特許 6066721 振動吸収装置及び動吸振器の振動調整方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6066721

(24)【登録日】2017年1月6日

(45)【発行日】2017年1月25日

(54)【発明の名称】振動吸収装置及び動吸振器の振動調整方法

(51)【国際特許分類】

   F16F 15/02 20060101AFI20170116BHJP

   H02N 2/18 20060101ALI20170116BHJP

【ＦＩ】

   F16F15/02 A

   H02N2/18

【請求項の数】4

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2012-286370(P2012-286370)

(22)【出願日】2012年12月27日

(65)【公開番号】特開2014-129824(P2014-129824A)

(43)【公開日】2014年7月10日

【審査請求日】2015年12月16日

(73)【特許権者】

【識別番号】514030104

【氏名又は名称】三菱日立パワーシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100089118

【弁理士】

【氏名又は名称】酒井 宏明

(74)【代理人】

【識別番号】100118762

【弁理士】

【氏名又は名称】高村 順

(72)【発明者】

【氏名】小野里 直樹

(72)【発明者】

【氏名】大山 宏治

【審査官】 保田 亨介

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０６−０３１５０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１５５６６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１０−５２５２６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１９６６０７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ１６Ｆ１５／００−１５／３６

Ｈ０２Ｎ２／００−２／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

弾性変形する弾性部と、前記弾性部の両端が連結されるフレームと、前記弾性部に設けられて前記弾性部の変形量を検出する変形検出部と、前記弾性部の張力を調整可能な張力調整部と、を有する動吸振器と、
前記動吸振器に接続される制御部と、を備え、
前記動吸振器は、振動体に設置され、
前記制御部は、前記変形検出部の検出結果に基づいて前記振動体の振動数を取得し、前記張力調整部により前記弾性部の張力を変化させて、前記弾性部の固有振動数と、取得した前記振動体の振動数とを合致させることを特徴とする振動吸収装置。

【請求項2】

前記動吸振器は、
前記弾性部に設けられ、前記弾性部の振動により発電可能な発電部と、
前記発電部に接続される蓄電部と、をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の振動吸収装置。

【請求項3】

前記張力調整部は、アクチュエータであることを特徴とする請求項１または２に記載の振動吸収装置。

【請求項4】

請求項１から３のいずれか１項に記載の振動吸収装置における前記動吸振器の前記弾性部の固有振動数を調整する動吸振器の振動調整方法であって、
前記動吸振器が設置された前記振動体の振動数を、前記変形検出部の検出結果に基づいて取得する振動数取得工程と、
前記張力調整部により前記弾性部の張力を変化させて、前記弾性部の固有振動数と、取得した前記振動体の振動数とを合致させる固有振動数合致工程と、を備えることを特徴とする動吸振器の振動調整方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、振動体の振動を吸収する振動吸収装置及び動吸振器の振動調整方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、動吸振器ではないが、振動検出装置に設けられる圧電素子電源発生部が知られている（例えば、特許文献１参照）。この圧電素子電源発生部は、長方形振動板の両面に板状電圧素子を貼り合わせた長方形板状部材の一端をフレームに固定することで、片持ちの構造となっている。そして、長方形板状部材には、錘が固定され、錘の取付位置と重量の調整により、長方形板状部材の振動数を変更することが可能となっている。このとき、圧電素子電源発生部は、発生電荷量が大きくなるように、長方形板状部材の固有振動数が、振動検出装置が設置される設備の振動数と同じになる（共振させる）ように変更される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平９−２６４７７８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１では、錘の取付位置または重量を調整することから、振動数の調整が煩雑となる。このため、例えば、振動検出装置が設置される設備の振動数が変化する場合、設備の振動数と長方形板状部材の固有振動数とを共振させるべく、振動数の変化に合わせて、錘の取付位置または重量を調整して、長方形板状部材の固有振動数を変更する必要がある。

【0005】

そこで、本発明は、振動数を容易に変更することが可能な振動吸収装置及び動吸振器の振動調整方法を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の動吸振器は、弾性変形する弾性部と、弾性部の両端が連結されるフレームと、弾性部に設けられ、弾性部の変形量を検出する変形検出部と、弾性部の張力を調整可能な張力調整部と、を備えることを特徴とする。

【0007】

この構成によれば、張力調整部により、弾性部の張力を調整することで、弾性部の剛性を変更することができる。このため、弾性部の固有振動数を変化させることができる。具体的に、張力を大きくし、弾性部を伸ばす（引っ張る）ことで、剛性を高くすることができ、これにより、弾性部を振れ難くできることから、弾性部の固有振動数を高くすることができる。一方で、張力を小さくし、弾性部を縮める（緩ませる）ことで、剛性を低くすることができ、これにより、弾性部を振れ易くできることから、弾性部の固有振動数を低くすることができる。よって、張力調整部により張力を調整することで、弾性部の固有振動数を変化させることができる。以上から、振動体の振動の振動数が変化する場合であっても、動吸振器において弾性部の固有振動数を、動吸振器が取り付けられる振動体の振動数に、容易に合致させることができ、振動体の振動を好適に吸収することができる。

