(57)【要約】【課題】複数方向の加振が可能な小型軽量な加振器と，その加振器を用いた実装が容易なアクティブ制振装置を提供すること．【解決手段】固定子に対して可動子を振動させた際の駆動反力を加振力として利用する加振器において，前記可動子と前記固定子の間に，前記可動子を直交する複数方向に加振する駆動部を備え，前記駆動部が，推力を発生するアクチュエータと，直交する前記駆動部の加振方向への変形を吸収する変位吸収部から構成される．【選択図】  図1
2016151298.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子に対して可動子を振動させた際の駆動反力を加振力として利用する加振器において，
前記可動子と前記固定子の間に，前記可動子を直交する複数方向に加振する駆動部を備え，前記駆動部が，推力を発生するアクチュエータと，直交する前記駆動部の加振方向への変形を吸収する変位吸収部から構成されること
を特徴とする加振器．
【請求項２】
請求項1に記載の加振器であって，前記可動子の重心が，前記駆動部の推力線の略交点上に位置すること
を特徴とする加振器．
【請求項３】
請求項1又は2に記載の加振器であって，前記アクチュエータとして，積層圧電素子を用いること
を特徴とする加振器．
【請求項４】
請求項1ないし3のいずれかに記載の加振器であって，前記変位吸収部として弾性ヒンジを用いること
を特徴とする加振器．
【請求項５】
請求項1ないし3のいずれかに記載の加振器であって，前記変位吸収部として直動案内機構を用いること
を特徴とする加振器．
【請求項６】
構造体の複数箇所に設置された振動検出手段と，前記構造体の複数箇所に設置された，固定子に対して可動子を振動させた際の駆動反力を加振力として利用する加振器と，前記振動検出手段からの信号に応じて前記加振器の加振力を決定する制御信号を出力する制御手段とを備え，前記振動検出手段によって検出された前記構造体の振動を抑える様に前記加振器を駆動するアクティブ制振装置において，
前記加振器として請求項1ないし5のいずれかに記載の加振器を用いること
を特徴とするアクティブ制振装置．
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，振動源を有する装置の振動を低減するための，加振器及びそれを用いたアクティブ制振装置に関する．
【背景技術】
【０００２】
一般に，モータ等の振動源を有する装置において，この振動が装置の動作や性能に悪影響を及ぼすことがある．この振動を低減するため，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により加振器を駆動させて，対象の振動を低減するアクティブ制振技術が知られている．
本技術分野の背景技術として，特許文献1が知られている．
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開2007-285429号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記特許文献1には，付加質量部材をアクチュエータにより駆動した場合の反力を用いて振動抑制するアクティブ制振装置が記載されている．
振動が装置の動作や性能に影響を与え，アクティブ制振装置による制振が期待される装置としては，例えば精密な位置決めが要求される製造・検査装置などが挙げられる．製造・検査装置においては，XY方向の2方向やそれ以上の位置決め機構を有するものが多く，この場合，アクティブ制振装置も2方向以上の振動を対象とする必要がある．前記特許文献に記載される様な1方向の加振力を発生する加振器を使用する場合，2方向以上の振動を制振するためには2つ以上の加振器が異なる方向に向けて設置される．そのため，多くの付加質量が設置されることとなり，アクティブ制振装置が全体として大型になり，総重量も増加する．また，制振対象の装置の同一箇所に複数方向の加振器を設置する場合，広い取付けスペースが必要となることや，その取付方法が課題となる．
本発明の目的は，複数方向の加振が可能な小型軽量な加振器と，その加振器を用いた，実装が容易なアクティブ制振装置を提供することである．
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明では，上記課題を解決するために，固定子に対して可動子を振動させた際の駆動反力を加振力として利用する加振器において，
前記可動子と前記固定子の間に，前記可動子を直交する複数方向に加振する駆動部を備え，前記駆動部が，推力を発生するアクチュエータと，直交する前記駆動部の加振方向への変形を吸収する変位吸収部から構成される加振器とそれを用いたアクティブ制振装置を提供する．
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば，複数方向の加振が可能な小型軽量な加振器を提供することが可能となる．そのため，複数方向の制振が必要な場合にも，アクティブ制振装置全体の大型化，重量増加を防ぐことができる．また，加振器が省スペースで取付可能であり，アクティブ制振装置の実装を容易とすることが期待できる．
