JP3850837B2 - 移動ボールと多軸レールを利用して二次振動を発生させる高加速度寿命試験用または／および高加速度応力選別試験用固定テーブル - Google Patents

Description

本発明は、移動ボールと多軸レールを利用して二次振動を発生させるHALT／HASS固定テーブルに関するものである。特に本発明は、6自由度で多軸複合波を発生させるため、一次振動発生装置に装着されるHALT／HASS固定テーブルに関するもので、HALT／HASS試験（HALT：高加速度寿命試験＆HASS：高加速度ストレススクリーニング）がより効果的に行うことができ、且つ従来型の振動発生装置で実行できるようにする。

一般的に、消費者に提供される商品の大規模な製造の前に、信頼性のテストが商品の品質及び性能をチェックするために実行され、質の悪い商品を減らし、製品の高品質及び信頼性を確実なものにしている。

信頼性の試験は、気候信頼試験及び機械信頼試験に分けられる。気候信頼試験は、気温、湿度及び空気のような環境状態の影響をチェックするためのもので、機械信頼試験は、商品に対する振動、ショック、衝撃、及び衝突のような状態の影響をチェックするためのものである。

最近、その様な環境条件がより厳密になって、加速、変化させられて、製品の欠陥マージンを改善し、不完全さを改良する。HALT／HASSは最近発展している機械信頼試験の一つであり、それは先進国において実用されている。

同時に、共通して行われる振動信頼試験が試験製品を振動発生装置に置くステップと；振動発生装置により一定の周波数（例えば正弦波の短波、ランダム波と衝撃波の短波領域）の振動を発生させるステップと；試験製品の振動特徴を一定の周波数で監視して、その振動ポイント、すなわち試験製品が壊れる共振ポイントをチェックする。

上記のように、従来の振動信頼試験は、正弦波のような一定周波数の一方向の波、短い周波数範囲のランダム波のまたは衝撃波を発生させることによって、試験製品が破壊される振動ポイントを測定するためのものである。

他方で、HALT／HASS試験は、製品の欠陥マージンを測定するため、広い周波数レンジの反復ショック振動と6自由度の同時性多軸複合波を利用することによって、試験製品の信頼性を測定するものである。

しかし、空気圧シリンダーと剛性アルミニウムまたはマグネシウムテーブルから構成される空気圧振動機構を、自由度6の反復ショック振動テーブルに利用している。この通常の空気圧振動機構を利用する場合、振動スペクトルが空気圧振動シリンダーとテーブルの構造設計によって固定されるので、従来のHALT／HASS試験に関してそれ自体を様々な試験試料に適合させるのは容易ではない。劣化を加速する影響が、固定振動スペクトラムと低周波数領域における低い最大の振動レベルによるものであるため、従来のHALT／HASS試験は効果的ではない。

HALT／HASS試験における効果的な周波数領域は、試験試料の規模と空気圧振動機構の固定振動スペクトルの構造条件に依存している。

これは、比較的低い周波数領域における振動スペクトルが大規模で複合的な試験域に関して効果的であり、高周波数領域における振動スペクトルが軽量でシンプルな試験試料に関して効果的であり、空気圧振動機構の固定振動スペクトルによるHALT／HASS試験は、様々な試験試料に関して効果的な試験を実行する際に困難である。

更に、従来の信頼試験の際に使用される一方向の振動を発生させる装置（図９、図１０及び図１１参照）は、自由度6の多軸振動波を生じさせることができず、ゆえにHALT／HASS試験に関して、自由度6の振動波を簡単に発生できる補助的な固定テーブルが必要とされている。

本発明の目的は、移動ボールと多軸レールを利用して二次振動を生じさせるHALT／HASS固定テーブルを提供することであり、そこでテーブルは自由度6の多軸複合ショック振動波を発生させるために構成され、HALT／HASS試験用の従来型振動テーブルに装着して、それ自体を試験試料と様々な条件の変化に応じて理想的な振動スペクトルに適合させ、低周波数領域における最大振動レベルを増す。本発明によるHALT／HASS試験は、高周波領域において滑らかで均一な振動レベルで、より効果的に実行される。

