JPH1030951A

JPH1030951A - 質量測定装置

Info

Publication number: JPH1030951A
Application number: JP21652696A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Mizuno; 毅水野
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-07-16
Filing date: 1996-07-16
Publication date: 1998-02-03

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】重心位置が不明な物体の微小重力環境，無重力
環境での質量測定を可能にする。【解決手段】被測定物１０を取り付けた測定台１１を吸
振質量とする動吸振器４を、振動台３に取り付けて，加
振器５の発生する調和外力によって振動台３を加振す
る。調和外力の角振動数と動吸振器４の固有振動数とが
一致するとき、振動台４の振動は抑制される。この状態
での測定台１１の振動振幅と調和外力の角振動数の２乗
との積で，調和外力の振幅を除し、その商から測定台１
１の質量を減ずることによって，被測定物１０の質量を
求めることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、質量測定装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】動吸振器を利用した質量測定装置として
は、被測定物を回転体に取り付け、回転に伴って生じる
遠心力によって引き起こされる振動を動吸振器の作用に
よって抑制し、振動が抑制された状態における動吸振器
の吸振質量の運動を測定することによって、被測定物の
質量の大きさを求めることを特徴とした質量測定装置が
開発されている。例えば、動吸振器としてバネと吸振質
量とからなる非減衰形動吸振器を用いたものは、第１５
図に示したような構成となっている。

【０００３】ベース８１から立てられた支持枠８２ａ、
８２ｂから一対の平行板ばね８３ａ、８３ｂによって支
持された振動台８４には、モータ８５が固定され、この
モータの回転軸８６には円盤状の回転体８７が固定され
ている。被測定物８８は、この回転体８７に取り付けら
れ、測定時には、回転体８７とともに回転する。振動台
の側面には、動吸振器９０が取り付けられている。

【０００４】動吸振器９０は、枠体９１、吸振質量９
２、一対の平行板ばね９３ａ、９３ｂによって構成され
ている非減衰形の動吸振器である。板ばね９３ａ、９３
ｂの一端はそれぞれ枠体９１に固着され、他端側には吸
振質量９２が取り付けられている。吸振質量９２は、枠
体９１に対して、図の水平方向に運動し、この運動は、
位置検出器９４によって検出されている。また、吸振質
量９２の質量ｍ_ａは予め測定されていて、既知であると
する。

【０００５】第１図において被測定物８８の質量はｍ_ｕ
であるとする。回転体８７は、被測定物が取り付けられ
ていないときにつりあい状態にある。そして、被測定物
８８を回転体８７に取り付けたとき、被測定物の重心の
回転軸からの距離がｒであったとすると、回転体８７は
ｍ_ｕｒ不つりあいを持つようになる。この状態で回転体
７を回転させると、動吸振器９０がない場合には、振動
台８４は、第１図において水平方向に振動する。

【０００６】動吸振器の固有振動数と回転速度とが一致
する場合、動吸振器の作用によって振動台８４の振動は
止まる。この状態での吸振質量の振動振幅Ｘ_ａとする
と、被測定物の質量ｍ_ｕは、吸振質量ｍ_ａと吸振質量の
振動振幅Ｘ_ａとの積ｍ_ａＸ_ａを、被測定物の重心の回転
軸からの距離ｒで除することによって、求めることがで
きる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】このような質量装置で
は、吸振質量の振動振幅を測定し、振動振幅の測定値か
ら被測定物の質量を求めるときに、回転軸と被測定物の
重心との距離ｒの値がわかっている必要がある。しか
し、被測定物の形状が複雑な場合や材質が一様でない場
合には、重心の正確な位置を求めることが難しいので、
高精度の測定を実施することが困難であるという問題が
あった。

【０００８】また、被測定物８弾性体の場合には、静止
状態における重心の正確な位置がわかっていても、回転
しているときに被測定物の重心の位置が遠心力の作用に
よって変化してしまうので、高精度の測定を実施するこ
とが困難であるという問題があった。

【０００９】本発明の目的は、上記の問題を解決し、被
測定物の重心の位置がわからなくても質量を求めること
ができる質量測定装置を供給することにある。

【０００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、第１の発明における質量測定装置では、調和外力が
作用する振動台に、被測定物を取り付けた測定台を吸振
質量とし、ばね要素によってこれを支持した動吸振器を
取り付け、上記の調和外力が引き起こす振動台の振動を
動吸振器の作用によって抑制し、この状態での被測定物
あるいは被測定物を取り付けた測定台の振動振幅を測定
する。

