JP5096066B2 - 振動テーブル装置 - Google Patents

Description

本発明は、地震などによる振動が構造物へ与える影響を調査する際に用いる振動テーブル装置に関し、より詳しくは、設定した振動目標値に極めて近い振動を発生できる空圧式の振動テーブル装置に関する。

空圧式の振動テーブル装置は、（例えば、特許文献１参照）のものがあって、この振動テーブル装置は、被試験体を固定するテーブルを空圧シリンダによって往復動させ、テーブル上に固定した被試験体に振動を与えている。

特許公開２００５−３５３１号公報（第１〜７頁、第１〜４図）

上述の振動テーブル装置は、被試験体を固定したテーブルを空圧シリンダによって往復動させる際、設定した振動目標値と実際の振動との位相差を低減させるために、テーブルを往復動させる２台の空圧シリンダのそれぞれに圧縮コイルスプリングを内設していて、この圧縮コイルスプリングの付勢力により、テーブル駆動時に被試験体を固定したテーブルの動作方向が反転する際に生じる慣性を抑制し、空圧シリンダによる実際の振動が設定した振動目標値に近づくようにしている。

しかしながら、圧縮コイルスプリングの付勢力では、テーブル駆動時に被試験体を固定したテーブルの動作方向が反転する際に生じる慣性の抑制に限界があり、テーブルが緩やかに往復動する場合は被試験体を固定したテーブルの慣性を抑制できるが、急激な動きの場合は、被試験体を固定したテーブルの慣性が大となってテーブルの動作を制御しきれずテーブルが過振動状態に陥る場合があった。

すなわち、コイルスプリングによる慣性抑制は、テーブルの動作変位によって多少は変化するが殆ど一定であるので、被試験体の重量変化への対応はもちろんのこと、振動目標値の変化による抑制力の変化にも対応することはできない短所を有していた。

本発明は、テーブルを急激に往復動させた場合でも、圧縮コイルスプリングを用いることなく、空圧によりテーブルの動作方向が反転する際に生じる慣性を抑制できる振動テーブル装置を提供できるようにした。

上述した課題を解決するために、本発明に係る振動テーブル装置は、直線上を水平に往復動できるよう構成されたテーブルと、このテーブルを空圧によって往復動せしめる駆動装置と、この駆動装置に制御装置からの信号に基づき圧縮空気を供給する給気系装置で構成してなる振動テーブル装置であって、前記駆動装置に、前記テーブルが駆動された際にテーブルの駆動方向と反対方向に作用する空圧負荷システムを配設したものとしてある。

また前記駆動装置は、空圧シリンダをシリンダ軸方向に複数配設して構成され、またこれら空圧シリンダ内のピストンは、そのそれぞれが接続部材を介して接続されているとともに一方端に位置する空圧シリンダ内のピストンが接続部材を介して前記テーブルに接続され、かつこれら空圧シリンダの所望の空圧シリンダを前記空圧負荷用としたものとしてある。

さらに、前記駆動装置は、空圧シリンダをシリンダ軸方向に２基対向配設して構成され、また前方の空圧シリンダ内のピストンと後方の空圧シリンダ内のピストンが接続部材を介して接続されているとともに前方の空圧シリンダ内のピストンが接続部材を介して前記テーブルに接続され、かつこれら一方の空圧シリンダを前記空圧負荷用としたものとしてある。

また前記前方の空圧シリンダを複動式の空圧シリンダで構成して前記テーブルの駆動用とし、また前記後方の空圧シリンダを単動式の空圧シリンダで構成して前記空圧負荷用としたものとしてある。

さらに、前記駆動装置を２基設け、それぞれの駆動装置の駆動ロッドを前記テーブルの往復動方向に互いに駆動ロッドが対向するよう配設してこの駆動ロッドをテーブルに接続したものとしてある。

本発明の振動テーブル装置によれば、試験体に所定の周波数の振動を加えるためのテーブルを駆動する際にこのテーブルの駆動方向と反対方向に作用する空圧負荷を設けているので、テーブルの往復動において、テーブルの動作方向が反転する際に生じている慣性が、テーブルの駆動方向と反対方向に作用する空圧負荷によって抑制されるため、急激な振動を発生させて行う試験の際もテーブルの過振動が発生し難くなるとともに、このテーブルの駆動方向と反対方向に作用する空圧負荷によるダンピング効果により、駆動装置によって振動する実際のテーブルの振動と設定した振動目標値との位相差が小となって、駆動装置によって振動する実際のテーブルの振動を設定した振動目標値に近づけることができる。

