No.26 コンポジット部材振動特性評価解析装置

平成26年度地域オープンイノベーション促進事業導入機器編

コンポジット部材振動特性評価解析装置は、製品の振動に対する耐久性を調べたり、共振がどの周波数で起こるかなど、製品の振動特性を調べるために利用されます。 導入にあたっては、主に自動車部品などに利用されるコンポジット材料を用いた製品をターゲットにしていました。

本振動試験機では、正弦波、ランダム波、ショック波の3種類の振動を発生させることで、対象物への影響（破損の有無）や振動特性を評価します。 正弦波は規則的な振動を発生させるもので、従来から振動試験に多く用いられています。対して、ランダム波は様々な周波数の振動を同時に発生させることで、より実環境に近い振動を再現することができます。 ショック波は、比較的大きな振動を瞬間的に発生させます。イメージとしては車が段差に乗り上げた時のような強い振動を再現することができます。 当所には、正弦波とランダム波に関する依頼試験が多く、この2種類の試験が大半を占めており、それぞれほぼ同程度の割合です。

共振周波数の測定イメージ（ピークが共振周波数）

また、共振周波数測定に関する依頼試験も多いです。「もの」には、必ず振動が大きくなる特定の周波数が存在します。 例えば、本振動試験機の振動が特定の周波数になると、試験機の振動振幅に対して、対象物の振動振幅が5倍も10倍もなることがあります。 このような共振が生じると、製品に負荷がかかりやすく、破損の原因にもなります。 例えば自動車部品の共振周波数測定では、実環境で大きい振動負荷を受けることが想定される周波数範囲（5Hz～200Hzなど）で測定を行い、共振の有無を検査することが多いです。

依頼試験利用の際には、原則的に事前に対面で試験条件や治具の設計などについて十分な打ち合わせを行っております。 振動試験は一見すると単純な試験ですが、振動を対象物に正しく伝えなければならないので、技術とノウハウが必要な試験になります。 正しい評価のためには、対象物の輸送環境や使用環境を再現し、試験機からの振動を対象物に適切に伝えられる剛性の高い固定治具が必要であり、こうした治具を設計するためのアドバイスをしています。 試験までの流れは、（1）相談（2）治具の作成（3）試験というような流れが一般的で、相談から実験まで実際には2週間程度かかってしまうこともありますが、 このように事前にしっかりと打ち合わせを行うことで、試験当日にトラブルが発生することなくスムーズに試験が行えるようになります。

固定治具

共振周波数測定の試験についても、製品に共振が測定された際には、その事実を伝えるだけでなく、 実際の用途を踏まえた上で製品の共振周波数をより高周波数側にシフトさせるなど、使用環境での共振の解消につながるような設計の提案をさせていただくこともあります。

また、どのような実験条件がよいか分からない場合にはJIS規格などを参考に、我々から実験条件を提案することもできますので、興味がある場合には一度お気軽にご相談下さい。

平成27年12月の導入以来コンスタントに利用があり、自動車関連の企業様や工作機械関連の製品を製造する企業様からの相談、依頼試験が多いです。 例えば自動車部品などは、輸送中や使用中に振動を受ける機会が多く、このような振動により製品に損傷や不具合が生じないことを検証する必要があります。 輸送中を想定した試験では、段ボールで梱包した製品がトラック輸送過程で受ける振動を想定した試験に対する需要が特に高く、 これに対応したJIS Z0200，Z0232の規格で振動試験を行うことが多いです。

段ボール梱包試験

従来の振動試験機でも対応可能な振動耐久性評価などの利用以外にもCFRPをはじめとした「質量が小さく剛性が低い製品の振動特性を非接触で測定したい」といった潜在的なニーズにも画像計測機能を用いた振動試験で応えることができます。 また、「自動車部品の異音検査を行いたい」といった静音機能が必要とされる試験に関する相談もあり、例えば自動車の内装品（例：カーオーディオ）に複合材が採用された際には、 静音機能を用いて異音の有無を確認するなど、当所の新しい振動解析技術に関連した依頼試験や技術相談も増加しています。

このように、本振動試験機の非接触の振動測定はCFRPなど薄くて軽い部材の振動測定と相性がよいため、 今後もCFRPを始めとしたコンポジット部材の分析評価に利用されると思われます。実際、千葉県、静岡県、大阪府など東海圏外からの問い合わせもあり、 広い地域の企業様からご利用いただいております。さらに、多くの企業に利用してもらうために、当所の内外でコンポジット部材振動特性評価解析装置に関する講演や研究発表などを行っており、機器のPRをしています。