JPH11141596A - アクティブ除振装置 - Google Patents
アクティブ除振装置Info
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- JPH11141596A JPH11141596A JP31218097A JP31218097A JPH11141596A JP H11141596 A JPH11141596 A JP H11141596A JP 31218097 A JP31218097 A JP 31218097A JP 31218097 A JP31218097 A JP 31218097A JP H11141596 A JPH11141596 A JP H11141596A
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- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
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- Vibration Prevention Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 低周波数領域で共振点を生じることなく、高
周波数領域で十分な除振性能を得ることを可能としたア
クティブ除振装置を提供する。 【解決手段】 除振対象物Ｏの振動状態を検出する第１
センサ１６、中間質量要素１３の振動状態を検出する第
２センサ１７から信号を入力される制御装置１８によ
り、除振対象物Ｏの作用方向における振動を打消す振動
を中間質量要素１３に生じさせるように圧電素子１１の
動力入力部１２に電圧変化を生じさせるための信号を出
力するように形成してある。
周波数領域で十分な除振性能を得ることを可能としたア
クティブ除振装置を提供する。 【解決手段】 除振対象物Ｏの振動状態を検出する第１
センサ１６、中間質量要素１３の振動状態を検出する第
２センサ１７から信号を入力される制御装置１８によ
り、除振対象物Ｏの作用方向における振動を打消す振動
を中間質量要素１３に生じさせるように圧電素子１１の
動力入力部１２に電圧変化を生じさせるための信号を出
力するように形成してある。
Description
【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、レーザを用いた製品の製造工場における精密機器
の微振動を除去するのに適したアクティブ除振装置に関
するものである。
工場、レーザを用いた製品の製造工場における精密機器
の微振動を除去するのに適したアクティブ除振装置に関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、特開平5-149379号公報において、
ピエゾ素子を用いたアクティブ除振装置が提案されてい
る。このアクティブ除振装置は、薄肉弾性体と金属板と
を交互に積層した圧縮剛性が大きく、かつ剪断剛性が小
さいばね手段を用いた１自由度のばね質点系とピエゾ素
子を用いたアクチュエータとを含むフィードバック制御
ループを基本構造としたものである。この他、ばね質点
系に中間質量要素を介在させたアクティブ除振装置が提
案されている。このアクティブ除振装置は、この中間質
量要素の振動状態の検出値をフィードバック信号とし、
このフィードバック信号に基づき、中間質量要素に直結
したピエゾ素子を駆動するようにしたフィードバック制
御ループを基本構造としたものである。
ピエゾ素子を用いたアクティブ除振装置が提案されてい
る。このアクティブ除振装置は、薄肉弾性体と金属板と
を交互に積層した圧縮剛性が大きく、かつ剪断剛性が小
さいばね手段を用いた１自由度のばね質点系とピエゾ素
子を用いたアクチュエータとを含むフィードバック制御
ループを基本構造としたものである。この他、ばね質点
系に中間質量要素を介在させたアクティブ除振装置が提
案されている。このアクティブ除振装置は、この中間質
量要素の振動状態の検出値をフィードバック信号とし、
このフィードバック信号に基づき、中間質量要素に直結
したピエゾ素子を駆動するようにしたフィードバック制
御ループを基本構造としたものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上述した各アクティブ
除振装置の場合、それらの高周波数領域における除振性
能はパッシブな除振特性に依存しているために、精密機
器等の微振動を除去する場合に、例えば、周波数が３０
０Ｈｚ付近で、例えば−６０ｄＢ程度の除振（−６０ｄ
Ｂの振動伝達率）をしようとする場合、以下に述べる不
都合が生じる。
除振装置の場合、それらの高周波数領域における除振性
能はパッシブな除振特性に依存しているために、精密機
器等の微振動を除去する場合に、例えば、周波数が３０
０Ｈｚ付近で、例えば−６０ｄＢ程度の除振（−６０ｄ
Ｂの振動伝達率）をしようとする場合、以下に述べる不
都合が生じる。
【０００４】周波数が３００Ｈｚ付近で−６０ｄＢ程度
の除振を達成するためには、図７において曲線II（破
線）で示すように、上記アクティブ除振装置および除振
対象を含む振動系の共振点を３〜４Ｈｚ付近にする必要
がある。このため、ピエゾ素子の振幅を大きくするか、
上記ばね手段のばね定数を小さくしなければならない。
しかし、ピエゾ素子の振幅の大きさには限界がある故、
ピエゾ素子により１０Ｈｚ以下の低周波数領域において
上記共振点を達成することは、事実上不可能である。他
