WO2009011433A9 - 加振試験装置 - Google Patents

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WO2009011433A9
WO2009011433A9 PCT/JP2008/063065 JP2008063065W WO2009011433A9 WO 2009011433 A9 WO2009011433 A9 WO 2009011433A9 JP 2008063065 W JP2008063065 W JP 2008063065W WO 2009011433 A9 WO2009011433 A9 WO 2009011433A9
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WO
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actuator
test apparatus
intermediate stage
rail
runner block
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PCT/JP2008/063065
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WO2009011433A1 (ja
Inventor
Sigeru Matsumoto
Hiroshi Miyashita
Kazuhiro Murauchi
Masanobu Hasegawa
Original Assignee
Kokusai Keisokuki Kk
Sigeru Matsumoto
Hiroshi Miyashita
Kazuhiro Murauchi
Masanobu Hasegawa
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Priority to JP2009523691A priority patent/JP4818436B2/ja
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Publication of WO2009011433A9 publication Critical patent/WO2009011433A9/ja

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M7/00—Vibration-testing of structures; Shock-testing of structures
    • G01M7/02—Vibration-testing by means of a shake table
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M7/00—Vibration-testing of structures; Shock-testing of structures
    • G01M7/02—Vibration-testing by means of a shake table
    • G01M7/06—Multidirectional test stands
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
    • B06B1/04—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with electromagnetism

Definitions

  • the present invention relates to an excitation test apparatus.
  • machine products and machine parts are repeatedly subjected to loads during transportation and use.
  • An object subjected to repeated loading may fail due to fatigue or may change its shape or characteristics. Therefore, when developing a machine product or machine component, it is desirable to repeatedly apply a load to a sample (test piece) and observe the behavior.
  • a vibration test apparatus is used.
  • an excitation test apparatus fixes a work (test piece) on a table, and this table is uniaxially or triaxially moved by an external actuator.
  • vibration is made in the six axial directions.
  • the above publication discloses a configuration (first configuration) in which tables are stacked in three stages and a work is fixed to the upper table.
  • the first configuration the lower table is vertically oscillated, and the middle table is horizontally oscillated with respect to the lower table. Is excited in the back and forth direction with respect to the middle table.
  • the actuators for exciting the middle and upper tables are also displaced, and when the intermediate table is oscillated, the actuator for exciting the upper table is also displaced. ing. Therefore, the upper table and the test piece fixed thereon can be oscillated in three axial directions without interference between the actuators.
  • a plurality of actuators can be attached to a single table and can be oscillated in six axial directions (a second configuration) as another configuration of the excitation test apparatus.
  • the actuators can follow the displacement of the table to some extent by making each of the actuators displaceable with a certain degree of freedom (the actuator can be pivoted about a certain axis).
  • the table and the test piece mounted thereon can be oscillated in six axial directions without interference between the actuators.
  • the actuator for exciting the lower table requires power sufficient to excite three tables and the other two actuators, so the excitation apparatus is not large. There was a problem of becoming a thing. Further, actuators for vibrating the upper and middle tables are fixed to the middle and lower tables, respectively, and configured to vibrate together with the tables. Therefore, the actuator itself becomes an unbalanced load on the table, and an error component caused by the unbalanced load may be included in the vibration applied to the workpiece.
  • the vibration control apparatus as in the second configuration has a complex control system such as using a processor for calculating parameters to be supplied to each actuator at high speed.
  • an object of the present invention is to provide a vibrating device capable of vibrating the table with a large amplitude without increasing the size and complexity of the device.
  • the table is slid in the second direction with respect to the first actuator, and the first and second actuators capable of exciting the table in the first and second directions orthogonal to each other.
  • An excitation test apparatus is provided having a first coupling means enabling and a second coupling means enabling the table to slide relative to a second actuator in a first direction.
  • each actuator is slidable relative to the table in the direction orthogonal to the vibration direction of the actuator. Therefore, even if the table vibrates with a certain actuator, the table slides relative to the other actuator, so that the other actuator does not displace and the vibration direction of the other actuator does not change. Therefore, in the present invention, each actuator only needs to have sufficient power to excite the table and the work. Further, according to the present invention, since it becomes possible to excite the table without rotating the actuator, it is possible to excite the table with a large stroke even if the drive shaft of the actuator is short.
  • a third actuator capable of vibrating the table in a third direction perpendicular to both the first and second directions, and the table slidable in the first and second directions with respect to the third actuator
  • third connecting means connected to the first and second connecting means, the first and second connecting means slidably connecting the table to the first and second actuators in a third direction, respectively.
  • FIG. 1 It is a top view of the excitation test device by the embodiment of the present invention. It is the side view which looked at the 1st actuator of an embodiment of the invention from the direction of the Y-axis. It is a top view of the 1st actuator of an embodiment of the invention. It is the side view which looked at the table and the 3rd actuator of an embodiment of the invention from the direction of the X-axis. It is the side view which looked at the table and the 3rd actuator of an embodiment of the invention from the direction of the Y-axis. It is a block diagram of a control system in an excitation test device according to an embodiment of the present invention. It is sectional drawing of the semi-rigid coupling of embodiment of this invention. FIG.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of a runner block and a rail according to an embodiment of the present invention cut along a plane perpendicular to the longitudinal direction of the rail.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view taken along line II of FIG. 8;
  • FIG. 1 is a top view of an excitation test apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the vibration test apparatus 1 of the present embodiment fixes a workpiece to be subjected to a vibration test on the table 100, and uses the first, second and third actuators 200, 300 and 400 to set the table 100 and the upper surface thereof.
  • the workpiece is excited in the direction of three orthogonal axes.
  • the direction in which the first actuator 200 excites the table 100 (vertical direction in FIG. 1) is the X axis direction
  • the direction in which the second actuator 300 excites the table 100 horizontal direction in FIG. Is defined as the Y axis direction
  • the direction in which the third actuator 400 excites the table that is, the vertical direction (the direction perpendicular to the sheet of FIG. 1) is defined as the Z axis direction.
  • FIG. 6 is a block diagram of a control system of an excitation test apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the first, second and third actuators 200, 300 and 400 are provided with vibration sensors 220, 320 and 420, respectively.
  • the control means 10 performs desired feedback control of the first, second and third actuators 200, 300 and 400 (specifically, servomotors 212, 312 and 412) based on the outputs of these vibration sensors.
  • the table 100 and the workpiece mounted thereon can be oscillated in amplitude and frequency (these parameters are usually set as a function of time).
  • the first, second, and third actuators 200, 300, and 400 are configured such that motors, power transmission members, and the like are mounted on the base plates 202, 302, and 402, respectively.
  • the base plates 202, 302, 402 are fixed on the device base 2 by bolts (not shown).
  • adjusters A are arranged at a plurality of positions adjacent to the base plates 202, 302 and 402.
  • the adjuster A has an internal thread portion A1 fixed to the device base 2 with a bolt AB, and an external thread portion A2 screwed into the internal thread portion A1.
  • the external thread portion A2 is a cylindrical member having a cylindrical surface and a thread formed on the cylindrical surface, and the external thread portion A2 is engaged with a screw hole formed in the internal thread portion A1 and rotated.
  • the part A2 can be advanced and retracted relative to the corresponding base plate.
  • One end of the externally threaded portion A2 (the side proximal to the corresponding base plate) is formed in a substantially spherical shape, and the position of the base plate is obtained by bringing this protrusion into contact with the side surface of the corresponding base plate. Can be fine-tuned. Further, at the other end of the externally threaded portion A2 (the side distal to the corresponding base plate), a hexagonal hole for a hexagonal wrench (not shown) is formed. .
  • the nut A3 is attached to the male screw portion A2 so that the male screw portion A2 is not loosened by vibration or the like that can be transmitted from the base plate to the adjuster A in the vibration test.
  • the nut A3 is attached such that one end face thereof abuts on the female screw part A1. From this state, the nut A3 is screwed in and the female screw part A1 is pushed to exert an axial force on the male screw part A2 and the female screw part A1. The frictional force generated on the threads of the male screw portion A2 and the female screw portion A1 by this axial force prevents the female screw portion A1 from loosening from the male screw portion A2.
  • FIG. 2 is a side view of the first actuator 200 according to an embodiment of the present invention as viewed from the Y-axis direction (from right to left in FIG. 1). This side view is partially cut away to show the internal structure.
  • FIG. 3 is a partially cutaway view of the top view of the first actuator 200 to show an internal structure.
  • the direction from the first actuator 200 toward the table 100 along the X axis is “positive direction of X axis”
  • the direction from the table 100 toward the first actuator is “X axis Define as "negative direction”.
  • a frame 222 consisting of a plurality of beams 222a welded together and a top plate 222b is fixed by welding.
  • the bottom plate 242 of the support mechanism 240 for supporting the connection mechanism 230 for transmitting the excitation motion by the drive mechanism 210 for exciting the table 100 (FIG. 1) and the drive mechanism 210 to the table Is fixed via a bolt (not shown) on the top plate 222b.
  • the drive mechanism 210 includes a servomotor 212, a coupling 260, a bearing portion 216, a ball screw 218 and a ball nut 219.
  • the coupling 260 couples the drive shaft 212 a of the servomotor 212 and the ball screw 218.
  • the bearing portion 216 is supported by a bearing support plate 244 fixed by welding vertically to the bottom plate 242 of the support mechanism 240, and rotatably supports the ball screw 218.
  • the ball nut 219 engages with the ball screw 218 while being supported by the bearing support plate 244 so as not to move about its axis.
  • the ball screw rotates, and the ball nut 219 advances and retracts in the axial direction (that is, the X-axis direction).
  • the movement of the ball nut 219 is transmitted to the table 100 through the connection mechanism 230, whereby the table 100 is driven in the X-axis direction.
  • the table 100 can be oscillated in the X-axis direction with a desired amplitude and cycle.
  • a motor support plate 246 is welded to the upper surface of the bottom plate 242 of the support mechanism 240 perpendicularly to the bottom plate 242.
  • a servomotor 212 is cantilevered on one surface of the motor support plate 246 (surface on the negative side in the X-axis) so that the drive shaft 212a is perpendicular to the motor support plate 246.
  • the motor support plate 246 is provided with an opening 246a, and the drive shaft 212a of the servomotor 212 passes through the opening 246a and is connected to the ball screw 218 on the other surface side of the motor support plate 246.
  • the bearing portion 216 has a pair of angular ball bearings 216a, 216b (the one in the negative side of the X axis is 216a and the one in the positive side of the X axis is 216b) combined in a frontal combination. doing.
  • Angular ball bearings 216 a, 216 b are housed in the hollow portion of the bearing support plate 244.
  • a bearing pressing plate 216c is provided on one surface (a surface on the positive side in the X-axis) of the angular ball bearing 216b, and the bearing pressing plate 216c is fixed to the bearing support plate 244 using a bolt 216d.
  • the angular ball bearing 216b is pushed in the X axis negative direction.
  • a screw portion 218a is formed on a cylindrical surface adjacent to the bearing portion 216 in the negative direction of the X-axis.
  • a collar 217 having an internal thread formed on its inner periphery is attached to the screw portion 218.
  • connection portion 230 includes a nut guide 232, a pair of Y-axis rails 234, a pair of Z-axis rails 235, an intermediate stage 231, a pair of X-axis rails 237, a pair of X-axis runner blocks 233, and a runner block attachment member 238. doing.
  • the nut guide 232 is fixed to the ball nut 219.
  • the pair of Y-axis rails 234 are both rails extending in the Y-axis direction, and are vertically aligned and fixed to the end of the nut guide 232 in the positive X-axis direction.
  • the pair of Z-axis rails 235 are rails extending in the Z-axis direction, and are arranged and fixed in the Y-axis direction at the end of the table 100 in the negative X-axis direction.
  • the intermediate stage 231 is engaged with each of the Y-axis rails 234, and the Z-axis runner block 231b is engaged with each of the Z-axis rails 235 on the surface on the negative side of the X-axis. It is a block provided on the surface on the positive direction side, and is configured to be slidable with respect to both the Y-axis rail 234 and the Z-axis rail 235.
