JP5984749B2

JP5984749B2 - 振動台および振動試験装置

Info

Publication number: JP5984749B2
Application number: JP2013144360A
Authority: JP
Inventors: 泰介末田; 大介越前谷
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2013-07-10
Filing date: 2013-07-10
Publication date: 2016-09-06
Anticipated expiration: 2033-07-10
Also published as: JP2015017860A

Description

この発明は、振動試験対象装置が取り付けられる振動台およびこれを備えた振動試験装置に関する。

電気・電子分野などの比較的小型な部品から航空・宇宙分野などの比較的大型の製品に至るまでの様々な部品および製品について多様な振動条件の下で振動試験を行うことによって、その部品および製品の耐震性または耐久性を評価する装置として、振動試験装置が知られている。このような振動試験装置としては、例えば、動電型振動発生装置および衝撃式振動発生装置が知られている。

従来、衝撃式振動発生装置として、振動試験対象装置が載せられる取付面が上面に形成された振動台と、振動台の下面に設けられた複数の振動発生器と、それぞれの振動発生器の駆動を制御する制御装置とを備え、振動発生器は、内部空間が形成された振動発生器本体と、振動発生器本体の内部空間に設けられた磁性衝突体と、磁性衝突体を支持する板ばねと、磁性衝突体の周囲に設けられ、交流電流が供給されることによって磁性衝突体を振動させる駆動コイルとを有している衝撃式振動発生装置が知られている。この衝撃式振動発生装置では、駆動コイルに供給される電流の量および周波数を制御することによって振動台に発生する振動が制御されるので、振動台には、高精度の振動特性を有する振動を発生させることができる。

特開２００１−２０１４２７号公報

しかしながら、一体に形成された振動台に、複数の振動発生器によって振動を発生させるので、振動台のサイズを大きくした場合に、振動台全体に均一にランダム振動を発生させることが困難であるという問題点があった。

この発明は、振動台全体に均一なランダム振動を容易に発生させることができる振動台および振動試験装置を提供するものである。

この発明に係る振動台は、同一平面上に配置された複数の振動ブロックと、隣り合う振動ブロックを連結する中間部材と、振動ブロックを支持する弾性部材とを備え、振動ブロックは、振動試験対象装置が載せられる取付面が形成された振動ブロック本体と、振動ブロック本体に設けられた振動発生器とを有している。

この発明に係る振動台によれば、同一平面上に配置された複数の振動ブロックと、隣り合う振動ブロックを連結する中間部材と、振動ブロックを支持する弾性部材とを備え、振動ブロックは、振動試験対象装置が載せられる取付面が形成された振動ブロック本体と、振動ブロック本体に設けられた振動発生器とを有しているので、振動台のサイズを大きくした場合であっても、振動台全体に均一なランダム振動を容易に発生させることができる。

この発明の実施の形態１に係る振動台を示す斜視図である。図１の振動台を備えた振動試験装置を示す構成図である。図２の振動ブロックの要部を示す縦断面図である。この発明の実施の形態２に係る振動台を示す斜視図である。この発明の実施の形態３に係る振動台を示す斜視図である。この発明の実施の形態４に係る振動ブロックを示す斜視図である。この発明の実施の形態５に係る振動ブロックの要部を示す縦断面図である。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る振動台を示す斜視図である。図において、振動台１は、同一平面上に配置された複数の振動ブロック２と、隣り合う振動ブロック２を連結する中間部材３Ａと、それぞれの振動ブロック２の底面の四隅に設けられ、振動ブロック２を支持する圧縮コイルばね（弾性部材）４とを備えている。振動ブロック２は、圧縮コイルばね４を介して、架台（図示せず）に取り付けられる。振動ブロック２は、圧縮コイルばね４に支持されることによって、Ｘ、Ｙ、Ｚの３軸と各軸を中心とした回転とを合わせた６自由度が確保されている。中間部材３Ａは、樹脂またはスポンジなどから構成されている。

