(57)【要約】【課題】高精度での組立を可能とし、剛性の高いカップリングを使用することによって高い繰り返し速度で荷重を試験片に加えることが可能な万能試験装置及びこのような万能試験装置に適用可能な電動式アクチュエータを提供する。【解決手段】駆動軸を往復回転運動させるサーボモータと、送りねじと、送りねじとサーボモータの駆動軸とを連結するリジッドカップリングと、送りねじと係合するナットと、ナットの移動方向を送りねじの軸方向のみに制限するリニアガイドと、試験片の一端が当接又は固定される固定部と、試験片の他端が当接又は固定されるとともにナットに固定されてナットと共に移動するクロスヘッドと、サーボモータ及びリニアガイドが固定されている支持プレートとを有する。【選択図】  図１
2009075064.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動軸を往復回転運動させるサーボモータと、
送りねじと、
前記送りねじと前記サーボモータの駆動軸とを連結するリジッドカップリングと、
前記送りねじと係合するナットと、
前記ナットの移動方向を前記送りねじの軸方向のみに制限するリニアガイドと、
試験片の一端が当接又は固定される固定部と、
試験片の他端が当接又は固定されるとともに、前記ナットに固定されて前記ナットと共に移動するクロスヘッドと、
前記サーボモータ及び前記リニアガイドが固定されている支持プレートと、
を有する万能試験装置。
【請求項２】
前記リジッドカップリングによる連結部が、前記送りねじ及び前記サーボモータの駆動軸と同等以上のねじり剛性を有することを特徴とする請求項１に記載の万能試験装置。
【請求項３】
前記リジッドカップリングが前記送りねじ及び前記サーボモータの駆動軸と同等以上のねじり剛性を有する筒状本体を有し、その一端から前記送りねじが、他端から前記サーボモータの駆動軸が夫々差し込まれて該筒状本体と固定されていることを特徴とする請求項２に記載の万能試験装置。
【請求項４】
前記筒状本体において前記送りねじ及び前記サーボモータの駆動軸が差し込まれる内孔の一部が、前記送りねじ及び前記サーボモータの駆動軸の円周面と略隙間なく収容される狭窄部となっていることを特徴とする請求項３に記載の万能試験装置。
【請求項５】
前記筒状本体の内孔の内周面と前記送りねじおよび前記サーボモータの駆動軸の円周面との間に固定用リングが嵌入されることによって、該送りねじおよび該サーボモータの駆動軸と前記リジッドカップリングとが固定される、ことを特徴とする請求項３又は４に記載の万能試験装置。
【請求項６】
前記固定用リングが、
外周がテーパ面となっている内輪と、
内周が前記内輪の外周に対応するテーパ面となっている外輪と、
前記内輪の外周に前記外輪の内周を当接させた状態で、該内輪及び外輪のうちのいずれか一方を他方に向けてその軸方向に押圧する押圧手段と、
を有することを特徴とする請求項５に記載の万能試験装置。
【請求項７】
前記支持プレートには、前記送りねじが挿通される開口部が設けられており、
前記開口部には前記送りねじを回転可能に支持する軸受の外輪が固定されており、
前記軸受がアンギュラ玉軸受を有することを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の万能試験装置。
【請求項８】
前記軸受が、一対のアンギュラ玉軸受の正面同士を対向させて組み合わせた、正面組合せ形の組合せアンギュラ玉軸受を有することを特徴とする請求項７に記載の万能試験装置。
【請求項９】
前記送りねじがボールねじであり、
前記ナットがボールねじ用のナットである、
ことを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の万能試験装置。
【請求項１０】
前記支持プレートは、１枚の金属板、若しくは溶接によって複数の金属板を一体化したものであることを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の万能試験装置。
【請求項１１】
前記支持プレートが、前記万能試験装置の脚部に溶接されていることを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載の万能試験装置。
【請求項１２】
前記リニアガイドは、前記固定部に固定される第１部と、前記ナットに固定される第２部とを有し、
前記第１部と第２部の一方がレールを有し、且つ他方が前記レールと係合して該レールに沿って移動可能なランナーブロックを有し、
前記ランナーブロックが、
前記レールを囲む凹部と、
前記凹部において、前記ランナーブロックの移動方向に沿って形成された溝と、
前記ランナーブロックの内部に形成され、前記溝と閉回路を形成するように前記溝の前記移動方向両端と繋がっている退避路と、
前記閉回路を循環するとともに、前記溝に位置するときは前記レールと当接するようになっている複数のボールと、
を有することを特徴とする請求項１から１１のいずれかに記載の万能試験装置。
【請求項１３】
前記ランナーブロックには前記閉回路が４つ形成されており、
前記４つの閉回路のうち２つの閉回路の溝の夫々に配置されたボールは前記リニアガイドのラジアル方向に対して略±４５度の接触角を有し、他の２つの閉回路の溝の夫々に配置されたボールは前記リニアガイドの逆ラジアル方向に対して略±４５度の接触角を有することを特徴とする請求項１２に記載の万能試験装置。
【請求項１４】
前記脚部に固定された少なくとも１本の固定部用ガイドシャフトを更に有し、
前記固定部は、前記固定部用ガイドシャフトをクランプすることによって前記固定部用ガイドシャフトに固定され、
前記固定部が前記固定部用ガイドシャフトをクランプしていない状態では、前記固定部は前記固定部用ガイドシャフトに沿って移動可能である、
ことを特徴とする請求項１から１３のいずれかに記載の万能試験装置。
【請求項１５】
前記固定部が前記固定部用ガイドシャフトをクランプしていない状態で、前記固定部を前記固定部用ガイドシャフトに沿って移動させるための固定部駆動手段を更に有する、ことを特徴とする請求項１４に記載の万能試験装置。
【請求項１６】
前記固定部駆動手段は、送りねじ機構によって前記固定部を移動させる、ことを特徴とする請求項１５に記載の万能試験装置。
【請求項１７】
サーボモータと、
送りねじと、
前記送りねじと前記サーボモータの駆動軸とを連結するリジッドカップリングと、
前記送りねじと係合するナットと、
前記ナットの移動方向を前記送りねじの軸方向のみに制限するリニアガイドと、
前記サーボモータ及び前記リニアガイドが固定されている支持プレートと、
を有する、直動アクチュエータ。
【請求項１８】
