JP2007248399A - 振動試験装置 - Google Patents

Abstract

【課題】直交する三軸方向への振動を被試験体に加えることができ、さらに、被試験体の使用状態での振動試験を可能とするとともに、装置の小型化を図ることを可能とする振動試験装置を提供する。
【解決手段】本発明にかかる振動試験装置は、Ｘ／Ｙ／Ｚ軸方向それぞれに圧電アクチュエータ１１Ｘ・１１Ｙ・１１Ｚが配置されるとともに、これらは異なる軸方向における振動を加える方向（加振方向）同士を互いに交差させないように、すなわち加振方向を発散させるようにベース１０に設けられる。これによりベース１０内に被試験体と電気的試験装置とを接続する共通孔１４ａ等の構成を設けやすくなるとともに、装置の上方全体を被試験体の載置面にできるので、装置の小型化を図ることも可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、被試験体に対して振動を加えることにより、当該被試験体が振動により受ける影響を試験するための振動試験装置に関するものであり、特に、動作状態にある被試験体の互いに直交する三軸方向それぞれに対して振動を加えることが可能な振動試験装置に関するものである。

従来から、各種機器（デバイス）や部品等の製品について様々な条件で振動を与える振動試験が広く行われており、この振動試験により、上記製品に対する振動の影響を評価している。特に近年では、各種製品の種類や用途等に応じて要求される品質や性能も高度化しつつあるので、振動試験の条件も製品の用途に応じた詳細かつ複雑なものとなりつつある。

上記振動試験を行う振動試験装置についても、これまで様々なタイプのものが提案されているが、中でも多軸方向に振動を加えることが可能な多軸振動試験装置が提案され、実用化されている。多軸振動試験装置は、試験の対象となる機器や部品等（以下、被試験体と称する）に対してより複雑な振動を与えることができるので、被試験体を実際に使用する状況とほぼ同一かそれに近い振動状態を再現することが可能となり、それゆえ、より振動に対する評価も厳密に行うことができる。

上記多軸振動試験装置の一例として、例えば、特許文献１に開示される三軸微小振動加振装置を挙げることができる。この三軸微小振動加振装置は、圧電アクチュエータを二方向あるいは三方向に直交配置し、変位合成部材によってそれぞれのアクチュエータの変位を干渉することなく先端の可動ブロックに振動を伝える構成を有している。

より具体的には、図５に示すように、上記三軸微小振動加振装置は、直交３方向に加振できる三軸加振機本体１０１、ベース１０２、ベース１０２に直交配置された積層圧電素子からなる圧電アクチュエータ１０３ａ・１０３ｂ・１０３ｃ、加振機先端に供試体（被試験体、図示省略）を固定する立方体状の可動ブロック１０４、上記積層圧電素子１０３ａ・１０３ｂ・１０３ｃおよび可動ブロック１０４とを結合し、さらに他方向変位の干渉を避けるための変位合成部材としての弾性ヒンジ機構１０５ａ・１０５ｂ・１０５ｃを備えている。

上記積層圧電素子１０３ａ・１０３ｂ・１０３ｃは、上記弾性ヒンジ機構１０５ａ・１０５ｂ・１０５ｃそれぞれの他端部に設けられた結合プレート１０６ａ・１０６ｂ・１０６ｃとベース１０２との間に、接着またはボルト締めにより強固に固定されている。また、可動ブロック１０４のＸ方向には加速度センサ１０７ｘを取り付け、加振時の出力加速度を検出する。Ｙ方向及びＺ方向の加速度センサについての図示は省略する。

さらに、上記ベース１０２の質量は可動ブロック１０４に対して十分重くする。これにより、先端の振動の影響を受けにくくしている。なお、特許文献１では、ベース１０２と可動ブロック１０４との質量比は１：数十以上が好ましい例として挙げている。

上記構成の三軸微小振動加振装置によれば、供試体（被試験体）に対し二方向あるいは三方向の高帯域加振を同時に、しかも非干渉性を高く行うことができるとされ、さらに、加速度入力に対し、正確に再現することができるとされている。
特開平６−２６５４３８号公報（平成６年（１９９４）９月２２日公開）

ところで、前述したように、近年、製品の品質や性能に対する要求が高まっていることから、製品を評価するための振動試験装置についても、様々な試験条件を実施可能とするような要求が高まっている。特に、各種製品の中でも、例えば、家電製品や精密機器等のように通電等により所定の動作を行う機器については、使用状態の機器に対して振動試験を実施可能とすることが求められている。

これまでの振動試験は、製品に振動を与えた後の電気的試験、例えば、輸送などの振動による故障を出荷前に検出する振動試験等が代表的であった。ここで近年では、使用状態で振動が加えられることを想定しなければならない製品、例えば、携帯用音楽プレーヤや車載用電子機器等の需要が拡大している。それゆえ、近年の振動試験としては、使用状態、つまり通電状態で実施可能な試験の需要が高まっており、製品の種類によっては通電時の振動試験が不可欠とされるものも出現している（上記携帯用音楽プレーヤや車載用電子機器等）。

これに対して、上記特許文献１に開示される三軸微小振動加振装置では、通電時の振動試験を考慮した構成とはなっていないため、上記需要に十分対応することができない。

具体的には、使用状態の振動試験を行うためには、被試験体に振動を加えるとともに、当該被試験体の動作の状況を別の試験装置で確認する必要がある。上記携帯用音楽プレーヤや車載用電子機器の例では、これら被試験体となる電子機器（電子デバイス）を、電気的試験装置（例えば各種テスタ等）に接続する必要があり、それゆえ振動試験装置には、これらをインターフェースケーブルで接続することを考慮した構成を有している必要がある。しかしながら、上記三軸微小振動加振装置においては、そのような考慮がなされていないため、電源ＯＦＦ時（非使用状態）の被試験体に対して振動試験を行うことができても、通電時（使用状態）で振動試験を行うことができない。

