JP5175067B2 - 加振装置 - Google Patents

Description

本発明は、ビル、戸建住宅、橋または高架道路等のような構造物において、その固有振動数を検出するのに用いられる、加振装置に関する。

ビルや戸建住宅等の構造物においては、所定の耐震強度を持つことが要求されるが、実際には、耐震強度が不明な構造物が数多く存在するため、何らかの方法でそれを調査して耐震強度が不足する構造物を探し出し、これを補強することが防災上の重要な課題となっている。

構造物の耐震強度を評価する方法としては、構造物の「固有振動数」に基づく評価方法が有効である。この評価方法は、構造物を実際に振動させて「固有振動数」を検出し、当該「固有振動数」と、計算で求めた「設計固有振動数」とを対比し、当該「固有振動数」が「設計固有振動数」よりも低いときに「耐震強度が不足する可能性がある。」と評価するものである。

この評価方法では、加振装置を用いて構造物を実際に振動させる必要があるが、従来では、何トンもある大型の加振装置をクレーン等を用いて構造物に据付けていたので、小規模ビルまたは戸建住宅等のような小型の構造物や、クレーン等を搬入できない環境では使用できないという問題があった。

そこで、近年では、小型で軽量の加振装置が種々開発されており、その一例が特許文献１に開示されている。特許文献１の加振装置は、「ボールネジによって左右に動かされる可動重錘をボールネジをまたぐようにして設置し、重錘駆動機構の長さを重錘変位振幅長とし、ボールネジをＡＣサーボモータにより回転駆動し、その回転速度をフィードバックして加振振動数および加振力の制御を行うようにしたもの」である。
特許第３２３５８２０号公報

特許文献１の加振装置では、「重錘を回転式ではなくレール上で１次元に動かすこと」によって、装置全体の小型化を達成している（特許文献１の段落［０００８］参照）。

しかしながら、「重錘駆動機構の長さを重錘変位振幅長としていること」や「レールを備えること」から、装置全体の長さを「重錘変位振幅長」や「レール長」よりも短くすることができず、さらなる小型化の要請には応えることができなかった。

また、「可動重錘をボールネジによって移動させるようにしていること」から、特に、可動重錘が大きく、また振動数が高い場合には、ＡＣサーボモータの負担が大きくなり、消費電力が大きくなるという問題があった。

それゆえに本発明の主たる課題は、装置全体をより小型化できるとともに、モータの負担を軽減して消費電力を低減できる、加振装置を提供することである。

請求項１に記載した発明は、「加振対象物１２の水平面１２ａを振動運動することによって前記加振対象物１２に所定の加振力を付与する、加振装置１０であって、加振質量体１４、前記加振質量体１４が積載される基台１６、前記基台１６に取り付けられ、前記水平面１２ａを滑ることなく転動する車輪１８、回転方向を切り換えながら前記車輪１８を回転駆動することによって、基準位置Ｐ０を含む所定範囲内において前記基台１６を前後方向へ振動運動させるモータ２０、および前記基台１６を前記基準位置Ｐ０から前方または後方へ移動させるとき、前記車輪１８の回転回数に比例する戻りトルクを発生させてこれを前記車輪１８に付与する戻りトルク発生手段２１を備える、加振装置１０」である。

本発明によれば、加振装置１０の全体が車輪１８によって移動するため、全ての構成要素の質量を加振力の発生に寄与する「加振質量」として用いることができる。また、加振装置１０の全体が加振対象物１２の水平面１２ａを振動運動するので、特許文献１の加振装置のように「レール」や「ボールネジ」を設ける必要がない。したがって、装置全体を小型軽量化できる。そして、戻りトルク発生手段２１によって「戻りトルク」を発生させて、これを「戻り時」の推進力として車輪１８に付与することができるので、モータ２０の負担を軽減できる。

