JP2002186905A - 加振機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 最大周波数を容易に引上げることの出来る加
振機を提供する。 【解決手段】 加振機１の振動部２を、凹部２１ａを有
する座体２１と該座体２１の凹部２１ａを閉塞する蓋体
２２とを備えて構成する。これにより、振動部２は、駆
動コイル１０４、コイル枠１０３、蓋体２２及び座体２
１の等価質量と、非剛体である駆動コイル１０４とコイ
ル枠１０３の間のバネ定数とにより決まる共振周波数に
加え、蓋体の一部の質量と、当該蓋体の撓みに起因する
バネ定数とにより決まる共振周波数を更に有することと
なる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、工業製品等の被試
験体について振動試験を行う為の加振機に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、工業製品等の振動試験に使用
する加振機としては、例えば図５に示すものがある。こ
の図５に示す様に加振機１００は、加振部本体１０１に
よりその主要部が構成される。加振部本体１０１の内部
には、上下２段に配設された励磁コイル１０２，１０２
と、コイル枠１０３に装着された駆動コイル１０４を有
する振動部１０５とが備えられている。

【０００３】以下、この加振機１００の動作原理を説明
する。励磁コイル１０２，１０２には、電源（図示せ
ず）から直流電流が給電されており、その周囲に静磁場
が生じている。ここで、駆動コイル１０４に電源（図示
せず）から交流電流が給電されると、その交流電流が励
磁コイル１０２，１０２によって生じる磁場と作用し
て、支持バネ１０６にて加振部本体１０１に拘束された
振動部１０５が上下方向に振動する。これにより、振動
部１０５に載置される被試験体（図示せず）について振
動試験が行われる様になっている。

【０００４】次に、この加振機１００の振動特性につい
て説明する。図６は、加振機１００における振動部１０
５の振動特性を示す図であり、横軸は周波数（振動
数）、縦軸は加速度（振動レベル）を示す。この図６に
示す様に、振動部１０５は、周波数がその共振周波数ｆ
に達したときに共振して振動レベルが最大となる。ここ
で、共振周波数ｆは、コイル枠１０３の質量及び駆動コ
イル１０４の質量を含めた等価質量ｍと、これらコイル
枠１０３及び駆動コイル１０４の間のバネ定数ｋとで決
まり、次の式（１）で表される。

【数１】

【０００５】尚、等価質量ｍは、コイル枠１０３の質量
をｍa、駆動コイル１０４の質量をｍbとすると、次の式
（２）で表される。

【数２】

【０００６】一方、図６に示す様に、共振周波数ｆを若
干越える周波数ｆｂ以上の高周波領域では、振動部１０
５の振動レベルが所定の値以下となる。そこで、加振機
１００で試験可能な最大周波数をｆｂと設定している。

【０００７】ところで、工業製品の信頼性確保などの理
由から、より高周波領域での振動試験を実施するための
試みが従来よりなされている。これを実現するために
は、振動部１０５の共振周波数ｆをより高周波領域に引
上げる必要があり、具体的には、式（１）及び式（２）
に示す関係に従って、コイル枠１０３の質量及び駆動コ
イル１０４の質量を小さくするか、又はこれらコイル枠
１０３及び駆動コイル１０４の間のバネ定数ｋを大きく
するといった試みがなされていた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、コイル
枠１０３の質量及び駆動コイル１０４の質量を小さくす
るならば、加振機１００の安定性及び剛性が低下し、一
方、コイル枠１０３及び駆動コイル１０４の間のバネ定
数ｋを大きくすることには物理的限界があるため、高周
波領域での試験が可能な加振機の設計は非常に困難なの
が現状である。

【０００９】本発明は、上記の事情に鑑みてなされたも
のであり、最大周波数を容易に引上げることの出来る加
振機を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成すべく次の様な特徴を備える。尚、以下には発明特定
事項に対応する実施の形態の構成を、図面参照符号を付
して括弧書きにて記す。

【００１１】請求項１記載の発明は、振動部（２）と、
該振動部を加振する加振手段（例えば、図１に示す励磁
コイル１０２，１０２）と、を備える加振機（１）にお
いて、前記振動部は、少なくとも３つの部材（例えば、
図１に示す座体２１、蓋体２２、及び駆動コイル１０
４）により構成され、前記加振手段により前記振動部を
加振させた場合に、当該各部材に起因して少なくとも２
つの共振周波数を有する様に当該各部材同士が結合され
ていることを特徴としている。

