JP2005121578A - 釣合い試験機 - Google Patents

Abstract

【課題】試験体の各次数の振動モードに関する知識や経験が浅い者でも、各次数の振動モードの不釣合いの修正を容易に行うことができて、釣合い試験を容易に行う。
【解決手段】試験体（Ｓ）を回転させたときの試験体（Ｓ）の釣合い状態を試験する釣合い試験機（１００）に、試験体（Ｓ）を回転させる駆動手段（１）と、試験体（Ｓ）を支持する支持部（２）と、支持部（２）を所定方向に慣性加振する支持部加振装置（３）と、試験体（Ｓ）を一次振動モードにおける共振周波数よりも低い回転周波数で回転させるように駆動手段（例えば、モータ１）を制御する回転制御手段（例えば、回転制御部６）と、回転制御手段（６）により回転する試験体（Ｓ）に対して任意の次数の振動モードにおける共振周波数と略等しい周波数で慣性加振するように支持部加振装置（３）を制御する加振周波数制御手段（８）と、を備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、釣合い試験機に関する。

従来、プロペラシャフト、マイクロモータ、高速スピンドルのような回転する部品の高速回転時の釣合い状態を測定するものとして釣合い試験機が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
釣合い試験機による釣合い試験は、試験体の両端部を支持台で支持し、試験体を各次数の振動モードで回転させ、各次数の振動モードにおける共振周波数での不釣合いを修正するものである。
特開２００１−９１３９４号公報

しかしながら、上記のような釣合い試験においては、試験体の構造や形状に基づいた振動モード毎の共振周波数を熟知し、これを考慮した上で不釣合いの修正を行うことが必要となるため、知識や経験の浅い者が釣合い試験を行うことは困難であった。また、各次数の振動モードでの不釣合いを順次修正していく必要があるため、釣合い試験に手間と時間がかかっていた。

そこで、本発明の課題は、試験体の各次数の振動モードに関する知識や経験が浅い者でも、各次数の振動モードの不釣合いの修正を容易に行うことができて、釣合い試験を容易に行うことができる釣合い試験機及び釣合い試験方法を提供することである。

以上の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、例えば、図１から図４に示すように、試験体（Ｓ）を支持する支持部（２）と、前記支持部に支持された前記試験体を回転させる駆動手段（例えば、モータ１）と、を備え、前記試験体を回転させたときの前記試験体の釣合い状態を試験する釣合い試験機（１００）であって、前記支持部を所定方向に慣性加振する支持部加振装置（３）と、前記試験体を一次振動モードにおける共振周波数よりも低い回転周波数で回転させるように前記駆動手段を制御する回転制御手段（例えば、回転制御部６）と、前記回転制御手段により回転する前記試験体に対して任意の次数の振動モードにおける共振周波数と略等しい周波数で慣性加振するように前記支持部加振装置を制御する加振周波数制御手段（例えば、加振周波数制御部８）と、を備えることを特徴とする。
ここで、所定方向とは、試験体の回転軸方向及び釣合いの計測方向に対して直交する方向をいう。また、慣性加振とは、試験体が加振されてはいるが、見かけ上、振動していない状態をいう。

請求項２に記載の発明は、例えば、図１から図４に示すように、試験体（Ｓ）を支持する支持部（２）と、前記支持部に支持された前記試験体を回転させる駆動手段（例えば、モータ１）と、を備え、前記試験体を回転させたときの前記試験体の釣合い状態を試験する釣合い試験機（１００）であって、前記支持部を所定方向に慣性加振する支持部加振装置（３）と、前記試験体を所定の次数の振動モードにおける回転周波数で回転させるように前記駆動手段（例えば、モータ１）を制御する回転制御手段（例えば、回転制御部６）と、前記回転制御手段により回転する前記試験体に対して前記所定の次数の振動モードよりも高い次数の振動モードにおける共振周波数と略等しい周波数で慣性加振するように前記支持部加振装置を制御する加振周波数制御手段（例えば、加振周波数制御部８）と、を備えることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、例えば、図１、図２に示すように、請求項１又は２に記載の釣合い試験機において、前記支持部加振装置は、直流磁界を形成する直流磁界形成部（３３）と、前記支持部の下端側に設けられるとともに、前記直流磁界形成部内に配置され、交流電流を通電することにより交流磁界を形成して前記所定方向に駆動する可動コイル（３４）と、を備えることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、例えば、図１、図２に示すように、請求項１又は２に記載の釣合い試験機において、前記支持部加振装置は、前記支持部の下端側に設けられ、通電により前記所定方向に変位する圧電素子（１１）を備えることを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明によれば、支持部が試験体を支持し、回転制御手段により制御される駆動手段が試験体を一次の振動モードにおける共振周波数よりも低い回転周波数で回転させる。また、加振周波数制御手段により制御される支持部加振装置が、試験体の任意の次数の振動モードにおける共振周波数と略等しい周波数で試験体を慣性加振する。

