JP2000357824A - 圧電制振ユニットおよびこれを用いた制振構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 制振対象物の振動エネルギーを効率よく電気
エネルギーに変換できるようにする。 【解決手段】 圧電素子１１の作動軸方向Ａの両端にこ
れよりも弾性率が大きい接続部材１２、１３を配し、板
ばね１４、１５によって圧電素子に初期圧を与えるよう
にした。さらに、圧電素子１１はウレタンゲルからなる
密封部１６によって密封被覆されている。接続部材１
２、１３と制振対象物とを開孔１９ａ〜１９ｄに挿入し
たねじによって取り外し可能に接触固定させることで、
制振対象物の振動が圧電素子１１よりも硬い接続部材１
２、１３だけを介して圧電素子１１に伝えられることに
なる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧電制振ユニット
およびこれを用いた制振構造に関し、特に高周波帯での
微小振動の制振を実現するために用いて好適なものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】超ＬＳＩや液晶ディスプレイなどの製造
に不可欠な超精密加工や超精密計測などの技術分野にお
いて、微振動制御に対する要求はますます厳しいものに
なってきている。今までの除振技術は、最終的に機器搭
載テーブル上の振動を抑えることを目的としてきた。し
かし、今後のさらなる低振動環境の実現のために、機器
内部の駆動力が発生する起振力や空調設備の空気流、音
波などの直接外乱に起因して機器そのものに発生する高
い周波数の弾性振動を抑えることのできる制振技術が求
められている。

【０００３】このような要求に応えるために、圧電（ピ
エゾ）アクチュエータを用いたアクティブ制振の研究が
なされている。しかし、発振の可能性を潜在的に持って
いるアクティブ制振では、高周波帯の制振の実用化が困
難である。そこで、高周波帯の制振のために、圧電素子
を用いた制振ユニット（圧電制振ユニット）によるパッ
シブ制振技術が注目を集めている（Edberg, D.L., Bico
s, A.S., "Active Materials and Adaptive Structures
- Session 20 (1992), 337-382 ）。

【０００４】上記論文に記載されたパッシブ制振技術で
は、制振対象物に接着剤を介して圧電素子が貼り付けら
れ、圧電素子の両極に分岐回路（Shunted Circuit ）が
接続される。そして、制振対象物の振動エネルギーが圧
電素子によって電気エネルギーに変換され、さらに分岐
回路によって電気エネルギーが熱エネルギーに変換され
る。このようにして、ダンパー部材を接続したときのよ
うに振動エネルギーを外部に放出させることで、制振対
象物の振動を抑えることが可能となっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記論
文に記載されたパッシブ制振技術における制振対象物へ
の圧電素子の固定技術によると、制振対象物に接着剤を
介して圧電素子が貼り付けられているため、接着剤の
弾性変形によって振動エネルギーを効率よく圧電素子で
電気エネルギーに変換することができない、湿潤な環
境や使用頻度によっては比較的故障しやすい圧電素子の
取り替えが不可能であるか或いは非常に困難である、
圧電素子の作動軸方向だけでなく、これと交差する方向
にも圧電素子が変形するクロストークのために振動エネ
ルギーを効率よく圧電素子で電気エネルギーに変換する
ことができない、といった問題が生じる。

【０００６】また、接着剤を用いる以外の制振対象物へ
の圧電素子の固定技術として、圧電素子に所定の初期圧
（予圧）を加えることができるように制振対象物の一部
を切り欠いて、その切り欠き部分に圧電素子を挿入する
ことも考えられる。しかしながら、この手段によると、
切り欠き部分を設けることにより制振対象物の剛性が
低下する、圧電素子に所定の初期圧を加えることの反
力により制振対象物にひずみが発生する、といった問題
が生じる。

【０００７】そこで、本発明の目的は、制振対象物の振
動エネルギーを効率よく電気エネルギーに変換すること
ができ、制振対象物からの取り外しおよび取り付けが容
易で、さらに、制振対象物にひずみを発生させることな
く圧電素子に所定の初期圧を加えることが可能であるな
ど上述した問題を生じることのない圧電制振ユニットお
よびこれを用いた制振構造を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１の圧電制振ユニットは、圧電素子と、前記
圧電素子の作動軸方向の両端に配されており、前記圧電
素子よりも弾性率が大きい第１および第２の接続部材
と、前記第１および第２の接続部材間を接続する弾性部
材とを備えており、前記第１および第２の接続部材が制
振対象物に取り外し可能に接触固定されることにより前
記制振対象物の振動エネルギーを前記圧電素子によって
電気エネルギーに変換することが可能に構成されている
ことを特徴とするものである。

【０００９】請求項１によると、圧電素子よりも弾性率
が大きい（言い換えると、圧電素子よりも硬い）第１お
よび第２の接続部材が圧電素子の作動軸方向の両端に配
されているために、例えば第１および第２の接続部材に
開孔を設け、その開孔に挿入されたねじなどの取り付け
部材を制振対象物と螺合させることによって、第１およ
び第２の接続部材を制振対象物に接触固定することがで
きる。そのため、制振対象物の振動が圧電素子よりも硬
い接続部材だけを介して圧電素子に伝わるようにするこ
とが可能になる。つまり、接着剤のような柔らかい材料
が圧電素子と制振対象物との間に介在することがないの
で、振動エネルギーを効率よく圧電素子で電気エネルギ
ーに変換することができるようになる。

