(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
垂直方向加振機と、加振方向が９０度異なる二つの水平方向加振機とを互いに上下に重ね合わせ、上記垂直方向加振機は同一磁極が対向する少なくとも二つの永久磁石を有し、該永久磁石の一方を他方に対し動電型アクチュエータの駆動力を利用して所定のストローク量で往復移動させ上記永久磁石の対向面積を変化させることにより垂直方向の振動を発生させる一方、上記二つの水平方向加振機の各々は動電型アクチュエータの駆動力を利用して水平方向の振動を発生させるようにしたことを特徴とする加振機。
【請求項２】
上記垂直方向加振機が、基板と、該基板にリンク機構を介して上下動自在に連結された頂板と、該頂板に加わる負荷を支持する負荷支持手段とを有し、該負荷支持手段を同一磁極が対向する複数の永久磁石と、上記リンク機構に連結した略Ｕ字状のトーションバーあるいはスプリングと、上記基板と上記頂板との間に介装したスプリングのいずれか一つで構成した請求項１に記載の加振機。
【請求項３】
上記垂直方向加振機に設けられた上記動電型アクチュエータの一部に負荷調整手段を取り付け、該負荷調整手段により上記永久磁石の一方に加わる水平方向の荷重をキャンセルするようにした請求項１に記載の加振機。
【請求項４】
上記二つの水平方向加振機の各々が、下部フレームと、該下部フレームに複数の揺動部材を介して取り付けられた上部フレームと、上記動電型アクチュエータの駆動力を上記上部フレームに伝達する駆動力伝達部材とを備え、該駆動力伝達部材を上記上部フレームと上記動電型アクチュエータとの間に介装したスプリングと、同一磁極が対向する複数対の永久磁石と、リンクのいずれか一つで構成した請求項１に記載の加振機。
【請求項５】
上記垂直方向加振機と上記二つの水平方向加振機の各々を独立して制御できるようにした請求項１に記載の加振機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、垂直方向及び水平２方向の３方向に振動を発生させる装置に関し、更に詳しくは、複数の永久磁石を利用して振動エネルギを発生させる加振機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ある構造体の振動特性を調べるために、人為的に振動を発生させる加振機が使用されている。また、加振機としては、動電型のものと不釣り合い質量やカム式のものとが一般に知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、クランク等のリンク機構を使用した加振機では、駆動モータに直接負荷が加わることから比較的大きな駆動モータが必要となり、動電型の場合、低周波の対応ができないという問題があった。
また、装置自体が大規模なため、設置場所の確保及び工事が必要となるばかりか、発熱量が大きいことから強制空冷が必要となり、ファン等の排気音により異音評価ができないという問題があった。
さらに、上記加振機はいずれも構成が複雑で、重たく、かつ、高価であることから、軽量で安価なものが望まれていた。
【０００４】
本発明は、従来技術の有するこのような問題点に鑑みてなされたものであり、複数の永久磁石を組み込むことにより、コンパクトで騒音の少ない安価な加振機を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のうちで請求項１に記載の発明は、垂直方向加振機と、加振方向が９０度異なる二つの水平方向加振機とを互いに上下に重ね合わせ、上記垂直方向加振機は同一磁極が対向する少なくとも二つの永久磁石を有し、該永久磁石の一方を他方に対し動電型アクチュエータの駆動力を利用して所定のストローク量で往復移動させ上記永久磁石の対向面積を変化させることにより垂直方向の振動を発生させる一方、上記二つの水平方向加振機の各々は動電型アクチュエータの駆動力を利用して水平方向の振動を発生させるようにしたことを特徴とする加振機である。
【０００６】
