JP6959855B2 - Active damping device and its active damping structure - Google Patents
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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。 The present invention relates to, for example, an active vibration damping device for reducing vertical vibration of a floor in an office or the like and an active vibration damping structure thereof.
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。
Conventionally, an active vibration damping device is composed of a movable mass and a linear actuator that forcibly vibrates the movable mass. For example, as described in
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。
However, in the conventional active vibration damping device, the size of the entire vibration damping device becomes large because the linear actuator itself constituting the device is large. For example, in the vibration damping structure by the active vibration damping device described in
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、前記ピエゾアクチュエータに近接させて前記載置板に配設した前記可動マスの回転防止用の回転防止部材と、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。 The gist for solving the above-mentioned problems of the active vibration damping device according to the present invention and achieving the object is provided in a narrow space between a floor slab and an interior floor plate supported by a support member on the floor slab. A piezo actuator fixedly mounted on a mounting plate provided on the floor slab, a movable mass supported by the piezo actuator, and electricity to control the excitation frequency of the piezo actuator. The active is characterized by having at least a control device to be specifically connected and an anti-rotation member for preventing rotation of the movable mass arranged on the above-mentioned mounting plate in close proximity to the piezo actuator. It provides a vibration damping device.
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り、前記アクティブ制振装置における1から複数の前記ピエゾアクチュエータにそれぞれ近接させて、前記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、を特徴とするアクティブ制振構造を提供するものである。 The gist for solving the above-mentioned problems of the active vibration damping structure according to the present invention and achieving the object is a piezo actuator fixedly mounted on a mounting plate of a floor slab and a movable piezo actuator supported by the piezo actuator. between the masses, at least it has an active vibration damping device comprising a control device electrically connected to control the vibration frequency of the piezoelectric actuator, the support interiors floor in the support member to the floor slab of the space portion, wherein the piezoelectric actuator is fixed on the mounting plate of the floor slab, it was arranged with a gap between the lower surface of the interior floor and the upper surface of the movable mass, the active An active vibration damping structure characterized in that a rotation prevention member for preventing rotation of the movable mass is arranged on a mounting plate in close proximity to one to a plurality of the piezo actuators in the vibration damping device. It is to provide.
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100m2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。 Further, as an additional requirement, the movable mass has a weight of 50 kg to 100 kg, and one or two active vibration damping devices are arranged per 100 m 2 of the floor area of the interior floor board. It's a waste.
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。 According to the active vibration damping device of the present invention and its vibration damping structure, if a mass damper is vibrated by a mechanically amplified piezo actuator instead of a linear actuator, the displacement in the horizontal direction is amplified in the vertical direction. By displacementing, the height of the piezo actuator in the vertical direction as a device is lowered, and the size is reduced. By attaching a movable mass to this piezo actuator, for example, it can be installed in a narrow space between an interior floor plate, which is an interior floor plate, and a floor slab with a margin, and the degree of freedom of installation is increased.
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。 In addition, the interior floor board can be easily removed for maintenance of the active vibration damping device. Further, since the active vibration damping device is installed on the floor slab, the work is not performed at a high place, and the safety of the operator is ensured, which is an excellent effect.
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。
As shown in the figure, the active
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。
The configuration of the active
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。
A
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。
In addition, an
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。
As shown in FIG. 3A, the
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。
As shown in FIG. 3B, the
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。
The
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。
As shown in FIG. 1, the movable mass (weight) 3 is a substantially rectangular rigid metal body, and as an example, the movable mass (weight) 3 weighs about 50 to 150 kg. The
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。
The height (thickness) of the
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。
The
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。
As shown in FIG. 4, the active
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。
The hollowed-out
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。
Further, when there is concern about the rotational movement of the
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。
The active vibration damping structure using the active
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。
Further, since the
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。
An anti-rotation member made of metal or synthetic resin is appropriately arranged on the mounting
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100m2あたり1〜2台程度にして配設される。
The active
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。
With such an active vibration damping structure, when mechanical vertical vibration, vertical vibration due to walking, or vertical vibration of an automobile or the like transmitted from the road is transmitted to the
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。
When controlled in this way, as shown in FIG. 6, the amplitude of the response acceleration is reduced to about half in a short time by applying the
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。
According to the active
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 リニアブッシュ(ガイド機構)、
14 ガイド部材、
a、b 矢印
1 Active vibration damping device,
2 Piezo actuator (mechanical amplification type),
2a base,
2b piezo element,
2c output unit,
2d bridge part,
3 Movable mass (weight),
4 Accelerometer,
5 Displacement meter,
6 floor slab,
7 Interior floorboards,
7a Support member,
8 space part,
10 mounting plate ,
11 hollowed out part (recessed part) ,
12 Periphery ,
13 Linear bush (guide mechanism) ,
14 Guide member ,
a, b arrows
Claims (3)
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、
前記ピエゾアクチュエータに近接させて前記載置板に配設した前記可動マスの回転防止用の回転防止部材と、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。 It is provided in a narrow space between a floor slab and an interior floor board supported by a support member on the floor slab.
A piezo actuator that is fixedly mounted on a mounting plate provided on the floor slab, and
A movable mass supported by the piezo actuator and
A control device electrically connected to control the excitation frequency of the piezo actuator,
It shall have at least an anti-rotation member for preventing rotation of the movable mass, which is arranged on the above-mentioned mounting plate in close proximity to the piezo actuator.
An active vibration damping device featuring.
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り、
前記アクティブ制振装置における1から複数の前記ピエゾアクチュエータにそれぞれ近接させて、前記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、
を特徴とするアクティブ制振構造。 A piezoelectric actuator which is mounted fixed to the mounting plate of the floor slabs, said movable mass being supported by the piezoelectric actuator, and a control device for the being electrically to control the vibration frequency connection of the piezoelectric actuator At least have an active damping device,
In the space between the floor slab and the interior floor plate supported by the support member, the piezo actuator is fixed on the mounting plate of the floor slab, and the upper surface of the movable mass and the lower surface of the interior floor plate are It is arranged with a gap between them .
A rotation prevention member for preventing rotation of the movable mass is arranged on the mounting plate in close proximity to one to a plurality of the piezo actuators in the active vibration damping device.
Active vibration damping structure featuring.
を特徴とする請求項2に記載のアクティブ制振構造。 The movable mass has a weight of 50 kg to 150 kg, and one or two active vibration damping devices are arranged per 100 m 2 of the floor area of the interior floor board.
The active vibration damping structure according to claim 2.
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