JP2016035471A - 動電型アクチュエータ及び動電型加振装置 - Google Patents

Abstract

【課題】可動部が非駆動方向に振動し難い動電型アクチュエータ及び該動電型アクチュエータを備えた動電型加振装置を提供する。
【解決手段】略筒状の固定部と、固定部の中空部内に収容された可動部と、可動部を固定部の軸線方向に往復移動可能に側方から支持する複数の可動部支持機構とを備える。可動部支持機構は、可動部の側面に固定された固定部の軸線方向に延びるレールと、固定部に固定された、レールと係合してレールに沿って往復移動可能なランナーブロックと、を備えると共に、固定部の軸線の周囲に略等間隔に配置される。
【選択図】図６

Description

本発明は、動電型アクチュエータ及びこれを用いた動電型加振装置に関する。

所謂ボイスコイルモータを駆動源として使用した動電型加振装置が知られている。特許文献１には、駆動軸を互いに直交する方向へ向けた３台の動電型アクチュエータ２００、３００、４００を振動テーブル１００に連結した３軸加振装置１が開示されている。特許文献１の加振装置１では、各動電型アクチュエータが駆動軸と直交する２軸方向にスムーズにスライド可能な２軸スライダ（連結部２４０、３４０、４４０）を介して振動テーブル１００に連結されている。この２軸スライダは、可動軸が互いに直行するリニアガイドを、中間ステージ２４５、３４５、４４５を介して連結したものである。この構成により、各動電型アクチュエータは、他の動電型アクチュエータによる振動テーブル１００の駆動に強く影響されずに（すなわち比較的に少ないクロストークで）、振動テーブル１００を駆動することができる。

国際公開ＷＯ２００９／１３０９５３号公報

しかしながら、特許文献１の加振装置１に使用される動電型アクチュエータ２００においては、可動部２３０はその胴体部２３２の一端から駆動方向に突出する細長いバー２３４の先端付近で固定部２２２に支持されている為、可動部２３０の胴体部２３２は駆動軸と直交する方向（非駆動方向）には高い剛性で支持されておらず、その為、非駆動方向に振動し易い。この為、可動部２３０の非駆動方向への振動により、軸間のクロストークが発生し、加振精度が低下する場合があった。

本発明は、可動部が非駆動方向に振動し難い動電型アクチュエータ及び該動電型アクチュエータを使用することで加振精度に優れた動電型加振装置を提供することを目的とする。

本発明の実施形態に係る動電型アクチュエータは、略筒状の固定部と、固定部の中空部内に少なくとも一部が収容され、固定部の軸線方向に往復駆動される可動部と、可動部を固定部の軸線方向に往復移動可能に側方から支持する複数の可動部支持機構とを備える。可動部支持機構は、可動部の側面に固定された固定部の軸線方向に延びるレールと、固定部に固定された、レールと係合するランナーブロックと、を備えると共に、固定部の軸線を中心とする周方向に略等間隔に配置されている。
この構成により、可動部は、複数の可動部支持機構により非駆動方向への移動が規制される為、非駆動方向に振動し難くなる。

可動部は、２対の可動部支持機構により直交２方向にて両側から挟み込まれるように構成してもよい。
これらの構成により、可動部は、直交する２つの非駆動方向で夫々両側から移動が規制される為、非駆動方向に振動し難くなる。

動電型アクチュエータは、固定部の軸線が水平方向を向くように横置きされ、可動部支持機構の一つは、固定部の軸線の下に配置される構成としてもよい。
この構成により、可動部が可動部支持機構の一つにより下方から支持されるため、可動部の重量が大きくても可動部の上下方向の振動が効果的に防止される。

可動部は、その一端から突出して固定部の軸線上に延びるロッドを備え、固定部は、ロッドを固定部の軸線方向に移動自在に支持する軸受を備えた構成としてもよい。
この構成により、可動部は、可動部支持機構と軸受により、駆動方向における２点で非駆動方向の移動が規制される為、更に非駆動方向に振動し難くなる。

ベースと、固定部を支持する固定部支持機構を備え、固定部支持機構は、動電型アクチュエータの固定部に取り付けられた可動ブロックと、可動ブロックとベースとを固定部の軸線方向にスライド自在に連結するリニアガイドと、ベースと可動ブロックとの間に配置され、軸線方向の振動の伝達を防止する緩衝手段と、を備えた構成としてもよい。緩衝手段は、例えば空気ばねである。また、ベースに固定された固定ブロックを備え、リニアガイド及び防振部材の少なくとも一方は、固定ブロックを介してベースに固定された構成としてもよい。
動電型アクチュエータの駆動時に、固定部は反力によって軸線方向に強く振動する。この構成によれば、固定部が固定部支持機構の緩衝手段を介してベースに固定されるため、固定部の強い軸線方向の振動のベースへの伝達が防止される。このような、動電型アクチュエータを多軸加振機に使用すれば、加振軸間のクロストークや、不要な振動ノイズが低減し、精度の良い加振試験が可能になる。

可動ブロックを一対備え、一対の可動ブロックは、固定部の軸線を挟む両側面に取り付けられる構成としてもよい。
この構成によれば、可動ブロックが受ける軸線方向の強い反力が、一対の固定部によって軸線の両側から対称的に支持されるため、可動ブロックのピッチングやヨーイングの発生が抑制される。

本発明の実施形態に係る動電型加振装置は、上記の動電型アクチュエータと、動電型アクチュエータの可動部の先端に固定された振動テーブルとを備える。
このように、ノイズ要因となる非駆動方向への振動が少ない動電型アクチュエータを使用する構成により、精度の高い加振が可能な動電型加振装置が提供される。

尚、動電型アクチュエータを２つ備え、動電型アクチュエータの一方は、第１の方向に駆動軸を有する第１のアクチュエータであり、動電型アクチュエータの他方は、第１の方向と直交する第２の方向に駆動軸を有する第２のアクチュエータであり、振動テーブルと第１のアクチュエータとを第２の方向にスライド自在に連結する第１のスライダと、振動テーブルと第２のアクチュエータとを第１の方向にスライド自在に連結する第２のスライダとを備えた構成としてもよい。
この場合、第１のスライダは、振動テーブルにおける第１のアクチュエータと対向する面に固定され、第２の方向に延びる第１のレールと、第１のアクチュエータにおける可動部の先端に固定された、第１のレールと係合して第１のレールに沿って移動可能な第１のランナーブロックとを備え、第２のスライダは、振動テーブルにおける第２のアクチュエータと対向する面に固定され、第１の方向に延びる第２のレールと、第２のアクチュエータにおける可動部の先端に固定された、第２のレールと係合して第２のレールに沿って移動可能な第２のランナーブロックとを備えた構成としてもよい。
これらの構成により、２つの動電型アクチュエータが互いに干渉せずに独立して振動テーブルを駆動することができるため、正確な加振が可能な２軸の動電型加振装置が実現する。

