(57)【要約】【課題】振動入力部材３０に防振対象物４０が載置されている場合に、振動入力部材３０から低い周波数の振動が入力される場合に、当該振動が防振対象物４０へ伝達されることを確実に抑制できる振動抑制装置を提供することである。【解決手段】振動抑制装置は、圧電アクチュエータ１０とシャント回路２０とを備える。圧電アクチュエータ１０は、防振対象物４０に取り付けられる第１面と第１面の反対面側であり振動入力部材３０に取り付けられる第２面とを有するゴム部材１２と、ゴム部材１２の内部でありゴム部材１２の第１面に略平行に配置され弾性曲げ変形可能な弾性板１３と、弾性板１３に重ね合わせて固着され弾性板１３の扁平方向に変形可能な圧電素子１４とを有する。シャント回路２０は、両端側を圧電素子１４の両極にそれぞれ電気的に接続する。【選択図】図１
2006275137.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動入力部材に載置される防振対象物への振動の伝達を抑制する振動抑制装置であって、
前記防振対象物に取り付けられる第１面と該第１面の反対面側であり前記振動入力部材に取り付けられる第２面とを有するゴム部材と、扁平板状からなり前記ゴム部材の内部であり前記ゴム部材の前記第１面に略平行に配置され弾性曲げ変形可能な弾性板と、前記弾性板に重ね合わせて固着され前記弾性板の扁平方向に伸縮変形可能な圧電素子と、を有する圧電アクチュエータと、
両端側を前記圧電素子の両極にそれぞれ電気的に接続したシャント回路と、
を備えることを特徴とする振動抑制装置。
【請求項２】
固定基台に載置される構造物の振動を抑制する振動抑制装置であって、
前記構造物に取り付けられる第１面と該第１面の反対面側であり前記固定基台に取り付けられる第２面とを有するゴム部材と、扁平板状からなり前記ゴム部材の内部であり前記ゴム部材の前記第１面に略平行に配置され弾性曲げ変形可能な弾性板と、前記弾性板に重ね合わせて固着され前記弾性板の扁平方向に伸縮変形可能な圧電素子と、を有する圧電アクチュエータと、
両端側を前記圧電素子の両極にそれぞれ電気的に接続したシャント回路と、
を備えることを特徴とする振動抑制装置。
【請求項３】
前記シャント回路は、少なくとも、インダクタと、該インダクタに直列接続された抵抗とを有する請求項１又は２に記載の振動抑制装置。
【請求項４】
前記ゴム部材は、積層状に複数に分割された分割ゴムモジュールからなり、
前記弾性板は、それぞれの前記分割ゴムモジュールの内部に配置され、
前記圧電素子は、それぞれの前記弾性板に重ね合わせて固着された請求項１〜３の何れかに記載の振動抑制装置。
【請求項５】
前記弾性板は、複数からなり、前記ゴム部材の内部に離隔して略平行に対向配置され、
前記圧電素子は、それぞれの前記弾性板に重ね合わせて固着された請求項１〜３の何れかに記載の振動抑制装置。
【請求項６】
前記弾性板は、複数からなり、少なくとも１つの前記分割ゴムモジュールの内部に隔離して略平行に対向配置され、
前記圧電素子は、それぞれの前記弾性板に重ね合わせて固着された請求項４記載の振動抑制装置。
【請求項７】
前記圧電素子は、前記弾性板の一方側面に重ね合わせて固着された第１圧電素子と、前記弾性板の他方側面に重ね合わせて固着された第２圧電素子とを有し、
前記シャント回路は、両端側を前記第１圧電素子及び前記第２圧電素子の両極にそれぞれ電気的に接続する請求項１〜６の何れかに記載の振動抑制装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動入力部材に防振対象物が載置されている場合に、振動入力部材から入力される振動により防振対象物が振動することを抑制できる振動抑制装置に関するものである。また、本発明は、固定基台に載置される構造物の振動を抑制する振動抑制装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、振動抑制装置としては、例えば、特開２００２−７０９３３号公報に構造物の振動抑制装置が開示されている。この構造物の振動抑制装置は、構造物と固定基台との間に圧電素子を挿入させて、圧電素子にシャント回路を接続させている。これにより、構造物が振動する場合であっても、圧電素子とシャント回路との圧電効果により、構造物の振動を抑制できることが記載されている。
【特許文献１】特開２００２−７０９３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、圧電素子の圧電効果により発生することができる振幅は非常に小さい。従って、構造物の大きな振動に対しては、十分に構造物の振動を抑制できない。
【０００４】
ところで、振動入力部材に防振対象物が載置されている場合には、振動入力部材から入力される振動により防振対象物が振動することを抑制する必要がある。このような場合には、振動入力部材から入力される振動が防振対象物へ伝達されることを抑制するようにしなければならない。そこで、振動入力部材と防振対象物との間に、上記と同様に圧電素子を挿入して、圧電素子にシャント回路を接続することが考えられる。
【０００５】