【００１１】第２の発明による質量測定装置は、第１の
発明におけるばね要素の代わりに、あるいは、ばね要素
に加えて、被測定物を取り付けた測定台を駆動するアク
チュエータ、およびアクチュエータの制御装置を備えた
能動形動吸振器を用いていることを特徴とするものであ
る。

【００１２】第３の発明による質量測定装置は、第２の
発明におけるアクチュエータとして、ボイスコイルモー
タを使用した能動形動吸振器を用いていることを特徴と
するものである。

【００１３】第４の発明による質量測定装置は、第１、
第２、あるいは第３の発明において、調和外力を発生す
る手段として、補助質量とこれを駆動するアクチュエー
タとを備えていることを特徴とするものである。

【００１４】第５の発明による質量測定装置は、第４の
発明における補助質量を駆動するアクチュエータとし
て、ボイスコイルモータを使用していることを特徴とす
るものである。

【００１５】第６の発明による質量測定装置は、第１、
第２、あるいは第３の発明において、調和外力を発生す
る手段として回転機構を備えていることを特徴とするも
のである。

【００１６】

【作用】請求項１の発明によれば、調和外力の振動数と
動吸振器の固有振動数とが一致するときに、振動台の振
動は零となり、被測定物を取り付けた測定台は、調和外
力の振幅を、被測定物と測定台の質量の和と調和外力の
角振動数の２乗との積で除した振幅で振動する。したが
って、振動台の振動が抑制されたときの被測定物あるい
は被測定物を取り付けた測定台の振動振幅を測定し、該
振動振幅値と調和外力の角振動数の２乗との積で調和外
力の振幅を除し、この商から測定台の質量を減ずること
によって、被測定物の質量を求めることができる。

【００１７】このような方法による質量測定では、被測
定物及びこれを取り付けた測定台の振動の振幅の大きさ
が、被測定物の測定台への取り付け位置に無関係に決ま
るので、被測定物の重心の位置を求めなくても質量の測
定を行うことができる。

【００１８】請求項２の発明によれば、能動形動吸振器
の作用によって振動台の振動は零となり、被測定物を取
り付けた測定台は、調和外力の振幅を、被測定物と測定
台の質量の和と調和外力の角振動数の２乗との積で除し
た振幅で振動する。したがって、振動台の振動が抑制さ
れたときの被測定物あるいは被測定物を取り付けた測定
台の振動振幅を測定し、該振動振幅値と調和外力の角振
動数の２乗との積で調和外力の振幅を除し、この商から
測定台の質量を減ずることによって、被測定物の質量を
求めることができる。

【００１９】請求項３の発明によれば、アクチュエータ
としてボイスコイルモータを使用した能動形動吸振器の
作用によって振動台の振動は零となり、被測定物を取り
付けた測定台は、調和外力の振幅を、被測定物と測定台
の質量の和と調和外力の角振動数の２乗との積で除した
振幅で振動する。したがって、振動台の振動が抑制され
たときの被測定物あるいは被測定物を取り付けた測定台
の振動振幅を測定し、該振動振幅値と調和外力の角振動
数の２乗との積で調和外力の振幅を除し、この商から測
定台の質量を減ずることによって、被測定物の質量を求
めることができる。

【００２０】請求項４の発明によれば、調和外力は、補
助質量をアクチュエータによって駆動することによって
生成されるので、その振幅は、補助質量の大きさと角振
動数の２乗との積に等しい。したがって、動吸振器の作
用によって振動台の振動が零になったとき、被測定物を
取り付けた測定台は、補助質量の振動振幅と補助質量の
大きさとの積を、被測定物と測定台の質量との和で除し
た振幅で振動する。したがって、振動台の振動が抑制さ
れたときの被測定物あるいは被測定物を取り付けた測定
台の振動振幅を測定し、該振動振幅値で補助質量の振動
振幅と補助質量の大きさとの積を除し、この商から測定
台の質量を減ずることによって、被測定物の質量を求め
ることができる。

