(57)【要約】【課題】  微小振幅振動に対して、効果的な防振効果を発揮し得る、新規な構造の防振装置を提供すること。【解決手段】  電歪ポリマー膜２０と電極２２ａ，２２ｂを積層構造とした電歪ポリマーアクチュエータを用いて構成された防振マウント本体１２と、コイル素子１４を有しており、該防振マウント本体１２における該電極２２ａ，２２ｂに接続されることにより該防振マウント本体１２をコンデンサ素子としてＲＬＣ共振回路を構成する給電回路１８と、防振すべき振動に対応した周波数の防振基本信号を生成して、該防振基本信号を該給電回路１８に与えることにより、該給電回路１８の共振作用を利用して該防振マウント本体１２の該電極２２ａ，２２ｂに駆動用の交流電圧を印加する防振制御手段１６とを含んで、電歪ポリマーアクチュエータ利用防振装置１０を構成した。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電歪ポリマー膜と電極を積層構造とした電歪ポリマーアクチュエータを用いて構成された防振マウント本体と、
コイル素子を有しており、該防振マウント本体における前記各電極に接続されることにより該防振マウント本体をコンデンサ素子としてＲＬＣ共振回路を構成する給電回路と、
防振すべき振動に対応した周波数の防振基本信号を生成して、該防振基本信号を該給電回路に与えることにより、該給電回路の共振作用を利用して前記防振マウント本体の前記各電極に駆動用の交流電圧を印加する防振制御手段と
を含んで構成したことを特徴とする電歪ポリマーアクチュエータ利用防振装置。
【請求項２】
前記コイル素子が、インダクタンスを変更調節可能である請求項１に記載の電歪ポリマーアクチュエータ利用防振装置。
【請求項３】
振動源となる支持部材によって支持された防振対象部材において、該支持部材と該防振対象部材の間に前記防振マウント本体を介装することにより該防振マウント本体を介して該防振対象部材を支持部材で防振支持せしめると共に、
該防振対象部材の振動を検出する参照振動検出手段を設けて、
前記防振制御手段において、該参照振動検出手段によって検出された該防振対象部材の振動と同じ周波数で且つ逆位相の駆動力が該防振マウント本体に生ぜしめられるように該防振マウント本体に対して駆動用の交流電圧を印加する請求項１又は２に記載の電歪ポリマーアクチュエータ利用防振装置。
【請求項４】
振動源となる支持部材によって支持された防振対象部材において、該支持部材と該防振対象部材の間に前記防振マウント本体を介装することにより該防振マウント本体を介して該防振対象部材を支持部材で防振支持せしめると共に、
該支持部材の振動を検出する基本振動検出手段を設けて、
前記防振制御手段において、該基本振動検出手段によって検出された該支持部材の振動と同じ周波数で且つ同位相の駆動力が該防振マウント本体に生ぜしめられるように該防振マウント本体に対して駆動用の交流電圧を印加する請求項１又は２に記載の電歪ポリマーアクチュエータ利用防振装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば光学装置や工作機械の振動を低減する駆動装置などに用いられて、防振すべき振動に対して積極的乃至は相殺的な防振効果を発揮し得る防振装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、防振対象部材における振動を低減するために、ショックアブソーバやゴム弾性体などの減衰効果を利用した振動減衰手段の他、コイルスプリングやゴム弾性体などのばね効果を利用した振動絶縁手段が採用されている。また、近年では、これらの受動的な防振効果を発揮するものとは異なり、防振すべき振動を積極的乃至は相殺的に抑制する能動型の防振装置が提案されている。
【０００３】
このような能動型の防振装置においては、バネ要素としての防振ゴムに対して、それとは別途にアクチュエータを設けた構造とされている。即ち、防振ゴムによって防振対象部材を防振支持せしめると共に、アクチュエータによりかかる振動系に能動的な加振駆動力を及ぼすようになっている。このような能動型の防振装置では、加振力を発生するアクチュエータが必要であり、かかるアクチュエータは、発生加振力における周波数や位相に関して高精度な制御性能が要求される。
【０００４】
そこで、従来の能動型防振装置におけるアクチュエータとしては、特許文献１や特許文献２に記載されているように、一般に、固定子に対して軸方向に変位可能な可動子を設けて、固定子と可動子の何れか一方にコイル部材を組付けると共にコイルの周囲にヨーク部材を組付けて磁路を形成する一方、固定子と可動子の何れか他方においてコイルへの通電によって生ぜしめられる磁界の作用で駆動力が及ぼされる磁力作用部材を設けることにより、コイルへの通電によって生ぜしめられる磁界の作用で可動子に軸方向の駆動力が及ぼされるようにしたソレノイド型アクチュエータが、好適に採用されている。
【０００５】
