JP2001013033A - 振動試験装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 加振手段を所定レベルに励磁した状態で振動
信号を供給することにより振動を発生させる振動試験装
置に関し、消費電力を低減できる振動試験装置を提供す
ることを目的とする。 【解決手段】 励磁電源１０１の出力直流電流を、加振
力検出回路１０５での加振力検出結果に応じて出力直流
電流を制御するとともに、冷却用ブロア電源回路１０２
を加振力検出回路１０５での加振力検出結果に応じて制
御し、試料９への加振能力に応じた励磁及び冷却を行う
ようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は振動試験装置に係
り、特に、加振手段を所定電力に励磁した状態で振動加
速度を供給することにより振動を発生させる振動試験装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】多くの技術分野で振動試験装置を用いた
振動試験が実施されている。特に、製品開発を行う部門
においては、試作品又は製品の耐久性や強度、信頼性等
を調べるために振動試験が実施されている。このとき、
試験は長時間に亘る。図４は従来の一例のブロック構成
図を示す。

【０００３】従来の振動試験装置１は、振動発生機２、
振動制御器３、電力増幅器４、励磁電源５、空圧源ユニ
ット６、冷却用ブロア電源回路７、冷却用ブロア８から
構成される。振動発生機２は、電力増幅器４から供給さ
れるＡＣ駆動電流及び励磁電源５から供給されるＤＣ励
磁電流に応じて試料９を振動させる。

【０００４】ここで、振動発生機２について詳細に説明
する。図５は従来の一例の振動発生機の断面図を示す。
振動発生機２は、本出願人が特願平１０−３２７２０４
号で提案した振動発生機と同一である。図５に示される
ように、振動発生機２は、試料１３が固定される振動テ
ーブル（振動体）２６と、振動テーブル２６の筒状軸
（被ガイド部）２８を振動方向（Ａ方向）に摺動可能に
支持するガイド部３０と、ガイド部３０に設けられた空
気軸受３２と、振動テーブル２６の外周端部に設けられ
た駆動コイル（駆動源）３４と、駆動コイル３４が上方
位置に移動したとき外側で対向するように配置された上
部励磁コイル３６と、駆動コイル３４が下方位置に移動
したとき外側で対向するように配置された下部励磁コイ
ル３８とを有する。

【０００５】また、筒状軸２８の内周には、ガイド部３
０のガイド軸３０ａが挿入される筒状のシリンダ（被ガ
イド部）３９が嵌合固定されている。駆動コイル３４に
は、電力増幅器２０からの交流（ＡＣ）の駆動電流が供
給されているので、駆動コイル３４からの磁束の方向が
交番的に変化する。そのため、振動テーブル２６は、電
磁石を構成する上部励磁コイル３６及び下部励磁コイル
３８からの磁界に対し、吸引又は反発して軸方向に振動
する。

【０００６】さらに、振動発生機２は、上部励磁コイル
３６及び下部励磁コイル３８を収納する上部コイル収納
室４０ａ，下部コイル収納室４０ｂを有するホルダ部材
４０と、上部励磁コイル３６及び下部励磁コイル３８の
内周側に挿通された円筒部材４２，４４とを有する。そ
して、上記駆動コイル３４は、薄い円筒状に形成されて
おり、ホルダ部材４０の内周と円筒部材４２，４４の外
周との間に形成された隙間に挿通された状態で軸方向に
駆動される。その際、駆動コイル３４は、ホルダ部材４
０及び円筒部材４２，４４に非接触で移動するように設
けられている。

【０００７】また、ホルダ部材４０は、上部カバー部材
４６により上部コイル収納室４０ａが閉塞され、下部コ
イル収納室４０ｂが下部カバー部材４８により閉塞され
る。そして、ホルダ部材４０は、支持部材５０により両
側から支持されている。この支持部材５０は、床面に設
置されるベース５０ａと、ベース５０ａの両側より上方
に延在する一対の腕部５０ｂ，５０ｃとからなる。そし
て、腕部５０ｂ，５０ｃの上端には、ホルダ部材４０の
両側面に固定された水平軸５２が挿通されている。その
ため、ホルダ部材４０は、水平軸５２を中心に回動する
ことができる。これにより、振動発生機２は、振動方向
を垂直方向だけでなく斜め方向あるいは水平方向に発生
させることが可能となる。

