JPH10192784A - 水平方向振動発生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 駆動源として動電型アクチュエータを組み込
むことにより、コンパクトで騒音の少ない安価な水平方
向振動発生装置を提供すること。 【解決手段】 下部フレーム２に駆動源である動電型ア
クチュエータ２６を取り付けるとともに、複数の揺動部
材１６,…,１６を介して上部フレーム４を水平方向に往
復動自在に取り付けた。動電型アクチュエータ２６の駆
動力は、駆動力伝達部材４２，４２を介して上部フレー
ム４に伝達し、動電型アクチュエータ２６に通電するこ
とにより上部フレーム４を水平方向に振動させるように
した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水平方向の振動を
発生させる装置に関し、更に詳しくは、動電型アクチュ
エータからの駆動力を利用して水平方向に振動エネルギ
を発生させる水平方向振動発生装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ある構造体の振動特性を調べるた
めに、人為的に振動を発生させる加振機が使用されてい
る。また、加振機としては、動電型のものと不釣り合い
質量やカム式のものとが一般に知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、クラン
ク等のリンク機構を使用した加振機では、駆動モータに
直接負荷が加わることから比較的大きな駆動モータが必
要となり、動電型の場合、低周波の対応ができないとい
う問題があった。また、装置自体が大規模なため、設置
場所の確保及び工事が必要となるばかりか、発熱量が大
きいことから強制空冷が必要となり、ファン等の排気音
により異音評価ができないという問題があった。さら
に、上記加振機はいずれも構成が複雑で、重たく、か
つ、高価であることから、軽量で安価なものが望まれて
いた。

【０００４】本発明は、従来技術の有するこのような問
題点に鑑みてなされたものであり、駆動源として動電型
アクチュエータを組み込むことにより、コンパクトで騒
音の少ない安価な水平方向振動発生装置を提供すること
を目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のうちで請求項１に記載の発明は、下部フレ
ームと、該下部フレームに複数の揺動部材を介して水平
方向に往復動自在に取り付けられた上部フレームと、上
記下部フレームに取り付けられた動電型アクチュエータ
と、該動電型アクチュエータの駆動力を上記上部フレー
ムに伝達する駆動力伝達部材とを備え、上記動電型アク
チュエータに通電することにより上記上部フレームを水
平方向に振動させるようにしたことを特徴とする水平方
向振動発生装置である。

【０００６】また、請求項２に記載の発明は、上記駆動
力伝達部材を、上記上部フレームと上記動電型アクチュ
エータとの間に介装したスプリングで構成したことを特
徴とする。

【０００７】さらに、請求項３に記載の発明は、上記駆
動力伝達部材を、上記上部フレームと上記動電型アクチ
ュエータとの間に介装した同一磁極が対向する複数対の
永久磁石で構成したことを特徴とする。

【０００８】さらに、請求項４に記載の発明は、上記駆
動力伝達部材を、上記上部フレームと上記動電型アクチ
ュエータとの間に介装したリンクで構成したことを特徴
とする。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明にか
かる水平方向振動発生装置Ｍを示しており、下部フレー
ム２と、下部フレーム２に対し水平方向に往復動自在に
取り付けられた上部フレーム４とを備えている。

【００１０】上部フレーム４は、水平方向に平行に延び
る２本のアッパーレール６，６と、アッパーレール６，
６に対し垂直に延びアッパーレール６，６を互いに連結
するサイドバー８，８と、アッパーレール６，６の各々
の両端から下方に垂下された四つのサイドプレート１
０,…,１０とからなる。

【００１１】一方、下部フレーム２は、図２に示される
ように、アッパーレール６，６の直下で水平方向に平行
に延びる２本のロワレール１２，１２と、ロワレール１
２，１２に両端が接合された基板１４と、ロワレール１
２，１２の各々の両端に揺動自在に取り付けられた揺動
部材１６,…,１６と、ロワレール１２，１２に対し垂直
に延び２本の揺動部材１６，１６を互いに連結する連結
プレート１８，１８とからなる。

【００１２】図３に示されるように、各ロワレール１２
の両端には角孔１２ａ，１２ａが穿設されており、各角
孔１２ａに揺動部材１６の上端が遊挿されるとともに、
樹脂製ワッシャ２０，２０を介してピン２２により揺動
自在に取り付けられている。また、揺動部材１６の下端
は、対応するサイドプレート１０の下端にピン２４で枢
着されている。

