JP4150648B2 - 振動試験装置 - Google Patents

Description

本発明は、供試体に対して振動試験を行う振動試験装置に関するものである。

従来、電気・電子分野などの比較的小型な部品等から空港・宇宙などの比較的大型の製品等について、様々な振動条件の下で振動試験を行うことにより、部品や製品の耐震性や耐久性を評価する装置として、振動試験装置が知られている。
このような振動試験装置として、例えば、次のような振動試験システムが知られている（例えば、特許文献１）。

特許文献１記載の振動試験システムは、磁界内に配置された可動コイルに駆動電流が供給されることにより可動コイルを駆動させて供試体を振動させる振動発生機と、該振動発生機の振動を制御する振動制御装置と、該振動制御装置から出力された振動制御信号を増幅する電力増幅器等を備えている。具体的には、振動制御装置より振動制御信号が電力増幅器に出力され、次いで、電力増幅器にて該振動制御信号が変換、増幅される。そして、増幅された振動制御信号を振動発生機に出力して、振動発生機は、その振動制御信号に基づいて供給される駆動電流の周波数に従って供試体を振動させるようになっている。また、振動発生機は振動検出器を備えており、この振動検出器により検出された振動状態信号をチャージアンプが拾い、振動制御装置に出力して、振動制御装置が次段階の振動制御信号を出力するという一連の動作を行う。
特開２００１−３４３３０５号公報

ところで、上記構成の振動試験システムは、振動発生機における振動が与える影響を考慮して、振動発生機と、電力増幅器と、振動制御装置とが別個独立して配置され、遠隔制御によって振動試験を行うようになっている。従って、工場等の生産ラインに振動試験システムを設置して振動試験を行う場合に、振動試験システムの設置面積が大きくなってしまうという問題点があった。

そこで、本発明は、振動発生機の振動により性能が損なわれることなく、設置面積を小さくすることができる振動試験装置を提供することである。

上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、図１に示すように、
磁界内に配置された可動コイル（２４）に駆動電流を供給することにより供試体を振動させる振動発生機（２）と、
前記振動発生機の振動を制御する振動制御部（例えば、制御部４１）と、
前記振動制御部から出力される振動制御信号を増幅し、該振動制御信号を前記振動発生機に出力する電力増幅器（４２）と、を備える振動試験装置において、
前記電力増幅器を収容するとともに、前記振動発生機を支持する支持部（４）を備え、
前記振動発生機と、前記支持部との間に、前記振動発生機の振動を防振する防振手段（例えば、防振ゴム３）が介設されていることを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の振動試験装置であって、
前記支持部は、前記振動制御部を収容することを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の振動試験装置であって、
前記可動コイル及び前記電力増幅器を冷却する冷却ファン（５）と、
前記振動発生機が作動しているか否かを判断する判断手段（例えば、ＣＰＵ４１１）と、
前記判断手段により前記振動発生機が作動していないと判断された場合に、前記冷却ファンを駆動させるように制御する冷却ファン制御手段（例えば、ＣＰＵ４１１）と、を備えることを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項１〜３記載の何れか一項に記載の振動試験装置であって、
前記防振手段は、防振ゴム（３）であることを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、電力増幅器を収容するとともに、振動発生機を支持する支持部を備え、振動発生機と支持部との間に、振動発生機の振動を防振する防振手段が介設されているので、振動発生機と電力増幅器とを別個独立して配置する必要がなく、また振動発生機の振動が電力増幅器に伝わることがない。従って、振動発生機の振動により性能が損なわれることなく、振動試験装置の設置面積を小さくすることができる。

請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明と同様の効果が得られるのは無論のこと、特に、支持部は振動制御部を収納しているので、振動制御部を別個独立に配置する必要がない。従って、振動試験装置の設置面積をさらに小さくすることができる。