さらに、上記三軸微小振動加振装置は本体が大きいため、その製造コストを十分に削減することができない等の問題もある。

具体的には、上記三軸微小振動加振装置は、図５に示すように、直交する三軸方向すなわちＸ／Ｙ／Ｚの各方向に、弾性ヒンジ機構１０５ａ・１０５ｂ・１０５ｃ、結合プレート１０６ａ・１０６ｂ・１０６ｃ、圧電アクチュエータ１０３ａ・１０３ｂ・１０３ｃ等の振動源が可動ブロック１０４の外側にあるベース１０２に固定される構造となっている。そのため、可動ブロック１０４に対して三軸加振機本体１０１が大きくなっており、言い換えれば、振動試験に用いる領域（可動ブロック１０４）が三軸加振機本体１０１に対して相対的に狭くなっている。

このような構成で小型化を図ろうとすると、例えば、特殊な部品を使用する必要が生じる。また、振動試験に用いる領域が小さいことには変わりが無く、そのまま小型化しても、振動試験装置の専有面積そのものを削減することにはならない。

本発明は上記課題に鑑みなされたものであって、その目的は、直交する三軸方向への振動を被試験体に加えることができ、さらに、被試験体の使用状態での振動試験を可能とするとともに、装置の小型化を図ることを可能とする振動試験装置を提供することにある。

本発明者は、上記課題に鑑み鋭意検討した結果、従来技術のように、複数のアクチュエータの加振方向（振動を加える方向）同士を互いに交差するように向き合わせるのではなく、加振方向を発散するように各アクチュエータを配置すれば、振動試験に用いる領域を相対的に大きくして装置の小型化を図ることができるだけでなく、加振方向の反対方向に生じる空間にケーブル等を通すことが可能となるため、使用状態で振動試験を実施できる振動試験装置を実現できることを独自に見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明にかかる振動試験装置は、上記の課題を解決するために、互いに直交する三軸方向それぞれに少なくとも一つ配置される複数のアクチュエータと、これらアクチュエータを固定支持する支持体と、被試験体を載置した状態でアクチュエータの動作により振動可能となっている振動台とを備えている振動試験装置であって、上記複数のアクチュエータは、異なる軸方向に配置されるアクチュエータにおける振動を加える方向同士を互いに交差させないように、支持体に固定支持されているとともに、上記振動台は、各アクチュエータを介在した状態で支持体を覆うように設けられていることを特徴としている。

上記構成によれば、アクチュエータをＸ／Ｙ／Ｚ軸の各方向に設けており、かつ、異なる軸方向（他軸方向）のアクチュエータは、その加振方向が交差せず一点から外部に発散するようになっている。そして、振動台はこれらアクチュエータ（およびアクチュエータを固定支持する支持体）を覆うように設けられる。それゆえ、アクチュエータ等の振動源を振動台内に設置することになり、振動台に対して装置本体を小さくすることができる。しかも、振動台内に支持体に孔を形成する等の手法を採用することで、通電時（使用状態）で振動試験を行うことを考慮した構成とすることができる。

上記振動試験装置においては、さらに、異なる軸方向に配置されるアクチュエータから加えられる振動同士の干渉を回避する干渉除去手段を備えることが好ましい。

上記構成によれば、二軸方向以上から振動を加える場合でも、異なる方向からの振動が干渉して打ち消しあったり、試験想定外の振動を生じさせたりする事態を回避することができる。

さらに、上記干渉除去手段は、振動台とアクチュエータとの間に設けられることが好ましい。これにより、各軸方向のアクチュエータに対して干渉除去手段が設けられるので、他軸からの振動の干渉をより有効に回避することができる。

さらに、上記干渉除去手段としてベアリングが用いられることがより好ましい。ベアリングを干渉除去手段として用いることにより、同軸方向に配置されたアクチュエータからの振動を振動台に伝達することができるとともに、同軸方向に対して直交に配置されたアクチュエータからの振動については、自身が摩擦を減らしながら円滑に動くことができるため、他軸方向の運動に影響を与えるような事態を有効に回避することができる。

上記振動試験装置においては、上記アクチュエータとして、電圧の印加により変位を起こす圧電素子を用いた圧電アクチュエータが用いられることが好ましい。これにより振動台に良好な微小振動を与えることができるとともに、後述するように、加速度検出手段等を用いることで、振動の制御を効率的に行うことができる。上記圧電素子の代表的な一例としてはピエゾ素子を挙げることができる。

上記振動試験装置においては、さらに、上記支持体には、少なくとも、上記アクチュエータに接続されるケーブルを通すための孔が設けられていることが好ましい。上記振動試験装置は、異なる軸方向に配置されるアクチュエータにおける振動を加える方向同士を互いに交差させないように、支持体に固定支持されているため、支持体に、上記アクチュエータに接続されるケーブルを通すための孔を設けることができる。これにより、アクチュエータに接続されるケーブルが振動により断線することを防止することができるとともに、被試験体への振動の干渉を抑制することができる。

上記振動試験装置においては、さらに、被試験体に接続されるケーブルを通すための孔が設けられていることがより好ましい。上記振動試験装置は、異なる軸方向に配置されるアクチュエータにおける振動を加える方向同士を互いに交差させないように、支持体に固定支持されているため、支持体に、被試験体に接続されるケーブルを通すための孔を設けることができる。これにより、被試験体に接続されるケーブルが振動により断線することを防止することができるとともに、被試験体への振動の干渉を抑制することができる。

