JP2021103105A - 振動試験装置 - Google Patents

Abstract

【課題】供試体を低周波から高周波まで幅広い周波数帯、かつ大きい加速度で、３軸方向に加振させる。【解決手段】第１振動台１１を第１方向、第２方向、および第３方向に沿ってそれぞれ振動させる第１加振機３１、第２加振機３２、および第３加振機３３と、第１振動台１１と第２振動台２１を連結し、第２振動台２１を第１振動台１１に対して第１方向に振動させる第４加振機５１と、第１振動台１１と第２振動台２１を連結し、第２振動台２１を第１振動台１１に対して第２方向に振動させる第５加振機５２と、第１振動台１１と第２振動台２１を連結し、第２振動台２１を第１振動台１１に対して第３方向に振動させる第６加振機５３と、を備える振動試験装置とする。第４加振機５１、第５加振機５２、および第６加振機５３は、アクチュエータとして複数の圧電素子を用いる加振機とする。【選択図】図１

Description

本発明は、振動試験装置に関する。

従来、供試体に対する振動試験を行う振動試験装置が知られている。供試体は、例えば自動車用の部品である。振動試験では、供試体が保持された振動台を所定の周波数と加速度で振動させ、自動車用の部品等の性能試験や、安全性に関する試験が行われている。

振動試験では、供試体を低周波から高周波まで幅広い周波数帯で、かつ大きい加速度で加振させることが求められている。特許文献１には、複数の加振機を組み合わせて大きい加速度で加振させるようにした振動試験装置が開示されている。特許文献１の振動試験装置では、第１加振機によって加振される第１振動台上に、第２加振機および第２振動台が設置されている。供試体は第２振動台に載置される。第１および第２加振機を同期させて振動させることで、加振機の単独使用では得られない加速度で供試体を加振できるとされている。

実開昭６１−１２２５４４号公報

しかしながら、特許文献１の振動試験装置は、大型の供試体を加振させるための振動試験装置であり、第１振動台上に設置される第２加振機や第２振動台も大型であり、重量が大きい。重量のある振動台を高周波数帯まで加振させる場合は、加速度が小さくなるという問題がある。

また、振動台を高周波数帯まで加振させる場合は、振動台や加振機等を堅牢な構造にする必要がある。構造を堅牢にすることで重量が増加すると、加振機をさらに大型化する必要が生じ、重量が増加して振動台を高周波数帯まで加振できなくなるという問題が生じる。このため、供試体を低周波から高周波まで幅広い周波数帯で、かつ大きい加速度で加振させることは容易ではなかった。

さらに、振動試験においては、供試体を水平方向（前後方向、左右方向）および鉛直方向（上下方向）の３軸方向について振動試験を行う必要があるが、一軸方向のみに加振する振動試験装置では、振動台に対する供試体の保持姿勢を変更しながら振動試験を行う必要があり、振動試験に手数を要している。このため、振動台に対する供試体の保持姿勢を変更させずに３軸方向について振動試験を行うことや、３軸方向に同時に加振させることができる３軸振動試験装置が求められている。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、供試体を低周波から高周波まで幅広い周波数帯、かつ大きい加速度で、３軸方向に加振させることができる振動試験装置を提供することを目的とする。

本発明は、上述の課題を解決するための手段を以下のように構成している。すなわち、本発明の振動試験装置は、
第１振動台と、
前記第１振動台に支持されるとともに、供試体を保持する第２振動台と、
前記第１振動台を第１方向に沿って振動させる第１加振機と、
前記第１振動台を前記第１方向に直交する第２方向に沿って振動させる第２加振機と、
前記第１振動台を前記第１方向および前記第２方向に直交する第３方向に沿って振動させる第３加振機と、
前記第１振動台と前記第２振動台を連結するとともに、前記第２振動台を前記第１振動台に対して前記第１方向に沿って振動させる第４加振機と、
前記第１振動台と前記第２振動台を連結するとともに、前記第２振動台を前記第１振動台に対して前記第２方向に沿って振動させる第５加振機と、
前記第１振動台と前記第２振動台を連結するとともに、前記第２振動台を前記第１振動台に対して前記第３方向に沿って振動させる第６加振機と、
を備え、
前記第４加振機、前記第５加振機、および前記第６加振機は、アクチュエータとしてそれぞれ複数の圧電素子が用いられている（第１の構成）。

