(57)【要約】【課題】対象物に関し、外部振動の影響を制限し得るような効果的なシステムの提供。【解決手段】第１部材（２）と第２部材（４）との間の連結システムであって、第１部材（２）と第２部材（４）との間にわたって力を伝達し得るリンク（６）と；このリンク（６）のための周波数制御ループと；を具備し、制御ループが、離間距離（ｅ）を測定するための手段（１０）と、周波数フィルタ（１２）と、比較手段（１４）と、を備え、制御ループが、所定周波数帯域内においてのみリンク（６）が力を伝達し得るようにして、リンク（６）を制御し、制御ループが、位置制御ループとされ、速度制御ループが、位置制御ループの中に組み込まれ、力制御ループが、速度制御ループの中に組み込まれている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対して移動可能とされた第１部材（２）と第２部材（４）との間の連結システムであって、
前記第１部材（２）と前記第２部材（４）との間にわたって力を伝達し得るリンク（６）と；
このリンク（６）のための周波数制御ループと；
を具備し、
前記制御ループが、
前記第１部材（２）と前記第２部材（４）との間の離間距離（ｅ）を測定するための手段（１０）と、
前記測定のための周波数フィルタ（１２）であるとともに、所定周波数帯域内において測定値が入力される周波数フィルタ（１２）と、
このフィルタによるフィルタリング済みの値と設定値（ｅｃ）とを比較するための手段（１４）と、
を備え、
前記制御ループが、前記所定周波数帯域内においてのみ前記リンク（６）が力を伝達し得るようにして、前記リンク（６）を制御し、
前記制御ループが、位置を制御するための位置制御ループとされ、
速度を制御するための速度制御ループが、前記位置制御ループの中に組み込まれ、
力を制御するための力制御ループが、前記速度制御ループの中に組み込まれていることを特徴とする連結システム。
【請求項２】
請求項１記載の連結システムにおいて、
前記速度制御ループが、
周波数フィルタと、
速度設定値と、前記第１部材と前記第２部材との相対速度と、を比較するための比較器と、
を備え、
前記速度設定値が、前記位置制御ループから得られたものとされ、
前記力制御ループが、
周波数フィルタと、
力設定値と、前記第１部材と前記第２部材との間に印加された力と、を比較するための比較器と、
を備え、
前記力設定値が、前記速度制御ループから得られたものとされていることを特徴とする連結システム。
【請求項３】
請求項１または２記載の連結システムにおいて、
前記力制御ループが、前記第１部材と前記第２部材との間に印加された力を決定するための手段を備え、
この手段は、前記第１部材と前記第２部材との前記相対位置と、前記リンクの制御パラメータと、に基づいて、前記力の前記決定を行うことを特徴とする連結システム。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の連結システムにおいて、
前記リンク（６，１０６）が、電磁タイプの、あるいは、静電タイプの、あるいは、圧電タイプの、あるいは、磁気ひずみタイプの、ものであることを特徴とする連結システム。
【請求項５】
請求項４記載の連結システムにおいて、
前記リンクが、静電リンクとされ、
この静電リンクが、前記第１部材と前記第２部材との間における電界強度の増大化を可能とするフレキシブルなポリマー誘電体を備えていることを特徴とする連結システム。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の連結システムにおいて、
前記リンク（６）が、前記第１部材と前記第２部材との移動方向に関して双方向的に力を印加し得るものとされていることを特徴とする連結システム。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の連結システムにおいて、
前記設定値（ｅｃ）が、一定であることを特徴とする連結システム。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の連結システムにおいて、
前記フィルタ（１２）が、ローパスフィルタとされ、これにより、力の低周波数成分だけが、前記第２部材から前記第１部材へと伝達されることを特徴とする連結システム。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の連結システムにおいて、
前記ローパスフィルタのカットオフ周波数が、数ヘルツ〜５０ヘルツとされていることを特徴とする連結システム。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の連結システムにおいて、
前記フィルタが、開ループにおいて、閉ループでの前記フィルタの前記カットオフ周波数付近で前記システムの全体的位相シフトが−１３５°に維持されるように、構成されていることを特徴とする連結システム。
【請求項１１】
請求項８または９記載の連結システムにおいて、
第２制御ループ（４０）を具備し、
この第２制御ループ（４０）が、
前記第１部材（２）の加速度を測定するための手段（４２）と、
前記加速度をフィルタリングするためのハイパスフィルタ（４４）と、
を備え、
前記フィルタリング済みの加速度が、前記比較器（１４）へと送出され、前記リンク（６）の前記制御のために使用されることを特徴とする連結システム。
【請求項１２】
第１部材と第２部材との組み付けであって、
前記第１部材が、固定部材とされ、前記第２部材が、前記第１部材に対して移動可能とされ、そして、機械的手段が、前記第１部材に対して前記第２部材を移動させ得るよう設けられている場合に、
請求項１〜１１のいずれか１項に記載された連結システムを具備し、
前記速度制御ループが、ローパスフィルタを備え、
前記力制御ループが、ローパスフィルタを備えていることを特徴とする組み付け。
【請求項１３】
デバイス（２２）と支持体（２１）と請求項１〜１１のいずれか１項に記載された少なくとも１つの有利には４つの連結システム（Ｓ）とを具備してなる器具であって、
前記連結システム（Ｓ）が、前記デバイス（２２）を、前記支持体（２１）に対して懸架していることを特徴とする器具。
【請求項１４】
請求項１３記載の器具において、
前記各連結システム（Ｓ）が、ボールジョイントリンクによって、前記支持体（２１）に対して、および、前記デバイス（２２）に対して、連結されていることを特徴とする器具。
【請求項１５】
