JP5959324B2 - 振動制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、振動制御装置に関する。

制振対象構造物と固定基礎との間に配置され、アクティブ制震用のアクチュエータとして機能する積層型圧電素子を備えた構造物制震装置が知られている（例えば、特許文献１）。

特開２００２−０７０９３３号公報

しかしながら、特許文献１に開示された技術では、制振対象構造物と固定基礎との間に積層型圧電素子を配置するため、積層型圧電素子の取り付け作業に手間がかかる。

本発明は、上記の事実を考慮し、圧電素子の取り付け作業の手間を低減することができる振動制御装置を得ることを目的とする。

請求項１に記載の振動制御装置は、振動制御対象物に設けられると共に引張力が導入された引張材に取り付けられ、該引張材を前記引張力の導入方向に伸縮させる振動制御用圧電素子と、前記振動制御対象物の振動を検出する振動検出センサと、前記振動検出センサの出力に基づいて、前記振動制御用圧電素子に前記引張材を伸縮させ、前記振動制御対象物の振動を制御する振動制御部と、を備えている。

請求項１に係る振動制御装置によれば、振動制御部が、振動制御対象物の振動を検出する振動検出センサの出力に基づいて振動制御用圧電素子に引張材を伸縮させる。この際、振動制御用圧電素子は、引張材を引張力の導入方向に伸縮させる。これにより、振動制御対象物の振動を制御する。従って、振動制御対象物の振動を低減することができる。

また、本発明では、振動制御対象物に設けられた引張材に振動制御用圧電素子を取り付けるため、振動制御用圧電素子の取り付け作業の手間を低減することができる。

請求項２に記載の振動制御装置は、振動制御対象物に設けられると共に引張力が導入された引張材に取り付けられ、前記振動制御対象物の振動に伴う前記引張材の伸縮によって前記引張力の導入方向に伸縮される振動検出用圧電素子と、前記振動検出用圧電素子の圧電信号に基づいて、前記振動制御対象物の振動性状を分析する振動性状分析部と、を備えている。

請求項２に係る振動制御装置によれば、振動分析部が、振動検出用圧電素子の圧電信号に基づいて振動制御対象物の振動性状を分析する。

ここで、振動制御対象物の振動性状は、当該振動制御対象物の損傷や経年劣化等によって変化するところ、例えば、振動分析部によって定期的に振動制御対象物の振動性状を分析しておくことにより、振動制御対象物の振動性状の変化が把握可能になる。この振動性状の変化から振動制御対象物の損傷や経年劣化等の有無、即ち、振動制御対象物の健全性を判定することができる。

また、本発明では、振動制御対象物に設けられた引張材に振動検出用圧電素子を取り付けるため、振動検出用圧電素子の取り付け作業の手間を低減することができる。

請求項３に記載の振動制御装置は、請求項１又は請求項２に記載の振動制御装置において、前記引張材が、線材であり、前記振動制御用圧電素子又は振動検出用圧電素子が、前記線材の外周面へ貼り付けられた膜型圧電素子である。

請求項３に係る振動制御装置によれば、振動制御用圧電素子又は振動検出用圧電素子としての膜型圧電素子を線材の外周面に貼り付けるため、膜型圧電素子の取り付け作業の手間を低減することができる。

本発明は、上記の構成としたので、圧電素子の取り付け作業の手間を低減することができる。

本発明の第１実施形態に係る振動制御装置が設置された張弦梁を模式的に示す立面図である。 図１に示される振動制御用圧電素子が取り付けられた張弦材の一端部を示す斜視図である。 図１に示される振動制御装置による梁材の制振方法を説明する説明図であり、（Ａ）は振動制御用圧電素子によって張弦材を収縮させた状態を模式的に示す図１に相当する立面図であり、（Ｂ）は張弦材を伸張させた状態を模式的に示す図１に相当する立面図である。 本発明の第２実施形態に係る振動制御装置が設置された張弦梁を模式的に示す立面図である。 本発明の第１実施形態に係る振動制御装置の変形例が適用された階段を模式的に示す側面図である。 本発明の第１実施形態に係る振動制御装置の変形例が適用されたガラススクリーンを模式的に示す縦断面図である。 本発明の第１実施形態に係る振動制御装置の変形例が適用された屋根材を模式的に示す図であり、（Ａ）は斜視図であり、（Ｂ）は図７（Ａ）の７Ｂ−７Ｂ線断面図である。 本発明の第１実施形態に係る振動制御装置の変形例が適用された片持ち式の屋根材を模式的に示す側面図である。 本発明の第１実施形態に係る振動制御装置の変形例が適用されたプレキャスト梁を模式的に示す立面図である。 本発明の第１実施形態に係る振動制御装置の変形例が適用された斜張橋を模式的に示す立面図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態に係る振動制御装置について説明する。なお、各図において適宜示される矢印Ｖは、振動制御対象物の振動方向を示している。

