(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一若しくは異なる支持構造に支持され且つ互いに所定距離隔てて配設された二体の構造材の一方にポールの一端部を連結すると共に、該ポールの他端部を、コントローラ等を内蔵する制御部及び弾性体と静電アクチュエータとを直列に接続して成る制振手段を介して前記構造材の他方に接続し、前記静電アクチュエータを制振対象側の構造材の振動を相殺する位相角、振幅で駆動するように構成したアクティブ制振ポールであって、
前記制振手段と構造材の他方との間に、軸力の調節により前記弾性体及び前記静電アクチュエータのプレロードを設定するためのアジャスターを介設したアクティブ制振ポールにおいて、
前記制振手段と前記構造体とに作用する軸力を検出するために軸力検出手段を
前記静電アクチュエータを囲繞するカバーの制御部側に設けると共に、前記制御部内には、一方の構造材の振動を検出するための振動ピックアップと各種信号を増幅するアンプと該アンプからの出力信号を演算処理して静電アクチュエータを制御し且つ告知手段に出力するコントローラとが内蔵されて成るアクティブ制振ポール。
【請求項２】
前記制振手段と前記ポールとを軸方向に分離自在に構成し、前記二体の構造材間距離に基づいて選択された長さのポールを前記制振手段に連結するように構成した請求項１記載のアクティブ制振ポール。
【請求項３】
同一若しくは異なる支持構造に支持され且つ互いに所定距離隔てて配設された二体の構造材の異なるモードの振動を規制するために、各振動モードの腹に請求項１記載のアクティブ制振ポールを夫々配設して制振することを特徴とするアクティブ制振ポールによる構造材の制振方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は構造物を動的に制振するアクティブ制振装置に関するものであり、特に、空間的距離を隔てて配設された床同士、梁同士、柱同士等の構造材同士の一方を反力源として他方を制振するアクティブ制振ポール及び該アクティブ制振ポールによる構造物の制振方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
構造物の制振方法として、▲１▼制振対象物の振動の腹にマス（質量体）を配置し、マスにより振動を停止する、▲２▼制振対象物の振動面をリブ、スティフナ等の補強材で補強して剛性を高め、共振点を常用周波数帯域より移行する、▲３▼制振対象物にばねと質量体より成る動吸振器を取付け、該質量体の振動によって制振する方法が知られている。しかし、同調質量形ダンパ（ＴＭＤ）による制振は特定の周波数に対してのみ有効であり、一方、振動子をアクティブに制御する制振方法（ＡＭＤ）は、制御力が付加質量の大きさに依存するため、構造物によっては採用が難しい。
【０００３】
そこで、特別な質量体を必要とせず、また構造物のローカルな制振を可能とするために解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明はこの課題を解決することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために提案せられたものであり、請求項１記載の発明は、同一若しくは異なる支持構造に支持され且つ互いに所定距離隔てて配設された二体の構造材の一方にポールの一端部を連結すると共に、該ポールの他端部を、コントローラ等を内蔵する制御部及び弾性体と静電アクチュエータとを直列に接続して成る制振手段を介して前記構造材の他方に接続し、前記静電アクチュエータを制振対象側の構造材の振動を相殺する位相角、振幅で駆動するように構成したアクティブ制振ポールであって、
前記制振手段と構造材の他方との間に、軸力の調節により前記弾性体及び前記静電アクチュエータのプレロードを設定するためのアジャスターを介設したアクティブ制振ポールにおいて、
前記制振手段と前記構造体とに作用する軸力を検出するために軸力検出手段を
前記静電アクチュエータを囲繞するカバーの制御部側に設けると共に、前記制御部内には、一方の構造材の振動を検出するための振動ピックアップと各種信号を増幅するアンプと該アンプからの出力信号を演算処理して静電アクチュエータを制御し且つ告知手段に出力するコントローラとが内蔵されて成るアクティブ制振ポール、
及び、請求項２記載の発明は、前記制振手段と前記ポールとを軸方向に分離自在に構成し、前記二体の構造材間距離に基づいて選択された長さのポールを前記制振手段に連結するように構成した請求項１記載のアクティブ制振ポールを提供するものである。
【０００５】