第１部材と第２部材との間の非接触での連結を制御するための方法であって、
−前記第１部材と前記第２部材との間に印加された力を決定し、
−前記印加された力を周波数によってフィルタリングし、
−フィルタリング済みの値と力の設定値とを比較し、
−前記比較の結果に基づいて、前記連結の力を制御し、
−前記第１部材と前記第２部材との相対速度を決定し、
−前記決定された相対速度をフィルタリングし、
−フィルタリング済みの相対速度と力の設定値とを比較し、
−力の設定値を調節し、
−前記第１部材と前記第２部材との相対位置を決定し、
−フィルタリング済みの相対位置と力の設定値とを比較し、
−速度の設定値を調節する、
ことを特徴とする方法。
【請求項１６】
請求項１５記載の方法において、
印加された力の決定を、
前記第１部材と前記第２部材との間の相対距離と、連結に関する少なくとも１つの制御パラメータと、に基づく力の評価によって、得ることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第１部材と第２部材との間における機械的振動の伝達を制限し得る装置に関するものであり、特に、地上（あるいは、基面上）に配置された支持体と、この支持体によって支持されたデバイスとの間における機械的振動の伝達を制限し得る装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
環境内に存在する振動は、例えば、ツールまたは測定機器のような高精度機器からの振動は、その機器の動作を妨害し得るものである。例えば、機器が配置されている地面の近くを人が通るだけで、実行中の動作の精度が悪影響を受けてしまう。
【０００３】
土建構造物に対する地震の揺れの伝達は、例えば橋梁構造物に対する地震の揺れの伝達は、構造物を危険にさらしてしまう。
【０００４】
機械的振動源から放出される音響ノイズの問題点は、広く知られている。これまでに提案された解決手法は、振動源に対抗することである。
【０００５】
これまで、２つのタイプの解決手法が提供された。
【０００６】
第１タイプの解決手法においては、振動とは逆向きの力を直接的に印加する。しかしながら、このタイプの解決手法は、寸法と消費エネルギーとによって制限される。実際、振動部分を減衰させるためには、減衰させるためのシステムの質量と比較して無視できない質量を有した可動部材を駆動して、振動部分に対して印加されている力と同じレベル（高さ位置）で可動部材に対して加速力を印加し得ることが、必要とされる。
【０００７】
第２タイプの解決手法は、減衰対象をなす音響ノイズに対して逆位相の音響波を放出することによって、音響ノイズに対抗する。しかしながら、これは、限られた空間内においてしか効果的ではない。なお、本出願人の知る限りにおいて、本出願に関する関連文献は、存在していない。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
したがって、本発明の１つの目的は、限られた空間内において、１つまたは複数の振動源の影響範囲内に配置されている対象物に関し、外部振動の影響を制限し得るような効果的なシステムを提供することである。
【０００９】
上記目的は、双方の部材の間に物理的リンクを形成するシステムによって達成され、このシステムは、所定周波数帯域内においては力を伝達させることによって、例えば低周波数成分に関しては力を伝達させることによって、所定周波数帯域内においては移動および振動を伝達可能とし、なおかつ、所定以外の周波数帯域においては力の伝達を阻止することによって、例えば高周波数成分に関しては力の伝達を阻止することによって、所定以外の周波数帯域内においては移動および振動の伝達を制限する（すなわち、ユーザーにとって苦痛な音響ノイズを発生させるような、例えば、振動）。
【００１０】
言い換えると、リンクは、力の硬さが、周波数に応じて変化し得るようにして、形成される。よって、リンクが比較的フレキシブルである場合には、振動源から対象物への伝達が防止される。これに対し、リンクが硬い場合には、可動部材の振動は、他の部材に対して伝達される。
【００１１】
本発明によると、振動の伝達は、従来技術の場合と同様に、機械的振動または音響ノイズを吸収しようとするのではなく防止される。
【００１２】
本発明によると、本発明は、力を伝達することによって動作するものであり、運動を伝達することによって動作するものではない。したがって、複雑なタイプの振動を管理することができる。すなわち、信号は、低周波数成分と高周波数成分とを備えている。伝達される力は、達成すべき目的に応じて所望の周波数範囲（あるいは、周波数帯域）内の成分だけである。
【００１３】
よって、本発明は、所定周波数帯域にわたっての位置制御を実行することにより、一方の部材から他方の部材への振動の伝達を低減させるものである。すべての周波数成分に関して相対位置を制御するような力を印加することに代えて、力は、所定周波数帯域においてのみ印加される。これにより、所定周波数帯域内において、所定の位置決めが提供されるとともに、所定以外の周波数帯域における相対移動は、影響を受けないままである。
【００１４】
相対位置を確保しこれにより力を伝達するために使用される手段は、例えば、電磁的な、静電的な、圧電性な、電気的な、磁気ひずみ的な、等の手段である。これら手段においては、伝達の所望の周波数成分に基づいて、電圧または電流が制御される。
【００１５】
力が伝達される周波数帯域は、周波数フィルタによって決定される。周波数フィルタは、入力信号として、対象をなす部材どうしの間の距離の測定値を受領し、そして、出力信号として、所定周波数帯域での距離の測定値を送出する。
【００１６】
よって、本発明の主要な目的は、互いに対して移動可能とされた第１部材と第２部材との間の連結システムであって、第１部材と第２部材との間にわたって力を伝達し得るリンクと；このリンクのための周波数制御ループと；を具備し、制御ループが、第１部材と第２部材との間の離間距離を測定するための手段と、  測定のための周波数フィルタであるとともに、所定周波数帯域内において測定値が入力される周波数フィルタと、このフィルタによるフィルタリング済みの値と設定値とを比較するための手段と、を備え、制御ループは、所定周波数帯域内においてのみリンクが力を伝達し得るようにして、リンクを制御するような、連結システムである。
【００１７】
１つの有利な実施形態においては、フィルタは、ローパスフィルタである。これにより、低周波数成分だけに関する力が、第１部材から第２部材へと伝達される。
