JP2008190617A - アクティブ制振装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、アクティブ制振装置に関し、簡易な構成で微振動を素早く抑制し、コストのかからないアクティブ制振装置を提供することが課題である。
【解決手段】制振対象物2に固定して取り付けられるピエゾアクチュエータ3と、制振対象物に固着される加速度センサー4と、前記ピエゾアクチュエータ及び前記加速度センサーにそれぞれ電気的に接続され前記制振対象物で発生した振動によって起こされる加速度センサーの信号に応じて前記ピエゾアクチュエータにフィードバックして制御された出力電圧を印可する圧電アンプ5とで構成されているアクティブ制振装置1とする。
【選択図】図1
【解決手段】制振対象物2に固定して取り付けられるピエゾアクチュエータ3と、制振対象物に固着される加速度センサー4と、前記ピエゾアクチュエータ及び前記加速度センサーにそれぞれ電気的に接続され前記制振対象物で発生した振動によって起こされる加速度センサーの信号に応じて前記ピエゾアクチュエータにフィードバックして制御された出力電圧を印可する圧電アンプ5とで構成されているアクティブ制振装置1とする。
【選択図】図1
Description
本発明は、例えば、オフィス,クリーンルーム等を有する半導体工場若しくはバイオ関連施設や、病院若しくは介護施設等の床等における微振動をアクティブに制振するアクティブ制振装置に関するものである。
近年、梁の長大化等により、半導体工場や精密機械工場、病院における床振動が人に与える悪影響に関する問題がクローズアップされている。従来は、梁の剛性若しくは床剛性などのパッシブ制振の受動要素を用いた制振装置が実用化されている。例えば、制振用の重りとこの重りを弾性的に支持するバネ材とこれらを上下方向に移動自在に支持する框体とからなる床制振装置が知られている(特許文献1参照)。
また、前記床制振を効率的に且つ安全に、信頼性に優れた制振方法としてアクティブ制振方法が知られており、例えば、制御対象に取り付けられる基盤と、該基盤に立設された支柱と、この支柱に支持される駆動コイルと、この駆動コイルが挿入され前記支柱に上下動自在に設けられた錘となるダンパ本体と、このダンパ本体に設けられこのダンパ本体を励磁する励磁コイルと、ダンパ本体を前記基盤に弾性的に支持する付勢する部材と、前記駆動コイルに制御力を入力するコントローラとを備えたアクティブ制振装置が知られている(特許文献2参照)。
特開平10−317505号公報
特開2001−317584号公報
しかし、従来のパッシブ制振装置では、床の挙動に応じて最適な値にチューニングされていないと、十分な性能が期待できないおそれがある。また、従来のアクティブ制振装置では、経済的にコストが嵩み、周辺装置も含めると大掛かりなシステムを構築しなければならない。更に、ピエゾアクチュエータを利用したアクティブ制振装置の開発については、アクティブ制御コントローラやハードの設計に高度な技術と高い費用とが必要となる。本発明に係るアクティブ制振装置は、このような課題を解決して高い制振性能を発揮して、人が不快に感じる微小な床振動を効果的に低減するために提案されたものである。
本発明に係るアクティブ制振装置の上記課題を解決して目的を達成する要旨は、制振対象物に固定して取り付けられるピエゾアクチュエータと、制振対象物に固着される加速度センサーと、前記ピエゾアクチュエータ及び前記加速度センサーにそれぞれ電気的に接続され前記制振対象物で発生した振動によって起こされる加速度センサーの信号に応じて前記ピエゾアクチュエータにフィードバックして制御された出力電圧を印可する圧電アンプとで構成されていることである。
前記ピエゾアクチュエータは、制振対象物の床を支持する梁に所要間隔で離間させて立設した剛性ブロック間に、当該ピエゾアクチュエータの軸心方向に圧縮力のみが負荷された状態で架設されていること、;
前記ピエゾアクチュエータの軸心方向に、予圧ジャッキが介装されてピエゾアクチュエータが剛性ブロック間に架設されていること、;
前記ピエゾアクチュエータと剛性ブロックとの接触部分には、当該ピエゾアクチュエータに軸心方向にのみ圧縮力が作用するように、半球とこの半球に接触する断面V型の凹溝とが設けられていること、;