また、異なるモードの振動を制振するために、同一若しくは異なる支持構造に支持され且つ互いに所定距離隔てて配設された二体の構造材の異なるモードの振動を規制するために、各振動モードの腹に請求項１記載のアクティブ制振ポールを夫々配設して制振するアクティブ制振ポールによる構造材の制振方法を提供するものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図１乃至図７を参照して詳述する。
【０００７】
図１に本実施の形態に係るアクティブ制振ポールの構造を示す。
【０００８】
同図に示すように、アクティブ制振ポール１は、中空のポール２と、コントローラ（後述する）等を内蔵する制御部３と、制振のための静電アクチュエータ４を具えて成る制振部５とから構成されており、前記ポール２に制御部３を連結し、前記制御部３に制振部５を嵌合して取付ける構造としている。
【０００９】
図２は制振部５の内部構造と、制御部３と制振部５との連結構造を示し、制振部５に制振手段６を取付けている。該制振手段６は、駆動電流が遮断されたとき収縮し、駆動電流が供給されたときその駆動電流の大きさに比例して伸縮量が変化する磁歪素子又はピエゾ素子を有する静電アクチュエータ４と、該静電アクチュエータ４のプレロード調節によって該静電アクチュエータ４の線型的な伸縮を可能とするための弾性体７とから構成されており、静電アクチュエータ４の先端部に前記弾性体７を直列に接続し、該弾性体７の他端部にアジャスター８を直列に連結して取付けている。該アジャスター８は前記弾性体７に対して直列に且つ、同軸に連結された柱状のナット９と、該ナット９に螺入してアジャスト量を調節するための調節ねじ１０と、該調節ねじ１０の基端部に回転可能に且つ、軸方向への移動を規制して取り付けられた座板１１とから構成されており、図１に示すように、座板１１を構造材１２に着座させた状態で、構造材１２を貫通するボルト１３、該ボルト１３に螺合するナット１４によって構造材１２に座板１１を締結するように構成し、一方、前記ポール２は、他端部に締結部１５を固設し、該締結部１５をボルト１６、ナット１７により構造材１８に締結する構造としている。そして、前記制振部５の連結のために、制御部３の底板１９にはネジ止め等により所定厚さの接続ブロック２０を固設し、該接続ブロック２０の軸芯部に形成されたガイド孔２１に前記静電アクチュエータ４の出力軸２２を嵌合する構造としている。
【００１０】
このため、構造材１８に前記ポール２の締結部１５をボルト１６、ナット１７により締結した後、前記ガイド孔２１に静電アクチュエータ４の出力軸２２を嵌合した状態で、アジャスター８の座板１１を構造材１２に締結し、この後、調節ねじ１０をプレロードの調節方向に回転すれば、静電アクチュエータ４のプレロードの設定が自在となる。
【００１１】
而して、制御部３内には、一方の構造材１８の振動を検出するための振動ピックアップ２３と、各種信号を増幅するためのアンプ２４と、該アンプ２４よりの出力信号を演算処理して静電アクチュエータ４を制御するコントローラ２５とが内蔵されており、前記静電アクチュエータ４を囲繞するカバー２７の制御部３側に、前記接続ブロック２０との隙間の間隔を検出して前記調節ねじ１０の調節による静電アクチュエータ４のプレロードを検出すべく軸力検出手段として変位センサ２６を取付けている。なお、前記制御部３の底板１９及び接続ブロック２０には、静電アクチュエータ４に駆動電流を供給するための電源ライン及び、変位センサ２６の出力ラインを通すための信号線挿入孔２８が設けられている。
【００１２】
図３は前記アクティブ制振ポール１の振動制御系のブロック図を示す。
【００１３】
同図に示すように、前記変位センサ２６の検出値と、前記振動ピックアップ２３の検出値は、夫々、アンプ２４により増幅された後、コントローラ２５に入力され、コントローラ２５は、変位センサ２６の出力値が、静電アクチュエータ４の線形制御が可能な設定値に到達したとき、ブザー又はランプの少なくとも一方より成る告知手段２９に出力するように構成される。従って、前記調節ねじ１０を回転するだけで、告知手段２９によりプレロードの設定完了信号が自動的に告知されることになるため、プレロードの設定精度が可及的に向上し、プレロード設定作業性が大幅に改善されることになる。
【００１４】
プレロードの設定後、前記振動ピックアップ２３より振動に対応した信号が出力されると、コントローラ２５はこの振動ピックアップ２３の出力信号に基づいて構造材１８の微振動を相殺するための周期、振幅、位相角を演算し、演算後、該演算値に基づく振幅、周期、位相角で前記アクチュエータ４に駆動電流を供給する。このため、アクチュエータ４の逆位相の振動によって振動側となる構造材１８の振動が停止し、該構造材１８の連成に起因した附帯物の振動が停止する。
