专利名称：振动装置的制作方法
振动装直本申请是国际申请日为2008年07月18日、申请号为200880000282. 8、发明名称为振动试验装置的分案申请。技术区域本发明涉及一种振动试验装置。
背景技术：
通常，机械产品、机械部件在运送以及使用时受到反复载荷的作用。有时受到反复载荷作用的物体会因疲劳而发生破损，或使形状、特性发生变化。为此，在开发机械产品和机械部件时，最好对试样(试验片)施加反复载荷来观察试样的表现。为了达到这样的目的，使用了振动试验装置。振动试验装置例如像日本特开 2000-338010号公报中所述的装置那样，将工件(试验片)固定在工作台上，通过外部的驱动器(actuator)使该工作台沿I个轴，3个轴或6个轴方向进行振动。在上述公报中公开了一种将工作台叠加为三层且将工件固定于上层的工作台上的结构(第I结构)。在第I结构中，使下层的工作台沿上下方向进行振动，中层的工作台相对于下层的工作台沿左右方向进行振动，且上层的工作台相对于中层的工作台沿前后方向进行振动。在本结构中，当下层的工作台进行振动时，用于使中层和上层的工作台发生振动的驱动器也进行位移；当中层的工作台发生振动时，用于使上层的工作台振动的驱动器也进行位移。因此，能够不使多个驱动器间发生干涉地，使上层的工作台及固定于其上的试验片沿3个轴方向进行振动。另外，在上述公报中，公开了振动试验装置的另一结构，即将多个驱动器安装到一个工作台上并能够使其沿6个轴方向进行振动(第2结构)。在第2结构中，通过使各驱动器可以某种程度的自由度进行位移(驱动器能够围绕某一轴进行转动)，从而驱动器可以某种程度随着工作台的位移而联动。由此，能够不会使多个驱动器间发生干涉地，使工作台及安装于其上的试验片沿6个轴方向进行振动。在上述第I结构中，由于用于使下层的工作台振动的驱动器需要具有能够使3个工作台和其他2个驱动器也发生振动的动力(power)，因此存在需要使振动装置变得非常大型的问题。另外，构成为将用于使上层和中层的工作台发生振动的驱动器分别固定于中层以及下层的工作台上，且与工作台一起进行振动。因此，驱动器自身成为施加于工作台上的不平衡载荷，可能会使施加给工件的振动中含有由该不平衡载荷引起的误差成分。另外，在第2结构中，当使各驱动器的摆动角度范围变大而超出几度左右时，会使驱动器之间发生干涉。因此，为了使工作台振动的振幅变大，需要使驱动器的驱动轴长度充分大，这将出现使装置大型化的问题。另外，因为驱动器自身也要进行转动，所以难以将使用了大重量伺服电动机的滚珠丝杠机构用作驱动器，可用的驱动器实际上只能限于液压驱动器和压电驱动器。另外，当驱动某一驱动器而使工作台进行位移时，会改变其他驱动器的驱动轴的方向(即坐标系发生变化)。因此，为了获得所期望的振动状态，必须考虑坐标系的变化来计算赋予各驱动器的参数。因此，在如第2结构那样的振动装置中，使用了用于高速运算赋予各驱动器的参数的处理器等，这样使装置的控制系统变得复杂。
发明内容
本发明是为解决上述问题而做成的。即，本发明目的在于提供一种能够无需使装置大型化、复杂化就能够使工作台以较大的振幅进行振动的振动装置。 根据本发明的实施方式，提供一种振动试验装置，其具有第I及第2驱动器，其能够使工作台分别沿相互正交的第I及第2方向进行振动；第I连结部件，其能够使工作台相对于第I驱动器沿第2方向滑动；第2连结部件，其能够使工作台相对于第2驱动器沿第I 方向滑动。这样，在本发明的实施方式的振动试验装置中，各驱动器可相对于工作台沿与该驱动器的振动方向正交的方向滑动。由此，即使某一驱动器使工作台振动，工作台也会相对于其他驱动器滑动，因此，其他驱动器也不发生位移，其他驱动器的振动方向也不会发生变化。因此，在本发明中，各驱动器只要具有能够使工作台和工件发生振动的动力即可。另外，根据本发明，能够在不使驱动器发生转动的情况下使工作台进行振动，因而即使驱动器的驱动轴较短也可使工作台以较长的行程进行振动。而且，某个驱动器不会影响其他驱动器的动作，因此，无需使驱动器的控制系统复杂化就能够使工作台以所期望的振幅、频率进行振动。因此，根据本发明，无需使装置大型化、复杂化就能够使工作台以较大的振幅进行振动。另外，本发明的实施方式的振动试验装置还具有第3驱动器，其能够使工作台沿与第I及第2方向垂直的第3方向进行振动；第3连结部件，其以使工作台可相对于第3驱动器沿第I及第2方向滑动的方式将工作台与第3驱动器相连结；第I及第2连结部件构成为以能够使上述工作台相对于第I及第2驱动器分别沿第3方向滑动的方式将工作台与第I及第2驱动器相连结，而实现能够沿三个轴方向进行振动的振动试验装置。
