(57)【要約】【課題】簡単な構造で柔軟であり圧電効果を向上させることができる圧電材とその製造方法、制振装置及び駆動装置を提供する。【解決手段】圧電材１は、媒体３中に複数の圧電粒子２が分散された部材である。圧電材１は、例えば、未硬化のシリコーンゴムなどの流動性の媒体３中に、チタン酸ジルコン酸鉛などの圧電粒子２を分散させた後に、媒体３に電圧Ｖを加えながらこの媒体３を加熱してこの媒体３を硬化させて製造される。その結果、媒体３に加わる電界Ｅの方向と複数の圧電粒子２の分極方向とが同一になるように、この電界Ｅの方向にこれらの圧電粒子２が連続して配向される。このため、従来の圧電ゴムに比べて圧電粒子２の配向方向における分極度が高くなり、機械的応力が加わると大きな電界Ｅを発生するとともに電界Ｅを加えると大きな歪みを発生して、大きな圧電効果を得ることができる。【選択図】図１
2008108762.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
媒体中に複数の圧電粒子が分散された圧電材であって、
前記媒体に加わる電界の方向と前記複数の圧電粒子の分極方向とが同一になるように、この電界の方向にこれらの圧電粒子が連続して配向されていること、
を特徴とする圧電材。
【請求項２】
請求項１に記載の圧電材において、
前記複数の圧電粒子は、ゴム中に連続して配向されていること、
を特徴とする圧電材。
【請求項３】
媒体中に複数の圧電粒子が分散された圧電材の製造方法であって、
前記媒体中に前記複数の圧電粒子を分散させる分散工程と、
前記媒体に加わる電界の方向と前記複数の圧電粒子の分極方向とが同一になるように、この電界の方向にこれらの圧電粒子を連続して配向させる配向工程と、
を含む圧電材の製造方法。
【請求項４】
請求項３に記載の圧電材の製造方法において、
前記配向工程は、未硬化の前記媒体に電圧を加えながらこの媒体を硬化させる工程を含むこと、
を特徴とする圧電材の製造方法。
【請求項５】
請求項３又は請求項４に記載の圧電材の製造方法において、
前記分散工程は、未硬化のゴム中に前記圧電粒子を分散させる工程を含み、
前記配向工程は、前記未硬化のゴムに電圧を加えながらこの未硬化のゴムを加熱して硬化させる工程を含むこと、
を特徴とする圧電材の製造方法。
【請求項６】
可動部材の振動を圧電材によって抑える制振装置であって、
前記圧電材は、媒体中に複数の圧電粒子が分散されており、この媒体に加わる電界の方向とこれらの圧電粒子の分極方向とが同一になるように、この電界の方向にこれらの圧電粒子が連続して配向されていること、
を特徴とする制振装置。
【請求項７】
請求項６に記載の制振装置において、
前記圧電材は、前記可動部材の振動に応じて振動する第１の電極と第２の電極との間に配置され、これらの電極の振動に応じて弾性変形すること、
を特徴とする制振装置。
【請求項８】
請求項６に記載の制振装置において、
前記圧電材は、前記可動部材の振動に応じて振動する第１の電極と固定部材に固定される第２の電極との間に配置され、この第１の電極の振動に応じて弾性変形すること、
を特徴とする制振装置。
【請求項９】
請求項６から請求項８までのいずれか１項に記載の制振装置において、
前記圧電材は、ゴム中に前記複数の圧電粒子が連続して配向されていること、
を特徴とする制振装置。
【請求項１０】
請求項６から請求項９までのいずれか１項に記載の制振装置において、
前記圧電材が発生する電力を消費する電力消費部を備えること、
を特徴とする制振装置。
【請求項１１】
可動部材を圧電材によって駆動する駆動装置であって、
前記圧電材は、媒体中に複数の圧電粒子が分散されており、この媒体に加わる電界の方向とこれらの圧電粒子の分極方向とが同一になるように、この電界の方向にこれらの圧電粒子が連続して配向されていること、
を特徴とする駆動装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の駆動装置において、
前記圧電材は、第１の電極と第２の電極との間に配置され、これらの電極間に加わる電圧に応じて弾性変形して前記可動部材を駆動すること、
を特徴とする駆動装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の駆動装置において、
前記圧電材は、ゴム中に前記複数の圧電粒子が連続して配向されていること、
を特徴とする駆動装置。
【請求項１４】
請求項１１から請求項１３までのいずれか１項に記載の駆動装置において、
前記圧電材に加える電圧を制御する電圧制御部を備えること、