上記振動試験装置においては、さらに、上記振動台に載置される被試験体を固定する被試験体固定手段を備えていることが好ましい。これにより、振動試験中も被試験体を振動台上に安定して保持することができる。

上記被試験体固定手段においては、被試験体の少なくとも一部を押し込んで固定するソケットを有していることが好ましい。さらに、上記被試験体固定手段においては、振動台上に取り付け可能な基板状となっていることが、より好ましい。これにより、被試験体を通電させた状態での振動試験評価を行うことができる。

上記振動試験装置においては、さらに、上記アクチュエータの駆動を制御する振動制御手段を備えていることが好ましい。これにより、アクチュエータの振動を制御することができるようになり、より良好な振動試験評価を行うことができる。上記アクチュエータの駆動を制御する振動制御手段の一例としては、駆動アンプと、該駆動アンプの動作を制御するアンプ制御回路などを挙げることができる。

上記振動制御手段としては、さらに、振動台上に設けられ、検出した加速度データを振動の制御に用いるために振動制御手段に入力する加速度検出手段を備えていることが好ましい。これにより、後述するように、実際に振動台の振動を、上記加速度検出手段により検出し、得られた信号を上記振動制御手段に入力することにより、任意の振動になるように振動制御手段を調整することができる。

上記加速度検出手段は、さらに、端方向の加速度を検出する加速度センサーを用いて、振動台の異なる軸方向それぞれに一つ以上設けるか、
または、三軸方向の加速度を検出する多軸加速度センサを用いて振動台上に少なくとも１個設けることが好ましい。それにより、三軸それぞれの加振度を検出することができる。これにより、三軸それぞれの加振度に合わせた振動制御を行うことができる。

以上のように、本発明にかかる振動試験装置は、アクチュエータをＸ／Ｙ／Ｚ軸方向かつ外向きに支持体に配置するよう設け、これらを覆うように振動台を設けている。これにより、従来技術とは異なり、振動台およびアクチュエータの内側に支持体が存在する構成を実現することができる。それゆえ、支持体内に孔等を形成する等によって、被試験体と電気的試験装置（テスタ等）とを接続するための手段を設けやすくなる。しかも、装置としては、三軸方向に振動を加えることが可能で、かつ、装置の上方全体を被試験体の載置面とすることができるので、従来技術と比較して、振動試験に用いる領域を装置本体１０１よりも相対的に大きくすることができる。

その結果、本発明にかかる振動試験装置によれば、被試験体の使用状態での振動試験が可能となるとともに、装置の小型化を図ることも可能となり、さらに、一方向のみ、二方向同時、あるいは三方向同時に振動台に加振できるという三軸方向の振動試験も実施することができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態について図１ないし図４に基づいて説明すると以下の通りであるが、本発明はこれに限定されるものではない。

本実施の形態における振動試験装置は、被試験体を多方向に加振できる振動試験装置であって、直交する三軸方向（Ｘ／Ｙ／Ｚ軸方向）に配置されたアクチュエータと、それらを支持するベース（支持体）と、ベース上部および上記アクチュエータを覆うように配置された振動台と、好ましくは、他軸方向（異なる軸方向）のアクチュエータの干渉を避けるための干渉除去部とを備えており、さらに当該干渉除去部は、前記振動台とアクチュエータとの接触面に備えられていることが好ましい構成を有している。

具体的には、図１に示すように、本実施の形態の振動試験装置は、ベース（支持体）１０と、圧電アクチュエータ１１Ｘ・１１Ｙ（図１には図示せず）・１１Ｚと、ベアリング１２Ｘ・１２Ｙ（図１には図示せず）・１２Ｚと、振動台１３とを備えている。ベース１０には、共通孔１４ａと、アクチュエータ用孔１４ｂとが形成されており、振動台１３には、ソケット基板（被試験体固定手段）１５が着脱可能に設けられている。さらに、ソケット基板１５には、デバイスソケット１６Ａ・１６Ｂが設けられているとともに、インターフェースケーブル（以下、便宜上、ＩＦケーブルと略す）１７に接続されたインターフェースケーブル用コネクタ（以下、便宜上、ＩＦケーブル用コネクタと略す）１８と加速度センサ２０とが設けられている。なお、圧電アクチュエータ１１Ｘ・１１Ｙ・１１Ｚには、アクチュエータ用ケーブル（信号ケーブル）１９が接続されている。

上記ベース１０は、上記圧電アクチュエータ１１Ｘ・１１Ｙ・１１Ｚを固定支持する支持体であり、図１に示すように、内部に共通孔１４ａやアクチュエータ用孔１４ｂ等のケーブルを通すことができる孔が形成されている。ベース１０は、後述するように、複数の圧電アクチュエータ１１Ｘ・１１Ｙ・１１ＺをそれぞれＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向に配置するような形状を有しており、例えば、図１に示すような直方体形状を好ましく挙げることができる。

ベース１０のより具体的な構成は特に限定されるものではなく、振動試験装置を動作させている状態で圧電アクチュエータ１１Ｘ・１１Ｙ・１１Ｚを固定支持できるものであれば特に限定されない。

ベース１０内に形成されている共通孔１４ａは、図１に示す構成では、ベース１０の下方から上方に向かって貫通するように設けられており、ＩＦケーブル用コネクタ１８に接続されるＩＦケーブル１７と、圧電アクチュエータ１１Ｘ・１１Ｙ・１１Ｚのそれぞれに接続されるアクチュエータ用ケーブル１９とが挿入され配線されている。同様に、ベース１０内には、アクチュエータ用孔１４ｂも形成されている。このアクチュエータ用孔１４ｂは、共通穴１４ａからベース１０の表面に設けられる各圧電アクチュエータ１１Ｘ・１１Ｙ・１１Ｚに向かって分岐しており、その内部には、アクチュエータ用ケーブル１９が挿入され配線されている。

