起振装置
【課題】広い周波数範囲にわたって大きな加振力を発生させる上で有利な起振装置を提供する。
【解決手段】起振装置１０は、ベースフレーム１２と、軸受け部１４と、レバー１６と、アクチュエータ１８と、錘２０と、取り付け機構２２と、ばね２４と、駆動制御部２６と、振動計２８などを含んで構成されている。レバー１６は長さ方向の一端１６Ａが軸受け部１４によって揺動可能に支持され、レバー１６は軸受け部１４を中心に揺動可能に配設されている。アクチュエータ１８は、アクチュエータ１８により揺動される範囲の中央の位置である中立位置を中心としてレバー１６を揺動させる。錘２０はレバー１６に設けられている。取り付け機構２２は、錘２０をレバー１６の長手方向に移動調節可能に取り付けるものである。ばね２４は、レバー１６を前記中立位置に付勢するものである。
【解決手段】起振装置１０は、ベースフレーム１２と、軸受け部１４と、レバー１６と、アクチュエータ１８と、錘２０と、取り付け機構２２と、ばね２４と、駆動制御部２６と、振動計２８などを含んで構成されている。レバー１６は長さ方向の一端１６Ａが軸受け部１４によって揺動可能に支持され、レバー１６は軸受け部１４を中心に揺動可能に配設されている。アクチュエータ１８は、アクチュエータ１８により揺動される範囲の中央の位置である中立位置を中心としてレバー１６を揺動させる。錘２０はレバー１６に設けられている。取り付け機構２２は、錘２０をレバー１６の長手方向に移動調節可能に取り付けるものである。ばね２４は、レバー１６を前記中立位置に付勢するものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は起振装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
構造物の振動特性を調べる方法として、構造物内に振動計を設置し、構造物の振動を測定する方法がある。すなわち、地震がなく風が強くない通常の状態でも構造物は何らかの小さな振動をしている。その振動を測定し解析することで構造物の振動特性を把握することができる。
しかしながら、振動が小さいので振動特性を把握するのが難しい。
そこで、構造物を強制的に振動させ、やや大きくなった振動を測定する試験を行うことが必要となり、このような試験を強制振動試験という。
強制振動試験のために構造物を加振する方法としては、図１（ａ）に示すように構造物の上に人が載って移動することで加振を行う人力による方法と、図１（ｂ）に示すように構造物を強制的に加振する起振装置（起振機）１を用いる方法がある。
起振装置は一定の正弦波の力を発生する装置で、振動数を少しずつ段階的に変化させる機能が必要になる。
起振装置の代表的なものには以下に示すものがある。
１）不平衡質量方式（図２（Ａ））
最も代表的な起振装置であり、この起振装置２は、鉄輪２Ａの一部に錘２Ｂを取り付けることによって鉄輪２Ａを不平衡質量とし、この鉄輪２Ａをモータ２Ｃによって回転させることによって生じる遠心力の反力を起振力として使用する（特許文献１参照）。
一般に回転する鉄輪２Ａを２〜３個組み合わせて一部を逆回転させ、任意の１方向にのみ遠心力が引き出され、他方向については相殺させて力が抽出できないような構造で使用する。
２）スライドマス方式（図２（Ｂ））
この起振装置４は、錘４Ａをリニアモータからなるアクチュエータ４Ｂによって鉛直方向に沿って直線往復運動させ、その反力を起振力に用いる。
３）振り子方式（図２（Ｃ））
この起振装置６は、錘６Ａを天井（大梁）６Ｂあるいは、床上で組立てた架構６Ｂから吊り下げて振り子を構成し、モータなどのアクチュエータ６Ｃによって振り子の錘６Ａを振動させることで、その反力を起振力に使用する（特許文献２参照）。
起振装置自体が固有振動数を持つことが特徴である。
４）振動系方式（図２（Ｄ））
この起振装置８は、錘８Ａをベースプレート８Ｂ上にばね８Ｃを介して上下方向に移動可能に支持しておき、アクチュエータ８Ｄによって錘８Ａを振動させることで、その反力を起振力に使用する（特許文献３参照）。
この振動系方式の起振装置８も前記振り子方式の起振装置６と同じで、起振装置自体が固有振動数を持つ方式である。
上述した何れの起振装置も錘の駆動方法は、モータによる定常加振が一般的で、周波数を任意に変えられるようになっている。
構造物の強制加振試験は、任意の加振周波数の定常加振力を構造物に与えて、定常状態になったところで構造物の応答を計測する作業を周波数を変えて行っていくのが一般的である。
【特許文献１】特開昭５９−１２７８８
【特許文献２】特開平９−６１２８６
【特許文献３】特開２００２−３０６４２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述した起振装置２、４、６、８には次のような欠点がある。
１）不平衡質量方式
回転型のモータを用いることができるので、制御がし易くまた伝達機構が不要でロスが小さい。錘の重量、錘の位置を変更することで加振力の大きさを容易に調整することができる利点がある。
その反面、回転が安定し加振力が発揮できるまでに時間がかかる、加振周波数が小さい長周期振動の加振では大きな加振力を得られにくいなどの欠点がある。
２）スライドマス方式
錘の直線運動が直接加振力になるので、錘の重量、加振振幅を調整することで加振力を容易に調節し易い。また装置がコンパクトになるなどの利点がある。
その反面、直線駆動方式のモータは発生力が大きいモータがあまり無く、起振力の小さい起振装置の構造となってしまう。発生力が大きい回転型モータを使用すると、回転運動を直線運動に変換する伝達機構が必要となり、ロスを生じてしまい大きな加振力が得られない。
３）振り子方式
加振力の調節は上述した不平衡質量方式やスライドマス方式と同様、錘の重量と振り子の振動振幅の大きさで可能である。ただ振り子はそれ自体に固有振動数を持っているので、その固有振動数では錘を振動させ易く、大きな加振力を発揮することができる。
ただし、振り子の固有振動数以外の周波数範囲は加振力の増大はできない。広い周波数範囲で大きな加振力を得る場合には、振り子の固有振動数を調節しなければならない。振り子の固有振動数は、錘の吊長さのみで決まるので調節は可能であるが、吊長さを変更するのは簡単ではない。
４）振動系方式
上述した振り子方式と同様、起振装置の固有振動数では錘を振動させ易く、大きな加振力を発揮することができる。
しかしながら、固有振動数を変化させるためには錘の重量、バネの剛性を変更させる必要があり、容易ではない。
このように従来の技術ではそれぞれ欠点がある。
本発明はこのような事情に鑑みなされたものであり、その目的は、広い周波数範囲にわたって大きな加振力を発生させる上で有利な起振装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上述の目的を達成するため、本発明の起振装置は、ベースフレームと、前記ベースフレームに設けられた軸受け部と、長さを有し前記長さ方向の一端が前記軸受け部によって揺動可能に支持され、前記軸受け部を中心として揺動可能なレバーと、前記レバーを揺動させるアクチュエータと、前記レバーに設けられた錘と、前記錘を前記レバーの長手方向に移動調節可能に取り付ける取り付け機構と、前記レバーを前記アクチュエータにより揺動される範囲の中央の位置である中立位置に付勢するばねと、前記アクチュエータの動作を制御する駆動制御部とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によれば、錘のレバーの長さ方向における位置を調節することによって、起振装置の固有振動数を極めて簡単に設定することができ、広い周波数範囲にわたって大きな加振力を発生させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
（第１の実施の形態）
次に本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図３は第１の実施の形態の起振装置１０の構成を示す正面図、図４はレバー１６およびアクチュエータ１８の説明図、図５は起振装置１０によって構造物Ａの振動特性を解析する動作を説明するための構成図、図６は、起振装置１０によって構造物Ａの振動を抑制する動作を説明するための構成図である。
【０００７】
第１の実施の形態において、起振装置１０は、構造物Ａなどに取り付けられた状態で動作することにより鉛直方向の振動を構造物Ａに加えるものである。なお、本発明において構造物Ａとは、建物の床や、梁、建物の屋上、橋などを広く含む。
起振装置１０は、ベースフレーム１２と、軸受け部１４と、レバー１６と、アクチュエータ１８と、錘２０と、取り付け機構２２と、ばね２４と、駆動制御部２６と、振動計２８などを含んで構成されている。
