(57)【要約】【課題】簡易な構成で長尺材の減衰係数を簡便に測定できる長尺材の減衰係数測定装置を提供する。【解決手段】長尺材の両端を把持して前記長尺材の長手方向に一定の張力を付加する張力付加機構と、長手方向に一定の張力が付与された前記長尺材が減衰振動したときの前記長尺材の張力の変移を測定する張力測定部と、前記張力測定部の測定結果に基づき、前記長尺材の減衰係数を演算する演算処理部とを備える長尺材の減衰係数測定装置。【選択図】図１
2017129554.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
長尺材の両端を把持して前記長尺材の長手方向に一定の張力を付加する張力付加機構と、
長手方向に一定の張力が付与された前記長尺材が減衰振動したときの前記長尺材の張力の変移を測定する張力測定部と、
前記張力測定部の測定結果に基づき、前記長尺材の減衰係数を演算する演算処理部とを備える長尺材の減衰係数測定装置。
【請求項２】
長手方向に一定の張力が付与された前記長尺材の一部に、前記長手方向と直交する方向に外力を付与して前記長尺材の一部を変位させ、前記外力を解除することで、前記長尺材を減衰振動させる振動付与機構を備える請求項１に記載の長尺材の減衰係数測定装置。
【請求項３】
長尺材の長手方向に一定の張力を付加する引張工程と、
長手方向に一定の張力が付与された前記長尺材を減衰振動させる振動付与工程と、
減衰振動する前記長尺材の張力の変移を測定する測定工程と、
前記測定工程での測定結果に基づき、前記長尺材の減衰係数を演算する演算工程とを備える長尺材の減衰係数測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、長尺材の減衰係数測定装置、及び長尺材の減衰係数測定方法に関する。特に、簡易な構成で長尺材の減衰係数を簡便に測定できる長尺材の減衰係数測定装置、及び長尺材の減衰係数の測定が簡便な長尺材の減衰係数測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
機械製品や構造物などは、外的要因により振動（減衰振動）することがあり、その振動に伴う挙動を把握することが品質向上や改善などの点から望まれている。振動に伴う挙動を把握するには、減衰係数を測定することが挙げられる。減衰係数の測定には、例えば、動的粘弾性測定装置（非特許文献１）などが利用されている。
【０００３】
動的粘弾性測定装置を利用した減衰係数の測定は、以下の通りである。試験片の両端を把持部で把持し、試験片の長手方向に一定の張力を付加する。その状態で試験片に対してその長手方向に正弦波の振動を与える。このとき、試験片には振動によりその長手方向に沿った動的応力が付加され、それに応答して動的歪が生じる。この動的応力と動的歪とを測定する。この動的応力と動的歪とは、振動の減衰に合わせて大きさが減衰すると共に位相差が生じる。この大きさと位相差とを利用して減衰係数を求める。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】“分析機器の手引き  ラボ用分析機器  １．７専用測定装置  粘弾性測定装置”、ｐ．１０５、［ｏｎｌｉｎｅ］、［平成２７年１２月１１日検索］、インターネット〈ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｊａｉｍａ．ｏｒ．ｊｐ／ｊｐ／ｔｅｂｉｋｉ／〉
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
電線などの長尺材の振動の仕方や、振動時に長尺材にどういう負荷が作用するか、その振動の収束のし易さ、などをシミュレーションするために長尺材の減衰係数を求めることが望まれている。減衰係数の測定には、上述のように動的粘弾性測定装置などを利用することが挙げられるが、更に簡易な構成で測定が簡便な装置と方法の開発が望まれている。
【０００６】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、その目的の一つは、簡易な構成で長尺材の減衰係数を簡便に測定できる長尺材の減衰係数測定装置を提供することにある。
【０００７】
