特開 2016-218080 振動試験装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2016-218080(P2016-218080A)

(43)【公開日】2016年12月22日

(54)【発明の名称】振動試験装置

(51)【国際特許分類】

   G01M 7/02 20060101AFI20161125BHJP

【ＦＩ】

   G01M7/00 B

【審査請求】有

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】21

(21)【出願番号】特願2016-162741(P2016-162741)

(22)【出願日】2016年8月23日

(62)【分割の表示】特願2012-264976(P2012-264976)の分割

【原出願日】2012年12月4日

(71)【出願人】

【識別番号】000143949

【氏名又は名称】株式会社鷺宮製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100134832

【弁理士】

【氏名又は名称】瀧野 文雄

(74)【代理人】

【識別番号】100060690

【弁理士】

【氏名又は名称】瀧野 秀雄

(74)【代理人】

【識別番号】100070002

【弁理士】

【氏名又は名称】川崎 隆夫

(74)【代理人】

【識別番号】100165308

【弁理士】

【氏名又は名称】津田 俊明

(74)【代理人】

【識別番号】100110733

【弁理士】

【氏名又は名称】鳥野 正司

(74)【代理人】

【識別番号】100115048

【弁理士】

【氏名又は名称】福田 康弘

(72)【発明者】

【氏名】中條 崇

(57)【要約】      （修正有）

【課題】伸長方向と圧縮方向とで剛性の異なる特性を有する被試験体に対して振動を加えたときに生じる恐れのある振動の偏りを抑制することができる振動試験装置を提供する。
【解決手段】アクチュエータ１５への指令信号Ｃに対する荷重振動の平均値が取りうる期待値の範囲を取得して、荷重振動が安定する前の過渡状態において、ロードセル１６によって計測した荷重値信号Ｌの平均値がその期待値の範囲に含まれるとき、直前の指令信号からの振幅値の増加量が、直前の指令信号からの平均値の変化量の２倍超となるように指令信号Ｃを生成し、かつ、荷重値信号Ｌの平均値がその期待値の範囲に含まれないとき、直前の指令信号からの振幅値の増加量が、直前の指令信号からの平均値の変化量の２倍以下となるように指令信号Ｃを生成する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

被試験体に対して指令信号に示される振幅値及び平均値に応じた振動を与える振動手段と、前記被試験体に加えられた荷重値を計測する荷重値計測手段と、前記荷重値計測手段によって計測された前記荷重値に示される荷重振動の振幅値及び平均値を取得する荷重振動取得手段と、前記荷重振動の振幅値及び平均値が所定の目標振幅値及び目標平均値に近づくように、前記荷重振動の振幅値及び平均値をフィードバックして前記指令信号を生成する指令信号生成手段と、を有する振動試験装置において、
前記指令信号に対する前記荷重振動の平均値が取りうる期待値の範囲を取得する期待値範囲取得手段をさらに有し、
前記指令信号生成手段が、前記荷重振動が安定する前の過渡状態において、前記荷重振動の平均値が前記期待値の範囲に含まれるとき、直前の前記指令信号に対して荷重振動の振幅値及び平均値が所定の目標値に近づくようにフィードバック制御して前記指令信号を生成し、かつ、前記荷重振動の平均値が前記期待値の範囲に含まれないとき、直前の前記指令信号からの振幅値の増加量が、直前の前記指令信号からの平均値の変化量の２倍以下となるように前記指令信号を生成する構成とされている
ことを特徴とする振動試験装置。

【請求項2】

前記指令信号生成手段が、前記荷重振動の平均値が前記期待値の範囲に含まれないとき、直前の前記指令信号からの振幅値の増加量が０となるように前記指令信号を生成する構成とされていることを特徴とする請求項１に記載の振動試験装置。

【請求項3】

被試験体に対して指令信号に示される振幅値及び平均値に応じた振動を与える振動手段と、前記被試験体の変位値を計測する変位値計測手段と、前記変位値計測手段によって計測された前記変位値に示される変位振動の振幅値及び平均値を取得する変位振動取得手段と、前記変位振動の振幅値及び平均値が所定の目標振幅値及び目標平均値に近づくように、前記変位振動の振幅値及び平均値をフィードバックして前記指令信号を生成する指令信号生成手段と、を有する振動試験装置において、
前記指令信号に対する前記変位振動の平均値が取りうる期待値の範囲を取得する期待値範囲取得手段をさらに有し、
前記指令信号生成手段が、前記変位振動が安定する前の過渡状態において、前記変位振動の平均値が前記期待値の範囲に含まれるとき、直前の前記指令信号に対して変位振動の振幅値及び平均値が所定の目標値に近づくようにフィードバック制御して前記指令信号を生成し、かつ、前記変位振動の平均値が前記期待値の範囲に含まれないとき、直前の前記指令信号からの振幅値の増加量が、直前の前記指令信号からの平均値の変化量の２倍以下となるように前記指令信号を生成する構成とされている
ことを特徴とする振動試験装置。

【請求項4】

前記指令信号生成手段が、前記変位振動の平均値が前記期待値の範囲に含まれないとき、直前の前記指令信号からの振幅値の増加量が０となるように前記指令信号を生成する構成とされていることを特徴とする請求項３に記載の振動試験装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、例えば、金属やゴムなどの材料で構成された部品等の被試験体に対して圧縮や引っ張りなどの荷重を繰り返し加えることにより当該被試験体の耐久性を評価する試験などに用いられる振動試験装置に関する。

【背景技術】

【0002】

このような振動試験装置は、被試験体に所望の荷重振動又は変位振動を与えるアクチュエータを備えている。振動試験装置は、被試験体に与える荷重振動又は変位振動の目標振幅値、目標平均値および周波数を設定して、計測した荷重振動の振幅値及び平均値又は計測した変位振動の振幅値及び平均値が、設定した目標振幅値及び目標平均値に追従するように、アクチュエータに対してフィードバック制御を行う（例えば、特許文献１参照）。

【0003】

振動試験装置の一例として、図８に示す振動試験装置８０１は、フレーム８１１、アクチュエータ８１５及びロードセル８１６を備えた加振部８１０と、この加振部８１０を制御する振動制御部８２０と、を有している。

【0004】

アクチュエータ８１５は、シリンダ８１５ａ及びピストン８１５ｂを有しており、振動制御部８２０からの指令信号に基づいてピストン８１５ｂを往復移動させる。アクチュエータ８１５のピストン８１５ｂとロードセル８１６との間に被試験体ＴＰが配置される。ロードセル８１６は、ピストン８１５ｂの往復移動によって被試験体ＴＰに加えられた荷重値を計測して、計測した荷重値に応じた信号を振動制御部８２０に出力する。

【0005】

振動制御部８２０は、被試験体ＴＰに与える荷重振動の目標振幅値Ａｔ、目標平均値Ｍｔ及び周波数ｆ等が設定されている。振動制御部８２０は、ロードセル８１６によって計測された荷重値によって示される荷重振動の振幅値Ａ及び平均値Ｍが、目標振幅値Ａｔ及び目標平均値Ｍｔに近づくようにこれら振幅値Ａ、平均値Ｍ、目標振幅値Ａｔ、目標平均値Ｍｔ及び周波数ｆを用いて、アクチュエータ８１５の動作を制御する上記指令信号を生成する。

【0006】

例えば、振動制御部８２０は、振幅値Ａから目標振幅値Ａｔを差し引いた値に所定のゲインＧａを乗じた値を、直前の指令信号Ｃ’の振幅値Ａｃ’から差し引いて、新たな指令信号Ｃの振幅値Ａｃとして算出する。また、振動制御部８２０は、平均値Ｍから目標平均値Ｍｔを差し引いた値に所定のゲインＧｍを乗じた値を、直前の指令信号Ｃ’の平均値Ｍｃ’から差し引いて、新たな指令信号Ｃの平均値Ｍｃとして算出する。そして、振動制御部８２０は、これら振幅値Ａｃ、平均値Ｍｃ及び周波数ｆとなる指令信号Ｃを生成する。振幅値Ａｃ、平均値Ｍｃ及び指令信号Ｃを算出する式の一例を（１）〜（３）式に示す。
Ａｃ＝Ａｃ’−（Ａ−Ａｔ）×Ｇａ・・・（１）
Ｍｃ＝Ｍｃ’−（Ｍ−Ｍｔ）×Ｇｍ・・・（２）
Ｃ＝（Ａｃ／２）ｓｉｎ（２πｆｔ）＋Ｍｃ・・・（３）