請求項３記載の発明によれば、請求項１又は２記載の発明と同様の効果が得られるのは無論のこと、特に、可動コイル及び電力増幅器を冷却させる冷却ファンと、振動発生機が作動しているか否かを判断する判断手段と、判断手段により振動発生機が作動していないと判断された場合に、冷却ファンを駆動させるように制御する冷却ファン制御手段とを備えているので、振動試験中に冷却ファンが駆動しない。従って、振動試験中に振動試験機から発生する音を低減させることができる。

請求項４記載の発明によれば、請求項１〜３記載の発明と同様の効果が得られるのは無論のこと、特に、防振手段は防振ゴムであるので、振動発生機による振動の吸収がより効果的に行われる。

以下、図を参照しながら実施形態としての振動試験装置を説明する。
図１は、本発明に係る振動試験装置の全体構成図、図２は、図１の振動試験装置の制御ブロック図である。図１に示すように、振動試験装置１は、供試体を振動させる振動発生機２と、振動発生機２を防振手段としての防振ゴム３を介して支持する支持部４と、所定の位置に設けられた冷却ファン５と、振動試験装置１を操作するための操作部６と、操作により入力されたデータ等を表示する表示部７等を備えている。

振動発生機２は、一方の磁極に磁化される外側磁極２１と、他方の磁極に磁化される内側磁極２２と、磁界を形成する励磁コイル２３と、励磁コイル２３が形成する磁界内に配置された可動コイル２４と、可動コイル２４に取り付けられるとともに、供試体（図示省略）が載置される振動台２５等を備えている。

外側磁極２１は、内部に格納された励磁コイル２３によって磁化される磁性体である。
内側磁極２２は、空気ばね２６を介して振動台２５を支持するものであり、励磁コイル２３によって外側磁極２１と異なる磁極に磁化される磁性体である。
励磁コイル２３は、外側磁極２１内部に外周を囲まれるように格納されている。この励磁コイル２３は直流電源（図示省略）に接続され、この直流電源から直流電流が供給されると、励磁されて磁界を形成する。

可動コイル２４は、交流電源（図示省略）と接続されている。この交流電源から可動コイル２４に駆動電流が供給されると、可動コイル２４は、磁界内を駆動電流の周波数に基づく振動数で振動するようになっている。従って、この可動コイル２４の振動に伴って空気ばね２６が伸縮して、振動台２５が振動することにより、振動台２５に載置された供試体を振動することとなる。
この可動コイル２４は、振動試験時の駆動電流の供給に伴って熱が発生する。この発生した熱による可動コイル２４の機能低下を防止するため、振動発生機２が作動していないときには冷却ファン５によって冷却されるようになっている。
振動台２５の下面部で且つ空気ばね２６の内部には、加速度検出器２７が設けられている。この加速度検出器２７は、振動発生機２の振動を加速度として検出するものである。

支持部４は、振動発生機２を支持するとともに、振動発生機２の振動を制御する振動制御部としての制御部４１と、制御部４１によって出力される振動制御信号を増幅して振動発生機２に出力する電力増幅器４２と、冷却ファン５を駆動させる冷却ファン駆動モータ４３を内部に収納している。

制御部４１は、ＣＰＵ４１１、ＲＡＭ４１２、ＲＯＭ４１３等を備えて構成される。
ＣＰＵ４１１は、ＲＯＭ４１３に格納されている各種プログラムの中から指定されたプログラムをＲＡＭ４１２の作業領域に展開して、このプログラムに従った各種処理を実行する。
具体的には、ＣＰＵ４１１は、振動発生機２の振動の制御を行う。この振動発生機２の振動の制御は、振動制御信号を出力することにより行う。また、ＣＰＵ４１１は、振動発生機２が作動しているか否かを判断する判断手段として機能するとともに、振動発生機２が作動していないと判断した場合には、冷却ファン５を駆動させる冷却ファン制御手段として機能する。

ＲＡＭ４１２は、ＣＰＵ４１１の作業領域を形成するとともに、ＣＰＵ４１１の制御の下、処理データを一時的に記憶する記憶領域を有する。
ＲＯＭ４１３には、ＣＰＵ４１１が各種機能を実行するためのプログラムやデータが格納されている。

