JP4197144B2 - 振動試験装置 - Google Patents

Description

この発明は、各種の構造物等の振動試験に用いる多軸型の振動試験装置に関するものである。

図１７はこの種の従来の多軸振動試験装置を示し、この振動試験装置８１は、略中央上面に振動台８２を備える静圧油圧軸受け式の振動発生機８３と、この振動発生機８３内における各種の油圧制御を行なう場合の油圧源８４と、上記振動発生機８３を冷却するための冷却ブロワー８５と、上記振動発生機８３、油圧源８４及び冷却ブロワー８５に電源を供給する電力増幅器８６とで構成されている。また、従来の振動試験装置８１は、振動発生機８３、油圧源８４、冷却ブロワー８５及び電力増幅器８６を個別に配置して構成しているために、電力増幅器８６からは電源ケーブル８７でもって振動発生機８３、冷却ブロワー８５、油圧源８４に接続している。また、油圧源８４と振動発生機８３とは油圧ホース８８で接続し、冷却ブロワー８５と振動発生機８３とはダクトホース８９にて接続している。

上記振動発生機８３は、周知のように水平面上におけるＸ方向に振動を発生させる水平振動発生部と、Ｘ方向と直交する方向のＹ方向に振動を発生させる水平振動発生部と、Ｚ方向の垂直方向に振動を発生させる垂直振動発生部が設けられている。そしてＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向の３軸において振動台８２に載せた被試験物に３軸の振動の付与を可能として振動試験を行なうようになっている。

上記従来例では、振動発生機８３によって発生する振動を外部（床面）に伝わるのを防止するために、振動発生機８３の下面の四隅に空気バネからなる防振機構部９０を介装していた。振動発生機８３の装置下面に防振機構部９０を配置することは、装置への組み付けが容易であるものの、防振機構部９０の配置位置が振動発生機８３の水平振動発生部８３ａの水平加振軸よりも非常に下方に位置（床面の位置）しているので、防振機構部９０の影響による装置全体の横振動（図中矢印イ）と、装置全体の回転振動（図中矢印ロ）の振動振幅とが大きいという問題があった。そのため、正確に振動試験が出来なくなっていた。

この発明は、上記従来の欠点を解決するためになされたものであって、その目的は、防振機構部の影響による水平振動発生部の振動振幅を小さく抑えて、装置全体の横振動を小さくすると共に、回転振動の振幅を小さく抑えることが可能な振動試験装置を提供することにある。

そこで、請求項１の振動試験装置は、被試験物を載せて振動試験を行なう振動台を水平方向に加振する水平振動発生部を備え、上記水平振動発生部を、基台となるベースに対して防振機構部を介して支持した振動試験装置において、上記防振機構部を、上記水平振動発生部の水平加振軸より上方に配置していることを特徴としている。

請求項２の振動試験装置は、水平振動発生部は、Ｘ方向の上記水平振動発生部）とＹ方向の水平振動発生部とで構成され、これら水平振動発生部の両水平加振軸よりも上方に上記防振機構部が配設されていることを特徴としている。

請求項３の振動試験装置は、上記水平振動発生部に対してＺ方向の垂直振動発生部がベース側に設けられていることを特徴としている。

請求項１の振動試験装置によれば、水平振動発生部を防振機構部を介して支持ベースに対して支持すると共に、該防振機構部を上記水平振動発生部の水平加振軸より上方に配置しているので、防振機構部の影響による水平振動発生部の振動振幅を小さく抑えることができ、そのため、装置全体の横振動を小さくできると共に、回転振動の振幅を小さく抑えることができ、そのため、より正確に振動試験を行なうことができる。

請求項２の振動試験装置によれば、Ｘ方向とＹ方向の水平振動発生部の両水平加振軸より上方に上記防振機構部を配設しているので、Ｘ方向とＹ方向で同時に振動を発生させても、防振機構部の影響による水平振動発生部の振動振幅を小さく抑えることができる。そのため、装置全体の横振動を小さくできると共に、回転振動の振幅を小さく抑えることができ、そのため、より正確に振動試験を行なうことができる。

