JP5418379B2 - 防振装置 - Google Patents

Description

本発明は、防振装置に関するものである。

従来から、移動体に搭載されるエンジンや精密機器等は、防振装置等を介して固定部に固定されることで、振動の抑制が図られている。
このような防振装置としては、例えば、複数の防振ゴムによって防振対象物を支持するものや、防振対象物の振動を早く減衰させるための可変減衰装置が用いられている。

特開２００５−１２７４４３号公報

しかしながら、防振ゴムの剛性は、一般的に、受ける荷重に応じて変化する荷重依存性を有している。また、移動体が移動すると防振対象物であるエンジンや精密機器に対して加速度がかかり、この加速度は、移動体の移動方向や移動体の加速度の大きさに応じて様々に変化する。
そして、防振ゴムには加速度に応じて静的あるいは準静的な荷重が作用することとなり、加速度の大きさや方向が様々に変化するため、防振ゴムの剛性も防振対象物にかかる加速度に応じて様々に変化してしまう。

防振対象物の共振振動数は、防振ゴムの剛性に依存する。このため、上述のように防振ゴム剛性が様々に変化してしまう環境では、防振対象物の共振振動数も変化してしまう。
この結果、防振対象物の共振振動数が想定外に変化してしまい、十分な防振効果が得らない、防振対象物の変位量が大きくなってしまうなどといった弊害が生じる場合がある。

このため、防振対象物にかかる加速度に応じて防振対象物の共振振動数を調節可能な技術が望まれている。
なお、特許文献１に示す可変減衰装置は、防振対象物の振動を減衰させることはできるが、自らの剛性を変化させることはできない。このため、可変減衰装置では、防振対象物の共振振動数を変化させることはできない。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、防振対象物の振動を抑制する防振装置において、防振対象物の共振振動数を調節可能とすることを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するための手段として、以下の構成を採用する。

第１の発明は、防振対象物の振動を抑制する防振装置であって、磁性エラストマからなる剛性変化部、供給される電力の大きさに応じて伸縮する圧電変換部及び該圧電変換部から受ける歪みの大きさに応じた強さの磁界を形成する超磁歪部を有すると共に上記防振対象物を支持する防振部材と、上記防振対象物にかかる加速度に応じて上記圧電変換部に供給する電力を制御することで上記防振対象物の共振振動数を調節する供給電力制御部とを備えるという構成を採用する。

第２の発明は、上記第１の発明において、上記供給電力制御部が、上記防振対象物の共振周波数が該防振対象物に入力される振動の振動数から外れるように上記防振対象物の共振振動数を調節するという構成を採用する。

第３の発明は、上記第１または第２の発明において、上記防振対象物の姿勢を検出するセンサを備え、上記供給電力制御部が、上記センサからの入力信号に基づいて上記防振対象物にかかる加速度を判定するという構成を採用する。

第４の発明は、上記第１または第２の発明において、上記供給電力制御部が、上記防振対象物に外部から入力される指令信号に基づいて上記防振対象物にかかる加速度を判定するという構成を採用する。

第５の発明は、上記第１または第２の発明において、上記供給電力制御部が、経過時間に基づいて上記防振対象物にかかる上記加速度を判定するという構成を採用する。

本発明によれば、防振対象物を支持する防振部材が、磁性エラストマからなる剛性変化部と、供給される電力の大きさに応じて伸縮する圧電変換部と、圧電変換部から受ける歪みの大きさに応じた強さの磁界を形成する超磁歪部とを有している。
このため、圧電変換部に供給される電力に応じて圧電変換部が伸縮し、これによって超磁歪部が圧電変換部から受ける歪みの大きさが変化する。そして、超磁歪部が受ける歪みが変化することによって当該超磁歪部によって形成される磁界の強さが変化する。この結果、磁性エラストマからなる剛性変化部の剛性が変化する。
つまり、本発明によれば、圧電変換部に供給する電力に応じて剛性変化部の剛性が変化して防振部材自体の剛性が変化する。そして、防振部材の剛性が変化することによって防振対象物の共振振動数を変化させることができる。

そして、本発明によれば、供給電力制御部によって、防振対象物にかかる加速度に応じて圧電変換部に供給される電力が制御され、これによって防振対象物の共振振動数が調節される。
つまり、本発明によれば、防振対象物にかかる加速度に応じて、防振対象物の共振振動数を調節することができる。このため、防振対象物を適切に防振することができ、防振対象物が予想外に大きく変位することを防止することができる。

