JPH0324343A - 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】 笈粧立旦動 ［産業上の利用分野］ 本発明は防振装置に関し、詳しくは機械部材１二発生す
る機械的振動を抑制する防振装置に関する。

［従来の技術］ 従来の防振装置として｛よ　例えば防振ゴムを用いて振
動エネルギを吸収することによりｍ械的擾動の抑制を図
る装置や、機械的振動の位祖　振幅等を解析し、機械的
振動に対し位相が反対となる振動を外部から機械部材に
加えることにより機械的振動を抑制する装置がある。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上述した構成でＩＬ　　場合によっては
機械部材に発生する機械的振動の抑制を図れないという
問題があった 例えば前者の防振ゴムを用いる装置において（瓜抑制の
効果が広い周波数帯域に亘って得られる反画　周波数の
小さい振動など特定周波数の振動については振動を抑制
できないという問題があつ翫後者の外部から振動を加え
る装置においては、振動の位相に同期して反対位相の振
動を外部から加えるという困難な構成としなければなら
な・いという問題があっ乙　また、この装置では外部か
ら振動を加えるアクチュエー夕や振動を検出するセンサ
、高速演算処理が可能な制御回路を用いなければならな
いなど、装置が複雑かつ高度になるという問題や、これ
に伴う装置の大型化により設置に比較的大きな空間が必
要となり、適用箇所に制限が加わるという問題があった 本発明の防振装置は上記課題を解決し、確実に機械部材
の機械的振動を抑制できるようにすることを目的とする
。

聚胆立構虞 かかる目的を達成する本発明の構成について以下説明す
る。

［課題を解決するための手段］ 本発明の防振装置（上　機械部材１こ発生する機械的振
動を抑制する防振装置において、前記機械部材に取り付
けら札　機械的振動および電気的振動のエネルギ変換を
行なう電気機械変換素子と、前記電気機械変換素子に接
続され　該電気機械変換素子と共に閉回路を構成するイ
ンピーダンス素子とを備え、前記電気機械変換素子のリ
アクタンス成分および前記インピーダンス素子が構成す
る並列回路の反共振周波数を前記機械部材の機械的振動
の周波数に略一致させたことを特徴とする。

［作用］ 上記構成を有する本発明の防振装置（上　機械部材に取
り付けられた電気機械変換素子が機械部材のｔｌ！械的
振動に伴って変形し、ｔｉ械的振動と同一周波数の電気
的出力を発生しようとすると、次のように振舞う．電気
機械変換素子のリアクタンス成分およびインピーダンス
素子が構成する並列回路は、その反共振周波数がｍ械部
材の抑圧しようとする機械的振動の周波数に略一致され
ているから、電気機械変換素子の出力端には電流が流れ
ない。電気機械変換素子の変形量はその出力端の電流の
大きさに比例するが、こうして出力端に電流が流れない
結果、電気機械変換素子の変形が禁止さｔｃＱ！械部材
のｍ械的振動は抑制される。

［実施例］ 以上説明した本発明の構成・作用を一層明らかにするた
めに、以下本発明の防振装置の好適な実施例について説
明する。

（第１実施例） 第１図は本発明第１実施例としての防振装置の構成図で
ある。

この防振装置１社　導電性を有する機械部材Ｍの振動を
抑制するものである。ｔｉ械部材Ｍに接着された圧電素
子１と、圧電素子１の上面１ａおよびｙｊ．械部材Ｍの
表面Ｍａに接続された可変コイル３とからなる。

圧電素子１はジルコン・チタン酸鉛（ＰＺＴ）等からな
るもので、その上面１ａおよび下面１ｂに電極５，７丘
備えている。上面１ａの電極５は可変コイル３と直接接
続しているが、下面１ｂの電極７は機械部材Ｍに電気的
に接続することにより、ｙ１械部材Ｍを介して可変コイ
ル３との導通を図っている。

