JP2014001948A

JP2014001948A - 疲労試験装置

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Publication number: JP2014001948A
Application number: JP2012135724A
Authority: JP
Inventors: Eiji Nakajima; 英司中島
Original assignee: Saginomiya Seisakusho Inc
Current assignee: Saginomiya Seisakusho Inc
Priority date: 2012-06-15
Filing date: 2012-06-15
Publication date: 2014-01-09

Abstract

【課題】周波数が所定パターンで変化し且つ荷重振幅が周波数によらず所定の一定値となる振動を繰り返し被試験体に加える疲労試験であって、装置の周波数特性の影響を抑制するとともに、試験が進行した場合においても被試験体に加えられる荷重振幅の変化を抑制することができる疲労試験装置を提供する。
【解決手段】疲労試験装置１は、実振動検出手段１６によって検出された実振動に基づいて、試験振動信号Ｓ１の現在の周波数において荷重振幅が目標値Ａｓに近づくように当該現在の周波数に対応して信号振幅記憶手段３５に記憶された信号振幅を補正した補正信号振幅を算出する補正信号振幅算出手段３０ａと、試験振動信号Ｓ１の現在の周波数が再度選択される前に、補正信号振幅算出手段３０ａによって算出された補正信号振幅を当該周波数に対応した信号振幅として信号振幅記憶手段３５に記憶させる信号振幅更新手段３０ｂと、を有している。
【選択図】図５

Description

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、ねじ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疲労試験などに用いられる疲労試験装置に関する。

疲労試験装置は、例えば、被試験体に周期的に変化する荷重としての振動を加える振動試験機と、この振動試験機を制御する振動制御装置とを有している。振動試験機は、試験振動信号が入力されるとその信号に応じた振動を被試験体に加えるように構成されている。振動制御装置は、被試験体に加える振動の目標となる交流信号（周期変動信号）を発振器から入力し、この交流信号に基づき試験振動信号を生成して振動試験機に出力するように構成されている。

このような振動制御装置が、特許文献１に開示されている。この振動制御装置は、振動試験機に入力する試験振動信号を複数のステージに分割し、ステージ毎に異なる周波数、異なる振幅、異なる平均値（振幅の中央値）を目標として設定して、各ステージを所定時間毎に順次切り替えるとともにこれら一連のステージを１ステップとして、このステップを繰り返し実行することにより振動試験を行うものである。

具体的には、この振動制御装置は、異なる周波数の交流信号を発生する複数の発振器とスイッチを介して接続され、所定時間毎にスイッチを切り替えて各発振器と順次接続される。また、振動制御装置は、各交流信号に対応して複数の異なる振幅及び異なる平均値の情報を記憶しており、各ステージにおいて、交流信号並びにこの交流信号に対応する振幅及び平均値から試験振動信号を生成する。

また、振動制御装置は、振動試験機のピックアップからフィードバック信号が入力されており、前回のステップでの各ステージにおいて出力した試験振動信号の振幅及び平均値をこのフィードバック信号で補正して、それぞれ補正後振幅及び補正後平均値として記憶するとともに、次回のステップでの各ステージにおいて、交流信号（周波数）並びにこの交流信号に対応する補正後振幅及び補正後平均値から試験振動信号を生成する。

そして、特許文献１の振動制御装置は、このような構成を備えていることで、発振器を切り替えた際に、速やかに所望の振動を被試験体に加えることができた。

特許第３０５９５３６号公報（特開平５−４５２４７号公報）

疲労試験は、被試験体がどのくらいの繰り返し応力に耐えられるかを評価するために、被試験体に加えられる荷重の変動幅（即ち、荷重振幅）が一定になるように当該被試験体に振動を加えて行う。また、疲労試験においては、周波数によらず荷重振幅を一定として、例えば、被試験体に加える振動を低い周波数から高い周波数に（又は、その逆に）時間とともに徐々に連続的に変化させる周波数スイープ試験など、周波数が時間とともに所定パターンで変化する振動を被試験体に加える試験を行うことがある。

そして、本発明者は、このような周波数が時間とともに変化し且つ荷重振幅が周波数によらず所定の一定値となる振動を被試験体に加える疲労試験において、次のような問題を発見した。