本発明の第１実施形態における防振装置の概略構成を示す斜視図である。 本発明の第１実施形態における防振装置の機能構成を示すブロック図である。 本発明の第１実施形態における防振装置が備える防振部材を含む模式図である。 本発明の第１実施形態における防振装置の動作を説明するためのフローチャートである。 本発明の第２実施形態における防振装置の機能構成を示すブロック図である。 本発明の第２実施形態における防振装置が車両に搭載されるエンジンの防振を行う際のフローチャートである。 本発明の第２実施形態における防振装置がロケットに搭載される精密機器の防振を行う際のフローチャートである。

以下、図面を参照して、本発明に係る防振装置の一実施形態について説明する。なお、以下の図面において、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。

（第１実施形態）
図１は、本実施形態の防振装置Ｓ１の概略構成を示す斜視図である。また、図２は、本実施形態の防振装置Ｓ１の機能構成を示すブロック図である。
これらの図に示すように、本実施形態の防振装置Ｓ１は、防振部材１と、センサ２（加速度センサ）と、供給電力制御部３とを備えている。

図３は、防振部材１を含む拡大模式図である。この図に示すように、防振部材１は、磁性エラストマから剛性変化層４（剛性変化部）と、超磁歪素子からなる超磁歪層５（超磁歪部）と、ピエゾ素子等からなる圧電変換層６（圧電変換部）とを備えている。そして、防振部材１は、防振対象物Ａに対して複数固定されており、防振対象物Ａを支持している。

剛性変化層４は、晒される磁界の強さに応じて剛性が変化する層であり、磁性粉が練り込まれたエラストマ材料である磁性エラストマから形成されている。
より詳細には、剛性変化層４は、晒される磁界の強さが強くなるほど剛性が高くなり、晒される磁界の強さが弱くなるほど剛性が低くなる。

そして、図３に示すように、本実施形態において剛性変化層４は、超磁歪層５及び圧電変換層６を挟み込むようにして超磁歪層５及び圧電変換層６の両側に配置されている。そして、各剛性変化層４は、接着剤を介して超磁歪層５に対して密接されている。

なお、超磁歪層５を挟み込んで配置される２つの剛性変化層４のうち、片側の剛性変化層４が防振対象物Ａ（図１参照）に対して固定され、もう片側の剛性変化層４が防振対象物Ａの固定される固定部Ｗに対して固定される。

超磁歪層５は、荷重が作用して歪んだ（変形した）際に、歪み量に応じた強さの磁界を発生する層であり、超磁歪材料から形成されている。
より詳細には、超磁歪層５は、受ける荷重が大きくなって歪み量が大きくなるほど強い磁界を発生し、受ける荷重が小さくなって歪み量が小さくなるほど弱い磁界を発生する。つまり、超磁歪層５は、受ける荷重の大きさの変化方向と同じ方向に発生する磁界の強さを変化するものである。

そして、図３に示すように、本実施形態において超磁歪層５は、圧電変換層６を挟み込むようにして圧電変換層６の両側に配置されている。そして、各超磁歪層５は、接着剤を介して剛性変化層４と圧電変換層６とに対して密接されている。

なお、圧電変換層６を挟み込んで配置される２つの超磁歪層５のうち、片側の超磁歪層５が防振対象物Ａ側（図１参照）に配置され、もう片側の超磁歪層５が防振対象物Ａの固定される固定部Ｗに対して固定される。

圧電変換層６は、供給電力制御部３と電気的に接続されており、供給電力制御部３から電力が供給されることによって伸縮する。この圧電変換層６の伸縮による変化量は、供給電力制御部３から供給される電力の大きさと伴って変化する。
より詳細には、圧電変換層６は、供給される電力（電圧）が大きくなるほど、大きく変化する。

このような防振部材１によれば、磁性エラストマからなる剛性変化層４と、供給される電力の大きさに応じて伸縮する圧電変換層６と、圧電変換層６から受ける歪みの大きさに応じた強さの磁界を形成する超磁歪層５とを有している。
このため、圧電変換層６に供給される電力に応じて圧電変換層６が伸縮し、これによって超磁歪層５が圧電変換層６から受ける歪みの大きさが変化する。そして、超磁歪層５が受ける歪みが変化することによって当該超磁歪層５によって形成される磁界の強さが変化する。この結果、磁性エラストマからなる剛性変化層４の剛性が変化する。
つまり、以上のような防振部材１によれば、圧電変換層６に供給する電力に応じて剛性変化層４の剛性が変化して防振部材１自体の剛性が変化する。そして、防振部材１の剛性が変化することによって防振対象物Ａの共振振動数を変化させることができる。