图I是本发明的实施方式的振动试验装置的俯视图。图2是从Y轴方向观察本发明的实施方式的第I驱动器的侧视图。图3是本发明的实施方式的第I驱动器的俯视图。图4是从X轴方向观察本发明的实施方式的工作台和第3驱动器的侧视图。图5是从Y轴方向观察本发明的实施方式的工作台和第3驱动器的侧视图。图6是本发明的实施方式的振动试验装置中的控制系统的方框图。图7是本发明的实施方式的半刚性联轴器(semirigid coupling)的剖视图。图8是沿与导轨的长轴方向垂直的一平面来切断本发明的实施方式的滑块 (runner block)以及导轨而形成的剖视图。图9是图8的I-I的剖视图。附图标记说明I、振动试验装置；2、装置基座；100、工作台；200、第I驱动器；210、驱动机构； 212、伺服电动机；216、轴承部；218、滚珠丝杠；219、滚珠形螺母；230、连结机构；231、中间台；231a、Y轴滑块；231b、Z轴滑块；232、螺母导向件；234、Y轴导轨；235、Ζ轴导轨;250、位置检测部件；260、联轴器；300、第2驱动器；400、第3驱动器；410、驱动机构；412、伺服电动机；416、轴承部；418、滚珠丝杠；419、滚珠形螺母；430、连结机构；431、中间台；431a、X轴滑块；431b、Y轴滑块；432、可动框架；433、Z轴滑块；434、X轴导轨；435、Y轴导轨；437、Z 轴导轨；460、联轴器；A、调节器
具体实施例方式以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。图I是本发明的实施方式的振动试验装置的俯视图。本实施方式的振动试验装置I将作为振动试验对象的工件固定于工作台100上，使用第I、第2、第3驱动器200、300、400来使工作台100以及置于其上的工件沿相互正交的3个轴方向进行振动。另外，在以下的说明中，将由第I驱动器200使工作台 100振动的方向(图I中的上下方向)定义为X轴方向，将由第2驱动器300使工作台100 振动的方向(图I中的左右方向)定义为Y轴方向，且将由第3驱动器400使工作台振动的方向即铅直方向(图I中与纸面垂直的方向)定义为Z轴方向。图6是本发明的实施方式的振动试验装置的控制系统的方框图。在第I、第2、第 3驱动器200、300、400中分别设有振动传感器220、320、420。根据这些振动传感器的输出， 控制部件10对第I、第2、第3驱动器200、300、400(具体是伺服电动机212、312、412)进行反馈控制，能够使工作台100及安装于其上的工件以所期望的振幅以及频率(通常将这些参数作为时间函数进行设定)进行振动。第I、第2、第3驱动器200、300、400通过将电动机、动力传递构件等分别安装到基板202、302、402上而构成。该基板202、302、402借助未图示的螺栓固定于装置基座2上。另外，在装置基座2上，在接近基板202、302、402的多个位置上配置有调节器A。 调节器A具有由螺栓AB固定于装置基座2上的内螺纹部Al、和螺合到该内螺纹部Al上的外螺纹部A2。外螺纹部A2是在圆筒面上形成有螺纹牙的圆柱状的构件，将外螺纹部A2卡合到形成于内螺纹部Al上的螺纹孔中并使其进行转动，由此能够使外螺纹部A2相对于对应的基板进退。外螺纹部A2的一端(离所对应的基板近的一侧)形成为大致的滚珠面状且与对应于该一端的基板的侧面抵接，由此能够对基板的位置进行微调。另外，在外螺纹部 A2的另一端(离所对应的基板远的一侧)，形成有未图示的六角扳手用的六角孔。另外，一旦将基板202、302、402固定后，随即将螺母A3安装到外螺纹部A2上，以便使外螺纹部A2不会因振动试验而从基板传递到调节器A的振动等而发生松动。螺母A3以其一端面与内螺纹部Al抵接的方式来进行安装，从该状态将螺母A3拧进而将内螺纹部Al推入，使外螺纹部A2和内螺纹部Al受到轴向力的作用，利用该轴向力而在外螺纹部A2与内螺纹部Al间的螺纹牙产生摩擦力，借助该摩擦力使内螺纹部Al不会从外螺纹部A2松动。接着，对第I驱动器200的构成进行说明。图2是从Y轴方向(从图I中的右侧向左侧)观察本发明的实施方式的第I驱动器200的侧视图。该侧视图为显示内部构造而进行了局部剖。另外，图3表示将第I驱动器200的俯视图中的局部剖切后的内部构造。另外，在如下的说明中，将沿自第I驱动器200向工作台100的X轴的方向定义为“X轴正方向”，且将沿自工作台100向第I驱动器的X轴的方向定义为“X轴负方向”。如图2所示，通过焊接，将由相互被焊接起来的多条梁222a和顶板222b构成的框架222固定在在基板202上。另外，借助未图示的螺栓，将用于使工作台100 (图I)发生振动的驱动机构210、和用于支承连结机构230的支承机构240的底板242固定到框架222的顶板222b上，所述连结机构230用于将由驱动机构210产生的振动运动传递到工作台上。驱动机构210具有伺服电动机212、联轴器260、轴承部216、滚珠丝杠218以及滚珠形螺母219。联轴器260将伺服电动机212的驱动轴212a与滚珠丝杠218连结起来。另外，轴承部216由轴承支承板244进行支承，且轴承部216以可转动的方式支承滚珠丝杠 218，该轴承支承板244通过焊接而垂直地固定于支承机构240的底板242上。滚珠形螺母219由轴承支承板244以使滚珠形螺母219不绕其轴移动的方式支承，同时还与滚珠丝杠218卡合。因此，当驱动伺服电动机212时，使滚珠丝杠旋转，使滚珠形螺母219沿其轴向(即X轴方向)进退。借助连结机构230将该滚珠形螺母219的运动传递到工作台100 上，由此工作台100沿X轴方向被驱动。并且，通过以较短的周期对伺服电动机212的旋转方向进行切换来控制伺服电动机212，能够使工作台100以所期望的振幅以及周期沿X轴方向进行振动。