前記リジッドカップリングによる連結部が、前記送りねじ及び前記サーボモータの駆動軸と同等以上のねじり剛性を有することを特徴とする請求項１７に記載の直動アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本本発明は、万能試験装置及びこの万能試験装置に適した電動式直動アクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、材料や構造物の強度・剛性などを評価するために、材料等に引張、圧縮及び／または曲げ応力を加える材料試験装置が利用されている。このような材料試験装置は、一般に万能試験装置と呼ばれる。万能試験装置としては、例えば特許文献１や特許文献２に記載の装置がある。
【特許文献１】特開２００３−１０６９６５
【特許文献２】特開２００３−９０７８６
【０００３】
特許文献１や特許文献２に記載の万能試験装置は、装置フレームに固定された固定部と、装置フレームに対して所定の方向（例えば上下方向）に移動可能に構成されたクロスヘッドと、このクロスヘッドを移動させるための駆動手段とを有する。引張試験は、試験片の一端を固定部に、他端をクロスヘッドに固定して、クロスヘッドが固定部から離れる方向に駆動することによってなされる。また、圧縮試験は、クロスヘッドと固定部に試験片が挟まれた状態で、クロスヘッドを固定部に近づけるように駆動することによってなされる。曲げ試験は、例えば固定部またはクロスヘッドの一方で試験片を二点支持し、他方で試験片を一点支持し、クロスヘッドを固定部に近づけるように駆動することによってなされる（三点曲げ試験）。
【０００４】
万能試験装置のクロスヘッドを駆動する駆動手段としては、特許文献１に記載のもののような電動式直動アクチュエータや、特許文献２に記載のもののような油圧式直動アクチュエータなどがある。油圧式直動アクチュエータを用いた試験装置は、ポンプを用いて高圧の作動油をシリンダに送る手段、或いはシリンダから作動油を除去する手段などによって、クロスヘッドに連結されたシリンダを駆動するよう構成されている。このように、油圧式直動アクチュエータは油圧シリンダによって直接クロスヘッドを駆動するものであるために、応答遅れが小さく、高周波且つ所望の振動波形でクロスヘッドを振動させることが容易であり、短時間で疲労試験を行うことができる。その反面、油圧式直動アクチュエータを用いた試験装置の使用は、作動油漏れやオイルミスト等による周辺環境汚染の発生、作動油タンクの設置による設備の大型化、アクチュエータの定期メンテナンスや作動油の交換によって生じるランニングコスト増大や天然資源の大量消費、ポンプの騒音といった問題を抱えている。
【０００５】
電動式直動アクチュエータとしては、特許文献１に記載のもののような、送りねじ機構を採用したものが使用されている。送りねじ機構は、大荷重に耐えられ、且つ精度良く駆動対象を動かすことが容易であるため、他種の電動式アクチュエータ（リニアモータやラック−ピニオン機構を採用したもの）と比べ、万能試験装置には適しているといえる。
【０００６】
上記の送りねじ駆動機構の電動式直動アクチュエータを用いた試験装置は、電動式サーボモータと送りねじ機構のみでクロスヘッドを駆動することが可能であるため、作動油タンクや大型のポンプを必要とする油圧式アクチュエータを用いた試験装置と比べ、装置周囲の環境への負荷、ランニングコスト、試験装置の小形化等の点で優れているといえる。
【０００７】
上記の万能試験装置を用いて一般に行なわれる試験の一例として、疲労試験が挙げられる。疲労試験とは、試験片に繰り返し荷重（歪み）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】
【０００８】
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送りねじとを連結する必要がある。同様に、ねじり試験装置は、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。一般に、送りねじ又は減速機構の入力軸とサーボモータの駆動軸とを連結するには、連結する２軸を高精度に位置決め（芯出し）する必要がある。しかしながら、通常の加工及び組立精度（例えば±１００μｍ程度の誤差）で製作すると、サーボモータの駆動軸と送りねじとの間に無視できない程度の軸ずれ（偏心や偏角）が生じる。このため、剛性の高い材料から形成されたリジッドカップリングにて両軸を連結させると、軸に大きな曲げ応力が発生し、送りねじや減速機構の入力軸をスムーズに回転させることができない。そのため、従来の万能試験装置又はねじり試験装置においては、軸ずれによる曲げ応力を吸収できるフレキシブルカップリングによって、送りねじ又は減速機構の入力軸とサーボモータの駆動軸とを連結していた。フレキシブルカップリングは柔軟な軸継手であり、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）の回転トルクをスムーズに従動軸（送りねじ）に伝達できるようにしたものである。
【０００９】
上記のように、フレキシブルカップリングは、弾性体を介してトルクを伝達するカップリングであるため、曲げ応力だけでなくトルクもある程度吸収してしまう。フレキシブルカップリングのようにねじり方向の剛性が余り高くないカップリングを使用する場合は、高サイクルで入力軸（サーボモータの回転軸）を往復回転運動すると、カップリングが入力軸の運動に追随できず、出力軸の振幅が小さくなってしまう。このため、入力軸と出力軸とをフレキシブルカップリングで連結する場合は、出力軸を高サイクルで往復回転運動させることができなかった。
【００１０】
このように、電動サーボモータと送りねじ機構とによりクロスヘッドを往復させる万能試験装置においては、高サイクルで繰り返し荷重を正確に試験片に与え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万能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万能試験装置を使用せざるを得なかった。
【００１１】
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、高精度での組立を可能とし、剛性の高いカップリングを使用することによって高い繰り返し速度で荷重を試験片に加えることが可能な万能試験装置及びこのような万能試験装置に適用可能な電動式アクチュエータ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】
【００１２】