先ず、第１実施形態について説明する。

図１には、第１実施形態に係る振動制御装置３０が設置された張弦梁１０が示されている。張弦梁１０は、例えば、構造物の屋根材を支持するものであり、構造物の頂部に設けられている。この張弦梁１０は、一対の支持部材１２の間に架設された梁材１４と、梁材１４の両端部１４Ａ，１４Ｂ間に張り渡された引張材としての張弦材１６と、梁材１４と張弦材１６と連結する連結部材としての複数（本実施形態では、３つ）の束材１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃとを備えている。

梁材１４は全体として上方へ凸を成すように湾曲されており、その両端部１４Ａ，１４Ｂが一対の支持部材１２にそれぞれ支持されている。この梁材１４は、地震時や強風時に、その両端部１４Ａ，１４Ｂを支点として上下方向（矢印Ｖ方向）に振動するようになっている。なお、梁材１４の両端部１４Ａ，１４Ｂと一対の支持部材１２とは、ピン接合でも良いし、剛接合でも良い。

梁材１４の下方には、張弦材１６が配置されている。張弦材１６は、ＰＣ鋼線やストランド等の線材で構成されている。この張弦材１６は、梁材１４と反対側（下方）へ凸を成すように湾曲された状態で、梁材１４の両端部１４Ａ，１４Ｂ間に張り渡されている。

梁材１４と張弦材１６との間には、複数の束材１８Ａ〜１８Ｃが配置されている。各束材１８Ａ〜１８Ｃは、梁材１４及び張弦材１６と交差する方向に延びる長手材とされており、梁材１４及び張弦材１６の軸方向に間隔を空けて配置されている。具体的には、束材１８Ｂは梁材１４及び張弦材１６の長手方向中央部に配置され、束材１８Ａ，１８Ｃは束材１８Ｂの両側にそれぞれ配置されている。

また、各束材１８Ａ〜１８Ｃは、各々の長手方向一端部（上端部）が梁材１４に連結されると共に、各々の長手方向他端部（下端部）が張弦材１６に連結されている。これらの束材１８Ａ〜１８Ｃによって梁材１４と張弦材１６との間隔が保持されている。

振動制御装置３０は、前述した振動制御対象物としての梁材１４の振動を低減するアクティブ制振装置である。この振動制御装置３０は、張弦材１６を軸方向に伸縮させることにより、束材１８Ａ〜１８Ｃを介して梁材１４に制御力（制振力）を付与するアクチュエータとしての振動制御用圧電素子３２と、梁材１４の振動（の加速度）を検出する振動検出センサとしての加速度センサ３４と、加速度センサ３４で検出された梁材１４の加速度に基づいて、振動制御用圧電素子３２に電圧を印加し、当該振動制御用圧電素子３２に張弦材１６を伸縮させる振動制御部３６とを備えている。

振動制御用圧電素子３２は、張弦材１６の両端部１６Ａ，１６Ｂにそれぞれ取り付けられている。図２に示されるように、各振動制御用圧電素子３２は、可撓性を有するシート状の膜型圧電素子で構成されている。なお、膜型圧電素子とは、例えば、繊維状の圧電セラミックの束で形成された繊維シートの両面に、電極がプリントされたポリイミドフィルムをエポキシ樹脂により接着したものであり、印加された電圧に応じて所定方向（矢印Ｄ方向）に収縮する（歪む）ように構成されている。

振動制御用圧電素子３２は、その伸縮方向（歪み方向）を張弦材１６の軸Ｏ方向にして当該張弦材１６の一端部１６Ａの外周面に巻き付けられており、エポキシ樹脂等の接着剤によって張弦材１６の外周面に貼付（接着）されている。この振動制御用圧電素子３２に所定間隔で電圧を印加し、当該振動制御用圧電素子３２を矢印Ｄ方向に伸縮させることにより、振動制御用圧電素子３２が貼付された張弦材１６の一端部１６Ａが軸方向に伸縮され、図１に示されるように、張弦材１６がその両端部１６Ａ，１６Ｂを支点として梁材１４の振動方向と同方向（矢印Ｓ方向）に振動するようになっている。また、この張弦材１６の振動に伴って、各束材１８Ａ〜１８Ｃを介して梁材１４が振動方向（矢印Ｖ方向）へ加振されるようになっている。つまり、各振動制御用圧電素子３２によって張弦材１６の両端部１６Ａ，１６Ｂを軸方向に伸縮させることにより、束材１８Ａ〜１８Ｃ介して梁材１４に振動方向の制御力Ｆ（図３（Ａ）参照）が付与されるようになっている。

また、各振動制御用圧電素子３２には、振動制御部３６が電気的に接続されている。振動制御部３６は、一般的なフィードバック回路を有する電気回路等で構成されており、加速度センサ３４の出力（加速度センサ３４で検出された梁材１４の加速度）に基づいて、当該梁材１４の振動を打ち消すように、各振動制御用圧電素子３２に印加する電圧をフィードバック制御するものである。