を特徴とする駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、媒体中に複数の圧電粒子が分散された圧電材とその製造方法、可動部材の振動を圧電材によって抑える制振装置、及び可動部材を圧電材によって駆動する駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
応力を加えると電気分極を発生し、電界（電場）を加えると歪みを発生する強誘電体の焼結体である圧電セラミックなどの圧電材が知られている。従来の圧電材は、シート状の圧電材料に電極を印刷し所定の寸法に切り出して積層体を形成し、脱脂後の積層体を電気炉によって焼成して形成されている（例えば、特許文献１参照）。このような従来の圧電材は、結晶相比率を制御することによって目的とする特性を選定可能にしている。また、圧電セラミックスの粉体をゴム中に分散させた圧電ゴムが知られている。従来の圧電ゴムは、圧電体として径方向に分極された圧電セラミックの粉体をゴム中に含有している（例えば、特許文献２参照）。
【０００３】
電場を加えると粘度が変化する電気粘性流体(Electro-Rheological Fluid(ER流体))を利用して振動を抑える制振装置が知られている。従来の制振装置は、振動発生機器からの振動を受けて往復動作する受振部材と、振動発生機器を固定するための固定部材と、受振部材と固定部材との間に充填される電気粘性流体を収容する収容室と、この収容室内の電気粘性流体の粘度を変化させるためにこの電気粘性流体に加わる電界を制御する電界制御制御手段とを備えている（例えば、特許文献３参照）。このような従来の制振装置では、収容室内の電気粘性流体に加える磁界を制御することによって、この電気粘性流体の粘度を変化させ受振部材の振動を減衰させている。
【０００４】
また、磁場を加えると粘度が変化する磁気粘性流体(Magneto-Rheological Fluid(MR流体))を利用して振動を抑える制振装置が知られている。従来の制振装置は、所定の間隔をあけて配列されたスリットを有する多数の平板と、これらの平板の一方の端部を一枚おきに固定する固定部材と、この第１の固定部材に固定された平板以外の平板の他方の端部に接続されて振動する振動部材と、各平板の間に充填される磁気粘性流体を収容する収容室と、この収容室内の磁気粘性流体の粘度を変化させるためにこの磁気粘性流体に加わる磁束を制御する磁束制御手段とを備えている（例えば、特許文献４参照）。このような従来の制振装置では、収容室内の磁気粘性流体に加える磁束を制御することによって、この磁気粘性流体の粘度を変化させ振動部材の振動を減衰させている。
【０００５】
【特許文献１】特開2006-036578号公報
【０００６】
【特許文献２】特開平11-160011号公報
【０００７】
【特許文献３】特開平7-054917公報
【０００８】
【特許文献４】特開2003-056639公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来の圧電材では、圧電材料を焼結させて形成しているため非常に硬く、一般にぜい性材料であることから割れやすく、大きな変形などに追従することができない問題点がある。また、従来の圧電ゴムでは、圧電粒子がゴム中に三次元的に分散しているだけであり、圧電ゴムに応力が加わって個々の圧電粒子が電気分極しても全体として発生する電力が小さく、圧電ゴムに応力が加わっても歪みがゴムに吸収されてしまい十分な圧電性能を発揮しない問題点がある。さらに、従来の粘性流体による制振装置では、無負荷状態で一定時間静置すると粘性流体内に配合されている導電性粒子や磁気粒子が沈殿し、性能を著しく低下させるという問題があった。また、このような制振装置では、電気粘性流体に電場を加えたり磁気粘性流体に磁束を加えたりするための電気回路や、電場や磁束を制御するための制御回路などが必要になって装置が大型化し複雑になってしまう問題点がある。
【００１０】
この発明の課題は、簡単な構造で柔軟であり圧電効果を向上させることができる圧電材とその製造方法、制振装置及び駆動装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明は、以下に記載するような解決手段により、前記課題を解決する。
なお、この発明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、この実施形態に限定するものではない。
請求項１の発明は、図１及び図２に示すように、媒体（３）中に複数の圧電粒子（２）が分散された圧電材であって、前記媒体に加わる電界（Ｅ）の方向と前記複数の圧電粒子の分極方向とが同一になるように、この電界の方向にこれらの圧電粒子が連続して配向されていることを特徴とする圧電材（１）である。