また、上記の動電型アクチュエータであって、第１の方向及び第２の方向と直交する第３の方向に駆動軸を有する第３のアクチュエータと、振動テーブルと第３のアクチュエータとを第１の方向及び第２の方向にスライド自在に連結する第３のスライダと、を備え、第１のスライダは、振動テーブルと第１のアクチュエータとを第２の方向及び第３の方向にスライド自在に連結し、第２のスライダは、振動テーブルと第２のアクチュエータとを第１の方向及び第３の方向にスライド自在に連結した構成としてもよい。
この場合、第１のスライダは、振動テーブルにおける第１のアクチュエータと対向する面に固定された、第２の方向に延びる第１の１のレールと、第１の１のレールと係合して第１の１のレールに沿って移動可能な第１の１のランナーブロックと、第１の１のランナーブロックが一面に固定された第１の連結板と、第１のアクチュエータにおける可動部の先端に固定された、第３の方向に延びる第１の２のレールと、第１の連結板の他面に固定された、第１の２のレールと係合して第１の２のレールに沿って移動可能な第１の２のランナーブロックとを備え、第２のスライダは、振動テーブルにおける第２のアクチュエータと対向する面に固定された、第３の方向に延びる第２の１のレールと、第２の１のレールと係合して第２の１のレールに沿って移動可能な第２の１のランナーブロックと第２の１のランナーブロックが一面に固定された第２の連結板と、第２のアクチュエータにおける可動部の先端に固定された、第１の方向に延びる第２の２のレールと、第２の連結板の他面に固定された、第２の２のレールと係合して第２の２のレールに沿って移動可能な第２の２のランナーブロックとを備え、第３のスライダは、振動テーブルにおける第３のアクチュエータと対向する面に固定された、第１の方向に延びる第３の１のレールと、第３の１のレールと係合して第３の１のレールに沿って移動可能な第３の１のランナーブロックと第３の１のランナーブロックが一面に固定された第３の連結板と、第３のアクチュエータにおける可動部の先端に固定された、第２の方向に延びる第３の２のレールと、第３の連結板の他面に固定された、第３の２のレールと係合して第３の２のレールに沿って移動可能な第３の２のランナーブロックとを備えた構成としてもよい。
これらの構成により、３つの動電型アクチュエータが互いに干渉せずに独立して振動テーブルを駆動することができるため、正確な加振が可能な３軸の動電型加振装置が実現する。

本発明の実施形態の構成によれば、可動部が非駆動方向に振動し難い動電型アクチュエータ、及び該動電型アクチュエータを使用することで加振精度に優れた動電型加振装置が提供される。

本発明の第１実施形態に係る動電型加振装置の正面図である。 本発明の第１実施形態に係る動電型加振装置の平面図である。 本発明の第１実施形態に係る動電型加振装置の駆動システムのブロック図である。 本発明の第１実施形態に係るＺ軸アクチュエータの本体の正面図である。 本発明の第１実施形態に係るＺ軸アクチュエータの本体の平面図である。 本発明の第１実施形態に係るＺ軸アクチュエータの本体の縦断面図である。 本発明の第１実施形態に係るＺ軸アクチュエータの振動テーブル付近を拡大した平面図である。 本発明の第１実施形態に係る動電型加振装置で使用されるリニアガイドの断面図である。 図８のＩ−Ｉ断面図である。 本発明の第２実施形態に係る動電型加振装置の正面図である。 本発明の第２実施形態に係る動電型加振装置の平面図である。 本発明の第２実施形態に係る動電型加振装置の側面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態に係る動電型加振装置について説明する。

（第１実施形態）
先ず、図１〜図９を参照して、本発明の第１実施形態に係る動電型３軸加振装置１（以下、「加振装置１」と略記する。）について説明する。図１及び図２は、それぞれ加振装置１の正面図及び平面図である。また、図３は、加振装置１の駆動システムの概略構成を示すブロック図である。以下の第１実施形態の説明において、図１における左右方向をＸ軸方向（右方向をＸ軸正方向）、紙面に垂直な方向をＹ軸方向（紙面表側から裏側へ向かう方向をＹ軸正方向）、上下方向をＺ軸方向（上方向をＺ軸正方向）とする。尚、Ｚ軸方向は鉛直方向であり、Ｘ軸及びＹ軸方向は水平方向である。

図１及び図２に示すように、加振装置１は、供試体（不図示）が固定される振動テーブル４００と、振動テーブル４００をＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸方向にそれぞれ加振する３つのアクチュエータ（Ｘ軸アクチュエータ１００、Ｙ軸アクチュエータ２００及びＺ軸アクチュエータ３００）と、各アクチュエータ１００、２００及び３００を支持する装置ベース５０を備えている。各アクチュエータ１００、２００及び３００は、それぞれボイスコイルモータを備えた動電型の直動アクチュエータであり、本体１０１、２０１及び３０１と、各本体から突出した可動部（後述）を覆うカバー１０３、２０３及び３０３をそれぞれ備えている。振動テーブル４００は、各アクチュエータ１００、２００及び３００と、それぞれ２軸スライダ（ＹＺスライダ１６０、ＺＸスライダ２６０及びＸＹスライダ３６０）を介して連結されている。加振装置１は、各アクチュエータ１００、２００及び３００を用いて振動テーブル４００を駆動することにより、振動テーブル４００上に固定された供試体を直交３軸方向に加振する。

