振動試験機

振動試験機とは？

振動試験機とはどのようなものなのかについて解説します。

振動を与えたときの動作をチェックするための装置

振動試験機とは、その名の通り振動が発生したときの状態を機械的に再現するための装置です。

さまざまな方向、強さ、周期の振動を再現し、振動が起きたときでも製品が正しく動作するか確認するために使われます。

なぜ振動試験が必要なのか

振動試験をおこなう理由は、実動作環境で製品が長期にわたって正しく動作することを確認するためです。

一般の方にとって一番身近な自動車を例に挙げると、自動車はエンジンそのものが振動したり、凹凸が激しい道を走るときに振動が発生したりします。強い振動が加わったときでも自動車が正しく動作することを確認せずに出荷した場合、立ち往生する車が多数出ることになるでしょう。

また、すぐに影響が出なくても振動によって徐々にねじが緩むなどし、ある程度時間が経ってから故障が起きる可能性もあります。

このような現実に起こりうる振動を製品に加えた場合でも製品が正しく動作することを確認するため、振動試験機が用いられているのです。

JIS規格で定められている振動試験

一口に振動といってもその方向や種類、周期はまちまちです。このため、製品・分野ごとにどのような振動試験をおこなうべきかがJIS規格として定められています。

その種類は自動車、二次電池、包装貨物、輸送用コンテナなど多岐にわたっており、それぞれの製品が受ける振動を想定した試験が必要です。

このように製品・分野ごとのJIS規格が定められていることにより、客観的かつ科学的な振動耐性の評価をおこなうことができます。

振動試験機はJIS規格に沿った試験をおこなうための機能が搭載されているものが大半です。

振動試験機の応用範囲

自動車以外でも振動試験機はさまざまな製品で使われています。

身近なところでは多くの方が持ち歩くようになったスマートフォンがその一例として挙げられるでしょう。スマートフォンに使われる電子回路にはハンダづけが使われますが、振動によってハンダがはがれないか確認する必要があります。

また、コネクタの接続やねじ止めについても振動によって緩んだり取れたりしないかテストをしなくてはいけません。

さらに、1つの不具合が重大な事故につながりかねない航空・宇宙分野でも振動試験は重要であり、機械的な振動のほかにロケット打ち上げ時の音圧による振動試験もおこなわれています。

少し変わったところでは、振動計や地震計の校正、異物やごみの除去といった分野でも利用可能です。

振動試験機の種類

振動試験機にはさまざまな種類があります。動作原理や加えられる振動の種類などを解説しましょう。

動電型振動試験装置

現在主流となっているのは動電型振動試験装置です。

これは「フレミングの左手の法則」を利用して振動を起こすタイプのものであり、磁石を設置した本体にコイルを置き、電流を流すことで振動を発生させます。

高い周波数の振動を加えられ、応答性も良いことから、現在主流の振動試験機です。

油圧式振動試験機

油圧を利用して振動を発生させる油圧式振動試験機は、ストロークが大きな振動や、強い振動を起こすのに向いています。

特にパワーが求められる場面では動電型振動試験機よりも安価であり、輸送試験などで使われることが多い振動試験機です。

一方で高い振動数が発生させられなかったり、ランニングコストやメンテナンス費が高かったりといったデメリットがあります。

機械式振動試験装置

機械式振動試験装置は購入コストが低いのがメリットです。ただ、振動のコントロールがしづらく、規格に沿った振動試験は難しいかもしれません。

加えられる振動の種類

振動の種類は振動源によって異なるため、振動試験機も多彩な振動の発生に対応しています。

ファンやモーターなどが源になる、一定の周期で起こる振動を再現するのが正弦波振動試験です。同じ振動を長時間発生し続けることもできますし、モーターの回転数の変化を想定した周波数の時間変化を起こすこともできます。

道路の凹凸などが原因で起こる、振れ幅や周波数が一定でない振動を発生させるのがランダム波振動試験です。現実に起こる振動の多くはランダムであり、さまざまな製品で必要となる振動試験といえます。

瞬間的に強い振動が発生することを想定したのが衝撃波振動試験です。荷物が落ちた、車がぶつかったといった状況を想定した試験で用いられます。

大型のものから小型のものまで

振動試験機の大きさは多種多様です。

大きなものでは貨物、鉄道車両搭載部品、航空産業、宇宙産業でのニーズがあり、1m角の試料台を持つ振動試験機も存在しています。

一方で電子回路のハンダづけチェックなど、小型振動試験機のニーズも高く、卓上振動試験機やハンディ型振動試験機などが登場。振動試験機はますますバリエーション豊かになっています。

温度条件を変えながら試験できる複合環境振動試験機も

製品が使われる環境は、振動だけでなく温度/湿度といった条件もさまざまです。このため、温度や湿度を変えながら振動試験ができる複合環境振動試験機と呼ばれるものも存在します。

自動車向けなどさまざまな環境で使われる部品の振動試験で活躍するでしょう。

振動試験機のメリット

振動試験機を使うメリットを解説します。

市場不良を減らせる

製品が実際に消費者などの利用者にわたってから故障が起きた場合、メーカーはその製品の回収や修理、不具合の修正に時間やコストを費やすことになります。

故障が多発すればメーカーのイメージダウンも避けられませんし、製品によっては故障が人命に関わることもあるでしょう。

振動試験機を使ってあらかじめ振動試験をおこなっておけば、振動が原因で起こる故障を減らせます。

また、JIS規格に沿って試験をおこなえる振動試験機であれば客観的なデータを示せるため、故障が起きたときでも設計が原因でないことをデータとして提示することが可能です。

長期的な使用を想定した加速試験がおこなえる

振動による故障は時間が経ってから起きることもありますが、実際の使用環境でテストをおこなっていたのではいつまで経っても製品開発が終わりません。

振動試験機を使って連続的かつ長期間にわたって振動を加え続けることで、短時間で長期間製品を使った場合の振動の影響をテストできます。

HALT（Highly Accelerated Life Testing）試験と呼ばれる、製品仕様以上のストレスをかけて製品の弱点を明らかにするテストにも使うことができ、特に製品サイクルの短い製品開発で役立つでしょう。

自動テストで人的コストを削減

振動試験機のなかには自動的に複数の試験を連続的におこなえるものがあります。スイッチ1つで試験をおこなえるため、人的コストの削減につながるでしょう。

また、試験の設定についても規格で定義されているテスト条件のリストから選ぶだけでテストファイルが自動的に作成できるものもあります。細かい数値を手入力する必要がなく、製品ごとにさまざまな振動試験を切り替えながらおこなうのに便利です。

ネットワーク接続でいつでもどこでも試験の状態を確認
自動テストに加え、有線/無線LANでネットワークに接続し、Webブラウザ経由で現在の状況を確認できる振動試験機もあります。

カメラで製品の状態を確認することができるものであれば、振動テストを開始したら事務所に戻り、そこから監視を続けることも可能です。

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