ところが、このようなアクチュエータを備えた能動型の防振装置を、例えば机上に載置された顕微鏡の防止装置等に採用した場合には、十分な防振効果を得ることが困難であった。
【０００６】
すなわち、上述の如きソレノイド型アクチュエータは、例えば自動車用のエンジンマウント等への適用が考えられており、可動子を振幅：１／１０ｍｍ程度のオーダーで加振駆動する制御にまで対応し得るものである。しかし、上述の如き顕微鏡が載置された机に対して略定常的に生じている極僅かな揺れ等は、建造物自体の揺れや地表の揺れ等に起因して、数μｍ〜数十μｍという更に小さな振幅をもった振動である。そのような微小振幅振動を軽減するために、上述の如きアクチュエータを数μｍオーダーという高い精度をもって加振駆動することは、非常に困難であって、十分な防振効果を発揮することは出来なかった。
【０００７】
また、ソレノイド型アクチュエータは、可動子や固定子が永久磁石やヨーク，コイル等を備えていることから、それらの質量が必然的に大きくなってしまう。それ故、可動マスが大きくなるために数百Ｈｚ或いはそれ以上の高周波数域への対応が極めて困難であった。更にまた、ソレノイド型アクチュエータは、必須の構成要素であるコイルの自己インダクタンスの特性からも高周波数域への対応が難しく、高周波数域でのエネルギ効率が低くなってしまうという問題があったのである。
【０００８】
また、上述の如きソレノイド型アクチュエータは部品点数が多いことから、アクチュエータの寸法が大きなものとなる。それ故、そのようなアクチュエータを備えた防振装置のサイズは不可避的に大きなものとなってしまい、例えば机上に載置されるような小型の防振対象部材に適用するには、好ましいものではなかった。
【０００９】
【特許文献１】特開２００２−１８１１２６号公報
【特許文献２】特開平１０−２３１８８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ここにおいて、本発明は上述の如き事情を背景として為されたものであって、その解決課題とするところは、微小振幅振動に対して、効果的な防振効果を発揮し得る、新規な構造の防振装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
以下、前述の如き課題を解決するために為された本発明の態様を記載する。なお、以下に記載の各態様において採用される構成要素は、可能な限り任意の組み合わせで採用可能である。また、本発明の態様乃至は技術的特徴は、以下に記載のものに限定されることなく、明細書全体および図面の記載、或いはそれらの記載から当業者が把握することの出来る発明思想に基づいて認識されるものであることが理解されるべきである。
【００１２】
（本発明の態様１）
すなわち、本発明の態様１は、（ａ）電歪ポリマー膜と電極を積層構造とした電歪ポリマーアクチュエータを用いて構成された防振マウント本体と、（ｂ）コイル素子を有しており、該防振マウント本体における前記各電極に接続されることにより該防振マウント本体をコンデンサ素子としてＲＬＣ共振回路を構成する給電回路と、（ｃ）防振すべき振動に対応した周波数の防振基本信号を生成して、該防振基本信号を該給電回路に与えることにより、該給電回路の共振作用を利用して前記防振マウント本体の前記各電極に駆動用の交流電圧を印加する防振制御手段とを含んで構成したことを、特徴とする。
【００１３】
本態様に従う構造とされた電歪ポリマーアクチュエータ利用防振装置においては、防振マウント本体としてバネ要素を構成する電歪ポリマーアクチュエータを利用して、アクチュエータが構成される。それ故、バネ成分としてのゴム弾性体とアクチュエータとしてのソレノイド型アクチュエータを併せ備えた従来構造の能動型防振装置に比して、極めて簡単で且つコンパクトな能動型防振装置が実現可能となるのである。
【００１４】
また、本態様においては、電歪ポリマーアクチュエータを用いて防振マウント本体を構成したことによって、数μｍオーダの加振駆動を有利に実現することが出来る。即ち、電歪ポリマー膜は非常に薄く形成することが可能であると共に、電歪効果に基づく変形量は元来非常に小さいものであることから、電歪ポリマーアクチュエータは、印加電圧を調節することによって、数μｍオーダの駆動を容易且つ正確に行なうことが出来る。従って、電歪ポリマーアクチュエータを防振マウント本体として用いることによって、微小振幅の振動に対して有効な防振効果を発揮することが出来るのである。
【００１５】
加えて、前述の如くバネ要素としての電歪ポリマーアクチュエータ自体がアクチュエータを構成しており、全体として変形して駆動力を発揮し得ることから、加振力の伝達が効率的で且つ安定している。それ故、バネ要素によって発揮される基本的な防振特性に不安定な外力を及ぼすこともなく、能動的防振効果が有効に且つ安定して発揮される。換言すれば、バネ要素の弾性主軸方向に対して高精度に一致した外力を、バネ要素を構成する電歪ポリマーアクチュエータ自体で発生させて、それを能動的駆動力として利用することにより、極めて安定した能動的防振効果を得ることが可能となるのである。