請求項２に記載した発明は、請求項１に記載した「加振装置１０」において、「前記戻りトルク発生手段２１は、前記車輪１８の回転に伴って回転する巻取りプーリー４８と、前記巻取りプーリー４８に巻き掛けられた第１ワイヤー５０ａと、一端が前記基台１６に固定され、かつ、他端が前記第１ワイヤー５０ａに連結された第１ばね手段５２ａと、前記巻取りプーリー４８に前記第１ワイヤー５０ａとは反対の方向から巻き掛けられた第２ワイヤー５０ｂと、一端が前記基台１６に固定され、かつ、他端が前記第２ワイヤー５０ｂに連結された第２ばね手段５２ｂとを有しており、前記第１ばね手段５２ａと前記第２ばね手段５２ｂとが前記基準位置Ｐ０においてバランスする」ことを特徴とする。

本発明において、車輪１８の回転に伴って巻取りプーリー４８が回転されると、巻取りプーリー４８に第１ワイヤー５０ａまたは第２ワイヤー５０ｂが巻き取られて第１ばね手段５２ａまたは第２ばね手段５２ｂが伸長または収縮される。したがって、車輪１８の回転回数が増加するにつれて第１ばね手段５２ａまたは第２ばね手段５２ｂの反力が大きくなり、車輪１８に付与される「戻りトルク」が大きくなる。

請求項３に記載した発明は、請求項２に記載した「加振装置１０」において、「前記戻りトルク発生手段２１は、前記車輪１８の回転と共に回転する駆動プーリー４２と、前記巻取りプーリー４８と一体となって回転する従動プーリー４４と、前記駆動プーリー４２の回転力を前記従動プーリー４４に伝達する動力伝達ベルト４６とをさらに有しており、前記駆動プーリー４２は、前記動力伝達ベルト４６が掛けられる部分の直径が任意に変更可能な可変プーリーである」ことを特徴とする。

本発明では、駆動プーリー４２が「可変プーリー」であることから、従動プーリー４４および巻取りプーリー４８の回転速度、すなわち第１ワイヤー５０ａまたは第２ワイヤー５０ｂの巻取り速度を調整でき、第１ばね手段５２ａまたは第２ばね手段５２ｂの特性を加振装置１０の振動運動に適するように調整できる。

請求項４に記載した発明は、請求項１に記載した「加振装置１０」において、「前記戻りトルク発生手段２１は、前記車輪１８の回転に伴って回転するピニオン５６と、前記ピニオン５６の回転運動を直線運動に変換するラック５８と、一端が前記基台１６に固定され、かつ、他端が前記ラック５８に連結されたばね手段５２ａ，５２ｂとを有する」ことを特徴とする。

本発明において、車輪１８の回転に伴ってピニオン５６が回転されると、ラック５８が直線運動されてばね手段５２ａ，５２ｂが引き伸ばされる。したがって、車輪１８の回転回数が増加するにつれてばね手段５２ａ，５２ｂの反力が大きくなり、車輪１８に付与される「戻りトルク」が大きくなる。

請求項５に記載した発明は、請求項４に記載した「加振装置１０」において、「前記戻りトルク発生手段２１は、前記車輪１８の回転と共に回転する駆動プーリー４２と、前記ピニオン５６と一体となって回転する従動プーリー４４と、前記駆動プーリー４２の回転力を前記従動プーリー４４に伝達する動力伝達ベルト４６とをさらに有しており、前記駆動プーリー４２は、前記動力伝達ベルト４６が掛けられる部分の直径が任意に変更可能な可変プーリーである」ことを特徴とする。

本発明では、駆動プーリー４２が「可変プーリー」であることから、従動プーリー４４およびピニオン５６の回転速度、すなわちワイヤー５０ａ，５０ｂの巻取り速度を調整でき、ばね手段５２ａ，５２ｂの特性を加振装置１０の振動運動に適するように調整できる。

請求項６に記載した発明は、請求項１ないし５のいずれかに記載した「加振装置１０」において、「前記基台１６の振動運動の波形を検出する振動波形検出手段２６と、前記モータ２０の回転数を制御するモータ制御手段２６とをさらに備えており、前記振動波形検出手段２６によって検出された振動運動の波形が予め設定された目標振動波形と一致するように前記モータ制御手段２６によって前記モータ２０の回転数が制御される」ことを特徴とする。

本発明では、振動波形検出手段２６によって検出された実際の振動運動の波形が目標振動波形と一致するようにモータ制御手段２６によってモータ２０の回転数を制御しているので、加振装置１０をより正確に振動運動させることができる。

