(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
機器搭載台を弾性支持する空気ばねと、
外部より駆動制御可能なピエゾアクチュエータと、
このピエゾアクチュエータの駆動方向の少なくとも一端側に装着されたピストン部材を介して該ピエゾアクチュエータの変位を上記空気ばねに伝達する作動流体と、
この作動流体を密封状態に封入して上記空気ばねと上記ピエゾアクチュエータとを接続する流体通路とを備え、
上記ピエゾアクチュエータの収納ケースが密閉状態に構成されており、この密閉状収納ケースの内部空間に上記空気ばねの内部空間が連通接続されていることを特徴とするアクティブ型除振装置。
【請求項２】
上記ピエゾアクチュエータが、収納ケース内に該ピエゾアクチュエータの駆動方向を上記空気ばねによる機器搭載台の弾性主軸方向に対して直交するように配置されているとともに、上記収納ケースに上記空気ばねが直結一体化されていることを特徴とする請求項１に記載のアクティブ型除振装置。
【請求項３】
上記ピエゾアクチュエータの一つに対して上記ピストン部材が一つ装着されていることを特徴とする請求項１または２に記載のアクティブ型除振装置。
【請求項４】
上記ピエゾアクチュエータは複数個で、それらの駆動方向が互いに平行となるように並列に、もしくは放射状に配置されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のアクティブ型除振装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば半導体製造工場やレーザー応用製品製造工場などに設置される各種機器を搭載した機器搭載台に地震や自動車の走行などに起因する振動が伝播されて該機器搭載台が振動することを除去する除振装置で、詳しくは、ピエゾアクチュエータを用いて該ピエゾアクチュエータを、機器搭載台の振動に対して干渉するように外部より駆動制御させることにより搭載機器の励起振動や低周波数領域の振動などを除去可能としているアクティブ型除振装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種のアクティブ型除振装置として、従来、実開平６−５８２５４号公報に開示されたようなものが提案されている。同公報に開示されているアクティブ型除振装置は、ピエゾアクチュエータと、該ピエゾアクチュエータの駆動変位を径の異なる２つのピストン部材と作動流体とを用いて伝達する機構とを備えていることを基本構成とし、上記径の異なる２つのピストン部材のいずれか一方もしくは両方と、これを取り囲み、かつ上記ピストン部材の側面にほぼ平行な側面を持つハウジング部材との間に、ゴム状弾性体を接着し介在させてなるものである。
【０００３】
上記構成の従来のアクティブ型除振装置においては、２つのピストン部材とハウジング部材との間に介在させたゴム状弾性体により作動流体の漏出を防ぐようにしてあるので、両ピストン部材とハウジング部材との間の摩擦がなくて両ピストン部材の作動が円滑になり、ピエゾアクチュエータの駆動変位を２つのピストン部材と作動流体とを介して効率よく伝達して所定の除振性能を確実に発揮させることを可能としている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記したような構成の従来のアクティブ型除振装置では、２つのピストン部材とハウジング部材との間に介在させたゴム状弾性体が搭載機器荷重を分担して受け持つものであるから、半導体製造工場やレーザー応用製品製造工場などに設置される機器のように搭載機器荷重が大きい場合、小口径ピストン部材とハウジング部材との間に接着して介在させたゴム状弾性体が歪劣化することになり、このようなゴム状弾性体の歪劣化を生じないようにするためには、そのゴム状弾性体のばね定数を大きくすることが必要となり、その結果、共振周波数が高くなって低周波域の除振性能が悪くなるという問題がある。また、ピエゾアクチュエータへの予圧縮力が大きくなるので、このピエゾアクチュエータの駆動効率が悪化するという問題、さらに、装置構成部材の剛性も低いという問題もあった。
【０００５】