上記共通孔１４ａおよびアクチュエータ用孔１４ｂの具体的な構成は特に限定されるものではなく、例えば、ベース１０がケーシングのように中空状であれば、例えば、ベース１０と同様の材質からなる配管を用いてベース１０内に形成してもよいし、ベース１０が塊状のブロック体であれば、内部に公知の手法で対応する孔を形成すればよい。また、これら孔の形成位置や条件も特に限定されるものではなく、試験時の振動に影響を与えないようにバランスよく配置形成されればよい。

上記圧電アクチュエータ１１Ｘ・１１Ｙ・１１Ｚは、振動台１３に対して振動を加える（加振する）手段であれば具体的な構成は特に限定されるものではない。本実施の形態では、上記の通り、電圧の印加により変位を起こす圧電素子を用いた圧電タイプのものを用いているが、アクチュエータはこれに限定されるものではなく、公知の他のタイプを用いることもできる。本実施の形態では、上記圧電素子としてピエゾ素子を好適に用いることができる。

本発明で用いられる圧電アクチュエータの個数は特に限定されるものではないが、図２に示すように、互いに直交するＸ／Ｙ／Ｚ軸の三軸方向それぞれに少なくとも一つの圧電アクチュエータ１１Ｘ・１１Ｙ・１１Ｚが配置される必要があるので、少なくとも３個以上用いられる。本実施の形態では、ベース１０の側面となるＸ軸方向の対向面それぞれに２個ずつ、同じくベース１０の側面となるＹ軸方向の対向面それぞれに２個ずつ、ベース１０の上面となるＺ軸方向に例えば４個設ける構成を採用することができるがこれに限定されるものではない（図１および図２参照）。

また、圧電アクチュエータ１１Ｘ・１１Ｙ・１１Ｚの配置条件についても特に限定されるものではないが、振動台１３に与える振動にばらつきが生じないためにも、それぞれ対象となるように設けられることが好ましい。例えば、側面であるＸ軸方向およびＹ軸方向の対向面には、それぞれ等間隔で２個ずつの圧電アクチュエータ１１Ｘ・１１Ｙが設けられる一方、Ｚ軸方向の上面には、正方形状となるように４個の圧電アクチュエータ１１Ｚを設ける例を挙げることができる。

さらに、上記圧電アクチュエータ１１Ｘ・１１Ｙ・１１Ｚは、異なる軸方向に配置されるアクチュエータにおける振動を加える方向（加振方向）同士を互いに交差させないように、支持体に固定支持されている。具体的には、図２に示すように、圧電アクチュエータ１１Ｘ・１１Ｙ・１１Ｚは、その加振面（振動を加える面）が互いに対向しないように、直方体状のベース１０の表面にそれぞれ設けられる。なお図中矢印は振動の振幅方向を示しており、圧電アクチュエータ１１Ｘはベース１０のＸ軸方向の側面に垂直となる方向に振動を加えるようになっており、圧電アクチュエータ１１Ｙはベース１０のＹ軸方向の側面に垂直となる方向に振動を加えるようになっており、圧電アクチュエータ１１Ｚはベース１０の上面（Ｚ軸方向）に振動を加えるようになっている。

圧電アクチュエータ１１Ｘ・１１Ｙ・１１Ｚの加振方向を見れば、それぞれの加振方向がベース１０の内側から外側に向かっており、言い換えれば、ベース１０の内部から外部に発散するようになっている。この加振方向の向きは、図５に示す従来の振動試験装置における向き（従来は、Ｘ／Ｙ／Ｚ軸の加振方向が１点に収束または交差するようになっている）とは大きく異なっている。

なお、上記圧電アクチュエータ１１Ｘ・１１Ｙ・１１Ｚは、何れもアクチュエータ用ケーブル１９に接続されており、これらケーブルにより電圧が印加されたり制御信号が出力されたりすることで動作するが、このアクチュエータ用ケーブル１９は、ベース１０内の上記共通孔１４ａおよびアクチュエータ用孔１４ｂを介して振動制御部や電源等に接続される。

上記振動台１３は、被試験体を載置した状態で圧電アクチュエータ１１Ｘ・１１Ｙ・１１Ｚの動作により振動可能となっており、さらに、図１および図２に示すように、各圧電アクチュエータ１１Ｘ・１１Ｙ・１１Ｚを介在した状態でベース１０を覆うように設けられている。振動台１３の形状は特に限定されるものではなく、ベース１０を覆うような形状であればよく、本実施の形態では、例えば、図１および図２に示すように、ベース１０の外形に対応した方形状かつ下方が開口する形状（箱形状）を好ましく挙げることができる。

振動台１３の具体的な構成は特に限定されるものではなく、被試験体を載置した状態で圧電アクチュエータ１１Ｘ・１１Ｙ・１１Ｚからそれぞれ加えられる振動により、全体が適切に振動するような強度や耐久性を有するものであればよい。

振動台１３の上方すなわち載置面は、被試験体（供試体）を載置できるようになっていればよい。被試験体の具体的な種類は特に限定されるものではなく、振動試験の実施を希望するどのような製品であってもよい。特に本発明では、被試験体として、通電等により動作する製品、言い換えれば、使用状態と非使用状態との間に明確な状態の相違がある製品を好ましく挙げることができる。

