TWI454681B

TWI454681B - 振動試驗裝置

Info

Publication number: TWI454681B
Application number: TW098115077A
Authority: TW
Inventors: Sigeru Matsumoto; Hiroshi Miyashita; Kazuhiro Murauchi; Masanobu Hasegawa
Original assignee: Kokusai Keisokuki Kk
Priority date: 2008-05-14
Filing date: 2009-05-07
Publication date: 2014-10-01
Also published as: WO2009139089A1; JP2009276190A; JP4812802B2; KR20110008139A; TW200946891A; KR101262804B1; CN101796383B; CN101796383A

Description

振動試驗裝置

本發明是關於一種振動試驗裝置，其利用直動變換器將馬達所產生的往復旋轉運動變換成直線往復運動，且以此直線往復運動使得被檢物振動。

作為在被檢物(工件)上施加拉伸、壓縮、彎曲荷重等的試驗裝置，已知的是如日本特開平6-129969號所記載般，利用伺服馬達以驅動本身是一種直動變換器的滾珠螺桿機構。這個試驗裝置，是將滾珠螺桿連結於伺服馬達的旋轉軸，並將十字頭(cross head)(可動工作台)裝設於與滾珠螺桿相卡合的滾珠螺帽，藉由伺服馬達的驅動使得滾珠螺桿旋轉，並將荷重施加於被裝設在十字頭與固定端的工件上。

在這種試驗裝置中，當在周期性地切換伺服馬達的旋轉方向的同時對其進行驅動時，能夠使得十字頭在沿著滾珠螺桿的方向上振動。是故，藉由將工件固定於十字頭上，並如上述般地使得十字頭振動，便能夠進行使得工件振動的振動試驗。

然而，在如上述般地使用滾珠螺桿機構作為直動變換器的場合下，特別是當利用約數Hz的較長周期且大的加速度振幅使得工件振動時，由於滾珠螺桿機構的滾珠與滾珠之間的衝撞等，釘狀的衝擊荷重會施加於工件上。當這種衝擊荷重施加於工件時，工件會呈現非預期的舉動(例如：利用衝擊荷重而在工件內部發生缺陷)的可能性。是故，使用滾珠螺桿機構作為直動變換器的振動試驗裝置，不能夠使用在進行以長周期且大加速度振幅使得工件振動般的振動試驗之情況。

本發明是為了解決上述目的而設計的。亦即，本發明的目的在於提供一種振動試驗裝置，能以在長周期且大加速度振幅下進行使得工件振動的振動試驗。

為了達成上述的目的，本發明的實施形態的振動試驗裝置中，直動變換器具備：直動變換器骨架，固定於振動試驗裝置的骨架；輸入軸，其可自由旋轉地支撐於直動變換器骨架，並與伺服馬達的旋轉軸相連結；方螺紋，形成於輸入軸的外周面的至少一部分；滾子(roller)，具有抵接於方螺紋的螺紋側面(flank)的圓筒面；滾子單元，植設了旋轉軸，旋轉軸藉由大致整體被收容於方螺紋的谷間的圓筒滾子軸承來對滾子支撐成滾子可自由旋轉；軌條，固定於直動變換器骨架，可使得滾子單元沿著方螺紋的軸方向自由滑動地直進滑動；及輸出軸，直接或間接地連結於滾子單元，以輸出軸之上端支撐可動工作台；其中，伴隨著輸入軸的旋轉，與方螺紋相螺合的滾子沿著方螺紋的螺紋溝而移動，滾子單元沿著前述軌條直進運動，輸出軸隨著這些動作亦直進運動而使得可動工作台上下動。

在本發明的實施形態的振動試驗裝置中，如上述般具有作為方螺紋的進給螺紋、以及與此方螺紋的山的螺紋側面相抵接的滾子，當使得方螺紋旋轉時，滾子沿著方螺紋的谷而轉動，活動塊則上下動。如此，由於是藉由被可旋轉地支撐的滾子以驅動輸出軸，因此即使是在切換方螺紋的旋轉方向以進行振動試驗的場合下，也不會有釘狀的干擾被輸入至活動塊及輸出軸的情形。因此，可以在長周期且大加速度振幅下進行使得工件振動的振動試驗。此外，由於以可相對於滾子的軸而旋轉的方式支撐滾子的圓筒面的軸承的大致整體是被收容於方螺紋的谷中，因此在軸承上主要施加的是徑向方向的荷重，而幾乎不施加彎曲荷重。因此，根據本發明的實施形態的結構，利用可充分地承受徑向方向的大荷重的圓筒滾子軸承，便能夠使得滾子平順地旋轉。如此，根據本發明的實施形態，便能夠實現可以在長周期且大加速度振幅下進行使得工件振動的振動試驗的振動試驗裝置。

