特許 5943282 分離型モーメント印加装置及びモーメント印加方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5943282

(24)【登録日】2016年6月3日

(45)【発行日】2016年7月5日

(54)【発明の名称】分離型モーメント印加装置及びモーメント印加方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 3/30 20060101AFI20160621BHJP

【ＦＩ】

   G01N3/30 Z

【請求項の数】7

【全頁数】23

(21)【出願番号】特願2012-201529(P2012-201529)

(22)【出願日】2012年9月13日

(65)【公開番号】特開2014-55886(P2014-55886A)

(43)【公開日】2014年3月27日

【審査請求日】2015年8月19日

(73)【特許権者】

【識別番号】591060980

【氏名又は名称】岡山県

(74)【代理人】

【識別番号】100114535

【弁理士】

【氏名又は名称】森 寿夫

(74)【代理人】

【識別番号】100075960

【弁理士】

【氏名又は名称】森 廣三郎

(74)【代理人】

【識別番号】100126697

【弁理士】

【氏名又は名称】池岡 瑞枝

(74)【代理人】

【識別番号】100155103

【弁理士】

【氏名又は名称】木村 厚

(72)【発明者】

【氏名】辻 善夫

(72)【発明者】

【氏名】眞田 明

【審査官】 福田 裕司

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−２４９６９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 辻 善夫 他，”７２０ 分離型モーメント印加装置に関する研究”，日本機械学会［No.11-2］Dynamics and Design Conference 2011 ＣＤ-ＲＯＭ論文集，２０１１年 ９月 ５日

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ ３／３０

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

試料に吸着させるための吸着部と、
外部から打撃力を加えるための被打撃部と、
被打撃部と吸着部とを連結する柱状部と、
柱状部の歪みを検知するための歪み検知手段と、
を備え、
試料の所定点に吸着部を吸着させた吸着状態で被打撃部に打撃力を加えることにより、吸着部から試料の前記所定点にインパルス状のモーメントを印加し、その際の衝撃で吸着部が試料から分離するとともに、
前記吸着状態で被打撃部に打撃力を加えた際に柱状部に生ずる弾性的な変形を歪み検知手段で検知することにより、前記モーメントを求めることができるようにした
分離型モーメント印加装置であって、
被打撃部に、柱状部よりも外方に張り出した張出部が設けられ、該張出部における下面が打撃力を加えるための被打撃面とされた
ことを特徴とする分離型モーメント印加装置。

【請求項2】

柱状部の中心軸に対する被打撃部の被打撃面の傾斜角度が、１０〜１２０°とされた請求項１記載の分離型モーメント印加装置。

【請求項3】

吸着部が、残留磁束密度が２００〜１３００ｍＴの永久磁石によって形成された請求項１又は２記載の分離型モーメント印加装置。

【請求項4】

吸着部の下端から被打撃部における被打撃面の下端までの距離が、２０〜２００ｍｍとされた請求項１〜３いずれか記載の分離型モーメント印加装置。

【請求項5】

被打撃部の張出部に紐通し孔を設けた請求項１〜４いずれか記載の分離型モーメント印加装置。

【請求項6】

請求項１〜５いずれか記載の分離型モーメント印加装置における吸着部を試料の所定点に吸着させた状態で、被打撃部の被打撃面にハンマを用いて打撃力を加えることにより、試料にモーメントを印加するモーメント印加方法。

【請求項7】

ハンマとして、柄と、柄の先端に固定されて柄に対して垂直な向きに凹んだ溝を有する断面コの字状の打撃体とで構成されたものを用い、
ハンマの打撃体における溝内に分離型モーメント印加装置の被打撃部における張出部を挿入した状態でハンマの柄を試料とは反対側に引っ張ることにより、被打撃部の被打撃面に打撃力を加える請求項６記載のモーメント印加方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、試料にモーメントを印加するための分離型モーメント印加装置と、この分離型モーメント印加装置を用いるモーメント印加方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年の機械設計においては、製品の重量をいかに抑えるかが重要視されるようになってきている。例えば、自動車の設計においては、車体を軽量化することで燃費が向上し、環境負荷を軽減できるようになるため、各自動車メーカーは、ドアパネル、屋根、ボンネット又はトランクリッドといった自動車のボデーパーツに高張力鋼板を使用するなど、車体の軽量化を意識した開発を行うようになってきている。ところが、これらの製品は、軽くすればするほど振動しやすくなり、静寂性や遮音性が低下するため、その設計段階においては、製品の振動特性を十分に評価しておく必要がある。しかし、自動車のボデーパーツなどは、モデル化が困難な複雑な形状を有していることが多く、その振動特性を有限要素法などの数値解析的手法のみによって高精度で評価することは困難である。このため、自動車のボデーパーツなどの設計段階においては、試作品（試料）を製造し、該試料の振動特性を実験的に評価することが一般的となっている。

【0003】

試料の振動特性を実験的に評価する方法は様々であるが、なかでも、インパルスハンマ或いはインパクトハンマと呼ばれるハンマで試料の表面に打撃力を加え、その際の打撃力と試料の表面の加速度から試料の周波数応答関数（ＦＲＦ）を求め、試料の固有振動数と対応する振動モードを確認する方法が一般的となっている（例えば、非特許文献１）。インパルスハンマのヘッド部分には、ロードセルなど、加えた打撃力を電圧などに変換して出力することが可能な力センサが設けられている（例えば、特許文献１）。試料の表面の加速度は、試料の表面に取り付けた加速度ピックアップなどの加速度センサによって計測される。しかし、このような方法では、並進力に対する試料の振動特性しか測定できないという問題がある。つまり、実際の試料に印加される力には、並進力とモーメントの２種類があり、試料の振動特性は、この両者に対する振動応答によって決定される。したがって、並進力に対する振動特性の評価のみでは不十分であり、このことが振動特性の予測精度の低下を招いていた。

【0004】

また、これまでには、図１に示すように、試料１００の表面に固定したＴ型の剛体ブロック８０をハンマ７０（インパクトハンマでなくてもよい）で打撃し、剛体ブロック８０に取り付けた加速度センサ８１が検知した剛体ブロック８０の各部の加速度と、剛体ブロック８０の寸法形状とから、試料１００の表面に加えられたモーメントを算出し、該モーメントに対する周波数応答関数を求める方法も行われている（例えば、非特許文献２の第３０頁〜第３２頁を参照。）。この方法では、試料１００の表面に加えられたモーメントを比較的正確に知ることが可能である。しかし、この方法において、剛体ブロック８０は、ボルトなどを用いて試料１００に完全に固定されるため、試料１００にモーメントが加えられた後も剛体ブロック８０が試料１００に固定されたままの状態を維持する。したがって、剛体ブロック８０によって試料１００の見掛けの重量が増加し、試料１００の振動特性が変化してしまうため、得られた測定データに補正処理を行う必要があった。また、剛体ブロック８０を試料１００に固定する作業を要するため、測定作業が煩雑になるという欠点もあった。

