揺動回転試験装置
【課題】機械部品等の耐久試験と性能試験との両方を行うことが可能な揺動回転試験装置を提供する。
【解決手段】供試体２が連結される可動治具５０を揺動させるとともに回転させる可動部（スイングアーム１０、スピンドル３０）と、この可動部と可動治具５０との間に設けられ供試体２の抵抗力を計測する抵抗力計測手段（分力センサ５１、トルクセンサ５２）と、可動治具５０と可動部の相対変位を規制する規制位置と両者の相対変位を規制しない解除位置との間で移動するロック部材５３と、このロック部材５３を規制位置と解除位置とに切り換えるロック切り換え機構５５とを備え、このロック切り換え機構５５は抵抗力計測手段に許容値以上の過大な曲げモーメントが作用しない範囲で可動治具５０と可動部の相対変位を許容する相対変位許容間隙２１を備える。
【解決手段】供試体２が連結される可動治具５０を揺動させるとともに回転させる可動部（スイングアーム１０、スピンドル３０）と、この可動部と可動治具５０との間に設けられ供試体２の抵抗力を計測する抵抗力計測手段（分力センサ５１、トルクセンサ５２）と、可動治具５０と可動部の相対変位を規制する規制位置と両者の相対変位を規制しない解除位置との間で移動するロック部材５３と、このロック部材５３を規制位置と解除位置とに切り換えるロック切り換え機構５５とを備え、このロック切り換え機構５５は抵抗力計測手段に許容値以上の過大な曲げモーメントが作用しない範囲で可動治具５０と可動部の相対変位を許容する相対変位許容間隙２１を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、供試体を揺動させるとともに回転させる揺動回転試験装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、機械部品の耐久性を試験するため、機械部品の供試体を繰り返し運動させる試験装置が用いられる。
【０００３】
特許文献１に開示された転がり滑り試験装置は、供試体の揺動運動を繰り返し行い、その耐久性や潤滑性能の評価を行う装置である。
【特許文献１】特開２００３−２４７９１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、このような従来の試験装置では、供試体を繰り返し運動させる可動部に供試体の抵抗力を計測するセンサを設けると、このセンサに繰り返し負荷がかかり、センサを損傷する可能性があるため、抵抗力を計測するセンサ等を用いて供試体のフリクション等を測定する性能試験を行うことができない。
【０００５】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、機械部品等の耐久試験と性能試験との両方を行うことが可能な揺動回転試験装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、供試体を揺動させるとともに回転させる揺動回転試験装置であって、供試体が連結される可動治具と、この可動治具を揺動させるとともに回転させる可動部と、この可動部と可動治具との間に設けられ供試体の抵抗力を計測する抵抗力計測手段と、可動治具と可動部の相対変位を規制する規制位置と両者の相対変位を規制しない解除位置との間で移動するロック部材と、このロック部材を規制位置と解除位置とに切り換えるロック切り換え機構とを備え、このロック切り換え機構は抵抗力計測手段に許容値以上の過大な曲げモーメントが作用しない範囲で可動治具と可動部の相対変位を許容する相対変位許容間隙を備えることを特徴とするものとした。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によると、揺動回転試験装置は、供試体の耐久性等を評価する耐久試験時に、ロック部材を規制位置に切り換え、可動部と可動治具との相対変位を規制した状態で、可動部が繰り返し動かされる。これにより、抵抗力計測手段に曲げモーメント等の負荷がかかることを抑えられ、抵抗力計測手段を保護しながら耐久試験を行うことができる。
【０００８】
例えばロック切り換え機構の作動不良時に、ロック部材を規制位置から外れた状態で、抵抗力計測手段に過大な曲げモーメントが負荷されると、可動治具と可動部とが互いに当接し、それ以上の曲げモーメントが抵抗力計測手段に負荷されることを回避され、抵抗力計測手段が保護される。
【０００９】
一方、供試体のフリクション性能等を評価する性能試験時に、ロック切り換え機構がロック部材を解除位置に切り換え、可動部と可動治具との相対変位を規制しない状態で、可動部が動かされることにより許容値以下の横力が負荷された場合に、可動治具と可動部とが互いに当接せず、この横力に応じた曲げモーメントが分力センサに負荷され、分力センサの出力信号に基づいて供試体のフリクション性能等を評価することができる。
【００１０】
こうして、１台の揺動回転試験装置によって耐久試験と性能試験とを行うことが可能であり、温度条件等を一定に維持したままこれらの試験を続けて行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１２】
まず、図１に本発明が適用可能な揺動回転試験装置の一例を示す。図１に示す揺動回転試験装置１は、供試体２の揺動と回転を繰り返して作動させる耐久試験を行うとともに、この耐久試験の前後で供試体２のフリクション等を測定する性能試験を行うものである。
【００１３】
図１は揺動回転試験装置１のセンサ取り付け部を示す断面図である。ここで、互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚの３軸を設定し、Ｘ軸が略水平横方向、Ｙ軸が略水平前後方向、Ｚ軸が略垂直方向に延びるものとし、以下、図１において揺動回転試験装置１の構成について説明する。
【００１４】