図２は図１の振動台１を備えた振動試験装置を示す構成図、図３は図２の振動ブロック２の要部を示す縦断面図である。振動試験装置は、振動台１（図１）と、振動ブロック２の駆動を制御する制御装置５とを備えている。図２では、１つの振動ブロック２のみを示しているが、１つの制御装置５が複数の振動ブロック２の全ての駆動を別々に制御できるようになっている。振動ブロック２は、振動ブロック本体２１と、振動ブロック本体２１の内側に設けられた４個のエアシリンダ（振動発生器）２２とを有している。

振動ブロック本体２１は、一辺の大きさが１００ｍｍ〜５００ｍｍ程度の立方体または直方体に形成されている。これにより、振動台１のそれぞれの位置における振動特性のばらつきを抑制することができる。振動ブロック本体２１の上面には、振動試験対象装置（図示せず）が載せられる取付面２１１が形成されている。取付面２１１には、振動試験対象装置を振動ブロック本体２１に固定するためのねじ（図示せず）が嵌められるねじ孔２１２が形成されている。また、取付面２１１には、加速度計６および加速度計ケーブル（図示せず）が挿入される挿入溝２１３が形成されている。取付面２１１に挿入溝２１３が形成されているので、加速度計６および加速度計用ケーブルを振動ブロック本体２１に取り付けた状態で、振動試験対象装置を取付面２１１に取り付けることができる。加速度計６が挿入溝２１３に挿入されるので、加速度計６が故障した場合に、新しい加速度計６と容易に交換することができる。

振動ブロック２は、加速度計６の質量と同一の質量の材料から構成された質量調整部材（図示せず）をさらに有している。質量調整部材は、加速度計６を使用しない場合に、挿入溝２１３に挿入されるようになっている。質量調整部材は、金属ブロックなどから構成されている。質量調整部材が挿入溝２１３に挿入されることによって、加速度計６を使用しない場合に振動ブロック２に発生するランダム振動の周波数特性と、加速度計６を使用する場合に振動ブロック２に発生するランダム振動の周波数特性とを同一にすることができる。なお、質量調整部材は、挿入溝２１３に限らず、取付面２１１に取付可能であればよい。

エアシリンダ２２は、円筒形状に形成されている。エアシリンダ２２を３箇所以上に設けることで、Ｘ、Ｙ、Ｚの３軸の方向と、各軸を中心とした回転方向とに向かって衝撃波を発生させることができる。この例では、エアシリンダ２２が４箇所に設けられている。それぞれのエアシリンダ２２は、取付面２１１に対して傾斜して配置されている。これにより、Ｘ、Ｙ、Ｚの３軸の方向と、各軸を中心とした回転方向とに向かって均等に衝撃波を発生させることができる。また、それぞれのエアシリンダ２２は、取付面２１１の中心軸に対して対称に配置されている。これにより、Ｘ、Ｙ、Ｚの３軸の方向と、各軸を中心とした回転方向とに向かってより均等に衝撃波を発生させることができる。

エアシリンダ２２は、シリンダ本体２２１と、シリンダ本体２２１の内側に設けられたピストン２２２と、樹脂などから構成され、ピストン２２２に衝突されるプログラマ（緩衝部材）２２３とを有している。

振動ブロック本体２１には、振動ブロック本体２１の外側とシリンダ本体２２１の内側とを連通する吸気孔２１４および排気孔２１５が形成されている。振動ブロック本体２１の外側から吸気孔２１４に圧縮された空気が供給されることによって、ピストン２２２がシリンダ本体２２１の内側を移動して、プログラマ２２３に衝突する。これにより、振動ブロック２に振動が発生する。ピストン２２２がシリンダ本体２２１の内側を移動してプログラマ２２３に衝突する際には、シリンダ本体２２１の内側であって、ピストン２２２とプログラマ２２３との間に充填された空気が、排気孔２１５を通って振動ブロック本体２１の外側に排出される。