【００１２】
請求項２の発明は、請求項１に記載の圧電材において、前記複数の圧電粒子は、ゴム中に連続して配向されていることを特徴とする圧電材である。
【００１３】
請求項３の発明は、図１〜図３に示すように、媒体（３）中に複数の圧電粒子（２）が分散された圧電材（１）の製造方法であって、前記媒体中に前記複数の圧電粒子を分散させる分散工程（＃２００）と、前記媒体に加わる電界（Ｅ）の方向と前記複数の圧電粒子の分極方向とが同一になるように、この電界の方向にこれらの圧電粒子を連続して配向させる配向工程（＃３００）とを含む圧電材の製造方法（＃１００）である。
【００１４】
請求項４の発明は、請求項３に記載の圧電材の製造方法において、前記配向工程は、未硬化の前記媒体に電圧を加えながらこの媒体を硬化させる工程を含むことを特徴とする圧電材の製造方法である。
【００１５】
請求項５の発明は、請求項３又は請求項４に記載の圧電材の製造方法において、前記分散工程は、未硬化のゴム中に前記圧電粒子を分散させる工程を含み、前記配向工程は、前記未硬化のゴムに電圧を加えながらこの未硬化のゴムを加熱して硬化させる工程を含むことを特徴とする圧電材の製造方法である。
【００１６】
請求項６の発明は、図５及び図６に示すように、可動部材（５）の振動を圧電材（１）によって抑える制振装置であって、前記圧電材は、媒体（３）中に複数の圧電粒子（２）が分散されており、この媒体に加わる電界（Ｅ）の方向とこれらの圧電粒子の分極方向とが同一になるように、この電界の方向にこれらの圧電粒子が連続して配向されていることを特徴とする制振装置（６）である。
【００１７】
請求項７の発明は、請求項６に記載の制振装置において、図５に示すように、前記圧電材は、前記可動部材の振動に応じて振動する第１の電極（４Ａ）と第２の電極（４Ｂ）との間に配置され、これらの電極の振動に応じて弾性変形することを特徴とする制振装置である。
【００１８】
請求項８の発明は、請求項６に記載の制振装置において、図６に示すように、前記圧電材は、前記可動部材の振動に応じて振動する第１の電極（４Ａ）と固定部材（９）に固定される第２の電極（４Ｂ）との間に配置され、この第１の電極の振動に応じて弾性変形することを特徴とする制振装置である。
【００１９】
請求項９の発明は、請求項６から請求項８までのいずれか１項に記載の制振装置において、前記圧電材は、ゴム中に前記複数の圧電粒子が連続して配向されていることを特徴とする制振装置である。
【００２０】
請求項１０の発明は、請求項６から請求項９までのいずれか１項に記載の制振装置において、前記圧電材が発生する電力を消費する電力消費部（８）を備えることを特徴とする制振装置である。
【００２１】
請求項１１の発明は、図７に示すように、可動部材（５）を圧電材（１）によって駆動する駆動装置であって、前記圧電材は、媒体（３）中に複数の圧電粒子（２）が分散されており、この媒体に加わる電界（Ｅ）の方向とこれらの圧電粒子の分極方向とが同一になるように、この電界の方向にこれらの圧電粒子が連続して配向されていることを特徴とする駆動装置（１０）である。
【００２２】
請求項１２の発明は、請求項１１に記載の駆動装置において、前記圧電材は、第１の電極（４Ａ）と第２の電極（４Ｂ）との間に配置され、これらの電極間に加わる電圧に応じて弾性変形して前記可動部材を駆動することを特徴とする駆動装置である。
【００２３】
請求項１３の発明は、請求項１２に記載の駆動装置において、前記圧電材は、ゴム中に前記複数の圧電粒子が連続して配向されていることを特徴とする駆動装置である。
【００２４】
請求項１４の発明は、請求項１１から請求項１３までのいずれか１項に記載の駆動装置において、前記圧電材に加える電圧を制御する電圧制御部（１３）を備えることを特徴とする駆動装置である。
【発明の効果】
【００２５】
この発明によると、簡単な構造で柔軟であり圧電効果を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
（第１実施形態）
以下、図面を参照して、この発明の第１実施形態について詳しく説明する。
図１は、この発明の第１実施形態に係る圧電材の模式図である。
図１に示す圧電材１は、媒体３中に複数の圧電粒子２が分散された部材である。圧電材１は、媒体３に加わる電界Ｅの方向と複数の圧電粒子２の分極方向とが同一になるように、この電界Ｅの方向にこれらの圧電粒子２が連続して配向されている。圧電材１は、例えば、図１に示すように、所定の長さ、幅及び厚さに形成された板状の部材であり、シリコーンゴムなどの媒体３内にチタン酸ジルコン酸鉛などの圧電粒子２が厚さ方向に連続して配向された圧電ゴムの一種である。圧電材１は、図１に示すように、圧電粒子２と媒体３などを備えている。
