(57)【要約】  振動による影響を排除すべき装置の振動を低減するアクティブ制振装置を低コストで提供する。  振動を低減すべき対象の構造体にとりつける制振装置であって、対象の一部分のひずみを検出する複数の同一の振動検出手段と、対象の、異なる場所である一部分にひずみを生じさせる複数の同一の振動発生手段と、上記振動検出手段からの信号により、上記振動発生手段の駆動力を決定する制御信号を発生する制御手段を有し、上記振動検出手段によって、検出された対象の振動の周波数、大きさの変化に対して、上記振動発生手段の駆動力を決定する制御信号の態様を変化することを特徴とする。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造体の一部分に設けられて振動を検出する振動検出手段と、前記構造体における前記一部分とは異なる一部分にひずみを生じさせる振動発生手段と、前記振動検出手段からの信号に応じて、前記振動発生手段の駆動力を決定する制御信号を発生する制御手段を有し、上記振動検出手段によって、検出された対象の振動の周波数及び大きさの変化に対して、上記振動発生手段の駆動力を決定する制御信号の態様を変化することを特徴としたアクティブ制振装置。
【請求項２】
請求項１において、前記振動検出手段を前記構造体に複数備え、前記振動発生手段を複数備え、前記複数の振動検出手段からの信号が前記制御手段に送出され、前記制御手段からの制御信号が前記複数の振動発生手段に送出されることを特徴としたアクティブ制振装置。
【請求項３】
請求項１において、対象が概略箱型の構造体であって、対象の振動を検出する振動検出手段を対象の構造体の振動振幅が大きい部分に設置され、対象の一部分にひずみを生じさせる振動発生手段を対象の振動モードの曲率が最大となる場所付近に設置されたことを特徴としたアクティブ制振装置。
【請求項４】
請求項１において、上記振動検出手段が、対象の一部分のひずみを検出するものであって、さらに温度計測手段を備え、温度計測手段によって計測された対象の温度によって、上記制御手段において上記振動発生手段の駆動力を決定する制御信号の態様を変化することを特徴としたアクティブ制振装置。
【請求項５】
請求項１において、前記振動検出手段は、対象の一部分のひずみを検出する複数の同一の検出手段として構成され、前記振動発生手段は、前記対象の、異なる場所である一部分にひずみを生じさせる複数の同一の発生手段として構成されることを特徴としたアクティブ制振装置。
【請求項６】
構造体の一部分に設けられた振動検出手段で振動を検出し、前記振動検出手段によって検出された対象の振動の周波数及び大きさの変化に対して、前記構造体における前記一部分とは異なる一部分に振動発生手段がひずみを生じさせるように制御手段が前記振動発生手段に制御信号を供給するアクティブ制振方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アクティブ制振装置及びアクティブ制振方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、モータ等の振動源を有するものでは、この振動が、装置の目的とする対象を制御する際に悪影響を及ぼすことが多い。この振動を抑制するために、振動を検出する振動検出手段を有して、この振動検出手段が検出した振動を示す検出信号を処理して、振動を抑制するように振動発生手段を駆動する装置が知られている。【０００３】
従来では、このような装置として、振動抑制の対象となるパネルの一方側に振動検出手段を貼付し、パネルの他方側（裏側）に振動発生手段を設ける技術が知られている。【０００４】
この技術では、振動発生手段は、歪みを発生する平面状に成型された素子からなってパネルの一方側に貼付され、振動検出手段は、ステップ状の変動があった場合に、パネルの他方側（裏側）で、パネルの初期変位の方向と定常変位の方向が一致するようなパネル上の領域に配置されている。このような技術は、例えば、特開２００６−２１５９９３号公報に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２１５９９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、振動抑制について、具体的な例を挙げて説明すると、振動による影響を排除すべき装置の振動を抑えるためには、例えば、複数の記録装置を搭載する情報記憶装置では、振動によって生じる情報記憶装置の性能低下につながる。ここでは一般的に用いられる記録装置としてＨＤＤ（ハードディスクドライブ）を搭載した記憶装置を用いて説明する。ＨＤＤは、内部のアクチュエータやディスクのスピンドルが稼働することによって、それ自体が振動を発生させる。この振動は、記憶装置の筺体を介して、記憶装置に取り付けられた、別の入出力をしていないＨＤＤに伝わり、入出力をしていないＨＤＤも振動する。この入出力をしていないＨＤＤからの振動が多重に重なり合って、入出力をしているＨＤＤに外部振動として伝わることにより、入出力をしているＨＤＤの動作に影響を与え、入出力の量に悪影響を及ぼしてしまう。また、装置を冷却するために、空気を強制的に循環させて放熱するためのファンを搭載していることが多い。この場合、ファンの動作によって生じる振動が記憶装置の筺体を介して、入出力をしているＨＤＤに外部振動として伝わるケースもある。【０００７】
