JPH10216632A

JPH10216632A - 加振機

Info

Publication number: JPH10216632A
Application number: JP2892297A
Authority: JP
Inventors: Yoshinori Fujita; 悦則藤田; Yutaka Sakamoto; 豊坂本; Hiroshi Nakahira; 宏中平; Eiji Sugimoto; 栄治杉本
Original assignee: Delta Kogyo Co Ltd; Delta Tooling Co Ltd
Current assignee: Delta Kogyo Co Ltd; Delta Tooling Co Ltd
Priority date: 1997-02-13
Filing date: 1997-02-13
Publication date: 1998-08-18
Anticipated expiration: 2017-02-13
Also published as: JP3708658B2

Abstract

(57)【要約】【課題】複数の永久磁石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加振機を提供すること。【解決手段】垂直方向加振機Ｍ１と、加振方向が９０
度異なる二つの水平方向加振機Ｍ２，Ｍ３とを互いに上
下に重ね合わせた。垂直方向加振機Ｍ１は，同一磁極が
対向する少なくとも二つの永久磁石３０，３２を有し、
この永久磁石の一方３０を他方３２に対し動電型アクチ
ュエータ２８の駆動力を利用して往復移動させ、永久磁
石３０，３２の対向面積を変化させることにより垂直方
向の振動を発生させるようにした。二つの水平方向加振
機Ｍ２，Ｍ３の各々は、動電型アクチュエータ１２６の
駆動力を利用して水平方向の振動を発生させるようにし
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、垂直方向及び水平
２方向の３方向に振動を発生させる装置に関し、更に詳
しくは、複数の永久磁石を利用して振動エネルギを発生
させる加振機に関する。

【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、複数の永久磁石を組
み込むことにより、コンパクトで騒音の少ない安価な加
振機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、垂直方向
加振機と、加振方向が９０度異なる二つの水平方向加振
機とを互いに上下に重ね合わせ、上記垂直方向加振機は
同一磁極が対向する少なくとも二つの永久磁石を有し、
該永久磁石の一方を他方に対し動電型アクチュエータの
駆動力を利用して往復移動させ上記永久磁石の対向面積
を変化させることにより垂直方向の振動を発生させる一
方、上記二つの水平方向加振機の各々は動電型アクチュ
エータの駆動力を利用して水平方向の振動を発生させる
ようにしたことを特徴とする加振機である。

【０００６】また、請求項２に記載の発明は、上記垂直
方向加振機が、基板と、該基板にリンク機構を介して上
下動自在に連結された頂板と、該頂板に加わる負荷を支
持する負荷支持手段とを有し、該負荷支持手段を同一磁
極が対向する複数の永久磁石と、上記リンク機構に連結
した略Ｕ字状のトーションバーあるいはスプリングと、
上記基板と上記頂板との間に介装したスプリングのいず
れか一つ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、上記垂
直方向加振機に設けられた上記動電型アクチュエータの
一部に負荷調整手段を取り付け、該負荷調整手段により
上記永久磁石の一方に加わる水平方向の荷重をキャンセ
ルするようにしたことを特徴とする。

【０００８】また、請求項４に記載の発明は、上記二つ
の水平方向加振機の各々が、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取り付けられた上部フ
レームと、上記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、該駆動
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と、同一磁極が対向す
る複数対の永久磁石と、リンクのいずれか一つで構成し
たことを特徴とする。

【０００９】また、請求項５に記載の発明は、上記垂直
方向加振機と上記二つの水平方向加振機の各々を独立し
て制御できるようにしたことを特徴とする。

【００１０】

【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。互いに離間し同磁極
を対向させた少なくとも二つの永久磁石を有する磁性バ
ネ構造体の場合、離間した永久磁石同士は非接触のた
め、構造体自体の摩擦損失等を無視すると、その静特性
は入力時（行き）と同一ライン上を非線形で出力され
（帰り）、さらに、非接触対偶特有の自由度、浮上制御
系の不安定度を利用することにより、小さな入力で静磁
界（磁石の配置）を変化させることで負の減衰を生じや
すい。

【００１１】本発明はこの事実に着目してなされたもの
であり、二つの永久磁石間の幾何学的寸法を運動行程内
機構あるいは外力により入力側（行き）と出力側（帰
り）で変化させ、その運動系内で反発力に変換させるこ
とにより、二つの永久磁石の平衡位置からの入力側の反
発力より出力側の反発力を大きくしている。

