JP2002310846A

JP2002310846A - 振動発生機における転倒モーメント測定方法

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Publication number: JP2002310846A
Application number: JP2001121470A
Authority: JP
Inventors: Masaru Matsushiro; 賢松代; Takahisa Shibata; 孝久柴田
Original assignee: Akashi Corp
Current assignee: Akashi Corp
Priority date: 2001-04-19
Filing date: 2001-04-19
Publication date: 2002-10-23
Anticipated expiration: 2021-04-19
Also published as: JP4571333B2

Abstract

(57)【要約】【課題】より精確な転倒モーメントの測定を可能とす
る、振動発生機における転倒モーメント測定方法を提供
することである。【解決手段】振動発生時、供試体１１５により振動発
生機１００に作用する転倒モーメントを測定する振動発
生機における転倒モーメント測定方法であって、振動台
１０５に取り付けられた供試体の側面で、且つ当該供試
体の重心位置に対して水平となる部位に、加速度を算出
可能な測定手段１１３…を１つ以上設けるステップと、
前記測定手段による測定結果に基づいて、振動発生機の
加振方向と直交する方向における加速度を算出するステ
ップと、算出された加速度と、供試体の質量と、振動発
生機の中心から前記測定手段までの高さと、に基づい
て、前記供試体の共振による転倒モーメントを求めるス
テップと、からなる各ステップを含んでいる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、供試体に振動を与
えることにより、供試体の耐震性や耐久性を評価する振
動発生機において、供試体により振動発生時に振動発生
機に作用する転倒モーメントを求めるための、振動発生
機における転倒モーメント測定方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、電気・電子分野などの比較的小型
な部品等から航空・宇宙分野などの比較的大型の製品等
について、様々な振動条件の下で振動試験を行わせるこ
とにより、部品や製品の耐震性や耐久性を調査、及び評
価する装置として、振動試験機が知られている。

【０００３】振動発生機は、このような振動試験機の一
部を構成する振動発生手段であるが、振動発生機として
は、例えば図１に示すような動電式振動発生機が挙げら
れる。

【０００４】図１に示す動電式振動発生機１００は、外
側磁極１０１、内側磁極１０２、励磁コイル１０３、可
動コイル１０４、振動台１０５、空気ばね１０６、ベア
リング１０７、ボルト１０８…、電源部１０９等により
構成されている。

【０００５】励磁コイル１０３は、電源部１０９から入
力される直流電流により励磁されて直流磁界を生成し、
磁性体である外側磁極１０１、内側磁極１０２との間の
ギャップＧには、可動コイル１０４を横切る直流磁界が
形成される。可動コイル１０４には図示しない駆動回路
によって生成される交流電流が供給されており、可動コ
イル１０４は前記ギャップＧに形成された直流磁界中を
前記交流電流の周波数に基づく振動数で振動する。この
可動コイル１０４は内側磁極１０２内に設置された空気
ばね１０６によって支持される振動台１０５に固定され
ており、可動コイル１０４が振動することによって、振
動台１０５はベアリング１０７に案内されて垂直方向に
振動する。そして、ボルト１０８…によって振動台１０
５に供試体１１５を取付けて振動台１０５を振動させる
と、振動台１０５の振動に伴って供試体１１５が振動
し、この時の振動特性を加速度計などにより測定出来る
ようになっている。