【００１０】また、第１および第２の接続部材を制振対
象物に取り外し可能に接触固定することができるため
に、圧電素子が故障したときであっても容易に取り替え
が可能となる。また、圧電素子よりも弾性率が大きい第
１および第２の接続部材が圧電素子の作動軸方向の両端
に配されているために、圧電素子の作動軸と交差する方
向に圧電素子が変形するクロストークの問題がほとんど
生じず、振動エネルギーを効率よく圧電素子で電気エネ
ルギーに変換することができる。

【００１１】また、制振対象物に切り欠き部分を設ける
必要がないため、制振対象物の剛性が低下することがな
い。さらに、第１および第２の接続部材間に接続されて
これらの間に引張力を生じさせる弾性部材によって圧電
素子に所定の初期圧を加えることができるとともに、弾
性部材の両端に接続された第１および第２の接続部材が
初期圧をその内力として分担するので初期圧の反力が制
振対象物に伝わることがなく、制振対象物にひずみが発
生することがない。

【００１２】従って、単なる減衰材料とは異なり、周波
数の高い微小振動に対する制振にも高い効果を発揮する
ことができ、例えば制振対象物の振動によって生じる固
体音の抑制に対しても効果的である。

【００１３】また、請求項２の圧電制振ユニットは、前
記第１および第２の接続部材と前記制振対象物との接触
予定面を除いて少なくとも前記圧電素子を密封被覆す
る、前記第１および第２の接続部材よりも弾性率が小さ
い樹脂材料からなる密封部をさらに備えていることを特
徴とするものである。

【００１４】請求項２によると、圧電素子が樹脂材料か
らなる密封部により密封被覆されているために、長期間
にわたって圧電素子を外気から遮断することができる。
また、第１および第２の接続部材と前記制振対象物との
接触予定面が密封部により被覆されていないために、第
１および第２の接続部材よりも弾性率が小さい密封部に
よって振動エネルギーの圧電素子への伝達が阻害される
ことがない。また、密封部が圧電素子を被覆しており密
封部と圧電素子との間に気体層が介在しないので、圧電
素子で発生した熱が速やかに外部に逃げて行きやすく、
放熱性に優れている。従って、高温多湿環境において劣
化しやすい圧電素子に対して湿度および温度の点で比較
的良好な条件を維持することができ、圧電素子の長寿命
化を図ることができる。

【００１５】また、密封部は第１および第２の接続部材
よりも弾性率が小さいので、圧電素子が作動軸方向に変
位する際、密封部がこの変位を妨げることが少ない。従
って、応答性の点で優れた圧電制振ユニットが得られ
る。

【００１６】また、樹脂材料からなる密封部は、その有
する弾性のために僅かではあるが収縮しようとする性質
がある。そのため、密封部が圧電素子を被覆しているこ
とで、特別な機構を用いなくとも圧電素子にはその作動
軸方向に一定の初期圧が付与される。

【００１７】また、通常では絶縁性を有する樹脂材料か
らなる密封部によって圧電素子が被覆されているので、
圧電素子の電気的絶縁を確実に保つことができ、誤動作
に対する信頼性を高めることができる。

【００１８】なお、請求項２のように密封部で圧電素子
を被覆する場合には、請求項１の「第１および第２の接
続部材が制振対象物に取り外し可能に接触固定される」
という条件を満足するために、密封部が第１および第２
の接続部材と制振対象物との接触予定面を被覆していな
いこと、さらに、密封部が接触予定面から突出していな
いか突出しているとしても僅かな量であることが必要と
される。

【００１９】また、請求項３の圧電制振ユニットは、前
記第１および第２の接続部材の少なくともいずれか一方
と前記圧電素子との間にあって、前記圧電素子の初期圧
を調整することが可能な初期圧調整機構をさらに備えて
いることを特徴とするものである。

【００２０】請求項３によると、初期圧調整機構によっ
て圧電素子の初期圧を調整することが可能であるため、
圧電素子の初期圧を所望の大きさに容易に調整すること
が可能である。そのため、圧電素子の出力応答性を高め
ることができて制振効率をより向上させることができ
る。

【００２１】また、請求項４の圧電制振ユニットは、前
記第１および第２の接続部材の間に、前記圧電素子が複
数設けられていることを特徴とするものである。

【００２２】また、圧電素子は大型のものに比べて小型
のものの方がきわめて安価であるため、請求項４による
と、比較的小型の圧電素子を用いることにより安価な圧
電制振ユニットを提供することができる。

【００２３】また、請求項５の圧電制振ユニットは、複
数の前記圧電素子のうちの少なくとも１個が前記制振対
象物の振動検出のために用いられ、残りの前記圧電素子
が前記制振対象物の振動を能動的に制御するアクチュエ
ータとして用いられるように構成されていることを特徴
とするものである。

