特許 7308156 アクティブ防振装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-07-05

(45)【発行日】2023-07-13

(54)【発明の名称】アクティブ防振装置

(51)【国際特許分類】

   F16F 15/02 20060101AFI20230706BHJP

【ＦＩ】

F16F15/02 A

F16F15/02 C

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2020001890

(22)【出願日】2020-01-09

(65)【公開番号】P2021110370

(43)【公開日】2021-08-02

【審査請求日】2022-10-24

(73)【特許権者】

【識別番号】000201869

【氏名又は名称】倉敷化工株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001427

【氏名又は名称】弁理士法人前田特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】守安 信夫

【審査官】児玉 由紀

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１１／０１２７４００（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２００１－２７１８７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平６－２１３２７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－１９７８２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平５－２７３９８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－２５２８２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１５－５１８９４７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｅ０４Ｈ ９／００－ ９／１６

Ｆ１６Ｆ １５／００－１５／３６

Ｇ０５Ｄ ５／００－ ５／０６

１５／００－１５／０１

１７／００－１９／０２

９９／００

Ｈ０２Ｋ ３３／００－３３／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

振動体から支持面への振動の伝播を抑制するアクティブ防振装置であって、
前記支持面および前記振動体の間に配置される少なくとも１つの質量体と、
前記質量体および前記振動体を連結する第１弾性体と、
前記質量体および前記振動体の間に制御力を付与するアクチュエータと、
前記支持面および前記質量体を連結する第２弾性体と、
前記支持面および前記質量体の間の変位量を検出する変位センサと、
前記変位センサおよび前記アクチュエータに接続されるコントローラと、を備え、
前記コントローラは、前記変位センサによって検出された変位量に基づいて、該変位量に応じて前記支持面に及ぶ力を減殺するように前記アクチュエータを制御する
ことを特徴とするアクティブ防振装置。

【請求項2】

請求項１に記載されたアクティブ防振装置において、
前記コントローラは、前記変位センサによって検出された変位量に基づいて、
前記第２弾性体が収縮している場合は、前記第１弾性体を収縮させるように前記アクチュエータを制御するとともに、
前記第２弾性体が伸長している場合は、前記第１弾性体を伸長させるように前記アクチュエータを制御する
ことを特徴とするアクティブ防振装置。

【請求項3】

請求項１又は２に記載されたアクティブ防振装置において、
前記コントローラは、前記変位センサの検出信号が入力される処理部を有し、
前記処理部は、前記変位センサの検出信号に対し、
比例動作と、
積分動作または位相遅れ補償と、
微分動作または位相進み補償と、
を実行することで、前記アクチュエータへの入力信号を生成する
ことを特徴とするアクティブ防振装置。

【請求項4】

請求項１から３のいずれか１項に記載されたアクティブ防振装置において、
前記アクチュエータは、リニアモータからなる
ことを特徴とするアクティブ防振装置。

【請求項5】

請求項１から４のいずれか１項に記載されたアクティブ防振装置において、
前記質量体は、前記支持面および前記振動体の間を変位可能な一体の中間マスからなる
ことを特徴とするアクティブ防振装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

ここに開示する技術は、アクティブ防振装置に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば特許文献１には、２段式のアクティブ防振装置が開示されている。具体的に、特許文献１に開示されているアクティブ防振装置は、支持部材および振動体の間に配置される質量体と、質量体と振動体を連結する第１のばね手段と、質量体および振動体の間に加振力を及ぼす第１の加振手段と、支持部材と質量体を連結する第２のばね手段と、支持部材および質量体の間に加振力を及ぼす第２の加振手段と、第１および第２の加振手段を制御する制御手段と、を備えている。

【0003】

ここで、前記特許文献１に係る制御手段は、質量体に取り付けられた第１の検出手段と、振動体に取り付けられた第２の検出手段と、支持部材に取り付けられた第３の検出手段と、に接続されており、各検出手段から入力される信号に基づいて、第１および第２の加振手段を制御する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開平６－２１３２７３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、前記特許文献１に開示されている構成は、第１および第２の加振手段からなる２つのアクチュエータを必要とするため、装置の高コスト化を招くばかりでなく、装置の調整に要する工数も２台分必要となる。