上記構成によれば、第１振動台は、第１加振機、第２加振機、および第３加振機によって加振され、第１振動台に支持されるとともに供試体を保持する第２振動台は、複数の圧電素子を有する第４加振機、第５加振機、および第６加振機によって加振される。
圧電素子によれば、供試体を高周波の領域で加振することができるため、比較的低周波の領域では、第１加振機、第２加振機、および第３加振機で供試体を加振し、比較的高周波の領域では、圧電素子を用いた第４加振機、第５加振機、および第６加振機で供試体を加振することができる。また、圧電素子は軽量であるため、第１加振機、第２加振機、および第３加振機で加振する比較的低周波の領域においても供試体を大きい加速度で加振することができ、比較的高周波の領域では、圧電素子によって供試体を大きい加速度で加振することができる。さらに、第１加振機から第６加振機により、互いに直交する第１方向、第２方向および第３方向に沿って供試体を加振することができる。
このため、供試体を低周波から高周波まで幅広い周波数帯、かつ大きい加速度で、３軸方向に加振させることができる。

本発明の振動試験装置の具体構成として、次の構成が挙げられる。

上記第１の構成において、
前記第４加振機は、前記第２方向および前記第３方向に沿ってそれぞれ複数配置される複数の圧電素子を有し、
前記第５加振機は、前記第１方向および前記第３方向に沿ってそれぞれ複数配置される複数の圧電素子を有し、
前記第６加振機は、前記第１方向および前記第２方向に沿ってそれぞれ複数配置される複数の圧電素子を有してもよい（第２の構成）。

上記構成によれば、第４加振機、第５加振機、および第６加振機は、加振する方向と直交する２方向に沿ってそれぞれ複数配置される複数の圧電素子を有している。
このため、加振力を大きくすることができ、比較的高周波の領域において、供試体を大きい加速度で加振することができる。

上記第１または第２の構成において、
前記第１加振機と前記第１振動台は、実質的に前記第１方向のみの変位を伝達する第１連結部によって連結され、
前記第２加振機と前記第１振動台は、実質的に前記第２方向のみの変位を伝達する第２連結部によって連結され、
前記第３加振機と前記第１振動台は、実質的に前記第３方向のみの変位を伝達する第３連結部によって連結され、
前記第４加振機と、前記第１振動台および前記第２振動台は、それぞれ実質的に前記第１方向のみの変位を伝達する第４連結部によって連結され、
前記第５加振機と、前記第１振動台および前記第２振動台は、それぞれ実質的に前記第２方向のみの変位を伝達する第５連結部によって連結され、
前記第６加振機と、前記第１振動台および前記第２振動台は、それぞれ実質的に前記第３方向のみの変位を伝達する第６連結部によって連結されてもよい（第３の構成）。

上記構成によれば、第１加振機から第３加振機は、加振する方向以外の変位が伝達されないように第１振動台に連結されており、第４加振機から第６加振機は、加振する方向以外の変位が伝達されないように第１振動台および第２振動台に連結されている。
このため、第２振動台のクロストークを低減させることができる。

上記第１から第３のいずれかの構成において、
前記第４加振機、前記第５加振機、および前記第６加振機に配置される複数の圧電素子の動作を制御する制御部をさらに備え、
前記制御部は、
前記第４加振機、前記第５加振機、および前記第６加振機に配置される複数の圧電素子の動作を圧電素子ごとに制御してもよい（第４の構成）。

上記構成によれば、制御部は、第４加振機、第５加振機、および第６加振機に配置される複数の圧電素子の動作を圧電素子ごとに制御する。
このため、圧電素子ごとの動作を制御することにより、第２振動台のクロストークを低減させることができるとともに、第２振動台の変形による周波数や加速度のばらつきを低減させることができる。

上記第１から第３のいずれかの構成において、
前記第４加振機、前記第５加振機、および前記第６加振機に配置される複数の圧電素子の動作を制御する制御部をさらに備え、
前記制御部は、
前記第４加振機、前記第５加振機、および前記第６加振機に配置される複数の圧電素子をそれぞれ複数の素子群に分け、複数の圧電素子の動作を前記素子群ごとに制御してもよい（第５の構成）。

上記構成によれば、制御部は、第４加振機、第５加振機、および第６加振機に配置される複数の圧電素子の動作を素子群ごとに制御する。
このため、複数の圧電素子の動作を素子群ごとに制御することにより、制御を容易にするとともに、第２振動台のクロストークを低減させ、かつ、第２振動台の変形による周波数や加速度のばらつきを低減させることができる。

本発明の振動試験装置によれば、供試体を低周波から高周波まで幅広い周波数帯、かつ大きい加速度で、３軸方向に加振させることができる。

図１は、本発明の実施形態１に係る振動試験装置をＹ軸方向から見た図である。 図２は、振動試験装置をＺ軸方向から見た図である。 図３は、第１加振機を振動軸に沿って切断した断面図である。 図４は、第１加振機を＋Ｘ軸方向側から−Ｘ軸方向側に見た図である。 図５は、振動試験装置の周波数と応答の関係を示すグラフである。

