JP3158674B2 - エネルギー閉じ込め型振動装置及び振動エネルギー閉じ込め装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、振動源の振動エネルギ
ーの外部への漏洩を防止または抑制し得るように構成さ
れたエネルギー閉じ込め型の振動装置並びに振動源の振
動エネルギーの外部への漏洩を防止または抑制すること
を可能とする振動エネルギー閉じ込め装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、様々な振動源を含む装置におい
て、振動源からの振動が外部に漏洩しないように構成
された装置、並びに振動源の振動状態を妨げないよう
に該振動源を支持する装置が要求されていた。上記の
装置の例としては、例えばモーターやコンプレッサー等
の振動源となり得る構造を含む装置が挙げられる。すな
わち、モーターやコンプレッサーを内蔵した装置では、
モーターやコンプレッサーの振動がシャーシーやフレー
ム等に直接伝えられると、シャーシーやフレーム等にお
ける固定部分の緩みが生じたり、あるいは大きな騒音を
周囲に放散させたりする。従って、このような振動源を
内蔵した装置では、振動源の振動を装置内に閉じ込める
ことが強く求められている。あるいは、このような振動
源を内蔵した装置を設置する部分において、該装置から
床面等の他の部分への振動の伝達が少ないことが強く求
められている。

【０００３】上記の装置の例としては、その他、アナ
ログ式のレコードプレーヤーや高架式の鉄道等が挙げら
れる。すなわち、アナログ式のレコートプレーヤーで
は、ハウリングを防止するために、スピーカーから発せ
られた音声に起因する振動がプレーヤーに伝わらないこ
とが強く求められている。従って、スピーカーを振動源
とした場合、該スピーカーとプレーヤーとの間において
上記振動を遮断し得る装置が介在されることが好まし
い。また、高架式の鉄道では、車両の通過に伴って振動
が発生し、周囲に低周波騒音を撒き散らすという問題が
あった。このような高架式の鉄道においても、車両の通
過に伴って発生する振動の大地への伝達を遮断すること
が好ましい。

【０００４】他方、の例としては、音叉や圧電共振子
のように、積極的にある周波数で振動させる部分を有す
る装置が挙げられる。このような装置では、振動源とな
る音叉や共振子の振動を妨げないように該音叉や共振子
を保持する構造が要求されている。すなわち、上記のよ
うな振動源の振動を妨げないように、該振動源を機械的
に保持する構造が強く求められている。

【０００５】ところで、上記の例において振動源から
の振動の他の部分への伝達を妨げるものとしては、従
来、コイルばね等のばね部材やゴム等の弾性材料を用い
た防振構造が用いられている。しかしながら、振動源か
らの振動を十分に遮断することはできず、より効果的に
振動源からの他の部分への振動の伝達を防止し得る構造
が求められている。また、の例においても、ばね等の
緩衝材を用いた保持構造が従来より採用されているが、
振動源の振動を妨げずに共振子や音叉等の振動源を確実
に保持することは非常に困難であり、かつ構造も複雑化
していた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、振動
源の種類の如何にかかわらず、振動源の振動の外部への
漏洩を防止または抑制し得る、エネルギー閉じ込め型振
動装置及び振動エネルギー閉じ込め装置を提供すること
にある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、振動源と、前記振動源からの振動を受け得るように
配置された振動伝達部と、前記振動源の振動を阻害しな
いように、前記振動伝達部から伝播してきた振動を受け
て該振動の周波数とほぼ同じ周波数で共振することによ
り伝搬してきた振動を打ち消すように構成された共振部
と、前記共振部に連結されており、外部から保持するた
めの保持部とを備えることを特徴とする、エネルギー閉
じ込め型振動装置である。また、請求項２に記載の発明
は、振動源からの振動を受け得るように配置された振動
伝達部と、前記振動源の振動を阻害しないように、前記
振動伝達部から伝播してきた振動を受けて該振動の周波
数とほぼ同じ周波数で共振することにより伝搬してきた
振動を打ち消すように構成された共振部と、前記共振部
に連結されており、外部から保持するための保持部とを
有することを特徴とする、振動エネルギー閉じ込め装置
である。

【０００８】

【作用】請求項１，２に記載の発明では、振動源から振
動伝達部を経由して伝播してきた振動により、共振部が
共振し、それによって後述の実施例から明らかなよう
に、伝播してきた振動が打ち消される。従って、振動源
の振動に起因する振動エネルギーの漏洩を防止もしくは
抑制したり、または特定の周波数の振動の漏洩のみを防
止または抑制したりすることができる。

【０００９】

【実施例の説明】以下、図面を参照しつつ、本発明の原
理及び具体的な実施例を説明することにより、本発明を
明らかにする。まず、図１を参照して、本発明の原理を
説明する。図１は、本発明のエネルギー閉じ込め型振動
装置を示す概略ブロック図である。

【００１０】振動源１ａは、例えばモーター、コンプレ
ッサー、圧電共振子、音叉等の振動を発生させる適宜の
部材により構成される。また、振動源１ａで発生した振
動を受け得るように、振動伝達部１ｂが配置されてい
る。振動伝達部１ｂは、振動源からの振動を伝播させ得
る限り、任意の材料、例えば固体、液体、気体等により
構成され得る。共振部１ｃには、この振動伝達部１ｂを
経由して伝播してきた振動が伝達され、かつ該共振部１
ｃは、伝播してきた振動を打ち消すために設けられてい
る。この共振部１ｃの具体的な構造は、振動源１ａから
伝播してくる振動に応じて適宜定められる。

