振動試験装置・複合環境試験装置の構成と仕組み

振動試験・複合環境試験とは、機械製品や電気製品などの工業製品について、機能・性能・信頼性といった品質を評価するための試験手法です。自動車、船舶、人工衛星、航空機、コンピュータ、スマートフォンなどの工業製品は、使用環境や製品のライフサイクルを通じて、振動や衝撃、高温・低温、湿度といった様々な環境負荷にさらされます。これらの環境条件下においても機能や性能を失うことなく、故障せずに使用できることを確認するため、製品の設計・実験・検査の各段階で、振動試験や複合環境試験が実施されます。一般にはあまり知られていませんが、製造業を根幹から支える不可欠な評価手段として、重要な役割を果たしています。

振動試験装置とは、任意に設定した振動数、加速度の強制振動を発生させ、様々な振動試験を行う装置です。動電型・油圧式・機械式があり、動電式振動試験装置は、電力による駆動方式で、油圧式、機械式と比べ、振動波形の歪が少なく、振動数が高いことが特徴です。

動電式振動試験装置の各部名称

動電式振動試験装置は、振動発生機、コンソールラック、ブロワ、振動制御装置で構成されます。

振動発生機​

強制振動を発生させる機器です。本体上部に供試品（試験対象や治具）を取り付けます。内部は振動を発生する可動部と電磁石になる励磁の2種類のコイルによる電磁力で振動を発生させています。

電力増幅器

可動部コイルに供給する交流電力と励磁コイルの直流電力を供給する機器です。

コンソールラック

電力増幅ユニット、励磁電源部、振動制御装置やオペレーションパネル、その他（I/O等）を搭載するラックです。

ブロワ

振動発生機の可動部、励磁コイルを冷却する強制空冷の送風機です。

加速度ピックアップ

振動加速度を計測するセンサです。

プリチャージアンプ

計測器の加速度ピックアップの電荷を電圧に変換増幅するアンプです。

振動制御装置

任意に設定した振動状態にする制御装置です。

動電式振動試験装置の構成​

動電式振動試験装置は、任意の振動を発生する装置です。原理は音楽を再生するオーディオと同じです。
オーディオは音源(CD等)の微小電気信号をアンプで増幅し、大きな電力でダイナミックスピーカーから音を出します。同じように動電式振動試験装置も、制御装置の微小信号を電力増幅器で増幅し、スピーカーに相当する振動発生機から振動を発生しています。
しかしオーディオとは仕組みがひとつ異なります。振動試験装置は、センサと制御装置を用いて振動数や大きさを制御しています。

動電式振動試験装置の仕組み

動電式振動試験装置の特徴

適用振動数範囲が広い（振動波形低ひずみ、2Hz～10kHz以上）
ダイナミックレンジが広い（1/1000（60dB）以下の振動）
大きな加速度を発生できる。

振動の発生原理

音響機器のダイナミック型スピーカーも振動発生機も音や振動を発生させる原理は「右ねじの法則」、「フレミング左手の法則」を利用しています。磁界の中で電気伝導体（コイル）に電流を流し、振動する力を発生させています。そして、「コイルに発生した力」は伝達する可動部や治具に供試品を搭載・固定して振動させます。

基本的に複合環境試験は、「振動」、「温度」、「湿度」の3種類の環境条件を同時または各々制御し、供試品に環境ストレスを加えます。試験装置の構成は、振動の発生･制御を行う「振動試験装置」部と、「温度」や「湿度」の制御を行う温（湿）度試験槽2つに大別されます（下図参照）。

実際の環境条件に沿った試験を同時に実施できるので、より信頼性の高い試験が行えます。