JPH07158692A - 可変減衰機構付除振装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 振幅の大小に対応して応答性をよく短時間で
除振性能良く除振する。 【構成】 精密機器を搭載した定盤に、センサを取着さ
せる。センサにより一定以上の振幅の振動が検知される
と検出信号を出力し可変減衰機構の駆動部を駆動し、Ｅ
Ｒダンパ９を作動させる。ＥＲダンパ９は定盤に固定さ
れる垂下部材１０と、垂下部材１０を包囲して内部に電
気粘性流体１３を収納する収納部材１１から構成され
る。垂下部材１０と収納部材１１の対向面に対向電極１
４を備え、対向電極１４に振動の検知信号に対応した所
望の電圧が印加されると、電気粘性流体１３が所望の粘
度になり、定盤の振動は制振される。一定値以下の振幅
になったとき、駆動部を動作させず通常の減衰定数のＥ
Ｒダンパ９で除振する。 【効果】 大掛かり装置を必要とせず振幅に対応し除振
性能よく除振を行える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電子顕微鏡、精密天秤、
微小寸法・形状・真円度測定器、表面粗さ計、微小硬度
計等の精密機器や精密加工機器等を搭載し、精密機器の
駆動により発生する振動や、床等から受ける振動を除振
するための可変減衰機構付除振装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、電子顕微鏡、精密天秤、微小
寸法・形状・真円度測定器、表面粗さ計、微小硬度計等
の精密機器や精密加工機器等は床等の設置面から受ける
振動を除去するため、定盤を支持する支持部材に空気バ
ネや多段積層ゴム等を用い固有振動数を低くし、空気バ
ネやダッシュポット等の除振機構即ちダンパを備えたパ
ッシブ除振装置が知られている。パッシブ除振装置は床
面からの受ける振動を絶縁するため、空気バネ等の剛性
が極端に小さく（固有振動数で０．５〜５Ｈｚ程度）な
っているため、除振効果が得られる振動の振幅はおよそ
デシ、ミクロンオーダであり、搭載機器自身の移動によ
り発生する振動や、人の手による加重による振幅の大き
い振動に対しては減衰効果はなく、振幅が振幅がデシ、
ミクロンオーダに収束して除振効果が得られるに至るま
で長時間を要してしまった。このため、振動が収束する
まで作業に入れず、作業効率は非常に悪いものであっ
た。

【０００３】このため、定盤の受ける大きい振幅の振動
を短時間で減衰しようとしてダンパの減衰定数を大きく
すると、支持部材のバネ定数とダンパの減衰定数は一義
的に定まるものであり、支持部材のバネ定数は必然的に
大きくなり、振幅の小さい振動に対しては除振性能が劣
化してしまった。これに対し、振幅の異なる振動に対応
して除振できるように除振機構のバネ特性を変化させる
セミアクティブ除振装置や、定盤に振動センサを設け、
センサからの信号によりフィードバック制御して、振動
と逆位相の力を定盤に負荷して振動を除去するＶＣＭ
（ボイス・コイル・モータ）、空気バネ等のアクチュエ
ータを設け、振動の振幅に応じて除振できるアクティブ
除振装置もあった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、セミア
クティブ除振装置は振動の振幅に対応して除振を行うも
のとして満足の行くものが得られず、また、アクティブ
除振装置においては、振幅に対応して短時間で振動を収
束することができるが、アクチュエータとして空気バネ
を用いたものは、各振動方向に対応して空気バネを設
け、各空気バネに応じてエアータンクを設ける必要があ
るため、その設置スペースが非常に大きくなり、高価で
あり、また、ＶＣＭを用いたアクチュエータは応答性は
優れたものであるが、重量物を載置した定盤を支持する
ために大きなＶＣＭが必要であり、装置も複雑であり、
非常に高価になってしまった。