【００１１】本発明のエネルギー閉じ込め型振動装置で
は、伝播してきた振動が上記共振部１ｃにより、打ち消
され、それによって振動の装置外への漏洩が防止もしく
は抑制される。このような共振部による振動の漏洩の防
止もしくは抑制は、本願発明者らの実験により偶然見出
されたものである。以下、図２〜図４を参照して、より
具体的に説明する。

【００１２】図２は、本発明の原理を明らかにするため
の実験装置を示す正面断面図である。図２を参照して、
振動試験機３の上面に支持ロッド４が立設されている。
支持ロッド４の中間高さ位置に屈曲振動モードで振動し
得る鋼鉄棒５が固定されている。鋼鉄棒５は、長さ１８
０ｍｍ×幅１２ｍｍ×厚み１５ｍｍの鋼鉄からなる棒状
の部材であり、その重量は２４０ｇ、屈曲時の共振周波
数は約１ｋＨｚである。他方、上記支持ロッド４は、直
径８ｍｍの鋼鉄からなる円柱状の部材であり、上記鋼鉄
棒５の中央に設けられた貫通孔に挿入されており、かつ
鋼鉄棒５と支持ロッド４とは図示の状態で固定されてい
る。従って、上記振動試験機３が本発明の振動源に、鋼
鉄棒５が共振部に、支持ロッド４の鋼鉄棒５より下方部
分が振動伝達部に相当する。

【００１３】振動試験機３を図示の矢印で示すように上
下方向に周波数１ｋＨｚで振動させたところ鋼鉄棒５は
屈曲振動モードで共振し、支持ロッド４の上端４ａの変
位量は、図３に示す通りであった。図３において、変位
量ΔＢは約２．６μｍであった。比較のために、上記鋼
鉄棒５を設けないで支持ロッド４を振動試験機３に立設
し、同様に振動試験機３を周波数１ｋＨｚで振動させた
ところ、支持ロッド４の上端４ａの変位量は、図４に示
す通りであり、図中の変位量ΔＡは、約２２．６μｍで
あった。

【００１４】図３及び図４の比較から明らかなように、
振動試験機３から支持ロッド４を経て伝達されてきた振
動が鋼鉄棒５を設けたことにより、該鋼鉄棒５の部分で
十分に減衰されていることがわかる。なお、本願発明者
らは、鋼鉄棒５の質量により振動がダンピングされたの
ではないかとも考え、与える振動の周波数を変更し、鋼
鉄棒を共振させずに実験したところ、支持ロッド４の上
端４ａにおける変位量は、図３に示したようには抑制さ
れないことが確かめられた。すなわち、このことからも
明らかなように、単に鋼鉄棒５の重量により、伝播して
きた振動をダンピングしているものではなく、上記のよ
うに伝播してきた振動が鋼鉄棒５で打ち消されているも
のと考えられる。

【００１５】上記のように、振動源である振動試験機３
に対して、該振動試験機３の振動を受けるように配置さ
れた支持ロッド４を介して鋼鉄棒５が連結されているの
で、鋼鉄棒５の共振により伝播してきた振動が打ち消さ
れる。すなわち、請求項１に記載のエネルギー閉じ込め
型振動装置では、伝播してきた振動が上記共振部により
打ち消されるため、振動源の振動エネルギーを装置内に
閉じ込めることができる。また、請求項２に記載の発明
は、上記支持ロッド４及び上記鋼鉄棒５に代表されるよ
うに、振動源からの振動を受け得るように配置された振
動伝達部と、伝播してきた振動を打ち消すように構成さ
れた共振部とを有する。よって、請求項１に記載の発明
の場合と同様に、伝播してきた振動を打ち消すことがで
きるため、振動エネルギーを閉じ込めることが可能とな
る。

【００１６】上記のように、請求項１，２に記載の発明
では、振動源から伝播してきた振動を共振部により打ち
消すことができるが、この原理をより効果的に利用した
例を、図５〜図８を参照して説明する。図５において、
振動源６ａが、図示の一点鎖線で示す状態と破線で示す
状態とを繰り返すように振動しているとする。この場
合、振動源６ａの最も変位が大きな部分に振動伝達部６
ｂを連結し、振動伝達部６ｂの他端に共振部６ｃを連結
すれば、該共振部６ｃにおいて振動源６ａから伝播して
きた振動を打ち消し、連結バー６ｄを介して連結された
保持部６ｅへの振動の漏洩を防止することができる。し
かも、この例では、振動伝達部６ｂが振動源６ａの変位
の最も大きな部分に連結されているため、該振動伝達部
６ｂの連結によっても、振動源６ａの振動が抑制される
ため、保持部６ｅへの振動の伝達をより効果的に遮断す
ることができる。従って、保持部６ｅを利用して装置の
他の部分や床面等に固定すれば、該装置の他の部分や床
面への振動の漏洩を効果的に防止し得る。