請求項３の振動試験装置によれば、Ｚ方向の垂直振動発生部単体、あるいはＸ方向とＹ方向の垂直振動発生部との３次元での振動を発生させても、防振機構部の影響による垂直振動発生部、あるいは垂直振動発生部と水平振動発生部の振動振幅を小さく抑えることができる。そのため、装置全体の横振動を小さくできると共に、回転振動の振幅を小さく抑えることができ、そのため、より正確に振動試験を行なうことができる。

次に、この発明の振動試験装置の具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。図１は静圧油圧軸受け式の振動試験装置１の外観の斜視図を示し、図２は内部機構を省略した断面図を示している。この振動試験装置１は、動電型振動試験装置であって、外殻を構成するベース２とケーシング３内に各構成部材を一体的に納装配置したものであり、上面には被試験物を載せて振動試験を行なう振動台４のテーブル４ａが位置し、正面の上部には各振動条件を設定して試験を行なうための操作用の操作パネル部５が設けてある。

図２及び図３に示すようにベース２の上面には支柱６が４カ所立設されており、この支柱６の上面に防振機構部７を介して支持フレーム１０が配設されている。支持フレーム１０の４カ所に折曲形成した支持片１１が防振機構部７に載った形で配設されていて、支持フレーム１０はベース２に対して浮いた状態で配設されている。また、支持フレーム１０の前後左右にはＸ方向、Ｙ方向に加振を行なう振動発生機を配置する凹状の配置部１２、１３が設けられていて、支持フレーム１０の左右の配置部１２にはＸ方向の加振を行なう一対の水平振動発生機２１ａ、２１ｂからなる水平振動発生部２１が図４、図５及び図８に示すようにそれぞれ配置される。また、支持フレーム１０の前後の配置部１３にはＹ方向の加振を行なう一対の水平振動発生機２２ａ、２２ｂからなる水平振動発生部２２がそれぞれ配置されるようになっている。さらに、支持フレーム１０の中央に形成されている空洞内にはＺ方向に加振を行なう２台の垂直振動発生機２３ａ、２３ｂからなる垂直振動発生部２３が配置される。なお、配置部１２、１３の下面には、略三角板状のブラケット１４が設けてあり、Ｘ方向、Ｙ方向の水平振動発生部２１、２２の重量を支持している。

ここで、上記水平振動発生部２１、２２はそれぞれ一対の水平振動発生機２１ａ、２１ｂ、２２ａ、２２ｂで構成されていて、前後左右に２台がそれぞれ配置されており、そのため、同じ加振力をＺ方向に発生させるために垂直振動発生部２３も２台の垂直振動発生機２３ａ、２３ｂでもって上下方向に直列に配置している。また、左右２台の水平振動発生機２１ａ、２１ｂ、前後２台の水平振動発生機２２ａ、２２ｂ及び上下２台の垂直振動発生機２３ａ、２３ｂはそれぞれ同一の構造に設計されている。すなわち、同一の振動発生部を用いてユニット化を図っている。

垂直振動発生部２３の上面であって前後左右のＸ方向の水平振動発生部２１及びＹ方向の水平振動発生部２２の間に振動台４が配置されている。水平振動発生部２１により振動台４はＸ方向に加振され、他方の水平振動発生部２２により振動台４がＹ方向に加振され、さらに垂直振動発生部２３によりＺ方向に振動台４が加振される。もちろん、振動台４はＸ方向のみ、Ｙ方向のみ、Ｚ方向のみや、２次元、３次元の任意のいずれかで加振されるものである。