【００１２】以下、その基本原理について説明する。図
１は、入力側と出力側における二つの永久磁石２，４の
平衡位置を示した模式図で、図２は、いずれか一方の永
久磁石に加えられた荷重と、二つの永久磁石の平衡位置
からの変位量との関係を示した磁性バネ構造体の基本特
性を示している。

【００１３】図１に示されるように、永久磁石２に対す
る永久磁石４の入力側の平衡位置とバネ定数をそれぞれ
ｘ₀，ｋ₁とし、出力側の平衡位置とバネ定数をそれぞれ
ｘ₁，ｋ₂とすると、ｘ₀〜ｘ₁の間で面積変換が行われ、
各平衡位置では次の関係が成立する。 −ｋ₁／ｘ₀＋ｍｇ＝０ −ｋ₂／ｘ₁＋ｍｇ＝０ｋ₂＞ｋ_１

【００１４】従って、その静特性は、図２に示されるよ
うに負の減衰特性を示し、位置ｘ_１と位置ｘ₀における
ポテンシャルの差が発振のポテンシャルエネルギと考え
ることができる。

【００１５】また、図１のモデルを製作し、荷重と変位
量との関係を、荷重を加える時間を変えて実測したとこ
ろ、図３に示されるようなグラフが得られた。これは、
二つの永久磁石２，４が最近接位置に近づくと、大きな
反発力が作用すること、また、平衡位置からの変位量が
微小に変化すると摩擦損失が磁性バネのダンパー効果に
より発生し、そのことにより減衰項が現れたものと解釈
される。

【００１６】図３において、（ａ）は一定荷重を加えた
場合のグラフで、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の順で荷重を
加えた時間が短くなっている。すなわち、荷重の加え方
により静特性が異なり、荷重を加える時間が長いほど力
積が大きい。

【００１７】また、希土類磁石は、磁化の強さが磁界に
依存しない。つまり、内部磁気モーメントが磁界による
影響を受けにくいので、減磁曲線上で磁化の強さはほと
んど変化せず、ほぼその飽和磁化の強さの値を保ってい
る。従って、希土類磁石では、端面上に磁荷が均一に分
布していると仮定したチャージモデルを用いて、入出力
が考えられる。

【００１８】図４はその考え方を示しており、磁石を最
小単位の磁石の集合と定義し、各単位磁石間の力の関係
を三つに分類して計算したものである。（ａ）吸引（ｒ，ｍとも同一なので、２タイプを１つで
定義する）ｆ⁽¹⁾＝（ｍ²／ｒ²）ｄｘ₁ｄｙ₁ｄｘ₂ｄｙ₂ ｆ_x ⁽¹⁾＝ｆ⁽¹⁾ｃｏｓθ ｆ_z ⁽¹⁾＝ｆ⁽¹⁾ｓｉｎθ （ｂ）反発ｆ_x ⁽²⁾＝ｆ⁽²⁾ｃｏｓθ ｆ_z ⁽²⁾＝ｆ⁽²⁾ｓｉｎθ （ｃ）反発ｆ_x ⁽³⁾＝ｆ⁽³⁾ｃｏｓθ ｆ_z ⁽³⁾＝ｆ⁽³⁾ｓｉｎθ 従って、 −ｆ_x＝２ｆ_x ⁽¹⁾−ｆ_x ⁽²⁾−ｆ_x ⁽³⁾ −ｆ_z＝２ｆ_z ⁽¹⁾−ｆ_z ⁽²⁾−ｆ_z ⁽³⁾ ここで、クーロンの法則は次のように表されるので、Ｆ＝ｋ（ｑ₁ｑ₂／ｒ²）ｒ：距離上記−ｆ_x，−ｆ_zを磁石の寸法の範囲で積分して力を求
めることができる。

【００１９】これを図５に示されるように、対向する磁
石を各磁気ギャップ毎に完全にラップした状態（ｘ軸移
動量＝０ｍｍ）から完全にずれた状態（ｘ軸移動量＝５
０ｍｍ）まで移動させて計算したのが図６のグラフであ
る。ただし、「内部磁気モーメントは一定」と定義して
あるが、磁気ギャップが小さいときは磁石の周辺で乱れ
が生じるので、補正している。