したがって、振動テーブル装置を構成する上で、油圧式のように放熱設備の設置や油漏防止対策を必要とすることがないという多大なメリットを備える空圧式の振動テーブル装置の大きな欠点、すなわちテーブルに急激な振動を発生させて行う試験の際にテーブルが過振動状態に陥り易いとい問題を、試験体に所定の周波数の振動を加えるためのテーブルを駆動する際にこのテーブルの駆動方向と反対方向に作用する空圧負荷を設けることによって解決することができる。

また、空圧負荷およびテーブル駆動用空圧を適宜に大とすることによって空圧系が高圧化されるので、したがって空圧負荷系およびテーブル駆動用空圧系が硬くなりテーブルが過振動状態に陥る共振点をより高くできる。

そして、本振動テーブル装置は、試験体に所定の周波数の振動を加えるテーブルの駆動とともに、このテーブルの往復動におけるテーブルの動作方向反転時に生じる慣性の抑制を可変自在な空圧によって行っているので、従来のような、テーブルの動作方向反転時に生じる慣性を圧縮コイルスプリングによって抑制するもののように、殆ど一定の振動条件にしか対応できないのではなく、幅広い振動（被試験体の重量及び周波数と振幅の変化のバリエーション）に対応する性能を備え、しかも取扱いが簡便で、低ランニングコストの経済性も兼ね備えるものとすることができる。

以下、本発明の振動テーブル装置を添付図面に示す具体例に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る振動テーブル装置の一例を示す概略構造図であり、本振動テーブル装置は、被試験体に所定の周波数の振動を加えるためのテーブルを空圧によって往復動させるものである。

図中の符号１は振動テーブル装置、２は被試験体に所定の周波数の振動を加えるためのテーブルで、このテーブル２はキャリッジ５を介してガイドレール４に支持されている。またガイドレール４とキャリッジ５には、例えばリニアベアリング（軌道型ボールベアリング）を用いて、テーブル２がガイドレール４に対して荷重およびモーメント負荷下でも極低摩擦で水平方向に往復動できるようになっている。

そして、テーブル２の駆動は、テーブル２の下面に形成されたセンターウエブ３の左右に配設された２基の駆動装置６、７のロッド６ｊ、７ｊによって行われる。同図１中の符号６ｋ、７ｋは、駆動装置６，７に有するロッド６ｊ、７ｊとセンターウエブ３を接続するユニバーサルジョイントである。

これら駆動装置６、７は、センターウエブ３側に位置する前方の駆動用空圧シリンダ６ａ、７ａと、後方に位置するダンピング用空圧シリンダ６ｅ、７ｅによって構成され、前方に位置する駆動用空圧シリンダ６ａ、７ａは複動式の空圧シリンダで、また、後方に位置するダンピング用空圧シリンダ６ｅ、７ｅは、テーブル２が駆動用空圧シリンダ６ａ、７ａによって駆動された際、テーブル２の駆動方向と反対方向に作用する空圧負荷用（ダンピング用）となる単動式の空圧シリンダである。

またロッド６ｊ、７ｊは、駆動用空圧シリンダ６ａ、７ａのピストン６ｂ、７ｂおよびダンピング用空圧シリンダ６ｅ、７ｅのピストン６ｆ、７ｆと接続している。駆動装置６、７の動作は後述する。

そして、これら駆動装置６、７の駆動用空圧シリンダ６ａ、７ａ、ダンピング用空圧シリンダ６ｅ、７ｅは、図では示していないが適宜の制御装置によってサーボ弁２１、２２が開閉制御されることにより、駆動用空圧シリンダ６ａ、７ａがテーブル２を往復動させるとともにダンピング用空圧シリンダ６ｅ、７ｅがテーブル２の空圧負荷用となるように動作する。
なお、図中の符号６ｇ、７ｇは各ダンピング用空圧シリンダの前室、６ｈ、７ｈは同後室をそれぞれ示している。

またサーボ弁２１、２２の開閉動作は任意に設定される周波数に対応し、そしてテーブル２のセンターウエブ３に配設した変位検出器２４からの検出信号（フィードバック）に基づき、前記制御装置によってサーボ弁２１、２２の開閉制御が行われる。同図１中の符号２４ａは、テーブル２の往復動に伴う変位を検出するためのテーブル２のセンターウエブ３に接続された変位検出器２４の検出用のロッドである。

