(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コイル及び該コイルを装着する為のコイル枠を備えた振動部と、該振動部を加振する加振手段と、を具備する加振機において、
前記振動部は、
前記コイル枠に取り付けられる座体と、
前記座体に一部のみを拘束され、前記加振手段による加振時には、前記座体に拘束されない部分が自重により撓み得る少なくとも一つの蓋体と、を備え、
前記加振手段により前記振動部を加振させた場合に、
前記蓋体における、前記座体に拘束されない部分の質量と、当該蓋体の撓みに起因するバネ定数と、により決まる第１の共振周波数、及び
前記蓋体、前記座体、前記コイル枠、及び前記コイルの等価質量と、前記コイルと前記コイル枠との間のバネ定数と、により決まる第２の共振周波数、
の少なくとも２つの共振周波数を有することを特徴とする加振機。
【請求項２】
前記蓋体は、平面円形を成す板状のものであって、平面視において半径方向周端部が前記座体に均等に支持され、且つ半径方向周端部の一部のみが前記座体に固着されるものであることを特徴とする請求項１記載の加振機。
【請求項３】
前記座体は、凹部を有し、前記蓋体は当該凹部を閉塞する様に取り付けられていることを特徴とする請求項１又は２記載の加振機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工業製品等の被試験体について振動試験を行う為の加振機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、工業製品等の振動試験に使用する加振機としては、例えば図５に示すものがある。この図５に示す様に加振機１００は、加振部本体１０１によりその主要部が構成される。加振部本体１０１の内部には、上下２段に配設された励磁コイル１０２，１０２と、コイル枠１０３に装着された駆動コイル１０４を有する振動部１０５とが備えられている。
【０００３】
以下、この加振機１００の動作原理を説明する。励磁コイル１０２，１０２には、電源（図示せず）から直流電流が給電されており、その周囲に静磁場が生じている。ここで、駆動コイル１０４に電源（図示せず）から交流電流が給電されると、その交流電流が励磁コイル１０２，１０２によって生じる磁場と作用して、支持バネ１０６にて加振部本体１０１に拘束された振動部１０５が上下方向に振動する。これにより、振動部１０５に載置される被試験体（図示せず）について振動試験が行われる様になっている。
【０００４】
次に、この加振機１００の振動特性について説明する。図６は、加振機１００における振動部１０５の振動特性を示す図であり、横軸は周波数（振動数）、縦軸は加速度（振動レベル）を示す。この図６に示す様に、振動部１０５は、周波数がその共振周波数ｆに達したときに共振して振動レベルが最大となる。ここで、共振周波数ｆは、コイル枠１０３の質量及び駆動コイル１０４の質量を含めた等価質量ｍと、これらコイル枠１０３及び駆動コイル１０４の間のバネ定数ｋとで決まり、次の式（１）で表される。
【数１】
0004614531.tif 000002
【０００５】
尚、等価質量ｍは、コイル枠１０３の質量をｍa、駆動コイル１０４の質量をｍbとすると、次の式（２）で表される。
【数２】
0004614531.tif 000003
【０００６】
一方、図６に示す様に、共振周波数ｆを若干越える周波数ｆｂ以上の高周波領域では、振動部１０５の振動レベルが所定の値以下となる。そこで、加振機１００で試験可能な最大周波数をｆｂと設定している。
【０００７】
ところで、工業製品の信頼性確保などの理由から、より高周波領域での振動試験を実施するための試みが従来よりなされている。これを実現するためには、振動部１０５の共振周波数ｆをより高周波領域に引上げる必要があり、具体的には、式（１）及び式（２）に示す関係に従って、コイル枠１０３の質量及び駆動コイル１０４の質量を小さくするか、又はこれらコイル枠１０３及び駆動コイル１０４の間のバネ定数ｋを大きくするといった試みがなされていた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、コイル枠１０３の質量及び駆動コイル１０４の質量を小さくするならば、加振機１００の安定性及び剛性が低下し、一方、コイル枠１０３及び駆動コイル１０４の間のバネ定数ｋを大きくすることには物理的限界があるため、高周波領域での試験が可能な加振機の設計は非常に困難なのが現状である。
【０００９】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、最大周波数を容易に引上げることの出来る加振機を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の目的を達成すべく次の様な特徴を備える。尚、以下には発明特定事項に対応する実施の形態の構成を、図面参照符号を付して括弧書きにて記す。