此外，較佳為，結構的配置為具有複數個滾子，被包含於複數個滾子中的二個滾子被配置成夾持方螺紋的山。

較佳為，方螺紋是多條螺桿。為了在高速下使得工件振動，所期望者為加大導程(lead)以增大相對於伺服馬達的旋轉角度的衝程量。同時，為了更為強固地支撐工作台，所期望的是使用大致等角地(例如每180°)被配置在方螺紋的圓周方向上的複數條軌條以及與各軌條相對應的複數個滾子，在此場合下，當減小方螺紋的間距(pitch)時，便能夠減小一條軌條與其以外的軌條的滾子的方螺紋的軸方向上的位置的差。由於此位置的差越小便越能夠縮短方螺紋的長度，因此能夠將振動試驗裝置小型化。在本發明的實施形態中，如上述般，使方螺紋成為多條螺紋，並縮小相對於導程的間距。因此，可以在高速下使得工件振動，並強固地支撐工作台，且實現小型的振動試驗裝置。

此外，結構中更具有將一對滾子向此山增強以夾持方螺紋的山的增強手段，此時方螺紋的山是從上下兩方被增強，因此可防止山的彈性變形。是故，因為山的彈性變形所引起非預期的荷重施加於滾子及輸出軸的情形則不會發生。

此外，較佳為，滾子單元具有被形成於一對滾子之間的開槽溝，增強手段是藉由調整開槽溝的間隔，而可調整一對滾子的間隔以及將該對滾子向前述方螺紋的山增強的荷重。舉例來說，增強手段具有：第一貫通孔，從滾子單元的一端向開槽溝而穿孔；第二貫通孔，從滾子單元的一端向開槽溝而穿孔，在內周形成有母螺紋；母螺紋孔，隔著開槽溝而與第一貫通孔相向，朝向滾子單元的另一端而延伸；第一螺栓，通過第一貫通孔而被螺入母螺紋孔；及第二螺栓，被螺入第二貫通孔；其中，第一螺栓的頭部壓迫滾子單元的一端以將縮減開槽溝的寬度的方向上的荷重施加於該滾子單元，並且第二螺栓的前端部壓迫開槽溝以將增加開槽溝的寬度的方向上的荷重施加於滾子單元。

此外，較佳為，架構成方螺紋、滾子單元及軌條收容於充滿了潤滑油的外殼(casing)本體之中。當製成這種結構時，由於能夠減低滾子與方螺紋之間的摩擦力，因此能夠使得滾子更為平順地旋轉。舉例來說，外殼本體具有：底板，形成有開口，該開口供裝設用來以可旋轉的方式支撐輸入軸的軸承；及頂板，形成有開口，該開口供裝設用來以可滑動的方式支撐輸出軸的軸承；其中，在底板的開口與輸入軸之間、以及頂板的開口與輸出軸之間，設有用以防止潤滑油漏出的油封。

此外，較佳為，滾子單元具有：活動塊，與軌條相卡合而可沿著軌條移動；活動塊具有：凹部，圍繞軌條；溝，沿著活動塊的移動方向形成在凹部；避開路，形成於活動塊的內部，連繫溝的移動方向兩端以與溝形成閉回路；及複數個滾珠，循環於閉回路並且在位於溝之時與軌條抵接。當製成這種結構時，便可以使得活動塊不搖晃且平順地沿著軌條而移動。

特別是，較佳為，活動塊形成有四個前述閉回路；分別被配置於四個閉回路之中的二個閉回路的溝的滾珠是相對於活動塊的徑向方向而具有約±45°的接觸角，分別被配置於其他的二個閉回路的溝的滾珠是相對於活動塊的逆徑向方向而具有約±45°的接觸角。當製成這種結構時，活動塊能夠承受徑向方向、逆徑向方向及橫方向各方向的大荷重，即使從方螺紋經由滾子施加了上述方向的大荷重於活動塊，活動塊也不至於破損，此外，還可沿著軌條而平順地移動。

以下使用圖式以詳細說明本發明的實際形態。第一圖是本實施形態的振動試驗裝置的前視圖。本實施形態的振動試驗裝置能夠在被檢物(工件)上反復地施加拉伸、壓縮、或彎曲荷重，或是使得工件振動。另外，在以下的說明中，若未於圖式特別指定，所謂「上」、「下」、「左」、「右」、「前方」、「裡面」的方向是將第一圖的前視圖定為基準。

如第一圖所示，本實施形態的試驗裝置1具有：在工件W上施加荷重或使得工件W振動的裝置本體100、用以驅動裝置本體100的伺服馬達120的伺服放大器200、以及控制伺服放大器200的控制部300。裝置本體100具有：骨架110、伺服馬達120、直動變換器400、測力器(load cell)140、位移感測器150、轉接器(adapter)181及182。

直動變換器400是用來將伺服馬達120的旋轉軸的旋轉運動變換成直進方向的運動。直動變換器400被固定於骨架110的工作台部111的上面，並與伺服馬達120的旋轉軸相連結。當驅動伺服馬達120時，設於直動變換器400的上部的可動工作台130會相對於工作台部111而上下動。這個可動工作台130之上裝設了用以從下方保持工件W的下部轉接器181。

