(57)【要約】【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】試験体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、試験体２が連結される治具５０と、この治具５０を揺動させるとともに回転させる駆動部（スイングアーム１０、スピンドル３０）と、この駆動部（スピンドル３０）と治具５０との間に設けられ試験体２の抵抗力を計測する抵抗力計測手段（センサ５１、５２）と、抵抗力計測手段（センサ５１、５２）に許容値以上の曲げモーメントが作用しない範囲で治具５０と駆動部（スピンドル３０）の相対変位を許容する相対変位許容間隙２０を備える構成とした。【選択図】図１
2010122153.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試験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、
前記試験体が連結される治具と、
この治具を揺動させるとともに回転させる駆動部と、
この駆動部と前記治具との間に設けられ試験体の抵抗力を計測する抵抗力計測手段と、
前記抵抗力計測手段に許容値以上の曲げモーメントが作用しない範囲で前記治具と前記駆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】
前記駆動部に前記治具を包囲する治具包囲壁を設け、
前記相対変位許容間隙を前記駆動部の回転中心軸について半径方向の隙間として画成し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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試験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、機械部品の試験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、試験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ものである。
【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】
１台の試験装置によって機械部品等の耐久試験と性能試験との両方を行う場合、試験体を運動させる駆動部に試験体の抵抗力を計測するセンサを設けると、耐久試験時にこのセンサに過大な負荷がかかり、センサを損傷する可能性がある。このため、駆動部にセンサを取り付けたまま耐久試験を行った後に、このセンサを用いて試験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かった。
【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、試験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、試験体が連結される治具と、この治具を揺動させるとともに回転させる駆動部と、この駆動部と治具との間に設けられ試験体の抵抗力を計測する抵抗力計測手段と、抵抗力計測手段に許容値以上の曲げモーメントが作用しない範囲で治具と駆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、例えば試験体のフリクション性能等を評価する性能試験時に、駆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、治具と駆動部の規制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抵抗力計測手段に負荷され、抵抗力計測手段の出力信号に基づいて試験体のフリクション性能等を評価することができる。
【０００８】
試験体の耐久性等を評価する耐久試験時に、駆動部の規制部と治具とが互いに当接し、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し、抵抗力計測手段が保護される。これにより、駆動部と治具との相対変位を規制するロック機構等を設ける必要がなく、構造の簡素化がはかれる。
【０００９】
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】
【００１０】
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。
【００１１】
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、試験体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試験体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。
【００１２】
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。
【００１３】
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に対して試験体２を連結する治具５０と、架台に対して試験体２を連結する固定治具４９とを備え、試験体２をスイングアーム１０の揺動中心軸（図示せず）まわりに揺動させるとともに、試験体２をスピンドル３０の回転中心軸Ｏまわりに回転させるようになっている。
【００１４】
例えばボールジョイントである試験体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。