請求項７に記載した発明は、請求項１ないし５のいずれかに記載した「加振装置１０」において、「前記車輪１８の回転に伴って回転する回転体６２と、前記回転体６２に取り付けられた慣性質量体６４とを有する慣性力調整装置６０をさらに備えており、前記回転体６２の回転中心から前記慣性質量体６４の重心までの距離が任意に変更可能である」ことを特徴とする。

本発明は、回転慣性力を調整するための慣性力調整装置６０をさらに備えるものである。

請求項１〜７に記載した発明によれば、全ての構成要素の質量を加振力の発生に寄与する「加振質量」として用いることができるので、同じ大きさの加振力を得るのであれば、従来の加振装置（特許文献１）に比べて装置全体を大幅に軽量化できる。また、「レール」や「ボールネジ」によって装置全体の小型化が妨げられることはないので、従来の加振装置（特許文献１）に比べて装置全体を大幅に小型化できる。

また、戻りトルク発生手段２１によって「戻りトルク」を発生させて、これを「戻り時」の推進力として車輪１８に付与することができるので、特に加振装置１０の移動方向を切り換えるときのモータ２０の負担を軽減でき、消費電力を低減できる。

そして、戻りトルク発生手段２１の機能を停止させた状態では、加振装置１０を車輪１８によって自由に移動させることができるので、搬送時の負担を軽減できる。

さらに、「レール」のような設備を必要としないので、任意の方向において複数台の加振装置１０を駆動して加振することが可能であり、モード座標を探りながら最適な加振を行うことができる。このとき、複数台の加振装置１０が位相の遅れなく制御されることは勿論である。

請求項３および５に記載した発明によれば、戻りトルク発生手段２１を構成するばね手段５２ａ，５２ｂの特性を適宜調整できるので、モータ２０の回転数等を変更して加振装置１０の振動運動を変化させた場合でも、ばね手段５２ａ，５２ｂの特性を最適に調整することによってモータ２０の負担を最大に軽減できる。

図１は、本発明が適用された加振装置１０を示す正面図であり、図２は、加振装置１０を示す底面図である。

加振装置１０は、ビルまたは戸建住宅等のような構造物の「固有振動数」を検出する際に、構造物を所定周期で振動させるものであり、図３および図４に示すように、加振対象となる構造物（以下、「加振対象物」という。）１２の水平面１２ａを振動運動することによって加振対象物１２に所定の加振力を付与するものである。

加振装置１０は、図１および図２に示すように、加振質量体１４、基台１６、車輪１８、モータ２０、第１トルク発生手段２２、第２トルク発生手段２４、制御装置２６、加速度センサー２８および電池３０等によって構成されている。

なお、第１トルク発生手段２２および第２トルク発生手段２４については、両者をまとめて「戻りトルク発生手段２１」として把握することができ、その場合、「戻りトルク発生手段２１」が第１トルク発生手段２２および第２トルク発生手段２４を有することになる。

加振質量体１４は、所定の加振力を発生させるための錘であり、鉄または鉛等の金属によって平面視略四角形の板状に形成されている。そして、加振質量体１４の所定箇所には、脱落防止ピン３２が挿通される複数（本実施例では２つ）の貫通孔１４ａが形成されている。

加振質量体１４の総重量は、所定の加振力を発生させるのに適した重量に設定されるが、１枚の加振質量体１４の重量が大き過ぎると、人の手で持ち運ぶ負担が大きくなり、また、重量の調整に不便である。そこで、本実施例では、人の手で容易に持ち運ぶことのできる程度に軽量の加振質量体１４を複数枚積層して用いている。

基台１６は、加振質量体１４が積載される平面視略四角形の板状部材であり、基台１６の上面には、複数（本実施例では２本）の脱落防止ピン３２が立設されている。そして、基台１６の下面には、図２に示すように、車輪１８の車軸１８ａを支持する左右一対の２組の車軸受部３４が、前後方向に間隔を隔てて設けられており、また、後述する回転軸３６を支持する軸受部３８が前後方向中央部に設けられている。さらに、基台１６の下面における後端部には、後述するばね手段５２ａの一端を支持するばね支持部４０ａが設けられており、前端部には、後述するばね手段５２ｂの一端を支持するばね支持部４０ｂが設けられている。