これにより、試験体の回転周波数を一次振動モードに維持した状態で、試験体の回転周波数以上で発生する任意の振動モードで試験体を共振させることができる。即ち、試験体の高次の振動モードにおける不釣合いの修正を行うには、通常、試験体をその振動モードに対応する回転周波数で回転させる必要があるが、本発明においてはその必要がない。代わりに、高次の振動モードで発生する振動を試験体に強制的に加振することで、通常の釣合い試験と同じ状態を試験体に発現させることができる。

よって、釣合い試験を行う者は、事前に各次数の振動モードの共振周波数を測定しておくだけでよく、釣合い試験毎に試験体の構造や形状に基づいた各次数の振動モードを考慮して、試験体の回転周波数を調整する必要がなくなる。従って、試験体の各次数の振動モードに関する知識や経験が浅い者でも、各次数の振動モードの不釣合いの修正を容易に行うことができて、釣合い試験を容易に行うことができる。

請求項２に記載の発明によれば、支持部が試験体を支持し、回転制御手段により制御される駆動手段が試験体を所定の次数の振動モードにおける回転周波数で回転させる。また、加振周波数制御手段により制御される支持部加振装置が、所定の次数の振動モードよりも高い次数の振動モードにおける共振周波数と略等しい周波数で試験体を慣性加振する。

これにより、試験体の回転周波数を所定の次数の振動モードに維持した状態で、試験体の回転周波数以上で発生する所定の次数の振動モードよりも高い次数の振動モードで試験体を共振させることができる。即ち、試験体の高次の振動モードにおける不釣合いの修正を行うには、通常、試験体をその振動モードに対応する回転周波数で回転させる必要があるが、本発明においてはその必要がない。代わりに、高次の振動モードで発生する振動を試験体に強制的に加振することで、通常の釣合い試験と同じ状態を試験体に発現させることができる。

よって、釣合い試験を行う者は、事前に各次数の振動モードの共振周波数を測定しておくだけでよく、釣合い試験毎に試験体の構造や形状に基づいた各次数の振動モードを考慮して、試験体の回転周波数を調整する必要がなくなる。従って、試験体の各次数の振動モードに関する知識や経験が浅い者でも、各次数の振動モードの不釣合いの修正を容易に行うことができて、釣合い試験を容易に行うことができる。

請求項３に記載の発明によれば、直流磁界形成部は、直流磁界を形成し、直流磁界形成部により形成された直流磁界内に配置された可動コイルは、交流電流が通電されて交流磁界を形成して所定方向に駆動する。ここで、可動コイルは支持部の下端側に設けられているため、可動コイルが所定方向に駆動すると支持部も所定方向に駆動する。

よって、試験体には支持部を介して変位を与えるのではなく、振動するために必要な力が加えられることとなるので、試験体に各次数の振動モードにおける共振を実現させることができる。

請求項４に記載の発明によれば、圧電素子に通電すると、圧電素子は、所定方向に変位する。ここで、圧電素子は支持部の下端側に設けられているため、圧電素子が所定方向に変位すると支持部も所定方向に変位する。

よって、試験体には支持部を介して変位を与えるのではなく、振動するために必要な力が加えられることとなるので、試験体に各次数の振動モードにおける共振を実現させることができる。

以下、図面を参照して、本発明に係る釣合い試験機の最良の形態について詳細に説明する。
図１から図４に示すように、釣合い試験機１００は、試験体Ｓを回転させたときの試験体Ｓの釣合い状態を試験するものであり、試験体Ｓを回転させる駆動手段としてのモータ１、試験体Ｓを支持する支持部２、支持部２を所定方向に加振する支持部加振装置３、支持部２及び支持部加振装置３が設置される架台４、モータ１の電源となる駆動電源５に接続され、試験体Ｓを一次振動モードにおける共振周波数よりも低い回転周波数で回転させるようにモータ１を制御する回転制御手段としての回転制御部６、支持部加振装置３の電源となる加振電源７に接続され、試験体Ｓの任意の次数の振動モードにおける共振周波数と略等しい周波数で慣性加振するように支持部加振装置３を制御する加振周波数制御手段としての加振周波数制御部８等を備えている。

