(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
粘弾性材料で構成されたベルトに任意の負荷が作用することにより発生する荷重（応力）−ひずみ特性を求める粘弾性材料ベルト特性解析装置であって、
駆動軸の回転を前記ベルトを介して従動軸に伝達することにより前記ベルトに任意のテンションを発生させるテンション発生手段と、
前記駆動軸の回転量と時間との関係及び前記従動軸の回転量と時間との関係を計測する計測手段と、
機構解析モデルを用いることにより、ベルト荷重（応力）−ひずみ特性の初期値から前記計測した駆動軸の回転量と時間との関係を用いて前記従動軸の回転量と時間との関係を算出する第１の演算手段と、
前記ベルト荷重（応力）−ひずみ特性の初期値にシフト量係数をかけ、シフト量係数を設計変数として順次変化させ、前記算出された従動軸の回転量と時間との関係と計測された回転量と時間との関係とを比較し、各時間における回転量の差分の合計値を最小にすることによって、前記シフト量係数を決定する第一最適化手段と、
前記機構解析モデルを用いて、前記算出されたシフト量係数による決定された荷重（応力）−ひずみ特性における各荷重データを設計変数として反復して変化させ、前記算出された従動軸の回転量と時間との関係と計測された回転量と時間との関係とを比較し、各時間における回転量の差分の合計値を最小にすることによって、前記ベルトの荷重（応力）−ひずみ特性を決定する第二最適化手段とを設けたことを特徴とする粘弾性材料ベルト特性解析装置。
【請求項２】
前記テンション発生手段における前記駆動軸及び従動軸にはそれぞれプーリが設けられ、各プーリに前記ベルトが掛け渡され、前記駆動軸をモータにより回転駆動し、この回転を前記ベルトを介して前記従動軸に伝達するようになされ、前記計測装置は、前記駆動軸と従動軸についてそれぞれ回転量と時間との関係を計測することを特徴とする請求項１記載の粘弾性材料ベルト特性解析装置。
【請求項３】
前記計測された駆動軸の回転量と時間との関係を用いて、前記機構解析モデルにより、ベルト荷重（応力）−ひずみ特性の初期値から、従動軸の回転量と時間との関係を算出することを特徴とする請求項１又は２に記載の粘弾性材料ベルト特性解析装置。
【請求項４】
前記構解析モデルにおいて、任意の引張り試験から得られた前記ベルトの荷重（応力）−ひずみ特性を計算の前記初期値として予め定義することを特徴とする請求項１、２又は３に記載の粘弾性材料ベルト特性解析装置。
【請求項５】
前記第一最適化手段は、前記ベルト荷重（応力）−ひずみ特性の初期値にシフト量係数をかけ、シフト量係数を設計変数として順次変化させ、前記算出された従動軸の回転量と時間との関係と計測された回転量と時間との関係とを比較し、各時間における回転量の差分の合計値を最小にすることによって、前記シフト量係数を決定することを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の粘弾性材料ベルト特性解析装置。
【請求項６】
前記第二最適化手段は、前記機構解析モデルを用いて、前記シフト量係数をかけたベルト荷重（応力）−ひずみ特性における各荷重の値を設計変数として反復して変化させ、前記算出された従動軸の回転量と時間との関係と計測された回転量と時間との関係とを比較し、各時間における回転量の差分の合計値を最小にすることによって、前記ベルトの荷重（応力）−ひずみ特性を決定することを特徴とする請求項５記載の粘弾性材料ベルト特性解析装置。
【請求項７】
前記シフト量係数をかけたベルト荷重（応力）−ひずみ特性における各荷重データを設計変数として反復して変化させる際、前記荷重（応力）−ひずみ特性において、各荷重がひずみ量の増加に伴い、単調増加の制約条件を設けることを特徴とする請求項６に記載の粘弾性材料ベルト特性解析装置。
【請求項８】
粘弾性材料で構成されたベルトに任意の負荷が作用することにより発生する荷重（応力）−ひずみ特性を求める粘弾性材料ベルト特性解析方法であって、
駆動軸の回転を前記ベルトを介して従動軸に伝達することにより前記ベルトに任意のテンションを発生させるステップと、
前記駆動軸の回転量と時間との関係及び前記従動軸の回転量と時間との関係を計測するステップと、
機構解析モデルを用いることにより、ベルト荷重（応力）−ひずみ特性の初期値から前記計測した駆動軸の回転量と時間との関係を用いて前記従動軸の回転量と時間との関係を算出するステップと、
前記ベルト荷重（応力）−ひずみ特性の初期値にシフト量係数をかけ、シフト量係数を設計変数として順次変化させ、前記算出された従動軸の回転量と時間との関係と計測された回転量と時間との関係とを比較し、各時間における回転量の差分の合計値を最小にすることによって、前記シフト量係数を決定する第一最適化を行うステップと、