  • the intermediate stage 231 can slide in the Z-axis direction with respect to the table 100 and can slide in the Y-axis direction with respect to the nut guide 232. Therefore, the nut guide 231 can slide in the Y axis direction and the Z axis direction with respect to the table 100. Therefore, even if the table 100 is vibrated in the Y-axis direction and / or the Z-axis direction by the other actuators 300 and / or 400, the nut guide 232 is not displaced thereby. That is, bending stress caused by the displacement of the table 100 in the Y-axis direction and / or the Z-axis direction is not applied to the ball screw 218, the bearing 216, the coupling 260, and the like.
  • the pair of X-axis rails 237 are rails extending in the X-axis direction, and are fixed in line in the Y-axis direction on the bottom plate 242 of the support mechanism 240.
  • the X-axis runner block 233 engages with each of the X-axis rails 237 and is slidable along the X-axis rails 237.
  • the runner block mounting member 238 is a member fixed to the bottom surface of the nut guide 232 so as to project toward both sides in the Y axis direction, and the X axis runner block 233 is fixed to the bottom portion of the runner block mounting member 238.
  • the nut guide 232 is guided by the X-axis rail 237 via the runner block attachment member 238 and the X-axis runner block 233, and is thereby movable only in the X-axis direction.
  • the moving direction of the nut guide 232 is limited only to the X-axis direction, when the ball screw 218 is rotated by driving the servomotor 212, the nut guide 232 and the nut guide 232 are engaged.
  • the table 100 advances and retracts in the X-axis direction.
  • Position detection means 250 is disposed on one side surface (the near side in FIG. 2, the right side in FIG. 3) of the runner block attachment member 238 in the Y-axis direction.
  • the position detection means 250 includes three proximity sensors 251 arranged at regular intervals in the X-axis direction, a detection plate 252 provided on the side surface 238 a of the runner block attachment member 238, and a sensor support plate 253 supporting the proximity sensor 251. have.
  • the proximity sensor 251 is an element capable of detecting whether any object is in proximity (for example, within 1 millimeter) in front of each proximity sensor.
  • the proximity sensor 251 can detect whether or not the detection plate 252 is present in front of each proximity sensor 251.
  • the control means 10 of the vibration testing apparatus 1 can perform feedback control of the servomotor 212 using, for example, the detection result of the proximity sensor 251 (FIG. 6).
  • a restriction block 236 is provided which is disposed so as to sandwich the X-axis runner block 233 from both sides in the X-axis direction.
  • the restriction block 236 is for restricting the movement range of the nut guide 232. That is, when the servomotor 212 is driven to continue moving the nut guide 232 in the positive direction of the X axis, finally, the restricting block 236 and the runner block attachment member 238 arranged in the positive direction of the X axis And the nut guide 232 can not move in the X-axis positive direction any more.
  • the first actuator 200 and the second actuator 300 described above have the same structure except that they are installed in different directions (X and Y axes are interchanged). Therefore, the detailed description of the second actuator 300 is omitted.
  • FIG. 4 is a side view of the table 100 and the third actuator 400 as viewed from the X-axis direction (from the lower side to the upper side in FIG. 1). This side view is also partially cut away to show the internal structure.
  • FIG. 5 is a side view of the table 100 and the third actuator 400 according to the embodiment of the present invention as viewed from the Y-axis direction (from left to right in FIG. 1). FIG. 5 is also partially cut away to show the internal structure.
  • the direction from the second actuator 300 toward the table 100 along the Y axis is a Y-axis positive direction
  • the direction along the table 100 from the table 100 to the second actuator 300 is a Y-axis negative Define as a direction.
  • the base plate 402 is provided with a frame 422 comprising a plurality of vertically extending beams 422a and a top plate 422b arranged to cover the plurality of beams 422a from above. ing.
  • the lower end of each beam 422a is welded to the upper surface of the base plate 402, and the upper end is welded to the lower surface of the top plate 422b.
  • the bearing support plate 442 of the support mechanism 440 is fixed on the top plate 422 b of the frame 422 via a bolt (not shown).
  • the bearing support plate 442 is a member for supporting a drive mechanism 410 for oscillating the table 100 (FIG. 1) in the vertical direction, and a connecting mechanism 430 for transmitting the oscillating motion of the drive mechanism 410 to the table. It is.
  • the drive mechanism 410 includes a servomotor 412, a coupling 460, a bearing portion 416, a ball screw 418, and a ball nut 419.
  • the coupling 460 connects the drive shaft 412 a of the servomotor 412 and the ball screw 418.
  • the bearing portion 416 is fixed to the above-described bearing support plate 442, and rotatably supports the ball screw 418.
  • the ball nut 419 engages with the ball screw 418 while being supported by the bearing support plate 442 so as not to move around its axis. Therefore, when the servomotor 412 is driven, the ball screw rotates and the ball nut 419 advances and retracts in its axial direction (that is, the Z-axis direction).
  • the movement of the ball nut 419 is transmitted to the table 100 through the connection mechanism 430, whereby the table 100 is driven in the Z-axis direction. Then, by controlling the servomotor 412 so as to switch the rotation direction of the servomotor 412 in a short cycle, the table 100 can be oscillated in the Z-axis direction (up and down direction) with a desired amplitude and cycle.
  • a motor support plate 446 extending in the horizontal direction (XY plane) is fixed from the lower surface of the bearing support plate 442 of the support mechanism 440 via the two connection plates 443.
  • the servomotor 412 is suspended and fixed to the lower surface of the motor support plate 446.
  • the motor support plate 446 is provided with an opening 446 a, and the drive shaft 412 a of the servomotor 212 passes through the opening 446 a and is connected to the ball screw 418 on the upper surface side of the motor support plate 446.
  • the dimension of the servo motor 412 in the axial direction is larger than the height of the frame 422, so most of the servo motor 412 is disposed at a lower position than the base plate 402. Be done.
  • the device base 2 is provided with a hollow portion 2 a for housing the servomotor 412.
  • the base plate 402 is provided with an opening 402 a for passing the servomotor 412.
  • the bearing portion 416 is provided to penetrate the bearing support plate 442.
  • the structure of the bearing part 416 is the same as that of the bearing part 216 (FIG. 2, FIG. 3) in the 1st actuator 200, detailed description is abbreviate
  • the connecting portion 430 includes a movable frame 432, a pair of X-axis rails 434, a pair of Y-axis rails 435, a plurality of intermediate stages 431, two pairs of Z-axis rails 437, and two pairs of Z-axis runner blocks 433. There is.
  • the movable frame 432 has a frame portion 432a fixed to the ball nut 419, a top plate 432b fixed to the upper end of the frame portion 432a, and a side wall 432c fixed so as to extend downward from both edges in the X axis direction of the top plate 432b.
  • the pair of Y-axis rails 435 are rails extending in the Y-axis direction, and are fixed to the upper surface of the top plate 432 b of the movable frame 432 in the X-axis direction.
  • the pair of X-axis rails 434 are both rails extending in the X-axis direction, and are fixed to the lower surface of the table 100 in the Y-axis direction.
  • the intermediate stage 431 is a block provided with an X-axis runner block 431a engaging with the X-axis rail 434 at the top and a Y-axis runner block 431b engaging with each of the Y-axis rails 435 at the bottom. It is configured to be slidable with respect to both the rail 434 and the Y-axis rail 435.
  • One intermediate stage 431 is provided for each position where the X-axis rail 434 and the Y-axis rail 435 intersect. Since two X-axis rails 434 and two Y-axis rails 435 are provided, the X-axis rails 434 and the Y-axis rails 435 intersect at four points. Thus, in the present embodiment, four intermediate stages 431 are used.
  • each of the intermediate stages 431 can slide in the X axis direction with respect to the table 100 and can slide in the Y axis direction with respect to the movable frame 432. That is, the movable frame 432 can slide in the X axis direction and the Y axis direction with respect to the table 100. Therefore, even if the table 100 is vibrated in the X-axis direction and / or the Y-axis direction by the other actuators 200 and / or 300, the movable frame 432 is not displaced thereby. That is, bending stress caused by the displacement of the table 100 in the X-axis direction and / or the Y-axis direction is not applied to the ball screw 418, the bearing 416, the coupling 460 or the like.
  • the movable frame 432 since the movable frame 432 supports the table 100 and the work having a relatively large weight, the distance between the X-axis rail 434 and the Y-axis rail 435 is set to the Y-axis rail 234 and Z of the first actuator 200. It is wider than the shaft rail 235. Therefore, if the table 100 and the movable frame 432 are connected by only one intermediate stage as in the case of the first actuator 200, the intermediate stage becomes larger and the load applied to the movable frame 432 increases.
  • the magnitude of the load applied to the movable frame 432 is minimized. I'm holding back.
  • the two pairs of Z-axis rails 437 are rails extending in the Z-axis direction, and are fixed to the respective side walls 432 c of the movable frame 432 side by side in the Y-axis direction.
  • the Z-axis runner block 433 engages with each of the Z-axis rails 437 and is slidable along the Z-axis rails 437.
  • the Z-axis runner block 433 is fixed to the top surface of the top plate 422 b of the frame 422 via the runner block attachment member 438.
  • the runner block attachment member 438 has a side plate 438a disposed substantially in parallel with the side wall 432c of the movable frame 432 and a bottom plate 438b fixed to the lower end of the side plate 438a. It has become. Further, in the present embodiment, when a workpiece having a high center of gravity and a large weight is fixed on the table 100, a large moment about the X axis and / or the Y axis is easily applied to the movable frame 432. Therefore, the runner block attachment member 438 is reinforced by the rib so as to withstand this rotational moment.
  • first ribs 438c is provided at a corner formed by the side plate 438a and the bottom plate 438b at both ends of the runner block attachment member 438 in the Y-axis direction.
  • a second rib 438d is provided.
  • the Z-axis runner block 433 is fixed to the frame 422 and is slidable with respect to the Z-axis rail 437. Therefore, the movable frame 432 is slidable in the vertical direction, and movement of the movable frame 432 other than in the vertical direction is restricted. As described above, since the moving direction of the movable frame 432 is limited only to the vertical direction, when the servo motor 412 is driven to turn the ball screw 418, the movable frame 432 and the table engaged with the movable frame 432 are engaged. 100 moves up and down in the up and down direction.
  • the third actuator 400 is also provided with position detection means (not shown) similar to the position detection means 250 (FIGS. 2 and 3) of the first actuator 200.
  • the vibration test apparatus 1 control means 10 can control so that the height of the movable frame 432 falls within a predetermined range based on the detection result of the position detection means (FIG. 6).
  • two pairs of rails and an intermediate stage configured to be slidable with respect to the rails are provided between the actuators and the table 100 whose drive axes are orthogonal to each other.
  • the table 100 can slide in any direction on a plane perpendicular to the drive direction of the actuator. Therefore, even if the table 100 is displaced by a certain actuator, no load or moment resulting from this displacement is applied to the other actuator, and the other actuator and the table 100 are engaged via the intermediate stage. Is maintained. That is, even if the table is displaced to an arbitrary position, the state in which each actuator can displace the table is maintained. For this reason, in the present embodiment, the three actuators 200, 300, 400 can be driven simultaneously to excite the table 100 and the workpiece fixed thereon in three axial directions.
  • FIG. 7 is an enlarged cross-sectional view showing the coupling 460 and the shaft portion of the drive shaft 412 a of the AC servomotor 412 and the ball screw 418 which are connected to each other via the coupling 460.
  • the coupling 460 includes a nylon inner ring 461, a pair of duralumin outer rings 462 and 463, and a plurality of (six in this embodiment) bolts 464 for fastening them. It is a semi rigid coupling that is configured.
  • circular holes 461a and 461b communicating with each other are provided coaxially.
  • the inner diameter of the round hole 461a is such that the drive shaft 412a of the AC servomotor 412 can be inserted without any gap
  • the inner diameter of the round hole 461b is such that the shaft of the ball screw 418 can be inserted without any gap.
  • the outer diameter of the circular hole 461 b is smaller than the outer diameter of the circular hole 461 a .
  • a flange portion 461 c is formed on the outer periphery of the axial center portion of the inner ring 461. Tapered portions extending in the axial direction are respectively formed from the both sides inside of the flange portion 461c.
  • the outer side surfaces 461 d and 461 e of each tapered portion are conical tapered surfaces whose outer diameters decrease as they approach the axial tip.