揺動回転試験装置１は、図示しない架台に対してＹ軸方向に延びる揺動中心軸（Ｙ軸）まわりに揺動するスイングアーム１０と、このスイングアーム１０に対してベアリング２９を介して回転するスピンドル３０と、このスピンドル３０に対して供試体２を連結する可動治具５０と、架台に対して供試体２を連結する固定治具４９とを備え、供試体２をスイングアーム１０の揺動中心軸まわりに揺動させるとともに、供試体２をスピンドル３０の回転中心軸まわりに回転させるようになっている。
【００１５】
例えばボールジョイントである供試体２は、互いに回動可能に嵌合するボール４とケージ５とを備え、二つの部材を回動可能に連結する自在継ぎ手として機能するものである。
【００１６】
供試体２はそのボール４が可動治具５０に締結され、そのケージ５が固定治具４９に締結される。
【００１７】
なお、供試体２はボールジョイントに限らず、二つの部材を回動可能に嵌合する構成を有する他の機械部品でもよい。
【００１８】
揺動回転試験装置１は、性能試験時に、供試体２に負荷をかけた状態で分力センサ５１、トルクセンサ５２の計測値に基づいて供試体２のフリクションを測定するようになっている。
【００１９】
供試体２の抵抗力を計測する抵抗力計測手段として、スピンドル３０と可動治具５０との間に、分力センサ５１とトルクセンサ５２とが設けられる。
【００２０】
スピンドル３０に可動治具５０を連結するセンサ固定ボルト５４が設けられる。このセンサ固定ボルト５４にリング状の分力センサ５１とトルクセンサ５２とが並んで嵌合して設けられる。
【００２１】
分力センサ５１は、スイングアーム１０を揺動させたときに供試体２のフリクションにより発生するＸ、Ｙの２軸方向の分力を計測するものである。
【００２２】
トルクセンサ５２は、スピンドル３０により供試体２を回転させたときに供試体２のフリクションにより発生するＺ軸まわりの抵抗をトルクとして計測するものである。
【００２３】
センサ固定ボルト５４は、その端部がスピンドル３０に螺合して締結され、スピンドル３０の回転軸上に取り付けられる。
【００２４】
センサ固定ボルト５４を貫通させる円筒状の芯だしスリーブ４８が設けられる。円環状の分力センサ５１、トルクセンサ５２は、芯だしスリーブ４８の外周面に嵌合して支持される。
【００２５】
センサ固定ボルト５４の端部にセンサ締め付け用ナット７９が螺合し、スピンドル３０とセンサ締め付け用ナット７９との間に分力センサ５１、トルクセンサ５２、ガイドブロック５６が並んで介装される。分力センサ５１とトルクセンサ５２とは、センサ固定ボルト５４によって所定の締め付け荷重が付与される。
【００２６】
耐久試験時に、分力センサ５１とトルクセンサ５２を保護するため、可動治具５０とスピンドル３０との相対変位を規制するロック部材５３と、このロック部材５３を規制位置と解除位置とに切り換えるロック切り換え機構５５とが設けられる。
【００２７】
円環状のガイドブロック５６は、センサ固定ボルト５４の端部にセンサ締め付け用ナット７９を締結される。ガイドブロック５６には円環状のスペーサ５７が複数のボルト６９を介して締結され、このスペーサ５７に可動治具５０が締結される。
【００２８】
円環状のロック部材５３は、円柱状のガイドブロック５６の外周面に摺動可能に嵌合して設けられる。ガイドブロック５６の側部にはキー５８が締結される。一方、ロック部材５３にはこのキー５８に係合する溝５９が形成される。キー５８が溝５９に係合することにより、ロック部材５３はガイドブロック５６に対する回転が係止され、ガイドブロック５６に対してスピンドル３０の回転軸方向にのみ移動可能に支持される。
【００２９】
ロック部材５３の内周部には円錐面状のカム面６０が形成され、スピンドル３０の外周部にはこのカム面６０が嵌合する円錐面状の支持面６１が形成される。
【００３０】
図１に示すように、ロック部材５３が規制位置にある状態ではカム面６０が支持面６１に嵌合し、可動治具５０とスピンドル３０の相対変位を規制する。
【００３１】
ロック部材５３がこの規制位置から下降して解除位置に切り換えられると、カム面６０が支持面６１から離れ、可動治具５０とスピンドル３０の相対変位が可能となる。
【００３２】
ロック切り換え機構５５は、ロック部材５３を規制位置と解除位置との間で移動可能に支持するガイドブロック５６と、ロック部材５３の外周に螺合する螺旋リング６５と、この螺旋リング６５をガイドブロック５６に対して回転可能に支持する切り換えリング６２と、この切り換えリング６２を介して螺旋リング６５を正逆両方向に回動させるロック切り換えアクチュエータ（図示せず）とを備える。
【００３３】
なお、螺旋リング６５は切り換えリング６２に複数のボルト７１を介して締結される。螺旋リング６５と切り換えリング６２とを一体形成してもよい。
【００３４】
ロック部材５３の外周面には２条の螺旋溝６６が形成される。一方、螺旋リング６５の内周面には２条の螺旋突起６７が形成される。各螺旋溝６６に各螺旋突起６７が摺動可能に嵌合し、螺旋リング６５の回転作動がロック部材５３の回転軸方向の動きに変換される。
【００３５】
円盤状をした切り換えリング６２の内周面には環状突起６３が形成される。一方、ガイドブロック５６とスペーサ５７との間に形成される環状溝６８が形成される。環状突起６３が環状溝６８に摺動可能に嵌合し、切り換えリング６２がスピンドル３０の回転軸まわりに回転可能に支持される。
【００３６】
切り換えリング６２はその外周部から突出する一対の肩部６４を有し、ロック切り換えアクチュエータがいずれか一方の肩部６４を押すことにより切り換えリング６２が螺旋リング６５と共に回転作動するようになっている。
【００３７】
ロック部材５３をガイドブロック５６に対して規制位置と解除位置とにて係止するディテント機構として、ロック部材５３がガイドブロック５６に対して回転軸方向に移動することを係止する移動係止ディテント機構７２と、切り換えリング６２がスペーサ５７に対して回転することを係止する回転係止ディテント機構８２とが設けられる。