なお、本実施例の説明で用いる「前後」の方向は、説明の便宜上定めた方向であり、図１および図２に示した「前後」の方向に対応している。

車輪１８は、加振装置１０の全体を前後方向へ直線的に移動させるものであり、車輪１８の外周面は、加振対象物１２の水平面１２ａを滑ることなく転動可能なように「ゴム」によって形成されている。そして、この車輪１８が車軸受部３４を介して基台１６に取り付けられている。つまり、基台１６には、左右一対の２組の車軸受部３４に対応して、左右一対の２組の車輪１８が前後方向に間隔を隔てて取り付けられており、後側の車輪１８がモータ２０によって回転駆動される「駆動輪」となっている。

モータ２０は、回転方向を所定のタイミングで切り換えながら車輪１８を回転駆動することによって、「基準位置Ｐ０」を含む所定範囲内において基台１６を前後方向へ振動運動させるものであり、「サーボモータ」または「ステッピングモータ」がモータ２０として用いられる。

モータ２０によって基台１６が振動運動されるとき、基台１６は、図３および図４に示すように、「基準位置Ｐ０」を挟んだ「第１位置Ｐ１」と「第２位置Ｐ２」との間を移動することになる。ここで、「基準位置Ｐ０」とは、図４（Ａ）または図４（Ｃ）に示すように、第１トルク発生手段２２および第２トルク発生手段２４が平衡状態にある位置を意味し、モータ２０を停止したときには、基台１６が「基準位置Ｐ０」に位置決めされる。「第１位置Ｐ１」とは、図４（Ｂ）に示すように、前進後退を繰り返す基台１６の前進方向における「最大変位点」を意味し、「第１位置Ｐ１」においてモータ２０の回転方向が切り換えられる。「第２位置Ｐ２」とは、図４（Ｄ）に示すように、前進後退を繰り返す基台１６の後退方向における「最大変位点」を意味し、「第２位置Ｐ２」においてモータ２０の回転方向が切り換えられる。

なお、モータ２０の回転軸（図示省略）と車輪１８の車軸１８ａとの間には、減速装置（図示省略）を介在させ、この減速装置でトルクを増大させるようにしてもよい。また、後側の車輪１８だけでなく、前側の車輪１８をも、同じモータ２０または異なるモータ２０によって回転駆動してもよい。この場合には、「四輪駆動」となるため、「二輪駆動」に比べて加振対象物１２に対する加振力の伝達効率を高めることができる。

第１トルク発生手段２２は、基台１６を「基準位置Ｐ０」から「第１位置Ｐ１」へ移動させるときに、車輪１８の回転回数に比例する「戻りトルク」を発生させてこれを「戻り時」の推進力として当該車輪１８に付与するものであり、駆動プーリー４２と、従動プーリー４４と、動力伝達ベルト４６と、巻取りプーリー４８と、第１ワイヤー５０ａと、第１ばね手段５２ａとによって構成されている。

駆動プーリー４２は、「駆動輪」となる車輪１８の車軸１８ａに取り付けられて、車軸１８ａと一体となって回転するものであり、駆動プーリー４２の外周には、動力伝達ベルト４６が掛けられている。

駆動プーリー４２における動力伝達ベルト４６が掛けられる部分の直径は、不変であってもよいが、当該部分の直径を任意に変更できれば、従動プーリー４４および巻取りプーリー４８の回転速度、すなわち第１ワイヤー５０ａ（または第２ワイヤー５０ｂ）の巻取り速度を調整でき、加振装置１０の振動運動に応じて第１ばね手段５２ａ（または第２ばね手段５２ｂ）の特性を最適に調整できる。そこで、本実施例では、動力伝達ベルト４６が掛けられる部分の直径を任意に変更できる「可変プーリー」を駆動プーリー４２として用いている。

従動プーリー４４および巻取りプーリー４８は、回転軸３６に固定されて、互いに一体となって回転するものであり、従動プーリー４４の外周には、動力伝達ベルト４６が掛けられている。したがって、駆動プーリー４２の回転力が動力伝達ベルト４６を介して従動プーリー４４に伝達され、この回転力によって巻取りプーリー４８が回転される。