を含むものである。
前記ピエゾアクチュエータの軸心方向に、予圧ジャッキが介装されてピエゾアクチュエータが剛性ブロック間に架設されていること、;
前記ピエゾアクチュエータと剛性ブロックとの接触部分には、当該ピエゾアクチュエータに軸心方向にのみ圧縮力が作用するように、半球とこの半球に接触する断面V型の凹溝とが設けられていること、;
を含むものである。
本発明に係るアクティブ制振装置によれば、ピエゾアクチュエータと、加速度センサーと、圧電アンプとの、部品点数の少ない簡易なシステム構成で、一般の事務所建築や半導体工場,バイオ関連施設、若しくは病院等における、振動に対して要求性能が高い建物の床振動を効果的に低減することができる。従来のパッシブ制振装置のような手間の掛かるチューニングを必要としないので、制振性能が安定していて信頼性が高まる。
また、アクティブ制振において必要だった制御用コントローラや複雑な制御ソフトの開発も必要なく、極めて廉価に構成することができる。部品点数も少ないので、部品管理が容易であると共に、対象物に対する設置工数も短期で済むという優れた効果を奏するものである。
また、アクティブ制振において必要だった制御用コントローラや複雑な制御ソフトの開発も必要なく、極めて廉価に構成することができる。部品点数も少ないので、部品管理が容易であると共に、対象物に対する設置工数も短期で済むという優れた効果を奏するものである。
また、ピエゾアクチュエータは、制振対象物の床を支持する梁に所要間隔で離間させて立設した剛性ブロック間に、当該ピエゾアクチュエータの軸心方向に圧縮力のみが負荷された状態で架設されているので、ピエゾアクチュエータの取付が可能となり、その伸長により強いトルクが発生して剛性ブロックに力が効率的に伝達する。
ピエゾアクチュエータの軸心方向に、予圧ジャッキが介装されてピエゾアクチュエータが剛性ブロック間に架設されているので、このピエゾアクチュエータに圧縮力を容易に付与することができる。
ピエゾアクチュエータと剛性ブロックとの接触部分には、当該ピエゾアクチュエータに軸心方向にのみ圧縮力が作用するように、半球とこの半球に接触する断面V型の凹溝とが設けられているので、前記半球によって自動調心されて、ピエゾアクチュエータの設置が容易となって工期が短縮される。
ピエゾアクチュエータの軸心方向に、予圧ジャッキが介装されてピエゾアクチュエータが剛性ブロック間に架設されているので、このピエゾアクチュエータに圧縮力を容易に付与することができる。
ピエゾアクチュエータと剛性ブロックとの接触部分には、当該ピエゾアクチュエータに軸心方向にのみ圧縮力が作用するように、半球とこの半球に接触する断面V型の凹溝とが設けられているので、前記半球によって自動調心されて、ピエゾアクチュエータの設置が容易となって工期が短縮される。
本発明に係るアクティブ制振装置1の構成は、図1に示すように、建物の床等の制振対象物2に固定して取り付けられるピエゾアクチュエータ3と、制振対象物2に固着される加速度センサー4と、圧電アンプリファイヤ(以下、アンプ)5と、これらに給電する電源装置6とから、概ね構成されている。
前記ピエゾアクチュエータ3及び前記加速度センサー4は、前記圧電アンプ5にそれぞれ電気的に接続されている。前記制振対象物2で発生した振動によって起こされる加速度センサー4の信号に応じて制御電圧指令として前記圧電アンプ5で増幅され、それにより増幅された制御電圧がピエゾドライバ5a(圧電アンプに組み込まれている)を介して前記ピエゾアクチュエータ3にフィードバックされ印可される。
前記ピエゾアクチュエータ3は、図2に示すように、制振対象物の床を支持する梁(H型鋼、I型鋼)2に所要間隔で離間させて立設した剛性ブロック2a,2b間に、当該ピエゾアクチュエータ3の軸心方向に圧縮力のみが負荷された状態で架設されている。このピエゾアクチュエータ3は、ピエゾ圧電効果を応用した位置決め素子であり、エネルギ変換効率の良いセラミック素子による積層型のピエゾアクチュエータである。また、この積層型ピエゾアクチュエータは、偏った力や剪断応力、張力には構造的に弱いので、軸力のみ作用するように設置するものである。