また、請求項２に記載の発明は、上記垂直方向加振機が、基板と、該基板にリンク機構を介して上下動自在に連結された頂板と、該頂板に加わる負荷を支持する負荷支持手段とを有し、該負荷支持手段を同一磁極が対向する複数の永久磁石と、上記リンク機構に連結した略Ｕ字状のトーションバーあるいはスプリングと、上記基板と上記頂板との間に介装したスプリングのいずれか一つで構成したことを特徴とする。
【０００７】
さらに、請求項３に記載の発明は、上記垂直方向加振機に設けられた上記動電型アクチュエータの一部に負荷調整手段を取り付け、該負荷調整手段により上記永久磁石の一方に加わる水平方向の荷重をキャンセルするようにしたことを特徴とする。
【０００８】
また、請求項４に記載の発明は、上記二つの水平方向加振機の各々が、下部フレームと、該下部フレームに複数の揺動部材を介して取り付けられた上部フレームと、上記動電型アクチュエータの駆動力を上記上部フレームに伝達する駆動力伝達部材とを備え、該駆動力伝達部材を上記上部フレームと上記動電型アクチュエータとの間に介装したスプリングと、同一磁極が対向する複数対の永久磁石と、リンクのいずれか一つで構成したことを特徴とする。
【０００９】
また、請求項５に記載の発明は、上記垂直方向加振機と上記二つの水平方向加振機の各々を独立して制御できるようにしたことを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
互いに離間し同磁極を対向させた少なくとも二つの永久磁石を有する磁性バネ構造体の場合、離間した永久磁石同士は非接触のため、構造体自体の摩擦損失等を無視すると、その静特性は入力時（行き）と同一ライン上を非線形で出力され（帰り）、さらに、非接触対偶特有の自由度、浮上制御系の不安定度を利用することにより、小さな入力で静磁界（磁石の配置）を変化させることで負の減衰を生じやすい。
【００１１】
本発明はこの事実に着目してなされたものであり、二つの永久磁石間の幾何学的寸法を運動行程内機構あるいは外力により入力側（行き）と出力側（帰り）で変化させ、その運動系内で反発力に変換させることにより、二つの永久磁石の平衡位置からの入力側の反発力より出力側の反発力を大きくしている。
【００１２】
以下、その基本原理について説明する。
図１は、入力側と出力側における二つの永久磁石２，４の平衡位置を示した模式図で、図２は、いずれか一方の永久磁石に加えられた荷重と、二つの永久磁石の平衡位置からの変位量との関係を示した磁性バネ構造体の基本特性を示している。
【００１３】
図１に示されるように、永久磁石２に対する永久磁石４の入力側の平衡位置とバネ定数をそれぞれｘ0，ｋ1とし、出力側の平衡位置とバネ定数をそれぞれｘ1，ｋ2とすると、ｘ0〜ｘ1の間で面積変換が行われ、各平衡位置では次の関係が成立する。
−ｋ1／ｘ0＋ｍｇ＝０
−ｋ2／ｘ1＋ｍｇ＝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性バネのダンパー効果により発生し、そのことにより減衰項が現れたものと解釈される。
【００１６】
図３において、（ａ）は一定荷重を加えた場合のグラフで、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の順で荷重を加えた時間が短くなっている。すなわち、荷重の加え方により静特性が異なり、荷重を加える時間が長いほど力積が大きい。
【００１７】
また、希土類磁石は、磁化の強さが磁界に依存しない。つまり、内部磁気モーメントが磁界による影響を受けにくいので、減磁曲線上で磁化の強さはほとんど変化せず、ほぼその飽和磁化の強さの値を保っている。従って、希土類磁石では、端面上に磁荷が均一に分布していると仮定したチャージモデルを用いて、入出力が考えられる。
【００１８】
図４はその考え方を示しており、磁石を最小単位の磁石の集合と定義し、各単位磁石間の力の関係を三つに分類して計算したものである。
（ａ）吸引（ｒ，ｍとも同一なので、２タイプを１つで定義する）
ｆ(1)＝（ｍ2／ｒ2）ｄｘ1ｄｙ1ｄｘ2ｄｙ2
ｆx(1)＝ｆ(1)ｃｏｓθ
ｆz(1)＝ｆ(1)ｓｉｎθ
（ｂ）反発
ｆx(2)＝ｆ(2)ｃｏｓθ
ｆz(2)＝ｆ(2)ｓｉｎθ
（ｃ）反発
ｆx(3)＝ｆ(3)ｃｏｓθ