【００２１】請求項５の発明によれば、調和外力は、補
助質量をボイスコイルモータによって駆動することによ
って生成されるので、その振幅は、補助質量の大きさと
角振動数の２乗との積に等しい。したがって、動吸振器
の作用によって振動台の振動が零になったとき、被測定
物を取り付けた測定台は、補助質量の振動振幅と補助質
量の大きさとの積を、被測定物と測定台の質量との和で
除した振幅で振動する。したがって、振動台の振動が抑
制されたときの被測定物あるいは被測定物を取り付けた
測定台の振動振幅を測定し、該振動振幅値で補助質量の
振動振幅と補助質量の大きさとの積を除し、この商から
測定台の質量を減ずることによって、被測定物の質量を
求めることができる。

【００２２】請求項６の発明によれば、調和外力は、回
転装置のロータの不つり合い量と回転角速度の２乗との
積に等しい振幅と、回転角速度と等しい角振動数を持
つ。したがって、動吸振器の作用によって振動台の振動
が零になったとき、被測定物を取り付けた測定台は、ロ
ータの不つり合い量を、被測定物と測定台の質量の和で
除した振幅で振動する。したがって、振動台の振動が抑
制されたときの被測定物あるいは被測定物を取り付けた
測定台の振動振幅を測定し、該振動振幅値でロータの不
つり合い量を除し、この商から測定台の質量を減ずるこ
とによって、被測定物の質量を求めることができる。

【００２３】

【実施例】以下、図面を参照して、この発明の実施例に
ついて説明する。

【００２４】図１に、第１実施例である質量測定装置の
正面図を示し、図２にその外観図を示す。一対の平行板
ばね２ａ、２ｂを介してベース１に結合されている振動
台３には、非減衰形動吸振器４が取り付けられている。

【００２５】調和外力を発生する装置として、動電形加
振器５が用いられている。動電形加振器の固定子側の永
久磁石６はベース１に、可動子側の駆動コイル７は振動
台３に取り付けられている。永久磁石６の空隙には、ほ
ぼ一定の磁束密度の磁界が作られており、駆動用コイル
７は、この磁界を横切るように配置されている。駆動用
コイル７に電流を流すと、この電流は永久磁石による磁
界中に流れるので、垂直方向に電磁力が発生する。な
お、図１では、動電形加振器の部分は、断面図で示され
ている。

【００２６】振動台の運動は、位置検出器８によって検
出されている。

【００２７】動吸振器４は、一対の平行板ばね９ａ、９
ｂと、被測定物１０を取り付ける測定台１１とから構成
されている。板ばね９ａ、９ｂの一端は振動台３に、他
端は測定台１１に固着されておいる。被測定物１０及び
これを取り付けた測定台１１は、動吸振器の吸振質量と
して作用して、図の垂直方向に運動する。

【００２８】測定台１０の運動は、位置検出器１２によ
って検出されている。

【００２９】以下、この質量測定装置について分析し、
詳細に説明する。

【００３０】図１において、被測定物１０の質量はｍ_ｕ
であるとする。測定を行っているとき、測定台１１に取
り付けられた被測定物１０は、測定台と一体となって運
動する。

【００３１】図３は、この装置の物理的なモデルを示
す。図３において、各記号はつぎの諸量を表している。ｍ_ｐ：振動台上の全質量ｍ_ａ：測定台の質量ｘ_ｐ：振動台の垂直方向の変位ｘ_ａ：測定台の垂直方向の変位ｋ_ｐ：平行板ばね２ａ、２ｂによる垂直方向のばね定数ｋ_ａ：平行板ばね９ａ、９ｂによる垂直方向のばね定数ｐ（ｔ）：振動台３に作用する外力

【００３２】振動台に作用する外力ｐ（ｔ）は、動電形
加振器によって生成される電磁力であり、次式によって
表されるような振幅Ｐ_０、角振動数ωの調和外力であ
る。

【数１】

【００３３】図３から、振動台と被測定物を取り付けた
測定台に関する運動方程式はつぎのようになる。

【数２】

【数３】

【００３４】数２と数３によって記述される方程式の定
常解を得るため、振動台の変位ｘ_ｐおよび測定台の変位
ｘ_ａを次式のようにおく。

【００３５】

【数４】

【数５】数４、数５を、数２、数３に代入し、整理すると次式を
得る。

【００３６】

【数６】

【数７】

【００３７】数６、数７で、振動台の固有振動数ω_ｐお
よび動吸振器の固有振動数ω_ａは次式によって定義され
る。

【数８】

【数９】

【００３８】数６、数７から、調和外力角振動数ωと動
吸振器の固有振動数ω_ａとが一致するとき、つぎのよう
な関係が成立する。

【数１０】

【数１１】

【００３９】数１１から、次式が得られる。

【数１２】

【００４０】数１２からわかるように、動電形加振器に
よって生成される調和外力の振幅Ｐ_０を、該調和外力の
角振動数の２乗ω^２と測定台の振動振幅Ｘ_ａとの積Ｘ_ａ
ω^２で除し、その商から測定台の質量ｍ_ａを引くことに
よって、被測定物の質量ｍ_ｕを求めることができる。

