JPH11165130A - 加振機の負荷質量調整機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 加振機に加えられる負荷質量に関係なく駆動
源に加わる負荷を略一定に保持することにより所定の加
振波形制御を行うことのできる加振機の負荷質量調整機
構を提供すること。 【解決手段】 駆動源２８により一対の永久磁石３０，
３２の一方を他方に対し周期的に往復移動させて永久磁
石３０，３２の対向面積を変化させることにより頂板１
８を上下方向に振動させるようにした。また、頂板１８
に加えられる負荷質量に応じて駆動源２８の作動前の上
記一対の永久磁石３０，３２のラップ長さを略一定に保
持することにより、駆動源２８に加わる負荷を安定化さ
せた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、上下方向の振動を
発生させる加振機に関し、更に詳しくは、複数の永久磁
石の反発力を利用して上下方向に振動エネルギを発生さ
せる加振機に加えられる負荷質量の調整機構に関する。

【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】そこで、本願出願人は同一磁極が対向する
少なくとも一対の永久磁石の反発力を利用して振動エネ
ルギを発生させる加振機を開発した。この加振機は、互
いに対向する永久磁石が非接触状態で駆動源からの駆動
力の伝達を行うため、騒音が少なく、構成も簡素で安価
に製作することができる。

【０００５】しかしながら、加振機に加えられる負荷質
量の大きさにより駆動源に加わる負荷が変動すると所定
の加振波形制御を行うことができず、負荷質量に関係な
く駆動源に加わる負荷の安定化を図る必要がある。

【０００６】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、同一磁極が対向する
少なくとも一対の永久磁石の反発力を利用して振動エネ
ルギを発生させる加振機において、加振機に加えられる
負荷質量に関係なく駆動源に加わる負荷を略一定に保持
することにより所定の加振波形制御を行うことのできる
加振機の負荷質量調整機構を提供することを目的として
いる。また、本発明の別の目的は、構成が簡素で安価な
負荷質量調整機構を提供することである。

【０００７】

【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、基板と、
該基板に上下動自在に連結された頂板と、同一磁極が対
向する少なくとも一対の永久磁石と、該一対の永久磁石
の一方を駆動する駆動源とを備え、該駆動源により一方
の永久磁石を他方の永久磁石に対し周期的に往復移動さ
せて上記一対の永久磁石の対向面積を変化させることに
より上記頂板を上下方向に振動させるようにした加振機
において、上記頂板に加えられる負荷質量に応じて上記
駆動源の作動前の上記一対の永久磁石のラップ長さを略
一定に保持することにより、上記駆動源に加わる負荷を
安定化させたことを特徴とする加振機の負荷質量調整機
構である。

【０００８】また、請求項２に記載の発明は、上記駆動
源に第１永久磁石を取り付けるとともに該第１永久磁石
と同一磁極が対向する第２永久磁石を上記基板に摺動自
在に取り付け、上記頂板に加えられる負荷質量に応じて
上記第２永久磁石を摺動させて上記第１永久磁石との反
発力を変化させることにより上記一対の永久磁石のラッ
プ長さを略一定に保持するようにしたことを特徴とす
る。

【０００９】さらに、請求項３に記載の発明は、上記駆
動源に弾性部材を取り付け、上記頂板に加えられる負荷
質量に応じて上記弾性部材の弾性力を変化させることに
より上記一対の永久磁石のラップ長さを略一定に保持す
るようにしたことを特徴とする。

【００１０】また、請求項４に記載の発明は、同一磁極
が対向し負荷質量を支持する複数の永久磁石をさらに設
け、上記頂板に加えられる負荷質量に応じて上記複数の
永久磁石の一部を他方に対し摺動させて上記複数の永久
磁石の反発力を変化させることにより上記一対の永久磁
石のラップ長さを略一定に保持するようにしたことを特
徴とする。

【００１１】

【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。互いに離間し同一磁
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。

【００１２】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。

【００１３】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。

【００１４】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＝０ ｋ₂＞ｋ₁

【００１５】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ｘ₁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。

