(57)【要約】【課題】振動試験装置１０における可動部分の質量を低減し、もって要求される加振力を削減することにより、製造及び運転コストを低減する。【解決手段】２個の垂直振動発生機１２を天井スラブ１１から吊り下げ、それらの垂直振動発生機１２で振動台１３を吊り下げて支持する。振動台１２を左右および前後から水平方向に加振する水平振動発生機２１、２２をさらに設ける。被試験物１５は振動台１３の下面に直接吊り下げて支持することができ、吊り治具が不要である。そのため可動部質量が削減され、振動発生機の加振力を低くすることができる。さらに振動台の下面は被試験物を取り付けることができる広さがあればよく、振動台自体の質量も削減され、一層加振力を低減できる。【選択図】 図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被試験物（１５）を載せる振動台（１３）を垂直方向に加振する垂直振動発生機（１２）を備えた振動試験装置において、上記垂直振動発生機（１２）を振動台（１３）より上方に配置し、振動台（１３）を吊り下げて支持することを特徴とする振動試験装置。
【請求項２】
複数個の垂直振動発生機（１２）を備えている請求項１記載の振動試験装置。
【請求項３】
上記振動台（１３）を水平方向に加振する水平振動発生機（２１）（２２）をさらに備え、上記水平振動発生機（２１）（２２）が、直交する２方向に加振するＸ方向振動発生機（２１）とＹ方向振動発生機（２２）とを備えている請求項１又は請求項２記載の振動試験装置。
【請求項４】
２個以上の垂直振動発生機（１２）を有し、その中間に、振動台（１３）を吊り下げて垂直方向に加振し、振動台（１３）の曲げ運動を制御する中間振動発生機（５１）をさらに備えている請求項２又は請求項３記載の振動試験装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、各種の構造物などの振動試験に用いる振動試験装置、とくに被試験物を吊り下げて支持する多軸型の振動試験装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、振動台の前後左右に振動発生機を配置した水平振動発生機と、振動台の下方に２基の振動発生機を上下に重ねて配置した垂直振動発生機とを備えた多軸型の振動試験装置が開示されている。この振動試験装置はコンパクトに構成することができ、しかも装置全体の横振動および回転振動の振幅が小さいので、正確に振動試験を行うことができる。
【０００３】
他方、鉄道車両の床下に取り付けられるインバータなどの機器の振動及び衝撃試験では、図６に示すような、左右２個所に併設した垂直振動発生機（加振機）６０で振動台６１を支持し、その振動台６１上に車体の床を模擬した吊り治具６２を左右一対で固定し、その吊り治具６２によって被試験物６３の両端を吊り下げることにより、実際の使用状態に近い形態にしている。垂直振動発生機６０としては、たとえば図７に示すように、上下動を許しながら重量を支持する空気バネ６４を内蔵したものが用いられる。空気バネ６４は軸受け６５によって上下動自在に支持される軸６６の下端を支持しており、その軸６６に固定されたカップ状の可動体６７を電磁コイル６８で上下に振動させるようにしている。
【０００４】
しかし図６に示す振動試験装置では、振動台６１の共振だけでなく、吊り治具６２の共振も問題になるため、吊り治具６１は振動台６１に匹敵する質量が必要になる。さらに振動台６１も、吊り治具６１を支えるために広い面積が必要になるので、その質量が大きくなる。したがって垂直振動発生機６０や水平振動発生機６９に要求される加振力が大きくなり、装置全体が大型になる。そのため、装置全体の製造コストおよびランニングコストが高くなる問題がある。
【特許文献１】特開２００５−９１０７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この発明は、上記従来の装置の問題を解消するためになされたものであって、その目的は、可動部分の質量を低減し、もって要求される加振力を削減することにより、装置の製造コスト及び運転コストを低減することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
