| 【発明の名称】 |
アクティブ型除振装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】中村 佳也
【氏名】中山 昌尚
【氏名】増田 圭司
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| 【要約】 |
【課題】広い範囲の振動を良好に抑制することが可能なアクティブ型除振装置を提供する。
【解決手段】基台２００には、定盤３００に水平方向の変位を加えて水平方向に変位させるための水平小変位アクチュエータ４２０が配設されている。定盤３００には、上下小振動センサ３０４と水平小振動センサ３０６が配設されている。ベース部１００の底壁１０２上に配設された上下大変位アクチュエータ５０２によって基台２００を支持している。ベース部１００には、基台２００に水平方向の変位を加えて水平方向に変位させるための水平大変位アクチュエータ５２０が配設されている。基台２００には、基台２００における上下方向の加速度を検出する上下大振動センサ２０４と水平方向の加速度を検出する水平大振動センサ２０４が配設されている。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 下部構造体上に設けられた基台と、基台上において上下および水平方向に移動可能に支持され被除振体が取付けられる定盤と、前記定盤の上下および水平方向の比較的小さな加速度の振動を検出する第１振動検出手段と、前記第１振動検出手段により検出した上下および水平方向の加速度に対応して前記定盤を変位することにより、前記被除振体の上下および水平方向の振動を除去する第１除振装置部とを備えたアクティブ型除振装置において、前記基台の下方で下部構造体上に基礎構造体を設け、前記基礎構造体と基台との間に第２除振装置部を設け、前記基台に該基台の上下および水平方向の加速度を検出する第２振動検出手段を設け、前記第２振動検出手段は前記第１振動検出手段により検出される加速度よりも大きな振動を検出可能に構成され、前記第２除振装置部は、前記第２振動検出手段によって検出された上下方向の振動の加速度に対応して前記基台を上下方向に変位させることにより、前記基台の上下方向の振動を除去するように構成された上下除振機構と、前記第２振動検出手段によって検出された水平方向の振動の加速度に対応して前記基台を水平方向に変位させることにより、前記基台の水平方向の振動を除去するように構成された水平除振機構を備えたこと、を特徴とするアクティブ型除振装置。
【請求項２】 前記上下除振機構は、前記基台に上下方向の変位を与える上下大変位アクチュエータを備え、前記水平除振機構は、前記基台に水平方向の変位を与える水平大変位アクチュエータを備えることを特徴とする請求項１記載のアクティブ型除振装置。
【請求項３】 前記上下大変位アクチュエータと前記水平大変位アクチュエータはエアアクチュエータまたはリニアモータから構成されていることを特徴とする請求項２記載のアクティブ型除振装置。
【請求項４】 前記第１除振装置部は、前記基台と前記定盤との間に設けられた上下小変位アクチュエータと水平小変位アクチュエータを備え、前記上下小変位アクチュエータと前記定盤の間には前記上下小変位アクチュエータに作用するせん断力を吸収する第１弾性体が設けられ、前記水平小変位アクチュエータと前記定盤の間には前記水平小変位アクチュエータに作用するせん断力を吸収する第２弾性体が設けられていることを特徴とする請求項１、２または３記載のアクティブ型除振装置。
【請求項５】 前記上下小変位アクチュエータと前記水平小変位アクチュエータは固体アクチュエータから構成されており、前記基台に設けられ、前記水平小変位アクチュエータを保持するとともに、非駆動状態の前記水平小変位アクチュエータがその変位方向において前記定盤から受ける予圧縮力を調整する予圧縮力調整手段とを設けたことを特徴とする請求項４項記載のアクティブ型除振装置。
【請求項６】 前記固体アクチュエータは超磁歪アクチュエータまたはピエゾアクチュエータであることを特徴とする請求項５記載のアクティブ型除振装置。
【請求項７】 前記上下除振機構は、前記第２振動検出手段によって検出された上下方向の振動の加速度が上下所定加速度よりも大きいときに作動し、前記上下所定加速度よりも小さいときに作動しないように構成され、前記上下所定加速度は、前記第１除振装置部によって除振可能な前記被除振体の上下方向の振動の加速度の範囲内に設定されていることを特徴とする請求項１乃至６に何れか１項記載のアクティブ型除振装置。
【請求項８】 前記水平除振機構は、前記第２振動検出手段によって検出された水平方向の振動の加速度が水平所定加速度よりも大きいときに作動し、前記水平所定加速度よりも小さいときに作動しないように構成され、前記水平所定加速度は、前記第１除振装置部によって除振可能な前記被除振体の水平方向の振動の加速度の範囲内に設定されていることを特徴とする請求項１乃至６に何れか１項記載のアクティブ型除振装置。
【請求項９】 基台上において上下および水平方向に移動可能に支持され被除振体が取付けられる定盤と、前記定盤の上下および水平方向の加速度を検出する振動検出手段と、前記振動検出手段により検出した上下および水平方向の加速度に対応して前記定盤を変位することにより、前記被除振体の上下および水平方向の振動を除去する除振装置部とを備えたアクティブ型除振装置において、前記振動検出手段は、第１振動検出手段と第２振動検出手段を有し、前記第１振動検出手段は比較的小さな加速度を有する小振動を検出するように構成され、前記第２振動検出手段は前記第１振動検出手段により検出される加速度よりも大きな加速度を有する大振動を検出可能に構成され、前記除振装置部は、第１上下除振機構、第２上下除振機構と、第１水平除振機構と、第２水平除振機構とを有し、前記第１上下除振機構は、前記第１振動検出手段によって検出された上下方向の振動の加速度に対応して前記定盤を上下方向に変位させることにより、前記被除振体の上下方向の小振動を除去するように構成され、前記第２上下除振機構は、前記第２振動検出手段によって検出された上下方向の振動の加速度に対応して前記定盤を上下方向に変位させることにより、前記被除振体の上下方向の大振動を除去するように構成され、前記第１水平除振機構は、前記第１振動検出手段によって検出された水平方向の振動の加速度に対応して前記定盤を水平方向に変位させることにより、前記被除振体の水平方向の小振動を除去するように構成され、前記第２水平除振機構は、前記第２振動検出手段によって検出された水平方向の振動の加速度に対応して前記定盤を水平方向に変位させることにより、前記被除振体の水平方向の大振動を除去するように構成されている、ことを特徴とするアクティブ型除振装置。
【請求項１０】 前記第２上下除振機構は前記定盤に上下方向の変位を与える上下大変位アクチュエータを備え、前記第２水平除振機構は前記定盤に水平方向の変位を与える水平大変位アクチュエータを備えることを特徴とする請求項９記載のアクティブ型除振装置。
【請求項１１】 前記上下大変位アクチュエータと前記水平大変位アクチュエータはエアアクチュエータまたはリニアモータを有して構成されていることを特徴とする請求項１０記載のアクティブ型除振装置。
【請求項１２】 前記第１上下除振機構は上下小変位アクチュエータと前記上下大変位アクチュエータを備え、前記上下小変位アクチュエータと前記上下大変位アクチュエータは互いに同じ変位方向を有するように直列に連結された状態で前記基台と前記定盤との間に配設され、前記第１水平除振機構は水平小変位アクチュエータと前記水平大変位アクチュエータを備え、前記水平小変位アクチュエータと前記水平大変位アクチュエータは互いに同じ変位方向を有するように直列に連結された状態で前記基台と前記定盤との間に配設されていることを特徴とする請求項１０または１１記載のアクティブ型除振装置。
【請求項１３】 前記上下小変位アクチュエータは前記定盤と前記上下大変位アクチュエータの間に配設され、前記上下大変位アクチュエータは前記上下小変位アクチュエータと前記基台の間に配設され、前記定盤と前記上下小変位アクチュエータの間には前記上下小変位アクチュエータに作用するせん断力を吸収する第１弾性体が設けられ、前記水平小変位アクチュエータは前記定盤と前記水平大変位アクチュエータの間に配設され、前記水平大変位アクチュエータは前記水平小変位アクチュエータと前記基台の間に配設され、前記定盤と前記水平小変位アクチュエータの間には前記水平小変位アクチュエータに作用するせん断力を吸収する第２弾性体が設けられていることを特徴とする請求項１２記載のアクティブ型除振装置。
【請求項１４】 前記上下小変位アクチュエータと前記水平小変位アクチュエータは固体アクチュエータから構成されており、非駆動状態の前記水平小変位アクチュエータがその変位方向において前記定盤から受ける予圧縮力は前記水平大変位アクチュエータの駆動力によって調整されるように構成されていることを特徴とする請求項１２または１３記載のアクティブ型除振装置。
【請求項１５】 前記固体アクチュエータは超磁歪アクチュエータまたはピエゾアクチュエータであることを特徴とする請求項１４記載のアクティブ型除振装置。