【００１５】
試験体２は、そのボール４が治具５０に締結され、そのケージ５が固定治具４９に締結される。
【００１６】
なお、試験体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。
【００１７】
揺動回転試験装置１は、性能試験時に、試験体２に負荷をかけた状態でセンサ５１、５２の計測値に基づいて試験体２のフリクションを測定するようになっている。
【００１８】
試験体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。
【００１９】
分力センサ５１は、スイングアーム１０を揺動させたときに試験体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。
【００２０】
トルクセンサ５２は、スピンドル３０により試験体２を回転させたときに試験体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。
【００２１】
スピンドル３０に治具５０を連結するプリロードボルト（センサ固定ボルト）５４が設けられる。このプリロードボルト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の回転中心軸Ｏ上に取り付けられる。
【００２２】
プリロードボルト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。円環状のセンサ５１、５２は、芯だしスリーブ４８の外周面に嵌合して支持される。
【００２３】
プリロードボルト５４の端部にプリロード用ナット７９が螺合し、スピンドル３０とプリロード用ナット７９との間にセンサ５１、５２、センサアタッチメント６０が並んで締結される。センサ５１、５２は、プリロードボルト５４によって所定の締め付け荷重が付与される。
【００２４】
治具５０を構成するセンサアタッチメント６０は、有底円筒状に形成され、円盤状のセンサアタッチメント底部６１と、円筒状のセンサアタッチメント円筒部６２を有する。
【００２５】
センサアタッチメント円筒部６２の環状端部には、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に治具５０が締結される。
【００２６】
センサアタッチメント底部６１は、プリロード用ナット７９とトルクセンサ５２との間に介装される。これにより、センサアタッチメント６０は、治具５０が試験体２から受ける負荷をトルクセンサ５２と分力センサ５１に伝達する。
【００２７】
揺動回転試験装置１は、耐久試験時に、図示しないサーボアクチュエータによって試験体２にＺ軸方向とＸ軸方向の荷重が付与された状態で、試験体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、試験体２をスピンドル３０の回転中心軸Ｏまわりに回転させる作動が繰り返し行われる。
【００２８】
耐久試験時に、センサ５１、５２を保護するため、駆動部（スピンドル３０）と治具５０の間に相対変位許容間隙２０が画成される。この相対変位許容間隙２０によって、センサ５１、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治具５０と駆動部（スピンドル３０）の相対変位が許容される。
【００２９】
スピンドル３０は、円筒状の治具包囲壁３１を有し、この治具包囲壁３１によってセンサ５１、５２とセンサアタッチメント６０とが包囲される。センサアタッチメント６０は治具５０の一部として治具包囲壁３１によって包囲される。
【００３０】
図２にも示すように、相対変位許容間隙２０は、センサアタッチメント円筒部６２の外周面６３と、治具包囲壁３１の内周面３３に設けられる環状の規制部２２との間に、スピンドル３０の回転中心軸Ｏについて半径方向の隙間として画成される。
【００３１】
治具５０と駆動部（スピンドル３０）に負荷が働かない自由状態にて、センサアタッチメント円筒部６２の外周面６３とスピンドル３０の内周面３３とは、スピンドル３０の回転中心軸Ｏについて同心円上に延び、相対変位許容間隙２０は周方向について均等な幅を持つ環状の空間として画成される。これにより、センサ５１、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治具５０と駆動部（スピンドル３０）の相対変位が許容される。
【００３２】
治具５０と駆動部（スピンドル３０）に負荷が働いてセンサ５１、５２に曲げモーメントが働くと、センサアタッチメント６０がスピンドル３０の回転中心軸Ｏに対して偏心し、センサアタッチメント円筒部６２がスピンドル３０の内周面３３に当接すると、センサアタッチメント６０の変位が規制され、それ以上の曲げモーメントがセンサ５１、５２に負荷されることを回避できる。
【００３３】
これについて詳述すると、水平加振力によりプリロードボルト５４が、図３において、プリロードボルト５４とセンサ５１、５２とセンサアタッチメント６０の中心線Ｐは、無負荷時に実線で示すように直線状に延び、水平加振力Ｆが加わると、２点鎖線で示すように変形する。実際には中心線Ｐは曲率を持った変形になるが、微少変位の曲率のため、ここでは曲率を無視している。
【００３４】
治具包囲壁３１は、図２においてハッチング部分であり、水平加振力Ｆに対して十分な剛性を持つものし、センサアタッチメント６０が治具包囲壁３１の規制部２２に当接した後は、水平加振力Ｆが増加しても、Ｆ′は規制部２２に当接するまでの曲げ変形をプリロードボルト５４に与える力以上に増加しないものとする。
