(57)【要約】【課題】高周波域を含めた広い周波数帯において速度振幅一定スイープ試験及び加速度振幅一定スイープ試験を行うことのできる振動試験装置を提供する。【解決手段】振動試験装置が、ワークの変位の速度を検出する速度検出手段と、速度検出手段の検出結果に基づいてワークの速度変動波形の繰り返しの周期が変化するたびに周期に関わらずワークの変位の速度の最大値と所定の設定速度との比が所定の範囲内に収まるようにサーボモータを制御する制御手段とを有する。或いは、振動試験装置が、ワークの変位の加速度を検出する加速度検出手段と、加速度検出手段の検出結果に基づいてワークの加速度変動波形の繰り返しの周期が変化するたびに周期に関わらずワークの変位の加速度の最大値と所定の設定加速度との比が所定の範囲内に収まるようにサーボモータを制御する制御手段とを有する。【選択図】  図７
2010159970.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
サーボモータによって往復駆動される可動部を備え、該可動部を駆動することによって該可動部に固定されたワークを振動させる振動試験装置であって、
前記ワークの変位の速度が所定の波形にて変動し、且つ該波形の繰り返しの周期を変化させるよう該ワークを振動させる試験手段と、
前記ワークの変位の速度を検出する速度検出手段と、
前記速度検出手段の検出結果に基づいて、前記ワークの速度変動波形の繰り返しの周期が変化するたびに、該周期に関わらず該ワークの変位の速度の最大値と所定の設定速度との比が所定の範囲内に収まるように前記サーボモータを制御する制御手段と、
を有する、振動試験装置。
【請求項２】
前記所定の範囲が０．９５から１．０５の間である、ことを特徴とする請求項１に記載の振動試験装置。
【請求項３】
前記所定の範囲内が０．９９から１．０１の間である、ことを特徴とする請求項２に記載の振動試験装置。
【請求項４】
前記振動試験装置が、送りねじ機構を介して前記可動部を直線往復駆動させるものであり、該ワークの変位の速度は、該ワークの特定の位置における速度の該送りねじ機構の送り方向成分である、事を特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の振動試験装置。
【請求項５】
サーボモータによって往復駆動される可動部を備え、該可動部を駆動することによって該可動部に固定されたワークを振動させる振動試験装置であって、
前記ワークの変位の加速度が所定の波形にて変動し、且つ該波形の繰り返しの周期を変化させるよう該ワークを振動させる試験手段と、
前記ワークの変位の加速度を検出する加速度検出手段と、
前記加速度検出手段の検出結果に基づいて、前記ワークの加速度変動波形の繰り返しの周期が変化するたびに、該周期に関わらず該ワークの変位の加速度の最大値と所定の設定加速度との比が所定の範囲内に収まるように前記サーボモータを制御する制御手段と、
を有する、振動試験装置。
【請求項６】
前記所定の範囲が０．９５から１．０５の間である、ことを特徴とする請求項５に記載の振動試験装置。
【請求項７】
前記所定の範囲が０．９９から１．０１の間である、ことを特徴とする請求項６に記載の振動試験装置。
【請求項８】
前記振動試験装置が、送りねじ機構を介して前記可動部を直線往復駆動させるものであり、該ワークの変位の加速度は、該ワークの特定の位置における加速度の該送りねじ機構の送り方向成分である、事を特徴とする請求項５から７のいずれかに記載の振動試験装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワークを振動させる振動試験装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、特許文献１に記載のもののようなサーボモータと送りねじ等の直動変換器によって可動部を往復駆動し、可動部に固定された材料を振動させる振動試験装置が利用されている。サーボモータは、目標となる角度（設定角度）をサーボアンプに入力することによってサーボモータの回転軸の位相をその角度に移動させるものである。サーボモータには軸の位相の変化を検出するためのロータリーエンコーダが設けられており、サーボアンプは、ロータリーエンコーダの検出値から判断される回転軸の位相と、設定角度との差分に基づいてサーボモータに与える駆動電力を生成する。
【特許文献１】特開平８−１７８７９３号
【０００３】
近年、応答性の高いサーボモータが実用化されつつあり、正弦波、矩形波、三角波或いは地震波といった変位波形をもって高い周波数でワークを変位させることが出来るようになりつつある。このような振動試験装置においては、ワークの変位速度の振幅を略一定に保ちながら周波数を変化させる速度振幅一定スイープ試験や、ワークの変位加速度の振幅を略一定に保ちながら周波数を変化させる加速度振幅一定スイープ試験を行うことができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このようなスイープ試験においては、ワークの変位の速度や加速度の振幅を一定のものとする必要がある。従来においては、試験装置の直動変換器の変換率（直動変換器が送りねじ機構であれば、送りねじのリード）に基づいて、サーボモータの角速度或いは角加速度を制御することによって、所望の速度或いは加速度でワークを振動させていた。しかしながら、特に高周波域においては、ワーク自身、或いは動力伝達系（減速機及び直動変換器）の弾性や粘性のため、サーボモータの回転軸の位相の変化量と動力伝達系の特性に基づいて演算されるワークの角速度、速度、角加速度或いは加速度の理論値と、実際のワークの角速度や速度は必ずしも一致しない。このため、従来の振動試験装置は、高周波域を含めた広い周波数帯において速度振幅一定スイープ試験や加速度振幅一定スイープ試験を行うことができなかった。
【０００５】
本発明は上記の問題を解決するために成されたものである。すなわち、本発明は、高周波域を含めた広い周波数帯において速度振幅一定スイープ試験及び加速度振幅一定スイープ試験を行うことのできる振動試験装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するため、本発明の振動試験装置は、ワークの変位の速度を検出する速度検出手段と、速度検出手段の検出結果に基づいて、ワークの速度変動波形の繰り返しの周期が変化するたびに、周期に関わらずワークの変位の速度の最大値と所定の設定速度との比が所定の範囲内に収まるようにサーボモータを制御する制御手段と、を有する。
【０００７】
或いは、本発明の振動試験装置が、ワークの変位の加速度を検出する加速度検出手段と、加速度検出手段の検出結果に基づいて、ワークの加速度変動波形の繰り返しの周期が変化するたびに、周期に関わらずワークの変位の加速度の最大値と所定の設定加速度との比が所定の範囲内に収まるようにサーボモータを制御する制御手段と、を有する。
【０００８】
また、所定の範囲内は、例えば０．９５から１．０５の間である。或いは、所定の範囲は、０．９９から１．０１の間である。
【０００９】
或いは、振動試験装置が送りねじ機構を介して可動部を直線往復駆動させるものであり、ワークの変位の速度及び加速度は、ワークの特定の位置における速度及び加速度の送りねじ機構の送り方向成分である。
【発明の効果】
【００１０】
以上のように、本発明によれば、高周波域を含めた広い周波数帯において速度振幅一定スイープ試験や加速度振幅一定スイープ試験を行うことのできる振動試験装置が実現される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態につき、図面を用いて詳細に説明する。図１は、本実施形態の振動試験装置の上面図である。本実施形態の振動試験装置１は、振動試験の対象であるワークをテーブル１００の上に固定し、第１、第２、第３アクチュエータ２００、３００及び４００を用いてテーブル１００及びその上のワークを直交３軸方向に加振するようになっている。なお、以下の説明においては、第１アクチュエータ２００がテーブル１００を加振する方向（図１における上下方向）をＸ軸方向、第２アクチュエータ３００がテーブル１００を加振する方向（図１における左右方向）をＹ軸方向、第３アクチュエータ４００がテーブルを加振する方向、すなわち鉛直方向（図１において、紙面に直交する方向）をＺ軸方向と定義する。
【００１２】
また、テーブル１００上には、Ｘ、Ｙ及びＺ軸方向の加速度を計測する加速度センサが設けられており、この加速度センサの出力に基づいて図示しない制御部５００（後述）が第１、第２、第３アクチュエータ２００、３００、４００をフィードバック制御することによって、所望の振幅、周波数でテーブル１００及びその上のワークを加振することができる。
【００１３】