從骨架110的頂部112的下面，垂吊著上部載台160。此外，工作台部111的上面，設有延伸於圖中上方向的一對引導棒171。上部載台160(載台：stage)在左右方向端部形成有穿孔於上下方向的貫通孔161，各個引導棒171貫通於這個貫通孔161。因此，上部載台160可沿著引導棒171在上下方向上移動。此外，藉由鎖緊設於上部載台160而未顯示的螺栓，便可縮小貫通孔161的內徑，藉此，便能夠在引導棒171固定上部載台160。

上部載台160的下面，裝設了用以從上方保持工件W的上部轉接器182。在本實施形態中，藉由在於上部轉接器182與下部轉接器181之間保持工件W的狀態下使得可動工作台130上下動，便能夠在工件W上施加荷重。另外，上部及下部轉接器182、181是可分別相對於上部載台160、可動工作台130而拆裝，並可因應施加於工件W的荷重的種類而選擇適切的轉接器。第一圖由於是在工件W上施加拉伸荷重的結構，因此上部轉接器182及下部轉接器181是用以握持工件W的夾盤(chuck)。在將壓縮荷重施加於工件W之際，為了要能夠從上下方向壓迫以壓縮工件W，需使用上部轉接器182的下面及下部轉接器181的上面皆為平面狀的轉接器。在進行三點彎曲試驗之際，需將壓縮試驗用的轉接器與三點彎曲用的治具組合使用。

在進行使得工件W振動的振動試驗的場合下，使用具有將工件W固定於可動工作台130之上的功能的下部轉接器181，而不使用上部轉接器182。這些轉接器的使用分別僅是一例，也可以使用其他種類的轉接器，此外，也可以利用其他的組合方式使用。

此外，上部載台160從骨架110的頂部112藉由進給螺桿175而吊掛著。頂部112埋入了與進給螺桿175相卡合且可旋轉的螺帽173。螺帽173利用無端皮帶而與配置在頂部112的馬達172相連結，被馬達172驅動繞著進給螺桿175的軸而旋轉。此外，進給螺桿175的下端連結於固定在上部載台160的鏈節(link)174，進給螺桿175可相對於上部載台160繞著其軸而旋轉。因此，在鬆開上部載台160的螺栓而可以移動上部載台160的狀態下，利用馬達172使得螺帽173轉動，便能夠在上下方向上驅動進給螺桿175以及與此進給螺桿175相連結的上部載台160。這個功能是使用在配合工件W的尺寸以調整轉接器181與轉接器182之間的間隔之際。在調整了轉接器181與轉接器182之間的間隔之後，在進行試驗之前鎖緊螺栓以將上部載台160固定於引導棒171。

在以上所說明的結構中，當利用轉接器181、182保持著工件W驅動伺服馬達120時，在工件W上施加拉伸、壓縮或彎曲荷重，其大小是利用測力器140來量測。此外，位移感測器150是檢測下部轉接器181的位移即工件W的變形量的感測器(例如：裝有旋轉編碼器的測微儀(dial gage))。

控制部300隨時將目標角度與目標角速度等輸入伺服放大器200。伺服放大器200基於控制部300所輸入的目標角度與目標角速度等而控制伺服馬達120的驅動電流。測力器140及位移感測器150的輸出被輸入至控制部300，控制部300可以基於測力器140所量測的荷重與位移感測器150所量測的可動工作台130的位移量，而設定輸入伺服放大器200的目標角度與目標角速度等。舉例來說，在固定的荷重振幅下使得工件W振動的場合下，測力器140所檢測的荷重越接近最大荷重，越減小給與伺服放大器200的目標角速度，以使最大荷重時可動工作台132的速度為0(亦即，給與伺服放大器200的目標角速度會變成0)。同樣地，基於位移感測器150的檢測結果，控制部300便能夠將可動工作台132的位移振幅、速度振幅、或加速度振幅略呈一定的目標值給與伺服放大器200。

以下詳細說明本實施形態的振動試驗裝置1的直動變換器400的構造。直動變換器400具備：整體略呈長方體形狀的外殼410、以及貫通此外殼410的上面並突出於上方的線性連接棒461。可動工作台130被固定於此線性連接棒(linear connecting rod)461的上端。此外，伺服馬達120的旋轉軸是經由耦接器(coupler)123而連結於直動變換器400的輸入軸420。此輸入軸420的大部分被收納於外殼410內，輸入軸420是與將旋轉運動變換成上下方向的直進運動的直動機構相連結。作為此直動機構的輸出的上下方向的運動被傳遞至線性連接棒461。因此，當驅動伺服馬達120時，線性連接棒461便會上下動。

其次，使用圖式詳細說明被收納於外殼410內的直動機構的構造。第二圖是直動變換器400的前視圖，其是切斷外殼410的前方側板414F(後述)而使得外殼410的內部露出。第三圖是從右所看見的直動變換器400的側視圖，其是切斷外殼410的右側板413R(後述)而使得外殼410的內部露出。第四圖是直動變換器400的俯視圖，其是切斷外殼410的頂板412(後述)而使得外殼410的內部露出。

