(57)【要約】      （修正有）【課題】小スペースで高負荷に適用できる流体アクチュエータを提供する。【解決手段】出力軸１１の周囲に張出した複数のディスク１２を有する単一のコア１３と、コア１３の下部を宙に浮かしてコア１３を中空体内に収容し、ディスク１２の上方空隙部に突出した環状突部１５を有するシリンダーケース３１と、ディスク１２間に位置するコア１３の部分と環状突部１５との間に介在し、この両者の上下方向の相対移動を許容し、上下の空間を仕切る環状の小ダイアフラム１７と、シリンダーケース３１の内周面とディスク１２の外周部との間に介在し、この両者の上下方向の相対移動を許容し、上下の空間を仕切る環状の大ダイアフラム１８とからなり、下から奇数段目の小空間１９同士が互いに連通し、加圧流体を供給し、排出する第一流体流路２１ａに連通し、下から偶数段目の小空間１９同士が互いに連通し、加圧流体を供給し、排出する第二流体流路２１ｂに連通している。【選択図】  図１
2005241015.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
出力軸の周囲に張出した複数のディスクを有する単一のコアと、
上部に開口部を設けた中空体の形状を有し、この開口部から上記出力軸の上端を突出させるとともに、上記コアの下部を宙に浮かした状態で上記コアを上記中空体内に収容し、上記ディスクの上方空隙部に突出した環状突部を有するシリンダーケースと、
上記ディスク間に位置する上記コアの部分と上記環状突部との間に介在し、この両者の上下方向の相対移動を許容するとともに、上下の空間を仕切る環状の小ダイアフラムと、
上記シリンダーケースの内周面と上記ディスクの外周部との間に介在し、この両者の上下方向の相対移動を許容するとともに、上下の空間を仕切る環状の大ダイアフラムとからなり、
上記小ダイアフラム或いは上記シリンダーケースの底部と上記大ダイアフラムとの間に、上下に並ぶ複数の小空間を有し、
下から奇数段目の上記小空間同士が互いに連通するとともに、この内の少なくとも一個の小空間が加圧流体を供給し、排出する第一流体流路に連通し、
下から偶数段目の上記小空間同士が互いに連通するとともに、この内の少なくとも一個の小空間が加圧流体を供給し、排出する第二流体流路に連通し、
上記小空間の各々における上記大ダイアフラム側の有効受圧面積が上記小ダイアフラム側の有効受圧面積よりも大きいこと
を特徴とする流体アクチュエータ。
【請求項２】
上部が開口したシリンダーケースと、
このシリンダーケースの内部に配置された単一のコアと、
上記シリンダーケースと上記コアとの間に介設され、この両者の上下方向の相対移動を妨げることのない小ダイアフラムと、
上記コアと上記シリンダーケースとの間に上記小ダイアフラムと交互に介設され、この両者の上下方向の相対移動を妨げることのない、かつ上記小ダイアフラムよりも大きい有効受圧面積を有する大ダイアフラムと、
上記小ダイアフラム或いは上記シリンダーケースの底部と上記大ダイアフラムとの間に形成される下から奇数段の小空間への加圧流体の供給、およびこの小空間内の流体の排出を制御弁を介して行わせる第一流体流路と、
上記小ダイアフラムと上記大ダイアフラムとの間に形成される下から偶数段の小空間に加圧流体への供給、およびこの小空間内の流体の排出を制御弁を介して行わせる第二流体流路とを備え、
上記第一流体流路からの流体圧力の動的圧力成分と上記第二流体流路からの流体圧力成分の動的圧力成分を逆位相或いは同位相にする流体アクチュエータ。
【請求項３】
上部および下部が開口したシリンダーケースと、
このシリンダーケースの内部に配置された単一のコアと、
上記シリンダーケースと上記コアとの間に介設され、この両者の上下方向の相対移動を妨げることのない小ダイアフラムと、
上記コアと上記シリンダーケースとの間に介設され、この両者の上下方向の相対移動を妨げることのない、かつ上記小ダイアフラムよりも大きい有効受圧面積を有する大ダイアフラムと、
上記小ダイアフラムと上記大ダイアフラムとの間に形成される小空間に加圧流体を供給するとともに、この小空間内の流体を排出させる流体流路とを備えた流体アクチュエータ。
【請求項４】
上部および下部が開口したシリンダーケースと、
このシリンダーケースの内部に配置された単一のコアと、
上記シリンダーケースと上記コアとの間に介設され、この両者の上下方向の相対移動を妨げることのない小ダイアフラムと、
上記コアと上記シリンダーケースとの間に上記小ダイアフラムと交互に介設され、この両者の上下方向の相対移動を妨げることのない、かつ上記小ダイアフラムよりも大きい有効受圧面積を有する大ダイアフラムと、
上記小ダイアフラムと上記大ダイアフラムとの間に形成される下から奇数段、或は偶数段の小空間に加圧流体を供給するとともに、この小空間内の流体を排出させる流体流路と、
上記小ダイアフラムと上記大ダイアフラムとの間に形成されるとともに、上記流体流路に連通していない小空間を大気に連通させる開口部とを備えた流体アクチュエータ。
【請求項５】
上部および下部が開口したシリンダーケースと、
このシリンダーケースの内部に配置された単一のコアと、
上記シリンダーケースと上記コアとの間に介設され、この両者の上下方向の相対移動を妨げることのない小ダイアフラムと、
上記コアと上記シリンダーケースとの間に上記小ダイアフラムと交互に介設され、この両者の上下方向の相対移動を妨げることのない、かつ上記小ダイアフラムよりも大きい有効受圧面積を有する大ダイアフラムと、
上記小ダイアフラムと上記大ダイアフラムとの間に形成される下から奇数段、或は偶数段の小空間に加圧流体を供給するとともに、この小空間内の流体を排出させる第一流体流路と、
上記小ダイアフラムと上記大ダイアフラムとの間に形成されるとともに、上記流体流路に連通していない小空間に加圧流体を供給するとともに、この小空間内の流体を排出させる第二流体流路とを備えた流体アクチュエータ。
【請求項６】
