(57)【要約】【課題】片持ちはりの振動抑制をより効果的に行うことができる片持ちはり振動抑制装置、片持ちはり構造体、および、片持ちはり振動抑制方法を提供することを課題とする。【解決手段】片持ちはり振動抑制装置１１は、片持ちはり１２の自由端１２ｆ側に取り付け可能な曲げモーメント付与手段１４を備える。そして、波動制御を行うための波動伝搬特性を有する曲げモーメントを、曲げモーメント付与手段１４で片持ちはり１２の自由端１２ｆ側から付与する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
片持ちはりの自由端側に取り付け可能な曲げモーメント付与手段を備え、
波動制御を行うための波動伝搬特性を有する曲げモーメントを、前記曲げモーメント付与手段で前記片持ちはりの自由端側から付与することにより、前記片持ちはりの振動を抑制することを特徴とする片持ちはり振動抑制装置。
【請求項２】
前記曲げモーメントが、前記片持ちはりの自由端境界で振動波が無反射となるような波動伝搬特性を有することを特徴とする請求項１記載の片持ちはり振動抑制装置。
【請求項３】
前記曲げモーメント付与手段は、前記片持ちはりの自由端側の端部に２つのアクチュエータを有することを特徴とする請求項１または２記載の片持ちはり振動抑制装置。
【請求項４】
前記アクチュエータがピエゾで構成されることを特徴とする請求項３記載の片持ちはり振動抑制装置。
【請求項５】
片持ちはりと、
前記片持ちはりに取り付けられた請求項１記載の片持ちはり振動抑制装置と、
を備えることを特徴とする片持ちはり構造体。
【請求項６】
片持ちはりの自由端側に取り付け可能な曲げモーメント付与手段を設け、
波動制御を行うための波動伝搬特性を有する曲げモーメントを、前記曲げモーメント付与手段で前記片持ちはりの自由端側から付与することにより、前記片持ちはりの振動を抑制することを特徴とする片持ちはり振動抑制方法。
【請求項７】
前記曲げモーメントとして、前記片持ちはりの自由端境界で振動波が無反射となるような波動伝搬特性を有する曲げモーメントを付与することを特徴とする請求項６記載の片持ちはり振動抑制方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、片持ちはりの振動を抑制させることが可能な片持ちはり振動抑制装置、片持ちはり構造体、および、片持ちはり振動抑制方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
構造物や産業機械などでは、振動を抑制する手法として、従来から種々の提案がなされている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
振動抑制のうち片持ちはりの振動抑制法としては、減衰を付加する振動制御法と振動エネルギーを波動吸収する波動制御法に大別される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開2005-282689号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
細長構造の端部で振動制御（制振）する場合には波動制御法が効果的である。しかし、波動制御法としては、インピーダンス整合法などいくつかの手法が試みられているものの、決定的な効果が得られる手法はいまだ実用化されるには至ってないのが現状である。
【０００６】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、簡単な構成で、片持ちはりの振動抑制をより効果的に行うことができる片持ちはり振動抑制装置、片持ちはり構造体、および、片持ちはり振動抑制方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者は、片持ちはりの振動抑制を行うにあたり、片持ちはりを波動伝搬状態にすることで振動制御を効率的に行うことを鋭意検討した。そして、解析計算を行い、更に検討を重ね、本発明を完成するに至った。
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明に係る片持ちはり振動抑制装置は、片持ちはりの自由端側に取り付け可能な曲げモーメント付与手段を備え、波動制御を行うための波動伝搬特性を有する曲げモーメントを、前記曲げモーメント付与手段で前記片持ちはりの自由端側から付与することにより、前記片持ちはりの振動を抑制することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る片持ちはり構造体は、片持ちはりと、前記片持ちはりに取り付けられた請求項１記載の片持ちはり振動抑制装置と、を備える。
【００１０】
