車の振動試験に欠かせない加振機

車の振動試験に欠かせない加振機

加振機とは

加振機とは、機械や構造物に人工的に振動を与える装置のことです。自動車の開発現場では、車全体や部品一つ一つに様々な揺れを与え、その強度や耐久性を確かめるために欠かせない試験装置です。

車は、走ることで常に振動にさらされています。路面の凹凸やエンジンの動き、風の抵抗など、様々な要因によって大小様々な揺れが発生します。これらの揺れは、部品の劣化や破損、異音の発生につながる可能性があります。加振機を使うことで、実際に道路を走るのと似たような揺れを人工的に作り出し、部品や車全体がその揺れに耐えられるかを調べることができます。

例えば、でこぼこ道で発生するような細かい振動や、高速道路を走る際に起こる大きな振動など、様々な状況を再現することができます。これにより、部品が壊れたり、不快な音が発生したりする前に問題点を発見し、改良につなげることができます。

加振機には、様々な種類があります。振動を起こす方法や、振動の大きさ、振動させる方向なども様々です。試験する対象や目的に合わせて最適な加振機を選ぶことが重要です。加振機を使うことで、様々な揺れに対する耐久性を評価することができ、安全性や信頼性の高い車を作ることができます。また、開発の初期段階で問題点を発見できれば、開発期間の短縮やコスト削減にもつながります。

加振機は、試作段階だけでなく、完成した車を検査する際にも使われます。これにより、出荷前に品質を確認し、お客様に安心して乗っていただける車を提供することに貢献しています。加振機は、自動車開発になくてはならない重要な装置と言えるでしょう。

加振機の種類

揺さぶり試験に用いる加振機には、いくつかの種類があり、それぞれ特徴が異なります。試験対象や目的に適した加振機を選ぶことが、正確で信頼できる試験結果を得るために重要です。

まず、機械式の加振機は、回転するおもりの遠心力を利用して振動を発生させます。この方式は、大きな力を発生させることが得意で、車体全体のような大きな試験体に加える強い振動試験に適しています。しかし、発生させる振動の周波数を変えることが難しいという側面もあります。

次に、油圧式の加振機は、油圧シリンダーを使って試験体に力を加え、振動を発生させます。機械式と比べて小型でありながら大きな力を発生させることができ、様々な周波数帯域での試験に対応できるという利点があります。そのため、様々な部品や製品の試験に幅広く使われています。

比較的小さな部品の試験に適しているのが動電型の加振機です。これは、電磁石の原理を利用して振動を発生させます。発生させる力は油圧式や機械式に比べると小さいですが、高い周波数帯域まで対応できるため、電子部品や精密機器の試験に用いられます。

最後に、圧電型の加振機は、圧電素子という特殊な材料に電圧を加えることで振動を発生させます。この方式は、非常に高い周波数帯域の試験に適しています。ただし、発生させる力は比較的小さいため、微小な部品や材料の試験に用いられます。

このように、加振機には様々な種類があり、それぞれ得意とする周波数帯域や発生可能な力の大きさが違います。適切な加振機を選ぶことで、試験の精度と信頼性を高めることができます。

機械式加振機の特長

機械式加振機は、回転する部品を使って振動を作り出す装置です。カムや偏心おもりといった比較的単純な構造であるため、壊れにくく、長く使えるという利点があります。また、大きな振動の力を発生させることができるため、車体やフレームといった大きな部品にも試験を行うことができます。

この機械が発生させる振動の揺れの速さ（周波数）は、回転する部品の速さを変えることで自由に調整できます。特に、低い周波数帯域、つまりゆっくりとした揺れを作ることに優れており、数十ヘルツ以下の振動を作り出すことができます。

機械式加振機は、主に二つの目的で使用されます。一つは共振周波数の特定です。全ての物体は、特定の周波数で揺らすと大きく振動する性質があり、この周波数を共振周波数といいます。共振周波数で長時間振動すると、最悪の場合、部品が壊れてしまうこともあります。自動車の部品も例外ではなく、共振周波数を把握することは、安全な車を作る上で非常に重要です。もう一つは強度試験です。機械式加振機で大きな振動を加えることで、部品がどの程度の力に耐えられるかを調べることができます。

自動車は、走行中に様々な振動を受けます。路面の凹凸やエンジンの振動など、これらは低い周波数帯域の振動です。機械式加振機は、これらの振動を実験室で再現することを可能にします。大きな部品に対して、実際に走るのに近い状態で試験を行うことができるため、機械式加振機は自動車開発において重要な役割を担っていると言えるでしょう。

