(57)【要約】【課題】バイモルフ型圧電アクチュエータの脆弱性を補強するとともに、コストが低く、汎用性及び実用性の高い能動型遮音パネルを提供する。【解決手段】本能動型遮音パネル１００は、バイモルフ型圧電アクチュエータ１０４の両面を挟入するように接合されて、少なくとも振動方向に対するバイモルフ型圧電アクチュエータ１０４の強度を補強するとともに、バイモルフ型圧電アクチュエータ１０４に従動して振動する補強振動部３２を有するケーシング１０３に、コンクリートスラブ２と固着される固着部３０及びパネル１０１と回動自在に接続される接続部３１が一体的に形成されたものである。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造体から所定間隔を離間させて配設されるパネルと、該パネルの振動を検出する振動センサと、前記パネルと構造体間に介設されて該パネルを振動させるバイモルフ型圧電アクチュエータと、前記振動センサの検出信号に基づいて、前記パネルの振動を相殺又は減衰する振動を発生させるように前記バイモルフ型圧電アクチュエータを制御する制御手段とを具備してなる能動型遮音パネルにおいて、
前記バイモルフ型圧電アクチュエータの両面を挟入するように接合されて、少なくとも振動方向に対するバイモルフ型圧電アクチュエータの強度を補強するとともに、バイモルフ型圧電アクチュエータに従動して振動する補強振動部を有するケーシングに、前記構造体と固着される固着部及び前記パネルと回動自在に接続される接続部が一体的に形成されたことを特徴とする能動型遮音パネル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、集合住宅等の構造体の天井や壁等に遮音のために配設される能動型遮音パネルに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
マンション等の集合住宅においては、床への落下物による衝撃音や生活音等が、上下階や隣接する住戸に伝達して騒音となるが、このような騒音は、集合住宅の購入者が最も憂慮する事項であり、今や音環境は住宅性能を表す指標の一つとして定着している。例えば、上階からの騒音の発生は、上階の床への衝撃がコンクリートスラブの振動となり、該振動が階下の生活空間へ衝撃音波として伝達すると考えられる。
【０００３】
従来、このような騒音防止対策として、鉄筋コンクリート構造体のスラブ厚を厚くする、二重床や二重天井を採用する、二重天井等の空間に防音材を充填するというような所謂受動的な遮音方法が採用されてきた。しかし、スラブ厚を厚くすれば、打設するコンクリート量が増加し、養生期間も長くなる等、建設費用が増加するという不利益がある。また、スラブ厚は躯体そのものに関わることなので、既設の集合住宅のスラブ厚を事後的に厚くすることは困難であり、リフォーム等では採用し難い。一方、二重天井や防音材等は、高周波領域では遮音効果があるものの、例えば３００Ｈｚ以下の低周波領域での遮音性能は十分とはいえない。
【０００４】
他方、コンサート場や航空機等では、天井や隔壁等に発生した振動に対して、音波やアクチュエータにより該振動を相殺する振動を与えて消失させる所謂能動的な遮音方法も開発されており、集合住宅等における遮音方法としても着目されている。例えば、図５に示すように、構造体１のコンクリートスラブ２の屋内側に、コンクリートスラブ２から所定間隔をあけてパネル９０が配置され、該パネル９０に振動センサ９１が配設されるとともに、バイモルフ型圧電アクチュエータ９２のバイモルフ素子の面方向がコンクリートスラブ２の屋内面及びパネル９０と平行となるように、固定部材等によりバイモルフ型圧電アクチュエータ９２の長手方向の一端を固定し、他端をパネル９０に回転自在に固定してなる能動型遮音パネルがある。
【０００５】
