JP2019116933A

JP2019116933A - アクティブ制振装置とそのアクティブ制振構造

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Publication number: JP2019116933A
Application number: JP2017251231A
Authority: JP
Inventors: 琢志石田; Takushi Ishida; 慎介稲井; Shinsuke Inai
Original assignee: Toda Corp
Current assignee: Toda Corp
Priority date: 2017-12-27
Filing date: 2017-12-27
Publication date: 2019-07-18
Anticipated expiration: 2037-12-27
Also published as: JP6959855B2

Abstract

【課題】本発明は、上下振動を低減するアクティブ制振装置に関し、従来のアクティブ制振装置においては、装置全体が大型で、内装床板（ＯＡフロア）下の狭隘な空間に設置することが困難であって、且つ、メンテナンスが容易でないことが課題なので、それを解決することである。【解決手段】床スラブ６と該床スラブに支持部材７ａで支持された内装床板７との間の狭隘な空間部８に設けられるもので、前記床スラブ６に設置された載置板１０上に固定されるピエゾアクチュエータ２と、該ピエゾアクチュエータに支持される可動マス３と、前記ピエゾアクチュエータの加振周波数を制御すべく電気的に接続される制御装置とを少なくとも有してなるアクティブ制振装置１である。【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、オフィス等における床の鉛直振動を低減するアクティブ制振装置とそのアクティブ制振構造に関するものである。

従来、アクティブ制振装置は、可動マスとそれを強制的に加振するリニアアクチュエータとで構成されている。例えば、特許文献１に記載されているように、内装床板と床受け部材との間にアクチュエータ装置が置かれ、台車や床下機器から発生した振動が構造床及び床受け部材を介して内装床板へ伝達される場合、その振動と逆位相となるようにアクチュエータ装置の加振力を発生させて振動を打ち消すことで、前記台車や床下機器から内装床板へ伝達される振動を効率よく低減できるようにした、アクティブ制振装置が知られている。

特開２００８−９５９０５号公報特開２００８−１９０６１７号公報

しかし、従来のアクティブ制振装置は、当該装置を構成するリニアアクチュエータ自体が大きいために、制振装置全体のサイズが大きくなる。例えば、特許文献２に記載されているアクティブ制振装置による制振構造では、床スラブ下の梁等に設置することに支障はないが、メンテナンスの際には天井部材を開ける必要があり、且つ、高所作業となって点検作業しずらく手間が掛かる。更に、オフィスビルにおける内装床板（ＯＡフロア）下などの１０ｃｍ〜１５ｃｍ程度である狭隘な空間への設置が困難であるという課題がある。本発明に係るアクティブ制振装置とその制振構造は、このような課題を解決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ための要旨は、床スラブと該床スラブに支持部材で支持された内装床板との間の狭隘な空間部に設けられるものであって、前記床スラブに設けられた載置板に固定されたピエゾアクチュエータと、該ピエゾアクチュエータに支持される可動マスと、前記ピエゾアクチュエータの加振周波数を制御すべく電気的に接続される制御装置と、を少なくとも有してなること、を特徴とするアクティブ制振装置を提供するものである。

本発明に係るアクティブ制振構造の上記課題を解決して目的を達成するための要旨は、床スラブの載置板に固定されたピエゾアクチュエータと、該ピエゾアクチュエータに支持される可動マスと、前記ピエゾアクチュエータの加振周波数を制御すべく電気的に接続される制御装置を少なくとも有してなるアクティブ制振装置を、前記床スラブに支持部材で支持された内装床板との間の空間部において、前記ピエゾアクチュエータを前記床スラブの載置板上に固定すると共に、前記可動マスの上面と前記内装床板の下面との間に間隙を有して配設してなること、を特徴とするアクティブ制振構造を提供するものである。

前記アクティブ制振装置における複数のピエゾアクチュエータにそれぞれ近接させて、可動マスの回転防止用の回転防止部材が載置板上に配設されていること、を付加的な要件として含むものである。

さらに、前記可動マスはその重さが５０ｋｇ〜１００ｋｇであって、アクティブ制振装置が内装床板の床面積１００ｍ^２あたり１〜２台にして配設されていること、を付加的な要件として含むものである。

本発明のアクティブ制振装置とその制振構造によれば、リニアアクチュエータの代わりに機械増幅式のピエゾアクチュエータでマスダンパーを加振すれば、水平方向の変位を上下（鉛直）方向に増幅して変位させることで、ピエゾアクチュエータの装置としての上下方向の高さが低くなって、小型化される。このピエゾアクチュエータに可動マスを取り付けることで、例えば、内装床板である内装床板と床スラブとの間の狭隘な空間に、余裕を持って設置でき、設置の自由度が高くなる。

また、内装床板を簡単に撤去してアクティブ制振装置のメンテナンスができる。更に、床スラブの上にアクティブ制振装置が設置されるので、高所作業とならず、作業者の安全性が確保されると言う優れた効果を奏するものである。

