定盤コラム

エンジン、モーター、減速機、トランスミッション、eAxleなどの駆動ユニットを評価する際は、試験装置そのものの性能だけでなく、装置を支える定盤や基礎まで含めて試験環境を設計する必要があります。重量のある供試体やダイナモメータを載せ、高速回転や荷重変動を伴う試験を繰り返すには、装置の固定、定盤の剛性、振動の伝わり方、据付後の水平度などを事前に確認しなければなりません。本記事では、駆動ユニット試験装置の種類と主な評価項目を整理したうえで、試験環境を支える大型防振定盤の役割と選び方を解説します。

駆動ユニット試験装置とは?

駆動ユニット試験装置とは、エンジンやモーターなどの供試体に所定の負荷を与え、性能や耐久性を評価する設備です。

自動車の駆動系には、動力を発生させるエンジンやモーターだけでなく、トランスミッション、減速機、ディファレンシャルギヤ、インバーターなどが含まれます。試験対象が単体部品なのか、複数の機能を一体化したユニットなのかによって、試験ベンチの構成や必要な計測機器は変わります。

エンジン・トランスミッションを対象とする試験装置

エンジン試験では、供試エンジンにダイナモメータなどを接続し、回転数や負荷を制御しながら性能や耐久性を確認します。トランスミッション試験では、入力側と出力側の条件を設定し、動力伝達や変速時の挙動などを評価します。

エンジンや変速機は、試験内容によって長時間の連続運転や加減速の繰り返しを伴います。試験装置を固定する定盤には、静的な重量を支えるだけでなく、運転時の荷重変動や振動を考慮した剛性と固定方法が必要です。

>>エンジンベンチ用定盤とは

モーター・減速機を対象とする試験装置

モーターや減速機の試験では、回転数、トルク、効率、温度、耐久性など、目的に応じた評価を行います。駆動側と負荷側の装置を軸で接続する構成では、それぞれの装置を所定の位置に固定し、軸系の配置を保てる試験環境が欠かせません。

また、同じ定盤上で供試体や治具を交換する場合は、固定位置の変更へ対応できるT溝やタップ穴も検討対象になります。現在の試験だけでなく、将来予定している供試体や装置の更新まで確認しておくと、定盤を長く活用しやすくなります。

eAxleを対象とする試験装置

eAxle(イーアクスル)は、一般にモーター、インバーター、減速機などを一体化した電動駆動ユニットです。試験では、ユニット全体または構成部品を対象に、性能、効率、耐久性、熱特性、NVHなどを評価します。HORIBAのパワートレイン評価設備では、ダイナモメータ、試験自動化装置、計測機器を組み合わせて評価環境を構築しています。

eAxleは対象機種や試験目的によって外形、重量、軸配置、負荷条件が異なるため、定盤も一律の仕様では決められません。試験装置メーカー、建屋・基礎の担当者、定盤メーカーの間で条件を共有し、装置全体として成立するレイアウトを検討する必要があります。

駆動ユニット試験ベンチの基本構成

駆動ユニット試験ベンチは、主に次の要素から構成されます。

試験装置を選ぶときは個々の機器だけを見るのではなく、定盤と基礎を含めた一つのシステムとして検討することが大切です。

駆動ユニット試験で行われる主な評価

駆動ユニット試験の目的は、開発段階の性能確認から量産前の信頼性検証まで多岐にわたります。必要な試験条件を明確にすると、定盤に求める荷重、剛性、防振性、固定方法も整理しやすくなります。

出力・トルク・効率などの性能評価

性能評価では、回転数や負荷を変えながら、出力、トルク、効率などの特性を確認します。エンジン、モーター、トランスミッション、eAxleでは評価対象が異なりますが、設定した運転条件を安定して再現し、必要な計測を行える設備構成が基本です。

試験中に供試体や負荷装置の位置関係が変わらないよう、治具を含めて確実に固定する必要があります。定盤を選定するときは総重量だけで判断せず、どこに荷重がかかるか、装置がどのように配置されるかまで確認します。

長時間運転による耐久性・信頼性評価

耐久試験では、高速、高負荷、加減速などの条件を組み合わせ、供試体を継続的または反復的に運転します。東洋電機製造の自動車用試験システムでも、高速耐久、高負荷耐久、加減速耐久などが評価パターンとして示されています。

運転時間が長くなる試験では、供試体だけでなく、装置を支える定盤や固定部も継続して荷重と振動を受けます。設計時には、定盤本体の変形、支持点、治具の固定位置を確認し、試験条件に対して必要な余裕を持たせます。

NVH・騒音・振動の評価

NVHは、騒音(Noise)、振動(Vibration)、乗り心地に関係するハーシュネス(Harshness)をまとめた評価領域です。駆動ユニットの作動音や振動を評価する場合、供試体から生じた現象と、建屋や周辺設備から伝わった振動を区別できる環境づくりが求められます。

