KR20090130882A

KR20090130882A - 진동시험장치

Info

Publication number: KR20090130882A
Application number: KR1020097025145A
Authority: KR
Inventors: 시게루 마츠모토; 히로시 미야시타; 카즈히로 무라우치; 마사노부 하세가와
Original assignee: 고쿠사이 게이소쿠키 가부시키가이샤
Priority date: 2007-07-19
Filing date: 2008-07-18
Publication date: 2009-12-24
Also published as: TWI447373B; JP5351939B2; WO2009011433A1; JP4818436B2; TW200921081A; JP2012002822A; CN102607790A; KR101132191B1; CN101542260A; TWI497048B; CN101542260B; JPWO2009011433A1; CN102607790B; WO2009011433A9; TW201437623A

Abstract

시험편이 고정된 테이블을 진동시키는 진동시험장치로서, 테이블을 각각 서로 직교하는 제 1 및 제 2 방향으로 진동시킬 수 있는 제 1 및 제 2 액추에이터와, 테이블을 제 1 액추에이터에 대하여 제 2 방향으로 슬라이드 가능하게 하는 제 1 연결 수단과, 테이블을 제 2 액추에이터에 대하여 제 1 방향으로 슬라이드가능하게 하는 제 2 연결 수단을 갖는다. 바람직하게는, 제 1 및 제 2 방향의 쌍방에 수직한 제 3 방향으로 테이블을 진동시킬 수 있는 제 3 액추에이터와, 테이블을 제 3 액추에이터에 대하여 제 1 및 제 2 방향으로 슬라이드가능하게 연결하는 제 3 연결 수단을 갖고, 제 1 및 제 2 연결 수단은, 각각 상기 테이블을 제 1 및 제 2 액추에이터에 대하여 제 3 방향으로 슬라이드가능하게 연결한다.

시험편, 테이블, 진동시험장치, 액추에이터, 연결 수단, 진동 센서, 근접 센서, 서보모터, 제어수단

Description

진동시험장치{VIBRATION TEST APPARATUS}

본 발명은 진동시험장치에 관한 것이다.

일반적으로, 기계제품이나 기계부품은 수송시나 사용시에 반복하중을 받는다. 반복하중을 받은 물체는 피로에 의해 파손되거나, 형상이나 특성이 변화되는 경우가 있다. 그 때문에, 기계제품이나 기계부품을 개발할 때는 샘플(시험편)에 반복하중을 가하여 거동을 관찰하는 것이 바람직하다.

이러한 목적을 위하여, 진동시험장치가 사용된다. 진동시험장치는, 예를 들면, 일본 특개 2000-338010호 공보에 기재되어 있는 장치와 같이, 테이블 위에 워크(시험편)를 고정하고, 이 테이블을 외부의 액추에이터에 의해 1축, 3축, 또는 6축방향으로 진동시키는 것이다.

상기 공보에는, 테이블을 3단으로 포개고, 상단의 테이블에 워크를 고정하는 구성(제 1 구성)이 개시되어 있다. 제 1 구성에서는, 하단의 테이블은 상하방향으로 진동되도록 되어 있고, 중단의 테이블은 하단의 테이블에 대하여 좌우방향으로 진동되도록 되어 있고, 상단의 테이블은 중단의 테이블에 대하여 전후방향으로 진동되도록 되어 있다. 본 구성에서는, 하단의 테이블을 진동시키면 중단과 상단의 테이블을 진동시키기 위한 액추에이터도 변위되고, 중단의 테이블을 진동시키면 상 단의 테이블을 진동시키기 위한 액추에이터도 변위하게 되어 있다. 이 때문에, 액추에이터끼리 간섭하지 않고, 상단의 테이블 및 그 위에 고정된 시험편을 3축방향으로 진동시킬 수 있다.

또, 상기 공보에는, 진동시험장치의 다른 구성으로서, 하나의 테이블에 복수의 액추에이터를 부착하여 6축방향으로 진동시킬 수 있는 것이 개시되어 있다(제 2 구성). 제 2 구성에서는, 액추에이터의 각각을 어느 정도의 자유도를 가지고 변위 가능(액추에이터가 있는 축의 주위로 회전운동 가능)하게 함으로써, 액추에이터가 테이블의 변위에 어느 정도 추종할 수 있게 되어 있다. 이것에 의해, 액추에이터끼리 간섭하지 않아, 테이블 및 그 위에 부착된 시험편을 6축방향으로 진동시킬 수 있다.

(발명의 개시)

상기의 제 1 구성에서는, 하단의 테이블을 진동시키기 위한 액추에이터는, 3장의 테이블과 다른 2개의 액추에이터도 진동시킬 수 있을 만큼의 파워를 필요로 하기 때문에, 진동 장치가 대규모의 것으로 되어 버린다고 하는 문제가 있었다. 또, 상단 및 중단의 테이블을 진동시키기 위한 액추에이터는, 각각 중단 및 하단의 테이블에 고정되어 테이블과 함께 진동하도록 구성되어 있다. 이 때문에, 액추에이터 자신이 테이블에 대한 언밸런스 하중으로 되어 버려, 이 언밸런스 하중에 기인하는 오차 성분이 워크에 인가되는 진동에 포함되어 버릴 가능성이 있다.

또, 제 2 구성에서는, 각 액추에이터의 요동 각도 범위가 수도(數度) 정도를 초과하여 커지면, 액추에이터끼리 간섭하게 된다. 그 때문에, 테이블의 진동의 진폭을 크게 하기 위해서는, 액추에이터의 구동축의 길이를 충분히 크게 잡을 필요가 있어, 장치가 대형화한다고 하는 문제가 있었다. 또, 액추에이터 자신이 회전운동하기 때문에, 대중량의 서보모터를 사용하는 볼나사 기구를 액추에이터로서 사용하는 것은 용이하지 않아, 사용가능한 액추에이터는 사실상 유압 액추에이터 및 압전 액추에이터에 한정되어 있다. 아울러, 어떤 액추에이터를 구동하여 테이블을 변위시키면, 다른 액추에이터의 구동축의 방향이 바뀐다(즉, 좌표계의 변화가 발생함). 따라서, 원하는 진동상태를 얻기 위해서는, 좌표계의 변화를 고려하여 각 액추에이터에 부여하는 패러미터를 연산하지 않으면 안 된다. 이 때문에, 제 2 구성과 같은 진동 장치에는, 각 액추에이터에 부여하는 패러미터를 고속으로 연산하기 위한 프로세서를 사용하는 등, 장치의 제어계가 복잡한 것으로 되어 있었다.

본 발명은 상기의 문제를 해결하기 위하여 행해진 것이다. 즉, 본 발명은 장치를 대형화·복잡화하지 않고, 큰 진폭으로 테이블을 진동시킬 수 있는 진동 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 실시형태에 의해, 테이블을, 각각 서로 직교하는 제 1 및 제 2 방향으로 진동시킬 수 있는 제 1 및 제 2 액추에이터와, 테이블을 제 1 액추에이터에 대하여 제 2 방향으로 슬라이드 가능하게 하는 제 1 연결 수단과, 테이블을 제 2 액추에이터에 대하여 제 1 방향으로 슬라이드 가능하게 하는 제 2 연결 수단을 갖는 진동시험장치가 제공된다.

이와 같이, 본 발명의 실시형태에 의한 진동시험장치에서는, 각 액추에이터는 테이블에 대하여 그 액추에이터의 진동방향에 직교하는 방향으로 슬라이드가능하게 되어 있다. 그 때문에, 어떤 액추에이터로 테이블을 진동시켜도, 테이블이 다른 액추에이터에 대하여 슬라이드하므로, 다른 액추에이터가 변위하지도, 다른 액추에이터의 진동방향이 변화되지도 않는다. 따라서, 본 발명에서는, 각 액추에이터는 테이블 및 워크를 진동시킬 수 있을 만큼의 파워가 있으면 된다. 또, 본 발명에 의하면, 액추에이터를 회전운동시키지 않고 테이블을 진동시키는 것이 가능하게 되기 때문에, 액추에이터의 구동축이 짧아도 테이블을 큰 스트로크로 진동시킬 수 있다. 아울러, 어떤 액추에이터가 다른 액추에이터의 거동에 영향을 주지 않기 때문에, 액추에이터의 제어계를 복잡하게 하지 않아, 원하는 진폭, 주파수로 테이블을 진동시키는 것이 가능하게 된다. 따라서, 본 발명에 의하면, 장치를 대형화·복잡하게 하지 않고, 큰 진폭으로 테이블을 진동시키는 것이 가능하게 된다.

또, 제 1 및 제 2 방향의 쌍방에 수직한 제 3 방향으로 테이블을 진동시킬 수 있는 제 3 액추에이터와, 테이블을 제 3 액추에이터에 대하여 제 1 및 제 2 방향으로 슬라이드가능하게 연결하는 제 3 연결 수단을 더 갖고, 제 1 및 제 2 연결 수단은 각각 상기 테이블을 제 1 및 제 2 액추에이터에 대하여 제 3 방향으로 슬라이드가능하게 연결하는 구성으로 함으로써, 3축 방향으로 진동시킬 수 있는 진동시험장치가 실현된다.

도 1은 본 발명의 실시형태에 의한 진동시험장치의 평면도이다.

도 2는 본 발명의 실시형태의 제 1 액추에이터를 Y축방향에서 본 측면도이다.