【００１８】
よって、ローパスフィルタのカットオフ周波数は、数ヘルツとすることができる。これにより、周囲の機械の振動（およそ５０Ｈｚ）と、支持体に対する共鳴振動（建物に関して数十ヘルツ）とが、機械加工ツールに対して伝達されることがない。
【００１９】
フィルタは、有利には、ループが開いた状況で、閉ループでのフィルタのカットオフ周波数付近でシステムの全体的位相遅れが−１３５°に維持されるように、構成される。これにより、修正器を使用することなく安定したシステムを得ることができる。
【００２０】
本発明によるシステムは、ローパスフィルタを備えている場合には、さらに、第２制御ループを具備することができ、この第２制御ループは、第１部材の加速度を測定するための手段と、加速度をフィルタリングするためのハイパスフィルタと、を備え、フィルタリング済みの加速度は、比較器へと送出され、リンクの制御のために使用される。これにより、第１部材の高周波成分での『内部』振動を、除去することができるあるいは少なくとも低減することができる。
【００２１】
本発明によるシステムの１つの特に有利な実施形態においては、周波数制御ループは、位置を制御するための位置制御ループとされ、システムは、さらに、位置制御ループの中に組み込まれた速度制御ループと、速度制御ループの中に組み込まれた力制御ループと、を具備している。
【００２２】
したがって、速度制御ループは、周波数フィルタと、速度設定値と、第１部材と第２部材との相対速度と、を比較するための比較器と、を備えることができ、速度設定値は、位置制御ループから得られたものとされ、力制御ループは、周波数フィルタと、力設定値と、第１部材と第２部材との間に印加された力と、を比較するための比較器と、を備えることができ、力設定値は、速度制御ループから得られたものとされる。
【００２３】
有利な態様においては、力制御ループは、第１部材と第２部材との間に印加された力を決定するための手段を備え、この手段は、第１部材と第２部材との相対位置と、リンクの制御パラメータと、に基づいて、力の決定を行う。これにより、特定の力センサを適用することができる。
【００２４】
リンクは、電磁タイプの、あるいは、静電タイプの、あるいは、圧電タイプの、あるいは、電気タイプの、あるいは、磁気ひずみタイプの、ものとすることができる。
【００２５】
リンクは、第１部材と第２部材との移動方向に関して双方向的に力を印加し得るものとして、構成することができる。
【００２６】
リンクが静電リンクとされている場合には、この静電リンクは、第１部材と第２部材との間における電界強度の増大化を可能とするフレキシブルなポリマー誘電体を備えることができる。
【００２７】
１つの実施形態においては、入力される設定値は、一定である。
【００２８】
また、本発明の目的は、第１部材と第２部材との組み付けであって、第１部材が、固定部材とされ、第２部材が、第１部材に対して移動可能とされ、そして、機械的手段が、第１部材に対して第２部材を移動させ得るよう設けられている場合に、本発明による連結システムを具備し、フィルタが、ハイパスフィルタとされ、ゼロという設定値が、入力されている。
【００２９】
また、本発明の目的は、デバイスと支持体と本発明による少なくとも１つの有利には４つの連結システムとを具備してなる器具であって、連結システムが、デバイスを、支持体に対して懸架する。各連結システムは、ボールジョイントを介して、支持体に対して、および、デバイスに対して、連結することができる。
【００３０】
また、本発明の目的は、第１部材と第２部材との間の非接触での連結を制御するための方法であって、この方法においては、
−第１部材と第２部材との間の距離を決定し、
−得られた測定値をフィルタリングし、
−フィルタリング済みの値と設定値とを比較し、
−比較結果に基づいて連結の力を制御する。
【００３１】
フィルタリングステップは、有利には、ローパスフィルタによって実行される。
【００３２】
また、制御方法は、以下のステップを備えることもできる。
−第１部材の加速度を測定し、
−ハイパスフィルタによって測定値をフィルタリングし、
−フィルタリング済みの値に基づいて連結の力を制御する。
【００３３】
また、本発明の目的は、第１部材と第２部材との間の非接触での連結を制御するための方法であって、この方法においては、
−第１部材と第２部材との間に印加された力を決定し、
−印加された力を周波数によってフィルタリングし、
−フィルタリング済みの値と力の設定値とを比較し、
−比較の結果に基づいて、連結の力を制御し、
−第１部材と第２部材との相対速度を決定し、
−決定された相対速度をフィルタリングし、
−フィルタリング済みの相対速度と力の設定値とを比較し、
−力の設定値を調節し、
−第１部材と第２部材との相対位置を決定し、
−フィルタリング済みの相対位置と力の設定値とを比較し、
−速度の設定値を調節する。
【００３４】
印加された力の決定は、有利には、第１部材と第２部材との間の相対距離と、連結に関する少なくとも１つの制御パラメータと、に基づく力の評価によって、得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
本発明は、添付図面を参照しつつ以下の詳細な説明を読むことにより、明瞭に理解されるであろう。
【００３６】
本発明による連結システムの一実施形態が、図１においてブロック図で示されている。本発明による連結システムは、所定周波数範囲内の周波数成分からなる力でもって、第１部材２と第２部材４とを物理的に連結するものである。
【００３７】
第１部材２と第２部材４とは、矢印３によって示すように、互いに移動することができる。
【００３８】
本発明による連結システムは、周波数成分に応じて硬さが可変とされた物理的リンク６と、周波数成分に応じて硬さを制御し得る手段８と、を備えている。
【００３９】
物理的リンク６は、接触することなく第１部材２と第２部材４とを支持するものであって、電磁的手段によって、あるいは、静電的手段によって、あるいは、圧電的手段によって、あるいは、電気的手段によって、あるいは、磁気ひずみアクチュエータによって、あるいは、非接触的に力を伝達し得る他の任意の手段によって、得ることができる。
【００４０】
以下の説明においては、アクチュエータという用語は、リンクの一部を形成する手段として参照され、第１部材と第２部材との間にを印加することができる。
【００４１】
アクチュエータの他の様々な例について、図３Ａ〜図３Ｄを参照して、以下詳細に説明する。
