JP2014095620A - 振動試験装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】加振テーブルのZ軸方向のストローク長を長くしても許容加振周波数の低下を抑制することが可能なZ軸流体圧シリンダを提供する。
【解決手段】Z軸流体圧シリンダ1は、X軸方向とY軸方向の一方または両方とZ軸方向への移動が許容される加振テーブルと、架台との間に介装される介装され、シリンダ10と、シリンダ10内に出入り自在に挿入されるとともに加振テーブルと架台の一方に連結されるロッド11と、筒状であってシリンダ10を内方に収容してロッド側端12aがシリンダ10のロッド側端10aに固定されるとともに反ロッド側端12bが加振テーブルと架台の他方に連結されるアウターチューブ12とを備えた。
【選択図】図4
【解決手段】Z軸流体圧シリンダ1は、X軸方向とY軸方向の一方または両方とZ軸方向への移動が許容される加振テーブルと、架台との間に介装される介装され、シリンダ10と、シリンダ10内に出入り自在に挿入されるとともに加振テーブルと架台の一方に連結されるロッド11と、筒状であってシリンダ10を内方に収容してロッド側端12aがシリンダ10のロッド側端10aに固定されるとともに反ロッド側端12bが加振テーブルと架台の他方に連結されるアウターチューブ12とを備えた。
【選択図】図4
Description
本発明は、Z軸流体圧シリンダおよび当該Z軸流体圧シリンダを搭載した振動試験装置に関する。
従来、振動試験装置としては、たとえば、XYZ軸方向の3軸方向にて振動を与えることができるものがある。このような振動試験装置は、具体的には、加振テーブルと、架台上に搭載されて上記加振テーブルにX軸、Y軸およびZ軸方向の往復動振動を与える各油圧シリンダとを備えている(たとえば、特許文献1参照)。
そして、特に、この振動試験装置にあっては、Z軸の油圧シリンダは、加振テーブルと架台の双方に球面軸受を介して連結されており、X軸の油圧シリンダとY軸の油圧シリンダの一方または両方を駆動して、加振テーブルをX軸方向或いはY軸方向或いはその両方向へ駆動すると、Z軸の油圧シリンダは、伸縮しつつ架台と加振テーブルに対して相対的に揺動あるいは首ふり運動を呈して加振テーブルのX軸およびY軸方向への移動を許容する。
また、Z軸の油圧シリンダを伸縮させると、加振テーブルは架台に対して上下方向へ駆動されて、加振テーブルはZ軸方向へ駆動される。
このように、従来の振動試験装置は、XYZ軸の油圧シリンダを駆動することで加振テーブルをXYZ軸のいずれの方向へも駆動することができ、加振テーブルに搭載される試験体へ3次元の振動を作用させることができる。
従来の振動試験装置では、上記のように試験体に3軸方向の振動を与えることができるのであるが、特に、Z軸方向のストロークを長くしたい場合、加振テーブルの許容加振周波数の上限が低下する問題が生じる。
加振テーブルをXY軸方向へ駆動する場合、Z軸方向の油圧シリンダは上記のように揺動あるいは首ふり運動を呈するため、加振テーブルをXY軸方向へ駆動する際の加振周波数がZ軸の加振テーブルの固有振動数に一致或いは近くなると、Z軸の油圧シリンダが共振してしまい、加振テーブルの加振周波数をZ軸の油圧シリンダの固有振動数に近づかないように制限しなくてはならない。
他方、Z軸方向のストロークを長くする場合、油圧シリンダのシリンダ長とロッド長の双方を長くする必要があり、そうすると、Z軸の油圧シリンダの全長が長くなるが、当該油圧シリンダの固有振動数は全長が長くなれば低くなる。
上述の通り、従来の振動試験装置にあっては、加振テーブルの加振周波数をZ軸の油圧シリンダの固有振動数に近づかないように制限しなくてはならないから、Z軸の油圧シリンダのストローク長を長くすると、固有振動数が低くなり、加振テーブルの許容加振周波数の上限が低下してしまうのである。
そこで、本発明は、上記不具合を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、加振テーブルのZ軸方向のストローク長を長くしても許容加振周波数の低下を抑制することが可能なZ軸流体圧シリンダを提供することであり、当該Z軸流体圧シリンダを搭載した振動試験装置を提供することである。
上記した目的を達成するため、本発明の課題解決手段は、X軸方向とY軸方向の一方または両方とZ軸方向への移動が許容される加振テーブルと架台との間に介装されて上記加振テーブルをZ軸方向へ駆動するZ軸流体圧シリンダにおいて、シリンダと、当該シリンダ内に出入り自在に挿入されるとともに上記加振テーブルと上記架台の一方に連結されるロッドと、筒状であって上記シリンダを内方に収容してロッド側端が当該シリンダのロッド側端に固定されるとともに反ロッド側端が上記加振テーブルと上記架台の他方に連結されるアウターチューブとを備えたことを特徴とする。
また、本発明の他の課題解決手段である振動試験装置は、X軸方向とY軸方向とZ軸方向への移動が許容される加振テーブルと、架台と、上記加振テーブルと上記架台との間に介装される上記Z軸流体圧シリンダと、上記架台に搭載されて上記加振テーブルを水平かつX軸方向へ駆動するX軸アクチュエータと、上記架台に搭載されて上記加振テーブルを水平かつX軸方向に直交するY軸方向へ駆動するY軸アクチュエータと、上記加振テーブルと上記X軸アクチュエータとの間に設けられて当該加振テーブルのY軸方向への移動を許容するとともにX軸周りの回転を規制するX軸連結手段と、上記加振テーブルと上記Y軸アクチュエータとの間に設けられて当該加振テーブルのX軸方向への移動を許容するとともにY軸周りの回転を規制するY軸連結手段とを備えたことを特徴とする。
このように、Z軸流体圧シリンダを構成することで、Z軸流体圧シリンダのストローク長を長くしてもZ軸流体圧シリンダの曲げ剛性を高めて固有振動数を高くすることができる。
よって、本発明のZ軸流体圧シリンダおよび振動試験装置によれば、加振テーブルのZ軸方向のストローク長を長くしても許容加振周波数の低下を抑制することが可能となる。
