JPH1189206A - 安全装置付き加振機 - Google Patents

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
パクトで騒音が少なく安価で、かつ、過大振幅を阻止す
ることのできる安全装置付き加振機を提供すること。 【解決手段】 基板１４と頂板１８とをリンク機構１６
を介して連結し、基板１４に第１永久磁石３０を水平方
向に摺動自在に取り付けるとともに、第１永久磁石３０
と同一磁極が対向する第２永久磁石３２を頂板１８に固
定した。第１永久磁石３０は駆動源２８により駆動し、
頂板１８に加わる負荷は負荷支持手段で支持するように
した。また、駆動源２８により第１永久磁石３０を第２
永久磁石３２に対し周期的に往復移動させてその対向面
積を変化させることにより頂板１８を垂直方向に振動さ
せるとともに、頂板１４の振幅が所定値を超えると安全
装置Ｓにより頂板１４の振動を阻止するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、安全装置付き加振
機に関し、更に詳しくは、複数の永久磁石の反発力を利
用して振動エネルギを発生させることができ、かつ、過
大振幅を阻止することのできる安全装置付き加振機に関
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、コンパクトで騒音が少なく安価で、
かつ、過大振幅を阻止することのできる安全装置付き加
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、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、上記基板に水平方向に摺動自在に取り付けられた
第１永久磁石と、該第１永久磁石を駆動する駆動源と、
上記第１永久磁石と同一磁極が対向し上記頂板に固定さ
れた第２永久磁石と、上記頂板に加わる負荷を支持する
負荷支持手段と、上記頂板の過大振幅を阻止する安全装
置を備え、上記駆動源により上記第１永久磁石を上記第
２永久磁石に対し周期的に往復移動させて上記第１及び
第２永久磁石の対向面積を変化させることにより上記頂
板を垂直方向に振動させるとともに、上記頂板の振幅が
所定値を超えると上記安全装置により上記頂板の振動を
阻止するようにしたことを特徴とする安全装置付き加振
機である。

【０００６】また、請求項２に記載の発明は、上記安全
装置を、上記基板に取り付けられた過変位検出手段と、
該過変位検出手段からの信号に応答して上記駆動源を停
止させる制御手段と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、上記過
変位検出手段を、上記リンク機構の一部の所定値以上の
変位を検出するリミットスイッチで構成したことを特徴
とする。

【０００８】また、請求項４に記載の発明は、上記過変
位検出手段を、上記リンク機構の一部の所定値以上の角
変位及び角加速度を検出するロータリエンコーダで構成
したことを特徴とする。

【０００９】また、請求項５に記載の発明は、上記安全
装置を、上記リンク機構を機械的にロックする機械的ロ
ック手段で構成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気バ
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気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＝０ ｋ₂＞ｋ₁

【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。

【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気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、 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
で構成される磁気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の第１実施形態にかかる加
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。

【００２９】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。

【００３０】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。

【００３１】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。

【００３２】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。

【００３３】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。

【００３４】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。

【００３５】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。

【００３６】なお、上記第１実施形態においては、コイ
ル５２，５２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
２８Ａ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。

【００３７】また、上記第１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。

【００３８】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。

【００３９】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。

【００４０】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。

【００４１】次に、図１３乃至図１５に示される加振機
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、３４と３
８、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。

【００４２】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。

【００４３】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。

【００４４】なお、上記第１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２８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５
８，６０の反発力を利用して荷重の谷を設定することも
できる。

【００４５】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。

【００４６】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。

【００４７】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。

【００４８】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。

【００４９】次に、上記加振機Ｍに設けられた安全装置
Ｓを図１４及び図２９を参照して説明する。図１４及び
図２９に示されるように（図１３は安全装置Ｓを省略し
ている）、左右のリンク２４，２４を対応する前部リン
ク保持部材２０，２０に揺動自在に連結する揺動軸の一
つには、この揺動軸と一体的に回転するカム１００が取
り付けられ、このカム１００と対向するリミットスイッ
チ１０２は、カム１００が取り付けられた前部リンク保
持部材２０の近傍の基板１４にブラケット１０４を介し
て取り付けられている。

【００５０】図１４において、頂板１８が図中実線で示
される下端と一点鎖線で示される所定ストロークの上端
との間で周期的に振動すると、カム１００に形成された
凸部１００ａは、リミットスイッチ１０２のレバー１０
２ａと当接せず、リミットスイッチ１０２は作動しな
い。

【００５１】ここで、頂板１８に過大な振動（設定範囲
以上の振幅）が加わり、頂板１８が所定ストロークを超
えて図中二点鎖線で示される位置まで上昇すると、カム
１００はさらに回転し、その凸部１００ａがリミットス
イッチ１０２のレバー１０２ａと当接する。その結果、
リミットスイッチ１０２が作動し、駆動源である動電型
アクチュエータ２８の作動を停止させる。

