(57)【要約】【課題】振動の目標値と実際の振動との位相差が発生しにくく、より高い再現性を得やすく、しかも構造が簡単で装置コストの低減を期すことができ、メンテナンスも容易である空圧式の振動テーブル装置を提供する。【解決手段】水平な直線上を往復動できるようベース４上に支持されたテーブル６と、このテーブルを往復動せしめる２台の空圧シリンダ７、７と、制御装置３からの信号に基づいて上記各空圧シリンダに圧縮空気を所要の周波数に対応して駆動するよう交互に供給する給気系装置２を備え、上記各空圧シリンダ７、７を単動式のもので構成し、これら空圧シリンダを、前記テーブルの往復動方向に互いにロッド７ａ、７ａが対向するよう前記ベース上に配設してロッドをテーブルに接続した構成のものとした。【選択図】  図１
2005003513.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水平な直線上を往復動できるようベース上に支持されたテーブルと、このテーブルを往復動せしめる２台の空圧シリンダと、制御装置からの信号に基づいて上記各空圧シリンダに圧縮空気を所要の周波数に対応して駆動するよう交互に供給する給気系装置を備え、上記各空圧シリンダを単動式のもので構成し、これら空圧シリンダを、前記テーブルの往復動方向に互いにロッドが対向するよう前記ベース上に配設してロッドをテーブルに接続してなる振動テーブル装置。
【請求項２】
前記空圧シリンダは、ピストンが収容されたシリンダ本体内におけるロッドが貫通する前壁とピストンとの間に圧縮コイルスプリングを備え、２台の空圧シリンダはそれぞれの圧縮コイルスプリングが圧縮された状態となるように前記ベース上に配設されていて、各空圧シリンダのロッドが前記圧縮コイルスプリングのばね力により互いに引き合った状態に付勢されるように構成してなる請求項１に記載の振動テーブル装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地震による構造物への影響を調べるための試験等の各種振動試験に好適な振動テーブル装置に関する。
【０００２】
【従来の技術とその問題点】
振動テーブル装置は従来から各種の分野で加震試験用装置として使用され、例えば水平方向に往復動可能に支持されたテーブルを各種のアクチュエータによって往復動方向へ駆動せしめる構造としてある。
【０００３】
テーブルを往復駆動せしめるアクチュエータには、油圧シリンダを利用する油圧式、ギヤ・クランク等の差動装置を備える機械式、励磁コイル等の磁力発生装置による電磁力を利用する動電式（例えば特許文献１参照）のものが実用に供されている。
【０００４】
上述のようなアクチュエータを備える装置では、高周波数の振動を正確に再現するのに複雑な機械構造が必要となり、いきおい装置コストが嵩む、メンテナンスが困難であるという問題点が生じる。
【０００５】
ところで、アクチュエータに空圧シリンダを使用すれば、装置構造を簡素化することができ、装置コストの低減、メンテナンスの容易化を図ることができるというメリットがある。
【０００６】
しかしながら、空気は圧縮性の高い流体であるので、テーブル上に載置した供試体へ与えようとする振動の目標値と実際に生じる振動とは位相差が発生しやすく、したがって空気を動力伝達流体とする空圧シリンダ等の空圧式のアクチュエータは振動テーブル装置に適用することは困難であると考えられている。
【０００７】
【特許文献】
【特許文献１】
特開２０００−１４６７４８（第５−６頁および図８）
【０００８】
【目的】
本発明の目的とするところは、振動の目標値と実際の振動との位相差が発生しにくく、より高い再現性を得やすく、しかも構造が簡単で装置コストの低減を期すことができ、メンテナンスも容易である空圧式の振動テーブル装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１に係る振動テーブル装置は、水平な直線上を往復動できるようベース上に支持されたテーブルと、このテーブルを往復動せしめる２台の空圧シリンダと、制御装置からの信号に基づいて上記各空圧シリンダに圧縮空気を所要の周波数に対応して駆動するよう交互に供給する給気系装置を備え、上記各空圧シリンダを単動式のもので構成し、これら空圧シリンダを、前記テーブルの往復動方向に互いにロッドが対向するよう前記ベース上に配設してロッドをテーブルに接続した構成のものとしてある。
【００１０】
また、本発明の請求項２に係る振動テーブル装置は、前記空圧シリンダが、ピストンが収容されたシリンダ本体内にロッドが貫通する前壁とピストンとの間に圧縮コイルスプリングを備え、２台の空圧シリンダはそれぞれの圧縮コイルスプリングが圧縮された状態となるように前記ベース上に配設されていて、各空圧シリンダのロッドが前記圧縮コイルスプリングのばね力により互いに引き合った状態に付勢されるように構成したものとしてある。