第１ワイヤー５０ａは、加振装置１０を前進させるときの巻取りプーリー４８の回転力を、第１ばね手段５２ａを引き伸ばす力に変換するものであり、巻取りプーリー４８に後方から巻き掛けられている。そして、第１ワイヤー５０ａの一端は、巻取りプーリー４８に固定されており、他端は、第１ばね手段５２ａに連結されている。

第１ばね手段５２ａは、巻取りプーリー４８の回転力によって引き伸ばされる「コイルばね」であり、第１ばね手段５２ａの一端は、ばね支持部４０ａを介して基台１６に固定されており、他端は、第１ワイヤー５０ａに連結されている。

したがって、加振装置１０を「基準位置Ｐ０」から「第１位置Ｐ１」へ移動（前進）させるときには、車輪１８の回転に伴って巻取りプーリー４８が回転され、第１ワイヤー５０ａが巻き取られて第１ばね手段５２ａが引き伸ばされる。なお、第１ばね手段５２ａは、引き伸ばされた長さに応じた反力を生じるものであればよく、本実施例の「コイルばね」に限定されるものではない。

加振装置１０が「基準位置Ｐ０」にあるときには、第１ばね手段５２ａは引き伸ばされた状態にあり、加振装置１０を「基準位置Ｐ０」から「第１位置Ｐ１」へ移動させるときには、車輪１８の回転回数に比例して第１ばね手段５２ａがさらに引き伸ばされ、ばね力が増しながら「戻りトルク」が発生する。一方、加振装置１０を「基準位置Ｐ０」から「第２位置Ｐ２」へ移動させるときには、車輪１８の回転回数に比例して第１ばね手段５２ａが収縮され、ばね力が減じながら「戻りトルク」が発生する。「戻りトルク」は、それぞれ「戻り時」の推進力として車輪１８に付与される。

第２トルク発生手段２４は、基台１６を「基準位置Ｐ０」から「第２位置Ｐ２」へ移動させるときに、車輪１８の回転回数に比例する「戻りトルク」を発生させてこれを「戻り時」の推進力として当該車輪１８に付与するものであり、駆動プーリー４２と、従動プーリー４４と、動力伝達ベルト４６と、巻取りプーリー４８と、第２ワイヤー５０ｂと、第２ばね手段５２ｂとによって構成されている。

これらの構成要素のうち、駆動プーリー４２、従動プーリー４４、動力伝達ベルト４６および巻取りプーリー４８については、第１トルク発生手段２２と共有されており、第２ワイヤー５０ｂおよび第２ばね手段５２ｂについては、第２トルク発生手段２４に専用のものが用いられている。

第２ワイヤー５０ｂは、加振装置１０を後退させるときの巻取りプーリー４８の回転力を、第２ばね手段５２ｂを引き伸ばす力に変換するものであり、巻取りプーリー４８に第１ワイヤー５０ａとは反対の方向（前方）から巻き掛けられている。そして、第２ワイヤー５０ｂの一端は、巻取りプーリー４８に固定されており、他端は、第２ばね手段５２ｂに連結されている。

第２ばね手段５２ｂは、巻取りプーリー４８の回転力によって引き伸ばされる「コイルばね」であり、第２ばね手段５２ｂの一端は、ばね支持部４０ｂを介して基台１６に固定されており、他端は、第２ワイヤー５０ｂに連結されている。

したがって、加振装置１０を「基準位置Ｐ０」から「第２位置Ｐ２」へ移動（後退）させるときには、車輪１８の回転に伴って巻取りプーリー４８が回転され、第２ワイヤー５０ｂが巻き取られて第２ばね手段５２ｂが引き伸ばされる。なお、第２ばね手段５２ｂは、引き伸ばされた長さに応じた反力を生じるものであればよく、本実施例の「コイルばね」に限定されるものではない。

加振装置１０が「基準位置Ｐ０」にあるときには、第２ばね手段５２ｂは引き伸ばされた状態にあり、加振装置１０を「基準位置Ｐ０」から「第２位置Ｐ２」へ移動させるときには、車輪１８の回転回数に比例して第２ばね手段５２ｂがさらに引き伸ばされ、ばね力が増しながら「戻りトルク」が発生する。一方、加振装置１０を「基準位置Ｐ０」から「第１位置Ｐ１」へ移動させるときには、車輪１８の回転回数に比例して第２ばね手段５２ｂが収縮され、ばね力が減じながら「戻りトルク」が発生する。「戻りトルク」は、それぞれ「戻り時」の推進力として車輪１８に付与される。

