JP2015203469A - Vibration suppression device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、振動抑制装置に関する。 The present invention relates to a vibration suppressing device.
騒音源と、騒音を低減させたい空間との間に板状部材が配置されている場合、騒音低減手段の1つとして、板状部材の位置で振動を抑制する方法がある。具体的には、板状部材の質量を増して、騒音源からの振動が板状部材へ伝達しにくくする方法や、板状部材を制御して、騒音源から板状部材へ伝達された振動を抑制する方法が考えられる。
生活空間における一般的な板状部材は、材質や形状が多種多様であるため、広範囲の板状部材に適用でき、効果的に振動を抑制する技術が要求される。
When a plate-like member is arranged between a noise source and a space where noise is desired to be reduced, there is a method of suppressing vibration at the position of the plate-like member as one of the noise reduction means. Specifically, a method of increasing the mass of the plate member to make it difficult for vibration from the noise source to be transmitted to the plate member, or vibration transmitted from the noise source to the plate member by controlling the plate member. A method of suppressing this is conceivable.
Since general plate-like members in living spaces have a wide variety of materials and shapes, they can be applied to a wide range of plate-like members, and a technique for effectively suppressing vibration is required.
板状部材の振動を低減させる技術には、例えば特許文献1がある。
特許文献1は、振動抑制対象物としての板状部材の騒音源側に、圧電式スピーカを取付け、圧電式スピーカを、音響−電気変換器、又は振動−電気変換器として機能させる構成である。これにより、騒音源から板状部材に伝達される音響エネルギー又は振動エネルギーが、板状部材に伝達する前に、電気エネルギーに変換され、電気エネルギーを消費手段で消費させることで、音響エネルギー又は振動エネルギーが低減される。
As a technique for reducing the vibration of the plate-like member, for example, there is Patent Document 1.
Patent document 1 is a structure which attaches a piezoelectric speaker to the noise source side of the plate-shaped member as a vibration suppression object, and makes a piezoelectric speaker function as an acoustic-electrical converter or a vibration-electrical converter. As a result, the acoustic energy or vibration energy transmitted from the noise source to the plate-like member is converted to electric energy before being transmitted to the plate-like member, and the electric energy is consumed by the consuming means, so that the acoustic energy or vibration is consumed. Energy is reduced.
しかし、特許文献1は、騒音源から振動が伝達され、既に振動している振動抑制対象物の振動を抑制することはできない。 However, Patent Document 1 cannot suppress the vibration of a vibration suppression object that has already been vibrated because vibration is transmitted from a noise source.
本発明は、上記事実に鑑み、振動抑制対象物の振動を直接制御する振動抑制装置を提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the vibration suppression apparatus which controls directly the vibration of a vibration suppression target object in view of the said fact.
請求項1に記載の発明に係る振動抑制装置は、一端が振動抑制対象物に固定される一対の剛性部材と、前記剛性部材の他端間に設けられた板状の圧電部材と、を有することを特徴としている。 The vibration suppression apparatus according to the first aspect of the present invention includes a pair of rigid members whose one ends are fixed to a vibration suppression object, and a plate-like piezoelectric member provided between the other ends of the rigid members. It is characterized by that.
請求項1に記載の発明によれば、圧電部材に電圧を印加することにより、一対の剛性部材の他端間に設けられた圧電部材が伸縮する。このとき、剛性部材の一端は、振動抑制対象物に固定されているため、剛性部材の他端が互いに接近、離間して、剛性部材を傾斜させる。
この結果、圧電部材により、剛性部材の一端側を支点とするモーメントを、振動抑制対象物に繰り返し付与させることで、振動抑制対象物を振動させることができる。このとき、振動抑制対象物の騒音による振動と逆位相の振動を、振動抑制対象物に与えることで、振動抑制対象物の振動を抑制することができる。
According to the first aspect of the present invention, by applying a voltage to the piezoelectric member, the piezoelectric member provided between the other ends of the pair of rigid members expands and contracts. At this time, since one end of the rigid member is fixed to the vibration suppression object, the other end of the rigid member approaches and separates from each other to incline the rigid member.