上記請求項１〜５のいずれかに記載の流体アクチュエータと、これに直列に結合された振動アクチュエータとからなるハイブリッドアクチュエータ。
【請求項７】
上記請求項１〜５のいずれかに記載の流体アクチュエータと、これに直列に結合された弾性部材および振動アクチュエータとからなるハイブリッドアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば高精度測定機器、半導体製造装置の除振に好適な流体アクチュエータおよびこれを用いたハイブリッドアクチュエータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、空気ばね、エアシリンダ、油圧シリンダ等の流体アクチュエータは周知である（例えば、特許文献１および２参照）。
【特許文献１】特公平７−７６５７６号公報
【特許文献２】特開平３−２１９１４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
これらの流体アクチュエータの場合、内圧と有効受圧面積で決定される支持荷重、或いは作動力を有する一方、供給される流体の圧力に制限がある。このため、この流体アクチュエータを高負荷に適用できるようにすれば、上記有効受圧面積を大きくするしかない。
【０００４】
例えば、特許文献１及び２に振動を抑制するために空気ばねを用いた装置が開示されているが、これらの空気ばねによる力を増大させるには空気ばねの数を増大させる必要がある。
【０００５】
精密加工の分野では、クリーンな環境の維持コストの上昇を低減させるために、精密加工に悪影響を及ぼすことなく設備の集約度を高めることが求められている。一方、機器の大型化、高速化の要求があり、機器に対する単位面積当りの支持能力および制御力の向上が益々必要となっている。即ち、小さなスペースで大きな制御力を発生させ、周波数の広い範囲で振動制御能力を向上させることが要求されている。このため、流体アクチュエータの数を増やして有効受圧面積を増大させることができないという問題がある。
【０００６】
本発明は、上述した問題点をなくすことを課題としてなされたもので、小さいスペースで高負荷に適用することを可能とした流体アクチュエータおよびこれを用いたハイブリッドアクチュエータを提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、第一発明は、出力軸の周囲に張出した複数のディスクを有する単一のコアと、上部に開口部を設けた中空体の形状を有し、この開口部から上記出力軸の上端を突出させるとともに、上記コアの下部を宙に浮かした状態で上記コアを上記中空体内に収容し、上記ディスクの上方空隙部に突出した環状突部を有するシリンダーケースと、上記ディスク間に位置する上記コアの部分と上記環状突部との間に介在し、この両者の上下方向の相対移動を許容するとともに、上下の空間を仕切る環状の小ダイアフラムと、上記シリンダーケースの内周面と上記ディスクの外周部との間に介在し、この両者の上下方向の相対移動を許容するとともに、上下の空間を仕切る環状の大ダイアフラムとからなり、上記小ダイアフラム或いは上記シリンダーケースの底部と上記大ダイアフラムとの間に、上下に並ぶ複数の小空間を有し、下から奇数段目の上記小空間同士が互いに連通するとともに、この内の少なくとも一個の小空間が加圧流体を供給し、排出する第一流体流路に連通し、下から偶数段目の上記小空間同士が互いに連通するとともに、この内の少なくとも一個の小空間が加圧流体を供給し、排出する第二流体流路に連通し、上記小空間の各々における上記大ダイアフラム側の有効受圧面積が上記小ダイアフラム側の有効受圧面積よりも大きい構成とした。
【０００８】
第二発明は、上部が開口したシリンダーケースと、このシリンダーケースの内部に配置された単一のコアと、上記シリンダーケースと上記コアとの間に介設され、この両者の上下方向の相対移動を妨げることのない小ダイアフラムと、上記コアと上記シリンダーケースとの間に上記小ダイアフラムと交互に介設され、この両者の上下方向の相対移動を妨げることのない、かつ上記小ダイアフラムよりも大きい有効受圧面積を有する大ダイアフラムと、上記小ダイアフラム或いは上記シリンダーケースの底部と上記大ダイアフラムとの間に形成される下から奇数段の小空間への加圧流体の供給、およびこの小空間内の流体の排出を制御弁を介して行わせる第一流体流路と、上記小ダイアフラムと上記大ダイアフラムとの間に形成される下から偶数段の小空間に加圧流体への供給、およびこの小空間内の流体の排出を制御弁を介して行わせる第二流体流路とを備え、上記第一流体流路からの流体圧力の動的圧力成分と上記第二流体流路からの流体圧力成分の動的圧力成分を逆位相或いは同位相にする構成とした。
【０００９】
第三発明は、上部および下部が開口したシリンダーケースと、このシリンダーケースの内部に配置された単一のコアと、上記シリンダーケースと上記コアとの間に介設され、この両者の上下方向の相対移動を妨げることのない小ダイアフラムと、上記コアと上記シリンダーケースとの間に介設され、この両者の上下方向の相対移動を妨げることのない、かつ上記小ダイアフラムよりも大きい有効受圧面積を有する大ダイアフラムと、上記小ダイアフラムと上記大ダイアフラムとの間に形成される小空間に加圧流体を供給するとともに、この小空間内の流体を排出させる流体流路とを備えた構成とした。
【００１０】
第四発明は、上部および下部が開口したシリンダーケースと、このシリンダーケースの内部に配置された単一のコアと、上記シリンダーケースと上記コアとの間に介設され、この両者の上下方向の相対移動を妨げることのない小ダイアフラムと、上記コアと上記シリンダーケースとの間に上記小ダイアフラムと交互に介設され、この両者の上下方向の相対移動を妨げることのない、かつ上記小ダイアフラムよりも大きい有効受圧面積を有する大ダイアフラムと、上記小ダイアフラムと上記大ダイアフラムとの間に形成される下から奇数段、或は偶数段の小空間に加圧流体を供給するとともに、この小空間内の流体を排出させる流体流路と、上記小ダイアフラムと上記大ダイアフラムとの間に形成されるとともに、上記流体流路に連通していない小空間を大気に連通させる開口部とを備えた構成とした。