図１に戻り、センサ２は、防振対象物Ａに対して固定されており、防振対象物Ａの姿勢を検出するものである。
なお、図２に示すように、センサ２は、供給電力制御部３に対して電気的に接続されており、検出結果として検出信号を出力する。このため、供給電力制御部３には、センサ２の検出信号が入力される。

供給電力制御部３は、防振対象物Ａにかかる加速度に応じて圧電変換層６に供給する電力を制御することで、防振対象物Ａの共振振動数を調節するものである。
この供給電力制御部３は、予め、圧電変換層６に印加する電圧値を切り替える閾値である剛性切替値を記憶する記憶部３ａを有している。そして、供給電力制御部３は、センサ２から入力される検出信号（入力信号）が示す値から加速度を算出し、この値が記憶部３ａに記憶する剛性切替値を超えているかいないかを判定し、この判定結果に基づいて圧電変換層６に印加する電圧値を切り替える。
なお、本実施形態において供給電力制御部３は、加速度が剛性切替値を超えている場合には、防振部材１の剛性が高まるように電圧値を設定し、加速度が剛性切替値を超えていない場合には、防振部材１の剛性が低くなるように電圧値を設定する。

このような構成を有する本実施形態の防振装置Ｓ１においては、図４のフローチャートに示すように、まず供給電力制御部３が、センサ２からの入力信号である検出信号に基づいて防振対象物にかかる加速度を算出し、この加速度が剛性切替値を超えているかを判定する（ステップＳ１１）。
そして、供給電力制御部３は、算出した加速度が剛性切替値を超えている場合には、防振部材１の剛性が高まるように圧電変換層６に印加する電圧値を設定することによって、防振部材１の剛性が高く防振対象物Ａの共振振動数が高くなるハードモード（ステップＳ１２）に設定する。
一方、供給電力制御部３は、算出した加速度が剛性切替値を超えていない場合には、防振部材１の剛性が低くなるように圧電変換層６に印加する電圧値を設定することによって、防振部材１の剛性が低く防振対象物Ａの共振振動数が低くなるソフトモード（ステップＳ１３）に設定する。

そして、本実施形態の防振装置Ｓ１によれば、供給電力制御部３によって、防振対象物Ａにかかる加速度に応じて圧電変換層６に供給される電力が制御され、これによって防振対象物Ａの共振振動数が調節される。
つまり、本実施形態の防振装置Ｓ１によれば、防振対象物Ａにかかる加速度に応じて、防振対象物Ａの共振振動数を調節することができる。このため、防振対象物Ａを適切に防振することができ、防振対象物Ａが予想外に大きく変位することを防止することができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。なお、本第２実施形態の説明において、上記第１実施形態と同様の部分については、その説明を省略あるいは簡略化する。

本実施形態の防振装置Ｓ２は、車両のエンジンを上記第１実施形態における防振対象物Ａとして防振するためのものである。なお、車両に搭載されるエンジンにかかる加速度は、ほぼエンジンの回転数に依存して決まる。このため、図５に示すように、本実施形態の防振装置Ｓ２においては、上記第１実施形態の防振装置Ｓ１が備えるセンサ２を備えておらず、供給電力制御部３がエンジンを制御する外部装置Ｂからエンジンに供給される回転数の指令信号が入力され、この指令信号に基づいて実質的に加速度を判定する構成を採用している。

そして、図６に示すように、本実施形態の防振装置Ｓ２においては、センサ２からの入力信号を外部装置Ｂからエンジンに供給される指令信号に置き換えて同様の処理を行う。
つまり、本実施形態の防振装置Ｓ２において供給電力制御部３は、入力される指令信号が示す回転数が剛性切替値を超えているかを判定する（ステップＳ２１）。

なお、従来の防振装置では、エンジンの共振振動数がエンジンの回転数に正比例して変化するため、エンジンの回転数が上昇し、その共振振動数が共振周波数と一致した場合におけるエンジンの大きな振動自体を避けることはできなかった。
これに対して、本実施形態の防振装置Ｓ２では、防振部材１の剛性を変化させることによってエンジンの共振振動数を変化させることができるため、エンジンの共振振動数を共振周波数を避けるように調節することによって、エンジンの共振振動数が共振周波数と一致することに起因するエンジンの大きな振動自体を避けることができる。
具体的には、剛性切替値をエンジンの共振振動数が共振周波数に到達するよりも低い値に設定し、回転数が剛性切替値を超えない場合にハードモード（ステップＳ２２）に設定し、超えた場合に共振周波数が剛性切替値の回転数を下回るソフトモード（ステップＳ１３）に設定することでエンジンの大きな振動自体を避けることができる。