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施例1における加振器の例を示す斜視図である．
【図２】実施例1における加振器の例を示す斜視図である．
【図３】実施例1における加振器の例を示す平面図である．
【図４】実施例1におけるアクティブ制振装置の搭載例を示す模式図である．
【図５】実施例1の効果の説明図である．
【図６】実施例1の効果の説明図である．
【図７】実施例1における加振器の変形例を示す斜視図である．
【図８】実施例1における加振器の変形例を示す斜視図である．
【図９】実施例1における加振器の変形例を示す斜視図である．
【図１０】実施例1における加振器の変形例を示す斜視図である．
【図１１】実施例2における加振器の例を示す斜視図である．
【図１２】実施例2における加振器の例を示す斜視図である．
【図１３】実施例2における加振器の例を示す平面である．
【図１４】実施例3における加振器の例を示す斜視図である．
【図１５】実施例3における加振器の例を示す斜視図である．
【図１６】実施例3における加振器の例を示す平面図である．
【図１７】実施例4における加振器の例を示す斜視図である．
【図１８】実施例4における加振器の例を示す斜視図である．
【図１９】実施例4におけるアクティブ制振装置の搭載例を示す模式図である．
【図２０】実施例4の効果の説明図である．
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下，本発明を実施するための形態について，添付図を参照しながら詳細に説明する．
【実施例１】
【０００９】
本実施例では，2方向の加振が可能な小型軽量な加振器を用いたアクティブ制振装置の例を説明する． 
図1，2は本実施例における加振器30の例を示す斜視図，図3は平面図である．加振器30の座標系は図1〜3に示す様に定めるものとする．説明のため，図1では図2に対して，可動子2を省略して図示している．加振器30は，柱状の固定子1と，固定子1の周囲に概略環状の可動子2を備える．固定子1と可動子2の間には，X方向駆動部20と，Y方向駆動部21を備える．X方向駆動部20とY方向駆動部21は，アクチュエータである積層圧電素子3a，3bと，変位吸収部である弾性ヒンジ4a，4bから構成される．弾性ヒンジ4a，4bは1方向への剛性が低くなっており，弾性ヒンジ4aはY方向に対して低剛性であり，弾性ヒンジ4bはX方向に対して低剛性である．積層圧電素子3a，3bは中央に貫通穴を有する円筒形に形成されており，ボルト5により，弾性ヒンジ4a，4bと固定子1との間で予圧を加えられた状態で固定子1の側面に，それぞれ直交する様に固定される．可動子2はボルト6により，弾性ヒンジ4a，4bに固定される．積層圧電素子3a，3bへの配線7は固定子1に這わせる様に固定される．また，固定子1の中央には，加振器30を取り付けるためのザグリ穴8が設けられている．
積層圧電素子3a，3bは電圧を加えるとそれぞれX，Y方向に変形する．弾性ヒンジ4a，4bは，それぞれX，Y方向に対しては剛性が高く，Y，X方向に対しては剛性が低いため，積層圧電素子3a，3bにせん断方向の負荷が加わることを防止している．従って，積層圧電素子3a，3bに電圧を加えることにより，可動子2をX，Y方向に独立に加振することができる．
図4は本実施例における加振器30を用いたアクティブ制振装置を搭載した例を示す図である．加振器30は，制振対象31に対して制振力を加えたい個所に設置される．制振したい固有振動モードの腹など，振幅が大きい箇所に設置すると効果的である．加振器30は，ザグリ穴8を用いて図示しないボルトにより制振対象31に固定される．または，固定子1を制振対象31に接着しても良いし，制振対象31の表面が磁性体であるならば，固定子1に磁石を内蔵しておき，磁力により固定しても良い．もしくは，制振対象31の表面にオネジを設けておき，固定子1にメネジを設けて制振対象31に固定しても良い．本実施例では加振器30を1つ設置しているが，複数箇所に設置しても構わない．加振器30の積層圧電素子3a，3bはそれぞれ配線7を介して駆動電源32と接続され，駆動電源32はコントローラ33と接続されている．制振対象31の他の部位には振動センサ34が複数設置されており，振動センサ34はコントローラ33と接続されている．振動センサ34には，加速度センサやひずみを検出するセンサ，変位計などを用いる．制振対象31に振動が発生すると，振動センサ34が振動の大きさに応じた出力をコントローラ33に出力する．コントローラ33は，振動センサ34で検出される振動を抑える様な制御出力を駆動電源32に出力する．駆動電源32はコントローラ33からの制御出力に応じて加振器30の積層圧電素子3a，3bに電圧を印加し，可動子2を2方向に振動させ，その駆動反力が制振対象31の振動を抑えるための加振力として作用する．
