特許 7403929 試験治具および試験方法

(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】

(24)【登録日】2023-12-15

(45)【発行日】2023-12-25

(54)【発明の名称】試験治具および試験方法

(51)【国際特許分類】

   G01M 7/06 20060101AFI20231218BHJP

【ＦＩ】

G01M7/06

【請求項の数】 12

(21)【出願番号】P 2020150306

(22)【出願日】2020-09-08

(65)【公開番号】P2022044917

(43)【公開日】2022-03-18

【審査請求日】2023-01-27

(73)【特許権者】

【識別番号】000005108

【氏名又は名称】株式会社日立製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110000062

【氏名又は名称】弁理士法人第一国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】春別府 佑

(72)【発明者】

【氏名】谷江 尚史

(72)【発明者】

【氏名】新谷 寛

【審査官】森口 正治

(56)【参考文献】

【文献】特開平１０－７３５１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６３－７８０３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－３３７０８６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｍ ７／００－７／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

振動発生装置に接続可能であり、ｚ軸方向に加振される振動発生装置接続部と、
前記振動発生装置接続部に接続されて、前記ｚ軸方向に交差するｘ軸方向に片持ち状に延在する第一振動板と、
前記第一振動板のｘ軸方向端部近傍に接続されて、前記ｚ軸方向および前記ｘ軸方向に交差するｙ軸方向に片持ち状に延在する第二振動板と、
供試体を設置可能であり、前記振動発生装置接続部から前記第一振動板と前記第二振動板を介して振動を受ける供試体設置部とを有し、
前記第一振動板および前記第二振動板のうち少なくとも１つは、長さ調整機構を有する、
ことを特徴とする試験治具。

【請求項2】

請求項１に記載の試験治具であって、
前記長さ調整機構は、前記第一振動板および前記第二振動板のうち一方に形成された長穴と、前記第一振動板および前記第二振動板のうち他方に形成された雌ねじ穴と、前記雌ねじ穴に螺合可能な雄ねじを備え前記長穴に挿通可能である締結体とを有し、
前記締結体の雄ねじを前記雌ねじ穴に螺合させて締め付けることで、前記第一振動板と前記第二振動板が固定され、
前記締結体の雄ねじを前記雌ねじ穴から緩めることで、前記第一振動板と前記第二振動板が前記長穴に沿って相対移動可能となる、
ことを特徴とする試験治具。

【請求項3】

請求項１に記載の試験治具であって、
前記第二振動板のｙ軸方向端部近傍に接続されて、前記ｚ軸方向に延在する第三振動板を有し、
前記供試体設置部は、前記振動発生装置接続部から前記第一振動板と前記第二振動板と前記第三振動板を介して振動を受ける、
ことを特徴とする試験治具。

【請求項4】

請求項２に記載の試験治具であって、
前記第二振動板のｙ軸方向端部近傍に接続されて、前記ｚ軸方向に延在する第三振動板を有し、
前記供試体設置部は、前記振動発生装置接続部から前記第一振動板と前記第二振動板と前記第三振動板を介して振動を受ける、
ことを特徴とする試験治具。

【請求項5】

請求項４に記載の試験治具であって、
前記長さ調整機構は、前記第二振動板および前記第三振動板のうち一方に形成された長穴と、前記第二振動板および前記第三振動板のうち他方に形成された雌ねじ穴と、前記雌ねじ穴に螺合可能な雄ねじを備え前記長穴に挿通可能である締結体とを有し、
前記締結体の雄ねじを前記雌ねじ穴に螺合させて締め付けることで、前記第二振動板と前記第三振動板が固定され、
前記締結体の雄ねじを前記雌ねじ穴から緩めることで、前記第二振動板と前記第三振動板が前記長穴に沿って相対移動可能となる、
ことを特徴とする試験治具。

【請求項6】

請求項３に記載の試験治具であって、
前記第一振動板と前記第二振動板と前記第三振動板のうち少なくとも１つは、それぞれ厚板部と薄板部とを連設してなる２つの部材を組み合わせて形成され、前記薄板部同士は、前記長さ調整機構を介して連結されている、
ことを特徴とする試験治具。

【請求項7】

請求項４に記載の試験治具であって、
前記第一振動板と前記第二振動板と前記第三振動板のうち少なくとも１つは、それぞれ厚板部と薄板部とを連設してなる２つの部材を組み合わせて形成され、前記薄板部同士は、前記長さ調整機構を介して連結されている、
ことを特徴とする試験治具。

