直線往復機構を備えた試験機
【課題】被試験物に直線往復動を作用させる試験機の提案
【解決手段】試験機３００の直線往復機構１００は、クランク部材１０４に固定的に配設された内周太陽歯車１０２と、内周太陽歯車１０２のピッチ円直径の２分の１のピッチ円直径を有する遊星歯車１３１を内周太陽歯車１０２に噛み合わせつつ自転及び公転する遊星歯車部材１０３と、内周太陽歯車１０２の中心線と同軸に回転するようにクランクケース１０１に配設され、遊星歯車部材１０３を自転及び公転可能に支持するクランク部材１０４と、遊星歯車１３１の回転軸方向の無限遠点から見て遊星歯車１３１のピッチ円上において、遊星歯車部材１０３に配設され、クランク部材１０４の回転に伴って直線往復動する作用部１４７とを備えている。
【解決手段】試験機３００の直線往復機構１００は、クランク部材１０４に固定的に配設された内周太陽歯車１０２と、内周太陽歯車１０２のピッチ円直径の２分の１のピッチ円直径を有する遊星歯車１３１を内周太陽歯車１０２に噛み合わせつつ自転及び公転する遊星歯車部材１０３と、内周太陽歯車１０２の中心線と同軸に回転するようにクランクケース１０１に配設され、遊星歯車部材１０３を自転及び公転可能に支持するクランク部材１０４と、遊星歯車１３１の回転軸方向の無限遠点から見て遊星歯車１３１のピッチ円上において、遊星歯車部材１０３に配設され、クランク部材１０４の回転に伴って直線往復動する作用部１４７とを備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は被試験物に直線往復動を作用させる直線往復機構を備えた試験機に関し、例えば、摩擦試験機や疲労試験機に関する。
【背景技術】
【０００２】
摩擦試験は、例えば、特許２８５００５４号（特許文献１）や特開２００７−１７７７６０号公報（特許文献２）に開示されているように、平板に被試験物を押し当てつつ摺動させることによって摩擦抵抗を測定する試験が提案されている。また、疲労試験では、例えば、特開２００６−１８９２８８号公報（特許文献３）に記載されているように、被試験物に引張りや曲げ荷重を繰り返し作用させる機構において、直線往復機構が用いられる場合がある。
【０００３】
このような場合、被試験物に直線往復動を作用させる機構には、ボールネジや、油圧シリンダとサーボ弁を組み合わせた機構が用いられる。かかる機構によれば、被試験物をより正確に直線往復動させることができる。
【０００４】
また、例えば、特開２００７−２３２０２６号公報（特許文献４）に開示されているように、シリンダ内でピストンが摺動した場合にシリンダに作用する力を測定する試験機もある。同公報では、ピストンは、シリンダ内に摺動可能に収容され、コンロッドを介してクランク軸に接続されている。そして、ピストンは、クランク軸の回転に伴ってシリンダに案内されつつ直線往復動する。
【０００５】
また、摩擦試験機や疲労試験機に関する用途については開示されていないが、クランク軸の回転運動から直線往復動を得る直線往復機構について、ＬＷＪ株式会社によって、内歯の太陽歯車と外歯の遊星歯車とで構成した遊星歯車機構を利用し、直線往復動を生み出すクランク装置の提案がある（例えば、特許２６８３２１８号（特許文献５））。このクランク装置では、ピストンは、シリンダに案内されずとも直線往復動することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許２８５００５４号
【特許文献２】特開２００７−１７７７６０号公報
【特許文献３】特開２００６−１８９２８８号公報
【特許文献４】特開２００７−２３２０２６号公報
【特許文献５】特許２６８３２１８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、摩擦試験機や疲労試験機では、被試験物に直線往復動を作用させる機構として、ボールネジを利用した機構や、油圧シリンダとサーボ弁を組み合わせた機構が知られている（例えば、特許文献２、特許文献３）。これらは被試験物に精度よく直線往復動を作用させることができる。このため、被試験物に直線往復動を作用させる摩擦試験機や疲労試験機として、より精度の高い試験結果が期待できる。
【０００８】
しかしながら、本発明者の考えるところでは、ボールネジは、被試験物に直線往復動を作用させる機構として用いる場合、構造上、高速での運転に向かない。また、油圧シリンダとサーボ弁を組み合わせた機構は、ボールネジに比べると高速での運転に向くが、サーボ弁の制御に乱れが生じる点で限界があり、やはり直線往復動の速度をそれ程速くできない。このため、ボールネジを利用した機構や、油圧シリンダとサーボ弁を組み合わせた機構では、特に、高速での試験ができなかった。また、いずれも、精度を保つのに許容される速度の範囲がそれ程広くなく、速度を大きく変えて試験を行うことができない。この場合、許容される速度で試験を行い、その結果から演算等で高速で試験した場合の結果を予測することが行われていた。
【０００９】
また、自動車の内燃機関に用いられるピストン−シリンダ機構の摩擦を調べる装置では、コンロッドを介してピストンをクランク軸に接続するとともに、ピストンをシリンダに案内させて直線往復動させる機構が用いられている（例えば、特許文献４）。かかる構造では、いわゆるサイドスラストなどを含めた摩擦損失などを検査する場合には有効である。しかしながら、純粋にピストンの直線往復動による、ピストンとシリンダとの摩擦を測定することはできない。
【００１０】
また、特許文献５に示されているように、内歯の太陽歯車と外歯の遊星歯車とで構成した遊星歯車機構を利用し、直線往復動を生み出す直線往復機構の提案がある。しかし、かかる直線往復機構を摩擦試験機や疲労試験機などの試験機に利用した提案はされていない。
【００１１】
そこで、本発明者は、摩擦試験機や疲労試験機など、被試験物に直線往復動を作用させる機構を備えた試験機について、新規な試験機を提案する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係る試験機は、被試験物に直線往復動を作用させる直線往復機構を備えている。かかる試験機の直線往復機構は、クランクケースと、クランクケースに固定的に配設された内周太陽歯車と、内周太陽歯車のピッチ円直径の２分の１のピッチ円直径を有する遊星歯車を内周太陽歯車に噛み合わせつつ自転及び公転する遊星歯車部材を備えている。さらに、この直線往復機構は、内周太陽歯車の中心線と同軸に回転するようにクランクケースに配設され、遊星歯車部材を自転及び公転可能に支持するクランク部材と、遊星歯車の回転軸方向の無限遠点から見て遊星歯車のピッチ円上において、遊星歯車部材に配設され、クランク部材の回転に伴って直線往復動する作用部とを備えている。この直線往復機構は、作用部を通じて被試験物に直線往復動を作用させることができる。かかる試験機は、摩擦試験機や疲労試験機などを構成することができる。また、被試験物に作用させる直線往復動の速度についても、一台の試験機で精度を保つことができる速度の範囲が広く、より多くの試験条件を実現できる。
【００１３】
この場合、試験機は、クランク部材に回転駆動させる駆動装置を備えていてもよい。また、駆動装置は、例えば、サーボモータで構成することができる。サーボモータを用いる場合には、作用部を通じて被試験物に作用させる直線往復動の速度の変更が容易になる。
【００１４】
作用部は、連接棒を介して被試験物に接続されていてもよい。この場合、連接棒が直線往復動するようにガイドする案内部を備えていてもよい。また、かかる案内部は、例えば、空気軸受で構成することができる。かかる空気軸受によれば、連接棒を非接触でガイドすることができる。これにより、被試験物により安定して直線往復動を作用させることができる。
【００１５】
遊星歯車部材は、遊星歯車部材に作用する遠心力が釣り合い、かつ、遊星歯車部材の回転軸上の任意の位置で遊星歯車部材に作用する遠心力のモーメントが釣り合うように調整してもよい。この場合、さらにクランク部材は、クランク部材に作用する遠心力が釣り合い、かつ、クランク部材の回転軸上の任意の位置で前記クランク部材に作用する遠心力のモーメントが釣り合うように調整するとよい。この場合、直線往復機構の駆動によって生じる振動を極めて小さくすることができる。
【００１６】
この場合、遊星歯車部材は、遊星歯車部材に作用する遠心力を釣り合わせ、かつ、遊星歯車部材の回転軸上の任意の位置で遊星歯車部材に作用する遠心力のモーメントを釣り合わせる第１バランサーを備えていてもよい。また、クランク部材は、クランク部材に作用する遠心力を釣り合わせ、かつ、クランク部材の回転軸上の任意の位置でクランク部材に作用する遠心力のモーメントを釣り合わせる第２バランサーを備えていてもよい。
【００１７】
第１バランサー又は第２バランサーは交換可能に取り付けられていてもよい。この場合、第１バランサーは、遊星歯車部材の回転軸に対して径方向に取り付け位置が変更できるように構成してもよい。また、第１バランサーは、遊星歯車部材の回転軸に対して軸方向に取り付け位置が変更できるように構成してもよい。また、第１バランサーは、遊星歯車部材の軸方向端部に取り付けられてもよい。
【００１８】
また、第２バランサーは、クランク部材の回転軸に対して径方向に取り付け位置が変更できてもよい。この場合、第２バランサーは、クランク部材の回転軸に対して軸方向に取り付け位置が変更できてもよい。
【００１９】
また、かかる試験機は、被試験物を平板に対して直線往復動させる直線往復機構を備え、被試験物を平板に押し当てつつ移動させ、被試験物と平板との移動抵抗を検査する移動抵抗試験機に適用できる。また、かかる試験機は、被試験物に直線往復動に伴う力を作用させる直線往復機構を備えた疲労試験機に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態に係る移動抵抗試験機を示す機構図。
【図２】本発明の一実施形態に係る移動抵抗試験機の直線往復機構を示す側面図。
【図３】（ａ）は、遊星歯車部材の側面図であり、（ｂ）は遊星歯車部材の正面図。
【図４】遊星歯車部材のバランスを示す図。
【図５】（ａ）は、クランク部材の側面図、（ｂ）はクランク部材の正面図。
【図６】クランク部材に遊星歯車部材を組み付けた状態を示す側面図。
【図７】クランク部材のバランスを示す図。
【図８】本発明の一実施形態に係る疲労試験機を示す機構図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の一実施形態に係る直線往復機構を備えた試験機を図面に基づいて説明する。
【００２２】
ここでは、かかる試験機として、例えば、図１に示すように、被試験物３１０を平板３２０に押し当てつつ移動させ、被試験物３１０と平板３２０との移動抵抗を検査する移動抵抗試験機３００を構成することができる。ここで、被試験物３１０は、直線往復機構１００によって平板３２０に対して直線往復動させられる。なお、直線往復機構１００については、後で詳細に述べる。
【００２３】
この移動抵抗試験機３００は、被試験物３１０を平板３２０に押し当てる押し当て機構３３０を備えている。かかる押し当て機構３３０は、圧力を調整することができる油圧機構でもよい。また、押し当て機構３３０に代えて所要の重量（錘）を被試験物３１０に載せてもよい。
【００２４】
また、平板３２０は、被試験物３１０が移動する際の反力を受ける部材であり、力検出器３４０が接続されており、被試験物３１０が移動する際の反力が検出される。かかる力検出器３４０は、例えば、ロードセルを用いることができる。なお、この実施形態では、平板３２０は、複数のローラ３６０の上に載せられており、被試験物３１０が移動する際の反力が、力検出器３４０に作用する。また、被試験物３１０は、車輪を介して平板３２０の上を移動する形態でもよいし、平板３２０の上を摺動する形態でもよい。移動抵抗試験機３００は、例えば、種々の材料について、所定の平板に押し当てつつ摺動させ、検出される抵抗値から当該材料の摩擦係数を求める摩擦試験機として構成することができる。この場合、被試験物３１０や平板３２０には、種々の材料を選択するとよい。また、被試験物３１０は、転がり動く試験物でもよく、例えば、タイヤの磨耗試験や、車輪や車軸の耐久試験を行う試験機を構成することもできる。
【００２５】
ここで、直線往復機構１００は、図１に示すように、クランクケース１０１と、内周太陽歯車１０２と、遊星歯車部材１０３と、クランク部材１０４と、作用部１４７とを備えている。この直線往復機構１００は、後で具体的に述べるが、内歯の太陽歯車と外歯の遊星歯車とで構成した遊星歯車機構を利用して、直線往復動を生み出す機構が用いられている。この直線往復機構１００は、クランク部材１０４を回転駆動させることで、作用部１４７を直線往復動させることができる。かかる直線往復機構によれば、作用部１４７に直線に沿って正確に往復動させることができ、また、ボールネジを用いた機構や、油圧シリンダを用いた機構など、他の機構に比べて、作用部１４７を直線往復動させる速度を速くでき、また速度変化の許容幅も大きい。
【００２６】
以下、この直線往復機構１００を説明する。
【００２７】
≪直線往復機構１００≫
図１では、かかる直線往復機構１００及び移動抵抗試験機３００は模式的に示されている。この実施形態では、直線往復機構１００は、図２に示すように、クランクケース１０１と、内周太陽歯車１０２と、遊星歯車部材１０３と、クランク部材１０４とを備えている。なお、図１では、図２中のクランクケース１０１の右側面を正面にして、直線往復機構１００の機構が模式的に示されている。
【００２８】
≪クランクケース１０１≫
クランクケース１０１は、直線往復機構１００の各部材を収容するケースである。この実施形態では、クランクケース１０１は、底を有する筒状の部材であり、図２では、底部１１１を左側に向け、開口１１２を右側に向けて横向きに配設されている。クランクケース１０１の内部には、クランク部材１０４や内周太陽歯車１０２など、直線往復機構１００の各部材を収容するスペースが形成されている。クランクケース１０１の底部１１１の中心には、クランク部材１０４の軸部１５８を挿通させる挿通穴１１３が形成されている。クランクケース１０１の開口１１２と、底部１１１には、それぞれクランク部材１０４を回転自在に支持する軸受１６３、１６４が設けられている。また、クランクケース１０１の軸方向の中間位置には内周太陽歯車１０２が固定されている。