【００１１】
第五発明は、上部および下部が開口したシリンダーケースと、このシリンダーケースの内部に配置された単一のコアと、上記シリンダーケースと上記コアとの間に介設され、この両者の上下方向の相対移動を妨げることのない小ダイアフラムと、上記コアと上記シリンダーケースとの間に上記小ダイアフラムと交互に介設され、この両者の上下方向の相対移動を妨げることのない、かつ上記小ダイアフラムよりも大きい有効受圧面積を有する大ダイアフラムと、上記小ダイアフラムと上記大ダイアフラムとの間に形成される下から奇数段、或は偶数段の小空間に加圧流体を供給するとともに、この小空間内の流体を排出させる第一流体流路と、上記小ダイアフラムと上記大ダイアフラムとの間に形成されるとともに、上記流体流路に連通していない小空間に加圧流体を供給するとともに、この小空間内の流体を排出させる第二流体流路とを備えた構成とした。
【００１２】
第六発明は、上記第一〜五発明のいずれかに係る流体アクチュエータと、これに直列に結合された振動アクチュエータとからなる構成とした。
【００１３】
第七発明は、上記第一〜五発明のいずれかに係る流体アクチュエータと、これに直列に結合された弾性部材および振動アクチュエータとからなる構成とした。
【発明の効果】
【００１４】
以上の説明より明らかなように、本発明によれば、小さいスペースで高負荷に適用することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
次に、本発明の実施形態を図面にしたがって説明する。
図１は、本発明の第一実施形態に係る流体アクチュエータ２Ａを示し、出力軸１１の周囲に張出した３枚のディスク１２を有する単一のコア１３と、上部に開口部１４を設けた中空体の形状を有し、この開口部１４から出力軸１１の上端を突出させるとともに、コア１３の下部を宙に浮かした状態でコア１３を上記中空体内に収容し、ディスク１２，１２間の空隙部に突出した環状突部１５を有するシリンダーケース３１とからなっている。
【００１６】
ディスク１２，１２間に位置するコア１３の部分と環状突部１５との間には、この両者の上下方向の相対移動を許容するとともに、上下の空間を仕切る小ダイアフラム１７を介在させるとともに、シリンダーケース３１の内周面とディスク１２の外周部との間には、この両者の上下方向の相対移動を許容するとともに、上下の空間を仕切る大ダイアフラム１８を介在させてある。これにより、シリンダーケース３１内の空間は、上下に隣合う三個の小空間１９に分割されている。なお、小空間１９における大ダイアフラム１８側の有効受圧面積は小ダイアフラム１７側の有効受圧面積よりも大きい。この小ダイアフラム１７および大ダイアフラム１８は、シール機能を備え、かつその内周側の部材および外周側の部材の上下方向に関する相対的な変位を可能にする部材からなっている。
【００１７】
シリンダーケース３１内の各小空間１９は大気とは連通しておらず、最上部の小空間１９は小ダイアフラム１７により外部とは遮断されている。また、下から奇数段目、即ち第一、第三および第五段目の小空間１９は互いに連通している。これらを連通させる方法は種々あり、限定するものではないが、ここに示す実施形態では、出力軸１１に形成された貫通孔２０により第一、第三および第五段目の小空間１９のそれぞれは連通している。この貫通孔２０の断面は流体摩擦を小さくするために出来るだけ大きくするのが好ましい。さらに、上記第三段目の小空間１９は、加圧流体を供給し、排出する第一流体流路２１ａに接続しており、第一、第三および第五段目の小空間１９は直列に配置された状態になっている。
【００１８】
一方、下から偶数段目の各小空間１９はシリンダーケース３１の壁部に形成された貫通孔３２により互いに連通している。また、この貫通孔３２は、加圧流体を供給し、排出する第二流体流路２１ｂに接続しており、この偶数段目の各小空間１９は並列に配置された状態になっている。
【００１９】
第一、第二流体流路２１ａ，２１ｂには、流体の流れを制御するための制御弁２３が設けられており、この制御弁２３により流体アクチュエータ２Ａが制御される。この流体としては、例えば空気、窒素、二酸化炭素やヘリウム等の気体の他に、油が好適である。
【００２０】
斯かる構成により下から奇数段目の小空間１９の各々が独立した単一の流体アクチュエータとして機能するとともに、これらとは別個に下から偶数段目の小空間１９の各々が独立した単一の流体アクチュエータとして機能する故に、流体アクチュエータ２Ａは、一個の小空間１９に対応する単一の空気ばね或いはエアシリンダ或いは油圧シリンダのような流体アクチュエータの設置面積で複数個の流体アクチュエータの能力を合計した能力を有する。したがって、この流体アクチュエータ２Ａにより設置スペースが小さくても高負荷に適用することが可能となる。
【００２１】
具体的には、例えば第一流体流路２１ａおよび第二流体流路２１ｂから供給される流体の圧力には静的圧力成分と動的圧力成分とが含まれている。第一流体流路２１ａと第二流体流路２１ｂの動的圧力成分が逆位相の場合、第一流体流路２１ａの流体の圧力に基づく力と第二流体流路２１ｂの流体の圧力に基づく力とが加算され、加算された力が出力軸１１に作用する。これに対して、第一流体流路２１ａと第二流体流路２１ｂの動的圧力成分が同位相の場合、第一流体流路２１ａの流体の圧力に基づく力と第二流体流路２１ｂの流体の圧力に基づく力とが打消し合い、両者の差として残る力が出力軸１１に作用する。したがって、第一流体流路２１ａと第二流体流路２１ｂを用いた流体アクチュエータ２Ａでは、出力軸１１を第一流体流路２１ａと第二流体流路２１ｂのそれぞれの圧力に基づく力がバランスした位置に保つことができるのに加えて、第一流体流路２１ａと第二流体流路２１ｂのそれぞれの静的圧力成分に基づく力を互いに打消させ、それぞれの動的圧力成分のみを被駆動体に作用させることができる。
