振動制御装置
【課題】制振手段のエネルギ消費量及び出力を低減することができ、制振手段が小型で移動体への搭載性を高く、エネルギ効率を高くすることができるようにする。
【解決手段】荷重支持部は、第１方向に移動可能、かつ、第２方向に移動不能に設置部に取り付けられ、カウンタバランス部は、第１方向に移動不能、かつ、第２方向に移動可能に設置部に取り付けられたスライダと、設置部に一端が固定された荷重支持用ばね部材と、一端がスライダに枢支され、他端が荷重支持部に枢支され、中間部が荷重支持用ばね部材の他端に枢支された天秤部と、天秤部に配設されレバー比を調整するプリロード調整手段とを備え、振動制御部は、荷重支持部の変位を抑制する制振手段を備える。
【解決手段】荷重支持部は、第１方向に移動可能、かつ、第２方向に移動不能に設置部に取り付けられ、カウンタバランス部は、第１方向に移動不能、かつ、第２方向に移動可能に設置部に取り付けられたスライダと、設置部に一端が固定された荷重支持用ばね部材と、一端がスライダに枢支され、他端が荷重支持部に枢支され、中間部が荷重支持用ばね部材の他端に枢支された天秤部と、天秤部に配設されレバー比を調整するプリロード調整手段とを備え、振動制御部は、荷重支持部の変位を抑制する制振手段を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、乗用車、バス、トラック、乗用カート、荷物用カート等の車両や、船舶及び飛行機を含む陸海空の各種移動体に設置されている座席には、設置されている床等から振動が伝達される。そこで、このような振動を抑制又は低減するために、座席の下に配設された直動型電動アクチュエータの動作を制御する振動制御装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
図２は従来の振動制御装置を示す図である。
【０００４】
図２（ａ）に示される例においては、座席１１１と該座席１１１が設置されている床１１２との間にアクチュエータ１２１が配設され、該アクチュエータ１２１によって前記座席１１１が支持されるようになっている。また、図２（ｂ）に示される例においては、座席１１１と床１１２との間にスプリング１２２も配設され、アクチュエータ１２１のみならず、スプリング１２２によっても座席１１１が支持されるようになっている。
【特許文献１】特開平１１−１８０２０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記従来の振動制御装置においては、図２（ａ）に示されるように、座席１１１がアクチュエータ１２１のみによって支持される場合、座席１１１を支持するために常にアクチュエータ１２１が出力を発揮する必要があるので、アクチュエータ１２１によるエネルギ消費量が多くなってしまう。
【０００６】
また、図２（ｂ）に示されるように、座席１１１がアクチュエータ１２１及びスプリング１２２によって支持される場合、座席１１１の荷重がスプリング１２２のばね力と釣り合っていれば、アクチュエータ１２１が出力を発揮する必要がなく、アクチュエータ１２１によるエネルギ消費を抑制することができる。しかし、座席１１１の振動を抑制するためには、スプリング１２２の振動も抑制する必要があるので、アクチュエータ１２１は、スプリング１２２のばね力を打ち消すための出力も含めた大きな出力を発揮する必要がある。
【０００７】
本発明は、前記従来の振動制御装置の問題点を解決して、制振手段のエネルギ消費量及び出力を低減することができ、制振手段が小型で移動体への搭載性が高く、エネルギ効率の高い振動制御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】
【０００８】
そのために、本発明の振動制御装置においては、設置部に取り付けられた荷重支持部と、該荷重支持部に連結され、荷重と釣り合う負荷を付与するカウンタバランス部と、前記荷重支持部の設置部に対する振動を制御する振動制御部とを有する振動制御装置であって、前記荷重支持部は、第１方向に移動可能、かつ、第２方向に移動不能に前記設置部に取り付けられ、前記カウンタバランス部は、第１方向に移動不能、かつ、第２方向に移動可能に前記設置部に取り付けられたスライダと、前記設置部に一端が固定された荷重支持用ばね部材と、一端が前記スライダに枢支され、他端が前記荷重支持部に枢支され、中間部が前記荷重支持用ばね部材の他端に枢支された天秤（びん）部と、該天秤部に配設されレバー比を調整するプリロード調整手段とを備え、前記振動制御部は、前記荷重支持部の変位を抑制する制振手段を備える。
【０００９】
本発明の他の振動制御装置においては、さらに、前記制振手段は、前記スライダに連結され、該スライダの第２方向の変位を抑制することにより、前記荷重支持部の第１方向の変位を抑制する。
【００１０】
本発明の更に他の振動制御装置においては、さらに、前記制振手段は、前記荷重支持部に連結され、前記荷重支持部の第１方向の変位を抑制する。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１の構成によれば、カウンタバランス部が荷重との釣り合いを取っているので、制振手段が荷重を支持するための出力を発揮させる必要がないので、制振手段のエネルギ消費量及び出力を低減することができる。そして、制振手段を小型化することができるので、振動制御装置の移動体への搭載性が向上する。また、スライダが荷重支持部ではなく、設置部に取り付けられているので、スライダの騒音や振動が乗員に伝達されることがない。
【００１２】
請求項２の構成によれば、制振手段の第２方向の変位が荷重支持部の第１方向の変位に変換されるので、制振手段をわずかに変位させただけでも、荷重支持部を大きく変位させることができ、制振手段を作動させることによる荷重支持部の振動制御における応答性を向上させ、制御性を高めることができる。また、制振手段の騒音や振動が乗員に伝達されることがない。
【００１３】
請求項３の構成によれば、制振手段を大きく変位させても、荷重支持部の変位が大きくならないので、荷重支持部の微小変位の制御が可能となり、制振手段を作動させることによる荷重支持部の振動制御における正確性を向上させ、制御性を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１５】
図１は本発明の第１の実施の形態における振動制御装置の構成を示す図である。
【００１６】
図において、１０は、本実施の形態における振動制御装置であり、例えば、乗用車、バス、トラック、乗用カート、荷物用カート等の車両や、船舶及び飛行機を含む陸海空の各種移動体に設置されている座席１１に、移動体から伝達される振動を抑制又は低減するために使用される。
【００１７】
そして、前記振動制御装置１０は、設置部１２に取り付けられた荷重支持部２０、該荷重支持部２０の設置部１２に対する振動を抑制する振動制御部３０、及び、前記荷重支持部２０に連結され、荷重と釣り合う負荷を付与するカウンタバランス部４０を有する。
【００１８】
前記荷重支持部２０は、荷重支持部材２１を備え、該荷重支持部材２１上に座席１１が取り付けられている。なお、荷重支持部材２１と座席１１とは一体的に形成されていてもよいが、ここでは、別個に形成されているものとして説明する。また、前記荷重支持部材２１は、第１方向に延在する第１方向部２１ａ、及び、前記第１方向と交差する第２方向に延在する第２方向部２１ｂを備える。なお、前記荷重支持部材２１の第２方向部２１ｂと座席１１との間には、検知手段としての荷重センサ１３及び加速度センサ１４が配設されている。
【００１９】
また、前記設置部１２は、移動体の床等に取り付けられ、前記第１方向に延在する第１方向部１２ａ、及び、前記第２方向に延在する第２方向部１２ｂを備える。図に示される例において、前記第１方向は上下（鉛直）方向であり、前記第２方向は水平方向であるが、これに限定することなく、前記第１方向及び第２方向はいかなる方向に設定することもできる。また、前記第１方向と第２方向とは必ずしも直交する必要はなく、相互に交差する角度は、任意に設定することができる。なお、本実施の形態においては、説明の都合上、前記第１方向は上下方向であり、前記第２方向は水平方向である場合について説明する。
【００２０】
そして、前記荷重支持部材２１は、図において矢印で示されるように、第１方向に移動可能、かつ、第２方向に移動不能に、前記設置部１２に取り付けられている。具体的には、荷重支持部材２１の第１方向部２１ａに移動手段としての第１スライド部材２２が取り付けられ、設置部１２の第１方向部１２ａに第１スライドレール２３が取り付けられ、第１スライド部材２２が第１スライドレール２３に対して第１方向にスライド可能、かつ、第２方向に移動不能に係合している。例えば、第１スライド部材２２と第１スライドレール２３との間にボール、ローラ等の転動体を介在させることによって、第１スライド部材２２を第１スライドレール２３に対してスムーズにスライドさせることができる。