【００１３】
請求項１記載の発明は、
コイル（例えば、図１に示す駆動コイル１０４）及び該コイルを装着する為のコイル枠（１０３）を備えた振動部（２）と、該振動部を加振する加振手段（例えば、図１に示す励磁コイル１０２，１０２）と、を具備する加振機（１）において、
前記振動部は、
前記コイル枠に取り付けられる座体（２１）と、
前記座体に一部のみを拘束され、前記加振手段による加振時には、前記座体に拘束されない部分が自重により撓み得る少なくとも一つの蓋体（２２）と、を備え、
前記加振手段により前記振動部を加振させた場合に、
前記蓋体における、前記座体に拘束されない部分の質量と、当該蓋体の撓みに起因するバネ定数と、により決まる第１の共振周波数、及び
前記蓋体、前記座体、前記コイル枠、及び前記コイルの等価質量と、前記コイルと前記コイル枠との間のバネ定数と、により決まる第２の共振周波数、
の少なくとも２つの共振周波数を有することを特徴としている。
【００１４】
ここで、前記等価質量Ｍは、前記蓋体の質量をＭ１、前記座体の質量をＭ２、前記コイル枠の質量をＭ３、前記コイルの質量をＭ４とすると、次の式（３）で表される。
【数３】
0004614531.tif 000004
【００１５】
請求項１記載の発明において、振動部は、コイルと、そのコイルを装着する為のコイル枠と、そのコイル枠に取り付けられる座体と、その座体に一部のみを拘束される少なくとも一つの蓋体とを備える。加振手段は、この振動部を加振するが、このとき蓋体における座体に拘束されない部分が自重により撓むので、蓋体において１つの振動系が構成される。その振動系の共振周波数、即ち第１の共振周波数は、蓋体における座体に拘束されない部分の質量と、蓋体の撓みに起因するバネ定数とにより決まる。
【００１６】
また、非剛体である前記コイルと剛体である前記コイル枠との間は、あたかもバネが設けられている様な構造となっているので、広い観点でみると、蓋体と座体とコイル枠とコイルとにおいてもう一つの振動系が構成される。その振動系の共振周波数、即ち第２の共振周波数は、蓋体、座体、コイル枠、及びコイルの等価質量Ｍと、コイルとコイル枠との間のバネ定数とにより決まる。
【００１７】
従って、振動部は第１の共振周波数と第２の共振周波数の少なくとも２つの共振周波数を有することとなる。これにより、振動部を加振する過程で、第２の共振周波数における最初の共振が終了した後に再び第１の共振周波数における共振をむかえることとなり、最初の共振が終了した後に振動部の振動レベルが低下するのを回避出来るので、最大周波数を確実かつ容易に引上げることが出来る。
【００１８】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の加振機において、
前記蓋体（２２）は、平面円形を成す板状のものであって、平面視において半径方向周端部が前記座体（２１）に均等に支持され、且つ半径方向周端部の一部のみが前記座体に固着されるものであることを特徴とする。
【００１９】
請求項２記載の発明によれば、平面円形をなす板状の蓋体は、平面視において半径方向周端部の一部のみが座体に固着されるが、この周端部が座体に均等に支持されているので、加振手段による振動時においても蓋体の撓みに起因して蓋体と座体との固着部分に生じる応力集中を低減出来ると共に、振動部の剛性を確保出来る。また、蓋体が座体に均等に支持されるので、振動部の安定性を確保出来る。
【００２０】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の加振機において、
前記座体（２１）は、凹部（２１ａ）を有し、前記蓋体（２２）は当該凹部を閉塞する様に取り付けられていることを特徴とする。
【００２１】
請求項３記載の発明によれば、請求項１又は２記載の発明による効果に加え、蓋体が座体の凹部を閉塞する様に取り付けられており、蓋体と座体との間には中空部分が形成されるので、その分だけ振動部全体としての質量を軽量化出来る。従って、剛性及び安定性を確保しつつ、共振周波数を引上げることが出来る。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図１乃至図４を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。先ず図１は、本発明に係る加振機１の主要部構成を示す縦断面概略図である。この加振機１は、振動部２、加振部本体１０１、一対の励磁コイル１０２，１０２、コイル枠１０３に装着された駆動コイル１０４、及び支持バネ１０６から略構成されている。
【００２３】
尚、図１に示す加振機１おいて、図４と同じ符号を付した各部は、図４に示す加振機１００の構成要素と同様である為それらについての詳細な説明は省略する。
【００２４】
