JP2008106830A

JP2008106830A - 制振装置

Info

Publication number: JP2008106830A
Application number: JP2006289322A
Authority: JP
Inventors: Yoshikane Shishida; 佳謙宍田
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2006-10-25
Filing date: 2006-10-25
Publication date: 2008-05-08

Abstract

【課題】外部の電源を用いることなく制振し、かつ、装置が大型化するのを抑制することが可能な制振装置を提供する。
【解決手段】この制振装置１は、振動源９０の振動によって振動するとともに、振動源９０の振動を抑制するダンパーとしての機能を有する振動部３０を含み、振動エネルギを電気エネルギに変換する発電部２と、発電部２によって得られる電力を用いて振動源９０の振動数の変化に追従させるように振動部３０の共振周波数を変化させる共振周波数調整手段とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、制振装置に関し、特に、電力によって制振を制御する制振装置に関する。

従来、電力によって制振を制御する制振装置が知られている（たとえば、特許文献１および２参照）。

上記特許文献１に記載の制振装置では、振動源に設置された容器内に、ベアリングを介して配置されたおもりによって制振が行われる。このおもりの両端には導電板が接続され、この導電板は、容器に取り付けられた電磁石に挟み込まれるように配置されている。また、おもりと電磁石との間には、おもりを支持する支持バネが設けられている。このおもりは、ダンパーとしての機能を有し、振動源の振動は、このおもりによって受けられる。このおもりの振動は、電磁石に電流を流したときに発生する磁力を導電板に作用させることにより、減衰および停止させられる。

また、上記特許文献２に記載の制振装置では、振動源に自由表面を有する液体を含む流体貯蔵槽を設け、自由表面を有する液体が流体貯蔵槽内で動揺する現象（スロッシング）を用いて振動源の制振が行われる。この特許文献２では、自由表面を有する液体として、電界の変化に応じて粘性が変化する電気粘性流体が用いられており、電気粘性流体に印加する電圧を変化させることによって、電気粘性流体の粘性を変化させ、制振装置の共振周波数と振動源の振動数とを同調させている。なお、制振装置の共振周波数と振動源の振動数とを同調させるために、レーザ変位計や振動分析器を用いることにより、振動源の振動数とスロッシングの共振周波数とが同調する電気粘性流体の粘性を計算により求めている。これにより、振動源の振動数の変化に対応した制振を行うことが可能となる。

特開平５−２４８４９０号公報特開２００１−３２８７８号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の制振装置では、電磁石と導電板との間の磁力によっておもりの振動を減衰および停止しているが、おもりの共振周波数は、一定であるので、おもりの共振周波数と振動源の周波数とがある程度異なった場合は、十分な制振効果を得ることができない。この場合、おもりの共振周波数とある程度異なる振動数を有する振動源を制振するためには、おもりの質量を大きくしておく必要がある。その結果、制振装置が大型化するという問題点がある。また、電磁石に電圧を印加するために、外部電源が必要であるという問題点がある。

また、上記特許文献２に記載の制振装置では、レーザ変位計や振動分析器を用いることにより、振動源の振動数とスロッシングの共振周波数とが同調する電気粘性流体の粘性を計算し、電気粘性流体がこの粘性になるように、電気粘性流体に電圧を印加する必要があるので、制振装置の構成要素が多くなり制振装置が大型化するという問題点がある。また、電気粘性流体に電圧を印加するために、外部電源が必要であるという問題点がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、外部の電源を用いることなく制振し、かつ、装置が大型化するのを抑制することが可能な制振装置を提供することである。

課題を解決するための手段および発明の効果

この発明の一の局面による制振装置は、振動源の振動によって振動するとともに、振動源の振動を抑制するダンパーとしての機能を有する振動部を含み、振動エネルギを電気エネルギに変換する発電部と、発電部によって得られる電力を用いて振動源の振動数の変化に追従させるように振動部の共振周波数を変化させる共振周波数調整手段とを備える。

この一の局面による制振装置では、上記のように、振動源の振動によって振動するとともに、振動源の振動を抑制するダンパーとしての機能を有する振動部を含み、振動エネルギを電気エネルギに変換する発電部を備えることにより、容易に、振動源の振動によって発電を行うとともに、振動源の振動を制振することができる。また、発電部によって得られる電力を用いて振動源の振動数に追従するように振動部の共振周波数を変化させる共振周波数調整手段を備えることにより、外部の電源を別途設けることなく、振動源の振動数の変化に対応して制振することができる。また、制振装置の共振周波数を、振動源の振動数の変化に対応して変化させることにより、振動源の制振を行っているので、振動源と制振装置とは、常に同調した状態にすることができる。これにより、小さな制振装置で大きな制振効果を得ることができる。その結果、制振装置が大型化するのを抑制することができる。

上記一の局面による制振装置おいて、好ましくは、発電部は、静電誘導を利用して発電するように構成されている。このように構成すれば、静電発電は、発電装置が微小な体積の場合には、圧電素子を用いる発電や電磁誘導型の発電などの発電方法に比べて発電効率が高いので、圧電素子を用いる発電や電磁誘導型の発電などの発電方法に比べて大きな電力を得ることができる。

上記一の局面による制振装置おいて、好ましくは、振動部は、おもりとバネ部とを含み、共振周波数調整手段は、発電部によって得られる電力を用いて、振動源の振動数の大小に対応する発電部の電力に応じた、振動部のおもりの重さまたはバネ部のバネ定数の少なくとも一方が見かけ上変化するような力を振動部に加えることによって、振動部の共振周波数を変化させるように構成されている。このように構成すれば、振動源の振動数の変化が振動部の共振周波数に反映されるので、レーザ変位計や振動分析器などの外部の装置を用いて振動源の振動数を計算することなしに、振動部の共振周波数を振動源の振動数の変化に追従させることができる。これにより、レーザ変位計や振動分析器などの外部の装置を用いる場合のように、装置の即応性が悪くなるのを抑制することができる。

