セルロースナノファイバーシートを用いた振動試験治具設計
製品・機能評価課

清水孝晃*1 ものづくり基盤技術課

デジタルものづくり課

丹保浩行

川野優希

岩坪聡*2

1. 緒言

Plate-center

近年、産業用制御機器や情報処理装置、自動車部品

Beam-centerにおいて、機器を構成する電子部品の小型化、表面実On-post

装化の進展、機器の高密実装化により高い振動数の振66動による影響が増大している。一方、機器を構成する各部品が小型化してもそれらを実装する基盤や筐体、66

ラック類においては低い振動数の影響を受けやすいこ
Fig. 2 Sensing point at the plateとから、幅広い振動数に対する応答への十分な配慮がより必要となってきており、振動試験実施の重要性が高まってきている。試験の実効性を確保するためには、

2-2 治具上面に取り付けた板上での振動計測目的の振動を確実に試験体に伝達することが必要であ150mm サイコロ治具の上面に厚さ 5mm のアルミ板るが、治具の共振や減衰、振動モードなどにより必ずをボルト固定し Fig. 2 に示すようにアルミ板上にしも伝達されているとは限らない。

710-D センサを接着し振動測定を行った。

本研究では高強度、高弾性率といった優れた特性を2-3 CNF シート貼付による効果の確認持つセルロースナノファイバー(CNF)を樹脂等で成形

厚さ 3mm のアクリル板を 150mm キュービック治具したシートを振動試験治具に貼り付けることにより固上面にボルト固定し振動を測定した。何も貼付けてい有振動数を制御できること、および多くの繊維が絡みないもの、厚さ 0.7mm の CNF シートを接着したもの、合った構造から高減衰が期待できることから、共振時厚さ 0.4mm の PP シートを接着したもので板中央の加の振動加速度の減衰を行う技術について探った。また、速度を比較した。

振動計測を高精度化するため計測方法について検証を
3. 実験結果および考察行った。

3-1

150mm サイコロ治具の振動計測

2. 実験方法
実験に先立ち振動計測法について検証を行った。
2-1 150mm サイコロ治具の振動計測
振動数範囲 10～2000Hz、加速度振幅 9.8m/s2 で加振しそれを測定した。Fig. 1 に示す位置に制御用センサと同じ型式のセンサをボルトで取り付け加速度を測定した。センサは 731-B（EMIC）であり質量は 13.5g である。また、センサの固定を接着により行った場合でも加速度を測定した。さらに、同じ位置にサイズの異なるセンサを接着により取付け加速度を測定した。用いたセンサは 710-D(EMIC)であり質量は 1.9g である。
Center-sensor
Control-sensor(40mmback)Corner-sensor

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機械電子研究所

Fig. 3 に各測定部における振動加速度の推移を示す。
目標加速度は 9.8m/s2 であるが、制御箇所においても331350Hz 以上では目標加速度に制御できていないこと

Fig. 1 Sensing point at the cubic fixture*1 現Fig. 3 Transition of vibration acceleration*2 現がわかる。各測定値は目標加速度に対し異なっている

企画管理部
富山県產業技術硏究開発センタｰ硏究報吿 No.34 (2020)23

ことがわかり、コーナー部に取り付けたセンサではより低い加速度を計測している。部分的に大きくなっているところがあり、これは共振が発生したと考えられる。2000Hz 付近で中央部の加速度だけが大きくなっているが、これは形状的に変形しやすい場所であるため変位が大きくなったものと考えられる。
接着により取付けたセンサと比較すると振動数
1700Hz までは、いずれの測定位置、取り付け方法でも概ね同様の傾向を示しているが、接着の場合 1850Hz付近でいずれの取付け位置においても加速度が極大値をとっているのに対し、ボルト取り付けでは加速度はFig. 4 Transition of vibration acceleration on the plate低下している。また、680Hz 付近ではいずれも加速度が最大になっているが、その大きさはボルト取り付けに対し接着取り付けでは低くなっている。

3-3 CNF シート貼付による効果の確認

731-B（大型）に比べ 710-D（小型）での計測値は増振動数における加速度の比較を Fig. 5 に記す。アク減の幅が小さい。680Hz 付近で計測値が極大となるが、リル板単体では約 600Hz に共振点を持つが CNF シー

小型センサでは大型センサに比べ振動数が 10Hz 程度

トを貼付することで共振点が約 50Hz 高周波側へ移動高周波側にシフトしピーク値も低くなっている。コー

し振動加速度のピーク値は約 240m/s2 から 140m/s2 へナー部においては極大値が現れていない。1850Hz 付近40%減少した。比較のため PP シートを貼付したもののでの極大値は小型センサでは緩和されている。

振動加速度を測定したが CNF シート貼付に比べ効果

3-2 治具上面に取り付けた板上での振動計測は小さかった。共振点が高周波側に移行したのはシー

Fig. 4 に各測定部における振動加速度の推移を示す。
目標加速度 9.8m/s に対し、制御位置での加速度は2ト厚さの影響も考えられるが、減衰効果は CNF の特性によるものと考えられる。

1350Hz 付近で共振により制御しきれていないことがわかる。これに伴い、他の測定箇所での加速度にも乱れが生じている。加速度の傾向は 1350Hz までは概ね制御加速度に対し低い加速度を示すが、それ以上の周波数では板中央では大きな加速度を示しポスト上および梁中間では小さな加速度を示す。
150mm キュービック治具フレーム上の加速度と比較すると 700Hz 付近に見られた共振点がアルミ板上では無い。加速度の大きさは、板上の方が大きいがその差は小さく、ほぼ一体で振動していると言える。アルミ板中央部では 1000Hz 以上では加速度は大きくなっておりその差は 10%程度である。
Fig 5. Relationship between frequency and acceleration

Investigation of Fixture for Vibration Test Improving a Vibrating-properties Using Cellulose Nanofiber Sheet
Product and Function Evaluating Section; Takaaki SHIMIZU Core Manufacturing Technology Section; Yuki KAWANO
Digital Manufacturing Section; Hiroyuki TAMBO Satoshi IWATSUBO
As a result of verifying the vibration characteristics and the vibration measuring method for the vibration test fixture, it was found that thevibration measuring result varies depending on the sensor used, the mounting method, and the mounting position.
In order to reduce this difference, the use of the fixture with the CNF sheet was tried, and it was found that the acceleration at theresonance point was attenuated by 40%. This is due to the excellent properties such as high strength and high elastic modulus of the CNF.

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Reports of the Toyama Industrial Technology R&D Center No.34 (2020)