【００２４】請求項５によると、複数の圧電素子を振動
検出用およびアクチュエータ用に分けて用いることによ
り、制振対象物のアクティブ振動制御が可能になり、配
線だけの変更によって１つの圧電制振ユニットをアクテ
ィブ制御およびパッシブ制御の両方に用いることが可能
となる。

【００２５】また、請求項６の圧電制振ユニットは、前
記第１および第２の接続部材に開孔が設けられているこ
とを特徴とするものである。

【００２６】請求項６によると、第１および第２の接続
部材に設けられた開孔にねじなどの取り付け部材を挿入
することが可能であるために、制振対象物への取り付け
を迅速に行うことができる。

【００２７】また、請求項７の制振構造は、請求項６に
記載の圧電制振ユニットの前記第１および第２の接続部
材と制振対象物とが、前記開孔に挿入された前記圧電素
子よりも弾性率が大きい取り付け部材によって取り外し
可能に接触固定されていることを特徴とするものであ
る。

【００２８】請求項７の制振構造によると、請求項１と
同様に周波数の高い微小振動やこれによる固体音を抑制
することが可能である。また、取り付け部材の弾性率が
圧電素子よりも大きいので、取り付け部材による誤差が
生じることなく振動エネルギーを圧電素子で電気エネル
ギーに変換することができ、圧電素子にその電気エネル
ギーを熱エネルギーに変換するための回路が接続される
場合であっても回路特性を正しく機能させることができ
る。

【００２９】また、請求項８の制振構造は、前記取り付
け部材と前記開孔との接触面が、前記制振対象物の表面
に対して斜めになっていることを特徴とするものであ
る。

【００３０】請求項８によると、取り付け部材と開孔と
の接触面が制振対象物の表面に対して斜めになっている
ことにより、取り付け部材を比較的少ない遊びで開孔内
に保持することができる。そのために、制振対象物の振
動に対する圧電制振ユニットの出力応答性を高めること
ができて、より精度の高い制振が可能である。

【００３１】また、請求項９の制振構造は、複数の請求
項１〜６のいずれか１項に記載の圧電制振ユニットと、
前記圧電素子で得られた電気エネルギーを熱エネルギー
に変換するための回路とを備えており、複数の前記圧電
制振ユニットのうち前記制振対象物の振動によって同相
の振動を受けるものについては両極の同種極どうしが前
記回路の一方の極に接続され、逆相の振動を受けるもの
については両極の異種極どうしが前記回路の他方の極に
接続されていることを特徴とするものである。

【００３２】請求項９によると、複数の圧電制振ユニッ
トの両極の同種極どうし或いは異種極どうしが回路の同
じ極に接続されるので、電気エネルギーを熱エネルギー
に変換するための回路を１つ設けるだけでよくなる。ま
た、複数の圧電制振ユニットを制振対象物に分散させて
取り付けることによって、高い制振効果を得ることがで
きる。さらに、制振対象物の振動モードが変わった場合
にも、圧電制振ユニットの電気的な接続を変えるだけで
容易に対応可能である。

【００３３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
について、図面を参照しつつ説明する。

【００３４】図１（ａ）は、本発明の第１の実施の形態
に係る圧電制振ユニットの平面図であり、図１（ｂ）は
その側面図である。図１（ａ）、（ｂ）に示された圧電
制振ユニット１は、制振対象物に取り付けられることに
より、制振対象物の曲げ振動や伸縮振動のエネルギーを
電気エネルギーに変換することが可能なものである。そ
して、圧電制振ユニット１で発生した電気エネルギー
が、これに接続された電気回路により熱エネルギーに変
換されて外部に放出されることにより、制振対象物の制
振を実現する。

【００３５】圧電制振ユニット１は、紙面に沿って上下
方向に作動軸（作用軸）を有する板状の圧電素子１１
と、圧電素子１１の作動軸方向（矢印Ａで示す）の両端
に配された圧電素子１１よりも幅広の一対の接続部材１
２、１３と、圧電素子１１の両側部において一対の接続
部材１２、１３の対向面に接続された一対の板ばね１
４、１５と、一対の接続部材１２、１３間において圧電
素子１１および板ばね１４、１５を密封被覆する透明な
ウレタンゲル（ウレタンゴム）からなる密封部１６とを
有しており、全体として薄い直方体形をしている。

【００３６】例えばチタン酸バリウムやＰＺＴを主材料
とする圧電素子１１は、ｄ31型またはｄ33積層型といわ
れるものであり、外部からの振動エネルギーを受けて作
動軸方向に伸縮されることによって、その振動エネルギ
ーを電気エネルギーに変換することができる。また、逆
に、電気エネルギーを振動エネルギーに変換することが
できる。

【００３７】接続部材１２には、２つのねじ挿入用の開
孔１９ａ、１９ｂが紙面に垂直な方向に設けられてい
る。また、接続部材１３にも、同様の開孔１９ｃ、１９
ｄが設けられている。開孔１９ａ〜１９ｄは、図１
（ｂ）から明らかなように皿あなであって、その途中ま
でが外側に開いた円錐型テーパー面であり、残りの部分
は円柱状の直管になっている。開孔１９ａ〜１９ｄには
皿ねじなどの取り付け部材を挿入することができ、この
取り付け部材を制振対象物側において螺合などで係合さ
せることにより、制振対象物と接続部材１２、１３とを
接触固定することができる。また、接続部材１２、１３
は、圧電素子１１および密封部１６よりも硬く弾性変形
しにくい材料、言い換えると弾性率の大きい材料（本実
施の形態では金属材料）から構成されている。