［実施形態１］
以下、図面を参照し、本発明の実施形態１に係る振動試験装置１００を詳しく説明する。図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。なお、説明を分かりやすくするために、以下で参照する図面においては、構成が簡略化または模式化して示されたり、一部の構成部材が省略されたりしている。また、各図に示された構成部材間の寸法比は、必ずしも実際の寸法比を示すものではない。

［全体構成］
まず、振動試験装置１００の全体構成について説明する。図１は、本発明の実施形態１に係る振動試験装置１００をＹ軸方向から見た図であり、図２は、振動試験装置１００をＺ軸方向から見た図である。図１では第２加振機３２を省略しており、図２では第３加振機３３を省略している。

本実施形態では、Ｚ軸方向を垂直方向（鉛直方向）とし、Ｙ軸方向を水平方向とし、ＹＺ平面に垂直な方向をＸ軸方向とする。Ｘ軸方向は、本発明の第１方向に相当し、Ｙ軸方向は、本発明の第２方向に相当し、Ｚ軸方向は、本発明の第３方向に相当するものとする。

図１、図２に示すように、振動試験装置１００は、第１振動台１１、第２振動台２１、第１加振機３１、第２加振機３２、第３加振機３３、第４加振機５１、第５加振機５２、および第６加振機５３、制御部（図示せず）等を備えている。振動試験装置１００は、第２振動台２１上に保持された供試体Ｗに対し、Ｘ軸方向の加振、Ｙ軸方向の加振、およびＺ軸方向の加振を同時または個別に行うことが可能な３軸振動試験装置である。振動試験装置１００は、基台（図示せず）上に設置されるが、基台についての説明は省略する。

第１振動台１１は、第１加振機３１、第２加振機３２、および第３加振機３３に連結されてＸ軸方向、Ｙ軸方向、およびＺ軸方向に加振されるとともに、第２振動台２１を支持する振動台である。第１振動台１１は、第１Ｘ軸振動台１２、第１Ｙ軸振動台１３、および第１Ｚ軸振動台１４を有している。第１Ｘ軸振動台１２は、Ｘ軸方向に直交する方向に配置されている。第１Ｙ軸振動台１３は、Ｙ軸方向に直交する方向に配置されている。第１Ｚ軸振動台１４は、Ｚ軸方向に直交する方向に配置されている。第１Ｘ軸振動台１２、第１Ｙ軸振動台１３、および第１Ｚ軸振動台１４は、それぞれ金属板で構成され、相互に直交した状態で一体に接合されている。

第２振動台２１は、第１振動台１１に支持されるとともに、供試体Ｗを保持する振動台である。供試体Ｗは、図示しない治具によって第２振動台２１に固定される。第２振動台２１は、第４加振機５１、第５加振機５２、および第６加振機５３を介して第１振動台１１に支持されている。第２振動台２１は、第２Ｘ軸振動台２２、第２Ｙ軸振動台２３、および第２Ｚ軸振動台２４を有している。第２Ｘ軸振動台２２は、Ｘ軸方向に直交する方向に配置されている。第２Ｙ軸振動台２３は、Ｙ軸方向に直交する方向に配置されている。第２Ｚ軸振動台２４は、Ｚ軸方向に直交する方向に配置されている。第２Ｘ軸振動台２２、第２Ｙ軸振動台２３、および第２Ｚ軸振動台２４は、それぞれ金属板で構成され、相互に直交した状態で一体に接合されている。

第１加振機３１、第２加振機３２、および第３加振機３３は、動電型加振機である。第１加振機３１は、第１連結部６１を介して第１Ｘ軸振動台１２に連結されている。第１加振機３１は、第１振動台１１をＸ軸方向に沿って振動させる。第１加振機３１は、振動軸Ｌ１がＸ軸方向に対して平行となるように配置されている。

第１連結部６１は、Ｘ軸方向のみの変位を伝達する連結装置である。第１連結部６１は、Ｙ軸方向に配置された直動ガイド（リニアガイド）と、Ｚ軸方向に配置された直動ガイド（リニアガイド）とが組み合わされることにより、Ｘ軸方向のみの変位を伝達するように構成されている。このため、第１加振機３１によるＸ軸方向の振動が第１振動台１１に伝達されるとともに、他の加振機（第２加振機３２および第３加振機３３）と協動して第１振動台１１を３軸方向に加振させることが可能である。

