(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
動作することにより振動を発生する振動発生体をその非動作状態で加振器によって加振し、その振動発生体の振動に伴う物理量を測定し、得られたデータに基づいて前記振動発生体の励振力を求める振動発生体の励振力測定方法において、
測定すべき振動の周波数範囲の最低値の約１／４より低い共振点となる弾性支持体によって前記振動発生体を下側から支えるとともに、その振動発生体に前記加振器を所定の接続ブロックを介して連結して振動発生体を加振し、かつその振動発生体の振動に伴う物理量を測定することを特徴とする振動発生体の励振力測定方法。
【請求項２】
動作することにより振動を発生する振動発生体をその非動作状態で加振器によって加振し、また前記振動発生体を動作させ、これら加振器による加振時と振動発生体の動作時との振動に伴う物理量を測定し、得られたデータに基づいて前記振動発生体の励振力を求める振動発生体の励振力測定方法において、
前記振動発生体を動作させる際には、前記加振器の可動部と同じ質量の質量体を前記加振器に替えて前記振動発生体に付加することを特徴とする振動発生体の励振力測定方法。
【請求項３】
動作することにより振動を発生する振動発生体をその非動作状態で加振器によって加振し、その振動発生体の振動に伴う物理量を測定し、得られたデータに基づいて前記振動発生体の励振力を求める振動発生体の励振力測定方法において、
測定するべき振動の方向に対して剛性が低く、かつその方向に対して交差する方向での剛性が高い支持部材によって前記振動発生体を保持した状態で、前記振動発生体を加振し、もしくは振動発生体を動作させて振動に伴う物理量を測定することを特徴とする振動発生体の励振力測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、エンジンやトランスミッションあるいはプロペラシャフトなどの動作することによって振動を発生する振動発生体による励振力を測定する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンや変速機などの回転運動や直線往復運動をおこなう機器では、質点の偏りや構成部材の弾性あるいはガタなどが原因となって振動が生じる。その振動を生じさせる力すなわち起振力やその振動の周波数特性などを知ることは、これらの機器を装着する装置やマウントなどの設計・製造のために不可欠である。
【０００３】
そのための振動特性の測定は、従来、対象とする機器すなわち供試体を所定の治具に取り付け、その状態で供試体を動作させてその際の振動加速度や周波数を測定しておこなっている。また、治具に取り付けた供試体を加振器によって加振することにより供試体の動作状態を模擬し、その際の供試体と治具との間に働く力すなわち供試体による加振力を測定することもおこなわれている。
【０００４】
このように供試体を治具に取り付けると、その治具を含んだ全体が振動系を構成することになるから、供試体独自の振動特性を知るには、治具の影響を除去する何らかの処理が必要である。また治具の影響を完全には除去できず、そのため供試体の振動特性を求めるには困難な作業や処理を余儀なくされ、さらには正確な振動特性を得ることが困難である。
【０００５】
これは、振動する供試体が治具などの支持構造体に与える力を測定する場合においても同様であり、治具が供試体を含む系全体の振動特性に影響を与えるので、供試体の支持構造が異なれば、供試体から支持構造に作用する力（伝達力）が相違し、結局、治具を特定した相対値しか得られない。
【０００６】
さらに加振器による起振力を求める場合、前述した治具などの所定の対象物を加振し、その際の両者の間で生じる力を測定し、これを加振器で発生する起振力としている。しかしながら、その力は治具が振動することにより治具の特性が含まれており、結局は、治具を特定した相対値しか得られない。
【０００７】
このような不都合を解消するために、加振器や供試体による加振力の絶対値、すなわち質量が無限大の相手材を加振した場合に相手材に対して作用する加振力（励振力）を測定するための方法および装置を、本出願人は既に提案した。その提案に係る方法は、加振器によって加振した場合の加速度がゼロ近傍の点の加振力を測定し、これを加振器の励振力とする方法である。このようにして励振力の知られた加振器によって、所定の治具に取り付けた供試体をその治具と共に加振し、その際の加速度や力を測定し、その振動系の伝達関数を求める。ついで、供試体を動作させ、それに伴う振動の加速度や力を測定する。そして既知の励振力とその励振力で加振した場合の力や加速度との関係すなわち伝達関数が知られているので、供試体を動作させて得られた加速度や力を、その伝達関数で除することにより、供試体による加振力の絶対値すなわち励振力を求めることができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述した本出願人の提案による方法・装置においても、供試体を治具によって支持し、その状態で加振器によって加振し、また供試体を動作させ、その状態で加速度や力を測定する。その場合、治具が三次元方向に振動し、測定方向に対し、これとは異なる方向の振動に伴う加速度が外乱として作用することがある。その結果、治具のこのような挙動が原因となって測定誤差が生じる可能性があった。
