JP6322439B2

JP6322439B2 - 膜型アクチュエータ及び膜型アクチュエータ取付構造

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Publication number: JP6322439B2
Application number: JP2014035557A
Authority: JP
Inventors: 仁士松下; 宏和吉岡; 良典高橋
Original assignee: Takenaka Corp
Current assignee: Takenaka Corp
Priority date: 2014-02-26
Filing date: 2014-02-26
Publication date: 2018-05-09
Anticipated expiration: 2034-02-26
Also published as: JP2015161085A

Description

本発明は、膜型アクチュエータ及び膜型アクチュエータ取付構造に関する。

膜型圧電素子の伸縮を利用した膜型アクチュエータを、構造物の振動抑制に採用する技術が提案されている（特許文献１）。
特許文献１には、梁の下部フランジの両端部を一部切り欠いて切欠き部を形成し、梁が接合された柱との間に形成された空間に膜型アクチュエータを配置して、膜型アクチュエータの伸縮で梁の振動を抑制する技術が記載されている。

しかし、膜型アクチュエータは薄い膜状に形成されているため、構造物の振動抑制部にそのまま設置した場合、膜型アクチュエータの収縮時（引張り方向）には、アクチュエータとして、引張力を発揮するものの、膜型アクチュエータの伸長時（圧縮方向）には、面外変形が生じて、圧縮力を振動抑制部に伝達させることが困難となる。
このため、従来は、施工時に、膜型アクチュエータに予め電圧を印加して、伸長させた状態で構造物に固定し、常に膜型アクチュエータに引張力を加えておき、使用時には、膜型アクチュエータに、収縮方向の力を発揮させるように構成していた。

特開２０１２−１１２２３７号公報

しかし、従来の方法では、配線やコントローラのセッティングが完了しないと、膜型アクチュエータを構造物に固定できず、施工に手間がかかるという問題があった。

本発明は、上記事実に鑑み、施工時に引張力の付与を必要としない膜型アクチュエータ、及び施工時に電圧印加せずに引張力の付与が可能な膜型アクチュエータ取付構造を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明に係る膜型アクチュエータは、芯材と、前記芯材の両面に固着され、印加電圧に応じて前記芯材を伸縮させる膜型圧電素子と、前記芯材の両端部に固定された固定具と、前記固定具の間で、引張力が付与された状態の前記芯材を保持する保持部材と、を有し、前記保持部材は、前記固定具の間に取付けられる支え棒であることを特徴としている。

請求項１に記載の発明によれば、芯材の両面に固着された膜型圧電素子により、印加電圧に応じて芯材が伸縮される。また、芯材の両端部に固定された固定具の間の保持部材により、引張力が付与された状態で芯材が保持される。
これにより、施工時に、現場で引張力を付与する必要がなくなり、施工性を高めることができる。また、施工後に、張力付与手段を取り除くことで、膜型アクチュエータに、常時引張力を付与しておくことができる。

また、支え棒により引張力が付与された状態で芯材が保持される。これにより、施工時に張力を付与する必要はなく、施工後に支え棒を取り外すことで、常時、膜型アクチュエータに引張力を付与することができる。

請求項２に記載の発明は、芯材と、前記芯材の両面に固着され、印加電圧に応じて前記芯材を伸縮させる膜型圧電素子と、前記芯材の両端部に固定された固定具と、前記固定具の間で、引張力が付与された状態の前記芯材を保持する保持部材と、を有し、前記保持部材は、前記固定具の間であり、前記膜型圧電素子に沿って前記芯材に形成したスリットで前記芯材の端部に矩形部を設け、前記矩形部を押し潰して伸長させた支え板部であることを特徴としている。

請求項２に記載の発明によれば、支え板部により引張力が付与された状態で芯材が保持される。これにより、芯材を伸長させる引張装置や伸長された芯材を保持する保持部材を別途準備する必要がない。また、施工時に張力を付与する必要はなく、施工後に支え板部を切り取ることで、常時、膜型アクチュエータに引張力を付与することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の膜型アクチュエータにおいて、前記芯材は、鋼板を加圧して、両端部より薄くされた中央部を前記膜型圧電素子の固着部とし、両端部を固定部とすると共に、前記中央部と前記両端部の境界には、テーパ部が形成されていることを特徴としている。