第２加振機３２は、第２連結部６２を介して第１Ｙ軸振動台１３に連結されている。第２加振機３２は、第１振動台１１をＹ軸方向に沿って振動させる。第２加振機３２は、振動軸Ｌ２がＹ軸方向に対して平行となるように配置されている。

第２連結部６２は、Ｙ軸方向のみの変位を伝達する連結装置である。第２連結部６２は、Ｘ軸方向に配置された直動ガイド（リニアガイド）と、Ｚ軸方向に配置された直動ガイド（リニアガイド）とが組み合わされることにより、Ｙ軸方向のみの変位を伝達するように構成されている。このため、第２加振機３２によるＹ軸方向の振動が第１振動台１１に伝達されるとともに、他の加振機（第１加振機３１および第３加振機３３）と協動して第１振動台１１を３軸方向に加振させることが可能である。

第３加振機３３は、第３連結部６３を介して第１Ｚ軸振動台１４に連結されている。第３加振機３３は、第１振動台１１をＺ軸方向に沿って振動させる。第３加振機３３は、振動軸Ｌ３がＺ軸方向に対して平行となるように配置されている。

第３連結部６３は、Ｚ軸方向のみの変位を伝達する連結装置である。第３連結部６３は、Ｘ軸方向に配置された直動ガイド（リニアガイド）と、Ｙ軸方向に配置された直動ガイド（リニアガイド）とが組み合わされることにより、Ｚ軸方向のみの変位を伝達するように構成されている。このため、第３加振機３３によるＺ軸方向の振動が第１振動台１１に伝達されるとともに、他の加振機（第１加振機３１および第２加振機３２）と協動して第１振動台１１を３軸方向に加振させることが可能である。

ここで、動電型加振機である第１加振機３１、第２加振機３２、および第３加振機３３の構成について説明する。第１加振機３１、第２加振機３２、および第３加振機３３は同一の構成を有しているため、第１加振機３１の構成についてのみ説明する。

図３は、第１加振機３１を振動軸Ｌ１に沿って切断した断面図である。図３に示すように、第１加振機３１は、励磁コイル３４１，３４２、ヨーク３５、およびドライブコイル３７等を備えている。励磁コイル３４１，３４２は、静磁場を形成する。ヨーク３５は、励磁コイル３４１，３４２により形成された静磁場による磁気回路および磁気ギャップを形成する。ドライブコイル３７は、磁気ギャップ内に配置される振動発生用のコイルである。

ヨーク３５は、第１ヨーク部３５１、第２ヨーク部３５２、および第３ヨーク部３５３を一体的に組み合わせて構成されている。第１ヨーク部３５１、第２ヨーク部３５２、および第３ヨーク部３５３は、強磁性体によって形成されている。第１ヨーク部３５１の外周面と、第２ヨーク部３５２の内周面との間に磁気ギャップが形成されている。なお、ヨーク３５を構成する第１ヨーク部３５１、第２ヨーク部３５２、および第３ヨーク部３５３の材質としては、高透磁率で高強度の磁性材料、例えばＳＳ４００等の低炭素鋼を好適に用いることが可能である。

励磁コイル３４１，３４２は、円筒状に巻回されており、第２ヨーク部３５２の内周面において振動軸Ｌ１方向に離隔した状態で並んで取り付けられている。励磁コイル３４１，３４２は、第３ヨーク部３５３と、第１ヨーク部３５１の外鍔３５４とによって位置決めされている。

ドライブコイル３７は、非磁性体からなる筒体３９の一端側（図３では、−Ｘ軸方向側）の外周面に巻回されている。ドライブコイル３７は、励磁コイル３４１，３４２と、ヨーク３５（第１ヨーク部３５１、第２ヨーク部３５２、および第３ヨーク部３５３）との対向間の磁気ギャップ内に、励磁コイル３４１，３４２およびヨーク３５に対し非接触の状態で挿入されている。なお、筒体３９の材質としては、非磁性体の高強度の金属（例えばアルミニウム合金）や、合成樹脂（例えばカーボンファイバ）等を好適に用いることが可能である。

ドライブコイル３７および筒体３９は、Ｘ軸方向に沿ってスライド可能に設けられている。具体的には、制御部（図示せず）によって電力増幅器を介して励磁コイル３４１，３４２に直流電流を供給することにより、励磁コイル３４１，３４２を取り巻くヨーク３５内に磁気回路（静磁場）が生成される。ヨーク３５には上述したような磁気ギャップが形成されており、磁気ギャップ内に配置されたドライブコイル３７に所定周波数の交流電流を制御部により供給することによって、磁気ギャップに生成される静磁場とドライブコイル３７に供給される交流電流との間に働く力により、ドライブコイル３７が磁束の方向と直交する方向にスライドする。この場合、ドライブコイル３７および筒体３９は、ヨーク３５から外方へ向けて突出（前進）する方向（図３では、＋Ｘ軸方向）のスライドと、ヨーク３５へ向けて内方（図３では、−Ｘ軸方向）へ退避（後退）する方向のスライドとを繰り返し行う。つまり、ドライブコイル３７および筒体３９が、ドライブコイル３７に供給される交流電流の信号に応じた周波数で水平方向に沿って振動する。