【０００８】
ベースフレーム１２は平板状に形成され、構造物Ａなどに設置されるものである。
軸受け部１４はベースフレーム１２の上方の箇所に設けられている。
【０００９】
レバー１６は、長さを有し長さ方向の一端１６Ａが軸受け部１４によって揺動可能に支持され、レバー１６は軸受け部１４を中心に揺動可能に配設されている。より詳細には、レバー１６は、その長さ方向の他端１６Ｂが軸受け部１４を中心とした円周方向に沿って揺動可能である。
本実施の形態では、レバー１６の一端１６Ａにレバー１６の長さ方向と直交する支軸１６０２が設けられており、支軸１６０２は、軸受け部１４によってその軸心を水平面と平行させて（ベースフレーム１２と平行させて）支持されている。
言い換えると、レバー１６は、鉛直面上で軸受け部１４を中心とする円周方向に沿って揺動可能に設けられている。
また、レバー１６は一端１６Ａおよび他端１６Ｂを除く中間部分の断面が長さ方向に沿って均一な形状を呈している。
【００１０】
アクチュエータ１８は、レバー１６を揺動させるものである。
本実施の形態では、アクチュエータ１８は、レバー１６の他端１６Ｂとベースフレーム１２との間に設けられている。
アクチュエータ１８は、アクチュエータ１８により揺動される範囲の中央の位置である中立位置を中心としてレバー１６を揺動させるものであり、本実施の形態では、中立位置は、レバー１６が水平方向に延在する位置である。
図４に示すように、本実施の形態では、アクチュエータ１８は、直動式のアクチュエータ（電磁アクチュエータ）であるリニアモータで構成されている。
アクチュエータ１８は、直線状に延在するガイド１８Ａと、ガイド１８Ａの長さ方向に沿って設けられた固定子１８Ｂと、ガイド１８Ａに沿って直線往復移動可能に設けられたスライダ１８Ｃと、スライダ１８Ｃに設けられた可動子１８Ｄなどを含んで構成されている。
そして、駆動制御部２６から可動子１８Ｄに供給される駆動信号によって可動子１８Ｄから発生する磁界と、固定子１８Ｂの磁界との磁気相互作用によってスライダ１８Ｃがガイド１８Ａに沿って直線往復移動するように構成されている。
本実施の形態では、ガイド１８Ａの一端に設けられた支軸１８０２が、レバー１６の軸受け部１６０２に枢支されている。
また、スライダ１８Ｃにはガイド１８Ａの長さ方向に沿って延在するロッド１８Ｅの一端が連結され、ロッド１８Ｅの他端はスライダ１８Ｃの他端から突出している。
そして、ロッド１８Ｅの他端に設けられた支軸１８０４がベースフレーム１２の軸受け部１２０２に枢支されている。
したがって、駆動制御部２６によってアクチュエータ１８が駆動され、スライダ１８Ｃが直線往復移動すると、レバー１６はスライダ１８Ｃの移動に追従して前記円周方向に揺動される。
この際、アクチュエータ１８の支軸１８０２、１８０４が軸受け部１６０２、１２０２にそれぞれ枢支されているため、アクチュエータ１８はレバー１６の揺動に追従して軸受け部１２０２を中心に揺動される。
なお、レバー１６を揺動させるアクチュエータ１８はリニアモータに限定されるものではなく、例えば、回転モータの駆動力をカム機構やリンク機構などの伝動機構を介してレバー１６に伝達することでレバー１６を揺動させるようにしてもよく、レバー１６を揺動させるアクチュエータの構成には、あるいは、伝動機構を含むアクチュエータの構成には、従来公知のさまざまな構造が採用可能である。
【００１１】
錘２０はレバー１６に設けられている。
本実施の形態では、錘２０は直方体状を呈し、互いに対向する２つの側面の中央を貫通する孔にレバー１６が挿通されることで、レバー１６に該レバー１６の長手方向に移動可能に支持されている。
取り付け機構２２は、錘２０をレバー１６の長手方向に移動調節可能に取り付けるものである。
本実施の形態では、取り付け機構２２は、２つのリング状のストッパ２２Ａ、２２Ｂと、不図示の固定ねじとで構成されている。
すなわち、ストッパ２２Ａ、２２Ｂが錘２０の両側を挟むようにレバー１６にその長さ方向に移動可能に挿通されている。
各ストッパ２２Ａ、２２Ｂにはそれらの外周から内周にねじ孔が貫通形成され、ねじ孔には前記固定ねじが螺合されている。
錘２０の取り付けは、錘２０の両側にストッパ２２Ａ、２２Ｂを当接させた状態で、前記各固定ねじを締め付けて固定ねじの先端をレバー１６の外周に当接させることでストッパ２２Ａ、２２Ｂをレバー１６の長さ方向に移動不能に固定することによってなされる。
なお、取り付け機構２２を、レバー１６の一端１６Ａと他端１６Ｂとの間の外周部分に形成された雄ねじと、錘２０の両側を挟むように前記雄ねじに螺合された２つのナットとで構成し、錘２０の取り付けを、２つのナットにより錘２０の両側を挟んだ状態で各ナットを締結することによって行うなど、取り付け機構２２としては従来公知のさまざまな構造が採用可能である。
【００１２】
ばね２４は、レバー１６を前記中立位置に付勢するものである。
ばね２４は、レバー１６とベースフレーム１２との間に設けられている。
本実施の形態では、ばね２４は圧縮コイルばねで構成され、ばね２４の一端２４Ａがレバー１６または錘２０に取り付けられ、ばね２４の他端２４Ｂがベースフレーム１２に取り付けられている。
また、本実施の形態では、レバー１６の長さ方向に沿ったばね２４のレバー１６に対する取り付け位置およびベースフレーム１２に対する取り付け位置の双方が移動調節可能となっている。
すなわち、レバー１６の外周がベースフレーム１２に臨む箇所、あるいは、錘２０がベースフレーム１２に臨む箇所にばね２４の一端２４Ａが係合する不図示の第１の係合凹部がレバー１６の長さ方向に間隔をおいて複数箇所設けられている。
また、前記第１の係合凹部に対応する前記ベースフレーム１２の箇所に、ばね２４の他端２４Ｂが係合する不図示の第２の係合凹部がそれぞれ設けられている。
そして、ばね２４の一端２４Ａと他端２４Ｂをそれぞれ所望の前記第１の係合凹部と前記第２の係合凹部に係合させることで、レバー１６の長さ方向におけるばね２４の取り付け位置を調節できるようにしている。
なお、取り付けるばね２４の種類や個数は任意である。
本実施の形態では、錘２０が、レバー１６と、軸受け部１４と、ばね２４とで支持されており、したがって、起振装置１０は梃子型振動系を構成している。
したがって、錘２０のレバー１６の長さ方向における位置を調節することによって、起振装置１０（前記梃子型振動系）の固有振動数を簡単に設定することができる。
また、錘２０の重量と、ばね２４の弾性と、ばね２４の個数と、ばね２４のレバー１６の長さ方向における位置取り付け位置との少なくとも１つを設定することによっても、起振装置１０（前記梃子型振動系）の固有振動数を設定することができる。
【００１３】
駆動制御部２６は、アクチュエータ１８の動作を制御するものである。
駆動制御部２６は、アクチュエータ１８に駆動信号を供給することでアクチュエータ１８を動作させるものであり、前記駆動信号の波形形状、周波数、振幅、加振時間などの設定値を任意に調節して設定できるように構成されている。
例えば、駆動信号は定常正弦波である。
【００１４】
本実施の形態では、図５に示すように、駆動制御部２６は、信号発生装置２６Ａと、モータアンプ２６Ｂと、メモリ２６Ｃと、センサアンプ２６Ｄと、ＣＰＵ２６Ｅと、解析装置２６Ｆなどを含んで構成されている。
信号発生装置２６Ａは、前記駆動信号の波形形状、周波数、振幅、加振時間などの設定値を任意に調節して前記駆動信号を生成するものである。
モータアンプ２６Ｂは、信号発生装置２６Ａから供給された前記駆動信号を増幅してアクチュエータ１８に供給するものである。
センサアンプ２６Ｄは、振動計２８から供給される検出信号を増幅するものである。
メモリ２６Ｃは、信号発生装置２６Ａから供給される前記駆動信号を記録し、また、センサアンプ２６Ｄによって増幅された前記検出信号を記録するものである。
解析装置２６Ｆは、後述するように、起振装置１０によって構造物Ａの振動特性を解析する際に主に機能するものであり、図５に示すように、メモリ２６Ｃに記録されている駆動信号および検出信号に基づいて従来公知のさまざまな振動特性の解析を行い、その解析結果を図示しない記録媒体に記録し、あるいは、前記解析結果をディスプレイやプリンタを介して出力するものである。
ＣＰＵ２６Ｅは、後述するように、起振装置１０によって構造物Ａの振動を抑制する際に主に機能するものである。
なお、制御装置２６の設置箇所はベースフレーム１２上に限定されるものではなく、任意である。