以下、図に示した実施の形態に基づき、本発明を説明する。一実施の形態におけるZ軸流体圧シリンダ1は、図1から図4に示すように、この場合、振動試験装置Tに組み込まれている。
振動試験装置Tは、試験体に振動を入力する加振テーブル2と、架台3と、加振テーブル2と架台3との間に介装されて加振テーブル2を鉛直方向へ駆動するZ軸流体圧シリンダ1と、架台3に搭載されて加振テーブル2を水平かつX軸方向へ駆動するX軸アクチュエータ4と、架台3に搭載されて加振テーブル2を水平かつX軸方向に直交するY軸方向へ駆動するY軸アクチュエータ5と、加振テーブル2とX軸アクチュエータ4との間に設けられたX軸連結手段6と、加振テーブル2とY軸アクチュエータ5との間に設けられたY軸連結手段7とを備えて構成されている。
振動試験装置Tは、Z軸流体圧シリンダ1で加振テーブル2を図1中で紙面を貫く方向である上下方向であるZ軸方向へ駆動することができ、X軸アクチュエータ4で加振テーブル2を水平X軸方向である図1中左右方向へ駆動することができ、また、Y軸アクチュエータ5で加振テーブル2を水平Y軸方向である図1中上下方向へ駆動することができるようになっている。なお、加振テーブル2をZ軸方向以外には、X軸方向或いはY軸方向のいずれか一方のみへの駆動で足りる場合、X軸アクチュエータ4或いはY軸アクチュエータ5のいずれか一方と、これと加振テーブル2との連結手段を廃止することもできる。
また、たとえば、試験体を四輪車両として振動試験を行いたい場合、振動試験装置Tを一つのユニットとし、四つで一つの振動試験装置を構成することも可能であり、たとえば、車両の車輪を取り付けるブラケットを加振テーブル2に連結し、各振動試験装置TにおけるZ軸流体圧シリンダ1、X軸アクチュエータ4およびY軸アクチュエータ5で加振テーブル2を駆動することで、四輪車両へ振動を与えることができるようになっている。なお、各振動試験装置Tにおける加振テーブル2に車輪を取り付けた四輪車両を乗せるようにして加振テーブル2を駆動することで振動試験を行うことも可能である。さらに、二輪車を試験体とする場合であれば、二つの振動試験装置Tで一つの二輪車を加振するのに適した一つの振動試験装置を構成することができる。
以下、一実施の形態の振動試験装置Tの各部について詳細に説明する。加振テーブル2は、この実施の形態の場合、矩形盤状とされていて、図示はしないが、試験体や試験体を連結するための部品を固定できるように上端に開口するボルト孔が多数設けられている。したがって、たとえば、この加振テーブル2に試験体を固定したい場合、ボルト止め可能であれば直接に試験体を固定してもよいし、たとえば、試験体が車両であれば上記ブラケットに連結可能な部品を介し加振テーブル2と車両とを連結するようにしてもよい。なお、加振テーブル2の形状や構造は、試験体に応じて適するように適宜設計変更することが可能である。
Z軸流体圧シリンダ1は、図4に示すように、この例では、テレスコピック型の油圧サーボシリンダとされており、図外の油圧源からの圧油の給排により伸縮作動するようになっている。具体的には、Z軸流体圧シリンダ1は、シリンダ10と、シリンダ10内に出入り自在に挿入されるロッド11と、筒状であってシリンダ11を内方に収容してロッド側端12aがシリンダ11のロッド側端10aに固定されるアウターチューブ12とを備え、この例では、ロッド11の図4中上端である先端が上記した加振テーブル2にテーブル側球面軸受8を介して連結され、アウターチューブ12の反ロッド側端12bが上記した架台3に架台側球面軸受9を介して連結されている。なお、Z軸流体圧シリンダ1の作動流体には、作動油以外の流体を用いることも当然可能である。
詳しくは図示しないが、シリンダ10は、筒状であって、ロッド11の先端にはシリンダ10の内周に摺接するピストンが連結されている。このピストンによってシリンダ10内は、ロッド11が挿通されるロッド側室とピストン側のピストン側室とに区画されている。したがって、ロッド側室に作動油を供給してピストン側室から作動油を排出させれば、Z軸流体圧シリンダ1はシリンダ10内にロッド11が進入する収縮作動を呈し、反対に、ロッド側室から作動油を排出してピストン側室に作動油を供給すれば、Z軸流体圧シリンダ1はシリンダ10内からロッド11が退出する伸長作動を呈する。
この場合、シリンダ10のロッド側端10aには、外周にフランジ13aをもったブラケット13が設けられており、アウターチューブ12のロッド側端12aには内周側へ突出するフランジ12cが設けられていて、フランジ12c,13a同士を突き合わせてボルト14およびナット15によって締結され、シリンダ11がアウターチューブ12に固定されている。なお、シリンダ10をアウターチューブ12に固定する構造は上記以外の構造を採用してもよい。
テーブル側球面軸受8は、この例では、球体8aと、当該球体8aを回転自在に保持するとともに加振テーブル2の下端に連結されるケース8bと、球体8aをZ軸流体圧シリンダ1に連結する連結軸8cと、ケース8bの開口部から連結軸8cの途中までを覆うブーツ8dとを備えており、球体8aとケース8bとの間には潤滑油が所定圧で封入されており、静圧球面軸受とされている。このテーブル側球面軸受8にあっては、球体8aとケース8bとの間に所定圧の潤滑油が供給される静圧球面軸受とされているので、球体8aのケース8bに対する円滑な回転が保証されるとともに球体8aとケース8bとの間が強制的に潤滑されるので耐摩耗性に優れて、長期間の使用に耐えうるが、静圧球面軸受以外の球面軸受とされてもよい。なお、連結軸8cを廃止して、Z軸流体圧シリンダ1を直接球体8aに連結することも可能である。
そして、テーブル側球面軸受8は、球体8aがケース8bに対して回転が許容されているので連結軸8cの球体8aを中心とした揺動及び回転が許容されている。したがって、Z軸流体圧シリンダ1におけるロッド11の加振テーブル2に対する首振りと全方位への揺動と回転が許容される。なお、連結軸8cを加振テーブル2に固定し、ケース8bをZ軸流体圧シリンダ1へ固定することも可能である。