【請求項１６】 前記第２上下除振機構は、前記第２振動検出手段によって検出された上下方向の振動の加速度が上下所定加速度よりも大きいときに作動し、前記上下方向の振動の加速度が前記上下所定加速度よりも小さいときに作動しないように構成され、前記上下所定加速度は、前記第１上下除振機構によって除振可能な前記被除振体の上下方向の振動の加速度の範囲内に設定されていることを特徴とする請求項９乃至１５に何れか１項記載のアクティブ型除振装置。
【請求項１７】 前記第２水平除振機構は、前記第２振動検出手段によって検出された水平方向の振動の加速度が水平所定加速度よりも大きいときに作動し、前記水平方向の振動の加速度が前記水平所定加速度よりも小さいときに作動しないように構成され、前記水平所定加速度は、前記第２水平除振機構によって除振可能な前記被除振体の水平方向の振動の加速度の範囲内に設定されていることを特徴とする請求項９乃至１５に何れか１項記載のアクティブ型除振装置。
【請求項１８】 前記上下大変位アクチュエータと前記水平大変位アクチュエータは、発生する変位量の精度が低いが発生する変位量が大きく、かつ、発生する変位量の周波数応答性が低いことを特徴とする請求項２、３、１０乃至１５に何れか１項記載のアクティブ型除振装置。
【請求項１９】 前記上下小変位アクチュエータと前記水平小変位アクチュエータは、発生する変位量の精度が高いが発生する変位量が小さく、かつ、発生する変位量の周波数応答性が高いことを特徴とする請求項４、５、６、１２乃至１５に何れか１項記載のアクティブ型除振装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はアクティブ型除振装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】例えば、半導体製造工場などにおいて使用される超微細加工に用いる製造装置や超高倍率の電子顕微鏡などの精密機器は、振動を極端に嫌う装置であり、振動がこの種の装置に悪影響を及ぼすのを防止するために除振装置が使用されている。除振装置は、外部の振動などに影響されることなく高度の静止状態を維持することのできる定盤を備え、この定盤上に、振動を嫌う装置の全体またはその装置のうちの特に振動を嫌う部分を取り付けて用いる。
【０００３】このような振動を嫌う装置に悪影響を及ぼす振動には、大きく分けて次の３種類のものがある。
（Ａ）外部環境に通常的に発生している小振動。例えば、振動を嫌う装置を設置した建物の近くを走行する車両や、周辺の建設工事による地盤振動、その建物に設置された空調設備やエレベータおよびその他の機械の作動によって発生する振動、それに、その建物内を人が歩行することによって発生する振動などである。
（Ｂ）振動を嫌う装置そのものが発生する振動。例えば、この振動を嫌う装置が半導体リソグラフィ工程で用いられるステップ・アンド・スキャン型のウェーハ露光装置であった場合を例に説明すると、ウェーハ上の１箇所の露光領域の露光を行う毎に、ウェーハを載置したウェーハ・ステージとマスクを載置したマスク・ステージとが水平方向に走査されるために加速および減速され、その際に発生する揺動によって小振動が発生する。
（Ｃ）地震による振動。この振動の振幅および加速度は小さなものから大きなものまでさまざまであり、したがってこの振動には、小振動から大振動までが含まれ得る。
【０００４】多くの除振装置は、上記（Ａ）および（Ｂ）の小振動を吸収して、振動を嫌う装置がそのような小振動の影響を受けないようにすることを目的として設計されており、上記（Ｃ）の地震による振動のうち比較的大きな振動に対応することは、最初から予定していない。例えば、半導体デバイスの集積度が現在ほど高くなく、露光装置などが扱うパターンの線幅が現在ほど細かくなかった頃は、パッシブ型除振装置が多く使用されていた。パッシブ型除振装置では、露光装置などの振動を嫌う装置を取付ける定盤が空気ばねや防振ゴムなどの弾性支持手段を介して、床面に固定された基台上に固定されており、その弾性支持手段の撓みによって外部からの小振動が吸収され、また、その弾性支持手段と定盤およびそれに取り付けされた装置の質量とによって形成される振動系の共振周波数を適当に設定することにより、露光装置などが発生する小振動の振幅が抑制されるようにしていた。
【０００５】ところが、このようなパッシブ型除振装置は、その弾性支持手段が有する固有振動数以下の低振動領域の振動に対しては除振効果が得られず、逆に振動を増幅してしまうおそれがあり、この弾性支持手段の固有振動数を下げるには限度があった。そして、半導体の集積度が上昇してパターンの微細化が進行するにつれて、このようなパッシブ型除振装置の除振能力では不充分となってきたため、最近ではアクティブ型除振装置が多用されている。
【０００６】アクティブ型除振装置では、定盤を複数のアクチュエータを介して基台上に支持すると共に、定盤に複数の振動検出手段（加速度センサ）を取り付け、それら振動検出手段の検出出力に基づいて、フィードバックやフィードフォワード等の技法を用いてアクチュエータを制御することで、定盤に発生する加速度を小さく抑え、従ってその振動を小さく抑えるようにしている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上述したアクティブ型除振装置では、変位量が微小であるが周波数応答性に優れたピエゾアクチュエータや超磁歪アクチュエータといった微小変位アクチュエータを用いているため、上記（Ａ）、（Ｂ）の、外部および内部の小振動に起因する定盤の振幅が小さくかつ周波数が高い振動を良好に抑制する優れた除振性能を有する。ところが、上記（Ｃ）の地震による振動に関しては、微小地震による小振動は効果的に除振することができるものの、例えば震度２以上の大振動が生じると、その振幅が数ミリから数十ミリに達する。上記微小変位アクチュエータは、その変位量が微小であるため、大きな振幅に対応することは難しい。一方、エアアクチュエータやリニアモータなどの変位量が大きな大変位アクチュエータを用いれば、大きな振幅に対応することは可能であるが応答性が悪いため、振幅が小さくかつ周波数が高い振動を除振することは難しい。すなわち、微小変位アクチュエータと大変位アクチュエータは、効果的に除振し得る振動の振幅と周波数が異なっているため、微小変位アクチュエータと大変位アクチュエータの何れを用いても、広い範囲の振動、例えば小振幅から大振幅までの振動、あるいは低い周波数から高い周波数までの振動を良好に抑制することは困難であった。本発明は前記事情に鑑み案出されたものであって、本発明の目的は、広い範囲の振動を良好に抑制することが可能なアクティブ型除振装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため本発明は、下部構造体上に設けられた基台と、基台上において上下および水平方向に移動可能に支持され被除振体が取付けられる定盤と、前記定盤の上下および水平方向の比較的小さな加速度の振動を検出する第１振動検出手段と、前記第１振動検出手段により検出した上下および水平方向の加速度に対応して前記定盤を変位することにより、前記被除振体の上下および水平方向の振動を除去する第１除振装置部とを備えたアクティブ型除振装置において、前記基台の下方で下部構造体上に基礎構造体を設け、前記基礎構造体と基台との間に第２除振装置部を設け、前記基台に該基台の上下および水平方向の加速度を検出する第２振動検出手段を設け、前記第２振動検出手段は前記第１振動検出手段により検出される加速度よりも大きな振動を検出可能に構成され、前記第２除振装置部は、前記第２振動検出手段によって検出された上下方向の振動の加速度に対応して前記基台を上下方向に変位させることにより、前記基台の上下方向の振動を除去するように構成された上下除振機構と、前記第２振動検出手段によって検出された水平方向の振動の加速度に対応して前記基台を水平方向に変位させることにより、前記基台の水平方向の振動を除去するように構成された水平除振機構を備えたことを特徴とする。また、本発明は、前記上下除振機構は、前記基台に上下方向の変位を与える上下大変位アクチュエータを備え、前記水平除振機構は、前記基台に水平方向の変位を与える水平大変位アクチュエータを備えることを特徴とする。また、本発明は、前記上下大変位アクチュエータと前記水平大変位アクチュエータはエアアクチュエータまたはリニアモータから構成されていることを特徴とする。また、本発明は、前記第１除振装置部は、前記基台と前記定盤との間に設けられた上下小変位アクチュエータと水平小変位アクチュエータを備え、前記上下小変位アクチュエータと前記定盤の間には前記上下小変位アクチュエータに作用するせん断力を吸収する第１弾性体が設けられ、前記水平小変位アクチュエータと前記定盤の間には前記水平小変位アクチュエータに作用するせん断力を吸収する第２弾性体が設けられていることを特徴とする。また、本発明は、前記上下小変位アクチュエータと前記水平小変位アクチュエータは固体アクチュエータから構成されており、前記基台に設けられ、前記水平小変位アクチュエータを保持するとともに、非駆動状態の前記水平小変位アクチュエータがその変位方向において前記定盤から受ける予圧縮力を調整する予圧縮力調整手段とを設けたことを特徴とする。