【0008】

この場合、弾性部に設けられ、弾性部の振動により発電可能な発電部と、発電部に接続される蓄電部と、をさらに備えることが好ましい。

【0009】

この構成によれば、振動体の振動により弾性部が振動することで、弾性部が変形し、弾性部が変形することで、発電部により発電を行うことができる。発電部により発生した電気は、蓄電部に蓄電することができる。なお、発電部は、変形により起電力を発生させるものが好ましく、例えば、ピエゾ素子等の圧電素子が用いられる。

【0010】

この場合、張力調整部は、アクチュエータであることが好ましい。

【0011】

この構成によれば、アクチュエータにより弾性部の張力を調整することができる。このため、例えば、動吸振器が、人の立入りが制限されている空間に設けられている場合にも、弾性部を手動で調整する必要がなく、弾性部の固有振動数を容易に調整することが可能となる。なお、アクチュエータとしては、例えば、ピエゾ素子等の圧電素子が用いられる。

【0012】

本発明の振動吸収装置は、上記の動吸振器と、動吸振器に接続される制御部と、を備え、動吸振器は、振動体に設置され、制御部は、変形検出部の検出結果に基づいて振動体の振動数を取得し、張力調整部により弾性部の張力を変化させて、弾性部の固有振動数と、取得した振動体の振動数とを合致させることを特徴とする。

【0013】

この構成によれば、制御部により、動吸振器の弾性部の固有振動数を調整することで、弾性部の固有振動数と、振動体の振動数とを合致させることができる。このため、動吸振器の弾性部の固有振動数を自動で調整することができ、また、動吸振器による振動体の振動を好適に吸収することができる。

【0014】

本発明の動吸振器の振動調整方法は、上記の振動吸収装置における動吸振器の弾性部の固有振動数を調整する動吸振器の振動調整方法であって、動吸振器が設置された振動体の振動数を、変形検出部の検出結果に基づいて取得する振動数取得工程と、張力調整部により弾性部の張力を変化させて、弾性部の固有振動数と、取得した振動体の振動数とを合致させる固有振動数合致工程と、を備えることを特徴とする。

【0015】

この構成によれば、振動数取得工程において、振動体の振動数を取得することができ、固有振動数合致工程において、動吸振器の弾性部の固有振動数と、振動体の振動数とを合致させることができる。このため、動吸振器の弾性部の固有振動数を自動で調整することができ、また、動吸振器による振動体の振動を好適に吸収することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】図１は、実施例１に係る振動吸収装置の概略構成図である。

【図2】図２は、軸圧縮力と固有振動数との関係を示すグラフである。

【図3】図３は、動吸振器の振動調整方法に関するフローチャートである。

【図4】図４は、実施例２に係る振動吸収装置の概略構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下に、本発明に係る実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

【実施例1】

【0018】

図１は、実施例１に係る振動吸収装置の概略構成図である。図１に示す振動吸収装置１は、振動体５の振動を吸収する装置であり、動吸振器１０と、動吸振器１０に接続される制御部１１とを備えている。

【0019】

動吸振器１０は、質量部２１と、支持部２２と、フレーム２３と、変位検出部２４と、張力調整部２５とを有している。質量部２１は、いわゆる錘であり、支持部２２を介してフレーム２３に連結されている。支持部２２は、板状（プレート状）に形成されており、長手方向の中央に質量部２１が固定されている。ここで、支持部２２は、板状に形成されているが、この形状に限定されず、例えば、棒状に形成されていてもよい。この支持部２２は、弾性変形可能に構成され、所定のバネ定数となっている。つまり、実施例１では、支持部２２に質量部２１を固定することで、弾性部として機能させている。なお、実施例１では、支持部２２に質量部２１を固定しているが、この構成に限定されない。つまり、支持部２２のみの構成で、弾性部として機能させることが可能であれば、質量部２１を省いた構成であってもよい。

【0020】

フレーム２３は、基部２３ａと、基部２３ａの両側から突出する一対の腕部２３ｂとを含んで一体に構成されている。そして、一対の腕部２３ｂの間には、支持部２２が配置されている。支持部２２の長手方向の一端は、一対の腕部２３ｂの一方に連結され、支持部２２の長手方向の他端は、一対の腕部２３ｂの他方に連結されている。