次に、図５及び図８に示すＸ方向の水平振動発生部２１の一方の水平振動発生機２１ａについて説明するが、他方の水平振動発生機２１ａや、Ｙ方向の水平振動発生部２２の一対の水平振動発生機２２ａ、２２ｂとは同一の構成なので、Ｙ方向の水平振動発生部２２の説明は省略する。図５及び水平振動発生機２１ａの要部拡大断面図を示す図６に示すように、水平振動発生機２１ａの外殻を構成している外筒体２６の内側には略円周状の溝２７を介して内筒部２８が設けられており、外筒体２６の先端側の内周面には永久磁石２５が配設されている。また、この溝２７内には振動台４を加振する断面を略コ字型とした可動体４０の周側部４１が往復動自在に遊嵌されていて、この可動体４０の周側部４１の外周面に駆動コイル２９が巻回されている。内筒体２８の中心部には軸受部３０が設けてあり、この軸受部３０の外筒３１は内筒体２８の内周面に固定され、軸受部３０の軸であるシャフト３２はボールを介して軸方向に摺動自在となっている。シャフト３２の先端は上記可動体４０の内面の中央部分と連結固定されており、可動体４０の周側部４１は溝２７内に摺動自在に挿入されている。

水平振動発生機２１ａの駆動コイル２９には、任意の周波数の制御信号としての交流電流が流されて、磁気回路を発生させてこの磁束による磁力にて可動体４０を所定の周波数で往復動させるようになっている。左右の水平振動発生機２１ａ、２１ｂの磁束の方向を異ならせることで、可動体４０がそれぞれ同一方向に駆動され、これにより、振動台４が所定の周波数にて往復動される。また、振動台４の側部にはそれぞれ軸受４３が設けられていて、この軸受４３に後述する油圧源５３からオイルを流通させ、軸受４３の側面とＸ方向の水平振動発生機２１ａ、２１ｂ（Ｙ方向の水平振動発生機２２ａ、２２ｂ）の可動体４０の先端面とがオイルによる油膜にて摺動するオイル摺動面となっている。これにより、振動台４と水平振動発生部２１、２２の可動体４０とがそれぞれ滑らかに摺動自在に接触していると共に、垂直振動発生部２３による上下方向の摺動に対しても可能なように接触している。

次に、垂直振動発生部２３を構成している上下２台の垂直振動発生機２３ａ、２３ｂの構成も上述した水平振動発生機２１ａと同じであるので、詳細な説明は省略して概略的に説明する。図５に示すように、上側の垂直振動発生機２３ａは可動体４０を上にして配置され、下側の垂直振動発生機２３ｂは可動体４０を下にして配置されている。そして、この下側の垂直振動発生機２３ｂの可動体４０は支持フレーム１０の底部４４に設けてある空気バネ４５の上に載っている状態となっている。また、上下の垂直振動発生機２３ａ、２３ｂの軸受部３０、３０のシャフト３２ａは長く形成されていて、上下の軸受部３０を連結した構成となっており、この１本のシャフト３２ａが上下２台の垂直振動発生機２３ａ、２３ｂからなる垂直振動発生部２３としての軸となっている。そして、シャフト３２ａの上端は上側の垂直振動発生機２３ａの可動体４０が連結固定され、シャフト３２ａの下端は下側の垂直振動発生機２３ｂの可動体４０が連結固定されている。

垂直振動発生部２３は支持フレーム１０の段部４６の上に支持部４７を介して固定されており、上下の垂直振動発生機２３ａ、２３ｂの間には図７に示すように、仕切板４８が介装してある。この仕切板４８は、外筒体２６と内筒部２８に対応した部分は磁性体部４８ａで構成され、溝２７に対応した部分は非磁性体部４８ｂで構成され、さらにこの非磁性体部４８ｂには上下の溝２７に連通する穴４９が穿孔されている。なお、この仕切板４８の非磁性体部４８ｂにて駆動コイル２９が互いに干渉するのを防止し、また、軸受４３で使用された油膜形成用のオイルを溝２７及び穴４９を介して流すことで、駆動コイル２９を冷却するようになっている。また、上下の溝２７の上部と下部はそれぞれ開口しており、つまり、溝２７の上下は外部と貫通している。