装置ベース５０は、水平な底板５４及び天板５６が複数の壁板５８によって連結されたものである。各アクチュエータ１００、２００及び３００は、それぞれ一対の固定ブロック１１０、２１０及び３１０によって装置ベース５０の天板５６上に固定されている。また、天板５６には開口５７が形成されており、Ｚ軸アクチュエータ３００の下部は開口５７に通され、装置ベース５０内に収容されている。この構成により、加振装置１の低背化が実現している。また、装置ベース５０から設置床Ｆへの振動の伝達を抑制する為、底板５４の下面には複数の防振マウント５２が取り付けられている。

図３に示すように、加振装置１の駆動システムは、装置全体の動作を制御する制御部１０、振動テーブル４００の振動を計測する計測部２０及び制御部１０に電力を供給する電源部３０、ユーザ入力又は外部機器からのデータ入力を受け付ける入力部４０を備えている。計測部２０は、振動テーブル４００に取り付けられた３軸振動ピックアップ２１を備えており、３軸振動ピックアップ２１が出力する信号（例えば速度信号）を増幅して制御部１０へ送る。尚、３軸振動ピックアップ２１は、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸方向の振動を独立に検出する。制御部１０は、入力部４０より入力された加振波形や計測部２０からの信号に基づいて、各アクチュエータ１００、２００及び３００の駆動コイル（後述）に入力する交流電流の大きさ及び周波数を制御することにより、所望の振幅及び周波数で振動テーブル４００を加振することができる。また、計測部２０は、３軸振動ピックアップ２１の信号に基づいて、振動テーブル４００の振動状態を示す各種パラメータ（速度、加速度、振幅、パワースペクトル密度等）を計算して、制御部１０へ送る。

次に、各アクチュエータ１００、２００及び３００の構造を説明する。尚、Ｘ軸アクチュエータ１００及びＹ軸アクチュエータ２００は、後述する空気ばね３３０が設けられていない点を除いてはＺ軸アクチュエータ３００と同様の構成である為、各アクチュエータを代表してＺ軸アクチュエータ３００について詳細な構成を説明する。

図４、図５及び図６は、それぞれＺ軸アクチュエータの本体３０１の正面図、平面図及び縦断面図である。本体３０１は、筒状体３２２を有する固定部３２０と、固定部３２０の筒内に収められた可動部３５０を備えている。可動部３５０は、固定部３２０に対してＺ軸方向（図４及び図６における上下方向）に移動可能になっている。可動部３５０は、略円柱状の可動フレーム３５６と、可動フレーム３５６と略同軸に配置された駆動コイル３５２を備えている。駆動コイル３５２は、駆動コイル保持部材３５１を介して、可動フレーム３５６の下端に取り付けられている。可動フレーム３５６は、上部は円柱状に形成されているが、下部は側面が緩やかに傾斜した円錐台状に形成されていて、下側ほど外径が大きくなっている。また、図６に示されるように、可動フレーム３５６は、中心軸上に延びるロッド３５６ａと、中心軸と垂直に配置された天板３５６ｂ、中間板３５６ｃ及び底板３５６ｄを有している。天板３５６ｂ、中間板３５６ｃ及び底板３５６ｄは、ロッド３５６ａによって連結されている。ロッド３５６ａは、底板３５６ｄから更に下方へ延びている。また、天板３５６ｂ上には、ＸＹスライダ３６０を介して振動テーブル４００が取り付けられている。

また、固定部３２０の筒状体３２２の内部には、筒状体３２２と同軸に配置された略円筒形状の内側磁極３２６が固定されている。内側磁極３２６の外径は駆動コイル３５２の内径よりも小さく、駆動コイル３５２は内側磁極３２６の外周面と筒状体３２２の内周面とで挟まれた隙間に配置されている。筒状体３２２と内側磁極３２６は、共に磁性体から形成されている。また、内側磁極３２６の筒内には、ロッド３５６ａをＺ軸方向のみに移動可能に支持する軸受３２８が固定されている。

筒状体３２２の内周面３２２ａには複数の凹部３２２ｂが形成されており、各凹部３２２ｂには励磁コイル３２４が収容されている。励磁コイル３２４に直流電流（励磁電流）を流すと、筒状体３２２の内周面３２２ａと内側磁極３２６の外周面とが接近して対向する箇所において、筒状体３２２の半径方向に矢印Ａで示すような磁界が発生する。この状態で駆動コイル３５２に駆動電流を流すと、駆動コイル３５２の軸方向、すなわちＺ軸方向にローレンツ力が発生し、可動部３５０がＺ軸方向に駆動される。

また、内側磁極３２６の筒内には、空気ばね３３０が収納されている。空気ばね３３０の下端は固定部３２０に固定されており、上端にはロッド３５６ａが固定されている。空気ばね３３０は、ロッド３５６ａを介して可動フレーム３５６を下方から支持する。すなわち、空気ばね３３０により、可動部３５０と、可動部３５０に支持されるＸＹスライダ３６０、振動テーブル４００及び供試体の重量（静荷重）が支持される。従って、Ｚ軸アクチュエータ３００に空気ばね３３０を設けることにより、Ｚ軸アクチュエータ３００の駆動力（ローレンツ力）によって可動部３５０や振動テーブル４００等の重量（静荷重）を支持する必要が無くなり、可動部３５０等を振動させるための動荷重のみを提供すればよくなるため、Ｚ軸アクチュエータ３００に供給される駆動電流（すなわち消費電力）が大幅に低減する。また、必要な駆動力の低減により、駆動コイル３５２も小型化できるため、可動部３５０の軽量化により、Ｚ軸アクチュエータ３００をより高い周波数で駆動することが可能になる。また、可動部３５０や振動テーブル４００等の重量を支持する為の大きな直流成分を駆動コイルに供給する必要が無くなる為、電源部３０も小型で簡単な構成のものを採用することができる。

また、Ｚ軸アクチュエータ３００の可動部３５０を駆動すると、固定部３２０も駆動軸（Ｚ軸）方向に大きな反力（加振力）を受ける。可動部３５０と固定部３２０の間に空気ばね３３０を設けることにより、可動部３５０から固定部３２０への伝達される加振力が緩和される。そのため、例えば、可動部３５０の振動が、固定部３２０、装置ベース５０及びアクチュエータ１００、２００を介して振動テーブル４００へノイズ成分として伝達されることが防止される。

