(57)【要約】      （修正有）【課題】転がり軸受を用いて音を発生させることができる音発生装置を提供する。【解決手段】音発生装置１は、内外輪及び複数の円筒ころを有し、振動を生じさせるためのうねりが外輪の外輪軌道に形成されている転がり軸受４を備えている。さらに、音発生装置１は、内外輪を相対回転させるモータ５と、複数の円筒ころが内外輪の軌道を転走する際に前記うねりによる振動によって生じる振動音を出力する出力部１６と、モータ５を制御することで内輪の回転速度を調整し、振動音の周波数を調整する制御部１５とを備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内外輪及び前記内外輪間に介在する複数の転動体を有し、振動を生じさせるためのうねりが前記内外輪の内少なくとも一方の軌道面に形成されている転がり軸受と、
前記内外輪を相対回転させる駆動手段と、
前記複数の転動体が前記内外輪の軌道面を転走する際に前記うねりによる振動によって生じる振動音を出力する出力部と、
前記駆動手段を制御することで前記内外輪の回転速度を調整し、前記振動音の周波数を調整する制御部と、を備えていることを特徴とする音発生装置。
【請求項２】
前記転がり軸受は複数であり、
前記制御部は、複数の前記転がり軸受それぞれにおいて、前記振動音の周波数が互いに異なるように調整する請求項１に記載の音発生装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記振動音の周波数を、前記転がり軸受の共振周波数にほぼ一致するように調整する請求項１又は２に記載の音発生装置。
【請求項４】
前記うねりは、互いに異なる周波数を有する複数の振動を生じさせる複数のうねり成分からなる請求項１〜３のいずれか一項に記載の音発生装置。
【請求項５】
操作者の入力を受け付ける入力手段をさらに備え、
前記制御部は、前記入力手段が受け付けた前記操作者の入力に応じて、前記振動音の周波数を調整する請求項１〜４のいずれか一項に記載の音発生装置。
【請求項６】
操作者の入力を受け付ける入力手段をさらに備え、
前記制御部は、前記出力部を制御することで、前記入力手段が受け付けた前記操作者の入力に応じた周波数の前記振動音を選択的に増幅する請求項２に記載の音発生装置。
【請求項７】
前記入力手段は、ピアノ鍵盤である請求項５又は６に記載の音発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、転がり軸受を利用した音発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
機械装置等に幅広く利用されている転がり軸受は、取り付けられる機械装置の静粛性を確保するために一般的に静音性が要求される。このため、転がり軸受に対して、回転時に生じる振動音をできるだけ抑制するための方策が採られることがある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２６９５８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
転がり軸受の振動音は、転動体の転動面と軌道輪の軌道面との間の接触によって発生する。転動面や軌道面には、うねりや微小な凹凸が存在しており、振動音は、軌道面の回転速度や、転動面や軌道面のうねりや凹凸の違いによって、発生する振動音の周波数が異なり、転がり軸受ごとに種々の音色や異なる音階が生じることがある。
【０００５】
上述したように、このような振動音は、一般にはできるだけ抑制することが望ましいが、本発明者は、転がり軸受ごとに種々の音色や異なる音階が生じる点に着目し、このような振動音を利用すれば、転がり軸受によって音楽を演奏することができるのではと考え、本願発明をするに至った。
