(57)【要約】【課題】  質量差に拘わらず、負荷質量を支持した際のバネ定数をほぼ一定に調整できる機構を備えた振動機構を提供する。【解決手段】  負荷質量支持部である支持テーブル３０をボイスコイルモータ２０により加振するに当たって、該支持テーブル３０に負荷質量が支持された状態での初期位置を調整する初期位置調整機構４０を備えている。この初期位置調整機構４０は、磁気バネ６０と、磁気バネ６０の可動部６３の位置を制御する可動部制御機構５０とを備えている。可動部６３の位置が初期位置（中立位置）からずれた場合には、可動部制御機構５０により復帰させることができるため、磁気バネ６０とコイルスプリングとにより発揮されるバネ特性が質量差に拘わらずほぼ一定となる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷質量支持部と、負荷質量支持部の初期位置調整機構とを具備し、前記負荷質量支持部を加振又は除振する振動機構において、
前記初期位置調整機構が、前記負荷質量支持部を支持する可動部を有し、該可動部に固定される可動側磁石と、該可動側磁石と共に磁気回路を形成する固定側磁石とを備えた磁気バネと、
前記可動部を弾性的に支持する弾性部材を有すると共に、前記負荷質量支持部に負荷質量が支持されることに伴って変動する可動部を動作させ、可動側磁石と固定側磁石との相対位置を所定の初期位置へと復帰させる可動部制御機構と
を具備することを特徴とする振動機構。
【請求項２】
負荷質量支持部と、前記負荷質量支持部を振動させる駆動機構と、負荷質量支持部の初期位置調整機構とを具備し、前記負荷質量支持部を加振又は除振する振動機構において、
前記初期位置調整機構が、前記負荷質量支持部を支持する可動部を有し、該可動部に固定される可動側磁石と、該可動側磁石と共に磁気回路を形成する固定側磁石とを備えた磁気バネと、
前記可動部を弾性的に支持する弾性部材を有すると共に、前記負荷質量支持部に負荷質量が支持されることに伴って変動する可動部を動作させ、可動側磁石と固定側磁石との相対位置を所定の初期位置へと復帰させる可動部制御機構と
を具備することを特徴とする振動機構。
【請求項３】
前記可動部制御機構は、可動部を支持する弾性部材を、該可動部の可動方向に押圧する押圧部材と、該押圧部材を動作させるモータと、該モータの駆動を制御する制御部とを備えてなることを特徴とする請求項１又は２記載の振動機構。
【請求項４】
前記制御部が、負荷質量が支持された際の可動部の可動位置と所定の初期位置との変動量を測定するセンサを具備し、該センサにより測定された変動量に応じて前記モータを制御する構成であることを特徴とする請求項３記載の振動機構。
【請求項５】
前記磁気バネが、所定の変位範囲において、変位の増加に対して荷重が減少する負のバネ定数を有し、前記弾性部材が、所定の変位範囲において正のバネ定数を有し、両者を組み合わせた際の重畳したバネ定数の絶対値が、磁気バネ又は弾性部材単独のバネ定数の絶対値よりも小さいことを特徴とする請求項１又は２記載の振動機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は加振又は除振の際に用いられる振動機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、負荷質量支持部に負荷質量を支持し、該負荷質量支持部をボイスコイルモータ（ＶＣＭ）等の駆動機構を用いて振動させる加振機が知られている。かかる加振機においては、負荷質量の質量差によって、負荷質量支持部の初期位置が変動することを防ぐため、一対の永久磁石を反発方向で対向配置した磁気バネを用い、その対向面積を制御することによって一対の永久磁石間の対向間隔を調整し、負荷質量支持部の初期位置を負荷質量の大きさに拘わらず一定に保つ初期位置調整機構が設けられている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記した初期位置調整機構の場合には、負荷質量支持部の初期位置を一定に保つことはできても、一対の永久磁石間のバネ定数が、負荷質量の大きさによって変化することになる。