(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定間隔を開けて相対向して配置された２つの構造体の間の空間を伝搬する振動及び伝播する音波を遮断可能な２重構造体の振動・音波遮断構造において、
前記空間は、間仕切りにより複数の小空間に分けられており、
複数の前記小空間夫々において、該小空間に面するいずれか一方の構造体の内面に固定された固定部材に、極性の異なる２枚の圧電素子を積層したバイモルフ素子からなり、該バイモルフ素子の長手方向の少なくとも一端における両面にそれぞれ補強板を接合したバイモルフ型圧電アクチュエータの長手方向の一端を前記バイモルフ素子の面方向が前記２つの構造体の面方向に対して平行となるように固定し、且つ、前記空間に面する他方の構造体の内面に固定された支持部材に、前記バイモルフ型圧電アクチュエータの長手方向の他端を前記２つの構造体の面方向に対して平行な軸心回りに回転自在に固定したことを特徴とする２重構造体の振動・音波遮断構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、極性の異なる２枚の圧電素子を積層したバイモルフ素子からなるバイモルフ型圧電アクチュエータ、及び例えば航空機の２重隔壁等の２重構造体の振動・音波遮断構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図７に示すように、従来のこの種のバイモルフ型圧電アクチュエータ５１としては、例えば、極性の異なる２枚の圧電素子２，３を電極板６を介して積層し、これら２枚の圧電素子２，３の表面にそれぞれ電極板７，８を接合したバイモルフ素子（振動子）４からなるものが知られている。
【０００３】
このバイモルフ型圧電アクチュエータ５１は、２枚の圧電素子２，３にそれぞれ電圧を印加した際に、一方の圧電素子２（３）に伸び変位が発生すると共に、他方の圧電素子３（２）に収縮変位が発生するように構成されている。これにより、バイモルフ素子４に全体として屈曲変位が発生するので、所定周波数の交流電圧を印加すれば、所定の振動数で発振するようになる。
【０００４】
また、このように構成されるバイモルフ型圧電アクチュエータ５１の使用例としては、図８及び図９に示すように、例えば航空機２４の機体２５のハニカム外壁と吸音内壁とからなる２重隔壁Ａ，Ｂ等の２つの構造体Ａ，Ｂの間にバイモルフ型圧電アクチュエータ５１を配設し、図８(a) 中の▲１▼で示すエンジン音や図８(a) 中の▲２▼及び▲３▼で示す機体２５と空気との摩擦等によって生じる振動及び音波を能動的に減衰、遮断するというアイデアが提案されている（例えば、Thomas,D.R. and Nelson,P.A.,“ The Application of an Implicit Self Tuning LQG Algorithm to the Active Control of Sound Transmission ", ACTIVE95 (1995), 299-309, USA.）。
【０００５】
このような２重構造体の振動・音波遮断構造は、図９に示すように、所定間隔を開けて相対向して配置された２つの構造体Ａ，Ｂの間の空間２１を伝搬する振動及び伝播する音波を遮断可能であって、空間２１に面する一方の構造体Ａの内面ａに固定された固定部材２２に、バイモルフ型圧電アクチュエータ５１の長手方向の一端４ａを前記バイモルフ素子４の面方向が２つの構造体Ａ，Ｂの面方向に対して平行となるように固定し、且つ、空間２１に面する他方の構造体Ｂの内面ｂに固定された支持部材２３に、バイモルフ型圧電アクチュエータ５１の長手方向の他端４ｂを２つの構造体Ａ，Ｂの面方向に対して平行な軸心回りに回転自在に固定している。
【０００６】