【００２２】
なお、本発明は、加圧流体が流出入する下から奇数段目の小空間１９同士を、上述したように貫通孔２０を介して連通させることにより直列に配置した状態にせずに、これらの小空間１９が直接、第一流体流路２１ａに連通するようにすることにより並列に配置した状態にあるように形成した流体アクチュエータも含むものである。
【００２３】
また、下から偶数段目の小空間１９についても、同様に貫通孔３２を介することなく、直接第二流体流路２１ｂに連通させるようにしてもよい。
【００２４】
図２は、本発明の第二実施形態に係る流体アクチュエータ２Ｂを示し、上述した流体アクチュエータ２Ａと互いに共通する部分については、同一番号を付して説明を省略する。
この流体アクチュエータ２Ｂは、下から奇数段目の小空間１９をシリンダーケース３１の壁部に形成した貫通孔３３により互いに連通させたものである。貫通孔２０に代えて貫通孔３３を設けた点を除き、流体アクチュエータ２Ｂは流体アクチュエータ２Ａと実質的に同じである。この流体アクチュエータ２Ｂでは、偶数段目の小空間１９だけでなく、奇数段目の小空間１９も並列に配置された状態になっている。
【００２５】
ところで、第一、第二実施形態のような、コア１３の上部のみが露出し、二種類の流体流路、即ち第一流体流路２１ａと第二流体流路２１ｂに接続された第二のタイプの流体アクチュエータの場合、奇数段目の小空間１９については上記式がそのまま適用されるが、偶数段目の小空間１９については、有効受圧面積Ｓは次式で表される。
Ｓ＝ｎ・（Ａ−ａ）
ａ：小ダイアフラム１７の有効受圧面積
Ａ：大ダイアフラム１８の有効受圧面積
ｎ：加圧流体が出入りし、かつ互いに連通する小空間１９の個数
【００２６】
図３は、本発明の第三実施形態に係る流体アクチュエータ２Ｃを示し、図３において、上述した流体アクチュエータと共通する部分については、互いに同一番号を付してあり、その説明を省略する。
【００２７】
この流体アクチュエータ２Ｃでは、シリンダーケース１６或は３１の底面とこれに対向するディスク１２との間に弾性部材３４が設けられている。この弾性部材３４は、例えばエラストマやゴム、或はばね等からなっているが、これらに限定するものではない。また、異なる種類の部材を組合せて、或はそれらの部材を積層して弾性部材３４を形成してもよい。
【００２８】
このように、上述した流体アクチュエータ２Ａの中に弾性部材３４を、流体アクチュエータ２Ａに対して並列に、即ち流体アクチュエータ２Ａによる駆動方向を拘束するように組込み、流体アクチュエータ２Ａだけの場合より大きなばね定数で被駆動体に対して力を作用させ得るようになっている。
【００２９】
図３に示す流体アクチュエータ２Ｃと同様に、図２に示す流体アクチュエータ２Ｂに弾性部材３４を適用できる。本発明はこの弾性部材３４を適用した上述したタイプの別の流体アクチュエータをも含んでいる。
【００３０】
図４は流体アクチュエータ２Ａの適用例を示したものである。
図において、５１は被駆動体を示し、この被駆動体５１は定盤５１ａとその上に載置された振動制御対象、例えば精密機器５１ｂとからなっている。また、図では、四個の流体アクチュエータ２Ａにより被駆動体５１を支持し、一個のセンサ５２により被駆動体５１の速度、加速度等の運動状態を検出するようにしてある。しかしながら、剛体系の制御対象は６自由度を有しており、すべての自由度について制御を行うためには、最低６個のセンサと６個のアクチュエータが必要である。通常、この最小数で上記制御を実現しようとすると設置場所が限定されるため、矩形の四隅に計８個のアクチュエータを配置して上記制御が行われる。
【００３１】
したがって、図４に示す適用例の場合も、図示する流体アクチュエータ２Ａの他に、例えば図４に表れている定盤５１ａの面およびこれに平行な定盤５１ａの面に当接する２個の流体アクチュエータ２Ａが配置されている。また、図示するセンサ５２の他に、少なくとも５個のセンサが設けられている。センサ５２を含め、これらの６個のセンサにより、制御の目的に応じて、被駆動体５１の位置、角度、速度、加速度、或いは流体アクチュエータ１Ａ内の加圧流体の圧力等が検出される。一般的に、このセンサ５２からの信号が変位を示す場合は、被駆動体５１の位置および姿勢制御に用いられ、加速度を示す場合は、振動制御に用いられる。
【００３２】
センサ５２および他の５個のセンサからコントローラ５３に検出信号が入力され、この検出信号に基づきコントローラ５３から各流体アクチュエータ２Ａ毎に設けられる制御弁２３、例えばサーボ弁に対して制御信号が出力される。なお、流体アクチュエータ２Ａの上述した奇数段目の小空間１９に通じる第一流体流路２１ａに介在する制御弁２３および上述した偶数段目の小空間１９に通じる第二流体流路２１ｂに介在する他の制御弁２３が設けられている。また、上記サーボ弁自体は周知であり、図示しない入力ポートと出力ポートと制御ポートを有している。さらに、入力ポートは加圧流体供給源５５に接続され、制御ポートは第一流体流路２１ａ或いは第二流体流路２１ｂに接続され、上述した小空間１９に連通し、出力ポートは大気に開放されている。そして、制御弁２３は、コントローラ５３から出力される制御信号である電圧信号に応答して作動し、加圧流体供給源５５からの流体を介してこの電圧に比例した制御力を小空間１９に発生させるようになっている。言うまでもなく、この加圧流体はある場合には小空間１９に供給され、ある場合には小空間１９から排出される。
【００３３】
このようにして、流体アクチュエータ２Ａの制御が行われ、被駆動体５１に対して目的に応じた駆動力の作用が得られる。例えば、被駆動体５１に対する除振或いは位置および姿勢制御等が行われる。
【００３４】
ところで、この制御弁２３は電気式のものに限らず、機械式のものでもよく、その一例が上述した特許文献２に開示されている。この特許文献２に記載の制御弁はレバーで作動させるようにした機械式三方切換弁で、空気ばねを用いた除振台定盤の位置制御を行っている。即ち、このレバーの先端を定盤に接触させてその位置を監視し、この制御弁のプランジャを定盤の変位量に比例した量だけスライドさせるようにプランジャの元の位置からの変位量だけ制御弁の流体の給排が行なわれる。
