JP2002039261A

JP2002039261A - 振動制御構造

Info

Publication number: JP2002039261A
Application number: JP2000223552A
Authority: JP
Inventors: Masashi Yasuda; 正志安田
Original assignee: Tokkyokiki Corp
Current assignee: Tokkyokiki Corp
Priority date: 2000-07-25
Filing date: 2000-07-25
Publication date: 2002-02-06

Abstract

(57)【要約】【課題】低周波域での優れたアクティブ振動遮断性能
を維持しつつ、固有振動数が低く高周波域でのパッシブ
振動遮断性能に優れており、しかも多次元多自由度の振
動制御を行うことが可能な振動制御構造を提供する。【解決手段】制御対象部材である上面板５に対して、
作用子１５を有する振動制御装置３によって水平方向に
振動制御を行うとともに、作用子３５ａ、３５ｂを有す
る振動制御装置２によって鉛直方向に振動制御を行う。
振動制御装置２、３には、ピエゾアクチュエータ１２
ａ、１２ｂ；３２ａ、３２ｂ、３２ｃと駆動板１７、３
７との間にそれぞれ防振ゴム１３、３３が直列に配置さ
れている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、床などの環境振動
から精密機器を能動的に除振するアクティブ除振装置や
微振動環境のシミュレーションや機器の微振動感度を計
測するための、固体アクチュエータを具備した振動制御
構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、圧電（ピエゾ）素子および磁歪素
子などの固体アクチュエータは、防振、除振といった振
動制御や振動発振などの様々な分野において使用されて
いる。しかしながら、これらの固体アクチュエータは、
それ単独での変位が比較的小さいために所定の目的を達
成できないことが多い。そこで、大径ピストンと小径ピ
ストンの間に液体を満たした変位拡大機構と固体アクチ
ュエータとを組み合わせた振動制御装置を用いることが
提案されている（例えば特開平７−３０１３５４号公報
参照）。このような変位拡大機構と固体アクチュエータ
とをそれぞれ１つずつ用いた振動制御装置により、大径
ピストンと小径ピストンとの面積比に応じて固体アクチ
ュエータの変位を拡大して小径ピストン側から出力する
ことが可能となっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た公報には多次元多自由度での振動制御を行う手段につ
いて明確に記載されていない。また、上述したような変
位拡大機構および固体アクチュエータを備えた振動制御
装置は、固体アクチュエータを駆動してアクティブ制御
を行った際における低周波域での振動遮断性能（アクテ
ィブ振動遮断性能）の点で優れているものの、その固有
振動数が比較的高く、高周波域でのパッシブ振動遮断特
性の点で満足のいくものではない。

【０００４】そこで、本発明の目的は、低周波域での優
れたアクティブ振動遮断性能を維持しつつ、固有振動数
が低く高周波域でのパッシブ振動遮断性能に優れてお
り、しかも多次元多自由度の振動制御を行うことが可能
な振動制御構造を提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１の振動制御構造は、第１および第２の可動
部を有し、前記第１の可動部に入力された変位が拡大さ
れて前記第２の可動部から出力されるような変位拡大機
構と、前記第１の可動部に対して前記第２の可動部とは
反対側に配置されており、供給された電気信号に基づい
て前記変位拡大機構の前記第１の可動部を移動させる方
向に変位可能な固体アクチュエータと、前記変位拡大機
構および前記固体アクチュエータと直列に配置された弾
性部材とをそれぞれ備えた複数の振動制御装置が、前記
第２の可動部の変位による作用方向が互いに交差するよ
うに、１または複数の部材に対して組み合わされて用い
られているものである。

【０００６】請求項１によると、変位拡大機構と固体ア
クチュエータと弾性部材とがそれぞれ直列に配置された
複数の振動制御装置が１または複数の部材に対して作用
方向が互いに交差するように組み合わされて用いられて
いるために、多次元多自由度における振動制御が可能と
なる。

【０００７】また、請求項１によると、直列に配置され
た弾性部材のために振動制御装置の固有振動数が従来よ
りも低下したものとなり、高周波域において優れたパッ
シブ振動遮断性能が得られる。例えば、直列に配置され
た弾性部材を具備していない振動制御装置の固有振動数
が１０〜２０Ｈｚ程度であるとすると、これに弾性部材
を直列付加した振動制御装置の固有振動数を１〜１０Ｈ
ｚ程度に低下させることができる。つまり、請求項１の
振動制御装置では、弾性部材の変位（ストローク）の大
小に拘わらず、柔らかい（すなわち、固有振動数が小さ
い）支持系を作ることができるという、パッシブ除振系
にとって好適な特性を得ることができる。このように、
請求項１によると、低周波域において優れたアクティブ
振動遮断性能が得られるとともに、固有振動数が従来よ
りも低下したものとなって高周波域で優れたパッシブ振
動遮断性能が得られる。なお、本発明で「直列」とは、
力の相互作用がシリアルに行われることを意味してお
り、機械的に一直線上に配置されていることを意味する
ものではない。

【０００８】また、請求項２の振動制御構造は、前記変
位拡大機構が、内部に液体が封入された液体室を有する
液体変位拡大機構であって、前記第１の可動部が前記液
体室内の液体と接触しており、前記第２の可動部が前記
第１の可動部よりも小さい接触面積で前記液体室内の液
体と接触したものである。

