(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの出力軸と、該エンジンに負荷を与えるダイナモメータの回転軸とを連結し、
前記出力軸と前記回転軸との間で動力を伝達するエンジン試験装置用シャフトにおいて、
複数の軸状部と該軸状部同士の間の折り返し部とを有する折り返し形状であり、
前記軸状部は、前記エンジンの出力軸に連結される第１の軸状部と、前記ダイナモメータの回転軸に連結される第２の軸状部とが前記シャフトの中心軸を挟んで反対側に配置されるとともに、前記第１の軸状部と前記第２の軸状部に連結される第３の軸状部が前記シャフトの中心軸上に配置されることを特徴とするエンジン試験装置用シャフト。
【請求項２】
エンジンの出力軸と、該エンジンに負荷を与えるダイナモメータの回転軸とを連結し、
前記出力軸と前記回転軸との間で動力を伝達するエンジン試験装置用シャフトにおいて、
複数の軸状部と該軸状部同士の間の折り返し部とを有する折り返し形状であり、
前記軸状部の１本が前記シャフトの中心軸に沿って配置されるとともに、残りの前記軸状部が前記中心軸を中心とした円周状に等角度間隔で配置されることを特徴とするエンジン試験装置用シャフト。
【請求項３】
エンジンの出力軸と、該エンジンに負荷を与えるダイナモメータの回転軸とを連結し、
前記出力軸と前記回転軸との間で動力を伝達するエンジン試験装置用シャフトにおいて、
複数の軸状部と該軸状部同士の間の折り返し部とを有する折り返し形状であり、
前記軸状部の少なくとも１つは円筒状に形成され、他の軸状部がその内部に配置されることを特徴とするエンジン試験装置用シャフト。
【請求項４】
前記円筒状に形成された軸状部に、長手方向に沿ってスリットが形成されることを特徴とする請求項３に記載のエンジン試験装置用シャフト。
【請求項５】
前記折り返し部の動きを規制する規制手段を設けたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１に記載のエンジン試験装置用シャフト。
【請求項６】
前記軸状部と前記折り返し部は、同一の金属材から成り、一体であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１に記載のエンジン試験装置用シャフト。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はエンジン試験装置用シャフトに係り、特にエンジンベンチにおいてエンジンとダイナモメータとを連結し、動力を伝達するシャフトに関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジン試験装置として、エンジンベンチが知られている。エンジンベンチは、供試エンジンが所定の性能を備えているかを評価する装置であり、供試エンジンは台上に取り付けられ、その出力軸がシャフトを介してダイナモメータに連結される。このダイナモメータでエンジンの出力軸の回転力を吸収しながら、トルクや回転数を計測することによって、エンジンの性能が測定・評価される。
【０００３】
このようなエンジンベンチでは、いずれかの回転数領域において共振現象が発生することが知られており、共振現象が発生すると、測定精度が低下したり、装置が損傷したりするおそれがある。このため、共振点（共振周波数）を使用範囲から外すように設計するのが一般的であり、たとえばエンジンベンチの場合、共振点を低くすることによってエンジンのアイドル回転以下に共振点を外すように設計を行っている。
【０００４】
ところで、２マス１バネ系の簡易モデルでは、共振周波数ｆ［Ｈｚ］を以下のように考えることができる。すなわち、慣性Ｊ１［ｋｇｍ２］の物体と、慣性Ｊ２［ｋｇｍ２］の物体とが、ねじり剛性ｋ［Ｎｍ／ｒａｄ］のシャフトで連結される場合、共振周波数ｆは下式により求めることができる。
【０００５】
【数１】
0005524641.tif 000002
【０００６】
この（式１）から分かるように、共振周波数ｆは、慣性値Ｊ１、Ｊ２とねじり剛性ｋの関係で成り立っており、ねじり剛性ｋを変えることで、共振周波数ｆをコントロールすることができる。上述したエンジンベンチの場合、共振周波数ｆを低くするためには、シャフトのねじり剛性ｋを低くすることが必要であり、特にエンジンほどの大きな力を伝達する機構の場合、ねじり剛性ｋをかなり小さくする必要がある。また、エンジンほどの大きな力を伝達する機構の場合、シャフト自体に耐久性も求められる。よってエンジンベンチのシャフトには小さなねじり剛性ｋと耐久性が求められる。