プログラマ２２３は、ピストン２２２の打撃による衝撃力を緩和して、エアシリンダ２２の破壊を抑制し、かつ、エアシリンダ２２の振動モードを変えることができる。

ピストン２２２による衝撃波を連続的に発生させ、その衝撃波が振動ブロック２内を伝達することによって幅広い周波数帯域を持つ広帯域のランダム振動（複数の周波数の振動の重なりによる不規則な波形の振動）に変わる手法を用いることによって、ランダム振動を繰り返し発生させる振動試験装置を構成することができる。

制御装置５は、空気を圧縮する外部コンプレッサ５１と、外部コンプレッサ５１によって圧縮された空気をそれぞれのエアシリンダ２２に供給する振動制御部５２とを有している。

振動制御部５２は、外部コンプレッサ５１から供給される空気の流路に設けられた空気弁５２１と、外部コンプレッサ５１から供給された空気の圧力を調整する圧力調整器５２２と、圧力調整器５２２によって圧力が調整された空気の流路に設けられたタイミングバルブ５２３と、空気弁５２１、圧力調整器５２２およびタイミングバルブ５２３のそれぞれ動作を制御する演算部５２４とを有している。加速度計６の測定結果は、演算部５２４に入力される。圧力調整器５２２によって圧力が調整された空気の流路が開くことによって、圧力調整器５２２によって圧力が調整された空気が吸気孔２１４に供給される。

演算部５２４は、加速度計６の測定結果を用いて、振動ブロック２の振動レベルが適正な加速度レベルとなるように、フィードバック制御信号を生成する。空気弁５２１および圧力調整器５２２は、フィードバック制御信号によって、エアシリンダ２２に供給される空気の流量が適正な流量となるように制御される。エアシリンダ２２に供給される空気の流量を変化させることによって、ピストン２２２の衝撃力を変化させることができる。タイミングバルブ５２３は、フィードバック制御信号によって、エアシリンダ２２に適正なタイミングで空気が供給されるように制御される。

以上説明したように、この発明の実施の形態１に係る振動台１によれば、同一平面上に配置された複数の振動ブロック２と、隣り合う振動ブロック２を連結する中間部材３Ａと、振動ブロック２を支持する圧縮コイルばね４とを備え、振動ブロック２は、振動試験対象装置が載せられる取付面２１１が形成された振動ブロック本体２１と、振動ブロック本体２１に設けられたエアシリンダ２２とを有しているので、複数の振動ブロック２について個別に加速度レベルを制御することによって、振動台１のサイズを大きくした場合であっても、振動台１における異なった位置ごとの加速度レベルのばらつきの発生を抑制することができ、振動台１全体に均一なランダム振動を容易に発生させることができる。また、複数の振動ブロック２のそれぞれに互いに異なったランダム振動を発生させることで、例えば、小型の振動試験対象装置の場合には、振動ブロック２ごとに振動試験対象装置を固定し、振動試験対象装置ごとに異なるランダム振動を与えることによって、複数の異なった加速度レベルのランダム振動による振動試験を同時に実施することができる。また、振動試験対象装置の大きさに合わせて、振動させる振動ブロック２を個別に設定することができる。また、振動ブロック２の数を増減させることによって、小型の振動台１および大型の振動台１を容易に形成することができる。また、複数の振動ブロック２を組み合わせて振動台１が形成されているので、一体に形成された１つの大きな振動台の場合と比較して、メンテナンスを容易に行うことができる。

また、振動ブロック２は、それぞれの軸方向が互いに異なる３個以上のエアシリンダ２２を有しているので、Ｘ、Ｙ、Ｚの３軸の方向と、各軸を中心とした回転方向とに向かって衝撃波を発生させることができる。

また、エアシリンダ２２の軸方向は、取付面２１１に対して傾斜しているので、Ｘ、Ｙ、Ｚの３軸の方向と、各軸を中心とした回転方向とに向かって衝撃波を発生させることができる。

