(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁極および同磁極と不可分の励磁コイル等を含み防振台に対して相対移動自在に支持された磁極構成体と、同磁極構成体を上記防振台に対する中立位置に復帰させるように同磁極構成体に対して常時復帰力を作用させる磁極構成体復帰手段と、可動コイルを有するとともに振動ピックアップを支持し、上記磁極構成体を構成する磁極と上記可動コイルとの間の磁力作用により上記磁極構成体に対して振動をするとともに上記防振台に対しても振動をすることができる可動体と、上記防振台上に上記磁極構成体とは分離して配設されて、上記可動体の振動の反力の合力の作用線が上記磁極構成体の概ね重心位置を通るように上記可動体を相対移動自在に支持する可動体支持部と、上記可動体を上記可動体支持部に対する中立位置に復帰させるように上記可動体に対して常時復帰力を作用させる可動体復帰手段とを備えたことを特徴とする、加振機における振動ピックアップの支持装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加振機における振動ピックアップの支持装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、レーザ光により加振機の正確な振動加速度Ａ〔ｍ／ｓ２〕を計測するとともに、同加振機の振動を検出する振動ピックアップの検出出力Ｖ〔ｍＶ〕を計測することにより、振動ピックアップの感度Ｓ＝Ｖ／Ａ〔ｍＶ・ｓ２／ｍ〕を校正することが行なわれている。
【０００３】
その際、レーザ干渉計を用いて加振機の加振時における振動部の変位の絶対値を測定して振動の加速度を検知し、加振機の振動部に取付けられた振動ピックアップの感度を計測することによって、同振動ピックアップを校正することが知られている（国際標準規格ＩＳＯ５３４７−１）。
【０００４】
図３はレーザ干渉計の原理を説明するための説明図である。図３において、光源としてのレーザ発振器０１から放射されたレーザ光が、ハーフミラー等の分割鏡０２を通過する際、分割鏡０２によって２分され、レーザ光のほぼ半分はそのまま直進して加振機の振動部に固定された振動鏡０３により反射された後、分割鏡０２へ戻り、さらにその一部が分割鏡０２により反射されて光電変換器０４へ到達する。これに対しレーザ発振機０１から放射され分割鏡０２により２分されたレーザ光の他のほぼ半分は分割鏡０２により反射されて固定鏡０５へと向かい、固定鏡０５により反射された後、分割鏡０２へ戻り、その一部が分割鏡０２を透過して光電変換器０４へ到達する。その結果、振動鏡０３により反射された後に光電変換器０４に到達したレーザ光と、固定鏡０５により反射された後に光電変換器０４に到達したレーザ光とが干渉し合って干渉光として合成され、干渉光の強度すなわち輝度は、加振機の加振による振動鏡０３の振動に伴って干渉縞を形成し、最大値、最小値を繰り返す。
【０００５】
図４は、振動ピックアップの校正装置の全体構成の１例を説明するための模式図である。図４において、床面上に例えば空気ばねやゴムばね等の防振手段を介して設置された防振台３０上には、レーザ発振器１、ハーフミラー等の分割鏡２、固定鏡３および振動発生装置としての加振機４が配設されている。加振機４には振動ピックアップ１０が取付けられており、振動ピックアップ１０の端面には振動鏡４ａが一体的に支持されている。振動ピックアップ１０は、検知した振動を電気信号の形に変換し、同電気信号を出力信号として前置増幅器１１へ送る。前置増幅器１１は、振動ピックアップ１０から送られた電気信号を増幅し、増幅した電気信号を実効値形電圧計１２へ送る。実効値形電圧計１２は、振動ピックアップ１０から前置増幅器１１を介して送られた電気信号の電圧を、振動ピックアップ１０の検出出力電圧として表示する。
【０００６】
