(57)【要約】【課題】不要なリジッド振動状態を抑える大直径を有した振動試験装置を提供する。【解決手段】振動試験装置１は、支持台２と、該支持台２に取り付けられる少なくとも１つの電磁振動発生器１２と、環状体５及びヘッドエキスパンダー１０を含んで構成される取付台と、を含んで構成され、前記環状体５が該環状体５の周囲に配置された軸受によって支持されていることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持台と、
該支持台に取り付けられる少なくとも１つの電磁振動発生器と、
該少なくとも１つの電磁振動発生器によって駆動される取付台と、
を含んで構成され、
前記取付台が少なくとも１つの軸受によって前記支持台に支持された環状体を含んで構成されることを特徴とする振動試験装置。
【請求項２】
前記環状体の外径は少なくとも１．０ｍである請求項１に記載の振動試験装置。
【請求項３】
前記環状体の外径は少なくとも２．０ｍである請求項１に記載の振動試験装置。
【請求項４】
前記環状体の放射状の伸長は０．５ｍ未満の範囲である請求項１に記載の振動試験装置。
【請求項５】
前記環状体の放射状の伸長は０．２ｍ未満の範囲である請求項１に記載の振動試験装置。
【請求項６】
前記環状体の放射状の伸長は０．１ｍ未満の範囲である請求項１に記載の振動試験装置。
【請求項７】
前記取付台は、環状体と、エキスパンダーヘッドと、を含んで構成される請求項１に記載の振動試験装置。
【請求項８】
前記環状体は、好ましくは、環状体直径の少なくとも０．５倍以上の高さを有する請求項１に記載の振動試験装置。
【請求項９】
前記環状体は、好ましくは、環状体直径の少なくとも０．７倍以上の高さを有する請求項１に記載の振動試験装置。
【請求項１０】
前記環状体は、好ましくは、環状体直径の少なくとも１倍以上の高さを有する請求項１に記載の振動試験装置。
【請求項１１】
前記軸受は、前記環状体の上部及び下部に取り付けられる請求項１に記載の振動試験装置。
【請求項１２】
前記軸受は、前記環状体の内周及び外周に取り付けられる請求項１に記載の振動試験装置。
【請求項１３】
前記電磁振動発生器を少なくとも２つ含んで構成される請求項１に記載の振動試験装置。
【請求項１４】
前記電磁振動発生器を少なくとも３つ含んで構成される請求項１に記載の振動試験装置。
【請求項１５】
前記電磁振動発生器を少なくとも４つ含んで構成される請求項１に記載の振動試験装置。
【請求項１６】
前記軸受は、静圧軸受を含んで構成される請求項１に記載の振動試験装置。
【請求項１７】
前記静圧軸受は、前記環状体の接線方向に伸長する軸受アームを含んで構成される請求項１６に記載の振動試験装置。
【請求項１８】
前記少なくとも１つの軸受は、前記環状体の軸方向に延びる軸受軸を有する軸受シャフトを含んで構成され、前記軸受シャフトはその軸に沿って移動されるように軸受レシーバー内に受け入れて、前記環状体を実質的に軸方向に対して拘束しない請求項１に記載の振動試験装置。
【請求項１９】
前記取付台はマグネシウム合金を含んで構成される請求項１に記載の振動試験装置。
【請求項２０】
取付台に試験対象機器を取り付けることを含んで構成され、前記取付台が少なくとも１つの電磁振動発生器によって振動モードで駆動され、前記電磁振動発生器は支持台に取り付けられ、前記取付台は、前記支持台に設けられた少なくとも１つの軸受によって支持される環状体を含むことを特徴とする振動試験方法。
【請求項２１】
前記試験対象機器は前記取付台に固定されている請求項２０に記載の振動試験方法。
【請求項２２】
前記試験対象機器はヘッドエキスパンダーに固定されている請求項２１に記載の振動試験方法。
【請求項２３】
前記電磁振動発生器は、５〜１５０Ｈｚの周波数範囲を有する振動を発生させる請求項２０に記載の振動試験方法。
【請求項２４】