【００３８】
移動係止ディテント機構７２は、図示しないスプリングの付勢力により突出するボールをガイドブロック５６の凹部７４に係合させ、ガイドブロック５６に対してロック部材５３が回転軸方向に移動することを係止する。
【００３９】
回転係止ディテント機構８２は、図示しないスプリングの付勢力により突出するボール８３をスペーサ５７の凹部８４に係合させ、ガイドブロック５６に対する切り換えリング６２の回転を係止する。
【００４０】
ロック切り換え機構５５に設けられる回転係止ディテント機構８２と移動係止ディテント機構７２の個数は、ロック部材５３を保持するのにロック切り換え機構５５に要求される係止力に応じて任意に設定される。
【００４１】
揺動回転試験装置１は、耐久試験時に、図示しない油圧シリンダ（サーボアクチュエータ）によって供試体２にＺ軸方向とＸ軸方向の荷重が付与された状態で、供試体２をスイングアーム１０の揺動中心軸まわりに揺動させるとともに、供試体２をスピンドル３０の回転中心軸まわりに回転させる作動が繰り返し行われる。
【００４２】
耐久試験時に、図１に示すように、ロック切り換え機構５５が作動し、ロック部材５３はそのカム面６０がスピンドル３０の支持面６１に嵌合する規制位置に保持され、可動治具５０とスピンドル３０の相対変位を規制する。この状態で、耐久試験時に供試体２にかかる荷重は、可動治具５０とロック部材５３とスピンドル３０によって支持されるため、分力センサ５１とトルクセンサ５２に曲げモーメントがかからないように保護される。
【００４３】
ロック部材５３が可動治具５０とスピンドル３０の相対変位を規制する作動を解除した解除位置にある状態では、図１に矢印で示すように、油圧シリンダによって供試体２にＸ軸方向の横力（シリンダ推力）が付与されると、図３に矢印で示すように、分力センサ５１とトルクセンサ５２に曲げモーメントが負荷される。この曲げモーメントが過大になると、分力センサ５１とトルクセンサ５２に損傷を来す可能性がある。
【００４４】
ロック切り換え機構５５は、ロック部材５３の作動不良時に、分力センサ５１とトルクセンサ５２を保護するフェイルセーフ構造として、図２に示すように、分力センサ５１とトルクセンサ５２に所定の許容値以上の過大な曲げモーメントが作用しない範囲で可動治具５０と可動部（スピンドル３０）の相対変位を許容する相対変位許容間隙２１を備える。
【００４５】
相対変位許容間隙２１は、スピンドル３０の先端部に形成される環状の可動部規制面２２と、ガイドブロック５６の端部に形成される環状の可動治具規制面２３との間に画成される。
【００４６】
相対変位許容間隙２１の可動部の規制面２２と可動治具の規制面２３との間に設けられる隙間Ｃは、以下の手順で求められる。
【００４７】
・分力センサ５１とトルクセンサ５２に働く曲げモーメントの許容値をＭとすると、供試体２に付与されるＸ軸方向の横力の許容値Ｆは、次式で計算される。
Ｆ＝Ｍ／Ｌ …（１）
この横力の許容値Ｆは、曲げモーメントの許容値Ｍから求まる値であり、図１に矢印で示すように、油圧シリンダによって供試体２に付与されるＸ軸方向の横力（シリンダ推力）とは関係ない値である。
Ｌは、センサ固定ボルト５４の撓み開始点（スピンドル３０に対する螺合部）から横力が作用する作用点（センサ締め付け用ナット７９の座面）までの距離である。
【００４８】
・横力の許容値Ｆによるセンサ固定ボルト５４の撓み量δは、次式で計算される。
δ＝Ｆ×Ｌ3／３×Ｅ×Ｉ …（２）
ただし、Ｅはセンサ固定ボルト５４の縦弾性係数であり、Ｉはセンサ固定ボルト５４の断面二次モーメントとする。
【００４９】
・図４に示すように、センサ固定ボルト５４の撓み角θは、次式で計算される。
θ＝ａｒｃｓｉｎ(δ／Ｌ) …（３）
・センサ固定ボルト５４の中心線はガイドブロック５６の端面２５に対して直交しているため、センサ固定ボルト５４がＸ軸方向の横力を受けて撓んだときにガイドブロック５６の端面２５がＺ軸方向に移動する距離（隙間）Ｃは次式で計算される。
Ｃ＝β×ｓｉｎθ …（４）
ただし、βは、図５に示すように、ガイドブロック５６の端面２５が点Ａから点ＢへとＸ軸方向に移動する距離である。
【００５０】
θは、微少な角度なので、ガイドブロック５６の端面２５がＺ軸方向に移動する距離αを０と仮定すると、（４）式で求められる距離Ｃは、横力の許容値Ｆが負荷された場合にガイドブロック５６の端面２５が点Ａから点ＢへとＺ軸方向に移動する距離である。
【００５１】
したがって、相対変位許容間隙２１の可動部の規制面２２と可動治具の規制面２３との間に設けられる隙間Ｃを、（４）式で求められる距離Ｃの値以下に設定することにより、ロック切り換え機構５５の作動不良時に、ロック部材５３を規制位置から外れた場合、分力センサ５１とトルクセンサ５２に過大な曲げモーメントが負荷されると、可動部の規制面２２と可動治具の規制面２３とが互いに当接し、それ以上の曲げモーメントが分力センサ５１とトルクセンサ５２に負荷されることを回避できる。こうして、分力センサ５１、トルクセンサ５２を保護するフェイルセーフ機能が果たされれる。
【００５２】
一方、供試体２のフリクション性能等を評価する性能試験時に、ロック切り換え機構５５がロック部材５３を解除位置に切り換え、可動部（スピンドル３０）と可動治具５０との相対変位を規制しない状態で、可動部（スピンドル３０）が動かされることにより許容値Ｆ以下の横力が負荷された場合に、可動部の規制面２２と可動治具の規制面２３とが互いに当接せず、この横力に応じた曲げモーメントが分力センサ５１に負荷され、分力センサ５１の出力信号に基づいて供試体２のフリクション性能等を評価することができる。
【００５３】