上記の問題を解決するため、本発明の万能試験装置及び電動式アクチュエータにおいては、支持プレートにサーボモータ及びリニアガイドが固定されており、これらの部材は支持プレートを基準として組みつけられることになる。このため、各部材の精度を確保することが容易である。また、サーボモータ、リニアガイド及び軸受間の距離を比較的小さくすることができるため、熱膨張による誤差を最小限に抑えることができる。また、ボールねじからサーボモータの駆動軸に至る接続点の数を最小限に抑えたため、送りねじとサーボモータの駆動軸との芯出しを一旦精密に行っておけば、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（誤差数１０μｍ以内で）一致させた状態を維持することが容易である。このため、送りねじとモータの駆動軸との非直線的な連結（偏心や連結角）によって回転部に発生する曲げ応力を極めて小さく抑制することが可能となる。これにより、ねじり剛性の高いリジッドカップリングで送りねじとモータの駆動軸とを連結することが可能になり、高い応答性をもって送りねじを回転駆動させることができる。よって、本発明によれば、送りねじ機構を用いてクロスヘッドを駆動し、且つ高サイクルで繰り返し荷重（歪み）を正確に試験片に加えることができる万能試験装置が実現される。また、このような直動アクチュエータは、例えば、クロスヘッドの上に供試体を固定した状態で直動アクチュエータを駆動して供試体を加振する加振試験装置に対しても有用である。また、カップリングによる連結部が、送りねじ及びサーボモータの駆動軸と同等以上のねじり剛性を有することが好ましい。
【００１３】
また、リジッドカップリングは、送りねじ及びサーボモータの回転軸と同等以上の剛性の筒状本体を有し、その一端から送りねじが、他端からサーボモータの駆動軸が夫々差し込まれ筒状本体と固定されている。筒状本体において、送りねじ及びサーボモータの駆動軸が差し込まれる内孔の一部が、送りねじ及びサーボモータの駆動軸の円周面と略隙間なく収容される狭窄部となっていることが好ましい。また、リジッドカップリングの筒内周面と送りねじおよび前記モータの駆動軸の円周面との間に固定用リングが嵌入されることによって、送りねじおよびモータの駆動軸とリジッドカップリングとが固定されることが好ましい。例えば、固定用リングは、外周がテーパ面となっている内輪と、内周が内輪の外周に対応するテーパ面となっている外輪と、内輪の外周に外輪の内周を当接させた状態で内輪及び外輪のいずれか一方を他方に向けてその軸方向に押圧する押圧手段とを有する。このような構成とすると、モータの駆動軸と送りねじとが更に強固に連結され、モータの駆動軸のトルクを更に高い応答性をもって送りねじに伝達させることが可能となる。
【００１４】
また、支持プレートには送りねじが挿通される開口部が設けられており、開口部に送りねじを回転可能に支持する軸受の外輪が固定される構成としてもよい。このような構成とすると、軸受、リニアガイド、サーボモータが一体に形成されるため、モータの駆動軸の回転中心と送りねじの回転中心とをより精度良く一致させた状態を維持することが可能となる。
【００１５】
この時、軸受が正面組合せ形の組合せアンギュラ玉軸受である構成とすると、試験時に送りねじのスラスト方向に加わる大荷重を軸受で支持しつつ、送りねじを回転可能に支持することができる。
【００１６】
また、送りねじがボールねじであり、ナットがボールねじ用のナットである構成、すなわち、クロスヘッドがボールねじ機構で駆動される構成としてもよい。このような構成とすると、クロスヘッドを小さなバックラッシで高速往復運動させることができ、荷重の繰り返し速度をより高速なものとすることができる。
【００１７】
また、リニアガイドの固定部と可動部の一方がレールを有し、且つ他方がレールと係合してレールに沿って移動可能なランナーブロックを有し、ランナーブロックが、レールを囲む凹部と、この凹部にランナーブロックの移動方向に沿って形成された溝と、ランナーブロックの内部に形成され溝と閉回路を形成するように溝の前記移動方向両端と繋がっている退避路と、閉回路を循環するとともに、溝に位置するときはレールと当接するようになっている複数のボールと、を有する構成とすることが好ましい。更に、ランナーブロックには上記の閉回路が４つ形成されており、この４つの閉回路のうち２つの閉回路の溝の夫々に配置されたボールはリニアガイドのラジアル方向に対して略±４５度の接触角を有し、他の２つの閉回路の溝の夫々に配置されたボールはリニアガイドの逆ラジアル方向に対して略±４５度の接触角を有する構成とすることが望ましい。
【００１８】
このような構成のリニアガイドを使用すると、試験片に大荷重を加える場合であっても、送りねじ機構のナットはがたつくことなく、スムーズにリニアガイドに沿って動くことができる。
【発明の効果】
【００１９】
以上のように、本発明によれば、送りねじ機構を用いてクロスヘッドを駆動し、且つ高い繰り返し速度で荷重を試験片に加えることができる万能試験装置及びこのような万能試験装置に適した直動アクチュエータが実現される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下に、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。図１は、本発明の実施の形態の万能試験装置の正面図である。図１に図示されているように、本実施形態による試験装置１には、ベースＢに固定されている装置フレーム部１０と、試験片の上端（または試験片上部に取り付けられる治具）と当接する固定部２０と、試験片の下端（または試験片下部に取り付けられる治具）と当接する可動部３０とが設けられている。
【００２１】
本実施形態においては、装置フレーム１０は、ベースＢから略垂直方向上向きに伸びる一対の脚部１１と、この脚部１１の各々の上端から略垂直方向上向きに伸びる一対のガイドバー１２と、両ガイドバー１２の上端を連結するように設けられている天井部１３と、を有する。
【００２２】
天井部１３の略中央部には貫通孔１３ａが設けられている。この貫通孔１３ａには、固定部２０を上下方向に移動させるための送りねじ２２が挿通されている。天井部１３の上には、送りねじ２２と係合するナット２３ａが設けられている。符号２４ａはナット２３ａを回動可能に支持するためのラジアル玉軸受である。また、ラジアル玉軸受２４ａの外輪は、天井部１３の上面に図示しないボルトで固定されている軸受支持部２４ｂに嵌め込まれており、両者は一体となっている。同様に、ナット２３ａはラジアル玉軸受２４ａの内輪に嵌め込まれて両者は一体となっている。このため、ナット２３ａは、軸受支持部２４ｂに対して回転可能となるが、ナット２３ａの上下方向及びラジアル方向には移動できないようになっている。従って、ナット２３ａを回転させると、ナット２３ａと係合した送りねじ２２は上下方向に移動する。
【００２３】