【００２０】上記計算結果は実測値とも略一致してお
り、図２のポイントａからｂに移動させる力がｘ方向荷
重で、出力はｚ方向荷重で表されており、不安定系故の
入力＜出力の関係が静的に明確になっている。

【００２１】また、図７は、図５に示される磁石の離間
距離を３ｍｍに保持し、完全にずれた状態から完全にラ
ップした状態まで移動させ、さらにこの状態から完全に
ずれた状態まで移動した時の関係を表したグラフであ
る。このグラフは、ｘ方向荷重の絶対値は同じで出力方
向が逆になって出てくる特性で、完全ラップ状態に近づ
く場合は抵抗つまり減衰となり、完全ラップ状態から完
全にずれた状態に移行する場合は加速されることを示し
ている。

【００２２】また、図８に示されるように、対向する磁
石の回転角度を変化させると、図９に示されるようなグ
ラフが得られた。当然のことながら、対向面積が減少す
ると最大荷重が減少し、所定の入力を加えることによる
面積変換を介して出力を変化させることが可能なことを
示している。

【００２３】図１０は、永久磁石としてネオジム系磁石
を採用した場合の磁石間距離と荷重との関係を示すグラ
フであり、反発力は質量増加とともに増加する。ここ
で、反発力Ｆは、Ｆ∝Ｂｒ²×（幾何学的寸法）Ｂｒ：磁化の強さで表され、幾何学的寸法とは、対向する磁石の離間距
離、対向面積、磁束密度、磁界の強さ等により決定され
る寸法を意味する。磁石材料が同一の場合、磁化の強さ
（Ｂｒ）は一定であるので、幾何学的寸法を変化させる
ことにより磁石の反発力を変えることができる。

【００２４】図１１は、永久磁石２，４の一方を他方に
対しスライドさせて対向面積を変化させることにより幾
何学的寸法を変化させるようにしたスライド型原理モデ
ルを示している。

【００２５】図１１に示されるように、永久磁石２は基
台６に摺動自在に取り付けられており、直動スライダ８
は基台６に固定されるとともに、上方に垂直に立設せし
められている。直動スライダ８にはＬ型アングル１０が
上下動自在に取り付けられており、Ｌ型アングル１０の
下面には、永久磁石４が永久磁石２に対し同一（反発）
磁極を対向させた状態で固定されている。

【００２６】上記構成のスライド型原理モデルにおい
て、永久磁石２，４として５０ｍｍＬ×２５ｍｍＷ×１
０ｍｍＨのもの（住友特殊金属社製NEOMAX-39SH）を使
用するとともに、合計質量３.１３５ｋｇの負荷を使用
して、永久磁石２をスライドさせたところ、図１２に示
されるような結果が得られた。

【００２７】図１２は、入出力の実験値を仕事（Ｊ）で
示したもので、約０．５Ｊの入力仕事に対し約４Ｊの出
力仕事が得られており、対向する二つの永久磁石２，４
で構成される磁性バネが有する負の減衰特性を利用する
ことにより、あるいは、静磁エネルギを変化させること
により小さな入力仕事で大きな出力仕事を引き出すこと
が可能となる。

【００２８】図１３は、上記スライド型原理モデルを一
部に応用した本発明にかかる加振機Ｍを示している。図
１３に示されるように、本発明にかかる加振機Ｍは、垂
直方向加振機Ｍ１と、垂直方向加振機Ｍ１の上に載置さ
れた水平方向加振機Ｍ２と、水平方向加振機Ｍ２の上に
載置されたもう一つの水平方向加振機Ｍ３とからなる。
水平方向加振機Ｍ２とＭ３とは、加振方向が水平方向に
９０度異なっており、図１３の加振機Ｍは、垂直方向と
水平２方向の３方向に加振させるよう構成されている。

【００２９】図１４乃至図１６に示されるように、垂直
方向加振機Ｍ１は、左右一対のロワレール１２，１２
と、ロワレール１２，１２に固定された基板１４と、左
右一対のリンク機構１６，１６を介してロワレール１
２，１２に上下動自在に取り付けられた頂板１８とを備
えている。リンク機構１６，１６の各々は、ロワレール
１２に立設された前部リンク保持部材２０と、頂板１８
の一端より垂下された後部リンク保持部材２２と、前部
及び後部リンク保持部材２０，２２の前後端に揺動自在
に連結された２本のリンク２４，２６とからなる。