【０００７】
そこで、従来は、シャフトに取り付けた動力計の慣性値を大きくしたり、動力伝達部にラバーを用いたシャフトを使用したりしている。（たとえば特許文献１参照。）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開2006-162486号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、動力計の慣性値を大きくした場合、ダイナモの加速性能が低下するなど、計測器としての性能が低下するという問題がある。
【００１０】
一方、ラバーを用いた場合は、ラバーの特性が温度によって変化するため、制御性能が不安定になるという問題がある。また、ラバーエレメントのねじり剛性にはダイナミック特性とスタティック特性があるので数値を把握しにくいという問題や、ラバーには劣化現象があるので耐久性が低いという問題がある。
【００１１】
さらに、昨今の自動車業界からの要求として、高精度の制御性能が必要とされている。このような背景からシャフトに求められている性能は、ねじり剛性が小さく、且つ、シャフトのもつ特性が運転中の状況（温度や速度）によって変わらない性質が望まれている。
【００１２】
運転中の状況による変化が少ない材料としては、金属が挙げられる。すなわち、ラバーは機械的な動的性質と静的性質の差が大きいのに対して、金属は機械的な動的性質と静的性質の差が極めて小さいという特性がある。よって、シャフトを同一金属で作成することが考えられる。
【００１３】
ここで、金属シャフトのねじり剛性を数式により考察する。金属シャフトが円柱状の場合、直径をｄ、軸方向長さをＬ、せん断弾性係数をＧとすると、ねじり剛性ｋは下式で表される。
【００１４】
【数２】
0005524641.tif 000003
【００１５】
一方、シャフトが円筒状の場合、内径をｄ１、外径をｄ２、軸方向の長さをＬとすると、ねじり剛性ｋは下式で表される。
【００１６】
【数３】
0005524641.tif 000004
【００１７】
これらの（式２）、（式３）を考察すると、径ｄ、ｄ２が４乗のオーダーでねじり剛性ｋに作用するため、径ｄ、ｄ２を小さくすることが望まれる。しかし、径ｄ、ｄ２を小さくすると、シャフトの強度が低下するという問題が発生する。たとえば、最大せん断応力をτ、トルクをＭｔとすると、円柱状シャフトの最大せん断応力τは以下の（式４）により、また、円筒状シャフトの最大せん断応力τは以下の（式５）により求まる。
【００１８】
【数４】
0005524641.tif 000005
【００１９】
【数５】
0005524641.tif 000006
【００２０】
これらの（式４）、（式５）から分かるように、径ｄ、ｄ２を小さくすると、トルクに対するせん断応力が増加し、シャフトは破壊されやすくなる。したがって、強度を考慮すると、シャフトの径ｄ、ｄ２をむやみに小さくすることはできない。
【００２１】
シャフトの強度を維持したまま、シャフトのねじり剛性を低下させる方法として、シャフトの全長を長くする方法が考えられる。しかし、設備上、シャフトを著しく長くすることは現実的ではない。
【００２２】
本発明はこのような事情に鑑みて成されたものであり、長さを長くすることなく、ねじり剛性を小さくすることのできるエンジン試験用シャフト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】
【００２３】
請求項１に記載の発明は前記目的を達成するために、エンジンの出力軸と、該エンジンに負荷を与えるダイナモメータの回転軸とを連結し、前記出力軸と前記回転軸との間で動力を伝達するエンジン試験装置用シャフトにおいて、複数の軸状部と該軸状部同士の間の折り返し部とを有する折り返し形状であり、前記軸状部は、前記エンジンの出力軸に連結される第１の軸状部と、前記ダイナモメータの回転軸に連結される第２の軸状部とが前記シャフトの中心軸を挟んで反対側に配置されるとともに、前記第１の軸状部と前記第２の軸状部に連結される第３の軸状部が前記シャフトの中心軸上に配置されることを特徴とするエンジン試験装置用シャフトを提供する。