As a result, the vibration suppression target object can be vibrated by repeatedly applying a moment having one end side of the rigid member as a fulcrum to the vibration suppression target object by the piezoelectric member. At this time, the vibration of the vibration suppression target object can be suppressed by giving the vibration suppression target object the vibration having the opposite phase to the vibration due to the noise of the vibration suppression target object.
請求項2に記載の発明は、請求項1記載の振動抑制装置において、前記圧電部材は、前記剛性部材の他端間に架け渡された、可撓性の板材に貼付けられていることを特徴としている。 According to a second aspect of the present invention, in the vibration suppressing device according to the first aspect, the piezoelectric member is affixed to a flexible plate material spanned between the other ends of the rigid member. It is said.
請求項2に記載の発明によれば、板材に貼付けられた圧電部材の伸縮により、板材を介して剛性部材の他端を、互いに接近、離間させて剛性部材を傾斜させる。
これにより、圧電部材が薄い膜型構造であっても、板材を介することで、圧電部材の伸縮により発生する力を、安定して剛性部材へ伝達することができる。
According to the second aspect of the present invention, the other end of the rigid member is brought closer to and away from each other via the plate member by the expansion and contraction of the piezoelectric member attached to the plate member, and the rigid member is inclined.
Thereby, even if the piezoelectric member has a thin film structure, the force generated by the expansion and contraction of the piezoelectric member can be stably transmitted to the rigid member through the plate material.
請求項3に記載の発明は、請求項2に記載の振動抑制装置において、前記剛性部材を、部分的に切れ目を設けて枠状に形成し、前記剛性部材の内部を前記板材で囲み、前記圧電部材は、前記振動抑制対象物の振動を、前記板材で囲まれた空間の気積の変動で打ち消すよう前記板材を振動させることを特徴としている。 According to a third aspect of the present invention, in the vibration suppressing device according to the second aspect, the rigid member is partially formed in a frame shape by providing a cut, the interior of the rigid member is surrounded by the plate material, The piezoelectric member is characterized in that the plate member is vibrated so as to cancel the vibration of the object to be suppressed by the variation in the volume of the space surrounded by the plate member.
請求項3に記載の発明によれば、剛性部材を枠状とすることで、振動抑制対象物と板材の間に、閉じた空間を構成することができる。板材に設けられた圧電部材により、閉じた空間の気積を変動させ、振動抑制対象物の振動を打ち消す。
これにより、振動抑制対象物の振動をより効果的に抑制することができる。
According to the third aspect of the present invention, a closed space can be formed between the vibration suppression object and the plate member by forming the rigid member in a frame shape. The volume of the closed space is changed by the piezoelectric member provided on the plate material, and the vibration of the vibration suppression object is canceled.
Thereby, the vibration of the vibration suppression object can be suppressed more effectively.
本発明は、上記構成としてあるので、抑制対象物の振動を直接制御する振動抑制装置を提供することができる。 Since this invention is set as the said structure, the vibration suppression apparatus which controls directly the vibration of a suppression target object can be provided.
