JPH0221044A - 制振方法及び制振装置 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は制振方法及び制振装置に関する。

［従来の技術］ 従来、機械などの振動を取り除くため、ダンパーとして
、板ばね、オイルダンパー、防振ゴムなどが使われてい
る。従来のダンパーは、振動を機械的なエネルギーに変
換して減衰させていた。

このような制御技術に対し、最近、振動の減衰率を変化
させて、振動をより早く減衰させるための方法が提案さ
れた。この制振技術では、ダンパーとして、圧電セラミ
ックスを制振したい振動体に貼り付けて、これと抵抗を
組み合わせる。振動の機械的なエネルギーを圧電セラミ
ックスによって電気的なエネルギーに変換し、この電気
的なエネルギーを適当な抵抗に流してジュール熱として
消費して、機械的な振動を早く減衰させようというもの
である。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上記の方法においても、減衰は、抵抗に
おけるジュール熱による損失に依存しており、振動を積
極的に減衰させることはできない。また、圧電セラミッ
クスに生じた電気的エネルギーを抵抗のジュール熱で消
費する方法では、振動の大きさ、振動の種類が時間的に
変化するような振！！Ｊ系には追随できず、振動を積極
的には減衰させることができない。

本発明は、以上述べた振動のｆｆｆｉ類やレベルが時間
的に変化した場合の追随性の不足を改善し、更に短い時
間で優れた制振効果を得るための制振方法及び制振装置
を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明の制振方法は、制振対象物の振動を電気信号に変
換して検知し、この振動と振動方向が逆で振動に応じた
大台さの逆振動な加振装置により制振対象物に付与する
ものである。

本発明の制振装置は制振対象物に連結された圧電素子と
、該圧電素子の発生電圧の検出手段と、該検出手段で検
出された電圧と逆の符号であって発生電圧の大きさに応
じた大きさの電圧を前記圧電素子に印加する圧電素子駆
動手段とを備えてなるものである。本発明の制振装置は
、圧電素子で発生する電気エネルギーの一部を抵抗にて
消費するようにしても良い。

［作用］ 制振対象物に、その振動と反対方向の振動を付与するこ
とにより振動は急速に減衰する。この制振対象物の振動
の検出及び逆振動の付与は圧電素子によって行うことが
できる。この場合、圧電素子で発生する電気エネルギー
の一部を該抵抗にて消費することにより、振動の減衰は
さらに急速になる。

［実施例］ 以下、図面に示す実施例を参照しながら本発明について
さらに詳細に説明する。

第１図は本発明の一実施例に係る制振装置を示す構成図
である。第１図において、堅固な固定床ｌ上に圧電素子
２を介して制振対象物３が設置されており、圧電素子２
の上下両端は固定床１及び制振対象物３にそれぞれ固着
されている。圧電素子２は、その変位に応じて電圧を出
力するものであり、出力電圧は信号線４を介して検出回
路５に入力されている。検出回路５は制御信号を信号線
６を介して回路７に出力しており、制御回路７は信号線
８を介して圧電素子２に駆動電圧を出力している。

かかる構成の制振装置を用いた制振方法について次に説
明する。

制振対象物３に外力が作用して振動が発生すると、該振
動は圧電素子２に伝播され、該圧電素子２は該振動に応
じた伸縮を行って電圧信号を検出回路５に出力する。検
出回路５ではこの検出した電圧を制御回路７に出力し、
制御回路７からは圧電素子２の出力電圧と符号が逆で出
力電圧に応じた大きさの電圧を圧電素子２に出力する。

これにより圧電素子２の振動が急速に減衰され、制振対
象物３の振動も急速に減衰される。

第２図は本発明を窓ガラスの制振に適用した実施例を示
すものである。第２図において、窓ガラス１１はフレー
ム１２を介して躯体壁１３に取り付けられている。１対
の圧電素子１４はそれらの一端が窓ガラス１１の両面に
接着剤など適宜の接合層１５を介して接合されており、
圧電素子１４の他端はそれぞれブラケット１Ｂを介して
躯体壁１３に保持されている。なお、ブラケット１６に
は例えば螺子など圧電素子１４を窓ガラス１１に押し付
ける方向に押圧できる圧電素子用取付部材１７が設けら
れている。

なお、図示は省略されているが、圧電素子１４には、第
１図の実施１例と同様に圧電素子の出力電圧の検出回路
及び該検出回路からの信号によって圧電素子１４にその
出力電圧に対応し符号が逆の駆動電圧を印加するための
制御回路が接続されている。

