(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動発生時、供試体により振動発生機に作用する転倒モーメントを測定する振動発生機における転倒モーメント測定方法であって、
振動台に取り付けられた供試体の側面で、且つ当該供試体の重心位置に対して水平となる部位に、加速度を算出可能な測定手段を１つ以上設けるステップと、
前記測定手段による測定結果に基づいて、振動発生機の加振方向と直交する方向における加速度を算出するステップと、
算出された加速度と、供試体の質量と、振動発生機の中心から前記測定手段までの高さと、に基づいて、前記供試体の共振による転倒モーメントを求めるステップと、
からなる各ステップを含むことを特徴とする振動発生機における転倒モーメント測定方法。
【請求項２】
振動発生時、供試体により振動発生機に作用する転倒モーメントを測定する振動発生機における転倒モーメント測定方法であって、
振動台の四方にロードセルを取り付けるステップと、
前記ロードセル上に供試体を取付けるステップと、
前記ロードセルによって、振動発生機の振動により前記供試体に作用する力を測定するステップと、
各ロードセルの対向する一組の力の差分を夫々求めるステップと、
求められた差分力と、振動発生機の中心から前記供試体の重心までの水平方向の距離と、に基づいて前記供試体の偏心による転倒モーメントを求めるステップと、
からなる各ステップを含むことを特徴とする振動発生機における転倒モーメント測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、供試体に振動を与えることにより、供試体の耐震性や耐久性を評価する振動発生機において、供試体により振動発生時に振動発生機に作用する転倒モーメントを求めるための、振動発生機における転倒モーメント測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電気・電子分野などの比較的小型な部品等から航空・宇宙分野などの比較的大型の製品等について、様々な振動条件の下で振動試験を行わせることにより、部品や製品の耐震性や耐久性を調査、及び評価する装置として、振動試験機が知られている。
【０００３】
振動発生機は、このような振動試験機の一部を構成する振動発生手段であるが、振動発生機としては、例えば図１に示すような動電式振動発生機が挙げられる。
【０００４】
図１に示す動電式振動発生機１００は、外側磁極１０１、内側磁極１０２、励磁コイル１０３、可動コイル１０４、振動台１０５、空気ばね１０６、ベアリング１０７、ボルト１０８…、電源部１０９等により構成されている。
【０００５】
励磁コイル１０３は、電源部１０９から入力される直流電流により励磁されて直流磁界を生成し、磁性体である外側磁極１０１、内側磁極１０２との間のギャップＧには、可動コイル１０４を横切る直流磁界が形成される。
可動コイル１０４には図示しない駆動回路によって生成される交流電流が供給されており、可動コイル１０４は前記ギャップＧに形成された直流磁界中を前記交流電流の周波数に基づく振動数で振動する。この可動コイル１０４は内側磁極１０２内に設置された空気ばね１０６によって支持される振動台１０５に固定されており、可動コイル１０４が振動することによって、振動台１０５はベアリング１０７に案内されて垂直方向に振動する。そして、ボルト１０８…によって振動台１０５に供試体１１５を取付けて振動台１０５を振動させると、振動台１０５の振動に伴って供試体１１５が振動し、この時の振動特性を加速度計などにより測定出来るようになっている。
【０００６】
ところで、実際に振動試験を行う場合、供試体１１５には、供試体１１５の共振による転倒モーメント、或いは供試体１１５の偏心による転倒モーメントが発生することが考えられるが、この値が振動台１０５を支持するベアリング１０７等の支持機構の許容モーメントを越えると、振動発生機１００の支持機構が損傷することになる。
従って、振動発生機１００を利用する前には、事前に計算で供試体の重心等を求めて転倒モーメントの予測を行い、予測した転倒モーメント内で試験を行うことにより、振動発生機１００の安全性を確保していた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、供試体の共振による転倒モーメントの影響は計算では測り難く、実際に加振した場合に発生する転倒モーメントを正確に把握することは難しいという問題があった。