【００１６】
さらに、電歪ポリマーアクチュエータは、ソレノイド型アクチュエータ等に比して遥かに小さく構成することが可能であって、防振装置としてのサイズのコンパクト化を図ることが出来る。加えて、電歪ポリマーアクチュエータは部品点数も少なく、構造が簡易であることから、高い耐久性を得ることも出来る。また、アクチュエータの駆動が電歪ポリマー膜の変形によって行われることから、駆動音も小さく、優れた静粛性を得ることも出来る。
【００１７】
そして、電歪ポリマーアクチュエータを防振装置として用いるには、電歪ポリマー膜の電歪効果を速やかに生ぜしめると共に、電歪ポリマー膜に所定量の変形を生ぜしめる必要がある。一般には、有効な防振効果を得るために電歪ポリマーアクチュエータに対して数百Ｖ程度かそれ以上の高い電圧を速やかに印加せしめることが必要となるが、本態様においては、電歪ポリマーアクチュエータをコンデンサ素子としてＲＬＣ共振回路を構成していることによって、かかる給電回路の共振周波数において大きな電圧をコンデンサ素子、即ち電歪ポリマーアクチュエータに速やかに印加せしめることが出来るのである。これにより、小さな電源電圧をもって電歪ポリマーアクチュエータに大きな電圧を印加することが可能となる。なお、必要に応じて、例えばアンプ等の外部機器を追加して印加電圧の更なる増大や調節，制御を行うようにしても良い。
【００１８】
更に、給電回路の共振作用を利用して防振マウント本体に給電を行なう防振制御手段を設けたことによって、防振マウント本体に対して、防振すべき振動に対応した周波数で大きな電圧を印加せしめることが出来、防振マウント本体の特定の周波数に従う駆動を容易に実現することが出来るのである。
【００１９】
しかも、従来のソレノイド型アクチュエータのように大きな容量のコイルが必須とされるものでないことから、高周波数域の能動制御にまで、良好なエネルギー効率をもって対応することが可能となる。
【００２０】
ここにおいて、電歪ポリマー膜とは、電歪を生ずるものであれば何等限定されることは無く、例えば、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）を含むエラストマーや、シリコンエラストマーやアクリルエラストマーなどが好適に採用されるが、特に本態様においては、シリコンゴムが好適に採用される。蓋し、シリコンゴムによって電歪ポリマーアクチュエータを構成した場合には、電歪ポリマーアクチュエータに対して電圧が印加されていない場合には、シリコンゴム自身の弾性による振動軽減効果乃至は振動絶縁効果を得ることも可能となるからである。
【００２１】
（本発明の態様２）
本発明の態様２は、前記態様１に係る電歪ポリマーアクチュエータ利用防振装置において、前記コイル素子が、インダクタンスを変更調節可能であることを、特徴とする。
【００２２】
本態様に従う構造とされた電歪ポリマーアクチュエータ利用防振装置においては、防振すべき振動の振幅や周波数が変化するような場合にも、インダクタンスを調節して給電回路の共振周波数を変更調節することにより、防振すべき振動に対応した周波数でマウント本体を効率的に駆動せしめることが出来る。
【００２３】
なお、本態様におけるインダクタンスの変更調節は、防振マウント本体の非駆動時にのみ変更調節する静的な変更調節のみならず、防振マウント本体の駆動中に動的に変更調節することも可能である。従って、防振対象部材の振動が防振マウント本体の駆動中に変化するような場合には、例えば、防振対象部材の振動を検出する検出装置を設けて、かかる検出装置の検出信号により防振すべき振動の周波数変化に基づいてコイル素子のインダクタンスを調節することも可能である。
【００２４】
（本発明の態様３）
本発明の態様３は、前記態様１又は２に係る電歪ポリマーアクチュエータ利用防振装置において、振動源となる支持部材によって支持された防振対象部材において、該支持部材と該防振対象部材の間に前記防振マウント本体を介装することにより該防振マウント本体を介して該防振対象部材を支持部材で防振支持せしめると共に、該防振対象部材の振動を検出する参照振動検出手段を設けて、前記防振制御手段において、該参照振動検出手段によって検出された該防振対象部材の振動と同じ周波数で且つ逆位相の駆動力が該防振マウント本体に生ぜしめられるように該防振マウント本体に対して駆動用の交流電圧を印加することを、特徴とする。
【００２５】
本態様に従う構造とされた電歪ポリマーアクチュエータ利用防振装置においては、防振対象部材の振動を検出することによって、防振対象部材において実際に生じている振動を相殺してキャンセルするような振動を防振マウント本体によって生ぜしめることが可能となり、優れた防振効果を得ることが出来る。
【００２６】