另外，在第二圖中，是將可以旋轉方式支撐輸入軸420的上部及下部軸承451、452的周圍以剖面圖來顯示。此外，在第三圖中，是將上部及下部軸承451、452的周圍、以及線性連接棒461的油封部分以剖面圖來顯示。在第四圖中，是以虛線來顯示輸入軸420。

首先，說明外殼410的構造。外殼410是將底板411、頂板412、左側板413L(第二圖、第四圖)、右側板413R(第二圖、第四圖)、前方側板414F(第三圖、第四圖)及裡面側板414B(第三圖、第四圖)以螺栓、焊接等方式連結而做成長方體形狀。

底板411是由螺栓固定於骨架110的工作台部111。此外，底板411設有用以使得輸入軸420通過的開口411a。此外，頂板412設有：用以裝設上部軸承451的開口部412a、以及用以使得線性連接棒461通過的開口部412b(第三圖)。

如第二圖所示，底板411的左右方向尺寸比右側板413R與左側板413L之間的間隔還長，底板411的左右方向兩端變成了從右側板413R及左側板413L向左右突出成凸緣狀的凸緣部411b。利用這個凸緣部411b，可經由未顯示的螺栓而將底板411固定於骨架110的工作台部111。

右側板413R及左側板413L的外表面，裝設了分別從縱深方向略中央垂直地突出的肋材415。肋材415是利用填角焊接(fillet weld)而被強固地固定於右側板413R、左側板413L及底板411。

右側板413R及左側板413L的略中央部分別形成了開口413a。這個開口部413a是在進行直動變換器400的組裝與點檢之際，被使用在進出外殼410之中。在使用振動試驗裝置1的場合下，將蓋板416以螺栓固定於右側板413R及左側板413L，藉此可閉塞此開口413a。

其次，參照第二圖~第五圖以說明用以將輸入軸420的旋轉運動變換成線性連接棒461的上下運動的機構。另外，第五圖是第四圖的I-I剖面圖。如第二圖所示，輸入軸420的略中央部形成了公螺紋部421。這個公螺紋部421的左右方向兩側設有與公螺紋部421相卡合的一對滾子單元430L、430R。滾子單元430L、430R分別具有上部滾子431、下部滾子432、連結板433及活動塊434。上部滾子431及下部滾子432被螺栓固定於連結板433。再者，連結板433被螺栓固定於活動塊434。是故，活動塊434、連結板433、上部滾子431及下部滾子432成為一體。

一對活動塊434卡合於以螺栓分別固定於右側板413R及左側板413L的內壁的軌條435(第四圖)。軌條435延伸於上下方向(第二圖、第三圖)，包含活動塊434的滾子單元430L、430R的移動方向僅被限定於上下方向。

其次，說明上部滾子431及下部滾子432的支撐構造。如第五圖所示，上部滾子431及下部滾子432分別具有：軸部431a、432a、以及可繞此軸部而旋轉的滾子部431b、432b。另外，如第三~五圖所示，藉由定位螺絲(set screw)436，軸部431a、432a被固定於連結板433。滾子部431b、432b與軸部431a、432a之間設有圓筒滾子軸承431c、432c，藉此，滾子部431b、432b便能夠繞著軸部431a、432a而旋轉。

其次，說明公螺紋部421與滾子單元430L、430R的卡合狀態。如第二圖及第五圖所示，關於公螺紋部421，谷421b的剖面形狀略呈長方形，是所謂的方螺紋。此外，滾子部431b、432b是圓筒形，上部滾子431的滾子部431a是增強而緊貼於公螺紋部421的上側(亦即，山421a的上面側)的螺紋側面421c，下部滾子432的滾子部432a是被增強成緊貼於公螺紋部421的下側(亦即，山421a的下面側)的螺紋側面421d(後述)。亦即，各個滾子單元430L、430R的滾子部431b、432b將公螺紋部421的山421a夾住。

如前述般，滾子單元430L、430R的移動方向僅被限定於上下方向，且上部滾子431及下部滾子432的滾子部431b、432b分別緊貼於輸入軸420的公螺紋部421的螺紋側面421c、421d。因此，當驅動伺服馬達120(第一圖)使得輸入軸420旋轉時，滾子部431b、432b分別沿著公螺紋部421的螺紋側面421c、421d轉動，滾子單元430L、430R因應輸入軸420的旋轉方向而向上或下移動。

以下說明用以將滾子單元430L、430R的滾子部431b、432b按壓在公螺紋部421的螺紋側面421c、421d的增強機構。如第三圖所示，滾子單元430R的連結板433的略中央部形成有開口433a，從此開口433a向連結板433的前方側(朝向前方側板414F的方向)形成有開槽溝433b。上部滾子431的軸部431a在開槽溝433b的上側固定於連結板433，此外，下部滾子432的軸部432a在開槽溝433b的下側固定於連結板433。