【0006】

ここに開示する技術は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、複数段式のアクティブ防振装置において、低コスト化、および調整の簡素化を実現することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示は、振動体から支持面への振動の伝播を抑制するアクティブ防振装置に係る。このアクティブ防振装置は、前記支持面および前記振動体の間に配置される少なくとも１つの質量体と、前記質量体および前記振動体を連結する第１弾性体と、前記質量体および前記振動体の間に制御力を付与するアクチュエータと、前記支持面および前記質量体を連結する第２弾性体と、前記支持面および前記質量体の間の変位量を検出する変位センサと、前記変位センサおよび前記アクチュエータに接続されるコントローラと、を備える。

【0008】

そして、前記コントローラは、前記変位センサによって検出された変位量に基づいて、該変位量に応じて前記支持面に及ぶ力を減殺するように前記アクチュエータを制御する。

【0009】

支持面および質量体の間の変位量は、第２弾性体の変形量と実質的に一致する。一方、第２弾性体が支持面に及ぼす力の大きさは、第２弾性体の変形量に比例する。したがって、第２弾性体が支持面に及ぼす力の大きさは、変位センサによって取得される変位量に比例することになる。アクチュエータが発揮する制御力は、質量体を介して第２弾性体に作用し、その伸縮を抑制する。第２弾性体の伸縮を抑制することで、第２弾性体を介して支持面に作用する力の変化を低減し、ひいては、支持面への振動の伝搬を抑制することができる。

【0010】

また、第２弾性体は、その変形量に応じて、質量体にも力を及ぼす。質量体に及ぶ力の大きさは、支持面に及ぶ力と同様に、変位センサによって取得される変位量に比例する。ゆえに、変位センサの検出結果に基づいてアクチュエータを制御することは、質量体に対し下側から作用する反力に見合う制御力を、質量体の上側から付与するものと解釈することもできる。このように解釈した場合、上側から制御力を付与することで、質量体の振動を抑制することができる。振動体から支持面への振動の伝播は、質量体の振動を通じてもたらされるため、質量体の振動を抑制することで、振動体から支持面への振動の伝播を抑制することが可能になる。

【0011】

ところで、変位量を取得する術としては、質量体に加速度センサを取り付けて、その検出信号を２回積分することも考えられる。しかしながら、一般的な加速度センサは、低周波の感度が低いため変位量の検出には不向きである。また、加速度センサの検出信号を２回積分してしまうと、オフセット、ドリフト等に起因したノイズが増幅されるため、そのノイズを取り除くための複数のハイパスフィルタが必要となってしまう。このことは、装置の高コスト化、および制御の不安定化を招くため不都合である。

【0012】

前述した構成は、従来の２段式の防振装置と同等の優れた防振性能を実現しながらも、複数のアクチュエータを必要としない。そのため、装置の低コスト化、ひいては調整の簡素化を実現することができる。

【0013】

また、前記コントローラは、前記変位センサによって検出された変位量に基づいて、前記第２弾性体が収縮している場合は、前記第１弾性体を収縮させるように前記アクチュエータを制御するとともに、前記第２弾性体が伸長している場合は、前記第１弾性体を伸長させるように前記アクチュエータを制御する、としてもよい。

【0014】

この構成によれば、アクチュエータをより適切に制御し、ひいては、質量体を介して振動体から支持面へ伝わる振動を抑制する上で有利になる。

【0015】

また、前記コントローラは、前記変位センサの検出信号が入力される処理部を有し、前記処理部は、前記変位センサの検出信号に対し、比例動作と、積分動作または位相遅れ補償と、微分動作または位相進み補償と、を実行することで、前記アクチュエータへの入力信号を生成する、としてもよい。

【0016】

本願発明者らが鋭意研究を重ねた結果、得られた知見によれば、比例動作を実行するための制御信号に対し、積分動作または位相遅れ補償と、微分動作または位相進み補償と、を実行することで、アクティブ防振装置の安定性を向上させることができる。このことは、アクティブ防振装置の性能向上に有効である。

【0017】

また、前記アクチュエータは、リニアモータからなる、としてもよい。

【0018】

また、前記質量体は、前記支持面および前記振動体の間を変位可能な一体の中間マスからなる、としてもよい。

【発明の効果】

【0019】

以上説明したように、複数段式のアクティブ防振装置において、低コスト化、および調整の簡素化を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】図１は、アクティブ防振装置の構成を例示する概略図である。