前記機構解析モデルを用いて、前記算出されたシフト量係数による決定された荷重（応力）−ひずみ特性における各荷重データを設計変数として反復して変化させ、前記算出された従動軸の回転量と時間との関係と計測された回転量と時間との関係とを比較し、各時間における回転量の差分の合計値を最小にすることによって、前記ベルトの荷重（応力）−ひずみ特性を決定する第二最適化を行うステップとを設けたことを特徴とする粘弾性材料ベルト特性解析方法。
【請求項９】
前記駆動軸及び従動軸にはそれぞれプーリが設けられ、各プーリに前記ベルトが掛け渡され、前記駆動軸をモータにより回転駆動し、この回転を前記ベルトを介して前記従動軸に伝達するようになされ、前記駆動軸と従動軸についてそれぞれ回転量と時間との関係を計測することを特徴とする請求項８記載の粘弾性材料ベルト特性解析方法。
【請求項１０】
前記計測された駆動軸の回転量と時間との関係を用いて、前記機構解析モデルにより、ベルト荷重（応力）−ひずみ特性の初期値から、従動軸の回転量と時間との関係を算出することを特徴とする請求項８又は９に記載の粘弾性材料ベルト特性解析方法。
【請求項１１】
前記構解析モデルにおいて、任意の引張り試験から得られた前記ベルトの荷重（応力）−ひずみ特性を計算の前記初期値として予め定義することを特徴とする請求項８、９又は１０に記載の粘弾性材料ベルト特性解析方法。
【請求項１２】
前記第一最適化においては、前記ベルト荷重（応力）−ひずみ特性の初期値にシフト量係数をかけ、シフト量係数を設計変数として順次変化させ、前記算出された従動軸の回転量と時間との関係と計測された回転量と時間との関係とを比較し、各時間における回転量の差分の合計値を最小にすることによって、前記シフト量係数を決定することを特徴とする請求項８〜１１の何れか１項に記載の粘弾性材料ベルト特性解析方法。
【請求項１３】
前記第二最適化においては、前記機構解析モデルを用いて、前記シフト量係数をかけたベルト荷重（応力）−ひずみ特性における各荷重の値を設計変数として反復して変化させ、前記算出された従動軸の回転量と時間との関係と計測された回転量と時間との関係とを比較し、各時間における回転量の差分の合計値を最小にすることによって、前記ベルトの荷重（応力）−ひずみ特性を決定することを特徴とする請求項１２記載の粘弾性材料ベルト特性解析方法。
【請求項１４】
前記シフト量係数をかけたベルト荷重（応力）−ひずみ特性における各荷重データを設計変数として反復して変化させる際、前記荷重（応力）−ひずみ特性において、各荷重がひずみ量の増加に伴い、単調増加の制約条件を設けることを特徴とする請求項１３に記載の粘弾性材料ベルト特性解析方法。
【請求項１５】
粘弾性材料で構成されたベルトの荷重（応力）−ひずみ特性を求める前記粘弾性材料ベルト特性解析システムであって、
前記ベルトを介して、駆動軸の挙動を従動軸に伝達する実験装置を有し、前記実験装置の駆動軸と従動軸の回転量と時間との関係を計測できる計測装置を設け、駆動軸の回転量と時間との関係と従動軸の回転量と時間との関係を計測する計測手段と、
前記計測して得られた駆動軸の回転量と時間との関係を用いて、前記実験装置の機構モデルにより、ベルト荷重（応力）−ひずみ特性から、従動軸の回転量と時間との関係を算出する機構解析手段と、
前記機構解析モデルを用いて、前記ベルト荷重（応力）−ひずみ特性の初期値にシフト量係数をかけ、シフト量係数を設計変数として順次変化させ、前記算出された従動軸の回転量と時間との関係と計測された回転量と時間との関係とを比較し、各時間における回転量の差分の合計値を最小にすることによって、前記シフト量係数を決定する単因子実験法を用いた第一最適化計算手段と、
前記機構解析モデルを用いて、前記第一最適化計算手段で算出されたベルト荷重（応力）−ひずみ特性における各荷重データを設計変数として反復して変化させ、前記算出された従動軸の回転量と時間との関係と計測された回転量と時間との関係とを比較し、各時間における回転量の差分の合計値を最小にすることによって、前記粘弾性材料で構成されたベルトの荷重（応力）−ひずみ特性を決定する第二最適化計算手段とを有することを特徴とする粘弾性材料ベルト特性解析システム。
【請求項１６】
前記モータによって前記駆動軸を回転し、前記駆動軸にプーリを取りつけた上、前記プーリに前記ベルトを回し、ベルトによって従動軸プーリを駆動し、従動軸を回す伝動ベルト実験装置における実験装置駆動手段を有し、前記実験装置から、前記駆動軸と従動軸に回転量と時間との関係を計測できる計測装置を設け、駆動軸の回転量と時間との関係と従動軸の回転量と時間との関係を計測する計測手段を有することを特徴とする請求項１５に記載の粘弾性材料ベルト特性解析システム。