具体的には、振動制御部３６には、梁材１４の振動を検出する振動検出センサとしての加速度センサ３４が電気的に接続されている。加速度センサ３４は、梁材１４の長手方向中央部に取り付けられており、検出した梁材１４の加速度を加速度情報として振動制御部３６に出力するようになっている。この加速度情報に基づいて、例えば、振動制御部３６が梁材１４と逆位相の制御力Ｆを算出し、算出された制御力Ｆが束材１８Ａ〜１８Ｃを介して梁材１４に付与されるように、各振動制御用圧電素子３２に所定間隔で電圧を印加する。つまり、振動制御部３６は、梁材１４の加速度が大きくなったときに、束材１８Ａ〜１８Ｃを介して梁材１４に付与される制御力Ｆが大きくなるように各振動制御用圧電素子３２に印加する電圧を増加し、梁材１４の加速度が小さくなったときに、束材１８Ａ〜１８Ｃを介して梁材１４に付与される制御力Ｆが小さくなるように、各振動制御用圧電素子３２に印加する電圧を減少する。

なお、振動制御部３６は、例えば、加速度センサ３４で検出された梁材１４の加速度情報を増幅する増幅器、及び増幅器で増幅された加速度情報をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器等を含んで構成しても良い。

次に、第１実施形態の作用について説明する。

地震時や強風時に梁材１４がその両端部１４Ａ，１４Ｂを支点として振動（矢印Ｖ方向）すると、加速度センサ３４が梁材１４の加速度を検出し、加速度情報として振動制御部３６に出力する。この加速度情報に基づいて、振動制御部３６が梁材１４と逆位相の制御力Ｆ（図３（Ａ）参照）を算出すると共に、算出された制御力Ｆが束材１８Ａ〜１８Ｃを介して梁材１４に付与されるように、各振動制御用圧電素子３２に所定間隔で電圧を印加し、各振動制御用圧電素子３２を伸縮させる。これにより、各振動制御用圧電素子３２が貼付された張弦材１６の両端部１６Ａ，１６Ｂが軸方向に伸縮を繰り返し、張弦材１６がその両端部１６Ａ，１６Ｂを支点として梁材１４の振動方向と同方向（矢印Ｓ方向）へ振動する。この張弦材１６の振動に伴って、梁材１４の振動と逆位相の制御力Ｆが束材１８Ａ〜１８Ｃを介して梁材１４に付与される。これにより、梁材１４の振動が打ち消されるため、梁材１４の振動が低減される。

より詳細に説明すると、図３（Ａ）に示されるように、各振動制御用圧電素子３２に電圧を印加し、これらの振動制御用圧電素子３２を収縮させると、各振動制御用圧電素子３２が貼付された張弦材１６の両端部１６Ａ，１６Ｂが収縮し、当該張弦材１６に引張力（張力）が導入される。これにより、張弦材１６の全長が短くなり、束材１８Ａ〜１８Ｃを介して梁材１４が上方へ押し上げられる。この結果、梁材１４に制御力Ｆが付与される。

一方、図３（Ｂ）に示されるように、各振動制御用圧電素子３２に印加する電圧を停止し、収縮した各振動制御用圧電素子３２を復元（伸張）させると、各振動制御用圧電素子３２が貼付された張弦材１６の両端部１６Ａ，１６Ｂが元の長さに復元（伸張）し、当該張弦材１６に導入された引張力が放出される。これにより、張弦材１６の全長が元の長さに復元し、梁材１４及び束材１８Ａ〜１８Ｃが下方へ移動する。さらに、梁材１４及び束材１８Ａ〜１８Ｃ等の慣性力によって張弦材１６が下方へ押し下げられ、張弦材１６が軸方向に伸張する。

このように振動制御用圧電素子３２によって張弦材１６の両端部１６Ａ，１６Ｂを伸縮させ、張弦材１６を軸方向に伸縮させることにより、梁材１４の振動と逆位相の制御力Ｆが束材１８Ａ〜１８Ｃを介して梁材１４に付与される。したがって、梁材１４の振動が打ち消されるため、梁材１４の振動が低減される。

また、本実施形態では、張弦材１６の外周面に振動制御用圧電素子３２を貼付するため、振動制御用圧電素子３２の取り付け作業の手間が低減される。さらに、新設の張弦梁１０に限らず、既存の張弦梁１０に対しても振動制御用圧電素子３２を容易に取り付けることができる。したがって、振動制御装置３０の汎用性が向上する。

さらに、張弦材１６の両端部１６Ａ，１６Ｂに振動制御用圧電素子３２を取り付けることにより、例えば、張弦材１６の中央部に振動制御用圧電素子３２を取り付ける場合と比較して、振動制御用圧電素子３２の取り付け作業の手間がさらに低減される。張弦材１６の両端部１６Ａ，１６Ｂは、作業者の手が届き易いためである。

しかも、振動制御用圧電素子３２によって張弦材１６の両端部１６Ａ，１６Ｂを収縮させることにより、例えば、振動制御用圧電素子３２によって張弦材１６の中央部を収縮させる構成と比較して、小さい振動制御用圧電素子３２の収縮量（歪み量）で、所定の大きさの制御力Ｆを発生することができる。したがって、各振動制御用圧電素子３２の消費電力を低減することができ、また、各振動制御用圧電素子３２の小型化を図ることができる。

