JP4743663B2 - 除振装置及び除振方法 - Google Patents

Description

本発明は除振装置及び除振方法に係り、特に精密機器等の除振対象物の可動部から発生した振動を除振する除振装置及び除振方法に関する。

図６に示すように、特許文献１等に記載された空気ばね式アクチュエータ１を使用した除振装置は、除振対象物２との間に高剛性テーブル３を介在させて設置されている。この除振構造であれば、空気ばね式アクチュエータ１の駆動力を除振対象物２にそのまま伝達することができるので、精密な除振を実現することが可能である。

一方、除振対象物２が複数の脚部を有しており、且つ除振対象物２の下部からケーブルを配線したりフレキシブルホースを配管したり、また、下から上を見上げる覗き窓を形成したりする必要がある場合には、除振対象物２の下部に高剛性テーブルを設置することができない。この場合には、図７の如く除振対象物２の各脚部４、４…毎に空気ばね式アクチュエータ１を設置して除振構造を構成していた。

なお、図６において符号５は、除振対象物２の鉛直方向の振動成分を検出するセンサであり、このセンサ５からの検出信号は制御器６に出力される。制御器６は、センサ５からの検出信号に基づきバルブ７の開閉量を制御して、空気ばね式アクチュエータ１のベローズ部１Ａに供給されるコンプレッサ８からのエア量を制御する。これにより、ベローズ部１Ａの伸縮量が調整され、除振対象物２の振動を打ち消すように空気ばね式アクチュエータ１が駆動する。
特開２００５−２１４２４４号公報

しかしながら、図７の如く、脚部４、４…毎に空気ばね式アクチュエータ１を設置する従来の除振装置では、脚部４の製作精度、特に除振対象物２との設置精度が不十分な場合は、精密な除振を実現できないという欠点があった。

具体的に説明すると、図７の如く除振対象物２の脚部４の設置精度が不十分で、脚部４の向きが正確に鉛直方向に向いてない場合（図７では、脚部が下に広がる方向に傾斜している）、この脚部４に空気ばね式アクチュエータ１を設置すると、空気ばね式アクチュエータ１のベローズ部１Ａは，除振対象物２から斜め方向の荷重を受けるため傾斜する。この状態で、空気ばね式アクチュエータ１を鉛直方向に変位させると、ベローズ部１Ａは、その傾斜姿勢の状態で伸縮されるので、空気ばね式アクチュエータ１を鉛直方向に変位させて除振を実施しているつもりでも、空気ばね式アクチュエータ１からの駆動力は、脚部４に沿った傾斜方向に伝達し、鉛直方向に伝達しないため、精密な除振が実現できない。また、脚部４が鉛直方向を向いたとしても、図８の如く脚部４の底面４Ａが傾斜していると、この場合も同様に、空気ばね式アクチュエータ１を鉛直方向に変位させて除振を実施しているつもりでも、空気ばね式アクチュエータ１の駆動力は、底面４Ａに直交する傾斜方向に伝達し、鉛直方向に伝達しないため、精密な除振が実現できない。

本発明はこのような事情に鑑みて成されたもので、除振対象物の脚部毎に設置される除振装置であって、除振対象物の脚部の設置精度が不十分である場合でも精密な除振を実現できる除振装置及び除振方法を提供することを目的とする。

請求項１に記載の除振装置の発明は、前記目的を達成するために、除振対象物の振動を除振する空気ばね式アクチュエータと、前記空気ばね式アクチュエータに搭載され、その可動部に前記除振対象物が載置されたパラレルメカニズムと、前記空気ばね式アクチュエータの鉛直方向の移動成分が前記除振対象物の鉛直方向の移動成分と等しくなるように前記パラレルメカニズムを駆動して前記可動部の姿勢を制御する制御部と、を備えたことを特徴とする。

請求項５に記載の除振方法の発明は、前記目的を達成するために、空気ばね式アクチュエータに搭載されたパラレルメカニズムの可動部に除振対象物を載置し、前記空気ばね式アクチュエータの鉛直方向の移動成分が前記除振対象物の鉛直方向の移動成分と等しくなるように前記パラレルメカニズムを駆動して前記可動部の姿勢を制御部により制御した後、前記空気ばね式アクチュエータを駆動して前記除振対象物の振動を除振することを特徴とする。