架台側球面軸受9についても、この例では、球体9aと、当該球体9aを回転自在に保持するとともに架台3に連結されるケース9bと、球体9aを架台3に連結する連結軸9cと、ケース9bの開口部から連結軸9cの途中までを覆うブーツ9dとを備えており、球体9aとケース9bとの間には潤滑油が所定圧で封入されており、球体9aのケース9bに対する円滑な回転が保証されるとともに球体9aとケース9bとの間が強制的に潤滑されるので耐摩耗性に優れて、長期間の使用に耐えうるが、静圧球面軸受以外の球面軸受とされてもよい。そして、架台側球面軸受9は、球体9aがケース9bに対して回転が許容されているので連結軸9cの球体9aを中心とした揺動及び回転が許容されている。したがって、Z軸流体圧シリンダ1のアウターチューブ12の架台3に対する揺動と回転が許容される。なお、連結軸9cを架台3に固定し、ケース9bをZ軸流体圧シリンダ1へ固定することも可能である。
したがって、Z軸流体圧シリンダ1は、加振テーブル2および架台3に対して首振りおよび全方位への揺動が可能となっているので、図2中加振テーブル2の左右方向となるX軸方向および図2の紙面を貫く方向となるY軸方向の移動を許容し、加振テーブル2の水平方向の移動を妨げることが無いようになっており、伸縮作動することで、加振テーブル2を上下方向へ駆動させることができる。
なお、Z軸流体圧シリンダ1を加振テーブル2および架台3に対して首振りおよび全方位への揺動を可能とする連結には、球面軸受の他にも、たとえば、ジンバルを二つ組み合わせた連結構造等も採用することができる。また、アウターチューブ12を加振テーブル2へ連結し、ロッド11を架台3に連結するようにすることも可能である。
このように、Z軸流体圧シリンダ1を加振テーブル2と架台3とに取り付けることにより、Z軸流体圧シリンダ1に曲げモーメントは、径の細いシリンダ11ではなく、径の太いアウターチューブ12に作用するので、Z軸流体圧シリンダ1の曲げ剛性をアウターチューブ12を備えない流体圧シリンダよりも高くすることができる。
このように本発明のZ軸流体圧シリンダ1では、全長を長くしてストローク長を長くしても、上述のように横力の作用線をロッド10側にシフトすることで、Z軸流体圧シリンダ1が共振する周波数を高くすることができるから、加振テーブル2のZ軸方向のストローク長を長くしても曲げ剛性を高くすることができ、曲げ剛性が高くすることで固有振動数を高くすることができるので、加振テーブル2のXY軸方向に加振する上で許容できる加振周波数である許容加振周波数を低下させずに済むことになる。つまり、本発明のZ軸流体圧シリンダ1およびこのZ軸流体圧シリンダ1を搭載した振動試験装置Tによれば、加振テーブル2のZ軸方向のストローク長を長くしても許容加振周波数の低下を抑制することができるのである。
つづいて、X軸アクチュエータ4は、図2に示すように、この例では、テレスコピック型の油圧サーボシリンダとされており、図外の油圧源からの圧油の給排により伸縮作動するようになっており、一端が上記した架台3に立てたX軸支柱22にヒンジ結合することによって当該架台3に搭載されており、架台3に対してZX平面に沿う回転のみが許容される態様で取り付けられている。なお、ZX平面とは、Z軸とX軸とを含む平面である。
また、X軸アクチュエータ4の他端は、X軸支柱22にZX平面に沿う回転のみが許容されて連結されるX軸変換リンク23にZX平面に沿う回転のみが許容されるようにヒンジ結合されている。この場合、X軸アクチュエータ4がX軸支柱22の側方に鉛直方向へ沿って設けられており、伸縮方向が略鉛直方向となるため、X軸変換リンク23を用いてX軸アクチュエータ4の伸縮運動を加振テーブル2にX軸方向の往復運動に変換するようにしている。
X軸支柱22は、架台3に起立しており、その先端となる上端には、一対の略三角形状をした三角プレート23a,23bを向い合せて構成したX軸変換リンク23が回転可能に取り付けられている。具体的には、X軸変換リンク23は、三角プレート23a,23bの一頂点の近傍をX軸支柱22にヒンジ結合することによってX軸支柱22に連結されていて、X軸支柱22に対してZX平面に沿う回転のみが許容される態様で取り付けられている。また、X軸変換リンク23を構成する三角プレート23a,23bのX軸支柱22に連結される頂点以外の一頂点近傍には、X軸アクチュエータ4の一端に設けたブラケット4aがヒンジ結合されていて、X軸アクチュエータ4が伸縮すると、X軸変換リンク23は、X軸支柱22にヒンジ結合される部位を中心として、ZX軸平面に沿って回転するようになっている。なお、ブラケット4aは、X軸変換リンク23を構成する一対の三角プレート23a,23bのそれぞれにヒンジ結合されており、三角プレート23a,23bを一体化する役割も担っている。三角プレート23a,23bの一体化に際しては、X軸アクチュエータ4の端部に設けたブラケット4aで行わず、別途、三角プレート23a,23b同士を一体化する部材を設けてもよい。
また、X軸変換リンク23の三角プレート23a,23bの頂点のうちX軸支柱22およびX軸アクチュエータ4のいずれもがヒンジ結合されていない残りの頂点はX軸連結手段6を介して加振テーブル2に連結される。
この加振テーブル2のX軸アクチュエータ側端2aとX軸変換リンク23との間には、X軸連結手段6が設けられている。X軸連結手段6は、図1から図3に示すように、X軸周りに回転不能でZX平面に沿って回転可能な態様で一端がX軸アクチュエータ4の一端にX軸変換リンク23を介して連結されるX軸アーム24と、加振テーブル2のX軸アクチュエータ側端2aに設けたY軸方向に沿うX軸ガイドレール25と、X軸アーム24の他端にZX平面に沿って回転可能にヒンジ結合されてX軸ガイドレール25にY軸方向へスライド自在に取り付けられる一対のX軸スライダ26,26とを備えて構成されている。