第１、第２、第３アクチュエータ２００、３００、４００は夫々ベースプレート２０２、３０２、４０２の上にモータ、動力伝達部材等が取り付けられる構成となっている。このベースプレート２０２、３０２、４０２は、図示しないボルトによって、装置ベース２の上に固定されるようになっている。
【００１４】
また、装置ベース２の上のベースプレート２０２、３０２、４０２に近接する複数の位置には、アジャスタＡが配置されている。アジャスタＡは、装置ベース２にボルトＡＢで固定されるめねじ部Ａ１と、このめねじ部Ａ１にねじ込まれているおねじ部Ａ２とを有する。おねじ部Ａ２は、円筒面にネジ山が形成された円柱状の部材であり、おねじ部Ａ２をめねじ部Ａ１内で回動させることによって、おねじ部Ａ２を対応するベースプレートに対して進退させることができる。おねじ部Ａ２の一端（対応するベースプレートに対して近位となる側）は、略球面状に突出しており、この突出部と対応するベースプレートの側面とを当接させることによって、ベースプレートの位置の微調整を行うことができる。また、おねじ部Ａ２の他端（対応するベースプレートに対して遠位となる側）には、図示しない六角穴が形成されており、この六角穴に六角レンチなどを係合させて回すことによっておねじ部Ａ２を回動させることができる。なお、一旦ベースプレート２０２、３０２、４０２を固定した後は、振動試験によってベースプレートからアジャスタＡに伝達されうる振動等によっておねじ部Ａ２が緩まないように、ナットＡ３によっておねじ部Ａ２及びめねじ部Ａ１の締め付けを行い、おねじ部Ａ２をめねじ部ＡＢに強固に結合させている。
【００１５】
第１アクチュエータ２００の構成につき以下説明する。図２は、本実施形態の第１アクチュエータ２００をＹ軸方向に投影し、一部を切り欠いた側面図である。また、図３は、第１アクチュエータ２００の一部切り欠いた上面図（すなわちＺ軸方向に投影した図）である。なお、以下の説明においては、第１アクチュエータ２００からテーブル１００に向うＸ軸に沿った方向を「Ｘ軸正の方向」、テーブル１００から第１アクチュエータ２００に向うＸ軸に沿った方向を「Ｘ軸負の方向」と定める。
【００１６】
図２に示されるように、ベースプレート２０２の上には、互いに溶接された複数のはり２２２ａと、天板２２２ｂからなるフレーム２２２が溶接によって固定されている。また、テーブル１００（図１）を加振するための駆動機構２１０や駆動機構２１０による加振運動をテーブルに伝達させるための連結機構２３０を支持するための支持機構２４０の底板２４２が、フレーム２２２の天板２２２ｂの上に図示しないボルトを介して固定されている。
【００１７】
駆動機構２１０は、サーボモータ２１２と、カップリング２１４と、軸受部２１６と、ボールねじ２１８と、ボールナット２１９と、を有する。カップリング２１４は、サーボモータ２１２の駆動軸２１２ａとボールねじ２１８とを連結するものである。また、軸受部２１６は、支持機構２４０の底板２４２から鉛直方向に伸びるように溶接された軸受支持プレート２４４に固定されており、ボールねじ２１８を回転可能に支持するようになっている。ボールナット２１９は、ボールねじ２１８と係合すると共に、その軸回りに回転しないよう支持されている。そのため、サーボモータ２１２を駆動すると、ボールねじ２１８が回転して、ボールナット２１９がその軸方向（すなわちＸ軸方向）に進退する。このボールナット２１９の運動が、連結機構２３０を介してテーブル１００に伝達されることによって、テーブル１００はＸ軸方向に駆動される。そして、短い周期でサーボモータ２１２の回転方向を切り換えるようサーボモータ２１２を制御することによって、テーブル１００を所望の振幅及び周期でＸ軸方向に加振させることができる。
【００１８】
支持機構２４０の底板２４２の上面には、鉛直方向に伸びるモータ支持プレート２４６が溶接されている。モータ支持プレート２４６は、サーボモータ２１２の軸方向に略垂直となるように設けられており、その一面（Ｘ軸負の方向側の面）にサーボモータ２１２が片持ち支持されている。モータ支持プレート２４６には、開口部２４６ａが設けられており、サーボモータ２１２の駆動軸２１２ａはこの開口部２４６ａを貫通し、モータ支持プレート２４６の他面側でボールねじ２１８と連結される。
【００１９】
なお、サーボモータ２１２がモータ支持プレート２４６に片持ち支持されているため、モータ支持プレート２４６、特に底板２４２との溶接部には大きな曲げ応力が加わる。この曲げ応力を緩和するために、底板２４２とモータ支持プレート２４６との間には、リブ２４８が設けられている。
【００２０】
軸受部２１６は、正面組合せで組み合わされた一対のアンギュラ球軸受２１６ａ、２１６ｂ（Ｘ軸負の方向側にあるものが２１６ａであり、Ｘ軸正の方向側にあるものが２１６ｂである）を有する。アンギュラ球軸受２１６ａ、２１６ｂは、軸受支持プレート２４４の中空部の中に収納されている。アンギュラ球軸受２１６ｂの一面（Ｘ軸正の方向側の面）には、軸受押圧プレート２１６ｃが設けられており、この軸受押圧プレート２１６ｃをボルト２１６ｄを用いて軸受支持プレート２４４に締結することによって、アンギュラ球軸受２１６ｂはＸ軸負の方向に押し込まれる。また、ボールねじ２１８において、軸受部２１６に対してＸ軸負の方向側に隣接する円筒面には、ねじ部２１８ａが形成されており、このねじ部２１８に内周にめねじが形成されたカラー２１７が取り付けられるようになっている。カラー２１７をボールねじ２１８に対して回動させてＸ軸正の方向に移動させることによって、アンギュラ球軸受２１６ａはＸ軸正の方向に押し込まれる。このように、アンギュラ球軸受２１６ａと２１６ｂが、互いに近づく方向に押し込まれるようになっているので、両者が互いに密着して好適なプリロードが軸受２１６ａ、２１６ｂに付与される。
【００２１】
次いで、連結部２３０の構成につき説明する。連結部２３０は、ナットガイド２３２と、一対のＹ軸レール２３４と、一対のＺ軸レール２３５と、中間ステージ２３１と、一対のＸ軸レール２３７と、一対のＸ軸ランナーブロック２３３と、ランナーブロック取付部材２３８と、を有する。
【００２２】
ナットガイド２３２は、ボールナット２１９に固定されている。また、一対のＹ軸レール２３４は、共にＹ軸方向に伸びるレールであり、ナットガイド２３２のＸ軸正の方向側の端部に、上下方向に並べて固定されている。また、一対のＺ軸レール２３５は、共にＺ軸方向に伸びるレールであり、テーブル１００のＸ軸負の方向側の端部に、Ｙ軸方向に並べて固定されている。中間ステージ２３１は、このＹ軸レール２３４の各々と係合するＹ軸ランナーブロック２３１ａがＸ軸負の方向側に、Ｚ軸レール２３５の各々と係合するＺ軸ランナーブロック２３１ｂがＸ軸正の方向側に設けられているブロックであり、Ｙ軸レール２３４及びＺ軸レール２３５の双方に対してスライド可能に構成されている。
【００２３】
すなわち、中間ステージ２３１は、テーブル１００に対してＺ軸方向にスライド可能であり、且つ、ナットガイド２３２に対してＹ軸方向にスライド可能である。すなわち、テーブル１００に対してナットガイド２３１はＹ軸方向及びＺ軸方向にスライド可能となっている。このため、他のアクチュエータ３００及び／または４００によってテーブル１００がＹ軸方向及び／またはＺ軸方向に加振されたとしても、それによってナットガイド２３２が変位することはない。すなわち、テーブル１００のＹ軸方向及び／またはＺ軸方向の変位に起因する曲げ応力がボールねじ２１８や軸受２１６、カップリング２１４などに加わることはない。
【００２４】
一対のＸ軸レール２３７は、共にＸ軸方向に伸びるレールであり、支持機構２４０の底板２４２の上に、Ｙ軸方向に並べて固定されている。Ｘ軸ランナーブロック２３３は、このＸ軸レール２３７の各々と係合し、Ｘ軸レール２３７に沿ってスライド可能となっている。ランナーブロック取付部材２３８は、Ｙ軸方向両側に向って張り出すようにナットガイド２３２の底面に固定された部材であり、Ｘ軸ランナーブロック２３３はランナーブロック取付部材２３８の底部に固定されている。このように、ナットガイド２３２は、ランナーブロック取付部材２３８及びＸ軸ランナーブロック２３３を介してＸ軸レール２３７にガイドされており、これによって、Ｘ軸方向のみに移動可能となっている。
【００２５】
このように、ナットガイド２３２の移動方向がＸ軸方向のみに制限されているため、サーボモータ２１２を駆動してボールねじ２１８を回動させると、ナットガイド２３２及びこのナットガイドと係合するテーブル１００は、Ｘ軸方向に進退する。
【００２６】
ランナーブロック取付部材２３８の、Ｙ軸方向側の一方の側面（図２においては手前側、図３においては右側）２３８ａには、位置検出手段２５０が配置されている。位置検出手段２５０は、Ｘ軸方向に一定間隔で並べられた３つの近接センサ２５１と、ランナーブロック取付部材２３８の側面２３８ａに設けられた検出用プレート２５２と、近接センサ２５１を支持するセンサ支持プレート２５３とを有する。近接センサ２５１は、各々の近接センサの前に何らかの物体が近接して（例えば１ミリメートル以内）いるかどうかを検出可能な素子である。ランナーブロック取付部材２３８の側面２３８ａと近接センサ２５１とは充分に離れているため、近接センサ２５１は、各々の近接センサ２５１の前に検出用プレート２５２があるかどうかを検知することができる。振動試験装置１の図示しない制御手段は、例えば近接センサ２５１の検出結果を用いてサーボモータ２１２をフィードバック制御することができる。