【００１２】請求項１記載の発明において、加振手段
は、少なくとも３つの部材により構成される振動部を加
振するが、この振動部を構成する各部材同士は、当該各
部材に起因して少なくとも２つの共振周波数を有する様
に結合されているので、振動部は少なくとも２つの共振
周波数を有することとなる。従って、振動部を加振する
過程で、最初の共振が終了した後に再び共振をむかえる
こととなり、最初の共振が終了した後に振動部の振動レ
ベルが低下するのを回避出来るので、最大周波数を容易
に引上げることが出来る。

【００１３】請求項２記載の発明は、コイル（例えば、
図１に示す駆動コイル１０４）及び該コイルを装着する
為のコイル枠（１０３）を備えた振動部（２）と、該振
動部を加振する加振手段（例えば、図１に示す励磁コイ
ル１０２，１０２）と、を具備する加振機（１）におい
て、前記振動部は、前記コイル枠に取り付けられる座体
（２１）と、前記座体に一部のみを拘束され、前記加振
手段による加振時には、前記座体に拘束されない部分が
自重により撓み得る少なくとも一つの蓋体（２２）と、
を備え、前記加振手段により前記振動部を加振させた場
合に、前記蓋体における、前記座体に拘束されない部分
の質量と、当該蓋体の撓みに起因するバネ定数と、によ
り決まる第１の共振周波数、及び前記蓋体、前記座体、
前記コイル枠、及び前記コイルの等価質量と、前記コイ
ルと前記コイル枠との間のバネ定数と、により決まる第
２の共振周波数、の少なくとも２つの共振周波数を有す
ることを特徴としている。

【００１４】ここで、前記等価質量Ｍは、前記蓋体の質
量をＭ１、前記座体の質量をＭ２、前記コイル枠の質量
をＭ３、前記コイルの質量をＭ４とすると、次の式
（３）で表される。

【数３】

【００１５】請求項２記載の発明において、振動部は、
コイルと、そのコイルを装着する為のコイル枠と、その
コイル枠に取り付けられる座体と、その座体に一部のみ
を拘束される少なくとも一つの蓋体とを備える。加振手
段は、この振動部を加振するが、このとき蓋体における
座体に拘束されない部分が自重により撓むので、蓋体に
おいて１つの振動系が構成される。その振動系の共振周
波数、即ち第１の共振周波数は、蓋体における座体に拘
束されない部分の質量と、蓋体の撓みに起因するバネ定
数とにより決まる。

【００１６】また、非剛体である前記コイルと剛体であ
る前記コイル枠との間は、あたかもバネが設けられてい
る様な構造となっているので、広い観点でみると、蓋体
と座体とコイル枠とコイルとにおいてもう一つの振動系
が構成される。その振動系の共振周波数、即ち第２の共
振周波数は、蓋体、座体、コイル枠、及びコイルの等価
質量Ｍと、コイルとコイル枠との間のバネ定数とにより
決まる。

【００１７】従って、振動部は第１の共振周波数と第２
の共振周波数の少なくとも２つの共振周波数を有するこ
ととなる。これにより、振動部を加振する過程で、第２
の共振周波数における最初の共振が終了した後に再び第
１の共振周波数における共振をむかえることとなり、最
初の共振が終了した後に振動部の振動レベルが低下する
のを回避出来るので、最大周波数を確実かつ容易に引上
げることが出来る。

【００１８】請求項３記載の発明は、請求項２記載の加
振機において、前記蓋体（２２）は、平面円形を成す板
状のものであって、平面視において半径方向周端部が前
記座体（２１）に均等に支持され、且つ半径方向周端部
の一部のみが前記座体に固着されるものであることを特
徴とする。

【００１９】請求項３記載の発明によれば、平面円形を
なす板状の蓋体は、平面視において半径方向周端部の一
部のみが座体に固着されるが、この周端部が座体に均等
に支持されているので、加振手段による振動時において
も蓋体の撓みに起因して蓋体と座体との固着部分に生じ
る応力集中を低減出来ると共に、振動部の剛性を確保出
来る。また、蓋体が座体に均等に支持されるので、振動
部の安定性を確保出来る。