【００４１】以上のように、振動台に作用する調和外力
の角振動数ωと動吸振器の固有振動数ω_ａとを一致させ
て振動台の振動を抑制し、この状態での測定台の振動振
幅を測定し、数１２にしたがって被測定物の質量を求め
るのが、動吸振器としてばね要素と吸振質量とからなる
非減衰形動吸振器を用いた場合の質量測定の原理であ
る。

【００４２】質量測定の原理からわかるように、加振器
によって生成される調和外力を利用しているため、微小
重力環境や無重力環境でも質量測定を行うことができ
る。また、被測定物の重心の位置が不明でも、正確な質
量測定を実施できる。

【００４３】図４は、本発明の第２実施例を示す質量装
置の正面図である。この実施例では、振動台１３の振動
を抑制する動吸振器として能動形動吸振器２０を用いて
いる。図４において、図２と対応する部分には同じ符号
を付している。

【００４４】非減衰形動吸振器４では、ばね要素９ａ、
９ｂによって測定台１１を支持しているのに対し、能動
形動吸振器２０では、振動台１３に取り付けたアクチュ
エータ２２によって、被測定物１０を取り付ける測定台
２１を支持・駆動している。

【００４５】吸振質量を駆動するアクチュエータ２２と
しては、電磁石、ボイスコイルモータ、圧電素子、磁歪
素子、リニアモータなどを選択的にあるいは組み合わせ
て使用する。

【００４６】アクチュエータ２２の制御装置の要部が、
図５に示されている。

【００４７】図５において、測定台２１の運動を検出す
る位置検出器１２の出力および振動台１３の運動を検出
する位置検出器８の信号は、ＰＤ制御回路、繰返し・学
習制御回路などの適当な制御回路２３に入力される。制
御回路２３は、位置検出器８および位置検出器１２の出
力から、振動台１３の振動を抑制する信号を計算し、増
幅回路２４を介してアクチュエータ２２に出力する。そ
して、これによってアクチュエータが駆動され、被測定
物１０を取り付けた測定台２１の運動が制御される。こ
の結果、被測定物１０を取り付けた測定台２１の運動を
生み出す反力によって、振動台１３の振動が抑制され
る。

【００４８】以下では、図４に示した能動形動吸振器を
用いた質量測定装置の測定原理を、図６に示した物理的
なモデルを用いて説明する。図６において、図３と対応
する部分には、同じ符号を付している。また、図６にお
いて、Ｆ（ｔ）は、測定台に作用するアクチュエータの
力を表している。

【００４９】図６から、振動台１３と被測定物１０を取
り付けた測定台２１に関する運動方程式はつぎのように
なる。

【００５０】

【数１３】

【数１４】

【００５１】アクチュエータ２２の制御装置の作用によ
って、振動台１３の振動が抑制されるように、すなわ
ち、

【数１５】が成立するように被測定物１０を取り付けた測定台２１
が駆動されているとき、数１３、数１４から次式が成立
する。

【数１６】

【００５２】数１６の定常解を得るため、測定台２１の
変位を数５のようにおき、数１６に代入すると、次式を
得る。

【数１７】

【００５３】数１７から、次式が得られる。

【数１８】

【００５４】数１８から、図１に示した実施例と同様
に、動電形加振器によって生成される調和外力の振幅Ｐ
_０を、該調和外力の角振動数の２乗ω^２と測定台２１の
振動振幅Ｘ_ａとの積Ｘ_ａω^２で除し、その商から測定台
２１の質量ｍ_ａを引くことによって、被測定物１０の質
量ｍ_ｕを求めることができる。