本実施の形態では、供試体２を揺動させるとともに回転させる揺動回転試験装置１であって、供試体２が連結される可動治具５０と、この可動治具５０を揺動させるとともに回転させる可動部（スイングアーム１０、スピンドル３０）と、この可動部（スピンドル３０）と可動治具５０との間に設けられ供試体２の抵抗力を計測する抵抗力計測手段（分力センサ５１、トルクセンサ５２）と、可動治具５０と可動部（スイングアーム１０、スピンドル３０）の相対変位を規制する規制位置と両者の相対変位を規制しない解除位置との間で移動するロック部材５３と、このロック部材５３を規制位置と解除位置とに切り換えるロック切り換え機構５５とを備え、このロック切り換え機構５５は抵抗力計測手段（分力センサ５１、トルクセンサ５２）に許容値以上の過大な曲げモーメントが作用しない範囲で可動治具５０と可動部（スピンドル３０）の相対変位を許容する相対変位許容間隙２１を備える。
【００５４】
上記構成に基づき、揺動回転試験装置１は、供試体２の耐久性等を評価する耐久試験時に、ロック部材５３を規制位置に切り換え、可動部（スピンドル３０）と可動治具５０との相対変位を規制した状態で、可動部（スピンドル３０）が繰り返し動かされる。これにより、抵抗力計測手段（分力センサ５１、トルクセンサ５２）に曲げモーメント等の負荷がかかることを抑えられ、抵抗力計測手段（分力センサ５１、トルクセンサ５２）を保護しながら耐久試験を行うことができる。
【００５５】
例えばロック切り換え機構５５の作動不良時に、ロック部材５３を規制位置から外れた状態で、抵抗力計測手段（分力センサ５１、トルクセンサ５２）に過大な曲げモーメントが負荷されると、可動治具５０と可動部（スピンドル３０）とが互いに当接し、それ以上の曲げモーメントが抵抗力計測手段（分力センサ５１、トルクセンサ５２）に負荷されることを回避され、抵抗力計測手段（分力センサ５１、トルクセンサ５２）を保護するフェイルセーフ機能が果たされる。
【００５６】
一方、供試体２のフリクション性能等を評価する性能試験時に、ロック切り換え機構５５がロック部材５３を解除位置に切り換え、可動部（スピンドル３０）と可動治具５０との相対変位を規制しない状態で、可動部（スピンドル３０）が動かされることにより許容値Ｆ以下の横力が負荷された場合に、可動治具５０と可動部（スピンドル３０）とが互いに当接せず、この横力に応じた曲げモーメントが分力センサ５１に負荷され、分力センサ５１の出力信号に基づいて供試体２のフリクション性能等を評価することができる。
【００５７】
こうして、１台の揺動回転試験装置１によって耐久試験と性能試験とを行うことが可能であり、温度条件等を一定に維持したままこれらの試験を続けて行うことができる。
【００５８】
本実施の形態では、ロック切り換え機構５５は、ロック部材５３を規制位置と解除位置との間で移動可能に支持するガイドブロック５６と、ロック部材５３の外周に螺合する螺旋リング６５とを備え、この螺旋リング６５の回転に伴ってロック部材５３が規制位置と解除位置との間で回転軸方向に移動する構成とし、相対変位許容間隙２１は、可動部（スピンドル３０）の端部に形成される環状の可動部規制面２２と、ガイドブロック５６の端部に形成される環状の可動治具規制面２３との間に画成される構成とする。
【００５９】
上記構成に基づき、例えばロック切り換え機構５５の作動不良時に、ロック部材５３を規制位置から外れた状態で、分力センサ５１とトルクセンサ５２に過大な曲げモーメントが負荷されると、可動治具５０に形成される環状の可動部規制面２２と可動部（スピンドル３０）形成される環状の可動部規制面２２とが互いに当接し、それ以上の曲げモーメントが抵抗力計測手段（分力センサ５１、トルクセンサ５２）に負荷されることを回避され、抵抗力計測手段（分力センサ５１、トルクセンサ５２）が保護される。
【００６０】
本実施の形態では、可動部として、揺動中心軸まわりに揺動するスイングアーム１０と、このスイングアーム１０に対して回転する可動部（スピンドル３０）とを備える。
【００６１】
これにより、揺動回転試験装置１は、供試体２を揺動させる動作と供試体２を回転させる動作を同時に行うことができる。
【００６２】
本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の実施の形態を示す揺動回転試験装置の断面図。
【図２】同じくロック切り換え機構の断面図。
【図３】同じくセンサに曲げモーメントが働く様子を示す図。
【図４】同じくロック切り換え機構の構成図。
【図５】同じくロック切り換え機構の構成図。
【符号の説明】
【００６４】
１ 揺動回転試験装置
２ 供試体
１０ スイングアーム（可動部）
２１ 相対変位許容間隙
２２ 可動部規制面
２３ 可動治具規制面
３０ スピンドル（可動部）
４９ 固定治具
５０ 可動治具
５１ 分力センサ（抵抗力計測手段）
５２ トルクセンサ（抵抗力計測手段）
５３ ロック部材
５４ センサ固定ボルト
５５ ロック切り換え機構
５６ ガイドブロック
【技術分野】
【０００１】
本発明は、供試体を揺動させるとともに回転させる揺動回転試験装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、機械部品の耐久性を試験するため、機械部品の供試体を繰り返し運動させる試験装置が用いられる。
【０００３】
特許文献１に開示された転がり滑り試験装置は、供試体の揺動運動を繰り返し行い、その耐久性や潤滑性能の評価を行う装置である。
【特許文献１】特開２００３−２４７９１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、このような従来の試験装置では、供試体を繰り返し運動させる可動部に供試体の抵抗力を計測するセンサを設けると、このセンサに繰り返し負荷がかかり、センサを損傷する可能性があるため、抵抗力を計測するセンサ等を用いて供試体のフリクション等を測定する性能試験を行うことができない。
