JP2005352775A

JP2005352775A - 被試験体の保持具およびそれを備えた試験装置

Info

Publication number: JP2005352775A
Application number: JP2004172986A
Authority: JP
Inventors: Katsunori Hirose; 克則広瀬; Hiroyuki Tsunematsu; 裕之恒松; Toshiyuki Baba; 敏之馬場
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2004-06-10
Filing date: 2004-06-10
Publication date: 2005-12-22

Abstract

【課題】この発明は、特性に関する信号が出力される被試験体に所定の物理量が作用したときの少なくとも１の軸に関する該被試験体の特性について試験する試験装置に採用される保持具において、被試験体の特性の測定精度を向上できると共に試験装置を比較的単純に構成可能な保持具およびその保持具を備えた試験装置を提供することである。
【解決手段】本発明の一実施態様は、上記した保持具であって、被試験体の少なくとも１の軸に対して所定の位置関係に形成された平面と、被試験体の出力信号を電波に変換して該電波を伝送する受発信器の発信器に接続されて信号を該発信器へ伝送する接続部材とを有する保持具である。
【選択図】図１

Description

本発明は、被試験体の保持具およびそれを備えた試験装置に関し、特に被試験体に加速度を付与して被試験体の諸特性を調査する時に好適な保持具および試験装置に係わる。

本発明の背景技術について加速度センサの試験を例に説明する。
遠心式で加速度を付加して加速度センサを試験する装置として、回転体の外周部に加速度センサを取り付け、水平面で回転体を回転させて加速度センサに遠心加速度を与え、このときのその出力特性を測定したり、検定したりするものが知られている。

そのような試験装置において、付与する遠心加速度の精度の向上やノイズの低減を目的としたものとして、例えば特許文献１に示す試験装置がある。この試験装置は、回転体をブラシレスモータで回転させてモーターブラシの摺動ノイズを低減している。また、ベルトやギアボックスを介さずに回転体を直接駆動し、さらに回転体の回転支持にエアベアリングを用いることで不要な振動が回転体に伝わることを低減している。ブラシレスモータは、その回転数を測定してエンコードするエンコーダの出力信号と基準となるパルスジェネレータのパルスの位相を比較し、その位相差に応じて所定の回転数になるように速度を制御している。信号の伝送系には、ノイズの影響を受け難くするために、加速度センサの出力信号をデジタル信号に変換するために回転体に配置されたマルチプレクサとコントローラ等と、出力信号を非接触で伝送するための電気的回転継手である回転トランスとが配されている。回転するマルチプレクサやコントローラ等に外部電源から電力を供給するためにも回転トランスを用いている。

一方、加速度センサの各検出軸(Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸)方向に加速度を付与するための保持具として、例えば特許文献２に示すものがある。この保持具は六面体をなしており、その各面に対して各検出軸が所定の位置関係となるように加速度センサを固定し、加速度センサの各検出軸と付与する加速度の方向とが合致するように向きを９０°ずつ変えながら測定するものである。
特許第２９１３５２０号（段落番号００１４）特開平１０−２９１４号（段落番号０００３）

しかし、特許文献１の試験装置では、出力信号や電力を伝送する回転トランスが回転中に発熱し、装置を加熱する。その結果、例えば加速度センサに温度依存性のある場合には試験の信頼性が低下するという問題が生じる。この問題は、個々の加速度センサの温度を測定して出力データを補正するとか、温度変化を生じないように試験装置に冷却手段を組み込めば解決するが、試験装置が複雑になりコストが高くなるという問題を招く。また、この試験装置に加速度センサを配置する際には加速度センサの検出軸を付与する加速度の方向に合わせる位置合わせが必要であるが、特許文献１にはこの点について開示されていない。

一方、特許文献２には加速度センサの出力信号を伝送する手段が記されていない。

この発明は上記の問題を鑑みてなされたものであり、その目的は、特性に関する信号が出力される被試験体に所定の物理量が作用したときの少なくとも１の軸に関する該被試験体の特性について試験する試験装置に採用される保持具において、被試験体の特性の測定精度を向上できると共に試験装置を比較的単純に構成可能な保持具およびその保持具を備えた試験装置を提供することである。

本発明の一実施態様は、上記した保持具であって、被試験体の少なくとも１の軸に対して所定の位置関係に形成された平面と、被試験体の出力信号を電波に変換して該電波を伝送する受発信器の発信器に接続されて信号を該発信器へ伝送する接続部材とを有する保持具である。所定の位置関係に形成する平面を利用して保持具の位置合わせを行なう。また、回転中に被試験体の出力信号を採取するため、保持具の発信器への接続部材で被試験体の出力信号を発信器へと伝送し、発信器から受信器へと無線で伝送する。