【００１７】図６は、図５に示した例をより具体化した
構造を示す模式的正面断面図である。ここでは、振動源
としてのポンプ７ａが、振動伝達部としての連結バー７
ｂを介して共振部を構成するための共振プレート７ｃに
連結されている。共振プレート７ｃの下端には連結バー
７ｄが連結されており、連結バー７ｄは床面７ｅ上に固
定されている。上記共振プレート７ｃは、図面の紙面−
紙背方向に延ばされており、かつポンプ７ａから伝播し
てきた振動を受けて図示の矢印で示すように屈曲振動し
得るように構成されている。また、連結バー７ｂは、ポ
ンプ７ａの変位の最も大きな部分に連結されている。こ
のように、図６に示した構造では、共振プレート７ｃに
より伝播してきた振動が打ち消され、しかもポンプ７ａ
の最も変位の大きな部分に連結バー７ｂが連結されてい
るため、ポンプ７ａの振動は、ほとんど床面７ｅに伝達
されない。よって、ポンプ７ａの駆動に伴う騒音を低減
することができる。

【００１８】上記のように、共振部としての共振プレー
ト７ｃまでの部分に振動エネルギーが閉じ込められるこ
とがわかる。従って、例えばドリル等において、振動源
となるモーター等の部分と、作業者が手で持つ部分との
間に上記共振部を配置すれば、作業者の手への振動の伝
播を防止することができ、それによって作業者に機械的
な振動が伝わることによる障害を防止することも可能で
ある。

【００１９】他方、装置によっては、振動源の振動を妨
げないように該振動源を物理的に支持することが必要な
ものもある。このような場合、振動源のもっとも変位の
小さな部分に共振部を連結すればよい。例えば、図７に
示すように、振動源８ａが図示の実線と一点鎖線で示す
各状態をとり得るように振動しているとする。この場
合、振動源８ａの最も変位の小さな部分８ｂに振動伝達
部８ｃを連結し、振動伝達部８ｃの他端に共振部８ｄを
連結すればよい。このように、変位の最も小さな部分８
ｂに振動伝達部８ｃが連結されているため、振動源８ａ
の振動はさほど妨げられない。しかも、振動伝達部８ｃ
を伝播してきた振動は、共振部８ｄで打ち消され、装置
内に閉じ込められる。よって、振動源８ａの振動を妨げ
ることなく、かつ外部への振動の漏洩をも抑制した状態
で、振動源８ａを振動させることができる。

【００２０】図７に示した例のより具体的な構造例を図
８に正面断面図で示す。いま、振動源９ａが図示の矢印
方向、すなわち長さ方向に伸縮振動しているとする。振
動源９ａの下面の変位の最も小さな部分９ｂに振動伝達
部としての連結バー９ｃが連結されている。連結バー９
ｃの他端には図面の紙面−紙背方向に延びる共振プレー
ト９ｄが一体に構成されている。

【００２１】共振プレート９ｄは、連結バー９ｃを介し
て伝播してきた振動を受けて図示の矢印方向に屈曲振動
するように構成されている。よって、伝播してきた振動
は共振プレート９ｄの共振により打ち消される。従っ
て、共振プレート９ｄの下面に連結された連結バー９ｅ
を床面９ｆに連結した場合、機械的な支持により振動源
９ａの振動を妨げることなく、かつ床面９ｆへの振動の
漏洩を防止することができる。

【００２２】上述してきた例では、振動源からの振動を
打ち消すための構造として共振部６ｃ，８ｄ及び共振プ
レート７ｃ，９ｄを示したが、共振部６ｃ，８ｄもしく
は共振プレート７ｃ，９ｄの共振周波数は、振動源から
伝播してくる振動の周波数と一致もしくは近接させるこ
とが好ましく、それによって伝播してきた振動をより効
果的に打ち消すことができる。

【００２３】また、上述してきた例では、振動源からの
振動を共振部で打ち消し、他の部分への振動の漏洩を防
止もしくは抑制していたが、逆に、共振部の共振周波数
を選択することにより、伝播してきた種々のモードの振
動のうち特定の周波数もしくは振動モードの振動のみを
打ち消し、他の振動モードもしくは周波数の振動を選択
的に漏洩させることも可能である。従って、請求項１，
２に記載の発明は、特定の振動モードもしくは周波数の
振動のみを遮断し得る、音響フィルタのような装置とし
て利用することも可能である。

【００２４】さらに、共振部は上記のような固体の振動
伝達部材により振動源に連結される必要は必ずしもな
い。すなわち、共振部が振動を受け得る限り、振動伝達
部は、空気等の気体でもよく、また水等の液体であって
もよい。次に、上記共振部の作用を、より具体的な実施
例に基づいて説明し、それによって本発明を明らかにす
る。

【００２５】以下で説明する具体的な第１〜第３の実施
例は、振動源としての圧電共振ユニットを有するエネル
ギー閉じ込め型の圧電共振子に関するものであり、請求
項１，２に記載の発明を利用することにより、従来は振
動エネルギーが閉じ込めることができなかった振動モー
ドを利用したエネルギー閉じ込め型の共振子として構成
されているものである。

【００２６】長さ振動モードを利用した実施例の圧電共振子 図９（ａ），（ｂ）は、本発明の第１の実施例にかかる
圧電共振子を示す平面図及び圧電基板を透かして下面の
電極形状を示した平面図である。圧電共振子２１は、中
央に配置された圧電共振ユニット２２を有する。振動源
としての圧電共振ユニット２２は、厚み方向に一様に分
極処理された平面形状が細長い矩形の圧電セラミック基
板の両主面に電極２２ａ，２２ｂを形成した構造を有す
る。電極２２ａ，２２ｂから交流電圧を印加することに
より、圧電共振ユニット２２は長さ振動モードで伸縮振
動するように構成されている。