前記バイモルフ型圧電アクチュエータ９２のバイモルフ素子を構成する２枚の圧電素子に夫々交流電圧を印加すれば、バイモルフ素子に曲げモーメントが発生してバイモルフ型圧電アクチュエータ９２に振動が生じ、該振動がパネル９０に伝播される。よって、例えば階上で物体Ｍが落下することによりコンクリートスラブ２から階下の屋内空間へ生じた振動、即ち音波の振動を前記振動センサ９１により検知し、制御手段９３により該音波を相殺するような振動を発生するようにバイモルフ型圧電アクチュエータ９２に印加する交流電圧の周波数を設定又は変化させれば、パネル９０の振動により音波を減衰又は遮断することができる（特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−３４０８５０号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
前記バイモルフ型圧電アクチュエータ９２は、図６に示すように、コンクリートスラブ２とは固定部材９４により、パネル９０とは固定部材９５により、平板状のバイモルフ型圧電アクチュエータ９２を挟み込むようにして、ボルト９６により締結されて固定されている。また、図には示していないが、バイモルフ素子はジルコンチタン酸鉛等の脆いセラミックス材料等からなるものであり機械的強度が低いので、固定部材との固定部分に曲げモーメントによる集中応力が作用することによる破損や破断を防止するために、補強板を接合することもあるが、バイモルフ型圧電アクチュエータ９２の曲げ自由度を大きくして十分な振幅を確保するために、該補強板は両端部分にのみ接合されることもある。
【０００８】
他方、従来の能動型遮音パネルを集合住宅等に適用する場合には、コンクリートスラブ２からの音波により生ずる振動は非常に複雑であり、音源を中心として拡散、減衰し、また、パネル９０の撓みや共振等も作用する。このような複雑な振動を的確に検出するためには、振動センサ９１を多数配設するとともに、該振動を相殺させるためのバイモルフ型圧電アクチュエータ９２も多数配設することが必要となるが、バイモルフ型圧電アクチュエータ９２の配設数が増加すればコストも増え、施工作業も煩雑となる。
【０００９】
従来の能動型遮音パネルの構成では、取付作業の際に、バイモルフ型圧電アクチュエータ９２を固定するために各固定部材９４，９５においてボルト９６による締結が必要であるが、該作業はバイモルフ型圧電アクチュエータ９２を多数配置する場合に特に面倒である。一方、能動型遮音パネルが一般住宅等にまで広く普及するには、加工及び施工が容易で、コストが十分に低いことが要求される。
【００１０】
本発明は、これらの点に鑑みてなされたものであり、バイモルフ型圧電アクチュエータの脆弱性を補強するとともに、コストが低く、汎用性及び実用性の高い能動型遮音パネルを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る能動型遮音パネルは、構造体から所定間隔を離間させて配設されるパネルと、該パネルの振動を検出する振動センサと、前記パネルと構造体間に介設されて該パネルを振動させるバイモルフ型圧電アクチュエータと、前記振動センサの検出信号に基づいて、前記パネルの振動を相殺又は減衰する振動を発生させるように前記バイモルフ型圧電アクチュエータを制御する制御手段とを具備してなる能動型遮音パネルにおいて、前記バイモルフ型圧電アクチュエータの両面を挟入するように接合されて、少なくとも振動方向に対するバイモルフ型圧電アクチュエータの強度を補強するとともに、バイモルフ型圧電アクチュエータに従動して振動する補強振動部を有するケーシングに、前記構造体と固着される固着部及び前記パネルと回動自在に接続される接続部が一体的に形成されたものである。
【００１２】
これにより、能動型遮音パネルの加工及び取付施工、特に現場においてバイモルフ型圧電アクチュエータと構造体又はパネルとを固定するための固定部材等との取付作業及び調整作業を簡略化して、加工コスト及び施工コストを低減することが可能となる。
【００１３】
なお、本発明において構造体とは、マンションやビル、戸建て住宅等の土地定着物に限られず、航空機や列車等の騒音を発生する動産的なものをも含む広い概念である。また、本発明において一体的に形成とは、複数の部材をボルト等により締結してなるものではなく、例えば鋳物や樹脂成形品のように、ケーシングと固着部及び接続部とが一体不可分に形成された状態をいう。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき具体的に説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る能動型遮音パネルの構成を示す側面図であるが、図に示すように、本能動型遮音パネル１００は、薄板のパネル１０１と、パネル１０１の振動を検出する振動センサ１０２と、ケーシング１０３に挟入されてパネル１０１とコンクリートスラブ２間に介設されたバイモルフ型圧電アクチュエータ１０４と、振動センサ１０２の検出信号に基づいてバイモルフ型圧電アクチュエータ１０４を制御する制御システム１０５とを具備してなるものである。