【００２０】請求項４記載の発明は、請求項２又は３記
載の加振機において、前記座体（２１）は、凹部（２１
ａ）を有し、前記蓋体（２２）は当該凹部を閉塞する様
に取り付けられていることを特徴とする。

【００２１】請求項４記載の発明によれば、請求項２又
は３記載の発明による効果に加え、蓋体が座体の凹部を
閉塞する様に取り付けられており、蓋体と座体との間に
は中空部分が形成されるので、その分だけ振動部全体と
しての質量を軽量化出来る。従って、剛性及び安定性を
確保しつつ、共振周波数を引上げることが出来る。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、図１乃至図４を参照して本
発明の実施の形態について詳細に説明する。先ず図１
は、本発明に係る加振機１の主要部構成を示す縦断面概
略図である。この加振機１は、振動部２、加振部本体１
０１、一対の励磁コイル１０２，１０２、コイル枠１０
３に装着された駆動コイル１０４、及び支持バネ１０６
から略構成されている。

【００２３】尚、図１に示す加振機１おいて、図４と同
じ符号を付した各部は、図４に示す加振機１００の構成
要素と同様である為それらについての詳細な説明は省略
する。

【００２４】本発明に係る加振機１は、振動部２を、凹
部２１ａを有する座体２１と、該座体２１の凹部２１ａ
を閉塞する蓋体２２と、を備えて構成した点を最大の特
徴としている。座体２１は、アルミ等からなる円柱状の
金属の内部をくりぬいて形成されたものである。蓋体２
２は、平面視において円形状を成す板状のものである。
また、この蓋体２２は、高炭素鋼等の金属から成るもの
であり、当該振動部２の振動時には、微小ではあるが撓
む様になっている。

【００２５】また、図１に示す如く蓋体２２は、その周
縁部が座体２１によって均等に支持されており、且つそ
の周縁部の一部のみが複数のテーブルインサート２３…
によって座体２１に固着されている。かくして、振動部
２の内部には、円柱状の中空部分が形成されている。

【００２６】尚、テーブルインサート２３…は、図２に
示す如く蓋体２２の上面周縁部に均等間隔で配置されて
いる。これらテーブルインサート２３…は、上述の様に
座体２１と蓋体２２とを固着する為のものであるが、更
にその頭部には、被試験体を取り付ける為の螺子溝２３
ａが形成されている。

【００２７】図３は、被試験体の取付態様を示す図であ
る。図３において、符号３０は被試験体、符号３１は治
具、符号３２はボルトを表している。被試験体３０は、
振動試験の対象となるものであり、例えば工業製品とし
てのプリント基板や小型電子機器等がこれに相当する。
治具３１には、種々の形状を有する被試験体３０が直接
固定される様になっている。また、この治具３１には、
ボルト３２が貫通し得る貫通孔が設けられている。

【００２８】被試験体３０を振動部２に取り付ける際
は、治具３１の貫通孔にボルト３２を貫通させ、貫通さ
せたボルト３２をテーブルインサート２３の頭部に形成
された螺子溝２３ａに螺合させる。この様にして、治具
３１に直接固定される被試験体３０を、振動部２に取り
付けることが出来る。

【００２９】次に、振動部２の振動態様について説明す
る。振動部２は、支持バネ１０６を介して上下方向に振
動するわけであるが、このとき、蓋体２２におけるテー
ブルインサート２３…で拘束されない中央部分は、自重
による慣性力で振動方向に微小ではあるが撓む。

【００３０】従って、振動部２の振動時には、蓋体２２
において１つの振動系が構成され、振動部２の振動周波
数が一定の値に達すると、当該蓋体２２が共振する。こ
の共振周波数（以下、「ｆｘ」と表記する。）は、蓋体
２２の一部（テーブルインサート２３…で拘束されない
中央部分）の質量ｍ１と、蓋体２２の撓みに起因するバ
ネ定数ｋ１とで決まり、次の式（４）で表される。

【数４】

【００３１】また、非剛体の駆動コイル１０４は、剛体
のコイル枠１０３に装着されているので、これら駆動コ
イル１０４とコイル枠１０３とを合わせたものは剛体を
構成するものではない。一方、座体２１と蓋体２２とコ
イル枠１０３とは固着されており、これらにおいて剛体
が構成されている。