【００１１】
【実施例】
以下、本発明に係る振動テーブル装置の実施例を添付図面に示す具体例に基づいて詳細に説明する。
（全体概略）
本発明に係る空圧式振動テーブル装置は、供試体を載せる装置本体１と、装置本体１に空気を供給する給気系装置２と、振動の制御を行う制御装置３とを備えている。
【００１２】
上記装置本体１は、ベース４上に設けた支持機構５を介してテーブル６を水平方向に往復動可能に支持し、またベース４上に、テーブル６に対して往復動方向への駆動力を与える２台の空圧シリンダ７、７を備えている。
より詳しくは、前記テーブルを下方から支持するセンターウエブ８の左右に、前記空圧シリンダ７、７のロッド７ａ、７ａを対向させて設けてあり、各ロッドの先端はユニバーサルジョイント９、９を介してセンターウエブに取り付けられている。
なお、空圧シリンダの詳細については後述する。
【００１３】
また前記ベース４上には、空圧シリンダ７、７へ空気を供給し、設定される周波数で開閉する空圧サーボ弁１０と、テーブル６の往復動に伴う変位を検出する変位検出器１１が設けられている。
【００１４】
そして前記給気系装置２は装置本体１とは別体に設けられ、装置本体の前記空圧サーボ弁１０に圧縮空気を供給する。
また制御装置３は、装置本体１における変位検出器１１からの検出信号に基づいて空気サーボ弁１０の制御を行う構成となっている。
【００１５】
（支持機構５）
略四角形の形成されたベースプレート４におけるテーブル移動方向に沿った前後の２辺にはベースウエブ１２、１２が立設されていて、各ベースウエブ上には同ウエブと平行をなすガイドレール１３が水平に設けられている。
【００１６】
上記各ガイドレール１３、１３には、前記テーブル６の下面に固定されたキャリッジ１４、１４が摺動可能に取り付けられていて、テーブルがガイドレール１３、１３に対して荷重およびモーメント負荷下でも極低摩擦で往復動できるようになっており、ガイドレールの両端にはキャリッジの移動を規制するストップ金具１３ａ、１３ａが設けられている。
なお、ガイドレールとキャリッジには、例えばリニアベアリング（軌道型ボールベアリング）を用いる。
【００１７】
また、前記ベースウエブ１２、１２の左右端部間には、それぞれ端板１５、１５が設けられていて、各端板にはテーブル６の往復動振幅を規制するストッパー１６、１６が設けられており、このストッパーは緩衝用ピストンを備えていて先端ロッドが衝撃を吸収する構造のものとしてあって、緩衝用ピストンが小さい変位を許しながら大きなエネルギーを吸収することができるようになっており、テーブルに過大な振幅が生じた場合にはその先端がテーブルの下面に設けたストップ板１７、１７と接触してテーブルの過大な振幅を安全に規制できるようになっている。
【００１８】
（空圧シリンダ７）
前記各空圧シリンダ７、７は、図４に示されるようにシリンダ本体１８の内部がベローフラム１９とピストン２０とで２室に仕切られた単動式のベローフラムシリンダよりなるものとしてあって、ピストンとロッド突出側の前壁２１との間の前室１８Ａ内に、ロッドを収縮させる方向にピストンを付勢する圧縮コイルスプリング２２が設けられており、ロッド７ａまわりにはロッドの摺動方向における摩擦を極めて小なるものとするためのボールベアリング３４を介在せしめてある。
【００１９】
上記空圧シリンダ７、７は、シリンダ本体１８の後端を塞ぐ後壁２３とピストン２０との間の後室１８Ｂ内に、空気供給口１８ａから圧縮空気が供給されると、ピストン２０が前記圧縮コイルスプリング２２のばね力に抗して前室側へ移動させられ、前室内の空気は連通口１８ｂから外部へ排出され、ピストンの移動にともなってロッドがシリンダ本体から突出する（ロッドの伸長動作）。
【００２０】
また、後室１８Ｂ内へ供給される空気の圧力が低減すると、ピストン２０は前記コイルスプリング２２のばね力によって後室側へ押し戻され、前室内には前記連通口１８ｂから外気が導入され、ピストンの移動にともなってロッドがシリンダ本体内に引き込まれる（ロッドの収縮動作）。
【００２１】
上記ロッドの伸縮動作は、左右の空圧シリンダにおいて互いに逆となるように作用し、すなわち一方の空圧シリンダに圧縮空気が供給されてそのロッドが伸長する際には、他方の空圧シリンダには圧縮空気は供給されず、収縮動作が行なわれる。
【００２２】
しかして、左右の空圧シリンダ７、７内における圧縮コイルスプリング２２、２２は、左右いずれの空圧シリンダにも圧縮空気が供給されていない状態でともにばね力に抗して圧縮された状態となるようにベース上に取り付けられていて、このばね力は空圧シリンダのベースプレート４に対する取り付け位置の調節により、任意に設定することができるようになっており、具体的にはベースプレートに空圧シリンダを固定するためのシリンダホルダ３３の取付位置が、ロッド伸縮方向に任意に設定できるようになっている。