また、本発明に係る片持ちはり振動抑制方法は、片持ちはりの自由端側に取り付け可能な曲げモーメント付与手段を設け、波動制御を行うための波動伝搬特性を有する曲げモーメントを、前記曲げモーメント付与手段で前記片持ちはりの自由端側から付与することにより、前記片持ちはりの振動を抑制することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、簡単な構成で、片持ちはりの振動抑制をより効果的に行うことができる片持ちはり振動抑制装置、片持ちはり構造体、および、片持ちはり振動抑制方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に係る片持ちはり振動抑制装置および片持ちはり構造体を説明する側面図である。
【図２】解析計算を行うにあたって片持ちはりを分割したことを示す模式的な側面図である。
【図３】解析計算で、片持ちはりが振動した際に制御ピエゾによって仮想的な振動抑制が行われることを説明する模式的な側面図である。
【図４】解析計算の結果を示すグラフ図である。
【図５】解析計算の結果を示すグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、図面は模式的なものであり、寸法比などは現実のものとは異なることに留意すべきである。従って、具体的な寸法比などは以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。
【００１４】
また、以下に示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための例示であって、この発明の実施の形態は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものではない。この発明の実施の形態は、要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施できる。
【００１５】
図１は、本発明の一実施形態（以下、本実施形態という）に係る片持ちはり構造体１０を説明する側面図である。本実施形態に係る片持ちはり構造体１０は、片持ちはり１２と、片持ちはり１２の自由端１２ｆ側に取り付けられた本実施形態に係る片持ちはり振動抑制装置１１と、を備えている。
【００１６】
片持ちはり振動抑制装置１１は、片持ちはり１２の自由端１２ｆ側に取り付け可能な曲げモーメント付与手段１４を有する。
【００１７】
曲げモーメント付与手段１４は、波動制御を行うための波動伝搬特性を有する曲げモーメントを、片持ちはり１２の自由端１２ｆ側から付与することによって片持ちはり１２の振動を抑制するように、制御手段１６によって制御されている。本実施形態では、片持ちはり１２の自由端境界で振動波が無反射となるような波動伝搬特性を曲げモーメント付与手段１４が片持ちはり１２に付与するように、制御手段１６が曲げモーメント付与手段１４を制御する。
【００１８】
本実施形態では、曲げモーメント付与手段１４は、片持ちはり１２の自由端１２ｆ側に２つのアクチュエータとして制御ピエゾＰ３、Ｐ４（アクチュエータピエゾ）を有する。制御ピエゾＰ３、Ｐ４は、何れも、片持ちはり１２の自由端１２ｆ側の端部上側に、はり長手方向（軸方向）に沿って一列となる位置に固定されている。そして、制御ピエゾＰ３、Ｐ４は、はり長手方向に伸縮することによりはり先端部に曲げモーメントＭ１、Ｍ２をそれぞれ与えるようになっている。
【００１９】
また、片持ちはり１２の自由端の端部下側にはセンサピエゾＰ２が取り付けられており、センサピエゾＰ２によって片持ちはり１２の曲げモーメントが測定されるようになっている。
【００２０】
制御手段１６はＰ２によって測定される曲げモーメントを基に一差分間隔ずれた位置の波動伝搬曲げモーメントを演算する機能を有する。一例として，Ｐ２計測曲げモーメントｍn-1(t)対して，Ｐ３印可曲げモーメントｍｎ(t)およびＰ４印可曲げモーメントｍn+1(t)を次式に基づいて演算することができる。
【数１】
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【００２１】
なお，演算式は上式に限定するものでなく，波動伝搬特性を付与できる特性であればどのような関数であってもよい。
【００２２】
（作用、効果）
以下、本実施形態の作用、効果について説明する。片持ちはり１２に大きな振動（特に、振動数が片持ちはり構造体１０の固有振動数に一致する振動）が加えられた場合、センサピエゾＰ２から受信した信号に基づき、制御ピエゾＰ３、Ｐ４により、片持ちはり１２の振動を抑制させるような波動伝搬特性を曲げモーメント付与手段１４で片持ちはり１２の自由端１２ｆ側から付与する。