電力増幅器４２は、Ｄ／Ａ変換器（図示省略）と、入力信号を増幅する増幅器（図示省略）等を備えている。そして、ＣＰＵ４１１から出力される振動制御信号をＤ／Ａ変換器によりＤ／Ａ変換した後、増幅器により増幅して、振動発生機２に出力する。
この電力増幅器４２は、稼働時に熱が発生する。この発生した熱による電力増幅器４２の電気回路の故障等を防止するため、振動発生機２が作動していないときには冷却ファン５によって冷却されるようになっている。

冷却ファン駆動モータ４３は、制御部４１に接続されており、ＣＰＵ４１１から出力される冷却ファン制御信号に基づいて、冷却ファン５を駆動させるものである。即ち、制御部４１のＣＰＵ４１１が、振動発生機２が作動していないと判断した場合には、冷却ファン駆動モータ４３に冷却ファン制御信号を出力して、冷却ファン５を駆動させるようになっている。このように、冷却ファン駆動モータ４３は、冷却ファン制御手段として機能する。

振動発生機２と、支持部４との間には、防振ゴム３が介設されている。この防振ゴム３は、略直方体状に形成されており、支持部４の上面部の四隅にそれぞれ配置され、その防振ゴム３上に振動発生機２が設置される構成となっている。防振ゴム３は、振動発生機２の振動周波数に対して十分な防振効果を奏するゴムを選択するのが好ましい。

上述したように、振動発生機２を防振ゴム３を介して支持部４が支持することにより、これらの各部材は高さ方向に積層された構成として、各部材が幅方向に並列に配置されないようになっている。

操作部６は、例えば、キーボードやマウス等からなり、供試体の質量、寸法、重心値、偏心量等の数値データや振動試験に関するコマンドを入力、或いは選択するためのものである。
表示部７は、例えば、ＣＲＴ（Ｃａｔｈｏｄｅ Ｒａｙ Ｔｕｂｅ）表示装置等からなり、操作部６から入力された数値データやコマンド、或いは算出された数値データ等を表示するためのものである。

次に、振動試験装置１の供試体の振動試験方法について説明する。
まず、振動試験装置１に電源を入れるとともに、振動台２５に供試体（図示省略）を載置して、ユーザが表示部７を見ながら操作部６を操作して、振動発生機２の振動を開始するよう指示を与える。

具体的には、図２に示すように、制御部４１のＣＰＵ４１１は、振動発生機２の振動を制御する振動制御信号を電力増幅器４２に出力する。電力増幅器４２に入力された振動制御信号は、電力増幅器４２内のＤ／Ａ変換器（図示省略）によってＤ／Ａ変換され、増幅器（図示省略）によって増幅される。増幅された振動制御信号は、振動発生機２に出力される。

次いで、電力増幅器４２から出力された振動制御信号に基づいて、交流電源（図示省略）から振動発生機２内に設けられた可動コイル２４に駆動電流が供給される。可動コイル２４は励磁コイル２３により形成された直流磁界内に配置されているので、駆動電流が供給された可動コイル２４は上下方向に振動する。この振動に伴って空気ばね２６が伸縮して振動台２５が振動することによって、振動台２５上に載置された供試体を振動させる。

次いで、振動台２５下部に設けられた加速度検出器２７によって振動発生機２の振動が加速度として検出される。検出された加速度信号は、チャージアンプ（図示省略）の増幅器（図示省略）によって増幅され、Ａ／Ｄ変換器（図示省略）によってＡ／Ｄ変換される。Ａ／Ｄ変換された加速度信号は、制御部４１に出力される。そして、制御部４１のＣＰＵ４１１は、この加速度信号に基づいて、振動制御信号を電力増幅器４２に出力して、振動発生機２における振動のフィードバック制御を行う。