  • through holes having tapered inner side surfaces 462 a and 463 a are respectively formed on the inner side of the pair of outer rings 462 and 463 sandwiching the inner ring 461.
  • the outer rings 462 and 463 are disposed such that the direction in which the tapered surfaces of the inner side surfaces 462 a and 463 a are open is directed to the inner ring side.
  • the tapered inner surfaces 462a, 463a of the outer rings 462, 463 have the same taper angle as the outer surfaces 461d, 461e of the inner ring 461, respectively.
  • the through holes of the outer rings 462 and 463 are formed at both ends of the inner ring 461 so that the inner surface 462a of the outer ring 462 and the outer surface 461d of the inner ring 461 and the inner surface 463a of the outer ring 463 and the outer surface 461e of the inner ring 461 overlap.
  • the tapered portion is inserted.
  • female threads 463b that engage with the external thread formed at the tip of the bolt 464 are formed at equal intervals on the circumference centering on the axis of the through hole .
  • bolt holes (round holes) 462b and 461f are formed in the outer ring 462 and the flange portion 461c of the inner ring 461 at positions corresponding to the female threads 463b of the outer ring 463.
  • Six bolts 464 (only two are shown in FIG. 7) are engaged with the internal threads 464b of the outer ring 340 through the bolt holes 462b of the outer ring 462 and the bolt holes 461f of the inner ring 461.
  • the tip of the drive shaft 412a of the AC servomotor 412 and the tip of the shaft portion of the ball screw 418 are slightly (for example, about 1 mm) It is connected separately. Therefore, when a force in the direction to compress the shaft is applied from the motor, the inner ring elastically deforms to narrow the distance between the drive shaft 412a and the ball screw 418, whereby the axial force in the coupling 460 is reduced.
  • the axial force transmitted to the ball screw side can be greatly attenuated.
  • the vibration damping rate of the inner ring 461 is substantially maximum at the natural frequency of the drive shaft 412a when compared within the measurement frequency range in the excitation test. Thereby, vibration in the axial direction of the drive shaft 412a or in the radial direction of the shaft can be effectively damped.
  • the vibration damping factor of the inner ring 461 at the natural frequency of the drive shaft 412a does not necessarily have to be substantially maximum in the measurement frequency domain, but it is desirable that it be at least larger than the frequency average in the measurement frequency domain.
  • the distance between the tip of the drive shaft 412a of the AC servomotor 412 and the tip of the shaft portion of the ball screw 418 is as short as about 1 mm. It has been Therefore, it is sufficiently rigidly connected in the torsional direction, has no backlash, and can accurately transmit the rotational drive of the drive shaft 412 a of the AC servomotor 412 to the ball screw 418.
  • the connecting portion including the guide mechanism in which the rail and the runner block are combined is provided between the actuators 200, 300, and 400 and the table 100.
  • a similar guide mechanism is also provided on the actuators 200, 300, 400, which guide mechanism is used to guide the nut of the ball screw mechanism of each actuator.
  • the configuration of these guide mechanisms will be described in detail using the drawings. The following description is about the guide mechanism (FIG. 5) composed of the Z-axis runner block 433 and the Z-axis rail 437 of the third actuator 400, but the other guide mechanisms have the same configuration.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of the runner block 433 and the rail 437 cut along a plane perpendicular to the longitudinal direction of the rail 437.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view taken along line II of FIG.
  • the runner block 433 is formed with a recess so as to surround the rail 437, and the recess is formed with four grooves 433a and 433a 'extending in the axial direction of the rail 435. It is done.
  • the grooves 433a and 433a ' accommodate a large number of stainless steel balls 433b.
  • the rails 437 are provided with grooves 437a and 437a 'at positions facing the grooves 433a and 433a' of the runner block 433.
  • the balls 433b are formed of the grooves 433a and 437a or the grooves 433a 'and 437a'. It is supposed to be sandwiched between.
  • the cross-sectional shapes of the grooves 433a, 433a ', 437a, 437a' are arcs, and the radius of curvature thereof is approximately equal to the radius of the ball 433b. Therefore, the ball 433b is in close contact with the grooves 433a, 433a ', 437a and 437a' with almost no play.
  • the groove 433a and the retraction path 433c are connected at their respective ends via a U-shaped path 433d, and the groove 433a, the groove 437a, the retraction path 433c, and the U-shaped path 433d are balls.
  • the runner block 433 moves relative to the rail 437, the large number of balls 433b circulate in the circulation path while rolling the grooves 433a, 433a ', 437a, 437a'. For this reason, even if a large load is applied in a direction other than the rail axial direction, the runner block can be supported by a large number of balls and the ball 433b is rolled to keep the resistance in the rail axial direction small. The block 433 can be moved smoothly with respect to the rail 437.
  • the internal diameter of the retraction path 433c and the U-shaped path 433d is slightly larger than the diameter of the ball 433b, and the frictional force generated between the retraction path 433c and the U-shaped path 433d and the ball 433b is very small. , The circulation of the ball 433b is not impeded.
  • the two rows of balls 433b sandwiched between the grooves 433a and 437a form a front combination type angular contact ball bearing having a contact angle of approximately 45 °.
  • the contact angle in this case is an angle formed by the line connecting the contact points where the grooves 433a and 437a contact the balls 433b and the radial direction of the linear guide (the direction from the runner block to the rail).
  • the angular ball bearing formed in this manner has loads in the reverse radial direction (direction from the rail to the runner block) and in the lateral direction (direction orthogonal to both the radial direction and the advancing and retracting direction of the runner block; left and right direction in the figure). It can be supported.
  • the two rows of balls 433b sandwiched by the grooves 433a 'and 437a' have a contact angle (a line connecting contact points where the grooves 433a 'and 437a' make contact with the balls 433b and the reverse of the linear guide
  • a frontal combination type angular contact ball bearing is formed in which the angle with the radial direction is 45 °.
  • the angular ball bearing can support radial and lateral loads.
  • the two rows of balls 433b respectively sandwiched by one of the grooves 433a and 437a (left in the figure) and one of the grooves 433a 'and 437a' (left in the figure) are also frontal combination type angular contact ball bearings
  • two rows of balls 433b respectively sandwiched between the other of grooves 433a and 437a (left side in the figure) and the other of grooves 433a 'and 437a' (left side in figure) are also frontal combination type angular contact ball bearings
  • the front combination type angular contact ball bearings support the loads acting in the radial direction, the reverse radial direction, and the lateral direction, respectively. It can support a large load applied in the direction.
  • the first and second actuators capable of vibrating the table in the first and second directions (X-axis and Y-axis directions) orthogonal to each other are provided.
  • a first connecting means for enabling the table to slide in the second direction with respect to the first actuator, and a second connecting means for enabling the table to slide in the first direction with respect to the second actuator And.
  • each actuator is slidable relative to the table in a direction perpendicular to the vibration direction of the actuator. Therefore, even if the table vibrates with a certain actuator, the table slides relative to the other actuator, so that the other actuator does not displace and the vibration direction of the other actuator does not change. Therefore, in the present invention, each actuator only needs to have sufficient power to excite the table and the work. Further, according to the present invention, since it becomes possible to excite the table without rotating the actuator, it is possible to excite the table with a large stroke even if the drive shaft of the actuator is short.
  • the actuator since the actuator is neither displaced nor rotated, it is easy to adopt a ball screw mechanism driven by a servomotor as the actuator.
  • the ball screw mechanism has no problem of oil leakage in the hydraulic actuator and can excite the table with a much longer stroke than the piezoelectric actuator.
  • a coupling that connects a rotary shaft of a servomotor and a ball screw of the ball screw mechanism is configured to have no backlash, be flexible in a bending direction, and block transmission of vibration in an extending direction of a drive shaft of the motor. It is further preferable that the configuration be a semi rigid coupling. With this configuration, the feed screw can be driven with high responsiveness, and even if there is some misalignment, smooth drive can be achieved without generating extremely large internal distortion, and vibration in the motor drive shaft direction can be blocked. can do.
  • the semi rigid coupling preferably comprises a visco-elastic element made of resin or rubber.
  • the semi rigid coupling is configured such that the damping rate of the vibration of the drive shaft of the servomotor is maximized at the natural frequency of the drive shaft.
  • the semi-rigid coupling has a pair of outer rings which are rigid elements, and an inner ring disposed between the pair of outer rings and including an elastic element or a visco-elastic element.
  • a tapered hole is formed at the center of the outer ring, and a cylindrical through hole is formed at the center of the inner ring for passing the connecting shaft.
  • wheel, respectively is formed in the axial direction both ends of the outer periphery of an inner ring
  • a guide mechanism for guiding the nut so that the nut of the ball screw mechanism can move only in the axial direction of the ball screw is fixed to the first portion fixed to the frame of the vibration test apparatus and the nut
  • a runner block having two parts, one of the first part and the second part having a rail and the other having a runner block movable along the rail by engaging with the rail, the runner block A recess surrounding the groove, a groove formed along the moving direction of the runner block in the recess, and a withdrawal path formed inside the runner block and connected to both ends of the groove in the moving direction so as to form a groove and a closed circuit; It is preferable to have a configuration having a plurality of balls adapted to circulate in the closed circuit and to be in contact with the rail when positioned in the groove.
  • the above-mentioned four closed circuits are formed in the runner block, and the balls disposed in each of the two closed circuit grooves of the four closed circuits are approximately ⁇ 45 with respect to the radial direction of the linear guide. It is desirable that the balls having a contact angle of one degree and the balls disposed in each of the other two closed circuit grooves have a contact angle of approximately ⁇ 45 degrees with respect to the reverse radial direction of the guide mechanism.
  • the guide mechanism having such a configuration can smoothly move the runner block along the rail even when the first load is applied in the radial direction, the reverse radial direction and the lateral direction. And since a nut is guided by such a guide mechanism, even if it mounts and vibrates the table heavy-weight work of an oscillating device, the nut of a feed screw mechanism does not rattle, but is smoothly carried out to a rail. It can move along.
  • each of the first and second coupling means comprises an intermediate stage disposed between the table and the corresponding actuator, the intermediate stage of the first coupling means being perpendicular to the first direction.
  • the intermediate stage of the second connecting means is slidable relative to the table only in the direction and slidable relative to the first actuator only in a direction perpendicular to both the one direction and the first direction. , Slidable relative to the table only in one direction perpendicular to the second direction, and slidable relative to the second actuator only in the direction perpendicular to both the one direction and the second direction .
  • one of two directions in which the intermediate stage of the first connecting means can slide relative to the table and the first actuator is the second direction
  • the intermediate stage of the second connecting means is the table and
  • One of the two directions slidable with respect to the second actuator is a first direction
  • At least one rail extending in a direction in which the intermediate stage can slide relative to the table is provided, for example, on one of the table and the intermediate stage, in order to make the intermediate stage slidable relative to the table.
  • the other of the table and the intermediate stage is provided with a runner block which engages with the rail.
  • the intermediate stage extends in a direction in which the intermediate stage can slide relative to the corresponding actuator.
  • the other of the intermediate stage and the corresponding actuator is provided with a runner block that engages the rail.
  • the table and the intermediate stage, and / or the intermediate stage and the actuator may be connected by a plurality of rails and runner blocks arranged in parallel with each other.
  • the runner block is formed in the recess surrounding the rail, the groove formed along the moving direction of the runner block in the recess, and the inside of the runner block, and the groove and the moving direction both ends so as to form a closed circuit.
  • a plurality of balls configured to be in contact with the rail when positioned in the groove while circulating in the closed circuit.
  • four closed circuits are formed in the runner block, and the balls disposed in each of the two closed circuit grooves of the four closed circuits are in the radial direction of the guide mechanism provided with the rail and the runner block.
  • the guide mechanism having such a configuration can smoothly move the runner block along the rail even when the first load is applied in the radial direction, the reverse radial direction and the lateral direction. Then, since the intermediate stage is guided by such a guide mechanism, even when attaching a table heavy work piece of an oscillating device and oscillating, the intermediate stage smoothly follows the rails without rattling. It can move.
  • a third actuator capable of vibrating the table in a third direction (Z-axis direction) perpendicular to both the first and second directions
  • the table And third connecting means slidably connected in the first and second directions with respect to the actuator, wherein the first and second connecting means respectively move the table to the first and second actuators.