【００４２】
リンク６（図３Ａに示されている）は、第１部材２と一体的に移動する第１構成要素２．１と、第２部材４と一体的に移動する第２構成要素４．１と、を備えている。第１部材２に対して第２部材４が相対移動した際には、第１構成要素２．１と構成要素４．１とを離間している距離ｅすなわちエアギャップが変化する。距離ｅの変化に基づいて、周波数成分に応じたリンク６の硬さが変更される。
【００４３】
制御手段８は、第１部材２と第２部材４との相対位置を周波数成分によって制御し得る手段を備えている。これを達成するために、制御手段８は、距離ｅを測定するための手段１０を備えている、より詳細には、ブロック図内においてダイヤグラム１０．１によって示されているように、距離ｅの時間変化を測定するための手段１０を備えている。この手段１０は、第１部材２と第２部材４との間の相対位置に関する複数のセンサを備えることができる。これらセンサは、２つの構成要素の間に配置される。
【００４４】
これらセンサは、例えば、光学タイプのもの、あるいは、容量タイプのもの、あるいは、誘導タイプのもの、とすることができる。
【００４５】
距離は、アクチュエータが容量タイプのものである場合にはキャパシタンスを測定することにより、あるいは、アクチュエータが磁気タイプのものである場合にはリラクタンスを測定することにより、アクチュエータ自体によって直接的に測定することができる。
【００４６】
制御手段は、さらに、周波数成分に関するフィルタ１２を備えている。このフィルタ１２は、エアギャップｅの変化をフィルタリングして、フィルタによって設定された周波数帯域だけにおいてエアギャップｅの変化を維持することができる。
【００４７】
フィルタ１２は、後述するように、用途に応じて、ローパスタイプのものや、ハイパスタイプのものや、あるいは、バンドパスタイプのもの、とすることができる。
【００４８】
制御手段８は、さらに、比較器１４．１を備えている。比較器１４．１は、エアギャップの設定値ｅｃと、ｅｆと称されるようなフィルタリング済みのエアギャップの値と、を受領することを目的としたものである。
【００４９】
比較器１４は、設定値ｅｃと、フィルタリング済みのエアギャップの値ｅｆと、の間の差１４．１すなわち偏差を計算する。この差を使用することにより、リンク６を制御して、その差をキャンセルすることができる。
【００５０】
図１に示す例においては、エアギャップの設定値ｅｃは、一定である（グラフィック１１としてグラフ表示されている）。そして、使用されるフィルタ１２は、ローパスタイプのフィルタである。よって、フィルタ１２からの出力においては、エアギャップの変化信号は、低周波信号である。
【００５１】
この場合、比較器は、偏差の低周波数成分を供給し、制御手段は、低周波数成分でアクチュエータを制御し、これにより、この偏差をキャンセルする。これを達成するために、第２部材４からの低周波数成分の力だけが、第１部材２に対して伝達される。
【００５２】
したがって、低周波数成分に関しては、エアギャップｅは、かなり一定に維持される。ところが、高周波数成分に関しては、この距離は、自由に変化し、第２部材４の移動は、第１部材２の移動に対して自由なものである。
【００５３】
これは、第１部材２の時間移動および第２部材４の時間移動に関して、それぞれグラフィックス１５，１７によって、示されている。
【００５４】
さらに、高周波数成分に関しては、振動は、通常は低振幅のものである。そのため、アクチュエータは、典型的には数十ミクロンといったような、非常に短い距離にわたってしか作用しない。よって、伝達対象をなす力が大きな力であったとしても、リンク６は、有利には非常にコンパクトなものであり、消費が小さなものである。
【００５５】
実際、静電タイプのまたは電磁タイプのリンクの場合には、キャパシタンスまたはリラクタンスは、よって、力および消費という観点での効率は、かなり大きなものである。第１部材２に対する構成要素２．１と第２部材４に対する構成要素４．１との間の可能な移動距離と等価なエアギャップｅは、小さい。
【００５６】
図２には、図１の連結システムのブロック図が示されている。図２においては、修正器１６が、比較器１４とリンク６との間に追加されている。この修正器は、システムの安定性を保証することができる。
【００５７】
また、有利には、システムが安定なものとなるように、フィルタを構成することができる。この場合、修正器の使用を避けることができる。以下においては、このようなフィルタは、改良タイプのフィルタと称される。
【００５８】
一般に、システムは、ゲインが０ｄＢ以上であるような開ループ位相が−１８０°以下に落ちなければ、閉ループにおいて安定である。通常は、４５°というマージンが採用されるため、−１３５°以下に落ちなければ、システムは、閉ループにおいて十分に安定である。
【００５９】
この場合、フィルタは、例えば位相進み回路または位相遅れ回路を追加するといったような手法によって、開ループでのシステムの全体的な位相シフトが、閉ループでの所望のカットオフ周波数の付近でおよそ−１３５°に維持されるように、構成される。位相がおよそ−１３５°となる位置を数ディケード広げることが、有利である。これにより、所望のカットオフ周波数のところにおいてだけでなく、カットオフ周波数を超えたところにおいても、周波数の増大化につれたゲインの減少を最大化することができる。これにより、非常に低周波数におけるゲインを、非常に大きなものとすることができ、これにより、制御によるカウンターレスポンスを非常に良好なものとすることができる。また、非常に大きな周波数のところにおけるカウンターレスポンスを最小化できて、好都合である。
【００６０】
そのようなフィルタを備えたシステムにおいては、およそ所望のカットオフ周波数のところまでは、閉ループによって設定値に追従する。そして、カットオフ周波数よりも大きな周波数成分については、もはや、設定値信号に応答しない。これにより、硬いリンクが、設定値と低周波数出力との間において確立され、そして、高周波数成分に関しては、非常にフレキシブルなリンクが確立される。
【００６１】
また、相対的な位置の測定とアクチュエータの制御パラメータの測定とに基づいて印加された力を評価するためのテンプレートを準備することができる。そのようなテンプレートは、反力テンプレートと称されるものであって、システムに対して、力センサを必要とすることなく、制御力を提供することができる。これにより、システムの製造コストを低減することができる。
