JP2020008494A

JP2020008494A - 試験機用検定器、および、それを用いる試験機

Info

Publication number: JP2020008494A
Application number: JP2018131674A
Authority: JP
Inventors: 誠也稲村; Masaya Inamura; 輝雅甲斐; Terumasa Kai
Original assignee: Saginomiya Seisakusho Inc
Current assignee: Saginomiya Seisakusho Inc
Priority date: 2018-07-11
Filing date: 2018-07-11
Publication date: 2020-01-16

Abstract

【課題】試験機用検定器において、低周波数帯域から比較的高周波数帯域までの範囲内で試験機を較正できること。【解決手段】試験機用検定器は、加振機の可動部２０に固定される円板状の金属製のベース部材１４と、環状部材１２Ａおよび１２Ｂにより挟持される金属製の板ばね１０と、環状部材１２Ａおよび１２Ｂに挟持された板ばね１０を３個のスリーブ部材１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃを介してベース部材１４に締結するボルトＢＯ１、ＢＯ２、ＢＯ３およびナットＮｕ１、Ｎｕ２、Ｎｕ３とを主な要素として構成されているもの。【選択図】図１

Description

本発明は、試験機用検定器、および、それを用いる試験機に関する。

車両のエンジンマウント等に用いられる防振ゴムの動的性質は、例えば、ＳＲＩＳ３５０３（日本ゴム協会標準規格）に規定された所定の動的性質試験方法に従い試験される。このような試験は、例えば、特許文献１に示されるように、上述の試験方法に準拠した動特性試験機により行われる。動特性試験機は、加振機と、荷重検出器とを備えている。試験にあたり、テストピースとしての防振ゴムは、動特性試験機における加振機の可動部と荷重検出器との間に配置される。そして、動特性試験の場合、加振機の可動部により、所定の繰返し周波数を有する動的な繰返し荷重がテストピースに加えられる。これにより、動特性試験機の荷重検出器により得られた荷重（ばね値）およびたわみの時間波形に基づいて防振ゴムの絶対ばね定数、動的ばね定数、損失ばね定数、および、損失係数等が算出される。

上述の動特性試験機の性能が、所定の基準の性能を満たしているか否かを定期的に確認するためにテストピースの代わりに、所定の試験機用検定器が動特性試験機における加振機の可動部と荷重検出器との間に配置されて試験され、動特性試験機の性能が確認される。

特公昭６１−２２２５１号公報

車両のエンジンマウントに用いられる防振ゴムに必要とされる動的性質は、例えば、ガソリンエンジンを搭載する自動車に使用される場合と、電気自動車、および、ハイブリッドエンジンを搭載するハイブリッド車に使用される場合とでは、異なる場合がある。これは、電気自動車等のモータが発生する振動の周波数が、ガソリンエンジンが発生する振動の周波数に比べて比較的高周波数帯域となるからである。

上述のような動的性質の異なる複数の防振ゴムの動的性質を測定する動特性試験機の場合、特許文献１に示される動特性試験機に用いられる試験機用検定器においては、加振機が加える振動の周波数が約１００Ｈｚ程度の低周波数帯域から約１０００Ｈｚ以上の比較的高周波数帯域までの範囲内で正確に較正することが必要となる。

しかしながら、所定のばね定数を有するコイルスプリングを内蔵する試験機用検定器は、加振機が加える振動の周波数が約１００Ｈｚを越える周波数帯域となるとき、コイルスプリング自体が加振機により加えられた振動数成分と共振し、縦共振を引き起こす虞がある。このような場合、荷重検出器により測定された荷重（ばね値）が、正規の値の数十倍となる誤った値となる虞がある。従って、１つの試験機用検定器によって、約１００Ｈｚ程度の低周波数帯域から約１０００Ｈｚ以上の比較的高周波数帯域までの範囲内で試験機を正確に較正できない。

以上の問題点を考慮し、本発明は、試験機用検定器、および、それを用いる試験機であって、低周波数帯域から比較的高周波数帯域までの範囲内で試験機を較正できる試験機用検定器、および、それを用いる試験機を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、本発明に係る試験機用検定器は、加振機の可動部に連結されるベース部材と、ベース部材に固定される支持部材に支持され板厚方向に弾性変位可能な板ばねと、板ばねの中央部に配され、加振機の可動部から加えられた繰り返し荷重を、荷重検出器に伝達する検出荷重伝達部と、を備えて構成される。