X軸アーム14は、この場合、X軸方向に沿う一対のアーム部24a,24aと、X軸方向に直交する方向に沿ってアーム部24a,24a同士を連結する一対の連結ロッド24b,24bとを備えており、アーム部24a,24aと連結ロッド24b,24bを丁度井桁に組んだような形状とされている。なお、X軸アーム24の形状および構造は、上記に限定されるものではなく、また、この場合、アーム部24a,24aと連結ロッド24b,24bとが一つの母材から形成されているが、強度上の問題が無ければアーム部24a,24aと連結ロッド24b,24bが別々の部品であってこれらを組み合わせることでX軸アーム24を構成するようにしてもよい。
そして、X軸アーム24における一方のアーム部24aがX軸変換リンク23の三角プレート23aのX軸支柱22およびX軸アクチュエータ4が連結されていない残りの一頂点の近傍にヒンジ結合され、X軸アーム14における他方のアーム部24aがX軸変換リンク23の三角プレート23bのX軸支柱22およびX軸アクチュエータ4が連結されていない残りの一頂点の近傍にヒンジ結合される。
X軸ガイドレール25は、加振テーブル2のX軸アクチュエータ側端2aにY軸方向に沿って取り付けられており、X軸ガイドレール25上を当該X軸ガイドレール25の長手方向となるY軸方向へスライド自在に取り付けた一対のX軸スライダ26,26とX軸ガイドレール25とでリニアガイドを構成している。X軸スライダ26,26は、詳しくは図示しないが、たとえば、X軸ガイドレール25の側面に設けた溝を走行する多数のボールを備える周知の構成とされればよいが、円滑なスライドが可能であればボールを備えないタイプのスライダを利用してもよい。
そして、このX軸スライダ26,26は、一つずつX軸アーム24のアーム部24a,24aの先端にZX平面に沿って回転することができるようにヒンジ結合されている。
したがって、X軸連結手段6は、X軸変換リンク23に上記のように連結されることで、ZX平面に沿う回転が許容される一方でX軸周りへの回転は阻止されるので、加振テーブル2のX軸周りの回転を規制している。X軸スライダ26は、加振テーブル2のX軸周りの回転を規制できればよいので、一つだけ設けるようにしてもよいが、二つ以上設けることで加振テーブル2に作用するX軸周りのモーメントを複数のX軸スライダ26,26で受けることができるのでX軸スライダ26,26に作用する負担が軽減されるとともに、加振テーブル2のX軸周りの回転を確実に阻止することが可能である。
また、X軸連結手段6におけるX軸アーム24がリニアガイドを構成するX軸ガイドレール25とX軸スライダ26,26を介して加振テーブル2に連結されるため、X軸連結手段6は、加振テーブル2のY軸方向への移動を許容している。そして、X軸スライダ26,26がX軸アーム24にZX平面に沿って回転することが許容され、X軸アーム24がX軸変換リンク23にZX平面に沿って回転することが許容されているため、図2でX軸アクチュエータ4を伸長させると、これによってX軸変換リンク23がX軸支柱22へのヒンジ結合点にて反時計回りに回転しX軸アーム24が左方へ押されて、加振テーブル2を図2中左方向へ駆動することができ、反対に、X軸アクチュエータ4を収縮させると、これによってX軸変換リンク23がX軸支柱22へのヒンジ結合点にて時計回りに回転しX軸アーム24が右方へ引っ張られるので、加振テーブル2を図2中右方向へ駆動することができる。
つまり、この実施の形態の場合、X軸変換リンク23とX軸支柱22とでベルクランク機構を構成し、X軸アクチュエータ4の略鉛直方向に沿う伸縮運動をX軸方向の運動へ変換して加振テーブル2へ伝達することができる。また、X軸変換リンク23は、強度面で有利なために三角形状の三角プレート23a,23bとで構成されているが、上記したように、X軸アクチュエータ4の伸縮運動を加振テーブル2のX軸方向の運動にできればよいのでL字状等の三角形状以外の形状とされてもよい。
さらに、X軸変換リンク23は、この場合、X軸アーム24のX軸周りの回転を規制する役割を担っていて、これによって加振テーブル2のX軸周りの回転を規制しているので、X軸連結手段6の一部を構成しているが、たとえば、X軸支柱22の上端にX軸アクチュエータ4を伸縮方向がX軸方向となるように設置し、X軸アーム24がX軸支柱22に上端にX軸周りへの回転が規制された状態でX軸アクチュエータ4にZX平面に沿う回転とX軸方向への移動が許容されるように取り付ける場合には、X軸変換リンク23は不要となる。
また、X軸ガイドレール25が加振テーブル2のX軸アクチュエータ側端2aに連結され、X軸スライダ26,26がX軸アーム24側に連結されているが、X軸ガイドレール25をX軸アーム24に連結し、X軸スライダ26,26を加振テーブル2に連結するようにしてもよく、また、X軸ガイドレール25とX軸スライダ26の少なくともいずれか一方をX軸アーム24か加振テーブル2にZX平面に沿って回転自在に連結すればよい。
Y軸アクチュエータ5は、X軸アクチュエータ4と同じ構成であり、この例では、テレスコピック型の油圧サーボシリンダとされており、図外の油圧源からの圧油の給排により伸縮作動するようになっており、一端が上記した架台3に立てたY軸支柱27にヒンジ結合することによって当該架台3に搭載されており、架台3に対してZY平面に沿う回転のみが許容される態様で取り付けられている。なお、ZY平面とは、Z軸とY軸とを含む平面である。
また、Y軸アクチュエータ5の他端は、Y軸支柱27にZY平面に沿う回転のみが許容されて連結されるY軸変換リンク28にZY平面に沿う回転のみが許容されるようにヒンジ結合されている。この場合、Y軸アクチュエータ5がY軸支柱27の側方に鉛直方向へ沿って設けられており、伸縮方向が略鉛直方向となるため、Y軸変換リンク28を用いてY軸アクチュエータ5の伸縮運動を加振テーブル2にY軸方向の往復運動に変換するようにしている。