（１）振動試験機には、その構成に応じた周波数特性が存在する。そのため、試験振動信号の信号振幅を一定値とした場合でも、試験振動信号の周波数が変化すると、周波数特性の影響により荷重振幅が変化してしまう。

（２）疲労試験では、試験の進行に伴って被試験体の疲労が進みその特性が変化する。そのため、疲労試験が進行すると、被試験体の特性の変化により荷重振幅が変化してしまう。

これら問題が存在するため、荷重振幅を周波数によらず所定の一定値とすべき疲労試験において、当該疲労試験を通して荷重振幅は必ずしも一定にされていなかった。

そこで、本発明は、周波数が所定パターンで変化し且つ荷重振幅が周波数によらず所定の一定値となる振動を繰り返し被試験体に加える疲労試験であって、装置の周波数特性の影響を抑制するとともに、試験が進行した場合においても被試験体に加えられる荷重振幅の変化を抑制することができる疲労試験装置を提供することを目的としている。

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、周波数が複数の周波数の中から所定パターンにしたがって１つずつ順次選択されて変化し且つ荷重振幅が周波数によらず所定の一定値となる振動を繰り返し被試験体に加える疲労試験に用いられる疲労試験装置であって、前記複数の周波数のそれぞれに対応した信号振幅が記憶される信号振幅記憶手段と、周波数が前記複数の周波数の中から前記所定パターンにしたがって１つずつ順次選択されて変化し且つ信号振幅が当該選択された周波数に対応して前記信号振幅記憶手段に記憶された前記信号振幅となる試験振動信号を繰り返し出力する試験振動信号出力手段と、前記試験振動信号出力手段によって出力された前記試験振動信号に応じた振動を被試験体に加える加振手段と、前記加振手段によって前記被試験体に加えられた実振動を検出する実振動検出手段と、前記実振動検出手段によって検出された前記実振動に基づいて、前記試験振動信号の現在の周波数において前記荷重振幅が前記所定の一定値に近づくように当該現在の周波数に対応して前記信号振幅記憶手段に記憶された前記信号振幅を補正した補正信号振幅を算出する補正信号振幅算出手段と、前記試験振動信号の前記現在の周波数が再度選択される前に、前記補正信号振幅算出手段によって算出された前記補正信号振幅を当該周波数に対応した信号振幅として前記信号振幅記憶手段に記憶させる信号振幅更新手段と、を有していることを特徴とする疲労試験装置である。

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、前記試験振動信号出力手段が、前記実振動検出手段によって検出された前記実振動に基づいて、前記荷重振幅が前記所定の一定値に近づくように、前記試験振動信号の信号振幅を補正して出力するように構成されていることを特徴とするものである。

請求項３に記載された発明は、請求項１又は２に記載された発明において、前記所定パターンが、低い周波数から高い周波数に向けて、又は、高い周波数から低い周波数に向けて徐々に変化するものであることを特徴とするものである。

請求項１に記載された発明によれば、信号振幅記憶手段に、複数の周波数のそれぞれに対応した複数の信号振幅が記憶されており、試験振動信号出力手段が、周波数が複数の周波数の中から所定パターンにしたがって１つずつ順次選択されて変化し且つ信号振幅が当該選択された周波数に対応して信号振幅記憶手段に記憶された信号振幅となる試験振動信号を繰り返し出力する。また、加振手段が、試験振動信号に応じた振動を被試験体に加え、実振動検出手段が、被試験体に加えられた実振動を検出する。そして、補正信号振幅算出手段が、検出された実振動に基づいて試験振動信号の現在の周波数において被試験体に加えられる荷重振幅が所定の一定値に近づくように当該現在の周波数に対応して信号振幅記憶手段に記憶された信号振幅を補正した補正信号振幅を算出し、信号振幅更新手段が、試験振動信号の現在の周波数が再度選択される前に、補正信号振幅を当該周波数に対応した信号振幅として信号振幅記憶手段に記憶させる。