  • And is slidably coupled in the third direction.

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Abstract

　試験片が固定されたテーブルを加振する加振試験装置であって、テーブルを夫々互いに直交する第１及び第２の方向に加振可能な第１及び第２のアクチュエータと、テーブルを第１のアクチュエータに対して第２の方向にスライド可能とする第１の連結手段と、テーブルを第２のアクチュエータに対して第１の方向にスライド可能とする第２の連結手段と、を有する。好ましくは、第１及び第２の方向の双方に垂直な第３の方向にテーブルを加振可能な第３のアクチュエータと、テーブルを第３のアクチュエータに対して第１及び第２の方向にスライド可能に連結する第３の連結手段と、を有し、第１及び第２の連結手段は、それぞれ前記テーブルを第１及び第２のアクチュエータに対して第３の方向にスライド可能に連結する。

Description

加振試験装置
　本発明は、加振試験装置に関連する。
　一般に、機械製品や機械部品は、輸送時や使用時に繰り返し荷重を受ける。繰り返し荷重を受けた物体は、疲労によって破損したり、形状や特性が変化することがある。そのため、機械製品や機械部品を開発する際には、サンプル（試験片）に繰り返し荷重を加えて挙動を観察することが望ましい。
　このような目的のために、加振試験装置が使用される。加振試験装置は、例えば特開２０００－３３８０１０号公報に記載されている装置のように、テーブルの上にワーク（試験片）を固定し、このテーブルを外部のアクチュエータによって１軸、３軸、或いは６軸方向に加振するものである。
　上記公報には、テーブルを三段に重ね、上段のテーブルにワークを固定する構成（第１の構成）が開示されている。第１の構成においては、下段のテーブルは上下方向に加振されるようになっており、中段のテーブルは下段のテーブルに対して左右方向に加振されるようになっており、上段のテーブルは中段のテーブルに対して前後方向に加振されるようになっている。本構成では、下段のテーブルを加振すると中段と上段のテーブルを加振するためのアクチュエータも変位し、中段のテーブルを加振すると上段のテーブルを加振するためのアクチュエータも変位するようになっている。このため、アクチュエータ同士が干渉することなく、上段のテーブル及びその上に固定された試験片を３軸方向に加振することができる。
　また、上記公報には、加振試験装置の別の構成として、一つのテーブルに複数のアクチュエータを取り付けて６軸方向に加振可能なものが開示されている（第２の構成）。第２の構成においては、アクチュエータの各々をある程度の自由度をもって変位可能（アクチュエータがある軸の回りに回動可能）とすることによって、アクチュエータがテーブルの変位にある程度追従できるようになっている。これによって、アクチュエータ同士が干渉することなく、テーブルおよびその上に取り付けられた試験片を６軸方向に加振することができる。
　上記の第１の構成においては、下段のテーブルを加振するためのアクチュエータは、３枚のテーブルと他の２つのアクチュエータをも加振できるだけのパワーを必要とするため、加振装置が大がかりなものとなってしまうという問題があった。また、上段及び中段のテーブルを加振するためのアクチュエータは、夫々中段及び下段のテーブルに固定されてテーブルと共に振動するよう構成されている。このため、アクチュエータ自身がテーブルに対するアンバランス荷重となってしまい、このアンバランス荷重に起因する誤差成分がワークに印加される振動に含まれてしまう可能性がある。
　また、第２の構成においては、各アクチュエータの揺動角度範囲が数度程度を超えて大きくなると、アクチュエータ同士が干渉するようになる。そのため、テーブルの加振の振幅を大きくするためには、アクチュエータの駆動軸の長さを充分に大きくとる必要があり、装置が大型化するという問題があった。また、アクチュエータ自身が回動するため、大重量のサーボモータを使用するボールねじ機構をアクチュエータとして使うことは容易ではなく、使用可能なアクチュエータは事実上油圧アクチュエータ及び圧電アクチュエータに限定されている。加えて、あるアクチュエータを駆動してテーブルを変位させると、他のアクチュエータの駆動軸の向きが変わる（すなわち、座標系の変化が発生する）。従って、所望の加振状態を得るためには、座標系の変化を考慮して各アクチュエータに与えるパラメータを演算しなければならない。このため、第２の構成のような加振装置には、各アクチュエータに与えるパラメータを高速で演算するためのプロセッサを用いるなど、装置の制御系が複雑なものとなっていた。
　本発明は、上記の問題を解決するためになされたものである。すなわち、本発明は、装置を大型化・複雑化することなく、大きい振幅でテーブルを加振することができる加振装置を提供することを目的とする。
　本発明の実施形態により、テーブルを、夫々互いに直交する第１及び第２の方向に加振可能な第１及び第２のアクチュエータと、テーブルを第１のアクチュエータに対して第２の方向にスライド可能とする第１の連結手段と、テーブルを第２のアクチュエータに対して第１の方向にスライド可能とする第２の連結手段とを有する加振試験装置が提供される。
　このように、本発明の実施形態による加振試験装置においては、各アクチュエータは、テーブルに対してそのアクチュエータの加振方向に直交する方向にスライド可能となっている。そのため、あるアクチュエータでテーブルを加振しても、テーブルが他のアクチュエータに対してスライドするので、他のアクチュエータが変位することも、他のアクチュエータの加振方向が変化することもない。従って、本発明においては、各アクチュエータはテーブル及びワークを加振できるだけのパワーがあればよい。また、本発明によれば、アクチュエータを回動させずにテーブルを加振することが可能となるため、アクチュエータの駆動軸が短くてもテーブルを大ストロークで加振することができる。加えて、あるアクチュエータが他のアクチュエータの挙動に影響を与えることがないため、アクチュエータの制御系を複雑化することなく、所望の振幅、周波数でテーブルを加振することが可能となる。従って、本発明によれば、装置を大型化・複雑化することなく、大きい振幅でテーブルを加振することが可能となる。
　また、第１及び第２の方向の双方に垂直な第３の方向にテーブルを加振可能な第３のアクチュエータと、テーブルを第３のアクチュエータに対して第１及び第２の方向にスライド可能に連結する第３の連結手段とを更に有し、第１及び第２の連結手段は、それぞれ前記テーブルを第１及び第２のアクチュエータに対して第３の方向にスライド可能に連結する構成とすることによって、三軸方向に加振可能な加振試験装置が実現される。
本発明の実施形態による加振試験装置の上面図である。 本発明の実施の形態の第１アクチュエータをＹ軸方向から見た側面図である。 本発明の実施の形態の第１アクチュエータの上面図である。 本発明の実施の形態のテーブル及び第３アクチュエータをＸ軸方向から見た側面図である。 本発明の実施の形態のテーブル及び第３アクチュエータをＹ軸方向から見た側面図である。 本発明の実施形態による加振試験装置における制御システムのブロック図である。 本発明の実施の形態のセミリジッドカップリングの断面図である。 本発明の実施形態によるランナーブロック及びレールを、レールの長軸方向に垂直な一面で切断した断面図である。 図８のＩ－Ｉ断面図である。
符号の説明
　　１　　加振試験装置
　　２　　装置ベース
１００　　テーブル
２００　　第１アクチュエータ
２１０　　駆動機構
２１２　　サーボモータ
２１６　　軸受部
２１８　　ボールねじ
２１９　　ボールナット
２３０　　連結機構
２３１　　中間ステージ
２３１ａ　Ｙ軸ランナーブロック
２３１ｂ　Ｚ軸ランナーブロック
２３２　　ナットガイド
２３４　　Ｙ軸レール
２３５　　Ｚ軸レール
２５０　　位置検出手段
２６０　　カップリング
３００　　第２アクチュエータ
４００　　第３アクチュエータ
４１０　　駆動機構
４１２　　サーボモータ
４１６　　軸受部
４１８　　ボールねじ
４１９　　ボールナット
４３０　　連結機構
４３１　　中間ステージ
４３１ａ　Ｘ軸ランナーブロック
４３１ｂ　Ｙ軸ランナーブロック
４３２　　可動フレーム
４３３　　Ｚ軸ランナーブロック
４３４　　Ｘ軸レール
４３５　　Ｙ軸レール
４３７　　Ｚ軸レール
４６０　　カップリング
　　Ａ　　アジャスタ
　以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について説明する。図１は、本発明の実施形態による加振試験装置の上面図である。本実施形態の加振試験装置１は、加振試験の対象であるワークをテーブル１００の上に固定し、第１、第２、第３アクチュエータ２００、３００、４００を用いてテーブル１００及びその上のワークを直交３軸方向に加振するようになっている。なお、以下の説明においては、第１アクチュエータ２００がテーブル１００を加振する方向（図１における上下方向）をＸ軸方向、第２アクチュエータ３００がテーブル１００を加振する方向（図１における左右方向）をＹ軸方向、第３アクチュエータ４００がテーブルを加振する方向、すなわち鉛直方向（図１において、紙面に垂直な方向）をＺ軸方向と定義する。
　図６は、本発明の実施形態による加振試験装置の制御システムのブロック図である。第１、第２、第３アクチュエータ２００、３００、４００には、夫々振動センサ２２０、３２０、４２０が設けられている。これらの振動センサの出力に基づいて制御手段１０が第１、第２、第３アクチュエータ２００、３００、４００（具体的には、サーボモータ２１２、３１２、４１２）をフィードバック制御することによって、所望の振幅及び周波数（これらのパラメータは、通常は時間の関数として設定される）でテーブル１００及びその上に取り付けられたワークを加振することができる。
　第１、第２、第３アクチュエータ２００、３００、４００は、夫々ベースプレート２０２、３０２、４０２上にモータや動力伝達部材等が取り付けられた構成となっている。このベースプレート２０２、３０２、４０２は、図示しないボルトによって、装置ベース２上に固定されている。
　また、装置ベース２上には、ベースプレート２０２、３０２、４０２に近接する複数の位置にアジャスタＡが配置されている。アジャスタＡは、装置ベース２にボルトＡＢで固定されるめねじ部Ａ１と、このめねじ部Ａ１にねじ込まれているおねじ部Ａ２とを有している。おねじ部Ａ２は、円筒面にネジ山が形成された円柱状の部材であり、おねじ部Ａ２をめねじ部Ａ１に形成されたネジ穴に係合させて回動させることによって、おねじ部Ａ２を対応するベースプレートに対して進退させることができる。おねじ部Ａ２の一端（対応するベースプレートに対して近位となる側）は、略球面状に形成されており、この突出部と対応するベースプレートの側面とを当接させることによって、ベースプレートの位置の微調整を行うことができる。また、おねじ部Ａ２の他端（対応するベースプレートに対して遠位となる側）には、図示しない六角レンチ用の六角穴が形成されている。。また、一旦ベースプレート２０２、３０２、４０２を固定した後は、加振試験によってベースプレートからアジャスタＡに伝達されうる振動等によっておねじ部Ａ２が緩まないように、ナットＡ３がおねじ部Ａ２に取り付けられている。ナットＡ３は、その一端面がめねじ部Ａ１に当接するように取り付けられており、この状態からナットＡ３をねじ込んでめねじ部Ａ１を押し込み、おねじ部Ａ２とめねじ部Ａ１に軸力を作用させ、この軸力によっておねじ部Ａ２とめねじ部Ａ１のねじ山に生じる摩擦力によって、おねじ部Ａ２からめねじ部Ａ１が緩まないようになっている。
　次に、第１アクチュエータ２００の構成について説明する。図２は、本発明の実施形態による第１アクチュエータ２００をＹ軸方向から（図１の右側から左側へ向かって）見た側面図である。この側面図は、内部構造を示すために一部が切り欠かれている。また、図３は、第１アクチュエータ２００の上面図の一部切り欠いて内部構造を示したものである。なお、以下の説明においては、第１アクチュエータ２００からテーブル１００に向うＸ軸に沿った方向を「Ｘ軸正の方向」、テーブル１００から第１アクチュエータに向うＸ軸に沿った方向を「Ｘ軸負の方向」と定義する。