【００６２】
そのようなシステムは、図１１に見出すことができる。図１１のシステムは、入力としての設定力と、上述したようにして構成されたローパスフィルタ２１２と、アクチュエータ２０６と、比較器２１４と、反力テンプレート２２０と、を備えている。
【００６３】
図１１の回路においては、反力テンプレートは、入力として、第１部材２と第２部材４との間の相対位置と、アクチュエータの制御パラメータと、を受領する。例えば、圧電アクチュエータの場合には、制御パラメータは電圧であり、電磁アクチュエータの場合には、制御パラメータは電流である。
【００６４】
このテンプレートは、入力として、リンクの２つの構成要素の相対位置を受領する。
【００６５】
テンプレートは、その後、アクチュエータによって印加された力を評価することができる。
【００６６】
得られた評価値は、比較器２１４へと送出され、設定値と比較される。
【００６７】
本発明によるシステムの安定性は、図９に示すように、複数の積分レベルを追加することにより、さらに改良することができる。
【００６８】
実際、本発明によるある１つのシステムにおいては、制御対象をなすパラメータは、複数の積分レベルにおけるパラメータに対応する。このようなパラメータは、例えば力発生源（アクチュエータ）に対する位置といったようなもので、加速に対して直接的に作用するような影響を及ぼし得るものである。この場合、システムが複数のループを形成することが、特に有利である。
【００６９】
システムが移動質量を備えている場合には、アクチュエータの動作は、二重積分によって部分的にモデル化することができる。その場合、システムに、２つの積分レベルに対応した２つのループを設けることが、有利である。
【００７０】
本発明によるシステムの場合、システムは、力に関して動作する。これは、以下の関係式に基づき、加速度に関する動作に対応する。
【００７１】
Ｆ＝Ｍａ
ここで、Ｆは、力であり、Ｍは、可動部分の質量であり、ａは、加速度である。
【００７２】
したがって、影響を受け得るパラメータは、加速度である。しかしながら、我々が制御したいパラメータは、２つの可動部分の相対位置である、すなわち、エアギャップに対しての２つの可動部分の相対位置である。
【００７３】
エアギャップが加速度の二重積分であることにより、２つの制御ループが、それぞれに対応して準備される。
【００７４】
よって、２つの部材の間にわたっての力制御によって、２つの部材２，４の相対位置の制御を行うに際しては、すなわち、機械的位置制御を行うに際しては、中間的な速度制御ステップが使用される。
【００７５】
これは、力から直接的に相対位置を制御する場合に、二重積分の実行時に発生し得る不安定性というリスクを回避する。
【００７６】
その場合、本発明によるシステムは、３つの制御ループＢ１，Ｂ２，Ｂ３を備えている。
【００７７】
第１ループは、力制御を提供し、第２ループは、速度制御を提供し、そして、第３ループは、相対位置の制御を提供する。
【００７８】
力を制御するための第１ループＢ１は、相対速度を制御するための第２ループＢ２に対して結合され、第２ループＢ２自体は、相対位置を制御するための第３ループＢ３に対して結合される（図９）。
【００７９】
第３ループＢ３は、図２のループに対応する。そして、この第３ループの内部に、第１ループＢ１と第２ループＢ２とが組み込まれている。
【００８０】
第３ループＢ３は、改良されたタイプのローパスフィルタ２３４を備えている。ローパスフィルタ２３４の出力は、第２ループＢ２の入力ポートに対して接続されている。第３ループＢ３は、さらに、アクチュエータ２０６と、部材２，４の相対位置を測定するための手段２３１と、比較器２３２と、を備えている。図示の例においては、手段２３１は、部材２，４の位置を測定するための２つのセンサと、比較器２２４と、を備えている。また、比較器２３２は、入力として、エアギャップの設定値と、部材２，４の相対位置と、を受領する。
【００８１】
第２ループＢ２は、比較器２２８と、改良されたタイプのローパスフィルタ２３０と、２つの部材２，４の相対速度を決定するための手段２２６と、を備えている。ここで、比較器２２８は、ループＢ３の比較器２３２からの出力と、実際の相対速度と、を受領する。ローパスフィルタ２３０の出力は、第１ループＢ１に対して接続されている。手段２２６は、例えば、相対位置の第１微分を計算するセンサまたは手段とすることができる。
【００８２】
第１ループＢ１は、入力としてループＢ２の改良されたローパスフィルタ２３０からの出力を受領する比較器２１４と、改良されたタイプのローパス力フィルタ２１２と、を備えている。ローパスフィルタ２１２は、アクチュエータ２０６に対して接続されており、図示の例においては、印加された力を決定し得るよう、図９の反力テンプレート２２０に対して接続されている。
【００８３】
従来の力センサは、当然のことながら、印加された力を決定するために使用することができた。
【００８４】
図１０においては、システムの他の例が示されている。この例においては、使用されるフィルタは、改良されたタイプのものではなく、修正器と関連づけられた単純なタイプのものである。
【００８５】
ループＢ１は、ローパスフィルタ２１２．１’と、力修正器２１２．２’と、を備えている。
【００８６】
ループＢ２は、ローパスフィルタ２３０．１’と、速度修正器２３０．２’と、を備えている。
【００８７】
ループＢ３は、ローパスフィルタ２３４．１’と、位置修正器２３４．２’と、を備えている。
【００８８】
図１０のシステムの動作について、以下説明する。
【００８９】
まず最初に、印加された力が決定される。これは、例えば、直接的な測定によって、あるいは、反力テンプレートによる評価によって、行われる。
【００９０】
力は、その後、フィルタ２１２．１’によって周波数成分に関してフィルタリングされ、そして、フィルタリング済みの値と、力の設定値と、の間にわたって、比較が行われる。
【００９１】
その後、力制御が、比較の結果に基づいて、実行される。
【００９２】
その後、直接的な測定によって、または、２つの部材２，４の相対位置の微分によって、２つの部材２，４の相対速度が、決定される。
【００９３】
相対速度は、フィルタ２３０．１’によってフィルタリングされる。結果は、その後、速度の設定値と比較される。
【００９４】
その後、力の設定値の調整が行われる。力の設定値は、比較器２１４に対して印加される。
【００９５】