これにより、試験振動信号の周波数に対応して記憶された信号振幅が、当該周波数が再度選択される前に当該周波数において検出された実振動に基づいて算出された補正信号振幅に置き換えられるので、この補正信号振幅は実振動に基づいて補正されたものであるため、装置の周波数特性及び被試験体の特性の変化が反映されており、そのため、試験振動信号が所定パターンにしたがって一通り変化した後、再度所定パターンにしたがって変化する際に当該周波数が再度選択されたときに、これら特性が反映された信号振幅の試験振動信号を出力することができる。したがって、周波数が複数の周波数の中から所定パターンにしたがって１つずつ順次選択されて変化し且つ荷重振幅が周波数によらず所定の一定値となる振動を繰り返し被試験体に加える疲労試験において、装置の周波数特性の影響を抑制するとともに、試験が進行した場合においても被試験体に加えられる荷重振幅の変化を抑制することができる。

請求項２に記載された発明によれば、試験振動信号出力手段が、検出された前記実振動に基づいて、荷重振幅が前記所定の一定値に近づくように、試験振動信号の信号振幅を補正して出力するように構成されているので、試験振動信号が所定パターンにしたがって変化した際に、当該試験振動信号に実振動の状態を即時に反映（フィードバック）でき、そのため、荷重振幅を所定の一定値により近づけることができる。

請求項３に記載された発明によれば、所定パターンが、低い周波数から高い周波数に向けて、又は、高い周波数から低い周波数に向けて徐々に変化するものであるので、所定の周波数範囲について連続的に周波数が変化する振動を被試験体に加えることができる。

本発明の一実施形態の疲労試験装置の概略構成図である。図１の疲労試験装置の機能ブロック図である。図１の疲労試験装置の振動制御部が備えるメモリに格納される信号テーブルの一例を示す図である。図１の疲労試験装置の振動制御部が備えるＣＰＵにおける本発明に係る処理（加振処理）の一例を示すフローチャートである。図１の疲労試験装置の概念的機能ブロック図である。

次に、本発明の一実施形態の疲労試験装置を、図１〜図５を参照して説明する。

以下に説明する疲労試験装置は、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、ねじ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疲労試験などに用いられる。この疲労試験装置は、特に、被試験体に加えられる荷重の変動幅（即ち、荷重振幅）が一定になるように当該被試験体に振動を加えて行う疲労試験に用いられる。本明細書において、「荷重振幅が一定」とは、単に荷重の変動幅が一定であるだけではなく、荷重の変動幅の平均値（荷重振幅の中央値）についても一定であることをいう。

図１、図２に、疲労試験装置（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疲労試験装置の概略構成図である。図２は、図１の疲労試験装置の機能ブロック図である。

疲労試験装置１は、被試験体ＴＰに周期的に変化する荷重としての振動を加える加振部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。

加振部１０は、フレーム１１と、加振手段としてのアクチュエータ１５と、実振動検出手段としてのロードセル１６と、を有している。

フレーム１１は、架台１２と、２本の支柱１３、１４と、を有している。

架台１２は、鉄などの金属を用いて矩形板状に形成されている。架台１２は、工場等の建物のフロアなどに設置されている。２本の支柱１３、１４は、架台上面１２ａに互いに間隔をあけて対向するように立設されている。

アクチュエータ１５は、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て、ピストン１５ｂをシリンダ１５ａから突出させ、ピストン１５ｂをシリンダ１５ａに没入させる。シリンダ１５ａは、一方の支柱１３に、ピストン１５ｂの先端を他方の支柱１４に向けるようにして固定して取り付けられている。アクチュエータ１５は、後述する試験振動信号出力部２１から周期変動信号（試験振動信号Ｓ１）が入力されると、当該試験振動信号Ｓ１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。

ロードセル１６は、その計量部１６ａに加えられた荷重（実振動）を検出して当該荷重に応じた実振動信号Ｓ２を出力する荷重計測装置で構成されている。この実振動信号Ｓ２は、被試験体ＴＰに加えられた荷重振幅を表している。ロードセル１６は、他方の支柱１４に、計量部１６ａを一方の支柱１３に向けるようにして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。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。アクチュエータ１５とロードセル１６とは、例えば、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。または、アクチュエータ１５とロードセル１６とに掴持部を設けて、被試験体ＴＰの両端を掴むように保持してもよく、このようにすることで、圧縮荷重に加えて、引っ張り荷重を被試験体ＴＰに加えることができる。さらに、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。

