JPH03500020A - 振動発生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 振動発生装置 本発明は振動発生装置に関するものである。

本発明は、特に、ポンプ圧縮した流体によって力を発生し、その力の大きさが周 期的に変化するようにした形式の振動発生装置に関するものである。

本発明は、難しい範囲である２　００　５００　Ｈｚに特に関係があるのではあ るが、２〇七から少なくとも１０００Ｈｚ程度までの振動数で振動する性格の実 質的に機械的な力を提供する装置に直接関係するものである。

重量物が回転するような現在まで使用されて来た装置は、必要な力に耐えられる ようにするには経済的に設計が困難なベアリング等の機械的部品に依存していた ので大いに問題を存していた。

本発明に関する装置における力のレベルは、パイルを駆して圧入するのに適する 程である。

従来の装置における力の発生の方法では、反動があらゆる方向に派生して、目的 に対して異質であるだけでな（妨害になる、全（役に立たない悪い結果になる力 が発生する。

そのようなことは、例えば、地質を調べて地層の波形をめるときに用いるような 重量回転式の装置において起こる。

流体を用いて振動衝撃を生み出す装置の例は、モルベンブラッグ（Ａ／Ｓ　Ｍｏ ｅｌｖｅｎ　Ｂｒｕｇ）名義のオーストラリア第４７９．５３４号特許に記載さ れている。この特許の装置における問題は、流体が制御される回転弁が反作用効 果の提供に使用されていることである。ハウジングが負荷に接続されるが、流体 関係のものは反作用方向を考慮に入れて該ハウジングの側部に接続されなければ ならない。

この装置においては、流体を接続する管は相当な反作用力を受けるので、この要 領は得られる全出力に大きな制限をもたらす０本発明の目的は、従来の装置にお いてあった幾つかの問題を除（ことにある。

本発明は、周期的に変化する力を発生する装置にして、該装置は、慣性体と、該 慣性体に設けられた弁と、負荷装置を付することができかつ慣性体に対し摺動可 能なハウジング装置と、慣性体に接続された流体圧力源と、第一作用室と次に第 二作用室に加圧下の流体を周期的にかつ交互に導く弁を制御する装置とを有し、 各々の該作用室はハウジングと慣性体とによって画定されていて、第一作用室へ の加圧流体の導入がハウジングを慣性体に対し第一の方向に動かす力を発生する ようになっており、ハウジング装置は慣性体に対し第一の方向に動くようになっ ており、第二室への加圧流体の導入がハウジングを慣性体に対し第一の方向と反 対の第二の方向に動かす力を発生するようになっており、ハウジング装置は慣性 体に対し第二の方向に動くようになっている周期的に変化する力を発生する装置 を提供する。

適例においては、弁は加圧下の流体をそれぞれの作用室から排出するようになっ ている。

適例においては、加圧下の流体は液体であって、慣性体の中の液体を弁に導く手 段が設けられ、液体を慣性体を通って作用室から排出された後に導く手段が設け られている。

適例においては、弁は機械的装置であって、加圧下の流体を交互にかつ周期的に 導くために回転駆動が可能になっている。

適例においては、慣性体が同軸の二つの管を含んでいて、内管と外管との間に慣 性体を通る第一の通路が画定され、内管の中に第二の通路が画定されている。

適例においては、弁の回転を行う手段は、自身の円筒軸を中心として回転するよ うになっていて外管を通った穴に対して弁のような作用をする端部を有する内管 を含んでいる。

適例においては、ハウジングは、慣性体が画定する管の軸の方向に密閉して摺動 可能に接続され慣性体に対して摺動するようになっている。

適例においては、弁によって行われる方向変換の速度を制御する手段は速度制御 可能になっている。

本発明の装置における一つの大きな利点は、振動に対して慣性抵抗を提供する実 質的に全ての部材はただ一つの構成要素、即ち慣性体に配置されていて、これに よってハウジングは軽量に保つことができるようになっていることである。また 、これにより、負荷の慣性の中心は他の構成の場合と異なり振動発生源から距離 をおいて維持すルコトカ可能である。

これによる利点は、共振の節も振動発生源から遠く離して維持できることであり 、これは大きな利点である。

なお、加圧下の流体、特に液体を供給するカンプリングは実質的に静止状態の慣 性体に取り付けられているのでより安定である。

適例においては、装置は２００Ｈｚから５００Ｈｚの範囲内で作動するようにな りでいて、弁の制御装置によって、弁がその振動数の範囲内で振動を発生するよ うに回転し得るようになっている。