(第1実施形態)
図1〜図6を用いて、本発明の第1実施形態に係る振動抑制装置10について説明する。図1(A)の側面図、図2(A)の正面図に示すように、振動抑制装置10は、振動抑制対象物である制御平板12に固定される、一対の脚部(剛性部材)14A、14Bを有している。
(First embodiment)
The
制御平板12は、後述するように、騒音を低減させたい空間20と、騒音発生側の空間22の間に配置された壁体であり、連続する壁体の一部を切り出して記載している。
振動抑制装置10は、制御平板12の空間22側の表面に、脚部14A、14Bで固定されている。脚部14A、14Bは、所定距離Lだけ離して対向配置され、一端が、制御平板12に固定され、他端には、芯材18が取付けられている。
As will be described later, the control
The
脚部14A、14Bは、鋼材等の剛性の高い材料で形成され、芯材18が伸縮して曲げモーメントを発生させても、変形しない構成とされている。
芯材18は、可撓性の板材でX軸方向が幅Wに形成され、脚部14A、14Bの間に架け渡されている。芯材18は、膜型圧電素子16を補強する機能を有し、膜型圧電素子16の伸縮により、膜型圧電素子16と一体となって伸縮する。
The
The
芯材18の表面には、Y軸方向に、複数の膜型圧電素子(圧電部材)16が貼り付けられている。膜型圧電素子16は、伸縮方向をY1方向に向けて両端部に2個と、中央部に1個の合計3個が取り付けられている。これにより、膜型圧電素子16で芯材18をY軸方向へ伸縮させることができる。
A plurality of film-type piezoelectric elements (piezoelectric members) 16 are attached to the surface of the
膜型圧電素子16は、内部構造の図示は省略するが、膜状とされた繊維状の圧電セラミックの両側面に、電極が印刷されたポリイミドフィルムを、エポキシ樹脂で接合した構成である。この膜型圧電素子16は、圧電セラミックの両側面に取り付けられたリード線76を介して、コントローラ36から電圧を印加すれば、印加された電圧値に従った歪が圧電セラミックに生じ、膜型圧電素子16を変形させることができる。
即ち、膜型圧電素子16に電圧を印加すれば、印加した電圧に対応させて膜型圧電素子16を、それぞれ矢印Y1の方向へ伸縮させることができる。
Although the illustration of the internal structure of the film-type
That is, if a voltage is applied to the film-type
ここで、膜型圧電素子16を制御する制御システムについて説明する。
図2(A)に示すように、制御平板12には、制御平板12の振動を検出するセンサ38が取付けられている。なお、本実施形態では、振動抑制装置10を、Y軸方向へ2個、並列に配置した構成を示している。
Here, a control system for controlling the film-type
As shown in FIG. 2A, a
センサ38の検出結果はコントローラ36へ入力される。コントローラ36は、制御平板12の振動を減少させる制御信号を生成し、2つの振動抑制装置10のそれぞれの膜型圧電素子16へ、制御信号を出力する。膜型圧電素子16は、制御信号に基づいて伸縮し、制御平板12を、図1(A)に破線で示すR1、R2の方向へ変形させる。
なお、センサ38の位置は、制御平板12の表面としたが、これに限定されることはなく、芯材18の位置で制御平板12の振動を検出できる場合には、芯材18に取付けても良い。
The detection result of the
Although the position of the
次に、作用について説明する。
図1(B)に示すように、コントローラ36から電圧を印加して、膜型圧電素子16を矢印Sの方向へ収縮させた場合、芯材18が中央へ向けて収縮される。これにより、脚部14A、14Bの芯材18側の端部側が、互いに接近して脚部14A、14Bを傾斜させる。
Next, the operation will be described.
