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図面 (6)

課題

操作子を用いることなく共振回路を制御することを可能とする振動制御装置を提供する。

解決手段

振動制御装置10は、各々振動制御の対象2に固定される圧電デバイス1_1〜1_12により構成される圧電デバイス部1と、インダクタL1〜L12により構成されるインダクタ部3と、スイッチSW1〜SW12により構成されるスイッチング部4と、制御手段5とを有する。圧電デバイス1_1〜1_12の中の1つの圧電デバイス1_m(1≦m≦12)と、インダクタL1〜L12の中の1つのインダクタLmは、スイッチSWmがONするのに応じて、振動制御の対象2の第mの固有周波数に対応する共振周波数共振する共振回路を構成する。制御手段5は、各共振回路の共振を圧電デバイス1_1〜1_12の各々の出力電圧に基づいて制御する。

概要

背景

圧電デバイスを利用した振動制御装置が各種提案されている。特許文献1および2に開示の振動制御装置では、振動制御の対象に固定された圧電デバイスにインダクタ等を接続して、圧電デバイスの寄生キャパシタとインダクタ等とで共振回路を構成し、共振回路を振動制御の対象の固有周波数において共振させる。この振動制御装置では、振動制御の対象から圧電デバイスに与えられる振動エネルギーが、共振回路において電気エネルギーに変換されて消費される。そして、共振回路の共振時には、共振回路が消費する電気エネルギーが最大となる。従って、振動制御の対象に生じる振動において共振回路の共振周波数に対応した周波数固有振動が抑制される。

概要

操作子を用いることなく共振回路を制御することを可能とする振動制御装置を提供する。 振動制御装置10は、各々振動制御の対象2に固定される圧電デバイス1_1〜1_12により構成される圧電デバイス部1と、インダクタL1〜L12により構成されるインダクタ部3と、スイッチSW1〜SW12により構成されるスイッチング部4と、制御手段5とを有する。圧電デバイス1_1〜1_12の中の1つの圧電デバイス1_m(1≦m≦12)と、インダクタL1〜L12の中の1つのインダクタLmは、スイッチSWmがONするのに応じて、振動制御の対象2の第mの固有周波数に対応する共振周波数で共振する共振回路を構成する。制御手段5は、各共振回路の共振を圧電デバイス1_1〜1_12の各々の出力電圧に基づいて制御する。

目的

この発明は以上のような事情に鑑みてなされたものであり、制御のための操作子を別途加えることなく共振回路を制御することを可能とする振動制御装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
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請求項1

振動制御の対象に固定される圧電デバイスが接続された共振回路と、前記圧電デバイスの出力電圧に基づいて、前記共振回路の制御を行う制御手段とを有することを特徴とする振動制御装置

請求項2

前記制御手段は、前記圧電デバイスの出力電圧における所定周波数以下の周波数帯域の成分に基づいて、前記共振回路の制御を行うことを特徴とする請求項1に記載の振動制御装置。

請求項3

前記制御手段は、前記圧電デバイスの出力電圧に基づいて、前記共振回路のON/OFF切り換えを行うことを特徴とする請求項1または2に記載の振動制御装置。

請求項4

前記制御手段は、前記圧電デバイスの出力電圧に基づいて、前記共振回路の共振周波数を制御することを特徴とする請求項1または2に記載の振動制御装置。

請求項5

前記圧電デバイスおよび前記共振回路を各々複数有し、前記制御手段は、前記複数の圧電デバイスの出力電圧に基づいて、各圧電デバイスが接続された各共振回路の制御を行うことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1の請求項に記載の振動制御装置。

請求項6

前記圧電デバイスおよび前記共振回路を各々複数有し、前記制御手段は、前記複数の共振回路のうち一部の共振回路の圧電デバイスの出力電圧に基づいて、前記複数の共振回路の制御を行うことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1の請求項に記載の振動制御装置。