【0005】

このような実状に鑑みて、本発明者らは、図２に示すように、試料１００に吸着させるための吸着部９１と、外力を加えるための操作部９２と、吸着部９１と操作部９２とを連結する柱状部９３と、柱状部９３の歪みを検知するための歪み検知手段９４と、試料１００に対する吸着部９１の吸着力を瞬時に遮断するための吸着力遮断手段９５とを備えた吸着型モーメント印加装置９０を提案した（特許文献２及び非特許文献３，４を参照）。ここで、「吸着型モーメント印加装置」における「吸着型」とは、そのモーメント印加装置が試料に完全に固定されて使用されるものではなく、試料に一時的に吸着させて使用するものであることを意味している。吸着型モーメント印加装置９０は、試料１００における所定点Ｐに吸着部９１を吸着させて操作部９２に外力を加えることで柱状部９３を弾性的に湾曲変形させ、その状態で吸着力遮断手段９５を用いて吸着部９１の吸着力を瞬時に遮断することにより、吸着力が遮断される前に試料１００における所定点Ｐに印加されたモーメントＭを検知することができるものとなっている。この吸着型モーメント印加装置９０は、試料１００に剛体ブロックなどを取り付ける必要がないため、操作性に優れているだけでなく、得られた測定データに補正処理を行う必要もなかった。しかし、この吸着型モーメント印加装置９０では、試料１００に印加するモーメントＭがステップ状になり、インパルス状のモーメントＭを印加することができないため、試料１００に印加することのできる振動は、低周波数帯域のものに限られるという欠点があった。ここで、「ステップ状」とは、横軸を時間とし、縦軸をモーメントＭとしてグラフを描いた場合に該グラフの形状が横長のステップ状になることを意味しており、「インパルス状」とは、前記グラフの形状が瞬間的に立ち上がるインパルス状になることを意味している。

【0006】

また、本発明者らは、図３に示すように、試料１００に吸着させるための吸着部１１と、外部から打撃力を加えるための被打撃部１２（同図において網掛けハッチングで示した部分）と、吸着部１１と被打撃部１２を連結する柱状部１３と、柱状部１３の歪みを検知するための歪み検知手段１４とを備えた分離型モーメント印加装置１０を提案した（非特許文献５を参照）。ここで、「分離型モーメント印加装置」における「分離型」とは、それに打撃力を加えた際の衝撃で試料から分離するものであることを意味している。すなわち、この分離型モーメント印加装置１０は、試料１００の所定点Ｐに吸着部１１を吸着させた吸着状態（同図（ａ）を参照）で被打撃部１２の所定点Ｒに打撃力Ｆ_Ｒを加える（同図（ｂ）を参照）ことにより、試料１００の所定点ＰにモーメントＭを印加し、その際の衝撃で吸着部１１が試料から分離する（同図（ｃ）を参照）ものとなっている。モーメントＭの値は、打撃力Ｆ_Ｒを加えた際に歪み検知手段１４が検知した柱状部１３の歪みから求めることができる。

【0007】

図３に示す分離型モーメント印加装置１０は、試料１００にインパルス状のモーメントＭを印加することができるため、高周波数帯域の振動を試料１００に印加することができる。しかし、分離型モーメント印加装置１０では、吸着部１１が試料１００から分離した後に分離型モーメント印加装置１０が試料１００に接触し、試料１００の振動に影響を及ぼすおそれがある。このため、測定者は、図３（ａ）の吸着状態にあるときから、吸着部１１の吸着力ｆを超えない範囲の大きさの張力Ｔで、分離型モーメント印加装置１０に結び付けた紐１５などを試料１００とは反対側に予め引き上げておく必要があった。したがって、紐１５の張力Ｔによって吸着力ｆが相殺されることになり、試料１００に印加するモーメントＭや、試料１００の表面に対して垂直な方向に印加する並進力Ｆを大きくすることが困難であった。また、試料１００の表面に対して垂直な方向に印加される並進力Ｆをインパルス状とすることも困難であった。さらに、試料１００の表面に対して平行な方向に打撃力Ｆ_Ｒが印加される構造となっていたため、試料１００の表面に対して平行な方向にも並進力が印加され、該並進力が試料１００の振動に影響を及ぼすおそれがあった。加えて、吸着部１１と試料１００との間にズレが生じる場合もあった。よって、モーメントや並進力などの印加条件を一定に保つことが困難であり、試料１００の振動特性を安定して評価することが困難であった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開平０９−１３３６２２号公報

【特許文献2】特開２０１０−２４９６９９号公報

【非特許文献】

【0009】

【非特許文献1】成澤哲也、岩田章兵、“積層複合材料を用いた扁平パネルの構造設計（実験モード解析法による積層パラメータ同定）”、釧路工業高等専門学校紀要、［online］、平成１９年１２月２１日、第４１号、ｐ．７−１２、［平成２４年８月９日検索］、インターネット＜ＵＲＬ： http://www.kushiro-ct.ac.jp/library/kiyo/kiyo41/narisawa41.pdf ＞

【非特許文献2】“Ｇｕｉｄｅｌｉｎｅｓ ｆｏｒ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ”、［online］、［平成２４年８月９日検索］、インターネット＜ＵＲＬ： http://www.dem.ist.utl.pt/~QUATTRO/d15_www.pdf ＞

【非特許文献3】辻善夫、眞田明、“吸着型モーメント印加装置に関する研究”、日本機械学会年次大会講演論文集、２００９、Ｖｏｌ．５、ｐ．９５−９６

【非特許文献4】辻善夫、眞田明、“吸着型モーメント印加装置の性能向上に関する研究”、Ｄｙｎａｍｉｃｓ ａｎｄ Ｄｅｓｉｇｎ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ２０１０、ＣＤ−ＲＯＭ論文集、１１９、２−５

【非特許文献5】辻善夫、眞田明、吉村卓也、“分離型モーメント印加装置に関する研究”、Ｄｙｎａｍｉｃｓ ａｎｄ Ｄｅｓｉｇｎ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ２０１１、ＣＤ−ＲＯＭ論文集、２６０、１−７

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、試料にインパルス状のモーメントを印加するだけでなく、予め紐などを引き上げておかなくても試料から分離した後に試料に接触しないようにすることができる分離型モーメント印加装置を提供するものである。また、この分離型モーメント印加装置を用いて行うモーメント印加方法を提供することも本発明の目的である。

【課題を解決するための手段】

【0011】

上記課題は、
試料に吸着させるための吸着部と、
外部から打撃力を加えるための被打撃部と、
被打撃部と吸着部とを連結する柱状部と、
柱状部の歪みを検知するための歪み検知手段と、
を備え、
試料の所定点に吸着部を吸着させた吸着状態で被打撃部に打撃力を加えることにより、吸着部から試料の前記所定点にインパルス状のモーメントを印加し、その際の衝撃で吸着部が試料から分離するとともに、
前記吸着状態で被打撃部に打撃力を加えた際に柱状部に生ずる弾性的な変形を歪み検知手段で検知することにより、前記モーメントを求めることができるようにした
分離型モーメント印加装置であって、
被打撃部に、柱状部よりも外方に張り出した張出部が設けられ、該張出部における下面（吸着状態において試料側を向く面）が打撃力を加えるための被打撃面とされた
ことを特徴とする分離型モーメント印加装置
を提供することによって解決される。

【0012】

このように、インパルス状のモーメント（及び並進力）を試料に印加することにより、高周波数帯域の振動を試料に印加することが可能になる。また、被打撃部に設けた張出部の下面を被打撃面とすることにより、被打撃部に加えられた打撃力は、必ず上向き成分（吸着部が吸着された試料表面の法線方向に沿った試料から離れる向きの成分）を有するようになり、打撃されて試料から分離した分離型モーメント印加装置は、試料から離れる向きに飛んでいくようになる。このため、分離型モーメント印加装置を紐などで引き上げておかなくても、試料から分離した分離型モーメント印加装置が試料に接触しないようにすることが可能になる。したがって、モーメントや並進力の印加条件を一定に保つことが容易になり、試料の振動特性を安定して評価することが可能になる。また、試料に対する吸着部の吸着力が紐の張力などによって相殺されることもない。このため、本発明の分離型モーメント印加装置では、従来の分離型モーメント印加装置（図３を参照）よりも、大きなモーメントや並進力を試料に印加することも可能になる。