この場合、圧電素子そのものにより振動の伝達を抑制できる周波数帯は、圧電素子と防振対象物とからなるバネ構造の共振周波数よりも所定値以上高い周波数帯である。そして、圧電素子にシャント回路を接続することにより、圧電素子とシャント回路とからなる共振回路の共振周波数付近の周波数帯については、圧電効果により振動の伝達を抑制できる。例えば、共振回路の共振周波数を圧電素子と防振対象物とからなるバネ構造の共振周波数付近に一致させた場合には、バネ構造の共振周波数付近以上の周波数帯についての振動の伝達を抑制できるようになる。しかし、上記のバネ構造の共振周波数付近以下の周波数帯についての振動の伝達を抑制できない。ここで、圧電素子のバネ定数が比較的大きいため、その圧電素子と防振対象物とからなるバネ構造の共振周波数は比較的高くなる。従って、上記構成を採用した場合であっても、振動入力部材から低い周波数の振動が入力される場合には振動の伝達を抑制できない。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みて為されたものであり、本発明の第１の目的は、振動入力部材に防振対象物が載置されている場合に、振動入力部材から低い周波数の振動が入力される場合に、当該振動が防振対象物へ伝達されることを確実に抑制できる振動抑制装置を提供することである。また、第２の目的は、固定基台に載置される構造物が大きく振動する場合であっても、確実に構造物の振動を抑制できる振動抑制装置を提供することである。
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
【０００７】
（１）第１の振動抑制装置
本発明の第１の振動抑制装置は、振動入力部材に載置される防振対象物への振動の伝達を抑制する振動抑制装置であって、圧電アクチュエータと、シャント回路とを含む。前記圧電アクチュエータは、前記防振対象物に取り付けられる第１面と該第１面の反対面側であり前記振動入力部材に取り付けられる第２面とを有するゴム部材と、扁平板状からなり前記ゴム部材の内部であり前記ゴム部材の前記第１面に略平行に配置され弾性曲げ変形可能な弾性板と、前記弾性板に重ね合わせて固着され前記弾性板の扁平方向に伸縮変形可能な圧電素子とを有する。また、シャント回路は、両端側を前記圧電素子の両極にそれぞれ電気的に接続した回路である。
【０００８】
つまり、振動入力部材と防振対象物との間に、圧電アクチュエータを挿入配置している。従って、圧電アクチュエータがバネとして作用し、圧電アクチュエータと防振対象物とによりバネ構造を構成する。ここで、圧電アクチュエータは、弾性板及び圧電素子をゴム部材により被覆して形成されている。そして、ゴム部材の第１面が防振対象物に取り付けられ、ゴム部材の第２面が振動入力部材に取り付けられている。
【０００９】
ここで、ゴム部材の縦弾性係数は、圧電素子や鋼材などに比べて非常に小さい。そして、本発明の圧電アクチュエータの縦弾性係数は、実質的にゴム部材の縦弾性係数に相当する。また、バネ定数はバネとして作用する部材の縦弾性係数に比例し、バネ構造の共振周波数はバネ定数の平方根に比例する。つまり、バネとして作用する部材の縦弾性係数が小さいほど、バネ構造の共振周波数が低くなる。従って、本発明の圧電アクチュエータと防振対象物とによるバネ構造の共振周波数は、従来のように圧電素子と防振対象物とによるバネ構造の共振周波数に比べて非常に低くなる。
【００１０】
ここで、一般に、バネ構造の共振周波数より所定値以上高い周波数帯の振動は、伝達が抑制される。そして、本発明の圧電アクチュエータと防振対象物とからなるバネ構造の共振周波数は、上述したように、従来のように圧電素子をバネとして用いたバネ構造の共振周波数に比べて、非常に低い。従って、本発明の圧電アクチュエータをバネとして用いることにより、従来のように圧電素子をバネとして用いる場合に比べて、非常に低い周波数帯の振動の伝達を抑制できる。
【００１１】
さらに、本発明の圧電アクチュエータは、ゴム部材の内部に弾性板及び圧電素子を備えている。従って、ゴム部材に振動が入力されてゴム部材が変形することに伴い、弾性板が曲げ変形する。さらに、弾性板の曲げ変形に伴い、圧電素子が扁平方向に伸縮変形する。そして、圧電素子が扁平方向に伸縮変形すると、圧電素子の両極に電荷が発生して、シャント回路に電流が流れる。そうすると、圧電素子とシャント回路とにより共振回路を構成しているので、圧電効果により、当該共振回路の共振周波数付近の振動の伝達が抑制される。
【００１２】
つまり、本発明の振動抑制装置によれば、ゴム部材そのものの振動伝達の抑制効果と、圧電効果による振動伝達の抑制効果により、非常に広い周波数帯の振動の伝達を抑制できる。そして、共振回路の共振周波数を圧電アクチュエータと防振対象物とからなるバネ構造の共振周波数付近に一致させることで、当該バネ構造の共振周波数付近以上の周波数帯の振動が振動入力部材から入力された場合に、当該振動が防振対象物に伝達することを抑制できる。つまり、非常に低い周波数帯の振動が振動入力部材から入力された場合であっても、当該振動が防振対象物へ伝達されることを確実に抑制できる。
【００１３】
ところで、圧電アクチュエータは、上述したように、ゴム部材により弾性板及び圧電素子を被覆して形成されている。従って、圧電効果により圧電素子が伸縮変形することに伴い弾性板が曲げ変形し、弾性板の曲げ変形に伴いゴム部材が変形する。ここで、ゴム部材の変形量は、従来の圧電素子のみによる変形量に比べて非常に大きくできる。従って、本発明の振動抑制装置によれば、大きな振動が振動入力部材から入力された場合であっても、防振対象物へ当該振動が伝達されないようにするために十分に大きな振動を発生させることができる。つまり、本発明の振動抑制装置を用いることで、大きな振動が振動入力部材から入力された場合であっても、防振対象物に当該振動が伝達されることを確実に抑制できる。
【００１４】