請求項３に記載の発明によれば、芯材の中央部と両端部の間に形成されたテーパ部により、膜型圧電素子の引張力を、損失を減らして中央部から両端部へ伝達させることができる。この結果、芯材の膜型圧電素子が固着される部分を、より薄く形成することができ、膜型圧電素子の引張力をより有効に活用できる。また、両端部に、別途固定具を取付けなくても、固定部を、膜型圧電素子の固着部と一体成型することができる。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の膜型アクチュエータにおいて、前記芯材及び前記固定部は、カーボンファイバーを積層して形成されていることを特徴としている。

これにより、芯材の薄型化、芯材と固定部の一体化を図ることができる。また、芯材の膜型圧電素子が固着される固着部をより薄く形成できるようになり、膜型圧電素子の引張力をより有効に活用できる。

請求項５に記載の発明に係る膜型アクチュエータ取付構造は、芯材の両面に膜型圧電素子が固着された膜型アクチュエータと、前記膜型アクチュエータの一方の端部に形成された長孔と、前記長孔の周囲に接合され、前記膜型圧電素子の方向を開放した楔長孔が形成された第１楔と、前記第１楔と傾斜面同士が当接され、ボルト孔が形成された第２楔と、前記第２楔の前記ボルト孔、前記第１楔の前記楔長孔を貫通して、第１部材に締結され、前記第２楔を前記第１楔に押し付け、前記第１楔を前記膜型圧電素子と反対側へ移動させるボルトと、前記膜型アクチュエータの他方の端部を、前記第１部材と相対変位する第２部材へ固定する固定具と、前記固定具に設けられ、前記相対変位により、前記膜型アクチュエータに設定値以上の外力が加えられたき、前記固定具と前記膜型アクチュエータの他方の端部との接合を解除する保護機構と、を有することを特徴としている。なお、外力と
は、構造物に外部から作用する力であって、地震力や風圧力等を云う。

請求項５に記載の発明によれば、第１楔と第２楔に挿入されたボルトを第１部材へねじ込み、第２楔を押圧することで、当接された傾斜面同士がスライドして、第１楔と、第１楔に接合された膜型アクチュエータが、他方の端部から離れる方向へ移動させられる。これにより、膜型アクチュエータに引張力を付与することができる。即ち、施工時に、膜型アクチュエータに電圧を印加せずに引張力を付与することができる。
また、固定具に設けられた保護機構により、膜型アクチュエータに設定値以上の外力が加えられたき、固定具と膜型アクチュエータの他方の端部との接合が解除される。これにより、第１部材と第２部材が相対変位しても膜型アクチュエータの損傷を抑制することができる。

本発明は、上記構成としてあるので、施工時に引張力の付与を必要としない膜型アクチュエータ、及び施工時に電圧印加せずに引張力の付与が可能な膜型アクチュエータ取付構造を提供することができる。

（Ａ）は本発明の第１実施形態に係る膜型アクチュエータの基本構成を示す斜視図であり、（Ｂ）は（Ｃ）のＸ−Ｘ線断面図であり、（Ｃ）は正面図である。（Ａ）は本発明の第１実施形態に係る膜型アクチュエータの側面図であり、（Ｂ）はその平面図であり、（Ｃ）は膜型圧電素子の分解斜視図である。本発明の第１実施形態に係る膜型圧電素子の電気特性を示す電圧特性図である。（Ａ）は本発明の第１実施形態に係る膜型アクチュエータに支え棒を挿入する前の正面図であり、（Ｂ）は膜型アクチュエータに引張力を加えた状態の正面図であり、（Ｃ）は膜型アクチュエータに支え棒を挿入した後の正面図である。本発明の第１実施形態に係る膜型アクチュエータを、柱梁接合部に取付けた状態の正面図である。（Ａ）は本発明の第１実施形態に係る膜型アクチュエータを、柱梁接合部に取付けた状態の他の正面図であり、（Ｂ）はその接合部を拡大した平面図であり、（Ｃ）は接合部材の斜視図である。（Ａ）は本発明の第２実施形態に係る膜型アクチュエータの基本構成を示す斜視図であり、（Ｂ）はその圧延加工段階を示す断面図であり、（Ｃ）は圧延加工後の側面図である。（Ａ）は本発明の第３実施形態に係る膜型アクチュエータの基本構成を示す側面図であり、（Ｂ）はその正面図である。（Ａ）は本発明の第４実施形態に係る膜型アクチュエータ取付構造の基本構成を示す正面図であり、（Ｂ）はその一方の固定部を示す部分断面図であり、（Ｃ）はその他方の固定部を示す正面図である。（Ａ）は本発明の第４実施形態に係る膜型アクチュエータ取付構造の他の構成を示す正面図であり、（Ｂ）はその一方の固定部を示す部分断面図であり、（Ｃ）は他方の固定部で使用される接合部材の斜視図である。