在支承机构240的底板242的上表面上，以与底板242垂直的方式焊接有电动机支承板246。在电动机支承板246的一个面(X轴负方向侧的面)上，以驱动轴212a与电动机支承板246相垂直的方式悬臂支承有伺服电动机212。在电动机支承板246上设置有开口部246a，使伺服电动机212的驱动轴212a穿过该开口部246a，且在电动机支承板246的另一面侧与滚珠丝杠218连结。另外，伺服电动机212被悬臂支承在电动机支承板246上，因此在电动机支承板 246上，特别是在其与底板242间的焊接部施加有大的弯曲应力。为了缓冲该弯曲应力，在底板242与电动机支承板246之间设置有肋248。轴承部216具有以正面组合来组合的一对推力角接触滚珠轴承216a、216b(216a 位于X轴负方向侧，216b位于X轴正方向侧)。将推力角接触滚珠轴承216a、216b收纳于轴承支承板244的空心部之中。在推力角接触滚珠轴承216b的一面(X轴正方向侧的一面) 上设置有轴承压板216c，使用螺栓216d将该轴承压板216c固定于轴承支承板244上，由此将推力角接触滚珠轴承216b向X轴负方向推。另外，在滚珠丝杠218中，在与轴承部216 的X轴负方向侧相邻的圆筒面上形成有螺纹部218a。在该螺纹部218上安装了内周形成有内螺纹的轴环217。通过使轴环217相对于滚珠丝杠218转动且沿X轴正方向移动，将推力角接触滚珠轴承216a向X轴的正方向推。这样，将推力角接触滚珠轴承216a和216b向相互靠近的方向推，因此，使两者相互靠紧并将最适合的预加载荷施加于轴承216a、216b。接着，对连结部230的结构进行说明。连结部230具有螺母导向件232、一对Y轴导轨234、一对Z轴导轨235、中间台231、一对X轴导轨237、一对X轴滑块233以及滑块安装构件238。将螺母导向件232固定于滚珠形螺母219上。另外，一对Y轴导轨234是一起向Y 轴方向延伸的导轨，且沿上下方向并列固定于螺母导向件232的X轴正方向侧的端部。另外，一对Z轴导轨235是一起向Z轴方向延伸的导轨，且沿Y轴方向并列固定于工作台100 的X轴负方向侧的端部。中间台231是块状物，在其X轴负方向侧的一面设置有与所述各Y 轴导轨234卡合的Y轴滑块231a、且在其X轴正方向侧的一面设置有与各Z轴导轨235卡合的Z轴滑块231b，另外中间台231构成为能够在Y轴导轨234和Z轴导轨235这两导轨上滑动。
S卩，中间台231可相对于工作台100沿Z轴方向滑动，并且可相对于螺母导向件 232沿Y轴方向滑动。因此，螺母导向件231可相对于工作台100沿Y轴方向和Z轴方向滑动。因此，即使利用其他的驱动器300及/或400使工作台100沿Y轴方向及/或Z轴方向进行振动，也不会由此使螺母导向件232发生位移。即，不会使因工作台100沿Y轴方向及/或Z轴方向进行位移而产生的弯曲应力施加到滚珠丝杠218、轴承216和联轴器260
坐μ ~y|-~ I . O一对X轴导轨237是一起向X轴方向延伸的导轨，且沿Y轴方向并列固定于支承机构240的底板242上。X轴滑块233与所述各X轴导轨237卡合，且能够沿X轴导轨237 进行滑动。滑块安装构件238是以向Y轴方向两侧延伸出的方式固定于螺母导向件232的底面的构件，X轴滑块233固定在滑块安装构件238的底部。这样，借助滑块安装构件238 和X轴滑块233，将螺母导向件232引导到X轴导轨237上，由此，使螺母导向件232可只沿 X轴方向进行移动。这样，螺母导向件232的移动方向被限制在X轴方向，因此，当驱动伺服电动机212 来使滚珠丝杠218转动时，使螺母导向件232及与该螺母导向件232卡合的工作台100沿 X轴方向进行进退。在滑块安装构件238的Y轴方向侧的一侧面(图2中跟前侧，图3中右侧)238a 上配置有位置检测部件250。位置检测部件250具有沿X轴方向以一定间隔并列的3个接近传感器251、设置于滑块安装构件238的侧面238a上的检测用板252、以及用于支承接近传感器251的传感器支承板253。接近传感器251是可检测出是否有什么物体靠近各接近传感器的跟前(例如I毫米以内)的元件。因为滑块安装构件238的侧面238a与接近传感器251充分地离开，所以接近传感器251能检测出检测用板252是否位于各接近传感器251之前。振动试验装置I的控制部件10可利用例如接近传感器251的检测结果来对伺服电动机212进行反馈控制(图6)。另外，在支承机构240的底板242上，设置有以从X轴方向两侧来夹持X轴滑块 233的方式而配置的限制块236。该限制块236用于限制螺母导向件232的移动范围。SP， 驱动伺服电动机212来使螺母导向件232持续向X轴正方向移动时，最终，使配置于X轴正方向侧的限制块236与滑块安装构件238接触，使螺母导向件232无法再向X轴正方向移动。在螺母导向件232持续向X轴负方向移动的情况下，也同样使配置于X轴负方向侧的限制块236与滑块安装构件238接触，由此使螺母导向件232无法再向X轴负方向移动。如上说明的第I驱动器200与第2驱动器300除了设置方向不同(X轴与Y轴对调)这点之外具有相同的构造。因此，省略了对第2驱动器300的详细说明。