【図2】図２は、アクティブ防振装置の防振性能を例示するボード線図である。

【図3】図３は、コントローラに対応する開ループ伝達関数を例示するボード線図である。

【図4】図４は、従来のアクティブ防振装置を例示する図１対応図である。

【図5】図５は、処理部の変形例を示す図１対応図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下、本開示の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の説明は例示である。

【0022】

（アクティブ防振装置の全体構成）
図１は、アクティブ防振装置（以下、単に「防振装置」という）の構成を例示する概略図である。図１に示される防振装置Ａは、エンジン、冷蔵庫および洗濯機等の加振源からなる振動体１１を搭載し、その振動体１１から支持面Ｆへの振動の伝播を抑制するために用いられる。

【0023】

特に、本実施形態に係る防振装置Ａは、２段式の防振装置として構成されている。２段式の防振装置は、１段式の防振装置に比して防振性能に優れる。具体的に、防振装置Ａは、質量体１２を介して振動体１１を支持する２段式の防振台１と、防振台１との間で信号を送受するコントローラ２と、を備える。ここで、防振台１は、基礎の上面、床面等からなる支持面Ｆ上に設置される。

【0024】

詳しくは、防振台１は、高さ方向における上段側に配置される要素として、支持面Ｆおよび振動体１１の間に配置される少なくとも１つの質量体１２と、質量体１２および振動体１１を連結する第１弾性体１３および第１ダンパ１４と、質量体１２および振動体１１の間に制御力を付与するアクチュエータ１５と、を備える。

【0025】

さらに、防振台１は、高さ方向における下段側に配置される要素として、支持面Ｆおよび質量体１２を連結する第２弾性体１６および第２ダンパ１７と、支持面Ｆおよび質量体１２の間の変位量を検出する変位センサ１８と、を備える。

【0026】

これらの要素のうち、質量体１２は、支持面Ｆおよび振動体１１の間を変位可能な一体の中間マスからなる。具体的に、本実施形態に係る質量体１２は、図１に示すように厚板状に形成される。質量体１２の上面には、第１弾性体１３、第１ダンパ１４およびアクチュエータ１５を介して振動体１１が連結される。これにより、振動体１１に生じる振動に伴って、質量体１２も振動するようになる。

【0027】

第１弾性体１３は、質量体１２の上面と、振動体１１の下面とに接続されており、質量体１２および振動体１１を弾性的に連結する。本実施形態に係る第１弾性体１３は、上下方向に弾性変形するバネ要素からなる。バネ要素からなる第１弾性体１３は、振動体１１が振動したときに、その振動体１１から荷重を受けて質量体１２を押圧する。その際、第１弾性体１３は、振動体１１から受ける荷重と、質量体１２から受ける反力と、第１弾性体１３自身のバネ定数と、に基づいて弾性変形する。

【0028】

なお、図１では第１弾性体１３を１つのみ図示したが、第１弾性体１３を複数設けてもよい。第１弾性体１３を複数設ける場合、例えば、振動体１１の四隅を下方から支持するように配置してもよい。

【0029】

第１ダンパ１４は、質量体１２の上面と、振動体１１の下面とに接続されており、質量体１２および振動体１１を相対変位可能に連結する。本実施形態に係る第１ダンパ１４は、上下方向に摺動しつつ伸縮する摺動部材からなる。摺動部材からなる第１ダンパ１４は、振動体１１が振動したときに、その第１ダンパ１４の減衰比に応じて振動を減衰させる。なお、第１ダンパ１４として摺動部材を用いる構成は例示にすぎない。例えば、第１弾性体１３として空気バネを用いた場合は、その空気バネに設けたオリフィスが第１ダンパ１４として機能することになる。

【0030】

また、図１では第１ダンパ１４を１つのみ図示したが、第１弾性体１３と同様に、第１ダンパ１４を複数設けてもよい。第１ダンパ１４を複数設ける場合、例えば、振動体１１の四隅を下方から支持するように配置してもよい。

【0031】

アクチュエータ１５は、質量体１２の上面と、振動体１１の下面とに接続されており、質量体１２及び振動体１１の間に上下方向の制御力を付与する。本実施形態に係るアクチュエータ１５は、質量体１２の上面、及び振動体１１の下面に制御力を及ぼすリニアモータからなる。リニアモータからなるアクチュエータ１５は、コントローラ２から出力される信号に基づいて作動する。