【0013】

本発明の分離型モーメント印加装置は、その吸着部を試料の所定点に吸着させた状態で、被打撃部の被打撃面にハンマを用いて打撃力を加えることにより、試料にモーメントを印加するモーメント印加方法において好適に使用することができる。ハンマとしては、通常、一般的なハンマ（柄の先端に円柱状の打撃体が取り付けられたもの。図４を参照。）を用いるが、柄と、柄の先端に固定されて柄に対して垂直な向きに凹んだ溝を有する断面コの字状の打撃体とで構成された特殊なハンマ（図９を参照）を用いることもできる。この特殊なハンマでは、その打撃体における溝内に分離型モーメント印加装置の被打撃部における張出部を挿入した状態でハンマの柄を上向き（試料とは反対側）に引っ張ることにより、被打撃部の被打撃面に打撃力を加えることができる。この特殊なハンマを用いることにより、分離型モーメント印加装置の被打撃面と試料の表面との間隔が狭く、一般的なハンマでは被打撃面を打撃することが困難な場合であっても、被打撃面を打撃することが容易となる。

【0014】

本発明の分離型モーメント印加装置において、柱状部の中心軸に対する被打撃部の被打撃面の傾斜角度（図５における角度θを参照。以下、「被打撃面の傾斜角度」と表記する。）は、０°よりも大きければ特に限定されない。しかし、被打撃面の傾斜角度が小さすぎると、被打撃部に加えられた打撃力の上向き成分が小さくなり、分離型モーメント印加装置が試料から離れる向きに飛んでいきにくくなるおそれがある。このため、被打撃面の傾斜角度は、通常、１０°以上とされる。被打撃面の傾斜角度は、２０°以上であると好ましく、３０°以上であるとより好ましい。一方、被打撃面の傾斜角度が大きすぎると、一般的なハンマでは、被打撃面を打撃しにくくなるおそれがある。このため、被打撃面の傾斜角度は、通常、１２０°以下とされる。一般的なハンマを用いて被打撃面を打撃する場合には、被打撃面の傾斜角度は、９０°以下であると好ましい。被打撃面の傾斜角度は、７０°以下であるとより好ましく、６０°以下であるとさらに好ましい。

【0015】

また、本発明の分離型モーメント印加装置において、吸着部は、試料に吸着させることができるものであれば特に限定されず、吸盤のように大気圧を利用して吸着するものや、粘着により吸着するものなどであってもよい。しかし、安定した吸着力を得るためには、永久磁石や電磁石などの磁力により磁着するものとすると好ましい。なかでも、永久磁石を用いると好適である。吸着部に用いる永久磁石の残留磁束密度は、特に限定されないが、小さすぎると、吸着部の吸着力が小さくなりすぎるおそれがある。このため、吸着部に用いる永久磁石の残留磁束密度は、２００ｍＴ以上とされる。一方、吸着部に用いる永久磁石の残留磁束密度に特に上限はないが、高くしすぎると、被打撃面に打撃力を加えても試料から吸着部が分離しなくなるおそれがある。加えて、現存する永久磁石のなかで最も残留磁束密度が高いのは１３００ｍＴ程度までである。このため、吸着部に用いる永久磁石の残留磁束密度は、通常、１３００ｍＴ以下とされる。このような範囲の残留磁束密度を有する永久磁石としては、等方性フェライト磁石（残留磁束密度２０５〜２３５ｍＴ程度）や、異方性フェライト磁石（残留磁束密度３９０〜４１０ｍＴ程度）や、サマリウムコバルト磁石（残留磁束密度９８０〜１０６０ｍＴ程度）や、ネオジム磁石（残留磁束密度１２３０〜１２９０ｍＴ程度）や、アルニコ磁石（残留磁束密度１２５０〜１３００ｍＴ程度）などが例示される。

【0016】

さらに、本発明の分離型モーメント印加装置において、吸着部の下端（吸着部における試料表面に吸着される側の端部）から被打撃部における被打撃面の下端（被打撃面における試料表面に最も近い部分）までの距離（図５における距離Ｌを参照。以下、「吸着部から被打撃面までの距離」と表記する。）も、特に限定されない。しかし、吸着部から被打撃面までの距離が短すぎると、被打撃面と試料表面との間にハンマなどを挿入しにくくなり、被打撃面に打撃力を加えることが困難になる。また、必然的に柱状部が短くなってしまい、打撃力が加えられた際の柱状部の歪みを高い精度で検知することが困難になるおそれもある。このため、吸着部から被打撃面までの距離は、通常、２０ｍｍ以上とされる。吸着部から被打撃面までの距離は、３０ｍｍ以上であると好ましく、４０ｍｍ以上であるとより好ましい。上述した特殊なハンマではなく、一般的なハンマを用いて被打撃面を打撃する場合には、吸着部から被打撃面までの距離は、５０ｍｍ以上としておくと好ましい。一方、吸着部から被打撃面までの距離を長くしすぎると、必然的に柱状部が長くなって、分離型モーメント印加装置が大型化されてしまう。このため、吸着部から被打撃面までの距離は、通常、２００ｍｍ以下とされる。吸着部から被打撃面までの距離は、１５０ｍｍ以下であると好ましく、１００ｍｍ以下であるとより好ましい。

【0017】

さらにまた、本発明の分離型モーメント印加装置においては、被打撃部の張出部に紐通し孔を設けることも好ましい。これにより、分離型モーメント印加装置に紐を結び付けることが可能になる。本発明の分離型モーメント印加装置は、上述したように、予め紐などで引き上げておかなくても、試料から分離した後に試料に接触しないものとはなっているが、水平に置かれた試料の上面に吸着させた分離型モーメント印加装置を打撃して上方に飛ばした場合などには、重力によって分離型モーメント印加装置が再び試料の上面に落ちてくる場合もある。しかし、試料から分離した分離型モーメント印加装置を紐で引き上げることによって、このような場合でも分離型モーメント印加装置が試料に落ちてこないようにすることが可能になる。この場合、紐に張力を加えるのは、打撃力を加えた際の衝撃で分離型モーメント印加装置が試料から分離したことを確認した後でよく、分離型モーメント印加装置が試料から分離する前は、紐に張力を加えなくてもよいので、モーメントや並進力の印加条件を一定に保つことができ、試料の振動特性を安定して評価することができることは変わらない。また、このように紐通し孔を設けておくことによって、被打撃部を打撃しなくても、該紐通し孔に結ばれた紐を、試料の表面の法線方向に対して傾斜した方向に強く引き上げることによって、試料にインパルス状のモーメントや並進力を印加することができる。

【発明の効果】

【0018】

以上のように本発明によって、試料にインパルス状のモーメントを印加するだけでなく、予め紐などを引き上げておかなくても試料から分離した後に試料に接触しないようにすることができる分離型モーメント印加装置を提供することが可能になる。また、この分離型モーメント印加装置を用いて行うモーメント印加方法を提供することも可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】試料表面に固定した剛体ブロックをハンマで打撃することによって行われる従来のモーメント印加方法を示した図である。