【００２７】
圧電粒子２は、圧電効果を示す粒子である。圧電粒子２は、機械的応力が加わると応力に応じた電気分極を発生して電界Ｅを発生（正効果）し、電界Ｅを加えて電気分極を発生させると電界Ｅの大きさに応じた歪みを発生（逆効果）する圧電効果を示す。圧電粒子２は、例えば、図１に示す媒体３がゴムであるときには、ゴム中に連続して配向されている。圧電粒子２は、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛(商品名PZT)、チタン酸バリウム、ニオブ酸リチウム、チタン酸鉛、メタニオブ酸鉛、ポリフッ化ビニリデン又は水晶などの粒子である。
【００２８】
媒体３は、圧電粒子２を保持する母材（マトリックス）である。媒体３は、図１に示すように、この媒体３に加わる電界Ｅの方向に複数の圧電粒子２が連続して配向されるようにこれらの圧電粒子２を保持しており、複数の圧電粒子２が複数列になって並ぶように保持されている。媒体３は、例えば、シリコーンゴム又はウレタンゴムなどの熱硬化型又は二液硬化型のゴム、スチレン系、オレフィン系又は塩化ビニル系の熱可塑性エラストマー、ポリエチレン又はポリプロピレンなどのオレフィン系又は塩化ビニルなどの熱可塑性樹脂、加熱硬化前のエポキシ又はポリエステルなどの熱硬化性樹脂、シリコーンオイル又はエチレングリコール（不凍液）などの液体が好ましい。媒体３としては、柔軟性及びたわみ性に優れたゴムが特に好ましく、ゴムに比べて柔軟性及びたわみ性の利点は失われるが寸法及び成型の自由度があり、圧電セラミックスに比べてもろくなく、高たわみを示す樹脂が好ましい。
【００２９】
次に、この発明の第１実施形態に係る圧電材の作用について説明する。
図２は、この発明の第１実施形態に係る圧電材の作用を示す模式図であり、図２(Ａ)は機械電気変換部としての作用を示し、図２(Ｂ)は電源が交流であるときの電気機械変換部としての作用を示し、図２(Ｃ)は電源が直流であるときの電気機械変換部としての作用を示す。
図２に示す電極４Ａ，４Ｂは、圧電材１に電気的に接続された接点部分である。電極４Ａ，４Ｂは、圧電材１の両面にそれぞれ積層されており、圧電材１の両面全域を被覆するように形成されている。このような電極４Ａ，４Ｂは、例えば、金属、金属酸化物又はカーボンなどの導電性材料を蒸着、シルクスクリーン印刷又はイオンスパッタリングなどの方法によって圧電材１の両面に形成されたり、導電性材料を含有する樹脂又は導電性高分子などの導電性樹脂を圧電材１の両面に多層化され形成されたりする。
【００３０】
図２（Ａ）に示すように、圧電材１が振動して応力が加わり変形すると、圧電粒子２にせん断力が作用して歪みが発生し、媒体３内の各圧電粒子２が電気分極する。図１及び図２に示すように、媒体３に加わる電界Ｅの方向と複数の圧電粒子２の分極方向とが同一になるように、この電界Ｅの方向にこれらの圧電粒子２が媒体３内に連続して配向されている。その結果、図２（Ａ）に示すように、連続して配向されている複数の圧電粒子２の集合体が一つの圧電体として大きな電界Ｅを発生し、電極４Ａ，４Ｂ間に抵抗Ｒを接続したときには電極４Ａ，４Ｂ間に発生する電力がこの抵抗Ｒによって消費される。このため、振動エネルギーを電気エネルギーに変換する機械電気変換部として圧電材１が機能し、この電気エネルギーを熱エネルギーに抵抗Ｒが変換して、圧電材１の振動が抑えられる。
【００３１】
一方、図２（Ｂ）に示すように、電極４Ａ，４Ｂ間に交流電源Ｖ1によって電圧を加えて圧電材１に電界Ｅを発生させると、媒体３内の各圧電粒子２が電気分極し電界Ｅの大きさに応じた歪みを発生して圧電材１が伸縮して振動する。また、図２（Ｃ）に示すように、電極４Ａ，４Ｂ間に直流電源Ｖ2によって電圧を加えて圧電材１に電界Ｅを発生させると、媒体３内の各圧電粒子２が電気分極し電界Ｅの大きさに応じた歪みを発生して、電極４Ａ，４Ｂ間の電圧が正であるときには圧電材１が伸び、電極４Ａ，４Ｂ間の電圧が負であるときには圧電材１が縮む。図１及び図２に示すように、媒体３に加わる電界Ｅの方向と複数の圧電粒子２の分極方向とが同一になるように、この電界Ｅの方向にこれらの圧電粒子２が媒体３内に連続して配向されている。その結果、図２（Ｂ）（Ｃ）に示すように、連続して配向されている複数の圧電粒子２の集合体が一つの圧電体として大きな電界Ｅを発生し、圧電材１のたわみが大きくなる。このため、図２（Ｂ）に示すように、電気エネルギーを振動エネルギーに変換する電気機械変換部として圧電材１が機能し、圧電材１が所定の振幅で振動する。また、図２（Ｃ）に示すように、電気エネルギーを弾性エネルギーに変換する電気機械変換部として圧電材１が機能し、圧電材１が所定のたわみ量だけ弾性変形する。