【0007】

このような試験においては、荷重振動の振幅値および平均値を同時に大きく変化させると、試験開始時における荷重振動の過渡状態において振動が不安定になるおそれがあるので、例えば、先に荷重振動の振幅値を目標振幅値に近づけ、それに遅れて荷重振動の平均値を目標平均値に近づけるように制御している。そのため、荷重振動の振幅値におけるその中央値を挟んだ片側の増加量が、荷重振動の平均値の変化量より大きくなるように各ゲイン等が設定されている。換言すると、荷重振動の振幅値の増加量が、荷重振動の平均値の変化量より２倍を超えて大きくなるように設定されている。

【0008】

図９に、振動試験装置８０１を用いて、柱状ゴムからなる弾性部材で構成された被試験体ＴＰに荷重振動を加えたときの試験開始時の荷重振動の変化の様子の一例を示す。

【0009】

図９に示すように、荷重振動は、試験開始初期の過渡状態において、目標振幅値Ａｔに向けて徐々に振幅値Ａが大きくなるとともに、目標平均値Ｍｔに向けて徐々に平均値Ｍが変化（減少）していく。そして、時刻Ｔ１において先に振幅値Ａが目標振幅値Ａｔに到達し、そのあと、時刻Ｔ２において平均値Ｍが目標平均値Ｍｔに到達して、振幅値Ａ及び平均値Ｍが安定した定常状態となり、以降、被試験体ＴＰに、この荷重振動を加えた状態が継続される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0010】

【特許文献1】特開平９−２０３７００号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

被試験体ＴＰとして、図１０（ａ）に示すように、柱状ゴムからなる弾性部材８１で構成された被試験体８０がある。この被試験体８０は、伸長方向及び圧縮方向の剛性が均等となる特性を有する。上述した振動試験装置８０１において、このような被試験体８０に対し荷重振動を加えると、図１１に示すように、試験開始後は目標振幅値Ａｔに向かって徐々に荷重の振幅値Ａが大きくなっていく。

【0012】

一方、図１０（ｂ）に示すように、柱状ゴムからなる弾性部材８１と、弾性部材８１より硬質でかつ長さの短い金属などからなる支持部材８２と、を組み合わせて構成された複合的な被試験体９０がある。支持部材８２は、例えば、棒状のステンレスからなる本体部８２ａと、本体部８２ａの先端に貼り付けられたゴム製のシートからなる緩衝部８２ｂと、を有している。この被試験体９０は、変形量が所定値以下の範囲では伸長方向及び圧縮方向に剛性が均等で、かつ、変形量が所定値を超えると伸長方向の剛性に対して圧縮方向の剛性が急激に高くなる特性を有している。

【0013】

そして、振動試験装置８０１において、上記被試験体８０と同様に、被試験体９０に対し荷重振動を加えると、図１２に示すように、試験開始直後は目標振幅値Ａｔに向かって徐々に荷重の振幅値Ａが大きくなるが、被試験体９０の変形量が所定値を超えた時点の期間Ｐ１において、アクチュエータ８１５のピストン８１５ｂが被試験体９０の支持部材８２に当たって圧縮方向の変位が抑制される。このとき、アクチュエータ８１５は指令信号に応じた動作（変位）を行おうとするため圧縮方向の荷重が急激に大きくなり、荷重振動の振幅に偏りが生じる。しかし、この期間Ｐ１では荷重の振幅値Ａ１が目標振幅値Ａｔに満たないため、その次の期間Ｐ２でさらに振幅値Ａを大きくするために、アクチュエータ８１５のピストン８１５ｂをより大きく変位させる指令信号が生成される。そして、この指令信号を受けてアクチュエータ８１５が動作すると、期間Ｐ２において圧縮方向の荷重がさらに大きくなり、荷重振動の振幅により大きな偏りが生じて、これにより、荷重の振幅値Ａ２が目標振幅値Ａｔを大きく超え、振動試験装置の安全機構が働いて当該振動試験装置が停止してしまうという問題があった。上記構成は荷重振動をフィードバックするものであったが、ピストン８１５ｂの変位振動（即ち、被試験体の変位振動）をフィードバックする構成においても同様の問題があった。

【0014】

そこで、本発明は、伸長方向と圧縮方向とで剛性の異なる特性を有する被試験体に対して振動を加えたときに生じる恐れのある振動の偏りを抑制することができる振動試験装置を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0015】

請求項１に記載された発明は、上記目的を達成するために、被試験体に対して指令信号に示される振幅値及び平均値に応じた振動を与える振動手段と、前記被試験体に加えられた荷重値を計測する荷重値計測手段と、前記荷重値計測手段によって計測された前記荷重値に示される荷重振動の振幅値及び平均値を取得する荷重振動取得手段と、前記荷重振動の振幅値及び平均値が所定の目標振幅値及び目標平均値に近づくように、前記荷重振動の振幅値及び平均値をフィードバックして前記指令信号を生成する指令信号生成手段と、を有する振動試験装置において、前記指令信号に対する前記荷重振動の平均値が取りうる期待値の範囲を取得する期待値範囲取得手段をさらに有し、前記指令信号生成手段が、前記荷重振動が安定する前の過渡状態において、前記荷重振動の平均値が前記期待値の範囲に含まれるとき、直前の前記指令信号に対して荷重振動の振幅値及び平均値が所定の目標値に近づくようにフィードバック制御して前記指令信号を生成し、かつ、前記荷重振動の平均値が前記期待値の範囲に含まれないとき、直前の前記指令信号からの振幅値の増加量が、直前の前記指令信号からの平均値の変化量の２倍以下となるように前記指令信号を生成する構成とされていることを特徴とする振動試験装置である。

【0016】

請求項２に記載された発明は、請求項１に記載された発明において、前記指令信号生成
手段が、前記荷重振動の平均値が前記期待値の範囲に含まれないとき、直前の前記指令信
号からの振幅値の増加量が０となるように前記指令信号を生成する構成とされていること
を特徴とするものである。

【0017】

請求項３に記載された発明は、上記目的を達成するために、被試験体に対して指令信号に示される振幅値及び平均値に応じた振動を与える振動手段と、前記被試験体の変位値を計測する変位値計測手段と、前記変位値計測手段によって計測された前記変位値に示される変位振動の振幅値及び平均値を取得する変位振動取得手段と、前記変位振動の振幅値及び平均値が所定の目標振幅値及び目標平均値に近づくように、前記変位振動の振幅値及び平均値をフィードバックして前記指令信号を生成する指令信号生成手段と、を有する振動試験装置において、前記指令信号に対する前記変位振動の平均値が取りうる期待値の範囲を取得する期待値範囲取得手段をさらに有し、前記指令信号生成手段が、前記変位振動が安定する前の過渡状態において、前記変位振動の平均値が前記期待値の範囲に含まれるとき、直前の前記指令信号に対して変位振動の振幅値及び平均値が所定の目標値に近づくようにフィードバック制御して前記指令信号を生成し、かつ、前記変位振動の平均値が前記期待値の範囲に含まれないとき、直前の前記指令信号からの振幅値の増加量が、直前の前記指令信号からの平均値の変化量の２倍以下となるように前記指令信号を生成する構成とされていることを特徴とする振動試験装置である。

【0018】

請求項４に記載された発明は、請求項３に記載された発明において、前記指令信号生成手段が、前記変位振動の平均値が前記期待値の範囲に含まれないとき、直前の前記指令信号からの振幅値の増加量が０となるように前記指令信号を生成する構成とされていることを特徴とするものである。