【図2】従来の吸着型モーメント印加装置を使用することによって行われる従来のモーメント印加方法を示した図である。

【図3】従来の分離型モーメント印加装置を使用することによって行われる従来のモーメント印加方法を示した図である。

【図4】本発明の第一実施態様の分離型モーメント印加装置を使用することによって行われる本発明のモーメント印加方法を示した図である。

【図5】本発明の第一実施態様の分離型モーメント印加装置を試料に吸着させた状態を示した正面図である。

【図6】本発明の第一実施態様の分離型モーメント印加装置を試料に吸着させた状態を示した側面図である。

【図7】本発明の第一実施態様の分離型モーメント印加装置を用いて試料の振動特性を評価するシステムの一例を示した図である。

【図8】本発明の第二実施態様の分離型モーメント印加装置を試料に吸着させた状態を示した正面図である。

【図9】本発明の第二実施態様の分離型モーメント印加装置を特殊なハンマを用いて打撃する状態を示した図である。

【図10】分離型モーメント印加装置がその被打撃部に加えられた打撃力の上向き成分によって試料から分離される場合について説明する図である。

【図11】分離型モーメント印加装置がその被打撃部に加えられた打撃力によって生じたモーメントによって試料から分離される場合について説明する図である。

【図12】本発明の分離型モーメント印加装置を用いて試料に加振力を加えた際のモーメントの時間変化を示したグラフである。

【図13】本発明の分離型モーメント印加装置を用いて試料に加振力を加えた際の並進力の時間変化を示したグラフである。

【図14】従来の分離型モーメント印加装置を用いて試料に加振力を加えた際のモーメントの時間変化を示したグラフである。

【図15】従来の分離型モーメント印加装置を用いて試料に加振力を加えた際の並進力の時間変化を示したグラフである。

【図16】本発明及び従来の分離型モーメント印加装置を用いて試料に印加したモーメントのオートパワースペクトルをそれぞれ示したグラフである。

【図17】本発明及び従来の分離型モーメント印加装置を用いて試料に印加した並進力のオートパワースペクトルをそれぞれ示したグラフである。

【図18】本発明及び従来の分離型モーメント印加装置を用いて試料を加振した場合における単位並進力当たりの加速度についての周波数応答関数の測定値と、有限要素法による解析によって求めた周波数応答関数Ｈ_１１（加速度／並進力）とをそれぞれ示したグラフである。

【図19】図１８に示したそれぞれの場合における周波数と位相との関係をそれぞれ示したグラフである。

【図20】本発明及び従来の分離型モーメント印加装置を用いて試料を加振した場合における単位モーメント当たりの加速度についての周波数応答関数の測定値と、有限要素法による解析によって求めた周波数応答関数Ｈ_１２（加速度／モーメント）とをそれぞれ示したグラフである。

【図21】図２０に示したそれぞれの場合における周波数と位相との関係をそれぞれ示したグラフである。

【図22】本発明及び従来の分離型モーメント印加装置を用いて試料を加振した場合における単位並進力当たりの角加速度についての周波数応答関数の測定値と、有限要素法による解析によって求めた周波数応答関数Ｈ_２１（角加速度／並進力）とをそれぞれ示したグラフである。

【図23】図２２に示したそれぞれの場合における周波数と位相との関係をそれぞれ示したグラフである。

【図24】本発明及び従来の分離型モーメント印加装置を用いて試料を加振した場合における単位モーメント当たりの角加速度についての周波数応答関数の測定値と、有限要素法による解析によって求めた周波数応答関数Ｈ_２２（角加速度／モーメント）とをそれぞれ示したグラフである。

【図25】図２４に示したそれぞれの場合における周波数と位相との関係をそれぞれ示したグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0020】

本発明の分離型モーメント印加装置とこれを用いたモーメント印加方法の好適な実施態様について、図面を用いてより具体的に説明する。以下においては、２つの実施態様（第一実施態様及び第二実施態様）の分離型モーメント印加装置を例に挙げて本発明の分離型モーメント印加装置を説明するが、本発明の技術的範囲は、これらの実施態様に限定されるものではなく、発明の趣旨を損なわない範囲で適宜変更を施すことができる。

【0021】

１．第一実施態様の分離型モーメント印加装置
（１）第一実施態様の分離型モーメント印加装置の概要
まず、第一実施態様の分離型モーメント印加装置について説明する。図４は、第一実施態様の分離型モーメント印加装置１０を使用することによって行われる本発明のモーメント印加方法を示した図である。図５は、第一実施態様の分離型モーメント印加装置１０を試料１００に吸着させた状態を示した正面図である。図６は、第一実施態様の分離型モーメント印加装置１０を試料１００に吸着させた状態を示した側面図である。図７は、第一実施態様の分離型モーメント印加装置１０を用いて試料１００の振動特性を評価するシステムの一例を示した図である。

【0022】

第一実施態様の分離型モーメント印加装置１０は、図５又は図６に示すように、試料１００に吸着させるための吸着部１１と、外部から打撃力を加えるための被打撃部１２と、吸着部１１と被打撃部１２とを連結する柱状部１３と、柱状部１３の歪みを検知するための歪み検知手段１４，１５とを備えている。この分離型モーメント印加装置１０は、図４に示すように、試料１００の所定点Ｐに吸着部１１を吸着させた吸着状態（図４（ａ））で被打撃部１２に打撃力Ｆ_Ｒを加えることにより、吸着部１１から試料１００の所定点Ｐにインパルス状のモーメントＭ及び並進力Ｆを印加し（図４（ｂ））、その際の衝撃で吸着部１１が試料１００から分離してその全体が跳ね上げられるものとなっている（図４（ｃ））。試料１００の点Ｐに印加されたモーメントＭ及び並進力Ｆは、被打撃部１２に打撃力Ｆ_Ｒを加えた際に柱状部１３に生ずる弾性的な変形を歪み検知手段１４，１５で検知することにより求めることができる。

【0023】

（２）吸着部
吸着部１１は、試料１００の表面に対して吸着させるための部分となっている。したがって、吸着部１１は、上述した通り、試料１００に吸着させることができるものであれば特に限定されない。第一実施態様の分離型モーメント印加装置１０においては、残留磁束密度１２３０〜１２９０ｍＴ程度のネオジム磁石を採用した。吸着部１１の寸法は、吸着部１１の残留磁束密度と試料１００の磁性との兼ね合いなどによっても異なり、特に限定されないが、小さすぎると、試料１００に対する吸着力ｆ（図４（ａ））が小さくなったり、吸着部１１を試料１００の表面に吸着させた際の分離型モーメント印加装置１０の安定性が低下したりするおそれがある。一方、吸着部１１を大きくしすぎると、試料１００に対する吸着力ｆが大きくなり過ぎて、被打撃部１２に打撃力Ｆ_Ｒを印加しても吸着部１１が試料１００から分離しなくなるおそれがある。このため、吸着部１１の吸着面（試料１００に吸着される面）の面積は、通常、０．１〜１０ｃｍ^２とされ、好ましくは、０．５〜５ｃｍ^２とされる。第一実施態様の分離型モーメント印加装置１０において、吸着部１１は、吸着面の一辺の長さが１ｃｍで厚み（高さ）が３ｍｍの直方体としている。このため、吸着面の面積は１ｃｍ^２となっている。

【0024】

（３）柱状部
柱状部１３は、被打撃部１２に打撃力Ｆ_Ｒを加えた際に弾性的に変形するための部分となっている。吸着部１１から試料１００の所定点Ｐに印加されたモーメントＭ及び並進力Ｆは、後述する歪み検知手段１４，１５で検知した柱状部１３の歪みから求めることができる。したがって、柱状部１３の素材は、外力Ｆ_Ｒによって弾性的に曲げ変形するものであれば特に限定されない。しかし、柱状部１３をヤング率の低い素材で形成すると、柱状部１３を太く形成しなければならなくなり、分離型モーメント印加装置１０が取り扱いにくいものとなるおそれがある。一方、柱状部１３をヤング率の高い素材で形成すると、柱状部１３が変形しにくくなり、得られるモーメントＭや並進力Ｆの測定精度を高く維持できなくなる（歪み検知手段１４，１５で検知される柱状部１３の歪みの誤差が大きくなる）おそれがある。このため、柱状部１３を形成する素材のヤング率は、３０〜３００ＧＰａであると好ましく、５０〜２５０ＧＰａであるとより好ましい。このような素材としては、アルミニウム（ヤング率７０ＧＰａ）や、銅（ヤング率１１０〜１３０ＧＰａ）や、鉄（ヤング率１５０〜２１０ＧＰａ）などの金属が例示される。第一実施態様の分離型モーメント印加装置１０においては、鉄（ＳＳ２０）で柱状部１３を形成している。