フィルタ２３４．１’によるフィルタリングの後に、位置の設定値との比較が行われ、これにより、２つの部材の相対位置が決定される。
【００９６】
その後、速度の設定値の調整が行われ、設定値は、比較器２２８に対して入力される。
【００９７】
複雑なシステムの場合には、例えばスプリングによって互いに連結された複数の質量によってモデル化し得るような可動部分を備えているようなシステムの場合には、システムは、３次システムとなる。この場合、システムは、３つ以上の積分レベルを備えている。
【００９８】
図２のブロック図においては、比較器は、フィルタ１２の後に設けられている。しかしながら、フィルタ１２は、また、比較器１４の後に設置することもできる。実際、設定値ｅｃが一定であるならば、一定の信号からサンプリングされたエアギャップの測定からの信号のフィルタリングは、単一の出力信号しか与えない。
【００９９】
図３Ａ〜図３Ｄは、本発明による連結システムにおいて使用し得る様々なタイプのアクチュエータを概略的に示す図である。
【０１００】
図３Ａは、静電タイプのアクチュエータを備えているリンクである。
【０１０１】
第１部材２に関連する構成要素２．１は、例えば、ハウジングを備えている。ハウジングは、互いに平行な第１壁２．３および第２壁２．４によって構成されており、第１部材２に対しての第２部材４の移動方向に基づいて規定されている。第２部材４に関連する構成要素４．１は、壁２．３と壁２．４との間において浮遊している導電プレート４．２を備えている。このプレート４．２と壁２．３との間に電圧Ｖ２を印加することにより、第１部材２と第２部材４とを互いに接近させることができ、プレート４．２と壁２．４との間に電圧Ｖ１を印加することにより、第１部材２と第２部材４とを互いに離間させることができる。
【０１０２】
電圧Ｖ１，Ｖ２は、所定周波数帯域内の周波数成分の力に関して、管理される。すなわち、フィルタ１２の帯域内の周波数成分の力が伝達され、これにより、第１部材と第２部材とを中央位置に支持することができる。
【０１０３】
図３Ｂにおいては、静電タイプのアクチュエータの変形例が示されている。フレキシブルなポリマー誘電体９が、壁２．３，２．４と移動プレート４．２との間に挿入されている。
【０１０４】
この実施形態は、図３Ａの実施形態と比較して、より大きな電界の値を使用し得るという利点を有している。これにより、より大きな力を伝達することができる。
【０１０５】
図３Ｃにおいては、非接触型のリンクが示されている。このリンクは、電磁タイプのアクチュエータを備えている。
【０１０６】
アクチュエータは、ハウジングを備えている。このハウジングは、互いにほぼ平行な壁２．３’，２，４’によって構成されており、両部材２，４の離間方向／接近方向を規定している。部材２は、壁２．３’，２，４’と一体的に移動する。壁２．３’，２，４’の間には、磁気特性に基づいて移動し得るようにして、プレート４．２’が設けられている。壁２．３’は、２つの一次コア２１．１の周囲に巻回された２つの一次巻線２０．１を備えている。壁２．４’は、２つの二次コア２１．２の周囲に巻回された２つの二次巻線２０．２を備えている。
【０１０７】
巻線２０．１，２０．２とコア２１．１，２１．２とは、対をなして配置されている。これにより、移動プレート４．２に対して印加される力の向きが互いに逆向きとなるようにして、２つの磁界を印加することができる。
【０１０８】
よって、対をなす巻線の一方または他方に電流を流すことにより、両部材２，４を、互いに接近または離間させることができる。
【０１０９】
図３Ｄにおいては、圧電駆動タイプのリンクが示されている。
【０１１０】
リンクは、図３Ａおよび図３Ｃに示すものとかなり同様の構造を有している。しかしながら、圧電材料１３が、構成要素４．１のプレート４．２と、壁２．３と、壁２．４と、の間に、配置されている。よって、上述の場合と同様にして電圧Ｖ１，Ｖ２を制御することにより、圧電分極の方向性に基づいて、両部材２，４を、互いに接近するようにまたは互いに離間するように、駆動することができる。
【０１１１】
よって、本発明においては、ローパスフィルタを使用することにより、高周波数成分として伝達される力を除去することができる。例えば、本発明による連結システムを実装した装置においては、一方の部材から他方の部材へと伝達される音響ノイズを、あるいは、損傷性の振動成分を、完全に除去することができる。
【０１１２】
さらに、本発明による連結システムは、従来技術におけるゴムブッシングタイプのまたはベアリングタイプの単純なフレキシブルリンクとは異なり、静的な力が伝達されるにしても、高周波数成分においては非常に大きなフレキシブルさを有し得るとともに、低周波数成分に関しては非常に大きな位置決め精度を有することができる。従来技術における単純なフレキシブルリンクの場合には、興味の対象をなす所定の周波数範囲の全体にわたって、単一の周波数成分しか提供しない。
【０１１３】
さらに、上述したように、本発明においては、低周波数成分での短い移動距離にわたっての駆動を行うことができる。このことは、低減された寸法でもってなおかつ非常に小さなエネルギー消費でもって大きな力を伝達することを意味する。
【０１１４】
最後に、本発明においては、位置測定と組み合わせて、リンクに対して印加された電流または電圧の一回の測定によって、一方の部材から他方の部材へと伝達された力を測定することができる。よって、このリンクは、変形不可能な力センサを形成する。
【０１１５】
実際、上述したように、アクチュエータの制御特性が与えられれば、一方の部材から他方の部材へと印加された力を決定することができる。第２に、システムは制御され、圧電センサや圧電抵抗センサとは異なり、この力に起因するすべての歪みが、即座に補償される。
【０１１６】
図４には、本発明による４つの連結システムを使用した機械加工ツールの一実施形態が、示されている。機械加工ツールは、支持体２１と、ツール本体２２と、を備えている。ツール２２は、本発明による４つの連結システムＳを介して、支持体２１によって懸架されている。図示の例においては、本発明による連結システムＳは、機械加工ツール２２の基部２４の４つのコーナーに対して、および、支持体２１に対して、固定されている。
【０１１７】
各連結システムＳの各リンクは、図１および図２を参照して上述したような方法によって、互いに独立に制御される。
【０１１８】
精密な機械加工ツールの場合、支持体２１が受けた振動が機械加工ツール２２へと伝達されてしまう量を低減することが、要望される。これと同時に、機械加工ツール２２を支持体２１に対して正確に位置決めすることを保証することが、要望される。