【0032】

第２弾性体１６は、支持面Ｆと、質量体１２の下面とに接続されており、支持面Ｆおよび質量体１２を弾性的に連結する。本実施形態に係る第２弾性体１６は、上下方向に弾性変形するバネ要素からなる。バネ要素からなる第２弾性体１６は、振動体１１の振動に起因して質量体１２が振動したときに、その質量体１２から荷重を受けて支持面Ｆを押圧する。その際、第２弾性体１６は、質量体１２から受ける荷重と、床面Ｆから受ける反力と、第２弾性体１６自身のバネ定数と、に基づいて弾性変形する。

【0033】

なお、図１では第２弾性体１６を１つのみ図示したが、第２弾性体１６を複数設けてもよい。第２弾性体１６を複数設ける場合、例えば、質量体１２の四隅を下方から支持するように配置してもよい。

【0034】

第２ダンパ１７は、支持面Ｆと、質量体１２の下面とに接続されており、支持面Ｆに対して質量体１２を変位可能に連結する。本実施形態に係る第２ダンパ１７は、上下方向に摺動しつつ伸縮する摺動部材からなる。摺動部材からなる第２ダンパ１７は、振動体１１の振動に起因して質量体１２が振動したときに、その第２ダンパ１７の減衰比に応じて振動を減衰させる。なお、第２ダンパ１７として摺動部材を用いる構成は例示にすぎない。例えば、第２弾性体１６として空気バネを用いた場合は、その空気バネに設けたオリフィスが第２ダンパ１７として機能することになる。

【0035】

また、図１では第２ダンパ１７を１つのみ図示したが、第２弾性体１６と同様に、第２ダンパ１７を複数設けてもよい。第２ダンパ１７を複数設ける場合、例えば、質量体１２の四隅を下方から支持するように配置してもよい。

【0036】

変位センサ１８は、支持面Ｆと質量体１２との間の相対的な変位量（以下、「相対変位量」ともいう）を検出し、その検出結果を示す検出信号を出力する。

【0037】

また、相対変位量は、上下方向における第２弾性体１６の変形量と実質的に一致する。一方、第２弾性体１６が質量体１２に及ぼす反力、および、第２弾性体１６が支持面Ｆに及ぼす力の大きさは、上下方向における第２弾性体１６の変形量に比例する。したがって、第２弾性体１６が質量体１２に及ぼす反力および支持面Ｆに及ぼす力の大きさは、変位センサ１８によって取得される相対変位量に比例することになる。

【0038】

なお、本実施形態に係る変位センサ１８は、初期状態（静止状態）での検出結果をゼロとし、その状態から所定方向（図例では上下方向）への変位（相対変位量）を正負で検出する。図示は省略したが、防振装置Ａは、変位センサ１８の検出信号が入力されるハイパスフィルタを備えてもよい。この場合、ハイパスフィルタは、検出信号から静止状態での出力値を取り除く。これにより、静止状態での変位がゼロとなるように調整することができる。

【0039】

（制御系に関連した構成）
以下、防振装置Ａの全体構成に続いて、防振装置Ａの制御系に関連した構成について説明する。

【0040】

本実施形態に係る制御系は、前述のコントローラ２によって構成される。このコントローラ２は、変位センサ１８およびアクチュエータ１５と電気的に接続される。コントローラ２は、変位センサ１８の検出信号に基づいて制御信号を生成し、その制御信号をアクチュエータ１５に入力する。

【0041】

本実施形態に係るコントローラ２は、変位センサ１８によって検出される相対変位量に基づいて、その相対変位量に応じて支持面Ｆに及ぶ力を減殺するようにアクチュエータ１５を制御する。この制御は、第２弾性体１６を介して支持面Ｆに作用する力を減殺するものであり、第２弾性体１６の伸縮を抑制するように実行される。具体的に、コントローラ２は、第２弾性体１６が収縮している場合は、第１弾性体１３を収縮させるようにアクチュエータ１５を制御するとともに、第２弾性体１６が伸長している場合は、第１弾性体１３を伸長させるようにアクチュエータ１５を制御する。

【0042】

以下、コントローラ２の具体的な構成について、順番に説明する。

【0043】

図１に示すように、本実施形態に係るコントローラ２は、変位センサ１８から出力される検出信号を増幅する第１増幅器２１と、第１増幅器２１によって増幅された検出信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータ２２と、を備える。

【0044】

コントローラ２はまた、Ａ／Ｄコンバータ２２によって変換されたディジタル信号が入力される処理部２３を備える。処理部２３は、ディジタル信号に対し、少なくとも比例動作を実行する。