本発明の別の目的は、長尺材の減衰係数の測定が簡便な長尺材の減衰係数測定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様に係る長尺材の減衰係数測定装置は、張力付加機構と、張力測定部と、演算処理部とを備える。張力付加機構は、長尺材の両端を把持して長尺材の長手方向に一定の張力を付加する。張力測定部は、長手方向に一定の張力が付与された長尺材が減衰振動したときの長尺材の張力の変移を測定する。演算処理部は、張力測定部の測定結果に基づき、長尺材の減衰係数を演算する。
【０００９】
本発明の一態様に係る長尺材の減衰係数測定方法は、引張工程と、振動付与工程と、測定工程と、演算工程とを備える。引張工程は、長尺材の長手方向に一定の張力を付加する。振動付与工程は、長手方向に一定の張力が付与された長尺材を減衰振動させる。測定工程は、減衰振動する長尺材の張力の変移を測定する。演算工程は、測定工程での測定結果に基づき、長尺材の減衰係数を演算する。
【発明の効果】
【００１０】
上記長尺材の減衰係数測定装置は、簡易な構成で長尺材の減衰係数を簡便に測定できる。
【００１１】
上記長尺材の減衰係数測定方法は、長尺材の減衰係数の測定が簡便である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態１に係る長尺材の減衰係数測定装置の概略構成、及び長尺材の減衰係数測定方法の手順を説明する工程説明図である。
【図２】実施形態２に係る長尺材の減衰係数測定装置に備わる振動付与機構の概略構成、及び振動付与機構の動作を説明する動作説明図である。
【図３】試験例１の試料Ｎｏ．１における張力の変移の波形を示すグラフである。
【図４】試験例１における試料Ｎｏ．１００のシミュレーション結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
《本発明の実施形態の説明》
最初に本発明の実施態様を列記して説明する。
【００１４】
（１）本発明の一態様に係る長尺材の減衰係数測定装置は、張力付加機構と、張力測定部と、演算処理部とを備える。張力付加機構は、長尺材の両端を把持して長尺材の長手方向に一定の張力を付加する。張力測定部は、長手方向に一定の張力が付与された長尺材が減衰振動したときの長尺材の張力の変移を測定する。演算処理部は、張力測定部の測定結果に基づき、長尺材の減衰係数を演算する。
【００１５】
上記の構成によれば、簡易な構成で長尺材の減衰係数を簡便に測定できる。張力付加機構と張力測定部と演算処理部とを備えるだけで、長尺材に一定の張力を付加した状態で長尺材を減衰振動させた際の張力の変移から減衰係数を演算できるからである。これに対して、上述した動的粘弾性測定装置の場合、種々の周波数の正弦波の振動を試験片に付与するモータ機構が必要である。また、上記の構成によれば、動的粘弾性測定装置に比較して、減衰係数を測定できる長尺材の材質の選択肢が多い。上述した動的粘弾性測定装置は、上述のように歪を検出する必要があるため、歪を検出し難い金属材料などでは減衰係数を測定することが難しいからである。
【００１６】
（２）上記長尺材の減衰係数測定装置の一形態として、長手方向に一定の張力が付与された長尺材の一部に、長手方向と直交する方向に外力を付与して長尺材の一部を変位させ、外力を解除することで長尺材を減衰振動させる振動付与機構を備えることが挙げられる。
【００１７】
上記の構成によれば、長尺材を減衰振動させる振動付与機構を備えることで、長尺材へ付与する外力の調整が容易である。
【００１８】
（３）本発明の一態様に係る長尺材の減衰係数測定方法は、引張工程と、振動付与工程と、測定工程と、演算工程とを備える。引張工程は、長尺材の長手方向に一定の張力を付加する。振動付与工程は、長手方向に一定の張力が付与された長尺材を減衰振動させる。測定工程は、減衰振動する長尺材の張力の変移を測定する。演算工程は、測定工程での測定結果に基づき、長尺材の減衰係数を演算する。
【００１９】
上記の構成によれば、長尺材の減衰係数の測定が簡便である。長尺材に一定の張力を付加した状態で、長尺材を減衰振動させるだけで、張力の変移から減衰係数を演算できるからである。
【００２０】
《本発明の実施形態の詳細》
本発明の実施形態１，２の詳細を、以下に図面を参照しつつ説明する。図中の同一符号は同一名称物を示す。各実施形態での説明は、長尺材の減衰係数測定装置、長尺材の減衰係数測定方法の順に行う。本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００２１】
《実施形態１》
〔長尺材の減衰係数測定装置〕