【発明の効果】

【0019】

請求項１に記載された発明によれば、被試験体に加えられた荷重値を計測し、この荷重値に示される荷重振動の振幅値及び平均値を取得して、これら荷重振動の振幅値及び平均値が目標振幅値及び目標平均値に近づくように、これら荷重振動の振幅値及び平均値をフィードバックして振動手段への指令信号を生成する。そして、指令信号に対する荷重振動の平均値が取りうる期待値の範囲を取得して、荷重振動が安定する前の過渡状態において、荷重振動の平均値がその期待値の範囲に含まれるとき、直前の指令信号に対して荷重振動の振幅値及び平均値が所定の目標値に近づくようにフィードバック制御して指令信号を生成し、かつ、荷重振動の平均値がその期待値の範囲に含まれないとき、直前の指令信号からの振幅値の増加量が、直前の指令信号からの平均値の変化量の２倍以下となるように前記指令信号を生成する。

【0020】

荷重振動が安定する前の過渡状態において、荷重振動の平均値がその期待値の範囲から外れたときは、被試験体の剛性の変化により荷重振動の振幅値が片側に大きく振れて偏りが生じたものと考えられる。このようなときに、新たに生成する指令信号において、直前の指令信号からの振幅値の増加量を、直前の指令信号に対して荷重振動の振幅値及び平均値が所定の目標値に近づくようにフィードバック制御して指令信号を生成することで、指令信号全体を、当該指令信号の振幅値におけるその中央値を挟んだ片側の増加量より大きくシフト（平均値を変化）させて、当該片側方向への荷重振動の振幅値の増加を抑制することができる。これにより、伸長方向と圧縮方向とで剛性の異なる特性を有する被試験体に対して振動を加えたときに生じる恐れのある振動の偏りを抑制することができる。

【0021】

請求項２に記載された発明によれば、荷重振動の平均値がその期待値の範囲に含まれないとき、直前の指令信号からの振幅値の増加量が０となるように指令信号を生成する。そのため、指令信号全体を、当該指令信号の振幅値を増加することなくシフト（平均値を変化）させて、当該片側方向への荷重振動の振幅値の増加をより確実に抑制することができる。これにより、伸長方向と圧縮方向とで剛性の異なる特性を有する被試験体に対して振動を加えたときに生じる恐れのある振動の偏りをより確実に抑制することができる。

【0022】

請求項３に記載された発明によれば、被試験体の変位値を計測し、この変位値に示される変位振動の振幅値及び平均値を取得して、これら変位振動の振幅値及び平均値が目標振幅値及び目標平均値に近づくように、これら変位振動の振幅値及び平均値をフィードバックして振動手段への指令信号を生成する。そして、指令信号に対する変位振動の平均値が取りうる期待値の範囲を取得して、変位振動が安定する前の過渡状態において、変位振動の平均値がその期待値の範囲に含まれるとき、直前の指令信号に対して変位振動の振幅値及び平均値が所定の目標値に近づくようにフィードバック制御して指令信号を生成し、かつ、変位振動の平均値がその期待値の範囲に含まれないとき、直前の指令信号からの振幅値の増加量が、直前の指令信号からの平均値の変化量の２倍以下となるように指令信号を生成する。

【0023】

変位振動が安定する前の過渡状態において、変位振動の平均値がその期待値の範囲から外れたときは、被試験体の剛性の変化により変位振動の振幅値が片側に大きく振れて偏りが生じたものと考えられる。このようなときに、新たに生成する指令信号において、直前の指令信号に対して変位振動の振幅値及び平均値が所定の目標値に近づくようにフィードバック制御して指令信号を生成することで、指令信号全体を、当該指令信号の振幅値におけるその中央値を挟んだ片側の増加量より大きくシフト（平均値を変化）させて、当該片側方向への変位振動の振幅値の増加を抑制することができる。これにより、伸長方向と圧縮方向とで剛性の異なる特性を有する被試験体に対して振動を加えたときに生じる恐れのある振動の偏りを抑制することができる。

【0024】

請求項４に記載された発明によれば、変位振動の平均値がその期待値の範囲に含まれないとき、直前の指令信号からの振幅値の増加量が０となるように指令信号を生成する。そのため、指令信号全体を、当該指令信号の振幅値を増加することなくシフト（平均値を変化）させて、当該片側方向への変位振動の振幅値の増加をより確実に抑制することができる。これにより、伸長方向と圧縮方向とで剛性の異なる特性を有する被試験体に対して振動を加えたときに生じる恐れのある振動の偏りをより確実に抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】本発明の一実施形態の振動試験装置の概略構成図である。

【図2】図１の振動試験装置の機能ブロック図である。

【図3】図２の振動制御部のマイクロコンピュータにおける処理（過渡状態時の加振処理）の一例を示すフローチャートである。

【図4】図１の振動試験装置の概念的な機能ブロック図である。

【図5】振動試験の開始直後の過渡状態における荷重振動の変化の様子の一例を示すグラフである。

【図6】振動試験の開始直後の過渡状態から荷重振動が安定した定常状態までの荷重振動の変化の様子の一例を示すグラフである。

【図7】振動試験の開始直後の過渡状態から荷重振動が安定した定常状態までの荷重振動の変化の様子の他の一例を示すグラフである。

【図8】従来の振動試験装置の概略構成図である。

【図9】図８の振動試験装置における加振処理の開始直後の過渡状態から荷重振動が安定した定常状態までの荷重振動の変化の様子の一例を示すグラフである。

【図10】（ａ）は、弾性部材のみで構成された被試験体の一例を示す図であり、（ｂ）は、弾性部材と支持部材とを組み合わせて構成された被試験体の一例を示す図である。

【図11】図８の振動試験装置に図１０（ａ）の被試験体を設置して振動試験を実施したときの開始直後の過渡状態における荷重振動の変化の様子の一例を示すグラフである。

【図12】図８の振動試験装置に図１０（ｂ）の被試験体を設置して振動試験を実施したときの開始直後の過渡状態における荷重振動の変化の様子の一例を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0026】

次に、本発明の一実施形態の振動試験装置を、図１〜図６を参照して説明する。

【0027】

以下に説明する振動試験装置は、例えば、金属やゴムなどの材料で構成された部品等の被試験体に対して圧縮や引っ張りなどの荷重を繰り返し加えることにより当該被試験体の耐久性を評価する試験などに用いられる。本実施形態の振動試験装置は、特に、被試験体に加えられる荷重の変動幅（即ち、荷重振動の振幅値）及びその中央値（即ち、荷重振動の平均値）が一定になるように当該被試験体に荷重振動を加えて行う試験に用いられる。

【0028】

図１、図２に、振動試験装置（各図において符号１で示す）の構成を示す。図１は、本発明の一実施形態の振動試験装置の概略構成図である。図２は、図１の振動試験装置の機能ブロック図である。

【0029】

振動試験装置１は、被試験体に周期的に変化する荷重としての荷重振動を与える加振部１０と、この加振部１０を制御する振動制御部２０と、を有している。

【0030】

加振部１０は、フレーム１１と、振動手段としてのアクチュエータ１５と、荷重値計測手段としてのロードセル１６と、変位値計測手段としての位置センサ１７と、を有している。

【0031】

フレーム１１は、架台１２と、クロスヘッド１３と、複数の支柱１４と、を有している。

【0032】

架台１２は、鉄などの金属を用いて質量の大きな平面視略正方形板状に形成されている。架台１２は、例えば、エアバネ等を介して工場等の建物のフロアなどに設置されている。クロスヘッド１３は、鉄などの金属を用いて質量の大きな直方体形状に形成されている。クロスヘッド１３は、架台１２の上方に間隔をあけて対向配置されている。複数の支柱１４は、架台上面１２ａとクロスヘッド下面１３ａとの間に配置されており、架台１２とクロスヘッド１３とを互いに固定している。