【００２１】
また、前記カウンタバランス部４０は、移動手段としてのスライダ４１、天秤部としての天秤ロッド４４、プリロード調整手段としてのプリロード調整用アクチュエータ４５、及び、荷重支持用ばね部材としてのスプリング４６を備える。
【００２２】
ここで、前記スライダ４１は、図において矢印で示されるように、第２方向に移動可能、かつ、第１方向に移動不能に、前記設置部１２に取り付けられている。具体的には、スライダ４１に第２スライド部材４２が取り付けられ、設置部１２の第２方向部１２ｂに第２スライドレール４３が取り付けられ、第２スライド部材４２が第２スライドレール４３に対して第２方向にスライド可能、かつ、第１方向に移動不能に係合している。例えば、第２スライド部材４２と第２スライドレール４３との間にボール、ローラ等の転動体を介在させることによって、第２スライド部材４２を第２スライドレール４３に対してスムーズにスライドさせることができる。
【００２３】
そして、前記天秤ロッド４４は、長手方向の一端（図における左端）に支点部４４ａを備え、該支点部４４ａにおいて、前記スライダ４１の上面にピボット結合、すなわち、枢支されている。これにより、前記天秤ロッド４４は、支点部４４ａを中心としてスライダ４１に対して回転することができる。また、前記天秤ロッド４４は、長手方向の他端（図における右端）に作用点部４４ｂを備え、該作用点部４４ｂにおいて、前記荷重支持部材２１の第２方向部２１ｂの下面にピボット結合、すなわち、枢支されている。さらに、前記天秤ロッド４４は、長手方向の中間に力点部４４ｃを備え、該力点部４４ｃにおいて、前記スプリング４６の上端にピボット結合、すなわち、枢支されている。
【００２４】
また、前記プリロード調整用アクチュエータ４５は、天秤ロッド４４に配設され、該天秤ロッド４４における作用点部４４ｂ及び力点部４４ｃ間の距離を調整する。具体的には、前記プリロード調整用アクチュエータ４５は、伸縮可能な伸縮ロッド４５ａを備え、天秤ロッド４４における作用点部４４ｂと力点部４４ｃとの間の部分に組み込まれ、前記伸縮ロッド４５ａを伸張させることによって作用点部４４ｂ及び力点部４４ｃ間の距離を長くし、前記伸縮ロッド４５ａを収縮させることによって作用点部４４ｂ及び力点部４４ｃ間の距離を短くする。これにより、天秤ロッド４４における支点部４４ａ及び力点部４４ｃ間の距離と支点部４４ａ及び作用点部４４ｂ間の距離との比、すなわち、梃子（てこ）として機能する天秤ロッド４４のレバー比を調整することができる。なお、前記プリロード調整用アクチュエータ４５を、天秤ロッド４４における支点部４４ａと力点部４４ｃとの間の部分に組み込んで、支点部４４ａ及び力点部４４ｃ間の距離を調整することもできる。
【００２５】
前記スプリング４６は、荷重支持部２０に荷重と釣り合う負荷を付与するための付勢手段として機能する。ここで、前記スプリング４６は、例えば、コイルスプリングから成る圧縮ばねであり、上端が、前述のように、天秤ロッド４４の力点部４４ｃを枢支するとともに、下端が設置部１２の第２方向部１２ｂの上面に固定されている。そして、座席１１の荷重が、荷重支持部材２１及び天秤ロッド４４を介して、下向きの力として力点部４４ｃに作用するので、前記スプリング４６は、前記力点部４４ｃに作用する下向きの力によって圧縮されることにより、その反力としてのばね力を発揮して、座席１１の荷重を支持する。
【００２６】
また、前記振動制御部３０は、荷重支持部２０の変位を抑制する制振手段としての制振用アクチュエータ３１を備える。該制振用アクチュエータ３１は、その本体が設置部１２（図に示される例においては第１方向部１２ａ）に固定されるとともに、前記本体に対して第２方向に伸縮可能な伸縮ロッド３１ａの自由端（図における右端）がスライダ４１に連結されている。そして、前記本体内に配設されたボイスコイルモータ、リニアモータ、通常のモータとボールねじ機構とを組み合わせたもの等の駆動源によって前記伸縮ロッド３１ａを、図において矢印で示されるように、第２方向に伸縮させることにより、前記スライダ４１を第２方向に変位させることができる。
【００２７】
このように、スライダ４１を第２方向に変位させることによって、荷重支持部材２１を第１方向に変位させることができる。これは、傾斜した天秤ロッド４４の支点部４４ａがスライダ４１に取り付けられ、作用点部４４ｂが荷重支持部材２１に取り付けられているところ、スライダ４１は第１方向に移動不能、かつ、荷重支持部材２１は第２方向に移動不能となっているのであるから、スライダ４１を第２方向に変位させると、前記天秤ロッド４４の支点部４４ａ及び作用点部４４ｂ間の第２方向の距離が変化することによって、天秤ロッド４４の傾斜が変化して、その結果、支点部４４ａ及び作用点部４４ｂ間の第１方向の距離も変化するためである。例えば、制振用アクチュエータ３１の伸縮ロッド３１ａを伸張させると、スライダ４１が図における右方向に変位するので、天秤ロッド４４が反時計回り方向に回転し、荷重支持部材２１及び座席１１が上方向に変位する。また、例えば、制振用アクチュエータ３１の伸縮ロッド３１ａを収縮させると、スライダ４１が図における左方向に変位するので、天秤ロッド４４が時計回り方向に回転し、荷重支持部材２１及び座席１１が下方向に変位する。
【００２８】
したがって、振動によって座席１１及び該座席１１を支持する荷重支持部材２１が変位する方向と逆方向の変位を荷重支持部材２１に与えるように制振用アクチュエータ３１を作動させることにより、振動による荷重支持部材２１の変位を抑制し、座席１１の振動を抑制又は低減することができる。
【００２９】
なお、前記制振用アクチュエータ３１の動作は、荷重センサ１３及び加速度センサ１４の検出信号に基づいて制御される。前記荷重センサ１３は、荷重支持部材２１に座席１１から加えられる荷重を検出するセンサである。そして、プリロード調整用アクチュエータ４５の動作は、主として、荷重センサ１３の検出信号に基づいて制御される。また、加速度センサ１４は、荷重支持部材２１の加速度を検出するセンサである。そして、制振用アクチュエータ３１の動作は、主として、加速度センサ１４の検出信号に基づいて制御される。なお、加速度センサ１４に代えて、荷重支持部材２１の速度を検出する速度センサや荷重支持部材２１の変位を検出する変位センサを使用することもできる。
【００３０】
なお、各部材の配置は、図に示される例に限定されるものではなく、相互に干渉せず、正常に機能すれば、任意に変更することができる。
【００３１】
次に、振動制御装置１０の動作を制御する制御ユニットについて説明する。
【００３２】
図３は本発明の第１の実施の形態における振動制御装置のユニットの構成を示すブロック図である。
【００３３】
図において、５０は、制御手段としてのＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）であり、ＣＰＵ、ＭＰＵ等の演算手段、磁気ディスク、半導体メモリ等の記憶手段、入出力インターフェイス等を備え、荷重センサ１３及び加速度センサ１４の検出信号に基づいて、制振用アクチュエータ３１及びプリロード調整用アクチュエータ４５の動作を制御する。さらに、前記ＥＣＵ５０は、移動体に配設された他のセンサ、及び、移動体の制御手段としての図示されない移動体用ＥＣＵと連携して、制御を行うものであってもよい。
【００３４】
次に、前記構成の振動制御装置１０の動作について説明する。まず、プリロードを調整する動作について説明する。
【００３５】
図４は本発明の第１の実施の形態における振動制御装置の乗員着座前後の状態を示す図、図５は本発明の第１の実施の形態における振動制御装置のプリロードを調整する動作を示すフローチャートである。なお、図４（ａ）は乗員が着座する前の状態を示し、図４（ｂ）は乗員が着座した後の状態を示している。
【００３６】
まず、プリロードを調整する場合、移動体が停止し、座席１１が振動していない状態において、荷重センサ１３は、荷重支持部材２１に座席１１から加えられる荷重の値、すなわち、荷重値を検出する（ステップＳ１）。そして、過去の一定時間に亘（わた）って荷重センサ１３が検出した荷重値がＥＣＵ５０によって読み込まれる（ステップＳ２）。
【００３７】