図１を参照して、実施形態１に係る長尺材の減衰係数測定装置１を説明する。長尺材の減衰係数測定装置１は、長尺材１０の減衰係数を測定する。この長尺材の減衰係数測定装置１の主たる特徴とするところは、長尺材１０の減衰係数を、長尺材１０の張力の変移に基づいて求める点にある。長尺材の減衰係数測定装置１は、張力付加機構２と、張力測定部３と、演算処理部４とを備える。以下、各構成の詳細を説明する。
【００２２】
［張力付加機構］
張力付加機構２は、長尺材１０の長手方向に一定の張力を付加する（図１左図）。張力付加機構２は、図示しない本体部と、一対の把持部２１ａ，２１ｂと、移動機構２２と、台座部２３とを備える。一対の把持部２１ａ，２１ｂは、それぞれ長尺材１０の両端を把持する。一対の把持部２１ａ，２１ｂのうち一方の把持部２１ａは、移動機構２２に取り付けられ、他方の把持部２１ｂは、台座部２３に固定される。移動機構２２は、一方の把持部２１ａを他方の把持部２１ｂとの対向方向に沿ってスライド移動させる。移動機構２２は、張力付加機構２の本体部（図示略）にスライド自在に固定されている。移動機構２２は、サーボ機構などを用いることができる。台座部２３は、他方の把持部２１ｂを上記対向方向にスライド移動しないように固定する。即ち、張力付加機構２による長尺材１０への張力の付加は、移動機構２２により一方の把持部２１ａを他方の把持部２１ｂから離れる方向にスライド移動させることで行う。測定対象である長尺材１０の種類は、特に限定されず、適宜選択できる。この長尺材１０は、例えば、電線や、電線の端部に接続部が連結された接続部付き電線などを用いることができる。
【００２３】
［張力測定部］
張力測定部３は、長尺材１０の張力の変移を測定する。それにより、減衰振動した長尺材１０が一定の張力に収束する時間なども求められる。張力測定部３には、長尺材１０の張力を電気信号に変換して出力するロードセルを用いることができる。ロードセルの応答速度（応答周波数）は、早い（高い）ほど張力の変移を緻密に測定できる。ロードセルの応答速度（応答周波数）は、１００ｍｓ（ミリ秒）以下（１０Ｈｚ以上）が好ましく、更には１０ｍｓ以下（１００Ｈｚ以上）が好ましく、特に１ｍｓ以下（１０００Ｈｚ以上）が好ましい。張力測定部３は、一方の把持部２１ａに取り付けられている。張力測定部３による測定結果は、演算処理部４に出力する。この張力付加機構２と張力測定部３とは、市販の引張試験機を用いることができる。
【００２４】
［演算処理部］
演算処理部４は、張力測定部３の測定結果に基づき、長尺材１０の減衰係数を演算する。それにより、張力測定部３の測定により得られる張力の変移から、長尺材１０における張力の変移の収束時間を求めることができる。即ち、長尺材１０の振動の仕方や長尺材１０における振動の収束のし易さが分かる。演算処理部４は、コンピュータを利用できる。コンピュータは、モニタ４０を備え、モニタ４０に波形として表示するようにしてもよい。そうすれば、張力の変移や張力の変移の収束時間など目視にて確認することができる。
【００２５】
〔長尺材の減衰係数測定装置の作用効果〕
実施形態１の長尺材の減衰係数測定装置１によれば、張力付加機構２と張力測定部３と演算処理部４とを備えるだけで、長尺材１０に一定の張力を付加した状態で長尺材１０を減衰振動させた際の張力の変移から減衰係数を演算できる。そのため、簡易な構成で長尺材の減衰係数を簡便に測定できる。
【００２６】
〔長尺材の減衰係数測定方法〕
長尺材の減衰係数測定方法は、長尺材の減衰係数を測定する。この長尺材の減衰係数測定方法は、引張工程と、振動付与工程と、測定工程と、演算工程とを備える。この測定方法には、上述の長尺材の減衰係数測定装置１を用いることができる。
【００２７】
［引張工程］
引張工程は、長尺材１０の長手方向に一定の張力を付加する。ここでは、図１左図に示すように長尺材１０の両端を把持部２１ａ，２１ｂで把持し、図１左から２番目の図に示すように把持部２１ａ，２１ｂで把持した長尺材１０の両端のうち一方の端部を引っ張る。即ち、一方の把持部２１ａを他方の把持部２１ｂから離れる方向に移動させる。一方の把持部２１ａの移動量が所定量に達したら、一方の把持部２１ａの移動を止めてその位置で保持する。この移動量の大きさにより付加する張力の大きさを適宜変更できる。この付加する張力の大きさ（この移動量の大きさ）は、長尺材１０が塑性変形しない範囲で適宜選択できる。
【００２８】
［振動付与工程］