また、本発明は、前記固体アクチュエータは超磁歪アクチュエータまたはピエゾアクチュエータであることを特徴とする。また、本発明は、前記上下除振機構は、前記第２振動検出手段によって検出された上下方向の振動の加速度が上下所定加速度よりも大きいときに作動し、前記上下所定加速度よりも小さいときに作動しないように構成され、前記上下所定加速度は、前記第１除振装置部によって除振可能な前記被除振体の上下方向の振動の加速度の範囲内に設定されていることを特徴とする。また、本発明は、前記水平除振機構は、前記第２振動検出手段によって検出された水平方向の振動の加速度が水平所定加速度よりも大きいときに作動し、前記水平所定加速度よりも小さいときに作動しないように構成され、前記水平所定加速度は、前記第１除振装置部によって除振可能な前記被除振体の水平方向の振動の加速度の範囲内に設定されていることを特徴とする。また、本発明は、基台上において上下および水平方向に移動可能に支持され被除振体が取付けられる定盤と、前記定盤の上下および水平方向の加速度を検出する振動検出手段と、前記振動検出手段により検出した上下および水平方向の加速度に対応して前記定盤を変位することにより、前記被除振体の上下および水平方向の振動を除去する除振装置部とを備えたアクティブ型除振装置において、前記振動検出手段は、第１振動検出手段と第２振動検出手段を有し、前記第１振動検出手段は比較的小さな加速度を有する小振動を検出するように構成され、前記第２振動検出手段は前記第１振動検出手段により検出される加速度よりも大きな加速度を有する大振動を検出可能に構成され、前記除振装置部は、第１上下除振機構、第２上下除振機構と、第１水平除振機構と、第２水平除振機構とを有し、前記第１上下除振機構は、前記第１振動検出手段によって検出された上下方向の振動の加速度に対応して前記定盤を上下方向に変位させることにより、前記被除振体の上下方向の小振動を除去するように構成され、前記第２上下除振機構は、前記第２振動検出手段によって検出された上下方向の振動の加速度に対応して前記定盤を上下方向に変位させることにより、前記被除振体の上下方向の大振動を除去するように構成され、前記第１水平除振機構は、前記第１振動検出手段によって検出された水平方向の振動の加速度に対応して前記定盤を水平方向に変位させることにより、前記被除振体の水平方向の小振動を除去するように構成され、前記第２水平除振機構は、前記第２振動検出手段によって検出された水平方向の振動の加速度に対応して前記定盤を水平方向に変位させることにより、前記被除振体の水平方向の大振動を除去するように構成されていることを特徴とする。また、本発明は、前記第２上下除振機構は前記定盤に上下方向の変位を与える上下大変位アクチュエータを備え、前記第２水平除振機構は前記定盤に水平方向の変位を与える水平大変位アクチュエータを備えることを特徴とする。また、本発明は、前記上下大変位アクチュエータと前記水平大変位アクチュエータはエアアクチュエータまたはリニアモータを有して構成されていることを特徴とする。また、本発明は、前記第１上下除振機構は上下小変位アクチュエータと前記上下大変位アクチュエータを備え、前記上下小変位アクチュエータと前記上下大変位アクチュエータは互いに同じ変位方向を有するように直列に連結された状態で前記基台と前記定盤との間に配設され、前記第１水平除振機構は水平小変位アクチュエータと前記水平大変位アクチュエータを備え、前記水平小変位アクチュエータと前記水平大変位アクチュエータは互いに同じ変位方向を有するように直列に連結された状態で前記基台と前記定盤との間に配設されていることを特徴とする。また、本発明は、前記上下小変位アクチュエータは前記定盤と前記上下大変位アクチュエータの間に配設され、前記上下大変位アクチュエータは前記上下小変位アクチュエータと前記基台の間に配設され、前記定盤と前記上下小変位アクチュエータの間には前記上下小変位アクチュエータに作用するせん断力を吸収する第１弾性体が設けられ、前記水平小変位アクチュエータは前記定盤と前記水平大変位アクチュエータの間に配設され、前記水平大変位アクチュエータは前記水平小変位アクチュエータと前記基台の間に配設され、前記定盤と前記水平小変位アクチュエータの間には前記水平小変位アクチュエータに作用するせん断力を吸収する第２弾性体が設けられていることを特徴とする。また、本発明は、前記上下小変位アクチュエータと前記水平小変位アクチュエータは固体アクチュエータから構成されており、非駆動状態の前記水平小変位アクチュエータがその変位方向において前記定盤から受ける予圧縮力は前記水平大変位アクチュエータの駆動力によって調整されるように構成されていることを特徴とする。また、本発明は、前記固体アクチュエータは超磁歪アクチュエータまたはピエゾアクチュエータであることを特徴とする。また、本発明は、前記第２上下除振機構は、前記第２振動検出手段によって検出された上下方向の振動の加速度が上下所定加速度よりも大きいときに作動し、前記上下方向の振動の加速度が前記上下所定加速度よりも小さいときに作動しないように構成され、前記上下所定加速度は、前記第１上下除振機構によって除振可能な前記被除振体の上下方向の振動の加速度の範囲内に設定されていることを特徴とする。また、本発明は、前記第２水平除振機構は、前記第２振動検出手段によって検出された水平方向の振動の加速度が水平所定加速度よりも大きいときに作動し、前記水平方向の振動の加速度が前記水平所定加速度よりも小さいときに作動しないように構成され、前記水平所定加速度は、前記第２水平除振機構によって除振可能な前記被除振体の水平方向の振動の加速度の範囲内に設定されていることを特徴とする。また、本発明は、前記上下大変位アクチュエータと前記水平大変位アクチュエータは、発生する変位量の精度が低いが発生する変位量が大きく、かつ、発生する変位量の周波数応答性が低いことを特徴とする。また、本発明は、前記上下小変位アクチュエータと前記水平小変位アクチュエータは、発生する変位量の精度が高いが発生する変位量が小さく、かつ、発生する変位量の周波数応答性が高いことを特徴とする。
【０００９】本発明のアクティブ型除振装置によれば、下部構造体を伝わってきた振動が基礎構造体と基台を介して定盤に伝わると、比較的小さな加速度の振動は第１振動検出手段で検出され、検出された加速度に対応して第１除振装置部が定盤を変位させることで除振が行われる。また、第１振動検出手段で検出される加速度よりも大きな加速度の振動が下部構造体、基礎構造体および基台に伝わると、この振動は第２振動検出手段で検出され、検出された加速度に対応して第２除振装置部が基台を変位させることで除振が行われる。また、本発明のアクティブ型除振装置によれば、基台上において支持されている定盤に振動が伝わると、第１振動検出手段によって比較的小さな加速度を有する小振動が検出され、第２振動検出手段によって第１振動検出手段により検出される加速度よりも大きな加速度を有する大振動が検出される。そして、第１上下除振機構と第１水平除振機構は、第１振動検出手段によって検出された上下および水平方向の振動の加速度に対応して前記定盤を上下方向に変位させることにより、被除振体の上下方向の小振動を除去する。第２上下除振機構と第２水平除振機構は、第２振動検出手段によって検出された上下および水平方向の振動の加速度に対応して前記定盤を上下および水平方向に変位させることにより、前記被除振体の上下方向の大振動を除去する。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明のアクティブ型除振装置の第１実施の形態における概略構成を示す縦断面図、図２は図１をＡＡ線断面からみた状態を示す説明図、図３は図１のＢＢ線断面線断面からみた状態を示す説明図、図４は予圧縮力調整手段の構成を示す説明図、図５は第１実施の形態における制御系の構成を示すブロック図である。
【００１１】図１乃至図３に示すように、本発明に係るアクティブ型除振装置１０００は、ベース部１００、基台２００、定盤３００、第１除振装置部４００、第２除振装置部５００、制御装置部６００（図５のみに示す）などを備えている。ベース部１００（特許請求の範囲の基礎構造体に相当）は、平面視矩形をなす底壁１０２およびこの底壁１０２の４つの側辺から上方に立設された側壁１０４を備えている。ベース部１００の底壁１０２の下部は建物の床１０（特許請求の範囲の下部構造体に相当）に固定されている。基台２００は、平面視矩形をなす中間壁２０２と、この中間壁２０２の４つの側辺から上方に立設された側壁２０３と、中間壁２０２の４つの側辺から下方に立設された側壁２０５とを備えている。定盤３００は、被除振体を取付けるためのものであって、基台２００よりも小さな平面視矩形をなす板状を呈し、基台２００の側壁２０３にその側面が囲まれた状態で、基台２００の中間壁２０２上に配設された上下小変位アクチュエータ４１０によって支持されている。すなわち、基台２００の底壁２０２上において、定盤３００下面の四隅近傍に対応する位置には、この定盤３００に上下方向の変位を加えて上下方向に変位させると共に、定盤３００を支持する上下小変位アクチュエータ４１０がそれぞれ１個ずつ合計４個配設されている。