【請求項8】

請求項５に記載の試験治具であって、
前記第一振動板と前記第二振動板と前記第三振動板のうち少なくとも１つは、それぞれ厚板部と薄板部とを連設してなる２つの部材を組み合わせて形成され、前記薄板部同士は、前記長さ調整機構を介して連結されている、
ことを特徴とする試験治具。

【請求項9】

請求項３に記載の試験治具であって、
前記第一振動板の有効長さをＬ_１、前記第二振動板の有効長さをＬ_２、前記第三振動板の有効長さをＬ_３とおいたとき、Ｌ_３＝２（Ｌ_１＋Ｌ_２）／３が成立する、
ことを特徴とする試験治具。

【請求項10】

請求項４に記載の試験治具であって、
前記第一振動板の有効長さをＬ_１、前記第二振動板の有効長さをＬ_２、前記第三振動板の有効長さをＬ_３とおいたとき、Ｌ_３＝２（Ｌ_１＋Ｌ_２）／３が成立する、
ことを特徴とする試験治具。

【請求項11】

請求項５に記載の試験治具であって、
前記第一振動板の有効長さをＬ_１、前記第二振動板の有効長さをＬ_２、前記第三振動板の有効長さをＬ_３とおいたとき、Ｌ_３＝２（Ｌ_１＋Ｌ_２）／３が成立する、
ことを特徴とする試験治具。

【請求項12】

請求項１～１１のいずれか一項に記載の試験治具を用いる試験方法であって、
前記振動発生装置接続部を、前記振動発生装置により前記ｚ軸方向に加振することによって、前記ｚ軸方向以外の方向を含む振動を供試体に付与する、
ことを特徴とする試験方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、試験治具および試験方法に関する。

【背景技術】

【0002】

製品の設計段階で試作品に温度、振動等の過大な負荷を与え、この試作品を製品化した際に脆弱な箇所を早期に把握するＨＡＬＴ（Ｈｉｇｈｌｙ Ａｃｃｅｌｅｒａｔｅｄ Ｌｉｍｉｔ Ｔｅｓｔ）と呼ばれる試験技術がある。かかる試験技術に好適な試験装置として、例えば多軸方向のランダム振動と温度急変を同時負荷可能なＨＡＬＴ装置が製品化されている。

【0003】

一方、１軸方向にのみ加振可能な振動発生装置も広く普及しており、主に、製品の振動に対する信頼性検証に使用されている。１軸方向に加振可能な振動発生装置とその試験治具に関する技術として、例えば特許文献１、２に記載のものが知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０００－０５５７７７号公報

【文献】特開２０００－２５８２９０号公報

【文献】特開平１０－０７３５１２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

通常、ＨＡＬＴ試験の際にはＨＡＬＴ専用装置を使用する。ＨＡＬＴ専用装置は、装置自体も高価であることに加え、一般的には装置を冷却したり試験環境温度を急激に変更させる際に液体窒素や電力を大量に消費するため、１軸の試験装置を使用する場合に比べて評価のためにかかるコストが高くなるという課題がある。そのために、より低コストで評価を行いたいという要請がある。

【0006】

これに対し、製品の故障モードによっては、複数の軸方向に同時に加振した場合、各１軸方向に加振した場合よりも寿命が短縮されるという事象が知られている。また製品によっては、ＨＡＬＴ専用装置を使用せずとも、例えば特許文献３に記載されているような試験装置を用いて試料評価を行うこともできる。

【0007】

特許文献３には、一方向に試料を加振して加振強度を測定する振動試験器を使用して、試料を傾斜した治具に取り付け、一方向に加振することにより、試料に垂直方向の分力によるに加振力と、水平方向の分力による加振力を印加することで、脆弱箇所を抽出できる試験装置が開示されている。かかる試験装置により、評価のためのコストを低減することができる。

【0008】

しかしながら、特許文献３の試験装置において、試料に印加される、垂直方向の加振力と、水平方向の加振力の調整を独立して行うことが難しいという問題がある。そこで、脆弱箇所の抽出のために、１軸方向のみ加振可能な振動発生装置に取り付けることによって試料を複数の軸方向に同時に加振でき、また各軸方向の加振力を様々な比率で容易に変更できる試験治具が望まれている。