また、制御装置２６を構成する、信号発生装置２６Ａと、モータアンプ２６Ｂと、メモリ２６Ｃと、センサアンプ２６Ｄと、ＣＰＵ２６Ｅと、解析装置２６Ｆとをどのように構成するかは任意である。例えば、各部が１つの筐体の内部に収容されて構成されていてもよいし、ＣＰＵ２６Ｅと解析装置２６Ｆが１台のパソコンによって構成され、残りが１つの筐体に収容されていてもよい。
【００１５】
振動計２８は、起振装置１０が設置された構造物の振動を計測するものである。
振動計２８は、ベースフレーム１２上、あるいは、構造物Ａ上に設置することで、起振装置１０によって加振された構造物Ａの振動の大きさを検出し、その検出信号を駆動制御部２６のセンサアンプ２６Ｃに供給するものである。
なお、図３において符号３０は、ベースフレーム１２、軸受け部１４、レバー１６、アクチュエータ１８、錘２０、取り付け機構２２、ばね２４、駆動制御部２６、振動計２８などを覆うカバーであり、ベースフレーム１２に着脱可能に取着されている。
【００１６】
次に起振装置１０の使用方法について説明する。
まず、起振装置１０によって構造物Ａの振動特性を解析する動作について説明する。
この場合、図３、図５に示すように、起振装置１０のベースフレーム１２を解析対象となる構造物Ａに設置する。
そして、振動計２８をベースフレーム１２あるいは構造物Ａの適宜箇所に取り付ける。
そして、制御装置２６からアクチュエータ１８に所定時間駆動信号を供給することでレバー１６および錘２０を鉛直面上で揺動させる。
これにより、ベースフレーム１２を介して構造物Ａが上下方向に（鉛直方向に）加振される。
制御装置２６では、信号発生装置２６Ａから生成された駆動信号と、振動計２８で検出された検出信号とがメモリ２６Ｃに記録される。
アクチュエータ１８への駆動信号の供給が停止したならば、解析装置２６Ｆによって構造物Ａの振動特性の解析がなされ、その解析結果が出力される。
【００１７】
なお、起振装置１０の加振振動数、すなわち、レバー１６および錘２０の振動数はアクチュエータ１６に供給する駆動信号の周波数によって決定される。
そして、起振装置１０によって構造物Ａを加振する際、起振装置１０の加振振動数と、起振装置１０の固有振動数とをほぼ同じ値とすると、起振装置１０によって構造物Ａをより大きな力で加振する上で有利となる。
したがって、広い範囲の振動数にわたって大きな力で構造物Ａを加振させることが必要な場合には、起振装置１０の加振振動数を変える毎に、起振装置１０の固有振動数の調節も行えばよい。すなわち、錘２０の重量と、錘２０のレバー１６の長さ方向における位置と、ばね２４の弾性と、ばね２４の個数と、ばね２４のレバー１６の長さ方向における位置取り付け位置との１つ以上を調節することによって、起振装置１０の固有振動数を調節すればよい。
また、大きな力で構造物Aを加振させる必要がない場合には、起振装置１０の固有振動数の設定は任意である。ただし、起振装置１０の固有振動数は加振振動数範囲よりも高く設定するのが一般的である。
また、起振装置１０の固有振動数が構造物Ａの固有振動数付近に設定されている場合には、その固有振動数において大きな力で構造物Ａを加振させることができる。
【００１８】
次に、起振装置１０によって構造物Ａの振動を抑制する動作について説明する。
この場合、図６に示すように、起振装置１０のベースフレーム１２を解析対象となる構造物Ａに設置する。
そして、振動計２８をベースフレーム１２あるいは構造物Ａの適宜箇所に取り付ける。
制御装置２６では、ＣＰＵ２６Ｅがセンサアンプ２６Ｃから供給される前記検出信号に基づいて構造物Ａの振動を抑制するために必要な加振、すなわち、構造物Ａの振動を打ち消すような加振を起振装置１０によって行わせるに足る駆動信号を生成するためのデータを演算して求めそのデータを信号発生装置２６Ａに供給することで駆動信号を生成させる。
具体的には、ＣＰＵ２６Ｅは、振動計２８からセンサアンプ２６Ｄを介して供給された検出信号の大きさが最小となるような制御を行うものであり、例えば、最適制御理論に基づいて前記データの算出を行う。言い換えると、駆動制御部２６は、振動計２８から供給される検出信号に基づいて構造物Ａの振動が最小となるように前記駆動信号を制御する。
信号発生装置２６Ａから生成された駆動信号がモータアンプ２６Ｂを介してアクチュエータ１８に供給され、これによりアクチュエータ１８が駆動され、ベースフレーム１２を介して構造物Ａが上下方向に（鉛直方向に）加振され、これにより構造物Ａの振動が抑制される。
なお、起振装置１０の加振力は、起振装置１０の固有振動数付近で最大となる。すなわち、起振装置１０は、構造物Ａの振動を抑制する制御能力が起振装置１０の固有振動数付近で最大となる。
したがって、起振装置１０の固有振動数を、振動制御しようとする周波数にほぼ合致するように設定することが好ましい。一般には、起振装置１０の固有振動数を、起振装置１０を設置する構造物Ａの固有振動数と同じ値に設定することが好ましい。
【００１９】
以上説明したように、本実施の形態の起振装置１０によれば、錘２０のレバー１６の長さ方向における位置を調節することによって、起振装置１０の固有振動数を極めて簡単に設定することができる。
そして、固有振動数を調整することで、広い周波数範囲にわたって大きな加振力を発生させることができるので、構造物Ａの振動解析を行う際に必要な加振力を得る上で有利となり、また、構造物Ａの振動を効果的に抑制する上で有利となる。
また本実施の形態では、錘２０の重量と、ばね２４の弾性と、ばね２４の個数と、ばね２４のレバー１６の長さ方向における位置取り付け位置との少なくとも１つを設定することによっても、起振装置１０（前記梃子型振動系）の固有振動数を設定することができるので、固有振動数の調節範囲を広く確保するとともに調節方法の自由度を確保する上でも有利となる。
【００２０】
また、本実施の形態によれば次の効果が奏される。
レバー１６の一端１６Ａを中心として他端１６Ｂをアクチュエータ１８で動かすことで錘２０を振動させるので、比較的小さな駆動力で大きな加振力が得られ、したがって、アクチュエータ１８の小型化および省電力化を図る上で有利となる。
また、起振装置１０自体が固有振動数をもっており、その固有振動数で加振する場合には、加振力を大きくすることができる。言い換えると、起振装置１０の固有振動数で加振する時には他の周波数（振動数）で加振する時よりもアクチュエータ１８の駆動力が小さいもので済み、したがって、アクチュエータ１８の小型化および省電力化を図る上で有利となる。
また、アクチュエータ１８としてリニアモータなどの直動式のアクチュエータ（電磁アクチュエータ）を用いて錘２０を振動させるので、回転力を伝動機構を介してレバー１６に伝達する構成に比較して駆動ロスの発生が少なくアクチュエータの小型化および省電力化を図る上で有利となる。
従来の振動系方式の起振装置では、大きな加振力を得るためには、大きな制御力を発生するモータが必要となるが、本発明では、アクチュエータ１８で動かすレバー１６の箇所を一端１６Ａから離間した他端１６Ｂとすることで、重量の大きな錘２０を揺動させることができ、したがって、大きな加振力を得ることができるので、構成の簡素化および部品コストの低減化を図る上で有利となる。
従来の振り子形式の起振装置に比べて、占有スペースが少なくて済み、コンパクト化を図る上で有利となる。
起振装置１０によって構造物Ａを加振すると同時に、振動計２８により構造物Ａの振動を検出するので、アクチュエータ１８を駆動する駆動信号で示される入力と、振動計２８の検出信号で示される出力との関係から設置場所の振動特性を直ちに解析することができ、構造物Ａの振動特性を短時間に得ることができ有利である。
振動計２８を用いることで設置場所の振動を計測するので、計測された振動を監視することにより、加振状態で設置場所の振動を過大に大きくすることを防止する上で有利となる。
【００２１】
（第２の実施の形態）
次に第２の実施の形態について説明する。
第２の実施の形態は、起振装置１０が水平方向の振動を構造物Ａに加える点が第１の実施の形態と異なっている。
図７は第２の実施の形態の起振装置１０の構成を示す平面図、図８は図７のＡＡ線断面図である。なお、以下の実施の形態では、第１の実施の形態と同様の部分には同一の符号を付してその説明を省略し、第１の実施の形態と異なる部分について説明する。
【００２２】
第２の実施の形態の起振装置１０は、図７、図８に示すように、第１の実施の形態と同様に構成されたベースフレーム１２と、軸受け部１４と、レバー１６と、アクチュエータ１８と、錘２０と、取り付け機構２２と、駆動制御部２６と、振動計２８とを備え、さらに、受け面４０と２つのばね４２、４４とを備えている。
図７に示すように、ベースフレーム１２の対向する２辺から起立壁１２１０、１２１２が立設されている。