従って、従来、質量差のある負荷質量に対し、同じ条件で加振しようとする場合には、初期位置調整機構の磁気バネのバネ定数が異なるため、ＶＣＭの回転数等の駆動条件を微妙に異ならせる必要があり、その制御が困難であった。また、初期位置調整機構のバネ定数が高い場合には、ＶＣＭの出力を高くする必要があるため、初期位置調整機構としては、より低いバネ定数を有するものが望まれている。
【０００４】
一方、負荷質量支持部を備えた除振機構においても、能動型、受動型のいずれであっても、所定の除振性能を発揮するためには負荷質量依存性をなくし、質量差があっても負荷質量を支持した際のバネ定数がほぼ一定であることが望まれる。従って、除振機構のバネ定数をこのように調整できる初期位置調整機構も求められている。
【０００５】
本発明は上記に鑑みなされたものであり、加振、除振のいずれであっても、質量差に拘わらず、負荷質量を支持した際のバネ定数をほぼ一定に調整できる機構を備えた振動機構を提供することを課題とする。また、本発明は、負荷質量を支持した際のバネ定数が低く、加振、除振のための駆動機構の制御を簡素化できる振動機構を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記した課題を解決するため、請求項１記載の本発明では、負荷質量支持部と、負荷質量支持部の初期位置調整機構とを具備し、前記負荷質量支持部を加振又は除振する振動機構において、
前記初期位置調整機構が、前記負荷質量支持部を支持する可動部を有し、該可動部に固定される可動側磁石と、該可動側磁石と共に磁気回路を形成する固定側磁石とを備えた磁気バネと、
前記可動部を弾性的に支持する弾性部材を有すると共に、前記負荷質量支持部に負荷質量が支持されることに伴って変動する可動部を動作させ、可動側磁石と固定側磁石との相対位置を所定の初期位置へと復帰させる可動部制御機構と
を具備することを特徴とする振動機構を提供する。
請求項２記載の本発明では、負荷質量支持部と、前記負荷質量支持部を振動させる駆動機構と、負荷質量支持部の初期位置調整機構とを具備し、前記負荷質量支持部を加振又は除振する振動機構において、
前記初期位置調整機構が、前記負荷質量支持部を支持する可動部を有し、該可動部に固定される可動側磁石と、該可動側磁石と共に磁気回路を形成する固定側磁石とを備えた磁気バネと、
前記可動部を弾性的に支持する弾性部材を有すると共に、前記負荷質量支持部に負荷質量が支持されることに伴って変動する可動部を動作させ、可動側磁石と固定側磁石との相対位置を所定の初期位置へと復帰させる可動部制御機構と
を具備することを特徴とする振動機構を提供する。
請求項３記載の本発明では、前記可動部制御機構は、可動部を支持する弾性部材を、該可動部の可動方向に押圧する押圧部材と、該押圧部材を動作させるモータと、該モータの駆動を制御する制御部とを備えてなることを特徴とする請求項１又は２記載の振動機構を提供する。
請求項４記載の本発明では、前記制御部が、負荷質量が支持された際の可動部の可動位置と所定の初期位置との変動量を測定するセンサを具備し、該センサにより測定された変動量に応じて前記モータを制御する構成であることを特徴とする請求項３記載の振動機構を提供する。
