JP2023056967A - 車輪試験システム - Google Patents

Abstract

【課題】より実際の走行状態に近い試験を行うことが可能な車輪試験装置を提供する。【解決手段】本発明の一実施形態に係る車輪試験システムは、試験輪が転動するレールを備えた第１試験装置と、試験輪と接触しながら試験輪と共に回転する軌条輪を備えた第２試験装置と、第１試験装置及び第２試験装置によって得られた試験データを処理する試験データ処理装置と、を備え、試験データ処理装置が、第１試験装置による試験結果と第２試験装置による試験結果に基づいて、第２試験装置による試験結果を第１試験装置による試験結果に換算するものである。【選択図】図４

Description

本発明は、鉄道用の車輪の試験に適した車輪試験システムに関する。

鉄道車両の走行時の軌条（以下「レール」という。）と車輪との相互作用を模擬的に調べるための試験装置が知られている。例えば、特許文献１には、レールを模擬した断面形状を外周に有する円盤状部材である軌条輪に車輪を押し当てた状態で両者を回転させることで鉄道車両の走行状態を模擬した試験を行うことが可能な試験装置が記載されている。

特開２００７－２７１４４７号公報

特許文献１に記載の試験装置は、車輪と接触するレール頭頂面が縦断面（すなわち、車軸に垂直な断面）において曲率を有する略円柱面であるため、レール頭頂面が縦断面において曲率を有しないレール上を走行する実際の鉄道車両の走行状態を正確に再現することができないという問題があった。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、より実際の走行状態に近い試験を行うことが可能な車輪試験装置を提供することを目的とする。

本発明の一実施形態によれば、試験輪が転動するレールを備えた第１試験装置と、試験輪と接触しながら試験輪と共に回転する軌条輪を備えた第２試験装置と、第１試験装置及び第２試験装置によって得られた試験データを処理する試験データ処理装置と、を備え、試験データ処理装置が、第１試験装置による試験結果と第２試験装置による試験結果に基づいて、第２試験装置による試験結果を第１試験装置による試験結果に換算する、車輪試験システムが提供される。

本発明の一実施形態によれば、より実際の走行状態に近い試験を行うことが可能な車輪試験装置が提供される。

本発明の第１実施形態に係るレール式車輪試験装置の左側面図である。 本発明の第１実施形態に係るレール式車輪試験装置の平面図である。 本発明の第１実施形態に係るレール式車輪試験装置の背面図である。 本発明の第１実施形態に係るレール式車輪試験装置の拡大図（左側面視）である。 本発明の第１実施形態に係るレール式車輪試験装置の拡大図（平面視）である。 ガイド機構の配置を示した図である。 ガイド機構（Ａ型）の断面図である。 ガイド機構（Ｂ型）の断面図である。 レール部材の接続部を示した図である。 駆動システムの概略の論理構成を示したブロック図である。 駆動システムの主要部の概略の機械構成を示した図である。 駆動部及び駆動プーリー部の概略構造を示した図である。 第１従動部の平面図である。 図１３のＡ－Ａ断面図である。 図１３のＢ－Ｂ断面図である。 図１３のＣ－Ｃ断面図である。 第２従動部の断面図である。 トルク付与部の断面図である。 アライメント部４０の概略構造を示す図である。 図１９のＡ－Ａ矢視図である。 図１９のＢ－Ｂ矢視図である。 図１９のＣ－Ｃ矢視図である。 図１９のＤ－Ｄ矢視図である。 スピンドル部の概略構造を示す図である。 制御システムの概略構成を示すブロック図である。 本発明の第２実施形態に係る軌条輪式車輪試験装置の斜視図である。 本発明の第２実施形態に係る軌条輪式車輪試験装置の斜視図である。 本発明の第２実施形態に係る軌条輪式車輪試験装置の平面図である。 駆動システムの概略構成を示すブロック図である。 ギアボックスの概略構成を示す断面図である。 トルク発生装置及びその周辺の概略構成を示す断面図である。 第２電動機の概略構成を示す断面図である。 制御システムの概略構成を示すブロック図である。 本発明の第２実施形態に係る車輪試験装置の概略構成を示す平面図である。 本発明の第２実施形態に係る車輪試験装置の概略構成を示す正面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態について説明する。なお、以下の説明において、同一の又は対応する事項には、同一の又は対応する符号を付して、重複する説明を省略する。また、各図において、符号が共通する事項が複数表示される場合は、必ずしもそれらの複数の表示の全てに符号を付さず、それらの複数の表示の一部について符号の付与を適宜省略する。また、各図において、説明の便宜上、構成の一部を省略し又は断面で示している。

以下に説明する本発明の実施形態に係る車輪試験システムは、レールと車輪との間の粘着特性の試験に適したものである。本実施形態の車輪試験システムは、軌条（以下「レール」という。）を使用するレール式（又は、フラット式）の車輪試験装置１（以下「第１試験装置１」という。）と、軌条輪を使用する軌条輪式の車輪試験装置２（以下「第２試験装置２」という。）を備え、これら２種類の車輪試験装置を併用することにより、低速域（例えば、０～４０ｋｍ／ｈ）から高速域（例えば、６０～２００ｋｍ／ｈ）までの広い速度域に亘って粘着特性を正確に計測することができる。

図１～３は、順に、本発明の一実施形態に係る第１試験装置１の左側面図、平面図及び背面図である。また、図４及び図５は、順に、第１試験装置１の主要部を拡大した左側面図及び平面図である。

平面図（図２及び図５）において、右から左に向かう方向をＸ軸方向、上から下に向かう方向をＹ軸方向、紙面に垂直に裏から表に向かう方向をＺ軸方向と定義する。Ｘ軸方向及びＹ軸方向は互いに直交する水平方向であり、Ｚ軸方向は鉛直方向である。また、特に定める場合を除き、前後、左右、上下の各方向を、キャリッジ２０の走行方向（Ｘ軸正方向）を向いたときの各方向として定義する。すなわち、Ｘ軸正方向を前、Ｘ軸負方向を後ろ、Ｙ軸正方向を左、Ｙ軸負方向を右、Ｚ軸正方向を上、Ｚ軸負方向を下という。

第１試験装置１は、Ｘ軸方向に細長いガイド部１０及び軌道部６０と、ガイド部１０上をＸ軸方向に走行可能なキャリッジ２０を備えている。図３に示されるように、軌道部６０は、ガイド部１０のベースフレーム１１（以下「ベース１１」と略記する。）の左側部分に載置されている。軌道部６０の上面には、キャリッジ２０に装着された試験輪Ｗが転動する試験レール６３が設けられている。本実施形態においては、試験条件に応じて軌道部６０を交換できるように、軌道部６０はガイド部１０のベース１１に取り外し可能に取り付けられている。なお、ガイド部１０のベース１１と軌道部６０のフレーム６１とを例えば溶接等により一体化してもよい。また、軌道部６０を基礎Ｆ（図３）上に直接設置して、軌道部６０をガイド部１０から完全に分離させてもよい。

図５に示されるように、ガイド部１０の前端部には、後述する駆動部１４ＬＢ及び１４ＲＢに隣接して、１対の車止め１３が設けられている。車止め１３は、キャリッジ２０がオーバーランしたときに、キャリッジ２０と衝突して、キャリッジ２０を強制的に停止させる装置である。各車止め１３は、キャリッジ２０との衝突時に発生する衝撃を緩和する１対の油圧式の緩衝装置を備えている。

図３に示されるように、キャリッジ２０には、試験輪Ｗが取り付けられる。試験中、試験輪Ｗを試験レール６３に接地させた状態でキャリッジ２０が走行し、試験輪Ｗは試験レール６３上を転動する。

図３及び図５に示されるように、ガイド部１０は、キャリッジ２０のＸ軸方向への移動を案内する複数（図示の実施例においては３つ）のガイド機構１２Ａ、１２Ｂ及び１２Ｃを備えている。ガイド機構１２Ａ、１２Ｂ及び１２Ｃは、ガイド部１０の左端部、幅方向（すなわちＹ軸方向）中央部及び右端部にそれぞれ設置されている。

図６は、ガイド機構１２Ａの左側面図である。また、図７及び図８は、それぞれガイド機構１２Ａ及び１２Ｂの断面図である。なお、ガイド機構１２Ｃは、ガイド機構１２Ａと左右対称に構成されているため、ガイド機構１２Ｃについての詳細な説明は省略する。

各ガイド機構１２Ａ、１２Ｂ及び１２Ｃは、Ｘ軸方向に延びる軌道を形成する１本のレール１２１と、レール１２１上を走行可能な一つ以上（図示の実施例においては２つ）の走行部１２２Ａ（図７）、１２２Ｂ（図８）又は１２２Ｃ（不図示。ガイド機構１２Ａの走行部１２２Ａと左右対称に構成される。）を備えている。走行部１２２Ａについて図６に示されるように、走行部１２２Ａ、１２２Ｂ及び１２２Ｃは、２つのうちの一方がキャリッジ２０の底面の前端部に取り付けられ、他方が後端部に取り付けられている。

図７及び図８に示されるように、レール１２１は、ガイド部１０のベース１１上に敷設されている。また、各走行部１２２Ａ、１２２Ｂ及び１２２Ｃは、キャリッジ２０のメインフレーム２１の下面に取り付けられている。

レール１２１は、頭部１２１ｈと、頭部１２１ｈよりも幅の広い底部１２１ｆと、頭部１２１ｈと底部１２１ｆとを連結する幅の狭い腹部１２１ｗを有する平底レールである。本実施形態のレール１２１は、例えば日本工業規格JIS E 1120:2007に準拠する熱処理レール（例えば、熱処理レール50N-HH340）に追加工が施されたものである。熱処理レールは、頭部に熱処理を施して、耐摩耗性を向上させた鉄道用レールである。

図７に示されるように、ガイド機構１２Ａの走行部１２２Ａは、キャリッジ２０のメインフレーム２１の下面に取り付けられたＸ軸方向に長いフレーム１２３と、フレーム１２３に取り付けられた複数のローラーユニット１２８Ａを備えている。ローラーユニット１２８Ａは、フレーム１２３に取り付けられた３本のロッド１２４ａ、１２４ｂ及び１２４ｃと、各ロッド１２４ａ、１２４ｂ及び１２４ｃにそれぞれ取り付けられた３つのローラー組立品１２５ａ、１２５ｂ及び１２５ｃを備えている。各ローラーユニット１２８Ａの３つのローラー組立品１２５ａ、１２５ｂ及び１２５ｃは、Ｘ軸方向において同じ位置に配置されている。また、図６に示されるように、複数のローラーユニット１２８Ａは、Ｘ軸方向に所定の間隔で並べられている。

ローラー組立品１２５ｂ及び１２５ｃは、ローラー組立品１２５ａと同じ構成を有している（但し、ローラー組立品１２５ｃはローラー組立品１２５ａとは大きさが異なる。）ため、これらを代表してローラー組立品１２５ａについて説明し、ローラー組立品１２５ｂ及び１２５ｃについての重複する説明は省略する。

図７に示されるように、ローラー組立品１２５ａは、レール１２１上を転動するローラー１２６ａと、ローラー１２６ａを回転可能に支持する１対の軸受１２７ａを備えている。軸受１２７ａは、ころがり軸受であり、図示の実施例においては玉軸受が使用されている。

本実施形態においてはローラー１２６ａの外周面１２６ａｐは、円柱面状に形成されているが、回転軸方向にも（すなわち、図７に示される回転軸を含む縦断面においても）曲率を有する曲面（例えば、ローラー１２６ａの中心点１２６ａｇを中心とする球面）としてもよい。

ローラー組立品１２５ａの軸受１２７ａは、例えば単列のラジアル軸受である。軸受１２７ａは、ロッド１２４ａと嵌合した内輪１２７ａ１と、ローラー１２６ａの内周面と嵌合した外輪１２７ａ３と、内輪１２７ａ１と外輪１２７ａ３との間に介在する複数の転動体であるボール１２７ａ２を備えている。ボール１２７ａ２は、内輪１２７ａ１の外周面及び外輪１２７ａ３の内周面にそれぞれ形成された円環状溝の対によって定まる円軌道上を転動する。

ローラー組立品１２５ａは、外周面１２６ａｐがレール１２１の頭部上面（頭頂面）１２１ａに接触し、キャリッジ２０の走行に伴って頭部上面１２１ａ上を転動するように配置されている。ローラー組立品１２５ｂは、外周面１２６ｂｐがレール１２１の頭部下面１２１ｂの一方に接触して、頭部下面１２１ｂ上を転動するように配置されている。また、ローラー組立品１２５ｃは、外周面１２６ｃｐがレール１２１の頭部側面１２１ｃの一方に接触して、頭部側面１２１ｃ上を転動するように配置されている。

レール１２１は、ローラー組立品１２５ａ、１２５ｂ及び１２５ｃとそれぞれ接触する頭部上面１２１ａ、頭部下面１２１ｂ及び頭部側面１２１ｃについて、形状を平面に変更するとともに、平面度や平行度等の面精度を高める追加工（例えば、研削加工や研磨加工等）が施されている。

上述したように、キャリッジ２０の左右両端部にそれぞれ取り付けられたガイド機構１２Ａとガイド機構１２Ｃとは、左右対称に構成されている。すなわち、ガイド機構１２Ｃは、ガイド機構１２Ａと同一のものを左右逆向きに（すなわち、鉛直軸周りに１８０度回転させて）配置したものである。

図８に示されるように、ガイド機構１２Ｂの走行部１２２Ｂは、キャリッジ２０のメインフレーム２１の下面に取り付けられたフレーム１２３と、フレーム１２３に取り付けられた複数のローラーユニット１２８Ｂを備えている。ローラーユニット１２８Ｂは、２本のロッド１２４ａ及び１２４ｂと、２つのローラー組立品１２５ａ及び１２５ｂを備えている。また、ロッド１２４ｂ及びローラー組立品１２５ｂは、ガイド機構１２Ａの走行部１２２Ａではレール１２１の左側に配置されているのに対して、ガイド機構１２Ｂの走行部１２２Ｂではレール１２１の右側に配置されている。すなわち、ガイド機構１２Ｂの走行部１２２Ｂは、上述したガイド機構１２Ａの走行部１２２Ａからローラー組立品１２５ｃ及びロッド１２４ｃを省き、左右逆向きに配置したものである。なお、ガイド機構１２Ｂの走行部１２２Ｂがローラー組立品１２５ｃ及びロッド１２４ｃを備えていても良い。