【0009】

本発明は、前記課題を鑑みてなされたものであり、１軸方向のみ加振可能な振動発生装置を用いて、供試体に複数軸方向の加振力を同時に負荷し、かつ、各軸方向の加振力の比率を容易に変更できる試験治具および試験方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記課題を解決するため、代表的な本発明の試験治具の一つは、
振動発生装置に接続可能であり、ｚ軸方向に加振される振動発生装置接続部と、
前記振動発生装置接続部に接続されて、前記ｚ軸方向に交差するｘ軸方向に片持ち状に延在する第一振動板と、
前記第一振動板のｘ軸方向端部近傍に接続されて、前記ｚ軸方向および前記ｘ軸方向に交差するｙ軸方向に片持ち状に延在する第二振動板と、
供試体を設置可能であり、前記振動発生装置接続部から前記第一振動板と前記第二振動板を介して振動を受ける供試体設置部とを有し、
前記第一振動板および前記第二振動板のうち少なくとも１つは、長さ調整機構を有することにより達成される。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、１軸方向のみ加振可能な振動発生装置を用いて、供試体に複数軸方向の加振力を同時に負荷し、かつ、各軸方向の加振力の比率を容易に変更できる試験治具および試験方法を提供することができる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】図１は、第１実施形態に係る試験治具の構造を示す概略斜視図である。

【図2】図２は、長さ調整機構の例である。

【図3】図３は、長さ調整機構の例である。

【図4】図４は、振動試験開始前の側面模式図である。

【図5】図５は、振動試験中の変形図である。

【図6】図６は、２次元の材料力学モデルを示す図である。

【図7】図７は、２次元の材料力学モデルの変形図である。

【図8】図８は、２次元の材料力学モデルにおける第一振動板の変形図である。

【図9】図９は、２次元の材料力学モデルを示す図である。

【図10】図１０は、有限要素解析モデルを示す図である。

【図11】図１１は、有限要素解析結果を示す図である。

【図12】図１２は、有限要素解析結果を示す図である。

【図13】図１３は、有限要素解析結果を示す図である。

【図14】図１４は、有限要素解析結果を示す図である。

【図15】図１５は、有限要素解析モデルを示す図である。

【図16】図１６は、有限要素解析結果を示す図である。

【図17】図１７は、有限要素解析結果を示す図である。

【図18】図１８は、有限要素解析結果を示す図である。

【図19】図１９は、第２実施形態に係る試験治具の構造を示す概略斜視図を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、図面を適宜参照しながら、本発明の実施に好適な実施形態を説明する。ただし、本発明はここで取り挙げた実施形態に限定されることはなく、要旨を変更しない範囲で適宜組合せや改良が可能である。
本明細書中、「振動板の有効長さ」とは、振動板の両端に別の振動板が接合されている場合には、振動板の軸線同士が交わる点間の距離をいい、振動板の一端が振動発生装置接続部または供試体設置部と接合され、振動板の他端が別の振動板と接合されている場合は、振動板の軸線が一端側で接合部と交わる点と、他端側で他の振動板の軸線と交わる点との間の距離をいう。また、「長さ調整装置」は、振動板の有効長さの調整を行うものをいう。
また、以下の実施形態では、ｘ軸方向、ｙ軸方向、ｚ軸方向が互いに直交する場合(直交座標系）を例に挙げて説明するが、ｘ軸方向、ｙ軸方向、ｚ軸方向が斜めに交差する場合(斜交座標系）でも、同様に適用可能である。

【0014】

≪第１実施形態≫
図１は、試験治具の構造を示す概略斜視図である。試験治具１００は、振動発生装置接続部１、第一振動板２、第二振動板３、第三振動板４、および供試体設置部５で構成される。振動発生装置接続部１は、１軸方向に加振可能な振動発生装置９（図４，５参照）に、ボルト等を用いて接続される。
ここで、鉛直方向をｚ軸方向とし、ｚ軸方向に直交する方向をｘ軸方向及びｙ軸方向とする。ｘ軸方向及びｙ軸方向は相互に直交する。