（第１実施形態）
図１〜図６を用いて、第１実施形態に係る膜型アクチュエータ１０について説明する。
図１（Ａ）〜図１（Ｃ）に示すように、膜型アクチュエータ１０は、芯材１２を有し、芯材１２の両面（Ｚ軸方向）には膜型圧電素子１４が固着されている。

芯材１２は、鋼板で矩形状に形成され、膜型圧電素子１４を補強し、膜型圧電素子１４により、膜型圧電素子１４と共にＸ軸方向へ伸縮される。芯材１２は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向共に、膜型圧電素子１４より大きく形成されている。
芯材１２のＹ軸方向の両端部には、幅Ｙ１、長さＸ１の寸法で、両端部が矩形状に切り取られた、切欠き部２４が形成されている。また、芯材１２のＸ軸方向端部には、ボルト孔２０が形成されている。

芯材１２のＸ軸方向の両端部には、Ｚ軸方向から芯材を挟み込んで固定された固定具１６が取付けられている。固定具１６は、鋼材で、芯材１２のＹ軸方向の全幅を覆う幅で形成されている。固定具１６には、芯材１２を貫通してボルト孔２０が設けられている。膜型アクチュエータ１０は、ボルト孔２０で固定具１６を介して、制御対象となる建物躯体に取付けられる。

膜型圧電素子１４は、芯材１２の中央部の、切欠き部２４で挟まれた部分に貼り付けられている。
ここに、膜型圧電素子１４は、図２（Ａ）〜図２（Ｃ）に示すように、繊維状に形成された圧電セラミック３７を、同一平面上にエポキシ樹脂３６を挟んで一方向へ配置し、圧電セラミック３７の両側面には、電極が印刷されたポリイミドフィルム３８を配置し、更に、それらをエポキシ樹脂３６で接合した構成である。

膜型圧電素子１４は、両側面の圧電セラミック３７に、リード線３９を介してコントローラから電圧が印加される。圧電セラミック３７には、印加された電圧値に従った歪が生じ、膜型圧電素子１４が矢印Ｐの方向に変形する。芯材１２の両側面には、膜型圧電素子１４が貼り付けられているので、同時に同じ印加電圧を印加することで、芯材１２を両側面から矢印Ｐの方向に印加電圧に応じて伸縮させることができる。

膜型圧電素子１４は、図３に示すように、電圧入力に応じて伸縮する特性を有している。ここに、図３は、横軸がアンプからの入力電圧（Ｖ）、縦軸が変形量（ｍｍ）であり、ループ状の曲線が膜型圧電素子１４の伸縮特性Ｑである。
即ち、伸縮特性Ｑは、アンプからの入力電圧を増大してゆけば、膜型圧電素子１４は伸長され、変形量が増大し、アンプからの入力電圧を低減させてゆけば、膜型圧電素子１４は収縮し、変形量が減少する。

膜型圧電素子１４は、収縮時の引張り方向には力を発揮することができる（範囲Ａ）。しかし極めて薄い構成のため、伸長時の圧縮方向には面外変形が生じ、力を躯体に伝達することができない（範囲Ｂ）。このため、膜型圧電素子１４を伸長させておき、常に、収縮方向の力を発揮するよう構成するのが望ましい。これにより、力を伝達する範囲を３倍程度広くすることができる（範囲Ｃ）。

次に、図４を用いて、膜型圧電素子１４を伸長させる構成について説明する。
先ず、図４（Ａ）に示すように、膜型アクチュエータ１０は、Ｙ軸方向の両端部に切欠き部２４が形成された芯材１２に、膜型圧電素子１４と固定具１６が取付けられている。このとき、固定具１６間の、Ｘ軸方向の距離はＸ１である。