続いて、該ＥＣＵ５０は、読み込んだ過去の一定時間に亘る荷重値に基づいて、基準荷重値を算出する（ステップＳ３）。該基準荷重値は、例えば、前記荷重値の平均値である。そして、ＥＣＵ５０は、前記基準荷重値に基づいて、プリロード調整用アクチュエータ４５を作動させ（ステップＳ４）、プリロードを調整する。この場合、プリロード調整用アクチュエータ４５の伸縮ロッド４５ａを伸張又は収縮させることによって天秤ロッド４４のレバー比を調整し、作用点部４４ｂに加えられる荷重と、力点部４４ｃに加えられるスプリング４６のばね力とが釣り合うようにする。
【００３８】
このようにしてプリロードが調整されると、座席１１は、スプリング４６の発揮するばね力によって支持され、第１方向に移動せずに静止した状態となる。すなわち、荷重がスプリング４６によってキャンセルされた状態となる。そのため、制振用アクチュエータ３１が荷重を支持するための出力を発揮させる必要がない。
【００３９】
例えば、図４（ａ）に示されるように、だれも着座していない状態の座席１１に乗員１６が着座すると、図４（ｂ）に示されるようになる。この場合、荷重支持部材２１に座席１１から加えられる荷重は、乗員１６の体重分だけ増加し、天秤ロッド４４の作用点部４４ｂに加えられる下向きの力が増加する。
【００４０】
そこで、ＥＣＵ５０は、プリロード調整用アクチュエータ４５を作動させてプリロードを調整し、荷重によって作用点部４４ｂに加えられる力と、力点部４４ｃに加えられるスプリング４６のばね力とが梃子の原理に従って釣り合うようにする。具体的には、プリロード調整用アクチュエータ４５の伸縮ロッド４５ａを収縮させて支点部４４ａ及び作用点部４４ｂ間の距離を減少させることにより、作用部４４ｂに加えられる増加した荷重と、力点部４４ｃに加えられるスプリング４６のばね力とが梃子の原理に従って釣り合うように、天秤ロッド４４のレバー比を調整する。
【００４１】
このように、プリロード調整用アクチュエータ４５を作動させることにより、荷重が変化した場合でも、荷重はスプリング４６の発揮するばね力によって支持され、制振用アクチュエータ３１が荷重を支持するための出力を発揮させる必要がない。そのため、制振用アクチュエータ３１は、出力がゼロの状態から、振動制御のためのみに出力を発揮すればよいこととなる。
【００４２】
次に、座席１１が振動している場合における振動制御の動作について説明する。
【００４３】
図６は本発明の第１の実施の形態における振動制御装置の振動制御を行っている状態を示す図、図７は本発明の第１の実施の形態における振動制御装置の制振用アクチュエータによる変位と座席の変位との関係を示すグラフ、図８は本発明の第１の実施の形態における振動制御装置の振動制御のシミュレーション結果を示すグラフ、図９は本発明の第１の実施の形態における振動制御装置のプリロードを調整する動作を示すフローチャートである。なお、図６（ａ）は制振用アクチュエータを伸張させる場合を示し、図６（ｂ）は制振用アクチュエータを収縮させる場合を示し、図８（ａ）及び（ｂ）は従来例のシミュレーション結果を示し、図８（ｃ）は本実施の形態のシミュレーション結果を示している。
【００４４】
まず、座席１１が振動している状態において、荷重センサ１３は、荷重支持部材２１に座席１１から加えられる荷重の値、すなわち、振動時荷重値を検出する（ステップＳ１１）。そして、ＥＣＵ５０は、検出された振動時荷重値がプリロードを調整する場合に算出した基準荷重値と等しいか否かを判断する（ステップＳ１２）。そして、振動時荷重値と基準荷重値とが等しい場合、ＥＣＵ５０は振動制御の処理を終了する。
【００４５】
また、振動時荷重値と基準荷重値とが等しくない場合、ＥＣＵ５０は、振動時荷重値が基準荷重値より大きいか否かを判断する（ステップＳ１３）。そして、振動時荷重値が基準荷重値より大きい場合、ＥＣＵ５０は、伸縮ロッド３１ａを伸張させるように制振用アクチュエータ３１の動作を制御する、すなわち、制振用アクチュエータ３１を伸張させる（ステップＳ１４）。
【００４６】
振動時荷重値が基準荷重値より大きいと、図６（ａ）に示されるように、座席１１及び該座席１１を支持する荷重支持部材２１が下方向に変位した状態となる。前述のように、傾斜した天秤ロッド４４の支点部４４ａがスライダ４１に取り付けられ、作用点部４４ｂが荷重支持部材２１に取り付けられているところ、スライダ４１は第１方向に移動不能、かつ、荷重支持部材２１は第２方向に移動不能となっているのであるから、スライダ４１を第２方向に移動させることによって荷重支持部材２１を第１方向に移動させることができるだけでなく、荷重支持部材２１を第１方向に移動させることによってスライダ４１を第２方向に移動させることもできる。そのため、荷重支持部材２１が下方向に変位すると、天秤ロッド４４が時計回り方向に回転し、スライダ４１が図における左方向に変位する。
【００４７】
そこで、制振用アクチュエータ３１を作動させて伸縮ロッド３１ａを伸張させることによって、スライダ４１を図における右方向に変位させて荷重支持部材２１を上方向に変位させるようにして、振動による荷重支持部材２１の下方向の変位を打ち消すことができる。これにより、座席１１の振動を抑制又は低減することができる。
【００４８】
また、振動時荷重値が基準荷重値より大きいか否かを判断し、振動時荷重値が基準荷重値より大きくない場合、すなち、振動時荷重値が基準荷重値より小さい場合、ＥＣＵ５０は、伸縮ロッド３１ａを収縮させるように制振用アクチュエータ３１の動作を制御する、すなわち、制振用アクチュエータ３１を収縮させる（ステップＳ１５）。
【００４９】
振動時荷重値が基準荷重値より小さいと、図６（ｂ）に示されるように、座席１１及び該座席１１を支持する荷重支持部材２１が上方向に変位した状態となる。そして、荷重支持部材２１が上方向に変位すると、天秤ロッド４４が反時計回り方向に回転し、スライダ４１が図における右方向に変位する。
【００５０】
そこで、制振用アクチュエータ３１を作動させて伸縮ロッド３１ａを収縮させることによって、スライダ４１を図における左方向に変位させて荷重支持部材２１を下方向に変位させるようにして、振動による荷重支持部材２１の上方向の変位を打ち消すことができる。これにより、座席１１の振動を抑制又は低減することができる。
【００５１】
なお、本実施の形態においては、前記伸縮ロッド３１ａの自由端の変位、すなわち、制振用アクチュエータ３１の第２方向の変位をスライダ４１及び天秤ロッド４４を含む一種のリンク機構を介して、荷重支持部材２１の第１方向の変位に変換しているので、図７に示されるように、制振用アクチュエータ３１の変位に関して、座席１１及び該座席１１を支持する荷重支持部材２１の変位が敏感になっている。すなわち、前記リンク機構へのインプットである制振用アクチュエータ３１の変位に対するアウトプットである座席１１の変位のゲインが大きくなっているので、制振用アクチュエータ３１をわずかに変位させただけでも、座席１１を大きく変位させることができる。したがって、制振用アクチュエータ３１を作動させることによる座席１１の振動制御における応答性を向上させ、制御性を高めることができる。
【００５２】
また、前述のように、プリロード調整用アクチュエータ４５により、荷重はスプリング４６の発揮するばね力によって支持され、制振用アクチュエータ３１は、荷重を支持するための出力を発揮させる必要がなく、出力がゼロの状態から、振動制御のためのみに出力を発揮すればよいのであるから、制振用アクチュエータ３１の出力が少なくて済む。また、図８（ｃ）には、振動制御のシミュレーションを行った結果として、前記制振用アクチュエータ３１の出力としての仕事率の変化が示されている。この場合、前記シミュレーションでは、移動体としての車両が、振幅２５〔ｍｍ〕及び周期７５０〔ｍｍ〕の波状路を速度７０〔ｋｍ／ｈ〕で走行する条件で、座席１１の振動をゼロにするために必要な制振用アクチュエータ３１の仕事率を求めた。
【００５３】
なお、図８（ａ）には、「背景技術」の項において説明した図２（ａ）に示されるような構成の従来の振動制御装置を使用したシミュレーションを行った結果が示されており、図８（ｂ）には、同様に、図２（ｂ）に示されるような構成の従来の振動制御装置を使用したシミュレーションを行った結果が示されている。図８（ｃ）を図８（ａ）及び（ｂ）と比較することによって、本実施の形態における振動制御装置１０が消費するエネルギ量がいかに少ないかを容易に理解することができる。
【００５４】
このように、本実施の形態においては、カウンタバランス部４０が、スライダ４１、天秤ロッド４４、プリロード調整用アクチュエータ４５及びスプリング４６を備え、プリロード調整用アクチュエータ４５によって天秤ロッド４４のレバー比を調整し、座席１１の荷重をスプリング４６の発揮するばね力によって支持して、釣り合いを取るようになっている。これにより、制振用アクチュエータ３１は、荷重を支持するための出力を発揮させる必要がなく、出力がゼロの状態から、振動制御のためのみに出力を発揮すればよい。そのため、制振用アクチュエータ３１の出力を低減させることができ、制振用アクチュエータ３１の消費するエネルギ量を抑制することができ、制振用アクチュエータ３１を小型化することができる。したがって、振動制御装置１０を小型化して、座席１１の下方の狭いスペースに配設することができる。