【００３８】圧電素子１１は、作動軸方向の両端から接
続部材１２、１３に挟み込まれることにより初期圧を与
えられている。この初期圧の大きさは、接続部材１２、
１３の対向面に接続された一対の板ばね１４、１５の弾
性力の大きさにほぼ等しい。従って、板ばね１４、１５
の変位を調節することにより、圧電素子１１に所望の初
期圧を与えることが可能になっている。なお、板ばね１
４、１５以外の公知の弾性部材を用いることも可能であ
る。

【００３９】密封部１６は、図１（ｂ）から明らかなよ
うに、接続部材１２、１３と制振対象物との接触予定面
である接続部材１２、１３の底面１２ａ、１３ａを被覆
しないように、且つ、底面１２ａ、１３ａから突出しな
いように設けられている。

【００４０】また、圧電素子１１の＋−の各電極には、
リード線１７、１８がそれぞれ接続されている。これら
リード線１７、１８は、圧電素子１１の表面に沿って延
び、接続部材１３に設けられた取出孔２０から圧電制振
ユニット１の外部に取り出されている。そして、リード
線１７、１８は、例えば抵抗とインダクタンスの直列接
続回路に接続される。

【００４１】図２は、図１（ａ）、（ｂ）に示した圧電
制振ユニット１を制振対象物２２に取り付けた制振構造
を示す断面図である。図２において、接続部材１２、１
３の開孔１９ａ〜１９ｄに挿入された４本の皿ねじ（図
２にはそのうちの２本２３、２４だけが示されている）
は、螺合により制振対象物２と取り外し可能に係合して
いる。皿ねじ２３、２４は、圧電素子１１よりも弾性率
が大きい部材で構成されている。これにより、接続部材
１２、１３の底面１２ａ、１３ａが制振対象物２２と接
触した状態で、接続部材１２、１３と制振対象物２２と
が固定されることになる。

【００４２】図２において、圧電制振ユニット１は、制
振対象物２２の曲げなどの変形度の大きい個所に取り付
けられる。なお、制振対象物２２が曲げ変形する場合に
は、曲げ中心からできるだけ遠い個所に圧電制振ユニッ
ト１を配置したほうが、圧電制振ユニット１による制振
効果が高くなる。そのため、圧電制振ユニット１は制振
対象物２２内に埋め込まれるのではなくその表面に取り
付けられる。

【００４３】上述のように構成された本実施の形態の圧
電制振ユニット１によると、圧電素子よりも硬い接続部
材１２、１３が圧電素子１１の作動軸方向の両端に配さ
れているために、接続部材１２、１３に設けられた開孔
１９ａ〜１９ｄに挿入された皿ねじ２３、２４などの取
り付け部材を制振対象物２２と螺合させることで、接続
部材１２、１３を制振対象物２２に接触固定することが
できる。そのため、制振対象物２２の振動が圧電素子１
１よりも硬い接続部材１２、１３だけを介して圧電素子
１１に伝わるようにすることが可能になる。つまり、圧
電素子１１と制振対象物２２とがいわば遊びなく結合さ
れ、接着剤のような柔らかい材料が圧電素子１１と制振
対象物２２との間に介在することがないので、振動エネ
ルギーを効率よく圧電素子１１で電気エネルギーに変換
することができるようになる。

【００４４】また、本実施の形態では、接続部材１２、
１３に設けられた開孔１９ａ〜１９ｄに皿ねじ２３、２
４を挿入することが可能であるために、圧電制振ユニッ
ト１の制振対象物２２への取り付けを迅速に行うことが
できるという利点がある。なお、本実施の形態の圧電制
振ユニット１において、接続部材１２、１３は、皿ねじ
２３、２４を用いて制振対象物２２に固定される以外
に、ビス、ピンなどの圧電素子１１よりも弾性率が大き
い部材によって制振対象物２２に固定されてもよい。

【００４５】また、皿ねじ２３、２４を用いることによ
って、接続部材１２、１３を制振対象物２２に取り外し
可能に接触固定することができるために、圧電素子１１
が故障したときであっても容易にユニット１の取り替え
が可能となる。これは、湿潤な環境や使用頻度によって
は比較的故障しやすく寿命が短いという性質をもつ圧電
素子を具備した圧電制振ユニットにとって大きな利益で
ある。また、圧電素子１１よりも硬い接続部材１２、１
３が圧電素子１１の作動軸方向の両端に配されているた
めに、圧電素子１１の作動軸と交差する方向に圧電素子
１１が変形するクロストークの問題がほとんど生じず、
振動エネルギーを効率よく圧電素子１１で電気エネルギ
ーに変換することができる。