この他にも、極微小領域の画像を高精度に撮像する必要がある、電子顕微鏡などの計測機器や、超微細加工を行う製造機器など、振動によって装置の性能が低下するために、振動を排除すべき装置においては、振動を抑えることは重要な課題となる。この他にも構造体の振動は騒音の発生源となり、装置の付加価値を下げることがある。【０００８】
振動を低減するために、対象の振動を検出し、その振動を抑制するような制御信号を発生させて、振動発生手段を駆動させて、振動を低減するような能動的（アクティブ）振動制御装置を適用する方法があるが（以下、この装置をアクティブ制振装置と呼ぶ。）、一方で、アクティブ制振装置は設計が難しいため、適用対象に対して特別に設計する必要があり、したがって適用対象が大量に生産するものでないかぎり、制振装置としてのコストは高くなる。さらには高い制振効果を持つ一方で対象とする振動の周波数変化などによる影響も大きい点が、ばらつきを含みやすい大量生産品に向かない。【０００９】
このような振動抑制において、上記従来技術のように、振動検出手段と振動発生手段を同じ場所に配置すると、例えば対象の構造体が概略箱型の筺体等である場合に顕著であるが、その振動を抑える上で、振動を抑える振動発生手段を効率的な配置とすることができないという問題が発生する。例えば概略箱型の構造体であれば、振動モードは全体的な複雑な様相を呈するため、対象とする振動の振幅を効果的に検出できる位置と、その振動を抑制するように駆動力を加えるのに適した位置とは同一とは限らないからである。すなわち、上記従来技術では、例えば対象の構造体が概略箱型の筺体等である場合、その振動を抑える上で、振動を抑える振動発生手段を効率的な位置に配置することができない。【００１０】
特に、振動検出手段として加速度センサを用いた場合に、先に示した情報記憶装置の例のように、振動源が対象内部にある場合、アクティブ制振装置によって低減したい振動は、この振動となる。しかし加速度センサでは外部からの振動も拾ってしまうため、制御系の安定性や制振性能を得ることができない。【００１１】
そこで、本発明は、振動による影響を低減するものであって、内部の振動源によって筺体が加振されるようなものにおいて、低コストで高い制振性能を有する制振装置を実現することが可能なアクティブ制振装置及びアクティブ制振方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明では、構造体の一部分に設けられて振動を検出する振動検出手段と、構造体における前記一部分とは異なる一部分にひずみを生じさせる振動発生手段と、振動検出手段からの信号に応じて、振動発生手段の駆動力を決定する制御信号を発生する制御手段を有し、上記振動検出手段によって、検出された対象の振動の周波数及び大きさの変化に対して、上記振動発生手段の駆動力を決定する制御信号の態様を変化するように構成した。【００１３】
その一例を挙げるならば、振動を低減すべき対象の構造体にとりつける制振装置であって、対象の一部分のひずみを検出する複数の同一の振動検出手段と、対象の、異なる場所である一部分にひずみを生じさせる複数の同一の振動発生手段と、上記振動検出手段からの信号により、上記振動発生手段の駆動力を決定する制御信号を発生する制御手段を有し、上記振動検出手段によって、検出された対象の振動の周波数、大きさの変化に対して、上記振動発生手段の駆動力を決定する制御信号の態様を変化するように構成した。【００１４】
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、対象の特性に応じて振動発生手段の配置が決められるので、効率的に対象の振動を低減できる駆動力を発生することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明におけるアクティブ制振装置の実施例１を示す図である。
【図２】実施例１の動作を示す図である。
【図３】実施例１のブロック線図である。
【図４】実施例１の圧電センサ３付近の拡大図である。
【図５】実施例１の圧電アクチュエータ４付近の拡大図である。
【図６】実施例１の制御特性の調整方法を示す図である。
【図７】実施例２を示す図である。
【図８】実施例３の圧電センサ３付近の拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下実施例の説明では、振動を低減すべき対象を情報記憶装置として、例えばＲＡＩＤ装置を用いて説明する。
【実施例１】
【００１８】