從連結板433的上面向開槽溝433b的上面433b1設有貫通孔433c及433d。貫通孔433c及433d一起被配置於上部滾子431的軸部431a的前方側，且貫通孔433c被配置於貫通孔433d的前方側。開槽溝433b的下面433b2中與貫通孔433c相對的位置上，形成有朝向下方的孔433e。

孔433e形成有母螺紋，第一螺栓437a通過貫通孔433c而被螺入孔433e。因此，當鎖緊第一螺栓437a時，連結板433增強於開槽溝433b的寬度變窄的方向。此外，貫通孔433d亦形成有母螺紋，第二螺栓437b被螺入貫通孔433d。第二螺栓437b的前端通過開槽溝433b的上面433b1而抵接於下面433b2。因此，當鎖緊第二螺栓437b時，連結板433增強於開槽溝433b的寬度變寬的方向。

在這種狀態下，如第三圖所示，藉由連結板433的上面與第一螺栓437a的頭部相抵接，而限制開槽溝433b的寬度不變寬，並且藉由開槽溝433b的下面433b2與第二螺栓437b相抵接，而限制開槽溝433b的寬度不變窄。如此，藉由調整第一及第二螺栓437a、437b的鎖緊程度來調整開槽溝433b的寬度，而能夠調整上部滾子431與下部滾子432之間的間隔。此處，當將上部滾子431的滾子部431b與下部滾子432的滾子部432b之間的間隔減小成小於輸入軸420的公螺紋部421的山421a的寬度時，便能夠利用大的增強力使得滾子部431b、432b緊貼於螺紋側面421c、421d。如此由於使得滾子部431b、432b緊貼於公螺紋部421的螺紋側面421c、421d，因此使得輸入軸420旋轉時滾子部431b、432b便不搖晃而可平順地旋轉。

滾子單元430L的滾子部431b、432b也是利用與滾子單元430R相同的結構而增強以緊貼於輸入軸420的公螺紋部421的螺紋側面421c、421d。

在本實施形態中，由於公螺紋部421的山421a被一對滾子431、432所夾，因此即使從其中一滾子施加荷重，公螺紋部421的山421a的變形也會被另一滾子所妨礙，其結果是山421a不易彎曲。因此，即使在大的角加速度下使得輸入軸420旋轉，也不會因為山421a的彎曲而發生滾子單元430R的位置偏移。

如前述般，滾子部431b、432b是以相對於軸部431a、432a可旋轉的方式被圓筒滾子軸承431c、432c所支撐。圓筒滾子軸承的滾子能夠充分地承受施加於徑向方向的大的壓縮荷重，另一方面，相對於施加於徑向方向的剪切荷重，具有會因為比較小的荷重而變形或破損的特性。因此，在本實施形態中，不會有剪切方向的荷重施加於滾子。

具體上，如第五圖所示，圓筒滾子軸承431c、432c的大部分是伸入公螺紋部421的谷421b中，而大致不會有剪切荷重施加於圓筒滾子軸承431c、432c。由於僅有圓筒滾子軸承431c、432c的前端部伸入公螺紋部421的谷421b中，所以在與山421a的前端部相抵接的部分中，會有剪切荷重施加於圓筒滾子軸承431c、432c，剪切方向的大荷重會施加於滾子。另一方面，在本實施形態中，由於圓筒滾子軸承431c、432c在遍及其軸方向的略全域是與公螺紋部421的山421a相卡合，所以圓筒滾子軸承431c、432c從公螺紋部421的山421a所接受的荷重全部是徑向方向的壓縮荷重，而幾乎不會有剪切方向的荷重施加於滾子。因此，即使在滾子部431b、432b與公螺紋部421的山421a之間作用了大荷重的狀態下，由於圓筒滾子軸承431c、432c可充分地承受此大荷重，滾子部431b、432b便能夠平順地旋轉。

連結板433固定著棒連結塊438(第三圖、第四圖)，這個棒連結塊438被線性連接棒461的下端461a所握持。以下說明線性連接棒461的握持構造。

如第三圖及第四圖所示，棒連結塊438設有貫通於上下方向的圓形剖面的貫通孔438a。這個貫通孔438a的直徑是比線性連接棒461的下端461a的直徑稍大。此外，從這個貫通孔438a的內周面，設有朝向棒連結塊438的前端(在滾子單元430L中是右端，在滾子單元430R中是左端)的開槽溝438b。再者，在棒連結塊438中，形成有與開槽溝438b直交的貫通孔438c及438d。貫通孔438c與438d是形成於隔著開槽溝438b而相對的位置，且相對於輸入軸420是近位的貫通孔438d形成有母螺紋。因此，當將線性連接棒461通過貫通孔438a，接著將螺栓通過貫通孔438c並螺入貫通孔438d時，棒連結塊438會變形使得貫通孔438a的直徑變小，線性連接棒461的下端461a被繫緊於棒連結塊438。藉此，線性連接棒461便可被固定於棒連結塊438。因此，藉由利用伺服馬達120(第一圖)使得輸入軸420旋轉，便能夠使得線性連接棒461上下動。此外，藉由周期性地切換輸入軸420的旋轉方向，便能夠使得線性連接棒461以及固定於線性連接棒461的上端的可動工作台130在上下方向上振動。