接着，对本发明的实施方式的第3驱动器400的结构进行说明。图4是从X轴方向(从图I的下方向上方)观察工作台100以及第3驱动器400的侧视图。该侧视图也是为显示内部构造而进行了局部剖。另外，图5是从Y轴方向(从图I的左侧向右侧)观察本发明的实施方式的工作台100和第3驱动器400的侧视图。图5也是为显示内部构造而进行了局部剖。另外，在以下的说明中，将沿自第2驱动器300向工作台100的Y轴的方向定义为Y轴正方向，将沿自工作台100向第2驱动器300的Y轴的方向定义为Y轴负方向。如图4以及5所示，在基板402上设置有由沿铅直方向延伸的多条梁422a、和配置成从上方覆盖该多条梁422a的顶板422b构成的框架422。各梁422a的下端焊接于基板402的上表面上，各梁422a的上端焊接于顶板422b的下表面上。另外，借助未图示的螺栓， 将支承机构440的轴承支承板442固定在框架422的顶板422b上。该轴承支承板442是用于分别支承驱动机构410和连结机构430的构件，所述驱动机构410用于使工作台100 (图
I)沿上下方向振动，所述连结机构430用于将由驱动机构410驱动的振动运动传递到工作台上。驱动机构410具有伺服电动机412、联轴器460、轴承部416、滚珠丝杠418以及滚珠形螺母419。联轴器460用于将伺服电动机412的驱动轴412a与滚珠丝杠418连结起来。另外，轴承部416被固定于上述轴承支承板442上，且以可转动的方式来支承滚珠丝杠 418。滚珠形螺母419以不使其可绕其轴移动的方式由轴承支承板442进行支承，同时与滚珠丝杠418卡合。因此，当驱动伺服电动机412时，使滚珠丝杠旋转，使滚珠形螺母419沿其轴向(即Z轴方向)进退。借助连结机构430，将该滚珠形螺母419的运动传递到工作台100上，由此工作台100被沿Z轴方向驱动。并且，通过以较短的周期对伺服电动机412 的转动方向进行切换来控制伺服电动机412，能够使工作台100以所期望的振幅和周期沿Z 轴方向(上下方向)进行振动。借助2块连结板443，从支承机构440的轴承支承板442的下面来固定沿水平方向 (XY平面)扩展的电动机支承板446。在电动机支承板446的下表面悬吊固定有伺服电动机412。在电动机支承板446上设置有开口部446a，伺服电动机212的驱动轴412a穿过该开口部446a，且在电动机支承板446的上表面侧与滚珠丝杠418相连结。另外，在本实施方式中，伺服电动机412的轴向(上下方向，Z轴方向)的尺寸大于框架422的高度，因此使伺服电动机412的大部分配置于低于基板402的位置上。因此， 在装置基座2，设置有用于收纳伺服电动机412的空洞部2a。另外，在基板402上设置有用于伺服电动机412穿过的开口 402a。轴承部416贯穿轴承支承板442地设置。另外，轴承部416的构造与第I驱动器 200中的轴承部216(图2、图3)同样，因此，省略了详细的说明。接着，对连结部430的结构进行说明。连结部430具有可动框架432、一对X轴导轨434、一对Y轴导轨435、多个中间台431、二对Z轴导轨437以及二对Z轴滑块433。可动框架432具有被固定于滚珠形螺母419的框部432a、被固定于框部432a上端的顶板432b、以及以自顶板432b的X轴方向两缘向下方延伸的方式固定的侧壁432c。一对Y轴导轨435是一起向Y轴方向延伸的导轨，且沿X轴方向并列固定于可动框架432的顶板432b的上表面上。另外，一对X轴导轨434是一起向X轴方向延伸的导轨，且沿Y轴方向并列固定于工作台100的下表面。中间台431是块状物，在上部设置有与X轴导轨434 卡合的X轴滑块431a，在下部设置有将与各Y轴导轨435卡合的Y轴滑块431b，并且构成为能够在X轴导轨434和Y轴导轨435这两导轨上滑动。另外，在X轴导轨434与Y轴导轨435相交叉的每个位置上各设置一个中间台431。X轴导轨434和Y轴导轨435各设置有2条，因此，X轴导轨434与Y轴导轨435有4处交叉。因而在本实施方式中，使用4个中间台431。这样，各中间台431可相对于工作台100沿X轴方向滑动，并且还可相对于可动框架432沿Y轴方向滑动。即，可动框架432可相对于工作台100沿X轴方向和Y轴方向滑动。因此，即使由其他驱动器200及/或300使工作台100沿X轴方向及/或Y轴方向进行振动，由此也不会使可动框架432发生位移。S卩，因工作台100沿X轴方向及/或Y轴方向进行位移而产生的弯曲应力不会施加到滚珠丝杠418或轴承416、联轴器460等上。另外，在本实施方式中，由于在可动框架432上支承有重量较大的工作台100和工件，因此将X轴导轨434以及Y轴导轨435的间隔设定得比第I驱动器200的Y轴导轨234 和Z轴导轨235更宽。因此，当与第I驱动器200同样构成为只由一个中间台将工作台100 与可动框架432连结起来时，会使中间台大型化，且使施加于可动框架432上的载荷增大。 因此，在本实施方式中，构成为在X轴导轨434与Y轴导轨435交叉的每个部分配置小型中间台431，能够将施加于可动框架432上的载荷大小抑制为必需的最低限度。二对Z轴导轨437是向Z轴方向延伸的导轨，在可动框架432的各侧壁432c上分别沿Y轴方向并列固定各一对。