なお、本実施形態においては、防振装置Ｓ２が防振対象物Ａとして車両に搭載されるエンジンを防振する構成について説明したが、防振装置Ｓ２によってロケットに搭載される精密機器を防振することもできる。
ロケットにおいては、その進行工程が予め綿密に計画されているため、精密機器にかかる加速度も予め予測することができる。このため、供給電力制御部３は、経過時間に基づいて精密機器にかかる加速度を実質的に判定することができる。

そして、図７に示すように、ロケットに搭載される精密機器を防振する場合には、防振装置Ｓ２は、センサ２からの入力信号を経過時間に置き換えて同様の処理を行う。
つまり、防振装置Ｓ２において供給電力制御部３は、経過時間が剛性切替値を過ぎているかを判定する（ステップＳ３１）。

なお、ロケットにおいては、上昇開始直後は加速度が小さく、外部から伝達される振動が大きい。また、上昇してしばらく経つと加速度が大きく外部から伝達される振動が小さくなる。
このため、経過時間が剛性切替値を超えていない場合には外部からの振動が入り難くソフトモード（ステップＳ３２）に設定し、経過時間が剛性切替値を超えていない場合に精密機器が変位し難いハードモード（ステップＳ３３）に以降することが好ましい。

なお、周知のようにロケットにおいては、空気放熱が期待できないことから装置の発熱を嫌う。これに対して、本実施形態の防振装置Ｓ２は、超磁歪層５と圧電変換層６とによって磁界を作り出すため、コイルを用いて磁界を作り出す場合と比較して、発熱量を大幅に低減することができる。したがって、本実施形態の防振装置Ｓ２は、ロケットに搭載される精密機器の防振に最適なものである。

以上、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

例えば、上記実施形態においては、本発明における剛性変化部、超磁歪部及び圧電変換部が層構造である構成について説明した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、剛性変化部、超磁歪部及び圧電変換部の形状やそれぞれの要素の配置は、製造の容易性や配置の容易性を考慮して任意に設定することが可能である。

また、上記実施形態においては、剛性変化層４と超磁歪層５と圧電変換層６とが防振対象物Ａから固定部Ｗに向けて配列された構成について説明した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、剛性変化層４と超磁歪層５と圧電変換層６とが防振対象物Ａから固定部Ｗに向かう方向と直交する方向に配列された構成を採用することも可能である。

また、上記実施形態において、剛性切替部をさらに細かく設定し、圧電変換層６に印加する電圧値をさらに細かく調節するようにしても良い。これによって、防振対象物の共振振動数をさらに細かく調節することが可能となる。

Ｓ１，Ｓ２……防振装置、１……防振部材、２……センサ、３……供給電力制御部、４……剛性変化層（剛性変化部）、５……超磁歪層（超磁歪部）、６……圧電変換層（圧電変換部）、Ａ……防振対象物

Claims (5)

1. 防振対象物の振動を抑制する防振装置であって、
   磁性エラストマからなる剛性変化部、供給される電力の大きさに応じて伸縮する圧電変換部及び該圧電変換部から受ける歪みの大きさに応じた強さの磁界を形成する超磁歪部を有すると共に前記防振対象物を支持する防振部材と、
   前記防振対象物にかかる加速度に応じて前記圧電変換部に供給する電力を制御することで前記防振対象物の共振振動数を調節する供給電力制御部と
   を備えることを特徴とする防振装置。
2. 前記供給電力制御部は、前記防振対象物の共振周波数が該防振対象物に入力される振動の振動数から外れるように前記防振対象物の共振振動数を調節することを特徴とする請求項１記載の防振装置。
3. 前記防振対象物の姿勢を検出するセンサを備え、前記供給電力制御部は、前記センサからの入力信号に基づいて前記防振対象物にかかる加速度を判定することを特徴とする請求項１または２記載の防振装置。
4. 前記供給電力制御部は、前記防振対象物に外部から入力される指令信号に基づいて前記防振対象物にかかる加速度を判定することを特徴とする請求項１または２記載の防振装置。
5. 前記供給電力制御部は、経過時間に基づいて前記防振対象物にかかる前記加速度を判定することを特徴とする請求項１または２記載の防振装置。

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