JPH10192786A

JPH10192786A - 垂直方向振動発生装置

Info

Publication number: JPH10192786A
Application number: JP35084496A
Authority: JP
Inventors: Yoshinori Fujita; 悦則藤田; Yutaka Sakamoto; 豊坂本; Eiji Sugimoto; 栄治杉本
Original assignee: Delta Kogyo Co Ltd; Delta Tooling Co Ltd
Current assignee: Delta Kogyo Co Ltd; Delta Tooling Co Ltd
Priority date: 1996-12-27
Filing date: 1996-12-27
Publication date: 1998-07-28

Abstract

(57)【要約】【課題】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垂直方向振動発生装置を提
供すること。【解決手段】基板１４と頂板１８とをリンク機構１６
を介して連結し、基板１４に第１永久磁石３０を水平方
向に摺動自在に取り付けるとともに、第１永久磁石３０
と同一磁極が対向する第２永久磁石３２を頂板１８に固
定した。第１永久磁石３０は動電型アクチュエータ２８
を使用して駆動し、頂板１８に加わる負荷は負荷支持手
段３４，３６，３８，４０，５８，６２で支持するよう
にした。また、動電型アクチュエータ２８により第１永
久磁石３０を第２永久磁石３２に対し周期的に往復移動
させてその対向面積を変化させることにより頂板１８を
垂直方向に振動させるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、垂直方向の振動を
発生させる装置に関し、更に詳しくは、複数の永久磁石
の反発力を利用して垂直方向に振動エネルギを発生させ
る垂直方向振動発生装置に関する。

【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垂
直方向振動発生装置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、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、上記基板に水平方向に摺動自在に取り付けられた
第１永久磁石と、該第１永久磁石を駆動する動電型アク
チュエータと、上記第１永久磁石と同一磁極が対向し上
記頂板に固定された第２永久磁石と、上記頂板に加わる
負荷を支持する負荷支持手段とを備え、上記動電型アク
チュエータにより上記第１永久磁石を上記第２永久磁石
に対し周期的に往復移動させて上記第１及び第２永久磁
石の対向面積を変化させることにより上記頂板を垂直方
向に振動させるようにしたことを特徴とする垂直方向振
動発生装置である。

【０００６】また、請求項２に記載の発明は、上記負荷
支持手段を、上記基板に固定された複数の永久磁石と、
上記頂板に固定され上記複数の永久磁石と同一磁極が対
向する同数の永久磁石で構成し、互いに対向する上記永
久磁石の反発力を利用して垂直方向に加わる負荷を支持
するように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、上記負
荷支持手段を、上記リンク機構に連結した略Ｕ字状のト
ーションバーで構成し、該トーションバーの弾性力を利
用して垂直方向に加わる負荷を支持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、上記負荷
支持手段を、上記基板と上記頂板との間に介装したスプ
リングで構成し、該スプリングの弾性力を利用して垂直
方向に加わる負荷を支持するようにしたことを特徴とす
る。

【０００９】また、請求項５に記載の発明は、上記負荷
支持手段を、上記リンク機構に係止したスプリングで構
成し、該スプリングの弾性力を利用して垂直方向に加わ
る負荷を支持するようにしたことを特徴とする。

【００１０】また、請求項５に記載の発明は、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第１永久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ことを特徴とする。