方、ばね定数を小さくすると、除振対象の揺れの振幅が
大きくなるという問題が生じる。
の除振を達成するためには、図７において曲線II（破
線）で示すように、上記アクティブ除振装置および除振
対象を含む振動系の共振点を３〜４Ｈｚ付近にする必要
がある。このため、ピエゾ素子の振幅を大きくするか、
上記ばね手段のばね定数を小さくしなければならない。
しかし、ピエゾ素子の振幅の大きさには限界がある故、
ピエゾ素子により１０Ｈｚ以下の低周波数領域において
上記共振点を達成することは、事実上不可能である。他
方、ばね定数を小さくすると、除振対象の揺れの振幅が
大きくなるという問題が生じる。
【０００５】このため、１自由度系ばね質点系の場合、
図７において曲線III（一点鎖線）で示すように、上記
共振点は、せいぜい１５Ｈｚ付近に設定するのが限度
（この値はアクチュエータの振幅に依存する）で、高周
波数領域で十分な除振性能を得ることはできない。ま
た、２自由度系ばね質点系の場合、図７において曲線IV
（二点鎖線）で示すように高周波数領域での除振性能は
改善されるが、上記共振点が二か所に生じる。本発明
は、斯る従来の問題点をなくすことを課題としてなされ
たもので、低周波数領域で共振点を生じることなく、高
周波数領域で十分な除振性能を得ることを可能としたア
クティブ除振装置を提供しようとするものである。
図７において曲線III（一点鎖線）で示すように、上記
共振点は、せいぜい１５Ｈｚ付近に設定するのが限度
（この値はアクチュエータの振幅に依存する）で、高周
波数領域で十分な除振性能を得ることはできない。ま
た、２自由度系ばね質点系の場合、図７において曲線IV
（二点鎖線）で示すように高周波数領域での除振性能は
改善されるが、上記共振点が二か所に生じる。本発明
は、斯る従来の問題点をなくすことを課題としてなされ
たもので、低周波数領域で共振点を生じることなく、高
周波数領域で十分な除振性能を得ることを可能としたア
クティブ除振装置を提供しようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、第１発明は、内部に生じる電圧の変化或は磁場の変
化により変化する長さの方向に沿った作用方向における
一端が支持面に固定された固体素子と、この固体素子に
おける上記電圧或は磁場を変化させる動力入力部と、上
記作用方向において、上記固体素子の上記他端と除振対
象物との間に位置させられる中間質量要素と、一端が上
記中間質量要素に固定され、他端が上記除振対象物に固
定され、この中間質量要素と除振対象物とにばね作用を
及ぼす第１弾性部材と、一端が上記固体素子に固定さ
れ、他端が上記中間質量要素に固定され、この固体素子
と中間質量要素とにばね作用を及ぼす第２弾性部材と、
上記除振対象物の上記作用方向における振動状態を検出
する第１センサと、上記中間質量要素の上記作用方向に
おける振動状態を検出する第２センサと、上記第１セン
サ、第２センサから信号を入力され、上記除振対象物の
上記作用方向における振動を打消す振動を上記中間質量
要素に生じさせるように上記固体素子の上記動力入力部
に電圧変化或は磁場変化を生じさせるための信号を出力
する制御装置とから構成した。
に、第１発明は、内部に生じる電圧の変化或は磁場の変
化により変化する長さの方向に沿った作用方向における
一端が支持面に固定された固体素子と、この固体素子に
おける上記電圧或は磁場を変化させる動力入力部と、上
記作用方向において、上記固体素子の上記他端と除振対
象物との間に位置させられる中間質量要素と、一端が上
記中間質量要素に固定され、他端が上記除振対象物に固
定され、この中間質量要素と除振対象物とにばね作用を
及ぼす第１弾性部材と、一端が上記固体素子に固定さ
れ、他端が上記中間質量要素に固定され、この固体素子
と中間質量要素とにばね作用を及ぼす第２弾性部材と、
上記除振対象物の上記作用方向における振動状態を検出
する第１センサと、上記中間質量要素の上記作用方向に
おける振動状態を検出する第２センサと、上記第１セン
サ、第２センサから信号を入力され、上記除振対象物の
上記作用方向における振動を打消す振動を上記中間質量
要素に生じさせるように上記固体素子の上記動力入力部
に電圧変化或は磁場変化を生じさせるための信号を出力
する制御装置とから構成した。
【０００７】また、第２発明は、磁場の変化により変化
する長さの方向に沿った作用方向における一端が支持面
上に固定され、ばね作用を有するリニアモータと、この
リニアモータにおける上記磁場を変化させる動力入力部
と、上記作用方向において、上記リニアモータの他端に
固定された中間質量要素と、上記作用方向において、一
端が上記中間質量要素に固定され、他端が除振対象物に
固定され、この中間質量要素と除振対象物とにばね作用
を及ぼす第２弾性部材と、上記除振対象物の上記作用方
向における振動状態を検出する第１センサと、上記中間
質量要素の上記作用方向における振動状態を検出する第
２センサと、上記第１センサ、第２センサから信号を入
力され、上記除振対象物の上記作用方向における振動を
打消す振動を上記中間質量要素に生じさせるように上記
リニアモータの上記動力入力部に電圧変化或は磁場変化
を生じさせるための信号を出力する制御装置とから構成
した。
する長さの方向に沿った作用方向における一端が支持面
上に固定され、ばね作用を有するリニアモータと、この
リニアモータにおける上記磁場を変化させる動力入力部
と、上記作用方向において、上記リニアモータの他端に