また、前記周波数と往復移動量の設定を調整することによってテーブル２の往復動における速度と振幅を自在に変化させることができる。

そして、駆動装置６、７の駆動用空圧シリンダ６ａ、７ａ、ダンピング用空圧シリンダ６ｅ、７ｅを駆動するために前記サーボ弁２１、２２に供給される圧縮空気は、図では示していないが適宜のコンプレッサーで発生させ、この圧縮空気を、空気供給管８の管路に配設しているエアフィルタ９、一次圧調圧弁１０、供給圧調圧弁１１、送気三方弁１２、１３、供給元圧ブースタ１４、エアタンク１５、分岐管１６、供給圧ブースタ１７、背圧ブースタ１８、ダンピングブースタ１９、２０を介してサーボ弁２１、２２に供給している。

本振動テーブル装置の動作を図２〜図６によって具体的に説明する。図２〜図６の中で、空気供給管８の管路を太く表示した箇所は、コンプレッサーで発生させた圧縮空気が通過している箇所である。

図２では、コンプレッサーで発生させた圧縮空気を送気三方弁１２、１３までの送気経路を示す。
コンプレッサーが起動されると、コンプレッサーで発生した圧縮空気が空気供給管８に送気され、この圧縮空気がエアフィルタ９によって濾過されて一次圧調圧弁１０、供給圧調圧弁１１に送気されるとともにこれら調圧弁を通過して送気三方弁１２、１３に送気される。また、一次圧調圧弁１０と供給圧調圧弁１１は所定の空気圧にセットされる。

図３では、送気三方弁１２、１３まで送気された圧縮空気を、供給圧ブースタ１７、背圧ブースタ１８、ダンピングブースタ１９、２０の各ブースタへの送気経路を示す。

送気三方弁１２、１３まで送気された圧縮空気は、送気三方弁１２を開くことによって供給元圧ブースタ１４からエアタンク１５に送気されかつエアフィルタ９によって濾過されて分岐管１６に送気され、この分岐管１６によって適宜に分岐されて供給圧ブースタ１７、背圧ブースタ１８、ダンピングブースタ１９、２０の各ブースタに送気される。

図４では、供給圧ブースタ１７、背圧ブースタ１８、ダンピングブースタ１９、２０、の各ブースタに送気された圧縮空気を、駆動装置６、７の駆動用空圧シリンダ６ａ、７ａ、ダンピング用空圧シリンダ６ｅ、７ｅに送気し、駆動用空圧シリンダ６ａ、７ａ、ダンピング用空圧シリンダ６ｅ、７ｅをスタンバイ状態、すなわち、テーブル２を往復動（振幅）のセンター位置に停止させるまでの送気経路を示す。

供給圧ブースタ１７、背圧ブースタ１８、ダンピングブースタ１９、２０の各ブースタまで送気された圧縮空気は、送気三方弁１３を開くことによって供給圧ブースタ１７、背圧ブースタ１８に所定の圧縮空気が送気され、これに伴い供給圧ブースタ１７、背圧ブースタ１８が起動し、かつ制御装置によってサーボ弁２１、２２が中立位置に停止制御されることによって圧縮空気が各空圧シリンダに同時送気すなわち供給される。

そして、供給圧ブースタ１７からの圧縮空気は、サーボ弁２１、２２を通過して駆動用空圧シリンダ６ａの前室６ｃと後室６ｄ、駆動用空圧シリンダ７ａの前室７ｃと後室７ｄに供給され、かつ駆動用空圧シリンダ６ａ、７ａの前室６ｃ、７ｃに供給された圧縮空気は、さらにブースタ起動用として配管２５、２６を通ってダンピングブースタ１９、２０に同時送気され、これに伴いダンピングブースタ１９、２０が起動し、ダンピングブースタ１９、２０からの圧縮空気がダンピング用空圧シリンダ６ｅ、７ｅの後室６ｈ、７ｈに供給される。

また、背圧ブースタ１８への圧縮空気（背圧）は、サーボ弁２１、２２に供給されてサーボ弁内に止まり、このサーボ弁内で開閉度を制御調整するスプール（ピストンロッド）に供給され、駆動摩擦の軽減による円滑にして精密な動きをスプールに齎しめる。

これにより、駆動用空圧シリンダ６ａ、７ａおよびダンピング用空圧シリンダ６ｅ、７ｅの空圧が均衡し、テーブル２が往復動範囲（振幅）のセンター位置に停止し、振動試験に際し振動テーブル装置１がスタンバイ状態となる。