【００１５】
前記パネル１０１は、厚みが約０．５ｍｍの鋼板からなるものであり、コンクリートスラブ２の下方に所定間隔を離間させて配設されている。該所定間隔は、一般的な鉄筋コンクリート構造の集合住宅のスラブ厚が１５〜２０ｃｍ程度であることから１０ｃｍ以下が好適であり、５ｃｍ以下が特に好ましい。また、パネル１０１は、遮音すべきコンクリートスラブ２に対して適宜分割したものを複数配設することとしてもよい。例えば、パネル１００を単位面積０．１〜２ｍ２程度の矩形のものとして、配設数を適宜変更することにより、種々の面積及び形状のコンクリートスラブ２に対応することが可能となる。また、パネル１０１の面積を適度に小さくすれば、振動の制御が単純化され、取り扱いや輸送が簡便となる。パネル１０１の素材としては、鋼板のように容易に撓まないもの、即ち剛性の高いものが好ましく、軽量であればなお好ましい。従って、鋼板の他に、アルミニウム板や合成樹脂板を用いることができ、剛性が不足する場合には、パネル１０１にエンボス（凹凸）加工を施したり、波板とすることで剛性を向上させてもよい。
【００１６】
前記振動センサ１０２は所謂加速度センサである。パネル１０１の振動を正確に検出して該振動を相殺又は減衰する振動を与えるためには、パネル１０１の各所に振動センサ１０２を配設することが好ましい。また、コンクリートスラブ２からの音波により生じたパネル１０１の振動（騒音振動）を相殺又は減衰する振動（制御振動）を、前記バイモルフ型圧電アクチュエータ１０４によりパネル１０１に与えてパネル１０１の騒音振動を消失させるには、振動センサ１０２の振動検出位置とバイモルフ型圧電アクチュエータ１０４による振動発生位置とが略同位置であることが好ましい。
【００１７】
前記バイモルフ型圧電アクチュエータ１０４は、バイモルフ素子４０からなり、該バイモルフ素子４０は、図２に示すように、極性の異なる２枚の圧電素子４１，４２と、該圧電素子４１，４２の表面及びその間に夫々接合された電極板４３とからなるものであり、いわば、２枚の圧電素子４１，４２を３枚の電極板４３で挟み込むように積層されたものである。圧電素子４１，４２と電極板４３との接合方法はプラズマ接合等の公知且つ任意の方法による。また、圧電素子４１，４２の素材としては、例えば、ジルコンチタン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）やこれに金属酸化物等の添加物を配合して焼成した磁器の他、水晶やニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）の単結晶等、公知且つ任意の圧電性材料を用いることができる。
【００１８】
前記ケーシング１０３は、図３に示すように、前記バイモルフ型圧電アクチュエータ１０４を挟入するために上下に分離可能なケーシング本体１０３Ａ及び蓋体１０３Ｂからなるものである。該ケーシング本体１０３Ａには、コンクリートスラブ２と固着される固着部３０とパネル１０１と回動自在に接続される接続部３１が一体的に形成されており、また、蓋体１０３Ｂとともに補強振動部３２を構成するようになっている。
【００１９】
前記固着部３０は、ケーシング本体１０３Ａの上側に、振動補強部３２により挟持されるバイモルフ型アクチュエータ１０４の面方向に対して略垂直となるように起立した柱状部３０１が形成され、該柱状部３０１の上端から両側ヘ鍔部３０２が突設され、該鍔部３０２に貫通孔３０３が夫々穿設されてなるものである。柱状部３０１の上端面がコンクリートスラブ２の表面と接し、コンクリート釘等の固着具３０４が貫通孔３０３に挿通されてコンクリートスラブ２に打ち込まれることにより、図２に示すように、ケーシング１０３が、振動補強部３２の長手方向を略水平としてコンクリートスラブ２に固定される。なお、固着部３０によりケーシング１０３をコンクリートスラブ２に固定する際には、必要に応じて下地材や内装部材等を固定部３０とコンクリートスラブ２との間に介在させてもよい。