請求項7

前記共振回路の状態を報知する報知手段を有することを特徴とする請求項1〜6のいずれか1の請求項に記載の振動制御装置。

技術分野

0001

この発明は、各種の対象の振動制御を行う振動制御装置に関する。

背景技術

0002

圧電デバイスを利用した振動制御装置が各種提案されている。特許文献1および2に開示の振動制御装置では、振動制御の対象に固定された圧電デバイスにインダクタ等を接続して、圧電デバイスの寄生キャパシタとインダクタ等とで共振回路を構成し、共振回路を振動制御の対象の固有周波数において共振させる。この振動制御装置では、振動制御の対象から圧電デバイスに与えられる振動エネルギーが、共振回路において電気エネルギーに変換されて消費される。そして、共振回路の共振時には、共振回路が消費する電気エネルギーが最大となる。従って、振動制御の対象に生じる振動において共振回路の共振周波数に対応した周波数固有振動が抑制される。

先行技術

0003

特開2002−61708号公報
特開2003−285738号公報

発明が解決しようとする課題

0004

スピーカ等の音響装置音響特性は、音響装置の筐体の振動に含まれる固有振動成分の影響を受ける。そこで、上述した振動制御装置を利用して、筐体に生じる固有振動成分を制御することが考えられる。具体的には、所望の固有振動成分を共振周波数とする共振回路を構成し、例えばユーザの好みにより、共振回路のON/OFF切り換え、固有振動成分の抑制を行わせるか否かを切り換えるのである。あるいは音響装置の筐体に複数の圧電デバイスを固定し、複数の固有振動成分の周波数を各々の共振周波数とする複数の共振回路を設ける。そして、例えばユーザの好みにより、複数の共振回路のうち所望のものをONにして、所望の固有振動成分の抑制を行わせるのである。しかしながら、このような振動制御装置を構成するためには、共振回路のON/OFFを切り替えるための操作子とその設置スペース別途必要である。また、複数の圧電素子を用いて複数の共振回路を構成する場合には、複数の共振回路のON/OFFを切り替えるための複数の操作子とその設置スペースが必要である。このため、振動制御装置が大規模になり、コストが嵩むという問題がある。また、複数の圧電素子を用いて複数の共振回路を構成する場合には、各圧電素子と各操作子との対応関係が分かりにくくなるという問題もある。

0005

この発明は以上のような事情に鑑みてなされたものであり、制御のための操作子を別途加えることなく共振回路を制御することを可能とする振動制御装置を提供することを目的としている。

課題を解決するための手段

0006

この発明は、振動制御の対象に固定される圧電デバイスが接続された共振回路と、前記圧電デバイスの出力電圧に基づいて、前記共振回路の制御を行う制御手段とを有することを特徴とする振動制御装置を提供する。

0007

この発明では、圧電デバイスの出力電圧に基づいて、共振回路が制御される。従って、例えば圧電デバイスを指等で押圧し、圧電デバイスの出力電圧を変化させることで、共振回路を制御することができる。従って、この発明によれば、制御のための操作子を別途加えることなく共振回路を制御することができる。

図面の簡単な説明

0008

この発明の第1実施形態である振動制御装置10の構成を示すブロック図である。
同振動制御装置10の詳細な構成を示すブロック図である。
この発明の第2実施形態である振動制御装置10Aの構成を示すブロック図である。
この発明の第3実施形態である振動制御装置10Bの詳細な構成を示すブロック図である。
この発明の第4実施形態である振動制御装置10Cの詳細な構成を示すブロック図である。