なお、ここにおいて、防振対象部材の振動と同じ周波数で且つ逆位相の駆動力とは、防振マウント本体において発現せしめられる駆動力が防振対象部材の振動と同じ周波数で且つ逆位相であること、即ち逆向きの加速度成分をもつことをいうのであって、必ずしも駆動用の交流電圧の周波数および位相が防振対象部材の振動と同じ周波数で且つ逆位相であることを示すものではない。即ち、防振マウント本体を駆動せしめるための交流電圧の周波数および位相は、防振マウント本体において上述の如き駆動力を発現せしめるために、振動伝達系や駆動電圧および駆動力の時定数を含む時間遅れ等を考慮した上で制御される。このような制御は、例えばフィードバック制御、適応制御、マップ制御などによって交流電圧の周波数および位相を調節することによって実現可能である。
【００２７】
また、本態様においては、防振すべき振動を精度良く検出するためにバンドパスフィルターを用い、かかるバンドパスフィルターを通じて得た検出信号を基に駆動用の信号を得ることが好ましいのであるが、このようなバンドパスフィルターは、本発明において必ずしも必要ではない。バンドパスフィルターを用いなくても良好に制振効果が発揮されることも本発明の一つの大きな特徴である。蓋し、防振マウント本体に駆動電圧を印加する給電回路それ自体が、ＲＬＣ共振回路を構成している。従って、かかる共振回路において、防振すべき振動周波数に応じたチューニングをしておけば、チューニングから外れた周波数域の印加電圧は増幅され難い。それ故、他の周波数成分の位相ずれ等に起因して防振性能が悪化するようなことも避けることが出来る。
【００２８】
（本発明の態様４）
本発明の態様４は、前記態様１又は２に係る電歪ポリマーアクチュエータ利用防振装置において、振動源となる支持部材によって支持された防振対象部材において、該支持部材と該防振対象部材の間に前記防振マウント本体を介装することにより該防振マウント本体を介して該防振対象部材を支持部材で防振支持せしめると共に、該支持部材の振動を検出する基本振動検出手段を設けて、前記防振制御手段において、該基本振動検出手段によって検出された該支持部材の振動と同じ周波数で且つ同位相の駆動力が該防振マウント本体に生ぜしめられるように該防振マウント本体に対して駆動用の交流電圧を印加することを、特徴とする。
【００２９】
本態様に従う構造とされた電歪ポリマーアクチュエータ利用防振装置においては、防振対象部材を支持する支持部材に実際に生じている振動を検出して、かかる振動を防振マウント本体の駆動で吸収することによって、支持部材から防振対象部材への振動伝達をより効果的に軽減することが出来る。
【００３０】
なお、本態様においても、前述の態様３と同様に、支持部材の振動と同じ周波数で且つ同位相とされるのは防振マウント本体の駆動力であって、駆動用の交流電圧の周波数および位相については、防振マウント本体にそのような駆動力が生ぜしめられるように、振動伝達系や駆動電圧および駆動力の時定数を含む時間遅れ等を考慮した上で制御される。更に、本態様においても、防振すべき振動を精度良く検出するためにバンドパスフィルターを用いることが好ましいが、このようなバンドパスフィルターは必ずしも必要ではない。
【発明の効果】
【００３１】
上述の説明から明らかなように、本発明に従う構造とされた電歪ポリマーアクチュエータ利用防振装置においては、防振マウント本体として微小変位可能な電歪ポリマーアクチュエータを用いたことによって、微小振幅振動に対して効果的な防振効果を発揮することが出来る。更に、給電回路の共振作用を巧く利用して、防振マウント本体に対して特定の周波数で大きな電圧を印加することによって、防振マウント本体を防振すべき振動に対応した周波数で駆動せしめて、簡単な給電装置（電源）により有効な防振効果を発揮することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、本発明を更に具体的に明らかにするために、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ、詳細に説明する。
【００３３】
図１は、本発明の第一の実施形態としての、電歪ポリマーアクチュエータ利用防振装置としての防振マウント１０の構造を概略的に示すモデル図である。防振マウント１０は、防振マウント本体としての電歪ポリマーアクチュエータ１２を備えており、かかる電歪ポリマーアクチュエータ１２に対して、コイル素子としてのインダクタ１４と、交流電源１６が接続されることによって、給電回路１８が構成されている。そして、電歪ポリマーアクチュエータ１２に電圧が印加された際には、電歪ポリマーアクチュエータが上下方向において収縮するようにされている。なお、以下の説明において、上下方向とは、原則として図１中の上下方向をいうものとする。
【００３４】
より詳細には、電歪ポリマーアクチュエータ１２は、複数の電歪ポリマー膜２０と、給電回路１８において対向する一対の電極２２ａ，２２ｂが上下方向に順に積層されて構成されており、本実施形態においては、全体として略立方体形状とされている。
