JPH0914338A

JPH0914338A - 振動絶縁装置と振動絶縁の方法

Info

Publication number: JPH0914338A
Application number: JP20019295A
Authority: JP
Inventors: Kosuke Nagaya; 幸助長屋
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-07-03
Filing date: 1995-07-03
Publication date: 1997-01-14

Abstract

(57)【要約】【目的】従来技術では，数Ｈｚ程度の低い振動数域で，
伝達率を１より小さくし，テーブルそのものに力が作用
したときに安定で，かつ無共振で，数ｍｍ程度の大きな
振幅を有する振動を絶縁することは困難であった．本発
明はこれらの間題をすべて解決した振動絶縁装置を提供
する．【構成】振動源に置かれたベース１０から外乱振動が作
用したとき、その振動を加速度ピックアップ９により検
知し、その信号とネジの回転量を表すポテンショメータ
６の信号を用いて、テーブル１を動かさないようにベー
ス１０の変位分だけモータ８によりネジ４を回転させ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は振動絶縁装置に関す
る。この発明は風などにより振幅が大きくゆっくり振動
する高層建物内において用いられる機器の振動を絶縁す
るため、または地震による機器への振動を絶縁する用途
に利用される。

【０００２】

【従来の技術】従来の通常の振動絶縁装置は通常対象と
する機器をばね、ダンパで支持し、そこからの外乱振動
を柔らかいばねを用いて絶縁してきた。しかしこの方法
では、振動絶縁はできても系の剛性低下のため、機器自
体に直接作用する力により大きく変形し、不安定とな
る。このほかにスカイフックダンパ、動吸振器等を用い
る方法もあるが、これらの方法や機器を用いた場合は、
低振動数域の振動絶縁は困難である。

【０００３】近年上記のようなパッシブな方法とは別
に，アクティブ制御による振動絶縁法も開発されてい
る．しかしこれまでの研究では，いずれも系にばね要素
を有するため，系に共振が存在し，ダンパあるいは速度
フィードバック等による減衰で共振ピークを下げる方法
が用いられている．さらにアクチュエータを圧電アクチ
ュエータあるいは超磁歪アクチュエータとすることで，
系の剛性を増大し，系の安定化を図りつつ，振動絶縁制
御を行う方法も開発されているが，アクチュエータの変
位量が小さく，制御できる変位は数μｍ〜数十μｍに留
まっており，上記のような比較的大きな振幅の振動絶縁
には利用できない．

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述の従来技術では，
数Ｈｚ程度の低い振動数域で，伝達率を１より小さく
し，テーブルそのものに力が作用したときに安定で，か
つ無共振で，数ｍｍ程度の大きな振幅を有する振動を絶
縁することは困難であった．本発明はこれらの問題をす
べて解決した振動絶縁装置を提供するものである．

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の振動絶縁装置は
モータと、モータ軸に結合されるねじを切った軸と、軸
のねじに取り付けられるナットと、ナットの変位を検出
するセンサーと、振動源の変位を検出するセンサーと、
スラスト軸受けを備え、ナットあるいはモータ側に取り
付けられたテーブル上に振動を絶縁しようとする物体が
乗せられる（物体を直接ナットに取り付けても良い）。

【０００６】図１はこの発明の振動絶縁装置の一断面を
側面から見た状態を示している。この図において、振動
源に置かれたベース１０から外乱振動が作用したとき、
その振動を加速度ピックアップ９により検知し、その信
号とネジの回転量を表すポテンショメータ６の信号を用
いて、テーブル１を動かさないようにベース１０の変位
分だけモータ８によりネジ４を回転させる。

【０００７】この装置で用いる制御はテーブルの絶対変
位を零とすることである。この方法として、以下に述べ
る二つの制御法のどちらかを対象振動数に応じて選択す
る。その第一の制御法はテーブルの変位と床の変位を足
し合わせた量のフィードバックを行うことであり、低い
振動数域で使用できる。すなわちこの装置で床の変位を
ｕ，テーブル変位をｗ（＝θ_ｍｌ／２π）としたとき，
テーブルの絶対変位はＷ＝ｕ＋ｗとなるので，テーブル
を静止させるためには，Ｗ＝０，すなわちｕ＝−θ_ｍｌ
／（２π）とすれば良い．ここにθ_ｍはボールねじの回
転角，ｌはねじのリードである．したがってＷを制御偏
差とし，これをフィードバックすることにより，原理的
にはこの制御が可能である．すなわち本発明の装置を用
いると，通常の制御法でも振動絶縁効果が得られる．本
制御のブロック線図を描くと，図３でｆ_２＝ｆ_３＝０と
したものとなる．