請求項５記載の本発明では、前記磁気バネが、所定の変位範囲において、変位の増加に対して荷重が減少する負のバネ定数を有し、前記弾性部材が、所定の変位範囲において正のバネ定数を有し、両者を組み合わせた際の重畳したバネ定数の絶対値が、磁気バネ又は弾性部材単独のバネ定数の絶対値よりも小さいことを特徴とする請求項１又は２記載の振動機構を提供する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の振動機構は、負荷質量支持部を除振又は加振するに当たって、該負荷質量支持部に負荷質量が支持された状態での初期位置を調整する初期位置調整機構を備え、この初期位置調整機構のバネ定数が負荷質量の質量差に拘わらずほぼ一定となる構造を有している。従って、負荷質量の質量差によって、加振や除振のための駆動機構の制御を異ならせる必要がなくなり、駆動機構の制御や駆動方法が容易になる。また、初期位置調整機構として、所定の変位範囲におけるバネ定数として負のバネ定数を有する磁気バネと正のバネ定数を有する弾性部材とを組み合わせているため、重畳した全体のバネ定数を低く抑えることができ、加振や除振のための駆動機構の出力を小さくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図面に示した実施形態に基づいて本発明を更に詳しく説明する。図１は本発明の一の実施形態にかかる振動機構１を示す分解斜視図であり、図２は一部の部品をアセンブリングした状態の分解斜視図である。これらの図に示したように、本実施形態の振動機構１は加振機であり、ベース１０、駆動機構となるボイスコイルモータ（ＶＣＭ）２０、負荷質量支持部となる支持テーブル３０、初期位置調整機構４０を備えている。
【０００９】
ベース１０の上面には、平面視で略四角形に枠組みされた組み付け用フレーム１１が固着されており、該組み付け用フレーム１１の四隅には、ガイドポスト１２が固定されている。組み付け用フレーム１１に囲繞される位置に、ボイスコイルモータ２０が配設されている。
【００１０】
負荷質量支持部である支持テーブル３０は、ボイスコイルモータ２０の上面に突出する駆動シャフト２１に連結され、ボイスコイルモータ３０の駆動によって、上下に振動する。また、支持テーブル３０の下面には、上記した各ガイドポスト１２に対応する位置に、ガイド筒部３１が設けられており、対応するガイド筒部３１のそれぞれに各ガイドポスト１２が挿入され、支持テーブル３０の上下振動が安定してなされるようになっている。
【００１１】
初期位置調整機構４０は、図２に示したように、略四角形に枠組みされた組み付け用フレーム１１の外側であって、ベース１０と支持テーブル３０との間に配設される。初期位置調整機構４０は、図３に示したように、基台フレーム４１と、この基台フレーム４１の上部に連結固定される筒状のケーシング４２とを備えて構成され、該基台フレーム４１及び筒状のケーシング４２に、可動部制御機構５０と磁気バネ６０が組み込まれている。
【００１２】
可動部制御機構５０は、磁気バネ６０を構成する可動部６３が、上記した支持テーブル３０に負荷質量が支持されることに伴って変動した場合に、該可動部６３を所定の初期位置に復帰させる機構であり、基台フレーム４１に設けられるモータ５１と、該モータ５１の駆動を伝達する伝達機構等を有して構成される。モータ５１は、例えば、ステッピングモータが用いられ、基台フレーム４１の側部から駆動軸５１ａが基台フレーム４１の内方に突出するように設けられる。
【００１３】
モータ５１の駆動を伝達する伝達機構は次のように構成されている。まず、基台フレーム４１の底部付近の略中央部には、ボールベアリング５２が配設されており、該ボールベアリング５２に一端部が支持された連結シャフト５３が、基台フレーム４１の上部からケーシング４２内に突出するように設けられている。基台フレーム４１とケーシング４２との境界には、略中央部に連結シャフト５３が挿通される孔部が開口されたプレート部材４１ａが設けられており、連結シャフト５３は、この孔部に配設されたスラストベアリング５４内に挿通された上で、ケーシング４２内に突出している。また、基台フレーム４１内における連結シャフト５３の周囲には、従動側のかさ歯車５５が固定されており、該かさ歯車５５は、モータ５１の駆動軸５１ａに連結した駆動側のかさ歯車５１ｂと噛み合っている。