本実施例の効果について説明する．図5，6は1方向の加振器35を用いたアクティブ制振装置の例を示す図である．1方向の加振器35は，可動子10とアクチュエータ11から構成され，アクチュエータ11により可動子10を振動させた際の駆動反力を加振力として用いる．2方向の振動を制振するため，制振対象31に対して，2つの加振器35が設置される．図5の例では，固定子9を介して制振対象31の1箇所に設置されており，図6の例では制振対象31の2箇所に設置されている．加振器30，35の発生する加振力は，可動子2，10の質量と，可動子2，10の振動加速度の積で求まる．実現できる振動加速度は積層圧電素子3a，3bやアクチュエータ11により決まり，振動加速度を同じとすれば，可動子2，10に要求 される質量も同じとなる．1方向の加振器35では可動子10を合計で2つ用いるのに対し，本実施例の加振器30では可動子2を1つ用いるため，可動子の総重量が半分で済み，アクティブ制振装置全体の小型化，軽量化が図れる．また，図6の例と比較すれば，取付けスペースを小さくすることが可能であり，アクティブ制振装置の導入が容易となる．
本実施例では，可動子2として概略環状の例を示した．これは，可動子2の重心が加振器30の略中心に位置し，積層圧電素子3a，3bの推力線が可動子2の略重心を通ることにより，可動子2がXY方向の力以外のモーメントを受けることを防ぎ，加振器30の発生する加振力が余計なモーメントを含まない様にするためである．従って，可動子2の形状は必ずしも円形でなくても良く，図7，8に示す様な多角形でも構わない．または，環の一部が欠けた様な形状でも構わなく，積層圧電素子3a，3bの推力線の交点上に可動子2の重心が略位置していれば良い．加振器30の加振力が不足，または加振力が過剰である場合は，可動子2をより重いもの，またはより軽いものに交換することで，加振力の調整が可能である．
また，本実施例では，変位吸収部として弾性ヒンジ4a，4bを用いた例を示した．これは積層圧電素子3a，3bの駆動方向に直交する方向への変形を吸収することで，積層圧電素子3a，3bの破損を防ぎ，可動子2を独立にX，Y方向に振動させるためである．従って，変位吸収部は必ずしも弾性ヒンジ4a，4bでなくてもよく，図9，10に示す様な直動案内機構12a，12bを用いても構わない．説明のため，図10では図9に対して，可動子2を省略して図示している．直動案内機構12aは，X方向には剛性が高く，Y方向に摺動が可能である．また，直動案内機構12bは，Y方向に剛性が高く，X方向に摺動が可能である．そのため，弾性ヒンジ4a，4bと同様に積層圧電素子3a，3bにせん断方向の負荷が加わることを防止し，可動子2をX，Y方向に独立に加振することを可能とする．
【実施例２】
【００１０】
本実施例では，実施例1に対して，より信頼性の高い加振器を用いたアクティブ制振装置の例を説明する．
図11，12は本実施例における加振器30の例を示す斜視図，図13は平面図である．説明のため，図12では図11に対して，可動子2を省略して図示している．図11〜13において，図1〜3と同じもの又は同一機能のものは同一の符号を付して重複する説明を省略する．X方向駆動部20は，アクチュエータである積層圧電素子3aと，変位吸収部である弾性ヒンジ4a，4cから構成され，Y方向駆動部21は，積層圧電素子3bと，弾性ヒンジ4b，4dから構成される．弾性ヒンジ4c，4dは2方向への剛性が低く，どちらもXY方向に対して低剛性である．弾性ヒンジ4c，4dはボルト13により固定子1の側面に固定され，ボルト6により可動子2とも接続される．
弾性ヒンジ4c，4dはXY方向に対して低剛性であるため，可動子2のX，Y方向への振動を妨げない．しかし，Z方向に対しては高剛性であるため，弾性ヒンジ4c，4dにより可動子2はZ方向に支持され，可動子2の自重などにより積層圧電素子3a，3bに対してZ方向の荷重が加わることを防ぐ．
本実施例における加振器30を用いたアクティブ制振装置の搭載例と，可動子2の総重量が半分で済み， アクティブ制振装置全体の小型化，軽量化が図れる効果については，実施例1と同じである．
本実施例では，弾性ヒンジ4c，4dが可動子2をZ方向に支持するため，可動子2の自重が積層圧電素子3a，3bにせん断方向の負荷として加わることを防ぎ，加振器30の信頼性を高めることができる．
【実施例３】
【００１１】
本実施例では，実施例1に対して，高精度な加振の可能な加振器を用いたアクティブ制振装置の例を説明する．
図14，15は本実施における加振器30の例を示す斜視図，図16は断面図である．説明のため，図15では図14に対して，可動子2を省略して図示している．図14〜16において，図1〜3と同じもの又は同一機能のものは同一の符号を付して重複する説明を省略する．固定子1と可動子2の間には，X方向駆動部20と，Y方向駆動部21をそれぞれ2つずつ備える．X方向駆動部20とY方向駆動部21は，アクチュエータである積層圧電素子3a，3bと，変位吸収部である弾性ヒンジ4a，4bから構成される．2つの積層圧電素子3aは，固定子1の側面に対向する位置に固定される．2つの積層圧電素子3bも同様に，積層圧電素子3aと直交して，固定子1の側面に対向する位置に固定される．