【００１２】また、基台２００の側壁２０３において、定盤３００の側面の四隅の対向する一対の隅部の近傍に対応する箇所には、この定盤３００に水平方向の変位を加えて水平方向に変位させるための水平小変位アクチュエータ４２０がそれぞれ１個ずつ合計４個配設されている。すなわち、各水平小変位アクチュエータ４２０は、定盤３００の四隅の対向する一対の隅部の近傍に対応する箇所において一対の隅部を挟んで隣接し、定盤３００の四隅の対向する一対の隅部の近傍に対応する箇所に駆動力が伝達されるように設けられており、かつ、一対の隅部を挟んで隣接するそれぞれの各水平小変位アクチュエータ４２０の変位方向が水平面内で互いに直角をなす方向となるように構成されている。
【００１３】上面からみて矩形状を呈する定盤３００の底面３０２には、定盤３００における上下方向の加速度を検出する３個の上下小振動センサ３０４（特許請求の範囲の第１振動検出手段に相当）と水平方向の加速度を検出する３個の水平小振動センサ３０６（特許請求の範囲の第１振動検出手段に相当）がそれぞれ底面３０２の縦横の中心線上とほぼ重なる位置に配設されている。これら上下小振動センサ３０４、水平小振動センサ３０６は比較的周波数の高い振幅の小さな振動を検出するように構成されている。
【００１４】上下小変位アクチュエータ４１０および水平小変位アクチュエータ４２０は、応答性に優れるが変位量が小さいため高い周波数で振幅の小さな振動を効果的に除振することができる固体アクチュエータ、例えば超磁歪アクチュエータによって構成されており、与えられる駆動信号に基づいてケース４３０の長手方向に伸長する歪み（磁歪）を生じる不図示の超磁歪素子と、この超磁歪素子を収容してこの超磁歪素子を外部から保護するケース４３０と、この超磁歪素子に結合されてケース４３０の端部からケース４３０の長手方向に進退するロッド４３２とを備えている。この超磁歪素子は、磁界の影響を受けた場合に発生する磁歪量が大きな値となる合金材料により構成されている。また、この超磁歪アクチュエータは、それに与えられる駆動信号の大きさに対する磁歪量である変位特性がほぼ線形であるため、この超磁歪アクチュエータを駆動するための駆動信号を生成する処理は比較的簡単でよいという利点がある。
【００１５】各上下小変位アクチュエータ４１０は、軸心方向を上下方向に向けて配設されており、そのロッド４３２の上端は、弾性体４４０を介して定盤３００の底面３０２に取付けられている。この弾性体（特許請求の範囲の第１弾性体に相当）４４０は、上下小変位アクチュエータ４１０の変位方向（上下方向）に対しては剛く、上下小変位アクチュエータ４１０の変位方向と直交する方向（水平方向）には柔らかい特性を備えた例えばゴムなどから構成されるものであり、上下小変位アクチュエータ４１０に対してその変位方向に作用する力をそのまま定盤３００に伝える一方、変位方向と直交する方向に作用するせん断力とせん断方向の小振動については吸収する作用を果たしている。
【００１６】なお、第１実施の形態では、基台２００と定盤３００の間において、アクチュエータ４１０および弾性体４４０をこの順番で配置しているが、アクチュエータ４１０および弾性体４４０の配置は上記順番に限定されない。
【００１７】各水平小変位アクチュエータ４２０は、軸心を水平方向に向けて配設されており、そのロッド４３２の前端は、上下小変位アクチュエータ４１０の場合と同様に弾性体（特許請求の範囲の第２弾性体に相当）４４２を介して定盤３００に取付けられている。この弾性体４４２は、水平小変位アクチュエータ４２０の変位方向（水平方向）に対しては剛く、水平小変位アクチュエータ４２０の変位方向と直交する方向（上下方向）には柔らかい特性を備えたものであり、水平小変位アクチュエータ４２０に対してその変位方向に作用する力をそのまま定盤３００に伝える一方、変位方向と直交する方向に作用するせん断力およびせん断方向の小振動を吸収する作用を果たしている。
【００１８】図４にも示すように、各水平小変位アクチュエータ４２０のケース４３０は、基台２００の側壁２０３に保持されるアクチュエータ保持部４３４に固定されており、このアクチュエータ保持部４３４は、側壁２０３においてロッド４３２の進退方向に沿った任意の位置で固定されるようになっている。このアクチュエータ保持部４３４は、その後端が側壁２０３に設けられた壁部２０３Ａに螺合された調整ねじ４５９の先端に常時当接するように付勢されている。
【００１９】したがって、この調整ねじ４５９を回転することにより、水平小変位アクチュエータ４２０の変位方向におけるアクチュエータ保持部４３４の位置を調整することができるようになっている。つまり、水平小変位アクチュエータ４２０を固定したアクチュエータ保持部４３４の位置を調整ねじ２５９によって調整した後、このアクチュエータ保持部４３４を側壁２０３に固定することにより、非駆動状態の水平小変位アクチュエータ４２０がその変位方向に対して定盤３００から受ける予圧縮力を調整できるようになっている。ここで、アクチュエータ保持部４３４を保持する側壁２０３と壁部２０３Ａに螺合された調整ねじ４５９は特許請求の範囲の予圧縮力調整手段に相当している。
【００２０】なお、この実施の形態では、基台２００と定盤３００の間において、調整ねじ４５９、水平小変位アクチュエータ４２０および弾性体４４２をこの順番で配置しているが、調整ねじ４５９、水平小変位アクチュエータ４２０および弾性体４４２の配置は上記順番に限定されない。
【００２１】前述したように各水平小変位アクチュエータ４２０は、それぞれ隣り合う水平小変位アクチュエータ４２０の変位方向が水平面内で互いに直角をなす異なる４つの方向となるように配設されている。
【００２２】ベース部１００は、基台２００よりも小さな平面視矩形をなす板状を呈し、基台２００の側壁２０５にその側面が囲まれた状態で、ベース部１００の底壁１０２上に配設された上下大変位アクチュエータ５０２（特許請求の範囲の上下除振機構に相当）によって基台２００を支持している。すなわち、ベース部１００の底壁１０２上において、基台２００下面の四隅近傍に対応する位置には、この基台２００に上下方向の変位を加えて上下方向に変位させると共に、基台２００を支持する上下大変位アクチュエータ５１０がそれぞれ１個ずつ合計４個配設されている。
【００２３】一方、ベース部１００の側壁１０４において、基台２００の側壁２０５の四隅の対向する一対の隅部の近傍に対応する箇所には、この基台２００に水平方向の変位を加えて水平方向に変位させるための水平大変位アクチュエータ５２０（特許請求の範囲の水平除振機構に相当）がそれぞれ１個ずつ合計４個配設されている。すなわち、各水平大変位アクチュエータ５２０は、基台２００の側壁２０５の四隅の対向する一対の隅部の近傍に対応するベース部１００の側壁１０４の一対の隅部を挟んで隣接し、基台２００の四隅の対向する一対の隅部の近傍の箇所に駆動力が伝達されるように設けられており、かつ、一対の隅部を挟んで隣接するそれぞれの各水平大変位アクチュエータ５２０の変位方向が水平面内で互いに直角をなす方向となるように構成されている。これら上下大変位アクチュエータ５１０と水平大変位アクチュエータ５２０は、応答性に劣るが変位量が大きいため低い周波数で振幅の大きな振動を効果的に除振することができる例えばエアアクチュエータから構成されている。
【００２４】一方、基台２００の底面２０２には、基台２００における上下方向の加速度を検出する３個の上下大振動センサ２０４（特許請求の範囲の第２振動検出手段に相当）と水平方向の加速度を検出する３個の水平大振動センサ２０４（特許請求の範囲の第２振動検出手段に相当）がそれぞれ底面２０２の縦横の中心線上とほぼ重なる位置に配設されている。前述した上下小振動センサ３０４と水平小振動センサ３０６は比較的小さな加速度の振動を検出するように構成されているのに対して、上下大振動センサ２０４と水平大振動センサ２０６はそれぞれ上下小振動センサ３０４と水平小振動センサ３０６により検出される加速度よりも大きな振動を検出可能に構成されている。また、前述した上下小振動センサ３０４と水平小振動センサ３０６は比較的高い周波数の振動を検出するように構成されているのに対して、上下大振動センサ２０４と水平大振動センサ２０６はそれぞれ上下小振動センサ３０４と水平小振動センサ３０６により検出される振動よりも低い周波数の振動を検出可能に構成されている。
【００２５】図５に示すように、制御装置部６００は、第１振動計増幅器６０２Ａ、第１制御装置６０２Ｂ、アクチュエータ駆動アンプ６０２Ｃ、第２振動計増幅器６０４Ａ、第２制御装置６０４Ｂ、エアアクチュエータ圧力制御装置６０４Ｃを備えている。第１振動計増幅器６０２Ａは、上下および水平小振動センサ３０４、３０６から入力される上下および水平方向の加速度を示す合計６種類の検出信号Ｓ１を増幅するものである。第１制御装置６０２Ｂは、第１振動計増幅器６０２Ａから入力された上下および水平方向の加速度を示す検出信号Ｓ１に基づいて、その振動を定盤３００に取付けられた被除振体から除去するために必要な上下および水平小変位アクチュエータ４１０、４２０の駆動量に相当する駆動信号を演算生成するものである。前述したように、超磁歪アクチュエータにより構成される各アクチュエータ４１０、４２０は、それらに与えられる駆動信号に対する駆動量（発生する変位の大きさ）がほぼ線形の特性を有しているため、第１制御装置５０２Ｂによって検出信号から駆動信号を演算生成するための処理が簡単なのでよい。アクチュエータ駆動アンプ６０２Ｃは、これらの駆動信号を増幅した合計８種類の駆動信号Ｄ１を上下および水平小変位アクチュエータ４１０、４２０に入力して駆動させるものである。
