圧電素子を用いた負剛性によるはり型動吸振器の固有振動数の調整

摘要

機械の小型化，軽量化が進む一方で，振動は生じやすくなるため，制振技術の重要性が高まっている．加振振動数が一定の場合は反共振型動吸振器で制振が可能である．しかし，エンジンのように加振振動数が変化する場合は反共振型動吸振器の固有振動数を加振振動数に追従させる必要がある．そこで，動吸振器を構成するばね要素を可変にし，外乱の振動数に合わせて自己の固有振動数を調整する同調型の動吸振器が提案されている．しかし，これらには奥行き方向にスペースを必要とするなどの問題があり，小型化や軽量化を目指した装置への適用は適さない．そこで，本研究ではせh断力と曲げモーメントの両方が制振に寄与するため，同質量の並進型の動吸振器より制振性能が高く，かつ比較的小型に設計ができるはり型動吸振器による制振を取り上げる．本研究ではこのはりに圧電素子を貼付し，負性容量回路を接続することではりに負剛性を付加し，動吸振器の固有振動数を調整する方法を提案する．圧電素子を用いた制振手法は機械式の制振手法に比べ，省スペース化が可能であるため，軽量化を妨げない．さらに，機械式の固有振動数調整機構と比べて固有振動数の調整が容易である．本研究では，圧電素子と可変の負性容量回路を組み合わせた可変の負剛性を用いて，動吸振器の固有振動数を加振振動数に追従させる方法を提案する．運動方程式を理論的に導出し，理論解析の妥当性と提案手法の有効性をシミュレーションと実験で検証する．