【００３０】また、基板１４上には、駆動源である動電
型アクチュエータ２８が取り付けられるとともに、アク
チュエータ２８の一部を構成するホルダ（後述）には第
１永久磁石３０が固定されており、第１永久磁石３０か
ら上方に所定距離離間し同一（反発）磁極が対向する第
２永久磁石３２が頂板１８に固定されている。さらに、
アクチュエータ２８の後方の基板１４には二つの永久磁
石３４，３６が固定される一方、この二つの永久磁石３
４，３６から上方に離間し同一磁極が対向する二つの永
久磁石３８，４０が頂板１８に固定されている。

【００３１】また、上記ホルダの前端はコイルスプリン
グ等の負荷調整用弾性部材４２に連結されており、この
弾性部材４２はブラケット４３を介して基板１４に連結
されている。

【００３２】図１７乃至図１９は、基板１４に取り付け
られた動電型アクチュエータ２８を示しており、第１永
久磁石３０が固定されるホルダ４４と、ホルダ４４の両
側に設けられた磁気回路４６，４６と、ホルダ４４の下
面に取り付けられたリニアベアリング４８と、基板１４
に固定されリニアベアリング４８が水平方向に摺動自在
に取り付けられるリニアガイド５０とを備えている。

【００３３】磁気回路４６，４６は、ホルダ４４の両端
に巻回されたコイル５２，５２と、ホルダ４４の各側に
おいてコイル５２と上下方向（ホルダ４４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５
４,…,５４とからなる。

【００３４】コイル５２，５２は、ホルダ４４の両端に
おいて上下２段に巻回されているが、図２０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１７及び図１８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。

【００３５】一方、永久磁石５４,…,５４は、図２１に
示されるように、ホルダ４４の各端部に巻回されたコイ
ル５２（図１７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５６の上部壁下面に
固着された二つの永久磁石５４，５４と、この永久状態
５４，５４と逆磁極が対向しケーシング５６の底壁上面
に固着された二つの永久磁石５４，５４とからなる。

【００３６】上記構成の磁気回路に対し、図２１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５２には力Ｆが加わり、ホルダ４４が
リニアガイド５０に沿って力Ｆの方向に移動する。従っ
て、コイル５２，５２にパルス励磁電流を流すと、コイ
ル５２，５２はホルダ４４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２８は、電気エネ
ルギを機械的エネルギに変換する。

【００３７】なお、上記実施形態においては、コイル５
２，５２をホルダ４４の両端に巻回した構成としたが、
必ずしも両端に巻回する必要はなく、図２２に示される
ように、ホルダ４４の一端にコイルを巻回した構成も可
能である。図２２に示される動電型アクチュエータ２８
Ａにおいては、ホルダ４４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５２が形成されている。

【００３８】また、上記実施形態においては、ケーシン
グ５６の上部壁下面と底壁上面にそれぞれ二つの永久磁
石５４，５４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５４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。

【００３９】さらに、図２３に示される動電型アクチュ
エータ２８Ｂのように、ホルダ４４両端に位置する各ケ
ーシング５６の底壁上面にのみ１個の永久磁石５４を取
り付けた構成とすることもできる。

【００４０】ここで、図１７乃至図１９の実施形態にお
いて、永久磁石５４,…,５４としてネオジム系磁石（住
友特殊金属社製ＮＥＯＭＡＸ−４２）（１１ｍｍＨ×３
５ｍｍＷ×４２ｍｍＬ）を片側で４個使用するととも
に、コイル５２，５２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。

【００４１】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２４に示される結
果が得られた。図２４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。

【００４２】次に、図１４乃至図１６に示される垂直方
向加振機Ｍ１の作用を説明する。図１４乃至図１６の構
成において、頂板１８にある負荷が加えられると、その
荷重は互いに同一磁極が対向する永久磁石３０と３２、
３４と３８、３６と４０の反発力により支持される。こ
の状態で、駆動源である動電型アクチュエータ２８によ
り第１永久磁石３０をリニアガイド５０に沿って水平方
向に往復移動させると、第１永久磁石３０と対向する第
２永久磁石３２は垂直方向に往復移動する。すなわち、
この垂直方向加振機Ｍ１は、同一磁極が対向する第１及
び第２永久磁石３０，３２の対向面積を周期的に変化さ
せることにより励振を発生し、垂直方向の周期的な振動
を発生させる。