また、ＣＰＵ４１１は、振動発生機２が作動しているか否かを判断する。例えば、振動制御信号が電力増幅器４２に出力されていない場合には、振動発生機２は作動しないので、ＣＰＵ４１１は、振動発生機２が作動していないと判断する。ＣＰＵ４１１は、振動発生機２が作動していないと判断すると、冷却ファン駆動モータ４３に冷却ファン制御信号を出力して、冷却ファン５を駆動させる。冷却ファン５が駆動すると、振動によって熱が発生している可動コイル２４及び電力増幅器４２が冷却される。

以上説明した本発明に係る振動試験装置１によれば、振動発生機２を支持するとともに、制御部４１及び電力増幅器４２を収容する支持部４を備え、振動発生機２と支持部４との間には、防振ゴム３が介設されているので、振動発生機２と、制御部４１と、電力増幅器４２とを別個独立に配置する必要がなく、また振動発生機２の振動が電力増幅器４２及び制御部４１に伝わることがない。従って、振動発生機２の振動によって装置の性能を損なうことなく、振動試験装置１の設置面積を小さくすることができる。

また、制御部４１のＣＰＵ４１１は、振動発生機２が作動していないと判断した場合に、冷却ファン５を駆動させるように制御するので、振動試験中には冷却ファン５が駆動しない。例えば、供試体の取付け時等には振動制御信号が電力増幅器４２に出力されていないので、この出力状態に基づいてＣＰＵ４１１は振動発生機２が作動していないと判断して、冷却ファン５を駆動させる。一方、振動試験中には振動制御信号が電力増幅器４２に出力されているので、ＣＰＵ４１１は振動発生機２が作動していないと判断しないため、冷却ファン５を駆動させない。従って、振動試験中における振動試験装置１から発生する音を低減させることができる。また、特に、ラットルノイズ試験のような微小な音を検出する試験において、試験精度をより高めることができる点で有効である。

なお、本発明に係る振動試験装置は、上述の実施形態に限定されるものではない。例えば、防振手段は防振ゴムに限られるものではなく、ダンパ等を用いてもよい。また、防振ゴムの形状もブロック状に限られず、平面状に形成して、振動発生機の底部全体に敷設されるようにしてもよいし、支持板間に防振ゴム部が挟持されている積層状態の防振ゴムを用いてもよい。

本発明に係る振動試験装置の全体構成図である。 図１の振動試験装置の制御ブロック図である。

符号の説明

１ 振動試験装置
２ 振動発生機
３ 防振ゴム（防振手段）
４ 支持部
５ 冷却ファン
２４ 可動コイル
４１ 制御部（振動制御部）
４２ 電力増幅器
４３ 冷却ファン駆動モータ
４１１ ＣＰＵ（判断手段、冷却ファン制御手段）

Claims (4)

1. 磁界内に配置された可動コイルに駆動電流を供給することにより供試体を振動させる振動発生機と、
   前記振動発生機の振動を制御する振動制御部と、
   前記振動制御部から出力される振動制御信号を増幅し、該振動制御信号を前記振動発生機に出力する電力増幅器と、を備える振動試験装置において、
   前記電力増幅器を収容するとともに、前記振動発生機を支持する支持部を備え、
   前記振動発生機と、前記支持部との間に、前記振動発生機の振動を防振する防振手段が介設されていることを特徴とする振動試験装置。
2. 前記支持部は、前記振動制御部を収容することを特徴とする請求項１記載の振動試験装置。
3. 前記可動コイル及び前記電力増幅器を冷却する冷却ファンと、
   前記振動発生機が作動しているか否かを判断する判断手段と、
   前記判断手段により前記振動発生機が作動していないと判断された場合に、前記冷却ファンを駆動させるように制御する冷却ファン制御手段と、を備えることを特徴とする請求項１又は２記載の振動試験装置。
4. 前記防振手段は、防振ゴムであることを特徴とする請求項１〜３に何れか一項記載の振動試験装置。

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