【００３５】
図４における、流体アクチュエータ２Ａに代えて、上述した流体アクチュエータ２Ｂ，２Ｃおよびこれらと同種の、即ち第一流体流路２１ａ、第二流体流路２１ｂに接続されたタイプの別の流体アクチュエータが適用できることは言うまでもない。
【００３６】
なお、流体アクチュエータ２Ａ，２Ｂ或いは２Ｃ及びこれらと同種の流体アクチュエータに関しては、必ずしも図４に示すように流体アクチュエータを被駆動体５１の両側に対向させて配置して適用する必要はない。
【００３７】
即ち、図５に示すように、被駆動体５１の対向する二つの面に関して、その一方の面に第一流体流路２１ａ、第二流体流路２１ｂに接続されたタイプの流体アクチュエータ、例えば流体アクチュエータ２Ａの出力軸１１を固定することにより上記同様に被駆動体５１に対して制御力を作用させることができる。このように、流体アクチュエータ２Ａの場合は対向する面のいずれかの一面に配置するだけで静圧バランスを保つことができる。流体アクチュエータ２Ｂ，２Ｃについても流体アクチュエータ２Ａと同様である。
【００３８】
なお、上述した適用例において、一個のセンサからの信号を複数の制御弁の制御のために使ってもよく、逆に複数のセンサからの信号を一個の制御弁の制御のために使ってもよい。
【００３９】
また、本発明に係る流体アクチュエータを被駆動体に適用する場合、好ましくは被駆動体からの力が流体アクチュエータの出力軸に対してその長手方向に直交する方向の剪断力として作用しないようにするのがよい。即ち、上記出力軸と被駆動体との間に上記剪断力を逃がす部材或いは機構を介在させるか、上記出力軸そのものを上記剪断力を吸収するように形成するのが望ましい。上記長手方向の力は伝える一方、上記剪断力を吸収する部材は周知であり、例えば上述した特許文献２にも開示されているように、斯かる部材には線材、金属板とゴムとの積層体がある。
【００４０】
次に、上述した本発明に係る流体アクチュエータを用いたハイブリッドアクチュエータについて説明する。
図６は、上述した流体アクチュエータ２Ａを用いたハイブリッドアクチュエータ６２Ａの適用例を示している。このハイブリッドアクチュエータ６２Ａは、直列に配置された流体アクチュエータ２Ａと振動アクチュエータ７１とを備えている。この配置順序は限定されないが、図示するハイブリッドアクチュエータ６２Ａの場合、流体アクチュエータ２Ａと被駆動体５１との間に振動アクチュエータ７１が設けられている。
【００４１】
流体アクチュエータ２Ａに接続された第一、第二流体流路２１ａ，２１ｂは加圧流体供給源５５から延びており、この第一、第二流体流路２１ａ，２１ｂに設けられた制御弁２３ａには応答性のよい電気駆動式のサーボバルブが用いられている。以下、加圧流体供給源５５からの流体がその一例である気体であるとして説明する。
【００４２】
この制御弁２３ａは、加圧流体供給源５５に連通する給気ポート、小空間１９に連通する制御ポートおよび大気に連通する排気ポートを有する電磁式三方弁である。この制御弁２３ａにより、加圧流体供給源５５から上述した小空間１９に導かれる加圧気体の流量と小空間１９から排出される気体の流量が調節される。そして、制御弁２３ａがこの加圧気体の供給流量を最大とする第一の状態にある場合は、加圧流体供給源５５から小空間１９に導かれた加圧気体の圧力によりディスク１２はこの小空間１９を拡大するように作動する。一方、制御弁２３ａが加圧気体の排出流量を最大とする第二の状態にある場合は、小空間１９内の気体が流出してゆく結果、気体の圧力の作用は弱くなり、ディスク１２は第一の状態の場合とは逆方向に作動する。
【００４３】
振動アクチュエータ７１は、印加される電圧により歪が生じる圧電素子、或は磁界の作用を受けて歪が生じる超磁歪素子等の固体素子を内蔵した固体素子アクチュエータの他に、ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）のようなリニアモータを含んでいる。流体アクチュエータ２Ａの作動に加えて、この振動アクチュエータ７１が、上下方向に伸縮することにより、被駆動体５１に対して上向き或は下向きの力が作用させられる。
【００４４】
被駆動体５１には、上下方向における被駆動体５１の振動状態を検出する振動センサ７２が設けられており、この振動センサ７２から振動状態を示す検出信号がコントローラ７３に入力される。また、流体アクチュエータ２Ａにはこの流体アクチュエータ２Ａに対する被駆動体５１の上下方向の相対的な変位を検出する変位センサ７４が設けられており、この変位センサ７４からの検出信号がコントローラ７３に入力される。これらの検出信号に基づいてコントローラ７３からアクチュエータドライバとバルブドライバの両機能を有するドライバ７５に制御信号が送られ、このドライバ７５により振動アクチュエータ７１が作動させられる。さらに、このドライバ７５により制御弁２３ａの上記制御ポートにおける空気の流れが制御され、即ちドライバ７５により第一流体流路２１ａおよび第二流体流路２１ｂの各制御弁２１ａが制御され、これにより、被駆動体５１に対して上下二方向の力を積極的に作用させ得るようになっている。
【００４５】
なお、変位センサ７４を流体アクチュエータ２Ａに代えて被駆動体５１に設けて、この変位センサ７４により被駆動体５１に対する流体アクチュエータ２Ａの相対的な変位を検出するようにしてもよい。
【００４６】
さらに、具体的には、コントローラ７３では、入力信号の高周波成分と低周波成分とが分けられ、この高周波成分に基づく制御信号をドライバ７５の振動アクチュエータドライバ部に入力し、低周波成分に基づく制御成分をドライバ７５のバルブドライバ部に入力するようにしてある。上記振動アクチュエータドライバ部は振動アクチュエータ７１に接続し、上記バルブドライバ部は制御弁２３ａの弁体駆動部に接続している。そして、振動アクチュエータ７１により高周波数の駆動力が、また制御弁２３ａを介して流体アクチュエータ２Ａにより低周波数の駆動力が被駆動体５１に作用させられる。