そこで請求項１の振動試験装置は、被試験物１５を載せる振動台１３を垂直方向に加振する垂直振動発生機１２を備えた振動試験装置において、上記垂直振動発生機１２を振動台１３より上方に配置し、振動台１３を吊り下げて支持することを特徴としている。
【０００７】
請求項２の振動試験装置は、複数個の垂直振動発生機１２を備えていることを特徴としている。
【０００８】
請求項３の振動試験装置は、上記振動台１３を水平方向に加振する水平振動発生機２１、２２をさらに備え、上記水平振動発生機２１、２２が、直交する２方向に加振するＸ方向振動発生機２１とＹ方向振動発生機２２を備えていることを特徴としている。
【０００９】
請求項４の振動試験装置は、２個以上の垂直振動発生機１２を有し、その中間に、振動台１３を吊り下げて垂直方向に加振し、振動台１３の曲げ運転を制御する中間振動発生機５１をさらに備えていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１の振動試験装置によれば、被試験物１５を振動台１３の下面に直接、あるいはアダプタプレート１４等を介して吊り持ち支持させることができるので、吊り治具６２が不要である。そのため、可動部質量が削減され、振動発生機１２の加振力を低くすることができる。さらに振動台１３は上面側で吊り持ち支持されるので、下面は被試験物１５を取り付けることができる広さがあればよい。そのため、振動台１３自体の質量も削減され、一層加振力を低減できる。したがって垂直振動発生機１２を吊り下げて支持する支持構造物１１を要するものの、装置全体のコストが低減する。さらに加振力が削減できることから、電力などの運転コストが大幅に低減でき、省エネルギが達成でき、環境保護に資する。
【００１１】
請求項２の振動試験装置によれば、１個当たりの垂直振動発生機１２を小型化できるので、その製造が容易となる。
【００１２】
請求項３の振動試験装置によれば、上記振動台１３を水平方向に加振する水平振動発生機２１、２２を備え、さらにこの水平振動発生機２１、２２が直交する２方向に加振するＸ方向振動発生機２１とＹ方向振動発生機２２を備えているので、多様な振動試験を行うことができる。そして水平振動発生機２１、２２の加振力も低くてよいので、一層、製造コストおよび運転コストが低減できる。なお、本発明の振動試験装置は垂直振動発生機１２が振動台の上面に移動しただけで、前後左右は従来のものと同様であり、したがって水平振動発生機２１、２２を設けることに問題はない。さらに水平振動発生機２１、２２は吊り下げる必要がないので、垂直振動発生機１２を支持する構造物１１の負担はとくに増大しない。
【００１３】
請求項４の振動試験装置によれば、上記左右２個の垂直振動発生機１２の中間に、振動台１３の中心近辺を吊り下げて垂直方向に加振する中間振動発生機５１をさらに備えているので、振動台１２の支持スパンが約１／２となる。それにより、共振振動数が高くなり、試験の上限振動数を高くすることができる。逆にいえば、上限振動数が同じであれば、振動台１３などの剛性を低くでき、コストダウンにつながる。さらに垂直振動発生機の数を増加することにより、１基当たりの加振力を低減でき、装置をコンパクトにすることができる。なお、本発明の振動試験装置５０では、被試験物１５を振動台１３の下面に吊し下げ、垂直振動発生機１２を振動台の上面側に設けるので、両者の中間にスペースができ、そのスペースに中間垂直振動発生機５１を設けることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
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は振動試験装置を概略的に示す正面図であり、図２はその振動試験装置の概略平面図、図３はその振動試験機に採用している下向き用加振機の断面図である。図１の振動試験装置１０は、天井スラブ１１に下向きに設置した２基の垂直振動発生機１２と、それらの垂直振動発生機１２によって吊り下げ支持される振動台１３とを備えている。振動台１３の下面には、アダプタプレート１４を介して被試験物１５が固定されている。それぞれの垂直振動発生機１２の軸１６と振動台１３とは、連結リンク１７によって、水平方向の振動を許すように連結されている。