【００２９】
≪内周太陽歯車１０２≫
内周太陽歯車１０２は、内周面に歯を有する内歯車である。この実施形態では、内周太陽歯車１０２は、クランクケース１０１の内周面の中間位置に形成された段差１２１に固定されている。
【００３０】
≪遊星歯車部材１０３≫
遊星歯車部材１０３は、内周太陽歯車１０２と噛み合って自転及び公転する部材である。図３（ａ）は、この実施形態の遊星歯車部材１０３を示す側面図である。この遊星歯車部材１０３は、図３（ａ）に示すように、遊星歯車１３１と遊星軸１３２によって構成されている。
【００３１】
遊星歯車１３１は、外周面に歯を有する外歯車であり、図１に示すように、内周太陽歯車１０２のピッチ円直径の２分の１のピッチ円直径を有している。すなわち、遊星歯車部材１０３のピッチ円１０３ｃの半径ｒ１と、内周太陽歯車１０２のピッチ円１０２ｃの半径ｒ２との比は、ｒ１：ｒ２＝１：２の関係になっている。この遊星歯車１３１の中心部には、図３（ａ）に示すように、装着穴１４１が形成されており、遊星軸１３２に装着されている。
【００３２】
遊星軸１３２は、図３に示すように、遊星歯車１３１が装着される装着軸部１４６と、作用部１４７と、第１カウンターウェイト１４８と、第１バランサー１４９とを備えている。
【００３３】
装着軸部１４６は、遊星歯車１３１に装着される部位であり、遊星軸１３２の一端に設けられている。当該装着軸部１４６には遊星歯車１３１が装着されている。当該装着軸部１４６には、図示は省略するがスプライン又はキー係合が構成されている。これにより、遊星歯車１３１は遊星軸１３２に対して回転しないように装着されている。
【００３４】
第１バランサー１４９は、遊星歯車部材１０３に作用する遠心力を釣り合わせ、かつ、遊星歯車部材１０３の回転軸ｃ２上の任意の位置で遊星歯車部材１０３に作用する遠心力のモーメントを釣り合わせる部材である。この実施形態では、第１バランサー１４９は、交換可能に取り付けられており、装着軸部１４６の端面にねじ１５０によって取り付けられている。この第１バランサー１４９は、図３（ａ）（ｂ）に示すように、装着軸部１４６の端面に取り付けられる基部１４９ａと、略扇形の錘部１４９ｂとを備えている。この実施形態では、第１バランサー１４９は、扇形の錘部１４９ｂの円弧の中心が遊星歯車部材１０３の回転軸ｃ２になるように取り付けられている。また、基部１４９ａには、遊星歯車１３１に係合し、廻り止めをなす突起１４９ｃが設けられている。
【００３５】
このように遊星軸１３２の一方の端部には、第１バランサー１４９が設けられている。遊星軸１３２の反対側の端部には、作用部１４７と第１カウンターウェイト１４８が設けられている。
【００３６】
作用部１４７は、図１及び図３に示すように、遊星歯車１３１のピッチ円１０３ｃ上（無限遠点から見て遊星歯車１３１のピッチ円１０３ｃ上）に配設されている。この実施形態では、作用部１４７は、ピン状の部材であり、中心軸線ｃ３が当該ピッチ円１０３ｃに直交するように設けられている。作用部１４７には、図１及び図２に示すように、被試験物３１０に連接される連接棒３０５が連結されている。
【００３７】
第１カウンターウェイト１４８は、遊星歯車部材１０３の自転の慣性力を生じさせる。この実施形態では、第１カウンターウェイト１４８は、図３（ａ）（ｂ）に示すように、略半円弧形状の部材であり、遊星歯車部材１０３の回転軸ｃ２から径方向にずらして設けられている。また、第１カウンターウェイト１４８の重心は、遊星歯車部材１０３の回転軸ｃ２を中心として、作用部１４７の中心軸線ｃ３から周方向に１８０度ずれた位置に設けられている。
【００３８】
≪遊星歯車部材１０３のバランス≫
図４は、この遊星歯車部材１０３のバランスを模式的に示す図である。この実施形態では、遊星歯車部材１０３は、図２に示すように、遊星歯車１３１と遊星軸１３２で構成されており、作用部１４７には動作部材２００（この実施形態では、連接棒３０５及び被試験物３１０）が取り付けられている。この遊星歯車部材１０３は、遊星歯車部材１０３に作用する遠心力が釣り合い、かつ、遊星歯車部材１０３の回転軸ｃ２上の任意の位置に作用する遠心力のモーメントが釣り合うように、バランスを調整している。すなわち、この遊星歯車部材１０３は、図４に示すように、モデル化できる。図４中、ｃ２は遊星歯車部材１０３の回転軸を、Ｍ１は作用部１４７に連結される被試験物３１０に相当する質量体を、Ｍ２は第１カウンターウェイト１４８に相当する質量体を、Ｍ３は第１バランサー１４９に相当する質量体をそれぞれ示している。
【００３９】
図４に示すモデルにおいて、遊星歯車部材１０３が回転した場合に、質量体Ｍ１（動作部材２００）に作用する遠心力をＦ１、質量体Ｍ２（第１カウンターウェイト１４８）に作用する遠心力をＦ２、質量体Ｍ３（第１バランサー１４９）に作用する遠心力をＦ３とする。この遊星歯車部材１０３は、遠心力Ｆ１と、遠心力Ｆ２と、遠心力Ｆ３を釣り合わせている（Ｆ１＋Ｆ２＋Ｆ３＝０（Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３はベクトル量））。
【００４０】
この場合、Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３はそれぞれ「遠心力＝質量×半径×（角速度）２」の式で算出することができ、遠心力Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３の方向は回転軸ｃ２に対して径方向外向きに作用する。（角速度）２は、各項に共通しているので除することができ、Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３の各項の大きさは、質量×半径に置き換えることができる。さらに、この実施形態では、図２に示すように、動作部材２００と第１バランサー１４９は、第１カウンターウェイト１４８に対して周方向において１８０°ずらして配設されている。このため、質量体Ｍ１（動作部材２００）に作用する遠心力Ｆ１と質量体Ｍ３（第１バランサー１４９）に作用する遠心力Ｆ３は、質量体Ｍ２（第１カウンターウェイト１４８）に作用する遠心力Ｆ２に対して常に方向が反対になる。従って、この実施形態では、質量体Ｍ１（動作部材２００）の質量をｍ１、半径距離をＡ１とし、質量体Ｍ２（第１カウンターウェイト１４８）の質量をｍ２、半径距離をＡ２とし、質量体Ｍ３（第１バランサー１４９）の質量をｍ３、半径距離をＡ３とした場合に、Ｆ１＋Ｆ２＋Ｆ３＝０（Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３はベクトル量）は、（ｍ１×Ａ１＋ｍ３×Ａ３）−（ｍ２×Ａ２）＝０となる。このように、遊星歯車部材１０３は、作用部１４７に動作部材２００が取り付けられた状態で回転した場合に、遊星歯車部材１０３に作用する遠心力が釣り合っている。
【００４１】
さらに、この実施形態では、遊星歯車部材１０３の回転軸ｃ２上の任意の位置で、遊星歯車部材１０３に作用する遠心力（Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３）のモーメントが釣り合っている。
【００４２】
すなわち、図４に示すように、遊星歯車部材１０３の回転軸ｃ２上の任意の位置Ｏ１から各遠心力Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３が作用する位置までの軸方向の距離をそれぞれＬ１、Ｌ２、Ｌ３とする。この遊星歯車部材１０３は、Ｆ１×Ｌ１＋Ｆ２×Ｌ２＋Ｆ３×Ｌ３＝０（Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３はベクトル量）になっている。これにより、遊星歯車部材１０３が回転した場合に、当該回転軸ｃ２上の任意の位置において回転軸ｃ２に直交する軸回りに、遊星歯車部材１０３を回転させるように作用する力を小さく抑えることができる。
【００４３】
この実施形態では、遊星歯車部材１０３は、上述したように、Ｆ１＋Ｆ２＋Ｆ３＝０（Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３はベクトル量）、及び、Ｆ１×Ｌ１＋Ｆ２×Ｌ２＋Ｆ３×Ｌ３＝０（Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３はベクトル量）になるように、第１バランサー１４９の重さを調整している。なお、実際には、各部材の重さや取り付け位置について製造上の公差が生じる。このため、第１バランサー１４９の重さを調整する際は、例えば、作用部１４７に、動作部材２００に相当するダミーウエイトを配設し、クランク部材１０４に支持された状態と同様の状態で、遊星歯車部材１０３を回転自在に支持する。そして、遊星軸１３２をモータ等で回転させて、遊星歯車部材１０３に生じる振動が低減されるように、第１バランサー１４９の重さや取り付け位置を微調整するとよい。
【００４４】
また、この実施形態では、第１バランサー１４９は、遊星歯車部材１０３の軸方向端部に取り付けられている。すなわち、この実施形態では、第１バランサー１４９は、遊星歯車部材１０３において、作用部１４７や第１カウンターウェイト１４８を取り付ける位置から軸方向に離れた端部に取り付けられている。この場合、第１バランサー１４９を取り付ける位置が、作用部１４７や第１カウンターウェイト１４８を取り付ける位置から軸方向に最も離れる。このため、作用部１４７や第１カウンターウェイト１４８の近傍位置では、第１バランサー１４９によって遊星歯車部材１０３に作用する遠心力のモーメントが大きい。このため、遊星歯車部材１０３の回転軸ｃ２から同一の半径距離で第１バランサー１４９を遊星歯車部材１０３に取り付ける場合、遊星歯車部材１０３の他の位置に比べて、第１バランサー１４９を最も軽くできる。このように、遊星歯車部材１０３の軸端部に第１バランサー１４９を取り付けることによって、第１バランサー１４９を軽くできるから、直線往復機構１００全体を軽くすることができる。
【００４５】
遊星歯車部材１０３が回転した場合に、遊星歯車部材１０３に作用する遠心力が釣り合い、かつ、遊星歯車部材１０３の回転軸上の任意の位置に作用する遠心力のモーメントが釣り合うように調整された一例を図４に示すモデルで示す。例えば、図４に示すモデルにおいて、質量体Ｍ１、質量体Ｍ２、質量体Ｍ３は、それぞれ回転軸ｃ２から重心までの半径距離（Ａ１、Ａ２、Ａ３）が同じである。そして、質量体Ｍ２が回転軸ｃ２に取り付けられた位置から質量体Ｍ１は右側へｓ、質量体Ｍ３は左側へ２ｓの距離にそれぞれ配設されている。この場合、例えば、質量体Ｍ１が２ｇ、質量体Ｍ２が３ｇ、質量体Ｍ３が１ｇである場合に、遊星歯車部材１０３に作用する遠心力Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３が釣り合い、かつ、遊星歯車部材１０３の回転軸ｃ２上の任意の位置に作用する遠心力Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３のモーメントが釣り合う。なお、遊星歯車部材１０３に作用する遠心力が釣り合い、かつ、遊星歯車部材１０３の回転軸ｃ２上の任意の位置に作用する遠心力のモーメントが釣り合う例は、この例に限定されない。実機では、各部材の重量が微妙に異なるので、遊星歯車部材１０３に作用する遠心力Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３が釣り合い、かつ、遊星歯車部材１０３の回転軸ｃ２上の任意の位置に作用する遠心力Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３のモーメントが釣り合うように、実機毎にバランスを調整するとよい。
【００４６】
≪クランク部材１０４≫
次に、この直線往復機構１００におけるクランク部材１０４を説明する。クランク部材１０４は、図２に示すように、内周太陽歯車１０２の中心線ｃ１と同軸に回転するようにクランクケース１０１に配設されている。そして、クランク部材１０４は、遊星歯車部材１０３を自転及び公転可能に支持している。図５は、クランク部材１０４の側面図である。図６は、クランク部材１０４に遊星歯車部材１０３が組み込まれた状態を示す側面図である。
【００４７】
この実施形態では、クランク部材１０４は、図５（ａ）に示すように、片側が太く、反対側が細い軸部材である。片側の太い軸部１５１には、図５（ａ）（ｂ）に示すように、上述した遊星歯車部材１０３を装着する装着穴１５２が形成されている。当該装着穴１５２の中心線は、クランク部材１０４の回転軸ｃ１から遊星歯車１３１のピッチ円１０３ｃの半径ｒ１の距離ずれており、遊星歯車１３１のピッチ円１０３ｃの中心線ｃ２に一致している。また、このクランク部材１０４の中間部は当該太い軸部１５１よりも少し細く形成されている。当該中間部において、太い軸部１５１に形成された装着穴１５２の底部は、図中１５２ａで示すように、クランク部材１０４の側面に開口している。
【００４８】
この実施形態では、クランク部材１０４には、第２カウンターウェイト１５９と第２バランサー１６０が取り付けられている。第２カウンターウェイト１５９は、クランク部材１０４の太い軸部１５１が形成された片側の端面に取り付けられている。第２カウンターウェイト１５９は、クランク部材１０４の端面に応じた略半円弧形状を有した質量部材である。円弧の中心部には、装着穴１５２の中心線ｃ２を中心とする円弧状の切り欠き１５９ａが形成されている。
【００４９】