ｆz(3)＝ｆ(3)ｓｉｎθ
従って、
−ｆx＝２ｆx(1)−ｆx(2)−ｆx(3)
−ｆz＝２ｆz(1)−ｆz(2)−ｆz(3)
ここで、クーロンの法則は次のように表されるので、
0003708658.tif 000002
上記−ｆx，−ｆz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＝５０ｍｍ）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×１０ｍｍＨのもの（住友特殊金属社製NEOMAX-39SH）を使用するとともに、合計質量３.１３５ｋｇの負荷を使用して、永久磁石２をスライドさせたところ、図１２に示されるような結果が得られた。
【００２７】
図１２は、入出力の実験値を仕事（Ｊ）で示したもので、約０．５Ｊの入力仕事に対し約４Ｊの出力仕事が得られており、対向する二つの永久磁石２，４で構成される磁性バネが有する負の減衰特性を利用することにより、あるいは、静磁エネルギを変化させることにより小さな入力仕事で大きな出力仕事を引き出すことが可能となる。
【００２８】
図１３は、上記スライド型原理モデルを一部に応用した本発明にかかる加振機Ｍを示している。
図１３に示されるように、本発明にかかる加振機Ｍは、垂直方向加振機Ｍ１と、垂直方向加振機Ｍ１の上に載置された水平方向加振機Ｍ２と、水平方向加振機Ｍ２の上に載置されたもう一つの水平方向加振機Ｍ３とからなる。水平方向加振機Ｍ２とＭ３とは、加振方向が水平方向に９０度異なっており、図１３の加振機Ｍは、垂直方向と水平２方向の３方向に加振させるよう構成されている。
【００２９】
図１４乃至図１６に示されるように、垂直方向加振機Ｍ１は、左右一対のロワレール１２，１２と、ロワレール１２，１２に固定された基板１４と、左右一対のリンク機構１６，１６を介してロワレール１２，１２に上下動自在に取り付けられた頂板１８とを備えている。リンク機構１６，１６の各々は、ロワレール１２に立設された前部リンク保持部材２０と、頂板１８の一端より垂下された後部リンク保持部材２２と、前部及び後部リンク保持部材２０，２２の前後端に揺動自在に連結された２本のリンク２４，２６とからなる。
【００３０】
また、基板１４上には、駆動源である動電型アクチュエータ２８が取り付けられるとともに、アクチュエータ２８の一部を構成するホルダ（後述）には第１永久磁石３０が固定されており、第１永久磁石３０から上方に所定距離離間し同一（反発）磁極が対向する第２永久磁石３２が頂板１８に固定されている。さらに、アクチュエータ２８の後方の基板１４には二つの永久磁石３４，３６が固定される一方、この二つの永久磁石３４，３６から上方に離間し同一磁極が対向する二つの永久磁石３８，４０が頂板１８に固定されている。
【００３１】
また、上記ホルダの前端はコイルスプリング等の負荷調整用弾性部材４２に連結されており、この弾性部材４２はブラケット４３を介して基板１４に連結されている。
【００３２】
図１７乃至図１９は、基板１４に取り付けられた動電型アクチュエータ２８を示しており、第１永久磁石３０が固定されるホルダ４４と、ホルダ４４の両側に設けられた磁気回路４６，４６と、ホルダ４４の下面に取り付けられたリニアベアリング４８と、基板１４に固定されリニアベアリング４８が水平方向に摺動自在に取り付けられるリニアガイド５０とを備えている。
【００３３】
磁気回路４６，４６は、ホルダ４４の両端に巻回されたコイル５２，５２と、ホルダ４４の各側においてコイル５２と上下方向（ホルダ４４の摺動面に対し垂直な方向）に所定距離離間した複数の永久磁石５４,…,５４とからなる。
【００３４】
コイル５２，５２は、ホルダ４４の両端において上下２段に巻回されているが、図２０に示されるように、一本の銅線を直列に接続したものである。すなわち、図１７及び図１８において、端子Ａ及びＢを接続し、さらに左上コイルから左下コイルを形成した後、端子Ｃ及びＤに順次接続し、次に右下コイルから右上コイルを形成し、最後に端子Ｅ及びＦの順で接続したものである。
【００３５】
