JP2005091080A

JP2005091080A - 振動試験装置

Info

Publication number: JP2005091080A
Application number: JP2003322876A
Authority: JP
Inventors: Takehiro Fukushima; 武博福島; Koji Kimitani; 康志君谷; Shigehisa Tsutsumi; 繁久堤
Original assignee: IMV Corp
Current assignee: IMV Corp
Priority date: 2003-09-16
Filing date: 2003-09-16
Publication date: 2005-04-07

Abstract

【課題】振動試験装置において、リテーナが外筒の端部に衝突しない構造とし、衝突音を発生させず、また衝突による振動の波形に影響が出ないようにすること。
【解決手段】軸受部３０は、内筒部２８の内周面に固定されている略円筒状の外筒３１と、この外筒３１内に配置されて先端が可動体４０と連結固定されているシャフト３２と、このシャフト３２の外周面と外筒３１の内周面に転動自在に点接触している複数のボール３３と、これらボール３３を分離保持しているリテーナ３４と、このリテーナ３４の両側の端面と外筒３１の端部３１ａの内面との間にそれぞれ介装した圧縮コイルバネ３５とで構成する。圧縮コイルバネ３５によりリテーナ３４は常に中立に保持されているので、従来のようにリテーナ３４が外筒３１の端部３１ａに衝突して衝突音を発生することもなく、そのため、振動波形にも影響を与えない。
【選択図】図１５

Description

この発明は、各種の構造物等の振動試験に用いる振動試験装置に関するものである。

図１７はこの種の従来の多軸型の振動試験装置を示し、この振動試験装置８１は、略中央上面に振動台８２を備える静圧油圧軸受け式の振動発生機８３と、この振動発生機８３内における各種の油圧制御を行なう場合の油圧源８４と、上記振動発生機８３を冷却するための冷却ブロワー８５と、上記振動発生機８３、油圧源８４及び冷却ブロワー８５に電源を供給する電力増幅器８６とで構成されている。また、従来の振動試験装置８１は、振動発生機８３、油圧源８４、冷却ブロワー８５及び電力増幅器８６を個別に配置して構成しているために、電力増幅器８６からは電源ケーブル８７でもって振動発生機８３、冷却ブロワー８５、油圧源８４に接続している。また、油圧源８４と振動発生機８３とは油圧ホース８８で接続し、冷却ブロワー８５と振動発生機８３とはダクトホース８９にて接続している。

上記振動発生機８３は、周知のように水平面上におけるＸ方向に振動を発生させる一対の水平振動発生機からなる水平振動発生部と、Ｘ方向と直交する方向のＹ方向に振動を発生させる一対の水平振動発生機からなる水平振動発生部と、Ｚ方向の垂直方向に振動を発生させる垂直振動発生部が設けられている。そしてＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向の３軸において振動台８２に載せた被試験物に３軸の振動の付与を可能として振動試験を行なうようになっている。

図１８は上記振動発生機８３のボールスプラインと呼ばれている軸受部９１の概略構成図を示し、この軸受部９１は、円筒状の外筒９２と、この外筒９２内に配置されスプライン軸と呼ばれるシャフト９３と、このシャフト９３の外周面と外筒９２の内周面とに点接触している複数のボール９４と、これら複数のボール９４をするリテーナ９５とで構成されている。シャフト９３は外筒９２に対してボール９４を介して軸方向に往復動自在となっており、また、リテーナ９５もフリーとなっていて外筒９２内で軸方向に摺動自在となっている。なお、外筒９２は振動発生機８３の固定部に固定されている。

振動発生機８３のシャフト９３を往復動させることで振動台８２を加振するものである。この場合、通常の動作時には、シャフト９３が往復動しても、リテーナ９５は、定位置に維持されるが、使用時間の経過と共に、シャフト９３の移動によって、リテーナ９５も移動することがある。そして、このような現象が発生した場合、リテーナ９５が外筒９２の端部９２ａに衝突して音が発生したり、また、衝突による振動波形に影響が出るという問題があった。また、リテーナ９５が外筒９２の一方の端部９２ａに位置してしまうと、シャフト９３の往復動にも影響が生じる。

