JPH07505954A - 油圧サーボ弁とピストンアクチュエータとを具えた高周波振動試験固定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 油圧サーボ弁とピストンアクチュエータとを具えた高周波振動試験固定装置 技術分野 本発明は、試験する物品に振動および衝撃荷重の実験を行うための振動試験装置 に関し、特に、振動テーブル、すなわち、該振動テーブルを所定の周波数および ／または高い力のレベルで振動させるための油圧サーボ弁制御式のピストンによ り駆動される振動テーブルに関する。本発明の実施例は、油圧式振動試験テーブ ルのための一体的に設けられたサーボ弁制御装置を具えた復動式のピストンアク チュエータと、多軸、多自由度振動試験固定装置とを含んでいる。

発明の背景 主だった航空機工場、自動車製造会社、電子部品製造会社などの全てを含む振動 試験工業の分野では、製品が振動および衝撃環境に置かれたときの作動や寿命を 試験するために、こうした振動および衝撃環境を再現する種々の方法および装置 が実施されている。種々の振動試験が、耐振動設計の開発に使用され、或いは、 振動環境での製品の耐久性を評価するためや、製造プロセスの早い段階で不具合 部品を選別するために使用されることもある。例えば、振動および衝撃試験は、 宇宙船、航空機、自動車等で使用されるように設計された電気回路盤の試験を含 んでいる。回路盤は、高い周波数または高い力のレベルで振動試験にかけられ、 製品が使用環境に置かれたときに要求される振動に耐えるか否かが評価される。

一部で、振動テーブルとして形成された試験固定装置が試験する物品に振動、衝 撃荷重を与えるために利用されてきた。振動テーブル（以下の記載では、油膜テ ーブル、摺動テーブル或いは支持テーブルと記載することもある）は、水平また は鉛直に設けられたテーブルを具備しており、該テーブルに物品が取り付けられ る。所望の周波数、力のレベルおよび／または振幅でテーブルが加振される。

こうした振動試験固定装置の１つが、本願の譲受人であるカリフォルニア州すウ スエルモンテのティーム社（Ｔｅａｍ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｔｏｎ）から市販され ている。この振動試験固定装置は、米国特許公報第４９９６８８１号に開示され ている。

振動試験は、伝統的に単一の軸線に沿って動作するように物品が拘束されてきた 。然しなから、近時の研究により、互いに排除する３つの軸線に沿う振動試験が 、単一の軸線による試験よりも実際の条件を再現できることが示されている。本 発明は、１つの実施例で単一の軸線に沿う振動試験固定装置を、他の実施例では 多軸、多自由度の振動試験固定装置を含んでいる。

振動の周波数は、試験の効果を最大とするように選択される。例えば、移送試験 は、トラックによる移送、貨車による移送、航空機による移送の振動を再現する ために、約２ヘルツから５００ヘルツの周波数を必要とする。選別、評価試験で は、高い固有振動数で要素を試験するために、約２０００ヘルツまでの振動周波 数が要求される。指導試験ではサインカーブ状の動作、不規則な動作または実時 間で測定された波形を再現した動作の入力を発生するように制御される。振動試 験は、また、所定の最大加速特性に合致するように、異なるレベルの力を与える ことかできる。

近時では、試験物品のために振動動作を発生することのできる種々の形式の試験 装置には、改善が必要な制限がある。電磁式の加振器か、市販されている振動発 生装置の最も大きな部分を占めている。電磁式の加振器は、約２０００ヘルツま での周波数応答と、約】ボンドから５ｏｏｏｏボンドの範囲の力を発生する。然 しなから、の装置は、非常に高価で、資料の取付面積が小さく、鉛直方向の試験 を行うために取付面積を増加させるための取付具である「ヘッドエキスパンダ（ ｈｅａｄ　ｅｘｐａｎｄｅｒ）Ｊや、水平方向の試験を行うために摺動テーブル または静圧支承装置を使用しなければならない。電磁式加振器は、使用できる資 料取付面のサイズを大きくしなければならず、実験室や製造フロア−に試験それ 自体の目的に必要な面積よりも大きな面積が必要とする。

油圧式の加振器は（電磁式の加振器と比較して）、約５００から約１０００ヘル ツの高い周波数応答が必要となる試験を除いて、全ての振動試験のための実施可 能な代替を提供してきた。油圧式加振器は、より小型の機構を用いて油圧動力を 振動動作に変換できるので、物理的に電磁式加振器よりも小型化される。油圧式 加振器は、また、安価でもある。

物理的装置であるヘッドエフバンダーは、共振により特定に駆動周波数に応答す る。共振周波数の各々において、ヘッドエクスバンダーは固有の形状に変形し、 周波数と形状が振動モードを決定する。振動モードの影響により、ヘッドエクス バンダーの取付面上の振動動作か不均一となる。あるモードの周波数では、ヘッ ドエクスバンダーの取付面には加振器の入力よりも小さく変位する部分や、所望 の変位よりも大きく変位する部分かできる。ヘッドエキスパンダーは、また、振 動試験装置に重量を付加し、試験物品のみの場合よりも大きな力が加振器には必 要となる。

摺動プレート、特に、水平振動試験固定装置の移動要素は、複数の振動モードを 有し、ヘッドエキスパンダーと同様の問題がある。

正規モードに加えて、摺動プレートと加振器のシステムは長く形成されているの で、振動プレートの表面の振動の均一性を著しく低下させる圧力波または応力波 現象が発生することがある。この現象は、振動試験の振幅を摺動プレートの後端 を観察しながら制御するとき、周波数の広い帯域で摺動プレートの先端および中 央部の振幅が著しく低下する現象である。反対に、摺動プレートの先端を観察す ることにより制御すると、摺動プレートの後端が所望の振幅よりも大きく変位す る。

本発明は、従来技術の電磁式加振器および油圧式加振器の欠点を克服した油圧式 振動試験固定装置を提供することを目的としている。本発明の振動試験固定装置 は、通常、電磁式加振器で達成され従来の油圧式振動試験固定装置では得られな かった高い周波数応答と高い負荷レベルとを達成しながら、安価で、かつ、広い スペースを必要とせず、更に電磁式アクチュエータの制限がない。また、振動テ ーブルの有効面積全体に均一な振幅が得られるように改良されている。更に、多 軸、多自由度の加振器が提供される。

発明の開示 本発明の１つの実施例による振動試験固定装置は、試験するユニットを支持する ための装着ベースと、油圧式振動アクチュエータ、すなわち、シリンダと、該シ リンダのボア内で往復動作するピストンと、該ピストンからシリンダの外方に延 びるピストン棒とを有する油圧式振動アクチュエータを具備している。油圧式振 動アクチュエータは、ピストン棒の往復動作を装着ベースの振動動作に伝達して 試験ユニットを振動試験するために装着ベースに取り付けられている。ピストン はピストン棒とは反対側に端面、すなわち、該端面に隣接して前記シリンダボア 内に含まれる作動流体に面した端面を有している。シリンダに設けられた入力ボ ートが、ピストンの端面に隣接したシリンダボアに連通している。前記シリンダ に隣接して配設された油圧サーボ弁が、交番エネルギ入力源を有しており、交番 エネルギ入力源が、サーボ弁を誘導して試験するユニットの所望の振動周波数に 対応する周波数で作動流体制御出力を発生させる。サーボ弁からの作動流体の制 御出力が、サーボ弁出力ボートから前記ピストンに隣接するシリンダボアに連通 ずる入力ボートに供給される。サーボ弁出漁端からシステム入口ボートへの作動 流体が、可能な限り短い距離、好ましくは、本質的に無視できる長さの通路を流 通する。これにより、サーボ弁の出力ボートとピストン端面との間の圧縮性流体 の全容積が実質的に最小となり、システムの固有周波数が高くなる。油圧式加振 器の周波数応答を制限していた１つの要因は、作動流体の圧縮性である。固有周 波数よりも著しく高い周波数の振動を達成するために必要な流量は、周波数に比 例して増加する。すなわち、振動動作か生じる前に流体を圧縮するために、相当 量の付加的作動流体が必要となるのである。

更に、本発明の他の実施例による振動試験固定装置は、対応するピストン端面に 隣接して取り込まれた作動流体の容積が最小となるように構成された複動式のピ ストンを有している。油圧サーボ弁を、該油圧サーボ弁からの流体出力端をピス トン端面に隣接するシリンダボアの近くに配設するように、複動式のピストンと 一体的に構成することが可能である。油圧サーボ弁の制御出力端とピストンシリ ンダへの入口ボートとの間の容積が最小限となり、高い周波数、本発明の実施例 では１０００ヘルツから２０００ヘルツのオーダの周波数を発生することが可能 となる。これにより、良好なレベルの出力を得ながら、高い周波数応答か可能と なる。

更に本発明の実施例は、油圧式振動試験固定装置用のサーボ弁を含んでいる。こ のサーボ弁は、振動する機械的周波数入力に応答する高い周波数において往復動 作するパイロット弁を有している。