【００３２】
次に、この発明の第１実施形態に係る圧電材の製造方法について説明する。
図３は、この発明の第１実施形態に係る圧電材の製造方法の工程図である。図４は、この発明の第１実施形態に係る圧電材の製造工程を模式的に示す概念図である。
図３に示す製造方法＃１００は、図１及び図２に示す媒体３中に複数の圧電粒子２が分散された圧電材１の製造方法である。製造方法＃１００は、図３に示すように、媒体３中に複数の圧電粒子２を分散させる分散工程＃２００と、媒体３に加わる電界Ｅの方向と複数の圧電粒子２の分極方向とが同一になるように、この電界Ｅの方向にこれらの圧電粒子２が連続して配向させる配向工程＃３００とを含む。
【００３３】
分散工程＃２００は、図４（Ａ）に示すように、未硬化のシリコーンゴムなどの流動性の媒体３中に、チタン酸ジルコン酸鉛などの圧電粒子２を分散される工程を含む。配向工程＃３００は、図４（Ｂ）に示すように、未硬化の媒体３に直流電源Ｖ2によって電圧を加えながらこの媒体３を加熱してこの媒体３を硬化させる工程であり、図４（Ｂ）（Ｃ）に示すように未硬化のシリコーンゴムなどの媒体３に直流電源Ｖ2によって電圧を加えながらこのシリコーンゴムを加熱して硬化させる工程を含む。配向工程＃３００は、図３に示すように、未硬化の媒体３に電圧を加える電圧印加工程＃３１０と、未硬化の媒体３を加熱して硬化させる加熱硬化工程＃３２０とを含む。
【００３４】
電圧印加工程＃３１０では、図４（Ｂ）に示すように、電極４Ａ，４Ｂ間に電界Ｅを加えると媒体３中に分散している各圧電粒子２が電気分極して、隣接する圧電粒子２の双極子モーメントの方向が同一方向になり、隣接する圧電粒子２が互に引力（クーロン力）を受けて、電界Ｅの方向に連続して配向する。加熱硬化工程＃３２０では、図４（Ｃ）に示すように、電界Ｅの方向に圧電粒子２が連続して配向した状態で媒体３を加熱して硬化させることによって、媒体３中に圧電粒子２が保持される。
【００３５】
この発明の第１実施形態に係る圧電材とその製造方法には、以下に記載するような効果がある。
(1) この第１実施形態では、媒体３に加わる電界Ｅの方向と複数の圧電粒子２の分極方向とが同一になるように、この電界Ｅの方向にこれらの圧電粒子２が連続して配向されている。このため、従来の圧電ゴムに比べて圧電粒子２の配向方向における分極度が高くなり、機械的応力が加わると大きな電界Ｅを発生するとともに電界Ｅを加えると大きな歪みを発生して、大きな圧電効果を得ることができる。また、各圧電粒子２が電気分極すると圧電粒子２間の引力が強くなるため、圧電粒子２の配向方向及びこの配向方向と交差するせん断方向における力学的な抵抗が強くなる。このため、圧電粒子２間の引力に対抗して圧電材１を弾性変形させることによって大きな電力を得ることができる。さらに、圧電材１、電極４Ａ，４Ｂ及び抵抗Ｒによって電気回路を構成し、振動エネルギーを電気エネルギーに圧電材１が変換し、この電気エネルギーを熱エネルギーに抵抗Ｒが変換することによって、圧電材１の振動を抑えることができる。
【００３６】
(2) この第１実施形態では、複数の圧電粒子２がゴム中に連続して配向されている。このため、ゴムに対する圧電粒子２の配合を調整することによって、寸法の自由度を向上させることができ、従来の圧電材に比べて大きな圧電材１を製造することができる。また、従来の脆弱な圧電セラミックスに比べて柔軟性に優れたゴムを媒体３に選択することによって、圧電材１が割れ難くなって大きな変形に耐えることができるとともに、圧電材１を対象物に貼り付けるときに、この対象物の曲面や凹凸面（不陸）に圧電材１を密着させることができる。さらに、従来の圧電セラミックスに比べて弾性率が格段に小さくなるため、振幅やたわみを大きくすることができるとともに、従来の圧電ゴムに比べて圧電粒子２が配向されているため少量の圧電粒子２によって圧電効果を効率的に発揮させることができる。
【００３７】
（第２実施形態）
図５は、この発明の第２実施形態に係る制振装置を概略的に示す模式図である。以下では、図１〜図４に示す部分と同一の部分については、同一の番号を付して詳細な説明を省略する。
