(57)【要約】【課題】構成が簡単で制振性能に優れた回転体の制振構造を提供する。【解決手段】動力を伝達することに伴って変形を生じさせる荷重を受ける回転体１，２の制振構造において、前記変形の生じる箇所に、複数の圧電素子３ａ，３ｂが設けられるとともに、それらの圧電素子３ａ，３ｂが、前記変形に伴って生じる電荷を相互に相殺するように電気的に導通されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
動力を伝達することに伴って変形を生じさせる荷重を受ける回転体の制振構造において、
前記変形の生じる箇所に、複数の圧電素子が設けられるとともに、それらの圧電素子が、前記変形に伴って生じる電荷を相互に相殺するように電気的に導通されていることを特徴とする回転体の制振構造。
【請求項２】
前記回転体は、互いに噛み合っている一対の歯車を含み、前記圧電素子がそれらの各歯車に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の回転体の制振構造。
【請求項３】
前記圧電素子は、変形量もしくは応力に対する電荷量の特性が近似し、かつそれぞれの電極を接触させて対向して配置された複数対の圧電素子を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の回転体の制振構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、回転体に生じる変形を抑制してその振動を低減するための構造に関するものであり、特に圧電素子を使用して制振を行う構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
チタン酸バリウム、チタン酸鉛、ロッシェル塩などの圧電性物質は、圧力を掛けることにより電圧を生じる物質であり、圧力を掛ける替わりに電圧を掛けると、応力を生じる。圧電物質あるいはこれを使用した圧電素子のこのような性質を利用して回転体の振動を抑制することが、従来、提案されている。その例が特許文献１や特許文献２に記載されている。
【０００３】
特許文献１に記載された発明は、回転体の外周面に配置した圧電変換素子に印加する電圧を制御手段で制御することにより、回転体の振動歪みを抑制する力を圧電変換素子に発生させるように構成されている。そして、その制御手段として共振アナログ回路を圧電変換素子と一体に設けることにより、外部からの給電手段が不要になる、とされている。また、特許文献２に記載された発明は、駆動軸管に圧電素子を取り付けるとともに、その圧電素子を抵抗素子に接続し、駆動軸管の振動を圧電素子を介して抵抗素子によって熱として散逸させることにより振動を抑制するように構成されている。また、この特許文献２の発明では、振動の周波数に応じた電流を圧電素子に供給することにより、振動を抑制することができる、とされている。
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−３０９９５１号公報
【特許文献２】特開２００１−１４５８５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した特許文献１に記載されている制振方式は、いわゆるアクティブ制振方式であり、振動を検出するセンサーや圧電素子に制振力を発生させるための電源、回転体に電力を供給するためのスリップリングもしくは誘導電力供給装置、あるいは共振アナログ回路などの外部回路が必要となり、全体としての構成が複雑化する可能性がある。また、特許文献２に記載されている制振方式は、いわゆるパッシブ制振方式であり、電源を必要としないものの、周波数特性が回転体の振動周波数と一致する共振外部回路を必要とする。そして、発生する振動の周波数は、発生箇所に応じて異なっているから、多種類の外部回路を用意しなければならない。さらに、圧電素子の静電容量に温度依存性があるために、外部回路の共振周波数を一旦チューニングしても、使用温度の変化により外部回路の共振周波数にズレが生じるなど、安定した制振効果を得られない可能性がある。
【０００６】
この発明は上記の技術的課題に着目してなされたものであり、構成が簡単で制振性能に優れた回転体の制振構造を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、動力を伝達することに伴って変形を生じさせる荷重を受ける回転体の制振構造において、前記変形の生じる箇所に、複数の圧電素子が設けられるとともに、それらの圧電素子が、前記変形に伴って生じる電荷を相互に相殺するように電気的に導通されていることを特徴とするものである。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１の発明おいて、前記回転体は、互いに噛み合っている一対の歯車を含み、前記圧電素子がそれらの各歯車に設けられていることを特徴とする回転体の制振構造である。
【０００９】
請求項３の発明は、請求項１または２の発明において、前記圧電素子は、変形量もしくは応力に対する電荷量の特性が近似し、かつそれぞれの電極を接触させて対向して配置された複数対の圧電素子を含むことを特徴とする回転体の制振構造である。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１の発明によれば、動力の伝達に伴って回転体に荷重が掛かると、圧電素子に圧力が作用し、電圧を生じる。複数の圧電素子は、それぞれで生じた電荷を相殺するように導通されているので、各圧電素子にはその変形を復元させる方向の応力が発生し、その結果、振動を防止もしくは抑制することができる。また、各圧電素子は、それぞれの電荷を相殺するように導通されているので、周波数依存性がなく、外部回路を必要としないうえに、あらゆる周波数の振動に対して制振効果を得ることができる。
【００１１】
また、請求項２の発明によれば、互いに噛み合って動力を伝達している歯車の変形や振動を効果的に防止もしくは抑制することができる。
【００１２】
さらに、請求項３の発明によれば、電荷を相殺するように互いに導通されている複数の圧電素子の特性が互いに近似しているので、それぞれの変形を有効に防止もしくは抑制でき、その結果、回転体の制振効果を更に良好なものにすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