なお、本実施形態では、張弦材１６の両端部１６Ａ，１６Ｂに振動制御用圧電素子３２をそれぞれ取り付けた例を示したが、これに限らない。振動制御用圧電素子３２は、少なくとも１つあれば良く、その数や配置は適宜変更可能である。なお、前述したように、振動制御用圧電素子３２の消費電力等を低減する観点からすれば、振動制御用圧電素子３２は張弦材１６の一端部１６Ａ又は他端部１６Ｂに設けることが望ましい。

また、複数の振動制御用圧電素子３２を積層した状態で張弦材１６に取り付けることも可能である。この場合、振動制御用圧電素子３２の積層枚数に応じて振動制御用圧電素子３２の圧縮力を増加させることができる。さらに、複数の振動制御用圧電素子３２を張弦材１６の軸方向に隣接して取り付けも良い。この場合、振動制御用圧電素子３２の数に応じて、張弦材１６を収縮させる収縮量を増加することができる。

また、本実施形態では、梁材１４の振動を検出する振動検出センサとして加速度センサ３４を用いた例を示したが、これに限らない。振動検出センサとしては、例えば、速度センサ、変位センサを用いても良い。この場合、速度センサ又は変位センサで検出された梁材１４の速度又は変位に基づいて、振動制御部３６が、梁材１４の振動が打ち消されるように振動制御用圧電素子３２に印加する電圧を制御すれば良い。

また、本実施形態では、加速度センサ３４を梁材１４に取り付けた例を示したが、これに限らない。例えば、加速度センサ３４を張弦材１６に取り付け、間接的に梁材１４の加速度を検出することも可能である。また、振動検出センサとしては、後述する第２実施形態のように振動検出用圧電素子４４を用いることも可能である。

次に、第２実施形態について説明する。なお、第１実施形態と同様の構成のものは同符号を付すると共に、適宜省略して説明する。

図４には、第２実施形態に係る振動制御装置４０が開示されている。第２実施形態に係る振動制御装置４０は、梁材１４を強制的に振動させながら、当該梁材１４の振動性状を分析することにより、梁材１４の健全性を判定可能にする健全性判定装置である。この振動制御装置４０は、張弦材１６の他端部１６Ｂに取り付けられ、梁材１４に制御力を付与する振動制御用圧電素子３２と、振動制御用圧電素子３２に電圧を印加し、当該振動制御用圧電素子３２に張弦材１６を伸縮させる強制振動制御部４２と、張弦材１６の一端部１６Ａに取り付けられ、梁材１４の振動を検出する振動検出用圧電素子４４と、振動検出用圧電素子４４の圧電信号（振動検出用圧電素子４４で検出された梁材１４の振動）に基づいて、梁材１４の振動性状を分析する振動性状分析部４６とを備えている。

振動制御用圧電素子３２は、張弦材１６の他端部１６Ｂの伸縮させることにより、束材１８Ａ〜１８Ｃを介して梁材１４に制御力（加振力）Ｋを付与し、梁材１４を強制的に振動させるものである。この振動制御用圧電素子３２には、強制振動制御部４２が電気的に接続されている。強制振動制御部４２は、例えば、所定モード（例えば、１次モード）の梁材１４の固有振動数を少なくとも１つ含むランダム波やスリープ波等によって梁材１４が加振されるように、振動制御用圧電素子３２に印加する電圧を制御するように構成されている。

振動検出用圧電素子４４は、梁材１４の振動を検出する振動検出センサとして機能するものである。より具体的には、梁材１４の振動に応じて軸方向に伸縮する張弦材１６の伸縮量から梁材１４の振動を間接的に検出するものである。振動検出用圧電素子４４は、振動制御用圧電素子３２と同様に、膜型圧電素子で構成されており、伸縮方向を張弦材１６の軸方向にして当該張弦材１６の一端部１６Ａの外周面に巻き付けられている。また、振動検出用圧電素子４４は、張弦材１６の一端部１６Ａの外周面にエポキシ樹脂等の接着剤によって貼付（接着）されており、張弦材１６の軸方向の伸縮量に応じて伸縮する（歪む）ようになっている。この振動検出用圧電素子４４が伸縮することにより、張弦材１６の伸縮量、即ち梁材１４の振動に応じた圧電信号が後述する振動性状分析部４６へ出力されるようになっている。

振動検出用圧電素子４４には、振動性状分析部４６が電気的に接続されている。振動性状分析部４６は、振動検出用圧電素子４４から入力された圧電信号に基づいて梁材１４の振動性状（動特性）を分析（推定）するものである。この振動性状分析部４６は、例えば、振動検出用圧電素子４４から入力された圧電信号をＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）分析等し、梁材１４の振動性状として、当該梁材１４の所定モードの固有振動数を算出するように構成されている。

次に、梁材１４の振動性状の分析方法について説明すると共に、第２実施形態の作用について説明する。

先ず、強制振動制御部４２によって振動制御用圧電素子３２に所定間隔で電圧を印加し、振動制御用圧電素子３２に張弦材１６の他端部１６Ｂを伸縮させ、束材１８Ａ〜１８Ｃを介して梁材１４に振動方向（矢印Ｖ方向）の制御力Ｋを付与する。これにより、梁材１４が振動方向へ振動する。このとき、強制振動制御部４２は、所定のランダム波やスイープ波等によって梁材１４が加振されるように、振動制御用圧電素子３２に印加する電圧を制御する。