【００１５】
図４乃至図７に前記アクティブ制振ポール１により制振する構造モデルを示す。
【００１６】
図４は柱及び梁に支持された上床の振動を下床を支持系として制振する構造モデルを示し、上床３０と下床３１とをアクティブ制振ポール１により上下に連結しており、前記アジャスター８の座板１１は振動源となる上床３０の振動の腹に当接している。該アクティブ制振ポール１の制御部３には、図１及び図３にて説明した制御系が内蔵してあり、前記コントローラ２５は、振動ピックアップ２３の出力に基づいて上床３０の振動をキャンセルする。このため、上床３０の振動が制振され、上床３０に設置されている機器の連成振動が規制される。
【００１７】
図５は異なる支持構造に設置されたラーメン３２，３３の梁３４，３５間を前記アクティブ制振ポール１により上下に連結して制振する構造モデルを示し、一方の梁３４と他方の梁３５とをアクティブ制振ポール１により連結している。この場合も、アクティブ制振ポール１は振動の腹に設置される。
【００１８】
コントローラ２５は、前記振動ピックアップ２３の出力に基づいて一方の梁３４の振動をキャンセルする周期、位相角及び振幅を演算し、該演算値に対応する駆動電流を夫々対応する周期、位相角で静電アクチュエータ４に供給する。このため、一方の梁３４の振動が制振され、一方の梁３４の振動に起因した連成振動が規制される。
【００１９】
図６は他の制振モデルを示し、柱３６〜３９によって水平に支持された梁４０，４１同士を前記アクティブ制振ポール１により水平に連結して制振する構造モデルを示している。アクティブ制振ポール１は上記と同様に、振動の腹に設置される。コントローラ２５は、前記振動ピックアップ２３の出力に基づいて一方の梁４０の振動をキャンセルする周期、位相角及び振幅を演算し、演算値に対応した駆動電流を夫々対応する周期、位相角で静電アクチュエータ４に供給する。このため、一方の梁４０の振動が制振され、この梁４０を振動源とする連成振動が停止する。
【００２０】
図７は同一柱に支持された床３０，３１又は梁４０，４１同士を前記アクティブ制振ポール１により上下に連結して異なるモードの振動を制振するようにした構造モデルを示している。この場合も、前記アクティブ制振ポール１は各振動モードの腹に夫々設置される。ここで、前記コントローラ２５によって、各アクティブ制振ポール１毎にローカルに制振し、一方の床３０又は一方の梁４０の振動を制振することも可能であるが、この実施の形態では、各アクティブ制振ポール１の各振動ピックアップ２３の出力値を一つのコントローラ２５Ａに出力し、このコントローラ２５Ａにより一括して制振している。この場合、コントローラ２５Ａは、各振動モードのマップを作成すると共に、該マップに対応して振動をキャンセルする制振マップを作成し、該制振マップに基づいて各アクティブ制振ポール１の静電アクチュエータ４を駆動している。
【００２１】
このように、本発明の各実施形態では、アクティブ制振ポール１は、構造材１２、床３１、梁３５、梁４１を反力源として構造材１８，床３０，梁３４，梁４０の振動を制振するが、反力源としての構造材１２、床３１、梁３５、梁４１に振動発生源が設置されている場合には振動を良好に規制し得ない。
【００２２】
然るときには、構造材１２、床３１、梁３５、梁４１の振動を加速度計等の振動ピックアップにより検出し、構造材１８，床３０，梁３４，梁４０の振動を夫々キャンセルする必要がある。
【００２３】
例えば、前記カバー２７内又は、前記調節ねじ１０内に周知の加速度センサ（図示せず）を内蔵して、該加速度センサの検出値を前記コントローラ２５、コントローラ２５Ａに入力し、該コントローラ２５，２５Ａにより、夫々、加速度センサの出力値に基づいて、夫々、構造材１２、床３１、梁３５、梁４１及び構造材１８，床３０，梁３４，梁４０の振動を相殺する周期、位相角、振幅を演算させ、該振幅に対応する駆動電流を夫々対応する周期、位相角で前記静電アクチュエータ４に出力すればよい。
【００２４】
なお、前記各実施の形態において、弾性体７として、軸方向には硬く、軸方向と直交する方向には柔らかい低反発ゴム、又は、鋼板５０，５０間にそれぞれ低反発ゴム等の粘弾性体５１…を介在した積層ゴムを用いてもよい。然るときには、振動による剪断力が低反発ゴム又は粘弾性体によって吸収され、剪断力から静電アクチュエータ４が保護される。また、各実施の形態のアクティブ制振ポールの説明においては、ポール２に制御部３を連結し、制御部３に対して制振部５、すなわち、静電アクチュエータ２０を同軸に且つ切離自在に連結する構造として、ポール２と制御部３とを一体のユニットとして取り扱う説明をしたが、該制御部３をポール２より切り離して別の場所に設置する一方、ポール２の他端部に前記底板１９と接続ブロック２０とを取付けて、該接続ブロック２０の軸芯部に形成されたガイド孔２１に前記静電アクチュエータ４の出力軸２２を嵌合する構造とし、アクティブフポールの設置後において、信号線挿入孔２８を利用して電気配線をしてもよい。