【０００５】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、機械部品等の耐久試験と性能試験との両方を行うことが可能な揺動回転試験装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、供試体を揺動させるとともに回転させる揺動回転試験装置であって、供試体が連結される可動治具と、この可動治具を揺動させるとともに回転させる可動部と、この可動部と可動治具との間に設けられ供試体の抵抗力を計測する抵抗力計測手段と、可動治具と可動部の相対変位を規制する規制位置と両者の相対変位を規制しない解除位置との間で移動するロック部材と、このロック部材を規制位置と解除位置とに切り換えるロック切り換え機構とを備え、このロック切り換え機構は抵抗力計測手段に許容値以上の過大な曲げモーメントが作用しない範囲で可動治具と可動部の相対変位を許容する相対変位許容間隙を備えることを特徴とするものとした。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によると、揺動回転試験装置は、供試体の耐久性等を評価する耐久試験時に、ロック部材を規制位置に切り換え、可動部と可動治具との相対変位を規制した状態で、可動部が繰り返し動かされる。これにより、抵抗力計測手段に曲げモーメント等の負荷がかかることを抑えられ、抵抗力計測手段を保護しながら耐久試験を行うことができる。
【０００８】
例えばロック切り換え機構の作動不良時に、ロック部材を規制位置から外れた状態で、抵抗力計測手段に過大な曲げモーメントが負荷されると、可動治具と可動部とが互いに当接し、それ以上の曲げモーメントが抵抗力計測手段に負荷されることを回避され、抵抗力計測手段が保護される。
【０００９】
一方、供試体のフリクション性能等を評価する性能試験時に、ロック切り換え機構がロック部材を解除位置に切り換え、可動部と可動治具との相対変位を規制しない状態で、可動部が動かされることにより許容値以下の横力が負荷された場合に、可動治具と可動部とが互いに当接せず、この横力に応じた曲げモーメントが分力センサに負荷され、分力センサの出力信号に基づいて供試体のフリクション性能等を評価することができる。
【００１０】
こうして、１台の揺動回転試験装置によって耐久試験と性能試験とを行うことが可能であり、温度条件等を一定に維持したままこれらの試験を続けて行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１２】
まず、図１に本発明が適用可能な揺動回転試験装置の一例を示す。図１に示す揺動回転試験装置１は、供試体２の揺動と回転を繰り返して作動させる耐久試験を行うとともに、この耐久試験の前後で供試体２のフリクション等を測定する性能試験を行うものである。
【００１３】
図１は揺動回転試験装置１のセンサ取り付け部を示す断面図である。ここで、互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚの３軸を設定し、Ｘ軸が略水平横方向、Ｙ軸が略水平前後方向、Ｚ軸が略垂直方向に延びるものとし、以下、図１において揺動回転試験装置１の構成について説明する。
【００１４】
揺動回転試験装置１は、図示しない架台に対してＹ軸方向に延びる揺動中心軸（Ｙ軸）まわりに揺動するスイングアーム１０と、このスイングアーム１０に対してベアリング２９を介して回転するスピンドル３０と、このスピンドル３０に対して供試体２を連結する可動治具５０と、架台に対して供試体２を連結する固定治具４９とを備え、供試体２をスイングアーム１０の揺動中心軸まわりに揺動させるとともに、供試体２をスピンドル３０の回転中心軸まわりに回転させるようになっている。
【００１５】
例えばボールジョイントである供試体２は、互いに回動可能に嵌合するボール４とケージ５とを備え、二つの部材を回動可能に連結する自在継ぎ手として機能するものである。
【００１６】
供試体２はそのボール４が可動治具５０に締結され、そのケージ５が固定治具４９に締結される。
【００１７】
なお、供試体２はボールジョイントに限らず、二つの部材を回動可能に嵌合する構成を有する他の機械部品でもよい。
【００１８】
揺動回転試験装置１は、性能試験時に、供試体２に負荷をかけた状態で分力センサ５１、トルクセンサ５２の計測値に基づいて供試体２のフリクションを測定するようになっている。
【００１９】
供試体２の抵抗力を計測する抵抗力計測手段として、スピンドル３０と可動治具５０との間に、分力センサ５１とトルクセンサ５２とが設けられる。
【００２０】
スピンドル３０に可動治具５０を連結するセンサ固定ボルト５４が設けられる。このセンサ固定ボルト５４にリング状の分力センサ５１とトルクセンサ５２とが並んで嵌合して設けられる。
【００２１】
分力センサ５１は、スイングアーム１０を揺動させたときに供試体２のフリクションにより発生するＸ、Ｙの２軸方向の分力を計測するものである。
【００２２】
トルクセンサ５２は、スピンドル３０により供試体２を回転させたときに供試体２のフリクションにより発生するＺ軸まわりの抵抗をトルクとして計測するものである。
【００２３】
センサ固定ボルト５４は、その端部がスピンドル３０に螺合して締結され、スピンドル３０の回転軸上に取り付けられる。
【００２４】
センサ固定ボルト５４を貫通させる円筒状の芯だしスリーブ４８が設けられる。円環状の分力センサ５１、トルクセンサ５２は、芯だしスリーブ４８の外周面に嵌合して支持される。
【００２５】
センサ固定ボルト５４の端部にセンサ締め付け用ナット７９が螺合し、スピンドル３０とセンサ締め付け用ナット７９との間に分力センサ５１、トルクセンサ５２、ガイドブロック５６が並んで介装される。分力センサ５１とトルクセンサ５２とは、センサ固定ボルト５４によって所定の締め付け荷重が付与される。
【００２６】
