特開 2023-7927 振動試験機及び振動試験方法

(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】P2023007927

(43)【公開日】2023-01-19

(54)【発明の名称】振動試験機及び振動試験方法

(51)【国際特許分類】

   G01M 7/04 20060101AFI20230112BHJP

   B23P 19/00 20060101ALN20230112BHJP

【ＦＩ】

G01M7/04

B23P19/00 303Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021111077

(22)【出願日】2021-07-02

(71)【出願人】

【識別番号】306020818

【氏名又は名称】トヨタテクニカルディベロップメント株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002516

【氏名又は名称】弁理士法人白坂

(72)【発明者】

【氏名】榎本 勇介

(72)【発明者】

【氏名】法輪 洋

(72)【発明者】

【氏名】竹端 純一

(72)【発明者】

【氏名】田中 真司

(72)【発明者】

【氏名】横山 翔大

(72)【発明者】

【氏名】毛木 飛鳥

(72)【発明者】

【氏名】森永 洋史

(72)【発明者】

【氏名】森田 健一

【テーマコード（参考）】

3C030

【Ｆターム（参考）】

3C030DA02

(57)【要約】

【課題】被試験物の接続作業中の振動試験機の不用意な動作への対応を可能とし、位置合わせの作業に生じる煩雑さを解消することができる振動試験機を提供する。
【解決手段】被試験物に対して振動を付与する振動本体部と、振動本体部を支持する台部と、振動本体部に隣接して設置されたバランサ部と、振動本体部に設けられ被試験物を装着するステージ部と、バランサ部に収容されステージ部に対して進退可能であり、ステージ部に接触してバランサ部とステージ部との距離を保持する進退棒部とを備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

被試験物に対して振動を付与する振動本体部と、
前記振動本体部を支持する台部と、
前記振動本体部に隣接して設置されたバランサ部と、
前記振動本体部に設けられ前記被試験物を装着するステージ部と、
前記バランサ部に収容され前記ステージ部に対して進退可能であり、前記ステージ部に接触して前記バランサ部と前記ステージ部との距離を保持する進退棒部と、を備える
ことを特徴とする振動試験機。

【請求項2】

前記バランサ部は、前記進退棒部を進退駆動させる進退駆動部を備える請求項１に記載の振動試験機。

【請求項3】

前記バランサ部は前記台部に設置されている請求項１または２に記載の振動試験機。

【請求項4】

前記ステージ部は、前記進退棒部の接触を検知する検知部を備える請求項１ないし３のいずれか１項に記載の振動試験機。

【請求項5】

前記進退駆動部の駆動を制御する制御部が備えられる請求項２に記載の振動試験機。

【請求項6】

前記制御部は、
前記バランサ部から前記進退棒部を前進させて前記ステージ部に接触させる制御と、
前記ステージ部に備えられ前記進退棒部の接触を検知する検知部における前記進退棒部の接触を検知して前記進退駆動部を停止させる制御と、を実行する請求項５に記載の振動試験機。

【請求項7】

請求項１ないし６のいずれか１項に記載の振動試験機における振動試験方法であって、
前記バランサ部から前記進退棒部を前進させて前記ステージ部に接触させる接触工程と、
前記進退棒部により前記バランサ部と前記ステージ部との距離を保持する距離固定工程と、
前記被試験物を前記ステージ部に装着する装着工程と、
前記進退棒部を前記ステージ部から離隔する離隔工程と、
前記振動本体部を振動させて前記被試験物に対して振動を付与する振動工程と、を備える
ことを特徴とする振動試験方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は振動試験機及び振動試験方法に関し、特に振動試験に供する被試験物の装着を容易にする振動試験機と、当該振動試験機における振動試験方法に関する。

【背景技術】

【0002】

被試験物に振動を付与する振動試験機として、例えば、固定支持部材と、モータと、モータの回転運動を直線運動に変換する変換手段と、鉛直方向に往復直線運動し振動を加える加振部等を備える装置が提案されている（特許文献１参照）。特許文献１をはじめとする振動試験機の場合、振動試験機により生じる上下動の振動が振動試験機に接続された被試験物に伝達され被試験物も振動する。