請求項１、５に記載の発明によれば、可動部を任意の姿勢に可動するパラレルメカニズムを、空気ばね式アクチュエータに搭載して除振装置を構成し、このパラレルメカニズムの可動板に除振対象物を載置する。そして、空気ばね式アクチュエータの駆動方向（振動を減衰させる方向の移動成分）が除振対象物の移動方向（振動が減衰される方向の移動成分）と等しくなるようにパラレルメカニズムを駆動して可動部の姿勢を制御部により制御した後、空気ばね式アクチュエータを駆動して除振対象物の振動を除振する。これにより、本願発明は、除振対象物の脚部毎に設置される除振装置であって、除振対象物の脚部の設置精度が不十分である場合でも精密な除振を実現できる。

請求項２に記載の発明は、請求項１において、前記パラレルメカニズムは、少なくも４本の直動型アクチュエータを有し、ピッチング方向、及びローリング方向の４自由度を持つリニア駆動アクチュエータであることを特徴とする。

請求項２に記載の発明によれば、パラレルメカニズムにピッチング方向、及びローリング方向の４自由度を持たせることにより、脚部の設置精度のうちピッチング方向、及びローリング方向の設置精度の悪さを相殺することができる。この場合、鉛直方向の設置精度の悪さは、空気ばね式アクチュエータの鉛直動作によって相殺することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１において、前記パラレルメカニズムは、少なくも５本の直動型アクチュエータを有し、ピッチング方向、ローリング方向、及び鉛直方向の５自由度を持つリニア駆動アクチュエータであることを特徴とする。

請求項３に記載の発明によれば、パラレルメカニズムにピッチング方向、ローリング方向、及び鉛直方向の５自由度を持たせることにより、脚部の設置精度のうちピッチング方向、ローリング方向、及び鉛直方向の設置精度の悪さを相殺することができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１において、前記パラレルメカニズムは、少なくも６本の直動型アクチュエータを有し、ピッチング方向、ローリング方向、鉛直方向、及びヨーイング方向の６自由度を持つリニア駆動アクチュエータであることを特徴とする。

請求項４に記載の発明によれば、パラレルメカニズムにピッチング方向、ローリング方向、鉛直方向、及びヨーイング方向の６自由度を持たせることにより、脚部の設置精度のうちピッチング方向、ローリング方向、鉛直方向、及びヨーイング方向の設置精度の悪さを相殺することができる。

本発明に係る除振装置及び除振方法によれば、可動部を任意の姿勢に可動するパラレルメカニズムを空気ばね式アクチュエータに搭載して除振装置を構成し、このパラレルメカニズムの可動板に除振対象物を載置し、空気ばね式アクチュエータの駆動方向が除振対象物の移動方向と等しくなるようにパラレルメカニズムを駆動して可動部の姿勢を制御した後、空気ばね式アクチュエータを駆動して除振対象物の振動を除振するようにしたので、除振対象物の脚部毎に設置される除振装置であって、除振対象物の脚部の設置精度が不十分である場合でも精密な除振を実現できる。

以下、添付図面に従って本発明に係る除振装置及び除振方法の好ましい実施の形態について説明する。なお、図６〜図８に示した従来の除振装置と同一又は類似の部材には同一の符号を付して説明する。

図１、図２は、実施の形態に係る除振装置１０に除振対象物２の脚部４が載置され、除振対象物２の可動部によって発生した振動を、除振装置１０によって除振している図が示されている。

除振装置１０は、除振対象物２の４本の脚部４、４…毎に設置されており、空気ばね式アクチュエータ１とパラレルメカニズムであるリニア駆動アクチュエータ１２とからなり、空気ばね式アクチュエータ１のベローズ１Ａの上部に固定された上部支持板（不図示）に、リニア駆動アクチュエータ１２のベースプレート１４が固定されることにより構成されている。

リニア駆動アクチュエータ１２は、前記ベースプレート１４と、除振対象物２の脚部４が載置されるアッパープレート（可動部）１６と、ベースプレート１４に基端部が連結されるとともに先端部がアッパープレート１６に連結され、アッパープレート１６を可動範囲内の任意の場所へ移動させ、且つ任意の角度に傾斜可能な６本の直動型アクチュエータ１８、１８…とから構成される。