【００２７】圧電共振ユニット２２の長さ方向中央部に
おいては、一方側に振動伝達部２３が連結されている。
振動伝達部２３は、圧電共振ユニット２２の伸縮振動に
伴う振動を後述の共振部２４に伝達するために設けられ
ている。また、振動伝達部２３が圧電共振ユニット２２
の長さ方向中央部に連結されているのは、圧電共振ユニ
ット２２の振動をできるだけ妨げないためである。

【００２８】振動伝達部２３の他端には、屈曲振動モー
ドで共振するように構成された共振部２４が連結されて
いる。また、共振部２４には、連結バー２５を介して比
較的大きな面積を有する保持部２６が連結されている。
保持部２６は、圧電共振子２１をケース基板等の他の部
材に機械的に保持するのに好適なように、図示のような
比較的大きな面積を有するように構成されている。

【００２９】また、電極２２ａは、接続導電部２７ａに
より保持部２６の上面に形成された端子電極２６ａに電
気的に接続されている。振動伝達部２３が連結されてい
る側とは反対側においても、圧電共振ユニット２２に振
動伝達部２９、共振部３０、連結バー３１及び保持部３
２が連結されており、上記振動伝達部２３側と同様に構
成されている。もっとも、図９（ｂ）に示すように、電
極２２ｂに電気的に接続される接続導電部２７ｂ及び端
子電極２８ｂは、それぞれ、振動伝達部２９、共振部３
０、連結バー３１及び保持部３２の下面側に形成されて
いる。

【００３０】本実施例の圧電共振子２１では、端子電極
２８ａ，２８ｂ間に交流電圧を印加することにより、上
記圧電共振ユニット２２が長さ振動モードにより伸縮振
動する。その結果、上記振動が、振動伝達部２３，２９
を経て共振部２４，３０に伝達される。そして、図１０
及び図１１を参照して説明するように、振動伝達部にお
ける変位ベクトルと、共振部における変位ベクトルとが
打ち消し合うためか、連結バー２５，３１側には振動は
ほとんど漏洩しない。従って、共振部２４，３０までの
部分において振動エネルギーが閉じ込められることにな
るため、保持部２６，３２を利用して外部に機械的に固
定した場合、長さ振動モードを利用したエネルギー閉じ
込め型の圧電共振子２１を実現することができる。

【００３１】なお、好ましくは、上記共振部２４，３０
の共振周波数は、圧電共振ユニット２２の共振周波数と
等しくされる。これは、共振周波数を圧電共振ユニット
２２の共振周波数と一致させることにより、上記変位ベ
クトルの打ち消し合いがより効果的に行われるからであ
る。上記のように、共振部２４，３０を圧電共振ユニッ
ト２２に振動伝達部２３，２９を介して連結したことに
より、圧電共振ユニットの共振に基づくエネルギーを閉
じ込め得ることは、本願発明者らの実験により偶然見出
されたものであるが、このように共振部２４，３０によ
り伝播されてきた振動を閉じ込め得るのは、以下の機構
によるものと考えられる。

【００３２】上記のように伝播されてきた振動を閉じ込
め得る機構としては、以下の図１０及び図１１を参照し
て説明する２通りの機構が考えられる。すなわち、図９
（ａ）から明らかなように、例えば振動伝達部２３の外
側に共振部２４が連結されているが、この共振部２４
は、振動伝達部２３を延長した部分の両側に片持ちばり
で一対の共振部を連結した構造、あるいは振動伝達部２
３と連結バー２５との間に１個の共振部２４を介在させ
た構造と考えられる。図１０は、前者の構造を前提とし
た共振部の作用を説明するための模式的拡大平面図であ
り、図１１は、後者の構造を前提とした共振部の作用を
説明するための模式的拡大平面図である。

【００３３】まず、一対の共振部が振動伝達部を延長し
た部分の両側に構成されていると考え、図１０を参照し
て共振部の作用を説明する。いま、上記圧電共振ユニッ
トに連結された振動伝達部２３ａが存在するとする。こ
の場合、圧電共振ユニットが伸縮振動すると、伝播して
きた振動によって、振動伝達部２３ａは、参照番号２３
ｂで示す状態と、参照番号２３ｃで示す状態とを繰り返
すように変形する。

【００３４】ところで、この振動伝達部に上記共振部２
４ａ，２４ｂが連結されているとすると、図１０に示す
ように共振部２４ａ，２４ｂが、上記振動伝達部２３
ｂ，２３ｃの変形に伴って図示のように傾き、共振す
る。その結果、傾いた各共振部２４ａ，２４ｂにおける
変位ベクトルは図示の矢印Ａで示す向きになる。他方、
振動伝達部２３ｂにおける図示のＸ軸方向の変位ベクト
ルは矢印Ｂで示すとおりである。従って、いずれの状態
においても、共振部２４におけるＸ軸方向に沿う変位ベ
クトルと、振動伝達部におけるＸ軸方向に沿う変位ベク
トルとが打ち消し合う方向となって釣り合っている。よ
って、上記共振部２４ａ，２４ｂの共振に伴って、振動
伝達部を伝播してきた振動が打ち消されることにより、
共振部２４ａ，２４ｂまでの部分に振動エネルギーが閉
じ込められることになると考えられる。