【０００６】ところで、実際に振動試験を行う場合、供
試体１１５には、供試体１１５の共振による転倒モーメ
ント、或いは供試体１１５の偏心による転倒モーメント
が発生することが考えられるが、この値が振動台１０５
を支持するベアリング１０７等の支持機構の許容モーメ
ントを越えると、振動発生機１００の支持機構が損傷す
ることになる。従って、振動発生機１００を利用する前
には、事前に計算で供試体の重心等を求めて転倒モーメ
ントの予測を行い、予測した転倒モーメント内で試験を
行うことにより、振動発生機１００の安全性を確保して
いた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、供試体
の共振による転倒モーメントの影響は計算では測り難
く、実際に加振した場合に発生する転倒モーメントを正
確に把握することは難しいという問題があった。又、上
述のように計算で転倒モーメントを予測したとしても、
用心のためには結局、振動発生機の機械の安全性を考慮
したうえで振動試験を行わなければならず、希望通りの
大きな振動を発生させる振動試験を行うことは難しかっ
た。本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、
より精確な転倒モーメントの測定を可能とする、振動発
生機における転倒モーメント測定方法を提供することを
目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１記載の発明は、例えば図１〜４に示すよう
に、振動発生時、供試体１１５により振動発生機１００
に作用する転倒モーメントを測定する振動発生機におけ
る転倒モーメント測定方法であって、振動台１０５に取
り付けられた供試体の側面で、且つ当該供試体の重心位
置に対して水平となる部位に、加速度を算出可能な測定
手段（加速度センサ１１３…）を１つ以上設けるステッ
プと、前記測定手段による測定結果に基づいて、振動発
生機の加振方向と直交する方向における加速度を算出す
るステップと、算出された加速度と、供試体の質量と、
振動発生機の中心から前記測定手段までの高さと、に基
づいて、前記供試体の共振による転倒モーメントを求め
るステップと、からなる各ステップを含むことを特徴と
している。

【０００９】請求項１記載の発明によれば、振動台に取
り付けられた供試体の側面で、且つ当該供試体の重心位
置に対して水平となる部位に、加速度を算出可能な測定
手段が１つ以上設けられ、測定手段による測定結果に基
づいて、振動発生機の加振方向と直交する方向における
加速度が算出され、算出された加速度と、供試体の質量
と、振動発生機の中心から測定手段までの高さと、に基
づいて、供試体の共振による転倒モーメントが求められ
るので、実際に加振した場合に発生する、供試体の共振
による転倒モーメントをより精確に把握できる。従っ
て、振動発生機の支持機構の損傷に対する安全性を確保
しつつ、より許容モーメント限界に近いところでの振動
試験を行うことが出来る。

【００１０】請求項２記載の発明は、請求項１記載の振
動発生機における転倒モーメント測定方法において、前
記振動台の四方に設置されたロードセル１１４ａ、１１
４ｂ、１１４ｃ、１１４ｄ上に供試体を取付けるステッ
プと、前記ロードセルによって、振動発生機の振動によ
り前記供試体に作用する力を測定するステップと、各ロ
ードセルの対向する一組の力の差分を夫々求めるステッ
プと、求められた差分力と、振動発生機の中心から前記
供試体の重心までの水平方向の距離と、に基づいて前記
供試体の偏心による転倒モーメントを求めるステップ
と、からなる各ステップを含むことを特徴としている。

【００１１】請求項２記載の発明によれば、請求項１記
載の発明と同様の効果が得られるのは無論のこと、特に
振動台の四方に設置されたロードセル上に供試体が取付
けられ、ロードセルによって、振動発生機の振動により
供試体に作用する力が測定され、各ロードセルの対向す
る一組の力の差分が夫々求められ、求められた差分力
と、振動発生機の中心から供試体の重心までの水平方向
の距離と、に基づいて供試体の偏心による転倒モーメン
トが求められるので、実際に加振した場合に発生する、
供試体の偏心による転倒モーメントをより精確に把握で
きる。従って、供試体の共振による転倒モーメントに加
え、供試体の偏心による転倒モーメントも加味されるこ
ととなるので、振動発生機の支持機構を損傷する恐れが
ないうえ、より支持機構の許容モーメントぎりぎりでの
振動試験を行うことができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照しながら詳細に説明する。尚、以下の説明におい
て言及する振動発生機は、上述の振動発生機１００と同
様の構成であるので、同一部については同一符号を付
し、その説明を省略する。図１は本発明にかかる動電式
振動発生機１００の要部構成を模式的に示す図であり、
図２、及び図３は、供試体に発生する転倒モーメントの
測定方法を説明するための図であり、図４は図３におけ
るロードセル１１４ａ〜１１４ｄの配置例を示す図であ
る。

【００１３】始めに、本発明にかかる振動発生機１００
の構造について説明する。図１に示す振動発生機１００
は、上述の外側磁極１０１、内側磁極１０２、励磁コイ
ル１０３、可動コイル１０４、振動台１０５、空気ばね
１０６、ベアリング１０７、ボルト１０８…、電源部１
０９に加え、操作部１１０、表示部１１１、演算部１１
２等を備える。