도 3은 본 발명의 실시형태의 제 1 액추에이터의 평면도이다.

도 4는 본 발명의 실시형태의 테이블 및 제 3 액추에이터를 X축방향에서 본 측면도이다.

도 5는 본 발명의 실시형태의 테이블 및 제 3 액추에이터를 Y축방향에서 본 측면도이다.

도 6은 본 발명의 실시형태에 의한 진동시험장치에서의 제어시스템의 블럭도이다.

도 7은 본 발명의 실시형태의 세미 리지드 커플링의 단면도이다.

도 8은 본 발명의 실시형태에 의한 러너 블록 및 레일을, 레일의 장축방향에 수직한 일면으로 절단한 단면도이다.

도 9는 도 8의 I-I 단면도이다.

(부호의 설명)

1 진동시험장치

2 장치 베이스

100 테이블

200 제 1 액추에이터

210 구동기구

212 서보모터

216 베어링부

218 볼나사

219 볼너트

230 연결기구

231 중간 스테이지

231a Y축 러너 블록

231b Z축 러너 블록

232 너트 가이드

234 Y축 레일

235 Z축 레일

250 위치검출 수단

260 커플링

300 제 2 액추에이터

400 제 3 액추에이터

410 구동기구

412 서보모터

416 베어링부

418 볼나사

419 볼너트

430 연결기구

431 중간 스테이지

431a X축 러너 블록

431b Y축 러너 블록

432 가동 프레임

433 Z축 러너 블록

434 X축 레일

435 Y축 레일

437 Z축 레일

460 커플링

A 어저스터

(발명을 실시하기 위한 최선의 형태)

이하, 도면을 참조하면서, 본 발명의 실시형태에 대하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 실시형태에 의한 진동시험장치의 평면도이다. 본 실시형태의 진동시험장치(1)는 진동시험의 대상인 워크를 테이블(100) 위에 고정하고, 제 1, 제 2, 제 3 액추에이터(200, 300, 400)를 사용하여 테이블(100) 및 그 위의 워크를 직교 3축방향으로 진동시키게 되어 있다. 또한, 이하의 설명에서는, 제 1 액추에이터(200)가 테이블(100)을 진동시키는 방향(도 1에서의 상하방향)을 X축방향, 제 2 액추에이터(300)가 테이블(100)을 진동시키는 방향(도 1에서의 좌우측 방향)을 Y축방향, 제 3 액추에이터(400)가 테이블을 진동시키는 방향, 즉 연직방향(도 1에서, 지면에 수직한 방향)을 Z축방향으로 정의한다.

도 6은 본 발명의 실시형태에 의한 진동시험장치의 제어시스템의 블럭도이다. 제 1, 제 2, 제 3 액추에이터(200, 300, 400)에는, 각각 진동 센서(220, 320, 420)가 설치되어 있다. 이들 진동 센서의 출력에 기초하여 제어 수단(10)이 제 1, 제 2, 제 3 액추에이터(200, 300, 400)(구체적으로는, 서보모터(212, 312, 412))를 피드백 제어함으로써, 원하는 진폭 및 주파수(이들 패러미터는 통상은 시간의 함수로서 설정됨)로 테이블(100) 및 그 위에 부착된 워크를 진동시킬 수 있다.

제 1, 제 2, 제 3 액추에이터(200, 300, 400)는 각각 베이스 플레이트(202, 302, 402) 위에 모터나 동력전달 부재 등이 부착된 구성으로 되어 있다. 이 베이스 플레이트(202, 302, 402)는 도시하지 않은 볼트에 의해, 장치 베이스(2) 상에 고정되어 있다.

또, 장치 베이스(2) 상에는 베이스 플레이트(202, 302, 402)에 근접하는 복수의 위치에 어저스터(A)가 배치되어 있다. 어저스터(A)는, 장치 베이스(2)에 볼트(AB)로 고정되는 암나사부(A1)와, 이 암나사부(A1)에 나사결합되는 수나사부(A2)를 가지고 있다. 수나사부(A2)는 원통면에 나사산이 형성된 원기둥 형상의 부재이며, 수나사부(A2)를 암나사부(A1)에 형성된 나사 구멍에 걸어맞추어지게 하여 회전운동시킴으로써 수나사부(A2)를 대응하는 베이스 플레이트에 대하여 진퇴시킬 수 있다. 수나사부(A2)의 일단(대응하는 베이스 플레이트에 대하여 가까운 위치가 되는 측)은, 대략 구면 형상으로 형성되어 있고, 이 돌출부와 대응하는 베이스 플레 이트의 측면을 접촉시킴으로써, 베이스 플레이트의 위치의 미세조정을 행할 수 있다. 또, 수나사부(A2)의 타단(대응하는 베이스 플레이트에 대하여 먼 위치가 되는 측)에는, 도시하지 않은 육각렌치용의 육각구멍이 형성되어 있다. 또, 일단 베이스 플레이트(202, 302, 402)를 고정한 후는, 진동시험에 의해 베이스 플레이트로부터 어저스터(A)에 전달될 수 있는 진동 등에 의해 수나사부(A2)가 헐거워지지 않도록, 너트(A3)가 수나사부(A2)에 부착되어 있다. 너트(A3)는 그 일단면이 암나사부(A1)에 맞닿도록 부착되어 있고, 이 상태로부터 너트(A3)를 돌려 넣어 암나사부(A1)를 밀어 넣고, 수나사부(A2)와 암나사부(A1)에 축력을 작용시켜, 이 축력에 의해 수나사부(A2)와 암나사부(A1)의 나사산에 생기는 마찰력에 의해, 수나사부(A2)로부터 암나사부(A1)가 헐거워지지 않게 되어 있다.

다음에, 제 1 액추에이터(200)의 구성에 대하여 설명한다. 도 2는, 본 발명의 실시형태에 의한 제 1 액추에이터(200)를 Y축방향에서(도 1의 우측에서 좌측을 향해서) 본 측면도이다. 이 측면도는, 내부구조를 나타내기 위하여 일부가 절결되어 있다. 또, 도 3은, 제 1 액추에이터(200)의 평면도의 일부 절결하여 내부구조를 도시한 것이다. 또한, 이하의 설명에서는, 제 1 액추에이터(200)로부터 테이블(100)을 향하는 X축을 따른 방향을 「X축 정의 방향」, 테이블(100)로부터 제 1 액추에이터를 향하는 X축을 따른 방향을 「X축 부의 방향」이라고 정의한다.

도 2에 나타나 있는 바와 같이, 베이스 플레이트(202) 위에는, 서로 용접된 복수의 빔(222a)과, 천판(222b)으로 이루어지는 프레임(222)이 용접에 의해 고정되어 있다. 또, 테이블(100)(도 1)을 진동시키기 위한 구동기구(210)나 구동기 구(210)에 의한 진동운동을 테이블에 전달시키기 위한 연결기구(230)를 지지하기 위한 지지기구(240)의 바닥판(242)이, 프레임(222)의 천판(222b) 위에 도시하지 않은 볼트를 통하여 고정되어 있다.

구동기구(210)는 서보모터(212), 커플링(260), 베어링부(216), 볼나사(218) 및 볼너트(219)를 가지고 있다. 커플링(260)은 서보모터(212)의 구동축(212a)과 볼나사(218)를 연결하는 것이다. 또, 베어링부(216)는 지지기구(240)의 바닥판(242)에 대하여 수직으로 용접으로 고정된 베어링 지지 플레이트(244)에 의해 지지되어 있고, 볼나사(218)를 회전가능하게 지지하고 있다. 볼너트(219)는 그 축 주위로 이동하지 않도록 베어링 지지 플레이트(244)에 의해 지지되면서, 볼나사(218)와 걸어맞추어진다. 그 때문에 서보모터(212)를 구동하면, 볼나사가 회전하여, 볼너트(219)가 그 축방향(즉 X축방향)으로 진퇴한다. 이 볼너트(219)의 운동이 연결기구(230)를 통하여 테이블(100)에 전달됨으로써, 테이블(100)은 X축방향으로 구동된다. 그리고, 짧은 주기로 서보모터(212)의 회전방향을 전환하도록 서보모터(212)를 제어함으로써, 테이블(100)을 원하는 진폭 및 주기로 X축방향으로 진동시킬 수 있다.

지지기구(240)의 바닥판(242)의 상면에는, 모터 지지 플레이트(246)가 바닥판(242)과 수직으로 용접되어 있다. 모터 지지 플레이트(246)의 일면(X축 부의 방향측의 면)에는, 구동축(212a)이 모터 지지 플레이트(246)와 수직으로 되도록, 서보모터(212)가 캔틸레버식으로 지지되어 있다. 모터 지지 플레이트(246)에는, 개구부(246a)가 설치되어 있고, 서보모터(212)의 구동축(212a)은 이 개구부(246a)를 관통하여, 모터 지지 플레이트(246)의 타면측에서 볼나사(218)와 연결된다.

또한, 서보모터(212)가 모터 지지 플레이트(246)에 캔틸레버식으로 지지되어 있기 때문에, 모터 지지 플레이트(246)에는, 특히 바닥판(242)과의 용접부에서, 큰 굽힘응력이 가해진다. 이 굽힘응력을 완화하기 위하여, 바닥판(242)과 모터 지지 플레이트(246) 사이에는, 리브(248)가 설치되어 있다.