As shown in FIG. 1B, when a voltage is applied from the
このとき、脚部14A、14Bは、制御平板12との接合部PA、PBを中心に傾斜され、接合部PA、PBを中心にしたモーメントM1、M2が発生する。脚部14A、14Bは、モーメントM1、M2を伝達する剛性を備えおり、制御平板12にモーメントM1、M2が伝達され、制御平板12が、空間20の方向へ凸の形状に変形する。
At this time, the
また、図1(C)に示すように、コントローラ36から電圧を印加して、膜型圧電素子16を矢印Lの方向へ伸張させた場合、芯材18が伸張される。これにより、脚部14A、14Bの芯材18側の端部が互いに離間され脚部14A、14Bを傾斜させる。
Further, as shown in FIG. 1C, when a voltage is applied from the
このとき、脚部14A、14Bは、制御平板12との接合部PA、PBを中心に傾斜され、接合部PA、PBを中心にしたモーメントM3、M4が発生する。脚部14A、14Bは、モーメントM3、M4を伝達させる剛性を備えており、制御平板12にモーメントM3、M4が伝達され、制御平板12が、空間20の方向へ凹の形状に変形する。
At this time, the
膜型圧電素子16で圧縮と伸張を繰り返すことで、膜型圧電素子16により、脚部14A、14Bの一端側を支点とするモーメントが制御平板12に、繰り返し付与され、制御平板12が、凸の形状と凹の形状を繰り返して振動する。
By repeatedly compressing and expanding with the film-
以上説明したように、本実施形態によれば、制御平板12に、空間22からの騒音による振動と逆位相の振動で振動するよう、膜型圧電素子16により、制御平板12を振動させる。これにより、制御平板12の振動が抑制され、騒音を低減させることができる。
As described above, according to the present embodiment, the control
なお、本実施形態では、2個の振動抑制装置10を制御平板12のY方向へ配置し、制御平板12をY方向に変形させて振動を抑制した。しかし、これに限定されることはなく、振動抑制装置10の数量は、制御平板12の振動強度や、振動抑制の要求度合等から定められるものであり、1個でも良いし、3個以上でも良い。
In the present embodiment, two
また、本実施形態では、膜型圧電素子16を、伸縮方向をY1方向に向けて両端部に2個と、中央部に1個の合計3個を取り付けた例について記載した。しかし、これに限定されることはなく、膜型圧電素子16の数量や取付け位置は、制御平板12の振動強度や、振動抑制の要求度合等から定められるものであり、数量は、1個でも良いし3個以上でも良く、取付け位置は両端部や中央部でなくても良い。
Moreover, in this embodiment, the film type
また、本実施形態では、振動抑制装置10を制御平板12のY方向へ配置した場合について説明した。しかし、これに限定されることはなく、図2(B)に示すように、振動抑制装置10の設置方向は、抑制したい振動の方向で決定されるものであり、X方向、Y方向の両方に配置する構成でも良いし、X方向のみに配置しても良い。
In this embodiment, the case where the
また、振動抑制装置10は、制御平板12の空間22側に配置する構成で説明した。しかし、これに限定されることはなく、空間22側に振動抑制ユニット24を設置するのが困難な場合には、制御平板12の空間20側に配置し、制御平板12の振動を抑制してもよい。
Moreover, the
次に、図3〜図6を用いて、本実施形態の具体的な適用例について説明する。
なお、以下の適用例は一例であり、本実施形態はこれらに限定されるものではない。
Next, a specific application example of the present embodiment will be described with reference to FIGS.
In addition, the following application examples are examples, and this embodiment is not limited to these.
先ず、天井板28への適用例について説明する。
図3に示すように、天井板28は、建物の床スラブ26から支持部材30、及びブレース32で支持され、吊り下がられている。振動抑制装置10は、天井板28に取付けられている。制御機器の記載は省略している。
振動抑制装置10は、騒音を低減させたい室内空間52と、騒音源側の騒音空間54の間の天井裏空間78に配置されている。振動抑制装置10は、脚部14A、14Bで天井板28の上面に固定されている。
First, an application example to the
As shown in FIG. 3, the
The
これにより、上述したように、膜型圧電素子16を伸縮させることで、天井板28を凸の形状と凹の形状を繰り返し変形させ、振動させることができる。
この結果、例えば、床スラブ26を透過した振動により、天井板28が矢印34の方向に振動されても、振動抑制装置10で、天井板28の振動と逆位相の振動を加えることで天井板28を透過する騒音を低減することができる。
Accordingly, as described above, by extending and contracting the film-
As a result, for example, even if the
なお、図3では、天井板28の1か所にのみ振動抑制装置10を取付けた構成を示しているが、これに限定されることはなく、振動抑制装置10は、必要な数量を天井板28に取付ければよい。また、本構成とすることで、地震時に発生する天井板28の上下動に対しても、振動を有効に抑制することができる。