【００２７】
また、支持機構２４０の底板２４２の上には、Ｘ軸ランナーブロック２３３をＸ軸方向両側から挟むように配置された規制ブロック２３６が設けられている。この規制ブロック２３６は、ナットガイド２３２の移動範囲を制限するためのものである。すなわち、サーボモータ２１２を駆動させてナットガイド２３２をＸ軸正の方向に向って移動させ続けると、最終的には、Ｘ軸正の方向側に配置された規制ブロック２３６とランナーブロック取付部材２３８とが接触し、それ以上ナットガイド２３２はＸ軸正の方向に移動できなくなる。ナットガイド２３２をＸ軸負の方向に向って移動させ続ける場合も同様であり、Ｘ軸負の方向側に配置された規制ブロック２３６とランナーブロック取付部材２３８とが接触して、それ以上ナットガイド２３２はＸ軸正の方向に移動できなくなる。
【００２８】
以上説明した第１アクチュエータ２００と、第２アクチュエータ３００とは、設置される方向が異なる（Ｘ軸とＹ軸が入れ代わる）点を除いては同一の構造である。従って、第２アクチュエータ３００の説明については省略する。
【００２９】
次いで、第３アクチュエータ４００の構成につき説明する。図４は本実施形態のテーブル１００及び第３アクチュエータ４００をＸ軸方向に投影し、一部を切り欠いた側面図である。また、図５は本実施形態のテーブル１００及び第３アクチュエータ４００をＹ軸方向に投影し、一部を切り欠いた側面図である。なお、以下の説明においては、第２アクチュエータ３００からテーブル１００に向うＹ軸に沿った方向をＹ軸正の方向、テーブル１００から第２アクチュエータ３００に向うＹ軸に沿った方向をＹ軸負の方向と定義する。
【００３０】
図４及び５に示されるように、ベースプレート４０２の上には、鉛直方向に伸び、ベースプレート４０２に溶接された複数のはり４２２ａと、このはり４２２ａの上を覆うようにはり４２２ａに溶接された天板４２２ｂからなるフレーム４２２が設けられている。また、支持機構４４０の軸受支持プレート４４２が、フレーム４２２の天板４２２ｂの上に図示しないボルトを介して固定されている。この軸受支持プレート４４２は、テーブル１００（図１）を上下方向に加振するための駆動機構４１０や、駆動機構４１０による加振運動をテーブルに伝達させるための連結機構４３０を支持するための部材である。
【００３１】
駆動機構４１０は、サーボモータ４１２と、カップリング４１４と、軸受部４１６と、ボールねじ４１８と、ボールナット４１９と、を有する。カップリング４１４は、サーボモータ４１２の駆動軸４１２ａとボールねじ４１８とを連結するものである。また、軸受部４１６は、前述の軸受支持プレート４４２に固定されており、ボールねじ４１８を回転可能に支持するようになっている。ボールナット４１９は、ボールねじ４１８と係合すると共に、その軸回りに移動されないよう支持されている。そのため、サーボモータ４１２を駆動すると、ボールねじが回転して、ボールナット４１９がその軸方向（すなわちＺ軸方向）に進退する。このボールナット４１９の運動が、連結機構４３０を介してテーブル１００に伝達されることによって、テーブル１００はＺ軸方向に駆動される。そして、短い周期でサーボモータ４１２の回転方向を切り換えるようサーボモータ４１２を制御することによって、テーブル１００を所望の振幅及び周期でＺ軸方向（上下方向）に加振させることができる。
【００３２】
支持機構４４０の軸受支持プレート４４２の下面から、２枚の連結プレート４４３を介して、水平方向（ＸＹ平面）に広がるモータ支持プレート４４６が固定されている。モータ支持プレート４４６の下面には、サーボモータ４１２が吊り下げられ、固定されている。モータ支持プレート４４６には、開口部４４６ａが設けられており、サーボモータ２１２の駆動軸４１２ａはこの開口部４４６ａを貫通し、モータ支持プレート４４６の上面側でボールねじ４１８と連結される。
【００３３】
なお、本実施形態においては、フレーム４２２の高さよりもサーボモータ４１２の軸方向（上下方向、Ｚ軸方向）の寸法が大きいため、サーボモータ４１２の大部分は、ベースプレート４０２よりも低い位置に配置される。このため、装置ベース２には、サーボモータ４１２を収納するための空洞部２ａが設けられている。また、ベースプレート４０２には、サーボモータ４１２を通すための開口４０２ａが設けられている。
【００３４】
軸受部４１６は、軸受支持プレート４４２を貫通するように設けられている。なお、軸受部４１６の構造は、第１アクチュエータ２００における軸受部２１６（図２、図３）と同様であるので、説明は省略する。
【００３５】
次いで、連結部４３０の構成につき説明する。連結部２３０は、可動フレーム４３２と、一対のＸ軸レール４３４と、一対のＹ軸レール４３５と、複数の中間ステージ４３１と、二対のＺ軸レール４３７と、二対のＺ軸ランナーブロック４３３と、を有する。
【００３６】
可動フレーム４３２は、ボールナット４１９に固定されている枠部４３２ａと、枠部４３２ａの上端に固定された天板４３２ｂと、天板４３２ｂのＸ軸方向両縁から下方に伸びるよう固定された側壁４３２ｃと、を有する。一対のＹ軸レール４３５は、共にＹ軸方向に伸びるレールであり、可動フレーム４３２の天板４３２ｂの上面に、Ｘ軸方向に並べられて固定されている。また、一対のＸ軸レール４３４は、共にＸ軸方向に伸びるレールであり、テーブル１００の下面に、Ｙ軸方向に並べて固定されている。中間ステージ４３１は、Ｘ軸レール４３４と係合するＸ軸ランナーブロック４３１ａが上部に、Ｙ軸レール４３５の各々と係合するＹ軸ランナーブロック４３１ｂが下部に設けられているブロックであり、Ｘ軸レール４３４及びＹ軸レール４３５の双方に対してスライド可能に構成されている。なお、中間ステージ４３１は、Ｘ軸レール４３４とＹ軸レール４３５とが交差する位置毎に一つずつ設けられている。Ｘ軸レール４３４とＹ軸レール４３５は、夫々２つずつ設けられているので、Ｘ軸レール４３４とＹ軸レール４３５とは４箇所で交差する。従って、本実施形態においては、４つの中間ステージ４３１が使用される。
【００３７】
このように、中間ステージ４３１の各々は、テーブル１００に対してＸ軸方向にスライド可能であり、且つ、可動フレーム４３２に対してＹ軸方向にスライド可能である。すなわち、テーブル１００に対して可動フレーム４３２はＸ軸方向及びＹ軸方向にスライド可能となっている。このため、他のアクチュエータ２００及び／または３００によってテーブル１００がＸ軸方向及び／またはＹ軸方向に加振されたとしても、それによって可動フレーム４３２が変位することはない。すなわち、テーブル１００のＸ軸方向及び／またはＹ軸方向の変位に起因する曲げ応力がボールねじ４１８や軸受４１６、カップリング４１４などに加わることはない。
【００３８】
また、本実施形態においては、可動フレーム４３２には比較的大重量のテーブル１００及びワークを支えるため、Ｘ軸レール４３４及びＹ軸レール４３５の間隔を、第１アクチュエータ２００のＹ軸レール２３４及びＺ軸レール２３５と比べて広くとっている。このため、第１アクチュエータ２００と同様に一つの中間ステージのみによってテーブル１００と可動フレーム４３２とを連結させる構成とすると、中間ステージが大型化し、可動フレーム４３２に加わる荷重が増大してしまう。このため、本実施形態においては、Ｘ軸レール４３４とＹ軸レール４３５とが交差する部分ごとに小型の中間ステージ４３１を配置する構成として、可動フレーム４３２に加わる荷重の大きさを必要最低限に抑えている。
【００３９】
二対のＺ軸レール４３７は、Ｚ軸方向に伸びるレールであり、可動フレーム４３２の側壁４３２ｃの夫々に、Ｙ軸方向に並べて一対ずつ固定されている。Ｚ軸ランナーブロック４３３は、このＺ軸レール４３７の各々と係合し、Ｚ軸レール４３７に沿ってスライド可能となっている。Ｚ軸ランナーブロック４３３は、ランナーブロック取付部材４３８を介してフレーム４２２の天板４２２ｂ上に固定されるようになっている。ランナーブロック取付部材４３８は、可動フレーム４３２の側壁４３２ｃと略平行な側板４３８ａと、この側板４３８ａの下端に固定された底板４３８ｂとを有しており、全体としてはＬ字断面形状となっている。また、本実施形態においては、特に重心の高く且つ大重量のワークをテーブル１００の上に固定すると、Ｘ軸回り及び／またはＹ軸回りの大きなモーメントが可動フレーム４３２に加わりやすくなっている。ランナーブロック取付部材４３８は、この回転モーメントに耐えられるよう、リブによって補強されている。具体的には、ランナーブロック取付部材４３８のＹ軸方向両端における側板４３８ａと底板４３８ｂとが成すコーナーに、一対の第１リブ４３８ｃが設けられ、さらに、この一対の第１リブ４３８ｃの間に渡された第２リブ４３８ｄが設けられている。
