JP6849455B2 - 振動試験装置 - Google Patents

Description

本発明は、振動試験装置に関する。

従来、振動台上に保持された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。この種の振動試験装置の供試体としては、自動車用の部品や、タイヤ等があり、振動試験装置によって、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る。

振動試験装置として、例えば特許文献１に示されるような振動試験装置が知られている。この振動試験装置には、動電型の加振機（振動発生機）が備えられており、この加振機は、静磁場を生成するための励磁コイルと、励磁コイルにより生成された静磁場による磁気回路及び磁気ギャップを形成するための強磁性体からなるヨークと、磁気ギャップ内に配置された振動発生用のドライブコイルと、ドライブコイルと一体に形成された振動台とを備えた構成になっている。そして、励磁コイルに直流電流を供給し、ドライブコイルに所定周波数の交流電流を供給することにより、振動台を所定の周波数で振動させ、供試体に対する振動試験を行うようにしている。

特開２００３−３３７０７９号公報

ところで、上述したような振動試験装置では、動電型の加振機によって振動台を所定の周波数で水平方向に沿って加振（水平加振）する際、次のような問題点がある。すなわち、振動台の組み付け時のガタや、振動台を支持する軸受け（例えば流体軸受け）と振動台との間の隙間等に起因して、振動台及び供試体の重心を中心とする回転力が振動台に発生し、加振方向ではない垂直方向の共振（クロストーク共振）が発生する可能性があり、振動試験の精度が悪化することが懸念される。つまり、垂直方向の加振（垂直加振）を行っていないにもかかわらず、振動台に垂直方向の加速度（クロストーク加速度）が発生し、振動台が共振する可能性がある。例えば、側面視で、振動台が長尺の形状（例えば長方形等）である場合、振動台及び供試体の重心が、加振機の加振軸から大きくオフセットする可能性があり、上述のような問題点が特に懸念される。

本発明は上述したような実情を考慮してなされたもので、水平加振時に、振動台に発生する垂直方向のクロストーク加速度を低減して振動試験の精度を向上させることが可能な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、本発明は、供試体が保持される振動台と、前記振動台の水平方向の一端側に連結され、且つ前記振動台を水平方向に沿って振動させる第１水平加振機とを備えた振動試験装置であって、前記振動台の水平方向の他端側に連結され、且つ水平方向に沿った振動を発生可能な第２水平加振機を備え、前記第１水平加振機の加振軸と、前記第２水平加振機の加振軸とが、互いに平行になっており、前記第１水平加振機及び前記第２水平加振機が、同時に同じ方向への振動を発生するように構成されていることを特徴とする。

上記構成によれば、振動台を挟んで第１水平加振機とは反対側の位置に第２水平加振機が設けられているので、水平加振時の振動台の垂直方向の共振を抑制することができる。具体的には、第１水平加振機が水平方向の一方側に振動すると、振動台には、振動台及び供試体の記重心を中心とする回転力が発生しようとする。この際、第２水平加振機が同じ方向（水平方向の一方側）に振動することによって、上記回転力が低減される（打ち消される）。また、第１水平加振機が水平方向の他方側に振動すると、振動台には、上記重心を中心とする上記とは逆方向の回転力が発生しようとする。この際、第２水平加振機が同じ方向（水平方向の他方側）に振動することによって、上記回転力が低減される（打ち消される）。このように、第１水平加振機の振動に伴って発生しようとする振動台の回転力が、第２水平加振機の振動によって低減されるので、水平加振時に、振動台に発生する垂直方向のクロストーク加速度を低減することができ、振動試験装置による振動試験の精度を向上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。上記構成の振動試験装置において、前記第１水平加振機が、前記第２水平加振機側へ向けて前記振動台を振動させる際、同時に前記第２水平加振機が、前記振動台から退避するように前記第１水平加振機側とは反対方向へ向けて振動し、前記第１水平加振機が、前記第２水平加振機側とは反対方向へ向けて前記振動台を振動させる際、同時に前記第２水平加振機が、前記振動台に追従して移動するように前記第１水平加振機側へ向けて振動することが好ましい。

本発明の振動試験装置に備えられる第１、第２水平加振機として、動電型の水平加振機を用いることが好ましい。詳細には、前記第１、第２水平加振機は、それぞれ、静磁場を生成するための励磁コイルと、前記励磁コイルにより生成された静磁場による磁気回路及び磁気ギャップを形成するためのヨークと、前記磁気ギャップ内に配置された振動発生用のドライブコイルとを備え、前記励磁コイルに供給された直流電流と、前記ドライブコイルに供給された所定周波数の交流電流とによって振動を発生するように構成されていることが好ましい。この場合、前記振動台には、前記第１水平加振機による当該振動台の水平方向の加速度を検出する第１加速度センサと、前記第２水平加振機による当該振動台の水平方向の加速度を検出する第２加速度センサとが設けられ、前記第２加速度センサによって検出される加速度波形が、前記第１加速度センサによって検出される加速度波形に一致するように、前記第２水平加振機の前記ドライブコイルに入力される交流電流が調整されることが好ましい。上述のように、第１、第２水平加振機を、動電型の水平加振機として構成することによって、第１、第２水平加振機の駆動を容易に制御することができる。

本発明の振動試験装置において、前記第２水平加振機は、側面視で、前記振動台及び前記供試体の重心を挟んで、前記第１水平加振機とは反対側の位置に設けられており、前記第１水平加振機の加振軸が、前記重心よりも低い位置に配置され、前記第２水平加振機の加振軸が、前記重心よりも高い位置に配置されていてもよい。この構成によれば、振動試験装置への第２水平加振機の取り付けを容易に行うことができる。

本発明の振動試験装置において、前記第１水平加振機の加振軸と前記重心との距離と、前記第２水平加振機の加振軸と前記重心との距離とが、略同じになっていることが好ましい。この構成によれば、水平加振時に、振動台に発生する垂直方向のクロストーク加速度を効率よく低減して振動試験の精度を向上させることができる。