本発明は上記のような実情に鑑みてなされたもので、搭載機器荷重が大きい場合でも共振周波数を低く設定することが可能であるとともに、ピエゾアクチュエータの駆動範囲を制限するという不都合を解消させて、低周波域を含めて広い範囲の振動に対して所定の除振性能および制振性能を確実かつ安定よく発揮させることができるアクティブ型除振装置を提供することを主たる目的としている。
【０００６】
本発明の他の目的は、アクティブ型除振装置のコンパクト化および座屈強度の増大化を図りつつ、上記のような優れた除振性能および制振性能を確保することができるようにすることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記主たる目的を達成するために、請求項１に記載の発明に係るアクティブ型除振装置は、機器搭載台を弾性支持する空気ばねと、外部より駆動制御可能なピエゾアクチュエータと、このピエゾアクチュエータの駆動方向の少なくとも一端側に装着されたピストン部材を介して該ピエゾアクチュエータの変位を上記空気ばねに伝達する作動流体と、この作動流体を密封状態に封入して上記空気ばねと上記ピエゾアクチュエータとを接続する流体通路とを備え、上記ピエゾアクチュエータの収納ケースが密閉状態に構成されており、この密閉状収納ケースの内部空間に上記空気ばねの内部空間が連通接続されていることを特徴とするものである。
【０００８】
上記のような構成の請求項１に記載の発明によれば、空気ばねとピエゾアクチュエータと該ピエゾアクチュエータの駆動変位を空気ばねに直接に伝達する作動流体とを組み合わせることによって、搭載機器荷重が大きい場合でも、ばね定数を下げて共振周波数を低く設定することが可能となり、低周波域を含めて広い周波数範囲および荷重範囲の振動に対して所定の除振性能および制振性能を発揮させることができる。また、空気ばねとピエゾアクチュエータとは作動流体を介して直列状態に動作するために、空気ばねとピエゾアクチュエータとを並設する場合に比べて、振動の入力源が減少するので、高い除振効果を発揮させることができる。さらに、ピエゾアクチュエータの収納ケースを密閉状態に構成し、この密閉状収納ケースの内部空間に上記空気ばねの内部空間を連通接続しているので、収納ケースが空気ばねの補助タンクとして機能して、空気ばねのばね定数を更に低く設定することが可能となり、除振性能および制振性能の一層の向上が図れるとともに適用範囲の拡大が図れ、かつ、ピエゾアクチュエータに対する保冷効果も達成することが可能である。
【０００９】
請求項２に記載の発明に係るアクティブ型除振装置は、上記請求項１に記載の発明に係るアクティブ型除振装置において、上記ピエゾアクチュエータが、収納ケース内に該ピエゾアクチュエータの駆動方向を上記空気ばねによる機器搭載台の弾性主軸方向に対して直交するように配置されているとともに、上記収納ケースに上記空気ばねが直結一体化されていることを特徴とするものであり、このような構成の請求項２に記載の発明によれば、上記請求項１に記載の発明の効果に加えて、装置全体の背丈を低くしてコンパクト化が図れるとともに、座屈強度を高めて、一層大きい搭載機器荷重に対応させることができる。
【００１０】
また、上記のようなアクティブ型除振装置におけるピエゾアクチュエータの数およびピストン部材の数は１つまたは複数個のいずれでもよいが、特に請求項３に記載のように、ピエゾアクチュエータの一つに対してピストン部材を一つ装着する構成とすることが好ましい。さらに、請求項４のように、複数個のピエゾアクチュエータを使用することによって、搭載機器荷重が大きい場合でも、ピエゾアクチュエータ一つにかかる予圧縮力を最適に調整することが可能で、ピエゾアクチュエータの駆動効率を向上することができる。また、複数個のピエゾアクチュエータを使用する場合のそれらの配置手段としては、各ピエゾアクチュエータの駆動方向が互いに平行となるように並列に配置する、もしくは放射状に配置することが考えられ、それら配置手段は搭載機器の形態や荷重分布などに応じて適宜に選択される。
【００１１】
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面にもとづいて説明する。