【００４０】
このように、Ｚ軸ランナーブロック４３３が固定されており、且つＺ軸レール４３７に対してスライド可能となっている。従って、可動フレーム４３２は、上下方向にスライド可能であるとともに、可動フレーム４３２の上下方向以外の移動は規制される。このように、可動フレーム４３２の移動方向が上下方向のみに制限されているため、サーボモータ４１２を駆動してボールねじ４１８を回動させると、可動フレーム４３２及びこの可動フレーム４３２と係合するテーブル１００は、上下方向に進退する。
【００４１】
また、第１アクチュエータ２００の位置検出手段２５０（図２、３）と同様の位置検出手段（不図示）が第３アクチュエータ４００にも設けられている。振動試験装置１の図示しない制御手段は、この位置検出手段の検出結果に基づいて、可動フレーム４３２の高さが所定の範囲内となるように制御することができる。
【００４２】
以上説明したように、本実施形態においては、各々のアクチュエータとテーブル１００との間に、二対のレールとこのレールに対してスライド可能に構成された中間ステージが設けられている。これによって、各アクチュエータに対して、テーブル１００はそのアクチュエータの駆動方向に垂直な面上の任意の方向にスライド可能となっている。このため、あるアクチュエータによってテーブル１００が変位したとしても、この変位に起因する荷重やモーメントが他のアクチュエータに加わることは無く、且つ他のアクチュエータとテーブル１００とが中間ステージを介して係合する状態が維持される。すなわち、テーブルが任意の位置に変位したとしても、各アクチュエータがテーブルを変位させることが可能な状態が維持される。このため、本実施形態においては、３つのアクチュエータ２００、３００、４００を同時に駆動させてテーブル１００及びその上に固定されるワークを３軸方向に加振可能である。
【００４３】
次いで、各アクチュエータ２００、３００及び４００のサーボモータを制御するための制御部５００の構成につき説明する。図６は、本実施形態の制御部５００のブロック図である。図６に示されているように、本実施形態の制御部５００は、主コントローラ５１０、サーボコントローラ５２０、アンプ５４０、操作手段５５０、波形発生回路５６０、フレキシブルディスクドライブ（ＦＤＤ）５７０、メモリ５８０及びアナログポート５９０を有する。なお、図６においては、制御部５００は一つのブロックとして記載されているが、実際は複数のユニットによって形成される。例えば、アンプ５４０が独立したユニットとして形成される。また、操作手段５５０は、主コントローラ５１０を含むユニットのケース外面に設けられる制御パネルであってもよく、或いは、ケーブルを介して主コントローラ５１０に接続される独立したユニット（例えばパーソナルコンピュータ）であってもよい。
【００４４】
主コントローラ５１０は、Ａ／Ｄコンバータ５１１及びＤ／Ａコンバータ５１２を内蔵している。Ａ／Ｄコンバータ５１１は、アンプ５４０を介してテーブル１００（図１）に設けられた加速度センサより入力されるワークのＸ軸、Ｙ軸及び．Ｚ軸方向の加速度の波形、及びアナログポート５９０から入力されるアナログ波形データを離散化する。また、Ｄ／Ａコンバータ５１２は、主コントローラ５１０で生成されるデジタル波形データをアナログ波形データに変換してサーボコントローラ５２０に送信する。
【００４５】
サーボコントローラ５２０は、主コントローラ５１０から受信したアナログ波形データから、サーボアンプに送る設定角度を算出し、これをサーボアンプに送る。サーボアンプは、各アクチュエータ２００、３００及び４００のサーボモータに駆動電流を供給し、各サーボモータの駆動軸の位相が設定角度となるよう制御する。ここで、サーボアンプはアクチュエータ２００、３００、４００毎に用意されている。主コントローラ５１０は、アクチュエータ２００、３００、４００毎に別個のアナログ波形データを生成し、これをサーボコントローラ５２０に送信している。サーボコントローラ５２０は、受信したアナログ波形データから得られる各アクチュエータ２００、３００、４００のサーボモータの駆動軸の設定角度を、対応するサーボアンプに送信する。このように、本実施形態においては、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向夫々について、別個の波形でテーブル１００を振動させることができるようになっている。
【００４６】
このように、本実施形態の振動試験装置１の制御部５００は、テーブル１００（図１に記載）に設けられた３軸の加速度センサによって検出されたワークの加速度に基づいて、テーブル１００上のワークの変位、速度又は加速度の経時変動が所望の波形を示すように、各アクチュエータ１００、２００及び３００のサーボアンプに設定角度を送信するものである。
【００４７】
テーブル１００上のワークに与える作用（変位、速度、又は加速度）の波形は、操作手段５５０を用いて設定される。操作手段５５０は、例えばキーボードなどの入力手段と、この入力手段による入力結果を確認するための表示手段とを備えており、本実施形態の振動試験装置１のオペレータは、操作手段５５０を操作して、振動試験を行う際のワーク（テーブル１００）の変位、速度、又は加速度の範囲を設定することができる。例えば、正弦波状の変位波形でワークを振動させる際の変位の振幅を設定することができる。操作手段５５０による設定結果は、主コントローラ５１０に送信され、メモリ５８０に保存される。
【００４８】
また、波形発生回路５６０は、所望の周期・タイミングで正弦波、三角波、矩形波、地震波などの信号波形を生成する回路である。より具体的には、ｆ（ｔ）を時刻ｔを引数とする関数としたときに、式ｓ＝ｆ（ｔ）で示される値ｓを順次主コントローラ５１０に出力するものである。なお、上式において、例えば波形が正弦波であれば、周期をＴ、位相をａとして、ｆ（ｔ）＝ｓｉｎ（２π（ｔ−ａ）／Ｔ）である。ここで、周期Ｔ及び位相ａは、操作手段５５０を操作することによって任意の値に設定可能である。
【００４９】
主コントローラ５１０は、波形発生回路５６０から主コントローラ５１０に送信される値に、操作手段５５０によって設定された値（振幅など）を乗じて目標値を演算し、この目標値と、テーブル１００に設けられた加速度センサが検出した加速度（又はそれらの時間積分値であるワークの速度や変位量）とを比較して、各アクチュエータ２００、３００及び４００のサーボアンプに送るべき設定角度を演算する。演算された設定角度は、Ｄ／Ａコンバータ５１２によってアナログ波形に変換されてサーボコントローラ５２０に送られる。サーボコントローラ５２０は、アナログ波形として送信された設定角度をパルスに変換してサーボアンプに送信する。
【００５０】
以上のような構成により、本実施形態の振動試験装置１は、ワークの変位、速度或いは加速度が、正弦波、三角波、矩形波或いは地震波といった規定の波形に従って変動するように、アクチュエータ２００、３００及び４００を駆動することが出来るようになっている。
【００５１】
また、本実施形態の振動試験装置１は、テーブル１００上に固定されたワークの速度のＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸方向成分を正弦波波形に従って変動させると共に、この波形の周波数を徐々に増減させることによって、広い周波数域にてワークを振動させる、速度振幅一定スイープ試験を行うことができる。さらに、本実施形態の振動試験装置１は、テーブル１００上に固定されたワークの加速度のＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸方向成分を正弦波波形に従って変動させると共に、この波形の周波数を徐々に増減させることによって、広い周波数域にてワークを振動させる、加速度振幅一定スイープ試験を行うことができる。
【００５２】
このようなスイープ試験においては、ワークに加わる速度や加速度の上下限、すなわち振幅を一定にすることが望ましい。しかしながら、スイープ試験において振幅を一定に保つためには、特に高周波域において各アクチュエータ２００、３００及び４００のボールねじ機構等の伝達系やワーク自身の弾性による応答遅れや、伝達系やワークの摩擦や粘性による減衰の影響を考慮したうえで、サーボアンプに送る目標値（目標波形）を演算する必要がある。本実施形態においては、ワークの実際の変位の計測値に基づいて、サーボアンプに与える設定角度をフィードバック制御し、所望の振幅でスイープ試験が行われるようにしている。以下、その具体的な手順を説明する。
【００５３】