筒体３９の内部には、ドライブコイル３７および筒体３９の水平方向のスライドを案内する案内棒４０、ガイドローラ４１、および支持部４２が設けられている。ガイドローラ４１は、第１ヨーク部３５１の内壁面に支持されており、案内棒４０を水平方向に案内する。ガイドローラ４１は、案内棒４０の周囲に１２０度間隔で３箇所に配置されており、図３では、３箇所のガイドローラ４１のうち１箇所のガイドローラ４１が見えている。なお、ガイドローラ４１は、案内棒４０の周囲に９０度間隔で４箇所に配置されていてもよい。支持部４２は、第３ヨーク部３５３の端部と筒体３９との間に配置されている。筒体３９の他端側（図３では、＋Ｘ軸方向側）は、第１連結部６１を介して第１Ｘ軸振動台１２に連結されている（図１参照）。

振動試験装置１００では、制御部（図示せず）により第１加振機３１を駆動することによって、ドライブコイル３７、筒体３９、第１連結部６１、および第１振動台１１等が一体的にＸ軸方向に沿って振動し、第２振動台２１上に保持された供試体Ｗに対するＸ軸方向の加振が行われる。

図４は、第１加振機３１を＋Ｘ軸方向側から−Ｘ軸方向側に見た図である。図４に示すように、支持部４２は、第３ヨーク部３５３の端部と筒体３９との間に配置されている。支持部４２は、筒体３９の周囲に９０度間隔で４箇所に配置されている。なお、支持部４２は、筒体３９の周囲に１２０度間隔で３箇所に配置されていてもよい。

図１、図２に戻って、第４加振機５１は、第１振動台１１（第１Ｘ軸振動台１２）と第２振動台２１（第２Ｘ軸振動台２２）の間に配置されている。第４加振機５１は、第１振動台１１と第２振動台２１を連結するとともに、第２振動台２１を第１振動台１１に対してＸ軸方向に沿って振動させる。第４加振機５１は、複数の圧電素子５６（ピエゾ素子）、および複数の第４連結部７１を有している。

圧電素子５６は、第４加振機５１の加振力を生じさせるアクチュエータである。圧電素子５６は、所定周波数の交流電流を制御部により供給することによって、交流電流の周波数に応じた周波数で振動し、加振力を発生させる。また、圧電素子５６は、動電型加振機よりも高い周波数帯で加振力を発生させることが可能である。第４加振機５１では、圧電素子５６はＹ軸方向およびＺ軸方向に沿ってそれぞれ複数配置されている。各圧電素子５６は、振動方向がＸ軸方向に沿うように配置されている。制御部は、複数の圧電素子５６が全て同期した状態でＸ軸方向に振動するように制御する。

第４連結部７１は、各圧電素子５６の両面（＋Ｘ軸方向側および−Ｘ軸方向側）に配置され、圧電素子５６を挟持するように固定されている。また、−Ｘ軸方向側に配置された第４連結部７１（７１１）は、第１振動台１１（第１Ｘ軸振動台１２）に固定され、＋Ｘ軸方向側に配置された第４連結部７１（７１２）は、第２振動台２１（第２Ｘ軸振動台２２）に固定されている。これにより、第４加振機５１は、第１振動台１１と第２振動台２１を連結している。

第４連結部７１は、実質的にＸ軸方向のみの変位を伝達する連結部である。第４連結部７１は例えばゴム素材で形成されており、Ｘ軸方向にほとんど変形せず、Ｙ軸方向およびＺ軸方向には変形可能となるように構成されている。このため、圧電素子５６によるＸ軸方向の振動が第４連結部７１（７１２）を介して第２振動台２１に伝達されるとともに、他の加振機（第５加振機５２および第６加振機５３）と協動して第２振動台２１を３軸方向に加振させることが可能である。

