JPH07246367A

JPH07246367A - 振動発生装置

Info

Publication number: JPH07246367A
Application number: JP4013694A
Authority: JP
Inventors: Kazutomo Murakami; 和朋村上; Keiichiro Mizuno; 惠一郎水野; Toshihiro Miyazaki; 俊弘宮崎
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 1994-03-10
Filing date: 1994-03-10
Publication date: 1995-09-26

Abstract

(57)【要約】【目的】低周波数帯域の振動を発生させる。【構成】ケーシング３０の天井面より、ヨーク３４と永
久磁石３６とから構成された可動部を吊り下げ部材によ
って吊り下げ、ガイド棒３２を挿入する。ケーシング３
０を対象物に固定し、駆動コイル４０に交流を通電し
て、可動部を振動させる。振動時の慣性力によりケーシ
ング３０を介して対象物に振動が伝達される。吊り下げ
部材の長さを長くすることにより、共振周波数を小さく
することができるので、低周波数帯域の振動を発生させ
ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は振動発生装置に係り、よ
り詳しくは、精密機械器具、一般機械装置、自動車、建
築構造物、ＯＡ機器類、鉄道等の分野において振動を与
える対象物（機械、装置等）に固定してコイルに通電す
るだけで、低周波帯域においても大きな振動を発生させ
ることができる慣性マス型の振動発生装置に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来の
慣性マス型の振動発生装置では、可動部を振動させる動
力源として、空気圧、油圧、磁力等が主に利用されてい
る。しかし、空気圧または油圧を利用した振動発生装置
は、各々空気圧発生装置または油圧発生装置が必要とな
り、このため非常に大型になると共に、空気圧発生装置
または油圧発生装置が別の振動源となって、目的とする
振動以外の大きな振動を同時に発生させてしまう、とい
う問題がある。更に、可動部を支持する支持部には一般
にベアリングが使用されるので、この支持部から、高調
波振動（発生させる振動の整数倍の周波数の振動）、ベ
アリンングの回転による振動等が発生し易い、という欠
点を持っている。

【０００３】このため、空気圧発生装置または油圧発生
装置を使用しないコンパクトな振動発生装置として、磁
力を利用した振動発生装置が提案されている。図１は、
本発明の基礎になった磁力を利用した振動発生装置を示
すものであり、ケーシング１０内には磁性体で構成され
たヨーク１２に固定された永久磁石１４が収納されてい
る。また、ケーシング１０内には、弾性支持体１６によ
って振動可能に支持された加振ヘッド１８が収納されて
いる。加振ヘッド１８のヨーク１２近傍には磁力を発生
する駆動コイル２０が巻回されている。なお、２２は防
塵用のゴム膜である。

【０００４】この振動発生装置によれば、振動を与える
対象物（装置、器具等）に加振ヘッド１８を固定し、駆
動コイル２０に交流を供給することにより、駆動コイル
２０と磁性体１２との間の磁力により、固定部である加
振ヘッド１８に弾性支持体１６を介して支持された、ケ
ーシング１０、ヨーク１２および永久磁石１４を含む可
動部が振動し、そのときの可動部の慣性力により加振ヘ
ッド１８を介して対象物に振動を供給することができ
る。

【０００５】この振動発生装置は、一端が対象物に固定
されたばね（弾性支持部材）とばねの他端に固定された
可動部とからなる振動モデルとして考えられるので、共
振周波数（周期の逆数）Ｆは以下の（１）式で与えられ
る。

【０００６】Ｆ≒√（Ｋ）／｛２π√（Ｍ）｝・・・（１）ここで、Ｍは可動部の質量、Ｋはばね定数である。

【０００７】一般に、慣性マス型の振動発生装置は、振
動発生装置自身の共振周波数（弾性支持部材の構造およ
び材質と、可動部の重量とで定まる共振）以下では加振
能力が急激に低下してしまう。また、（１）式から理解
されるように、共振周波数Ｆは、ばね定数Ｋの他可動部
の質量Ｍにも依存しており、共振周波数Ｆを下げるため
には、質量Ｍを大きくするか、ばね定数Ｋを小さくしな
ければならない。さらに、可動部の質量を支持できる弾
性支持部材には強度限界がある。