振動付与工程は、長手方向に一定の張力が付与された長尺材１０を減衰振動させる。まず、長尺材１０の一部（ここでは略中央）に外力を付与する。この外力の作用する方向は、黒塗り矢印に示すように、長尺材１０の長手方向に直交する方向とする。この外力は、長尺材１０を引っ張る引張力でもよいし、長尺材１０を押圧する押圧力でもよい。この外力の付与により、図１左から３番目の図に示すように、長尺材１０の一部を長手方向に直交する方向に変位させる。次に、長尺材１０の一部の変移量が所定量に達したら、付与している外力を解除する。そうすることで、図１右図に示すように、長尺材１０は振動し、徐々にその振動が減衰して収束する。
【００２９】
［測定工程］
測定工程は、減衰振動する長尺材１０の張力の変移を測定する。振動付与工程で測定される長尺材１０の張力は、外力が付与されて所定の変位量（変位量が最大）のときに最大となる。この張力は、長尺材１０の振動の減衰に伴って徐々に小さくなり、長尺材１０の振動が収束したとき引張工程で付与された一定の張力に相当する。長尺材１０の振幅の変位を測定する一般的な測定方法の場合は、長尺材１０を減衰振動させたとき、振動前の位置（変位ゼロ）を跨いで変位＋（プラス）側と変位−（マイナス）側とを繰り返し行き来して、振動が収束したときに変位０となる。これに対して、本実施形態の長尺材の減衰係数測定方法では、長尺材１０の張力は、最大の張力と振動前の一定の張力との間で推移し、一定の張力以下（振動前の張力以下）には実質的にならない。
【００３０】
［演算工程］
演算工程は、測定工程での張力の変移の測定結果に基づいて、長尺材の減衰係数を演算する。それにより、測定工程により得られた張力の変移から、長尺材１０における張力の変移の収束時間を求めることができる。そのため、長尺材１０の振動の仕方や長尺材における振動の収束のし易さが分かる。
【００３１】
〔長尺材の減衰係数測定方法の作用効果〕
実施形態１の長尺材の減衰係数測定方法によれば、長尺材に一定の張力を付加した状態で、長尺材を減衰振動させるだけで、張力の変移から減衰係数を演算できる。そのため、長尺材の減衰係数の測定が簡便である。
【００３２】
《実施形態２》
図２を参照して、変形例１に係る長尺材の減衰係数測定装置を説明する。変形例１の長尺材の減衰係数測定装置は、長手方向に一定の張力が付与された長尺材１０を減衰振動させる振動付与機構５を備える点が、実施形態１の長尺材の減衰係数測定装置１と相違し、その他の点は実施形態１の長尺材の減衰係数測定装置１と同様である。以下、相違点を中心に説明し、同様の構成及び同様の効果については説明を省略する。図２では、説明の便宜上、振動付与機構５の一部と長尺材１０とのみを示している。
【００３３】
〔長尺材の減衰係数測定装置〕
［振動付与機構］
振動付与機構５は、長尺材１０の長手方向と直交する方向に外力を付与して長尺材１０の一部を変位させ、外力を解除することで、長尺材１０を減衰振動させる。ここでは、振動付与機構５は、長尺材１０を押圧する押圧力を付与可能な構成、具体的には、回転軸部５１と押圧部５２とを備える。
【００３４】
（回転軸部）
回転軸部５１は、回転することで、後述の押圧部５２を回転させる。回転軸部５１の一端は、図示しない回転機構に一体に固定される固定端（基端）である。回転軸部５１の他端は自由端であり、この他端側には押圧部５２が一体に固定されている。回転軸部５１の軸方向は、長尺材１０の長手方向に平行である。回転機構は、例えばサーボモータなどが利用できる。回転機構のモータや、モータの動力が伝達される回転軸部５１の固定端側は、台座部２３（図１）に取り付けられる。
【００３５】
（押圧部）
押圧部５２は、長尺材１０の一部を長尺材１０の長手方向と直交する方向に押圧する。それにより、長尺材１０の一部をその長手方向と直交する方向に変位させる。ここでは、押圧部５２の押圧箇所は、長尺材１０の略中央としている。押圧部５２の一端は、回転軸部５１の回転軸に直交するように回転軸部５１に一体に固定されている。即ち、押圧部５２は、回転機構による回転軸部５１の回転に連動して回転する。押圧部５２の他端側は、自由端であり、回転軸部５１の回転量に応じて長尺材１０へ外力を付与したり外力を解除したりする。
【００３６】