又、上述のように計算で転倒モーメントを予測したとしても、用心のためには結局、振動発生機の機械の安全性を考慮したうえで振動試験を行わなければならず、希望通りの大きな振動を発生させる振動試験を行うことは難しかった。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、より精確な転倒モーメントの測定を可能とする、振動発生機における転倒モーメント測定方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、例えば図１〜４に示すように、振動発生時、供試体１１５により振動発生機１００に作用する転倒モーメントを測定する振動発生機における転倒モーメント測定方法であって、振動台１０５に取り付けられた供試体の側面で、且つ当該供試体の重心位置に対して水平となる部位に、加速度を算出可能な測定手段（加速度センサ１１３…）を１つ以上設けるステップと、前記測定手段による測定結果に基づいて、振動発生機の加振方向と直交する方向における加速度を算出するステップと、算出された加速度と、供試体の質量と、振動発生機の中心から前記測定手段までの高さと、に基づいて、前記供試体の共振による転倒モーメントを求めるステップと、からなる各ステップを含むことを特徴としている。
【０００９】
請求項１記載の発明によれば、振動台に取り付けられた供試体の側面で、且つ当該供試体の重心位置に対して水平となる部位に、加速度を算出可能な測定手段が１つ以上設けられ、測定手段による測定結果に基づいて、振動発生機の加振方向と直交する方向における加速度が算出され、算出された加速度と、供試体の質量と、振動発生機の中心から測定手段までの高さと、に基づいて、供試体の共振による転倒モーメントが求められるので、実際に加振した場合に発生する、供試体の共振による転倒モーメントをより精確に把握できる。
従って、振動発生機の支持機構の損傷に対する安全性を確保しつつ、より許容モーメント限界に近いところでの振動試験を行うことが出来る。
【００１０】
請求項２記載の発明は、振動発生時、供試体１１５により振動発生機１００に作用する転倒モーメントを測定する振動発生機における転倒モーメント測定方法であって、振動台１０５の四方にロードセル１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃ、１１４ｄを取り付けるステップと、前記ロードセル上に供試体を取付けるステップと、前記振動台の四方に設置されたロードセル上に供試体を取付けるステップと、前記ロードセルによって、振動発生機の振動により前記供試体に作用する力を測定するステップと、各ロードセルの対向する一組の力の差分を夫々求めるステップと、求められた差分力と、振動発生機の中心から前記供試体の重心までの水平方向の距離と、に基づいて前記供試体の偏心による転倒モーメントを求めるステップと、からなる各ステップを含むことを特徴としている。
【００１１】
請求項２記載の発明によれば、振動台の四方に設置されたロードセル上に供試体が取付けられ、ロードセルによって、振動発生機の振動により供試体に作用する力が測定され、各ロードセルの対向する一組の力の差分が夫々求められ、求められた差分力と、振動発生機の中心から供試体の重心までの水平方向の距離と、に基づいて供試体の偏心による転倒モーメントが求められるので、実際に加振した場合に発生する、供試体の偏心による転倒モーメントをより精確に把握できる。
従って、供試体の偏心による転倒モーメントを考慮して、より支持機構の許容モーメントぎりぎりでの振動試験を行うことができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
尚、以下の説明において言及する振動発生機は、上述の振動発生機１００と同様の構成であるので、同一部については同一符号を付し、その説明を省略する。
図１は本発明にかかる動電式振動発生機１００の要部構成を模式的に示す図であり、図２、及び図３は、供試体に発生する転倒モーメントの測定方法を説明するための図であり、図４は図３におけるロードセル１１４ａ〜１１４ｄの配置例を示す図である。
【００１３】
始めに、本発明にかかる振動発生機１００の構造について説明する。
図１に示す振動発生機１００は、上述の外側磁極１０１、内側磁極１０２、励磁コイル１０３、可動コイル１０４、振動台１０５、空気ばね１０６、ベアリング１０７、ボルト１０８…、電源部１０９に加え、操作部１１０、表示部１１１、演算部１１２等を備える。
【００１４】
操作部１１０は、例えば、キーボードからなり、供試体１１５の質量、寸法、重心値、偏心量等の数値データや振動試験に関するコマンドを入力、或いは選択するためのものであって、これらの入力、或いは選択した情報は後述する表示部１１１に表示される。
【００１５】
表示部１１１は、例えば、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）表示装置からなり、入力された数値データやコマンド、或いは算出された数値データ等を画面に表示する。
演算部１１２は、後述する加速度センサ１１３…、及びロードセル１１４…からの信号を受信し、供試体１１５の転倒モーメント測定に関する所定の演算プログラムに基づいて、転倒モーメント算出のための演算を実行するものであり、算出された結果は表示部１１１に表示される。
【００１６】
ここで、演算部１１２により算出する転倒モーメントについて説明する。
振動発生機１００に供試体１１５を取り付け、実際に振動試験を行う場合、供試体１１５が振動発生機１００の振動と共振したり、又、供試体１１５に偏心があることが考えられる。これらに起因して振動発生機１００には、供試体１１５の共振による転倒モーメント、及び供試体１１５の偏心による転倒モーメントが発生する。