베어링부(216)는 정면조합으로 조합된 1쌍의 앵귤러 볼베어링(216a, 216b)(X축 부의 방향측에 있는 것이 216a이며, X축 정의 방향측에 있는 것이 216b임)을 가지고 있다. 앵귤러 볼베어링(216a, 216b)은 베어링 지지 플레이트(244)의 중공부 중에 수납되어 있다. 앵귤러 볼베어링(216b)의 일면(X축 정의 방향측의 면)에는, 베어링 누름 플레이트(216c)가 설치되어 있고, 이 베어링 누름 플레이트(216c)를 볼트(216d)를 사용하여 베어링 지지 플레이트(244)에 고정함으로써, 앵귤러 볼베어링(216b)은 X축 부의 방향으로 밀려 들어간다. 또, 볼나사(218)에 있어서, 베어링부(216)에 대하여 X축 부의 방향측에 인접하는 원통면에는, 나사부(218a)가 형성되어 있다. 이 나사부(218)에는, 내주에 암나사가 형성된 칼라(217)가 부착되게 되어 있다. 칼라(217)를 볼나사(218)에 대하여 회전운동시켜 X축 정의 방향으로 이동시킴으로써 앵귤러 볼베어링(216a)은 X축 정의 방향으로 밀려 들어간다. 이와 같이, 앵귤러 볼베어링(216a와 216b)이 서로 근접하는 방향으로 밀려 들어가도록 되어 있으므로, 양자가 서로 밀착하여 적합한 프리 로드가 베어링(216a, 216b)에 부여된다.

다음에 연결부(230)의 구성에 대하여 설명한다. 연결부(230)는 너트 가이 드(232), 1쌍의 Y축 레일(234), 1쌍의 Z축 레일(235), 중간 스테이지(231), 1쌍의 X축 레일(237), 1쌍의 X축 러너 블록(233), 및 러너 블록 부착 부재(238)를 가지고 있다.

너트 가이드(232)는 볼너트(219)에 고정되어 있다. 또, 1쌍의 Y축 레일(234)은, 모두 Y축방향으로 뻗어 있는 레일이며, 너트 가이드(232)의 X축 정의 방향측의 단부에, 상하방향으로 나란히 고정되어 있다. 또, 1쌍의 Z축 레일(235)은 모두 Z축방향으로 뻗어 있는 레일이며, 테이블(100)의 X축 부의 방향측의 단부에, Y축방향으로 나란히 고정되어 있다. 중간 스테이지(231)는, 이 Y축 레일(234)의 각각과 걸어맞추는 Y축 러너 블록(231a)이 X축 부의 방향측의 면에, Z축 레일(235)의 각각과 걸어맞추는 Z축 러너 블록(231b)이 X축 정의 방향측의 면에 설치되어 있는 블록이며, Y축 레일(234) 및 Z축 레일(235)의 쌍방에 대하여 슬라이드 가능하게 구성되어 있다.

즉, 중간 스테이지(231)는 테이블(100)에 대하여 Z축방향으로 슬라이드 가능하고, 또한, 너트 가이드(232)에 대하여 Y축방향으로 슬라이드 가능하다. 따라서, 테이블(100)에 대하여 너트 가이드(231)는 Y축방향 및 Z축방향으로 슬라이드 가능하게 되어 있다. 이 때문에, 다른 액추에이터(300 및/또는 400)에 의해 테이블(100)이 Y축방향 및/또는 Z축방향으로 진동되었다고 해도, 그것에 의해 너트 가이드(232)가 변위되지는 않는다. 즉, 테이블(100)의 Y축방향 및/또는 Z축방향의 변위에 기인하는 굽힘응력이 볼나사(218)나 베어링(216), 커플링(260) 등에 가해지지는 않는다.

1쌍의 X축 레일(237)은 모두 X축방향으로 뻗어 있는 레일이며, 지지기구(240)의 바닥판(242) 위에, Y축방향에 나란하게 고정되어 있다. X축 러너 블록(233)은 이 X축 레일(237)의 각각과 걸어맞추어지고, X축 레일(237)을 따라 슬라이드 가능하게 되어 있다. 러너 블록 부착 부재(238)는 Y축방향 양측을 향하여 튀어나오도록 너트 가이드(232)의 바닥면에 고정된 부재이며, X축 러너 블록(233)은 러너 블록 부착 부재(238)의 바닥부에 고정되어 있다. 이와 같이, 너트 가이드(232)는 러너 블록 부착 부재(238) 및 X축 러너 블록(233)을 통하여 X축 레일(237)에 가이드되고 있고, 이것에 의해, X축방향으로만 이동 가능하게 되어 있다.

이와 같이, 너트 가이드(232)의 이동방향이 X축방향으로만 제한되어 있기 때문에, 서보모터(212)를 구동하여 볼나사(218)를 회전운동시키면, 너트 가이드(232) 및 이 너트 가이드(232)와 걸어맞추는 테이블(100)은 X축방향으로 진퇴한다.

러너 블록 부착 부재(238)의 Y축방향측의 일방의 측면(도 2에서는 정면측, 도 3에서는 우측)(238a)에는, 위치검출 수단(250)이 배치되어 있다. 위치검출 수단(250)은 X축방향으로 일정한 간격으로 줄지어진 3개의 근접 센서(251), 러너 블록 부착 부재(238)의 측면(238a)에 설치된 검출용 플레이트(252), 및 근접 센서(251)를 지지하는 센서 지지 플레이트(253)를 가지고 있다. 근접 센서(251)는 각각의 근접 센서의 앞에 무엇인가의 물체가 근접해(예를 들면, 1밀리미터 이내로) 있는지 아닌지를 검출할 수 있는 소자이다. 러너 블록 부착 부재(238)의 측면(238a)과 근접 센서(251)는 충분히 떨어져 있기 때문에, 근접 센서(251)는 각각 의 근접 센서(251)의 앞에 검출용 플레이트(252)가 있는지 아닌지를 검지할 수 있다. 진동시험장치(1)의 제어 수단(10)은, 예를 들면, 근접 센서(251)의 검출결과를 사용하여 서보모터(212)를 피드백 제어할 수 있다(도 6).

또, 지지기구(240)의 바닥판(242) 위에는, X축 러너 블록(233)을 X축방향 양측에서 끼우도록 배치된 규제 블록(236)이 설치되어 있다. 이 규제 블록(236)은 너트 가이드(232)의 이동범위를 제한하기 위한 것이다. 즉, 서보모터(212)를 구동시켜 너트 가이드(232)를 X축 정의 방향을 향하여 계속해서 이동시키면, 최종적으로는, X축 정의 방향측에 배치된 규제 블록(236)과 러너 블록 부착 부재(238)가 접촉하여, 그것 이상 너트 가이드(232)는 X축 정의 방향으로 이동할 수 없게 된다. 너트 가이드(232)를 X축 부의 방향을 향하여 계속해서 이동시키는 경우도 동일하며, X축 부의 방향측에 배치된 규제 블록(236)과 러너 블록 부착 부재(238)가 접촉하여, 그 이상 너트 가이드(232)는 X축 부의 방향으로 이동할 수 없게 된다.

이상 설명한 제 1 액추에이터(200)와 제 2 액추에이터(300)는 설치되는 방향이 상이한(X축과 Y축이 바뀜) 점을 제외하고는 동일한 구조이다. 따라서, 제 2 액추에이터(300)에 대해서는 상세한 설명은 생략한다.

다음에, 본 발명의 실시형태에 의한 제 3 액추에이터(400)의 구성에 대하여 설명한다. 도 4는 테이블(100) 및 제 3 액추에이터(400)를 X축방향에서(도 1의 하방으로부터 상방을 향하여) 본 측면도이다. 이 측면도도 내부구조를 나타내기 위하여 일부가 절결되어 있다. 또, 도 5는 본 발명의 실시형태에 의한 테이블(100) 및 제 3 액추에이터(400)를 Y축방향에서(도 1의 좌측으로부터 우측을 향하여) 본 측면도이다. 도 5도 내부구조를 나타내기 위하여 일부가 절결되어 있다. 또한, 이하의 설명에서는, 제 2 액추에이터(300)로부터 테이블(100)을 향하는 Y축을 따른 방향을 Y축 정의 방향, 테이블(100)로부터 제 2 액추에이터(300)를 향하는 Y축을 따른 방향을 Y축 부의 방향으로 정의한다.

도 4 및 5에 도시되어 있는 바와 같이, 베이스 플레이트(402) 위에는, 연직방향으로 뻗어 있는 복수의 빔(422a)과, 이 복수의 빔(422a)을 위에서 덮도록 배치된 천판(422b)으로 이루어지는 프레임(422)이 설치되어 있다. 각 빔(422a)은 하단이 베이스 플레이트(402)의 상면에, 상단이 천판(422b)의 하면에, 각각 용접되어 있다. 또, 지지기구(440)의 베어링 지지 플레이트(442)가 프레임(422)의 천판(422b) 위에 도시하지 않은 볼트를 통하여 고정되어 있다. 이 베어링 지지 플레이트(442)는 테이블(100)(도 1)을 상하방향으로 진동시키기 위한 구동기구(410)나, 구동기구(410)에 의한 진동운동을 테이블에 전달시키기 위한 연결기구(430)를 지지하기 위한 부재이다.