如第二圖所示，外殼410的頂板412的下面設有上限檢測感測器441，底板411的上面設有下限檢測感測器442。上限檢測感測器441及下限檢測感測器442都是接近感測器。上限檢測感測器441可檢知右側的滾子單元430R的上端的接近，而下限檢測感測器442可檢知左側的滾子單元430L的下端的接近。在本實施形態中，當上限檢測感測器441或下限檢測感測器442檢知到滾子單元430R、430L的接近時，可使得伺服馬達緊急停止。

在本實施形態中，外殼410的內部充滿了潤滑油。因此，可減輕上部及下部滾子431、432與輸入軸420的公螺紋部421之間的摩擦、以及活動塊434與軌條435之間的摩擦。

以下說明輸入軸420的支撐機構。如第二圖所示，輸入軸420在其上端藉由被身為滾珠軸承的上部軸承451以可旋轉的方式被支撐，並且在底板411的開口411a的位置上還藉由被身為組合式斜角滾珠軸承的下部軸承452以可旋轉的方式被支撐。

如第二圖所示，輸入軸420的上端形成有直徑變小的段差部422，上部軸承451的內環被裝設成登上段差部422。此外，輸入軸420的上端被嵌入了扣環423，滾珠軸承451的內環藉由被段差部422與扣環423所夾持固定而無法在上下方向上移動。另一方面，頂板412的開口412a相對於上部軸承451的外環是緊配合，上部軸承451的外環被嵌入於頂板412的開口412a。

在本實施形態中，如前述般，外殼410的內部充滿了潤滑油，為了防止潤滑油洩露，頂板412的開口412a由蓋板453所覆蓋。蓋板453被螺栓固定於頂板412。此外，在蓋板453中，於與開口412a的內周面相抵接的面上設有圓周溝453a，藉由裝設於此但未顯示的O環，可防止潤滑油從蓋板453與開口412a的間隙中漏出。

其次，說明下部軸承452的裝設構造。在輸入軸420中，於比底板411的上面稍高的位置上，形成有直徑向下變小的段差部424。下部軸承452的內環的上面被配置成抵接於此段差部。此外，輸入軸420的段差部424下方的外周面形成有公螺紋部425。藉由將軸環(collar)456螺入此公螺紋部425，便可從下方支撐下部軸承452的內環。如此，下部軸承452的內環藉由被段差部424與軸環456所夾持固定而無法在上下方向上移動。

如前述般，下部軸承452是組合式斜角軸承，在止推(thrust)方向上亦承受荷重。因此，與上部軸承451相異，內環、外環的雙方有必要被固定成無法在上下方向上移動。如第二圖所示，底板411的開口411a裝設有用以從下方支撐下部軸承452的外環的軸承支撐部件455。軸承支撐部件455是由用以在中央貫通輸入軸420的貫通孔455c所形成的筒狀部件，其下端設有凸緣部455a。藉由利用螺栓將此凸緣部455a固定於底板411的下面，軸承支撐部件455便可被固定於底板411。此外，在軸承支撐部件455的外周面，於與開口411a的內周相對的位置上，設有圓周溝455b，藉由裝設於此但未顯示的O環，可防止潤滑油從軸承支撐部件455與開口411a的間隙中漏出。

此外，軸承支撐部件455的貫通孔455c形成有其內徑向上變大的段差部455d。在貫通孔455c的段差部455d上方的部分相對於下部軸承452的外環是緊配合，下部軸承452的外環被嵌入於此。此外，在貫通孔455c的段差部455d下方的部分的直徑與下部軸承452的外環的內徑大致相等，下部軸承452的外環是由段差部455d從下方所支撐。

在軸承支撐部件455的上端以螺絲固定著軸承止動件454。軸承止動件454是有孔圓盤狀的部件，孔的內徑略等於下部軸承452的外環的內徑。此外，從段差部455d到軸承支撐部件455的上端為止的高度，與下部軸承452的高度相等、或是稍微減小而將軸承止動件454以螺絲固定於軸承支撐部件455，藉此使得下部軸承452的外環被軸承止動件454與軸承支撐部件455的段差部455d所夾持固定而無法在上下方向上移動。

如前述般，外殼410的內部充滿了潤滑油，為了防止潤滑油從輸入軸420與軸承支撐部件455的貫通孔455c之間的間隙中洩露，設有油封458。油封458被嵌入於身為有孔圓盤狀的部件的油封裝設部件457的孔的部分。同時，油封裝設部件457被螺栓固定於軸承支撐部件455的下面。另外，與軸承支撐部件455的下面相對的油封裝設部件457部件的上面形成有圓環狀的溝457a，裝設未於此處顯示的O環，便可防止潤滑油從軸承支撐部件455的下面與油封裝設部件457的上面之間的間隙中洩露。油封458是以其內周能與輸入軸420的外周相滑動的方式而構成，故以低摩擦使得輸入軸420旋轉，並且防止潤滑油從油封458的內周與輸入軸420的外周之間漏出。