梁材１４が振動すると、梁材１４の振動が束材１８Ａ〜１８Ｃを介して張弦材１６へ伝達される。これにより、張弦材１６が梁材１４の振動に応じて軸方向に伸縮する。この張弦材１６の軸方向の伸縮に伴って、張弦材１６の一端部１６Ａに取り付けられた振動検出用圧電素子４４が伸縮（歪み）する。これにより、振動検出用圧電素子４４から梁材１４の振動に応じた圧電信号が振動性状分析部４６へ出力される。振動性状分析部４６は、振動検出用圧電素子４４から出力された圧電信号をＦＦＴ分析等し、梁材１４の振動性状として、当該梁材１４の所定モードの固有振動数を算出する。

ここで、梁材１４の振動性状は、当該の損傷や経年劣化等によって変化する。したがって、振動性状分析部４６によって、定期的（例えば、月１回）に梁材１４の振動性状を算出し、記憶しておくことにより、梁材１４の振動性状の変化が把握可能になる。この梁材１４の振動性状の変化から梁材１４の損傷や経年劣化等の有無、即ち、梁材１４の健全性を判定することができる。また、地震等の発生後に、振動制御装置４０によって梁材１４の振動性状を分析（推定）することにより、地震による梁材１４の損傷等の有無を判定することができる。本実施形態では、梁材１４の振動性状の一例として、梁材１４の所定モードの固有振動数を算出し、記憶しておくことにより、梁材１４の健全性を判定することができる。

また、本実施形態では、第１実施形態と同様に、張弦材１６の外周面に振動制御用圧電素子３２及び振動検出用圧電素子４４を貼付するため、振動制御用圧電素子３２及び振動検出用圧電素子４４の取り付け作業の手間が低減される。さらに、新設の張弦梁１０に限らず、既存の張弦梁１０に対しても振動制御用圧電素子３２及び振動検出用圧電素子４４を容易に設置することができる。したがって、振動制御装置４０の汎用性が向上すると共に、既存の張弦梁１０の損傷等の有無を容易に判定することができる。

さらに、第１実施形態と同様に、張弦材１６の両端部１６Ａ，１６Ｂに振動制御用圧電素子３２及び振動検出用圧電素子４４を取り付けることにより、例えば、張弦材１６の中央部に振動制御用圧電素子３２及び振動検出用圧電素子４４を取り付ける場合と比較して、振動制御用圧電素子３２の取り付け作業の手間がさらに低減される。

さらにまた、張弦材１６の中央部と比較して、振動時に軸方向の伸縮量が小さくなる張弦材１６の一端部１６Ａに振動検出用圧電素子４４を取り付けたことにより、振動検出用圧電素子４４の破損、損傷を抑制することができる。

なお、本実施形態では、梁材１４の振動性状として梁材１４の所定モードの固有振動数を振動性状分析部４６で算出した例を示したが、これに限らない。梁材１４の振動性状（動特性）としては、例えば、アクセレランス（加速度／制御力）、コンプライアンス（変位／制御力）、モビリティ（速度／制御力）等を用いることができる。

また、本実施形態では、張弦材１６の一端部１６Ａに振動検出用圧電素子４４を取り付け、張弦材１６の他端部１６Ｂに振動制御用圧電素子３２を取り付けた例を示したが、これに限らない。振動制御用圧電素子３２及び振動検出用圧電素子４４の配置は適宜変更可能であり、例えば、張弦材１６の一端部１６Ａに、振動制御用圧電素子３２及び振動検出用圧電素子４４を張弦材１６の軸方向に隣接して取り付けても良い。この場合、本実施形態のように張弦材１６の両端部１６Ａ，１６Ｂに振動制御用圧電素子３２、振動検出用圧電素子４４をそれぞれ取り付ける場合と比較して、振動制御用圧電素子３２及び振動検出用圧電素子４４の取り付け作業の手間がさらに低減される。また、張弦材１６の中間部に振動制御用圧電素子３２及び振動検出用圧電素子４４を取り付けることも可能である。

また、地震や強風等によって梁材１４が振動したときに、振動性状分析部４６によって梁材１４の振動性状を分析しても良い。この場合、振動制御用圧電素子３２は省略可能である。

また、本実施形態に係る振動制御装置４０は、上記第１実施形態に係る振動制御装置３０と適宜組み合わせることが可能である。具体的には、本実施形態における振動制御用圧電素子３２に第１実施形態における振動制御部３６（図１参照）を電気的に接続する。そして、地震時や強風時に梁材１４が振動したときに、振動検出用圧電素子４４で検出された梁材１４の振動（圧電信号）に基づいて、梁材１４の振動が打ち消されるように、振動制御部３６が振動制御用圧電素子３２に印加する電圧を制御する。これにより、梁材１４の振動を低減することができる。

このように梁材１４の振動低減時には、梁材１４に制御力Ｆを付与するアクチュエータとして振動制御用圧電素子３２を機能させる一方で、梁材１４の健全性判定時には、梁材１４に制御力Ｋを付与するアクチュエータとして振動制御用圧電素子３２を機能させることにより、アクチュエータの数を低減することができる。したがって、コスト削減を図ることができる。