本発明に係る加振機１は、振動部２を、凹部２１ａを有する座体２１と、該座体２１の凹部２１ａを閉塞する蓋体２２と、を備えて構成した点を最大の特徴としている。座体２１は、アルミ等からなる円柱状の金属の内部をくりぬいて形成されたものである。蓋体２２は、平面視において円形状を成す板状のものである。また、この蓋体２２は、高炭素鋼等の金属から成るものであり、当該振動部２の振動時には、微小ではあるが撓む様になっている。
【００２５】
また、図１に示す如く蓋体２２は、その周縁部が座体２１によって均等に支持されており、且つその周縁部の一部のみが複数のテーブルインサート２３…によって座体２１に固着されている。かくして、振動部２の内部には、円柱状の中空部分が形成されている。
【００２６】
尚、テーブルインサート２３…は、図２に示す如く蓋体２２の上面周縁部に均等間隔で配置されている。これらテーブルインサート２３…は、上述の様に座体２１と蓋体２２とを固着する為のものであるが、更にその頭部には、被試験体を取り付ける為の螺子溝２３ａが形成されている。
【００２７】
図３は、被試験体の取付態様を示す図である。図３において、符号３０は被試験体、符号３１は治具、符号３２はボルトを表している。被試験体３０は、振動試験の対象となるものであり、例えば工業製品としてのプリント基板や小型電子機器等がこれに相当する。治具３１には、種々の形状を有する被試験体３０が直接固定される様になっている。また、この治具３１には、ボルト３２が貫通し得る貫通孔が設けられている。
【００２８】
被試験体３０を振動部２に取り付ける際は、治具３１の貫通孔にボルト３２を貫通させ、貫通させたボルト３２をテーブルインサート２３の頭部に形成された螺子溝２３ａに螺合させる。この様にして、治具３１に直接固定される被試験体３０を、振動部２に取り付けることが出来る。
【００２９】
次に、振動部２の振動態様について説明する。振動部２は、支持バネ１０６を介して上下方向に振動するわけであるが、このとき、蓋体２２におけるテーブルインサート２３…で拘束されない中央部分は、自重による慣性力で振動方向に微小ではあるが撓む。
【００３０】
従って、振動部２の振動時には、蓋体２２において１つの振動系が構成され、振動部２の振動周波数が一定の値に達すると、当該蓋体２２が共振する。この共振周波数（以下、「ｆｘ」と表記する。）は、蓋体２２の一部（テーブルインサート２３…で拘束されない中央部分）の質量ｍ１と、蓋体２２の撓みに起因するバネ定数ｋ１とで決まり、次の式（４）で表される。
【数４】
0004614531.tif 000005
【００３１】
また、非剛体の駆動コイル１０４は、剛体のコイル枠１０３に装着されているので、これら駆動コイル１０４とコイル枠１０３とを合わせたものは剛体を構成するものではない。一方、座体２１と蓋体２２とコイル枠１０３とは固着されており、これらにおいて剛体が構成されている。
【００３２】
従って、広い観点でみると、座体２１、蓋体２２、コイル枠１０３、及び駆動コイル１０４において、もう一つの振動系が構成されている。そして、振動部２の振動周波数が一定の値に達すると駆動コイル１０４が共振する。この共振周波数（以下、「ｆｙ」と表記する。）は、座体２１、蓋体２２、コイル枠１０３、及び駆動コイル１０４の等価質量Ｍと、コイル枠１０３と駆動コイル１０４間のバネ定数ｋ２とで決まり、次の式（５）で表される。
【数５】
0004614531.tif 000006
【００３３】
ここで、等価質量Ｍは、蓋体２２の質量（全質量）をＭ１、座体２１の質量をＭ２、コイル枠１０３の質量をＭ３、駆動コイル１０４の質量をＭ４とすると、次の式（６）で表される。
【数６】
0004614531.tif 000007
【００３４】
従って、当該加振機１は、振動時には、２つの共振周波数ｆｘ及びｆｙを有することとなる。以下、加振機１の振動特性について説明する。図４は、加振機１における振動部２の振動特性を示す。図４において、横軸は周波数（振動数）、縦軸は加速度（振動レベル）を示している。上述の様に、当該加振機１は、２つの共振周波数ｆｘ及びｆｙを有するので、周波数がそれらｆｘ及びｆｙに達したとき蓋体２２又は駆動コイル１０４が共振して振動レベルが著しく増大する。
【００３５】
尚、振動部２は、式（４）、式（５）、及び式（６）に従って、２つの共振周波数ｆｘとｆｙとが適度に近隣する様に設計するのが好ましい。この様にすれば、図４に示す様に、共振周波数ｆｙにおける最初の共振を経た後も、共振周波数ｆｘにおける次の共振までは、振動レベルが所定の値を下回ることを回避出来る。
【００３６】
一方、図４に示す様に、共振周波数ｆｘを若干越える周波数ｆmax以上の高周波領域では、振動部２の振動レベルが所定の値以下となる。従って、当該加振機１で試験可能な最大周波数をｆmaxに予め設定しておくとよい。
【００３７】