【００３５】他方、振動伝達部の他端に１個の共振部２
４の中央部が連結されており、従って共振部２４が中心
で支持されていると考えた場合の機構を図１１を参照し
て説明する。いま、上記圧電共振ユニットに連結された
振動伝達部２３ａが存在するとする。この場合、圧電共
振ユニットが伸縮振動すると、伝播してきた振動によっ
て、振動伝達部は、参照番号２３ｂで示す状態と、参照
番号２３ｃで示す状態とを繰り返すように変形する。

【００３６】そして、この振動伝達部の他端に共振部２
４が中心で連結されている場合、図１１に示すように、
共振部２４が、上記振動伝達部の変形に伴って図示のよ
うに屈曲振動する。その結果、共振部２４内における変
位ベクトルは、図示の通りとなる。すなわち、図１０に
示した場合と同様に、振動伝達部２３ｂ，２３ｃを延長
した部分における変位ベクトルＢと、共振部２４の残り
の部分における変位ベクトルＡとが、Ｘ軸方向において
打ち消し合うように釣り合う。よって、共振部２４の共
振に伴って、振動伝達部を伝播してきた振動が打ち消さ
れることにより、共振部２４までの部分に振動エネルギ
ーが閉じ込められることになると考えられる。

【００３７】なお、上記２種類の振動エネルギー閉じ込
め機構は、推測に基づくものであるが、いずれにして
も、図９に示したように振動伝達部２３に共振部２４を
連結することにより、振動伝達部２３を伝播してきた振
動が共振部２４において打ち消され、それによって振動
エネルギーの閉じ込めが果たされる。上記共振部２４の
作用を、具体的な実験結果に基づき説明する。

【００３８】図１２は、比較のために用意した構造であ
り、長さ振動モードで振動し得るように構成された圧電
共振ユニット３５の両側面中央部に、圧電共振ユニット
３５と直交する方向に伸びるバー３６が連結されている
（図１２では一方側面側の構造のみを図示している）。
他方、図１３は、図１２に示した構造において、共振部
３７を設けた構造を有する。すなわち、図１３の構造で
は、圧電共振ユニット３５に振動伝達部３８を介して共
振部３７を連結し、共振部３７の振動伝達部３８が連結
されている側とは反対側の面にバー３９を連結した構造
を有する。言い換えれば、上記振動伝達部３８及びバー
３９からなる部分の途中に、上記共振部３７を形成した
構造に相当する。

【００３９】図１２に示した圧電共振子において長さ振
動モードで圧電共振ユニット３５を振動させた場合、そ
の変位分布は図１４（ａ）に示す通りとなり、バーの延
びる方向すなわちＸ軸方向における各部分におけるＸ軸
方向の変位量Ｖ_x の絶対値は、図１４（ｂ）に示す通り
となる。他方、図１３に示した圧電共振子において圧電
共振ユニット３５を共振させた場合の振動の変位分布
は、図１５（ａ）に示す通りであった。また、図１５
（ａ）のＸ軸方向に沿う各部分におけるＸ軸方向の変位
量の絶対値Ｖ_x は、図１５（ｂ）に示す通りであった。

【００４０】図１４（ｂ）及び図１５（ｂ）を比較すれ
ば明らかなように、共振部３７を設けたことにより、共
振部３７より先のバー３９においては伝播してきた振動
による変位量が非常に小さいことがわかる。言い換えれ
ば、共振部３７までの部分において振動エネルギーが効
果的に閉じ込められ得ることがわかる。なお、図９に示
した実施例の圧電共振子２１では、共振部２４，３０の
外側に連結バー２５，３１を介して保持部２６，３２を
連結していたが、これは製品化の際の機械的固定を容易
とするために設けられていたものに過ぎない。すなわ
ち、図１６に示すように、共振部２４，３０の、振動伝
達部２３，２９が連結されている側とは反対側に他の部
分と連結するための連結部４０ａ，４０ｂを形成してお
けば、図９に示した実施例の場合と同様に、共振部２
４，３０までの部分に振動エネルギーが閉じ込められ得
るため、図９に示した実施例と同様にエネルギー閉じ込
め型の圧電共振子として使用することができる。

【００４１】また、図９に示した実施例の圧電共振子２
１では、圧電共振ユニット２２の両側に、それぞれ一個
の共振部２４，３０が配置されていたが、図１７に示す
ように、圧電共振ユニット２２の両側において、それぞ
れ、複数の共振部２４，２４，２４，３０，３０，３０
を配置してもよい。この場合、複数の共振部２４間及び
共振部３０間が、それぞれ、振動伝達部２３ａ，２３
ｂ，３１ａ，３１ｂで連結されていることになる。

【００４２】輪郭すべり振動モードを利用した圧電共振
子についての実施例 図１８は、輪郭すべり振動モードを利用した圧電共振子
についての実施例を示す斜視図である。圧電共振子５１
では、中央に輪郭すべり振動モードを利用した圧電共振
ユニット５２が配置されている。圧電共振ユニット５２
では、角板状の圧電セラミック板が後述の励振用の電極
と平行な分極方向Ｐに沿って、一様に分極処理されてい
る。