前記軸は少なくとも２であっても良い。被試験体の検出軸が２の場合に、各々の検出軸に対して付与する加速度の方向を合わせることができるように保持具の平面を形成しておくことで位置合わせを簡易に行なうことができる。

さらに、前記軸は３であり、互いに直交していても良い。被試験体の検出軸が３の場合に、各々の検出軸に対して付与する加速度の方向を合わせることができるように保持具の平面を形成しておくことで正確に位置合わせする。

さらに加えて、前記保持具は直方体状であることが望ましい。被試験体の検出軸が３の場合、各軸に平行な平面を２面ずつ、被試験体の検出軸の交点を中心にして形成することで正確に位置合わせする。

さらにまた加えて、前記被試験体は加速度センサであって良い。被試験体を加速度センサにすることにより、付与している遠心加速度を試験中に測定する。

本発明の一実施様態は、遠心加速度を付加して被試験体の特性を評価する試験装置であって、回転軸を備え、前記被試験体が回転軸の軸心から偏心した位置に取り付けられる回転体と、上記した態様の保持具と、前記回転体を回転させる駆動手段と、前記被試験体の出力信号を電波に変換し送信する発信器と、前記回転体外に設置され前記電波を受信する受信器とを備える試験装置である。この装置により、請求項１乃至５に記載の保持具を用いて被試験体の少なくとも１の検出軸に所定の加速度が付与された状態の諸特性を測定する。

上記本発明の実施形態によれば、物理量が作用した場合の被試験体の１の軸に関する特性を試験するにあたり、被試験体を保持する保持具は前記軸に対して所定の位置関係にある平面を有しているので、その平面により軸の方向を容易に合わせることが可能となるとともに、被試験体から出力される信号を無線で伝送するため、例えば特許文献１に記載された回転トランスを用いた場合に比べて発熱が小さく、試験装置に与える熱の影響を抑制ことができ、温度変化により出力が影響を受け易い被試験体の測定環境を良好な状態に維持することができる。

本発明について、その実施態様に基づき図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明に係る試験装置の一実施例の概略構成を説明する斜視図である。図２は、図１の試験装置をフレームに組込んだ状態を一部破断して説明する断面図である。図３は、図１の保持具の概略構造を説明する斜視図である。図４は、図３の保持具におけるケーブルの取り回しを説明図する図である。図５は、図３の保持具の下ホルダーの裏面を示す斜視図である。図６は、図１の試験装置における試験方法を説明する図である。図７は、図１の試験装置で試験をした結果の一例を示す図である。

まず、本発明の一様態の保持具を用いて遠心式で加速度を加速度センサに付与してその特性を試験する試験装置について図１に基づいて説明する。

試験装置２は、回転して遠心加速度を発生する回転体２２１を備えた回転部２２と、回転体２２１に取り付けられ加速度センサを保持する保持具１と保持具１の内に装着された加速度センサの出力信号を増幅して電波に変換する送信部２１と、送信部２１からの電波を受信する受信部２３と、受信部２３からの信号を受け取りデータ収集や整理、保存などをするデータ処理部２４と、回転部２２に運転信号を与えるコントローラ２５とを備えている。

回転部２２は、回転体２２１及び回転軸２２３、モータ２２４、電源である電池２２５、電池２２５を保持するホルダー２２６を有している。モータ２２４は、回転軸２２３を介してその上部にある回転体２２１と連結している。ホルダー２２６は、ホルダー２２６に付与される加速度をできるだけ抑制し、振動の発生を防止するために回転部２２の回転中心の近傍に配置する。複数の電池が必要な場合は、回転軸２２３の軸心に複数の電池２２５の重心を合わせるように配置する。電池２２５を保持するホルダー２２６は送信部２１と電気配線で接続する。保持具１は立方体をしており、その中央に加速度センサの中央が一致するように加速度センサを配しており、加速度センサの姿勢を保持する。

保持具１は、回転体２２１の装着穴２２２に収納される。装着穴２２２は保持具１が回転中に動かないように保持具１の形状に合わせ、できるだけ保持具１の大きさに近い大きさにする。装着穴２２２は、保持具１を収納できるように立方体状であり、その中心軸の一つは付与する加速度の方向と一致しており、保持具１が保持した加速度センサに遠心加速度が付加されるように回転軸２２３の回転中心に対して偏心した位置に配置されている。モータ２２４としては、摺動ノイズを低減するためブラシレスモータを用いると良い。モータ２２４は、出力信号をモータの回転数制御に用いるためエンコーダを備えている。