【００５５】
また、スライダ４１は、座席１１又は該座席１１を支持する荷重支持部材２１ではなく、移動体の床等に取り付けられた設置部１２の第１方向部１２ａに取り付けられている。そのため、スライダ４１がスライドする際に不可避的に発生する騒音や振動が座席１１に着座している乗員１６に伝達されることがない。したがって、座席１１の座り心地が向上する。
【００５６】
さらに、制振用アクチュエータ３１の第２方向の変位をスライダ４１及び天秤ロッド４４を含む一種のリンク機構を介して、荷重支持部材２１の第１方向の変位に変換するようになっている。そのため、制振用アクチュエータ３１をわずかに変位させただけでも、座席１１を大きく変位させることができ、制振用アクチュエータ３１を作動させることによる座席１１の振動制御における応答性を向上させ、制御性を高めることができる。また、制振用アクチュエータ３１が、座席１１又は該座席１１を支持する荷重支持部材２１を直接に変位させないので、制振用アクチュエータ３１が作動する際に不可避的に発生する騒音や振動が座席１１に着座している乗員１６に伝達されることがない。したがって、座席１１の座り心地が向上する。
【００５７】
さらに、スプリング４６は、圧縮されることによってその反力としてのばね力を発揮するタイプ、すなわち、圧縮ばねなので、端部の加工が容易であり、かつ、汎（はん）用品の入手が容易である。そのため、スプリング４６のコストを低減することができ、それにより、振動制御装置１０のコストを低減することができる。
【００５８】
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、第１の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与することによってその説明を省略する。また、前記第１の実施の形態と同じ動作及び同じ効果についても、その説明を省略する。
【００５９】
図１０は本発明の第２の実施の形態における振動制御装置の構成を示す図、図１１は本発明の第２の実施の形態における振動制御装置の制振用アクチュエータによる変位と座席の変位との関係を示すグラフである。
【００６０】
本実施の形態において、振動制御部３０の制振用アクチュエータ３１は、その本体が設置部１２（図に示される例においては第２方向部１２ｂ）に固定されるとともに、前記本体に対して第１方向に伸縮可能な伸縮ロッド３１ａの自由端（図における上端）が荷重支持部材２１に連結されている。そして、前記本体内に配設された駆動源によって前記伸縮ロッド３１ａを、図において矢印で示されるように、第１方向に伸縮させることにより、前記荷重支持部材２１を第１方向に変位させることができる。
【００６１】
したがって、振動によって座席１１及び該座席１１を支持する荷重支持部材２１が変位する方向と逆方向の変位を荷重支持部材２１に与えるように制振用アクチュエータ３１を作動させることにより、振動による荷重支持部材２１の第１方向の変位を抑制し、座席１１の振動を抑制又は低減することができる。
【００６２】
なお、前記第１の実施の形態においては、制振用アクチュエータ３１の第２方向の変位をスライダ４１及び天秤ロッド４４を含む一種のリンク機構を介して、荷重支持部材２１の第１方向の変位に変換するようになっているのに対し、本実施の形態においては、制振用アクチュエータ３１の第１方向の変位を直接に荷重支持部材２１に伝達して該荷重支持部材２１を第１方向に変位させるようになっている。そのため、前記リンク機構を介することによって生じる摩擦等によるエネルギ損失がないので、より効率的に座席１１の振動制御を行うことができる。
【００６３】
また、前記リンク機構を介さないので、図１１に示されるように、制振用アクチュエータ３１の変位に関して、座席１１及び該座席１１を支持する荷重支持部材２１の変位が鈍感になっている。すなわち、制振用アクチュエータ３１の変位に対する座席１１の変位が小さくなっているので、制振用アクチュエータ３１を大きく変位させても、座席１１の変位が大きくならない。したがって、座席１１の微小変位の制御が可能となり、制振用アクチュエータ３１を作動させることによる座席１１の振動制御における正確性を向上させ、制御性を高めることができる。
【００６４】
なお、その他の点の構成及び動作については、前記第１の実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。
【００６５】
このように、本実施の形態においては、制振用アクチュエータ３１が荷重支持部材２１に連結され、制振用アクチュエータ３１の第１方向の変位を直接に荷重支持部材２１に伝達するようになっている。そのため、制振用アクチュエータ３１を大きく変位させても、座席１１の変位が大きくならないので、制振用アクチュエータ３１を作動させることによる座席１１の振動制御における正確性を向上させ、制御性を高めることができる。また、リンク機構等を介することによって生じる摩擦等によるエネルギ損失がないので、より効率的に座席１１の振動制御を行うことができる。
【００６６】
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々変形させることが可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の第１の実施の形態における振動制御装置の構成を示す図である。
【図２】従来の振動制御装置を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態における振動制御装置のユニットの構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態における振動制御装置の乗員着座前後の状態を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態における振動制御装置のプリロードを調整する動作を示すフローチャートである。
【図６】本発明の第１の実施の形態における振動制御装置の振動制御を行っている状態を示す図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態における振動制御装置の制振用アクチュエータによる変位と座席の変位との関係を示すグラフである。
【図８】本発明の第１の実施の形態における振動制御装置の振動制御のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図９】本発明の第１の実施の形態における振動制御装置のプリロードを調整する動作を示すフローチャートである。
【図１０】本発明の第２の実施の形態における振動制御装置の構成を示す図である。
【図１１】本発明の第２の実施の形態における振動制御装置の制振用アクチュエータによる変位と座席の変位との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００６８】
１０ 振動制御装置
１２ 設置部
２０ 荷重支持部
３０ 振動制御部
３１ 制振用アクチュエータ
４０ カウンタバランス部
４１ スライダ
４４ 天秤ロッド
４５ プリロード調整用アクチュエータ
４６ スプリング
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、乗用車、バス、トラック、乗用カート、荷物用カート等の車両や、船舶及び飛行機を含む陸海空の各種移動体に設置されている座席には、設置されている床等から振動が伝達される。そこで、このような振動を抑制又は低減するために、座席の下に配設された直動型電動アクチュエータの動作を制御する振動制御装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
図２は従来の振動制御装置を示す図である。
【０００４】
図２（ａ）に示される例においては、座席１１１と該座席１１１が設置されている床１１２との間にアクチュエータ１２１が配設され、該アクチュエータ１２１によって前記座席１１１が支持されるようになっている。また、図２（ｂ）に示される例においては、座席１１１と床１１２との間にスプリング１２２も配設され、アクチュエータ１２１のみならず、スプリング１２２によっても座席１１１が支持されるようになっている。