本発明の振動試験装置において、前記振動台を鉛直方向に沿って振動させる垂直加振機をさらに備えていてもよい。あるいは、前記振動台を、水平方向であって前記第１水平加振機の振動方向とは垂直な方向に沿って振動させる第３水平加振機をさらに備えていてもよい。つまり、本発明を、垂直方向の加振及び水平方向の加振を同時に行うことが可能な２軸加振機あるいは３軸加振機を備えた振動試験装置に適用することが可能である。このように、垂直加振機を設けることによって、例えば、自動車用の部品に対する振動試験を、実車走行により近い状態で行うことが可能になり、振動試験の精度を向上させることが可能になる。

本発明によれば、第１水平加振機の振動に伴って発生しようとする振動台の回転力が、第２水平加振機の振動によって低減されるので、水平加振時に、振動台に発生する垂直方向のクロストーク加速度を低減することができ、振動試験装置による振動試験の精度を向上させることができる。

図１は、本発明の実施形態に係る振動試験装置の概略構成を示す側面図である。 図２は、図１のＡ１−Ａ１線断面図である。 図３は、図１のＡ２−Ａ２線断面図である。 図４は、図１のＡ３−Ａ３線断面図である。 図５は、図１のＡ４−Ａ４線断面図である。 図６は、本発明の実施例における加速度センサの出力波形の一例を示す図である。 図７は、本発明の実施例において、第２振動台の振動状態を測定した測定結果を示すグラフである。 図８は、比較例における加速度センサの出力波形の一例を示す図である。 図９は、比較例において、第２振動台の振動状態を測定した測定結果を示すグラフである。 図１０は、本発明の実施例における加速度センサの出力波形の一例を示す図である。 図１１は、本発明の実施例において、第２振動台の振動状態を測定した測定結果を示すグラフである。 図１２は、比較例における加速度センサの出力波形の一例を示す図である。 図１３は、比較例において、第２振動台の振動状態を測定した測定結果を示すグラフである。

本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る振動試験装置１の概略構成を示す側面図（一部断面図）である。図２は、図１のＡ１−Ａ１線断面図であって、垂直加振機４の概略構成を示す。図３は、図１のＡ２−Ａ２線断面図であって、水平加振機５の概略構成を示す。図３は、図１のＡ２−Ａ２線断面図であって、水平加振機５の概略構成を示す。図４は、図１のＡ３−Ａ３線断面図であって、キャンセル用加振機６の概略構成を示す。図５は、図１のＡ４−Ａ４線断面図であって、第２振動台３２、伝達部材３３、シャフト５５等を示す。なお、本実施形態では、図１〜図５に示すように、Ｚ軸方向を垂直方向（鉛直方向）とし、Ｙ軸方向を水平方向（左右方向）とし、ＹＺ平面に垂直な方向をＸ軸方向とする。

図１〜図５に示すように、振動試験装置１は、基台２、振動台３、垂直加振機４、水平加振機５、キャンセル用加振機６、図示しない制御装置等を備えている。振動試験装置１は、振動台３上に保持された供試体３０に対し、垂直方向（Ｚ軸方向）の加振、及び水平方向（Ｙ軸方向）の加振を同時に行うことが可能な２軸加振機を備えた構成になっている。本実施形態では、垂直加振機４によって供試体３０に対する垂直方向の加振（垂直加振）が行われ、水平加振機５によって供試体３０に対する水平方向の加振（水平加振）が行われるようになっている。

基台２上には、振動台３、垂直加振機４、水平加振機５、キャンセル用加振機６等が支持されている。基台２は、下部フレーム２１と、下部フレーム２１の上側に一体に設けられた上部フレーム２２及び支持フレーム２３と、上部フレーム２２の上側に一体に設けられた支持フレーム２４とを備えている。振動台３及び垂直加振機４は、下部フレーム２１に支持されている。水平加振機５は、上部フレーム２２及び支持フレーム２３に支持されている。キャンセル用加振機６は、支持フレーム２４に支持されている。

振動台３は、垂直加振機４に連結された板状の第１振動台３１と、第１振動台３１上に設けられた略四角柱状の第２振動台３２とによって構成されている。第２振動台３２上には、図示しない治具によって供試体３０が固定（保持）されている。垂直加振機４によって、第１振動台３１及び第２振動台３２が一体に垂直方向に沿って振動する。また、水平加振機５によって、第２振動台３２が第１振動台３１に対し、水平方向に沿って振動する。これにより、第２振動台３２に取り付けられた供試体３０に対する垂直加振及び水平加振が同時に行われる。

具体的には、図１に示すように、第１振動台３１の下面には、垂直加振機４から上方に突出されたシャフト４５が一体に連結されており、垂直加振機４によって発生された垂直方向の振動が第１振動台３１に伝達されるようになっている。第１振動台３１の上面には、流体軸受け３１ａを介して、第２振動台３２が水平方向にスライド自在に支持されている。第１振動台３１の上面と、第２振動台３２の下面との間には、所定の隙間が設けられており、この隙間に図示しない油路及び油孔を介して、流体軸受け３１ａ用のオイルが供給されるようになっている。

また、第２振動台３２の側面の外周には、角筒状の伝達部材３３が流体軸受け３２ａを介して設けられており、伝達部材３３に対し、第２振動台３２が垂直方向にスライド自在に設けられている。伝達部材３３は、第２振動台３２の下部に配置されている。第２振動台３２の側面と、伝達部材３３の内壁面との間には、環状の隙間Ｃ１（図５参照）が形成されており、この環状の隙間Ｃ１に図示しない油路及び油孔を介して、流体軸受け３２ａ用のオイルが供給されるようになっている。伝達部材３３の外面には、水平加振機５から側方（水平方向）に突出されたシャフト５５が一体に連結されており、水平加振機５によって発生された水平方向の振動が伝達部材３３を介して第２振動台３２に伝達されるようになっている。第２振動台３２の上部の側方であって、第２振動台３２を挟んで水平加振機５とは反対側の位置に、キャンセル用加振機６が配置されている。キャンセル用加振機６は、軸受部材３２ｂによって、第２振動台３２に対し垂直方向にスライド自在に設けられている。