図５に示す可動部材５は、制振装置６によって振動を抑制される制振対象物であり、例えば両端が単純支持された梁状部材又は板状部材である。制振装置６は、可動部材５の振動を圧電材１によって抑える装置であり、図５に示すように圧電材１と、電極４Ａ，４Ｂと、導電部７Ａ，７Ｂと、電力消費部８などを備えている。制振装置６は、可動部材５の振動に応じて振動する電極４Ａと電極４Ｂとの間に圧電材１を配置しており、電極４Ａ，４Ｂの振動に応じて圧電材１が弾性変形すると圧電粒子２が電気分極し、電極４Ａと電極４Ｂとの間に電界Ｅを発生する。制振装置６は、例えば、可動部材５の中央部にこの可動部材５を挟み込むようにそれぞれ１つずつ取り付けられており、可動部材５の表面に電極４Ａを取り付けて、この電極４Ａとの間で圧電材１を挟み込むように圧電材１の表面に電極４Ｂを取り付けている。
【００３８】
導電部７Ａ，７Ｂは、圧電材１が発生する電流が流れる部分であり、導電部７Ａ，７Ｂは、一方の端部が電極４Ａ，４Ｂにそれぞれ接続されており、他方の端部が電力消費部８に接続されている。電力消費部８は、圧電材１が発生する電力を消費する部分であり、電気信号を熱に変換する抵抗素子などの電気熱変換部である。電力消費部８は、電極４Ａ，４Ｂからの電気エネルギーを熱エネルギーに変換するために、抵抗値を調整可能な電気回路などを備えており、電極４Ａ，４Ｂが出力する電流（電気信号）が流れる。
【００３９】
次に、この発明の第２実施形態に係る制振装置の動作を説明する。
例えば、図５に示すように、両端が単純支持された可動部材５が中央部を腹として振動すると、この可動部材５と一体となって制振装置６も振動し、図中二点鎖線で示すように可動部材５がたわむと、圧電材１及び電極４Ａ，４Ｂに曲げ応力が作用する。このため、圧電材１の圧電粒子２が電気分極して電極４Ａと電極４Ｂとの間に電界Ｅが発生し、電力消費部８に電流が流れて圧電材１が発生する電力を電力消費部８が消費する。その結果、制振装置６によって振動エネルギーが熱エネルギーに変換されて、可動部材５の振動が抑えられる。
【００４０】
この発明の第２実施形態に係る制振装置には、第１実施形態の効果に加えて、以下に記載するような効果がある。
(1) この第２実施形態では、可動部材５の振動に応じて振動する電極４Ａと電極４Ｂとの間に圧電材１が配置されており、これらの電極４Ａ，４Ｂの振動に応じて圧電材１が弾性変形する。このため、電界Ｅの方向に圧電粒子２が予め連続して配向されているため、従来の制振装置のようなER粒子やMR粒子を配向させるための電気回路などが不要になって、制振装置を簡単に構成することができる。また、圧電効果に優れた圧電材１に曲げ応力が作用したときにこの圧電材１が電気分極し、可動部材５の振動エネルギーを電気エネルギーに効率的に変換することができる。
【００４１】
(2) この第２実施形態では、圧電材１が発生する電力を電力消費部８が消費する。このため、圧電材１によって可動部材５の振動エネルギーを電気エネルギーに変換し、電力消費部８によってこの電気エネルギーを熱エネルギーに変換して、可動部材５の振動を抑えることができる。
【００４２】
（第３実施形態）
図６は、この発明の第３実施形態に係る制振装置を概略的に示す模式図である。
図６に示す可動部材５は、例えば、内燃機関のシリンダヘッド、車両の座席又は構造物のような振動体を弾性支持する油圧シリンダ又は空気圧シリンダのピストンロッドなどの往復移動する軸状部材である。制振装置６は、可動部材５の振動に応じて振動する電極４Ａと固定部材９に固定される電極４Ｂとの間に圧電材１を配置しており、電極４Ａの振動に応じて圧電材１が弾性変形すると圧電粒子２が電気分極し、電極４Ａと電極４Ｂとの間に電界Ｅを発生する。制振装置６は、例えば、可動部材５の外周部の周方向に所定の間隔をあけて配置されており、可動部材５の外周面に電極４Ａを取り付けて、この電極４Ａとの間で圧電材１を挟み込むように圧電材１の表面に電極４Ｂを取り付けている。固定部材９は、電極４Ｂを固定する部材であり、可動部材５の外周部との間に所定の間隔をあけてこの可動部材５の外側に配置されている。固定部材９は、例えば、鋼材などによって構成された外壁であり、固定部材９の表面には可動部材５の外周面と対向するように電極４Ｂが取り付けられている。
【００４３】
次に、この発明の第３実施形態に係る制振装置の動作を説明する。
図６に示すように、可動部材５が上下方向に振動するとこの可動部材５と一体となって制振装置６の電極４Ａも振動し、図中二点鎖線で示すように制振装置６の圧電材１がたわむと、圧電材１にせん断応力が作用する。このため、圧電材１の圧電粒子２が電気分極して電極４Ａと電極４Ｂとの間に電界Ｅが発生し、電力消費部８に電流が流れて圧電材１が発生する電力を電力消費部８が消費する。その結果、制振装置６によって振動エネルギーが熱エネルギーに変換されて、可動部材５の振動が抑えられる。