実施例

0009

以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。

0010

<第1実施形態>
図1はこの発明の第1実施形態である振動制御装置10の構成を示すブロック図である。図1に示すように、振動制御装置10は、スピーカ筐体等の振動制御の対象2の表面に固定される圧電デバイス部1と、インダクタ部3と、スイッチング部4と、制御手段5とを有する。振動制御の対象2の振動には複数の固有振動成分が含まれ、本実施形態による振動制御装置10は、そのうち可聴域の固有周波数を有する12個の固有振動成分(第1の固有振動成分〜第12の固有振動成分)を対象に振動制御を行う。以下では、第1の固有振動成分〜第12の固有振動成分の各固有周波数を、それぞれ第1の固有周波数f1〜第12の固有周波数f12とする。圧電デバイス部1は圧電デバイス1_1〜1_12を有する。圧電デバイス1_m(1≦m≦12)は、振動制御の対象2に固有振動が発生している状態において第mの固有振動成分による歪が最大となる箇所に固定されている。

0011

図2は、振動制御装置10の詳細な構成を示すブロック図である。図2において、圧電デバイス1_1〜1_12の各々は、振動制御の対象2から与えられる圧力に応じた電圧V1〜V12をそれぞれ出力する。本実施形態では、圧電デバイス1_1〜1_12の各々には、振動制御の対象2の固有振動による各固有振動成分に応じた圧力の他、ユーザの押圧操作による圧力が与えられる。ユーザの押圧操作により与えられる圧力の波形の周波数は、振動制御の対象2の第1の固有周波数f1〜第12の固有周波数f12に比べて十分に低く、1Hz〜数十Hz程度である。

0012

インダクタ部3は、インダクタL1〜L12により構成されている。スイッチング部4は、12個のスイッチSW1〜SW12により構成されている。スイッチSW1〜SW12の各々は、制御手段5による制御の下、ONまたはOFFする。インダクタL1〜L12の各一端は、スイッチSW1〜SW12を各々介して圧電デバイス1_1〜1_12の各々の2枚の電極のうちの一方の電極に接続されている。この圧電デバイス1_1〜1_12の他方の電極は、接地線基準電位線)に接続されている。また、インダクタL1〜L12の各他端は接地線(基準電位線)に接続されている。そして、本実施形態では、圧電デバイス1_1、スイッチSW1およびインダクタL1が共振回路C1を構成し、圧電デバイス1_2、スイッチSW2およびインダクタL2が共振回路C2を構成し、…、圧電デバイス1_12、スイッチSW12およびインダクタL12が共振回路C12を構成する。

0013

制御手段5は、LPF(Low Pass Filter;低域通過フィルタ)部50と切替部51とを有する。LPF部50は、LPF501〜LPF512を有する。LPF501〜LPF512の各々は、出力電圧V1〜V12におけるカットオフ周波数以下の帯域の低域成分を、出力電圧V1’〜V12’として切替部51に出力する。本実施形態では、LPF501〜LPF512の各々のカットオフ周波数は、振動制御の対象2の何れの固有周波数よりも十分に低く、ユーザの押圧操作により与えられる圧力の波形の周波数とほぼ等しいか、それよりやや高い1Hz〜数十Hz程度に設定されている。つまり、LPF501〜LPF512の各々から出力電圧V1’〜V12’の各々が出力されるのは、ユーザの押圧操作が圧電デバイス1_1〜1_12の各々に対して為されたときのみとなる。このように、LPF部50は、圧電デバイス1_1〜1_12の各々への押圧を検出する役割を果たす。

0014

切替部51は、出力電圧V1’〜V12’の各々が所定の閾値を超えるのに応じて、スイッチSW1〜SW12のON/OFFを切り替える。より詳細には、切替部51は、スイッチSW1〜SW12のON/OFF状態をスイッチ毎に記憶しており、出力電圧V1’〜V12’のうちの任意の出力電圧Vm’が閾値を越えた場合において、スイッチSWmがOFFであればスイッチSWmをONとし、ONであればOFFとする。このように、切替部51は、出力電圧V1’〜V12’のうちの任意の出力電圧Vm’が閾値を超えるのに応じて、スイッチSWmの状態を反転させ、当該スイッチSWmをトグルスイッチとして機能させる。