特に、圧電アクチュエータと防振対象物とからなるバネ構造の共振周波数付近の振動が振動入力部材から入力された場合には、入力された振動がバネ構造と共振することにより増幅する。しかし、ゴム部材を大きく変形させることができるので、増幅する振動の伝達を確実に抑制できる。
【００１５】
また、前記シャント回路は、少なくとも、インダクタと、該インダクタに直列接続された抵抗とを有するようにすればよい。また、シャント回路は、上記に加えて、さらに、前記インダクタ及び抵抗に並列接続された回路であって、コンデンサとインダクタと抵抗とを直列接続した前記回路を有するようにしてもよい。さらに、前記インダクタ及び前記抵抗は、インダクタンス及び抵抗値を可変可能なものであるとよい。シャント回路に可変インダクタを用いることで、圧電素子とシャント回路とからなる共振回路の共振周波数を適切に調整することができる。また、シャント回路に可変抵抗を用いることで、より適切な振動抑制効果を発揮することができる。
【００１６】
また、前記弾性板は、複数からなり、前記ゴム部材の内部に離隔して略平行に対向配置され、前記圧電素子は、それぞれの前記弾性板に重ね合わせて固着されるようにしてもよい。すなわち、１つのゴム部材の内部に複数の弾性板及び複数の圧電素子が配置されている。これにより、振動抑制装置は、大きな振動を発生することができる。従って、振動入力部材から大きな振動が入力された場合であっても、当該振動が防振対象物へ伝達されることを確実に抑制できる。
【００１７】
また、前記ゴム部材は、積層状に複数に分割された分割ゴムモジュールからなり、前記弾性板は、それぞれの前記分割ゴムモジュールの内部に配置され、前記圧電素子は、それぞれの前記弾性板に重ね合わせて固着されるようにしてもよい。
【００１８】
つまり、分割ゴムモジュールが積層されて配置しており、一端側の分割ゴムモジュールが防振対象物に取り付けられ、他端側の分割ゴムモジュールが振動入力部材に取り付けられている。なお、１つの分割ゴムモジュールとその内部に配置される弾性板及び圧電素子とにより１つのセルアクチュエータを構成する。つまり、圧電アクチュエータは、複数のセルアクチュエータが積層されて構成される。これにより、振動抑制装置は、積層方向（以下、「縦方向」という）の大きな振動を発生することができる。従って、振動入力部材から縦方向の大きな振動が入力された場合であっても、当該振動が防振対象物へ伝達されることを確実に抑制することができる。さらに、圧電アクチュエータは、同一形状からなるセルアクチュエータを複数用いて形成されることにより、製造が容易となり、低コスト化を図ることができる。
【００１９】
さらに、セルアクチュエータを積層配置することで、縦方向のバネ定数とその直交方向（以下、「横方向」という）のバネ定数を異なるようにすることができる。具体的には、縦方向のバネ定数よりも横方向のバネ定数を小さくすることができる。つまり、圧電アクチュエータと防振対象物とからなるバネ構造の横方向の共振周波数を非常に低くすることができる。このように当該バネ構造の横方向の共振周波数を非常に低くすることができるので、振動入力部材から横方向の低い周波数の振動が入力された場合であっても、当該振動が防振対象物へ伝達されることを確実に抑制できる。具体的には、振動入力部材から入力される横方向の振動の周波数が当該バネ構造の横方向の共振周波数よりも所定値以上高ければ、当該振動が防振対象物へ伝達されることを確実に抑制できる。
【００２０】
一方、縦方向の共振周波数は、横方向の共振周波数よりも高い。ただし、ゴム部材の内部に弾性板及びシャント回路に接続された圧電素子を配置しているので、縦方向の振動に対しては、上述した圧電効果により、防振対象物へ伝達されることを抑制できる。つまり、セルアクチュエータを積層配置にすることで、縦方向及び横方向の振動に対して大きな伝達抑制効果を発揮する。換言すると、あらゆる方向の振動が振動入力部材から入力された場合であっても、当該振動が防振対象物に伝達されることを確実に抑制できる。なお、積層方向とは、ゴム部材の第１面及び第２面に略直交する方向であり、積層方向に直交する方向とは、ゴム部材の第１面及び第２面に略平行な方向である。
【００２１】
また、上記のようにセルアクチュエータを積層配置する場合に、前記弾性板は、複数からなり、少なくとも１つの前記分割ゴムモジュールの内部に隔離して略平行に対向配置され、前記圧電素子は、それぞれの前記弾性板に重ね合わせて固着されるようにしてもよい。すなわち、１つの分割ゴムモジュールの内部に複数の弾性板及び圧電素子が配置されている。これにより、振動抑制装置は、縦方向のより大きな振動を発生することができる。従って、振動入力部材から縦方向のより大きな振動が入力された場合であっても、当該振動が防振対象物へ伝達されることを確実に抑制することができる。
【００２２】
また、前記圧電素子は、前記弾性板の一方側面に重ね合わせて固着された第１圧電素子と、前記弾性板の他方側面に重ね合わせて固着された第２圧電素子とを有し、前記シャント回路は、両端側を前記第１圧電素子及び前記第２圧電素子の両極にそれぞれ電気的に接続するようにしてもよい。このように、弾性板の両面側に圧電素子を重ね合わせて固着することで、振動抑制装置は、縦方向のより大きな振動を発生することができる。従って、振動入力部材から縦方向のより大きな振動が入力された場合であっても、当該振動が防振対象物へ伝達されることを確実に抑制することができる。
【００２３】
（２）第２発明の振動抑制装置