【0003】

このように、被試験物の振動試験機への接続（取り付け）の作業は不可避である。振動試験機の被試験物を接続する部位（ステージ）において、被試験物を上下から挟み込む機構の場合、試験機に近づいた状態で被試験物を接続する部位を昇降させる必要がある。

【0004】

この場合、従来の振動試験機では、被試験物を接続する部位を昇降させるための動力が必要であった。このため、振動試験機を起動させた状態において作業しなければならず、振動試験機の不意な作動への対応が難しい。万が一、起動中の振動試験機が故障したり、外乱ノイズが作用したりして制御できなくなる可能性も否定できない。

【0005】

また、被試験物を振動試験機の所定位置に接続（取り付け）する際に意図しないプリロードが生じてしまう。この現象は被試験物を接続する際の位置制御、挟み込み等により否応なく生じる。加えて、作業者は振動試験機における被試験物を接続する部位の位置合わせのための昇降作業に手間取る。位置合わせのための昇降作業は、振動試験機の外部の制御装置（コントローラ）を通じてステージの昇降を行うため煩雑化しやすい。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２００３－２８７５０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明は上述の点に鑑みなされたものであり、被試験物の接続作業中の振動試験機の不用意な動作への対応を可能とし、位置合わせの作業に生じる煩雑さを解消することができる振動試験機と、同振動試験機による振動試験方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0008】

すなわち、実施形態の振動試験機は、被試験物に対して振動を付与する振動本体部と、振動本体部を支持する台部と、振動本体部に隣接して設置されたバランサ部と、振動本体部に設けられ被試験物を装着するステージ部と、バランサ部に収容されステージ部に対して進退可能であり、ステージ部に接触してバランサ部とステージ部との距離を保持する進退棒部とを備えることを特徴とする。

【0009】

さらに、バランサ部は、進退棒部を進退駆動させる進退駆動部を備えることとしてもよい。

【0010】

さらに、バランサ部は台部に設置されていることとしてもよい。

【0011】

さらに、ステージ部は、進退棒部の接触を検知する検知部を備えることとしてもよい。

【0012】

さらに、進退駆動部の駆動を制御する制御部が備えられることとしてもよい。

【0013】

さらに、制御部は、バランサ部から進退棒部を前進させてステージ部に接触させる制御と、ステージ部に備えられ進退棒部の接触を検知する検知部における進退棒部の接触を検知して進退駆動部を停止させる制御とを実行することとしてもよい。

【0014】

また、実施形態の振動試験機における振動試験方法は、バランサ部から進退棒部を前進させてステージ部に接触させる接触工程と、進退棒部によりバランサ部とステージ部との距離を保持する距離固定工程と、被試験物をステージ部に装着する装着工程と、進退棒部をステージ部から離隔する離隔工程と、振動本体部を振動させて被試験物に対して振動を付与する振動工程とを備えることを特徴とする。

【発明の効果】

【0015】

本発明の振動試験機によると、被試験物に対して振動を付与する振動本体部と、振動本体部を支持する台部と、振動本体部に隣接して設置されたバランサ部と、振動本体部に設けられ被試験物を装着するステージ部と、バランサ部に収容されステージ部に対して進退可能であり、ステージ部に接触してバランサ部とステージ部との距離を保持する進退棒部とを備えるため、被試験物の接続作業中の振動試験機の不用意な動作への対応を可能とし、位置合わせの作業に生じる煩雑さを解消することができる。また、振動試験機における振動試験方法に関しても、同様の効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】実施形態の振動試験機における進退棒部の前進時の全体斜視図である。

【図2】実施形態の振動試験機における進退棒部の後退時の全体斜視図である。

【図3】ステージ部の背面側の斜視図である。

【図4】バランサ部内の概要図である。

【図5】制御部の内部構成を示すブロック図である。

【図6】振動試験方法の流れを示す工程フローチャートである。

【図7】（Ａ）振動試験方法を説明する第１概略模式図、（Ｂ）振動試験方法を説明する第２概略模式図である。

【図8】（Ａ）振動試験方法を説明する第３概略模式図、（Ｂ）振動試験方法を説明する第４概略模式図である。

【図9】（Ａ）振動試験方法を説明する第５概略模式図、（Ｂ）振動試験方法を説明する第６概略模式図である。

【図10】振動試験方法を説明する第７概略模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

実施形態の振動試験機１は、上下動により生じる振動を被試験物に対して付与し、被試験物の振動、衝撃への耐性を確認するための試験機である。なお、実施形態の振動試験機の構成は横向きとして水平方向移動の振動を生じさせる試験機構成にも適用可能である。