また、取付面２１１には、加速度計６および加速度計用ケーブルが挿入される挿入溝２１３が形成されているので、加速度計６および加速度計用ケーブルを振動ブロック本体２１に取り付けた状態で、振動試験対象装置を取付面２１１に取り付けることができる。また、加速度計６に故障が発生した場合に、加速度計６を容易に交換することができる。

また、振動ブロック本体２１は、加速度計６の質量と同一の質量の材料から構成され、挿入溝２１３に挿入される質量調整部材をさらに有しているので、加速度計６を使用しない場合に振動ブロック２に発生するランダム振動の周波数特性と、加速度計６を使用する場合に振動ブロック２に発生するランダム振動の周波数特性とを同一にすることができる。

また、振動発生器は、エアシリンダ２２であるので、エアシリンダ２２に供給される空気の流量およびタイミングを制御することによって、振動ブロック２に発生する振動を容易に制御することができる。

この発明の実施の形態１に係る振動試験装置によれば、振動試験対象装置が載せられる取付面２１１が形成された振動ブロック本体２１および振動ブロック本体２１に設けられたエアシリンダ２２を有し、同一平面上に配置された複数の振動ブロック２と、隣り合う振動ブロック２を連結する中間部材３Ａと、振動ブロック２を支持する圧縮コイルばね４と、それぞれのエアシリンダ２２の駆動を制御する制御装置５とを備えているので、振動台１のサイズを大きくした場合であっても、振動台１全体に均一なランダム振動を容易に発生させることができる。

実施の形態２．
図４はこの発明の実施の形態２に係る振動台を示す斜視図である。図において、振動台１は、中間部材３Ａの代わりに、圧縮コイルばねから構成された中間部材３Ｂを備えている。その他の構成は、実施の形態１と同様である。

この発明の実施の形態２に係る振動台１によれば、中間部材３Ｂは、圧縮コイルばねであるので、それぞれの振動ブロック２に発生する振動についての水平方向への自由度を大きくすることができる。

実施の形態３．
図５はこの発明の実施の形態３に係る振動台を示す斜視図である。図において、振動台１は、くさび型接続部材７をさらに備えている。隣り合う振動ブロック２のそれぞれの振動ブロック本体２１における互いに対向する面には、深くなるにつれて断面積が大きくなるくさび型溝２１６が形成されている。くさび型接続部材７は、隣り合う振動ブロック２のそれぞれの振動ブロック本体２１に渡って設けられ、それぞれのくさび型溝２１６に嵌め込まれている。その他の構成は、実施の形態１と同様である。なお、実施の形態２と同様に、振動台１は、中間部材３Ａの代わりに、中間部材３Ｂを備えてもよい。

この発明の実施の形態３に係る振動台１によれば、隣り合う振動ブロック２のそれぞれの振動ブロック本体２１における互いに対向する面には、深くなるにつれて断面積が大きくなるくさび型溝２１６が形成されており、振動台１は、隣り合う振動ブロック２のそれぞれの振動ブロック本体２１に渡って設けられ、それぞれのくさび型溝２１６に嵌め込まれたくさび型接続部材７をさらに備えているので、隣り合う振動ブロック２の間を強固に接続することができる。これにより、振動ブロック２単体に発生する衝撃力は小さいものの、振動台１としての出力を高めることができる。

実施の形態４．
図６はこの発明の実施の形態４に係る振動ブロック２を示す斜視図である。図において、取付面２１１に形成されている４個のねじ孔２１２は、径方向の寸法が互いに異なっている。その他の構成は、実施の形態１と同様である。なお、その他の構成は、実施の形態２または実施の形態３と同様であってもよい。

この発明の実施の形態４に係る振動台１によれば、取付面２１１には、振動試験対象装置を固定するための複数のねじ孔２１２が形成されており、それぞれのねじ孔２１２は、径方向の寸法が互いに異なっているので、振動試験対象装置を振動台１に取り付ける際の利便性を向上させることができる。