また、本発明に係る試験機用検定器は、加振機の可動部に連結されるベース部材と、ベース部材に固定される支持部材に支持され板厚方向に弾性変位可能な板ばねと、板ばねの中央部に配され、加振機の可動部から加えられた繰り返し荷重を、球体を介して荷重検出器に伝達する検出荷重伝達部と、を備えて構成される。

支持部材は、少なくとも３本以上の支柱からなるものでもよい。支持部材の曲げ剛性が、板ばねの曲げ剛性に比して大であってもよい。

本発明に係る試験機は、荷重検出器を有する荷重軸と、可動部を有する加振機と、加振機の可動部に着脱可能に連結される上述の試験機用検定器と、を含んでなる。

本発明に係る試験機用検定器、および、それを用いる試験機によれば、ベース部材に固定される支持部材に支持され板厚方向に弾性変位可能な板ばねと、板ばねの中央部に配され、加振機の可動部から加えられた繰り返し荷重を、荷重検出器に伝達する検出荷重伝達部と、を備えているので低周波数帯域から比較的高周波数帯域までの範囲内で試験機を較正できる。また、その他の効果として、板ばねを用いた事により加振で生じる熱を放熱し易くなり、高周波で加振した際に生じる熱による誤差要因を抑制する効果が期待できる。

本発明に係る試験機用検定器の一例を示す斜視図である。図１に示される試験機用検定器の正面図である。図１に示される試験機用検定器の平面図である。図１に示される試験機用検定器の底面図である。図１に示される試験機用検定器の一例が加振機の可動部に固定された状態を示す図である。（Ａ）は、図１に示される試験機用検定器に用いられる複数本のボルトに支持された円板状の板ばねの略中央部に集中荷重が作用した状態を示す図であり、（Ｂ）は、比較例としての試験機用検定器に用いられるコイルスプリングの一部を示す部分断面図である。

図５は、本発明に係る試験機用検定器の一例を、それが用いられる試験機の一部を構成する加振機の可動部とともに概略的に示す。

上述の試験機は、例えば、引用文献１に示されるような、動特性試験機とされる。その動特性試験機は、図示が省略されるが、例えば、ＳＲＩＳ３５０３（日本ゴム協会標準規格）に規定された非共振方法に準拠した試験方法を実行可能なものとされる。その動特性試験機は、例えば、粘弾性材料の静的から高サイクルにおけるバネ定数等の計測およびその計測値に基づくデータ処理を行うものとされる。

その動特性試験機は、図示が省略されるが、後述する加振機および昇降シリンダーおよび油圧シリンダーを支持する中定盤と、昇降シリンダーおよび油圧シリンダーのロッドの先端部により中定盤に対し平行に昇降可能に支持される上定盤と、上端が上定盤の中央部に支持される荷重軸と、荷重軸の下端に向かい合って中定盤に配され、テストピースまたは検定器のベース部材が連結される加振機の可動部と、荷重軸に設けられテストピースまたは後述する検定器の荷重被検出部から伝達される荷重を検出する荷重（ばね値）検出器（圧電式ロードセル）と、を主な要素として含んで構成されている。その動特性試験機は、加えて、上述の昇降シリンダーおよび油圧シリンダーを駆動制御する油圧ユニットおよび操作レバーユニットと、加振機からの上述の可動部の変位量をあらわす出力信号、および、荷重（ばね値）検出器からの荷重値（ばね値）をあらわす検出出力信号が供給されるコントローラとを備えている。

図５において、試験機用検定器は、加振機の可動部２０に固定される円板状の金属製のベース部材１４と、環状部材１２Ａおよび１２Ｂにより挟持される板状部材としての金属製の板ばね１０と、環状部材１２Ａおよび１２Ｂに挟持された板ばね１０を３個のスリーブ部材１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃを介してベース部材１４に締結する３本のボルトＢＯ１、ＢＯ２、ＢＯ３および６個のナットＮｕ１、Ｎｕ２、Ｎｕ３とを主な要素として構成されている。

