JP2000505868A - 少なくともある種の振動から保護すべき装置の制振固定構造体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 少なくとも一つの支承部分を含むと共に該支承部分を介して固定手段（３、４）により支持体（２）の一部分に固定される振動から保護すべき装置（１）のための制振固定構造体。前記構造体は、所定の構造をもつ個々または共有のインピーダンスにより電気的に分流される電極をそれぞれ有する少なくとも二つの圧電素子（５、６）を含む。これらの素子の少なくとも一つ（５）は保護すべき装置の支持部分と支承部分との間にはさみ込まれてたわみに使用され、少なくとも一つの素子（６）は支持部分あるいは支承部分と固定手段の一つとの間にはさみ込まれて圧縮に使用される。

Description

【発明の詳細な説明】少なくともある種の振動から保護すべき装置の制振固定構造体 本発明は、装置の保護が必要な振動を受ける可能性のある装置の防振あるいは 制振固定構造体、特に障害、場合によっては損傷をもたらす共振現象の発生を防 止するための制振固定構造体に関する。 このような構造体は、例えば、太陽電池パネル、衛星アンテナあるいは反射器 のスタッキングアームを支持体に対して固定するために設けられるものである。 それらが固定された装置の振動、あるいは、これらの装置またはその支持体に 発生して相互に伝達可能な振動を防止するか、さもなければ減衰させることを意 図する多くの固定構造体、特に機械式および電気式の固定構造体が存在する。 事実、ある種の振動、特に振動により共振現象が生じるときには、それらが影 響を及ぼす装置および／または支持体に対して障害、ときには損傷を与える。ま た、例えば、軌道に乗せるための宇宙ロケットの打上げ時、支持体を介しておよ び／または音響的に低周波振動がアンテナに伝達すると、平面構造の衛 星アンテナが共振により破損する大きな危険が存在する。 このような欠点を解消するために、一方では、振動から保護しようとする装置 の減衰による直接的な処置を施す試みが、他方では、単数または複数の振動発生 源を、保護すべき装置から分離（デカップリング）する試みが行われている。 このような分離を行うための従来の方法は、装置とその支持体との間に弾性（ エラストマ）ワッシャなどの受動的制振手段を挿入することから成る。しかしな がらこの方法は、高および中周波振動に対しては非常に有効であるが、周波数（ 振動数）が低い振動により引き起こされる運動またはストロークを増幅あるいは 増大させる傾向があるという欠点を有する。従って、周波数分布が広い帯域に及 ぶ振動の場合、受動的制振手段に、移動量を制限する非線形手段および／または 能動的制御手段を組み合わせる必要がある。 受動的制振構造体においてＰＺＴまたはＰＶＤＦなどの圧電材料を使用するこ とが知られている。 また、誘導回路により分流（シャント）された電極を有する圧電素子は粘弾性 を有しているかのような挙動を示し、粘弾性材料の減衰率と同様の、周波数と所 与の素子における分流（分 路）回路の電気特性とに応じて変化する減衰率を有することも知られている。 文献ＥＰ−Ａ−０３７５３７０は、圧電素子のもつ電極が分流される抵抗回路 の容量（キャパシタンス）に働きかけることによりこの素子の剛性を大きく変え ることができる圧電素子の調製（コンディショニング）方法について記述してい る。制振構造体でこの方法を実施するようになっているが、たわみあるいは曲げ 時に働く圧電素子によって得られる減衰率は、粘弾性材料で作られた素子で得る ことができる減衰率よりもかなり低い。 これでは、高い剛性と良好な減衰率とを同時に有する、振動から保護すべき装 置の制振固定構造体を実現することができない。 従って本発明は、振動から保護すべき装置の制振固定構造体、特に、装置にお いて低周波数域で発生する共振現象を減衰させることが可能な制振固定構造体を 提供する。 この構造体は、固定手段により支持体に固定される装置の少なくとも一つの支 承部分と、所定の構造をもち、インピーダンスにより電気的に分流される電極を 有すると共に支持体と所定 の寸法の保持部分との間の境界面位置にある少なくとも一つの圧電素子とを含む 。 本発明の特徴によれば、本構造体は、所定の構造をもつ個々または共有のイン ピーダンスにより電気的に分流される電極をそれぞれ有する少なくとも二つの圧 電素子を備えており、これらの素子の少なくとも一つが、保護すべき装置の支承 部分と支持部分との間にはさみ込まれてたわむように使用され、少なくとも一つ の素子が、支持部分あるいは支承部分と固定手段の一つとの間にはさみ込まれて 圧縮に使用される。 