【００１４】操作部１１０は、例えば、キーボードから
なり、供試体１１５の質量、寸法、重心値、偏心量等の
数値データや振動試験に関するコマンドを入力、或いは
選択するためのものであって、これらの入力、或いは選
択した情報は後述する表示部１１１に表示される。

【００１５】表示部１１１は、例えば、ＣＲＴ（Cathod
e Ray Tube）表示装置からなり、入力された数値データ
やコマンド、或いは算出された数値データ等を画面に表
示する。演算部１１２は、後述する加速度センサ１１３
…、及びロードセル１１４…からの信号を受信し、供試
体１１５の転倒モーメント測定に関する所定の演算プロ
グラムに基づいて、転倒モーメント算出のための演算を
実行するものであり、算出された結果は表示部１１１に
表示される。

【００１６】ここで、演算部１１２により算出する転倒
モーメントについて説明する。振動発生機１００に供試
体１１５を取り付け、実際に振動試験を行う場合、供試
体１１５が振動発生機１００の振動と共振したり、又、
供試体１１５に偏心があることが考えられる。これらに
起因して振動発生機１００には、供試体１１５の共振に
よる転倒モーメント、及び供試体１１５の偏心による転
倒モーメントが発生する。

【００１７】まず、図２を用いて、供試体１１５の共振
により発生する転倒モーメントの測定方法について説明
する。供試体１１５の側面四方に重心と水平な高さにお
いて、加速度センサ１１３、１１３、１１３、１１３を
４つ取り付ける。ここで、加速度センサ１１３…は２つ
１組となって対向する位置に夫々配置され、更に、この
２組の加速度センサ１１３…は互いに直交する２軸上に
配置される。これは、均等配置により測定方向の偏りを
防止するためである。次いで、振動発生機１００を振動
させ、加振方向と直交する方向における供試体１１５の
加速度を、加速度センサ１１３…により加速度信号とし
て測定する。次いで、演算部１１２は、測定された加速
度信号を入力し、次式の演算を行うように作成されたプ
ログラムにより、供試体１１５の共振による転倒モーメ
ントを算出する。Ｍ1＝ｍａＬ …（１）ここで、Ｍ1：共振によるモーメント（Ｎｍ）、ｍ：供
試体１１５の質量（Ｋｇ）、ａ：供試体１１５の加速度
（ｍ/ｓ²）、Ｌ：振動発生機１００の中心から加速度セ
ンサ１１３…までの高さ（ｍ）を示す。

【００１８】ｍ、Ｌは事前の計算、及び測定により既知
の値なので、振動発生機１００の加振方向と直行する方
向における供試体１１５の加速度を、加速度センサ１１
３…により測定することで、供試体１１５の共振による
転倒モーメントが分る。

【００１９】次に、上述の方法に基づく、供試体１１５
の共振により発生する転倒モーメントの測定動作につい
て説明する。まず、振動台１０５のボルト１０８…上に
治具（図示省略）により供試体１１５が設置される。次
いで、供試体１１５に前述の位置で加速度センサ１１３
…を取付け、振動発生機１００の電源部１０９をオンと
して電源投入後、操作部１１０より、事前に測定してお
いた供試体１１５の質量、及び振動発生機１００の中心
から加速度センサ１１３…までの高さを入力し、振動試
験を開始する。

【００２０】供試体１１５が共振を起こして、加振方向
と直交する方向に振動する場合、供試体１１５に取り付
けられた加速度センサ１１３…は、夫々の方向における
供試体１１５の加速度を測定し、これを加速度信号とし
て演算部１１２へ送信する。

【００２１】演算部１１２は、送信された加速度信号を
増幅してＡ／Ｄ変換した後、前述の演算プログラムによ
り、供試体１１５の共振により発生する転倒モーメント
を算出し、算出した数値を表示部１１１に表示して、供
試体１１５の共振により発生する転倒モーメント測定動
作を終了する。なお、演算部１１２は、共振による転倒
モーメントが予め設定された許容モーメントに達するま
で、振動発生機１００の周波数を徐々に上げて、最大周
波数を求めるようにしてもよい。

