JPH02155008A - アクテイブ防振装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、アクティブ防振装置に関するものである。

〔従来の技術〕

振動体からの振動が伝わることを抑制しながら該振動体
を支持するには、一般に振動体と支持体との間にスプリ
ング、防振ゴム、空気ばねなどのような弾性体を介在さ
せることが従来がら行われている。

ところで、例えば船舶のエンジンや減速装置などから船
体に伝達される振動を低減する目的で、前記のような弾
性体による防振手段を用いると、船体が揺れた際に前記
振動体の慣性力で該装置と船体との相対位置が変化する
。ところで、これらの装置はプロペラシャフトで連結さ
れており、且つ該シャフトはボスで船体に軸支されてい
るので、該シャフトに無理がかかり摩耗ないし破損が起
るという問題がある。

そこで従来から前記弾性体にアルミニウムのようにヤン
グ率の低い金属体を使用し、その周囲にゴム弾性体のよ
うなダンピング材を取付けてサージングを防止した硬式
防振支持装置が船舶エンジンなどの防振支持体として使
用されている。

また全く別の防振手段として、例えば流体圧。

電磁力、圧電セラミックスなどによるアクチュエ−タで
振動体を支持し、伝達される振動を打ち消すような振動
を発生させるアクティブ防振装置が開発されている。こ
のアクティブ防振装置は、例えば剛性の高い圧電セラミ
ックを使用した場合にはエンジンと船体との相対位置を
変化させずに支持できるという特徴がある。

〔考案が解決しようとする課題〕

ところで前記硬式防振支持装置は、例えば１０００Ｈｚ
以下の比較的振動数の低い振動に対して効果が劣り、ま
た必要な伸縮代を得るために金属棒の長さが長くなると
いう問題がある。

また前記圧電セラミックスを用いたアクティブ防振手段
では、圧電セラミックスが衝撃により破壊しやすく、且
つ高周波数では圧電セラミックスが伸縮しないため、高
周波数での防振効果がないという問題があった。

本発明は、以上の問題に着目して成されたものであり、
重量物を支持することができ、しかも広い振動帯域に対
し効率良く防振できるアクティブ防振装置の提供を目的
としている。

〔課題を解決するための手段〕 以上の目的を達成するための本発明のアクティブ防振装
置の構成は、金属体から成る弾性体の内部に、該弾性体
を伸縮さ吾る圧電セラミックスから成るアクチュエータ
を組み込み、前記弾性体の側方周囲を取り巻いてダンピ
ング材を密着的に取付け、所定の位置に配置した振動検
出手段の検出信号に基づき、前記弾性体を通して伝達さ
れる振動を制御する制御信号を前記アクチュエータに出
力する制御手段を備えたことを特徴としている。

前記アクチュエータは、通常のディスク型圧電セラミッ
クス積層体を使用することができる。

前記金属体は、弾性率が比較的低く、加工が容易であり
、且つ比較的安価な全屈を使用する。

例えばアルミニウム、アルミニウム合金などであるが、
これに限定されない。

前記ダンピング材は、前記金属棒弾性体のサージングを
防止することが目的であり、防振ゴムなどを使用するこ
とができる。取付けは、密着して支持体の振動を確実に
ダンピング材に伝達されればよく、焼き付け、ダンピン
グ材の弾性を利用した圧着などの各種の手段によること
ができる。

前記防振制御手段は、各種のアクティブ防振制御手段を
用いることができる。例えば、支持体に伝達される振動
より９０°位相が遅れた振動をアクチュエータから出力
して振動を減衰さゼる手段、アルミロッドなどの弾性体
を通して伝わる振動力をゼロとするようにアクチュエー
タを振動させて伝達する振動を遮断する手段、その他各
種の制御手段を用いることができる。

前記振動検出手段としては、検出目的に応じ力センサ、
加速度センサを用いることができる。

力センサとしては、圧電セラミックス、ひずみゲージな
どを適宜使用することができる。但し圧縮力に対し強度
が高く、応答性に優れるので圧電セラミックスがより好
ましい。

前記振動減衰手段としては、圧電アクチュエータに直列
に配置した力センサによって検出する信号電圧を時間に
関して１階積分して得られる信号を制御信号として使用
する方法、力センサの出力する電圧に対応した電流を圧
電アクチュエータに与える電流制御方法などがある。

前記電流制御方法は、圧電セラミックスは電気的に容量
性負荷であり、その伸縮量が圧電セラミックスに蓄積さ
れる電荷量に比例する性質を有することを利用したもの
であり、振動の電圧による出力信号に対応した電流を圧
電アクチュエータに与えることにより、９０°位相の遅
れた振動を出力することができる。