本発明の特徴によれば、前記構造体は、プレート形状に作られてたわみに使用 される圧電素子を含んでおり、この圧電素子は、装置が固定されたとき、プレー トが接合される保持部分からはみ出すように寸法付けおよび位置決めされている 。 本発明の特徴によれば、前記構造体は、支持部分か保持部分と、保持部分を支 持部分に固定する手段との間に位置決めされるワッシャの形態で作られて圧縮に 使用される少なくとも一つの圧電素子を含み、このワッシャは、軸部の周囲に取 り付けられて固定手段または追加の固定手段に含まれる締付け介在物として働く 。 本発明の変形形態の特徴によれば、前記構造体は、プレートのスタックを形成 してたわみに使用される複数の圧電素子を含み、第１のプレートが保持部分また は支持部分に接合されると共に、スタックは、その第１のプレートが接合される 保持部分または支持部分からはみ出すすなわちこれを越えて伸びるように寸法付 けおよび位置決めされる。 本発明の変形形態の特徴によれば、前記構造体は、支持部分か保持部分と、保 持部分を支持部分に固定する手段との間に位置決めされるワッシャのスタックの 形態に作られて圧縮に使用される少なくとも一つの圧電素子を含み、前記スタッ クが軸部の周囲に取り付けられて、固定手段または追加の固定手段に含まれる締 付け介在物として働く。 本発明の特徴によれば、前記構造体は、固定手段がボルトタイプであり、ワッ シャまたはワッシャスタック形の圧電素子と、各ボルトが通り抜ける少なくとも 一つの開口部が設けられたプレート形の圧電素子との両方を通り抜ける少なくと も一つのボルト軸部を含む。 本発明、その特徴および長所は、添付の図面を参照する以下の説明において明 らかである。 第１図は、制振構造体用圧電素子の既知の電気接続回路を示す概略原理図であ る。 第２図は、本発明による構造体の第一の実施形態を示す図である。 第３図は、本発明による構造体の第二の実施形態を示す図である。 第４図は、本発明による構造体の第三の実施形態を示す図である。 本発明による構造体は、一つの圧電素子または複数の圧電素子から成るアセン ブリを備える既知の原理の電気回路を含むものとし、この回路は第１図では符号 ０で示してあり、その端子には、符号Ｚの受動インピーダンスあるいは好ましく は能動インピーダンスが接続される。アセンブリとインピーダンスｙとに共通な 端子の一つは既知のように大地電位に接続されるようになっている。この種の電 気回路は、本発明による各構造体内に設けられるものとされ、本発明の対象に対 して間接的にしか関係しない限り、添付の第２図から第４図には示さない。 第２図に示す本発明による構造体は支持体２への装置１の固定を確保するため のものである。この装置は振動を受ける可能 性があるが、この振動から装置を保護する必要がある。 装置は例えば衛星のアンテナパネルまたは太陽電池パネルからなり、唯一ここ に示してある少なくとも一つのいわゆる支承部分を含み、装置はこの部分により 、ここでは脚付きあるいはスタンド形の要素で示してある支持体２の一部分に固 定される。支持体への装置の固定は、装置が複数の支承部分を含み、これらの支 承部分のそれぞれが支持体の異なる部分に対応する場合には、モジュラー式に構 成された制振固定構造体を介して行われる。 提案例には当該装置１のためのただ一つの保持部分が示されているが、既知の ように、本発明による制振固定構造体を実現するために固定手段と組み合わせて 圧電素子を使用するようになっている。 ここでは、支持体２の一部分への装置１の保持部分の固定は、この例では装置 １の保持部分に設けられた、ボルト３のような少なくとも一つの第１の固定手段 を使用して実現され、第１の固定手段はこれを補完する追加ねじ穴４のような第 ２の手段と協働するものとして例示してある。 もちろん、ねじ立てあるいはねじ穴４およびボルト３で構成 された固定手段によって得られる締付け効果を得るために、ボルト３’と協働す るナット４’が使用される第３図および第４図に特に示されているように、同等 の効果を有する他の固定手段を実施することも可能である。 本発明によれば、特に第２図に示すように、この例では圧電素子５は湾曲ある いはたわんで変形するプレート形状に作られており、このプレートは、当該装置 １の保持部分とこの保持部分が固定されるべき支持体２の部分との間に挿入され る。素子５を構成するプレートと、プレートを間に挿入すると共にプレートがそ の二つの大きな面を介して支承される二つの部分の一方との間には、図示しない が絶縁挿入物が設けられる。