図７は、本実施形態において、テーブル１００に取り付けられたワークに対して、速度振幅一定周波数スイープ試験を行う手順を示したフロー図である。以下の説明は、このフローに基づいてなされる。また、以下の説明においては、アクチュエータ２００、３００、４００のうち、特定の一つのアクチュエータのみを駆動して、ワークをＸ軸、Ｙ軸或いはＺ軸方向のいずれか一方向にワークを加振している。
【００５４】
まず、振動試験装置１のオペレータは、操作手段５５０を操作して、「周波数スイープを行う上限周波数Ｆｍａｘ及び下限周波数Ｆｍｉｎ」「周波数スイープを等差間隔と等比間隔のいずれで行うか」「周波数スイープの間隔Δｆ」「ワークの速度の振幅ＶＳ（本発明の特許請求の範囲における『設定速度』に対応）」「スイープ回数Ｋ」といったパラメータを制御部３０に入力する（ステップＳ１）。
【００５５】
上記のパラメータの内、間隔Δｆは、周波数スイープを等差間隔で行う場合は差、等比間隔で行う場合は比である。本実施形態においては、周波数スイープが行われる周波数をＦｎ（ｎ＝１，２，・・・Ｎ）とすると、Ｆｍｉｎ、Δｆ、ｎ及びＦｎの間には数１の関係が成立する。
【００５６】
【数１】
2010159970.tif 000003
【００５７】
また、周波数スイープを等差間隔、等比間隔のいずれで行う場合であっても、Ｆｎ、ＮとＦｍａｘの間には数２の関係が成立する。
【００５８】
【数２】
2010159970.tif 000004
【００５９】
すなわち、Ｆｎの最小値はＦｍｉｎであり、Ｆｎの最大値ＦＮはＦｍａｘを越えない最大の周波数である。
【００６０】
次いで、主コントローラ５１０は、下記の数３に基づいて、速度振幅一定周波数スイープ試験を行う際の、サーボモータ１２の回転軸の角度の振幅Ｄｎを求める（ステップＳ２）。
【００６１】
【数３】
2010159970.tif 000005
【００６２】
なお、上記の数３において、Ｌは送りねじ１１３のリード（単位ｍｍ／回転）である。
【００６３】
続いて、主コントローラ５１０は、振幅Ｄ１、周波数Ｆ１＝Ｆｍｉｎの正弦波を設定角度（すなわちＤ１×ｓｉｎ（２π×Ｆ１×ｔ）としてサーボコントローラ５２０に送り、サーボコントローラ５２０はこの設定角度でアクチュエータ２００、３００或いは４００のサーボモータを駆動する（ステップＳ３）。
【００６４】
次いで、ワークの速度を計測する（ステップＳ４）。前述のように、テーブル１００には加速度センサが設けられており、主コントローラ５１０はこの加速度センサが計測した加速度を時間で積分してワークの速度ｖＭ（単位：ｍｍ／ｓ）を得ることができる。主コントローラ３１は、速度ｖＭを少なくとも１周期、すなわち時間１／Ｆｎ計測し、速度の最大値（すなわち、速度の振幅）ＶＭｍａｘを得る。
【００６５】
次いで、主コントローラ５１０は、ステップＳ１にて設定された速度ＶＳとステップＳ４で計測された速度ＶＭｍａｘとを比較する（ステップＳ５）。すなわち両速度の比が、０．９５≦ＶＳ／ＶＭｍａｘ≦１．０５を満たすのであれば、主コントローラ５１０はサーボアンプに与える設定角度を変更する必要はないと判断し（ステップＳ５：ＹＥＳ）、ステップＳ６を実行する。一方、両速度の比が上記の規定を満たしていないのであれば、主コントローラ５１０はサーボアンプに与える設定角度を変更する必要があると判断し（ステップＳ５：ＮＯ）、ステップＳ２１を実行する。なお、本実施形態においては、上記のように両速度の差が±５％以内であることを基準としているが、より正確な試験を行う際は上記基準を±１％（すなわち０．９９≦ＶＳ／ＶＭｍａｘ≦１．０１）より厳しくしてもよい。
【００６６】
ステップＳ２１においては、主コントローラ５１０は、ステップＳ１にて設定された速度ＶＳとステップＳ４で計測された速度ＶＭｍａｘのどちらが大きいのかの判定を行う。すなわち、計測値ＶＭｍａｘが設定値ＶＳよりも大きいのであれば（ステップＳ２１：ＹＥＳ）、ステップＳ２２が実行される。
【００６７】
ステップＳ２２では、主コントローラ５１０は、加振を行っているアクチュエータのサーボモータの回転軸の振幅Ｄｎを下記の数４に基づいて演算し、修正したＤｎに基づいて、サーボコントローラ５１０に与える設定角度を変更する。次いで、ステップＳ４が再び実行され、主コントローラ５１０は速度の振幅ＶＭｍａｘを再度測定する。
【００６８】
【数４】
2010159970.tif 000006
【００６９】
また、ステップＳ２１において、計測値ＶＭｍａｘが設定値ＶＳよりも小さいのであれば（ステップＳ２１：ＮＯ）、主コントローラ５１０はステップＳ２３を実行する。
【００７０】
ステップＳ２３では、主コントローラ５１０は、以下の数５に基づいて加振を行っているアクチュエータのサーボモータの回転軸の振幅Ｄｎを演算し、修正したＤｎに基づいて、サーボコントローラ５２０に与える設定角度を変更する。次いで、ステップＳ４が再び実行され、主コントローラ５１０は速度の振幅ＶＭｍａｘを再度計測する。
【００７１】
【数５】
2010159970.tif 000007
【００７２】
以上のように、ステップＳ１にて設定された速度ＶＳとステップＳ４で計測された速度ＶＭｍａｘとの比が所定の基準を越えていた場合は、ステップＳ２１〜Ｓ２３の処理により、サーボモータの回転軸の振幅が調整されるようになっている。
【００７３】
ステップＳ６では、計測値ＶＭｍａｘと設定値ＶＳが基準以内に納まった状態で、所定周期振動が行われるまで待機する。次いで、ステップＳ７が実行される。
【００７４】
本実施形態においては、周波数を最小値Ｆ１から最大値ＦＮまで増加させ（往路）、周波数が最大値ＦＮに達した後は、周波数をＦ１まで減少させ（復路）る。そしてこれを１サイクルとし、Ｋサイクルの試験を実行する。ステップＳ７では、主コントローラ５１０は現在実行しているのが往路であるか復路であるかを判断し、往路であるならば（ステップＳ７：ＹＥＳ）、ステップＳ８を実行する。復路であるならば（ステップＳ７：ＮＯ）、主コントローラ５１０はステップＳ９を実行する。
【００７５】
ステップＳ８では、主コントローラ５１０は現在試験を行っている周波数が最大値ＦＮに達したかどうかの判定を行う。最大値ＦＮに達したのであれば（ステップＳ８：ＹＥＳ）、主コントローラ５１０は往路が完了したものと判定し、ステップＳ３２を実行する。一方、周波数が最大値ＦＮに達していないのであれば（ステップＳ８：ＮＯ）、主コントローラ５１０はステップＳ３１を実行する。
【００７６】
ステップＳ３１では、主コントローラ５１０は、周波数を増加させる。すなわち現在の周波数がＦｎであるならば、周波数をＦｎ＋１にする。次いで、ステップＳ４が再度実行され、この周波数での速度の振幅ＶＭｍａｘの計測が行われる。
【００７７】
ステップＳ９では、現在試験を行っている周波数が最小値Ｆ１に達したかどうかの判定を主コントローラ５１０は行う。最小値Ｆ１に達したのであれば（ステップＳ９：ＹＥＳ）、主コントローラ５１０は復路が完了したものと判定し、ステップＳ１０を実行する。一方、周波数が最小値Ｆ１に達していないのであれば（ステップＳ９：ＮＯ）、主コントローラ５１０はステップＳ３２を実行する。
【００７８】
ステップＳ３２では、主コントローラ５１０は周波数を減少させる。すなわち現在の周波数がＦｎであるならば、周波数をＦｎ−１にする。次いで、ステップＳ４が再度実行され、この周波数での速度の振幅ＶＭｍａｘの計測が行われる。
【００７９】
ステップＳ１０では、主コントローラ５１０は現在何サイクル目の試験が完了したかのチェックを行う。すなわち、ステップＳ１で設定したＫサイクルの試験が完了したと判断された場合は（ステップＳ１０：ＹＥＳ）、ステップＳ１１にてサーボモータの停止を行い、本フローを終了する。一方、ステップＳ１０にて完了したサイクル数がＫ未満であるならば（ステップＳ１０：ＮＯ）、ステップＳ４が再度実行され、次のサイクルの試験が行われる。
【００８０】
以上のように、図７のフローチャートに示される処理が実行されることによって、設定した速度振幅ＶＳと計測される速度振幅ＶＭｍａｘが略一致するように、速度振幅一定周波数スイープ試験を行うことができる。
【００８１】
次いで、ワークに対して、加速度振幅一定周波数スイープ試験を行う手順について説明する。図８は、本実施形態において、振動試験装置１のテーブル１００に取り付けられたワークに対して、加速度振幅一定周波数スイープ試験を行う手順を示したフロー図である。以下の説明は、このフローに基づいてなされる。また、以下の説明においては、アクチュエータ２００、３００、４００のうち、特定の一つのアクチュエータのみを駆動して、ワークをＸ軸、Ｙ軸或いはＺ軸方向のいずれか一方向にワークを加振している。
【００８２】
まず、振動試験装置１のオペレータは、操作手段５５０を操作して、「周波数スイープを行う上限周波数Ｆｍａｘ及び下限周波数Ｆｍｉｎ」「周波数スイープを等差間隔と等比間隔のいずれで行うか」「周波数スイープの間隔Δｆ」「ワークの加速度の振幅ＡＳ（本発明の特許請求の範囲における『設定加速度』に対応）」「スイープ回数Ｋ」といったパラメータを制御部５００に入力する（ステップＳ１０１）。
