(57)【要約】      （修正有）【課題】試験中に振動台の中立位置を移動させることにより、軸受の不具合を減少させた振動試験装置を提供する。【解決手段】制御装置５０は、伝達関数補正部５１と、波形調整部５２とを備え、振動台の加振制御を実行する。波形調整部５２は、この振動試験装置で再現したい目標波形として入力された、実際の地震波などの加速度波形である実振動波形ｒ１を、振動台の加振制御の制御目標となる調整された目標波形とする波形の調整を実行する。波形調整部５２において、加速度波形として入力される実振動波形ｒ１に重畳波形を加えた波形を目標波形ｒ２とすることにより、振動台の往復動における基準位置となる中立位置を、設計上の中立位置とは違う位置に一定周期で移動させ、軸受におけるボールが軌道面に対して少なくとも１回転できるようにしている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸受に支持された振動台と、前記振動台に接続された負荷アクチュエータとを備え、前記負荷アクチュエータを駆動して前記振動台を移動させることにより、前記振動台に載置された供試体に振動を付与する振動試験装置であって、
目標波形に前記振動台の中立位置を変更するための重畳波形を加える波形調整部を有し、前記波形調整部において調整された目標波形に基づいて前記負荷アクチュエータの駆動を制御する制御手段を備えたことを特徴とする振動試験装置。
【請求項２】
請求項１に記載の振動試験装置において、
前記重畳波形は、前記軸受における転動体を軌道面に対して少なくとも一回転させる振幅を有する波形である振動試験装置。
【請求項３】
請求項１に記載の振動試験装置において、
前記軸受は、直線駆動の軸受である振動試験装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、供試体に試験力を繰り返し負荷する振動試験装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
振動試験装置においては、例えば、実際の地震により構造物に与えられた振れ（地震加速度）や、自動車の走行中に部品に与えられた振動を再現し、構造物の耐震性や部品の耐久性などを検証する疲労・耐久試験が行われている。このような振動試験装置は、軸受に支持され供試体が載置される振動台と、振動台を駆動する油圧シリンダと、振動台の移動量を検出する変位計と、振動台が移動するときの加速度を検出する加速度計を備えている（特許文献１参照）。
【０００３】
また、実際に計測された地震波などの振動は、通常、加速度波形で記録されているため、加速度入力信号を目標値とする加速度制御機構と、振動台の位置を制御する変位制御機構を備えた振動試験装置が提案されている（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−１０１７０８号公報
【特許文献２】特公平７−１８７７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
振動台の移動制御においては、振動台の絶対位置（基準となる中立位置からどれだけ離れているかを示す位置）を把握するため、特許文献２に記載の振動試験装置のように変位制御機構により振動台の中心位置を保持する制御が行われている。一方で、振動台を支持する直線駆動の軸受の転動体とレールの軌道面との間は、適度な潤滑が必要であるが、振動台を移動させるアクチュエータの加振ストロークが微小である場合、軸受の転動体が同じ個所でレールの軌道面に接触し続けることになる。このため、転動体と軌道面の間で油切れが起こり、フレッティングなどの不具合が生じることがある。
【０００６】
この発明は上記課題を解決するためになされたものであり、試験中に振動台の中立位置を移動させることにより、軸受の不具合を減少させた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】
【０００７】
請求項１に記載の発明は、軸受に支持された振動台と、前記振動台に接続された負荷アクチュエータとを備え、前記負荷アクチュエータを駆動して前記振動台を移動させることにより、前記振動台に載置された供試体に振動を付与する振動試験装置であって、目標波形に前記振動台の中立位置を変更するための重畳波形を加える波形調整部を有し、前記波形調整部において調整された目標波形に基づいて前記負荷アクチュエータの駆動を制御する制御手段を備えたことを特徴とする。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記重畳波形は、前記軸受における転動体を軌道面に対して少なくとも一回転させる振幅を有する波形である。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記軸受は、直線駆動の軸受である。