【００５５】以上が、図５に示した能動形動吸振器を用
いた質量測定装置の測定の原理である。

【００５６】図７は、本発明の第３実施例を示す質量測
定装置の正面図である。この実施例では、能動形動吸振
器３０のアクチュエータとしてボイスコイルモータ３１
を用いている。なお、図７では、ボイスコイルモータの
部分は断面図で示されている。また、図７において、図
１と対応する部分には同じ符号を付している。

【００５７】この装置に用いられている動吸振器３０で
は、振動台２５に固着されたボイスコイルモータ用の永
久磁石３２、一対の平行板ばね９ａ、９ｂ、試験台３
３、及びこれに固着されたボイスコイルモータの駆動用
コイル３４によって構成されている。板ばね９ａ、９ｂ
の一端はそれぞれ振動台２５に固着され、他端側には試
験台３３が取り付けられている。

【００５８】永久磁石３２の空隙には、ほぼ一定の磁束
密度の磁界が作られており、駆動用コイル３４は、この
磁界を横切るように配置されている。駆動用コイル３４
に電流を流すと、この電流は永久磁石による磁界中に流
れるので、垂直方向に電磁力が発生する。この電磁力を
Ｆ_ａ（ｔ）と表す。

【００５９】図８は、この装置の物理的なモデルを示
す。図８において、図３と対応する部分には、同じ符号
を付している。

【００６０】図８によれば、振動台と被測定物を取り付
けた試験台に関する運動方程式はつぎのようになる。

【数１９】

【数２０】

【００６１】電磁力Ｆ_ａ（ｔ）を制御して、振動台２５
の振動が抑制されるように、すなわち、

【数２１】が成立するように被測定物１０を取り付けた測定台３３
が駆動されているとき、数１９、数２０から次式が成立
する。

【００６２】

【数２２】

【００６３】数２２から、図４に示した実施例と同様に
して、次式が得られる。

【００６４】

【数２３】

【００６５】数２３から、動電形加振器によって生成さ
れる調和外力の振幅Ｐ_０を、該調和外力の角振動数の２
乗ω^２と測定台３３の振動振幅Ｘ_ａとの積Ｘ_ａω^２で除
し、その商から測定台３３の質量ｍ_ａを引くことによっ
て、被測定物１０の質量ｍ_ｕを求めることができる。

【００６６】以上が、図７に示した質量測定装置の測定
原理である。

【００６７】図９は、本発明の第４実施例を示す質量測
定装置の正面図である。図９において、図４と対応する
部分には同じ符号を付している。

【００６８】一対の平行板ばね２ａ、２ｂを介してベー
ス４０に結合されている振動台１３には、調和外力を発
生する手段として、振動台１３に取り付けられたアクチ
ュエータ４１、これによって駆動される補助質量４２と
を備えている。補助質量の運動は、位置検出器４３によ
って検出されている。

【００６９】補助質量を駆動するアクチュエータ４１と
しては、電磁石、ボイスコイルモータ、圧電素子、磁歪
素子、リニアモータなどを選択的にあるいは組み合わせ
て使用する。

【００７０】以下では、図９に示した能動形動吸振器を
用いた質量測定装置の測定原理を、図１０に示した物理
的なモデルを用いて説明する。図１０において、図６と
対応する部分には、同じ符号を付している。

【００７１】図１０で、Ｆ_ｂ（ｔ）は、補助質量４２に
作用するアクチュエータ４１の力である。また、ｍ
_ｂは、補助質量４２の質量の大きさを、ｘ_ｂは、補助質
量４２の垂直方向の変位を表している

【００７２】図１０から、振動台１３と被測定物１０を
取り付けた測定台２１に関する運動方程式はつぎのよう
になる。

【数２４】

【数２５】

【数２６】

【００７３】アクチュエータ４１は、次式によって表さ
れるような振幅Ｑ_０、角振動数ωの調和外力を発生して
いる。

【００７４】

【数２７】

【００７５】アクチュエータ２２の制御装置は、振動台
１３の振動が抑制されるように、すなわち、

【数２８】が成立するように測定物１０を取り付けた測定台２１を
駆動する。このときの定常解を得るために、測定台の変
位ｘ_ａおよび補助質量の変位ｘ_ｂを次式のようにおく。