【0033】

アクチュエータ１５は、例えば、シリンダ１５ａ及びこのシリンダ１５ａに収容されたピストン１５ｂを有する油圧アクチュエータ装置等で構成されている。アクチュエータ１５は、油圧を用いてシリンダ１５ａに対しピストン１５ｂを直線状に移動させる。シリンダ１５ａはピストン１５ｂの先端をクロスヘッド１３に向けるようにして、架台上面１２ａに固定して取り付けられている。アクチュエータ１５は、後述する振動制御部２０から周期的に変動する指令信号Ｃ（振幅値Ａｃ、平均値Ｍｃ）が入力されると、当該指令信号Ｃに応じた振動となるように、ピストン１５ｂを往復移動させる。本実施形態において、アクチュエータ１５は、指令信号Ｃの平均値Ｍｃに示される位置を中心として、指令信号Ｃの振幅値Ａｃに示される振幅でピストン１５ｂを変位させるように動作する。

【0034】

ロードセル１６は、例えば、計量部１６ａに加えられた荷重値を計測して当該荷重値に応じた荷重値信号Ｌを出力する荷重計測装置等で構成されている。この荷重値信号Ｌは、被試験体ＴＰに与えられた荷重振動を表している。ロードセル１６は、計量部１６ａを架台１２に向けるようにして、クロスヘッド下面１３ａに固定して取り付けられている。これにより、ピストン１５ｂの先端とロードセル１６の計量部１６ａとは互いに対向して配置される。

【0035】

位置センサ１７は、例えば、アクチュエータ１５のピストン１５ｂの位置を計測して当該位置に応じた変位値信号Ｈを出力するリニアエンコーダ等で構成されている。この変位値信号Ｈは、被試験体ＴＰの変位振動を表している。位置センサ１７は、アクチュエータ１５のピストン１５ｂの位置検出が可能なように、シリンダ１５ａに取り付けられている。

【0036】

アクチュエータ１５（具体的にはピストン１５ｂ）とロードセル１６との間には、被試験体ＴＰが配置される。本実施形態において、アクチュエータ１５とロードセル１６とのそれぞれには被試験体ＴＰを掴む掴持部が設けられており、被試験体ＴＰの両端を掴むように保持する。このようにすることで、被試験体ＴＰに伸長方向及び圧縮方向の荷重を加えることができる。さらには、ピストン１５ｂをその軸を中心に回転させる機構を設けることで、被試験体ＴＰにねじり荷重を加えることができる。または、アクチュエータ１５とロードセル１６とは、被試験体ＴＰを互いに押しつけるようにしてそれら間に挟んで保持する構成も考えられる。

【0037】

振動制御部２０は、発振器２２と、マイクロコンピュータ３０（μＣＯＭ３０）と、メモリ３５と、を有している。

【0038】

発振器２２は、後述するμＣＯＭ３０に接続されており、当該μＣＯＭ３０からの制御信号に応じて、任意の振幅、平均値、周波数及び波形（例えば、正弦波、三角波等）の周期変動信号を指令信号Ｃとして出力可能に構成されている。

【0039】

μＣＯＭ３０は、振動制御部２０全体の制御を司り、中央演算処理装置（ＣＰＵ）、ＣＰＵのためのプログラム等を格納した読み出し専用のメモリであるＲＯＭ、及び、各種のデータを格納するとともにＣＰＵの処理作業に必要なエリアを有する読み出し書き込み自在のメモリであるＲＡＭ等を有している。ＲＯＭには、ＣＰＵによって実行される制御プログラムが記憶されており、ＣＰＵが当該制御プログラムを実行することで、μＣＯＭ３０は、荷重振動取得手段、指令信号生成手段及び期待値範囲取得手段等の各種手段として機能する。

【0040】

μＣＯＭ３０は、図示しない外部インタフェース部を介して、ロードセル１６、位置センサ１７及び発振器２２に接続されている。μＣＯＭ３０は、外部インタフェース部を通じて発振器２２に対して制御信号を出力する。μＣＯＭ３０は、ロードセル１６から出力された荷重値信号Ｌ及び位置センサから出力された変位値信号Ｈが、外部インタフェース部において量子化（アナログ−デジタル変換）されて入力される。また、μＣＯＭ３０は、メモリ３５が接続されている。

【0041】

メモリ３５は、電気的消去／書き換え可能な読み出し専用のメモリ（ＥＥＰＲＯＭ）等の不揮発性メモリで構成されており、μＣＯＭ３０に読み書き可能に接続されている。メモリ３５には、例えば、被試験体ＴＰに与える荷重振動の目標振幅値Ａｔ、目標平均値Ｍｔ、周波数ｆ及び波形（正弦波、三角波等）の情報が記憶されている。また、メモリ３５には、後述の加振処理で用いられるフィードバック制御のための振幅値ゲインＧａ及び平均値ゲインＧｍ、並びに、荷重振動の平均値Ｍの期待値テーブル、などの情報が記憶されている。

【0042】

メモリ３５に記憶されている期待値テーブルは、アクチュエータ１５に指令信号Ｃ（振幅値Ａｃ、平均値Ｍｃ）を与えたときの、当該指令信号Ｃの平均値Ｍｃとロードセル１６から出力された荷重値信号Ｌに示される荷重振動の平均値Ｍの期待値の範囲Ｗとの関係を示す情報テーブルである。この期待値テーブルに指令信号Ｃの平均値Ｍｃを当てはめることにより、当該平均値Ｍｃの取りうる期待値の範囲Ｗを得ることができる。この期待値テーブルは、例えば、予備試験やシミュレーションの結果等に基づいて予め作成されて、メモリ３５に記憶される。

【0043】

本実施形態において、期待値の範囲Ｗは、図１０（ａ）に示す伸長方向及び圧縮方向の剛性が均等となる特性を有する構成の被試験体８０について図３に示す加振処理を実行したときに計測された荷重振動の平均値Ｍｐに、所定の許容誤差値ΔＭｐを加えた値を上限値（Ｍｐ＋ΔＭｐ）とし、許容誤差値ΔＭｐを差し引いた値を下限値（Ｍｐ−ΔＭｐ）とする範囲に設定されている（図５）。または、このような期待値テーブルに代えて、指令信号Ｃの平均値Ｍｃから期待値の範囲Ｗを算出する算出式情報等が、メモリ３５に格納されていてもよい。

【0044】

次に、振動試験装置１のμＣＯＭ３０（具体的にはＣＰＵ）における処理（過渡状態時の加振処理）の一例について、図３のフローチャートを参照して説明する。この過渡状態時の加振処理は、試験開始直後から荷重振動が安定するまでの過渡状態において実行される。なお、この過渡状態時の加振処理を終了した後、振動試験装置１は、荷重振動の振幅値Ａを目標振幅値Ａｔに近づけ、かつ、荷重振動の平均値Ｍを目標平均値Ｍｔに近づける一般的（比例制御等）なフィードバック制御を行う通常（定常状態時）の加振処理を実行する。

【0045】

図３のステップＳ１１０では、被試験体ＴＰに与えられた荷重振動の振幅値Ａ及び平均値Ｍを取得する。具体的には、μＣＯＭ３０は、荷重値信号Ｌの直近の振動サイクルにおける最大値及び最小値の差分値を荷重振動の振幅値Ａとして算出し、これら最大値及び最小値の中央値を平均値Ｍとして算出する。そして、ステップＳ１２０に進む。

【0046】

ステップＳ１２０では、ステップＳ１１０で取得した荷重振動の平均値Ｍの取りうる期待値の範囲Ｗを取得する。具体的には、μＣＯＭ３０は、後述するステップＳ１６０でそのメモリに一時的に格納した直前の指令信号Ｃ’の平均値Ｍｃ’を読み出し、メモリ３５に記憶された期待値テーブルに当てはめて、期待値の範囲Ｗを取得する。そして、ステップＳ１３０に進む。なお、ステップＳ１２０の初回実行時は、μＣＯＭ３０のメモリには直前の指令信号Ｃ’の平均値Ｍｃ’として所定の初期値が格納されている。