第２バランサー１６０は、クランク部材１０４に作用する遠心力を釣り合わせ、かつ、クランク部材１０４の回転軸ｃ１上の任意の位置でクランク部材１０４に作用する遠心力のモーメントを釣り合わせる部材である。この実施形態では、このクランク部材１０４は、図２に示すように、軸部１５８がクランクケース１０１の挿通穴１１３に挿通されて、軸受１６３、１６４を介してクランクケース１０１に対して回転自在に装着されている。また、この実施形態では、クランクケース１０１の外に伸びたクランク部材１０４の軸部１５８には、フライホイール１７０が取り付けられている。第２バランサー１６０は、フライホイール１７０の回転中心から径方向に離れた位置に取り付けられている。
【００５０】
≪遊星歯車部材１０３とクランク部材１０４の取り付け構造≫
この実施形態では、図２に示すように、遊星歯車部材１０３は、軸受１６１、１６２を介在させてクランク部材１０４の装着穴１５２に回動自在に装着されている。詳しくは、遊星歯車部材１０３は、第１カウンターウェイト１４８及び作用部１４７が、クランク部材１０４の装着穴１５２から外に出た状態で、装着穴１５２に装着されている。遊星軸１３２の装着軸部１４６は、図２及び図６に示すように、クランク部材１０４の装着穴１５２の底部の開口１５２ａに到達している。かかる装着軸部１４６に取り付けられた遊星歯車１３１の歯面は、クランク部材１０４の装着穴１５２の底部の開口１５２ａからクランク部材１０４の外に露出している。
【００５１】
なお、クランク部材１０４の端面に取り付けられた第２カウンターウェイト１５９には、図５に示すように、装着穴１５２の中心線ｃ２を中心とする円弧状の切り欠き１５９ａが形成されている。このため、遊星歯車部材１０３が回転しても、第１カウンターウェイト１４８及び作用部１４７は、第２カウンターウェイト１５９には干渉しない。
【００５２】
≪クランクケース１０１への取り付け構造≫
遊星歯車部材１０３及びクランク部材１０４は、図２に示すように、クランクケース１０１に装着されている。クランク部材１０４は、軸受１６３、１６４を介在させて、クランクケース１０１に回動自在に装着されている。クランク部材１０４は、クランクケース１０１に固定された内周太陽歯車１０２のピッチ円１０２ｃの中心線ｃ１と同軸で回転するように装着されている。遊星歯車１３１は、クランク部材１０４の装着穴１５２の底部の開口１５２ａから露出しており、内周太陽歯車１０２に噛み合っている。
【００５３】
移動抵抗試験機３００は、図２に示すように、クランク部材１０４に回転駆動させる駆動装置２２０を備えていてもよい。この実施形態では、かかる駆動装置２２０としてサーボモータが用いられている。すなわち、この直線往復機構１００のクランク部材１０４は、サーボモータ２２０からクランク部材１０４の軸部１５８に直線往復機構１００を駆動させる動力が伝達される。これによって、クランク部材１０４が回転する。クランク部材１０４が回転すると、遊星歯車部材１０３は内周太陽歯車１０２と噛合しながら自転及び公転する。
【００５４】
≪作用部の軌道≫
すなわち、遊星歯車部材１０３は、図１及び図２に示すように、クランク部材１０４の装着穴１５２に装着された軸受１６３、１６４によって支持されている。また、遊星歯車部材１０３は内周太陽歯車１０２と噛み合い、クランク部材１０４の回転に応じて自転しながら公転する。この直線往復機構１００は、図１に示すように、遊星歯車１３１のピッチ円１０３ｃの半径ｒ１と、内周太陽歯車１０２のピッチ円１０２ｃの半径ｒ２との比は、ｒ１：ｒ２＝１：２の関係になっている。このため、遊星歯車部材１０３は、１回公転する毎に２回自転する。
【００５５】
遊星歯車部材１０３の遊星軸１３２から軸方向に突出した作用部１４７は、遊星歯車部材１０３の回転軸ｃ２から径方向にピッチ円１０３ｃの半径ｒ１分ずれた位置に配設されている。また上述のように、遊星歯車１３１のピッチ円１０３ｃの半径ｒ１と内周太陽歯車１０２のピッチ円１０２ｃの半径ｒ２との比が、ｒ１：ｒ２＝１：２の関係になっている。さらに、作用部１４７が遊星歯車１３１の回転軸ｃ２方向の無限遠点から見て遊星歯車１３１のピッチ円１０３ｃ上に配設されている。このため、かかる作用部１４７は、遊星歯車部材１０３の自転及び公転に応じて、内周太陽歯車１０２のピッチ円１０２ｃの直径に沿って直線往復動する。
【００５６】
模式的に示すと、図１に示すように、クランク部材１０４が図中の矢印の方向ｅに回転すると、遊星歯車部材１０３は矢印ｆの方向に回転し、作用部１４７は直線Ｌに沿って矢印ｇの方向に移動する。クランク部材１０４が逆方向に回転すると、遊星歯車部材１０３の回転方向も逆になり、作用部１４７は直線Ｌに沿って矢印ｇとは反対の方向に移動する。
【００５７】
この実施形態では、作用部１４７には、連接棒３０５が取り付けられている。連接棒３０５は、図２に示すように、作用部１４７に直交するように連結されている。また、連接棒３０５は、作用部１４７が直線往復動する直線Ｌに沿って延びている。
【００５８】
そして、連接棒３０５の先端に、当該移動抵抗試験機３００の被試験物３１０が取り付けられている。ここで、作用部１４７が直線往復動する直線Ｌが、当該移動抵抗試験機３００において被試験物３１０を往復動させるべき直線に沿うように、直線往復機構１００を所定の位置に配置している。これにより、被試験物３１０を所定の直線Ｌに沿って適切に往復動させることができる。この場合、内周太陽歯車１０２のピッチ円１０２ｃ、及び、遊星歯車１３１のピッチ円１０３ｃを大きくしたり、小さくしたりすることによって、被試験物３１０のストローク量を調整できる。
【００５９】
また、この実施形態では、直線往復機構１００は、クランク部材１０４に作用する遠心力が釣り合い、かつ、クランク部材１０４の回転軸ｃ１上の任意の位置に作用する遠心力のモーメントが釣り合っている。すなわち、この直線往復機構１００は、図７に示すように、モデル化できる。図７中、ｃ１はクランク部材１０４の回転軸を、Ｍ１１は遊星歯車部材１０３に相当する質量体を、Ｍ１２は第２カウンターウェイト１５９に相当する質量体を、Ｍ１３は第２バランサー１６０に相当する質量体をそれぞれ示している。
【００６０】
図７に示すモデルにおいて、クランク部材１０４が回転した場合に、質量体Ｍ１１（遊星歯車部材１０３）に作用する遠心力をＦ１１、質量体Ｍ１２（第２カウンターウェイト１５９）に作用する遠心力をＦ１２、質量体Ｍ１３（第２バランサー１６０）に作用する遠心力をＦ１３とする。このクランク部材１０４は、遠心力Ｆ１１と、遠心力Ｆ１２と、遠心力Ｆ１３を釣り合わせている（Ｆ１１＋Ｆ１２＋Ｆ１３＝０（Ｆ１１、Ｆ１２、Ｆ１３はベクトル量））。さらに、この実施形態では、クランク部材１０４の回転軸ｃ１上の任意の位置で、クランク部材１０４に作用する遠心力（Ｆ１１、Ｆ１２、Ｆ１３）のモーメントが釣り合っている。
【００６１】
すなわち、図７に示すように、クランク部材１０４の回転軸ｃ１上の任意の位置Ｏ２から各遠心力Ｆ１１、Ｆ１２、Ｆ１３が作用する位置までの軸方向の距離をそれぞれＬ１１、Ｌ１２、Ｌ１３とする。このクランク部材１０４は、Ｆ１１×Ｌ１１＋Ｆ１２×Ｌ１２＋Ｆ１３×Ｌ１３＝０（Ｆ１１、Ｆ１２、Ｆ１３はベクトル量）になっている。これにより、クランク部材１０４が回転した場合に、当該回転軸ｃ１上の任意の位置において回転軸ｃ１に直交する軸回りに、クランク部材１０４を回転させるように作用する力を小さく抑えることができる。
【００６２】
この実施形態では、クランク部材１０４は、上述したように、Ｆ１１＋Ｆ１２＋Ｆ１３＝０（Ｆ１１、Ｆ１２、Ｆ１３はベクトル量）、及び、Ｆ１１×Ｌ１１＋Ｆ１２×Ｌ１２＋Ｆ１３×Ｌ１３＝０（Ｆ１１、Ｆ１２、Ｆ１３はベクトル量）になるように、第２バランサー１６０の重さを調整している。なお、実際には、各部材については、重さや取り付け位置について製造上の公差が生じる。第２バランサー１６０の重さを調整する際は、クランク部材１０４に遊星歯車部材１０３に相当するダミーウエイトを配設し、クランクケース１０１に支持された状態と同様の状態で、クランク部材１０４を回転自在に支持する。そして、クランク部材１０４をモータ等で回転させて、クランク部材１０４に生じる振動が低減されるように、第２バランサー１６０の重さや取り付け位置を微調整するとよい。
【００６３】
また、この実施形態では、第２バランサー１６０は、フライホイール１７０に取り付けられている。フライホイール１７０は、クランク部材１０４の回転軸ｃ１から離れているので、第２バランサー１６０の重さを軽くしても作用する遠心力が大きくなる。このため、より軽い第２バランサー１６０によって、クランク部材１０４に作用する遠心力が釣り合い、かつ、クランク部材１０４の回転軸ｃ１上の任意の位置に作用する遠心力のモーメントを釣り合わせることができる。
【００６４】
この直線往復機構１００は、上述したように遊星歯車部材１０３に作用する遠心力が釣り合い、かつ、遊星歯車部材１０３の回転軸ｃ２上の任意の位置に作用する遠心力のモーメントが釣り合っている。さらに、クランク部材１０４に作用する遠心力が釣り合い、かつ、クランク部材１０４の回転軸ｃ１上の任意の位置に作用する遠心力のモーメントが釣り合っている。このため、遊星歯車部材１０３の回転軸ｃ２及びクランク部材１０４の回転軸ｃ１に偏った荷重が作用するのを小さく抑えることができる。これにより、直線往復機構１００の駆動によって生じる振動を極めて小さくすることができる。
【００６５】
≪移動抵抗試験機３００≫
この移動抵抗試験機３００では、直線往復機構１００は、上述したように、クランクケース１０１と、内周太陽歯車１０２と、遊星歯車部材１０３と、クランク部材１０４と、作用部１４７とを備えている。そして、作用部１４７を通じて被試験物３１０を直線往復動させることができる。この場合、直線往復機構１００は、被試験物３１０を正確に直線往復動させることができる。また、この直線往復機構１００によれば、ボールネジを用いた機構や、油圧シリンダを用いた機構などの他の機構を用いた試験機に比べて、被試験物３１０の速度を速くできる。また、被試験物３１０を低速でも安定して直線往復動できるから、被試験物３１０の速度に自由度がある。被試験物３１０の速度は、直線往復機構１００のクランク部材１０４に付与する回転速度を調整することによって変えることができる。このため種々の条件で所望の試験が行える。
【００６６】
すなわち、この直線往復機構１００は、サーボモータ２２０の回転速度を変えることによって、被試験物３１０の速度を変えることができる。これにより、被試験物３１０の速度について、種々条件を変えて試験を行うことができる。このため、低速で動作させた場合の被試験物３１０の移動抵抗や、高速で動作させた場合の被試験物３１０の移動抵抗を測定する試験を、一台の試験機で実現できる。
【００６７】
また、上述した直線往復機構１００は、遊星歯車部材１０３に作用する遠心力を釣り合わせ、かつ、遊星歯車部材１０３の回転軸ｃ２上の任意の位置で遊星歯車部材１０３に作用する遠心力のモーメントを釣り合わせることができる。さらに、クランク部材１０４に作用する遠心力を釣り合わせ、かつ、クランク部材１０４の回転軸ｃ１上の任意の位置でクランク部材１０４に作用する遠心力のモーメントを釣り合わせることができる。これによって、駆動時の振動を低減させることができる。また、直線往復機構１００の駆動による振動の影響を小さくできる。
【００６８】
この移動抵抗試験機３００では、被試験物３１０を平板３２０に押し当てる押し当て機構３３０を備えており、押し当て機構３３０が被試験物３１０に作用させる力を調整することで、かかる移動抵抗試験の条件を変更できる。この移動抵抗試験機３００は、上述したように、直線往復機構１００から被試験物３１０に作用する振動を低減させることができるので、かかる押し当て機構３３０の力を適切に被試験物３１０に作用させることができる。従って、移動抵抗試験機３００において、ボールネジを用いた機構や、油圧シリンダを用いた機構などの他の機構を用いた試験機に比べて、より精度の高い測定結果が期待できる。
【００６９】
すなわち、かかる直線往復機構１００によれば、振動を小さく抑えることができるので、例えば、被試験物３１０のストロークが５０ｍｍ程度であれば、５０００ｒｐｍ程度の速度で被試験物３１０を動作させても、適切な試験が行える。これに対して、例えば、ボールネジ式の直線往復機構であれば、被試験物３１０のストロークが５０ｍｍ程度であれば、３００ｒｐｍ程度の速度が限界である。また、油圧シリンダとサーボ弁を用いた機構であれば、被試験物３１０のストロークが５０ｍｍ程度であれば、６００ｒｐｍ程度の速度が限界である。このように、上述した直線往復機構１００は、移動抵抗試験機３００において、高速運転を実現でき、また低速運転でも精度が保たれるので、精度を保ちつつ許容される速度の範囲が広い。
【００７０】
以上のように、この移動抵抗試験機３００は、被試験物３１０の速度についても、一台の試験機で精度を保つことができる速度の範囲が広く、より多くの試験条件を実現できる。また、直線往復機構１００に起因する振動を低減させることができるので、高い精度が期待できる。従って、ボールネジを用いた機構や、油圧シリンダを用いた機構などの他の機構を用いた試験機では、到底実現できないような多くの試験条件を、一台の試験機で精度良く実現できる。
【００７１】
なお、上述した実施形態では、直線往復機構１００について好適な形態を例示した。直線往復機構１００は、上述した実施形態に限定されない。例えば、上述した実施形態では、第１バランサー１４９や第２バランサー１６０は、それぞれ交換可能に取り付けられている。これによって、第１バランサー１４９と第２バランサー１６０の重さや取り付け位置を微調整することが可能である。しかし、これに限らず、第１バランサー１４９や第２バランサー１６０は、それぞれ遊星歯車やクランク部材に固定してもよい。すなわち、第１バランサーと第２バランサーの重さや取り付け位置を微調整することができなくても、上述したように遊星歯車やクランク部材に作用する遠心力を釣り合わせ、かつ、遊星歯車やクランク部材の回転軸上の任意の位置に作用する遠心力のモーメントを釣り合わせるように設計されたバランサーを備えていることによって、直線往復機構１００の振動を小さく抑える一応の効果は得られる。
【００７２】