【００１３】また、図４乃至図６に示されるように、基
板１４上には、駆動源である動電型アクチュエータ２６
が載置されており、水平方向に摺動自在のホルダ２８
と、ホルダ２８の両側に設けられた磁気回路３０，３０
と、ホルダ２８の下面に取り付けられたリニアベアリン
グ３２と、基板１４に固定されリニアベアリング３２が
水平方向に摺動自在に取り付けられるリニアガイド３４
とを備えている。

【００１４】磁気回路３０，３０は、ホルダ２８の両端
に巻回されたコイル３６，３６と、ホルダ２８の各側に
おいてコイル３６と上下方向（ホルダ２８の摺動面に対
し垂直な方向）に所定距離離間した複数の永久磁石３
８,…,３８とからなる。

【００１５】コイル３６，３６は、ホルダ２８の両端に
おいて上下２段に巻回されているが、図７に示されるよ
うに、一本の銅線を直列に接続したものである。すなわ
ち、図４及び図５において、端子Ａ及びＢを接続し、さ
らに左上コイルから左下コイルを形成した後、端子Ｃ及
びＤに順次接続し、次に右下コイルから右上コイルを形
成し、最後に端子Ｅ及びＦの順で接続したものである。

【００１６】一方、永久磁石３８,…,３８は、図８に示
されるように、ホルダ２８の各端部に巻回されたコイル
３６（図４における左上コイルと左下コイル、あるい
は、右上コイルと右下コイル）と対向しており、逆磁極
を下側に向けた状態でケーシング４０の上部壁下面に固
着された二つの永久磁石３８，３８と、この永久状態３
８，３８と逆磁極が対向しケーシング４０の底壁上面に
固着された二つの永久磁石３８，３８とからなる。

【００１７】上記構成の磁気回路に対し、図８に示され
るように励磁電流を流すと、フレミングの左手の法則に
基づいてコイル３６には力Ｆが加わり、ホルダ２８がリ
ニアガイド３４に沿って力Ｆの方向に移動する。従っ
て、コイル３６，３６にパルス励磁電流を流すと、コイ
ル３６，３６はホルダ２８と一体的に往復運動を行う。
すなわち、この動電型アクチュエータ２６は、電気エネ
ルギを機械的エネルギに変換する。

【００１８】なお、上記実施形態においては、コイル３
６，３６をホルダ２８の両端に巻回する構成としたが、
必ずしも両端に巻回する必要はなく、図９に示されるよ
うに、ホルダ２８の一端にコイルを巻回した構成も可能
である。図９に示される動電型アクチュエータ２６Ａに
おいては、ホルダ２８の一端に１本の銅線を直列に接続
することによりコイル３６が形成されている。

【００１９】また、上記実施形態においては、ケーシン
グ４０の上部壁下面と底壁上面にそれぞれ二つの永久磁
石３８，３８を固着する構成としたが、上部壁下面と底
壁上面の各々にそれぞれ一つの永久磁石３８を設け、逆
磁極を互いに対向させる構成とすることもできる。

【００２０】さらに、図１０に示される動電型アクチュ
エータ２６Ｂのように、ホルダ２８両端に位置する各ケ
ーシング４０の底壁上面にのみ１個の永久磁石３８を取
り付けた構成とすることもできる。

【００２１】ここで、図４乃至図６の動電型アクチュエ
ータにおいて、永久磁石３８,…,３８としてネオジム系
磁石（住友特殊金属社製ＮＥＯＭＡＸ−４２）（１１ｍ
ｍＨ×３５ｍｍＷ×４２ｍｍＬ）を片側で４個使用する
とともに、コイル３６，３６としてφ０.７２−ＥＩＷ
の銅線を１６０ターン巻回した偏平型空芯コイルを、片
側２個の計４個を樹脂製ボビンに接着固定した後直列に
接続した。この時の直流抵抗は４.５１Ωであった。ま
た、磁気回路の重量は１８５０ｇ×２個＝３７００ｇ
で、コイル全体の重量は８９０ｇであった。

【００２２】上記仕様の動電型アクチュエータの１Ａ当
たりの推力分布を測定したところ、図１１に示される結
果が得られた。図１１の結果によれば、ストローク３０
ｍｍの中央では、２.６４ｋｇｆ／Ａ（２６Ｎ／Ａ）の
推力が得られている。