また、第１加振機３１によるＸ軸方向の振動も、第１振動台１１および第４加振機５１を介して第２振動台２１に伝達される。

第５加振機５２は、第１振動台１１（第１Ｙ軸振動台１３）と第２振動台２１（第２Ｙ軸振動台２３）の間に配置されている。第５加振機５２は、第１振動台１１と第２振動台２１を連結するとともに、第２振動台２１を第１振動台１１に対してＹ軸方向に沿って振動させる。第５加振機５２は、複数の圧電素子５６（ピエゾ素子）、および複数の第５連結部７２を有している。

第５加振機５２では、圧電素子５６はＸ軸方向およびＺ軸方向に沿ってそれぞれ複数配置されている。各圧電素子５６は、振動方向がＹ軸方向に沿うように配置されている。圧電素子５６は、第４加振機５１に設けられているものと同様のものである。制御部は、複数の圧電素子５６が全て同期した状態でＹ軸方向に振動するように制御する。

第５連結部７２は、各圧電素子５６の両面（＋Ｙ軸方向側および−Ｙ軸方向側）に配置され、圧電素子５６を挟持するように固定されている。また、−Ｙ軸方向側に配置された第５連結部７２（７２１）は、第１振動台１１（第１Ｙ軸振動台１３）に固定され、＋Ｙ軸方向側に配置された第５連結部７２（７２２）は、第２振動台２１（第２Ｙ軸振動台２３）に固定されている。これにより、第５加振機５２は、第１振動台１１と第２振動台２１を連結している。

第５連結部７２は、実質的にＹ軸方向のみの変位を伝達する連結部である。第５連結部７２は例えばゴム素材で形成されており、Ｙ軸方向にほとんど変形せず、Ｘ軸方向およびＺ軸方向には変形可能となるように構成されている。このため、圧電素子５６によるＹ軸方向の振動が第５連結部７２（７２２）を介して第２振動台２１に伝達されるとともに、他の加振機（第４加振機５１および第６加振機５３）と協動して第２振動台２１を３軸方向に加振させることが可能である。

また、第２加振機３２によるＹ軸方向の振動も、第１振動台１１および第５加振機５２を介して第２振動台２１に伝達される。

第６加振機５３は、第１振動台１１（第１Ｚ軸振動台１４）と第２振動台２１（第２Ｚ軸振動台２４）の間に配置されている。第６加振機５３は、第１振動台１１と第２振動台２１を連結するとともに、第２振動台２１を第１振動台１１に対してＺ軸方向に沿って振動させる。第６加振機５３は、複数の圧電素子５６（ピエゾ素子）、および複数の第６連結部７３を有している。

第６加振機５３では、圧電素子５６はＸ軸方向およびＹ軸方向に沿ってそれぞれ複数配置されている。各圧電素子５６は、振動方向がＺ軸方向に沿うように配置されている。圧電素子５６は、第４加振機５１に設けられているものと同様のものである。制御部は、複数の圧電素子５６が全て同期した状態でＺ軸方向に振動するように制御する。

第６連結部７３は、各圧電素子５６の両面（＋Ｚ軸方向側および−Ｚ軸方向側）に配置され、圧電素子５６を挟持するように固定されている。また、−Ｚ軸方向側に配置された第６連結部７３（７３１）は、第１振動台１１（第１Ｚ軸振動台１４）に固定され、＋Ｚ軸方向側に配置された第６連結部７３（７３２）は、第２振動台２１（第２Ｚ軸振動台２４）に固定されている。これにより、第６加振機５３は、第１振動台１１と第２振動台２１を連結している。

第６連結部７３は、実質的にＺ軸方向のみの変位を伝達する連結部である。第６連結部７３は例えばゴム素材で形成されており、Ｚ軸方向にほとんど変形せず、Ｘ軸方向およびＹ軸方向には変形可能となるように構成されている。このため、圧電素子５６によるＺ軸方向の振動が第６連結部７３（７３２）を介して第２振動台２１に伝達されるとともに、他の加振機（第４加振機５１および第５加振機５２）と協動して第２振動台２１を３軸方向に加振させることが可能である。

また、第３加振機３３によるＺ軸方向の振動も、第１振動台１１および第６加振機５３を介して第２振動台２１に伝達される。

続いて、振動試験装置１００の動作について説明する。図５は、振動試験装置１００の振動周波数と応答の関係を示すグラフである。

図５では、横軸は対数目盛りで示した振動周波数であり、縦軸は振動に対する応答である。破線は、動電型加振機（第１加振機３１、第２加振機３２、および第３加振機３３）による振動と応答の関係を示しており、実線は、圧電素子５６（第４加振機５１、第５加振機５２、および第６加振機５３）による振動と応答の関係を示している。