一方、永久磁石５４,…,５４は、図２１に示されるように、ホルダ４４の各端部に巻回されたコイル５２（図１７における左上コイルと左下コイル、あるいは、右上コイルと右下コイル）と対向しており、逆磁極を下側に向けた状態でケーシング５６の上部壁下面に固着された二つの永久磁石５４，５４と、この永久状態５４，５４と逆磁極が対向しケーシング５６の底壁上面に固着された二つの永久磁石５４，５４とからなる。
【００３６】
上記構成の磁気回路に対し、図２１に示されるように励磁電流を流すと、フレミングの左手の法則に基づいてコイル５２には力Ｆが加わり、ホルダ４４がリニアガイド５０に沿って力Ｆの方向に移動する。従って、コイル５２，５２にパルス励磁電流を流すと、コイル５２，５２はホルダ４４と一体的に往復運動を行う。すなわち、この動電型アクチュエータ２８は、電気エネルギを機械的エネルギに変換する。
【００３７】
なお、上記実施形態においては、コイル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２２に示されるように、ホルダ４４の一端にコイルを巻回した構成も可能である。図２２に示される動電型アクチュエータ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。
【００３８】
また、上記実施形態においては、ケーシング５６の上部壁下面と底壁上面にそれぞれ二つの永久磁石５４，５４を固着する構成としたが、上部壁下面と底壁上面の各々にそれぞれ一つの永久磁石５４を設け、逆磁極を互いに対向させる構成とすることもできる。
【００３９】
さらに、図２３に示される動電型アクチュエータ２８Ｂのように、ホルダ４４両端に位置する各ケーシング５６の底壁上面にのみ１個の永久磁石５４を取り付けた構成とすることもできる。
【００４０】
ここで、図１７乃至図１９の実施形態において、永久磁石５４,…,５４としてネオジム系磁石（住友特殊金属社製ＮＥＯＭＡＸ−４２）（１１ｍｍＨ×３５ｍｍＷ×４２ｍｍＬ）を片側で４個使用するとともに、コイル５２，５２としてφ０.７２−ＥＩＷの銅線を１６０ターン巻回した偏平型空芯コイルを、片側２個の計４個を樹脂製ボビンに接着固定した後直列に接続した。この時の直流抵抗は４.５１Ωであった。また、磁気回路の重量は１８５０ｇ×２個＝３７００ｇで、コイル全体の重量は８９０ｇであった。
【００４１】
上記仕様の動電型アクチュエータの１Ａ当たりの推力分布を測定したところ、図２４に示される結果が得られた。図２４の結果によれば、ストローク３０ｍｍの中央では、２.６４ｋｇｆ／Ａ（２６Ｎ／Ａ）の推力が得られている。
【００４２】
次に、図１４乃至図１６に示される垂直方向加振機Ｍ１の作用を説明する。
図１４乃至図１６の構成において、頂板１８にある負荷が加えられると、その荷重は互いに同一磁極が対向する永久磁石３０と３２、３４と３８、３６と４０の反発力により支持される。この状態で、駆動源である動電型アクチュエータ２８により第１永久磁石３０をリニアガイド５０に沿って水平方向に往復移動させると、第１永久磁石３０と対向する第２永久磁石３２は垂直方向に往復移動する。すなわち、この垂直方向加振機Ｍ１は、同一磁極が対向する第１及び第２永久磁石３０，３２の対向面積を周期的に変化させることにより励振を発生し、垂直方向の周期的な振動を発生させる。
【００４３】
上記構成をさらに詳述すると、互いに対向する永久磁石３０と３２、３４と３８、３６と４０で負荷を支持するとともに、平衡点と加振磁石（第１永久磁石３０）のボリュームで振幅を仮設定し、加振磁石３０のスライド移動により垂直方向の振動を発生させる。また、加振磁石３０のストローク量については、荷重曲線、振幅及び負荷質量で設定する。その中心が基準位置となり駆動源である動電型アクチュエータ２８の中立位置とし、中立位置に設定するためにアシストメカ（負荷調整用弾性部材４２）で荷重の谷を設定する。ここで荷重の谷とは、第２永久磁石３２を介して加振磁石３０に加わる水平方向荷重が駆動源のアシストメカでキャンセルされ、釣り合った状態になっている位置をいう。
【００４４】