【００４７】
このように、このハイブリッドアクチュエータ６２Ａは、流体アクチュエータ２Ａ、振動アクチュエータ７１のそれぞれに振動制御の役割も分担させたもので、被駆動体５１の振動信号を振動アクチュエータ７１にフィードバックするだけでなく、流体アクチュエータ２Ａの駆動を制御する制御弁２３ａにもフィードバックするようにしたものである。もちろん被駆動体５１についての信号に限らず、ハイブリッドアクチュエータ６２Ａの設置部、例えば床面から検出される地動信号をコントローラ７３に入力し、上述した信号の他にこの地動信号も加味してフィードフォワード制御を行っても良い。即ち、同時駆動の方法を限定するものではない。この場合、振動アクチュエータ７１の動特性および流体アクチュエータ２Ａの動特性のそれぞれに適合した操作信号をコントローラ７３により分離し、生成するようにすればよい。この生成の仕方については本願の主眼としないので省略するが、ストロークの違いや応答特性の違いに基づいて帯域によりゲインを変えた制御を行うことは従来より一般的に行われていることである。
【００４８】
なお、コントローラ７３で必ずしも入力信号の高周波成分と低周波成分とを分ける必要はない。例えば、少なくとも振動アクチュエータ７１と流体アクチュエータ２Ａの内、いずれか一方の動特性（例：比例型、積分型、微分型）に適合したプリフィルタをコントローラ７３の二次側に介在させる。そして、このプリフィルタが振動アクチュエータ７１と流体アクチュエータ２Ａの上記動特性に適合する場合には、コントローラ７３からの信号をこのプリセットフィルタを介して振動アクチュエータ７１と流体アクチュエータ２Ａに適合した信号になるように生成するようにすればよい。また、上記プリフィルタが振動アクチュエータ７１と流体アクチュエータ２Ａの内、一方の上記動特性に適合する場合には、コントローラ７３からの信号をこのプリセットフィルタを介してこの一方に適合した信号になるように生成するようにすればよい。これにより、振動センサ７２からの信号に基づき、コントローラ７３から一種類の信号のみを出力すればよくなる。
【００４９】
図６に示すハイブリッドアクチュエータ６２Ａにおいて、流体アクチュエータ２Ａに代えて、流体アクチュエータ２Ｂ，２Ｃを含め、他の同種のタイプの流体アクチュエータを適用してもよい。
【００５０】
また、上述した適用例において、流体アクチュエータと直列に弾性部材を介在させてもよく、この弾性部材と流体アクチュエータとの結合順序は限定されない。
【００５１】
さらに、図６に示すハイブリッドアクチュエータ６２Ａにおいて、流体アクチュエータの小空間１９の厚みは数十〜数百μｍにして、流体アクチュエータのばね定数を大きくするのが好ましい。
【００５２】
図７は、小空間１９の数を除き、上述した第一施形態と実質的に同様な流体アクチュエータ２Ｄを用いたハイブリッドアクチュエータ６２Ｂの適用例を示し、上述したハイブリッドアクチュエータと共通する部分については、互いに同一番号を付して説明を省略する。
このハイブリッドアクチュエータ６２Ｂは直列に配置された流体アクチュエータ２Ｄと振動アクチュエータ７１とを備えている。流体アクチュエータ２Ｄの上端部の内側に環状突部１５が形成され、ディスク１２の下方の小空間１９から受ける力とは反対方向の力を受ける上部受圧面８３の中心部から小ダイアフラム１７を介して環状突部１５の上方空間部に露出する部分、図示する例では突出部８４を有するように形成されている。なお、この露出する部分は必ずしも上部受圧面８３から突出している必要はなく、上部受圧面８３の平らな上面の一部であってもよい。
【００５３】
流体流路２１は第一流体流路２１ａと第二流体流路２１ｂに分かれ、第一流体流路２１ａ、第二流体流路２１ｂのそれぞれが別個に制御弁２３ａを介して小空間１９に連通している。
【００５４】
さらに、振動センサ７２および変位センサ７４による各検出信号をコントローラ７３に入力し、この検出信号に基づいてコントローラ７７からドライバ７５を介して振動アクチュータ７１および二つの制御弁２３ａを制御するようになっている。したがって、二つの小空間１９の内圧は別個に制御される。
【００５５】
このハイブリッドアクチュエータ６２Ｂは、ハイブリッドアクチュエータ６１Ｅの駆動力の減少の問題を解決し、位置制御と振動制御の問題を切り放すことができるようにしたものである。流体アクチュエータ２Ｄの対向する駆動部として働く第一段の小空間１９および第二段の小空間１９が別個に形成されることにより、相互の圧力差が位置の変化に寄与し、流体アクチュエータ２Ｄ内の流体圧力による荷重の分担を限りなく小さくすることが可能となる。即ち、荷重は弾性部材３４に負担させ、ディスク１２の上、下面が流体から受ける力を同じにすることにより流体アクチュエータ２Ｄに荷重を負担させないようにすることができる。よって，流体圧力がゼロの場合と流体圧力が付加されたときの被駆動体５１の位置の変化を限りなくゼロに近づけることができる。除振装置に利用される場合には非通電時と通電時とで流体アクチュエータ２Ｄの荷重条件が変わらないという効果を得ることができる。
【００５６】
図８は、図７に示す流体アクチュエータ２Ｄを用いた別のハイブリッドアクチュエータ６２Ｃの適用例を示し、上述したハイブリッドアクチュエータと共通する部分については、互いに同一番号を付して説明を省略する。
【００５７】
このハイブリッドアクチュエータ６２Ｃでは、振動アクチュエータ７１は横方向に動作する固体素子或はリニアモータを有しており、かつ両側に配置された二つの弾性部材８５により常時両側から押圧された状態となっている。また、図示する例では被駆動体５１と振動アクチュエータ７１との間に上下方向の振動状態を検出する振動センサ、横方向の振動状態を検出する振動センサ、さらに制御内容により横方向の変位を検出する変位センサを設けたセンサーユニット８６を介在させてある。