【０１１９】
本発明においては、たとえ機械の質量が変化したにしても、また、たとえ使用のたびごとに重心が変化したにしても、静電アクチュエータの場合には電圧Ｖ１，Ｖ２を調節することによってあるいは電磁アクチュエータの場合には電流を調節することによって、機械加工ツールを、支持体に対しての中央位置に保持することができる。
【０１２０】
さらに、本発明においては、機械加工ツールのレベル（あるいは、高さ位置）を保証し得るとともに、例えば機械加工ツールの設置場所の近傍を人が通ったことに起因する支持体の移動といったような支持体の移動から、機械加工ツールを実質的に隔離することができる。
【０１２１】
機械加工ツールの場合には、連結システムは、特にアクチュエータは、必ずしも双方向性である必要はない。実際、機械加工ツールの重量は、４つのリンクによって分散支持されているものであって、機械加工ツールのうちの、リンクに参加している支持体の構成部材との連結に参加している構成部材を、伸ばす傾向がある。したがって、それら構成部材を引き寄せる力をもたらし得ることを保証するだけで、十分である。したがって、単一方向性のアクチュエータで、十分である。
【０１２２】
得られる硬さは、例えば図示の例においては低周波成分に関して得られる硬さは、本発明においては、制御手段１０によって得られる制御ループによって、保証される。
【０１２３】
高周波成分に関しては、図示の例においては、連結システムは、フレキシブルなものであり、よって、例えば支持体の振動といったような、連結システムに起因する力の伝達を回避することができる。機械加工ツールに対する支持体２１の相対位置に関する作用ではなく、より一般的には、第１部材に対しての第２部材の相対位置に関する作用ではなく、支持体２１から機械加工ツール２２に対して伝達される力に関する直接的な作用は、一方の部材から他方の部材への力の伝達を、特に周波数成分に基づいて、制御することができる。
【０１２４】
機械加工ツール２２に対してのおよび支持体２１に対しての４つの連結システムの取付は、有利には、ボールジョイント手段によって行うことができる。これにより、連結システムは、それら連結システムの長手方向軸線に沿ってのみ、応力を受ける。
【０１２５】
図５には、電磁タイプの連結システムのための電磁タイプのアクチュエータの実際的な実施形態が、図示されている。図３Ｃの変形例として、図５の実施形態は、単一の巻線２０．１だけを備えている。
【０１２６】
例えば、本発明による４つの連結システムの間にわたって、１００ｋｇという負荷を分散させる例が想定される。質量が一様に分散していない場合を仮定すれば、各システムが最大で５０ｋｇという負荷をすなわち５００Ｎという負荷を支持しなければならない状況を、想定することができる。本発明によるアクチュエータは、容積がおよそ３４ｃｍ３ であることにより、この場合には不適切である。
【０１２７】
図６には、図４の機械加工ツールにおいて使用し得るような、なおかつ、図５のアクチュエータを使用しているような、本発明による連結システムの実際的な一実施形態を、図示している。
【０１２８】
この連結システムは、一方向性タイプのものであって、２つの可動部分を互いに接近させるような力だけを提供することができる。
【０１２９】
この連結システムは、支持体２１に対する取付のための部材３０と、機械加工ツール２２に対する取付のための部材３１と、を備えている。
【０１３０】
アクチュエータは、２つの取付部材３０，３１の間に介装されている。
【０１３１】
２つの取付部材の相対的な動きを案内し得るよう、案内手段３４，３６が、設けられている。案内手段３４，３６は、例えば、フレキシブルな金属梁によって形成されている。実際、移動の振幅は、およそ１００μｍであり、金属または金属合金の弾性で十分である。
【０１３２】
有利には、取付部材３０，３１の相対移動を制限し得るよう、軸線方向の係止のための機械的手段が、設けられている。この機械的手段は、この例においては、制御ループを中断させるものである、あるいは、電力供給を遮断させるものである。その場合、２つの取付部材は、機械的に接触する。
【０１３３】
例えば、以下の寸法は、図５に関連して与えられる状況下において、図６の連結システムに関して与えることができる。システムは、６ｃｍという幅Ｌと、７ｃｍという長さｌと、３ｃｍという厚さｅｐと、を有し、容積は、約１２６ｃｍ３ である。
【０１３４】
この大きさは、このタイプの応用において従来より使用されているブッシングの大きさに類似している。しかしながら、本発明においては、同時に、振動の除去に際して改良された効率を提供することができる。当然のことながら、負荷が変動したにしても大きな位置の変化が避けられることにより、非常に良好な静的な位置決めを得ることができる。さらに、ブッシングの硬さよりも数桁小さなものとし得る案内システムの本来的硬さのために、高周波数成分に関しては、非常に良好なフレキシブルさを得ることができる。
【０１３５】
図７には、第２部材４から第１部材２への振動の伝達と、第１部材２内で生成された振動の伝達と、の双方を防止し得るような、本発明による連結システムの実施形態の一変形例が示されている。
【０１３６】
これを達成するために、第２制御ループ４０と、ハイパスフィルタ４４と、が追加されている。第２制御ループ４０は、第１部材２の加速度を測定する手段４２を備えている。図７においては、この加速度は、グラフィック４２．１によって概略的に図示されている。ハイパスフィルタ４４は、加速度信号をフィルタリングするためのものである。
【０１３７】
ハイパスフィルタからの出力信号は、比較器１４へと送出される。このハイパス信号は、設定値から差し引かれる。これにより、アクチュエータは、相対的な振動ではなく一方の部材からの絶対的な振動の高周波数成分を相殺するように、振る舞う。
【０１３８】
この場合、第２部材４は、低周波数成分に関しては、第１部材２の移動を引き起こす。これにより、正確な位置決めを行い得るとともに、第１部材２の加速度の高周波数成分を、第２部材４に対して力を印加することによって相殺することができる。これにより、高周波数成分でもって第１部材２に対して印加される力のバランスを相殺することができる。
【０１３９】
したがって、第２部材４は、第１部材２に対して作用する仲介者として使用され、これにより、第１部材２に現れている振動を相殺することができる。
【０１４０】
