(57)【要約】【課題】サーボモータを用いて試験片にねじり応力を加え、且つ、高い繰り返し速度でねじり荷重を試験片に加えることができるねじり試験装置を提供する。【解決手段】ねじり試験装置は、装置のベースに固定されるフレームと、フレームに固定される第１支持部材と、第１支持部材に固定されたサーボモータと、第１支持部材に固定された減速機構と、減速機構の入力軸と前記サーボモータの駆動軸とを連結するリジットカップリングと、減速機構の出力軸に固定され、試験片の一端を把持する第１把持部と、フレームに固定され、試験片の他端を把持する第２把持部と、を有する。【選択図】  図１
2008267939.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
装置のベースに固定されるフレームと、
前記フレームに固定される第１支持部材と、
前記第１支持部材に固定されたサーボモータと、
前記第１支持部材に固定された減速機構と、
前記減速機構の入力軸と前記サーボモータの駆動軸とを連結するリジットカップリングと、
前記減速機構の出力軸に固定され、試験片の一端を把持する第１把持部と、
前記フレームに固定され、該試験片の他端を把持する第２把持部と、
を有する、ねじり試験装置。
【請求項２】
前記フレームに固定される第２支持部材をさらに有し、
前記第２把持部は軸部を有し、
前記軸部が前記第２支持部材に片持ちばり状に固定支持されることによって、前記第２把持部が前記フレームに固定されている、
ことを特徴とする請求項１に記載のねじり試験装置。
【請求項３】
前記軸部と前記第２支持部材との間には該試験片に働くトルクを計測するためのロードセルが固定されている、ことを特徴とする請求項２に記載のねじり試験装置。
【請求項４】
前記減速機構が波動歯車減速機構である、ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のねじり試験装置。
【請求項５】
前記波動歯車減速機構は、前記第１支持部材に埋めこまれて固定されている、ことを特徴とする請求項４に記載のねじり試験装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試験片のねじり試験を行うためのねじり試験装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、長尺状の部材の強度等を評価するために、ねじり試験装置が使用されている。試験片を両端で支持し、一端に支持軸周りのトルクを加えて試験片をねじる、ねじり試験装置が使用されている。このようなねじり試験装置としては、特許文献１に記載のものがある。
【特許文献１】特開平１０−２７４６０９
【０００３】
特許文献１のねじり試験装置においては、ベースにフレームが固定され、このフレームの水平面上に一対の支持部材（鉛直方向に広がるプレート状部材）が設けられている。各支持部材には、試験片を両端で把持固定するためのチャックが取り付けられるようになっている。一方の支持部材に取り付けられたチャックは、減速機構および、カップリングを介してサーボモータの駆動軸と連結している。また、他方の支持部材に取り付けられたチャックは、支持部材と一体となっている。従って、サーボモータを駆動することによって、チャックに把持された試験片をねじることが出来るようになっている。
【０００４】
一般に、サーボモータは低トルクかつ高速に駆動軸を回転させる。一方、ねじり試験装置においては、試験片に付与する回転としては、高トルク且つ比較的低速なものが望まれる。このため、サーボモータを使用するねじり試験装置においては、サーボモータの駆動軸とチャックとの間にウォームギアなどの減速機構を設けるよう構成されている。
【０００５】