上記振動部のおもりの重さまたはバネ部のバネ定数の少なくとも一方が見かけ上変化するような力を振動部に加える制振装置おいて、好ましくは、共振周波数調整手段は、発電部に配置され、電荷が蓄積された導電体と、発電部に磁場を印加する磁場印加手段とを含み、共振周波数調整手段は、発電部によって得られる電流と磁場とによって引き起こされる電界によって、電荷が蓄積された導電体にクーロン力を作用させることにより、振動部のバネ部のバネ定数を見かけ上変化させて振動部の共振周波数を振動源の振動数の変化に追従させるように変化させる。このように構成すれば、振動源の振動数の大小が、発電部によって発電される電力、および、発電部によって得られる電流と磁場とによって引き起こされる電界とを介して、電荷が蓄積された導電体に作用するクーロン力の大小に反映されるので、共振周波数の調整時に、振動源の振動数が反映されていることになる。これにより、共振周波数の調整に特殊な演算を行う装置などが必要ないので、制振装置を小型化することができる。

上記振動部のおもりの重さまたはバネ部のバネ定数の少なくとも一方が見かけ上変化するような力を振動部に加える制振装置おいて、好ましくは、共振周波数調整手段は、振動部に配置された磁性体と、振動部の近傍に配置されたコイルとを含み、共振周波数調整手段は、発電部によって得られる電流を、コイルに流すことによって発生する磁界によって、磁性体に磁力を作用させることにより、振動部のバネ部のバネ定数を見かけ上変化させて振動部の共振周波数を振動源の振動数の変化に追従させるように変化させる。このように構成すれば、振動源の振動数の大小が、発電部によって発電される電力を介して、発電部によって得られる電流を、コイルに流すことによって発生する磁界の大小に反映されるので、共振周波数の調整時に、振動源の振動数が反映されていることになる。これにより、共振周波数の調整に特殊な演算を行う装置などが必要ないので、制振装置を小型化することができる。

上記振動部のおもりの重さまたはバネ部のバネ定数の少なくとも一方が見かけ上変化するような力を振動部に加える制振装置おいて、好ましくは、共振周波数調整手段は、熱膨張率が異なる複数枚の金属板を張り合わせることにより、温度の変化によって曲がり方が変化するバイメタルと、バイメタルの近傍に配置され、電流を流すことによって発熱する発熱体とを含み、バネ部は、バイメタルの近傍に配置されており、共振周波数調整手段は、発電部によって得られる電流を発熱体に流すことによって発生する熱によって、バイメタルが伸縮する力によりバネ部を伸縮させることにより、振動部のバネ部のバネ定数を見かけ上変化させて振動部の共振周波数を振動源の振動数の変化に追従させるように変化させる。このように構成すれば、振動源の振動数の大小が、発電部によって発電される電力を介して、電流を流すことによって発熱する発熱体の発熱の大小に反映され、さらに、バイメタルが伸縮する力に反映されるので、共振周波数の調整時に、振動源の振動数が反映されていることになる。これにより、共振周波数の調整に特殊な演算を行う装置などが必要ないので、制振装置を小型化することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態による制振装置の断面図である。図２は、図１の２００−２００線に沿った断面図である。図３は、図１の３００−３００線に沿った断面図である。図１〜図３を参照して、第１実施形態による制振装置１の構造について説明する。

この第１実施形態による制振装置１は、図１に示すように、静電誘導を利用した発電部２と、発電部２によって発電された電流を整流する整流回路５０および整流回路６０と、永久磁石７０とによって構成されている。発電部２は、筐体１０と、筐体１０の中に収納された固定部２０と、筐体１０の中に収納され、発電装置の振動子としての機能を有するとともに、制振装置１のダンパーとしての機能を有する振動部３０とによって構成されている。なお、永久磁石７０は、本発明の「磁場印加手段」の一例である。また、制振装置１は、振動源９０の上に設置されている。以下、詳細に説明する。

図１に示すように、石英からなる約６２５μｍの厚みを有する固定基板２１の上面上には、約３００ｎｍの厚みを有するＡｌからなる固定電極２２が形成されている。なお、固定電極２２は、本発明の「導電体」の一例である。また、図２に示すように、固定電極２２は、櫛歯状に形成されており、櫛歯の歯の幅Ｗ１と、櫛歯の歯と歯の間隔Ｗ２とは、それぞれ、約１ｍｍになるように形成されている。なお、固定基板２１は、筐体１０に固定されており、筐体１０から離れて自由に動くことはできない。このように、固定基板２１と固定電極２２とによって固定部２０が構成されている。

また、図１に示すように、シリコンからなる約６２５μｍの厚みを有する振動基板３１の固定基板２１に対向する一方表面上には、約１０μｍの厚みを有するエレクトレット膜３２が形成されている。このエレクトレット膜３２は、有機ポリマーからなるとともに、コロナ放電に曝すことによって電荷が蓄積される。また、エレクトレット膜３２は、図３に示すように櫛歯状に形成されており、櫛歯の歯の幅Ｗ３と、櫛歯の歯と歯の間隔Ｗ４とは、それぞれ、約１ｍｍになるように形成されている。また、振動基板３１の他方表面上には、おもり３３が配置されている。また、振動基板３１は、バネ部３４およびバネ部３５を介して筐体１０に接続されている。このように、振動基板３１と、エレクトレット膜３２と、おもり３３と、バネ部３４およびバネ部３５とによって振動部３０が形成されている。また、シリコンからなる振動基板３１と、バネ部３４およびバネ部３５とは、導電性を有し、振動基板３１は、バネ部３５を介して接地されている。