図１は本発明に係るアクティブ型除振装置の第１の実施形態を示す全体外観斜視図、図２は同アクティブ型除振装置の半縦断側面図、図３は同アクティブ型除振装置の半縦断正面図であり、大別して、機器搭載台１を弾性支持する空気ばね２と、水平面に沿って一定の間隔を隔ててそれらの駆動方向（矢印ｘ方向）が互いに平行となるように並列に配置された複数個の積層形ピエゾ素子などのピエゾアクチュエータ一３…と、これら並列配置された複数個のピエゾアクチュエータ３…を収納し床面に設置されるアクチュエータ収納ケース７と、上記複数個のピエゾアクチュエータ３…の駆動方向ｘの一端部にそれぞれ各別に固定されたピストン部材４…と、上記各ピエゾアクチュエータ３…の駆動変位を上記ピストン部材４…および上記空気ばね２の直下中央位置にその軸線方向を上下に向けて配置したピストン状ブッシュ９を介して上記空気ばね２に伝達するエチレングリコール水溶液などの作動流体５と、この作動流体５を密封状態に封入する流体通路６とを備えている。
【００１３】
上記アクチュエータ収納ケース７は、全体が平面視ほぼ正方形状の箱形に形成されており、このアクチュエータ収納ケース７はそこに収納されている上記ピエゾアクチュエータ３…の駆動方向ｘが上記空気ばね２による機器搭載台１の弾性主軸方向（矢印ｙ方向）に対して直交するように配置されているとともに、この収納ケース７の直上中央部位置に上記ブッシュ９を筒状ゴムシール１０を介して上下に変位可能に嵌合支持するブッシュホルダー１１が固定されており、これによって、上記空気ばね２が上記アクチュエータ収納ケース７に直結一体化されている。
【００１４】
また、上記アクチュエータ収納ケース７は密閉状態に構成されており、その内部空間７ａと上記空気ばね２の内部空間２ａとを連通接続する空気配管８を設けて、上記密閉状収納ケース７の内部空間７ａを空気ばね２の補助タンクとしている。
【００１５】
上記各ピストン部材４…の外周面にはそれぞれゴムリング１２…が嵌着されており、これら各ピストン部材４…に対応させて上記アクチュエータ収納ケース７の一端側壁部７ｂに形成された複数の作動流体通路１３…が集合された一端から上記ブッシュ９直下の他端に至るまでの上記流体通路６が上記アクチュエータ収納ケース７の一端側壁部７ｂおよび上壁部７ｃの肉厚内に形成されている。
【００１６】
なお、上記空気ばね２は、例えば内外のゴム層間に補強用ビードワイヤーを挟在させてなるプライコードなどの膨張収縮可能な可撓材製袋状体内に加圧空気を封入してなるもので、そのばね定数は、搭載機器の重量や動作条件などに対応して封入空気圧を調整することによって適宜に設定変更可能とされている。
【００１７】
上記のような構成のアクティブ型除振装置においては、搭載機器および機器搭載台１の荷重が空気ばね２と作動流体５を介して複数個のピエゾアクチュエータ３…とに分担して受け止められることになるため、上記の搭載機器荷重が大きい場合でもピエゾアクチュエータ３…が分担する荷重割合は小さくて該ピエゾアクチュエータ３…の駆動範囲の制限や制御力の干渉という不都合を解消することが可能であるとともに、ばね定数を下げて共振周波数を低く設定することが可能で、低周波域を含めて広い周波数範囲の振動に対して所定の除振性能および制振性能を発揮させることが可能である。また、空気ばね２とピエゾアクチュエータ３…とが作動流体５を介して直列状態に動作するもので、空気ばね２とピエゾアクチュエータ３…とを並設する場合に比べて、装置への振動入力源が減少するので、高い除振効果および制振効果を発揮させることが可能である。
【００１８】
また、アクチュエータ収納ケース７をそこに収納されたピエゾアクチュエータ３…の駆動方向ｘが上記空気ばね２による機器搭載台１の弾性主軸方向ｙに対して直交するように配置して、このアクチュエータ収納ケース７上に上記空気ばね２が直結一体化されているので、当該除振装置全体の背丈を低くしてコンパクト化が図れるとともに、座屈強度を高めて、一層大きい搭載機器荷重に対応させることが可能であり、さらに、アクチュエータ収納ケース７が密閉状態に構成され、この密閉状アクチュエータ収納ケース７の内部空間７ａに空気ばね２の内部空間２ａが連通接続されているので、アクチュエータ収納ケース７が空気ばね２の補助タンクとして機能して空気ばね２のばね定数を更に低く設定することが可能となり、除振性能および制振性能の一層の向上が図れるとともに、適用範囲の拡大が図れ、かつ、ピエゾアクチュエータ３…に対する保冷効果も達成することが可能である。