【００４３】圧電共振ユニット５２では、図１８に立て
た状態で図示された圧電共振ユニット５２の上面及び下
面に励振用の電極５２ａ，５２ｂが形成されている。電
極５２ａ，５２ｂは、圧電共振ユニット５２の図示され
ている側の主面にも至るように形成されている。電極５
２ａ，５２ｂは、圧電共振ユニット５２を構成している
角板状の圧電セラミック板を介して対向するように配置
されているため、電極５２ａ，５２ｂ間に交流電圧を印
加した場合、図１９に一点鎖線で示す状態と、破線で示
す状態とを繰り返すように振動する。

【００４４】他方、圧電共振ユニット５２の一方の側面
中央部には振動伝達部５３が連結されている。振動伝達
部５３の他端には共振部５４が連結されており、共振部
５４の外側の側面中央部に連結バー５５が、該連結バー
５５の他端に保持部５６が連結されている。電極５２ａ
は、上記振動伝達部５３、共振部５４及び連結バー５５
を通過するように形成された接続導電部５７ａにより、
保持部５６の一方面に形成された端子電極５８ａに電気
的に接続されている。

【００４５】同様に、圧電共振ユニット５２の他方側に
おいても、振動伝達部５９、共振部６０、連結バー６１
及び保持部６２が連結されている。そして、保持部６２
の一方面に形成された端子電極５８ｂが、接続導電部５
７ｂにより圧電共振ユニット５２の電極５２ｂに電気的
に接続されている。本実施例の圧電共振子５１において
も、圧電共振ユニット５２が輪郭すべり振動モードで振
動された場合、その振動は上記共振部５４，６０までの
部分に閉じ込められる。これを、図２０及び図２１を参
照して説明する。

【００４６】図２０は、振動伝達部５３の延長部分の両
側に一対の共振部が片持ちばりで連結されていると考え
た場合の共振部の作用を説明するための模式図である。
いま、振動伝達部が、初期状態において図２０の５３ａ
で示すような状態とする。そして、圧電共振ユニット５
２の振動に伴って輪郭すべり振動に基づく振動（横波）
が伝播してきた場合、振動伝達部は、図２０に参照番号
５３ｂ及び５３ｃで示す状態を繰り返すように振動す
る。この場合、振動伝達部５３ｂ，５３ｃに共振部５４
ａ，５４ｂが片持ちばりで連結されているとすると、各
共振部５４ａ，５４ｂは、上記振動伝達部５３ｂ，５３
ｃ上において図示の向きに傾く。

【００４７】その結果、傾斜している共振部５４ａ，５
４ｂにおける変位ベクトルの向きは図示の矢印Ａで示す
方向となる。他方、振動伝達部５３ｂ，５３ｃでは、そ
の変位ベクトルは図示の矢印Ｂで示す向きとなる。従っ
て、図２０のいずれの状態においても、共振部５４ａ，
５４ｂにおける変位ベクトルと、振動伝達部の延長部分
における変位ベクトル（矢印Ｂで示す変位ベクトル）と
が、Ｙ軸方向において打ち消し合っている。よって、上
記共振部５４ａ，５４ｂの共振によって、伝播してきた
振動が打ち消されることになる。

【００４８】他方、図２１に示すように振動伝達部５３
ｂ，５３ｃの他端に共振部５４が連結されているとする
と、共振部５４は振動伝達部が参照番号５３ｂで示す状
態と参照番号５３ｃで示す状態との間で変形した場合、
図示のように傾斜する。その結果、共振部５４内におけ
る振動伝達部５３ｂ，５３ｃの延長部分における変位ベ
クトルＢと、振動伝達部の延長部分から側方に突出した
共振部内の部分における変位ベクトルＡとが、Ｙ軸方向
において打ち消し合う方向となっている。従って、伝播
してきた振動が、共振部５４の共振に伴って打ち消され
るため、共振部５４外への振動の漏洩を効果的に防止で
きていると考えられる。

【００４９】上記のように、横波が伝播してきた場合で
あってもＹ軸方向における上記変位ベクトルの釣合いに
より、伝播してきた振動を減衰させるように共振部５４
が共振すると考えられる。次に、上記共振部の作用を具
体的な実験結果につき説明する。図２２（ａ）は、上記
圧電共振ユニット５２の両側に細長いバー６５を連結し
（一方側のみを図示）、圧電共振ユニット５２を輪郭す
べり振動モードで振動させた場合の振動の変位分布を有
限要素法で測定した図である。また、この場合のＸ軸方
向に沿う各部分におけるＹ軸方向における変位量の絶対
値Ｖ_y は、図２２（ｂ）に示す通りであった。すなわ
ち、輪郭すべり振動に基づく振動（横波）は、上記バー
６５に沿って大きな変位量で伝播されていくことがわか
る。