【００３２】従って、広い観点でみると、座体２１、蓋
体２２、コイル枠１０３、及び駆動コイル１０４におい
て、もう一つの振動系が構成されている。そして、振動
部２の振動周波数が一定の値に達すると駆動コイル１０
４が共振する。この共振周波数（以下、「ｆｙ」と表記
する。）は、座体２１、蓋体２２、コイル枠１０３、及
び駆動コイル１０４の等価質量Ｍと、コイル枠１０３と
駆動コイル１０４間のバネ定数ｋ２とで決まり、次の式
（５）で表される。

【数５】

【００３３】ここで、等価質量Ｍは、蓋体２２の質量
（全質量）をＭ１、座体２１の質量をＭ２、コイル枠１
０３の質量をＭ３、駆動コイル１０４の質量をＭ４とす
ると、次の式（６）で表される。

【数６】

【００３４】従って、当該加振機１は、振動時には、２
つの共振周波数ｆｘ及びｆｙを有することとなる。以
下、加振機１の振動特性について説明する。図４は、加
振機１における振動部２の振動特性を示す。図４におい
て、横軸は周波数（振動数）、縦軸は加速度（振動レベ
ル）を示している。上述の様に、当該加振機１は、２つ
の共振周波数ｆｘ及びｆｙを有するので、周波数がそれ
らｆｘ及びｆｙに達したとき蓋体２２又は駆動コイル１
０４が共振して振動レベルが著しく増大する。

【００３５】尚、振動部２は、式（４）、式（５）、及
び式（６）に従って、２つの共振周波数ｆｘとｆｙとが
適度に近隣する様に設計するのが好ましい。この様にす
れば、図４に示す様に、共振周波数ｆｙにおける最初の
共振を経た後も、共振周波数ｆｘにおける次の共振まで
は、振動レベルが所定の値を下回ることを回避出来る。

【００３６】一方、図４に示す様に、共振周波数ｆｘを
若干越える周波数ｆmax以上の高周波領域では、振動部
２の振動レベルが所定の値以下となる。従って、当該加
振機１で試験可能な最大周波数をｆmaxに予め設定して
おくとよい。

【００３７】以上説明した様に、本実施の形態における
加振機１によれば、２つの共振周波数を有するので、周
波数が上昇する過程で振動部２は、最初の共振が終了し
た後に、再び共振をむかえる。これにより、最初の共振
が終了した直後に振動部２の振動レベルが所定の値を下
回るのを回避出来る。従って、加振機２で試験可能な最
大周波数を実質的に引上げることが出来る。即ち、振動
部２を上記の様に構成するだけで、加振機１の最大周波
数を容易に引上げることが出来る。

【００３８】また、蓋体２２は、平面視において半径方
向周端部の一部のみがテーブルインサート２３…にて座
体２１に固着されるが、この周端部が座体２１に均等に
支持されているので、振動時においても蓋体２２の撓み
に起因して蓋体２２と座体２１との固着部分に生じる応
力集中を低減出来ると共に、振動部２の剛性を確保出来
る。また、蓋体２２が座体２１に均等に支持されるの
で、振動部２の安定性を確保出来る。

【００３９】更に、蓋体２２が座体２１の凹部２１ａを
塞ぐように取り付けられており、蓋体２２と座体２１と
の間には中空部分が形成されるので、その分だけ振動部
２全体としての質量を軽量化出来る。従って、剛性及び
安定性を確保しつつ、共振周波数を引上げることが出来
る。

【００４０】更に、本実施の形態における加振機１は、
図５に示すような周知の一般的な加振機の振動部に相当
する部分のみを設計変更するだけで構成出来る。従っ
て、当該加振機１は比較的容易に実現出来る。

【００４１】尚、本実施の形態における記述内容は、本
発明を適用した加振機の好適な一例であり、本発明はこ
れに限定されるものではない。

【００４２】例えば、振動部２は共振周波数を２つ有す
る構成としたが、振動部２に複数の蓋体２２を同時に備
えることで、２つ以上の共振周波数を有する加振機を構
成することも出来る。

【００４３】また、振動部２は、質量やバネ定数が異な
る複数の蓋体２２を、座体２１に適宜取替え得る様に構
成してもよい。その様にすれば、様々な条件の振動試験
を容易に実施出来る。一方、振動部２の蓋体２２と座体
２１とを一体的に形成してもよい。この場合は、振動部
２の構成を簡素化出来る。