また、固定基板２１と振動基板３１とは、約４０μｍの間隔を隔てて平行に対向するように配置されている。このとき、固定基板２１上に形成された固定電極２２と、振動基板３１上に形成されたエレクトレット膜３２とは、それぞれの櫛歯の歯と、櫛歯の歯と歯の間隔とが対向するように配置される。

また、図１に示すように、整流回路５０は、ダイオード５１およびコンデンサ５２により構成されており、コンデンサ５２の一方電極は、接地されている。同様に、整流回路６０は、ダイオード６１およびコンデンサ６２により構成されており、コンデンサ６２の一方電極は、接地されている。また、永久磁石７０は、振動部３０が振動するＸ方向に対して直角な方向に磁界を印加するように配置されている。ここで、第１実施形態では、固定電極２２、永久磁石７０、銅線８３および銅線８４によって共振周波数調整手段が構成されている。

また、図１に示すように、固定電極２２は、銅線８１を介して整流回路５０に含まれるダイオード５１のアノードに接続されるとともに、銅線８２を介して整流回路６０に含まれるダイオード６１のカソードに接続されている。整流回路５０の出力側の銅線８３および整流回路６０の出力側の銅線８４は、振動部３０のおもり３３が形成される側に、かつ、電流が振動部３０の振動するＸ方向に対して平行な方向に出力されるように配置される。また、銅線８３および銅線８４の出力の向きが、互いに逆向きになるように配置されている。

図４は、本発明の第１実施形態による制振装置の発電部の動作を説明するための断面図である。次に、図１および図４を用いて、本発明の第１実施形態による制振装置１の発電部２の発電動作について説明する。

図１に示すように、発電部２に振動が加わらない状態では、固定電極２２とエレクトレット膜３２とが所定の間隔を隔てて対向するように配置されている。ここで、エレクトレット膜３２の表面には正電荷または負電荷が蓄積している。また、固定電極２２には、エレクトレット膜３２の固定電極２２側に蓄積された電荷と反対の電荷が静電誘導によって引き起こされ、蓄積されている。

次に、図４に示すように、振動源９０がＸ方向に振動することにより、発電部２にもＸ方向の振動が加わる。振動部３０がＸ方向の一方に移動することにより、エレクトレット膜３２は、図１に示す固定電極２２と対向する位置から、図４に示す、櫛歯状の固定電極２２の歯と歯の間に対向する位置に移動する。これにより、固定電極２２に及ぼすエレクトレット膜３２に蓄積された電荷の影響が小さくなるので、固定電極２２に蓄積される電荷の量が減少する。この固定電極２２に蓄積される電荷の量の変化量を電流として取り出すことにより発電が行われる。その後、振動部３０は、バネ部３４およびバネ部３５の復元力によって図１に示す固定電極２２とエレクトレット膜３２とが対向する状態に戻り、エレクトレット膜３２の固定電極２２側に蓄積された電荷と反対の電荷が静電誘導によって固定電極２２に引き起こされ、蓄積される。その後、振動部３０は、慣性によってＸ方向の他方に移動する。このように、振動部３０がＸ方向の左右に振動を繰り返すことにより、交流の電力が継続して発電される。交流の電力による電流は、整流回路５０および整流回路６０にそれぞれダイオード５１およびダイオード６１が備えられることにより、その電流の流れの方向によって整流回路５０または整流回路６０のどちらか一方に流れる。整流回路５０または整流回路６０のどちらか一方に流れた電流は、銅線８３または銅線８４を流れるとともに、整流回路５０に備えられたコンデンサ５２または整流回路６０に備えられたコンデンサ６２に電荷が蓄積される。このコンデンサ５２およびコンデンサ６２に蓄積された電荷は、銅線８３および銅線８４に固定電極２２からの電流が流れないときに、電流として銅線８３および銅線８４に出力される。

次に、図１および図４を用いて、本発明の第１実施形態による制振装置１の振動部３０のダンパーとしての動作について説明する。

図１に示すように、振動源９０が振動しない状態では、振動部３０も静止している。次に、図４に示すように、振動源９０がＸ方向の一方に移動したとき、振動源９０の移動に伴って振動部３０もＸ方向の一方に移動する。次に、振動源９０がＸ方向の一方から他方に移動方向を変えたとき、振動部３０は、慣性によってＸ方向の一方への移動を続ける。このとき、Ｘ方向の他方へ移動しようとする振動源９０と、Ｘ方向の一方へ移動しようとする振動部３０とがバネ部３４またはバネ部３５を介して互いにぶつかり合うことにより振動部９０の振動が弱められる。その後、振動部３０は、バネ部３４またはバネ部３５の復元力によって、Ｘ方向の他方へ移動させられる。このとき、振動源９０の振動数と、制振装置１の共振周波数とが同調している場合、振動源９０の振動と振動部３０の振動とが互いに打ち消し合うために、振動源９０の振動を制振することが可能となる。また、振動源９０の振動数と、振動部３０の共振周波数とが同調していない場合は、振動源９０の振動と振動部３０の振動とが互いに打ち消し合うことが十分に行われず、振動源９０の振動を十分に制振することができない。