実施の形態５．
図７はこの発明の実施の形態５に係る振動ブロック２の要部を示す縦断面図である。図において、振動ブロック本体２１の中心部には、空洞部２１７が形成されている。振動台１は、空洞部２１７に充填される複数の充填部材（図示せず）をさらに備えている。充填部材としては、金属から構成された充填部材、または樹脂から構成された充填部材などが挙げられる。複数の充填部材は、交換して空洞部２１７に充填可能となっている。その他の構成は、実施の形態１と同様である。なお、その他の構成は、実施の形態２から実施の形態４までの何れかと同様であってもよい。

この発明の実施の形態５に係る振動台１によれば、振動ブロック本体２１には、充填部材が充填される空洞部２１７が形成されているので、構成する材料が異なる充填部材を交換して充填部材に充填することによって、振動台１に発生するランダム振動の周波数特性を容易に変化させることができる。

なお、各上記実施の形態では、振動発生器として、エアシリンダ２２を例に説明したが、これに限らず、例えば、磁力を用いた振動発生器であってもよい。

１振動台、２振動ブロック、３Ａ，３Ｂ中間部材、４圧縮コイルばね（弾性部材）、５制御装置、６加速度計、７くさび型接続部材、２１振動ブロック本体、２２エアシリンダ（振動発生器）、５１外部コンプレッサ、５２振動制御部、２１１取付面、２１２ねじ孔、２１３挿入溝、２１４吸気孔、２１５排気孔、２１６くさび型溝、２１７空洞部、２２１シリンダ本体、２２２ピストン、２２３プログラマ（緩衝部材）、５２１空気弁、５２２圧力調整器、５２３タイミングバルブ、５２４演算部。

Claims

同一平面上に配置された複数の振動ブロックと、
隣り合う前記振動ブロックを連結する中間部材と、
前記振動ブロックを支持する弾性部材と
を備え、
前記振動ブロックは、振動試験対象装置が載せられる取付面が形成された振動ブロック本体と、前記振動ブロック本体に設けられた振動発生器とを有していることを特徴とする振動台。
前記中間部材は、圧縮コイルばねであることを特徴とする請求項１に記載の振動台。
隣り合う前記振動ブロックのそれぞれの前記振動ブロック本体における互いに対向する面には、深くなるにつれて断面積が大きくなるくさび型溝が形成されており、
隣り合う前記振動ブロックのそれぞれの前記振動ブロック本体に渡って設けられ、それぞれの前記くさび型溝に嵌め込まれたくさび型接続部材をさらに備えたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の振動台。
前記振動ブロックは、それぞれの軸方向が互いに異なる３個以上の前記振動発生器を有していることを特徴とする請求項１から請求項３までの何れか一項に記載の振動台。
前記振動発生器の軸方向は、前記取付面に対して傾斜していることを特徴とする請求項１から請求項４までの何れか一項に記載の振動台。
前記取付面には、加速度計および加速度計用ケーブルが挿入される挿入溝が形成されていることを特徴とする請求項１から請求項５までの何れか一項に記載の振動台。
前記振動ブロック本体は、前記加速度計の質量と同一の質量の材料から構成され、前記取付面に取付可能な質量調整部材をさらに有していることを特徴とする請求項６に記載の振動台。
前記取付面には、前記振動試験対象装置を固定するための複数のねじ孔が形成されており、
それぞれの前記ねじ孔は、径方向の寸法が互いに異なっていることを特徴とする請求項１から請求項７までの何れか一項に記載の振動台。
前記振動ブロック本体には、充填部材が充填される空洞部が形成されていることを特徴とする請求項１から請求項８までの何れか一項に記載の振動台。
前記振動発生器は、エアシリンダであることを特徴とする請求項１から請求項９までの何れか一項に記載の振動台。
振動試験対象装置が載せられる取付面が形成された振動ブロック本体および前記振動ブロック本体に設けられた振動発生器を有し、同一平面上に配置された複数の振動ブロックと、
隣り合う前記振動ブロックを連結する中間部材と、
前記振動ブロックを支持する弾性部材と、
それぞれの前記振動発生器の駆動を制御する制御装置と
を備えたことを特徴とする振動試験装置。