支持部２は、図１に示すように、ローラ軸受から構成され、略Ｔ字状のローラ支持体２１の上端部に試験体Ｓを載置するローラ２２がローラ支持体２１の幅方向に二つ並んで設けられている。試験体Ｓは、二つのローラ２２の外周に当接するように載置され、試験体Ｓを回転させたときに支持部２に作用する回転力をローラ２２が回転することによって吸収することができるようになっている。

支持部加振装置３は、図２に示すように、支持部２のローラ支持体２１の下端側に設けられ、一方の磁極に磁化される内側磁極３１、他方の磁極に磁化される外側磁極３２、直流磁界を形成する直流磁界形成部としての励磁コイル３３、励磁コイル３３が形成する直流磁界中に配置された可動コイル３４、ローラ支持体２１を支持する空気バネ３５等を備えている。

内側磁極３１は、空気バネ３５を介してローラ支持体２１を支持するものであり、励磁コイル３３によって外側磁極３２と異なる磁極に磁化される磁性体である。
外側磁極３２は、内側磁極３１の外側に設けられ、励磁コイル３３によって磁化される磁性体である。

励磁コイル３３は、外側磁極３２の内側に外周を囲まれるように格納され、外側磁極３２の壁面に円周に沿って形成された突部３２ａを挟んで上下方向に二層に設けられている。この励磁コイル３３は、図４に示す加振電源７に接続され、この加振電源７から直流電流が通電されることにより、磁性体である外側磁極３２の突部３２ａと内側磁極３１との間のギャップＧには、可動コイル３４を横切る直流磁界が形成される。

可動コイル３４は、加振電源７に接続され、この加振電源７から交流電流が通電されると、可動コイル３４は、ギャップＧに形成された直流磁界中を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３４は、内側磁極３１の上面に取り付けられた空気ばね３５によって支持される支持部２のローラ支持体２１の下端部に固定されており、可動コイル３４が振動することによってローラ支持体２１が振動する。

架台４は、図１に示すように、上面に開口する凹部４ａが形成され、この凹部４ａの底部に支持部加振装置３が設けられている。また、支持部加振装置３が固定されたローラ支持体２１の一部が凹部４ａに挿入された状態となっている。更に、凹部４ａの幅はローラ支持体２１の幅よりも若干広く形成されており、ローラ支持体２１は、凹部４ａ内を上下方向に振動することはできるが、幅方向には殆ど振動することができない構造となっており、試験体Ｓに対していわゆる慣性加振することができるようになっている。
架台４の下面には、試験体Ｓの不釣合いに伴って振動する板ばね材４１が設けられ、当該板ばね材４１の振動特性を検出器４２で検出し、この検出した結果に基づいて試験体Ｓの不釣合いの修正を行う。

回転制御部６は、図３に示すように、モータ１の電源となる駆動電源５に接続され、試験体Ｓを一次の振動モードにおける回転周波数で回転させるようにモータ１を制御する。
具体的に、回転制御部６は、駆動電源５に制御信号を送信して駆動電源５からモータ１に通電される電流を制御し、モータ１の回転周波数を制御するＣＰＵ６１、ＣＰＵ６１のワークエリアを形成するＲＡＭ６２、モータ１の回転周波数を制御する回転制御プログラム等が格納されたＲＯＭ６３を備えている。

加振周波数制御部８は、図４に示すように、試験体Ｓの任意の次数の振動モードにおける共振周波数と略等しい周波数の振動を試験体Ｓに加振するように支持部加振装置３を制御する。
具体的に、加振周波数制御部８は、加振電源７に制御信号を送信して加振電源７から支持部加振装置３に通電される電流を制御し、ローラ支持体２１の加振周波数を制御するＣＰＵ８１、ＣＰＵ８１のワークエリアを形成するＲＡＭ８２、ローラ支持体２１の加振周波数を制御する加振周波数制御プログラム等が格納されたＲＯＭ８３を備えている。

次に、上記構成を有する釣合い試験機１００を用いて試験体Ｓの釣合い試験を行う方法について説明する。

〔一次振動モードにおける共振周波数以下での釣合い試験〕
最初に、試験体Ｓに対応する基準試験体の各次数の振動モードに対応する共振周波数を取得する。この工程においては、通常の釣合い試験と同様、基準試験体の回転周波数を徐々に高めながら、各次数の振動モードにおける共振周波数を取得する。そして、図５に示すような振動特性を得たとする。ここで、ｆ１は一次振動モードにおける共振周波数、ｆ２は二次振動モードにおける共振周波数、ｆ３は三次振動モードにおける共振周波数、ｆ４は四次振動モードにおける共振周波数、ｆ５は五次振動モードにおける共振周波数である。