本実施形態では、レール１２１の左側に配置されたガイド機構１２Ａのローラー組立品１２５ｂ及び１２５ｃによって、レール１２１に対してキャリッジ２０が右（Ｙ軸負方向）に移動することが阻止されている。また、レール１２１の右側に配置されたガイド機構１２Ｂのローラー組立品１２５ｂとガイド機構１２Ｃのローラー組立品１２５ｂ及び１２５ｃによって、レール１２１に対してキャリッジ２０が左（Ｙ軸正方向）に移動することが阻止されている。従って、キャリッジ２０は、レール１２１に対するＹ軸方向への移動が阻止されている。また、ガイド機構１２Ａ、１２Ｂ及び１２Ｃのローラー組立品１２５ｂによって、レール１２１に対してキャリッジ２０が上（Ｚ軸正方向）に移動することが阻止されている。このように、レール１２１に対するキャリッジ２０のＹ軸方向及びＺ軸正方向への移動を阻止することにより、レール１２１からのキャリッジ２０の脱線が防止されている。

本実施形態では、走行部１２２Ｂ（図８）が走行部１２２Ａ（図７）と左右逆向きに配置されているが、走行部１２２Ｂを走行部１２２Ａと左右同じ向きに配置してもよい。同様に、走行部１２２Ｃと走行部１２２Ａを左右同じ向きに配置してもよい。但し、走行部１２２Ａ、走行部１２２Ｂ及び走行部１２２Ｃのいずれか二つが互いに左右逆向きに配置（すなわち、レール１２１に対してローラー組立品１２５ｂ及び１２５ｃが左右逆側に配置）される。

キャリッジ２０の左右（Ｙ軸方向）の移動を阻止するために、少なくとも、互いに左右逆向きに配置された二つの走行部１２２Ａ、１２２Ｂ又は１２２Ｃが、ローラー組立品１２５ｃ及びロッド１２４を備えていればよい。

キャリッジ２０の上（Ｚ軸正方向）への移動を阻止するために、少なくとも一つの走行部１２２Ａ、１２２Ｂ又は１２２Ｃがローラー組立品１２５ｂ及びロッド１２４ｂを備えていればよい。

レール１２１の頭部下面１２１ｂが水平面となす角度が一定の角度（例えば５°）より大きい場合は、ローラー組立品１２５ｃの代わりにローラー組立品１２５ｂを使用することができる。

ガイド機構１２のレール１２１は、複数の短いレール部材が接続されたものでもよい。その場合、図９に示されるように、レール１２１の継目１２１ｊは、レール１２１の長さ方向（Ｘ軸方向）に対して垂直ではなく、平面視において斜めに（すなわち、継目１２１ｊがＺＸ平面に対してある角度θをなして傾くように）形成してもよい。継目１２１ｊを斜めに形成することにより、温度変化によりレール１２１の伸縮が生じても、継目１２１ｊでのレール部材同士のスライドによりレール１２１のひずみが解放されるため、レール１２１の湾曲が防止される。

斜めの継目１２１ｊを形成する場合、レール１２１の、継目１２１ｊよりも前方において頭部側面１２１ｃが継目１２１ｊと鈍角を成す側（すなわち、ガイド機構１２Ａにおいては左側であり、ガイド機構１２Ｂ及び１２Ｃにおいては右側）にローラー組立品１２５ｂ及び１２５ｃ（図９）が配置される。ローラー組立品１２５ｂ及び１２５ｃをこのように配置することにより、レール１２１の継目１２１ｊにずれが生じても、ローラー組立品１２５ｂ及び１２５ｃが継目１２１ｊの鋭角な端部１２１ｅと衝突して、大きな衝撃や損傷が発生することが防止される。

なお、継目１２１ｊにおいて、接続する二つのレール部材の端面同士を接触させてもよく、端面間に所定の隙間を設けて非接触に突き合わせてもよい。また、本実施形態では、レール１２１の継目１２１ｊにおいて、接続される二つのレール部材の端面同士が単に突き合わされているのみで接合されていないが、溶接又は鑞付け等により継目１２１ｊにおいてレール部材を接合してもよい。

なお、本実施形態のガイド機構１２Ａ、１２Ｂ及び１２Ｃに代えて、ガイドウェイ形循環式リニア軸受（所謂リニアガイド）を使用することもできる。玉循環リニア軸受は、平行な二つの直線軌道の隣接する端同士をそれぞれ半円軌道で連結した長円形の軌道を有している。このような直線軌道を有するリニア軸受を高速で（例えば、１０ｋｍ／ｈ以上の速度で）走行させると、転動体が直線軌道から曲線軌道に移行する際に、転動体に急激に遠心力が発生する（すなわち、転動体及び曲線軌道の転動面に衝撃荷重が加わる）ため、転動体及び転動面が急速に摩耗し、又は損傷する。そのため、キャリッジ２０を高速で走行させると、リニア軸受の寿命が短くなる又は破損するという問題がある。

本実施形態のガイド機構１２Ａ、１２Ｂ及び１２Ｃにおいて使用される軸受１２７ａ～ｃは、転動体が常に一定の曲率の円軌道上を走行するため、転動体に作用する遠心力の急激な変動（すなわち衝撃荷重）は発生しない。そのため、例えば６０ｋｍ／ｈを超える早い周速でローラー１２６ａ～ｃを回転させても、軸受１２７ａ～ｃの著しい寿命の低下や破損は発生しない。従って、転動体の軌道の曲率が一定である円軌道を有するころがり軸受を使用してガイド機構１２Ａ～Ｃを構成することにより、キャリッジ２０の高速走行（例えば１０ｋｍ／ｈ以上の速度での走行）が可能になる。本実施形態の第１試験装置１は、上述したガイド機構１２Ａ、１２Ｂ及び１２Ｃを採用したことにより、８５ｋｍ／ｈを超える速度でのキャリッジ２０の走行が可能になっている。

第１試験装置１は、キャリッジ２０及び試験輪Ｗを駆動する駆動システムＤＳを備えている。図１０は、駆動システムＤＳの概略の論理構成を示すブロック図である。また、図１１は、駆動システムＤＳの主要部の概略の機械構成を示した図である。なお、図１０において、矢印は機械的動力（以下、単に「動力」という。）の伝達経路を表す。

図１０に示されるように、駆動システムＤＳは、動力を発生する発動部ＡＳと、発動部ＡＳが発生した動力を駆動対象であるキャリッジ２０及び試験輪Ｗに伝える伝動部ＴＳとを含む。なお、駆動システムＤＳは、試験輪Ｗ及び軌道部６０と共に、動力循環系を構成する。

発動部ＡＳは、ガイド部１０に取り付けられた左右２対の駆動部１４（第１発動手段）と、キャリッジ２０に取り付けられたトルク発生装置３０（第２発動手段）を備えている。駆動部１４は、主にキャリッジ２０の走行速度及び試験輪Ｗの回転数の制御に使用され、トルク発生装置３０は、主に試験輪Ｗに与えるトルクの制御に使用される。

伝動部ＴＳは、駆動部１４が発生した動力をキャリッジ２０に伝える第１伝動部ＴＳ１と、第１伝動部ＴＳ１によって伝達された動力の一部を取り出してトルク発生装置３０に伝える第２伝動部ＴＳ２と、トルク発生装置３０から出力された動力を試験輪Ｗに伝える第３伝動部ＴＳ３を含む。なお、トルク発生装置３０も伝動部ＴＳの一部を構成する。

図４及び図５に示されるように、２対の駆動部１４（左側の１対の駆動部１４ＬＡ及び１４ＬＢと右側の１対の駆動部１４ＲＡ及び１４ＲＢ）は、ガイド部１０のベース１１上の四隅付近に据え付けられている。駆動部１４ＬＡ及び１４ＲＡはガイド部１０の後端部に配置され、駆動部１４ＬＢ及び１４ＲＢはガイド部１０の前端部に配置されている。

後述するように、右側の駆動部１４ＲＡ及び１４ＲＢは、キャリッジ２０を駆動して走行させるキャリッジ駆動手段としての機能と、キャリッジ２０の走行速度に対応する回転数で試験輪Ｗを回転駆動させる試験輪駆動手段（回転数付与手段）としての機能を兼ね備えている。左側の駆動部１４ＬＡ及び１４ＬＢは、キャリッジ駆動手段としての機能を有している。

第１伝動部ＴＳ１は、ベルト機構１５（１５Ｌ、１５Ｒ）及び従動部（第１従動部２２及び第２従動部２３）の各１対を含む。左側のベルト機構１５Ｌは左側の１対の駆動部１４ＬＡ及び１４ＬＢによって駆動され、右側のベルト機構１５Ｒは右側の１対の駆動部１４ＲＡ及び１４ＲＢによって駆動される。第１従動部２２と第２従動部２３はキャリッジ２０のメインフレーム２１に取り付けられている。第１従動部２２は右側のベルト機構１５Ｒに接続され、第２従動部２３は左側のベルト機構１５Ｌに接続されている。

図１２は、駆動部１４及びベルト機構１５の駆動プーリー部１５０の概略構造を示した図である。図１３は、第１従動部２２の平面図である。図１４、図１５及び図１６は、順に、図１３のＡ－Ａ断面図、Ｂ－Ｂ断面図及びＣ－Ｃ断面図である。また、図１７は、第２従動部２３の概略構造を示す断面図である。

各ベルト機構１５（１５Ｌ、１５Ｒ）は、１対の駆動プーリー部１５０と、ベルト１５１（１５１Ｌ、１５１Ｒ）と、第１従動部２２に保持された３つの従動プーリー１５５Ａ、１５５Ｃ及び１５６（図１４）又は第２従動部２３に保持された３つの従動プーリー１５５Ａ、１５５Ｂ及び１５５Ｃ（図１７）と、キャリッジ２０のメインフレーム２１にベルト１５１の両端部をそれぞれ固定する一対のベルトクランプ１５７（図３、図５）を備えている。駆動プーリー部１５０は、ガイド部１０のベース１１上に据え付けられ、対応する駆動部１４に接続されている。

ベルト１５１Ｒは、１対の駆動プーリー部１５０の駆動プーリー（１５２Ａ、１５２Ｂ）と３つの従動プーリー１５５Ａ、１５６及び１５５Ｃに巻き掛けられている。ベルト１５１Ｌは、１対の駆動プーリー部１５０の駆動プーリー（１５２Ａ、１５２Ｂ）と、３つの従動プーリー１５５Ａ、１５５Ｂ及び１５５Ｃに巻き掛けられている。

駆動部１４は、モーター１４１（第１モーター）とベルト機構１４２を備えている。モーター１４１は、例えば、回転部の慣性モーメントが０．０１ｋｇ・ｍ^２以下（より好適には、０．００８ｋｇ・ｍ^２以下）、定格出力が３ｋＷ乃至６０ｋＷ（より実用的には、７ｋＷ乃至３７ｋＷ）の超低慣性高出力型のＡＣサーボモーターである。このような超低慣性かつ高出力のモーター１４１を使用することにより、キャリッジ２０を短い走行距離（例えば、２０～５０ｍ）で最高速度（例えば２４０ｋｍ）まで加速することが可能になる。

なお、モーター１４１には、回転部が標準的な大きさの慣性モーメントを有するモーターを使用してもよい。また、モーター１４１は、例えば、駆動制御にインバーターが使用される所謂インバーターモーター等の速度制御が可能な別の種類の電動機でもよい。

ベルト機構１４２は、モーター１４１の軸１４１ｂに取り付けられた駆動プーリー１４２ａと、従動プーリー１４２ｃと、駆動プーリー１４２ａと従動プーリー１４２ｃに巻き掛けられたベルト１４２ｂを備えている。ベルト１４２ｂは、例えば、後述するベルト１５１と同じ構成の歯付ベルトである。ベルト１４２ｂの種類は、ベルト１５１と異なっていてもよい。

ベルト機構１４２は、駆動プーリー１４２ａよりも従動プーリー１４２ｃのピッチ円直径が大きい（すなわち、歯数が多い）ため、１よりも大きな減速比を有している。そのため、モーター１４１から出力された回転は、ベルト機構１４２によって減速される。なお、ベルト機構１４２の減速比は１以下でもよい。また、ベルト機構１４２に替えて（又は、加えて）、減速機を駆動部１４に設けても良い。また、ベルト機構１４２や減速機を設けずに、モーター１４１の軸１４１ｂにベルト機構１５の後述するシャフト１５３を直結させてもよい。

駆動部１４に隣接して、ベルト機構１５の駆動プーリー部１５０が配置されている。駆動プーリー部１５０は、１対の軸受部１５４と、１対の軸受部１５４によって回転可能に支持されたシャフト１５３と、シャフト１５３に取り付けられた駆動プーリー１５２を備えている。ベルト機構１４２の従動プーリー１４２ｃもシャフト１５３に取り付けられていて、駆動部１４の出力は、シャフト１５３及び駆動プーリー１５２を介して、駆動プーリー１５２に巻き掛けられたベルト１５１に伝えられる。

ベルト１５１は、鋼線の心線を有する歯付ベルトである。なお、ベルト１５１には、例えば炭素繊維、アラミド繊維、超高分子量ポリエチレン繊維などの所謂スーパー繊維から形成された心線を有するものを使用してもよい。カーボン心線などの軽量かつ高強度の心線を使用することにより、比較的に出力の低いモーターを使用してキャリッジ２０を高い加速度で駆動する（あるいは、試験輪Ｗに高い駆動力／制動力を与える）ことが可能になり、第１試験装置１の小型化が可能になる。また、同じ出力のモーターを使用する場合、所謂スーパー繊維から形成された心線を有する軽量のベルト１５１を使用することにより、第１試験装置１の高性能化（具体的には、加速性能の向上）が可能になる。

