JP2807794B2 - 振動発生装置 - Google Patents

振動発生装置

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JP2807794B2
JP2807794B2 JP63505662A JP50566288A JP2807794B2 JP 2807794 B2 JP2807794 B2 JP 2807794B2 JP 63505662 A JP63505662 A JP 63505662A JP 50566288 A JP50566288 A JP 50566288A JP 2807794 B2 JP2807794 B2 JP 2807794B2
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/18—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency wherein the vibrator is actuated by pressure fluid
    • B06B1/183—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency wherein the vibrator is actuated by pressure fluid operating with reciprocating masses

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  • Mechanical Engineering (AREA)
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  • Reciprocating, Oscillating Or Vibrating Motors (AREA)
  • Fluid-Damping Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は振動発生装置に関するものである。
本発明は、特に、ポンプ圧縮した流体によって力を発
生し、その力の大きさが周期的に変化するようにした形
式の振動発生装置に関するものである。
本発明は、難しい範囲である200−500Hzに特に関係が
あるのではあるが、20Hzから少なくとも1000Hz程度まで
の振動数で振動する性格の実質的に機械的な力を提供す
る装置に直接関係するものである。
重量物が回転するような現在まで使用されて来た装置
は、必要な力に耐えられるようにするには経済的に設計
が困難なベアリング等の機械的部品に依存していたので
大いに問題を有していた。
本発明に関する装置における力のレベルは、パイルを
駆して圧入するのに適する程である。
従来の装置における力の発生の方法では、反動があら
ゆる方向に派生して、目的に対して異質であるだけでな
く妨害になる、全く役に立たない悪い結果になる力が発
生する。
そのようなことは、例えば、地質を調べて地層の波形
を求めるときに用いるような重量回転式の装置において
起こる。
流体を用いて振動衝撃を生み出す装置の例は、モルベ
ンブラッグ（A/S Moelven Brug）名義のオーストラリア
第479,534号特許に記載されている。この特許の装置に
おける問題は、流体が制御される回転弁が反作用効果の
提供に使用されていることである。ハウジングが負荷に
接続されるが、流体関係のものは反作用方向を考慮に入
れて該ハウジングの側部に接続されなければならない。
この装置においては、流体を接続する管は相当な反作
用力を受けるので、この要領は得られる全出力に大きな
制限をもたらす。本発明の目的は、従来の装置において
あった幾つかの問題を除くことにある。
本発明は、周期的に変化する力を発生する装置にし
て、該装置は、慣性体と、該慣性体に設けられた弁と、
負荷装置を付することができかつ慣性体に対して摺動可
能なハウジング装置と、慣性体に接続された流体圧力源
と、第一作用室と次に第二作用室に加圧下の流体を周期
的にかつ交互に導く弁を制御する装置とを有し、各々の
該作用室はハウジングと慣性体とによって画定されてい
て、第一作用室への加圧流体の導入がハウジングを慣性
体に対し第一の方向に導かす力を発生するようになって
おり、ハウジング装置は慣性体に対し第一の方向に動く
ようになっており、第二室への加圧流体の導入がハウジ
ングを慣性体に対し第一の方向と反対の第二の方向に動
かす力を発生するようになっており、ハウジング装置は
慣性体に対し第二の方向に動くようになっている周期的
に変化する力を発生する装置を提供する。
適例においては、弁は加圧下の流体をそれぞれの作用
室から排出するようになっている。