固定された中間質量要素と、上記作用方向において、一
端が上記中間質量要素に固定され、他端が除振対象物に
固定され、この中間質量要素と除振対象物とにばね作用
を及ぼす第２弾性部材と、上記除振対象物の上記作用方
向における振動状態を検出する第１センサと、上記中間
質量要素の上記作用方向における振動状態を検出する第
２センサと、上記第１センサ、第２センサから信号を入
力され、上記除振対象物の上記作用方向における振動を
打消す振動を上記中間質量要素に生じさせるように上記
リニアモータの上記動力入力部に電圧変化或は磁場変化
を生じさせるための信号を出力する制御装置とから構成
した。
【０００８】さらに、第３発明は、空気圧力の変化によ
り変化する長さの方向に沿った作用方向における一端が
支持面上に固定され、ばね作用を有する空気アクチュエ
ータと、この空気アクチュエータにおける上記空気圧力
を変化させる動力入力部と、上記作用方向において、上
記空気アクチュエータの他端に固定された中間質量要素
と、上記作用方向において、一端が上記中間質量要素に
固定され、他端が除振対象物に固定され、この中間質量
要素と除振対象物とにばね作用を及ぼす第２弾性部材
と、上記除振対象物の上記作用方向における振動状態を
検出する第１センサと、上記中間質量要素の上記作用方
向における振動状態を検出する第２センサと、上記第１
センサ、第２センサから信号を入力され、上記除振対象
物の上記作用方向における振動を打消す振動を上記中間
質量要素に生じさせるように上記空気アクチュエータの
上記動力入力部に電圧変化或は磁場変化を生じさせるた
めの信号を出力する制御装置とから構成した。
り変化する長さの方向に沿った作用方向における一端が
支持面上に固定され、ばね作用を有する空気アクチュエ
ータと、この空気アクチュエータにおける上記空気圧力
を変化させる動力入力部と、上記作用方向において、上
記空気アクチュエータの他端に固定された中間質量要素
と、上記作用方向において、一端が上記中間質量要素に
固定され、他端が除振対象物に固定され、この中間質量
要素と除振対象物とにばね作用を及ぼす第２弾性部材
と、上記除振対象物の上記作用方向における振動状態を
検出する第１センサと、上記中間質量要素の上記作用方
向における振動状態を検出する第２センサと、上記第１
センサ、第２センサから信号を入力され、上記除振対象
物の上記作用方向における振動を打消す振動を上記中間
質量要素に生じさせるように上記空気アクチュエータの
上記動力入力部に電圧変化或は磁場変化を生じさせるた
めの信号を出力する制御装置とから構成した。
【０００９】さらに、第４発明は、上記制御装置が、上
記第１センサからの信号を第１制御要素、加算器、第２
制御要素を介して上記動力入力部にフィードバックする
メインフィードバック系と、第２センサからの信号を上
記加算器、上記第２制御要素を介して上記動力入力部に
フィードバックするローカルフィードバック系とを形成
し、上記ローカルフィードバック系により上記中間質量
要素の振動を打消す操作力を上記固体素子、或は上記リ
ニアモータ或は上記空気アクチュエータに生じさせ、上
記メインフィードバック系により除振対象物の上記作用
方向における振動を打消す振動を上記中間質量要素に生
じさせる操作力を上記固体素子、或は上記リニアモータ
或は上記空気アクチュエータに生じさせるようにした。
記第１センサからの信号を第１制御要素、加算器、第２
制御要素を介して上記動力入力部にフィードバックする
メインフィードバック系と、第２センサからの信号を上
記加算器、上記第２制御要素を介して上記動力入力部に
フィードバックするローカルフィードバック系とを形成
し、上記ローカルフィードバック系により上記中間質量
要素の振動を打消す操作力を上記固体素子、或は上記リ
ニアモータ或は上記空気アクチュエータに生じさせ、上
記メインフィードバック系により除振対象物の上記作用
方向における振動を打消す振動を上記中間質量要素に生
じさせる操作力を上記固体素子、或は上記リニアモータ
或は上記空気アクチュエータに生じさせるようにした。
【００１０】さらに、第５発明は、上記固体素子が、圧
電素子により形成されている。
電素子により形成されている。
【００１１】さらに、第６発明は、上記固体素子が、磁
歪材料により形成されている。
歪材料により形成されている。
【００１２】さらに、第７発明は、上記第１センサ、第
２センサの各々を、加速度センサとした。
２センサの各々を、加速度センサとした。
【００１３】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の一形態を図
面にしたがって説明する。図１は、本発明に係るアクテ
ィブ除振装置１Ａを質量ｍ1の除振対象Ｏに適用した状
態を示したものである。このアクティブ除振装置１Ａ
は、固体素子の一例である圧電素子１１、圧電素子１１
の動力入力部１２、質量ｍ2の中間質量要素１３、ばね
定数ｋ1の第１弾性部材１４、ばね定数ｋ2の第２弾性部
材１５、第１センサ１６、第２センサ１７および制御装
置１８からなっている。
面にしたがって説明する。図１は、本発明に係るアクテ
ィブ除振装置１Ａを質量ｍ1の除振対象Ｏに適用した状
態を示したものである。このアクティブ除振装置１Ａ
は、固体素子の一例である圧電素子１１、圧電素子１１
の動力入力部１２、質量ｍ2の中間質量要素１３、ばね
定数ｋ1の第１弾性部材１４、ばね定数ｋ2の第２弾性部
材１５、第１センサ１６、第２センサ１７および制御装
置１８からなっている。
【００１４】圧電素子１１は、周知のように内部に生じ