Z轴滑块433与各该Z轴导轨437分别卡合，且能够沿Z 轴导轨437滑动。借助滑块安装构件438，将Z轴滑块433固定于框架422的顶板422b的上表面上。滑块安装构件438整体形成为L字截面形状，其具有与可动框架432的侧壁 432c大致平行配置的侧板438a、和固定于该侧板438a下端的底板438b。另外，在本实施方式中，特别在将重心高且重量大的工件固定于工作台100上时，容易将绕X轴及/或Y轴转动的大的力矩施加到可动框架432上。为此，使用肋条来加固滑块安装构件438，以使其能承受该转动力矩。具体来说，在由滑块安装构件438的Y轴方向两端的侧板438a与底板 438b形成的拐角处设置一对第I肋条438c，还设置有搭在该一对第I肋条438c之间的第 2肋条438d。这样，Z轴滑块433被固定在框架422上，并且能够在Z轴导轨437上进行滑动。 因此，可动框架432能够沿上下方向滑动，并且限制可动框架432向除上下方向以外的方向移动。这样，将可动框架432的移动方向被限制仅为上下方向，因此，当驱动伺服电动机412 而使滚珠丝杠418转动时，则使可动框架432以及与该可动框架432卡合的工作台100沿上下方向进退。另外，在第3驱动器400中也设置有与第I驱动器200的位置检测部件250 (图2、 3)同样的位置检测部件(未图示)。根据该位置检测部件的检测结果，振动试验装置I的控制部件10能够将可动框架432的高度控制在规定的范围内(图6)。如上所述，在本实施方式中，在驱动轴相互正交的各驱动器与工作台100之间设置有二对导轨和构成为能够在该导轨上滑动的中间台。由此，相对于各驱动器，工作台100 能够在与其驱动器的驱动方向垂直的平面上的任意方向滑动。因此，即使由某一驱动器使工作台100进行位移，也不会将因该位移产生的载荷、力矩施加到其他驱动器上，并且借助中间台将其他驱动器与工作台100保持为相互卡合的状态。即，即使工作台在任意的位置进行位移，也能够将各驱动器保持为使工作台发生位移的状态。因此，在本实施方式中，能够同时驱动3个驱动器200、300、400来使工作台100和固定于其上的工件沿3个轴方向进行振动。接着，对联轴器260、360以及460的构造进行说明。联轴器260、360具有与联轴器460同样的构造，在如下的说明中，只对联轴器460进行说明，而省略了对联轴器260、360 的说明。图7是表示联轴器460以及借助该联轴器460来相互连结的AC伺服电动机412 的驱动轴412a和滚珠丝杠418的轴部的放大剖视图。如图7所示，联轴器460是由尼龙制的内环461、一对杜拉铝制的外环462、463以及将上述轮子连结起来的多个(在本实施方式中设为6个)的螺栓464构成的半刚性联轴器。在内环461的中央,将内部相互连通的圆孔461a、461b设置在同轴上。将圆孔461a 的内径设为可无间隙地插入AC伺服电动机412的驱动轴412a那样的大小，将圆孔461b的内径设为可无间隙地插入滚珠丝杠418的轴部那样的大小。另外，在本实施方式中，滚珠丝杠418的轴部直径小于AC伺服电动机412的驱动轴412a,因而圆孔461b的外径小于圆孔 461a的外径。在内环461的轴方向中央部的外周形成有凸缘部461c。从凸缘部461c的两个面内侧分别形成有向轴方向延伸的锥部。各锥部的外侧面461d、461e为越靠近轴方向顶端而外径越小的圆锥状锥面。另外，在夹着内环461的一对外环462、463的内侧，分别形成有具有圆锥形状的内侧面462a、463a的通孔。外环462、463以分别使内侧面462a、463a的锥面展开的方向朝向内环侧的方式来进行配置。外环462、463的锥形状的内侧面462a、463a分别具有与内环461的外侧面461d、461e相同的锥角。并且，以使外环462的内侧面462a与内环461的外侧面461d重合且外环463的内侧面463a与内环461的外侧面461e重合的方式，将形成于内环461的两端的锥部插入到外环462、463的通孔中。另外，在外环463的通孔的周围，使内螺纹463b等间隔地形成于以通孔的轴线为中心的圆周上，所述内螺纹463b与形成于螺栓464的顶端部的外螺纹卡合。另外，在外环 462和内环461的凸缘部461c上，在与外环463的内螺纹463b相对应的位置分别形成有螺栓孔(圆孔)462b、461f。6条螺栓464(图7中只图示2条)穿过外环462的螺栓孔462b 和内环461的螺栓孔461f与外环340的内螺纹464b进行卡合。在将AC伺服电动机412的驱动轴412a的顶端a从下方插入到内环461的圆孔 461a中、且将滚珠丝杠418的轴部的顶端从上方插入到圆孔461b中之后，将螺栓464插入到螺栓孔462b、461f中，进而拧入到内螺纹464b中；则由外环462和外环463从两侧强力地夹着内环461，且使内环461的2个锥部分别很深地嵌入到外环462、463的通孔中。因此，根据榫接的原理，使较强的侧压分别从内环461的圆孔461a、461b施加到AC伺服电动机412的驱动轴412a和滚珠丝杠418的轴部上。因此，在圆孔461a、461b与驱动轴412a、 滚珠丝杠418之间分别产生非常强的摩擦力，借助内环461使驱动轴412a与滚珠丝杠418 连结成一体。