Y軸支柱27は、X軸支柱22と同様に架台3に起立しており、その先端となる上端には、一対の略三角形状をした三角プレート28a,28bを向い合せて構成したY軸変換リンク28が回転可能に取り付けられている。具体的には、Y軸変換リンク28は、三角プレート28a,28bの一頂点の近傍をY軸支柱27にヒンジ結合することによってY軸支柱27に連結されていて、Y軸支柱27に対してZY平面に沿う回転のみが許容される態様で取り付けられている。また、Y軸変換リンク28を構成する三角プレート28a,28bのY軸支柱27に連結される頂点以外の一頂点近傍には、Y軸アクチュエータ5の一端に設けたブラケット5aがヒンジ結合されていて、Y軸アクチュエータ5が伸縮すると、Y軸変換リンク28は、Y軸支柱27にヒンジ結合される部位を中心として、ZY軸平面に沿って回転するようになっている。なお、ブラケット5aは、Y軸変換リンク18を構成する一対の三角プレート28a,28bのそれぞれにヒンジ結合されており、三角プレート28a,28bを一体化する役割も担っている。三角プレート28a,28bの一体化に際しては、Y軸アクチュエータ5の端部に設けたブラケット5aで行わず、別途、三角プレート28a,28b同士を一体化する部材を設けてもよい。
また、Y軸変換リンク28の三角プレート28a,28bの頂点のうちY軸支柱27およびY軸アクチュエータ5のいずれもがヒンジ結合されていない残りの頂点はY軸連結手段7を介して加振テーブル2に連結される。
この加振テーブル2のY軸アクチュエータ側端2bとY軸変換リンク28との間には、Y軸連結手段7が設けられている。Y軸連結手段7は、図1から図3に示すように、Y軸周りに回転不能でZY平面に沿って回転可能な態様で一端がY軸アクチュエータ5の一端にY軸変換リンク28を介して連結されるY軸アーム29と、加振テーブル2のY軸アクチュエータ側端2bに設けたY軸方向に沿うY軸ガイドレール30と、Y軸アーム29の他端にZY平面に沿って回転可能にヒンジ結合されてY軸ガイドレール30にX軸方向へスライド自在に取り付けられる一対のY軸スライダ31,31とを備えて構成されている。
Y軸アーム29は、この場合、Y軸方向に沿う一対のアーム部29a,29aと、Y軸方向に直交する方向に沿ってアーム部29a,29a同士を連結する一対の連結ロッド29b,29bとを備えており、アーム部29a,29aと連結ロッド29b,29bを丁度井桁に組んだような形状とされている。なお、Y軸アーム29の形状および構造は、上記に限定されるものではなく、また、この場合、アーム部29a,29aと連結ロッド29b,29bとが一つの母材から形成されているが、強度上の問題が無ければアーム部29a,29aと連結ロッド29b,29bが別々の部品であってこれらを組み合わせることでY軸アーム29を構成するようにしてもよい。
そして、Y軸アーム29における一方のアーム部29aがY軸変換リンク28の三角プレート28aのY軸支柱27およびY軸アクチュエータ5が連結されていない残りの一頂点の近傍にヒンジ結合され、Y軸アーム29における他方のアーム部29aがY軸変換リンク28の三角プレート28bのY軸支柱27およびY軸アクチュエータ5が連結されていない残りの一頂点の近傍にヒンジ結合される。
Y軸ガイドレール30は、加振テーブル2のY軸アクチュエータ側端2bにX軸方向に沿って取り付けられており、Y軸ガイドレール30上を当該Y軸ガイドレール30の長手方向となるX軸方向へスライド自在に取り付けた一対のY軸スライダ31,31とY軸ガイドレール30とでリニアガイドを構成している。Y軸スライダ31,31は、詳しくは図示しないが、たとえば、Y軸ガイドレール30の側面に設けた溝を走行する多数のボールを備える周知の構成とされればよいが、円滑なスライドが可能であればボールを備えないタイプのスライダを利用してもよい。
そして、このY軸スライダ31,31は、一つずつY軸アーム29のアーム部29a,29aの先端にZY平面に沿って回転することができるようにヒンジ結合されている。
したがって、Y軸連結手段7は、Y軸変換リンク28に上記のように連結されることで、ZY平面に沿う回転が許容される一方でY軸周りへの回転は阻止されるので、加振テーブル2のY軸周りの回転を規制している。Y軸スライダ31は、加振テーブル2のY軸周りの回転を規制できればよいので、一つだけ設けるようにしてもよいが、二つ以上設けることで加振テーブル2に作用するY軸周りのモーメントを複数のY軸スライダ31,31で受けることができるのでY軸スライダ31,31に作用する負担が軽減されるとともに、加振テーブル2のY軸周りの回転を確実に阻止することが可能である。
また、Y軸連結手段7におけるY軸アーム29がリニアガイドを構成するY軸ガイドレール30とY軸スライダ31,31を介して加振テーブル2に連結されるため、Y軸連結手段7は、加振テーブル2のX軸方向への移動を許容している。そして、Y軸スライダ31,31がY軸アーム29にZY平面に沿って回転することが許容され、Y軸アーム29がY軸変換リンク28にZY平面に沿って回転することが許容されているため、Y軸アクチュエータ5を伸長させると、これによってY軸変換リンク28がY軸支柱27へのヒンジ結合点にて回転しY軸アーム29が押されて、加振テーブル2を図1中上方向へ駆動することができ、反対に、Y軸アクチュエータ5を収縮させると、これによってY軸変換リンク28がY軸支柱27へのヒンジ結合点にて回転しY軸アーム29が引っ張られるので、加振テーブル2を図1中下方向へ駆動することができる。
つまり、この実施の形態の場合、Y軸変換リンク28とY軸支柱27とでベルクランク機構を構成し、Y軸アクチュエータ5の略鉛直方向に沿う伸縮運動をY軸方向の運動へ変換して加振テーブル2へ伝達することができる。また、Y軸変換リンク28は、強度面で有利なために三角形状の三角プレート28a,28bとで構成されているが、上記したように、Y軸アクチュエータ5の伸縮運動を加振テーブル2のY軸方向の運動にできればよいのでL字状等の三角形状以外の形状とされてもよい。