次に大切な特徴は、加圧して供給した流体の流速または圧力変化について検知で きる特性を駆動振動数が接続負荷の共振振動数より高いかあるいは低いかを決め るのに使うという発見にある。

振動発生装置が主共振数で負荷を駆動できれば駆動力を最も有効に利用すること ができることは一般によく知られている。有効な力の利用の上限は他の条件の制 限によるもののみである。

そのような他の条件には、ポンプによる流体圧縮あるいは速度の全有効能力とか 、流体供給路に関連する諸制限とか、また勿論、駆動振動数と負荷の共振とが与 えられた仕事に必要な程度に制御されるように変化する振動数かとがある。振動 数が主共振数から少し離れて維持されても目的達成のためには差し支えない。

あるいは、流体の流れの中には、その全容量を制御する手段、あるいは状況に応 じて圧力を制御する手段があってもよい。

これらの制限条件が無ければ、装置は、共振によって制限能力を越える力を発生 し耐えることができないであろう。

上述した特徴の装置においては、弁の回転の制御はその弁によって制御される負 荷に影響されなければ負荷の大きさとは実質的に無関係である振動数に保つこと ができる。

そこで、意義のあることは、共振に一致する、あるいは変化する共振数に直ちに 追従して変化するような振動数に発生振動数を保つことを考慮することである。

しかし、潜在共振を検知するについての一つの問題は、与えられる振動数が負荷 の共振数より高いか低いかを決めることにある。

この潜在的なことを実際に検知できることが発見された。

即ち、経時的に流体の圧力に変化が見られることあるいは経時的に流速に変化が 見られ、これは供給側の振動発生装置の速度が駆動される負荷の共振数より高い か低いかによって性格的に違うと言うことである。

このような波形の違いは、制御弁の作動の制御、回転弁の場合にはその回転速度 の制御に利用でき、それを維持しあるいは適当に変えることによって振動を、駆 動される負荷の共振数に実質的に一致させることができる。

波形に変化が現れる理由は、負荷の流体圧力に対する二つの反作用のうち、一つ の反作用が主となることにあるようである。即ち、駆動力が負荷を共振数の上で 駆動しているかあるいは下で駆動しているかによって、慣性型の反作用か弾性型 の反作用かの何れかが主になる。

従って、力の最初の供給段階で振動が共振より高いところでは慣性効果が主とな り、振動が共振数より低いところでは弾性効果が主となり、液体に溜まる圧力は それぞれの状況に応じて大体に正か負かの特性の波形を表すものと考えられる。

本発明の推奨される実施例の装置には、一方において流速の変化を検知し、他方 において加圧下の流体のための供給管内の圧力の変化を検知する手段が設けられ れ。

本発明は実施例によってより明確となる。以下に図面を参照しながらそれらの実 施例を説明する。

第１図は第一実施例の装置の断面図である。

第２図は第１図の装置において回転弁をステップ回転した状態での第１図と同様 の断面図である。

第３図は、正確な寸法によるものではないが、第一実施例の回転バルブの端部の 断面を示す図である。

第４図は縦方向の振動でなく、捩じれ方向の振動を与える第二実施例の図である 。

第５図は、正確な寸法によるものではないが、第４図のｇ５−５における断面図 である。

第６図は、駆動中の振動発生装置の速度が負荷の共振の振動数より高いかあるい は低いかをこの検出によって決める圧力波形を示す図である。

第７図は、フィートバンク制御装置が振動発生装置の回転速度を制御し且つそれ を負荷の共振まで合わせて維持できる要領を示す組立体の平面配置略図である。

第１図および第２図において、１は慣性体、２は収容体である。

収容体１には、同軸に配置された外管３と内管４とからなる円筒管が設けられ、 該内管４の底端部５は回転弁６を構成する。

回転弁６は、その外周において、複数の供給溝７および排出溝８が設けられてい てステップ回転するようになっている。

排出溝８は閉鎖された上端部９を有し、穴１０から流体が内管４の中に流入する ようになっている。

反対に、各供給溝７は開放端部１２を有し、加圧による供給流体１３を受けるよ うになっている。

複数の穴１４は、回転弁６の周囲におけるある状態でのそれぞれの供給溝７、あ るいは他の状態での排出溝８と同一ステップ間隔で設けられ、回転弁５のどのス テップ回転位置においても、供給溝７は穴１４と整合して流体が第一作用室１５ に導かれる。