この発明は、上記従来の欠点を解決するためになされたものであって、その目的は、リテーナが外筒の端部に衝突しない構造とし、衝突音の発生を抑制し、また衝突により振動波形に影響が出るのを抑制することが可能な振動試験装置を提供することにある。

そこで、請求項１の振動試験装置は、被試験物を載せて振動試験を行なう振動台と、この振動台を加振する振動発生機とを備え、上記振動発生機のシャフトを支持する軸受部を、固定側に取付けられる略円筒状の外筒と、シャフトの外周面と外筒の内周面に転動自在に配置される複数のボールと、これらボールを保持するリテーナとで構成し、このリテーナを外筒内で中立に保持するための中立保持手段を設けていることを特徴としている。

請求項２の振動試験装置は、上記中立保持手段を、リテーナの両側の端面と、外筒の端部の内面とにそれぞれ配設した圧縮コイルバネで構成していることを特徴としている。

請求項１の振動試験装置によれば、中立保持手段によりリテーナは常に外筒内の中立に保持されているので、従来のようにリテーナが外筒の端部に衝突して衝突音を発生するのを抑制でき、そのため、振動波形に影響を与えるのを抑制できる。

請求項２の振動試験装置によれば、中立保持手段を圧縮コイルバネで構成しているので、コストの上昇を抑えることができる。

次に、この発明の振動試験装置の具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。図１は静圧油圧軸受け式の振動試験装置１の外観の斜視図を示し、図２は内部機構を省略した断面図を示している。この振動試験装置１は、動電型振動試験装置であって、外殻を構成するベース２とケーシング３内に各構成部材を一体的に納装配置したものであり、上面には被試験物を載せて振動試験を行なう振動台４のテーブル４ａが位置し、正面の上部には各振動条件を設定して試験を行なうための操作用の操作パネル部５が設けてある。

図２及び図３に示すようにベース２の上面には支柱６が４カ所立設されており、この支柱６の上面に防振機構部７を介して支持フレーム１０が配設されている。支持フレーム１０の４カ所に折曲形成した支持片１１が防振機構部７に載った形で配設されていて、支持フレーム１０はベース２に対して浮いた状態で配設されている。また、支持フレーム１０の前後左右にはＸ方向、Ｙ方向に加振を行なう振動発生機を配置する凹状の配置部１２、１３が設けられていて、支持フレーム１０の左右の配置部１２にはＸ方向の加振を行なう一対の水平振動発生機２１ａ、２１ｂ水平振動発生部２１が図４、図５及び図８に示すようにそれぞれ配置される。また、支持フレーム１０の前後の配置部１３にはＹ方向の加振を行なう一対の水平振動発生機２２ａ、２２ｂからなる水平振動発生部２２がそれぞれ配置されるようになっている。さらに、支持フレーム１０の中央に形成されている空洞内にはＺ方向に加振を行なう２台の垂直振動発生機２３ａ、２３ｂからなる垂直振動発生部２３が配置される。なお、配置部１２、１３の下面には、略三角板状のブラケット１４が設けてあり、Ｘ方向、Ｙ方向の水平振動発生部２１、２２の重量を支持している。

ここで、上記水平振動発生部２１、２２はそれぞれ一対の水平振動発生機２１ａ、２１ｂ、２２ａ、２２ｂで構成されていて、前後左右に２台がそれぞれ配置されており、そのため、同じ加振力をＺ方向に発生させるために垂直振動発生部２３も２台の垂直振動発生機２３ａ、２３ｂでもって上下方向に直列に配置している。また、左右２台の水平振動発生機２１ａ、２１ｂ、前後２台の水平振動発生機２２ａ、２２ｂ及び上下２台の垂直振動発生機２３ａ、２３ｂはそれぞれ同一の構造に設計されている。すなわち、同一の振動発生部を用いてユニット化を図っている。

垂直振動発生部２３の上面であって前後左右のＸ方向の水平振動発生部２１及びＹ方向の水平振動発生部２２の間に振動台４が配置されている。水平振動発生部２１により振動台４はＸ方向に加振され、他方の水平振動発生部２２により振動台４がＹ方向に加振され、さらに垂直振動発生部２３によりＺ方向に振動台４が加振される。もちろん、振動台４はＸ方向のみ、Ｙ方向のみ、Ｚ方向のみや、２次元、３次元の任意のいずれかで加振されるものである。