【００７６】

【数２９】

【数３０】

【００７７】数２８、数２９、数３０を、数２４、数２
５、数２６に代入し、整理すると次式を得る。

【００７８】

【数３１】

【００７９】数３１から、次式を得る。

【００８０】

【数３２】

【００８１】数３１からわかるように、符号を無視する
と、能動形動吸振器２０の作用によって振動台１３の振
動が零になったとき、被測定物１０を取り付けた測定台
２１の質量（ｍ_ｕ＋ｍ_ａ）と測定台の振動振幅Ｘ_ａとの
積は、補助質量４２の振動振幅Ｘ_ｂと補助質量の質量ｍ
_ｂとの積に等しい。

【００８２】したがって、数３２からわかるように、振
動台の振動が抑制されたときの被測定物を取り付けた測
定台の振動振幅Ｘ_ａを測定し、該振動振幅値で補助質量
の振動振幅と補助質量の大きさとの積ｍ_ｂＸ_ｂを除し、
この商から測定台の質量ｍ_ａを減ずることによって、被
測定物の質量を求めることができる。

【００８３】この方法では、調和外力を発生する手段と
して、アクチュエータと補助質量を利用し、かつ、測定
するときに、振動台に作用する調和力は、能動形動吸振
器の作用によって相殺されているので、ベースを通じて
外部に調和力が伝わることはない。したがって、振動の
発生が許容されない環境でも測定を実施することができ
る。

【００８４】以上が、調和外力を発生する手段として、
アクチュエータと補助質量を備え、能動形動吸振器の作
用によって振動台の振動が抑制された状態における被測
定物を取り付けた測定台の運動を測定することによっ
て、被測定物の質量の大きさを求める質量測定装置の質
量測定の原理である。

【００８５】図１１は、本発明の第５実施例を示す質量
測定装置の正面図である。この実施例では、能動形動吸
振器のアクチュエータおよび補助質量を駆動アクチュエ
ータとして、ボイスコイルモータを用いている。図１１
では、ボイスコイルモータの部分は断面図で示されてい
る。

【００８６】また、図１１において、図７と対応する部
分には同じ符号を付している。

【００８７】一対の平行板ばね２ａ、２ｂを介してベー
ス４９に結合されている振動台５０には、被測定物１０
を取り付けた測定台３３を吸振質量とする能動形動吸振
器３０が取り付けられている。

【００８８】この質量測定装置は、調和外力を発生する
手段として、ボイスコイルモータ５１と補助質量５４と
を利用している。ボイスコイルモータ用の永久磁石５２
は振動台５１に、ボイスコイルモータの駆動用コイル５
５は補助質量５４に固着されている。

【００８９】一対の平行板ばね５３ａ、５３ｂの一端は
それぞれ振動台５１に固着され、他端側には補助質量５
４が取り付けられている。補助質量５４の運動は、位置
検出器５６によって検出されている。

【００９０】永久磁石５２の空隙には、ほぼ一定の磁束
密度の磁界が作られており、駆動用コイル５５は、この
磁界を横切るように配置されている。駆動用コイル５５
に電流を流すと、この電流は永久磁石による磁界中に流
れるので、垂直方向に電磁力が発生する。この電磁力を
Ｆ_ｃ（ｔ）と表す。

【００９１】図１２は、この装置の物理的なモデルを示
す。図１２において、図８と対応する部分には、同じ符
号を付している。

【００９２】図１２で、各記号は、つぎの諸量を表す。ｘ_ｂ：補助質量５４の垂直方向の変位ｍ_ｂ：補助質量５４の質量ｋ_ｃ：平行板ばね５３ａ、５３ｂによる垂直方向のばね
定数

【００９３】図１２によれば、振動台と被測定物を取り
付けた試験台に関する運動方程式はつぎのようになる。

【数３３】

【数３４】

【数３５】

【００９４】ボイスコイルモータ５１の電磁力Ｆ
_ｃ（ｔ）は、次式で表されるような、振幅Ｑ_１、角振動
数ωの調和力である。

【数３６】

【００９５】数３６で表される調和外力が作用するた
め、能動形動吸振器３０がない場合には、振動台５０
は、図１２の垂直方向に振動する。能動形動吸振器３０
の作用によって、振動台５０の振動が抑制され、ている
とき、次式が成立する。

【数３７】

【００９６】定常解を得るため、測定台の変位ｘ_ａおよ
び補助質量の変位ｘ_ｂを数２９、数３０のようにおき、
数数２９、数３０、数３７を数３３、数３４、数３５に
代入して整理すると、次式が得られる。