このようなねじり試験装置を用いた試験として、疲労試験が上げられる。疲労試験とは、試験片に繰り返し荷重を加え、試験片の破損に到るまでのサイクル回数などを計測するものである。このような疲労試験においては、試験を短時間で完了させることができるように、単位時間あたりの繰り返し荷重のサイクル回数をできるだけ多くすることが望ましい。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前述のように、送りねじ機構を用いた万能試験装置は、サーボモータの駆動軸と減速機構の入力軸とを連結する必要がある。この時、サーボモータの駆動軸と減速機構の入力軸との偏心（最大数１００μｍ）や連結角に起因する曲げ応力の発生を防止するため、フレキシブルカップリングを用いてサーボモータの駆動軸と減速機構の入力軸とを連結していた。フレキシブルカップリングとは、ゴムやばねなどの弾性体を介在させた軸継手であり、弾性体によって前述の曲げ応力を緩和し、駆動軸（サーボモータの駆動軸）の回転トルクのみを従動軸（減速機構の入力軸）に伝達できるようにしたものである。
【０００７】
このように、フレキシブルカップリングにおいては弾性体が介在しているため、回転トルクの一部がこの弾性体に吸収されてしまう。このため、トルク伝達の応答性が低く、高サイクルで試験片を正逆両方に繰り返しねじることができなかった。このため、従来は、送りねじ機構を用いたねじり試験装置で疲労試験を短時間で行うことはできず、そのような用途には油圧駆動機構を用いたねじり試験装置を使用せざるを得なかった。
【０００８】
本発明は上記の問題を解決するためになされたものである。すなわち、本発明は、サーボモータを用いて試験片にねじり応力を加えるねじり試験装置において、高い繰り返し速度でねじり荷重を試験片に加えることができるもの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】
【０００９】
上記の目的を達成するため、本発明のねじり試験装置は、装置のベースに固定されるフレームと、フレームに固定される第１支持部材と、第１支持部材に固定されたサーボモータと、第１支持部材に固定された減速機構と、減速機構の入力軸と前記サーボモータの駆動軸とを連結するリジットカップリングと、減速機構の出力軸に固定され、試験片の一端を把持する第１把持部と、フレームに固定され、該試験片の他端を把持する第２把持部と、を有する。
【００１０】
このように、本発明の構成においては、単一の部材である第１支持部材にサーボモータと減速機構の双方が固定される。このため、ボルト締め、溶接などによってモータおよび減速機構と第１支持部材とを一体に形成することが可能である。従って、送りねじとサーボモータの駆動軸との芯出しを精密に行い、モータの駆動軸の回転中心と送りねじの回転中心とを精度良く一致させた状態を維持することが可能となる。これによって、減速機構の入力軸とモータの駆動軸との非直線的な連結（偏心や角度ずれを伴う連結）によって回転部に発生する曲げ応力を極めて小さくすることが可能となる。そして、剛性の高いリジットカップリングで減速機構の入力軸とモータの駆動軸とを連結することができ、高い応答性をもって入力軸を回転駆動させることができる。よって、本発明の構成によれば、送りねじ機構を用いて試験片をねじり、且つ高サイクルでねじり荷重を繰り返し試験片に加えることができるねじり試験装置が実現される。
【００１１】
また、好ましくはフレームに固定される第２支持部材をさらに有し、第２把持部は軸部を有し、軸部が前記第２支持部材に片持ちばり状に固定支持されることによって、第２把持部が前記フレームに固定されている。この構成においては、例えば、軸部と第２支持部材との間に、試験片に働くトルクを計測するためのロードセルが固定される。
【００１２】
また、好ましくは減速機構が波動歯車減速機構である。ウォームギア機構や遊星歯車機構といった他の減速機構とは異なり、波動歯車減速機構は、試験片を繰り返しねじる際のバックラッシが小さくなるため、高サイクルの疲労試験に適しているといえる。好ましくは、波動歯車減速機構は、第１支持部材に埋めこまれて固定され、これによって第１支持部材と高い剛性をもって一体化する。
