(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量部と、
前記質量部と構造部材との間に介在するばね部と、
前記構造部材の振動に基づいて前記ばね部のばね定数を変化させることなく、前記質量部の振動に基づいて前記ばね部のばね定数を変化させることなく、前記ばね部のばね定数を変化させ続ける制御部と、を備え、
前記ばね部は、前記質量部に力を働かせる第一及び第二のばね部を備え、
前記制御部は、前記質量部を同時に反対方向に押し、及び／又は前記質量部を同時に反対方向に引くように、前記第一及び前記第二のばね部を制御して、前記ばね部のばね定数を変化させ続ける音低減又は振動減衰装置。
【請求項２】
前記制御部は前記ばね部のばね定数を周期的に変化させ続けることを特徴とする請求項１に記載の音低減又は振動減衰装置。
【請求項３】
前記ばね部は、磁石に反発及び／又は吸引の力を働かせるコイルを備え、
前記制御部は、前記コイルに交流を流すことを特徴とする請求項１又は２に記載の音低減又は振動減衰装置。
【請求項４】
前記ばね部は、圧電素子又は磁歪素子を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の音低減又は振動減衰装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の音低減又は振動減衰装置が装着された構造部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、構造部材に装着され、構造部材を透過する音若しくは構造部材から発生する音を低減し、又は構造部材の振動を減衰する音低減又は振動減衰装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から構造部材を透過する音を低減する防音壁が知られている。防音壁は、道路、鉄道、又は工場などに設置されて自動車等の騒音源から発生する騒音が周辺に漏れ出るのを防止する。この他にもエアコン、プリンタ、コピー機等の各種機器の構造部材から発生する音又は構造部材の振動を低減する音又は振動低減装置も知られている。【０００３】
典型的な防音壁、音又は振動低減装置には、電力などのエネルギの入力を必要とせずに構造部材の各部分で音を低減するパッシブ制音が用いられている。例えば防音壁の構造部材には、音を反射させる石膏ボード、音を吸収するグラスウール等が組み込まれていて、構造部材の各部分で音を低減している。【０００４】
近年、音をより低減すべく、電力などのエネルギを入力してアクティブに騒音を低減するアクティブ制音が提案されている（特許文献１参照）。このアクティブ制音は、マイク、スピーカ、スピーカからキャンセリング音を発生させる電子回路を備える。ノイズキャンセリングの原理は、マイクで拾った騒音とは逆の位相の音波成分をスピーカから発生させて互いを打ち消し合い、騒音を低減するというものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２７０３９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、従来のアクティブ制音にあっては、マイクが騒音を拾った時点からスピーカを作動させるまで時間的な遅れが生ずるのが避けられず、騒音を完全に打ち消すことが困難であるという問題がある。また、複雑な信号処理を行う電子回路が必要になるし、音が多数の周波数成分を持つ場合には電子回路で逆位相の信号を生成するのが困難である、という問題もある。【０００７】
パッシブ制音、アクティブ制音は開発され続けているが、いずれも原理的に制音に限界がある。そこで本発明は、従来のパッシブ又はアクティブの制音とは原理が異なる新たな音低減又は振動減衰装置及び構造部材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】
【０００８】