第２振動台３２には、当該第２振動台３２の加速度を検知する加速度センサ３４，３５，３６が取り付けられている。加速度センサ３４，３５，３６は、図示しない制御装置に接続されている。加速度センサ３４は、主に、水平加振機５による第２振動台３２の水平方向の加速度を検出する。加速度センサ３５は、主に、キャンセル用加振機６による第２振動台３２の水平方向の加速度を検出する。特に、加速度センサ３４，３５の検出出力によって、第１振動台３１及び第２振動台３２の加速度の波形、位相のずれがないかが検出されるようになっている。加速度センサ３６は、主に、垂直加振機４による第２振動台３２の垂直方向の加速度を検出する。加速度センサ３４は、第２振動台３２の側面であって、第２振動台３２及び供試体３０の重心Ｇ１と同じ高さ位置に設けられている。加速度センサ３５は、第２振動台３２の上端部の側面に設けられている。加速度センサ３６は、第２振動台３２の上面に設けられている。

垂直加振機４は、例えば図２に示すような動電型の振動発生機として構成されている。上述したように、垂直加振機４は、垂直方向に延びるシャフト４５を介して第１振動台３１と一体に連結されている。

図２に示すように、垂直加振機４は、静磁場を形成するための励磁コイル４１と、励磁コイル４１により形成された静磁場による磁気回路及び磁気ギャップを形成するためのヨーク４２と、磁気ギャップ内に配置された振動発生用のドライブコイル４３とを備えている。

ヨーク４２は、第１ヨーク部４２ａと、第２ヨーク部４２ｂと、第３ヨーク部４２ｃと、第４ヨーク部４２ｄを一体的に組み合わせた構成になっている。第１ヨーク部４２ａ、第２ヨーク部４２ｂ、第３ヨーク部４２ｃ、及び第４ヨーク部４２ｄは、強磁性体によって形成されている。第３ヨーク部４２ｃ、及び第４ヨーク部４２ｄは、基台２の下部フレーム２１と一体的に設けられている。そして、第１ヨーク部４２ａの外周面と、第４ヨーク部４２ｄ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４２を構成する第１ヨーク部４２ａ、第２ヨーク部４２ｂ、第３ヨーク部４２ｃ、及び第４ヨーク部４２ｄ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４１は、円筒状に巻回されており、第２ヨーク部４２ｂの内周面に取り付けられている。励磁コイル４１は、第３ヨーク部４２ｃと第４ヨーク部４２ｄとによって位置決めされている。

ドライブコイル４３は、非磁性体からなる筒体４４の一端側（図２では、−Ｚ方向側）の外周面に巻回されている。ドライブコイル４３は、励磁コイル４１と、ヨーク４２（第１ヨーク部４２ａ、第２ヨーク部４２ｂ、第３ヨーク部４２ｃ、及び第４ヨーク部４２ｄ）との対向間の磁気ギャップ内に、励磁コイル４１及びヨーク４２に対し非接触の状態で挿入されている。なお、筒体４４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４３及び筒体４４は、垂直方向（図２では、Ｚ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、図示しない制御装置によって電力増幅器を介して励磁コイル４１に直流電流を供給することにより、励磁コイル４１を取り巻くヨーク４２内に磁気回路（静磁場）が生成される。ヨーク４２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４３に所定周波数の交流電流を制御装置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４３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４３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４３及び筒体４４が、ドライブコイル４３に供給される交流電流の信号に応じた周波数で垂直方向に沿って振動する。

筒体４４の内部には、ドライブコイル４３及び筒体４４の垂直方向のスライドを案内する案内棒４６及び複数のガイドローラ４７が設けられている。ガイドローラ４７は、第１ヨーク部４２ａの内壁面に支持されている。また、筒体４４の内部には、第１振動台３１、第２振動台３２等の荷重を支えるマウント部材４８が設けられている。マウント部材４８は、例えば空気ばね等によって形成されている。一方、筒体４４の外周面には、ドライブコイル４３及び筒体４４の垂直方向のスライドを案内する複数のガイドローラ４９が設けられている。ガイドローラ４９は、基台２の下部フレーム２１に支持されている。

筒体４４の他端側（図２では、＋Ｚ方向側）には、上述したシャフト４５が一体に連結されている。シャフト４５は、上述したドライブコイル４３及び筒体４４の振動に伴って、垂直方向に沿って振動する。シャフト４５の一端側が筒体４４の上面に連結され、シャフト４５の他端側が第１振動台３１に連結されている。シャフト４５は、基台２の上部フレーム２２に設けられた軸受け２２ａによって、基台２に対して垂直方向にスライド自在に支持されている。

振動試験装置１では、図示しない制御装置により垂直加振機４を駆動することよって、ドライブコイル４３、筒体４４、及びシャフト４５が一体的に垂直方向に沿って振動し、これに伴って第１振動台３１が垂直方向に沿って振動する。この際、第１振動台３１上に設けられた第２振動台３２も、第１振動台３１とともに垂直方向に沿って振動する。これにより、第２振動台３２上にセットされた供試体３０に対する垂直加振が行われるようになっている。

水平加振機５は、例えば図３に示すような動電型の振動発生機として構成されている。上述したように、水平加振機５は、水平方向に延びるシャフト５５を介して第２振動台３２の外周に設けられた伝達部材３３と一体に連結されている。