【００３５】
センサ５１、５２に働く曲げモーメントＭは、Ｍ＝Ｆ′×ｉであり、Ｍをセンサ半径Ｒで除した値Ｗ（＝Ｍ／Ｒ）がセンサ５１、５２に曲げをかける力として働く。
【００３６】
治具包囲壁３１の内周面３３の内径Ｄ１とセンサアタッチメント円筒部６２の外径Ｄ２との間に画成される相対変位許容間隙２０の隙間ｂは、以下の手順で求められる。
【００３７】
・まず、センサ５１、５２の許容曲げモーメントＭからプリロードボルト５４に働く曲げ力Ｆ′を次式で求める。
Ｆ′＝Ｍ／ｉ  …（１）
【００３８】
・曲げ力Ｆ′によるプリロードボルト５４のたわみ量δを、片持ち梁のたわみとして次式で求める。ただし、ただし、Ｅはプリロードボルト５４の縦弾性係数であり、Ｉはプリロードボルト５４の断面二次モーメントとする。
δ＝Ｆ′×ｉ3／３×Ｅ×Ｉ＝（Ｍ／ｉ）×ｉ3／３×Ｅ×Ｉ＝Ｍ×ｉ2／３×Ｅ×Ｉ
…（２）
【００３９】
・プリロードボルト５４の撓み量δと相対変位許容間隙２０の隙間ｂの関係は、
ｉ：δ＝ｈ：ｂとして表され、撓み量δを次式で求める。
δ＝（ｉ／ｈ）×ｂ  …（３）
【００４０】
・相対変位許容間隙２０の隙間ｂを、センサ５１、５２の許容曲げモーメントＭから次式で求める。
（３）式のδを（２）式に代入すると、
（ｉ／ｈ）×ｂ＝Ｍ×ｉ2／３×Ｅ×Ｉ
従って、
ｂ＝Ｍ×ｈ×ｉ／３×Ｅ×Ｉ  …（４）
故に、ｂ≦Ｍ×ｈ×ｉ／３×Ｅ×Ｉの関係を満たすように、相対変位許容間隙２０の隙間ｂを設定すれば、センサ５１、５２にかかる曲げモーメントを許容値以内に収めることができる。
【００４１】
例えば、許容曲げモーメントＭが２００Ｎ・ｍ、ｈが８ｃｍ、ｉが６ｃｍ、Ｆ′が３４０ｋｇｆ、Ｅが２１０００００ｋｇｆ／ｃｍ2、Ｉが０２５ｃｍ4、とすると、相対変位許容間隙２０の隙間ｂは、０．６ｍｍ程度になる。
【００４２】
これにより、耐久試験時に、プリロードボルト５４に大きな曲げモーメントが負荷されると、駆動部（スピンドル３０）の規制部２２と治具５０とが互いに当接し、それ以上の曲げモーメントがセンサ５１、５２に負荷されることを回避できる。こうして、センサ５１、５２が保護される。
【００４３】
一方、試験体２のフリクション性能等を評価する性能試験時に、許容値以下の横力が加わるとにより、駆動部（スピンドル３０）が相対変位許容間隙２０の隙間ｂの範囲内で動かされて駆動部（スピンドル３０）の規制部２２と治具５０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試験体２のフリクション性能等を評価することができる。
【００４４】
本実施の形態では、試験体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、試験体２が連結される治具５０と、この治具５０を揺動させるとともに回転させる駆動部（スイングアーム１０、スピンドル３０）と、この駆動部（スピンドル３０）と治具５０との間に設けられ試験体２の抵抗力を計測する抵抗力計測手段（センサ５１、５２）と、抵抗力計測手段（センサ５１、５２）に許容値以上の曲げモーメントが作用しない範囲で治具５０と駆動部（スピンドル３０）の相対変位を許容する相対変位許容間隙２０を備える構成とした。
【００４５】
上記構成に基づき、揺動回転試験装置１は、試験体２の耐久性等を評価する耐久試験時に、駆動部（スピンドル３０）の規制部２２と治具５０とが互いに当接し、それ以上の曲げモーメントがセンサ５１、５２に負荷されることを回避し、センサ５１、５２が保護される。
【００４６】
これにより、駆動部（スピンドル３０）と治具５０との相対変位を規制するロック機構等を設ける必要がなく、構造の簡素化がはかれる。
【００４７】
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。
【００４８】
本実施の形態では、駆動部として、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に対して回転する駆動部（スピンドル３０）とを備える。
【００４９】
これにより、揺動回転試験装置１は、試験体２を揺動させる動作と試験体２を回転させる動作を同時に行うことができる。
【００５０】
本実施の形態では、駆動部（スピンドル３０）に治具５０を包囲する治具包囲壁３１を設け、相対変位許容間隙２０は駆動部（スピンドル３０）の回転中心軸Ｏについて半径方向の隙間として画成される構成とした。
【００５１】
上記構成に基づき、治具包囲壁３１に十分な剛性を持たせられ、センサ５１、５２に過大な曲げモーメントが負荷されることを回避できる。
【００５２】
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】
【００５３】
【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】同じく治具等の断面図。
【図３】同じくプリロードボルトに曲げモーメントが働く様子を示す図。
【符号の説明】
【００５４】
１    揺動回転試験装置
２    試験体
１０    スイングアーム（駆動部）
２０    相対変位許容間隙
２２    規制部
３０    スピンドル（駆動部）
３１    治具包囲壁
３３    内周面
４９    固定治具
５０    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）
５４    プリロードボルト
６０    センサアタッチメント
【図１】
2010122153.tif 000003
【図２】
2010122153.tif 000004
【図３】
2010122153.tif 000005