本発明の一態様は、質量部と、前記質量部と構造部材との間に介在するばね部と、前記構造部材の振動に基づいて前記ばね部のばね定数を変化させることなく、前記質量部の振動に基づいて前記ばね部のばね定数を変化させることなく、前記ばね部のばね定数を変化させ続ける制御部と、を備え、前記制御部は、前記質量部を同時に反対方向に押し、及び／又は前記質量部を同時に反対方向に引くように、前記第一及び前記第二のばね部を制御して、前記ばね部のばね定数を変化させ続ける音低減又は振動減衰装置である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、音低減又は振動減衰装置のばね定数を変化させ続けるので、音低減又は振動減衰装置の固有振動数が変化し続ける。固有振動数が変化し続ける音低減又は振動減衰装置を構造部材に装着すれば、構造部材の共振周波数が一定の値から揺らぐ。構造部材は共振周波数で共振するので、共振周波数付近の音を透過し易い。しかし、音低減又は振動減衰装置を装着して構造部材の共振周波数を一定の値から揺らがせることで、ある一瞬は音の振動数が構造部材の共振周波数に一致して音が構造部材を透過し易くなるが、次の瞬間には音の振動数が構造部材の共振周波数と異なるので、音が構造部材を透過し難くなる。したがって、構造部材を透過する共振周波数付近の音を低減できるようになる。【００１０】
音は空気中を伝わる振動である。本発明の音低減又は振動減衰装置は、構造部材の音を低減するだけでなく、構造部材自体の振動を減衰するのにも用いることもできる。【００１１】
なお、本発明において、「ばね部のばね定数を変化させ続ける」とは、音低減又は振動減衰装置の固有振動数が構造部材の振動数に等しくなるときがあっても、その直後に音低減又は振動減衰装置の固有振動数を構造部材の振動数から変化させる（すなわちずらす）ことをいう。従来のダイナミックダンパ（振動を減衰しようとする構造部材にばね部を介して質量部を付加することによって、構造部材の共振を抑制する振動減衰装置）においては、減衰装置の固有振動数が構造部材の振動数に等しくなるようにばね部のばね定数を設定し、質量部が構造部材の振動を肩代わりして振動するようにする。本発明は、「ばね部のばね定数を変化させ続ける」点が従来のダイナミックダンパとは相違する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の音低減又は振動減衰装置のモデル図
【図２】本発明の第一の実施形態の音低減又は振動減衰装置の模式図
【図３】本発明の第一の実施形態の音低減又は振動減衰装置の等価モデルを示す図
【図４】第一及び第二のコイルに供給する電流の周期的な変化とばね定数の周期的な変化との関係を示す模式図
【図５】典型的なばね質量系を示す図
【図６】本発明の第一の実施形態の音低減又は振動減衰装置を防音壁に装着した例を示す図
【図７】本発明の第二の実施形態の音低減又は振動減衰装置の模式図
【図８】本発明の第三の実施形態の音低減又は振動減衰装置の模式図
【図９】図９（ａ）は磁歪素子の側面図、図９（ｂ）はピエゾ素子の側面図
【図１０】本発明の第四の実施形態の音低減又は振動減衰装置の模式図
【図１１】本発明の第五の実施形態の音低減又は振動減衰装置の模式図
【図１２】本実施形態の音低減又は振動減衰装置の効果確認実験の概要図
【図１３】実験結果を示すグラフ
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下添付図面に基づいて、本発明の一実施形態における音低減又は振動減衰装置を詳細に説明する。図１は、本発明の音低減又は振動減衰装置のモデル図を示す。音低減又は振動減衰装置１は、音を低減又は振動を減衰しようとする構造部材１３に装着されて、構造部材１３の音を低減し、又は構造部材１３の振動を減衰する。
【００１４】
音低減又は振動減衰装置１は、構造部材１３に弾性的に支持される所定の質量Ｍの質量部２３を備える。本発明の特徴は、質量部２３と構造部材１３との間にばね定数が可変のばね部２４を介在し、制御部２５によってばね部２４のばね定数を変化させ続けることにある。構造部材１３と質量部２３との間にはさらに、ばね定数が一定のばね部２６及び減衰係数が一定のダンパ部２７が介在する。ばね部２６及びダンパ部２７は、一般的な弾性支持である。