【００１４】
連結シャフト５３のうち、ケーシング４２内に突出している端部には、台形ネジやボールネジ等のネジ軸５６が連結されていると共に、該ネジ軸５６には、フランジ５７ａ付きのナット部材５７が螺合されている。従って、連結シャフト５３の回転に伴ってネジ軸５６が回転すると、ナット部材５７が上下動する。ナット部材５７の筒部５７ｂの周囲には、フランジ５８ａ付きの筒部材５８が固定されており、ネジ軸５６の回転に伴って、ナット部材５７と共に直線運動する。この筒部材５８のフランジ５８ａには、ネジ軸５６回りに配置されたコイルスプリング５９の一端５９ａを支持するバネ受け部として機能する。
【００１５】
ナット部材５７には、図２に示したように、外方に突出する突起部材５７ａが設けられている。この突起部材５７ａは、ケーシング４２に上下方向に沿って開口したガイド孔４２ａに挿入され、ナット部材５７の回り止めとして機能する。また、該ガイド孔４２ａの上下端付近には、リミットスイッチ４３，４４が設けられており、ガイド孔４２ａ内を上下動する突起部材５７ａが、各リミットスイッチ４３，４４に接することにより、モータ５１の駆動が停止し、ナット部材５７の上死点、下死点が制御される。
【００１６】
磁気バネ６０は、ケーシング４２の上部付近に設けられる。磁気バネ６０は、図３〜図５に示したように、ケーシング４２にボルトなどによって固定され、所定間隔離間して配置される一対の固定ブロック６１を備え、各固定ブロック６１の内面側に永久磁石からなる固定側磁石６２がそれぞれ固着され対向配置されている。各固定側磁石６２は、例えば、２つの磁石６２ａ，６２ｂを異極同士が隣接するように接合した二極磁石から構成される。
【００１７】
各固定ブロック６１の略中央部には、上下に貫通する貫通孔が形成されており、この貫通孔に可動部６３を構成するシャフト部材６３ａが挿通されている。可動部６３は、このシャフト部材６３ａを介して上下に対向配置された上部プレート６３ｂと下部プレート６３ｃとを有する。また、上部プレート６３ｂの略中央部には、下方に突出する垂直プレート６３ｄが一体的に形成されており、この垂直プレート６３ｄの下端面が下部プレート６３ｃに接してネジ６３ｅにより固定されている。
【００１８】
このようにして形成された可動部６３の垂直プレート６３ｄの略中央部には、略四角形の孔部が開口形成されており、該孔部内に、永久磁石からなる可動側磁石６４が組み込まれている。これにより、可動側磁石６４が、一対の固定側磁石６２間に配置されることになり、両者により磁気回路が形成され、可動側磁石６４と固定側磁石６２との相対位置によって発生する吸引力、反発力により、所定のバネ定数を備えた磁気バネとして機能するものである。そして、この磁気バネ６０は、固定側磁石６２と可動側磁石６４との相対位置により、所定の変位範囲においては、変位の増加に対し荷重が減少する負のバネ定数を備えるように設計されている。なお、一対の固定ブロック６１の各側面間には、ガイドプレート６５が固定されており、各ガイドプレート６５の略中央部には、可動部６３の可動方向に沿って長いガイド孔６５ａが形成されている。このガイド孔６５ａには、可動部６３の垂直プレート６３ｄの各側面に突出させたガイド突起６３ｅが挿入され、可動部６３の動作を安定化させる。
【００１９】
可動部６３の下部プレート６３ｃの下面には、図３に示したように、フランジ６６ａ付きの筒部材６６が上記したナット部材５７に固定されるフランジ５８ａ付きの筒部材５８と対向するように設けられており、該筒部材６６のフランジ６６ａに、コイルスプリング５９の他端５９ｂが当接されている。これにより、コイルスプリング５９は、可動部６３を弾性的に支持する弾性部材として機能する。なお、この弾性部材は、変位量の増加に伴って荷重が増加する線形の正のバネ定数を発揮できればよく、コイルスプリング５９に代えてゴム等を使用したり、コイルスプリング等の金属バネとゴムとを併用して使用したりすることもできる。