【０００９】
また、前述した本出願人が提案した方法では、加振器で加振し、所定のデータを得た後に、供試体を動作させるが、これは、既知の励振力で加振してその振動系の伝達関数を求め、その伝達関数の逆数を用いて供試体の励振力を求めるためである。したがって、加振器で加振する場合の振動特性と供試体を動作させる場合の振動特性とが同一である必要があり、そのために供試体を動作させる場合であっても、加振器を治具に連結しておく必要が生じる。そのために、例えば、Ｘ，Ｙ，Ｚの各軸方向での測定をおこなう場合には、３台の加振器を必要とすることになって測定に要する設備や費用が増大し、しかも加振器は一般に、加振方向に対して直交する方向に対しては高剛性な構造であるから、互いに直交する３方向に加振器を連結したままとすると、各加振器が互いに干渉していずれの方向にも振動させることができなくなる不都合がある。
【００１０】
この発明は、上記の事情を背景としてなされたものであり、振動発生体による励振力を高精度に測定することのできる方法を提供することを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段およびその作用】
上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、動作することにより振動を発生する振動発生体をその非動作状態で加振器によって加振し、その振動発生体の振動に伴う物理量を測定し、得られたデータに基づいて前記振動発生体の励振力を求める振動発生体の励振力測定方法において、測定すべき振動の周波数範囲の最低値の約１／４より低い共振点となる弾性支持体によって前記振動発生体を下側から支えるとともに、その振動発生体に前記加振器を所定の接続ブロックを介して連結して振動発生体を加振し、かつその振動発生体の振動に伴う物理量を測定することを特徴とする方法である。
【００１２】
したがって請求項１の発明において、供試体である振動発生体と加振器とが所定の接続ブロックを介して連結され、両者の間には振動系を構成する部材が介在しない。ここで接続ブロックは系の振動特性に大きな影響を与えない小型のものであり、その結果、加振器で振動発生体を加振した場合および振動発生体を動作させた場合のそれぞれで得られるデータに含まれる外乱が少なくなり、高精度の測定が可能になる。
【００１３】
また、請求項２の発明は、動作することにより振動を発生する振動発生体をその非動作状態で加振器によって加振し、また前記振動発生体を動作させ、これら加振器による加振時と振動発生体の動作時との振動に伴う物理量を測定し、得られたデータに基づいて前記振動発生体の励振力を求める振動発生体の励振力測定方法において、前記振動発生体を動作させる際には、前記加振器の可動部と同じ質量の質量体を前記加振器に替えて前記振動発生体に付加することを特徴とする方法である。
【００１４】
したがって請求項２の発明においては、振動発生体を動作させて振動を生じさせる場合、加振器が不要であるが、これに替わる質量体が連結されているので、加振器で振動発生体を加振する場合と同様もしくは実質的に同様な振動系となる。その質量体は、一例として、加振器の可動部と同じ質量分を増した接続ブロックであり、そのため、測定誤差を生じさせることなく加振器を取り外すことができ、また加振器の必要数を少なくして測定装置のコストの低廉化を図ることができる。
【００１５】
さらに、請求項３の発明は、動作することにより振動を発生する振動発生体をその非動作状態で加振器によって加振し、その振動発生体の振動に伴う物理量を測定し、得られたデータに基づいて前記振動発生体の励振力を求める振動発生体の励振力測定方法において、測定するべき振動の方向に対して剛性が低く、かつその方向に対して交差する方向での剛性が高い支持部材によって前記振動発生体を保持した状態で、前記振動発生体を加振し、もしくは振動発生体を動作させて振動に伴う物理量を測定することを特徴とする方法である。
【００１６】