また、上下の垂直振動発生機２３ａ、２３ｂを互いに逆向きに配置しているので、上下の垂直振動発生機２３ａ、２３ｂの駆動コイル２９にて生じる磁気回路による磁束の方向が互いに逆向きになり、上下の垂直振動発生機２３ａ、２３ｂによる２つの独立した磁気回路は直列に組み合わせた形となる。そのため、所定の周波数で２つの垂直振動発生機２３ａ、２３ｂが駆動されると上下の可動体４０は同一の方向に駆動されて往復動する。したがって、上下の垂直振動発生機２３ａ、２３ｂによる２つの独立した磁気回路を直列に組み合わせた形となり、１台の垂直振動発生機２３ａ（２３ｂ）と比べて２台の垂直振動発生機２３ａ、２３ｂにより２倍の加振力を発生させることができる。よって、２台の垂直振動発生機２３ａ、２３ｂは、前後左右にそれぞれ設けている水平振動発生部２１、２２と同じ加振力を発生させて、振動台４を加振させることができる。

また、上下２台の垂直振動発生機２３ａ、２３ｂは、水平振動発生部２１、２２の各水平振動発生機２１ａ、２１ｂ、２２ａ、２２ｂの構成とシャフト３２ａの部分以外を除いて同一の構成としているので、個体の振動発生機として同一の設計ができ、そのため、振動発生機のユニット化が図られ、コストの低減やメンテナンスを容易にすることができる。

上述のように、前後左右の水平振動発生部２１、２２は支持フレーム１０の上面に配置され、垂直振動発生部２３は支持フレーム１０の内部に配置されているものである。そして、支持フレーム１０の周囲の空間の空きスペースを利用して振動試験装置１を構成している各部材（ユニット）を以下に示すように配置している。

図８〜図１４は振動試験装置１のケーシング３を省いた内部構造を示すであり、図８は振動試験装置１の平面図を、図９は正面図を、図１０は背面図を、図１１は右側面図を、図１２は左側面図をそれぞれ示している。また、図１３は正面からの振動試験装置１の斜視図を、図１４は背面からの斜視図をそれぞれ示している。

図８〜図１４において、振動試験装置１全体に電源を供給するための電源部５１は、１つのユニットで構成するのではなく、複数の電源ユニット５１ａ〜５１ｄで構成している。そして、電源ユニット５１ａ、５１ｂはベース２の前部側に配置され、電源ユニット５１ｃは上記電源ユニット５１ａの後方に配置され、電源ユニット５１ｄは電源ユニット５１ｂの後方に配置されている。このように、複数の電源ユニット５１ａ〜５１ｄで構成してベース２の空きスペースに分割して配置していることで、１つの電源ユニット５１ａ〜５１ｄの設置面積が小さくなり、空きスペースを有効に利用して省スペース化を実現している。

ベース２の後部右側には、上記電源部５１からの電源の供給を受けて各水平振動発生部２１、２２、垂直振動発生部２３に電力（制御用の交流信号）を送る複数のパワーモジュール５２を配置している。直方体状のパワーモジュール５２は、水平振動発生部２１の下方の空きスペースに入る高さに形成し、横置きではなく縦置きで配置している。パワーモジュール５２を横置きで配置すると設置面積が非常に広くなるが、この発明のようにパワーモジュール５２を縦置きで配置しているので、設置面積を非常に狭くできて、省スペース化を実現している。

また、ベース２の左側には、上記操作パネル部５とで制御器を構成している制御回路からなる本体部５５を配置している。操作パネル部５とこの本体部５５とを一体として制御器をベース２のいずれかに配置すると、空きスペースを有効に使用できなくなるので、この発明では、操作パネル部５と本体部５５とを分離して操作パネル部５は振動試験装置１のケーシング３の前面に配置し、本体部５５はベース２の左側の空きスペースに配置して省スペース化を実現している。