図３に示すように、水平加振機５は、静磁場を形成するための２つの励磁コイル５１ａ，５１ｂと、励磁コイル５１ａ，５１ｂにより形成された静磁場による磁気回路及び磁気ギャップを形成するためのヨーク５２と、磁気ギャップ内に配置された振動発生用のドライブコイル５３とを備えている。

ヨーク５２は、第１ヨーク部５２ａと、第２ヨーク部５２ｂと、第３ヨーク部５２ｃとを一体的に組み合わせた構成になっている。第１ヨーク部５２ａ、第２ヨーク部５２ｂ、及び第３ヨーク部５２ｃは、強磁性体によって形成されている。そして、第１ヨーク部５２ａの外周面と、第２ヨーク部５２ｂ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５２を構成する第１ヨーク部５２ａ、第２ヨーク部５２ｂ、及び第３ヨーク部５２ｃ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５１ａ，５１ｂは、円筒状に巻回されており、第２ヨーク部５２ｂの内周面にその中心軸線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５１ａ，５１ｂは、第３ヨーク部５２ｃと、第１ヨーク部５２ａの外鍔５２ｄとによって位置決めされている。

ドライブコイル５３は、非磁性体からなる筒体５４の一端側（図３では、−Ｙ方向側）の外周面に巻回されている。ドライブコイル５３は、励磁コイル５１ａ，５１ｂと、ヨーク５２（第１ヨーク部５２ａ、第２ヨーク部５２ｂ、及び第３ヨーク部５２ｃ）との対向間の磁気ギャップ内に、励磁コイル５１ａ，５１ｂ及びヨーク５２に対し非接触の状態で挿入されている。なお、筒体５４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５３及び筒体５４は、水平方向（図３では、Ｙ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、図示しない制御装置によって電力増幅器を介して励磁コイル５１ａ，５１ｂに直流電流を供給することにより、励磁コイル５１ａ，５１ｂを取り巻くヨーク５２内に磁気回路（静磁場）が生成される。ヨーク５２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５３に所定周波数の交流電流を制御装置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５３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５３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５３及び筒体５４は、ヨーク５２から外方へ向けて突出（前進）する方向（図３では、＋Ｙ方向）のスライドと、ヨーク５２へ向けて内方（図３では、−Ｙ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５３及び筒体５４が、ドライブコイル５３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５４の内部には、ドライブコイル５３及び筒体５４の水平方向のスライドを案内する案内棒５６及び複数のガイドローラ５７が設けられている。ガイドローラ５７は、第１ヨーク部５２ａの内壁面に支持されている。

筒体５４の他端側（図３では、＋Ｙ方向側）には、上述したシャフト５５が一体に連結されている。シャフト５５は、上述したドライブコイル５３及び筒体５４の振動に伴って、水平方向に沿って振動する。本実施形態では、シャフト５５は、第１シャフト５５ａ及び第２シャフト５５ｂの２つに分割されている。第１シャフト５５ａと第２シャフト５５ｂとの間には、上述した伝達部材３３が一体に設けられている。第１シャフト５５ａの一端側が筒体５４に連結され、第１シャフト５５ａの他端側が伝達部材３３に連結されている。第２シャフト５５ｂの一端側が伝達部材３３に連結されている。第１シャフト５５ａ及び第２シャフト５５ｂは、基台２の上部フレーム２２に設けられた軸受け２２ｂ，２２ｃによって、基台２に対して水平方向にスライド自在に支持されている。

振動試験装置１では、図示しない制御装置により水平加振機５を駆動することによって、ドライブコイル５３、筒体５４、第１シャフト５５ａ及び第２シャフト５５ｂ、伝達部材３３が一体的に水平方向に沿って振動し、これに伴って、伝達部材３３によって囲われた第２振動台３２が水平方向に沿って振動する。上述したように、第２振動台３２は、第１振動台３１に対しスライド自在に設けられているため、第２振動台３２が第１振動台３１に対し水平方向に沿って振動する。詳細には、ドライブコイル５３及び筒体５４が、キャンセル用加振機６に向けて近づく（前進する）方向（図３では、＋Ｙ方向）にスライドすることによって、第２振動台３２も同じ方向にスライドする。逆に、ドライブコイル５３及び筒体５４がキャンセル用加振機６から遠ざかる（後退する）方向（図３では、−Ｙ方向）にスライドすることによって、第２振動台３２も同じ方向にスライドする。このような第２振動台３２のスライドが繰り返し行われることによって、第２振動台３２上にセットされた供試体３０に対する水平加振が行われるようになっている。

本実施形態では、上述した垂直加振機４及び水平加振機５に加え、キャンセル用加振機（第２水平加振機）６が、振動試験装置１に備えられている。キャンセル用加振機６は、図４に示すように、上述した水平加振機５（図３参照）と略同様の動電型の振動発生機として構成されている。キャンセル用加振機６は、水平加振機５よりも若干小さいサイズに構成されている。

図４に示すように、キャンセル用加振機６は、静磁場を形成するための２つの励磁コイル６１ａ，６１ｂと、励磁コイル６１ａ，６１ｂにより形成された静磁場による磁気回路及び磁気ギャップを形成するためのヨーク６２と、磁気ギャップ内に配置された振動発生用のドライブコイル６３とを備えている。

ヨーク６２は、第１ヨーク部６２ａと、第２ヨーク部６２ｂと、第３ヨーク部６２ｃとを一体的に組み合わせた構成になっている。第１ヨーク部６２ａ、第２ヨーク部６２ｂ、及び第３ヨーク部６２ｃは、強磁性体によって形成されている。そして、第１ヨーク部６２ａの外周面と、第２ヨーク部６２ｂ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６２を構成する第１ヨーク部６２ａ、第２ヨーク部６２ｂ、及び第３ヨーク部６２ｃ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６１ａ，６１ｂは、円筒状に巻回されており、第２ヨーク部６２ｂの内周面にその中心軸線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６１ａ，６１ｂは、第３ヨーク部６２ｃと、第１ヨーク部６２ａの外鍔６２ｄとによって位置決めされている。