如前述般，線性連接棒461從外殼410的頂板412突出於上方(第三圖)。因此，在本實施形態中，為了防止潤滑油從線性連接棒461與頂板412的間隙中漏出，設有附油封的蓋板464。以下說明蓋板464的結構。

如第三圖所示，線性連接棒461在稍低於頂板412的位置上是由軸襯(bush)462所支撐。軸襯462的內周是以可與線性連接棒461的外周相滑動的方式所構成。軸襯462是被軸襯裝設部件463及蓋板464固定於頂板412。軸襯裝設部件463與蓋板464一起被未顯示的螺栓固定於頂板412。軸襯裝設部件463是其中被軸襯462嵌入的圓筒形狀的部件，其下端設有朝向徑向方向內側擴展的段差部463a。這個段差部463a的上面與軸襯462的下面相抵接，而從下方支撐軸襯462。此外，蓋板464是其中通過線性連接棒461的圓筒形狀的部件，其內徑比軸襯462的外形還小。因此，當利用螺栓將蓋板464與軸襯裝設部件463一體化時，軸襯462被夾持而固定於蓋板464的下面與軸襯裝設部件463的段差部463a的上面之間。

軸襯462的外周設有圓環狀的溝462a，藉由裝設此處未顯示的O環，可防止潤滑油從軸襯462的外周與軸襯裝設部件463的內周之間的間隙中漏出。同樣地，與軸襯裝設部件463的內周相對的蓋板464的外周形成有圓環狀的溝464b，藉由裝設此處未顯示的O環，可防止潤滑油從軸襯裝設部件463的內周與蓋板464的外周之間的間隙中漏出。

此外，蓋板464的內周亦形成有圓環狀的溝464a，此溝464a內亦裝設有油封。線性連接棒461的外周在與此油封相滑動的同時還可上下動，藉由油封便能夠防止潤滑油從滑動面漏出。

其次，使用圖式詳細說明本實施形態的活動塊434及軌條435的結構。第六圖是在垂直於軌條435的長軸方向的一面上切斷活動塊434及軌條435畫出的剖面圖，第七圖是第六圖的II-II剖面圖。如第六圖及第七圖所示，活動塊434形成有圍繞軌條435的凹部，此凹部形成有在軌條435的軸方向上延伸的四條溝434a、434a’。此溝434a、434a’內收容有許多不銹鋼製的滾珠434b。軌條435內在與活動塊434的溝434a、434a’相對的位置上分別設有溝435a、435a’，使得滾珠434b被夾持於溝434a與溝435a、或是溝434a’與溝435a’之間。溝434a、434a’、435a、435a’的剖面形狀是圓弧狀，其曲率半徑略等於滾珠434b的半徑。因此，滾珠434b在幾乎沒有空隙的狀態下緊貼於溝434a、434a’、435a、435a’。

活動塊434的內部設有四條與各個溝434a大致平行的滾珠避開路434c。如第七圖所示，溝434a與避開路434c在各自兩端經由U字路434d而彼此連接，溝434a、溝435a、避開路434c、U字路434d形成用以使得滾珠434b循環的循環路。關於避開路434c以及溝434a’及435a’也形成有同樣的循環路。

因此，當活動塊434相對於軌條435移動時，許多滾珠434b在於溝434a、434a’、435a、435a’內滾動的同時還循環於循環路。因此，即使在軌條以外的方向上施加大荷重，仍可利用多個滾珠來支撐活動塊同時使得滾珠434b滾動而將軌條軸方向的阻力保持得較小，因此能夠使得活動塊434相對於軌條435平順地移動。另外，避開路434c及U字路434d的內徑變得比滾珠434b的直徑稍大，避開路434c及U字路434d與滾珠434b之間所產生的摩擦力極小，是故不會妨礙滾珠434b的循環。

如圖所示，被夾持於溝434a與435a的二列滾珠434b的列形成接觸角約為45°的正面組合型的斜角接觸滾珠軸承(angular contact ball bearing)。這種場合下的接觸角是溝434a及435a與滾珠434b相接觸的各接觸點的連線、以及線性導軌的徑向方向(從活動塊朝向軌條的方向)所成的角度。如此所形成的斜角接觸滾珠軸承能夠支撐逆徑向方向(從軌條朝向活動塊的方向)及橫方向(與徑向方向及活動塊的進退方向的雙方相直交的方向。圖中的左右方向)的荷重。

同樣地，被夾持於溝434a’與435a’的二列滾珠434b的列形成接觸角(溝434a’及435a’與滾珠434b相接觸的各接觸點的連線、以及線性導軌的逆徑向方向所成的角度)為45°的正面組合型的斜角接觸滾珠軸承。這種斜角接觸滾珠軸承能夠支撐徑向方向及橫方向的荷重。