【0015】

第一振動板２は、振動発生装置接続部１と隣接して接続され、振動発生装置の振動方向（ｚ軸方向）と直交してｘ軸方向に片持ち状に延在している。第二振動板３は、第一振動板２の端部近傍に接続されてｙ軸方向に片持ち状に延在している。第三振動板４は、第二振動板３の端部近傍に接続されてｚ軸方向に延在している。すなわち、第一振動板２、第二振動板３、第三振動板４は互いに直交している。供試体設置部５は、第三振動板４の端部近傍に位置しており、試験対象となる供試体をボルト等を用いて固定可能である。

【0016】

試験治具１００は、質量が小さく剛性が高いほど共振周波数が大きくなり、試験周波数帯での試験治具の共振を回避しやすくなるため、その素材としては、比重が小さく剛性が高いものを用いることが望ましい。また、振動試験時の負荷による変形、破損や疲労破壊を抑制できる、十分な強度や疲労強度を有する素材を用いることが望ましい。

【0017】

試験治具１００の素材として、例えば、鉄やアルミニウム、あるいはそれらを主成分とした合金等の金属、または、ＦＲＰ（Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）等の複合材料を用いても良い。金属は、一般的に加工性に優れるという長所がある。一方、複合材料は、一般的に比重が小さい割に、剛性や強度が高いという長所がある。

【0018】

第一振動板２、第二振動板３、および第三振動板４の断面形状は、図１に示したような中実の長方形の他、内部に空洞を持つロ字型や、Ｈ字型でも構わない。断面が中実の長方形の場合、例えば締結用のねじ穴等を確保しやすく加工や取り付けが容易という長所がある。一方、断面がロ字型、Ｈ字型の場合は、中実の長方形の場合と比較して、剛性を大きく低下させずに質量を低減できるという長所がある。

【0019】

第一振動板２、第二振動板３、および第三振動板４のうち少なくとも１つは、長さ調整機構６を持つ。長さ調整機構６は、振動発生装置接続部１から供試体設置部５までをつなぐ経路のうち、第一振動板２、第二振動板３、および第三振動板４それぞれの有効長さを相対的に変化させるための機構である。

【0020】

図２、図３に長さ調整機構６の一例を示す。例えば、図２のように第一振動板２に、第二振動板３に対向する長穴状の穴（長穴ともいう、以下同じ）１２を設け、先端に雄ねじを形成したピン（締結体ともいう）１４を穴１２に通して第二振動板３の雌ねじ穴に螺合させ、ピン１４を強く締め付けることによって、第一振動板２に対する位置を固定する。ピン１４を緩めて、長穴状の穴１２に沿って相対移動を許容することで、第二振動板３を第一振動板２の長手方向に対して動かすことができる。この機構により、振動発生装置接続部１から供試体設置部５までをつなぐ経路のうち、第一振動板２の有効長さを変化させることができる。ピン１４と穴１２とで長さ調整機構６を構成する。締結体として、ピンの代わりに汎用のボルトを用いることもできる。

【0021】

同様に、第二振動板３に、第二振動板３に対向する長穴状の穴１３を設け、先端に雄ねじを形成したピン１５を穴１３に通して第三振動板４の雌ねじ穴に螺合させ、ピン１５を強く締め付けることによって、第二振動板３に対する位置を固定する。ピン１５を緩めて、長穴状の穴１３に沿って相対移動を許容することで、第三振動板４を第二振動板３の長手方向に対して動かすことができる。この機構により、振動発生装置接続部１から供試体設置部５までをつなぐ経路のうち、第二振動板３の有効長さを変化させることができる。ピン１５と穴１３とで長さ調整機構６を構成する。

【0022】

図３は、第三振動板４近傍のみを示した側面図である。例えば図３のように、第三振動板４が２つの部材４ａ、４ｂを組み合わせて形成されている。上側の部材４ａは、厚板部４ｃと、厚板部４ｃから下方に向かって突出した薄板部４ｄとを連設している。また、下側の部材４ｂは、厚板部４ｅと、厚板部４ｅから上方に向かって突出し、薄板部４ｄに摺動可能に面接触する薄板部４ｆとを連設している。厚板部４ｃ、４ｅの厚さは等しく、また薄板部４ｄ、４ｆの厚さは等しく、且つ厚板部４ｃ、４ｅの厚さの１／２となっている。