次に、可動部３５０の上部を軸線方向にスライド自在に側方から支持する可動部支持機構３４０の構成を説明する。本実施形態の可動部支持機構３４０は、ガイドフレーム３４２、Ｚ軸ランナーブロック３４４及びＺ軸レール３４６から構成される。可動部３５０（可動フレーム３５６）の円柱状の上部側面には、Ｚ軸方向に延びる４本のＺ軸レール３４６が周方向に等間隔に固定されている。また、固定部３２０（筒状体３２２）の上面には、筒状体３２２の外周面に沿って等間隔（９０°間隔）に４つのガイドフレーム３４２が固定されている。ガイドフレーム３４２は、リブで補強された断面がＬ字状の固定部材である。各ガイドフレーム３４２の直立部３４２ｕには、Ｚ軸レール３４６と係合するＺ軸ランナーブロック３４４が固定されている。Ｚ軸ランナーブロック３４４は、回転自在な複数のボール３４４ｂ（後述）を有しており、Ｚ軸レール３４６と共にボールベアリング式のＺ軸リニアガイド３４５を構成する。すなわち、可動部３５０は、円柱状の上部において、ガイドフレーム３４２とＺ軸リニアガイド３４５の対からなる４組の支持構造によって側方から支持され、Ｘ軸及びＹ軸方向には移動できないようになっている。そのため、可動部３５０がＸ軸及びＹ軸方向に振動することによる、クロストークの発生が防止される。また、Ｚ軸リニアガイド３４５の使用により、可動部３５０はＺ軸方向へスムーズに移動可能になっている。更に、可動部３５０は、上述のように下部においても軸受３２８によってＺ軸方向のみに移動可能に支持されている為、Ｘ軸方向及びＹ軸方向へは移動できず、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の振動がより発生し難くなっている。

また、可動フレーム３５６とガイドフレーム３４２とをＺ軸リニアガイド３４５で連結する場合、従来は、固定部３２０に固定されたガイドフレーム３４２にＺ軸レール３４６を固定し、可動フレーム３５６に固定したＺ軸ランナーブロック３４４をＺ軸レール３４６上でスライド自在に支持する構成が採用されていた。しかしながら、本実施形態では、従来とは逆に、可動フレーム３５６にＺ軸レール３４６を取り付け、ガイドフレーム３４２にＺ軸ランナーブロック３４４を固定している。この固定構成を採用することで、不要な振動の抑制を達成している。これは、Ｚ軸ランナーブロック３４４よりもＺ軸レール３４６の方が軽量であり、駆動方向（Ｚ軸方向）の寸法が長く（従って単位長さ当たりの質量が小さく）、かつ駆動方向の質量分布が均一である為、可動側にＺ軸レール３４６を固定した方が、Ｚ軸アクチュエータ３００を駆動したときの質量分布の変動が少なく、従って、質量分布の変動に伴って生じる振動を抑えることができるからである。また、Ｚ軸ランナーブロック３４４の重心よりもＺ軸レール３４６の重心の方が低い（すなわち設置面から重心までの距離が短い）為、可動側にＺ軸レール３４６を固定した方が、慣性モーメントが小さくなる。この構成により、可動フレーム３５６の共振周波数を加振周波数帯（０〜１００Ｈｚ）よりも高くすることができ、共振による加振精度の低下が防止される。

次に、Ｚ軸アクチュエータ３００と振動テーブル４００とを連結するＸＹスライダ３６０の構成を説明する。図７は振動テーブル４００付近を拡大した平面図である。図６及び図７に示すように、ＸＹスライダ３６０は、２本のＹ軸レール３６２ａ、４つのＹ軸ランナーブロック３６２ｂ、４つの連結板３６４、４つのＸ軸ランナーブロック３６６ｂ、及び２本のＸ軸レール３６６ａから構成される。Ｙ軸方向に延びる２本のＹ軸レール３６２ａは、可動フレーム３５６の天板３５６ｂの上面に固定されている。各Ｙ軸レール３６２には、Ｙ軸レール３６２ａと係合する２つのＹ軸ランナーブロック３６２ｂが、Ｙ軸レール３６２ａに沿ってスライド自在に取り付けられている。また、Ｘ軸方向に延びる２本のＸ軸レール３６６ａは、振動テーブル４００の下面に固定されている。各Ｘ軸レール３６６ａには、Ｘ軸レール３６６ａと係合する２つのＸ軸ランナーブロック３６６ｂが、Ｘ軸レール３６６ａに沿ってスライド自在に取り付けられている。また、Ｘ軸ランナーブロック３６６ｂは、それぞれ連結板３６４を介して１つのＹ軸ランナーブロック３６２ｂと固定されている。具体的には、各Ｘ軸レール３６６ａと係合するＸ軸ランナーブロック３６６ｂの一方はＹ軸レール３６２ａの一方と係合するＹ軸ランナーブロック３６２ｂの一つと固定され、他方のＸ軸ランナーブロック３６６ｂは他方のＹ軸レール３６２ａと係合するＹ軸ランナーブロック３６２ｂの一つと固定される。すなわち、各Ｘ軸レール３６６ａは、連結板３６４によって連結されたＸ軸ランナーブロック３６６ｂ及びＹ軸ランナーブロック３６２ｂを介して、各Ｙ軸レール３６２ａと連結されている。この構成により、振動テーブル４００は、Ｚ軸アクチュエータ３００の可動部３５０に対してＸ軸方向及びＹ軸方向にスライド自在に固定されている。

このようにＸ軸方向及びＹ軸方向に非常に小さな摩擦抵抗でスライド可能なＸＹスライダ３６０を介してＺ軸アクチュエータ３００と振動テーブル４００とを連結することにより、Ｘ軸アクチュエータ１００及びＹ軸アクチュエータ２００により振動テーブル４００をＸ軸方向及びＹ軸方向に振動させても、振動テーブル４００のＸ軸方向及びＹ軸方向の振動成分はＺ軸アクチュエータ３００へ伝達されることがない。また、Ｘ軸アクチュエータ１００（Ｙ軸アクチュエータ２００）の駆動によって、振動テーブル４００がＹ軸及びＺ軸（Ｚ軸及びＸ軸）方向の力をほとんど受けることが無いため、クロストークの低い加振が可能になる。