この例では素子５は、素子が絶縁挿入物を介するこ となく直接支承される二つの部分の一方との接触により接地されたとみなし、ま た、装置１および支持体２自体も、少なくとも上記で導通しているとみなされた 二つの部分で接地されている。 圧電素子５を構成するプレートは例えば、上述したように、ＰＺＴまたはＰＶ ＤＦなどの材料の単一または複数の層からなり、装置の保持部分が支持体の対応 する部分に固定される場所で装置の曲げあるいはたわみを減衰させるものである 。 一実施形態では圧電素子５を構成するプレートは、プレートが間に挿入される 装置１の保持部分と支持体２の部分との二つの部分の少なくとも一方からはみ出 している。 装置が固定される支持体部分が拡大座板を含むスタンド形である第２図に示す 実施形態では、プレートがはみ出るのはこの座板からである。事実、多くの場合 、装置１は、装置が固定される支持体２の座板の寸法よりもはるかに大きい寸法 を有することができる。 図示しない本発明の一変形形態によれば、第２図に示す単一の圧電素子５を曲 げあるいはたわみ時に使用される圧電素子のスタックに置き換えることができ、 これにより、単一の素子を使用する場合と比べ、各素子に印加される電圧を、積 み重ねた素子数に比例して分割することができる。 本発明によれば、特に第２図に示すように、この例では、圧縮時に動作するよ うになっている少なくとも一つのワッシャの形状で作られた少なくとも一つの別 の圧電素子６を組み込むようになっているが、「ワッシャ」という用語は、機能 上均等なあらゆる部品を包含すると理解すべきである。別の圧電素子６に対応す る各ワッシャは、ここでは、上述したような圧電素子 ５が支承される支持体１の部分と、固定手段のうちの一つ、すなわち装置１を支 持体２に固定するボルト３、より詳細にはこのボルト３の頭との間に挿入される 。ボルト締めによりこの装置が支持体に固定されるとき、対応するボルト３の軸 部に装着されたこのようなワッシャは、このボルトの頭と、装置１の保持部分に 設けられたねじ穴４にボルト込まれるようにボルトが通り抜ける支持体２の部分 との間で固定される。 もちろん、図示しない多くの実施形態では、装置の一つの保持部分または保持 部分のうちの一つを支持体の対応部分に固定するモジュールにおいて、複数の圧 電素子６を同一の圧電素子５に結合することができよう。第２図から第４図に示 す支持体２、２’、２”の脚の軸線を基準としてボルト４と対称に配置した軸線 により、このような配置を示す。 当該実施形態では、各ボルトは、圧電素子５を構造体するプレートを通り抜け て、装置１の保持部分のねじ穴４にボルト込まれる。 第３図に示す変形実施形態では、構造体は、第２図の圧電素子５に相当する圧 電素子５’を含むが、この第２図の素子６に相当する各圧電素子６’は、圧電素 子５’および支持体２’と は異なり、装置１’の保持部分の反対側から手が届くボルト３’の頭で支承され る。各ボルト３’は、これが通り抜ける圧電素子６’を、同じくその軸部が通り 抜ける装置の保持部分に押圧する。軸部は、にねじ穴４と機能上均等な締付けナ ット４’にねじ込むことができるように、前記保持部分が固定される支持体部分 ２’も通り抜ける。 第４図に示す別の変形実施形態では、構造体は、第２図の圧電素子５に相当す る圧電素子５”を含むが、第２図の素子６に相当する各圧電素子６”は、この例 ではボルト３”の軸部が通り抜けるワッシャのスタック（積重ね）で構成される 。ここでは各ボルト３”は、第３図に示す変形例におけるボルト３’およびナッ ト４’用の固定配置に相当する配置でナット４”に結合される。ナット４”が、 ナットおよびボルトの領域で支持体への装置の固定を確保するようにボルト３” に固定されたとき、圧電素子６”を構成するスタックは、ボルト３”用に設けら れた開口部の位置で圧電素子５”を通り抜け、装置１の保持部分が固定される支 持体２の部分に対して直接的に支承される。 別の変形実施形態では、圧力設定を容易にするために、図示しない調整あるい は較正ばねがボルト３の頭とこれに最も近い スタツク端のワッシャとの間に設置することができる。圧電素子５、５’を構成 するワッシャと、圧電素子５”を構成するスタックとにより、これらの素子の端 部に設けられた電極に対して直交する方向である厚さ方向に圧縮することにより 、装置１の曲げあるいはたわみを減衰させることが可能になる。 この場合、対応する機械−電気変換係数「ｋ３３」が０．７を超えて高いため 、これらの素子は高い減衰ポテンシャルを有する。