【0023】

薄板部４ｄに、薄板部４ｆに対向して上下方向に延在する長穴状の穴１６を設け、先端に雄ねじを形成したピン１７を穴１６に通して薄板部４ｆの雌ねじ穴に螺合させ、ピン１７を強く締め付けることによって位置を固定する。ピン１７を緩めて、長穴状の穴１６に沿って相対移動を許容することで、第三振動板４の厚板部４ｃ、４ｅ同士の距離を変化させることができ、これにより第三振動板４の全長、すなわち有効長さを変化させることができる。ピン１７と穴１６とで長さ調整機構６を構成する。

【0024】

ここでは、長さ調整機構６の一例を示したが、例えば図３に示した機構が、第一振動板２や第二振動板３に適用されていても構わない。また、図２、図３では、ピン１４、ピン１５、ピン１７を緩めて各部材の位置を変化させる例を示したが、例えばこのピン１４、ピン１５、ピン１７に相当する箇所にアクチュエータを設けて、各部材の相対位置を調整できるようにしても構わない。そうした場合、振動試験時の加振負荷でアクチュエータが破損しないように信頼性を確保することが課題となるが、振動試験途中でもアクチュエータを動作させて有効長さ調整を行えるという長所がある。

【0025】

図４、図５を用いて、試験治具１００の動作を説明する。図４は振動試験開始前の側面模式図であり、図５は、図４の状態から振動試験を実施した際の、ある瞬間の変形形状の模式図である。わかりやすく説明するために変形量を拡大して示している。

【0026】

図４に示すように、試験治具１００は、振動発生装置９に一端側の振動発生装置接続部（図４で不図示）が接続されてＬ字状に延在し、他端側の供試体設置部（図４で不図示）に供試体７を取り付けている。振動発生装置９は、振動部９ａと振動発生装置本体９ｂから構成されている。振動試験中は、図５に示すように、振動部９ａがz軸方向にのみ振動する。しかし、図５に示すように試験治具１００に曲げ変形が生じるため、供試体７には、ｚ軸方向成分の加速度だけでなく、ｘ軸方向成分の加速度が発生する。

【0027】

同様に、紙面垂直のy軸方向にも試験治具１００が曲げ変形し、供試体７にはｙ軸方向成分の加速度が発生する。以上のように、試験治具１００を用いることで、１軸方向のみ加振可能な振動発生装置９によって、供試体７に複数軸方向の加振力を同時に印加することができる。

【0028】

ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸方向それぞれに同一オーダーの大きさの加速度を発生させるためには、供試体７の質量、試験治具１００の材質に応じて、適切な治具の寸法を決定する必要がある。また、試験周波数帯で共振が発生すると、特定の周波数でのみ過大な加速度が発生し、今回目的としている試験を実施できないため、治具の共振周波数も適切に決定する必要がある。

【0029】

以下では、適切な治具の寸法の決定方法を説明する。まず、わかりやすくするため、ｘｚ座標系の２次元の場合を考え、ｘ軸方向、ｚ軸方向それぞれに同一オーダーの加速度を発生させ、かつ試験周波数内での共振を避ける方法を説明する。

【0030】

図６は、ｘｚ座標系における試験治具１００を材料力学モデルで簡易的に示した模式図である。ｘｚ座標系の変形のみを考えるため、紙面垂直方向に存在する第二振動板３は、ここでは省略する。供試体７を質点と仮定した。梁で表した第三振動板４と第一振動板２が供試体７に接続されている。第一振動板２の端部は固定端１１で変形を拘束し、振動発生装置にボルト接続されている状態をモデル化した。

【0031】

図７は、振動試験中のある瞬間、図５と同様の変形が生じた際のモデル形状を示す。ｕ_ｚｅは、振動発生装置による加振で生じる、固定端１１のｚ軸方向変位である。第一振動板２が、たわみ角θ、たわみ量ｕ_ｚで曲げ変形し、それに伴い、供試体７にはｘ軸方向変位ｕ_ｘも発生する。

【0032】

図８は、図７に示したモデルのうち、第一振動板２のみを表示したものである。このとき第一振動板２の先端に作用している荷重をＰ_１とおくと、材料力学における、梁の変形の基礎式より、ｕ_ｚ＝Ｐ_１Ｌ_１ ^３／（３ＥＩ_１）、θ＝Ｐ_１Ｌ_１ ^２／（２ＥＩ_１）と表される。ただし、Ｌ_１は第一振動板２の有効長さ、Ｅは第一振動板２と第三振動板４のヤング率、Ｉ_１は第一振動板２の断面二次モーメントである。