また、ベース２の後部左側には油圧制御を行なう場合の油の供給源である油圧源５３が配置され、さらに、ベース２の後部中央には装置全体を冷却するための冷却ブロワー５４が配置されている。

このように、水平振動発生部２１、２２の下方の空きスペースに、電源部５１、パワーモジュール５２、本体部５５を配置していることで省スペース化を実現している。また、振動試験装置１として必要な各部材をケーシング３内にすべて空きスペースを利用して一体的に配置した、所謂オールインワン型としている。そして、振動試験装置１としての機能を一体化しているので、システムの運転準備として交流電源と接続する電源ケーブルを１本と、冷却ブロワー５４と接続するエアーホースを１本準備（接続）するだけで、すぐに運転を行なうことができる。

図１５は水平振動発生部２１、２２及び垂直振動発生部２３の各駆動コイル２９の冷却を行なう場合の図を示し、水平振動発生部２１、２２の外側面に冷却用のファン５８を設けている。このファン５８は空気通路５９と連通した箇所に設けていて、且つ空気通路５９と水平振動発生部２１、２２の駆動コイル２９を配置している溝２７とが連通しており、ファン５８を回転駆動することで、空気通路５９及び溝２７を介して駆動コイル２９を冷却するようにしている。

一方、垂直振動発生部２３においては、従来では、上記水平振動発生部２１、２２と同様に別個にファンを冷却用として設けていたが、この発明では、別個にはファンを設けずに、振動台４の軸受４３の摺動面に用いているオイルを利用して垂直振動発生部２３の駆動コイル２９の冷却を行なうようにしている。すなわち、図１５に示すように、振動台４の軸受４３に流しているオイルは軸受４３の表面や内部を伝ってゆっくりと流れ落ちるようになっており、油膜形成用に用いたオイルや余剰のオイルは図中の矢印に示すように、軸受４３から振動台４の下部の表面を伝い、さらに可動体４０あるいは直接に垂直振動発生部２３の溝２７内に流れ落ちていく。上下の垂直振動発生部２３の溝２７は連通しているので、溝２７内にオイルが流れ落ちていき、さらには溝２７の上下に配置されている駆動コイル２９にオイルが接触して冷却しながら流れ落ちる。垂直振動発生部２３の溝２７の下端から流れ落ちたオイルは支持フレーム１０の底部４４の穴６０を介して油圧源５３へと回収される。この油圧源５３で回収されたオイルは、循環されて再び振動台４の軸受４３に供給される。なお、振動台４の軸受４３の下方にはオイルが周囲に拡散しないように、垂直振動発生部２３側にオイルをガイドするためのガイド部材６１が設けてある。

このように垂直振動発生部２３の駆動コイル２９にて発熱する箇所に軸受４３の油膜形成用に使用した後のオイルや余剰のオイルを伝達させて冷却しているので、従来のようにファンを不要としてコストを安価にできる。もちろん、駆動コイル２９の発熱をオイル冷却で可能なように駆動コイル２９の発熱量を設計している。

また、水平振動発生部２１、２２、垂直振動発生部２３の駆動コイル２９の発熱以外の水平振動発生部２１、２２及び垂直振動発生部２３の外周部分や、電源部５１、パワーモジュール５２、油圧源５３、制御用の本体部５５等は１台の冷却ブロワー５４で冷却を行なっている。つまり、各構成部材をケーシング３にて覆っているので、１台の冷却ブロワー５４のみで冷却を可能としている。

図１６は水平振動発生部２１、２２の水平加振軸６３（軸受部３０のシャフト３２）と、防振機構部７との配置位置関係を示す図である。バネ体などの緩衝材からなる防振機構部７は、上述したように支柱６の上面に配置されており、さらに防振機構部７の上に水平振動発生機２１ａ、２１ｂ（２２ａ、２２ｂ）を配置する支持フレーム１０の支持片１１が配置されている。そして、一対の水平振動発生機２１ａ、２１ｂ（２２ａ、２２ｂ）の水平加振軸６３よりも防振機構部７を上方に配置しているものである。