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１から請求項３に記載の発明によれば、波形調整部において実振動波形に基づく目標波形を振動台の中立位置を変更するための重畳波形を加えて調整された目標波形とし、この調整された目標波形に基づいて負荷アクチュエータの駆動を制御することから、試験中に振動台の中立位置が変更され、軸受の転動体が同じ個所で軌道面に接触し続けることを防止することができる。これにより、軸受の転動体と軌道面での油切れによるフレッティングなどの不具合を減少させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明に係る振動試験装置の主要な構成を示す概要図である。
【図２】軸受４０の概要図である。
【図３】制御装置５０の機能的構成を示すブロック図である。
【図４】波形調整部５２における目標波形の調整を説明する波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、この発明に係る振動試験装置の概要図であり、図２は、軸受４０の概要図である。図２（ａ）は、軸受４０の部分斜視図であり、図２（ｂ）は、レール４１とボール４６との位置関係を説明する断面図であり、図２（ｃ）は、その側面図である。なお、図２（ｂ）および（ｃ）においては、キャリッジ４２の図示を省略している。
【００１３】
この振動試験装置は、床面Ｇに軸受４０を介して往復動可能に設置された振動台２４を負荷アクチュエータ３１により加振することにより、振動台２４上に載置された供試体２０に連続して振動負荷を付与する試験を行うものである。
【００１４】
制御装置５０は、ＲＯＭ、ＲＡＭ等の記憶装置および演算装置を備えるコンピュータやシーケンサーによって構成され、この振動試験装置全体の動作を制御する。制御装置５０はこの発明の制御手段として機能する。制御装置５０からは、この負荷アクチュエータ３１の駆動信号が送信される。この駆動信号は、増幅器３５を介して負荷アクチュエータ３１のサーボ弁３２に入力される。振動台２４の変位量は変位計２３で検出され、その変位検出信号は増幅器３６を介して、制御装置５０に入力される。
【００１５】
負荷アクチュエータ３１は複動式油圧シリンダであって、油圧源３４からアキュムレータ３３およびサーボ弁３２を介してシリンダ３１ａ内に供給される作動油によりピストン３１ｃおよびロッド３１ｂが往復動する。負荷アクチュエータ３１のロッド３１ｂに、振動台２４が連結されることで、負荷アクチュエータ３１のロッド３１ｂの往復動に同期して振動台２４が図１に示すＸ方向に繰り返し移動する。
【００１６】
振動台２４と床面Ｇとの間に介挿されている軸受４０は、図２（ａ）に示すように、床面Ｇに固定されるレール４１と振動台２４の下面に連結されるキャリッジ４２とを有する直線駆動の軸受（直動軸受）である。レール４１には、レール溝４３が形成され、キャリッジ４２の移動にともなって転動体としてのボール４６がレール溝４３の表面、すなわち軸受４０における軌道面を回転する構成となっている（図２（ｂ）および（ｃ）参照）。なお、図２（ａ）および（ｃ）におけるＸ方向は、図１と同様、振動台２４が往復動するときの移動方向である。
【００１７】
供試体２０に作用する振動は、供試体２０を載置する振動台２４に配設された加速度計２１により計測され、その計測値は増幅器３７を介して、制御装置５０に入力される。なお、この振動試験装置において、加速度計２１は、実行したい試験の内容に応じて、振動台２４および供試体２０の任意の場所に移動させて配設することが可能に構成されている。
【００１８】
図３は、制御装置５０内部の機能ブロック図である。なお、図３では、この実施形態の機能を実行するために必要な構成のみを図示している。
【００１９】
この制御装置５０は、伝達関数補正部５１と、波形調整部５２とを備え、振動台２４の加振制御を実行する。伝達関数補正部５１は、負荷アクチュエータ３１と供試体２０とを含む制御系における各伝達関数ＧＡ（Ｓ）、ＧＳ（Ｓ）を同定し制御対象を監視するとともに、変位計２３および加速度計２１からの出力に応じて、各伝達係数を補正する。すなわち、この振動試験装置では、振動台２４の加振命令を、変位計２３からのフィードバックによる変位制御、加速度計２１からのフィードバックによる加速度制御による加振制御により行うことが可能となっている。
【００２０】
波形調整部５２は、この振動試験装置で再現したい目標波形として入力された、実際の地震波などの加速度波形である実振動波形ｒ１を、振動台２４の加振制御の制御目標となる調整された目標波形ｒ２とする波形の調整を実行する。
【００２１】