【0025】

また、柱状部１３の長さは、上述した通り、通常、吸着部１１から被打撃面１２ｂまでの距離Ｌ（図５）を２０〜２００ｍｍとできる範囲に設定される。第一実施態様の分離型モーメント印加装置１０では、吸着部１１から被打撃面１２ｂまでの距離Ｌが７８ｍｍとなるように柱状部１３の長さを設定している。さらに、柱状部１３の断面寸法（柱状部１３の長手方向に垂直な断面の寸法）は、想定される打撃力Ｆ_Ｒの大きさや、柱状部１３を形成する素材のヤング率や、柱状部１３の長さなどによっても異なるため、特に限定されない。しかし、柱状部１３の断面寸法を小さくしすぎると、柱状部１３の強度を維持するのが困難になり、柱状部１３が破損しやすくなるおそれがある。一方、柱状部１３の断面寸法を大きくしすぎると、柱状部１３が変形しにくくなり、得られるモーメントＭや並進力Ｆの測定精度を高く維持することが困難になるおそれがある。このため、柱状部１３の断面積は、通常、０．１〜１０ｃｍ^２とされ、好ましくは、０．５〜５ｃｍ^２とされる。柱状部１３の断面寸法は、場所によって変化させてもよいが、この場合には、柱状部１３が複雑な形状となり、柱状部１３の製造が困難になるおそれがある。また、モーメントＭや並進力Ｆの算出方法が複雑になるおそれもある。このため、柱状部１３の断面寸法は、被打撃部１２に打撃力Ｆ_Ｒを加えた際に柱状部１３がその中心軸に沿って一様に曲げ変形するように、場所にかかわらず一定にすると好ましい。すなわち、柱状部１３は、四角柱や円柱など、できるだけ単純な形状とすると好ましい。第一実施態様の分離型モーメント印加装置１０において、柱状部１３の断面は、いずれの場所においても一辺の長さが１ｃｍの正方形となっており、その全体は直方体となっている。

【0026】

（４）被打撃部
被打撃部１２は、ハンマ７０などによって打撃力Ｆ_Ｒを加えるための部分となっている。第一実施態様の分離型モーメント印加装置１０において、被打撃部１２は、図５に示すように、正面視逆三角形状となっており、柱状部１３よりも外方（図５の左右方向）に張り出した張出部１２ａ（同図において網掛けハッチングで示した部分）を有する形態となっており、張出部１２ａにおける下面が打撃力を加えるための被打撃面１２ｂとなっている。このため、被打撃部１２に打撃力Ｆ_Ｒが加えられた分離型モーメント印加装置１０を、図４（ｃ）に示すように、試料１００から跳ね上げさせることが可能となっている。第一実施態様の分離型モーメント印加装置１０においては、被打撃部１２の張出部１２ａに紐通し孔１２ｃを設けている。被打撃部１２の素材は、打撃力Ｆ_Ｒを加えても塑性変形しない程度の強度を有するものであれば特に限定されない。被打撃部１２の素材としては、アルミニウムや、鉄などの金属を好適に採用することができる。第一実施態様の分離型モーメント印加装置１０においては、アルミニウムで被打撃部１２を形成している。

【0027】

被打撃面１２ｂの面積は、特に限定されないが、狭くしすぎると、ハンマ７０を当てることが困難になる。このため、被打撃面１２ｂの面積は、通常、１ｃｍ^２以上とされる。被打撃面１２ｂの面積は、２ｃｍ^２以上であると好ましく、３ｃｍ^２以上であるとより好ましい。一方、被打撃面１２ｂの面積を広くしすぎると、必然的に被打撃部１２の寸法も大きくなり、分離型モーメント印加装置１０を取り扱いにくくなるおそれがある。このため、被打撃面１２ｂの面積は、通常、２０ｃｍ^２以下とされる。被打撃面１２ｂの面積は、１５ｃｍ^２以下であると好ましく、１０ｃｍ^２以下であるとより好ましい。第一実施態様の分離型モーメント印加装置１０において、被打撃面１２ｂは、幅約１．３ｃｍ、長さ約４ｃｍの長方形状となっており、その面積は約５ｃｍ^２となっている。

【0028】

また、被打撃面１２ｂの傾斜角度θ（図５）は、上述した通り、０°よりも大きく、１２０°以下の範囲で適宜決定することができる。第一実施態様の分離型モーメント印加装置１０では、一般的なハンマ７０（図４）で被打撃面１２ｂを容易に打撃することができるようにすることを考慮して、被打撃面１２ｂの傾斜角度θを３０°に設定している。ここで、被打撃面１２ｂの傾斜角度θを決定する目安となる考え方について説明しておく。分離型モーメント印加装置１０の被打撃部１２をハンマ７０で打撃した際に、吸着部１１が試料１００から分離する態様には、打撃力Ｆ_Ｒの上向き成分によって試料１００から分離される場合と、打撃力Ｆ_Ｒによって生じたモーメントによって試料１００から分離される場合との２通りがある。

【0029】

まず、吸着部１１が打撃力Ｆ_Ｒの上向き成分によって試料１００から分離される場合について説明する。簡単のため、水平に支持された試料１００の上面に分離型モーメント印加装置１０を垂直（柱状部１３が鉛直）となるように吸着させた場合について説明する。図１０は、分離型モーメント印加装置１０がその被打撃部１２に加えられた打撃力Ｆ_Ｒの上向き成分によって試料１００から分離される場合について説明する図である。図１０から、被打撃部１２に打撃力Ｆ_Ｒを加えた際に、分離型モーメント印加装置１０が試料１００の表面に平行な方向に滑らないための条件は、試料１００の表面と吸着部１１との間の静止摩擦係数をμとし、試料１００に対する吸着部１１の吸着力をＦ_ＭＡＧとし、分離型モーメント印加装置１０の質量をｍとし、重力加速度をｇとすると、下記式１によって与えられる。

【数1】

【0030】

また、図１０から、被打撃部１２に打撃力Ｆ_Ｒを加えた際に、分離型モーメント印加装置１０の吸着部１１が試料１００の表面から分離する条件は、下記式２によって与えられる。

【数2】

【0031】

上記式１，２から、下記式３が成立する。

【数3】

したがって、吸着部１１が打撃力Ｆ_Ｒの上向き成分によって試料１００から分離されることを想定した場合には、被打撃面１２ｂの傾斜角度θは、上記式３を満たす値に設定すればよいことになる。

【0032】

次に、打撃力Ｆ_Ｒによって生じたモーメントによって試料１００から分離される場合について説明する。ここでも、簡単のため、水平に支持された試料１００の上面に分離型モーメント印加装置１０を垂直となるように吸着させた場合について説明する。図１１は、分離型モーメント印加装置１０の被打撃部１２に打撃力Ｆ_Ｒが加えられた際に、その打撃力Ｆ_Ｒに起因して吸着部１１の角部における点Ｏ回りに生じたモーメントによって、分離型モーメント印加装置１０が試料１００から分離される場合について説明する図である。打撃力Ｆ_Ｒに起因して点Ｏ回りに生じるモーメントをＭ_ＨＡＭとすると、モーメントＭ_ＨＡＭは、下記式４によって表わされる。