次に、Ｘ軸アクチュエータ１００と振動テーブル４００とを連結するＹＺスライダ１６０の構成を説明する。ＹＺスライダ１６０は、２本のＺ軸レール１６２ａ、２つのＺ軸ランナーブロック１６２ｂ、２つの連結板１６４、２つのＹ軸ランナーブロック１６６ｂ、及び１本のＹ軸レール１６６ａから構成される。Ｚ軸方向に延びる２本のＺ軸レール１６２ａは、スペーサ１６１を介して、Ｘ軸アクチュエータ１００の可動フレームの天板１５６ｂに固定されている。各Ｚ軸レール１６２ａには、Ｚ軸レール１６２ａと係合するＺ軸ランナーブロック１６２ｂが、Ｚ軸レール１６２ａに沿ってスライド自在に取り付けられている。また、振動テーブル４００のＸ軸アクチュエータ１００と対向する側面には、Ｙ軸方向に延びるＹ軸レール１６６ａが固定されている。Ｙ軸レール１６６ａには、Ｙ軸レール１６６ａと係合する２つのＹ軸ランナーブロック１６６ｂが、Ｙ軸レール１６６ａに沿ってスライド自在に取り付けられている。また、Ｙ軸ランナーブロック１６６ｂは、それぞれ連結板１６４を介してＺ軸ランナーブロック１６２ｂの１つと固定されている。すなわち、Ｙ軸レール１６６ａは、連結板１６４によって連結されたＹ軸ランナーブロック１６６ｂ及びＺ軸ランナーブロック１６２ｂを介して、各Ｚ軸レール１６２ａと連結されている。この構成により、振動テーブル４００は、Ｘ軸アクチュエータ１００の可動部１５０に対してＹ軸方向及びＺ軸方向にスライド自在に固定されている。

このようにＹ軸方向及びＺ軸方向に非常に小さな摩擦抵抗でスライド可能なＹＺスライダ１６０を介してＸ軸アクチュエータ１００と振動テーブル４００とを連結することにより、Ｙ軸アクチュエータ２００及びＺ軸アクチュエータ３００により振動テーブル４００をＹ軸方向及びＺ軸方向に振動させても、振動テーブル４００のＹ軸方向及びＺ軸方向の振動成分はＸ軸アクチュエータ１００へ伝達されることがない。また、Ｙ軸アクチュエータ２００（Ｚ軸アクチュエータ３００）の駆動によって、振動テーブル４００がＺ軸及びＸ軸（Ｘ軸及びＹ軸）方向の力をほとんど受けることが無いため、クロストークの低い加振が可能になる。

また、Ｙ軸アクチュエータ２００と振動テーブル４００とを連結するＺＸスライダ２６０も、ＹＺスライダ１６０と同一の構成を有しており、振動テーブル４００は、Ｙ軸アクチュエータ２００の可動部に対してＺ軸方向及びＸ軸方向にスライド自在に固定されている。従って、やはりＺ軸アクチュエータ３００及びＸ軸アクチュエータ１００により振動テーブル４００をＺ軸方向及びＸ軸方向に振動させても、振動テーブル４００のＺ軸方向及びＸ軸方向の振動成分はＹ軸アクチュエータ２００へ伝達されることがない。また、Ｚ軸アクチュエータ３００（Ｘ軸アクチュエータ１００）の駆動によって、振動テーブル４００がＸ軸及びＹ軸（Ｙ軸及びＺ軸）方向の力をほとんど受けることが無いため、クロストークの低い加振が可能になる。

以上のように、各アクチュエータ１００、２００及び３００は、互いに干渉することなく、振動テーブル４００を各駆動軸方向に正確に加振することができる。また、各アクチュエータ１００、２００及び３００は、可動部がガイドフレーム及びリニアガイドにより駆動方向のみに移動可能に支持されている為、非駆動方向へは振動し難くなっている。その為、制御されていない非駆動方向の振動がアクチュエータから振動テーブル４００に加わることもない。従って、振動テーブル４００の各軸方向の振動は、対応する各アクチュエータ１００、２００及び３００の駆動によって正確に制御される。

次に、可動部支持機構３４０、ＹＺスライダ１６０、ＺＸスライダ２６０及びＸＹスライダ３６０において使用されるリニアガイド機構（レール及びランナーブロック）の構成について、可動部支持機構３４０のＺ軸リニアガイド機構３４５（Ｚ軸ランナーブロック３４４、Ｚ軸レール３４６）を例に挙げて説明する。尚、他のレール及びランナーブロックも、Ｚ軸ランナーブロック３４４及びＺ軸レール３４６と同様に構成されている。

図８は、可動部支持機構３４０のＺ軸レール３４６及びＺ軸ランナーブロック３４４を、Ｚ軸レール３４６の長軸と垂直な一面（すなわちＸＹ平面）で切断した断面図であり、図９は図８のＩ−Ｉ断面図である。図８及び図９に示すように、Ｚ軸ランナーブロック３４４にはＺ軸レール３４６を囲むように凹部が形成されており、この凹部にはＺ軸レール３４６の軸方向に延びる二対の溝３４４ａ、３４４ａ’が形成されている。これらの溝３４４ａ、３４４ａ’には、多数のステンレス鋼製のボール３４４ｂ及び樹脂製のリテーナ３４４ｒが収納されている。リテーナ３４４ｒは、ボール３４４ｂ間に配置される複数のスペーサ部３４４ｒｓと、複数のスペーサ部３４４ｒｓを連結する一対のバンド３４４ｒｂを有している。複数のスペーサ部３４４ｒｓとバンド３４４ｒｂとで囲まれた空間にボール３４４ｂが保持される。また、Ｚ軸レール３４６には、Ｚ軸ランナーブロック３４４の溝３４４ａ、３４４ａ’と対向する位置にそれぞれ溝３４６ａ、３４６ａ’が設けられており、ボール３４４ｂ及びリテーナ３４４ｒが、溝３４４ａと溝３４６ａ、又は溝３４４ａ’と溝３４６ａ’との間に挟まれるようになっている。溝３４４ａ、３４４ａ’、３４６ａ、３４６ａ’の断面形状は円弧状であり、その曲率半径はボール３４４ｂの半径と略等しい。この為、ボール３４４ｂは、ほとんどあそびの無い状態で溝３４４ａ、３４４ａ’、３４６ａ、３４６ａ’に密着する。