このように、積層型のピエゾアクチュエータ3は、引っ張りが作用するのを避けるために、圧力が掛かった状態で使用するので、予め、その軸心方向に、予圧ジャッキ7を介装させて、設置の際に容易に予圧を負荷することができるようにする。
前記ピエゾアクチュエータ3と剛性ブロック2aとの接触部分には、当該ピエゾアクチュエータ3に軸心方向にのみ圧縮力が作用するように、真鍮製の位置決め用金具8,9を用意し、自動調心となるように、例えば鋼製の半球10と、この半球10に接触する断面V型の凹溝8a,9aとが設けられている。
このような構成のアクティブ制振装置1の設置には、前記架設用の剛性ブロック2a,2bを梁2に用意する。既存の梁2に剛性ブロックが備わっていない場合には、溶接等の固着方法により、所要の間隔で離間させ、互いに対向面が平行になるようにして、剛性ブロック2a,2bを固着する。
前記剛性ブロック2a,2b間に、位置決め用金具8,9とピエゾアクチュエータ3とを差し入れ、予圧ジャッキ7を前記位置決め用金具9と剛性ブロック2bとの間に介装させ、この予圧ジャッキ7のロッド7aを伸長させて、全体を剛性ブロック2a,2b間に架設し固定する。この設置作業を更に容易にするために、前記位置決め用金具8,9と、ピエゾアクチュエータ3と予圧ジャッキ7本体部を載置する載せ台(図2中で破線で示す)11を形成しておいて、設置の際には、前記予圧ジャッキ7のロッド7aを伸長させるようにすれば、作業者が一人でも設置することが可能である。
前記ピエゾアクチュエータ3の設置が完了すれば、前記加速度センサー4を梁2に貼着し、前記ピエゾアクチュエータ3と加速度センサー4とを圧電アンプ5へ電気的に接続し、この圧電アンプ5を電源装置6に接続しておけば、アクティブ制振装置1の設置が完了する。なお、この取り付けの手順は、変更可能であり、この手順に限定されるものではない。
前記アクティブ制振装置1は、図3乃至図4に示すように、振動に対する要求性能が高い床を支持する小梁2の長手方向に沿って、必要に応じて、複数個のピエゾアクチュエータ3が取り付けられる。そして、外乱によって前記加速度センサー4がそれを感知して、その信号を圧電アンプ5に送り、その外乱に見合った出力電圧が当該圧電アンプ5からピエゾドライバ5aを介して制御電圧としてピエゾアクチュエータ3に印可される。
これにより床などに加わる微小な振動に対して、床揺れの応答を低減する。ピエゾアクチュエータ3は高速の応答性により位置決めされ、伸縮するので、衝撃振動のような外乱に対しても有効に作用する。また、ピエゾアクチュエータ3は、約5トン程度の荷重まで耐えられるものであり、且つ、アクチュエータの中でも上記のように最も早い応答性をもつので、微振動の制振には十分である。
本発明に係るアクティブ制振装置1は全体としてコンパクトに構成されるので、床下にわずかな隙間が有れば容易に設置することができる。そして、図5(A),(B)乃至図7に、このアクティブ制振装置1による制御の有無による、加速度,フーリエ振幅の制振の様子を示す。この実験は、図5(A)に示すように、SS400H形鋼(H100×100×6×8)にピエゾアクチュエータ(寸法:25×25×20 mm)を取付け、端部の起振器により正弦波加振時での外乱を発生させて、それによる梁の振動の揺れが、いかに低減されるかを実験するものである。また、図5(B)にその実験の概略的なブロックチャートを示す。
前記起振器によって起こされる外乱による、その近傍に設置した第1の加速度計における波形を図6(A)に示す。そして、前記起振器の外乱が伝わった場合に、非制振状態(0〜10秒)と制振状態(10秒以後)における第2の加速度計の波形を図6(B)に示す。また、図7に非制振時及び制振時での記録波形のフーリエスペクトル結果を示す。このように、梁の第1次振動数(人体に不快感を与える)において、明確な効果が表れていおり、周波数領域での制振性能が確認できる。
本発明の他の実施例に係るアクティブ制振装置1aとして、図8に示すように、床にバネ13を介して吊持された錘12によるパッシブ型制振装置に、MR(磁気粘性流体)ダンパ14とピエゾアクチュエータ3とを追加して構成したものである。この様なアクティブ制振装置1aにより、床に加わる振動により、前記ピエゾアクチュエータ3に制御電圧が印可されて力を発生し、床揺れと反対方向にバネマスを強制加振し、MRダンパ14の減衰力と組み合わさって、床揺れ応答を低減するものである。このように構成することで、パッシブ型制振装置をアクテイブ型制振装置に変換することが容易にできるものである。