かかる構成において窓ガラス１１に外力が加えられて窓
ガラス１１に振動が生じると、該振動は圧電素子１４に
伝播され、該圧電素子１４の伸縮に伴って電圧が検出回
路に出力される。そして、制御回路からはこの出力電圧
と逆符号で出カ電圧に応じた大きさの電圧が該圧電素子
１４に出力される。これにより圧電素子１４の伸縮が抑
制され、窓ガラス１１の振動が急速に減衰する。

なお、本発明において圧電素子に印加する逆電圧は、圧
電素子の出力電圧と符号が逆であることが必要である。

また、逆電圧の大きさ（絶対値）それ自体は圧電素子の
出力電圧と全く等しいものであっても良く、それと異な
っていても良い。この逆電圧の大きさは、圧電素子の電
圧応答性や駆動力あるいは制振対象物を含めた振動系の
固有振動数、質量等を勘案して選定すれば良い。

本発明では、圧電素子に予めバイアス電圧を印加して圧
電素子を最大伸長量の約１／２程度まで伸長させておき
、該１／２伸長状態を基準として圧電素子に制振対象物
から振動が伝播されるようにしても良い。

本発明では、第１図に示す如く、圧電素子２の出力信号
線４を橋絡するように抵抗９を設け、圧電素子２の出力
電圧の一部をジュール熱として消費するようにしても良
い。このようにすれば、制振対象物の振動の減衰がさら
に急速になる。

さらに、本発明では、制振対象物にオイルダンパや防振
ゴムなどの他の振動吸収部材を付設しても良い。

本発明は、制振対象物が支持軸に取り付けられている場
合において、該制振対象物の支持軸回りの回転角方向の
振動を抑制するように圧電素子を配置しても良い。即ち
、本発明は制振対象物のすべての自由度方向の振動を抑
制することができる。

本発明では、制振対象物に取り付けるべき圧電素子の個
数は、制振対象物の重量や振動系の動的特性等を勘案し
て選定すれば良い。第３図は１個の制振対象物３を４個
の圧電素子２で箱状物体１９上に設置した実施例を示し
ている。

次に具体的な実施例について説明する。

実施例１ 第２図の装置において、窓ガラス１１を大きさ１０ｘ３
ｘＯ，１ｃｍ、重量８ｇのものとし、合成樹脂製のフレ
ーム１２を介して３Ｘ２ｃｍの大きさの擬似躯体壁窓孔
に取り付けた。また、スチール製のＬ字形ブラケット１
６を用い、積層圧電素子１４（断面の大きさＯ，ｓｘｏ
、５ｃｍ。

長さ１ｃｍ）を接着剤１５及び取付部材としてのボルト
１７を介して該ブラケット１６と窓ガラス１１との間に
配置した。そして、窓ガラス１１の板面中央に振動検出
用センナ２０を配置し、窓ガラス１１の振動を検出可能
とした。また、圧電素子１４には出力電圧の検出回路及
び圧電素子１４の駆動用の制御回路（いずれも図示路）
を接続し、圧電素子１４の出力電圧と逆符号でかつ大き
さの等しい電圧を印加するようにした。

かかる構成において、窓ガラス１１に２００Ｈｚの強制
振動を加え、強制振動を加えることを止めた後の振動状
態を測定した。その結果を第４図（Ｃ）に示す。

比較例１ 実施例１の如く構成した第２図の装置において、圧電素
子１４の出力信号の間にそれぞれ５００Ωの抵抗を配置
すると共に、圧電素子１４に対する駆動用制御回路の接
続を解除した。即ち、圧電素子１４の出力電圧を専ら抵
抗のジュール熱で消費して振動を減衰するよう構成した
。この場合、実施例１と同様の振動を加えた場合の振動
の減衰を測定したところ、第４図（ｂ）の通りであった
。

比較例２ 実施例１の如く構成した第２図の装置において、圧電素
子１４を取り外し、同様の振動を加えた場合の振動の減
衰を測定したところ、第４図（ａ）の通りであった。

実施例１及び比較例１．２の振動減衰状態を比較すると
、比較例２では初期の振幅が１／１０まで減衰するまで
に、約６００ｍ５ｅｃを要した。

比較例１では、振幅が初期振幅の１／１０までに減衰す
るまでの時間は、約２３０ｍ５ｅｃと、約４０％に減少
した。

これに対し、実施例１の場合、振幅が初期振幅１／１０
になるまでの時間は、およそ１１０ｍ５ｅｃであり、比
較例２に比べて、約２０％以下の短い時間で振動を抑え
ることができる。窓ガラス１１に与える振動の周波数を
１）１ｚから１２ｋＨｚまで変化させた場合、実施例１
による減衰時間は、抵抗を接続した場合に比べ、すべて
の周波数領域において、２０％〜７０％短い時間だった
。従って、時間的に周波数が変化する振動が断続的に窓
ガラス１１に伝えられた場合にも、本発明による効果は
有効である。