【００２３】
かくすると、発生させようとする振動の振幅が大である場合には２台のシリンダの距離を大に設定し、振幅が小である場合には２台のシリンダを近づけた状態でセットし、シリンダへの圧縮空気の供給量が少なくて済むように対応させることができ、この場合、当然周波数特性の向上につながる応答性も良好となる。
【００２４】
なお、２台の単動シリンダに代えて１台の復動シリンダを利用すると、発生させようとする振動の振幅の最大値に合わせて常にストロークの長いものを使用しなければならず、小振幅の振動を発生させる場合にシリンダに供給すべき空気量が大となって非効率であるとともに応答性も損なわれる。
【００２５】
また、テーブルの初期位置は左右の空圧シリンダ内の圧縮コイルスプリングのばね力によって常に所定の位置にホールドされ、初期位置の設定が容易であるという大なるメリットがあり、しかもダンピング効果を得ることもできる。
【００２６】
（空圧サーボ弁１０）
空圧サーボ弁１０は空圧シリンダ７、７への圧縮空気の供給を、設定される周波数に基づいて弁の開閉により制御するものとしてあり、この弁の開閉は制御装置３からの制御信号によって行われる。
なお、弁を閉止する際には空圧シリンダ内の圧縮空気がマフラ１０ａから排気されるようになっている。
【００２７】
（変位検出器１１）
前記変位検出器１１は、その探子ロッド１１ａの先端部が連結部材２４を介してテーブル６のセンターウエブ８に接続され、テーブル６の往復動に伴う変位を検出し、その検出した変位値に基づく変位信号は制御装置３にフィードバック値として送られるようになっている。
【００２８】
（給気系装置２）
前記給気系装置２は、コンプレッサー２５、エアフィルタ２６、エア調節弁２７、三方弁２８および空気供給管２９を備え、前記空圧サーボ弁１０に圧縮空気を供給するものとしてある。
【００２９】
（制御装置３）
前記制御装置３は、装置本体１や給気系装置２とは別体に設けられるものとしてあり、前記変位検出器１１からの変位信号を増幅する変位増幅器３０と、目標波形信号を出力する波形発振器３１と、上記変位フィードバック信号および目標波形信号に基づいて前記空圧サーボ弁１０への制御信号を出力する空圧サーボ制御器３２を備えている。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば対向して取り付けられた２台の単動式空圧シリンダを用いているので、復動式空圧シリンダ１台を用いる場合に比べ、左右対称の安定した往復動機構が簡単な構造で構築され、内部に用いられるベローフラムの数も半減（復動式空圧シリンダの場合は１台に４枚必要）することができ、その分だけ駆動摩擦の低減を期すことができ、よって制御の目標となる振動の目標波形と、その制御の結果得られたフィードバック波形との間の位相差を抑える効果が増大し、したがってより高い再現性を達成することができる。
【００３１】
また単動式の空圧シリンダを、各シリンダ内の圧縮コイルスプリングが圧縮された状態で配設してあるので、無制御時の初期位置への復帰時と駆動時のダンピング効果に優れ、発振現象を抑制することができるとともにより位相差が発生しにくく、高い安全性と再現性を得ることができる。
【００３２】
さらに、動力源に空気を使用するので、自己冷却作用があって放熱手段を別途設ける必要がなくて装置コストを低減することができ、しかも清浄性が高くメンテナンスが容易であるという多大なメリットを自ら備えている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る空圧式振動テーブル装置の実施例を示す全体概略図。
【図２】装置本体のテーブルを取り外した状態を示す平面図。
【図３】装置本体の縦断正面図。
【図４】空圧シリンダの縦断面図。
【符号の説明】
１  装置本体
２  給気系装置
３  制御装置
４  ベース
５  支持機構
６  テーブル
７  空圧シリンダ
８  センターウエブ
９  ユニバーサルジョイント
１０  空圧サーボ弁
１１  変位検出器
１２  ベースウエブ
１３  ガイドレール
１４  キャリッジ
１５  端板
１６  ストッパー
１７  ストップ板
１８  シリンダ本体
１９  ベローフラム
２０  ピストン
２１  前壁
２２  圧縮コイルスプリング
２３  後壁
２４  連結部材
２５  コンプレッサー
２６  エアフィルタ
２７  エア調節弁
２８  三方弁
２９  空気供給管
３０  変位増幅器
３１  波形発振器
３２  空圧サーボ制御器
３３  シリンダホルダ
３４  ボールベアリング
【図１】
2005003513.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2005003513.tif 000006