【００３５】
電歪ポリマー膜２０は、電歪現象を生ずる薄肉の膜体によって構成されており、本実施形態においては、シリコンゴムによって形成されている。かかる電歪ポリマー膜２０の具体的な材料としては、電圧が印加されることによって変形を生じ、実質的に絶縁のものであれば何等限定されることは無く、任意のポリマまたはゴム、或いはそれらを組み合わせたもの等を適宜に採用することが出来る。例えば、シリコンエラストマ、アクリルエラストマ、ポリウレタン、熱可塑性エラストマ、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）を含んだ共重合体、感圧型接着剤、フルオロエラストマ、シリコン成分およびアクリル成分を含む共重合体、シリコンエラストマおよびアクリルエラストマを含んだポリマーブレンド等が適宜に採用可能である。また、かかる電歪ポリマー膜２０は、高い電圧が印加されることから、絶縁破壊強度の大きいものを採用することが望ましい。
【００３６】
そして、電歪ポリマー膜２０の上下方向両端面には、給電回路１８において対向する一対の電極２２ａ，２２ｂが固着されている。電極２２ａ，２２ｂは、電歪ポリマー膜２０の変形に伴って変形可能であることが望ましく、本実施形態においては、カーボンブラックパウダーを電歪ポリマー膜２０の上下両端面に塗布することによって形成されているが、黒鉛を用いたり、アルミニウムを蒸着すること等も可能である。なお、電歪ポリマー膜２０の上下両面全体に誘電分極を安定して生ぜしめるために、電極２２ａ，２２ｂは、電歪ポリマー膜２０の上下両面の全体に亘って形成されることが望ましい。
【００３７】
このような構造とされた電歪ポリマー膜２０は、図２に示すように、電極２２ａ，２２ｂによって電圧が印加される（図２（ｂ））と、電歪現象を生じて電極２２ａ，２２ｂの対向する方向に縮み、電極２２ａ，２２ｂの対向方向と直交する方向に延びることとなる。なお、図２や後述の図６は、本実施形態の電歪ポリマーアクチュエータの作動を理解し易くするために、変形量等を誇張表示している。
【００３８】
そして、かかる電歪ポリマー膜２０が積層されることによって、電歪ポリマーアクチュエータ１２が構成されており、電歪ポリマーアクチュエータ１２は、電圧を印加されることによって、積層方向に収縮するようにされている。なお、図１から明らかなように、隣接する電歪ポリマー膜２０、２０の間に介在せしめられた電極２２ａや２２ｂは、それら隣接する２つの電歪ポリマー膜２０，２０の両方から電極として用いられており、電極２２ａ，２２ｂの上下両面がそれぞれ一方の電歪ポリマー膜２０および他方の電歪ポリマー膜２０に対して固着されている。
【００３９】
また、電極２２ａと電極２２ｂは、積層方向において交互に配設されて対向せしめられており、かかる対向面間に誘電体としての電歪ポリマー膜２０が介在せしめられていることによって、電歪ポリマーアクチュエータ１２は、給電回路１８におけるコンデンサ素子として利用することが可能とされているのである。
【００４０】
そして、コンデンサ素子としての電歪ポリマーアクチュエータ１２の電極２２ａ，２２ｂに対して、コイル素子としてのインダクタ１４と、交流電源１６が接続されている。なお、図１における抵抗２４は理解を容易にするために示すものであって、必ずしも抵抗器などの特別な部品を設ける必要はなく、給電回路１８を構成する各部品が有する抵抗によって形成される回路全体の抵抗値を調節することによって構成しても良い。
【００４１】
なお、インダクタ１４は、インダクタンスを変更調節することが可能なコイル部材であり、従来公知の可変インダクタ等を用いることが出来る。また、交流電源１６は、正弦波交流を周波数および位相を調節して発生することが可能な従来公知の交流電源や信号発生器を用いて構成されている。なお、本実施形態においては、かかる交流電源１６による給電周波数を、防振すべき振動周波数に応じて調節する手段によって、防振すべき振動に対応した周波数の防振基本信号を生成する防振制御手段が構成されている。このように交流電源１６による給電周波数を変更する機構としては、例えば周知の倍周回路や分周回路を利用した電気回路を用いて、目的とする周波数の電圧を生成するコントローラが採用される。その他、防振すべき振動周波数が変化する場合には、それに自動的に追従するように、後述する加速度センサ等の振動センサを利用して、振動周波数を直接にコントロール等しても良い。
【００４２】
また、防振すべき振動の大きさに応じて発生加振力を調節するために、交流電源１６による給電電圧を制御することも可能である。このような電圧制御装置も、周知の電気回路を利用することが出来る。具体的には、防振すべき振動レベルを加速度センサを利用して直接に検出した結果や、他の状況から推定した結果に基づいて、直接に電気抵抗や増幅率を変化させて振幅調節する他に、ＰＣＭ制御を利用することも可能である。特に本実施形態では、インダクタ１４や抵抗２４の値を調節して、ＲＬＣ共振回路の共振周波数を、防振すべき振動に対応した加振周波数、即ち交流電源１６による給電周波数から外すことで電圧調節をすることも可能である。