如图7所示，外环452与外环463之间只由作为粘弹性体的尼龙树脂形成的内环 461进行支承。另外，如图7所示，在联轴器460中，使AC伺服电动机412的驱动轴412a的顶端与滚珠丝杠418的轴部的顶端隔开微小(例如大约I毫米)的间隔进行连结。因此， 在受到来自电动机的使轴压缩的方向的作用力的情况下，会使内环发生弹性变形，并使该驱动轴412a与滚珠丝杠418的间隔变窄，由此将轴向的作用力吸收到联轴器460内，能够使传递到滚珠丝杠侧的轴向的作用力大幅衰减。在本实施方式中，在振动试验中的测定频率区域内进行比较时，内环461的振动衰减率在驱动轴412a的固有振动频率下大致最大。 据此，有效地使驱动轴412a的轴向或轴的径向上的振动衰减。另外，驱动轴412a的固有振动频率的内环461的振动衰减率不必在测定频率区域中大致最大,但优选至少大于测定频率区域中的频率平均值。另一方面，如上所述，使AC伺服电动机412的驱动轴412a的顶端与滚珠丝杠418 的轴部的顶端的间隔较小为I毫米左右，而且使各轴的顶端的整个圆周与内环成一体化。因此，在扭转方向上进行充分的刚性连结，能无间隙(backlash)地将AC伺服电动机412的驱动轴412a的旋转驱动准确地传递到滚珠丝杠418上。在本实施方式中，如上所述，在驱动器200、300、400与工作台100之间，设置有具有将导轨与滑块组合起来的导向机构的连结部。另外，在驱动器200、300、400中设置有同样的导向机构，该导向机构用于引导各驱动器的滚珠丝杠机构的螺母。使用附图，对这些导向机构的结构进行详细说明。另外，虽然以下的说明是针对由第3驱动器400的Z轴滑块 433和Z轴导轨437构成的导向机构(图5)，但是其他导向机构也具有同样的结构。图8是沿与导轨437的长轴方向垂直的一平面将滑块433以及导轨437截断的剖视图，图9是图8的I-I的剖视图。如图8以及图9所示，在滑块433上形成有围着导轨437的凹部，在该凹部中形成有沿导轨435的轴向延伸的4条槽433a、433a'。在该槽 433a、433a'中收纳有多个不锈钢制的滚珠433b。在导轨437上，在与滑块433的槽433a、 433a'相对的位置上分别设置有槽437a、437a'，滚珠433b被夹在槽433a与槽437a之间或槽433a'与槽437a'之间。槽433a、433a'，437a、437a'的截面形状为圆弧状，其曲率半径与滚珠433b的半径大致相等。因此，使滚珠433b以几乎无游隙的状态与槽433a、 433a'，437a、437a'紧密接触。在滑块433的内部，分别设置有4条与各槽433a大致平行的滚珠退避路径433c。 如图8所示，槽433a与退避路径433c在各自的两端借助U字路径433d而相互连接起来， 槽433a、槽437a、退避路径433c和U字路径433d形成用于使滚珠433b循环的循环路径。 退避路径433c和槽433a'、437a'也形成有同样的循环路径。因此，当滑块433在导轨437上进行移动时，使多个滚珠433b在槽433a、433a'， 437a、437a'上进行滚动，同时在循环路径上进行循环。因此，即使向导轨轴向以外的方向施加大的载荷，也可由多个滚珠来支承滑块，并且使滚珠433b滚动，由此将导轨轴方向的阻力保持为较小，因此，能够使滑块433顺利在导轨437上移动。另外，退避路径433c和U 字路径433d的内径稍大于滚珠433b的直径，退避路径433c以及U字路径433d与滚珠433b 之间产生的摩擦力极小，因而不会对滚珠433b的循环造成妨碍。如图8所示，被夹在槽433a与槽437a之间的二列滚珠433b的列形成接触角大致为45°的正面组合型的推力角接触滚珠轴承。此时的接触角是指将槽433a以及槽437a与滚珠433b相接触的接触点彼此连结起来的连线、与线性导向件的径向(从滑块向导轨的方向)形成的夹角。这样形成的推力角接触滚珠轴承能够支承径向相反的方向(从导轨向滑块的方向)和横向(与径向和滑块的进退方向这两方向同时正交的方向，即图中的左右方向)的载荷。同样，被夹在槽433a'与槽437a'之间的二列滚珠433b的列形成有接触角(将槽433a'以及槽437a'与滚珠433b接触的接触点彼此连结起来的连线与线性导向件的径向相反方向形成的夹角)为45°的正面组合型的推力角接触滚珠轴承。该推力角接触滚珠轴承能够支承径向和横向的载荷。另外，分别被夹在槽433a和槽437a当中的一条槽(图中左侧)与槽433a'和槽 437a'当中的一条槽(图中左侧)之间的二列滚珠433b的列也形成有正面组合型的推力角接触滚珠轴承。同样分别被夹在槽433a和槽437a当中的另一条槽(图中左侧)与槽 433a'和槽437a'当中的另一条槽(图中左侧)之间的二列滚珠433b的列也还形成有正面组合型的推力角接触滚珠轴承。这样，在本实施方式的导向机构中，由正面组合型的推力角接触滚珠轴承对分别作用于径向、径向相反方向、横向的载荷进行支承，从而能够对作用于导轨轴向以外的方向上的大载荷进行充分的支承。