【００２３】次に、図１及び図２に示される水平方向振
動発生装置Ｍの作用を説明する。図１の構成において、
ホルダ２８の前後端を駆動力伝達部材であるコイルスプ
リング４２，４２を介してサイドバー８，８に連結する
とともに、下部フレーム２のロワレール１２，１２を固
定する。この状態で、駆動源である動電型アクチュエー
タ２８に通電し、ホルダ２８をリニアガイド３４に沿っ
て水平方向に往復移動させると、その駆動力はコイルス
プリング４２，４２を介して上部フレーム４に伝達され
る。

【００２４】上部フレーム４は、サイドプレート１０,
…,１０を介して揺動部材１６,…,１６に連結されてい
るので、揺動部材１６,…,１６がピン２２,…,２２を中
心として揺動し、上部フレーム４が水平方向に往復移動
する。すなわち、本発明にかかる振動発生装置Ｍは、動
電型アクチュエータ２６により励振を発生し、水平方向
の周期的な振動を発生させる。

【００２５】なお、ホルダ２８と上部フレーム４とがコ
イルスプリング４２，４２を介して連結されているの
で、ホルダ２８の往復移動に対し、上部フレーム４の往
復移動は多少の位相遅れがあり、この位相遅れはコイル
スプリング４２，４２の弾性力に依存する。

【００２６】また、上記構成において、駆動力伝達部材
として採用したコイルスプリング４２，４２の各々を一
対の永久磁石に置き換えることも可能である。

【００２７】すなわち、図１２に示されるように、ホル
ダ２８の前後端にそれぞれ永久磁石４４，４６を固定す
るとともに、この永久磁石４４，４６と同一（反発）磁
極が対向する永久磁石４８，５０をサイドバー８，８に
固定すると、動電型アクチュエータ２６の駆動力は、対
向する永久磁石４４，４８と４６，５０の反発力により
多少の位相遅れの後、上部フレーム４に伝達され、上部
フレーム４が水平方向に周期的に振動する。

【００２８】また、図１３に示されるように、駆動力伝
達部材としてリンク５２，５４を採用することも可能
で、ホルダ２８の前後端はリンク５２，５４を介して対
応するサイドバー８，８に連結されている。

【００２９】この構成は、図１あるいは図１２の構成と
異なり、動電型アクチュエータ２６の駆動力がリンク５
２，５４を介して直接上部フレーム４に伝達されるの
で、ホルダ２８の往復移動と上部フレーム４４の往復移
動との間に位相遅れは発生しない。

【００３０】次に、上記構成の振動発生装置Ｍの制御に
ついて説明する。駆動源２６の駆動波としてｓｉｎ波あ
るいはランダム波等が使用され、駆動源を所定の位置や
加速度に制御（フィードバック）するためには、図１４
の機械モデルで示されるように、上部フレーム４の動き
を感知するポテンショメータ等のセンサが必要となる。

【００３１】すなわち、駆動波としてｓｉｎ波を使用す
るとともに、上部フレーム４の動きを感知し振幅制御を
行う場合、ロータリエンコーダやポテンショメータ等の
位置センサが必要となり、上部フレーム４の加速度を感
知し加速度制御を行う場合、加速度センサが必要とな
る。また、駆動波としてランダム波を使用した場合、上
部フレーム４の動きを感知するロータリエンコーダ等の
位置センサが必要となる。

【００３２】図１５は、駆動源２６を図１６に示される
ｓｉｎ波で駆動する場合のクローズドループ制御のブロ
ック図を示している。図１５において、ｓｉｎ波テーブ
ル７６から所定のタイミング（例えば１ｍｓｅｃ毎）で
Ｄ／Ａ（デジタルーアナログ変換器）７８にデータを出
力し、その電圧値をＰＷＭ（パルス幅変調）制御アンプ
８０に入力し、駆動源２６を駆動する。駆動源２６には
ポテンショメータ８２が接続されており、ポテンショメ
ータ８２の値と出力を比較器８４で比較するとともに、
その差分をＤ／Ａ７８に出力して駆動源２６を目的の位
置まで駆動する。また、ｓｉｎ波テーブル７６を例えば
パソコン等に接続し、パソコンからｓｔａｒｔコマンド
を送信することによりｓｉｎ波テーブル７６から所定の
ｓｉｎ波を出力し、ｓｔｏｐコマンドあるいはｃｌｅａ
ｒコマンドが送信されるまで出力し続けるようにするこ
ともできる。

【００３３】また、駆動波として図１７に示されるよう
なランダム波を使用することも可能で、パソコンから送
信されるｓｔａｒｔコマンドに基づいて所定のタイミン
グでアンプ８０より振幅値を出力し、駆動源２６が目的
の位置に設定されるようクローズドループ制御を行うと
ともに、次のデータがアンプ８０から送信されるまでそ
の出力を保持することができる。