このリニア駆動アクチュエータ１２は、６本の直動型アクチュエータ１８、１８…がコンプレッサ２０から与えられる油圧によって任意に伸縮することにより、その可動部であるアッパープレート１６を固定部である空気ばね式アクチュエータ１に対して６自由度（前後（ピッチング）方向、左右（ローリング）方向、回転（ヨーイング）方向、鉛直方向）に駆動し、除振対象物２の脚部４の設置精度の悪さを相殺するものである。直動型アクチュエータ１８としては、積層型の圧電素子、リニアモータ、シリンダやベローズ等の流体アクチュエータがあるが、実施の形態では油圧により伸縮するシリンダ型のアクチュエータ１８が適用されている。また、リニア駆動アクチュエータ１２は、負荷を並列的に分散することで剛性が高いので、重量物の除振対象物２に好適である。

また、除振装置１０は、空気ばね式アクチュエータ１の圧力を操作するバルブ２２と、リニア駆動アクチュエータ１２のアッパープレート１６に取り付けられて除振対象物２の鉛直方向の振動成分を検出する振動検出センサ２４と、振動検出センサ２４によって検出された振動成分を示す情報が入力され、振動を減衰させる方向に空気ばね式アクチュエータ１が変位するような操作量をバルブ２２へ出力する制御器２６とを備えている。

ところで、除振装置１０には図３の如く、リニア駆動アクチュエータ１２のアッパープレート１６の姿勢を、脚部４の設置精度の悪さを相殺する姿勢に制御するための姿勢制御部３０が設けられている。この姿勢制御部３０は制御器３２、２軸傾斜センサ３４、及び油圧ポンプ３６から構成される。

２軸傾斜センサ３４は、水平２軸の傾斜量を検出するセンサであり、リニア駆動アクチュエータ１２のベースプレート１４の中央部に固定される。２軸傾斜センサ３４からの情報は制御器３２に出力され、制御器３２は、２軸傾斜センサ３４から出力される検出値において２軸とも水平となるように、アクチュエータ１８に油圧を与える油圧ポンプ３６をフィードバック制御し、アクチュエータ１８を伸縮させる。この制御はアクチュエータ１８の各軸において個別に行われる。このようにフィードバック制御を行うことにより、アッパープレート１６に脚部４が載置された際に、リニア駆動アクチュエータ１２のアッパープレート１６の姿勢が、脚部４の設置精度の悪さを相殺する姿勢に図２の如く調整される。これにより、脚部４の設置精度及び製作精度が不十分であっても、空気ばね式アクチュエータ１の鉛直方向の移動成分が除振対象物２の鉛直方向の移動成分と等しくなるので、精密な除振性能を発揮することができる。

次に、前記の如く構成された除振装置１０の作用について説明する。

まず、リニア駆動アクチュエータ１２を、空気ばね式アクチュエータ１に搭載して除振装置１０を構成し、このリニア駆動アクチュエータ１２のアッパープレート１６に除振対象物２の脚部４を載置する。

次に、姿勢制御部３０の制御器３２が、２軸傾斜センサ３４から出力される検出値において２軸とも水平となるように、アクチュエータ１８に油圧を与える油圧ポンプ３６をフィードバック制御し、アクチュエータ１８を伸縮させ、リニア駆動アクチュエータ１２のアッパープレート１６の姿勢を、脚部４の設置精度の悪さを相殺する姿勢に調整する（図２参照）。

この後、空気ばね式アクチュエータ１を駆動して除振対象物２の振動を除振する。

これにより、実施の形態の除振装置１０によれば、空気ばね式アクチュエータ１の鉛直方向の移動成分が除振対象物２の鉛直方向の移動成分と等しくなるので、精密な除振性能を発揮することができる。

なお、実施の形態では、リニア駆動アクチュエータ１２に６軸自由度を持たせたが、これに限定されるものではない。例えば、リニア駆動アクチュエータ１２にピッチング方向、及びローリング方向の４自由度を持たせても、脚部４の設置精度のうちピッチング方向、及びローリング方向の設置精度の悪さを相殺することができる。この場合、鉛直方向の設置精度の悪さは、空気ばね式アクチュエータ１の鉛直動作によって相殺することができる。また、リニア駆動アクチュエータ１２にピッチング方向、ローリング方向、及び鉛直方向の５自由度を持たせることにより、脚部４の設置精度のうちピッチング方向、ローリング方向、及び鉛直方向の設置精度の悪さを相殺することができる。