【００８３】
上記のパラメータの内、間隔Δｆは、周波数スイープを等差間隔で行う場合は差、等比間隔で行う場合は比である。本実施形態においては、周波数スイープが行われる周波数をＦｎ（ｎ＝１，２，・・・Ｎ）とすると、Ｆｍｉｎ、Δｆ、ｎ及びＦｎの間には上記の数１の関係が成立する。
【００８４】
また、周波数スイープを等差間隔、等比間隔のいずれで行う場合であっても、Ｆｎ、ＮとＦｍａｘの間には上記の数２の関係が成立する。
【００８５】
すなわち、Ｆｎの最小値はＦｍｉｎであり、Ｆｎの最大値ＦＮはＦｍａｘを越えない最大の周波数である。
【００８６】
次いで、主コントローラ５１は、下記の数６に基づいて、加速度振幅一定周波数スイープ試験を行う際に、駆動するアクチュエータのサーボモータの回転軸の角度の振幅Ｄｎを求める（ステップＳ１０２）。
【００８７】
【数６】
2010159970.tif 000008
【００８８】
なお、上記の数６において、Ｌは送りねじ１１３のリード（単位ｍｍ／回転）である。
【００８９】
続いて、主コントローラ３１は、振幅Ｄ１、周波数Ｆ１＝Ｆｍｉｎの正弦波を設定角度（すなわちＤ１×ｓｉｎ（２π×Ｆ１×ｔ）としてサーボコントローラ５２０に送り、サーボコントローラ５２０はこの設定角度でサーボモータを駆動する（ステップＳ１０３）。
【００９０】
次いで、ワークの速度を計測する（ステップＳ１０４）。テーブル１００に取り付けられている加速度センサが計測したワークの加速度ＡＭ（単位：ｍｍ／ｓ２）を、主コントローラ５１０は得ることができる。主コントローラ５１０は、加速度ＡＭを少なくとも１周期、すなわち時間１／Ｆｎ計測し、加速度の最大値（すなわち、加速度の振幅）ＡＭｍａｘを得る。
【００９１】
次いで、主コントローラ５１０は、ステップＳ１０１にて設定された加速度ＡＳとステップＳ１０４で計測された加速度ＡＭｍａｘとを比較する（ステップＳ１０５）。すなわち両加速度の比が、０．９５≦ＡＳ／ＡＭｍａｘ≦１．０５を満たすのであれば、主コントローラ５１０はサーボアンプに与える設定角度を変更する必要はないと判断し（ステップＳ１０５：ＹＥＳ）、ステップＳ１０６を実行する。一方、両加速度の比が上記の規定を満たしていないのであれば、主コントローラ５１０はサーボアンプ２０に与える設定角度を変更する必要があると判断し（ステップＳ１０５：ＮＯ）、ステップＳ１２１を実行する。なお、本実施形態においては、上記のように両加速度の差が±５％以内であることを基準としているが、より正確な試験を行う際は上記基準を±１％（すなわち０．９９≦ＡＳ／ＡＭｍａｘ≦１．０１）より厳しくしてもよい。
【００９２】
ステップＳ１２１においては、主コントローラ５１０は、ステップＳ１０１にて設定された加速度ＡＳとステップＳ１０４で計測された加速度ＡＭｍａｘのどちらが大きいのかの判定を行う。すなわち、計測値ＡＭｍａｘが設定値ＡＳよりも大きいのであれば（ステップＳ１２１：ＹＥＳ）、ステップＳ１２２が実行される。
【００９３】
ステップＳ１２２では、主コントローラ５１０は、駆動しているアクチュエータのサーボモータの回転軸の振幅Ｄｎを下記の数７に基づいて演算し、修正したＤｎに基づいて、サーボコントローラ５２０に与える設定角度を変更する。次いで、ステップＳ１０４が再び実行され、主コントローラ５１０は加速度の振幅ＡＭｍａｘを再度演算する。
【００９４】
【数７】
2010159970.tif 000009
【００９５】
また、ステップＳ１２１において、計測値ＡＭｍａｘが設定値ＡＳよりも小さいのであれば（ステップＳ１２１：ＮＯ）、主コントローラ３１はステップＳ１２３を実行する。
【００９６】
ステップＳ１２３では、主コントローラ５１０は、以下の数８に基づいて駆動しているアクチュエータのサーボモータの回転軸の振幅Ｄｎを演算し、修正したＤｎに基づいて、サーボコントローラ５２０に与える設定角度を変更する。次いで、ステップＳ１０４が再び実行され、主コントローラ５１０は加速度の振幅ＡＭｍａｘを再度計測する。
【００９７】
【数８】
2010159970.tif 000010
【００９８】
以上のように、ステップＳ１０１にて設定された加速度ＡＳとステップＳ１０４で計測された加速度ＡＭｍａｘとの比が所定の基準を越えていた場合は、ステップＳ１２１〜Ｓ１２３の処理により、駆動しているアクチュエータのサーボモータの回転軸の振幅が調整されるようになっている。
【００９９】
ステップＳ１０６では、計測値ＡＭｍａｘと設定値ＡＳが基準以内に納まった状態で、所定周期振動が行われるまで待機する。次いで、ステップＳ１０７が実行される。
【０１００】
本実施形態においては、周波数を最小値Ｆ１から最大値ＦＮまで増加させ（往路）、周波数が最大値ＦＮに達した後は、周波数をＦ１まで減少させ（復路）る。そしてこれを１サイクルとし、Ｋサイクルの試験を実行する。ステップＳ１０７では、主コントローラ５１０は現在実行しているのが往路であるか復路であるかを判断し、往路であるならば（ステップＳ１０７：ＹＥＳ）、ステップＳ１０８を実行する。復路であるならば（ステップＳ１０７：ＮＯ）、主コントローラ５１０はステップＳ１０９を実行する。
【０１０１】
ステップＳ１０８では、主コントローラ５１０は現在試験を行っている周波数が最大値ＦＮに達したかどうかの判定を行う。最大値ＦＮに達したのであれば（ステップＳ１０８：ＹＥＳ）、主コントローラ５１０は往路が完了したものと判定し、ステップＳ１３２を実行する。一方、周波数が最大値ＦＮに達していないのであれば（ステップＳ１０８：ＮＯ）、主コントローラ５１０はステップＳ１３１を実行する。
【０１０２】
ステップＳ１３１では、主コントローラ５１０は、周波数を増加させる。すなわち現在の周波数がＦｎであるならば、周波数をＦｎ＋１にする。次いで、ステップＳ１０４が再度実行され、この周波数での加速度の振幅ＡＭｍａｘを計測する。
【０１０３】
ステップＳ１０９では、現在試験を行っている周波数が最小値Ｆ１に達したかどうかの判定を主コントローラ５１０は行う。最小値Ｆ１に達したのであれば（ステップＳ１０９：ＹＥＳ）、主コントローラ５１０は復路が完了したものと判定し、ステップＳ１１０を実行する。一方、周波数が最小値Ｆ１に達していないのであれば（ステップＳ１０９：ＮＯ）、主コントローラ５１０はステップＳ１３２を実行する。
【０１０４】
ステップＳ１３２では、周波数を減少する。すなわち現在の周波数がＦｎであるならば、周波数をＦｎ−１にする。次いで、ステップＳ１０４が再度実行され、この周波数での加速度の振幅ＡＭｍａｘの計測が行われる。
【０１０５】
ステップＳ１１０では、主コントローラ５１０は現在何サイクル目の試験が完了したかのチェックを行う。すなわち、ステップＳ１０１で設定したＫサイクルの試験が完了したと判断された場合は（ステップＳ１１０：ＹＥＳ）、ステップＳ１１１にてサーボモータの停止を行い、本フローを終了する。一方、ステップＳ１１０にて完了したサイクル数がＫ未満であるならば（ステップＳ１１０：ＮＯ）、ステップＳ１０４が再度実行され、次のサイクルの試験を行う。
【０１０６】
以上のように、図８に示される処理が実行されることによって、設定した加速度振幅ＡＳと計測される加速度振幅ＡＭｍａｘが略一致するように、加速度振幅一定周波数スイープ試験を行うことができる。
【０１０７】
なお、本実施形態の周波数スイープ試験においては、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸のいずれか一方向のみにワークを加振し、この加振の速度又は加速度の振幅を保ちつつその周波数を変動させているが、本発明は上記の構成に限定されるものではない。例えば、２つ又は３つのアクチュエータを同時かつ同位相で駆動して、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸以外の方向にワークを加振させる構成としてもよい。このような場合、制御部５１０は、ワークの速度振幅ＶＳ又は加速度振幅ＡＳは、アクチュエータ毎に設定され、試験の結果得られる速度振幅ＶＭ又は加速度振幅ＡＭは、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸成分に分解された上で、各アクチュエータの速度振幅ＶＳ又は加速度振幅ＡＳと比較される。
【図面の簡単な説明】
【０１０８】
【図１】本発明の実施の形態の振動試験装置の上面図である。
【図２】本発明の実施の形態の第１アクチュエータをＹ軸方向に投影し、一部を切り欠いた側面図である。
【図３】本発明の実施の形態の第１アクチュエータの一部を切り欠いた上面図である。
【図４】本発明の実施の形態のテーブル及び第３アクチュエータをＸ軸方向に投影し、一部を切り欠いた側面図である。
【図５】本発明の実施の形態のテーブル及び第３アクチュエータをＹ軸方向に投影し、一部を切り欠いた側面図である。