本発明の実施例１に係るアクティブ制振装置の使用状態を示す概略斜視図である。同実施例に係るアクティブ制振装置の使用状態を示す側断面図である。同実施例に係るアクティブ制振装置におけるピエゾアクチュエータの加振態様を示す断面図で、（Ａ）は加振前の状態を示す断面図、（Ｂ）は制御装置により電圧を印加して加振させた場合の断面図である。本発明の実施例２に係るアクティブ制振装置の使用状態を示す一部を破談して示した側断面図である。本発明の実施例に係るアクティブ制振装置の可動マス（錘）の水平方向のずれを防止するための機構を略示的に示した説明図である。上下振動が有った場合にアクティブ制振装置１でアクティブ制振したときの、加速度センサによる検証実験の結果を示す特性曲線図である。

本発明に係るアクティブ制振装置１は、図示したように、ピエゾ（PZT、以下同じ）アクチュエータ２を用いてアクティブ制振装置全体の構造を小型化して、狭隘な空間部８においても設置可能にするものであり、以下に複数の実施例について図示して説明する。

実施例１に係るアクティブ制振装置１の構成と、それを使用したアクティブ制振構造について、図１乃至図３を用いて説明する。前記アクティブ制振装置１は、床スラブ６と該床スラブ６に支持部材７ａ（合成樹脂製の門型既製品等）で支持された内装床板７との間の狭隘な空間部８に設けられるものである。

前記床スラブ６に所要厚さ（１〜２ｃｍ）と広さの載置板１０を接着手段又はボルト止めして固定し、該載置板１０上に固定されるピエゾアクチュエータ２と、該ピエゾアクチュエータ２に支持される可動マス（錘）３と、前記ピエゾアクチュエータ２の加振周波数を制御すべく電気的に接続される制御装置（図示せず）と、当該制御装置に電気的に接続されて前記ピエゾアクチュエータ２のピエゾ素子２ｂを駆動させる印加用電源（図示せず）と、該ピエゾ素子２ｂと前記制御装置に接続された駆動用ドライバ（図示せず）とを少なくとも有してなる。

この他、床スラブ６などの振動対象物の振動を計測する加速度センサ４を備え、可動マス３を加振する際に、前記アクチュエータ２に与える変位を変位計５で計測して制御するか、又はピエゾアクチュエータ内部のひずみ計により計測して制御するものであり、いずれも前記制御装置に電気的に接続される。

前記ピエゾアクチュエータ２は、図３（Ａ）に示すように、金属製剛体の基台２ａの中央部に、複数個の積層されたピエゾ素子２ｂが設けられ、図示の状態で電源部から所定の電圧で印加されると、ピエゾ素子２ｂが横方向（水平方向）の矢印ａ方向に変位する。

図３（Ｂ）に示すように、前記ピエゾ素子２ｂが横方向（水平方向）に延びたことで、基台２ａが横方向に引っ張られ、その結果、出力部２ｃを支持していて斜めに傾斜したブリッジ部２ｄが、水平になるように変位し、前記出力部２ｃが外側（鉛直方向）へ矢印ｂで示す方向に、ピエゾ素子２ｂの変位を機械的に増幅されて変位せしめられる。

前記ピエゾアクチュエータ２は、加振周波数が５〜３０Ｈｚで、人の体感する振動数（１５〜２０Ｈｚ）を十分にカバーしている。また、このピエゾアクチュエータ２の高さは、例えば、３〜５ｃｍ程度である。また、載置板１０に対してこのピエゾアクチュエータ２は、例えば、ボルト等により固定される。

前記可動マス（錘）３は、図１に示すように、略矩形状の金属製剛体であり、一例としてその重さが約５０〜１５０ｋｇである。前記複数個のピエゾアクチュエータ２の基台２ａ上に、当該可動マス３をボルト等を介して固定状態にして設置される。

この可動マス３の高さ（厚み）は、例えば、３〜５ｃｍ程度である。よって、前記載置板１０とピエゾアクチュエータ２とこの可動マス３との最少の高さの合計が７ｃｍで、最大の高さの合計が１２ｃｍであるから、前記空間部８の高さが１０〜１５ｃｍ程度の狭隘な空間でも、図２に示すように、余裕をもって設置できるものである。

前記加速度センサ４は、適宜な市販のものを使用しており、また、変位計５も適宜な市販品を使用できるが、好ましくは、可動マス３を加振する際には、ピエゾアクチュエータ２に与える変位は、該ピエゾアクチュエータ２内部のひずみ計により計測して制御できるのである。

実施例２に係るアクティブ制振装置１は、図４に示したように、全体を薄くするためにピエゾアクチュエータ２と可動マス３の干渉部分に所要深さ（１〜１．５ｃｍ程度）の刳抜状部（凹み部分）１１を形成する場合もある。

この刳抜状部１１は、可動マス３の下面側で所要高さの周縁部１２を残して、内側を機械的に刳り抜いて形成するか、又は予め肉薄の可動マス３を使用し、該可動マス３の各外周側面に所要幅の金属製の板状部材を沿わせ、該板状部材の一部を可動マス３の下面側にはみ出させて位置させ、例えば、熔接またはボルト止して取り付けることもできる。要するに、可動マス３の下面側の周囲を囲うように板状部材を突出させることで、可動マス３の下面全体が所要深さの凹み部分（刳抜状部と同等）となるのであり、刳り抜き作業が不要になる。