耐久試験時に、分力センサ５１とトルクセンサ５２を保護するため、可動治具５０とスピンドル３０との相対変位を規制するロック部材５３と、このロック部材５３を規制位置と解除位置とに切り換えるロック切り換え機構５５とが設けられる。
【００２７】
円環状のガイドブロック５６は、センサ固定ボルト５４の端部にセンサ締め付け用ナット７９を締結される。ガイドブロック５６には円環状のスペーサ５７が複数のボルト６９を介して締結され、このスペーサ５７に可動治具５０が締結される。
【００２８】
円環状のロック部材５３は、円柱状のガイドブロック５６の外周面に摺動可能に嵌合して設けられる。ガイドブロック５６の側部にはキー５８が締結される。一方、ロック部材５３にはこのキー５８に係合する溝５９が形成される。キー５８が溝５９に係合することにより、ロック部材５３はガイドブロック５６に対する回転が係止され、ガイドブロック５６に対してスピンドル３０の回転軸方向にのみ移動可能に支持される。
【００２９】
ロック部材５３の内周部には円錐面状のカム面６０が形成され、スピンドル３０の外周部にはこのカム面６０が嵌合する円錐面状の支持面６１が形成される。
【００３０】
図１に示すように、ロック部材５３が規制位置にある状態ではカム面６０が支持面６１に嵌合し、可動治具５０とスピンドル３０の相対変位を規制する。
【００３１】
ロック部材５３がこの規制位置から下降して解除位置に切り換えられると、カム面６０が支持面６１から離れ、可動治具５０とスピンドル３０の相対変位が可能となる。
【００３２】
ロック切り換え機構５５は、ロック部材５３を規制位置と解除位置との間で移動可能に支持するガイドブロック５６と、ロック部材５３の外周に螺合する螺旋リング６５と、この螺旋リング６５をガイドブロック５６に対して回転可能に支持する切り換えリング６２と、この切り換えリング６２を介して螺旋リング６５を正逆両方向に回動させるロック切り換えアクチュエータ（図示せず）とを備える。
【００３３】
なお、螺旋リング６５は切り換えリング６２に複数のボルト７１を介して締結される。螺旋リング６５と切り換えリング６２とを一体形成してもよい。
【００３４】
ロック部材５３の外周面には２条の螺旋溝６６が形成される。一方、螺旋リング６５の内周面には２条の螺旋突起６７が形成される。各螺旋溝６６に各螺旋突起６７が摺動可能に嵌合し、螺旋リング６５の回転作動がロック部材５３の回転軸方向の動きに変換される。
【００３５】
円盤状をした切り換えリング６２の内周面には環状突起６３が形成される。一方、ガイドブロック５６とスペーサ５７との間に形成される環状溝６８が形成される。環状突起６３が環状溝６８に摺動可能に嵌合し、切り換えリング６２がスピンドル３０の回転軸まわりに回転可能に支持される。
【００３６】
切り換えリング６２はその外周部から突出する一対の肩部６４を有し、ロック切り換えアクチュエータがいずれか一方の肩部６４を押すことにより切り換えリング６２が螺旋リング６５と共に回転作動するようになっている。
【００３７】
ロック部材５３をガイドブロック５６に対して規制位置と解除位置とにて係止するディテント機構として、ロック部材５３がガイドブロック５６に対して回転軸方向に移動することを係止する移動係止ディテント機構７２と、切り換えリング６２がスペーサ５７に対して回転することを係止する回転係止ディテント機構８２とが設けられる。
【００３８】
移動係止ディテント機構７２は、図示しないスプリングの付勢力により突出するボールをガイドブロック５６の凹部７４に係合させ、ガイドブロック５６に対してロック部材５３が回転軸方向に移動することを係止する。
【００３９】
回転係止ディテント機構８２は、図示しないスプリングの付勢力により突出するボール８３をスペーサ５７の凹部８４に係合させ、ガイドブロック５６に対する切り換えリング６２の回転を係止する。
【００４０】
ロック切り換え機構５５に設けられる回転係止ディテント機構８２と移動係止ディテント機構７２の個数は、ロック部材５３を保持するのにロック切り換え機構５５に要求される係止力に応じて任意に設定される。
【００４１】
揺動回転試験装置１は、耐久試験時に、図示しない油圧シリンダ（サーボアクチュエータ）によって供試体２にＺ軸方向とＸ軸方向の荷重が付与された状態で、供試体２をスイングアーム１０の揺動中心軸まわりに揺動させるとともに、供試体２をスピンドル３０の回転中心軸まわりに回転させる作動が繰り返し行われる。
【００４２】
耐久試験時に、図１に示すように、ロック切り換え機構５５が作動し、ロック部材５３はそのカム面６０がスピンドル３０の支持面６１に嵌合する規制位置に保持され、可動治具５０とスピンドル３０の相対変位を規制する。この状態で、耐久試験時に供試体２にかかる荷重は、可動治具５０とロック部材５３とスピンドル３０によって支持されるため、分力センサ５１とトルクセンサ５２に曲げモーメントがかからないように保護される。
【００４３】
ロック部材５３が可動治具５０とスピンドル３０の相対変位を規制する作動を解除した解除位置にある状態では、図１に矢印で示すように、油圧シリンダによって供試体２にＸ軸方向の横力（シリンダ推力）が付与されると、図３に矢印で示すように、分力センサ５１とトルクセンサ５２に曲げモーメントが負荷される。この曲げモーメントが過大になると、分力センサ５１とトルクセンサ５２に損傷を来す可能性がある。
【００４４】
ロック切り換え機構５５は、ロック部材５３の作動不良時に、分力センサ５１とトルクセンサ５２を保護するフェイルセーフ構造として、図２に示すように、分力センサ５１とトルクセンサ５２に所定の許容値以上の過大な曲げモーメントが作用しない範囲で可動治具５０と可動部（スピンドル３０）の相対変位を許容する相対変位許容間隙２１を備える。
【００４５】
相対変位許容間隙２１は、スピンドル３０の先端部に形成される環状の可動部規制面２２と、ガイドブロック５６の端部に形成される環状の可動治具規制面２３との間に画成される。