本発明の別の目的は、従来の信頼試験に利用される一方向振動を発生させる従来型の装置に取り付けられ、二次振動、好ましくは自由度6のランダム振動波を生じさせて、HALT／HASS試験をより実行しやすいようにでき、移動ボールと多軸レールを利用して二次振動を生じさせるHALT／HASS固定テーブルを提供することである。

本発明のそれら或いは別の目的は、
一次振動発生装置または、一次振動発生装置を使用した固定テーブルに配置され、頂部表面に一定の深さの溝の形をした多数の垂直レールと水平レールを有した下部パネルと；
下部パネルの垂直レールと水平レールに挿入されて、一次振動発生装置によって生じる振動により、水平及び垂直レールにおいて動く移動ボールと；
移動ボールの動きによって起こる衝撃の一部を吸収し、振動を分散させるために、下部パネルに配置される緩衝部材と；
緩衝部材に配置され、且つ接続手段によって下部パネルに固定された上部パネルと；
を備え、HALT／HASS試験用の試料が上部パネルに取り付けられ、
移動ボールと多軸レールを利用して二次振動を発生させるHALT／HASS固定テーブルによって達成される。

もし、一次振動発生装置によって振動が起きると、振動が下部パネルへ伝えられ、下部パネルの水平及び垂直レールに挿入される移動ボールが動いて、上部パネルと下部パネルとの間に二次的な多重の衝撃を発生させる。

本発明の更なる理解をするために組み込まれ、本明細書の一部を構成する添付図面が、以下の記載と共に本発明の要点を説明するために役立つであろう。

図１は、上部パネル（１）、下部パネル（４）と緩衝部材（２）を示した本発明の固定テーブルの分解斜視図であり、また水平レール（１３）に挿入される移動ボール（３）と下部パネル（４）に形成された垂直レール（１２）も示している。

図２は、本発明による固定テーブルの上部パネル（１）の平面図であり、第一接続孔（６）を具備し、それを介してボルト（５）が通って下部パネル（４）を取り付け、それに試験試料を連結するための穴（７）を具備している。

図３は、本発明による固定テーブルの下部パネルの平面図であり、一定の深さの溝の形で形成された多数の水平レール（１３）と垂直レール（１２）、ボルト（５）を取り付ける第二接続孔（９）を具備している。

図４は、図１の固定テーブルを組立てた状態で線Ａ−Ａ´に沿って見た断面図であり、上部パネルと下部パネル（１及び４）と緩衝部材（２）が、ボルト（５）及びナット（８）によって結合されている。

図５は、本発明による固定テーブルを使用しない振動スペクトルの一例を示しており、従来型のHALT／HASS空気圧振動機構の振動スペクトルが固定され、重要な高周波数エネルギーを生じさせ、より大きく重い試料に対して低周波領域における最大振動を高くすることが困難であることを示している。

図６は、本発明による固定テーブルを利用した振動スペクトルの一例を示したグラフであり、振動スペクトルが可変に変換され、低周波数領域における最大振動がかなり増し、高周波領域における振動レベルがより滑らかで均一になっている。

図７は、従来型の振動試験に使用される固定テーブルを示した写真である。

図８から図１１は、一次振動発生装置を示した写真であり、図８は従来型の空気圧シリンダーを利用したHALT／HASS試験用の振動テーブルを示しており、図９は機械振動発生装置を示しており、図１０は電磁振動発生装置を示しており、図１１は流体振動発生装置を示している。

図１２は、実際に一次振動発生装置に装着された、本発明の固定テーブルを示した写真。

図１３は、本発明による固定テーブルの使用状態を示した概略図であり、試験試料（１６）が本発明の固定テーブルの上部パネルに取り付けられており、それは頂部にセンサー（１４）を具備して、試験試料の振動の特徴を検出し、振動の特徴を周波数分析器（１５）に送る。