同様に、第二作用室１６の流体は、慣性体１の壁の複数の穴１７を通過し、排出 溝８に沿って内管４を構成する排出管に送り返される。

回転弁６がその円筒軸を中心としてステップ回転（ｉｎｃｒｅ−ｍｅｎｔａｌ　 ｔｕｒｎ）すると、加圧下の流体は、その流れを再び変えて、それぞれの外管３ と内管４との間の環状間隙に導かれて穴１７を通って第二作用室１６に送られる 。このとき、反動が２、ウジング素子１９に合成推力を生み、該素子を矢印２０ の方向に移動させる。同時に、第一作用室１５の中の流体は、穴１４を通って排 出され、穴ｌＯを経由して内管４の中を通る通路に戻される。

このようにして、ピストン素子２１の各々の側に流体を断Ｖｔ的（ｐｅｒｉｏｄ ｉｃ）にかつ交互に送ることは、収容体２に対し、すなわち、−ｉ的には該収容 体２の端部に取りつけられる負荷に対して、適切に断続的な交互に働く力を発生 させることを可能とした。

しかし、以下に述べるように、収容体２は合致する面２３と２４との間の密閉を 維持しなから動（のである。

また、収容体２は底部材２５と頂部部材２６から構成されており、両部材は外収 容体２７に対して螺旋によって螺合している。

内管４の上部に設けられる回転駆動装置は、回転速度、即ち、円筒軸を中心とし て回転する回転弁６の回転速度を公知の制御手段により一定に維持するかあるい は変化させる。

なお、勿論、流体は公知の管接合手段によって供給され排出される。

図示の慣性体１は、複数の管３および４の方向に沿って流れる過程にある殆どの 流体を含んでおり、また勿論、該慣性体１に実質的に関連する回転駆動機構も含 んでいる。

図示の構造のものを利用することにおいて意義のあることは、流体の流量が常に 一定に保てることである。これは、流体が溝７を通過するときは実質的に供給を 維持し、通路１８を通って帰還するときも実質的に一定の速度となるからである 。

方向を変換しなければならない少量の流体は、比較的小さい作用室１５および１ ６に出入する流体に限られる。

さらに、負荷が軽くてもあるいは重くても、回転弁の回転駆動に対しては殆ど影 響が無いので、駆動速度は比較的小さい力で比較的一定に維持することが可能で あると期待できる。

第４および第５図は第一実施例のものに非常に類似した構造を有するが、この第 二実施例では、駆動において縦方向でなく捩じりの運動が生まれる。

従って、図示の通り、慣性体３０は、外管３１および内管３２を有し、該内管３ ２の下端部３３には複数のステップ間隔の溝を含む回転弁が設けらる。該回転弁 の幾つかは加圧下の流体を環状通路３４と通路３５と穴３６とを経由して第一作 用室３７に導くように機能する。

同時に、作用室３８の中の流体は溝４０および穴４１に臨む穴３９から排出され る。

流体は１４円筒形状の内管３２の内芯に形成された通路４２を通過する。

内管３２は回転運動をするので、通路３５は加圧下の流体を穴３９にまた作用室 ３８に導き、そのとき同時に、作用室３７の中の流体は穴３６から排出され穴４ １を通って安全通路４２に送られる。

それぞれの作用室３７および３８は、回転弁３３の回転作用によって強いられる それぞれの方向に相対回転運動するハウジング４３の中に配置される。該ハウジ ング４３は先ず当接する円筒状面４４および平面４２において回転運動ができる ようになっている。