適例においては、加圧下の流体は液体であって、慣性
体の中の液体を弁に導く手段が設けられ、液体を慣性体
を通って作用室から排出された後に導く手段が設けられ
ている。
適例においては、弁は機械的装置であって、加圧下の
流体を交互にかつ周期的に導くために回転駆動が可能に
なっている。
適例においては、慣性体が同軸の二つの管を含んでい
て、内管と外管との間に慣性体を通る第一の通路が画定
され、内管の中に第二の通路が画定されている。
適例においては、弁の回転を行う手段は、自身の円筒
軸を中心として回転するようになっていて外管を通った
穴に対して弁のような作用をする端部を有する内管を含
んでいる。
適例においては、ハウジングは、慣性体が画定する管
の軸の方向に密閉して摺動可能に接続され慣性体に対し
て摺動するようになっている。
適例においては、弁によって行われる方向変換の速度
を制御する手段は速度制御可能になっている。
本発明の装置における一つの大きな利点は、振動に対
して慣性抵抗を提供する実質的に全ての部材はただ一つ
の構成要素、即ち慣性体に配置されていて、これによっ
てハウジングは軽量に保つことができるようになってい
ることである。また、これにより、負荷の慣性の中心は
他の構成の場合と異なり振動発生源から距離をおいて維
持することが可能である。
これによる利点は、共振の節も振動発生源から遠く離
して維持できることであり、これは大きな利点である。
なお、加圧下の流体、特に液体を供給するカップリン
グは実質的に静止状態の慣性体に取り付けられているの
でより安定である。
適例においては、装置は200Hzから500Hzの範囲内で作
動するようになっていて、弁の制御装置によって、弁が
その振動数の範囲内で振動を発生するように回転し得る
ようなっている。
次に大切な特徴は、加圧して供給した流体の流速また
は圧力変化について検知できる特性を駆動振動数が接続
負荷の共振振動数より高いかあるいは低いかを決めるの
に使うという発見にある。
振動発生装置が主共振数で負荷を駆動できれば駆動力
を最も有効に利用することができることは一般によく知
られている。有効な力の利用の上限は他の条件の制限に
よるもののみである。
そのような他の条件には、ポンプによる流体圧縮ある
いは速度の全有効能力とか、流体供給路に関連する諸制
限とか、また勿論、駆動振動数と負荷の共振とが与えら
れた仕事に必要な程度に制御されるように変化する振動
数かとがある。振動数が主共振数から少し離れて維持さ
れても目的達成のためには差し支えない。
あるいは、流体の流れの中には、その全容量を制御す
る手段、あるいは状況に応じて圧力を制御する手段があ
ってもよい。
これらの制御条件が無ければ、装置は、共振によって
制限能力を越える力を発生し耐えることができないであ
ろう。
上述した特徴の装置においては、弁の回転の制御はそ
の弁によって制御される負荷に影響されなければ負荷の
大きさとは実質的に無関係である振動数に保つことがで
きる。そこで、意義のあることは、共振に一致する、あ
るいは変化する共振数に直ちに追従して変化するような
振動数に発生振動数を保つことを考慮することである。
しかし、潜在共振を検知するについての一つの問題
は、与えられる振動数が負荷の共振数より高いか低いか
を決めることにある。
この潜在的なことを実際に検知できることが発見され
た。即ち、経済的に流体の圧力に変化が見られることあ
るいは経時的に流速に変化が見られ、これは供給側の振
動発生装置の速度が駆動される負荷の共振数より高いか
低いかによって性格的に違うと言うことである。
このような波形の違いは、制御弁の作動の制御、回転
弁の場合にはその回転速度の制御に利用でき、それを維
持しあるいは適当に変えることによって振動を、駆動さ
れる負荷の共振数に実質的に一致させることができる。
波形に変化が現れる理由は、負荷の流体圧力に対する
二つの反作用のうち、一つの反作用が主となることにあ
るようである。即ち、駆動力が負荷を共振数の上で駆動
しているかあるいは下で駆動しているかによって、慣性
型の反作用か弾性型の反作用かの何れかが主になる。
従って、力の最初の供給段階で振動が共振より高いと
ころでは慣性効果が主となり、振動が共振数より低いと
ころでは弾性効果が主となり、液体に溜まる圧力はそれ
ぞれの状況に応じて大体に正か負かの特性の波形を表す
ものと考えられる。
本発明の推奨される実施例の装置には、一方において
流速の変化を検知し、他方において加圧下の流体のため
の供給管内の圧力の変化を検知する手段が設けられれ。
本発明は実施例によってより明確となる。以下に図面
を参照しながらそれらの実施例を説明する。
第１図は第一実施例の装置の断面図である。
第２図は第１図の装置において回転弁をステップ回転
した状態での第１図と同様の断面図である。