구동기구(410)는 서보모터(412), 커플링(460), 베어링부(416), 볼나사(418), 및 볼너트(419)를 가지고 있다. 커플링(460)은 서보모터(412)의 구동축(412a)과 볼나사(418)를 연결하는 것이다. 또, 베어링부(416)는 전술의 베어링 지지 플레이트(442)에 고정되어 있고, 볼나사(418)를 회전가능하게 지지하게 되어 있다. 볼너트(419)는 그 축 주위로 이동하지 않도록 베어링 지지 플레이트(442)에 의해 지지되면서, 볼나사(418)와 걸어맞추어진다. 그 때문에 서보모터(412)를 구동하면, 볼나사가 회전하여, 볼너트(419)가 그 축방향(즉 Z축방향)으로 진퇴한다. 이 볼너 트(419)의 운동이 연결기구(430)를 통하여 테이블(100)에 전달됨으로써, 테이블(100)은 Z축방향으로 구동된다. 그리고, 짧은 주기로 서보모터(412)의 회전방향을 바꾸도록 서보모터(412)를 제어함으로써, 테이블(100)을 원하는 진폭 및 주기로 Z축방향(상하방향)으로 진동시킬 수 있다.

지지기구(440)의 베어링 지지 플레이트(442)의 하면으로부터, 2장의 연결 플레이트(443)를 통하여, 수평방향(XY 평면)으로 넓어지는 모터 지지 플레이트(446)가 고정되어 있다. 모터 지지 플레이트(446)의 하면에는, 서보모터(412)가 매달려, 고정되어 있다. 모터 지지 플레이트(446)에는 개구부(446a)가 설치되어 있고, 서보모터(212)의 구동축(412a)은 이 개구부(446a)를 관통하여, 모터 지지 플레이트(446)의 상면측에서 볼나사(418)와 연결된다.

또한, 본 실시형태에서는, 프레임(422)의 높이보다도 서보모터(412)의 축방향(상하방향, Z축방향)의 치수가 크기 때문에, 서보모터(412)의 대부분은, 베이스 플레이트(402)보다도 낮은 위치에 배치된다. 이 때문에, 장치 베이스(2)에는 서보모터(412)를 수납하기 위한 공동부(2a)가 설치되어 있다. 또, 베이스 플레이트(402)에는 서보모터(412)를 통과시키기 위한 개구(402a)가 설치되어 있다.

베어링부(416)는 베어링 지지 플레이트(442)를 관통하도록 설치되어 있다. 또한, 베어링부(416)의 구조는, 제 1 액추에이터(200)에서의 베어링부(216)(도 2, 도3)와 동일하므로, 상세한 설명은 생략한다.

다음에 연결부(430)의 구성에 대하여 설명한다. 연결부(430)는 가동 프레임(432), 1쌍의 X축 레일(434), 1쌍의 Y축 레일(435), 복수의 중간 스테이지(431), 2쌍의 Z축 레일(437), 및 2쌍의 Z축 러너 블록(433)을 가지고 있다.

가동 프레임(432)은 볼너트(419)에 고정된 프레임부(432a)와, 프레임부(432a)의 상단에 고정된 천판(432b)과, 천판(432b)의 X축방향 양쪽 가장자리로부터 하방으로 뻗도록 고정된 측벽(432c)을 가지고 있다. 1쌍의 Y축 레일(435)은, 모두 Y축방향으로 뻗어 있는 레일이며, 가동 프레임(432)의 천판(432b)의 상면에, X축방향으로 나란하게 고정되어 있다. 또, 1쌍의 X축 레일(434)은, 모두 X축방향으로 뻗어 있는 레일이며, 테이블(100)의 하면에, Y축방향으로 나란하게 고정되어 있다. 중간 스테이지(431)는 X축 레일(434)과 걸어맞추는 X축 러너 블록(431a)이 상부에, Y축 레일(435)의 각각과 걸어맞추는 Y축 러너 블록(431b)이 하부에 설치되어 있는 블록이며, X축 레일(434) 및 Y축 레일(435)의 쌍방에 대하여 슬라이드 가능하게 구성되어 있다. 또한, 중간 스테이지(431)는 X축 레일(434)과 Y축 레일(435)이 교차하는 위치마다 하나씩 설치되어 있다. X축 레일(434)과 Y축 레일(435)은 각각 2개씩 설치되어 있기 때문에, X축 레일(434)과 Y축 레일(435)은 4개소에서 교차한다. 따라서, 본 실시형태에서는, 4개의 중간 스테이지(431)가 사용된다.

이와 같이, 중간 스테이지(431)의 각각은 테이블(100)에 대하여 X축방향으로 슬라이드가능하고, 또한, 가동 프레임(432)에 대하여 Y축방향으로 슬라이드가능하다. 즉, 테이블(100)에 대하여 가동 프레임(432)은 X축방향 및 Y축방향으로 슬라이드가능하게 되어 있다. 이 때문에, 다른 액추에이터(200) 및/또는 액추에이터(300)에 의해 테이블(100)이 X축방향 및/또는 Y축방향으로 진동되었다고 해도, 그것에 의해 가동 프레임(432)이 변위하지는 않는다. 즉, 테이블(100)의 X축방향 및/또는 Y축방향의 변위에 기인하는 굽힘응력이 볼나사(418)나 베어링(416), 커플링(460) 등에 가해지지는 않는다.

또, 본 실시형태에서는, 가동 프레임(432)에는 비교적 대중량의 테이블(100) 및 워크를 유지하기 위하여, X축 레일(434) 및 Y축 레일(435)의 간격을, 제 1 액추에이터(200)의 Y축 레일(234) 및 Z축 레일(235)과 비교하여 넓게 취하고 있다. 이 때문에, 제 1 액추에이터(200)와 마찬가지로 하나의 중간 스테이지만에 의해 테이블(100)과 가동 프레임(432)을 연결시키는 구성으로 하면, 중간 스테이지가 대형화되어, 가동 프레임(432)에 가해지는 하중이 증대해 버린다. 이 때문에, 본 실시형태에서는, X축 레일(434)과 Y축 레일(435)이 교차하는 부분마다 소형의 중간 스테이지(431)를 배치하는 구성으로 하여, 가동 프레임(432)에 가해지는 하중의 크기를 필요 최저한으로 억제하고 있다.

2쌍의 Z축 레일(437)은 Z축방향으로 뻗어 있는 레일이며, 가동 프레임(432)의 측벽(432c)의 각각에, Y축방향에 나란하게 1쌍씩 고정되어 있다. Z축 러너 블록(433)은 이 Z축 레일(437)의 각각과 걸어맞추고, Z축 레일(437)을 따라 슬라이드 가능하게 되어 있다. Z축 러너 블록(433)은 러너 블록 부착 부재(438)를 통하여 프레임(422)의 천판(422b)의 상면에 고정되게 되어 있다. 러너 블록 부착 부재(438)는 가동 프레임(432)의 측벽(432c)과 대략 평행하게 배치된 측판(438a)과, 이 측판(438a)의 하단에 고정된 바닥판(438b)을 가지고 있고, 전체적으로는 L자 단면 형상으로 되어 있다. 또, 본 실시형태에서는, 특히 무게중심이 높고 또한 대중 량의 워크를 테이블(100) 위에 고정하면, X축 주위 및/또는 Y축 주위의 큰 모멘트가 가동 프레임(432)에 가해지기 쉽게 되어 있다. 그 때문에, 러너 블록 부착 부재(438)는 이 회전 모멘트에 견딜 수 있도록, 리브에 의해 보강되어 있다. 구체적으로는, 러너 블록 부착 부재(438)의 Y축방향 양단에서의 측판(438a)과 바닥판(438b)이 이루는 코너에, 1쌍의 제 1 리브(438c)가 설치되고, 또한, 이 1쌍의 제 1 리브(438c) 사이에 걸쳐진 제 2 리브(438d)가 설치되어 있다.

이와 같이, Z축 러너 블록(433)이 프레임(422)에 고정되어 있고, 또한 Z축 레일(437)에 대하여 슬라이드 가능하게 되어 있다. 따라서, 가동 프레임(432)은 상하방향으로 슬라이드 가능함과 아울러, 가동 프레임(432)의 상하방향 이외의 이동은 규제된다. 이와 같이, 가동 프레임(432)의 이동방향이 상하방향으로만 제한되어 있기 때문에, 서보모터(412)를 구동하여 볼나사(418)를 회전운동시키면, 가동 프레임(432) 및 이 가동 프레임(432)과 걸어맞추는 테이블(100)은 상하방향으로 진퇴한다.

또, 제 1 액추에이터(200)의 위치검출 수단(250)(도 2, 3)과 동일한 위치검출수단(도시하지 않음)이 제 3 액추에이터(400)에도 설치되어 있다. 진동시험장치(1)제어 수단(10)은 이 위치검출 수단의 검출결과에 기초하여, 가동 프레임(432)의 높이가 소정의 범위 내가 되도록 제어할 수 있다(도 6).

이상에서 설명한 바와 같이, 본 실시형태에서는, 구동축이 서로 직교하는 각 액추에이터와 테이블(100) 사이에, 2대의 레일과 이 레일에 대하여 슬라이드 가능하게 구성된 중간 스테이지가 설치되어 있다. 이것에 의해, 각 액추에이터에 대하 여, 테이블(100)은 그 액추에이터의 구동 방향에 수직한 면 위의 임의의 방향으로 슬라이드 가능하게 되어 있다. 이 때문에, 어떤 액추에이터에 의해 테이블(100)이 변위했다고 해도, 이 변위에 기인하는 하중이나 모멘트가 다른 액추에이터에 가해지지 않고, 또한 다른 액추에이터와 테이블(100)이 중간 스테이지를 통하여 걸어맞추어지는 상태가 유지된다. 즉, 테이블이 임의의 위치로 변위했다고 해도, 각 액추에이터가 테이블을 변위시키는 것이 가능한 상태가 유지된다. 이 때문에, 본 실시형태에서는, 3개의 액추에이터(200, 300, 400)를 동시에 구동시켜 테이블(100) 및 그 위에 고정되는 워크를 3축방향으로 진동시킬 수 있다.