送信部２１は、支持部材２１１及び送信基板２１２、ソケット２１３を有している。振動防止のためには、電波を伝送するアンテナを支持部材２１１にパターン印刷で形成しておくことが望ましい。支持部材２１１には、送信基板２１２及び保持具１を接続するソケット２１３、上述のホルダー２２６を電気的に接続させるために電気回路が形成されている。送信部２１は、加わる遠心力を最小にして振動の発生を抑えるため、重心が回転部２２の回転中心に一致するように配置する。

回転体２２１と離れて設置された受信部２３は、アンテナ２３１及び受信基板２３２、支持部材２３３を有している。アンテナ２３１は、送信部２１から送信された電波を効率良く受信するために送信部２１のできるだけ直上に設置する。

データ処理部２４は、加速度センサの出力信号と、モータ２２４の回転数のデータを得るために受信部２３とコントローラ２５に接続されている。

図２に示すように、保持具１及び送信部２１、回転部２２、コントローラ２５はフレーム３に収納する。送信部２１及びホルダー２２６などは、回転体２２１の中心部に図５のように縦に配置すると省スペース化できて良い。この場合、送信部２１を最上部に配置すれば送信部２１とアンテナ２３１の間には障害物がなくなるので電波の受信感度を確保できてよい。

回転部２２は、万が一送信部２１の送信基板２１２とその支持部材２１１が回転中に分離した場合などに備え、例えば開閉ドア３１とチャンバ３２で形成したカバーで覆っておく。

また、図２のように回転部２２及び送信部２１などを縦に配置する場合には、モータ２２４やコントローラ２５が発生する熱が上部の加速度センサや送信基板２１２に伝わるのを避けるため、保持具１及び送信基板２１２の周囲にチャンバ３２を設けると良い。さらに、モータ２２４やコントローラ２５の熱がフレーム３内に篭らないように、通気口３４やファンを設けて積極的に熱を外に換気するとなお良い。

コントローラ２５は、発生するノイズが電波に及ぼす影響を避けるため、電磁シールドボックス３３等に収納して装置内に配置する。

上記保持具１についてさらに詳細する。図３に示すように、保持具１は、上ホルダー１１と下ホルダー１２を有しており、これらに加速度センサＡを挟み込んでボルト１４で上ホルダー１１と下ホルダー１２を固定する構造になっている。また下ホルダー１２には加速度センサＡの出力信号を伝送するための配線部材１３を有している。

上ホルダー１１の上型１１１にはボルト１４の頭が上型１１１から突出しないように座グリされた貫通穴である固定穴１１２がある。また、万が一測定中に加速度センサＡが壊れても試験装置内に加速度センサＡの破片が飛び散らないように、上ホルダー１１には加速度センサＡの形状に合わせた凹みを設け加速度センサＡを保持具１で包囲している。さらに、回転中に加速度センサＡが動かないように、この凹みの深さを加速度センサＡの高さよりも若干浅くして上ホルダー１１と下ホルダー１２の両方で加速度センサＡを挟み込むようにしている。

下ホルダー１２の下型１２１にはボルト１４を固定するためのネジ穴１２２がある。下型１２１の材質が樹脂などの強度の低い材料の場合、ネジ穴１２２はボルト１４の着脱で痛みやすいため、ヘリサートなどで補強しておくことが望ましい。なお、上ホルダー１１と下ホルダー１２がずれると段差ができて正確な基準面にならないため、上ホルダー１１と下ホルダー１２は印籠継ぎにしておけばよい。

配線部材１３は、加速度センサＡの出力信号を保持具１の外部にある送信器に伝送するためのものであり、下型１２１に埋め込まれた加速度センサＡの端子と接続する接続端子１３１と、送信器に接続するコネクタ１３３と、それぞれを接続するケーブル１３２から構成されている。ケーブル１３２はノイズ対策のためシールドケーブルを使用した。なお、コネクタ１３３は、送信器との接続を簡単にできるようにワンタッチ式が良い。

保持具１は、９０°ずつ姿勢を変えるながら加速度センサＡの直交する３つの検出軸の方向を遠心加速度の方向に合わせるため立方体状をなしている。加速度センサＡは、その中心が保持具１の中心にほぼ一致するように配されている。つまり、加速度センサＡの３つの検出軸に対して平行になるように保持具１の各面は形成されているので、回転体２２１の装着孔２２２に対しその面を合わせながら装着するだけで加速度センサＡの検出軸の方向を合わせることが可能となる。