【0021】

変形検出部２４は、支持部２２に取り付けられている。具体的に、変形検出部２４は、一方の腕部２３ｂと質量部２１との間の支持部２２に取り付けられると共に、腕部２３ｂに寄せて取り付けられている。変形検出部２４としては、例えば、圧電素子であるピエゾ素子が用いられている。この変形検出部２４は、制御部１１に接続されている。このため、変形検出部２４は、支持部２２が変形すると、支持部２２の変形量を電気信号に変換して、制御部１１に出力する。なお、変形検出部２４としてピエゾ素子を適用したが、支持部２２の変形量を検出可能なものであれば、特に限定されず、例えば、歪みゲージを適用してもよい。

【0022】

張力調整部２５は、支持部２２の張力、つまり、支持部２２の長手方向における軸圧縮力を調整するものである。張力調整部２５は、他方の腕部２３ｂと支持部２２との間に設けられている。張力調整部２５は、ピエゾ素子を用いたアクチュエータとして構成されており、支持部２２の長手方向に伸縮可能に設けられている。この張力調整部２５は、制御部１１に接続されている。このため、張力調整部２５は、制御部１１から所定の電圧が印加されることで伸縮することにより、支持部２２の張力（軸圧縮力）を調整している。具体的に、張力調整部２５は、制御部１１から基準電圧が印加されている。張力調整部２５は、基準電圧よりも大きな電圧が印加されることで伸張し、支持部２２を長手方向に圧縮する。一方で、張力調整部２５は、基準電圧よりも小さな電圧が印加されることで圧縮し、支持部２２を長手方向に伸張する。

【0023】

上記のように構成される動吸振器１０は、振動吸収の対象となる振動体５に取り付けられる。このとき、動吸振器１０は、支持部２２の長手方向と、振動体５の振動方向とが直交するように、振動体５に取り付けられる。そして、動吸振器１０は、振動体５が振動すると、質量部２１が、支持部２２とフレーム２３との接続点を節として、振動体５の振動方向と同方向に振動する。

【0024】

制御部１１は、変形検出部２４と、張力調整部２５とに接続されている。制御部１１は、変形検出部２４から入力される電気信号に基づいて、支持部２２の変形量を取得している。また、制御部１１は、張力調整部２５に向けて所定の電圧を印加することで、張力調整部２５を支持部２２の長手方向に伸縮させる。

【0025】

次に、図２を参照して、動吸振器１０の軸圧縮力（張力）Ｐと固有振動数ｆ_０との関係について説明する。図２は、軸圧縮力と固有振動数との関係を示すグラフである。図２のグラフにおいて、その横軸は、固有振動数ｆ_０となっており、その縦軸は軸圧縮力Ｐとなっている。支持部２２は、伸張も圧縮もしておらず、長手方向における変位が０である場合、軸圧縮力Ｐが０となる。軸圧縮力Ｐが０となる点を基準点Ｃとする。基準点Ｃでは、上記したように張力調整部２５への印加電圧が基準電圧となっている。

【0026】

張力調整部２５により支持部２２が長手方向に圧縮されると、長手方向における変位は、マイナス側の変位となる。このため、軸圧縮力Ｐが縦軸の図示上側に大きくなる。支持部２２が長手方向に圧縮されると、支持部２２が緩む。支持部２２が緩むと、支持部２２の剛性が低くなり、固有振動数ｆ_０が低下する。

【0027】

一方で、張力調整部２５により支持部２２が長手方向に伸張されると、長手方向における変位は、プラス側の変位となる。このため、軸圧縮力Ｐが縦軸の図示下側に大きくなる。支持部２２が長手方向に伸張されると、支持部２２が引っ張られる。支持部２２が引っ張られると、支持部２２の剛性が高くなり、固有振動数ｆ_０が高くなる。なお、図２に示すグラフは、予め実験等により求められる。このグラフは、制御部１１に予め記憶されていてもよいし、別体の記憶装置から取得してもよい。

【0028】

続いて、図３を参照し、上記の動吸振器１０の質量部２１の固有振動数ｆ_０を調整する動吸振器１０の振動調整方法について説明する。図３は、動吸振器の振動調整方法に関するフローチャートである。

【0029】

振動吸収装置１の制御部１１は、振動体５に動吸振器１０が取り付けられた後、変形検出部２４から入力される電気信号に基づいて、支持部２２の変形量を取得する。そして、制御部１１は、取得した支持部２２の変形量から質量部２１（より具体的には、質量部２１及び支持部２２を含む弾性部）の振動数を取得し、取得した振動数を、振動体５の振動数として取得する（振動数取得工程：ステップＳ１）。