【０００９】請求項２の振動制御装置において、液体変
位拡大機構は、内部に液体が封入された液体室、第１の
可動部、および、前記第１の可動部よりも液体との接触
面積が小さい第２の可動部を有し、第１の可動部側に固
体アクチュエータが配置されたものとなっている（以
下、このような構造を有する機構を本明細書において、
「液体梃子機構」ということがある）。

【００１０】液体梃子機構においては力伝達が液体で行
われることから、力を作用させる場所や方向を高い自由
度で変更できるというメリットがある。このことを用い
れば、固体アクチュエータをメンテナンスしやすい場所
に配置し、第２の可動部を制御対象部材の近くに配置し
た振動制御装置を構成することができるという従来の装
置では実現できない効果が得られる。

【００１１】さらに、液体梃子機構は、例えばレバーを
用いるなどした機械的な変位拡大機構と比べた場合に、
非剛体内部自由度による高次振動モードをほとんど持た
ないという利点がある。

【００１２】液体室内部の液体としてはシリコンオイル
などの不揮発性で安定なものを用いることが好ましい
が、これに限定されるものではない。液体自身は振動に
対する減衰性を持っている必要はなく、むしろ粘度が小
さく流動性がよい方が制御の立ち上がりに優れている。

【００１３】また、請求項３の振動制御構造において
は、前記弾性部材が、前記第２の可動部と前記固体アク
チュエータとの間に両者に対して直列に配置されてい
る。

【００１４】請求項３では、複数の変位拡大機構の最端
部にある第２の可動部と固体アクチュエータとの間に両
者に対して直列に弾性部材が配置されているので、弾性
部材がそれ以外の場所に配置される場合に比べて弾性係
数が大きく変位が小さい（言い換えると、硬い）弾性部
材を用いることが可能である。そのため、弾性部材の体
積を縮小することができることになり、振動制御装置の
小型化を図ることが可能となる。

【００１５】弾性部材としては、ゴムやばねなど公知の
ものをいずれも用いることができる。具体的には、ドリ
フトや温度変化による特性変化の少ないもの（例えば、
複数の小さなコイルスプリングが並列に配置されたばね
ユニットや、このユニットがゲルでモールドされたも
の、或いは、皿ばねなど）を用いることが好ましい。

【００１６】また、請求項４の振動制御構造は、内部に
液体が封入されているとともに弾性的に体積可変である
多数の小粒が分散された液体室、前記液体室内の液体と
接触している第１の可動部、および、前記第１の可動部
よりも小さい接触面積で前記液体室内の液体と接触して
いる第２の可動部を有する変位拡大機構と、前記第１の
可動部に対して前記第２の可動部とは反対側に配置され
ており、供給された電気信号に基づいて前記変位拡大機
構の前記第１の可動部を移動させる方向に変位可能な固
体アクチュエータとをそれぞれ備えた複数の振動制御装
置が、前記第２の可動部の変位による作用方向が互いに
交差するように、１または複数の部材に対して組み合わ
されて用いられたものである。

【００１７】請求項４によると、請求項１と同様に、複
数の振動制御装置が１または複数の部材に対して作用方
向が互いに交差するように組み合わされて用いられてい
るために、多次元多自由度における振動制御が可能とな
る。また、液体梃子機構によって固体アクチュエータの
変位を拡大することができ、液体室内の小粒が弾性部材
として機能するために、低周波域において優れたアクテ
ィブ振動遮断性能が得られるとともに、固有振動数が従
来よりも低下したものとなって高周波域で優れたパッシ
ブ振動遮断性能が得られる。また、請求項１の弾性部材
と同等の機能を果たすものとして液体室内に弾性的に体
積可変である多数の小粒が分散されているので、液体室
の外に別の弾性部材を配置しなくともよい小型でパッシ
ブ除振に適した振動制御装置を得ることが可能となる。

【００１８】また、請求項５の振動制御構造は、内部に
気体が封入されており弾性的に容積可変である気体室、
前記気体室内の気体と接触している第１の可動部、およ
び、前記第１の可動部よりも小さい接触面積で前記気体
室内の気体と接触している第２の可動部を有する変位拡
大機構と、前記第１の可動部に対して前記第２の可動部
とは反対側に配置されており、供給された電気信号に基
づいて前記変位拡大機構の前記第１の可動部を移動させ
る方向に変位可能な固体アクチュエータとをそれぞれ備
えた複数の振動制御装置が、前記第２の可動部の変位に
よる作用方向が互いに交差するように、１または複数の
部材に対して組み合わされて用いられたものである。

【００１９】請求項５によると、請求項１と同様に、作
用方向が互いに交差するように１または複数の部材に対
して複数の振動制御装置が組み合わされて用いられてい
るために、多次元多自由度における振動制御が可能とな
る。また、気体梃子機構によって固体アクチュエータの
変位を拡大することができ、気体室が弾性部材として機
能するために、低周波域において優れたアクティブ振動
遮断性能が得られるとともに、固有振動数が従来よりも
低下したものとなって高周波域で優れたパッシブ振動遮
断性能が得られる。また、気体室内の気体が請求項１の
弾性部材と同等の機能を果たすので、気体室の外に別の
弾性部材を配置しなくともよい小型でパッシブ除振に適
した振動制御装置を得ることが可能となる。

【００２０】請求項６の振動制御構造は、前記部材まで
の距離を測定するためのセンサをさらに備えている。請
求項６によると、センサによって各部材までの距離を測
定することができるので、その測定信号に基づいて固体
アクチュエータを制御することにより、部材の位置およ
び配向（すなわち、姿勢）の制御を的確に行うことがで
きるようになる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
について、図面を参照しつつ説明する。