また、加振磁石３０の水平方向のストローク量で垂直方向の上死点と下死点が決定され、上下各死点における加振磁石３０の第２永久磁石３２に対するラップ量とギャップ量で各点の水平方向及び垂直方向の荷重が決定される。さらに、駆動源２８のアシストメカのバネ定数については、上下各死点における水平方向荷重で決定される。
【００４５】
なお、上記実施形態において、負荷調整手段としてコイルスプリング等の弾性部材４２を使用したが、図２５に示されるように、動電型アクチュエータ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５８，６０の反発力を利用して荷重の谷を設定することもできる。
【００４６】
次に、上記構成の加振機Ｍ１の制御について説明する。
駆動源２８の駆動波としてｓｉｎ波あるいはランダム波等が使用され、駆動源を所定の位置や加速度に制御（フィードバック）するためには、図２６の機械モデルで示されるように、頂板１８の動きを感知するポテンショメータ等のセンサが必要となる。
【００４７】
すなわち、駆動波としてｓｉｎ波を使用するとともに、頂板１８の動きを感知し振幅制御を行う場合、ロータリエンコーダやポテンショメータ等の位置センサが必要となり、頂板１８の加速度を感知し加速度制御を行う場合、加速度センサが必要となる。また、駆動波としてランダム波を使用した場合、頂板１８の動きを感知するロータリエンコーダ等の位置センサが必要となる。
【００４８】
図２７は、駆動源２８を図２８に示されるｓｉｎ波で駆動する場合のクローズドループ制御のブロック図を示している。
図２７において、ｓｉｎ波テーブル７６から所定のタイミング（例えば１ｍｓｅｃ毎）でＤ／Ａ（デジタルーアナログ変換器）７８にデータを出力し、その電圧値をＰＷＭ（パルス幅変調）制御アンプ８０に入力し、駆動源２８を駆動する。駆動源２８にはポテンショメータ８２が接続されており、ポテンショメータ８２の値と出力を比較器８４で比較するとともに、その差分をＤ／Ａ７８に出力して駆動源２８を目的の位置まで駆動する。また、ｓｉｎ波テーブル７６を例えばパソコン等に接続し、パソコンからｓｔａｒｔコマンドを送信することによりｓｉｎ波テーブル７６から所定のｓｉｎ波を出力し、ｓｔｏｐコマンドあるいはｃｌｅａｒコマンドが送信されるまで出力し続けるようにすることもできる。
【００４９】
また、駆動波として図２９に示されるようなランダム波を使用することも可能で、パソコンから送信されるｓｔａｒｔコマンドに基づいて所定のタイミングでアンプ８０より振幅値を出力し、駆動源２８が目的の位置に設定されるようクローズドループ制御を行うとともに、次のデータがアンプ８０から送信されるまでその出力を保持することができる。
【００５０】
なお、上記構成において、頂板１８に加えられる負荷の支持手段として対向する複数対の永久磁石３０と３２、３４と３８、３６と４０を使用したが、図３０に示されるように、永久磁石３４，３８，３６，４０に代えてトーションバー６２を負荷支持手段として使用することもできる。
【００５１】
具体的には、前部リンク保持部材２０，２０の一方の後端より内方に延びる突設部２０ａに略Ｕ字状に折曲されたトーションバー６２の一端が係止される一方、反対側の後部リンク保持部材２２の前端より内方に延びる突設部２２ａにトーションバー６２の他端が係止されている。また、トーションバー６２の途中２カ所の屈曲部は、後部リンク保持部材２２，２２の内壁面に突設された二つのブラケット６４，６４によりそれぞれ保持されており、トーションバー６２の弾性力を利用して頂板１８を上方に付勢することにより頂板１８に加えられる負荷を支持している。
【００５２】
また、図３１に示されるように、頂板１８に加えられる負荷の支持手段として複数の（例えば二つの）コイルスプリング６６，６６を使用することもできる。すなわち、基板１４と頂板１８との間に複数のコイルスプリング６６，６６を介装せしめることにより頂板１８を上方に付勢している。
【００５３】
さらに、図３２に示されるように、頂板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を使用することも可能である。すなわち、前部リンク保持部材２０，２０の後端より内方に突設したピン７０，７０に渦巻きばね６８，６８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。