また、第１バランサー１４９は、遊星歯車１３１の回転軸ｃ２に対して径方向や軸方向に取り付け位置が変更できるようにしてもよい。これによって、遊星歯車１３１に作用する遠心力を釣り合わせ、かつ、遊星歯車１３１の回転軸ｃ２上の任意の位置に作用する遠心力のモーメントを釣り合わせる調整が容易になる。また、第２バランサー１６０は、クランク部材１０４の回転軸ｃ１に対して径方向や軸方向に取り付け位置が変更できるようにしてもよい。これによって、クランク部材１０４に作用する遠心力を釣り合わせ、かつ、クランク部材１０４の回転軸ｃ１上の任意の位置に作用する遠心力のモーメントを釣り合わせる調整が容易になる。なお、第１バランサー１４９と第２バランサー１６０を用いずとも、十分に振動が抑えられる場合には、第１バランサー１４９と第２バランサー１６０を用いなくてもよい。
【００７３】
また、上述した内周太陽歯車１０２、遊星歯車部材１０３、クランクケース１０１、クランク部材１０４などの具体的な形状や構造は、種々の変更が可能である。また、本実施形態では、作用部が連接棒に対して回動可能に連結されている構成を例示したが、かかる構成は本発明の一実施例を示すに過ぎない。
【００７４】
以上、被試験物に直線往復動を作用させる直線往復機構を備えた試験機について、被試験物３１０を平板３２０に押し当てつつ移動させ、被試験物３１０と平板３２０との移動抵抗を検査する移動抵抗試験機３００を例に挙げて説明した。なお、被試験物に直線往復動を作用させる直線往復機構を備えた試験機は、上記移動抵抗試験機３００に限定されない。
【００７５】
例えば、被試験物に直線往復動を作用させる直線往復機構を備えた試験機は、さらに、図８に示すように、疲労試験機４００を構成することができる。この場合、直線往復機構１００を介して被試験物４１０に直線往復動に伴う力を作用させるとよい。この実施形態では、かかる疲労試験機４００について、ゴム材料４１０にせん断変形を繰り返し付与する疲労試験機を例に挙げて説明する。この場合、ゴム材料４１０は、平行に配設された一対の平板４２０、４３０に挟み、当該一対の平板４２０、４３０にそれぞれ接着するとよい。
【００７６】
直線往復機構１００の作用部１４７に連接棒４０５を介して、一方の平板４２０を接続し、当該一方の平板４２０を他方の平板４３０に対して、平行を維持しつつ相対的に直線往復動させるとよい。この実施形態では、平板４２０に付与される荷重をロードセル４４０で計測している。また、カウンター４６０でせん断力が付与された回数をカウントしている。かかるカウンター４６０は、例えば、直線往復機構１００のクランク部材１０４の回転数を計測するものでもよい。この場合、ゴム材料４１０に亀裂や破断が生じるまでに、どの程度のせん断力が何回付与されたかを測定することができる。
【００７７】
かかる疲労試験機４００によれば、直線往復機構１００は、図８に示すように、クランクケース１０１と、内周太陽歯車１０２と、遊星歯車部材１０３と、クランク部材１０４と、作用部１４７とを備えており、作用部１４７を通じて被試験物４１０を直線往復動させることができる。この場合についても、直線往復機構１００は、サーボモータ（図示省略）の回転速度を変えることによって、被試験物４１０の速度を変えることができる。これにより、被試験物４１０の速度について、種々条件を変えて試験を行うことができる。また、疲労試験では、せん断力が数十万回程度にまで多くなる場合もある。この疲労試験機４００によれば、直線往復機構１００の速度を速くすることができるので、試験に要する時間をかなり短縮することができる。このように、上述した直線往復機構１００はこのような疲労試験機４００にも好適である。
【００７８】
以上、疲労試験機４００について一例を挙げて説明したが、疲労試験機４００は、上記の形態に限定されない。例えば、被試験物４１０については、上述したゴム材料４１０に限定されず、種々の材料を被試験物４１０とすることができる。また、せん断変形の試験だけでなく、曲げ試験や、引張圧縮試験等にも適用できる。
【００７９】
また、被試験物に直線往復動を作用させる直線往復機構を備えた試験機として、種々の形態３００、４００を例示した。この場合、作用部１４７は、連接棒３０５、４０５を介して、それぞれ被試験物３１０、被試験物４１０に接続されている。この場合、例えば、図１及び図８に示すように、連接棒３０５、４０５が直線往復動するようにガイドする案内部３０６、４０６を備えていてもよい。この場合、かかる案内部３０６、４０６は、すべり軸受や、空気軸受で構成するとよい。空気軸受３０６、４０６による場合は、例えば、連接棒３０５、４０５の外周を覆う外装部材と、当該外装部材３０６ａ、４０６ａと連接棒３０５、４０５との間に圧縮空気を供給するコンプレッサ３０６ｂ、４０６ｂとで構成してもよい。
【００８０】
かかる空気軸受３０６、４０６によれば、連接棒３０５、４０５を非接触でガイドすることができる。また、このような案内部３０６、４０６を設けることにより、例えば、直線往復機構１００を設置する際の誤差などにより、直線往復機構１００の作用部１４７の軌道が、所定の直線Ｌからずれるような場合でも、連接棒３０５、４０５の軌道を適切に修正することができる。これにより、被試験物に直線往復動を作用させる直線往復機構を備えた試験機において、被試験物により安定して直線往復動を作用させることができる。
【００８１】
以上のように、本発明に係る試験機は、例えば、図１又は図８に示すように、被試験物３１０、被試験物４１０に直線往復動を作用させる直線往復機構１００を備えている。直線往復機構１００は、上述したように、クランク部材１０４と、クランク部材１０４に固定的に配設された内周太陽歯車１０２と、内周太陽歯車１０２のピッチ円直径の２分の１のピッチ円直径を有する遊星歯車１３１を内周太陽歯車１０２に噛み合わせつつ自転及び公転する遊星歯車部材１０３とを備えている。さらに、この直線往復機構１００は、内周太陽歯車１０２の中心線と同軸に回転するようにクランクケース１０１に配設され、遊星歯車部材１０３を自転及び公転可能に支持するクランク部材１０４と、遊星歯車１３１の回転軸方向の無限遠点から見て遊星歯車１３１のピッチ円上において、遊星歯車部材１０３に配設され、クランク部材１０４の回転に伴って直線往復動する作用部１４７とを備えている。そして、当該作用部１４７を通じて被試験物３１０、４１０に直線往復動を作用させている。
【００８２】
この直線往復機構１００によれば、クランク部材１０４を回転駆動させることによって、作用部１４７を直線往復動させることができる。この場合、被試験物３１０、４１０に作用させる直線往復動の速度に自由度があり、被試験物３１０、４１０に作用させる直線往復動について、種々の条件で所望の試験が行える。このように本発明に係る試験機では、被試験物に作用させる直線往復動の速度についても、一台の試験機で精度を保つことができる速度の範囲が広く、より多くの試験条件を実現できる。従って、ボールネジを用いた機構や、油圧シリンダを用いた機構などの他の機構を用いた試験機では、到底実現できないような多くの試験条件を、一台の試験機で実現できる。
【００８３】
上記の実施形態では、本発明に係る試験機として、移動抵抗試験機３００（図１参照）、疲労試験機４００（図８参照）について、それぞれ一例を挙げたが、本発明に係る試験機はこれらに限定されず、被試験物に直線往復動を作用させる直線往復機構を備えた種々の試験機に適用できる。例えば、図示は省略するが、シリンダとピストンの摺動抵抗を測定する摺動抵抗試験機を構成することができる。この場合、例えば、直線往復機構によって、シリンダに対してピストンを直線往復動させ、この際に、シリンダに作用する力を検出するように構成するとよい。また、この直線往復機構は、被試験物を、例えば、１０ｍ／ｓ程度の速度で直線往復動させることができる。このため、かかる被試験物によって、他の部材に衝撃を与えるように構成することによって、衝撃試験機を構成することもできる。
【００８４】
以上、被試験物に直線往復動を作用させる直線往復機構を備えた試験機について、本発明に係る種々の実施形態を例示したが、本発明は、上記に例示される実施形態に限定されない。
【符号の説明】
【００８５】
１００ 直線往復機構
１０１ クランクケース
１０２ 内周太陽歯車
１０２ｃ ピッチ円
１０３ 遊星歯車部材
１０３ｃ ピッチ円
１０４ クランク部材
１１１ 底部
１１２ 開口
１１３ 挿通穴
１２１ 段差
１３１ 遊星歯車
１３２ 遊星軸
１４１ 装着穴
１４６ 装着軸部
１４７ 作用部
１４８ 第１カウンターウェイト
１４９ 第１バランサー
１４９ａ 基部
１４９ｂ 錘部
１４９ｃ 突起
１５１ 軸部
１５２ 装着穴
１５２ａ 開口
１５８ 軸部
１５９ 第２カウンターウェイト
１６０ 第２バランサー
１６１、１６２ 軸受
１６３、１６４ 軸受
１７０ フライホイール
２００ 動作部材
２２０ サーボモータ（駆動装置）
３００ 移動抵抗試験機
３０５ 連接棒
３０６、４０６ 空気軸受（案内部）
３０６ａ、４０６ａ 外装部材
３０６ｂ、４０６ｂ コンプレッサ
３１０ 被試験物
３２０ 平板
３３０ 押し当て機構
３４０ 力検出器
３６０ ローラ
４００ 疲労試験機
４０５ 連接棒
４１０ ゴム材料（被試験物）
４２０、４３０ 平板
４４０ ロードセル
４６０ カウンター
【技術分野】
【０００１】
本発明は被試験物に直線往復動を作用させる直線往復機構を備えた試験機に関し、例えば、摩擦試験機や疲労試験機に関する。
【背景技術】
【０００２】
摩擦試験は、例えば、特許２８５００５４号（特許文献１）や特開２００７−１７７７６０号公報（特許文献２）に開示されているように、平板に被試験物を押し当てつつ摺動させることによって摩擦抵抗を測定する試験が提案されている。また、疲労試験では、例えば、特開２００６−１８９２８８号公報（特許文献３）に記載されているように、被試験物に引張りや曲げ荷重を繰り返し作用させる機構において、直線往復機構が用いられる場合がある。
【０００３】
このような場合、被試験物に直線往復動を作用させる機構には、ボールネジや、油圧シリンダとサーボ弁を組み合わせた機構が用いられる。かかる機構によれば、被試験物をより正確に直線往復動させることができる。
【０００４】
また、例えば、特開２００７−２３２０２６号公報（特許文献４）に開示されているように、シリンダ内でピストンが摺動した場合にシリンダに作用する力を測定する試験機もある。同公報では、ピストンは、シリンダ内に摺動可能に収容され、コンロッドを介してクランク軸に接続されている。そして、ピストンは、クランク軸の回転に伴ってシリンダに案内されつつ直線往復動する。
【０００５】
また、摩擦試験機や疲労試験機に関する用途については開示されていないが、クランク軸の回転運動から直線往復動を得る直線往復機構について、ＬＷＪ株式会社によって、内歯の太陽歯車と外歯の遊星歯車とで構成した遊星歯車機構を利用し、直線往復動を生み出すクランク装置の提案がある（例えば、特許２６８３２１８号（特許文献５））。このクランク装置では、ピストンは、シリンダに案内されずとも直線往復動することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許２８５００５４号
【特許文献２】特開２００７−１７７７６０号公報
【特許文献３】特開２００６−１８９２８８号公報
【特許文献４】特開２００７−２３２０２６号公報
【特許文献５】特許２６８３２１８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、摩擦試験機や疲労試験機では、被試験物に直線往復動を作用させる機構として、ボールネジを利用した機構や、油圧シリンダとサーボ弁を組み合わせた機構が知られている（例えば、特許文献２、特許文献３）。これらは被試験物に精度よく直線往復動を作用させることができる。このため、被試験物に直線往復動を作用させる摩擦試験機や疲労試験機として、より精度の高い試験結果が期待できる。
【０００８】
しかしながら、本発明者の考えるところでは、ボールネジは、被試験物に直線往復動を作用させる機構として用いる場合、構造上、高速での運転に向かない。また、油圧シリンダとサーボ弁を組み合わせた機構は、ボールネジに比べると高速での運転に向くが、サーボ弁の制御に乱れが生じる点で限界があり、やはり直線往復動の速度をそれ程速くできない。このため、ボールネジを利用した機構や、油圧シリンダとサーボ弁を組み合わせた機構では、特に、高速での試験ができなかった。また、いずれも、精度を保つのに許容される速度の範囲がそれ程広くなく、速度を大きく変えて試験を行うことができない。この場合、許容される速度で試験を行い、その結果から演算等で高速で試験した場合の結果を予測することが行われていた。
【０００９】
また、自動車の内燃機関に用いられるピストン−シリンダ機構の摩擦を調べる装置では、コンロッドを介してピストンをクランク軸に接続するとともに、ピストンをシリンダに案内させて直線往復動させる機構が用いられている（例えば、特許文献４）。かかる構造では、いわゆるサイドスラストなどを含めた摩擦損失などを検査する場合には有効である。しかしながら、純粋にピストンの直線往復動による、ピストンとシリンダとの摩擦を測定することはできない。
【００１０】
また、特許文献５に示されているように、内歯の太陽歯車と外歯の遊星歯車とで構成した遊星歯車機構を利用し、直線往復動を生み出す直線往復機構の提案がある。しかし、かかる直線往復機構を摩擦試験機や疲労試験機などの試験機に利用した提案はされていない。
【００１１】
そこで、本発明者は、摩擦試験機や疲労試験機など、被試験物に直線往復動を作用させる機構を備えた試験機について、新規な試験機を提案する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係る試験機は、被試験物に直線往復動を作用させる直線往復機構を備えている。かかる試験機の直線往復機構は、クランクケースと、クランクケースに固定的に配設された内周太陽歯車と、内周太陽歯車のピッチ円直径の２分の１のピッチ円直径を有する遊星歯車を内周太陽歯車に噛み合わせつつ自転及び公転する遊星歯車部材を備えている。さらに、この直線往復機構は、内周太陽歯車の中心線と同軸に回転するようにクランクケースに配設され、遊星歯車部材を自転及び公転可能に支持するクランク部材と、遊星歯車の回転軸方向の無限遠点から見て遊星歯車のピッチ円上において、遊星歯車部材に配設され、クランク部材の回転に伴って直線往復動する作用部とを備えている。この直線往復機構は、作用部を通じて被試験物に直線往復動を作用させることができる。かかる試験機は、摩擦試験機や疲労試験機などを構成することができる。また、被試験物に作用させる直線往復動の速度についても、一台の試験機で精度を保つことができる速度の範囲が広く、より多くの試験条件を実現できる。