振動制御部２０は、試験振動信号出力部２１と、マイクロコンピュータ３０（μＣＯＭ３０）と、信号振幅記憶手段としてのメモリ３５と、を有している。

試験振動信号出力部２１は、発振器２２と、補正回路２３と、を有している。

発振器２２は、後述するμＣＯＭ３０からの制御信号に応じて、任意の周波数及び任意の信号振幅の周期変動信号（例えば、正弦波、三角波など）を試験振動信号Ｓ１として出力可能に構成されている。

補正回路２３は、発振器２２からの試験振動信号Ｓ１及びロードセル１６からの実振動信号Ｓ２が入力され、実振動信号Ｓ２に示される荷重振幅が予め設定された単一の目標値Ａｓ（即ち、所定の一定値）に近づくように、実振動信号Ｓ２に基づいて試験振動信号Ｓ１を補正して出力するフィードバック制御を行っている。本実施形態において、補正回路２３は、比例制御を行っており、具体的には、発振器２２からの試験振動信号をＳ１、ロードセルからの実振動信号をＳ２、比例定数をＫｐ１、荷重振幅の目標値Ａｓ、とすると、補正後の試験振動信号Ｓ１’は、以下の式（１）で表される。
Ｓ１’ ＝Ｓ１＋Ｋｐ１×（Ａｓ−Ｓ２）・・・（１）
ここで、試験振動信号Ｓ１、実振動信号Ｓ２及び荷重振幅の目標値Ａｓは、互いにスケールが一致するように調整されている。つまり、各信号等において、値が同一であれば、同一の荷重を表している。このような比例制御以外にも、例えば、ＰＩＤ制御など、本発明の目的に反しない限り、他方式の制御を採用してもよい。

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）と、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、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、及び、計時のためのタイマ等を有している。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、補正信号振幅算出手段及び信号振幅更新手段などの各種手段として機能する。

μＣＯＭ３０は、図示しない外部インタフェース部を介して、発振器２２、ロードセル１６に接続されている。μＣＯＭ３０は、発振器２２に対して制御信号を出力し、ロードセル１６から実振動信号Ｓ２が入力される。また、μＣＯＭ３０は、メモリ３５がバス接続されている。

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、荷重振幅の目標値Ａｓ、及び、試験振動信号Ｓ１における複数の周波数ｆ１〜ｆｎ及びこれらに対応する信号振幅Ａｆ１〜Ａｆｎを含む信号テーブルＴ、が記憶されている。信号テーブルＴの一例を、図３に示す。図３は、図１の疲労試験装置の振動制御部が備えるメモリに格納される信号テーブルの一例を示す図である。

本実施形態において、信号テーブルＴには、複数の周波数ｆ１〜ｆｎと、これら周波数ｆ１〜ｆｎに対応した信号振幅Ａｆ１〜Ａｆｎが含まれている。複数の周波数ｆ１〜ｆｎは、試験振動信号Ｓ１における周波数変化の順番に並べられており、これら複数の周波数ｆ１〜ｆｎは、先頭（ｆ１）から末尾（ｆｎ）に向けて低い周波数から高い周波数となるように（即ち、昇順に）並べられている。これにより、本実施形態での疲労試験は、振動の周波数が、低い周波数から高い周波数に徐々に変化する周波数スイープ試験となる。勿論、これとは反対に、複数の周波数は、高い周波数から低い周波数となるように（即ち、降順に）並べられていてもよく、または、これら以外の順序で並べられていてもよい。また、メモリ３５は、ＤＲＡＭなどの揮発性メモリで構成されていてもよいが、この場合、荷重振幅の目標値Ａｓは、例えば、μＣＯＭ３０のＲＯＭなどの不揮発性メモリに記憶されることになる。

次に、疲労試験装置１のμＣＯＭ３０（具体的にはＣＰＵ）における本発明に係る処理（振動印加処理）の一例について、図４のフローチャートを参照して説明する。この振動印加処理では、周波数が所定パターンとして昇順に徐々に変化し（即ち、周波数スイープ）且つ荷重振幅が周波数によらず一定値（目標値Ａｓ）となる振動を繰り返し被試験体ＴＰに加える。