次に、図４（Ｂ）に示すように、固定具１６を利用して、図示しない引張装置を用い、Ｘ軸方向へ力Ｆを加えて固定具１６間を距離Ｘ２まで伸長させる。このとき、伸長量（距離Ｘ２−距離Ｘ１）は、使用する膜型圧電素子１４の伸縮特性や、芯材１２の伸縮特性等から決定される。

次に、図４（Ｃ）に示すように、膜型アクチュエータ１０を、Ｘ軸方向へ伸長させた状態で、長さＸ２の２本の支え棒１８を、２か所の切欠き部２４へそれぞれ挿入する。このとき、支え棒１８の側面の溝１９を、膜型圧電素子１４との間の、切り残された芯材１２へ差し込む。これにより、固定具１６間が支え棒１８で支持され、膜型アクチュエータ１０を引張装置から取り外しても、支え棒１８に引張力を負担させることができる。

ここに、支え棒１８は、鋼材製とされ、引張力が付与された状態で、固定具１６間の距離Ｘ２を維持する剛性を備えている。なお、支え棒１８は、建物躯体へ膜型アクチュエータ１０を取付けた後、支え棒１８を取り外すことで、膜型圧電素子１４に引張力を付与させることができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、芯材１２の両面に固着された膜型圧電素子１４により、印加電圧に応じて芯材１２が伸縮される。また、芯材１２の両端部に固定された固定具１６を利用して取り付けられた支え棒１８により、引張力が付与された状態で、芯材１２が保持される。

これにより、施工時に張力を付与する必要はなく、施工後に支え棒を取り外すことで、常時、膜型圧電素子１４に引張力を付与させることができる。
この結果、従来の、膜型圧電素子１４に電圧を加えて伸長させる方式における、配線やコントローラのセッティングが完了しないと、膜型アクチュエータ１０の固定が行えず、施工に手間がかかる問題や、高電圧印加状態で膜型アクチュエータ１０をボルト留めするため、膜型圧電素子１４に余計な負荷を与え、故障の原因となる問題を解消できる。

更に、膜型アクチュエータ１０が得られる最大の伸長量が、膜型圧電素子１４の伸長量の範囲内に限定される問題や、固定時に生じた芯材１２のたわみ等の要因により、膜型圧電素子１４の生じる力を全て引張り方向に作用させることが出来ない問題についても、本実施形態によれば、予め膜型圧電素子１４の伸長量以上の伸長を与えることで、固定時のたわみ等を少なくし、膜型圧電素子１４の力をより確実に、引張力として躯体に伝達させることができ、いずれも解消することができる。

次に、図５を用いて、膜型アクチュエータ１０の躯体への取付け方法を説明する。
図５に示すように、膜型アクチュエータ１０は、柱２６と梁２８の接合部に、梁２８と平行に取付けられている。柱２６の側壁２６Ｓには柱側座板２７が固定され、梁２８の下フランジ３２の下側３２Ｕには、梁側座板２９が固定されている。

具体的には、膜型アクチュエータ１０は、一方の端部が固定具１６のボルト孔２０を利用して、梁側座板２９の底面にボルト６６で固定されている。また、他方の端部が、高剛性のシート７０、及び溝付きピース７６を介して、柱側座板２７の上面に、ボルト６６で固定されている。なお、図示は省略するが、電源回路や制御回路と連結されるケーブル類は、膜型アクチュエータ１０の取付け後に接続される。

ここに、シート７０は、一端が、芯材１２の他端を固定する芯材シート接合部材７２で、上下から挟み込まれボルト６６で固定されている。また、シート７０の他端は、シート接合部材７４に接合されている。また、シート接合部材７４は、溝付きピース７６の一方の端部と、継ぎ部材７５を介してボルト６６で連結されている。溝付きピース７６の他方の端部は、柱側座板２７に固定されている。
溝付きピース７６は、例えばセラミックスで形成され、中央部には、断面Ｖ字状の溝部７８が上下面に設けられている。これにより、溝付きピース７６の許容引張力が調整されている。