図３から図５に示されるように、各ベルト１５１の両端部は、それぞれによりキャリッジ２０のメインフレーム２１に固定されている。これにより、各ベルト１５１は、キャリッジ２０を介してループを形成している。各ベルト機構１５が作動すると、キャリッジ２０は各ベルト１５１によって引っ張られて、Ｘ軸方向へ走行する。

本実施形態においては、ループの下側においてベルトクランプ１５７によりベルト１５１がキャリッジ２０に固定され、ループの上側においてベルト機構１５と第１従動部２２又は第２従動部２３が接続している。高さが比較的に低いベルトクランプ１５７を第１従動部２２又は第２従動部２３よりも下方に配置することにより、ベルト機構１５の高さを低くすることができる。なお、ループの上側においてベルト１５１がキャリッジ２０に固定される構成としてもよい。

図４に示されるように、ベルト機構１５の１対の駆動プーリー１５２（１５２Ａ、１５２Ｂ）は、キャリッジ２０が走行可能な領域を間に挟んで配置され、ベース１１上に保持された（すなわち、重心位置がベース１１に対して固定された）固定プーリーである。また、第１従動部２２又は第２従動部２３に保持された従動プーリー１５５（１５５Ａ、１５５Ｂ、１５５Ｃ）及び１５６は、キャリッジ２０と共にＸ軸方向に移動可能な可動プーリーである。

以下の説明においては、左右に１対が設けられた構成については、原則として左側の構成について説明し、右側の構成については、符号を角括弧で囲って併記し、重複する説明を省略する。

本実施形態では、１対の駆動部１４ＬＡと１４ＬＢ［１４ＲＡと１４ＲＢ］は同位相で駆動される。また、左側の駆動部１４ＬＡ及び１４ＬＢと右側の駆動部１４ＲＡ及び１４ＲＢは、左右逆向きに配置されていて、互いに逆位相で駆動される。

駆動プーリー１５２（図１２）と従動プーリー１５５（図１４、図１７）の有効径（すなわち、ピッチ円直径）又は歯数は、いずれも同一である。第１従動部２２に保持された従動プーリー１５６（図１４）のピッチ円直径又は歯数は、駆動プーリー１５２及び従動プーリー１５５よりも大きな（例えば、２倍の）値となっている。

図５に示されるように、キャリッジ２０は、メインフレーム２１、第１従動部２２、第２従動部２３、ベルト機構２４、ベルト機構２５、伝動軸部２６、ブレーキ装置２７、ブレーキ装置２８、トルク発生装置３０、アライメント部４０及びスピンドル部５０（車軸部）を備えている。なお、図１０に示されるように、第１従動部２２及びベルト機構２４により第２伝動部ＴＳ２が構成される。また、ベルト機構２５、伝動軸部２６及びスピンドル部５０により第３伝動部ＴＳ３が構成される。

図１１に示されるように、スピンドル部５０は、回転可能に支持されたスピンドル５２を備えている。スピンドル５２は、その一端に試験輪Ｗが同軸に（すなわち、中心線を共有するように）取り付けられる軸（すなわち、車軸）であり、トルク発生装置３０から出力された動力によってスピンドル５２と共に試験輪Ｗが回転駆動される。アライメント部４０は、スピンドル部５０の向きを変えることによって、試験輪Ｗのアライメント調整（すなわち、試験レール６３に対する試験輪Ｗの向きの位置及び向きの調整）が可能な機構部である。

図１３から図１６に示されるように、第１従動部２２は、本体部２２１、軸受部２２２、軸受部２２３、シャフト２２４、駆動歯車２２５、シャフト２２６及び従動歯車２２７を備えている。

図１４に示されるように、本体部２２１は、Ｙ軸方向に延びる２本のロッド２２１ｂと、内輪が各ロッド２２１ｂと嵌合した１対の軸受２２１ｃを備えている。ベルト機構１５Ｒの従動プーリー１５５Ａ及び１５５Ｃは、各軸受２２１ｃの外輪とそれぞれ嵌合している。この構成により、ベルト機構１５Ｒの従動プーリー１５５Ａ及び１５５Ｃは、本体部２２１によって回転可能に支持されている。

図１６に示されるように、本体部２２１は、軸受２２１ａを備えている。軸受部２２２は、上下に並ぶ１対の軸受２２２ａ及び２２２ｂを備えている。また、軸受部２２３は、上下に並ぶ１対の軸受２２３ａ及び２２３ｂを備えている。

シャフト２２４は、長さ方向の一端部において軸受２２１ａにより、他端部において軸受２２３ａにより、中間部において軸受２２２ａにより、回転可能に支持されている。シャフト２２４には、ベルト機構１５Ｒの従動プーリー１５６と駆動歯車２２５が取り付けられている。

シャフト２２６は、シャフト２２４よりも短く、長さ方向の一端部において軸受２２２ｂにより、他端部において軸受２２３ｂにより、回転可能に支持されている。シャフト２２６には、駆動歯車２２５と噛み合う従動歯車２２７と、ベルト機構２４の駆動プーリー２４１が取り付けられている。

すなわち、第１従動部２２を介して、従動プーリー１５６（ベルト機構１５Ｒ）と駆動プーリー２４１（ベルト機構２４）とが連結されている。ベルト機構１５Ｒによって伝えられた動力の一部は、従動プーリー１５６を介してシャフト２２４に伝えられた後、駆動歯車２２５及び従動歯車２２７を介してシャフト２２６に伝えられ、更に、駆動プーリー２４１を介してベルト機構２４に伝えられる。ベルト機構２４に伝えられた動力は、試験輪Ｗの駆動に使用される。

すなわち、右側の第１従動部２２と、第１従動部２２によって回転可能に支持された従動プーリー１５６（及び、従動プーリー１５５Ａ、１５５Ｃ）は、ベルト機構１５Ｒから動力の一部を取り出して、ベルト機構２４に供給する機能を有している。

ベルト機構１５Ｒによって伝えられた動力の残りの部分は、ベルトクランプ１５７によってベルト１５１が固定されたキャリッジ２０のメインフレーム２１に伝えられ、キャリッジ２０の駆動に使用される。

すなわち、右側のベルト機構１５Ｒは、キャリッジ２０を駆動する手段（キャリッジ駆動手段）の一部を構成すると共に、試験輪Ｗを駆動する手段（試験輪駆動手段）の一部も構成する。また、右側のベルト機構１５Ｒは、右側の第１従動部２２と共に、駆動部１４ＲＡ、１４ＲＢが発生した動力をキャリッジ２０の駆動に使用される動力と試験輪Ｗの駆動に使用される動力とに分配する手段（動力分配手段）として機能する。

本実施形態のベルト機構１５Ｒは、入力側の駆動プーリー１５２よりも出力側の従動プーリー１５６のピッチ円直径が大きいため、１より大きな減速比を有している。なお、本発明はこの構成に限定されず、従動プーリー１５６のピッチ円直径を駆動プーリー１５２のピッチ円直径以上として、ベルト機構１５Ｒの減速比を１以下としてもよい。

また、第１従動部は、駆動歯車２２５及び従動歯車２２７を含むことにより、動力の回転方向を反転させる。

図１７に示されるように、第２従動部２３（本体部２３１）は、Ｙ軸方向に延びる３本のロッド２３１ｂと、内輪が各ロッド２３１ｂと嵌合した３本の軸受２３１ｃを備えている。３本のロッド２３１ｂは、Ｘ軸方向において等間隔で配置されている。本実施形態では、中央のロッド２３１ｂが残りの２本のロッド２３１ｂよりも高い位置に配置されているが、すべてのロッド２３１ｂを同じ高さに配置してもよい。

各軸受２３１ｃの外輪には、ベルト機構１５Ｌの３つの従動プーリー１５５（前から順に従動プーリー１５５Ａ、１５５Ｂ及び１５５Ｃ）が嵌合している。この構成により、ベルト機構１５Ｌの従動プーリー１５５Ａ、１５５Ｂ及び１５５Ｃは、第２従動部２３によって回転可能に支持されている。

図４に示されるように、ベルト機構１５のベルト１５１は、駆動プーリー１５２Ａ、１５２Ｂによって折り返されることにより、上側の部分１５１ａと下側の部分１５１ｂとに分かれている。上側の部分１５１ａと下側の部分１５１ｂは、それぞれキャリッジ２０の走行方向に張られて、互いに逆向きに駆動される。具体的には、キャリッジ２０に固定されたベルト１５１の下側の部分１５１ｂが、キャリッジ２０と共にキャリッジの走行方向に駆動され、上側の部分１５１ａがキャリッジ２０及び下側の部分１５１ｂと逆向きに駆動される。また、キャリッジ２０に取り付けられた従動プーリー１５５及び１５６は、キャリッジ２０と逆向きに走行するベルト１５１の上側の部分１５１ａに巻き掛けられて、上側の部分１５１ａによって駆動される。

図１０及び図１１に示されるように、右側のベルト機構１５Ｒによって伝達された動力の一部は、第２伝動部ＴＳ２によりトルク発生装置３０へ伝達され、更に、第３伝動部ＴＳ３により試験輪Ｗへ伝達されて、試験輪Ｗの駆動に使用される。なお、第２伝動部ＴＳ２は、第１従動部２２及びベルト機構２４を含み、第３伝動部ＴＳ３は、ベルト機構２５、伝動軸部２６及びスピンドル部５０を含む。上述したように、右側のベルト機構１５Ｒによって伝達された動力の残りの部分は、ベルトクランプ１５７によってベルト１５１の先端部が固定されたキャリッジ２０のメインフレーム２１に伝えられ、キャリッジ２０の駆動に使用される。上記のように構成されたベルト機構１５Ｒ及び第１従動部２２により、ベルト１５１によるキャリッジ２０と試験輪Ｗの両方の駆動が可能になっている。

なお、左側の第２従動部２３は、ベルト機構１５Ｌによって伝達される動力の一部を取り出してキャリッジ２０に設けられた第２伝動部ＴＳ２に伝達するための構成（具体的には、軸受部２２２、２２３、シャフト２２４、２２６、駆動歯車２２５及び従動歯車２２７）を備えていない点において、右側の第１従動部２２と異なっている。なお、左側の第２従動部２３は必須の構成要素ではないが、左側の第２従動部２３を設けることにより、キャリッジ２０が左右のベルト機構１５Ｌ、１５Ｒから受ける力が釣り合い、キャリッジ２０の走行が安定化する。

上記のように、本実施形態では、共通の動力伝達装置（すなわち、ベルト機構１５Ｒ）によって伝達された動力を使用してキャリッジ２０及び試験輪Ｗを駆動する構成が採用されている。この構成により、キャリッジ２０の走行速度に拘わらず、常にキャリッジ２０の走行速度に対応した周速（回転数）で試験輪Ｗを回転駆動させることが可能になっている。また、本実施形態では、トルク発生装置３０の作動量（つまりは、消費電力）を減らすために、トルク発生装置３０が作動していないときには、キャリッジ２０の走行速度と略同じ周速で試験輪Ｗが回転駆動されるように構成されている。

ベルト機構２４は、上述した第１従動部２２のシャフト２２６（図１６）に取り付けられた駆動プーリー２４１と、後述するトルク発生装置３０の軸部３１４（図１８）に取り付けられた従動プーリー２４２と、駆動プーリー２４１と従動プーリー２４２に巻き掛けられたベルト２４３を備えている。ベルト２４３は、例えば、上述したベルト１５１と同じ構成の歯付ベルトである。ベルト２４３の種類は、ベルト１５１と異なっていてもよい。

図１８は、トルク発生装置３０の構造を示した図である。トルク発生装置３０は、試験輪Ｗに与えるトルクを発生して、このトルクをベルト機構２４によって伝達された回転運動に加えて出力する。言い換えれば、トルク発生装置３０は、ベルト機構２４により伝達された回転運動の位相を変化させることにより、試験輪Ｗにトルクを付与する（すなわち、試験レール６３と試験輪Ｗとの間に駆動力又は制動力を与える）ことができる。

トルク発生装置３０は、試験輪Ｗを駆動する動力を発生する第２発動手段として機能すると共に、駆動部１４（第１発動手段）のモーター１４１（第１モーター）が発生する動力とトルク発生装置３０の後述するモーター３２（第２モーター）が発生する動力とを結合する動力結合手段としても機能する。

駆動システムＤＳにトルク発生装置３０を組み込むことにより、試験輪Ｗの回転数を制御するための動力源（駆動部１４ＲＡ、１４ＲＢ）とトルクを制御するための動力源（後述するモーター３２）とで役割を分担することが可能になる。そして、これにより、より小容量の動力源を使用することが可能になると共に、試験輪Ｗに加わる回転数及びトルクをより高い精度で制御することが可能になる。また、トルク発生装置３０をキャリッジ２０に組み込むことにより、ベルト機構１５Ｒに加わる負荷が低減するため、ベルト機構１５Ｒの小型化（例えば、使用する歯付ベルトの本数の削減）や、より耐荷重の低い部材の使用が可能になる。

トルク発生装置３０は、回転フレーム３１と、回転フレーム３１内に取り付けられたモーター３２（第２モーター）、減速機３３及びシャフト３４と、回転フレーム３１を回転可能に支持する３つの軸受部３５１、３５２及び３５３と、スリップリング部３７と、回転フレーム３１の回転数を検出するロータリーエンコーダー３８を備えている。

本実施形態においては、モーター３２には、回転部の慣性モーメントが０．０１ｋｇ・ｍ^２以下（より好適には、０．００８ｋｇ・ｍ^２以下）、定格出力が３ｋＷ乃至６０ｋＷ（より実用的には、７ｋＷ乃至３７ｋＷ）の超低慣性高出力型のＡＣサーボモーターが使用されている。

回転フレーム３１は、直径が大きな略円筒状の第１筒部３１１（モーター収容部）、第２筒部３１２（連結筒）及び第３筒部３１３と、第１筒部３１１よりも直径が小さな略円筒状の軸部３１４及び３１５を有している。第１筒部３１１の一端部（図１８における右端部）には、第２筒部３１２及び第３筒部３１３を介して、軸部３１４が同軸に結合している。また、第１筒部３１１の他端部（図１８における左端部）には、軸部３１５が同軸に結合している。軸部３１４は軸受部３５１及び３５３により、軸部３１５は軸受部３５２により、それぞれ回転可能に支持されている。