【００４３】上記構成をさらに詳述すると、互いに対向
する永久磁石３０と３２、３４と３８、３６と４０で負
荷を支持するとともに、平衡点と加振磁石（第１永久磁
石３０）のボリュームで振幅を仮設定し、加振磁石３０
のスライド移動により垂直方向の振動を発生させる。ま
た、加振磁石３０のストローク量については、荷重曲
線、振幅及び負荷質量で設定する。その中心が基準位置
となり駆動源である動電型アクチュエータ２８の中立位
置とし、中立位置に設定するためにアシストメカ（負荷
調整用弾性部材４２）で荷重の谷を設定する。ここで荷
重の谷とは、第２永久磁石３２を介して加振磁石３０に
加わる水平方向荷重が駆動源のアシストメカでキャンセ
ルされ、釣り合った状態になっている位置をいう。

【００４４】また、加振磁石３０の水平方向のストロー
ク量で垂直方向の上死点と下死点が決定され、上下各死
点における加振磁石３０の第２永久磁石３２に対するラ
ップ量とギャップ量で各点の水平方向及び垂直方向の荷
重が決定される。さらに、駆動源２８のアシストメカの
バネ定数については、上下各死点における水平方向荷重
で決定される。

【００４５】なお、上記実施形態において、負荷調整手
段としてコイルスプリング等の弾性部材４２を使用した
が、図２５に示されるように、動電型アクチュエータ２
８を構成するホルダ４４の後部に永久磁石５８を取り付
ける一方、この永久磁石５８と同一磁極が対向する永久
磁石６０を基板１４に固定し、二つの永久磁石５８，６
０の反発力を利用して荷重の谷を設定することもでき
る。

【００４６】次に、上記構成の加振機Ｍ１の制御につい
て説明する。駆動源２８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２６の機
械モデルで示されるように、頂板１８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。

【００４７】すなわち、駆動波としてｓｉｎ波を使用す
るとともに、頂板１８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、頂板１８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、頂板１８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。

【００４８】図２７は、駆動源２８を図２８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２７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２８を駆動する。駆動源２８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２８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。

【００４９】また、駆動波として図２９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２８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。

【００５０】なお、上記構成において、頂板１８に加え
られる負荷の支持手段として対向する複数対の永久磁石
３０と３２、３４と３８、３６と４０を使用したが、図
３０に示されるように、永久磁石３４，３８，３６，４
０に代えてトーションバー６２を負荷支持手段として使
用することもできる。

【００５１】具体的には、前部リンク保持部材２０，２
０の一方の後端より内方に延びる突設部２０ａに略Ｕ字
状に折曲されたトーションバー６２の一端が係止される
一方、反対側の後部リンク保持部材２２の前端より内方
に延びる突設部２２ａにトーションバー６２の他端が係
止されている。また、トーションバー６２の途中２カ所
の屈曲部は、後部リンク保持部材２２，２２の内壁面に
突設された二つのブラケット６４，６４によりそれぞれ
保持されており、トーションバー６２の弾性力を利用し
て頂板１８を上方に付勢することにより頂板１８に加え
られる負荷を支持している。

【００５２】また、図３１に示されるように、頂板１８
に加えられる負荷の支持手段として複数の（例えば二つ
の）コイルスプリング６６，６６を使用することもでき
る。すなわち、基板１４と頂板１８との間に複数のコイ
ルスプリング６６，６６を介装せしめることにより頂板
１８を上方に付勢している。

【００５３】さらに、図３２に示されるように、頂板１
８に加えられる負荷の支持手段として複数の（例えば二
つの）渦巻きばね６８，６８を使用することも可能であ
る。すなわち、前部リンク保持部材２０，２０の後端よ
り内方に突設したピン７０，７０に渦巻きばね６８，６
８の一端が係止される一方、リンク２６，２６より内方
に突設したピン７２，７２に渦巻きばね６８，６８の他
端が係止されており、渦巻きばね６８，６８の弾性力を
利用して頂板１８を上方に付勢することにより頂板１８
に加えられる負荷を支持している。

【００５４】図３３は、上記構成の垂直方向加振機Ｍ１
の上に載置される水平方向加振機Ｍ２を示している。図
３３に示されるように、この水平方向加振機Ｍ２は、下
部フレーム１０２と、下部フレーム１０２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１０４と
を備えている。