例えば、ローパスフィルタ１２のカットオフ周波数は、数ヘルツとすることができる。これにより、周囲の機械の振動（およそ５０Ｈｚ）と、支持体に対する共鳴振動（建物に関して数十ヘルツ）とが、機械加工ツールに対して伝達されることがない。
【０１４１】
ハイパスフィルタ４４に関しては、カットオフ周波数は、ローパスフィルタ１２のそれよりわずかに大きいような、数十ヘルツとすることができる。これにより、第１部材２からの加速度の高周波数成分を相殺するための作用と、第１部材２と第２部材４との相対位置を低周波数成分によって支持する作用と、が干渉しない。
【０１４２】
さらに、上述したように、有利には、システムの安定性を保証し得るよう、制御ループ内に修正器を追加することができる。
【０１４３】
図８には、一方が固定部材とされかつ他方が可動部材とされた２つの部材の組み付けを、本発明による連結システムを使用して行っている実施形態を示す。この実施形態においては、すべての突発的な移動を防止することが望ましく、また、固定部材に対しての可動部材のすべての振動（高周波数成分）を防止することが望ましい。
【０１４４】
連結システムは、第１固定部材１０２と、第２可動部材１０４と、の間に配置される。第２可動部材１０４は、通常は低周波数成分で駆動する駆動システム４６によって、第１固定部材１０２に対して、可動とされている。連結システムは、物理的リンク１０６を備えている。物理的リンクは、使用されている技術のために、高周波数成分でも振動を引き起こすことができる。さらに、可動部材１０４は、また、独自の機械的振動源４８を備えている。
【０１４５】
可動部材１０４の高周波数振動成分を除去し得るよう、本発明においては、ハイパスフィルタ５２を備えたフィードバックループを使用する。この場合、これは、低周波数成分においては非常にフレキシブルでありかつ高周波数成分においては硬いような、リンクである。
【０１４６】
システムは、さらに、部材１０２と部材１０４との相対位置に関するセンサ５０を備えている。この測定値は、ハイパスフィルタ５２へと送出され、出力信号は、比較器１４’に対して入力される。比較器１４’には、ゼロという設定値が入力されている。
【０１４７】
比較器からの出力信号は、その後、連結システムへと、特にアクチュエータへと、送出される。
【０１４８】
第１部材１０２は、参照部材を形成する。
【０１４９】
この例においては、相対移動の高周波数成分はゼロであり、相対移動の低周波数成分が、完全に残される。
【０１５０】
システムは、その後、高周波数成分の力だけを発生させる。これにより、可動部材内における好ましくない振動を制限し得るとともに、駆動システムを妨害しかねないようなすべての低周波数成分の力を伝達させない。第１部材は、固定されているため、振動の高周波数成分は、一切有していない。第２可動部材４は、移動の高周波数成分を有さない。
【０１５１】
同様に、例えば、制御部材と乗客隔室との間に、高周波数成分に関しては硬くかつ低周波数成分に関してはフレキシブルであるようなリンクを配置することによって、制御レバータイプの制御部材またはステアリングホイールの振動を制限することを想定することができる。これにより、制御対象をなすシステムに対しての連結を行っている機械的リンクを介して制御部材に対して通常は伝達される振動は、制御部材と、ユーザーが機械的に連結された制御支持体（乗客隔室）と、の間に配置された本発明によるリンクによって、遮断される。
【０１５２】
本発明は、特に、例えば橋梁パイルといったような土建構造物における耐震システムにおいて、あるいは、力測定システムにおいて、工業的に使用されているブッシングまたはベアリングの代替物として、適用される。なぜなら、本発明により、正確な測定が可能であるからであり、また、システムが静的に変形し得ないからである。
【０１５３】
本発明は、また、潜水艦におけるノイズ防止システムとして（配管の取付部材、機械類、外殻の内面、等）、また、高周波数成分を有しての相対移動を制限するためのシステムとして、適用される。
【図面の簡単な説明】
【０１５４】
【図１】ローパスフィルタを使用した本発明による連結システムの一例を示すブロック図である。
【図２】図１の連結システムを示すブロック図である。
【図３Ａ】連結を具現した一変形例を示すブロック図である。
【図３Ｂ】連結を具現した他の変形例を示すブロック図である。
【図３Ｃ】連結を具現したさらに他の変形例を示すブロック図である。
【図３Ｄ】連結を具現した別の変形例を示すブロック図である。
【図４】本発明による連結システムの、機械ツールのための一実施形態を概略的に示す図である。
【図５】静電アクチュエータを使用した他の連結態様を示す図である。
【図６】本発明による連結システムの一実施形態を示す斜視図である。
【図７】本発明による連結システムの一実施形態の一態様を概略的に示す図である。
【図８】ハイパスフィルタを使用した本発明による連結システムを概略的に示す図である。
【図９】３つの積分レベルを有しているような、本発明による連結システムの第１例を示すブロック図である。
【図１０】３つの積分レベルを有しているような、本発明による連結システムの第２例を示すブロック図である。
【図１１】力センサを有していないような、本発明による連結システムを示すブロック図である。
【符号の説明】
【０１５５】
２  第１部材
４  第２部材
６  リンク
１０  距離を測定するための手段
１２  周波数フィルタ
１４  比較手段
２１  支持体
２２  デバイス
４０  第２制御ループ
４２  加速度を測定するための手段
４４  ハイパスフィルタ
Ｓ  連結システム
【図１】
2008175394.tif 000003
【図２】
2008175394.tif 000004
【図３Ａ】
2008175394.tif 000005
【図３Ｂ】
2008175394.tif 000006
【図３Ｃ】
2008175394.tif 000007
【図３Ｄ】
2008175394.tif 000008
【図４】
2008175394.tif 000009
【図５】
2008175394.tif 000010
【図６】
2008175394.tif 000011
【図７】
2008175394.tif 000012
【図８】
2008175394.tif 000013
【図９】
2008175394.tif 000014
【図１０】
2008175394.tif 000015
【図１１】
2008175394.tif 000016