次に、図５に示すＸ方向の水平振動発生部２１の一方の水平振動発生機２１ａについて説明するが、他方の水平振動発生機２１ａや、Ｙ方向の水平振動発生部２２の一対の水平振動発生機２２ａ、２２ｂとは同一の構成なので、Ｙ方向の水平振動発生部２２の説明は省略する。図５及び水平振動発生機２１ａの要部拡大断面図を示す図６に示すように、水平振動発生機２１ａの外殻を構成している外筒体２６の内側には略円周状の溝２７を介して内筒部２８が設けられており、外筒体２６の先端側の内周面には永久磁石２５が配設されている。また、この溝２７内には振動台４を加振する断面を略コ字型とした可動体４０の周側部４１が往復動自在に遊嵌されていて、この可動体４０の周側部４１の外周面に駆動コイル２９が巻回されている。内筒体２８の中心部には軸受部３０が設けてあり、この軸受部３０の外筒３１は内筒体２８の内周面に固定され、軸受部３０の軸であるシャフト３２はボールを介して軸方向に摺動自在となっている。シャフト３２の先端は上記可動体４０の内面の中央部分と連結固定されており、可動体４０の周側部４１は溝２７内に摺動自在に挿入されている。

水平振動発生機２１ａの駆動コイル２９には、任意の周波数の制御信号としての交流電流が流されて、磁気回路を発生させてこの磁束による磁力にて可動体４０を所定の周波数で往復動させるようになっている。左右の水平振動発生機２１ａ、２１ｂの磁束の方向を異ならせることで、可動体４０がそれぞれ同一方向に駆動され、これにより、振動台４が所定の周波数にて往復動される。また、振動台４の側部にはそれぞれ軸受４３が設けられていて、この軸受４３に後述する油圧源５３からオイルを流通させ、軸受４３の側面とＸ方向の水平振動発生機２１ａ、２１ｂ（Ｙ方向の水平振動発生機２２ａ、２２ｂ）の可動体４０の先端面とがオイルによる油膜にて摺動するオイル摺動面となっている。これにより、振動台４と水平振動発生部２１、２２の可動体４０とがそれぞれ滑らかに摺動自在に接触していると共に、垂直振動発生部２３による上下方向の摺動に対しても可能なように接触している。

次に、垂直振動発生部２３を構成している上下２台の垂直振動発生機２３ａ、２３ｂの構成も上述した水平振動発生機２１ａと同じであるので、詳細な説明は省略して概略的に説明する。図５に示すように、上側の垂直振動発生機２３ａは可動体４０を上にして配置され、下側の垂直振動発生機２３ｂは可動体４０を下にして配置されている。そして、この下側の垂直振動発生機２３ｂの可動体４０は支持フレーム１０の底部４４に設けてある空気バネ４５の上に載っている状態となっている。また、上下の垂直振動発生機２３ａ、２３ｂの軸受部３０、３０のシャフト３２ａは長く形成されていて、上下の軸受部３０を連結した構成となっており、この１本のシャフト３２ａが上下２台の垂直振動発生機２３ａ、２３ｂからなる垂直振動発生部２３としての軸となっている。そして、シャフト３２ａの上端は上側の垂直振動発生機２３ａの可動体４０が連結固定され、シャフト３２ａの下端は下側の垂直振動発生機２３ｂの可動体４０が連結固定されている。

垂直振動発生部２３は支持フレーム１０の段部４６の上に支持部４７を介して固定されており、上下の垂直振動発生機２３ａ、２３ｂの間には図７に示すように、仕切板４８が介装してある。この仕切板４８は、外筒体２６と内筒部２８に対応した部分は磁性体部４８ａで構成され、溝２７に対応した部分は非磁性体部４８ｂで構成され、さらにこの非磁性体部４８ｂには上下の溝２７に連通する穴４９が穿孔されている。なお、この仕切板４８の非磁性体部４８ｂにて駆動コイル２９が互いに干渉するのを防止し、また、軸受４３で使用された油膜形成用のオイルを溝２７及び穴４９を介して流すことで、駆動コイル２９を冷却するようになっている。また、上下の溝２７の上部と下部はそれぞれ開口しており、つまり、溝２７の上下は外部と貫通している。