【請求項１７】
前記計測して得られた駆動軸の回転量と時間との関係を用いて、前記実験装置の機構解析モデルにより、ベルト荷重（応力）−ひずみ特性から、従動軸の回転量と時間との関係を算出する機構解析手段を有することを特徴とする請求項１５又は１６に記載した粘弾性材料ベルト特性解析システム。
【請求項１８】
前記機構解析モデルを用いて、前記ベルト荷重（応力）−ひずみ特性の初期値にシフト量係数をかけ、シフト量係数を設計変数として順次変化させ、前記算出された従動軸の回転量と時間との関係と計測された回転量と時間との関係とを比較し、各時間における回転量の差分の合計値を最小にすることによって、前記シフト量係数を決定する第一最適化計算手段と、前記第一最適化計算手段で算出されたベルト荷重（応力）−ひずみ特性における各荷重データを設計変数として反復して変化させ、前記算出された従動軸の回転量と時間との関係と計測された回転量と時間との関係とを比較し、各時間における回転量の差分の合計値を最小にすることによって、前記粘弾性材料で構成されたベルトの荷重（応力）−ひずみ特性を決定する第二最適化計算手段とを有することを特徴とする請求項１５に記載の粘弾性材料ベルト特性解析システム。
【請求項１９】
請求項８〜１４のいずれかに記載の粘弾性材料ベルト荷重（応力）−ひずみ特性解析方法を、コンピュータに実行させるためのプログラム。
【請求項２０】
請求項１９に記載のプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、非線型特性を有する粘弾性材料ベルトの荷重（応力）−ひずみ特性を高精度に求めるための粘弾性材料ベルト特性解析方法、装置、システム、プログラム及びび記録媒体に関し、例えば粘弾性材料で構成されたタイミングベルトにより駆動伝達を行う場合、または複写機など駆動系の設計の際に、最適化手法を用いたタイミングベルト荷重（応力）−ひずみ特性解析を行う場合等に応用されるものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般的な線形弾性材料において、弾性変形（線形）領域では、応力と歪の比であるヤング率は一定であるため、構造物の形状、寸法、ヤング率などの材料定数や、拘束条件、負荷条件などのパラメータにより線形解析を行い、さまざまな条件下における構造物の荷重（応力）−歪特性を求めることができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記粘弾性材料ベルトの荷重（応力）−歪特性を解析する場合には、ベルトの粘性などの影響により時間が進行すると共に材料のヤング率が変化を生じるため、単にヤング率のみ入力する場合には、解析計算上誤差が大きくなり、また粘性の影響によるヤング率の変化を予測することによってベルト荷重（応力）−歪特性を求めるのは難しいという問題があった。
また、駆動機構の急速な立上挙動におけるベルトの荷重（応力）−歪特性または微少ひずみ領域におけるベルトの荷重（応力）−歪特性を、普通の引張り試験機で正確に計測できないという問題もあった。
また、最適化手法により、駆動系の実験データと計算データを合わせ込むことによって、ベルトの荷重（応力）−歪特性を求める方法についても、多峰性解空間に最適解を局部に落ちる可能性があり、荷重（応力）−歪特性の解精度が低いという問題もあった。
【０００４】
そこで、本発明は、粘弾性材料ベルトを含み、駆動軸と従動軸から構成された実験装置から、駆動軸の回転をベルトを介して従動軸に伝達し、各軸について回転量と時間との関係を計測し、これに基づいて機構解析モデルを用いて、最適化手法を用いて、従動軸回転量実験データと解析データを比較しながら、大域最適解の探索と局部最適解の探索に分け、各設計変数を反復して、両者が一致するように、短時間で効率よく前記粘弾性材料ベルトの荷重（応力）−歪特性を算出することができる方法およびシステムを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明による粘弾性材料ベルト特性解析装置は、粘弾性材料で構成されたベルトに任意の負荷が作用することにより発生する荷重（応力）−ひずみ特性を求める粘弾性材料ベルト特性解析装置であって、駆動軸の回転を前記ベルトを介して従動軸に伝達することにより前記ベルトに任意のテンションを発生させるテンション発生手段と、前記駆動軸の回転量と時間との関係及び前記従動軸の回転量と時間との関係を計測する計測手段と、機構解析モデルを用いることにより、ベルト荷重（応力）−ひずみ特性の初期値から前記計測した駆動軸の回転量と時間との関係を用いて前記従動軸の回転量と時間との関係を算出する第１の演算手段と、前記ベルト