次に、上記第１，第２実施形態の変形例について説明する。なお、以下では、第１実施形態を例に各種の変形例を説明するが、これらの変形例は第２実施形態にも適用可能である。

上記第１実施形態では、連結部材としての複数の束材１８Ａ〜１８Ｃによって梁材１４と張弦材１６とを連結した例を示したが、これに限らない。連結部材は少なくとも１つあれば良く、その数、配置は適宜変更可能である。また、上記第１実施形態では、梁材１４及び張弦材１６を湾曲させた例を示したが、梁材１４及び張弦材１６の形状は適宜変更可能である。

また、上記第１実施形態は、振動制御対象物としての張弦梁１０に振動制御装置３０を設置した例を示したが、これに限らない。例えば、図５に示されるように、振動制御対象物としての階段５０に振動制御装置３０を設置しても良い。

具体的には、階段５０は、下階の下床部５２と上階の上床部５４との間に架け渡されている。この階段５０は、下床部５２と上床部５４との略中間に設けられた踊り場５０Ｍと、踊り場５０Ｍに対して下床部５２側に設けられた複数の下階側踏み板５０Ｌと、踊り場５０Ｍに対して上床部５４側に設けられた複数の上階側踏み板５０Ｕとを備えている。

下階側踏み板５０Ｌの裏面側（下方）には、その両端部に振動制御用圧電素子３２及び振動検出センサとしての振動検出用圧電素子４４がそれぞれ取り付けられた張弦材５６Ｌが配置されている。この張弦材５６Ｌは、階段５０の下端部と踊り場５０Ｍの上階側端部との間に張り渡されており、その中央部が束材５８Ｌを介して踊り場５０Ｍの下階側端部に連結されている。これと同様に、上階側踏み板５０Ｕの表面側（上方）には、その両端部に振動制御用圧電素子３２及び振動検出センサとしての振動検出用圧電素子４４がそれぞれ取り付けられた張弦材５６Ｕが配置されている。この張弦材５６Ｕは、上床部５４の端部と踊り場５０Ｍの下階側端部との間に張り渡されており、その中央部が束材５８Ｕを介して踊り場５０Ｍの上階側端部に連結されている。つまり、階段５０には、張弦構造が適用されている。

ここで、階段５０は、人の上り下りや地震等によって振動方向（矢印Ｖ方向）へ振動する。一方、振動制御用圧電素子３２によって各張弦材５６Ｌ，５６Ｕの一端部をそれぞれ軸方向に伸縮させることにより、束材５８Ｌ，５８Ｕを介して階段５０に振動方向の制御力Ｆが付与される。したがって、振動検出用圧電素子４４で検出された階段５０の振動に基づいて、図示しない振動制御部が振動制御用圧電素子３２に各張弦材５６Ｌ，５６Ｕを軸方向に伸縮させ、束材５８Ｌ，５８Ｕを介して階段５０に当該階段５０と逆位相の制御力Ｆを付与することにより、階段５０の振動を低減することができる。

次に、図６には、振動制御装置３０が設置された振動制御対象物としてのガラススクリーン６０が示されている。ガラススクリーン６０は、上下左右に配列された複数の板ガラス６０Ａをクランプ材６２で連結して構成されており、上下の梁６４間に壁状に配置されている。このガラススクリーン６０の室内側には、その両端部に振動制御用圧電素子３２、振動検出用圧電素子４４がそれぞれ取り付けられた第１張弦材６６Ａと、その両端部に振動制御用圧電素子３２、振動検出用圧電素子４４がそれぞれ取り付けられた第２張弦材６６Ｂとが配置されている。

第１張弦材６６Ａは、上下方向に隣接する２つのクランプ材６２に設けられた束材６８の先端部に取り付けられると共に、各束材６８をガラススクリーン６０側へ押圧するように上下の梁６４間に張り渡されている。一方、第２張弦材６６Ｂは、２つの束材６８の基端側（ガラススクリーン６０側）に取り付けられると共に、各束材６８を室内側へ押圧するように上下の梁６４間に張り渡されている。つまり、ガラススクリーン６０には、張弦構造が適用されている。なお、束材１８Ａ〜１８Ｃに対する第１張弦材６６Ａの押圧力と束材１８Ａ〜１８Ｃに対する第２張弦材６６Ｂの押圧力とは釣り合っている。

ここで、ガラススクリーン６０は、風圧や地震等によって振動方向（矢印Ｖ方向）へ振動する。一方、振動制御用圧電素子３２によって第１張弦材６６Ａ及び第２張弦材６６Ｂの一端部を軸方向に伸縮させることにより、束材６８及びクランプ材６２を介してガラススクリーン６０に振動方向の制御力Ｆに付与される。したがって、振動検出用圧電素子４４で検出されたガラススクリーン６０の振動に基づいて、図示しない振動制御部が振動制御用圧電素子３２に第１張弦材６６Ａ及び第２張弦材６６Ｂの一端部を軸方向に伸縮させ、束材６８を介してガラススクリーン６０に当該ガラススクリーン６０と逆位相の制御力Ｆを付与することにより、ガラススクリーン６０の振動を低減することができる。