軸受け部１４は、ベースフレーム１２の上方の箇所で一方の起立壁１２１０に設けられている。
レバー１６は、長さを有し長さ方向の一端１６Ａが軸受け部１４によって揺動可能に支持され、レバー１６は軸受け部１４を中心に揺動可能に配設されている。より詳細には、レバー１６は、その長さ方向の他端１６Ｂが軸受け部１４を中心とした円周方向に沿って揺動可能である。
第２の実施の形態では、レバー１６の一端１６Ａにレバー１６の長さ方向と直交する支軸１６０２が設けられており、支軸１６０２は、軸受け部１４によってその軸心を水平面と直交させて（ベースフレーム１２と直交させて）支持されている。
言い換えると、レバー１６は、水平面上で軸受け部１４を中心とする円周方向に沿って揺動可能に設けられている。
【００２３】
軸受け面４０は、レバー１６の長さ方向の他端１６Ｂを支持するものである。
軸受け面４０はベースフレーム１２上に設けられ、水平面上でレバー１６の延在方向と交差する方向に延在し、レバー１６の他端１６Ｂは、軸受け面４０上で摺動可能に支持されている。
本実施の形態では、軸受け面４０と、レバー１６の他端１６Ｂが軸受け面４０に臨む箇所との一方または双方に、他端１６Ｂと軸受け面４０との摩擦を軽減するための低摩擦材が設けられており、他端１６Ｂの摺動性の向上が図られている。
なお、他端１６Ｂと軸受け面４０との摺動性を確保する構成としては、他端１６Ｂを案内する円弧状のガイドレールを軸受け面４０に設けるなど従来公知の構造が採用可能である。
【００２４】
アクチュエータ１８は、レバー１６を揺動させるものである。
第２の実施の形態では、アクチュエータ１８は、レバー１６の他端１６Ｂと他方の起立壁１２１２との間に設けられている。
アクチュエータ１８は、アクチュエータ１８により揺動される範囲の中央の位置である中立位置を中心としてレバー１６を揺動させるものである。
アクチュエータ１８は、第１の実施の形態と同様のリニアモータで構成されており、アクチュエータ１８とレバー１６の他端１６Ｂとの連結部分およびアクチュエータ１８と他方の起立壁１２１２との連結部分の構成は第１の実施の形態と同様に支軸と軸受け部を介して行われている。
したがって、駆動制御部２６によってアクチュエータ１８が駆動されると、レバー１６はスライダ１８Ｃの移動に追従して前記円周方向に揺動される。
【００２５】
ばね４２、４４は、レバー１６をアクチュエータ１８により揺動される範囲の中央の位置である中立位置に付勢するものである。
一方のばね４２は、レバー１６と一方の起立壁１２１０との間に設けられ、他方のばね４２は、レバー１６と他方の起立壁１２１２との間に設けられている。
本実施の形態では、ばね４２、４４はコイルばねで構成されている。
一方のばね４２の一端４２Ａがレバー１６または錘２０に取り付けられ、ばね４２の他端４２Ｂが一方の起立壁１２１０に取り付けられている。
他方のばね４４の一端４４Ａがレバー１６または錘２０に取り付けられ、ばね４４の他端４４Ｂが他方の起立壁１２１２に取り付けられている。
第２の実施の形態においても、第１の実施の形態と同様に、レバー１６の長さ方向に沿ったばね４２、４４のレバー１６に対する取り付け位置およびベースフレーム１２に対する取り付け位置の双方が移動調節可能となっている。
第２の実施の形態においても、錘２０が、レバー１６と、軸受け部１４と、ばね４２、４４とで支持されており、したがって、起振装置１０は梃子型振動系を構成している。
したがって、錘２０のレバー１６の長さ方向における位置を調節することによって、起振装置１０（前記梃子型振動系）の固有振動数を簡単に設定することができる。
また、錘２０の重量と、ばね４２、４４の弾性と、ばね４２、４４の個数と、ばね４２、４４のレバー１６の長さ方向における位置取り付け位置との少なくとも１つを設定することによっても、起振装置１０（前記梃子型振動系）の固有振動数を設定することができる。
【００２６】
第２の実施の形態では、制御装置２６からアクチュエータ１８に駆動信号を供給することでレバー１６および錘２０を水平面上で揺動させ、これによりベースフレーム１２を介して構造物Ａが水平方向に加振される点が第１の実施の形態と異なり他の動作は第１の実施の形態と同様である。
したがって、第２の実施の形態による起振装置１０によって構造物Ａの振動特性を解析する動作、起振装置１０によって構造物Ａの振動を抑制する動作についても加振方向が水平方向となる点のみが第１の実施の形態と異なるため、他の説明を省略する。
【００２７】
このような第２の実施の形態によって第１の実施の形態と同様の効果が奏される。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】（Ａ）、（Ｂ）は強制振動試験の一例を示す説明図である。
【図２】（Ａ）は不平衡質量方式の起振装置２の説明図、（Ｂ）はスライドマス方式の起振装置４の説明図、（Ｃ）は振り子方式の起振装置６の説明図、（Ｄ）は振動系方式の起振装置８の説明図である。
【図３】第１の実施の形態の起振装置１０の構成を示す正面図である。
【図４】レバー１６およびアクチュエータ１８の説明図である。
【図５】起振装置１０によって構造物Ａの振動特性を解析する動作を説明するための構成図である。
【図６】起振装置１０によって構造物Ａの振動を抑制する動作を説明するための構成図である。
【図７】第２の実施の形態の起振装置１０の構成を示す平面図である。
【図８】図７のＡＡ線断面図である。
【符号の説明】
【００２９】
１０……起振装置、１２……ベースフレーム、１４……軸受け部、１６……レバー、１８……アクチュエータ、２０……錘、２２……取り付け機構、２４……ばね、２６……駆動制御部。
【技術分野】
【０００１】
本発明は起振装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
構造物の振動特性を調べる方法として、構造物内に振動計を設置し、構造物の振動を測定する方法がある。すなわち、地震がなく風が強くない通常の状態でも構造物は何らかの小さな振動をしている。その振動を測定し解析することで構造物の振動特性を把握することができる。
しかしながら、振動が小さいので振動特性を把握するのが難しい。
そこで、構造物を強制的に振動させ、やや大きくなった振動を測定する試験を行うことが必要となり、このような試験を強制振動試験という。
強制振動試験のために構造物を加振する方法としては、図１（ａ）に示すように構造物の上に人が載って移動することで加振を行う人力による方法と、図１（ｂ）に示すように構造物を強制的に加振する起振装置（起振機）１を用いる方法がある。
起振装置は一定の正弦波の力を発生する装置で、振動数を少しずつ段階的に変化させる機能が必要になる。
起振装置の代表的なものには以下に示すものがある。
１）不平衡質量方式（図２（Ａ））
最も代表的な起振装置であり、この起振装置２は、鉄輪２Ａの一部に錘２Ｂを取り付けることによって鉄輪２Ａを不平衡質量とし、この鉄輪２Ａをモータ２Ｃによって回転させることによって生じる遠心力の反力を起振力として使用する（特許文献１参照）。
一般に回転する鉄輪２Ａを２〜３個組み合わせて一部を逆回転させ、任意の１方向にのみ遠心力が引き出され、他方向については相殺させて力が抽出できないような構造で使用する。
２）スライドマス方式（図２（Ｂ））
この起振装置４は、錘４Ａをリニアモータからなるアクチュエータ４Ｂによって鉛直方向に沿って直線往復運動させ、その反力を起振力に用いる。
３）振り子方式（図２（Ｃ））
この起振装置６は、錘６Ａを天井（大梁）６Ｂあるいは、床上で組立てた架構６Ｂから吊り下げて振り子を構成し、モータなどのアクチュエータ６Ｃによって振り子の錘６Ａを振動させることで、その反力を起振力に使用する（特許文献２参照）。
起振装置自体が固有振動数を持つことが特徴である。
４）振動系方式（図２（Ｄ））
この起振装置８は、錘８Ａをベースプレート８Ｂ上にばね８Ｃを介して上下方向に移動可能に支持しておき、アクチュエータ８Ｄによって錘８Ａを振動させることで、その反力を起振力に使用する（特許文献３参照）。
この振動系方式の起振装置８も前記振り子方式の起振装置６と同じで、起振装置自体が固有振動数を持つ方式である。
上述した何れの起振装置も錘の駆動方法は、モータによる定常加振が一般的で、周波数を任意に変えられるようになっている。
構造物の強制加振試験は、任意の加振周波数の定常加振力を構造物に与えて、定常状態になったところで構造物の応答を計測する作業を周波数を変えて行っていくのが一般的である。
【特許文献１】特開昭５９−１２７８８
【特許文献２】特開平９−６１２８６