荷重（応力）−ひずみ特性の初期値にシフト量係数をかけ、シフト量係数を設計変数として順次変化させ、前記算出された従動軸の回転量と時間との関係と計測された回転量と時間との関係とを比較し、各時間における回転量の差分の合計値を最小にすることによって、前記シフト量係数を決定する第一最適化手段と、前記機構解析モデルを用いて、前記算出されたシフト量係数による決定された荷重（応力）−ひずみ特性における各荷重データを設計変数として反復して変化させ、前記算出された従動軸の回転量と時間との関係と計測された回転量と時間との関係とを比較し、各時間における回転量の差分の合計値を最小にすることによって、前記ベルトの荷重（応力）−ひずみ特性を決定する第二最適化手段とを設けている。
【０００６】
また、本発明による粘弾性材料ベルト特性解析方法は、粘弾性材料で構成されたベルトに任意の負荷が作用することにより発生する荷重（応力）−ひずみ特性を求める粘弾性材料ベルト特性解析方法であって、駆動軸の回転を前記ベルトを介して従動軸に伝達することにより前記ベルトに任意のテンションを発生させるステップと、前記駆動軸の回転量と時間との関係及び前記従動軸の回転量と時間との関係を計測するステップと、機構解析モデルを用いることにより、ベルト荷重（応力）−ひずみ特性の初期値から前記計測した駆動軸の回転量と時間との関係を用いて前記従動軸の回転量と時間との関係を算出するステップと、前記ベルト荷重（応力）−ひずみ特性の初期値にシフト量係数をかけ、シフト量係数を設計変数として順次変化させ、前記算出された従動軸の回転量と時間との関係と計測された回転量と時間との関係とを比較し、各時間における回転量の差分の合計値を最小にすることによって、前記シフト量係数を決定する第一最適化を行うステップと、前記機構解析モデルを用いて、前記算出されたシフト量係数による決定された荷重（応力）−ひずみ特性における各荷重データを設計変数として反復して変化させ、前記算出された従動軸の回転量と時間との関係と計測された回転量と時間との関係とを比較し、各時間における回転量の差分の合計値を最小にすることによって、前記ベルトの荷重（応力）−ひずみ特性を決定する第二最適化を行うステップとを設けている。
【０００７】
また、本発明による粘弾性材料ベルト特性解析システムは、粘弾性材料で構成されたベルトの荷重（応力）−ひずみ特性を求める前記粘弾性材料ベルト特性解析システムであって、前記ベルトを介して、駆動軸の挙動を従動軸に伝達する実験装置を有し、前記実験装置の駆動軸と従動軸の回転量と時間との関係を計測できる計測装置を設け、駆動軸の回転量と時間との関係と従動軸の回転量と時間との関係を計測する計測手段と、前記計測して得られた駆動軸の回転量と時間との関係を用いて、前記実験装置の機構モデルにより、ベルト荷重（応力）−ひずみ特性から、従動軸の回転量と時間との関係を算出する機構解析手段と、前記機構解析モデルを用いて、前記ベルト荷重（応力）−ひずみ特性の初期値にシフト量係数をかけ、シフト量係数を設計変数として順次変化させ、前記算出された従動軸の回転量と時間との関係と計測された回転量と時間との関係とを比較し、各時間における回転量の差分の合計値を最小にすることによって、前記シフト量係数を決定する単因子実験法を用いた第一最適化計算手段と、前記機構解析モデルを用いて、前記第一最適化計算手段で算出されたベルト荷重（応力）−ひずみ特性における各荷重データを設計変数として反復して変化させ、前記算出された従動軸の回転量と時間との関係と計測された回転量と時間との関係とを比較し、各時間における回転量の差分の合計値を最小にすることによって、前記粘弾性材料で構成されたベルトの荷重（応力）−ひずみ特性を決定する第二最適化計算手段とを設けている。
【０００８】
また、本発明によるプログラムは、前記粘弾性材料ベルト荷重（応力）−ひずみ特性解析方法を、コンピュータに実行させるためのプログラムである。
【０００９】
また、本発明による記録媒体は、前記プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を請求項毎に図面と共に説明する。
〔請求項１、８、２、９に関する構成・動作〕
請求項１、１５に関する粘弾性材料ベルト特性解析装置、方法にあっては、図１のフローチャートに示すような手順で解析を行う。粘弾性材料ベルトに任意の負荷（テンション）が作用することにより発生する荷重（応力）−ひずみ特性解析方法について説明する。
【００１１】
まず、本方法を実行するための請求項２、９に関する粘弾性材料ベルト特性解析装置としての実験装置について図７を参照して説明する。本装置は、粘弾性材料ベルトを介して駆動軸の挙動を従動軸に伝達する実験装置である。