【００１６】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。

【００１７】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。

【００１８】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。

【００１９】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、 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。

【００２０】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。

【００２１】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。

【００２２】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。

【００２３】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。

【００２４】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。

【００２５】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。

【００２６】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。

【００２７】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。

【００２８】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。

【００２９】図１３乃至図１５は、上記スライド型原理
モデルの応用例を示す本発明にかかる上下方向加振機Ｍ
を示している。図１３乃至図１５に示される加振機Ｍ
は、左右一対のロワレール１２，１２と、ロワレール１
２，１２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１２，１２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１６乃至図１８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１９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１６及び図１７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２０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１６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、この永久磁石
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２０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２１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２１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２２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１６乃至図１８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２３に示される結
果が得られた。図２３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１３乃至図１５に示される上下方
向加振機Ｍの作用を説明する。図１３乃至図１５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、３
４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、本
発明にかかる加振機Ｍ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２４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２５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２６は、駆動源２８を図２７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２６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２８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】図２９は図１３の加振機Ｍに負荷質量調整
機構８６を設けたものである。負荷質量調整機構８６
は、頂板１８に加えられる質量負荷の大きさに関係なく
駆動源である動電型アクチュエータ２８に加わる負荷を
安定化させることにより所定の加振波形制御を行うため
のものである。

【００５１】図１３の加振機Ｍにおいては、頂板１８に
加わる負荷質量ｍの大きさにより第１永久磁石３０の前
後位置が変化し、動電型アクチュエータ２８に加わる負
荷が変化するが、図２９に示される負荷質量調整機構８
６を設けることにより第１永久磁石３０の前後位置（ア
クチュエータ作動前の位置すなわちアクチュエータの中
立位置）を略一定に保持することができる。

【００５２】負荷質量調整機構８６は、動電型アクチュ
エータ２８のホルダ４４に固定された永久磁石８８と、
永久磁石８８と同一磁極が対向し左右に摺動自在の永久
磁石９０と、永久磁石９０に固定されたスライドナット
９２と、スライドナット９２と螺合するスライドスクリ
ュー９４と、基板１４に取り付けられスライドスクリュ
ー９４を回転駆動する電動モータ９６とを備えている。

【００５３】上記構成によれば、負荷質量ｍの大きさに
応じて、駆動手段である電動モータ９６によりスライド
スクリュー９４を駆動して永久磁石９０を左右に摺動さ
せると、二つの永久磁石８８，９０の対向面積が変化す
る。その結果、二つの永久磁石８８，９０の反発力が変
化するので、永久磁石９０の左右位置を適宜変更するこ
とにより永久磁石８８が固定されたホルダ４４の前後位
置を略一定に保持することができ、所定の加振波形制御
を行うことができる。

【００５４】図３０の簡略図を参照してさらに詳述する
と、負荷質量調整機構を持たない加振機においては、負
荷質量ｍが大きくなるにつれて第１及び第２永久磁石３
０，３２の離間距離ａが減少して反発力が大きくなると
ともに、第１永久磁石３０を介してホルダ４４に加わる
前方（図３０では左）への負荷が大きくなり第１及び第
２永久磁石３０，３２のラップ長さｂが減少する傾向に
ある。

【００５５】負荷質量調整機構８６を設けた場合、負荷
質量ｍの大きさに応じて、永久磁石９０の左右位置を変
えて二つの永久磁石８８，９０の反発力を変えることに
より二つの永久磁石８８，９０の離間距離ｃを略一定に
保持することができる。永久磁石８８はホルダ４４に固
定されているので、離間距離ｃを略一定に保持すること
により第１及び第２永久磁石３０，３２のラップ長さｂ
も略一定に保持することができ、動電型アクチュエータ
２８に加わる負荷を安定化させることができる。