　図２に示されるように、ベースプレート２０２の上には、互いに溶接された複数のはり２２２ａと、天板２２２ｂからなるフレーム２２２が溶接によって固定されている。また、テーブル１００（図１）を加振するための駆動機構２１０や駆動機構２１０による加振運動をテーブルに伝達させるための連結機構２３０を支持するための支持機構２４０の底板２４２が、フレーム２２２の天板２２２ｂの上に図示しないボルトを介して固定されている。
　駆動機構２１０は、サーボモータ２１２、カップリング２６０、軸受部２１６、ボールねじ２１８及びボールナット２１９を有している。カップリング２６０は、サーボモータ２１２の駆動軸２１２ａとボールねじ２１８とを連結するものである。また、軸受部２１６は、支持機構２４０の底板２４２に対して垂直に溶接で固定された軸受支持プレート２４４によって支持されており、ボールねじ２１８を回転可能に支持している。ボールナット２１９は、その軸回りに移動しないよう軸受支持プレート２４４によって支持されつつ、ボールねじ２１８と係合する。そのため、サーボモータ２１２を駆動すると、ボールねじが回転して、ボールナット２１９がその軸方向（すなわちＸ軸方向）に進退する。このボールナット２１９の運動が、連結機構２３０を介してテーブル１００に伝達されることによって、テーブル１００はＸ軸方向に駆動される。そして、短い周期でサーボモータ２１２の回転方向を切り換えるようサーボモータ２１２を制御することによって、テーブル１００を所望の振幅及び周期でＸ軸方向に加振することができる。
　支持機構２４０の底板２４２の上面には、モータ支持プレート２４６が底板２４２と垂直に溶接されている。モータ支持プレート２４６の一面（Ｘ軸負の方向側の面）には、駆動軸２１２ａがモータ支持プレート２４６と垂直になるよう、サーボモータ２１２が片持ち支持されている。モータ支持プレート２４６には、開口部２４６ａが設けられており、サーボモータ２１２の駆動軸２１２ａはこの開口部２４６ａを貫通し、モータ支持プレート２４６の他面側でボールねじ２１８と連結される。
　なお、サーボモータ２１２がモータ支持プレート２４６に片持ち支持されているため、モータ支持プレート２４６には、特に底板２４２との溶接部において、大きな曲げ応力が加わる。この曲げ応力を緩和するために、底板２４２とモータ支持プレート２４６との間には、リブ２４８が設けられている。
　軸受部２１６は、正面組合せで組み合わされた一対のアンギュラ球軸受２１６ａ、２１６ｂ（Ｘ軸負の方向側にあるものが２１６ａであり、Ｘ軸正の方向側にあるものが２１６ｂである）を有している。アンギュラ球軸受２１６ａ、２１６ｂは、軸受支持プレート２４４の中空部の中に収納されている。アンギュラ球軸受２１６ｂの一面（Ｘ軸正の方向側の面）には、軸受押圧プレート２１６ｃが設けられており、この軸受押圧プレート２１６ｃをボルト２１６ｄを用いて軸受支持プレート２４４に固定することによって、アンギュラ球軸受２１６ｂはＸ軸負の方向に押し込まれる。また、ボールねじ２１８において、軸受部２１６に対してＸ軸負の方向側に隣接する円筒面には、ねじ部２１８ａが形成されている。このねじ部２１８には、内周にめねじが形成されたカラー２１７が取り付けられるようになっている。カラー２１７をボールねじ２１８に対して回動させてＸ軸正の方向に移動させることによって、アンギュラ球軸受２１６ａはＸ軸正の方向に押し込まれる。このように、アンギュラ球軸受２１６ａと２１６ｂが、互いに近づく方向に押し込まれるようになっているので、両者が互いに密着して好適なプリロードが軸受２１６ａ、２１６ｂに付与される。
　次に、連結部２３０の構成について説明する。連結部２３０は、ナットガイド２３２、一対のＹ軸レール２３４、一対のＺ軸レール２３５、中間ステージ２３１、一対のＸ軸レール２３７、一対のＸ軸ランナーブロック２３３、及びランナーブロック取付部材２３８を有している。
　ナットガイド２３２は、ボールナット２１９に固定されている。また、一対のＹ軸レール２３４は、共にＹ軸方向に伸びるレールであり、ナットガイド２３２のＸ軸正の方向側の端部に、上下方向に並べて固定されている。また、一対のＺ軸レール２３５は、共にＺ軸方向に伸びるレールであり、テーブル１００のＸ軸負の方向側の端部に、Ｙ軸方向に並べて固定されている。中間ステージ２３１は、このＹ軸レール２３４の各々と係合するＹ軸ランナーブロック２３１ａがＸ軸負の方向側の面に、Ｚ軸レール２３５の各々と係合するＺ軸ランナーブロック２３１ｂがＸ軸正の方向側の面に設けられているブロックであり、Ｙ軸レール２３４及びＺ軸レール２３５の双方に対してスライド可能に構成されている。
　すなわち、中間ステージ２３１は、テーブル１００に対してＺ軸方向にスライド可能であり、且つ、ナットガイド２３２に対してＹ軸方向にスライド可能である。従って、テーブル１００に対してナットガイド２３１はＹ軸方向及びＺ軸方向にスライド可能となっている。このため、他のアクチュエータ３００及び／または４００によってテーブル１００がＹ軸方向及び／またはＺ軸方向に加振されたとしても、それによってナットガイド２３２が変位することはない。すなわち、テーブル１００のＹ軸方向及び／またはＺ軸方向の変位に起因する曲げ応力が、ボールねじ２１８や軸受２１６、カップリング２６０などに加わることはない。
　一対のＸ軸レール２３７は、共にＸ軸方向に伸びるレールであり、支持機構２４０の底板２４２の上に、Ｙ軸方向に並べて固定されている。Ｘ軸ランナーブロック２３３は、このＸ軸レール２３７の各々と係合し、Ｘ軸レール２３７に沿ってスライド可能となっている。ランナーブロック取付部材２３８は、Ｙ軸方向両側に向って張り出すようにナットガイド２３２の底面に固定された部材であり、Ｘ軸ランナーブロック２３３はランナーブロック取付部材２３８の底部に固定されている。このように、ナットガイド２３２は、ランナーブロック取付部材２３８及びＸ軸ランナーブロック２３３を介してＸ軸レール２３７にガイドされており、これによって、Ｘ軸方向のみに移動可能となっている。
　このように、ナットガイド２３２の移動方向がＸ軸方向のみに制限されているため、サーボモータ２１２を駆動してボールねじ２１８を回動させると、ナットガイド２３２及びこのナットガイド２３２と係合するテーブル１００は、Ｘ軸方向に進退する。
　ランナーブロック取付部材２３８の、Ｙ軸方向側の一方の側面（図２においては手前側、図３においては右側）２３８ａには、位置検出手段２５０が配置されている。位置検出手段２５０は、Ｘ軸方向に一定間隔で並べられた３つの近接センサ２５１、ランナーブロック取付部材２３８の側面２３８ａに設けられた検出用プレート２５２、及び近接センサ２５１を支持するセンサ支持プレート２５３を有している。近接センサ２５１は、各々の近接センサの前に何らかの物体が近接して（例えば１ミリメートル以内に）いるかどうかを検出可能な素子である。ランナーブロック取付部材２３８の側面２３８ａと近接センサ２５１とは充分に離れているため、近接センサ２５１は、各々の近接センサ２５１の前に検出用プレート２５２があるかどうかを検知することができる。加振試験装置１の制御手段１０は、例えば近接センサ２５１の検出結果を用いてサーボモータ２１２をフィードバック制御することができる（図６）。
　また、支持機構２４０の底板２４２の上には、Ｘ軸ランナーブロック２３３をＸ軸方向両側から挟むように配置された規制ブロック２３６が設けられている。この規制ブロック２３６は、ナットガイド２３２の移動範囲を制限するためのものである。すなわち、サーボモータ２１２を駆動させてナットガイド２３２をＸ軸正の方向に向って移動させ続けると、最終的には、Ｘ軸正の方向側に配置された規制ブロック２３６とランナーブロック取付部材２３８とが接触し、それ以上ナットガイド２３２はＸ軸正の方向に移動できなくなる。ナットガイド２３２をＸ軸負の方向に向って移動させ続ける場合も同様であり、Ｘ軸負の方向側に配置された規制ブロック２３６とランナーブロック取付部材２３８とが接触して、それ以上ナットガイド２３２はＸ軸負の方向に移動できなくなる。
　以上説明した第１アクチュエータ２００と第２アクチュエータ３００とは、設置される方向が異なる（Ｘ軸とＹ軸が入れ代わる）点を除いては同一の構造である。従って、第２アクチュエータ３００については詳細な説明は省略する。
　次に、本発明の実施形態による第３アクチュエータ４００の構成について説明する。図４は、テーブル１００及び第３アクチュエータ４００をＸ軸方向から（図１の下方から上方へ向かって）見た側面図である。この側面図も、内部構造を示すために一部が切り欠かれている。また、図５は、本発明の実施形態によるテーブル１００及び第３アクチュエータ４００をＹ軸方向から（図１の左側から右側へ向かって）見た側面図である。図５も、内部構造を示すために一部が切り欠かれている。なお、以下の説明においては、第２アクチュエータ３００からテーブル１００に向うＹ軸に沿った方向をＹ軸正の方向、テーブル１００から第２アクチュエータ３００に向うＹ軸に沿った方向をＹ軸負の方向と定義する。
　図４及び５に示されるように、ベースプレート４０２上には、鉛直方向に伸びる複数のはり４２２ａと、この複数のはり４２２ａを上から覆うように配置された天板４２２ｂからなるフレーム４２２が設けられている。各はり４２２ａは、下端がベースプレート４０２の上面に、上端が天板４２２ｂの下面に、それぞれ溶接されている。また、支持機構４４０の軸受支持プレート４４２が、フレーム４２２の天板４２２ｂの上に図示しないボルトを介して固定されている。この軸受支持プレート４４２は、テーブル１００（図１）を上下方向に加振するための駆動機構４１０や、駆動機構４１０による加振運動をテーブルに伝達させるための連結機構４３０を支持するための部材である。
　駆動機構４１０は、サーボモータ４１２、カップリング４６０、軸受部４１６、ボールねじ４１８、及びボールナット４１９を有している。カップリング４６０は、サーボモータ４１２の駆動軸４１２ａとボールねじ４１８とを連結するものである。また、軸受部４１６は、前述の軸受支持プレート４４２に固定されており、ボールねじ４１８を回転可能に支持するようになっている。ボールナット４１９は、その軸回りに移動しないよう軸受支持プレート４４２によって支持されつつ、ボールねじ４１８と係合する。そのため、サーボモータ４１２を駆動すると、ボールねじが回転して、ボールナット４１９がその軸方向（すなわちＺ軸方向）に進退する。このボールナット４１９の運動が、連結機構４３０を介してテーブル１００に伝達されることによって、テーブル１００はＺ軸方向に駆動される。そして、短い周期でサーボモータ４１２の回転方向を切り換えるようサーボモータ４１２を制御することによって、テーブル１００を所望の振幅及び周期でＺ軸方向（上下方向）に加振することができる。
　支持機構４４０の軸受支持プレート４４２の下面から、２枚の連結プレート４４３を介して、水平方向（ＸＹ平面）に広がるモータ支持プレート４４６が固定されている。モータ支持プレート４４６の下面には、サーボモータ４１２が吊り下げられ、固定されている。モータ支持プレート４４６には、開口部４４６ａが設けられており、サーボモータ２１２の駆動軸４１２ａはこの開口部４４６ａを貫通し、モータ支持プレート４４６の上面側でボールねじ４１８と連結される。
　なお、本実施形態においては、フレーム４２２の高さよりもサーボモータ４１２の軸方向（上下方向、Ｚ軸方向）の寸法が大きいため、サーボモータ４１２の大部分は、ベースプレート４０２よりも低い位置に配置される。このため、装置ベース２には、サーボモータ４１２を収納するための空洞部２ａが設けられている。また、ベースプレート４０２には、サーボモータ４１２を通すための開口４０２ａが設けられている。
　軸受部４１６は、軸受支持プレート４４２を貫通するように設けられている。なお、軸受部４１６の構造は、第１アクチュエータ２００における軸受部２１６（図２、図３）と同様であるので、詳細な説明は省略する。