可変コイル３法　コアの出入等の調整によりそのインダ
クタンスを変更する可変機構を備えたコイルである。

第２図はこの防振装置の電気的等価回路を示す回路図で
ある。圧電素子１（飄　機械コンブライアンス９、力係
数１１および静電容量］３により表わされる。静電容量
１３およびコイル３が構成する並列回路１４の反共振周
波数ｆａは次式により与えられる。

二こで，　しは可変コイル３のインダクタンス、Ｃは静
電容量１３である。

ただし、可変コイル３においては、一周期中にその抵抗
成分が消費するエネルギよりもそのインダクタンス成分
が蓄積するエネルギが大きい。

こうして構成した本実施例の防振装置においては、機械
部材Ｍの振動を受け圧電素子１が機械部材ＭのＦＩＩ械
的振動と同一周波数の電圧出力を発生する。圧電素子１
のもつ静電容量１３および外部に取り付けられた可変コ
イル３が構成する並列回路１４は、その反共振周波数が
機械部材Ｍの機械的振動の周波数に一致されているから
、静電容量１３に流れる電流は力係数１１の電圧出力の
変化に刻して位相が９０度進んだ大きな電流となり、方
、可変コイル３に流れる電流は力係数１１の電圧出力の
変化に刻して位相が９０度遅れた大きな電流となる。こ
れら２つの素子間でエネルギの授受が行なわれるのみで
あるため、力係数１１１二おいては電流が流れない。即
ち、力係数１１は機械的振動に伴って電圧出力を発生し
ても、電流が流れないから、機械的捩動振幅を電流出力
に変換できない。換言すれ｛Ｌ　このとき圧電素子１は
変形が禁止さね　機械部材Ｍの機械的振動は抑制される
。

以下に第１実施例の防振装置についての実験結果を示す
。第３図はその実験装置の斜視図である。

機械部材Ｍとしては直方体の黄銅部材を用い起その寸法
は長さしｌ　＝６　０　［ｍｍ］，　　幅Ｗ１＝２０［
＋Ｔ１′ｎ］，厚さＴ　１　＝　１　６　［ＩＴｖＴ＋
］である。この機械部材Ｍに１よ　その端部の平行な２
面に振動を励起する圧電素子１５、　１７を接着した　
この振動励起用圧電素子１５．１７の寸法（戴　長さＬ
２＝２３［ｍｍ］、幅Ｗ２＝１３［ｒｌＴｒｌｌｌ．厚
さＴ２＝１　　［仙］である。振動励起用圧電素子１５
．１７には交流高電圧発生回路を接続して、機械部材Ｍ
｛二周波数約２８　［ＫＨｚ］の長軸方向に伸縮する縦
振動を励起しム こうして構成した機械部材Ｍの他端部には、防振装置と
しての２枚の圧電素子１９．２１を、振動励起用圧電素
子１５．１７と同じ２面に接着した　防振用圧電素子１
９．２１の寸法は長さＬ３＝２５［ｒｍ＋］、幅Ｗ　３
　＝　６　［ｒｎｎ］、厚さＴ３−２［ＩＴｍ］である
。防振用圧電素子１９．２１の底面はｔｌ！ｔｓ部材Ｍ
Ｉ：電気的に接続し、その上面とｙ＆械部材Ｍの表面と
の間に可変コイル２３．２５を接続した 実験｛よ　防振装置の可変コイル２３．２５のインダク
タンスを漸次変更しながら、機械部材Ｍの機械的振動の
振幅を計測することで行なった第３図はその実験結果を
示すグラフである。横軸は可変コイル２３．２５のイン
ダクタンスの大きさ、縦軸は振動励起用圧電素子１５．
１７に入力した電圧当りのＱ！械部材Ｍに現実に発生し
た機械的振動の振幅Ｅ示す。図中、実線Ａは防振装置に
よる防振を実施したもの、実線Ｂは防振を実施しなかっ
たものである。実線Ａから、可変コイル２３．２５のイ
ンダクタンスが１７［ｍ日コないし２０［ｍｌ−１１の
範囲において機械部材Ｍに入力電圧当り１二発生する振
動の振幅が最小となることが分かる。インダクタンスが
１９［ｍ口］近傍の範囲で実線Ａが書かれていないのは
、振幅が極小となり測定不能となったからである。即ち
、可変コイル２３．２５のインダクタンスが１９［ｍ｝
Ｉ］近傍において、防振用圧電素子１９．２１の静電容
量および可変コイル２３．２５が構成する並列回路が周
波数約２８　［ＫＨｚ］の振動に対して完全な反共振状
態となり、機械部材Ｍの機械的振動を測定できないほど
まで抑制したのである。