第３図は、正確な寸法によるものではないが、第一実
施例の回転バルブの端部の断面を示す図である。
第４図は縦方向の振動でなく、捩じれ方向の振動を与
える第二実施例の図である。
第５図は、正確な寸法によるものではないが、第４図
の線５−５における断面図である。
第６図は、駆動中の振動発生装置の速度が負荷の共振
の振動数より高いかあるいは低いかをこの検出によって
決める圧力波形を示す図である。
第７図は、フィートバック制御装置が振動発生装置の
回転速度を制御し且つそれを負荷の共振まで合わせて維
持できる要領を示す組立体の平面配置略図である。
第１図および第２図において、１は慣性体、２は収容
体である。
収容体１には、同軸に配置された外管３と内管４とか
らなる円筒管が設けられ、該内管４の底端部５は回転弁
６を構成する。
回転弁６は、その外周において、複数の供給溝７およ
び排出溝８が設けられていてステップ回転するようにな
っている。
排出溝８は閉鎖された上端部９を有し、穴10から流体
が内管４の中に流入するようになっている。
反対に、各供給溝７は開放端部12を有し、加圧による
供給流体13を受けるようになっている。
複数の穴14は、回転弁６の周囲におけるある状態での
それぞれの供給溝７、あるいは他の状態での排出溝８と
同一ステップ間隔で設けられ、回転弁５のどのステップ
回転位置においても、供給溝７は穴14と整合して流体が
第一作用室15に導かれる。
同様に、第二作用室16の流体は、慣性体１の壁の複数
の穴17を通過し、排出溝８に沿って内管４を構成する排
出管に送り返される。
回転弁６がその円筒軸を中心としてステップ回転（in
cremental turn）すると、加圧下の流体は、その流れを
再び変えて、それぞれの外管３と内管４との管の環状間
隙に導かれて穴17を通って第二作用室16に送られる。こ
のとき、反動がハウジング素子19に合成推力を生み、該
素子を矢印20の方向に移動させる。同時に、第一作用室
15の中の流体は、穴14を通って排出され、穴10を経由し
て内間４の中を通る通路に戻される。
このようにして、ピストン素子21の各々の側に流体を
断続的（periodic）にかつ交互に送ることは、収容体２
に対し、すなわち、一般的には該収容体２の端部に取り
つけられる負荷に対して、適切に断続的な交互に働く力
を発生させることを可能とした。
しかし、以下に述べるように、収容体２は合致する面
23と24との間の密閉を維持しながら動くのである。
また、収容体２は底部材25と頂部部材26から構成され
ており、両部材は外収容体27に対して螺旋によって螺合
している。
内管４の上部に設けられる回転駆動装置は、回転速
度、即ち、円筒軸を中心として回転する回転弁６の回転
速度を公知の制御手段により一定に維持するかあるいは
変化させる。
なお、勿論、流体は公知の管接合手段によって供給さ
れ排出される。
図示の慣性体１は、複数の管３および４の方向に沿っ
て流れる過程にある殆どの流体を含んでおり、また勿
論、該慣性体１に実質的に関連する回転駆動機構も含ん
でいる。
図示の構造のものを利用することにおいて意義のある
ことは、流体の流量が常に一定に保てることである。こ
れは、流体が溝７を通過するときは実質的に供給を維持
し、通路18を通って復帰するときも実質的に一定の速度
となるからである。
方向を変換しなければならない少量の流体は、比較的
小さい作用室15および16に出入する流体に限られる。
さらに、負荷が軽くてもあるいは重くても、回転弁の
回転駆動に対して殆ど影響が無いので、駆動速度は比較
的小さい力で比較的一定に維持することが可能であると
期待できる。
第４および第５図は第一実施例のものに非常に類似し
た構造を有するが、この第二実施例では、駆動において
縦方向でなく捩じりの運動が生まれる。
従って、図示の通り、慣性体30は、外管31および内管
32を有し、該内管32の下端部33には複数のステップ間隔
の溝を含む回転弁が設けらる。該回転弁の幾つかは加圧
下の流体を環状通路34と通路35と穴36とを経由して第一
作用室37に導くように機能する。
同時に、作用室38の中の流体は溝40および穴41に臨む
穴39から排出される。
流体は、円筒形状の内管32の内芯に形成された通路42
を通過する。
内管32は回転運動をするので、通路35は加圧下の流体
を穴39にまた作用室38に導き、そのとき同時に、作用室
37の中の流体は穴36から排出され穴41を通って安全通路
42に送られる。
それぞれの作用室37および38は、回転弁33の回転作用
によって強いられるそれぞれの方向に相対回転運動する
ハウジング43の中に配置される。該ハウジング43は先ず
当接する円筒状面44および平面42において回転運動がで
きるようになっている。
ハウジング43には適当な負荷、例えば素子46を取り付