具体的には、押圧部５２の他端側は、実線で示す初期位置（長尺材１０にその長手方向と直交する方向の外力が作用していない状態）の長尺材１０に対して、その回転により長尺材１０を押圧する。押圧部５２の他端側は、回転軸部５１により更に回転すると、長尺材１０を更に押圧して長尺材１０の変位量を多くする。押圧部５２の他端側が、回転軸部５１により二点鎖線で示すように所定範囲まで回転したら、長尺材１０の変位を最大にする。このとき、長尺材１０の張力は最大になる。押圧部５２の他端側は、右側破線で示すように回転軸部５１により所定範囲超回転したら、長尺材１０との接触が外れて長尺材１０に付加していた外力を解除する。この外力が解除された直後には、長尺材１０は、左側破線で示すように上記初期位置を超えて最大変位の位置から反対側へ移動する。その後、長尺材１０は、その反動で振動し、徐々に減衰して初期位置に収束する。押圧部５２の他端側における長尺材１０との接触からその接触が外れるまでの回転範囲は、押圧部５２の長さや長尺材１０の所望の変位量に応じて適宜選択できる。その回転範囲に応じて、押圧部５２の長さや回転軸部５１の位置などを適宜選択すればよい。
【００３７】
振動付与機構５は、更に、回転軸部５１の長さを変える伸縮機構を備えることが好ましい。そうすれば、長尺材１０の長さに応じて押圧部５２の位置を可変させられる。
【００３８】
〔作用効果〕
実施形態２の長尺材の減衰係数測定装置によれば、振動付与機構５により長尺材１０を減衰振動させられるため、長尺材へ付与する外力の調整が容易である。
【００３９】
《試験例１》
図１を用いて説明した長尺材の減衰係数測定装置１を用いて、上述の長尺材の減衰係数測定方法により長尺材１０の減衰係数を測定した試料Ｎｏ．１と、その測定した減衰係数を用いて長尺材１０の減衰振動をシミュレーションした試料Ｎｏ．１００との結果を比較した。各試料における張力の変移の波形を図３、図４に示す。図３，４に示すグラフの横軸は、時間（ｓ）を示し、縦軸は張力（Ｎ）を示す。図３，４では、長尺材１０への外力が解除された時点からの時間と張力を示している。
【００４０】
試料Ｎｏ．１は、図３に示すように、１９．８２ｓの時点で長尺材１０の張力が最大値を示している。そして、１９．８２ｓの時点で長尺材１０への外力が解除されてその時点から張力が変移し、凡そ１９．９７ｓの時点で一定の張力に収束したことがわかる。即ち、長尺材１０の振動は、１９．８２ｓの時点で開始され、その時点から徐々に減衰して、凡そ１９．９７ｓの時点で振動が収束して停止したことがわかる。試料Ｎｏ．１の長尺材１０の一定の張力に収束（振動が停止）した時間は、０．１５ｓであった。
【００４１】
試料Ｎｏ．１００は、シミュレーションソフト上で、長尺材の形状・サイズ、長尺材に付与する一定の張力、及び長尺材を変位させる際の最大張力を試料Ｎｏ．１と同一とし、試料Ｎｏ．１の張力の変移から求めた減衰係数を設定してシミュレーションを行った。減衰係数は、試料Ｎｏ．１の測定結果から、最大張力から一定の張力に収束する時間が０．１５ｓとなるように設定した。その結果、試料Ｎｏ．１００の張力は、図４に示すように、１ｓの時点で最大値となっていて、経過するにつれて徐々に減衰し、凡そ１．１５ｓの時点で一定の張力に収束した。即ち、試料Ｎｏ．１００の一定の張力に収束した時間は、試料Ｎｏ．１と同じ、０．１５ｓであった。図３と図４の波形を比較すると、図４に示す試料Ｎｏ．１００の張力の変移の波形は、図３に示す試料Ｎｏ．１の波形に略一致していることがわかる。
【００４２】
この結果から、図１を用いて説明した長尺材の減衰係数測定装置１を用いて、上述の長尺材の減衰係数測定方法により長尺材の減衰係数を測定すれば、実際の長尺材の振動の仕方や、振動時に長尺材に作用する張力、振動の収束のし易さなどをシミュレーションにより把握できることがわかった。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明の長尺材の減衰係数測定装置及び長尺材の減衰係数測定方法は、長尺材の減衰係数の測定に好適に利用できる。
【符号の説明】
【００４４】
１  長尺材の減衰係数測定装置
１０  長尺材
２  張力付加機構
２１ａ，２１ｂ  把持部  ２２  移動機構  ２３  台座部
３  張力測定部
４  演算処理部
４０  モニタ
５  振動付与機構
５１  回転軸部  ５２  押圧部
【図１】
2017129554.tif 000003
【図２】
2017129554.tif 000004
【図３】
2017129554.tif 000005
【図４】
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