【００２６】一方、第２振動計増幅器６０４Ａは、上下および水平大振動センサ２０４、２０６から入力される上下および水平方向の加速度を示す合計６種類の検出信号Ｓ２を増幅するものである。第２制御装置６０４Ｂは、第２振動計増幅器６０４Ａから入力された上下および水平方向の加速度を示す検出信号Ｓ２に基づいて、その振動を基台２００から除去するために必要な上下および水平大変位アクチュエータ５１０、５２０の駆動量に相当する駆動信号を演算生成するものである。エアアクチュエータ圧力制御装置６０４Ｃは、これらの駆動信号に基づいてエアアクチュエータ駆動用の空気圧Ｄ２を制御して供給することによって上下および水平大変位アクチュエータ５１０、５２０を駆動させるものである。
【００２７】上述した上下および水平小変位アクチュエータ４１０、４２０、第１振動計増幅器６０２Ａ、第１制御装置６０２Ｂ、アクチュエータ駆動アンプ６０２Ｃによって定盤３００に取り付けられた被除振体の上下および水平方向の小振動を除去する第１除振装置部が構成されている。
【００２８】また、上下大変位アクチュエータ５１０、第２振動計増幅器６０４Ａ、第２制御装置６０４Ｂ、エアアクチュエータ圧力制御装置６０４Ｃによって基台２００の上下方向の大振動を除去する上下除振機構が構成されており、水平大変位アクチュエータ５２０、第２振動計増幅器６０４Ａ、第２制御装置６０４Ｂ、エアアクチュエータ圧力制御装置６０４Ｃによって基台２００の水平方向の大振動を除去する水平除振機構が構成されている。そして、上下および水平除振機構によって第２除振装置部が構成されている。
【００２９】そして、第２制御装置６０４Ｂは、上下大振動センサ２０４によって検出された上下方向の振動の加速度が上下所定加速度よりも大きいときにエアアクチュエータ圧力制御装置６０４Ｃにより大変位アクチュエータ５１０を駆動させ、上下方向の振動の加速度が前記上下所定加速度よりも小さいときにエアアクチュエータ圧力制御装置６０４Ｃを非作動として大変位アクチュエータ５１０を非駆動（停止状態）とするように構成されている。また、第２制御装置６０４Ｂは、水平大振動センサ２０６によって検出された水平方向の振動の加速度が水平所定加速度よりも大きいときにエアアクチュエータ圧力制御装置６０４Ｃにより大変位アクチュエータ５２０を駆動させ、水平方向の振動の加速度が前記上下所定加速度よりも小さいときにエアアクチュエータ圧力制御装置６０４Ｃにより大変位アクチュエータ５２０を非駆動（停止状態）とするように構成されている。そして、上記上下所定加速度は、第１除振装置部によって除振可能な被除振体の上下方向の振動の加速度の範囲内に設定されており、かつ、上記水平所定加速度は、前記第１除振装置部によって除振可能な前記被除振体の水平方向の振動の加速度の範囲内に設定されている。上記上下および水平所定加速度はそれぞれ例えば１ｇａｌ程度の値に設定される。
【００３０】次に、作用、効果について説明する。まず、初めに超磁歪アクチュエータとこれに与える予圧縮力について説明する。一般的に、超磁歪アクチュエータにおいては、その超磁歪アクチュエータに与えられる駆動信号に対して、この磁歪アクチュエータの変形量（伸び、縮み）がもっとも大きく、かつ、超磁歪アクチュエータの変形量が線形に変化する状態にすることが超磁歪アクチュエータの性能を最大限に生かす上で好ましい。超磁歪アクチュエータでは、これに与える予圧縮力を最適値に調整することにより、この超磁歪アクチュエータを上述した好ましい状態にすることができる。
【００３１】この第１の実施の形態においては、上下および水平小変位アクチュエータ４１０、４２０を上述した好ましい状態に調整することで次のような利点が生じる。すなわち、上下および水平小変位アクチュエータ４１０、４２０に与えられる駆動信号に対して、上下および水平小変位アクチュエータ４１０、４２０が定盤３００に与える変位量がもっとも大きくなるから、より大きな外部振動に対してその振動を除去することができる。また、上下および水平小変位アクチュエータ４１０、４２０に与えられる駆動信号に対して、上下および水平小変位アクチュエータ４１０、４２０が定盤３００に与える変位量が線形に変化するので、上下および水平小変位アクチュエータ４１０、４２０が定盤３００に与える変位量が駆動信号に対して忠実に発生するので、アクチュエータの駆動制御がより忠実に行われる。つまり、上下および水平小変位アクチュエータ４１０、４２０の予圧縮力を最適に調整することで、この除振装置の除振能力が最も優れた状態にすることができる。
【００３２】したがって、まず、水平小変位アクチュエータ４２０の予圧縮力の調整を行う。この予圧縮力は、各アクチュエータを構成する超磁歪アクチュエータが非駆動時に定盤３００から受ける荷重のことを示している。
【００３３】超磁歪アクチュエータの予圧縮力の調整（磁歪量の最適化）は、所定周波数かつ所定振幅の駆動信号（例えば正弦波信号）をアクチュエータ４２０に入力した状態で、最も定盤３００が振動される、すなわち定盤３００の変位が大きくなるようにアクチュエータ４２０の予圧縮力を調整することによって行われる。水平小変位アクチュエータ４２０の予圧縮力は、調整ねじ４５９を回転させて水平小変位アクチュエータ４２０の変位方向におけるアクチュエータ保持部４３４の位置を変えることによって容易に調整することができる。
【００３４】各アクチュエータ４１０、４２０の予圧縮力調整が終了すれば、制御装置部６００の電源を投入することにより、このアクティブ型除振装置１０００が稼動する。床１０を伝わってきた上下方向の振動が前述した上下所定加速度よりも小さく、水平方向の振動が前述した水平所定加速度よりも小さかった場合には、これらの振動がベース部１００、上下および水平大変位アクチュエータ５１０、５２０、基台２００、上下および水平小変位アクチュエータ４１０、４２０を経由して定盤３００とこれに取付けられた被除振体に伝わりこの被除振体が振動する。したがって、上下および水平小振動センサ３０４、３０６が定盤３００の振動を示す加速度を検出し、それら加速度を示す検出信号を第１振動計増幅器６０２Ａに入力する。第１振動計増幅器６０２Ａは、第１制御装置６０２Ｂに増幅した検出信号を入力する。この第１制御装置６０２Ｂは、第１振動計増幅器６０２Ａから入力された上下および水平方向の加速度を示す検出信号Ｓ１に基づいて、その振動を定盤３００に取付けられた被除振体から除去するために必要な上下および水平小変位アクチュエータ４１０、４２０の駆動量に相当する駆動信号を演算生成してアクチュエータ駆動アンプ６０２Ｃに入力する。このアクチュエータ駆動アンプ６０２Ｃは、この駆動信号を増幅した駆動信号Ｄ１を上下および水平小変位アクチュエータ４１０、４２０に入力して駆動させる。この結果、第１除振装置部４００によって、定盤３００に取付けられた被除振体の振動が除去され、被除振体は高度な静止状態を維持する。
【００３５】一方、上下および水平大振動センサ２０４、２０６も基台２００の振動を示す加速度を検出し、それら加速度を示す検出信号Ｓ２を第２振動計増幅器６０４Ａに入力する。第２振動計増幅器６０４Ａは、第２制御装置６０４Ｂに増幅した検出信号を入力する。この第２制御装置６０４Ｂは、第２振動計増幅器６０４Ａから入力された上下および水平方向の加速度を示す検出信号に基づいて、上下方向の振動が前述した上下所定加速度よりも小さく、水平方向の振動が前述した水平所定加速度よりも小さいと判断すると、エアアクチュエータ圧力制御装置６０４Ｃに駆動信号は入力せず、エアアクチュエータ圧力制御装置６０４Ｃによって上下および水平大変位アクチュエータ５１０、５２０は駆動されず停止状態を維持している。すなわち、第２除振装置部５００は非作動状態を維持している。
【００３６】また、地震などの発生により、床１０を伝わってきた上下方向の振動が前述した上下所定加速度よりも大きく、水平方向の振動が前述した水平所定加速度よりも大きかったとする。この場合には、上下および水平方向の振動がベース部１００、上下および水平大変位アクチュエータ５１０、５２０を経由して基台２００に伝わりこの基台２００が振動する。したがって、上下および水平大振動センサ２０４、２０６が基台２００の振動を示す加速度を検出し、それら加速度を示す検出信号Ｓ２を第２振動計増幅器６０４Ａに入力する。第２振動計増幅器６０４Ａは、第２制御装置６０４Ｂに増幅した検出信号を入力する。この第２制御装置６０４Ｂは、第２振動計増幅器６０４Ａから入力された上下および水平方向の加速度を示す検出信号に基づいて、その振動を基台２００から除去するために必要な上下および水平大変位アクチュエータ５１０、５２０の駆動量に相当する駆動信号を演算生成してエアアクチュエータ圧力制御装置６０４Ｃに入力する。このエアアクチュエータ圧力制御装置６０４Ｃは、入力した駆動信号に基づいて上下および水平大変位アクチュエータ５１０、５２０に入力して駆動させる。この結果、第２除振装置部５００によって、地震などの発生により生じた上下および水平所定加速度よりも大きい振動は基台２００から除去される。この際、ベース部１００から第２除振装置部５００を介して伝わってきた振動、すなわち、第２除振装置部５００では除振できない周波数の高い振動は、第１除振装置部４００が先に説明した場合と同様の除振動作を行っているため、定盤３００に取付けられた被除振体の振動が除去され、被除振体は高度な静止状態を維持する。