【００４６】
相対変位許容間隙２１の可動部の規制面２２と可動治具の規制面２３との間に設けられる隙間Ｃは、以下の手順で求められる。
【００４７】
・分力センサ５１とトルクセンサ５２に働く曲げモーメントの許容値をＭとすると、供試体２に付与されるＸ軸方向の横力の許容値Ｆは、次式で計算される。
Ｆ＝Ｍ／Ｌ …（１）
この横力の許容値Ｆは、曲げモーメントの許容値Ｍから求まる値であり、図１に矢印で示すように、油圧シリンダによって供試体２に付与されるＸ軸方向の横力（シリンダ推力）とは関係ない値である。
Ｌは、センサ固定ボルト５４の撓み開始点（スピンドル３０に対する螺合部）から横力が作用する作用点（センサ締め付け用ナット７９の座面）までの距離である。
【００４８】
・横力の許容値Ｆによるセンサ固定ボルト５４の撓み量δは、次式で計算される。
δ＝Ｆ×Ｌ3／３×Ｅ×Ｉ …（２）
ただし、Ｅはセンサ固定ボルト５４の縦弾性係数であり、Ｉはセンサ固定ボルト５４の断面二次モーメントとする。
【００４９】
・図４に示すように、センサ固定ボルト５４の撓み角θは、次式で計算される。
θ＝ａｒｃｓｉｎ(δ／Ｌ) …（３）
・センサ固定ボルト５４の中心線はガイドブロック５６の端面２５に対して直交しているため、センサ固定ボルト５４がＸ軸方向の横力を受けて撓んだときにガイドブロック５６の端面２５がＺ軸方向に移動する距離（隙間）Ｃは次式で計算される。
Ｃ＝β×ｓｉｎθ …（４）
ただし、βは、図５に示すように、ガイドブロック５６の端面２５が点Ａから点ＢへとＸ軸方向に移動する距離である。
【００５０】
θは、微少な角度なので、ガイドブロック５６の端面２５がＺ軸方向に移動する距離αを０と仮定すると、（４）式で求められる距離Ｃは、横力の許容値Ｆが負荷された場合にガイドブロック５６の端面２５が点Ａから点ＢへとＺ軸方向に移動する距離である。
【００５１】
したがって、相対変位許容間隙２１の可動部の規制面２２と可動治具の規制面２３との間に設けられる隙間Ｃを、（４）式で求められる距離Ｃの値以下に設定することにより、ロック切り換え機構５５の作動不良時に、ロック部材５３を規制位置から外れた場合、分力センサ５１とトルクセンサ５２に過大な曲げモーメントが負荷されると、可動部の規制面２２と可動治具の規制面２３とが互いに当接し、それ以上の曲げモーメントが分力センサ５１とトルクセンサ５２に負荷されることを回避できる。こうして、分力センサ５１、トルクセンサ５２を保護するフェイルセーフ機能が果たされれる。
【００５２】
一方、供試体２のフリクション性能等を評価する性能試験時に、ロック切り換え機構５５がロック部材５３を解除位置に切り換え、可動部（スピンドル３０）と可動治具５０との相対変位を規制しない状態で、可動部（スピンドル３０）が動かされることにより許容値Ｆ以下の横力が負荷された場合に、可動部の規制面２２と可動治具の規制面２３とが互いに当接せず、この横力に応じた曲げモーメントが分力センサ５１に負荷され、分力センサ５１の出力信号に基づいて供試体２のフリクション性能等を評価することができる。
【００５３】
本実施の形態では、供試体２を揺動させるとともに回転させる揺動回転試験装置１であって、供試体２が連結される可動治具５０と、この可動治具５０を揺動させるとともに回転させる可動部（スイングアーム１０、スピンドル３０）と、この可動部（スピンドル３０）と可動治具５０との間に設けられ供試体２の抵抗力を計測する抵抗力計測手段（分力センサ５１、トルクセンサ５２）と、可動治具５０と可動部（スイングアーム１０、スピンドル３０）の相対変位を規制する規制位置と両者の相対変位を規制しない解除位置との間で移動するロック部材５３と、このロック部材５３を規制位置と解除位置とに切り換えるロック切り換え機構５５とを備え、このロック切り換え機構５５は抵抗力計測手段（分力センサ５１、トルクセンサ５２）に許容値以上の過大な曲げモーメントが作用しない範囲で可動治具５０と可動部（スピンドル３０）の相対変位を許容する相対変位許容間隙２１を備える。
【００５４】
上記構成に基づき、揺動回転試験装置１は、供試体２の耐久性等を評価する耐久試験時に、ロック部材５３を規制位置に切り換え、可動部（スピンドル３０）と可動治具５０との相対変位を規制した状態で、可動部（スピンドル３０）が繰り返し動かされる。これにより、抵抗力計測手段（分力センサ５１、トルクセンサ５２）に曲げモーメント等の負荷がかかることを抑えられ、抵抗力計測手段（分力センサ５１、トルクセンサ５２）を保護しながら耐久試験を行うことができる。
【００５５】
例えばロック切り換え機構５５の作動不良時に、ロック部材５３を規制位置から外れた状態で、抵抗力計測手段（分力センサ５１、トルクセンサ５２）に過大な曲げモーメントが負荷されると、可動治具５０と可動部（スピンドル３０）とが互いに当接し、それ以上の曲げモーメントが抵抗力計測手段（分力センサ５１、トルクセンサ５２）に負荷されることを回避され、抵抗力計測手段（分力センサ５１、トルクセンサ５２）を保護するフェイルセーフ機能が果たされる。
【００５６】
一方、供試体２のフリクション性能等を評価する性能試験時に、ロック切り換え機構５５がロック部材５３を解除位置に切り換え、可動部（スピンドル３０）と可動治具５０との相対変位を規制しない状態で、可動部（スピンドル３０）が動かされることにより許容値Ｆ以下の横力が負荷された場合に、可動治具５０と可動部（スピンドル３０）とが互いに当接せず、この横力に応じた曲げモーメントが分力センサ５１に負荷され、分力センサ５１の出力信号に基づいて供試体２のフリクション性能等を評価することができる。
【００５７】
こうして、１台の揺動回転試験装置１によって耐久試験と性能試験とを行うことが可能であり、温度条件等を一定に維持したままこれらの試験を続けて行うことができる。
【００５８】