【００１５】
この音低減又は振動減衰装置１の固有振動数ωは、ω＝√（Ｋ＋ｋ）／ｍで表される。ここで、Ｋは、ばね部２６のばね定数であり、ｋはばね部２４のばね定数である。ばね部２４のばね定数ｋを変化させ続ければ、音低減又は振動減衰装置１固有振動数が変化し続ける。
【００１６】
ばね部２４には、コイルを用いたもの（以下の本発明の第一及び第二の実施形態参照）、又は磁歪素子若しくはピエゾ素子を用いたもの（以下の本発明の第三ないし第五の実施形態参照）等を挙げることができる。好ましくは、ばね部２４は、質量部２３の位置が変化しないように質量部２３を同時に反対方向に押し、及び／又は同時に反対方向に引く第一及び第二のばね部（図３の符号１２ａ，１２ｂ、図８の符号４２ａ，４２ｂ参照）を備える。第一及び第二のばね部が、質量部２３を同時に反対方向に大きな力で押せば、音低減又は振動減衰装置１の剛性が大きくなるので、ばね部２４のばね定数が大きくなる。一方、第一及び第二のばね部が、質量部２３を同時に反対方向に小さな力で押せば、音低減又は振動減衰装置１の剛性が小さくなるので、ばね部２４のばね定数が小さくなる。
【００１７】
制御部２５は、ばね部２４のばね定数が変化し続けるようにばね部２４を制御する。制御部２５は、コイル、磁歪素子、又はピエゾ素子等に電力を供給するドライバと、ドライバに指令を送るコントローラと、を備える。
【００１８】
図２は、コイルを用いた本発明の第一の実施形態の音低減又は振動減衰装置の模式図を示す。本実施形態の音低減又は振動減衰装置１は、軸線方向に着磁された磁石２を有する出力軸５と、磁石２に吸引力及び反発力からなる力を働かせる第一及び第二のコイル３ａ，３ｂを有する電機子部６と、第一及び第二のコイル３ａ，３ｂに電力を供給する制御部４と、出力軸５を原点位置に復帰させる復帰用磁石としての第一及び第二の保持磁石７ａ，７ｂと、を備える。出力軸５及び電機子部６のいずれか一方が構造部材１３に固定される。
【００１９】
図２の音低減又は振動減衰装置１と図１のモデルとの対応関係は、以下のとおりである。出力軸５が構造部材１３に固定される場合、図２の電機子部６が図１の質量部２３に相当する。電機子部６が構造部材１３に固定される場合、図２の出力軸５が図１の質量部２３に相当する。図２の磁石２、第一及び第二のコイル３ａ，３ｂ、第一及び第二の保持磁石７ａ，７ｂから構成される磁気ばねが、図１のばね定数可変のばね部２４に相当する。図２の出力軸５に対して電機子部６が相対的に移動するときの摩擦が、図１のダンパ部２７の減衰力に相当する。図２の音低減又は振動減衰装置１では、図１のばね定数一定のばね部２６は存在しないが、付加的にコイルばね等を設けることもできる。
【００２０】
磁石２は円柱形の第一の磁石２ａ及び円柱形の第二の磁石２ｂを備える。第一及び第二の磁石２ａ，２ｂは出力軸５に同極同士（図１の例ではＳ極同士）が向かい合うように配列される。第一及び第二の磁石２ａ，２ｂの大きさ及び強さは互いに等しい。第一及び第二の磁石２ａ，２ｂからなる磁石２の軸線方向の中心に例えばＳ極が形成され、磁石２の軸線方向の両端に例えばＮ極が形成される。Ｓ極及びＮ極からは放射状に磁力線が形成される。Ｓ極の磁束はＮ極の磁束の二倍である。出力軸５は筒形の電機子部６によって囲まれる。出力軸５は電機子部６にブッシュ等の軸受を介して軸線方向に直線運動可能に支持される。
【００２１】
電機子部６には、軸線を一致させた状態の第一及び第二のコイル３ａ，３ｂが配列される。第一のコイル３ａは一つのコイルからなり、第二のコイル３ｂは第一のコイル３ａの軸線方向の両端に設けられた二つのコイルからなる。各コイルの巻き数、線形、大きさは互いに等しい。中央の第一のコイル３ａの軸線方向の中心は、第一及び第二の磁石２ａ，２ｂからなる磁石２の軸線方向の中心の位置（Ｓ極の位置）に一致する。左側の第二のコイル３ｂの軸線方向の中心は第一の磁石２ａの左端の位置（Ｎ極の位置）に一致する。右側の第二のコイル３ｂの軸線方向の中心は第二の磁石２ｂの右端の位置（Ｎ極の位置）に一致する。