【００２４】
本発明によれば、シャフトを折り返し形状としたので、シャフトの外見上の長さを長くすることなく、シャフトの実質的な長さを長くすることができ、シャフトのねじり剛性を低下させることができる。すなわち、本発明のシャフトは、エンジンの出力軸とダイナモメータの回転軸とが複数の軸状部を介して接続されるので、実質的には複数の軸状部を合わせた長さを有しながらも、複数の軸状部が折り返し部により折り返されているので、外観上は略１本分の軸状部の長さである。したがって、本発明によれば、シャフトの全長を長くすることなく、ねじり剛性を低下させることができる。
【００２６】
本発明によれば、エンジン側に連結される第１の軸状部とダイナモメータ側に連結される第２の軸状部とが第３の軸状部を挟んで反対側に配置されるので、応力やねじり剛性の偏りが発生することを抑制することができる。
【００２７】
請求項２に記載の発明は前記目的を達成するために、エンジンの出力軸と、該エンジンに負荷を与えるダイナモメータの回転軸とを連結し、前記出力軸と前記回転軸との間で動力を伝達するエンジン試験装置用シャフトにおいて、複数の軸状部と該軸状部同士の間の折り返し部とを有する折り返し形状であり、前記軸状部の１本が前記シャフトの中心軸に沿って配置されるとともに、残りの前記軸状部が前記中心軸を中心とした円周状に等角度間隔で配置されることを特徴とする。本発明によれば、応力やねじり剛性の偏りが発生することを抑制することができる。
【００２８】
請求項３に記載の発明は前記目的を達成するために、エンジンの出力軸と、該エンジンに負荷を与えるダイナモメータの回転軸とを連結し、前記出力軸と前記回転軸との間で動力を伝達するエンジン試験装置用シャフトにおいて、複数の軸状部と該軸状部同士の間の折り返し部とを有する折り返し形状であり、前記軸状部の少なくとも１つは円筒状に形成され、他の軸状部がその内部に配置されることを特徴とする。本発明によれば、軸状部が円筒状に形成されているので、全ての径方向において特性が等しくなり、応力やねじり剛性が偏ることを防止できる。なお、軸状部の一つを中心軸上に配置し、残りの軸状部を径の異なる円筒状に形成し、同心状に配置することが好ましい。
【００２９】
請求項４に記載の発明は請求項３の発明において、前記円筒状に形成された軸状部に、長手方向に沿ってスリットが形成されることを特徴とする。本発明によれば、円筒状の軸状部にスリットが形成されるので、ねじり剛性をさらに低下させることができる。なお、スリットは、等しい角度間隔で複数設けることが好ましい。
【００３０】
請求項５に記載の発明は請求項１〜４のいずれか１の発明において、前記折り返し部の動きを規制する規制手段を設けたことを特徴とする。本発明によれば、折り返し部の動きを規制したので、シャフトの回転によって折り返し部が外側に振られることを防止することができる。
【００３１】
請求項６に記載の発明は請求項１〜５のいずれか１の発明において、前記軸状部と前記
折り返し部は、同一の金属材から成り、一体であることを特徴とする。本発明によれば、
軸状部と折り返し部が一体なので、別部材から成る場合のように強度が大幅に低下したり
、熱による特性の変化が発生したりすることを防止できる。すなわち、別部材から成る複
数の軸状部を溶接や接着などで連結した場合は、熱によってひずみが発生したり、強度が
低下したりするおそれがあるが、本発明はこれを防止することができる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、シャフトを折り返し形状としたので、シャフトの外観上の長さを長くすることなく、シャフトの実質的な長さを長くすることができ、結果として、シャフトのねじり剛性を低下させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】第１の実施形態のシャフトが適用されたエンジンベンチの概略構成図
【図２】第１の実施形態のシャフトを示す正面図
【図３】図２のＡ-Ａ線に沿うシャフトの断面図
【図４】第２の実施形態のシャフトの説明図
【図５】第３の実施形態のシャフトの説明図
【図６】第４の実施形態のシャフトの説明図
【図７】第５の実施形態のシャフトの説明図