【００１５】
さらにこの振動試験装置１０では、床面２０に互いに向かい合うように横向きに設置した２基の水平振動発生機２１を備えており、それらの水平振動発生機２１は上下の振動を許すように連結リンク１７を介して上記の振動台１３の左右端に連結されている。さらに図２に示すように、振動台１３の前後端には、互いに向かうように床面２０に設置された前後方向の水平振動発生機２２が連結リンク１７を介して連結されている。前後方向の水平振動発生機２２は、前に２機、後に２基、垂直振動発生機１２の加振点Ｆを通る前後の軸線に沿って設けているが、中心部を通る前後の軸線に沿って１基ずつ設けてもよい。なお、図１の符号２３は床面２０に設けたピットである。上記振動試験装置１０は、これらの構成により、直交するＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸の各軸方向の運動、並びにそれらの各軸回りの回転運動を再現することができる、いわゆる６軸振動試験装置を構成している。
【００１６】
上記の垂直振動発生機１２は、天井スラブ１１に形成した貫通孔２５を貫通し、外周に突設したブラケット２６によって天井スラブ１１の上面に設置固定されている。この垂直振動発生機１２としては、たとえば図３に示すように、円板状のベース３０と、そのベース３０の下面に同心状に、かつ、互いに隙間（溝）３１をあけて取り付けられる内筒３２および外筒３３と、内筒３２に形成した中心孔３４に摺動自在に挿入される前述の軸１６と、その軸１６に取り付けられるカップ状の可動体３５とを備えている下向き用加振機が採用される。可動体３５は円板状の底板３６と、その周囲近辺から立ち上がる円筒状の周壁３７とから成り、周壁３７は上記の内筒３２と外筒３３の隙間３１の挿入されている。周壁３７には永久磁石３８が内装され、外筒３３の内面に設けた電磁コイル３９と共働して可動体３５および軸１６に上下の振動を与える。
【００１７】
上記外筒３３の下端外周には、有底筒状のケース４０が取り付けられており、ケース４０の底板４１に形成した開口４２に前記軸１６が貫通し、下向きに突出している。上記ケース４０の底板４１と可動体３５の底板３６との間には、複数個の空気バネ４３が介装されており、可動体３５および軸１６を上向きに付勢している。それにより軸１６の下端に連結した振動台（図１の符号１３）や被試験物（図１の符号１５）の重量を、上下の振動を許しながら支えることができる。空気バネ４３としては、ベローズ型の公知のものを採用することができる。空気バネ４３に代えて、圧縮コイルスプリングなどの付勢手段を採用することもできる。空気バネ４３の個数は、とくに制限はないが、２〜８個程度、とくに４〜６個程度である。
【００１８】
上記軸１６は、可動体３５との結合部近辺で上下に分離可能であり、上部分は内筒３２の中心孔３４に取り付けた軸受け４４によって軸方向摺動自在に支持している。さらに上部分の上端は、第２空気バネ４５の下端に連結しており、その第２空気バネ４５の上端は、ベース３０の上面に設けた上部カバー４６に固定している。第２空気バネ４５は、内筒３２に上面側からベース３０にかけて形成した空所４７内に収容している。第２空気バネ４５は、軸１６を下向きに付勢するものであり、軸１６に伝わる振動を抑制することができる。
【００１９】
なお、図３の上下を逆にして図７と比較すれば分かるように、この下向き用加振機は、図７の空気バネ内蔵型の上向きの加振機（原型加振機）とは可動体３５の形状と、ケース４０と可動体３５の間の空気バネ４３が追加されている点が異なるだけである。したがって製造コストを低減でき、信頼性が高い。さらに空気バネ４３を、６〜８個程度と多くすることができるので、支持可能な荷重は高い。また、図３の下向き用の加振機を、上向き用あるいは横向き用の加振機として使用することも可能である。いわば重力方向に関わらず、荷重を支えることができる他用途型といえる。下向き用として使用する場合は、外筒３３にブラケット（図１の符号２６）を設ける。