図７の駆動側において、モータ１で回転駆動される駆動軸２には、駆動軸負荷３とプーリ４と計測装置５が設けられている。計測装置５は駆動軸２の回転量と時間との関係を計測する装置である。従動側において、従動軸６には、従動軸負荷７とプーリ８と計測装置９が設けられている。計測装置９は従動軸６の回転量と時間との関係を計測する装置である。計測装置５、９として、例えば回転量と時間との関係を計測できるエンコーダを用いることができる。
プーリ４とプーリ８間には、解析実験対象である粘弾性材料ベルト１０が掛け渡されている。この外に本装置内には、図示せずも制御プログラムを有する制御装置や機構解析モデルを有する演算装置等が備えられているものとする。
【００１２】
次に、本装置を用いた粘弾性材料ベルトの負荷により発生する荷重（応力）−ひずみ特性解析方法について図１と共に説明する。
まず、モータ１により駆動軸２を駆動し、その回転を粘弾性材料ベルト１０を介して従動軸６に伝達し、計測装置５により駆動軸の回転量と時間との関係を計測すると共に、計測装置９により従動軸の回転量と時間との関係を計測する（ステップＳ１、以下、ステップ略）。次に、計測された駆動軸２の回転量と時間との関係曲線（Ｓ２）を、実験装置内の予め構築された機構解析モデルに入力し、ベルト荷重（応力）−ひずみ特性の初期値（Ｓ３）から、機構解析モデルを用いて所定の微少時間間隔毎に解析を行い、従動軸の回転量と時間との関係を算出する。尚、この算出方法については後述する（Ｓ４、Ｓ５）。
【００１３】
次に、前記ベルト荷重（応力）−ひずみ特性の初期値にシフト量係数をかけ、シフト量係数を設計変数として順次変化させ、前記算出された従動軸の回転量と時間との関係と計測された回転量と時間との関係とを比較し、回転量データ差分の合計値を最小にすることによって、前記シフト量係数を決定する第一最適化ステップを含む処理を実行する（Ｓ６、Ｓ７）。次に、前記シフト量係数をかけた従動軸の回転量と時間との関係と計測された回転量と時間との関係とを比較し、各時間間隔における従動軸回転量データ差分の合計値を最小にするように、前記機構解析モデルを用いて、前記制約条件下に前記ベルト荷重（応力）−ひずみ特性における各荷重データを設計変数として反復して変化させる第二最適化ステップを含む処理を実行することにより（Ｓ８、Ｓ９、Ｓ１０、Ｓ３〜Ｓ９）、前記粘弾性材料で構成されたベルトの荷重（応力）−ひずみ特性を決定する（Ｓ１１）。
【００１４】
次に、本実施の形態によるの粘弾性材料ベルト特性解析方法について、具体的な解析例を用いて説明する。
まず、計測装置５により、駆動軸２の回転量（回転速度）と時間との関係を計測して、図２の曲線Ａを得る。また、計測装置９により、従動軸６の回転量（回転速度）と時間との関係をを計測して、図２の曲線Ｂを得る。次に、機構解析モデルに図３に示すようなベルト荷重（応力）−ひずみ特性曲線の初期値Ｃを入力し、この初期値と前記曲線Ａを用いて従動軸６の回転量と時間との関係を算出値する。算出結果を図４の曲線Ｄに示す。
【００１５】
次に、前記ベルト荷重（応力）−ひずみ特性の初期値Ｃにシフト量係数をかけ、シフト量係数を単因子実験変数として、例えば、１から３０（ベルトの物理特性の可能範囲）まで０．１間隔で順次変化させ、前記算出された従動軸６の回転量と時間との関係（図４のＤ) と計測された従動軸６の回転量と時間との関係（図４の曲線Ｅ）とを比較し、回転量データ差分の合計値を最小になるとき、前記シフト量係数を決定する。次に、前記決定されたシフト量係数をベルト荷重（応力）−ひずみ特性曲線の初期値Ｃにかけ、従動軸６の回転量と時間との関係と計測された回転量と時間との関係とを比較し、各時間間隔における従動軸回転量データの差分の合計値を最小にするように、前記シフト量係数をかけたベルト荷重（応力）−ひずみ特性曲線における各荷重値ポイントを設計変数として、前記制約条件下に反復して変化させ、粘弾性材料ベルトの荷重（応力）−ひずみ特性を決定する。
【００１６】
図５に計算が収束する際の従動軸６の回転量と時間との関係曲線の算出値（曲線Ｆ）と、従動軸６の回転量と時間との関係曲線の計測値（曲線Ｇ）の比較を示す。
図６に最後に決定された粘弾性材料ベルトの荷重（応力）−ひずみ特性（曲線Ｈ）と、ベルトの荷重（応力）−ひずみ特性曲線初期値（曲線Ｉ）の比較を示す。
【００１７】
〔請求項３、１０に関する構成・動作〕
請求項３、１０に関する粘弾性材料ベルト特性解析方法における機構解析モデルにおいて、前記計測された駆動軸２の回転量と時間との関係を用いて、機構解析モデルにより、ベルト荷重（応力）−ひずみ特性の初期値から、従動軸６の回転量と時間との関係を算出する方法について説明する。
まず、前記実験装置と対照付けて、次式（１）の運動方程式に基づいて機構解析モデルを構築する。