【００２２】
第一及び第二のコイル３ａ，３ｂに同一の大きさの電流を流すと、第一及び第二のコイル３ａ，３ｂが磁石２に反発及び吸引の力ｆ１，ｆ２を付与する。第一のコイル３ａが磁石２に付与する力ｆ１と第二のコイル３ｂが磁石２に付与する力ｆ２（左側の第二のコイル３ｂが第一の磁石２ａに付与する力ｆ２´と右側の第二のコイル３ｂが第二の磁石２ｂに付与する力ｆ２´の合計）とは、大きさが同じで向きが互いに反対になる。第一及び第二のコイル３ａ，３ｂに交流を流すと、第一のコイル３ａが磁石２に付与する力ｆ１及び第二のコイル３ｂが磁石２に付与する力ｆ２が周期的に変化する。力ｆ１及び力ｆ２は大きさが同じで向きが反対である。このため、力ｆ１及び力ｆ２が周期的に変化しても、出力軸５は原点から変位することはない。
【００２３】
電機子部６には、出力軸５を原点に保持するリング形の第一及び第二の保持磁石７ａ，７ｂが設けられる。第一の保持磁石７ａは第一の磁石２ａの軸線方向の中心に配置され、第二の保持磁石７ｂは第二の磁石２ｂの軸線方向の中心に配置される。第一及び第二の保持磁石７ａ，７ｂの磁力と第一及び第二の磁石２ａ，２ｂの磁力との相互作用によって、出力軸５は原点に保持される。
【００２４】
なお、上記実施形態では、第一及び第二のコイル３ａ，３ｂを合計三つのコイルから構成し、磁石２を第一及び第二の磁石２ａ，２ｂの合計二つの磁石から構成しているが、出力軸５に両側から押し、及び／又は両側から引く力を付与することができれば、コイル３の数は三つに限定されることはなく、二つでも四つでもよい。磁石２の数も二つに限られることはなく、一つでも三つでもよい。
【００２５】
制御部４は、例えばドライバとしての音響アンプと、及び音響アンプに交流を入力するコントローラとしての正弦波入力装置と、を備える。音低減又は振動減衰装置１が装着される構造部材１３の振動は測定されていない。制御部４は構造部材１３の振動に基づくことなく（言い換えれば構造部材１３の振動とは無関係に）第一及び第二のコイル３ａ，３ｂに交流を供給する。ただし、電力消費量低減のために、構造部材１３の振動を測定し、振幅が一定以下の場合は、第一及び第二のコイル３ａ，３ｂへの電流供給を停止することも可能である。
【００２６】
第一及び第二のコイル３ａ，３ｂは制御部４に直列又は並列に接続されている。この実施形態では制御部４は第一及び第二のコイル３ａ，３ｂに一定の周期（例えば１００Ｈｚ、２００Ｈｚ，３００Ｈｚ等）の同相の交流を供給する。交流は正弦波、三角波、台形波、矩形波のいずれでもよい。制御部４は第一及び第二のコイル３ａ，３ｂに一定の周期の交流を供給するが、制御部４に交流の周期を変化させる機能、例えば交流の周期を時間の経過と共に１００Ｈｚ、２００Ｈｚ、１００Ｈｚ等の順番に変化させる機能を持たせることもできる。構造部材１３の振動を測定し、構造部材１３の振動に基づいて交流の周期を変化させることもできる。また、制御部４は第一及び第二のコイル３ａ，３ｂに周期の異なる複数の正弦波を組み合わせた波からなる電流を供給することもできるし、ランダムに変化する電流を供給することもできるし、周波数と振幅との関係が１／ｆのゆらぎの関係にある電流を供給することもできる。
【００２７】
第一及び第二のコイル３ａ，３ｂに交流を供給すると、第一及び第二のコイル３ａ，３ｂが磁石２に付与する力が周期的に変化する。第一のコイル３ａが磁石２に付与する力ｆ１と第二のコイル３ｂが磁石２に付与する力ｆ２とは大きさが同一で向きが反対であるから、出力軸５には両側から押し、及び／又は両側から引く力が働く。出力軸５は電機子部６に軸線方向に移動可能に支持されているが、上記のように出力軸５には両側から同じ力が働くので、出力軸５は原点から実質的に振動することはない。なお、出力軸５の両側の力を完全に一致させることは極めて困難であり、実際には力のバランスが僅かに崩れて出力軸５が微振動することもある。このような場合も含めて、出力軸５は原点から実質的に振動することはない、という。