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、添付図面に従って、本発明に係るエンジン試験装置用シャフトの好ましい実施形態について説明する。図１は、第１の実施形態のエンジン試験装置用シャフト（以下、単にシャフトという）１が適用されたエンジンベンチ１０の概略構成図である。
【００３５】
同図に示すエンジンベンチ１０は、試験対象であるエンジン１１の性能を測定・評価する装置であり、主としてダイナモメータ２０、ダイナモメータ制御部３０、エンジン制御部３１、信号処理部４０、システム制御部５０で構成される。
【００３６】
エンジン１１は、保持機構を介して架台１２に固定される。エンジン１１の内部には燃焼室（不図示）が設けられ、この燃焼室に吸気管１３から空気が吸引され、燃焼室で燃焼された後、排気管１４から排気される。吸気管１３にはスロットル１５が設けられ、このスロットル１５によって空気の流入量が調節される。一方、排気管１４には触媒装着部１６が設けられ、この触媒装着部１６に装着された触媒によって排ガスが浄化される。
【００３７】
エンジン１１は、その出力軸がシャフト２１を介してダイナモメータ２０に接続される。シャフト２１は、後述するシャフト１などの複数の軸部材を連結して構成されており、その連結部分にはユニバーサルジョイント２２が介在される。エンジン１１とダイナモメータ２０との間には中間軸受２４が設けられており、この中間軸受２４にシャフト２１が回動自在に支持される。シャフト２１にはトルクメータ２３が取り付けられ、このトルクメータ２３によってトルクが計測される。なお、本実施の形態は、トルクメータ２３でトルクを計測するようにしたが、これに限定するものではなく、たとえばダイナモメータ２０の出力からトルクを検出してもよい。また、トルクメータ２３の他に、クラッチ、変速機、各種の連結手段等を目的に応じて挿入してもよい。さらに、トルク以外のエンジン１１の状態（たとえば排ガスの温度など）を計測する手段を挿入してもよい。
【００３８】
ダイナモメータ２０は、エンジン１１に所定の負荷トルクを与える装置であり、電流・電圧を可変させることで負荷トルクを設定できるようになっている。ダイナモメータ２０としては、低慣性ダイナモメータを用いることが好ましく、低慣性ダイナモを用いることによって、低速回転から高速回転までの急激な回転数の変化に応じた安定した出力が得られる。ダイナモメータ２０はダイナモメータ制御部３０に接続されている。
【００３９】
ダイナモメータ制御部３０は、ダイナモメータ２０に印加する電流・電圧を可変制御する手段であり、このダイナモメータ制御部２０で電流・電圧を可変制御することによって、ダイナモメータ２０に接続されたエンジン１１の負荷トルクが制御される。
【００４０】
一方、エンジン１１は、エンジン制御部３１に接続される。エンジン制御部３１は、スロットル開度や点火進角等の制御パラメータをエンジン１１に与えてエンジン１１を駆動制御する手段であり、通常はＥＣＵ、もしくはＥＣＵにバイパス回路を付加したエンジン制御回路で実現される。ＥＣＵの代わりに仮想ＥＣＵと称されるＤＳＰ（Digital Signal Processor）で実現してもよい。このエンジン制御部３１によってエンジン１１に制御パラメータ（たとえば所定のスロットル開度）が与えられる。これにより、エンジン１１が回転し、その回転がシャフト２１を介してダイナモメータ２０に伝達される。なお、エンジン制御部３１から与えられる制御パラメータとしては、回転数、スロットル開度の他、燃料注入量、空気注入量、燃料と空気の混合比、点火時間（ガソリンエンジンの場合）、燃料噴射制御方法（ディーゼルエンジンの場合）など様々なパラメータがある。
【００４１】
エンジン制御部３１とトルクメータ２３は、信号処理部４０に接続される。信号処理部４０は、測定部４１、メモリ４２、データ演算部４３、モデル演算部４４を備えている。測定部４１は、エンジン１１の動作状態を示す信号を入力し、各種の信号処理を行う手段であり、前述したトルクメータ２３からトルク・回転数などのデータが入力されるとともに、エンジン制御部３１からスロットル開度等の制御データが入力される。なお、スロットル開度等の時系列データは、エンジン制御部３１からではなく、後述のシステム制御部５０から直接入力してもよいし、エンジン１１に設けられたスロットル開度検出器等からエンジン制御部３１を介して入力してもよい。また、測定部４１は、入力データがアナログ信号の場合、Ａ／Ｄ変換を行い、複数の入力データの時間的同期をとることが好ましい。