【００３７】上述した第１の実施の形態によれば、小さな振動については第１除振装置部４００の作用によって除振することができ、地震などの大きな振動、すなわち第１除振装置部４００の上下および水平小変位アクチュエータ４１０、４２０で除振できない振動については第２除振装置部５００の上下および水平大変位アクチュエータ５１０、５２０によって除振することが可能となる。なお、地震などの大振動が上下方向および水平方向の何れか一方の振動のみであった場合であっても、第２除振装置部５００の作用によって上下方向および水平方向の一方の振動が吸収減衰されることはいうまでもない。
【００３８】また、第１の実施の形態では、上下大振動センサ２０４と水平大振動センサ２０６により検出される振動の大きさ（加速度）が上下および水平所定加速度よりも小さいときは第１除振装置部４００のみを作動させ、検出される振動の大きさ（加速度）が上下および水平所定加速度よりも小さな振動では第１除振装置部４００と第２除振装置部５００を作動させる構成とした。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、検出される振動の大小によらず第１除振装置部４００と第２除振装置部５００を常時作動させる構成としてもよい。以下、このことについて説明する。第１除振装置部４００では上下小振動センサ３０４と水平小振動センサ３０６によって比較的高い周波数の振動を検出し、その検出出力に応じて上下および水平の小変位アクチュエータ小変位アクチュエータ４１０、４２０を駆動して高い周波数の振動を除振する。第２除振装置部５００では上下大振動センサ２０４と水平大振動センサ２０６によって、それぞれ上下小振動センサ３０４と水平小振動センサ３０６により検出される振動よりも低い周波数の振動を検出し、その検出出力に応じて上下および水平の大変位アクチュエータ５１０、５２０を駆動して低い周波数の振動を除振する。このため、第１除振装置部４００と第２除振装置部５００がともに作動することによって、低周波から高周波にわたる広範囲の周波数の振動を定盤３００に取付けられた被除振体から除振することが可能となる。したがって、振幅が小さく周波数が高い振動から振幅が大きく周波数が低い振動までを含む広い範囲の振動を良好に抑制することが可能となる。
【００３９】次に第２の実施の形態について説明する。図６は本発明のアクティブ型除振装置の第２の実施の形態における概略構成を示す縦断面図、図７は図６をＣＣ線断面からみた状態を示す説明図、図８は第２の実施の形態における制御系の構成を示すブロック図である。
【００４０】図６、図７に示すように、第２の実施の形態のアクティブ型除振装置２０００は、基台１１００、定盤１２００、除振装置部１３００、制御装置部１４００（図８に示す）などを備えている。基台１１００は、平面視矩形をなす底壁１１０２およびこの底壁１１０２の４つの側辺から上方に立設された側壁１１０４を備えている。基台１１００の底壁１１０２の下部は建物の床１０（特許請求の範囲の基礎構造体に相当）に固定されている。定盤１２００は、被除振体を取付けるためのものであって、基台１１００よりも小さな平面視矩形をなす板状を呈し、基台１１００の側壁１１０４にその側面が囲まれた状態で、基台１１００の底壁１１０２と定盤１２００の底壁１２０２との間に配設され互いに同じ変位方向を有するように直列に連結された上下小変位アクチュエータ１３１０（特許請求の範囲の第１上下除振機構に相当）と上下大変位アクチュエータ１３５０（特許請求の範囲の第２上下除振機構に相当）によって支持されている。上下大変位アクチュエータ１３５０は、その下端部が基台１１００の底壁１１０２の上面に連結されており、上端部が上下小変位アクチュエータ１３１０の下端部に連結されている。上下小変位アクチュエータ１３１０の上端部は後述する弾性体１３４０（特許請求の範囲の第１弾性体に相当）を介して定盤１２００の下面１２０２に連結されている。つまり、基台１１００の底壁１１０２上において、定盤１２００下面の四隅近傍に対応する位置には、この定盤１２００に上下方向の変位を加えて上下方向に変位させると共に、定盤１２００を支持する上下小変位アクチュエータ１３１０と上下大変位アクチュエータ１３５０から構成される組が１組ずつ合計４組配設されている。上下小変位アクチュエータ１３１０と上下大変位アクチュエータ１３５０は、互いに同じ変位方向を有するように直列に連結された状態で基台１１００の底壁１１０２と定盤１２００の底壁１２０２の間に配設されている。
【００４１】また、基台１１００の側壁１１０４において、定盤１２００の側面の四隅の対向する一対の隅部の近傍に対応する箇所には、この定盤１２００に水平方向の変位を加えて水平方向に変位させる水平小変位アクチュエータ１３２０（特許請求の範囲の第１水平除振機構に相当）と水平大変位アクチュエータ１３６０（特許請求の範囲の第２水平除振機構に相当）から構成される組が１組ずつ合計４組配設されている。すなわち、水平大変位アクチュエータ１３６０は、その一端部が基台１１００の側壁１１０４の定盤１２００に面した側面に連結されており、他端部が水平小変位アクチュエータ１３２０の一端部に連結されている。水平小変位アクチュエータ１３２０の上端部は後述する弾性体１３４２（特許請求の範囲の第２弾性体に相当）を介して定盤１２００の側面１２０１に連結されている。したがって、水平小変位アクチュエータ１３２０と水平大変位アクチュエータ１３６０は、互いに同じ変位方向を有するように直列に連結された状態で基台１１００の側壁１１０４と定盤１２００の側壁１１０４との間に配設されている。そして、これら水平小変位アクチュエータ１３２０と水平大変位アクチュエータ１３６０は、定盤１２００の四隅の対向する一対の隅部の近傍に対応する箇所において一対の隅部を挟んで隣接し、定盤１２００の四隅の対向する一対の隅部の近傍に対応する箇所に駆動力が伝達されるように設けられており、かつ、一対の隅部を挟んで隣接する直列に連結された水平小変位アクチュエータ１３２０と水平大変位アクチュエータ１３６０の変位方向が水平面内で互いに直角をなす方向となるように構成されている。
【００４２】上面からみて矩形状を呈する定盤１２００の底面１２０２には、定盤１２００における上下方向の加速度を検出する３個の小振動センサ１２０４と水平方向の加速度を検出する３個の小振動センサ１２０６がそれぞれ底面１２０２の縦横の中心線上とほぼ重なる位置に配設されている。また、定盤１２００における上下方向の加速度を検出する３個の大振動センサ１２０８と水平方向の加速度を検出する３個の大振動センサ１２１０がそれぞれ底面１２０２の縦横の中心線上とほぼ重なる位置に配設されている。なお、図６では、説明の都合上、上下および左右の小振動センサ１２０４、１２０６と上下および左右の大振動センサ１２０８、１２１０が重ならないように位置をずらした状態で図示している。
【００４３】上下小変位アクチュエータ１３１０および水平小変位アクチュエータ１３２０は、第１の実施の形態と同様に、応答性に優れるが変位量が小さいため高い周波数で振幅の小さな振動を効果的に除振することができる固体アクチュエータである超磁歪アクチュエータによって構成されている。この超磁歪アクチュエータの構成は第１の実施の形態と同様であるため、図１、図２と同一の符号を付してその説明を省略する。また、各上下小変位アクチュエータ１３１０は、軸心方向を上下方向に向けて配設されており、そのロッド４３２の上端は、弾性体４４０を介して定盤３００の底面３０２に取付けられている。この弾性体（特許請求の範囲の第１弾性体に相当）４４０は第１の実施の形態と同じ作用を奏するものである。また、各水平小変位アクチュエータ１３２０は、軸心を水平方向に向けて配設されており、そのロッド４３２の前端は、上下小変位アクチュエータ１３１０の場合と同様に弾性体（特許請求の範囲の第２弾性体に相当）４４２を介して定盤３００に取付けられている。この弾性体４４２は第１の実施の形態と同じ作用を奏するものである。
【００４４】一方、上下大変位アクチュエータ１３５０と水平大変位アクチュエータ１３６０は、応答性に劣るが変位量が大きいため低い周波数で振幅の大きな振動を効果的に除振することができる例えばエアアクチュエータから構成されている。
【００４５】図８に示すように、制御装置部１４００は、第１振動計増幅器１４０２、第２振動計増幅器１４０４、制御装置１４０６、アクチュエータ駆動アンプ１４０８、エアアクチュエータ圧力制御装置１４１０を備えている。第１振動計増幅器１４０２は、上下および水平小振動センサ１２０４、１２０６から入力される上下および水平方向の加速度を示す合計６種類の検出信号Ｓ１を増幅するものである。一方、第２振動計増幅器１４０４は、上下および水平大振動センサ１２０８、１２１０から入力される上下および水平方向の加速度を示す合計６種類の検出信号Ｓ２を増幅するものである。