【００２２】図１は、本発明の第１の実施の形態にかか
る振動制御構造の断面図である。図１に示すように、本
実施の形態の振動制御構造１は、２つの振動制御装置
２、３が組み込まれた下部アセンブリ４によって、制御
対象部材である上面板５の振動制御を行うものである。
２つの振動制御装置２、３は、後述する作用子３５ａ、
３５ｂ；１５の変位方向（本実施の形態では、作用子の
変位方向と作用方向とがおなじである）がそれぞれ鉛直
および水平方向となるように配置されている。そのた
め、上面板５は、水平方向および鉛直方向の２方向に関
して独立に振動制御される。ここで、下部アセンブリ４
は、下面板６、シリンダケース７およびシリンダケース
８の集合体を意味しているものとする。振動制御装置２
は、下面板６およびシリンダケース７の内部および近傍
に形成されており、振動制御装置３は、シリンダケース
７上に配置されたシリンダケース８の内部および近傍に
形成されており、上面板５の下面側に設けられた凹部５
ａに挿入されている。

【００２３】また、上面板５には、その鉛直および水平
方向の振動加速度をそれぞれ測定するためのセンサ１０
ａ、１０ｂが、振動制御装置２、３の各作用子の変位方
向の延長線上に配置されている。また、シリンダケース
７の側面には上面板５の底面との鉛直方向の離隔距離を
測定するためのセンサ１１ａが配置されており、上面板
５の底面にはシリンダケース７の側面との水平方向の離
隔距離を測定するためのセンサ１１ｂが配置されてい
る。センサ１０ａ、１１ａからの検出信号は、前置信号
処理器を経て制御器（ともに図示せず）に与えられ、振
動制御装置２のピエゾアクチュエータ１２ａ、１２ｂを
制御するために用いられる。同様に、センサ１０ｂ、１
１ｂからの検出信号は、前置信号処理器を経て制御器に
与えられ、振動制御装置３のピエゾアクチュエータ３２
ａ、３２ｂ、３２ｃを制御するために用いられる。この
ように、本実施の形態では、センサ１０ａ、１０ｂ、１
１ａ、１１ｂからの検出信号に基づいて振動制御装置
２、３を制御しているので、上面板５の振動制御を的確
に行うことができるようになっている。

【００２４】次に、振動制御装置３の構造について説明
する。振動制御装置３においては、ピエゾ（圧電）素子
を含む２つの並列配置されたピエゾアクチュエータ１２
ａ、１２ｂと、弾性部材である防振ゴム１３と、変位拡
大機構である液体梃子機構１４とが、シリンダケース８
内に直列に配置されている。液体梃子機構１４は、内部
に液体が封入された液体室１６と、液体室１６内の液体
と接触するように且つ液体室１６と防振ゴム１３との間
に配置された駆動板１７と、液体室１６内の液体と接触
するように且つ液体室１６に対して駆動板１７とは反対
側に配置された作用子１５とを有している。液体室１６
内の液体は、作用子１５側では作用子１５に沿って設け
られた弾性シール部材２０によってシールされており、
駆動板１７側では防振ゴム１３によってシールされてい
る。

【００２５】並列配置されたピエゾアクチュエータ１２
ａ、１２ｂは、その周囲がエラストマ１８で被覆モール
ドされている。そのために、ピエゾアクチュエータ１２
ａ、１２ｂを外気から遮断することができるので、ピエ
ゾアクチュエータ１２ａ、１２ｂ、２ｃが外部湿度の影
響を受けないようになり、ピエゾアクチュエータ１２
ａ、１２ｂの長寿命化を図ることができるという効果が
得られる。なお、エラストマ１８の代わりにゲルなどの
他の弾性部材を用いてもよい。また、図１では、エラス
トマ１８によって２つのピエゾアクチュエータ１２ａ、
１２ｂの間隙が埋められているように描かれているが、
エラストマ１８はピエゾアクチュエータ１２ａを被覆す
る部分とピエゾアクチュエータ１２ｂを被覆する部分と
に分離されていてもよい。

【００２６】防振ゴム１３とピエゾアクチュエータ１２
ａ、１２ｂとの間には、剛性板１９が配置されている。
このように防振ゴム３とピエゾアクチュエータ１２ａ、
１２ｂとの間に剛性板１９を配置しておくことで、局所
的に配置されたピエゾアクチュエータ１２ａ、１２ｂの
変位を液体室１６内の液体に対して効率よく一様に与え
るようにしている。

【００２７】液体室１６内の液体との接触面積は、駆動
板１７よりも作用子１５の方が小さくなっている。作用
子１５の液体室１６とは反対側の端部は、シリンダケー
ス１８に設けられた孔を通ってその外部に露出してい
る。このようにピエゾアクチュエータ１２ａ、１２ｂ、
防振ゴム１３および液体梃子機構１４がシリンダケース
８内に収納されているために、振動制御装置３は小型で
あり、省スペースに寄与することが可能なものとなって
いる。

【００２８】ピエゾアクチュエータ１２ａ、１２ｂは、
上述した制御器からの制御によって図示しないドライバ
から供給された電気信号に基づいて微小振動する。その
振動の方向は、ピエゾアクチュエータ１２ａ、１２ｂと
防振ゴム１３と液体梃子機構１４とが直列配置された方
向（すなわち、水平方向）になっている。