第１筒部３１１の中空部にはモーター３２が収容されている。モーター３２は、軸３２１が回転フレーム３１と同軸に配置され、モーターケース３２０（すなわちステーター）が複数のスタッドボルト３２３により第１筒部３１１に固定されている。

第２筒部３１２及び第３筒部３１３の中空部に減速機３３が配置されている。減速機３３の入力軸３３２にはモーター３２の軸３２１が接続され、出力軸３３３にはシャフト３４が接続されている。

第２筒部３１２の一端部（図１８における右端部）には、外周へ突出するフランジ３１２ａが形成されている。第２筒部３１２の他端部（図１８における左端部）には、外周へ突出するフランジ３１２ｂと内周へ突出する内フランジ３１２ｃが形成されている。

モーター３２のフランジ３２０ａは、第２筒部３１２の内フランジ３１２ｃに固定されている。減速機３３のギヤケース３３１は、第２筒部３１２の一端部（すなわち、フランジ３１２ａの根元）に固定されている。すなわち、モーター３２のモーターケース３２０と減速機３３のギヤケース３３１とは、単一の短い筒状の部材である第２筒部３１２を介して、高い剛性で連結されている。これにより、モーター３２の軸３２１及び減速機３３の入力軸３３２には曲げモーメントは殆ど加わることがなく、軸３２１及び入力軸３３２のスムーズな（すなわち、低摩擦の）回転が確保され、試験輪Ｗに与えるトルクの制御の精度が向上している。

軸部３１５の根元には、第１筒部３１１と同径のフランジ３１５ａが形成されていて、このフランジ３１５ａの外周部に第１筒部３１１の一端が固定されている。また、モーター３２のフランジ３２０ｂは、第１筒部３１１のフランジ３１５ａに固定されている。モーター３２は、モーターケース３２０の長さ方向における両端部及び中央部において回転フレーム３１に固定されているため、高い剛性で支持されている。

軸部３１４の根元には、第３筒部３１３と同径のフランジ３１４ａが形成されていて、このフランジ３１４ａの外周部に第３筒部３１３の一端が固定されている。また、第３筒部３１３の他端は、第２筒部３１２のフランジ３１２ａの外周部に固定されている。

軸部３１４は、根本側のフランジ３１４ａの近くを軸受部３５１により、先端部を軸受部３５３により、それぞれ回転可能に支持されている。軸受部３５１と軸受部３５３の間には、ベルト機構２４の従動プーリー２４２が配置され、軸部３１４の外周に同軸に取り付けられている。ベルト機構２４によって伝達された動力により、トルク発生装置３０の回転部が回転駆動される。すなわち、軸部３１４（回転フレーム３１）は、トルク発生装置３０の入力軸となっている。

軸部３１４の両端部（すなわち、軸受部３５１又は軸受部３５３により支持された部分）の内周には、１対の軸受３１４ｂが設けられている。シャフト３４は、軸部３１４の中空部に通され、１対の軸受３１４ｂによって回転可能に支持されている。シャフト３４の先端は軸部３１４の先端から外に突き出ている。軸部３１４から突き出たシャフト３４の先端部にはベルト機構２５の駆動プーリー２５１が同軸に取り付けられていて、シャフト３４から出力される動力によってベルト機構２５が駆動される。すなわち、シャフト３４は、トルク発生装置３０の出力軸となっている。

モーター３２から出力されるトルクは、減速機３３によって増幅されて、シャフト３４に伝達される。シャフト３４からベルト機構２５に出力される回転は、ベルト機構２４によって駆動される回転フレーム３１の回転に、モーター３２及び減速機３３によって作り出されるトルクを重ね合わせたものとなる。トルク発生装置３０は、入力軸である回転フレーム３１の軸部３１５に伝達された回転運動に、トルク発生装置３０が発生したトルクを加えて、出力軸であるシャフト３４から出力する。

減速機３３の減速比は、１／４５～１／１２０の範囲内（より好ましくは、１／５５～１／１００の範囲内）に設定されている。これにより、充分な大きさの接線力ｆ_Ｔを与えながら、すべり率Ｓを０．０１％の精度で計測することが可能になる。

スリップリング部３７は、複数対のスリップリング３７１とブラシ３７２、支持管３７３、軸受部３７４、支柱３７５及び支持アーム３７６を備えている。支持管３７３は、回転フレーム３１の軸部３１５に同軸に連結されている。支持管３７３の先端部は、軸受部３７４によって回転可能に支持されている。支持アーム３７６は、支持管３７３と平行に配置され、その一端が回転フレーム３１側に配置された支柱３７５に固定され、他端が軸受部３７４のフレームに固定されている。

複数のスリップリング３７１は、軸方向に一定の間隔を空けて並べられ、支持管３７３の外周に取り付けられている。複数のブラシ３７２は、それぞれ対応するスリップリング３７１の外周面と向かい合って接触するように配置され、支持アーム３７６に取り付けられている。

各スリップリング３７１にはそれぞれリード線（不図示）が接続されている。リード線は、支持管３７３の中空部に通され、回転フレーム３１の軸部３１５の中空部に引き出されている。モーター３２のケーブル３２５は軸部３１５の中空部に通され、ケーブル３２５に含まれる複数のワイヤが、それぞれ対応するスリップリング３７１のリード線と接続されている。また、ブラシ３７２はドライバー３２ａ（図２５）に接続されている。すなわち、モーター３２とドライバー３２ａとは、スリップリング部３７を介して接続されている。

ロータリーエンコーダー３８は、スリップリング部３７の軸受部３７４に取り付けられている。また、ロータリーエンコーダー３８の入力軸には、回転フレーム３１と一体に回転する支持管３７３が接続されている。

図１１に示されるように、ベルト機構２５は、トルク発生装置３０の出力軸（シャフト３４）に取り付けられた駆動プーリー２５１と、伝動軸部２６の入力軸（伝動軸２６１）に取り付けられた従動プーリー２５２と、駆動プーリー２５１と従動プーリー２５２に巻き掛けられたベルト２５３を備え、トルク発生装置３０から出力された動力を伝動軸部２６に伝達する。ベルト２５３は、例えば、上述したベルト１５１と同じ構成の歯付ベルトである。ベルト２５３の種類は、ベルト１５１と異なっていてもよい。

伝動軸部２６は、伝動軸２６１と、伝動軸２６１を回転可能に支持する１対の軸受部２６２と、ディスクブレーキ２６３と、スライド式等速ジョイント２６５と、伝動軸２６６と、伝動軸２６６を回転可能に支持する軸受２６７を備えている。ディスクブレーキ２６３は、伝動軸２６１に取り付けられたディスクローター２６３ａと、ディスクローター２６３ａに摩擦を与えて制動を行うキャリパー２６３ｂを備えている。

伝動軸２６１は、一端部にベルト機構２５の従動プーリー２５２が取り付けられ、他端にディスクローター２６３ａを介してスライド式等速ジョイント２６５の一端が接続されている。スライド式等速ジョイント２６５の他端は、伝動軸２６６を介して、スピンドル５２と連結している。スライド式等速ジョイント２６５は、作動角（すなわち、入力軸と出力軸とのなす角度）によらず、回転変動無くスムーズに回転を伝達可能に構成されている。また、スライド式等速ジョイント２６５は、軸方向の長さ（伝達距離）も可変である。

試験輪Ｗが取り付けられるスピンドル５２は、アライメント部４０によって、その角度及び位置が可変に支持されている。スライド式等速ジョイント２６５を介して伝動軸２６１とスピンドル５２とを連結することにより、スピンドル５２の角度や位置が変化しても、この変化にスライド式等速ジョイント２６５が柔軟に追従することができる。そのため、スピンドル５２や伝動軸２６１に大きなひずみが加わらず、動力がスムーズに伝達される。

図１９、アライメント部４０の概略構造を示す図である。また、図２０、図２１、図２２及び図２３は、順に、図１９のＡ－Ａ矢視図、Ｂ－Ｂ矢視図、Ｃ－Ｃ矢視図及びＤ－Ｄ矢視図である。

アライメント部４０は、輪重調整部４２、キャンバー調整部４４及びスリップ角調整部４６を備えている。

輪重調整部４２は、スピンドル５２及びスピンドル５２に取り付けられた試験輪Ｗの高さ（より具体的には、レール頭頂面６３ａから試験輪Ｗの中心Ｃまでの距離）を変更することにより、試験輪Ｗに加わる輪重（試験レール６３から受ける垂直荷重）を調整する機構である。輪重調整部４２は、ベース１１に対して上下（Ｚ軸方向）に移動可能な昇降フレーム４２１（第１可動フレーム）と、昇降フレーム４２１の上下の移動を案内する複数（図示の実施例においては２対）のリニアガイド４２２と、昇降フレーム４２１を上下に駆動する１つ以上（図示の実施例においては１対）のＺ軸駆動ユニット４３を備えている。

キャリッジ２０のメインフレーム２１の左側には、アライメント部４０を収容する小屋状（或いは東屋状）のアライメント機構支持部２１４が設けられている。昇降フレーム４２１は、アライメント機構支持部２１４内に収容されている。リニアガイド４２２は、上下に延びるレール４２２ａと、レール４２２ａ上を走行可能な１つ以上（図示の実施例においては２つ）の走行部４２２ｂを備えている。各リニアガイド４２２のレール４２２ａ及び走行部４２２ｂの一方がアライメント機構支持部２１４に取り付けられ、他方が昇降フレーム４２１に取り付けられている。

Ｚ軸駆動ユニット４３（第１駆動ユニット）は、モーター４３１と、モーター４３１の回転運動をＺ軸方向の直線運動に変換するボールねじ４３２（運動変換器）を備えている。ボールねじ４３２は、モーター４３１の軸に連結されたねじ軸４３２ａと、ねじ軸４３２ａと噛み合うナット４３２ｂと、ねじ軸４３２ａを回転可能に支持する軸受４３２ｃ及び４３２ｄを備えている。モーター４３１と２つの軸受４３２ｃ及び４３２ｄは、アライメント機構支持部２１４に取り付けられ、ナット４３２ｂは昇降フレーム４２１に取り付けられている。

モーター４３１によりボールねじ４３２を駆動すると、ナット４３２ｂと共に昇降フレーム４２１が上下に移動する。これに伴い、昇降フレーム４２１に支持されたキャンバー調整部４４、スリップ角調整部４６及びスピンドル部５０を介して試験輪Ｗが昇降し、ボールねじ４３２の駆動量（すなわち、試験輪Ｗの高さ）に応じた荷重が試験輪Ｗに加わる。

本実施形態では、モーター４３１にねじ軸４３２ａが直結されているが、減速機又は例えばウォームギア等の回転を減速する歯車装置を介してモーター４３１とねじ軸４３２ａとが連結した構成としてもよい。

本実施形態では運動変換器として送りねじ機構が使用されているが、回転運動を直線運動に変換可能な別の種類の運動変換器を使用してもよい。

本実施形態のモーター４３１はサーボモーターであるが、作動量の制御が可能な別の種類のモーターをモーター４３１として使用してもよい。

キャンバー調整部４４は、Ｅ_φ軸（試験輪Ｗの中心Ｃを通る前後に延びる軸）周りにスピンドル５２を旋回させることにより、路面に対する試験輪Ｗの傾きであるキャンバー角を調整する機構である。キャンバー調整部４４は、Ｅ_φ軸を中心に回転可能なφ回転フレーム４４１（第２可動フレーム）と、φ回転フレーム４４１を回転可能に支持する１対の軸受４４２と、φ回転フレーム４４１の回転を案内する一対の曲線ガイド４４３と、φ回転フレーム４４１を回転駆動する左右１対のφ駆動ユニット４５（第２駆動ユニット）を備えている。

図１９に示されるように、本実施形態のφ回転フレーム４４１及び昇降フレーム４２１は、Ｙ軸方向に見て門形（∩形）の形状を有している。φ回転フレーム４４１は、∩形の昇降フレーム４２１の空洞部に収容されている。φ回転フレーム４４１の正面及び背面には、それぞれＥ_φ軸と同軸に外側へ（すなわち、試験輪Ｗから遠ざかる方向へ）突出する円柱状のピボット４４１ａが設けられている。各ピボット４４１ａは、昇降フレーム４２１に取り付けられた一対の軸受４４２によって、それぞれ回転可能に支持されている。φ回転フレーム４４１は、ピボット４４１ａを支軸として、Ｅ_φ軸を中心に回転可能に支持されている。なお、軸受４４２がφ回転フレーム４４１に取り付けられ、ピボット４４１ａが昇降フレーム４２１に取り付けられた構成としてもよい。また、φ回転フレーム４４１及び昇降フレーム４２１の形状は、本実施形態の形状に限定されず、スピンドル部５０等を収容可能な空洞部を有する形状であればよい。

曲線ガイド４４３は、Ｅ_φ軸と同心に配置された円弧状の曲線レール４４３ａと、曲線レール４４３ａ上を走行可能な１つ以上（図示の実施例においては２つ）の走行部４４３ｂを備えている。曲線レール４４３ａ及び走行部４４３ｂの一方が昇降フレーム４２１に取り付けられ、他方がφ回転フレーム４４１に取り付けられている。

φ駆動ユニット４５は、φ回転フレーム４４１の正面及び背面にそれぞれ取り付けられた一対の平歯車４５３と、各平歯車４５３とそれぞれ噛み合う一対のピニオン４５２と、各ピニオン４５２を駆動する一対のモーター４５１を備えている。なお、平歯車４５３が昇降フレーム４２１に取り付けられ、モーター４５１がφ回転フレーム４４１に取り付けられた構成としてもよい。平歯車４５３は、Ｅ_φ軸を中心とする円弧状に形成された（すなわち、Ｅ_φ軸と同軸の）セグメント歯車である。なお、平歯車４５３は、図示の実施例においては内歯車であるが、外歯車であってもよい。

モーター４５１は昇降フレーム４２１に取り付けられ、ピニオン４５２はモーター４５１の軸４５１ｓと結合している。なお、本実施形態のモーター４５１はサーボモーターであるが、作動量の制御が可能な別の種類のモーターをモーター４５１として使用してもよい。