【００２０】
前記接続部３１は、ケーシング本体１０３Ａの固着部３０と反対側の側端から略水平方向へ突出した延出部３１１に、その突出方向と直交する方向へ軸孔３１２が穿設されてなるものである。図２に示すように、該軸孔３１２に支軸３１３が回転自在に挿入され、該支軸３１３を介してパネル１０１が接続されることにより、ケーシング１０３にパネル１０１が枢支され、パネル１０１がケーシング１０３によりコンクリートスラブ２に吊り下げられた状態となる。
【００２１】
前記補強振動部３２は、ケーシング本体１０３Ａの略中央の平板部３２１に前記バイモルフ型圧電アクチュエータ１０４を嵌装するための凹部３２２が形成され、一方、該平板部３２１と平面視略同形状の蓋体１０３Ｂにも同様に凹部３２３が形成されてなるものであり、図１に示すように、凹部３２２，３２３にバイモルフ型圧電アクチュエータ１０４が嵌装され、ケーシング本体１０３Ａの平板部３２１と蓋体１０３Ｂとで該バイモルフ型圧電アクチュエータ１０４を挟入するようにして、バイモルフ型圧電アクチュエータ１０４の両面夫々とケーシング本体１０３Ａの平板部３２１と蓋体１０３Ｂとが接着剤等により接合されることにより、バイモルフ型圧電アクチュエータ１０４の振動方向に対するバイモルフ型圧電アクチュエータ１０４の強度を補強し、且つバイモルフ型圧電アクチュエータ１０４が振動した場合に該振動に従動して振動するものとなっている。
【００２２】
なお、ケーシング１０３の素材として、ポリエチレン等の合成樹脂や、マグネシウム、すず、アルミニウム、銅、銀、金、白金等の金属等、低剛性且つ高延性のものを用いることにより、ケーシング１０３にクラックが発生し難く、機械的強度がより高くなるので好ましい。また、ケーシング本体１０３Ａ及び蓋体１０３Ｂとバイモルフ型圧電アクチュエータ１０４の電極板４３との接合は、接着剤の他、プラズマ接合等の公知且つ任意の方法を採用することができる。また、補強振動部３２の厚みは、パネル１０１の騒音振動を相殺するに十分な制御振動が、バイモルフ型圧電アクチュエータ１０４の振動により補強振動部３２に生じ、且つバイモルフ型圧電アクチュエータ１０４を挟入した補強振動部３２が所望の強度となるように、ケーシング１０３の素材の剛性等を考慮して適宜設定する。
【００２３】
このように、ケーシング１０３に、コンクリートスラブ２と固着される固着部３０とパネル１０１と回動自在に接続される接続部３１とが一体的に形成されることにより、組立作業や現場での取付作業が簡略化され、能動型遮音パネル１００のコスト低減が実現される。また、補強振動部３２が、バイモルフ型圧電アクチュエータ１０４を補強するとともにバイモルフ型圧電アクチュエータ１０４に従動して振動することにより、能動型遮音パネル１００に遮音に必要な振動を発生させ、且つその強度を向上させることができる。
【００２４】
前記制御システム１０５は、図１に示すように、各バイモルフ型圧電アクチュエータ１０４に特定周波数帯域の電圧を印加するアンプ５０と、前記振動センサ１０２により検出されたパネル１０１の振動（騒音振動）から、該騒音振動を相殺又は減衰する振動（制御振動）を求め、該制御振動をバイモルフ型圧電アクチュエータ１０４に発生させるように前記アンプ５０を制御する制御部５１とを具備してなるものである。なお、アンプ５０は、バイモルフ型圧電アクチュエータ１０４に印加すべき電圧や周波数特性等を考慮して、最適なアンプを使用することができるが、低い電流値と低周波数領域の特性から例えばインバータ型ＰＷＭ方式アンプが好適である。また、制御部５１には、コンピュータ等を用いる。
【００２５】