【００２９】作用子１５と上面板５の凹部５ａの一方の
側面との間には、積層弾性体２２が直列に配置されてい
る。積層弾性体２２は、鋼板（若しくは樹脂板またはこ
れらの両方）と防振ゴムなどのエラストマとを交互に積
層した非干渉化弾性部材である。積層弾性体２２の直列
配列方向における両端には、剛性板２３ａ、２３ｂがそ
れぞれ配置されている。また、剛性板２３ｂとシリンダ
ケース８との間には、作用子１５と並列に、防振ゴム２
５および剛性板２３ｃが配置されている。

【００３０】また、シリンダケース８と上面板５の凹部
５ａの他方の対向した側面との間には、積層弾性体２６
が直列に配置されている。積層弾性体２６は、積層弾性
体２２と同様に、鋼板（若しくは樹脂板またはこれらの
両方）と防振ゴムなどのエラストマとを交互に積層した
非干渉化弾性部材である。積層弾性体２６の直列配列方
向における両端には、剛性板２７ａ、２７ｂがそれぞれ
配置されている。

【００３１】剛性板２３ａから剛性板２７ｂまでの長さ
は、凹部５ａの対向する側面間の距離よりも僅かに長く
なっており、そのために、振動制御装置３が凹部５ａに
挿入された状態では、振動制御装置３に適切な予圧が加
えられている。

【００３２】このように、本実施の形態では、作用子１
５の液体室１６とは反対側に、ピエゾアクチュエータ１
２ａ、１２ｂおよび液体梃子機構１４と直列配置された
積層弾性体２２が配置されていることにより、作用子１
５の変位方向（つまり直列配置方向）と交差する方向の
剪断力が外部から加えられた場合に、積層弾性体２２が
剪断力の緩衝部材として作用子１５に大きな剪断力がか
からないように機能して、作用子１５の破損を効果的に
防止する。特に、本実施の形態の場合には、振動制御装
置２が鉛直方向の振動を発生してそれが作用子１５に負
荷されることになるため、積層弾性体２２の役割は非常
に重要である。さらに、本実施の形態では、２つの積層
弾性体２２、２６に挟み込まれるようにしてこれらと直
列にシリンダケース８が配置されているので、作用子１
５の破損をより効果的に防止することが可能になってい
る。なお、積層弾性体２２、２６は積層されていない通
常の弾性体であってもよいが、本実施の形態のように積
層された非干渉化弾性部材は剪断力の緩衝部材として良
好に機能するために好ましい。

【００３３】また、本実施の形態において、作用子１５
と並列に配置された防振ゴム２５は、外部から加えられ
る力を作用子１５と分担して作用子１５に加えられる外
力負担を減らす役割を有している。そのため、より精度
の高い振動制御が行えるようになり、防振ゴム２５での
振動減衰が少なくなるほど制御効率が高められる。

【００３４】このように構成された振動制御装置３の動
作について説明する。振動制御装置３では、ピエゾアク
チュエータ１２ａ、１２ｂを駆動することによって振動
が生じると、その振動が防振ゴム１３を介して駆動板１
７に与えられる。駆動板１７はピエゾアクチュエータ１
２ａ、１２ｂの変位量とほぼ同じだけ変位するが、作用
子１５の液体との接触面積が駆動板１７のそれよりも小
さいために、両者の比の分だけ作用子１５の変位が拡大
される。つまり、作用子１５と駆動板１７の液体接触面
積比が１：１０であれば、作用子１５と駆動板１７の変
位量比は１０：１となる。このように、本実施の形態に
よると、液体梃子機構１４が設けられているために、ピ
エゾアクチュエータ１２ａ、１２ｂの変位を大きく拡大
して取り出すことが可能である。そのためピエゾアクチ
ュエータ１２ａ、１２ｂ内のピエゾ素子の積層数を従来
よりも減少させることができて、製造コストを大幅に低
下させることができる。

【００３５】さらに、変位拡大機構として液体梃子機構
を用いた振動制御装置３は、レバーを用いるなどした機
械的な変位拡大機構を用いたものと比較して、構成が比
較的簡単であり且つ非剛性内部自由度における高次振動
モードをほとんど持たないという点からも好ましい。

【００３６】次に、振動制御装置２の構造について説明
する。振動制御装置２においても、上述した振動制御装
置３と同様に、ピエゾアクチュエータと防振ゴムと液体
梃子機構とが直列に配置されている。ただし、振動制御
装置３では、振動制御装置２とは異なり液体梃子機構に
２つの作用子が設けられており、その作用方向がピエゾ
アクチュエータの配列方向に対して１８０°反転させら
れている。具体的には、振動制御装置２においては、ピ
エゾ素子を含む３つの並列配置されたピエゾアクチュエ
ータ３２ａ、３２ｂ、３２ｃと、弾性部材である防振ゴ
ム３３と、変位拡大機構である液体梃子機構３４とが直
列に配置されている。これらのうち、ピエゾアクチュエ
ータ３２ａ、３２ｂ、３２ｃはシリンダケース７に収容
されているが、防振ゴム３３および液体梃子機構３４
は、作用子３５ａ、３５ｂの先端部分を除いて、シリン
ダケース７の下方にこれがほぼ中央に配置されるように
接続された下面板６に収容されている。