この振動減衰制御方法の特徴として、一つの振動体を支
える複数の支持体の制御系を互いに独立させることがで
きるので、各支持体の制御を統一的に行う従来の制御方
法より遥かに制御系の構成を簡単化することができる。

前記振動遮断手段としては、例えば支持体の取付は部に
取付けた加速度計の検出信号をゼロにするようにコンピ
ュータにより制御信号を作成し、これをアクチュエータ
に送る方法がある。

前記弾性体及び圧電アクチュエータは、伸縮による発熱
を伴い、しかもダンピング材で周囲を覆っているので放
熱が問題となる。該放熱手段としては、例えばダンピン
グ材を貫通して圧電アクチュエータに達する■通孔を設
けたり、支持体から外部に達する熱の良導体から成る棒
状、フィン状の放熱部材を設けることにより行うことが
できる。これらの放熱部材の取付けが困難な場合には、
その他の手段として、空気、液体などの冷却媒体の冷却
通路を支持体内に設けるなどの手段を用いることができ
る。

〔作　用〕

本アクティブ防振装置は、振動を吸収する金属体に圧電
アクチュエータを組込んだので、高い支持力を有し１．
シかも同じ金属体の長さに対して高い防振効率と広い防
振可能周波数帯域、特に低い周波数側に拡げるように作
用する。

〔実施例〕

以下添付の図面を対照して一実施例により本発明を具体
的に説明する。

第１図は本発明に使用する防振支持装置であり、第２図
はその斜視図である。図においてアクティブ防振支持装
置（以下単に支持装置という）１は、内部にディスク状
圧電セラミックス積層体からなる圧電アクチュエータ２
の上に同様に圧電セラミックスから成る力センサ４を嵌
挿したアルミニウム製の弾性体６から成り、その周囲を
防振ゴムからなるダンピング材８を密着させて取付けた
ものである。そして前記弾性体６とダンピング材８とを
貫通して複数の冷却用孔１０を設け、圧電アクチュエー
タ２及び弾性体６が伸縮して発生する熱を外部に放出で
きるようにしている。

前記弾性体６の下端は、図示しない架台に取付けるため
のフランジ１２が固定されており、上端は該弾性体６に
載置する図示しない振動体に取付けるフランジ１４を設
けたソケット１６をネジ部１８により接合して取扱いを
便利にした。

圧電アクチュエータ２は一般に引っ張り力に弱ので、本
実施例のアクティブ防振支持装置ｌを横にして使用する
場合には予め締め付は手段などにより圧縮力を作用させ
た状態で使用することが好ましい。

次に第３図によって本実施例の制御回路について説明す
る。図において、第３図には図示しない弾性体６に伝達
された振動（交番力）を力センサ４が検出すると、検出
信号電圧Ｖｆを制御回路２０に与える。該制御回路２０
では、まずプリアンプ２２によって感度調整した電圧信
号Ｖ、を差動パワーオペアンプ２４に与える。

該パワーオペアンプ２４には電流検出回路２６を並列的
に接続している。

前記差動パワーオペアンプ２４の出力側回路には、抵抗
２８を介して圧電アクチュエータ２に接続する出力端子
３０を接続している。また抵抗２８の両端部には、圧電
アクチュエータ２に出力する電流１ａによる降下電圧Ｖ
ｒが発生している。この電圧Ｖｒを差動オペアンプから
成る差動増＠器３２に与え、増幅した信号電圧■２を差
動パワーオペアンプ２４に与える。なお端子３４には、
圧電セラミックス３の分極電圧を放電させないだめのバ
イアス電圧−■を与えている。

前記電流制御回路２０は、一種の電流制御型電力増幅器
である。部ち、該回路２ｏは、出力電流１ａを抵抗２８
の両端に現れる電圧Ｖｒを差動増幅器３２で電圧増幅し
た電圧Ｖ２と前記電圧信号■１とを等しくするように制
御される。

このようにして前記検出信号Ｖｆに対応した制御電流１
ａが圧電セラミックス３に与えられる。

すると圧電アクチュエータ２は、弾性体６に伝達された
振動に列し９０°位相の遅れた振動を発生させ、弾性体
６内を伝達する振動を減衰させることができる。圧電セ
ラミックスにより発生した熱は、前記孔１０（第１図）
から成る放熱手段により放熱される。

前記制御回路２０を設けた支持装置１は、舶用エンジン
、減速機などを支持するために複数本使用した場合、そ
の支持方向、配置位置に関わらずそれぞれ独立して取付
けることができる。