つぎにこの発明を図に示す具体例に基づいて説明する。この発明で対象とする回転体は、要は、動力を伝達することに伴って変形を生じさせる荷重を受ける回転体であり、具体的には、歯車や回転軸、ローラ、円盤などであり、図１には回転体の一例として、互いに噛み合っている一対の歯車１，２を示してある。これらの歯車１，２は、特には図示しないが、ケーシングに回転自在に保持された回転軸に取り付けられ、例えば変速機の一部を構成している。
【００１４】
これらの歯車１，２のうちの一方（例えば図１の上側の歯車１）が駆動歯車であって、この駆動歯車１に外部からトルクを与えることによってこれが回転し、それに伴って他方の歯車（被駆動歯車）２が回転し、駆動歯車１から被駆動歯車２に動力が伝達される。その動力は、歯面を介して伝達され、また被駆動歯車２には反力トルクが作用しているので、被駆動歯車２は駆動歯車１に対して回転変動が生じる。その回転変動は、歯のピッチに対応した周期的な変動であり、これがねじれ振動の起振力となる。そのねじれ振動に伴う応力を緩和するために、上記の歯車１，２は圧電素子ユニット３を、複数備えている。
【００１５】
この圧電素子ユニット３は、形状や大きさおよび電気的特性が等しいことにより変形量もしくは応力に対する電荷量の特性が等しい複数の圧電素子を組み合わせて構成されており、その一例を図２に拡大して示してあるように、半円柱状をなす一対の圧電素子３ａ，３ｂを、それぞれの平面部分で対向させ、かつ電極４ａ，４ｂを介して導通させて構成されている。そして、それらの電極４ａ，４ｂは、それぞれの圧電素子３ａ，３ｂがねじれ振動方向の応力Ｆを受けた場合に生じる電荷を相殺する方向に設けられている。例えば、各圧電素子３ａ，３ｂを、それらの対向面が歯車１，２の半径方向に対して垂直となるように配置してある場合には、ねじれ振動方向の応力Ｆが歯車１，２の半径方向（各圧電素子３ａ，３ｂの対向面に垂直な方向）に作用し、それに伴う各圧電素子３ａ，３ｂの正極と負極とが互いに導通するように設けられている。その状態を図２に模式的に示してある。
【００１６】
各歯車１，２には、上記の圧電素子ユニット３が複数個設けられている。図に示す例では、それぞれの歯車１，２に六個の圧電素子ユニット３（六対の圧電素子３ａ，３ｂ）が、同一の姿勢で設けられている。これらの圧電素子ユニット３は、歯車１，２に作用するねじれ振動方向の応力Ｆが、可及的にそのまま作用するように歯車１，２に一体化されていることが好ましい。そのため、図に示す例では、各歯車１，２に、その円周方向に等間隔に形成した貫通孔に圧電素子ユニット３が嵌め込まれて歯車１，２に一体化されている。図３は、その状態を示す断面図である。
【００１７】
つぎに作用について説明する。駆動歯車１を回転させると、その動力が被駆動歯車２に伝達され、その動力の伝達に伴って被駆動歯車２の相対的な回転変動やねじれ振動方向の応力が生じる。そのために、圧電素子ユニット３には図２に示すように、各圧電素子３ａ，３ｂを互いに接近させる方向に応力が作用し、各々の圧電素子３ａ，３ｂで電圧が生じる。一方、各圧電素子３ａ，３ｂの正極と負極とを導通させてあるので、それぞれの圧電素子３ａ，３ｂで生じた電荷が相殺される。言い換えれば、一方の圧電素子３ａ，３ｂで発生した電圧が他方の圧電素子３ｂ，３ａに印加されることになるので、各圧電素子３ａ，３ｂにはその形状を復元させる方向に応力が発生することになる。このように、ねじれ振動方向の応力Ｆが圧電素子ユニット３に作用すると、その応力による変形を復元する方向に力が生じる。これは、ねじれ振動を生じさせる繰り返し荷重に対抗するものであるから、結局、歯車１，２の振動が抑制される。また、歯車１，２からケーシングに伝達される振動が抑制されるから、車両用の変速機などに用いた場合には、ノイズを低減することができる。
【００１８】
また、この発明に係る上記の制振構造では、例えば前述した圧電性物質を二分割して得られた圧電素子３ａ，３ｂを、１８０度相対的に反転させて、電極４ａ，４ｂを介して導通させることにより、それぞれの電荷を相殺するように組み合わせればよいので、外部回路や電源が不要となり、構成を簡素化することができる。また、周波数依存性がないので、あらゆる周波数の振動に対して有効に機能し、制振特性に優れたものとすることができる。
【００１９】
なお、この発明は上記の具体例で示した構成に限定されないのであって、各圧電素子３ａ，３ｂは、それぞれの対向面もしくは接合面が、歯車１，２などの回転体の半径方向を向くように配置してもよい。その例を図４および図５に示してある。このような構成であっても、各圧電素子３ａ，３ｂで生じる電荷が相殺されるので、各圧電素子３ａ，３ｂにはその変形を復元する方向に応力が生じ、その結果、振動を抑制することができる。また、外部回路や電源が不要であること、周波数依存性がないことなどは、上述した図１ないし図３に示す例と同様である。
【００２０】
また、この発明における圧電素子の形状は、上述した半円柱状に限らないのであり、必要に応じて矩形断面のものなど、適宜の形状のものを使用することができる。さらに、上記の各具体例では、それぞれの歯車１，２に六対の圧電素子を配置した構成を示したが、この発明における圧電素子の数は特には限定されない。そしてまた、圧電素子ユニットを構成する圧電素子の数は、要は複数であればよく、二つに限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】この発明を歯車に適用した例を示す正面図である。
【図２】その圧電素子ユニットの一つを示す模式図である。
【図３】図１のIII−III線矢視断面図である。
【図４】この発明を歯車適用した他の例を示す正面図である。
【図５】その圧電素子ユニットの一つを示す模式図である。
【符号の説明】
【００２２】
１，２…歯車、  ３…圧電素子ユニット、  ４ａ，４ｂ…電極、  Ｆ…（ねじれ振動方向の）応力。
【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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