【0018】

図１及び図２の斜視図から理解されるように、振動試験機１の台部１１に振動駆動部１５が固定される。振動駆動部１５に被試験物に対し振動を付与する振動本体部１０が接続され支持されている。そして、振動本体部１０に隣接してバランサ部１２が備えられる。実施形態の振動試験機１では、バランサ部１２は振動本体部１０に隣接するとともに台部１１に固定されている。バランサ部１２が台部１１に固定されているため、振動本体部１０の振動、衝撃は直接バランサ部１２に伝わり難くなる。

【0019】

振動本体部１０には被試験物を装着するステージ部１３が設けられている。後述の図７、図８のように、ステージ部１３の上部に被試験物が装着される。図１に示される進退棒部１４は、バランサ部１２からステージ部１３に対して進退可能でありバランサ部１２に少なくとも一端が収容されている。図１は進退棒部１４の前進状態を示し、図２は進退棒部１４の後退状態を示している。実施形態の振動試験機１は上下動の機種である。そこで、進退棒部１４の前進は上昇を意味し、進退棒部１４の後退は降下を意味する（以降の説明においても同様である。）。そして、進退棒部１４が前進して当該前進位置に留まることにより、進退棒部１４はステージ部１３に接触してバランサ部１２とステージ部１３との距離を保持する。進退棒部１４は、実施形態の１本としても、２本以上の複数本としてもよい。

【0020】

振動駆動部１５において振動を生じさせる機構には公知の装置構成が用いられる。例えば、モータに接続された適宜の偏心カムの回転により振動が生じる。または、レールと当該レールに接続される駆動体と、当該駆動体を駆動させるアクチュエータが備えられる（図示せず）。電磁石の切り替え動作により上下振動が繰り返される。実施例の振動試験機１の振動駆動部１５には電磁石の駆動によるアクチュエータが備えられる。図１及び図２から理解されるように、振動本体部１０は振動駆動部１５の側面に貼り付いており、振動駆動部１５内のアクチュエータの駆動に伴い、振動本体部１０は上下移動を繰り返し、振動本体部１０に振動が生じる。

【0021】

図３はステージ部１３の背面側の斜視図である。ステージ部１３には、進退棒部１４の接触を検知する検知部３０が備えられる。検知部３０には公知の接触検知センサが用いられる。接触検知センサとして、例えば、圧電素子が用いられる。むろん、圧電素子以外が用いられてもよい。検知部３０の接触検知センサが進退棒部１４の接触を検知すると、当該検知信号は検知部３０から制御部４０（図５参照）に送信される。なお、進退棒部が複数本の場合、進退棒部の本数と同数の検知部が備えられる。図３中、ステージ部１３の周囲の３方にはグリップ部１６が備えられる。作業者はグリップ部１６を掴持してステージ部１３に被試験物を装着することができる。

【0022】

図４はバランサ部１２の内部の概要図である。バランサ部１２には、進退棒部１４を進退駆動させる進退駆動部２０が備えられる。実施形態の振動試験機１では、進退駆動部２０は空気圧により駆動するピストンの機構である。図４から理解されるように、進退駆動部２０には、シリンダ部２１と、当該シリンダ部２１に挿入されるピストン部２２、ピストン部２２を駆動させるポンプ２５、バルブ２３，２４が備えられ、進退棒部１４はピストン部２２に接続されている。

【0023】

空気はポンプ２５からの圧送により送気配管２６を通じてシリンダ部２１へ供給される。また、シリンダ部２１の空気は排気配管２７を通じて外部に放出される。送気配管２６と排気配管２７にはバルブ２３，２４が設置される、バルブ２３，２４により、管路の閉鎖、開放が行われ、空気のシリンダ部２１へ供給と排気が行われる。進退駆動部２０（ポンプ２５、バルブ２３，２４）は制御部４０（図５参照）に接続され、当該制御部４０の制御に従って駆動する。