【0045】

コントローラ２はさらに、処理部２３によって処理されたディジタル信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａコンバータ２４と、Ｄ／Ａコンバータ２４によって生成されたアナログ信号を増幅し、これをフィードバック操作量としてアクチュエータ１５に入力する第２増幅器２５と、を有する。

【0046】

詳しくは、第１増幅器２１は、アナログ信号を増幅するための増幅回路、ならびに、アナログ信号からノイズを取り除くためのロウパスフィルタおよびハイパスフィルタ等を組み合わせてなる。第１増幅器２１は、変位センサ１８の検出信号を増幅し、これをＡ／Ｄコンバータ２２に入力する。

【0047】

詳しくは、Ａ／Ｄコンバータ２２は、いわゆるアナログディジタル変換器であって、第１増幅器２１によって増幅された検出信号に対してサンプリング処理を実行することで、その検出信号をディジタル信号に変換する。

【0048】

また、処理部２３は、ディジタル信号（ディジタル化された検出信号）に対し、比例動作と、積分動作または位相遅れ補償と、微分動作または位相進み補償と、を実行することで、アクチュエータ１５への入力信号を生成する。具体的に、本実施形態に係る処理部２３は、比例動作を実行する比例ゲイン乗算器２３ａと、積分動作を実行する積分器２３ｂおよび積分ゲイン乗算器２３ｃと、位相進み補償を実行する位相進み補償器２３ｄと、を有する。

【0049】

図１に示すように、比例ゲイン乗算器２３ａと、積分器２３ｂおよび積分ゲイン乗算器２３ｃと、は並列に接続され、比例ゲイン乗算器２３ａ、積分器２３ｂおよび積分ゲイン乗算器２３ｃと、位相進み補償器２３ｄと、は直列に接続される。

【0050】

このうち、比例ゲイン乗算器２３ａは、前述の相対変位量に対応したディジタル信号に比例ゲインＧ_ｐを乗じることで、比例制御を実現するためのディジタル信号を生成する。

【0051】

また、積分器２３ｂおよび積分ゲイン乗算器２３ｃは、相対変位量に対応したディジタル信号を積分した上で積分ゲインＧ_Ｉを乗じることで、積分制御を実現するためのディジタル信号を生成する。

【0052】

図１に示すように、処理部２３においては、比例ゲイン乗算器２３ａの出力信号と、積分ゲイン乗算器２３ｃの出力信号と、が加算される。

【0053】

位相進み補償器２３ｄは、前述のように加算された出力信号に対し、位相進み補償を実行する。詳しくは、位相進み補償器２３ｄの伝達関数Ｇ_１（ｓ）は、ラプラス演算子をｓとし、位相進み時定数をＴ_１とすると、

【数1】

によって表すことができる。ここで、αは、下式（２）を満足するパラメータである。

【0054】

α＜１ …（２）

【0055】

Ｄ／Ａコンバータ２４は、いわゆるディジタルアナログ変換器であって、位相進み補償器２３ｄによって処理されたディジタル信号をアナログ信号に変換した上で出力する。

【0056】

第２増幅器２５は、アナログ信号を増幅するための増幅回路、ならびに、アナログ信号からノイズを取り除くためのロウパスフィルタおよびハイパスフィルタ等を組み合わせてなる。第２増幅器２５は、Ｄ／Ａコンバータ２４から出力されるアナログ信号を増幅し、これを変位フィードバック操作量としてコントローラ２の外部に出力する。

【0057】

コントローラ２は、変位フィードバック操作量をアクチュエータ１５に入力し、アクチュエータ１５を作動させる。これにより、アクチュエータ１５は、変位フィードバック操作量に見合う制御力を振動体１１と質量体１２との間に付与することになる。

【0058】

前述のように、第２弾性体１６が質量体１２に及ぼす反力の大きさ、および、第２弾性体１６が支持面Ｆに及ぼす力の大きさは、質量体１２と支持面Ｆとの間の相対変位量に比例する。

【0059】

一方、アクチュエータ１５に付与される制御力のうち、処理部２３での比例動作に起因した制御力は、その相対変位量に比例するとともに、前記反力に対して逆方向から質量体１２に作用する。したがって、処理部２３での比例動作に起因した制御力は、第２弾性体１６が質量体１２に及ぼす反力に比例するとともに、その反力を減殺する方向に作用することになる。

