JP4223376B2 - 振動発生機 - Google Patents

Description

本発明は、振動発生機に関するものである。

従来、供試体を振動させてその物体の状態を調査・評価する振動発生機は、製品開発や基礎研究に広く用いられ、そのタイプとしては、例えば電気油圧式の装置の他に動電式の装置などが知られている（例えば、特許文献１）。

具体的には、特許文献１には、供試体が載置された可動部を振動させる動電式の振動発生機が開示されている。このような、動電式の振動発生機の場合、地震動のような低い周波数から、航空宇宙機器が受ける高い周波数までの振動数領域をカバーすることが出来るのみならず、数グラムからなる小さな供試体から人工衛星のような数トンにも及ぶ大形の供試体についてまで、評価・調査を行うことが出来る。

ところで、振動発生機においては、その可動部の振れ幅を常に一定に保つ必要があるため、供試体を可動部に載置した際に、常に一定の位置、即ち中立の位置（以下、「中立位置」という。）を保つよう制御しなければならない。そこで、供試体の重みによって沈み込んだ可動部を中立位置に戻す為に、可動部に振動発生機本体の内部に、エアコンプレッサや工場エア源から供給された空気を用いてレギュレータで圧力をかけ、可動部を押し上げたり、空気バネやベロフラム等で可動部を上方に押し上げることにより中立位置を保つ方法が知られている。
特開２００２−２７７３４５号公報

しかしながら、前述した方法の場合、振動発生機本体内の空気圧をコントロールするためのレギュレータや、レギュレータにエアを注入するためのエアコンプレッサ、工場エア源を引き込むホースや、空気入れ等を取付ける必要がある。従って、例えば工場等の生産ライン横といった環境で振動発生機を使用する場合に、振動発生機からレギュレータやホース等が延長していると、その設置面積が大きくなってしまうという問題があった。

そこで、本発明の課題は、可動部の中立位置合わせをよりシンプルな仕組みで、容易に行うことが出来るコンパクトな振動発生機を提供することである。

前述した課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、振動発生機において、
供試体が載置され、直線往復動可能な可動部と、
内部に空気が密閉され、該空気の圧力により前記可動部を支持する空気室と、
を備え、
前記空気室は、
前記可動部側に位置する第１の空気室と、
前記第１の空気室と連通して設けられた第２の空気室と、を備え、
前記第２の空気室の容積を変化させるピストンを備えることを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、供試体を載置した際、供試体の重みによって下方に沈み込んだ可動部を、中立位置に戻すことが可能になる。つまり、空気室内部の圧力を上げるために、レギュレータやエアコンプレッサ、工場エア源、空気入れ等を取付けて空気室に空気を追加注入する必要がなくなるため、振動発生機周りをシンプルにし、装置そのものもコンパクトにした上で、可動部の中立位置合わせをより容易に行うことが出来ることとなる。その上、供試体を載置する作業が繰返し発生してその頻度が上がっても、中立位置を合わせる作業そのものが容易になるためにオペレーターに与えるストレスを軽減することも出来る。
ピストンを押し入れたり、引き出すことによって、第２の空気室内部の容積が変化することとなり、ピストンを動かすだけで、可動部を上方又は下方に移動させることが出来ることとなる。これにより、より容易に可動部の中立位置合わせをすることが出来る。
また、空気室全体の形状に制限されることなく、第２の空気室の容積を変化させることが出来る。
これにより、その大きさや内部構造の形状が制限される振動発生機及びその内部に設けられている空気室において、空気室の形状に自由度を持たせることが可能になる。

以下、図面を用いて本発明の実施の形態の振動発生機について詳細に説明する。
図１は、本願発明の振動発生機を適用した動電式振動発生機の断面図である。
図１に示すように、動電式振動発生機（以下、「振動発生機」という）１０は、一方の磁極に磁化される内側磁極１、他方の磁極に磁化される外側磁極２、磁界を形成する電磁石としての励磁コイル３、励磁コイル３が形成する磁界中に配置された可動コイル４、可動コイル４に取付けられるとともに供試体Ｓを取付ける可動部５、可動部５を、空気バネ７を介して支持する可動部支持部６、空気室８及びピストン９等を備えている。