次に、図１を用いて、本発明の第１実施形態による、発電部２で発電した電力を用いて、振動源９０の振動数に制振装置１の共振周波数を追従させる制振装置１の動作について説明する。

図１に示すように、発電部２の発電による電流が、銅線８３または銅線８４に流れたときに、銅線８３または銅線８４に流れた電流と、永久磁石７０によって印加される磁場とによってホール効果が引き起こされる。なお、ホール効果とは、電流が流れているものに対し、電流に垂直に磁場をかけると、電流と磁場との両方に垂直な方向に電界が発生する効果をいう。このとき、ホール効果によって発生する電界と、固定電極２２とエレクトレット膜３２との間で発生する電界とが同じ向きになるように、銅線８３および銅線８４に流れる電流の方向と永久磁石７０の磁界の方向とを調整しておく。これにより、固定基板２１上に形成されたＡｌからなる固定電極２２と、エレクトレット膜３２との間にクーロン力が働く。

このような、制振装置１を、洗濯機などの振動数がある程度予測できる範囲にある振動源９０に設置する場合について説明する。振動源９０が振動するときの最小の振動数をｆ１とする。振動源９０が最小振動数ｆ１で振動し、発電部２の発電による電流と、永久磁石７０によって印加される磁界とによって、固定電極２２にクーロン力が働いた状態で、制振装置１の共振周波数ｆａ（＝（ｋ１／ｍ１）^１／２）の初期値ｆａ_０として、以下の共振周波数を表す式（１）を満たすように、質量の合計がｍ１となるような振動基板３１、エレクトレット膜３２およびおもり３３と、バネ定数ｋ１を有するバネ部３４およびバネ部３５とを選択する。

ｆａ_０＝（ｋ１／ｍ１）^１／２＝ｆ１＋ａ・・・・・（１）
ここで、ａは、正の微小量であり、制振装置１の共振周波数の初期値ｆａ_０は、振動源９０の最小振動数ｆ１より若干大きい値に設定される。

そして、振動源９０の振動数が初期状態の振動数ｆ１から若干増加すると、振動源９０の振動数が制振装置１の初期状態の共振周波数ｆａ_０に近づくことにより、振動源９０の振動数と制振装置１の初期状態の共振周波数ｆａ_０とが同調するので、制振装置１の振動部３０の振動が大きくなる。これにより、発電量が増える。その結果、銅線８３および銅線８４に流れる電流の大きさが大きくなるので、固定基板２１上に形成された固定電極２２と、振動基板３１上に形成されたエレクトレット膜３２との間のクーロン力が大きくなる。これにより、振動基板３１の振動が妨げられ、見かけ上、バネ定数ｋ１が増加したことになる。その結果、ｆａ＝（ｋ１／ｍ１）^１／２によって示される制振装置１の共振周波数ｆａも初期値ｆａ_０から若干大きくなる。

一方、振動源９０の振動数が若干減少すると、振動源９０の振動数が制振装置１の共振周波数ｆａから離れることにより、制振装置１の振動部３０の振動は小さくなる。これにより、発電量は減少する。その結果、銅線８３および銅線８４に流れる電流の大きさが小さくなるので、固定基板２１上に形成された固定電極２２と、振動基板３１上に形成されたエレクトレット膜３２との間のクーロン力が小さくなる。これにより、振動基板３１は、振動しやすくなり、見かけ上、バネ定数ｋ１が減少したことになる。その結果、ｆａ＝（ｋ１／ｍ１）^１／２によって示される制振装置１の共振周波数ｆａも初期値ｆａ_０から若干小さくなる。

上記のような動作により、制振装置１の共振周波数ｆａの初期値ｆａ_０が振動源９０の振動数ｆ１よりも若干大きく設定された状態から、振動源９０の振動数が大きくなった場合には制振装置１の共振周波数ｆａも大きくなり、振動源９０の振動数が小さくなった場合には制振装置１の共振周波数ｆａも小さくなる。つまり、制振装置１の共振周波数ｆａは、常に、振動源９０の振動数より若干大きくなるように調整される。これにより、振動源９０の振動数の変化に追従して、制振装置１の共振周波数を変化することが可能となる。

第１実施形態では、上記のように、振動源９０の振動によって振動するとともに、振動源９０の振動を抑制するダンパーとしての機能を有する振動部３０を含み、振動エネルギを電気エネルギに変換する発電部２を備えることにより、容易に、振動源９０の振動によって発電を行うとともに、振動源９０の振動を制振することができる。また、発電部２によって得られる電力を用いて振動源９０の振動数に追従するように振動部３０の共振周波数ｆａを変化させる共振周波数調整手段を備えることにより、外部の電源を別途設けることなく、振動源９０の振動数の変化に対応して制振することができる。また、制振装置１の共振周波数ｆａを、振動源９０の振動数の変化に対応して変化させることにより、振動源９０の制振を行っているので、振動源９０と制振装置１とは、常に同調した状態にすることができる。これにより、小さな制振装置１で大きな制振効果を得ることができる。その結果、制振装置１が大型化するのを抑制することができる。また、振動源９０を制振することにより、振動源９０から騒音が発せられる場合、この騒音を低減することもできる。

また、第１実施形態では、上記のように、発電部２は、静電誘導を利用して発電するように構成することによって、静電発電は、発電装置が微小な体積の場合には、圧電素子を用いる発電や電磁誘導型の発電などの発電方法に比べて発電効率が高いので、圧電素子を用いる発電や電磁誘導型の発電などの発電方法に比べて大きな電力を得ることができる。