【特許文献３】特開２００２−３０６４２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述した起振装置２、４、６、８には次のような欠点がある。
１）不平衡質量方式
回転型のモータを用いることができるので、制御がし易くまた伝達機構が不要でロスが小さい。錘の重量、錘の位置を変更することで加振力の大きさを容易に調整することができる利点がある。
その反面、回転が安定し加振力が発揮できるまでに時間がかかる、加振周波数が小さい長周期振動の加振では大きな加振力を得られにくいなどの欠点がある。
２）スライドマス方式
錘の直線運動が直接加振力になるので、錘の重量、加振振幅を調整することで加振力を容易に調節し易い。また装置がコンパクトになるなどの利点がある。
その反面、直線駆動方式のモータは発生力が大きいモータがあまり無く、起振力の小さい起振装置の構造となってしまう。発生力が大きい回転型モータを使用すると、回転運動を直線運動に変換する伝達機構が必要となり、ロスを生じてしまい大きな加振力が得られない。
３）振り子方式
加振力の調節は上述した不平衡質量方式やスライドマス方式と同様、錘の重量と振り子の振動振幅の大きさで可能である。ただ振り子はそれ自体に固有振動数を持っているので、その固有振動数では錘を振動させ易く、大きな加振力を発揮することができる。
ただし、振り子の固有振動数以外の周波数範囲は加振力の増大はできない。広い周波数範囲で大きな加振力を得る場合には、振り子の固有振動数を調節しなければならない。振り子の固有振動数は、錘の吊長さのみで決まるので調節は可能であるが、吊長さを変更するのは簡単ではない。
４）振動系方式
上述した振り子方式と同様、起振装置の固有振動数では錘を振動させ易く、大きな加振力を発揮することができる。
しかしながら、固有振動数を変化させるためには錘の重量、バネの剛性を変更させる必要があり、容易ではない。
このように従来の技術ではそれぞれ欠点がある。
本発明はこのような事情に鑑みなされたものであり、その目的は、広い周波数範囲にわたって大きな加振力を発生させる上で有利な起振装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上述の目的を達成するため、本発明の起振装置は、ベースフレームと、前記ベースフレームに設けられた軸受け部と、長さを有し前記長さ方向の一端が前記軸受け部によって揺動可能に支持され、前記軸受け部を中心として揺動可能なレバーと、前記レバーを揺動させるアクチュエータと、前記レバーに設けられた錘と、前記錘を前記レバーの長手方向に移動調節可能に取り付ける取り付け機構と、前記レバーを前記アクチュエータにより揺動される範囲の中央の位置である中立位置に付勢するばねと、前記アクチュエータの動作を制御する駆動制御部とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によれば、錘のレバーの長さ方向における位置を調節することによって、起振装置の固有振動数を極めて簡単に設定することができ、広い周波数範囲にわたって大きな加振力を発生させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
（第１の実施の形態）
次に本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図３は第１の実施の形態の起振装置１０の構成を示す正面図、図４はレバー１６およびアクチュエータ１８の説明図、図５は起振装置１０によって構造物Ａの振動特性を解析する動作を説明するための構成図、図６は、起振装置１０によって構造物Ａの振動を抑制する動作を説明するための構成図である。
【０００７】
第１の実施の形態において、起振装置１０は、構造物Ａなどに取り付けられた状態で動作することにより鉛直方向の振動を構造物Ａに加えるものである。なお、本発明において構造物Ａとは、建物の床や、梁、建物の屋上、橋などを広く含む。
起振装置１０は、ベースフレーム１２と、軸受け部１４と、レバー１６と、アクチュエータ１８と、錘２０と、取り付け機構２２と、ばね２４と、駆動制御部２６と、振動計２８などを含んで構成されている。
【０００８】
ベースフレーム１２は平板状に形成され、構造物Ａなどに設置されるものである。
軸受け部１４はベースフレーム１２の上方の箇所に設けられている。
【０００９】
レバー１６は、長さを有し長さ方向の一端１６Ａが軸受け部１４によって揺動可能に支持され、レバー１６は軸受け部１４を中心に揺動可能に配設されている。より詳細には、レバー１６は、その長さ方向の他端１６Ｂが軸受け部１４を中心とした円周方向に沿って揺動可能である。
本実施の形態では、レバー１６の一端１６Ａにレバー１６の長さ方向と直交する支軸１６０２が設けられており、支軸１６０２は、軸受け部１４によってその軸心を水平面と平行させて（ベースフレーム１２と平行させて）支持されている。
言い換えると、レバー１６は、鉛直面上で軸受け部１４を中心とする円周方向に沿って揺動可能に設けられている。
また、レバー１６は一端１６Ａおよび他端１６Ｂを除く中間部分の断面が長さ方向に沿って均一な形状を呈している。
【００１０】
アクチュエータ１８は、レバー１６を揺動させるものである。
本実施の形態では、アクチュエータ１８は、レバー１６の他端１６Ｂとベースフレーム１２との間に設けられている。
アクチュエータ１８は、アクチュエータ１８により揺動される範囲の中央の位置である中立位置を中心としてレバー１６を揺動させるものであり、本実施の形態では、中立位置は、レバー１６が水平方向に延在する位置である。
図４に示すように、本実施の形態では、アクチュエータ１８は、直動式のアクチュエータ（電磁アクチュエータ）であるリニアモータで構成されている。
アクチュエータ１８は、直線状に延在するガイド１８Ａと、ガイド１８Ａの長さ方向に沿って設けられた固定子１８Ｂと、ガイド１８Ａに沿って直線往復移動可能に設けられたスライダ１８Ｃと、スライダ１８Ｃに設けられた可動子１８Ｄなどを含んで構成されている。
そして、駆動制御部２６から可動子１８Ｄに供給される駆動信号によって可動子１８Ｄから発生する磁界と、固定子１８Ｂの磁界との磁気相互作用によってスライダ１８Ｃがガイド１８Ａに沿って直線往復移動するように構成されている。
本実施の形態では、ガイド１８Ａの一端に設けられた支軸１８０２が、レバー１６の軸受け部１６０２に枢支されている。
また、スライダ１８Ｃにはガイド１８Ａの長さ方向に沿って延在するロッド１８Ｅの一端が連結され、ロッド１８Ｅの他端はスライダ１８Ｃの他端から突出している。
そして、ロッド１８Ｅの他端に設けられた支軸１８０４がベースフレーム１２の軸受け部１２０２に枢支されている。
したがって、駆動制御部２６によってアクチュエータ１８が駆動され、スライダ１８Ｃが直線往復移動すると、レバー１６はスライダ１８Ｃの移動に追従して前記円周方向に揺動される。
この際、アクチュエータ１８の支軸１８０２、１８０４が軸受け部１６０２、１２０２にそれぞれ枢支されているため、アクチュエータ１８はレバー１６の揺動に追従して軸受け部１２０２を中心に揺動される。
なお、レバー１６を揺動させるアクチュエータ１８はリニアモータに限定されるものではなく、例えば、回転モータの駆動力をカム機構やリンク機構などの伝動機構を介してレバー１６に伝達することでレバー１６を揺動させるようにしてもよく、レバー１６を揺動させるアクチュエータの構成には、あるいは、伝動機構を含むアクチュエータの構成には、従来公知のさまざまな構造が採用可能である。
【００１１】
錘２０はレバー１６に設けられている。
本実施の形態では、錘２０は直方体状を呈し、互いに対向する２つの側面の中央を貫通する孔にレバー１６が挿通されることで、レバー１６に該レバー１６の長手方向に移動可能に支持されている。
取り付け機構２２は、錘２０をレバー１６の長手方向に移動調節可能に取り付けるものである。
本実施の形態では、取り付け機構２２は、２つのリング状のストッパ２２Ａ、２２Ｂと、不図示の固定ねじとで構成されている。
すなわち、ストッパ２２Ａ、２２Ｂが錘２０の両側を挟むようにレバー１６にその長さ方向に移動可能に挿通されている。
各ストッパ２２Ａ、２２Ｂにはそれらの外周から内周にねじ孔が貫通形成され、ねじ孔には前記固定ねじが螺合されている。
錘２０の取り付けは、錘２０の両側にストッパ２２Ａ、２２Ｂを当接させた状態で、前記各固定ねじを締め付けて固定ねじの先端をレバー１６の外周に当接させることでストッパ２２Ａ、２２Ｂをレバー１６の長さ方向に移動不能に固定することによってなされる。