る電圧の変化により厚さが変化する特性を有し、この長
さ方向、図１において縦方向を作用方向とし、この作用
方向における一端、図１において下端が支持面Ｆ、例え
ば床面に固定されている。動力入力部１２は、制御装置
１８から入力された制御信号に基づいて圧電素子１１に
操作電圧を印加するものである。中間質量要素１３は、
上記作用方向において、圧電素子１１の他端と除振対象
物Ｏとの間に位置させられている。
る電圧の変化により厚さが変化する特性を有し、この長
さ方向、図１において縦方向を作用方向とし、この作用
方向における一端、図１において下端が支持面Ｆ、例え
ば床面に固定されている。動力入力部１２は、制御装置
１８から入力された制御信号に基づいて圧電素子１１に
操作電圧を印加するものである。中間質量要素１３は、
上記作用方向において、圧電素子１１の他端と除振対象
物Ｏとの間に位置させられている。
【００１５】第１弾性部材１５は、一端が中間質量要素
１３に固定され、他端が除振対象物Ｏに固定され、この
中間質量要素１３と除振対象物Ｏとにばね作用を及ぼ
す。第２弾性部材１４は、一端が圧電素子１１に固定さ
れ、他端が中間質量要素１３に固定され、この圧電素子
１１と中間質量要素１３とにばね作用を及ぼす。第１セ
ンサ１６は、除振対象物Ｏの上記作用方向における振動
状態、本実施形態では加速度を検出する第２センサ１７
は、中間質量要素１３の上記作用方向における振動状
態、本実施形態では加速度を検出する。制御装置１８
は、第１センサ１６、第２センサ１７から信号を入力さ
れ、除振対象物Ｏの上記作用方向における振動を打消す
振動を中間質量要素１３に生じさせるように圧電素子１
１の動力入力部１２に電圧変化を生じさせる信号を出力
する。
１３に固定され、他端が除振対象物Ｏに固定され、この
中間質量要素１３と除振対象物Ｏとにばね作用を及ぼ
す。第２弾性部材１４は、一端が圧電素子１１に固定さ
れ、他端が中間質量要素１３に固定され、この圧電素子
１１と中間質量要素１３とにばね作用を及ぼす。第１セ
ンサ１６は、除振対象物Ｏの上記作用方向における振動
状態、本実施形態では加速度を検出する第２センサ１７
は、中間質量要素１３の上記作用方向における振動状
態、本実施形態では加速度を検出する。制御装置１８
は、第１センサ１６、第２センサ１７から信号を入力さ
れ、除振対象物Ｏの上記作用方向における振動を打消す
振動を中間質量要素１３に生じさせるように圧電素子１
１の動力入力部１２に電圧変化を生じさせる信号を出力
する。
【００１６】さらに具体的には、制御装置１８は、第１
センサ１６からの信号を第１制御要素２１、加算器２
２、第２制御要素２３を介して動力入力部１２にフィー
ドバックするメインフィードバック系Ｍと、第２センサ
１７からの信号を加算器２２、第２制御要素２３を介し
て動力入力部１２にフィードバックするローカルフィー
ドバック系Ｌとを形成している。そして、ローカルフィ
ードバック系Ｌにより中間質量要素１３の振動を打消す
操作力ｕを圧電素子１１に生じさせている。さらに、メ
インフィードバック系Ｍにより除振対象物Ｏの上記作用
方向における振動を打消す振動を中間質量要素１３に生
じさせる操作力を圧電素子１１に生じさせている。
センサ１６からの信号を第１制御要素２１、加算器２
２、第２制御要素２３を介して動力入力部１２にフィー
ドバックするメインフィードバック系Ｍと、第２センサ
１７からの信号を加算器２２、第２制御要素２３を介し
て動力入力部１２にフィードバックするローカルフィー
ドバック系Ｌとを形成している。そして、ローカルフィ
ードバック系Ｌにより中間質量要素１３の振動を打消す
操作力ｕを圧電素子１１に生じさせている。さらに、メ
インフィードバック系Ｍにより除振対象物Ｏの上記作用
方向における振動を打消す振動を中間質量要素１３に生
じさせる操作力を圧電素子１１に生じさせている。
【００１７】上述したように、このアクティブ除振装置
１Ａは、中間質量要素１３と第１弾性部材１４、第２弾
性部材１５の各々との相互作用の結果生じる振動遮断特
性を積極的に利用することにより、中間質量要素１３、
除振対象物Ｏの振動源となる支持面Ｆの振動をアクチュ
エータの一例である圧電素子１１により相殺するよう
に、間接的に除振対象物Ｏの振動を制御するものであ
る。
１Ａは、中間質量要素１３と第１弾性部材１４、第２弾
性部材１５の各々との相互作用の結果生じる振動遮断特
性を積極的に利用することにより、中間質量要素１３、
除振対象物Ｏの振動源となる支持面Ｆの振動をアクチュ
エータの一例である圧電素子１１により相殺するよう
に、間接的に除振対象物Ｏの振動を制御するものであ
る。
【００１８】そして、このアクティブ除振装置１Ａの設
計は、以下の順序で行われる。 支持面Ｆの振動、例えば床振動による中間質量要素
１３の振動を打ち消すようにアクティブ制御するローカ
ルフィードバック系Ｌの制御ゲインを決定する。 ローカルフィードバック系Ｌの制御ゲインが前向き
要素として作用するようにローカルフィードバック系Ｌ
への加算点として加算器２２を介設する。 除振対象物Ｏの振動を打ち消すための振動を圧電素
子１１に生じさせるための信号を加算器２２に入力する
ようにメインフィードバック系Ｍの制御ゲインを決定す
る。
計は、以下の順序で行われる。 支持面Ｆの振動、例えば床振動による中間質量要素
１３の振動を打ち消すようにアクティブ制御するローカ
ルフィードバック系Ｌの制御ゲインを決定する。 ローカルフィードバック系Ｌの制御ゲインが前向き
要素として作用するようにローカルフィードバック系Ｌ