【００１９】
図４は本発明に係るアクティブ型除振装置の第２の実施形態を示す全体平面図であり、アクチュエータ収納ケース７内の同一平面上に複数個のピエゾアクチュエータ３…を放射状に配置して収納し、これら複数個のピエゾアクチュエータ３…の駆動変位を各ピエゾアクチュエータ３…毎に固定されたピストン部材４…と作動流体５および上述したブッシュ９を介して空気ばね２に伝達するように構成したものであり、その他の構成は、図１〜図３に示す第１の実施形態と同一であるため、それらの詳細説明は省略する。
【００２０】
図４で示す第２の実施形態によるアクティブ型除振装置の場合も、上記第１の実施形態の場合と同様な除振性能および制振性能を確保できるとともに、装置全体のコンパクト化および座屈強度の増大化が図れる。
【００２１】
なお、上記の各実施形態では、上記ピエゾアクチュエータ３を複数個用いたもので説明したが、単一のピエゾアクチュエータ３のみを用いてもよい。また、上記各実施形態では、ピエゾアクチュエータ３の一つに対して一つのピストン部材４を装着したもので説明したが、複数個のピエゾアクチュエータ３…に対して一つのピストン部材４を共用させるように構成してもよい。さらに、アクチュエータ収納ケース７は、箱形のものに限らず、円柱形や星形等であってもよい。
【００２２】
【発明の効果】
以上のように、請求項１に記載の発明によれば、空気ばねとピエゾアクチュエータと該ピエゾアクチュエータの駆動変位を空気ばねに直接に伝達する作動流体とを組み合わて、搭載機器荷重をそれらで分担して受け持つようにしたので、搭載機器荷重が大きい場合でもピエゾアクチュエータの分担荷重を小さくして該ピエゾアクチュエータの駆動範囲の制限や制御力の干渉という不都合を解消することが可能であるとともに、ばね定数を下げて共振周波数を低く設定することが可能であるため、低周波域を含めて広い周波数範囲および荷重範囲の振動に対して所定の除振性能および制振性能を確実かつ安定よく発揮させることができる。特に、空気ばねとピエゾアクチュエータとが作動流体を介して直列状態に動作するために、空気ばねとピエゾアクチュエータとを並設する場合に比べても、振動の入力源が減少して高い除振効果および制振効果を発揮させることができるという効果を奏する。さらに、ピエゾアクチュエータの収納ケースを密閉状態に構成し、この密閉状収納ケースの内部空間に空気ばねの内部空間を連通接続しているので、空気ばねのばね定数を更に低く設定して除振性能および制振性能の一層の向上を図ることができるとともに、ケース内に収納されたピエゾアクチュエータに対する保冷効果も達成することができる。
【００２３】
また、請求項２に記載の発明によれば、上記請求項１に記載の発明の効果に加えて、装置全体の背丈を低くしてコンパクト化を図ることができるとともに、座屈強度を高めて、一層大きい搭載機器荷重にも対応させることができ、適用性の著しい拡充を達成することができる。
【００２４】
また、請求項４に記載の発明によれば、複数個のピエゾアクチュエータの使用によって、搭載機器荷重が大きい場合でも、ピエゾアクチュエータ一つにかかる予圧縮力を最適に調整することが可能で、ピエゾアクチュエータの駆動効率を向上することができる。
【００２５】
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係るアクティブ型除振装置の第１の実施形態を示す全体外観斜視図である。
【図２】  同上アクティブ型除振装置の半縦断側面図である。
【図３】  同上アクティブ型除振装置の半縦断正面図である。
【図４】  本発明に係るアクティブ型除振装置の第２の実施形態を示す全体平面図である。
【符号の説明】
１  機器搭載台
２  空気ばね
２ａ  空気ばねの内部空間
３  ピエゾアクチュエータ
４  ピストン部材
５  作動流体
６  流体通路
７  アクチュエータ収納ケース
７ａ  アクチュエータ収納ケースの内部空間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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