光電変換器としてのフォトトランジスタ１５は、検知した光の干渉縞を電気信号の形に変換する。フォトトランジスタ１５が検知した光の干渉縞を表す電気信号は、前置増幅器１３および増幅器１４により増幅され、パルス発生器１６を経て比カウンタ２０へ入力される。他方、加振機４の発振器１７は、加振機４に振動を発生させるのに必要な出力電圧の大きさを調整するための出力調整用ボリュウム手段１７ａを備えており、出力調整用ボリュウム手段１７ａにより調整された発振器１７の出力は、電力増幅器１８により増幅された後、加振機４へ送られる。同時に、発振器１７の出力は、周波数カウンタ２０ａへ送られるとともに、比カウンタ２０へも送られる。
【０００７】
比カウンタ２０においては、振動鏡４ａにおいて生成される測定用照射光であるレーザ光の干渉縞の振動数と加振機４が発生する振動の振動数との比、すなわち振動鏡の振動の１周期当たりの干渉縞の数の値が計数される。
【０００８】
フォトトランジスタ１５により電気信号の形で検出され、増幅器１４により増幅された光の干渉縞を表す電気信号は、さらに、周波数分析器１９ａを介してオシロスコープ１９へ、あるいは直接オシロスコープ１９へ送られて表示される一方、フィルタ２１を介して、オシロスコープ２２へ送られて表示されるとともに、電圧計２３へも送られて電圧の測定も行われる。
【０００９】
図２に、加振機４の駆動部の基本的な構成を説明するための模式的な要部拡大縦断面図を示す。図２において、加振機４の本体を構成する磁極３２が、ベースとしての防振台３０により、同防振台３０に対して相対移動をしないように固定した状態で支持されている。磁極３２は、中央磁極３２ａとこの中央磁極３２ａを取り囲む外部磁極３２ｂとを有し、中央磁極３２ａと外部磁極３２ｂとの間の環状の空隙部内に配設された励磁コイル３４により生成された磁力が、中央磁極３２ａおよび外部磁極３２ｂに沿って閉じた磁束を形成するように構成されている。
【００１０】
図２において、磁極３２の端面側に固定された可動体支持部３６の可動体支持面部には、例えば空気軸受等の摩擦抵抗が極めて小さな軸受３７を介して、振動子を構成する可動体３８が、可動体支持部３６に対して磁極３２の中心線方向に相対移動自在に支持されている。可動体３８は、磁極３２の中心線と同心で中央磁極３２ａと外部磁極３２ｂの端面との間の環状の空隙部を軸方向に貫通するようにして延設された可動コイル３９を有するとともに、可動コイル３９の中心線方向に可動体３８が振動する際に可動体３８と一体となって振動する振動ピックアップ１０を、例えば着脱ねじ等の着脱手段を介して、着脱自在に支持している。振動ピックアップ１０の先端部には、重錘４０およびミラーとしての振動鏡４ａが装着されている。
【００１１】
図２の可動体３８は、磁極３２と可動コイル３９との間の磁力作用により磁極３２に対して磁極３２の中心線方向に振動するとともに、防振台３０に対しても振動することができる。可動体３８は、磁極３２と可動コイル３９との間の磁力作用により可動体支持部３６に対する中立位置から変位しても、周知の可動体復帰手段により、常に可動体支持部３６に対する中立位置へと復帰するように復帰力を受ける。可動体復帰手段としては、例えば、可動体３８を可動体支持部３６に対して弾力的に支持する板ばね等の機械的な可動体復帰手段、あるいは可動体３８の可動体支持部３６に対する中立位置からの変位を例えばレーザ干渉計等の変位検出手段により検出し、検出した変位量に応じて可動コイル３９への通電の向きおよび通電量を変化させて可動コイル３９の電磁力を制御する電磁的な可動体復帰手段等が、良く知られている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来の加振機において、加振時に振動子である可動体３８が振動すると、可動体３８の振動の反力が磁極３２に作用する。その際、可動体３８の振動の反力の合力Ｆの作用線が加振機および加振機を支持する防振台を合わせた構成体の重心点Ｇから例えばｌだけずれていると、加振機に曲げモーメントｌ×Ｆや片揺れモーメント等の好ましくないモーメントによる振動が発生する。その結果、被加振供試体に横揺れ加速度や片揺れ加速度が作用し、被加振供試体が横感度をも持っているため、横揺れ加速度や片揺れ加速度が被加振供試体の出力を変動させることともなる。