以上説明した第１実施例の防振装置によれ｛ヱ機械部材
Ｍに発生する機械的振動の周波数が約２８［ＫＨｚｌと
高くても、第４図のグラフの実線Ａに示すように、機械
部材Ｍに入力電圧当りに発生した振動の振幅は、計測で
きた最小値をみてもｏ　，　ｏ　Ｏ　２　［μｍ／Ｖ］
　＋二抑えることができ、防振を実施しなかった実線Ｂ
に示される入力電圧当りの振動の振幅０．１３２［μｍ
　／　Ｖ　］　と比較して機械部材Ｍの機械的振動の振
幅を１／６０以下に抑えることができるという優れた効
果を奏する。

無誌　機械部材Ｍに発生するｔｉ械的振動の周波数が低
くても、圧電素子１の静電容量や可変コイル３のインダ
クタンスを調整して並列回路の反共振周波数を一致させ
ておけｆｆ．　　機械部材Ｍに発生する機械的渠動の抑
制を図ることができるから、この防振装置は、周波数を
問わず機械的振動の抑制を図ることがきるという効果を
奏する。

また、この第１実施例の防振装置によれば、機械部材Ｍ
に発生している機械的振動の周波数が正確に知られてい
なくても、可変コイル３のインダクタンスを調整するこ
とにより並列回路の反共振周波数を機械部材Ｍの機械的
捩動の一致させ、機械部材Ｍに発生する機械的振動を抑
制できるから、極めて使い勝手がよいという効果を奏す
る。

さらに、圧電素子１および可変コイル３が構成する回路
は電力を消費しないから、電；原回路がいらず有利であ
る。

（第２実施例） 第２実施例（よ　第１実施例と同様に導電性を有する！
！！械部材Ｍの振動を抑制するものであるが、第５図に
示すように、機械部材Ｍに接着される複数の圧電素子３
１，３３，　　３５．　　３７と、各圧電素子の上面お
よびｉ＋ｔ部材Ｍの表面を接続する異なるインダクタン
スのコイル３９．　　４＋，　　４３．４５とからなる
ものである。

各圧電素子３１，３３，３５，３７１よ　第１実施例と
同様にジルコン・チタン酸鉛（ＰＺＴ）等からなるもの
で、各圧電素子の上面および下面に電極を備えている。

　上面の電極（開放側）はコイル３９，４１，４３．４
５と直接接続しているが、下面の電極（機械部材Ｍ側）
は機械部材Ｍに電気的に接続しており、機械部材Ｍを介
して可変コイルとの導通を図っている。

各コイル３９，４１，４３，４５１社　コイルの巻数　
断面積，磁路の長さ，コアの出入の程度などを変更する
ことにより、各々相違するインダクタンスに調整されて
おり、その値は所定値ずつ異なっている。

こうして構成した第２実施例の防振装置｛二おいては、
各圧電素子３１，３３，３５．３７の静電容量および各
コイル３９，４１，４３．４５が構成する並列回路のそ
れぞれの反共振周波数が所定の値ずつ異なっているから
、並列回路のうち、その反共振周波数がａ！械的振動の
周波数に略一致する並列回路の圧電素子が機械部材Ｍの
機械的振動を抑制する。個々の圧電素子およびコイルが
構成する回路部分に着目すれ（ヱ　第１実施例と同様に
その反共振周波数が機械的振動に略一致すればその機械
的振動を抑制するように振舞うからである。