0015

そして、スイッチSWmがONになった場合、圧電デバイス1_mおよび接地線間にインダクタLmが接続され、共振回路CmがON(閉状態)となる。ここで、圧電デバイス1_mは、振動制御の対象2に発生する歪に応じた電圧を発生する電圧源と、寄生キャパシタと、寄生抵抗とを直列接続した回路により表すことができる。従って、共振回路CmがONになった場合、共振回路Cmは、インダクタLmのインダクタンスLと圧電デバイス1_mの寄生キャパシタのキャパシタンスCpとにより定まる直列共振周波数frm=1/{2π√(LCp)}で共振する。本実施形態では、共振回路C1〜C12の各々の直列共振周波数fr1〜fr12が、それぞれ振動制御の対象2の第1の固有周波数f1〜第12の固有周波数f12と一致するようにインダクタL1〜L12の各インダクタンスが定められている。
以上が本実施形態の構成である。

0016

次に、振動制御装置10の動作について説明する。振動制御の対象2の第1〜第12の固有振動成分の制御が行われていない場合(共振回路C1〜C12がOFF状態の場合)において、第1の固有振動成分の制御を行いたいときには、ユーザは圧電デバイス1_1を押圧する。これにより、圧電デバイス1_1に対する押圧波形成分である低域成分を含んだ出力電圧V1が圧電デバイス1_1から出力される。この低域成分は、LPF501を通過し、切替部51に出力電圧V1’として出力される。切替部51は、出力電圧V1’が所定の閾値を超えると、スイッチSW1をONとし、共振回路C1をONにする。これにより、共振回路C1が共振を開始し、第1の固有振動成分の振動の制御(例えば抑制)が開始する。また、第2の固有振動成分の制御を行いたいときには、ユーザは圧電デバイス1_2を押圧する。この結果、切替部51に出力電圧V2’が出力される。そして、出力電圧V2’が閾値を超えると、切替部51はスイッチSW2をONとし、共振回路C2をONにする。これにより、共振回路C2が共振を開始し、第2の固有振動成分の制御(例えば抑制)が開始する。

0017

第1の固有振動成分の制御を停止したいときには、ユーザは圧電デバイス1_1を押圧する。この結果、切替部51に出力電圧V1’が出力され、出力電圧V1’が閾値を超えると、切替部51はスイッチSW1をOFFとし、共振回路C1をOFFにする。これにより、共振回路C1の共振が停止し、第1の固有振動成分の制御が停止する。続けて、第2の固有振動成分の制振を停止したいときには、ユーザは圧電デバイス1_2を押圧する。この結果、切替部51に出力電圧V2’が出力され、出力電圧V2’が閾値を超えると、切替部51はスイッチSW2をOFFとし、共振回路C2をOFFにする。これにより、共振回路C2の共振が停止し、第2の固有振動成分の制御が停止する。

0018

このように、本実施形態では、ユーザは、所望の圧電デバイスを押圧することにより、その圧電デバイスを含む共振回路を共振させ、その共振周波数に対応した固有振動成分の制御を行うことができる。従って、本実施形態によれば、手動の操作子を別途設けることなく共振回路を制御することができる。

0019

また、ユーザの押圧操作により与えられる圧力の低域成分と、制振対象2の各固有振動成分には、十分な周波数帯域差があるため、LPF等の簡易な回路を用いて低域成分のみ出力電圧から抽出することができる。従って、コストをかけることなく、上記効果を得ることができる。

0020

また、各共振回路のONまたはOFFを切り替えるための操作子を各圧電デバイスとは別個に設けた場合、ユーザは、所望の固有振動成分の制御を行うために操作する操作子を直感的に把握しにくいという問題がある。しかし、本実施形態では、振動制御の対象2に固定された各圧電デバイスが振動制御の対象である固有振動成分に各々対応しており、かつ、各圧電デバイスが各共振回路を制御するための操作子としての役割を果たす。従って、ユーザは、所望の固有振動成分の制御を行うために押圧すべき圧電デバイスを直感的に把握し易い。