【0024】

進退駆動部２０における進退棒部１４の駆動形態は、図示し説明の空気圧駆動の形態に限られない。他に、定荷重ばね、またはモータ駆動によるボールねじ等の機械式の駆動形態、油圧による駆動形態、電磁石による電気式の駆動形態等が適宜採用される。

【0025】

進退棒部１４を進退駆動させる進退駆動部２０の駆動を制御するため、制御部４０が備えられる。制御部４０は、主にＰＬＣ（プログラマブル・ロジック・コントローラ）、パーソナルコンピュータ、タブレット端末等の演算処理が実行可能な機器である。実施形態の制御部４０はＰＬＣを採用している。

【0026】

図５は制御部４０（ＰＬＣ）の内部構成を示すブロック図である。制御部４０の構成は、検知部３０からの信号受信、進退駆動部２０との信号の送受信、演算実行、記憶等の等の各種の動作制御に必要なマイクロコンピュータ等のハードウェアからなり、ＣＰＵ４１、ＲＯＭ４２、ＲＡＭ４３、Ｉ／Ｏ４４（インプット／アウトプットインターフェイス）等を実装している。制御部４０をソフトウェアにより実現する場合、制御部４０は、各機能を実現するソフトウェアであるプログラムの命令を実行することで実現される。

【0027】

制御部４０は具体的に次の制御を実行する。制御部４０は、バランサ部１２から進退棒部１４を前進させてステージ部１３に接触させる。制御部４０は、検知部３０における進退棒部１４の接触を検知して進退駆動部２０を停止させる。進退棒部１４は進退駆動部２０の駆動を通じてステージ部１３と接触する。いったん進退棒部１４がステージ部１３と接触した後（接触検知後）、さらに進退棒部１４が前進するとステージ部１３がバランサ部１２から離れて位置ずれが生じる。そうなると、進退棒部１４によりステージ部１３とバランサ部１２との位置を保持する意味が減殺される。そこで、進退駆動部２０は停止するとともに、進退棒部１４はステージ部１３と接触した位置にて保持される。

【0028】

これまで説明してきた実施形態の振動試験機１について、当該振動試験機１を用いる振動試験方法の流れは図６の工程フローチャートとして示される。図６の工程フローチャートとともに、図７ないし図１０の概略模式図を用いて説明する。図６の工程フローチャートのとおり、振動試験機１を用いる振動試験方法では、接触工程（Ｓ１）、距離固定工程（Ｓ２）、装着工程（Ｓ３）、離隔工程（Ｓ４）、振動工程（Ｓ５）の順に、各工程が進められる。図７ないし図１０の各図は、説明の便宜のため振動本体部１０を省略してバランサ部１２、ステージ部１３、進退棒部１４のみを示している。

【0029】

図７（Ａ）は、制御部４０の制御下で進退駆動部２０が駆動してバランサ部１２から進退棒部１４は前進（上昇）してステージ部１３に接近している状態を示す。そして、図７（Ｂ）は、進退棒部１４がさらにバランサ部１２から前進（上昇）してステージ部１３と接触した状態を示す。このとき、進退棒部１４とステージ部１３との接触は検知部３０により検知される。当該段階が、バランサ部１２から進退棒部１４を前進させてステージ部１３に接触させる「接触工程」である（図６のＳ１参照）。

【0030】

図８（Ａ）は、検知部３０が進退棒部１４とステージ部１３との接触を検知して進退駆動部２０の前進駆動（上昇）に制動が加わり進退棒部１４が止まった状態を示す。当該段階が、進退棒部１４によりバランサ部１２とステージ部１３との間の距離が保持される「距離固定工程」である（図６のＳ２参照）。図８（Ａ）において、ステージ部１３の上部側に、振動試験に供する被試験物Ｔｅが仮置きされる。