サーボ弁は、また、パイロット弁ステージを取り囲み、パイロット弁ステージと 同心に配設されたサーボ弁の出力を増幅する従動弁ステージを具備し、パイロッ ト弁スプールおよび従動弁スプールからサーボ弁の出力ボートまでの容積が最小 となるように構成されている。これにより、高い周波数での良好な出力が得られ る。サーボ弁をピストンアクチュエータと一体的に構成することにより、サーボ 弁のパイロット弁ステージとピストン端面との間の容積を最小とすることができ る。更に、サーボ弁ステージスプールの大きな有効面積が、高いレベルの周波数 応答を得るために必要な大きな弁流量を発生する。

本発明の更に他の実施例は、衝撃または振動試験に使用するために、物品を支持 するように構成された摺動プレートを有する振動試験固定装置を含んでいる。離 隔して配設された支承手段が、摺動プレートを共通の長手方向の軸線に沿って往 復摺動動作可能に支持する。支承手段の各々は、摺動プレートの前記長手方向の 軸線に沿う往復摺動動作を案内するために、摺動プレートに取着された案内部材 を具備している。摺動プレートに振動動作を誘導するアクチュエータ駆動手段か 、支承システムに取り付けられている。アクチュエータは、好ましくは、既述し たピストンタイプのアクチュエータであり、離隔して配設された支承手段の間に 配設されたアクチュエータハウジングと、アクチュエータハウジング両側から外 方に延びる往復駆動部材（ピストン棒）とを具備している。アクチュエータ駆動 部材は、隣接する支承部材の対応する案内部材に取着されている。アクチュエー タ駆動部材は、更に、駆動部材の間においてアクチュエータハウジングに取り付 けられられた油圧サーボ弁制御装置を含んでいる。サーボ弁制御装置によりアク チュエータ駆動部材に誘導される振動動作は、好ましくは、既述の同心タイプの パイロットステージ従動ステージ式のサーボ弁から誘導される。この駆動部材に 誘導された振動動作により、摺動プレートを振動させるために支承案内部材に負 荷される往復力が発生する。摺動プレートは、従って、試験テーブルの支承シス テムと案内システムに取り付けられた油圧サーボ弁制御式のアクチュエータから の駆動力により直接的に駆動される。この構成により、油圧振動試験固定装置に おける高い周波数応答ばかりではなく、非常に均一な振動力が摺動プレートの表 面全体に広がる。

アクチュエータ駆動手段の１つの実施例では、油圧サーボ弁への入力は、パイロ ット弁を制御された周波数で往復動作させるためのパイロット弁に直接的に連結 されたボイスコイルまたは他の変換器から行われる。サーボ弁からの交番する流 体制御出力は、ボイスコイルにより誘導されたパイロット弁の往復動作に応答し て発生する。アクチュエータ駆動部材は、アクチュエータハウジングの両側から 外方に延びる油圧駆動式のピストンを具備し、サーボ弁かピストンの間のハウジ ングに一体的に構成されている。ボイスコイルと、サーボ弁と、ピストンが単一 のモジュールの駆動ユニットとして一体的に構成されているので、サーボ弁から の流体出力は、隣接するシステム内のピストンの端面に向けられサーボ弁の出力 端とピストン端面との間の容積が最小となる。この構成により、必要なスペース が低減されると共に、モジュール式のアクチュエータ駆動、多軸、多自由度の振 動試験固定装置への適用か可能となる。

本発明の他の実施例は、試験するユニットを支持する装着ベースと、装着ベース に取着された複数の振動アクチュエータとを具えた多軸振動試験固定装置を含ん でいる。振動アクチュエータの各々は、好ましくは、既述したモジュール式のア クチュエータサーボ弁ユニットを具備している。振動アクチュエータの各々は往 復動作する腕を有しており、該腕か排他的な軸線に沿って往復動作し、かつ、該 軸線か、他の振動アクチュエータの腕が往復動作する軸線と所定の角度を以て交 差している。振動アクチュエータが、対応するアクチュエータの腕の軸線に沿っ て装着ベースに振動動作を与える。独立の振動アクチュエータの各々から、他の 振動アクチュエータにより装着ベースに与えられる動作を遮断する手段が設けら れる。他の振動アクチュエータからの力は、ピストン棒の球面状の支承端により 、各アクチュエータから遮断される。球面状の支承端は、装着ヘースに取着され た対応する球面状に湾曲した支承面に関して摺動動作と回転動作とが可能である 。各振動アクチュエータの支承端に関して摺動と回転動作の自由度を与えるこの により、モジュール式の振動アクチュエータユニットは、多くの異なる形状の多 軸、多自由同の振動試験固定装置において、複数の方向に振動力を与えるために 、装着ベースに取り付けることが可能となる。

一体的なアクチュエータ駆動システムによる振動試験固定装置は、実質的に既述 した従来の振動試験装置に優っている。こうした改良は、必要なスペースが少な くてよく、振動試験テーブルに容易に接近することが可能で、周波数応答か高（ 、振動テーブルの有効面積全体に均一な振動か得られ、安価で、オイル漏れの問 題が著しく低減されることを含んでいる。油圧式加振器において、約１０００か ら約２０００ヘルツの高い周波数応答を得る目的は、ピストンと弁との間の容積 を最小限にすることにより、圧縮性流体を使用して高い周波数において必要とな る高い弁流量を発生させながら達成される。

更に、本発明は、振動テーブルおよびその駆動システムのモジュール設計を強調 する。複数のアクチュエータ駆動システムモジュールを使用することにより、例 えば、大きな単一の軸加速が必要な場合に、対応するアクチュエータカを増加さ せることが可能となる。アクチュエータ駆動システムのモジュール構造により、 また、単一の軸線に沿う振動試験に加えて、複数の排他的な軸線に沿う振動試験 のための試験固定装置が提供される。

本発明の上記および他の特徴は、以下の説明および添付図面から完全に理解され よう。

図面の簡単な説明 図１は、本発明の原理に従う振動試験固定装置の要素を示す分解斜視図である。

図２は、振動テーブルを支持する離隔して配設された一対の支承部材の間で、試 験固定装置に取り付けられた油圧サーボ弁と復動式のピストンアクチュエータを 示す部分平面図である。

図３は、図２の矢視線３−３から見た側面図である。

図４は、図２において円４で示す部分の拡大平面図である。

図５は、サーボ弁の構成要素を示す断面図である。

図６は、ボイスコイルとサーボ弁のパイロット弁要素を示す略示図である。

図７は、サーボ弁の従動弁スプール要素を示す略示図である。

図８は、詳細な説明において記載した従来技術のアクチュエータとサーボ弁シス テムの一例である。

図９は、多軸、多自由度振動試験固定装置の１つの実施例を示す正面図である。

図１Ｏは、図９の矢視線１０−１０から見た頂面図である。

図１１は、多軸、多自由度振動試験固定装置の他の実施例を示す正面図である。

図１２は、図１１の矢視線１２−１２から見た側面図である。

図１３は、図１１の矢視線１３−１３から見た頂面図である。

図１４は、図１１から図１３に示した多軸、多自由度振動試験固定装置の略示斜 視図である。

詳細な説明 図１は、本発明の１つの実施例におる振動試験固定装置の構成要素を示す分解斜 視図である。図２から図７は、図１に示した本発明の実施例の詳細図である。図 １から図７に示す固定装置は、１本の水平な軸線に沿って振動する油圧式の加振 テーブルを具えた本発明の１つの実施例であり、振動試験用の物品が上記テーブ ルに固定される。この実施例は、本発明の１つの適用を説明するための図であり 、鉛直軸線に沿って振動する加振装置または複数の振動軸線を有する加振装置な ど他の適用も可能である。図１は、また、加振力をテーブルの１本の軸線に沿っ て適用するための単一の油圧駆動式のアクチュエータ装置を示しているが、これ は単に本発明の原理を示す一例である。同様の構成にて、テーブルを加振するた めの複数の平行な駆動軸または複数の独立の駆動軸を具えた装置に適用すること ができる。

更に、図１から図７において、本発明は単一の水平な振動軸を有する加振テーブ ル、好ましくは、ティーム社（Ｔｅａｍ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）からＴフィ ルムテーブル（Ｔ−Ｆｉｌｍ　Ｔａｂｌｅ）の商標で市販されている加振テーブ ルに関して示されている。既述したように、この形式の振動試験固定装置は米国 特許公報第４９９６８８１号に開示されている。本発明は、然しなから、他の形 式の加振テーブルを使用することができる。この形式の加振テーブルを簡単に説 明すると、図１に示すように、試験固定装置は、概ね平坦で剛性の摺動プレート １０を含んでいる。摺動プレートは、長手方向に離隔配置された一対の支持部材 １４の支承上面１２に直線方向に往復動作可能に取り付けられている。摺動プレ ートｌＯは、概ね均一の厚さに形成されており、その底面領域に支承上面おける 直線動作のための概ね矩形の表面領域を有している。支持部材１４の頂面には、 凹部領域（図２において参照番号５１で示す）か設けられている。この凹部領域 は、振動試験中に前後に摺動する摺動プレートｌＯを潤滑するために、摺動プレ ートの底面および支持部材の頂面に低圧にて潤滑油を供給するために使用される 。

本発明の原理によれば、振動テーブルは油圧アクチュエータ駆動装置１６により 駆動される。油圧アクチュエータ駆動装置は、油圧サーボ弁１８により制御され る複動式の油圧駆動ピストンアクチュエータを具備している。アクチュエータ駆 動装置１６は、加振テーブル１０を直線方向に往復動作できるように支持するた めの直線上に離隔配置された一対の案内支持部材１４の間に配設されている。