【００５４】
図３３は、上記構成の垂直方向加振機Ｍ１の上に載置される水平方向加振機Ｍ２を示している。
図３３に示されるように、この水平方向加振機Ｍ２は、下部フレーム１０２と、下部フレーム１０２に対し水平方向に往復動自在に取り付けられた上部フレーム１０４とを備えている。
【００５５】
上部フレーム１０４は、水平方向に平行に延びる２本のアッパーレール１０６，１０６と、アッパーレール１０６，１０６に対し垂直に延びアッパーレール１０６，１０６を互いに連結するサイドバー１０８，１０８と、アッパーレール１０６，１０６の各々の両端から下方に垂下された四つのサイドプレート１１０,…,１１０とからなる。
【００５６】
一方、下部フレーム１０２は、図３４に示されるように、アッパーレール１０６，１０６の直下で水平方向に平行に延びる２本のロワレール１１２，１１２と、ロワレール１１２，１１２に対し垂直に延びロワレール１１２，１１２を互いに連結するサイドバー１１３，１１３と、サイドバー１１３，１１３の上面に両端が接合された基板１１４と、ロワレール１１２，１１２の各々の両端に揺動自在に取り付けられた揺動部材１１６,…,１１６と、ロワレール１１２，１１２に対し垂直に延び２本の揺動部材１１６，１１６を互いに連結する連結プレート１１８，１１８とからなる。
【００５７】
図３５に示されるように、各ロワレール１１２の両端には角孔１１２ａ，１１２ａが穿設されており、各角孔１１２ａに揺動部材１１６の上端が遊挿されるとともに、樹脂製ワッシャ１２０，１２０を介してピン１２２により揺動自在に取り付けられている。また、揺動部材１１６の下端は、対応するサイドプレート１１０の下端にピン１２４で枢着されている。
【００５８】
また、基板１１４上には、動電型アクチュエータ１２６が駆動源として載置されている。この動電型アクチュエータ１２６は、垂直方向加振機Ｍ１に使用されている動電型アクチュエータ２８に加振磁石（第１永久磁石）３０が固着されていることを除けば構成は同一なので、その説明は省略する。
【００５９】
次に、図３３に示される水平方向振動加振機Ｍ２の作用を説明する。
図３３の構成において、ホルダ１２８の前後端を駆動力伝達部材であるコイルスプリング１４２，１４２を介してサイドバー１０８，１０８に連結するとともに、下部フレーム１０２のロワレール１１２，１１２を固定する。この状態で、駆動源である動電型アクチュエータ１２８に通電し、ホルダ１２８をリニアガイド１３４に沿って水平方向に往復移動させると、その駆動力はコイルスプリング１４２，１４２を介して上部フレーム１０４に伝達される。
【００６０】
上部フレーム１０４は、サイドプレート１１０,…,１１０を介して揺動部材１１６,…,１１６に連結されているので、揺動部材１１６,…,１１６がピン１２２,…,１２２を中心として揺動し、上部フレーム１０４が水平方向に往復移動する。すなわち、水平方向加振機Ｍ２は、動電型アクチュエータ１２６により励振を発生し、水平方向の周期的な振動を発生させる。
【００６１】
なお、ホルダ１２８と上部フレーム１０４とがコイルスプリング１４２，１４２を介して連結されているので、ホルダ１２８の往復移動に対し、上部フレーム１０４の往復移動は多少の位相遅れがあり、この位相遅れはコイルスプリング１４２，１４２の弾性力に依存する。
【００６２】
また、上記構成において、駆動力伝達部材として採用したコイルスプリング１４２，１４２の各々を一対の永久磁石に置き換えることも可能である。
【００６３】
すなわち、図３６に示されるように、ホルダ１２８の前後端にそれぞれ永久磁石１４４，１４６を固定するとともに、この永久磁石１４４，１４６と同一（反発）磁極が対向する永久磁石１４８，１５０をサイドバー１０８，１０８に固定すると、動電型アクチュエータ１２６の駆動力は、対向する永久磁石１４４，１４８と１４６，１５０の反発力により多少の位相遅れの後、上部フレーム１０４に伝達され、上部フレーム１０４が水平方向に周期的に振動する。
【００６４】