この状態で２枚の圧電素子２，３にそれぞれ交流電圧を印加すれば、バイモルフ素子４に曲げモーメントが発生するので、２つの構造体Ａ，Ｂの間の距離を変化させるような力が作用する。そのため、例えば他方の構造体Ｂから一方の構造体Ａに伝搬しようとする振動及び伝播しようとする音波の振動数に応じて交流電圧の周波数を設定、又は適宜に変化させれば、振動伝搬と音波伝播を有効に減衰、遮断することができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記のようにして従来のバイモルフ型圧電アクチュエータ５１を２重構造体の振動・音波遮断構造に使用する場合には、バイモルフ素子４の一端４ａにおける固定部材２２への固定部分に曲げモーメントによる集中応力が作用する。ここで、圧電素子４はジルコンチタン酸鉛Pb(Zr,Ti)O3 〔ＰＺＴ（PbZrO3とPbTiO3の固溶体）〕等の脆いセラミックス材料等から構成され、機械的強度が低いので、上記の集中応力によって固定部分付近で破損又は破断するおそれがあるという問題点がある。
【０００８】
そのため、２重構造体の振動・音波遮断構造にこのような機械的強度の低いバイモルフ型圧電アクチュエータ５１を使用する場合には、信頼性に欠けるという問題点がある。
【０００９】
この発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、機械的強度や信頼性に優れたバイモルフ型圧電アクチュエータを用いた２重構造体の振動・音波遮断構造を提供することを目的とする。
【００１４】
上記目的を達成するために、請求項１の２重構造体の振動・音波遮断構造は、所定間隔を開けて相対向して配置された２つの構造体の間の空間を伝搬する振動及び伝播する音波を遮断可能な２重構造体の振動・音波遮断構造において、前記空間は、間仕切りにより複数の小空間に分けられており、複数の前記小空間夫々において、該小空間に面するいずれか一方の構造体の内面に固定された固定部材に、極性の異なる２枚の圧電素子を積層したバイモルフ素子からなり、該バイモルフ素子の長手方向の少なくとも一端における両面にそれぞれ補強板を接合したバイモルフ型圧電アクチュエータの長手方向の一端を前記バイモルフ素子の面方向が前記２つの構造体の面方向に対して平行となるように固定し、且つ、前記空間に面する他方の構造体の内面に固定された支持部材に、前記バイモルフ型圧電アクチュエータの長手方向の他端を前記２つの構造体の面方向に対して平行な軸心回りに回転自在に固定したものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、既述の従来技術と同じ構成については、同一符号を付してその説明を省略する。
【００１６】
図１に示すように、第１実施形態に係るバイモルフ型圧電アクチュエータ１は、極性の異なる２枚の圧電素子２，３を積層したバイモルフ素子４からなり、このバイモルフ素子４の長手方向の例えば一端４ａにおける両面４ｃ，４ｄにそれぞれ補強板５を接合したものである。
【００１７】
圧電素子２，３は、所定長さ及び所定厚さの矩形板状に形成され、それぞれの極性を変えて構成されている。なお、圧電素子２，３の材質としては、例えばジルコンチタン酸鉛Pb(Zr,Ti)O3 〔ＰＺＴ（PbZrO3とPbTiO3の固溶体）〕やこれに金属酸化物等の添加物を配合して焼成した磁器の他、水晶やニオブ酸リチウムLiNbO3の単結晶等の従来公知の各種の圧電性材料が挙げられる。
【００１８】
バイモルフ素子４は、極性の異なる２枚の圧電素子２，３と、これらの間及び表面にそれぞれ接合された３枚の電極板６，７，８とからなる。なお、電極板６，７，８と圧電素子２，３とは、接着剤等の従来公知の手段で接合されている。
【００１９】
補強板５は、バイモルフ素子４の長手方向の例えば一端４ａにおける両面４ｃ，４ｄにそれぞれ接合されている。なお、この実施形態においては、補強板５の長さを比較的短くしてバイモルフ素子４の一端４ａにのみ接合するようにしているが、これに限定されるものではなく、図２に示すように、より長く形成してバイモルフ素子４の両面４ｃ，４ｄにそれぞれ全体的に接合する等してもよい。