動電型加振機（第１加振機３１、第２加振機３２、および第３加振機３３）で加振させる振動試験の応答性（破線）は、６００Ｈｚ付近の領域でピークとなり、周波数が約６００Ｈｚを超えると応答性が低下していく。このため、動電型加振機（第１加振機３１、第２加振機３２、および第３加振機３３）を用いることで、おおよそ５Ｈｚから８００Ｈｚの周波数帯において、振動試験を行うことが可能である。

一方、圧電素子５６（第４加振機５１、第５加振機５２、および第６加振機５３）で加振させる振動試験の応答性（実線）は、８００Ｈｚから２０００Ｈｚの周波数帯において一定の応答性を保っており、２０００Ｈｚを超える周波数帯においても応答性は維持されている。このため、圧電素子５６（第４加振機５１、第５加振機５２、および第６加振機５３）を用いることで、おおよそ８００Ｈｚから２０００Ｈｚ以上の周波数帯において、振動試験を行うことが可能である。

このため、比較的低い周波数帯（おおよそ５Ｈｚから８００Ｈｚ）では動電型加振機（第１加振機３１、第２加振機３２、および第３加振機３３）を用いて加振させ、比較的高い周波数帯（おおよそ８００Ｈｚから２０００Ｈｚ以上）では圧電素子５６（第４加振機５１、第５加振機５２、および第６加振機５３）を用いて加振させることで、振動試験装置１００は、おおよそ５Ｈｚから２０００Ｈｚ以上の幅広い周波数帯で一定以上のパフォーマンスを発揮することができる。図５の二点鎖線は、５Ｈｚから２０００Ｈｚ以上の周波数帯における振動試験装置１００の総合的なパフォーマンスを示している。

以上説明した本実施形態に係る振動試験装置１００によれば、比較的低周波の領域では、供試体Ｗを動電型加振機（第１加振機３１、第２加振機３２、および第３加振機３３）で加振し、比較的高周波の領域では、供試体Ｗを圧電素子５６（第４加振機５１、第５加振機５２、および第６加振機５３）で加振することができる。また、圧電素子５６は軽量であるため、動電型加振機で加振する比較的低周波の領域においても供試体Ｗを大きい加速度で加振することができ、比較的高周波の領域では、圧電素子５６によって供試体Ｗを大きい加速度で加振することができる。さらに、第１加振機３１から第６加振機５３により、互いに直交するＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向に沿って供試体Ｗを加振することができる。このため、供試体Ｗを低周波から高周波まで幅広い周波数帯、かつ大きい加速度で、３軸方向に加振させることができる。

［実施形態２］
次に、実施形態２に係る振動試験装置１００Ａについて説明する。

実施形態１に係る振動試験装置１００では、第４加振機５１、第５加振機５２、および第６加振機５３にそれぞれ設けられた複数の圧電素子５６は、第４加振機５１、第５加振機５２、および第６加振機５３ごとに全ての圧電素子５６が同期した状態で振動するように制御されている。

これに対して、実施形態２に係る振動試験装置１００Ａでは、制御部は、第４加振機５１、第５加振機５２、および第６加振機５３に配置される複数の圧電素子５６の動作を圧電素子５６ごとに制御する。これにより、例えば、第４加振機５１に配置される複数の圧電素子５６は、それぞれＸ軸方向に振動するように制御されるが、全ての圧電素子５６を同期させるのではなく、振動に位相差を生じさせるように制御することが可能となる。

この場合、例えば第２振動台２１に設置したセンサが検出するクロストークに応じて圧電素子５６の振動の位相を制御することにより、第２振動台２１のクロストークを低減させ、かつ、第２振動台２１の変形による周波数や加速度のばらつきを低減させることができる。

［実施形態３］
次に、実施形態３に係る振動試験装置１００Ｂについて説明する。

実施形態３に係る振動試験装置１００Ｂでは、第４加振機５１、第５加振機５２、および第６加振機５３に配置される複数の圧電素子５６をそれぞれ複数の素子群に分け、制御部は、第４加振機５１、第５加振機５２、および第６加振機５３に配置される複数の圧電素子５６の動作を素子群ごとに制御する。

例えば、第４加振機５１に配置される複数の圧電素子５６は、Ｙ軸方向およびＺ軸方向に沿ってそれぞれ複数配置されている。Ｙ軸方向に一列に配置されている複数の圧電素子５６を一つの素子群とすると、第４加振機５１では、複数の素子群がＺ軸方向に沿って複数配置されていることとなる。制御部は、圧電素子５６の動作を素子群ごとに制御する。これにより、第４加振機５１に配置される複数の圧電素子５６は、それぞれＸ軸方向に振動するように制御されるが、素子群ごとに振動に位相差を生じさせるように制御することが可能となる。