そのため、装置から床へ振動を伝えにくくすることと、床から装置へ外乱を伝えにくくすることの両面を確認します。ただし、必要な防振性能は試験周波数、装置重量、重心、床の状態などによって変わります。防振ユニットだけを先に決めず、試験条件と設置環境を踏まえて選定することが必要です。

温度条件や実走行条件を再現する評価

駆動ユニット試験では、恒温槽や温調装置と組み合わせた試験、実走行を模擬する負荷パターンによる試験も行われます。eAxleでは、モーター、インバーター、減速機が一体化しているため、機械的な条件だけでなく、電気・熱の条件を合わせて評価する場合があります。

周辺装置が増えるほど、定盤上の搭載物、配管・配線、安全設備、保守スペースも増えます。定盤の外形寸法は供試体だけから決めず、周辺設備を含む全体レイアウトから決めることが重要です。

駆動ユニット試験装置に大型防振定盤が必要な理由

大型防振定盤は、試験設備を固定する基準面をつくり、荷重を支えながら振動の伝達を抑えるために使用されます。すべての試験装置に同じ仕様が必要なわけではありませんが、大型・高出力の装置や振動の影響を受けやすい評価では、定盤の構造と防振機構を早い段階で検討する必要があります。

試験装置から床や建物への振動伝達を抑える

エンジンや各種回転機器を運転すると、装置から定盤、床、建屋へ振動が伝わる場合があります。周辺の測定設備や作業環境への影響を抑えるには、発生する振動の方向と周波数を確認し、定盤と防振ユニットを組み合わせて対策します。

大和重工の定盤の防振では、ゴム製防振パッドから自動レベル調整機構付きの空気ばねまで、使用環境に応じた防振方式を紹介しています。選定時は「防振機構を付けるか」だけでなく、どの振動をどの方向へ伝えにくくしたいのかを明確にします。

床や周辺設備から試験装置への振動伝達を抑える

試験装置自身が発生させる振動だけでなく、建物、床、近接する生産設備などから伝わる振動が計測に影響する場合もあります。特に振動や騒音を評価する試験では、外部から入る振動を確認しなければ、供試体に由来する現象との切り分けが難しくなります。

防振定盤は、定盤上で発生する振動を床へ伝えにくくすると同時に、床からの振動を試験装置へ伝えにくくする役割もあります。設置予定場所の環境を調べ、必要に応じて床・基礎側の対策と定盤側の対策を組み合わせます。

定盤の剛性を確保してたわみを抑える

定盤は平らであればよいわけではありません。供試体、ダイナモメータ、治具などの荷重を受けたときに、許容範囲を超える変形が生じない構造が必要です。大和重工では、載荷する装置の最大荷重に基づき、定盤の高さ、肉厚、リブ配置、支持点などを検討し、必要に応じてCAEによる構造解析を行っています。定盤の剛性と許容荷重では、荷重と支持点を踏まえて変形を検討する考え方を説明しています。

総重量が同じでも、荷重が狭い範囲へ集中する場合と、広い範囲へ分散する場合では定盤への影響が異なります。そのため、装置ごとの重量、重心、脚部、固定位置を示した資料が設計条件になります。

水平度と固定精度を保ち、安定した試験環境を整える

定盤は、装置を配置・固定する基準面としても機能します。定盤上にT溝、タップ穴、ケガキ線などを設けることで、供試体や治具の配置に合わせた固定が可能です。

ただし、定盤の加工精度だけで設置後の状態が決まるわけではありません。搬入、基礎への固定、据付、レベル調整まで含めて所定の状態へ仕上げる必要があります。だからこそ、定盤本体の設計と現地施工を分けて考えず、一連の工程として計画することが大切です。

大型防振定盤を選ぶ前に確認すべきポイント

大型防振定盤の仕様を決めるには、試験装置の図面だけでなく、運転条件、設置環境、搬入条件、将来計画まで確認します。次の項目を整理しておくと、定盤メーカーとの打ち合わせを進めやすくなります。

供試体・試験設備の重量と荷重分布

最初に、供試体だけでなく、ダイナモメータ、治具、計測機器など、定盤上に載るものを洗い出します。そのうえで、各機器の重量、重心、脚部の位置、運転中の荷重変動を確認します。

定盤の耐荷重を総重量だけで表すと、局所的な荷重を見落とす可能性があります。装置の配置図と荷重条件を共有し、定盤のリブ、肉厚、支持位置などへ反映させることが必要です。

発生する振動の方向と周波数

防振性能を検討するには、振動源、振動方向、周波数、振幅、周辺へ許容できる振動などの条件が必要です。鉛直方向と水平方向では対策が異なる場合があり、装置から床へ出る振動と、床から装置へ入る振動も分けて考えます。