【００１１】また、請求項６に記載の発明は、上記負荷
調整手段をスプリングで構成したことを特徴とする。

【００１２】また、請求項７に記載の発明は、上記負荷
調整手段を互いに同一磁極が対向する一対の永久磁石で
構成したことを特徴とする。

【００１３】

【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。

【００１４】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。

【００１５】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。

【００１６】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＝０ｋ₂＞ｋ₁

【００１７】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。

【００１８】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。

【００１９】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。

【００２０】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。

【００２１】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 ｆ_x ⁽¹⁾＝ｆ⁽¹⁾ｃｏｓθ ｆ_z ⁽¹⁾＝ｆ⁽¹⁾ｓｉｎθ （ｂ）反発ｆ_x ⁽²⁾＝ｆ⁽²⁾ｃｏｓθ ｆ_z ⁽²⁾＝ｆ⁽²⁾ｓｉｎθ （ｃ）反発ｆ_x ⁽³⁾＝ｆ⁽³⁾ｃｏｓθ ｆ_z ⁽³⁾＝ｆ⁽³⁾ｓｉｎθ 従って、 −ｆ_x＝２ｆ_x ⁽¹⁾−ｆ_x ⁽²⁾−ｆ_x ⁽³⁾ −ｆ_z＝２ｆ_z ⁽¹⁾−ｆ_z ⁽²⁾−ｆ_z ⁽³⁾ ここで、クーロンの法則は次のように表されるので、Ｆ＝ｋ（ｑ₁ｑ₂／ｒ²）ｒ：距離ｑ＝ＭＳｑ１，ｑ２：磁荷（ｍ）Ｍ（ｍ）：磁化の強さＳ：面積上記−ｆ_x，−ｆ_z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。

【００２２】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＝５
０ｍｍ）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。

【００２３】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。

【００２４】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。

【００２５】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。

【００２６】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。

【００２７】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。

【００２８】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。

【００２９】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×１
０ｍｍＨ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。

【００３０】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。

【００３１】図１３乃至図１５は、上記スライド型原理
モデルの応用例を示す本発明の第１実施形態にかかる垂
直方向振動発生装置Ｍを示している。図１３乃至図１５
に示される振動発生装置Ｍは、左右一対のロワレール１
２，１２と、ロワレール１２，１２に固定された基板１
４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。

【００３２】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３
４，３６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。

【００３３】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。

【００３４】図１６乃至図１８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。

【００３５】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５
４,…,５４とからなる。

【００３６】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１９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１６及び図１７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。

【００３７】一方、永久磁石５４,…,５４は、図２０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１６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。

【００３８】上記構成の磁気回路に対し、図２０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。

【００３９】なお、上記第１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２１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２１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。

【００４０】また、上記第１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。

【００４１】さらに、図２２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。

【００４２】ここで、図１６乃至図１８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×３
５ｍｍＷ×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。

【００４３】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２３に示される結
果が得られた。図２３の結果によれば、ストローク３０
ｍｍの中央では、２.６４ｋｇｆ／Ａ（２６Ｎ／Ａ）の
推力が得られている。

【００４４】次に、図１３乃至図１５に示される垂直方
向振動発生装置Ｍの作用を説明する。図１３乃至図１５
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３
２、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２
８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、本発明にかかる振動発生装置Ｍ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。

【００４５】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。

【００４６】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。

【００４７】なお、上記第１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２４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５
８，６０の反発力を利用して荷重の谷を設定することも
できる。

【００４８】次に、上記構成の振動発生装置の制御につ
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２５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。

【００４９】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。

【００５０】図２６は、駆動源２８を図２７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２６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ｃｌｅａ
ｒ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。

【００５１】また、駆動波として図２８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。

【００５２】図２９は、本発明の第２実施形態にかかる
垂直方向振動発生装置Ｍ１を示している。第１実施形態
の振動発生装置Ｍにおいては、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３
２、３４と３８、３６と４０を使用したが、図２９に示
される第２実施形態においては、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
として使用している。

【００５３】具体的には、前部リンク保持部材２０，２
０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。

【００５４】図３０は、本発明の第３実施形態にかかる
垂直方向振動発生装置Ｍ２を示しており、第３実施形態
においては、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
が使用されている。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。

【００５５】図３１は、本発明の第４実施形態にかかる
垂直方向振動発生装置Ｍ３を示しており、第４実施形態
においては、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が使用
されている。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。

【００５６】なお、上記第２乃至第４実施形態におい
て、他の構成及び制御については第１実施形態と同一で
あるので、その説明は省略する。

【００５７】

【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、頂板に
加わる負荷を負荷支持手段で支持する一方、動電型アク
チュエータからの駆動力で第１永久磁石を第２永久磁石
に対し水平方向に周期的に往復移動させてその対向面積
を変化させることにより頂板を垂直方向に振動させるよ
うにしたので、頂板に加わる負荷を永久磁石の反発力を
利用して振動させることができ、騒音が少なくコンパク
トで安価な垂直方向振動発生装置の製作が容易である。