다음에, 커플링(260, 360 및 460)의 구조에 대하여 설명한다. 커플링(260 및 360)은 커플링(460)과 동일한 구조이기 때문에, 이하의 설명에서는, 커플링(460)에 대한 설명만을 하고, 커플링(260 및 360)에 관한 설명은 생략한다. 도 7은 커플링(460) 및, 이 커플링(460)을 통하여 서로 연결되는 AC 서보모터(412)의 구동축(412a)과 볼나사(418)의 축부를 도시하는 확대 단면도이다.

도 7에 도시되어 있는 바와 같이, 커플링(460)은 나일론제의 내륜(461)과, 1쌍의 듀랄루민제의 외륜(462과 463), 및 이것들을 체결하는 복수(본 실시형태에서는 6개)의 볼트(464)로 구성되는 세미 리지드 커플링이다. 내륜(461)의 중앙에는, 내부에서 서로 연결하는 둥근구멍(461a, 461b)이 동축 위에 설치되어 있다. 둥근 구멍(461a)의 내경은 AC 서보모터(412)의 구동축(412a)을 간극 없이 삽입할 수 있는 크기이며, 둥근 구멍(461b)의 내경은 볼나사(418)의 축부를 간극 없이 삽입할 수 있는 크기로 되어 있다. 또한, 본 실시형태에서는, 볼나사(418)의 축부는 AC 서보모터(412)의 구동축(412a)보다도 작은 직경이기 때문에, 둥근 구멍(461b)의 외경은 둥근 구멍(461a)의 외경보다도 작은 직경으로 되어 있다.

내륜(461)의 축방향 중앙부의 외주에는 플랜지부(461c)가 형성되어 있다. 플랜지부(461c)의 양면 내측으로부터는 축방향으로 뻗어 있는 테이퍼부가 각각 형성되어 있다. 각 테이퍼부의 외측면(461d, 461e)은 축방향 선단에 근접할수록 외경이 작아지는 원추형의 테이퍼면으로 되어 있다. 또, 내륜(461)을 끼우는 1쌍의 외륜(462, 463)의 내측에는, 테이퍼 형상의 내측면(462a, 463a)을 갖는 관통구멍이 각각 형성되어 있다. 외륜(462과 463)은 각각 내측면(462a, 463a)의 테이퍼면이 벌어지는 방향을 내륜측으로 향하게 하여 배치되어 있다. 외륜(462, 463)의 테이퍼 형상의 내측면(462a, 463a)은 각각 내륜(461)의 외측면(461d, 461e)과 동일한 테이퍼각을 가지고 있다. 그리고, 외륜(462)의 내측면(462a)과 내륜(461)의 외측면(461d), 외륜(463)의 내측면(463a)와 내륜(461)의 외측면(461e)이 겹치도록, 외륜(462, 463)의 관통구멍에 내륜(461)의 양단에 형성된 테이퍼부가 끼워넣어져 있다.

또, 외륜(463)의 관통구멍의 주위에는, 볼트(464)의 선단부에 형성된 수나사와 걸어맞추는 암나사(463b)가 관통구멍의 축을 중심으로 하는 원주 위에 동일한 간격으로 형성되어 있다. 또, 외륜(462)과 내륜(461)의 플랜지부(461c)에는, 외륜(463)의 암나사(463b)에 대응하는 위치에, 볼트구멍(둥근 구멍)(462b, 461f)이 각각 형성되어 있다. 6개의 볼트(464)(도 7에는 2개만 도시)가 외륜(462)의 볼트구멍(462b) 및 내륜(461)의 볼트구멍(461f)을 통하여 외륜(340)의 암나사(464b)와 걸어맞추어져 있다.

내륜(461)의 둥근 구멍(461a)에 하방으로부터 AC 서보모터(412)의 구동축(412a)의 선단(a)을, 둥근 구멍(461b)에 상방으로부터 볼나사(418)의 축부의 선단을 끼워넣은 후, 볼트(464)를 볼트구멍(462b, 461f)에 끼워넣고, 또한 암나사(464b)에 돌려 넣으면, 내륜(461)은 양측으로부터 외륜(462)과 외륜(463)에 의해 강하게 끼워져, 외륜(462, 4623)의 관통구멍에 내륜(461)의 2개의 테이퍼부가 각각 깊게 박아 넣어진다. 이 때문에, 쐐기의 원리에 의해, 내륜(461)의 둥근구멍(461a, 461b)으로부터 AC 서보모터(412)의 구동축(412a) 및 볼나사(418)의 축부에 각각 강한 측압이 가해진다. 따라서, 둥근 구멍(461a, 461b)과 구동축(412a), 볼나사(418) 사이에 각각 강력한 마찰력이 발생하여, 구동축(412a)과 볼나사(418)가 내륜(461)을 통하여 일체로 연결된다.

도 7에 도시되어 있는 바와 같이, 외륜(452와 463) 사이는 점탄성체인 나일론 수지로 형성된 내륜(461)만으로 지지되어 있다. 또, 도 7에 도시되어 있는 바와 같이, 커플링(460)에서, AC 서보모터(412)의 구동축(412a)의 선단과, 볼나사(418)의 축부의 선단은, 미소한(예를 들면, 약 1밀리미터) 간격을 두고 연결되어 있다. 따라서, 모터로부터 축을 압축하는 방향의 힘이 가해진 경우에는, 내륜이 탄성변형하여, 이 구동축(412a)과 볼나사(418)의 간격이 좁아짐으로써, 커플링(460) 내에서 축방향의 힘을 흡수하여, 볼나사측에 전해지는 축방향의 힘을 대폭 감쇠시킬 수 있다. 본 실시형태에서는, 내륜(461)의 진동감쇠율은, 진동시험에서의 계측 주파수영역 내에서 비교한 경우, 구동축(412a)의 고유 진동수에 있어서 대 략 최대로 되어 있다. 이것에 의해, 구동축(412a)의 축방향, 또는, 축의 반경방향의 진동을 효과적으로 감쇠시킬 수 있다. 또한, 구동축(412a)의 고유 진동수에서의 내륜(461)의 진동감쇠율은 반드시 계측 주파수 영역에서 대략 최대일 필요는 없지만, 적어도 계측 주파수 영역에서의 주파수 평균보다도 큰 것이 바람직하다.

한편, 상기한 바와 같이, AC 서보모터(412)의 구동축(412a)의 선단과, 볼나사(418)의 축부의 선단의 간격은 1밀리미터 정도로 짧고, 또, 각 축의 선단은 전체 둘레가 내륜과 일체화되어 있다. 이 때문에, 비틀어 돌리는 방향으로는 충분히 리지드하게 연결되어 있어, 백래시가 없어, AC 서보모터(412)의 구동축(412a)의 회전구동을 정확하게 볼나사(418)에 전달할 수 있다.

본 실시형태에서는, 상기한 바와 같이, 액추에이터(200, 300, 400)와 테이블(100) 사이에는, 레일과 러너 블록을 조합한 가이드 기구를 구비한 연결부가 설치되어 있다. 또, 동일한 가이드 기구가 액추에이터(200, 300, 400)에 설치되어 있고, 이 가이드 기구는 각 액추에이터의 볼나사 기구의 너트를 가이드하기 위하여 사용된다. 이들 가이드 기구의 구성에 대하여, 도면을 사용하여 상세하게 설명한다. 또한, 이하의 설명은 제 3 액추에이터(400)의 Z축 러너 블록(433) 및 Z축 레일(437)로 구성되는 가이드 기구(도 5)에 대한 것이지만, 다른 가이드 기구도 동일한 구성이다.

도 8은, 러너 블록(433) 및 레일(437)을 레일(437)의 장축방향에 수직한 일면으로 절단한 단면도이며, 도 9는 도 8의 I-I 단면도이다. 도 8 및 도 9에 도시되어 있는 바와 같이, 러너 블록(433)에는 레일(437)을 둘러싸도록 오목부가 형성 되어 있고, 이 오목부에는 레일(435)의 축방향으로 뻗어 있는 4개의 홈(433a, 433a')이 형성되어 있다. 이 홈(433a, 433a')에는 다수의 스테인레스강제의 볼(433b)이 수납되어 있다. 레일(437)에는 러너 블록(433)의 홈(433a, 433a')과 대향하는 위치에 각각 홈(437a, 437a')이 설치되어 있고, 볼(433b)이 홈(433a)과 홈(437a), 또는 홈(433a')과 홈(437a') 사이에 끼워지도록 되어 있다. 홈(433a, 433a', 437a, 437a')의 단면 형상은 원호 형상이며, 그 곡률 반경은 볼(433b)의 반경과 대략 동일하다. 이 때문에, 볼(433b)은 여유가 거의 없는 상태에서 홈(433a, 433a', 437a, 437a')에 밀착한다.