への加算点として加算器２２を介設する。 除振対象物Ｏの振動を打ち消すための振動を圧電素
子１１に生じさせるための信号を加算器２２に入力する
ようにメインフィードバック系Ｍの制御ゲインを決定す
る。
【００１９】以上のようにして構成されたアクティブ除
振装置１Ａの各フィードバック系の制御特性は、伝達関
数を用いて以下のように表すことができる。まず、第２
弾性部材１５を介して圧電素子１１より中間質量要素１
３に操作力ｕが作用した場合における、中間質量要素１
３、除振対象物Ｏを含むパッシブな制御系の特性は、以
下の運動方程式により表すことができる。
振装置１Ａの各フィードバック系の制御特性は、伝達関
数を用いて以下のように表すことができる。まず、第２
弾性部材１５を介して圧電素子１１より中間質量要素１
３に操作力ｕが作用した場合における、中間質量要素１
３、除振対象物Ｏを含むパッシブな制御系の特性は、以
下の運動方程式により表すことができる。
【数１】 ｍ1：制振対象物Ｏの質量 ｍ2：中間質量要素１３の質量 ｘ1：除振対象物Ｏの上記作用方向における変位 ｘ2：中間質量要素１３の上記作用方向における変位
【００２０】この（１）式では、簡単化するために、系
に含まれる減衰要素については、これを無視している。
（１）式をラプラス変換すると、入力である中間質量要
素１３に対する操作力ｕから、出力である中間質量要素
１３、除振対象物Ｏの加速度ｘ1″、ｘ2″迄のオープン
ループにおける、上記入力と上記出力のそれぞれの間の
伝達関数Ｇ1，Ｇ2は以下のように表すことができる。な
お、ｘ1″、ｘ2″、ｕ、ｍ1、ｍ2、ｋ1、ｋ2について
は、ラプラス変換後も同じ記号を用いている。また、ｓ
はラプラス演算子である。
に含まれる減衰要素については、これを無視している。
（１）式をラプラス変換すると、入力である中間質量要
素１３に対する操作力ｕから、出力である中間質量要素
１３、除振対象物Ｏの加速度ｘ1″、ｘ2″迄のオープン
ループにおける、上記入力と上記出力のそれぞれの間の
伝達関数Ｇ1，Ｇ2は以下のように表すことができる。な
お、ｘ1″、ｘ2″、ｕ、ｍ1、ｍ2、ｋ1、ｋ2について
は、ラプラス変換後も同じ記号を用いている。また、ｓ
はラプラス演算子である。
【数２】
【００２１】次に、設計手順で記載した加算器２２へ
のメインフィードバック系Ｍからの入力を考慮すると、
ローカルフィードバック系Ｌは図２のように表すことが
できる。なお、ｘ0は支持面Ｆの上記作用方向における
変位を表し、ｘ0″は、支持面Ｆの振動状態として加速
度を表している。したがって、操作力ｕと中間質量要素
１３の加速度ｘ2″との間の伝達関数は、以下のように
表すことができる。
のメインフィードバック系Ｍからの入力を考慮すると、
ローカルフィードバック系Ｌは図２のように表すことが
できる。なお、ｘ0は支持面Ｆの上記作用方向における
変位を表し、ｘ0″は、支持面Ｆの振動状態として加速
度を表している。したがって、操作力ｕと中間質量要素
１３の加速度ｘ2″との間の伝達関数は、以下のように
表すことができる。
【数３】 Ｈ2：第２制御要素の伝達特性
【００２２】さらに、支持面Ｆの振動（加速度ｘ0″）
と中間質量要素１３の加速度ｘ2″との間の伝達関数
は、以下のように表すことができる。
と中間質量要素１３の加速度ｘ2″との間の伝達関数
は、以下のように表すことができる。
【数４】 操作力ｕと除振対象物Ｏの加速度ｘ1″との間は伝達関
数Ｇ1で関係付けられる点を考慮すると、図２に示す系
に第１弾性要素１４、除振対象物Ｏを加えた系は図３の
ように表すことができる。また、第１弾性要素１４、除
振対象物Ｏを含むアクティブな制御系における操作力ｕ
と除振対象物Ｏの加速度ｘ1″との間の伝達関数は、以
下のように表すことができる。
数Ｇ1で関係付けられる点を考慮すると、図２に示す系
に第１弾性要素１４、除振対象物Ｏを加えた系は図３の
ように表すことができる。また、第１弾性要素１４、除
振対象物Ｏを含むアクティブな制御系における操作力ｕ
と除振対象物Ｏの加速度ｘ1″との間の伝達関数は、以
下のように表すことができる。
【数５】
【００２３】したがって、図１に示すように第１制御要
素２１からの出力ｒが目標値として加算器２２に入力さ
れている点を考慮すると、図１に示す系は、図４のよう
に表すことができる。即ち図１に示す系と図４に示す系
は等価である。この図４より明らかなように、加算器２
２への目標値ｒの入力も含めた場合における、支持面Ｆ
の加速度ｘ0″の振動と除振対象物Ｏのとの間の伝達関
数は、以下のように表すことができる。
素２１からの出力ｒが目標値として加算器２２に入力さ
れている点を考慮すると、図１に示す系は、図４のよう
に表すことができる。即ち図１に示す系と図４に示す系
は等価である。この図４より明らかなように、加算器２
２への目標値ｒの入力も含めた場合における、支持面Ｆ
の加速度ｘ0″の振動と除振対象物Ｏのとの間の伝達関
数は、以下のように表すことができる。
【数６】 Ｈ1：第１制御要素２１の伝達特性
【００２４】（７）式より、第１，第２制御要素２１，
２３の伝達特性Ｈ1，Ｈ2が分母にのみ含まれており、第
１，第２制御要素２１，２３にフィードバックゲインを
与えることにより、支持面Ｆから除振対象物Ｏへの振動
の伝達率が小さくなることは容易に理解することができ
る。さらに、図４に示すブロック図は、図５のように表
すことができる。以上のように、第１，第２制御要素２
１，２３の伝達特性Ｈ1，Ｈ2は、互いに共働して振動絶
縁に寄与することが分かる。
２３の伝達特性Ｈ1，Ｈ2が分母にのみ含まれており、第