ドライブコイル６３は、非磁性体からなる筒体６４の一端側（図４では、＋Ｙ方向側）の外周面に巻回されている。ドライブコイル６３は、励磁コイル６１ａ，６１ｂと、ヨーク６２（第１ヨーク部６２ａ、第２ヨーク部６２ｂ、及び第３ヨーク部６２ｃ）との対向間の磁気ギャップ内に、励磁コイル６１ａ，６１ｂ及びヨーク６２に対し非接触の状態で挿入されている。なお、筒体６４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６３及び筒体６４は、水平方向（図４では、Ｙ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、図示しない制御装置によって電力増幅器を介して励磁コイル６１ａ，６１ｂに直流電流を供給することにより、励磁コイル６１ａ，６１ｂを取り巻くヨーク６２内に磁気回路（静磁場）が生成される。ヨーク６２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６３に所定周波数の交流電流を制御装置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６３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６３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６３及び筒体６４は、ヨーク６２から外方へ向けて突出（前進）する方向（図４では、−Ｙ方向）のスライドと、ヨーク６２へ向けて内方（図４では、＋Ｙ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６３及び筒体６４が、ドライブコイル６３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６４の内部には、ドライブコイル６３及び筒体６４の水平方向のスライドを案内する案内棒６６及び複数のガイドローラ６７が設けられている。ガイドローラ６７は、第１ヨーク部６２ａの内壁面に支持されている。

振動試験装置１では、図示しない制御装置によりキャンセル用加振機６を駆動することによって、ドライブコイル６３及び筒体６４が一体的に水平方向に沿って振動する。詳細には、ドライブコイル６３及び筒体６４が水平加振機５に向けて近づく（前進する）方向（図４では、−Ｙ方向）のスライドと、ドライブコイル６３及び筒体６４が水平加振機５から遠ざかる（後退する）方向（図４では、＋Ｙ方向）のスライドとが繰り返し行われる。

筒体６４の他端側（図４では、−Ｙ方向側）には、シャフト６５が一体に連結されている。シャフト６５の他端側には、上述した軸受部材３２ｂが一体に設けられており、キャンセル用加振機６の駆動時、軸受部材３２ｂも水平方向に沿って振動する。軸受部材３２ｂは、第２振動台３２とシャフト６５との間に設けられている。軸受部材３２ｂは、例えばリニアガイドローラ等によって構成されている。軸受部材３２ｂによって、第２振動台３２がシャフト６５及び筒体６４に対し垂直方向にスライド自在になっており、第２振動台３２の垂直方向の振動がキャンセル用加振機６によって規制されないようになっている。

図１に示すように、水平加振機５の加振軸Ｌ１と、キャンセル用加振機６の加振軸Ｌ２とが、互いに平行になっている。また、キャンセル用加振機６は、側面視で、第２振動台３２及び供試体３０の重心Ｇ１を挟んで、水平加振機５とは反対側の位置に設けられている。この場合、水平方向（図１のＹ軸方向）及び垂直方向（図１のＺ軸方向）において、キャンセル用加振機６は、上記重心Ｇ１を挟んで、水平加振機５とは反対側の位置に設けられている。具体的には、キャンセル用加振機６が上記重心Ｇ１の水平方向の一方側（図１では、＋Ｙ方向側）に設けられ、水平加振機５が上記重心Ｇ１の水平方向の他方側（図１では、−Ｙ方向側）に設けられている。また、キャンセル用加振機６の加振軸Ｌ２が上記重心Ｇ１よりも高い位置に設けられ、水平加振機５の加振軸Ｌ１が上記重心Ｇ１よりも低い位置に設けられている。

本実施形態では、水平加振機５及びキャンセル用加振機６が、同時に同じ方向への振動を発生するように構成されている。振動試験装置１では、水平加振機５に＋Ｙ方向側の振動（加速度）が発生すると、同時に、キャンセル用加振機６にも＋Ｙ方向側の振動（加速度）が発生するように調整される。また、水平加振機５に−Ｙ方向側の振動（加速度）が発生すると、同時に、キャンセル用加振機６にも−Ｙ方向側の振動（加速度）が発生するように調整される。したがって、水平加振機５の振動の周波数と、キャンセル用加振機６の振動の周波数とは同じになるように調整される。

具体的に、水平加振機５では、例えば図６（ｂ）に示すような波形（正弦波）の加速度が発生するように、交流電流の信号がドライブコイル５３に入力される。キャンセル用加振機６では、例えば図６（ｃ）に示すような波形（正弦波）の加速度が発生するように、交流電流の信号がドライブコイル６３に入力される。キャンセル用加振機６のドライブコイル６３に入力される交流電流の信号は、水平加振機５のドライブコイル５３に入力される交流電流の信号と、同じ極性（同じ位相）で、同じ周波数になるように調整される。

より詳細には、まず、水平加振機５が駆動され、加速度センサ３４によって第２振動台３２の水平方向の加速度が検出される。続いて、加速度センサ３４の検出出力に基づいて、水平加振機５の駆動制御が行われる。この際、加速度センサ３４によって、例えば図６（ｂ）に示す加速度波形が検出されるように、水平加振機５のドライブコイル５３に入力される交流電流の信号が調整される。つまり、目標加速度（例えば図６（ｂ）に示す波形）に一致させるように、水平加振機５のドライブコイル５３に入力される信号が調整される。