【００４２】
測定部４１に入力されたデータは、メモリ４２に一時的に格納される。メモリ４２に格納されたデータは必要に応じて後述のモデル演算部４４やトルク演算部４３に出力される。その際、不図示の信号処理回路によってデータの信号処理を行ってもよい。この信号処理回路としては、たとえばデータのノイズを除去するノイズ除去器（フィルター）、加減乗除器、微分積分器、平均値演算器、標準偏差演算器、データ度数等の計数器（カウンタ）、周波数解析器（ＦＦＴ）等、公知の演算器が用いられる。なお、信号処理途中のデータや信号処理結果のデータをメモリ４２に一時的に格納してもよい。
【００４３】
モデル演算部４４は、得られたデータに基づいてエンジン１１のモデルを作成するとともに、作成したモデルに基づいてエンジン制御部３１やダイナモメータ制御部３０を制御してシミュレーションを行う手段である。ここで、モデル演算部４３で作成されるモデルとは、制御パラメータやトルクメータ２４で計測されたデータに基づいて、任意の入力と出力に介在する関係（伝達特性）を式やグラフ等で表現したものであり、作成されたモデルはメモリ４２に格納される。モデル演算部４４は、そのモデルに基づいて仮想シミュレーションまたは実機シミュレーションを行い、さらに、そのシミュレーション結果と実測値とを比較し、モデルの有効性・妥当性を検証してモデルの修正やパラメータ値の調整等を行う。
【００４４】
データ演算部４３は、得られたデータに基づいて各種の演算処理を行う手段である。このデータ演算部４３によって、たとえばエンジン１１の回転数とエンジン１１の慣性値などを用いたエンジントルクの算出が行われる。
【００４５】
上述したダイナモメータ制御部３０、エンジン制御部３１、信号処理部４０は、システム制御部５０に接続される。システム制御部５０は各種の制御を行う手段であり、計測内容の各種条件を設定（定義）する機能を備え、たとえばスロットル開度、燃料噴射時期、点火進角、噴射時間、ＶＶＴ、ＥＧＲなどの制御パラメータや、吸気温度、排気温度、燃料注入量、空気注入量、ＮОＸ密度、ＨＣ密度、ＣО濃度、ＣО２濃度、燃料消費量、水温などの計測パラメータについて、その入出力の有無や入出力の範囲などを設定することができる。また、使用頻度の高い設定条件が予め標準アクションとして登録されており、たとえば矩形波状に入力条件を変化させたり、ステップ状に徐々に入力条件を変化させたりする設定が予め登録されている。作業者はこれらの標準アクションのなかから選択することによって、計測条件を簡単に設定することができる。また、システム制御部５０は、予め設定された標準アクションの他、自由にシーケンスを作成できる機能を備えている。シーケンスの作成手段は特に限定するものではないが、たとえば、MATLAB（登録商標）のm-fileやSimulink（登録商標）を使用することにより作成される。このようにシーケンスを作成することによって、作業者がシミュレーションの条件を自在に設定することができる。
【００４６】
さらに、システム制御部５０は、計測を実行させる機能を備えており、定義された条件（またはシーケンス）に基づいて計測を実行させるように構成される。システム制御部５０には表示部５２が接続されており、この表示部５２に、メモリ４２に格納されている各種データやエンジンモデル、データ演算部４３やモデル演算部４４での演算結果などが表示される。また、表示部５２には、複数のデータの関係グラフ、軌跡、度数分布表、標準偏差グラフなど、様々な画像が表示され、データ、マップ、グラフなど複数のものが同一画面に同時に表示できるようになっている。
【００４７】
次に本発明の特徴部分であるシャフト１について説明する。図２はシャフト１の正面図であり、図３は、図２のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【００４８】
これらの図に示すシャフト１は、円柱状（または円筒状）の１本の軸状部材を２回折り返して３本の軸状部を設けた３折り返し形状であり、３本の軸状部２、３、４と、それらを連結する２つの折り返し部５、６と、両端に配置された２つの軸端部７、８とで構成されている。少なくとも軸状部２、３、４と折り返し部５、６は同一の金属材によって形成され、一体となっている。したがって、これらの部材を別部材にして接着や溶接で連結した場合のように、連結部分で熱による変形が発生したり、強度が大幅に低下したりすることを防止できる。なお、軸端部７、８も同一の素材で一体的に形成してもよい。