図１は、実施例１を示す図である。図１は、対象となる記憶装置２に本発明のアクティブ制振装置１を搭載した例である。記憶装置２の筺体側面の構造板６に圧電センサ３ａ、３ｂが貼り付けられている。また、構造板６の他の部分には板状圧電アクチュエータ４ａ、４ｂ、４ｃが貼り付けられており、圧電センサ３ａ、３ｂおよび圧電アクチュエータ４ａ、４ｂ、４ｃはコントローラ５と結線されている。【００１９】
記憶装置２の構造板６の振動を低減するしくみについて、図２を用いて説明する。図２は構造板６が曲げ振動を生じた場合を簡略化して描いたものである。この図の点線は記憶装置２の元の形状を表す。記憶装置２が振動することにより、実線で示す変形が生じ、構造板６が曲がることにより、圧電センサ３ａ、３ｂは構造板６の変形につれて変形し、ひずみ量に応じた電圧出力７を出力する。これがコントローラ５への入力となる。コントローラ５において、この対象となる振動数においてこの電圧出力７が零になるように、図３に示すフィードバック回路が形成されており、これによって圧電アクチュエータ４ａ、４ｂ、４ｃに制御出力８が送られる。制御出力８に応じて圧電アクチュエータ４ａ〜４ｃはひずみを発生させ、構造板６に対して振動を抑制するように変形する。これにより構造板６に生じる振動を低減させる。【００２０】
圧電センサ３ａ、３ｂのように、この例では２つのセンサを用いているが、対象とする振動の数が多いほど、すなわち記憶装置２において対処しなくてはいけない振動モードの数が多い場合には、圧電センサ３の数を増やすことで複数の振動を検出することができるので好ましい。なぜなら振動モードによって、どの部位が大きく振動するかは異なるため、ひとつのセンサでこれを検出しようとしても、センサの位置によって検出しにくい振動モードが存在してしまうからである。さらに本例の記憶装置２のように概略箱型の筺体である場合には、振動モードは複雑な様相を呈する（図２は説明のため簡略化して描いている）。したがって、ひとつの構成部品である構造板６に限らず、他の構成部品にも圧電センサ３を貼り付けることが望ましい。【００２１】
制振性能の観点では圧電センサ３の数はより多い方がよいことになるが、実際にはコストや貼り付ける工数の問題からは少ないことが望ましい。したがって、制振する振動モードの数から、必要十分な数の圧電センサ３があればよいことになる。本実施例で用いる圧電センサ３は、同一規格によって形状や性質を揃えており、これによって対象の振動状態をより良く計測することができる一方で、同一規格であることからセンサの生産性が向上して部品コストを低減できる。【００２２】
同様に、振動を低減させるように構造板６を変形させる役目を持つ圧電アクチュエータ４に関しても、対象となる振動モードに対して構造板６に変形を生じさせるほど大きな駆動力を得るためには、より大きな面積の板状圧電素子を用いることが望ましい。しかし、  大面積の板状圧電素子を貼る場所を確保するのが難しい場合がある、という問題があり、また大面積の圧電素子は製造上の難度からコストが高くなる。そこで本発明の装置では、板状圧電アクチュエータ４を、同一規格によって形状や性能を揃えており、これを複数用いることで、全体としての駆動力を確保するとともに、対象の特性に応じて振動発生手段の数と配置を事前に決めることで、効率的に対象の振動を低減できる駆動力を発生することができる。さらには上記と同じ理由で部品コストを低減することができる。【００２３】
アクティブ制振装置においては、個別の装置に合わせて特別に設計されるため、適用対象が大量に生産するものでないかぎり、制振装置としてのコストは高くなる傾向があるが、本実施例のアクティブ制振装置は、規格化されたセンサとアクチュエータのみを用いることで付加的に用いる制振装置としてのコストを低減することができる。【００２４】
本実施例においては、圧電センサ３と圧電アクチュエータ４は構造板６の異なる場所に設置されている。センサとアクチュエータを同じ場所に配置する方法もあるが、対象の構造体が概略箱型の筺体等である場合、振動モードは全体的な複雑な様相を呈するため、対象とする振動の振幅を効果的に検出できる位置と、その振動を抑制するように駆動力を加えるのに適した位置とは同一とは限らない。このことから本発明においては、圧電センサ３と圧電アクチュエータ４は、より効果的に振動を検出または抑制する位置に配置することができる。【００２５】
図４に実施例１において使用する圧電センサ３の拡大図を示す。圧電センサ３はＰＺＴなどの圧電素子を薄板状に形成し、構造板６に接着材９を用いて貼り付けたものである。構造板６のひずみ状態を精度よく検出できるために接着材９は剛性の高いものを使用することが望ましい。本実施例では両面に電極１３を持つタイプを使用して、はんだ接合により信号線１４をとりだしているが、他の形式も使用することができる。圧電センサ３は対象とする振動モードにおいてひずみの大きい部分にはりつけることが効果的である。【００２６】