【００２８】
図３は、本実施形態の音低減又は振動減衰装置１の等価モデルを示す。出力軸５には両側から押し、及び／又は両側から引く力が働くので、本実施形態の音低減又は振動減衰装置１は、質量部１１を第一及び第二のばね部１２ａ，１２ｂで挟んだ等価モデルで表すことができる。第一及び第二のばね部１２ａ，１２ｂは質量部１１と構造部材１３との間に介在する。ここで、出力軸５が構造部材１３に固定される場合には、電機子部６が質量部１１に相当し、電機子部６が構造部材１３に固定される場合には、出力軸５が質量部１１に相当する。第一及び第二のコイル３ａ，３ｂ、磁石２、第一及び第二の保持磁石７ａ，７ｂは、反発力及び吸引力を生じさせる磁気バネを構成するので、第一及び第二のばね部１２ａ，１２ｂに相当する。第一のコイル３ａ、磁石２、第一及び第二の保持磁石７ａ，７ｂが第一のばね部１２ａに相当する。第二のコイル３ｂ、磁石２、第一及び第二の保持磁石７ａ，７ｂが第二のばね部１２ｂに相当する。制御部４が第一及び第二のコイル３ａ，３ｂに交流を流すと、第一及び第二のコイル３ａ，３ｂによる反発力及び吸引力が周期的に変化する。
【００２９】
第一及び第二のばね部１２ａ，１２ｂは、質量部１１の位置を原点から変化させることなく、質量部１１を両側から同じ力で押し、及び／又は両側から同じ力で引く。質量部１１を押し、及び／又は引く力は周期的に変化するので、質量部１１の位置が変化することなく、第一及び第二のばね部１２ａ，１２ｂのばね定数が周期的に変化することになる。
【００３０】
図４は、第一及び第二のコイル３ａ，３ｂに供給する電流の周期的な変化とばね定数の周期的な変化との関係を示す模式図である。この模式図では分かり易くするために、二個のコイル３ａ，３ｂ、及び一つの磁石２を使用していて、二つのコイル３ａ、３ｂ間に保持磁石７を設けている。図２に示すように、三個のコイル３ｂ，３ａ，３ｂ、二個の磁石２ａ，２ｂ、二個の保持磁石７ａ，７ｂを設ける場合も、図４のばねモデルで表すことができる。
【００３１】
図３のＳ１に示すように、第一及び第二のコイル３ａ，３ｂに非通電のとき、出力軸５には保持磁石７による保持力のみが働く。このときの第一及び第二のばね部１２ａ，１２ｂのばね定数を１．０Ｋとする。Ｓ２に示すように、第一及び第二のコイル３ａ，３ｂに時計方向の電流が流れると、第一及び第二のコイル３ａ，３ｂから出力軸５に両側から押す力が働く。このため、第一及び第二のばね部１２ａ，１２ｂのばね定数が１．０Ｋから１．２Ｋに増加することになる。Ｓ３に示すように、第一及び第二のコイル３ａ，３ｂに流す時計方向の電流が最大になると、第一及び第二のばね部１２ａ，１２ｂのばね定数も最大の１．４Ｋになる。Ｓ４に示すように、第一及び第二のコイル３ａ，３ｂに流す時計方向の電流がＳ２のときと同じ大きさに減少すると、第一及び第二のばね部１２ａ，１２ｂのばね定数もＳ２のときと同じ大きさに減少する。Ｓ５に示すように、第一及び第二のコイル３ａ，３ｂに流す時計方向の電流が零、すなわち非通電になると、第一及び第二のばね部１２ａ，１２ｂのばね定数は保持磁石７による保持力のみの１．０Ｋになる。このときのばね定数はＳ１のときと同じ大きさである。
【００３２】
次に、Ｓ６に示すように、第一及び第二のコイル３ａ，３ｂに流す電流の方向が切り替わり、第一及び第二のコイル３ａ，３ｂに反時計方向の電流が流れると、出力軸５に両側から引く力が働く。このため、保持磁石７が出力軸５を保持する力が弱まり、第一及び第二のばね部１２ａ，１２ｂのばね定数はＳ５のときよりもさらに減少し、０．８Ｋに低減する。Ｓ７に示すように、第一及び第二のコイル３ａ，３ｂに流す反時計方向の電流が最大になると、第一及び第二のばね部１２ａ，１２ｂのばね定数が最小の０．６Ｋになる。Ｓ８に示すように、第一及び第二のコイル３ａ，３ｂに流す反時計方向の電流がＳ６のときと同じ大きさまで増加すると、第一及び第二のばね部１２ａ，１２ｂのばね定数もＳ６のときと同じ０．８Ｋに増加する。その後、Ｓ１のときと同じ非通電の状態になり、以降Ｓ１〜Ｓ８の一周期を繰り返す。以上のように、第一及び第二のコイル３ａ，３ｂに交流を流すと、第一及び第二のばね部１２ａ，１２ｂのばね定数が周期的に変化する。