第１トルク発生手段２２の第１ばね手段５２ａと、第２トルク発生手段２４の第２ばね手段５２ｂとは、「基準位置Ｐ０」においてバランスしている。したがって、加振装置１０は、「基準位置Ｐ０」を中心として振動運動することになる。

制御装置２６は、モータ２０の回転数や回転方向を制御する「モータ制御手段」として、また、基台１６の振動運動の波形を検出する「振動波形検出手段」として機能するものであり、各種の演算を行う「中央処理装置」と各種の情報を記憶する「記憶装置」とを有している。加速度センサー２８は、制御装置２６と協働して「振動波形検出手段」を構成するものであり、基台１６の加速度を検出する機能を有している。そして、制御装置２６が、基台１６の底面におけるモータ２０の近くに取り付けられており、加速度センサー２８が、基台１６の前端面に取り付けられており、制御装置２６にモータ２０および加速度センサー２８が電気的に接続されている。

電池３０は、モータ２０および制御装置２６を駆動する電源であり、基台１６の底面に取り付けられている。電池３０の種類は、特に限定されるものではないが、本実施例では、繰り返し充電可能なものが用いられている。

加振装置１０を周期運動させて加振対象物１２の「固有振動数」を検出する際には、まず、所定の「目標周期」を制御装置２６に設定し、加振装置１０が「目標周期」で振動するようにモータ２０によって車輪１８を回転駆動する。すると、図４に示すように、「基準位置Ｐ０」を挟んだ「第１位置Ｐ１」と「第２位置Ｐ２」との間で加振装置１０が往復運動され、「第１位置Ｐ１」および「第２位置Ｐ２」において車輪１８から加振対象物１２へ加振力が付与され、この加振力によって加振対象物１２が振動される。そして、加振対象物１２の「振幅」は、加振対象物１２に設置された振幅センサー５４（図３）で検出され、「目標周期」と当該「振幅」とが関連付けて記録される。

このような加振装置１０の周期運動においては、特に「第１位置Ｐ１」および「第２位置Ｐ２」で折り返す際にモータ２０の負担が大きくなるが、本実施例では、戻りトルク発生手段２１、すなわち第１トルク発生手段２２および第２トルク発生手段２４によって車輪１８に「戻りトルク」を付与するようにしているので、モータ２０の負担を軽減できる。特に、加振装置１０の「ばね力」と「質量（回転慣性力を含む。）」とで決まる走行モードの固有振動数が加振周期と同じ場合には、モーター動力を大幅に小さくすることができる。

つまり、加振装置１０が「基準位置Ｐ０」から「第１位置Ｐ１」へ移動（前進）するときには、巻取りプーリー４８によって第１ワイヤー５０ａが巻き取られ、それに伴って第１ばね手段５２ａが徐々に引き伸ばされ、「第１位置Ｐ１」において第１ばね手段５２ａの反力が最大となる。この反力は「戻りトルク」として車輪１８に付与されるので、加振装置１０が後退するとき、すなわち「戻り時」には、モータ２０の負担が軽減されることになる。

一方、加振装置１０が「基準位置Ｐ０」から「第２位置Ｐ２」へ移動（後退）するときには、巻取りプーリー４８によって第２ワイヤー５０ｂが巻き取られ、それに伴って第２ばね手段５２ｂが徐々に引き伸ばされ、「第２位置Ｐ２」において第２ばね手段５２ｂの反力が最大となる。この反力は「戻りトルク」として車輪１８に付与されるので、加振装置１０が前進するとき、すなわち「戻り時」には、モータ２０の負担が軽減されることになる。

また、モータ２０の回転数は、加振装置１０の実際の振動運動によってフィードバック制御されるので、各種の外部要因の影響を受けることなく、加振装置１０を「目標振動波形」で正確に振動運動させることができる。