本発明の第２の振動抑制装置は、固定基台に載置される構造物の振動を抑制する振動抑制装置であって、圧電アクチュエータと、シャント回路とを含む。前記圧電アクチュエータは、前記構造物に取り付けられる第１面と該第１面の反対面側であり前記固定基台に取り付けられる第２面とを有するゴム部材と、扁平板状からなり前記ゴム部材の内部であり前記ゴム部材の前記第１面に略平行に配置され弾性曲げ変形可能な弾性板と、前記弾性板に重ね合わせて固着され前記弾性板の扁平方向に伸縮変形可能な圧電素子とを有する。また、シャント回路は、両端側を前記圧電素子の両極にそれぞれ電気的に接続した回路である。
【００２４】
このように、圧電アクチュエータは、ゴム部材により弾性板及び圧電素子を被覆して形成されている。従って、圧電効果により圧電素子が伸縮変形することに伴い弾性板が曲げ変形し、弾性板の曲げ変形に伴いゴム部材が変形する。ここで、ゴム部材の変形量は、従来の圧電素子のみによる変形量に比べて非常に大きくできる。従って、本発明の振動抑制装置によれば、構造物が大きく振動した場合であっても、圧電アクチュエータにより十分に大きな振動を発生させることができる。つまり、本発明の振動抑制装置を用いることで、構造物が大きく振動した場合であっても、構造物の振動を減衰して、確実に構造物の振動を抑制できる。
【００２５】
なお、圧電素子とシャント回路からなる共振回路の共振周波数は、構造物の振動の振動周波数に一致させるようにするとよい。これにより、構造物の振動を抑制するための大きな振動を圧電アクチュエータに発生させることができる。また、構造物の振動が多数の振動成分を含む場合に、構造物の振動のうち構造物と圧電アクチュエータとからなるバネ構造の共振周波数付近の成分が大きい場合には、共振回路の共振周波数をバネ構造の共振周波数に一致させるようにするとよい。構造物の振動のうちバネ構造の共振周波数付近の成分は、バネ構造と共振することにより増幅する。そこで、共振回路の共振周波数をバネ構造の共振周波数に一致させることで、増幅した構造物の振動を確実に抑制することができる。
【００２６】
また、上述した第１発明の振動抑制装置における他の特徴部分は、第２発明の振動抑制装置に同様に適用することができる。そして、実質的に同様の効果を奏する。
【００２７】
具体的には、前記シャント回路は、少なくとも、インダクタと、該インダクタに直列接続された抵抗とを有するようにすればよい。また、シャント回路は、上記に加えて、さらに、前記インダクタ及び抵抗に並列接続された回路であって、コンデンサとインダクタと抵抗とを直列接続した前記回路を有するようにしてもよい。さらに、前記インダクタ及び前記抵抗は、インダクタンス及び抵抗値を可変可能なものであるとよい。シャント回路に可変インダクタを用いることで、圧電素子とシャント回路とからなる共振回路の共振周波数を適切に調整することができる。また、シャント回路に可変抵抗を用いることで、より適切な振動抑制効果を発揮することができる。
【００２８】
また、前記弾性板は、複数からなり、前記ゴム部材の内部に離隔して略平行に対向配置され、前記圧電素子は、それぞれの前記弾性板に重ね合わせて固着されるようにしてもよい。これにより、振動抑制装置は、大きな振動を発生することができる。従って、振動入力部材から大きな振動が入力された場合であっても、当該振動が防振対象物へ伝達されることを確実に抑制することができる。
【００２９】
また、前記ゴム部材は、積層状に複数に分割された分割ゴムモジュールからなり、前記弾性板は、それぞれの前記分割ゴムモジュールの内部に配置され、前記圧電素子は、それぞれの前記弾性板に重ね合わせて固着されるようにしてもよい。この場合、上述したセルアクチュエータを積層配置されることになる。これにより、振動抑制装置は、縦方向の大きな振動を発生することができる。従って、構造物が縦方向に大きく振動した場合であっても、構造物の振動を確実に抑制することができる。さらに、圧電アクチュエータは、同一形状からなるセルアクチュエータを複数用いて形成されることにより、製造が容易となり、低コスト化を図ることができる。
【００３０】
また、上記のようにセルアクチュエータを積層配置する場合に、前記弾性板は、複数からなり、少なくとも１つの前記分割ゴムモジュールの内部に隔離して略平行に対向配置され、前記圧電素子は、それぞれの前記弾性板に重ね合わせて固着されるようにしてもよい。すなわち、１つの分割ゴムモジュールの内部に複数の弾性板及び圧電素子が配置されている。これにより、振動抑制装置は、縦方向のより大きな振動を発生することができる。従って、構造物が縦方向に大きく振動した場合であっても、構造物の振動を確実に抑制することができる。
【００３１】
また、前記圧電素子は、前記弾性板の一方側面に重ね合わせて固着された第１圧電素子と、前記弾性板の他方側面に重ね合わせて固着された第２圧電素子とを有し、前記シャント回路は、両端側を前記第１圧電素子及び前記第２圧電素子の両極にそれぞれ電気的に接続するようにしてもよい。このように、弾性板の両面側に圧電素子を重ね合わせて固着することで、振動抑制装置は、縦方向のより大きな振動を発生することができる。従って、構造物が縦方向に大きく振動した場合であっても、構造物の振動を確実に抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
次に、本発明の振動抑制装置について、実施形態を挙げ、本発明をより詳しく説明する。
【００３３】
（１）第１実施形態
（１．１）第１実施形態の振動抑制装置の構成