Ｚ軸ランナーブロック３４４の内部には、溝３４４ａ、３４４ａ’の夫々と略平行に２対のボール退避路３４４ｃ、３４４ｃ’が設けられている。図９に示すように、溝３４４ａ’と退避路３４４ｃ’とは、夫々の両端でＵ字路３４４ｄ’を介して接続されており、溝３４４ａ’、溝３４６ａ’、退避路３４４ｃ’及びＵ字路３４４ｄ’によって、ボール３４４ｂ及びリテーナ３４４ｒを循環させる為の循環路が形成される。溝３４４ａ、溝３４６ａ及び退避路３４４ｃによっても、同様の循環路が形成されている。

この為、Ｚ軸ランナーブロック３４４がＺ軸レール３４６に対して移動すると、多数のボール３４４ｂが溝３４４ａ、３４６ａ及び３４４ａ’、３４６ａ’を転がりながらリテーナ３４４ｒと共に循環路を循環する。この為、レール軸方向以外の方向に大荷重が加わっていたとしても、多数のボールでランナーブロックを支持可能であると共にボール３４４ｂが転がることによりレール軸方向の抵抗が小さく保たれるので、Ｚ軸ランナーブロック３４４をＺ軸レール３４６に対してスムーズに移動させることができる。尚、退避路３４４ｃ、３４４ｃ’及びＵ字路３４４ｄ、３４４ｄ’の内径は、ボール３４４ｂの径よりやや大きくなっている。この為、退避路３４４ｃ、３４４ｃ’及びＵ字路３４４ｄ、３４４ｄ’とボール３４４ｂとの間に発生する摩擦力はごくわずかであり、それによってボール３４４ｂの循環が妨げられることはない。

また、ボール３４４ｂ間に硬度の低いリテーナ３４４ｒのスペーサ部３４４ｒｓを介在させることで、ボール３４４ｂ同士が略一点で直接接触することによって生じる油膜切れや摩耗が防止され、摩擦抵抗が少なくなり、寿命も大幅に延びる。

Ｘ軸アクチュエータ１００及びＹ軸アクチュエータ２００も可動部支持機構（不図示）を備えている。Ｘ軸アクチュエータ１００の可動部は、駆動方向（Ｘ軸）と垂直な２方向（Ｙ軸及びＺ軸方向）において両側からガイドフレームで支持されている。同様に、Ｙ軸アクチュエータ２００の可動部は、駆動方向（Ｙ軸）と垂直な２方向（Ｚ軸及びＸ軸方向）において両側からガイドフレームで支持されている。Ｘ軸アクチュエータ１００及びＹ軸アクチュエータ２００は、いずれも可動部が長手方向を水平に向けて配置される。その為、可動部支持機構が無い従来のアクチュエータでは、可動部がロッドのみで片持ち支持されることになり、可動部の先端側（振動テーブル４００側）が自重により下方に垂れ下がり、これが駆動時のフリクションや不要な振動の増加の原因となった。本実施形態では、Ｘ軸アクチュエータ１００及びＹ軸アクチュエータ２００の可動部が下方からガイドフレームによって支持される為、このような問題も解消されている。

（第２実施形態）
次に、図１０〜図１２を参照して、本発明の第２の実施形態に係る動電型２軸加振装置１０００（以下、「加振装置１０００」と略記する。）について説明する。

上述した第１実施形態の加振装置１では、各アクチュエータの本体１０１、２０１、３０１（詳細には固定部）が、それぞれ固定ブロック１１０、２１０、３１０を介して装置ベース５０に剛体支持されている。そのため、各アクチュエータの固定部の振動が、装置ベース５０及び他のアクチュエータ１００、２００、３００を介して振動テーブル４００に伝達され、振動のノイズ成分となる。本実施形態の加振装置１０００では、後述するように各アクチュエータの固定部が、強い振動が発生する駆動方向において空気ばねを介して装置ベースに支持される構成を有している。そのため、第１実施形態の加振装置１と比べても、更に高精度の加振が可能になっている。

図１０、図１１及び図１２は、それぞれ加振装置１０００の正面図、平面図及び側面図（図１０における左側面を示す図）である。以下の第２実施形態の説明においては、図１０における右方向をＸ軸正方向、紙面表側から裏側へ向かう方向をＹ軸正方向、上方向をＺ軸正方向とする。尚、Ｚ軸方向は鉛直方向であり、Ｘ軸及びＹ軸方向は水平方向である。また、第１実施形態と同一又は類似の構成に対しては類似の参照符号を使用し、共通する構成については詳しい説明を省略する。

加振装置１０００は、供試体（不図示）をＸ軸方向及びＺ軸方向の２方向に加振可能に構成されており、供試体が固定される振動テーブル１４００と、振動テーブル１４００をＸ軸及びＺ軸方向にそれぞれ加振する２つのアクチュエータ（Ｘ軸アクチュエータ１１００及びＺ軸アクチュエータ１３００）と、各アクチュエータ１１００及び１３００を支持する装置ベース１０５０を備えている。振動テーブル１４００は、Ｘ軸アクチュエータ１１００及びＺ軸アクチュエータ１３００と、それぞれＺ軸スライダ１１６０及び一対のＸ軸スライダ１３６０を介して連結されている。また、加振装置１０００も、第１実施形態の加振装置１と同様に、図示しない２軸振動ピックアップ、計測部、制御部、入力部及び電源部を備えている。尚、各アクチュエータ１１００、１３００の内部構造及び装置ベース１０５０の構成は、第１実施形態の加振装置１の構成と同様のものである。