アクチュエータ駆動装置は、使用に際して前記摺動プレートを振動させるために 、摺動プレートに直線方向に往復する力を適用するためのピストン２０．２２を 具備している。本発明は、反対方向に出力を発生する一対のピストンを有するア クチュエータに関して説明するか、これは本発明の１つの実施例であって、本発 明は、また、単一のピストンを有するアクチュエータを使用するようにも構成で きる。

添付図面（図２．３）は、振動試験固定装置の１つの実施例を示している。図面 において支持部材１４は鋼製の、好ましくは、矩形のベースプレート２４に固着 されている。直立した外壁２６がベースプレートの矩形の外周に沿って延設され ており、固定装置内に潤滑油を保持する手段として作用する。マニフォールド（ 図示せず）がベースプレートの一端に取り付けられており、支持部材を通過した 潤滑油の濾過と回収を行う。

駆動アクチュエータ装置の両端に設けられた支持部材１４は、好ましくは独立し た３層構造を具えており、この構造は、米国特許公報第４９９６８８１号により 詳細に説明されている。支持部材のそれぞれは、概ね矩形の底部プレートと、横 方向に離隔され底部プレートの両側に沿って互いに平行に延設された細長く概ね 矩形の一対の中間プレートと、横方向に離隔され中間プレートの両側に沿って互 いに平行に延設された概ね矩形の頂部プレートとを有している。細い中間プレー トは、支持部材の中心軸線に沿って延びる倒立丁字形の溝２８の広く浅い底部を 形成する。上部プレートは、中間プレートよりも幅広く形成されており、支持部 材の各々の倒立Ｔ溝の狭い間隙３０を以て離隔して配置されている。倒立Ｔ溝の 各々は、固定ベースの共通の駆動軸線に沿って配設されている。平坦な支承上面 １２の各々は、摺動プレート１０の底部を支承するために、上部プレートの頂面 において共通の平面内に設けられている。

アクチュエータ駆動装置１６の矩形の頂面３２は、支持部材１４の支承上面１２ と共通の平面内に配設されており、摺動プレートのための平坦な連続支承面を提 供する。

摺動プレートは、離隔して配設された倒立丁字形の案内部材３４により支持部材 に対して単一の軸線に沿って動作可能に取り付けられている。倒立丁字形の案内 部材３４は、摺動プレートの底面に固着されている。倒立丁字形の案内部材は、 対応する支持部材１４の倒立Ｔ溝２８内で滑るように係合して、使用に際して摺 動プレートｌＯを案内する。案内部材３４の各々は２つの要素から成る構造を有 している。すなわち、案内部材３４の各々は、倒立Ｔ溝の幅の広い底部内で摺動 する相対的に幅の広い下部案内部材支承ブロック３６と、倒立Ｔ溝の幅の狭い上 部内で摺動する矩形の相対的に幅の狭い上部案内部材支承ブロック３８とから成 る。上部支承ブロックの各々は、対応する下部支承ブロックの各々に固着される 共に摺動プレートの底部に固着されている。支承案内部材３４の各々に設けられ たネジ孔４０および摺動プレートに設けられた協働するネジ孔４２が、支承案内 部材を摺動部材に固着するするための取付具を受承する。支承案内部材３４は、 摺動部材を支持部材の倒立Ｔ溝２８に沿って動作させる案内手段として作用する 。

油ボート４４が支承ブロックと倒立Ｔ溝の各々の作用面を貫通して形成されてい る。これは、支持部材のそれぞれの倒立Ｔ溝に対する丁字形の案内部材３４の行 程を潤滑するために支承部材の水平および鉛直の拘束面に潤滑油の膜を形成し、 これと共に支承面においおける摺動プレートの長手方向の往復行程を潤滑するた めに支承上面１２に潤滑油の膜を形成する作用をなす。

油圧サーボ弁１８および復動式のピストン２０，２２は、摺動プレートＩＯを案 内、支持する支持部材１４の間おいてアクチュエータモジュール１６を直線上に 配設することにより、摺動テーブル支承装置と一体的に設けられたモジュールユ ニットに含まれる。油圧アクチュエータに含まれるピストン２０，２２は、共通 の軸線４５（図１参照）上を往復動作すると共に、アクチュエータハウジング４ ６の対向する側面から外方に延びている。上記プレートは、支承案内部材３４と 一直線上に配設されると共にこれと係合しており、アクチュエータピストンに引 き起こされる往復動作により、ピストンから交番するスラスト力が発生し、これ に対応して支承案内部材を行程の支承案内軸に沿って往復動作する。油圧サーボ 弁１８は、ピストンに直接に振動動作を引き起こす制御可能な周波数入力を与え ることによりピストンを制御する。サーボ弁１８は、パイロット弁４８を電気的 なボイスコイル（ｖｏｉｃｅ　ｃｏｉｌ）駆動入力信号４９（図６参照）により 制御可能な種々の周波数で駆動するために、パイロット弁４８（図５．６参照） に直結されたボイスコイルユニット　（ｖｏｉｃｅ　ｃｏｉｌ　ｕｎ口）４７等 の変換器を具備している。パイロット弁の動作により、サーボ弁から所定の制御 された周波数の油圧制御出力Ｃ１、Ｃ２（図５参照）が発生する。サーボ弁から の油圧制御出力は、ピストン２０．２２に向けられ入力信号４９により設定され た周波数でピストンを振動させる。油圧サーボ弁１８と、複動式のピストンアク チュエータおよびボイスコイルユニット４７は、摺動プレート支承案内装置と一 体をなし摺動テーブルの下に配設された共通のモジュール１６に統合されている 。これにより、従来技術の油圧式摺動テーブルにおいて共通の電磁式アクチュエ ータまたは静圧支承アクチュエータ駆動装置等の外部駆動手段を使用する従来技 術が除去される。以下に、他の改良をより詳細に説明する。

図２．３に、一体的に形成されたサーボ弁と復動式のピストンアクチュエータモ ジュール１６を示す。ピストンアクチュエータモジュール１６は、試験固定装置 のベースプレート２４において振動軸４５上で離隔して設けられた一対の丁字形 の支承案内部材３４の間に設けられている。アクチュエータの外側ハウジング４ ６は、一対の丁字形支持部材１４の間で一直線上に設けられている。既述したよ うに、アクチュエータハウジング４６は、往復する摺動プレート１０の荷重を支 承するための平坦な矩形の頂面１２を有している。アクチュエータハウジング４ ６は、低圧の潤滑油をハウジングの頂面に供給し、アクチュエータハウジングの 頂面に載置された摺動プレートの下面に対して潤滑膜を形成するための複数のボ ートを有している。

ピストン２０．２２は、共通の振動軸線４５に沿って一直線上に配設されており 、ピストンの反対側の端部はアクチュエータハウジング４６の反対側の側面から 外方に突出している。ピストンの各々は、アクチュエータハウジングに形成され た対応するシリンダ５２内で往復動作する。ピストンの外側の端部には、球状に 湾曲したスラスト支承部５４か形成されている。スラスト支承部５４は、ピスト ンの中心軸上に配設された対応する丁字形の支承案内部材３４に取着されたピス トン案内カップ５６に凹状の相補形に形成された支承面を押圧する。装置内の油 圧によりピストン端部の球状の支承部か凹状の球面支承カップ５６を押接する。

ピストンの球状の端部は、球面支承カップ５６に対して自由に摺動または回転す ること可能であり、これによりピストンか自動調心される。上記のピストンは、 端部が拡大された球状の支承部を具えた均一な直径の部材として図示されている か、代替的に、ピストンは、直径か細く形成されたピストン棒を有することがで きる。このピストン棒は、アクチュエータハウジングの両側から外方に突出し、 その先端に独立に太き（形成された球状支承部５４を有している。

図２から図４に、ピストンハウジング４６に設けられたサーボ弁集成体１８を図 示する。サーボ弁集成体は、以下に詳細に説明するか、パイロット弁スプール４ ８（図６参照）を具備している。パイロット弁スプールは、サーボ弁装置１６に 含まれ、アクチュエータハウジング４６内においてピストンの行程軸線４５に垂 直な軸線５８に沿って取り付けられている。パイロット弁スプール４８は、ボイ スコイルユニット４７のボイスコイル６０により制御可能な周波数にて駆動され る。ボイスコイルのための電磁場コイル６２が、また、ボイスコイルユニット４ ７のボイスコイル６０に隣接して形成される。電磁場コイル６２への電気的に制 御される入力信号４９（図６参照）は、ボイスコイル内の機械的振動を含んでい る。サーボ弁集成体１８のパイロット弁スプール４８は、ボイスコイルの出力に 直結されており、ボイスコイル内で誘導された揺動動作がノでイロソト弁スプー ルに伝達され、パイロット弁スプールが同じ周波数で往復動作される。パイロッ ト弁は、ピストンの軸線に垂直な軸線５８に沿って振動する。入力駆動信号４９ はサインカーブ状の入力または不規則動作入力信号とすることができ、或いは、 実時間で測定された波形を再現することができる。ボイスコイルは、パイロット 弁をその中心軸線に沿って振動させる磁場を発生させるための交番電流に共振し て揺動する変換器の一例を示しており、他の同様の変換器を上記の目的のために 使用することができる。