【０００８】また、円筒部材４４の中央穴４４ａには、
上記ガイド部３０が挿通された状態で下部カバー部材４
８の底部に取付ボルト５３ａを介して固定された取付板
５３にボルト５５及びナット５７の締結により固着され
る。そして、円筒部材４２の中央穴４２ａには、振動テ
ーブル２６の筒状軸２８と、ガイド部３０のガイド軸３
０ａとが互いに摺動可能に嵌合された状態に収納されて
いる。

【０００９】尚、上記ホルダ部材４０、円筒部材４２，
４４、上部カバー部材４６、下部カバー部材４８は、電
磁石のヨーク（鉄心）を構成している。ガイド部３０
は、軸方向に延在するように形成された軸方向空気供給
通路５４と、一端が軸方向空気供給通路５４に連通され
他端がガイド部３０の半径方向に延在する複数の水平方
向空気供給通路５６と、水平方向空気供給通路５６に連
通されガイド部３０の外周に開口する複数の空気吹き出
し口５８とを有する。

【００１０】複数の水平方向空気供給通路５６は、軸方
向に所定間隔で平行に配置されると共に、周方向にも所
定角度間隔で放射状に配設されている。そして、ガイド
部３０の外周面と振動テーブル２６のシリンダ３９の内
周面との間は微小な隙間で対向しており、ガイド部３０
の外周面には複数の空気吹き出し口５８が所定間隔で設
けられているため、ガイド部３０とシリンダ３９との間
の全周に均一な空気圧層が形成され、シリンダ３９はガ
イド部３０に対し空気圧層を介して非接触状態で摺動可
能にガイドされる。

【００１１】ガイド部３０の軸方向の上端部３０ｂとシ
リンダ３９との間には、空気ばね室６０が形成されてい
る。この空気ばね室６０は、上記複数の空気吹き出し口
５８から吹き出された空気圧が溜まるため、空気ばねと
して機能する。そのため、振動テーブル２６の軸方向の
静的荷重は、空気ばね室６０の空気圧により弾力的に支
持される。

【００１２】また、ガイド部３０は、軸方向に貫通する
排気通路６２（図２中破線で示す）が設けられている。
すなわち、排気通路６２は上端がガイド部３０の上端部
３０ｂに開口して空気ばね室６０に連通されており、下
端が中央穴４４ａに開口している。そして、中央穴４４
ａには、上記空圧源ユニット１６からの空気供給管路６
４と、排気管路６６が挿入されている。空気供給管路６
４は上記軸方向空気供給通路５４に接続され、排気管路
６６は排気通路６２に接続されている。

【００１３】この空気供給管路６４、排気管路６６は空
圧源ユニット６に供給される。振動発生機２の振動テー
ブル２６の振動及び試料９の振動は、加速度センサによ
り検出される。加速度センサで検出された検出信号は振
動制御器３に供給される。振動制御器３は、試料９の振
動検出信値と予め設定された目標値とを比較して、目標
の振動になるように振動発生機を制御する。

【００１４】振動制御器３で生成された加振信号は、電
力増幅器４に供給される。電力増幅器４は、振動制御器
３から供給された加振信号を電力増幅する。電力増幅器
４で電力増幅された加振信号は、振動発生機２に設けら
れた駆動コイル３４に供給される。また、振動発生機２
の励磁コイル３６，３８には励磁電源５から直流電流が
供給される。振動発生機２は励磁電源５から供給される
直流電流により励磁され、電力増幅器４から供給される
加振信号により振動テーブル部１０を矢印Ａ方向に振動
させる。