【００４６】制御装置１４０６は、第１振動計増幅器１４０２から入力された上下および水平方向の加速度を示す検出信号Ｓ１と、第２振動計増幅器１４０４から入力された上下および水平方向の加速度を示す検出信号Ｓ２とに基いて、その振動を定盤１２００に取付けられた被除振体から除去するために必要な上下および水平小変位アクチュエータ１３１０、１３２０の駆動量に相当する駆動信号と、上下および水平大変位アクチュエータ１３５０、１３６０の駆動量に相当する駆動信号とを演算生成するものである。
【００４７】アクチュエータ駆動アンプ１４０８は、制御装置１４０６から入力される上下および水平小変位アクチュエータ１３１０、１３２０の駆動量に相当する駆動信号を増幅した合計８種類の駆動信号Ｄ１を上下および水平小変位アクチュエータ１３１０、１３２０に入力して駆動させるように構成されている。エアアクチュエータ圧力制御装置１４１０は、制御装置１４０６から入力される上下および水平大変位アクチュエータ１３５０、１３６０の駆動量に相当する駆動信号に基づいてエアアクチュエータ駆動用の空気圧Ｄ２を制御して供給することによって上下および水平大変位アクチュエータ１３５０、１３６０を駆動させるように構成されている。
【００４８】また、制御装置１４０６は、水平大変位アクチュエータ１３６０の駆動量を任意に調整するための図略の駆動量設定手段が設けられている。この駆動量設定手段を手動で操作することによってエアアクチュエータ圧力制御装置１４１０に駆動信号を与え、水平大変位アクチュエータ１３６０の駆動量を調整して水平大変位アクチュエータ１３６０が発生する駆動力を調整し、非駆動状態の水平の小変位アクチュエータ１３２０に与える予圧縮力を任意に設定することができるように構成されている。
【００４９】上述した上下および水平小変位アクチュエータ１３１０、１３２０、上下および水平大変位アクチュエータ１３５０、１３６０、第１振動計増幅器１４０２、第２振動計増幅器１４０４、制御装置１４０６、アクチュエータ駆動アンプ１４０８、エアアクチュエータ圧力制御装置１４１０によって定盤３００に取り付けられた被除振体の上下および水平方向の振動を除去する除振装置部が構成されている。
【００５０】そして、制御装置１４０６は、上下大振動センサ１２０８によって検出された上下方向の振動の加速度が上下所定加速度よりも大きいときにエアアクチュエータ圧力制御装置１４１０により大変位アクチュエータ１３５０を駆動させ、上下方向の振動の加速度が上下所定加速度よりも小さいときにエアアクチュエータ圧力制御装置１４１０により大変位アクチュエータ１３５０を非駆動（停止状態）とするように構成されている。また、制御装置１４０６は、水平大振動センサ１２１０によって検出された水平方向の振動の加速度が水平所定加速度よりも大きいときにエアアクチュエータ圧力制御装置１４１０により大変位アクチュエータ１３６０を駆動させ、水平方向の振動の加速度が水平所定加速度よりも小さいときにエアアクチュエータ圧力制御装置１４１０により大変位アクチュエータ１３６０を非駆動（停止状態）とするように構成されている。そして、上記上下所定加速度は、小変位アクチュエータ１３１０によって除振可能な被除振体の上下方向の振動の加速度の範囲内に設定されており、かつ、上記水平所定加速度は、小変位アクチュエータ１３２０によって除振可能な前記被除振体の水平方向の振動の加速度の範囲内に設定されている。上記上下および水平所定加速度はそれぞれ例えば１ｇａｌ程度の値に設定される。
【００５１】次に、作用、効果について説明する。第２の実施の形態の場合においても、第１の実施の形態で説明したのと同様に、超磁歪アクチュエータに与える予圧縮力を最適値に調整することが超磁歪アクチュエータの性能を最大限に生かす上で好ましい。上記予圧縮力は、水平の小変位アクチュエータ１３２０を構成する超磁歪アクチュエータが非駆動時に定盤１２００から受ける荷重に相当する。したがって、前述した制御装置１４０６の駆動量設定手段を調整することで水平の大変位アクチュエータ１３６０が発生する駆動力を調整し、非駆動状態の水平の小変位アクチュエータ１３２０がその変位方向において定盤１２００から受ける予圧縮力を最適値に設定する。すなわち、制御装置部１４００の電源を投入し、第１の実施の形態で説明した場合と同様に、所定周波数かつ所定振幅の駆動信号（例えば正弦波信号）を水平の小変位アクチュエータ１３２０に入力した状態で、最も定盤１２００が振動される、すなわち定盤１２００の変位が大きくなるように水平の小変位アクチュエータ１３２０の予圧縮力を調整する。なお、水平の小変位アクチュエータ１３２０の予圧縮力を最適値に調整することで得られる作用効果については第１の実施の形態の場合と同様であるためその説明は省略する。
【００５２】水平の小変位アクチュエータ１３２０の予圧縮力調整が終了すれば、制御装置部１４００の電源が既に投入されているので、アクティブ型除振装置２０００が稼動する。床１０を伝わってきた上下方向の振動が前述した上下所定加速度よりも小さく、水平方向の振動が前述した水平所定加速度よりも小さかった場合には、これらの振動が基台１１００、上下および水平大変位アクチュエータ１３５０、１３６０、上下および水平小変位アクチュエータ１３１０、１３２０を経由して定盤１２００とこれに取付けられた被除振体に伝わりこの被除振体が振動する。したがって、上下および水平小振動センサ１２０４、１２０６が定盤１２００の振動を示す加速度を検出し、それら加速度を示す検出信号を第１振動計増幅器１４０２に入力する。第１振動計増幅器１４０２は、制御装置１４０６に増幅した検出信号を入力する。この制御装置１４０６は、第１振動計増幅器１４０２から入力された上下および水平方向の加速度を示す検出信号Ｓ１に基づいて、その振動を定盤３００に取付けられた被除振体から除去するために必要な上下および水平小変位アクチュエータ１３１０、１３２０の駆動量に相当する駆動信号を演算生成してアクチュエータ駆動アンプ１４０８に入力する。このアクチュエータ駆動アンプ１４０８は、この駆動信号を増幅した駆動信号Ｄ１を上下および水平小変位アクチュエータ１３１０、１３２０に入力して駆動させる。この結果、上下および水平小変位アクチュエータ１３１０、１３２０によって、定盤３００に取付けられた被除振体の振動が除去され、被除振体は高度な静止状態を維持する。
【００５３】一方、上下および水平大振動センサ１２０８、１２１０も定盤１２００の振動を示す加速度を検出し、それら加速度を示す検出信号Ｓ２を第２振動計増幅器１４０４に入力する。第２振動計増幅器１４０４は、制御装置１４０６に増幅した検出信号を入力する。この制御装置１４０６は、第２振動計増幅器１４０４から入力された上下および水平方向の加速度を示す検出信号に基づいて、上下方向の振動が前述した上下所定加速度よりも小さく、水平方向の振動が前述した水平所定加速度よりも小さいと判断すると、エアアクチュエータ圧力制御装置１４１０に駆動信号は入力せず、エアアクチュエータ圧力制御装置１４１０によって上下および水平大変位アクチュエータ１３５０、１３６０は駆動されず停止状態を維持している。すなわち、上下および水平大変位アクチュエータ１３５０、１３６０は非作動状態を維持している。
【００５４】一方、地震などの発生により、床１０を伝わってきた上下方向の振動が前述した上下所定加速度よりも大きく、水平方向の振動が前述した水平所定加速度よりも大きかったとする。この場合には、基台１１００、上下および水平大変位アクチュエータ１３５０、１３６０、上下および水平小変位アクチュエータ１３１０、１３２０を経由して定盤１２００とこれに取付けられた被除振体に伝わりこの被除振体が振動する。したがって、上下および水平大振動センサ１２０８、１２１０が定盤１２００の振動を示す加速度を検出し、それら加速度を示す検出信号Ｓ２を第２振動計増幅器１４０４に入力する。第２振動計増幅器１４０４は、制御装置１４０６に増幅した検出信号を入力する。
【００５５】この制御装置１４０６は、第２振動計増幅器１４０４から入力された上下および水平方向の加速度を示す検出信号に基づいて、その振動を定盤１２００から除去するために必要な上下および水平大変位アクチュエータ１３５０、１３６０の駆動量に相当する駆動信号を演算生成してエアアクチュエータ圧力制御装置１４１０に入力する。このエアアクチュエータ圧力制御装置１４１０は、入力した駆動信号に基づいて上下および水平大変位アクチュエータ１３５０、１３６０に入力して駆動させる。この結果、上下および水平大変位アクチュエータ１３５０、１３６０によって、地震などの発生により生じた上下および水平所定加速度よりも大きい振動は定盤１２００から除去される。この際、基台１１００、上下および水平大変位アクチュエータ１３５０、１３６０、上下および水平小変位アクチュエータ１３１０、１３２０を経由して伝わってきた振動、すなわち、上下および水平大変位アクチュエータ１３５０、１３６０では除振できない周波数の高い振動は、上下および水平小変位アクチュエータ１３１０、１３２０が先に説明した場合と同様の除振動作を行っているため、定盤１２００に取付けられた被除振体の振動が除去され、被除振体は高度な静止状態を維持する。