此外，分別被夾持於溝434a與435a的一方(圖中左側)以及溝434a’與435a’的一方(圖中左側)的二列滾珠434b的列亦形成正面組合型的斜角接觸滾珠軸承。同樣地，分別被夾持於溝434a與435a的另一方(圖中左側)以及溝434a’與435a’的另一方(圖中左側)的二列滾珠434b的列亦形成正面組合型的斜角接觸滾珠軸承。

如此，在本實施形態中，相對於分別作用在徑向方向、逆徑向方向、橫方向的荷重，是以正面組合型的斜角接觸滾珠軸承進行支撐，而能夠充分地支撐施加於軌條軸方向以外的方向的大荷重。

以下，顯示本實施形態的振動試驗裝置的試驗結果。第八圖是在以加速度振幅0.7G、頻率5Hz驅動本實施形態的振動試驗裝置1時，由裝設於可動工作台130之上的振動拾波器(vibration pickup)所量測出的振動波形。如圖所示，可獲悉在本實施形態的振動試驗裝置中能夠以雜訊少(接近正弦波)的加速度波形來使可動工作台130振動。

作為比較例，顯示的是取代本實施形態的直動變換器400而使用進給螺桿機構作為直動變換機構的振動試驗裝置的試驗結果。第九圖是在以加速度振幅0.7G、頻率5Hz驅動比較例的振動試驗裝置時，由裝設於可動工作台之上的振動拾波器所量測出的振動波形。如圖所示，可獲悉在比較例的振動試驗裝置中產生了因滾珠螺桿機構的各個滾珠之間的衝撞所引起的尖峰雜訊(spike noise)，而無法以接近正弦波的加速度波形使可動工作台振動。

1．．．試驗裝置

100．．．裝置本體

110．．．骨架

111．．．工作台部

112．．．頂部

120．．．伺服馬達

123．．．耦接器

130．．．可動工作台

132．．．可動工作台

140．．．測力器

150．．．位移感測器

160．．．上部載台

161．．．貫通孔

171．．．引導棒

172．．．伺服馬達

173．．．螺帽

174．．．鏈節

175．．．進給螺桿

181．．．下部轉接器

182．．．上部轉接器

200．．．伺服放大器

300．．．控制部

400．．．直動變換器

410．．．外殼

411．．．底板

411a．．．開口

411b．．．凸緣部

412．．．頂板

412a．．．開口部

412b．．．開口部

413a．．．開口

413L．．．左側板

413R．．．右側板

414B．．．裡面側板

414F．．．前方側板

415．．．肋材

416．．．蓋板

420．．．輸入軸

421．．．公螺紋部

421a．．．山

421b．．．谷

421c．．．螺紋側面

421d．．．螺紋側面

422．．．段差部

423．．．扣環

424．．．段差部

425．．．公螺紋部

430L．．．滾子單元

430R．．．滾子單元

431．．．上部滾子

431a．．．軸部

431b．．．滾子部

431c．．．圓筒滾子軸承

432．．．下部滾子

432a．．．軸部

432b．．．滾子部

432c．．．圓筒滾子軸承

433．．．連結板

433a．．．開口

433b．．．開槽溝

433b1．．．上面

433b2．．．下面

433c．．．貫通孔

433d．．．貫通孔

433e．．．孔

434．．．活動塊

434a．．．溝

434a’．．．溝

434b．．．滾珠

434c．．．避開路

434d．．．U字路

435．．．軌條

435a,435a’．．．溝

436．．．定位螺絲

437a．．．第一螺栓

437b．．．第二螺栓

438．．．棒連結塊

438a．．．貫通孔

438b．．．開槽溝

438c．．．貫通孔

438d．．．貫通孔

441．．．上限檢測感測器

442．．．下限檢測感測器

451．．．上部軸承

452．．．下部軸承

453．．．蓋板

453a．．．圓周溝

454．．．軸承止動件

455．．．軸承支撐部件

455a．．．凸緣部

455b．．．圓周溝

455c．．．貫通孔

455d．．．段差部

456．．．凸緣

457．．．油封裝設部件

457a．．．溝

458．．．油封

461．．．線性連接棒

461a．．．下端

462．．．軸襯

462a．．．溝

463．．．軸襯裝設部件

463a．．．段差部

464．．．蓋板

464a,464b．．．溝

W．．．工件

第一圖係本發明的實施形態的振動試驗裝置的前視圖。

第二圖係本發明的實施形態的振動試驗裝置的直動變換器的前視圖。

第三圖係本發明的實施形態的振動試驗裝置的直動變換器的右側視圖。

第四圖係本發明的實施形態的振動試驗裝置的直動變換器的俯視圖。

第五圖係第四圖的I-I剖面圖。

第六圖係本發明的實施形態中在垂直於軌條的長軸方向的一面上切斷活動塊及軌條畫出的剖面圖。

第七圖係第六圖的II-II剖面圖。

第八圖係顯示本發明的實施形態的振動試驗裝置的試驗結果的曲線圖。

第九圖係顯示比較例的振動試驗裝置的試驗結果的曲線圖。