【特許文献１】特開平１１−１８０２０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記従来の振動制御装置においては、図２（ａ）に示されるように、座席１１１がアクチュエータ１２１のみによって支持される場合、座席１１１を支持するために常にアクチュエータ１２１が出力を発揮する必要があるので、アクチュエータ１２１によるエネルギ消費量が多くなってしまう。
【０００６】
また、図２（ｂ）に示されるように、座席１１１がアクチュエータ１２１及びスプリング１２２によって支持される場合、座席１１１の荷重がスプリング１２２のばね力と釣り合っていれば、アクチュエータ１２１が出力を発揮する必要がなく、アクチュエータ１２１によるエネルギ消費を抑制することができる。しかし、座席１１１の振動を抑制するためには、スプリング１２２の振動も抑制する必要があるので、アクチュエータ１２１は、スプリング１２２のばね力を打ち消すための出力も含めた大きな出力を発揮する必要がある。
【０００７】
本発明は、前記従来の振動制御装置の問題点を解決して、制振手段のエネルギ消費量及び出力を低減することができ、制振手段が小型で移動体への搭載性が高く、エネルギ効率の高い振動制御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】
【０００８】
そのために、本発明の振動制御装置においては、設置部に取り付けられた荷重支持部と、該荷重支持部に連結され、荷重と釣り合う負荷を付与するカウンタバランス部と、前記荷重支持部の設置部に対する振動を制御する振動制御部とを有する振動制御装置であって、前記荷重支持部は、第１方向に移動可能、かつ、第２方向に移動不能に前記設置部に取り付けられ、前記カウンタバランス部は、第１方向に移動不能、かつ、第２方向に移動可能に前記設置部に取り付けられたスライダと、前記設置部に一端が固定された荷重支持用ばね部材と、一端が前記スライダに枢支され、他端が前記荷重支持部に枢支され、中間部が前記荷重支持用ばね部材の他端に枢支された天秤（びん）部と、該天秤部に配設されレバー比を調整するプリロード調整手段とを備え、前記振動制御部は、前記荷重支持部の変位を抑制する制振手段を備える。
【０００９】
本発明の他の振動制御装置においては、さらに、前記制振手段は、前記スライダに連結され、該スライダの第２方向の変位を抑制することにより、前記荷重支持部の第１方向の変位を抑制する。
【００１０】
本発明の更に他の振動制御装置においては、さらに、前記制振手段は、前記荷重支持部に連結され、前記荷重支持部の第１方向の変位を抑制する。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１の構成によれば、カウンタバランス部が荷重との釣り合いを取っているので、制振手段が荷重を支持するための出力を発揮させる必要がないので、制振手段のエネルギ消費量及び出力を低減することができる。そして、制振手段を小型化することができるので、振動制御装置の移動体への搭載性が向上する。また、スライダが荷重支持部ではなく、設置部に取り付けられているので、スライダの騒音や振動が乗員に伝達されることがない。
【００１２】
請求項２の構成によれば、制振手段の第２方向の変位が荷重支持部の第１方向の変位に変換されるので、制振手段をわずかに変位させただけでも、荷重支持部を大きく変位させることができ、制振手段を作動させることによる荷重支持部の振動制御における応答性を向上させ、制御性を高めることができる。また、制振手段の騒音や振動が乗員に伝達されることがない。
【００１３】
請求項３の構成によれば、制振手段を大きく変位させても、荷重支持部の変位が大きくならないので、荷重支持部の微小変位の制御が可能となり、制振手段を作動させることによる荷重支持部の振動制御における正確性を向上させ、制御性を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１５】
図１は本発明の第１の実施の形態における振動制御装置の構成を示す図である。
【００１６】
図において、１０は、本実施の形態における振動制御装置であり、例えば、乗用車、バス、トラック、乗用カート、荷物用カート等の車両や、船舶及び飛行機を含む陸海空の各種移動体に設置されている座席１１に、移動体から伝達される振動を抑制又は低減するために使用される。
【００１７】
そして、前記振動制御装置１０は、設置部１２に取り付けられた荷重支持部２０、該荷重支持部２０の設置部１２に対する振動を抑制する振動制御部３０、及び、前記荷重支持部２０に連結され、荷重と釣り合う負荷を付与するカウンタバランス部４０を有する。
【００１８】
前記荷重支持部２０は、荷重支持部材２１を備え、該荷重支持部材２１上に座席１１が取り付けられている。なお、荷重支持部材２１と座席１１とは一体的に形成されていてもよいが、ここでは、別個に形成されているものとして説明する。また、前記荷重支持部材２１は、第１方向に延在する第１方向部２１ａ、及び、前記第１方向と交差する第２方向に延在する第２方向部２１ｂを備える。なお、前記荷重支持部材２１の第２方向部２１ｂと座席１１との間には、検知手段としての荷重センサ１３及び加速度センサ１４が配設されている。
【００１９】
また、前記設置部１２は、移動体の床等に取り付けられ、前記第１方向に延在する第１方向部１２ａ、及び、前記第２方向に延在する第２方向部１２ｂを備える。図に示される例において、前記第１方向は上下（鉛直）方向であり、前記第２方向は水平方向であるが、これに限定することなく、前記第１方向及び第２方向はいかなる方向に設定することもできる。また、前記第１方向と第２方向とは必ずしも直交する必要はなく、相互に交差する角度は、任意に設定することができる。なお、本実施の形態においては、説明の都合上、前記第１方向は上下方向であり、前記第２方向は水平方向である場合について説明する。
【００２０】
そして、前記荷重支持部材２１は、図において矢印で示されるように、第１方向に移動可能、かつ、第２方向に移動不能に、前記設置部１２に取り付けられている。具体的には、荷重支持部材２１の第１方向部２１ａに移動手段としての第１スライド部材２２が取り付けられ、設置部１２の第１方向部１２ａに第１スライドレール２３が取り付けられ、第１スライド部材２２が第１スライドレール２３に対して第１方向にスライド可能、かつ、第２方向に移動不能に係合している。例えば、第１スライド部材２２と第１スライドレール２３との間にボール、ローラ等の転動体を介在させることによって、第１スライド部材２２を第１スライドレール２３に対してスムーズにスライドさせることができる。
【００２１】
また、前記カウンタバランス部４０は、移動手段としてのスライダ４１、天秤部としての天秤ロッド４４、プリロード調整手段としてのプリロード調整用アクチュエータ４５、及び、荷重支持用ばね部材としてのスプリング４６を備える。
【００２２】
ここで、前記スライダ４１は、図において矢印で示されるように、第２方向に移動可能、かつ、第１方向に移動不能に、前記設置部１２に取り付けられている。具体的には、スライダ４１に第２スライド部材４２が取り付けられ、設置部１２の第２方向部１２ｂに第２スライドレール４３が取り付けられ、第２スライド部材４２が第２スライドレール４３に対して第２方向にスライド可能、かつ、第１方向に移動不能に係合している。例えば、第２スライド部材４２と第２スライドレール４３との間にボール、ローラ等の転動体を介在させることによって、第２スライド部材４２を第２スライドレール４３に対してスムーズにスライドさせることができる。
【００２３】
そして、前記天秤ロッド４４は、長手方向の一端（図における左端）に支点部４４ａを備え、該支点部４４ａにおいて、前記スライダ４１の上面にピボット結合、すなわち、枢支されている。これにより、前記天秤ロッド４４は、支点部４４ａを中心としてスライダ４１に対して回転することができる。また、前記天秤ロッド４４は、長手方向の他端（図における右端）に作用点部４４ｂを備え、該作用点部４４ｂにおいて、前記荷重支持部材２１の第２方向部２１ｂの下面にピボット結合、すなわち、枢支されている。さらに、前記天秤ロッド４４は、長手方向の中間に力点部４４ｃを備え、該力点部４４ｃにおいて、前記スプリング４６の上端にピボット結合、すなわち、枢支されている。
【００２４】