【００４９】
シャフト１の材質（特に軸状部２、３、４と折り返し部５、６の材質：以下同じ）としては、十分な強度を得るため、降伏強さと引張強さが鋼材（たとえば機械構造用中炭素工：Ｓ４５Ｃやクロモリブデン鋼：ＳＣＭ４４０）と同等またはそれ以上（たとえば降伏強度が約７００ＭＰａ以上、引張強さが約８００ＭＰａ以上）が好ましい。また、シャフト１の材質は、ねじり剛性を低下させるために柔軟な材質であることが好ましく、応力／歪みであるヤング率やずれ弾性が小さいこと（たとえばヤング率が約１２０ＧＰａ以下、ずれ弾性率が約５０ＧＰａ以下であること）が好ましい。さらに、シャフト１の材質は、エンジン１１にかけられる荷重が決まっているために軽量であること（たとえば密度が約５×１０３ｋｇ／ｍ３以下）が好ましい。以上を考慮すると、シャフト１の材質はチタン合金、特にチタン６Ａｌ―４Ｖ合金（６０種）が好ましいと考えられる。チタン６Ａｌ―４Ｖ合金（６０種）は、降伏強さが９２０ＭＰａ、引張強さが９８０ＭＰａ、ヤング率が１０６ＧＰａ、ずれ弾性率が４１ＧＰａ、密度が４．４×１０３ｋｇ／ｍ３であり、上記の条件を全て満たしている。なお、シャフト１を製造する方法としては、円柱状または円筒状の軸状部材を曲げ加工したり、所定形状の金属材を切削加工したりする方法が考えられる。特にチタン合金のような硬質材を用いた場合には、切削加工（エンドミルを用いたフライス盤、ＮＣフライス盤、マシニングセンタ、ワイヤーカット、ウォータカット、レーザー加工など）で製造することが好ましく、たとえば一定厚さの板材に切削加工で溝を形成して製造する方法が考えられる。
【００５０】
軸状部２、３、４は円柱状（または円筒状）に形成され、中心線Ｃと平行に配置されている。これらのうち、軸状部３は中心線Ｃ上に配置されており、残りの軸状部２と軸状部４は、中心線Ｃ（すなわち軸状部３）を挟んで反対側に配置されている。このため、軸状部２または軸状部４の一方に偏って応力が集中したり、両者のねじり剛性が異なったりすることを防止できる。
【００５１】
軸状部２の端部２ａはＬ状に屈曲されており、その端部２ａが軸端部７に固定されている。同様に軸状部４の端部４ａはＬ状に屈曲されており、その端部４ａが軸端部８に固定されている。軸端部７、８はそれぞれ、エンジン１１側、ダイナモメータ２０側に固定される部分であり、固定し易い形状、たとえば所定厚みを有する円盤状に形成されている。なお、軸端部７をダイナモメータ２０側、軸端部８をエンジン１１側に固定してもよい。
【００５２】
一方、軸状部２の先端には折り返し部５が設けられる。折り返し部５は、円柱状（または円筒状）の軸状部材を半円状に屈曲させた形状であり、この折り返し部５を介して軸状部２が軸状部３に接続される。
【００５３】
なお、シャフト１が変形した際の接触を防止するため、軸状部２と軸状部３の間、軸状部３と軸状部４の間、端部２ａと折り返し部６との間、端部４ａと折り返し部５との間は、十分な隙間量を確保することが好ましい。また、シャフト１の各屈曲部分の内側は、応力の集中を抑制するため、図２に示したように、丸みを設けることが好ましい。
【００５４】
上記の如く構成されたシャフト１は、軸状部２、折り返し部５、軸状部３、折り返し部６、軸状部４の順で繋がっており、一本の経路を成している。したがって、シャフト１は、実質的な長さが軸状部２、３、４および折り返し部５、６を合わせた長さになり、シャフト１のねじり剛性が小さくなる。一方で、シャフト１は、外観上の長さが、１本分の軸状部２（または軸状部３、軸状部４）の長さと略同じであり、全長が長くなることを防止できる。
【００５５】
次に上記の如く構成されたシャフト１の作用について説明する。
【００５６】
上述したように、シャフト１は折り返し形状であるので、外観上の長さを抑えつつ、実質的な長さを長くすることができる。前述の（式２）や（式３）から分かるように、実質的な長さを長くすることによって、ねじり剛性を低下させることがっできる。また、シャフト１は径を小さくする必要がないので、（式４）や（式５）から分かるように、強度の低下を抑制することができる。このようなシャフト１のねじり剛性と強度は、有限要素法を用いた解析方法、たとえばＡＮＳＹＳ（登録商標）によって確認することができる。