【００３７】液体梃子機構３４は、内部に液体が封入さ
れた液体室３６と、液体室３６内の液体と接触するよう
に且つ液体室３６と防振ゴム３３との間に配置された駆
動板３７と、液体室３６内の液体と接触するように且つ
液体室３６に対して駆動板３７とは反対側に配置された
２つの作用子３５ａ、３５ｂとを有している。作用子３
５ａ、３５ｂは、液体室３６の両端にそれぞれ鉛直方向
で液体室３６の上方から突出するように上向きに配置さ
れている。液体室３６内の液体は、作用子３５ａ、３５
ｂ側では各作用子３５ａ、３５ｂに沿って設けられた弾
性シール部材４０によってシールされており、駆動板３
７側では防振ゴム３３によってシールされている。

【００３８】並列配置されたピエゾアクチュエータ３２
ａ、３２ｂ、３２ｃは、振動制御装置３のピエゾアクチ
ュエータ１２ａ、１２ｂと同様に、その周囲がエラスト
マ３８で被覆モールドされている。ピエゾアクチュエー
タ３２ａ、３２ｂ、３２ｃは、上述した制御器からの制
御によって図示しないドライバから供給された電気信号
に基づいて鉛直方向に微小振動する。また、防振ゴム３
３とピエゾアクチュエータ３２ａ、３２ｂ、３２ｃとの
間には、剛性板３９が配置されており、局所的に配置さ
れたピエゾアクチュエータ３２ａ、３２ｂ、３２ｃの変
位を液体室３６内の液体に対して効率よく一様に与える
ようにしている。

【００３９】液体室３６内の液体との接触面積は、駆動
板３７よりも作用子３５ａ、３５ｂの方が小さくなって
いる。作用子３５ａ、３５ｂの液体室３６とは反対側の
端部は、下面板６から突出して上面板５の底面の方向を
向いている。振動制御装置２も、振動制御装置３と同様
に、このようにピエゾアクチュエータ３２ａ、３２ｂ、
３２ｃ、防振ゴム３３および液体梃子機構３４がシリン
ダケース７および下面板６内に収納されているために、
小型で省スペースに寄与することが可能なものとなって
いる。

【００４０】作用子３５ａ、３５ｂと上面板５の底面と
の間には、積層弾性体４２が直列に配置されている。積
層弾性体４２は、鋼板（若しくは樹脂板またはこれらの
両方）と防振ゴムなどのエラストマとを交互に積層した
非干渉化弾性部材である。積層弾性体４２の直列配列方
向における両端には、剛性板４３ａ、４３ｂがそれぞれ
配置されている。また、剛性板４３ｂと下面板６との間
には、作用子３５ａ、３５ｂと並列に、防振ゴム４５お
よび剛性板４３ｃがそれぞれ配置されている。

【００４１】上面板５と下面板６との間に配置された積
層弾性体４２および防振ゴム４５は、上面板５の重量に
よって僅かに縮んでおり、その弾性復帰力のために振動
制御装置２には適切な予圧が加えられている。

【００４２】このように構成された振動制御装置２の動
作について説明する。振動制御装置２では、ピエゾアク
チュエータ３２ａ、３２ｂ、３２ｃを駆動することによ
って振動が生じると、その振動が防振ゴム３３を介して
駆動板３７に与えられる。駆動板３７はピエゾアクチュ
エータ３２ａ、３２ｂ、３２ｃの変位量とほぼ同じだけ
変位するが、作用子３５ａ、３５ｂの液体との接触面積
が駆動板３７のそれよりも小さいために、両者の比の分
だけ作用子３５ａ、３５ｂの変位が拡大される。このよ
うに、液体梃子機構３４が設けられているために、ピエ
ゾアクチュエータ３２ａ、３２ｂ、３２ｃの変位を大き
く拡大して取り出すことが可能である。

【００４３】上述のように構成された本実施の形態の振
動制御構造１においては、振動制御装置２が上面板５に
対して鉛直方向の力を付与し、振動制御装置３が上面板
５に対して水平方向の力を付与する。つまり、２つの振
動制御装置２、３がその作用子３５ａ、３５ｂ；１５の
変位方向が互いに直交するように上面板５に対して組み
合わせて用いられている。そのために、上面板５に対し
て２次元２自由度での振動制御を行うことが可能になっ
ている。

【００４４】また、本実施の形態の振動制御構造１で
は、各振動制御装置２、３において直列配置された積層
弾性体２２、２６、４２および防振ゴム１３、３３のた
めに振動制御装置２、３の各固有振動数が従来よりも低
下したものとなり、高周波域において優れたパッシブ振
動遮断性能が得られる。そのため、本実施の形態の振動
制御構造１によると、小容積で高速応答可能であるとい
うピエゾアクチュエータ１２ａ、１２ｂが有する利益を
保持しつつ、低周波域では変位の大きな優れたアクティ
ブ振動遮断性能を発揮することができ、しかも高周波域
では優れたパッシブ振動遮断性能を発揮することができ
るといういままでの振動制御装置によっては実現できな
かった振動制御系が比較的低コストで構成される。

【００４５】なお、振動制御装置３において積層弾性体
２２、２６および防振ゴム１３のどれか１つだけが存在
している場合にも同様の効果を期待することができ、振
動制御装置２において積層弾性体４２および防振ゴム３
３のいずれか一方だけが存在している場合にも同様の効
果を期待することができる。また、振動制御装置２、３
において、液体室１６、３６内に積層弾性体或いは防振
ゴムなどの弾性部材が配置されている場合にも同様の効
果を期待することができる。