　次に、連結部４３０の構成について説明する。連結部４３０は、可動フレーム４３２、一対のＸ軸レール４３４、一対のＹ軸レール４３５、複数の中間ステージ４３１、二対のＺ軸レール４３７、及び二対のＺ軸ランナーブロック４３３を有している。
　可動フレーム４３２は、ボールナット４１９に固定された枠部４３２ａと、枠部４３２ａの上端に固定された天板４３２ｂと、天板４３２ｂのＸ軸方向両縁から下方に伸びるよう固定された側壁４３２ｃを有している。一対のＹ軸レール４３５は、共にＹ軸方向に伸びるレールであり、可動フレーム４３２の天板４３２ｂの上面に、Ｘ軸方向に並べて固定されている。また、一対のＸ軸レール４３４は、共にＸ軸方向に伸びるレールであり、テーブル１００の下面に、Ｙ軸方向に並べて固定されている。中間ステージ４３１は、Ｘ軸レール４３４と係合するＸ軸ランナーブロック４３１ａが上部に、Ｙ軸レール４３５の各々と係合するＹ軸ランナーブロック４３１ｂが下部に設けられているブロックであり、Ｘ軸レール４３４及びＹ軸レール４３５の双方に対してスライド可能に構成されている。なお、中間ステージ４３１は、Ｘ軸レール４３４とＹ軸レール４３５とが交差する位置毎に一つずつ設けられている。Ｘ軸レール４３４とＹ軸レール４３５は、夫々２つずつ設けられているので、Ｘ軸レール４３４とＹ軸レール４３５とは４箇所で交差する。従って、本実施形態においては、４つの中間ステージ４３１が使用される。
　このように、中間ステージ４３１の各々は、テーブル１００に対してＸ軸方向にスライド可能であり、且つ、可動フレーム４３２に対してＹ軸方向にスライド可能である。すなわち、テーブル１００に対して可動フレーム４３２はＸ軸方向及びＹ軸方向にスライド可能となっている。このため、他のアクチュエータ２００及び／または３００によってテーブル１００がＸ軸方向及び／またはＹ軸方向に加振されたとしても、それによって可動フレーム４３２が変位することはない。すなわち、テーブル１００のＸ軸方向及び／またはＹ軸方向の変位に起因する曲げ応力がボールねじ４１８や軸受４１６、カップリング４６０などに加わることはない。
　また、本実施形態においては、可動フレーム４３２には比較的大重量のテーブル１００及びワークを支えるため、Ｘ軸レール４３４及びＹ軸レール４３５の間隔を、第１アクチュエータ２００のＹ軸レール２３４及びＺ軸レール２３５と比べて広くとっている。このため、第１アクチュエータ２００と同様に一つの中間ステージのみによってテーブル１００と可動フレーム４３２とを連結させる構成とすると、中間ステージが大型化し、可動フレーム４３２に加わる荷重が増大してしまう。このため、本実施形態においては、Ｘ軸レール４３４とＹ軸レール４３５とが交差する部分ごとに小型の中間ステージ４３１を配置する構成として、可動フレーム４３２に加わる荷重の大きさを必要最低限に抑えている。
　二対のＺ軸レール４３７は、Ｚ軸方向に伸びるレールであり、可動フレーム４３２の側壁４３２ｃの夫々に、Ｙ軸方向に並べて一対ずつ固定されている。Ｚ軸ランナーブロック４３３は、このＺ軸レール４３７の各々と係合し、Ｚ軸レール４３７に沿ってスライド可能となっている。Ｚ軸ランナーブロック４３３は、ランナーブロック取付部材４３８を介してフレーム４２２の天板４２２ｂの上面に固定されるようになっている。ランナーブロック取付部材４３８は、可動フレーム４３２の側壁４３２ｃと略平行に配置された側板４３８ａと、この側板４３８ａの下端に固定された底板４３８ｂとを有しており、全体としてはＬ字断面形状となっている。また、本実施形態においては、特に重心の高く且つ大重量のワークをテーブル１００の上に固定すると、Ｘ軸回り及び／またはＹ軸回りの大きなモーメントが可動フレーム４３２に加わりやすくなっている。そのため、ランナーブロック取付部材４３８は、この回転モーメントに耐えられるよう、リブによって補強されている。具体的には、ランナーブロック取付部材４３８のＹ軸方向両端における側板４３８ａと底板４３８ｂとが成すコーナーに、一対の第１リブ４３８ｃが設けられ、さらに、この一対の第１リブ４３８ｃの間に渡された第２リブ４３８ｄが設けられている。
　このように、Ｚ軸ランナーブロック４３３がフレーム４２２に固定されており、且つＺ軸レール４３７に対してスライド可能となっている。従って、可動フレーム４３２は、上下方向にスライド可能であるとともに、可動フレーム４３２の上下方向以外の移動は規制される。このように、可動フレーム４３２の移動方向が上下方向のみに制限されているため、サーボモータ４１２を駆動してボールねじ４１８を回動させると、可動フレーム４３２及びこの可動フレーム４３２と係合するテーブル１００は、上下方向に進退する。
　また、第１アクチュエータ２００の位置検出手段２５０（図２、３）と同様の位置検出手段（不図示）が第３アクチュエータ４００にも設けられている。加振試験装置１制御手段１０は、この位置検出手段の検出結果に基づいて、可動フレーム４３２の高さが所定の範囲内となるように制御することができる（図６）。
　以上説明したように、本実施形態においては、駆動軸が互いに直交する各アクチュエータとテーブル１００との間に、二対のレールとこのレールに対してスライド可能に構成された中間ステージが設けられている。これによって、各アクチュエータに対して、テーブル１００はそのアクチュエータの駆動方向に垂直な面上の任意の方向にスライド可能となっている。このため、あるアクチュエータによってテーブル１００が変位したとしても、この変位に起因する荷重やモーメントが他のアクチュエータに加わることは無く、且つ他のアクチュエータとテーブル１００とが中間ステージを介して係合する状態が維持される。すなわち、テーブルが任意の位置に変位したとしても、各アクチュエータがテーブルを変位させることが可能な状態が維持される。このため、本実施形態においては、３つのアクチュエータ２００、３００、４００を同時に駆動させてテーブル１００及びその上に固定されるワークを３軸方向に加振可能である。
　次に、カップリング２６０、３６０及び４６０の構造について説明する。カップリング２６０及び３６０はカップリング４６０と同一の構造であるため、以下の説明においては、カップリング４６０についての説明のみを行い、カップリング２６０及び３６０についての説明は省略する。図７は、カップリング４６０及び、このカップリング４６０を介して互いに連結されるＡＣサーボモータ４１２の駆動軸４１２ａとボールねじ４１８の軸部を示す拡大断面図である。
　図７に示されているように、カップリング４６０は、ナイロン製の内輪４６１と、一対のジュラルミン製の外輪４６２と４６３、及びこれらを締結する複数（本実施形態では６つ）のボルト４６４から構成されるセミリジッドカップリングである。内輪４６１の中央には、内部で相互に連絡する丸穴４６１ａ、４６１ｂが同軸上に設けられている。丸穴４６１ａの内径はＡＣサーボモータ４１２の駆動軸４１２ａが隙間なく挿入できる大きさであり、丸穴４６１ｂの内径はボールねじ４１８の軸部が隙間なく挿入できる大きさとなっている。なお、本実施形態においては、ボールねじ４１８の軸部はＡＣサーボモータ４１２の駆動軸４１２ａよりも小径であるため、丸穴４６１ｂの外径は丸穴４６１ａの外径よりも小径となっている。
　内輪４６１の軸方向中央部の外周にはフランジ部４６１ｃが形成されている。フランジ部４６１ｃの両面内側からは、軸方向に伸びるテーパ部がそれぞれ形成されている。各テーパ部の外側面４６１ｄ、４６１ｅは、軸方向先端に近づくほど外径が小さくなる円錐状のテーパ面となっている。また、内輪４６１を挟む一対の外輪４６２、４６３の内側には、テーパ形状の内側面４６２ａ、４６３ａをもつ貫通穴がそれぞれ形成されている。外輪４６２と４６３は、それぞれ内側面４６２ａ、４６３ａのテーパ面が開く方向を内輪側に向けて配置されている。外輪４６２、４６３のテーパ形状の内側面４６２ａ、４６３ａは、それぞれ内輪４６１の外側面４６１ｄ、４６１ｅと同じテーパ角を有している。そして、外輪４６２の内側面４６２ａと内輪４６１の外側面４６１ｄ、外輪４６３の内側面４６３ａと内輪４６１の外側面４６１ｅとが重なるように、外輪４６２、４６３の貫通穴に内輪４６１の両端に形成されたテーパ部が差し込まれている。
　また、外輪４６３の貫通穴の周囲には、ボルト４６４の先端部に形成されたおねじと係合するめねじ４６３ｂが、貫通穴の軸を中心とする円周上に等間隔に形成されている。また、外輪４６２と内輪４６１のフランジ部４６１ｃには、外輪４６３のめねじ４６３ｂに対応する位置に、ボルト穴（丸穴）４６２ｂ、４６１ｆがそれぞれ形成されている。６本のボルト４６４（図７には２本のみ図示）が外輪４６２のボルト穴４６２ｂ及び内輪４６１のボルト穴４６１ｆを通して外輪３４０のめねじ４６４ｂと係合している。
　内輪４６１の丸穴４６１ａに下方からＡＣサーボモータ４１２の駆動軸４１２ａの先端ａを、丸穴４６１ｂに上方からボールねじ４１８の軸部の先端を差し込んだ後、ボルト４６４をボルト穴４６２ｂ、４６１ｆに差し込み、さらにめねじ４６４ｂにねじ込むと、内輪４６１は両側から外輪４６２と外輪４６３によって強く挟まれ、外輪４６２、４６２３の貫通穴に内輪４６１の２つのテーパ部がそれぞれ深く嵌入される。このため、くさびの原理によって、内輪４６１の丸穴４６１ａ、４６１ｂからＡＣサーボモータ４１２の駆動軸４１２ａ及びボールねじ４１８の軸部にそれぞれ強い側圧が加えられる。従って、丸穴４６１ａ、４６１ｂと駆動軸４１２ａ、ボールねじ４１８との間にそれぞれ強力な摩擦力が発生し、駆動軸４１２ａとボールねじ４１８とが内輪４６１を介して一体に連結される。
　図７に示されているように、外輪４５２と４６３との間は、粘弾性体であるナイロン樹脂で形成された内輪４６１のみで支持されている。また、図７に示されるように、カップリング４６０において、ＡＣサーボモータ４１２の駆動軸４１２ａの先端と、ボールねじ４１８の軸部の先端とは、わずかな（例えば、約１ミリメートル）の間隔を離して連結されている。従って、モータから軸を圧縮する方向の力が加わった場合には、内輪が弾性変形して、この駆動軸４１２ａとボールねじ４１８との間隔が狭まることにより、カップリング４６０内で軸方向の力を吸収して、ボールねじ側に伝わる軸方向の力を大幅に減衰させることができる。本実施形態においては、内輪４６１の振動減衰率は、加振試験における計測周波数領域内で比較した場合、駆動軸４１２ａの固有振動数において略最大となっている。これにより、駆動軸４１２ａの軸方向、又は、軸の半径方向の振動を効果的に減衰させることができる。なお、駆動軸４１２ａの固有振動数における内輪４６１の振動減衰率は、必ずしも計測周波数領域において略最大である必要はないが、少なくとも計測周波数領域における周波数平均よりも大きいことが望ましい。
　一方、上述のように、ＡＣサーボモータ４１２の駆動軸４１２ａの先端と、ボールねじ４１８の軸部の先端との間隔は１ミリメートル程度と短く、また、各軸の先端は全周が内輪と一体化されている。このため、捩り方向には十分にリジッドに連結されており、バックラッシが無く、ＡＣサーボモータ４１２の駆動軸４１２ａの回転駆動を正確にボールねじ４１８に伝達することができる。
　本実施形態においては、前述のように、アクチュエータ２００、３００、４００とテーブル１００の間には、レールとランナーブロックを組み合わせたガイド機構を備えた連結部が設けられている。また、同様のガイド機構が、アクチュエータ２００、３００、４００に設けられており、このガイド機構は各アクチュエータのボールねじ機構のナットをガイドするために使用される。これらのガイド機構の構成について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下の説明は、第３アクチュエータ４００のＺ軸ランナーブロック４３３及びＺ軸レール４３７から構成されるガイド機構（図５）についてのものであるが、他のガイド機構も同一の構成である。