【００２２】次に、図３を用いて、供試体１１５の偏心
により発生する転倒モーメントの測定方法について説明
する。振動発生機１００の振動台１０５には、四方にボ
ルト１０８、１０８、１０８、１０８が設けられ、各ボ
ルト１０８…には更に、ロードセル１１４ａ、１１４
ｂ、１１４ｃ、１１４ｄが取り付けられる。ここで、ロ
ードセルとは、弾性体の変形を電気抵抗の変化に変換し
たり、透磁率の変化として検出することにより、弾性体
にかかる荷重を検出する周知の荷重検出器である。

【００２３】図４に示すように、ロードセル１１４…は
対向するロードセル１１４ａとロードセル１１４ｃ、及
びロードセル１１４ｂとロードセル１１４ｄを夫々一組
として、演算部１１２へ夫々電圧信号を送信する構成と
なっており、ロードセル１１４…の上部には供試体１１
５が固定される。

【００２４】振動試験時、ロードセル１１４…には振動
発生機１００の加振によって同相の力が発生するが、供
試体１１５に偏心がある場合は、更に偏心に起因する力
が夫々のロードセル１１４…に加わることとなる。従っ
て、ロードセル１１４…に発生するこれらの力を電圧信
号として検出して、ロードセル１１４ａとロードセル１
１４ｃ、及びロードセル１１４ｂとロードセル１１４ｄ
の電圧信号を一組として演算部１１２へ送信し、演算部
１１２が対となるロードセル１１４…の電圧信号の差分
を求めることにより、供試体１１５の偏心により発生す
る力が求まる。

【００２５】ここで、演算部１１２は次式の演算を行う
ように作成されたプログラムにより、供試体１１５の偏
心による転倒モーメントを算出する。Ｍ2＝ＦＬ …（２）ここで、Ｍ2＝偏心によるモーメント（Ｎｍ）、Ｆ：供
試体１１５の偏心により発生する力（Ｎ）、Ｌ：偏心量
（ｍ）を示す。

【００２６】Ｌは事前の計算、及び測定により既知の値
なので、供試体１１５の偏心によって発生する力を、ロ
ードセル１１４…、及び演算部１１２により算出するこ
とで、供試体１１５の偏心による転倒モーメントが分
る。

【００２７】次に、上述の方法に基づく、供試体１１５
の偏心により発生する転倒モーメントの測定動作につい
て説明する。まず、振動台１０５の四方のボルト１０８
…上に、前述したようにロードセル１１４…を取り付
け、更にこの上に治具（図示省略）により供試体１１５
が設置される。次いで、振動発生機１００の電源部１０
９をオンとして電源投入後、操作部１１０により、事前
に計算しておいた供試体１１５の偏心量を入力し、振動
試験を開始する。

【００２８】供試体１１５が偏心している場合、ロード
セル１１４…は振動発生機１００の加振により発生する
力に加えて、供試体１１５の偏心により発生する力を測
定し、ロードセル１１４ａとロードセル１１４ｃ、及び
ロードセル１１４ｂとロードセル１１４ｄからの電圧信
号を夫々一組として演算部１１２に送信する。演算部１
１２は送信された各組の電圧信号の差分を求め、これに
より偏心により発生する力を算出する。

【００２９】次に、演算部１１２は、前述の演算プログ
ラムにより、供試体１１５の偏心により発生する転倒モ
ーメントを算出し、算出した数値を表示部１１１に表示
して、供試体１１５の偏心により発生する転倒モーメン
ト測定動作を終了する。なお、演算部１１２は、偏心に
よる転倒モーメントが予め設定された許容モーメントに
達するまで、振動発生機１００の周波数を徐々に上げ
て、最大周波数を求めるようにしてもよい。

【００３０】以上のように、供試体１１５の共振による
転倒モーメント、及び供試体１１５の偏心による転倒モ
ーメントを組み合わせて測定することにより、供試体１
１５の転倒モーメントが明らかになり、従って、ベアリ
ング１０７等の支持機構の許容モーメント内で且つ、供
試体１１５の転倒モーメントに達しない範囲を振動発生
機１００における許容モーメントとし、この許容モーメ
ント内で振動発生機１００を使用することにより、ベア
リング１０７等の支持機構を損傷することが無く、且つ
より許容モーメント上限ぎりぎりでの振動試験を行うこ
とができる。尚、上記振動試験を行う際の振動発生機１
００には、安全対策としてインターロックを設けること
が望ましい。