【００５２】図３０は、安全装置Ｓの制御回路を示して
おり、ポテンショメータ８２が接続された駆動源（アク
チュエータ）２８は、コントローラ１０６によりドライ
バ１０８を介して制御される。過変位検出手段としての
リミットスイッチ１０２の作動信号はコントローラ１０
６及びドライバ１０８に送出されており、リミットスイ
ッチ１０２の作動信号がコントローラ１０６に入力され
ると、コントローラ１０６はドライバ１０８を介して駆
動源２８を停止させる。

【００５３】図３１は安全装置の変形例Ｓ１を示してお
り、基板１８に固定されたブラケット１０４には、図２
９に示されるリミットスイッチ１０２に代えてロータリ
エンコーダ１１０が取り付けられている。ロータリエン
コーダ１１０の回転軸はレバー１１２の一端に連結され
る一方、レバー１１２の他端はコネクタピン１１４を介
してリンク２４の中間部に連結されており、リンク２４
とともにレバー１１２も一体的に揺動する。その結果、
ロータリエンコーダ１１０の回転軸が回転することにな
り、ロータリエンコーダ１１０によりリンク２４の角変
位及び角加速度が検出される。

【００５４】従って、頂板１８が所定値以上の加速度で
所定ストロークを超えて図１４の二点鎖線で示される位
置まで上昇すると、設定範囲以上の角変位と角加速度が
ロータリエンコーダ１１０により検出され、コントロー
ラ１０６を介して駆動源２８を停止させる。なお、この
場合の制御回路は図３０に示されるものと同一なので、
その説明は省略する。

【００５５】図３２及び図３３は安全装置の別の変形例
Ｓ２を示しており、頂板１８の過大振動を機械的に阻止
するようにしたものである。図３２及び図３３に示され
るように、左右のリンク２６，２６の一つにはピン２６
ａが植設され、このピン２６ａに対向してアーム１１６
とアームストッパ１１８がブラケット１２０に取り付け
られている。ブラケット１２０は、ロワレール１２に固
定された固定板１２２に取り付けられ、アーム１１６と
アームストッパ１１８は、それぞれ回転軸１２４，１２
６を介して揺動自在にブラケット１２０に取り付けられ
ている。また、アーム１１６はその上端及び下端に形成
された第１凸部１１６ａ及び第２凸部１１６ｂを有し、
スプリング１２８により矢印Ｘ方向に付勢される一方、
アームストッパ１１８はその一端に形成された凹部１１
８ａとその他端に取り付けられた略円筒状の弾性体１１
８ｂを有し、スプリング１３０により矢印Ｙ方向に付勢
されている。なお、アーム１１６の回転軸１２４とアー
ムストッパ１１８の回転軸１２６の間にはストッパ軸１
３２が取り付けられ、このストッパ軸１３２には円筒状
弾性体１３４が囲繞されている。

【００５６】上記安全装置Ｓ２の作用を以下説明する。
頂板１８が図３２に実線で示される下端と一点鎖線で示
される所定ストロークの上端との間で周期的に振動して
いる場合、アーム１１６下端の第２凸部１１６ｂはアー
ムストッパ１１８の凹部１１８ａに嵌入し、アーム１１
６上端の第１凸部１１６ａはリンク２６のピン２６ａと
は当接せず、周期的振動は維持される。

【００５７】ここで、頂板１８に過大な振動（設定範囲
以上の振幅）が加わり、頂板１８が所定ストロークを超
えて図中二点鎖線で示される位置まで上昇すると、リン
ク２６のピン２６ａがアーム１１６上端の第１凸部１１
６ａに当接し、スプリング１２８の付勢力に抗してアー
ム１１６を矢印Ｘ（図３３）の逆方向に回転させる。そ
の結果、アーム１１６下端の第２凸部１１６ｂとアーム
ストッパ１１８の凹部１１８ａとの嵌合が解除され、ス
プリング１３０の付勢力によりアームストッパ１１８は
矢印Ｙ方向（図３３）に回転し、ストッパ軸１３２に取
り付けられた弾性体１３４と当接する（図３２の二点鎖
線）。この時、アームストッパ１１８に取り付けられた
弾性体１１８ｂがリンク２６と対向し、下降しようとす
るリンク２６と当接することによりリンク機構を機械的
にロックするので、頂板１８の振動が強制的に阻止され
る。