このような好ましくないモーメントによる加振機の振動を抑制するため、可動体３８の振動の反力を磁極３２および磁極３２と一体の構造部分の質量によって吸収することができるように、磁極３２および磁極３２と一体の構造部分の質量を可動体３８の質量に比しはるかに大きな質量となるように設定することが考えられた。例えば、ＩＳＯ規格（国際標準規格）においては磁極３２および防振台３０を含む磁極３２と一体の構造部分の質量を可動体３８の質量の２千倍以上とすることを要求している。しかしながら、それでもなお加振機に曲げモーメントや片揺れモーメント等の好ましくないモーメントが作用するのを防止し、校正精度を上げるためには、可動体３８の振動の反力の合力の作用線が加振機および防振台を合わせた構成体の重心点を通るようにしなければならず、そのためには加振機の構造が複雑となり大型とならざるをえず、供試体の取付け作業においても制約を受けることとなる。
【００１３】
さらに、加振機および同加振機を支持する防振台３０を合わせた構成体の質量が大きいため、同構成体の固有振動数が低くなり、その結果、同固有振動数が校正振動数の帯域に存在する場合には、可動体３８の振動の反力が直接同構成体に加わって、その固有振動数付近においては同構成体の振動の振幅が大きくなり、測定の不確かさが増大する。
【００１４】
そこで、本発明は、加振時に振動子である可動体が振動しても、防振台に可動体の振動の反力が殆ど作用することがないようにし、可動体の振動の反力の合力の作用線が加振機および防振台を合わせた構成体の重心点を正確に通っていなくても、加振機に曲げモーメントや片揺れモーメント等の好ましくないモーメントによる振動が発生することがないようにし、その分、被加振供試体の横揺れや片揺れを最小限に抑えて被加振供試体の加振軸以外の方向の振動による出力変動を極力抑えることができるようにし、さらに磁極や防振台等の可動体支持構造部分の質量が小さくとも済むようにした、加振機における振動ピックアップの支持装置を提供しようとするものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するため、本発明の加振機における振動ピックアップの支持装置は、磁極および同磁極と不可分の励磁コイル等を含み防振台に対して相対移動自在に支持された磁極構成体と、同磁極構成体を上記防振台に対する中立位置に復帰させるように同磁極構成体に対して常時復帰力を作用させる磁極構成体復帰手段と、可動コイルを有するとともに振動ピックアップを支持し、上記磁極構成体を構成する磁極と上記可動コイルとの間の磁力作用により上記磁極構成体に対して振動をするとともに上記防振台に対しても振動をすることができる可動体と、上記防振台上に上記磁極構成体とは分離して配設されて、上記可動体の振動の反力の合力の作用線が上記磁極構成体の概ね重心位置を通るように上記可動体を相対移動自在に支持する可動体支持部と、上記可動体を上記可動体支持部に対する中立位置に復帰させるように上記可動体に対して常時復帰力を作用させる可動体復帰手段とを備えている。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面により本発明の実施の形態について説明する。図１は、本発明の１実施の形態に係る、加振機における振動ピックアップの支持装置の基本的な構成を説明するための模式的な要部拡大縦断面図である。
【００１７】
図１において、加振機４の本体を構成し、励磁コイル３４とともに磁極構成体４１を構成する磁極３２が、ベースとしての防振台３０上に、例えばスライド支持手段３１ａ、３１ｂを介して、防振台３０に対して相対移動自在に支持されている。そして、磁極３２したがって磁極構成体４１は、防振台３０に対する中立位置から変位しても、常に磁極３２を防振台３０に対する中立位置へと復帰させる例えば板ばね等の磁極復帰手段３５を介して、防振台３０に対して支持されている。この板ばね等の磁極復帰手段３５の作用により、磁極３２および励磁コイル３４により構成される磁極構成体４１が、防振台３０に対する中立位置から変位しても、常に防振台３０に対する中立位置へと復帰するように復帰力を受けている。