つまり、加振装置１０が振動運動している際には、加速度センサー２８によって基台１６の「加速度信号」が検出されており、「振動波形検出手段」としての制御装置２６では、「加速度信号」に基づいて実際の振動運動の波形が検出される。そして、「モータ制御手段」としての制御装置２６では、実際の振動運動の波形が「目標振動波形」となるようにモータ２０の回転数が制御される。加振装置１０の振動運動では、正弦波振動を生じさせることが重要であるが、周波数を掃引して加振したり、ランダムに加振したりしてもよい。

加振対象物１２の「振幅」は、加振装置１０の「加振振動数」が加振対象物１２の「固有振動数」と同じであるときに最大となる。したがって、当該「振幅」が最大となる「加振振動数」が分かればその値を「固有振動数」と認定できる。そこで、「目標周期」を繰り返し変更しながら当該「振幅」を検出し、当該「振幅」が最大となるときの「目標周期」を探し出し、その「目標周期」に基づいて「加振振動数」を算出することによって「固有振動数」を求める。このとき、加振波形と応答との位相を読む必要があることは勿論である。

戻りトルク発生手段２１を構成するばね手段５２ａ，５２ｂの特性は、加振装置１０の運動周期に応じて最適に設定することが望ましく、「目標周期」を繰り返し変更する際には、それに応じてばね手段５２ａ，５２ｂの特性を調整することが望ましい。そこで、本実施例では、駆動プーリー４２における動力伝達ベルト４６が掛けられる部分の直径を変更し、ばね手段５２ａ，５２ｂを引き伸ばす速度を変更することによってばね手段５２ａ，５２ｂの特性を調整している。

なお、上述の実施例における戻りトルク発生手段２１では、巻取りプーリー４８およびワイヤー５０ａ，５０ｂを用いてばね手段５２ａ，５２ｂを引き伸ばすようにしているが、図５に示すように、巻取りプーリー４８に代えてピニオン５６を使用し、かつ、ワイヤー５０ａ，５０ｂに代えてラック５８を使用してもよい。この場合には、ピニオン５６の回転に伴ってラック５８が直線運動され、ラック５８の移動量に応じてばね手段５２ａ，５２ｂが伸長または収縮される。

また、図６に示すように、ばね手段（圧縮ばね）５２ｃ，５２ｄを圧縮することによって反力を生じさせ、この反力を「戻りトルク」として車輪１８に付与してもよい。また、図７に示すように、一方のトルク発生手段２２については、ばね手段（引張ばね）５２ｅを引き伸ばすことによって反力を生じさせ、かつ、他方のトルク発生手段２４については、ばね手段（圧縮ばね）５２ｆを圧縮することによって反力を生じさせるようにしてもよい。

そして、上述の実施例では、駆動プーリー４２として「可変プーリー」を用いることによって、ばね手段５２ａ，５２ｂの特性を調整しているが、駆動プーリー４２、従動プーリー４４、巻取りプーリー４８またはピニオン５６をサイズの異なるものに手動で交換することによって、ばね手段５２ａ，５２ｂの特性を調整してもよい。また、従動プーリー４４として「可変プーリー」を用いることによって、ばね手段５２ａ，５２ｂの特性を任意に調整できるようにしてもよい。

さらに、回転軸３６には、図８に示すように、回転慣性力を調整可能な慣性力調整装置６０を取り付けてもよい。慣性力調整装置６０は、回転軸３６に対して放射状に取り付けられた複数の棒状の回転体６２と、回転慣性力を発生させるブロック状の慣性質量体６４とを有しており、慣性質量体６４に形成された貫通孔（図示省略）に回転体６２が挿入されている。そして、慣性質量体６４に形成されたネジ孔（図示省略）に固定ネジ６６が螺合されており、この固定ネジ６６によって慣性質量体６４が回転体６２に固定されている。したがって、回転体６２の回転中心から慣性質量体６４の重心までの距離は、固定ネジ６６を緩めることによって任意に変更可能であり、当該距離を変更することによって回転慣性力を調整できる。

また、慣性力調整装置６０においては、重さが異なる複数種類の慣性質量体６４を準備しておき、これを適宜交換することによって回転慣性力を調整するようにしてもよい。

加振装置を示す正面図である。 加振装置を示す底面図である。 加振装置の使用状態を示す概念図である。 加振装置の動作を示す行程図である。 他の加振装置（ラック・ピニオン）を示す正面図である。 他の加振装置（圧縮ばね／圧縮ばね）を示す底面図である。 他の加振装置（引張ばね／圧縮ばね）を示す底面図である。 他の加振装置（慣性力調整装置）を示す正面図である。