【００２０】
このように構成されるバイモルフ型圧電アクチュエータ１は、バイモルフ素子４の少なくとも一端４ａが補強板５により補強されているので、バイモルフ素子４の一端４ａに曲げモーメントによる集中応力が作用する場合でも、破損又は破断しにくいという利点がある。
【００２１】
ここで、補強板５が、例えばアルミニウム、銅、銀、金、白金等の低剛性且つ高延性の金属からなる場合には、上記のような集中応力が作用してもクラックが発生しにくいので、機械的強度がより高いという利点がある。また、補強板５を、圧電素子２，３の表面に接合された電極板７，８にプラズマ接合する場合には、簡単且つ安価に接合できるので、安価なバイモルフ型圧電アクチュエータ１を量産できるという利点がある。
【００２２】
図３に示すように、第２実施形態に係るバイモルフ型圧電アクチュエータ１１は、前記２枚の補強板５の間に、極性の異なる２枚の圧電素子２，３を積層したバイモルフ素子１４を例えば２組積層したものである。なお、この場合も、圧電素子２と圧電素子３の間にそれぞれ電極板６を接合しておくと共に、最上層の圧電素子２の表面及び最下層の圧電素子３の表面にも電極板７，８をそれぞれ接合しておけばよい。
【００２３】
このように、２枚の補強板５の間に複数組のバイモルフ素子１４を積層しておけば、変位力が大きくなるので、高荷重下での使用も可能であるという利点がある。
【００２４】
図４に示すように、第３実施形態に係る２重構造体の振動・音波遮断構造は、所定間隔を開けて相対向して配置された２つの構造体Ａ，Ｂの間の空間２１に、第１実施形態のバイモルフ型圧電アクチュエータ１を配設することによって、空間２１を伝搬する振動及び伝播する音波を遮断可能としたものである。
【００２５】
具体的には、空間２１に面する例えば一方の構造体Ａの内面ａに固定された固定部材２２に、バイモルフ型圧電アクチュエータ１の長手方向の一端４ａをバイモルフ素子４の面方向が２つの構造体Ａ，Ｂの面方向に対して平行となるように固定し、且つ、空間２１に面する例えば他方の構造体Ｂの内面ｂに固定された支持部材２３に、バイモルフ型圧電アクチュエータ１の長手方向の他端４ｂを２つの構造体Ａ，Ｂの面方向に対して平行な軸心回りに回転自在に固定している。
【００２６】
２つの構造体Ａ，Ｂとしては、既述した航空機２４の機体２５の２重隔壁Ａ，Ｂの他、例えば、建物の外壁と内壁、２重壁、２重床、上階床と下階天井、乗用車やバスの車室床とシャシ、鉄道車両の客室床とシャシ等が挙げられる。
【００２７】
固定部材２２は、例えば一方の構造体Ａの内面ａに固定されている。支持部材２３は、例えば他方の構造体Ｂの内面ｂに固定されている。
【００２８】
バイモルフ型圧電アクチュエータ１の長手方向の一端４ａは、バイモルフ素子４の面方向が２つの構造体Ａ，Ｂの面方向に対して平行となるようにして、例えば埋設、ネジ止め、又はクランプ止め等により固定部材２２に固定されている。長手方向の他端４ｂは、２つの構造体Ａ，Ｂの面方向に対して平行な軸心回りに回転自在となるように、支持部材２３に突設した例えば軸２６等に固定されている。
【００２９】
ここで、例えば他方の構造体Ｂ側で騒音等による振動及び音波が発生する場合には、この他方の構造体Ｂの所定部位に図示しない振動センサを取付けておき、この振動センサで検出される振動及び音波の振動数に応じて、２枚の圧電素子２，３にそれぞれ印加する交流電圧の周波数を設定又は適宜に変化させて発振させるようにすれば、他方の構造体Ｂから一方の構造体Ａに伝搬しようとする振動及び伝播しようとする音波を有効に減衰、遮断することができる。
【００３０】
この場合、バイモルフ素子４の一端４ａに曲げモーメントによる集中応力が作用しても、補強板５により破損又は破断しにくくなっているので、このように構成されたバイモルフ型圧電アクチュエータ１を配設しておけば、信頼性が高いという利点がある。
【００３１】