以上説明したように第２実施例の防振装置によれ｛Ｌ　
機械部材Ｍ１二発生する機械的振動の周波数が広い周波
数に亘るものであっても、機械部材Ｍに発生する機械的
振動を格段に抑制できるという優れた効果を奏する。

また、異なるインダクタンスのコイルを用いて反共振周
波数が異なる複数の回路を構成しているから、機械部材
Ｍに発生する周波数カ！正確に知られていない場合や、
機械部材Ｍに発生する機械的振動の周波数が若干変動を
伴う場合であっても、その振動を確実に抑制でき、使い
勝手が極めて良好になるという効果を奏する。

さらに、圧電素子３１，　　３３，　　３５．　　３７
およびユイル３９，４＋，４３．４５が構成する回路は
電力を消費しないから、第１実施例と同様に電源回路が
いらない利点もある。

（第３実施例） この実施例は防振装置を超音波モータに適用したもので
ある。第６図は本実施例の超音波モータの断面は　第７
図はその可動子の斜視図である。

この超音波モータ（飄　第６図に示すように、定在波型
の回転モータであって、ハウジング５１内に設置した超
音波振動子５３と、ハウジング５１に回動自在に支持し
た可動子５５とを備えるもの．である。可動子５５には
出力軸５７が一体に設けられている。ハウジング５１と
可動子５５との間には圧縮ばね５９を介装し、可動子５
５を超音波振動子５３に押圧している。

超音波振動子５３｛上　円盤形状を有するものである。

その下面には外側の環状凸部５３ａに取り付けた圧電素
子５１による軸方向の曲げ振動と、内側の環状凸部５３
ｂに取り付けた圧電素子５３による周方向のせん断振動
との重なりによって質点の楕円運動を励起する構成を備
える。上記の各圧電素子５１．５３には交流高電圧発生
回路が接続されている。なお、この超音波振動子５３は
所定周波数の超音波振動を発生するために、弾性係数や
形状が調整されている。

可動子５５｛よ　第７図に示すように円盤形状を有し、
中央に出力軸５７を一体に設けたものである。底面の外
縁には超音波振動子５３と接触する接触部５５ａを備え
ている。この可動子５５に防振装置６４を取り付けてい
る。

防振装置６４１飄　可動子５５の上面５５ｂに取り付け
た円環状の圧電素子６５と、圧電素子６５および可動子
５５に接続された可変コイル６７とから構成したもので
ある。圧電素子６５の静電容量と可変コイル６７が構成
する並列回路の反共振周波数は超音波振動子５３が発生
する超音波振動の周波数に一致されている。

圧電素子６５はジルコン・チタン酸鉛（ＰＺＴ）等から
なり、その両面に電極を備えたものである。

表面（開放面）側の電極は可変コイル６７に直接接続し
ているが、裏面（取付面）側の電極は可動子５５に電気
的に接続することにより、導電性の可動子５５を介して
可変コイル６７との導通を図っている。なお、可動子５
５が非導電性材料である場合（社　裏面側の電極につい
ても可変］イル３７に直接接続する構成としてもよい。

可変コイル６７１，ｔ，　　コアの出入等の調整により
そのインダクタンスを変更する可変機構を備えたコイル
である。

このようにして構成した超音波モータにおいて１上　超
音波振動子５３に所定周波数の超音波振動を励起し、そ
の可動子５５側の面の各質点に楕円運動が発生すると、
質点のそれぞれが可動子５５の接触部５５ａ１二微小時
間接触し、接触面の摩擦二より可動子５５を微小距胤　
移動する動作を繰り返す。こうして可動子５５を連続回
転し、これに一体に形成した出力軸５７を回転する。