例えば、通電することで動作する電気機器、電子機器、精密機器等を挙げることができるが、完成品としての機器（デバイス）に関わらず通電により動作する部品等であってもよい。具体的には、完成品としての電子機器として、携帯用音楽プレーヤや車載用電子機器、ノートパソコン等を挙げることができ、部品としてはこれら電子機器に用いられるハードディスクドライブ等を挙げることができる。もちろん、必ずしも動作する・しないに違いのある製品でなくても、被試験体として好適に用いることができることは言うまでもない。

本実施の形態では、振動台１３の載置面には、図１に示すように、ソケット基板１５を設けることが好ましい。このソケット基板１５は、その表面にデバイスソケット１６Ａ・１６Ｂと、ＩＦケーブル用コネクタ１８と、加速度センサ２０とを備えているが、もちろんこの構成に限定されるものではない。つまり、本発明にかかる振動試験装置では、振動台１３に載置される被試験体を固定するための被試験体固定部をさらに備えていること好ましいが、被試験体固定部は、ソケット基板１５のように、振動台１３上に取り付け可能な基板状でなくてもよい。

上記ソケット基板１５は、本実施の形態では、振動台１３の載置面とネジ（図１には図示せず）で固定されていている。ソケット基板１５の材質や具体的な形状は特に限定されるものではなく、振動試験装置において被試験体の固定に用いられる公知の構成をそのまままたは応用して用いることができる。また、ソケット基板１５に設けられるデバイスソケット１６Ａ・１６Ｂは、被試験体の少なくとも一部を押し込んで固定する部材であり、使用する被試験体の種類に応じて適切な構成のソケットを利用することができる。また、ソケットに代えて他の固定部材を利用してもよい。

上記ＩＦケーブル用コネクタ１８は、ソケット基板１５により固定される被試験体に対して、電気的試験装置からのインターフェース用のケーブルを接続するための部材であれば特に限定されるものではなく、被試験体や電気的試験装置の種類に応じて適切な公知の部材を選択すればよい。

さらに、ソケット基板１５には、後述する加速度センサ２０も設けられており、ＩＦケーブル用コネクタ１８と加速度センサ２０とは、例えばプリント配線に接続される構成を採用することができる。なお、ソケット基板１５に備えられる上記各部材は、何れも、圧電アクチュエータ１１Ｘ・１１Ｙ・１１Ｚから振動台１３に与えられる振動に影響を与えないようにバランスよくソケット基板１５に配置されている。具体的な配置は、使用条件や各部材の種類に応じて適宜設定されるため、特に限定されない。

また、上記振動台１３には、ＩＦケーブル１７をＩＦケーブル用コネクタ１８に接続するために、ＩＦケーブル１７を内部に通すためのケーブル用孔１４ｃが形成されている。このケーブル用孔１４ｃの具体的な構成も特に限定されるものではなく、ＩＦケーブル１７を挿入して通すことができるとともに、振動台１３の振動に影響を及ぼさない位置や形状で形成されていればよい。

ここで、各圧電アクチュエータ１１Ｘ・１１Ｙ・１１Ｚは、直接振動台１３に接していてもよいが、図１に示すように、ベアリング１２Ｘ・（Ｙ軸方向のベアリングは図示せず）・１２Ｚを介して振動台１３に接していることが好ましい。

上記ベアリングは、異なる軸方向（他軸方向）に配置される圧電アクチュエータから加えられる振動同士の干渉を回避する干渉除去部として機能する。すなわち、上記ベアリングは、圧電アクチュエータと振動台１３との間に挟まれた状態になっているため、双方の動きを緩衝することになる。

具体的には、ベース１０の三軸方向（Ｘ／Ｙ／Ｚ軸方向）には、それぞれ圧電アクチュエータ１１Ｘ・１１Ｙ・１１Ｚは４個ずつ（Ｘ軸方向・Ｙ軸方向は対向面に２個ずつ）取り付けられており、図１に示す例では、振動台１３の内側面（ベース１０に向かう面）に、１個の圧電アクチュエータ１１Ｘ・１１Ｙ（図１では図示せず）・１１Ｚに対して１個のベアリング１２Ｘ・（Ｙ軸方向のベアリング図示せず）・１２Ｚを介して振動台１３と接している。ここで、同軸方向に配置された圧電アクチュエータ、例えば、圧電アクチュエータ１１Ｘからの振動は、ベアリング１２Ｘにより振動台１３に良好に伝達される。一方、他軸方向に配置されたアクチュエータ、例えば、圧電アクチュエータ１１Ｚからの振動については、ベアリング１２Ｘの緩衝作用により振動台１３との間の摩擦を減らし振動台１３にスムーズな動きを与える。そのため、例えば、Ｚ軸方向から見た場合、他軸方向となるＸ軸方向の運動に影響を与えることがない。

このように、ベアリング等の緩衝除去部を設けることで、各軸方向の振動が他軸方向の振動に影響を及ぼすような事態を回避することができるので、より一層良好な振動試験を実施することができる。

なお、図１に示す例では、ベアリング１２Ｘ・（Ｙ軸方向のベアリング図示せず）・１２Ｚは振動台１３の内面に取り付けられているが、もちろんこの例に限定されるものではなく、本発明では、ベアリングは、振動台１３と圧電アクチュエータ１１Ｘ・１１Ｙ・１１Ｚとの間に設けられていればよいので、ベース１０側に取り付けられていてもよい。また、緩衝除去部がベアリング以外であっても、振動台１３と圧電アクチュエータ１１Ｘ・１１Ｙ・１１Ｚとの間に設けることで、各軸方向のアクチュエータに対して干渉除去手段が設けられるので、他軸からの振動の干渉をより有効に回避することができる。