なお、取り付け機構２２を、レバー１６の一端１６Ａと他端１６Ｂとの間の外周部分に形成された雄ねじと、錘２０の両側を挟むように前記雄ねじに螺合された２つのナットとで構成し、錘２０の取り付けを、２つのナットにより錘２０の両側を挟んだ状態で各ナットを締結することによって行うなど、取り付け機構２２としては従来公知のさまざまな構造が採用可能である。
【００１２】
ばね２４は、レバー１６を前記中立位置に付勢するものである。
ばね２４は、レバー１６とベースフレーム１２との間に設けられている。
本実施の形態では、ばね２４は圧縮コイルばねで構成され、ばね２４の一端２４Ａがレバー１６または錘２０に取り付けられ、ばね２４の他端２４Ｂがベースフレーム１２に取り付けられている。
また、本実施の形態では、レバー１６の長さ方向に沿ったばね２４のレバー１６に対する取り付け位置およびベースフレーム１２に対する取り付け位置の双方が移動調節可能となっている。
すなわち、レバー１６の外周がベースフレーム１２に臨む箇所、あるいは、錘２０がベースフレーム１２に臨む箇所にばね２４の一端２４Ａが係合する不図示の第１の係合凹部がレバー１６の長さ方向に間隔をおいて複数箇所設けられている。
また、前記第１の係合凹部に対応する前記ベースフレーム１２の箇所に、ばね２４の他端２４Ｂが係合する不図示の第２の係合凹部がそれぞれ設けられている。
そして、ばね２４の一端２４Ａと他端２４Ｂをそれぞれ所望の前記第１の係合凹部と前記第２の係合凹部に係合させることで、レバー１６の長さ方向におけるばね２４の取り付け位置を調節できるようにしている。
なお、取り付けるばね２４の種類や個数は任意である。
本実施の形態では、錘２０が、レバー１６と、軸受け部１４と、ばね２４とで支持されており、したがって、起振装置１０は梃子型振動系を構成している。
したがって、錘２０のレバー１６の長さ方向における位置を調節することによって、起振装置１０（前記梃子型振動系）の固有振動数を簡単に設定することができる。
また、錘２０の重量と、ばね２４の弾性と、ばね２４の個数と、ばね２４のレバー１６の長さ方向における位置取り付け位置との少なくとも１つを設定することによっても、起振装置１０（前記梃子型振動系）の固有振動数を設定することができる。
【００１３】
駆動制御部２６は、アクチュエータ１８の動作を制御するものである。
駆動制御部２６は、アクチュエータ１８に駆動信号を供給することでアクチュエータ１８を動作させるものであり、前記駆動信号の波形形状、周波数、振幅、加振時間などの設定値を任意に調節して設定できるように構成されている。
例えば、駆動信号は定常正弦波である。
【００１４】
本実施の形態では、図５に示すように、駆動制御部２６は、信号発生装置２６Ａと、モータアンプ２６Ｂと、メモリ２６Ｃと、センサアンプ２６Ｄと、ＣＰＵ２６Ｅと、解析装置２６Ｆなどを含んで構成されている。
信号発生装置２６Ａは、前記駆動信号の波形形状、周波数、振幅、加振時間などの設定値を任意に調節して前記駆動信号を生成するものである。
モータアンプ２６Ｂは、信号発生装置２６Ａから供給された前記駆動信号を増幅してアクチュエータ１８に供給するものである。
センサアンプ２６Ｄは、振動計２８から供給される検出信号を増幅するものである。
メモリ２６Ｃは、信号発生装置２６Ａから供給される前記駆動信号を記録し、また、センサアンプ２６Ｄによって増幅された前記検出信号を記録するものである。
解析装置２６Ｆは、後述するように、起振装置１０によって構造物Ａの振動特性を解析する際に主に機能するものであり、図５に示すように、メモリ２６Ｃに記録されている駆動信号および検出信号に基づいて従来公知のさまざまな振動特性の解析を行い、その解析結果を図示しない記録媒体に記録し、あるいは、前記解析結果をディスプレイやプリンタを介して出力するものである。
ＣＰＵ２６Ｅは、後述するように、起振装置１０によって構造物Ａの振動を抑制する際に主に機能するものである。
なお、制御装置２６の設置箇所はベースフレーム１２上に限定されるものではなく、任意である。
また、制御装置２６を構成する、信号発生装置２６Ａと、モータアンプ２６Ｂと、メモリ２６Ｃと、センサアンプ２６Ｄと、ＣＰＵ２６Ｅと、解析装置２６Ｆとをどのように構成するかは任意である。例えば、各部が１つの筐体の内部に収容されて構成されていてもよいし、ＣＰＵ２６Ｅと解析装置２６Ｆが１台のパソコンによって構成され、残りが１つの筐体に収容されていてもよい。
【００１５】
振動計２８は、起振装置１０が設置された構造物の振動を計測するものである。
振動計２８は、ベースフレーム１２上、あるいは、構造物Ａ上に設置することで、起振装置１０によって加振された構造物Ａの振動の大きさを検出し、その検出信号を駆動制御部２６のセンサアンプ２６Ｃに供給するものである。
なお、図３において符号３０は、ベースフレーム１２、軸受け部１４、レバー１６、アクチュエータ１８、錘２０、取り付け機構２２、ばね２４、駆動制御部２６、振動計２８などを覆うカバーであり、ベースフレーム１２に着脱可能に取着されている。
【００１６】
次に起振装置１０の使用方法について説明する。
まず、起振装置１０によって構造物Ａの振動特性を解析する動作について説明する。
この場合、図３、図５に示すように、起振装置１０のベースフレーム１２を解析対象となる構造物Ａに設置する。
そして、振動計２８をベースフレーム１２あるいは構造物Ａの適宜箇所に取り付ける。
そして、制御装置２６からアクチュエータ１８に所定時間駆動信号を供給することでレバー１６および錘２０を鉛直面上で揺動させる。
これにより、ベースフレーム１２を介して構造物Ａが上下方向に（鉛直方向に）加振される。
制御装置２６では、信号発生装置２６Ａから生成された駆動信号と、振動計２８で検出された検出信号とがメモリ２６Ｃに記録される。
アクチュエータ１８への駆動信号の供給が停止したならば、解析装置２６Ｆによって構造物Ａの振動特性の解析がなされ、その解析結果が出力される。
【００１７】
なお、起振装置１０の加振振動数、すなわち、レバー１６および錘２０の振動数はアクチュエータ１６に供給する駆動信号の周波数によって決定される。
そして、起振装置１０によって構造物Ａを加振する際、起振装置１０の加振振動数と、起振装置１０の固有振動数とをほぼ同じ値とすると、起振装置１０によって構造物Ａをより大きな力で加振する上で有利となる。
したがって、広い範囲の振動数にわたって大きな力で構造物Ａを加振させることが必要な場合には、起振装置１０の加振振動数を変える毎に、起振装置１０の固有振動数の調節も行えばよい。すなわち、錘２０の重量と、錘２０のレバー１６の長さ方向における位置と、ばね２４の弾性と、ばね２４の個数と、ばね２４のレバー１６の長さ方向における位置取り付け位置との１つ以上を調節することによって、起振装置１０の固有振動数を調節すればよい。
また、大きな力で構造物Aを加振させる必要がない場合には、起振装置１０の固有振動数の設定は任意である。ただし、起振装置１０の固有振動数は加振振動数範囲よりも高く設定するのが一般的である。
また、起振装置１０の固有振動数が構造物Ａの固有振動数付近に設定されている場合には、その固有振動数において大きな力で構造物Ａを加振させることができる。
【００１８】
次に、起振装置１０によって構造物Ａの振動を抑制する動作について説明する。
この場合、図６に示すように、起振装置１０のベースフレーム１２を解析対象となる構造物Ａに設置する。
そして、振動計２８をベースフレーム１２あるいは構造物Ａの適宜箇所に取り付ける。
制御装置２６では、ＣＰＵ２６Ｅがセンサアンプ２６Ｃから供給される前記検出信号に基づいて構造物Ａの振動を抑制するために必要な加振、すなわち、構造物Ａの振動を打ち消すような加振を起振装置１０によって行わせるに足る駆動信号を生成するためのデータを演算して求めそのデータを信号発生装置２６Ａに供給することで駆動信号を生成させる。
具体的には、ＣＰＵ２６Ｅは、振動計２８からセンサアンプ２６Ｄを介して供給された検出信号の大きさが最小となるような制御を行うものであり、例えば、最適制御理論に基づいて前記データの算出を行う。言い換えると、駆動制御部２６は、振動計２８から供給される検出信号に基づいて構造物Ａの振動が最小となるように前記駆動信号を制御する。
信号発生装置２６Ａから生成された駆動信号がモータアンプ２６Ｂを介してアクチュエータ１８に供給され、これによりアクチュエータ１８が駆動され、ベースフレーム１２を介して構造物Ａが上下方向に（鉛直方向に）加振され、これにより構造物Ａの振動が抑制される。
なお、起振装置１０の加振力は、起振装置１０の固有振動数付近で最大となる。すなわち、起振装置１０は、構造物Ａの振動を抑制する制御能力が起振装置１０の固有振動数付近で最大となる。
したがって、起振装置１０の固有振動数を、振動制御しようとする周波数にほぼ合致するように設定することが好ましい。一般には、起振装置１０の固有振動数を、起振装置１０を設置する構造物Ａの固有振動数と同じ値に設定することが好ましい。