本構成とすることにより、膜型アクチュエータ１０は、施工後に支え棒１８を取り除くことで、常に、膜型圧電素子１４に引張力を与えることができる。この結果、柱２６と梁２８の接合部を、膜型アクチュエータ１０により効果的に振動制御することができる。

一方、膜型アクチュエータ１０に、設定値以上の外力が作用したとき、矢印Ｘ１方向の外力（膜型アクチュエータ１０を圧縮する方向の外力）に関しては、シート７０がたわみ、外力を逃がすことができる。
また、矢印Ｘ２方向の外力（膜型アクチュエータ１０を引っ張る方向の外力）に関しては、溝付きピース７６が溝部７８の位置で破断し、分離して外力を逃がすことができる。

以上、説明したように、本実施形態によれば、固定具１６の少なくとも一方は、保護機構を介して建物の躯体に固定されているので、躯体が相対変位して、膜型アクチュエータ１０に設定値以上の外力が付与されたとき、外力が膜型アクチュエータ１０へ及ぼす影響を制限することができる。
即ち、施工時に引張力の付与を必要としない膜型アクチュエータを提供できる。また、柱梁の接合部が相対変位しても、膜型アクチュエータ１０の損傷を抑制する膜型アクチュエータ取付構造を提供することができる。

なお、膜型アクチュエータ１０の躯体への取付けは、図６（Ａ）の構成としても良い。
即ち、膜型アクチュエータ１０の一方の端部を、固定具１６を介して、梁側座板２９の底面にボルト６６で固定し、他方の端部を、長孔ピース６２を介して柱側座板２７の上面にボルト６６で固定する。

ここに、長孔ピース６２は、図６（Ｃ）に示すように、一方の端部に長孔６４が形成され、他方の端部にはボルト孔６７が形成されている、長孔６４は、長手部が、膜型アクチュエータ１０の伸縮方向へ沿って形成されている。
長孔ピース６２は、長孔６４側が、膜型アクチュエータ１０と連結部材６０で、上下から挟み込まれて、ボルト６６で連結されている。このとき、連結部材６０は、長孔ピース６２の長孔６４と連結される。そして、ボルト６６は、長孔６４の膜型アクチュエータ１０側の端部に挿入される。また、接合時に、ボルト６６はきつく締め込まず、長孔ピース６２と連結部材６０の間のスライドを許容する程度に締め付ける。また、長孔ピース６２の他方は、柱側座板２７の上面にボルト６６で接合されている。

これにより、柱２６と梁２８が相対変位して、膜型アクチュエータに設定値以上の外力が付与されたとき、外力の膜型アクチュエータ１０への作用を制限することができる。この結果、膜型アクチュエータ１０の損傷を防止することができる。

具体的には、設定値以上の大きな外力が作用したとき、Ｘ１方向の外力（膜型アクチュエータ１０を圧縮する方向の外力）に関しては、ボルト６６が、長孔６４の内部を圧縮方向（Ｘ１方向）へスライドし、外力を逃がす。
一方、Ｘ２方向の外力（膜型アクチュエータ１０を引張方向の外力）に関しては、設定値以上の外力が作用した場合には、ボルト６６の移動が長孔６４の端部で制限されるため、長孔ピース６２に外力が加わり、長孔ピース６２が長孔６４の位置で破断する。
長孔ピース６２は、長孔６４の位置でＸ２方向の断面積が最も小さくされており、長孔６４の幅寸法で破断させる設定値を調節できる。破断させる設定値を適切に選ぶことで、膜型アクチュエータ５８の制御機能と損傷防止を両立させることができる。

（第２実施形態）
図７を用いて、第２実施形態に係る膜型アクチュエータ３０について説明する。
図７に示すように、膜型アクチュエータ３０は、第１実施形態に係る膜型アクチュエータ１０の支え棒１８に替えて、支え板部５２を採用した点において、膜型アクチュエータ１０と相違する。相違点を中心に説明する。

図７（Ａ）に示すように、膜型アクチュエータ３０は、矩形状に形成された芯材１２にスリット３４が形成されている。スリット３４は、膜型圧電素子１４のＹ軸方向の両端部にＸ軸方向に形成されている。
スリット３４と芯材１２のＹ軸方向の端部との間には、所定の寸法で矩形状に芯材１２が、切り残されている。支え板部５２となる矩形部の位置や大きさは、支え板部５２に要求される張力で決定される。