なお第４図は第１図〜第２図の変形例を示すものである
。即ち本変形例においては、前記孔１０の部分にアルミ
ニウム製の放熱棒３５を支持体６に設けた冷却用孔１０
に圧入したものである。１本変形例の外に、ダンピング
材を分割して取付けるなどの手段を講することによりフ
ィン状の放熱手段を取付けることも可能である。

第５図は垂直方向支持だけを目的にした従来の硬式防振
支持装置に圧電アクチュエータを組み込んだ実施例２の
アクティブ防振支持装置を示すものである。第５図の支
持装置１のアルミニウム製の弾性体６は、上端部で一体
となった支柱３６とその周囲を囲む円筒部３８とから成
っている。そして支柱３６の外周と円筒部３８の外周に
はそれぞれダンピング材８を密着的に取付けている。な
お、本実施例２では支柱３６に取付けたダンピング材８
は、円筒部３８に接触しないように取付けている。

支柱３６はアンカー４０によって床４２固定している。

そして　円筒部３８は下端に設けたフランジ４４を設け
、該フランジ４４をブロック体４６を介して振動源を載
置するデツキ４８にボルト５０で固定している。図中５
２はそれぞれ座金である。

支柱３６の中心部には、力センサ４と圧電セラミックス
３から成る圧電アクチュエータ２を組付ける空洞部を設
けている。なお図の５４は圧電アクチュエータ２及び力
センサ４との上下端を弾性体６に圧接するブロック体で
ある。

実施例２の支持装置１の冷却手段は、円筒部３８の内側
と支柱３６に固着した側のダンピング材８との空隙、及
び圧電アクチュエータ２を収納するために支柱３６の内
部に設けた孔に縦溝（図示せず）と圧電アクチュエータ
２との空隙に送風して放熱した。

次に第６図によって実施例２に使用した制御回路を説明
する。図に示すように、力センサ４から与えられた検出
信号■［は、制御回路２０のプリアンプ２２に与えられ
、ここで電圧調整された信号Ｖ１を時間に関する１階積
分器５６に与える。該積分器５６としては、例えばオペ
アンプを使用した差動積分器などを使用することができ
る。

積分器５６によって積分された信号■３は、加算５５８
によって所定のバイアス電源６０から与えられるバイア
ス電圧ｖｂを加え、増幅器６２で増幅して圧電アクチュ
エータ２に印加する制御電圧Ｖａを出力する。この制御
電圧Ｖａは前記検出信号Ｖｆに対して９０°位相の遅れ
た波形を有する。この実施例２の制御装置も、複数のア
クティブ防振支持装置をそれぞれ独立して使用すること
ができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明のアクティブ防振装置は、金
属体から成る弾性体の内部に、該弾性体を伸縮させる圧
電セラミックスから成るアクチュエータを組み込み、前
記弾性体の側方周囲を取り巻いてダンピング材を密着的
に取付け、所定の位置に配置した振動検出手段の検、比
信号に基づき、前記弾性体を通して伝達される振動を制
御する制御信号を前記アクチュエータに出力する制御手
段を備えた構成としたので以下の効果を奏することがで
きる。

アルミニウユムなどの硬質振動吸収体とアクティブ防振
手段とを併用することにより、高い支持力と防振効果が
得られ、振動周波数による防振効率の変動がなく、また
つ・−ジング現象の防止し、しかも広い防振周波数帯域
に亙り防振できるアクティブ防振装置を提供することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例１のアクティブ防振支持体の断面図、第
２図は第１図の斜視図、第３図は実施例１に使用した制
御回路図、第４図は第１図の変形例、第５図は実施例２
のアクティブ防振支持体を一部破断して示した斜視図、
第６図は実施例２に使用した制御回路図である。 １・・・アクティブ防振支持装置、２・・・圧電アクチ
ュエータ、３・・・圧電セラミックス、４・・・力セン
サ、６・・・弾性体、８・・・ダンピング材、１０・・
・放熱手段、２０・・・制御回路。 第 図 第 図 第 図 第 図 Ｕ 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 金属体から成る弾性体の内部に、該弾性体を伸縮させる
   圧電セラミックスから成るアクチュエータを組み込み、
   前記弾性体の側方周囲を取り巻いてダンピング材を密着
   的に取付け、所定の位置に配置した振動検出手段の検出
   信号に基づき、前記弾性体を通して伝達される振動を制
   御する制御信号を前記アクチュエータに出力する制御手
   段を備えたアクティブ防振装置。