さらに、Y軸変換リンク28は、この場合、Y軸アーム29のY軸周りの回転を規制する役割を担っていて、これによって加振テーブル2のY軸周りの回転を規制しているので、Y軸連結手段7の一部を構成しているが、たとえば、Y軸支柱27の上端にY軸アクチュエータ5を伸縮方向がY軸方向となるように設置し、Y軸アーム29がY軸支柱27に上端にY軸周りへの回転が規制された状態でY軸アクチュエータ5にZY平面に沿う回転とY軸方向への移動が許容されるように取り付ける場合には、Y軸変換リンク28は不要となる。
また、Y軸ガイドレール30が加振テーブル2のY軸アクチュエータ側端2bに連結され、Y軸スライダ31,31がY軸アーム29側に連結されているが、Y軸ガイドレール30をY軸アーム29に連結し、Y軸スライダ31,31を加振テーブル2に連結するようにしてもよく、また、Y軸ガイドレール30とY軸スライダ31の少なくともいずれか一方をY軸アーム29か加振テーブル2にZY平面に沿って回転自在に連結すればよい。
上記したように振動試験装置Tが構成されるので、加振テーブル2は、X軸連結手段6によってX軸周りの回転が阻止されるとともにY軸連結手段7によってY軸周りの回転が阻止されるので、加振テーブル2は、常に水平状態に保たれる。また、X軸連結手段6は、加振テーブル2のY軸方向の移動を妨げないので、Y軸アクチュエータ5による加振テーブル2のY軸方向の駆動が妨げられることが無く、さらに、Y軸連結手段7は、加振テーブル2のX軸方向の移動を妨げないので、X軸アクチュエータ4による加振テーブル2のX軸方向の駆動が妨げられることが無く、加振テーブル2の水平を保ったまま当該加振テーブル2をX軸方向およびY軸方向へ自由に駆動することが可能である。このように、加振テーブル2がX軸連結手段6およびY軸連結手段7によって回り止めされて水平状態に支持されるからZ軸流体圧シリンダ1で負担する重量は、従来の振動試験ユニットにおける加振テーブルとこれに付属する部品よりも軽量となるので、Z軸流体圧シリンダ1の出力を低減でき、Z軸流体圧シリンダ1の駆動源を小型化することが可能でコストが低減されるとともに、エネルギー消費量も低減することができ経済性に優れる。
そして、Z軸流体圧シリンダ1が加振テーブル2と架台3に対して首ふりおよび全方位に揺動可能とされているので、架台3に対して傾斜姿勢を採ることで加振テーブル2を水平に保ちながらX軸方向およびY軸方向の移動を許容することができ、伸縮することで加振テーブル2へZ軸方向への振動を与えることもできる。したがって、この実施の形態の振動試験装置Tにあっては、Z軸流体圧シリンダ1と加振テーブル2との間には、テーブル側球面軸受8のみが介装されるだけとなり、加振テーブル2のZ軸周りのモーメントを受けるとともにZ軸流体圧シリンダ1の伸縮方向を鉛直方向のみとするガイド機構や、加振テーブル2をX軸方向およびY軸方向への移動を許容するための中間テーブルや複数の2軸直交直線運動用軸受を設置する必要が無いことから、より一層加振テーブル2にこれに付属する部品を含めた重量を軽減でき、より効果的にZ軸流体圧シリンダ1および駆動源を小型化でき、消費エネルギーをより効果的に低減することができ、振動試験装置Tの経済性を飛躍的に向上させることができる。
また、テーブル側球面軸受8および架台側球面軸受9がともに静圧球面軸受を備えている場合には、耐摩耗性に優れるので、振動試験装置Tが長期間の使用に耐えうる。
X軸連結手段6は、X軸周りに回転不能でZX平面に沿って回転可能な態様で一端がX軸アクチュエータ4の一端に連結されるX軸アーム14と、X軸アーム14と加振テーブル2のX軸アクチュエータ側端2aの一方に設けたY軸方向に沿うX軸ガイドレール25と、X軸アーム24と加振テーブル2のX軸アクチュエータ側端2aの他方にY軸方向へスライド自在に取り付けられる一対のX軸スライダ26,26とを備え、X軸ガイドレール25或いはX軸スライダ26,26がZX平面に沿って回転可能とされ、Y軸連結手段7は、Y軸周りに回転不能でZY平面に沿って回転可能な態様で一端がY軸アクチュエータ5の一端に連結されるY軸アーム29と、Y軸アーム29と加振テーブル2のY軸アクチュエータ側端2bのいずれか一方に設けたX軸方向に沿うY軸ガイドレール30と、Y軸アーム29と加振テーブル2のY軸アクチュエータ側端2bの他方に設けられてガイドレール30にX軸方向へスライド自在に取り付けたY軸スライダ31,31とを備え、Y軸ガイドレール30或いはY軸スライダ31,31がZY平面に沿って回転可能とされ、X軸連結手段6およびY軸連結手段7を簡単かつ軽量な部品構成で実現することができる。
さらに、X軸連結手段6がX軸スライダ26,26を少なくとも二つ以上備え、Y軸連結手段7がY軸スライダ31,31を少なくとも二つ以上を備えることで、加振テーブル2に作用するX軸周りおよびY軸周りのモーメントを複数のX軸スライダ26,26およびY軸スライダ31,31で受けることができるので各X軸スライダ26,26およびY軸スライダ31,31に作用する負担が軽減されるとともに、加振テーブル2のX軸周りおよびY軸周りの回転を確実に阻止することが可能である。
以上のように、振動試験装置Tは構成されるが、四つの振動試験装置Tを基台B上に設置して、全体で一つの振動試験装置を形成する場合、図1に示すように、図1中左右方向に一致する水平横方向、つまりX軸方向であって同一線上に二つの振動試験装置Tの加振テーブル2を並べて配置し、また、これに平行なX軸方向であって他の同一線上に二つの振動試験装置Tの加振テーブル2を並べて配置し、さらに、Y軸方向から見ても、同一線上に二つの振動試験装置Tの加振テーブル2を並べて配置し、また、これに平行なY軸方向であって他の同一線上に二つの振動試験装置Tの加振テーブル2を並べて配置している。
したがって、各振動試験装置Tの加振テーブル2は、X軸方向にもY軸方向にも二つずつ並べて配置されている。なお、図1は、振動試験装置Tを上方から見ており、紙面を貫く方向が鉛直方向であるから、図1中で左右方向と上下方向は、振動試験装置Tの水平方向となる。