支え板部５２は、スリット３４の外側に矩形状に切り残された芯材１２を、加圧してＸ軸方向へ押し潰しながら、引き延ばして形成される。
具体的には、図７（Ｂ）、図７（Ｃ）に示すように、軸５６に連結された圧延ローラ５４と、軸５７に連結された圧延ローラ５５を、矢印Ｃ１、及び矢印Ｃ２の方向へ回転させ、圧延ローラ５４、５５に挟まれた矩形状の芯材１２を押し潰し、固定具１６間の距離Ｘ１をＸ２まで伸長させる。

これにより、支え板部５２により、引張力が付与された状態で固定具１６が保持される。この結果、施工時に、膜型アクチュエータ３０に、別途張力を付与する必要がなくなる。また、芯材１２を、外力で伸長させる引張装置や伸長された芯材を保持する支え棒等の保持部材を別途準備する必要がない。また、施工後に支え板部５２を切り取ることで、常時、膜型アクチュエータ３０に引張力を付与することができる。
他の構成は、第１実施形態と同じであり説明は省略する。

（第３実施形態）
図８を用いて、第３実施形態に係る膜型アクチュエータ４０について説明する。
図８（Ａ）、図８（Ｂ）に示すように、膜型アクチュエータ４０は、第１実施形態に係る膜型アクチュエータ１０と芯材の構造が相違する。相違点を中心に説明する。

芯材４２は、鋼板の中央部が、図示しない圧延装置で圧延され、両端部より厚さが薄くされている。この中央部が膜型圧電素子１４の固着部とされている。このとき、芯材４２の両端部には、ボルト孔２０が形成され、そのまま固定部４４とされている。このとき、中央部と両端部との境界は、傾斜面４６で滑らかにつながれている。

また、芯材４２のＹ軸方向の両端部には、支え棒１８を挿入するための切欠き部２４が形成されている。傾斜面４６には電極２２が配置され、膜型圧電素子１４の電極位置を確保している。

本構成によれば、芯材４２の中央部と両端部の間に形成された傾斜面４６により、膜型圧電素子１４が発生させた引張力を、傾斜面４６により、損失を減らして中央部から両端の固定部４４へ伝達させることができる。この結果、芯材４２の膜型圧電素子１４が固着される部分を、より薄く形成することができ、膜型圧電素子１４の引張力を、より有効に活用することができる。また、別途固定具を取付けなくても、固定部４４が、膜型圧電素子１４の固着部と一体成型される。

なお、膜型アクチュエータ４０において、芯材４２及び固定部４４は、鋼板のみでなく、カーボンファイバーを積層して形成してもよい。これにより、芯材４２の更なる薄型化、及び芯材４２と固定部４４の一体化を図ることができる。この結果、膜型圧電素子の引張力をより有効に活用することができる。

（第４実施形態）
図９を用いて、第４実施形態に係る膜型アクチュエータ取付構造５０について説明する。
図９（Ａ）に示すように、膜型アクチュエータ取付構造５０は、膜型アクチュエータ５８を、柱２６と梁２８の接合部に取付ける際の取付構造である。ここに、膜型アクチュエータ５８は、芯材９０の両面に膜型圧電素子９２が固着された構成であり、膜型圧電素子９２には、施工前にプレテンションは加えられていない。

柱２６の側壁２６Ｓには柱側座板２７が固定され、梁２８の下フランジ３２の下側３２Ｕには、梁側座板２９が固定されている。膜型アクチュエータ５８は、柱側座板２７と梁側座板２９の間に配置され、伸長させられながら固定される。

膜型アクチュエータ５８は、一方の端部が固定具１６、楔形ナット８０、８２を介して、梁側座板２９の底面に、ボルト６６で固定されている。
また、他方の端部が、固定具１６、テフロン（登録商標）製のワッシャー８４を介して柱側座板２７の上面に、ボルト６６で固定されている。ここに、固定具１６と芯材９０には、矢印Ｘ１（矢印Ｘ２）方向に長径とされた図示しない長孔が設けられている。施工時は、ボルト６６は、長孔の膜型アクチュエータ５８側の端部に挿入されて、締め付けられている。