0021

<第2実施形態>
図3はこの発明の第2実施形態である振動制御装置10Aの構成を示すブロック図である。図3に示すように、振動制御装置10Aは、上記第1実施形態における制御手段5を制御手段5Aに置き換えるとともに、LED部6を振動制御装置10に付加したものである。図3において図1と共通する部分には同一符号を付し、詳細な説明は省略する。

0022

LED部6は、LED6_1〜LED6_12を有する。LED6_1〜LED6_12の各々は、圧電デバイス1_1〜1_12の各々に設けられ、制御手段5Aによる制御の下、点灯または消灯する。制御手段5Aは、上記第1実施形態における制御手段5と同様の処理を実行する他、各LEDの発光制御を行う。より詳細には、制御手段5Aは、共振回路C1〜C12の各々のON/OFF状態(すなわち、スイッチSW1〜SW12の各々のON/OFF状態)を共振回路毎に記憶し、ON状態の共振回路に含まれる圧電デバイスに設けられたLEDを発光させる。例えば、共振回路C1およびC2がON状態の場合、制御手段5Aは、LED6_1および6_2を発光させる。なお、図3では、図面が煩雑になるのを防止するため、制御手段5AおよびLED部6間の配線を省略している。

0023

本実施形態においても、上記第1実施形態と同様の効果が得られる。加えて、本実施形態によれば、共振回路のON/OFF状態をLEDの発光によりユーザに報知することができる。

0024

<第3実施形態>
図4はこの発明の第3実施形態である振動制御装置10Bの構成を示すブロック図である。図4において図2と共通する部分には同一符号を付し、詳細な説明は省略する。図4に示すように、振動制御装置10Bは、上記第1実施形態における制御手段5を制御手段5Bに置き換えるとともに、圧電デバイス部1、スイッチング部4および制御手段5B間の接続を変更したものである。本実施形態では、圧電デバイス1_1〜1_12のうち1個の圧電デバイス(図示の例では、圧電デバイス1_1)のみスイッチング部4および制御手段5Bの各部に接続され、圧電デバイス1_2〜1_12の各々はスイッチング部4にのみ接続されている。圧電デバイス1_1〜1_12の中の1つの圧電デバイス1_m(1≦m≦12)と、インダクタL1〜L12の中の1つのインダクタLmは、スイッチSWmがONするのに応じて共振回路CBmを構成する。

0025

制御手段5Bは、上記第1実施形態におけるLPF部50をLPF部50Bに、切替部51を切替部51Bに置き換えたものである。LPF部50Bは、LPF501Bのみ有し、圧電デバイス1_1の出力電圧V1に対し、LPF部50と同様の処理を行う。切替部51Bは、スイッチング部4のスイッチSW1〜SW12のON/OFFパターンを複数定義したON/OFFパターンテーブルを記憶している。このON/OFFパターンテーブルの例を示すと次の通りである。
パターン番号SW1 SW2 SW3 … SW12
1 OFFOFF OFF … OFF
2 ON OFF OFF … OFF
3 ON ON OFF … OFF
以下省略

0026

切替部51Bは、出力電圧V1’が閾値を超える都度、パターン番号を増加させ、現在のパターン番号に対応したON/OFFパターンをON/OFFパターンテーブルから読み出し、そのON/OFFパターンに従ってスイッチSW1〜SW12のON/OFFを制御する。

0027

本実施形態においても、上記第1実施形態と同様の効果が得られる。加えて、本実施形態では、振動制御の対象に固定された複数の圧電デバイスのうち何れか1個の圧電デバイスの出力電圧に基づいて各共振回路の制御が行われる。すなわち、1個の圧電デバイスが各共振回路を制御するための操作子としての役割を果たすため、ユーザは各共振回路を制御するために、複数の圧電デバイスを押圧する必要がない。従って、振動制御の対象における各圧電デバイスの固定位置が散逸しているような場合には、押圧しようとする圧電デバイスを探す手間が省け、押圧操作が容易になる。