まずは、第１実施形態の振動抑制装置の構成について、図１〜図２を参照して説明する。図１は、振動抑制装置の全体構成を示す図である。図２は、圧電アクチュエータ１０の詳細な構成を示す図である。以下の説明において、上側とは図１及び図２の上側をいい、下側とは図１及び図２の下側をいい、右側とは図１及び図２の右側をいい、左側とは図１及び図２の左側をいう。
【００３４】
図１に示すように、第１実施形態の振動抑制装置は、圧電アクチュエータ１０と、シャント回路２０とから構成される。そして、第１実施形態の振動抑制装置は、振動入力部材３０に防振対象物４０が載置される場合に、振動入力部材３０の振動が防振対象物４０へ伝達されることを抑制する装置である。
【００３５】
振動抑制装置を構成する圧電アクチュエータ１０は、略直方体形状からなり、振動を入力する振動入力部材３０と防振対象物４０との間に挿入配置されている。すなわち、圧電アクチュエータ１０の図１の下面側が振動入力部材３０の上面に取り付けられ、圧電アクチュエータ１０の図１の上面側が防振対象物４０の下面に取り付けられている。
【００３６】
圧電アクチュエータ１０は、図２に示すように、複数のセルアクチュエータ１１が積層されて形成され、相互に固定されている。そして、最下端のセルアクチュエータ１１の下面側が振動入力部材３０の上面に取り付けられ、最上端のセルアクチュエータ１１の上面側が防振対象物４０の下面に取り付けられている。これらのセルアクチュエータ１１は、左右方向に扁平な略直方体形状からなる。これらのセルアクチュエータ１１は、ゴム部材１２と、弾性板１３と、圧電素子１４とから構成される。
【００３７】
ゴム部材１２は、セルアクチュエータ１１の外形を形成する形状からなる。すなわち、ゴム部材１２は、扁平な略直方体形状からなる。従って、最下端のセルアクチュエータ１１のゴム部材１２の下面（本発明における第２面）が振動入力部材３０の上面に取り付けられ、最上端のセルアクチュエータ１１のゴム部材１２の上面（本発明における第１面）が防振対象物４０の下面に取り付けられている。このゴム部材１２は、軟質のゴム材料からなる。
【００３８】
弾性板１３は、例えば鋼材などの金属製又は硬質の合成樹脂製の略矩形扁平板状からなり、ゴム部材１２の内部に左右方向に広がるように埋設されて固着されている。すなわち、弾性板１３は、ゴム部材１２の上下面に略平行に配置されている。そして、弾性板１３は、略全面に亘ってゴム部材１２に被覆されている。この弾性板１３は、弾性曲げ変形が可能である。例えば、弾性板１３は、上下方向に弾性的に湾曲変形可能となる。
【００３９】
圧電素子１４は、左右方向に広がる薄肉の略矩形扁平板状からなる。この圧電素子１４の大きさは、弾性板１３よりも小さい。そして、圧電素子１４は、圧電素子１４の両側面に電圧が印加されると当該電圧に応じて左右方向に伸縮変形し、左右方向に伸縮変形すると当該変形量に応じて圧電素子１４の両側面に電荷を発生するという圧電現象を生じさせる。そして、圧電素子１４は、弾性板１３の上面側のほぼ中央に接着されて固定されている。すなわち、弾性板１３の外周側が、圧電素子１４の外周側の外方に延び出している。また、圧電素子１４の両側面には、薄膜電極（図示せず）が取り付けられている。
【００４０】
シャント回路２０は、図１に示すように、インダクタ２１と抵抗２２とが直列接続されて形成されている。このシャント回路２０の両端側が、それぞれ圧電素子１４の両側面の薄膜電極に電気的に接続されている。そして、インダクタ２１は、インダクタンスを変化させることができる可変インダクタであることが望ましい。また、抵抗２２は、抵抗値を変化させることができる可変抵抗であることが望ましい。
【００４１】
（１．２）セルアクチュエータ１１の動作
次に、上述した構成からなるセルアクチュエータ１１の動作について、図３を参照して説明する。図３は、セルアクチュエータ１１の動作について説明する図である。セルアクチュエータ１１は、上述したように、ゴム部材１２と、ゴム部材１２の内部に埋設された弾性板１３及び圧電素子１４とから構成される。以下に、圧電素子１４の両側面の薄膜電極に所定の電圧を印加した場合と、セルアクチュエータ１１に上下方向の引張圧縮力が作用した場合とに分けて説明する。
【００４２】
（ａ）まず、圧電素子１４の両側面の薄膜電極に所定の電圧を印加した場合について説明する。この場合、圧電素子１４は、左右方向に伸縮変形する。この伸縮変形量は、圧電素子１４の両側面の薄膜電極に印加される電圧に応じた変形量となる。図３においては、圧電素子１４が左右方向に収縮変形した場合を示す。
【００４３】
そして、圧電素子１４は弾性板１３の上面側のほぼ中央に接着固定されているので、圧電素子１４の左右方向の伸縮変形に伴って、弾性板１３の上面側に引張圧縮応力が作用する。そうすると、弾性板１３の上面側が左右方向へ伸縮変形して、弾性板１３のうち圧電素子１４が接着固定されている中央部分が湾曲変形する。さらに、弾性板１３の中央部分の湾曲変形に伴って、弾性板１３の左右両端が、外方に行くに従って次第に上方又は下方へ傾斜する。例えば、図３に示すように、圧電素子１４が収縮変形した場合には、弾性板１３の上面側に圧縮応力が作用する。そうすると、弾性板１３は、全体として下側に凸状となるように変形する。
【００４４】
そして、弾性板１３が全体として下側又は上側に凸状に変形に伴って、ゴム部材１２が上下方向に拡大変形する。すなわち、弾性板１３の変形に伴って、ゴム部材１２の上下方向寸法が拡大する。そして、全てのセルアクチュエータ１１が上述したように作用するので、圧電アクチュエータ１０全体の上下方向寸法は、全てのセルアクチュエータ１１の上下方向の拡大寸法の合計分だけ拡大する。
【００４５】