【0047】

ステップＳ１３０において、μＣＯＭ３０は、ステップＳ１１０で取得した荷重振動の平均値ＭがステップＳ１２０で取得した期待値の範囲Ｗに含まれているか否かを判定する。荷重振動の平均値Ｍが期待値の範囲Ｗに含まれていれば（Ｓ１３０でＹ）、荷重振動の振幅に偏りがなく平均値Ｍが通常取りうる値の範囲内であるものとして、ステップＳ１４０に進む。または、荷重振動の平均値Ｍが期待値の範囲Ｗに含まれていなければ（Ｓ１３０でＮ）、荷重振動の振幅に偏りがあり平均値Ｍが通常取りうる値の範囲を超えたものとして、ステップＳ１５０に進む。

【0048】

ステップＳ１４０では、直前の指令信号Ｃ’に対して荷重振動の振幅値Ａ及び平均値Ｍをフィードバックして新たな指令信号Ｃを生成する。

【0049】

具体的には、μＣＯＭ３０は、メモリ３５から目標振幅値Ａｔ及び振幅値ゲインＧａを読み出し、ステップＳ１１０で取得した荷重振動の振幅値Ａから目標振幅値Ａｔを差し引いた値に振幅値ゲインＧａを乗じたものをμＣＯＭ３０のメモリに一時的に格納している直前の指令信号Ｃ’の振幅値Ａｃ’から差し引いた値を、新たな指令信号Ｃの振幅値Ａｃとして算出する。振幅値Ａｃの算出式を（４）式に示す。
Ａｃ＝Ａｃ’−（Ａ−Ａｔ）×Ｇａ・・・（４）

【0050】

また、μＣＯＭ３０は、メモリ３５から目標平均値Ｍｔ及び平均値ゲインＧｍを読み出し、ステップＳ１１０で取得した荷重振動の平均値Ｍから目標平均値Ｍｔを差し引いた値に平均値ゲインＧｍを乗じたものをμＣＯＭ３０のメモリに一時的に格納している直前の指令信号Ｃ’の平均値Ｍｃ’から差し引いた値を、新たな指令信号Ｃの平均値Ｍｃとして算出する。平均値Ｍｃの算出式を（５）式に示す。
Ｍｃ＝Ｍｃ’−（Ｍ−Ｍｔ）×Ｇｍ・・・（５）

【0051】

そして、上記で算出した指令信号Ｃの振幅値Ａｃ及び平均値Ｍｃ、並びに、指令信号Ｃの周波数ｆ及び波形（正弦波）を示す制御信号を発振器２２に出力し、ステップＳ１６０に進む。発振器２２では、この制御信号に基づいて次の（６）式に示される指令信号Ｃを生成してアクチュエータ１５に出力する。
Ｃ＝（Ａｃ／２）ｓｉｎ（２πｆｔ）＋Ｍｃ・・・（６）

【0052】

このステップＳ１４０において、振幅値Ａｃの増加量が平均値Ｍｃの変化量の２倍を超えるように、振幅値ゲインＧａ及び平均値ゲインＧｍが設定されている。本明細書において、平均値の変化量とは、その絶対値である。振幅値の増加量と平均値の変化量との関係式を（７）式に示す。
Ａｃ−Ａｃ’＞｜Ｍｃ−Ｍｃ’｜×２・・・（７）

【0053】

ステップＳ１５０では、直前の指令信号Ｃ’の振幅値Ａｃ’を維持したまま、荷重振動の平均値Ｍのみをフィードバックして新たな指令信号Ｃを生成する。

【0054】

具体的には、μＣＯＭ３０は、そのメモリに一時的に格納している直前の指令信号Ｃ’の振幅値Ａｃ’をそのまま新たな指令信号Ｃの振幅値Ａｃとする。つまり、振幅値Ａｃの増加量は０となる。振幅値Ａｃの算出式を（８）式に示す。
Ａｃ＝Ａｃ’・・・（８）

【0055】

また、μＣＯＭ３０は、メモリ３５から目標平均値Ｍｔ及び平均値ゲインＧｍを読み出し、ステップＳ１１０で取得した荷重振動の平均値Ｍから目標平均値Ｍｔを差し引いた値に平均値ゲインＧｍを乗じたものをμＣＯＭ３０のメモリに一時的に格納している直前の指令信号Ｃ’の平均値Ｍｃ’から差し引いた値を、新たな指令信号Ｃの平均値Ｍｃとして算出する。平均値Ｍｃの算出式は上記（５）式と同じである。

【0056】

そして、上記で算出した指令信号Ｃの振幅値Ａｃ及び平均値Ｍｃ、並びに、指令信号Ｃの周波数ｆ及び波形（正弦波）を示す制御信号を発振器２２に出力し、ステップＳ１６０に進む。発振器２２では、この制御信号に基づいて上記（６）式に示される指令信号Ｃを生成してアクチュエータ１５に出力する。

【0057】

ステップＳ１６０において、μＣＯＭ３０は、指令信号Ｃの振幅値Ａｃ及び平均値Ｍｃを、次回の処理で用いられる直前の指令信号Ｃ’の振幅値Ａｃ’及び平均値Ｍｃ’として、そのメモリに一時的に記憶（格納）する。そして、ステップＳ１７０に進む。

【0058】

ステップＳ１７０では、荷重振動が安定したか否かを判定する。具体的には、μＣＯＭ３０は、荷重振動の振幅値Ａが目標振幅値Ａｔ以上になったか否かを判定して、荷重振動の振幅値Ａが目標振幅値Ａｔ以上であれば、荷重振動が安定したものとして、本フローチャートを終了する。また、荷重振動の振幅値Ａが目標振幅値Ａｔ未満であれば、荷重振動が安定していないものとして、ステップＳ１１０に戻る。これ以外にも、荷重振動の振幅値Ａと目標振幅値Ａｔとの差分値が所定の判定基準値以下であるか否かによって、荷重振動が安定したか否かを判定する構成としてもよい。または、荷重振動の振幅値Ａと目標振幅値Ａｔとの差分値が所定の判定基準値以下であるか否か、及び、荷重振動の平均値Ｍと目標平均値Ｍｔとの差分値が所定の判定基準値以下であるか否かによって、荷重振動が安定したか否かを判定する構成としてもよい。本発明の目的に反しない限り、荷重振動の安定についての判定方法は任意である。そして、荷重振動が安定することにより本フローチャートを終了した後は、荷重振動の振幅値Ａを目標振幅値Ａｔに近づけ、かつ、荷重振動の平均値Ｍを目標平均値Ｍｔに近づける一般的なフィードバック制御を行う定常状態時の加振処理を実行する。

【0059】

この定常状態時の加振処理においては、上記ステップＳ１１０（荷重振動の取得）及びＳ１４０（指令信号にフィードバック）における処理と同様の処理を繰り返し実行する。このとき、振幅値ゲインＧａ及び平均値ゲインＧｍは、上記Ｓ１４０と同様に、振幅値Ａｃの増加量が平均値Ｍｃの変化量の２倍を超えるように設定してもよく、または、これ以外の設定でもよく、荷重振動の振幅値Ａ及び平均値が目標値に近づくようにフィードバック制御可能な範囲で任意に設定可能である。または、定常状態時の加振処理において、荷重振動の振幅値Ａ及び平均値Ｍが目標振幅値Ａｔ及び目標平均値Ｍｔに近づいて安定した後は、制御信号Ｃに対する荷重振動のフィードバック制御を終了して、そのときの指令信号Ｃを継続して出力する構成としてもよい。

【0060】

μＣＯＭ３０は、上述したステップＳ１１０を実行することで、荷重振動取得手段の一例として機能し、ステップＳ１２０を実行することで、期待値範囲取得手段の一例として機能する。また、μＣＯＭ３０は、ステップＳ１４０及びＳ１５０を実行することで、発振器２２と合わせて、指令信号生成手段の一例として機能する。図４に、図１の振動試験装置の概念的な機能ブロック図を示す。