【００４３】
そして、これらインダクタ１４、電歪ポリマーアクチュエータ１２が交流電源１６に対して直列に接続されていることによって、給電回路１８は、電歪ポリマーアクチュエータ１２をコンデンサ素子として用いた直列のＲＬＣ共振回路として構成されている。従って、給電回路１８の共振周波数に等しい乃至は近い周波数の交流電圧が印加された場合には、給電回路１８の共振によって、コンデンサ素子である電歪ポリマーアクチュエータ１２に対して、大きな電圧が印加せしめられることとなるのである。
【００４４】
これにより、特定の周波数、即ち給電回路１８の共振周波数に従う交流電圧を印加することによって、電歪ポリマーアクチュエータ１２の変形を顕著に生ぜしめることが出来る。従って、給電回路１８の共振周波数を、防振すべき振動の周波数に応じてチューニングすると共に、交流電源１６によって、共振周波数に従う交流電圧を給電回路１８に印加することによって、電歪ポリマーアクチュエータ１２を防振すべき振動の周波数に応じた周波数で駆動せしめることが可能となり、もって有効な防振効果を発揮することが出来るのである。
【００４５】
そして、特に本実施形態においては、防振マウント本体として電歪ポリマー膜２０を積層してなるアクチュエータを用いたことによって、電歪ポリマーアクチュエータ１２への印加電圧を調節することによって、数μｍオーダの微小変位を容易且つ確実に生ぜしめることが出来る。これにより、従来のソレノイドを用いたアクチュエータ等に比して、より高精度な加振駆動を行なうことが可能となり、例えば地表の揺れや建造物の揺れに起因して顕微鏡を載置する机に定常的に生じている微小振幅振動等に対して、有効な防振効果を発揮することが出来るのである。
【００４６】
さらに、電歪ポリマーアクチュエータは、膜状の電歪ポリマー膜が積層されていることによって、その厚さ寸法を非常に小さくすることが出来る。また、簡易な構造を有することから、優れた耐久性を得ることが出来、メンテナンス等も容易となる。加えて、このような電歪ポリマー膜の変形に際して駆動音等が発生しないことから、非常に優れた静粛性を得ることも出来るのである。
【００４７】
さらに、本実施形態においては、電歪ポリマーアクチュエータ１２をコンデンサ素子として用いて、ＲＬＣ直列共振回路を構成したことによって、給電回路１８の共振周波数付近において、交流電源１６の電源電圧よりも大きな電圧を電歪ポリマーアクチュエータ１２に印加せしめることが出来る。これにより、給電回路１８の選択度を調節することによって、アンプ等の特別の装置を設けること無しに、一般に高電圧を印加されることが必要とされる電歪ポリマー膜を用いたアクチュエータに対して高い電圧を印加せしめることが可能とされており、少ない消費電力で、電歪ポリマーアクチュエータ１２を効率的に駆動せしめることも可能となる。
【００４８】
加えて、本実施形態においては、電歪ポリマー膜２０としてシリコンゴムを採用し、かかるシリコンゴムを積層して電歪ポリマーアクチュエータ１２を構成したことによって、電歪ポリマーアクチュエータ１２に電圧が印加せしめられていない状態においても、積層ゴム自体の防振作用を用いた防振効果を得ることも可能とされているのである。
【００４９】
次に、図３に、本発明の第二の実施形態としての防振マウント３０を、防振対象部材に適用したモデル図を示す。なお、以下に記載の電歪ポリマーアクチュエータ利用防振装置において、前述の第一の実施形態と同様な構造とされた部材及び部位については、それぞれ、図中に、第一の実施形態と同一の符号を付することにより、それらの詳細な説明を省略する。
【００５０】
防振マウント３０は、前述の第一の実施形態としての防振マウント１０と略同様の構造とされており、電歪ポリマーアクチュエータ１２が、支持部材としての載置台３２と、防振対象部材としての振動部材３４との間に介装されている。そして、電歪ポリマーアクチュエータ１２の上端面が振動部材３４に固定される一方、下端面が載置台３２に固定されると共に、振動部材３４と載置台３２の重ね合わせ方向において収縮可能とされている。
【００５１】
さらに、特に本実施形態においては、参照振動検出手段としての加速度センサ３６が振動部材３４に取り付けられており、振動部材３４に生じる振動の周波数および位相を検出することが可能とされている。かかる加速度センサ３６には交流電源３８が接続されており、交流電源３８は、加速度センサ３６からの信号を受信することが可能とされている。
【００５２】