モーター４５１によりピニオン４５２が回転駆動されると、ピニオン４５２と噛み合った平歯車４５３と共にφ回転フレーム４４１が、昇降フレーム４２１に対して、Ｅ_φ軸の周りを回転する。これに伴い、スリップ角調整部４６及びスピンドル部５０を介してφ回転フレーム４４１に支持された試験輪ＷがＥ_φ軸の周りに旋回し、キャンバー角が変化する。

スリップ角調整部４６は、スピンドル５２のＥ_θ軸（試験輪Ｗの中心Ｃを通る上下に延びる軸）周りの向きを変更することにより、キャリッジ２０の走行方向（Ｘ軸方向）に対する試験輪Ｗ（より具体的には、車軸に垂直な車輪中心面）の傾きであるスリップ角を調整する機構である。図１９に示されるように、スリップ角調整部４６は、Ｅ_θ軸を中心に回転可能なθ回転フレーム４６１（第３可動フレーム）と、θ回転フレーム４６１を回転可能に支持する軸受４６２と、θ回転フレーム４６１を回転駆動するθ駆動ユニット４７を備えている。

θ回転フレーム４６１は、Ｙ軸方向に見て門形（∩形）のφ回転フレーム４４１の空洞部に収容されている。θ回転フレーム４６１の上面には、Ｅ_θ軸と同軸に突出するピボット４６１ａが設けられている。ピボット４６１ａは、φ回転フレーム４４１の天板に取り付けられた軸受４６２によって回転可能に支持されている。θ回転フレーム４６１は、ピボット４６１ａを支軸として、Ｅ_θ軸を中心に回転可能に支持されている。

θ駆動ユニット４７は、θ回転フレーム４６１に取り付けられた平歯車４７３と、平歯車４７３と噛み合う１つ以上（図示される実施例においては一対）のピニオン４５２と、各ピニオン４５２を回転駆動する１つ以上の（図示される実施例においては一対）のモーター４７１を備えている。平歯車４７３は、ピボット４６１ａに同軸に結合している。モーター４７１はφ回転フレーム４４１に取り付けられ、ピニオン４５２はモーター４７１の軸に取り付けられている。

図２４は、スピンドル部５０（車輪支持部）の概略構造を示す図である。スピンドル部５０は、θ回転フレーム４６１の下端部に取り付けられている。スピンドル部５０は、θ回転フレーム４６１に固定されたフレーム５１と、フレーム５１に取り付けられた複数（図示の実施例においては一対）の軸受５３と、軸受５３に回転可能に支持されたスピンドル５２と、試験輪Ｗに加わる力を検出する６分力センサー５４と、スピンドル５２の先端部に６分力センサー５４を介して同軸に取り付けられた車軸５５を備えている。６分力センサー５４は、複数の圧電素子（不図示）を備えている。車軸５５には、試験輪Ｗ（図１）が取り付けられる。

スピンドル５２の末端には、伝動軸部２６の伝動軸２６６が接続されている。伝動軸２６６は、スピンドル部５０のフレーム５１に取り付けられた軸受２６７によって回転可能に支持されている。

アライメント部４０は、キャンバー角（φ角）やスリップ角（θ角）を変更しても試験輪Ｗの位置が移動しないように、Ｅ_θ軸、Ｅ_φ軸及びＥ_λ軸の３軸が試験輪Ｗの中心Ｃの一点で交差するように構成されている。

図２５は、第１試験装置１の制御システム１ａの概略構成を示すブロック図である。制御システム１ａは、装置全体の動作を制御する制御部７２、各種計測を行う計測部７４及び外部との入出力を行うインターフェース部７６を備えている。

制御部７２には、各駆動部１４のモーター１４１、トルク発生装置３０のモーター３２、輪重調整部４２のモーター４３１、キャンバー調整部のモーター４５１、スリップ角調整部４６のモーター４７１及び移動ユニット１６５５のモーター１６５５ｍが、ドライバー１４１ａ、３２ａ、４３１ａ、４５１ａ、４７１ａ及び１６５５ａをそれぞれ介して接続されている。また、制御部７２には、温度調整装置６４ｃが接続されている。

制御部７２と各ドライバー１４１ａ、３２ａ、４３１ａ、４５１ａ及び４７１ａとは、光ファイバによって通信可能に接続され、制御部７２と各ドライバーとの間で高速のフィードバック制御が可能になっている。これにより、より高精度（時間軸において高分解能かつ高確度）の同期制御が可能になっている。

計測部７４には、スピンドル部５０の６分力センサー５４、荷重検出部１６５の３分力センサー１６５１及びセンサー位置検出部１６５６の近接センサー１６５６ｃが、アンプ５４ａ、１６５１ａ及び１６５６ｃａをそれぞれ介して接続されている。６分力センサー５４、３分力センサー１６５１及び近接センサー１６５６ｃからの信号は、アンプ５４ａ、１６５１ａ及び１６５６ｃａによってそれぞれ増幅されたのち、計測部７４においてデジタル信号に変換され、これにより計測データが生成される。計測データは制御部７２に入力される。なお、図２５において、３分力センサー１６５１、アンプ１６５１ａ、近接センサー１６５６ｃ及びアンプ１６５６ｃａは、それぞれ一つのみが図示されている。

各モーター１４１、３２、４３１、４５１、４７１及び１６５５ｍに内蔵されたロータリーエンコーダーＲＥが検出した位相情報は、各ドライバー１４１ａ、３２ａ、４５１ａ、４７１ａ及び１６５５ａをそれぞれ介して、制御部７２に入力される。

インターフェース部７６は、例えば、ユーザーとの間で入出力を行うためのユーザーインターフェース、ＬＡＮ（Local Area Network）等の各種ネットワークと接続するためのネットワークインターフェース、外部機器と接続するためのＵＳＢ（Universal Serial Bus）やＧＰＩＢ（General Purpose Interface Bus）等の各種通信インターフェースの一つ以上を備えている。また、ユーザーインターフェースは、例えば、各種操作スイッチ、表示器、ＬＣＤ（liquid crystal display）等の各種ディスプレイ装置、マウスやタッチパッド等の各種ポインティングデバイス、タッチスクリーン、ビデオカメラ、プリンタ、スキャナ、ブザー、スピーカ、マイクロフォン、メモリーカードリーダライタ等の各種入出力装置の一つ以上を含む。

制御部７２は、例えばインターフェース部７６及びＬＡＮを介して、サーバー７７及び分析装置７８（例えば、ワークステーション、ＰＣ、クラウドコンピューティングサービス等）に接続されている。サーバー７７には、試験条件のデータや試験結果のデータが保存される。また、分析装置７８（試験データ処理装置）により、第１試験装置１及び第２試験装置２の試験結果に基づく高度な分析が行われる。

制御部７２は、インターフェース部７６を介して入力された速度の設定データに基づいて、各駆動部１４のモーター１４１の駆動を同期制御することにより、キャリッジ２０を所定の速度で走行させることができる。なお、本実施形態では、４つの駆動部１４の全てを同位相で駆動する（より正確には、左側の駆動部１４ＬＡ及び１４ＬＢと右側の駆動部１４ＲＡ及び１４ＲＢとは逆位相［逆回転］で駆動される）。

また、制御部７２は、インターフェース部７６を介して取得した試験輪Ｗに与えるべき前後力（制動力又は駆動力）の設定データに基づいてトルク発生装置３０のモーター３２の駆動を制御することにより、試験輪Ｗに所定の前後力を与えることができる。また、制御部７２は、前後力の設定データに替えてトルクの設定データ（又は加速度の設定データ）に基づいてトルク発生装置３０を制御することにより、試験輪Ｗに所定のトルクを与えることもできる。

制御部７２は、キャリッジ２０を所定の走行速度で走行させる（同時に、試験輪Ｗを走行速度と略同じ周速で回転させる）駆動部１４の制御と、試験輪Ｗに前後力（又はトルク）を与えるためのトルク発生装置３０の制御とを、同期信号に基づいて、同期して行うことができる。

トルク発生装置３０に発生させるトルクの波形としては、正弦波、正弦半波（ハーフサイン波）、鋸歯状波（のこぎり波）、三角波、台形波等の基本波形の他、路上試験において計測された前後力（又はトルク）波形、シミュレーション計算によって得られた前後力（又はトルク）波形又はその他の任意の合成波形（例えば、ファンクションジェネレータ等により生成された波形）を使用することができる。

キャリッジ２０の走行速度（又は試験輪Ｗの回転数）の制御についても、同様に、基本波形の他、路上試験において計測された車輪の回転数の波形、シミュレーション計算によって得られた速度変化の波形、又はその他の任意の合成波形（例えば、ファンクションジェネレータ等により生成された波形）を使用することができる。

第１試験装置１は、試験レール６３と試験輪Ｗとの間のμ－Ｓ特性を計測する機能を備えている。μ－Ｓ特性は、例えば、キャリッジ２０を所定の速度で走行させながら、試験輪Ｗに加わるトルク（又は接線力）を連続的に変化させ、走行中のすべり率Ｓ及び摩擦係数μの変化を連続的に測定することによって計測される。

すべり率Ｓは、次式により計算される。
Ｓ＝（Ｖ_Ｃ－Ｖ_Ｔ）／Ｖ_Ｔ
但し、
Ｖ_Ｃ ： 試験輪の周速（m/s）
Ｖ_Ｔ ： キャリッジの走行速度（m/s）

試験輪Ｗの周速Ｖ_Ｃは、次式により計算される。
Ｖ_Ｃ＝Ｒ_Ｗ×Ω_５２＝Ｒ_Ｗ×（Ω_３１＋Ω_３２１×ｒ_３３）
但し、
Ω_５２ ： スピンドル５２の角速度（rad/s）
Ω_３１ ： 回転フレーム３１の角速度（rad/s）
Ω_３２１ ： モーター３２の軸３２１の角速度（rad/s）
ｒ_３３ ： 減速機３３の減速比
Ｒ_Ｗ ： 試験輪Ｗの半径（m）

なお、トルク発生装置３０の回転フレーム３１の角速度Ω_３１はトルク発生装置３０のロータリーエンコーダー３８により検出され、トルク発生装置３０モーター３２の軸３２１の角速度Ω_３２１はモーター３２のロータリーエンコーダーＲＥにより検出される。

また、第３伝動部ＴＳ３（例えば、スピンドル部５０）にスピンドル５２の角速度Ω_５２を検出するロータリーエンコーダーを設けて、角速度Ω_５２から試験輪Ｗの周速Ｖ_Ｃを計算してもよい。

キャリッジ２０の走行速度Ｖ_Ｔ（m/s）は、次式により計算される。
Ｖ_Ｔ＝（ＰＤ_１５２／２）×Ω_１４１ｂ
但し、
Ω_１４１ｂ ： モーター１４１の軸１４１ｂの角速度（rad/s）
ＰＤ_１５２ ： 駆動プーリー１５２のピッチ円直径（m）

なお、駆動部１４のモーター１４１の軸１４１ｂの角速度Ω_１４１ｂは、モーター１４１のロータリーエンコーダーＲＥにより検出される。

また、キャリッジ２０の走行速度Ｖ_Ｔを検出する速度センサー（例えば、ドップラ式又は空間フィルタ式の速度センサー）を設けて、速度センサーにより走行速度Ｖ_Ｔを直接検出してもよい。

摩擦係数μは、次式により計算される。
μ＝ｆ_Ｔ／ｆ_Ｗ
但し、
ｆ_Ｔ ： 接線力（N）
ｆ_Ｗ ： 輪重（N）

なお、試験輪Ｗに加わる走行方向（Ｘ軸方向）の力である接線力ｆ_Ｔ（トラクションフォース、前後力又は縦クリープ力ともいう。）及び上下方向（Ｚ軸方向）の力である輪重ｆ_Ｗは、スピンドル部５０の６分力センサー５４によって検出される。

次に、軌条輪式の第２試験装置２について説明する。

図２６及び図２７は、それぞれ本発明の第１実施形態に係る第２試験装置２の斜視図である。図２６は正面側から見た図であり、図２７は背面側から見た図である。図２８は、第２試験装置２の平面図である。

図２６において、座標軸で示されるように、右下から左上に向かう方向をＸ軸方向、右上から左下に向かう方向をＹ軸方向、下から上に向かう方向をＺ軸方向と定義する。Ｘ軸方向及びＹ軸方向は互いに直交する水平方向であり、Ｚ軸方向は鉛直方向である。Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の各方向に延びる任意の直線を、それぞれＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸と呼ぶ。また、Ｘ軸正方向を左方、Ｘ軸負方向を右方、Ｙ軸正方向を前方、Ｙ軸負方向を後方、Ｚ軸正方向を上方、Ｚ軸負方向を下方と呼ぶ。

第２試験装置２は、鉄道車両の走行時に生じるレールと車輪の相互作用を模擬的に再現して、例えばレール－車輪間の粘着力特性等の評価を行うことが可能な装置である。本実施形態では、外周部がレール頭部を模した断面形状を有する軌条輪Ｒが使用され、試験用の車輪（以下「試験輪Ｗ」という。）を軌条輪Ｒに押し付けた状態で両者を回転させることによって、鉄道車両の走行時のレールと車輪との相互作用が模擬的に再現される。

第２試験装置２は、軌条輪Ｒ及び試験輪Ｗを駆動する駆動システムＤＳを備えている。図２９は、駆動システムＤＳの概略構成を示すブロック図である。駆動システムＤＳは、機械的動力（以下、単に「動力」という。）を発生する発動部ＡＳと、発動部ＡＳが発生した動力を駆動対象である軌条輪Ｒ及び試験輪Ｗに伝える伝動部ＴＳとを含み、後述するように軌条輪Ｒ及び試験輪Ｗと共に動力循環系を構成する。