図４は、波形調整部５２における目標波形の調整を説明する波形図である。図４（ａ）は、実振動波形ｒ１の一例を示し、図４（ｂ）は、図４（ａ）の実振動波形ｒ１に重畳させる重畳波形の好ましい一例であって、重畳波形を正弦波とした場合を示す。また、図４（ｃ）は、図４（ａ）の実振動波形ｒ１に図４（ｂ）の正弦波を重畳させた目標波形ｒ２を示す。なお、図４における各波形図の縦軸は加速度（ｇａｌ）であり、横軸は時間（ｍｓ）である。
【００２２】
例えば、半径Ａｍｍのボール４６であれば、振動台２４の設計上の中立位置からのＸ方向の変位が少なくとも±Ａπｍｍで、ボール４６はレール溝４３の軌道面に対して１回転することになる。
【００２３】
加速度と変位とは、加速度を２回積分することで変位に変換可能であり、変位を２回微分することで加速度に変換することが可能であるという関係にある。したがって、図４（ａ）に示された加速度波形を２回積分して得た変位波形の最大振幅の絶対値が、Ａπｍｍを超えなければ、ボール４６はレール溝４３の軌道面に対して１回転することなく同じ個所で接触し続けることになり、フレッティングなどの不具合が生じる。
【００２４】
そこで、この発明では、波形調整部５２において、加速度波形として入力される実振動波形ｒ１に重畳波形を加えた波形を目標波形ｒ２とすることにより、振動台２４の往復動における基準位置となる中立位置を、設計上の中立位置とは違う位置に移動させ、軸受４０におけるボール４６が軌道面に対して少なくとも１回転できるようにしている。重畳波形は一定周期の繰り返し波形であって、供試体２０に与える振動負荷に影響を及ぼすことのない長周期の波形である。重畳波形の周期は実振動波形ｒ１の最も長い周期の１０倍程度以上の周期とすることが望ましい。
【００２５】
この発明での重畳波形は、図４（ｂ）に示すように、ボール４６を軌道面に対して少なくとも１回転させる振幅Ｄを有する波形である。この振幅Ｄの値が、例えば、図４（ｂ）の波形を２回積分した変位波形の振幅がボール４６の半径Ａｍｍ以上となる値でれば、ボール４６を軌道面に対して確実に１回転以上させることが可能である。この振幅Ｄはボール４６を１回転以上回転させる大きさであればよいが、２回転から５回転程度の大きさとすることが好ましい。レール４１の長さおよび負荷アクチュエータ３１のストロークに余裕があればそれ以上の大きさの振幅Ｄとしても差し支えない。
【００２６】
図４（ａ）に示す実振動波形ｒ１に図４（ｂ）に示す長周期の正弦波を加えると、図４（ｃ）に示す波形となる。制御装置５０から、この図４（ｃ）に示す波形を目標波形ｒ２とする加振命令を出力することにより、振動台２４の中立位置を一定周期で変動させながら、供試体２０に振動負荷を与える加振制御が実行される。そして、試験中に振動台２４の中立位置が変動することにより、試験中にボール４６が軌道面に対して１回転以上することになる。
【００２７】
この発明では、加速度波形として入力される実振動波形ｒ１を変位波形に変換した後に調整するのではなく、加速度波形として入力される実振動波形ｒ１に直接的に一定周期の波形である長周期の正弦波を加えた目標波形ｒ２を調整していることから、振動台２４の加振制御を変位制御ではなく加速度制御で行う場合にも、中立位置を一定周期で変動させることが容易に行え、軸受４０に油切れによるフレッティングなどの不具合が生じることを防止することができる。
【００２８】
なお、この実施形態では重畳波形として正弦波を示したが、例えば、三角波であってもよい。すなわち、重畳波形は、供試体２０に与える振動負荷に影響を及ぼすことのない周期の波形であり、かつ、ボール４６を軌道面に対して少なくとも１回転させる振幅Ｄを有する波形であれば、正弦波に限定されるものではない。
【００２９】
上述した実施形態では、転動体の形状が球形のボール４６を例に、転動体の回転と軌道面との関係を説明したが、転動体の形状が円柱状のコロの場合でも、この発明の適用により油切れによるフレッティングなどの不具合が生じることを防止することができる。
【００３０】
また、上述した実施形態では、振動台２４と床面に直動軸受が介挿されている例を示したが、供試体２０に回転振動を付与する振動試験装置における、振動台が連結された回転軸を支持する軸受についても、この発明の適用により油切れによるフレッティングなどの不具合が生じることを防止することができる。
【符号の説明】
【００３１】
２０    供試体
２１    加速度計
２３    変位計
２４    振動台
３１    負荷アクチュエータ
３２    サーボ弁
３３    アキュムレータ
３４    油圧源
３５    増幅器
３６    増幅器
３７    増幅器
４０    軸受
４１    レール
４２    キャリッジ
４３    レール溝
４６    ボール
５０    制御装置
５１    伝達関数補正部
５２    波形調整部
【図１】
2015215290.tif 000003
【図２】
2015215290.tif 000004
【図３】
2015215290.tif 000005
【図４】
2015215290.tif 000006