油圧式加振機の特長

油圧式加振機は、油の圧力を利用して振動を起こす装置です。この装置の中心となるのは油圧シリンダーで、油を出し入れすることでピストンを動かし、強力な振動を作り出します。油圧式加振機には、いくつかの優れた特徴があります。

まず、比較的小さな装置でありながら、大きな振動力を発生させることができます。これは、油圧の持つ大きな力を利用しているためです。同じ程度の振動力を発生させる機械式の加振機と比べると、油圧式加振機はよりコンパクトに設計できます。設置場所の制約がある場合など、この小ささは大きな利点となります。

次に、様々な振動パターンを作り出すことができます。油圧を精密に制御することで、正弦波のような単純な振動だけでなく、三角波や方形波、さらには実走行で記録された複雑な振動波形まで、自由に再現できます。このため、自動車部品にかかる様々な種類の振動を試験機上で再現し、部品の耐久性や性能を評価することが可能です。

さらに、広い範囲の振動数に対応できることも油圧式加振機の特長です。とても低い振動数から1kHz程度までの高い振動数まで、幅広く対応できます。この広い範囲は、自動車部品の様々な振動試験のニーズを満たすのに役立ちます。

これらの特徴から、油圧式加振機は、車体、車台、緩衝装置など、様々な自動車部品の振動解析、強度試験、耐久試験に広く活用されています。特に、実走行環境を忠実に再現した試験を行うことができるため、自動車の乗り心地や運転の安定性を向上させるための開発に大きく貢献しています。近年の自動車開発において、油圧式加振機は欠かせない試験装置の一つと言えるでしょう。

動電型と圧電型加振機の特長

物を揺らす装置である加振機には、動電型と圧電型があります。どちらも電気を使って振動を作り出しますが、仕組みや得意な揺れの大きさ、速さなどが違います。

動電型加振機は、電磁石の力を利用して振動を作り出します。磁石が動くことで、くっついたり離れたりする力を生み出し、それが振動に変わります。油圧を使う加振機に比べると揺らす力は小さいですが、毎秒数千回という速い振動を作り出すことができます。これは、中くらいの大きさや小さい部品の試験にちょうど良く、よく使われています。また、電気で細かく揺れを調整できるため、精密な試験に適しています。

一方、圧電型加振機は、圧電素子という特殊な材料を使います。この材料は、電気を流すと伸び縮みする性質を持っています。この伸び縮みを振動に変換することで、毎秒数万回という更に速い振動を作り出すことができます。ただし、揺らす力は動電型よりも更に小さいため、小さな部品や材料の試験に使われます。特に、携帯電話などに使われる部品や、電気製品の心臓部である電子部品の試験には欠かせません。高い音の振動で部品の耐久性を調べたり、製品の性能を確かめることができます。

このように、動電型と圧電型はそれぞれ異なる特徴を持っています。揺らすものの大きさや、どれくらい速く揺らしたいかによって、試験の目的に合った加振機を選ぶことが重要です。

加振機の今後の展望

自動車の技術革新が進むにつれ、車体を揺らす装置である加振機にも、より高度な性能が求められています。電気自動車や自動運転技術の普及によって、振動の制御はこれまで以上に重要になっています。従来の車に比べて、電気自動車はモーターによる高い静粛性を持つため、路面や駆動系から伝わるわずかな振動も目立ちやすくなっています。また、自動運転中は運転操作から解放された乗員は、走行中の振動により敏感になります。そのため、加振機は、より精密な振動制御を行うとともに、幅広い周波数帯域に対応できる必要があります。

さらに、振動の解析機能も高度化が求められています。取得した振動データを詳細に分析することで、振動の原因を特定し、より効果的な対策を施すことが可能になります。これにより、車体の設計段階から振動特性を最適化し、乗り心地や静粛性を向上させることができます。

また、仮想現実や人工知能といった最新技術との組み合わせも期待されています。仮想現実技術を使うことで、実際の走行状況を再現した仮想空間での試験が可能になります。これにより、様々な路面状況や走行条件を再現し、車体の振動特性を評価することができます。一方、人工知能を活用することで、膨大な試験データから最適な試験計画を立案したり、効率的なデータ解析を行うことができます。

加振機の進化は、より安全で快適な自動車の実現に大きく貢献するでしょう。今後、自動車開発はますます高度化していくと予想されます。その中で、加振機は開発プロセスにおいて必要不可欠な存在であり続け、自動車の進化を支えていく重要な役割を担うと考えられます。