本実施の形態では、ロック切り換え機構５５は、ロック部材５３を規制位置と解除位置との間で移動可能に支持するガイドブロック５６と、ロック部材５３の外周に螺合する螺旋リング６５とを備え、この螺旋リング６５の回転に伴ってロック部材５３が規制位置と解除位置との間で回転軸方向に移動する構成とし、相対変位許容間隙２１は、可動部（スピンドル３０）の端部に形成される環状の可動部規制面２２と、ガイドブロック５６の端部に形成される環状の可動治具規制面２３との間に画成される構成とする。
【００５９】
上記構成に基づき、例えばロック切り換え機構５５の作動不良時に、ロック部材５３を規制位置から外れた状態で、分力センサ５１とトルクセンサ５２に過大な曲げモーメントが負荷されると、可動治具５０に形成される環状の可動部規制面２２と可動部（スピンドル３０）形成される環状の可動部規制面２２とが互いに当接し、それ以上の曲げモーメントが抵抗力計測手段（分力センサ５１、トルクセンサ５２）に負荷されることを回避され、抵抗力計測手段（分力センサ５１、トルクセンサ５２）が保護される。
【００６０】
本実施の形態では、可動部として、揺動中心軸まわりに揺動するスイングアーム１０と、このスイングアーム１０に対して回転する可動部（スピンドル３０）とを備える。
【００６１】
これにより、揺動回転試験装置１は、供試体２を揺動させる動作と供試体２を回転させる動作を同時に行うことができる。
【００６２】
本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の実施の形態を示す揺動回転試験装置の断面図。
【図２】同じくロック切り換え機構の断面図。
【図３】同じくセンサに曲げモーメントが働く様子を示す図。
【図４】同じくロック切り換え機構の構成図。
【図５】同じくロック切り換え機構の構成図。
【符号の説明】
【００６４】
１ 揺動回転試験装置
２ 供試体
１０ スイングアーム（可動部）
２１ 相対変位許容間隙
２２ 可動部規制面
２３ 可動治具規制面
３０ スピンドル（可動部）
４９ 固定治具
５０ 可動治具
５１ 分力センサ（抵抗力計測手段）
５２ トルクセンサ（抵抗力計測手段）
５３ ロック部材
５４ センサ固定ボルト
５５ ロック切り換え機構
５６ ガイドブロック
【特許請求の範囲】
【請求項１】
供試体を揺動させるとともに回転させる揺動回転試験装置であって、
前記供試体が連結される可動治具と、
この可動治具を揺動させるとともに回転させる可動部と、
この可動部と前記可動治具との間に設けられ供試体の抵抗力を計測する抵抗力計測手段と、
前記可動治具と前記可動部の相対変位を規制する規制位置と両者の相対変位を規制しない解除位置との間で移動するロック部材と、
このロック部材を規制位置と解除位置とに切り換えるロック切り換え機構とを備え、
このロック切り換え機構は前記抵抗力計測手段に許容値以上の過大な曲げモーメントが作用しない範囲で前記可動治具と前記可動部の相対変位を許容する相対変位許容間隙を備えたことを特徴とする揺動回転試験装置。
【請求項２】
前記ロック切り換え機構は、
前記ロック部材を規制位置と解除位置との間で移動可能に支持するガイドブロックと、
前記ロック部材の外周に螺合する螺旋リングとを備え、
この螺旋リングの回転に伴って前記ロック部材が規制位置と解除位置との間で移動する構成とし、
前記相対変位許容間隙は前記可動部の端部に形成される環状の可動部規制面と前記イドブロックの端部に形成される環状の可動治具規制面との間に画成される構成とたことを特徴とする請求項１に記載の揺動回転試験装置。
【請求項１】
供試体を揺動させるとともに回転させる揺動回転試験装置であって、
前記供試体が連結される可動治具と、
この可動治具を揺動させるとともに回転させる可動部と、
この可動部と前記可動治具との間に設けられ供試体の抵抗力を計測する抵抗力計測手段と、
前記可動治具と前記可動部の相対変位を規制する規制位置と両者の相対変位を規制しない解除位置との間で移動するロック部材と、
このロック部材を規制位置と解除位置とに切り換えるロック切り換え機構とを備え、
このロック切り換え機構は前記抵抗力計測手段に許容値以上の過大な曲げモーメントが作用しない範囲で前記可動治具と前記可動部の相対変位を許容する相対変位許容間隙を備えたことを特徴とする揺動回転試験装置。
【請求項２】
前記ロック切り換え機構は、
前記ロック部材を規制位置と解除位置との間で移動可能に支持するガイドブロックと、
前記ロック部材の外周に螺合する螺旋リングとを備え、
この螺旋リングの回転に伴って前記ロック部材が規制位置と解除位置との間で移動する構成とし、
前記相対変位許容間隙は前記可動部の端部に形成される環状の可動部規制面と前記イドブロックの端部に形成される環状の可動治具規制面との間に画成される構成とたことを特徴とする請求項１に記載の揺動回転試験装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１０−３２４１６（Ｐ２０１０−３２４１６Ａ）
【公開日】平成２２年２月１２日（２０１０．２．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１９６１８１（Ｐ２００８−１９６１８１）
【出願日】平成２０年７月３０日（２００８．７．３０）
【出願人】（３０４０３９０６５）カヤバ システム マシナリー株式会社 (185)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年２月１２日（２０１０．２．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年７月３０日（２００８．７．３０）
【出願人】（３０４０３９０６５）カヤバ システム マシナリー株式会社 (185)
【Ｆターム（参考）】
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