【００５８】
そして、各センサからの検出信号をコントローラ７３に入力し、この検出信号に基づいてコントローラ７３からドライバ７４を介して振動アクチュエータ７１および二つの制御弁２３ａを制御するようになっている。なおこの場合、振動アクチュエータ７１において上下方向に動作する固体素子と横方向に動作する固体素子或はリニアモータとは独立して制御される。
【００５９】
なお、弾性部材８５に代えて上述した流体アクチュエータを用いて、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸方向の駆動、さらにＺ軸方向の駆動を行うようにしてもよい。
【００６０】
図９は、上述した流体アクチュエータ２Ｄを用いた別のハイブリッドアクチュエータ６２Ｄの適用例を示し、上述したハイブリッドアクチュエータと共通する部分については、互いに同一番号を付して説明を省略する。
【００６１】
このハイブリッドアクチュエータ６２Ｄでは、その設置部、例えば床面の上下方向の振動を検出する地動センサーユニット８７を上記設置部と流体アクチュータ２Ｄとの間に介在させ、この地動センサーユニット８７により検出された地動信号をコントローラ７３に入力し、変位センサ７４、センサーユニット８６およびこの地動センサーユニット８７からの信号に基づいてドライバ７５を介して振動アクチュエータ７１および二つの制御弁２３ａを制御するようになっている。
【００６２】
図１０は、図７に示す流体アクチュエータ２Ｄを用いた別のハイブリッドアクチュエータ６２Ｅの適用例を示し、上述したハイブリッドアクチュエータと共通する部分については、互いに同一番号を付して説明を省略する。
【００６３】
このハイブリッドアクチュエータ６２Ｅでは、振動アクチュエータ７１と被駆動体５１との間に、直列に配置した弾性支持体８８および付加質量体８９を介在させてある。そして、変位センサ７４およびセンサーユニット８６に収容した各種センサによる検出信号をコントローラ７３に入力し、これらの各信号に基づいてドライバ７５を介して振動アクチュエータ７１および二つの制御弁２３ａを制御するようになっている。
【００６４】
このハイブリッドアクチュエータ６２Ｅは、二重防振系へのアプリケーションである．付加質量体８９を使うことにより、低周波数領域で共振点を生じることなく、高域の振動遮断特性を向上させたものである。
【００６５】
なお、本発明は振動アクチュエータを下方に配置し、その上に流体アクチュエータを配置したハイブリッドアクチュエータをも含むものである。また、上述した弾性部材７６は必ずしも設ける必要はない。
【００６６】
次に、コアの上部および下部が露出し、一種類の流体流路に接続された第三のタイプの流体アクチュエータ、およびコアの上部および下部が露出し、二種類の流体流路に接続された第四のタイプの流体アクチュエータについて説明する。
【００６７】
図１１は、本発明の第五実施形態に係る流体アクチュエータ４Ａおよびその適用例を示し、上述した流体アクチュエータと共通する部分については、互いに同一番号を付して説明を省略する。
【００６８】
この流体アクチュエータ４Ａは、上部および下部が開口したシリンダーケース９３内の環状突部１５とコア９４との間に小ダイアフラム１７を有するとともに、コア９４から突出したディスク１２とシリンダーケース９３の内周部との間に大ダイアフラム１８を有している。また、小ダイアフラム１７の上下に二つの小空間１９が形成され、その一方は第一流体流路２１ａに連通し、他方は第二流体流路２１ｂに連通している。
【００６９】
図１２は、本発明の第六実施形態に係る流体アクチュエータ４Ｂおよびその適用例を示し、上述した流体アクチュエータと共通する部分については、互いに同一番号を付して説明を省略する。
【００７０】
この流体アクチュエータ４Ａは、貫通孔２２により互いに連通した第一段、第三段の小空間１９と、貫通孔３４により互いに連通した第二段、第四段の小空間１９とを有している。貫通孔３４は第一流体流路２１ａに接続され、貫通孔２２は第二流体流路２１ｂに接続されている。
【００７１】
図１１および１２に示す流体アクチュエータの適用例において、コア９２，９４の上方或は下方に弾性部材を介在させてもよく、シリンダーケース９１，９３の下方に弾性部材を介在させてもよい。
【００７２】
図１３は、本発明の第六実施形態に係る流体アクチュエータ４Ｃおよびこれを用いたハイブリッドアクチュエータ６４Ａの適用例を示し、上述した各実施形態と共通する部分については、同一番号を付して説明を省略する。
【００７３】
このハイブリッドアクチュエータ６４Ａは、大略流体アクチュエータ４Ｃのコア９４、弾性部材７６および振動アクチュエータ７１を直列配置して形成され、シリンダーケース９３および振動アクチュエータ７１は支持部Ｘ上に支持されている。
【００７４】
流体アクチュエータ４Ｃは、二つの小空間１９を有し、その一方は第一流体流路２１ａに連通し、他方は第二流体流路２１ｂに連通している。
【００７５】
流体アクチュエータ４Ｃのコア９４の上部に配置された被駆動体５１には、その振動状態を検出する振動センサ７２が取付けられている。この振動センサ７２による振動状態を示す検出信号はバルブコントローラ８１に入力され、このバルブコントローラ８１から制御弁２３ａを作動させる制御信号がバルブドライバ８２に出力される。振動センサ７２からの検出信号は、アクチュエータコントローラ７７にも入力され、ここからアクチュエータドライバ７８に制御信号が送られ、このアクチュエータドライバ７８により振動アクチュエータ７１が上下方向に駆動される。
【００７６】
図１４は、本発明の第七実施形態に係る流体アクチュエータ４Ｄおよびこれを用いたハイブリッドアクチュエータ６４Ｂの適用例を示し、上述した各実施形態と共通する部分については、同一番号を付して説明を省略する。
【００７７】