なお、加振テーブル2が取付けられる試験体の取付部位によっては、必ずしも加振テーブル2が二つずつ同一線上に配置されるような関係に無くても良く、たとえば、加振テーブル2を台形や平行四辺形の頂点に配置することもできる。また、振動試験装置Tの設置数は振動を与える試験体に適すればよいので、任意に設定することができる。
また、この全体としての振動試験装置にあっては、各振動試験装置Tの架台3が基台B上に取り付けられており、X軸方向に並べられた二つの振動試験装置Tの架台3は、基台Bに対してY軸方向へ移動可能に取り付けた可動台40にX軸方向へ移動可能に取り付けられ、残りの二つの振動試験装置Tの架台3が基台Bに対してY軸方向へ移動可能に取り付けた可動台41にX軸方向へ移動可能に取り付けられ、各架台3は、基台Bに対してXY軸方向へ移動可能とされている。したがって、架台3を基台B上の任意の位置に移動させることで、加振テーブル2の位置を試験体に適する位置に位置決める事ができる。
そして、各加振テーブル2を同一方向であるX軸方向へ駆動する各X軸アクチュエータ4は、全てX軸支柱22の駆動方向であるX軸方向の両側のうち一方側、つまり、図1中でX軸支柱22の右側に配置される。なお、各X軸アクチュエータ4をX軸支柱22の駆動方向両側のうち上記とは反対側の図1中左側に配置するようにしてもよい。
さらに、各加振テーブル2を同一方向であるY軸方向へ駆動する各Y軸アクチュエータ5は、全てY軸支柱27の駆動方向であるY軸方向の両側のうち一方側、つまり、図1中でY軸支柱27の上側に配置される。なお、各Y軸アクチュエータ5をY軸支柱27の駆動方向両側のうち上記とは反対側の図1中下側に配置するようにしてもよい。
また、各振動試験装置TにおけるX軸アクチュエータ4の仕様は同じとされていて、X軸アーム24の長さ、X軸変換リンク23のX軸アクチュエータ4の伸縮運動を加振テーブル2のX軸方向の往復運動へ変換する際のレバー比が等しくなっており、X軸アクチュエータ4のストローク位置が同じ位置にある場合に各加振テーブル2のX軸方向の相対位置が変化しないように配慮されている。各振動試験装置TにおけるY軸アクチュエータ5についても仕様は同じとされていて、Y軸アーム29の長さ、Y軸変換リンク28のY軸アクチュエータ5の伸縮運動を加振テーブル2のY軸方向の往復運動へ変換する際のレバー比が等しくなっており、各Y軸アクチュエータ5のストローク位置が同じ位置にある場合に各加振テーブル2のY軸方向の相対位置が変化しないように配慮されている。したがって、X軸アクチュエータ4およびY軸アクチュエータ5がオフされて最伸長或いは最収縮状態となっても、加振テーブル2のX軸方向およびY軸方向の相対位置が変化しない。また、各Z軸アクチュエータ3も全て同じものである。よって、Z軸アクチュエータ3、X軸アクチュエータ4およびY軸アクチュエータ5の全てがオフされて最収縮状態となっても、全ての加振テーブル2のZ軸方向、X軸方向およびY軸方向の相対位置が変化せず、無負荷で試験体を最下方へ移動させることができ、試験体へ荷重を作用させて傷めてしまう恐れもない。
また、この全体としての振動試験装置の場合、全て振動試験装置TのX軸アクチュエータ4およびY軸アクチュエータ5が各加振テーブル2間の外側に配置される、つまり、各加振テーブル2で取り囲まれた四角形の範囲よりもすべて外側に配置されているので、架台3を移動させて各加振テーブル2間の距離を小さくした場合にX軸アクチュエータ4およびY軸アクチュエータ5が邪魔になることが無く、小さな試験体の振動試験を行うことができるとともに、X軸アクチュエータ4およびY軸アクチュエータ5とその駆動に必要な機器との接続や配管等の設置が容易となる。
つづいて、上記した全体としての振動試験装置の動作を説明する。まず、加振テーブル2を図1中左方向へ同期させて移動させる場合、各X軸アクチュエータ4がX軸支柱22の駆動方向両側のうち一方側である図1中右側に配置されているため、各X軸アクチュエータ4を同じ量だけ伸長側にストロークさせればよく、反対に、加振テーブル2を図1中右方向へ同期させて移動させる場合、各X軸アクチュエータ4を同じ量だけ収縮側にストロークすればよい。
さらに、各加振テーブル2のX軸方向の間隔を変えたい場合、各X軸アクチュエータ4のストローク量を違えればよく、各X軸アクチュエータ4のストローク量を制御することで試験体に荷重を作用させることができる。
加振テーブル2を図1中上方向へ同期させて移動させる場合、各Y軸アクチュエータ5がY軸支柱27の駆動方向両側のうち一方側である図1中上側に配置されているため、各Y軸アクチュエータ5を同じ量だけ収縮側にストロークさせればよく、反対に、加振テーブル2を図1中下方向へ同期させて移動させる場合、各Y軸アクチュエータ5を同じ量だけ伸長側にストロークすればよい。
さらに、各加振テーブル2のY軸方向の間隔を変えたい場合、各Y軸アクチュエータ5のストローク量を違えればよく、各Y軸アクチュエータ5のストローク量を制御することで試験体に荷重を作用させることができる。
また、各Z軸流体圧シリンダ1を上下方向へ伸縮させて加振テーブル2を上下方向へ駆動する場合、X軸アクチュエータ4およびY軸アクチュエータ5を同期させて伸縮させることで、加振テーブル2をX軸方向およびY軸方向に対して無負荷状態としつつ、加振テーブル2を上下動させることができる。
このようにX軸アクチュエータ4、Y軸アクチュエータ5およびZ軸流体圧シリンダ1を変位制御することで、試験体に荷重を作用させずに振動のみを作用させることもできるし、試験体に荷重を作用させることもできる。
よって、この全体としての振動試験装置によれば、X軸アーム24およびY軸アーム29等に作用している荷重を監視し、これをフィードバックする荷重制御を実施する必要が無く、X軸アクチュエータ4およびY軸アクチュエータ5を変位制御すれば足りるので、制御を変位制御から荷重制御へバンプレスに切り換える必要もなく制御が容易で、ロードセルや歪センサ等の設置が不要となるからコスト面でも有利となる。