러너 블록(433)의 내부에는, 홈(433a)의 각각과 대략 평행한 볼 퇴피로(433c)가 4개 설치되어 있다. 도 8에 도시되어 있는 바와 같이, 홈(433a)과 퇴피로(433c)는 각각의 양단에서 U자로(433d)를 통하여 접속되어 있고, 홈(433a), 홈(437a), 퇴피로(433c), U자로(433d)는 볼(433b)을 순환시키기 위한 순환로를 형성한다. 퇴피로(433c) 및 홈(433a' 및 437a')에 대해서도, 동일한 순환로가 형성되어 있다.

이 때문에, 러너 블록(433)이 레일(437)에 대하여 이동하면, 다수의 볼(433b)이 홈(433a, 433a', 437a, 437a')을 구르면서 순환로를 순환한다. 이 때문에, 레일 축방향 이외의 방향으로 대하중이 가해지고 있었다고 해도, 다수의 볼로 러너 블록을 지지 가능함과 아울러, 볼(433b)이 구름으로써 레일 축방향의 저항이 작게 유지되므로, 러너 블록(433)을 레일(437)에 대하여 원활하게 이동시킬 수 있다. 또한, 퇴피로(433c) 및 U자로(433d)의 내경은 볼(433b)의 직경보다 약간 크 게 되어 있어, 퇴피로(433c) 및 U자로(433d)와 볼(433b) 사이에 발생하는 마찰력은 극히 미미하기 때문에, 볼(433b)의 순환이 방해되지는 않는다.

도 8에 도시되어 있는 바와 같이, 홈(433a와 437a)에 끼인 2열의 볼(433b)의 열은 접촉각이 대략 45°가 되는 정면조합형의 앵귤러 볼베어링을 형성한다. 이 경우의 접촉각은 홈(433a 및 437a)이 볼(433b)과 접촉하는 접촉점끼리를 연결한 선과, 리니어 가이드의 레이디얼 방향(러너 블록으로부터 레일을 향하는 방향)이 이루는 각도이다. 이와 같이 형성된 앵귤러 볼베어링은 역레이디얼 방향(레일에서 러너 블록을 향하는 방향) 및 횡방향(레이디얼 방향 및 러너 블록의 진퇴 방향의 쌍방에 직교하는 방향. 도면 중 좌우 방향)의 하중을 지지할 수 있다.

마찬가지로, 홈(433a'과 437a')에 끼인 2열의 볼(433b)의 열은, 접촉각(홈(433a' 및 437a')이 볼(433b)과 접촉하는 접촉점끼리를 연결한 선과, 리니어 가이드의 역레이디얼 방향과의 각도)이 45°가 되는, 정면조합형의 앵귤러 볼베어링을 형성한다. 이 앵귤러 볼베어링은 레이디얼 방향 및 횡방향의 하중을 지지할 수 있다.

또, 홈(433a와 437a)의 일방(도면 중 좌측)과, 홈(433a'과 437a')의 일방(도면 중 좌측)에 각각 끼인 2열의 볼(433b)의 열도 또한, 정면조합형의 앵귤러 볼베어링을 형성한다. 마찬가지로 홈(433a와 437a)의 타방(도면 중좌측)과, 홈(433a'과 437a')의 타방(도면 중 좌측)에 각각 끼인 2열의 볼(433b)의 열도 또한, 정면조합형의 앵귤러 볼베어링을 형성한다.

이와 같이, 본 실시형태의 가이드 기구에서는, 레이디얼 방향, 역레이디얼 방향, 횡방향의 각각에 작용하는 하중에 대하여, 정면조합형의 앵귤러 볼베어링이 지지하게 되어, 레일 축방향 이외의 방향에 가해지는 대하중을 충분히 지지할 수 있게 되어 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 실시형태의 진동시험장치는, 테이블을, 각각 서로 직교하는 제 1 및 제 2 방향(X축 및 Y축방향)으로 진동시킬 수 있는 제 1 및 제 2 액추에이터와, 테이블을 제 1 액추에이터에 대하여 제 2 방향으로 슬라이드 가능하게 하는 제 1 연결 수단과, 테이블을 제 2 액추에이터에 대하여 제 1 방향으로 슬라이드 가능하게 하는 제 2 연결 수단을 갖는다.

상기의 진동시험장치에서는, 각 액추에이터는 테이블에 대하여 그 액추에이터의 진동방향에 직교하는 방향으로 슬라이드 가능하게 되어 있다. 그 때문에 어떤 액추에이터로 테이블을 진동시켜도, 테이블이 다른 액추에이터에 대하여 슬라이드 하므로, 다른 액추에이터가 변위하지도, 다른 액추에이터의 진동방향이 변화되지도 않는다. 따라서, 본 발명에서는, 각 액추에이터는 테이블 및 워크를 진동시킬 수 있을 만큼의 파워가 있으면 된다. 또, 본 발명에 의하면, 액추에이터를 회전운동시키지 않고 테이블을 진동시키는 것이 가능하게 되기 때문에, 액추에이터의 구동축이 짧아도 테이블을 큰 스트로크로 진동시킬 수 있다. 아울러, 어떤 액추에이터가 다른 액추에이터의 거동에 영향을 주지 않기 때문에, 액추에이터의 제어계를 복잡하게 하지 않아, 원하는 진폭, 주파수로 테이블을 진동시키는 것이 가능하게 된다. 따라서, 본 발명에 의하면, 장치를 대형화·복잡화하게 하지 않고, 큰 진폭으로 테이블을 진동시키는 것이 가능하게 된다.

또, 본 실시형태의 구성에서는, 상기한 바와 같이, 액추에이터가 변위하지도 회전운동하지도 않기 때문에, 서보모터로 구동되는 볼나사 기구를 액추에이터에 채용하는 것이 용이하다. 볼나사 기구는, 유압 액추에이터에서 문제가 되는 오일 누출은 없고, 또, 압전 액추에이터보다도 훨씬 큰 스트로크로 테이블을 진동시킬 수 있다.

서보모터의 회전축과 상기 볼나사 기구의 볼나사를 연결하는 커플링이 백래시가 없고 굽힘 방향으로 유연성을 가져 모터의 구동축의 연장방향의 진동의 전달을 저해하도록 구성되어 있는 세미 리지드 커플링인 구성으로 하는 것이 더욱 바람직하다. 이 구성에 의해, 높은 응답성을 가지고 이송나사를 구동시키면서, 다소의 축 벗어남이 있어도 극단적으로 큰 내부 변형을 발생하지 않고 원활한 구동을 가능하게 하고, 또한 모터 구동축방향의 진동을 차단할 수 있다.

세미 리지드 커플링은 수지나 고무로 만들어진 점탄성 요소를 구비하고 있는 것이 바람직하다. 또, 세미 리지드 커플링은 서보모터의 구동축의 진동의 감쇠율이 구동축의 고유 진동수에서 최대가 되도록 구성되어 있다. 이러한 구성으로 함으로써, 모터로부터 구동축을 통하여 전해지는 축방향 또는 축의 반경방향의 진동을, 세미 리지드 커플링 내의 점탄성 요소에 의해 효과적으로 감쇠시키는 것이 가능하게 되고, 이러한 진동을 거의 출력측에 전달시키지 않도록 할 수 있다.

또, 바람직하게는, 세미 리지드 커플링은 강체 요소인 1쌍의 외륜과, 이 1쌍의 외륜 사이에 배치된, 탄성 요소 또는 점탄성 요소를 포함하는 내륜을 가지고 있다. 외륜의 중심에는 테이퍼 구멍이, 내륜의 중심에는 연결하는 축을 통과시키기 위한 원기둥 형상의 관통구멍이 각각 형성되어 있다. 또, 내륜의 외주의 축방향의 양단에는, 1쌍의 외륜의 테이퍼 구멍의 내주와 각각 걸어맞춤 가능한 테이퍼면이 형성되어 있다. 내륜의 관통구멍에 이송나사 및 서보모터의 구동축을 끼워넣고, 내륜의 테이퍼면에 1쌍의 외륜의 테이퍼 구멍의 내주를 맞닿게 하고, 이 1쌍의 외륜끼리를 볼트로 서로 고정함으로써 내륜을 통하여 축이 연결된다. 이러한 구성으로 함으로써, 축 출력을 높은 응답성을 가지고 전달하면서, 축방향의 진동을 흡수하는 세미 리지드 커플링을 극히 간단한 구성으로 실현할 수 있다.

또, 볼나사 기구의 너트가 볼나사의 축방향으로만 이동 가능하게 되도록 너트를 가이드하는 가이드 기구가, 진동시험장치의 프레임에 고정되는 제1부와, 너트에 고정되는 제2부를 갖고, 제1부와 제2부의 일방이 레일을 갖고 또한 타방이 레일과 걸어맞추어져 이 레일을 따라 이동가능한 러너 블록을 갖고, 러너 블록이 레일을 둘러싸는 오목부와, 오목부에서, 러너 블록의 이동방향을 따라 형성된 홈과, 러너 블록의 내부에 형성되어 홈과 폐회로를 형성하도록 홈의 이동방향 양단과 연결되어 있는 퇴피로와, 폐회로를 순환함과 아울러 홈에 위치할 때는 레일과 맞닿게 되어 있는 복수의 볼을 갖는 구성으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 러너 블록에는 상기의 폐회로가 4개 형성되어 있고, 이 4개의 폐회로 중 2개의 폐회로의 홈의 각각에 배치된 볼은 리니어 가이드의 레이디얼 방향에 대하여 대략 ±45도의 접촉각을 갖고, 다른 2개의 폐회로의 홈의 각각에 배치된 볼은 가이드 기구의 역레이디얼 방향에 대하여 대략 ±45도의 접촉각을 갖는 구성으로 하는 것이 바람직하다.