前記取付台は軸方向に沿って振動させられ、前記軸受は、放射方向に対しては接線方向に比べてフレキシブル性があり及び接線方向に対しては放射方向に比べて固定されている請求項２０に記載の振動試験方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的には振動試験装置に関し、特に大直径振動試験装置及び当該装置に用いる振動試験方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
加振機(shaker)として知られている振動試験装置は、工業用要素や部品等の振動試験に用いられる。振動試験装置の目的は、科学用又は工業用機器の通常使用における周波数（振動数）及び振動振幅を評価し、振動による機器の反応を試験することにある。
【０００３】
本発明は詳細には人工衛星の振動試験に関するものである。人工衛星は打ち上げの間、非常に激しい振動にさらされる。その振動は５〜１５０Hzの周波数範囲にある。
【０００４】
従来の振動試験装置の一例として特許文献１がある。特許文献１に開示の装置は、水平面を有して、振動が与えられるスリッププレートを構成要素に備え、トラニオン構造に取り付けられた電磁振動発生器(electromagnetic vibration generator)を含んでいる。スリッププレートは静圧軸受を通じて、重量がある支持ブロックに搭載されている。静圧軸受は非常に小さな歪みと最高の安定性を軸受けに与えるために用いられる。
【０００５】
【特許文献１】米国特許第４４８９６１２号明細書
【０００６】
また、垂直に設けられたアーマチュア(armature)構造に電磁振動発生器を取り付け、そのアーマチュア上に直に載せられた目標物に対して振動を与える方式もある。目標物は電機子よりもサイズが大きく、いわゆるヘッドエキスパンダー(head expander)と呼ばれている。これは、例えば特許文献２に開示されている。
【０００７】
【特許文献２】英国特許第２２１１２６８号明細書
【０００８】
要求される周波数範囲において試験対象機器の振動モードを試験する場合、その周波数範囲における振動試験装置及び機器を組み合わせた振動モードが最小化されると好ましい。
【０００９】
この目的を達成するため、通常、振動試験装置の様々なパーツの重量、寸法及び剛性が設計される。
【００１０】
振動試験装置の振動モードには、例えばプレートのねじれに起因するフレキシブル振動モードが含まれる。一般に、これらの振動モードは、高周波数に関するものであり、試験周波数範囲外である。また、ヘッドエキスパンダーのリジッド(rigid)振動モードは、接触する支持構造範囲内においてヘッドエキスパンダーの振れに起因して生じる。これらは、フレキシブル振動モードよりも低い低周波数を有し、また、試験周波数範囲外でもある。
【００１１】
試験対象機器が非常に大きな直径を有する場合、特に、その直径がエキスパンダーから大きくはみ出して伸長している場合や、試験対象機器が大質量であると、特に問題がある。
【００１２】
また、複数の軸受を離して配置するとリジッド振動モードの周波数増加が助長されることは周知である。一方、大直径取付台は増大させた質量を有しているため、リジッド振動モードを減少させることは不可能でああり、また、大直径取付台に不十分な堅さを与えると、フレキシブル振動モードを減少させることは不可能である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
従って、本発明の目的は、振幅および／または周波数、又は、試験対象機器及び振動試験装置を組み合わせることで生じる振動モードを改善可能な振動試験装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