【数4】

ただし、試料１００の表面から打撃点Ｒまでの距離をＬ_１０とし、打撃点Ｒから点Ｏまでの試料１００の表面に沿った距離をＬ_１１とした。

【0033】

また、被打撃部１２に打撃力Ｆ_Ｒを加えた際に、吸着部１１の吸着力（磁力）に起因して点Ｏ回りに生じるモーメントをＭ_ＭＡＧとすると、モーメントＭ_ＭＡＧは、下記式５によって表わされる。

【数5】

ただし、試料１００に対する吸着部１１の吸着面単位面積当たりの吸着力をｆ_ＭＡＧとし、吸着部１１の吸着面における紙面（図１１）左右方向での幅をｗ_１とし、紙面（図１１）に垂直な方向での幅をｗ_２とした。また、ｘ軸は、紙面（図１１）左右方向にとり、点Ｏを原点として左向きを正とした。

【0034】

このとき、吸着部１１が試料１００から分離するためには、モーメントＭ_ＨＡＭがモーメントＭ_ＭＡＧよりも大きければよいので、上記式４，５から下記式６が導かれる。

【数6】

したがって、吸着部１１が打撃力Ｆ_Ｒによって生じたモーメントによって試料１００から分離されることを想定した場合には、被打撃面１２ｂの傾斜角度θは、上記式６を満たす値に設定すればよいことになる。

【0035】

（５）歪み検知手段
歪み検知手段１４，１５は、被打撃部１２に打撃力Ｆ_Ｒが加えられた際に柱状部１３の所定箇所に生ずる歪みを検知するためのものとなっている。第一実施態様の分離型モーメント印加装置１０においては、図５に示すように、分離型モーメント印加装置１０の先端（吸着部１１の吸着面）から距離Ｌ_Ａの箇所（点Ａ）における柱状部１３の側面と、分離型モーメント印加装置１０の先端から距離Ｌ_Ｂの箇所（点Ｂ）における柱状部１３の側面とに歪み検知手段１４を固定しており、柱状部１３の点Ｃにおける側面に歪み検知手段１５を固定している。歪み検知手段１４，１５は、柱状部１３の片側の側面にのみ設けてもよいが、第一実施態様の分離型モーメント印加装置１０においては、柱状部１３の点Ａ，Ｂ，Ｃにおける両側の側面に歪み検知手段１４，１５を対称に設けている。これにより、歪み検知手段１４の測定値に対する、柱状部１３の中心軸方向に引張力として作用する構造物に印加された並進力の影響や、歪み検知手段１５の測定値に対するモーメントの影響や、計測点（点Ａ，Ｂ，Ｃ）の温度変化の影響をキャンセルすることが可能となっている。

【0036】

第一実施態様の分離型モーメント印加装置１０において、点Ａの両側に固定された歪み検知手段１４は、被打撃部１２に打撃力Ｆ_Ｒを加えた際に柱状部１３の点Ａ回りに発生する曲げモーメントＭ_Ａを求めるためのものとなっている。また、点Ｂの両側に固定された歪み検知手段１４は、被打撃部１２に打撃力Ｆ_Ｒを加えた際に柱状部１３の点Ｂ回りに発生する曲げモーメントＭ_Ｂを求めるためのものとなっている。この曲げモーメントＭ_Ａと曲げモーメントＭ_Ｂの大きさが分かれば、被打撃部１２に打撃力Ｆ_Ｒを加えた際に試料１００の点Ｐ回りに印加されるモーメントＭの大きさを知ることができる。さらに、点Ｃの両側に固定された歪み検知手段１５は、被打撃部１２に打撃力Ｆ_Ｒを加えた際に柱状部１３の点Ｃに発生する引張力Ｆ_Ｃを求めるためのものとなっている。引張力Ｆ_Ｃは、被打撃部１２に打撃力Ｆ_Ｒを加えた際に試料１００の点Ｐに印加される並進力Ｆに等しい。このため、引張力Ｆ_Ｃが分かれば、試料１００に印加された並進力Ｆを知ることができる。第一実施態様の分離型モーメント印加装置１０において、点Ｃは、点Ａと点Ｂの中点としたが、点Ｃは、柱状部１３における他の部分であってもよい。

【0037】

歪み検知手段１４，１５としては、従来用いられている各種の歪みセンサを用いることができる。なかでも、柱状部１３における所定箇所（点Ａ，Ｂ，Ｃ近傍）に追従して変形する検知部を備え、該検知部が前記所定箇所に追従して変形する際に生じ得る該検知部の電気抵抗や磁束密度の変化により、前記所定箇所の歪みを検知する歪みゲージと呼ばれるものが一般的である。柱状部１３における点Ａ，Ｂ，Ｃ近傍のヤング率や断面係数が既知であるならば、歪みゲージによって検知された点Ａ，Ｂ，Ｃ近傍の歪みから、点Ａ回りに発生した曲げモーメントＭ_Ａ点Ｂ回りに発生した曲げモーメントＭ_Ｂ及び点Ｃに発生した引張力Ｆ_Ｃを計算によって求めることができる。

【0038】

以下、歪み検知手段１４によって検知された曲げモーメントＭ_Ａ及び曲げモーメントＭ_Ｂから、被打撃部１２に打撃力Ｆ_Ｒを加えた際に試料１００の点Ｐ回りに印加されるモーメントＭの大きさが求められる原理について説明する。図５に示すように、被打撃部１２に打撃力Ｆ_Ｒを加えた際に、分離型モーメント印加装置１０の先端（吸着部１１の吸着面）から距離Ｌ_Ｑの点Ｑに発生する力の柱状部１３の中心軸方向に垂直な成分の大きさをＦ_Ｑとし、柱状部１３の点Ｑ回りに発生する曲げモーメントの大きさをＭ_Ｑとすると、その際に試料１００における点Ｐ回りに印加されるモーメントＭは、下記式７で表わすことができる。

【数7】

【0039】

また、曲げモーメントＭ_Ａと曲げモーメントＭ_Ｂは、それぞれ下記式８，９で表わすことができる。

【数8】

【数9】

【0040】

上記式８，９からＦ_ＱとＭ_Ｑを求め（Ｆ_ＱとＭ_ＱをＬ_Ａ，Ｌ_Ｂ，Ｌ_Ｑ，Ｍ_Ａ，Ｍ_Ｂを用いて表し）、そのＦ_ＱとＭ_Ｑを上記式７に代入してＭについて整理すると、下記式１０が得られる。

【数10】

上記式１０は、距離Ｌ_Ａ，Ｌ_Ｂが既知であれば、曲げモーメントＭ_Ａ，Ｍ_Ｂを測定することにより、被打撃部１２に打撃力Ｆ_Ｒを加えた際に試料１００の点Ｐ回りに印加されるモーメントＭを求めることができることを意味している。

【0041】

（６）試料の振動特性の評価方法
続いて、第一実施態様の分離型モーメント印加装置１０を用いて行う試料１００の振動特性の評価方法の一例について説明する。試料１００の振動特性の評価は、図７に示すように、分離型モーメント印加装置１０を試料１００に吸着させた状態でその被打撃部１２をハンマ７０により打撃し、分離型モーメント印加装置１０を試料１００から分離させる際の、試料１００の振動を観察することにより行う。本例において、試料１００は、その一端側を固定手段２００に固定することにより、片持ち梁状に支持させた。分離型モーメント印加装置１０における歪み検知手段１４，１５は、ブリッジボックス３０、ハイパスフィルタ４０及びＦＦＴアナライザ５０を介してパーソナルコンピュータ６０に接続している。