ここで、上記ベース１０の内部には、前述した共通孔１４ａおよびアクチュエータ用孔１４ｂのように、少なくとも、圧電アクチュエータ１１Ｘ・１１Ｙ・１１Ｚに接続されるケーブル等を通すための孔を設けることができる。これは、圧電アクチュエータ１１Ｘ・１１Ｙ・１１Ｚの配置と、振動台１３の形状および配置とに由来する。

すなわち、前述したように、本発明では、複数のアクチュエータの加振方向（振動を加える方向）同士を互いに交差せず発散するように、各アクチュエータを配置している。これにより、圧電アクチュエータ１１Ｘ・１１Ｙ・１１Ｚや、ベアリング１２Ｘ・（Ｙ軸方向のベアリング図示せず）・１２Ｚなどの振動源を、振動台１３の内側に設置することができる。その結果、従来の装置と比べて振動台１３に対して装置本体を小さくできるだけでなく、振動台１３の内側にはベース１０本体が配置されることになるため、ベース１０に様々な構成や部材を付加することが可能となる。

それゆえ、本実施の形態では、例えば、ベース１０内に共通孔１４ａやアクチュエータ用孔１４ｂを設けることができる。これら孔の形成によって、例えば、アクチュエータ用ケーブル１９や電気的試験装置からのＩＦケーブル１７を、ベース１０内に通して、それぞれ圧電アクチュエータ１１Ｘ・１１Ｙ・１１Ｚや被試験体（ＩＦケーブル用コネクタ１９を介して）に接続することができる。

ベース１０内部に孔を形成して内部にケーブルを通せば、振動によりケーブルが断線することを防止できるとともに、ケーブルが振動に干渉することも防止できる。言い換えれば、孔を形成したベース１０は、ケーブル等による振動への干渉を避ける機構であるということもできる。それゆえ、本発明にかかる振動試験装置には、被試験体および電気的試験装置を接続するケーブル等が振動に干渉することを有効に回避でき、動作状態の被試験体に対して振動試験を行うことが可能となる。

また、本発明にかかる振動試験装置は、従来よりも小型化できるとともに、小型化のために特殊な部品を使用する必要がない。それゆえ、価格を安価に抑えることができるので、振動試験装置の製造コストの上昇を回避することができ、設備投資も抑えることができる。なお、上記ＩＦケーブル１７やアクチュエータ用ケーブル１９の具体的な種類は特に限定されるものではなく、公知の各種ケーブルを用いることができる。

次に、本発明にかかる振動試験装置の動作、すなわち本発明にかかる振動試験装置を用いた振動試験の一例について説明する。

上述したように、本発明にかかる振動試験装置は、Ｘ／Ｙ／Ｚ軸方向にそれぞれ圧電アクチュエータ１１Ｘ・１１Ｙ・１１Ｚを備えているため、少なくとも一方向、好ましくは二方向同時あるいは三方向同時に加振できるとともに、三軸微小振動型の振動試験装置となっており、しかも、他軸からの振動の干渉をベアリング等の干渉除去部により回避しつつ振動台を振動させることが可能となっている。さらに、本実施の形態では、本発明にかかる振動試験装置が、圧電アクチュエータ１１Ｘ・１１Ｙ・１１Ｚの駆動を制御する振動制御部を備えている例を特に好ましく挙げることができる。

具体的には、図３に示すように、本実施の形態における振動試験装置２１は、振動制御部として、圧電アクチュエータ１１を駆動するための駆動アンプ２１ａと、当該駆動アンプ２１ａの動作を制御するアンプ制御回路２１ｂとを備えている。駆動アンプ２１ａは、圧電アクチュエータ１１に動作制御信号を出力可能となっており、アンプ制御回路２１ｂは駆動アンプ２１ａに動作制御信号を出力可能となっている（何れの出力も図中矢印で示す）。また、アンプ制御回路２１ｂに対しては、加速度センサ２０および電気的試験装置２３から制御信号が出力可能となっているので、アンプ制御回路２１ｂはこれら制御信号に基づいて、駆動アンプ２１ａの動作（すなわち圧電アクチュエータ１１の動作）を制御する。

なお、図３における圧電アクチュエータ１１は、図１および図２に示す圧電アクチュエータ１１Ｘ・１１Ｙ・１１Ｚに対応するが、制御ブロック図の記載の便宜上、一つの圧電アクチュエータ１１として記載している。また、図３中の制御信号や電源等の入出力は線の矢印で示し、振動を加える方向については帯状のブロック矢印で示す。

上記加速度センサ２０は、前記ソケット基板１５の説明で触れたが、振動台１３上、好ましくはソケット基板１５上に設けられており、加速度データを検出してアンプ制御回路２１ｂに入力する。この加速度センサ２０は、被試験体２２に加えられる振動を加速度データとして検出するものであり、言い換えれば、本発明では、加速度センサ２０に関わらず、被試験体に加える振動を直接または間接的に検出できる部材や手段を備えていればよい。

加速度センサ２０としては公知のセンサ類を用いることができる。具体的には例えば、単方向の加速度を検出するタイプ（便宜上、単軸加速度センサと称する）や、三軸方向の加速度を検出するタイプ（便宜上、多軸加速度センサと称する）等を挙げることができる。単軸加速度センサを用いる場合には、振動台１３（またはソケット基板１５）のＸ／Ｙ／Ｚ軸方向のそれぞれに一つ以上設ければよい。他軸加速度センサを用いる場合には、振動台１３（またはソケット基板１５）上に少なくとも１個設ければよい。もちろん本発明はこれに限定されるものではなく、加速度センサ２０の種類や被試験体２２の種類、振動試験装置２１の用途等に応じて、適切な種類の振動検出部を用いて適切な位置に設ければよい。