【0060】

これにより、第２弾性体１６が収縮している場合は、第１弾性体１３を収縮させる方向に制御力が作用する一方、第２弾性体１６が伸長している場合は、第１弾性体１３を伸長させる方向に制御力が作用することになる。こうした制御力を用いることによって、質量体１２と支持面Ｆとの間の相対変位量に応じて質量体１２に及ぶ力を減殺することができる。これにより、質量体１２を介して振動体１１から支持面Ｆに伝わる振動を抑制することができる。

【0061】

また、アクチュエータ１５が質量体１２に及ぼす制御力は、第２弾性体１６が支持面Ｆに及ぼす力と同じ方向に作用する。これにより、第２弾性体１６の伸縮を抑制し、ひいては、支持面Ｆへの振動の伝達を抑制することができる。

【0062】

また、処理部２３での積分動作および位相進み補償は、以下で説明するように、双方とも変位フィードバック制御の安定化に資する。

【0063】

（制御系の具体例）
図２は、防振装置Ａの防振性能を例示するボード線図である。また、図３は、コントローラ２に対応する開ループ伝達関数を例示するボード線図である。

【0064】

図２に示すグラフＧ１において、横軸は周波数を示し、縦軸は振動伝達率のゲインを示す。ここで、曲線Ｌ１１は、本実施形態に係る変位フィードバック制御をオンにした場合（同制御を実行した場合）のゲインを示し、曲線Ｌ１２は、変位フィードバック制御をオフにした場合（同制御を未実行とした場合）のゲインを示す。

【0065】

曲線Ｌ１１と曲線Ｌ１２との比較から示されるように、本実施形態に係る変位フィードバック制御は、比較的広い帯域にわたって、振動伝達率を有意に低減することができる。このことは、防振装置Ａが十分な防振性能を発揮することを示す。

【0066】

図３における上側のグラフＧ２において、横軸は周波数を示し、縦軸は開ループ伝達関数のゲインを示す。また、同図における下側のグラフＧ３において、横軸は周波数を示し、縦軸は開ループ伝達関数の位相を示す。ここで、曲線Ｌ２１，Ｌ３１は、コントローラ２において積分動作（積分器２３ｂおよび積分ゲイン乗算器２３ｃ）と位相進み補償（位相進み補償器２３ｄ）とを実施した場合のゲインおよび位相を示す。曲線Ｌ２２，Ｌ３２は、コントローラ２において積分動作（積分器２３ｂおよび積分ゲイン乗算器２３ｃ）と位相進み補償（位相進み補償器２３ｄ）を実施しない場合のゲインおよび位相を示す。

【0067】

曲線Ｌ２２および曲線Ｌ３２から示されるように、積分器２３ｂ、積分ゲイン乗算器２３ｃおよび位相進み補償器２３ｄを設けなかった場合、位相が０°または３６０°に近づいたとき（位相交点に近づいたとき）のゲインは正となる（破線ｆ１，ｆ２の近傍において、破線ｆ１よりも低周波数側の周波数域と、破線ｆ２よりも高周波数側の周波数域と、を参照）。このような傾向は、防振装置Ａが不安定になることを示している。防振装置Ａを安定化するためには、ゲインが正となる領域において、位相を０°または３６０°から遠ざける必要がある。

【0068】

一方、曲線Ｌ２１および曲線Ｌ３１から示されるように、積分器２３ｂ、積分ゲイン乗算器２３ｃおよび位相進み補償器２３ｄを設けた場合、低周波数側では３６０°から遠ざかるように位相が変化し、高周波数側でも０°に到達しないように位相が変化する。これにより、防振装置Ａの制御を安定化させることが可能となる。

【0069】

なお、グラフＧ２およびグラフＧ３において、破線ｆ１付近から低周波数側の周波数域では、積分器２３ｂおよび積分ゲイン乗算器２３ｃによる積分動作が、防振装置Ａの制御の安定化に寄与する。一方、破線ｆ２付近の周波数域では、位相進み補償器２３ｄによる位相進み補償が、防振装置Ａの制御の安定化に寄与する。

【0070】

（従来構成との対比）
図４は、従来のアクティブ防振装置（以下、「従来の防振装置」という）を例示する図１対応図である。図４に示すように、従来の防振装置Ｂは、本実施形態に係る防振装置Ａと同様に構成された振動体１１１、質量体１１２、第１弾性体１１３、第１ダンパ１１４、第２弾性体１１６および第２ダンパ１１７を備えている。