【0061】

次に、上述した振動試験装置１における本発明に係る動作の一例を、図５、図６を参照して説明する。

【0062】

図５は、振動試験の開始直後の過渡状態における荷重振動の変化の様子の一例を示すグラフである。図６は、振動試験の開始直後の過渡状態から荷重振動が安定した定常状態までの荷重振動の変化の様子の一例を示すグラフである。

【0063】

振動試験装置１は、試験開始直後に上述した過渡状態時の加振処理を実行することにより荷重振動の振幅値Ａ及び平均値Ｍを目標振幅値Ａｔ及び目標平均値Ｍｔ付近で安定させて、その後に予め設定された目標振幅値Ａｔ、目標平均値Ｍｔ、周波数及び波形（正弦波）となる荷重信号を被試験体に継続的に与える振動試験を行うものである。

【0064】

試験に先立って、試験対象となる被試験体ＴＰとして、図１０（ｂ）に示す被試験体９０を、加振部１０のピストン１５ｂとロードセル１６との間にセットしたのち、上述した過渡状態時の加振処理を実行して振動試験を開始する。

【0065】

まず、振動制御部２０は、μＣＯＭ３０のメモリに格納された直前の指令信号Ｃ’の振幅値Ａｃ’及び平均値Ｍｃ’の初期値、並びに、ロードセル１６からの荷重値信号Ｌに示される振幅値Ａ及び平均値Ｍ（この時点では共に０）に基づいて指令信号Ｃを生成し、アクチュエータ１５に出力する。アクチュエータ１５は、この指令信号Ｃを受けて、当該指令信号Ｃの平均値Ｍｃに対応する位置を中心として、振幅値Ａｃに対応する変位量で変位させて、期間Ｐ１に示すように被試験体９０に荷重振動を与える。

【0066】

期間Ｐ１において被試験体９０に荷重振動が与えられると、ロードセル１６からの荷重値信号Ｌに示される荷重振動に対応する振幅値Ａ（Ｐ１）及び平均値Ｍ（Ｐ１）が得られる。この時点でピストン１５ｂが被試験体９０の支持部材８２に届いていない（当たっていない）ので、被試験体９０における伸長方向及び圧縮方向の剛性が均等である。そのため、荷重振動はその平均値Ｍ（Ｐ１）を中心とし振幅値Ａ（Ｐ１）で振動して、平均値Ｍ（Ｐ１）は、その期待値の範囲Ｗ内に含まれる。そして、振動制御部２０は、荷重振動の平均値Ｍ（Ｐ１）がその期待値の範囲Ｗに含まれるので、直前の指令信号Ｃ’の振幅値Ａｃ’及び平均値Ｍｃ’に荷重振動の振幅値Ａ（Ｐ１）及び平均値Ｍ（Ｐ１）をフィードバックして新たに指令信号Ｃを生成し、アクチュエータ１５に出力する。そして、振動制御部２０は、μＣＯＭ３０のメモリに、直前の指令信号Ｃ’の振幅値Ａｃ’及び平均値Ｍｃ’として、指令信号Ｃの振幅値Ａｃ及び平均値Ｍｃを格納する。アクチュエータ１５は、この指令信号Ｃを受けて、当該指令信号Ｃの平均値Ｍｃに対応する位置を中心とし振幅値Ａｃに対応する変位量でピストン１５ｂを変位させて、被試験体９０に荷重振動を与える。期間Ｐ２〜期間Ｐ４においても同様に動作し、これら期間において、荷重振動の振幅値Ａが徐々に増加し、平均値Ｍが徐々に変化する。

【0067】

そして、期間Ｐ４において生成された指令信号Ｃがアクチュエータ１５に出力されると、その次の期間Ｐ５において、ピストン１５ｂの変位量（即ち、被試験体９０の変形量）が所定値を超えて、ピストン１５ｂが被試験体９０の支持部材８２に当たる。この時点で、被試験体９０において伸長方向の剛性に対して圧縮方向の剛性が急激に高くなるので、ピストン１５ｂにおける当該圧縮方向への変位が規制される。すると、アクチュエータ１５は、指令信号Ｃに示される位置までピストン１５ｂを変位させようとして被試験体９０の圧縮方向に強い荷重を加える。そのため、被試験体９０に与えられた荷重振動の振幅値Ａ（Ｐ５）が正方向に急激に増加して振幅に偏りが生じ、これにより、荷重振動の平均値Ｍ（Ｐ５）が期待値の範囲Ｗから外れる。このときの荷重振動の振幅値Ａ（Ｐ５）は、目標振幅値Ａｔに達していない。これを受けて、振動制御部２０は、荷重振動の平均値Ｍ（Ｐ５）がその期待値の範囲Ｗに含まれていないので、期間Ｐ４で生成された直前の指令信号Ｃ’の振幅値Ａｃ’を維持（増加量０）するとともに平均値Ｍｃ’に平均値Ｍ（Ｐ５）をフィードバックして新たに指令信号Ｃを生成し、アクチュエータ１５に出力する。つまり、直前の指令信号Ｃ’の振幅値Ａｃ’を増加させずに維持し、平均値Ｍｃ’のみ変化させて新たな指令信号Ｃを生成して、アクチュエータ１５に出力する。アクチュエータ１５は、この指令信号Ｃを受けて、直前の動作に対して変位量が同一で中心位置のみ変化するようにピストン１５ｂを変位させて、被試験体９０に荷重振動を与える。これにより、ピストン１５ｂにおける被試験体９０の圧縮方向について求められる変位量が小さくなり、当該圧縮方向に加えられる荷重も小さくなる。期間Ｐ６、Ｐ７においても同様に動作し、これら期間において、荷重振動の振幅値Ａが変化することなく維持され、平均値Ｍが徐々に変化する。

【0068】

そして、期間Ｐ７において生成された指令信号Ｃがアクチュエータ１５に出力されると、その次の期間Ｐ８において、ピストン１５ｂの変位量が所定値を超えて、ピストン１５ｂが被試験体９０の支持部材８２に当たるものの、ピストン１５ｂにおける被試験体９０の圧縮方向について求められる変位量が小さくなり、当該圧縮方向に加えられる荷重も小さくなって荷重振動の振幅の偏りが小さくなり、平均値Ｍ（Ｐ８）がその期待値の範囲Ｗ内に含まれる。そのため、振動制御部２０は、期間Ｐ１のときと同様に動作して、直前の指令信号Ｃ’の振幅値Ａｃ’及び平均値Ｍｃ’に荷重振動の振幅値Ａ（Ｐ８）及び平均値Ｍ（Ｐ８）をフィードバックして新たに指令信号Ｃを生成し、アクチュエータ１５に出力する。つまり、直前の指令信号Ｃ’の振幅値Ａｃ’を増加させ、かつ、平均値Ｍｃ’を変化させて新たな指令信号Ｃを生成して、アクチュエータ１５に出力する。アクチュエータ１５は、この指令信号Ｃを受けて、変位量が増加しかつ中心位置が変化するようにピストン１５ｂを変位させて、被試験体９０に荷重振動を与える。

【0069】

そして、期間Ｐ８において生成された指令信号Ｃがアクチュエータ１５に出力されると、その次の期間Ｐ９において、期間Ｐ５のときと同様に、アクチュエータ１５が、指令信号Ｃに示される位置までピストン１５ｂを変位させようとして被試験体９０の圧縮方向に強い荷重を加える。そのため、被試験体９０に与えられた荷重振動の振幅値Ａ（Ｐ９）が正方向に急激に増加して振動に偏りが生じ、これにより、荷重振動の平均値Ｍ（Ｐ９）が期待値の範囲Ｗから外れる。そのため、振動制御部は、期間Ｐ５のときと同様に動作して、期間Ｐ８で生成された直前の指令信号Ｃ’の振幅値Ａｃ’を維持（増加量０）するとともに平均値Ｍｃ’に平均値Ｍ（Ｐ９）をフィードバックして新たに指令信号Ｃを生成し、アクチュエータ１５に出力する。つまり、直前の指令信号Ｃ’の振幅値Ａｃ’を増加させずに維持し、平均値Ｍｃ’のみ変化させて新たな指令信号Ｃを生成して、アクチュエータ１５に出力する。