この場合、例えば第２振動台２１に設置したセンサが検出するクロストークに応じて素子群ごとに圧電素子５６の位相を制御することにより、圧電素子５６ごとに制御するよりも制御が容易になるとともに、第２振動台２１のクロストークを低減させ、かつ、第２振動台２１の変形による周波数や加速度のばらつきを低減させることができる。

［変形例］
今回開示した実施形態は、すべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。本発明の技術的範囲は、上記した実施形態のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、本発明の技術的範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

例えば、第１振動台１１、および第２振動台２１の構成は一例であって、他の構成の振動台であってもよい。

上記実施形態では、第１加振機３１、第２加振機３２、および第３加振機３３は動電型加振機としたが、動電型に限定されず、他の種類の加振機を用いてもよい。例えば、第１加振機３１、第２加振機３２、および第３加振機３３として、油圧シリンダを用いた加振機や、サーボモータを用いた加振機を使用してもよい。また、第１加振機３１、第２加振機３２、および第３加振機３３として、それぞれ異なる種類の加振機を使用してもよい。

第４加振機５１、第５加振機５２、および第６加振機５３の構成は一例であって、他の構成としてもよい。

１００ 振動試験装置
１１ 第１振動台
２１ 第２振動台
３１ 第１加振機
３２ 第２加振機
３３ 第３加振機
５１ 第４加振機
５２ 第５加振機
５３ 第６加振機
５６ 圧電素子
Ｗ 供試体

Claims (5)

1. 第１振動台と、
   前記第１振動台に支持されるとともに、供試体を保持する第２振動台と、
   前記第１振動台を第１方向に沿って振動させる第１加振機と、
   前記第１振動台を前記第１方向に直交する第２方向に沿って振動させる第２加振機と、
   前記第１振動台を前記第１方向および前記第２方向に直交する第３方向に沿って振動させる第３加振機と、
   前記第１振動台と前記第２振動台を連結するとともに、前記第２振動台を前記第１振動台に対して前記第１方向に沿って振動させる第４加振機と、
   前記第１振動台と前記第２振動台を連結するとともに、前記第２振動台を前記第１振動台に対して前記第２方向に沿って振動させる第５加振機と、
   前記第１振動台と前記第２振動台を連結するとともに、前記第２振動台を前記第１振動台に対して前記第３方向に沿って振動させる第６加振機と、
   を備え、
   前記第４加振機、前記第５加振機、および前記第６加振機は、アクチュエータとしてそれぞれ複数の圧電素子が用いられている、
   振動試験装置。
2. 前記第４加振機は、前記第２方向および前記第３方向に沿ってそれぞれ複数配置される複数の圧電素子を有し、
   前記第５加振機は、前記第１方向および前記第３方向に沿ってそれぞれ複数配置される複数の圧電素子を有し、
   前記第６加振機は、前記第１方向および前記第２方向に沿ってそれぞれ複数配置される複数の圧電素子を有する、
   請求項１に記載の振動試験装置。
3. 前記第１加振機と前記第１振動台は、実質的に前記第１方向のみの変位を伝達する第１連結部によって連結され、
   前記第２加振機と前記第１振動台は、実質的に前記第２方向のみの変位を伝達する第２連結部によって連結され、
   前記第３加振機と前記第１振動台は、実質的に前記第３方向のみの変位を伝達する第３連結部によって連結され、
   前記第４加振機と、前記第１振動台および前記第２振動台は、それぞれ実質的に前記第１方向のみの変位を伝達する第４連結部によって連結され、
   前記第５加振機と、前記第１振動台および前記第２振動台は、それぞれ実質的に前記第２方向のみの変位を伝達する第５連結部によって連結され、
   前記第６加振機と、前記第１振動台および前記第２振動台は、それぞれ実質的に前記第３方向のみの変位を伝達する第６連結部によって連結される、
   請求項１または請求項２に記載の振動試験装置。
4. 前記第４加振機、前記第５加振機、および前記第５加振機に配置される複数の圧電素子の動作を制御する制御部をさらに備え、
   前記制御部は、
   前記第４加振機、前記第５加振機、および前記第５加振機に配置される複数の圧電素子の動作を圧電素子ごとに制御する、
   請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の振動試験装置。
5. 前記第４加振機、前記第５加振機、および前記第５加振機に配置される複数の圧電素子の動作を制御する制御部をさらに備え、
   前記制御部は、
   前記第４加振機、前記第５加振機、および前記第５加振機に配置される複数の圧電素子をそれぞれ複数の素子群に分け、複数の圧電素子の動作を前記素子群ごとに制御する、
   請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の振動試験装置。

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