【００１５】空圧源ユニット６は振動発生機２のシリン
ダに圧縮空気を供給する。空圧源ユニット６から供給さ
れた圧縮空気はシリンダに供給され、空気バネとして用
いられるとともに、軸受けの側面から排出され、空気ベ
アリングとして機能する。また、振動発生機２は、長時
間振動を行うため、高温になる。よって、冷却用ブロア
８により外部からフレッシュエアが送風され、冷却され
る。冷却用ブロア電源回路７は、冷却用ブロア８に駆動
電力を供給する。

【００１６】このとき、振動発生機２の励磁の大きさは
最大振動能力で振動させたときに必要な励磁レベルに設
定されていた。また、冷却用ブロア８の冷却能力も同様
に最大振動能力で振動させたときの耐えうる冷却能力が
得られるように駆動されていた。次に、従来の振動試験
機１の動作について説明する。

【００１７】図６は従来の一例の動作波形図を示す。図
６（Ａ）は加振力制御器３の出力信号、図６（Ｂ）は電
力増幅器４の出力信号、図６（Ｃ）は励磁電源５の出力
電流、図６（Ｄ）は振動発生機２の駆動磁界の状態を示
す。図６（Ａ）に破線で示すように加振力制御器３の出
力振幅が±Ｖ１であったとすると、図６（Ａ）に破線で
示す信号は電力増幅器４により図６（Ｂ）に破線で示す
ように電力増幅されて振幅±Ｖ11の信号とされ、振動発
生機２の駆動コイル３４に供給される。

【００１８】励磁電源５は、図６（Ｃ）に破線で示され
るように一定の電流Ｉ０を振動発生機２に励磁電流とし
て供給する。よって、振動発生機２の駆動コイル３４は
図６（Ｂ）に破線で示すような信号で駆動され、励磁コ
イル３６，３８は図６（Ｃ）に示すような一定の直流電
流Ｉ０で駆動されることにより、振動発生機２は、図６
（Ｄ）に破線で示すような駆動磁界で駆動される。

【００１９】加振力制御器３の図６（Ａ）に実線で示す
振幅±Ｖ２の検出結果が供給されると、図６（Ａ）に破
線で示す信号は電力増幅器４により図６（Ｂ）に破線で
示すように電力増幅されて振幅±Ｖ11の信号とされ、振
動発生機２の駆動コイル３４に供給される。励磁電源５
は図６（Ｃ）に示されるような電流Ｉ０を振動発生機２
に供給する。よって、振動発生機２の駆動コイル３４は
図６（Ｂ）に実線で示すような信号で駆動され、励磁コ
イル３６，３８は図６（Ｃ）に実線で示すような一定の
直流電流Ｉ０で駆動されることにより、振動発生機２
は、図６（Ｄ）に実線で示すような駆動磁界で駆動され
る。

【００２０】このように、従来の振動試験装置１では、
図６（Ｄ）に実線で示すように、小さい加振力で試料９
を振動させた場合には、不要な励磁磁界が発生してい
た。

【００２１】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、従来の振動
試験装置では加振手段の励磁電流を設定した加振力によ
らず、最大能力での加振力が可能な電力である最大励磁
電流に設定されていたため、最大能力より小さい加振力
で動作させる場合に必要以上に大きな励磁電力が印加さ
れ、不要な消費電力が消費されてしまう等の問題点があ
った。

【００２２】また、従来の振動試験装置では冷却装置の
冷却能力を加振手段の駆動能力によらず最大駆動能力に
応じた冷却能力に設定していたため、最大能力より小さ
い加振力で駆動する場合に必要以上に大きな冷却能力で
冷却手段が駆動され、不要な消費電力が消費されてしま
う等の問題点があった。本発明は上記の点に鑑みてなさ
れたもので、消費電力を低減できる振動試験装置を提供
することを目的とする。

【００２３】

【課題を解決するための手段】本発明は、試料に加える
加振力を検出し、検出された加振力に応じて励磁レベル
を制御するように構成してなる。本発明によれば、試料
に加える加振力を検出し、加振力に応じたレベルに励磁
レベルを設定、例えば、試料に加える加振力が大きいと
きには、励磁レベルを大きくし、試料に加える加振力が
小さいときには励磁レベルを小さくすることにより、試
料に加える加振力は小さいのに必要以上に大きな励磁レ
ベルが印加されるようなことがなくなり、電力を必要最
小限にできる。