【０００５】上記欠点を解消するため、本発明は、定盤
に搭載される機器が受ける大小の振幅の振動に対応して
応答性よく、信頼性のある除振を行うことができ、しか
も大掛かりな装置を必要とせず、省スペース化を図り、
短時間で除振することができる除振装置を提供すること
を目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の可変減衰機構付除振装置は、機器を搭載し
バネを介して設置される定盤と、前記定盤の変位または
振動を検出するセンサと、前記センサが一定値以上の変
位または振動を検知したとき出力される検出信号により
駆動される駆動部及び前記駆動部により電圧が印加され
て電気粘性流体の粘度が変化されるＥＲダンパを設けた
可変減衰機構とを備えた可変減衰機構付除振装置であっ
て、前記ＥＲダンパは前記定盤に固定される垂下部材
と、前記垂下部材を包囲して前記電気粘性流体を収納す
る収納部材と、前記垂下部材及び前記収納部材の対向面
に設けられる２対以上の対向電極とを備えたものであ
る。

【０００７】また、機器を搭載しバネを介して設置され
る定盤と、定盤の変位または振動を検出するセンサと、
センサが一定値以上の変位または振動を検知したとき出
力される検出信号により駆動される駆動部及び駆動部に
より電圧が印加されて電気粘性流体の粘度が変化される
ＥＲダンパを設けた可変減衰機構とを備えた可変減衰機
構付除振装置であって、ＥＲダンパは定盤に固定される
垂下部材と、垂下部材を包囲して電気粘性流体を収納す
る収納部材と、垂下部材及び収納部材の対向面に設けら
れる対向電極と、垂下部材と収納部材間に懸架されるば
ねとを備えたものである。

【０００８】

【作用】センサは検知した定盤の変位または振動が一定
値以上の振幅の大きい場合、検出信号を出力し、検出信
号により可変減衰機構の駆動部を駆動する。駆動部の駆
動により、絶縁体からなる電気粘性流体を収納した収納
部材及び定盤に固定され電気粘性流体中に垂下される垂
下部材の相互に対向する面に設けた電極に電圧が印加さ
れ、電気粘性流体の粘度を高くする。このため、ＥＲダ
ンパの減衰定数が高くなり、振幅の大きい振動を短時間
で制振できる。更に、垂下部材と収納部材間にばねを掛
止して、振動を受けても垂下部材と収納部材間の距離が
一定に保持されるようにし、電気粘性流体に一定電圧が
印加されるため、効率よく制振が行われる。そして、振
幅が一定値以下に減衰されると、可変減衰機構の駆動部
は停止され、ＥＲダンパは通常の減衰定数を有するよう
になり、定盤を支持するバネと共に振幅の小さい振動を
除振する。

【０００９】センサの検知信号が一定値以下の場合、可
変減衰機構は駆動されず、従ってＥＲダンパは通常の減
衰定数であり、定盤を支持するバネと共に振幅の小さい
振動を除振する。このため、振幅の大小に対応して除振
性能よく除振を行うことができる。また、定盤に搭載す
る機器が起動・停止信号を出力する起動・停止装置を備
えた移動荷重装置である場合、センサとして起動・停止
装置を適用し、起動・停止装置から起動信号が出力され
た場合、可変減衰機構を駆動する。停止信号が出力され
た場合、可変減衰機構を停止させる。そのため、別個に
センサを設けなくとも、移動荷重装置により生じる振動
を効率よく除振することができる。

【００１０】

【実施例】本発明の可変減衰機構付除振装置を適用した
一実施例を図面を参照して説明する。図１に示すよう
に、可変減衰機構付除振装置１は精密機器２を搭載する
定盤３と、定盤３を支持するバネである空気バネ４を介
して床に設置される。空気バネ４はベローズ型、ダイヤ
フラム型等何れのものであってもよい。図では空気バネ
４は１箇所のみ示してあるが、適宜所望の個数、例えば
４個設けてもよい。空気バネ４は振幅の小さい振動、例
えば０．５〜５Ｈｚ程度の振動を性能よく除振すること
ができるようなバネ定数を有するものであり、精密機器
２を搭載する定盤３が床から受ける振動を短時間で収束
するものである。