また、前記プリロード調整用アクチュエータ４５は、天秤ロッド４４に配設され、該天秤ロッド４４における作用点部４４ｂ及び力点部４４ｃ間の距離を調整する。具体的には、前記プリロード調整用アクチュエータ４５は、伸縮可能な伸縮ロッド４５ａを備え、天秤ロッド４４における作用点部４４ｂと力点部４４ｃとの間の部分に組み込まれ、前記伸縮ロッド４５ａを伸張させることによって作用点部４４ｂ及び力点部４４ｃ間の距離を長くし、前記伸縮ロッド４５ａを収縮させることによって作用点部４４ｂ及び力点部４４ｃ間の距離を短くする。これにより、天秤ロッド４４における支点部４４ａ及び力点部４４ｃ間の距離と支点部４４ａ及び作用点部４４ｂ間の距離との比、すなわち、梃子（てこ）として機能する天秤ロッド４４のレバー比を調整することができる。なお、前記プリロード調整用アクチュエータ４５を、天秤ロッド４４における支点部４４ａと力点部４４ｃとの間の部分に組み込んで、支点部４４ａ及び力点部４４ｃ間の距離を調整することもできる。
【００２５】
前記スプリング４６は、荷重支持部２０に荷重と釣り合う負荷を付与するための付勢手段として機能する。ここで、前記スプリング４６は、例えば、コイルスプリングから成る圧縮ばねであり、上端が、前述のように、天秤ロッド４４の力点部４４ｃを枢支するとともに、下端が設置部１２の第２方向部１２ｂの上面に固定されている。そして、座席１１の荷重が、荷重支持部材２１及び天秤ロッド４４を介して、下向きの力として力点部４４ｃに作用するので、前記スプリング４６は、前記力点部４４ｃに作用する下向きの力によって圧縮されることにより、その反力としてのばね力を発揮して、座席１１の荷重を支持する。
【００２６】
また、前記振動制御部３０は、荷重支持部２０の変位を抑制する制振手段としての制振用アクチュエータ３１を備える。該制振用アクチュエータ３１は、その本体が設置部１２（図に示される例においては第１方向部１２ａ）に固定されるとともに、前記本体に対して第２方向に伸縮可能な伸縮ロッド３１ａの自由端（図における右端）がスライダ４１に連結されている。そして、前記本体内に配設されたボイスコイルモータ、リニアモータ、通常のモータとボールねじ機構とを組み合わせたもの等の駆動源によって前記伸縮ロッド３１ａを、図において矢印で示されるように、第２方向に伸縮させることにより、前記スライダ４１を第２方向に変位させることができる。
【００２７】
このように、スライダ４１を第２方向に変位させることによって、荷重支持部材２１を第１方向に変位させることができる。これは、傾斜した天秤ロッド４４の支点部４４ａがスライダ４１に取り付けられ、作用点部４４ｂが荷重支持部材２１に取り付けられているところ、スライダ４１は第１方向に移動不能、かつ、荷重支持部材２１は第２方向に移動不能となっているのであるから、スライダ４１を第２方向に変位させると、前記天秤ロッド４４の支点部４４ａ及び作用点部４４ｂ間の第２方向の距離が変化することによって、天秤ロッド４４の傾斜が変化して、その結果、支点部４４ａ及び作用点部４４ｂ間の第１方向の距離も変化するためである。例えば、制振用アクチュエータ３１の伸縮ロッド３１ａを伸張させると、スライダ４１が図における右方向に変位するので、天秤ロッド４４が反時計回り方向に回転し、荷重支持部材２１及び座席１１が上方向に変位する。また、例えば、制振用アクチュエータ３１の伸縮ロッド３１ａを収縮させると、スライダ４１が図における左方向に変位するので、天秤ロッド４４が時計回り方向に回転し、荷重支持部材２１及び座席１１が下方向に変位する。
【００２８】
したがって、振動によって座席１１及び該座席１１を支持する荷重支持部材２１が変位する方向と逆方向の変位を荷重支持部材２１に与えるように制振用アクチュエータ３１を作動させることにより、振動による荷重支持部材２１の変位を抑制し、座席１１の振動を抑制又は低減することができる。
【００２９】
なお、前記制振用アクチュエータ３１の動作は、荷重センサ１３及び加速度センサ１４の検出信号に基づいて制御される。前記荷重センサ１３は、荷重支持部材２１に座席１１から加えられる荷重を検出するセンサである。そして、プリロード調整用アクチュエータ４５の動作は、主として、荷重センサ１３の検出信号に基づいて制御される。また、加速度センサ１４は、荷重支持部材２１の加速度を検出するセンサである。そして、制振用アクチュエータ３１の動作は、主として、加速度センサ１４の検出信号に基づいて制御される。なお、加速度センサ１４に代えて、荷重支持部材２１の速度を検出する速度センサや荷重支持部材２１の変位を検出する変位センサを使用することもできる。
【００３０】
なお、各部材の配置は、図に示される例に限定されるものではなく、相互に干渉せず、正常に機能すれば、任意に変更することができる。
【００３１】
次に、振動制御装置１０の動作を制御する制御ユニットについて説明する。
【００３２】
図３は本発明の第１の実施の形態における振動制御装置のユニットの構成を示すブロック図である。
【００３３】
図において、５０は、制御手段としてのＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）であり、ＣＰＵ、ＭＰＵ等の演算手段、磁気ディスク、半導体メモリ等の記憶手段、入出力インターフェイス等を備え、荷重センサ１３及び加速度センサ１４の検出信号に基づいて、制振用アクチュエータ３１及びプリロード調整用アクチュエータ４５の動作を制御する。さらに、前記ＥＣＵ５０は、移動体に配設された他のセンサ、及び、移動体の制御手段としての図示されない移動体用ＥＣＵと連携して、制御を行うものであってもよい。
【００３４】
次に、前記構成の振動制御装置１０の動作について説明する。まず、プリロードを調整する動作について説明する。
【００３５】
図４は本発明の第１の実施の形態における振動制御装置の乗員着座前後の状態を示す図、図５は本発明の第１の実施の形態における振動制御装置のプリロードを調整する動作を示すフローチャートである。なお、図４（ａ）は乗員が着座する前の状態を示し、図４（ｂ）は乗員が着座した後の状態を示している。
【００３６】
まず、プリロードを調整する場合、移動体が停止し、座席１１が振動していない状態において、荷重センサ１３は、荷重支持部材２１に座席１１から加えられる荷重の値、すなわち、荷重値を検出する（ステップＳ１）。そして、過去の一定時間に亘（わた）って荷重センサ１３が検出した荷重値がＥＣＵ５０によって読み込まれる（ステップＳ２）。
【００３７】
続いて、該ＥＣＵ５０は、読み込んだ過去の一定時間に亘る荷重値に基づいて、基準荷重値を算出する（ステップＳ３）。該基準荷重値は、例えば、前記荷重値の平均値である。そして、ＥＣＵ５０は、前記基準荷重値に基づいて、プリロード調整用アクチュエータ４５を作動させ（ステップＳ４）、プリロードを調整する。この場合、プリロード調整用アクチュエータ４５の伸縮ロッド４５ａを伸張又は収縮させることによって天秤ロッド４４のレバー比を調整し、作用点部４４ｂに加えられる荷重と、力点部４４ｃに加えられるスプリング４６のばね力とが釣り合うようにする。
【００３８】
このようにしてプリロードが調整されると、座席１１は、スプリング４６の発揮するばね力によって支持され、第１方向に移動せずに静止した状態となる。すなわち、荷重がスプリング４６によってキャンセルされた状態となる。そのため、制振用アクチュエータ３１が荷重を支持するための出力を発揮させる必要がない。
【００３９】
例えば、図４（ａ）に示されるように、だれも着座していない状態の座席１１に乗員１６が着座すると、図４（ｂ）に示されるようになる。この場合、荷重支持部材２１に座席１１から加えられる荷重は、乗員１６の体重分だけ増加し、天秤ロッド４４の作用点部４４ｂに加えられる下向きの力が増加する。
【００４０】
そこで、ＥＣＵ５０は、プリロード調整用アクチュエータ４５を作動させてプリロードを調整し、荷重によって作用点部４４ｂに加えられる力と、力点部４４ｃに加えられるスプリング４６のばね力とが梃子の原理に従って釣り合うようにする。具体的には、プリロード調整用アクチュエータ４５の伸縮ロッド４５ａを収縮させて支点部４４ａ及び作用点部４４ｂ間の距離を減少させることにより、作用部４４ｂに加えられる増加した荷重と、力点部４４ｃに加えられるスプリング４６のばね力とが梃子の原理に従って釣り合うように、天秤ロッド４４のレバー比を調整する。
【００４１】
このように、プリロード調整用アクチュエータ４５を作動させることにより、荷重が変化した場合でも、荷重はスプリング４６の発揮するばね力によって支持され、制振用アクチュエータ３１が荷重を支持するための出力を発揮させる必要がない。そのため、制振用アクチュエータ３１は、出力がゼロの状態から、振動制御のためのみに出力を発揮すればよいこととなる。
【００４２】
次に、座席１１が振動している場合における振動制御の動作について説明する。
【００４３】