【００５６】図３１は負荷質量調整機構の変形例８６Ａ
を有する加振機Ｍを示している。この負荷質量調整機構
８６Ａは、一端がホルダ４４に連結されたコイルスプリ
ング等の弾性部材４２の他端をＵ字状部材９８に連結し
ている。Ｕ字状部材９８の二つのアームの間にはスライ
ドナット１００が取り付けられ、スライドナット１００
と螺合するスライドスクリュー１０２は、基板１４に固
定された電動モータ１０４により回転駆動される。

【００５７】図３２は上記構成を簡略化したもので、負
荷質量ｍの大きさに応じて電動モータ１０４を駆動して
スライドスクリュー１０２を回転させることにより弾性
部材４２の弾性力が変化する。したがって、弾性部材４
２の弾性力を適宜調整することにより第１及び第２永久
磁石３０，３２のラップ長さｂを略一定に保持すること
ができ、所定の加振波形制御を行うことができる。

【００５８】また、図１３の加振機Ｍにおいて、頂板１
８に取り付けられた二つの永久磁石３８，４０と同一磁
極が対向する二つの永久磁石３４，３６を前後方向に移
動することにより負荷質量を調整することもできる。

【００５９】図３３は負荷質量調整機構の別の変形例８
６Ｂを示している。図３３に示されるように、負荷質量
調整機構８６Ｂは、基板１４の上面に所定距離をおいて
固定された二つのリニアガイド１０６，１０６と、リニ
アガイド１０６，１０６に沿って前後方向に摺動自在に
取り付けられた磁石載置板１０８と、磁石載置板１０８
の下面に固定されたスライドナット１１０と、スライド
ナット１１０と螺合するスライドスクリュー１１２と、
基板１４に取り付けられスライドスクリュー１１２を回
転駆動する電動モータ１１４により構成されている。二
つの永久磁石３４，３６は、永久磁石３８，４０とそれ
ぞれ対向した状態で磁石載置板１０８に固定されてい
る。

【００６０】頂板１８に加わる質量負荷ｍは、第１及び
第２永久磁石３０，３２の反発力と、永久磁石３４，３
６及び永久磁石３８，４０の反発力により支持されるの
で、負荷質量ｍの大きさに応じて電動モータ１１４を駆
動してスライドスクリュー１１２を回転させると磁石載
置板１０８がリニアガイド１０６，１０６に沿って前後
方向に摺動する。その結果、永久磁石３４，３６が前後
方向に移動することになるので、対向する永久磁石３
８，４０との対向面積が変化し反発力が変化する。した
がって、永久磁石３４，３６の前後位置を適宜調整する
ことにより第１及び第２永久磁石３０，３２のラップ長
さを略一定に保持することができ、所定の加振波形制御
を行うことができる。

【００６１】

【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、同一磁極
が対向する少なくとも一対の永久磁石の一方を他方に対
し周期的に往復移動させて一対の永久磁石の対向面積を
変化させることにより頂板を上下方向に振動させるよう
にした加振機において、頂板に加えられる負荷質量に応
じて駆動源の作動前の上記一対の永久磁石のラップ長さ
を略一定に保持するようにしたので、駆動源に加わる負
荷を安定化させることができ所定の加振波形制御を行う
ことができる。

【００６２】また、請求項２に記載の発明によれば、駆
動源に第１永久磁石を取り付けるとともに第１永久磁石
と同一磁極が対向する第２永久磁石を基板に摺動自在に
取り付け、頂板に加えられる負荷質量に応じて第２永久
磁石を摺動させて第１永久磁石との反発力を変化させる
ことにより上記一対の永久磁石のラップ長さを略一定に
保持するようにしたので、負荷質量調整機構の構成が簡
素で安価に製作することができる。

【００６３】さらに、請求項３に記載の発明によれば、
駆動源に弾性部材を取り付け、頂板に加えられる負荷質
量に応じて弾性部材の弾性力を変化させることにより上
記一対の永久磁石のラップ長さを略一定に保持するよう
にしたので、負荷質量調整機構の構成が極めて簡素であ
る。