【００１１】更に、定盤３の振動または変位を検出する
センサ５が取着される。センサ５は変位センサあるいは
加速度センサや速度センサ等の振動センサ等何れであっ
てもよい。センサ５は定盤３に設置せずに精密機器自体
に搭載するようにしてもよい。センサ５は図では１箇所
のみを示してあるが、＋Ｘ、−Ｘ、＋Ｙ、−Ｙ方向の振
動をそれぞれ検知するため、４個備えられている。セン
サ５で検知された定盤３の振動または変位は適宜処理さ
れて、例えば検知信号を加速度として得るものであるな
らば速度センサの検出値を微分して加速度としたり、検
知信号を速度として得るものであるならば加速度センサ
の検出値を積分して速度とし、得られた値が一定値以上
の場合、検出信号を出力するようになっている。

【００１２】このような検出信号を出力する４個の各セ
ンサ５には、それぞれ可変減衰機構Ｓが接続される。可
変減衰機構Ｓは各センサ５に対応して設けられても、ま
た、２個のセンサに対して１つ設けられる等、複数のセ
ンサから送出される検出信号を入力するものであっても
よい。可変減衰機構Ｓはセンサ５からの検出信号を入力
して駆動される駆動部Ｓａと、駆動部Ｓａにより電圧を
印加されるＥＲダンパ９とを備えている。駆動部Ｓａは
オン・オフ回路６を有し、オン・オフ回路６によりパル
スを整形される。更に、各オン・オフ回路６からの出力
信号を増幅する増幅回路７が備えられ、増幅回路７で増
幅されたパルスが入力されるドライバ８が設けられ、更
に、ドライバ８の出力信号によりＥＲダンパ９が駆動さ
れるようになっている。

【００１３】ＥＲダンパ９は、図２に示すように、定盤
４に固定されて垂下する垂下部材１０と、垂下部材１０
を包囲するように設けられる収納部材１１を備えてい
る。収納部材１１の底面には突起１２が設けられ、収納
部材１１内には電気粘性流体１３が収納され、垂下部材
１０は電気粘性流体１３に含浸された状態に保持されて
いる。垂下部材１０及び収納部材１１は共に表面は絶縁
体で形成され、電圧が印加される電気粘性流体１３に影
響を及ぼさないようになっている。

【００１４】このような垂下部材１０と収納部材１１の
対向面にはドライバ８からの駆動信号により所望の電圧
が印加される対向電極１４が取着されている。対向電極
１４は収納部材１１の突起１２と垂下部材１０との対向
面にも複数設けられ、電気粘性流体１３に所望の電圧を
印加すると共に、垂下部材１０が振動により収納部材１
１間の距離が変化しないようにし、所望の電圧が対向電
極１４から電気粘性流体１３に印加されるようになって
いる。

【００１５】また、収納部材と、垂下部材の関係は、図
３に示すように、収納部材１１ａと垂下部材１０ａのよ
うであってもよい。即ち、収納部材１１ａと垂下部材１
０ａの対向面間に狭径部１５を設け、狭径部１５には複
数の対向電極１４が設けられると共に、対向する面にそ
れぞれ凹部１６を設け、凹部１６にばね１７を懸架す
る。ばね１７により垂下部材１０ａが振動により収納部
材１１ａ間の距離が変化するのを防止するようになって
いる。

【００１６】更に、図４に示すように、収納部材１１ａ
と、垂下部材１０ａ間にばね１７を懸架せずに、電気粘
性流体１３の表面にストッパ１８を設けてもよい。スト
ッパ１８は大きな振動を受ける場合、電極相互の接触が
生じやすく、ばね１７より短絡防止効果を得ることがで
きる。このような、収納部材１１、１１ａに収納される
電気粘性流体１３は疎水性の微粒子を電気絶縁油に分散
・懸濁させたもので、電圧を印加すると電圧に応じて極
めて速やかに粘度が上昇し、且つ、可逆的に粘度が下降
するものである。粘度を変化させるには直流のみでな
く、交流によっても変化させることができ、少ない消費
電力で液体からほぼ固体状態近くまで変化させることが
できるものである。電気粘性流体１３に電圧を印加する
と、粒子中の電荷が電圧により移動し、粒子が分極する
ことにより粒子同士に引力が生じ、電極間に粒子が数珠
状に繋がるために粘度が上昇する。即ち、電気粘性流体
の印加電圧による粘度の変化はレオロジーにおける所謂
ビンガム流体としての挙動をとる。電圧を印加しない場
合の電気粘性流体はニュートン流体に近い特性を示す
が、電圧を印加するとニュートン流体の粘度は変化せず
ビンガム流体における降伏応力が電圧の上昇に応じて上
昇する。ここで降伏応力の意味は流体が流動するまでに
要する力であり、大きな降伏応力を示すことは流速の小
さい領域で非常に大きな粘性を示すこととなる。