そして、交流電源３８は、加速度センサ３６によって検出された周波数および位相を参照信号として、予め記憶されたプログラムに従って演算処理を行なうことにより、或いは参照信号をデータ値として予め記憶されたマップデータからデータを選択処理することなどによって、振動部材３４に生じる振動と同じ周波数で逆位相の駆動力が電歪ポリマーアクチュエータ１２に生ぜしめられるような交流電圧を印加するようにされている。なお、振動部材３４の振動と同じ周波数で逆位相とされるのは、電歪ポリマーアクチュエータ１２の駆動力であって、交流電源３８によって生ぜしめられる交流電圧が振動部材３４の振動と同じ周波数の逆位相とされているわけではない。従って、交流電源３８によって生ぜしめられる交流電圧は、振動伝達系や電歪ポリマーアクチュエータ１２の駆動電圧および駆動力の時定数を含む時間遅れ等を考慮して制御されるものであって、このような制御は、フィードバック制御や、適応制御、マップ制御などによって交流電圧の位相を調節することによって行なうことが出来る。
【００５３】
このような構造とされた防振マウント３０は、振動部材３４に生じる振動の周波数および位相を加速度センサ３６によって検出して、振動部材３４の振動と同じ周波数且つ逆位相で電歪ポリマーアクチュエータ１２を駆動せしめることが出来る。従って、図４に示すように、振動部材３４が上方に変位しようとする際（図４（ａ））には、電歪ポリマーアクチュエータ１２に電圧を印加して、電歪ポリマーアクチュエータ１２を積層方向に収縮せしめる。これにより、振動部材３４には、振動部材３４に生ずる、振動部材３４を上方へ変位せしめようとする力：Ｆａ１と同じ大きさで下方に向かう力：Ｆｂ１が及ぼされて、互いに打ち消し合うことによって、振動部材３４の上方への変位が阻止される。一方、振動部材３４が下方へ変位しようとする際（図４（ｂ））には、電歪ポリマーアクチュエータ１２に印加せしめられている電圧を低減乃至は０にすることによって、電歪ポリマーアクチュエータ１２を収縮状態から元の状態に復元（伸長）せしめる。これにより、振動部材３４には、振動部材３４を下方へ変位せしめようとする力：Ｆａ２と同じ大きさで上方へ向かう力：Ｆｂ２が及ぼされて、互いに打ち消し合うことによって、振動部材３４の下方への変位も阻止されるのである。
【００５４】
なお、本態様における防振マウント３０においては、給電回路４０の共振周波数が、振動部材３４において生ずる振動周波数に応じて設定されていることが望ましい。このような態様によれば、振動部材３４の振動周波数に応じた周波数で電歪ポリマーアクチュエータ１２を大きく駆動せしめることが出来ると共に、給電回路４０の共振周波数から外れた交流電圧は増幅されることがなく、他の周波数成分の位相ずれ等に起因して防振性能が悪化するようなことも回避することが出来る。
【００５５】
さらに、このような理由から、本態様における防振マウント３０においては、加速度センサ３６からの検出信号に基づいて、インダクタ１４のインダクタンスを動的に変更可能とされることがより望ましい。このような態様によれば、加速度センサ３６からの検出信号に基づいて、給電回路４０の共振周波数を振動部材３４において生ずる振動周波数に応じて動的に変更調節することが可能となり、例えば振動部材３４の振動が不規則に変化するような場合にも、柔軟に対応することが出来る。なお、このようなインダクタの調節制御についても、フィードバック制御や、適応制御、マップ制御などによって行なうことが出来る。
【００５６】
次に、図５に、本発明の第三の実施形態としての防振マウント５０を、防振対象部材に適用したモデル図を示す。防振マウント５０は、前述の第三の実施形態としての防振マウント３０と略同様の構造とされており、電歪ポリマーアクチュエータ１２が、支持部材としての載置台３２と、防振対象部材としての振動部材３４の間に介装されて、振動部材３４と載置台３２との重ね合わせ方向で収縮可能とされている。
【００５７】
また、特に本実施形態においては、基本振動検出手段としての加速度センサ５２が、載置台３２に取り付けられており、載置台３２に生じる振動の周波数および位相を検出することが可能とされている。そして、加速度センサ５２が交流電源５４に接続されることによって、交流電源５４は、加速度センサ５２からの検出信号を受信することが可能とされている。なお、加速度センサ５２は、振動部材３４に及ぼされる加振力を正確に検出するために、載置台３２において、振動部材３４に可及的に近い部位に取り付けられていることが望ましい。
【００５８】
そして、交流電源５４は、前述の実施形態と同様に、加速度センサ５２によって検出された振動の周波数および位相を参照信号として、載置台３２に生じる振動と同じ周波数で且つ同位相の駆動力が、電歪ポリマーアクチュエータ１２に生ぜしめられるような交流電圧を印加するようにされている。なお、本実施形態においても、前記第二の実施形態と同様に、載置台３２に生じる振動と同周波数且つ同位相とされるのは、電歪ポリマーアクチュエータ１２の駆動力であって、交流電源５４によって印加される交流電圧ではない。
【００５９】