以上説明した様に、本実施の形態における加振機１によれば、２つの共振周波数を有するので、周波数が上昇する過程で振動部２は、最初の共振が終了した後に、再び共振をむかえる。これにより、最初の共振が終了した直後に振動部２の振動レベルが所定の値を下回るのを回避出来る。従って、加振機２で試験可能な最大周波数を実質的に引上げることが出来る。即ち、振動部２を上記の様に構成するだけで、加振機１の最大周波数を容易に引上げることが出来る。
【００３８】
また、蓋体２２は、平面視において半径方向周端部の一部のみがテーブルインサート２３…にて座体２１に固着されるが、この周端部が座体２１に均等に支持されているので、振動時においても蓋体２２の撓みに起因して蓋体２２と座体２１との固着部分に生じる応力集中を低減出来ると共に、振動部２の剛性を確保出来る。また、蓋体２２が座体２１に均等に支持されるので、振動部２の安定性を確保出来る。
【００３９】
更に、蓋体２２が座体２１の凹部２１ａを塞ぐように取り付けられており、蓋体２２と座体２１との間には中空部分が形成されるので、その分だけ振動部２全体としての質量を軽量化出来る。従って、剛性及び安定性を確保しつつ、共振周波数を引上げることが出来る。
【００４０】
更に、本実施の形態における加振機１は、図５に示すような周知の一般的な加振機の振動部に相当する部分のみを設計変更するだけで構成出来る。従って、当該加振機１は比較的容易に実現出来る。
【００４１】
尚、本実施の形態における記述内容は、本発明を適用した加振機の好適な一例であり、本発明はこれに限定されるものではない。
【００４２】
例えば、振動部２は共振周波数を２つ有する構成としたが、振動部２に複数の蓋体２２を同時に備えることで、２つ以上の共振周波数を有する加振機を構成することも出来る。
【００４３】
また、振動部２は、質量やバネ定数が異なる複数の蓋体２２を、座体２１に適宜取替え得る様に構成してもよい。その様にすれば、様々な条件の振動試験を容易に実施出来る。一方、振動部２の蓋体２２と座体２１とを一体的に形成してもよい。この場合は、振動部２の構成を簡素化出来る。
【００４４】
更に、加振機１は、振動部２の中空部分の気圧を調節する機構を備る様にしてもよい。その場合は蓋体２２のバネ定数ｋ１を可変に出来る。更に、中空部分に弾性体などを充填してもよい。
【００４５】
更に、振動部２の加振方法は特に限定されない。例えば、励磁コイル１０２，１０２を永久磁石で代用してもよい。また、ポンプ等の周知の圧力調節手段を採用し、気圧や油圧により振動部２を加振する様にしてもよい。
【００４６】
その他、ボルト３２やテーブルインサート２３の数量といった加振機１の細部構成、及び動作に関しても、本発明の趣旨を逸脱することのない範囲で適宜に変更可能であることは勿論である。
【００４８】
請求項１記載の発明によれば、振動部を加振する過程で、第２の共振周波数における最初の共振が終了した後に再び第１の共振周波数における共振をむかえることとなり、最初の共振が終了した後に振動部の振動レベルが低下するのを阻止出来るので、最大周波数を確実かつ容易に引上げることが出来る。
【００４９】
請求項２記載の発明によれば、蓋体が座体に均等に支持されるので、加振手段による振動時においても蓋体の撓みに起因して蓋体と座体との固着部分に生じる応力集中を低減出来ると共に、振動部の剛性を確保出来る。また、振動部の安定性も確保出来る。
【００５０】
請求項３記載の発明によれば、請求項１又は２記載の発明による効果に加え、蓋体と座体との間には中空部分が形成されるので、その分だけ振動部全体としての質量を軽量化出来る。従って、剛性及び安定性を確保したまま、共振周波数を引上げることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態による加振機を示す縦断面概略図。
【図２】実施の形態による加振機の平面概略図。
【図３】被試験体の加振機への取付態様を示す図。
【図４】実施の形態による加振機の周波数特性を示す図。
【図５】従来技術に係る加振機の縦断概略図。
【図６】従来技術に係る加振機の周波数特性を示す図。
【符号の説明】
１        加振機
２        振動部
２１      座体
２１ａ    凹部
２２      蓋体
２３      テーブルインサート
２３ａ    螺子溝
３０      被試験体
３１      治具
３２      ボルト
１００    加振機
１０１    加振部本体
１０２    励磁コイル
１０３    コイル枠
１０４    駆動コイル
１０５    振動部
１０６    支持バネ
【図１】
0004614531.tif 000008
【図２】
0004614531.tif 000009
【図３】
0004614531.tif 000010
【図４】
0004614531.tif 000011
【図５】
0004614531.tif 000012
【図６】
0004614531.tif 000013