【００５５】上部フレーム１０４は、水平方向に平行に
延びる２本のアッパーレール１０６，１０６と、アッパ
ーレール１０６，１０６に対し垂直に延びアッパーレー
ル１０６，１０６を互いに連結するサイドバー１０８，
１０８と、アッパーレール１０６，１０６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１１０,…,
１１０とからなる。

【００５６】一方、下部フレーム１０２は、図３４に示
されるように、アッパーレール１０６，１０６の直下で
水平方向に平行に延びる２本のロワレール１１２，１１
２と、ロワレール１１２，１１２に対し垂直に延びロワ
レール１１２，１１２を互いに連結するサイドバー１１
３，１１３と、サイドバー１１３，１１３の上面に両端
が接合された基板１１４と、ロワレール１１２，１１２
の各々の両端に揺動自在に取り付けられた揺動部材１１
６,…,１１６と、ロワレール１１２，１１２に対し垂直
に延び２本の揺動部材１１６，１１６を互いに連結する
連結プレート１１８，１１８とからなる。

【００５７】図３５に示されるように、各ロワレール１
１２の両端には角孔１１２ａ，１１２ａが穿設されてお
り、各角孔１１２ａに揺動部材１１６の上端が遊挿され
るとともに、樹脂製ワッシャ１２０，１２０を介してピ
ン１２２により揺動自在に取り付けられている。また、
揺動部材１１６の下端は、対応するサイドプレート１１
０の下端にピン１２４で枢着されている。

【００５８】また、基板１１４上には、動電型アクチュ
エータ１２６が駆動源として載置されている。この動電
型アクチュエータ１２６は、垂直方向加振機Ｍ１に使用
されている動電型アクチュエータ２８に加振磁石（第１
永久磁石）３０が固着されていることを除けば構成は同
一なので、その説明は省略する。

【００５９】次に、図３３に示される水平方向振動加振
機Ｍ２の作用を説明する。図３３の構成において、ホル
ダ１２８の前後端を駆動力伝達部材であるコイルスプリ
ング１４２，１４２を介してサイドバー１０８，１０８
に連結するとともに、下部フレーム１０２のロワレール
１１２，１１２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１２８に通電し、ホルダ１２８を
リニアガイド１３４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１４２，１４２を介
して上部フレーム１０４に伝達される。

【００６０】上部フレーム１０４は、サイドプレート１
１０,…,１１０を介して揺動部材１１６,…,１１６に連
結されているので、揺動部材１１６,…,１１６がピン１
２２,…,１２２を中心として揺動し、上部フレーム１０
４が水平方向に往復移動する。すなわち、水平方向加振
機Ｍ２は、動電型アクチュエータ１２６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。

【００６１】なお、ホルダ１２８と上部フレーム１０４
とがコイルスプリング１４２，１４２を介して連結され
ているので、ホルダ１２８の往復移動に対し、上部フレ
ーム１０４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１４２，１４２の弾性力に依
存する。

【００６２】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１４２，１４２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。

【００６３】すなわち、図３６に示されるように、ホル
ダ１２８の前後端にそれぞれ永久磁石１４４，１４６を
固定するとともに、この永久磁石１４４，１４６と同一
（反発）磁極が対向する永久磁石１４８，１５０をサイ
ドバー１０８，１０８に固定すると、動電型アクチュエ
ータ１２６の駆動力は、対向する永久磁石１４４，１４
８と１４６，１５０の反発力により多少の位相遅れの
後、上部フレーム１０４に伝達され、上部フレーム１０
４が水平方向に周期的に振動する。

【００６４】また、図３７に示されるように、駆動力伝
達部材としてリンク１５２，１５４を採用することも可
能で、ホルダ１２８の前後端はリンク１５２，１５４を
介して対応するサイドバー１０８，１０８に連結されて
いる。

【００６５】この構成は、図３３あるいは図３６の構成
と異なり、動電型アクチュエータ１２６の駆動力がリン
ク１５２，１５４を介して直接上部フレーム１０４に伝
達されるので、ホルダ１２８の往復移動と上部フレーム
１４４の往復移動との間に位相遅れは発生しない。

【００６６】上記構成の水平方向加振機Ｍ２の制御につ
いては、垂直方向加振機Ｍ１と同一なので、その説明は
省略する。

【００６７】また、水平方向加振機Ｍ２の上に載置され
るもう一つの水平方向加振機Ｍ３は、水平方向加振機Ｍ
２と配置方向が９０度異なっているだけで構成は同一な
ので、その説明も省略する。