1 アクティブ制振装置、
2 制振対象物、
2a,2b 剛性ブロック、
3 ピエゾアクチュエータ、
4 加速度センサー、
5 圧電アンプ、 5a ピエゾドライバ、
6 電源装置、
7 予圧ジャッキ、 7a ロッド、
8,9 位置決め用金具、
8a,9a 凹溝、
10 半球
11 載せ台、
12 錘、
13 バネ、
14 MR(磁気粘性流体)ダンパ。
2 制振対象物、
2a,2b 剛性ブロック、
3 ピエゾアクチュエータ、
4 加速度センサー、
5 圧電アンプ、 5a ピエゾドライバ、
6 電源装置、
7 予圧ジャッキ、 7a ロッド、
8,9 位置決め用金具、
8a,9a 凹溝、
10 半球
11 載せ台、
12 錘、
13 バネ、
14 MR(磁気粘性流体)ダンパ。
Claims (4)
- 制振対象物に固定して取り付けられるピエゾアクチュエータと、
制振対象物に固着される加速度センサーと、
前記ピエゾアクチュエータ及び前記加速度センサーにそれぞれ電気的に接続され前記制振対象物で発生した振動によって起こされる加速度センサーの信号に応じて前記ピエゾアクチュエータにフィードバックして制御された出力電圧を印可する圧電アンプとで構成されていること、
を特徴とするアクティブ制振装置。 - ピエゾアクチュエータは、制振対象物の床を支持する梁に所要間隔で離間させて立設した剛性ブロック間に、当該ピエゾアクチュエータの軸心方向に圧縮力のみが負荷された状態で架設されていること、
を特徴とする請求項1に記載のアクティブ制振装置。 - ピエゾアクチュエータの軸心方向に、予圧ジャッキが介装されてピエゾアクチュエータが剛性ブロック間に架設されていること、
を特徴とする請求項2に記載のアクティブ制振装置。 - ピエゾアクチュエータと剛性ブロックとの接触部分には、当該ピエゾアクチュエータに軸心方向にのみ圧縮力が作用するように、半球とこの半球に接触する断面V型の凹溝とが設けられていること、
を特徴とする請求項2乃至3のいずれかに記載のアクティブ制振装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2007025464A JP2008190617A (ja) | 2007-02-05 | 2007-02-05 | アクティブ制振装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2007025464A JP2008190617A (ja) | 2007-02-05 | 2007-02-05 | アクティブ制振装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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ID=39750900
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JP2007025464A Pending JP2008190617A (ja) | 2007-02-05 | 2007-02-05 | アクティブ制振装置 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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2007
- 2007-02-05 JP JP2007025464A patent/JP2008190617A/ja active Pending
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A977 | Report on retrieval |
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A02 | Decision of refusal |
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