【０００８】従って、低周波数域で加振能力を低下させ
ずに振動させるためには、共振周波数を下げる必要があ
るが、現実的には、可動部を支持できる弾性率の低い支
持部材を用いた場合でも、約１０Ｈｚ位までしか共振周
波数Ｆを下げることができなかった。すなわち、従来の
慣性マス型の振動発生装置では、加振能力を低下させず
に１０Ｈｚ以下のより低周波帯域の振動を発生させるこ
とが困難である、という問題があった。

【０００９】また、低周波帯域の振動も発生可能な振動
発生装置として、リニアアクチュエータ（電磁式、圧電
式、磁気浮上式等）も開発されている。このリニアアク
チュエータは慣性マス型の振動発生装置として用いるこ
とが可能であり、１０Ｈｚ以下の振動も発生させること
はできるが、リニアアクチュエータは一般にガイドおよ
びボールベアリング等の支持構造により可動部が支持さ
れて振動するため、上記で説明したのと同様に、高調波
振動やベアリングの回転による振動等が発生してしま
う。図２は、一般的な電磁式リニアアクチュエータを慣
性マス型の振動発生装置として用い、入力信号として１
０Ｈｚのサイン波形を入力した時に発生した振動加速度
パワースペクトルを示すものである。理想的には、入力
信号と同じ周波数の振動、すなわち１０Ｈｚのの振動だ
けが発生すべきであるが、図２のように高調波振動が多
数発生してしまい、例えば、精密な振動試験やアクティ
ブ振動制御等には振動発生装置として用いることはでき
ない。

【００１０】この高調波振動の発生原因は、主に、ガイ
ドにおけるベアリングの転がり抵抗や滑り摩擦であり、
空気軸受けまたは磁気浮上式にすれば高調波振動が発生
し難い構造とすることができるが、これらは装置自体が
非常に複雑となり、空気圧源等の付帯設備も必要で、か
なり高価格で大型なシステムになってしまう。

【００１１】本発明は、かかる問題点に鑑みてなされた
もので、大がかりな空気圧や油圧源等の付帯設備を必要
とせず、高調波振動を発生することなく低周波数帯域
（特に、１０Ｈｚ以下）の振動をも発することが可能な
振動発生装置を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、対象物に固定される固定部と、永久磁石
を備えかつ振動可能に吊り下げ部材によって前記固定部
に吊り下げられた可動部と、磁力によって前記可動部を
振動させるコイルと、を含んで構成したものである。

【００１３】本発明では、吊り下げ部材の長さを調整可
能にすると効果的である。

【００１４】

【作用】本発明は、対象物に固定される固定部に、吊り
下げ部材によって永久磁石を備えた可動部を吊り下げ、
コイルに通電して磁力により振動させて、振り子式とし
たものである。一般に、振り子の共振周波数は、以下の
（２）式のように表すことができる。

【００１５】ｆ≒√（ｇ）／｛２π√（Ｌ）｝・・・（２）ただし、Ｌは振り子のうでの長さ、すなわち吊り下げ部
材の長さ、ｇは重力加速度（９８０ｃｍ／ｓ²）であ
る。

【００１６】すなわち、共振周波数ｆは、振り子のうで
の長さＬの平方根にのみ反比例し、可動部の質量には無
関係なこと理解できる。従って、Ｌを長くすれば１０Ｈ
ｚ以下の低周波数の共振も可能である。

【００１７】また、振り子式であるため、ベアリング等
が不要であり高調波振動は発生しない。

【００１８】さらに、吊り下げ部材の長さを調整可能に
することによって、共振周波数を調整可能になる。

【００１９】

【実施例】以下図面に従って本発明の実施例を詳細に説
明する。図３に示すように、第１実施例の振動発生装置
は、対象物に固定される固定部としてのケーシング３０
を備えている。ケーシング３０内には、磁性体で構成さ
れた略有底円筒状のヨーク３４とこのヨーク３４の底面
に固定された略円筒状の永久磁石３６とから構成され、
かつ先端部に隙間３５が形成された可動部が、ケーシン
グ３０の天井面より左右２本ずつの４本の金属プレート
からなる吊り下げ部材３８で吊り下げられた状態で収納
されている。また、ケーシング３０内には、この可動部
内部を貫通し、かつ振動する可動部をガイドするための
ガイド棒３２が、水平方向に掛け渡されている。このと
き、可動部とガイド棒３２とが接触しないように可動部
とガイド棒３２とを配置するのが好ましい。