天井部１３の上には、ナット２３ａを駆動するためのモータ２５が配置されている。モータ２５の駆動軸２５ａはギアボックス２６内に収納されている。ギアボックス２６は、入力軸（モータ２５の駆動軸２５ａ）の回転を減速して出力軸２６ａに伝達させるための周知のギア機構を有する部材である。図１に示されているように、ギアボックス２６の出力軸は、ギアボックス２６の下端から鉛直下向きに伸びている。すなわち、ギアボックス２６は水平方向に伸びる入力軸２５ａの回転運動を、鉛直方向に伸びる出力軸２６ａの回転運動に変換する機能を有する。
【００２４】
ギアボックス２６の出力軸２６ａには、駆動プーリ２６ｂが取り付けられている。また、ナット２３ａには、従動プーリ２３ｂが取り付けられる。駆動プーリ２６ｂと従動プーリ２３ｂとには、無端ベルト２７が掛け渡されており、駆動プーリ２６ｂの回転は、無端ベルト２７を介して従動プーリ２３ｂに伝達される。
【００２５】
従って、モータ２５を駆動してモータ２５の駆動軸２５ａを回転させることによって、ナット２３ａを回転させ、送りねじ２２を上下動させることができる。
【００２６】
送りねじ２２の下端には、固定部２０の上部ステージ２１が吊り下げられている。上部ステージ２１の図中左右両端には、上下方向に伸びる貫通孔２１ａが形成されている。この貫通孔２１ａには、ガイドバー１２が挿通されている。従って、上部ステージ２１の移動方向は上下方向のみに限定される。
【００２７】
固定部２０の上部ステージ２１の図中左右方向両端（貫通孔２１ａよりも外側の位置）には、水平方向（図中表から裏に向かう方向）に穿孔されたボルト孔２１ｂが形成されている。図１には図示されていないものの、貫通孔２１ａの側面から上部ステージ２１の図中左右方向外側に広がり、ボルト孔２１ｂと直交するすりわり状のスロットが、上部ステージ２１には形成されている。従って、ボルト孔２１ｂにボルト２１ｃを差し込んで締め上げると、貫通孔２１ａの径が小さくなり、貫通孔２１ａの内周面がガイドバー１２をクランプすることになる。この結果、上部ステージ２１はガイドバー１２に固定される。また、この状態から、ボルト２１ｃを緩めると、モータ２５を駆動して上部ステージ２１を上下動させることができるようになる。
【００２８】
以上説明した上部ステージ２１の上下動及び固定を行うための機構は、固定部２０と可動部３０のスパンを試験片の寸法や試験方法に応じて調節するために使用される。なお、試験時には、上部ステージ２１は専らガイドバー１２によって支持され、試験による荷重は送りねじ２２にはほとんど伝達されないようになっている。このため、送りねじ２２やナット２３ａ、ラジアル玉軸受２４ａ、軸受支持部２４ｂなどの強度は、上部ステージ２１の重量を充分支えられる程度でよい。送りねじやナットのピッチを小さくすると精度よく送りねじを駆動することができるが、その分強度は低下する。しかしながら、本実施形態においては、上部ステージ２１の重量を大きく越える荷重が送りねじやナットに加わることが無いため、ピッチの小さい送りねじ及びナットを採用し、固定部２０と可動部３０との間隔を精度よく調整することが出来るようになっている。
【００２９】
なお、上部ステージ２１の下部には、引張試験時に試験片を把持するチャックや圧縮・曲げ試験時に試験片又は治具を押圧する押圧子等のアタッチメント２８が取り付けられるようになっている。このアタッチメント２８には、ロードセルが内蔵されており、試験時に試験片に加わる荷重を計測することが出来るようになっている。なお、ロードセルをアタッチメントとは独立した部材とし、上部ステージ２１の下部にロードセルを取り付け、更にアタッチメント２８をロードセルの下部に取り付ける構成にしてもよい。
【００３０】
次に、可動部３０の構造について説明する。図２は、可動部３０及び、その周囲の縦断面図である。脚部１１の上には、テーブル３３が溶接によって固定されている。具体的には、テーブル３３の側面３３ａの下部が脚部１１の上面１１ａに全周溶接されると共に、テーブル３３の下面３３ｂと脚部１１の内側側面１１ｂとが溶接される。これによって、テーブル３３は、脚部１１を介してベースＢ（図１）に剛体支持されることになる。
【００３１】
テーブル３３は、厚さ方向の寸法を充分に大きくとった鋼板であり、試験時に可動部３０に加わる荷重に対して実質的に剛体と見なせる。このテーブル３３の下には、モータ支持フレーム３７を介してＡＣサーボモータ３５が固定されている。図示されているように、モータ支持フレーム３７の側壁には複数のリブ３７ａが形成されている。そして、モータ支持フレーム３７およびリブ３７ａの上端とテーブル３３の下面とを全周溶接することによって、テーブル３３とモータ支持フレーム３７とは、高い剛性をもって一体化されている。また、このＡＣサーボモータ３５は、発明者らが独自に開発した高速反転運動が可能な高出力ＡＣサーボモータであり、従来のＡＣサーボモータに対して内部のイナーシャを大幅に低減させることによって、最大５００Ｈｚの繰り返しレートで駆動軸を往復回転運動させることができる。
【００３２】
また、テーブル３３の上には、ＡＣサーボモータ３５によって上下方向に移動可能に構成された下部ステージ３１が配置されている。
【００３３】
下部ステージ３１と、リジッドカップリング３４を介してＡＣサーボモータ３５の駆動軸３５ａに連結されたボールねじ３６と、リニアガイド４０とから、送りねじ機構が構成される。リニアガイド４０は、下部ステージ３１の移動方向を上下方向のみに制限されるようガイドする要素である。リニアガイド４０は、ガイドフレーム４２と、一対のレール４４及びランナーブロック４６を有する。ガイドフレーム４２は、テーブル３３の上面３３ｃにボルト等によって固定されている。ガイドフレーム４２は、鉛直方向に伸びる一対の側壁４２ａと、この側壁４２ａ同士を上端で連結する上部壁面４２ｂとを有し、全体として逆Ｕ字状の形状となっている。
【００３４】
レール４４は鉛直方向に伸びるレールであり、側壁４２ａの内側の面に固定されている。また、ランナーブロック４６は、下部ステージ３１の図中左右両端に夫々１つずつ固定されており、その夫々が対応するレール４４と係合するようになっている。ランナーブロック４６の移動はレール４４によってガイドされるので、下部ステージ３１の移動方向は上下方向のみに限定される。
【００３５】