次いで、試験体Ｓの両端部をローラ２２上に載置し、一端部をモータ１に連結し、回転制御部６のＣＰＵ６１が回転制御プログラムを実行することにより、駆動電源５を制御してモータ１の回転周波数を制御し、一次振動モードにおける共振周波数よりも低い回転周波数、即ち、静的な状態で試験体Ｓを回転させる。このときの回転周波数をｆａとする。そして、不釣合いが検出器４２により検出された場合には、かかる不釣合いの修正を行う。
次いで、加振周波数制御部８のＣＰＵ８１が加振周波数制御プログラムを実行することにより、加振電源７を制御して試験体Ｓに慣性加振する。そして、不釣合いが検出器４２により検出された場合には、かかる不釣合いの修正を行う。ここで、例えば、共振周波数ｆ３で試験体Ｓを慣性加振すると、試験体Ｓは回転周波数ｆａで回転しながら、三次の振動モードで共振した状態となる。この状態で、不釣合いの修正を行うと、一次振動モードにおける共振周波数ｆ１、二次振動モードにおける共振周波数ｆ２については、ｆ３よりも周波数が低いため、ｆ３に達するまでの途中の共振周波数を飛び越えて高次の振動モードでの不釣合いの修正を行うことができる。

〔所定の次数の振動モードにおける回転周波数での釣合い試験〕
最初に、試験体Ｓに対応する基準試験体の各次数の振動モードに対応する共振周波数を取得する。この工程においては、通常の釣合い試験と同様、基準試験体の回転周波数を徐々に高めながら、各次数の振動モードにおける共振周波数を取得する。そして、図５に示すような振動特性を得たとする。ここで、ｆ１は一次振動モードにおける共振周波数、ｆ２は二次振動モードにおける共振周波数、ｆ３は三次振動モードにおける共振周波数、ｆ４は四次振動モードにおける共振周波数、ｆ５は五次振動モードにおける共振周波数である。

次いで、試験体Ｓの両端部をローラ２２上に載置し、一端部をモータ１に連結し、回転制御部６のＣＰＵ６１が回転制御プログラムを実行することにより、駆動電源５を制御してモータ１の回転周波数を制御し、所定の次数（例えば、一次）の振動モードにおける回転周波数で試験体Ｓを回転させる。このときの回転周波数をｆｂとする。そして、不釣合いが検出器４２により検出された場合には、かかる不釣合いの修正を行う。
次いで、加振周波数制御部８のＣＰＵ８１が加振周波数制御プログラムを実行することにより、加振電源７を制御して試験体Ｓに慣性加振する。そして、不釣合いが検出器４２により検出された場合には、かかる不釣合いの修正を行う。ここで、例えば、共振周波数ｆ４で試験体Ｓを慣性加振すると、試験体Ｓは回転周波数ｆｂで回転しながら、四次の振動モードで共振した状態となる。この状態で、不釣合いの修正を行うと、二次振動モードにおける共振周波数ｆ２、三次振動モードにおける共振周波数ｆ３については、ｆ４よりも周波数が低いため、ｆ４に達するまでの途中の共振周波数を飛び越えて高次の振動モードでの不釣合いの修正を行うことができる。

このような方法で、試験体Ｓの釣合い試験を行うことにより、全ての振動モードにおける不釣合いの修正を行う必要がなくなるので、釣合い試験にかかる時間を短縮し、手間を省くことができる。また、試験体Ｓの回転周波数が低い状態を維持しながら釣合い試験を行うことができるため、試験体Ｓを回転させるモータ１を小型化できる。

本実施の形態の釣合い試験機１００によれば、支持部２が試験体Ｓを支持し、回転制御部６により制御されるモータ１が試験体Ｓを一次振動モードにおける共振周波数よりも低い回転周波数で回転させる。また、加振周波数制御部８により制御される支持部加振装置３が、試験体Ｓの任意の次数の振動モードにおける共振周波数と略等しい周波数で試験体Ｓを慣性加振する。

これにより、試験体Ｓの回転周波数を一次振動モードに維持した状態で、試験体Ｓの回転周波数以上で発生する任意の振動モードで試験体Ｓを共振させることができる。即ち、試験体Ｓの高次の振動モードにおける不釣合いの修正を行うには、通常、試験体Ｓをその振動モードに対応する回転周波数で回転させる必要があるが、本発明においてはその必要がない。代わりに、高次の振動モードで発生する振動を試験体Ｓに強制的に加振することで、通常の釣合い試験と同じ状態を試験体Ｓに発現させることができる。