次に、図７（Ａ）及び図７（Ｂ）には、振動制御装置３０が設置された振動制御対象物としてのドーム状の屋根材７０が示されている。屋根材７０は、その四隅が平面視にて略矩形のフレーム材７２の角部にそれぞれ取り付けられている。この屋根材７０の裏面側には、その両端部に振動制御用圧電素子３２及び振動検出用圧電素子４４がそれぞれ取り付けられた第１張弦材７４Ａと、その両端部に振動制御用圧電素子３２及び振動検出用圧電素子４４がそれぞれ取り付けられた第２張弦材７４Ｂとが配置されている。

第１張弦材７４Ａは、フレーム材７２の一方の対角上に張り渡されており、第２張弦材７４Ｂは、フレーム材７２の他方の対角上に張り渡されている。これらの第１張弦材７４Ａと第２張弦材７４Ｂとは、各々の中央部で互いに交差されると共に、当該交差部が束材７６を介して屋根材７０の中央部（頂部）７０Ａに連結されている。つまり、屋根材７０には、張弦構造が適用されている。

ここで、図７（Ｂ）に示されるように、屋根材７０は、風圧や地震等によって振動方向（矢印Ｖ方向）に振動する。一方、振動制御用圧電素子３２によって第１張弦材７４Ａ及び第２張弦材７４Ｂの一端部をそれぞれ軸方向に伸縮させることにより、束材７６を介して屋根材７０に振動方向の制御力Ｆに付与される。したがって、振動検出用圧電素子４４で検出された屋根材７０の振動に基づいて、図示しない振動制御部が振動制御用圧電素子３２に第１張弦材７４Ａ及び第２張弦材７４Ｂの一端部をそれぞれ軸方向に伸縮させ、束材７６を介して屋根材７０に当該屋根材７０と逆位相の制御力Ｆを付与することにより、屋根材７０の振動を低減することができる。なお、屋根材７０と同様に、振動制御対象物としてのパラボラアンテナに振動制御装置３０を設置することも可能である。

また、上記第１実施形態では、張弦構造を構成する張弦材１６に振動制御用圧電素子３２を取り付けた例を示したが、これに限らない。例えば、図８に示されるように、振動制御対象物としての片持ち式の屋根材８０に振動制御装置３０を設置しても良い。

具体的には、屋根材８０は、立体トラス構造を有し、その長手方向中間部が支柱８２の頂部８２Ａに支持されている。この屋根材８０の一端部と支柱８２の下端部との間には、ＰＣ鋼線又はＰＣ鋼棒等の線材で構成された引張材としてのＰＣ鋼材８４が張り渡されている。このＰＣ鋼材８４によって、屋根材８０が支柱８２の頂部８２Ａを支点として図中左回り（矢印Ｇ方向）に回転しないように支持されている。また、ＰＣ鋼材８４の一端部（下端部）には、振動制御用圧電素子３２及び振動検出用圧電素子４４が軸方向に隣接して取り付けられている。

ここで、屋根材８０は、地震時や強風時等に、支柱８２の頂部８２Ａを支点として矢印Ｒ方向に回転振動する。一方、振動制御用圧電素子３２によってＰＣ鋼材８４の一端部を軸方向に伸縮させることにより、屋根材８０が支柱８２の頂部８２Ａを支点として振動方向（矢印Ｒ方向）と同方向に加振される。したがって、振動検出用圧電素子４４で検出された屋根材８０の振動に基づいて、図示しない振動制御部が振動制御用圧電素子３２にＰＣ鋼材８４の一端部を軸方向に伸縮させ、屋根材８０に当該屋根材８０と逆位相の制御力Ｆを付与することにより、屋根材８０の振動を低減することができる。

次に、図９には、振動制御装置３０が設置された振動制御対象物としてのプレキャスト梁９０が示されている。プレキャスト梁９０は、プレキャストコンクリートで形成されており、一対のプレキャスト柱９２の間に架設されている。また、プレキャスト梁９０の内部には、当該プレキャスト梁９０の軸方向へ延びると共に、長手方向中間部が下に凸を成すように湾曲されたシース管９４が埋設されている。このシース管９４内には、ＰＣ鋼線又はＰＣ鋼棒等の線材で構成された引張材としてのＰＣ鋼材９６が挿入されている。ＰＣ鋼材９６は、引張力が導入された状態で、その両端部が固定金具９８等によってシース管９４の両端部にそれぞれ固定されている。このＰＣ鋼材９６によって、プレキャスト梁９０にプレストレスが導入されている。また、ＰＣ鋼材９６の両端部には、振動制御用圧電素子３２、振動検出用圧電素子４４がそれぞれ取り付けられている。

ここで、プレキャスト梁９０は、地震時や強風時、建物使用者の歩行時等に、一対のプレキャスト柱９２との結合部（仕口部）を支点として上下方向（矢印Ｖ方向）へ振動する。一方、振動制御用圧電素子３２によってＰＣ鋼材９６の一端部を軸方向に伸縮させることにより、ＰＣ鋼材９６がその両端部を支点としてプレキャスト梁９０の振動方向（矢印Ｖ方向）と同方向に振動する。これにより、凸状に湾曲された当該ＰＣ鋼材９６の中間部を介して、プレキャスト梁９０の長手方向中間部に制御力Ｆが付与される。