ハウジング４３には適当な負荷、例えば素子４６を取り付けることができる。そ して、その素子４６に他の素子あるいは駆動組立体等を取付けてもよい。

回転弁３３が駆動される速度は、速度制御駆動モータによって制御可能である。

また流体供給用の接続関係には一般的な公知の技術を用いることができる。

第７図においては、縦型駆動振動発生装置５０には、この例では切削工具ヘッド ５２を担持する負荷５１が付されている。

振動発生装置５０は、電動機５４と可変転置ポンプ５５とを含む流体ポンプ装置 ５３に接続されている。

適当な流体貯蔵装置も設けられ、それは管５７を経由して排出される流体を集液 し、また勿論、管５８を通して加圧下の流体を供給する。

振動発生装置５０の中で起こる圧力および流量要素を計測するためには、圧力セ ンサによる計測が５９の位置で、またタコメータ速度計による計測が６０の位置 で行われる。

それらの計測値は位相コンパレータ６１に送られ、適当な位相関係が引き出され 、誤りを示す信号はサーボ制御駆動装置６３に入れられる。

サーボ制御ｌ駆動装置６３は６４で示す手段による信号を６５の位置のサーボモ ータに送る。

このようにして、速度を監視し矯正して、必要に応じ、組み合わされたハウジン グおよび取り付けられた何らかの負荷の共振との整合をはかる。

圧力波形に関する情報は具体的に第６図に示されるが、同図は、共振点より低い 、共振点における、そして共振点より高い振動数である三つの少しずつ異なった 比較情報を示し、作用室内における圧力に対する波形の変化を表している。

下の方に示す波形は何れも、それぞれの作用室への流体を計測するスプール弁を 駆動しているタコメータからの情報である。この波形は、振動基準として用いら れるもので、流体の流入および流出口に対して固定ではあるが不特定の位相関係 を有する０図示のものでのディスプレーでは、振動数基準出力はオシロスコープ が圧力波形の記録を始めるようにトリガーすることに用いられ、ディスプレーは サイクル毎の時間基準周期を振動数の変化としても示す。

図においては、計測された作用室の圧力（圧力供給側）は下方に向かって減少を 示すようにプロットされている。

他の作用室における圧力は本質的に等しいのではあるが１８０°あるいは時間的 に半サイクルだけ偏移している。

行った実験によると、２５５Ｈｚの直前で共振振動を起こし、この振動数におけ る作用室での圧力が、どちらの側の共振状態の振動数における圧力よりも低いこ とが認められた。

従って、装置の操作者は、殆ど波形の変化を肉眼で監視するだけで、回転弁の回 転速度、即ち駆動振動数を手動で制御することが可能である。

しかし、それ自体明らかなように、上記の変化を検知するために電子的装置を設 ければ、そのような装置は駆動される負荷に対して駆動振動数を共振にあるいは 共振に近く□　維持できる制御装置になる。

流体の出入口との比較での波形の位相関係は、共振振動と駆動振動数との関係に ついての、感度のより高い指標である。２５１Ｈｚでは、圧力のピークがゼロの 線から遅れているのに対し、２５６Ｈｚでは、ピークの方が経時的な動きより先 に進んでいる。このゼロは２５４Ｈｚにおいての開穴の真ん中の点として選ばれ ている。２５４８２においてさえも、圧力波形は、共振振動数が２５４Ｈｚより 少し大きくなっていて少し遅れていることを示している。しかし、１）１ｚ（０ ，４％）と言う小さいこの振動偏移に対しての位相効果の大きさの意味すること は、適当なアナログの位相固定型ループ方式がこの効果を計算するのに使用可能 であり、またこれを振動を制御し共振に近く維持するための駆動誤差信号にする ことに用いることができることである。

第３図 国際調査報告 に■α頭坐ＢＴジ仇χ：Ω山圧ス工Σ■２ゴぴ１ＴｈＬａ　Ａｎｎａｘ　１ｂｔ ｓ　ｔｈａ　宇”Ａ−ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎ　１ｅｖｅｌ　ｐａｔａｎｔ　ｆ ａｍｕｙ寝−刀３１１ａピクｑ加ｕ℃２−ｍｔ　ＱＣα浄イ謔Ｃ１ｕビ廊伽社σ をう町ｔｉｏ同ｉｎ四コｖｔｉｏｒａｌ　Ｓ＆ａＩＣｈ　ｍ四Ｔ：’ｔ、Ｔｈｅ 　Ａｌｊｊｊａｌ工Ｐａｔａｒ＋ｔ　０ｆｆｉｃｅ　ｉｓ　ｉｎ　ｎｏ　Ｗ≠凾 撃奄≠ｂ撃■ ｆｏｒ　ｔｈｅｍ＠　ｙ「ヒｃｕＬａｒｓ　ｗｈｉｃｈ　ａｒｅ　ｍａｒｅｌｙ 　ｑＬｖＷ＋　ｆｏｒ　ｔｈｅ　込４ツ田ｏｆ立ｆｏコυｔ奄盾氏B