また、第１実施形態では、上記のように、振動部３０は、おもり３３と、バネ部３４と、バネ部３５とを含み、共振周波数調整手段は、発電部２によって得られる電力を用いて、振動源９０の振動数の大小に対応する発電部２の電力に応じた、バネ部３４およびバネ部３５のバネ定数が見かけ上変化するような力を振動部３０に加えることによって、制振装置１の共振周波数ｆａを変化させるように構成することによって、振動源９０の振動数の変化が制振装置１の共振周波数ｆａに反映されるので、レーザ変位計や振動分析器などの外部の装置を用いて振動源９０の振動数を計算することなしに、制振装置１の共振周波数ｆａを振動源９０の振動数の変化に追従させることができる。これにより、レーザ変位計や振動分析器などの外部の装置を用いる場合のように、制振装置１の即応性が悪くなるのを抑制することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、制振装置１の共振周波数の調整は、振動源９０の振動によって発電された電力を基にして、銅線８３および銅線８４を流れる電流と永久磁石７０とのホール効果により発生させた電界を、固定電極２２とエレクトレット膜３２との間に働く電界に印加することにより、振動源９０の振動数の大小が、発電部２によって発電される電力、および、発電部２によって得られる電流と磁場とによって引き起こされる電界とを介して、電荷が蓄積された固定電極２２に作用するクーロン力の大小に反映されるので、共振周波数ｆａの調整時に、振動源９０の振動数が反映されていることになる。これにより、共振周波数ｆａの調整に特殊な演算を行う装置などが必要ないので、制振装置１を小型化することができる。

（第２実施形態）
図５は、本発明の第２実施形態による制振装置１ｂの断面図である。図５を参照して、この第２実施形態では、上記第１実施形態と異なり、制振装置１ｂの共振周波数の調整は、発電部２で発電した電流を、コイル１００、１０１、１０２および１０３に流すことにより発生する磁場によって行われる制振装置１ｂについて説明する。

この第２実施形態による制振装置１ｂでは、図５に示すように、振動基板３１の他方表面上には、磁性体を含むおもり３３ｂが配置されている。なお、おもり３３ｂは、本発明の「磁性体」の一例である。

また、図５に示すように、固定電極２２は、銅線８１を介して整流回路５０に含まれるダイオード５１のアノードに接続されるとともに、銅線８２を介して整流回路６０に含まれるダイオード６１のカソードに接続されている。整流回路５０の出力側の銅線８３ｂは、バネ部３４およびバネ部３５の近傍に配置されている、互いに逆方向に巻かれているコイル１００およびコイル１０１に接続されている。また、整流回路６０の出力側の銅線８４ｂは、バネ部３４およびバネ部３５の近傍に配置されている、互いに逆方向に巻かれているコイル１０２およびコイル１０３に接続されている。ここで、第２実施形態では、磁性体を含むおもり３３ｂと、銅線８３ｂおよび銅線８４ｂと、コイル１００、コイル１０１、コイル１０２およびコイル１０３とによって共振周波数調整手段が構成されている。

なお、第２実施形態のその他の構成は、上記第１実施形態と同様である。

次に、図５を用いて、本発明の第２実施形態による、発電部２で発電した電力を用いて、振動源９０の振動数に制振装置１ｂの共振周波数を追従させる制振装置１ｂの動作について説明する。

図５に示すように、発電部２の発電による電流が、コイル１００およびコイル１０１に流れると、電流の大きさに応じた磁界が発生する。コイル１００とコイル１０１とは、互いに逆向きに巻かれているので、コイル１００とコイル１０１とに電流が流れたときに発生する磁界の方向は、反対方向である。また、コイル１００およびコイル１０１の配置は、コイル１００とコイル１０１とに電流が流れたときに発生する磁界により、磁性体を含むおもり３３ｂをＸ方向の逆向きに引っ張り合うように調整しておく。また、同様に、コイル１０２およびコイル１０３に流れると、電流の大きさに応じた磁界が発生する。コイル１０２とコイル１０３とは、互いに逆向きに巻かれているので、コイル１０２とコイル１０３とに電流が流れたときに発生する磁界の方向は、反対方向である。また、コイル１０２およびコイル１０３の配置は、コイル１０２とコイル１０３とに電流が流れたときに発生する磁界により、磁性体を含むおもり３３ｂをＸ方向の逆向きに引っ張り合うように調整しておく。

このような、制振装置１ｂを、洗濯機などの振動数がある程度予測できる範囲にある振動源９０に設置する場合について説明する。振動源９０が振動するときの最小の振動数をｆ２とする。振動源９０が最小振動数ｆ２で振動し、発電部２の発電による電流がコイル１００およびコイル１０１、または、コイル１０２およびコイル１０３に流れることによって磁界が発生した状態で、制振装置１ｂの共振周波数ｆｂ（＝（ｋ２／ｍ２）^１／２）の初期値ｆｂ_０として、以下の共振周波数を表す式（２）を満たすように、質量の合計がｍ２となるような振動基板３１、エレクトレット膜３２および磁性体を含むおもり３３ｂと、バネ定数ｋ２を有するバネ部３４およびバネ部３５とを選択する。

ｆｂ_０＝（ｋ２／ｍ２）^１／２＝ｆ２＋ｂ・・・・・（２）
ここで、ｂは、正の微小量であり、制振装置１ｂの共振周波数の初期値ｆｂ_０は、振動源９０の最小振動数ｆ２より若干大きい値に設定される。