更に、実施の形態の如く、リニア駆動アクチュエータ１２にピッチング方向、ローリング方向、鉛直方向、及びヨーイング方向の６自由度を持たせれば、１台の除振装置１０に１台の除振対象物２を載置した際の、ヨーイング方向の振動も除振することができる。

図４には、姿勢制御部４０の他の実施の形態が示されている。

同図に示す姿勢制御部４０は、空気アクチュエータ１の浮上時のアクチュエータ上面（ベースプレート１４）の浮上距離Δｌを検出する非接触式の距離センサ４２、４２、４２を少なくとも３個設置し、この距離センサ４２、４２、４２からの出力値が全て同値となるように制御器４４によって油圧ポンプ３６をフィードバック制御し、アクチュエータ１８を伸縮させる。これにより、リニア駆動アクチュエータ１２のアッパープレート１６の姿勢が、脚部４の設置精度の悪さを相殺する姿勢に調整される。

図５には、姿勢調整に係る他の実施の形態が示されている。

同図によれば、ベースプレート１４の中央部に取り付けた水準器５０を見ながら水準が取れるようにアクチュエータ１８を伸縮させる。これにより、リニア駆動アクチュエータ１２のアッパープレート１６の姿勢を、脚部４の設置精度の悪さを相殺する姿勢に調整できる。

実施の形態の除振装置に除振対象物が載置された状態を示す斜視図 図１の正面図 実施の形態の除振装置に適用された姿勢制御部の構成を示した説明図 姿勢制御部の他の形態の構成を示した説明図 手動により姿勢調整を行う例を示した説明図 従来の除振装置に除振対象物が載置された状態を示す斜視図 従来の除振装置に除振対象物の脚部が載置された状態を示す正面図 従来の除振装置に除振対象物の脚部が載置された状態を示す正面図

符号の説明

１…空気ばね式アクチュエータ、２…除振対象物、4 …脚部、１０…除振装置、１２…リニア駆動アクチュエータ、１４…ベースプレート、１６…アッパープレート、１８…アクチュエータ、２０…コンプレッサ、２２…バルブ、２４…振動検出センサ、２６…制御器、３０…姿勢制御部、３２…制御器、３４…２軸傾斜センサ、３６…油圧ポンプ、４０…姿勢制御部、４２…距離センサ、４４…制御器、５０…水準器

Claims (5)

1. 除振対象物の振動を除振する空気ばね式アクチュエータと、
   前記空気ばね式アクチュエータに搭載され、その可動部に前記除振対象物が載置されたパラレルメカニズムと、
   前記空気ばね式アクチュエータの鉛直方向の移動成分が前記除振対象物の鉛直方向の移動成分と等しくなるように前記パラレルメカニズムを駆動して前記可動部の姿勢を制御する制御部と、
   を備えたことを特徴とする除振装置。
2. 前記パラレルメカニズムは、少なくも４本の直動型アクチュエータを有し、ピッチング方向、及びローリング方向の４自由度を持つリニア駆動アクチュエータであることを特徴とする請求項１に記載の除振装置。
3. 前記パラレルメカニズムは、少なくも５本の直動型アクチュエータを有し、ピッチング方向、ローリング方向、及び鉛直方向の５自由度を持つリニア駆動アクチュエータであることを特徴とする請求項１に記載の除振装置。
4. 前記パラレルメカニズムは、少なくも６本の直動型アクチュエータを有し、ピッチング方向、ローリング方向、鉛直方向、及びヨーイング方向の６自由度を持つリニア駆動アクチュエータであることを特徴とする請求項１に記載の除振装置。
5. 空気ばね式アクチュエータに搭載されたパラレルメカニズムの可動部に除振対象物を載置し、
   前記空気ばね式アクチュエータの鉛直方向の移動成分が前記除振対象物の鉛直方向の移動成分と等しくなるように前記パラレルメカニズムを駆動して前記可動部の姿勢を制御部により制御した後、
   前記空気ばね式アクチュエータを駆動して前記除振対象物の振動を除振することを特徴とする除振方法。

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