【００５０】他方、図２３（ａ）は、上記実施例の圧電
共振子に相当する構造を有するものである。すなわち、
圧電共振ユニット５２の両側面中央部に振動伝達部６６
を介して共振部６７が連結されており（一方側面側に連
結された構造のみを図示）、共振部６７の外側に細長い
バー６８が連結されている。圧電共振ユニット５２の輪
郭すべり振動モードで励振した場合、その振動の伝播に
伴う変位分布を、有限要素法で測定したところ、図２３
（ａ）に示す通りとなった。また、この場合のＸ軸方向
に沿う各部分におけるＹ軸方向の変位量の絶対値Ｖ
_y は、図２３（ｂ）に示す通りであった。図２３（ｂ）
から明らかなように、共振部６７が設けられている部分
よりも内側の部分においてＹ軸方向の変位量は非常に大
きいが、共振部６７より外側の部分ではＹ軸方向の変位
量が非常に小さいことがわかる。従って、横波を利用し
た圧電共振子においても、本発明のように共振部を振動
伝達部を介して連結することにより、確実にその振動エ
ネルギーの閉じ込めを果たし得ることがわかる。

【００５１】拡がり振動モードを利用した圧電共振子に
ついての実施例 図２４（ａ），（ｂ）は、第３の実施例にかかる圧電共
振子を示す平面図及び圧電板を透かして下方の電極を示
した平面図である。第３の実施例は、角板の拡がり振動
モードを利用した圧電共振子である。圧電共振子８２
は、角板の拡がり振動モードを利用した圧電共振ユニッ
ト８２を有する。圧電共振ユニット８２は、角板状の圧
電セラミック板の両主面の全面に電極８２ａ，８２ｂを
形成した構造を有し、該電極８２ａ，８２ｂに挟まれた
圧電セラミック板部分が厚み方向に一様に分極処理され
ている。

【００５２】第３の実施例は、圧電共振ユニットとし
て、拡がり振動モードを利用した上記圧電共振ユニット
８２を用いたことに特徴を有し、その他の点について
は、第１の実施例の圧電共振子２１と同様に構成されて
いる。従って、図２４に示した圧電共振子８４におい
て、図９に示した第１の実施例の圧電共振子２１と相当
する部分については、相当の参照番号を付することによ
り、その説明は省略する。圧電共振子８１では、端子電
極２８ａ，２８ｂ間に交流電圧を印加することにより、
上記圧電共振ユニット８２が拡がり振動モードで共振す
る。そして、本実施例においても、圧電共振ユニット８
２の振動が、振動伝達部２３，２９を介して共振部２
４，３０に伝えられ、共振部２４，３０が屈曲振動モー
ドで共振する。よって、共振部２４，３０の共振によ
り、伝達されてきた振動が打ち消され、振動エネルギー
が共振部２４，３０までの部分に閉じ込められる。

【００５３】なお、図２４に示した圧電共振子８１で
は、圧電共振ユニットの両側に上記共振部２４，３０を
振動伝達部２３，２９を介して連結していたが、圧電共
振ユニット８２の図面上、上下方向においても、同様に
振動伝達部を介して屈曲振動モードで共振し得る共振部
を連結してもよい。以上のように、本発明の圧電共振子
では、圧電共振ユニットとして、種々の振動モードで共
振し得る圧電共振ユニットを用いることができ、かつ共
振部を振動伝達部を介して連結することにより、振動エ
ネルギーを共振部までの部分に確実に閉じ込めることが
できる。よって、従来は振動エネルギーを閉じ込めるこ
とができなかった振動モードを利用したエネルギー閉じ
込め型の圧電共振子を得ることができる。

【００５４】また、圧電共振ユニットとして、圧電セラ
ミック板を用いたものを説明したが、水晶等の圧電体か
らなるものを用いてもよい。なお、前述してきた実施例
では、上記共振部として、屈曲振動モードで共振する共
振部を図示したが、他の振動モード、例えばすべり振動
等のモードで共振する共振部を構成しても、上記実施例
と同様に振動エネルギーを共振部までの部分に閉じ込め
ることができる。

【００５５】応用例 図２５は第１の実施例の圧電共振子を具体的な部品とし
て構成した例を示す略図的斜視図である。すなわち、圧
電共振部品９１では、図９に示した圧電共振子２１がリ
ード付きの部品として構成されている。圧電共振子２１
の一方の保持部２６の上面に形成された端子電極２８ａ
にリード端子９２ａが接合されており、他方、保持部３
２の下面に形成された端子電極（図示されず）にリード
端子９２ｂが接合されている。そして、リード端子９２
ａ，９２ｂの先端側の部分を除いた残りの部分が図示の
一点鎖線で示すように外装樹脂９３で被覆されている。
なお、外装樹脂９３内には、上記圧電共振ユニット２２
及び共振部２４，３０等の振動部分の振動を妨げないた
めに、空洞が形成されている。空洞は、圧電共振子２１
の振動する部分にワックスを塗布し、しかる後熱硬化性
の外装樹脂９３を被覆し、熱処理を施すことにより形成
され得る。

【００５６】その他、本発明の圧電共振子は、ケース基
板等に実装し、封止することにより、面実装可能なチッ
プ型の部品として構成することも可能である。なお、上
述してきた圧電共振子についての第１〜第３の各実施例
は、請求項１，２に記載の発明のあくまでも一例に過ぎ
ない。すなわち、請求項１に記載のエネルギー閉じ込め
型振動装置は、圧電共振子や音叉等の積極的にその振動
状態を利用する振動源だけでなく、モーターやコンプレ
ッサー等の騒音源となる振動源にも適用することがで
き、かつ振動源の種類や振動態様に応じて共振部を構成
することにより、上記圧電共振子についての第１〜第３
の実施例と同様に、振動源で発生した振動の外部への漏
洩を防止もしくは抑制することができる。よって、振動
源の種類及び振動態様に応じて実験を繰り返すことによ
り、上記共振部を工夫すれば、上記実施例と同様にエネ
ルギー閉じ込め型振動装置を構成することができる。