内側磁極１は、可動部支持部６及び空気バネ７を介して可動部５を支持するものであり、励磁コイル３によって外側磁極２と異なる磁極に磁化される磁性体である。
外側磁極２は、内側磁極１の外側に設けられ、励磁コイル３によって磁化される磁性体である。

励磁コイル３は、外側磁極２の内側に外周を囲まれるように格納され、外側磁極２の壁面に円周に沿って形成された突部２ａを挟んで上下方向に２層に設けられている。この励磁コイル３は、直流電源に接続され、直流電流を流すことにより、磁性体である外側磁極２の突部２ａと内側磁極１との間のギャップＧには、可動コイル４を横切る直流磁界が形成される。

可動コイル４は、交流電流を供給可能な電源と接続され、この電源から交流電流が供給されると、可動コイル４には、上方向或いは下方向に作用する力が発生して、可動コイル４は、ギャップＧに形成された直流磁界中を交流電流の周波数に基づく振動数で振動する。これにより、可動部５に取付けられた供試体Ｓを振動させることが出来る。

この可動コイル４は、内側磁極１の上面に取付けられた空気バネ７及び空気室８によって支持される可動部５の下端部に固定されており、可動コイル４が振動することによって可動部５が振動する。更に、可動部５には供試体Ｓが取付けられており、可動部５の振動に伴って供試体Ｓが振動し、この時の振動特性を加速度計（図示略）等により測定出来るようになっている。

ここで、本願発明の特徴である、空気室８及びピストン９について説明する。
空気室８は、外側磁極２の内部であって、可動部５、励磁コイル３及び可動コイル４以外の空間部により形成され、完全に外空間から遮断されている。従って、空気室８内の空気が外空間に漏れ出したり、逆に外空間の空気が空気室８内部に入り込むことはなく、空気室８内部は常に一定の空気量で満たされている。そのため、空気室の容積に応じて一定の圧力が可動部５にかかることとなり、空気バネ７及び空気室８によって支持される可動部５は、かかる圧力に応じてその位置を変化させることとなる。

空気室８は、さらに、可動部５側に位置する第１の空気室８０と、この第１の空気室８０と連通して設けられた第２の空気室８１とに分けられ、空気室８内部の空気は、自由に第１の空気室８０と第２の空気室８１を往来することが出来るようになっている。

本実施形態においては、第２の空気室８１は、例えば、外側磁極２の一部を円形に刳り貫いて外部と貫通させることによって形成した。前述した通り、第１の空気室８０と第２の空気室８１の間で空気のやりとりは自由に行われるため、第２の空気室８１の開口部８１ａは閉じられることなく、第１の空気室８０に解放される。さらに、第２の空気室８１の断面形状は円形状に限られず、矩形又はその他の任意の形状として構わない。また、第２の空気室８１は、内側磁極１や外側磁極２、励磁コイル３等の相互作用に影響を与えない位置に設けられる。

次に、ピストン９について説明する。
ピストン９は、第２の空気室８１に挿入され、第２の空気室８１の断面形状と同一な円形の先端部９０ａを有する。
ピストン９の先端部９０ａの側面には、ゴムリング（図示略）が取付けられ、ゴムリングが変形して第２の空気室８１の側面と当接するため、先端部９０ａから空気室８内の空気が漏れたり、逆に空気室８内部に空気が侵入することはなく、空気室８内部の空気量は常に一定に保たれるようになっている。
本実施形態においてはピストン９の抜け落ちを防ぐために、第２の空気室８１の外部に面した開口部８１ｂは、第２の空気室８１中央部に比較して断面積が狭くなるよう構成した。

次に、可動部５の中立位置合わせをピストン９によって行う動作を説明する。
図２は、図１の動電式振動発生機において、ピストン９を押し入れた状態を示す断面図である。
可動部５に供試体Ｓを載置させた状態で、ピストン９を振動発生機１０の内側に押し入れる。

可動部５が、目的の中立位置に達した時点で、ピストン９を螺子や留め金（図示略）などで固定することによって、可動部５の移動は終了し、これにより、供試体Ｓの重みによって下方に沈み込んだ可動部５を中立位置にまで戻すことが可能となり、適切な条件下で加振することが出来る。
なお、可動部５を中立位置で維持するためにピストン９を固定する手段としては、螺子や留め金の他にも任意の位置でピストン９を固定することが出来る手段を用いることが出来る。