また、図３７に示されるように、駆動力伝達部材としてリンク１５２，１５４を採用することも可能で、ホルダ１２８の前後端はリンク１５２，１５４を介して対応するサイドバー１０８，１０８に連結されている。
【００６５】
この構成は、図３３あるいは図３６の構成と異なり、動電型アクチュエータ１２６の駆動力がリンク１５２，１５４を介して直接上部フレーム１０４に伝達されるので、ホルダ１２８の往復移動と上部フレーム１４４の往復移動との間に位相遅れは発生しない。
【００６６】
上記構成の水平方向加振機Ｍ２の制御については、垂直方向加振機Ｍ１と同一なので、その説明は省略する。
【００６７】
また、水平方向加振機Ｍ２の上に載置されるもう一つの水平方向加振機Ｍ３は、水平方向加振機Ｍ２と配置方向が９０度異なっているだけで構成は同一なので、その説明も省略する。
【００６８】
なお、水平方向加振機Ｍ２は、図３４に示されるように、ロワレール１１２，１１２の下面に固着された固定ブロック１６０,…,１６０を介して垂直方向加振機Ｍ１の頂板１８に固定される一方、水平方向加振機Ｍ３も同様に、固定ブロックを介して水平方向加振機Ｍ２の上部フレーム１０４に固定される。
【００６９】
さらに、上記構成の加振機Ｍは、垂直方向加振機Ｍ１と水平方向加振機Ｍ２ともう一つの水平方向加振機Ｍ３は、それぞれ独立して制御することが可能なので、１軸加振機あるいは２軸加振機としても使用可能である。
【００７０】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したように構成されているので、以下に記載されるような効果を奏する。
本発明のうちで、請求項１に記載の発明によれば、垂直方向加振機においては、同一磁極が対向する少なくとも二つの永久磁石の一方を他方に対し動電型アクチュエータの駆動力を利用して往復移動させることにより垂直方向の振動を発生させ、二つの水平方向加振機の各々においては、動電型アクチュエータの駆動力を利用して水平方向の振動を発生させるようにしたので、騒音が少なくコンパクトで安価な加振機の製作が容易である。
【００７１】
また、請求項２に記載の発明によれば、垂直方向加振機に上方より加わる負荷を支持する負荷支持手段を設け、この負荷支持手段を同一磁極が対向する複数の永久磁石と、略Ｕ字状のトーションバーあるいはスプリングと、基板と頂板との間に介装したスプリングのいずれか一つで構成したので、簡単な構成で大きな負荷にも対応でき、所望の振動を発生させることが可能である。
【００７２】
さらに、請求項３に記載の発明によれば、垂直方向加振機の動電型アクチュエータの一部に負荷調整手段を取り付け、この負荷調整手段により加振磁石に加わる水平方向の荷重をキャンセルするようにしたので、駆動源の駆動力を大きくする必要がなく、垂直方向加振機をコンパクトにすることができる。
【００７３】
また、請求項４に記載の発明によれば、二つの水平方向加振機の各々に、動電型アクチュエータの駆動力を上部フレームに伝達する駆動力伝達部材を設け、この駆動力伝達部材を上部フレームと動電型アクチュエータとの間に介装したスプリングと、同一磁極が対向する複数対の永久磁石と、リンクのいずれか一つで構成したので、簡単な構成で大きな負荷にも対応でき、あるいは、水平方向加振機の構成が極めて簡素化され、安価で容易に製作することができる。
【００７４】
また、請求項５に記載の発明によれば、垂直方向加振機と二つの水平方向加振機の各々を独立して制御できるようにしたので、加振機を１軸、２軸あるいは３軸加振機として使用でき、加振機としての自由度が大きい利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明にかかる磁性バネにおいて、二つの永久磁石の入力側と出力側の平衡位置を示した模式図である。
【図２】  図１の磁性バネにおいて、加えられた荷重と永久磁石の平衡位置からの変位量との関係を示す基本特性のグラフである。
【図３】  実測された荷重と変位量との関係を示すグラフである。
【図４】  永久磁石の端面上に磁荷が均一に分布していると仮定したチャージモデルにおける入出力の考え方を示す模式図であり、（ａ）は吸引を、（ｂ）は反発を、（ｃ）は（ｂ）とは異なる部位の反発をそれぞれ示している。