１，第２制御要素２１，２３にフィードバックゲインを
与えることにより、支持面Ｆから除振対象物Ｏへの振動
の伝達率が小さくなることは容易に理解することができ
る。さらに、図４に示すブロック図は、図５のように表
すことができる。以上のように、第１，第２制御要素２
１，２３の伝達特性Ｈ1，Ｈ2は、互いに共働して振動絶
縁に寄与することが分かる。
【００２５】なお、上記実施形態では、固体素子として
圧電素子１１を用いた装置を示したが、本発明は、これ
に限定するものではなく、圧電素子１１に代えて磁歪素
子を用いてもよく、この場合には、動力入力部により電
流の変化による磁界の強さを変化させる磁歪素子を振動
させる。また、図１において、二点鎖線で示すように、
支持面Ｆと中間質量要素１３との間に、圧電素子１１お
よび第２弾性部材１５と並列に弾性部材２４を設けても
よい。この場合においても、上述したように、第１，第
２制御要素２１，２３の伝達特性Ｈ1，Ｈ2は、互いに共
働して振動絶縁に寄与する。なお、図７において、曲線
Ｉ（実線）は、上記実施形態に係るアクティブ除振装置
の除振特性を示し、低周波数領域において共振点が存在
せず、高周波数領域において除振性能がよくなってい
る。
圧電素子１１を用いた装置を示したが、本発明は、これ
に限定するものではなく、圧電素子１１に代えて磁歪素
子を用いてもよく、この場合には、動力入力部により電
流の変化による磁界の強さを変化させる磁歪素子を振動
させる。また、図１において、二点鎖線で示すように、
支持面Ｆと中間質量要素１３との間に、圧電素子１１お
よび第２弾性部材１５と並列に弾性部材２４を設けても
よい。この場合においても、上述したように、第１，第
２制御要素２１，２３の伝達特性Ｈ1，Ｈ2は、互いに共
働して振動絶縁に寄与する。なお、図７において、曲線
Ｉ（実線）は、上記実施形態に係るアクティブ除振装置
の除振特性を示し、低周波数領域において共振点が存在
せず、高周波数領域において除振性能がよくなってい
る。
【００２６】図６は、本発明に係る他のアクティブ除振
装置１Ｂを質量ｍ1の除振対象Ｏに適用した状態を示し
たもので、図１に示すアクティブ除振装置１Ａとは、圧
電素子１１、第２弾性部材１５に代えて、空気アクチュ
エータ或はリニアモータ３１を採用した点を除き、他は
実質的に同一である。この、空気アクチュエータ或はリ
ニアモータ３１は、機能的には図６に示すように、中間
質量要素１３を振動させる駆動部３２と、中間質量要素
１３に対してばね作用を及ぼす弾性エレメント３３とか
らなっている。このアクティブ除振装置１Ｂについて
も、弾性エレメント３３のばね定数をｋ2とすることに
より上述した数式による説明が当てはまる。
装置１Ｂを質量ｍ1の除振対象Ｏに適用した状態を示し
たもので、図１に示すアクティブ除振装置１Ａとは、圧
電素子１１、第２弾性部材１５に代えて、空気アクチュ
エータ或はリニアモータ３１を採用した点を除き、他は
実質的に同一である。この、空気アクチュエータ或はリ
ニアモータ３１は、機能的には図６に示すように、中間
質量要素１３を振動させる駆動部３２と、中間質量要素
１３に対してばね作用を及ぼす弾性エレメント３３とか
らなっている。このアクティブ除振装置１Ｂについて
も、弾性エレメント３３のばね定数をｋ2とすることに
より上述した数式による説明が当てはまる。
【００２７】なお、上述したように、系に含まれる減衰
要素を無視したが、この減衰要素を考慮しても上述した
式に減衰作用の項が加わることにより式は複雑になる
が、第１，第２制御要素２１，２３にフィードバックゲ
インを与えることにより、上記伝達率が小さくなること
には変わりはない。また、上記実施形態は２自由度系で
あるが、本発明に係るアクティブ除振装置１は、一つの
除振対象物Ｏに複数台配置してもよい。例えば互いに直
交するＸ，Ｙ，Ｚの３軸方向のそれぞれに上記アクティ
ブ除振装置を配置してもよく、２個の剛体（除振対象物
Ｏ、中間質量要素１３）を含む１２自由度系にも拡張可
能である。
要素を無視したが、この減衰要素を考慮しても上述した
式に減衰作用の項が加わることにより式は複雑になる
が、第１，第２制御要素２１，２３にフィードバックゲ
インを与えることにより、上記伝達率が小さくなること
には変わりはない。また、上記実施形態は２自由度系で
あるが、本発明に係るアクティブ除振装置１は、一つの
除振対象物Ｏに複数台配置してもよい。例えば互いに直
交するＸ，Ｙ，Ｚの３軸方向のそれぞれに上記アクティ
ブ除振装置を配置してもよく、２個の剛体（除振対象物
Ｏ、中間質量要素１３）を含む１２自由度系にも拡張可
能である。
【００２８】この場合、第１センサ１６、第２センサ１
７と、圧電素子１１とは必ずしも一対一の関係である必
要はない。例えば、異なる位置、方向に３個の第１セン
サ１６と３個の第２センサ１７を設け、異なる位置、方
向に５個の圧電素子１１を設けてもよく。この場合、一
つの第１センサ１６、一つの第２センサ１７からの信号
は、必ずしも一つの圧電素子１１の制御にのみ使用され
るとは限らず、別の圧電素子１１の制御にも使用されて
もよい。また、一つの除振対象物Ｏに対して、複数の中
間質量要素１３を設け、この除振対象物Ｏと各中間質量
要素１３の各々に関して、上述した第１センサ１６、第
２センサ１７、圧電素子１１を含むアクティブ除振装置
の除振制御系を構成するようにしてもよい。以上の点に
ついては、磁歪素子、空気アクチュエータ或はリニアモ
ータを使用する場合も同様である。さらに、第１センサ
１６、第２センサ１７として速度検出器を用いてもよ