パイロット弁が、ピストン軸線４５に垂直な軸線５８に沿って往復動作するとき 、サーボ弁装置１８が、容積の小さな油圧チャンノく６４に伝達される油圧制御 出力ＣＩ、Ｃ２を発生する。油圧チャンバ６４は、サーボ弁の制御出力ボートか らシリンダ５２のピストン２０．２２の端面まで延びている。油圧制御信号Ｃ１ ，Ｃ２（図５参照）により生じた力は、サーボ弁出力ボートから摺動テーブルの 駆動軸線に平行な軸線に沿って（かつ、ピストンの端面に対して垂直に）外方に 向けられ、サーボ弁からの交番する油圧出力は、ボイスコイル６０によりパイロ ット弁スプール４８に誘導された周波数と同じ周波数でピストンの端面にスラス ト力を与える。１つの実施例では、約１０００ヘルツより高く約２０００ヘルツ と同程度のボイスコイル入力駆動信号により、ピストンへの同じ周波数の対応す る油圧制御信号か発生して、同じ周波数レベルにて試験固定摺動プレートが振動 する。容積の小さな油圧チャンバ６４は、図４において寸法が誇張されて描かれ ている。サーボ弁出口（Ｃ１、Ｃ２の位置）からシリンダ入口ボートへの通路６ ４ａは、明瞭に表示するために寸法が誇張されている。ピストンアクチュエータ の高い周波数の応答は、主として、サーボ弁の出力ボートＣ１Ｃ２と各々のシリ ンダボアの作動流体に接するピストン２０．２２の端面６５との間に取り込まれ た圧縮性の作動流体の体積を可及的に小さくなるように、システムが可能な限り 小型にしたために達成される。取り込まれた流体の体積を低減するために、ピス トンの押圧端はピストンアクチュエータハウジングから反対方向に外方に延びて おり、かつ、押圧端とは反対側のピストン端面６５は互いに隣接して配設され、 かつ、作動流体の独立した制御チャンバ６４に配設されている。制御チャンバは 内部で直接的にサーボ弁の出力ボートに連通している。好ましい実施例では、サ ーボ弁が、制御チャンバ６４の間において制御チャンバに近接して配設されてお り、サーボ弁からの油圧制御出力が直接的に容積の小さな制御室６４に供給され 、弁とピストンとの間の圧縮される流体の体積が可及的に低減される。本発明で は、サーボ弁とピストンシリンダのボアとの間の作動流体のための長く細い通路 または管路か除去される。作動流体は圧縮性の物質であり、その圧縮性は、こう した長く細い通路内ではアクチュエータの高い周波数応答を著しく低下させる。

システム中において主たる柔軟な要素である取り込まれた作動流体の体積を可及 的に低減することにより、アクチュエータは高い周波数応答が可能となる。

更に詳細には、サーボ弁の出口ボートは、シリンダの入口ボートに近接しており 、ピストン端面６４とサーボ弁出漁ボートＣ１またはＣ２との間に取り込まれた 流体の体積が可及的に小さくなるように構成されている。従って、通路６４ａの 各々の長さが短いほど、好ましくは、無視可能な長されあれば、サーボ弁からピ ストンへの作動流体はより直接的となる。ピストンの端面の全体へ充分な油圧を 維持しながら、シリンダ内でピストンに隣接する流体の体積は、また、可及的に 小さくされる。ピストンが約２インチの直径を有する１つの実施例では、各シリ ンダ内の（ピストン端面６５に隣接する）流体の体積は、零に近い値から約２イ ンチの行程の長さまで占め、或いは、約１インチの平均値を占める。１０００ヘ ルツ以上の高い周波数で作動するピストンの実際の行程の長さは、約０．１イン チである。通路６４ａの長さは、約１インチよりも短く、すなわち、ピストンの 半径よりも短く、最も好ましくは、１インチより短く、そして、実際的には可及 的に短くする。

図５はボイスコイル６０を具備する油圧サーボ弁集成体１６の断面図である。ボ イスコイルは、サーボ弁ハウジングの中心線５８に沿って延びるパイロット弁ス プール４８の一端に固着されている。

既述したように、パイロット弁スプール４８は、ボイスコイルの振動に直接的に 応答してサーボ弁集成体の長手の軸線５８に沿って直線的に往復動作する。パイ ロット弁は、サーボ弁集成体の両側のアクチュエータハウジングに配設された独 立の油圧アキュムレータ６６の油圧供給源に接続されている。サーボ弁の出力を 発生させる作動流体は、サーボ弁および油圧アキュムレータに接続された閉じた 油圧システムを循環する。サーボ弁は、４方向の弁集成体であり、パイロット弁 スプールが、固定されたパイロット弁スリーブ７０の内側の円筒状のボア６８内 で往復摺動自在に同心配置されている。

コイルバネ７２が、移動するパイロット弁スプールの両端に付勢力を与える。圧 力Ｐｌ、、の作動流体がパイロット弁スプールの入口ボートを通過し、パイロッ ト弁スプールの小さな直径の同心ボアに沿って流通する。圧力Ｐ０ｗｌの作動流 体が、パイロット弁スプールを通過してボア反対側の近傍の圧力出力ボートから 流出する。端部（ｆｌｏｗ　ｅｄｇｅ）の両端に隣接する細く形成された部分７ ８は、入口ボートおよび出口ボートの入口開口部および出口開口部として作用す る。パイロット弁スプールにおいて端部７８の間の細く形成された中央部８０は 、パイロット弁浦圧供給戻りチャンバに開口している。パイロット弁スプールの 端部は、パイロット弁スリーブの内側の円筒形の領域８２に連通しており、サー ボ弁の作動流体圧力制御出力ＣＩ　Ｃ２のサイクルと方向とを制御する。

サーボ弁集成体は、また、サーボ弁のための動力を増幅する従動ステージを具備 している。従動スプールは、サーボ弁中心軸５８と同心に設けられパイロット弁 スリーブ７０の外側で同心に配設された移動可能な従動弁スプール８４（図７参 照）を具備している。従動ステージは、また、固定された従動弁スリーブ８６を 具備している。従動弁スリーブは、従動弁すの外部で同心に延設されている。

従動弁スプールは、軸方向に形成された内部ボア８８を有しており、該ボアは固 定されたパイロット弁スリーブ７０の円筒外表面９０に対して摺動する。従動弁 スプールは、サーボ弁内においてパイロット弁スプールの振動により誘導された 交番する作動流体圧力制御出力に応答して、サーボ弁内においてバネにより付勢 されて長手方向の往復動作するように構成されている。こうした、従動弁スプー ルの誘導された動作により、サーボ弁制御圧力出力Ｃ１、Ｃ２については詳細に 後述する。

従動弁スプール８４は、長手方向に離隔して設けられ拡大された円筒部ををして いる。該円筒部は、第１と第２の支承部９２を有しており、該支承部は、固定さ れた斤動弁スリーブ８６内での中心ボア内で従動弁スプールを摺動自在に支持す る。従動弁スプールの端部は、対応するコイルバネ（図示せず）により付勢され ている。第１と第２の円筒形の端部９６か、従動弁スプールの中心部に近接して 配設されている。従動面スプールの端部の間に細く形成された領域９８は戻りチ ャンバｌＯＯに開口している。戻りチャンバは、パイロット弁からの作動流体戻 り通路１０２に連通している。／くイロット弁から従動弁スリーブの戻り部への 作動流体戻り通路は、パイロット弁スリーブの側方戻リポート１０４から、従動 弁スプールを貫通して延びる側方戻り通路１０６を通過し、従動弁スリーブの側 方戻りボート１０８を通過する。これらの戻りボートは、供給部に通じる戻りボ ートに連通している。

所定の圧力Ｐ１、Ｐ２の作動流体が、従動弁スリーブ８６を取り囲むハウジング に設けられた環状通路１１０を通過して戻り系から従動弁に供給される。圧力Ｐ １、Ｐ２の作動流体は、従動弁スリーブを貫通して従動弁スプールの第１と第２ の端部９６に隣接する従動弁スプールの凹んだ環状の供給圧力領域１１４に延び る側方供給通路１１２を通過して移動する従動弁スプール８４に供給される。

所定の圧力に加圧された作動流体は、従動弁スプールの端部間で連通しており、 圧力入力か従動弁スプールの凹んだ環状領域から延びる側方通路１１６と、従動 弁スプールとパイロット弁スリーブ本体とを通過して、パイロット弁４８の圧力 入力ボートＰ１．に伝達される。