【００４６】また、本実施の形態では、防振ゴム１３、
３３が駆動板１７、３７とピエゾアクチュエータとの間
に両者に対して直列に配置されているので、防振ゴム１
３、３３がそれ以外の場所に配置される場合に比べて弾
性係数が大きく変位が小さい防振ゴム１３、３３を用い
ることが可能である。そのため、防振ゴム１３、３３の
体積を縮小することができることになり、振動制御装置
２、３の小型化、さらには振動制御構造１の小型化を図
ることが可能となる。

【００４７】また、本実施の形態では、力伝達が液体で
行われる液体梃子機構３４が振動制御装置２に採用され
ているために、力を作用させる場所や方向をピエゾアク
チュエータ３２ａ、３２ｂ、３２ｃの配列方向に拘わら
ず高い自由度で変更することが可能である。本実施の形
態では、この利点を生かして上面板５と下面板６との間
に設けられたスペースにピエゾアクチュエータ３２ａ、
３２ｂ、３２ｃを配置し、振動制御構造１を嵩の低いも
のにしている。

【００４８】次に、本発明の第２の実施の形態について
図２を参照して説明する。なお、本実施の形態において
第１の実施の形態と同等の部材については同じ符号を用
いその説明を省略する。

【００４９】図２に示すように、本実施の形態の振動制
御装置５１は、矩形の枠体５２内に配置された断面矩形
の１つの制御対象部材５３に対して、図１に示した第１
の実施の形態の振動制御装置３と類似した２つの振動制
御装置５４、５５が作用子の変位方向が互いに直交する
ように組み合わされて水平に取り付けられ、さらに、制
御対象部材５３と枠体５２との間であって制御対象部材
５３を挟んで２つの振動制御装置５４、５５と対向する
領域に、それぞれ積層弾性体５６、５７が配置されたも
のである。積層弾性体５６、５７は、その積層方向が振
動制御装置５４、５５の作用子の変位方向と一致するよ
うに配向されている。

【００５０】振動制御装置５４、５５は、ピエゾ（圧
電）素子を含むピエゾアクチュエータ１２と、弾性部材
である防振ゴム１３と、変位拡大機構である液体梃子機
構１４とが、シリンダケース８内に直列に配置されたも
のである。液体梃子機構１４は、内部に液体が封入され
た液体室１６と、液体室１６内の液体と接触するように
且つ液体室１６と防振ゴム１３との間に配置された駆動
板１７と、液体室１６内の液体と接触するように且つ液
体室１６に対して駆動板１７とは反対側に配置された作
用子１５とを有している。また、液体室１６内の液体と
の接触面積は、駆動板１７よりも作用子１５の方が小さ
くなっている。作用子１５の液体室１６とは反対側の端
部は、シリンダケース８に設けられた孔を通ってその外
部に露出している。

【００５１】ピエゾアクチュエータ１２の微小振動の方
向は、ピエゾアクチュエータ１２と防振ゴム１３と液体
梃子機構１４とが直列配置された方向と平行となってい
る。また、この直列配置方向における防振ゴム１３の両
端には、肉薄の剛性板１９ａ、１９ｂがそれぞれ配置さ
れている。このように防振ゴム１３の両側に剛性板１９
ａ、１９ｂを配置しておくことで、局所的に配置された
ピエゾアクチュエータ１２の変位を液体室１６内の液体
に対して効率的に与えるようにしている。

【００５２】また、作用子１５および駆動板１７の側面
とシリンダケース８との間には、その間隙を埋めて液体
室１６内の液体が漏れないようにするための弾性シール
部材２０ａ、２０ｂがそれぞれ配置されている。

【００５３】駆動板１７に対して液体室１６とは反対側
であってピエゾアクチュエータ１２、防振ゴム１３およ
び剛性板１９ａ、１９ｂが配置されていない空間には空
気が充填されており、その空気圧は図示しないバルブや
コンプレッサなどの装置によって調整可能となってい
る。つまり、この空間は空気圧調整が可能で、ピエゾア
クチュエータ１２と並列に配置された空気ばねとして機
能する。従って、当該空間の空気圧を調節することで、
ピエゾアクチュエータ１２に負荷される荷重を制御して
ピエゾアクチュエータ１２を最適動作させることができ
るようになる。

【００５４】また、制御対象部材５３と振動制御装置５
４、５５との間には、第１の実施の形態と同様に、液体
梃子機構１４と直列の積層弾性体２２と、作用子１５に
並列の防振ゴム２５とが配置されている。また、これら
の端部には、剛性板２３ａ、２３ｂ、２３ｃがそれぞれ
設置されている。

【００５５】このように、本実施の形態では、１つの制
御対象部材５３に対して交差する２方向に変位する２つ
の作用子１５から制御力が加えられるので、水平面内の
２自由度での振動制御が可能である。また、さらに交差
する方向に変位する振動制御装置を追加して組み合わせ
ることによって、より多次元多自由度（例えば３次元６
自由度）での振動制御を行うことも可能である。

【００５６】また、図２のように配置された振動制御機
構５１を駆動する場合、ピエゾアクチュエータの制御ル
ープを作用子１５の変位方向ごと、つまり２つの振動制
御装置５４、５５ごとに独立したループとし、これら２
つの独立した制御ループの振動信号に基づき、１つの制
御器での座標変換によって共通座標系における制御信号
を生成し、さらに、共通座標系における制御信号を、個
々の作用子１５のローカル座標系における個別の操作信
号に加算するという制御を行うことが正確な制御を行う
という観点から好ましい。