이러한 구성의 가이드 기구는, 그 레이디얼 방향, 역레이디얼 방향 및 횡방 향으로 제하중이 가해졌다고 해도, 러너 블록을 레일을 따라 원활하게 이동시킬 수 있다. 그리고, 이러한 가이드 기구에 의해 너트가 가이드되므로, 진동장치의 테이블 대중량의 워크를 부착하여 진동시키는 경우라도, 이송나사 기구의 너트는 덜거덕거리지 않고, 원활하게 레일을 따라 움직일 수 있다.

또, 바람직하게는, 제 1 및 제 2 연결 수단의 각 각은 테이블과 대응하는 액추에이터의 사이에 배치된 중간 스테이지를 갖고, 제 1 연결 수단의 중간 스테이지는 제 1 방향에 수직한 일방향으로만 테이블에 대하여 슬라이드 가능함과 아울러, 이 일방향과 제 1 방향의 쌍방에 수직한 방향으로만 제 1 액추에이터에 대하여 슬라이드 가능하고, 제 2 연결 수단의 중간 스테이지는, 제 2 방향에 수직한 일방향으로만 테이블에 대하여 슬라이드 가능함과 아울러, 이 일방향과 제 2 방향의 쌍방에 수직한 방향으로만 상기 제 2 액추에이터에 대하여 슬라이드 가능이다.

여기에서, 예를 들면, 제 1 연결 수단의 중간 스테이지가 상기 테이블 및 제 1 액추에이터에 대하여 슬라이드 가능한 2방향 중 일방은 제 2 방향이며, 제 2 연결 수단의 중간 스테이지가 테이블 및 제 2 액추에이터에 대하여 슬라이드 가능한 2방향 중 일방은 제 1 방향이다.

또, 바람직하게는, 테이블에 대하여 중간 스테이지를 슬라이드 가능하게 하기 위하여, 예를 들면 테이블 및 중간 스테이지의 일방에는, 중간 스테이지가 테이블에 대하여 슬라이드 가능한 방향으로 뻗어 있는 적어도 1개의 레일이 설치되어 있고, 또한, 테이블 및 중간 스테이지의 타방에는 레일에 걸어맞추는 러너 블록이 설치되어 있다. 또, 바람직하게는, 액추에이터에 대하여 중간 스테이지를 슬라이 드 가능하게 하기 위하여, 예를 들면, 중간 스테이지 및 대응하는 액추에이터의 일방에는, 중간 스테이지가 대응하는 액추에이터에 대하여 슬라이드 가능한 방향으로 뻗어 있는 적어도 1개의 레일이 설치되어 있고, 또한, 중간 스테이지 및 대응하는 액추에이터의 타방에는 레일에 걸어맞추는 러너 블록이 설치되어 있다.

또, 테이블과 중간 스테이지, 및/또는 중간 스테이지와 액추에이터가 각각 서로 평행하게 배치된 복수의 레일과 러너 블록에 의해 연결되는 구성으로 해도 된다. 이러한 구성으로 하면, 액추에이터가 테이블을 진동시킬 때, 테이블과 중간 스테이지 사이, 및 중간 스테이지와 액추에이터 사이에 진동방향 주위의 회전 모멘트가 거의 발생하지 않게 된다. 이 결과, 원하는 진동상태가 용이하게 얻어진다.

또, 러너 블록이, 레일을 둘러싸는 오목부와, 오목부에서 러너 블록의 이동방향을 따라 형성된 홈과, 러너 블록의 내부에 형성되고, 홈과 폐회로를 형성하도록 홈의 이동방향 양단과 연결되어 있는 퇴피로와, 폐회로를 순환함과 아울러, 홈에 위치할 때는 레일과 맞닿게 되어 있는 복수의 볼을 갖는 구성으로 해도 된다. 또, 러너 블록에는 이 폐회로가 4개 형성되어 있고, 4개의 폐회로 중 2개의 폐회로의 홈의 각각에 배치된 볼이, 레일과 러너 블록을 구비한 가이드 기구의 레이디얼 방향에 대하여 대략 ±45도의 접촉각을 갖고, 다른 2개의 폐회로의 홈의 각각에 배치된 볼이 가이드 기구의 역레이디얼 방향에 대하여 대략 ±45도의 접촉각을 갖는 구성으로 하는 것이 보다 바람직하다.

이러한 구성의 가이드 기구는, 그 레이디얼 방향, 역레이디얼 방향 및 횡방 향으로 제하중이 가해졌다고 해도, 러너 블록을 레일을 따라 원활하게 이동시킬 수 있다. 그리고, 이러한 가이드 기구에 의해 중간 스테이지가 가이드되므로, 진동장치의 테이블 대중량의 워크를 부착하여 진동시키는 경우라도, 중간 스테이지는 덜거덕거리지 않고, 원활하게 레일을 따라 움직일 수 있다.

또, 본 실시형태의 진동시험장치는, 제 1 및 제 2 방향의 쌍방에 수직한 제 3 방향(Z축 방향)에 테이블을 진동시킬 수 있는 제 3 액추에이터와, 테이블을 제 3 액추에이터에 대하여 제 1 및 제 2 방향으로 슬라이드 가능하게 연결하는 제 3 연결 수단을 갖고, 제 1 및 제 2 연결 수단은 각각 상기 테이블을 제 1 및 제 2 액추에이터에 대하여 제 3 방향으로 슬라이드 가능하게 연결하는 구성으로 되어 있다. 이 구성에 의하면, 3축방향으로 진동시킬 수 있는 진동시험장치가 실현된다.

Claims

워크를 부착하기 위한 테이블과,

상기 테이블을 제 1 방향으로 진동시킬 수 있는 제 1 액추에이터와,

상기 테이블을 상기 제 1 방향과 직교하는 제 2 방향으로 진동시킬 수 있는 제 2 액추에이터와,

상기 테이블을 상기 제 1 액추에이터에 대하여 제 2 방향으로 슬라이드 가능하게 연결하는 제 1 연결 수단과,

상기 테이블을 상기 제 2 액추에이터에 대하여 제 1 방향으로 슬라이드 가능하게 연결하는 제 2 연결 수단,

을 갖는 것을 특징으로 하는 진동시험장치.
제 1 항에 있어서,

상기 제 1 및 제 2 액추에이터는,

서보모터와,

상기 서보모터의 회전운동을 제 1 또는 제 2 방향의 병진운동으로 변환하는 볼나사 기구를 각각 갖는 것을 특징으로 하는 진동시험장치.
제 2 항에 있어서,

상기 서보모터의 회전축과 상기 볼나사 기구의 볼나사를 연결하는 커플링을 더 갖고,

상기 커플링이 백래시가 없고, 회전축의 굽힘 방향으로 유연성을 갖고, 상기 모터의 구동축방향의 진동의 전달을 저해하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 진동시험장치.
제 3 항에 있어서,

상기 세미 리지드 커플링은 점탄성 요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 진동시험장치.
제 4 항에 있어서,

상기 점탄성 요소의 적어도 일부는 수지로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 진동시험장치.
제 4 항에 있어서,

상기 점탄성 요소의 적어도 일부는 고무로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 진동시험장치.
제 3 항에 있어서,

상기 세미 리지드 커플링은 상기 서보모터의 구동축방향의 진동의 감쇠율이 이 구동축의 고유 진동수에서 대략 최대가 되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하 는 진동시험장치.
제 3 항에 있어서,

상기 세미 리지드 커플링은,

중심에 테이퍼 구멍이 관통형성된 강체 요소인 1쌍의 외륜과,

상기 1쌍의 외륜 사이에 배치되고, 중심에 연결하는 축을 통과시키기 위한 원기둥 형상의 관통구멍이 형성되고, 외주의 축방향 양단에 상기 1쌍의 외륜의 테이퍼 구멍의 내주와 각각 걸어맞춤 가능한 테이퍼면이 형성되어 있는, 탄성 요소 또는 점탄성 요소로 이루어지는 내륜을 갖고,

상기 내륜의 관통구멍에 상기 볼나사 및 상기 서보모터의 구동축이 끼워넣어져, 상기 내륜의 테이퍼면에 상기 1쌍의 외륜의 테이퍼 구멍의 내주가 맞닿고, 상기 1쌍의 외륜끼리 볼트로 서로 고정됨으로써 내륜을 통하여 축이 연결되는 것을 특징으로 하는 진동시험장치.
제 2 항에 있어서,

상기 볼나사 기구의 너트가 상기 볼나사의 축방향으로만 이동 가능하게 되도록 이 너트를 가이드하는 가이드 기구가, 상기 진동시험장치의 프레임에 고정되는 제1부와, 이 너트에 고정되는 제2부를 갖고,