けることができる。そして、その素子46に他の素子ある
いは駆動組立体等を取付けてもよい。
回転弁33が駆動される速度は、速度制御駆動モータに
よって制御可能である。また流体供給用の接続関係には
一般的な公知の技術を用いることができる。
第７図においては、縦型駆動振動発生装置50には、こ
の例では切削工具ヘッド52を担持する負荷51が付されて
いる。
振動発生装置50は、電動機54と可変転置ポンプ55とを
含む流体ポンプ装置53に接続されている。
適当な液体貯蔵装置56も設けられ、それは管57を経由
して排出される流体を集液し、また勿論、管58を通して
加圧下の流体を供給する。
振動発生装置50の中で起こる圧力および流量要素を計
測するためには、圧力センサによる計測が59の位置で、
またタコメータ速度計による計測が60の位置で行われ
る。それらの計測値は位相コンパレータ61に送られ、適
当な位相関係が引き出され、誤りを示す信号はサーボ制
御駆動装置63に入れられる。
サーボ制御駆動装置63は64で示す手段による信号を65
の位置のサーボモータに送る。
このようにして、速度を監視し矯正して、必要に応
じ、組み合わされたハウジングおよび取り付けられた何
らかの負荷の共振との整合をはかる。
圧力波形に関する情報は具体的に第６図に示される
が、同図は、共振点より低い、共振点における、そして
共振点より高い振動数である三つの少しずつ異なった比
較情報を示し、作用室内における圧力に対する波形の変
化を表している。
下の方に示す波形は何れも、それぞれの作用室への流
体を計測するスプール弁を駆動しているタコメータから
の情報である。この波形は、振動基準として用いられる
もので、流体の流入および流出口に対して固定ではある
が不特定の位相関係を有する。図示のものでのディスプ
レーでは、振動数基準出力はオシロスコープが圧力波形
の記録を始めるようにトリガーすることに用いられ、デ
ィスプレーはサイクル毎の時間基準周期を振動数の変化
としても示す。
図においては、計測された作用室の圧力（圧力供給
側）は下方に向かって減少を示すようにプロットされて
いる。他の作用室における圧力は本質的に等しいのでは
あるが180゜あるいは時間的に半サイクルだけ変位して
いる。
行った実験によると、255Hzの直前で共振振動を起こ
し、この振動数における作用室での圧力が、どちらの側
の共振状態の振動数における圧力よりも低いことが認め
られた。
従って、装置の操作者は、殆ど波形の変化を肉眼で監
視するだけで、回転弁の回転速度、即ち駆動振動数を手
動で制御することが可能である。
しかし、それ自体明らかなように、上記の変化を検知
するために電子的装置を設ければ、そのような装置は駆
動される負荷に対して駆動振動数を共振にあるいは共振
に近く維持できる制御装置になる。
流体の出入口との比較での波形の位相関係は、共振振
動と駆動振動数との関係についての感度のより高い指標
である。251Hzでは、圧力のピークがゼロの線から遅れ
ているのに対し、256Hzでは、ピークの方が経時的な動
きより先に進んでいる。このゼロは254Hzにおいての開
穴の真ん中の点として選ばれている。254Hzにおいてさ
えも、圧力波形は、共振振動数が254Hzより少し大きく
なっていて少し遅れていることを示している。しかし、
1Hz（0.4％）と言う小さいこの振動偏移に対しての位相
効果の大きさの意味することは、適当なアナログの位相
固定型ループ方式がこの効果を計算するのに使用可能で
あり、またこれを振動を制御し共振に近く維持するため
の駆動誤差信号にすることに用いることができることで
ある。
フロントページの続き (72)発明者 ページ，スチュワート ジョージ オーストラリア、サウスオーストラリア 州 5141、サマータウン、ピー．オー. ボックス 183 (56)参考文献 特開 昭53−73675（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−139175（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−59870（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−80371（ＪＰ，Ａ) 実開 昭53−157478（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭56−18271（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (11)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】周期的に変化する力を発生する振動発生装