そして、振動源９０の振動数が初期状態の振動数ｆ２から若干増加すると、振動源９０の振動数が制振装置１ｂの初期状態の共振周波数ｆｂ_０に近づくことにより、振動源９０の振動数と制振装置１ｂの初期状態の共振周波数ｆｂ_０とが同調するので、制振装置１ｂの振動部３０ｂの振動が大きくなる。これにより、発電量が増える。その結果、コイル１００およびコイル１０１、または、コイル１０２およびコイル１０３に流れる電流の大きさが大きくなるので、発生する磁界が大きくなる。これにより、振動基板３１の振動が妨げられ、見かけ上、バネ定数ｋ２が増加したことになる。その結果、ｆｂ＝（ｋ２／ｍ２）^１／２によって示される制振装置１ｂの共振周波数ｆｂも初期値ｆｂ_０から若干大きくなる。

一方、振動源９０の振動数が若干減少すると、振動源９０の振動数が制振装置１ｂの共振周波数ｆｂから離れることにより、制振装置１ｂの振動部３０ｂの振動は小さくなる。これにより、発電量は減少する。その結果、コイル１００およびコイル１０１、または、コイル１０２およびコイル１０３に流れる電流の大きさが小さくなるので、発生する磁界の大きさが小さくなる。これにより、振動基板３１は、振動しやすくなり、見かけ上、バネ定数ｋ２が減少したことになる。その結果、ｆｂ＝（ｋ２／ｍ２）^１／２によって示される制振装置１ｂの共振周波数ｆｂも初期値ｆｂ_０から若干小さくなる。

上記のような動作により、制振装置１ｂの共振周波数ｆｂの初期値ｆｂ_０が振動源９０の振動数ｆ２よりも若干大きく設定された状態から、振動源９０の振動数が大きくなった場合には制振装置１ｂの共振周波数ｆｂも大きくなり、振動源９０の振動数が小さくなった場合には制振装置１ｂの共振周波数ｆｂも小さくなる。つまり、制振装置１ｂの共振周波数ｆｂは、常に、振動源９０の振動数より若干大きくなるように調整される。これにより、振動源９０の振動数の変化に追従して、制振装置１ｂの共振周波数を変化することが可能となる。

第２実施形態では、上記のように、制振装置１ｂの共振周波数の調整は、振動源９０の振動によって発電された電力を基にして、コイル１００、コイル１０１、コイル１０２およびコイル１０３を介して発生させた磁界を、磁性体を含むおもり３３ｂに作用させることにより、振動源９０の振動数の大小が、発電部２によって発電される電力を介して、発電部２によって得られる電流を、コイル１００、コイル１０１、コイル１０２およびコイル１０３に流すことによって発生する磁界の大小に反映されるので、共振周波数ｆｂの調整時に、振動源９０の振動数が反映されていることになる。これにより、共振周波数ｆｂの調整に特殊な演算を行う装置などが必要ないので、制振装置１ｂを小型化することができる。

なお、第２実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。

（第３実施形態）
図６は、本発明の第３実施形態による制振装置の断面図である。図６を参照して、この第３実施形態では、上記第１実施形態と異なり、制振装置１ｃの共振周波数の調整は、発電部２発電した電流を、ヒータ１１０およびヒータ１１１に流すことにより発生する熱によって行われる制振装置１ｃについて説明する。なお、ヒータ１１０およびヒータ１１１は、本発明の「発熱体」の一例である。

図６に示すように、固定電極２２は、銅線８１を介して整流回路５０に含まれるダイオード５１のアノードに接続されるとともに、銅線８２を介して整流回路６０に含まれるダイオード６１のカソードに接続されている。整流回路５０の出力側の銅線８３ｃは、ヒータ１１０に接続されている。また、整流回路６０の出力側の銅線８４ｃは、ヒータ１１１に接続されている。ヒータ１１０およびヒータ１１１は、ヒータ１１０およびヒータ１１１の熱によってバイメタル１１２およびバイメタル１１３をそれぞれ暖められるように、バイメタル１１２およびバイメタル１１３の近傍にそれぞれ配置されている。なお、バイメタル１１２およびバイメタル１１３は、熱膨張率が異なる２枚の金属板を張り合わせたものであり、温度の変化によって曲がり方が変化する。また、バイメタル１１２およびバイメタル１１３の一方端は、それぞれ、筐体１０に接続されているとともに、バイメタル１１２およびバイメタル１１３の他方端は、それぞれ、バネ部１１４およびバネ部１１５に接続されている。また、バネ部１１４およびバネ部１１５は、それぞれ、振動基板３１に接続されている。ここで、第３実施形態では、おもり３３と、銅線８３ｃおよび銅線８４ｃと、ヒータ１１０およびヒータ１１１と、バイメタル１１２およびバイメタル１１３と、バネ部１１４およびバネ部１１５とによって共振周波数調整手段が構成されている。

なお、第３実施形態のその他の構成は、上記第２実施形態と同様である。

次に、図６を用いて、本発明の第３実施形態による、発電部２で発電した電力を用いて、振動源９０の振動数に制振装置１ｃの共振周波数を追従させる制振装置１ｃの動作について説明する。

図６に示すように、発電部２の発電による電流が、ヒータ１１０およびヒータ１１１に流れると、電流の大きさに応じた熱が発生する。この熱によって、バイメタル１１２およびバイメタル１１３が変形するので、バネ部１１４およびバネ部１１５が伸縮される。なお、バイメタル１１２およびバイメタル１１３の変形する方向は、ヒータ１１０およびヒータ１１１によって熱が加えられたときに、バネ部１１４およびバネ部１１５を、Ｘ方向の逆向きに引っ張り合うように調整しておく。