【発明の効果】
【００１３】
以上のように、本発明によれば、サーボモータを用いて試験片にねじり応力を加え、且つ、高い繰り返し速度でねじり荷重を試験片に加えることができるねじり試験装置が実現される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態につき、図面を用いて詳細に説明する。図１は、本実施形態のねじり試験装置の正面図であり、図２は上面図である。本実施形態のねじり試験装置１においては、長尺状の試験片Ｓが、その長軸方向が略水平となるようにチャック７２、７４の爪７２ａ、７４ａによって両端を把持された状態でねじり試験を行うようになっている。なお、ねじり試験装置１の構造を明確に説明するため、試験片Ｓおよびこの試験片を把持するチャック７２、７４は図１のみに示されている。すなわち、図２は、試験片Ｓおよびチャック７２、７４が取り外された状態の捩じり試験装置１の上面図である。
【００１５】
図１に示されているように、本実施形態においては、ベースＢに固定された下部フレーム１０の上に、試験片Ｓの一端（固定端）を固定支持するための固定端支持部２０と、試験片Ｓの他端（駆動端）を回転可能に支持する駆動端支持部３０とが固定されるようになっている。そして、駆動端支持部３０から試験片に所定の回転軸Ａ周りのトルクを付与することによって、試験片Ｓにねじり応力を加えてねじることができる。
【００１６】
固定端支持部２０は、試験片Ｓの固定端を把持するための固定端側チャック７２を取り付けるための取付フランジ２７を有する。取付フランジ２７の、固定端側チャック７２が取り付けられない側の面からは支持シャフト２６が略水平方向に伸びている。
【００１７】
支持シャフト２６の先端はフランジ状に形成されており、このフランジ状の先端には，トルク計測用のロードセル６２の一端が連結される。ロードセル６２の他端は、固定端支持部２０の固定端側サイドフレーム２２に固定される。サイドフレーム２２は、固定端支持部２０の固定端支持プレート２１の上に、締結、溶接などの手段により強固に固定されている。固定端支持プレート２１は、下部フレーム１０上に固定される。ここで、サイドフレーム２２は、Ｌ字状の断面形状を有するプレート状の部材であり、そのコーナ部には補強用のリブ２２ａが形成されている。このため、サイドフレーム２２の剛性は高いものとなっている。詳細は後述するが、固定端支持プレート２１は下部フレーム１０に強固に固定されるようになっているので、サイドフレーム２２はベースＢと一体となった剛体であると見なしてよい。
【００１８】
このように、試験片Ｓの固定端は、固定端側チャック７２、取付フランジ２７、支持シャフト２６、ロードセル６２を介してサイドフレーム２２に固定されるようになっている。ここで、固定端側チャック７２、取付フランジ２７、支持シャフト２６、ロードセル６２は、試験片Ｓに対して充分にねじり剛性が高くなっており、試験片Ｓの駆動端にトルクを与えることによって、試験片Ｓの内部にトルクの大きさに応じたねじり応力を発生させることができる。そして、試験片Ｓに加えられるトルクの大きさはロードセル６２によって計測される。
【００１９】
また、支持シャフト２６はその中途で固定端側軸受２４によって、回転可能に支持される。固定端側軸受２４もまた、締結、溶接などの手段により、固定端支持プレート２１の上に強固に固定されている。
【００２０】
次いで、固定端支持プレート２１を下部フレーム１０に固定するための機構につき説明する。図２に示されているように、下部フレーム１０の上面には、一対の溝１１が形成されている。この溝１１とボルト１２とを用いて、固定端支持プレート２１を下部フレーム１０に固定する。なお、固定端支持プレート２１には、ボルト１２が挿通される貫通孔２１ａが、各溝１１に沿って７つずつ（すなわち計１４個）設けられており、これらの貫通孔２１ａの全てにボルト１２が取り付けられることによって、固定端支持プレート２１は下部フレーム１０に強固に固定される。