次に、キャンセル用加振機６が駆動され、加速度センサ３５によって第２振動台３２の水平方向の加速度が検出される。そして、加速度センサ３５の検出出力に基づいて、キャンセル用加振機６の駆動制御が行われる。この際、キャンセル用加振機６が、水平加振機５と同時に同じ方向への加速度が発生するように、キャンセル用加振機６のドライブコイル６３に入力される信号が調整される。具体的には、加速度センサ３５によって、例えば図６（ｃ）に示す加速度波形が検出されるように、キャンセル用加振機６のドライブコイル６３に入力される交流電流の信号が調整される。つまり、目標加速度（例えば図６（ｃ）に示す波形）に一致させるように、キャンセル用加振機６のドライブコイル６３に入力される信号が調整される。

なお、ここでは、垂直加振機４を駆動せず、垂直加振機４のドライブコイル４３に入力される信号の値が「０」になっている。このため、図６（ａ）に示すように、加速度センサ３６によって検出される第２振動台３２の垂直方向の加速度が、略「０」になっている。つまり、加速度センサ３６によって検出される第２振動台３２の垂直方向の加速度は、厳密に「０」ではなく、後述するように、クロストーク共振による加速度（クロストーク加速度）が僅かに発生している。

このように、加速度センサ３４，３５の検出出力に基づいて、水平加振機５及びキャンセル用加振機６が駆動され、水平加振機５及びキャンセル用加振機６が、同時に同じ方向への加速度が発生するように調整している。具体的には、水平加振機５が、キャンセル用加振機６側（図１では、＋Ｙ方向）へ向けて第２振動台３２を振動させる際、同時に、キャンセル用加振機６が、第２振動台３２から退避するように水平加振機５側とは反対方向（図１では、＋Ｙ方向）へ向けて振動する。つまり、水平加振機５では、ドライブコイル５３及び筒体５４が、キャンセル用加振機６に向けて近づく（前進する）方向にスライドし、これと同時に、キャンセル用加振機６では、ドライブコイル６３及び筒体６４が、水平加振機５から遠ざかる（後退する）方向にスライドする。

また、水平加振機５が、キャンセル用加振機６側とは反対方向（図１では、−Ｙ方向）へ向けて第２振動台３２を振動させる際、同時に、キャンセル用加振機６が、第２振動台３２に追従して移動するように水平加振機５側（図１では、＋Ｙ方向側）へ向けて振動する。つまり、水平加振機５では、ドライブコイル５３及び筒体５４が、キャンセル用加振機６から遠ざかる（後退する）方向にスライドし、これと同時に、キャンセル用加振機６では、ドライブコイル６３及び筒体６４が、水平加振機５に近づく（前進する）方向にスライドする。

本実施形態によれば、水平加振時の振動台３（第２振動台３２）の垂直方向（Ｚ軸方向）の共振を低減して振動試験の精度を向上させることが可能になる。以下、この点について説明する。

振動試験装置１では、第２振動台３２及び供試体３０の重心Ｇ１が、水平加振機５の加振軸Ｌ１から距離（オフセット量）Ｄ１だけオフセットしている。このため、第２振動台３２の組み付け時のガタ等に起因して、上記重心Ｇ１を中心とする回転力が第２振動台３２に発生する可能性があり、振動試験の精度が悪化することが懸念される。具体的には、水平加振機５の駆動時、第２振動台３２が、上記重心Ｇ１を中心として、時計方向（図１では、Ｂ１方向）の回転力及び反時計方向（図１では、Ｂ２方向）の回転力が交互に発生し、第２振動台３２に垂直方向の共振（クロストーク共振）が発生する可能性がある。つまり、垂直加振を行っていないにもかかわらず、第２振動台３２に垂直方向の加速度（クロストーク加速度）が発生し、第２振動台３２が共振する可能性がある。

しかし、本実施形態では、側面視で、上記重心Ｇ１を挟んで水平加振機５とは反対側の位置（対角位置）にキャンセル用加振機６が設けられているので、第２振動台３２の垂直方向の共振を抑制することができる。具体的には、水平加振機５が＋Ｙ方向に振動すると、第２振動台３２には、重心Ｇ１を中心にＢ１方向の回転力が発生しようとする。この際、キャンセル用加振機６が＋Ｙ方向に振動することによって、Ｂ１方向の回転力が低減される（打ち消される）。また、水平加振機５が−Ｙ方向に振動すると、第２振動台３２には、重心Ｇ１を中心にＢ２方向の回転力が発生しようとする。この際、キャンセル用加振機６が−Ｙ方向に振動することによって、Ｂ２方向の回転力が低減される（打ち消される）。

このように、水平加振機５の振動に伴って発生しようとする第２振動台３２の回転力が、キャンセル用加振機６の振動によって低減される（打ち消される）ので、水平加振時に、第２振動台３２に発生する垂直方向のクロストーク加速度を低減することができ、振動試験装置１による振動試験の精度を向上させることができる。

また、本実施形態では、水平加振機５の加振軸Ｌ１と上記重心Ｇ１との距離Ｄ１と、キャンセル用加振機６の加振軸Ｌ２と上記重心Ｇ１との距離Ｄ２とが、略同じになっている。このため、水平加振時に、第２振動台３２に発生する垂直方向のクロストーク加速度を効率よく低減して振動試験の精度を向上させることができる。

ここで、振動試験装置１にキャンセル用加振機６を設けた場合（実施例）と、設けていない場合（比較例）とにおいて、第２振動台３２の振動状態を測定した測定結果を、図６〜図１３を参照して説明する。ここでは、垂直加振機４を駆動しない場合、つまり、水平加振のみを行った場合の測定結果を示している。上述したように、垂直加振機４を駆動しない場合であっても、第２振動台３２に垂直方向の加速度（クロストーク加速度）が発生するため、第２振動台３２に発生する垂直方向の加速度を、第２振動台３２の振動状態として示している。