【００５８】図３４は、本発明の第２実施形態にかかる
加振機Ｍ１を示している。第１実施形態の加振機Ｍにお
いては、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３４に示される第２実施形態に
おいては、永久磁石３４，３８，３６，４０に代えてト
ーションバー６２を負荷支持手段として使用している。

【００５９】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。

【００６０】図３５は、本発明の第３実施形態にかかる
加振機Ｍ２を示しており、第３実施形態においては、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が使用されてい
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。

【００６１】図３６は、本発明の第４実施形態にかかる
加振機Ｍ３を示しており、第４実施形態においては、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）渦巻きばね６８，６８が使用されている。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６８，６８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。

【００６２】なお、上記第２乃至第４実施形態におい
て、他の構成及び制御については第１実施形態と同一で
あり、安全装置Ｓ，Ｓ１，Ｓ２も同一のものが採用でき
るので、その説明は省略する。

【００６３】

【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、頂板に加
わる負荷を負荷支持手段で支持する一方、駆動源からの
駆動力で第１永久磁石を第２永久磁石に対し水平方向に
周期的に往復移動させてその対向面積を変化させること
により頂板を垂直方向に振動させるようにしたので、頂
板に加わる負荷を永久磁石の反発力を利用して振動させ
ることができ、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。また、頂板の振幅が所定値を超え
ると安全装置により頂板の振動を阻止するようにしたの
で、極めて安全な加振機を提供することができる。

【００６４】また、請求項２に記載の発明によれば、安
全装置を、基板に取り付けられた過変位検出手段と、該
過変位検出手段からの信号に応答して駆動源を停止させ
る制御手段とで構成したので、安全装置の構成ひいては
加振機の構成が簡素である。

【００６５】さらに、請求項３あるいは４に記載の発明
によれば、過変位検出手段をリミットスイッチあるいは
ロータリエンコーダで構成したので、加振機を安価に製
作することができる。

【００６６】また、請求項５に記載の発明によれば、安
全装置を機械的ロック手段で構成したので、安価で信頼
性の高い加振機を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 磁気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の磁気バネにおいて、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の応用例を
示す本発明の第１実施形態にかかる安全装置付き加振機
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】 本発明にかかる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】 図１３の加振機に設けられた安全装置の斜
視図である。

【図３０】 図２９の安全装置の制御を示す回路図であ
る。

【図３１】 安全装置の変形例を示す斜視図である。

【図３２】 安全装置の別の変形例を備えた加振機の部
分側面図である。

【図３３】 図３２に示される安全装置の分解斜視図で
ある。

【図３４】 本発明の第２実施形態にかかる加振機の斜
視図である。

【図３５】 本発明の第３実施形態にかかる加振機の斜
視図である。

【図３６】 本発明の第４実施形態にかかる加振機の斜
視図である。

【符号の説明】

2,4,34,36,38,40,54,58,60 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 ６２ トーションバー ６６ コイルスプリング ６８ 渦巻きばね 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 １００ カム １０２ リミットスイッチ １０６ コントローラ １１０ ロータリエンコーダ １１６ アーム １１８ アームストッパ Ｍ，Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３ 加振機 Ｓ，Ｓ１，Ｓ２ 安全装置

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 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、上記基板に水平方向に摺
   動自在に取り付けられた第１永久磁石と、該第１永久磁
   石を駆動する駆動源と、上記第１永久磁石と同一磁極が
   対向し上記頂板に固定された第２永久磁石と、上記頂板
   に加わる負荷を支持する負荷支持手段と、上記頂板の過
   大振幅を阻止する安全装置を備え、上記駆動源により上
   記第１永久磁石を上記第２永久磁石に対し周期的に往復
   移動させて上記第１及び第２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垂直方向に振動させるとと
   もに、上記頂板の振幅が所定値を超えると上記安全装置
   により上記頂板の振動を阻止するようにしたことを特徴
   とする安全装置付き加振機。
2. 【請求項２】 上記安全装置を、上記基板に取り付けら
   れた過変位検出手段と、該過変位検出手段からの信号に
   応答して上記駆動源を停止させる制御手段とで構成した
   請求項１に記載の安全装置付き加振機。
3. 【請求項３】 上記過変位検出手段を、上記リンク機構
   の一部の所定値以上の変位を検出するリミットスイッチ
   で構成した請求項２に記載の安全装置付き加振機。
4. 【請求項４】 上記過変位検出手段を、上記リンク機構
   の一部の所定値以上の角変位及び角加速度を検出するロ
   ータリエンコーダで構成した請求項２に記載の安全装置
   付き加振機。
5. 【請求項５】 上記安全装置を、上記リンク機構を機械
   的にロックする機械的ロック手段で構成した請求項１に
   記載の安全装置付き加振機。