【0070】

その後も、上記と同様に動作することで、図６に示すように、荷重振動の振幅値Ａが目標振幅値Ａｔに到達し、そのあと、荷重振動の平均値Ｍが目標平均値Ｍｔに到達して、定常状態となる。そして、これ以降、振動試験装置１は定常状態時の加振処理を実行して、振幅値及び平均値がそれぞれ目標値となる荷重振動が被試験体９０に与えられる。

【0071】

また、上述した振動試験装置１の動作の一例では、荷重振動の平均値Ｍの期待値の範囲Ｗが、図１０（ａ）に示す伸長方向及び圧縮方向の剛性が均等となる特性を有する構成の被試験体８０について図３に示す加振処理を実行したときに計測された荷重振動の平均値Ｍｐに、所定の許容誤差値ΔＭｐを加えた値を上限値（Ｍｐ＋ΔＭｐ）とし、許容誤差値ΔＭｐを差し引いた値を下限値（Ｍｐ−ΔＭｐ）とする範囲に設定したものであった。そのため、試験開始時において、図６に示すように、期待値の範囲Ｗは、時間経過に伴い徐々に目標振幅値Ｍｔに近づくように変化するものであった。

【0072】

そして、上述した振動試験装置１において、このような期待値の範囲Ｗに代えて、例えば、図７に示すように、目標平均値Ｍｔに、所定の許容誤差値ΔＭｔを加えた値を上限値（Ｍｔ＋ΔＭｔ）とし、所定の許容誤差値ΔＭｔを差し引いた値を下限値（Ｍｔ−ΔＭｔ）とする期待値の範囲Ｗ１としてもよい。つまり、期待値の範囲Ｗ１は目標平均値Ｍｔを中心として一定となる。図７は、振動試験の開始直後の過渡状態から荷重振動が安定した定常状態までの荷重振動の変化の様子の他の一例を示すグラフである。

【0073】

このような構成にすることで、（１）荷重振動は、振動試験の開始直後から荷重振動の平均値Ｍが期待値の範囲Ｗ１に含まれるまで、振幅値Ａが０（振幅なし）のまま平均値Ｍのみが徐々に変化していく。（２）次に、荷重振動は、平均値Ｍが期待値の範囲Ｗ１に含まれた時点から、荷重振動の振幅値Ａが徐々に増加していく。（３）このとき、被試験体ＴＰの剛性変化により荷重振動の平均値Ｍが期待値の範囲Ｗ１から外れると、荷重振動の平均値Ｍが期待値の範囲Ｗ１に再度含まれるまで、荷重振動の振幅値Ａが維持（増加量０）され、荷重振動の平均値Ｍのみが徐々に変化していく。（４）そして、荷重振動の振幅値Ａが、目標振幅値Ａｔに到達すると、荷重振動が安定したものとして、過渡状態時の加振処理を終了して、引き続き、定常状態時の加振処理を実行する。

【0074】

本実施形態の振動試験装置１は、被試験体ＴＰに対して指令信号Ｃに示される振幅値Ａｃ及び平均値Ｍｃに応じた振動を与えるアクチュエータ１５と、被試験体ＴＰに加えられた荷重値を計測するロードセル１６と、ロードセル１６によって計測された荷重値（荷重値信号Ｌ）に示される荷重振動の振幅値Ａ及び平均値Ｍを取得するμＣＯＭ３０からなる荷重振動取得手段と、荷重振動の振幅値Ａ及び平均値Ｍが所定の目標振幅値Ａｔ及び目標平均値Ｍｔに近づくように、荷重振動の振幅値Ａ及び平均値Ｍをフィードバックして指令信号Ｃを生成するμＣＯＭ３０及び発振器２２からなる指令信号生成手段と、を有している。そして、振動試験装置１は、指令信号Ｃに対する荷重振動の平均値Ｍが取りうる期待値の範囲Ｗを取得するμＣＯＭ３０からなる期待値範囲取得手段をさらに有し、指令信号生成手段が、荷重振動が安定する前の過渡状態において、荷重振動の平均値Ｍが期待値の範囲Ｗに含まれるとき、直前の指令信号Ｃ’からの振幅値Ａｃの増加量が、直前の指令信号Ｃ’からの平均値Ｍｃの変化量の２倍超となるように指令信号Ｃを生成し、かつ、荷重振動の平均値Ｍが期待値の範囲Ｗに含まれないとき、直前の指令信号Ｃ’からの振幅値Ａｃの増加量が、直前の指令信号Ｃ’からの平均値Ｍｃの変化量の２倍以下となるように指令信号Ｃを生成する。

【0075】

また、振動試験装置１は、指令信号生成手段が、荷重振動の平均値Ｍが期待値の範囲Ｗに含まれないとき、直前の指令信号Ｃ’からの振幅値Ａｃの増加量が０となるように指令信号Ｃを生成する。

【0076】

以上より、本実施形態によれば、被試験体ＴＰに加えられた荷重値を計測し、この荷重値に示される荷重振動の振幅値Ａ及び平均値Ｍを取得して、これら荷重振動の振幅値Ａ及び平均値Ｍが目標振幅値Ａｔ及び目標平均値Ｍｔに近づくように、これら荷重振動の振幅値Ａ及び平均値Ｍをフィードバックしてアクチュエータ１５への指令信号Ｃを生成する。そして、指令信号Ｃに対する荷重振動の平均値Ｍが取りうる期待値の範囲Ｗを取得して、荷重振動が安定する前の過渡状態において、荷重振動の平均値Ｍがその期待値の範囲Ｗに含まれるとき、直前の指令信号Ｃ’からの振幅値Ａｃの増加量が、直前の指令信号Ｃ’からの平均値Ｍｃの変化量の２倍超となるように指令信号Ｃを生成し、かつ、荷重振動の平均値Ｍがその期待値の範囲Ｗに含まれないとき、直前の指令信号Ｃ’からの振幅値Ａｃの増加量が、直前の指令信号Ｃ’からの平均値Ｍｃの変化量の２倍以下となるように指令信号Ｃを生成する。

【0077】

荷重振動が安定する前の過渡状態において、荷重振動の平均値Ｍがその期待値の範囲Ｗから外れたときは、被試験体ＴＰの剛性の変化により荷重振動の振幅値Ａが片側に大きく振れて偏りが生じたものと考えられる。このようなときに、新たに生成する指令信号Ｃにおいて、直前の指令信号Ｃ’からの振幅値Ａｃの増加量を、直前の指令信号Ｃ’からの平均値Ｍｃの変化量の２倍以下とすることで、指令信号Ｃ全体を、当該指令信号Ｃの振幅値Ａｃにおけるその中央値を挟んだ片側の増加量より大きくシフト（平均値を変化）させて、当該片側方向への荷重振動の振幅値Ａの増加を抑制することができる。これにより、伸長方向と圧縮方向とで剛性の異なる特性を有する被試験体ＴＰに対して振動を加えたときに生じる恐れのある振動の偏りを抑制することができる。

【0078】

また、荷重振動の平均値Ｍがその期待値の範囲Ｗに含まれないとき、直前の指令信号Ｃからの振幅値Ａｃの増加量が０となるように指令信号Ｃを生成する。そのため、指令信号Ｃ全体を、当該指令信号Ｃの振幅値Ａｃを増加することなくシフト（平均値を変化）させて、当該片側方向への荷重振動の振幅値Ａの増加をより確実に抑制することができる。これにより、伸長方向と圧縮方向とで剛性の異なる特性を有する被試験体ＴＰに対して振動を加えたときに生じる恐れのある振動の偏りをより確実に抑制することができる。