【００３４】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、以下に記載されるような効果を奏する。本
発明のうちで、請求項１に記載の発明によれば、下部フ
レームに複数の揺動部材を介して上部フレームを水平方
向に往復動自在に取り付け、動電型アクチュエータの駆
動力を駆動力伝達力を介して上部フレームに伝達するよ
うにしたので、動電型アクチュエータに通電することに
より上部フレームを水平方向に振動させることができる
ので、騒音が少なくコンパクトで安価な水平方向振動発
生装置の製作が容易である。

【００３５】また、請求項２あるいは３に記載の発明に
よれば、駆動力伝達部材を、上部フレームと動電型アク
チュエータとの間に介装したスプリングあるいは同一磁
極が対向する複数対の永久磁石で構成したので、簡単な
構成で大きな負荷にも対応でき、所望の振動を発生させ
ることが可能である。

【００３６】さらに、請求項４に記載の発明によれば、
駆動力伝達部材を、上部フレームと動電型アクチュエー
タとの間に介装したリンクで構成したので、水平方向振
動発生装置の構成が極めて簡素化され、安価で容易に製
作することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明にかかる水平方向振動発生装置の斜視
図である。

【図２】 図１の振動発生装置を構成する下部フレーム
と動電型アクチュエータの斜視図である。

【図３】 図２に示される下部フレームと上部フレーム
との連結部の部分分解斜視図である。

【図４】 図１の振動発生装置の駆動源である動電型ア
クチュエータの斜視図である。

【図５】 図４動電型アクチュエータの一部を切り欠い
た平面図である。

【図６】 図４の動電型アクチュエータの部分断面側面
図である。

【図７】 図４の動電型アクチュエータに設けられたコ
イルの結線図である。

【図８】 図４の動電型アクチュエータに設けられた磁
気回路の概略側面図である。

【図９】 動電型アクチュエータの変形例を示す斜視図
である。

【図１０】 動電型アクチュエータの別の変形例を示す
部分断面側面図である。

【図１１】 図４の動電型アクチュエータに１Ａの電流
を流した場合の推力分布を示すグラフである。

【図１２】 図１の振動発生装置の変形例を示す斜視図
である。

【図１３】 図１の振動発生装置の別の変形例を示す斜
視図である。

【図１４】 本発明にかかる振動発生装置の機械モデル
を示す概略図である。

【図１５】 動電型アクチュエータをｓｉｎ波で駆動す
る場合のクローズドループ制御のブロック図である。

【図１６】 駆動波として使用されるｓｉｎ波を示すグ
ラフである。

【図１７】 駆動波として使用されるランダム波を示す
グラフである。

【符号の説明】

２ 下部フレーム ４ 上部フレーム ６ アッパーレール ８ サイドバー １０ サイドプレート １２ ロワレール １４ 基板 １６ 揺動部材 ２６，２６Ａ，２６Ｂ 動電型アクチュエータ ２８ ホルダ ３０ 磁気回路 ３６ コイル ３８，４４，４６，４８，５０ 永久磁石 ４２ 弾性部材 ５２，５４ リンク ７６ ｓｉｎ波テーブル ７８ デジタルーアナログ変換器 ８０ アンプ ８２ ポテンショメータ ８４ 比較器 Ｍ 水平方向振動発生装置

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 下部フレームと、該下部フレームに複数
   の揺動部材を介して水平方向に往復動自在に取り付けら
   れた上部フレームと、上記下部フレームに取り付けられ
   た動電型アクチュエータと、該動電型アクチュエータの
   駆動力を上記上部フレームに伝達する駆動力伝達部材と
   を備え、上記動電型アクチュエータに通電することによ
   り上記上部フレームを水平方向に振動させるようにした
   ことを特徴とする水平方向振動発生装置。
2. 【請求項２】 上記駆動力伝達部材を、上記上部フレー
   ムと上記動電型アクチュエータとの間に介装したスプリ
   ングで構成した請求項１に記載の水平方向振動発生装
   置。
3. 【請求項３】 上記駆動力伝達部材を、上記上部フレー
   ムと上記動電型アクチュエータとの間に介装した同一磁
   極が対向する複数対の永久磁石で構成した請求項１に記
   載の水平方向振動発生装置。
4. 【請求項４】 上記駆動力伝達部材を、上記上部フレー
   ムと上記動電型アクチュエータとの間に介装したリンク
   で構成した請求項１に記載の水平方向振動発生装置。