図１〜図４のように、固定テーブルの下部パネル（４）が予定の厚さのボードの形で形成され、その上表面上に、溝の形で多軸方向に形成された多数の垂直レール（１２）と水平レール（１３）を具備しており、その中に移動ボール（３）が挿入される。

個々の水平レール（１３）と垂直レール（１２）が、下部パネル（４）の中心ポイントに関して対称的に形成されている。垂直レール（１２）が移動ボール（３）を案内して垂直方向に動かし、予定の長さの水平レール（１３）が移動ボール（３）を案内して水平方向に動かす。

更に、下部パネル（４）がそのコーナーに第二の接続孔（８）を具備しており、それを介してボルト（５）が通り、上部パネル（１）を下部パネル（４）に接続する。

下部パネル（４）の上に、予定サイズの緩衝部材（２）が装着される。移動ボール（３）が水平レール（１３）と垂直レール（１２）に挿入された後、緩衝部材（２）が、下部パネル（４）に配置される。

上部パネル（１）が、緩衝部材２の頂部表面に備えられている。上記パネル（１）が予定の厚さを有するボードの形で形成され、ボルト（５）とナット（８）によって下部パネル（４）と結合するため、下部パネル（４）の第二接続孔（８）に対応した位置に、第一接続孔（６）を形成している。また上部パネル（１）は、HALT／HASS試験のために試験試料をそれに取り付けるため、穴（７）も具備している。

ボルト（５）が、上部パネル（１）の第一接続孔（６）と下部パネル（４）の第二接続孔（９）を貫通し、下部パネル（４）の下表面の外部に突出したボルト（５）の各々の一端が、ナット（８）の各々に結合されている。

上記のように組立てられた本発明による固定テーブルが、図７に示したように従来型の固定テーブルまたは、図８から図１１に示したように一次振動発生装置（２０）に配置することによって、使用されている。

図７に示されたように、一般的な振動試験に使用する従来型の固定テーブルが、試験基準の必要条件によって画定される試験周波数の範囲で、共振点がないように設計されており、同一方向の正弦波または同一方向のランダム波が利用されている。

他方で、最近実用されているHALT／HASS試験に使用されている振動波が、自由度６の多軸方向のランダム振動波であり、同一方向の波ではなく、共振が周波数領域の広範囲において生じ得る。

しかし、図８に示したような従来型の空気圧シリンダーを利用した、HALT／HASS試験用の剛性振動テーブルが、自由度6の多軸振動を発生させることができるが、図５に示したように、振動スペクトルが固定され、かなり高い周波数エネルギーをもたらし、それにより低周波数領域における最大振動を増加させるのは困難であった。

それらの困難を克服するため、本発明による固定テーブルが、中に移動ボール（３）を挿入する多軸水平レール（１３）及び多軸垂直レール（１２）と、HALT／HASS試験用に試験試料を取り付ける上部パネル（１）と、上部パネル（１）と下部パネル（４）との間に配置される緩衝部材（２）を備えて、上部パネル（１）と下部パネル（４）に、二次多軸衝撃を発生させる。本発明による固定テーブルのそのような構成は、低周波領域における最大振動レベルを増やして、更に様々な振動スペクトルを生成するためのものである。

本発明の固定テーブルによると、振動スペクトルと振動レベルは、300Hz〜1,000Hzの低周波数領域と9,000Hz〜10,000Hzの高周波領域において、図６に示したようにかなり変化している。

図１３に示したように、下部パネル（４）が一次振動発生装置（２０）または、一次振動発生装置を利用した固定テーブルに装着されており、試験試料（１６）が上部パネルの頂部表面に取り付けられている。