この時、ボルト６６の締め付けトルクＴは、ワッシャー８４の静止摩擦係数μと、膜型アクチュエータ５８の伸縮により固定具１６とワッシャー８４の間に生じるせん断力Ｆｓと、膜型アクチュエータ５８の許容引張力Ｆａとの関係が次式（１）となるように設定する。
Ｆｓ＜μｆ＜Ｆａ …（１）

ここに、
ｆ：ボルトに生じる軸力（ｆ＝Ｔ／（Ｋ・ｄ））
Ｋ：トルク係数
ｄ：ボルトの呼び径
すなわち、膜型アクチュエータ５８が伸縮して生じる制御力では、固定具１６とワッシャー８４との界面は滑らないが、制御力より大きな外力が生じた場合、膜型アクチュエータ５８に加わる力が、許容引張力Ｆａに達する前に滑る。

なお、ワッシャー８４は、公知のワッシャ形状であって、表面の摩擦が小さい公知の滑り材であればよい（例えば、四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ、商標名テフロン）など）。また、図示は省略するが、膜型アクチュエータ５８の取付け後に、電源回路や制御回路とケーブルで連結される。

ここに、膜型アクチュエータ５８の芯材９０と固定具１６には、長孔８６が形成されている。また、長孔８６の周囲には、長孔８６を囲んで（挟んで）楔形ナット８０が接合されている。楔形ナット８０には、膜型圧電素子９２側を開放し、長孔８６と重ねられる楔長孔８８が形成されている。楔形ナット８０は、固定具１６に接着され固定具１６と一体移動する。

更に、楔形ナット８０と重ねられて、楔形ナット８２が設けられている。楔形ナット８２は、ボルト孔を有し、ボルト孔を楔長孔８８と一致させてボルト６６で取付けられている。楔形ナット８０と楔形ナット８２は、傾斜面同士が当接されている。
これにより、ボルト６６を矢印Ｒ１の方向へねじ込むことで、楔形ナット８０は、楔形ナット８２に押され、傾斜面でスライドして矢印Ｒ２の方向へ移動される。この結果、膜型アクチュエータ５８が、矢印Ｒ２の方向へ伸長される。

即ち、ボルト６６の締め込み深さと、楔形ナット８０の傾斜角からスライド量を計算、管理することができ、膜型圧電素子９２に、適切な引張力を付与することができる。即ち、施工時に、膜型圧電素子９２に電圧を印加せずに、膜型アクチュエータ５８に引張力を付与することができる。

本構成とすることにより、膜型アクチュエータ５８の膜型圧電素子９２は、施工後に、引張力が与えられる。この結果、膜型圧電素子１４を、常に引張り方向に作用させることができ、膜型アクチュエータ５８により、効果的に、柱２６と梁２８の接合部を振動制御することができる。

一方、設定値以上の大きな外力が膜型アクチュエータ５８に作用したとき、Ｘ１方向の外力（膜型アクチュエータ５８を圧縮する方向の外力）に関しては、膜型アクチュエータ５８と接着された楔形ナット８０が、設定値以上の外力を受けて膜型アクチュエータ５８と一体となって矢印Ｒ２の方向へ相対的に移動する。これにより、楔長孔８８に沿って、楔形ナット８０が楔形ナット８２と傾斜面でスライドして移動し、外力を逃がす（図９（Ｂ）参照）。設定値を適切に選ぶことで、膜型アクチュエータ５８の制御機能と損傷防止を両立させることができる。

また、Ｘ２方向の外力（膜型アクチュエータ１０を引っ張る方向の外力）に関しては、固定具１６との間に設けられた、ワッシャー８４で滑りを生じ、外力を逃がすことができる（図９（Ｃ）参照）。なお、ワッシャー８４に替えて、他の摩擦係数が小さく、安定した材料を使用してもよい。
この結果、施工時に電圧印加せずに引張力の付与が可能な膜型アクチュエータ取付構造５０を提供することができる。

他の実施形態について、図１０を用いて説明する。
更に、図１０（Ａ）に示すように、膜型アクチュエータ取付け構造９４は、一方の端部が図９と同様に固定具１６、楔形ナット８０、８２を介して、梁側座板２９の底面に、ボルト６６で固定されている。また、他方の端部は、膜型アクチュエータ５８の固定具１６から、柱２６方向に向かって順に、連結部材６０、溝付きピース９６がボルト６６で連結されている。更に、溝付きピース９６の他端は、柱側座板２７の上面に、ボルト６６で固定された構成である。