FIG. 3 shows a configuration in which the
次に、高速道路の遮音壁50への適用例について説明する。
図4に示すように、高速道路の遮音壁50は、車道側空間46と騒音低減側空間48の間に鉛直方向に配置される。
遮音壁50は、車道側空間46に面して、ガラリが形成された正面板40を有している。正面板40の裏面には、騒音を吸収する吸音材42が、所定の厚さで貼り付けられている。吸音材42の裏面側(騒音低減側空間48側)には、鋼板製の背面板44が設けられている。
Next, an example of application to the
As shown in FIG. 4, the
The
振動抑制装置10は、高速道路の遮音壁50の内部であり、吸音材42と背面板44の間に配置されている。
振動抑制装置10は、背面板44に脚部14A、14Bで固定され、膜型圧電素子16を伸縮させることで、背面板44を凸の形状と凹の形状を繰り返し変形させて振動させる。具体的には、吸音材42を透過した振動を、図示しないセンサ38で検出し、図示しないコントローラ36で透過した振動と逆位相の制御振動を生成し、透過した騒音した振動と逆位相の振動で背面板44を変形させ、背面板44の振動を抑制する。
これにより、遮音壁50を透過する騒音を低減することができる。
The
The
Thereby, the noise which permeate | transmits the
次に、遮音窓56への適用例について説明する。
図5に示すように、遮音窓56には複層ガラスを備えた窓サッシが嵌め込まれている。騒音源側の空間62には窓ガラス58が設けられ、騒音を低減する室内側には、窓ガラス60が設けられている。振動抑制装置10は、窓ガラス58と窓ガラス60の間に配置され、窓ガラス60に、脚部14A、14Bで固定されている。
Next, an application example to the
As shown in FIG. 5, a window sash provided with a multi-layer glass is fitted in the
この構成とすることにより、騒音源62から伝達されて、矢印68の方向に振動する窓ガラス58の振動を図示しないセンサ38で検出し、窓ガラス60に伝達される振動を打ち消す振動を、図示しないコントローラ36で生成することができる。コントローラ36からの出力で、膜型圧電素子16を伸縮させて芯材24を伸縮させることで、窓ガラス60の振動を抑制する。これにより、窓ガラス60の振動を振動抑制装置10で抑制することができる。この結果、遮音窓56を通過する騒音を低減させることができる。
なお、格子入り複層ガラスと組み合わせると、連結手段とアルミ格子を兼用することができる。
With this configuration, the vibration of the
When combined with a latticed multi-layer glass, the connecting means and the aluminum lattice can be combined.
次に、空調用ダクト70への適用例について説明する。
図6に示すように、空調用ダクト70の対向する側壁70Aには、振動抑制装置10が対向して取付けられている。
Next, an application example to the
As shown in FIG. 6, the
振動抑制装置10は、空調用ダクト70の内部空間72に配置され、振動を抑制する空間74と面する側壁70Aの表面に、脚部14A、14Bで取付けられている。これにより、内部空間72を通過する空調用空気により振動が伝達された側壁70Aの振動を、図示しないセンサ38で検出し、側壁70Aに伝達される振動を打ち消す振動を、図示しないコントローラ36で生成することができる。コントローラ36からの出力で、膜型圧電素子16を伸縮させて芯材24を伸縮させることで、側壁70Aの振動を制御することができる。この結果、空調用ダクト70の外側へ透過する騒音を低減させることができる。
The
なお、空調用ダクト70の側壁70Bの振動を抑制する場合には、振動抑制装置10を、側壁70Bに取付ければ良い。
また、図示は省略するが、振動抑制装置10を、設備機器のボディに取付け、設備機器のボディの振動を抑制することもできる。
In addition, what is necessary is just to attach the
Moreover, although illustration is abbreviate | omitted, the
(第2実施形態)
図7を用いて、本発明の第2実施形態に係る振動抑制装置80について説明する。
振動抑制装置80は、膜型圧電部素子(圧電部材)82が、脚部14A、14Bの他端間に架け渡されている点において、第1実施形態と相違する。相違点を中心に説明する。
(Second Embodiment)
A
The
図7(A)に示すように、膜型圧電部素子82は、芯材を用いずに、脚部14A、14Bの他端間に架け渡されている。これにより、膜型圧電部素子82を伸縮させることにより、脚部14A、14Bの他端を、互いに接近、離間させて脚部14A、14Bを傾斜させることができる。
この結果、膜型圧電部素子82の伸縮により発生する力で、制御平板12を変形させ、騒音を抑制することができる。
As shown in FIG. 7A, the film-
As a result, the control
なお、図7(B)に示すように、バネ84を脚部14A、14Bの間に渡し、バネ84で脚部14A、14Bの間に、離間させる力Pを作用させてもよい。これにより、膜型圧電部素子82を収縮にのみ作用させることができる。
他の構成は、第1実施形態と同じであり説明は省略する。
As shown in FIG. 7B, the
Other configurations are the same as those of the first embodiment, and a description thereof will be omitted.