また、上下の垂直振動発生機２３ａ、２３ｂを互いに逆向きに配置しているので、上下の垂直振動発生機２３ａ、２３ｂの駆動コイル２９にて生じる磁気回路による磁束の方向が互いに逆向きになり、上下の垂直振動発生機２３ａ、２３ｂによる２つの独立した磁気回路は直列に組み合わせた形となる。そのため、所定の周波数で２つの垂直振動発生機２３ａ、２３ｂが駆動されると上下の可動体４０は同一の方向に駆動されて往復動する。したがって、上下の垂直振動発生機２３ａ、２３ｂによる２つの独立した磁気回路を直列に組み合わせた形となり、１台の垂直振動発生機２３ａ（２３ｂ）と比べて２台の垂直振動発生機２３ａ、２３ｂにより２倍の加振力を発生させることができる。よって、２台の垂直振動発生機２３ａ、２３ｂは、前後左右にそれぞれ設けている水平振動発生部２１、２２と同じ加振力を発生させて、振動台４を加振させることができる。

また、上下２台の垂直振動発生機２３ａ、２３ｂは、水平振動発生部２１、２２の各水平振動発生機２１ａ、２１ｂ、２２ａ、２２ｂの構成とシャフト３２ａの部分以外を除いて同一の構成としているので、個体の振動発生機として同一の設計ができ、そのため、振動発生機のユニット化が図られ、コストの低減やメンテナンスを容易にすることができる。

上述のように、前後左右の水平振動発生部２１、２２は支持フレーム１０の上面に配置され、垂直振動発生部２３は支持フレーム１０の内部に配置されているものである。そして、支持フレーム１０の周囲の空間の空きスペースを利用して振動試験装置１を構成している各部材（ユニット）を以下に示すように配置している。

図８〜図１４は振動試験装置１のケーシング３を省いた内部構造を示すであり、図８は振動試験装置１の平面図を、図９は正面図を、図１０は背面図を、図１１は右側面図を、図１２は左側面図をそれぞれ示している。また、図１３は正面からの振動試験装置１の斜視図を、図１４は背面からの斜視図をそれぞれ示している。図８〜図１４において、振動試験装置１のベース２の前部右側には装置全体に電源を供給するための電源部５１が配置され、ベース２の後部右側には、上記電源部５１からの電源の供給を受けて各水平振動発生部２１、２２、垂直振動発生部２３に電力（制御用の交流信号）を送る複数のパワーモジュール５２が配置されている。また、ベース２の後部左側には油圧制御を行なう場合の油の供給源である油圧源５３が配置され、さらに、ベース２の後部中央には装置全体を冷却するための冷却ブロワー５４が配置されている。また、ベース２の左側には、上記操作パネル部５とで制御器を構成している制御回路からなる本体部５５が配置されている。

図１５は上記水平振動発生機２１ａの軸受部３０の拡大断面図を示し、この軸受部３０はボールスプラインと呼ばれている軸受である。この軸受部３０は、内筒部２８の内周面に固定されている略円筒状の外筒３１と、この外筒３１内に配置されて先端が可動体４０と連結固定されているシャフト３２と、このシャフト３２の外周面と外筒３１の内周面に転動自在に点接触している複数のボール３３と、これらボール３３を分離保持しているリテーナ３４と、このリテーナ３４の両側の端面と外筒３１の端部３１ａの内面との間にそれぞれ介装した圧縮コイルバネ３５とで構成されている。なお、図１６はこの軸受部３０の破断断面図を示している。

シャフト３２は外筒３１に対してボール３３により往復動自在であり、また、リテーナ３４は外筒３１及びシャフト３２に対してフリーとなっていて、リテーナ３４はシャフト３２の軸方向に往復動可能となっている。さらに、両側の圧縮コイルバネ３５によりリテーナ３４は外筒３１内の中央付近に中立に保持されていて、シャフト３２の往復動に応じてリテーナ３４が往復動しても両側の圧縮コイルバネ３５により付勢されていて、リテーナ３４は常に外筒３１内で中立が保持されるようになっている。また、中立保持手段として圧縮コイルバネ３５を用いているので、コストの上昇を抑えることができる。