【００３３】
なお、この例では、第一及び第二のコイル３ａ，３ｂに起因する出力軸５を左右に引く力が保持磁石７による出力軸５の保持力以下になっていて、出力軸５には常に左右から押し付ける力が働くようになっている。しかし、第一及び第二のコイル３ａ，３ｂに起因する出力軸５を引く力を保持磁石７による出力軸５の保持力以上にし、出力軸５に左右から引く力を働かせることも可能である。
【００３４】
図５に示すばね質量系では、固有振動数ω（ｒａｄ／ｓｅｃ）をω＝√（ｋ／ｍ）と表すことができる。ｋ：ばね定数、ｍ：質量である。この数式から、ｋが変化するか、ｍが変化すれば、固有振動数ωが変化することがわかる。本実施形態の音低減又は振動減衰装置１においては、ばね定数ｋが周期的に変化するので、固有振動数ωが周期的に変化する。
【００３５】
図６は本実施形態の音低減又は振動減衰装置１を構造部材１３としての防音壁に装着した例を示す。この例では出力軸５を構造部材１３に取り付けており、電機子部６が質量部１１になる。本実施形態の音低減又は振動減衰装置１を取り付ければ、構造部材１３の共振周波数が揺らぐので、構造部材１３を透過する騒音を低減することができる。
【００３６】
構造部材１３には共振周波数が存在する。構造部材１３は共振周波数から離れた周波数の騒音を低減することはできても、共振周波数付近の騒音を透過させ易い。なぜならば、共振周波数付近の騒音に対して構造部材１３が共振するからである。しかし、固有振動数が変化し続ける音低減又は振動減衰装置１を構造部材１３に装着すれば、構造部材１３の共振周波数が一定の値から揺らぐ（例えば１００Ｈｚ、１１０Ｈｚ、１２０Ｈｚ、１１０Ｈｚ、１００Ｈｚ…等に揺らぐ）。このように構造部材１３の共振周波数を一定の値から揺らがせることで、ある一瞬は構造部材１３の共振周波数と音の周波数が一致して音が構造部材１３を透過し易くなるかもしれないが、次の瞬間には構造部材１３の共振周波数と音の周波数が異なり、音が構造部材１３を透過し難くなる。したがって、構造部材１３を透過する共振周波数付近の音を低減できるようになる。
【００３７】
本実施形態の音低減又は振動減衰装置１によれば、さらに以下の効果を奏する。音低減又は振動減衰装置１のばね定数を周期的に変化させ続けることで、構造部材１３を透過する音若しくは構造部材１３から発生する音を安定して低減し、又は構造部材１３の振動を安定して減衰することができる。
【００３８】
第一及び前記第二のばね部１２ａ，１２ｂが質量部１１を同時に反対方向に押し、及び／又は同時に反対方向に引くことで、第一及び第二のばね部１２ａ，１２ｂのばね定数を変化させることができ、ひいては音低減又は振動減衰装置１の固有振動数を変化させることができる。
【００３９】
第一及び第二のばね部１２ａ，１２ｂが磁石２に反発及び／又は吸引の力を働かせる第一及び第二のコイル３ａ，３ｂを備え、制御部４が第一及び第二のコイル３ａ，３ｂに交流を流すので、第一及び第二のばね部１２ａ，１２ｂのばね定数を周期的に変化させ続けることが容易になる。
【００４０】
図７は、本発明の第二の実施形態の音低減又は振動減衰装置３１を示す。第二の実施形態の音低減又は振動減衰装置３１は、磁気ばねが一個の磁石３２と一個のコイル３３とから構成される点が、第一の実施形態の音低減又は振動減衰装置１と異なる。箱形のケース３４内には、軸線方向に着磁された磁石３２が固定される。ケース３４内には、磁石３２を囲むコイル３３を備える電機子部が収容される。制御部がコイル３３に交流を流すと、電機子部が磁石３２の軸線方向に往復運動する。電機子部の所定量以上の往復運動はケース３４によって制限される。電機子部の移動を制限した状態で、コイル３３に流す電流を変化させると、磁気ばねのばね定数が変化する。ケース３４は構造部材１３に固定される。
【００４１】