く、本発明はこれらを構成要素とするアクティブ除振装
置も含んでいる。
７と、圧電素子１１とは必ずしも一対一の関係である必
要はない。例えば、異なる位置、方向に３個の第１セン
サ１６と３個の第２センサ１７を設け、異なる位置、方
向に５個の圧電素子１１を設けてもよく。この場合、一
つの第１センサ１６、一つの第２センサ１７からの信号
は、必ずしも一つの圧電素子１１の制御にのみ使用され
るとは限らず、別の圧電素子１１の制御にも使用されて
もよい。また、一つの除振対象物Ｏに対して、複数の中
間質量要素１３を設け、この除振対象物Ｏと各中間質量
要素１３の各々に関して、上述した第１センサ１６、第
２センサ１７、圧電素子１１を含むアクティブ除振装置
の除振制御系を構成するようにしてもよい。以上の点に
ついては、磁歪素子、空気アクチュエータ或はリニアモ
ータを使用する場合も同様である。さらに、第１センサ
１６、第２センサ１７として速度検出器を用いてもよ
く、本発明はこれらを構成要素とするアクティブ除振装
置も含んでいる。
【００２９】
【発明の効果】以上の説明より明らかなように、本発明
によれば、除振対象物の振動状態を検出する第１セン
サ、中間質量要素の振動状態を検出する第２センサから
信号を入力される制御装置により、上記除振対象物の作
用方向における振動を打消す振動を上記中間質量要素に
生じさせるように上記固体素子等の動力入力部に電圧変
化或は磁場変化等を生じさせるための信号を出力するよ
うに形成してある。このため、低周波数領域で共振点を
生じることなく、高周波数領域で十分な除振性能を得る
ことを可能としたアクティブ除振装置を提供しようとす
るものである。共振点を生じることなく、３００Ｈｚ付
近で約−６０ｄＢの振動伝達率の達成が可能になるとい
う効果を奏する。
によれば、除振対象物の振動状態を検出する第１セン
サ、中間質量要素の振動状態を検出する第２センサから
信号を入力される制御装置により、上記除振対象物の作
用方向における振動を打消す振動を上記中間質量要素に
生じさせるように上記固体素子等の動力入力部に電圧変
化或は磁場変化等を生じさせるための信号を出力するよ
うに形成してある。このため、低周波数領域で共振点を
生じることなく、高周波数領域で十分な除振性能を得る
ことを可能としたアクティブ除振装置を提供しようとす
るものである。共振点を生じることなく、３００Ｈｚ付
近で約−６０ｄＢの振動伝達率の達成が可能になるとい
う効果を奏する。
【図１】 本発明に係るアクティブ除振装置を除振対象
物に適用した状態の概略を示す図である。
物に適用した状態の概略を示す図である。
【図２】 中間質量要素、除振対象物を含むパッシブな
制御系の制御ブロック図である。
制御系の制御ブロック図である。
【図３】 図２に示す系に第１弾性要素、除振対象物を
加えた系の制御ブロック図である。
加えた系の制御ブロック図である。
【図４】 図１に示す系の制御ブロック図である。
【図５】 図４に示す制御ブロック図と等価な制御ブロ
ック図である。
ック図である。
【図６】 本発明に係る他のアクティブ除振装置を除振
対象物に適用した状態の概略を示す図である。
対象物に適用した状態の概略を示す図である。
【図７】 ばね質点系の振動伝達率の周波数特性を示す
図である。
図である。
１Ａ，１Ｂ アクティブ除振装置 １１ 圧電素子 １２ 動力入力部 １３ 中間質量
要素 １４ 第１弾性要素 １５ 第２弾性
要素 １６ 第１センサ １７ 第２セン
サ １８ 制御装置 ２１ 第１制御
要素 ２２ 加算器 ２３ 第２制御
要素 ３１ 空気アクチュエータ或はリニアモータ ３２ 駆動部 ３３ 弾性エレ
メント Ｆ 支持面 Ｏ 除振対象物 Ｍ メインフィードバック系 Ｌ ローカルフ
ィードバック系 ｍ1，ｍ2 質量 ｋ1，ｋ2 ばね
定数 ｕ 操作力 Ｈ1，Ｈ2 伝達
特性
要素 １４ 第１弾性要素 １５ 第２弾性
要素 １６ 第１センサ １７ 第２セン
サ １８ 制御装置 ２１ 第１制御
要素 ２２ 加算器 ２３ 第２制御
要素 ３１ 空気アクチュエータ或はリニアモータ ３２ 駆動部 ３３ 弾性エレ
メント Ｆ 支持面 Ｏ 除振対象物 Ｍ メインフィードバック系 Ｌ ローカルフ
ィードバック系 ｍ1，ｍ2 質量 ｋ1，ｋ2 ばね
定数 ｕ 操作力 Ｈ1，Ｈ2 伝達
特性
Claims (7)
- 【請求項１】 内部に生じる電圧の変化或は磁場の変化
により変化する長さの方向に沿った作用方向における一
端が支持面に固定された固体素子と、 この固体素子における上記電圧或は磁場を変化させる動
力入力部と、 上記作用方向において、上記固体素子の上記他端と除振
対象物との間に位置させられる中間質量要素と、 一端が上記中間質量要素に固定され、他端が上記除振対
象物に固定され、この中間質量要素と除振対象物とにば
ね作用を及ぼす第１弾性部材と、 一端が上記固体素子に固定され、他端が上記中間質量要
素に固定され、この固体素子と中間質量要素とにばね作
用を及ぼす第２弾性部材と、 上記除振対象物の上記作用方向における振動状態を検出
する第１センサと、 上記中間質量要素の上記作用方向における振動状態を検
出する第２センサと、 上記第１センサ、第２センサから信号を入力され、上記
除振対象物の上記作用方向における振動を打消す振動を
上記中間質量要素に生じさせるように上記固体素子の上
記動力入力部に電圧変化或は磁場変化を生じさせるため
の信号を出力する制御装置とからなるアクティブ除振装
置。 - 【請求項２】 磁場の変化により変化する長さの方向に