μＣＯＭ３０は、振動印加処理を実行すると、ステップＳ１１０において、所定の初期化処理を実行する。この初期化処理では、メモリ３５に記憶された信号テーブルＴの複数の信号振幅Ａｆ１〜Ａｆｎの全てに荷重振幅の目標値Ａｓを設定する。つまり、初期状態において、信号テーブルＴの複数の信号振幅Ａｆ１〜Ａｆｎは全て目標値Ａｓに設定される。そして、ステップＳ１２０に進む。

ステップＳ１２０では、複数の周波数ｆ１〜ｆｎの中から所定パターンにしたがって最初の周波数を選択する。具体的には、μＣＯＭ３０は、メモリ３５の信号テーブルＴの複数の周波数ｆ１〜ｆｎのうち先頭の周波数ｆ１を選択する。そして、ステップＳ１３０に進む。

ステップＳ１３０では、試験振動信号出力部２１の発振器２２に周波数及び信号振幅を含む制御信号を送信する。具体的には、μＣＯＭ３０は、現在選択している周波数ｆｋ（ｋ：１〜ｎ）に対応する信号振幅Ａｆｋを信号テーブルＴから読み出して、これら周波数ｆｋ及び信号振幅Ａｆｋを含む制御信号を生成し、発振器２２に送信する。発振器２２は、この制御信号を受信すると、制御信号に含まれる周波数ｆｋ及び信号振幅Ａｆｋとなる信号（試験振動信号Ｓ１）を出力する。そして、ステップＳ１４０に進む。

ステップＳ１４０では、補正信号振幅Ｂｆを算出する。具体的には、μＣＯＭ３０は、ロードセル１６からの実振動信号Ｓ２に示される荷重振幅が予め設定された単一の目標値Ａｓに近づくように、当該実振動信号Ｓ２に基づいて、現在選択されている周波数ｆｋに対応してメモリ３５に格納された信号振幅Ａｆｋを補正した補正信号振幅Ｂｆｋを算出する。本実施形態において、ステップＳ１４０では、比例制御を行っており、現在の周波数ｆｋに対応して格納された信号振幅をＡｆｋ、ロードセルからの実振動信号をＳ２、比例定数をＫｐ２、荷重振幅の目標値Ａｓ、とすると、補正信号振幅Ｂｆｋは、以下の式（２）で表される。
Ｂｆｋ＝Ａｆｋ＋Ｋｐ２×（Ａｓ−Ｓ２）・・・（２）
このような比例制御以外にも、例えば、ＰＩＤ制御など、本発明の目的に反しない限り、他方式の制御を採用してもよい。そして、ステップＳ１５０に進む。

ステップＳ１５０では、所定の周波数継続時間が経過したかを判定する。具体的には、μＣＯＭ３０は、タイマを用いて計時することにより、現在選択されている周波数ｆｋの信号を継続して出力する時間として予め定められた周波数継続時間（例えば、１秒など）が経過したか否かを判定する。そして、周波数継続時間が経過するまで待ち（Ｓ１５０でＮ）、当該時間が経過したのちステップＳ１６０に進む（Ｓ１５０でＹ）。

ステップＳ１６０では、複数の周波数ｆ１〜ｆｎの中から所定パターンにしたがって次の周波数を選択する。具体的には、μＣＯＭ３０は、メモリ３５の信号テーブルＴの複数の周波数ｆ１〜ｆｎのうち、現在選択されている周波数ｆｋの次に周波数の高い周波数ｆｋ＋１を現在の周波数として選択する。また、現在選択されている周波数ｆｋが末尾の周波数ｆｎだったときは、信号テーブルＴの先頭に戻り、現在の周波数として周波数ｆ１を選択する。そして、ステップＳ１７０に進む。

ステップＳ１７０では、補正信号振幅Ｂｆを信号振幅Ａｆとして記憶する。具体的には、μＣＯＭ３０は、現在の周波数ｆｋ＋１の前に選択されていた周波数ｆｋに対応した信号振幅Ａｆｋとして、ステップＳ１５０で算出した補正信号振幅Ｂｆｋを信号テーブルＴに格納する。そして、ステップ１３０に戻り、以降、疲労試験終了まで、ステップＳ１３０〜Ｓ１７０を繰り返す。