したがって、振動検出用圧電素子４４で検出されたプレキャスト梁９０の振動に基づいて、図示しない振動制御部が振動制御用圧電素子３２にＰＣ鋼材９６を軸方向に伸張させ、プレキャスト梁９０に当該プレキャスト梁９０と逆位相の制御力Ｆを付与することにより、プレキャスト梁９０の振動を低減することができる。

次に、図１０には、振動制御装置３０が設置された振動制御対象物としての斜張橋１００の橋桁１０２が示されている。斜張橋１００は、橋桁１０２と、複数の主塔１０４と、各主塔１０４と橋桁１０２との間に斜めに張り渡され、主塔１０４に対して橋桁１０２を支持する引張材としての複数のケーブル１０６とを備えている。線材としての各ケーブル１０６の一端部（下端部）には、振動制御用圧電素子３２又は振動検出用圧電素子４４が取り付けられている。

ここで、橋桁１０２は、車両の往来時や地震時、強風時等に、主塔１０４との結合部を支点として上下方向（矢印Ｖ方向）へ振動する。一方、振動制御用圧電素子３２によってケーブル１０６の一端部を軸方向に伸縮させることにより、橋桁１０２が振動方向（矢印Ｖ方向）に加振される。このケーブル１０６によって、橋桁１０２に振動方向の制御力Ｆが付与される。

したがって、振動検出用圧電素子４４で検出された橋桁１０２の振動に基づいて、図示しない振動制御部が振動制御用圧電素子３２にケーブル１０６を軸方向に伸縮させ、橋桁１０２に当該橋桁１０２と逆位相の制御力Ｆを付与することにより、橋桁１０２の振動を低減することができる。

また、上記第１実施形態では、引張材として張弦材１６を用いたが、これに限らない。例えば、一対の支持部材１２の間に鋼板等で構成された引張材としての板材を架設すると共に、当該板材と梁材１４とを連結部材によって連結し、張弦構造を構成する。そして、板材の表面及び裏面の少なくとも一方に、当該板材を伸縮可能に振動制御用圧電素子３２を貼付する。この振動制御用圧電素子３２によって板材を伸縮させ、連結部材を介して梁材１４に制御力（制振力）を付与することにより、当該梁材１４の振動が低減される。このように、引張材は、張弦材１６等の線材に限らず、板材等も含む概念である。また、板材に振動制御用圧電素子を貼付する場合は、振動制御用圧電素子に可撓性が求められないため、当該振動制御用圧電素子を積層型圧電素子等で構成しても良い。振動検出用圧電素子についても同様である。

以上、本発明の第１，第２実施形態について説明したが、本発明はこうした第１，第２実施形態に限定されるものでなく、第１，第２実施形態及び各種の変形例を適宜組み合わせて用いても良いし、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得ることは勿論である。

１４ 梁材（振動制御対象物）
１６ 張弦材（引張材、線材）
３０ 振動制御装置
３２ 振動制御用圧電素子
３４ 加速度センサ（振動検出センサ）
３６ 振動制御部
４０ 振動制御装置
４４ 振動検出用圧電素子
４６ 振動性状分析部
５０ 階段（振動制御対象物）
５６Ｌ 張弦材（引張材、線材）
５６Ｕ 張弦材（引張材、線材）
６０ ガラススクリーン（振動制御対象物）
６６Ａ 張弦材（引張材、線材）
６６Ｂ 張弦材（引張材、線材）
７０ 屋根材（振動制御対象物）
７４Ａ 張弦材（引張材、線材）
７４Ｂ 張弦材（引張材、線材）
８０ 屋根材（振動制御対象物）
８４ ＰＣ鋼材（引張材、線材）
９０ プレキャスト梁（振動制御対象物）
９６ ＰＣ鋼材（引張材、線材）
１０２ 橋桁（振動制御対象物）
１０６ ケーブル（引張材、線材）

Claims (3)

1. 振動制御対象物に設けられると共に引張力が導入された引張材に取り付けられ、該引張材を前記引張力の導入方向に伸縮させる振動制御用圧電素子と、
   前記振動制御対象物の振動を検出する振動検出センサと、
   前記振動検出センサの出力に基づいて、前記振動制御用圧電素子に前記引張材を伸縮させ、前記振動制御対象物の振動を制御する振動制御部と、
   を備えた振動制御装置。
2. 振動制御対象物に設けられると共に引張力が導入された引張材に取り付けられ、前記振動制御対象物の振動に伴う前記引張材の伸縮によって前記引張力の導入方向に伸縮される振動検出用圧電素子と、
   前記振動検出用圧電素子の圧電信号に基づいて、前記振動制御対象物の振動性状を分析する振動性状分析部と、
   を備えた振動制御装置。
3. 前記引張材が、線材であり、
   前記振動制御用圧電素子又は前記振動検出用圧電素子が、前記線材の外周面へ貼り付けられた膜型圧電素子である、
   請求項１又は請求項２に記載の振動制御装置。

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