一方、圧電素子６、６’また は６”を構成するプレートは０．４末端で低い係数「ｋ３１」を有するが、これ は、プレートの大きな表面積により補償される。 上記の各圧電素子は、電極により大地電位に接続され、上述したように別の電 極位置で絶縁挿入物を介してこの電位から隔離される。当業者にとって既知のよ うに、この単一または複数の別の電極は、場合によって異なるが、実施する選択 に従い単独または並列に素子を分流することができる所与の構造における単一ま たは複数の能動または受動インピーダンスに接続される。 抵抗のみの分流により、広い範囲にわたって小さな量の減衰を得ることができ 、この減衰は、圧電素子のキャパシタンスが 低くなるほど大きくなる。 抵抗と受動または能動インダクタンスとからなり、例えば高電圧増幅器を組み 込むことによって作られたインピーダンスを使用することにより、共振を制御す ることが可能である。 また、場合によっては多重モード共振電気回路を使用することも可能であり、 この多重モード共振電気回路には、これが端子を横切って置かれた圧電素子のキ ャパシタンスを変化させることのできる回路が組み込まれている。 保護すべき装置１の動力学における何らかの変化、特に共振は、それ自体も調 節可能な抵抗によって調節される抵抗およびインダクタンスの調整によって考慮 される。初期調整は時間内の振動周波数の変化に応じてリアルタイムに変更され ることが好ましく、その周波数は、本発明の対象に対して間接的にしか関係しな い限りここではこれ以上説明されていない適切な信号処理手段により決定される 。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．振動から保護すべき装置（１）が少なくとも一つの支承部分を含むと共に該 支承部分を介して固定手段（３、４）により支持体（２）の一部分に固定されて おり、所定の構造をもち、インピーダンスにより電気的に分流される電極を有す ると共に支持体と所定の寸法の保持部分との間の境界面位置にある少なくとも一 つの圧電素子を備えている、振動から保護すべき装置の制振固定構造体であって 、該構造体は、所定の構造をもつ個々のまたは共有のインピーダンスにより電気 的に分流される電極をそれぞれ有する少なくとも二つの圧電素子（５、６）を備 えており、これらの素子の少なくとも一つ（５）が、保護すべき装置の支承部分 と支持部分との間にはさみ込まれてたわみに使用され、少なくとも一つの素子（ ６）が、支持部分あるいは支承部分と固定手段の一つとの間にはさみ込まれて圧 縮に使用されることを特徴とする固定構造体。 ２．プレート形状に作られてたわみに使用される圧電素子（５）を含んでおり、 該圧電素子はこれが接合される保持部分または支持部分の少なくとも一つからは み出すように寸法付けおよび 位置決めされていることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の固定構造体。 ３．プレートのスタックを形成してたわみに使用される複数の圧電素子（５）を 備えており、第１のプレートが保持部分または支持部分に接合されると共に、前 記スタックはその第１のプレートが接合される保持部分または支持部分からはみ 出すように寸法付けおよび位置決めされていることを特徴とする請求の範囲第１ 項または第２項に記載の固定構造体。 ４．支持部分か保持部分と保持部分を支持部分に固定する手段との間に位置決め されるワッシャの形態に作られて圧縮に使用される少なくとも一つの圧電素子（ ６または６’）を備えており、前記ワッシャが、軸部の周囲に取り付けられて固 定手段または追加の固定手段に含まれる締付け介在物として働くことを特徴とす る請求の範囲第１項または第２項に記載の固定構造体。 ５．支持部分か保持部分と保持部分を支持部分に固定する手段との間に位置決め されるワッシャスタックの形態に作られて圧縮に使用される少なくとも一つの圧 電素子（６”）を備えており、前記スタックが、軸部の周囲に取り付けられて固 定手段または追加の固定手段に含まれる締付け介在物として働くことを 特徴とする請求の範囲第１項または第２項に記載の固定構造体。 ６．前記固定手段がボルトタイプであり、ワッシャまたはワッシャスタック形の 圧電素子（６、６’または６”）と各ボルトが通り抜ける少なくとも一つの開口 部が設けられたプレート形の圧電素子（５、５’、５”）との両方を通り抜ける 少なくとも一つのボルト軸部（３、３’または３”）を含むことを特徴とする請 求の範囲第１項から第５項のいずれか一項に記載の固定構造体。