積層圧電素子3a，3bは電圧を加えるとそれぞれX，Y方向に変形するが，ヒステリシス特性があるため，電圧と変形量が完全な比例関係にならず，昇圧時と降圧時で変形量が異なる．そのため，積層圧電素子3a，3bをそれぞれ1つずつ備えた実施例1の加振器30では，正弦波状の電圧を入力しても，可動子2の変位量は厳密には正弦波状にはならない．本実施例の加振器30では，対向する2つの積層圧電素子3a，3bに逆相の電圧を入力して駆動することで，ヒステリシス特性を低減することができ，精度よく可動子2を加振することができる．
本実施例における加振器30を用いたアクティブ制振装置の搭載例と，可動子2の総重量が半分で済み， アクティブ制振装置全体の小型化，軽量化が図れる効果については，実施例1と同じである．
本実施例では，X方向駆動部20とY方向駆動部21を対向する位置にそれぞれ2つずつ備えるため，圧電素子3a，3bのヒステリシス特性を低減し，高精度な加振が可能である．
【実施例４】
【００１２】
本実施例では，実施例1に対して，3方向に加振の可能な加振器を用いたアクティブ制振装置の例を説明する．
図17，18は本実施例における加振器30の例を示す斜視図である．加振器30の座標系は図17，18に示す様に定めるものとする．説明のため，図18では図17に対して，可動子2を半分省略して図示している．加振器30は，柱状の固定子1と，固定子1の上方を覆う形状の可動子2を備える．固定子1と可動子2の間には，X方向駆動部20と，Y方向駆動部21と，Z方向駆動部22を備える．X方向駆動部20，Y方向駆動部21，Z方向駆動部22は，アクチュエータである積層圧電素子3a，3b，3cと，変位吸収部である弾性ヒンジ4e，4f，4gから構成される．弾性ヒンジ4e，4f，4gは2方向への剛性が低くなっており，弾性ヒンジ4eはYZ方向に対して，弾性ヒンジ4fはZX方向に対して，弾性ヒンジ4gはXY方向に対して，それぞれ低剛性である．積層圧電素子3a，3b，3cは中央に貫通穴を有する円筒形に形成されており，ボルト5により，弾性ヒンジ4e，4f，4gと固定子1との間で予圧を加えられた状態で固定子1に，それぞれ直交する様に固定される．可動子2はボルト6により，弾性ヒンジ4e，4f，4gに固定される．積層圧電素子3a，3b，3cへの配線7は固定子1に這わせる様に固定される．
積層圧電素子3a，3b，3cは電圧を加えるとそれぞれX，Y，Z方向に変形する．弾性ヒンジ4e，4f，4gは，それぞれX，Y，Z方向に対しては剛性が高く，それ以外の方向に対しては剛性が低いため，積層圧電素子3a，3b，3cにせん断方向の負荷が加わることを防止している．従って，積層圧電素子3a，3b，3cに電圧を加えることにより，可動子2をX，Y，Z方向に独立に加振することができる．
本実施例の効果について説明する．図19は本実施例の加振器30を用いたアクティブ制振装置の例を，図20は1方向の加振器35を用いたアクティブ制振装置の例を示す図である．3方向の振動を制振するため，制振対象31に対して，1つの加振器30，または，3つの加振器35が設置されている．1方向の加振器35では可動子10を合計で3つ用いるのに対し，本実施例の加振器30では可動子2を1つ用いるため，可動子の総重量が3分の1で済み，アクティブ制振装置全体の小型化，軽量化が図れる．また，取付スペースも全体として小さくすることが可能であり，アクティブ制振装置の導入が容易となる．
本実施例では，可動子2として固定子1の上方を覆う様な，半球殻と円筒を組み合わせた形状の例を示した．これは，可動子2の重心が加振器30の略中心に位置し，積層圧電素子3a，3b，3cの推力線が可動子2の略重心を通ることにより，可動子2がXYZ方向の力以外のモーメントを受けることを防ぎ，加振器30の発生する加振力が余計なモーメントを含まない様にするためである．従って，積層圧電素子3a，3b，3cの推力線の交点上に可動子2の重心が略位置していれば，可動子2の形状は必ずしも固定子1を覆う様な形状でなくても構わない．加振器30の加振力が不足，または加振力が過剰である場合は，可動子2をより重いもの，またはより軽いものに交換することで，加振力の調整が可能である．
【符号の説明】
【００１３】
1…固定子，2…可動子，3a，3b，3c…積層圧電素子，4a，4b，4c，4d，4e，4f，4g…弾性ヒンジ， 9…固定子，10…可動子，11…アクチュエータ，12…直動案内機構，20…X方向駆動部，21…Y方向駆動部，22…Z方向駆動部，30…加振器，31…制振対象，32…駆動電源，33…コントローラ，34…振動センサ，35…加振器
【図１】
2016151298.tif 000003
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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