下部ステージ３１は、ボールねじ機構によって上下方向に駆動されるようになっている。下部ステージ３１の内部には、ボール循環機能を備えたボールねじ用ナット３１ａが埋め込まれている。ボールねじ用ナット３１ａは、ボールねじ３６の上部に形成されたねじ部３６ａと係合している。前述のように、リニアガイド４０によって下部ステージ３１はボールねじ３６まわりに回転しないようにガイドされているので、ボールねじ３６を回転させると、ボールねじ用ナット３１ａは上下方向に移動する。そして、ボールねじ用ナット３１ａと一体化している下部ステージ３１もまた、上下方向に移動する。なお、ガイドフレーム４２の上部壁部４２ｂの中央部には開口部４２ｃが設けられている。下部ステージ３１は、この開口部４２ｃを貫通し、その上端のクロスヘッド３１ｂは上部壁部４２ｂよりも上側に配置されている。従って、下部ステージ３０のクロスヘッド３１ｂと、上部ステージ２１に取り付けられたアタッチメント２８とは対向する。引張試験時には試験片はチャックを介してクロスヘッド３１ｂに取り付けられる。また、圧縮・曲げ試験時には、試験片又は治具がクロスヘッド３１ｂ上に載置される。
【００３６】
ボールねじ３６の下部は、ナット３１ａと係合するための溝が形成されていない軸部３６ｂとなっている。この軸部３６ｂは、リジッドカップリング３４を介してＡＣサーボモータ３５の駆動軸３５ａに連結されている。詳細な構成は後述するが、本実施形態によるリジッドカップリング３４は、ボールねじ３６の軸部３６ｂ周り（すなわち、ＡＣサーボモータ３５の駆動軸３５ａ周り）の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ボールねじ３６に伝達させることができる。
【００３７】
次に、リジッドカップリング３４の構造について説明する。図３は、リジッドカップリング３４及び、このリジッドカップリング３４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とボールねじ３６の軸部３６ｂを示す拡大断面図である。
【００３８】
図示されているように、リジッドカップリング３４の筒状本体３４Ｂ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、筒状本体３４Ｂは、ボールねじ３６の軸部３６ｂが上から差し込まれる上部開口部３４ｃを備えた上部円筒部３４ａと、ＡＣサーボモータ３５の駆動軸３５ａが下から差し込まれる下部開口部３４ｄを備えた下部円筒部３４ｂとを有する。本実施形態においては、ボールねじ３６の軸部３６ｂはＡＣサーボモータ３５の駆動軸３５ａよりも小径であるので、上部円筒部３４ａの外径は下部円筒部３４ｂの外径よりも小径となっている。
【００３９】
また、上部円筒部３４ａの下部及び下部円筒部３４ｂの上部には、夫々狭窄部３４ｅ及び３４ｆが形成されている。狭窄部３４ｅ及び３４ｆの径は、夫々ボールねじ３６の軸部３６ｂ及びＡＣサーボモータ３５の駆動軸３５ａの径と略等しい。このため、狭窄部３４ｅ及び３４ｆの内周面とボールねじ３６の軸部３６ｂとＡＣサーボモータ３５の駆動軸３５ａの外周とがほとんど隙間のない状態で、ボールねじ３６の軸部３６ｂとＡＣサーボモータ３５の駆動軸３５ａは狭窄部３４ｅ、３４ｆに収容される。
【００４０】
上部開口部３４ｃ及び下部開口部３４ｄの径は、夫々ボールねじ３６の軸部３６ｂ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。上部開口部３４ｃ及び下部開口部３４ｄを夫々ボールねじ３６の軸部３６ｂ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。
【００４１】
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１３２ａは、径が下に向かって小さくなるテーパ面となっている。また、内輪１３２の内周面１３２ｂは、ボールねじ３６の軸部３６ｂの外径よりもわずかに大きい程度の円筒面となっている。内輪１３２の上端には、半径方向外側に広がるフランジ部１３２ｃが形成されている。フランジ部１３２ｃには、ボルト１３６が上下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１３４ａは径が下に向かって小さくなるテーパ面となっている。外輪１３４の内周面１３４ａは、内輪１３２の内周面１３２ｂと同じテーパ角を有している。また、外輪１３４の外周面１３４ｂは、上部開口部３４ｃの径よりもわずかに小さい円筒面となっている。更に、外輪１３４には、ボルト孔１３２ｄと対応して、ボルト１３６と係合するめねじ１３４ｃが複数形成されている。また、外輪１３４の内周面１３４ａの上端の径（最大径）は、内輪１３２の内周面１３２ｂの上端の径（最大径）よりも小さくなっている。このため、テーパ面同士を当接させるように内輪１３２を外輪１３４の上に載置すると、内輪１３２のフランジ部１３２ｃの下面は外輪１３４の上面とは接触せずに浮いた状態となる。外輪１３４及び内輪１３２を上部開口部３４ｃとボールねじ３６の軸部３６ｂとの間の隙間に差し込み、フランジ部１３２ｃのボルト孔１３２ｄを介してめねじ１３４ｃに差し込まれたボルト１３６を締め付けると、内輪１３２のテーパ面１３２ｂは外輪１３４のテーパ面１３４ａから半径方向内向きの力を受けて、内輪１３２の円筒面１３２ｂはボールねじ３６の軸部３６ｂを強く圧迫する。また、このとき外輪１３４のテーパ面１３４ａは内輪１３２のテーパ面１３２ｂから半径方向外向きの力を受けて、円筒面１３４ｂは上部開口部３４ｃを強く圧迫する。この結果発生する静摩擦力によって、ボールねじ３６の軸部３６ｂは筒状本体３４Ｂの上部円筒部３４ａ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、ボールねじ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。
【００４２】
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１４２ａは、径が上に向かって小さくなるテーパ面となっている。また、内輪１４２の内周面１４２ｂ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となっている。内輪１４２の下端には、半径方向外側に広がるフランジ部１４２ｃが形成されている。フランジ部１４２ｃには、ボルト１４６が上下方向に挿通されるボルト孔１４２ｄが複数設けられている。外輪１４４の内周面１４４ａは、径が上に向かって小さくなるテーパ面となっている。また、外輪１４４の外周面１４４ｂは、下部開口部３４ｄの径よりもわずかに小さい円筒面となっている。更に、外輪１４４には、ボルト孔１４２ｄと対応して、ボルト１４６と係合するめねじ１４４ｃが複数形成されている。また、外輪１４４の内周面１４４ａの下端の径（最大径）は、内輪１４２の内周面１４２ｂの下端の径（最大径）よりも小さくなっている。このため、テーパ面同士を当接させるように内輪１４２を外輪１４４の下方に配置すると、内輪１４２のフランジ部１４２ｃの上面は外輪１４４の下面とは接触せずに浮いた状態となる。外輪１４４及び内輪１４２を下部開口部３４ｄ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、フランジ部１４２ｃのボルト孔１４２ｄを介してめねじ１４４ｃに差し込まれたボルト１４６を締め付けると、内輪１４２のテーパ面１４２ｂは外輪１４４のテーパ面１４４ａから半径方向内向きの力を受けて、内輪１４２の円筒面１４２ｂはＡＣサーボモータ３５の駆動軸３５ａを強く圧迫する。また、このとき外輪１４４のテーパ面１４４ａは内輪１４２のテーパ面１４２ｂから半径方向外向きの力を受けて、円筒面１４４ｂは下部開口部３４ｄ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は筒状本体３４Ｂの下部円筒部３４ｂ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。