ここで、弾性板１３の左右方向長さが圧電素子１４の左右方向長さより大きくしていることにより、弾性板１３の両端側における上下方向の拡大変形量を大きくすることができる。つまり、弾性板１３の最上点と最下点との差を大きく確保することができる。その結果、セルアクチュエータ１１の上下方向の拡大寸法を大きくすることができる。
【００４６】
（ｂ）次に、セルアクチュエータ１１に上下方向の引張圧縮力が作用した場合について説明する。まず、振動入力部材３０が圧電アクチュエータ１０に対して引張力を作用すると、圧電アクチュエータ１０の上下方向寸法が拡大する。つまり、圧電アクチュエータ１０を構成するそれぞれのセルアクチュエータ１１の上下方向寸法が拡大する。つまり、セルアクチュエータ１１の上下方向寸法の拡大に伴い、ゴム部材１２の上下方向寸法が拡大する。
【００４７】
ここで、セルアクチュエータ１１を構成するゴム部材１２の内部には、弾性板１３及び圧電素子１４が埋設されている。すなわち、弾性板１３の周囲をゴム部材１２により被覆されている。そうすると、セルアクチュエータ１１の左右方向の位置によって、上下方向のバネ定数が異なる。そして、ゴム部材１２の上下方向寸法の拡大に伴い、弾性板１３が曲げ変形する。例えば、図３に示すように、弾性板１３は、下側に凸状に変形する。
【００４８】
そして、例えば、弾性板１３が下側に凸状に変形した場合には、弾性板１３の上面側に圧縮応力が作用する。弾性板１３の上面側には圧電素子１４が接着固定されているので、弾性板１３の上面側に圧縮応力が作用すると、圧電素子１４が左右方向に収縮変形する。一方、弾性板１３が上側に凸状に変形した場合には、弾性板１３の上面側に引張応力が作用する。この場合には、圧電素子１４が左右方向に伸長変形する。このように、圧電素子１４が左右方向に伸縮変形すると、圧電素子１４の両側面に電荷が生じる。
【００４９】
そして、圧電素子１４に電気的に接続されているシャント回路２０に電流が流れる。なお、圧電アクチュエータ１０に振動が入力された場合には、圧電素子１４の両側面に生じる電荷の極が逐次変化するので、シャント回路２０には交流電流が流れるようになる。
【００５０】
（１．３）振動抑制装置による振動伝達抑制作用についての説明
次に、振動抑制装置による振動伝達抑制作用について説明する。以下に、振動抑制装置のうち圧電アクチュエータ１０そのものによる振動伝達抑制作用と、圧電アクチュエータ１０にシャント回路２０を接続することによる振動伝達抑制作用とについて説明する。
【００５１】
（ａ）まず、圧電アクチュエータ１０そのものによる振動伝達抑制作用について説明する。ここで、振動抑制装置の圧電アクチュエータ１０は振動入力部材３０と防振対象物４０との間に挿入配置されているので、圧電アクチュエータ１０はバネとして作用し、圧電アクチュエータ１０と防振対象物４０とによりバネ構造を構成する。従って、圧電アクチュエータ１０そのものによる振動伝達抑制作用は、圧電アクチュエータ１０と防振対象物４０とによるバネ構造の周波数特性が大きく影響する。
【００５２】
そこで、当該バネ構造の周波数特性について、図４を参照して説明する。図４は、圧電アクチュエータ１０と防振対象物４０とによるバネ構造の周波数特性を示す。すなわち、図４は、バネ構造の周波数に対するデシベルｄＢを示す。ここで、デシベルｄＢは、数１にて表される。
【００５３】
【数１】
2006275137.tif 000003
【００５４】
数１における加振振幅Ｘ１及び受振振幅Ｘ２について、図１を参照して説明する。図１に示すように、加振振幅Ｘ１は、最下端のセルアクチュエータ１１のゴム部材１２のうちの弾性板１３より下方側の部分の振幅である。すなわち、加振振幅Ｘ１は、振動入力部材３０から圧電アクチュエータ１０へ入力される振動の振幅に相当する。また、受振振幅Ｘ２は、最上端のセルアクチュエータ１１のゴム部材１２のうちの弾性板１３より上方側の部分の振幅である。すなわち、受振振幅Ｘ２は、振動入力部材３０から入力される振動が防振対象物４０へ伝達される振動の振幅に相当する。
【００５５】
そして、圧電アクチュエータ１０は、複数のセルアクチュエータ１１を積層配置して構成されている。従って、圧電アクチュエータ１０を有するバネ構造の上下方向の周波数特性と、当該バネ構造の左右方向の周波数特性は異なる。
【００５６】
つまり、当該バネ構造の左右方向の周波数特性は、図４の太い実線にて示すように、周波数Ｆ１にて最大のｄＢとなり、周波数Ｆ１より高い周波数帯において負の値になっている。ここで、周波数Ｆ１は、圧電アクチュエータ１０と防振対象物４０とによるバネ構造における左右方向の共振周波数である。また、圧電アクチュエータ１０の上下方向の周波数特性は、図４の細い実線にて示すように、周波数Ｆ２にて最大のｄＢとなり、周波数Ｆ２より高い周波数帯において負の値になっている。ここで、周波数Ｆ２は、圧電アクチュエータ１０と防振対象物４０とによるバネ構造における上下方向の共振周波数である。そして、当該バネ構造の上下方向の共振周波数Ｆ２は、当該バネ構造の左右方向の共振周波数Ｆ１よりも高い。これは、圧電アクチュエータ１０の左右方向のバネ定数が、圧電アクチュエータ１０の上下方向のバネ定数よりも小さいためである。
【００５７】
ここで、バネ構造の共振周波数Ｆについて簡単に説明する。バネ構造の共振周波数Ｆは、数２にて表される。すなわち、バネ構造の共振周波数Ｆは、バネ定数の平方根に比例する。また、バネ定数は、バネとして用いられる部材の縦弾性係数Ｅに比例する。
【００５８】
【数２】
2006275137.tif 000004