発動部ＡＳは、駆動対象の回転速度を制御可能な回転駆動装置２０１０（速度制御用駆動装置）と、駆動対象に与えるトルクを制御可能なトルク発生装置２０２０（トルク制御用駆動装置）とを含む。本実施形態の駆動システムＤＳは、駆動制御を速度制御とトルク制御とに分けて、速度制御とトルク制御をそれぞれ専用の駆動装置が分担する構成を採用することにより、比較的に容量の小さな原動機を使用しながらも高速かつ大トルクの駆動が可能になっている。また、駆動システムＤＳは、動力循環系を採用することにより、従来の装置よりも高いエネルギー利用効率を実現する。

伝動部ＴＳには、第１伝動部２０３０及び第２伝動部２０４０が含まれる。また、トルク発生装置２０２０も伝動部ＴＳの一部を構成する。第１伝動部２０３０は、回転駆動装置２０１０から出力される回転を軌条輪Ｒ及びトルク発生装置２０２０に伝達する。トルク発生装置２０２０は、回転駆動装置２０１０から伝達された動力にトルク発生装置２０２０自体が発生する動力を加えて出力する。第２伝動部２０４０は、トルク発生装置２０２０の出力を試験輪Ｗに伝達する。

軌条輪Ｒと試験輪Ｗは、回転軸を互いに平行に向けて、径方向に並ぶように、第２試験装置２に取り付けられる。試験を行う際は、試験輪Ｗが軌条輪Ｒに押し付けられて、試験輪Ｗの外周面（踏面）が軌条輪Ｒの外周面（頭頂面）に接触した状態で、試験輪Ｗと軌条輪Ｒが互いに逆回りに略同じ周速（すなわち、外周面の線速度）で回転駆動される。このとき、伝動部ＴＳは、試験輪Ｗ及び軌条輪Ｒを介して、動力循環系（すなわち動力伝達軸のループ）を構成する。トルク発生装置２０２０は、入力軸（第１伝動部２０３０）と出力軸（第２伝動部２０４０）との間に位相差を与えることにより、動力循環系にトルクを与える。第２試験装置２は、動力循環方式を採用することにより、発生した動力を殆ど吸収することなく試験輪Ｗにトルク（或いは接線力）を与えることが可能となるため、比較的に少ない消費エネルギーで動作することができる。

なお、本実施形態の第１伝動部２０３０は、トルク発生装置２０２０（具体的には、後述する第２電動機２０２２）の作動が停止した状態において、軌条輪Ｒと試験輪Ｗが互いに逆回りに同じ周速で回転駆動されるように構成されている。なお、トルク発生装置２０２０の作動が停止した状態において軌条輪Ｒと試験輪Ｗに周速差が生じる構成としてもよい。しかし、この場合には、周速差を補償するためにトルク発生装置２０２０の作動量が増えるため、エネルギー消費量が増加する。また、本実施形態の第１伝動部２０３０は、軌条輪Ｒとトルク発生装置２０２０が同じ回転数で回転駆動されるように構成されているが、軌条輪Ｒと試験輪Ｗとを略同じ周速で回転駆動させる構成であれば、軌条輪Ｒとトルク発生装置２０２０とを異なる回転数で回転させる構成としてもよい。

図２６―２８に示されるように、回転駆動装置２０１０は、張力調整台２０１１と、張力調整台２０１１の上に設置された第１電動機２０１２（速度制御用モーター）を備えている。本実施形態の第１電動機２０１２は、インバーターによって駆動される所謂インバーターモーターであるが、例えば、サーボモーターやステッピングモーター等の回転数の制御が可能な別の種類のモーターを第１電動機２０１２に使用してもよい。また、回転駆動装置２０１０は、第１電動機２０１２から出力される回転を減速する減速機を備えていてもよい。張力調整台２０１１については後述する。

第１伝動部２０３０は、第１ベルト機構部２０３１、軌条輪支持部２０３２、シャフト２０３３及びギアボックス２０３４（歯車装置）を備えている。

図２６に示されるように、第１ベルト機構部２０３１は、回転駆動装置２０１０によって駆動される駆動プーリー２３１１と、軌条輪支持部２０３２の入力軸（後述するシャフト２３２１の一方）に取り付けられた従動プーリー２３１２と、駆動プーリー２３１１と従動プーリー２３１２に巻き掛けられたベルト２３１３を備えている。

回転駆動装置２０１０から出力される回転は、第１伝動部２０３０の第１ベルト機構部２０３１によって、軌条輪支持部２０３２に伝達される。

本実施形態のベルト２３１３は、幅方向に並ぶ複数のＶ字状のリブを有するＶリブドベルトであるが、例えば、台形の断面形状を有するＶベルト、歯付きベルト、平ベルト、丸ベルト等の別の種類のベルトを使用してもよい。

本実施形態の第１ベルト機構部２０３１は、駆動プーリー２３１１、従動プーリー２３１２及びベルト２３１３から構成される単一のベルト伝動ユニットを備えているが、並列又は直列に接続された２つ以上のベルト伝動ユニットを備えた構成としてもよい。

また、回転駆動装置２０１０から軌条輪支持部２０３２への伝動には、ベルト伝動に限らず、チェーン伝動やワイヤ伝動等の別の種類の巻掛け伝動、或いは、歯車伝動等の別の伝動方式を使用してもよい。また、回転駆動装置２０１０と軌条輪支持部２０３２とを同軸に（すなわち、回転軸が一致するように）配置して、回転駆動装置２０１０の出力軸と軌条輪支持部２０３２の入力軸とを直結する構成としてもよい。

ここで、回転駆動装置２０１０の張力調整台２０１１について説明する。図２７に示されるように、張力調整台２０１１は、ベースＢに固定された固定フレーム２１１１と、回転駆動装置２０１０が取り付けられる可動フレーム２１１２を備えている。可動フレーム２１１２は、右端部において、Ｙ軸方向に延びるロッド２１１４Ｒを介して固定フレーム２１１１に旋回可能に連結されていて、Ｙ軸回りの傾きが調整可能になっている。可動フレーム２１１２の傾きを変えることにより、駆動プーリー２３１１（図２６）と従動プーリー２３１２との距離を変化させ、これにより、駆動プーリー２３１１と従動プーリー２３１２に巻き掛けられたベルト２３１３の張力を調整することが可能になっている。

図２７及び図２８に示されるように、軌条輪支持部２０３２は、軸受２３２２及びシャフト２３２１を１対ずつ備えている。１対の軸受２３２２は、回転軸をＹ軸方向に向けて前後（すなわち、Ｙ軸方向）に並べられ、同軸に配置されている。

一方のシャフト２３２１は前方の軸受２３２２により、また、他方のシャフト２３２１は後方の軸受２３２２により、それぞれ回転可能に支持されている。シャフト２３２１は、その一端に軌条輪Ｒを取り付けるためのフランジが設けられたフランジ付きシャフトであり、軌条輪Ｒの両側面に１つずつボルトにより取り外し可能に同軸に取り付けられている。

前方のシャフト２３２１の他端部には、第１ベルト機構部２０３１の従動プーリー２３１２が取り付けられている。また、後方のシャフト２３２１の他端には、シャフト２０３３の一端が接続されている。シャフト２０３３の他端は、ギアボックス２０３４の入力軸２３４２ａに接続されている。

第１ベルト機構部２０３１によって軌条輪支持部２０３２に伝達された動力は、その一部が軌条輪Ｒに与えられ、残りがシャフト２０３３に（更には、トルク発生装置２０２０及び第２伝動部２０４０を介して試験輪Ｗに）与えられる。すなわち、軌条輪支持部２０３２（具体的には、シャフト２３２１）は、第１電動機２０１２が発生して第１ベルト機構部２０３１によって伝達された動力を軌条輪Ｒとシャフト２０３３（最終的には試験輪Ｗ）とに分配する動力分配手段として機能する。

なお、シャフト２３２１と軌条輪Ｒとの結合構造は、フランジによる結合に限らず、例えば軌条輪Ｒの中心に設けられた貫通穴にシャフト２３２１を嵌合させる構造等、別の結合構造を使用してもよい。

また、軌条輪支持部２０３２は、軌条輪Ｒの回転数を検出するロータリーエンコーダー２３２３（回転数検出手段）を備えている。

図３０は、ギアボックス２０３４及びその周辺を水平面で切断した概略断面図である。ギアボックス２０３４は、ケース２３４１と、ケース２３４１に取り付けられた各１対の第１軸受２３４３及び第２軸受２３４５と、１対の第１軸受２３４３により回転可能に支持された第１歯車２３４２（入力側歯車）と、１対の第２軸受２３４５により回転可能に支持された第２歯車２３４４（出力側歯車）を備えている。

第１歯車２３４２及び第２歯車２３４４は、回転軸をＹ軸方向に向けて、互いに歯が噛み合うようにＸ軸方向に並べて配置され、ケース２３４１内に収容されている。第１歯車２３４２の一端部は、ギアボックス２０３４の入力軸２３４２ａであり、シャフト２０３３の他端部に接続されている。第２歯車２３４４の一端部は、ギアボックス２０３４の出力軸２３４４ａであり、トルク発生装置２０２０の後述するケーシング２０２１の一端部に接続されている。

第２歯車２３４４には、回転軸を中心線とする円柱状の貫通穴２３４４ｂが形成されている。トルク発生装置２０２０の後述する出力軸２０２４は、第２歯車２３４４の一端（図３０においては左端。すなわち、出力軸２３４４ａの先端。）から貫通穴２３４４ｂに差し込まれ、第２歯車２３４４を貫通して、その先端部が第２歯車２３４４の他端から突出している。

本実施形態では、第１歯車２３４２と第２歯車２３４４の歯数は同数であり、ギアボックス２０３４の歯車比は１となっている。なお、試験輪Ｗと軌条輪Ｒとを逆回りに略同じ周速で回転させる構成であれば、ギアボックス２０３４の歯車比を１以外の値としてもよい。

シャフト２０３３からトルク発生装置２０２０への伝動には、歯車伝動に限らず、例えば、ベルト伝動やチェーン伝動等の巻掛け伝動等、別の伝動方式を使用してもよい。

図３１は、トルク発生装置２０２０及びギアボックス２０３４とその周辺をＸ軸方向と垂直な平面で切断した概略断面図である。

トルク発生装置２０２０は、回転駆動装置２０１０によって回転駆動される本体部２０２０Ａ（回転部）と、本体部２０２０Ａを回転可能に支持する１対の軸受ユニット２０２５、２０２６を備えている。

本体部２０２０Ａは、軸受ユニット２０２５、２０２６によって支持された略筒状のケーシング２０２１（回転フレーム）と、ケーシング２０２１に取り付けられた第２電動機２０２２及び減速機２０２３と、出力軸２０２４を備えている。出力軸２０２４はケーシング２０２１と同軸に配置されている。第２電動機２０２２の後述する軸２２２１及びローター２２２２（回転子）をケーシング２０２１と同軸に配置してもよい。第２電動機２０２２をケーシング２０２１と同軸に配置することにより、本体部２０２０Ａのアンバランスが軽減し、本体部２０２０Ａをスムーズに（すなわち、回転数やトルクの不要な揺らぎが少なく）回転させることが可能になる。なお、本実施形態の第２電動機２０２２はＡＣサーボモーターであるが、ＤＣサーボモーターやステッピングモーター等、駆動量（回転角）の制御が可能な別の種類の電動機を第２電動機２０２２として使用してもよい。

減速機２０２３の減速比は、１／４５～１／１２０の範囲内（より好ましくは、１／５５～１／１００の範囲内）に設定されている。これにより、充分な大きさの接線力ｆ_Ｔを与えながら、すべり率を０．０１％の精度で計測することが可能になる。

ケーシング２０２１は、略円筒状の第１円筒部２２１２及び第２円筒部２２１４（モーター収容部）と、第１円筒部２２１２と第２円筒部２２１４とを連結する連結部２２１３と、第１円筒部２２１２に接続された第１軸部２２１１と、第２円筒部２２１４に接続された第２軸部２２１５を有している。第１軸部２２１１、第１円筒部２２１２、連結部２２１３、第２円筒部２２１４及び第２軸部２２１５は、いずれも軸方向に貫通する中空部を有する筒状部材であり、この順に同軸に連結されて、筒状のケーシング２０２１を形成する。ケーシング２０２１は、第１軸部２２１１において軸受ユニット２０２５によって支持され、第２軸部２２１５において軸受ユニット２０２６によって支持されている。第１軸部２２１１の先端部は、トルク発生装置２０２０の入力軸であり、ギアボックス２０３４の出力軸２３４４ａに接続されている。

図３２は、第２電動機２０２２の概略構成を示す縦断面図である。第２電動機２０２２は、軸２２２１と、永久磁石等から構成されて軸２２２１と一体に結合したローター２２２２と、内周にコイル２２２３ａが設けられた筒状のステータ２２２３（固定子）と、ステータ２２２３の両端部に開口を塞ぐように取り付けられた１対のフランジ２２２４、２２２６と、各フランジ２２２４、２２２６に取り付けられた１対の軸受２２２５、２２２７と、軸２２２１の角度位置（位相）を検出するロータリーエンコーダーＲＥを備えている。

軸２２２１は１対の軸受２２２５、２２２７によって回転可能に支持されている。軸２２２１の一端部（図３２における右端部）はフランジ２２２４及び軸受２２２５を貫通して外部へ突出し、第２電動機２０２２の出力軸となっている。軸２２２１の他端部（図３２における左端部）はロータリーエンコーダーＲＥに接続されている。

図３１に示されるように、第２電動機２０２２は、ケーシング２０２１の第２円筒部２２１４の中空部（区画Ｃ１）に収容されている。ケーシング２０２１の連結部２２１３の一端部（図３１における左端部）には、内周へ突出する内フランジ部２２１３ａが形成されている。第２電動機２０２２のステータ２２２３（図３２）は、トルク発生装置２０２０の回転軸を中心に放射状に配置された複数の棒状の連結部材２２１７を介して第２円筒部２２１４に固定されている。連結部材２２１７は、例えば、両端部に雄ねじが形成されたスタッドボルトや全ねじボルトが使用される。また、第２電動機２０２２のフランジ２２２４（図３２）は、連結部２２１３の内フランジ部２２１３ａに支持されている。