如上所述，本实施方式的振动试验装置具有能够使工作台分别沿相互正交的第 I及第2方向(X轴及Y轴方向)进行振动的第I及第2驱动器、能够使工作台相对于第I 驱动器沿第2方向进行滑动的第I连结部件、以及能够使工作台相对于第2驱动器而沿第 I方向进行滑动的第2连结部件。在上述振动试验装置中，各驱动器可相对于工作台沿与其驱动器的振动方向正交的方向进行滑动。由此，即使由某一驱动器使工作台发生振动，工作台也可相对于其他驱动器而滑动，因此，既不会使其他驱动器发生位移，也不会使其他驱动器的振动方向发生变化。因此，在本发明中，只要各驱动器具有能够使工作台和工件发生振动的动力即可。另外， 根据本发明，能够不使驱动器发生转动地使工作台进行振动，因而即使驱动器的驱动轴较短也可使工作台以较长的行程进行振动。另外，因为某一驱动器不会影响其他驱动器的动作，所以不使驱动器的控制系统复杂化就能够使工作台以所期望的振幅和频率进行振动。 因此，根据本发明，无需使装置大型化、复杂化就能够使工作台以较大的振幅进行振动。另外，在本实施方式的构成中，如上所述不会使驱动器发生位移和转动，因此，驱动器容易采用以伺服电动机驱动的滚珠丝杠机构。滚珠丝杠机构在液压驱动器中不会发生成为问题的漏油现象，而且能够使工作台以远远大于压电驱动器的行程进行振动。用于将伺服电动机的转轴与上述滚珠丝杠机构的滚珠丝杠连结起来的联轴器还优选这样的结构的半刚性联轴器，即构成为无间隙、沿弯曲方向具有挠性且能够阻碍电动机的驱动轴的延长方向上的振动传递。根据该结构，具有高响应性地驱动进给螺杆，并且即使多少存在轴偏移也不会产生极大的内部应变而能够顺利地进行驱动，进而能够阻断电动机的驱动轴方向上的振动。半刚性联轴器优选具有由树脂或橡胶制成的粘弹性构件。另外，半刚性联轴器构成为，伺服电动机的驱动轴的振动的衰减率在驱动轴的固有振动频率下最大。根据这样的构成，利用半刚性联轴器内的粘弹性构件能够有效地使来自电动机的借助驱动轴传递的轴向或轴的径向上的振动衰减，且使这样的振动几乎不传递到输出侧。另外，优选半刚性联轴器具有作为刚体构件的一对外环、和配置于该一对外环之间的包括弹性部件或粘弹性构件的内环。在外环的中心形成有锥孔，内环的中心形成有供与该内环连结的轴穿通的圆柱状通孔。另外，在内环外周的轴向的两端形成有能够分别与一对外环的锥孔的内周配合的锥面。将进给螺杆和伺服电动机的驱动轴分别插入到内环的通孔中，使一对外环的锥孔的内周与内环的锥面抵接，并使用螺栓将该一对外环相互固定起来，由此借助内环连结轴。根据这样的构成，能以极其简单的结构来实现如下的半刚性联轴器能以高响应性来传递轴输出，并且能够吸收轴向的振动。另外，以使滚珠丝杠机构的螺母只能够沿滚珠丝杠的轴向移动的方式来引导螺母的导向机构具有固定于振动试验装置的框架上的第I部分、和固定于螺母上的第2部分， 第I部分和第2部分当中的一方具有导轨，而另一方具有与导轨卡合且能够沿该导轨移动的滑块，优选滑块具有如下的结构凹部，其围着导轨；槽，其在凹部内沿滑块的移动方向形成；退避路径，其形成于滑块的内部，且以与槽形成闭合回路的方式与槽的移动方向两端相连；多个滚珠，其在闭合回路中进行循环，且在位于槽中时与导轨进行抵接。并且，在滑块中形成有4条上述闭合回路，优选具有如下的结构使分别配置于该4条闭合回路中的2条闭合回路的槽内的滚珠具有与线性导向件的径向形成大致±45度的接触角，分别配置于另外2条闭合回路的槽内的滚珠具有与导向机构的径向相反方向形成大致±45度的接触角。这样构成的导向机构即使在其径向、径向相反方向以及横向上分别施加了大载荷，也可使滑块沿导轨顺利地进行移动。并且，可利用这样的导向机构对螺母进行引导，因此，即使在振动装置的工作台上安装有重量大的工件来进行振动的情况下，也不会使进给螺杆机构的螺母发生松动，且能够顺利地沿导轨进行移动。另外，优选第I及第2连结部件分别具有配置在对应于工作台的驱动器之间的中间台；第I连结部件的中间台可只沿与第I方向垂直的一个方向相对于工作台滑动，并且还可只沿与该一个方向和第I方向这两方向均垂直的方向相对于第I驱动器滑动；第2连结部件的中间台可只沿与第2方向垂直的一个方向相对于工作台滑动，并且还可只沿与该一个方向和第2方向这两方向均垂直的方向相对于上述第2驱动器滑动。在此，例如第I连结部件的中间台可相对于上述工作台和第I驱动器滑动当中的两滑动方向的一方向为第2方向，第2连结部件的中间台能够进行相对于工作台和第2驱动器滑动的两滑动方向的一方向为第I方向。另外，为了使中间台可相对于工作台滑动，例如，优选在工作台和中间台中的一个台上设置有沿中间台可相对于工作台滑动的方向延伸的至少I条导轨，并且在工作台和中间台当中的另一个台上设置有与导轨卡合的滑块。另外，为了使中间台可相对于驱动器滑动，例如，优选在中间台和所对应的驱动器当中的一个上设置有沿中间台可相对于所对应的驱动器滑动的方向延伸的至少I条导轨；并且在中间台和所对应的驱动器当中的另一个上设置有与导轨卡合的滑块。另外，工作台与中间台、及/或中间台与驱动器也可以构成为由相互平行配置的多条导轨和滑块连结起来。根据这样的构成，当驱动器使工作台产生振动时，在工作台与中间台之间、以及中间台与驱动器之间几乎不会产生绕着振动方向的旋转力矩。结果容易获得所期望的振动状态。另外，滑块也可以具有如下的构件凹部，其围着导轨；槽，其在凹部内沿滑块的移动方向而形成；退避路径，其形成于滑块的内部，且以与槽形成闭合回路的方式与槽的移动方向两端相连；多个滚珠，其在闭合回路中进行循环，且在位于槽中时与导轨进行抵接。 另外，在滑块中形成4条所述的闭合回路，优选具有如下的构成使分别配置于该4条闭合回路当中的2条闭合回路的槽内的滚珠具有与设有导轨和滑块的导向机构的径向形成大致±45度的接触角，分别配置于另外2条闭合回路的槽内的滚珠具有与导向机构的径向相反方向形成大致±45度的接触角。这样构成的导向机构即使在其径向、径向相反方向以及横向施加有大载荷，也可使滑块沿导轨顺利地进行移动。并且，利用这样的导向机构来引导中间台，因此即使在振动装置的工作台上安装有重量大的工件来进行振动的情况下，也可使中间台不发生松动地沿导轨顺利地进行移动。