上述したステップＳ１５０は、請求項中の補正信号振幅算出手段に相当し、ステップＳ１７０は、請求項中の信号振幅更新手段に相当する。

次に、上述した疲労試験装置１における本発明に係る動作の一例を説明する。

疲労試験装置１では、周波数が信号テーブルＴに格納された複数の周波数ｆ１〜ｆｎの順（昇順）に１つずつ順次選択されて変化し且つ荷重振幅が周波数ｆ１〜ｆｎによらず所定の一定値（目標値Ａｓ）となる振動を繰り返し加える疲労試験を実施する。

まず、疲労試験の試験対象となる被試験体ＴＰ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疲労試験装置１の動作を開始する。

疲労試験開始直後の初期状態において、複数の周波数ｆ１〜ｆｎに対応して信号テーブルＴに記憶された周波数Ａｆ１〜Ａｆｎには荷重振幅の目標値Ａｓが記憶される。そのため、各周波数ｆ１〜ｆｎが最初に選択される１周目では、発振器２２から、周波数が順次周波数ｆ１〜ｆｎに変化し且つ信号振幅が目標値Ａｓとなる試験振動信号Ｓ１がアクチュエータ１５に出力される。

アクチュエータ１５では、試験振動信号Ｓ１に応じてピストン１５ｂが振動し、この振動によって被試験体ＴＰに荷重が加えられる。このときアクチュエータ１５等にはその構成特有の周波数特性があるため、各周波数ｆ１〜ｆｎにおいて試験振動信号Ｓ１の信号振幅を荷重振幅の目標値Ａｓとした場合でも、一部の周波数において荷重振幅が目標値Ａｓに一致しない場合がある。

アクチュエータ１５によって被試験体ＴＰに荷重が加えられると、ロードセル１６において被試験体ＴＰに加えられた荷重が測定されて、この測定された荷重に応じた実振動信号Ｓ２が出力される。

１周目において各周波数ｆ１〜ｆｎが順次選択されていくことに伴って、各周波数において荷重振幅の目標値Ａｓに近づくように、ロードセル１６からの実振動信号Ｓ２に基づいて当該信号振幅Ａｆ１〜Ａｆｎを補正した補正信号振幅Ｂｆ１〜Ｂｆｎを順次算出する。その後、周波数が切り替わる毎に、信号振幅Ａｆ１〜Ａｆｎとして補正信号振幅Ｂｆ１〜Ｂｆｎを順次信号テーブルＴに記憶する。つまり、信号振幅Ａｆ１〜Ａｆｎを順次更新する。

そして、２周目の各周波数ｆ１〜ｆｎでは、発振器２２から、周波数ｆ１〜ｆｎに変化し且つ信号振幅が信号振幅Ａｆ１〜Ａｆｎ（即ち、補正信号振幅Ｂｆ１〜Ｂｆｎ）となる試験振動信号Ｓ１がアクチュエータ１５に出力される。以降、上記動作を同様に繰り返して、実振動信号Ｓ２に基づいて各周波数ｆ１〜ｆｎに対応した信号振幅Ａｆ１〜Ａｆｎを補正、更新していく。これにより、各周波数ｆ１〜ｆｎが選択される毎に信号振幅Ａｆ１〜Ａｆｎが更新されるとともに、各周波数ｆ１〜ｆｎが次回選択されたときに更新された信号振幅Ａｆ１〜Ａｆｎの信号が出力されるので、試験進行に伴って、荷重振幅が目標値Ａｓに近づいていく。

また、実振動信号Ｓ２には、アクチュエータ１５等の周波数特性及び被試験体の疲労による特性の変化が反映されているので、この実振動信号Ｓ２に基づいて信号振幅Ａｆ１〜Ａｆｎを補正して更新していくことで、これら周波数特性及び被試験体の疲労による特性の変化を考慮した試験振動信号Ｓ１を出力することができる。