【図５】  同磁極を対向させた永久磁石において、一方を他方に対し移動させた（対向面積を変えた）場合の模式図である。
【図６】  図５に基づいて計算した場合のＸ軸移動量に対するＸ軸及びＺ軸方向の荷重を示すグラフである。
【図７】  図５の永久磁石の離間距離を一定に保持し、一方を他方に対し完全にずれた状態から完全にラップした状態まで移動し、さらにこの状態から完全にずれた状態まで移動させた時の変位量と荷重との関係を示すグラフである。
【図８】  同磁極を対向させた永久磁石において、一方を他方に対し回転させた（対向面積を変えた）場合の模式図である。
【図９】  図８に基づいて永久磁石を回転させた場合の対向面積に対する最大荷重を示すグラフである。
【図１０】  永久磁石としてネオジム系磁石を採用した場合の磁石間距離と荷重との関係を示すグラフである。
【図１１】  永久磁石の対向面積を変化させることにより幾何学的寸法を変化させるようにしたスライド型原理モデルの斜視図である。
【図１２】  図１１のスライド型原理モデルにより得られた入出力の関係を示すグラフである。
【図１３】  図１１のスライド型原理モデルを一部に応用した本発明にかかる加振機の斜視図である。
【図１４】  図１３の加振機に設けられた垂直方向加振機の斜視図である。
【図１５】  図１４の垂直方向加振機の側面図である。
【図１６】  図１４の垂直方向加振機の正面図である。
【図１７】  図１４の垂直方向加振機の駆動源である動電型アクチュエータの斜視図である。
【図１８】  図１７の動電型アクチュエータの一部を切り欠いた平面図である。
【図１９】  図１７の動電型アクチュエータの部分断面側面図である。
【図２０】  図１７の動電型アクチュエータに設けられたコイルの結線図である。
【図２１】  図１７の動電型アクチュエータに設けられた磁気回路の概略側面図である。
【図２２】  動電型アクチュエータの変形例を示す斜視図である。
【図２３】  動電型アクチュエータの別の変形例を示す部分断面側面図である。
【図２４】  図１７の動電型アクチュエータに１Ａの電流を流した場合の推力分布を示すグラフである。
【図２５】  同一磁極が対向する一対の永久磁石を負荷調整手段として採用した動電型アクチュエータの斜視図である。
【図２６】  垂直方向加振機の機械モデルを示す概略図である。
【図２７】  動電型アクチュエータをｓｉｎ波で駆動する場合のクローズドループ制御のブロック図である。
【図２８】  駆動波として使用されるｓｉｎ波を示すグラフである。
【図２９】  駆動波として使用されるランダム波を示すグラフである。
【図３０】  垂直方向加振機の変形例を示す斜視図である。
【図３１】  垂直方向加振機の別の変形例を示す斜視図である。
【図３２】  垂直方向加振機のさらに別の変形例を示す斜視図である。
【図３３】  図１３の加振機に設けられた水平方向加振機の斜視図である。
【図３４】  図３３の水平方向加振機を構成する下部フレームと動電型アクチュエータの斜視図である。
【図３５】  図３４に示される下部フレームと上部フレームとの連結部の部分分解斜視図である。
【図３６】  図３３の水平方向加振機の変形例を示す斜視図である。
【図３７】  図３３の水平方向加振機の別の変形例を示す斜視図である。
【符号の説明】
2,4,34,36,38,40,54,58,60,144,146,148,150  永久磁石
６      基台
８      直動スライダ
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
１０２  下部フレーム
１０４  上部フレーム
１１４  基板
１１６  揺動部材
１４２  コイルスプリング
１５２，１５４  リンク
Ｍ      加振機
Ｍ１    垂直方向加振機
Ｍ２，Ｍ３  水平方向加振機
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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