【００４３】
筒状本体３４Ｂの上部円筒部３４ａ及び下部円筒部３４ｂの肉厚は充分に大きく、これにより、リジッドカップリング３４による連結部のねじり剛性は、送りねじ３６及びＡＣサーボモータ３５の駆動軸３５ａと同等以上となる。従って、リジッドカップリング３４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ボールねじ３６に伝達可能である。
【００４４】
図２に示されるように、テーブル３３の中央に貫通孔３３ｄが設けられており、ボールねじ３６はこの貫通孔３３ｄを貫通している。本実施形態においては、試験時にスラスト方向の大荷重を受けるボールねじ３６を回転可能に支持するため、貫通孔３３ｄの位置に軸受部１５０を設けている。以下に、この軸受の構造について説明する。
【００４５】
図４は、テーブル３３の貫通孔３３ｄ付近の縦断面図である。図示されているように、貫通孔３３ｄには、円環形状の第１軸受取付部材１５２が嵌入されている。第１軸受取付部材１５２の上端には、半径方向外側に広がるフランジ部１５２ａが形成されている。フランジ部１５２ａには、上下方向に穿孔された貫通孔１５２ｂが設けられている。テーブル３３には、貫通孔１５２ｂに対応する位置に、めねじ３３ｅが形成されている。ボルト１５８ａを貫通孔１５２ｂ及びめねじ３３ｅに差し込み、次いでボルト１５８ａを締めることによって、第１軸受取付部材１５２はテーブル３３に固定されて、両者は一体化する。
【００４６】
また、ボールねじ３６のねじ部３６ａと軸部３６ｂとの間には、軸部３６ｂ側が小径となるような段差が設けられている。この段差の部分に、第１カラー１５４が配置されている。そして、第１カラー１５４の下には、組合せアンギュラ玉軸受１５１、第２カラー１５５が順次装着される。また、ボールねじ３６の軸部３６ｂの中途にはおねじ３６ｃが形成されており、第１カラー１５４、組合せアンギュラ玉軸受１５１、第２カラー１５５をボールねじ３６の軸部３６ｂに挿通した後、ナット１５６をボールねじ３６のおねじ３６ｃに取り付けることによって、第１カラー１５４と第２カラー１５５との間で組合せアンギュラ玉軸受１５１の内輪が支持される。
【００４７】
また、第１軸受取付部材１５２の下部には、第２軸受取付部材１５３が配置されている。第２軸受取付部材１５３は、ボルト１５８ｂによって、第１軸受取付部材１５２に固定されている。第２軸受取付部材１５３の上面は、組合せアンギュラ玉軸受１５１の外輪と当接しており、組合せアンギュラ玉軸受１５１の外輪を下方から支持する。
【００４８】
組合せアンギュラ玉軸受１５１は、一対のアンギュラ玉軸受１５１ａ、１５１ｂの正面同士を対向させるように組み合わせたもの（正面組合せ）である。本実施形態においては、ボールねじ３６が、引張試験時には上方向の、圧縮／曲げ試験時には下方向の大荷重を受ける。このため、一対のアンギュラ玉軸受を正面組合せ又は背面組合せ（背面同士を対向させるように組み合わせたもの）で組み合わせて、上下両方向のスラスト荷重を支持可能な構成としている。特に、本実施形態においては、正面組合せの組合せアンギュラ玉軸受１５１を採用し、軸（ボールねじ３６の軸部３６ｂ）に撓みが発生した時の軸受内部の応力集中を防ぎ、軸受自身の破損が起きにくいようにしている。
【００４９】
なお、本実施形態においては、組合せアンギュラ玉軸受１５１のボールと内外輪との摩擦を軽減させるため、潤滑油が供給されている。この潤滑油の漏出を防止するため、第１カラー１５４と第１軸受取付部材１５２との間のクリアランス、及び第２カラー１５５と第２軸受取付部材１５３との間のクリアランスには、夫々オイルシール１５７ａ、１５７ｂが設けられている。また、第１軸受取付部材１５２と第２軸受取付部材１５４の間からの潤滑油の漏出を防ぐために、第１軸受取付部材１５２と第２軸受取付部材１５４の間には、パッキン１５９が設けられている。なお、第２軸受取付部材１５３には、半径方向に伸びる貫通孔１５３ａが形成されているが、これは、潤滑油を外部から供給する際に利用されるものであり、通常は盲キャップ１５３ｂによって塞がれている。
【００５０】
次に、本実施形態によるリニアガイド４０のレール４４及びランナーブロック４６（図２）の構成について、図面を用いて詳細に説明する。図５は、レール４４及びランナーブロック４６を、レール４４の長軸方向に垂直な一面（すなわち水平面）で切断した断面図であり、図６は図５のＩ−Ｉ断面図である。図５及び図６に示されるように、ランナーブロック４６にはレール４４を囲むように凹部が形成されており、この凹部にはレール４４の軸方向に延びる４本の溝４６ａ、４６ａ’が形成されている。この溝４６ａ、４６ａ’には、多数のステンレス鋼製のボール４６ｂが収納されている。レール４４には、ランナーブロック４６の溝４６ａ、４６ａ’と対向する位置にそれぞれ溝４４ａ、４４ａ’が設けられており、ボール４６ｂが溝４６ａと溝４４ａ、又は溝４６ａ’と溝４４ａ’との間に挟まれるようになっている。溝４６ａ、４６ａ’、４４ａ、４４ａ’の断面形状は円弧状であり、その曲率半径はボール４６ｂの半径と略等しい。このため、ボール４６ｂは、あそびのほとんど無い状態で溝４６ａ、４６ａ’、４４ａ、４４ａ’に密着する。
【００５１】
ランナーブロック４６の内部には、溝４６ａの夫々と略平行な４本のボール退避路４６ｃ、４６ｃ’が設けられている。図６に示されるように、溝４６ａと退避路４６ｃとは、夫々の両端でＵ字路４６ｄを介して接続されており、溝４６ａ、溝４４ａ、退避路４６ｃ、及びＵ字路４６ｄによって、ボール４６ｂを循環させるための循環路が形成される。溝４６ａ’、溝４４ａ’及び退避路４６ｃ’によっても、同様の循環路が形成されている。
【００５２】