【００２１】
ボルト１２による固定端支持プレート２１の固定の構造につき、以下、詳説する。図３は、図２のＩ−Ｉ断面図である。図３に示されているように、溝１１は、上部１１ａの幅より下部１１ｂの幅の方が大きくなっている、段差付きの溝である。また、ボルト１２は、頭部に六角レンチ用の六角穴１２ａが形成された、所謂六角穴つきボルトである。このボルト１２は、溝１１の下部１１ｂに配置されているナット１３にねじ込まれるようになっている。ナット１３の寸法は、溝１１ｂの幅よりもわずかに小さく、溝１１ａの幅よりは大きいので、ボルト１２の頭部とナット１３の間で固定端支持プレート２１と溝１１の上部１１ａとが締めつけられる。この結果、固定端支持プレート２１が下部フレーム１０に強固に固定される。
【００２２】
次いで、駆動端支持部３０の構成に付き説明する。
【００２３】
図１に示されるように、駆動端支持部３０は、試験片Ｓの駆動端を把持するための駆動端側チャック７４を取り付けるための取付フランジ３７を有する。取付フランジ３７の、駆動端側チャック７４が取り付けられない側の面には、減速機構３６が設けられている。より具体的には、減速機構３６において取付フランジ３７と当接する面は、減速機構３６の出力軸であり、減速機構３６の入力軸の回転速度が低下するとともに、そのトルクが増大し、低速・大トルクの回転が取付フランジ３７、チャック７４を介して試験片Ｓの駆動端に伝達される。
【００２４】
この減速機構３６は、駆動端支持部３０の駆動端側サイドフレーム３２に固定される。駆動端側サイドフレーム３２は、駆動端支持部３０の駆動端支持プレート３１の上に溶接により強固に固定されている。駆動端支持プレート３１は、固定端支持プレート２１と同様の固定手段によって、下部フレーム１０上に固定される。ここで、サイドフレーム３２は、回転軸Ａに略垂直なプレート状の部材であり、サイドフレーム３２と駆動端支持プレート３１とによって形成されるコーナ部には補強用のリブ３２ａが形成されている。このリブ３２ａもまた、固定端支持プレート３１に溶接されている。従って、サイドフレーム３２と駆動端支持プレート３１は高い剛性をもって一体化している。前述のように、駆動端支持プレート３１は下部フレーム１０に強固に固定されるようになっているので、サイドフレーム３２はベースＢと一体となった剛体であると見なしてよい。
【００２５】
下部フレーム１０の中央部（溝１１、１１の間）には、空洞部１４が形成されている。この空洞部１４には、駆動端支持部３０を下部フレーム１０に対して回転軸Ａ方向にスライドさせるための送りねじ機構が設けられている。図１および２に示されているように、空洞部１４の中には、回転軸Ａに平行な方向に伸びる送りねじ４４が設けられている。送りねじ４４の両端は、一対の軸受４５、４６（図１）によって回転可能に支持されている。また、この軸受４５、４６は、送りねじ４４の運動をその軸周りのみに制限するガイドしての機能を有する。また、駆動端支持プレート３１の下面には、この送りねじ４４と係合するナット４８が固定されている。このため、駆動端支持プレート３１が下部フレーム１０に固定されていない状態（すなわち駆動端支持プレート３１を固定するためのボルトを緩めた状態）で、送りねじ４４を回動させることによって、駆動端支持部３０を送りねじ４４に沿って移動させることができる。なお、送りねじ４４の一端（軸受４５側）には，送りねじ４４を回動させるためのハンドル４２が設けられている。本実施形態においては、このように、駆動端支持部３０を移動させることによって、試験片Ｓの寸法に応じて固定端支持部２０と駆動端支持部３０との間隔を調整することができる。