另外，本实施方式的振动试验装置具有使工作台沿与第I及第2方向两方向垂直的第3方向(Z轴方向)进行振动的第3驱动器、和使工作台相对于第3驱动器沿第I及第 2方向滑动地连结的第3连结部件；第I及第2连结部件构成为能够分别使上述工作台相对于第I及第2驱动器沿第3方向滑动地连结。根据该构成，能够实现可沿三个轴方向振动的振动试验装置。
权利要求
1.一种振动装置，其使用于安装工件的工作台沿第I水平方向、与第I水平方向正交的第2水平方向、以及铅垂方向这正交的三个方向进行振动，其包括驱动器，其用于使上述工作台沿第I水平方向进行振动；连结部件，其以使上述工作台相对于上述驱动器的沿第I水平方向振动的驱动部沿第 2水平方向和铅垂方向滑动自如的方式将上述工作台与上述驱动部相连结，上述连结部件包括第I水平线性导向件，其以使上述工作台相对于上述驱动部沿第I水平方向滑动自如的方式支承上述工作台；铅垂线性导向件，其以使上述工作台相对于上述驱动部沿铅垂方向滑动自如的方式支承上述工作台；中间工作台，其通过将其一表面固定于上述第I水平线性导向件，将其另一表面固定于上述铅垂线性导向件，从而将上述第I水平线性导向件和上述铅垂线性导向件连结起来，上述铅垂线性导向件包括导轨，其安装于上述工作台的侧面，沿铅垂方向延伸；滑块，其安装于上述中间工作台，与上述导轨卡合，上述铅垂线性导向件以使上述工作台和上述中间工作台沿铅垂方向滑动自如的方式将上述工作台和上述中间工作台连结起来，在上述工作台沿铅垂方向进行振动时，仅上述连结部件中的、上述铅垂线性导向件的沿铅垂方向延伸的导轨与上述工作台一起沿铅垂方向振动。
2.根据权利要求I所述的振动装置，其特征在于，上述工作台包括平板部，第I导轨支承部，其安装于该平板部的与上述连结部件相对的侧面，上述铅垂线性导向件的导轨使长度方向朝着铅垂方向，安装于上述第I导轨支承部的与上述连结部件相对的面，上述第I导轨支承部的铅垂方向尺寸在与上述平板部相对的面上具有与该平板部大致相同的大小，从上述平板部之侧朝着上述连结部件之侧逐渐变大，在与上述连结部件相对的面上具有与上述铅垂线性导向件的导轨的长度大致相同的大小，上述铅垂线性导向件的导轨的全长被上述第I导轨支承部支承。
3.根据权利要求2所述的振动装置，其特征在于，上述连结部件具有一对上述铅垂线性导向件，上述一对铅垂线性导向件分别安装于上述第I导轨支承部的与上述连结部件相对的面的第2水平方向上的两端，上述第I导轨支承部的第2水平方向尺寸在上述连结部件的与上述中间工作台相对的面上具有与该中间工作台大致相同的大小，从上述连结部件之侧朝着上述平板部之侧逐渐变大。
4.根据权利要求I 3中任一项所述的振动装置，其特征在于，该振动装置包括支承板，其用于支承上述驱动器；第3线性导向件，其以使上述驱动部相对于上述支承板沿第I水平方向滑动自如的方式支承上述驱动部，在上述支承板的与上述驱动部相对的面上安装有上述第3线性导向件的导轨，在上述驱动部的与上述支承板相对的面上安装有用于与上述第3线性导向件的导轨卡合的滑块。
5.根据权利要求4所述的振动装置，其特征在于，该振动装置具有一对上述第3线性导向件，上述驱动部借助上述一对第3线性导向件被上述支承板自下方支承，上述一对第3线性导向件的导轨分别使长度方向朝着第I水平方向，以规定间隔沿第 2水平方向排列配置，上述驱动部的与上述中间工作台相对的面上安装有上述第I水平线性导向件的导轨， 上述规定间隔大于上述第I水平线性导向件的导轨的长度。
全文摘要
本发明提供一种振动装置，其包括驱动器和连结部件，连结部件包括第1水平线性导向件，以使工作台沿第1水平方向滑动自如的方式支承工作台；铅垂线性导向件，以使工作台沿铅垂方向滑动自如的方式支承工作台；中间工作台，通过将其一表面固定于第1水平线性导向件，将另一表面固定于铅垂线性导向件，从而将它们连结起来，铅垂线性导向件包括导轨，安装于工作台的侧面，沿铅垂方向延伸；滑块，安装于中间工作台，与导轨卡合，铅垂线性导向件以使工作台和中间工作台沿铅垂方向滑动自如的方式将它们连结起来，在工作台沿铅垂方向进行振动时，仅连结部件中的、铅垂线性导向件的沿铅垂方向延伸的导轨与工作台一起沿铅垂方向振动。
文档编号G01M7/06GK102607790SQ20121006578
公开日2012年7月25日 申请日期2008年7月18日 优先权日2007年7月19日
发明者宫下博至, 村内一宏, 松本繁, 长谷川正伸 申请人:国际计测器株式会社