条件が明確でない段階では、試験装置メーカーが保有する振動データや、既設設備での測定結果を確認します。防振ユニットの種類から検討を始めるのではなく、解決したい振動課題から逆算することがポイントです。

定盤のサイズと試験装置のレイアウト

定盤サイズは、供試体の外形だけでは決まりません。負荷装置、軸系、計測機器、配管・配線、治具交換の動線、保守作業、安全柵などを含めて検討します。

大型定盤を分割する場合は、搬入性が高まる一方、分割位置と装置配置の関係を確認する必要があります。一体型と分割型のどちらが適するかは、必要な面積、搬入経路、現地施工、固定位置などを踏まえて判断します。

T溝・タップ穴などの固定方法

試験装置や治具を固定する方法として、T溝、タップ穴、アンカー、専用金具などがあります。固定位置を決めるときは、現在の供試体だけでなく、交換予定の治具や将来導入する装置も確認します。

定盤製作後に大幅な変更が生じると、追加工が難しい場合があります。装置メーカーと定盤メーカーの図面を早めに照合し、穴や溝の位置、ピッチ、干渉の有無を確認することが大切です。

空気ばね・防振パッドなどの防振機構

大和重工では、空気ばねやゴム製防振パッドなどを用途に合わせて組み合わせています。自動レベル調整機構付きの空気ばねは、荷重変動に応じたレベル調整を必要とする設備などに用いられ、ゴム製防振パッドは比較的簡易な防振方法として使われます。

ただし、方式の優劣は名称だけでは決まりません。装置重量、重心、振動条件、必要なレベル維持、供給エアの有無、保守条件を確認して選定します。

基礎・搬入・据付・メンテナンス

大型定盤では、製作後の搬入と据付も仕様の一部です。建屋の開口、搬入通路、床の耐荷重、クレーンなどの揚重設備、ピット形状を計画段階で確認します。

大和重工の定盤 搬入・据付フローでは、墨出し、アンカー施工、搬入、据付、平面度調整・測定までの工程を紹介しています。据付後は使用条件や基礎の変化によって状態が変わる可能性もあるため、点検・校正方法まで決め、導入後の管理計画を明確にします。

導入計画で見落としやすい3つのポイント

駆動ユニット試験装置と大型防振定盤を別々に検討すると、レイアウト変更や現地工事の手戻りにつながる場合があります。ここでは、計画段階で特に確認したいポイントを整理します。

試験装置の仕様確定後に定盤設計を始める

試験装置の仕様を固めた後で定盤を検討すると、必要な定盤面積を確保できない、固定穴の位置が合わない、搬入できないといった問題が生じる可能性があります。ピットや基礎が関係する場合は、建屋設計への影響も小さくありません。

装置仕様が完全に確定していなくても、想定する供試体、重量、配置、振動条件、将来の更新計画を共有すれば、定盤側で必要な検討を始められます。試験装置、建屋・基礎、定盤の担当者が計画初期から条件をすり合わせることが重要です。

防振性能だけで剛性・水平度を判断しない

防振定盤を選ぶ際、防振ユニットの性能だけに注目すると、定盤本体の剛性、荷重分布、支持点、固定方法を見落とすおそれがあります。防振ユニットが適切でも、定盤本体の変形や据付状態に課題があれば、想定した試験環境にならない可能性があります。

確認すべきなのは、防振、剛性、固定、据付を組み合わせた状態です。「振動を抑える定盤」ではなく、「対象となる試験を安定して実施できる基準面」として仕様を決めます。

据付後の校正・メンテナンスを計画していない

定盤の状態は、載荷条件、設備の移設、基礎や建物の経年変化などの影響を受ける場合があります。必要な精度を維持するには、据付時の測定だけでなく、運用開始後の確認方法も決めておく必要があります。

大和重工では、既設定盤の診断・校正、平面度調整、記録表や校正証明書の提出に対応しています。大型定盤 校正メンテナンスも含めて計画しておくことで、導入後の管理方法を明確にできます。

大和重工の駆動ユニット試験用大型防振定盤

大和重工は、検査・試験・組立用の大型鋳物定盤を、設計、鋳造、加工、検査、搬入、据付まで一貫して提供しています。駆動ユニット試験では、装置の重量と配置、振動条件、設置場所を確認し、定盤本体と防振機構を組み合わせて提案します。

CAE解析を活用した剛性・耐荷重設計

定盤に必要な剛性は、積載する装置の重量だけでなく、荷重位置、支持点、定盤の高さ、肉厚、リブ配置によって変わります。当社では、お客様からご提供いただいた装置条件を基に構造を検討し、必要に応じてCAE解析で変形状態を確認します。