【００２６】
また、サイドフレーム３２の、取付フランジ３７の下部には、エンコーダ３８のプーリ３８ａが取り付けられている。取付フランジ３７の外周部３７ａもまたプーリとしての機能を有しており、エンコーダ３８のプーリ３８ａと取付フランジ３７のプーリ３７ａとには、無端ベルト３９が掛け渡されている。エンコーダ３８は、プーリ３８ａの回転角を検出することによって、取付フランジ３７の回転数や、取付フランジ３７の初期位置に対する角度、繰り返し試験時のサイクル数などを演算し、これをエンコーダ３８の表示部３８ｂに表示することができる。従って、ねじり試験装置１のオペレータは、エンコーダ３８の表示部３８ｂの表示内容からねじり試験の進捗状況などを判断することができる。
【００２７】
減速機構３６の入力軸３６ａと、この入力軸にトルクを加えるＡＣサーボモータ３５の配置につき、以下説明する。図４は、図２のＩＩ−ＩＩ断面図である。図４に示されているように、減速機構３６の入力軸３６ａは、リジットカップリング３３を介して、ＡＣサーボモータ３５の駆動軸３５ａと連結されている。従って、ＡＣサーボモータ３５を駆動することによって、試験片Ｓにねじり応力を加えることができる。また、図示されているように、ＡＣサーボモータ３５は、モータ支持フレーム３４を介してサイドフレーム３２に固定されている。
【００２８】
なお、減速機構３６は、サイドフレーム３２に形成された開口３２ｂの中に埋めこまれて強固に固定されている。本実施形態においては、減速機構３６は波動歯車減速機構である。波動歯車減速機構は、入力軸と出力軸とが同軸になるという特徴を有する。このため、本実施形態においては、回転軸ＡとＡＣサーボモータ３５の軸とが同軸となる。回転軸ＡとＡＣサーボモータ３５の軸とが同軸となるので、回転軸Ａを含む鉛直面を中心としてねじり試験装置１が略対称な形状となり、重量バランスがよく試験時に振動が発生しにくい。また、波動歯車減速機構は、バックラッシが小さいという特徴があるため、繰り返し荷重を試験片に加える疲労試験に適しているといえる。
【００２９】
本実施形態のリジットカップリング３３は、ねじり剛性が極めて高く構成されており、ＡＣサーボモータ３５の駆動軸３５ａに加わるトルクを高い応答性をもって減速機構３６の入力軸３６ａに伝達させることができる。以下、リジットカップリング３３の構造につき説明する。図５は、リジットカップリング３３及び、このリジットカップリング３３を介して互いに連結されるＡＣサーボモータ３５の駆動軸３５ａと減速機構３６の入力軸３６ａを示す拡大断面図である。
【００３０】
図示されているように、リジットカップリング３３は、全体としては中空の段つき丸棒形状（すなわち、段付きの厚肉円筒）となっている。すなわち、リジットカップリング３３は、減速機構３６の入力軸３６ａが差し込まれる出力側開口部３３ｃを備えた出力側円筒部３３ａと、ＡＣサーボモータ３５の駆動軸３５ａが差し込まれる入力側開口部３３ｄを備えた入力側円筒部３３ｂとを有する。本実施形態においては、減速機構３６の入力軸３６ａはＡＣサーボモータ３５の駆動軸３５ａよりも小径であるので、出力側円筒部３３ａの外径は入力側円筒部３３ｂの外径よりも小径となっている。
【００３１】
出力側開口部３３ｃ及び入力側開口部３３ｄの径は、夫々減速機構３６の入力軸３６ａ及びＡＣサーボモータ３５の駆動軸３５ａの外径よりも大きく構成されている。出力側開口部３３ｃ及び入力側開口部３３ｄを夫々減速機構３６の入力軸３６ａ及びＡＣサーボモータ３５の駆動軸３５ａに固定するために、固定用リング１３０及び１４０が使用される。
【００３２】