(第3実施形態)
図8を用いて、本発明の第3実施形態に係る振動抑制装置90について説明する。
振動抑制装置90は、脚部88を、部分的に切れ目を設けて枠状に形成した点において、第1実施形態と相違する。相違点を中心に説明する。
(Third embodiment)
A
The
図8の断面図に示すように、振動抑制装置90は、枠状に形成された脚部88を有している。脚部88には、部分的に切れ目が設けられており、膜型圧電部素子16の伸縮に伴う変形が許容されている。脚部88で囲まれた内部の空間86は、芯材18で覆われ、芯材18には膜型圧電部素子16が貼り付けられている。
即ち、空間86は、脚部88が、部分的に切れ目を設けて枠状に形成されているので、密閉されてはいないが、閉じた空間とされている。
As shown in the cross-sectional view of FIG. 8, the
That is, the
本構成とすることにより、膜型圧電部素子16を矢印Y1の方向へ伸縮させれば、上述したように、対向する脚部88が傾斜し、制御平板12を破線R1、R2で示す方向に変形させることができる。このとき、芯材18も変形して、破線R3、R4で示す方向へ振動する。
With this configuration, when the film-
これにより、空間86の気積の変動を、制御平板12の振動を打ち消すタイミングで、例えば矢印94に示す方向へ作用させることで、制御平板12の振動を抑制することができる。即ち、制御平板12の振動を、脚部88の傾斜による変形に加え、空間86の気積の変動を作用させることにより、効果的に抑制することができる。
Thereby, the vibration of the
なお、本実施形態では、脚部88を、部分的に切れ目を設けて枠状に形成し、膜型圧電部素子16の伸縮に伴う脚部88の傾斜を確保した。しかし、これに限定されることはなく、切れ目を、弾性を備えたシール材等で塞いでもよい。脚部88の傾斜を確保し、空間86を密閉することで、制御平板12の振動を打ち消すよう作用させる、空間86の気積の変動をより強めることができる。
他の構成は、第1実施形態と同じであり説明は省略する。
In the present embodiment, the
Other configurations are the same as those of the first embodiment, and a description thereof will be omitted.
10、80、90 振動抑制装置
12 制御平板(振動抑制対象物)
14A、14B 脚部(剛性部材)
16、17、82 膜型圧電部素子(圧電部材)
18 芯材(板材)
88 脚部(剛性部材)
10, 80, 90
14A, 14B Leg (Rigid member)
16, 17, 82 Film type piezoelectric element (piezoelectric member)
18 Core material (plate material)
88 Leg (Rigid member)
Claims (3)
前記剛性部材の他端間に設けられた板状の圧電部材と、
を有する振動抑制装置。 A pair of rigid members, one end of which is fixed to the vibration suppressing object;
A plate-like piezoelectric member provided between the other ends of the rigid member;
A vibration suppressing device.
前記圧電部材は、前記振動抑制対象物の振動を、前記板材で囲まれた空間の気積の変動で打ち消すよう前記板材を振動させる請求項2に記載の振動抑制装置。 The rigid member is partially cut to form a frame, and the rigid member is surrounded by the plate material,
The vibration suppression device according to claim 2, wherein the piezoelectric member vibrates the plate member so as to cancel the vibration of the vibration suppression target object by a change in a volume of a space surrounded by the plate member.
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