【００２０】
図１の水平振動発生機２１、２２は、図３の下向き用加振機の外筒３３の両側に支持ブラケット４８を設けたものを採用することができる。ただし互いに向き合う２基の水平振動発生機２１、２２を向き合わせて使用するものであり、荷重の支持力も大きくなくてよい。そのため、図７の従来型の加振機を採用することもできる。
【００２１】
上記振動台１３は、上面に連結リンク１７との連結部４９が突設されていること、下面に被試験物１５あるいはアダプタプレート１４を取り付けるねじ穴等が形成されている点を除けば従来の振動台１３と同一のものを採用することができる。ただし図６の振動試験装置の場合に比して、軽量のものを使用できる。上記アダプタプレート１４は、振動台１３に形成されているねじ穴と、被試験物１５のフランジ部などに設けられる吊り下げ用のボルト穴とを適合させるものであり、両者に対応するボルト穴およびねじ穴を備えている。なお、振動台１３の下面にＴ溝を形成してもよい。
【００２２】
上記のように構成される振動試験装置１０は、被試験物１５を振動台１３の下面に直接、あるいはアダプタプレート１３を介して吊り持ち支持させることができるので、吊り治具（図６の符号６２）が不要である。そのため、可動部質量が削減され、振動発生機１２、２１、２２の加振力を低くすることができる。さらに振動台１３は上面側で吊り持ち支持されるので、下面は被試験物を取り付けることができる広さがあればよい。そのため、振動台１３自体の質量も削減され、一層加振力を低減できる。したがって装置全体の製造コストが低減できる。さらに加振力が削減できることから、電力などの運転コストが大幅に低減できる。
【００２３】
また、振動台１３の支持スパンが短くなり、振動台１３の長さ（図１の左右方向の長さ）も短くすることができる。それにより、振動台１３を薄くすることができる。すなわち、図１に示すような振動試験装置１０では、振動台１３の一次モードの共振振動数を超える周波数で振動試験を行うことは困難であることが知られている。よってこれらの装置の使用上限周波数は、振動台１３の１次共振振動数によって制約を受ける。したがって固有振動が同一の条件で振動台１３の長さを短くできるとすると、振動台１３の厚さを薄くすることができる。これにより、振動台１３の質量をさらに軽量化することが可能になる。
【００２４】
この特徴を簡単に説明するために、図１に示す振動台１３を１次元の梁と考えて説明する。この場合、両端自由の梁の固有振動数はつぎの式で計算される。
ｆnｎ＝Ｃ√（Ｅ・Ｉ／ρ・Ａ・ｌ４  ）・・・（１）
ただし、ｆn：固有振動数、Ｃ：モード係数（３．５６１）、Ｅ：縦弾性係数、
Ｉ：断面２次モーメント、Ａ：断面積、ｌ：梁の長さ、ρ：梁の密度
【００２５】
そして、Ａ＝ｂ・ｈ、Ｉ＝ｂ・ｈ３／１２より、前記式（１）は、 
ｆn＝Ｃ√（Ｅ・ｈ２／ρ・ｌ４  ）・・・（２）
となる。
【００２６】
この式（２）によれば、例えば、図１の振動台１３の長さｌ１と図６の振動台６１の長さｌ２の比率がｌ１：ｌ２＝０．７５：１と仮定すると、図１の振動台１３と図６の振動台の固有振動数ｆnが同一とする梁の高さｈ１、ｈ２の比率は、ｈ１：ｈ２＝０．７５２：１となる。したがって梁の重量Ｗの比率はＷ１：Ｗ２＝０．７５３：１となる。すなわち、図１の振動試験装置１０を採用することで２５％短い振動台１３を実現すると、振動台１３の執拗を５８％低減することができる。よって必要な周波数範囲と加速度を実現するために、本発明は従来の手法（図６）に対して、より小さい加振力でよいことが分かる。
【００２７】