つまり、既製サイズへ試験装置を合わせるのではなく、試験内容と装置構成から定盤仕様を組み立てる考え方です。特殊な荷重条件や大型設備の場合も、まず配置図や荷重情報を確認し、実現可能な構造を検討します。

試験条件に合わせた防振機構の設計

防振定盤には、装置から発生する振動を床へ伝えにくくする役割と、床から伝わる振動を装置へ伝えにくくする役割があります。当社では、試験装置の仕様や使用環境に応じ、空気ばね、ゴム製防振パッドなどを組み合わせた防振定盤を設計します。

防振機構は、装置の重量や周波数条件によって適切な構成が異なります。そのため、試験目的、装置の運転条件、設置場所で困っている振動を確認したうえで仕様を決定します。

>>大型防振定盤の特徴

大型・特殊レイアウトと上面加工への対応

大和重工では、3,000×8,000mmまでの一体型鋳物定盤を製作しています。搬入条件や必要面積によっては、複数の定盤を組み合わせたレイアウトにも対応可能です。Daiwaの大型定盤では、一体型・分割型、据置・埋込などの対応例を紹介しています。

上面には、装置や治具を固定するT溝、キー溝、タップ穴などを加工できます。供試体の交換や設備更新を予定している場合は、複数の固定パターンを想定した上面設計も検討します。

設計・製作から搬入・据付までの一貫対応

大型防振定盤は、工場へ納入しただけでは完成しません。搬入経路を確保し、基礎へ固定し、装置を設置する基準面として平面度と水平度を調整する工程が必要です。

当社では、定盤の設計・製作に加え、搬入、据付、レベル調整、平面度測定まで対応します。工場や試験棟の新設時には、建屋計画の段階から定盤の配置や基礎について打ち合わせることで、後工程の変更を抑えやすくなります。

据付後の校正・メンテナンス

試験装置の更新、積載条件の変更、定盤の移設などがあれば、定盤の状態も改めて確認する必要があります。当社では、新設定盤だけでなく、既設定盤の平面度測定、レベル調整、校正メンテナンスにも対応しています。

校正メンテナンス後には、作業前後の平面度記録や作業箇所をまとめた報告書を提出し、使用した電子水準器の校正証明書も添付します。定盤を納入して終わりではなく、試験環境を維持するためのアフターフォローまで相談いただけます。

自動車用モーター評価装置用定盤の事例

大和重工では、一般財団法人日本自動車研究所様向けに、自動車用モーター評価装置を固定する試験定盤を製作・据付した実績があります。

モーター評価装置の固定に関する相談

本事例では、自動車用モーター試験に用いる評価装置を固定する定盤として相談を受けました。対象製品重量は約1t、定盤サイズは1,300×3,500mmで、定盤上へ評価装置を固定することが主な目的です。

試験定盤では、装置を載せられる面積があるだけでは不十分です。評価装置の脚部や治具に合わせ、固定位置と作業性を考慮した上面仕様を決める必要があります。

格子状T溝とケガキ溝を設けた定盤設計

お客様からは、モーター評価装置を固定するT溝を格子状にしたいとの要望がありました。そこで、格子状のT溝に加え、位置確認に使用するケガキ溝も定盤中央へ加工しています。

このように、試験内容だけでなく、装置の固定方法や使い勝手を図面へ反映できる点が特注定盤の利点です。仕様の詳細は、公開中の自動車用モーター評価装置用定盤で確認できます。

現地据付とレベル調整

本事例では、接着式アンカーボルトで定盤を固定し、ネジ式ジャッキでレベル調整を行っています。装置固定用の上面加工と、現地で基準面をつくる据付作業を一連の工程として実施した事例です。

駆動ユニット試験用定盤でも、装置仕様、固定方法、基礎、据付方法は相互に関係します。相談時に図面や荷重条件、設置場所の情報を共有することで、製作から据付までの検討を具体化できます。

駆動ユニット試験装置用の大型防振定盤は大和重工へ

駆動ユニット試験装置に適した大型防振定盤を設計するには、供試体、試験装置、荷重、振動、固定方法、設置環境を一体で考える必要があります。エンジン、モーター、減速機、トランスミッション、eAxleでは試験条件が異なるため、既製品の寸法だけで定盤を選ぶのではなく、用途から仕様を組み立てることが重要です。

大和重工では、大型鋳物定盤の設計・製作から、上面加工、防振機構、搬入、据付、平面度調整、導入後の校正メンテナンスまで対応しています。試験装置の配置図や供試体の重量はあるものの、定盤や基礎の仕様が決まっていない段階でもご相談いただけます。

駆動ユニット試験設備の新設・更新にあたり、振動対策、定盤サイズ、装置の固定、搬入・据付でお困りの場合は、まずは試験条件と設置計画をお聞かせください。

>>大型防振定盤について相談する