【０００８】テーブルの絶対変位を零とする第二の方法
は、比較的高い振動数域まで使用することができ、床の
速度（ｄｕ／ｄｔ）と加速度（ｄ^２ｕ／ｄｔ^２をセンシ
ングし，それらをモータにフィードバックすることであ
り、比較的高い振動数域まで使用できる。すなわちこの
系の微分方程式はで与えられる。ここにｌはボールねじのリード、Ｊはモ
ータの慣性能率、ｃは摩擦を含む系の減衰係数、Ｋ_ｍ１
はモータのトルク定数、Ｋ_ｍ２は逆起電力定数、Ｒはモ
ータコイルの抵抗、ｆ_２は床の速度のフィードバック係
数であり、ｆ_３は加速度のフィードバク係数である。上
式で右辺と左辺を比較するととなり、式（２）で表されるフィードバックゲインを用
いると、外乱を完全に遮断することができる。しかし、
本装置では、ばね要素を用いていない完全剛体系のた
め、外乱相殺を用いた場合は、テーブルが一定の位置に
戻らなくなることがあり、外乱相殺だけでは振動絶縁は
できるもののテーブルの安定な位置確保が困難である。
したがって本振動絶縁法では、式（２）のフィードバッ
ク係数を用いたフィードバックに加え、テーブルの位置
確保のため、ボールネジの回転角θ_ｍのフィードバック
に足し合わせる。すなわちモータへの入力はｆ_２（ｄｕ／ｄｔ）＋ｆ_３（ｄ^２ｕ／ｄｔ^２）−ｇ_２ｌ／（２πθ_ｍ）（３）である。この制御のブロック線図を図３に示す。なお本
振動絶縁法で、減衰が不安定な系ではｆ_２＝０とする。

【０００９】

【作用】本装置では、ばね要素を用いない完全剛体系と
なっているので、ナットに結合されたテーブル上の物体
（あるいはナットに直接結合された物体）に直接力が作
用してもそれによる変位は無く、かつ共振が無い。また
ねじのピッチの選択により数ｍｍ程度の大きな振動絶縁
ができる。

【００１０】この装置を用いると、低振動数域からモー
タが追随できる比較的高い振動数域まで振動伝達率を低
減できる。

【００１１】

【実施例】まずこの振動絶縁装置の有用性を確かめるた
め、テーブル変位と床の変位の足し合わせのフィードバ
ックを用いた振動絶縁制御の効果を確かめた。この場合
は、図３のブロック線図でｇ_３＝１、ｆ_２＝ｆ_３＝０と
する。この場合の振動検出センサーとしては、床の振動
加速度を加速度センサーにより検出し、それを時間に関
して２回積分して変位を得、またテーブルの変位は回転
式ポテンショメータをねじに取り付け、ねじの回転角を
検出し、それよりテーブル変位を得た。この制御による
実験結果を図４〜図５に示す。これらの図で図（Ａ）は
無制御すなわち床の加振変位を表し、図（Ｂ）がこの装
置を用い、この制御を施した結果である。本例のような
制御を用いた場合は、フィードバックゲインにより制御
時のテーブル変位が大きく異なり、ゲインが大きいほど
振動絶縁効果も大きいが、大きくしすぎると発散する。
図４（Ｂ）〜図５（Ｂ）はいずれもゲインを調整し、最
適と思われるフィードバックゲインを用いている。図で
床の周波数が３．６Ｈｚまでは本制御で良い振動絶縁効
果が得られている。しかしそれより振動数が高くなると
振動絶縁効果が薄れている。

【００１２】さらに高い振動数まで本装置を用いるに
は、床の加速度とテーブルの変位をフィードバックする
と良い。この場合のフィードバック係数は図３のブロッ
ク線図で、ｇ_３＝０であり、ｆ_２およびｆ_３は式（２）
で与えられる。その結果を図４（Ｃ）〜図５（Ｃ）に示
す。これらの図から、この制御を用いても高い振動数域
では振動絶縁効果は薄れるが、テーブルの振幅は９．３
３Ｈｚでも外乱変位の約半分になっており、また低い振
動数（４Ｈｚ以下）では、約１／５以下にテーブル振幅
が抑えられることがわかる。また図４（Ｂ）〜図５
（Ｂ）と比較したとき、いずれの場合もこの制御による
結果の方が良好な振動絶縁効果を示している．

【００１３】

【発明の効果】この発明の装置では、ばね要素を用いな
い完全な剛体系となっているため、共振が存在せず、テ
ーブルに直接外乱が作用してもそれによる変位は発生し
ない。また低周波数域の大きな振幅の振動を絶縁でき
る。さらに装置の機構が簡単でかつ制御回路もアナログ
回路で構成できる利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の装置の一例を示す側面の断面図であ
る。

【図２】図１の平面図である。

【図３】この発明を実施するための制御回路の一例であ
る。

【図４】この発明の装置による低い振動数域（３．６７
Ｈｚ）の振動絶縁効果を示した図である。

【図５】この発明の装置による高い振動数域（９．３３
Ｈｚ）の振動絶縁効果を示した図である。

【符号の説明】

１テーブル２スライダー３ナット４ボールネジ５プーリー６回転式ポテンショメータ７スラスト軸受け８モータ９加速度ピックアップ１０ベース１１ベルト

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】モータと、モータ軸に結合されるねじを
切った軸と、軸のねじに取り付けられるナットと、ナッ
トの変位を検出するセンサーと、振動源の変位を検出す
るセンサーとスラスト軸受けを備え、ねじの回転をナッ
トにより並進運動に変換し、その一端（ベース）を振動
源に取り付け、振動源の変位分だけベースがスライドす
るようにねじを回転させ、ナットあるいはモータ側に取
り付けられた物体の絶対変位を零になる方向にモータ軸
を回転させることを特徴とする振動絶縁装置。