【００２０】上記吊り下げ部材３８の長さＬは、発生さ
せたい振動の周波数帯域をｆｍｉｎ（下限）からｆｍａ
ｘ（上限）とし、装置自身の共振周波数をｆ₀とする
と、ｆｍｉｎ ≧ｆ₀≒√（ｇ）／２π√（Ｌ）・・・（３）を満足するように定めればよい。ｆｍａｘについては、
ケーシング３９や吊り下げ部材３８等の構造的共振点を
ｆｍａｘ以上の周波数となるように設計する必要があ
る。このように、吊り下げ部材３８の長さＬを（３）式
に従って調整することにより、（２）式のように共振周
波数ｆを調整することができる。長さが異なる吊り下げ
部材は、吊り下げ部材を天井面に固定するための固定部
材３７の長さを変化させたり、ヨーク３４に高さ方向に
並んだ複数のねじ孔を穿設しておいて吊り下げ部材をヨ
ーク３４に固定するための固定部材３９の位置を変更す
ることによって取り付けることができる。

【００２１】また、可動部に形成された隙間３５内に一
端が位置するように、他端がケーシング３０に固定され
た駆動コイル４０が配置されている。駆動コイル４０と
ヨーク３４および永久磁石３６とのギャップは各々１０
ｍｍ以下であるのが好ましい。この駆動コイル４０は、
端子４２にリード線を介して接続されている。

【００２２】本実施例では、ケーシング３０の底面また
は上面を対象物に固定する。この状態で、駆動コイル４
０に交流を通電することにより、可動部がガイド棒３２
に沿って左右に振動され、可動部の慣性力によりケーシ
ング３０を介して対象物に振動を供給することができ
る。すなわち、振動発生装置を固定した対象物に対し、
入力する信号に対応した振動を発生させることができ
る。

【００２３】吊り下げ部材３８の長さを約１１ｃｍにす
ると、上記（２）式により振動発生装置自身の共振周波
数ｆは約１．５Ｈｚとなる。実際に、可動部に振り子運
動を与えて共振周波数を計測したところ約１．５Ｈｚで
あり、計算値と略一致した。吊り下げ部材３８について
は、材質、形状及び支持点の数は、直接共振周波数ｆに
は関係しない、すなわち加振周波数帯域には関係しない
ので、可動部の重量を支えられる材質であれば如何なる
ものでも使用可能であるが、耐久性を考えると、鉄、銅
等の金属が望ましい。更に、吊り下げ部材のダンピング
が非常に小さい場合は、加振性能に、鋭い共振が影響す
る場合があり、吊り下げ部材に制振材等を貼着して特性
を緩やかにすることも可能である。

【００２４】図４に、上記実施例の振動発生装置の加振
性能を評価する評価装置を示す。共振周波数が約１Ｈｚ
に設定された除振台５０は、４個の空気ばね５２で支持
されている。ここで、この除振台５０の共振点は約１Ｈ
ｚとなるように、空気ばね５２を調整した。除振台５０
上には、上記実施例の振動発生装置５４と振動検出用の
振動加速度センサ５６とが固定され、ランダム信号発生
器６２からランダム信号（０〜５００Ｈｚ）をパワーア
ンプ６４で増幅した後振動発生装置５４へ入力する。こ
こで、従来型加振器（ブリュエル・ケア社（Ｂｒｅｌ
＆Ｋｊｒ社）製、Ｔｙｐｅ４８１０（Ｍｉｎｉ−Ｓｈ
ａｋｅｒ））の場合には、慣性マス型加振器として動作
させるため、図９のように、加振ヘッド１８を除振台５
０に固定した治具７９に固定した。本実施例の加振器の
場合は、ケーシング３０の底面を除振台５０に固定し
た。このときの入力信号をＰ点で分岐し、周波数分析器
（ＦＦＴ）６０の１ｃｈへ入力し、振動センサ５６で検
出した振動信号をアンプ５８を通してＦＦＴ６０の２ｃ
ｈへ入力する。そして、ＦＦＴ６０で（２ｃｈ／１ｃ
ｈ）の伝達関数を計測した。計測結果を図５に示す。横
軸は周波数の対数、縦軸は入力信号の実効値と可動部の
質量（ｋｇ）で規格化した伝達率である。図の（ａ）は
実施例の結果であり、（ｂ）は従来例の結果である。