【００１３】
この場合、試験機は、クランク部材に回転駆動させる駆動装置を備えていてもよい。また、駆動装置は、例えば、サーボモータで構成することができる。サーボモータを用いる場合には、作用部を通じて被試験物に作用させる直線往復動の速度の変更が容易になる。
【００１４】
作用部は、連接棒を介して被試験物に接続されていてもよい。この場合、連接棒が直線往復動するようにガイドする案内部を備えていてもよい。また、かかる案内部は、例えば、空気軸受で構成することができる。かかる空気軸受によれば、連接棒を非接触でガイドすることができる。これにより、被試験物により安定して直線往復動を作用させることができる。
【００１５】
遊星歯車部材は、遊星歯車部材に作用する遠心力が釣り合い、かつ、遊星歯車部材の回転軸上の任意の位置で遊星歯車部材に作用する遠心力のモーメントが釣り合うように調整してもよい。この場合、さらにクランク部材は、クランク部材に作用する遠心力が釣り合い、かつ、クランク部材の回転軸上の任意の位置で前記クランク部材に作用する遠心力のモーメントが釣り合うように調整するとよい。この場合、直線往復機構の駆動によって生じる振動を極めて小さくすることができる。
【００１６】
この場合、遊星歯車部材は、遊星歯車部材に作用する遠心力を釣り合わせ、かつ、遊星歯車部材の回転軸上の任意の位置で遊星歯車部材に作用する遠心力のモーメントを釣り合わせる第１バランサーを備えていてもよい。また、クランク部材は、クランク部材に作用する遠心力を釣り合わせ、かつ、クランク部材の回転軸上の任意の位置でクランク部材に作用する遠心力のモーメントを釣り合わせる第２バランサーを備えていてもよい。
【００１７】
第１バランサー又は第２バランサーは交換可能に取り付けられていてもよい。この場合、第１バランサーは、遊星歯車部材の回転軸に対して径方向に取り付け位置が変更できるように構成してもよい。また、第１バランサーは、遊星歯車部材の回転軸に対して軸方向に取り付け位置が変更できるように構成してもよい。また、第１バランサーは、遊星歯車部材の軸方向端部に取り付けられてもよい。
【００１８】
また、第２バランサーは、クランク部材の回転軸に対して径方向に取り付け位置が変更できてもよい。この場合、第２バランサーは、クランク部材の回転軸に対して軸方向に取り付け位置が変更できてもよい。
【００１９】
また、かかる試験機は、被試験物を平板に対して直線往復動させる直線往復機構を備え、被試験物を平板に押し当てつつ移動させ、被試験物と平板との移動抵抗を検査する移動抵抗試験機に適用できる。また、かかる試験機は、被試験物に直線往復動に伴う力を作用させる直線往復機構を備えた疲労試験機に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態に係る移動抵抗試験機を示す機構図。
【図２】本発明の一実施形態に係る移動抵抗試験機の直線往復機構を示す側面図。
【図３】（ａ）は、遊星歯車部材の側面図であり、（ｂ）は遊星歯車部材の正面図。
【図４】遊星歯車部材のバランスを示す図。
【図５】（ａ）は、クランク部材の側面図、（ｂ）はクランク部材の正面図。
【図６】クランク部材に遊星歯車部材を組み付けた状態を示す側面図。
【図７】クランク部材のバランスを示す図。
【図８】本発明の一実施形態に係る疲労試験機を示す機構図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の一実施形態に係る直線往復機構を備えた試験機を図面に基づいて説明する。
【００２２】
ここでは、かかる試験機として、例えば、図１に示すように、被試験物３１０を平板３２０に押し当てつつ移動させ、被試験物３１０と平板３２０との移動抵抗を検査する移動抵抗試験機３００を構成することができる。ここで、被試験物３１０は、直線往復機構１００によって平板３２０に対して直線往復動させられる。なお、直線往復機構１００については、後で詳細に述べる。
【００２３】
この移動抵抗試験機３００は、被試験物３１０を平板３２０に押し当てる押し当て機構３３０を備えている。かかる押し当て機構３３０は、圧力を調整することができる油圧機構でもよい。また、押し当て機構３３０に代えて所要の重量（錘）を被試験物３１０に載せてもよい。
【００２４】
また、平板３２０は、被試験物３１０が移動する際の反力を受ける部材であり、力検出器３４０が接続されており、被試験物３１０が移動する際の反力が検出される。かかる力検出器３４０は、例えば、ロードセルを用いることができる。なお、この実施形態では、平板３２０は、複数のローラ３６０の上に載せられており、被試験物３１０が移動する際の反力が、力検出器３４０に作用する。また、被試験物３１０は、車輪を介して平板３２０の上を移動する形態でもよいし、平板３２０の上を摺動する形態でもよい。移動抵抗試験機３００は、例えば、種々の材料について、所定の平板に押し当てつつ摺動させ、検出される抵抗値から当該材料の摩擦係数を求める摩擦試験機として構成することができる。この場合、被試験物３１０や平板３２０には、種々の材料を選択するとよい。また、被試験物３１０は、転がり動く試験物でもよく、例えば、タイヤの磨耗試験や、車輪や車軸の耐久試験を行う試験機を構成することもできる。
【００２５】
ここで、直線往復機構１００は、図１に示すように、クランクケース１０１と、内周太陽歯車１０２と、遊星歯車部材１０３と、クランク部材１０４と、作用部１４７とを備えている。この直線往復機構１００は、後で具体的に述べるが、内歯の太陽歯車と外歯の遊星歯車とで構成した遊星歯車機構を利用して、直線往復動を生み出す機構が用いられている。この直線往復機構１００は、クランク部材１０４を回転駆動させることで、作用部１４７を直線往復動させることができる。かかる直線往復機構によれば、作用部１４７に直線に沿って正確に往復動させることができ、また、ボールネジを用いた機構や、油圧シリンダを用いた機構など、他の機構に比べて、作用部１４７を直線往復動させる速度を速くでき、また速度変化の許容幅も大きい。
【００２６】
以下、この直線往復機構１００を説明する。
【００２７】
≪直線往復機構１００≫
図１では、かかる直線往復機構１００及び移動抵抗試験機３００は模式的に示されている。この実施形態では、直線往復機構１００は、図２に示すように、クランクケース１０１と、内周太陽歯車１０２と、遊星歯車部材１０３と、クランク部材１０４とを備えている。なお、図１では、図２中のクランクケース１０１の右側面を正面にして、直線往復機構１００の機構が模式的に示されている。
【００２８】
≪クランクケース１０１≫
クランクケース１０１は、直線往復機構１００の各部材を収容するケースである。この実施形態では、クランクケース１０１は、底を有する筒状の部材であり、図２では、底部１１１を左側に向け、開口１１２を右側に向けて横向きに配設されている。クランクケース１０１の内部には、クランク部材１０４や内周太陽歯車１０２など、直線往復機構１００の各部材を収容するスペースが形成されている。クランクケース１０１の底部１１１の中心には、クランク部材１０４の軸部１５８を挿通させる挿通穴１１３が形成されている。クランクケース１０１の開口１１２と、底部１１１には、それぞれクランク部材１０４を回転自在に支持する軸受１６３、１６４が設けられている。また、クランクケース１０１の軸方向の中間位置には内周太陽歯車１０２が固定されている。
【００２９】
≪内周太陽歯車１０２≫
内周太陽歯車１０２は、内周面に歯を有する内歯車である。この実施形態では、内周太陽歯車１０２は、クランクケース１０１の内周面の中間位置に形成された段差１２１に固定されている。
【００３０】
≪遊星歯車部材１０３≫
遊星歯車部材１０３は、内周太陽歯車１０２と噛み合って自転及び公転する部材である。図３（ａ）は、この実施形態の遊星歯車部材１０３を示す側面図である。この遊星歯車部材１０３は、図３（ａ）に示すように、遊星歯車１３１と遊星軸１３２によって構成されている。
【００３１】
遊星歯車１３１は、外周面に歯を有する外歯車であり、図１に示すように、内周太陽歯車１０２のピッチ円直径の２分の１のピッチ円直径を有している。すなわち、遊星歯車部材１０３のピッチ円１０３ｃの半径ｒ１と、内周太陽歯車１０２のピッチ円１０２ｃの半径ｒ２との比は、ｒ１：ｒ２＝１：２の関係になっている。この遊星歯車１３１の中心部には、図３（ａ）に示すように、装着穴１４１が形成されており、遊星軸１３２に装着されている。
【００３２】
遊星軸１３２は、図３に示すように、遊星歯車１３１が装着される装着軸部１４６と、作用部１４７と、第１カウンターウェイト１４８と、第１バランサー１４９とを備えている。
【００３３】
装着軸部１４６は、遊星歯車１３１に装着される部位であり、遊星軸１３２の一端に設けられている。当該装着軸部１４６には遊星歯車１３１が装着されている。当該装着軸部１４６には、図示は省略するがスプライン又はキー係合が構成されている。これにより、遊星歯車１３１は遊星軸１３２に対して回転しないように装着されている。
【００３４】
第１バランサー１４９は、遊星歯車部材１０３に作用する遠心力を釣り合わせ、かつ、遊星歯車部材１０３の回転軸ｃ２上の任意の位置で遊星歯車部材１０３に作用する遠心力のモーメントを釣り合わせる部材である。この実施形態では、第１バランサー１４９は、交換可能に取り付けられており、装着軸部１４６の端面にねじ１５０によって取り付けられている。この第１バランサー１４９は、図３（ａ）（ｂ）に示すように、装着軸部１４６の端面に取り付けられる基部１４９ａと、略扇形の錘部１４９ｂとを備えている。この実施形態では、第１バランサー１４９は、扇形の錘部１４９ｂの円弧の中心が遊星歯車部材１０３の回転軸ｃ２になるように取り付けられている。また、基部１４９ａには、遊星歯車１３１に係合し、廻り止めをなす突起１４９ｃが設けられている。
【００３５】
このように遊星軸１３２の一方の端部には、第１バランサー１４９が設けられている。遊星軸１３２の反対側の端部には、作用部１４７と第１カウンターウェイト１４８が設けられている。
【００３６】
作用部１４７は、図１及び図３に示すように、遊星歯車１３１のピッチ円１０３ｃ上（無限遠点から見て遊星歯車１３１のピッチ円１０３ｃ上）に配設されている。この実施形態では、作用部１４７は、ピン状の部材であり、中心軸線ｃ３が当該ピッチ円１０３ｃに直交するように設けられている。作用部１４７には、図１及び図２に示すように、被試験物３１０に連接される連接棒３０５が連結されている。
【００３７】
第１カウンターウェイト１４８は、遊星歯車部材１０３の自転の慣性力を生じさせる。この実施形態では、第１カウンターウェイト１４８は、図３（ａ）（ｂ）に示すように、略半円弧形状の部材であり、遊星歯車部材１０３の回転軸ｃ２から径方向にずらして設けられている。また、第１カウンターウェイト１４８の重心は、遊星歯車部材１０３の回転軸ｃ２を中心として、作用部１４７の中心軸線ｃ３から周方向に１８０度ずれた位置に設けられている。
【００３８】
≪遊星歯車部材１０３のバランス≫
図４は、この遊星歯車部材１０３のバランスを模式的に示す図である。この実施形態では、遊星歯車部材１０３は、図２に示すように、遊星歯車１３１と遊星軸１３２で構成されており、作用部１４７には動作部材２００（この実施形態では、連接棒３０５及び被試験物３１０）が取り付けられている。この遊星歯車部材１０３は、遊星歯車部材１０３に作用する遠心力が釣り合い、かつ、遊星歯車部材１０３の回転軸ｃ２上の任意の位置に作用する遠心力のモーメントが釣り合うように、バランスを調整している。すなわち、この遊星歯車部材１０３は、図４に示すように、モデル化できる。図４中、ｃ２は遊星歯車部材１０３の回転軸を、Ｍ１は作用部１４７に連結される被試験物３１０に相当する質量体を、Ｍ２は第１カウンターウェイト１４８に相当する質量体を、Ｍ３は第１バランサー１４９に相当する質量体をそれぞれ示している。
【００３９】
図４に示すモデルにおいて、遊星歯車部材１０３が回転した場合に、質量体Ｍ１（動作部材２００）に作用する遠心力をＦ１、質量体Ｍ２（第１カウンターウェイト１４８）に作用する遠心力をＦ２、質量体Ｍ３（第１バランサー１４９）に作用する遠心力をＦ３とする。この遊星歯車部材１０３は、遠心力Ｆ１と、遠心力Ｆ２と、遠心力Ｆ３を釣り合わせている（Ｆ１＋Ｆ２＋Ｆ３＝０（Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３はベクトル量））。
【００４０】
この場合、Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３はそれぞれ「遠心力＝質量×半径×（角速度）２」の式で算出することができ、遠心力Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３の方向は回転軸ｃ２に対して径方向外向きに作用する。（角速度）２は、各項に共通しているので除することができ、Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３の各項の大きさは、質量×半径に置き換えることができる。さらに、この実施形態では、図２に示すように、動作部材２００と第１バランサー１４９は、第１カウンターウェイト１４８に対して周方向において１８０°ずらして配設されている。このため、質量体Ｍ１（動作部材２００）に作用する遠心力Ｆ１と質量体Ｍ３（第１バランサー１４９）に作用する遠心力Ｆ３は、質量体Ｍ２（第１カウンターウェイト１４８）に作用する遠心力Ｆ２に対して常に方向が反対になる。従って、この実施形態では、質量体Ｍ１（動作部材２００）の質量をｍ１、半径距離をＡ１とし、質量体Ｍ２（第１カウンターウェイト１４８）の質量をｍ２、半径距離をＡ２とし、質量体Ｍ３（第１バランサー１４９）の質量をｍ３、半径距離をＡ３とした場合に、Ｆ１＋Ｆ２＋Ｆ３＝０（Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３はベクトル量）は、（ｍ１×Ａ１＋ｍ３×Ａ３）−（ｍ２×Ａ２）＝０となる。このように、遊星歯車部材１０３は、作用部１４７に動作部材２００が取り付けられた状態で回転した場合に、遊星歯車部材１０３に作用する遠心力が釣り合っている。