アルミニウム合金製のベース部材１４は、中央の孔１４ａに挿入されるボルトＢＯ４の雄ねじが加振機の可動部２０の雌ねじ孔にねじ込まれることにより、可動部２０の端面に当接し固定される。ベース部材１４は、孔１４ａの回りに円周方向に均等に３箇所、段付孔１４ｂを有している。また、図４に示されるように、各段付孔１４ｂには、ボルトＢＯ１、ＢＯ２、および、ＢＯ３と、ナットＮｕ１、Ｎｕ２、および、Ｎｕ３とが、それぞれ、挿入される。これにより、挿入されたボルトＢＯ１、ＢＯ２、および、ＢＯ３は、その軸線がベース部材１４の端面に対し略垂直となるようにベース部材１４に取り付けられる。

アルミニウム合金製の環状部材１２Ａおよび１２Ｂは、互いに同一の構造を有するので環状部材１２Ａについて説明し、環状部材１２Ｂについての説明を省略する。環状部材１２Ａは、中央に開口部１２ａを有するとともに、アルミニウム合金製のボルトＢＯ１、ＢＯ２、および、ＢＯ３がそれぞれ挿入される孔１２ｂをベース部材１４の孔１４ｂに対応して開口部１２ａの周縁の３箇所に有している。

環状部材１２Ａおよび１２Ｂ相互間に挟持される薄板状の板ばね１０は、例えば、ばね材（ばね用冷間圧延鋼帯：ＳＫ８５−ＣＳＰ）で作られ、環状部材１２Ａおよび１２Ｂの直径と同一の直径、例えば、５０ｍｍ以上７０ｍｍ以下の直径を有した円板状に形成されている。板ばね１０の厚さは、例えば、約１ｍｍ以上約３ｍｍ以下に設定されている。板ばね１０は、ボルトＢＯ１、ＢＯ２、および、ＢＯ３がそれぞれ挿入される孔１０ｂを、環状部材１２Ａの孔１２ｂに対応して中央の孔１０ａの回り３箇所に有している。

板ばね１０の中央部には、アルミニウム合金製の球面嵌合部材１８Ａおよび取付具１８Ｂが板ばね１０を挟持した状態で固定されている。球面嵌合部材１８Ａは、板ばね１０における上述の荷重軸の下端に向き合う表面１０ＳＡに載置されている。球面嵌合部材１８Ａにおける荷重軸の下端に向き合う部分には、所定の曲率半径球Ｒの球面で形成される凹部１８ＡＲが形成されている。凹部１８ＡＲには、荷重軸の下端と球面嵌合部材１８Ａとの間に配置される金属製の球体である鋼球（不図示）が嵌め合わされる。板ばね１０の中央部の孔１０ａには、取付具１８Ｂの凹部に向けて突出する球面嵌合部材１８Ａの軸部が挿入される。球面嵌合部材１８Ａの軸部の回りには、球面嵌合部材１８Ａの中心軸線方向に貫通した雌ねじ孔１０ｃが、その円周方向に沿って９０°間隔で４箇所に形成されている。取付具１８Ｂは、球面嵌合部材１８Ａの４個の雌ねじ孔１０ｃに対応してクロムモリブデン鋼（ＳＣＭ４３５）で作られた小ネジＢＳがそれぞれ挿入される貫通孔を４箇所に有している。これにより、小ネジＢＳが取付具１８Ｂの貫通孔を介して球面嵌合部材１８Ａの雌ねじ孔１０ｃにねじ込まれることにより、球面嵌合部材１８Ａが、板ばね１０における表面１０ＳＡに固定されるとともに、取付具１８Ｂが、板ばね１０における表面１０ＳＡに向き合う表面１０ＳＢに固定される。従って、板ばね１０が、球面嵌合部材１８Ａおよび取付具１８Ｂにより挟持されることとなる。上述の球面嵌合部材１８Ａは、可動部２０から加えられ共振した荷重を検定器から上述の荷重軸に設けられる荷重（ばね値）検出器に伝達する検出荷重伝達部を形成する。なお、上述の例においては、金属製の球体である鋼球は、荷重軸の下端と球面嵌合部材１８Ａの凹部１８ＡＲとの間に嵌め合わされた構造とされているが、斯かる例に限られることなく、例えば、球体の一部が荷重軸の下端に設けられるクランプにより保持され、球体の他の部分が球面嵌合部材１８Ａの凹部１８ＡＲに嵌め合うような構造を有していてもよい。また、上述の球体は、球面嵌合部材１８Ａの凹部１８ＡＲの球面と当接する部分が球面を有していればよいので必ずしも完全な球である必要はなく、例えば、球の一部が欠けた球欠のような形状であってもよい。さらに、上述のような球体を用いることなく、例えば、荷重軸の下端の一部が、球面嵌合部材１８Ａの凹部１８ＡＲに直接的に嵌め合うような球面を有するものであってもよい。