【００２４】本発明は、試料に加える加振力を検出し、
検出された加振力に応じて冷却手段の駆動能力を制御す
るように構成してなる。本発明によれば、試料に加える
加振力を検出し、加振力に応じた冷却能力で冷却を行
う、例えば、試料に加える加振力が大きいときには加振
にともなう発熱が大きいので冷却能力が大きくなるよう
にし、試料に加える加振力が小さいときには加振にとも
なう発熱も小さいので冷却能力も小さくなるようにする
ことにより、冷却に必要な電力を必要最小限にできる。

【００２５】

【発明の実施の形態】図１は本発明の一実施例のブロッ
ク構成図を示す。同図中、図４と同一構成部分には同一
符号を付し、その説明は省略する。本実施例の振動試験
機１００は、振動発生機２、振動制御器３、電力増幅器
４、励磁電源１０１、空圧源ユニット６、冷却用ブロア
電源回路１０２、能力切換部１０３、自動・手動切換部
１０４、加振検出回路１０５から構成される。

【００２６】励磁電源１０１は、電力制御回路１０５に
接続されており、電力制御回路１０５での加振力検出結
果に応じて出力直流電流を制御する。冷却用ブロア電源
回路１０２は、電力制御回路１０５に接続されており、
電力制御回路１０５での加振力検出結果に応じて冷却用
ブロア８に供給する電源を制御する。電力制御回路１０
５は自動・手動切換部１０４を介して振動制御器３及び
能力切換部１０３に接続されている。自動・手動切換部
１０４が自動側に切り換えられているときには、振動制
御器３の出力を電力制御回路１０５に供給し、手動側に
切り換えられているときには、能力切換部１０３に供給
される。

【００２７】電力制御回路１０５は、自動・手動切換部
１０４が自動側に切り換えられ、振動制御器３の出力が
供給されているときには、振動制御器３から供給される
加振信号に応じて試料９に加えられている加振力を検出
する。電力制御回路１０５は、振動制御器３から供給さ
れる加振信号の振幅を検出することにより加振力の大小
を検出する。振動制御器３から供給される加振信号の振
幅が第１のレベルより大きければ、加振力が大きいと判
断して、励磁電源１０１から励磁コイル３６，３８に供
給する直流電流を最大の第１の電流値となるように制御
する。

【００２８】また、振動制御器３から供給される加振信
号の振幅が第１のレベルより小さくかつ、第２のレベル
より大きければ、加振力が中程度と判断して、励磁電源
１０１から励磁コイル３６，３８に供給する直流電流を
第２の電流値となるように制御する。さらに、振動制御
器３から供給される加振信号の振幅が第２のレベルより
小さければ、加振力が小さいと判断して、励磁電源１０
１から励磁コイル３６，３８に供給する直流電流を第３
の電流値となるように制御する。

【００２９】また、このとき、電力制御回路１０５は、
振動制御器３から供給される加振信号の振幅が第１のレ
ベルより大きければ、加振力が大きいと判断して、冷却
用ブロア電源回路１０２から冷却用ブロア８に供給され
る駆動電圧が最大となるように冷却用ブロア電源回路１
０２を制御する。さらに、振動制御器３から供給される
加振信号の振幅が第１のレベルより小さくかつ、第２の
レベルより大きければ、加振力が中程度と判断して、冷
却用ブロア電源回路１０２から冷却用ブロア８に供給さ
れる駆動電圧が中程度となるように冷却用ブロア電源回
路１０２を制御する。

【００３０】また、振動制御器３から供給される加振信
号の振幅が第２のレベルより小さければ、加振力が小さ
いと判断して、加振力が小さいと判断して、冷却用ブロ
ア電源回路１０２から冷却用ブロア８に供給される駆動
電圧が最小となるように冷却用ブロア電源回路１０２を
制御する。電力制御回路１０５は、自動・手動切換部１
０４が手動側に切り換えられ、振動制御器３の出力が供
給されているときには、能力切換器１０３から供給され
る能力に応じた能力切換信号に応じて励磁電源１０１及
び冷却用ブロア電源回路１０２を制御する。