【００４１】
さらに、この実施形態では、遊星歯車部材１０３の回転軸ｃ２上の任意の位置で、遊星歯車部材１０３に作用する遠心力（Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３）のモーメントが釣り合っている。
【００４２】
すなわち、図４に示すように、遊星歯車部材１０３の回転軸ｃ２上の任意の位置Ｏ１から各遠心力Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３が作用する位置までの軸方向の距離をそれぞれＬ１、Ｌ２、Ｌ３とする。この遊星歯車部材１０３は、Ｆ１×Ｌ１＋Ｆ２×Ｌ２＋Ｆ３×Ｌ３＝０（Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３はベクトル量）になっている。これにより、遊星歯車部材１０３が回転した場合に、当該回転軸ｃ２上の任意の位置において回転軸ｃ２に直交する軸回りに、遊星歯車部材１０３を回転させるように作用する力を小さく抑えることができる。
【００４３】
この実施形態では、遊星歯車部材１０３は、上述したように、Ｆ１＋Ｆ２＋Ｆ３＝０（Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３はベクトル量）、及び、Ｆ１×Ｌ１＋Ｆ２×Ｌ２＋Ｆ３×Ｌ３＝０（Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３はベクトル量）になるように、第１バランサー１４９の重さを調整している。なお、実際には、各部材の重さや取り付け位置について製造上の公差が生じる。このため、第１バランサー１４９の重さを調整する際は、例えば、作用部１４７に、動作部材２００に相当するダミーウエイトを配設し、クランク部材１０４に支持された状態と同様の状態で、遊星歯車部材１０３を回転自在に支持する。そして、遊星軸１３２をモータ等で回転させて、遊星歯車部材１０３に生じる振動が低減されるように、第１バランサー１４９の重さや取り付け位置を微調整するとよい。
【００４４】
また、この実施形態では、第１バランサー１４９は、遊星歯車部材１０３の軸方向端部に取り付けられている。すなわち、この実施形態では、第１バランサー１４９は、遊星歯車部材１０３において、作用部１４７や第１カウンターウェイト１４８を取り付ける位置から軸方向に離れた端部に取り付けられている。この場合、第１バランサー１４９を取り付ける位置が、作用部１４７や第１カウンターウェイト１４８を取り付ける位置から軸方向に最も離れる。このため、作用部１４７や第１カウンターウェイト１４８の近傍位置では、第１バランサー１４９によって遊星歯車部材１０３に作用する遠心力のモーメントが大きい。このため、遊星歯車部材１０３の回転軸ｃ２から同一の半径距離で第１バランサー１４９を遊星歯車部材１０３に取り付ける場合、遊星歯車部材１０３の他の位置に比べて、第１バランサー１４９を最も軽くできる。このように、遊星歯車部材１０３の軸端部に第１バランサー１４９を取り付けることによって、第１バランサー１４９を軽くできるから、直線往復機構１００全体を軽くすることができる。
【００４５】
遊星歯車部材１０３が回転した場合に、遊星歯車部材１０３に作用する遠心力が釣り合い、かつ、遊星歯車部材１０３の回転軸上の任意の位置に作用する遠心力のモーメントが釣り合うように調整された一例を図４に示すモデルで示す。例えば、図４に示すモデルにおいて、質量体Ｍ１、質量体Ｍ２、質量体Ｍ３は、それぞれ回転軸ｃ２から重心までの半径距離（Ａ１、Ａ２、Ａ３）が同じである。そして、質量体Ｍ２が回転軸ｃ２に取り付けられた位置から質量体Ｍ１は右側へｓ、質量体Ｍ３は左側へ２ｓの距離にそれぞれ配設されている。この場合、例えば、質量体Ｍ１が２ｇ、質量体Ｍ２が３ｇ、質量体Ｍ３が１ｇである場合に、遊星歯車部材１０３に作用する遠心力Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３が釣り合い、かつ、遊星歯車部材１０３の回転軸ｃ２上の任意の位置に作用する遠心力Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３のモーメントが釣り合う。なお、遊星歯車部材１０３に作用する遠心力が釣り合い、かつ、遊星歯車部材１０３の回転軸ｃ２上の任意の位置に作用する遠心力のモーメントが釣り合う例は、この例に限定されない。実機では、各部材の重量が微妙に異なるので、遊星歯車部材１０３に作用する遠心力Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３が釣り合い、かつ、遊星歯車部材１０３の回転軸ｃ２上の任意の位置に作用する遠心力Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３のモーメントが釣り合うように、実機毎にバランスを調整するとよい。
【００４６】
≪クランク部材１０４≫
次に、この直線往復機構１００におけるクランク部材１０４を説明する。クランク部材１０４は、図２に示すように、内周太陽歯車１０２の中心線ｃ１と同軸に回転するようにクランクケース１０１に配設されている。そして、クランク部材１０４は、遊星歯車部材１０３を自転及び公転可能に支持している。図５は、クランク部材１０４の側面図である。図６は、クランク部材１０４に遊星歯車部材１０３が組み込まれた状態を示す側面図である。
【００４７】
この実施形態では、クランク部材１０４は、図５（ａ）に示すように、片側が太く、反対側が細い軸部材である。片側の太い軸部１５１には、図５（ａ）（ｂ）に示すように、上述した遊星歯車部材１０３を装着する装着穴１５２が形成されている。当該装着穴１５２の中心線は、クランク部材１０４の回転軸ｃ１から遊星歯車１３１のピッチ円１０３ｃの半径ｒ１の距離ずれており、遊星歯車１３１のピッチ円１０３ｃの中心線ｃ２に一致している。また、このクランク部材１０４の中間部は当該太い軸部１５１よりも少し細く形成されている。当該中間部において、太い軸部１５１に形成された装着穴１５２の底部は、図中１５２ａで示すように、クランク部材１０４の側面に開口している。
【００４８】
この実施形態では、クランク部材１０４には、第２カウンターウェイト１５９と第２バランサー１６０が取り付けられている。第２カウンターウェイト１５９は、クランク部材１０４の太い軸部１５１が形成された片側の端面に取り付けられている。第２カウンターウェイト１５９は、クランク部材１０４の端面に応じた略半円弧形状を有した質量部材である。円弧の中心部には、装着穴１５２の中心線ｃ２を中心とする円弧状の切り欠き１５９ａが形成されている。
【００４９】
第２バランサー１６０は、クランク部材１０４に作用する遠心力を釣り合わせ、かつ、クランク部材１０４の回転軸ｃ１上の任意の位置でクランク部材１０４に作用する遠心力のモーメントを釣り合わせる部材である。この実施形態では、このクランク部材１０４は、図２に示すように、軸部１５８がクランクケース１０１の挿通穴１１３に挿通されて、軸受１６３、１６４を介してクランクケース１０１に対して回転自在に装着されている。また、この実施形態では、クランクケース１０１の外に伸びたクランク部材１０４の軸部１５８には、フライホイール１７０が取り付けられている。第２バランサー１６０は、フライホイール１７０の回転中心から径方向に離れた位置に取り付けられている。
【００５０】
≪遊星歯車部材１０３とクランク部材１０４の取り付け構造≫
この実施形態では、図２に示すように、遊星歯車部材１０３は、軸受１６１、１６２を介在させてクランク部材１０４の装着穴１５２に回動自在に装着されている。詳しくは、遊星歯車部材１０３は、第１カウンターウェイト１４８及び作用部１４７が、クランク部材１０４の装着穴１５２から外に出た状態で、装着穴１５２に装着されている。遊星軸１３２の装着軸部１４６は、図２及び図６に示すように、クランク部材１０４の装着穴１５２の底部の開口１５２ａに到達している。かかる装着軸部１４６に取り付けられた遊星歯車１３１の歯面は、クランク部材１０４の装着穴１５２の底部の開口１５２ａからクランク部材１０４の外に露出している。
【００５１】
なお、クランク部材１０４の端面に取り付けられた第２カウンターウェイト１５９には、図５に示すように、装着穴１５２の中心線ｃ２を中心とする円弧状の切り欠き１５９ａが形成されている。このため、遊星歯車部材１０３が回転しても、第１カウンターウェイト１４８及び作用部１４７は、第２カウンターウェイト１５９には干渉しない。
【００５２】
≪クランクケース１０１への取り付け構造≫
遊星歯車部材１０３及びクランク部材１０４は、図２に示すように、クランクケース１０１に装着されている。クランク部材１０４は、軸受１６３、１６４を介在させて、クランクケース１０１に回動自在に装着されている。クランク部材１０４は、クランクケース１０１に固定された内周太陽歯車１０２のピッチ円１０２ｃの中心線ｃ１と同軸で回転するように装着されている。遊星歯車１３１は、クランク部材１０４の装着穴１５２の底部の開口１５２ａから露出しており、内周太陽歯車１０２に噛み合っている。
【００５３】
移動抵抗試験機３００は、図２に示すように、クランク部材１０４に回転駆動させる駆動装置２２０を備えていてもよい。この実施形態では、かかる駆動装置２２０としてサーボモータが用いられている。すなわち、この直線往復機構１００のクランク部材１０４は、サーボモータ２２０からクランク部材１０４の軸部１５８に直線往復機構１００を駆動させる動力が伝達される。これによって、クランク部材１０４が回転する。クランク部材１０４が回転すると、遊星歯車部材１０３は内周太陽歯車１０２と噛合しながら自転及び公転する。
【００５４】
≪作用部の軌道≫
すなわち、遊星歯車部材１０３は、図１及び図２に示すように、クランク部材１０４の装着穴１５２に装着された軸受１６３、１６４によって支持されている。また、遊星歯車部材１０３は内周太陽歯車１０２と噛み合い、クランク部材１０４の回転に応じて自転しながら公転する。この直線往復機構１００は、図１に示すように、遊星歯車１３１のピッチ円１０３ｃの半径ｒ１と、内周太陽歯車１０２のピッチ円１０２ｃの半径ｒ２との比は、ｒ１：ｒ２＝１：２の関係になっている。このため、遊星歯車部材１０３は、１回公転する毎に２回自転する。
【００５５】
遊星歯車部材１０３の遊星軸１３２から軸方向に突出した作用部１４７は、遊星歯車部材１０３の回転軸ｃ２から径方向にピッチ円１０３ｃの半径ｒ１分ずれた位置に配設されている。また上述のように、遊星歯車１３１のピッチ円１０３ｃの半径ｒ１と内周太陽歯車１０２のピッチ円１０２ｃの半径ｒ２との比が、ｒ１：ｒ２＝１：２の関係になっている。さらに、作用部１４７が遊星歯車１３１の回転軸ｃ２方向の無限遠点から見て遊星歯車１３１のピッチ円１０３ｃ上に配設されている。このため、かかる作用部１４７は、遊星歯車部材１０３の自転及び公転に応じて、内周太陽歯車１０２のピッチ円１０２ｃの直径に沿って直線往復動する。
【００５６】
模式的に示すと、図１に示すように、クランク部材１０４が図中の矢印の方向ｅに回転すると、遊星歯車部材１０３は矢印ｆの方向に回転し、作用部１４７は直線Ｌに沿って矢印ｇの方向に移動する。クランク部材１０４が逆方向に回転すると、遊星歯車部材１０３の回転方向も逆になり、作用部１４７は直線Ｌに沿って矢印ｇとは反対の方向に移動する。
【００５７】
この実施形態では、作用部１４７には、連接棒３０５が取り付けられている。連接棒３０５は、図２に示すように、作用部１４７に直交するように連結されている。また、連接棒３０５は、作用部１４７が直線往復動する直線Ｌに沿って延びている。
【００５８】
そして、連接棒３０５の先端に、当該移動抵抗試験機３００の被試験物３１０が取り付けられている。ここで、作用部１４７が直線往復動する直線Ｌが、当該移動抵抗試験機３００において被試験物３１０を往復動させるべき直線に沿うように、直線往復機構１００を所定の位置に配置している。これにより、被試験物３１０を所定の直線Ｌに沿って適切に往復動させることができる。この場合、内周太陽歯車１０２のピッチ円１０２ｃ、及び、遊星歯車１３１のピッチ円１０３ｃを大きくしたり、小さくしたりすることによって、被試験物３１０のストローク量を調整できる。
【００５９】
また、この実施形態では、直線往復機構１００は、クランク部材１０４に作用する遠心力が釣り合い、かつ、クランク部材１０４の回転軸ｃ１上の任意の位置に作用する遠心力のモーメントが釣り合っている。すなわち、この直線往復機構１００は、図７に示すように、モデル化できる。図７中、ｃ１はクランク部材１０４の回転軸を、Ｍ１１は遊星歯車部材１０３に相当する質量体を、Ｍ１２は第２カウンターウェイト１５９に相当する質量体を、Ｍ１３は第２バランサー１６０に相当する質量体をそれぞれ示している。
【００６０】
図７に示すモデルにおいて、クランク部材１０４が回転した場合に、質量体Ｍ１１（遊星歯車部材１０３）に作用する遠心力をＦ１１、質量体Ｍ１２（第２カウンターウェイト１５９）に作用する遠心力をＦ１２、質量体Ｍ１３（第２バランサー１６０）に作用する遠心力をＦ１３とする。このクランク部材１０４は、遠心力Ｆ１１と、遠心力Ｆ１２と、遠心力Ｆ１３を釣り合わせている（Ｆ１１＋Ｆ１２＋Ｆ１３＝０（Ｆ１１、Ｆ１２、Ｆ１３はベクトル量））。さらに、この実施形態では、クランク部材１０４の回転軸ｃ１上の任意の位置で、クランク部材１０４に作用する遠心力（Ｆ１１、Ｆ１２、Ｆ１３）のモーメントが釣り合っている。
【００６１】