サーボ弁の従動ステージからの交番する作動流体圧力制御出力ＣＩ、Ｃ２は、外 ハウジングに離隔して配設された環状通路１１８に沿って発生する。環状通路１ １８は、固定された従動弁スリーブの対応する環状制御通路１２０と連通してい る。サーボ弁からピストンへ作動流体を流通させるために、作動流体圧力制御出 力Ｃ１、Ｃ２かサーボ弁の出力ステージに向けられる。ピストンはサーボ弁の流 れのサイクルに応答して駆動される。従動弁スリーブの通路１２０内の加圧され た作動流体は、サーボ弁の制御出力領域Ｃ１、Ｃ２と連通する従動弁スリーブ１ ２２の第１と第２の側方通路と接続されている。交番する制御出力ＣｌＣ２は、 従動弁スプール８４の端部９６により制御される。従動弁スプール８４は、加圧 された作動流体のサーボ弁の出力ＣＬＣ２への供給を開閉する。流体圧力系が閉 じているとき、パイロットスプールの対応するサイクルに応答する従動弁スプー ルの軸方向のサイクルにより、サーボ弁の制御出力領域への制御通路＋２０の開 閉が繰り返される。Ｃ１における制御領域からの圧力出力は、同時に０２におけ る制御領域から戻り通路への制御圧力の逆流または反対の方向への逆流がある。

パイロット弁が往復動作する間、油圧は、ＰＡ、Ｐｓで示す異なる領域で交番す る。作動流が、パイロット弁スリーブ１２６と従動弁スプールの側方通路１２４ を通過して圧力領域ＰＡに達する。作動流か、パイロット弁スリーブ１３０と従 動弁スプールの側方通路１２６を通過して圧力領域ＰＩに達する。領域ＰＡ、Ｐ Ｒにおける差圧により従動弁がパイロット弁と同じ周波数で繰り返し動作する。

従動弁か軸方向に往復動作することにより、従動弁スリーブの側方制御通路１２ ０か開閉し、側方通路内の作動流体の圧力か受け取られ或いは遮断される。これ により、制御出力端ＣＩ、Ｃ２における作動流か、ボイスコイルからパイロット 弁への入力周波数において振動する。そして、制御出力が容積の小さな油圧回路 内のピストン端面に向けられ、ピストンが制御出力Ｃ１、Ｃ２による振動数にお いて振動する。

こうして、ボイスコイルによりパイロット弁に誘導される単一の軸線に沿う長手 方向の振動により作動流体が、閉じた流体回路の制御出力として出力される。流 体回路において、制御出力は、ボイスコイルにより誘導される動作と同し周波数 にて小さく、短く、体積の小さなパルスとしてピストン２０．２２に交互に向け られる。更に、サーボ弁の従動弁ステーンは、パイロット弁ステージと同心に設 けられている。この構成により、従来技術の特徴である独立したパイロット弁と サーボ弁との間の長く細い通路または管路が除去される。これにより、サーボ弁 の入力ステージと出力ステージとの間の作動流体の圧縮性の効果が低減される。

サーボ弁に含まれる作動流体の圧縮性の効果を低減することにより、より高い周 波数応答が達成される。サーボ弁の従動ステージの大きなサイズ（領域）により 、また、実質的に弁流量が増加する。この増加した弁流量が、（取り込まれた圧 縮性流体の）低減された圧縮性の効果と組み合わされて、高い振動数における振 動応答が達成される。パイロットステージと従動ステージを同心配置する構成に より、また、サーボ弁が非常に小型化され、サーボ弁からの２つの出力が、サー ボ弁の両側部からピストン端面に隣接する容積の小さな流体制御チャンバに直接 的に供給されるように、サーボ弁を効果的にピストンアクチュエータに組み込む ことか可能となる。

上記油圧式振動試験固定装置は以下の利点を有している。アクチュエータピスト ンか、摺動プレートの端部ではなく、アクチュエータの前後の支持部材の可動要 素を駆動する。従って、単一のアクチュエータが、その力を摺動プレートと丁字 形の部材との２つの連結を通じて摺動プレートに伝達するので、上記力が広い面 積に分散される。複数の小型の油圧式加振器を、同時に高い周波数応答で、かつ 、テーブル表面全体に均一に振動を入力させるように使用可能となる。加振器は 、サーボ弁とピストンを単一の本体に含むモジュール構造をしている。加振器を 共通のサンプに配置すうることか可能で、オイルシールが不要である。作動油は アクチュエータ集成体から漏出することが可能、この作動油はサンプ内で集めら れる。不純物質がサンプに進入し或いはサンプから拡散することを防止するため に、サンプを密封することかできる。図示した水平振動テーブルの場合、加振器 が丁字形の支承部材と関連して使用されるているか、アクチュエータは、丁字形 の支承部材を丁字形のテーブル集成体と置換して、丁字形の筒状の支承部材に適 合するように構成することもできる。アクチュエータの頂面は、丁字形の支承部 材と同様に、摺動プレートを油膜により潤滑、支持している。加振器のシャフト か横方向の動作を拘束し、かつ、球状のカップリングにより加振器は位相かずれ ても損傷することがない。ピストンを複動式に構成することにより、荷重経路の 予荷重と、バックラッシの除去とを確実にすると共に、弁集成体をピストンの間 に配置して、弁からピストンへの作動流体の通路か非常に短くすることが可能と なる。これにより、アクチュエータの高い周波数応答が達成される。

油圧アキュムレータが加振器本体と一体的に設けられる。全てのボートか一体化 され外部の管路が除去される。ピストンが球状のバット支承部を介してテーブル または丁字形の支承部材を駆動する。これは、単一の軸を有するテーブル或いは 複数の自由度を有するテーブルを駆動するアクチュエータに寄与する。また、こ のように構成することにより、組立に際して、非常に正確に位置決めしなくとも よくなる。統合された加振器は、油圧式加振器のサイズに対する動力の比率か高 く、高い加速レベルにおいて１０００ヘルツから２０００ヘルツの振動を発生さ せることが可能である。１つの実施例では、２０から２０００ヘルツの不規則な 信号入力に対して実効値３５００ボンドの力を発生する。力のレベルが高ければ 、共通の方向に力を適用するように配置された複式のアクチュエータモジュール を製造することか可能となる。

烈 電気油圧式のサーボシステムの動的性能は、油圧の自然周波数と、所要流量と、 非線型性からの逸脱に関して評価される。上記３の因子は、サーボ弁とアクチュ エータピストンとの間の距離に著しく影響される。この距離を短くすることによ り、上記の性能が著しく高くなることが理解されよう。

この点を定量的に説明するために、以下の２つの摺動アクチュエータを仮定する 。第１のアクチュエータは、図８に示す従来技術により構成されており、２つに 分割されたアクチュエータが加振器のテーブルから突出する両側を支承しており 、サーボ弁は中央に配設され、管またはホースによりアクチュエータの端部に接 続されている。第２の装置は、本発明の主題であり、後部と後部とを突き合わせ た２つのアクチュエータを有しており、サーボ弁が無視し得る長さの通路を介し てピストンに接続されている。

ピストンの直径が２インチ、最大行程が±０．５インチ、最大速度が５０インチ ／秒、最大圧力が３０００ｐｓ　ｉとの条件を仮定する。上記の変位と速度は、 従来の電磁加振器により一般的に達成される値である。更に、通路または管路内 の流体の速度が１５０インチ／秒に制限され、従って、断面積が１／３平方イン チ必要となると仮定する。最後に、シリンダ端とサーボ弁出口端との間の距離を １２インチ、第２の装置では実質的に零と仮定する。

第１のパラメータは、以下の式で示されるアクチュエータの流体剛性である。

Ｋ＝バネ荷重 Ａ＝ピストン面積 Ｂ＝体積弾性係数 Ｓ＝行程 Ｖｏ　＝接続ラインの容積 である。

第１の装置では、有効体積弾性係数は、ラインとシリンダの圧縮性を含めて、約 １０００００ｐｓｉである。従って、第２の装置では、有効体積弾性係数は、約 ２０００００ｐｓｉであるので、Ｋ　２　＝　２．５００．０００または７倍以 上の値である。固有周波数は、流体剛性の平方根に比例するので、新規の装置は 従来の装置の固有振動数よりも２．６倍以上の固有振動数を有しており、高い振 動数領域でも制御可能であると推測される。

例えば、変位する重量が３００ボンドであり最大加速度が３１Ｇであると仮定す ると、良好な電磁加振器により性能が達成される。

新規の加振器の流体の固有振動数が約２８０ヘルツであるのに対して従来の加振 器では１０７ヘルツである。

第２のパラメータは所要流量であり、以下のように決定される。

効果的な振動試験を行うために、電気油圧式の加振器を固有周波数よりも著しく 高い周波数で駆動することか一般的である。然しなから、高周波数性能には、流 体の圧縮性に起因する制限がある。つまり、ピストンが静止状態で保持されてい る場合には、圧縮により余分の流体が必要となる。圧縮性流体は、高い周波数（ 固有周波数より高い）でドミナント流れ（ｄｏｍｉｎａｎｔ　ｆｌｏｗ）となり 、ピストンは本質的に動作しない。

圧縮性流れは、 ここで、 ■は取り込まれた全体積 Ｐは最大圧力 ｆはサインカーブ状の励起周波数 である。

新規の構成の容積はπまたは３．１４立方インチであり、従来の容積はπ＋８ま たは１１．１４立方インチである。１０００ヘルツにおける圧縮性流れでは、各 々、４７．１立方インチ／秒と、３３４立方インチ／秒となる（上記と同じ有効 体積弾性係数を有していると仮定する）。従来の構成では、新規な構成に比較し て７倍のりゅりょうか必要となり、従って、７倍の作動油を流すことの可能な弁 が必要となる。アバランシェ効果により、大きなサーボ弁の周波数応答は低く、 かつ、流量が高くなると大きな通路が必要となり、更なる圧縮性流体が必要とな る。従って、サーボ弁とアクチュエータとの間の容積が増加すると、周波数応答 は低くなる。新規な構成ではこれが除去され、高い周波数応答か得られる。