【0042】

また、試料１００の所定箇所（点Ｓ）には、加速度ピックアップ２０（加速度センサ）を取り付けおく。本例では、２つの加速度ピックアップ２０ａ，２０ｂを取り付けており、これらは、ハイパスフィルタ４０を介してＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ：高速フーリエ変換）アナライザ５０に接続している。ＦＦＴアナライザ５０は、パーソナルコンピュータ６０に接続している。この加速度ピックアップ２０ａ，２０ｂによって、試料１００における点Ｓの加速度ｘ”（文字変数の右上の「”」は該文字変数を時間で２回微分することを意味する。以下同じ。）及び点Ｓ回りの角加速度φ”を検知することができる。

【0043】

例えば、加速度センサ２０ａが検知した加速度をｘ_ａ”とし、加速度センサ２０ｂが検知した加速度をｘ_ｂ”とすると、加速度ｘ”は、下記式１１に示すように、加速度ｘ_ａ”とｘ_ｂ”の平均値により求めることができる。各式中の各文字における右下の添え字の「ｎ」は、各測定（ｎ＝１，２）を意味している。

【数11】

【0044】

また、加速度センサ２０ａ，２０ｂの中心間の距離をＬ_４とすると、角加速度φ”は、下記式１２によって求めることができる。

【数12】

【0045】

さらに、分離型モーメント印加装置１０に対してハンマ７０で打撃力を加えた際の加速度ｘ”及び角加速度φ”は、加速度／並進力の周波数応答関数をＨ_１１とし、加速度／モーメントの周波数応答関数をＨ_１２とし、角加速度／並進力の周波数応答関数をＨ_２１とし、角加速度／モーメントの周波数応答関数をＨ_２２とすると、下記式１３によって表わされる。

【数13】

【0046】

したがって、測定回数を２回（ｎ＝１，２）とすると下記式１４が得られる。

【数14】

【0047】

この上記式１４を用いることにより、試料１００の周波数応答関数Ｈ_１１，Ｈ_１２，Ｈ_２１，Ｈ_２２を求めることができ、試料１００の振動特性を評価することができる。ただし、時間窓の両端で信号レベルが異なる場合、そのままでは時間窓が影響して周波数応答関数Ｈ_１１，Ｈ_１２，Ｈ_２１，Ｈ_２２を算出することができない。このため、本実験では、図７に示すように、ハイパスフィルタ４０をＦＦＴアナライザ５０の入力側に接続し、低周波数成分の影響を除去できるようにした。ハイパスフィルタ４０は、カットオフ周波数が０．７Ｈｚで、カットオフスロープが−２０ｄＢ／ｄｅｃのものを用いた。

【0048】

２．第二実施態様の分離型モーメント印加装置
次に、第二実施態様の分離型モーメント印加装置について説明する。図８は、本発明の第二実施態様の分離型モーメント印加装置１０を試料１００に吸着させた状態を示した正面図である。上述した第一実施態様の分離型モーメント印加装置１０では、図５に示すように、被打撃部１２が正面視逆三角形状のブロックとなっており、被打撃面１２ｂの傾斜角度θが３０°となっていた。これに対し、第二実施態様の分離型モーメント印加装置１０では、図８に示すように、被打撃部１２が柱状部１３に対して垂直な方向に延びる矩形状のブロックとなっている（分離型モーメント印加装置１０が正面視Ｔ字状となっている）。被打撃面１２ｂは、この被打撃部１２における下面（試料１００側を向く面）となっており、被打撃面１２ｂの傾斜角度θが９０°となっている。このような形態の分離型モーメント印加装置１０を用いても、試料１００における所定点Ｐ回りのモーメントＭを印加することができる。第二実施態様の分離型モーメント印加装置１０において、被打撃部１２の形態以外の他の構成については、第一実施態様の分離型モーメント印加装置１０と同様であるため、当該他の構成についての説明は割愛する。

【0049】

ところで、第二実施態様の分離型モーメント印加装置１０を打撃する場合において、ハンマ７０は、一般的なものを用いてもよいが、この場合には、分離型モーメント印加装置１０における被打撃面１２ｂ以外の部分や試料１００にハンマ７０を当てることなく、ハンマ７０で被打撃面１２ｂを打撃することが困難になる。このため、第二実施態様の分離型モーメント印加装置１０においては、図９に示すように、柄７１と、柄７１の先端に固定されて柄７１に対して垂直な向きに凹んだ溝７２ａを有する断面コの字状の打撃体７２とで構成されたものを用いている。図９は、本発明の第二実施態様の分離型モーメント印加装置１０を特殊なハンマ７０を用いて打撃する状態を示した図である。このハンマ７０の打撃体７２における溝７２ａの内部に分離型モーメント印加装置１０の被打撃部１２における張出部１２ａを挿入した状態でハンマ７０の柄７１を試料１００とは反対側に引っ張ることにより、ハンマ７０を被打撃面１２ｂ以外の箇所に干渉させることなく、被打撃面１２ｂに打撃力を加えることができる。

【0050】

３．実験
（１）実験方法
本発明の分離型モーメント印加装置の有効性を検証するため、試料１００の振動特性を評価する実験を行った。この実験は、図７に示すシステムを用い、上記「１．第一実施態様の分離型モーメント印加装置」における「（６）試料の振動特性の評価方法」で記載した方法で行った。本発明の分離型モーメント印加装置１０としては、図５及び図６に示した第一実施態様の分離型モーメント印加装置１０を使用した。試料１００は、鉄（ＳＳ４００）製の板材を採用し、その一端側を固定手段２００によって片持ち梁状に固定した。図７において、試料１００における突き出した部分の先端から基端までの距離Ｌ_１は５００ｍｍとし、試料１００における突き出した部分の先端から加速度センサ２０の固定点Ｓまでの距離Ｌ_２は４００ｍｍとし、試料１００における突き出した部分の先端から分離型モーメント印加装置１０の吸着点Ｐまでの距離Ｌ_３は２２５ｍｍとし、加速度センサ２０（加速度センサ２１，２２）の中心間の距離Ｌ_４は８．６ｍｍとした。

【0051】

さらに、比較のため、図７に示したものと同じシステムを用いて、従来の分離型モーメント印加装置についても同様の測定を行った。従来の分離型モーメント印加装置としては、図３に示したものを用いた。張出部１２ａを有する被打撃部１２が設けられていない以外の構成（吸着部１１の寸法形状や素材、柱状部１３の寸法形状や素材、歪み検知手段１４，１５の種類や配置、試料１００の寸法形状や素材や固定方法、加速度センサ２０の種類や配置、分離型モーメント印加装置を吸着させる箇所など）については、本発明の分離型モーメント印加装置と同じである。

【0052】

（２）実験結果
図１２は、本発明の分離型モーメント印加装置を用いて試料に加振力を加えた際のモーメントＭの時間変化を示したグラフである。図１３は、本発明の分離型モーメント印加装置を用いて試料に加振力を加えた際の並進力Ｆの時間変化を示したグラフである。図１４は、従来の分離型モーメント印加装置を用いて試料に加振力を加えた際のモーメントＭの時間変化を示したグラフである。図１５は、従来の分離型モーメント印加装置を用いて試料に加振力を加えた際の並進力Ｆの時間変化を示したグラフである。図１６は、本発明及び従来の分離型モーメント印加装置を用いて試料に印加したモーメントＭのオートパワースペクトルをそれぞれ示したグラフである。図１７は、本発明及び従来の分離型モーメント印加装置を用いて試料に印加した並進力Ｆのオートパワースペクトルをそれぞれ示したグラフである。