すなわち、図７に示すように、クランク部材１０４の回転軸ｃ１上の任意の位置Ｏ２から各遠心力Ｆ１１、Ｆ１２、Ｆ１３が作用する位置までの軸方向の距離をそれぞれＬ１１、Ｌ１２、Ｌ１３とする。このクランク部材１０４は、Ｆ１１×Ｌ１１＋Ｆ１２×Ｌ１２＋Ｆ１３×Ｌ１３＝０（Ｆ１１、Ｆ１２、Ｆ１３はベクトル量）になっている。これにより、クランク部材１０４が回転した場合に、当該回転軸ｃ１上の任意の位置において回転軸ｃ１に直交する軸回りに、クランク部材１０４を回転させるように作用する力を小さく抑えることができる。
【００６２】
この実施形態では、クランク部材１０４は、上述したように、Ｆ１１＋Ｆ１２＋Ｆ１３＝０（Ｆ１１、Ｆ１２、Ｆ１３はベクトル量）、及び、Ｆ１１×Ｌ１１＋Ｆ１２×Ｌ１２＋Ｆ１３×Ｌ１３＝０（Ｆ１１、Ｆ１２、Ｆ１３はベクトル量）になるように、第２バランサー１６０の重さを調整している。なお、実際には、各部材については、重さや取り付け位置について製造上の公差が生じる。第２バランサー１６０の重さを調整する際は、クランク部材１０４に遊星歯車部材１０３に相当するダミーウエイトを配設し、クランクケース１０１に支持された状態と同様の状態で、クランク部材１０４を回転自在に支持する。そして、クランク部材１０４をモータ等で回転させて、クランク部材１０４に生じる振動が低減されるように、第２バランサー１６０の重さや取り付け位置を微調整するとよい。
【００６３】
また、この実施形態では、第２バランサー１６０は、フライホイール１７０に取り付けられている。フライホイール１７０は、クランク部材１０４の回転軸ｃ１から離れているので、第２バランサー１６０の重さを軽くしても作用する遠心力が大きくなる。このため、より軽い第２バランサー１６０によって、クランク部材１０４に作用する遠心力が釣り合い、かつ、クランク部材１０４の回転軸ｃ１上の任意の位置に作用する遠心力のモーメントを釣り合わせることができる。
【００６４】
この直線往復機構１００は、上述したように遊星歯車部材１０３に作用する遠心力が釣り合い、かつ、遊星歯車部材１０３の回転軸ｃ２上の任意の位置に作用する遠心力のモーメントが釣り合っている。さらに、クランク部材１０４に作用する遠心力が釣り合い、かつ、クランク部材１０４の回転軸ｃ１上の任意の位置に作用する遠心力のモーメントが釣り合っている。このため、遊星歯車部材１０３の回転軸ｃ２及びクランク部材１０４の回転軸ｃ１に偏った荷重が作用するのを小さく抑えることができる。これにより、直線往復機構１００の駆動によって生じる振動を極めて小さくすることができる。
【００６５】
≪移動抵抗試験機３００≫
この移動抵抗試験機３００では、直線往復機構１００は、上述したように、クランクケース１０１と、内周太陽歯車１０２と、遊星歯車部材１０３と、クランク部材１０４と、作用部１４７とを備えている。そして、作用部１４７を通じて被試験物３１０を直線往復動させることができる。この場合、直線往復機構１００は、被試験物３１０を正確に直線往復動させることができる。また、この直線往復機構１００によれば、ボールネジを用いた機構や、油圧シリンダを用いた機構などの他の機構を用いた試験機に比べて、被試験物３１０の速度を速くできる。また、被試験物３１０を低速でも安定して直線往復動できるから、被試験物３１０の速度に自由度がある。被試験物３１０の速度は、直線往復機構１００のクランク部材１０４に付与する回転速度を調整することによって変えることができる。このため種々の条件で所望の試験が行える。
【００６６】
すなわち、この直線往復機構１００は、サーボモータ２２０の回転速度を変えることによって、被試験物３１０の速度を変えることができる。これにより、被試験物３１０の速度について、種々条件を変えて試験を行うことができる。このため、低速で動作させた場合の被試験物３１０の移動抵抗や、高速で動作させた場合の被試験物３１０の移動抵抗を測定する試験を、一台の試験機で実現できる。
【００６７】
また、上述した直線往復機構１００は、遊星歯車部材１０３に作用する遠心力を釣り合わせ、かつ、遊星歯車部材１０３の回転軸ｃ２上の任意の位置で遊星歯車部材１０３に作用する遠心力のモーメントを釣り合わせることができる。さらに、クランク部材１０４に作用する遠心力を釣り合わせ、かつ、クランク部材１０４の回転軸ｃ１上の任意の位置でクランク部材１０４に作用する遠心力のモーメントを釣り合わせることができる。これによって、駆動時の振動を低減させることができる。また、直線往復機構１００の駆動による振動の影響を小さくできる。
【００６８】
この移動抵抗試験機３００では、被試験物３１０を平板３２０に押し当てる押し当て機構３３０を備えており、押し当て機構３３０が被試験物３１０に作用させる力を調整することで、かかる移動抵抗試験の条件を変更できる。この移動抵抗試験機３００は、上述したように、直線往復機構１００から被試験物３１０に作用する振動を低減させることができるので、かかる押し当て機構３３０の力を適切に被試験物３１０に作用させることができる。従って、移動抵抗試験機３００において、ボールネジを用いた機構や、油圧シリンダを用いた機構などの他の機構を用いた試験機に比べて、より精度の高い測定結果が期待できる。
【００６９】
すなわち、かかる直線往復機構１００によれば、振動を小さく抑えることができるので、例えば、被試験物３１０のストロークが５０ｍｍ程度であれば、５０００ｒｐｍ程度の速度で被試験物３１０を動作させても、適切な試験が行える。これに対して、例えば、ボールネジ式の直線往復機構であれば、被試験物３１０のストロークが５０ｍｍ程度であれば、３００ｒｐｍ程度の速度が限界である。また、油圧シリンダとサーボ弁を用いた機構であれば、被試験物３１０のストロークが５０ｍｍ程度であれば、６００ｒｐｍ程度の速度が限界である。このように、上述した直線往復機構１００は、移動抵抗試験機３００において、高速運転を実現でき、また低速運転でも精度が保たれるので、精度を保ちつつ許容される速度の範囲が広い。
【００７０】
以上のように、この移動抵抗試験機３００は、被試験物３１０の速度についても、一台の試験機で精度を保つことができる速度の範囲が広く、より多くの試験条件を実現できる。また、直線往復機構１００に起因する振動を低減させることができるので、高い精度が期待できる。従って、ボールネジを用いた機構や、油圧シリンダを用いた機構などの他の機構を用いた試験機では、到底実現できないような多くの試験条件を、一台の試験機で精度良く実現できる。
【００７１】
なお、上述した実施形態では、直線往復機構１００について好適な形態を例示した。直線往復機構１００は、上述した実施形態に限定されない。例えば、上述した実施形態では、第１バランサー１４９や第２バランサー１６０は、それぞれ交換可能に取り付けられている。これによって、第１バランサー１４９と第２バランサー１６０の重さや取り付け位置を微調整することが可能である。しかし、これに限らず、第１バランサー１４９や第２バランサー１６０は、それぞれ遊星歯車やクランク部材に固定してもよい。すなわち、第１バランサーと第２バランサーの重さや取り付け位置を微調整することができなくても、上述したように遊星歯車やクランク部材に作用する遠心力を釣り合わせ、かつ、遊星歯車やクランク部材の回転軸上の任意の位置に作用する遠心力のモーメントを釣り合わせるように設計されたバランサーを備えていることによって、直線往復機構１００の振動を小さく抑える一応の効果は得られる。
【００７２】
また、第１バランサー１４９は、遊星歯車１３１の回転軸ｃ２に対して径方向や軸方向に取り付け位置が変更できるようにしてもよい。これによって、遊星歯車１３１に作用する遠心力を釣り合わせ、かつ、遊星歯車１３１の回転軸ｃ２上の任意の位置に作用する遠心力のモーメントを釣り合わせる調整が容易になる。また、第２バランサー１６０は、クランク部材１０４の回転軸ｃ１に対して径方向や軸方向に取り付け位置が変更できるようにしてもよい。これによって、クランク部材１０４に作用する遠心力を釣り合わせ、かつ、クランク部材１０４の回転軸ｃ１上の任意の位置に作用する遠心力のモーメントを釣り合わせる調整が容易になる。なお、第１バランサー１４９と第２バランサー１６０を用いずとも、十分に振動が抑えられる場合には、第１バランサー１４９と第２バランサー１６０を用いなくてもよい。
【００７３】
また、上述した内周太陽歯車１０２、遊星歯車部材１０３、クランクケース１０１、クランク部材１０４などの具体的な形状や構造は、種々の変更が可能である。また、本実施形態では、作用部が連接棒に対して回動可能に連結されている構成を例示したが、かかる構成は本発明の一実施例を示すに過ぎない。
【００７４】
以上、被試験物に直線往復動を作用させる直線往復機構を備えた試験機について、被試験物３１０を平板３２０に押し当てつつ移動させ、被試験物３１０と平板３２０との移動抵抗を検査する移動抵抗試験機３００を例に挙げて説明した。なお、被試験物に直線往復動を作用させる直線往復機構を備えた試験機は、上記移動抵抗試験機３００に限定されない。
【００７５】
例えば、被試験物に直線往復動を作用させる直線往復機構を備えた試験機は、さらに、図８に示すように、疲労試験機４００を構成することができる。この場合、直線往復機構１００を介して被試験物４１０に直線往復動に伴う力を作用させるとよい。この実施形態では、かかる疲労試験機４００について、ゴム材料４１０にせん断変形を繰り返し付与する疲労試験機を例に挙げて説明する。この場合、ゴム材料４１０は、平行に配設された一対の平板４２０、４３０に挟み、当該一対の平板４２０、４３０にそれぞれ接着するとよい。
【００７６】
直線往復機構１００の作用部１４７に連接棒４０５を介して、一方の平板４２０を接続し、当該一方の平板４２０を他方の平板４３０に対して、平行を維持しつつ相対的に直線往復動させるとよい。この実施形態では、平板４２０に付与される荷重をロードセル４４０で計測している。また、カウンター４６０でせん断力が付与された回数をカウントしている。かかるカウンター４６０は、例えば、直線往復機構１００のクランク部材１０４の回転数を計測するものでもよい。この場合、ゴム材料４１０に亀裂や破断が生じるまでに、どの程度のせん断力が何回付与されたかを測定することができる。
【００７７】
かかる疲労試験機４００によれば、直線往復機構１００は、図８に示すように、クランクケース１０１と、内周太陽歯車１０２と、遊星歯車部材１０３と、クランク部材１０４と、作用部１４７とを備えており、作用部１４７を通じて被試験物４１０を直線往復動させることができる。この場合についても、直線往復機構１００は、サーボモータ（図示省略）の回転速度を変えることによって、被試験物４１０の速度を変えることができる。これにより、被試験物４１０の速度について、種々条件を変えて試験を行うことができる。また、疲労試験では、せん断力が数十万回程度にまで多くなる場合もある。この疲労試験機４００によれば、直線往復機構１００の速度を速くすることができるので、試験に要する時間をかなり短縮することができる。このように、上述した直線往復機構１００はこのような疲労試験機４００にも好適である。
【００７８】
以上、疲労試験機４００について一例を挙げて説明したが、疲労試験機４００は、上記の形態に限定されない。例えば、被試験物４１０については、上述したゴム材料４１０に限定されず、種々の材料を被試験物４１０とすることができる。また、せん断変形の試験だけでなく、曲げ試験や、引張圧縮試験等にも適用できる。
【００７９】
また、被試験物に直線往復動を作用させる直線往復機構を備えた試験機として、種々の形態３００、４００を例示した。この場合、作用部１４７は、連接棒３０５、４０５を介して、それぞれ被試験物３１０、被試験物４１０に接続されている。この場合、例えば、図１及び図８に示すように、連接棒３０５、４０５が直線往復動するようにガイドする案内部３０６、４０６を備えていてもよい。この場合、かかる案内部３０６、４０６は、すべり軸受や、空気軸受で構成するとよい。空気軸受３０６、４０６による場合は、例えば、連接棒３０５、４０５の外周を覆う外装部材と、当該外装部材３０６ａ、４０６ａと連接棒３０５、４０５との間に圧縮空気を供給するコンプレッサ３０６ｂ、４０６ｂとで構成してもよい。
【００８０】
かかる空気軸受３０６、４０６によれば、連接棒３０５、４０５を非接触でガイドすることができる。また、このような案内部３０６、４０６を設けることにより、例えば、直線往復機構１００を設置する際の誤差などにより、直線往復機構１００の作用部１４７の軌道が、所定の直線Ｌからずれるような場合でも、連接棒３０５、４０５の軌道を適切に修正することができる。これにより、被試験物に直線往復動を作用させる直線往復機構を備えた試験機において、被試験物により安定して直線往復動を作用させることができる。
【００８１】
以上のように、本発明に係る試験機は、例えば、図１又は図８に示すように、被試験物３１０、被試験物４１０に直線往復動を作用させる直線往復機構１００を備えている。直線往復機構１００は、上述したように、クランク部材１０４と、クランク部材１０４に固定的に配設された内周太陽歯車１０２と、内周太陽歯車１０２のピッチ円直径の２分の１のピッチ円直径を有する遊星歯車１３１を内周太陽歯車１０２に噛み合わせつつ自転及び公転する遊星歯車部材１０３とを備えている。さらに、この直線往復機構１００は、内周太陽歯車１０２の中心線と同軸に回転するようにクランクケース１０１に配設され、遊星歯車部材１０３を自転及び公転可能に支持するクランク部材１０４と、遊星歯車１３１の回転軸方向の無限遠点から見て遊星歯車１３１のピッチ円上において、遊星歯車部材１０３に配設され、クランク部材１０４の回転に伴って直線往復動する作用部１４７とを備えている。そして、当該作用部１４７を通じて被試験物３１０、４１０に直線往復動を作用させている。
【００８２】