【００１７】
まず、図２を用いて、供試体１１５の共振により発生する転倒モーメントの測定方法について説明する。
供試体１１５の側面四方に重心と水平な高さにおいて、加速度センサ１１３、１１３、１１３、１１３を４つ取り付ける。ここで、加速度センサ１１３…は２つ１組となって対向する位置に夫々配置され、更に、この２組の加速度センサ１１３…は互いに直交する２軸上に配置される。これは、均等配置により測定方向の偏りを防止するためである。
次いで、振動発生機１００を振動させ、加振方向と直交する方向における供試体１１５の加速度を、加速度センサ１１３…により加速度信号として測定する。
次いで、演算部１１２は、測定された加速度信号を入力し、次式の演算を行うように作成されたプログラムにより、供試体１１５の共振による転倒モーメントを算出する。
Ｍ1＝ｍａＬ                    …（１）
ここで、Ｍ1：共振によるモーメント（Ｎｍ）、ｍ：供試体１１５の質量（Ｋｇ）、ａ：供試体１１５の加速度（ｍ/ｓ2）、Ｌ：振動発生機１００の中心から加速度センサ１１３…までの高さ（ｍ）を示す。
【００１８】
ｍ、Ｌは事前の計算、及び測定により既知の値なので、振動発生機１００の加振方向と直行する方向における供試体１１５の加速度を、加速度センサ１１３…により測定することで、供試体１１５の共振による転倒モーメントが分る。
【００１９】
次に、上述の方法に基づく、供試体１１５の共振により発生する転倒モーメントの測定動作について説明する。
まず、振動台１０５のボルト１０８…上に治具（図示省略）により供試体１１５が設置される。次いで、供試体１１５に前述の位置で加速度センサ１１３…を取付け、振動発生機１００の電源部１０９をオンとして電源投入後、操作部１１０より、事前に測定しておいた供試体１１５の質量、及び振動発生機１００の中心から加速度センサ１１３…までの高さを入力し、振動試験を開始する。
【００２０】
供試体１１５が共振を起こして、加振方向と直交する方向に振動する場合、供試体１１５に取り付けられた加速度センサ１１３…は、夫々の方向における供試体１１５の加速度を測定し、これを加速度信号として演算部１１２へ送信する。
【００２１】
演算部１１２は、送信された加速度信号を増幅してＡ／Ｄ変換した後、前述の演算プログラムにより、供試体１１５の共振により発生する転倒モーメントを算出し、算出した数値を表示部１１１に表示して、供試体１１５の共振により発生する転倒モーメント測定動作を終了する。
なお、演算部１１２は、共振による転倒モーメントが予め設定された許容モーメントに達するまで、振動発生機１００の周波数を徐々に上げて、最大周波数を求めるようにしてもよい。
【００２２】
次に、図３を用いて、供試体１１５の偏心により発生する転倒モーメントの測定方法について説明する。
振動発生機１００の振動台１０５には、四方にボルト１０８、１０８、１０８、１０８が設けられ、各ボルト１０８…には更に、ロードセル１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃ、１１４ｄが取り付けられる。ここで、ロードセルとは、弾性体の変形を電気抵抗の変化に変換したり、透磁率の変化として検出することにより、弾性体にかかる荷重を検出する周知の荷重検出器である。
【００２３】
図４に示すように、ロードセル１１４…は対向するロードセル１１４ａとロードセル１１４ｃ、及びロードセル１１４ｂとロードセル１１４ｄを夫々一組として、演算部１１２へ夫々電圧信号を送信する構成となっており、ロードセル１１４…の上部には供試体１１５が固定される。
【００２４】
振動試験時、ロードセル１１４…には振動発生機１００の加振によって同相の力が発生するが、供試体１１５に偏心がある場合は、更に偏心に起因する力が夫々のロードセル１１４…に加わることとなる。従って、ロードセル１１４…に発生するこれらの力を電圧信号として検出して、ロードセル１１４ａとロードセル１１４ｃ、及びロードセル１１４ｂとロードセル１１４ｄの電圧信号を一組として演算部１１２へ送信し、演算部１１２が対となるロードセル１１４…の電圧信号の差分を求めることにより、供試体１１５の偏心により発生する力が求まる。
【００２５】
ここで、演算部１１２は次式の演算を行うように作成されたプログラムにより、供試体１１５の偏心による転倒モーメントを算出する。
Ｍ2＝ＦＬ                      …（２）
ここで、Ｍ2＝偏心によるモーメント（Ｎｍ）、Ｆ：供試体１１５の偏心により発生する力（Ｎ）、Ｌ：偏心量（ｍ）を示す。
【００２６】
Ｌは事前の計算、及び測定により既知の値なので、供試体１１５の偏心によって発生する力を、ロードセル１１４…、及び演算部１１２により算出することで、供試体１１５の偏心による転倒モーメントが分る。
【００２７】
次に、上述の方法に基づく、供試体１１５の偏心により発生する転倒モーメントの測定動作について説明する。