減速機２０２３は、ケーシング２０２１の連結部２２１３及び第１円筒部２２１２によって囲まれた区画Ｃ２に収容されている。減速機２０２３の入力軸２２３１には第２電動機２０２２の軸２２２１が接続され、減速機２０２３の出力軸２２３２にはトルク発生装置２０２０の出力軸２０２４が接続されている。なお、トルク発生装置２０２０に減速機２０２３を設けずに、第２電動機２０２２の軸２２２１に出力軸２０２４を直接接続させる構成としてもよい。

減速機２０２３のケース２２３３は、連結部２２１３の他端部に固定されている。すなわち、第２電動機２０２２のフランジ２２２４（図３２）と減速機２０２３のケース２２３３とは、単一の筒状の連結部２２１３により一体に連結されている。そのため、第２電動機２０２２と減速機２０２３とは、高い剛性で一体に結合し、軸２２２１に曲げモーメントが加わり難くなっている。これにより、軸２２２１が軸受２２２５、２２２７から受ける摩擦が軽減されるため、トルク発生装置２０２０によるトルク制御の精度が向上している。

トルク発生装置２０２０の出力軸２０２４は、ケーシング２０２１の第１軸部２２１１及びギアボックス２０３４（具体的には、第２歯車２３４４）の中空部を通り抜けて、ギアボックス２０３４の後方に突出している。ケーシング２０２１の第１軸部２２１１及びギアボックス２０３４の第２歯車２３４４の内周には、出力軸２０２４を回転可能に支持する軸受２２１１ａ及び軸受２３４４ｃがそれぞれ設けられている。

ギアボックス２０３４から後方に突出した出力軸２０２４の先端側の部分には、後述する第２ベルト機構部２０４１の２つの駆動プーリー２４１１が取り付けられている。また、出力軸２０２４の先端部は、第２ベルト機構部２０４１の軸受ユニット２４１４によって回転可能に支持されている。

軸受ユニット２０２６の前方に隣接してスリップリング部２０２７が設けられている。スリップリング部２０２７は、トルク発生装置２０２０の本体部２０２０Ａと共に回転する可動部２０２７Ａと、ベースＢに固定された固定部２０２７Ｂから構成されている。

可動部２０２７Ａは、トルク発生装置２０２０の第２軸部２２１５に同軸に接続されたリング支持管２２７１と、リング支持管２２７１の外周に間隔を置いて同軸に取り付けられた複数のスリップリング２２７２を備えている。

トルク発生装置２０２０の第２電動機２０２２のケーブル２２２８は、ケーシング２０２１の第２軸部２２１５に通されている。また、ケーブル２２２８を構成する複数の電線が、リング支持管２２７１の中空部に通され、対応するスリップリング２２７２にそれぞれ接続されている。

固定部２０２７Ｂは、ブラシ支持部２２７４と、ブラシ支持部２２７４に支持された複数のブラシ２２７３と、リング支持管２２７１の先端部を回転可能に支持する軸受部２２７５を備えている。ブラシ２２７３は、対応するスリップリング２２７２の外周面と接触するようにＹ軸方向に間隔を置いて並べられている。ブラシ２２７３は、後述するサーボアンプ２０２２ａ等に配線接続されている。

軸受部２２７５には、リング支持管２２７１の回転数（すなわち、トルク発生装置２０２０の入力軸であるケーシング２０２１の回転数）を検出するロータリーエンコーダー２２８が取り付けられている。

図２８に示されるように、第２伝動部２０４０は、第２ベルト機構部２０４１、スライド式等速ジョイント２０４２及び車輪支持部２０５０を備えている。

第２ベルト機構部２０４１は、駆動プーリー２４１１、従動プーリー２４１２及びベルト２４１３から構成される２組のベルト伝動ユニットと、軸受ユニット２４１４と、軸４１５と、１対の軸受ユニット２４１６を備えている。

上述したように、２つの駆動プーリー２４１１は、ギアボックス２０３４を突き抜けたトルク発生装置２０２０の出力軸２０２４の先端側の部分にそれぞれ取り付けられている。また、軸受ユニット２４１４は、出力軸２０２４の先端部を回転可能に支持している。

なお、ギアボックス２０３４と駆動プーリー２４１１との間に追加の軸受ユニット２４１４を設けて、出力軸２０２４の先端部を１対の軸受ユニット２４１４によって支持する構成としても良い。また、本実施形態では、トルク発生装置２０２０の出力軸２０２４に駆動プーリー２４１１が取り付けられているが、出力軸２０２４とは別に駆動プーリー２４１１を支持する軸を設けて、出力軸２０２４に連結されたこの軸を軸受ユニット２４１４が支持する構成としてもよい。

２つの従動プーリー２４１２は、１対の軸受ユニット２４１６によって回転可能に支持された軸４１５に取り付けられている。

ベルト２４１３は、対応する駆動プーリー２４１１と従動プーリー２４１２に巻き掛けられている。

本実施形態のベルト２４１３は、鋼線の心線を有する歯付ベルトである。なお、ベルト２４１３には、例えば炭素繊維、アラミド繊維、超高分子量ポリエチレン繊維などの所謂スーパー繊維から形成された心線を有するものを使用してもよい。カーボン心線などの軽量かつ高強度の心線を使用することにより、比較的に出力の低いモーターを使用して高い加速度で駆動する（或いは、試験輪Ｗに高い駆動力／制動力を与える）ことが可能になり、第２試験装置２の小型化が可能になる。また、同じ出力のモーターを使用する場合、所謂スーパー繊維から形成された心線を有する軽量のベルト２４１３を使用することにより、第２試験装置２の高性能化が可能になる。また、一般的な自動車用又は工業用のタイミングベルトをベルト２４１３として使用してもよい。また、歯付ベルトに替えて平ベルトやＶベルトをベルト２４１３として使用してもよい。また、第１ベルト機構部２０３１のベルト２３１３にも、ベルト２４１３に使用可能なこれらのベルトを使用することができる。

本実施形態の第２ベルト機構部２０４１は、並列に接続された１対のベルト伝動ユニットを備えているが、単一の又は並列に接続された３つ以上のベルト伝動ユニットを備えた構成としてもよい。

また、トルク発生装置２０２０からスライド式等速ジョイント２０４２への伝動には、ベルト伝動に限らず、チェーン伝動やワイヤ伝動等の別の種類の巻掛け伝動、或いは、歯車伝動等の別の伝動方式を使用してもよい。また、トルク発生装置２０２０とスライド式等速ジョイント２０４２とを略直線状（又は、くの字状）に並べて配置し、トルク発生装置２０２０の出力軸２０２４とスライド式等速ジョイント２０４２の入力軸とを直結する構成としてもよい。

車輪支持部２０５０は、スライド式等速ジョイント２０４２を介してトルク発生装置２０２０に連結されている。具体的には、スライド式等速ジョイント２０４２の一端（すなわち、入力軸）が第２ベルト機構部２０４１の軸４１５に接続され、スライド式等速ジョイント２０４２の他端（出力軸）が車輪支持部２０５０の後述するスピンドル２５２７に連結されている。

スライド式等速ジョイント２０４２は、作動角（すなわち、入力軸と出力軸とのなす角度）によらず、回転変動無くスムーズに回転を伝達可能に構成されている。また、スライド式等速ジョイント２０４２は、軸方向の長さ（伝達距離）も可変である。

後述するように、スピンドル２５２７は、その位置が可変に支持されている。スライド式等速ジョイント２０４２を介してスピンドル２５２７を第２ベルト機構部２０４１の軸４１５に（或いは、トルク発生装置２０２０の出力軸２０２４に）接続することにより、スピンドル２５２７の位置が変化しても、この変化にスライド式等速ジョイント２０４２が柔軟に追従するため、スピンドル２５２７や軸４１５（或いは、トルク発生装置２０２０の出力軸２０２４）に大きなひずみが加わることが防止され、スピンドル２５２７に回転をスムーズに伝達することが可能になる。また、スライド式等速ジョイント２０４２を使用することにより、スピンドル２５２７の位置（すなわち、スライド式等速ジョイント２０４２の作動角）によってスピンドル２５２７に伝達される回転数が変化することが防止される。

図２６に示されるように、車輪支持部２０５０は、固定ベース２０５１と、固定ベース２０５１上に設置された本体部２０５２及び、輪重付与部２０５３を備えている。

図２８に示されるように、本体部２０５２は、可動ベース２５２２と、可動ベース２５２２を固定ベース２０５１に対してＸ軸方向に移動可能に支持する１対のリニアガイド２５２１と、可動ベース２５２２上に設置された支持フレーム２５２３と、支持フレーム２５２３に取り付けられた軸受ユニット２５２８と、軸受ユニット２５２８によって回転可能に支持されたスピンドル２５２７と、スピンドル２５２７に同軸に取り付けられたトルクセンサー２５２４及び検出歯車２５２５と、検出歯車２５２５の回転を検出する回転検出器２５２６を備えている。リニアガイド２５２１は、直線状のレール（ガイドウェイ）と転動体を介してレール上を走行可能なキャリッジを備えたガイドウェイ形循環式転がり軸受であるが、別の方式の直線案内機構をリニアガイド２５２１として使用してもよい。リニアガイド２５２１は、輪重付与部２０５３の一部を構成する。また、検出歯車２５２５と回転検出器２５２６により、スピンドル２５２７の回転数を検出する回転数検出手段が構成される。

支持フレーム２５２３は、可動ベース２５２２に固定された支柱２５２３ａと、支柱２５２３ａに固定されたアーム２５２３ｂを有している。本実施形態の支柱２５２３ａは、Ｌ型ブラケットであるが、別の形態の支柱２５２３ａを使用してもよい。また、支柱２５２３ａとアーム２５２３ｂとを一体に形成してもよい。アーム２５２３ｂは、支柱２５２３ａの上部から後方へ延びる基部２５２３ｂ１と、基部２５２３ｂ１の後端部から左方へ延びる幹部２５２３ｂ２とを有する、上から見て略Ｌ字状の構造体である。幹部２５２３ｂ２の先端部には、Ｙ軸方向に貫通する中空部が形成されている。この中空部には、駆動軸（具体的には、スライド式等速ジョイント２０４２、トルクセンサー２５２４、検出歯車２５２５及びスピンドル２５２７を連結したもの）が通される。

軸受ユニット２５２８は、アーム２５２３ｂに取り付けられている。具体的には、軸受ユニット２５２８は、回転軸をＹ軸方向に向けて、幹部２５２３ｂ２の先端部の正面に取り付けられている。軸受ユニット２５２８には、スピンドル２５２７から受ける力を検出する複数の３分力センサー２５２９（接線力検出手段、第１の横圧検出手段）が設けられている。３分力センサー２５２９は、圧電式力センサーであるが、他の方式の力センサーを３分力センサー２５２９として使用してもよい。

スピンドル２５２７は、検出歯車２５２５及びトルクセンサー２５２４を介してスライド式等速ジョイント２０４２の出力軸に接続されている。検出歯車２５２５及びトルクセンサー２５２４は、幹部２５２３ｂ２の先端部に形成された中空部に収容されている。試験輪Ｗは、スピンドル２５２７の先端に設けられた取付部に取り付けられる。トルクセンサー２５２４は、スピンドル２５２７に加わる（すなわち、試験輪Ｗに加わる）トルクを検出する。

回転検出器２５２６は、検出歯車２５２５の外周面と対向して配置され、支持フレーム２５２３の幹部２５２３ｂ２に固定されている。回転検出器２５２６は、例えば、光学式、電磁式又は磁電式等の非接触型の回転検出器であり、検出歯車２５２５の角度位置の変化を検出する。

、輪重付与部２０５３は、車輪支持部２０５０の本体部２０５２をＸ軸方向に移動させて、スピンドル２５２７に取り付けられた試験輪Ｗを軌条輪Ｒに押し付けることにより、所定の大きさの輪重を試験輪Ｗに与える機構部である。

、輪重付与部２０５３は、モーター２５３１と、モーター２５３１の回転運動をＸ軸方向の直線運動に変換する運動変換器２５３２と、試験輪Ｗに加わる輪重を検出する輪重検出器２５３３（図３５）を備えている。

モーター２５３１は、ＡＣサーボモーターであるが、ＤＣサーボモーターやステッピングモーター等、駆動量（回転角）の制御が可能な別の種類の電動機をモーター２５３１として使用してもよい。

本実施形態の運動変換器２５３２は、例えばウォーム歯車装置等の減速機とボールねじ等の送りねじ機構とを組み合わせたスクリュージャッキであるが、別の方式の運動変換器を使用してもよい。運動変換器２５３２の直線運動部２５３２ａは、輪重検出器２５３３を介して支持フレーム２５２３に固定されている。

モーター２５３１により運動変換器２５３２を駆動すると、直線運動部２５３２ａと共に、支持フレーム２５２３及び支持フレーム２５２３に支持されたスピンドル２５２７がＸ軸方向に移動する。これにより、スピンドル２５２７に取り付けられた試験輪Ｗが、軌条輪Ｒに対して進退する。試験輪Ｗと軌条輪Ｒとが接触した状態で、試験輪Ｗが軌条輪Ｒに向かう方向（すなわち、Ｘ軸正方向）へ更にモーター２５３１によって運動変換器２５３２を駆動すると、試験輪Ｗが軌条輪Ｒに押し付けられて、試験輪Ｗに輪重が与えられる。

輪重検出器２５３３は、、輪重付与部２０５３によって、支持フレーム２５２３及びスピンドル２５２７を介して試験輪Ｗに与えられるＸ軸方向の力（すなわち、輪重）を検出する力センサーである。本実施形態の輪重検出器２５３３は、ひずみゲージ式のロードセルであるが、例えば圧電式力センサー等の他の方式の力センサーを輪重検出器２５３３として使用してもよい。後述する制御部２０７２は、輪重検出器２５３３の検出結果に基づいて、所定の大きさの輪重が試験輪Ｗに与えられるようにモーター２５３１の駆動を制御する。

図３３は、第２試験装置２の制御システムＣＳの概略構成を示すブロック図である。制御システムＣＳは、第２試験装置２全体の動作を制御する制御部２０７２と、第２試験装置２に設けられた各種の検出器からの信号に基づいて各種の計測を行う計測部２０７４と、外部との入出力を行うインターフェース部２０７６を備えている。