【００３１】電力制御回路１０５は、能力切換器１０３
から供給される能力に応じた能力切換信号の大小を検出
する。能力切換器１０３から供給される能力切換信号が
第１のレベルより大きければ、加振力が大きいと判断し
て、励磁電源１０１から励磁コイル３６，３８に供給す
る直流電流を最大の第１の電流値となるように制御す
る。

【００３２】また、能力切換器１０３から供給される能
力切換信号が第１のレベルより小さく、かつ、第２のレ
ベルより大きければ、加振力は中程度と判断して、励磁
電源１０１から励磁コイル３６，３８に供給する直流電
流を第２の電流値となるように制御する。さらに、能力
切換器１０３から供給される能力切換信号が第２のレベ
ルより小さければ、加振力が小さいと判断して、励磁電
源１０１から励磁コイル３６，３８に供給する直流電流
を第３の電流値となるように制御する。

【００３３】また、このとき、電力制御回路１０５は、
能力切換器１０３から供給される能力切換信号が第１の
レベルより大きければ、加振力が大きいと判断して、冷
却用ブロア電源回路１０２から冷却用ブロア８に供給さ
れる駆動電圧が最大となるように冷却用ブロア電源回路
１０２を制御する。さらに、能力切換器１０３から供給
される能力切換信号が第１のレベルより小さくかつ、第
２のレベルより大きければ、加振力が中程度と判断し
て、冷却用ブロア電源回路１０２から冷却用ブロア８に
供給される駆動電圧が中程度となるように冷却用ブロア
電源回路１０２を制御する。

【００３４】また、能力切換器１０３から供給される能
力切換信号がが第２のレベルより小さければ、加振力が
小さいと判断して、加振力が小さいと判断して、冷却用
ブロア電源回路１０２から冷却用ブロア８に供給される
駆動電圧が最小となるように冷却用ブロア電源回路１０
２を制御する。次に、本実施例の動作について説明す
る。

【００３５】図２は本発明の一実施例の動作波形図を示
す。図２（Ａ）は加振力制御器３の出力信号、図２
（Ｂ）は電力増幅器４の出力信号、図２（Ｃ）は励磁電
源１０１の出力電流、図２（Ｄ）は振動発生機２の駆動
磁界の状態、図２（Ｅ）は冷却用ブロア８の冷却能力を
示す。加振力検出器３の出力信号の振幅が図２（Ａ）に
破線で示すように振幅±Ｖ１であったとすると、図２
（Ａ）に破線で示す信号は電力増幅器４により図２
（Ｂ）に破線で示すように電力増幅されて振幅±Ｖ11の
信号とされ、振動発生機２の駆動コイル３４に供給され
る。

【００３６】このとき、電力制御回路１０５は、図２
（Ａ）に破線で示す振幅±Ｖ１を検出したとする。電力
制御回路１０５により図２（Ａ）に破線で示す振幅±Ｖ
１の検出結果が検出されると、励磁電源１０１は、図２
（Ｃ）に破線で示されるような電流Ｉ２を励磁電源１０
１から振動発生機２に供給する。よって、振動発生機２
の駆動コイル３４は図２（Ｂ）に破線で示すような信号
で駆動され、励磁コイル３６，３８は図２（Ｃ）に破線
で示すような直流電流で駆動されることにより、振動発
生機２は、図２（Ｄ）に破線で示すような駆動磁界で駆
動される。また、このとき、冷却用ブロア電源回路１０
２が制御され、図２（Ｅ）に破線で示すような冷却能力
となるように冷却用ブロア８が制御される。