まず、振動台１０５の四方のボルト１０８…上に、前述したようにロードセル１１４…を取り付け、更にこの上に治具（図示省略）により供試体１１５が設置される。次いで、振動発生機１００の電源部１０９をオンとして電源投入後、操作部１１０により、事前に計算しておいた供試体１１５の偏心量を入力し、振動試験を開始する。
【００２８】
供試体１１５が偏心している場合、ロードセル１１４…は振動発生機１００の加振により発生する力に加えて、供試体１１５の偏心により発生する力を測定し、ロードセル１１４ａとロードセル１１４ｃ、及びロードセル１１４ｂとロードセル１１４ｄからの電圧信号を夫々一組として演算部１１２に送信する。演算部１１２は送信された各組の電圧信号の差分を求め、これにより偏心により発生する力を算出する。
【００２９】
次に、演算部１１２は、前述の演算プログラムにより、供試体１１５の偏心により発生する転倒モーメントを算出し、算出した数値を表示部１１１に表示して、供試体１１５の偏心により発生する転倒モーメント測定動作を終了する。
なお、演算部１１２は、偏心による転倒モーメントが予め設定された許容モーメントに達するまで、振動発生機１００の周波数を徐々に上げて、最大周波数を求めるようにしてもよい。
【００３０】
以上のように、供試体１１５の共振による転倒モーメント、及び供試体１１５の偏心による転倒モーメントを組み合わせて測定することにより、供試体１１５の転倒モーメントが明らかになり、従って、ベアリング１０７等の支持機構の許容モーメント内で且つ、供試体１１５の転倒モーメントに達しない範囲を振動発生機１００における許容モーメントとし、この許容モーメント内で振動発生機１００を使用することにより、ベアリング１０７等の支持機構を損傷することが無く、且つより許容モーメント上限ぎりぎりでの振動試験を行うことができる。
尚、上記振動試験を行う際の振動発生機１００には、安全対策としてインターロックを設けることが望ましい。
【００３１】
尚、上記実施の形態においては、本発明にかかる振動発生機における転倒モーメント測定方法の一実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、種々の変更が可能である事は言うまでもない。
例えば、振動発生機１００は動電式振動発生機であるとしたが、これに限らず機械式振動発生機、電気油圧式振動発生機等でもよい。
又、共振による転倒モーメントと偏心による転倒モーメントを同時に測定しても良いし、別々に測定してもよい。
【００３２】
更に、加速度センサ１１３…は４つ取り付ける構成としたが、これに限定されるものでなく、数は多いほど良い。
又、加速度値を求めるものであれば、加速度センサ１１３…の代わりに速度計などを用いることも可能である。
【００３３】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、振動台に取り付けられた供試体の側面で、且つ当該供試体の重心位置に対して水平となる部位に、加速度を算出可能な測定手段が１つ以上設けられ、測定手段による測定結果に基づいて、振動発生機の加振方向と直交する方向における加速度が算出され、算出された加速度と、供試体の質量と、振動発生機の中心から測定手段までの高さと、に基づいて、供試体の共振による転倒モーメントが求められるので、実際に加振した場合に発生する、供試体の共振による転倒モーメントをより精確に把握できる。
従って、振動発生機の支持機構の損傷に対する安全性を確保しつつ、より許容モーメント限界に近いところでの振動試験を行うことが出来る。
【００３４】
請求項２記載の発明によれば、振動台の四方に設置されたロードセル上に供試体が取付けられ、ロードセルによって、振動発生機の振動により供試体に作用する力が測定され、各ロードセルの対向する一組の力の差分が夫々求められ、求められた差分力と、振動発生機の中心から供試体の重心までの水平方向の距離と、に基づいて供試体の偏心による転倒モーメントが求められるので、実際に加振した場合に発生する、供試体の偏心による転倒モーメントをより精確に把握できる。
従って、供試体の偏心による転倒モーメントを考慮して、より支持機構の許容モーメントぎりぎりでの振動試験を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる動電式振動発生機１００の要部構成を模式的に示す図である。
【図２】供試体の共振により発生する転倒モーメントの測定方法を説明するための図である。
【図３】供試体の偏心により発生する転倒モーメントの測定方法を説明するための図である。
【図４】図３におけるロードセル１１４ａ〜１１４ｄの配置例を示す図である。
【符号の説明】
１００    振動発生機
１０５    振動台
１１３    加速度センサ
１１４ａ  ロードセル
１１４ｂ  ロードセル
１１４ｃ  ロードセル
１１４ｄ  ロードセル
１１５    供試体
【図１】
0004571333.tif 000002
【図２】
0004571333.tif 000003
【図３】
0004571333.tif 000004
【図４】
0004571333.tif 000005