【００４４】更に、加振機１は、振動部２の中空部分の
気圧を調節する機構を備る様にしてもよい。その場合は
蓋体２２のバネ定数ｋ１を可変に出来る。更に、中空部
分に弾性体などを充填してもよい。

【００４５】更に、振動部２の加振方法は特に限定され
ない。例えば、励磁コイル１０２，１０２を永久磁石で
代用してもよい。また、ポンプ等の周知の圧力調節手段
を採用し、気圧や油圧により振動部２を加振する様にし
てもよい。

【００４６】その他、ボルト３２やテーブルインサート
２３の数量といった加振機１の細部構成、及び動作に関
しても、本発明の趣旨を逸脱することのない範囲で適宜
に変更可能であることは勿論である。

【００４７】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、振動部を
加振する過程で最初の共振が終了した後に再び共振をむ
かえる為、最初の共振が終了した後の振動部の振動レベ
ルの低下を阻止出来るので、最大周波数を容易に引上げ
ることが出来る。

【００４８】請求項２記載の発明によれば、振動部を加
振する過程で、第２の共振周波数における最初の共振が
終了した後に再び第１の共振周波数における共振をむか
えることとなり、最初の共振が終了した後に振動部の振
動レベルが低下するのを阻止出来るので、最大周波数を
確実かつ容易に引上げることが出来る。

【００４９】請求項３記載の発明によれば、蓋体が座体
に均等に支持されるので、加振手段による振動時におい
ても蓋体の撓みに起因して蓋体と座体との固着部分に生
じる応力集中を低減出来ると共に、振動部の剛性を確保
出来る。また、振動部の安定性も確保出来る。

【００５０】請求項４記載の発明によれば、請求項２又
は３記載の発明による効果に加え、蓋体と座体との間に
は中空部分が形成されるので、その分だけ振動部全体と
しての質量を軽量化出来る。従って、剛性及び安定性を
確保したまま、共振周波数を引上げることが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態による加振機を示す縦断面概略図。

【図２】実施の形態による加振機の平面概略図。

【図３】被試験体の加振機への取付態様を示す図。

【図４】実施の形態による加振機の周波数特性を示す
図。

【図５】従来技術に係る加振機の縦断概略図。

【図６】従来技術に係る加振機の周波数特性を示す図。

【符号の説明】

１ 加振機 ２ 振動部 ２１ 座体 ２１ａ 凹部 ２２ 蓋体 ２３ テーブルインサート ２３ａ 螺子溝 ３０ 被試験体 ３１ 治具 ３２ ボルト １００ 加振機 １０１ 加振部本体 １０２ 励磁コイル １０３ コイル枠 １０４ 駆動コイル １０５ 振動部 １０６ 支持バネ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】振動部と、該振動部を加振する加振手段
   と、を備える加振機において、 前記振動部は、少なくとも３つの部材により構成され、 前記加振手段により前記振動部を加振させた場合に、当
   該各部材に起因して少なくとも２つの共振周波数を有す
   る様に、当該各部材同士が結合されていることを特徴と
   する加振機。
2. 【請求項２】コイル及び該コイルを装着する為のコイル
   枠を備えた振動部と、該振動部を加振する加振手段と、
   を具備する加振機において、 前記振動部は、 前記コイル枠に取り付けられる座体と、 前記座体に一部のみを拘束され、前記加振手段による加
   振時には、前記座体に拘束されない部分が自重により撓
   み得る少なくとも一つの蓋体と、を備え、 前記加振手段により前記振動部を加振させた場合に、 前記蓋体における、前記座体に拘束されない部分の質量
   と、当該蓋体の撓みに起因するバネ定数と、により決ま
   る第１の共振周波数、及び前記蓋体、前記座体、前記コ
   イル枠、及び前記コイルの等価質量と、前記コイルと前
   記コイル枠との間のバネ定数と、により決まる第２の共
   振周波数、の少なくとも２つの共振周波数を有すること
   を特徴とする加振機。
3. 【請求項３】前記蓋体は、平面円形を成す板状のもので
   あって、平面視において半径方向周端部が前記座体に均
   等に支持され、且つ半径方向周端部の一部のみが前記座
   体に固着されるものであることを特徴とする請求項２記
   載の加振機。
4. 【請求項４】前記座体は、凹部を有し、前記蓋体は当該
   凹部を閉塞する様に取り付けられていることを特徴とす
   る請求項２又は３記載の加振機。