そして振動試験が開始されると、前記制御装置により、サーボ弁２１、２２が任意に設定された周波数に対応するよう変位検出器２４からの検出信号（フィードバック）に基づいてサーボ弁２１、２２の開閉制御が行われる。

図５は、テーブル２を左方向に移動させるための送気を示し、供給圧ブースタ１７からの圧縮空気は、サーボ弁２１、２２によって駆動用空圧シリンダ６ａの前室６ｃおよび駆動用空圧シリンダ７ａの後室７ｄに供給され、かつ駆動用空圧シリンダ６ａの前室６ｃに供給された圧縮空気は、さらにブースタ起動用としてダンピングブースタ１９に送気され、これに伴いダンピングブースタ１９が起動し、ダンピングブースタ１９からの圧縮空気がダンピング用空圧シリンダ６ｅの後室６ｈに供給される。

したがって、駆動用空圧シリンダ６ａの前室６ｃおよび駆動用空圧シリンダ７ａの後室７ｄに供給された圧縮空気によって駆動用空圧シリンダ６ａ、７ａのピストン６ｂ、７ｂは左方向（矢印方向）に押され、これに伴いピストン６ｂ、７ｂとロッド６ｊ、７ｊ、ジョイント６ｋ、７ｋを介して接続するテーブル２も左方向（矢印方向）に押される。一方、ダンピング用空圧シリンダ６ｅの後室６ｈに供給された圧縮空気は、駆動用空圧シリンダ６ａ、７ａのピストン６ｂ、７ｂとともに左方向（矢印方向）に移動するダンピング用空圧シリンダ６ｅのピストン６ｆの空圧負荷となり、このピストン６ｆを右方向（矢印方向）に押し返すように作用する。すなわちテーブル２を停止させる方向に作用する。

また、駆動用空圧シリンダ６ａ、７ａのピストン６ｂ、７ｂの移動側となる駆動用空圧シリンダ６ａの後室６ｄ、駆動用空圧シリンダ７ａの前室７ｃは開放され、これら後室６ｄ、前室７ｃ内の空気は、それぞれサーボ弁２１、２２、背圧ブースタ１８、排気部２３を通過して大気中に排気されることによって大気圧まで減圧されるとともに、ダンピング用空圧シリンダ６ｅの前室６ｇ内の空気は、連通口６ｉから大気中に排出され減圧されることにより、テーブル２は設定された周波数値（速度）で設定変位（変位計値）まで、ダンピング用空圧シリンダ６ｅのピストン６ｆによってダンピング（空圧負荷）が掛かりつつ、駆動用空圧シリンダ６ａ、７ａのピストン６ｂ、７ｂによって自動的に移動される。

図６は、テーブル２を右方向に移動させるための送気を示し、供給圧ブースタ１７からの圧縮空気は、サーボ弁２１、２２によって駆動用空圧シリンダ６ａの後室６ｄおよび駆動用空圧シリンダ７ａの前室７ｃに供給され、かつ駆動用空圧シリンダ７ａの前室７ｃに供給された圧縮空気は、さらにブースタ起動用としてダンピングブースタ２０に送気され、これに伴いダンピングブースタ２０が起動し、ダンピングブースタ２０からの圧縮空気がダンピング用空圧シリンダ７ｅの後室７ｈに供給される。

したがって、駆動用空圧シリンダ６ａの後室６ｄおよび駆動用空圧シリンダ７ａの前室７ｃに供給された圧縮空気によって駆動用空圧シリンダ６ａ、７ａのピストン６ｂ、７ｂは右方向（矢印方向）に押され、これに伴いピストン６ｂ、７ｂとロッド６ｊ、７ｊ、ジョイント６ｋ、７ｋを介して接続するテーブル２も右方向（矢印方向）に押される。一方、ダンピング用空圧シリンダ７ｅの後室７ｈに供給された圧縮空気は、駆動用空圧シリンダ６ａ、７ａのピストン６ｂ、７ｂとともに右方向（矢印方向）に移動するダンピング用空圧シリンダ７ｅのピストン７ｆの空圧負荷となり、このピストン７ｆを左方向（矢印方向）に押し返すように作用する。すなわちテーブル２を停止させる方向に作用する。