磁極３２は、中央磁極３２ａとこの中央磁極３２ａを取り囲む外部磁極３２ｂとを有し、中央磁極３２ａと外部磁極３２ｂとの間の環状の空隙部内に配設された励磁コイル３４により生成された磁力が、中央磁極３２ａおよび外部磁極３２ｂに沿って閉じた磁束を形成するように構成されている。磁極構成体４１は、図１のように磁極３２が励磁コイル３４により励磁され、励磁コイル３４が磁極３２から不可分で磁極３２と一体的に構成された場合には磁極３２と励磁コイル３４とを含んで構成され、また例えば磁極３２の少なくとも一部が永久磁石により形成され、励磁コイル３４を付設する必要のない場合には、磁極３２のみにより構成される。
【００１８】
図１において、磁極３２の端面側には、磁極３２から分離して、防振台３０上に固定状態に可動体支持部３６が配設されており、この可動体支持部３６の可動体支持面部３６ａ、３６ｂには、例えば空気軸受等の摩擦抵抗が極めて小さく、油圧軸受に対して温度変化の少ない軸受３７を介して、振動子を構成する可動体３８が、可動体支持部３６に対して磁極３２および励磁コイル３４よりなる磁極構成体４１の中心線方向に相対移動自在に支持されている。可動体３８は、磁極３２および励磁コイル３４よりなる磁極構成体４１の中心線と同心で中央磁極３２ａと外部磁極３２ｂの端面との間の環状の空隙部を軸方向に貫通するようにして延設された可動コイル３９を有するとともに、可動コイル３９の中心線方向の可動体３８と一体となって振動する振動ピックアップ１０を、例えば着脱ねじ等の着脱手段を介して、着脱自在に支持している。振動ピックアップ１０の先端部には、重錘４０およびミラーとしての振動鏡４ａが装着されている。
【００１９】
振動ピックアップ１０の形態によっては、図１のように振動ピックアップ１０を直接可動体３８に取付けることに代えて、例えば図５に示すように、振動ピックアップ１０を、可動体３８に固定された支持枠体４２を介して可動体３８に取付けるようにしても良い。
【００２０】
図１において、振動子としての可動体３８は、磁極３２と可動コイル３９との間の磁力作用により磁極３２および励磁コイル３４よりなる磁極構成体４１に対して磁極構成体４１の中心線方向に振動するとともに、防振台３０および可動体支持部３６に対しても振動をすることができる。可動体３８は、磁極３２と可動コイル３９との間の磁力作用により可動体支持部３６に対する中立位置から変位しても、周知の可動体復帰手段により、常に可動体支持部３６に対する中立位置へと復帰するように復帰力を受ける。可動体復帰手段としては、例えば、可動体３８を可動体支持部３６に対して弾力的に支持する板ばね等の機械的な可動体復帰手段、あるいは可動体３８の可動体支持部３６に対する中立位置からの変位を列えばレーザ干渉計等の変位検出手段により検出し、検出した変位量に応じて可動コイル３９への通電の向きおよび通電量を変化させて可動コイル３９の電磁力を制御する電磁的な可動体復帰手段を採用することができる。
【００２１】
図１に示す加振機４は以上のように構成されているので、加振時に振動子である可動体３８が振動しても、防振台３０および可動体支持部３６に可動体３８の振動の反力が殆ど作用することがなく、可動体３８の振動の反力の合力の作用線が加振機と防振台とを合わせた構成体の重心点を正確に通っていなくても、加振機４に曲げモーメントや片揺れモーメント等の好ましくないモーメントによる振動が発生することがなく、その分、被加振供試体の横揺れや片揺れを最小限に抑えて被加振供試体の加振軸以外の方向の振動による出力変動を極力抑えることができ、さらに磁極３２の質量や防振台３０等の可動体支持構造部分の質量を小さくすることが可能となる。
【００２２】
図１に示した加振機４においては、振動ピックアップ１０が水平な姿勢で校正をするようにしたものであるが、これに代えて、振動ピックアップが水平面に対して垂直な姿勢で校正をするようにした場合においても、本発明を適用することにより、加振時に振動子である可動体が振動した際、加振機に曲げモーメントや片揺れモーメント等の好ましくないモーメントによる振動が発生することがなく、その分、被加振供試体の横揺れや片揺れを最小限に抑えて被加振供試体の加振軸以外の方向の振動による出力変動を極力抑えることができ、さらに磁極の質量や防振台等の可動体支持構造部分の質量を小さくすることが可能となる。