【００９７】

【数３８】

【００９８】数３８から、次式が得られる。

【数３９】

【００９９】数３９からわかるように、振動台の振動が
抑制されたときの被測定物を取り付けた測定台の振動振
幅Ｘ_ａを測定し、該振動振幅値で補助質量の振動振幅Ｘ
_ｂと補助質量の大きさｍ_ｂとの積を除し、この商から測
定台の質量ｍ_ａを減ずることによって、被測定物の質量
ｍ_ｕを求めることができる。

【０１００】以上が、図１１に示した質量測定装置の測
定原理である。

【０１０１】図１３は、本発明の第６実施例を示す質量
測定装置の正面図を示す。

【０１０２】図１３において、図７と対応する部分に
は、同じ符号を付している。

【０１０３】一対の平行板ばね２ａ、２ｂを介してベー
ス６０に結合されている振動台２５には、被測定物１０
を取り付けた測定台３３を吸振質量とする能動形動吸振
器３０が取り付けられている。また、振動台２５には、
調和外力を発生する装置として、回転機構６１が取り付
けられている。

【０１０４】回転機構６１は、モータなどによって駆動
される回転体６２を備えている。回転体６２には、回転
軸６３からの距離ｒ_ｅの位置に、質量ｍ_ｅのおもり６４
が取り付けられているので、大きさｍ_ｅｒ_ｅの不釣り合
いが存在している。

【０１０５】回転体を角速度ωで回転させると、回転体
の持つ不釣り合いのため、振動台には、垂直方向に、つ
ぎのような調和外力ｐ（ｔ）が作用する。

【０１０６】

【数４０】

【０１０７】図１４は、本装置の物理的なモデルを示
す。図１４において、図８と対応する部分には、同じ符
号を付している。

【０１０８】図１４によれば、振動台と被測定物を取り
付けた試験台に関する運動方程式はつぎのようになる。

【数４１】

【数４２】

【０１０９】能動形動吸振器３０の作用によって、振動
台の振動が抑制されるように、すなわち、

【数４３】が成立するように測定物を取り付けた測定台が駆動され
ているとき、数４１、数４２から次式が成立する。

【０１１０】

【数４４】

【０１１１】数４４の定常解を得るため、測定台の変位
を数５のようにおき、数４４に代入すると、次式を得
る。

【０１１２】

【数４５】

【０１１３】数４５から、次式が得られる。

【０１１４】

【数４６】

【０１１５】数４６から、動吸振器の作用によって振動
台の振動が零になった状態での被測定物を取り付けた測
定台の振動振幅Ｘ_ａを測定し、該振動振幅値でロータの
不つり合い量ｍ_ｅｒ_ｅを除し、この商から測定台の質量
ｍ_ａを減ずることによって、被測定物の質量ｍ_ｕを求め
ることができることがわかる。

【０１１６】この方法では、調和外力を発生する手段と
して、回転体の不つり合いを利用し、かつ、測定すると
きに、振動台に作用する調和力は、能動形動吸振器の作
用によって相殺されているので、ベースを通じて外部に
調和力が伝わることはない。したがって、振動の発生が
許容されない環境でも測定を実施することができる。

【０１１７】以上が、図１３に示した質量測定装置の測
定原理である。

【０１１８】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、以下に記載されるような効果を奏する。

【０１１９】第１の発明による質量測定装置によれば、
加振器によって生成される調和外力を利用しているた
め、微小重力環境や無重力環境でも質量測定を行うこと
ができる。また、遠心力を利用した従来の質量測定装置
と異なり、被測定物の重心の位置が不明でも、正確な質
量測定を実施できる。

【０１２０】第２の発明による質量測定装置によれば、
第１の発明と同じく、加振器によって生成される調和外
力を利用しているため、微小重力環境や無重力環境でも
質量測定を行うことができる。また、遠心力を利用した
従来の質量測定装置と異なり、被測定物の重心の位置が
不明でも、正確な質量測定を実施できる。このような効
果に加えて、制御装置を備えているので、振動台の振動
を効果的に抑制でき、高精度の測定が実施できる利点を
有する。

【０１２１】第４の発明による質量測定装置によれば、
第１の発明と同じく、加振器によって生成される調和外
力を利用しているため、微小重力環境や無重力環境でも
質量測定を行うことができる。また、遠心力を利用した
従来の質量測定装置と異なり、被測定物の重心の位置が
不明でも、正確な質量測定を実施できる。このような効
果に加えて、調和外力を生成するのに、振動台に取り付
けたアクチュエータと補助質量を利用し、かつ、測定す
るときに、振動台に作用する調和外力は、動吸振器の作
用によって相殺されているので、ベースを通じて外部に
調和外力が伝わることはない。したがって、振動の発生
が許容されない環境でも測定を実施することができる利
点を有する。