【００４６】また、従来のように制振対象物２２に切り
欠き部分を設ける必要がないため、制振対象物２２の剛
性が低下することがない。さらに、板ばね１４、１５に
よって圧電素子１１に所定の初期圧を加えることができ
るとともに、板ばね１４、１５の両端に接続された接続
部材１２、１３が初期圧をその内力として分担するので
初期圧の反力が制振対象物２２に伝わることがない。そ
のため、圧電素子１１への初期圧付与に起因して制振対
象物２２にひずみが発生することがない。

【００４７】従って、本実施の形態の圧電制振ユニット
１は、周波数の高い微小振動に対する制振にも非常に有
効であり、制振対象物２２の振動によって生じる固体音
を抑制するのに用いても高い効果を発揮する。

【００４８】また、本実施の形態の圧電制振ユニットを
用いた制振構造では、取り付け部材である皿ねじ２３、
２４の弾性率が圧電素子１１よりも大きいので、皿ねじ
２３、２４による誤差が生じることなく振動エネルギー
を圧電素子１１で電気エネルギーに変換することがで
き、圧電素子１１に後述する分岐回路が接続される場合
であっても回路特性を正しく機能させることができる。

【００４９】また、本実施の形態の圧電制振ユニットを
用いた制振構造では、皿ねじ２３、２４と開孔１９ａ〜
１９ｄとの接触面が制振対象物の表面２２に対して斜め
になっているので、皿ねじ２３、２４を比較的少ない遊
びで開孔１９ａ〜１９ｄ内に保持することができる。そ
のために、制振対象物２２の振動に対する圧電制振ユニ
ット１の出力応答性を高めることができて、より精度の
高い制振が可能である。

【００５０】また、本実施の形態の圧電制振ユニット１
によると、圧電素子１１がウレタンゲルからなる密封部
１６により密封被覆されているために、長期間にわたっ
て圧電素子１１を外気から遮断して水分から保護するこ
とができる。一方、接続部材１２、１３と制振対象物２
２との接触予定面である底面１２ａ、１３ａが密封部１
６により被覆されていないために、接続部材１２、１３
よりも弾性率が小さい密封部１６によって振動エネルギ
ーの圧電素子１１への伝達が阻害されることがない。

【００５１】また、密封部１６が圧電素子１１を被覆し
ており密封部１６と圧電素子１１との間に気体層が介在
しないので、圧電素子１１で発生した熱が伝熱率の比較
的高いウレタンゲルからなる密封部１６を介して速やか
に外部に逃げて行きやすく、放熱性に優れており圧電素
子１１が高温になってしまうことがない。従って、高温
多湿環境において劣化しやすい圧電素子１１に対して湿
度および温度の点で比較的良好な条件を維持することが
でき、圧電素子１１の長寿命化を図ることができる。

【００５２】また、密封部１１は接続部材１２、１３よ
りも弾性率が小さく、作動軸方向の変位に対して接続部
材１２、１３よりも軟らかく弾性変形しやすいので、圧
電素子１１がその作動軸方向に変位する際、密封部１６
がこの変位を妨げることが少ない。従って、応答性の点
で優れた圧電制振ユニット１が得られる。

【００５３】さらに、ウレタンゲルなどの樹脂材料から
なる密封部１６は、その有する弾性のために僅かではあ
るが収縮しようとする性質がある。そのため、密封部１
６が圧電素子１１を被覆していることで、特別な機構を
用いなくとも圧電素子１１にはその作動軸方向に一定の
初期圧が付与される。

【００５４】また、本実施の形態の圧電制振ユニット１
の圧電素子１１は絶縁性を有するウレタンゲルからなる
密封部１６によって被覆されている。そのため、圧電素
子１１の電気的絶縁を確実に保つことができて、誤動作
に対する信頼性も高い。

【００５５】本実施の形態では、密封部１６の材料とし
て、圧電素子１１の動作に悪影響を与えることがなく、
伝熱性に優れており、水分を透過させず、経時変化が少
ないという特性を有するウレタンゲルを用いるので、他
の樹脂材料を用いた場合と比較して、上述した諸効果を
発揮させる点で特に優れている。さらに、ウレタンゲル
は成形温度が低くて常温での成形が可能であるという特
性を有しているので、高温環境での成形が特に必要なく
圧電制振ユニット１をより簡易に製造できるという利点
がある。なお、シリコンゲルを用いてもウレタンゲルと
同様の効果が得られる。

【００５６】次に、本発明の第２の実施の形態に係る圧
電制振ユニットについて、図３（ａ）、（ｂ）を参照し
て説明する。本実施の形態の圧電制振ユニット２は、接
続部材１２、１３の間に３つの圧電素子３１、３２、３
３が設けられている点以外は、図１（ａ）、（ｂ）で説
明した第１の実施の形態のものと同じであって、図２で
説明したのと同様にして制振対象物２２に取り付けられ
る。なお、圧電素子３１〜３３の電極に接続されたリー
ド線３４〜３６は、図面を簡略化するために、各圧電素
子について１本しか図示していない。