したがって請求項３の発明においては、振動発生体を支持部材によって保持し、その状態で加振器によって加振し、もしくは振動発生体を動作させて振動を生じさせ、かつ必要な物理量を測定するが、その支持部材の剛性が、測定するべき振動の方向に対して低く、これに交差する方向で高いので、得られるデータに含まれるノイズ成分が少なくなり、その結果、測定精度が高くなる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
つぎにこの発明を図面を参照してより具体的に説明する。この発明の方法は、前述したように、本出願人が既に提案した方法を前提として実施できるものであるから、先ず、その前提とする方法について簡単に説明する。
【００１８】
本出願人が既に提案した方法は、加振器の励振力すなわち無限大の質量を加振した場合の加振力を測定し、その既知の励振力で供試体である振動発生体を加振した場合の伝達関数を求める。ついで、供試体を動作させて振動を生じさせ、得られたデータを伝達関数で除することにより、供試体の励振力を求める。
【００１９】
その加振器の励振力は、加振器で適宜の振動体を加振した場合の共振点の間に存在する振動加速度がゼロの点での加振力である。図２は加振器１で治具２を加振している状態を模式的に示しており、この加振器１は、例えば永久磁石を備えたアーマチャの外周側に電磁コイルを配置し、その電磁コイルに適宜の周波数の交流電流を印加することにより、軸線方向に前後動する推力をアーマチャに生じさせるように構成されている。また、治具２は、図示の例では、比較的面積の広い平板体であって、図３に示すようにマトリックス状に多数の測定点３が設けられている。この治具２は、図２に示すように定盤４上に垂直に立てて所定のブロック５によって保持され、加振器１が連結されて加振される。ここで、比較的面積の広い平板体である治具２を加振することとしたのは、このように平板体は複雑に振動して多数の共振点を持っているため、加速度がゼロもしくはその近傍の点も多数有り、その結果、その点での加振力であるデータが多数得られるからである。
【００２０】
上記の加振器１で治具２を加振して加振点の加速度を測定する。得られた加速度と周波数との関係は例えば図４に示すようになる。すなわち加速度が極大値となる共振点の間に加速度がゼロ近傍になる点が存在する。その加速度がゼロ近傍になる周波数での加振力を所定のグラフ上にプロットする。そして、こうして求められた加振力の中間の値を、近似曲線で補間する。その近似式の一例は、
【式１】
0003738593.tif 000002
で示され、最小二乗法によりω0 、ζ、ＦＫ4j(0)の３つの未知数を決定する。なお、ω0 は加振器アーマチャ共振周波数、ζは加振器アーマチャ減衰係数、ＦＫ4j(0)は加振力（強制力）の０切片であり、式１ではこれらを未知数として取り扱う。
【００２１】
実質的に無限大の質量を加振した場合の励振力は、ある周波数までは周波数が高いほど増大し、したがって上記のようにして加速度ゼロ近傍の点での加振力をつないだ線が、実質的に無限大の質量体を加振した場合の各周波数での加振力を表す。なお、このような無限大の質量体を加振した場合の加振力は、複数の加振入力レベルごとに求める。このようにして求めた周波数ωごとの励振力Ｆの例を図５に示してある。
【００２２】
この発明の方法では、このようにして励振力の知られた加振器１によって振動発生体である供試体６を加振し、その際の各周波数ごとの加振力や加速度などの振動に伴う物理量を測定する。その供試体６の加振状態を図１に示してある。すなわち基台７，７の上に、弾性支持部材であるエアーバネ８，８が固定されており、そのエアーバネ８，８の上に供試体６が載せられている。これらのエアーバネ８，８は、供試体６を下から支持する部材であって、供試体６の３次元方向への移動を自由に生じさせるように構成されており、特にその共振点は、測定するべき振動周波数の範囲の最低値の約１／４よりも低周波数側になるように設定されている。なお、共振点がこの程度に低い構造のものであれば、エアーバネ８，８以外の支持部材であってもよい。
【００２３】
一方、加振器１は、所定の基台９上に載せて固定し、そのアーマチャを供試体６の予め決めた加振箇所に接続ブロック１１を介して連結する。そしてその加振点にインピーダンスヘッド（３軸加速度センサー）などのセンサー１０を取り付ける。この状態で加振器１に適宜の周波数の交流電流を印加して供試体６を加振し、その際に検出された加速度と加振器１の励振力とに基づいて伝達関数を求める。なお、加速度や加振力の測定は、互いに直交するＸ，Ｙ，Ｚの３つの方向のいずれかの方向に加振している場合に３方向のすべてについて加速度や加振力を測定し、これをＸ，Ｙ，Ｚの３方向の加振の際にそれぞれおこなう。結局、１つの測定部位について９つの測定をおこなう。なお、接続ブロック１１は、系の振動特性に影響を与えない小型のものである。