【００２３】
【発明の効果】
本発明の加振機における振動ピックアップの支持装置によれば、以下のような効果が得られる。
（１）磁極および同磁極と不可分の励磁コイル等を含み防振台に対して相対移動自在に支持された磁極構成体と、同磁極構成体を上記防振台に対する中立位置に復帰させるように同磁極構成体に対して常時復帰力を作用させる磁極構成体復帰手段と、可動コイルを有するとともに振動ピックアップを支持し、上記磁極構成体を構成する磁極と上記可動コイルとの間の磁力作用により上記磁極構成体に対して振動をするとともに上記防振台に対しても振動をすることができる可動体と、上記防振台上に上記磁極構成体とは分離して配設されて、上記可動体の振動の反力の合力の作用線が上記磁極構成体の概ね重心位置を通るように上記可動体を相対移動自在に支持する可動体支持部と、上記可動体を上記可動体支持部に対する中立位置に復帰させるように上記可動体に対して常時復帰力を作用させる可動体復帰手段とを備えているので、加振時に振動子である可動体が振動しても、防振台や可動体支持部に可動体の振動の反力が殆ど作用することがなく、可動体の振動の反力の合力の作用線が加振機と防振台とを合わせた構成体の重心点を通っていなくても、加振機に曲げモーメントや片揺れモーメント等の好ましくないモーメントによる振動が発生することがなく、その分、被加振供試体の横揺れや片揺れを最小限に抑えて被加振供試体の加振軸以外の方向の振動による出力変動を極力抑えることができ、さらに磁極の質量や防振台等の可動体支持構造部分の質量を小さくすることが可能となる（請求項１）。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施の形態に係る、加振機における振動ピックアップの支持装置の基本的な構成を説明するための模式的な要部拡大縦断面図である。
【図２】従来の加振機の駆動部の基本的な構成を説明するための模式的な要部拡大縦断面図である。
【図３】従来のレーザ干渉計の原理を説明するための説明図である。
【図４】従来の振動ピックアップの校正装置の全体構成の１例を説明するための模式図である。
【図５】図１の振動ピックアップの取付け形態とは異なった取付け形態によって可動体に取付けられた振動ピックアップの１例を示す要部側面断面図である。
【符号の説明】
０１    レーザ発振器
０２    ハーフミラー等の分割鏡
０３    振動鏡
０４    光電変換器
０５    固定鏡
１    レーザ発振器
２    分割鏡
３    固定鏡
４    加振機
４ａ    ミラー等の振動鏡
１０    振動ピックアップ
１１    前置増幅器
１２    実効値形電圧計
１３    前置増幅器
１４    増幅器
１５    フォトトランジスタ
１６    パルス発生器
１７    発振器
１７ａ    出力調整用ボリュウム手段
１８    電力増幅器
１９    オシロスコープ
１９ａ    周波数分析器
２０    比カウンタ
２１    フィルタ
２２    オシロスコープ
２３    電圧計
３０    防振台
３１ａ，３１ｂ    スライド支持手段
３２    磁極
３２ａ    中央磁極
３２ｂ    外部磁極
３４    励磁コイル
３５    板ばね等の磁極復帰手段
３６    可動体支持部
３６ａ，３６ｂ    可動体支持面部
３７    空気軸受等の軸受
３８    可動体としての振動子
３９    可動コイル
４０    重錘
４１    磁極構成体
４２    支持枠体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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