第３のパラメータは、系の非線型性であり、弁とピストンとの間の距離（両者間 の容積ではなく）に直接関連している。流体中の有限の音速のために、サーボ弁 により発生したパルスは、有限の時間でアクチュエータに伝達され、そして弁に 戻ってくる。サインカーブ状に励起するこうした一連のパルスは、以下の式で表 される周波数を励起する。

ここで、 ■は音速であり、約３５０００から５０００インチ／秒である。

Ｓｏ　は弁とピストンとの間の距離である。

従来のシステムでは、Ｓｏは１２インチであり、これにより見掛けの周波数は約 １５００ヘルツとなる。この定常圧力波はアクチュエータ（従って、試験材料） の加速においてノイズとなる。新規のシステムでは、Ｓｏ　は１インチであり、 これにより見掛けの周波数は約１７５００ヘルツとなる。通常の機械式振動試験 の周波数帯では定常圧力波または外部ノイズは発生しない。

図９．１０に、本発明の代替実施例として複数の振動軸と、複数の自由度とを具 えた多軸、多自由度の振動試験固定装置１３０を示す。この固定装置は、試験用 ユニットを支持する通常水平の上部固定ベース１３２を具備している。ベース１ ３２は、上方に延びる三対の剛性の支持腕１３４．１３６．１３８により支持さ れている。

三対の支持腕は、上部ベース１３０の周囲において独立の角度方向に向いて位置 決めされている。システム腕は、剛性の固定下部ベース１４０に取り付けられて おり、固定装置の上部ベースの鉛直平面および水平平面内の振動動作を吸収する ように構成されている。独立のピストンアクチュエータモジュールが、支持腕の 各々に取り付けられている。ピストンアクチュエータモジュールの各々は、他の ２つのモジュールの軸線に関して所定の角度で延びる軸線に沿って配設されてい る。こうして、図１Ｏに示すように、第１のモジュール１４２は軸線１４４に沿 って配設され、第２のモジュール１４６は軸線＋４８に沿って配設され、第３の モジュール１５０は軸線１５２に沿って配設されている。各モジュールは、独立 のハウジングに組み込まれた一対のピストンアクチュエータを具備しており、第 １の組のピストンか水平軸線に沿って往復動作し、第２の組のピストンが鉛直な 軸線に沿って往復動作する。図９を参照すると、第１のモジュール１４２は水平 ピストンアクチュエータ１５４．１５６と、鉛直ピストンアクチュエータ１５８ ．１６０を有している。ピストンアクチュエータは、互いに直交する軸線に沿っ て共通のハウジングから外方に延設されている。図１０は、モジュール１４６の ピストンアクチュエータ１６４．１６５と、モジュール１’５０のピストンアク チュエータ１６６．１６７とを含む、３つのモジュールの各々のための水平ピス トンアクチュエータの対を示している。鉛直ピストンアクチュエータは、図１０ に示すように、モジュール１４６のための鉛直ピストン１６８と、モジュール１ ５０のための鉛直ピストン１７０を含んでいる。

３つのモジュールの各々は、好ましくは、図１から図７に示す油圧サーボ弁によ り制御される複動式のピストンアクチュエータを具備している。こうして、各々 のユニットは、揺動する入力信号をピストンアクチュエータモジュールの各々の 各サーボ弁に与えるために独立したボイスコイル（図１０において参照番号１７ ２により略示されている）を具備している。各ユニットのためにボイスコイルに より制御される２つの油圧サーボ弁か設けられている。各モジュールのための油 圧サーボ弁とボイスコイルによる制御装置は、好ましくは、図５に示した構成の 同心配置されたパイロット弁と従動弁とを含む。

各モジュールのハウジングの外側に延びる４つのピストン棒の外側の作用端は、 支持装置の剛性部分に係合する。図９を参照すると、水平ピストン１５４．１５ ６の端部が両支持腕１３４に係合しており、鉛直ピストン１５８の端部が剛性の 上部ベース１３２の底部と係合しており、鉛直ピストン１６０の端部がＵ字構造 体の底部に係合している。Ｕ字構造体は直立した支持腕１３４を含んでいる。他 のモジュール１４６．１５０のピストン棒の端部は、同様に支持装置に取り付け られている。各モジュールにおいて、ピストンの端部と支持装置との間の連結は 、図１から図４を参照して説明した球状の支承部材と同様の球状支承部材により 成される。上記の球状支承部材は、図９、ｌＯにおいて参照番号１７４により略 示されている。球状支承部材の各々において、油圧サーボシステムが流体の圧力 を外方にピストン棒に負荷し、ピストン棒を関連する支承部材に対して押圧する 。こうして、ピストン棒の球面状に湾曲した支承端が支承部材の対応する支承連 結部に関して摺動、回転する。その結果、振動モジュールの３つの軸の何れかに 沿う振動力が、他の２つのモジュールから或いは他の２つのモジュールの一方の 振動により固定ベースに誘導された振動によりモジュールに誘導された動作から 遮断される。

図９．１０に示す振動試験固定装置を使用する間、各モジュールのピストンアク チュエータの封体は、望ましい試験信号の波形に従って、各々の軸に沿って揺動 するように励起される。これにより、振動テーブルは、３組の水平ピストンアク チュエータの対応する組み合わせにより、水平面内でＸＹ軸に沿って振動すると 共に２軸を中心として回転する。これとは独立して、３組の鉛直ピストンアクチ ュエータにり鉛直力成分が誘導され、水平面内の動作と組み合わせて、テーブル を鉛直平面内でピッチ方向、ヨ一方向、うねり（ｈｅａｖｅ）方向の種々の組み 合わせで揺動させることができる。これにより、複数の軸線に沿った複数の自由 度の振動試験固定装置が提供される。

図１１から図１４に、本発明の更に他の実施例として、複数の軸線にそうつった 複数の自由度を有する振動試験固定装置１５０を示す。振動試験固定装置１５０ は、相互に直交する６つの平面内に端面を有する立方体形状の剛性の外側固定ベ ース１５２を具備している。試験する独立のユニットを所望の振動試験のために 直方体の固定ベースの５つの露出面の何れかに取り付けることができる。直方体 の固定ベースは、直方体の固定ベース内に組み込まれ油圧サーボ弁により制御さ れる複式のピストンアクチュエータにより励起される。複式のピストンアクチュ エータは図１４に図示されている。このピストンアクチュエータは、６つの独立 した軸線に沿って配設された独立の対のピストンアクチュエータを含んで成り、 固定ベースに振動を誘導して６つの自由度で装着物を揺動させる。図示する構成 では、内封のピストンアクチュエータが共通の中心アクチュエータ支持部材１５ ６に取り付けられている。アクチュエータは、共通の鉛直面内で上下位置で延設 された上部水平ピストンアクチュエータ１５８と下部水平ピストンアクチュエー タ１６０から成る封体と、共通の水平面でアクチュエータ支持部材の両側に互い に離隔して水平に延設されたピストンアクチュエータの封体１６２．１６４と、 共通の鉛直面でアクチュエータ支持部材の両側に互いに離隔して鉛直に延設され たピストンアクチュエータの封体１６６．１６８とを具備している。

ピストンアクチュエータ封体の各々は、図１から図４に示した複同式のピストン アクチュエータと同様であり、図５から図７に示した各々は独立して設けられた ボイスコイル駆動式の同心サーボ弁ユニットと同様のサーボ弁ユニットにより駆 動される。

更に、ピストンアクチュエータ封体の各々は、既述した対応する球面支承部１７ ０を有している。既述したように、球面支承連結部ピストンアクチュエータ封体 の各々の振動動作を、他の振動試験装着物の同時の試験により固定ベースに誘導 された他の方向の動作から遮断することができる。従って、振動試験装着物を複 数の自由度を有する複数の軸線に沿って振動させることができる。