【００５６】上述した第２の実施の形態によれば、小さな振動については上下および水平小変位アクチュエータ１３１０、１３２０の作用によって除振することができ、地震などの大きな振動、すなわち上下および水平小変位アクチュエータ１３１０、１３２０で除振できない振動については上下および水平大変位アクチュエータ１３５０、１３６０によって除振することが可能となる。なお、地震などの大振動が上下方向および水平方向の何れか一方の振動のみであった場合であっても、上下および水平大変位アクチュエータ１３５０、１３６０の作用によって上下方向および水平方向の一方の振動が吸収減衰されることはいうまでもない。
【００５７】また、第２の実施の形態では、上下および水平大振動センサ１２０８、１２１０により検出される振動の大きさ（加速度）が上下および水平所定加速度よりも小さいときは上下および水平小変位アクチュエータ１３１０、１３２０のみを作動させ、検出される振動の大きさ（加速度）が上下および水平所定加速度よりも大きな振動では上下および水平小変位アクチュエータ１３１０、１３２０と上下および水平大変位アクチュエータ１３５０、１３６０を作動させる構成とした。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、検出される振動の大小によらず上下および水平小変位アクチュエータ１３１０、１３２０と上下および水平大変位アクチュエータ１３５０、１３６０を常時作動させる構成としてもよい。以下、このことについて説明する。
【００５８】上下小振動センサ１２０４と水平小振動センサ１２０６によって比較的高い周波数の振動を検出し、その検出出力に応じて上下および水平の小変位アクチュエータ１３１０、１３２０を駆動して高い周波数の振動を除振する。上下大振動センサ１２０８と水平大振動センサ１２１０によって、それぞれ上下小振動センサ１２０４と水平小振動センサ１２０６により検出される振動よりも低い周波数の振動を検出し、その検出出力に応じて上下および水平の大変位アクチュエータ１３５０、１３６０を駆動して低い周波数の振動を除振する。
【００５９】このため、上下および水平の小変位アクチュエータ１３１０、１３２０と上下大振動センサ１２０８と水平大振動センサ１２１０がともに作動することによって、低周波から高周波にわたる広範囲の周波数の振動を定盤１２００に取付けられた被除振体から除振することが可能となる。したがって、振幅が小さく周波数が高い振動から振幅が大きく周波数が低い振動までを含む広い範囲の振動を良好に抑制することが可能となる。
【００６０】なお、第１の実施の形態では、アクチュエータ駆動アンプ６０２Ｃを制御する第１制御装置６０２Ｂとエアアクチュエータ圧力制御装置６０４Ｃを制御する第２制御装置６０４Ｃとを別々に設けたが、これら第１、第２制御装置６０２Ｂ、６０４Ｃは１つの制御装置として構成してもよい。また、第２の実施の形態では、アクチュエータ駆動アンプ１４０８とエアアクチュエータ圧力制御装置１４１０を１台の制御装置１４０６で制御したが、第１の実施の形態の場合と同様に２台の制御装置で制御するように構成してもよい。
【００６１】なお、上下および水平小変位アクチュエータとしては超磁歪アクチュエータ以外の固体アクチュエータを用いてもよい。超磁歪アクチュエータ以外の固体アクチュエータとしては、温度による熱膨張で動作するもの、電界による電歪、圧電歪で動作するもの（ピエゾアクチュエータ）、光による光誘起相転移で動作するものなどがある。これらの固体アクチュエータも、超磁歪アクチュエータと同様に、それに与えられる駆動信号の大きさに対する変位特性がほぼ線形であるため、この固体アクチュエータを駆動するための駆動信号を生成する処理は比較的簡単でよい。また、固体アクチュエータとそれに加える予圧縮力の関係も前述した超磁歪アクチュエータの場合と同様である。
【００６２】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように本発明は、下部構造体上に設けられた基台と、基台上において上下および水平方向に移動可能に支持され被除振体が取付けられる定盤と、前記定盤の上下および水平方向の比較的小さな加速度の振動を検出する第１振動検出手段と、前記第１振動検出手段により検出した上下および水平方向の加速度に対応して前記定盤を変位することにより、前記被除振体の上下および水平方向の振動を除去する第１除振装置部とを備えたアクティブ型除振装置において、前記基台の下方で下部構造体上に基礎構造体を設け、前記基礎構造体と基台との間に第２除振装置部を設け、前記基台に該基台の上下および水平方向の加速度を検出する第２振動検出手段を設け、前記第２振動検出手段は前記第１振動検出手段により検出される加速度よりも大きな振動を検出可能に構成され、前記第２除振装置部は、前記第２振動検出手段によって検出された上下方向の振動の加速度に対応して前記基台を上下方向に変位させることにより、前記基台の上下方向の振動を除去するように構成された上下除振機構と、前記第２振動検出手段によって検出された水平方向の振動の加速度に対応して前記基台を水平方向に変位させることにより、前記基台の水平方向の振動を除去するように構成された水平除振機構を備えている。そのため、下部構造体を伝わってきた振動が基礎構造体と基台を介して定盤に伝わると、比較的小さな加速度の振動は第１振動検出手段で検出され、検出された加速度に対応して第１除振装置部が定盤を変位させることで除振が行われる。また、第１振動検出手段で検出される加速度よりも大きな加速度の振動が下部構造体、基礎構造体および基台に伝わると、この振動は第２振動検出手段で検出され、検出された加速度に対応して第２除振装置部が基台を変位させることで除振が行われる。したがって、比較的小さな加速度の振動は第１除振装置部で除振され、大きな加速度の振動は第２除振装置部で除振され、広い範囲の振動が良好に抑制される。
【００６３】また、本発明は、基台上において上下および水平方向に移動可能に支持され被除振体が取付けられる定盤と、前記定盤の上下および水平方向の加速度を検出する振動検出手段と、前記振動検出手段により検出した上下および水平方向の加速度に対応して前記定盤を変位することにより、前記被除振体の上下および水平方向の振動を除去する除振装置部とを備えたアクティブ型除振装置において、前記振動検出手段は、第１振動検出手段と第２振動検出手段を有し、前記第１振動検出手段は比較的小さな加速度を有する小振動を検出するように構成され、前記第２振動検出手段は前記第１振動検出手段により検出される加速度よりも大きな加速度を有する大振動を検出可能に構成され、前記除振装置部は、第１上下除振機構、第２上下除振機構と、第１水平除振機構と、第２水平除振機構とを有し、前記第１上下除振機構は、前記第１振動検出手段によって検出された上下方向の振動の加速度に対応して前記定盤を上下方向に変位させることにより、前記被除振体の上下方向の小振動を除去するように構成され、前記第２上下除振機構は、前記第２振動検出手段によって検出された上下方向の振動の加速度に対応して前記定盤を上下方向に変位させることにより、前記被除振体の上下方向の大振動を除去するように構成され、前記第１水平除振機構は、前記第１振動検出手段によって検出された水平方向の振動の加速度に対応して前記定盤を水平方向に変位させることにより、前記被除振体の水平方向の小振動を除去するように構成され、前記第２水平除振機構は、前記第２振動検出手段によって検出された水平方向の振動の加速度に対応して前記定盤を水平方向に変位させることにより、前記被除振体の水平方向の大振動を除去するように構成されていることを特徴とする。そのため、基台上において支持されている定盤に振動が伝わると、第１振動検出手段によって比較的小さな加速度を有する小振動が検出され、第２振動検出手段によって第１振動検出手段により検出される加速度よりも大きな加速度を有する大振動が検出される。そして、第１上下除振機構と第１水平除振機構は、第１振動検出手段によって検出された上下および水平方向の振動の加速度に対応して前記定盤を上下方向に変位させることにより、被除振体の上下方向の小振動を除去する。第２上下除振機構と第２水平除振機構は、第２振動検出手段によって検出された上下および水平方向の振動の加速度に対応して前記定盤を上下および水平方向に変位させることにより、前記被除振体の上下方向の大振動を除去する。したがって、広い範囲の振動が良好に抑制される。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００１１２６６８
【氏名又は名称】株式会社フジタ
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| 【出願日】 |
平成１０年１２月８日（１９９８．１２．８） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００８９８７５
【弁理士】
【氏名又は名称】野田 茂
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| 【公開番号】 |
特開２０００−１７０８２７（Ｐ２０００−１７０８２７Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年６月２３日（２０００．６．２３） |
| 【出願番号】 |
特願平１０−３４８０９５ |
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