【００２０】
この磁気バネ６０は、図３に示したように固定ブロック６１がケーシング４２の上部付近に固定配設されると共に、可動部６３の上部プレート６３ｂがケーシング４２の上面から上方に突出するように設けられている。そして、基台プレート４１がベース１０に固定され、可動部６３の上部プレート６３ｂに形成した取り付け孔６３ｆを介して、負荷質量支持部を構成する支持テーブル３０に連結される。
【００２１】
本実施形態の振動機構１により加振するに当たって、支持テーブル３０に負荷質量を支持すると、その質量により、初期位置調整機構４０の可動部６３が沈み、可動部６３に取り付けられた可動側磁石６４と固定側磁石６２との相対位置が変化する。固定側磁石６２の上下方向のほぼ中央、すなわち、２つの磁石６２ａ，６２ｂの境界に対応する位置に、可動側磁石６４の中心位置が合致している場合を所望の初期位置（中立位置）とすると、負荷質量が支持テーブル３０に支持されることによって、可動側磁石６４と固定側磁石６２との相対位置がこの中立位置からずれる。中立位置からずれたことを、可動部制御機構５０を構成するセンサ（図示せず）によって検知し、その電気信号が制御部（図示せず）に入力され、該制御部からモータ５１に対し、中立位置に復帰させる駆動信号が出力される。
【００２２】
モータ５１は、この駆動信号に基づいて駆動し、駆動軸５１ａが所定の回転数で所定方向に回転する。駆動軸５１ａが回転すると、かさ歯車５１ｂ，５５を介して連結シャフト５３が回転する。連結シャフト５３の回転に伴いネジ軸５６が回転すると、ナット部材５７が例えば上方向に直線運動する。ナット部材５７が上昇すると、弾性部材であるコイルスプリング５９が押圧され、可動部６３の下部プレート６３ｃを押し上げる。これにより、垂直プレート６３ｄに保持された可動側磁石６４も押し上げられ、上記の中立位置に向かって復帰していく。そして、モータ５１は、上記制御部からの駆動信号に基づき、所定時間回転すると停止する。なお、モータ５１の停止は、可動側磁石６４と固定側磁石６２との相対位置が中立位置に至ったことを上記センサにより再度検知した場合に、該センサから制御部を介し、モータ５１に停止信号が改めて送られるようにしてもよい。
【００２３】
かかる状態に至ったならば、ボイスコイルモータ２０を駆動し、支持テーブル３０を加振する。この結果得られる加振結果は、負荷質量の質量差に拘わらず、可動側磁石６４と固定側磁石６２との相対位置が一定であるため、磁気バネ６０のバネ定数がほぼ同じ条件のもと、実施されることになる。従って、ボイスコイルモータ２０の制御条件は、質量差があっても同じ条件で済み、制御が容易となる。
【００２４】
一方、上記したように、磁気バネ６０は可動側磁石６４と固定側磁石６２とより形成される磁気回路によって、所定の変位範囲において負のバネ定数を有する。これに対し、弾性部材であるコイルスプリング５９は正のバネ定数を有する。従って、両者を組み合わせた初期位置調整機構４０全体のバネ定数は、所定の変位範囲においては、その絶対値が、磁気バネ６０又はコイルスプリング５９単独のバネ定数の絶対値よりも小さくなる。一方、初期位置調整機構４０のバネ定数が高すぎる場合には、ボイスコイルモータ２０の駆動力を大きくしなければならない。従って、可動部６３の初期位置（可動側磁石６４と固定側磁石６２との中立位置）は、磁気バネ６０の負のバネ定数を生ずる範囲に設定すると共に、コイルスプリング５９の正のバネ定数が重畳された際のバネ定数は、絶対値のできるだけ小さなバネ定数であることが好ましい。初期位置調整機構４０の一つ当たりのバネ定数としては、負荷質量支持部である支持テーブル３０の質量に負荷質量を加えた荷重が、５０〜３５０ｋｇの場合で、絶対値で、好ましくは、０以上５Ｎ／ｍｍ以下、より好ましくは、０以上１Ｎ／ｍｍ以下である。
【００２５】
（実施例）