［Ｊ］［ｄθ2 ／ｄ2 ｔ］＋［Ｃ］［ｄθ／ｄｔ］+ ［ｋ］［θ］＝［Ｔ］・・・（１）
ただし、
［Ｊ］：各慣性モーメントを含む慣性モーメントマトリックス
［ｋ］：ベルト剛性係数を含むバネ剛性マトリックス
［Ｃ］：ベルト粘性係数を含むバネ粘性マトリックス
［θ］：駆動軸、従動軸の回転角を含む回転角ベクトル
［Ｔ］：トルクベクトル
【００１８】
前記実験装置機構解析モデルの概略図を図８に示す。前記計測された駆動軸２の回転量と時間との関係を機構解析モデルに入力し、ベルト荷重（応力）−ひずみ特性の初期値から従動軸６の回転量と時間との関係を算出する。
【００１９】
〔請求項４、１１に関する構成・動作〕
請求項４、１１に関する粘弾性材料ベルト特性解析方法における機構解析モデルにあっては、前記任意の引張り試験から得られた粘弾性材料ベルトの荷重（応力）−ひずみ特性を計算の初期値として予め定義するものである。機構解析モデルに、粘弾性材料ベルトの弾性体及び粘性体としての挙動を表現するため、図９に示したバネとダッシュポットによるモデルで表現する。前記式（１）におけるベルトの剛性係数マトリックス［ｋ］の初期値は前記図３に示した任意の引張り試験から得られたベルト荷重−ひずみ特性曲線を用いて定義する。
【００２０】
〔請求項５、１２に関する構成・動作〕
請求項５、１２に関する粘弾性材料ベルト特性解析方法における最適化手法にあっては、図１０の第１最適化ステップに示すような手順で解析を行う。ベルト荷重（応力）−ひずみ特性の初期値にシフト量係数をかけ、シフト量係数を設計変数として順次変化させ、前記算出された従動軸の回転量と時間との関係と計測された回転量と時間との関係とを比較し、各回転量データ差分の合計値を最小にすることによって、前記シフト量係数を決定する第一最適化ステップについて説明する。
【００２１】
まず、ベルト荷重（応力）−ひずみ特性の初期値にシフト量係数をかけ、シフト量係数を単因子実験変数として、例えば、１から３０（ベルトの物理特性の可能範囲）まで０．１間隔で順次変化させ、前記算出された従動軸の回転量と時間との関係（図４のＥ）と計測された回転量と時間との関係（図４のＤ）とを比較し、回転量データ差分の合計値を最小になる際、前記シフト量係数を決定する。この決定されたシフト量係数を第二最適化ステップの計算に持ち込む。
【００２２】
〔請求項６、１３に関する構成・動作〕
請求項６、１３に関する粘弾性材料ベルト特性解析方法における最適化手法にあっては、図１０の第二最適化ステップに示すような手順で解析を行う。機構解析モデルを用いて、前記シフト量係数をかけたベルト荷重（応力）−ひずみ特性における各荷重データを設計変数として反復して変化させ、前記算出された従動軸の回転量と時間との関係と計測された回転量と時間との関係とを比較し、各回転量データ差分の合計値を最小にすることによって、粘弾性材料ベルトの荷重（応力）−ひずみ特性を決定する第二最適化ステップについて説明する。
まず、前記シフト量係数をかけたベルト荷重（応力）−ひずみ特性における荷重値（ｘ）、および機構モデルから算出された従動軸の回転量と時間との関係と計測された回転量と時間との関係における各回転量データ差分の合計値（ｙ）の勾配を式２で計算し、これによって適切な探索方向を決定する。
【００２３】
【数１】
0003760380.tif 000002
【００２４】
次に、決定された探索方向に沿って、新しい設計変数が設定され、算出された従動軸の回転量と時間との関係と計測された回転量と時間との関係における各回転量データ差分の合計値が最小になるまで上記計算を繰り返す。
【００２５】
〔請求項７、１４に関する構成・動作〕
請求項７、１４に関する粘弾性材料ベルト特性解析方法における荷重（応力）−ひずみ特性を決定する決定方法にあっては、前記シフト量係数をかけたベルト荷重（応力）−ひずみ特性における各荷重データを設計変数として反復して変化させる際、前記荷重（応力）−ひずみ特性において、各荷重がひずみ量の増加に伴い、単調増加の制約条件を設け、粘弾性材料ベルトの荷重（応力）−ひずみ特性を決定する計算を行う途中、制約条件の満足を常にチェックし、制約条件を満足するように粘弾性材料ベルトの荷重（応力）−ひずみ特性を決定する計算を繰り返すものである。
【００２６】
〔請求項１５に関する構成・動作〕
請求項１５に関する粘弾性材料ベルトの荷重（応力）−ひずみ特性を求める粘弾性材料特性解析システムの実施の形態について説明する。
図１１に本実施の形態による粘弾性材料ベルト荷重（応力）−ひずみ特性解析システムを示すブロック図である。