球面嵌合部材１８Ａおよび取付具１８Ｂにより挟持された板ばね１０は、図２に示されるように、支柱としてのアルミニウム合金製のボルトＢＯ１、ＢＯ２、および、ＢＯ３にそれぞれ巻装されたスリーブ部材１６Ａ、１６Ｂ、および、１６Ｃにより、ベース部材１４の端面に対し所定距離、上方に離隔した位置でナットＮｕ１、Ｎｕ２、および、Ｎｕ３でボルトＢＯ１、ＢＯ２、および、ＢＯ３に締結される。ボルトＢＯ１、ＢＯ２、および、ＢＯ３の両端は、それぞれ、ナットＮｕ１、Ｎｕ２、および、Ｎｕ３で締結されている。

このような試験機用検定器における板ばね１０の共振周波数ｆ_i（Ｈｚ）は、（１）式に従い算出される。

但し、ｋは、試験機用検定器における板ばね１０のばね定数Ｋ１と、ボルトＢＯ１、ＢＯ２、および、ＢＯ３からなるばね定数Ｋｈ（Ｋｈ＞＞Ｋ１）との合成したばね定数の値であり、ｍは、板ばね１０の質量である。ばね定数ｋ（Ｋｉ）（Ｎ／ｍｍ）は、後述する（２）式および（３）式に従い算出される。

但し、Ｆは、図６（Ａ）に示されるように、板ばね１０の孔１０ａの周縁に作用する力（Ｎ）であり、ωｉ（ｍｍ）は、力Ｆが作用したとき、板ばね１０における球面嵌合部材１８Ａおよび取付具１８Ｂが配置される中央部の最大撓みである。

ωｉ＝｛ｒ²Ｆ×１２（１−ν²）｝／１６πＥｔ³ …（３）
なお、（３）式は、円盤のたわみ式である。但し、ｒ（ｍｍ）は、図６（Ａ）に示されるように、ボルトＢＯ１、ＢＯ２、および、ＢＯ３により支持された板ばね１０が撓み得る部分の半径であり、ｔ、ν、Ｅは、それぞれ、板ばね１０の板厚（ｍｍ）、ポアソン比、および、ヤング率（ＭＰａ）である。

試験機用検定器における板ばね１０の一例において、例えば、ｒ＝２５ｍｍ、Ｆ＝１（Ｎ）、ν＝０．３、Ｅ＝２．１×１０⁵（ＭＰａ）、ｔ＝２．４ｍｍのとき、それらを（３）式に代入することにより、撓みωｉは、４．６８×１０^-5ｍｍである。また、ばね定数Ｋｉは、（２）式にＦ、ωｉの値を代入することにより、２１３８０．６２（Ｎ／ｍｍ）となる。その際、上述したように、Ｋｈ＞＞Ｋ１であるのでボルトＢＯ１、ＢＯ２、および、ＢＯ３の曲げ剛性が、板ばね１０の曲げ剛性に比して大に設定されることとなる。

従って、共振周波数ｆ_iは、例えば、板ばね１０の質量ｍ（ｋｇ）が０．３ｋｇであるとき、（１）式に、得られたばね定数Ｋｉの値を代入することにより、共振周波数ｆ_iは、１３４３．５９（Ｈｚ）となる。このようにボルトＢＯ１、ＢＯ２、および、ＢＯ３の曲げ剛性が、板ばね１０の曲げ剛性に比して大に設定されることによって、見かけ上計測される検定値が、板ばね１０の剛性値になるようにすることで周波数ダイナミックレンジを１ｋＨｚまで拡げることを実現できる。また、板ばね１０がボルトＢＯ１、ＢＯ２、および、ＢＯ３により平面の状態で支持されることにより、板ばね１０に作用する力が、計測時、左右前後に逃げ難い構造となる。