ここで、図１０（Ｃ）に示すように、連結部材６０と接合されるボルト孔９９は、いずれも通常の円形孔であり、膜型アクチュエータ５８と溝付きピース９６を上下から挟み込んで、ボルト６６で連結されている。溝付きピース９６は、例えばセラミックスで形成され、中央部には、断面Ｖ字状の溝部９８が上下面に設けられている。これにより、溝付きピース９６の許容引張力が調整されている。

本構成とすることにより、Ｘ１方向の外力に関しては、図９（Ｂ）で説明したように、膜型アクチュエータ５８と接着された楔形ナット８０が、設定値以上の外力を受けて膜型アクチュエータ５８と一体となって矢印Ｒ２の方向へ相対的に移動し（図１０（Ｂ）参照）、楔形ナット８０が楔形ナット８２と傾斜面でスライドして外力を逃がす。
一方、Ｘ２方向の外力に関しては、溝付きピース９６が溝部９８の位置で破断し、溝付きピース９６が分離することで外力を逃がすことができる。

なお、本明細書の実施形態の記載は限定的なものではなく、本発明の本質に反しない範囲で本発明の実施に好適な態様が本発明に技術的範囲に包含されるものとする。

１０、３０、４０、５８膜型アクチュエータ
１２、４２、９０芯材
１４、９２膜型圧電素子
１６固定具
１８支え棒（保持部材）
２７柱側座板（第２部材）
２９梁側座板（第１部材）
３４スリット
４６傾斜面（テーパ部）
５２支え板部（保持部材）
６２長穴ピース（保護機構）
８０楔形ナット（第１楔）
８２楔形ナット（第２楔）
８４ワッシャー（保護機構）
８６長孔
８８楔長孔
９６溝付きピース（保護機構）

Claims

芯材と、
前記芯材の両面に固着され、印加電圧に応じて前記芯材を伸縮させる膜型圧電素子と、
前記芯材の両端部に固定された固定具と、
前記固定具の間で、引張力が付与された状態の前記芯材を保持する保持部材と、
を有し、
前記保持部材は、前記固定具の間に取付けられる支え棒である、膜型アクチュエータ。
芯材と、
前記芯材の両面に固着され、印加電圧に応じて前記芯材を伸縮させる膜型圧電素子と、
前記芯材の両端部に固定された固定具と、
前記固定具の間で、引張力が付与された状態の前記芯材を保持する保持部材と、
を有し、
前記保持部材は、前記固定具の間であり、前記膜型圧電素子に沿って前記芯材に形成したスリットで前記芯材の端部に矩形部を設け、前記矩形部を押し潰して伸長させた支え板部である、膜型アクチュエータ。
前記芯材は、
鋼板を加圧して、両端部より薄くされた中央部を前記膜型圧電素子の固着部とし、両端部を固定部とすると共に、前記中央部と前記両端部の境界には、テーパ部が形成されている請求項１又は請求項２に記載の膜型アクチュエータ。
前記芯材及び前記固定部は、
カーボンファイバーを積層して形成されている請求項３に記載の膜型アクチュエータ。
芯材の両面に膜型圧電素子が固着された膜型アクチュエータと、
前記膜型アクチュエータの一方の端部に形成された長孔と、
前記長孔の周囲に接合され、前記膜型圧電素子の方向を開放した楔長孔が形成された第１楔と、
前記第１楔と傾斜面同士が当接され、ボルト孔が形成された第２楔と、
前記第２楔の前記ボルト孔、前記第１楔の前記楔長孔を貫通して、第１部材に締結され、前記第２楔を前記第１楔に押し付け、前記第１楔を前記膜型圧電素子と反対側へ移動させるボルトと、
前記膜型アクチュエータの他方の端部を、前記第１部材と相対変位する第２部材へ固定する固定具と、
前記固定具に設けられ、前記相対変位により、前記膜型アクチュエータに設定値以上の外力が加えられたき、前記固定具と前記膜型アクチュエータの他方の端部との接合を解除する保護機構と、
を有する膜型アクチュエータ取付構造。