【００６４】また、請求項４に記載の発明によれば、同
一磁極が対向し負荷質量を支持する複数の永久磁石をさ
らに設け、頂板に加えられる負荷質量に応じて上記複数
の永久磁石の一部を他方に対し摺動させて永久磁石の反
発力を変化させることにより上記一対の永久磁石のラッ
プ長さを略一定に保持するようにしたので、負荷支持手
段として使用される永久磁石を利用して負荷質量の調整
ができ、簡素な構成の加振機を安価に製作することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 二つの永久磁石により構成される磁性バネに
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】 同一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】 同一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の応用例を
示す上下方向加振機の斜視図である。

【図１４】 図１３の加振機の側面図である。

【図１５】 図１３の加振機の正面図である。

【図１６】 図１３の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１７】 図１６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１８】 図１６の動電型アクチュエータの部分断面
側面図である。

【図１９】 図１６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２０】 図１６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２１】 動電型アクチュエータの変形例を示す斜視
図である。

【図２２】 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２３】 図１６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２４】 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２５】 図１３の加振機の機械モデルを示す概略図
である。

【図２６】 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２７】 駆動波として使用されるｓｉｎ波を示すグ
ラフである。

【図２８】 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２９】 本発明にかかる質量負荷調整機構を図１３
の加振機に組み込んだ場合の斜視図である。

【図３０】 図２９に示される負荷質量調整機構の作用
を示す概略図である。

【図３１】 別の質量負荷調整機構を図１３の加振機に
組み込んだ場合の斜視図である。

【図３２】 図３１に示される負荷質量調整機構の作用
を示す概略図である。

【図３３】 さらに別の質量負荷調整機構の斜視図であ
る。

【符号の説明】

2,4,34,36,38,40,54,58,60,88,90 永久磁石 ６ 基台 ８ 直動スライダ １０ Ｌ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 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 ８６，８６Ａ，８６Ｂ 負荷質量調整機構 ９２，１００，１１０ スライドナット ９４，１０２，１１２ スライドスクリュー ９６，１０４，１１４ 電動モータ Ｍ 加振機

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板と、該基板に上下動自在に連結され
   た頂板と、同一磁極が対向する少なくとも一対の永久磁
   石と、該一対の永久磁石の一方を駆動する駆動源とを備
   え、該駆動源により一方の永久磁石を他方の永久磁石に
   対し周期的に往復移動させて上記一対の永久磁石の対向
   面積を変化させることにより上記頂板を上下方向に振動
   させるようにした加振機において、 上記頂板に加えられる負荷質量に応じて上記駆動源の作
   動前の上記一対の永久磁石のラップ長さを略一定に保持
   することにより、上記駆動源に加わる負荷を安定化させ
   たことを特徴とする加振機の負荷質量調整機構。
2. 【請求項２】 上記駆動源に第１永久磁石を取り付ける
   とともに該第１永久磁石と同一磁極が対向する第２永久
   磁石を上記基板に摺動自在に取り付け、上記頂板に加え
   られる負荷質量に応じて上記第２永久磁石を摺動させて
   上記第１永久磁石との反発力を変化させることにより上
   記一対の永久磁石のラップ長さを略一定に保持するよう
   にした請求項１に記載の加振機の負荷質量調整機構。
3. 【請求項３】 上記駆動源に弾性部材を取り付け、上記
   頂板に加えられる負荷質量に応じて上記弾性部材の弾性
   力を変化させることにより上記一対の永久磁石のラップ
   長さを略一定に保持するようにした請求項１に記載の加
   振機の負荷質量調整機構。
4. 【請求項４】 同一磁極が対向し負荷質量を支持する複
   数の永久磁石をさらに設け、上記頂板に加えられる負荷
   質量に応じて上記複数の永久磁石の一部を他方に対し摺
   動させて上記複数の永久磁石の反発力を変化させること
   により上記一対の永久磁石のラップ長さを略一定に保持
   するようにした請求項１に記載の加振機の負荷質量調整
   機構。