このような目的を達成する本発明の振動試験装置は、支持台と、該支持台に取り付けられる少なくとも１つの電磁振動発生器と、該少なくとも１つの電磁振動発生器によって駆動される、試験対象機器が取り付けらる取付台と、を含んで構成され、前記取付台が前記支持台に設けられた少なくとも１つの軸受によって前記支持台に支持される環状体を含んで構成されることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明では、取付台に試験対象機器を取り付けることを含んで構成され、前記取付台が少なくとも１つの電磁振動発生器によって振動モードで駆動され、前記電磁振動発生器は支持台に取り付けられ、前記取付台は、前記支持台に設けられた少なくとも１つの軸受によって支持される環状体を含むことを特徴とする振動試験方法をも提供する。
【００１６】
本発明の発明者は、試験対象機器の多くの種類、特に人工衛星には環状構造が用いられている点に着目した。従って、試験対象機器と取付台との境界は環状であるとよい。
【００１７】
つまり、本発明の発明者は、環の内側範囲内に取付構造が要求されない点に着目した。当該範囲内には試験対象機器の支持は要求されない。これらの点に基づくことで、充分な剛性を有し比較的軽量な取付台構造を達成することができる。
【００１８】
本発明の好ましい特徴
【００１９】
本発明は支持台を含んで構成される。支持台は、試験対象機器に対して安定した支持を提供するために、極めて質量（重量）があるか、又は極めて重量のある構造物に固定可能であると好ましい。例えば、支持台は試験対象機器の少なくとも３倍、好ましくは少なくとも５倍の重量を有するとよい。
【００２０】
支持台は試験周波数範囲内における如何なる試験状態にも実質的に影響を受けない。
【００２１】
本発明では少なくとも１つの電磁振動発生器を使用する。要求される周波数範囲の振動を発生する振動発生器は、一般から入手可能なものであればよく、例えば、特許文献１又は特許文献２に開示のものであってよい。
【００２２】
電磁振動発生器は周知技術により支持台に取り付けられる。また、電磁振動発生器は試験対象機器のタイプや試験方法などによって１つ、２つ、３つ又は４つ以上を設置するとよい。
【００２３】
本発明において、取付台は軸受によって支持される環状体を含んで構成される。「環状」とは環状範囲内のあらゆる部品も指し、このあらゆる部品は好ましくは環状体総重量の１０％以下で構成されるとよい。取付台は基本的には環状体であり、実質的に環状範囲内の部品ではない。環状体の重量及び強度は環状領域に集中させられる。従って、試験対象である環状装置の支持可能な取付台は、スタティック(static)試験状態が比較的高周波数を有することから、低重量及び大直径を有するように提供される。
【００２４】
環状体の外径は少なくとも１ｍ、好ましくは少なくとも２ｍであるとよい。
【００２５】
また、環状体は放射方向に比較的狭いとよい。つまり、環状体は、０．５ｍ以下、好ましくは少なくとも０．２ｍ、さらに好ましくは０．１ｍ以下の放射状の伸長（環状の幅）を有しているとよい。
【００２６】
環状体の放射状の伸長（幅）は、環状体のフレキシブル性に起因して当該環状体を座屈状態にする試験範囲内の周波数を有する振動の発生を最小にするよう選択されなければならない。
【００２７】
取付台（又は環状体）は、その軸方向に長いとよく、取付台（又は環状体）直径の０．５倍以上であるとよく、好ましくは取付台（又は環状体）直径の０．７５倍以上の深さ(depth)（又は高さ）を有するとよい。また、取付台（又は環状体）は該取付台（又は環状体）直径の０．７倍以上の高さや１倍以上の高さを有してもよい。これにより構造剛性を向上させることができるようになる。
【００２８】
特に、環状体は、放射状の伸長（幅）が０．１ｍ以下で、その高さが直径の０．７倍以上であると有利である。
【００２９】
また、環状体（又は取付台）は、好ましくは、軽量性と剛性を適切に組み合わせた材質、例えば、マグネシウム合金、アルミニウム合金、又は他の適切な材質等で形成されるとよい。
【００３０】
環状体は固体(solid)である必要はない。また、環状体は、放射状に伸長する補強リブ又はウェブを備える少なくとも１つの環状壁で構成されてもよい。さらに、環状体は、放射状に伸長するリブによって少なくとも２つの環状壁が連結されたものであってもよい。
【００３１】