【００２４】
その場合、供試体６を含む系全体の振動特性を変化させないために、Ｘ，Ｙ，Ｚの３方向の加振をおこなうための加振器１をそれぞれ取り付けたままとすることが必要となる。しかしながら、加振器１のアーマチャは一方向にのみ往復運動するように構成されているので、互いに直交する３方向に加振器１を連結した状態では、各アーマチャに対する直交方向の振動が規制されるために、結局、いずれの方向にも自由な振動ができなくなってしまう。そこで、このような不都合を解消するために、供試体６を運転する場合には図６に示すように、加振器１に替えて、加振器１の可動部の質量分だけ重くした接続ブロック１１を、供試体６に取り付ける。このようにすれば、供試体１の自由な振動が規制されないので、正確な振動の測定をおこなうことができる。
【００２５】
加振器１によって供試体６を加振し、所定のデータを取った後、供試体６を動作させ、その際の振動について、各周波数ごとに、かつＸ，Ｙ，Ｚの３方向の加速度を測定する。得られた加速度をＡ、前記伝達関数をＨとすると、供試体６が動作することにより振動で発生する励振力Ｆは、
【式２】
0003738593.tif 000003
の行列式の演算で求められる。
【００２６】
上記のようにして測定をおこなうこの発明に係る上記の方法では、加振器１が供試体６に小型の接続ブロック１１のみが連結されているので、外乱要因が少なくなる。また、供試体６を支持しているエアーバネ８により系の共振点が低くなるので、測定データに基台７からの外乱が入らず、もしくは無視できる程度に抑制される。その結果、上記の方法では、高精度な測定をおこなうことができる。
【００２７】
ところで供試体を加振する場合や供試体を動作させて振動を生じさせる場合、その供試体を何らかの手段で支持する必要があり、上述した例では、エアーバネによって下側から支える構造とした。この発明では、これに替えて、以下に述べる構造の支持部材を使用して供試体６を支持して測定をおこなってもよい。
【００２８】
すなわちセンサーが所定の測定方向に往復移動することにより加速度を測定することができるのであるから、測定方向とは異なる方向にセンサーが移動すれば、これが外乱となって測定精度が低下することになる。したがって供試体を支持する支持部材の剛性を、測定方向に対して低く、これとは異なる方向では高くすれば、センサーが測定方向以外には移動しにくくなって、検出される信号に含まれるノイズ成分が小さくなる。
【００２９】
図７に示す構成の支持部材１２は、リング状の基体部１３における中心軸線に沿う方向の支持剛性を低くし、これとは異なる方向での支持剛性を高くした構造のものである。すなわち基体部１３の円周上の４箇所で鉛直線に対して４５度傾斜した位置に、基体部１３の半径方向で互いに対向する薄板状のそれぞれ１対のアーム１４が、軸線方向に延びて取り付けられ、各アーム１４の先端部にブロック１５が取り付けられている。また、各ブロック１５には、基体部１３の軸線方向に直角で互いに対向する薄板状のそれぞれ１対のサブアーム１６が、基体部１３の中心軸線に向けて延びて取り付けられている。これらのサブアーム１６の先端部に、基体部１３の中心軸線に中心部を一致させた可動ブロック１７が取り付けられている。
【００３０】
したがって、前記ブロック１５を基体部１３に対して取り付けている各アーム１４は、その板厚方向に対して容易に変形するがその幅方向（面方向）には殆ど変形しないうえに、これらのアーム１４が互いに円周方向に９０度の間隔で設けられているので、全体として上下方向および左右方向に対しての剛性が高く、これらの方向への移動が規制される。また、前記ブロック１５から中心軸線方向に延びたサブアーム１６は、その板厚方向にのみ変形しやすい構造であるから、結局、その先端部に取り付けられた可動ブック１７は、基体部１３の軸線方向に対して低剛性で支持され、これとは直交する方向に対して高剛性で支持されている。
【００３１】
この支持部材１２を使用した供試体６についての振動の測定状態を図８に示してある。供試体６は、前記可動ブロック１７から突出された連結桿１８の先端部に固定され、懸吊状態で保持されている。これに対して加振器１は、その可動ブック１７に前記基体部１３の中心軸線に沿って連結され、さらに可動ブロック１７に加速度センサーなどのセンサー１０が取り付けられている。したがって測定方向は図８の左右方向すなわち基体部１３の中心軸線に沿う方向である。
【００３２】