よって、釣合い試験を行う者は、事前に各次数の振動モードの共振周波数を測定しておくだけでよく、釣合い試験毎に試験体Ｓの構造や形状に基づいた各次数の振動モードを考慮して、試験体Ｓの回転周波数を調整する必要がなくなる。従って、試験体Ｓの各次数の振動モードに関する知識や経験が浅い者でも、各次数の振動モードの不釣合いの修正を容易に行うことができて、釣合い試験を容易に行うことができる。

また、励磁コイル３３は、直流電流が通電されて直流磁界を形成し、励磁コイル３３により形成された直流磁界内に配置された可動コイル３４は、交流電流が通電されて交流磁界を形成して上下方向に駆動する。ここで、可動コイル３４はローラ支持体２１の下端側に設けられているため、可動コイル３４が上下方向に駆動するとローラ支持体２１及びローラ２２も上下方向に駆動する。

よって、試験体Ｓには支持部２を介して変位を与えるのではなく、振動するために必要な力が加えられることとなるので、試験体Ｓに各次数の振動モードにおける共振を実現させることができる。

なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、試験体Ｓの回転周波数を二次振動モードにおける回転周波数で回転させ、三次振動モードにおける共振周波数で慣性加振しても良い。また、試験体Ｓを二つのローラ２２で支持する代わりに、試験体Ｓの両端部の周囲にボールベアリングで支持し、このボールベアリングを弾性部材、例えば、バネによって支持するような構造にしても良い。更に、支持部加振装置３は、上記構造のものに限らず、励磁コイル３３が一つであっても良い。
また、図６に示すように、支持部加振装置３は、圧電素子１１に電源を接続したものでもよい。このような構成とすることにより、圧電素子１１に電圧をかけると圧電素子１１に歪みが発生し、電圧のＯＮ／ＯＦＦを繰り返すことで支持部２を加振することができる。その他、本発明は、発明の要旨を逸脱しない範囲内で自由に変更、改良が可能である。

本発明の実施の形態における釣合い試験機の斜視図である。 本発明の実施の形態における支持部加振装置の断面図である。 本発明の実施の形態における回転制御部の説明図である。 本発明の実施の形態における加振周波数制御部の説明図である。 本発明の実施の形態における釣合い試験方法の説明図である。 本発明の実施の形態の他の例における釣合い試験機の斜視図である。

符号の説明

１ モータ（駆動手段）
２ 支持部
３ 支持部加振装置
３３ 励磁コイル（直流磁界形成部）
３４ 可動コイル
６ 回転制御部（回転制御手段）
８ 加振周波数制御部（加振周波数制御手段）
１１ 圧電素子
１００ 釣合い試験機
Ｓ 試験体

Claims (4)

1. 試験体を支持する支持部と、前記支持部に支持された前記試験体を回転させる駆動手段と、を備え、前記試験体を回転させたときの前記試験体の釣合い状態を試験する釣合い試験機であって、
   前記支持部を所定方向に慣性加振する支持部加振装置と、
   前記試験体を一次振動モードにおける共振周波数よりも低い回転周波数で回転させるように前記駆動手段を制御する回転制御手段と、
   前記回転制御手段により回転する前記試験体に対して任意の次数の振動モードにおける共振周波数と略等しい周波数で慣性加振するように前記支持部加振装置を制御する加振周波数制御手段と、
   を備えることを特徴とする釣合い試験機。
2. 試験体を支持する支持部と、前記支持部に支持された前記試験体を回転させる駆動手段と、を備え、前記試験体を回転させたときの前記試験体の釣合い状態を試験する釣合い試験機であって、
   前記支持部を所定方向に慣性加振する支持部加振装置と、
   前記試験体を所定の次数の振動モードにおける回転周波数で回転させるように前記駆動手段を制御する回転制御手段と、
   前記回転制御手段により回転する前記試験体に対して前記所定の次数の振動モードよりも高い次数の振動モードにおける共振周波数と略等しい周波数で慣性加振するように前記支持部加振装置を制御する加振周波数制御手段と、
   を備えることを特徴とする釣合い試験機。
3. 前記支持部加振装置は、
   直流磁界を形成する直流磁界形成部と、
   前記支持部の下端側に設けられるとともに、前記直流磁界形成部内に配置され、交流電流を通電することにより交流磁界を形成して前記所定方向に駆動する可動コイルと、
   を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の釣合い試験機。
4. 前記支持部加振装置は、
   前記支持部の下端側に設けられ、通電により前記所定方向に変位する圧電素子を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の釣合い試験機。

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