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、転がり軸受を用いて音を発生させることができる音発生装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するための本発明に係る音発生装置は、内外輪及び前記内外輪間に介在する複数の転動体を有し、振動を生じさせるためのうねりが前記内外輪の内少なくとも一方の軌道面に形成されている転がり軸受と、前記内外輪を相対回転させる駆動手段と、前記複数の転動体が前記内外輪の軌道面を転走する際に前記うねりによる振動によって生じる振動音を出力する出力部と、前記駆動手段を制御することで前記内外輪の回転速度を調整し、前記振動音の周波数を調整する制御部と、を備えていることを特徴としている。
【０００８】
上記構成の音発生装置によれば、制御部は、転がり軸受から生じる振動音の周波数を調整するので、出力部から任意の周波数の振動音を出力させることができる。この結果、音階の異なる複数の振動音を発生させることができ、転がり軸受の振動音によって音楽等の旋律を表現することができる。また、楽器のように演奏することもできる。
【０００９】
上記音発生装置において、前記転がり軸受は複数であり、前記制御部は、複数の前記転がり軸受それぞれにおいて、前記振動音の周波数が互いに異なるように調整することが好ましい。
この場合、各転がり軸受によって、音色や音階を異ならせることができるので、出力する振動音を、異なる音色や音階に調整された各転がり軸受の中から選択することができ、例えば、一つの転がり軸受を用いて音階を逐次変更する場合と比較して、音色や音階の切り替えを速やかに行うことができる。
さらに、各転がり軸受によって、音色や音階を異ならせるので、各転がり軸受ごとに事前に設定すべき音階や音色に調整し、振動音を発生した状態を維持させておけば、安定して所望の振動音を得ることができる。
【００１０】
また、上記音発生装置において、前記制御部は、前記振動音の周波数を、前記転がり軸受の共振周波数にほぼ一致するように調整することが好ましい。
この場合、振動音によって、転がり軸受に共振を生じさせることができ、転がり軸受の振動を大きくすることで振動音の音量をより大きくすることができる。
【００１１】
上記音発生装置において、前記うねりは、互いに異なる周波数を有する複数の振動を生じさせる複数のうねり成分からなることが好ましく、この場合、互いに異なる周波数を有する複数の振動音が生じ、これら複数の振動音が重畳されることで、音の伸びや音色を良好なものとし、出力される振動音をより豊かにすることができる。
【００１２】
また、上記音発生装置において、操作者の入力を受け付ける入力手段をさらに備え、前記制御部は、前記入力手段が受け付けた前記操作者の入力に応じて、前記振動音の周波数を調整するものであることが好ましく、この場合、操作者が、任意の音色や音階に調整することができる。
【００１３】
また、上記音発生装置において、操作者の入力を受け付ける入力手段をさらに備え、前記制御部は、前記出力部を制御することで、前記入力手段が受け付けた前記操作者の入力に応じた周波数の前記振動音を選択的に増幅するものであってもよい。
この場合も、操作者が、任意の音色や音階に調整することができる。
【００１４】
また、前記入力手段は、ピアノ鍵盤であってもよく、この場合、操作者は、本装置によって楽器のように旋律を表現する場合に操作が容易となる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の音発生装置によれば、転がり軸受を用いて音を発生させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１実施形態に係る音発生装置のブロック図である。
【図２】転がり軸受の断面図である。
【図３】（ａ）は、外輪軌道１０ａの真円度測定結果をハーモニック解析した結果を示したグラフであり、（ｂ）は、本実施形態の転がり軸受における内輪の回転速度と、振動音周波数との関係を測定した結果の一例を示す図である。
【図４】第１実施形態の他の例に係る内輪の回転速度と、振動音周波数との関係を測定した結果の一例を示す図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る音発生装置１のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