【0053】

従来の分離型モーメント印加装置を用いた場合では、図１４及び図１５の結果から分かるように、試料に対してモーメントＭや並進力Ｆがステップ状に印加されている。これに対し、本発明の分離型モーメント印加装置を用いた場合では、図１２及び図１３の結果から分かるように、試料に対してモーメントＭや並進力Ｆがインパルス状に印加されている。このことから、本発明の分離型モーメント印加装置は、従来の分離型モーメント印加装置よりも、試料に印加するモーメントＭや並進力Ｆをインパルス状とすることができるものであることが分かった。また、図１２と図１４、及び図１３と図１５をそれぞれ見比べると、本発明の分離型モーメント印加装置を用いた場合では、従来の分離型モーメント印加装置を用いた場合の約２倍の大きさのモーメントＭ及び並進力Ｆが試料に印加されていることが分かる。このことから、本発明の分離型モーメント印加装置は、従来の分離型モーメント印加装置よりも大きなモーメントＭや並進力Ｆを試料に印加できるものであることが分かった。

【0054】

また、図１６及び図１７の結果からも分かるように、本発明の分離型モーメント印加装置を用いた場合では、従来の分離型モーメント印加装置を用いた場合よりも、周波数に対するモーメントＭや並進力Ｆの変動が小さい（特に１００Ｈｚ以下の周波数帯域でのモーメントＭの変動が小さい）ことが分かる。これは、従来の分離型モーメント印加装置では、試料の表面に対して平行な方向に打撃されるため、分離型モーメント印加装置の吸着部が試料の表面に対して滑りながら分離することなどによる影響が表れたものの、本発明の分離型モーメント印加装置では、そのような影響が小さかったためと考えられる。本発明の分離型モーメント印加装置を用いると、低周波帯域から高周波帯域までに亘ってモーメント及び並進力を計測することが可能であることが分かった。

【0055】

さらに、本実験では、有限要素法による解析値との比較も行った。この有限要素法による解析では、試料を２．５ｍｍのメッシュ間隔で分割したシェルメッシュとした。また、試料の振動の減衰比は、同じ試料をインパクトハンマによって打撃する打撃実験を事前に行い、当該打撃実験で得られた減衰比を採用した。本発明及び従来の分離型モーメント印加装置による測定は、上述したものと同じシステムを用いて、同じ方法を採用して行った。

【0056】

図１８は、本発明及び従来の分離型モーメント印加装置を用いて試料を加振した場合における単位並進力当たりの加速度についての周波数応答関数の測定値と、有限要素法による解析によって求めた周波数応答関数Ｈ_１１（加速度／並進力）とをそれぞれ示したグラフである。図１９は、図１８に示したそれぞれの場合における周波数と位相との関係をそれぞれ示したグラフである。図２０は、本発明及び従来の分離型モーメント印加装置を用いて試料を加振した場合における単位モーメント当たりの加速度についての周波数応答関数の測定値と、有限要素法による解析によって求めた周波数応答関数Ｈ_１２（加速度／モーメント）とをそれぞれ示したグラフである。図２１は、図２０に示したそれぞれの場合における周波数と位相との関係をそれぞれ示したグラフである。図２２は、本発明及び従来の分離型モーメント印加装置を用いて試料を加振した場合における単位並進力当たりの角加速度についての周波数応答関数の測定値と、有限要素法による解析によって求めた周波数応答関数Ｈ_２１（角加速度／並進力）とをそれぞれ示したグラフである。図２３は、図２２に示したそれぞれの場合における周波数と位相との関係をそれぞれ示したグラフである。図２４は、本発明及び従来の分離型モーメント印加装置を用いて試料を加振した場合における単位モーメント当たりの角加速度についての周波数応答関数の測定値と、有限要素法による解析によって求めた周波数応答関数Ｈ_２２（角加速度／モーメント）とをそれぞれ示したグラフである。図２５は、図２４に示したそれぞれの場合における周波数と位相との関係をそれぞれ示したグラフである。

【0057】

図１８、図２０、図２２及び図２４を見ると、本発明の分離型モーメント印加装置を用いて求めた周波数応答関数Ｈ_１１，Ｈ_１２，Ｈ_２１，Ｈ_２２も、従来の分離型モーメント印加装置を用いて求めた周波数応答関数Ｈ_１１，Ｈ_１２，Ｈ_２１，Ｈ_２２も、解析値に概ね一致していることが分かる。しかし、従来の分離型モーメント印加装置を用いて求めた周波数応答関数Ｈ_１１，Ｈ_１２，Ｈ_２１，Ｈ_２２では、周波数応答関数Ｈ_１１（図１８）における４０Ｈｚ付近、周波数応答関数Ｈ_１２（図２０）における４０Ｈｚ付近と６３０Ｈｚ付近、周波数応答関数Ｈ_２１（図２２）おける４０Ｈｚ付近と１５０Ｈｚ付近及び７００Ｈｚ付近、及び周波数応答関数Ｈ_２２（図２４）における４０Ｈｚ付近と１５０Ｈｚ付近と６００Ｈｚ付近と７７０Ｈｚ付近の反共振周波数では、解析値から大きくずれていることが分かる。また、従来の分離型モーメント印加装置を用いて求めたモーメントＭに対する周波数応答関数Ｈ_１２，Ｈ_２２（図２０及び図２４）では、高周波数帯域において解析値よりも大きく計測される傾向があることも分かった。

【0058】

これに対し、本発明の分離型モーメント印加装置を用いて求めた周波数応答関数Ｈ_１１，Ｈ_１２，Ｈ_２１，Ｈ_２２では、上記の反共振周波数のうち、周波数応答関数Ｈ_１２（図２０）における６３０Ｈｚ付近、及び周波数応答関数Ｈ_２２（図２４）における６００Ｈｚ付近と７７０Ｈｚ付近では、解析値に一致しなかったものの、周波数応答関数Ｈ_１１（図１８）における４０Ｈｚ付近、周波数応答関数Ｈ_１２（図２０）における４０Ｈｚ付近、周波数応答関数Ｈ_２１（図２２）における４０Ｈｚ付近と１５０Ｈｚ付近及び７００Ｈｚ付近、及び周波数応答関数Ｈ_２２（図２４）における４０Ｈｚ付近と１５０Ｈｚ付近の反共振周波数では、解析値に概ね一致している。また、従来の分離型モーメント印加装置を用いた場合には、解析値よりも大きく計測される傾向のあった、モーメントＭに対する周波数応答関数Ｈ_１２，Ｈ_２２（図２０及び図２４）の高周波数帯域においても、本発明の分離型モーメント印加装置を用いた場合には、ある程度、解析値に近い値をとっている。以上のことから、本発明の分離型モーメント印加装置を用いた場合には、従来の分離型モーメント印加装置を用いた場合よりも、解析値に近い周波数応答関数を得られることが分かった。

【符号の説明】

【0059】

１０ 分離型モーメント印加装置
１１ 吸着部
１２ 被打撃部
１２ａ 張出部
１２ｂ 被打撃面
１２ｃ 紐通し孔
１３ 柱状部
１４ 歪み検知手段
１５ 歪み検知手段
２０ 加速度ピックアップ（加速度センサ）
２０ａ 加速度ピックアップ（加速度センサ）
２０ｂ 加速度ピックアップ（加速度センサ）
３０ ブリッジボックス
４０ ハイパスフィルタ
５０ ＦＦＴアナライザ
６０ パーソナルコンピュータ
７０ ハンマ
７１ 柄
７２ 打撃体
７２ａ 溝
８０ 剛体ブロック
８１ 加速度センサ
９０ 吸着型モーメント印加装置
９１ 吸着部
９２ 操作部
９３ 柱状部
９４ 歪み検知手段
９５ 吸着力遮断手段
１００ 試料
２００ 固定手段

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】