【００３７】電力制御回路１０５は、図２（Ａ）に実線
で示す振幅±Ｖ２を検出したとする。電力制御回路１０
５により図２（Ａ）に実線で示す振幅±Ｖ２の検出結果
を検出されると、励磁電源１０１は図２（Ｃ）に実線で
示されるような電流Ｉ１を励磁電源１０１から振動発生
機２に供給する。よって、振動発生機２の駆動コイル３
４は図２（Ｂ）に実線で示すような信号で駆動され、励
磁コイル３６，３８は図２（Ｃ）に実線で示すような直
流電流で駆動されることにより、振動発生機２は、図２
（Ｄ）に実線で示すような駆動磁界で駆動される。ま
た、このとき、冷却用ブロア電源回路１０２が制御さ
れ、図２（Ｅ）に実線で示すような冷却能力となるよう
に冷却用ブロア８が制御される。

【００３８】以上により、試料９への加振力が小さくと
きには、励磁電源１０１から供給される励磁コイル３
６，３８に供給される電流が小さくなり、消費電力を低
減できる。また、同様に、冷却用ブロア８の冷却能力が
小さくでき、さらに、消費電力を低減できる。なお、図
３は本発明の一実施例の励磁電力に対する加振力の特性
図を示す。

【００３９】図３に示すように最大加振力発生時の励磁
用電力は１〔ＫＶＡ〕であるが、加振力が１／２となる
と、励磁用電力は約１／３〔ＫＶＡ〕に低減させること
ができるので、加振力に応じて励磁用電力を制御するこ
とにより大幅に消費電力の低減を図ることが可能とな
る。なお本実施例では、電力制御回路１０５により段階
的に励磁電源１０１及び冷却用ブロア電源回路１０２の
出力を制御したが、これに限られるものではなく、振動
制御器３の出力に応じて連続的に制御するようにしても
よい。また、能力切換部１０３の連続的に切り換えるよ
うにしてもよい。

【００４０】

【発明の効果】上述の如く、本発明によれば、試料に加
える加振力を検出し、必要加振力に応じた量に励磁電流
を設定する、例えば、試料に加える加振力が大きいとき
には、励磁レベルを大きくし、試料に加える加振力が小
さいときには励磁電流を小さくすることにより、試料に
加える加振力は小さいのに必要以上に大きな励磁レベル
が印加されるようなことがなくなり、電力を必要最小限
にでき、省電力化が可能となる等の特長を有する。

【００４１】本発明によれば、試料に加える加振力を検
出し、加振力に応じた冷却能力で冷却を行う、例えば、
試料に加える加振力が大きいときには加振にともなう発
熱が大きいので冷却能力が大きくなるようにし、試料に
加える加振力が小さいときには加振にともなう発熱も小
さいので冷却能力も小さくなるようにすることにより、
冷却に必要な電力を必要最小限にでき、省電力化が可能
となる等の特長を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のブロック構成図である。

【図２】本発明の一実施例の動作波形図である。

【図３】本発明の一実施例の励磁用電力に対する加振力
の特性図である。

【図４】従来の一例のブロック構成図である。

【図５】従来の一例の振動発生機の断面図である。

【図６】従来の一例の動作波形図である。

【符号の説明】

２ 振動発生機 ３ 加振制御器 ４ 電力増幅器 ６ 空圧源ユニット ８ 冷却用ブロア ９ 試料 １００ 振動試験装置 １０１ 励磁電源 １０２ 冷却用ブロア電源回路 １０３ 能力切換回路 １０４ 自動・手動切換回路 １０５ 加振力検出回路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定電力に励磁した状態で試料に加振力
   に応じた振動加速度を供給することにより該試料を加振
   する加振手段を有する振動試験装置において、 前記試料に加える加振力を検出する加振力検出手段と、 前記加振力検出手段で検出された加振力に応じて前記励
   磁電力を制御する励磁電力制御手段とを有することを特
   徴とする振動試験装置。
2. 【請求項２】 試料に振動を加える加振手段と、該加振
   手段を冷却する冷却手段とを有する振動試験装置におい
   て、 前記加振手段から前記試料に加える加振力を検出する加
   振力検出手段と、 前記加振力検出手段で検出された加振力に応じて前記冷
   却手段の駆動電力を制御する制御手段とを有することを
   特徴とする振動試験装置。