【００２３】
本実施形態では、制御ピエゾＰ３、Ｐ４で曲げモーメントを発生させる際、片持ちはり１２の自由端境界で振動波が無反射となるような波動伝搬特性を片持ちはり１２に付与する。この結果、片持ちはり１２は、見掛け上、自由端１２ｆであたかもはりが連続して延びている状態となり、自由端１２ｆで振動波が反射されずに無反射となる。
【００２４】
本実施形態により、簡単な構成で、片持ちはり１２の振動抑制を従来に比べて著しく効果的に行うことができる。
【００２５】
なお、本実施形態では、アクチュエータとして制御ピエゾＰ３、Ｐ４を設けた例で説明したが、本発明はこれに限られず、曲げモーメントを片持ちはり１２の自由端１２ｆ側に付与することができるものであれば、ピエゾ以外のものであってもよい。
【００２６】
例えば、片持ちはり１２が飛行機の翼である場合、翼の先端部に２つのアクチュエータを配置し、翼の振動を抑制させるような波動伝搬特性を翼に付与することで、翼の振動抑制効果を得ることができる。この場合、アクチュエータを翼の長手方向に伸縮するように配置することで、上記の制御ピエゾＰ３、Ｐ４を設けた場合と同じ方向の曲げモーメントを翼に付与することが可能になる。
【００２７】
また、ボールネジ等を使った直線方向の力に回転力を変換する機構を用い、モータの回転力で片持ちはり１２の自由端１２ｆ側に曲げモーメントを付与して、振動を抑制させるような波動伝搬特性を付与するようにしてもよい。
【００２８】
（解析計算例）
本発明者は、上記実施形態の一解析計算例を以下のようにして算出した。図２は、本解析計算を行うにあたって片持ちはり１２を分割したことを示す模式的な側面図である。図２で、Ｘ方向は片持ちはり１２の基端１２ｓ側（固定端側）から先端側（自由端１２ｆ側）へ向かうはり長手方向を示し、Ｚ方向は下方向を示す。図３は、本解析計算で片持ちはりが振動した際に制御ピエゾＰ３、Ｐ４によって仮想的な振動抑制が行われることを説明する模式的な側面図である。図２、図３で、Ｚｎ（ｎは３以上の自然数）は分割によって形成されている片持ちはり部分を示す。また、図３では、制御ピエゾＰ３、Ｐ４が仮想的に重なって自由端１２ｆから連続していることを示している。
【００２９】
本解析計算例では、図２、図３に示すように、３差分幅でセンサピエゾＰ２の出力を計算し、計算された出力に応じて、２つの制御ピエゾＰ３、Ｐ４に電圧を印加して曲げモーメントを片持ちはり１２の自由端１２ｆ側に加えている。なお、センサ電圧の大きさは増幅器を介して制御ピエゾＰ３、Ｐ４で調整可能なので重要ではなく、位相特性が重要である。本解析計算例では、片持ちはり１２の長さＬを６０ｃｍとして計算した。
【００３０】
解析計算結果を図４、図５に示す。図４、図５は、何れも、片持ちはり１２の基端部（根元部）に加振ピエゾＰ１（図１参照）を配置して、片持ちはり構造体１０（片持ちはり１２）を７次固有振動数で加振したときの解析結果を示すグラフ図である。
【００３１】
図４、図５から明らかなように、制御ピエゾＰ３、Ｐ４によって片持ちはり１２の自由端１２ｆ側に曲げモーメントを付与して波動制御を行った場合には、共振波形が消滅して片持ちはり１２の振動が抑制されており（図４（ａ）および図５（ａ）参照）、制御ピエゾＰ３、Ｐ４を配置しない場合（すなわち曲げモーメントを片持ちはり１２の自由端側に付与しない場合）には、共振波形が発生して片持ちはり１２の振動が大きい（図４（ｂ）および図５（ｂ）参照）。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
以上のように、本発明に係る片持ちはり振動抑制装置、片持ちはり構造体、および、片持ちはり振動抑制方法は、波動制御を行うための波動伝搬特性を有する曲げモーメントを、曲げモーメント付与手段で片持ちはりに自由端側から付与することにより、片持ちはりの振動を抑制するので、片持ちはりの振動抑制をより効果的に行うことができる片持ちはり振動抑制装置、片持ちはり構造体、および、片持ちはり振動抑制方法として用いるのに好適であり、建築構造物に限らず、航空宇宙構造物、種々の産業機械、精密機械、精密測定器、分析器、半導体装置、またこれらに用いられるセンサ接触子、などの幅広い分野において適用可能である。
【符号の説明】
【００３３】
１０  片持ちはり構造体
１１  片持ちはり振動抑制装置
１２  片持ちはり
１２ｆ  自由端
１４  曲げモーメント付与手段
Ｐ３  制御ピエゾ（ピエゾ）
Ｐ４  制御ピエゾ（ピエゾ）
Ｍ１  曲げモーメント
Ｍ２  曲げモーメント
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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