本発明の第二の実施形態の音低減又は振動減衰装置３１と図１のモデルとの対応関係は、以下のとおりである。図７のコイル３３を備える電機子部が図１の質量部２３に相当する。図７の磁石３２、コイル３３から構成される磁気ばねが、図１のばね定数可変のばね部２４に相当する。図７の磁石３２に対して電機子部が相対的に移動するときの摩擦が、図１のダンパ部２７の減衰力に相当する。
【００４２】
図８は、本発明の第三の実施形態の音低減又は振動減衰装置４１を示す。第三の実施形態の音低減又は振動減衰装置４１は、第一及び第二のばね部が、質量部としての壁部４３を挟むように配置される第一及び第二の磁歪素子又はピエゾ素子（以下、第一及び第二のアクチュエータ４２ａ，４２ｂという）からなる点が、第一の実施形態の音低減又は振動減衰装置１と異なる。音低減又は振動減衰装置４１は、構造部材４４に装着される。構造部材４４と壁部４３とで倉庫の壁等の壁モジュールが構成される。
【００４３】
第一及び第二のアクチュエータ４２ａ，４２ｂは、図９（ａ）に示す磁歪素子４５、又は図９（ｂ）に示すピエゾ素子４６からなる。図９（ａ）に示すように、磁歪素子４５は、外部磁界からの影響で弾性変形する公知のものである。制御部４７は、外部磁界を変化させるようにコイル４８に供給する電流を制御する。図９（ｂ）に示すように、ピエゾ素子４６は、圧電体４６ａを二枚の電極４６ｂで挟んでなり、圧電体４６ａに加えられた電圧により弾性変形する公知のものである。制御部４９は、圧電体４６ａに加える電圧を制御する。
【００４４】
図８に示すように、質量部としての壁部４３を第一及び第二のアクチュエータ４２ａ，４２ｂで挟み、壁部４３を同時に反対方向に押し、及び／又は同時に反対方向に引くようにすると、音低減又は振動減衰装置４１の剛性が変化し、第一及び第二のアクチュエータ４２ａ，４２ｂのばね定数が変化する。ばね定数が変化し続ける音低減又は振動減衰装置４１を構造部材４４に装着すれば、構造部材４４の共振周波数が揺らぐ。
【００４５】
本発明の第三の実施形態の音低減又は振動減衰装置４１と図１のモデルとの対応関係は、以下のとおりである。図８の壁部４３が図１の質量部２３に相当する。図８の第一及び第二のアクチュエータ４２ａ，４２ｂが、図１のばね定数可変のばね部２４に相当する。
【００４６】
第三の実施形態の音低減又は振動減衰装置４１によれば、以下の効果を奏する。第一及び第二のばね部として第一及び第二のアクチュエータ４２ａ，４２ｂを用いるので、第一及び第二のばね部のばね定数を大きくすることができる。このため、剛性の高い構造部材４４の音を低減、又は振動を減衰することが可能になる。
【００４７】
図１０は、本発明の第四の実施形態の音低減又は振動減衰装置５１を示す。第四の実施形態では、構造部材としての壁支持部５２に音低減又は振動減衰装置５１を装着する。音低減又は振動減衰装置５１は、質量部としての壁部５３と、壁部５３を挟むように配置される第一及び第二のアクチュエータ５４ａ，５４ｂと、を備える。第一及び第二のアクチュエータ５４ａ，５４ｂは、壁部５３の上下端に配置されており、合計四個の第一及び第二のアクチュエータ５４ａ，５４ｂが図示されている。ばね定数が変化し続ける音低減又は振動減衰装置５１を壁支持部５２に装着すれば、壁支持部５２の共振周波数が揺らぐ。
【００４８】
図１１は、本発明の第五の実施形態の音低減又は振動減衰装置６１を示す。第五の実施形態では、構造部材としての壁部６２に音低減又は振動減衰装置６１を装着する。音低減又は振動減衰装置６１は、質量部６３と、質量部６３を挟むように配置される第一及び第二のアクチュエータ６４ａ，６４ｂと、を備える。ばね定数が変化する音低減又は振動減衰装置６１を壁部６２に装着すれば、壁部６２の共振周波数が揺らぐ。
【実施例１】
【００４９】
本実施形態の音低減又は振動減衰装置１の減衰効果を確認する実験を行った。図１２に示すように、音低減又は振動減衰装置１の電機子部６を固定し、出力軸５の先端に薄鋼板からなる板ばね１５を取り付けた。板ばね１５の下端におもり１６を取り付け、おもり１６の部分をハンマーでたたき、おもり１６を自由振動させた。レーザー測長器によっておもり１６の自由振動を測定した。【００５０】