一方、図６（Ｂ）に示されるように、比較例として板ばね１０の代わりにコイルスプリング３０が内蔵された検定器の場合、コイルスプリング（強力ばね）３０（材質：ばね用シリコンクロム鋼、外径５０ｍｍ、内径２５ｍｍ、ばねの巻き数６）の質量ｍ、ばね定数ｋが、それぞれ、０．２６５２（ｋｇ）、１３７．９６（Ｎ／ｍｍ）（＝Ｋｃ）であるとき、それらの値を上述の（１）式に代入することにより、コイルスプリング（強力ばね）３０の共振周波数ｆ_i（Ｈｚ）は、１１４．７９（Ｈｚ）となる。

以上の説明から明らかなように、本発明に係る試験機用検定器の一例に用いられる板ばね１０の共振周波数ｆ_i（Ｈｚ）は、コイルスプリング３０が内蔵された検定器に比して比較的高周波数帯域となるので低周波数帯域から比較的高周波数帯域までの範囲内で試験機を正確に較正できることとなる。

上述の試験機用検定器により上述の動特性試験機を較正するにあたっては、先ず、試験機用検定器のベース部材１４が加振機の可動部に固定され、荷重軸の端部と試験機用検定器の球面嵌合部材１８Ａの凹部１８ＡＲとの間に鋼球が配置される。次に、加振機が作動され、加振機の可動部の周波数および荷重が所定の周波数から徐々に増大されながら、荷重（ばね値）検出器によりばね値が検出される。その際、上述のコントローラを通じて得られたばね値が、基準となる周波数で基準のばね値となる場合、動特性試験機について較正が不要とされる。一方、コントローラを通じて得られたばね値が、基準となる周波数で基準のばね値とならない場合、動特性試験機について較正が必要となる。

上述の例においては、試験機用検定器が板ばねと、剛体フレームとの構造であるので板ばね１０の厚みを調整可能であってばね定数を任意の値に切換えることが可能となる。また、板ばね１０の厚みが、例えば、２．４ｍｍであり、極めて薄いものなので製作過程において公差管理が容易である。その結果、試験機用検定器を量産した場合、特性値が安定した検定器の生産が可能であり、しかも、例えば、板ばね１０と球面嵌合部材１８Ａとの嵌め合い公差を０．０１〜０．０４ｍｍと設定した場合、組立誤差の低減が図られ、データ計測の再現性が向上する。

なお、本発明に係る試験機用検定器の一例においては、板ばね１０が３本のボルトＢＯ１、ＢＯ２、および、ＢＯ３で支持されているが、斯かる例に限られることなく、例えば、板ばね１０が４本以上のボルトで支持されてもよい。また、板ばね１０が３本のボルトＢＯ１、ＢＯ２、および、ＢＯ３の代わりに、環状部材１２Ａおよび１２Ｂで挟持された板ばね１０が、例えば、支持部材としての円筒状の部材によりベース部材１４に固定されてもよい。

また、本発明に係る試験機用検定器の一例においては、動特性試験機を較正するものを一例として説明されているが、斯かる例に限られることなく、本発明の一例が、例えば、動特性試験機とは異なる他の試験機の較正のために適用されてもよいことは勿論である。

１０板ばね
１４ベース部材
１８Ａ球面嵌合部材
１８Ｂ取付具
ＢＯ１、ＢＯ２、ＢＯ３ボルト
２０可動部

Claims

加振機の可動部に連結されるベース部材と、
前記ベース部材に固定される支持部材に支持され板厚方向に弾性変位可能な板ばねと、
前記板ばねの中央部に配され、前記加振機の可動部から加えられた繰り返し荷重を、荷重検出器に伝達する検出荷重伝達部と、
を具備して構成される試験機用検定器。
加振機の可動部に連結されるベース部材と、
前記ベース部材に固定される支持部材に支持され板厚方向に弾性変位可能な板ばねと、
前記板ばねの中央部に配され、前記加振機の可動部から加えられた繰り返し荷重を、球体を介して荷重検出器に伝達する検出荷重伝達部と、
を具備して構成される試験機用検定器。
前記支持部材は、少なくとも３本以上の支柱からなることを特徴とする請求項１または請求項２記載の試験機用検定器。
前記支持部材の曲げ剛性が、前記板ばねの曲げ剛性に比して大であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の試験機用検定器。
荷重検出器を有する荷重軸と、
可動部を有する加振機と、
前記加振機の可動部に着脱可能に連結される請求項１乃至請求項４のうちのいずれかに記載の試験機用検定器と、
を含んでなる試験機。