図５に、本実施形態の疲労試験装置１の概念的機能ブロック図を示す。本実施形態において、メモリ３５が信号振幅記憶手段として機能し、試験振動信号出力部２１が試験振動信号生成手段として機能し、アクチュエータ１５が加振手段として機能し、ロードセル１６が実振動検出手段として機能する。また、μＣＯＭ３０が、補正信号振幅算出手段３０ａ及び信号振幅更新手段３０ｂとして機能する。

本実施形態の疲労試験装置１は、周波数が複数の周波数ｆ１〜ｆｎの中から昇順に１つずつ順次選択されて変化し且つ荷重振幅が周波数によらず所定の一定値（目標値Ａｓ）となる振動を繰り返し被試験体ＴＰに加える疲労試験に用いられる。疲労試験装置１は、複数の周波数ｆ１〜ｆｎのそれぞれに対応した信号振幅Ａｆ１〜Ａｆｎが記憶されるメモリ３５と、周波数が複数の周波数ｆ１〜ｆｎの中から昇順に１つずつ順次選択されて変化し且つ信号振幅が当該選択された周波数に対応してメモリ３５に記憶された信号振幅Ａｆ１〜Ａｆｎとなる試験振動信号Ｓ１を繰り返し出力する試験振動信号出力部２１と、試験振動信号出力部２１によって出力された試験振動信号Ｓ１に応じた振動を被試験体ＴＰに加えるアクチュエータ１５と、アクチュエータ１５によって被試験体ＴＰに加えられた実振動を検出するロードセル１６と、ロードセル１６によって検出された実振動に基づいて、試験振動信号Ｓ１の現在の周波数において荷重振幅が目標値Ａｓに近づくように当該現在の周波数に対応してメモリ３５に記憶された信号振幅を補正した補正信号振幅を算出する補正信号振幅算出手段３０ａと、試験振動信号Ｓ１の現在の周波数が再度選択される前に、補正信号振幅算出手段３０ａによって算出された補正信号振幅を当該周波数に対応した信号振幅としてメモリ３５に記憶させる信号振幅更新手段３０ｂと、を有している。

また、試験振動信号出力部２１が、ロードセル１６によって検出された実振動に基づいて、荷重振幅が目標値Ａｓに近づくように、試験振動信号Ｓ１の信号振幅を補正して出力するように構成されている。

また、試験振動信号Ｓ１の変化を示す所定パターンが、低い周波数から高い周波数に向けて昇順に徐々に変化するものである。

以上より、本実施形態によれば、メモリ３５に、複数の周波数ｆ１〜ｆｎのそれぞれに対応した複数の信号振幅Ａｆ１〜Ａｆｎが記憶されており、試験振動信号出力部２１が、周波数が複数の周波数ｆ１〜ｆｎの中から昇順に１つずつ順次選択されて変化し且つ信号振幅が当該選択された周波数に対応してメモリ３５に記憶された信号振幅Ａｆ１〜Ａｆｎとなる試験振動信号Ｓ１を繰り返し出力する。また、アクチュエータ１５が、試験振動信号Ｓ１に応じた振動を被試験体ＴＰに加え、ロードセル１６が、被試験体ＴＰに加えられた実振動を検出する。そして、補正信号振幅算出手段３０ａが、検出された実振動に基づいて試験振動信号Ｓ１の現在の周波数において被試験体ＴＰに加えられる荷重振幅が目標値Ａｓに近づくように当該現在の周波数に対応してメモリ３５に記憶された信号振幅を補正した補正信号振幅を算出し、信号振幅更新手段３０ｂが、試験振動信号Ｓ１の現在の周波数が再度選択される前に、補正信号振幅を当該周波数に対応した信号振幅としてメモリ３５に記憶させる。

これにより、試験振動信号Ｓ１の周波数ｆ１〜ｆｎに対応して記憶された信号振幅Ａｆ１〜Ａｆｎが、当該周波数の非選択後で再度選択される前に当該周波数において検出された実振動に基づいて算出された補正信号振幅に置き換えられるので、この補正信号振幅は実振動に基づいて補正されたものであるため、疲労試験装置１（具体的には、アクチュエータ１５など）の周波数特性及び被試験体ＴＰの特性の変化が反映されており、そのため、試験振動信号Ｓ１が所定パターンにしたがって一通り変化した後、再度所定パターンにしたがって変化する際に当該周波数が再度選択されたときに、これら特性が反映された信号振幅の試験振動信号Ｓ１を出力することができる。したがって、周波数が複数の周波数の中から昇順に１つずつ順次選択されて変化し且つ荷重振幅が周波数によらず目標値Ａｓとなる振動を繰り返し被試験体ＴＰに加える疲労試験において、疲労試験装置１の周波数特性の影響を抑制するとともに、試験が進行した場合においても被試験体ＴＰに加えられる荷重振幅の変化を抑制することができる。