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. １．周期的に変化する力を発生する装置にして、該装置は、慣性体と、該慣性体 に設けられた弁と、負荷装置を付することができかつ前記慣性体に対し摺動可能 なハウジング装置と、前記慣性体に接続された流体圧力源と、第一作用室と次に 第二作用室に加圧下の流体を周期的にかつ交互に導く弁を制御する装置とを有し 、各々の該作用室は前記ハウジングと前記慣性体とによって画定されていて、前 記第一作用室への加圧流体の導入が前記ハウジングを前記慣性体に対し第一の方 向に動かす力を発生するようになっており、前記ハウジング装置は慣性体に対し 前記第一の方向に動くようになっており、前記第二室への加圧流体の導入が前記 ハウジングを前記慣性体に対し前記第一の方向と反対の第二の方向に動かす力を 発生するようになっており、前記ハウジング装置は慣性体に対し前記第二の方向 に動くようになっている周期的に変化する力を発生する装置。
2. ２．請求の範囲第１項に記載の装置において、前記弁は流体が前記作用室のそれ ぞれに導かれた後に周期的にかつ交互に排出されるようになっている装置。
3. ３．請求の範囲第１項あるいは第２項に記載の周期的に変化する力を発生する装 置において、加圧下の液体は液体であって、前記慣性体には、前記作用室に向け る前記弁に前記液体を導く手段が設けられた装置。
4. ４．請求の範囲第２項あるいは第３項に記載の周期的に変化する力を発生する装 置において、前記液体を前記慣性体を通って前記作用室から排出された後に導く 手段が設けられた装置。
5. ５．前記請求の範囲の何れかの項に記載の周期的に変化する力を発生する装置に おいて、前記弁は加圧下の前記流体を周期的にかつ交互に導くために回転駆動す る機械的手段が設けられた装置。
6. ６．前記請求の範囲の何れかの項に記載の周期的に変化する力を発生する装置に おいて、装置はさらに、前記慣性体が同軸の二つの管を含んでいて、前記内管と 前記外管との間に前記慣性体を通る第一の通路が画定され、前記内管の中に第二 の通路が画定されていることを特徴とする装置。
7. ７．前記請求の範囲の何れかの項に記載の周期的に変化する力を発生する装置に おいて、前記弁は回転駆動される機械的手段であり、前記弁の回転を行う手段は 、自身の円筒軸を中心として回転するようになっていて前記外管を通った穴に対 して弁のような作用をする端部を有する内管を含んでいる装置。
8. ８．前記請求の範囲の何れかの項に記載の周期的に変化する力を発生する装置に おいて、前記ハウジングは、前記慣性体に、該慣性体を画定する前記管の軸の方 向に密閉して摺動可能に接続され前記慣性体に対して摺動するようになっている 装置。
9. ９．前記請求の範囲の何れかの項に記載の周期的に変化する力を発生する装置に おいて、前記弁によって行われる方向変換の速度を制御する手段が速度制御可能 になっている装置。
10. １０．前記請求の範囲の何れかの項に記載の周期的に変化する力を発生する装置 において、該装置が２０Ｈｚから１０００Ｈｚで作動できるようになった装置。
11. １１．前記請求の範囲の何れかの項に記載の周期的に変化する力を発生する装置 において、該装覆が２００Ｈｚから５００Ｈｚで作動できるようになった装置。
12. １２．周期的に変化する力を発生する装置において、該装置に与えられる加圧下 の流体の液量の変化を検知する手段と、該流量の波形に反応する手段とが設けら れ、前記弁の作動の速度を変え、それによりそれぞれの前記作用室へ流体を周期 的にかつ交互に導く速度を変えるようになっている装置。
13. １３．請求の範囲第１２項に記載の周期的に変化する力を発生する装置において 、それぞれの前記作用室に供給される流体の基本供給圧力を検知する手段が設け られ、負の傾きの時には前記弁の駆動速度が下げられ正の傾きの時には駆動速度 が上げられるように圧力の波形に反応する手段が設けられた装置。
14. １４．添付の第１および第２図を参照して明細書に記載されたような装置。
15. １５．添付の第４および第５図を参照して明細書に記載されたような周期的に変 化する力を発生する装置。