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自動車部品のための3軸同時振動試験の技術(PDF)

動電型 3軸同時振動試験システム

実環境を再現する 〜Reality for your testing〜

実環境を再現する

12年前に大手自動車メーカー、タイヤメーカーからの要望により油圧式振動試験機に代わる画期的なサーボモータ式3軸同時振動試験機の研究開発を開始。 国際計測器の基幹ビジネス領域で培い蓄積した技術により、短期間の内にDC〜200Hzの加振能力を有するサーボモータ式3軸同時振動試験機の開発を完了させ、百数十台に及ぶ振動試験機を世の中に送り出しました。

その後、自動車部品メーカーより高周波数帯域(2000Hz)までの3軸同時試験機開発要求があり、高周波数帯域を得意とし2000Hz以上の単軸加振を実現していたED(動電型) をアクチュエーターとした3軸同時振動試験機の開発に着手しました。 (自動車部品・航空機産業の規格:MIL規格に準拠した要求仕様を目標とした)

2015年には3軸同時加振において最も難しいとされる3軸同時サインスイープで2000Hzを達成、 2015年末には剛性・制御性・伝達性を更に高め、あらゆる供試体の高周波数帯域3軸同時試験に対応する試験機へと進化を遂げました。

急速に進むグローバル化と複雑化してゆく市場において、メーカーへの安全に対する責任は増し、より確かで実環境に近い試験が求められています。単に性能の良い振動試験機(単軸仕様)を複数個ならべるだけでは、多軸同時振動試験機は成り立ちません。 3軸同時2000Hz加振を実現する為には高いメカトロニクス技術が必要なのです。

我々国際計測器は、創業以来培ってきたサーボモータ制御技術を駆使したサーボ式3軸振動試験機の3軸制御技術と基本のメカトロニクス技術を動電型に応用し最新型EDSシリーズをリリースします。

より実環境に近い試験を求められている世界の振動試験に携わる皆様に向けて・・・

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単軸から多軸へ 〜Multi Simultaneous Vibration Testing〜

複雑に絡み合う3方向からの加振力をコントロールする為には、3軸制御コントローラーの性能が必要不可欠です。 しかし、いかに高価で性能の良いコントローラーであっても、コントローラーの制御だけでは3軸同時2000Hzを実現する事は出来ません。 我々国際計測器はこれまでに培ったメカトロニクス技術を駆使し3軸同時に求められる下記の要素をクリアして参りました。

  1. 直動性
  2. 伝達性
  3. 転倒モーメント
  4. 剛性
  5. クロストーク
  6. 加振テーブル面上の均一性
動電型 3軸同時振動試験システム

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直動性

各軸の可動部から加わる加振力を余すことなく加振テーブルに伝達する為には、高い直動性が必要です。

可動部の直動性能保持機構

国際計測器:スライドユニット

可動部のアライメント保持・防振機構

フローティングユニット

フローティングユニット
〜Floating Unit〜

.轡А璽ーのアライメント保持
水平・垂直方向それぞれにスライドユニットを配し、シェーカー自体のアライメントを保持。

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架台と加振機本体をリジットにする事で剛は保たれるが加振を行った際、発生した振動( 共振) を抑えられる架台を構築することは難しく困難でした。 そこでEDS シリーズでは、水平・垂直方向それぞれに特殊バネを用いた防振機構を採用し、各軸間での干渉を防ぐと共に、各軸から架台への振動を打ち消す事に成功しました。また、これにより外乱を防止する事も可能にしています。

⇒各軸における高い直動性を確保

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伝達性

加振テーブルに与えられる各軸からの振動を伝達する機構として、優れた能力を持つ独自の特殊スライドユニットを採用しました。

特許取得済み 2012-237736

特殊スライドユニット

最新型特殊スライドユニット

振動伝達機構で最も多く使われている静圧軸受は、偏荷重に弱く、多軸同時振動システムには不向き。また、従来のスライドユニットでは高周波数帯域でおこるドライブ電圧のピークとノッチがプラス・マイナス方向それぞれに約20dBのレンジがあったが、 最新型では接触面が増え伝達性が向上された事等の要因により、ピークで約15dBノッチでは3dB以内に抑える事が可能となった。

⇒伝達性が上がり、余分な加振力を必要としない

クロスガイド

クロスガイド

高い伝達性を持つ特殊スライドユニットをX,Y,Z各軸にクロス型に配置する事で、加振テーブルに対し面で加振力を伝達出来る機構にすると共に、他軸からの干渉を打ち消す機構としています。

高剛性加振テーブル

高剛性加振テーブル

高周波数帯域における加振力を充分にワークに伝える役割を担う加振テーブルは縦横の剛性を同等にすることで転倒モーメントに強い高剛性のテーブルとなる。 最新型では、ワーク設置部周囲にリブを持つ構造とする事で、理想に近い高剛性のテーブルとなっています。

直動性の高い各軸からの加振力 + 高い伝達性を持つ機構

⇒モーメント・転倒モーメントに強く、低クロストークの3軸システム

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技術開発力がもたらす精度

低クロストーク

3軸同時加振におけるクロストーク( 直行軸の干渉) とは、各軸の制御加速度が、相互の影響を受けず指示値に対して正確に制御できているかどうかを判断する値です。 高周波帯域での3軸同時加振において、クロストークは波形制御に大きな影響を与え、加振軸外からの影響が大きいと制御さえ出来なくなります。
EDSシリーズの様にクロストークが少ない加振装置では、下図のような高精度の多軸加振を実現する事が可能です。

3軸同時サインスイープ/3軸同時ホワイトノイズランダム

面上の均一性

下図の通り、加振テーブル中央を制御点としワーク搭載範囲4隅の面分布を計測、水平・垂直加振時共に高周波域まで約6dB以内の高い均一性を保持しています。 EDSシリーズの高い面上の均一性保持は、低いクロストークを維持し、高い剛性と転倒モーメント耐性に優れた機構が実現させた最大の特徴です。

Y軸加振【サインスイープ】加速度:1G 10Hz - 2000Hz

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3軸同時加振2000Hzを実現

MIL-Standard

50年以上に渡る振動試験機開発の歴史の中で、世界有数のメーカー数十社が「MIL-STD-810 規格による振動試験」に対応可能な3軸同時加振機の開発に挑戦してきましたが、未だこの規格を十分満足する性能を持つ装置の完成には至っておりません。 EDSシリーズは、この厳しい規格に対応出来る唯一の製品です。

MIL-STD-810 規格による振動試験

過酷な試験環境を作り出す

自動車部品の中でも厳しい試験の一つとして、回転機構と振動試験を組み合わせたものがあります。
供試体にベルトテンションをかけ回転させながら、多軸振動を同時に与えることで過酷な実環境を再現するもので、試験機にも高いメカトロニクス技術が必要です。EDS シリーズは高い精度を維持し多軸同時試験を実現しています。

実際にモーターを駆動させ、供試体に実テンションと実回転をかけた状態での多軸同時加振

高剛性加振テーブル

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システム基本構成

システム基本構成図

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オプション

恒温槽

恒温槽

弊社製3軸動電型振動試験機に、適合する温湿度環境槽です。
温度範囲−70℃〜+150℃、湿度範囲20〜95%RHで試験体に3軸同時加振を加えることで、実環境に最も近い試験を行うことが可能です。

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