このように構成された能動型遮音パネル１００によれば、コンクリートスラブ２の振動から生じた音波は、パネル１０１の騒音振動として捕捉され、該騒音振動は振動センサ１０２により検出される。制御システム１０５は、振動センサ１０２の検出値に基づいて騒音振動を相殺又は減衰する振動を演算して、該制御振動をバイモルフ型圧電アクチュエータ１０４に発生させる。バイモルフ型圧電アクチュエータ１０４には、面全体に渡ってケーシング本体１０３Ａ及び蓋体１０３Ｂが接合されているが、パネル１０１の騒音振動を相殺するために必要な制御振動の振幅は、一般住宅等ではそれほど大きなものではないので、ケーシング１０３に挟入されたバイモルフ型圧電アクチュエータ１０４の単位電圧当りの曲げ変位は小さくても十分である。バイモルフ型圧電素子１０４に特定周波数の電圧が印加されることにより発生した制御振動に従動して、ケーシング１０３の補強振動部３２も振動し、該振動が接続部３１を介してパネル１０１へ伝達される。これにより、パネル１０１の騒音振動を消失又は減衰させることができ、その結果、パネル１０１は、ほぼ無振動となって、能動型遮音パネル１００より下方の空間において遮音が実現される。
【００２６】
なお、前述した構成によれば、コンクリートスラブ２からの音波によりパネル１０１が振動すれば、該振動がバイモルフ型圧電アクチュエータ１０４に伝達されることとなる。従って、該振動をバイモルフ型圧電アクチュエータ１０４により電気信号として検出することができるので、バイモルフ型圧電アクチュエータ１０４を振動センサとして機能させることも可能である。
【００２７】
また、本実施の形態では、ケーシング１０３によりバイモルフ型圧電アクチュエータ１０４を挟入するために、ケーシング本体１０３Ａと蓋体１０３Ｂとが上下に分離可能な構成として、ケーシング本体１０３Ａに固着部３０及び接続部３１を一体的に形成するようにしたが、かかる分離構成は一例であり、例えば図４に示すように、ケーシング本体１０３Ａ´を上側、蓋体１０３Ｂ´を下側として、バイモルフ型圧電アクチュエータ１０４を挟入可能とし、ケーシング本体１０３Ａ´に固着部３０及び接続部３１を一体的に形成する等、バイモルフ型圧電アクチュエータ１０４を挟入するためのケーシング本体１０３Ａと蓋体１０３Ｂとの分離構成を変更することは勿論可能である。
【００２８】
また、本実施の形態では、コンクリートスラブ２が居住空間の天井となるような場合を例に説明したが、本発明に係る機能型遮音パネルの利用はこれに限定されるものではなく、例えば、壁面等に設置しても効果を発揮させることが可能であり、また、オフィスビルや木造住宅、コンサート場、映画館、航空機、列車等にも広く利用可能である。
【００２９】
【発明の効果】
このように、本発明によれば、バイモルフ型圧電アクチュエータの両面を挟入するように接合されて、少なくとも振動方向に対するバイモルフ型圧電アクチュエータの強度を補強するとともに、バイモルフ型圧電アクチュエータに従動して振動する補強振動部を有するケーシングに、構造体と固着される固着部及びパネルと回動自在に接続される接続部が一体的に形成されたので、バイモルフ型圧電アクチュエータの脆弱性を補強するとともに、構造体又はパネルとを固定するための固定部材等との取付作業及び調整作業を簡略化して、加工コスト及び施工コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【符号の説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る能動型遮音パネル１００の概略構成を示す概略図である。
【図２】ケーシング１０３及びバイモルフ型圧電アクチュエータ１０４の概略構成を示す正面図である。
【図３】ケーシング１０３の詳細な構成を示す分解斜視図である。
【図４】ケーシング１０３の変形例を示す分解斜視図である。
【図５】従来の能動型遮音パネルの概略構成を示す概略図である。
【図６】バイモルフ型圧電アクチュエータ９２の固定構造を示す正面図である。
【符号の説明】
１００  能動型遮音パネル
１０１  パネル
１０２  振動センサ
１０３  ケーシング
１０４  バイモルフ型圧電アクチュエータ
１０５  制御システム（制御手段）
３０  固着部
３１  接続部
３２  補強振動部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2004302073.tif 000006
【図５】
2004302073.tif 000007
【図６】
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