配線部材１３のケーブル１３２は、試験する軸ごとに保持具１の姿勢を変えた場合、その形状が異なる。図４にこの一例を示す。すなわち、送信器に接続されるコネクタ１３３の位置は変わらないが保持具１の姿勢を変えるとケーブル１３２は各軸ごとに符号１３２ｘや１３２ｙ、１３２ｚのようになる。ケーブル１３２の長さは一番長い１３２ｚの長さにするが、このため保持具１の姿勢によってはケーブル１３２の長さが余り、試験中はこのケーブル１３２にも遠心加速度が付与されるために、ケーブル１３２は試験中に動かないように固定されなければならない。本実施例では、図に示すようにケーブル溝２２７を、保持具１を収納する装着穴２２２の周りに刻み、ケーブル１３２を収納した。同様に、保持具１の下ホルダー１２にも図５に示すような十字の溝を刻んだ。

次に、上記試験装置による試験例について説明する。
加速度センサＡの静特性を試験する場合には、あらかじめ電子部品に付与する遠心加速度を数段設定しておき、設定した遠心加速度における電子部品の出力信号を順次測定した。例えば、遠心加速度が５０Ｇおよび１００Ｇ、１５０Ｇ、２００Ｇ、２５０Ｇ、３００Ｇの場合の静特性を調べる場合には、この遠心加速度に対応する回転体２２の回転数を設定しておき、図６に示すように回転数を連続して変えながら回転体２２を回転させた。このようにすれば加速度センサＡには所望の遠心加速度が付与される。

上記試験法で加速度センサＡの静特性の試験を行った結果を図７に示す。図７の横軸は、エンコーダの出力信号に基づいて算出された遠心加速度の振れが規定値以下となった部分（図において水平な部分）の平均値である。また、縦軸は、加速度センサＡの出力信号の平均値である。

なお、上記本態様の試験装置では被試験体として例えば加速度センサなど信号を出力するものを対象としているが、本発明に係る試験装置の対象とする被試験体はこれに限定されることなく、例えば耐久試験を目的とした機械装置の部品などを対象とすることも可能である。また、被試験体において特性が測定される軸は少なくとも１以上あればよく、保持具の形状も立方体状に限定されない。加えて、保持具の平面は、被試験体において特性が測定される軸と所定の位置関係となるよう形成されていればよい。さらに加えて、被試験体の保持具と発信器はそれぞれ別体とせずに、保持具に通信機能を持たせておいてもよい。

本発明の一実施態様の試験装置の概略構成図である。図１の試験装置をフレームに組込んだ場合の断面図である。図１の保持具の概略構成図である。図３の保持具のケーブル取り回しの説明図である。図３の保持具の部分詳細図である。図１の試験装置での試験方法を説明する図である。図１の試験装置における試験結果の一例を示す図である。

符号の説明

１保持具
１１上ホルダー
１１１上型
１１２固定穴
１２下ホルダー
１２１下型
１２２ネジ穴
１２３十字溝
１３配線部材
１３１接続端子
１３２ケーブル
１３３コネクタ
１４ボルト
２試験装置
２１送信部
２１１支持部材
２１２送信基板
２１３ソケット
２２回転部
２２１回転体
２２２装着穴
２２３回転軸
２２４モータ
２２５電池
２２６ホルダー
２２７ケーブル溝
２３受信部
２３１アンテナ
２３２受信基板
２３３支持部材
２４データ処理部
２５コントローラ
３１開閉ドア
３２チャンバ
３３磁気シールドボックス
３４通気口
Ａ加速度センサ

Claims

特性に関する信号が出力される被試験体に対して所定の物理量が作用したときの少なくとも１の軸に関する該被試験体の特性について試験する試験装置に採用される該被試験体の保持具であって、前記軸に対して所定の位置関係に形成された平面と、前記信号を電波に変換して該電波を伝送する受発信器の発信器に接続されて信号を該発信器へ伝送する接続部材とを有する保持具。
請求項１に記載の保持具であって、前記軸は少なくとも２である保持具。
請求項１または２のいずれかに記載の保持具であって、前記軸は３であり、互いに直交している保持具。
請求項３に記載の保持具であって、直方体状である保持具。
請求項１乃至４のいずれかに記載の保持具であって、前記被試験体は加速度センサである保持具。
遠心加速度を付加して被試験体の特性を評価する試験装置であって、回転軸を備え、前記被試験体が前記回転軸の軸心から偏心した位置に取り付けられる回転体と、前記回転体に取り付けられた請求項１乃至５のいすれかに記載の保持具と、前記回転体を回転させる駆動手段と、前記被試験体の出力信号を電波に変換し送信する発信器と、前記回転体外に設置され前記電波を受信する受信器とを備える試験装置。