【００５７】また、本実施の形態の振動制御構造５１で
は、上述した第１の実施の形態と同様に、各振動制御装
置５４、５５において直列配置された積層弾性体２２お
よび防振ゴム１３のために振動制御装置５４、５５の各
固有振動数が従来よりも低下したものとなり、高周波域
において優れたパッシブ振動遮断性能が得られる。その
ため、本実施の形態の振動制御構造５１によると、小容
積で高速応答可能であるというピエゾアクチュエータ１
２が有する利益を保持しつつ、低周波域では変位の大き
な優れたアクティブ振動遮断性能を発揮することがで
き、しかも高周波域では優れたパッシブ振動遮断性能を
発揮することができるといういままでの振動制御装置に
よっては実現できなかった振動制御系が比較的低コスト
で構成される。なお、振動制御装置５４、５５において
積層弾性体２２および防振ゴム１３のいずれか一方だけ
が存在している場合にも同様の効果を期待することがで
きる。また、振動制御装置５４、５５において、液体室
１６内に積層弾性体或いは防振ゴムなどの弾性部材が配
置されている場合にも同様の効果を期待することができ
る。

【００５８】また、本実施の形態では、防振ゴム１３が
駆動板１７とピエゾアクチュエータ１２との間に両者に
対して直列に配置されているので、防振ゴム１３がそれ
以外の場所に配置される場合に比べて弾性係数が大きく
変位が小さい防振ゴム１３を用いることが可能である。
そのため、防振ゴム１３の体積を縮小することができる
ことになり、振動制御装置５４、５５の小型化、さらに
は振動制御機構５１の小型化を図ることが可能となる。

【００５９】次に、上述した第１および第２の実施の形
態で用いた振動制御装置２、３、５４、５５に代えて用
いることが可能な振動制御装置の別の形態について、図
３を参照して説明する。

【００６０】図３は、上述した第１および第２の実施の
形態で用いた振動制御装置２、３、５４、５５に代えて
用いることが可能な１つの振動制御装置の断面図であ
る。振動制御装置６１は、シリンダケース６２内に、並
列配置された５つのピエゾアクチュエータ１２ａ、１２
ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅと、液体梃子機構６４とが
直列に配置されたものである。液体梃子機構６４は、弾
性的に体積可変である多数の小粒が内部の液体に分散さ
れた液体室６６と、液体室６６内の液体と接触するよう
に且つ液体室６６とピエゾアクチュエータ１２ａ、１２
ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅとの間に配置された駆動板
６７ａ、６７ｂと、一端が液体室６６内の液体と接触し
且つ他端がシリンダケース６２から突出するように配置
された作用子６５とを有している。弾性的に体積可変で
ある多数の小粒としては例えば気体が封入された樹脂や
エラストマの粉末体が用いられてよい。

【００６１】作用子６５、駆動板６７ａおよびピエゾア
クチュエータ１２ｄ、１２ｅは、液体室６６を挟んで駆
動板６７ｂおよびピエゾアクチュエータ１２ａ、１２
ｂ、１２ｃと対向している。駆動板６７ａはピエゾアク
チュエータ１２ｄ、１２ｅによって駆動され、駆動板６
７ｂはピエゾアクチュエータ１２ａ、１２ｂ、１２ｃに
よって駆動される。

【００６２】作用子６５の側面とシリンダケース６２と
の間には、その間隙を埋めて液体室６６内の液体が漏れ
ないようにするための弾性シール部材６８ａが配置され
ている。また、駆動板６７ａ、６７ｂの側面とシリンダ
ケース６２との間にも同様の弾性シール部材６８ｂがそ
れぞれ配置されている。

【００６３】本実施の形態によると、液体室６６内に分
散された多数の小粒が弾性部材と同等に機能するため、
上述した実施の形態の振動制御装置のように防振ゴム１
３や積層弾性体２６などの弾性部材を液体室の外に配置
しなくとも、上述した実施の形態と同様の効果を得るこ
とができる。従って、上述した効果を保持しつつ振動制
御構造をよりコンパクトに構成することが可能である。

【００６４】また、本実施の形態では、液体室６６の上
下に駆動板が配置されているためにシリンダケース６２
に与えられて外部に逃げる作用力がほとんどなく、ピエ
ゾアクチュエータ１２ａ〜１２ｅで生じた作用力を上述
の実施の形態で用いた振動制御装置よりも高い割合で作
用子６５に与えることが可能であり、ピエゾアクチュエ
ータ１２ａ〜１２ｅを高効率で動作させることが可能で
ある。また、本実施の形態のように多くのピエゾアクチ
ュエータ１２ａ〜１２ｅを対向させて用いることによ
り、狭い平面積内に比較的多くのピエゾアクチュエータ
を配置して大きな作用力を得ることができるという利点
もある。

【００６５】次に、上述した第１および第２の実施の形
態で用いた振動制御装置２、３、５４、５５に代えて用
いることが可能な振動制御装置のさらに別の形態につい
て、図４を参照して説明する。なお、図３の振動制御装
置と同等の部材については同じ符号を用いその説明を省
略する。

【００６６】図４は、上述した第１および第２の実施の
形態で用いた振動制御装置２、３、５４、５５に代えて
用いることが可能な１つの振動制御装置の断面図であ
る。図４に示した振動制御装置７１は、液体梃子機構６
４の代わりに気体梃子機構７４が用いられている点にお
いて図３に示したものと相違している。気体梃子機構７
４は、液体室６６と比較して非常に高さが小さく上下の
駆動板６７ａ、６７ｂ間の距離が接近した気体室７６を
具備している。