固定用リング１３０は、内輪１３２、外輪１３４及びボルト１３６を有する。内輪１３２の外周面は径がＡＣサーボモータ側（図中右側）に向かって小さくなるテーパ面１３２ａとなっており、また、その内周面は減速機構３６の入力軸３６ａの外径よりもわずかに大きい程度の円筒面１３２ｂとなっている。内輪１３２の減速機構側（図中左側）は半径方向外側に広がるフランジ部１３２ｃとなっている。フランジ部１３２ｃには、ボルト１３６が回転軸Ａ方向に挿通されるボルト孔１３２ｄが複数設けられている。また、外輪１３４の内周面は径がＡＣサーボモータ側に向かって小さくなるテーパ面１３４ａとなっており、またその外周面は出力側開口部３３ｃの径よりもわずかに小さい円筒面１３４ｂとなっている。さらに、外輪１３４には、ボルト１３６と係合するめねじ１３４ｃが複数形成されている。外輪１３４及び内輪１３２を出力側開口部３３ｃと減速機構３６の入力軸３６ａとの間の隙間に差し込み、次いで、ボルト１３６によって内輪１３２を外輪１３４に締結し、さらにボルト１３６を締めつけることによって、内輪１３２の円筒面１３２ｂは減速機構３６の入力軸３６ａを強く圧迫し、外輪１３４の円筒面１３４ｂは出力側開口部３３ｃを強く圧迫する。この結果発生する静摩擦力によって、減速機構３６の入力軸３６ａはリジットカップリング３３の出力側円筒部３３ａに強固に固定され、両者は一体化する。なお、図にはボルト１３６、ボルト孔１３２ｄ、めねじ１３４ｃはそれぞれ二組ずつ示されているが、実際は、減速機構３６の軸を中心とする円周上に多数（例えば１０組）設けられている。
【００３３】
同様に、固定用リング１４０は、内輪１４２、外輪１４４及びボルト１４６を有する。内輪１４２の外周面は径が減速機構側に向かって小さくなるテーパ面１４２ａとなっており、また、その内周面はＡＣサーボモータ３５の駆動軸３５ａの外径よりもわずかに大きい程度の円筒面１４２ｂとなっている。内輪１４２の下端は半径方向外側に広がるフランジ部１４２ｃとなっている。フランジ部１４２ｃには、ボルト１４６が回転軸Ａ方向に挿通されるボルト孔１４２ｄが複数設けられている。また、外輪１４４の内周面は径が減速機構側に向かって小さくなるテーパ面１４４ａとなっており、またその外周面は入力側開口部３３ｄの径よりもわずかに小さい円筒面１４４ｂとなっている。さらに、外輪１４４には、ボルト１４６と係合するめねじ１４４ｃが複数形成されている。外輪１４４及び内輪１４２を入力側開口部３３ｄとＡＣサーボモータ３５の駆動軸３５ａとの間の隙間に差し込み、次いで、ボルト１４６によって内輪１４２を外輪１４４に締結し、さらにボルト１４６を締めつけることによって、内輪１４２の円筒面１４２ｂはＡＣサーボモータ３５の駆動軸３５ａを強く圧迫し、外輪１４４の円筒面１４４ｂは入力側開口部３３ｄを強く圧迫する。この結果発生する静摩擦力によって、ＡＣサーボモータ３５の駆動軸３５ａはリジットカップリング３３の入力側円筒部３３ｂに強固に固定され、両者は一体化する。なお、図にはボルト１４６、ボルト孔１４２ｄ、めねじ１４４ｃはそれぞれ二組ずつ示されているが、実際は、ＡＣサーボモータ３５の駆動軸３５ａの回転中心軸を中心とする円周上に多数（例えば１０組）設けられている。
【００３４】
リジットカップリング３３の出力側円筒部３３ａ及び入力側円筒部３３ｂの肉厚は充分に大きいため、事実上剛体と見なせる。従って、リジットカップリング３３は、ＡＣサーボモータ３５の駆動軸３５ａに働くトルクを高い応答性をもって減速機構３６に伝達可能である。
【００３５】
次いで、本実施形態のねじり試験装置１の制御計測部の構成に付き説明する。図６は、本実施形態のねじり試験装置１の制御計測部２００のブロック図である。本実施形態のねじり試験装置１は、短時間で疲労試験を行うことができるように、試験片に短い周期（一秒あたり数１０サイクル程度）で繰り返し荷重を加えることができるようになっている。
【００３６】
ねじり試験装置１の制御計測部２００は、設定値指示ユニット２１０、駆動制御ユニット２２０、及び測定ユニット２５０を有する。
【００３７】
