０の装置奥行方向の振動が上部フレーム３０に伝達されないようにすることができる。
【００９６】
本実施形態に係る除振装置３は、速度センサ７０が出力した速度信号から演算される回転速度により、サーボモータ５２１の駆動軸５２１ａが回転するよう制御されている。この制御は、速度センサ７０の代わりに変位センサや加速度センサによって計測した計測値に基づいてサーボモータ５２１の制御を行う場合、或いは、サーボモータ５２１の駆動軸５２１ａの角度や角加速度を制御する場合よりも、応答遅れなく（０．５ｍｓ以内）正確に上部フレーム３０を駆動することを可能にする。従って、特に中間フレーム２０が数Ｈｚ以下の周波数で振動している場合には、上部フレーム３０はベースフレーム１０に対して実質的に振動しない状態となる。また、ばね８１とダンパ８２から構成される緩和機構８０（図９）によって中間フレーム２０の高周波の振動は抑えられるため、低周波から高周波まで幅広い成分から構成されるランダム波形で中間フレーム２０が加振されても、上部フレーム３０はベースフレーム１０に対して実質的に静止した状態を保つ。
【００９７】
また、中間フレーム２０を直交３軸方向及びこの３軸を中心とする回転方向に移動可能とし、中間フレーム２０の各可動方向に対応する速度センサを設けた構成にしても良い。具体的には、中間フレーム２０の装置奥行方向、幅方向及び上下方向の各速度成分を計測する速度センサと、中間フレーム２０の装置奥行方向周り、幅方向周り及び上下方向周りの角速度を計測する角速度センサと、装置奥行方向、幅方向、上下方向、奥行方向周り、幅方向周り及び上下方向周りの各方向に上部フレーム３０を駆動する駆動手段を備えた構成とすることができる。このような構成により、中間フレーム２０がベースフレーム１０に対して任意の方向に振動しても、その振動が上部フレーム３０に伝わらないようにすることができる。
【００９８】
なお、本実施形態に係る除振装置１は、振動を速度センサ７０によって検出しているが、速度センサの代わりに加速度センサや変位センサを用いて振動を検出する構成としてもよい。ただし、前述のように、速度センサ７０によって振動を検出する構成とすると、除振装置は高い応答性をもって上部フレーム３０を振動させることができる。
【図１】
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【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】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【手続補正書】
【提出日】平成23年4月28日(2011.4.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（削除）
【請求項２】
（削除）
【請求項３】
（削除）
【請求項４】
（削除）
【請求項５】
（削除）
【請求項６】
（削除）
【請求項７】
（削除）
【請求項８】
（削除）
【請求項９】
ベースフレームと、該ベースフレームに可動に支持される第１フレームと、該第１フレームの振動が伝達されないように該第１フレームに対して可動に支持される第２フレームを備えた除振装置であって、
前記ベースフレームに対する前記第１フレームの速度を計測して、計測した速度を示す速度信号を出力する速度センサと、
前記速度信号に基づいて、前記第２フレームを前記第１フレームに対して駆動するアクチュエータと
を更に備え、
前記アクチュエータは、前記第１フレームの速度と同じ大きさの逆向きの速度で前記第２フレームを駆動することを特徴とする除振装置。
【請求項１０】
前記動電型速度センサが、
前記シリンダ部と、
前記シリンダ部の内周面に設けられたコイル部と、
軸方向の一端にＳ極が、他端にＮ極が形成され、前記シリンダ部の内周面に沿って移動可能な円柱形状の磁石と、
前記磁石の一端から前記シリンダ部の外部に突出するシャフト部とを備え、
前記シリンダ部と前記シャフト部の一方が前記第１フレームに固定され、他方がと前記第１フレームの速度の測定基準に固定されており
前記コイル部は、
前記シリンダ部の一端側に設けられ、前記磁石の一方の極を収容する第１コイルと、
前記シリンダ部の他端側に設けられ、前記磁石の他方の極を収容する第２コイルと、を備え、
前記第１コイルと前記第２コイルは、前記シリンダ内を前記磁石が移動したときに同極性の電圧を発生するように直列に接続されている、ことを特徴とする請求項９に記載の除振装置。
【請求項１１】
前記第１フレームが、ばね及びダンパを有する緩和機構によって前記ベースフレームに支持されていることを特徴とする請求項９又は１０に記載の除振装置。
【請求項１２】
前記速度センサは、検出した速度に比例する強度の信号を連続的に出力する動電型速度センサであることを特徴とする請求項９から１１のいずれか一項に記載の除振装置。
【請求項１３】
前記アクチュエータが、サーボモータによって駆動される送りねじ機構であることを特徴とする請求項９から１２のいずれか一項に記載の除振装置。
【請求項１４】
前記アクチュエータが、ボイスコイルモータによって前記第２フレームを前記第１フレームに対して移動させる動電型アクチュエータであり、
前記動電型アクチュエータは、前記速度信号を増幅した駆動電流により駆動されることを特徴とする請求項９から１１のいずれか一項に記載の除振装置。
【請求項１５】
前記第１の速度センサが出力した速度信号を増幅して駆動電流を出力するアンプを更に備え、
前記アンプの出力が前記動電型アクチュエータの可動コイルに接続されている
ことを特徴とする請求項１４に記載の除振装置。
【請求項１６】
前記第１フレームに対する第２フレームの速度を計測する第２の速度センサを更に有し、
前記制御手段は、前記第１の速度センサによる速度計測結果と前記第２の速度センサによる速度計測結果とを比較することによって、前記アンプの増幅率を決定する
ことを特徴とする請求項１５に記載の除振装置。
【請求項１７】
前記アクチュエータが、
第１吸排口と第２吸排口との間で作動油を正逆両方向に供給可能なポンプと、
前記ポンプを駆動するサーボモータと、
ピストンと、該ピストンによって内部空間が第１の圧力室と第２の圧力室に区切られ且つ前記第１フレーム或いは第２フレームのいずれか一方に固定されたスリーブと、該ピストンに連結されると共に先端が該スリーブの外部に突出して前記前記第１フレーム或いは第２フレームのいずれか他方に連結されるピストンロッドとを備えた油圧シリンダユニットと、
前記第１及び第２の圧力室を、夫々前記第１及び第２の吸排口に接続する配管と、
前記配管同士を連通させるバイパス管と、
前記バイパス管の中途に設けられ、前記第１及び第２の圧力室に所定の圧力を加えるアキュムレータと
を備えた電動油圧アクチュエータであることを特徴とする請求項９から１１のいずれか一項に記載の除振装置。
【請求項１８】
前記アキュムレータが前記第１の圧力室及び第２の圧力室に加える所定の圧力の大きさは、前記油圧シリンダユニットのシリンダの駆動に必要な最低圧力よりも大きく設定されていることを特徴とする請求項１７に記載の除振装置。
【請求項１９】
前記ポンプがピストンポンプであることを特徴とする請求項１７又は１８に記載の除振装置。
【国際調査報告】
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2010098399.tif 000018
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