【００１７】このような粘度変化は構成材料にもよる
が、電場の強さに応じてミリ秒単位で変化し、センサか
らの検出信号に応答性よく粘度が変化するため、消費電
力も少なく制振を行うことができる。温度変化に対して
も粘度の変化は一定であり、−５０〜＋１５０℃の温度
に対して用いることができる。電気粘性流体の印加電圧
に対する粘度変化は常温で、図５に示すようであり、電
気粘性流体が電界に応じて応答性よく粘度が変化するこ
とがわかる。このような性質を有する電気粘性流体を利
用した可変減衰機構は、電圧印加により減衰力が連続的
に可変できることや、低い流速で大きな減衰力を示す
等、通常のオイルダンパやオリフィス切換え機構を有す
る可変ダンパにはない優れた特性を有するものである。

【００１８】このような可変減衰機構を備えた除振装置
の作用を説明する。定盤３が床等の設置面、あるいは搭
載する精密機器２自体から生じる振動により振動する
と、センサ５が定盤３の振動あるいは変位を検知し、一
定値以上の振動あるいは変位を検出すると、センサ５か
ら駆動部Ｓａへ検出信号が送出される。検出信号はオン
・オフ回路６によりパルスに整形され増幅回路７で増幅
されドライバ８から駆動信号が出力される。ドライバ８
によりＥＲダンパ９の電極１４に所望の電圧が印加され
る。電圧が印加された収納部材１１、１１ａ中の電気粘
性流体１３は粘度が増加し、ＥＲダンパ９の減衰定数が
大きくなる。このため、振幅の大きい振動は短時間で制
振される。そして、センサ５で検出される振動または変
位が一定値以下になったとき、オン・オフ回路６を停止
させ、ＥＲダンパ９の駆動を停止させる。このため、振
幅が小さくなった振動を通常の減衰定数のＥＲダンパ
９、空気バネ４で除振する。このため、振幅の小さい振
動も短時間で除振される。

【００１９】定盤に図６に示す振動を負荷した場合、Ｅ
Ｒダンパ９にそれぞれ１５００Ｖ、３０００Ｖを印加し
たときの定盤の振動を図７、図８に示す。図からも明ら
かなように、振幅の大きな振動に対して顕著な除振性能
を備えていることがわかる。また、振幅が小さい振動の
場合、定盤に図９に示す振動を負荷した場合、ＥＲダン
パ９に電圧を印加せずに、定盤の振動は図１０のように
除振される。図からも明らかなように、振幅の小さい振
動に対しても良好な除振性能を備えていることがわか
る。

【００２０】また、図３、図４に示す垂下部材１０ａ
と、収納部材１１ａの場合は、対向電極１４の電極間距
離が狭径部１５となっているため、電気粘性流体１３を
効率よく印加して所望の粘度とすることができる。他の
実施例として、図１１に示すように、搭載機器２ａ自体
がＸＹステージ等の起動・停止信号を出力する起動・停
止装置１９ａを備えた移動荷重装置１９を内蔵している
場合、センサを新たに設けず起動・停止装置１９ａから
出力される起動・停止信号をセンサからの検出信号とし
て、駆動部Ｓｂを操作するようにしてもよい。即ち、起
動信号が発せられたときオン・オフ回路６を駆動させＥ
Ｒダンパ９を作動させ、振幅の大きな振動に対して減衰
定数を変化させて短時間で除振性能よく除振を行い、停
止信号が発せられたときオン・オフ回路６を停止させＥ
Ｒダンパ９を通常の減衰定数として、振幅の小さい振動
を短時間で除振性能よく除振を行うことも可能である。