【００５７】
また、本実施の形態によれば、軸状部２、３、４と折り返し部５、６が同一の金属材から成り、一体であるので、別部材とした場合のように連結部分で強度が大幅に低下したり、熱による変形が発生したりすることを防止できる。さらに、シャフト１が同一の金属から成るので、強度やねじり剛性の算出が容易であり、シミュレーションの計算に適している。したがって、シミュレーション結果によって低ねじり剛性を保障することができる。
【００５８】
次に第２の実施形態のシャフト１００について説明する。図４は、第２の実施形態のシャフト１００の要部を示す断面図である。なお、第１の実施形態のシャフト１と同様の構成・作用を有する部材については、同じ符号を付してその説明を省略する。
【００５９】
図４に示すシャフト１００は、軸状部２の端部２ａに貫通孔２ｂが中心軸Ｃと平行に形成されており、さらにその延長上の折り返し部６に差込孔６ｂが形成される。貫通孔２ｂはその外側からピン９を挿入することができ、そのピン９の先端が差込孔６ｂに差し込まれる。差込孔６ｂはピン９の先端よりも十分に大きく形成されており、ピン９の先端は差込孔６ｂに遊挿される。このようにピン９を貫通孔２ｂ、差込孔６ｂに差し込むことによって、折り返し部６の動きを規制することができ、折り返し部６が外側に大きく振られることを防止できる。同様に、軸状部４の先端４ａには貫通孔（不図示）が中心軸Ｃに沿って形成され、さらにその延長上の折り返し部５に差込孔（不図示）が形成される。そして、貫通孔の外側からピン９を挿入し、差込孔に差し込むことによって、折り返し部５の動きを規制することができ、折り返し部５が外側に大きく振られることを防止できる。これにより、シャフト１００は、折り返し部５、６が外側に大きく振られることが防止されるので、安全性を向上させることができる。
【００６０】
なお、本実施の形態では、軸状部２、３、４と折り返し部５、６の断面形状が全て、同じ形状および同じ大きさの例で説明したが、これに限定するものではない。たとえば、安定性を得るために軸状部３の断面を軸状部２や軸状部４の断面よりも大きく形成したり、折り返し部５、６の断面を軸状部２、３、４よりも大きく形成したりしてもよい。
【００６１】
また、上述した第１、第２の実施形態では、軸状部２、３、４および折り返し部５、６の断面形状を円形としたが、これに限定するものではなく、他の形状たとえば楕円形、長円、正方形、長方形、多角形、あるいはこれらに類似した形状（角を丸めた形状や組み合わせた形状など）としてもよい。長方形とした場合は、長辺側が短辺側よりも変形しやすいという問題があるので、短辺側の側面に溝を一定間隔で形成することによって短辺側を長辺側と同程度に変形させ易くすることが好ましい。
【００６２】
また、上述した第１、第２の実施形態は、２回折り返されて３本の軸状部２、３、４が設けられた３折り返し形状の例であるが、折り返し形状（折り返し回数）はこれに限定するものではなく、以下に示す実施形態のように様々な態様が可能である。
【００６３】
図５（ａ）は、第３の実施形態のシャフト１１０の構成を模式的に示しており、図５（ｂ）はシャフト１１０の中心軸に直交する断面を示している。これらの図に示す第３の実施形態のシャフト１１０は、４回折り返されて５本の軸状部が設けられた５折り返し形状であり、４つの折り返し部（符号省略）と５本の軸状部１１１〜１１５を備えている。軸状部１１１〜１１５は、円柱状または円筒状に形成されており、中心線Ｃと平行に配置されている。また、軸状部１１１〜１１５は順に繋がっており、そのうちの１本の軸状部１１１が中心線Ｃ上に配置され、残りの軸状部１１２〜１１５は上下左右に等しい間隔で配置されている。このように構成された５折り返し形状のシャフト１１０は、上述した３折り返し形状のシャフト１と比較して、実質的な長さが同じ（すなわちねじり剛性が略同じ）である場合に、外観上の長さを短くすることができる。なお、軸状部１１１〜１１５の配置は特に限定するものではなく、様々な配置が可能であるが、隣りの軸状部との捩れ差が小さい配置とすることが好ましい。また、シャフト１１１とシャフト１１５のいずれをエンジン１１側、ダイナモメータ２０側に固定してもよい。さらに、５折り返し形状のシャフト１１０においても、シャフト１００と同様に、ピン９によって折り返し部の外振れを防止するようにしてもよい。