詳細には、図７、図９、図１１、図１３では、加速度センサ３４によって検出される第２振動台３２の水平方向の加速度（Ｙ軸方向の加速度）Ｇｙに対する、加速度センサ３６によって検出される第２振動台３２の垂直方向の加速度（Ｚ軸方向の加速度）Ｇｚを、第２振動台３２の振動状態として評価している。図７、図９、図１１、図１３の縦軸（クロストーク値）は、［２０＊ｌｏｇ（Ｇｚ／Ｇｙ）］により算出される値である。

図６、図１０は、振動試験装置１にキャンセル用加振機６を設けた本実施例の場合の加速度センサ３４〜３６の出力波形の一例を示している。図７、図１１は、本実施例の場合の第２振動台３２の振動状態を測定した測定結果を示している。

一方、図８、図１２は、振動試験装置１にキャンセル用加振機を設けていない比較例の場合の加速度センサ３４，３６の出力波形の一例を示している。図８、図１３は、比較例の場合の第２振動台３２の振動状態を測定した測定結果を示している。

図６（ａ）、図８（ａ）、図１０（ａ）、図１２（ａ）は、それぞれ、加速度センサ３６によって検出される第２振動台３２の垂直方向の加速度の一例を示している。なお、横軸を時間［ｓｅｃ］とし、縦軸を加速度［Ｇ］としている。ここでは、垂直加振機４を駆動しないため、加速度センサ３６によって検出される垂直方向の加速度が、略「０」になっている。

図６（ｂ）、図８（ｂ）、図１０（ｂ）、図１２（ｂ）は、それぞれ、加速度センサ３４によって検出される第２振動台３２の水平方向の加速度の一例を示している。なお、横軸を時間［ｓｅｃ］とし、縦軸を加速度［Ｇ］としている。図６（ｂ）、図８（ｂ）の波形は、正弦波になっており、振幅が０．４Ｇであり、周波数が１３．３Ｈｚの加速度波形となっている。図１０（ｂ）、図１２（ｂ）の波形はいわゆるランダム波になっており、振幅の平均値が０．５Ｇであり、周波数が５Ｈｚ〜４００Ｈｚの範囲の加速度波形となっている。このランダム波は、例えば自動車の走行時に発生する振動を想定した加速度波形になっている。上述したように、図６（ｂ）、図８（ｂ）、図１０（ｂ）、図１２（ｂ）に示す波形が加速度センサ３４によって検出されるように、水平加振機５のドライブコイル５３に入力される信号が調整される。

図６（ｃ）、図１０（ｃ）は、それぞれ、加速度センサ３５によって検出される第２振動台３２の水平方向の加速度の一例を示している。なお、横軸を時間［ｓｅｃ］とし、縦軸を加速度［Ｇ］としている。図６（ｃ）の波形は、正弦波になっており、図６（ｂ）の波形と同一の波形となっている。図１０（ｃ）の波形はいわゆるランダム波になっており、図１０（ｂ）の波形と同一の波形となっている。上述したように、本実施形態では、上述したように、図６（ｃ）、図１０（ｃ）に示す波形が加速度センサ３５によって検出されるように、キャンセル用加振機６のドライブコイル６３に入力される信号が調整される。

図７の測定結果と、図９の測定結果とを比較すると、振動試験装置１にキャンセル用加振機を設けていない比較例の場合には、図９に示すように、第２振動台３２に発生する垂直方向の加速度が、周波数が６５Ｈｚ以上になると、−２０ｄＢ（言い換えれば、水平方向の加速度の１／１０）を超過し、また、周波数が２００Ｈｚ以上になると、０ｄＢを超過する（言い換えれば、水平方向の加速度よりも大きくなる）周波数が存在することが分かる。これに対し、振動試験装置１にキャンセル用加振機６を設けた本実施例の場合には、図７に示すように、第２振動台３２に発生する垂直方向の加速度が、周波数が１０Ｈｚ〜４００Ｈｚの全ての範囲で、−２０ｄＢ（言い換えれば、水平方向の加速度の１／１０）以下に低減されることが分かる。したがって、水平加振時に、第２振動台３２に発生する垂直方向のクロストーク加速度を抑制するには、振動試験装置１にキャンセル用加振機６を設けることが有効であることが分かる。

図１１の測定結果と、図１３の測定結果とを比較すると、振動試験装置１にキャンセル用加振機を設けていない比較例の場合には、図１３に示すように、第２振動台３２に発生する垂直方向の加速度が、周波数が７０Ｈｚ以上になると、−２０ｄＢを超過し、また、周波数が２００Ｈｚ以上になると、０ｄＢを超過する周波数が存在することが分かる。これに対し、振動試験装置１にキャンセル用加振機６を設けた本実施例の場合には、図１１に示すように、第２振動台３２に発生する垂直方向の加速度が、周波数が１０Ｈｚ〜４００Ｈｚの略全ての範囲で、−２０ｄＢ以下に低減されることが分かる。したがって、水平加振時に、第２振動台３２に発生する垂直方向のクロストーク加速度を抑制するには、振動試験装置１にキャンセル用加振機６を設けることが有効であることが分かる。

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。

上述した振動台３の構成は一例であって、他の構成の振動台を用いてもよい。また、上述した垂直加振機４、水平加振機５、及びキャンセル用加振機６の構成は一例であって、他の構成の加振機を用いてもよい。なお、垂直加振機４、水平加振機５、及びキャンセル用加振機６の好ましい構成としては、静磁場を形成するための励磁コイルと、励磁コイルにより形成された静磁場による磁気回路及び磁気ギャップを形成するためのヨークと、磁気ギャップ内に配置された振動発生用のドライブコイルとを備えた動電型の構成が挙げられる。例えば、垂直加振機４や、水平加振機５、キャンセル用加振機６の励磁コイルの数を変更してもよい。また、垂直加振機４や、水平加振機５、キャンセル用加振機６において、励磁コイルの代わりに、永久磁石を用いてもよい。垂直加振機４や、水平加振機５、キャンセル用加振機６のヨークの組み合わせを他の組み合わせに変更してもよい。また、垂直加振機４や、水平加振機５、キャンセル用加振機６を、サーボモータを利用した加振機として構成してもよい。