【００６８】なお、水平方向加振機Ｍ２は、図３４に示
されるように、ロワレール１１２，１１２の下面に固着
された固定ブロック１６０,…,１６０を介して垂直方向
加振機Ｍ１の頂板１８に固定される一方、水平方向加振
機Ｍ３も同様に、固定ブロックを介して水平方向加振機
Ｍ２の上部フレーム１０４に固定される。

【００６９】さらに、上記構成の加振機Ｍは、垂直方向
加振機Ｍ１と水平方向加振機Ｍ２ともう一つの水平方向
加振機Ｍ３は、それぞれ独立して制御することが可能な
ので、１軸加振機あるいは２軸加振機としても使用可能
である。

【００７０】

【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、垂直方
向加振機においては、同一磁極が対向する少なくとも二
つの永久磁石の一方を他方に対し動電型アクチュエータ
の駆動力を利用して往復移動させることにより垂直方向
の振動を発生させ、二つの水平方向加振機の各々におい
ては、動電型アクチュエータの駆動力を利用して水平方
向の振動を発生させるようにしたので、騒音が少なくコ
ンパクトで安価な加振機の製作が容易である。

【００７１】また、請求項２に記載の発明によれば、垂
直方向加振機に上方より加わる負荷を支持する負荷支持
手段を設け、この負荷支持手段を同一磁極が対向する複
数の永久磁石と、略Ｕ字状のトーションバーあるいはス
プリングと、基板と頂板との間に介装したスプリングの
いずれか一つで構成したので、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。

【００７２】さらに、請求項３に記載の発明によれば、
垂直方向加振機の動電型アクチュエータの一部に負荷調
整手段を取り付け、この負荷調整手段により加振磁石に
加わる水平方向の荷重をキャンセルするようにしたの
で、駆動源の駆動力を大きくする必要がなく、垂直方向
加振機をコンパクトにすることができる。

【００７３】また、請求項４に記載の発明によれば、二
つの水平方向加振機の各々に、動電型アクチュエータの
駆動力を上部フレームに伝達する駆動力伝達部材を設
け、この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と、同一磁極が対
向する複数対の永久磁石と、リンクのいずれか一つで構
成したので、簡単な構成で大きな負荷にも対応でき、あ
るいは、水平方向加振機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。

【００７４】また、請求項５に記載の発明によれば、垂
直方向加振機と二つの水平方向加振機の各々を独立して
制御できるようにしたので、加振機を１軸、２軸あるい
は３軸加振機として使用でき、加振機としての自由度が
大きい利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる磁性バネにおいて、二つの永
久磁石の入力側と出力側の平衡位置を示した模式図であ
る。

【図２】図１の磁性バネにおいて、加えられた荷重と
永久磁石の平衡位置からの変位量との関係を示す基本特
性のグラフである。

【図３】実測された荷重と変位量との関係を示すグラ
フである。

【図４】永久磁石の端面上に磁荷が均一に分布してい
ると仮定したチャージモデルにおける入出力の考え方を
示す模式図であり、（ａ）は吸引を、（ｂ）は反発を、
（ｃ）は（ｂ）とは異なる部位の反発をそれぞれ示して
いる。

【図５】同磁極を対向させた永久磁石において、一方
を他方に対し移動させた（対向面積を変えた）場合の模
式図である。

【図６】図５に基づいて計算した場合のＸ軸移動量に
対するＸ軸及びＺ軸方向の荷重を示すグラフである。

【図７】図５の永久磁石の離間距離を一定に保持し、
一方を他方に対し完全にずれた状態から完全にラップし
た状態まで移動し、さらにこの状態から完全にずれた状
態まで移動させた時の変位量と荷重との関係を示すグラ
フである。