【図６】本発明の実施の形態の疲労試験装置の制御部のブロック図である。
【図７】本発明の実施形態における、速度振幅一定周波数スイープ試験を行うフロー図である。
【図８】本発明の実施形態における、加速度振幅一定周波数スイープ試験を行うフロー図である。
【符号の説明】
【０１０９】
１    振動試験装置
２    装置ベース
１００    テーブル
２００    第１アクチュエータ
２１０    駆動機構
２１２    サーボモータ
２１４    カップリング
２１６    軸受部
２１８    ボールねじ
２１９    ボールナット
２３０    連結機構
２３１    中間ステージ
２３１ａ  Ｙ軸ランナーブロック
２３１ｂ  Ｚ軸ランナーブロック
２３２    ナットガイド
２３４    Ｙ軸レール
２３５    Ｚ軸レール
２５０    位置検出手段
３００    第２アクチュエータ
４００    第３アクチュエータ
４１０    駆動機構
４１２    サーボモータ
４１４    カップリング
４１６    軸受部
４１８    ボールねじ
４１９    ボールナット
４３０    連結機構
４３１    中間ステージ
４３１ａ  Ｘ軸ランナーブロック
４３１ｂ  Ｙ軸ランナーブロック
４３２    可動フレーム
４３４    Ｘ軸レール
４３５    Ｙ軸レール
５００    制御部
５１０    主コントローラ
５２０    サーボコントローラ
５５０    操作手段
５７０    フレキシブルディスクドライブ
Ａ    アジャスタ
【図１】
2010159970.tif 000011
【図２】
2010159970.tif 000012
【図３】
2010159970.tif 000013
【図４】
2010159970.tif 000014
【図５】
2010159970.tif 000015
【図６】
2010159970.tif 000016
【図７】
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【図８】
2010159970.tif 000018
【手続補正書】
【提出日】平成21年12月9日(2009.12.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークの速度が所定の設定波形に従って周期を変化させながら繰り返し変動するように該ワークを振動させる振動試験装置であって、
前記ワークが固定される可動部と、
前記可動部を往復駆動して前記ワークを振動させるサーボモータと、
前記ワークの速度を検出する速度検出手段と、
前記サーボモータを制御する制御手段と
を備え、
前記制御手段は、前記速度検出手段が所定期間内に計測した速度の最大値に対する、該最大値と所定の設定速度との差分の割合に比例する大きさだけ前記サーボモータの回転軸の振幅を変化させることにより、該最大値と該設定速度との比が所定の範囲内に収まるように前記サーボモータを制御する、ことを特徴とする振動試験装置。
【請求項２】
前記速度の最大値と前記設定速度との比が所定の範囲から外れたときに前記サーボモータの回転軸の振幅を変化させる、ことを特徴とする請求項１に記載の振動試験装置。
【請求項３】
前記所定の範囲が０．９５から１．０５の間である、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の振動試験装置。
【請求項４】
前記所定の範囲が０．９９から１．０１の間である、ことを特徴とする請求項３に記載の振動試験装置。
【請求項５】
前記振動試験装置は送りねじ機構を介して前記可動部を直線往復駆動させるものであり、前記ワークの速度は該ワークの特定の位置における速度の該送りねじ機構の送り方向成分である、ことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の振動試験装置。
【請求項６】
ワークの加速度が所定の設定波形に従って周期を変化させながら繰り返し変動するように該ワークを振動させる振動試験装置であって、
前記ワークが固定される可動部と
前記可動部を往復駆動して前記ワークを振動させるサーボモータと
前記ワークの加速度を検出する加速度検出手段と、
前記サーボモータを制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記加速度検出手段が所定期間内に計測した加速度の最大値に対する、該最大値と所定の設定加速度との差分の割合に比例する大きさだけ前記サーボモータの回転軸の振幅を変化させることにより、該最大値と該設定加速度との比が所定の範囲内に収まるように前記サーボモータを制御する、ことを特徴とする振動試験装置。
【請求項７】
前記加速度の最大値と前記設定加速度との比が所定の範囲から外れたときに前記サーボモータの回転軸の振幅を変化させる、ことを特徴とする請求項６に記載の振動試験装置。
【請求項８】
前記所定の範囲が０．９５から１．０５の間である、ことを特徴とする請求項６又は７に記載の振動試験装置。
【請求項９】
前記所定の範囲が０．９９から１．０１の間である、ことを特徴とする請求項８に記載の振動試験装置。
【請求項１０】
前記振動試験装置は送りねじ機構を介して前記可動部を直線往復駆動させるものであり、前記ワークの加速度は該ワークの特定の位置における加速度の該送りねじ機構の送り方向成分である、ことを特徴とする請求項６から９のいずれかに記載の振動試験装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００３】
近年、応答性の高いサーボモータが実用化されつつあり、正弦波、矩形波、三角波或いは地震波といった変位波形をもって高い周波数でワークを変位させることが出来るようになりつつある。このような振動試験装置においては、ワークの速度の振幅を略一定に保ちながら周波数を変化させる速度振幅一定スイープ試験や、ワークの加速度の振幅を略一定に保ちながら周波数を変化させる加速度振幅一定スイープ試験を行うことができる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００４】
このようなスイープ試験においては、ワークの速度や加速度の振幅を一定のものとする必要がある。従来においては、試験装置の直動変換器の変換率（直動変換器が送りねじ機構であれば、送りねじのリード）に基づいて、サーボモータの角速度或いは角加速度を制御することによって、所望の速度或いは加速度でワークを振動させていた。しかしながら、特に高周波域においては、ワーク自身、或いは動力伝達系（減速機及び直動変換器）の弾性や粘性のため、サーボモータの回転軸の位相の変化量と動力伝達系の特性に基づいて演算されるワークの角速度、速度、角加速度或いは加速度の理論値と、実際のワークの角速度や速度は必ずしも一致しない。このため、従来の振動試験装置は、高周波域を含めた広い周波数帯において速度振幅一定スイープ試験や加速度振幅一定スイープ試験を行うことができなかった。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
上記の目的を達成するため、本発明によりワークの速度が所定の設定波形に従って周期を変化させながら繰り返し変動するようにワークを振動させる振動試験装置が提供される。本発明の実施形態に係る振動試験装置は、ワークが固定される可動部と、可動部を往復駆動してワークを振動させるサーボモータと、ワークの速度を検出する速度検出手段と、サーボモータを制御する制御手段とを備えている。制御手段は、速度検出手段が所定期間内に計測した速度の最大値に対する、この最大値と所定の設定速度との差分の割合に比例する大きさだけサーボモータの回転軸の振幅を変化させることにより、ワークの速度の最大値と所定の設定速度との比が所定の範囲内に収まるようにサーボモータを制御する。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
本発明の別の実施形態に係る振動試験装置は、ワークが固定される可動部と、可動部を往復駆動してワークを振動させるサーボモータと、ワークの加速度を検出する加速度検出手段と、サーボモータを制御する制御手段とを備えている。制御手段は、加速度検出手段が所定期間内に計測した加速度の最大値に対する、この最大値と所定の設定加速度との差分の割合に比例する大きさだけサーボモータの回転軸の振幅を変化させることにより、ワークの加速度の最大値と所定の設定加速度との比が所定の範囲内に収まるようにサーボモータを制御する。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
制御手段は、速度の最大値と設定速度との比、或いは加速度の最大値と設定加速度との比が所定の範囲から外れたときにサーボモータの回転軸の振幅を変化させてもよい。また、波形の繰り返しの周期が変化するたびに上記制御を行ってもよい。