次に、本発明の好ましい実施形態について添付図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る音発生装置のブロック図である。
図１中、本実施形態の音発生装置１は、音源となる転がり軸受部２と、当該音発生装置１の操作や出力が行われる操作出力部３とを備えている。
【００１８】
転がり軸受部２は、転がり軸受４と、転がり軸受４を駆動するモータ５とを備えている。モータ５は、平板状の架台６上に固定されている。モータ５の出力軸５ａには、転がり軸受４が外嵌されている。
転がり軸受４は、架台６上に設けられたハウジング７に固定されている。
図２は、転がり軸受４の断面図である。図に示すように、転がり軸受４は、内周に外輪軌道１０ａが形成された外輪１０と、外周に内輪軌道１１ａが形成されるとともに外輪１０の径方向内側に同心に配置された内輪１１と、外輪軌道１０ａ及び内輪軌道１１ａの間に転動自在に配置された複数の転動体としての円筒ころ１２と、円筒ころ１２を周方向に等間隔に保持する保持器１３とを備えており、円筒ころ軸受を構成している。
【００１９】
内輪１１は、出力軸５ａの端部に外嵌固定されている。一方、外輪１０は、ハウジング７の内周面７ａに内嵌固定されている。よって、モータ５の出力軸５ａを回転させれば、内輪１１がモータ５によって回転駆動され、外輪１０及び内輪１１は、互いに相対回転する。
【００２０】
本実施形態の外輪１０の外輪軌道１０ａには、周方向にほぼ等間隔に設けられた複数の山を有するうねり（ビレ）が設けられている。
上記うねりは、転がり軸受４に意図的に振動を生じさせるためのものであり、本実施形態の転がり軸受４は、外輪軌道１０ａに複数の山を有するうねりを設けたことで、外輪１０及び内輪１１が相対回転したときに、特定の周波数の振動音を発生するように構成されている。
転がり軸受４において生じる振動音は、両軌道１０ａ、１１ａと、円筒ころ１２の転動面１２ａとの接触によって発生する。よって、外輪軌道１０ａに複数山を有するうねりが設けられていると、内外輪１０、１１の相対回転によって複数の円筒ころ１２が当該うねりを周期的に通過するため、特定の周波数の振動が顕著に生じ、振動音が発生する。
【００２１】
図３（ａ）は、外輪軌道１０ａの真円度測定結果をハーモニック解析した結果を示したグラフである。
図中、大きく現れている顕著なピークは１０９山のうねり成分であり、本実施形態の外輪軌道１０ａには、１０９山を有するうねり成分を含むうねりが設けられていることが判る。
【００２２】
ここで、上記のようにうねりを有する軌道を備えた転がり軸受を回転させたときに発生する振動音の周波数は、下記式によって表される。
振動音周波数  ＝  うねりの山数  ×  転動体通過振動数ｆｃ
【００２３】
なお、うねりの山数とは、そのうねり（うねり成分）が有する、周方向にほぼ等間隔に存在する複数の山の数をいう。
また、転動体通過振動数ｆｃは、下記式によって求めることができる。
【００２４】
【数１】
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【００２５】
ただし、上記式中、各値は、以下の通りである。
ｆｒ：内輪の回転速度（Ｈｚ）
ｆｄ：外輪の回転速度（Ｈｚ）
ＤＷ：転動体平均径（ｍ）
ｄｍ：転動体ＰＣＤ（ｍ）
α  ：接触角（ｄｅｇ）
【００２６】
上記式より、振動音周波数は、うねりの山数の他、内外輪の回転速度や、転動体の平均径等、転がり軸受の仕様に応じて調整が可能であることが判る。
【００２７】
図３（ｂ）は、本実施形態の転がり軸受４における内輪の回転速度と、振動音周波数との関係を測定した結果の一例を示す図である。図中、横軸は振動音周波数、縦軸は回転速度、各線図ごとのピーク高さは音強（ｄＢ）を示している。
【００２８】
図中、音強が大きく現れているピーク部分は、１０９山のうねり成分によって生じる振動音周波数である。このピーク部分の周波数は、回転速度の増加に対して線形的に増加しており、転がり軸受４の内輪１１の回転速度の変化に応じて、振動音周波数も変化することが判る。