【００６４】
図６（ａ）は、第４の実施形態のシャフト１２０の構成を模式的に示しており、図６（ｂ）はシャフト１２０の中心軸に直交する断面を示している。これらの図に示すシャフト１２０は、６回折り返されて７本の軸状部が設けられた７折り返し形状であり、６つの折り返し部（符号省略）と７本の軸状部１２１〜１２７を備えている。軸状部１２１〜１２７は、円柱状または円筒状に形成されており、中心線Ｃと平行に配置されている。また、軸状部１２１〜１２７は順に繋がっており、そのうちの１本の軸状部１２１が中心線Ｃ上に配置され、残りの軸状部１２２〜１２７が中心軸Ｃの周囲に等しい角度間隔で配置されている。したがって、シャフト１２０は応力が均等に分散されやすくなり、応力集中による損傷の発生を抑制することができる。このように形成された７折り返し形状のシャフト１２０は、上述したシャフト１やシャフト１１０と比較して、実質的な長さが同じ（すなわちねじり剛性が略同じ）である場合に、外観上の長さをさらに短くすることができる。なお、軸状部１２１〜１２７の配置は特に限定するものではなく、様々な配置が可能であるが、隣の軸状部１１１との捩れ差が小さい配置とすることが好ましい。また、シャフト１２１とシャフト１２７のいずれをエンジン１１側、ダイナモメータ２０側に固定してもよい。さらに、７折り返し形状のシャフト１２０においても、シャフト１００と同様に、ピン９によって折り返し部分の外振れを防止するようにしてもよい。
【００６５】
なお、５折り返し形状、７折り返し形状よりもさらに折り返し回数を増やし、９折り返し形状、あるいはそれ以上の折り返し形状としてもよい。ただし、軸状部の数は奇数、折り返し部の数は軸状部よりも一つ少ない偶数に設定される。
【００６６】
図７（ａ）は、第５の実施形態のシャフト１３０の斜視図であり、図７（ｂ）はその構成を模式的に示している。これらの図に示すシャフト１３０は、円筒状の軸状部を有する円筒型折り返し形状であり、２つの折り返し部１３４、１３５と３本の軸状部１３１〜１３３を備えている。軸状部１３１は円柱状（または円筒状）に形成され、中心線Ｃに沿って配置される。軸状部１３１の端部には、リング状の折り返し部１３４が設けられ、この折り返し部１３４を介して軸状部１３２が接続される。軸状部１３２は軸状部１３１よりも大きい円筒状に形成されており、軸状部１３１を覆うようにして、軸状部１３１と同心上に配置される。軸状部１３２の端部には、リング状の折り返し部１３５が設けられ、この折り返し部１３５を介して軸状部１３３が接続される。軸状部１３３は軸状部１３２よりも大きい筒状に形成され、軸状部１３２を覆うようにして軸状部１３１、１３２と同心上に配置される。軸状部１３１は円盤状の軸端部１３６に固定され、軸状部１３５は円盤上の軸端部１３７に固定される。軸端部１３６、軸端部１３７は、エンジン１１側、ダイナモメータ２０側のいずれかに固定される。
【００６７】
上記の如く構成されたシャフト１３０の場合にも、外観上の長さを長くすることなく、実質的な長さを長くすることができ、ねじり剛性を小さくすることができる。また、シャフト１３０は、中心軸Ｃを中心として全ての径方向に対象となる形状なので、全ての径方向において特性が等しくなり、応力やねじり剛性の偏りを抑制することができる。
【００６８】
なお、上述した第５の実施形態において、軸状部１３３に、軸方向のスリット１３３ａを円周方向に一定の角度間隔で複数形成してもよい。これにより、軸状部１３３のねじり剛性をより小さくすることができる。同様に、軸状部１３２にもスリットを形成してもよい。
【符号の説明】
【００６９】
１  シャフト
２  軸状部
３  軸状部
４  軸状部
５  折り返し部
６  折り返し部
７  軸端部
８  軸端部
１０  エンジンベンチ
１１  エンジン
２０  ダイナモメータ
３０  ダイナモメータ制御部
３１  エンジン制御部
４０  信号処理部
５０  システム制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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