    置にして、該装置は、慣性体と、該慣性体に設けられた
    弁と、負荷装置を付することができかつ前記慣性体に対
    し摺動可能なハウジング装置と、前記慣性体に接続され
    実質的に常に一定の流量を供給する流体圧力源と、第一
    作用室と次に第二作用室に加圧下の流体を周期的にかつ
    交互に導くように負荷の共振振動数に対して弁を制御す
    る装置とを有し、各々の該作用室は前記ハウジングと前
    記慣性体とによって画定されていて、前記第一作用室へ
    の加圧流体の導入が前記ハウジングを前記慣性体に対し
    第一の方向に動かす力を発生するようになっており、前
    記ハウジング装置は慣性体に対し前記第一の方向に動く
    ようになっており、前記第二室への加圧流体の導入が前
    記ハウジングを前記慣性体に対し前記第一の方向と反対
    の第二の方向に動かす力を発生するようになっており、
    前記ハウジング装置は慣性体に対し前記第二の方向に動
    くようになっている振動発生装置であって、さらに、第
    一作用室の流体の圧力を検知する手段が設けられ、駆動
    振動数が接続負荷の前記共振振動数より高いかあるいは
    低いかによって前記弁の駆動速度が下げられるかあるい
    は上げられるように圧力の波形に反応する手段が設けら
    れた振動発生装置。
  2. 【請求項２】請求の範囲第１項に記載の振動発生装置に
    おいて、前期弁は流体が前期作用室のそれぞれに導かれ
    た後に周期的にかつ交互に排出されるようになっている
    装置。
  3. 【請求項３】請求の範囲第１項あるいは第２項に記載の
    周期的に変化する力を発生する振動発生装置において、
    加圧下の流体は液体であって、前記慣性体には、前記作
    用室に向ける前記弁に前記液体を導く手段が設けられた
    装置。
  4. 【請求項４】請求の範囲第２項あるいは第３項に記載の
    周期的に変化する力を発生する振動発生装置において、
    前記液体を前記慣性体を通って前記作用室から排出され
    た後に導く手段が設けられた装置。
  5. 【請求項５】請求の範囲第１項から第４項の何れかに記
    載の周期的に変化する力を発生する振動発生装置におい
    て、前期弁は加圧下の前期流体を周期的にかつ交互に導
    くために回転駆動する機械的手段が設けられた装置。
  6. 【請求項６】請求の範囲第１項から第５項の何れかに記
    載の周期的に変化する力を発生する振動発生装置におい
    て、装置はさらに、前記慣性体が同軸の二つの管を含ん
    でいて、前記内管と前記外管との間に前記慣性体を通る
    第一の通路が画定され、前記内管の中に第二の通路が画
    定されていることを特徴とする装置。
  7. 【請求項７】請求の範囲第１項から第６項の何れかに記
    載の周期的に変化する力を発生する振動発生装置におい
    て、前記弁は回転駆動される機械的手段であり、前記弁
    の回転を行う手段は、自身の円筒軸を中心として回転す
    るようになっていて前記外管を通った穴に対して弁のよ
    うな作用をする端部を有する内管を含んでいる装置。
  8. 【請求項８】請求の範囲第１項から第７項の何れかに記
    載の周期的に変化する力を発生する振動発生装置におい
    て、前記ハウジングは、前記慣性体に、該慣性体を画定
    する前記管の軸の方向に密閉して摺動可能に接続され前
    記慣性体に対して摺動するようになっている装置。
  9. 【請求項９】請求の範囲第１項から第８項の何れかに記
    載の周期的に変化する力を発生する振動発生装置におい
    て、前記弁によって行われる方向変換の速度を制御する
    手段が速度制御可能になっている装置。
  10. 【請求項１０】請求の範囲第１項から第９項の何れかに
    記載の周期的に変化する力を発生する振動発生装置にお
    いて、該装置が20Hzから1000Hzで作動できるようになっ
    た装置。
  11. 【請求項１１】請求の範囲第１項から第10項の何れかに
    記載の周期的に変化する力を発生する振動発生装置にお
    いて、該装置が200Hzから500Hzで作動できるようになっ
    た装置。
JP63505662A 1987-06-24 1988-06-24 振動発生装置 Expired - Lifetime JP2807794B2 (ja)

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AU (1) AU609165B2 (ja)
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