　図８は、ランナーブロック４３３及びレール４３７を、レール４３７の長軸方向に垂直な一面で切断した断面図であり、図９は図８のＩ－Ｉ断面図である。図８及び図９に示されるように、ランナーブロック４３３にはレール４３７を囲むように凹部が形成されており、この凹部にはレール４３５の軸方向に延びる４本の溝４３３ａ、４３３ａ’が形成されている。この溝４３３ａ、４３３ａ’には、多数のステンレス鋼製のボール４３３ｂが収納されている。レール４３７には、ランナーブロック４３３の溝４３３ａ、４３３ａ’と対向する位置にそれぞれ溝４３７ａ、４３７ａ’が設けられており、ボール４３３ｂが溝４３３ａと溝４３７ａ、又は溝４３３ａ’と溝４３７ａ’との間に挟まれるようになっている。溝４３３ａ、４３３ａ’、４３７ａ、４３７ａ’の断面形状は円弧状であり、その曲率半径はボール４３３ｂの半径と略等しい。このため、ボール４３３ｂは、あそびのほとんど無い状態で溝４３３ａ、４３３ａ’、４３７ａ、４３７ａ’に密着する。
　ランナーブロック４３３の内部には、溝４３３ａの夫々と略平行なボール退避路４３３ｃが４本設けられている。図８に示されるように、溝４３３ａと退避路４３３ｃとは、夫々の両端でＵ字路４３３ｄを介して接続されており、溝４３３ａ、溝４３７ａ、退避路４３３ｃ、Ｕ字路４３３ｄは、ボール４３３ｂを循環させるための循環路を形成する。退避路４３３ｃ及び溝４３３ａ’及び４３７ａ’についても、同様の循環路が形成されている。
　このため、ランナーブロック４３３がレール４３７に対して移動すると、多数のボール４３３ｂが溝４３３ａ、４３３ａ’、４３７ａ、４３７ａ’を転がりながら循環路を循環する。このため、レール軸方向以外の方向に大荷重が加わっていたとしても、多数のボールでランナーブロックを支持可能であると共にボール４３３ｂが転がることによりレール軸方向の抵抗が小さく保たれるので、ランナーブロック４３３をレール４３７に対してスムーズに移動させることができる。なお、退避路４３３ｃ及びＵ字路４３３ｄの内径は、ボール４３３ｂの径よりやや大きくなっており、退避路４３３ｃ及びＵ字路４３３ｄとボール４３３ｂとの間に発生する摩擦力はごくわずかであるため、ボール４３３ｂの循環が妨げられることはない。
　図８に示されているように、溝４３３ａと４３７ａに挟まれた二列のボール４３３ｂの列は、接触角が略４５°となる、正面組合せ型のアンギュラ玉軸受を形成する。この場合の接触角は、溝４３３ａ及び４３７ａがボール４３３ｂと接触する接触点同士を結んだ線と、リニアガイドのラジアル方向（ランナーブロックからレールに向かう方向）とがなす角度である。このように形成されたアンギュラ玉軸受は、逆ラジアル方向（レールからランナーブロックに向かう方向）及び横方向（ラジアル方向及びランナーブロックの進退方向の双方に直交する方向。図中左右方向）の荷重を支持することができる。
　同様に、溝４３３ａ’と４３７ａ’に挟まれた二列のボール４３３ｂの列は、接触角（溝４３３ａ’及び４３７ａ’がボール４３３ｂと接触する接触点同士を結んだ線と、リニアガイドの逆ラジアル方向との角度）が４５°となる、正面組合せ型のアンギュラ玉軸受を形成する。このアンギュラ玉軸受は、ラジアル方向及び横方向の荷重を支持することができる。
　また、溝４３３ａと４３７ａの一方（図中左側）と、溝４３３ａ’と４３７ａ’の一方（図中左側）にそれぞれ挟まれた二列のボール４３３ｂの列もまた、正面組み合わせ型のアンギュラ玉軸受を形成する。同様に溝４３３ａと４３７ａの他方（図中左側）と、溝４３３ａ’と４３７ａ’の他方（図中左側）にそれぞれ挟まれた二列のボール４３３ｂの列もまた、正面組合せ型のアンギュラ玉軸受を形成する。
　このように、本実施形態のガイド機構においては、ラジアル方向、逆ラジアル方向、横方向のそれぞれに働く荷重に対して、正面組合せ型のアンギュラ玉軸受が支持することになり、レール軸方向以外の方向に加わる大荷重を十分支持できるようになっている。
　以上説明したように、本実施形態の加振試験装置は、テーブルを、夫々互いに直交する第１及び第２の方向（Ｘ軸及びＹ軸方向）に加振可能な第１及び第２のアクチュエータと、テーブルを第１のアクチュエータに対して第２の方向にスライド可能とする第１の連結手段と、テーブルを第２のアクチュエータに対して第１の方向にスライド可能とする第２の連結手段と、を有する。
　上記の加振試験装置においては、各アクチュエータは、テーブルに対してそのアクチュエータの加振方向に直交する方向にスライド可能となっている。そのため、あるアクチュエータでテーブルを加振しても、テーブルが他のアクチュエータに対してスライドするので、他のアクチュエータが変位することも、他のアクチュエータの加振方向が変化することもない。従って、本発明においては、各アクチュエータはテーブル及びワークを加振できるだけのパワーがあればよい。また、本発明によれば、アクチュエータを回動させずにテーブルを加振することが可能となるため、アクチュエータの駆動軸が短くてもテーブルを大ストロークで加振することができる。加えて、あるアクチュエータが他のアクチュエータの挙動に影響を与えることがないため、アクチュエータの制御系を複雑化することなく、所望の振幅、周波数でテーブルを加振することが可能となる。従って、本発明によれば、装置を大型化・複雑化することなく、大きい振幅でテーブルを加振することが可能となる。
　また、本実施形態の構成においては、前述のように、アクチュエータが変位することも回動することもないため、サーボモータで駆動されるボールねじ機構をアクチュエータに採用することが容易である。ボールねじ機構は、油圧アクチュエータにおいて問題となるオイル漏れは無く、また、圧電アクチュエータよりもはるかに大きなストロークでテーブルを加振することができる。
　サーボモータの回転軸と前記ボールねじ機構のボールねじを連結するカップリングが、バックラッシが無く曲げ方向にたわみ性を有しモータの駆動軸の延長方向の振動の伝達を阻害するように構成されているセミリジッドカップリングである構成とすることがさらに好ましい。この構成により、高い応答性をもって送りねじを駆動させつつ、多少の軸ずれがあっても極端に大きな内部ひずみを発生することなくスムーズな駆動を可能にし、尚且つモータ駆動軸方向の振動を遮断することができる。
　セミリジッドカップリングは樹脂やゴムから作られる粘弾性要素を備えていることが好ましい。また、セミリジッドカップリングは、サーボモータの駆動軸の振動の減衰率が駆動軸の固有振動数で最大になるように構成されている。このような構成とすることにより、モータから駆動軸を介して伝わる軸方向または軸の半径方向の振動を、セミリジッドカップリング内の粘弾性要素によって効果的に減衰させることが可能となり、このような振動をほとんど出力側に伝達させないようにすることができる。
　また、好ましくは、セミリジッドカップリングは、剛体要素である一対の外輪と、この一対の外輪の間に配置された、弾性要素または粘弾性要素を含む内輪とを有している。外輪の中心にはテーパ穴が、内輪の中心には連結する軸を通すための円柱状の貫通穴が夫々形成されている。また、内輪の外周の軸方向の両端には、一対の外輪のテーパ穴の内周と夫々係合可能なテーパ面が形成されている。内輪の貫通穴に送りねじ及びサーボモータの駆動軸を差し込み、内輪のテーパ面に一対の外輪のテーパ穴の内周を当接させ、この一対の外輪同士をボルトで互いに固定することによって内輪を介して軸が連結される。このような構成とすることにより、軸出力を高い応答性を以て伝達しつつ、軸方向の振動を吸収するセミリジッドカップリングを極めて簡単な構成で実現することができる。
　また、ボールねじ機構のナットがボールねじの軸方向のみに移動可能となるようにナットをガイドするガイド機構が、加振試験装置のフレームに固定される第１部と、ナットに固定される第２部とを有し、第１部と第２部の一方がレールを有し且つ他方がレールと係合して該レールに沿って移動可能なランナーブロックを有し、ランナーブロックが、レールを囲む凹部と、凹部において、ランナーブロックの移動方向に沿って形成された溝と、ランナーブロックの内部に形成され溝と閉回路を形成するように溝の移動方向両端と繋がっている退避路と、閉回路を循環するとともに溝に位置するときはレールと当接するようになっている複数のボールとを有する構成とすることが好ましい。更に、ランナーブロックには上記の閉回路が４つ形成されており、この４つの閉回路のうち２つの閉回路の溝の夫々に配置されたボールはリニアガイドのラジアル方向に対して略±４５度の接触角を有し、他の２つの閉回路の溝の夫々に配置されたボールはガイド機構の逆ラジアル方向に対して略±４５度の接触角を有する構成とすることが望ましい。
　このような構成のガイド機構は、そのラジアル方向、逆ラジアル方向及び横方向に第荷重が加わったとしても、ランナーブロックをレールに沿ってスムーズに移動させることかできる。そして、このようなガイド機構によってナットがガイドされるので、加振装置のテーブル大重量のワークを取り付けて加振する場合であっても、送りねじ機構のナットはがたつくことなく、スムーズにレールに沿って動くことができる。
　また、好ましくは、第１及び第２の連結手段の夫々はテーブルと対応するアクチュエータの間に配置された中間ステージを有し、第１の連結手段の中間ステージは第１の方向に垂直な一方向のみにテーブルに対してスライド可能であるとともに、この一方向と第１の方向の双方に垂直な方向のみに第１のアクチュエータに対してスライド可能であり、第２の連結手段の中間ステージは、第２の方向に垂直な一方向のみにテーブルに対してスライド可能であるとともに、この一方向と第２の方向の双方に垂直な方向のみに前記第２のアクチュエータに対してスライド可能である。
　ここで、例えば、第１の連結手段の中間ステージが前記テーブル及び第１のアクチュエータに対してスライド可能な二方向の一方は第２の方向であり、第２の連結手段の中間ステージがテーブル及び第２のアクチュエータに対してスライド可能な二方向の一方は、第１の方向である。
　また、好ましくは、テーブルに対して中間ステージをスライド可能とするために、例えば、テーブル及び中間ステージの一方には、中間ステージがテーブルに対してスライド可能な方向に伸びる少なくとも１本のレールが設けられており、且つ、テーブル及び中間ステージの他方にはレールに係合するランナーブロックが設けられている。また、好ましくは、アクチュエータに対して中間ステージをスライド可能とするために、例えば、中間ステージ及び対応するアクチュエータの一方には、中間ステージが対応するアクチュエータに対してスライド可能な方向に伸びる少なくとも１本のレールが設けられており、且つ、中間ステージ及び対応するアクチュエータの他方にはレールに係合するランナーブロックが設けられている。
　また、テーブルと中間ステージ、及び／または中間ステージとアクチュエータが、夫々互いに平行に配置された複数のレールとランナーブロックによって連結される構成としてもよい。このような構成とすると、アクチュエータがテーブルを加振する際、テーブルと中間ステージとの間、及び中間ステージとアクチュエータとの間に加振方向回りの回転モーメントがほとんど発生しなくなる。この結果、所望の加振状態が容易に得られる。
　また、ランナーブロックが、レールを囲む凹部と、凹部においてランナーブロックの移動方向に沿って形成された溝と、ランナーブロックの内部に形成され、溝と閉回路を形成するように溝の移動方向両端と繋がっている退避路と、閉回路を循環するとともに、溝に位置するときはレールと当接するようになっている複数のボールと、を有する構成としてもよい。また、ランナーブロックにはこの閉回路が４つ形成されており、４つの閉回路のうち２つの閉回路の溝の夫々に配置されたボールが、レールとランナーブロックを備えたガイド機構のラジアル方向に対して略±４５度の接触角を有し、他の２つの閉回路の溝の夫々に配置されたボールがガイド機構の逆ラジアル方向に対して略±４５度の接触角を有する構成とすることがより好ましい。
　このような構成のガイド機構は、そのラジアル方向、逆ラジアル方向及び横方向に第荷重が加わったとしても、ランナーブロックをレールに沿ってスムーズに移動させることかできる。そして、このようなガイド機構によって中間ステージがガイドされるので、加振装置のテーブル大重量のワークを取り付けて加振する場合であっても、中間ステージはがたつくことなく、スムーズにレールに沿って動くことができる。