【００１９】
以上説明したように、本実施の形態の起振装置１０によれば、錘２０のレバー１６の長さ方向における位置を調節することによって、起振装置１０の固有振動数を極めて簡単に設定することができる。
そして、固有振動数を調整することで、広い周波数範囲にわたって大きな加振力を発生させることができるので、構造物Ａの振動解析を行う際に必要な加振力を得る上で有利となり、また、構造物Ａの振動を効果的に抑制する上で有利となる。
また本実施の形態では、錘２０の重量と、ばね２４の弾性と、ばね２４の個数と、ばね２４のレバー１６の長さ方向における位置取り付け位置との少なくとも１つを設定することによっても、起振装置１０（前記梃子型振動系）の固有振動数を設定することができるので、固有振動数の調節範囲を広く確保するとともに調節方法の自由度を確保する上でも有利となる。
【００２０】
また、本実施の形態によれば次の効果が奏される。
レバー１６の一端１６Ａを中心として他端１６Ｂをアクチュエータ１８で動かすことで錘２０を振動させるので、比較的小さな駆動力で大きな加振力が得られ、したがって、アクチュエータ１８の小型化および省電力化を図る上で有利となる。
また、起振装置１０自体が固有振動数をもっており、その固有振動数で加振する場合には、加振力を大きくすることができる。言い換えると、起振装置１０の固有振動数で加振する時には他の周波数（振動数）で加振する時よりもアクチュエータ１８の駆動力が小さいもので済み、したがって、アクチュエータ１８の小型化および省電力化を図る上で有利となる。
また、アクチュエータ１８としてリニアモータなどの直動式のアクチュエータ（電磁アクチュエータ）を用いて錘２０を振動させるので、回転力を伝動機構を介してレバー１６に伝達する構成に比較して駆動ロスの発生が少なくアクチュエータの小型化および省電力化を図る上で有利となる。
従来の振動系方式の起振装置では、大きな加振力を得るためには、大きな制御力を発生するモータが必要となるが、本発明では、アクチュエータ１８で動かすレバー１６の箇所を一端１６Ａから離間した他端１６Ｂとすることで、重量の大きな錘２０を揺動させることができ、したがって、大きな加振力を得ることができるので、構成の簡素化および部品コストの低減化を図る上で有利となる。
従来の振り子形式の起振装置に比べて、占有スペースが少なくて済み、コンパクト化を図る上で有利となる。
起振装置１０によって構造物Ａを加振すると同時に、振動計２８により構造物Ａの振動を検出するので、アクチュエータ１８を駆動する駆動信号で示される入力と、振動計２８の検出信号で示される出力との関係から設置場所の振動特性を直ちに解析することができ、構造物Ａの振動特性を短時間に得ることができ有利である。
振動計２８を用いることで設置場所の振動を計測するので、計測された振動を監視することにより、加振状態で設置場所の振動を過大に大きくすることを防止する上で有利となる。
【００２１】
（第２の実施の形態）
次に第２の実施の形態について説明する。
第２の実施の形態は、起振装置１０が水平方向の振動を構造物Ａに加える点が第１の実施の形態と異なっている。
図７は第２の実施の形態の起振装置１０の構成を示す平面図、図８は図７のＡＡ線断面図である。なお、以下の実施の形態では、第１の実施の形態と同様の部分には同一の符号を付してその説明を省略し、第１の実施の形態と異なる部分について説明する。
【００２２】
第２の実施の形態の起振装置１０は、図７、図８に示すように、第１の実施の形態と同様に構成されたベースフレーム１２と、軸受け部１４と、レバー１６と、アクチュエータ１８と、錘２０と、取り付け機構２２と、駆動制御部２６と、振動計２８とを備え、さらに、受け面４０と２つのばね４２、４４とを備えている。
図７に示すように、ベースフレーム１２の対向する２辺から起立壁１２１０、１２１２が立設されている。
軸受け部１４は、ベースフレーム１２の上方の箇所で一方の起立壁１２１０に設けられている。
レバー１６は、長さを有し長さ方向の一端１６Ａが軸受け部１４によって揺動可能に支持され、レバー１６は軸受け部１４を中心に揺動可能に配設されている。より詳細には、レバー１６は、その長さ方向の他端１６Ｂが軸受け部１４を中心とした円周方向に沿って揺動可能である。
第２の実施の形態では、レバー１６の一端１６Ａにレバー１６の長さ方向と直交する支軸１６０２が設けられており、支軸１６０２は、軸受け部１４によってその軸心を水平面と直交させて（ベースフレーム１２と直交させて）支持されている。
言い換えると、レバー１６は、水平面上で軸受け部１４を中心とする円周方向に沿って揺動可能に設けられている。
【００２３】
軸受け面４０は、レバー１６の長さ方向の他端１６Ｂを支持するものである。
軸受け面４０はベースフレーム１２上に設けられ、水平面上でレバー１６の延在方向と交差する方向に延在し、レバー１６の他端１６Ｂは、軸受け面４０上で摺動可能に支持されている。
本実施の形態では、軸受け面４０と、レバー１６の他端１６Ｂが軸受け面４０に臨む箇所との一方または双方に、他端１６Ｂと軸受け面４０との摩擦を軽減するための低摩擦材が設けられており、他端１６Ｂの摺動性の向上が図られている。
なお、他端１６Ｂと軸受け面４０との摺動性を確保する構成としては、他端１６Ｂを案内する円弧状のガイドレールを軸受け面４０に設けるなど従来公知の構造が採用可能である。
【００２４】
アクチュエータ１８は、レバー１６を揺動させるものである。
第２の実施の形態では、アクチュエータ１８は、レバー１６の他端１６Ｂと他方の起立壁１２１２との間に設けられている。
アクチュエータ１８は、アクチュエータ１８により揺動される範囲の中央の位置である中立位置を中心としてレバー１６を揺動させるものである。
アクチュエータ１８は、第１の実施の形態と同様のリニアモータで構成されており、アクチュエータ１８とレバー１６の他端１６Ｂとの連結部分およびアクチュエータ１８と他方の起立壁１２１２との連結部分の構成は第１の実施の形態と同様に支軸と軸受け部を介して行われている。
したがって、駆動制御部２６によってアクチュエータ１８が駆動されると、レバー１６はスライダ１８Ｃの移動に追従して前記円周方向に揺動される。
【００２５】
ばね４２、４４は、レバー１６をアクチュエータ１８により揺動される範囲の中央の位置である中立位置に付勢するものである。
一方のばね４２は、レバー１６と一方の起立壁１２１０との間に設けられ、他方のばね４２は、レバー１６と他方の起立壁１２１２との間に設けられている。
本実施の形態では、ばね４２、４４はコイルばねで構成されている。
一方のばね４２の一端４２Ａがレバー１６または錘２０に取り付けられ、ばね４２の他端４２Ｂが一方の起立壁１２１０に取り付けられている。
他方のばね４４の一端４４Ａがレバー１６または錘２０に取り付けられ、ばね４４の他端４４Ｂが他方の起立壁１２１２に取り付けられている。
第２の実施の形態においても、第１の実施の形態と同様に、レバー１６の長さ方向に沿ったばね４２、４４のレバー１６に対する取り付け位置およびベースフレーム１２に対する取り付け位置の双方が移動調節可能となっている。
第２の実施の形態においても、錘２０が、レバー１６と、軸受け部１４と、ばね４２、４４とで支持されており、したがって、起振装置１０は梃子型振動系を構成している。
したがって、錘２０のレバー１６の長さ方向における位置を調節することによって、起振装置１０（前記梃子型振動系）の固有振動数を簡単に設定することができる。
また、錘２０の重量と、ばね４２、４４の弾性と、ばね４２、４４の個数と、ばね４２、４４のレバー１６の長さ方向における位置取り付け位置との少なくとも１つを設定することによっても、起振装置１０（前記梃子型振動系）の固有振動数を設定することができる。
【００２６】
第２の実施の形態では、制御装置２６からアクチュエータ１８に駆動信号を供給することでレバー１６および錘２０を水平面上で揺動させ、これによりベースフレーム１２を介して構造物Ａが水平方向に加振される点が第１の実施の形態と異なり他の動作は第１の実施の形態と同様である。
したがって、第２の実施の形態による起振装置１０によって構造物Ａの振動特性を解析する動作、起振装置１０によって構造物Ａの振動を抑制する動作についても加振方向が水平方向となる点のみが第１の実施の形態と異なるため、他の説明を省略する。
【００２７】
このような第２の実施の形態によって第１の実施の形態と同様の効果が奏される。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】（Ａ）、（Ｂ）は強制振動試験の一例を示す説明図である。