なお、この実施形態においては、固定部材２２を一方の構造体Ａに固定し、支持部材２３を他方の構造体Ｂに固定しているが、これに限定されるものではなく、その逆に固定してもよい。即ち、空間２１にバイモルフ型圧電アクチュエータ１を配設しておけば、２つの構造体Ａ，Ｂのいずれからの振動及び音波であっても、その伝搬及び伝播を遮断することができる。また、バイモルフ型圧電アクチュエータ１の大きさや配設数は、用途等に応じて適宜に設定すればよい。
【００３２】
図５及び図６に示すように、第４実施形態に係る２重構造体の振動・音波遮断構造は、第３実施形態における一方の構造体Ａを建物の下階天井とし、他方の構造体Ｂを上階床としたものであって、前記空間２１を間仕切り３１によって複数の小空間３２に分けたものである。
【００３３】
このように、空間２１を複数の小空間３２に分けておけば、例えば上階床側において特定の小空間３２の上方で振動等が発生した場合には、振動及び音波が他の小空間３２に伝搬及び伝播しにくい。そこで、これら複数の小空間３２に第３実施形態と同様にしてバイモルフ型圧電アクチュエータ１を少なくとも１つずつ配設しておけば、各小空間３２内で確実に振動及び音波を遮断できるという利点がある。
【００３４】
なお、２つの構造体Ａ，Ｂの間隔が大きい場合には、この実施形態のように必要に応じて固定部材２２と支持部材２３の両方又は一方をより長く形成したり、あるいは構造体Ａ（Ｂ）との間にスペーサを介在させたりしておけばよい。また、間仕切り３１は、吸音性部材又は遮音性部材等から構成しておくのが望ましい。
【００３９】
請求項１の発明によれば、バイモルフ素子の一端に曲げモーメントによる集中応力が作用しても、補強板により破損又は破断しにくくなっているので、このように構成されたバイモルフ型圧電アクチュエータを配設しておけば、信頼性が高いという利点がある。また、空間を複数の小空間に分けておくことにより、特定の小空間の上方で振動等が発生した場合には、振動及び音波が他の小空間に伝搬及び伝播しにくい。そして、これら複数の小空間にバイモルフ型圧電アクチュエータを少なくとも１つずつ配設しておけば、各小空間内で確実に振動及び音波を遮断できるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態に係るバイモルフ型圧電アクチュエータの斜視図。
【図２】補強板をバイモルフ素子の両面にそれぞれ全体的に接合した例を示す斜視図。
【図３】第２実施形態に係るバイモルフ型圧電アクチュエータの斜視図。
【図４】第３実施形態に係る２重構造体の振動・音波遮断構造を示す概略拡大断面図。
【図５】第４実施形態に係る２重構造体の振動・音波遮断構造を示す概略平面図。
【図６】図５の小空間にバイモルフ型圧電アクチュエータを配設した状態を示す概略拡大断面図。
【図７】従来のバイモルフ型圧電アクチュエータの斜視図。
【図８】  (a) は航空機の機体に振動及び音波が発生する様子を示す概略斜視図、(b) は機体の概略拡大断面図、(c) は２重隔壁の概略拡大断面図、(d) はバイモルフ型圧電アクチュエータの配設状態を示す概略拡大断面図。
【図９】バイモルフ型圧電アクチュエータの配設状態を示す概略拡大断面図。
【符号の説明】
１，１１  バイモルフ型圧電アクチュエータ
２，３  圧電素子
４，１４  バイモルフ素子
４ａ  一端
４ｂ  他端
４ｃ，４ｄ  両面
５  補強板
７，８  電極板
Ａ，Ｂ  構造体
ａ，ｂ  内面
２１  空間
２２  固定部材
２３  支持部材
３１  間仕切り
３２  小空間
【図１】
0004625553.tif 000002
【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】
0004625553.tif 000008
【図８】
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【図９】
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