このような、制振装置１ｃを、洗濯機などの振動数がある程度予測できる範囲にある振動源９０に設置する場合について説明する。振動源９０が振動するときの最小の振動数をｆ３とする。振動源９０が最小振動数ｆ３で振動し、発電部２の発電による電流がヒータ１１０およびヒータ１１１に流れることによって熱が発生した状態で、制振装置１ｃの共振周波数ｆｃ（＝（ｋ３／ｍ３）^１／２）の初期値ｆｃ_０として、以下の共振周波数を表す式（３）を満たすように、質量の合計がｍ３となるような振動基板３１、エレクトレット膜３２およびおもり３３と、バネ部３４およびバネ部１１４とバネ部３５およびバネ部１１５とをそれぞれ１つのバネとして見たときにバネ定数ｋ３を有するようにバネ部３４、バネ部３５、バネ部１１４およびバネ部１１５を選択する。

ｆｃ_０＝（ｋ３／ｍ３）^１／２＝ｆ３＋ｃ・・・・・（３）
ここで、ｃは、正の微小量であり、制振装置１ｃの共振周波数の初期値ｆｃ_０は、振動源９０の最小振動数ｆ３より若干大きい値に設定される。

そして、振動源９０の振動数が初期状態の振動数ｆ３から若干増加すると、振動源９０の振動数が制振装置１ｃの初期状態の共振周波数ｆｃ_０に近づくことにより、振動源９０の振動数と制振装置１ｃの初期状態の共振周波数ｆｃ_０とが同調するので、制振装置１ｃの振動部３０の振動が大きくなる。これにより、発電量が増える。その結果、ヒータ１１０およびヒータ１１１に流れる電流の大きさが大きくなるので、発生する熱が大きくなる。これにより、バイメタル１１２およびバイメタル１１３が変形し、変形したバイメタル１１２およびバイメタル１１３によってバネ部１１４およびバネ部１１５がそれぞれ引っ張られることにより、バネ部３４およびバネ部１１４と、バネ部３５およびバネ部１１５とをそれぞれ１つのバネとして見たときに、バネ定数ｋ３が増加したことになる。その結果、ｆｃ＝（ｋ３／ｍ３）^１／２によって示される制振装置１ｃの共振周波数ｆｃも初期値ｆｃ_０から若干大きくなる。

一方、振動源９０の振動数が若干減少すると、振動源９０の振動数が制振装置１ｃの共振周波数ｆｃから離れることにより、制振装置１ｃの振動部３０の振動は小さくなる。これにより、発電量は減少する。その結果、ヒータ１１０およびヒータ１１１に流れる電流の大きさが小さくなるので、発生する熱の大きさが小さくなる。これにより、バイメタル１１２およびバイメタル１１３の変形が元にもどり、バネ部１１４およびバネ部１１５を引っ張る力が小さくなるので、バネ部３４およびバネ部１１４と、バネ部３５およびバネ部１１５とをそれぞれ１つのバネとして見たときに、バネ定数ｋ３が減少したことになる。その結果、ｆｃ＝（ｋ３／ｍ３）^１／２によって示される制振装置１ｃの共振周波数ｆｃも初期値ｆｃ_０から若干小さくなる。

上記のような動作により、制振装置１ｃの共振周波数ｆｃの初期値ｆｃ_０が振動源９０の振動数ｆ３よりも若干大きく設定された状態から、振動源９０の振動数が大きくなった場合には制振装置１ｃの共振周波数ｆｃも大きくなり、振動源９０の振動数が小さくなった場合には制振装置１ｃの共振周波数ｆｃも小さくなる。つまり、制振装置１ｃの共振周波数ｆｃは、常に、振動源９０の振動数より若干大きくなるように調整される。これにより、振動源９０の振動数の変化に追従して、制振装置１ｃの共振周波数を変化することが可能となる。

第３実施形態では、上記のように、共振周波数の調整は、振動源９０の振動によって発電された電力を基にして、ヒータ１１０およびヒータ１１１を介して発生させた熱を、バイメタル１１２およびバイメタル１１３に作用させ、バネ部１１４およびバネ部１１５を伸縮させることにより、振動源９０の振動数の大小が、発電部２によって発電される電力を介して、電流を流すことによって発熱するヒータ１１０およびヒータ１１１の発熱の大小に反映され、さらに、バイメタル１１２およびバイメタル１１３が伸縮する力に反映されるので、共振周波数ｆｃの調整時に、振動源９０の振動数が反映されていることになる。これにより、共振周波数ｆｃの調整に特殊な演算を行う装置などが必要ないので、制振装置１ｃを小型化することができる。

なお、第３実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。

（第４実施形態）
図７は、本発明の第４実施形態による制振装置の断面図である。図７を参照して、この第４実施形態では、上記第１実施形態と異なり、増幅回路１２０および増幅回路１３０を含む制振装置１ｄについて説明する。

この第４実施形態による制振装置１ｄでは、図７に示すように、銅線８３ｄおよび銅線８４ｄに、増幅回路１２０および増幅回路１３０がそれぞれ接続されている。増幅回路１２０は、電源１２１と、抵抗１２２と、ｐｎｐ型のバイポーラトランジスタ１２３と、ｎｐｎ型のバイポーラトランジスタ１２４とを含んでいる。また、ｎｐｎ型のバイポーラトランジスタ１２４のエミッタは、接地されている。また、増幅回路１３０も増幅回路１２０と同様に、電源１３１と、抵抗１３２と、ｐｎｐ型のバイポーラトランジスタ１３３と、ｎｐｎ型のバイポーラトランジスタ１３４とを含んでいる。また、ｎｐｎ型のバイポーラトランジスタ１３４のエミッタは、接地されている。増幅回路１２０および増幅回路１３０は、銅線８３ｄおよび銅線８４ｄから増幅回路１２０および増幅回路１３０にそれぞれ入力された電流の大きさにしたがって増幅された電流を、銅線８５および銅線８６にそれぞれ出力する機能を有する。ここで、第４実施形態では、固定電極２２と、永久磁石７０と、銅線８５と、銅線８６と、増幅回路１２０と、増幅回路１３０とによって共振周波数調整手段が構成されている。