【００５８】また、請求項２乃至５に記載の発明によれ
ば、互いに対向する複数対の永久磁石の反発力や、リン
ク機構に連結したトーションバーの弾性力や、基板と頂
板との間に介装したスプリングの弾性力や、あるいは、
リンク機構に係止したスプリングの弾性力を利用して頂
板に加わる負荷を支持するようにしたので、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。

【００５９】さらに、請求項６に記載の発明によれば、
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第１永久磁石に加わる水平
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、垂直方向振動発生装置
をコンパクトにすることができる。

【００６０】また、請求項７あるいは８に記載の発明に
よれば、負荷調整手段をスプリングあるいは互いに同一
磁極が対向する一対の永久磁石で構成したので、負荷調
整手段を簡素化でき垂直方向振動発生装置をコンパクト
にすることができる。

【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の応用例を
示す本発明の第１実施形態にかかる垂直方向振動発生装
置の斜視図である。

【図１４】図１３の振動発生装置の側面図である。

【図１５】図１３の振動発生装置の正面図である。

【図１６】図１３の振動発生装置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１７】図１６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１８】図１６の動電型アクチュエータの部分断面
側面図である。

【図１９】図１６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２０】図１６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２１】動電型アクチュエータの変形例を示す斜視
図である。

【図２２】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２３】図１６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２４】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２５】本発明にかかる振動発生装置の機械モデル
を示す概略図である。

【図２６】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２７】駆動波として使用されるｓｉｎ波を示すグ
ラフである。

【図２８】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２９】本発明の第２実施形態にかかる垂直方向振
動発生装置の斜視図である。

【図３０】本発明の第３実施形態にかかる垂直方向振
動発生装置の斜視図である。

【図３１】本発明の第４実施形態にかかる垂直方向振
動発生装置の斜視図である。

【符号の説明】

2,4,34,36,38,40,54,58,60 永久磁石６基台８直動スライダ１０Ｌ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７６ｓｉｎ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Ｍ，Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３垂直方向振動発生装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】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、上記基板に水平方向に摺
動自在に取り付けられた第１永久磁石と、該第１永久磁
石を駆動する動電型アクチュエータと、上記第１永久磁
石と同一磁極が対向し上記頂板に固定された第２永久磁
石と、上記頂板に加わる負荷を支持する負荷支持手段と
を備え、上記動電型アクチュエータにより上記第１永久
磁石を上記第２永久磁石に対し周期的に往復移動させて
上記第１及び第２永久磁石の対向面積を変化させること
により上記頂板を垂直方向に振動させるようにしたこと
を特徴とする垂直方向振動発生装置。
【請求項２】上記負荷支持手段を、上記基板に固定さ
れた複数の永久磁石と、上記頂板に固定され上記複数の
永久磁石と同一磁極が対向する同数の永久磁石で構成
し、互いに対向する上記永久磁石の反発力を利用して垂
直方向に加わる負荷を支持するようにした請求項１に記
載の垂直方向振動発生装置。
【請求項３】上記負荷支持手段を、上記リンク機構に
連結した略Ｕ字状のトーションバーで構成し、該トーシ
ョンバーの弾性力を利用して垂直方向に加わる負荷を支
持するようにした請求項１に記載の垂直方向振動発生装
置。
【請求項４】上記負荷支持手段を、上記基板と上記頂
板との間に介装したスプリングで構成し、該スプリング
の弾性力を利用して垂直方向に加わる負荷を支持するよ
うにした請求項１に記載の垂直方向振動発生装置。
【請求項５】上記負荷支持手段を、上記リンク機構に
係止したスプリングで構成し、該スプリングの弾性力を
利用して垂直方向に加わる負荷を支持するようにした請
求項１に記載の垂直方向振動発生装置。
【請求項６】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第１永
久磁石に加わる水平方向の荷重をキャンセルするように
した請求項１に記載の垂直方向振動発生装置。
【請求項７】上記負荷調整手段がスプリングである請
求項６に記載の垂直方向振動発生装置。
【請求項８】上記負荷調整手段が互いに同一磁極が対
向する一対の永久磁石である請求項６に記載の垂直方向
振動発生装置。