Ｘ軸アクチュエータ１１００は、支持ユニット１１１０によって装置ベース１０５０の天板１０５６上に固定されている。支持ユニット１１１０は、天板１０５６上に取り付けられた一対の逆Ｔ字状の固定ブロック１１１２と、Ｘ軸アクチュエータ１１００の固定部１１２０の両側面にそれぞれ取り付けられた一対の矩形板状の可動ブロック１１１８と、固定ブロック１１１２と可動ブロック１１１８とをＸ軸方向にスライド自在に連結する一対のリニアガイド１１１４を備えている。各リニアガイド１１１４は、逆Ｔ字状の固定ブロック１１１２の足部上面に取り付けられたＸ軸方向に延びるレール１１１４ａと、可動ブロック１１１８の下面に取り付けられた、レール１１１４ａと係合する一対のランナーブロック１１４６を備えている。また、逆Ｔ字状の固定ブロック１１１２の足部のＸ軸正方向側面には、上方に延びる枝部１１１２ａが固定されている。可動ブロック１１１８のＸ軸正方向側面は、上下に並べられた一対の空気ばね１１１６を介して固定ブロック１１１２の枝部１１１２ａに支持されている。このように、Ｘ軸アクチュエータの固定部１１２０が、リニアガイド１１１４及び空気ばね１１１６から成る固定部支持機構により、固定ブロック１１１２（延いては装置ベース１０５０）に対して駆動方向（Ｘ軸方向）に柔らかく支持されているため、Ｘ軸アクチュエータ１１００の駆動時に固定部１１２０に加わるＸ軸方向の強い反力（加振力）は、装置ベース１０５０に直接伝達されず、空気ばね１１１６によって特に高周波成分が大きく減衰されてから装置ベース１０５０に伝わるため、振動テーブル１４００に伝達される振動ノイズが大きく低減される。

Ｚ軸アクチュエータ１３００は、そのＹ軸方向両側に配置された一対の支持ユニット１３１０によって装置ベース１０５０の天板１０５６上に固定されている。また、Ｚ軸アクチュエータ１３００の下部は、装置ベース１０５０の天板１０５６に設けられた開口１０５７に通され、装置ベース１０５０内に収容されている。各支持ユニット１３１０は、可動ブロック１３１８、一対のアングル１３１２及び一対のリニアガイド１３１４を備えている。可動ブロック１３１８は、Ｚ軸アクチュエータの固定部１３２０の側面に取り付けられた支持部材である。一対のアングル１３１２は、可動ブロック１３１８のＸ軸方向両端面とそれぞれ対向して配置されており、天板１０５６上に取り付けられている。可動ブロック１３１８のＸ軸方向両端と各アングル１３１２とは、一対のリニアガイド１３１４によって、それぞれＺ軸方向にスライド自在に連結されている。可動ブロック１３１８は、アングルブロック１３１８ａ、平板ブロック１３１８ｂ及び一対のＴ字ブロック１３１８ｃを有している。Ｌ字状のアングルブロック１３１８ａの一方の取り付け面は、Ｚ軸アクチュエータの固定部１３２０の側面に固定されている。アングルブロック１３１８ａの上方に向けられた他方の取り付け面には、Ｘ軸方向に細長い略矩形板状の平板ブロック１３１８ｂが長さ方向中央部で固定されている。平板ブロック１３１８ｂのＸ軸方向両端部の上面には、Ｔ字ブロック１３１８ｃの足部が取り付けられている。Ｔ字ブロック１３１８ｃの取り付け面（可動ブロック１３１８のＸ軸方向両端面）には、Ｚ軸方向に延びるリニアガイド１３１４のレール１３１４ａが取り付けられている。また、各アングル１３１２には、対向するレール１３１４ａと係合するランナーブロック１３１４ｂが取り付けられている。また、アングルブロック１３１８ａのＸ軸方向両側には、装置ベース１０５０の天板１０５６と平板ブロック１３１８ｂとで挟まれた一対の空気ばね１３１６が配置されており、可動ブロック１３１８は一対の空気ばね１３１６を介して天板１０５６に支持されている。このように、Ｚ軸アクチュエータ１３００も、Ｘ軸アクチュエータ１１００と同様に、固定部１３２０がリニアガイド１３１４及び空気ばね１３１６から成る固定部支持機構により装置ベース１０５０に対して駆動方向（Ｚ軸方向）に柔らかく支持されているため、Ｚ軸アクチュエータ１３００の駆動時に固定部１３２０に加わるＺ軸方向の強い反力（加振力）は、装置ベース１０５０には直接伝達されず、空気ばね１３１６によって特に高周波成分が大きく減衰されるため、振動テーブル１４００に伝達される振動ノイズが大きく低減される。

以上が本発明の例示的な実施形態の説明である。本発明の実施の形態は、上記に説明したものに限定されず、特許請求の範囲の記載により表現された技術的思想の範囲内で任意に変更することができる。

例えば、上記の第１実施形態の加振装置１及び第２実施形態の加振装置１０００は、それぞれ３軸及び２軸の動電型加振装置の各アクチュエータに本発明を適用した実施例であるが、当然ながら本発明は１軸動電型加振装置に適用することもできる。

また、上記の第１実施形態においては、動電型アクチュエータ３００の可動部３５０は、筒状体３２２の軸線の周囲に略等間隔に配置された４つの可動部支持機構３４０により側方から支持されているが、本発明の実施形態の構成はこれに限定されない。別の実施形態においては、可動部が筒状体の軸線の周囲に略等間隔に配置された２つ以上（より望ましくは３つ以上）の任意の数の可動部支持機構により側方から支持される構成としてもよい。

また、上記の第１実施形態においては、筒状体３２２の上面に固定したガイドフレーム３４２を介してランナーブロックを固定しているが、筒状体３２２の内周面に直接ランナーブロックを固定してもよい。

また、上記の第２実施形態では、固定部支持機構の振動を減衰する緩衝手段として空気ばね１１１６、１３１６が使用されているが、防振効果のある他の種類のばね（例えば鋼製のコイルばね）や弾性体（防振ゴム等）を使用する構成とすることもできる。

また、本発明の実施形態に係る直動アクチュエータは、加振装置以外の装置にも使用することができる。例えば、供試体の引張・圧縮試験を行う万能試験装置（材料試験装置）、精密位置決め装置、ジャッキ装置（扛重機）のアクチュエータとして使用することができる。

１、１０００ … 動電型加振装置（加振装置）、
１０ … 制御部
２０ … 計測部
３０ … 電源部
４０ … 入力部
５０ … 装置ベース
１００、１１００ … Ｘ軸アクチュエータ
１６０、１１６０ … ＹＺスライダ
２００、１２００ … Ｙ軸アクチュエータ
２６０、１２６０ … ＺＸスライダ
３００、１３００ … Ｚ軸アクチュエータ
３６０、１３６０ … ＸＹスライダ
４００ … 振動テーブル

Claims (13)