上記電気的試験装置２３は、振動試験の被試験体２２に対して各種の電気的な試験を行うための装置であり、その具体的な種類や構成については、振動試験と並行して行う電気的試験の種類に応じて適宜選択される。代表的な例としては、公知のテスタ等を挙げることができるがもちろんこれに限定されるものではない。

電気的試験装置２３と被試験体２２とは、前記振動台１３・ソケット基板１５の説明でも述べたように、ＩＦケーブル１７と接続されている（図３中矢印で示す。）本発明では、前述したように、ベース１０内に上記共通孔１４ａ等を設けることができるので、電気的試験装置２３に一方が接続されたＩＦケーブル１７を、当該共通孔１４ａ内に挿し通すとともに、被試験体２２を固定するソケット基板１５に設けられるＩＦケーブル用コネクタ１８に上記ＩＦケーブル１７を接続する。このＩＦケーブル１７は図３の矢印に示すように、被試験体２２と電気的試験装置２３との間で各種制御信号や電気的試験データ等を双方向で入出力することができる。また、電気的試験装置２３から被試験体２２に対して電源を供給することもできる。

上記駆動アンプ２１ａは、圧電アクチュエータ１１の動作、すなわち振動台１３への加振を制御するものである（図３中矢印で示す）。また、アンプ制御回路２１ｂは、駆動アンプ２１ａの動作を制御するものであり、当該駆動アンプ２１ａに制御信号を出力可能としている（図３中矢印で示す）。アンプ制御回路２１ｂには、上記加速度センサ２０から加速度データが入力可能となっているとともに、電気的試験装置２３からも制御信号が入力可能となっている（何れも図３中矢印で示す）。

駆動アンプ２１ａと圧電アクチュエータ１１とは、アクチュエータ用ケーブル１９に接続されている。本実施の形態では、図１および図２に示すように、ベース１０のＸ／Ｙ軸方向の対向面（側面）に２個ずつ、Ｚ軸方向の面（上面）に４個の計１６個の圧電アクチュエータ１１（圧電アクチュエータ１１Ｘ・１１Ｙ・１１Ｚ）が設けられているので、これら圧電アクチュエータ１１それぞれにアクチュエータ用ケーブル１９が接続され、かつ、アクチュエータ用ケーブル１９は、ベース１０内の共通孔１４ａおよびアクチュエータ用孔１４ｂを挿し通され、駆動アンプ２１ａに接続されている。

なお、上記駆動アンプ２１ａおよびアンプ制御回路２１ｂの具体的な構成は特に限定されるものではなく、公知のアンプや制御回路を好適に用いることができる。また、本発明では、圧電アクチュエータ１１の動作を制御することにより、被振動体２２に与える振動を制御することができれば、上記駆動アンプ２１ａやアンプ制御回路２１ｂ以外の振動制御部を備えていてもよい。

上記駆動アンプ２１ａおよびアンプ制御回路２１ｂを用いた振動制御について、被試験体２２としてのデバイス（以下、被試験デバイスとする）に対して正弦波振動を与えた際の試験を具体例に挙げて、図４を参照して説明する。なお、振動制御の具体的な手法は下記の手法に限定されるものではなく、本発明の範囲内で公知の手法を取り入れたり組み合わせたり差し替えたりできることは言うまでも無い。

まず、本実施の形態における振動試験装置２１は停止状態にあり、かつ、被試験デバイスも何も動作していない状態とする。次に、ステップ１（以下、適宜ステップをＳと略す）として、電気的試験装置２３から、被試験デバイスにＩＦケーブル１７を介して電源を供給するとともに制御信号を入力し、当該被試験デバイス２２の動作を開始させて所望の動作状態とする。

次のＳ２では、電気的試験装置２３からアンプ制御回路２１ｂに対してスタート命令の制御信号を出力し、これを受けてアンプ制御回路２１ｂから規則的に変化する電圧レベル（正弦波）が駆動アンプ２１ａに出力される。次のＳ３では、駆動アンプ２１ａはアンプ制御回路２１ｂからの電圧レベルに基づいて、規則的に変化する電圧（正弦波）を圧電アクチュエータ１１に出力する。

次のＳ４では、圧電アクチュエータ１１は、駆動アンプ２１ａから出力された規則的な電圧変化（正弦波）に伴って変位を起こし、振動台１３に振動を加える。振動台１３はこれにより微小振動し、動作状態の被試験デバイスが振動する。次のＳ５では、振動台１３（ソケット基板１５）上に設けられた加速度センサ２０も微小振動するので、当該加速度センサ２０は振動データとしての加速度データ（電圧変化）を検出し、これをアンプ制御回路２１ｂに出力する。

次のＳ６では、得られた加速度データに基づき、アンプ制御回路２１ｂにおいて振動を変化させるか否か判定する。変化させる場合（図４中ＹＥＳ）には、Ｓ７に進み、アンプ制御回路２１ｂにて電圧レベルを変化させ、駆動アンプ２１ａに出力してＳ３に戻る。これによって、振動台１３の振動が調整される。

一方、Ｓ６で振動を変化させない場合（図４中ＮＯ）には、Ｓ８に進み、電気的試験装置２３では、被試験デバイスからＩＦケーブル１７を介して電気的試験の結果としての信号（値）を取得し、この試験結果がスペック以内であるかどうかを判定する。この判断結果を受けて、Ｓ９に進み、さらに試験を継続するか否かを判定する。再試験を要する場合（図４中ＹＥＳ）には、Ｓ６に戻り、適宜振動の調整を行い、試験を継続する。