【００２５】この結果より理解されるように、本実施例
の振動発生装置は、約１．５Ｈｚ以上でも加振能力があ
る。これは、上記の振動発生装置自身の共振周波数（〜
１．５Ｈｚ）と略一致している。また、高調波振動は発
生しなかった。

【００２６】また、図中において、１Ｈｚ付近に伝達率
のピークがみられるが、これは除振台の共振点（除振台
５０と空気ばね５２で決定される）による影響である。

【００２７】図６〜図８に、本発明の振動発生装置の第
２実施例を示す。図に示すようにケーシング７０内に
は、磁性体で構成されかつ一端が開口した箱状のヨーク
７２とこのヨーク７２に固定された永久磁石７３、７４
とから構成され可動部が、ケーシング７４の天井面より
吊り下げ部材７６で吊り下げられた状態で収納されてい
る。永久磁石７３、７４はヨーク７８で連結されてお
り、吊り下げ部材７６は金属プレート７６Ａと粘弾性体
７６Ｂとを積層して構成されている。ヨーク７２とヨー
ク７８との間隙には駆動コイル８０が配置されている。
なお、８２はストッパーである。

【００２８】本実施例は上記第１実施例と比較すると、
下記の特徴を持つ。ダブルヨーク構造（第１実施例ではシングルヨーク構
造）のため、磁界がクローズタイプとなり、漏洩磁束が
少なく、特に、漏洩して使用する場合に有利となる。更
に、漏洩磁束が少ないと、効率が良くなり、同じ電磁力
を得るために、シングルヨーク型より小型にすることが
できる。コイルが角型のため振り子の上下運動による力の不均
一が発生しにくい。第１実施例は丸型コイルのため、可
動部が動作時にわずかに上下動することによる力の不均
一が生じやすい。

【００２９】第１実施例と本実施例の構造、漏洩磁束の
概略図を図１０、図１１に示す。また、漏洩磁場が問題
となるような場合は、鉄製またはパーマロイなどのシー
ルドケースで、振動発生装置を覆うことにより、かなり
漏洩磁場を低減することができる。通常も、ほこり等が
侵入しないようにするためにシールドケースを常に用い
た方が好ましい。

【００３０】以上説明したように本実施例によれば、従
来の振動発生装置では加振が困難であった１０Ｈｚ以下
の低周波帯域まで加振することが可能になり、かつ振り
子の長さを調整することにより、加振周波数帯域も調整
可能になる。また、可動部は動作時に接触点がない構造
のため、高調波振動は発生しない。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように請求項１の発明によ
れば、加振対象物に固定するだけで低周波帯域まで加振
することができる、という効果が得られる。

【００３２】また、請求項２の発明によれば、吊り下げ
部材の長さを調整することによって、共振周波数を調整
することができる、という効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の振動発生装置の断面図である。

【図２】従来の振動発生装置の振動加速度パワースペク
トルと周波数との関係を示す線図である。

【図３】本発明の第１実施例の断面図である。

【図４】上記第１実施例の振動発生装置の加振性能を調
べるたブロック図である。

【図５】上記第１実施例の振動発生装置と従来の振動発
生装置との伝達率を比較して示す線図である。

【図６】図７のＡ−Ａ線断面図である。

【図７】本発明の第２実施例の断面図である。

【図８】図７のＢ−Ｂ線断面図である。

【図９】従来加振器と本実施例の加振器との除振台への
固定状態を示す断面図である。

【図１０】第１実施例のシングルヨーク型を示す概略図
である。

【図１１】第２実施例のダブルヨーク型を示す概略図で
ある。

【符号の説明】

３４ヨーク３６永久磁石３８吊り下げ部材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】対象物に固定される固定部と、永久磁石を備えかつ振動可能に吊り下げ部材によって前
記固定部に吊り下げられた可動部と、磁力によって前記可動部を振動させるコイルと、を含む振動発生装置。
【請求項２】前記吊り下げ部材の長さを調整可能にし
た請求項１の振動発生装置。