次に、この発明の振動試験装置の他の実施の形態について、図４及び図５を参照しつつ詳細に説明する。図４は振動試験装置の概略正面図であり、図５ａおよび図５ｂはそれぞれ単純支持梁の１次共振モードおよび２次共振モードを示す撓み曲線である。この振動試験装置５０は、図１の振動試験装置１０における左右２個の垂直振動発生機１２、１２の中間で、Ｚ軸方向（上下方向）の共振の正の腹及び負の腹に相当する位置に、中間垂直振動発生機５１を配置したものである。すなわち、振動台１３の１次共振の正の腹に相当する個所に中間垂直振動発生機５１を設け、負の腹に相当する個所にそれぞれ両端の垂直振動発生機１２、１２を配置した。なお、図１の振動試験装置１０では、被試験物１５が振動台１３の反対側（下面側）に取り付けられているので、垂直振動発生機１２、１２の中間にスペースができ、そのスペースを有効に利用して中間垂直振動発生機５１を設けることができる。
【００２８】
このような中間振動発生機５１を設けた振動試験装置５０では、振動台１３の２次モードの共振振動数までの振動試験が可能となり、図１の振動試験装置１０では困難であった振動台１３の１次共振モードの共振振動周波数を超える振動試験が可能となる。そして図１と図４の装置の性能を同一とした場合、２次共振振動数まで使用できる図４の装置５０は、図１の装置に比べて振動台１３をさらに薄くすることができる。これにより、振動台１３の質量をさらに軽量化することができる。
【００２９】
すなわち、
ｆn1＝Ｃ√（Ｅ・ｈ１２／ρ・ｌ４  ）・・・式（２）
ｆｍ2 ＝２．８Ｃ√（Ｅ・ｈ４２／ρ・ｌ４  ）・・・式（３）
ただしｆn1：図１の１次モード固有振動数、ｆm2：図４の２次モード固有振動数、ｈ１：図１の梁の高さ、ｈ４：図４の梁の高さ
【００３０】
そして式（２）＝式（３）から、ｈ１＝２．８ｈ４となり、図４の梁の重量W４と図１の梁の重量Ｗ１の比率は、Ｗ４／Ｗ１＝０．３６となる。これにより図４の中間垂直振動発生機５１を設けた振動試験装置５０では、図１の振動試験装置１０の振動台１３に比べて質量を４４％の低減することができる。そして図４の振動試験装置５０は、図６の下から支える従来の振動試験装置に対し、約１５％の質量の振動台１３で同一の性能を実現することができる。
【００３１】
以上にこの発明の具体的な実施の形態について説明したが、この発明は上記形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施することができる。例えば、図４の装置では垂直振動発生機１２、５１を３基設けているが、４基あるいは５基以上設けることもでき、２列以上で設けることもできる。また、単純な試験では、左右方向の水平振動発生機２１あるいは前後方向の水平振動発生機２２のいずれか一方、あるいは両方を省略することもでき、増加することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】この発明の実施の形態における振動試験装置の概略正面図である。
【図２】その振動試験装置の概略平面図である。
【図３】その振動試験機に採用している下向き用加振機の断面図である。
【図４】この発明の実施の形態における振動試験装置の概略正面図である。
【図５】図５ａおよび図５ｂはそれぞれ単純支持梁の１次共振モードおよび２次共振モードを示す撓み曲線である。
【図６】従来例の振動試験装置の概略正面図である。
【図７】従来例の加振機の断面図である。
【符号の説明】
【００３３】
１０ 振動試験装置
１１  天井スラブ
１２  垂直振動発生機
１３  振動台
１４  アダプタプレート
１５  被試験物
１６  軸
１７  連結リンク
２０  床面
２１  水平振動発生機（左右）
２２  水平振動発生機（前後）
２３  ピット
２５  貫通孔
２６  ブラケット
３０  ベース
３１  隙間
３２  内筒
３３  外筒
３４  中心孔
３５  可動体
３６  底板
３７  周壁
３８  永久磁石
３９  電磁コイル
４０  ケース
４１  底板
４２  開口
４３  空気バネ
４４  軸受け
４５  第２空気バネ
４６  上部カバー
４７  空所
４８  支持ブラケット
４９  連結部
５０  振動試験装置
５１  中間垂直振動発生機
【図１】
2008082936.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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