【００４４】
この発明の第３実施形態に係る制振装置には、第１実施形態の効果に加えて、以下に記載するような効果がある。
この第３実施形態では、可動部材５の振動に応じて振動する電極４Ａと固定部材９に固定される電極４Ｂとの間に圧電材１が配置されており、この電極４Ａの振動に応じて圧電材１が弾性変形する。このため、圧電効果に優れた圧電材１にせん断応力が作用したときにこの圧電材１を電気分極させて、可動部材５の振動エネルギーを電気エネルギーに変換することができる。
【００４５】
（第４実施形態）
図７は、この発明の第４実施形態に係る駆動装置を概略的に示す模式図である。
図７に示す駆動装置１０は、可動部材５を圧電材１によって駆動する装置であり、圧電材１と、電極４Ａ，４Ｂと、導電部７Ａ，７Ｂと、電圧発生部１１と、動作設定部１２と、電圧制御部１３などを備えている。駆動装置１０は、電極４Ａと電極４Ｂとの間に配置され、これらの電極４Ａ，４Ｂ間に加わる電圧に応じて弾性変形して可動部材５を駆動する。駆動装置１０は、図７に示すように、可動部材５に電極４Ａが固定されており、固定部材９に電極４Ｂが固定されている。駆動装置１０は、電極４Ａ，４Ｂ間に正の電圧を加えるとこれらの間に電界Ｅが発生し、圧電粒子２が電気分極して圧電材１が伸びて可動部材５を前進させる。一方、駆動装置１０は、電極４Ａ，４Ｂ間に負の電圧を加えるとこれらの間に電界−Ｅが発生し、圧電粒子２が電気分極して圧電材１が縮み可動部材５を後退させる。駆動装置１０は、電圧発生部１１が発生する電気エネルギーを運動エネルギーに変換して可動部材５を駆動するアクチュエータとして機能する。
【００４６】
電圧発生部１１は、交流電圧及び／又は直流電圧を発生する部分であり、交流電源Ｖ1として機能するときには任意の電圧値及び周波数の交流電圧を発生し、直流電源Ｖ2として機能するときには任意の電圧値の直流電圧を発生する。動作設定部１２は、可動部材５の動作を設定する部分である。動作設定部１２は、例えば、可動部材５を振動させる振動モードと、可動部材５を第１の方向（上方）に駆動する前進モードと、可動部材５を第１の方向とは逆方向の第２の方向（下方）に駆動する後退モードなどから任意の動作モードを選択し動作条件として設定する。動作設定部１２は、例えば、振動モード時の振幅及び周波数、前進モード時又は後退モード時の駆動量（移動量）などを動作条件として設定する。電圧制御部１３は、圧電材１に加える電圧を制御する部分であり、動作設定部１２が設定する動作条件に基づいて電圧発生部１１が発生する電圧を制御する。電圧制御部１３は、例えば、動作設定部１２が設定する動作条件に応じて、電圧発生部１１が交流電圧を発生するときには電圧値及び周波数を可変制御し、電圧発生部１１が直流電圧を発生するときには電圧値を可変制御する。
【００４７】
次に、この発明の第４実施形態に係る駆動装置の動作を説明する。
例えば、図７に示すように、動作設定部１２が設定する動作条件が振動モードであるときには、電圧発生部１１が交流電圧を発生し、図中二点鎖線で示すように圧電材１が上下方向に振動して可動部材５も上下方向に振動する。また、動作設定部１２が設定する動作条件が前進モードであるときには、電極４Ａ，４Ｂ間の電圧が正になるように電圧発生部１１が直流電圧を発生し、図中二点鎖線で示すように圧電材１が上方向に伸びて可動部材５が上方向に前進する。さらに、動作設定部１２が設定する動作条件が後退モードであるときには、前進モード時とは異なり電極４Ａ，４Ｂ間の電圧が負になるように電圧発生部１１が直流電圧を発生し、図中二点鎖線で示すように圧電材１が下方向に縮み可動部材５が下方向に後退する。
【００４８】
この発明の第４実施形態に係る駆動装置には、第１実施形態の効果に加えて、以下に記載するような効果がある。
(1) この第４実施形態では、電極４Ａと電極４Ｂとの間に圧電材１が配置されており、これらの電極４Ａ，４Ｂ間に加わる電圧に応じて圧電材１が弾性変形して可動部材５を駆動する。このため、圧電効果に優れた圧電材１を伸縮させて可動部材５を振動させたり、可動部材５を前進又は後退させたりすることができる。
【００４９】
(2) この第４実施形態では、圧電材１に加わる電圧を電圧制御部１３が制御する。このため、電極４Ａ，４Ｂ間の電界を制御することによって圧電材１の歪みを制御してアクチュエータとして機能させることができる。また、圧電材１が所定の歪みを発生するように電極４Ａ，４Ｂ間の電界Ｅを制御することによって、圧電材１の剛性を可変制御する剛性制御装置として機能させることもできる。
【実施例】
【００５０】