さらに、X軸アクチュエータ4、Y軸アクチュエータ5およびZ軸流体圧シリンダ1の油圧を全てオフした状態として、これらX軸アクチュエータ4、Y軸アクチュエータ5およびZ軸流体圧シリンダ1が最収縮状態とする場合、各X軸アクチュエータ4同士およびY軸アクチュエータ5同士が互いに押しあったり引きあったりすることが無いから、試験体の着脱作業を安全に行うことができる。また、失陥によってX軸アクチュエータ4、Y軸アクチュエータ5およびZ軸流体圧シリンダ1が全てオフされても、X軸アクチュエータ4同士およびY軸アクチュエータ5同士が相手の動きに干渉しないので試験体を最下方へ速やかに移動させることができる。さらに、試験体を加振テーブル2に取り付けた後に、加振テーブル2を加振中立点へ移動させる、つまり、X軸アクチュエータ4、Y軸アクチュエータ5およびZ軸流体圧シリンダ1の全てがストローク中心までストロークする場合にあっても、X軸アクチュエータ4、Y軸アクチュエータ5およびZ軸流体圧シリンダ1を変位制御すれば足りる。
なお、上記した全体としての振動試験装置にあっては、四つの加振テーブル2を備えているが、たとえば、2つの加振テーブル2を駆動するようにしてもよい。この場合にも、各X軸アクチュエータ4をX軸支柱22のX軸方向の両側のうち一方側に配置し、各Y軸アクチュエータ5をY軸支柱27のY軸方向の両側のうち一方側に配置することで、X軸アクチュエータ4、Y軸アクチュエータ5およびZ軸アクチュエータ3を変位制御することで、試験体に荷重を作用させずに振動のみを作用させることもできるし、試験体に荷重を作用させることもできる。
また、上記したところでは、X軸アクチュエータ4およびY軸アクチュエータ5は、ともに、テレスコピック型の油圧サーボシリンダとされているが、電動シリンダや作動油以外の流体を用いた流体圧シリンダであってもよい。
以上で、本発明の実施の形態についての説明を終えるが、本発明の範囲は図示されまたは説明された詳細そのものには限定されないことは勿論である。
1 Z軸流体圧シリンダ
2 加振テーブル
3 架台
4 X軸アクチュエータ
5 Y軸アクチュエータ
6 X軸連結手段
7 Y軸連結手段
10 シリンダ
11 ロッド
12 アウターチューブ
T 振動試験装置
2 加振テーブル
3 架台
4 X軸アクチュエータ
5 Y軸アクチュエータ
6 X軸連結手段
7 Y軸連結手段
10 シリンダ
11 ロッド
12 アウターチューブ
T 振動試験装置
Claims (5)
- X軸方向とY軸方向の一方または両方とZ軸方向への移動が許容される加振テーブルと架台との間に介装されて上記加振テーブルをZ軸方向へ駆動するZ軸流体圧シリンダにおいて、シリンダと、当該シリンダ内に出入り自在に挿入されるとともに上記加振テーブルと上記架台の一方に連結されるロッドと、筒状であって上記シリンダを内方に収容してロッド側端が当該シリンダのロッド側端に固定されるとともに反ロッド側端が上記加振テーブルと上記架台の他方に連結されるアウターチューブとを備えたことを特徴とするZ軸流体圧シリンダ。
- 上記ロッドが上記加振テーブルと上記架台の一方に首ふりおよび全方位へ揺動可能に連結されるとともに、上記アウターチューブが上記加振テーブルと上記架台の他方に首ふりおよび全方位へ揺動可能に連結されることを特徴とする請求項1に記載のZ軸流体圧シリンダ。
- 上記ロッドは、上記加振テーブルと上記架台の一方に球面軸受を介して連結され、上記アウターチューブは、上記加振テーブルと上記架台の他方に球面軸受を介して連結されることを特徴とする請求項2に記載のZ軸流体圧シリンダ。
- 上記球面軸受は、静圧球面軸受であることを特徴とする請求項3に記載のZ軸流体圧シリンダ。
- X軸方向とY軸方向とZ軸方向への移動が許容される加振テーブルと、架台と、上記加振テーブルと上記架台との間に介装される請求項1から4のいずれか一項に記載のZ軸流体圧シリンダと、上記架台に搭載されて上記加振テーブルを水平かつX軸方向へ駆動するX軸アクチュエータと、上記架台に搭載されて上記加振テーブルを水平かつX軸方向に直交するY軸方向へ駆動するY軸アクチュエータと、上記加振テーブルと上記X軸アクチュエータとの間に設けられて当該加振テーブルのY軸方向への移動を許容するとともにX軸周りの回転を規制するX軸連結手段と、上記加振テーブルと上記Y軸アクチュエータとの間に設けられて当該加振テーブルのX軸方向への移動を許容するとともにY軸周りの回転を規制するY軸連結手段とを備えたことを特徴とする振動試験装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012247208A JP2014095620A (ja) | 2012-11-09 | 2012-11-09 | 振動試験装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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Publication Number | Publication Date |
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JP (1) | JP2014095620A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106762940A (zh) * | 2016-12-08 | 2017-05-31 | 泸州长江液压密封件有限公司 | 一种方便快速连接的液压缸 |
CN111152764A (zh) * | 2020-02-27 | 2020-05-15 | 徐州工程学院 | 建筑机械液压支腿的支撑盘结构 |
-
2012
- 2012-11-09 JP JP2012247208A patent/JP2014095620A/ja active Pending
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