【図８】同磁極を対向させた永久磁石において、一方
を他方に対し回転させた（対向面積を変えた）場合の模
式図である。

【図９】図８に基づいて永久磁石を回転させた場合の
対向面積に対する最大荷重を示すグラフである。

【図１０】永久磁石としてネオジム系磁石を採用した
場合の磁石間距離と荷重との関係を示すグラフである。

【図１１】永久磁石の対向面積を変化させることによ
り幾何学的寸法を変化させるようにしたスライド型原理
モデルの斜視図である。

【図１２】図１１のスライド型原理モデルにより得ら
れた入出力の関係を示すグラフである。

【図１３】図１１のスライド型原理モデルを一部に応
用した本発明にかかる加振機の斜視図である。

【図１４】図１３の加振機に設けられた垂直方向加振
機の斜視図である。

【図１５】図１４の垂直方向加振機の側面図である。

【図１６】図１４の垂直方向加振機の正面図である。

【図１７】図１４の垂直方向加振機の駆動源である動
電型アクチュエータの斜視図である。

【図１８】図１７の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１９】図１７の動電型アクチュエータの部分断面
側面図である。

【図２０】図１７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２１】図１７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２２】動電型アクチュエータの変形例を示す斜視
図である。

【図２３】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２４】図１７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２５】同一磁極が対向する一対の永久磁石を負荷
調整手段として採用した動電型アクチュエータの斜視図
である。

【図２６】垂直方向加振機の機械モデルを示す概略図
である。

【図２７】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２８】駆動波として使用されるｓｉｎ波を示すグ
ラフである。

【図２９】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。

【図３０】垂直方向加振機の変形例を示す斜視図であ
る。

【図３１】垂直方向加振機の別の変形例を示す斜視図
である。

【図３２】垂直方向加振機のさらに別の変形例を示す
斜視図である。

【図３３】図１３の加振機に設けられた水平方向加振
機の斜視図である。

【図３４】図３３の水平方向加振機を構成する下部フ
レームと動電型アクチュエータの斜視図である。

【図３５】図３４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３６】図３３の水平方向加振機の変形例を示す斜
視図である。

【図３７】図３３の水平方向加振機の別の変形例を示
す斜視図である。

【符号の説明】

2,4,34,36,38,40,54,58,60,144,146,148,150 永久磁石６基台８直動スライダ１０Ｌ型アングル１４基板１６リンク機構１８頂板２８動電型アクチュエータ３０第１永久磁石３２第２永久磁石４２負荷調整用弾性部材４４ホルダ４６磁気回路５２コイル６２トーションバー６６コイルスプリング６８渦巻きばね７６ｓｉｎ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１０２下部フレーム１０４上部フレーム１１４基板１１６揺動部材１４２コイルスプリング１５２，１５４リンクＭ加振機Ｍ１垂直方向加振機Ｍ２，Ｍ３水平方向加振機

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者中平宏広島県広島市安芸区矢野新町一丁目２番10 号株式会社デルタツーリング内 (72)発明者杉本栄治広島県広島市安芸区矢野新町一丁目２番10 号株式会社デルタツーリング内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】垂直方向加振機と、加振方向が９０度異
なる二つの水平方向加振機とを互いに上下に重ね合わ
せ、上記垂直方向加振機は同一磁極が対向する少なくと
も二つの永久磁石を有し、該永久磁石の一方を他方に対
し動電型アクチュエータの駆動力を利用して往復移動さ
せ上記永久磁石の対向面積を変化させることにより垂直
方向の振動を発生させる一方、上記二つの水平方向加振
機の各々は動電型アクチュエータの駆動力を利用して水
平方向の振動を発生させるようにしたことを特徴とする
加振機。
【請求項２】上記垂直方向加振機が、基板と、該基板
にリンク機構を介して上下動自在に連結された頂板と、
該頂板に加わる負荷を支持する負荷支持手段とを有し、
該負荷支持手段を同一磁極が対向する複数の永久磁石
と、上記リンク機構に連結した略Ｕ字状のトーションバ
ーあるいはスプリングと、上記基板と上記頂板との間に
介装したスプリングのいずれか一つで構成した請求項１
に記載の加振機。
【請求項３】上記垂直方向加振機に設けられた上記動
電型アクチュエータの一部に負荷調整手段を取り付け、
該負荷調整手段により上記永久磁石の一方に加わる水平
方向の荷重をキャンセルするようにした請求項１に記載
の加振機。
【請求項４】上記二つの水平方向加振機の各々が、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
て取り付けられた上部フレームと、上記動電型アクチュ
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、該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
グと、同一磁極が対向する複数対の永久磁石と、リンク
のいずれか一つで構成した請求項１に記載の加振機。
【請求項５】上記垂直方向加振機と上記二つの水平方
向加振機の各々を独立して制御できるようにした請求項
１に記載の加振機。