融　心◆二 従来技術 アクチュエータ フロントページの続き （７２）発明者　カッペル、クラウス　エル。

アメリカ合衆国、アラバマ　３５７５８−０１４９゜マディソン、ビー、オー、 ボックス　１４９゜バーグリーン　ロード　１３２３０

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．振動試験固定装置において、 試験するユニットを支持するための装着ベースと、油圧式振動アクチュエータ、 すなわち、シリンダと、該シリンダのボア内で往復動作するピストンと、該ピス トンからシリンダの外方に延びるピストン棒とを有する油圧式振動アクチュエー タと、ピストン棒の往復動作を装着ベースの振動動作に伝達して試験ユニットを 振動試験するために油圧式振動アクチュエータを装着ベースに取り付ける手段で あって、ピストンはピストン棒とは反対側に端面、すなわち、該端面に隣接して 前記シリンダボア内に含まれる作動流体に面した端面を有しており、 ピストンの端面に隣接したシリンダボアに連通する、シリンダに設けられた細い 入力ポートと、 油圧サーボ弁、すなわち、出力ポートと、交番エネルギ入力源とを有し前記シリ ンダに隣接して配設された油圧サーボ弁であって、交番エネルギ入力源が、サー ボ弁を誘導して試験するユニットの所望の振動周波数に対応する周波数で作動流 体制御出力を発生させ、サーボ弁からの作動流体の制御出力が、サーボ弁出力ポ ートから前記ピストンに隣接するシリンダボアに連通する入力ポートに供給され 、サーボ弁の出力ポートとピストン端面との間の全容積が実質的に最小として流 体制御出力によりピストンが高い周波数で往復動作できるように構成された振動 試験固定装置。 ２．前記アクチュエータが装着ベースを約１０００ヘルツより高い周波数で振動 させることが可能な請求項１に記載の装置。 ３．前記アクチュエータが装着ベースを約２０００ヘルツまでの周波数で振動さ せることが可能な請求項２に記載の装置。 ４．ピストン棒においてピストンとは反対側の端部が装着ベースに設けられた支 承部に対して押接され、前記ピストン棒の端部と支承部とに棺桶形に球面形状に 湾曲した支承面が設けられており、双方の支承面の間で相対的な摺動、回転動作 が可能に構成されている請求項１に記載の装置。 ５．シリンダボアに面したピストン端面の直径が実質的にシリンダボアの直径に 等しく、シリンダボアへの入口ポートがピストン端面の面積よりも実質的に小さ な断面積を有しており、弁の出力ポートからシリンダ入口ポートへの作動流体通 路が１インチよりも短く形成されている請求項２に記載の装置。 ６．サーボ弁へのエネルギ入力が、サーボ弁からシリンダへの作動流体制御出力 の周波数を制御するサーボパイロット弁の機械的振動を生じさせるボイスコイル により発生される請求項１に記載の装置。 ７．振動試験固定装置において、 試験するユニットを支持するための装着ベースと、圧式振動アクチュエータ、す なわち、前記装着ベースに取着され、かつ、対設された一対のシリンダを具備し 、一対のシリンダの各々が、該シリンダのボア内で往復動作する独立のピストン を有し、該ピストンが、シリンダの外方に延びるピストン棒を有し、該ピストン は、更に、ピストン棒とは反対側に端面、すなわち、該端面に隣接して前記シリ ンダボア内に含まれる作動流体に面した端面を有しており、前記シリンダの各々 が、前記ピストンの各々に隣接したシリンダボアに連通する独立した入口ポート を有する油圧式振動アクチュエータと、 ピストン棒の往復動作を装着ベースの振動動作に伝達して試験ユニットを振動試 験するために油圧式振動アクチュエータを装着ベースに取り付ける手段と、 油圧サーボ弁、すなわち、該サーボ弁を誘導して試験するユニットの所望の振動 周波数に対応する周波数で作動流体制御出力を発生させる交番エネルギ入力源を 有し、サーボ弁からの作動流体の制御出力が、同サーボ弁において前記ピストン に隣接するシリンダボアに近接位置から出力され、以て、サーボ弁の制御出力端 とピストン端面との間の全容積が実質的に最小として、交番する流体制御出力に よりシリンダボア内の容積が変動してピストン棒が高い周波数で往復動作し、装 着ベースと試験ユニットとが対応する振動動作するように構成された振動試験固 定装置。 ８．前記アクチュエータが装着ベースを約１０００ヘルツより高い周波数で振動 させることが可能な請求項７に記載の装置。 ９．前記アクチュエータが装着ベースを約２０００ヘルツまでの周波数で振動さ せることが可能な請求項８に記載の装置。 １０．ピストン棒においてピストンとは反対側の端部が装着ベースに設けられた 支承部に対して押接され、前記ピストン棒の端部と支承部とに相補形に球面形状 に湾曲した支承面が設けられており、双方の支承面の間で相対的な摺動、回転動 作が可能に構成されている請求項７に記載の装置。 １１．シリンダボアに面したピストン端面の直径が実質的にシリンダボアの直径 に等しく、シリンダボアへの入口ポートがピストン端面の面積よりも実質的に小 さな断面積を有しており、弁の出力ポートからシリンダ入口ポートへの作動流体 通路が１インチよりも短く形成されている請求項７に記載の装置。 １２．サーボ弁へのエネルギ入力が、サーボ弁からシリンダへの作動流体制御出 力の周波数を制御するサーボパイロット弁の機械的振動を生じさせるボイスコイ ルにより発生される請求項７に記載の装置。 １３．装着ベースが、離隔して配設された直動支承部材に移動可能に支持された 油圧式の摺動テーブルを具備しており、アクチュエータが前記支承部材の間で摺 動テーブルに隣接して設けられており、ピストン棒が支承部材の移動要素に連結 され、シリンダ内におけるピストンの往復動作により摺動テーブルが振動するよ うに構成された請求項７に記載の装置。 １４．摺動テーブルが水平に設けられた油圧式の摺動テーブルであり、該テーブ ルの下側において離隔して配設された直動支承部材を有しており、アクチュエー タが摺動テーブルの下側の概ね中央に配役されている請求項１３に記載の装置。 １５ピストンが共通の振動軸線上に配設され、サーボ弁がピストン端部の間にお いて、サーボ弁からの制御出力が対応するピストンに隣接するシリンダボアへの 入口ポートに直接出力される請求項１３に記載の装置。 １６．サーボ弁への交番エネルギ入力手段がボイスコイルを具備しており、ボイ スコイルが、該ボイスコイルに取着されサーボ弁ハウジング内に延段されたパイ ロット弁の直線的な振動を発生し、流体制御出力を作動流体を直接的にピストン に隣接するシリンダボアに導くように制御する請求項１５に記載の装置。 １７．交番する作動流体制御出力を発生させて、振動試験固定装置に振動動作与 えるために油圧アクチュエータを励起するための油圧サーボ弁において、 選択された交番する入力信号を受信し、該入力信号を機械的振動動作に変換する 変換器を具備するエネルギ入力源と、一対の流体制御出力ポートを有するサーボ 弁と、移動可能に設けられた油圧パイロット弁スプール、すなわち、該パイロッ ト弁スプールを所定の軸線に沿って往復動作させるために、前記変換器から振動 動作を受け取る油圧パイロット弁スプールと、 パイロット弁スプールを取り囲み、パイロット弁スプールと同心に配役された移 動可能な油圧従動弁スプールと、固定されたパイロット弁スリーブ、すなわち、 パイロット弁スプールを取り囲み、パイロット弁スプールと同心に配役されパイ ロット弁スプールと従動弁スプールとの間に配設され、パイロット弁スプールの 動作により交番する流体を従動弁スプールに導く、パイロット弁スリーブと、 固定された従動弁スリーブ、すなわち、従動弁スプールを取り囲み、従動弁スプ ールと同心に配設され変位する従動弁スプールからの交番する流体を受けて、流 体制御出力をサーボ弁の流体制御出力ポートに導く従動弁スリーブであって、従 動弁スプールおよび従動弁スリーブがサーボ弁出力流れの増幅ステージとして作 用しパイロット弁スプールおよび従動弁スプールからサーボ弁の出力ポートまで の容積が最小となるように構成された従動弁スリーブとを具備する油圧サーボ弁 。 １８．振動試験固定装置が、油圧式の振動試験固定装置の摺動テーブルを具備し ており、摺動テーブルにピストンアクチュエータが取肴され、サーボ弁出力がピ ストンに導かれて該ピストンが往復動作し、ピストンの往復動作が摺動テーブル に伝達され、サーボ弁からの制御流体の出力周波数に体操する周波数にて摺動テ ーブルに振動動作が誘導される請求項１７に記載の装置。 １９．固定装置が、試験ユニットを支持するための装着ベースと、装着ベースに 取着され、対設された一対のシリンダを具備する油圧振動アクチュエータとを具 備し、一対のシリンダの各々が、該シリンダのボア内で往復動作する独立のピス トンを有し、該ピストンが、アクチュエータから反対の方向に延びる対応するピ ストン棒を有し、該ピストンの各々は、更に、対応するピストン棒とは反対側に 端面、すなわち、該端面に隣接して前記シリンダボア内に含まれる作動流体に面 した端面を有しており、前記シリンダの各々が、前記ピストンの各々に隣接した シリンダボアに連通する独立した入口ポートを有し、油圧サーボ弁の制御出力端 がピストンの入口ポートに接続されており、シリンダボアに作動流体が供給され てピストン忘我往復動作し、装着ベースに振動動作が誘導される請求項１７に記 載の装置。 ２０．