符号の説明

１０… 加振装置
１２… 加振対象物
１２ａ… 水平面
１４… 加振質量体
１６… 基台
１８… 車輪
２０… モータ
２１… 戻りトルク発生手段
２２… 第１トルク発生手段
２４… 第２トルク発生手段
２６… 制御装置
２８… 加速度センサー
３６… 回転軸
４０ａ，４０ｂ… ばね支持部
４２… 駆動プーリー
４４… 従動プーリー
４６… 動力伝達ベルト
４８… 巻取りプーリー
５０ａ… 第１ワイヤー
５０ｂ… 第２ワイヤー
５２ａ… 第１ばね手段
５２ｂ… 第２ばね手段
５６… ピニオン
５８… ラック
６０… 慣性力調整装置
６２… 回転体
６４… 慣性質量体

Claims (7)

1. 加振対象物の水平面を振動運動することによって前記加振対象物に所定の加振力を付与する、加振装置であって、
   加振質量体、
   前記加振質量体が積載される基台、
   前記基台に取り付けられ、前記水平面を滑ることなく転動する車輪、
   回転方向を切り換えながら前記車輪を回転駆動することによって、基準位置を含む所定範囲内において前記基台を前後方向へ振動運動させるモータ、および
   前記基台を前記基準位置から前方または後方へ移動させるとき、前記車輪の回転回数に比例する戻りトルクを発生させてこれを前記車輪に付与する戻りトルク発生手段を備える、加振装置。
2. 前記戻りトルク発生手段は、前記車輪の回転に伴って回転する巻取りプーリーと、前記巻取りプーリーに巻き掛けられた第１ワイヤーと、一端が前記基台に固定され、かつ、他端が前記第１ワイヤーに連結された第１ばね手段と、前記巻取りプーリーに前記第１ワイヤーとは反対の方向から巻き掛けられた第２ワイヤーと、一端が前記基台に固定され、かつ、他端が前記第２ワイヤーに連結された第２ばね手段とを有しており、
   前記第１ばね手段と前記第２ばね手段とが前記基準位置においてバランスする、請求項１に記載の加振装置。
3. 前記戻りトルク発生手段は、前記車輪の回転と共に回転する駆動プーリーと、前記巻取りプーリーと一体となって回転する従動プーリーと、前記駆動プーリーの回転力を前記従動プーリーに伝達する動力伝達ベルトとをさらに有しており、前記駆動プーリーは、前記動力伝達ベルトが掛けられる部分の直径が任意に変更可能な可変プーリーである、請求項２に記載の加振装置。
4. 前記戻りトルク発生手段は、前記車輪の回転に伴って回転するピニオンと、前記ピニオンの回転運動を直線運動に変換するラックと、一端が前記基台に固定され、かつ、他端が前記ラックに連結されたばね手段とを有する、請求項１に記載の加振装置。
5. 前記戻りトルク発生手段は、前記車輪の回転と共に回転する駆動プーリーと、前記ピニオンと一体となって回転する従動プーリーと、前記駆動プーリーの回転力を前記従動プーリーに伝達する動力伝達ベルトとをさらに有しており、前記駆動プーリーは、前記動力伝達ベルトが掛けられる部分の直径が任意に変更可能な可変プーリーである、請求項４に記載の加振装置。
6. 前記基台の振動運動の波形を検出する振動波形検出手段と、前記モータの回転数を制御するモータ制御手段とをさらに備えており、前記振動波形検出手段によって検出された振動運動の波形が予め設定された目標振動波形と一致するように前記モータ制御手段によって前記モータの回転数が制御される、請求項１ないし５のいずれかに記載の加振装置。
7. 前記車輪の回転に伴って回転する回転体と、前記回転体に取り付けられた慣性質量体とを有する慣性調整装置をさらに備えており、前記回転体の回転中心から前記慣性質量体の重心までの距離が任意に変更可能である、請求項１ないし５のいずれかに記載の加振装置。
   

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