【００３１】尚、上記実施の形態においては、本発明に
かかる振動発生機における転倒モーメント測定方法の一
実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形
態に限定されるものではなく、種々の変更が可能である
事は言うまでもない。例えば、振動発生機１００は動電
式振動発生機であるとしたが、これに限らず機械式振動
発生機、電気油圧式振動発生機等でもよい。又、共振に
よる転倒モーメントと偏心による転倒モーメントを同時
に測定しても良いし、別々に測定してもよい。

【００３２】更に、加速度センサ１１３…は４つ取り付
ける構成としたが、これに限定されるものでなく、数は
多いほど良い。又、加速度値を求めるものであれば、加
速度センサ１１３…の代わりに速度計などを用いること
も可能である。

【００３３】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、振動台に
取り付けられた供試体の側面で、且つ当該供試体の重心
位置に対して水平となる部位に、加速度を算出可能な測
定手段が１つ以上設けられ、測定手段による測定結果に
基づいて、振動発生機の加振方向と直交する方向におけ
る加速度が算出され、算出された加速度と、供試体の質
量と、振動発生機の中心から測定手段までの高さと、に
基づいて、供試体の共振による転倒モーメントが求めら
れるので、実際に加振した場合に発生する、供試体の共
振による転倒モーメントをより精確に把握できる。従っ
て、振動発生機の支持機構の損傷に対する安全性を確保
しつつ、より許容モーメント限界に近いところでの振動
試験を行うことが出来る。

【００３４】請求項２記載の発明によれば、請求項１記
載の発明と同様の効果が得られるのは無論のこと、特に
振動台の四方に設置されたロードセル上に供試体が取付
けられ、ロードセルによって、振動発生機の振動により
供試体に作用する力が測定され、各ロードセルの対向す
る一組の力の差分が夫々求められ、求められた差分力
と、振動発生機の中心から供試体の重心までの水平方向
の距離と、に基づいて供試体の偏心による転倒モーメン
トが求められるので、実際に加振した場合に発生する、
供試体の偏心による転倒モーメントをより精確に把握で
きる。従って、供試体の共振による転倒モーメントに加
え、供試体の偏心による転倒モーメントも加味されるこ
ととなるので、振動発生機の支持機構を損傷する恐れが
ないうえ、より支持機構の許容モーメントぎりぎりでの
振動試験を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる動電式振動発生機１００の要部
構成を模式的に示す図である。

【図２】供試体の共振により発生する転倒モーメントの
測定方法を説明するための図である。

【図３】供試体の偏心により発生する転倒モーメントの
測定方法を説明するための図である。

【図４】図３におけるロードセル１１４ａ〜１１４ｄの
配置例を示す図である。

【符号の説明】

１００振動発生機１０５振動台１１３加速度センサ１１４ａロードセル１１４ｂロードセル１１４ｃロードセル１１４ｄロードセル１１５供試体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 5D107 BB09 CC08 CD03 DD12 5H633 BB09 BB10 GG03 GG06 GG09 GG17 JA02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】振動発生時、供試体により振動発生機に
作用する転倒モーメントを測定する振動発生機における
転倒モーメント測定方法であって、振動台に取り付けられた供試体の側面で、且つ当該供試
体の重心位置に対して水平となる部位に、加速度を算出
可能な測定手段を１つ以上設けるステップと、前記測定手段による測定結果に基づいて、振動発生機の
加振方向と直交する方向における加速度を算出するステ
ップと、算出された加速度と、供試体の質量と、振動発生機の中
心から前記測定手段までの高さと、に基づいて、前記供
試体の共振による転倒モーメントを求めるステップと、からなる各ステップを含むことを特徴とする振動発生機
における転倒モーメント測定方法。
【請求項２】請求項１記載の振動発生機における転倒
モーメント測定方法において、前記振動台の四方に設置されたロードセル上に供試体を
取付けるステップと、前記ロードセルによって、振動発生機の振動により前記
供試体に作用する力を測定するステップと、各ロードセルの対向する一組の力の差分を夫々求めるス
テップと、求められた差分力と、振動発生機の中心から前記供試体
の重心までの水平方向の距離と、に基づいて前記供試体
の偏心による転倒モーメントを求めるステップと、からなる各ステップを含むことを特徴とする振動発生機
における転倒モーメント測定方法。