【0033】

また、第三振動板４の有効長さをＬ_３とおくと、θが十分小さいとき、ｕ_ｘ＝Ｌ_３θが成り立つ。ｕ_ｘ、ｕ_ｚに対してｕ_ｚｅが十分小さく、ｕ_ｘ＝ｕ_ｚが成立するとき、Ｌ_３Ｐ_１Ｌ_１ ^２／（２ＥＩ_１）＝Ｐ_１Ｌ_１ ^３／（３ＥＩ_１）より、Ｌ_３＝２Ｌ_１／３となる。すなわち、Ｌ_３＝２Ｌ_１／３という関係が成立するようにＬ_１、Ｌ_３を定めることにより、ｘ軸方向およびｚ軸方向それぞれに同一オーダーの加速度を発生させることができる。

【0034】

図９は、供試体７と第三振動板４の質量を足し合わせ、合成質量１０として質点で表現したモデルである。図７に示した第一振動板２が変形するモードを、図９のはりの振動の１次モードと捉えると、固有振動数ｆ_ｎは、ｆ_ｎ＝１／（２π）√（３ＥＩ_１／（Ｍ＋ｍ_１／４）／Ｌ_１ ^３）と表される。ただし、Ｍは合成質量１０の質量であり、ｍ_１は第一振動板２の質量である。よって、このｆ_ｎが試験周波数に含まれないようにすれば良い。

【0035】

例えば、供試体７の質量をｍ_０＝０．５ｋｇとし、第一振動板２および第三振動板４の材質を密度７．８５ｇ／ｃｍ^３、ヤング率２００ＧＰａの鉄とし、試験周波数帯が１０００Ｈｚ以下の場合を考える。この場合、第一振動板２および第三振動板４の断面形状を中実な長方形すると、例えば、Ｌ_１＝９０ｍｍ、Ｌ_３＝６０ｍｍ、第一振動板２および第三振動板４それぞれの板厚ｔ_１、ｔ_３を、ｔ_１＝ｔ_３＝３０ｍｍとし、板幅ｂ＝１００ｍｍとすることで、共振周波数は１３９０Ｈｚとなり、試験周波数範囲に含まれないので、上記の条件を満たす。

【0036】

図１０に、検証のための有限要素解析で用いた解析モデルを示す。固定端１１で変形を拘束し、供試体設置部５に質量ｍ_０＝０．５ｋｇを等分布に設定し、モデル全体にｚ軸方向の加速度を与えた。

【0037】

図１１に、ｘ軸方向、ｙ軸方向、および軸方向の加速度の応答倍率を示す。ｙ軸方向にはほとんど加速度は発生せず、ｘ軸方向およびｚ軸方向には同等の加速度が発生した。また、共振周波数は推定通り、１０００Ｈｚを上回った。

【0038】

図１２に、図１１で示したｚ軸方向およびｘ軸方向の応答倍率の比を示す。材料力学モデルでの計算では、実際の構造の厚さによる変形への影響等が考慮されないため、応答比はちょうど１．０には一致しなかったが、試験周波数帯１０００Ｈｚ以下の範囲で約０．８となり、狙い通り、ｘ軸方向およびｚ軸方向それぞれに同一オーダーの加速度を発生させられることを検証できた。

【0039】

Ｌ_１、Ｌ_３を変化させることにより、ｘ軸方向およびｚ軸方向それぞれに任意の比率で加速度を発生させることができる。この比率を応答比という。応答比の例を図１３、図１４に示す。

【0040】

図１３は、Ｌ_１＝１００ｍｍ、Ｌ_３＝７５ｍｍとした場合の有限要素解析結果である。ｚ軸方向、ｘ軸方向の応答比を１．０にすることができる。図１４は、Ｌ_１＝１００ｍｍ、Ｌ_３＝４５ｍｍとした場合の有限要素解析結果である。図１４より、ｚ軸方向とｘ軸方向の応答比を約０．５にすることができる。