このような構造とされた防振マウント５０は、載置台３２に生じる振動の周波数および位相を加速度センサ５２によって検出して、載置台３２の振動と同じ周波数且つ同位相で電歪ポリマーアクチュエータ１２を駆動せしめることが出来る。従って、図６に示すように、載置台３２が上方に変位する際（図６（ａ））には、電歪ポリマーアクチュエータ１２に電圧を印加して、載置台３２の上方への変位量：ｈａ１と等しい量：ｈｂ１だけ、電歪ポリマーアクチュエータ１２を積層方向に伸縮せしめる。これにより、載置台３２の上方への変位が電歪ポリマーアクチュエータ１２の収縮によって吸収されて、載置台３２の変位が振動部材３４に及ぼされることが阻止される。一方、載置台３２が下方へ変位する際（図６（ｂ））には、電歪ポリマーアクチュエータ１２に印加せしめられている電圧を低減乃至は０にすることによって、載置台３２の下方への変位量：ｈａ２と等しい量：ｈｂ２だけ、電歪ポリマーアクチュエータ１２を収縮状態から元の状態に復元（伸長）せしめる。これにより、載置台３２の下方への変位が電歪ポリマーアクチュエータ１２の伸長によって吸収されて、載置台３２の変位が振動部材３４に及ぼされることが阻止されるのである。なお、このことから明らかなように、電歪ポリマーアクチュエータ１２の最大変位量は、載置台３２の変位を有効に吸収するために、載置台３２における最大変位量よりも大きく設定されていることが望ましい。
【００６０】
なお、前述の第二の実施形態と同様に、本実施形態における防振マウント５０においても、給電回路５６の共振周波数が、載置台３２において生ずる振動周波数に応じて設定されていることが望ましく、また、加速度センサ５２からの検出信号を参照してインダクタ１４のインダクタンスを変更することによって、かかる給電回路５６の共振周波数を載置台３２の振動に応じて動的に変更設定することも可能である。
【００６１】
以上、本発明の幾つかの実施形態について詳述してきたが、これらはあくまでも例示であって、本発明は、かかる実施形態における具体的な記載によって、何等、限定的に解釈されるものではない。
【００６２】
例えば、電歪ポリマーアクチュエータ１２の具体的な形状等は何等限定されるものではなく、円柱状や四角柱、六角柱等、様々な形状が採用可能である。また、電歪ポリマー膜の面積や厚み、積層数についても何等限定されることは無く、例えば防振対象部材の大きさや重量、防振対象部材において生じる振動の振幅等を考慮して適宜に設定される。更に、本発明に従う防振マウントを複数用いて、一つの防振対象部材を、複数の防振マウントで防振支持することなども勿論可能である。
【００６３】
また、電歪ポリマー膜２０に固着される電極２２ａ，２２ｂを、例えば金や銀、銅、真鍮、ステンレス、コパール等の導電性を有する板材を導電性接着剤によって電歪ポリマー膜２０の上下両端面に固着することによって形成する等しても良い。このような態様においては、電歪ポリマー膜２０と電極２２ａ，２２ｂの間に空気などの絶縁体が介在することのないように、電歪ポリマー膜２０と電極２２ａ，２２ｂとの間に導電性接着剤が隙間無く介在せしめられていることが望ましい。更に、かかる板材を打ち抜くなどしてメッシュ状の電極を形成することも可能である。なお、導電性接着剤としては従来公知のものが適宜に採用可能であって、例えば、銀等の金属粉末とガラス成分を有するもの等が挙げられる。
【００６４】
その他、一々列挙はしないが、本発明は、当業者の知識に基づいて種々なる変更，修正，改良等を加えた態様において実施され得るものであり、また、そのような実施態様が、本発明の趣旨を逸脱しない限り、何れも、本発明の範囲内に含まれるものであることは、言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の第一の実施形態としての電歪ポリマーアクチュエータ利用防振装置を説明するためのモデル図である。
【図２】図１における電歪ポリマー膜の変形状態を説明するためのモデル図である。
【図３】本発明の第二の実施形態としての電歪ポリマーアクチュエータ利用防振装置を説明するためのモデル図である。
【図４】図３における電歪ポリマーアクチュエータ利用防振装置の作動を説明するためのモデル図である。
【図５】本発明の第三の実施形態としての電歪ポリマーアクチュエータ利用防振装置を説明するためのモデル図である。
【図６】図５における電歪ポリマーアクチュエータ利用防振装置の作動を説明するためのモデル図である。
【符号の説明】
【００６６】
１０  防振マウント
１２  電歪ポリマーアクチュエータ
１４  インダクタ
１６  交流電源
１８  給電回路
２０  電歪ポリマー膜
２２ａ、ｂ  電極
２４  抵抗
３２  載置台
３４  振動部材
３６  加速度センサ
５２  加速度センサ
【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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