このとき、もし可動子５５が超音波振動の作用によって
共振すれば、超音波振動子５３が可動子５５に十分、接
触できなくなり、超音波振動に基づく力が可動子５５に
有効に伝達されない不安定な状態が発生したり、可動子
５５自体の振動によりエネルギが外部に漏洩したりする
ことになる。

本実施例の超音波モータで（よ　超音波振動が作用して
可動子５５は振動を開始しようとすると、この振動の始
めにおいて可動子５５に取り付けた防振装置６４が可動
子５５の振動を抑制する。即ち、可動子５５の振動を受
け圧電素子６５が可動子５５の振動と同一周波数の電圧
出力を発生しようとすると、圧電素子６５のもつ静電容
量および可変コイル６７が構成する並列回路が第１実施
例と同様に振舞い、圧電素子６５の変形を禁止する。

この結果、圧電素子６５を取り付けた可動子５５の振動
が抑制される。

以上説明した防振装置を適用した超音波モータによれ（
ヱ　可動子５５の振動は防止さ札　超音波振動子５３は
可動子５５に良好に接触して接触面の摩擦により超音波
振動に基づく力を効率よく伝達し、可動子５５を回転す
ることができるという優れた効果を奏する。

また、防振装置６４（上　圧電素子６５や可変コイル６
７という構成が極めて簡単で形状が小さく質ｔの軽いも
のを用いているから、設置スペースの限られた可動子５
５とハウジング５１の間に何等支障なく取り付けること
ができると共に、モータの動特性に影響を与えることが
ない。

以上本発明の実施例について説明したが、本発明はこう
した実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要
旨を逸脱しない範囲において種々なる態様で実施し得る
ことは勿論である。例えば電気機械変換素子は電歪素子
や磁歪素子など機械的振動を電気的振動にエネルギ変換
できるものであればよい。インピーダンス素子（上　第
８図に示すように可変静電容量７１をコイル７３に並列
に接続した構成でもよい。電気Ｋ！械変換素子のリアク
タンス成分およびインピーダンス素子が構成する並列回
路とは実質的なものであって、インピダンス素子が小さ
い抵抗成分を含むものでもよい。

発明の効果 以上詳述したように、本発明の防振装置は電気ｔ＊＋ｇ
変換素子およびインピーダンス素子からなる極めて簡単
な構成により、機械部材に発生する機械的振動を確実に
抑制できるという優れた効果を奏する。

また、極めて小型の装置になるから、設置に必要な空間
はわずかでよく、あらゆる箇所に設置できるなど使い勝
手が極めて良好になるという効果を奏する。

さらに、電気機械変換素子およびインピーダンス素子が
構成する回路は電力を消費しないから、電源回路がいら
ず有利である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明第１実施例としての防振装置の構成は　
第２図はその電気的等価回路、第３図はその実験装置を
示す斜視は　第４図は実験結果を示すグラフ、第５図は
第２実施例としての防振装置の構成は　第６図は第３実
施例としての防振装置を適用した超音波モータの断面は
　第７図はその可動子の斜視は　第８図はインピーダン
ス素子の他の例を示す回路図である。 １　　（３１，３３，３５．３７）・・・圧電素子３　
（３９，４１，４３．　　４５）・・・コイルＭ・・・
機械部材 ５３・・・超音波振動子　　　５５−・・可動子６１．
６３・・・振動励起用圧電素子

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　機械部材に発生する機械的振動を抑制する防振装置
   において、 前記機械部材に取り付けられ、機械的振動および電気的
   振動のエネルギ変換を行なう電気機械変換素子と、 前記電気機械変換素子に接続され、該電気機械変換素子
   と共に閉回路を構成するインピーダンス素子とを備え、 前記電気機械変換素子のリアクタンス成分および前記イ
   ンピーダンス素子が構成する並列回路の反共振周波数を
   前記機械部材の機械的振動の周波数に略一致させたこと を特徴とする防振装置。