상기 제1부와 제2부의 일방이 레일을 갖고, 또한 타방이 상기 레일과 걸어맞추어져 이 레일을 따라 이동할 수 있는 러너 블록을 갖고,

상기 러너 블록이,

상기 레일을 둘러싸는 오목부와,

상기 오목부에서, 상기 러너 블록의 이동방향을 따라 형성된 홈과,

상기 러너 블록의 내부에 형성되어, 상기 홈과 폐회로를 형성하도록 상기 홈의 상기 이동방향 양단과 연결되어 있는 퇴피로와,

상기 폐회로를 순환함과 아울러, 상기 홈에 위치할 때는 상기 레일과 맞닿도록 되어 있는 복수의 볼을 갖는 것을 특징으로 하는 진동시험장치.
제 9 항에 있어서,

상기 러너 블록에는 상기 폐회로가 4개 형성되어 있고,

상기 4개의 폐회로 중 2개의 폐회로의 홈의 각각에 배치된 볼은 가이드 기구의 레이디얼 방향에 대하여 대략 ±45도의 접촉각을 갖고, 다른 2개의 폐회로의 홈의 각각에 배치된 볼은 상기 가이드 기구의 역레이디얼 방향에 대하여 대략 ±45도의 접촉각을 갖는 것을 특징으로 하는 진동시험장치.
제 1 항에 있어서,

상기 제 1 및 제 2 연결 수단의 각각은 상기 제 1 및 제 2 액추에이터와 상기 테이블 사이에 배치된 중간 스테이지를 갖고,

상기 제 1 연결 수단의 중간 스테이지는, 이 제 1 방향에 수직한 일방향으로만 상기 테이블에 대하여 슬라이드 가능하고, 또한, 이 일방향과 이 제 1 방향의 쌍방에 수직한 방향으로만 상기 제 1 액추에이터에 대하여 슬라이드 가능하며,

상기 제 2 연결 수단의 중간 스테이지는, 이 제 2 방향에 수직한 일방향으로만 상기 테이블에 대하여 슬라이드 가능하고, 또한, 이 일방향과 이 제 2 방향의 쌍방에 수직한 방향으로만 상기 제 2 액추에이터에 대하여 슬라이드가능한 것을 특징으로 하는 진동시험장치.
제 11 항에 있어서,

상기 제 1 연결 수단의 중간 스테이지가 상기 테이블 및 상기 제 1 액추에이터에 대하여 슬라이드 가능한 2방향 중 일방은 이 제 2 방향이며,

상기 제 2 연결 수단의 중간 스테이지가 상기 테이블 및 상기 제 2 액추에이터에 대하여 슬라이드 가능한 2방향 중 일방은 이 제 1 방향인 것을 특징으로 하는 진동시험장치.
제 11 항에 있어서,

상기 테이블 및 상기 중간 스테이지의 일방에는, 상기 중간 스테이지가 상기 테이블에 대하여 슬라이드 가능한 방향으로 뻗어 있는 적어도 1개의 레일이 설치되어 있고,

상기 테이블 및 상기 중간 스테이지의 타방에는 상기 레일에 걸어맞추는 러너 블록이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 진동시험장치.
제 13 항에 있어서,

상기 테이블과 상기 중간 스테이지는, 서로 평행하게 배치된 복수의 레일과, 상기 복수의 레일의 각각에 걸어맞추는 복수의 러너 블록을 통하여, 슬라이드 가능하게 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 진동시험장치.
제 13 항에 있어서,

상기 러너 블록이,

상기 레일을 둘러싸는 오목부와,

상기 오목부에서, 상기 러너 블록의 이동방향을 따라 형성된 홈과,

상기 러너 블록의 내부에 형성되고, 상기 홈과 폐회로를 형성하도록 상기 홈의 상기 이동방향 양단과 연결되어 있는 퇴피로와,

상기 폐회로를 순환함과 아울러, 상기 홈에 위치할 때는 상기 레일과 맞닿도록 되어 있는 복수의 볼을 갖는 것을 특징으로 하는 진동시험장치.
제 15 항에 있어서,

상기 러너 블록에는 상기 폐회로가 4개 형성되어 있고,

상기 4개의 폐회로 중 2개의 폐회로의 홈의 각각에 배치된 볼이, 상기 레일과 상기 러너 블록을 구비한 가이드 기구의 레이디얼 방향에 대하여 대략 ±45도의 접촉각을 갖고, 다른 2개의 폐회로의 홈의 각각에 배치된 볼은 상기 가이드 기구의 역레이디얼 방향에 대하여 대략 ±45도의 접촉각을 갖는 것을 특징으로 하는 진동 시험장치.
제 11 항에 있어서,

상기 중간 스테이지 및 대응하는 액추에이터의 일방에는, 상기 중간 스테이지가 상기 대응하는 액추에이터에 대하여 슬라이드 가능한 방향으로 뻗어 있는 적어도 1개의 레일이 설치되어 있고,

상기 중간 스테이지 및 대응하는 액추에이터의 타방에는 상기 레일에 걸어맞추는 러너 블록이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 진동시험장치.
제 17 항에 있어서,

상기 중간 스테이지와 대응하는 액추에이터는, 서로 평행하게 배치된 복수의 레일과, 상기 복수의 레일의 각각에 걸어맞추는 복수의 러너 블록을 통하여, 슬라이드 가능하게 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 진동시험장치.
제 17 항에 있어서,

상기 러너 블록이,

상기 레일을 둘러싸는 오목부와,

상기 오목부에서, 상기 러너 블록의 이동방향을 따라 형성된 홈과,

상기 러너 블록의 내부에 형성되고, 상기 홈과 폐회로를 형성하도록 상기 홈의 상기 이동방향 양단과 연결되어 있는 퇴피로와,

상기 폐회로를 순환함과 아울러, 상기 홈에 위치할 때는 상기 레일과 맞닿도록 되어 있는 복수의 볼을 갖는 것을 특징으로 하는 진동시험장치.
제 19 항에 있어서,

상기 러너 블록에는 상기 폐회로가 4개 형성되어 있고,

상기 4개의 폐회로 중 2개의 폐회로의 홈의 각각에 배치된 볼이 상기 레일과 상기 러너 블록을 구비한 가이드 기구의 레이디얼 방향에 대하여 대략 ±45도의 접촉각을 갖고, 다른 2개의 폐회로의 홈의 각각에 배치된 볼은 상기 가이드 기구의 역레이디얼 방향에 대하여 대략 ±45도의 접촉각을 갖는 것을 특징으로 하는 진동시험장치.
제 1 항에 있어서,

이 제 1 및 제 2 방향의 쌍방에 수직한 제 3 방향으로 상기 테이블을 진동시킬 수 있는 제 3 액추에이터와,

상기 테이블을 상기 제 3 액추에이터에 대하여 제 1 및 제 2 방향으로 슬라이드 가능하게 연결하는 제 3 연결 수단을 갖고,

상기 제 1 및 제 2 연결 수단은 각각 상기 테이블을 제 1 및 제 2 액추에이터에 대하여 제 3 방향으로 슬라이드 가능하게 연결하는 것을 특징으로 하는 진동시험장치.
제 21 항에 있어서,

상기 제 3 액추에이터는 서보모터로 볼나사 기구를 구동하여 상기 테이블을 진동시키는 것을 특징으로 하는 진동시험장치.
제 21 항에 있어서,

상기 제 3 연결 수단은 상기 제 3 액추에이터와 상기 테이블 사이에 배치된 중간 스테이지를 갖고,

상기 제 3 연결 수단의 중간 스테이지는 이 제 3 방향에 수직한 일방향으로만 상기 테이블에 대하여 슬라이드 가능하고, 또한, 이 일방향과 이 제 3 방향의 쌍방에 수직한 방향으로만 상기 제 1 액추에이터에 대하여 슬라이드 가능한 것을 특징으로 하는 진동시험장치.
제 23 항에 있어서,

상기 제 3 연결 수단의 중간 스테이지가 상기 테이블 및 상기 제 1 액추에이터에 대하여 슬라이드 가능한 2방향은 이 제 1 및 제 2 방향인 것을 특징으로 하는 진동시험장치.
제 23 항에 있어서,

상기 테이블 및 상기 중간 스테이지의 일방에는, 상기 중간 스테이지가 상기 테이블에 대하여 슬라이드 가능한 방향으로 뻗어 있는 적어도 1개의 레일이 설치되 어 있고,

상기 테이블 및 상기 중간 스테이지의 타방에는 상기 레일에 걸어맞추는 러너 블록이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 진동시험장치.
제 25 항에 있어서,

상기 테이블과 상기 중간 스테이지는, 서로 평행하게 배치된 복수의 레일과, 상기 복수의 레일의 각각에 걸어맞추는 복수의 러너 블록을 통하여, 슬라이드 가능하게 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 진동시험장치.
제 23 항에 있어서,

상기 중간 스테이지 및 대응하는 액추에이터의 일방에는, 상기 중간 스테이지가 상기 대응하는 액추에이터에 대하여 슬라이드 가능한 방향으로 뻗어 있는 적어도 1개의 레일이 설치되어 있고,

상기 중간 스테이지 및 대응하는 액추에이터의 타방에는, 상기 레일에 걸어맞추는 러너 블록이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 진동시험장치.
제 27 항에 있어서,

상기 중간 스테이지와 대응하는 액추에이터는, 서로 평행하게 배치된 복수의 레일과, 상기 복수의 레일의 각각에 걸어맞추는 복수의 러너 블록을 통하여, 슬라이드 가능하게 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 진동시험장치.
제 23 항에 있어서,

상기 제 3 방향이 연직방향이고,

상기 제 3 액추에이터는 복수의 중간 스테이지를 갖는 것을 특징으로 하는 진동시험장치.