　また、本実施形態の加振試験装置は、第１及び第２の方向の双方に垂直な第３の方向（Ｚ軸方向）にテーブルを加振可能な第３のアクチュエータと、テーブルを第３のアクチュエータに対して第１及び第２の方向にスライド可能に連結する第３の連結手段と、を有し、第１及び第２の連結手段は、それぞれ前記テーブルを第１及び第２のアクチュエータに対して第３の方向にスライド可能に連結する構成となっている。この構成によれば、三軸方向に加振可能な加振試験装置が実現される。

Claims (29)

  1. 　ワークを取り付けるためのテーブルと、
    　前記テーブルを第１の方向に加振可能な第１のアクチュエータと、
    　前記テーブルを、前記第１の方向と直交する第２の方向に加振可能な第２のアクチュエータと、
    　前記テーブルを前記第１のアクチュエータに対して第２の方向にスライド可能に連結する第１の連結手段と、
    　前記テーブルを前記第２のアクチュエータに対して第１の方向にスライド可能に連結する第２の連結手段と、
    　を有する、加振試験装置。
  2. 　前記第１及び第２のアクチュエータは、
    　　サーボモータと、
    　　前記サーボモータの回転運動を第１又は第２の方向の並進運動に変換するボールねじ機構と
    　をそれぞれ有することを特徴とする請求項１に記載の加振試験装置。
  3. 　前記サーボモータの回転軸と前記ボールねじ機構のボールねじとを連結するカップリングをさらに有し、
    　前記カップリングが、バックラッシが無く、回転軸の曲げ方向にたわみ性を有し、前記モータの駆動軸方向の振動の伝達を阻害するように構成されている
    　ことを特徴とする請求項２に記載の加振試験装置。
  4. 　前記セミリジッドカップリングは粘弾性要素を含むことを特徴とする請求項３に記載の加振試験装置。
  5. 　前記粘弾性要素の少なくとも一部は樹脂から形成されていることを特徴とする請求項４に記載の加振試験装置。
  6. 　前記粘弾性要素の少なくとも一部はゴムから形成されていることを特徴とする請求項４に記載の加振試験装置。
  7. 　前記セミリジッドカップリングは、前記サーボモータの駆動軸方向の振動の減衰率が該駆動軸の固有振動数において略最大になるように構成されていることを特徴とする請求項３に記載の加振試験装置。
  8. 　前記セミリジッドカップリングは、
    　　中心にテーパ穴が貫通形成された剛体要素である一対の外輪と、
    　　前記一対の外輪の間に配置され、中心に連結する軸を通すための円柱状の貫通穴が形成され、外周の軸方向両端に前記一対の外輪のテーパ穴の内周と夫々係合可能なテーパ面が形成されている、弾性要素または粘弾性要素からなる内輪と、
    　を有し、
    　前記内輪の貫通穴に前記ボールねじ及び前記サーボモータの駆動軸が差し込まれ、前記内輪のテーパ面に前記一対の外輪のテーパ穴の内周が当接し、前記一対の外輪同士がボルトで互いに固定されることにより内輪を介して軸が連結される
    　ことを特徴とする請求項３に記載の加振試験装置。
  9. 　前記ボールねじ機構のナットが前記ボールねじの軸方向のみに移動可能となるよう該ナットをガイドするガイド機構が、前記加振試験装置のフレームに固定される第１部と、該ナットに固定される第２部とを有し、
    　前記第１部と第２部の一方がレールを有し、且つ他方が前記レールと係合して該レールに沿って移動可能なランナーブロックを有し、
    　前記ランナーブロックが、
    　　前記レールを囲む凹部と、
    　　前記凹部において、前記ランナーブロックの移動方向に沿って形成された溝と、
    　　前記ランナーブロックの内部に形成され、前記溝と閉回路を形成するように前記溝の前記移動方向両端と繋がっている退避路と、
    　　前記閉回路を循環するとともに、前記溝に位置するときは前記レールと当接するようになっている複数のボールと、
    　を有することを特徴とする請求項２に記載の加振試験装置。
  10. 　前記ランナーブロックには前記閉回路が４つ形成されており、
    　前記４つの閉回路のうち２つの閉回路の溝の夫々に配置されたボールはガイド機構のラジアル方向に対して略±４５度の接触角を有し、他の２つの閉回路の溝の夫々に配置されたボールは前記ガイド機構の逆ラジアル方向に対して略±４５度の接触角を有する
    　ことを特徴とする請求項９に記載の加振試験装置。
  11. 　前記第１及び第２の連結手段の夫々は、前記第１及び第２のアクチュエータと前記テーブルの間に配置された中間ステージを有し、
    　前記第１の連結手段の中間ステージは、該第１の方向に垂直な一方向のみに前記テーブルに対してスライド可能であり、且つ、該一方向と該第１の方向の双方に垂直な方向のみに前記第１のアクチュエータに対してスライド可能であり、
    　前記第２の連結手段の中間ステージは、該第２の方向に垂直な一方向のみに前記テーブルに対してスライド可能であり、且つ、該一方向と該第２の方向の双方に垂直な方向のみに前記第２のアクチュエータに対してスライド可能である
    　ことを特徴とする請求項１に記載の加振試験装置。
  12. 　前記第１の連結手段の中間ステージが前記テーブル及び前記第１のアクチュエータに対してスライド可能な二方向の一方は、該第２の方向であり、
    　前記第２の連結手段の中間ステージが前記テーブル及び前記第２のアクチュエータに対してスライド可能な二方向の一方は、該第１の方向である
    　ことを特徴とする請求項１１に記載の加振試験装置。
  13. 　前記テーブル及び前記中間ステージの一方には、前記中間ステージが前記テーブルに対してスライド可能な方向に伸びる少なくとも１本のレールが設けられており、
    　前記テーブル及び前記中間ステージの他方には、前記レールに係合するランナーブロックが設けられている
    　ことを特徴とする請求項１１に記載の加振試験装置。
  14. 　前記テーブルと前記中間ステージとは、互いに平行に配置された複数のレールと、前記複数のレールの各々に係合する複数のランナーブロックを介して、スライド可能に連結されていることを特徴とする請求項１３に記載の加振試験装置。
  15. 　前記ランナーブロックが、
    　　前記レールを囲む凹部と、
    　　前記凹部において、前記ランナーブロックの移動方向に沿って形成された溝と、
    　　前記ランナーブロックの内部に形成され、前記溝と閉回路を形成するように前記溝の前記移動方向両端と繋がっている退避路と、
    　　前記閉回路を循環するとともに、前記溝に位置するときは前記レールと当接するようになっている複数のボールと、
    　を有することを特徴とする請求項１３に記載の加振試験装置。
  16. 　前記ランナーブロックには前記閉回路が４つ形成されており、
    　前記４つの閉回路のうち２つの閉回路の溝の夫々に配置されたボールが、前記レールと前記ランナーブロックを備えたガイド機構のラジアル方向に対して略±４５度の接触角を有し、他の２つの閉回路の溝の夫々に配置されたボールは前記ガイド機構の逆ラジアル方向に対して略±４５度の接触角を有する
    　ことを特徴とする請求項１５に記載の加振試験装置。
  17. 　前記中間ステージ及び対応するアクチュエータの一方には、前記中間ステージが前記対応するアクチュエータに対してスライド可能な方向に伸びる少なくとも１本のレールが設けられており、
    　前記中間ステージ及び対応するアクチュエータの他方には、前記レールに係合するランナーブロックが設けられている
    　ことを特徴とする請求項１１に記載の加振試験装置。
  18. 　前記中間ステージと対応するアクチュエータとは、互いに平行に配置された複数のレールと、前記複数のレールの各々に係合する複数のランナーブロックを介して、スライド可能に連結されていることを特徴とする請求項１７に記載の加振試験装置。
  19. 　前記ランナーブロックが、
    　　前記レールを囲む凹部と、
    　　前記凹部において、前記ランナーブロックの移動方向に沿って形成された溝と、
    　　前記ランナーブロックの内部に形成され、前記溝と閉回路を形成するように前記溝の前記移動方向両端と繋がっている退避路と、
    　　前記閉回路を循環するとともに、前記溝に位置するときは前記レールと当接するようになっている複数のボールと、
    　を有することを特徴とする請求項１７に記載の加振試験装置。
  20. 　前記ランナーブロックには前記閉回路が４つ形成されており、
    　前記４つの閉回路のうち２つの閉回路の溝の夫々に配置されたボールが、前記レールと前記ランナーブロックを備えたガイド機構のラジアル方向に対して略±４５度の接触角を有し、他の２つの閉回路の溝の夫々に配置されたボールは前記ガイド機構の逆ラジアル方向に対して略±４５度の接触角を有する
    　ことを特徴とする請求項１９に記載の加振試験装置。
  21. 　該第１及び第２の方向の双方に垂直な第３の方向に前記テーブルを加振可能な第３のアクチュエータと、
    　前記テーブルを前記第３のアクチュエータに対して第１及び第２の方向にスライド可能に連結する第３の連結手段と、
    　を有し、
    　前記第１及び第２の連結手段は、それぞれ前記テーブルを第１及び第２のアクチュエータに対して第３の方向にスライド可能に連結する
    　ことを特徴とする請求項１に記載の加振試験装置。
  22. 　前記第３のアクチュエータは、サーボモータにてボールねじ機構を駆動して前記テーブルを加振することを特徴とする請求項２１に記載の加振試験装置。
  23. 　前記第３の連結手段は、前記第３のアクチュエータと前記テーブルの間に配置された中間ステージを有し、
    　前記第３の連結手段の中間ステージは、該第３の方向に垂直な一方向のみに前記テーブルに対してスライド可能であり、且つ、該一方向と該第３の方向の双方に垂直な方向のみに前記第１のアクチュエータに対してスライド可能である
    　ことを特徴とする請求項２１に記載の加振試験装置。
  24. 　前記第３の連結手段の中間ステージが前記テーブル及び前記第１のアクチュエータに対してスライド可能な二方向は、該第１及び第２の方向である
    　ことを特徴とする請求項２３に記載の加振試験装置。
  25. 　前記テーブル及び前記中間ステージの一方には、前記中間ステージが前記テーブルに対してスライド可能な方向に伸びる少なくとも１本のレールが設けられており、
    　前記テーブル及び前記中間ステージの他方には、前記レールに係合するランナーブロックが設けられている
    　ことを特徴とする請求項２３に記載の加振試験装置。
  26. 　前記テーブルと前記中間ステージとは、互いに平行に配置された複数のレールと、前記複数のレールの各々に係合する複数のランナーブロックを介して、スライド可能に連結されていることを特徴とする請求項２５に記載の加振試験装置。
  27. 　前記中間ステージ及び対応するアクチュエータの一方には、前記中間ステージが前記対応するアクチュエータに対してスライド可能な方向に伸びる少なくとも１本のレールが設けられており、
    　前記中間ステージ及び対応するアクチュエータの他方には、前記レールに係合するランナーブロックが設けられている
    　ことを特徴とする請求項２３に記載の加振試験装置。
  28. 　前記中間ステージと対応するアクチュエータとは、互いに平行に配置された複数のレールと、前記複数のレールの各々に係合する複数のランナーブロックを介して、スライド可能に連結されていることを特徴とする請求項２７に記載の加振試験装置。
  29. 　前記第３の方向が鉛直方向であり、
    　前記第３のアクチュエータは、複数の中間ステージを有する
    　ことを特徴とする請求項２３に記載の加振試験装置。
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