1. 略筒状の固定部と、
   前記固定部の中空部内に少なくとも一部が収容され、前記固定部の軸線方向に往復駆動される可動部と、
   前記可動部を前記固定部の軸線方向に往復移動可能に側方から支持する複数の可動部支持機構と、
   を備えた動電型アクチュエータであって、
   前記可動部支持機構は、
   前記可動部の側面に固定された前記固定部の軸線方向に延びるレールと、
   前記固定部に固定された、前記レールと係合するランナーブロックと、
   を備えると共に、前記固定部の軸線の周囲に略等間隔に配置された動電型アクチュエータ。
2. ２対の前記可動部支持機構を備え、
   前記可動部は前記２対の可動部支持機構により直交２方向にて両側から挟み込まれた、
   ことを特徴とする請求項１に記載の動電型アクチュエータ。
3. 前記動電型アクチュエータは、前記固定部の軸線が水平方向を向くように横置きされ、
   前記可動部支持機構の一つは、前記固定部の軸線の下に配置された、
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の動電型アクチュエータ。
4. 前記可動部は、その一端から突出して前記固定部の軸線上に延びるロッドを備え、
   前記固定部は、前記ロッドを前記固定部の軸線方向に移動自在に支持する軸受を備えた、
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の動電型アクチュエータ。
5. ベースと、
   前記固定部を支持する固定部支持機構を備え、
   前記固定部支持機構は、
   前記動電型アクチュエータの固定部に取り付けられた可動ブロックと、
   前記可動ブロックと前記ベースとを前記固定部の軸線方向にスライド自在に連結するリニアガイドと、
   前記ベースと前記可動ブロックとの間に配置され、前記軸線方向の振動の伝達を防止する緩衝手段と、
   を備えた、ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の動電型アクチュエータ。
6. 前記緩衝手段は空気ばねである、ことを特徴とする請求項５に記載の動電型アクチュエータ。
7. 前記ベースに固定された固定ブロックを備え、
   前記リニアガイド及び前記防振部材の少なくとも一方は、前記固定ブロックを介して前記ベースに固定された、ことを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の動電型アクチュエータ。
8. 前記可動ブロックを一対備え、
   前記一対の可動ブロックは、前記固定部の軸線を挟む両側面に取り付けられる、
   ことを特徴とする請求項５から請求項７のいずれか一項に記載の動電型アクチュエータ。
9. 請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の動電型アクチュエータと、
   前記動電型アクチュエータの可動部の先端に固定された振動テーブルと
   を備えた動電型加振装置。
10. 前記動電型アクチュエータを２つ備え、
    前記動電型アクチュエータの一方は、第１の方向に駆動軸を有する第１のアクチュエータであり、
    前記動電型アクチュエータの他方は、前記第１の方向と直交する第２の方向に駆動軸を有する第２のアクチュエータであり、
    前記振動テーブルと前記第１のアクチュエータとを前記第２の方向にスライド自在に連結する第１のスライダと、
    前記振動テーブルと前記第２のアクチュエータとを前記第１の方向にスライド自在に連結する第２のスライダと
    を備えた、ことを特徴とする請求項９に記載の動電型加振装置。
11. 前記第１のスライダは、
    前記振動テーブルにおける前記第１のアクチュエータと対向する面に固定され、前記第２の方向に延びる第１のレールと、
    前記第１のアクチュエータにおける前記可動部の先端に固定された、前記第１のレールと係合して該第１のレールに沿って移動可能な第１のランナーブロックと、
    を備え、
    前記第２のスライダは、
    前記振動テーブルにおける前記第２のアクチュエータと対向する面に固定され、前記第１の方向に延びる第２のレールと、
    前記第２のアクチュエータにおける前記可動部の先端に固定された、前記第２のレールと係合して該第２のレールに沿って移動可能な第２のランナーブロックと
    を備えた、ことを特徴とする請求項１０に記載の動電型加振装置。
12. 前記動電型アクチュエータであって、前記第１の方向及び前記第２の方向と直交する第３の方向に駆動軸を有する第３のアクチュエータと、
    前記振動テーブルと前記第３のアクチュエータとを前記第１の方向及び前記第２の方向にスライド自在に連結する第３のスライダと、
    を備え、
    前記第１のスライダは、前記振動テーブルと前記第１のアクチュエータとを前記第２の方向及び前記第３の方向にスライド自在に連結し、
    前記第２のスライダは、前記振動テーブルと前記第２のアクチュエータとを前記第１の方向及び前記第３の方向にスライド自在に連結する、ことを特徴とする請求項１０に記載の動電型加振装置。
13. 前記第１のスライダは、
    前記振動テーブルにおける前記第１のアクチュエータと対向する面に固定された、前記第２の方向に延びる第１の１のレールと、
    前記第１の１のレールと係合して該第１の１のレールに沿って移動可能な第１の１のランナーブロックと
    前記第１の１のランナーブロックが一面に固定された第１の連結板と、
    前記第１のアクチュエータにおける前記可動部の先端に固定された、前記第３の方向に延びる第１の２のレールと、
    前記第１の連結板の他面に固定された、前記第１の２のレールと係合して該第１の２のレールに沿って移動可能な第１の２のランナーブロックと
    を備え、
    前記第２のスライダは、
    前記振動テーブルにおける前記第２のアクチュエータと対向する面に固定された、前記第３の方向に延びる第２の１のレールと、
    前記第２の１のレールと係合して該第２の１のレールに沿って移動可能な第２の１のランナーブロックと
    前記第２の１のランナーブロックが一面に固定された第２の連結板と、
    前記第２のアクチュエータにおける前記可動部の先端に固定された、前記第１の方向に延びる第２の２のレールと、
    前記第２の連結板の他面に固定された、前記第２の２のレールと係合して該第２の２のレールに沿って移動可能な第２の２のランナーブロックと
    を備え、
    前記第３のスライダは、
    前記振動テーブルにおける前記第３のアクチュエータと対向する面に固定された、前記第１の方向に延びる第３の１のレールと、
    前記第３の１のレールと係合して該第３の１のレールに沿って移動可能な第３の１のランナーブロックと
    前記第３の１のランナーブロックが一面に固定された第３の連結板と、
    前記第３のアクチュエータにおける前記可動部の先端に固定された、前記第２の方向に延びる第３の２のレールと、
    前記第３の連結板の他面に固定された、前記第３の２のレールと係合して該第３の２のレールに沿って移動可能な第３の２のランナーブロックと
    を備えた、ことを特徴とする請求項１２に記載の動電型加振装置。

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