【００２１】以上の説明は本発明の一実施例の説明であ
って、本発明はこれに限定されず、設置するセンサの数
もこれに限定されず、より多くても少なくてもよい。可
変減衰機構、ＥＲダンパも所望の数を設ければよい。ま
た、定盤を支持するバネも空気バネに限定されず他の公
知のバネを適用できることは言うまでもないことであ
る。更に、ＥＲダンパは垂下部材と収納部材間に２対以
上の対向電極と、ばねを懸架したものであってもよい。

【００２２】

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明の可変減衰機構付除振装置によれば、振動の振幅の大
きさを検知して、振幅が一定値以上となると、電圧の印
加により粘度が可逆的に変化する電気粘性流体に電圧を
印加して減衰定数を変化させる可変減衰機構を設けたた
め、どのような振幅の振動であっても応答性よく短時間
で除振することができる。そのため、大掛かりな装置を
必要とせず、省スペース化を図り、振動を嫌う作業を効
率よく行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す構成図。

【図２】図１に示す一実施例の要部を示す断面図。

【図３】図１に示す一実施例の他の要部を示す断面図。

【図４】図１に示す一実施例の他の要部を示す断面図。

【図５】図１に示す一実施例の作用を示す説明図。

【図６】従来例の定盤の振動を示す説明図。

【図７】図１に示す一実施例による定盤の振動を示す説
明図。

【図８】図１に示す一実施例による定盤の振動を示す説
明図。

【図９】従来例の定盤の振動を示す説明図。

【図１０】図１に示す一実施例による定盤の振動を示す
説明図。

【図１１】本発明の他の実施例を示す構成図。

【符号の説明】

１………可変減衰機構付除振装置 ２、２ａ………機器 ３………定盤 ５………センサ ９………ＥＲダンパ １０、１０ａ………垂下部材 １１、１１ａ………収納部材 １３………電気粘性流体 １４………対向電極 １７………バネ １９………移動荷重装置 １９ａ………起動・停止装置 Ｓａ、Ｓｂ………駆動部 Ｓ………可変減衰機構

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岩田 義明 神奈川県川崎市多摩区三田１−15−１− 503 (72)発明者 山家 弘行 東京都小平市小川東町３−１−１ 株式会 社ブリヂストン東京工場内 (72)発明者 石野 裕一 東京都小平市小川東町３−１−１ 株式会 社ブリヂストン東京工場内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】機器を搭載しバネを介して設置される定盤
   と、前記定盤の変位または振動を検出するセンサと、前
   記センサが一定値以上の変位または振動を検知したとき
   出力される検出信号により駆動される駆動部及び前記駆
   動部により電圧が印加されて電気粘性流体の粘度が変化
   されるＥＲダンパを設けた可変減衰機構とを備えた可変
   減衰機構付除振装置であって、前記ＥＲダンパは前記定
   盤に固定される垂下部材と、前記垂下部材を包囲して前
   記電気粘性流体を収納する収納部材と、前記垂下部材及
   び前記収納部材の対向面に設けられる２対以上の対向電
   極とを備えたことを特徴とする可変減衰機構付除振装
   置。
2. 【請求項２】機器を搭載しバネを介して設置される定盤
   と、前記定盤の変位または振動を検出するセンサと、前
   記センサが一定値以上の変位または振動を検知したとき
   出力される検出信号により駆動される駆動部及び前記駆
   動部により電圧が印加されて電気粘性流体の粘度が変化
   されるＥＲダンパを設けた可変減衰機構とを備えた可変
   減衰機構付除振装置であって、前記ＥＲダンパは前記定
   盤に固定される垂下部材と、前記垂下部材を包囲して前
   記電気粘性流体を収納する収納部材と、前記垂下部材及
   び前記収納部材の対向面に設けられる対向電極と、前記
   垂下部材と前記収納部材間に懸架されるばねとを備えた
   ことを特徴とする可変減衰機構付除振装置。