設定値指示ユニット２１０は、どのようにして試験片Ｓにねじり応力を加えるのかさせるかを指示するためのユニットである。より具体的には、取付フランジ３７（又は減速機構３６の出力軸）の初期位置からの角度を信号として出力して駆動制御ユニット２２０に送るユニットである。設定値指示ユニット２１０は、入力インターフェース２１２と、波形生成手段２１４とを有する。
【００３８】
入力インターフェース２１２は、設定値指示ユニット２１０と図示されないワークステーションとを接続するためのインターフェースである。ねじり試験装置１のオペレータは、ワークステーションを操作して、どのようにして下部ステージ３１を変位させるのかを指示する。例えば、静的なねじり試験を行うのであれば、オペレータはワークステーションを操作して単位時間あたりのねじり角度を入力し、入力インターフェース２１２に送信する。また、試験片Ｓに繰り返し荷重を加える疲労試験を行う場合は、オペレータはワークステーションを操作してねじり角度の振幅、周波数、及び波形（正弦波と三角波のいずれの波形を使用するか、等）を入力し、入力インターフェース２１２に送信する。入力インターフェース２１２に入力された指示は、波形生成手段２１４に送られる。
【００３９】
波形生成手段２１４は、入力インターフェース２１２より送信された指示を解釈し、取付フランジ３７の初期位置からの角度の変量を逐次演算し、これを駆動制御ユニット２２０に送信する。なお、疲労試験を行う際は、単一の正弦波や三角波といった一定の波形・周波数で試験片Ｓをねじるだけに留まらず、様々な振幅や周波数をもつ関数から合成された関数に基づいて試験片Ｓをねじることも可能である。例えば、周波数の異なる正弦波を掛け合わせた関数に基づき、ねじり角の振幅が経時変化するように、取付フランジ３７を駆動させることも可能である。
【００４０】
取付フランジ３７の角度はディジタル信号として波形生成手段２１４から出力される。このため、波形生成手段２１４から駆動制御ユニット２２０に送信される信号は、まずＤ／Ａコンバータ２２２に入力されてアナログ信号に変換される。アナログ信号に変換された取付フランジ３７の角度情報は、次いでアンプ２２４に送られる。そして、アンプ２２４は、Ｄ／Ａコンバータ２２２から送られた取付フランジ３７の角度情報を増幅して出力する。
【００４１】
前述のように、本実施形態においては、ＡＣサーボモータ３５が取付フランジ３７を駆動することによって、各種試験が行われる。ここで、ＡＣサーボモータ３５は、駆動軸３５ａ（図１）の回転数を検出するためのエンコーダを内蔵しており、エンコーダが検出した回転数は駆動制御ユニット２２０の現在位置演算回路２２６に送信される。
【００４２】
現在位置演算回路２２６は、ＡＣサーボモータ３５のエンコーダの検出結果に基づいて、現在取付フランジ３７の現在の角度を演算して出力する。そして、アンプ２２４の出力と現在位置演算回路２２６の出力との差分（すなわち、取付フランジ３７の目標角度と現在の角度との差に相当する信号）が、測定ユニット２５０の電流生成回路２５２に送信される。
【００４３】
電流生成回路２５２は、受信した信号に基づいて、ＡＣサーボモータ３５に出力する三相電流を生成し、これをＡＣサーボモータに出力する。この結果、取付フランジ３７の角度が目標の角度に到達するようにＡＣサーボモータ３５が駆動される。
【００４４】
取付フランジ３７を駆動することによって試験片Ｓに加えられるトルクの大きさは、ロードセル６２および、ロードセル２５４の変形量を電気信号として取り出すためのブリッジ回路２５６によって検出される。検出されたトルクの大きさは、Ａ／Ｄコンバータ２５８によって離散化され、出力インターフェース２５９を介してワークステーションに送信される。ワークステーションは、出力インターフェース２５９から送信されたトルクの大きさを集計して、例えば時間軸を横軸、試験片に加わるねじり応力を縦軸としたグラフを生成して表示する。
【００４５】