図６は本発明の第１の実施の形態における振動制御装置の振動制御を行っている状態を示す図、図７は本発明の第１の実施の形態における振動制御装置の制振用アクチュエータによる変位と座席の変位との関係を示すグラフ、図８は本発明の第１の実施の形態における振動制御装置の振動制御のシミュレーション結果を示すグラフ、図９は本発明の第１の実施の形態における振動制御装置のプリロードを調整する動作を示すフローチャートである。なお、図６（ａ）は制振用アクチュエータを伸張させる場合を示し、図６（ｂ）は制振用アクチュエータを収縮させる場合を示し、図８（ａ）及び（ｂ）は従来例のシミュレーション結果を示し、図８（ｃ）は本実施の形態のシミュレーション結果を示している。
【００４４】
まず、座席１１が振動している状態において、荷重センサ１３は、荷重支持部材２１に座席１１から加えられる荷重の値、すなわち、振動時荷重値を検出する（ステップＳ１１）。そして、ＥＣＵ５０は、検出された振動時荷重値がプリロードを調整する場合に算出した基準荷重値と等しいか否かを判断する（ステップＳ１２）。そして、振動時荷重値と基準荷重値とが等しい場合、ＥＣＵ５０は振動制御の処理を終了する。
【００４５】
また、振動時荷重値と基準荷重値とが等しくない場合、ＥＣＵ５０は、振動時荷重値が基準荷重値より大きいか否かを判断する（ステップＳ１３）。そして、振動時荷重値が基準荷重値より大きい場合、ＥＣＵ５０は、伸縮ロッド３１ａを伸張させるように制振用アクチュエータ３１の動作を制御する、すなわち、制振用アクチュエータ３１を伸張させる（ステップＳ１４）。
【００４６】
振動時荷重値が基準荷重値より大きいと、図６（ａ）に示されるように、座席１１及び該座席１１を支持する荷重支持部材２１が下方向に変位した状態となる。前述のように、傾斜した天秤ロッド４４の支点部４４ａがスライダ４１に取り付けられ、作用点部４４ｂが荷重支持部材２１に取り付けられているところ、スライダ４１は第１方向に移動不能、かつ、荷重支持部材２１は第２方向に移動不能となっているのであるから、スライダ４１を第２方向に移動させることによって荷重支持部材２１を第１方向に移動させることができるだけでなく、荷重支持部材２１を第１方向に移動させることによってスライダ４１を第２方向に移動させることもできる。そのため、荷重支持部材２１が下方向に変位すると、天秤ロッド４４が時計回り方向に回転し、スライダ４１が図における左方向に変位する。
【００４７】
そこで、制振用アクチュエータ３１を作動させて伸縮ロッド３１ａを伸張させることによって、スライダ４１を図における右方向に変位させて荷重支持部材２１を上方向に変位させるようにして、振動による荷重支持部材２１の下方向の変位を打ち消すことができる。これにより、座席１１の振動を抑制又は低減することができる。
【００４８】
また、振動時荷重値が基準荷重値より大きいか否かを判断し、振動時荷重値が基準荷重値より大きくない場合、すなち、振動時荷重値が基準荷重値より小さい場合、ＥＣＵ５０は、伸縮ロッド３１ａを収縮させるように制振用アクチュエータ３１の動作を制御する、すなわち、制振用アクチュエータ３１を収縮させる（ステップＳ１５）。
【００４９】
振動時荷重値が基準荷重値より小さいと、図６（ｂ）に示されるように、座席１１及び該座席１１を支持する荷重支持部材２１が上方向に変位した状態となる。そして、荷重支持部材２１が上方向に変位すると、天秤ロッド４４が反時計回り方向に回転し、スライダ４１が図における右方向に変位する。
【００５０】
そこで、制振用アクチュエータ３１を作動させて伸縮ロッド３１ａを収縮させることによって、スライダ４１を図における左方向に変位させて荷重支持部材２１を下方向に変位させるようにして、振動による荷重支持部材２１の上方向の変位を打ち消すことができる。これにより、座席１１の振動を抑制又は低減することができる。
【００５１】
なお、本実施の形態においては、前記伸縮ロッド３１ａの自由端の変位、すなわち、制振用アクチュエータ３１の第２方向の変位をスライダ４１及び天秤ロッド４４を含む一種のリンク機構を介して、荷重支持部材２１の第１方向の変位に変換しているので、図７に示されるように、制振用アクチュエータ３１の変位に関して、座席１１及び該座席１１を支持する荷重支持部材２１の変位が敏感になっている。すなわち、前記リンク機構へのインプットである制振用アクチュエータ３１の変位に対するアウトプットである座席１１の変位のゲインが大きくなっているので、制振用アクチュエータ３１をわずかに変位させただけでも、座席１１を大きく変位させることができる。したがって、制振用アクチュエータ３１を作動させることによる座席１１の振動制御における応答性を向上させ、制御性を高めることができる。
【００５２】
また、前述のように、プリロード調整用アクチュエータ４５により、荷重はスプリング４６の発揮するばね力によって支持され、制振用アクチュエータ３１は、荷重を支持するための出力を発揮させる必要がなく、出力がゼロの状態から、振動制御のためのみに出力を発揮すればよいのであるから、制振用アクチュエータ３１の出力が少なくて済む。また、図８（ｃ）には、振動制御のシミュレーションを行った結果として、前記制振用アクチュエータ３１の出力としての仕事率の変化が示されている。この場合、前記シミュレーションでは、移動体としての車両が、振幅２５〔ｍｍ〕及び周期７５０〔ｍｍ〕の波状路を速度７０〔ｋｍ／ｈ〕で走行する条件で、座席１１の振動をゼロにするために必要な制振用アクチュエータ３１の仕事率を求めた。
【００５３】
なお、図８（ａ）には、「背景技術」の項において説明した図２（ａ）に示されるような構成の従来の振動制御装置を使用したシミュレーションを行った結果が示されており、図８（ｂ）には、同様に、図２（ｂ）に示されるような構成の従来の振動制御装置を使用したシミュレーションを行った結果が示されている。図８（ｃ）を図８（ａ）及び（ｂ）と比較することによって、本実施の形態における振動制御装置１０が消費するエネルギ量がいかに少ないかを容易に理解することができる。
【００５４】
このように、本実施の形態においては、カウンタバランス部４０が、スライダ４１、天秤ロッド４４、プリロード調整用アクチュエータ４５及びスプリング４６を備え、プリロード調整用アクチュエータ４５によって天秤ロッド４４のレバー比を調整し、座席１１の荷重をスプリング４６の発揮するばね力によって支持して、釣り合いを取るようになっている。これにより、制振用アクチュエータ３１は、荷重を支持するための出力を発揮させる必要がなく、出力がゼロの状態から、振動制御のためのみに出力を発揮すればよい。そのため、制振用アクチュエータ３１の出力を低減させることができ、制振用アクチュエータ３１の消費するエネルギ量を抑制することができ、制振用アクチュエータ３１を小型化することができる。したがって、振動制御装置１０を小型化して、座席１１の下方の狭いスペースに配設することができる。
【００５５】
また、スライダ４１は、座席１１又は該座席１１を支持する荷重支持部材２１ではなく、移動体の床等に取り付けられた設置部１２の第１方向部１２ａに取り付けられている。そのため、スライダ４１がスライドする際に不可避的に発生する騒音や振動が座席１１に着座している乗員１６に伝達されることがない。したがって、座席１１の座り心地が向上する。
【００５６】
さらに、制振用アクチュエータ３１の第２方向の変位をスライダ４１及び天秤ロッド４４を含む一種のリンク機構を介して、荷重支持部材２１の第１方向の変位に変換するようになっている。そのため、制振用アクチュエータ３１をわずかに変位させただけでも、座席１１を大きく変位させることができ、制振用アクチュエータ３１を作動させることによる座席１１の振動制御における応答性を向上させ、制御性を高めることができる。また、制振用アクチュエータ３１が、座席１１又は該座席１１を支持する荷重支持部材２１を直接に変位させないので、制振用アクチュエータ３１が作動する際に不可避的に発生する騒音や振動が座席１１に着座している乗員１６に伝達されることがない。したがって、座席１１の座り心地が向上する。
【００５７】
さらに、スプリング４６は、圧縮されることによってその反力としてのばね力を発揮するタイプ、すなわち、圧縮ばねなので、端部の加工が容易であり、かつ、汎（はん）用品の入手が容易である。そのため、スプリング４６のコストを低減することができ、それにより、振動制御装置１０のコストを低減することができる。
【００５８】
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、第１の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与することによってその説明を省略する。また、前記第１の実施の形態と同じ動作及び同じ効果についても、その説明を省略する。
【００５９】