【００５９】
ここで、圧電アクチュエータ１０の縦弾性係数Ｅは、実質的にゴム部材１２の縦弾性係数に相当する。従って、当該バネ構造の共振周波数Ｆ１、Ｆ２は、非常に低い周波数となる。従って、圧電アクチュエータ１０そのものにより、以下の周波数帯について振動伝達抑制作用がある。第１に、振動入力部材３０から入力される上下方向の振動の周波数がバネ構造の上下方向の共振周波数Ｆ２より少し高い周波数以上の場合には、当該上下方向の振動が防振対象物４０へは伝達されない。第２に、振動入力部材４０から入力される左右方向の振動の周波数がバネ構造の左右方向の共振周波数Ｆ１より少し高い周波数以上の場合には、当該左右方向の振動が防振対象物４０へは伝達されない。つまり、圧電アクチュエータ１０そのものにより、振動入力部材３０から入力される振動の周波数が非常に低い周波数帯の成分についてまで、伝達抑制作用がある。
【００６０】
なお、圧電素子１４及び鋼材の縦弾性係数は、ゴム部材１２の縦弾性係数に比べて、遥かに大きな値である。従って、従来のように圧電素子１４のみをバネとして用いた場合における共振周波数Ｆは、本実施形態の圧電アクチュエータ１０をバネとして用いたバネ構造の共振周波数Ｆに比べて、非常に大きな値となる。つまり、本実施形態の圧電アクチュエータ１０は、従来の圧電素子１４のみを用いたものに比べて、非常に低い周波数帯の振動に対して振動伝達抑制作用がある。
【００６１】
（ｂ）次に、圧電アクチュエータ１０にシャント回路２０を接続することによる振動伝達抑制作用について説明する。ここで、圧電アクチュエータ１０を構成する圧電素子１４は、両側面に電荷を発生することから、コンデンサに等価と考えることができる。従って、圧電素子１４とシャント回路２０とにより共振回路を構成することになる。つまり、振動入力部材３０から振動が入力された場合に、圧電素子１４の両側面に電荷が発生して、共振回路に交流電流が流れる。
【００６２】
そして、共振回路の共振周波数ｆ付近の振動に対して、圧電素子１４の圧電効果により、圧電アクチュエータ１０は入力される振動の逆位相の振動を出力することができる。つまり、振動入力部材３０から入力される振動の周波数が、共振回路の共振周波数ｆ付近の場合に、当該振動が防振対象物４０へ伝達されることを抑制できる。ここで、共振回路の共振周波数ｆは、数３にて表される。
【００６３】
【数３】
2006275137.tif 000005
【００６４】
ここで、数３に示すように、共振回路の共振周波数ｆは、Ｌ×Ｃの平方根に反比例する。つまり、共振回路の共振周波数ｆを変更するためには、インダクタンスＬとキャパシタンスＣの少なくとも一方を変更することで行える。ここで、キャパシタンスＣは、圧電素子１４が持つ固有の値であるので、その値を変更することは困難である。そこで、インダクタ２１のインダクタンスＬを変更することで、共振回路の共振周波数ｆを自由に変更することができる。
【００６５】
そして、共振回路の共振周波数ｆをバネ構造の上下方向の共振周波数Ｆ２に一致するようにした場合には、図４の破線にて示すように、バネ構造の上下方向の共振周波数Ｆ２付近におけるｄＢが負の値になる。
【００６６】
従って、共振回路の共振周波数ｆをバネ構造の上下方向の共振周波数Ｆ２に一致させることで、振動入力部材３０から入力される上下方向の振動の周波数がバネ構造の上下方向の共振周波数Ｆ２より少し低い周波数以上の場合に、防振対象物４０へ当該上下方向の振動の伝達を抑制できる。つまり、上述した圧電アクチュエータ１０そのものによる振動伝達抑制可能な範囲をさらに拡大することができる。このように、非常に低い周波数帯の振動が振動入力部材３０から入力された場合であっても、当該振動が防振対象物４０へ伝達されることを抑制できる。
【００６７】
（２）第１実施形態の振動抑制装置の変形態様
上述した第１実施形態の振動抑制装置の圧電アクチュエータ１０は、複数のセルアクチュエータ１１を積層配置して構成したが、これに限られるものではない。例えば、１つのセルアクチュエータ１１に相当するもののみを圧電アクチュエータ１０としてもよい。
【００６８】
また、上記実施形態においては、セルアクチュエータ１１は、１つの弾性板１３及び１つの圧電素子１４を備えるようにしたが、これに限られるものではない。例えば、図５に示すように、１つのセルアクチュエータ１１が、複数の弾性板１３及び複数の圧電素子１４を備えるようにしてもよい。つまり、１つのゴム部材１２の内部に、複数の弾性板１３及び圧電素子１４が埋設される。この場合は、図５に示すように、複数の弾性板１３が、１つのゴム部材１２の内部に、それぞれ離隔して略平行に対向配置されるようにする。そして、それぞれの弾性板１３の上面側に圧電素子１４を接着固定する。
【００６９】
このように、１つのゴム部材１２の内部に複数の弾性板１３及び圧電素子１４を埋設することで、圧電アクチュエータ１０は、上下方向の拡大寸法をより大きくすることができる。つまり、振動入力部材３０から上下方向のより大きな振動が入力された場合であっても、当該振動が防振対象物４０へ伝達されることを確実に抑制できる。
【００７０】
また、上記実施形態においては、セルアクチュエータ１１は、弾性板１３の上面側にのみ圧電素子１４を接着固定したが、これに限られるものではない。例えば、図６に示すように、弾性板１３の上面側及び下面側に圧電素子１４を接着固定するようにしてもよい。そして、上面側及び下面側の圧電素子１４は、印加される電圧によって、相互に左右方向で略逆向きに変形するようにする。具体的には、例えば、上面側の圧電素子１４が左右方向に収縮変形する場合には、下面側の圧電素子１４が左右方向に伸長変形するようにする。