0028

<第4実施形態>
図5はこの発明の第4実施形態である振動制御装置10Cの構成を示すブロック図である。図5において図4と共通する部分には同一符号を付し、詳細な説明は省略する。図5に示すように、振動制御装置10Cは、上記第3実施形態における圧電デバイス部1を圧電デバイス部1Cに、スイッチング部4をスイッチング部4Cに置き換えるとともに、圧電デバイス1C、スイッチング部4Cおよび制御手段5B間の接続を変更したものである。圧電デバイス部1Cは、1個の圧電デバイス(図示の例では、圧電デバイス1_1)のみ有し、圧電デバイス1_1の2枚の電極のうち一方の電極には、スイッチング部4Cおよび制御手段5Bが接続されている。スイッチング部4Cは、スイッチSWC1〜SWC12を有する。スイッチSWC1〜SWC12の各々は、制御手段5Bによる制御の下、ONまたはOFFする。スイッチSWCmがONするのに応じて、圧電デバイス1_1に対して、インダクタL1〜L12の中の1つのインダクタLm(1≦m≦12)が接続され、共振回路CCmがONとなる。

0029

切替部51Bが、スイッチSW1→スイッチSW2→・・・→スイッチSW12の順番で各スイッチを順次ONさせると、共振回路CC1→共振回路CC2→・・・→共振回路CC12の順番で、各共振回路が順次ONとなり、各固有振動成分の制振が行われる。

0030

本実施形態においても、第1実施形態と同様の効果が得られる。加えて、本実施形態によれば、振動制御の対象に複数の圧電デバイスを固定することなく、振動制御の対象の振動に含まれる複数の固有振動成分を抑制することができる。

0031

<他の実施形態>
以上、この発明の第1〜第4実施形態について説明したが、この発明には他にも実施形態が考えられる。例えば次の通りである。

0032

(1)圧電デバイスは、振動エネルギーを電気エネルギーに変換する機能を備えたものであればよい。例えばスピーカユニットは、電気信号に応じて振動部を振動させるデバイスであるが、振動部に振動を与えれば、それに応じた電圧が電気信号の入力端子から出力される。従って、スピーカユニットは、付帯的に(あるいは寄生的に)ではあるが、振動エネルギーを電気エネルギーに変換する機能を備えている。そして、この付帯的な機能があるため、筐体内の空気振動がスピーカユニットの振動部を振動させ、この振動がスピーカユニットの電気信号の入力端子に電圧を誘発させ、この電圧がスピーカユニットの振動部の振動に影響を与える、といった閉ループ動作が引き起こされる可能性がある。そこで、スピーカユニットに対して与えられる外力に応じて、スピーカユニットの入力端子に発生する電圧を検出し、この電圧に応じて、上記閉ループ動作の制御(例えば振動部の駆動信号についてのフィルタ処理等)を行ってもよい。

0033

(2)上記第2実施形態では、LEDを用いることにより、各共振回路のON/OFF状態をユーザに報知したが、液晶表示などの他の報知手段を用いて報知してもよい。また、各共振回路のON/OFF状態以外の状態、例えば各共振回路の共振周波数を報知手段により報知してもよい。

0034

(3)上記各実施形態において、振動制御の態様は、振動の抑制に限定されるものではない。振動の態様は、例えば過制動臨界制動不足制動の3つに大別することが可能である。上記各実施形態において、圧電デバイスの押圧操作により、例えば過制動から臨界制動へ、臨界制動から不足制動へ、という具合に振動の態様を変化させるようにしてもよい。

0035

1……圧電デバイス部、1_1〜1_12……圧電デバイス、2……制振対象、3……インダクタ部、4,4C……スイッチング部、5,5B……制御手段、50,50B……LPF部、501〜512,501B……LPF、51,51B……切替部、6……LED部、6_1〜6_12……LED、10,10A,10B,10C……制振装置、SW1〜SW12,SWC1〜SWC12……スイッチ、L1〜L12……インダクタ、C1〜C12,CB1〜CB12,CC1〜CC12。

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