上記実施形態において、キャンセル用加振機６のドライブコイル６３に入力される交流電流の信号が、水平加振機５のドライブコイル５３に入力される交流電流の信号とは、逆の極性（逆の位相）で、同じ周波数の信号であってもよい。この場合、例えばキャンセル用加振機６の励磁コイル６１ａ，６１ｂに入力される直流電流の信号を、水平加振機５の励磁コイル５１ａ，５１ｂに入力される直流電流の信号と同じ極性（同じ位相）にすればよい。

図６、図１０に示した加速度波形は一例であって、加速度センサ３５によって検出される加速度波形が、加速度センサ３４によって検出される加速度波形に一致するように、キャンセル用加振機６のドライブコイル６３に入力される交流電流が調整されるものであれば、その他の加速度波形であってもよい。

上記実施形態では、垂直加振機４を備えた振動試験装置について説明したが、垂直加振機を備えていない振動試験装置にも、本発明を適用可能である。この場合、振動試験装置は、水平加振機５及びキャンセル用加振機６が備えられた構成になっており、供試体３０に対する水平加振のみが行われる。なお、上記実施形態のように、垂直加振機４を設けることによって、例えば、自動車用の部品に対する振動試験を、実車走行により近い状態で行うことが可能になり、振動試験の精度を向上させることが可能になる。

上記実施形態の振動試験装置に、水平加振機５の振動方向（Ｙ軸方向）とは垂直な方向（Ｘ軸方向）に沿って振動させる第３水平加振機をさらに備える構成としてもよい。この場合、垂直加振機４によって供試体３０に対する垂直加振が行われ、水平加振機５によって供試体３０に対するＹ軸方向の水平加振が行われ、第３水平加振機によって供試体３０に対するＸ軸方向の水平加振が行われる。なお、この場合にも、垂直加振機を省略して、供試体３０に対する水平加振（Ｘ軸方向及びＹ軸方向）のみを行うようにしてもよい。

本発明は、水平加振機を備えた振動試験装置に利用可能である。

１ 振動試験装置
２ 基台
３ 振動台
４ 垂直加振機
５ 水平加振機（第１水平加振機）
６ キャンセル用加振機（第２水平加振機）
３０ 供試体
３１ 第１振動台
３２ 第２振動台
３４ 加速度センサ（第１加速度センサ）
３５ 加速度センサ（第２加速度センサ）
４１，５１ａ，５１ｂ，６１ａ，６１ｂ 励磁コイル
４２，５２，６２ ヨーク
４３，５３，６３ ドライブコイル
Ｇ１ 重心
Ｌ１、Ｌ２ 加振軸

Claims (6)

1. 供試体が保持される振動台と、
   前記振動台の水平方向の一端側に連結され、且つ前記振動台を水平方向に沿って振動させる第１水平加振機とを備えた振動試験装置であって、
   前記振動台の水平方向の他端側に連結され、且つ水平方向に沿った振動を発生可能な第２水平加振機を備え、
   前記第１水平加振機の振動軸と、前記第２水平加振機の振動軸とが、互いに平行であって、かつ、鉛直方向に所定の距離だけ離れた位置に設置され、
   前記第１水平加振機及び前記第２水平加振機が、同時に同じ方向への振動を発生するように構成されており、
   前記第１、第２水平加振機は、それぞれ、静磁場を生成するための励磁コイルと、前記励磁コイルにより生成された静磁場による磁気回路及び磁気ギャップを形成するためのヨークと、前記磁気ギャップ内に配置された振動発生用のドライブコイルとを備え、前記励磁コイルに供給された直流電流と、前記ドライブコイルに供給された所定周波数の交流電流とによって振動を発生するように構成されており、
   前記振動台には、前記第１水平加振機による当該振動台の水平方向の加速度を検出する第１加速度センサと、前記第２水平加振機による当該振動台の水平方向の加速度を検出する第２加速度センサとが設けられ、
   前記第２加速度センサによって検出される加速度波形が、前記第１加速度センサによって検出される加速度波形に一致するように、前記第２水平加振機の前記ドライブコイルに入力される交流電流が調整されることを特徴とする振動試験装置。
2. 請求項１に記載の振動試験装置において、
   前記第１水平加振機が、前記第２水平加振機側へ向けて前記振動台を振動させる際、同時に前記第２水平加振機が、前記振動台から退避するように前記第１水平加振機側とは反対方向へ向けて振動し、
   前記第１水平加振機が、前記第２水平加振機側とは反対方向へ向けて前記振動台を振動させる際、同時に前記第２水平加振機が、前記振動台に追従して移動するように前記第１水平加振機側へ向けて振動することを特徴とする振動試験装置。
3. 請求項１または２に記載の振動試験装置において、
   前記第２水平加振機は、側面視で、前記振動台及び前記供試体の重心を挟んで、前記第１水平加振機とは反対側の位置に設けられており、
   前記第１水平加振機の加振軸が、前記重心よりも低い位置に配置され、前記第２水平加振機の加振軸が、前記重心よりも高い位置に配置されていることを特徴とする振動試験装置。
4. 請求項３に記載の振動試験装置において、
   前記第１水平加振機の加振軸と前記重心との距離と、前記第２水平加振機の加振軸と前記重心との距離とが、略同じになっていることを特徴とする振動試験装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１つに記載の振動試験装置において、
   前記振動台を鉛直方向に沿って振動させる垂直加振機をさらに備えていることを特徴とする振動試験装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１つに記載の振動試験装置において、
   前記振動台を、水平方向であって前記第１水平加振機の振動方向とは垂直な方向に沿って振動させる第３水平加振機をさらに備えていることを特徴とする振動試験装置。

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