【0041】

ここまでｘｚ座標系の２次元の場合について説明してきたが、ｘｙｚ座標系の３次元の場合も同様の方法で適切な試験治具の寸法を決定できる。２次元の検討で無視した第二振動板３の変形を、図８と同様のはりの曲げと捉え、はりの先端に発生している荷重をＰ_２とすると、同様に、たわみ量ｕ_ｚ２＝Ｐ_２Ｌ_２ ^３／（３ＥＩ_２）、たわみ角θ_２＝Ｐ_２Ｌ_２ ^２／（２ＥＩ_２）となり、供試体７のｙ軸方向変位ｕ_ｙはｕ_ｙ＝Ｌ_３θ_２となる。ただし、Ｌ_２は第二振動板３の有効長さ、Ｅは第二振動板３のヤング率、Ｉ_２は第二振動板３の断面二次モーメントである。

【0042】

２次元の検討と同様の仮定のもと、ｘ軸方向、ｙ軸方向、およびｚ軸方向の各変位が等しい場合を考えると、ｕ_ｘ＝ｕ_ｙ＝ｕ_ｚ＋ｕ_ｚ２が成り立つ。よって、Ｌ_３Ｐ_１Ｌ_１ ^２／（２ＥＩ_１）＝Ｌ_３Ｐ_２Ｌ_２ ^２／（２ＥＩ_２）＝Ｐ_１Ｌ_１ ^３／（３ＥＩ_１）＋Ｐ_２Ｌ_２ ^３／（３ＥＩ_２）となる。

【0043】

ここで、Ｐ_１、Ｐ_２を消去して整理すると、Ｌ_３＝２（Ｌ_１＋Ｌ_２）／３となる。すなわち、Ｌ_３＝２（Ｌ_１＋Ｌ_２）／３という関係が成立するようにＬ_１、Ｌ_３を定めることにより、ｘ、ｙ、ｚ軸方向それぞれに同一オーダーの加速度を発生させることができる。

【0044】

共振周波数についても、第一振動板２が変形するモードを考えた場合、図９において、合成質量１０を、供試体７と第二振動板３と第三振動板４の質量を足し合わせたものと捉えれば良く、２次元の場合と同様の式を用いることができる。

【0045】

図１５に、２次元の検討と同一条件で、ｘ軸方向、ｙ軸方向、およびｚ軸方向それぞれに同一オーダーの加速度を発生させられるように寸法を選定した治具形状を示す。板厚は全て３０ｍｍ、Ｌ_１＝９０ｍｍ、Ｌ_２＝６０ｍｍ、Ｌ_３＝１００ｍｍである。

【0046】

このモデルに対して、２次元での検討と同様に有限要素解析を実施した。固定端１１で変形を拘束し、供試体設置部５に質量ｍ_０＝０．５ｋｇを等分布に設定し、モデル全体にｚ軸方向の加速度を与えた。

【0047】

図１６に、解析の結果得られたｘ軸方向、ｙ軸方向、およびｚ軸方向の各方向の応答倍率を示す。共振周波数は推定通り、１０００Ｈｚを上回った。図１７に、ｚ軸方向およびｘ軸方向の応答倍率の比を示し、図１８に、ｚ軸方向およびｙ軸方向の応答倍率の比を示す。３次元の場合も、２次元の場合と同様にｘ軸方向、ｙ軸方向、およびｚ軸方向それぞれに同一オーダーの加速度を発生させられることを検証できた。

【0048】

≪第２実施形態≫
図１９は、第二実施形態を示す概略斜視図である。第一実施形態に対し、第二実施形態は、第一振動板２、第二振動板３、第三振動板４に加えて、長さ調整機構６を介して第三振動板４に接続された第四振動板１８を有する。それ以外の構成は上述した実施形態と同様であるため、重複する説明を省略する。

【0049】

第四振動板１８は、第一振動板２、第二振動板３、第三振動板４のうちいずれか１つとは直交していなくても良い。このように振動板４枚以上から成る構成であっても、同様の効果を得られる。構造は複雑になるが、より細かい調整を行える。

【符号の説明】

【0050】

１ 振動発生装置接続部
２ 第一振動板
３ 第二振動板
４ 第三振動板
５ 供試体設置部
６ 長さ調整機構
７ 供試体
８ 振動方向
９ 振動発生装置
９ａ 振動部
９ｂ 振動発生装置本体
１０ 合成質量
１１ 固定端
１２、１３、１６ 穴
１４、１５、１７ ピン（締結体）
１８ 第四振動板
１００試験治具

【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】