この解析システムは、前記実験装置２０、計測装置３０（計測装置５、９）、入力装置４０、演算装置５０、６０、７０及び表示装置８０で構成されている。実験装置２０は実験装置駆動手段を有し、計測装置３０は駆動軸、従動軸回転量と時間との関係計測手段を有し、演算装置５０は機構解析手段、演算装置６０は第一最適化手段、演算装置７０は第二最適化手段とベルト荷重（応力）−ひずみ特性決定手段をそれぞれ有している。前記各手段は予め各装置に組み込まれている。
【００２７】
実験装置は図７にも示すように、モータ１により回転する駆動軸２と、駆動軸２に取りつけたプーリ４と、従動軸６と、従動軸６に取りつけたプーリ８と、プーリ４、８間に掛け渡された粘弾性材料ベルト１０とで構成されている。計測装置３０は各軸の回転量と時間との関係を計測するもので、例えば、エンコーダで構成されている。演算装置５０〜７０は、例えば普通のＰＣで構成される。
【００２８】
まず、前記実験装置駆動手段により、所定の実験条件で実験装置を駆動し、次に、駆動軸２の回転量と時間との関係と従動軸６の回転量と時間との関係計測手段により、駆動軸２と従動軸６の回転量と時間との関係を計測装置３０で計測し、次に、計測された駆動軸２の回転量と時間との関係を入力装置４０により、演算装置５０〜７０に入力し、機構解析手段によりベルト荷重（応力）−ひずみ特性から、従動軸６の回転量と時間との関係を算出する。
【００２９】
次に、前記ベルト荷重（応力）−ひずみ特性決定手段により、機構解析モデルを用いて、ベルト荷重（応力）−ひずみ特性の初期値にシフト量係数をかけ、シフト量係数を単因子実験変数として順次に変化させ、前記算出された従動軸の回転量と時間との関係と計測された回転量と時間との関係とを比較し、各回転量データ差分の合計値を最小にになる際のシフト量係数を第二最適化手段の計算に持ち込む。そして前記ベルト荷重（応力）−ひずみ特性の初期値にシフト量係数をかけ、この曲線における各荷重データを設計変数として反復して変化させ、前記算出された従動軸の回転量と時間との関係と計測された回転量と時間との関係とを比較し、各データ差分の合計値を最小にする。これによって、粘弾性材料で構成されたベルトの荷重（応力）−ひずみ特性を決定し、最後に表示装置８０により決定されたベルトの荷重（応力）−ひずみ特性を表示する。
【００３０】
〔請求項１６に関する構成・動作〕
請求項１６に関する粘弾性材料特性解析システムにあっては、前記実験装置から、駆動軸の回転量と時間との関係と従動軸の回転量と時間との関係を駆動軸と従動軸の回転量と時間との関係計測手段により計測するものである。
【００３１】
〔請求項１７に関する構成・動作〕
請求項１７に関する粘弾性材料特性解析システムにあっては、前記計測された駆動軸の回転量と時間との関係を用いて、実験装置の機構解析モデルにより、ベルト荷重（応力）−ひずみ特性から、前記機構解析手段により従動軸の回転量と時間との関係を算出するものである。
【００３２】
〔請求項１８に関する構成・動作〕
請求項１８に関する粘弾性材料特性解析システムにあっては、機構解析モデルを用いて、ベルト荷重（応力）−ひずみ特性の初期値にシフト量係数をかけ、シフト量係数を設計変数として順次変化させ、前記算出された従動軸の回転量と時間との関係と計測された回転量と時間との関係とを比較し、各回転量データ差分の合計値を最小にすることによって、前記シフト量係数を決定する第一最適化計算手段と、この第一最適化計算手段で算出されたベルト荷重（応力）−ひずみ特性における各荷重データを設計変数として反復して変化させ、前記算出された従動軸の回転量と時間との関係と計測された回転量と時間との関係とを比較し、各回転量データ差分の合計値を最小にすることによって、粘弾性材料ベルトの荷重（応力）−ひずみ特性を決定する第二最適化計算手段により、粘弾性材料ベルトの荷重（応力）−ひずみ特性を決定するものである。
【００３３】
〔請求項１９、２０に関する構成・動作〕
請求項１９、２０に関するプログラム、記録媒体は、請求項１〜７のいずれかに記載の粘弾性材料ベルト荷重（応力）−ひずみ特性解析方法をコンピュータに実行させるためのプログラム及びこのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体である。この記録媒体としては、半導体記憶装置、磁気記録媒体、光記録媒体、光磁気記録媒体等を用いることができる。
【００３４】
【発明の効果】
請求項１、８の発明による粘弾性材料ベルト荷重（応力）−ひずみ特性解析装置、方法によれば、負荷が作用することにより発生する荷重（応力）−ひずみ特性を高精度に解析することができる。
請求項２、９の発明による粘弾性材料ベルト荷重（応力）−ひずみ特性解析装置、方法によれば、前記本発明の解析対象となる粘弾性材料ベルトを含む前記実験装置を構築し、解析のベースとする駆動軸と従動軸の回転量と時間との関係を計測装置により、計測することができる。