また、駆動用空圧シリンダ６ａ、７ａのピストン６ｂ、７ｂの移動側となる駆動用空圧シリンダ６ａの前室６ｃ、駆動用空圧シリンダ７ａの後室７ｄは開放され、これら前室６ｃ、後室７ｄ内の空気は、それぞれサーボ弁２１、２２、背圧ブースタ１８、排気部２３を通過して大気中に排気されることによって大気圧まで減圧されるとともに、ダンピング用空圧シリンダ７ｅの前室７ｇ内の空気は、連通口７ｉから大気中に排出され減圧されることにより、テーブル２は設定した周波数値（速度）で設定変位（変位計値）までダンピング用空圧シリンダ７ｅのピストン７ｆによってダンピング（空圧負荷）が掛かりつつ、駆動用空圧シリンダ６ａ、７ａのピストン６ｂ、７ｂによって自動的に移動される。
そして、図５、図６で説明した空圧制御が繰り返されて、テーブル２の往復動が持続される。

また本実施例では、テーブル２を往復動させるための駆動装置を、テーブル２のセンターウエブ３の左右に、ロッド６ｊ、７ｊを対向させた状態で駆動装置６、７を２基配設し、テーブル２をこれら駆動装置６、７の両駆動用空圧シリンダ６ａ、７ａで駆動するとともに、駆動装置６、７の一方のダンピング用空圧シリンダ６ｅまたは７ｅを空圧負荷用（ダンピング用）としているが、図では示していないが、これら前後に配設されている空圧シリンダへの空圧供給制御を変更することにより、すなわち前方に位置する複動式の空圧シリンダの前室をダンピング用とし、この空圧シリンダの後室と後方に位置する単動式の空圧シリンダの後室を駆動用にすることで、１基の駆動装置でも、ダンピング（空圧負荷）を掛けつつテーブル２を往復動させることが可能となる。

また、本実施例では、テーブル２を水平方向に往復動させているが、垂直方向や斜方向の振動にも応用する場合もある。

本発明に係る振動テーブル装置の一例を示す概略構造図。 振動テーブルの空圧駆動を示す図。 振動テーブルの空圧駆動を示す図。 振動テーブルの空圧駆動を示す図。 振動テーブルの空圧駆動を示す図。 振動テーブルの空圧駆動を示す図。

符号の説明

１ 振動テーブル装置
２ テーブル
３ センターウエブ
４ ガイドレール
５ キャリッジ
６ 駆動装置
６ａ 駆動用空圧シリンダ
６ｂ ピストン
６ｃ 前室
６ｄ 後室
６ｅ ダンピング用空圧シリンダ
６ｆ ピストン
６ｇ 前室
６ｈ 後室
６ｉ 連通口
６ｊ ロッド
６ｋ ユニバーサルジョイント
７ 駆動装置
７ａ 駆動用空圧シリンダ
７ｂ ピストン
７ｃ 前室
７ｄ 後室
７ｅ ダンピング用空圧シリンダ
７ｆ ピストン
７ｇ 前室
７ｈ 後室
７ｉ 連通口
７ｊ ロッド
７ｋ ユニバーサルジョイント
８ 空気供給管
９ エアフィルタ
１０ 一次圧調圧弁
１１ 供給圧調圧弁
１２ 送気三方弁
１３ 送気三方弁
１４ 供給元圧ブースタ
１５ エアタンク
１６ 分岐管
１７ 供給圧ブースタ
１８ 背圧ブースタ
１９ ダンピングブースタ
２０ ダンピングブースタ
２１ サーボ弁
２２ サーボ弁
２３ 排気部
２４ 変位検出器
２４ａ ロッド
２５、２６ 配管

Claims (1)

1. 直線上を水平に往復動できるよう構成されたテーブルと、
   このテーブルを空圧によって往復動せしめる駆動装置と、
   この駆動装置に制御装置からの信号に基づき圧縮空気を供給する給気系装置と、
   を備えてなり、かつ、
   前記駆動装置に、前記テーブルが駆動された際にテーブルの駆動方向と反対方向に作用する空圧負荷システムを配設してなる振動テーブル装置であって、
   前記駆動装置は、空圧シリンダをシリンダ軸方向に２基対向配設して構成され、また前方の空圧シリンダ内のピストンと後方の空圧シリンダ内のピストンが接続部材を介して接続されているとともに前方の空圧シリンダ内のピストンが接続部材を介して前記テーブルに接続され、前記前方の空圧シリンダを複動式の空圧シリンダで構成して前記テーブルの駆動用とし、また前記後方の空圧シリンダを単動式の空圧シリンダで構成して前記空圧負荷用としてなる振動テーブル装置。

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