【００６７】このように構成された気体梃子機構７４の
気体室７６内に封止された気体は弾性部材として機能す
るため、本実施の形態によっても図３の場合と同等の効
果を得ることが可能である。また、気体梃子機構７４は
上述した実施の形態で用いた液体梃子機構に比べて小型
であってその外部に弾性部材をさらに配置する必要がな
いので、非常にコンパクトな振動制御装置を得ることが
可能となる。

【００６８】以上、本発明の好適な実施の形態について
説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるもの
ではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々
な設計変更が可能なものである。例えば、上述の実施の
形態では、１つの制御対象部材について２つの振動制御
装置を組み合わせて用いるようにしたが、１つの制御対
象部材について３つ以上の振動制御装置を組み合わせて
用いるようにしてもよく、それによって、より高次元高
自由度の制御を行うようにしてもよい。

【００６９】また、作用子の変位方向と制御対象物の変
位方向は上述した実施の形態のように同じでなくともよ
く、公知の作用方向変換機構を用いることにより作用子
の変位方向が制御対象物の変位方向と例えば９０°をな
すようにしてもよい。また、固体アクチュエータとして
は、ピエゾアクチュエータの代わりに超磁歪アクチュエ
ータなどの公知のアクチュエータが用いられてもよい。

【００７０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
変位拡大機構と固体アクチュエータと弾性部材とがそれ
ぞれ直列に配置された複数の振動制御装置が１または複
数の部材に対して作用方向が互いに交差するように組み
合わされて用いられているために、多次元多自由度にお
ける振動制御が可能となる。また、直列に配置された弾
性部材のために振動制御装置の固有振動数が従来よりも
低下したものとなり、高周波域において優れたパッシブ
振動遮断性能が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態にかかる振動制御装
置の断面図である。

【図２】本発明の第２の実施の形態にかかる振動制御装
置の断面図である。

【図３】第１および第２の実施の形態で用いた振動制御
装置に代えて用いることが可能な１つの振動制御装置の
断面図である。

【図４】第１および第２の実施の形態で用いた振動制御
装置に代えて用いることが可能な別の１つの振動制御装
置の断面図である。

【符号の説明】

１振動制御構造２、３振動制御装置４下部アセンブリ５上面板６下面板７、８シリンダケース１０ａ、１０ｂ、１１ａ、１１ｂセンサ１２ａ、１２ｂ，３２ａ、３２ｂ、３２ｃピエゾアク
チュエータ１３、３３防振ゴム１４、３４液体梃子機構１５、３５ａ、３５ｂ作用子１６、３６液体室１７、３７駆動板１８エラストマ１９剛性板２０、４０弾性シール部材２２、２６、４２積層弾性体２３ａ、２３ｂ剛性板１８、３８エラストマ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１および第２の可動部を有し、前記第
１の可動部に入力された変位が拡大されて前記第２の可
動部から出力されるような変位拡大機構と、前記第１の
可動部に対して前記第２の可動部とは反対側に配置され
ており、供給された電気信号に基づいて前記変位拡大機
構の前記第１の可動部を移動させる方向に変位可能な固
体アクチュエータと、前記変位拡大機構および前記固体
アクチュエータと直列に配置された弾性部材とをそれぞ
れ備えた複数の振動制御装置が、前記第２の可動部の変
位による作用方向が互いに交差するように、１または複
数の部材に対して組み合わされて用いられていることを
特徴とする振動制御構造。
【請求項２】前記変位拡大機構が、内部に液体が封入
された液体室を有する液体変位拡大機構であって、前記
第１の可動部が前記液体室内の液体と接触しており、前
記第２の可動部が前記第１の可動部よりも小さい接触面
積で前記液体室内の液体と接触していることを特徴とす
る請求項１に記載の振動制御構造。
【請求項３】前記弾性部材が、前記第２の可動部と前
記固体アクチュエータとの間に両者に対して直列に配置
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
振動制御構造。
【請求項４】内部に液体が封入されているとともに弾
性的に体積可変である多数の小粒が分散された液体室、
前記液体室内の液体と接触している第１の可動部、およ
び、前記第１の可動部よりも小さい接触面積で前記液体
室内の液体と接触している第２の可動部を有する変位拡
大機構と、前記第１の可動部に対して前記第２の可動部
とは反対側に配置されており、供給された電気信号に基
づいて前記変位拡大機構の前記第１の可動部を移動させ
る方向に変位可能な固体アクチュエータとをそれぞれ備
えた複数の振動制御装置が、前記第２の可動部の変位に
よる作用方向が互いに交差するように、１または複数の
部材に対して組み合わされて用いられていることを特徴
とする振動制御構造。
【請求項５】内部に気体が封入されており弾性的に容
積可変である気体室、前記気体室内の気体と接触してい
る第１の可動部、および、前記第１の可動部よりも小さ
い接触面積で前記気体室内の気体と接触している第２の
可動部を有する変位拡大機構と、前記第１の可動部に対
して前記第２の可動部とは反対側に配置されており、供
給された電気信号に基づいて前記変位拡大機構の前記第
１の可動部を移動させる方向に変位可能な固体アクチュ
エータとをそれぞれ備えた複数の振動制御装置が、前記
第２の可動部の変位による作用方向が互いに交差するよ
うに、１または複数の部材に対して組み合わされて用い
られていることを特徴とする振動制御構造。
【請求項６】前記部材までの距離を測定するためのセ
ンサをさらに備えていることを特徴とする請求項１〜５
のいずれか１項に記載の振動制御構造。