なお、実施例１、比較例１．２において振動の与え方を
変えるために同じ硬度のゴルフボールを窓ガラス１１に
当て、その後の振動の減衰状態を本発明と抵抗を接続し
た場合について比べたところ、やはり、本発明の方が３
０〜６０％の短い時間で減衰し、明らかな効果が見られ
、速やかな制振応答が見られた。

比較例３．４．実施例２．３ 第３図に示す装置において、箱状物体１９内にモータを
設置し、その振動が制振対象物３に伝播されるようにし
た。制振対象物３の上面には振動検出センサ２０を配置
し、制振対象物３の振動を検出した。

（比較例３） はじめに、圧電素子２を駆動する回路（図示路）を開回
路状態にして、自然の状態で箱状物体１９を振動させ、
つぎに、箱状物体１９の振動の原因であったモータを停
止させ、制振対象物３の振動をセンサ２０で測定した。

この場合、初期振幅の１／１０の振幅になるのに要する
時間は８００ｍ５ｅｃであった。

（比較例４） 次に、４つの圧電素子２に、適当な抵抗素子を接続して
、箱状物体１９を振動させ、次いで箱状物体１９の振動
の原因であったモータを停止させ、制振対象物３の振動
をセンサ２０で測定した。この場合、初期振幅の１”／
１０の振幅になるのに要する時間は３００ｍ５ｅｃであ
った。

（実施例２） 比較例４の抵抗の代りに、圧電素子の電極に電圧検出回
路と、制御回路を接続した。そして、まず箱状物体１９
を振動させて、つぎにモータを停止させ、制振対象物３
の振動をセンサ２０で測定した。このモータ停止と同時
に、圧電素子が発生した圧電信号を、制御回路にフィー
ドバックして、圧電素子２にその出力電圧信号と反対の
符号を持つ適当な大きさの電圧を圧電素子２に印加した
ところ、初期振幅の１／１０の振幅になる時間は、１４
０ｍ５ｅｃとなり、本発明による方法が最も短い時間で
制止させることができ、単に抵抗を接続するだけの比較
例４の方法に比べ、振動の減衰効果が著しく大きいこと
が分かった。

（実施例３） さらに、本発明の実施例２において、抵抗を圧電素子に
並列に入れた。そして、同様にして制振の状態を測定し
たところ、初期振幅の１／１０の振幅になる時間は、１
２０ｍ５ｅｃとなり、制振の状態は更に向上し、本発明
による方法が有効であることが実証された。

［発明の効果］ 本発明によれば、圧電素子と、これに接続した機械的な
伝達部分により、振動のモードと振動の大きさを検知し
、振動に応じて駆動回路によって、能動的に制振するの
で、時間的に変動する振動を、より短い時間で制御する
ことができる。特に、圧電素子に抵抗だけを接続した場
合に比べて、制振時間を１０％〜７０％短縮することが
可能となり、より制振効果の必要とされる、天秤、顕微
鏡など、精密機器の制振への応用が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例装置の側面図、第２図は別の実施例装置
の縦断面図、第３図はさらに別の実施例装置の斜視図、
第４図は測定結果を示すグラフである。 ２．１４・・・圧電素子、　３・・・制振対象物、５・
・・電圧検出回路、　　フ・・・制御回路、９・・・抵
抗、　　　　　　１１・・・窓ガラス。 代　理　人　　弁理士　重　野　　剛 第２図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）制振対象物の振動を電気信号に変換して検知し、
   この振動と振動方向が逆で振動に応じた大きさの逆振動
   を加振装置により制振対象物に付与することを特徴とす
   る制振方法。
2. （２）特許請求の範囲第１項に記載の方法に用いられる
   装置であって、制振対象物に連結された圧電素子と、該
   圧電素子の発生電圧の検出手段と、該検出手段で検出さ
   れた電圧と逆の符号であって発生電圧の大きさに応じた
   大きさの電圧を前記圧電素子に印加する圧電素子駆動手
   段とを備えてなる制振装置。
3. （３）前記圧電素子の発生電圧が入力される抵抗を備え
   ており、圧電素子で発生する電気エネルギーの一部を該
   抵抗にて消費するようにしたことを特徴とする特許請求
   の範囲第２項に記載の制振装置。