図１３はおもり１６の振動の測定結果を示す。図中（１）はおもり０ｇ、図中（２）はおもり３ｇ、図中（３）はおもり６ｇ、図中（４）はおもり１２ｇの場合を示す。図中右欄が第一及び第二のコイル３ａ，３ｂに交流を供給しない場合を示し、図中左欄が第一及び第二のコイル３ａ，３ｂに交流を供給した場合を示す。図中右欄に示すように、ハンマーでおもりを叩くと、おもりは共振周波数で自由振動し、おもりの自由振動がなかなか減衰しなかった。これに対して、図中左欄に示すように、第一及び第二のコイル３ａ，３ｂを励磁することで、おもり１６がいずれの重さの場合でも、振動がすぐに減衰した。音低減又は振動減衰装置１のばね定数が周期的に変化し、板ばね・おもり系の共振周波数が揺らいだことが原因だと推測される。【００５１】
なお、本発明は上記実施形態に具現化されるのに限られることはなく、本発明の要旨を変更しない範囲で他の実施形態に具現化することができる。【００５２】
例えば、電機子部のコイル、保持磁石及び磁石の個数、形状は第一の実施形態の個数、形状に限定されることはない。【００５３】
第一の実施形態では、第一及び第二のばね１２ａ，１２ｂのばね定数を周期的に変化させているが、周期及び／又は振幅が任意（ランダム）に変化する波のように変化させることもできるし、周波数と振幅との関係が１／ｆのゆらぎの関係にある波のように変化させることもできる。【００５４】
第一の実施形態では、出力軸を原点に保持するのに保持磁石を用いているが、保持磁石の替わりにコイルばね等を用いることもできる。【００５５】
第一の実施形態では、第一及び第二のコイルから磁石に反発及び吸引の力を付与しているが、第一及び第二のコイルから磁石に反発力及び吸引力のいずれか一方のみを付与することもできる。【００５６】
第一の実施形態では、第一及び第二のばね部としてコイル及び磁石からなる磁気ばねを使用しているが、磁気ばねの替わりに、第三ないし第五の実施形態のように質量部を両側から挟む一対のピエゾ素子又は磁歪素子を用いることもできる。【００５７】
第一ないし第五の実施形態では、ばね部のばね定数を変化させ続けているが、ばね部のばね定数に加えてダンパの減衰係数を変化させ続けることもできる。例えば、ダンパのオリフィスを狭くしたり、広くしたりすることで、ダンパの減衰係数を変化させ続けることができる。【００５８】
第三ないし第五の実施形態では、二個以上のアクチュエータを設けているが、アクチュエータを予圧がかかっている状態にしておけば、アクチュエータを一個にすることもできる。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明の音低減又は振動減衰装置は、防音壁に用いることができる他、エアコン、プリンタ、複合機等の各種機器の構造部材から発生する騒音を低減するのに用いることができる。また、騒音は振動の一種であるから、製造装置、検査装置等の各種機器の構造部材の振動を減衰するのに用いることもできるし、自動車等の乗物の構造部材の振動を減衰するのに用いることもできる。
【符号の説明】
【００６０】
１，３１，４１，５１，６１…音低減又は振動減衰装置，２ａ，２ｂ…第一及び第二の磁石（磁石），３ａ，３ｂ…第一及び第二のコイル（コイル），４，２５…制御部，５…出力軸，６…電機子部，１１，２３，４３，５３，６３…質量部，１２ａ，１２ｂ…第一及び第二のばね部（ばね部），１３…構造部材，２４…ばね部，４２ａ，４２ｂ…第一及び第二のアクチュエータ（第一及び第二のばね部、ばね部），５４ａ，５４ｂ…第一及び第二のアクチュエータ（第一及び第二のばね部、ばね部），６４ａ，６４ｂ…第一及び第二のアクチュエータ（第一及び第二のばね部、ばね部）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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