初期位置調整機構４０として、図３に示した構造を有するものを用い、荷重−変位特性を測定した。結果を図７に示す。なお、磁気バネ６０としては、図６に示したような荷重−変位特性を有するものを用い、コイルスプリング５９としては、バネ定数ｋ＝２４．０７Ｎ／ｍｍのものを用いた。
【００２６】
図６に示したように、磁気バネ６０は、変位量−５ｍｍ〜＋５ｍｍまでの間で、すなわち、中立位置を基準として、下方５ｍｍから上方５ｍｍに可動側磁石６４が移動するまでの間で、変位が増加しても荷重が線形に減少する負のバネ特性を備えており、該変位量±５ｍｍの範囲でのバネ定数は−１９．７Ｎ／ｍｍであった。このため、コイルスプリング５９を所定の荷重で所定量圧縮して、モータ５１の駆動により可動部６３を初期位置（中立位置）に復帰させて測定した際の重畳した荷重−バネ特性は、図７に示したように変位量±５ｍｍの範囲で極めて低い正のバネ定数値を示した。しかも、コイルスプリング５９が５ｍｍ圧縮される荷重では、変位量±５ｍｍの範囲で、バネ定数４．０５Ｎ／ｍｍであり、コイルスプリング５９が２５ｍｍ圧縮される荷重では、変位量±５ｍｍの範囲で、バネ定数４．０５Ｎ／ｍｍであり、バネ定数は同じであった。
【００２７】
図８は、上記初期位置調整機構４０を４つ用い、図１及び図２に示したようにベース１０と支持テーブル３０との間にこれらを設置して測定した荷重−変位特性を示す図である。なお、支持テーブル３０の重さは５０ｋｇであった。この図に示したように、初期位置調整機構４０を４つ組み合わせた全体のバネ定数は、コイルスプリング５９の圧縮量が５ｍｍとなる負荷質量５３ｋｇの場合で１６．１８Ｎ／ｍｍであり、コイルスプリング５９の圧縮量が２５ｍｍとなる負荷質量２５０ｋｇの場合でも１６．１８Ｎ／ｍｍであった。従って、負荷質量５３ｋｇ〜２５０ｋｇの範囲では負荷質量の質量差に拘わらず、バネ定数はほぼ同じであった。
【００２８】
なお、上記した実施形態においては、本発明の振動機構を加振機として適用した場合を例にとり説明しているが、上記した初期位置調整機構と同様の機構を、能動型又は受動型の除振装置に適用することができることはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１は、本発明の一の実施形態にかかる振動機構の分解斜視図である。
【図２】図２は、上記実施形態にかかる振動機構の一部の部品をアセンブリングした状態の分解斜視図である。
【図３】図３は、上記実施形態にかかる振動機構で用いた初期位置調整機構を模式的に示す断面図である。
【図４】図４は、上記実施形態の初期位置調整機構で用いた磁気バネを示す斜視図である。
【図５】図５は、上記磁気バネの分解斜視図である。
【図６】図６は、実施例で用いた磁気バネの荷重−変位特性を示す図である。
【図７】図７は、実施例にかかる初期位置調整機構の単独の荷重−変位特性を示す図である。
【図８】図８は、実施例にかかる初期位置調整機構を４つ併用した際の荷重−変位特性を示す図である。
【符号の説明】
【００３０】
１  振動機構
１０  ベース
２０  ボイスコイルモータ
３０  支持テーブル
４０  初期位置調整機構
４１  基台フレーム
４２  ケーシング
５０  可動部制御機構
５１  モータ
５６  ネジ軸
５７  ナット部材
５９  コイルスプリング
６０  磁気バネ
６２  固定側磁石
６３  可動部
６４  可動側磁石
【図１】
2005331088.tif 000003
【図２】
2005331088.tif 000004
【図３】
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【図４】
2005331088.tif 000006
【図５】
2005331088.tif 000007
【図６】
2005331088.tif 000008
【図７】
2005331088.tif 000009
【図８】
2005331088.tif 000010