中立位置の確認は、例えば、振動発生機の上部であって、可動部５の脇に設けた位置決めの為のゲージ１１を水平方向から視認することによって行っても良いし、当然、モニターなどで制御しても構わない。

測定終了後、供試体Ｓを可動部５から下ろすと、内部から可動部５に圧力がかかっているために、可動部５は上方に移動し、中立位置よりも高い位置で静止することとなる。この場合は、ピストン９を元の位置にまで引き出すことによって、可動部５を適切な位置にまで引き下げることが可能となる。

以上、説明した実施形態１にかかる振動発生機によれば、可動部５の中立位置を調節するために、レギュレータやエアコンプレッサ、工場エア源、空気入れ等を取付けて空気室８に空気を追加注入する必要がなくなるため、振動発生機１０周りをシンプルにし、装置そのものもコンパクトにした上で、可動部５の中立位置合わせをより容易に行うことが出来る。その上、供試体Ｓを載置する作業が繰返し発生して中立位置合わせの作業の頻度が上がっても、中立位置を合わせる作業そのものが容易になるためにオペレーターに与えるストレスも軽減することが出来る。
また、ピストン９を押し入れるもしくは引き出すことのみによって、容易に可動部５の中立位置合わせをすることが出来る。
さらに、その大きさや内部構造の形状が制限される振動発生機１０において、振動発生機１０内部に設けられる空気室の形状に自由度を持たせることが可能になる。これにより、例えばピストン９の先端部の面積を小さくすることによって小さな力で容易に中立位置の調整を行うことが出来る。
その上、高価な部品や装置を必要とせず、安価に中立位置合わせのための機能を振動発生機１０に備えることが出来る。

尚、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。
例えば、ピストン９の先端部９０ａの面積を大きくすることによって、より重い供試体Ｓも持ち上げることが出来ることとなる。
また、ピストン９を、第２の空気室８１以外の部分、例えば空気バネ７等に設けても良く、空気バネ７の容積を変更することにより空気バネ７の圧力を調整して可動部５の中立位置合わせを行うことができる。
その他、発明の要旨を逸脱しない範囲内で変更可能である。

中立位置合わせは、以上に説明した通り、ピストン９のみを用いて行っても良いし、レギュレータ等と組み合わせて行うことも出来る。
例えば、大きい重量を有する供試体Ｓについて加振測定を行う場合、中立位置合わせをピストン９のみで行うことは、オペレーターにとって負担が大きいため、大体の位置合わせはレギュレータを用いて行い、最終的な微少の調節にピストン９を用いることで効率的な位置合わせが可能になる。
さらに、近似の重量を有する複数の供試体Ｓを測定する場合も、レギュレータとピストン９を組み合わせて用いることは有効である。つまり、各々の供試体Ｓ間の重量差は、レギュレータで調節するのが困難な程の微差であって、且つ供試体Ｓ毎に中立位置合わせが必要な場合に、基本となる中立位置をレギュレータで設定した後で、個々の供試体Ｓについてはピストン９でその微差を調節することが出来るからである。
また、動電式振動発生機に本願発明のピストンを設けた例を用いたが、これに限られるものではない。

本願発明の振動発生機を適用した実施形態１の動電式振動発生機の断面図である。 図１の動電式振動発生機において、ピストンを押し入れた状態の断面図である。

符号の説明

１ 内側磁極
２ 外側磁極
３ 励磁コイル
４ 可動コイル
５ 可動部
６ 可動部支持部
７ 空気バネ
８ 空気室
９ ピストン
１０ 動電式振動発生機
１１ ゲージ
８０ 第１の空気室
８１ 第２の空気室
８１ａ、８１ｂ 開口部
９０ａ 先端部
Ｓ 供試体

Claims (1)

1. 供試体が載置され、直線往復動可能な可動部と、
   内部に空気が密閉され、該空気の圧力により前記可動部を支持する空気室と、
   を備え、
   前記空気室は、
   前記可動部側に位置する第１の空気室と、
   前記第１の空気室と連通して設けられた第２の空気室と、を備え、
   前記第２の空気室の容積を変化させるピストンを備えることを特徴とする振動発生機。

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