このため、ランナーブロック４６がレール４４に対して移動すると、多数のボール４６ｂが溝４６ａ、４６ａ’、４４ａ、４４ａ’を転がりながら循環路を循環する。このため、レール軸方向以外の方向に大荷重が加わっていたとしても、多数のボールでランナーブロックを支持可能であると共にボール４６ｂが転がることによりレール軸方向の抵抗が小さく保たれるので、ランナーブロック４６をレール４４に対してスムーズに移動させることができる。なお、退避路４６ｃ及びＵ字路４６ｄの内径は、ボール４６ｂの径よりやや大きくなっている。このため、退避路４６ｃ及びＵ字路４６ｄとボール４６ｂとの間に発生する摩擦力はごくわずかであり、それによってボール４６ｂの循環が妨げられることはない。
【００５３】
図示されているように、溝４６ａと４４ａに挟まれた二列のボール４６ｂの列は、接触角が略±４５°となる正面組合せ型のアンギュラ玉軸受を形成する。この場合の接触角とは、溝４６ａ及び４４ａがボール４６ｂと接触する接触点同士を結んだ線が、リニアガイドのラジアル方向（ランナーブロックからレールに向かう方向であり、図５における下方向）に対してなす角度である。このように形成されたアンギュラ玉軸受は、逆ラジアル方向（レールからランナーブロックに向かう方向であり、図５における上方向）及び横方向（ラジアル方向及びランナーブロックの進退方向の双方に直交する方向であり、図５における左右方向）の荷重を支持することができる。
【００５４】
同様に、溝４６ａ’と４４ａ’に挟まれた二列のボール４６ｂの列は、接触角（溝４６ａ’及び４４ａ’がボール４６ｂと接触する接触点同士を結んだ線が、リニアガイドの逆ラジアル方向に対してなす角度）が略±４５°となる正面組合せ型のアンギュラ玉軸受を形成する。このアンギュラ玉軸受は、ラジアル方向及び横方向の荷重を支持することができる。
【００５５】
また、溝４６ａと４４ａの一方（図中左側）と、溝４６ａ’と４４ａ’の一方（図中左側）にそれぞれ挟まれた二列のボール４６ｂの列もまた、正面組み合わせ型のアンギュラ玉軸受を形成する。同様に溝４６ａと４４ａの他方（図中右側）と、溝４６ａ’と４４ａ’の他方（図中右側）にそれぞれ挟まれた二列のボール４６ｂの列もまた、正面組合せ型のアンギュラ玉軸受を形成する。
【００５６】
このように、本実施形態においては、ラジアル方向、逆ラジアル方向、横方向のそれぞれに働く荷重に対して、多数のボール４６ｂを有する正面組合せ型のアンギュラ玉軸受が支持することになり、レール軸方向以外の方向に加わる大荷重を十分支持できるようになっている。
【００５７】
次に、本実施形態による万能試験装置１の制御計測部の構成について説明する。図７は、本実施形態による万能試験装置１の制御計測部２００のブロック図である。本実施形態による万能試験装置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。
【００５８】
万能試験装置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。
【００５９】
設定値指示ユニット２１０は、どのようにして下部ステージ３１（図１）を移動させるかを指示するためのユニットである。具体的には、下部ステージ３１の初期位置からの変位量（目標位置）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、波形生成回路２１４とを有する。
【００６０】
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。万能試験装置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、静的な引張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下部ステージ３１に与える変位速度を入力し、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下部ステージ３１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、波形生成回路２１４に送られる。
【００６１】
波形生成回路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て、下部ステージ３１の初期位置からの変位量を逐次演算し、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・周波数で下部ステージ３１を駆動するだけに留まらず、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下部ステージ３１を駆動す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、下部ステージ３１の振幅が経時変化するように、下部ステージ３１を駆動させることも可能である。
【００６２】
下部ステージ３１の変位量はディジタル信号として波形生成回路２１４から出力される。このため、波形生成回路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下部ステージ３１の変位量情報は、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から送られた下部ステージ３１の変位量情報を増幅して出力する。
【００６３】
前述のように、本実施形態においては、ＡＣサーボモータ３５が下部ステージ３１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。
【００６４】
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、下部ステージ３１の現在位置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、下部ステージ３１の目標位置と現在位置との差に相当する信号）が、電流生成回路２２８に送信される。
【００６５】
電流生成回路２２８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、下部ステージ３１が目標位置に到達するようにＡＣサーボモータ３５が駆動される。
【００６６】
下部ステージ３１を駆動することによって試験片に加えられる荷重は、万能試験装置１のアタッチメント２８（図１）に内蔵されたロードセル２５４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。検出された荷重値は、Ａ／Ｄコンバータ２５８によってディジタル信号に変換され、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から送信された荷重値を集計して、例えば時間軸を横軸、試験片に加わる応力を縦軸としたグラフを生成して表示する。