【００５７】一般に、圧電素子は大型のものに比べて小
型のものの方がきわめて安価である。そのため、本実施
の形態の圧電制振ユニット２では、第１の実施の形態で
用いた圧電素子１１よりも小型であってはるかに安価な
３つの圧電素子３１〜３３を用いたほうが圧電素子に要
するコストを低く抑えることができる。従って、本実施
の形態の圧電制振ユニット２は、第１の実施の形態の圧
電制振ユニット１に比べて安価であるという利点があ
る。なお、４つ以上または２つの圧電素子を用いるよう
にしてもよいし、圧電制振ユニット２の厚み方向に圧電
素子を積層してもよい。

【００５８】また、本実施の形態の圧電制振ユニット２
のように複数の圧電素子３１〜３３を有するものについ
ては、そのうちの少なくとも１個を制振対象物２２の振
動検出のために用い、残りの圧電素子を制振対象物２２
の振動を能動的に制御するアクチュエータとして用いる
ようにすることが可能である。例えば、圧電素子３１に
よって制振対象物２２の振動検出を行い、その結果を圧
電素子３２、３３にフィードバックして振動を抑制する
ようにこれら圧電素子３２、３３を駆動するようにして
よい。

【００５９】このように、複数の圧電素子３１〜３３を
振動検出用およびアクチュエータ用に分けて用いること
により、制振対象物２２のアクティブ振動制御が可能に
なり、リード線３４〜３６の配線だけの変更によって１
つの圧電制振ユニット２をアクティブ制御およびパッシ
ブ制御の両方に用いることが可能となるという利点があ
る。

【００６０】次に、本発明の第３の実施の形態に係る圧
電制振ユニットについて、図４（ａ）、（ｂ）を参照し
て説明する。本実施の形態の圧電制振ユニット３は、接
続部材１２と３つの圧電素子４６、４７、４８との間に
初期圧調整機構４１が設けられている点以外は、図３
（ａ）、（ｂ）で説明した第２の実施の形態のものと同
じであって、図２で説明したのと同様にして制振対象物
２２に取り付けられる。

【００６１】初期圧調整機構４１は、圧電素子４６〜４
８よりも弾性率の大きな硬い部材（ここでは、金属部
材）で構成されており、圧電素子４６〜４８の作動軸方
向の突出量が可変に構成されたねじ部４２〜４４を回動
させることによって、圧電素子４６〜４８に加えられる
初期圧を調整することが可能になっている。このような
初期圧調整機構４１を設けることによって、圧電素子４
６〜４８の初期圧を自在に調整することが可能であるた
め、圧電素子４６〜４８の初期圧を所望の大きさに容易
に調整することが可能である。そのため、圧電素子４６
〜４８の出力応答性が高まって制振効率をより向上させ
ることができる。

【００６２】次に、本発明の第４の実施の形態につい
て、図５および図６をさらに参照して説明する。本実施
の形態は、第１〜第３の実施の形態で説明したような圧
電制振ユニット（ここでは、図１に示した第１の実施の
形態の圧電制振ユニット１と同様のものであるとして説
明する）を複数備えた制振構造に係るものである。

【００６３】本実施の形態の制振構造の第１の例とし
て、図５（ａ）に示すように、２つの圧電制振ユニット
５１、５２が平板状の制振対象物５３の表裏の対向した
位置に取り付けられている。圧電制振ユニット５１、５
２は、制振対象物５３が図５（ａ）に示すような曲げ正
弦振動を行うときの振動頂点となる位置に取り付けられ
ている。圧電制振ユニット５１、５２の取り付けには、
図２で説明したように皿ねじが用いられている。

【００６４】このとき、圧電制振ユニット５１は制振対
象物５３側が圧縮されその反対側が引っ張られているの
に対して、圧電制振ユニット５２は制振対象物５３側が
引っ張られその反対側が圧縮されている。従って、２つ
の圧電制振ユニット５１、５２は互いに逆相の振動を受
けているといえる。

【００６５】また、本実施の形態の制振構造は、図６
（ａ）に示すように、圧電制振ユニット５１、５２内の
圧電素子で得られた電気エネルギーを熱エネルギーに変
換するための分岐回路６１を有している。分岐回路６１
は、例えば抵抗とインダクタンスの直列接続回路であっ
てよい。

【００６６】そして、本例では、図６（ａ）に示すよう
に、圧電制振ユニット５１の陽極（＋）に接続されたリ
ード線６２と、圧電制振ユニット５２の陰極（−）に接
続されたリード線６５とが分岐回路６１の一方の極に接
続されている。また、圧電制振ユニット５１の陰極
（−）に接続されたリード線６３と、圧電制振ユニット
５２の陽極（＋）に接続されたリード線６４とが分岐回
路６１の他方の極に接続されている。

【００６７】次に、本実施の形態の制振構造の第２の例
として、図５（ｂ）に示すように、２つの圧電制振ユニ
ット５４、５５が平板状の制振対象物５６の表裏の対向
していない位置に取り付けられている。すなわち、圧電
制振ユニット５４は、制振対象物５６が図５（ｂ）に示
すような曲げ正弦振動を行うときの振動頂点となる位置
に、圧電制振ユニット５５は、圧電制振ユニット５４の
位置とは隣接した振動頂点となる位置にそれぞれ取り付
けられている。圧電制振ユニット５４、５５の取り付け
には、図２で説明したように皿ねじが用いられている。