【０１２２】第６の発明による質量測定装置によれば、
第１の発明と同じく、加振器によって生成される調和外
力を利用しているため、微小重力環境や無重力環境でも
質量測定を行うことができる。また、被測定物の重心の
位置が不明でも、正確な質量測定を実施できる。このよ
うな効果に加えて、調和外力を生成するのに振動台に取
り付けた回転機構を利用し、かつ、測定するときに、振
動台に作用する調和外力は、動吸振器の作用によって相
殺されているので、ベースを通じて外部に調和外力が伝
わることはない。したがって、振動の発生が許容されな
い環境でも測定を実施することができる利点を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１実施例を示す質量測定装置の概
略正面図である。

【図２】この発明の第１実施例を示す質量測定装置の概
略斜視図である。

【図３】この発明の第１実施例を示す質量測定装置のモ
デル図である。

【図４】この発明の第２実施例を示す質量測定装置の概
略正面図である。

【図５】質量測定装置の制御装置の要部の概略構成を示
すブロック図である。

【図６】この発明の第２実施例を示す質量測定装置のモ
デル図である。

【図７】この発明の第３実施例を示す質量測定装置の概
略正面図である。

【図８】この発明の第３実施例を示す質量測定装置のモ
デル図である。

【図９】この発明の第４実施例を示す質量測定装置の概
略正面図である。

【図１０】この発明の第４実施例を示す質量測定装置の
モデル図である。

【図１１】この発明の第５実施例を示す質量測定装置の
概略正面図である。

【図１２】この発明の第５実施例を示す質量測定装置の
モデル図である。

【図１３】この発明の第６実施例を示す質量測定装置の
概略正面図である。

【図１４】この発明の第６実施例を示す質量測定装置の
モデル図である。

【図１５】従来公知の動吸振器を利用した質量測定装置
の構造説明図である。

【符号の説明】１、４０、４９、６０、８１ベース２ａ、２ｂ板ばね３、１３、２５、５０、８４振動台４、９０動吸振器５加振器６、３２、５２永久磁石７、３４、５５駆動コイル８、１２、４３、５６位置検出器９ａ、９ｂ板ばね１０被測定物１１、２１、３３測定台２０、３０能動形動吸振器２２、４１アクチュエータ２３制御回路２４増幅回路３１、５１ボイスコイルモータ４２，５４補助質量５３ａ，５３ｂ板ばね６１回転機構６２、８７回転体６３、８６回転軸６４おもり８２ａ，８２ｂ支持枠８３ａ、８３ｂ板ばね８５モータ８８被測定物９１枠体９２吸振質量９３ａ、９３ｂ板ばね

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被測定物を取り付ける測定台とこれを支え
るばね要素とを備えた動吸振器と、調和外力を発生する
手段と、該調和外力によって加振される振動台とを備
え、該動吸振器の作用によって振動台の振動が抑制され
た状態における被測定物を取り付けた測定台の運動を測
定することによって、被測定物の質量の大きさを求める
ことを特徴とする質量測定装置。
【請求項２】被測定物を取り付ける測定台とこれを駆動
するアクチュエータおよびアクチュエータの制御装置と
を備えた能動形動吸振器と、調和外力を発生する手段
と、該調和外力によって加振される振動台とを備え、該
動吸振器の作用によって振動台の振動が抑制された状態
における被測定物を取り付けた測定台の運動を測定する
ことによって、被測定物の質量の大きさを求めることを
特徴とする質量測定装置。
【請求項３】測定台を駆動するアクチュエータがボイス
コイルモータである請求項２記載の質量測定装置。
【請求項４】調和外力を発生する手段として、補助質量
とこれを駆動するアクチュエータとを備えていることを
特徴とする請求項１、２、又は３記載の質量測定装置。
【請求項５】補助質量を駆動するアクチュエータがボイ
スコイルモータである請求項３記載の質量測定装置。
【請求項６】調和外力を発生する手段として、回転装置
を備えていることを特徴とする請求項１、２、又は３記
載の質量測定装置。