ひずみを検出する方法の利点として、圧電センサ３を設置した位置のひずみを検出することで、対象の振動モードにおける変形だけを検出することができ、外部振動の影響を減少させることができる点があげられる。【００２７】
図５に実施例１において使用する圧電アクチュエータ４の拡大図を示す。圧電アクチュエータ４も構造は圧電センサ３に類似しており、板状に成形された圧電素子を、接着材９を用いて構造板６に貼り付けたものである。圧電アクチュエータ４は対象とする振動モードにおいて、曲げ変形の曲率が大きくなるところに配置することで、圧電アクチュエータ４によって構造板６のひずみを生じさせやすくなり、振動低減に効果が高い。【００２８】
アクティブ制振装置においては、パッシブ制振装置と比べて高い制振能力を持つ一方で、制振対象とする振動の周波数変化などによるばらつきの影響も大きい点が、ばらつきを含みやすい大量生産品に向かないという問題もある。これに対して本実施例では、圧電センサ３からの信号によって圧電アクチュエータ４に発生させる駆動力を決定する制御信号8を生成するコントローラ５において、対象の構造板６の振動特性に合わせて内部パラメータを変化させる方法をとる。すなわち、圧電センサ３によって検出された対象となる振動の周波数、大きさの変化に対して、コントローラ５においてフィードバック回路のデジタルフィルターの中心周波数およびゲインを変化させ、制御信号８の態様を変化させることで、自動的にばらつきの影響を除去した制御信号８を作り出すことができる。これによって対象である構造板６の振動特性が変化しても、それに追従して最適な制振性能を得ることができる。さらにはこの構成とすることにより、記憶装置２の製造ばらつきによって対象の振動特性が設計時と異なっていても補正をすることが可能になり、再設計や調整の手間が省けるために、本発明のアクティブ制振装置導入時のコストが低減できる。【００２９】
図６はこの対象の振動特性変化に対応してコントローラ５の制御特性を変化させる方法を示したものである。【００３０】
ステップ６０１で、板状圧電アクチュエータ４ａ〜４ｃにより掃引入力・センサで応答を計測する。ステップ６０２で、周波数・ゲイン＜規定値かを判断する。周波数・ゲイン＜規定値でなければ、ステップ６０３で、差分に応じてフィルタを変更する。一方、周波数・ゲイン＜規定値かを判断する。周波数・ゲイン＜規定値であれば、そのままこのフローを終了する。すなわち、このフローでは、板状圧電アクチュエータ４に正弦波入力を入れて加振し、対象とする振動数付近で掃引し、対象の振動のピーク周波数およびゲインが事前に規定された範囲内であれば、コントローラ５内部のデジタルフィルターの変更を行わない。また規定された範囲を超えた場合には、事前に設定された値との差分に応じて、この差を小さくするようにデジタルフィルターの中心周波数とゲインを変化させる。このようにすることで、アクティブ制振装置の持つ高い制振能力を、対象の振動特性がずれていても効果的に発揮することができる。【００３１】
本実施例により、センサやアクチュエータの部品コストを抑えることで、従来のアクティブ制振装置が持つコストが高いという問題を解決し、一方で対象の振動特性に対してコントローラの特性を変化させる調整機能を持つことで、導入コストをも低減し、さらに対象に対して特別に設計しなくてはいけないという設計上の難しさを解決することができる。広く用いられているパッシブ制振装置に比べて、高い制振性能を有しているにも関わらず、コストや設計工数の観点で導入が難しいアクティブ制振装置を、広く様々な機器に適用が可能となることは、本実施例を参考に明らかとなるであろう。【００３２】
本実施例では、情報記憶装置であるＲＡＩＤ装置を例として説明したが、他の類の装置に適応できることはもちろんのことである。
【実施例２】
【００３３】
実施例２を説明する。実施例１と異なる部分を中心に説明する。すなわち、実施例１と同様な部分は説明を省略する。図７は本発明の第２の実施例である。振動検出手段として加速度センサ１０を用いている。この場合には外部からの振動も拾ってしまうためノイズの処理が必要となる。そこで本実施例では、制御系の安定性や制振性能を補償するために、コントローラ５の前段にハイパスフィルター１１を設定し、加速度センサ１０からノイズとなる他の振動成分を、フィルターを介するなどして除去することで外部振動の影響を減少させる。ハイパスフィルターとしたのは、一般に外部からの振動成分は対象となる記憶装置２の振動モードよりも周波数が低いからである。【００３４】
加速度センサ１０を用いる利点は、温度等の影響を受けにくいことである。また、構造板６の振動振幅が大きいところに加速度センサ１０を設置することで、効果的に振動を検出できる。振動振幅が大きい箇所は各種の変位計、速度計、加速度計を利用することで比較的簡単に計測できるので、実機の振動状態を確認した上で振動低減のために本発明のアクティブ制振装置を適用する際に、作業性が高いという利点もある。また振動発生手段としては実施例１と同様に、板状圧電アクチュエータ４を用いることで、直接振動モードの変形状態に作用し、その振動振幅を低減する。