【００６８】このとき、圧電制振ユニット５４、５５
は、ともに制振対象物５６側が圧縮されその反対側が引
っ張られている。従って、２つの圧電制振ユニット５
４、５５は互いに同相の振動を受けているといえる。

【００６９】そして、本例では、図６（ｂ）に示すよう
に、圧電制振ユニット５４の陽極（＋）に接続されたリ
ード線６６と、圧電制振ユニット５５の陽極（＋）に接
続されたリード線６８とが分岐回路６１の一方の極に接
続されている。また、圧電制振ユニット５４の陰極
（−）に接続されたリード線６７と、圧電制振ユニット
５５の陰極（−）に接続されたリード線６９とが分岐回
路６１の他方の極に接続されている。

【００７０】このように、本実施の形態の制振構造によ
ると、逆相の振動を受ける２つの圧電制振ユニット５
１、５２の異種極どうしが分岐回路６１の同じ極に接続
され、同相の振動を受ける２つの圧電制振ユニット５
４、５５の同種極どうしが分岐回路６１の同じ極に接続
されるようにしたことで、圧電制振ユニット５１、５
２；５４、５５ごとに別々の分岐回路６１を設ける必要
がなくなり、その分だけ構造を簡略化することができ
る。

【００７１】また、本実施の形態の制振構造によると、
制振対象物５３、５６の振動モードに応じて同相または
逆相で複数の圧電制振ユニットを制振対象物５３、５６
に分散させて取り付けることができ、高い制振効果を得
ることができる。さらに、制振対象物５３、５６の振動
モードが変わった場合にも、圧電制振ユニット５１、５
２；５４、５５の電気的な接続を変えるだけで容易に対
応可能であるという利点がある。

【００７２】なお、本実施の形態では、制振対象物に２
つの圧電制振ユニットが取り付けられる場合について説
明したが、３つ以上の圧電制振ユニットが取り付けられ
る場合についても同様にして構成することが可能であ
る。

【００７３】以上、本発明の好適な実施の形態について
説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるも
のではなく、特許請求の範囲の記載内において様々な設
計変更が可能である。例えば、上述の実施の形態では、
圧電制振ユニットの形状は薄い直方体形であったが、こ
れに限らずどのような形状にも変更が可能である。

【００７４】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１による
と、制振対象物の振動が圧電素子よりも硬い接続部材だ
けを介して圧電素子に伝わるようにすることが可能であ
るので振動エネルギーを効率よく圧電素子で電気エネル
ギーに変換することができるようになる。また、圧電素
子が故障したときであっても容易に取り替えが可能とな
る。また、圧電素子の作動軸と交差する方向に圧電素子
が変形するクロストークの問題がほとんど生じないよう
にすることができる。

【００７５】また、制振対象物に切り欠き部分を設ける
必要がないため、制振対象物の剛性が低下することがな
い。さらに、弾性部材によって圧電素子に所定の初期圧
を加えることができるとともに、初期圧の反力が制振対
象物に伝わることがなく、制振対象物にひずみが発生す
ることがない。

【００７６】従って、単なる減衰材料とは異なり、周波
数の高い微小振動に対する制振にも高い効果を発揮する
ことができ、例えば制振対象物の振動によって生じる固
体音の抑制に対しても効果的である。

【００７７】請求項２によると、圧電素子が樹脂材料か
らなる密封部により密封被覆されているために、長期間
にわたって圧電素子を外気から遮断することができる。
また、密封部によって振動エネルギーの圧電素子への伝
達が阻害されることがない。また、圧電素子で発生した
熱が速やかに外部に逃げて行きやすく、放熱性に優れて
いる。従って、高温多湿環境において劣化しやすい圧電
素子に対して湿度および温度の点で比較的良好な条件を
維持することができ、圧電素子の長寿命化を図ることが
できる。さらに、圧電素子が作動軸方向に変位する際、
密封部がこの変位を妨げることが少なく、応答性の点で
優れた圧電制振ユニットが得られる。また、密封部が圧
電素子を被覆していることで、特別な機構を用いなくと
も圧電素子にはその作動軸方向に一定の初期圧が付与さ
れる。さらに、圧電素子の電気的絶縁を確実に保つこと
ができ、誤動作に対する信頼性を高めることができる。

【００７８】請求項３によると、圧電素子の初期圧を所
望の大きさに容易に調整することが可能であるため、圧
電素子の出力応答性を高めることができて制振効率をよ
り向上させることができる。

【００７９】請求項４によると、比較的小型の圧電素子
を用いることにより安価な圧電制振ユニットを提供する
ことができる。

【００８０】請求項５によると、制振対象物のアクティ
ブ振動制御が可能になり、配線だけの変更によって１つ
の圧電制振ユニットをアクティブ制御およびパッシブ制
御の両方に用いることが可能となる。

【００８１】請求項６によると、制振対象物への取り付
けを迅速に行うことができる。

【００８２】請求項７によると、請求項１と同様に周波
数の高い微小振動やこれによる固体音を抑制することが
可能である。また、取り付け部材の弾性率が圧電素子よ
りも大きいので、取り付け部材による誤差が生じること
なく振動エネルギーを圧電素子で電気エネルギーに変換
することができ、圧電素子にその電気エネルギーを熱エ
ネルギーに変換するための回路が接続される場合であっ
ても回路特性を正しく機能させることができる。