これに対して、試験を継続しない場合（図４中ＮＯ）には、Ｓ１０に進み、被試験デバイスの良否を最終判定し、Ｓ１１に進んで、電気的試験装置２３から電源の供給および制御信号の入力を停止するとともに、アンプ制御回路２１ｄｂストップ命令の制御信号を出力することで振動を停止させる。これによって、被試験デバイス（被試験体２２）に対する動作状態の振動試験を終了する。

以上のように、本実施の形態では、加速度センサ２０から得られる出力電圧をアンプ制御回路２１ｂに入力することで、実際に振動台１３が加振されている状態、言い換えれば被試験体２２の振動を検出し、任意の振動になるように駆動アンプ２１ａを制御するようになっている。それゆえ、動作状態にある被試験体２２（被試験デバイス）に対して適切な振動を加えることが可能となるため、単に動作状態で振動試験を行うことができるだけでなく、振動試験そのものの質を向上させることも可能となる。

なお本発明は、以上説示した各構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示した範囲で種々の変更が可能であり、実施の形態中の異なる例にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

振動を加える面を内向させるのではなく外向（発散）させるようにアクチュエータを配置することで、装置そのものを小型化できるとともに、アクチュエータを支持するベース内に、被試験体と電気的試験装置とを接続するケーブルによる振動への干渉を避けるための機構を設けることができる。そのため、本発明は、各種の振動試験装置、特に、Ｘ／Ｙ／Ｚ軸方向に微小振動を加えることができる三軸微小振動試験装置や、その部品を製造する分野に利用することができるだけでなく、さらには、各種振動試験に関わる分野に広くするにも応用することが可能である。

図１は、本発明にかかる振動試験装置（三軸微小振動試験装置）の要部構成の一例を示す模式図である。 図２は、図１に示す振動試験装置が備える圧電アクチュエータの配置の一例を示す部分斜視図である。 図３は、図１に示す振動試験装置の構成の一例を示すブロック図である。 図３に示す振動試験装置における振動制御の一例を示すフローチャートである。 従来の振動試験装置の例を示す斜視図である。

符号の説明

１０ ベース（支持体）
１１・１１Ｘ・１１Ｙ・１１Ｚ 圧電アクチュエータ（アクチュエータ）
１２Ｘ・１２Ｚ ベアリング（干渉除去手段）
１３ 振動台
２１ 振動試験装置
１４ａ 共通孔
１４ｂ アクチュエータ用孔
１４ｃ ケーブル用孔
１５ ソケット基板（被試験体固定手段）
１６Ａ・１６Ｂ ソケット
１７ インターフェースケーブル
１８ インターフェースケーブル用コネクタ
１９ アクチュエータ用ケーブル
２０ 加速度センサ（加速度検出手段）
２１ａ 駆動アンプ（振動制御手段）
２１ｂ アンプ制御回路（振動制御手段）

Claims (15)

1. 互いに直交する三軸方向それぞれに少なくとも一つ配置される複数のアクチュエータと、これらアクチュエータを固定支持する支持体と、被試験体を載置した状態でアクチュエータの動作により振動可能となっている振動台とを備えている振動試験装置であって、
   上記複数のアクチュエータは、異なる軸方向に配置されるアクチュエータにおける振動を加える方向同士を互いに交差させないように、支持体に固定支持されているとともに、
   上記振動台は、各アクチュエータを介在した状態で支持体を覆うように設けられていることを特徴とする振動試験装置。
2. さらに、異なる軸方向に配置されるアクチュエータから加えられる振動同士の干渉を回避する干渉除去手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の振動試験装置。
3. 上記干渉除去手段は、振動台とアクチュエータとの間に設けられることを特徴とする請求項２に記載の振動試験装置。
4. 上記干渉除去手段としてベアリングが用いられることを特徴とする請求項３に記載の振動試験装置。
5. 上記アクチュエータとして、電圧の印加により変位を起こす圧電素子を用いた圧電アクチュエータが用いられることを特徴とする請求項１に記載の振動試験装置。
6. 上記圧電素子としてピエゾ素子が用いられることを特徴とする請求項５に記載の振動試験装置。
7. 上記支持体には、少なくとも、上記アクチュエータに接続されるケーブルを通すための孔が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の振動試験装置。
8. 上記振動台には、被試験体に接続されるケーブルを通すための孔が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の振動試験装置。
9. さらに、上記振動台に載置される被試験体を固定する被試験体固定手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の振動試験装置。
10. 上記被試験体固定手段は、被試験体の少なくとも一部を押し込んで固定するソケットを有していることを特徴とする請求項９に記載の振動試験装置。
11. 上記被試験体固定手段は、振動台上に取り付け可能な基板状となっていることを特徴とする請求項９または１０に記載の振動試験装置。
12. さらに、上記アクチュエータの駆動を制御する振動制御手段を備えていることを特徴とする請求項１に記載の振動試験装置。
13. 上記振動制御手段は、アクチュエータを駆動するための駆動アンプと、当該駆動アンプの動作を制御するアンプ制御回路とを備えることを特徴とする請求項１２に記載の振動試験装置。
14. さらに、振動台上に設けられ、検出した加速度データを振動の制御に用いるために振動制御手段に入力する加速度検出手段を備えていることを特徴とする請求項１２に記載の振動試験装置。
15. 上記加速度検出手段として、単方向の加速度を検出する加速度センサを用いて振動台の異なる軸方向それぞれに一つ以上設けるか、
    または、三軸方向の加速度を検出する多軸加速度センサを用いて振動台上に少なくとも１個設けることを特徴とする請求項１４に記載の振動試験装置。

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