試験試料（１６）に備えられたセンサー（１４）が、出力結果をコンピューターに分析させるため、周波数分析器（１５）に接続されている。

それによると、一次振動発生装置（２０）の動作によって、移動ボール（３）が下部パネル（１）において多軸方向に形成された、垂直レール（１２）と水平レール（１３）に沿って移動し、上部パネル（１）と下部パネル（４）に緩衝部材（２）と共に、二次多軸衝撃を生じさせる。

上記の本発明によると、HALT／HASS振動スペクトラムを変化させることができ、6自由度の振動をより安定して発生できる。

また、試験の目的と試験試料に応じて可変である様々なHALT／HASS振動スペクトルを形成すること、緩衝部材用の材料、移動ボールのサイズと数、水平レールと垂直レールの方向を変更、組み合わせることによって、HALT／HASS試験による欠陥の加速と励振を急速に行うことが可能になる。

それは本発明の固定テーブルが、試験試料に適した振動試料の様々な変化にそれ自体を適合させることによって、HALT／HASS試験の効果を改善する。

上記のように、本発明によると、HALT／HASS試験用の振動スペクトラムを変えることができ、低周波数領域における最大の振動と、高周波領域における平坦且つ滑らかな振動レベルを達成できる。

本発明によると固定テーブルは、より大きく重い製品に関して低周波領域で容易に見つけ出せる加速試験において、及び平坦で滑らかな高周波領域で容易に見つけ出せるはんだ接合部と小さな幾何学的構成要素のような電子サブストレートを使用した、劣化製品とに関する加速試験において、顕著な効果を示す。

また、本発明の固定テーブルがより安定した振動スペクトラム特徴を生成でき、それによりHALT試験の反復能力を得て、欠陥をさらに急速に励振させることによって、HALT試験に必要な時間が短縮可能になる。

本発明の固定テーブルは、より正確で可変な振動と周波数領域を必要とするHASS試験において、水平レール、垂直レール、移動ボール及び緩衝部材のような要素を変えやすくに組み合わせることによって、素晴らしい動作を示す。

加えて、本発明による固定テーブルが従来型の振動試験装置の一方向振動に加えて、6自由度の振動を発生させることができ、ゆえにHALT／HASS試験を一方向振動を発生させる従来型の装置を利用することで実行でき、新たな試験分野、すなわち複合波（6自由度＋正弦波の反復ショックランダム波）のHALT／HASS試験を立案できる。

本発明による固定テーブルの分解斜視図。 本発明による固定テーブルの上部パネルの平面図。 本発明による固定テーブルの下部パネルの平面図。 図１の固定テーブルを組立てた状態で線Ａ−Ａ´に沿って見た断面図。 本発明による固定テーブルを使用しない振動スペクトルの一例。 本発明による固定テーブルを利用した振動スペクトルの一例を示したグラフ。 従来型の振動試験に使用される固定テーブル。 従来型の空気圧シリンダーを利用したHALT／HASS試験用の振動テーブル。 機械振動を発生させる装置。 電磁振動を発生させる装置。 流体振動を発生させる装置。 実際に一次振動発生装置に装着された本発明による固定テーブル。 本発明による固定テーブルの使用状態を示した概略図。

Claims (1)

1. 複数の移動ボールと多軸レールを利用して二次振動を発生させる高加速度寿命試験用または／および高加速度応力選別試験用固定テーブルであって：
   一次振動発生装置かまたは、一次振動発生装置で使用した固定テーブルに配置され、頂部表面に一定の深さの複数の溝の形をした多数の垂直レールと水平レールを有した下部パネルと；
   下部パネルにある複数の垂直レールと水平レールに挿入されて、一次振動発生装置によって生じる振動により、水平及び垂直レールにおいて動く複数の移動ボールと；
   複数の移動ボールの動きによって起こる衝撃の一部を吸収し、振動を分散させるために、下部パネルに配置される緩衝部材と；
   緩衝部材に配置され、且つ結合手段によって下部パネルに固定された上部パネルと；
   を備え、
   高加速度寿命試験用または／および高加速度応力選別試験用の試料が、上部パネルに取り付けられることを特徴とする固定テーブル。

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