さらに、可動マス３の回転運動が懸念される場合には、その回転運動を抑制するためのリニアブッシュ（ガイド機構）１３を可動マス３の重心位置に設け、載置板１０に設けたリング状のガイド部材１４との間で常に適正な位置を保つようにする手段（機構）等も付加的な要件として含むものである。

本発明に係る前記アクティブ制振装置１を使用したアクティブ制振構造は、以下のような構造になる。上記アクティブ制振装置１を図１乃至図４に示すように、前記床スラブ６と該床スラブ６に支持部材７ａで支持された内装床板７との間の空間部８において、前記ピエゾアクチュエータ２を前記床スラブ６に設けた載置板１０の上に固定する。前記ピエゾアクチュエータ２の設置数は１個でもよいが、好ましくは複数個、例えば、少なくとも２個、若しくは、３点支持させる場合の３個から多くとも４個である。

また、アクティブ制振装置１のピエゾアクチュエータ２や可動マス３を床スラブ６に設けた載置板１０上に置くので、高所作業とならず作業員の安全性が確保されると共に、施工工事が短期間で且つ容易になり、また、メンテナンスも容易になる。そして、前記可動マス３の上面と前記内装床板７の下面との間に所要の間隙を有して、小型化されたアクティブ制振装置１を配設する。

前記アクティブ制振装置１における複数のピエゾアクチュエータ２にそれぞれ近接させて、可動マス３の回転を防止するために金属製若しくは合成樹脂製等の回転防止部材を載置板１０上に適宜配設することができる。更に、加速度センサ４、変位計５、これらに電気的に接続する制御装置も配設される。

前記アクティブ制振装置１は、特に限定するものではないが、例えば、内装床板７の床面積１００ｍ^２あたり１〜２台程度にして配設される。

このようなアクティブ制振構造により、床スラブ６に機械的な上下振動、歩行による上下振動、あるいは、道路から伝わる自動車などの上下振動が伝達した場合に、床スラブ６の上下振動を加速度センサ４で計測し、この上下振動を打ち消すように、前記ピエゾアクチュエータ２に電圧を印加して可動マス３を強制的に加振する。このピエゾアクチュエータ２に与える変位は、変位計５によって可動マス３の変位を計測して、或いは好ましくは、ピエゾアクチュエータ２の内部に設けてあるひずみ計で計測して、制御装置で制御しながら可動マス３を加振する。

このように制御すると、図６に示すように、ピエゾアクチュエータ２を制御装置、電源部、駆動ドライバなどによって印加することで、応答加速度の振幅を、短時間で略半分程度に低減するものである。

本発明に係るアクティブ制振装置１とアクティブ制振構造によれば、オフィスビルなどの構造物における内装床板下をはじめとした、狭隘な空間部にも容易に設置することができるので、この種技術分野において広く適用することができる。

１アクティブ制振装置、
２ピエゾアクチュエータ（機械増幅式）、
２ａ基台、２ｂピエゾ素子、
２ｃ出力部、２ｄブリッジ部、
３可動マス（錘）、
４加速度センサ、
５変位計、
６床スラブ、
７内装床板、７ａ支持部材、
８空間部、
１０載置板
１１刳抜状部（凹み部分）
１２周縁部
１３リニアプッシュ（ガイド機構）
１４ガイド部材
ａ、ｂ矢印

Claims

床スラブと該床スラブに支持部材で支持された内装床板との間の狭隘な空間部に設けられるものであって、
前記床スラブに設けられた載置板に固定して載置されるピエゾアクチュエータと、
該ピエゾアクチュエータに支持される可動マスと、
前記ピエゾアクチュエータの加振周波数を制御すべく電気的に接続される制御装置と、を少なくとも有してなること、
を特徴とするアクティブ制振装置。
床スラブの載置板に固定して載置されるピエゾアクチュエータと、該ピエゾアクチュエータに支持される可動マスと、前記ピエゾアクチュエータの加振周波数を制御すべく電気的に接続される制御装置を少なくとも有してなるアクティブ制振装置を、
前記床スラブに支持部材で支持された内装床板との間の空間部において、前記ピエゾアクチュエータを前記床スラブの載置板上に固定すると共に、前記可動マスの上面と前記内装床板の下面との間に間隙を有して配設してなること、
を特徴とするアクティブ制振構造。
アクティブ制振装置における１から複数のピエゾアクチュエータにそれぞれ近接させて、可動マスの回転防止用の回転防止部材が載置板上に配設されていること、
を特徴とする請求項２に記載のアクティブ制振構造。
可動マスはその重さが５０ｋｇ〜１５０ｋｇであって、アクティブ制振装置が内装床板の床面積１００ｍ^２あたり１〜２台にして配設されていること、
を特徴とする請求項２または３に記載のアクティブ制振構造。