【0071】

また、従来の防振装置Ｂは、振動体１１１および質量体１１２の間に制御力を付与するための第１アクチュエータ１１５ａに加えて、質量体１１２および支持面Ｆの間に制御力を付与するための第２アクチュエータ１１５ｂを備えている。さらに、従来の防振装置Ｂは、振動体１１１に取り付けられる第１加速度センサ１１９ａと、質量体１１２に取り付けられる第２加速度センサ１１９ｂと、を備えている。

【0072】

そして、従来の防振装置Ｂを制御するためのコントローラは、第１加速度センサ１１９ａの検出信号に基づいて第１アクチュエータ１１５ａを制御する第１コントローラ１０２と、第２加速度センサ１１９ｂの検出信号に基づいて第２アクチュエータ１１５ｂを制御する第２コントローラ１０３と、を備えている。

【0073】

ここで、第１および第２コントローラ１０２，１０３は、それぞれ、第１増幅器１２１，１３１と、Ａ／Ｄコンバータ１２２，１３２と、積分器１２３，１３３と、ゲイン乗算器１２４，１３４と、Ｄ／Ａコンバータ１２５，１３５と、第２増幅器１２６，１３６と、を有している。

【0074】

そして、第１アクチュエータ１１５ａは、第１コントローラ１０２から入力される制御信号に基づいて、振動体１１１の速度に比例した制御力を付与する。この制御力は、振動体１１１に対するスカイフックダンパとして機能する。

【0075】

同様に、第２アクチュエータ１１５ｂは、第２コントローラ１０３から入力される制御信号に基づいて、質量体１１２の速度に比例した制御力を付与することができる。この制御力は、質量体１１２に対するスカイフックダンパとして機能する。

【0076】

このように、従来の防振装置Ｂは、第１アクチュエータ１１５ａ、第１加速度センサ１１９ａおよび第１コントローラ１０２からなる上段側の制御系と、第２アクチュエータ１１５ｂ、第２加速度センサ１１９ｂおよび第２コントローラ１０３からなる下段側の制御系と、が完全に独立した構成とされている。

【0077】

しかしながら、従来の防振装置Ｂでは、第１および第２アクチュエータ１１５ａ，１１５ｂ等、２台分の制御系を必要とするため、防振装置Ｂの高コスト化を招くばかりでなく、防振装置Ｂの調整に要する工数も２台分必要となる。

【0078】

一方、本実施形態に係る防振装置Ａでは、アクチュエータ１５によって発揮される制御力は、質量体１２を介して第２弾性体１６に作用し、該第２弾性体１６の伸縮を抑制する。第２弾性体１６の伸縮を抑制することで、第２弾性体１６を介して支持面Ｆに作用する力の変化を低減し、ひいては、支持面Ｆへの振動の伝搬を抑制することができる。

【0079】

また、変位センサ１８の検出結果に基づいてアクチュエータ１５を制御することは、質量体１２に対し下側から作用する反力に見合う制御力を、質量体１２の上側から付与するものと解釈することもできる。このように解釈した場合、上側から制御力を付与することで、質量体１２の振動を抑制することができる。振動体１１から支持面Ｆへの振動の伝播は、質量体１２の振動を通じてもたらされるため、質量体１２の振動を抑制することで、振動体１１から支持面Ｆへの振動の伝播を抑制することが可能になる。

【0080】

ところで、変位量を取得する術としては、質量体１２に加速度センサを取り付けて、その検出信号を２回積分することも考えられる。しかしながら、一般的な加速度センサは、低周波の感度が低いため変位量の検出には不向きである。また、加速度センサの検出信号を２回積分してしまうと、オフセット、ドリフト等に起因したノイズが増幅されるため、そのノイズを取り除くための複数のハイパスフィルタが必要となってしまう。このことは、防振装置Ａの高コスト化、および制御の不安定化を招くため不都合である。

【0081】

本実施形態に係る構成は、従来の防振装置Ｂと同等の優れた防振性能を実現しながらも、複数のアクチュエータを必要としない。そのため、防振装置Ａの低コスト化、ひいては防振装置Ａの調整の簡素化を実現することができる。

【0082】

また、図１および図３に例示したように、比例動作を実行するための制御信号に対し、積分動作と、位相進み補償と、を実行することで、防振装置Ａの安定性を向上させることができる。このことは、防振装置Ａの性能向上に有効である。