適切には、取付台は、その一端が環状のヘッドエキスパンダー（エキスパンダーヘッド）と連結された環状体を含んで構成される。一方、ヘッドエキスパンダーは取付台としての環状体端部の接触幅が増すように提供される。例えば、環状ヘッドエキスパンダーの放射状の伸長（幅）は、最高で０．５ｍ、好ましくは最高で０．２ｍであるとよい。つまり、環状ヘッドエキスパンダーの放射状の大きさは環状体に比し少なくとも３倍、又は少なくとも４倍であるとよい。
【００３２】
ヘッドエキスパンダーは、好ましくは、比較的軽量で高い剛性を有する材質、例えば、マグネシウム合金やアルミニウム合金等で構成されるとよい。
【００３３】
支持台において、少なくとも１つの軸受が環状体を取り付けるために提供される。好ましくは、多数の軸受が提供されるとよい。軸受は環状体外周に配置されるとよい。軸受は軸方向を考慮して環状体の上部及び下部に取り付けられる。また、軸受は環状体の外周及び内周に取り付けられるとよい。特に、好ましい一実施形態では、軸受は環状体の外周面及び内周面の双方に取り付けられる。
【００３４】
軸受は、好ましくは、静圧軸受で構成されるとよい。静圧軸受は非常に小さな歪みと高剛性を与えることができる。これは環状体の剛性を増加させる。
【００３５】
上述したように、振動試験装置は、低周波数のリジッド状態に対する耐構造を形成するために、少なくとも一方向に比較的堅い特性を有する取付台を形成することが望まれる。本発明によれば、軸受は振動伝達のために少なくとも一方向にフレキシブル性を提供する。すなわち、軸受は、軸方向に対しては実質的に拘束されず（軸方向に摺動可能）及び接線方向に対しては硬い（固定され）、放射方向にフレキシブル性を提供するように構成されるとよい。この放射方向のフレキシブル性は熱膨張の問題を解決する。好ましくは、軸受は軸方向において取付台を拘束しない。つまり、軸方向の全振動モードが振動に関連する周波数範囲に従う周波数を有している。試験対象機器の重量及び取付台は１つの振動発生器又は複数の振動発生器によって支持されている。このように、取付台は、該取付台の振動周波数が振動発生器の操作周波数によって完全に決定されるので、駆動方向において完全に自由である（固定されない）。
【００３６】
好ましくは、軸受は、一端が支持台又は環状体に取り付けられ、及び、他端が当該軸受に取り付けられた軸受アームを含んで構成される。軸受アームは放射方向に弾性をもってフレキシブルであるが、接線方向に対しては固定される。例えば、軸受アームは接線方向に対して実質的に伸長しているとよい。
【００３７】
軸受は軸受レシーバ(receiver)に回転可能に取り付けられる（受け入れられる）軸受シャフトを含んで構成される。軸受シャフトは軸受レシーバの範囲内において軸方向に変位（移動）可能である。シャフトは取付台又は支持台に連結され、軸受レシーバは支持台又は取付台に連結される。このようにして、軸受組立体はシャフトの軸方向において固定されることなく自由に移動可能となる。シャフトの軸方向が環状体の軸方向と合わせられた場合、環状体は軸方向において拘束（固定）されない。
【００３８】
本発明の方法によれば、試験対象機器は、取付台に固定されてもよく、例えばヘッドエキスパンダーに固定されて支持台に取り付けられるようにしてもよい。試験対象機器は、振動（振動する力）が良好に伝達されることを確実にするため、取付台と一体に固定される。
【００３９】
電磁振動発生器は取付台を通じて試験対象機器に伝達する振動を発生する。すなわち、電磁振動発生器は５〜１５０Ｈｚの周波数範囲を有する振動を発生するとよい。
【００４０】
以上では、詳細な説明のよりよい理解及び認識のために、本発明の特徴を概説した。本発明の追加の特徴及び主題は後述する。
【００４１】
本発明の一実施形態を以下に説明するが、本発明はこれに限られるものではなく、その説明及び図面に記載された配置や構成等に限定されるものでもない。また、本発明は以下に詳述する一実施形態のほかに他の実施形態によっても実施可能であり、各種の変形も可能である。さらに、本願明細書で使用する用語、言い回しの統一は説明の便宜上のものであって、その用語等に限定されず広義に解釈しなければならない。