この直線往復機構１００によれば、クランク部材１０４を回転駆動させることによって、作用部１４７を直線往復動させることができる。この場合、被試験物３１０、４１０に作用させる直線往復動の速度に自由度があり、被試験物３１０、４１０に作用させる直線往復動について、種々の条件で所望の試験が行える。このように本発明に係る試験機では、被試験物に作用させる直線往復動の速度についても、一台の試験機で精度を保つことができる速度の範囲が広く、より多くの試験条件を実現できる。従って、ボールネジを用いた機構や、油圧シリンダを用いた機構などの他の機構を用いた試験機では、到底実現できないような多くの試験条件を、一台の試験機で実現できる。
【００８３】
上記の実施形態では、本発明に係る試験機として、移動抵抗試験機３００（図１参照）、疲労試験機４００（図８参照）について、それぞれ一例を挙げたが、本発明に係る試験機はこれらに限定されず、被試験物に直線往復動を作用させる直線往復機構を備えた種々の試験機に適用できる。例えば、図示は省略するが、シリンダとピストンの摺動抵抗を測定する摺動抵抗試験機を構成することができる。この場合、例えば、直線往復機構によって、シリンダに対してピストンを直線往復動させ、この際に、シリンダに作用する力を検出するように構成するとよい。また、この直線往復機構は、被試験物を、例えば、１０ｍ／ｓ程度の速度で直線往復動させることができる。このため、かかる被試験物によって、他の部材に衝撃を与えるように構成することによって、衝撃試験機を構成することもできる。
【００８４】
以上、被試験物に直線往復動を作用させる直線往復機構を備えた試験機について、本発明に係る種々の実施形態を例示したが、本発明は、上記に例示される実施形態に限定されない。
【符号の説明】
【００８５】
１００ 直線往復機構
１０１ クランクケース
１０２ 内周太陽歯車
１０２ｃ ピッチ円
１０３ 遊星歯車部材
１０３ｃ ピッチ円
１０４ クランク部材
１１１ 底部
１１２ 開口
１１３ 挿通穴
１２１ 段差
１３１ 遊星歯車
１３２ 遊星軸
１４１ 装着穴
１４６ 装着軸部
１４７ 作用部
１４８ 第１カウンターウェイト
１４９ 第１バランサー
１４９ａ 基部
１４９ｂ 錘部
１４９ｃ 突起
１５１ 軸部
１５２ 装着穴
１５２ａ 開口
１５８ 軸部
１５９ 第２カウンターウェイト
１６０ 第２バランサー
１６１、１６２ 軸受
１６３、１６４ 軸受
１７０ フライホイール
２００ 動作部材
２２０ サーボモータ（駆動装置）
３００ 移動抵抗試験機
３０５ 連接棒
３０６、４０６ 空気軸受（案内部）
３０６ａ、４０６ａ 外装部材
３０６ｂ、４０６ｂ コンプレッサ
３１０ 被試験物
３２０ 平板
３３０ 押し当て機構
３４０ 力検出器
３６０ ローラ
４００ 疲労試験機
４０５ 連接棒
４１０ ゴム材料（被試験物）
４２０、４３０ 平板
４４０ ロードセル
４６０ カウンター
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被試験物に直線往復動を作用させる直線往復機構を備えた試験機において、
前記直線往復機構は、
クランクケースと、
前記クランクケースに固定的に配設された内周太陽歯車と、
前記内周太陽歯車のピッチ円直径の２分の１のピッチ円直径を有する遊星歯車を前記内周太陽歯車に噛み合わせつつ自転及び公転する遊星歯車部材と、
前記内周太陽歯車の中心線と同軸に回転するように前記クランクケースに配設され、前記遊星歯車部材を自転及び公転可能に支持するクランク部材と、
前記遊星歯車の回転軸方向の無限遠点から見て遊星歯車のピッチ円上において、前記遊星歯車部材に配設され、前記クランク部材の回転に伴って直線往復動する作用部と、
を備え
前記作用部を通じて前記被試験物に直線往復動を作用させる、直線往復機構を備えた試験機。
【請求項２】
前記クランク部材に回転駆動させる駆動装置を備えた、請求項１に記載された直線往復機構を備えた試験機。
【請求項３】
前記駆動装置はサーボモータである、請求項２に記載された直線往復機構を備えた試験機。
【請求項４】
作用部は、連接棒を介して前記被試験物に接続されており、
前記連接棒が直線往復動するようにガイドする案内部を備えた、請求項１から３までの何れか一項に記載された直線往復機構を備えた試験機。
【請求項５】
前記案内部は、空気軸受で構成された、請求項４に記載された直線往復機構を備えた試験機。
【請求項６】
前記遊星歯車部材は、前記遊星歯車部材に作用する遠心力が釣り合い、かつ、前記遊星歯車部材の回転軸上の任意の位置で前記遊星歯車部材に作用する遠心力のモーメントが釣り合い、
前記クランク部材は、前記クランク部材に作用する遠心力が釣り合い、かつ、前記クランク部材の回転軸上の任意の位置で前記クランク部材に作用する遠心力のモーメントが釣り合う、請求項１から５までの何れか一項に記載された直線往復機構を備えた試験機。
【請求項７】
前記遊星歯車部材は、前記遊星歯車部材に作用する遠心力を釣り合わせ、かつ、前記遊星歯車部材の回転軸上の任意の位置で前記遊星歯車部材に作用する遠心力のモーメントを釣り合わせる第１バランサーを備えている、請求項６に記載された直線往復機構を備えた試験機。
【請求項８】
前記クランク部材は、前記クランク部材に作用する遠心力を釣り合わせ、かつ、前記クランク部材の回転軸上の任意の位置で前記クランク部材に作用する遠心力のモーメントを釣り合わせる第２バランサーを備えている、請求項６に記載された直線往復機構を備えた試験機。
【請求項９】
前記第１バランサー又は第２バランサーは交換可能に取り付けられている、請求項７又は８に記載された直線往復機構を備えた試験機。
【請求項１０】
前記第１バランサーは、遊星歯車部材の回転軸に対して径方向に取り付け位置が変更できる、請求項７に記載された直線往復機構を備えた試験機。
【請求項１１】
前記第１バランサーは、遊星歯車部材の回転軸に対して軸方向に取り付け位置が変更できる、請求項７に記載の直線往復機構を備えた試験機。
【請求項１２】
前記第１バランサーは、遊星歯車部材の軸方向端部に取り付けられている、請求項７に記載の直線往復機構を備えた試験機。
【請求項１３】
前記第２バランサーは、クランク部材の回転軸に対して径方向に取り付け位置が変更できる、請求項８に記載の直線往復機構を備えた試験機。
【請求項１４】
前記第２バランサーは、クランク部材の回転軸に対して軸方向に取り付け位置が変更できる、請求項８に記載の直線往復機構を備えた試験機。
【請求項１５】
被試験物を平板に対して直線往復動させる直線往復機構を備え、前記被試験物を平板に押し当てつつ移動させ、前記被試験物と平板との移動抵抗を検査する移動抵抗試験機であって、
前記直線往復機構は、
クランクケースと、
前記クランクケースに固定的に配設された内周太陽歯車と、
前記内周太陽歯車のピッチ円直径の２分の１のピッチ円直径を有する遊星歯車を前記内周太陽歯車に噛み合わせつつ自転及び公転する遊星歯車部材と、
前記内周太陽歯車の中心線と同軸に回転するように前記クランクケースに配設され、前記遊星歯車部材を自転及び公転可能に支持するクランク部材と、
前記遊星歯車の回転軸方向の無限遠点から見て遊星歯車のピッチ円上において、前記遊星歯車部材に配設され、前記クランク部材の回転に伴って直線往復動する作用部と、
を備えており、
前記作用部を通じて前記被試験物を前記平板に対して直線往復動させる、移動抵抗試験機。
【請求項１６】
被試験物に直線往復動に伴う力を作用させる直線往復機構を備えた、疲労試験機であって、
前記直線往復機構は、
クランクケースと、
前記クランクケースに固定的に配設された内周太陽歯車と、
前記内周太陽歯車のピッチ円直径の２分の１のピッチ円直径を有する遊星歯車を前記内周太陽歯車に噛み合わせつつ自転及び公転する遊星歯車部材と、
前記内周太陽歯車の中心線と同軸に回転するように前記クランクケースに配設され、前記遊星歯車部材を自転及び公転可能に支持するクランク部材と、
前記遊星歯車の回転軸方向の無限遠点から見て遊星歯車のピッチ円上において、前記遊星歯車部材に配設され、前記クランク部材の回転に伴って直線往復動する作用部と、
を備えており、
前記作用部を通じて前記被試験物を直線往復動させる、疲労試験機。
【請求項１】
被試験物に直線往復動を作用させる直線往復機構を備えた試験機において、
前記直線往復機構は、
クランクケースと、
前記クランクケースに固定的に配設された内周太陽歯車と、
前記内周太陽歯車のピッチ円直径の２分の１のピッチ円直径を有する遊星歯車を前記内周太陽歯車に噛み合わせつつ自転及び公転する遊星歯車部材と、
前記内周太陽歯車の中心線と同軸に回転するように前記クランクケースに配設され、前記遊星歯車部材を自転及び公転可能に支持するクランク部材と、
前記遊星歯車の回転軸方向の無限遠点から見て遊星歯車のピッチ円上において、前記遊星歯車部材に配設され、前記クランク部材の回転に伴って直線往復動する作用部と、
を備え
前記作用部を通じて前記被試験物に直線往復動を作用させる、直線往復機構を備えた試験機。
【請求項２】
前記クランク部材に回転駆動させる駆動装置を備えた、請求項１に記載された直線往復機構を備えた試験機。
【請求項３】
前記駆動装置はサーボモータである、請求項２に記載された直線往復機構を備えた試験機。
【請求項４】
作用部は、連接棒を介して前記被試験物に接続されており、
前記連接棒が直線往復動するようにガイドする案内部を備えた、請求項１から３までの何れか一項に記載された直線往復機構を備えた試験機。
【請求項５】
前記案内部は、空気軸受で構成された、請求項４に記載された直線往復機構を備えた試験機。
【請求項６】
前記遊星歯車部材は、前記遊星歯車部材に作用する遠心力が釣り合い、かつ、前記遊星歯車部材の回転軸上の任意の位置で前記遊星歯車部材に作用する遠心力のモーメントが釣り合い、
前記クランク部材は、前記クランク部材に作用する遠心力が釣り合い、かつ、前記クランク部材の回転軸上の任意の位置で前記クランク部材に作用する遠心力のモーメントが釣り合う、請求項１から５までの何れか一項に記載された直線往復機構を備えた試験機。
【請求項７】
前記遊星歯車部材は、前記遊星歯車部材に作用する遠心力を釣り合わせ、かつ、前記遊星歯車部材の回転軸上の任意の位置で前記遊星歯車部材に作用する遠心力のモーメントを釣り合わせる第１バランサーを備えている、請求項６に記載された直線往復機構を備えた試験機。
【請求項８】
前記クランク部材は、前記クランク部材に作用する遠心力を釣り合わせ、かつ、前記クランク部材の回転軸上の任意の位置で前記クランク部材に作用する遠心力のモーメントを釣り合わせる第２バランサーを備えている、請求項６に記載された直線往復機構を備えた試験機。
【請求項９】
前記第１バランサー又は第２バランサーは交換可能に取り付けられている、請求項７又は８に記載された直線往復機構を備えた試験機。
【請求項１０】
前記第１バランサーは、遊星歯車部材の回転軸に対して径方向に取り付け位置が変更できる、請求項７に記載された直線往復機構を備えた試験機。
【請求項１１】
前記第１バランサーは、遊星歯車部材の回転軸に対して軸方向に取り付け位置が変更できる、請求項７に記載の直線往復機構を備えた試験機。
【請求項１２】
前記第１バランサーは、遊星歯車部材の軸方向端部に取り付けられている、請求項７に記載の直線往復機構を備えた試験機。
【請求項１３】
前記第２バランサーは、クランク部材の回転軸に対して径方向に取り付け位置が変更できる、請求項８に記載の直線往復機構を備えた試験機。
【請求項１４】
前記第２バランサーは、クランク部材の回転軸に対して軸方向に取り付け位置が変更できる、請求項８に記載の直線往復機構を備えた試験機。
【請求項１５】
被試験物を平板に対して直線往復動させる直線往復機構を備え、前記被試験物を平板に押し当てつつ移動させ、前記被試験物と平板との移動抵抗を検査する移動抵抗試験機であって、
前記直線往復機構は、
クランクケースと、
前記クランクケースに固定的に配設された内周太陽歯車と、
前記内周太陽歯車のピッチ円直径の２分の１のピッチ円直径を有する遊星歯車を前記内周太陽歯車に噛み合わせつつ自転及び公転する遊星歯車部材と、
前記内周太陽歯車の中心線と同軸に回転するように前記クランクケースに配設され、前記遊星歯車部材を自転及び公転可能に支持するクランク部材と、
前記遊星歯車の回転軸方向の無限遠点から見て遊星歯車のピッチ円上において、前記遊星歯車部材に配設され、前記クランク部材の回転に伴って直線往復動する作用部と、
を備えており、
前記作用部を通じて前記被試験物を前記平板に対して直線往復動させる、移動抵抗試験機。
【請求項１６】
被試験物に直線往復動に伴う力を作用させる直線往復機構を備えた、疲労試験機であって、
前記直線往復機構は、
クランクケースと、
前記クランクケースに固定的に配設された内周太陽歯車と、
前記内周太陽歯車のピッチ円直径の２分の１のピッチ円直径を有する遊星歯車を前記内周太陽歯車に噛み合わせつつ自転及び公転する遊星歯車部材と、
前記内周太陽歯車の中心線と同軸に回転するように前記クランクケースに配設され、前記遊星歯車部材を自転及び公転可能に支持するクランク部材と、
前記遊星歯車の回転軸方向の無限遠点から見て遊星歯車のピッチ円上において、前記遊星歯車部材に配設され、前記クランク部材の回転に伴って直線往復動する作用部と、
を備えており、
前記作用部を通じて前記被試験物を直線往復動させる、疲労試験機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１０−２６６２６６（Ｐ２０１０−２６６２６６Ａ）
【公開日】平成２２年１１月２５日（２０１０．１１．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１１６３２１（Ｐ２００９−１１６３２１）
【出願日】平成２１年５月１３日（２００９．５．１３）
【出願人】（３９２０２９９７１）ＬＷＪ株式会社 (7)
【出願人】（５９３００１６２４）株式会社米倉製作所 (5)
【公開日】平成２２年１１月２５日（２０１０．１１．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年５月１３日（２００９．５．１３）
【出願人】（３９２０２９９７１）ＬＷＪ株式会社 (7)
【出願人】（５９３００１６２４）株式会社米倉製作所 (5)
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