【0031】

図７（Ａ）、（Ｂ）から図８（Ａ）までは、振動試験機１の振動駆動部１５は駆動可能（電源ＯＮ）であり、振動本体部１０の上下駆動は可能な状態である。しかし、進退棒部１４によりバランサ部１２とステージ部１３との距離が保持されるため、突発的な振動駆動部１５の誤作動によるステージ部１３の降下は回避される。

【0032】

図８（Ｂ）に図示の状態では、振動試験機１の振動駆動部１５は駆動停止状態（電源ＯＦＦ）となる。そして、進退駆動部２０の駆動が解除され、進退棒部１４の進退位置（上下位置）の微調整が手動により可能となる。

【0033】

図９（Ａ）は、被試験物Ｔｅの固定状態を示す。ステージ部１３に仮置きされた被試験物Ｔｅの上部側に固定ブロック１７が設置され、被試験物Ｔｅはステージ部１３と固定ブロック１７により挟まれるとともに、固定ブロック１７は振動本体部１０に接続される。こうして被試験物Ｔｅは強固に振動試験機１の振動本体部１０に装着される。当該段階が、被試験物Ｔｅをステージ部１３に装着する「装着工程」である（図６のＳ３参照）。

【0034】

図９（Ａ）の状態では、被試験物Ｔｅのステージ部１３への装着に際し、固定ブロック１７の固定のため、ステージ部１３の上下位置の微調整が行われる場合もある。このとき、ステージ部１３は進退棒部１４により下方から下支えされている。進退駆動部２０の駆動は解除されているとしても、進退棒部１４の位置はシリンダ部２１内の空気圧によりほぼ一定に維持されている。そのため、ステージ部１３の不意な降下、極端な位置ずれは進退棒部１４により抑制される。

【0035】

図９（Ｂ）は、被試験物Ｔｅの振動本体部１０への装着が完了した状態を示す。このとき、進退駆動部２０は駆動を再開して、進退棒部１４はバランサ部１２側へ後退（降下）している。当該段階が、進退棒部１４をステージ部１３から離隔する「離隔工程」である（図６のＳ４参照）。

【0036】

図１０は、被試験物Ｔｅに対する振動試験実施可能な状態を示す。進退棒部１４が十分に後退（降下）してステージ部１３からバランサ部１２までの距離が確保され、ステージ部１３とバランサ部１２との間に障害物が存在しないことが確認される。そして、振動試験機１の振動駆動部１５は駆動状態（電源ＯＮ）となり、上下振動を開始する。当該段階が、振動駆動部１５により振動本体部１０を振動させて被試験物Ｔｅに対して振動を付与する「振動工程」となる（図６のＳ５参照）。

【0037】

図７ないし図１０の各段階から理解されるように、実施形態の振動試験機１を用いる振動試験方法にあっては、バランサ部１２から進退（昇降）する進退棒部１４により、振動本体部１０に設けられるステージ部１３は下方から支えられる。従って、被試験物Ｔｅのステージ部１３への装着作業時、振動試験機１の振動駆動部１５は停止しているため、振動試験機１自体の制御不良による影響は解消される。

【0038】

また、進退棒部１４がステージ部１３を支持するため、被試験物Ｔｅをステージ部１３に装着する際の意図しないプリロードは生じ難くなる。加えて、振動試験機１の振動駆動部１５と進退駆動部２０の両方とも駆動停止状態であっても進退棒部１４は位置を保持している。このため、被試験物Ｔｅをステージ部１３に装着する際の位置合わせの際に振動駆動部１５を作動させてステージ部１３を昇降させて位置合わせをする必要はなく、操作は簡便となる。

【符号の説明】

【0039】

１ 振動試験機
１０ 振動本体部
１１ 台部
１２ バランサ部
１３ ステージ部
１４ 進退棒部
１５ 振動駆動部
１７ 固定ブロック
２０ 進退駆動部
２１ シリンダ部
２２ ピストン部
２３，２４ バルブ
２５ ポンプ
２６ 送気配管
２７ 排気配管
３０ 検知部
４０ 制御部
４１ ＣＰＵ
４２ ＲＯＭ
４３ ＲＡＭ
４４ インプット／アウトプットインターフェイス
Ｔｅ 被試験物

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】