また、試験振動信号出力部２１が、検出された実振動に基づいて、荷重振幅が目標値Ａｓに近づくように、試験振動信号Ｓ１の信号振幅を補正して出力するように構成されているので、試験振動信号Ｓ１が所定パターンにしたがって変化した際に、当該試験振動信号Ｓ１に実振動の状態を即時に反映（フィードバック）でき、そのため、荷重振幅を所定の一定値により近づけることができる。

また、試験振動信号Ｓ１の変化を示す所定パターンが、低い周波数から高い周波数に向けて昇順に徐々に変化するものであるので、所定の周波数範囲について連続的に周波数が変化する振動を被試験体ＴＰに加えることができる。

本実施形態では、被試験体ＴＰに、周波数が低い周波数から高い周波数に向けて昇順に徐々に変化する振動を加える構成であったが、これに限定されるものではない。例えば、周波数が高い周波数から低い周波数に向けて降順に変化する振動を加える構成や、周波数が昇順及び降順に交互に繰り返して変化する構成、周波数がランダムに変化する構成など、周波数が複数の周波数の中から所定パターンにしたがって１つずつ順次選択されて変化する構成であれば、本発明の目的に反しない限り、周波数の変化パターンは任意である。

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、これら実施形態に限定されるものではない。即ち、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。

１疲労試験装置
１０加振部
１５アクチュエータ（加振手段）
１６ロードセル（実振動検出手段）
２０振動制御部
２１試験振動信号出力部（試験振動信号出力手段）
２２発振器
２３補正回路
３０マイクロコンピュータ（補正信号振幅算出手段、信号振幅更新手段）
３５メモリ（信号振幅記憶手段）
Ｓ１試験振動信号
Ｓ２実振動信号
Ｔ信号テーブル
ＴＰ被試験体
Ａｓ荷重振幅の目標値（所定の一定値）

Claims

周波数が複数の周波数の中から所定パターンにしたがって１つずつ順次選択されて変化し且つ荷重振幅が周波数によらず所定の一定値となる振動を繰り返し被試験体に加える疲労試験に用いられる疲労試験装置であって、
前記複数の周波数のそれぞれに対応した信号振幅が記憶される信号振幅記憶手段と、
周波数が前記複数の周波数の中から前記所定パターンにしたがって１つずつ順次選択されて変化し且つ信号振幅が当該選択された周波数に対応して前記信号振幅記憶手段に記憶された前記信号振幅となる試験振動信号を繰り返し出力する試験振動信号出力手段と、
前記試験振動信号出力手段によって出力された前記試験振動信号に応じた振動を被試験体に加える加振手段と、
前記加振手段によって前記被試験体に加えられた実振動を検出する実振動検出手段と、
前記実振動検出手段によって検出された前記実振動に基づいて、前記試験振動信号の現在の周波数において前記荷重振幅が前記所定の一定値に近づくように当該現在の周波数に対応して前記信号振幅記憶手段に記憶された前記信号振幅を補正した補正信号振幅を算出する補正信号振幅算出手段と、
前記試験振動信号の前記現在の周波数が再度選択される前に、前記補正信号振幅算出手段によって算出された前記補正信号振幅を当該周波数に対応した信号振幅として前記信号振幅記憶手段に記憶させる信号振幅更新手段と、を有していることを特徴とする疲労試験装置。
前記試験振動信号出力手段が、前記実振動検出手段によって検出された前記実振動に基づいて、前記荷重振幅が前記所定の一定値に近づくように、前記試験振動信号の信号振幅を補正して出力するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の疲労試験装置。
前記所定パターンが、低い周波数から高い周波数に向けて、又は、高い周波数から低い周波数に向けて徐々に変化するものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の疲労試験装置。