また、Ａ／Ｄコンバータ２５８の出力であるトルクの大きさを波形生成手段２１４に送って、トルクに応じて試験片Ｓのねじりの挙動を変化させる、所謂フィードバック制御を行うことも可能である。例えば、取付フランジ３７の角度とトルクとが比例関係を示さない、すなわち試験片Ｓの降伏が起こっている時は、ねじり角度の振幅を大きくするなどの制御を行うことができる。
【００４６】
以上のような構成のねじり試験装置１を使用することによって、試験片の静的破壊試験や、疲労試験などを行うことができる。ここで、本実施形態においては、応答性の高く、且つ高トルクのＡＣサーボモータ３５を使用して試験片Ｓをねじるようになっており、最大数１００ｋＮ・ｍのトルクを試験片Ｓに加えることができ、また数１０Ｈｚという高い周波数で繰り返し荷重を試験片Ｓに加えることも可能である。従って、本実施形態のねじり試験装置１によれば、短時間のうちに試験片を疲労破壊させることが可能であり、試験時間の短縮化を図ることができる。
【００４７】
また、本実施形態の構成によれば、図４に示されるように、試験片Ｓをねじるための動力源であるＡＣサーボモータ３５と、ＡＣサーボモータ３５の駆動軸３５ａの回転を減速するための減速機構３６とが、同一のプレートであるサイドプレート３２に固定されている。これによって、ＡＣサーボモータ３５の駆動軸３５ａと減速機構３６の相対位置を高精度に位置決めして取り付けることが可能である。このため、ＡＣサーボモータ３５の駆動軸３５ａと減速機構３６の入力軸３６ａとの芯出しを容易且つより正確に行うことができる。
【００４８】
このように、ＡＣサーボモータ３５の駆動軸３５ａと減速機構３６の入力軸３６ａとの芯出しを、偏心が数１０μｍ以内となるよう高精度に行うことができる。このため、芯出しの誤差によってＡＣサーボモータ３５の駆動軸３５ａやボールねじ３６の軸部３６ｂとの間に働く曲げ応力は比較的小さい。通常、サーボモータと減速機構の入力軸を連結するためのカップリングは、低剛性の材料（ゴムなど）を介在させることによって、曲げ応力を緩和するよう構成されたフレキシブルカップリングが使用される。しかしながら、本実施形態においては、上記のように２軸の芯出しを高精度で行うことができるので、剛性の高い材料で形成されたリジットカップリング３３を使用することができる。このため、ＡＣサーボモータ３５の駆動軸３５ａに働くトルクを高い応答性をもって減速機構３６の入力軸３６ａに伝達させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の実施の形態によるねじり試験装置の正面図である。
【図２】本発明の実施の形態によるねじり試験装置の上面図である。
【図３】図２のＩ−Ｉ断面図である。
【図４】図２のＩＩ−ＩＩ断面図である。
【図５】本発明の実施の形態のねじり試験装置のリジットカップリング及び、その周囲の縦断面図である。
【図６】本実施形態のねじり試験装置の制御計測部のブロック図である。
【符号の説明】
【００５０】
１    ねじり試験装置
１０    下部フレーム
２０    固定端子字部
２１    固定端支持プレート
２２    サイドフレーム
２６    支持シャフト
２７    取付フランジ
３０    駆動端支持部
３２    サイドフレーム
３３    リジットカップリング
３４    モータ支持フレーム
３５    ＡＣサーボモータ
３６    減速機構
３６    入力軸
３７    取付フランジ
６２    ロードセル
７２    固定端側チャック
７４    駆動端側チャック
１３０    固定用リング
１４０    固定用リング
２００    制御計測部
Ｂ    ベース
Ｓ    試験片
【図１】
2008267939.tif 000003
【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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