【００２５】
このように、本発明は、本発明の制振を逸脱しない限り種々の改変を為すことができ、そして、本発明が該改変されたものに及ぶことは当然である。
【００２６】
【発明の効果】
請求項１記載の発明は、同一若しくは異なる支持構造に支持され且つ互いに所定距離隔てて配設された二体の構造材の一方にポールの一端部を連結すると共に、該ポールの他端部を、弾性体と静電アクチュエータとを直列に接続して成る制振手段を介して前記構造材の他方に接続し、前記静電アクチュエータを制振対象側の構造材の振動を相殺する位相角、振幅で駆動するように構成している。このため、静電アクチュエータにより、振動側の構造材の制振を線型的に制振することが可能となり、確実な制振が可能となる。また、制振のための質量体を不要とし、ローカルに配置することが可能なため、構造物の制振に可及的に貢献することができる。
【００２７】
この発明は、制振手段と構造材との間に互いの付勢力を調節して前記弾性体及び前記静電アクチュエータのプレロードを設定するアジャスターを介設したので、弾性体のプレロードを設定精度が可及的に改善され、制振の精度を可及的に向上することができる。
【００２８】
また、この発明は、前記制振手段と構造材とに作用する付勢力を検出するプレロード設定手段を設けたので、弾性力の軸力調節による静電アクチュエータの設定作業を簡便化することができる。
そして、この構成では、前記制御部内には、一方の構造材の振動を検出するための振動ピックアップと各種信号を増幅するアンプと該アンプからの出力信号を演算処理して静電アクチュエータを制御し、告知手段に出力するコントローラとが内蔵されて成るので、前記軸力検出手段である変位センサの検出値と、前記振動ピックアップの検出値は、夫々、アンプにより増幅され、コントローラに入力され、コントローラは、軸力検出手段たる変位センサの出力値が、静電アクチュエータの線形制御が可能な設定値に到達したとき、告知手段に出力するように構成されているところ、前記告知手段によりプレロードの設定完了信号が自動的に告知され、プレロードの設定精度が可及的に向上し、プレロード設定作業性が大幅に改善されることになる。
【００２９】
更に、請求項２記載の発明は、前記制振手段と前記ポールとを軸方向に分離自在に構成し、前記二体の構造材間距離に基づいて選択された長さのポールを前記制振手段に連結するように構成したから、前記請求項１記載の発明の効果に加え、ポールの長さの選定によって、スパンの異なる種々の構造物の制振に容易に対応することができる。
【００３０】
更に、請求項３記載の発明は、異なるモードの振動を制振するために、同一若しくは異なる支持構造に支持され且つ互いに所定距離隔てて配設された二体の構造材の異なるモードの振動を規制するために、各振動モードの腹に請求項１記載のアクティブ制振ポールを夫々配設して制振するようにしたから、異なるモードの振動を制振することができる等、正に、著大なる効果を奏する発明である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係るアクティブ制振ポールを示す一部切欠断面図である。
【図２】アクティブ制振ポールの制振部の構造を示す一部切欠要部詳細断面図である。
【図３】アクティブ制振ポールの制御系のブロック図である。
【図４】柱及び梁に支持された上床の振動を下床を支持系として制振するための構造モデルを示す図である。
【図５】ラーメンの梁間をアクティブ制振ポールにより上下に連結して制振する構造モデルを示す図である。
【図６】柱間を水平に接続する梁間の振動を制振するための構造モデルを示す図である。
【図７】同一柱に支持された床又は梁同士を前記アクティブ制振ポールにより上下に連結して異なるモードの振動を制振する構造モデルを示す図である。
【符号の説明】
２  ポール
４  静電アクチュエータ
６  制振手段
７  弾性体
１２  構造材
１８  構造材
【図１】
0004229537.tif 000002
【図２】
0004229537.tif 000003
【図３】
0004229537.tif 000004
【図４】
0004229537.tif 000005
【図５】
0004229537.tif 000006
【図６】
0004229537.tif 000007
【図７】
0004229537.tif 000008