【0083】

（処理部の変形例）
前記実施形態では、処理部２３は、比例動作に加えて、積分動作および位相進み補償を実行するように構成されていたが、本開示は、この構成には限定されない。

【0084】

図５は、処理部２３の変形例を示す図１対応図である。変形例に係る処理部２３’は、前記実施形態と同様に構成された比例ゲイン乗算器２３ａと、積分動作のかわりに位相遅れ補償を実行する位相遅れ補償器２３ｇと、位相進み補償の代わりに微分動作を実行する微分器２３ｅおよび微分ゲイン乗算器２３ｆと、を有する。

【0085】

図５に示すように、比例ゲイン乗算器２３ａと、微分器２３ｅおよび微分ゲイン乗算器２３ｆと、は並列に接続され、比例ゲイン乗算器２３ａ、微分器２３ｅおよび微分ゲイン乗算器２３ｆと、位相遅れ補償器２３ｇと、は直列に接続される。

【0086】

ここで、微分器２３ｅおよび微分ゲイン乗算器２３ｆは、相対変位量に対応したディジタル信号を微分した上で微分ゲインＧ_Ｄを乗じることで、微分制御を実現するためのディジタル信号を生成する。

【0087】

図５に示すように、処理部２３においては、比例ゲイン乗算器２３ａの出力信号と、微分ゲイン乗算器２３ｆの出力信号と、が加算される。

【0088】

位相遅れ補償器２３ｇは、前述のように加算された出力信号に対し、位相遅れ補償を実行する。詳しくは、位相遅れ補償器２３ｇの伝達関数Ｇ_２（ｓ）は、ラプラス演算子をｓとし、位相遅れ時定数をＴ_２とすると、

【数2】

によって表すことができる。ここで、βは、下式（４）を満足するパラメータである。

【0089】

β＞１ …（４）

【0090】

処理部２３’を用いることで、前記実施形態に係る処理部２３と同様に、防振装置Ａの制御を安定化させることができる。

【0091】

《他の実施形態》
前記実施形態では、リニアモータからなるアクチュエータ１５が例示されていたが、アクチュエータ１５の構成は、これに限定されない。例えば、圧電素子と、ゴム等からなる弾性体と、直列に接続したものをアクチュエータとして用いてもよい。このアクチュエータにおいては、圧電素子が弾性体を変位させ、弾性体は、その変位を力に変換する。弾性体によって変換された力は、前記実施形態と同様に、制御力として質量体１２および振動体１１の間に付与される。この場合の弾性体としては、例えば前述の第１弾性体１３を用いることができる。第１弾性体１３を用いる場合、圧電素子と第１弾性体１３との間に板状の台座部を介在させてもよい。

【0092】

また、前記実施形態では、１つの質量体１２を備えた防振装置Ｂを例示したが、質量体１２の数量は、１つに限定されない。例えば、複数の質量体１２を上下に連結したものを用いてもよい。

【0093】

また、前記実施形態に係る処理部２３は、積分動作を実行する積分器２３ｂおよび積分ゲイン乗算器２３ｃを備えた構成とされていたが、処理部２３の構成は、これに限定されない。例えば、前述した変形例のように、積分器２３ｂおよび積分ゲイン乗算器２３ｃの代わりに位相遅れ補償器２３ｇを用いてもよい。

【0094】

また、前記変形例に係る処理部２３’は、積分動作のかわりに位相遅れ補償を実行する位相遅れ補償器２３ｇと、位相進み補償の代わりに微分動作を実行する微分器２３ｅおよび微分ゲイン乗算器２３ｆと、を有する構成とされていたが、本開示は、さらに変形することができる。例えば、比例動作、位相遅れ補償および位相進み補償を実行するように処理部を構成してもよいし、比例動作、微分動作および積分動作を実行するように処理部を構成してもよい。なお、微分器２３ｅは、実用上、不完全微分を実行するものであってもよい。積分器２３ｂについても同様である。

【符号の説明】

【0095】

Ａ 防振装置（アクティブ防振装置）
Ｆ 支持面
１ 防振台
１１ 振動体
１２ 質量体
１３ 第１弾性体
１５ アクチュエータ
１６ 第２弾性体
１８ 変位センサ
２ コントローラ
２３ 処理部
２３ａ 比例ゲイン乗算器
２３ｂ 積分器
２３ｃ 積分ゲイン乗算器
２３ｄ 位相進み補償器

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】