ここで、軸受部３０にリテーナ３４が設けられていないと、ボール３３同士が金属接触し、しかも相反回転で２倍のスピードでスベリ接触するため、摩耗が激しく、音が高くて寿命が短くなる。しかし、この発明では、ボール３３を保持するリテーナ３４を設けて、リテーナ３４とボール３３は広い面積で接触するので、油膜は切れず、音が静かで高速運動である振動に対して極めて良好な振動波形を再現することができる。また、ボール３３はリテーナ３４で分離保持されている構造であるため、転動面とボール３３は最も転がり抵抗損失の小さな点接触で極めて小さな摩擦抵抗で転がり運動ができ、極めて良好な振動波形を再現することが可能である。さらに、リテーナ３４の軸方向のズレ防止に、中立保持手段として圧縮コイルバネ３５を採用しているので、リテーナ３４に位置ズレが発生せず、そのため、振動発生機８３の必要変位が常時一定に確保されることになる。また、圧縮コイルバネ３５によりリテーナ３４は常に中立に保持されているので、従来のようにリテーナ３４が外筒３１の端部３１ａに衝突して衝突音を発生することもなく、そのため、振動波形にも影響を与えることがない。

上記軸受部３０は、他方の水平振動発生機２１ｂにも用いており、Ｙ方向の水平振動発生機２２ａ、２２ｂ、垂直振動発生機２３ａ、２３ｂにもそれぞれ用いている。

この発明の実施の形態における振動試験装置の外観の斜視図である。この発明の実施の形態における内部機構を省略した断面図である。この発明の実施の形態における支持フレームの斜視図である。この発明の実施の形態における支持フレームに水平振動発生部を実装した状態の正面図である。この発明の実施の形態における支持フレームに水平振動発生部及び垂直振動発生部を実装した状態の断面図である。この発明の実施の形態における水平振動発生機の要部拡大断面図である。この発明の実施の形態における垂直振動発生部の要部拡大断面図である。この発明の実施の形態における振動試験装置の内部構造を示す平面図である。この発明の実施の形態における振動試験装置の内部構造を示す正面図である。この発明の実施の形態における振動試験装置の内部構造を示す背面図である。この発明の実施の形態における振動試験装置の内部構造を示す右側面図である。この発明の実施の形態における振動試験装置の内部構造を示す左側面図である。この発明の実施の形態における振動試験装置の内部構造を示す正面から見た斜視図である。この発明の実施の形態における振動試験装置の内部構造を示す背面から見た斜視図である。この発明の実施の形態におけるリテーナの中立機構を備えた軸受部の要部拡大断面図である。この発明の実施の形態における軸受部の破断断面図である。従来例の振動試験装置の構成図である。従来例の軸受部の要部拡大断面図である。

符号の説明

１振動試験装置
４振動台
２１水平振動発生部
２１ａ、２１ｂ水平振動発生機
２２水平振動発生部
２２ａ、２２ｂ水平振動発生機
２３垂直振動発生部
２３ａ、２３ｂ垂直振動発生機
３０軸受部
３１外筒
３２シャフト
３３ボール
３４リテーナ
３５圧縮コイルバネ

Claims

被試験物を載せて振動試験を行なう振動台（４）と、この振動台（４）を加振する振動発生機とを備え、上記振動発生機のシャフト（３２）を支持する軸受部（３０）を、固定側に取付けられる略円筒状の外筒（３１）と、シャフト（３２）の外周面と外筒（３１）の内周面に転動自在に配置される複数のボール（３３）と、これらボール（３３）を保持するリテーナ（３４）とで構成し、このリテーナ（３４）を外筒（３１）内で中立に保持するための中立保持手段を設けていることを特徴とする振動試験装置。
上記中立保持手段を、リテーナ（３４）の両側の端面と、外筒（３１）の端部（３１ａ）の内面とにそれぞれ配設した圧縮コイルバネ（３５）で構成していることを特徴とする請求項１の振動試験装置。