【００６７】
また、Ａ／Ｄコンバータ２５８の出力である荷重値を波形生成回路２１４に送って、荷重に応じて下部ステージ３１の変位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、下部ステージ３１の変位量と荷重値とが比例関係を示さない、すなわち試験片の降伏が生じている時は、下部ステージの振幅を大きくするなどの制御を行うことができる。
【００６８】
以上のような構成の万能試験装置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、応答性が高く、且つ高トルクのＡＣサーボモータ３５を使用して下部ステージ３１を駆動している。このため、万能試験装置１は、最大数１００ｋＮの荷重を試験片に加えることができ、また数１００Ｈｚという高い周波数で繰り返し荷重を試験片に加えることも可能である。従って、本実施形態による万能試験装置１によれば、短時間のうちに試験片の疲労特性を評価す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。
【００６９】
また、本実施形態の構成によれば、図２に示されるように、下部ステージ３１を移動させ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の回転運動を上下運動に変換する際に使用されるボールねじ用の軸受１５１及びリニアガイド４０が、同一のプレートであるテーブル３３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やボールねじ３６、下部ステージ３１をガイドするためのリニアガイド４０等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やボールねじ３６の軸部３６ｂの高精度な芯出しを容易且つより正確に行うことができる。また、同一プレート上に高い相対位置精度が必要な要素を全て配した構成にすることで、高精度に位置決めされた各要素の相対位置を安定して維持することが可能となる。
【００７０】
このように、本実施形態の構成によれば、ＡＣサーボモータ３５の駆動軸３５ａやボールねじ３６の芯出しを高精度に行うことができるため、芯出し誤差によってＡＣサーボモータ３５の駆動軸３５ａやボールねじ３６の軸部３６ｂに働く曲げ応力は比較的に小さい。通常、サーボモータと送りねじを連結するためのカップリングは、低剛性の材料（ゴムや金属ばねなど）を介在させることによって、曲げ応力を吸収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ため、剛性の高い材料で形成されたリジッドカップリング３４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ボールねじ３６の軸部３６ｂに伝達させることができる。従って、ＡＣサーボモータ３５の駆動軸３５ａを高サイクルで往復回転させても、ボールねじ３６は駆動軸３５ａの動きに正確に追従することができるため、試験片が鋼等の高剛性のものであり、且つクロスヘッド３１ｂを数１０Ｈｚ以上の高速で往復運動させた場合にも設定された荷重（歪み）を正確に試験片に加えることができる。すなわち、本実施形態による万能試験装置１は、試験片の疲労試験を短時間で行うことが可能となる。
【００７１】
なお、本実施形態においては、図２のように、レール４４がガイドフレーム４２に、ランナーブロック４６が下部ステージに夫々固定される構成となっているが、ランナーブロックがガイドフレームに、レールが下部ステージ（すなわち送りねじと係合するナット）に夫々固定される構成としてもよい。
【００７２】
また、本実施形態においては、万能試験装置のクロスヘッドを上下動させる機構として直動アクチュエータを用いているが、この直動アクチュエータは万能試験装置のみならず、図８のような、自動車Ｃを上下方向に加振させるための加振試験装置１’にも利用可能である。すなわち、本実施形態による可動部３０とリニアガイド４０（図１）を備えた直動アクチュエータを４組用意し、その夫々をベースＢに支持された装置フレーム部１０’に固定する。そして、夫々のクロスヘッド３１ｂを自動車Ｃの車輪Ｗに固定して可動部３０のＡＣサーボモータ３５を駆動することによって、自動車Ｃを加振させることができる。このような加振試験装置は、自動車Ｃのような重量の大きい被験体を高い振動周波数で加振することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の実施の形態による万能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万能試験装置の可動部及びその周囲の縦断面図である。
【図３】本発明の実施の形態による万能試験装置のリジッドカップリング及びその周囲の縦断面図である。
【図４】本発明の実施の形態による万能試験装置のテーブルの貫通孔付近の縦断面図である。
【図５】本発明の実施の形態による万能試験装置において、ランナーブロック及びレールをレールの長軸方向に垂直な一面で切断した断面図である。
【図６】図５のＩ−Ｉ断面図である。
【図７】本発明の実施の形態による万能試験装置の制御計測部のブロック図である。
【図８】本発明の実施の形態による直動アクチュエータを加振試験装置に適用した一例を示したものである。
【符号の説明】
【００７４】
１    万能試験装置
１’  加振試験装置
１０    装置フレーム部
１２    ガイドバー
２０    固定部
２１    上部ステージ
２２    送りねじ
２５    モータ
２８    アタッチメント
２６    ギアボックス
３０    可動部
３１    下部ステージ
３１ａ  ボールねじ用ナット
３３    テーブル
３４    リジッドカップリング
３５    ＡＣサーボモータ
３６    ボールねじ
３７    モータ支持フレーム
４０    リニアガイド
４２    ガイドフレーム
４４    レール
４６    ランナーブロック
１３０    固定用リング
１４０    固定用リング
１５０    軸受部
１５１    組合せアンギュラ玉軸受
２００    制御計測部
Ｂ    ベース
【図１】
2009075064.tif 000003
【図２】
2009075064.tif 000004
【図３】
2009075064.tif 000005
【図４】
2009075064.tif 000006
【図５】
2009075064.tif 000007
【図６】
2009075064.tif 000008
【図７】
2009075064.tif 000009
【図８】
2009075064.tif 000010