図１０は本発明の第２の実施の形態における振動制御装置の構成を示す図、図１１は本発明の第２の実施の形態における振動制御装置の制振用アクチュエータによる変位と座席の変位との関係を示すグラフである。
【００６０】
本実施の形態において、振動制御部３０の制振用アクチュエータ３１は、その本体が設置部１２（図に示される例においては第２方向部１２ｂ）に固定されるとともに、前記本体に対して第１方向に伸縮可能な伸縮ロッド３１ａの自由端（図における上端）が荷重支持部材２１に連結されている。そして、前記本体内に配設された駆動源によって前記伸縮ロッド３１ａを、図において矢印で示されるように、第１方向に伸縮させることにより、前記荷重支持部材２１を第１方向に変位させることができる。
【００６１】
したがって、振動によって座席１１及び該座席１１を支持する荷重支持部材２１が変位する方向と逆方向の変位を荷重支持部材２１に与えるように制振用アクチュエータ３１を作動させることにより、振動による荷重支持部材２１の第１方向の変位を抑制し、座席１１の振動を抑制又は低減することができる。
【００６２】
なお、前記第１の実施の形態においては、制振用アクチュエータ３１の第２方向の変位をスライダ４１及び天秤ロッド４４を含む一種のリンク機構を介して、荷重支持部材２１の第１方向の変位に変換するようになっているのに対し、本実施の形態においては、制振用アクチュエータ３１の第１方向の変位を直接に荷重支持部材２１に伝達して該荷重支持部材２１を第１方向に変位させるようになっている。そのため、前記リンク機構を介することによって生じる摩擦等によるエネルギ損失がないので、より効率的に座席１１の振動制御を行うことができる。
【００６３】
また、前記リンク機構を介さないので、図１１に示されるように、制振用アクチュエータ３１の変位に関して、座席１１及び該座席１１を支持する荷重支持部材２１の変位が鈍感になっている。すなわち、制振用アクチュエータ３１の変位に対する座席１１の変位が小さくなっているので、制振用アクチュエータ３１を大きく変位させても、座席１１の変位が大きくならない。したがって、座席１１の微小変位の制御が可能となり、制振用アクチュエータ３１を作動させることによる座席１１の振動制御における正確性を向上させ、制御性を高めることができる。
【００６４】
なお、その他の点の構成及び動作については、前記第１の実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。
【００６５】
このように、本実施の形態においては、制振用アクチュエータ３１が荷重支持部材２１に連結され、制振用アクチュエータ３１の第１方向の変位を直接に荷重支持部材２１に伝達するようになっている。そのため、制振用アクチュエータ３１を大きく変位させても、座席１１の変位が大きくならないので、制振用アクチュエータ３１を作動させることによる座席１１の振動制御における正確性を向上させ、制御性を高めることができる。また、リンク機構等を介することによって生じる摩擦等によるエネルギ損失がないので、より効率的に座席１１の振動制御を行うことができる。
【００６６】
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々変形させることが可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の第１の実施の形態における振動制御装置の構成を示す図である。
【図２】従来の振動制御装置を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態における振動制御装置のユニットの構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態における振動制御装置の乗員着座前後の状態を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態における振動制御装置のプリロードを調整する動作を示すフローチャートである。
【図６】本発明の第１の実施の形態における振動制御装置の振動制御を行っている状態を示す図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態における振動制御装置の制振用アクチュエータによる変位と座席の変位との関係を示すグラフである。
【図８】本発明の第１の実施の形態における振動制御装置の振動制御のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図９】本発明の第１の実施の形態における振動制御装置のプリロードを調整する動作を示すフローチャートである。
【図１０】本発明の第２の実施の形態における振動制御装置の構成を示す図である。
【図１１】本発明の第２の実施の形態における振動制御装置の制振用アクチュエータによる変位と座席の変位との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００６８】
１０ 振動制御装置
１２ 設置部
２０ 荷重支持部
３０ 振動制御部
３１ 制振用アクチュエータ
４０ カウンタバランス部
４１ スライダ
４４ 天秤ロッド
４５ プリロード調整用アクチュエータ
４６ スプリング
【特許請求の範囲】
【請求項１】
設置部に取り付けられた荷重支持部と、
該荷重支持部に連結され、荷重と釣り合う負荷を付与するカウンタバランス部と、
前記荷重支持部の設置部に対する振動を制御する振動制御部とを有する振動制御装置であって、
前記荷重支持部は、第１方向に移動可能、かつ、第２方向に移動不能に前記設置部に取り付けられ、
前記カウンタバランス部は、第１方向に移動不能、かつ、第２方向に移動可能に前記設置部に取り付けられたスライダと、前記設置部に一端が固定された荷重支持用ばね部材と、一端が前記スライダに枢支され、他端が前記荷重支持部に枢支され、中間部が前記荷重支持用ばね部材の他端に枢支された天秤部と、該天秤部に配設されレバー比を調整するプリロード調整手段とを備え、
前記振動制御部は、前記荷重支持部の変位を抑制する制振手段を備えることを特徴とする振動制御装置。
【請求項２】
前記制振手段は、前記スライダに連結され、該スライダの第２方向の変位を抑制することにより、前記荷重支持部の第１方向の変位を抑制する請求項１に記載の振動制御装置。
【請求項３】
前記制振手段は、前記荷重支持部に連結され、前記荷重支持部の第１方向の変位を抑制する請求項１に記載の振動制御装置。
【請求項１】
設置部に取り付けられた荷重支持部と、
該荷重支持部に連結され、荷重と釣り合う負荷を付与するカウンタバランス部と、
前記荷重支持部の設置部に対する振動を制御する振動制御部とを有する振動制御装置であって、
前記荷重支持部は、第１方向に移動可能、かつ、第２方向に移動不能に前記設置部に取り付けられ、
前記カウンタバランス部は、第１方向に移動不能、かつ、第２方向に移動可能に前記設置部に取り付けられたスライダと、前記設置部に一端が固定された荷重支持用ばね部材と、一端が前記スライダに枢支され、他端が前記荷重支持部に枢支され、中間部が前記荷重支持用ばね部材の他端に枢支された天秤部と、該天秤部に配設されレバー比を調整するプリロード調整手段とを備え、
前記振動制御部は、前記荷重支持部の変位を抑制する制振手段を備えることを特徴とする振動制御装置。
【請求項２】
前記制振手段は、前記スライダに連結され、該スライダの第２方向の変位を抑制することにより、前記荷重支持部の第１方向の変位を抑制する請求項１に記載の振動制御装置。
【請求項３】
前記制振手段は、前記荷重支持部に連結され、前記荷重支持部の第１方向の変位を抑制する請求項１に記載の振動制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００９−２３４２９（Ｐ２００９−２３４２９Ａ）
【公開日】平成２１年２月５日（２００９．２．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１８６９０８（Ｐ２００７−１８６９０８）
【出願日】平成１９年７月１８日（２００７．７．１８）
【出願人】（５９１２６１５０９）株式会社エクォス・リサーチ (1,360)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年２月５日（２００９．２．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年７月１８日（２００７．７．１８）
【出願人】（５９１２６１５０９）株式会社エクォス・リサーチ (1,360)
【Ｆターム（参考）】
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