【００４２】
当業者は、本発明の幾つかの目的を実行するため、その他の構造、方法、およびシステムを設計するために本願明細書を基礎として、ここで開示した技術の基礎を成す概念を容易に利用できることを認識するであろう。これは、本発明の趣旨及び範囲を逸脱しない限り均等物が特許請求の範囲に含まれているという点が重要である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
図１は本発明に従う振動試験装置１の断面図である。
【００４４】
振動試験装置１は、質量（重量）のある材質、例えば鋳鋼等の鋳物で剛体に形成された硬い支持台２を含んで構成される。この支持台２は、後述する環状体５が取り付けられ、この環状体５の環状側面３と面する環状空間を備えている。
【００４５】
また、支持台２は、その内部に形成された円筒部分に内部体４をさらに備える。内部体４は、図示略した構造体により支持されており、また、環状体５を該環状体５の内側から支持する。
【００４６】
環状体５は、その外側上部及び外側下部が軸受６及び軸受７により支持されて、支持台２に取り付けられている。また、環状体５は、その内側上部及び内側下部が軸受８及び軸受９により支持され、内部体４に取り付けられている。
【００４７】
環状体５は、その上部が環状のヘッドエキスパンダー１０に接続されている。
【００４８】
このように接続された環状体５及びヘッドエキスパンダー１０が試験対象機器（図示略）を取り付けるための取付台を形成する。また、環状体５及びヘッドエキスパンダー１０は、強度及び軽量性の組み合わせを考慮して、例えば、軽量のマグネシウム合金等でそれぞれ形成されるとよい。
【００４９】
環状体５は、その下部が電磁振動発生器１２のアーマチュア１１に接続されている。この場合、多数の電磁振動発生器１２を使用するようにしてもよい。本発明の一実施形態では２つの電磁振動発生器１２を示しているが、該電磁振動発生器１２は３つ又は４つ以上を使用することもできる。
【００５０】
各電磁振動発生器１２は支持構造体１３に取り付けられている。支持構造体１３は、剛体であり、支持台２に嵌め込まれ取り付けられている。
【００５１】
振動発生器１２の他の適切な設計に、例えば特許文献２に開示の構成を適用するようにしてもよい。
【００５２】
各軸受６、７、８、９は静圧軸受として構成されている。加圧軸受流体（図示略）の供給は公知の手法を適用すればよい。
【００５３】
図１において、矢印Ｒは半径方向を示し、矢印Ａは軸方向を示している。曲線矢印Ｖは、ヘッドエキスパンダー１０に取り付けられる試験対象機器のリジッド振動モードにおける振れ方向を示している。本発明は、振動する力が振動発生器１２から試験対象機器に伝達され、装置が半径方向Ｒに比較的にフレキシブルである間、Ｖ方向における振動モードの振幅を減少および／または周波数を増加させることが要求される。
【００５４】
図２は図１に示した環状体５の等角図である。図２に示したように、環状体５は、１〜３．０ｍ（メートル）の直径Ｄ、軸方向Ａに約３ｍの高さＨを有して構成されている。環状体５の放射状の伸長又は幅Ｗは、実質的な振動に関連する周波数範囲（５〜１５０Hz）にフレキシブル振動モードが存在しないことを考慮して、充分な剛性が与えられるように選択される。この場合、幅Ｗは０．１ｍのオーダーである。
【００５５】
また、図２には軸受６、７の１セットを環状体５の外面上に示してある。実際には、図３から明らかなように、多数の軸受セットが提供される。
【００５６】
図３では、８セットの軸受を示してあるが、実際には、必要に応じて更に多くの軸受のセットを適用するようにしてもよい。各軸受のセットは、環状体５の周面周りに一定の間隔をもって配置される。充分な数の軸受が良好な剛性を与えるために提供される。
【００５７】