一対のピストンおよびシリンダの各々が互いに離隔して配設され、サーボ 弁が一対のピストンの間に配設されており、サーボ弁からシリンダまでの容積が 最小となるように、サーボ弁の出力ポートがシリンダの入口ポートに近接して設 けられている請求項１９に記載の装置。 ２１．装着ベースが、油圧振動試験固定装置の水平に設けられた摺動テーブルを 具備しており、離隔して配設されたピストンとサーボ弁が摺動テーブルの底部中 央部に取着されている請求項２０に記載の装置。 ２２．ピストン棒のそれぞれの端面が、装着ベースに取着された支承部に押接さ れ、前記ピストン棒の端部と支承部とに相補形に球面形状に湾曲した支承面が設 けられており、双方の支承面の間で相対的な摺動、回転動作が可能に構成されて いる請求項２１に記載の装置。 ２３．物品の衝撃または振動試験に使用するために、物品を支持するための摺動 プレートを有し、該摺動プレートに往復摺動動作を与える振動試験固定装置にお いて、 離隔して配設された支承手段、すなわち、摺動プレートを共通の長手方向の軸線 に沿って往復摺動動作可能に支持し、揺動プレートの前記長手方向の軸線に沿う 往復摺動動作を案内するために、摺動プレートに取着された案内手段を有する支 承手段と、アクチュエータ手段、すなわち、離隔して配設された支承手段の間に 配役されたアクチュエータハウジングを有し、アクチュエータハウジングの両側 に設けられ、そこから外方に延び、隣接する支承手段の対応する案内部材に取着 され対設された往復駆動部材を有するアクチュエータ手段と、 アクチュエータ駆動手段、すなわち、アクチュエータハウジングに取り付けられ 、アクチュエータ駆動部材の往復動作を誘導して、該アクチュエータ駆動部材を 直接的に駆動ずる交番エネルギ入力源と、実質的に摺動プレートの振動の周波数 にてエネルギ入力源に応答する油圧サーボ制御装置とを含み、油圧サーボ制御装 置が、流体制御出力をアクチュエータ駆動手段に近接する位置に発生させて、サ ーボ制御装置と駆動手段との間の容積を最小としながら、駆動手段が励起するよ うに直接的に駆動手段に負荷し、以て、支承案内部材に往復動作力を負荷して摺 動プレートを前記振動軸線に沿って対応する振動を発生させるように構成された アクチュエータ駆動手段とを具備する振動試験固定装置。 ２４．摺動プレートが往復動作する間、支承手段が摺動プレートを支持し、前記 装置が、更に、摺動プレートと支承手段との間に潤滑膜を供給する手段を具備す る請求項２３に記載の装置。 ２５．摺動プレートが往復動作する間、アクチュエータハウジングもまた、摺動 プレートを支持し、前記装置が、更に、摺動プレートとアクチュエータハウジン グとの間に潤滑膜を供給する手段を具備する請求項２４に記載の装置。 ２６．アクチュエータ駆動手段が、アクチュエータ駆動部材に負荷される交番す る流体制御出力を発生するためにアクチュエータハウジングに設けられた油圧サ ーボ弁を具備する請求項２３に記載の装置。 ２７．サーボ弁へのエネルギ入力源が、パイロット弁を制御された周波数で往復 動作させるためのボイスコイルを具備し、前記装置が、更に、パイロット弁の往 復動作に応答してサーボ弁から前記交番する流体制御出力を発生させるための手 段を具備する請求項２６に記載の装置。 ２８．駆動部材が、アクチュエータハウジングの両側から外方に延びる油圧駆動 式のピストンと、サーボ弁の出力端とピストン端面との間の容積を最小とする閉 じた油圧回路により、前記流体制御出力をピストンの端面に向けて導く手段とを 具備する請求項２７に記載の装置。 ２９．支承案内部材とピストン棒の各々は支承面を有しており、該支承面は、相 対的に摺動し回転することができるように、対応する球面状に湾曲て互いに押接 状態にある請求項２８に記載の装置。 ３０．摺動プレートが約２０００ヘルツまでの周波数にて振動させられる請求項 ２７に記載の装置。 ３１．支承手段が、水平に配設された油圧駆動式の摺動プレートの下側にて離隔 して配設されており、アクチュエータ手段が、支承部材の間において摺動プレー トの下側中央付近に配設されている請求項２３に記載の装置。 ３２．試験する物品に振動を与えるために所定の軸線に沿って往復動作させられ る試験する物品を支持する摺動プレートを有するタイプの振動試験固定装置用の アクチュエータ駆動装置において、アクチュエータ駆動装置は、共通の軸線上に 離隔して配役され、摺動プレートに連結されるように構成された油圧アクチュエ ータピストンと、 油圧サーボ弁、すなわち、該サーボ弁からの独立した流体制御出力を有するサー ボ弁とを具備し、 サーボ弁が、制御可能な所定の周波数にて往復動作するように構成されたパイロ ット弁ステージと、パイロット弁ステージに直接的に接続され、制御できる周波 数入力にて直線状の振動動作を直接的にパイロット弁ステージに負荷すう駆動入 力手段と、サーボ弁出力により発生した動力を増加させるサーボ弁ステージとを 含み、パイロット弁ステージとサーボ弁ステージとの間の容積を最小限とするた めに、サーボ弁ステージがパイロット弁ステージと同心に配設されており、パイ ロット弁ステージの振動により対応する交番流体制御出力が同じ周波数でサーボ 弁から出力されてピストンに向けて交互に導かれ、ピストンが同じ周波数で往復 動作して試験固定装置の摺動プレートが振動するアクチュエータ駆動装置。 ３３．駆動入力手段が、電気入力信号を受信するボイスコイルを具備しており、 電気入力信号によりボイスコイルの周波数が制御され、ボイスコイルの周波数が パイロット弁ステージの往復動作を制御する請求項３２に記載の装置。 ３４．ピストンが流体制御出力により制御され、２０００ヘルツまでの周波数で 往復動作させられる請求項３４に記載の装置。 ３５．アクチュエータ駆動装置が、ピストンを有するシリンダを具備しており、 ピストンに直接的に流体制御出力を供給するために、サーボ弁が制御出力をシリ ンダの近傍に発生させ、以て、ピストンとサーボ弁制御出力との間の容積が最小 限となるように構成された請求項３２に記載の装置。 ３６．複数の軸線を有する振動試験固定装置において、試験するユニットを支持 する装着ベースと、往復動作する腕を有し、装着ベースに取着された複数の振動 アクチュエータと、 振動アクチュエータの各々の腕が独立の軸線に沿って往復動作し、かつ、該軸線 が、他の振動アクチュエータの腕が往復動作する軸線と所定の角度を以て交差す るように振動アクチュエータの各々を装着ベースに連結させて、前記振動アクチ ュエータの各々が、対応するアクチュエータの腕の軸線に沿って装着ベースに振 動動作を与えて、装着ベースを複数の軸線に沿って振動させるための連結手段と 、 独立の振動アクチュエータの各々から、他の軸線に沿って装着ベースに力を与え る他の振動アクチュエータにより装着ベースに与えられる動作を遮断する手段と を具備する振動試験固定装置。 ３７．振動アクチュエータの各々が、装着ベースに共通の軸線に沿って反対方向 に力を与える装着ベースとの連結のために外方に延びる独立のピストン棒を有す る複動式の油圧ピストンを具備する請求項３６に記載の装置。 ３８．油圧ピストンアクチュエータの各々が、往復動作するピストンにより与え られる交番する力を制御する作動流体の制御された流れを各ピストンの端面に交 互に与えるために一体的に設けられたサーボ弁を具備する請求項３７に記載の装 置。 ３９．多軸、多自由度の振動試験固定装置を提供するために、前記複数の油圧ピ ストンアクチュエータが、ピストンを水平面内と鉛直面内でオフセットされ複数 のた軸線に沿って往復動作させる請求項３８に記載の装置。 ４０．油圧ピストンアクチュエータの各々がボイスコイルにより駆動される請求 項３９に記載の装置。 ４１．他の振動アクチュエータからの動作を遮断する手段が、各アクチュエータ に関して、装着ベースに設けられた支承部に押接され、往復動作する腕を具備し ており、各腕と支承部の間の支承面は対応する球面状に湾曲しており、球面状に 湾曲した支承面の間での摺動動作と回転動作とができるように構成されている請 求項３６に記載の装置。 ４２．多軸、多自由度振動試験固定装置において、独立した交差する平面に配置 された複数の面を具えた所定形状の装着ベースと、装着ベースの複数の面に取着 された独立の振動アクチュエータとを具備し、 振動アクチュエータの各々が、往復動作する腕と、該腕に所定の軸線に沿って振 動動作を与える手段と、振動アクチュエータの各々の腕が、装着ベースの他の面 に関連するアクチュエータ手段が往復動作する軸線から独立した所定の軸線に沿 って往復動作するように、各々の振動アクチュエータの動作を装着ベースの対応 する面に与える手段とを有しており、振動アクチュエータの各々が、対応する腕 の軸線に沿って振動動作を装着ベースに与え、多軸、多自由度にて装着ベースを 振動させように構成されており、前記装置は、更に、他の軸線に沿って装着ベー スに力を与える他の振動アクチュエータから装着ベースに与えられた動作を、独 立するアクチュエータの各々から遮断する手段を具備している多軸、多自由度振 動試験固定装置。 ４３．装着ベースが、概ね立方体形状をしており、該立方体の複数の面に設けら れた独立の振動アクチュエータを含む請求項４２に記載の装置。 ４４．他の振動アクチュエータからの動作を遮断する手段が、各アクチュエータ に関して、装着ベースに設けられた支承部に押接され、往復動作する腕を具備し ており、各腕と支承部の間の支承面は対応する球面状に湾曲しており、球面状に 湾曲した支承面の間での摺動動作と回転動作とができるように構成されている請 求項４２に記載の装置。