なお、本実施形態では、内輪１１の回転速度が１８００ｒ／ｍｉｎで、約４０００Ｈｚの振動音周波数が得られた。
【００２９】
外輪軌道１０ａに設けられた複数山のうねりは、当該外輪軌道１０ａの研磨に用いる砥石の砥面に周期的なうねりを形成し、砥面に周期的なうねりが形成された砥石を用いて外輪軌道１０ａを研磨することで形成することができる。
砥石の砥面に形成する周期的なうねりは、当該砥石をドレッシングする際に形成することができる。例えば、回転式のドレッサーを用いて砥石をドレッシングする場合、砥石の回転速度と、ドレッサーの回転速度との比率を適宜調整することで、砥面とドレッサーとの当たりを調整し、当該砥面に周期的なうねりを形成する。このように砥面に形成されるうねりの山数についても、砥石の回転速度と、ドレッサーの回転速度との比率を適宜調整することで任意の山数に調整することができる。
【００３０】
また、外輪軌道１０ａのうねりの山数は、砥石の砥面に形成されるうねりの山数や、外輪軌道１０ａを研磨する際の外輪１０及び砥石の回転速度等を適宜調整することで、任意の山数に調整することができる。なお、外輪軌道１０ａにおけるうねりの山数が相対的に多ければ、軌道の回転速度を比較的低く設定したとしても、より高い振動音周波数が得られる。
【００３１】
また、うねりの山の高さは、振動音の大きさに影響を及ぼす。例えば、山の高さが比較的高ければ、より大きな振動音となり、山の高さが比較的低ければ、より小さな振動音となる。
うねりの山の高さは、外輪軌道１０ａの研磨に用いる砥石の粒度を適宜調整することで必要な値に調整することができる。
【００３２】
以上のようにして外輪軌道１０ａに複数山のうねりが設けられた外輪１０を有する転がり軸受４は、モータ５によって内輪１１が回転駆動され、特定の周波数の振動音を発生する。
【００３３】
外輪１０の端面には、転がり軸受４の振動音を検出するためのセンサ１４が固定されている。このセンサ１４は、操作出力部３に接続されており、検出した転がり軸受４が発生する振動音を検出信号として操作出力部３に出力する。センサ１４は、振動音を音として検出するマイクロフォンで構成されていてもよいし、振動音を振動として検出する振動センサで構成されていてもよい。
【００３４】
図１に戻って、操作出力部３は、モータ５を制御するための制御部１５と、センサ１４から出力される検出信号が与えられる出力部１６と、センサ１４が検出した振動音を音として外部に向けて出力するスピーカ１７とを備えている。
【００３５】
出力部１６は、センサ１４から与えられる検出信号に含まれるノイズ等を除去するフィルタや、ノイズ等を除去した後の検出信号を増幅する増幅回路等を備えている。出力部１６は、増幅した検出信号をスピーカ１７に与え、スピーカ１７を介して、検出信号を転がり軸受４の振動音として出力する。
出力部１６は、必要に応じて音量を調整する場合、増幅回路の増幅率を変更することで適宜音量を変更することができる。
【００３６】
制御部１５は、例えば、マイクロプロセッサや、記憶装置等を備えたマイコンにより構成されている。制御部１５の機能は、マイコンが備える記憶装置（図示せず）に格納されたコンピュータプログラムによって実現される。
【００３７】
制御部１５は、モータ５を制御することで、出力軸５ａに外嵌固定された内輪１１の回転速度を調整することができる。
制御部１５には、当該音発生装置１の操作者による入力を受け付けるための入力手段としてのピアノ鍵盤２０が接続されている。
制御部１５は、操作者によるピアノ鍵盤２０の入力に応じて、内輪１１の回転速度を逐次調整し変更するように制御する。
【００３８】
上述したように、本実施形態の転がり軸受４は、内輪１１の回転速度の変化に応じて、発生する振動音周波数が変化する。よって、ピアノ鍵盤２０が有する複数の鍵２０ａそれぞれの音階に対応する周波数の振動音を発生しうる内輪１１の回転速度を予め特定しておくことができる。
【００３９】