請求項３、１０の発明による粘弾性材料ベルト荷重（応力）−ひずみ特性解析装置、方法によれば、前記計測して得られた駆動軸の回転量と時間との関係を用いて、機構解析モデルにより、従動軸の回転量と時間との関係を計算することができる。
【００３５】
請求項４、１１の発明による粘弾性材料ベルト荷重（応力）−ひずみ特性解析装置、方法によれば、解析の初期状態を備えることができる。
請求項５、１２の発明による粘弾性材料ベルト荷重（応力）−ひずみ特性解析装置、方法によれば、大域最適解を探索することができる。
請求項６、１３の発明による粘弾性材料ベルト荷重（応力）−ひずみ特性解析装置、方法によれば、局部最適解を探索することができる。
請求項７、１４の発明による粘弾性材料ベルト荷重（応力）−ひずみ特性解析装置、方法によれば、粘弾性材料ベルト荷重（応力）−ひずみ特性を解析する際、荷重（応力）−ひずみ曲線の形を維持しながら解析を進めることができる。
【００３６】
請求項１５の発明による粘弾性材料ベルト荷重（応力）−ひずみ特性解析システムによれば、粘弾性材料ベルト荷重（応力）−ひずみ特性解析方法を用いて、解析することにより、負荷に応じた粘弾性材料ベルト荷重（応力）−ひずみ特性を解析することができる。
請求項１６の発明による粘弾性材料ベルト荷重（応力）−ひずみ特性解析システムによれば、実験装置駆動手段により実験装置を駆動し、計測手段により駆動軸と従動軸の回転量と時間との関係を計測することができる。
請求項１７の発明による粘弾性材料ベルト荷重（応力）−ひずみ特性解析システムによれば、機構解析手段により、所定の解析微少時間間隔で従動軸の回転量と時間との関係を計算することができる。
請求項１８の発明による粘弾性材料ベルト荷重（応力）−ひずみ特性解析システムによれば、第一最適化手段と第二最適化手段により、負荷による粘弾性材料ベルト荷重（応力）−ひずみ特性を決定することができる。
【００３７】
請求項１９、２０の発明によるプログラム及び記録媒体によれば、前記粘弾性材料ベルト荷重（応力）−ひずみ特性解析プログラムをコンピュータで実行することができ、また、このプログラムを記録した記録媒体によれば、前記各解析方法、手順を記録し、記録媒体を持ち運ぶことでプログラムの移動や更新を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１、８の発明に関する実施の形態による前記粘弾性材料ベルト特性の解析手順を示すフローチャートである。
【図２】請求項１、８の発明に関する実施の形態による前記駆動軸と従動軸の回転量と時間との関係曲線の計測結果を示す説明図である。
【図３】請求項１、８の発明に関する実施の形態によるベルト荷重（応力）−ひずみ特性の初期値を示す特性図である。
【図４】請求項１、８の発明に関する実施の形態による従動軸の回転量と時間との関係初期計算結果を示す特性図である。
【図５】請求項１、８の発明に関する実施の形態による従動軸の回転量と時間との関係最終計算結果を示す特性図である。
【図６】請求項１、８の発明に関する実施の形態によるベルト荷重（応力）−ひずみ特性の解析結果を示す特性図である。
【図７】請求項２、９の発明に関する実施の形態による実験装置の基本構成を示す構成図である。
【図８】請求項３、１０の発明に関する実施の形態による請求項３実施例に係る前記実験装置の機構モデルの概略を示す構成図である。
【図９】請求項４、１１の発明に関する実施の形態による粘弾性材料ベルトのモデル表現を示す構成図である。
【図１０】請求項５、１２の発明に関する実施の形態による粘弾性材料ベルト特性解析方法の最適化ステップを示す構成図である。
【図１１】請求項１５の発明に関する実施の形態による粘弾性材料ベルト特性解析システムを示す説明ブロック図である。
【符号の説明】
１  モータ
２  駆動軸
３  駆動側負荷
４、８  プーリ
５、９  計測装置
６  従動軸
７  従動側負荷
１０  ベルト
２０  実験装置
３０  計測装置
４０  入力装置
５０、６０、７０  演算装置
８０  表示装置
【図１】
0003760380.tif 000003
【図２】
0003760380.tif 000004
【図３】
0003760380.tif 000005
【図４】
0003760380.tif 000006
【図５】
0003760380.tif 000007
【図６】
0003760380.tif 000008
【図７】
0003760380.tif 000009
【図８】
0003760380.tif 000010
【図９】
0003760380.tif 000011
【図１０】
0003760380.tif 000012
【図１１】
0003760380.tif 000013