また、所定の範囲内は、例えば０．９５から１．０５の間である。或いは、所定の範囲は、０．９９から１．０１の間である。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
振動試験装置は、送りねじ機構を介して可動部を直線往復駆動させるものであってもよい。この場合、検出されるワークの速度及び加速度は、それぞれワークの特定の位置における速度及び加速度の送りねじ機構の送り方向成分である。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
軸受部２１６は、正面組合せで組み合わされた一対のアンギュラ玉軸受２１６ａ、２１６ｂ（Ｘ軸負の方向側にあるものが２１６ａであり、Ｘ軸正の方向側にあるものが２１６ｂである）を有する。アンギュラ玉軸受２１６ａ、２１６ｂは、軸受支持プレート２４４の中空部の中に収納されている。アンギュラ玉軸受２１６ｂの一面（Ｘ軸正の方向側の面）には、軸受押圧プレート２１６ｃが設けられており、この軸受押圧プレート２１６ｃをボルト２１６ｄを用いて軸受支持プレート２４４に締結することによって、アンギュラ玉軸受２１６ｂはＸ軸負の方向に押し込まれる。また、ボールねじ２１８において、軸受部２１６に対してＸ軸負の方向側に隣接する円筒面には、ねじ部２１８ａが形成されており、このねじ部２１８に内周にめねじが形成されたカラー２１７が取り付けられるようになっている。カラー２１７をボールねじ２１８に対して回動させてＸ軸正の方向に移動させることによって、アンギュラ玉軸受２１６ａはＸ軸正の方向に押し込まれる。このように、アンギュラ玉軸受２１６ａと２１６ｂが、互いに近づく方向に押し込まれるようになっているので、両者が互いに密着して好適なプリロードがアンギュラ玉軸受２１６ａ、２１６ｂに付与される。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
すなわち、中間ステージ２３１は、テーブル１００に対してＺ軸方向にスライド可能であり、且つ、ナットガイド２３２に対してＹ軸方向にスライド可能である。すなわち、テーブル１００に対してナットガイド２３１はＹ軸方向及びＺ軸方向にスライド可能となっている。このため、他のアクチュエータ３００及び／または４００によってテーブル１００がＹ軸方向及び／またはＺ軸方向に加振されたとしても、それによってナットガイド２３２が変位することはない。すなわち、テーブル１００のＹ軸方向及び／またはＺ軸方向の変位に起因する曲げ応力がボールねじ２１８や軸受部２１６、カップリング２１４などに加わることはない。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３７】
このように、中間ステージ４３１の各々は、テーブル１００に対してＸ軸方向にスライド可能であり、且つ、可動フレーム４３２に対してＹ軸方向にスライド可能である。すなわち、テーブル１００に対して可動フレーム４３２はＸ軸方向及びＹ軸方向にスライド可能となっている。このため、他のアクチュエータ２００及び／または３００によってテーブル１００がＸ軸方向及び／またはＹ軸方向に加振されたとしても、それによって可動フレーム４３２が変位することはない。すなわち、テーブル１００のＸ軸方向及び／またはＹ軸方向の変位に起因する曲げ応力がボールねじ４１８や軸受部４１６、カップリング４１４などに加わることはない。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４４】
主コントローラ５１０は、Ａ／Ｄコンバータ５１１及びＤ／Ａコンバータ５１２を内蔵している。Ａ／Ｄコンバータ５１１は、アンプ５４０を介してテーブル１００（図１）に設けられた加速度センサより入力されるワークのＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸方向の加速度の波形、及びアナログポート５９０から入力されるアナログ波形データを離散化する。また、Ｄ／Ａコンバータ５１２は、主コントローラ５１０で生成されるデジタル波形データをアナログ波形データに変換してサーボコントローラ５２０に送信する。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４６】
このように、本実施形態の振動試験装置１の制御部５００は、テーブル１００（図１に記載）に設けられた３軸の加速度センサによって検出されたワークの加速度に基づいて、テーブル１００上のワークの変位、速度又は加速度の経時変動が所望の波形を示すように、各アクチュエータ２００、３００及び４００のサーボアンプに設定角度を送信するものである。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６０】
次いで、主コントローラ５１０は、下記の数３に基づいて、速度振幅一定周波数スイープ試験を行う際の、サーボモータの回転軸の角度の振幅Ｄｎを求める（ステップＳ２）。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６２】
なお、上記の数３において、Ｌは送りねじのリード（単位ｍｍ／回転）である。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６４】
次いで、ワークの速度を計測する（ステップＳ４）。前述のように、テーブル１００には加速度センサが設けられており、主コントローラ５１０はこの加速度センサが計測した加速度を時間で積分してワークの速度ｖＭ（単位：ｍｍ／ｓ）を得ることができる。主コントローラ５１０は、速度ｖＭを少なくとも１周期、すなわち時間１／Ｆｎ計測し、速度の最大値（すなわち、速度の振幅）ＶＭｍａｘを得る。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７３】
ステップＳ６では、計測値ＶＭｍａｘと設定値ＶＳが基準以内に納まった状態で、所定の周期で振動が行われるまで待機する。次いで、ステップＳ７が実行される。
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８６】
次いで、主コントローラ５１０は、下記の数６に基づいて、加速度振幅一定周波数スイープ試験を行う際に、駆動するアクチュエータのサーボモータの回転軸の角度の振幅Ｄｎを求める（ステップＳ１０２）。
【手続補正１８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８８】
なお、上記の数６において、Ｌは送りねじのリード（単位ｍｍ／回転）である。
【手続補正１９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８９】
続いて、主コントローラ５１０は、振幅Ｄ１、周波数Ｆ１＝Ｆｍｉｎの正弦波を設定角度（すなわちＤ１×ｓｉｎ（２π×Ｆ１×ｔ）としてサーボコントローラ５２０に送り、サーボコントローラ５２０はこの設定角度でサーボモータを駆動する（ステップＳ１０３）。
【手続補正２０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９１】
次いで、主コントローラ５１０は、ステップＳ１０１にて設定された加速度ＡＳとステップＳ１０４で計測された加速度ＡＭｍａｘとを比較する（ステップＳ１０５）。すなわち両加速度の比が、０．９５≦ＡＳ／ＡＭｍａｘ≦１．０５を満たすのであれば、主コントローラ５１０はサーボアンプに与える設定角度を変更する必要はないと判断し（ステップＳ１０５：ＹＥＳ）、ステップＳ１０６を実行する。一方、両加速度の比が上記の規定を満たしていないのであれば、主コントローラ５１０はサーボアンプに与える設定角度を変更する必要があると判断し（ステップＳ１０５：ＮＯ）、ステップＳ１２１を実行する。なお、本実施形態においては、上記のように両加速度の差が±５％以内であることを基準としているが、より正確な試験を行う際は上記基準を±１％（すなわち０．９９≦ＡＳ／ＡＭｍａｘ≦１．０１）より厳しくしてもよい。
【手続補正２１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９５】
また、ステップＳ１２１において、計測値ＡＭｍａｘが設定値ＡＳよりも小さいのであれば（ステップＳ１２１：ＮＯ）、主コントローラ５１０はステップＳ１２３を実行する。
【手続補正２２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９９】
ステップＳ１０６では、計測値ＡＭｍａｘと設定値ＡＳが基準以内に納まった状態で、所定周期の振動が行われるまで待機する。次いで、ステップＳ１０７が実行される。
【手続補正２３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2010159970.tif 000019