【００７１】
また、図７に示すように、圧電アクチュエータ１０は、複数のセルアクチュエータ１１と、複数のセルアクチュエータ１１を外挿する弾性チューブ１５とから構成されるようにしてもよい。弾性チューブ１５は、例えばゴム材などの弾性変形可能な材料からなり、薄肉の略矩形筒状に形成されている。ここで、それぞれのセルアクチュエータ１１間は、接着などの手段を用いて相互に固着されておらず、弾性チューブ１５により相互の位置が固定されている。
【００７２】
この圧電アクチュエータ１０は、弾性チューブ１５を用いることで、それぞれのセルアクチュエータ１１を相互に接着することなく、相互の位置を容易に固定することができる。その結果、セルアクチュエータ１１の積層数を比較的容易に変更することができ、圧電アクチュエータ１０全体の上下方向の拡大寸法を容易に調節することができる。さらに、各セルアクチュエータ１１が、相互に固定されていないことにより、セルアクチュエータ１１間の左右方向のずれを大きく許容することができる。つまり、振動入力部材３０から左右方向のより大きな振動が入力された場合であっても、防振対象物４０へ当該振動が伝達されることを確実に抑制できる。
【００７３】
また、上記実施形態においては、シャント回路２０は、インダクタ２１と抵抗２２とから構成したが、これに限られるものではない。シャント回路２０は、インダクタ２１と抵抗２２に加えて、コンデンサとインダクタと抵抗とが直列接続された回路をインダクタ２１及び抵抗２２に並列接続するようにしてもよい。
【００７４】
（３）第２実施形態
（３．１）第２実施形態の振動抑制装置を構成
第２実施形態の振動抑制装置の構成は、第１実施形態の振動抑制装置を示す図１を参照して説明する。第２実施形態の振動抑制装置において、第１実施形態の振動抑制装置と同一構成については同一符号を付して説明を省略する。
【００７５】
第２実施形態の振動抑制装置は、第１実施形態の振動抑制装置と同様の圧電アクチュエータ１０と、シャント回路２０とから構成される。ただし、第２実施形態の振動抑制装置は、固定基台５０に構造物６０が載置される場合に適用され、構造物６０が振動する場合に、構造物６０の振動を抑制する装置である。
【００７６】
第２実施形態の振動抑制装置を構成する圧電アクチュエータ１０は、略直方体形状からなり、固定された固定基台５０と構造物６０との間に挿入配置されている。すなわち、圧電アクチュエータ１０の図１の下面側が固定基台５０の上面に取り付けられ、圧電アクチュエータ１０の図１の上面側が構造物６０の下面に取り付けられている。
【００７７】
（３．２）振動抑制装置による構造物の振動抑制作用についての説明
次に、振動抑制装置による構造物の振動抑制作用について説明する。圧電素子１４とシャント回路２０とからなる共振回路の共振周波数を構造物６０の振動の周波数に一致させる。そうすると、構造物６０の振動により当該振動が圧電アクチュエータ１０に入力されるのに対して、圧電素子１４の圧電効果により、圧電アクチュエータ１０は入力される振動の逆位相の振動を出力することができる。つまり、構造物６０の振動を減衰して、構造物６０の振動を抑制できる。
【００７８】
また、構造物６０の振動が多数の周波数成分を含む場合であって、構造物６０の振動のうち構造物６０と圧電アクチュエータ１０とからなるバネ構造の共振周波数付近の成分が大きい場合には、共振回路の共振周波数をバネ構造の共振周波数付近の周波数に一致させるようにするとよい。構造物６０の振動のうちバネ構造の共振周波数付近の成分は、バネ構造と共振することにより増幅する。しかし、共振回路の共振周波数を構造物６０の振動のうちバネ構造の共振周波数付近の周波数に一致させることで、増幅する構造物６０の振動を確実に抑制することができる。
【００７９】
なお、例えば、構造物６０の振動の周波数成分を検出し、検出した振動の周波数成分に応じて共振回路の共振周波数を変更するようにしてもよい。この場合は、例えば、シャント回路２０のインダクタ２１として可変インダクタを用いて、可変インダクタのインダクタンスを変更するようにする。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】振動抑制装置の全体構成を示す図である。
【図２】圧電アクチュエータ１０の詳細な構成を示す図である。
【図３】セルアクチュエータ１１の動作について説明する図である。
【図４】圧電アクチュエータ１０と防振対象物４０とによるバネ構造の周波数特性を示す。
【図５】圧電アクチュエータ１０の変形態様を示す図である。
【図６】圧電アクチュエータ１０の変形態様を示す図である。
【図７】圧電アクチュエータ１０の変形態様を示す図である。
【符号の説明】
【００８１】
１０：圧電アクチュエータ、  １１：セルアクチュエータ、  １２：ゴム部材、  １３：弾性板、  １４：圧電素子、  １５：弾性チューブ、  ２０：シャント回路、  ２１：インダクタ、  ２２：抵抗、  ３０：振動入力部材、  ４０：防振対象物、  ５０：固定基台、  ６０：構造物
【図１】
2006275137.tif 000006
【図２】
2006275137.tif 000007
【図３】
2006275137.tif 000008
【図４】
2006275137.tif 000009
【図５】
2006275137.tif 000010
【図６】
2006275137.tif 000011
【図７】
2006275137.tif 000012