予め特定された、各鍵２０ａと、各鍵２０ａそれぞれの音階を表現するための内輪１１の回転速度とは、制御部１５の記憶装置に格納されているＬＵＴ（Look Up Table）等に登録される。制御部１５は、操作者が鍵２０ａを打鍵すると、前記ＬＵＴを参照し、その打鍵した鍵２０ａに対応する内輪１１の回転速度を特定し、内輪１１の回転速度が特定した回転速度に調整されるようにモータ５を制御する。
【００４０】
上記構成の音発生装置１によれば、制御部１５は、操作者の入力に応じて、転がり軸受４が発生する振動音の周波数を音階に対応付けられた周波数に調整するので、出力部１６に接続されたスピーカ１７から音階を表現した任意の周波数の振動音を出力させることができる。この結果、音階の異なる複数の振動音を発生させることができ、転がり軸受４の振動音によって音楽等の旋律を表現することができる。また、楽器のように演奏することもできる。
【００４１】
上記実施形態では、顕著に見られるうねり成分として１０９山のうねり成分のみを含んだうねりが外輪軌道１０ａに形成されている場合を示したが、例えば、図４に示すように、より多数のうねり成分を含んだうねりを形成してもよい。
なお、この場合のうねりとは、互いに異なる山数からなるうねり成分を多数含んだものをいう。
図４では、１０９山のうねり成分の他、より山数の少ない他のうねり成分を２つ含んでいる。これら３つのうねり成分は、互いにうねりの山数が異なるため、互いに異なる周波数の振動を生じさせる。
【００４２】
一般に、複数の周波数の音が混じると、人間の耳には音が豊かに聞こえ、好ましく感じる傾向がある。
この点、本実施形態では、上述のように、互いに異なる周波数を有する複数の振動音が生じ、これら複数の振動音が重畳されるので、音の伸びや音色を良好なものとし、出力される振動音をより豊かに感じさせることができる。
【００４３】
図５は、本発明の第２実施形態に係る音発生装置１のブロック図である。本実施形態と上記第１実施形態との相違点は、複数の転がり軸受４及びこれを駆動するモータ５を備えている点、及び、各転がり軸受４に設けられている複数のセンサ１４が制御部１５に向けて検出信号を出力する点、及び制御部１５が検出信号の処理を行う点である。その他の点については、上記実施形態と同様である。
【００４４】
本実施形態の音発生装置１は、ピアノ鍵盤２０が有する複数の鍵２０ａと同じ個数の転がり軸受４及びモータ５を備えている。各転がり軸受４及びモータ５は、複数の鍵２０ａそれぞれに対応付けられている。
【００４５】
本実施形態では、ピアノ鍵盤２０が有する複数の鍵２０ａそれぞれの音階に対応する周波数の振動音を発生しうる内輪１１の回転速度を予め特定しておき、制御部１５は、各転がり軸受４の回転速度が、それぞれに対応付けられている鍵２０ａの音階の振動音を発生しうる回転速度となるように各モータ５を制御する。
【００４６】
また、制御部１５は、当該音発生装置１を動作させている間は、その回転速度で内輪１１を回転させ、各転がり軸受４に、振動音を発生した状態を維持させる。
よって、各転がり軸受４は、互いに音階の異なる振動音を発生しており、各転がり軸受４それぞれに設けられている各センサ１４は、音発生装置１を動作させている間は、制御部１５に対して検出信号を出力し続ける。
【００４７】
制御部１５は、操作者が鍵２０ａを打鍵すると、その鍵２０ａに対応付けられた転がり軸受４を特定し、特定した転がり軸受４のセンサ１４が出力している検出信号のみを選択して出力部１６に与える。
検出信号が与えられた出力部１６は、この検出信号を、打鍵された鍵２０ａに対応付けられた転がり軸受４の振動音としてスピーカ１７を介して出力する。
また、制御部１５は、各センサ１４からの検出信号を出力部１６に与え、打鍵された鍵２０ａに対応付けられた転がり軸受４が出力している検出信号のみを選択的に増幅し、他の検出信号を増幅しないように出力部１６を制御してもよい。
この場合も出力部１６は、検出信号を、打鍵された鍵２０ａに対応付けられた転がり軸受４の振動音としてスピーカ１７を介して出力する。
【００４８】