【００８３】請求項８によると、制振対象物の振動に対
する圧電制振ユニットの出力応答性を高めることができ
て、より精度の高い制振が可能である。

【００８４】請求項９によると、複数の圧電制振ユニッ
トが設けられているにもかかわらず電気エネルギーを熱
エネルギーに変換するための回路を１つ設けるだけでよ
くなる。また、複数の圧電制振ユニットを制振対象物に
分散させて取り付けることによって、高い制振効果を得
ることができる。さらに、制振対象物の振動モードが変
わった場合にも、圧電制振ユニットの電気的な接続を変
えるだけで容易に対応可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る圧電制振ユニ
ットの平面図および側面図である。

【図２】図１（ａ）、（ｂ）に示した圧電制振ユニット
を制振対象物に取り付けた制振構造を示す断面図であ
る。

【図３】本発明の第２の実施の形態に係る圧電制振ユニ
ットの平面図および側面図である。

【図４】本発明の第３の実施の形態に係る圧電制振ユニ
ットの平面図および側面図である。

【図５】本発明の第４の実施の形態に係る制振構造にお
いて、圧電制振ユニットの制振対象物への取り付け位置
を説明するための模式図である。

【図６】本発明の第４の実施の形態に係る制振構造にお
いて、圧電制振ユニットの電極と分岐回路との接続関係
を説明するための模式図である。

【符号の説明】

１ 圧電制振ユニット １１ 圧電素子 １２、１３ 接続部材 １４、１５ 板ばね １６ 密封部 １７、１８ リード線 １９ａ〜１９ｄ 開孔 ２０ 取出孔 ２２ 制振対象物 ２３、２４ 皿ねじ

フロントページの続き (72)発明者 松浦 章 兵庫県尼崎市南初島町10番地133 特許機 器株式会社内 (72)発明者 土家 正樹 兵庫県尼崎市南初島町10番地133 特許機 器株式会社内 Ｆターム(参考） 3C011 AA04 3J048 AB07 AC07 AD02 BA25 BC04 EA13 5F046 AA23

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電素子と、前記圧電素子の作動軸方向
   の両端に配されており、前記圧電素子よりも弾性率が大
   きい第１および第２の接続部材と、 前記第１および第２の接続部材間を接続する弾性部材と
   を備えており、 前記第１および第２の接続部材が制振対象物に取り外し
   可能に接触固定されることにより前記制振対象物の振動
   エネルギーを前記圧電素子によって電気エネルギーに変
   換することが可能に構成されていることを特徴とする圧
   電制振ユニット。
2. 【請求項２】 前記第１および第２の接続部材と前記制
   振対象物との接触予定面を除いて少なくとも前記圧電素
   子を密封被覆する、前記第１および第２の接続部材より
   も弾性率が小さい樹脂材料からなる密封部をさらに備え
   ていることを特徴とする請求項１に記載の圧電制振ユニ
   ット。
3. 【請求項３】 前記第１および第２の接続部材の少なく
   ともいずれか一方と前記圧電素子との間にあって、前記
   圧電素子の初期圧を調整することが可能な初期圧調整機
   構をさらに備えていることを特徴とする請求項１または
   ２に記載の圧電制振ユニット。
4. 【請求項４】 前記第１および第２の接続部材の間に、
   前記圧電素子が複数設けられていることを特徴とする請
   求項１〜３のいずれか１項に記載の圧電制振ユニット。
5. 【請求項５】 複数の前記圧電素子のうちの少なくとも
   １個が前記制振対象物の振動検出のために用いられ、残
   りの前記圧電素子が前記制振対象物の振動を能動的に制
   御するアクチュエータとして用いられるように構成され
   ていることを特徴とする請求項４に記載の圧電制振ユニ
   ット。
6. 【請求項６】 前記第１および第２の接続部材に開孔が
   設けられていることを特徴とする請求項１〜５のいずれ
   か１項に記載の圧電制振ユニット。
7. 【請求項７】 請求項６に記載の圧電制振ユニットの前
   記第１および第２の接続部材と制振対象物とが、前記開
   孔に挿入された前記圧電素子よりも弾性率が大きい取り
   付け部材によって取り外し可能に接触固定されているこ
   とを特徴とする制振構造。
8. 【請求項８】 前記取り付け部材と前記開孔との接触面
   が、前記制振対象物の表面に対して斜めになっているこ
   とを特徴とする請求項７に記載の制振構造。
9. 【請求項９】 複数の請求項１〜６のいずれか１項に記
   載の圧電制振ユニットと、前記圧電素子で得られた電気
   エネルギーを熱エネルギーに変換するための回路とを備
   えており、 複数の前記圧電制振ユニットのうち前記制振対象物の振
   動によって同相の振動を受けるものについては両極の同
   種極どうしが前記回路の一方の極に接続され、逆相の振
   動を受けるものについては両極の異種極どうしが前記回
   路の他方の極に接続されていることを特徴とする制振構
   造。