【実施例３】
【００３５】
図８に本発明の第３の実施例における圧電センサ３の拡大図を示す。ひずみを検出する振動検出においては、環境温度の変化によって出力が影響を受けることが考えられる。これを補償するために温度センサ１２を備えて、これによって圧電センサ３の出力を補償することで、温度の影響を抑えることができる。その他の構成は実施例１と同様である。【００３６】
実施例１では、温度変化による対象の振動特性の変化を、ばらつきととらえてコントローラ５のフィードバック回路の特性変化によって補償している。一方で、温度変化によって圧電センサ３自体の特性変化がある場合には、これによる出力信号の変化と対象の温度特性変化による出力信号の変化との判別がつかない。そこで、圧電センサ３近傍に温度センサ１２を配置して、この部分での温度に対する圧電センサ３の出力を、事前に規定された温度補正マップにしたがって補正することで、この問題を解決することができる。【００３７】
ここで、実施例１〜３を纏めると、アクティブ制振装置においては、適用対象が大量に生産するものでないかぎり、制振装置としてのコストは高くなり、さらには、対象とする振動の周波数変化などによるばらつきの影響も大きい点が、ばらつきを含みやすい大量生産品に向かないところ、本実施例では、同一規格によって形状や性質を揃えた振動検出手段を複数備えることで、対象の振動状態をより良く計測することができる一方で、生産性が向上してコストを低減できる。またやはり振動発生手段を同一規格によって、形状や性能を揃えることにより、対象の特性に応じて振動発生手段の数と配置を事前に決めることで、効率的に対象の振動を低減できる駆動力を発生することができる。さらには上記と同じ理由でコストを低減することができる。【００３８】
また、振動検出手段と振動発生手段を同じ場所に配置するものに比べて、対象の構造体が概略箱型の筺体等である場合、その振動を抑える上で、振動を抑える振動発生手段をもっと効率的な位置に配置することができる。一般に概略箱型の構造体であれば、振動モードは全体的な複雑な様相を呈するため、対象とする振動の振幅を効果的に検出できる位置と、その振動を抑制するように駆動力を加えるのに適した位置とは同一とは限らないからである。【００３９】
さらに、振動検出手段として加速度センサを用いた場合には外部からの振動も拾ってしまうためノイズの処理が必要となるが、本実施例では、振動検出手段に設置した位置のひずみを検出することで、対象の振動モードにおける変形だけを検出することができ、外部振動の影響を減少させることができる。また振動発生手段も対象の当該位置においてひずみを発生させるような手段、例えば板状圧電素子を用いることで、直接振動モードの変形状態に作用し、その振動振幅を低減する。【００４０】
ひずみを検出する振動検出手段においては、環境温度の変化によって出力が影響を受けることが考えられる。これを補償するために温度検出手段を備えて、これによって振動検出手段の出力を補償することで、影響を抑えることができる。【００４１】
さらに好適な方法は、振動検出手段からの信号によって振動発生手段に発生させる駆動力を決定する制御信号を生成する制御手段において、上記振動検出手段によって、検出された対象の振動の周波数、大きさの変化に対して、上記振動発生手段の駆動力を決定する制御信号の態様を変化させることで、自動的に影響を除去した制御信号を作り出すことができる。さらにはこの構成とすることにより、ばらつきによって対象の振動特性が設計時と異なっていても、補正をすることが可能になり、導入時のコストが低減できる。【００４２】
なお、本発明は上記した実施例１〜３に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例１〜３は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００４３】
１  アクティブ制振装置
２  記憶装置
３ａ、３ｂ  圧電センサ
４ａ、４ｂ、４ｃ  板状圧電アクチュエータ
５  コントローラ
６  構造板
７  電圧出力
８  制御信号
９  接着材
１０  加速度センサ
１１  ハイパスフィルター
１２  温度センサ
１３  電極
１４  信号線
【図１】
2014192088.tif 000003
【図２】
2014192088.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2014192088.tif 000008
【図７】
2014192088.tif 000009
【図８】
2014192088.tif 000010
【国際調査報告】
2014192088.tif 000011
2014192088.tif 000012
2014192088.tif 000013
2014192088.tif 000014