本実施形態の音発生装置１によれば、複数の転がり軸受４それぞれで、振動音の周波数が互いに異なるように調整したので、各転がり軸受４の中から音階に応じた転がり軸受４を選択することができ、音階の切り替えを速やかに行うことができる。
さらに、各転がり軸受４ごとに事前に設定すべき音階に調整することができるとともに、振動音を発生した状態を維持させておくことができるので、安定して所望の振動音を得ることができる。
【００４９】
また、本実施形態において、例えば、サイズ等の仕様が異なることで音色が異なる転がり軸受４を、ピアノ鍵盤２０が有する複数の鍵２０ａそれぞれに対応してさらに設けることもできる。この場合、異なる音色の転がり軸受４の中から、いずれか一方の音色を任意に切り替えることができるし、異なる音色の転がり軸受４の振動音を同時に出力することもできる。
【００５０】
また、本実施形態では、複数の転がり軸受４を備えているので、例えば、外輪軌道１０ａに設けられているうねりの山数を各転がり軸受４ごとで異なるように調整し、内輪１１の回転速度以外の他のパラメータによって、各転がり軸受４の振動音周波数を調整してもよい。
【００５１】
さらに、転がり軸受４の振動音周波数を、転がり軸受４の共振周波数にほぼ一致するように調整してもよい。この場合、振動音によって、転がり軸受４に共振を生じさせることができ、転がり軸受４の振動を大きくすることで振動音の音量をより大きくすることができる。
【００５２】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記各実施形態では、操作者の入力を受け付けるための入力手段としてピアノ鍵盤２０を用いた場合を例示したが、操作者の入力を受け付け可能なデバイスであればよく、コンピュータ用キーボードや、リモコン端末等を用いることができる。ただし、上記各実施形態のように、ピアノ鍵盤２０を用いれば、楽器のように旋律を表現する際に操作が容易となる。
また、例えば、予め楽曲等を表現するためのシーケンスプログラムを制御部１５に格納しておき、それを実行することで演奏可能に構成することもできる。この場合、操作者が入力することなしに演奏することができる。
【００５３】
また、上記各実施形態では、転がり軸受４として円筒ころ軸受を用いた場合を例示したが、例えば、玉軸受や、円すいころ軸受等他の転がり軸受を用いることもできる。ただし、円筒ころを用いた場合、他の転がり軸受と比較して、回転がより安定し、安定した振動音を得ることができる。
【００５４】
また、上記各実施形態では、外輪１０の外輪軌道１０ａに複数山のうねりを設けた場合を示したが、内輪１１の内輪軌道１１ａにのみうねりを設けてもよいし、両軌道１０ａ、１１ａにうねりをもうけてもよい。
さらに、上記各実施形態では、外輪１０をハウジング７に固定し、内輪１１をモータ５によって回転駆動した場合を示したが、内輪１１を固定し外輪１０を回転駆動するように構成してもよい。この場合、内輪１１を回転しないように固定された軸に外嵌し、外輪１０の外周面に対して回転体を押圧することで内外輪を相対回転させることができる。
【００５５】
また、上記各実施形態において用いられるモータ５としては、一般的なモータ（ＡＣモータや、ＤＣブラシレスモータ等）の他、ステッピングモータを用いることもできる。
特にステッピングモータを用いた場合、出力軸５ａの回転数の制御や、回転停止を迅速に行うことができる。このため、転がり軸受４が発生する振動音の音階の変更や、振動音の発生、停止の制御が容易となる。
【符号の説明】
【００５６】
１  音発生装置            ４  転がり軸受        ５  モータ（駆動手段）
１０  外輪            １０ａ  外輪軌道        １１  内輪
１１ａ  内輪軌道        １２  円筒ころ        １５  制御部
１６  出力部            ２０  ピアノ鍵盤（入力手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
2014206623.tif 000006
【図４】
2014206623.tif 000007
【図５】
2014206623.tif 000008