次に、この発明の実施例について説明する。
図８は、この発明の実施例に係る圧電材のマイクロスコープによる拡大写真である。
硬化前のシリコーンゴム中にチタン酸ジルコン酸鉛の圧電粒子をシリコーンゴム３に対してチタン酸ジルコン酸鉛２の重量比で混合し分散させ、5kV/mmの電界を加えながらチタン酸ジルコン酸鉛を電気分極させて電界の方向に配向させた。次に、シリコーンゴム中にチタン酸ジルコン酸鉛を電界の方向に配向させた状態で、100℃で加熱してシリコーンゴムを加硫し硬化させて圧電材を製作した。その結果、図８に示すように、硬化後のシリコーンゴム中にチタン酸ジルコン酸鉛が電界Ｅの方向に連続して配向していることが確認された。
【００５１】
この発明は、以上説明した実施形態に限定するものではなく、以下に記載するように種々の変形又は変更が可能であり、これらもこの発明の範囲内である。
(1) この実施形態では、圧電粒子２が連続して配向する場合を例に挙げて説明したが、圧電粒子２の全てが連続して配向している場合に限らず、圧電粒子２の一部が分離してほぼ連続して配向している場合についてもこの発明を適用することができる。また、この実施形態では、硬化前の媒体３が流体又は粘性体などの液体である場合を例に挙げて説明したが、媒体３が流体及び粘性体の混合物である場合についてもこの発明を適用することができる。
【００５２】
(2) この第２及び第３実施形態では、圧電材１を利用して振動を抑える場合を例に挙げて説明したが、圧電材１によって騒音を受けて振動を電気エネルギーに変換し、この電気エネルギーを抵抗素子によって熱エネルギーに変換して騒音を低減することもできる。また、この第１及び第２実施形態では、電力消費部８が抵抗素子を備える場合を例に挙げて説明したが、抵抗値、静電容量又はインダクタンスの少なくとも一つを調整可能な電気回路を備えるように電力消費部８を構成することもできる。
【００５３】
(3) この第２実施形態では、可動部材５の中央部に２つの制振装置６を配置した場合を例に挙げて説明したが、可動部材５の中央部に１つの制振装置６を配置することもできる。また、この第３実施形態では、可動部材５の外周部の周方向に間隔あけて制振装置６を配置する場合を例に挙げて説明したが、可動部材５の外周部の周方向に連続してこの可動部材５の外周部を囲むように制振装置６を配置することもできる。さらに、この第４実施形態では、電極４Ａを可動部材５に固定し電極４Ｂを固定部材９に固定して電極４Ａ，４Ｂ間に圧電材１を配置する駆動装置１０を例に挙げて説明したが、このような駆動装置１０に限定するものではない。例えば、図５及び図６に示す制振装置６の電力消費部８を図７に示す電圧発生部１１に置き換えてこの電圧発生部１１が発生する電圧を制御してアクチュエータ又は剛性制御装置として構成することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】この発明の第１実施形態に係る圧電材の模式図である。
【図２】この発明の第１実施形態に係る圧電材の作用を示す模式図であり、(Ａ)は機械電気変換部としての作用を示し、 (Ｂ)は電源が交流であるときの電気機械変換部としての作用を示し、(Ｃ)は電源が直流であるときの電気機械変換部としての作用を示す。
【図３】この発明の第１実施形態に係る圧電材の製造方法の工程図である。
【図４】この発明の第１実施形態に係る圧電材の製造工程を模式的に示す概念図である。
【図５】この発明の第２実施形態に係る制振装置を概略的に示す模式図である。
【図６】この発明の第３実施形態に係る制振装置を概略的に示す模式図である。
【図７】この発明の第４実施形態に係る駆動装置を概略的に示す模式図である。
【図８】この発明の実施例に係る圧電材のマイクロスコープによる拡大写真である。
【符号の説明】
【００５５】
１  圧電材
２  圧電粒子
３  媒体
４Ａ，４Ｂ  電極
５  可動部材
６  制振装置
７Ａ，７Ｂ  導電部
８  電力消費部
９  固定部材
１０  駆動装置
１１  電圧発生部
１２  動作設定部
１３  電圧制御部
Ｅ  電界
Ｖ1  交流電源
Ｖ2  直流電源
Ｒ  抵抗
【図１】
2008108762.tif 000003
【図２】
2008108762.tif 000004
【図３】
2008108762.tif 000005
【図４】
2008108762.tif 000006
【図５】
2008108762.tif 000007
【図６】
2008108762.tif 000008
【図７】
2008108762.tif 000009
【図８】
2008108762.tif 000010