水平振動発生機２１ａ、２１ｂを駆動して振動台４を加振した場合、水平振動発生機２１ａ、２１ｂの水平加振軸６３より防振機構部７を上方に配置しているので、振動を吸収する防振機構部７の影響による水平振動発生機２１ａ、２１ｂの振動振幅を小さく抑えることができ、そのため、振動試験装置１全体の横振動を小さくでき（図９の矢印イ参照）、同時に回転振動を小さくできる（矢印ロ参照）。したがって、振動台４による振動試験をより正確に行なうことができるものである。

また、Ｘ方向とＹ方向で水平振動発生部２１、２２を同時に駆動して振動台４を加振しても防振機構部７の影響による水平振動発生部２１、２２の振動振幅を小さく抑えることができる。そのため、装置全体の横振動を小さくできると共に、回転振動の振幅を小さく抑えることができ、そのため、より正確に振動試験を行なうことができる。

さらに、Ｚ方向の垂直振動発生部２３単体、あるいはＸ方向とＹ方向の水平振動発生部２１、２２と垂直振動発生部２３との３次元での振動を発生させても、防振機構部７の影響による垂直振動発生部２３、あるいは垂直振動発生部２３と水平振動発生部２１、２２の振動振幅を小さく抑えることができる。そのため、装置全体の横振動を小さくできると共に、回転振動の振幅を小さく抑えることができ、そのため、より正確に振動試験を行なうことができる。

この発明の実施の形態における振動試験装置の外観の斜視図である。 この発明の実施の形態における内部機構を省略した断面図である。 この発明の実施の形態における支持フレームの斜視図である。 この発明の実施の形態における支持フレームに水平振動発生部を実装した状態の正面図である。 この発明の実施の形態における支持フレームに水平振動発生部及び垂直振動発生部を実装した状態の断面図である。 この発明の実施の形態における水平振動発生機の要部拡大断面図である。 この発明の実施の形態における垂直振動発生部の要部拡大断面図である。 この発明の実施の形態における振動試験装置の内部構造を示す平面図である。 この発明の実施の形態における振動試験装置の内部構造を示す正面図である。 この発明の実施の形態における振動試験装置の内部構造を示す背面図である。 この発明の実施の形態における振動試験装置の内部構造を示す右側面図である。 この発明の実施の形態における振動試験装置の内部構造を示す左側面図である。 この発明の実施の形態における振動試験装置の内部構造を示す正面から見た斜視図である。 この発明の実施の形態における振動試験装置の内部構造を示す背面から見た斜視図である。 この発明の実施の形態における垂直振動発生部の駆動コイルをオイルで冷却する場合の説明図である。 この発明の実施の形態における振動試験装置の防振機構部と水平振動発生部の水平加振軸との関係を示す説明図である。 従来例の振動試験装置の構成図である。

符号の説明

１ 振動試験装置
４ 振動台
７ 防振機構部
１０ 支持フレーム
２１ 水平振動発生部
２２ 水平振動発生部
２３ 垂直振動発生部
６３ 水平加振軸

Claims (3)

1. 被試験物を載せて振動試験を行なう振動台（４）を水平方向に加振する水平振動発生部（２１）を備え、上記水平振動発生部（２１）を、基台となるベース（２）に対して防振機構部（７）を介して支持した振動試験装置において、上記防振機構部（７）を、上記水平振動発生部（２１）の水平加振軸（６３）より上方に配置していることを特徴とする振動試験装置。
2. 水平振動発生部は、Ｘ方向の上記水平振動発生部（２１）とＹ方向の水平振動発生部（２２）とで構成され、これら水平振動発生部（２１）（２２）の両水平加振軸（６３）よりも上方に上記防振機構部（７）が配設されていることを特徴とする請求項１の振動試験装置。
3. 上記水平振動発生部（２１）（２２）に対してＺ方向の垂直振動発生部（２３）がベース（２）側に設けられていることを特徴とする請求項２の振動試験装置。