【図２】（Ａ）は不平衡質量方式の起振装置２の説明図、（Ｂ）はスライドマス方式の起振装置４の説明図、（Ｃ）は振り子方式の起振装置６の説明図、（Ｄ）は振動系方式の起振装置８の説明図である。
【図３】第１の実施の形態の起振装置１０の構成を示す正面図である。
【図４】レバー１６およびアクチュエータ１８の説明図である。
【図５】起振装置１０によって構造物Ａの振動特性を解析する動作を説明するための構成図である。
【図６】起振装置１０によって構造物Ａの振動を抑制する動作を説明するための構成図である。
【図７】第２の実施の形態の起振装置１０の構成を示す平面図である。
【図８】図７のＡＡ線断面図である。
【符号の説明】
【００２９】
１０……起振装置、１２……ベースフレーム、１４……軸受け部、１６……レバー、１８……アクチュエータ、２０……錘、２２……取り付け機構、２４……ばね、２６……駆動制御部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベースフレームと、
前記ベースフレームに設けられた軸受け部と、
長さを有し前記長さ方向の一端が前記軸受け部によって揺動可能に支持され、前記軸受け部を中心として揺動可能なレバーと、
前記レバーを揺動させるアクチュエータと、
前記レバーに設けられた錘と、
前記錘を前記レバーの長手方向に移動調節可能に取り付ける取り付け機構と、
前記レバーを前記アクチュエータにより揺動される範囲の中央の位置である中立位置に付勢するばねと、
前記アクチュエータの動作を制御する駆動制御部と、
を備えることを特徴とする起振装置。
【請求項２】
ベースフレームと、
前記ベースフレームに設けられた軸受け部と、
長さを有し前記長さ方向の一端が前記軸受け部によって揺動可能に支持され、鉛直面上で前記軸受け部を中心として揺動可能なレバーと、
前記レバーが水平方向に延在する中立位置を中心として前記レバーを揺動させるアクチュエータと、
前記レバーに設けられた錘と、
前記錘を前記レバーの長手方向に移動調節可能に取り付ける取り付け機構と、
前記レバーを前記中立位置に付勢するばねと、
前記アクチュエータの動作を制御する駆動制御部と、
を備えることを特徴とする起振装置。
【請求項３】
ベースフレームと、
前記ベースフレームに設けられた軸受け部と、
長さを有し前記長さ方向の一端が前記軸受け部によって揺動可能に支持され、水平面上で前記軸受け部を中心として揺動可能なレバーと、
前記レバーを揺動させるアクチュエータと、
前記レバーに設けられた錘と、
前記錘を前記レバーの長手方向に移動調節可能に取り付ける取り付け機構と、
前記レバーを前記アクチュエータにより揺動される範囲の中央の位置である中立位置に付勢するばねと、
前記アクチュエータの動作を制御する駆動制御部と、
を備えることを特徴とする起振装置。
【請求項４】
前記アクチュエータは、前記レバーの長さ方向の他端と前記ベースフレームとの間に設けられる、
ことを特徴とする請求項１乃至３に何れか1項記載の起振装置。
【請求項５】
前記ばねは、前記レバーまたは前記錘と、前記ベースフレームとの間に設けられる、
ことを特徴とする請求項１乃至３に何れか1項記載の起振装置。
【請求項６】
前記レバーの長さ方向の他端は、水平面上で前記レバーの延在方向と交差する方向に延在する軸受け面上で摺動可能に支持されている、
ことを特徴とする請求項３記載の起振装置。
【請求項７】
前記ベースフレームまたは前記ベースフレームが設置された構造物の振動を検出する振動計が設けられ、
前記駆動制御部は、前記アクチュエータに駆動信号を供給することで前記アクチュエータの駆動制御を行うとともに、前記駆動信号と前記振動計から供給される検出信号とに基づいて前記構造物の振動を解析する、
ことを特徴とする請求項１記載の起振装置。
【請求項８】
前記ベースフレームまたは前記ベースフレームが設置された構造物の振動を検出する振動計が設けられ、
前記駆動制御部は、前記アクチュエータに駆動信号を供給することで前記アクチュエータの駆動制御を行うとともに、前記振動計から供給される検出信号に基づいて前記構造物の振動が最小となるように前記駆動信号を制御する、
ことを特徴とする請求項１記載の起振装置。
【請求項１】
ベースフレームと、
前記ベースフレームに設けられた軸受け部と、
長さを有し前記長さ方向の一端が前記軸受け部によって揺動可能に支持され、前記軸受け部を中心として揺動可能なレバーと、
前記レバーを揺動させるアクチュエータと、
前記レバーに設けられた錘と、
前記錘を前記レバーの長手方向に移動調節可能に取り付ける取り付け機構と、
前記レバーを前記アクチュエータにより揺動される範囲の中央の位置である中立位置に付勢するばねと、
前記アクチュエータの動作を制御する駆動制御部と、
を備えることを特徴とする起振装置。
【請求項２】
ベースフレームと、
前記ベースフレームに設けられた軸受け部と、
長さを有し前記長さ方向の一端が前記軸受け部によって揺動可能に支持され、鉛直面上で前記軸受け部を中心として揺動可能なレバーと、
前記レバーが水平方向に延在する中立位置を中心として前記レバーを揺動させるアクチュエータと、
前記レバーに設けられた錘と、
前記錘を前記レバーの長手方向に移動調節可能に取り付ける取り付け機構と、
前記レバーを前記中立位置に付勢するばねと、
前記アクチュエータの動作を制御する駆動制御部と、
を備えることを特徴とする起振装置。
【請求項３】
ベースフレームと、
前記ベースフレームに設けられた軸受け部と、
長さを有し前記長さ方向の一端が前記軸受け部によって揺動可能に支持され、水平面上で前記軸受け部を中心として揺動可能なレバーと、
前記レバーを揺動させるアクチュエータと、
前記レバーに設けられた錘と、
前記錘を前記レバーの長手方向に移動調節可能に取り付ける取り付け機構と、
前記レバーを前記アクチュエータにより揺動される範囲の中央の位置である中立位置に付勢するばねと、
前記アクチュエータの動作を制御する駆動制御部と、
を備えることを特徴とする起振装置。
【請求項４】
前記アクチュエータは、前記レバーの長さ方向の他端と前記ベースフレームとの間に設けられる、
ことを特徴とする請求項１乃至３に何れか1項記載の起振装置。
【請求項５】
前記ばねは、前記レバーまたは前記錘と、前記ベースフレームとの間に設けられる、
ことを特徴とする請求項１乃至３に何れか1項記載の起振装置。
【請求項６】
前記レバーの長さ方向の他端は、水平面上で前記レバーの延在方向と交差する方向に延在する軸受け面上で摺動可能に支持されている、
ことを特徴とする請求項３記載の起振装置。
【請求項７】
前記ベースフレームまたは前記ベースフレームが設置された構造物の振動を検出する振動計が設けられ、
前記駆動制御部は、前記アクチュエータに駆動信号を供給することで前記アクチュエータの駆動制御を行うとともに、前記駆動信号と前記振動計から供給される検出信号とに基づいて前記構造物の振動を解析する、
ことを特徴とする請求項１記載の起振装置。
【請求項８】
前記ベースフレームまたは前記ベースフレームが設置された構造物の振動を検出する振動計が設けられ、
前記駆動制御部は、前記アクチュエータに駆動信号を供給することで前記アクチュエータの駆動制御を行うとともに、前記振動計から供給される検出信号に基づいて前記構造物の振動が最小となるように前記駆動信号を制御する、
ことを特徴とする請求項１記載の起振装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００８−２４６４１３（Ｐ２００８−２４６４１３Ａ）
【公開日】平成２０年１０月１６日（２００８．１０．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−９２７６３（Ｐ２００７−９２７６３）
【出願日】平成１９年３月３０日（２００７．３．３０）
【出願人】（３０２０６０９２６）株式会社フジタ (285)
【出願人】（５０１２５３２８０）
【出願人】（３９９０８８４１８）株式会社高環境エンジニアリング (4)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１０月１６日（２００８．１０．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月３０日（２００７．３．３０）
【出願人】（３０２０６０９２６）株式会社フジタ (285)
【出願人】（５０１２５３２８０）
【出願人】（３９９０８８４１８）株式会社高環境エンジニアリング (4)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]