【0030】

制御部１１は、ステップＳ１の後、質量部２１（弾性部）の固有振動数ｆ_０が、取得した振動体５の振動数となるように、張力調整部２５により張力を調整する（固有振動数合致工程：ステップＳ２）。具体的に、制御部１１は、取得した振動体５の振動数を、質量部２１の目標固有振動数とし、図２に示すグラフに基づいて、目標固有振動数に対応する軸圧縮力Ｐを取得する。そして、制御部１１は、目標固有振動数に対応する軸圧縮力Ｐとなる所定の電圧を、張力調整部２５に印加する。これにより、制御部１１は、質量部２１（弾性部）の固有振動数ｆ_０を、振動体５の振動数に合致させる。

【0031】

以上のように、実施例１の構成によれば、制御部１１は、張力調整部２５により、支持部２２の張力（軸圧縮力Ｐ）を調整することで、支持部２２の剛性を変更することができる。このため、質量部２１及び支持部２２を含む弾性部の固有振動数ｆ_０を変化させることができる。これにより、制御部１１は、動吸振器１０の弾性部の固有振動数ｆ_０を変化させ、弾性部の固有振動数ｆ_０と振動体５の振動数とを合致させることができる。以上から、振動体５の振動数が変化する場合であっても、動吸振器１０において弾性部の固有振動数ｆ_０を、振動体５の振動数に、容易に合致させることができることから、振動体５の振動を好適に吸収することができる。

【0032】

また、実施例１の構成によれば、張力調整部２５を、ピエゾ素子を用いたアクチュエータで構成することができる。このため、制御部１１は、張力調整部２５を制御することで、支持部２２の張力を調整することができる。以上から、例えば、動吸振器１０が、人の立入りが制限されている空間に設けられている場合、その空間に立ち入ることなく、動吸振器１０の弾性部の固有振動数ｆ_０を容易に調整することが可能となる。

【実施例2】

【0033】

次に、図４を参照して、実施例２に係る振動吸収装置５０について説明する。図４は、実施例２に係る振動吸収装置の概略構成図である。なお、実施例２では、実施例１と重複する記載を避けるべく、実施例１と異なる部分についてのみ説明する。実施例２では、実施例１の動吸振器１０に、発電部５５及び蓄電部５６を設けている。

【0034】

図４に示すように、実施例２に係る振動吸収装置５０は、動吸振器５１と、動吸振器５１に接続される制御部１１とを備えている。動吸振器５１は、実施例１の動吸振器１０に、支持部２２の変形によって発電可能な発電部５５と、発電部５５に接続される蓄電部５６とを設けた構成である。つまり、動吸振器５１は、質量部２１と、支持部２２と、フレーム２３と、変形検出部２４と、張力調整部２５と、発電部５５と、蓄電部５６とを有している。なお、質量部２１、支持部２２、フレーム２３、変形検出部２４及び張力調整部２５は、実施例１と同様の構成であるため、説明を省略する。

【0035】

発電部５５は、支持部２２に取り付けられている。具体的に、発電部５５は、一方の腕部２３ｂと質量部２１との間の支持部２２に取り付けられると共に、一方の腕部２３ｂに寄せて取り付けられている。このとき、発電部５５は、支持部２２に設けられる。発電部５５としては、例えば、圧電素子であるピエゾ素子が用いられている。この発電部５５は、制御部１１及び蓄電部５６にそれぞれ接続されている。発電部５５は、その形状が支持部２２の変形によって周期的に変化することで、電気を発生させる。

【0036】

蓄電部５６は、フレーム２３の内部に設置されている。蓄電部５６は、発電部５５において発生した電気を蓄える。この蓄電部５６は、制御部１１及び発電部５５にそれぞれ接続されている。蓄電部５６は、制御部１１へ向けて給電を行うことが可能となっている。このため、制御部１１を動吸振器５１に取り付ける構成とすることで、振動吸収装置５０は、外部電源を必要としない独立した構成にすることができる。

【0037】

以上のように、実施例２の構成によれば、実施例１の動吸振器１０に、発電部５５と蓄電部５６とを設けることで、発電部５５により発電を行うことができ、発電部５５により発生した電気を、蓄電部５６に蓄電することができる。これにより、振動吸収装置５０を、外部電源を必要としない独立した構成にすることができる。

【0038】

なお、実施例１及び２の動吸振器１０，５１を、共振型の加速度センサとして機能させてもよい。この構成によれば、振動体５の振動を吸収しつつ、振動体５の加速度を検出することが可能となる。

【0039】

また、フレーム２３の内部に減衰材を充填してもよい。この構成によれば、減衰材により質量部２１及び支持部２２を含む弾性部の振動を吸収することができるため、振動体５の振動をより吸収することができる。

【符号の説明】

【0040】

１ 振動吸収装置
１０ 動吸振器
１１ 制御部
２１ 質量部
２２ 支持部
２３ フレーム
２４ 変形検出部
２５ 張力調整部
５０ 振動吸収装置（実施例２）
５１ 動吸振器
５５ 発電部
５６ 蓄電部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】