なお、第４実施形態のその他の構成は、上記第１実施形態と同様である。

第４実施形態では、上記のように、増幅回路１２０および増幅回路１３０を備えることにより、発電部２の発電量が小さいときにでも、増幅された電流を用いて、振動源９０の振動数の変化に追従して制振装置１ｄの共振周波数を変化させることができるので、制振装置１ｄの動作を安定させることができる。

なお、第４実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。

なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

たとえば、上記第１実施形態〜第４実施形態では、エレクトレット膜を用いた静電誘導による発電を行う例を示したが、本発明はこれに限らず、エレクトレット膜を用いない静電誘導による発電を行ってもよい。また、静電誘導以外の方式による発電部を有する制振装置に適用してもよい。

また、上記第１実施形態〜第３実施形態では、共振周波数の初期値を振動源の最小振動数に近い振動数に設定する例を示したが、本発明はこれに限らず、振動源の最小振動数以外の振動数に近い振動数を共振周波数の初期値に設定してもよい。

また、上記第１実施形態〜第３実施形態では、洗濯機などの振動源に制振装置を設置する例を示したが、本発明はこれに限らず、自動車や工業装置など、意図しない振動が発生する振動源に設置してもよい。

また、上記第１実施形態では、磁場印加手段として永久磁石を用いる例を示したが、本発明はこれに限らず、永久磁石以外の磁場印加手段を用いてもよい。

また、上記第３実施形態では、発熱体としてヒータを用いる例を示したが、本発明はこれに限らず、ヒータ以外の発熱体を用いてもよい。

本発明の第１実施形態による制振装置の断面図である。図１の２００−２００線に沿った断面図である。図１の３００−３００線に沿った断面図である。本発明の第１実施形態による制振装置の発電部の動作を説明するための断面図である。本発明の第２実施形態による制振装置の断面図である。本発明の第３実施形態による制振装置の断面図である。本発明の第４実施形態による制振装置の断面図である。

符号の説明

２発電部
２２固定電極（導電体）
３０振動部
３３ｂおもり（磁性体）
３４、３５、１１４、１１５バネ部
７０永久磁石（磁場印加手段）
９０振動源
１００、１０１、１０２、１０３コイル
１１０、１１１ヒータ（発熱体）
１１２、１１３バイメタル

Claims

振動源の振動によって振動するとともに、前記振動源の振動を抑制するダンパーとしての機能を有する振動部を含み、振動エネルギを電気エネルギに変換する発電部と、
前記発電部によって得られる電力を用いて前記振動源の振動数の変化に追従させるように前記振動部の共振周波数を変化させる共振周波数調整手段とを備える、制振装置。
前記発電部は、静電誘導を利用して発電するように構成されている、請求項１に記載の制振装置。
前記振動部は、おもりとバネ部とを含み、
前記共振周波数調整手段は、前記発電部によって得られる電力を用いて、前記振動源の振動数の大小に対応する前記発電部の電力に応じた、前記振動部の前記おもりの重さまたは前記バネ部のバネ定数の少なくとも一方が見かけ上変化するような力を前記振動部に加えることによって、前記振動部の共振周波数を変化させるように構成されている、請求項１または２に記載の制振装置。
前記共振周波数調整手段は、
前記発電部に配置され、電荷が蓄積された導電体と、
前記発電部に磁場を印加する磁場印加手段とを含み、
前記共振周波数調整手段は、前記発電部によって得られる電流と前記磁場とによって引き起こされる電界によって、前記電荷が蓄積された導電体にクーロン力を作用させることにより、前記振動部の前記バネ部のバネ定数を見かけ上変化させて前記振動部の共振周波数を前記振動源の振動数の変化に追従させるように変化させる、請求項３に記載の制振装置。
前記共振周波数調整手段は、
前記振動部に配置された磁性体と、
前記振動部の近傍に配置されたコイルとを含み、
前記共振周波数調整手段は、前記発電部によって得られる電流を、前記コイルに流すことによって発生する磁界によって、前記磁性体に磁力を作用させることにより、前記振動部の前記バネ部のバネ定数を見かけ上変化させて前記振動部の共振周波数を前記振動源の振動数の変化に追従させるように変化させる、請求項３に記載の制振装置。
前記共振周波数調整手段は、
熱膨張率が異なる複数枚の金属板を張り合わせることにより、温度の変化によって曲がり方が変化するバイメタルと、
前記バイメタルの近傍に配置され、電流を流すことによって発熱する発熱体とを含み、
前記バネ部は、前記バイメタルの近傍に配置されており、
前記共振周波数調整手段は、前記発電部によって得られる電流を前記発熱体に流すことによって発生する熱によって、前記バイメタルが伸縮する力により前記バネ部を伸縮させることにより、前記振動部の前記バネ部のバネ定数を見かけ上変化させて前記振動部の共振周波数を前記振動源の振動数の変化に追従させるように変化させる、請求項３に記載の制振装置。