【0079】

以上、本発明について、好ましい実施形態を挙げて説明したが、本発明の振動試験装置は上記実施形態の構成に限定されるものではない。

【0080】

例えば、上述した実施形態では、指令信号Ｃに荷重振動をフィードバックする構成であったが、これに限定されるものではなく、荷重振動に代えて、指令信号Ｃにアクチュエータ１５のピストン１５ｂの変位振動をフィードバックする構成としてもよい。具体的には、上述した振動試験装置１において、ロードセル１６によって出力された荷重値信号Ｌに示される荷重振動（振幅値Ａ、平均値Ｍ）に代えて、位置センサ１７によって出力された変位値信号Ｈ（振幅値Ａ，平均値Ｍ）を用いて、上記実施形態と同様に動作するように構成した振動試験装置１Ａとする。

【0081】

この振動試験装置１Ａは、被試験体ＴＰに対して指令信号Ｃに示される振幅値Ａｃ及び平均値Ｍｃに応じた振動を与えるアクチュエータ１５と、被試験体ＴＰの変位値を計測する位置センサ１７と、位置センサ１７によって計測された変位値（変位値信号Ｈ）に示される変位振動の振幅値Ａ及び平均値Ｍを取得するμＣＯＭ３０からなる変位振動取得手段と、変位振動の振幅値Ａ及び平均値Ｍが所定の目標振幅値Ａｔ及び目標平均値Ｍｔに近づくように、変位振動の振幅値Ａ及び平均値Ｍをフィードバックして指令信号Ｃを生成するμＣＯＭ３０及び発振器２２からなる指令信号生成手段と、を有している。そして、振動試験装置１Ａは、指令信号Ｃに対する変位振動の平均値Ｍが取りうる期待値の範囲Ｗを取得するμＣＯＭ３０からなる期待値範囲取得手段をさらに有し、指令信号生成手段が、変位振動が安定する前（例えば、変位振動の振幅値Ａが、目標振幅値Ｍｔに到達する前）の過渡状態において、変位振動の平均値Ｍが期待値の範囲Ｗに含まれるとき、直前の指令信号Ｃ’からの振幅値Ａｃの増加量が、直前の前記指令信号Ｃ’からの平均値Ｍｃの変化量の２倍超となるように指令信号Ｃを生成し、かつ、変位振動の平均値Ｍが期待値の範囲Ｗに含まれないとき、直前の指令信号Ｃからの振幅値Ａｃの増加量が、直前の指令信号Ｃ’からの平均値Ｍｃの変化量の２倍以下となるように指令信号Ｃを生成する構成とされている。

【0082】

このようにすることで、振動試験装置１Ａは、被試験体ＴＰの変位値を計測し、この変位値に示される変位振動の振幅値Ａ及び平均値Ｍを取得して、これら変位振動の振幅値Ａ及び平均値Ｍが目標振幅値Ａｔ及び目標平均値Ｍｔに近づくように、これら変位振動の振幅値Ａ及び平均値Ｍをフィードバックしてアクチュエータ１５への指令信号Ｃを生成する。そして、指令信号Ｃに対する変位振動の平均値Ｍが取りうる期待値の範囲Ｗを取得して、変位振動が安定する前の過渡状態において、変位振動の平均値Ｍがその期待値の範囲Ｗに含まれるとき、直前の指令信号Ｃ’からの振幅値Ａｃの増加量が、直前の指令信号Ｃ’からの平均値Ｍｃの変化量の２倍超となるように指令信号Ｃを生成し、かつ、変位振動の平均値Ｍがその期待値の範囲Ｗに含まれないとき、直前の指令信号Ｃ’からの振幅値Ａｃの増加量が、直前の指令信号Ｃ’からの平均値Ｍｃの変化量の２倍以下となるように指令信号Ｃを生成する。

【0083】

変位振動が安定する前の過渡状態において、変位振動の平均値Ｍがその期待値の範囲Ｗから外れたときは、被試験体ＴＰの剛性の変化により変位振動の振幅値Ａが片側に大きく振れて偏りが生じたものと考えられる。このようなときに、新たに生成する指令信号Ｃにおいて、直前の指令信号Ｃ’からの振幅値Ａｃの増加量を、直前の指令信号Ｃ’からの平均値Ｍｃの変化量の２倍以下とすることで、指令信号Ｃ全体を、当該指令信号Ｃの振幅値Ａｃにおけるその中央値を挟んだ片側の増加量より大きくシフト（平均値を変化）させて、当該片側方向への変位振動の振幅値Ａの増加を抑制することができる。これにより、伸長方向と圧縮方向とで剛性の異なる特性を有する被試験体ＴＰに対して振動を加えたときに生じる恐れのある振動の偏りを抑制することができる。

【0084】

また、振動試験装置１Ａは、指令信号生成手段が、変位振動の平均値Ｍが期待値の範囲Ｗに含まれないとき、直前の指令信号Ｃ’からの振幅値Ａｃの増加量が０となるように指令信号Ｃを生成する構成とされていてもよい。

【0085】

このようにすることで、変位振動の平均値Ｍがその期待値の範囲Ｗに含まれないとき、直前の指令信号Ｃ’からの振幅値Ａｃの増加量が０となるように指令信号Ｃを生成する。そのため、指令信号Ｃ全体を、当該指令信号Ｃの振幅値Ａｃを増加することなくシフト（平均値を変化）させて、当該片側方向への変位振動の振幅値Ａの増加をより確実に抑制することができる。これにより、伸長方向と圧縮方向とで剛性の異なる特性を有する被試験体ＴＰに対して振動を加えたときに生じる恐れのある振動の偏りをより確実に抑制することができる。

【0086】

また、上述した実施形態では、荷重振動の平均値Ｍが期待値の範囲Ｗに含まれないとき、直前の指令信号Ｃ’からの振幅値Ａｃの増加量が０となるように指令信号Ｃを生成する構成であったが、これに限定されるものではない。これ以外にも、荷重振動の平均値Ｍが期待値の範囲Ｗに含まれないとき、直前の指令信号Ｃ’からの振幅値Ａｃの増加量が、直前の指令信号Ｃ’からの平均値Ｍｃの変化量の２倍以下となるように指令信号Ｃを生成する構成とされていればよい。このようにしても、上述した実施形態と同様の効果を得ることができる。また、上記振動試験装置１Ａにおいても、同様である。

【0087】

また、上述した実施形態では、フィードバック制御方式として、比例制御方式を採用したものであったが、これに限定されるものではなく、このような比例制御方式以外にも、例えば、ＰＩＤ制御方式など、本発明の目的に反しない限り、他のフィードバック制御方式を採用してもよい。

【0088】

なお、前述した実施形態は本発明の代表的な形態を示したに過ぎず、本発明は、実施形態に限定されるものではない。即ち、当業者は、従来公知の知見に従い、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。かかる変形によってもなお本発明の振動試験装置の構成を具備する限り、勿論、本発明の範疇に含まれるものである。

【符号の説明】

【0089】

１、１Ａ 振動試験装置
１０ 加振部
１５ アクチュエータ（振動手段）
１５ａ シリンダ
１５ｂ ピストン
１６ ロードセル（荷重値計測手段）
１７ 位置センサ（変位値計測手段）
２０ 振動制御部
２２ 発振器（指令信号生成手段）
３０ マイクロコンピュータ（荷重振動取得手段、指令信号生成手段、期待値範囲取得手段、変位振動取得手段）
３５ メモリ
８０、９０、ＴＰ 被試験体
８１ 弾性部材
８２ 支持部材
Ｈ 変位値信号
Ｌ 荷重値信号
Ａ 荷重振動の振幅値、変位振動の振幅値
Ｍ 荷重振動の平均値、変位振動の平均値
Ａｔ 荷重振動の目標振幅値
Ｍｔ 荷重振動の目標平均値
Ｗ 荷重振動の平均値の期待値の範囲
Ｃ 指令信号
Ａｃ 指令信号の振幅値
Ｍｃ 指令信号の平均値

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】