このハイブリッドアクチュエータ６４Ａは、大略流体アクチュエータ４Ｄのコア９４、弾性部材７６および振動アクチュエータ７１を直列配置して形成され、シリンダーケース９３および振動アクチュエータ７１は支持部Ｘ上に支持されている。
【００７８】
流体アクチュエータ４Ｄは、貫通孔２０により互いに連通した第一段、第三段の小空間１９と、貫通孔２２により互いに連通した第二段、第四段の小空間１９とを有している。貫通孔２０は第一流体流路２１ａに接続され、貫通孔２２は第二流体流路２１ｂに接続されている。
【００７９】
図１３，１４に示すハイブリッドアクチュエータの適用例において、コア９２，９４の上方或は下方に弾性部材を介在させてもよく、シリンダーケース９１，９３の下方に弾性部材を介在させてもよい。
【００８０】
本明細書において、上下方向は図面上での方向を意味し、上述した各流体アクチュエータ、およびハイブリッドアクチュエータを、一軸方向にのみ力を生じさせるように配置してもよく、互いに直交するＸ，Ｙ軸方向に、さらにＺ軸方向にも力を生じさせるように配置してもよいことは言うまでもない。したがって、上述した流体アクチュエータ、およびハイブリッドアクチュエータを、垂直方向だけでなく、水平方向の力を生じるように横方向に配置し、被駆動体に対して２軸或は３軸方向に力を作用させて、例えば被駆動体の位置制御や振動制御を行うこともできる。
【００８１】
上述した流体アクチュエータにおいて、流体流路２１、第一流体流路２１ａ、第二流体流路２１ｂの各々からこれらに直接連通する小空間１９内に、全体に均一に加圧流体が供給されるようにするために、これらの小空間１９への加圧流体の供給口を複数に、かつそれらの供給口を小空間１９の全体にわたって均一に設けるのが好ましい。
【００８２】
制御弁２３，２３ａ，２３ｂと小空間１９との間の流体流路２１の部分に、或は第一流体流路２１ａ、第二流体流路２１ｂの部分に、或は小空間１９に連通する流路に、加圧流体を溜めるリザーブタンクを設けて、各流体アクチュエータの静的ばね定数を小さくするのが好ましい。さらに好ましくは、流体流路２１、第一流体流路２１ａ、第二流体流路２１ｂの上記部分、或は小空間１９と上記リザーブタンクとを連通させる上記流路に絞り手段、例えばオリフィスを設けるのがよい。
【００８３】
本発明は、小空間１９の数を限定するものでなく、同種の小空間１９が隣接せず、異なる小空間１９が交互に配置して形成されていればよい。
【００８４】
シリンダーケース３１、環状突部１５およびディスク１２は小空間１９内に加圧流体が導かれた際に、ディスク１２が環状突部１５から離れる方向に作動するのに十分な剛性を有する部材からなっている。
【００８５】
シリンダーケース３１は必ずしも内径が一定である必要はなく、例えば円錐台形状に形成されたものでもよく、各段のディスク１２、環状突部１５の内径、外径も一定である必要はない。
【００８６】
本発明は、上述した流体アクチュエータ、振動アクチュエータ、弾性部材の配置順序を限定するものではなく、上記弾性部材は必ずしも必要ではない。また、弾性部材を複数設けてもよい。また、上記流体アクチュエータのコアは中空体であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明の第一実施形態に係る流体アクチュエータの断面図である。
【図２】本発明の第二実施形態に係る流体アクチュエータの断面図である。
【図３】本発明の第三実施形態に係る流体アクチュエータの断面図である。
【図４】図１に示す流体アクチュエータの適用例を示している。
【図５】図１に示す流体アクチュエータの適用例を示している。
【図６】図１に示す流体アクチュエータを用いたハイブリッドアクチュエータの適用例を示している。
【図７】図１に示す流体アクチュエータに類似した流体アクチュエータを用いたハイブリッドアクチュエータの適用例を示している。
【図８】図７に示す流体アクチュエータを用いた別のハイブリッドアクチュエータの適用例を示している。
【図９】図７に示す流体アクチュエータを用いたさらに別のハイブリッドアクチュエータの適用例を示している。
【図１０】図７に示す流体アクチュエータを用いたさらに別のハイブリッドアクチュエータの適用例を示している。
【図１１】本発明の第四実施形態に係る流体アクチュエータを用いたハイブリッドアクチュエータの適用例を示している。
【図１２】本発明の第五実施形態に係る流体アクチュエータを用いたハイブリッドアクチュエータの適用例を示している。
【図１３】本発明の第六実施形態に係る流体アクチュエータを用いたハイブリッドアクチュエータの適用例を示している。
【図１４】本発明の第七実施形態に係る流体アクチュエータを用いたハイブリッドアクチュエータの適用例を示している。
【符号の説明】
【００８８】
２Ａ〜２Ｄ  流体アクチュエータ
４Ａ〜４Ｄ  流体アクチュエータ
１１  出力軸
１２  ディスク
１３  コア
１４  開口部
１５  環状突部
１７  小ダイヤフラム
１８  大ダイヤフラム
１９  小空間
２１ａ  第一流体流路
２１ｂ  第二流体流路
３１  シリンダーケース
３４  弾性部材
６２Ａ〜６２Ｅ  ハイブリッドアクチュエータ
７１  振動アクチュエータ
７６  弾性部材
９３  シリンダーケース
９４  コア
【図１】
2005241015.tif 000003
【図２】
2005241015.tif 000004
【図３】
2005241015.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2005241015.tif 000009
【図８】
2005241015.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2005241015.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
2005241015.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
2005241015.tif 000016