図４は１セットの軸受断面図を示している。各軸受のセットは周知技術の静圧軸受６、８で構成されている。軸受６、８はそれぞれ短いリジッド（固定）アーム１４、１５に取り付けられている。これら固定アーム１４、１５は、実質的な振動に関連する振動周波数範囲内の振動モードを有しない。
【００５８】
また、軸受６、８はそれぞれ軸受アーム１６、１７によって支持台２、内部体４に取り付けられている。軸受アーム１６、１７は、接線方向Ｔに対して固定されているが、半径方向Ｒに対しては比較的フレキシブルに設計されている。さらに、軸受６、８は、振動する力が電磁振動発生器１２から環状体５及びヘッドエキスパンダー１０を通じて試験対象機器に伝達される軸方向Ａにおいて、環状体５が実質的な拘束を受けないよう設計されている。
【００５９】
図５は図４に示した軸受部の部分拡大図である。図５では説明の便宜上、軸受８のみを示し、軸受６は示していない。軸受は、図４で説明したように、一対の固定アーム１４及び一対の軸受アーム１７を備えている。シャフト１８は、固定アーム１４、１４間を軸方向Ａに伸長し、一対の軸受アーム１７に取り付けられた軸受レシーバ１９に受け入れられている（レシーブされている）。この構成で、シャフト１８は軸受レシーバ１９内を軸方向に摺動可能であるので、環状体５は軸受８において固定アーム１４、１４間の範囲内で自由に上下動する。すなわち、環状体５は軸方向Ａに拘束を受けずに駆動される。取付台及び試験対象機器の全重量は振動発生器１２で用いられる。また、軸受の設計には熱膨張に対する影響に適応することが盛り込まれている。
【００６０】
静圧軸受６、８で許容されるクリアランスは非常に狭い。これは、熱膨張に起因する問題又は試験対象機器による環状リング５の差動負荷に起因する問題を引き起こす。しかし、軸受６、８のフレキシブルな支持により、軸受が作動しなくなる等の不具合を生じさせずに、その支持のための変動を許容する。
【００６１】
本発明の様々な修正・変更は当業者であれば可能であり、また、本発明は前述の記載や図示された正確な構造、動作に限定されるものではなく、全ての適切な変形実施形態及び均等物が本発明の範囲内に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明に従う振動試験装置の断面図
【図２】図１の振動試験装置に取り付けられ使用される環状体及び１セットの軸受を記載した等角図。
【図３】図１のIII−III線から見た断面図。
【図４】図３の１つの軸受を拡大した部分断面図。
【図５】図４に示した軸受の部分拡大図。
【符号の説明】
【００６３】
１  振動試験装置
２  支持台
４  内部体
５  環状体
６〜９  軸受
１０  ヘッドエキスパンダー
１２  電磁振動発生器
【図１】
2005338082.tif 000003
【図２】
2005338082.tif 000004
【図３】
2005338082.tif 000005
【図４】
2005338082.tif 000006
【図５】
2005338082.tif 000007
【外国語明細書】
2005338082.tif 000008
2005338082.tif 000009
2005338082.tif 000010
2005338082.tif 000011
2005338082.tif 000012
2005338082.tif 000013
2005338082.tif 000014
2005338082.tif 000015
2005338082.tif 000016
2005338082.tif 000017
2005338082.tif 000018
2005338082.tif 000019
2005338082.tif 000020
2005338082.tif 000021
2005338082.tif 000022
【図１】
2005338082.tif 000023
【図２】
2005338082.tif 000024
【図３】
2005338082.tif 000025
【図４】
2005338082.tif 000026
【図５】
2005338082.tif 000027