図８に示す状態で加振器１を駆動して供試体６を加振し、あるいは供試体６を動作させて振動させた場合、加振器１および供試体６を連結してある可動ブロック１７が、前記基体部１３の軸線方向に容易に変位し、これとは異なる方向に対して高い剛性で支持されていて変位しにくくなっているので、可動ブロック１７に取り付けられているセンサー１０によって得られる信号中のノイズ成分が少なくなる。例えば、加振器１で加振した場合の加速度は、図９に示すように、測定方向では比較的低い周波数域で高い値を示し、これとは異なる方向では高い周波数域で大きくなる。したがって図９に示す低周波数域ｆでは、Ｓ／Ｎ比が大きくなるので、この範囲のデータを使用することにより、高精度の測定をおこなうことができる。
【００３３】
なお、ノイズあるいはクロストークは、センサーが測定方向とは異なる方向に振動することによって生じるから、支持部材はこのようなセンサーの挙動を防止するために、剛性の異方性を備えていれば良く、したがって図１０に示す構成であっても良い。この図１０に示す構成を具体的に説明すると、基盤１９の上にベアリング式のリニアスライダー２０が取り付けられており、可動部２１がそのリニアスライダー２０の可動部分に取り付けられている。
【００３４】
振動の測定をおこなう場合、その可動部２１に加振器および供試体が連結され、供試体はこの可動部２１を介して支持される。また、センサーはこの可動部２１に取り付けられる。したがってセンサーは、可動部２１と共に一方向にのみ容易に変位し、これとは異なる方向に対して移動が規制されるので、ノイズに対してシグナルが充分高くなり、その結果、図７に示す支持部材１２を用いる場合と同様に、高精度の測定をおこなうことができる。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１の発明によれば、供試体である振動発生体と加振器とが所定の接続ブロックを介して連結されるので、加振器で振動発生体を加振した場合および振動発生体を動作させた場合のそれぞれで得られるデータに含まれる外乱が少なくなり、高精度の測定が可能になる。
【００３６】
また、請求項２の発明によれば、振動発生体を動作させて振動を生じさせる場合、加振器が不要であるが、これに替わる質量体が付加されているので、加振器で振動発生体を加振する場合と同様もしくは実質的に同様な振動系となり、そのため、測定誤差を生じさせることなく加振器を取り外すことができ、加振器の必要数を少なくして測定装置のコストの低廉化を図ることができ、また同時に高精度の測定をおこなうことができる。
【００３７】
さらに、請求項３の発明によれば、振動発生体を支持部材によって保持し、その状態で加振器によって加振し、もしくは振動発生体を動作させて振動を生じさせ、かつ必要な物理量を測定するが、その支持部材の剛性が、測定するべき振動の方向に対して低く、これに交差する方向で高いので、得られるデータに含まれるノイズ成分もしくはクロストーク成分が少なくなり、その結果、精度の高い測定をおこなうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の方法を実施している状況の一例を示す図である。
【図２】  加振器による励振力を測定するために加振器で治具を加振する状態を示す側面図である。
【図３】  その治具の斜視図である。
【図４】  その治具を加振した場合の加速度の測定結果の一例を示す線図である。
【図５】  加振器の入力レベルごとの励振力の測定結果であるマップの例を示す図である。
【図６】  この発明の方法において加振器の可動部の質量分重くした接続ブロックを取り付けた状態を示す図である。
【図７】  この発明の方法を実施するために使用する支持部材の一例を示す斜視図である。
【図８】  その支持部材を使用したこの発明の方法の一例を示す側面図である。
【図９】  その加速度の測定結果を示す図である。
【図１０】  この発明の方法で使用することのできる支持部材の他の例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１…加振器、  ２…治具、    ６…供試体（振動発生体）、  ８…エアーバネ、  １０…センサー、  １１…接続ブロック、  １２…支持部材、  １９…基盤、  ２０…リニアスライダー、  ２１…可動部。
【図１】
0003738593.tif 000004
【図２】
0003738593.tif 000005
【図３】
0003738593.tif 000006
【図４】
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【図５】
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【図６】
0003738593.tif 000009
【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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