沿った作用方向における一端が支持面上に固定され、ば
ね作用を有するリニアモータと、 このリニアモータにおける上記磁場を変化させる動力入
力部と、 上記作用方向において、上記リニアモータの他端に固定
された中間質量要素と、 上記作用方向において、一端が上記中間質量要素に固定
され、他端が除振対象物に固定され、この中間質量要素
と除振対象物とにばね作用を及ぼす第２弾性部材と、 上記除振対象物の上記作用方向における振動状態を検出
する第１センサと、 上記中間質量要素の上記作用方向における振動状態を検
出する第２センサと、 上記第１センサ、第２センサから信号を入力され、上記
除振対象物の上記作用方向における振動を打消す振動を
上記中間質量要素に生じさせるように上記リニアモータ
の上記動力入力部に電圧変化或は磁場変化を生じさせる
ための信号を出力する制御装置とからなるアクティブ除
振装置。 - 【請求項３】 空気圧力の変化により変化する長さの方
向に沿った作用方向における一端が支持面上に固定さ
れ、ばね作用を有する空気アクチュエータと、 この空気アクチュエータにおける上記空気圧力を変化さ
せる動力入力部と、 上記作用方向において、上記空気アクチュエータの他端
に固定された中間質量要素と、 上記作用方向において、一端が上記中間質量要素に固定
され、他端が除振対象物に固定され、この中間質量要素
と除振対象物とにばね作用を及ぼす第２弾性部材と、 上記除振対象物の上記作用方向における振動状態を検出
する第１センサと、 上記中間質量要素の上記作用方向における振動状態を検
出する第２センサと、 上記第１センサ、第２センサから信号を入力され、上記
除振対象物の上記作用方向における振動を打消す振動を
上記中間質量要素に生じさせるように上記空気アクチュ
エータの上記動力入力部に電圧変化或は磁場変化を生じ
させるための信号を出力する制御装置とからなるアクテ
ィブ除振装置。 - 【請求項４】 上記制御装置が、上記第１センサからの
信号を第１制御要素、加算器、第２制御要素を介して上
記動力入力部にフィードバックするメインフィードバッ
ク系と、第２センサからの信号を上記加算器、上記第２
制御要素を介して上記動力入力部にフィードバックする
ローカルフィードバック系とを形成し、 上記ローカルフィードバック系により上記中間質量要素
の振動を打消す操作力を上記固体素子、或は上記リニア
モータ或は上記空気アクチュエータに生じさせ、上記メ
インフィードバック系により除振対象物の上記作用方向
における振動を打消す振動を上記中間質量要素に生じさ
せる操作力を上記固体素子、或は上記リニアモータ或は
上記空気アクチュエータに生じさせる請求項１から３の
いずれかに記載のアクティブ除振装置。 - 【請求項５】 上記固体素子が、圧電素子により形成さ
れた請求項１または４に記載のアクティブ除振装置。 - 【請求項６】 上記固体素子が、磁歪材料により形成さ
れた請求項１または４に記載のアクティブ除振装置。 - 【請求項７】 上記第１センサ、第２センサの各々を、
加速度センサとした請求項１から６のいずれかに記載の
アクティブ除振装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31218097A JPH11141596A (ja) | 1997-11-13 | 1997-11-13 | アクティブ除振装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31218097A JPH11141596A (ja) | 1997-11-13 | 1997-11-13 | アクティブ除振装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11141596A true JPH11141596A (ja) | 1999-05-25 |
Family
ID=18026188
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31218097A Pending JPH11141596A (ja) | 1997-11-13 | 1997-11-13 | アクティブ除振装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11141596A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001271871A (ja) * | 2000-03-24 | 2001-10-05 | Tokkyokiki Corp | アクティブ防振装置 |
| JP2016008619A (ja) * | 2014-06-23 | 2016-01-18 | キヤノン株式会社 | 振動制御装置、リソグラフィ装置、および物品の製造方法 |
-
1997
- 1997-11-13 JP JP31218097A patent/JPH11141596A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001271871A (ja) * | 2000-03-24 | 2001-10-05 | Tokkyokiki Corp | アクティブ防振装置 |
| JP2016008619A (ja) * | 2014-06-23 | 2016-01-18 | キヤノン株式会社 | 振動制御装置、リソグラフィ装置、および物品の製造方法 |
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