【００５７】また、請求項２に記載の発明のように、上
記各振動源に対して該振動源の種類や振動態様に応じて
伝播してきた振動を打ち消すように共振部を構成するこ
とにより、請求項１に記載の発明と同様に、振動源１か
らの振動の外部への拡散や振動源の振動を抑制しないで
振動源を保持し得る振動エネルギー閉じ込め装置を構成
することができる。

【００５８】

【発明の効果】請求項１，２に記載の発明によれば、振
動源に対して該振動源からの振動を受け得るように振動
伝達部が配置されており、該振動伝達部を伝播してきた
振動を受けて共振部が共振するため、振動源から伝播し
てきた振動が該共振部により打ち消される。従って、装
置外への振動の漏洩を効果的に防止もしくは抑制するこ
とができる

【００５９】よって、請求項１，２に記載の発明を応用
すれば、モーターやコンプレッサー等の各種振動源を内
蔵した装置における周囲への騒音や振動の拡散を防止す
ることができ、あるい高架式鉄道における低周波騒音を
低減することができる。また、ドリルのように作業者に
与える振動が問題となる機器においては、作業者が手で
掴む部分と振動部分との間に上記共振部を介在させるこ
とにより、作業者における障害の発生や事故を防止する
ことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理を説明するための概略ブロック
図。

【図２】本発明の原理を確かめるために行った試験装置
を示す正面断面図。

【図３】図２に示した試験装置における変位量と時間と
の関係を示す図。

【図４】共振子を設けなかった場合の変位量と時間との
関係を示す図。

【図５】本発明の応用例の一例を示す概略構成図。

【図６】図５に示した応用例を具体化した構造を示す正
面断面図。

【図７】本発明の応用例の他の例を示す概略ブロック
図。

【図８】図７に示した応用例を具体化した構造の一例を
示す正面断面図。

【図９】（ａ），（ｂ）は、それぞれ、第１の実施例の
圧電共振子の平面図及び圧電板を透かして下方の電極形
状を示した模式的平面図。

【図１０】第１の実施例における共振部の作用について
考えられる一の機構を説明するための模式図。

【図１１】第１の実施例における共振部の作用について
の他の機構を説明するための模式図。

【図１２】長さ振動モードを利用した圧電共振ユニット
にバーを連結した構造を示す平面図。

【図１３】長さ振動モードを利用した圧電共振ユニット
に共振部を連結した構造を有する平面図。

【図１４】（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、図１２に示
した構造における変位分布を示す図及びＸ軸方向に沿う
各部分における変位量の絶対値を示す図。

【図１５】（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、図１３に示
した構造における変位分布を示す図及びＸ軸方向に沿う
各部分における変位量の絶対値を示す図。

【図１６】第１の実施例の圧電共振子の変形例を示す平
面図。

【図１７】第１の実施例の圧電共振子部品の他の変形例
を示し、複数の共振部が配置された構造を示す平面図。

【図１８】第２の実施例の圧電共振子を示す斜視図。

【図１９】第２の実施例に用いられる圧電共振ユニット
の変位状態を説明するための模式的平面図。

【図２０】第２の実施例における共振部の作用について
の一の機構を説明するための模式図。

【図２１】第２の実施例における共振部の作用について
の他の機構を説明するための模式図。

【図２２】（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、輪郭すべり
振動モードを利用した圧電共振ユニットにバーを連結し
た場合の変位分布を示す図及びＸ軸方向に沿う変位量の
絶対値を示す図。

【図２３】輪郭すべり振動モードを利用した圧電共振ユ
ニットに共振部を連結し、かつバーを連結した構造の変
位分布を示す図及びＸ軸方向に沿う各部分における各変
位量の絶対値を示す図。

【図２４】（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、第３の実施
例の圧電共振子の平面図及び圧電板を透かして見た下方
の電極形状を示す平面図。

【図２５】第１の実施例の圧電共振子をリード付き圧電
共振部品として構成した例を示す略図的斜視図。

【符号の説明】

１ａ…振動源１ｃ …共振部

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B60B 3/00 - 3/04 G10K 11/00 - 11/34

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 振動源と、 前記振動源からの振動を受け得るように配置された振動
   伝達部と、前記振動源の振動を阻害しないように、 前記振動伝達部
   から伝播してきた振動を受けて該振動の周波数とほぼ同
   じ周波数で共振することにより伝搬してきた振動を打ち
   消すように構成された共振部と、 前記共振部に連結されており、外部から保持するための
   保持部と を備えることを特徴とする、エネルギー閉じ込
   め型振動装置。
2. 【請求項２】 振動源からの振動を受け得るように配置
   された振動伝達部と、前記振動源の振動を阻害しないように、 前記振動伝達部
   から伝播してきた振動を受けて該振動の周波数とほぼ同
   じ周波数で共振することにより伝搬してきた振動を打ち
   消すように構成された共振部と、 前記共振部に連結されており、外部から保持するための
   保持部と を有することを特徴とする、振動エネルギー閉
   じ込め装置。