制御部２０７２には、第２電動機２０２２及びモーター２５３１がそれぞれサーボアンプ２０２２ａ及び２５３１ａを介して、また、第１電動機２０１２がドライバー２０１２ａ（インバーター回路）を介して接続されている。

計測部２０７４には、ロータリーエンコーダー２２８、２３２３、トルクセンサー２５２４、３分力センサー２５２９及び輪重検出器２５３３が、アンプ２０２８ａ、２３２３ａ、２５２４ａ、２５２９ａ及び５３３ａをそれぞれ介して接続されている。なお、図３３においては、複数組の３分力センサー２５２９及びアンプ２５２９ａをのうち代表の一組のみが表示されている。また、増幅回路及びアナログ－デジタル変換回路が内蔵された回転検出器２５２６は、計測部２０７４に直接接続されている。

計測部２０７４は、ロータリーエンコーダー２３２３の信号に基づいて軌条輪Ｒの回転数を計測し、ロータリーエンコーダー２２８の信号に基づいてトルク発生装置２０２０の入力軸（ケーシング２０２１）の回転数を計測し、回転検出器２５２６の信号に基づいてスピンドル２５２７の回転数（すなわち、試験輪Ｗの回転数）を計測する。また、計測部２０７４は、トルクセンサー２５２４の信号に基づいて試験輪Ｗに加わるトルクを計測し、複数の３分力センサー２５２９の信号に基づいて試験輪Ｗに加わる接線力（前後力、縦クリープ力）及び横圧（スラスト荷重）を計測し、輪重検出器２５３３の信号に基づいて輪重を計測する。すなわち、計測部２０７４は、軌条輪Ｒの回転数を計測する第１の回転数計測手段、トルク発生装置２０２０の回転数を計測する第２の回転数計測手段、試験輪Ｗの回転数を計測する第３の回転数計測手段、試験輪Ｗに加わるトルクを計測するトルク計測手段、試験輪Ｗに加わる接線力を計測する接線力計測手段、試験輪Ｗに加わる横圧を計測する横圧計測手段、及び、試験輪Ｗに付与される輪重を計測する輪重計測手段として機能する。計測部２０７４は、これらの計測値を制御部２０７２に送信する。

本実施形態の第２試験装置２は比較的に汎用性の高い装置であるために多くの計測手段（及び対応する検出手段）を備えているが、第２試験装置２は、これらの計測手段や検出手段のすべてを備える必要はなく、試験によって調べるべき事項に応じて適宜選択される一組以上の計測手段及び検出手段を備えていればよい。

各サーボモーター（第２電動機２０２２、モーター５３１）に内蔵されたロータリーエンコーダーＲＥが検出した軸の位相情報は、各サーボアンプ２０２２ａ、２５３１ａをそれぞれ介して、制御部２０７２に入力される。

インターフェース部２０７６は、例えば、ユーザーとの間で入出力を行うためのユーザーインターフェース、ＬＡＮ（Local Area Network）等の各種ネットワークと接続するためのネットワークインターフェース、外部機器と接続するためのＵＳＢ（Universal Serial Bus）やＧＰＩＢ（General Purpose Interface Bus）等の各種通信インターフェースの一つ以上を備えている。また、ユーザーインターフェースは、例えば、各種操作スイッチ、表示器、ＬＣＤ（liquid crystal display）等の各種ディスプレイ装置、マウスやタッチパッド等の各種ポインティングデバイス、タッチスクリーン、ビデオカメラ、プリンタ、スキャナ、ブザー、スピーカ、マイクロフォン、メモリーカードリーダライタ等の各種入出力装置の一つ以上を含む。

制御部２０７２は、例えばインターフェース部２０７６及びＬＡＮを介して、サーバー７７及び分析装置７８（例えば、ワークステーション、ＰＣ、クラウドコンピューティングサービス等）に接続されている。サーバー７７には、試験条件のデータや試験結果のデータが保存される。また、分析装置７８により、第１試験装置１及び第２試験装置２の試験結果に基づく高度な分析が行われる。

制御部２０７２は、インターフェース部２０７６を介して入力された軌条輪Ｒの回転数（或いは線速度）の設定データ及び計測部２０７４による軌条輪Ｒの回転数の計測結果に基づいて、軌条輪Ｒが設定された回転数で回転するよう、第１電動機２０１２の駆動を制御する。

制御部２０７２は、インターフェース部２０７６を介して入力された輪重の設定データ及び計測部２０７４による輪重の計測結果に基づいて、設定された輪重が試験輪Ｗに与えられるように、輪重付与部２０５３のモーター５３１の駆動を制御する。

制御部２０７２は、インターフェース部２０７６を介して入力された試験輪Ｗのトルクの設定データ及び計測部２０７４によるトルクの計測結果に基づいて、設定されトルクが試験輪Ｗに与えられるように、トルク発生装置２０２０の第２電動機２０２２の駆動を制御する。

次に、第２試験装置２を用いて試験を行う方法の一例を説明する。まず、制御部２０７２は、軌条輪Ｒ及び試験輪Ｗが第２試験装置２に取り付けられた状態で、輪重付与部２０５３のモーター５３１を駆動して、試験輪Ｗを軌条輪Ｒに近づけて、接触させ、設定された輪重を試験輪Ｗに与える。なお、輪重の設定値として、一定値又は時間によって変動する変動値を設定することができる。

次に、制御部２０７２は、軌条輪Ｒが設定された回転数で回転するよう、回転駆動装置２０１０の第１電動機２０１２を駆動する。なお、軌条輪Ｒの回転数の設定値として、一定値又は時間によって変動する変動値を設定することができる。また、制御部２０７２は、軌条輪Ｒの回転数が設定値に到達するまで、試験輪Ｗのトルクがゼロ（無負荷）となるように第２電動機２０２２を制御する。

軌条輪Ｒの回転数が設定値に到達すると、制御部２０７２は、試験輪Ｗに設定されたトルクが与えられるように、トルク発生装置２０２０の第２電動機２０２２の駆動を制御する。なお、試験輪Ｗのトルクの設定値として、一定値又は時間によって変動する変動値を設定することができる。なお、軌条輪Ｒの回転駆動の開始時から試験輪Ｗに設定されたトルクが与えられるように第２電動機２０２２の駆動を制御してもよい。

制御部２０７２は、この状態で、所定の時間（試験時間）に亘って、軌条輪Ｒの回転数、試験輪Ｗのトルク、接線力、横圧及び輪重を連続的に計測しながら、軌条輪Ｒ及び試験輪Ｗを回転させる。このとき、制御部２０７２は、各計測値を、計測時刻と対応付けて制御部２０７２の記憶装置２０７２ａ（又は、例えばＬＡＮを介して制御部２０７２に接続されたサーバー等の制御部２０７２によってアクセス可能な記憶手段）に保存する。

制御部２０７２は、所定の時間が経過すると、試験輪Ｗのトルクがゼロとなるようにトルク発生装置２０２０の第２電動機２０２２の駆動を制御する。次に、制御部２０７２は、回転駆動装置２０１０の第１電動機２０１２を制御して、軌条輪Ｒの回転数を徐々に減速して回転を停止させた後、輪重付与部２０５３のモーター５３１を駆動して、試験輪Ｗを軌条輪Ｒから所定距離だけ離して、試験を終了する。

なお、上記の試験手順は、第２試験装置２を用いて行うことが可能な試験手順の一例に過ぎず、別の様々な試験手順で試験を行うことが可能である。

第２試験装置２は、軌条輪Ｒと試験輪Ｗとの間のμ－Ｓ特性を計測する機能を備えている。μ－Ｓ特性は、例えば、軌条輪Ｒを所定の周速で回転させながら、試験輪Ｗに加わるトルク（又は接線力）を連続的に変化させ、走行中のすべり率Ｓ及び摩擦係数μの変化を連続的に測定することによって計測される。

すべり率Ｓは、次式により計算される。
Ｓ＝（Ｖ_Ｃ－Ｖ_Ｔ）／Ｖ_Ｔ
但し、
Ｖ_Ｃ ： 試験輪の周速（m/s）
Ｖ_Ｔ ： 軌条輪Ｒの周速（m/s）

試験輪Ｗの周速Ｖ_Ｃは、次式により計算される。
Ｖ_Ｃ＝Ｒ_Ｗ×Ω_２５２７＝Ｒ_Ｗ×（Ω_２０２１＋Ω_２２２１×ｒ_２０２３）
但し、
Ω_２５２７ ： スピンドル２５２７の角速度（rad/s）
Ω_２０２１ ： ケーシング２０２１の角速度（rad/s）
Ω_２２２１ ： 第２電動機２０２２の軸軸２２２１の角速度（rad/s）
ｒ_２０２３ ： 減速機２０２３の減速比
Ｒ_Ｗ ： 試験輪Ｗの半径（m）

なお、トルク発生装置２０２０のケーシング２０２１の角速度Ω_２０２１はロータリーエンコーダー２２８により検出され、トルク発生装置２０２０の第２電動機２０２２の軸２２２１の角速度Ω_２２２１は第２電動機２０２２のロータリーエンコーダーＲＥにより検出される。

また、第１伝動部２０２４（例えば、スピンドル２５２７）にスピンドル２５２７の角速度Ω_２５２７を検出するロータリーエンコーダーを設けて、角速度Ω_２５２７から試験輪Ｗの周速Ｖ_Ｃを計算してもよい。

軌条輪Ｒの周速Ｖ_Ｔ（m/s）は、ロータリーエンコーダー２３２３により検出される。

摩擦係数μは、次式により計算される。
μ＝ｆ_Ｔ／ｆ_Ｗ
但し、
ｆ_Ｔ ： 接線力（N）
ｆ_Ｗ ： 輪重（N）

なお、試験輪Ｗに加わる垂直方向（Ｘ軸方向）の力である輪重ｆ_Ｗは、スピンドル部５０の６分力センサー５４によって検出される。また、試験輪Ｗに加わる接線方向（Ｚ軸方向）の力である接線力ｆ_Ｔ（トラクションフォース、前後力又は縦クリープ力ともいう。）は、トルクセンサー２５２４によって検出される試験輪Ｗのトルクから計算される。接線力ｆ_Ｔは、６分力センサー５４によって検出されたのを使用してもよい。

軌条輪Ｒを使用する第２試験装置２による計測においては、軌条輪Ｒのレール頭頂面が走行方向に曲率を有しているため、軌条輪Ｒと試験輪Ｗとの接触の状態（例えば、接触面積や荷重分布等）は、第１試験装置１における試験レール６３と試験輪Ｗとの接触の状態とは異なったものとなる。そのため、第２試験装置２を使用した試験によって得られたμ－Ｓ特性は、第１試験装置１を使用した試験によって得られたμ－Ｓ特性とは異なったものとなる。実際の鉄道レールである試験レール６３を使用する第１試験装置１の計測結果の方が、軌条輪Ｒを使用する第２試験装置２の計測結果よりも、実際の鉄道車両における挙動をより正確に再現したものとなる。

一方、第２試験装置２は高速域（例えば、６０ｋｍ／ｈ以上）の試験が可能であるが、第１試験装置１は、屋内に設置するために試験レール６３の長さに制限があり、高速域で試験を行うことが難しい。

そこで、本実施形態に係る車輪試験システム（具体的には、分析装置７８）は、低速域（例えば、０～４０ｋｍ／ｈ）又は低中速域（例えば、０～６０ｋｍ／ｈ）において第１試験装置１及び第２試験装置２によるμ－Ｓ特性の計測を行い、両装置による計測結果の比較から、第２試験装置２の計測結果を第１試験装置１の計測結果に換算する計算式（以下「補正式」という。）を決定する。第１試験装置１による計測が難しい中高速域（例えば、４０ｋｍ／ｈ以上）又は高速域（例えば、６０ｋｍ／ｈ以上）については、第２試験装置２によるμ－Ｓ特性の計測結果を補正式により第１試験装置１による計測結果に相当するμ－Ｓ特性に換算する。そして、第１試験装置１によって計測した低速域（又は低中速域）におけるμ－Ｓ特性と、第２試験装置２による計測結果から換算した中高速域（又は高速域）におけるμ－Ｓ特性とをつなぎ合わせて、低速域から高速域に亘るμ－Ｓ特性を合成する。これにより、低速域から高速域に亘り、実際の鉄道車両に近いμ－Ｓ特性を計測することが可能になっている。

補正式は、例えば、第２試験装置２によるμ－Ｓ特性と第１試験装置１によるμ－Ｓ特性との差分の曲線（誤差曲線）の回帰分析によって決定される。具体的には、第１試験装置１によって計測した摩擦係数をμ_１、２試験装置２によって計測した摩擦係数をμ_２とし、すべり率Ｓを説明変数、摩擦係数の誤差μ_２－μ_１を目的変数とする単回帰分析（例えば最小二乗法）を行うことで補正式が得られる。近似の種類（関数形）には、線形近似、多項式近似、対数近似、指数近似等を使用することができる。

また、すべり率Ｓを説明変数、摩擦係数の比μ_１／μ_２を目的変数（補正係数）として回帰計算を行って補正式を得ても良い。

本実施形態において、第１試験装置１のトルク発生装置３０及び第２試験装置２のトルク発生装置２０２０によって、すべり率Ｓを高い精度で制御又は計測することが可能になっている。すなわち、トルク発生装置３０及びトルク発生装置２０２０は、すべり率制御装置としての役割を担っている。

第２試験装置２の減速機２０２３又はギアボックス２０３４に替えて（又は追加して）、変速機を第２試験装置２に設けてもよい。これにより、１台の第２試験装置２により、大きな周速が必要な摩耗試験（耐久試験）と大きなトルクが必要なμ－Ｓ試験の両方を行うことが可能な、摩耗／μ-Ｓ複合試験機が実現される。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。なお、以下の第２実施形態の説明においては、上述した第１実施形態と相違する事項を中心とし、第１実施形態と共通又は対応する構成については、同一の又は対応する符号を付して、重複する説明を省略する。

本発明の第２実施形態に係る車輪試験システムは、上述した第１実施形態の車輪試験装置２に替えて車輪試験装置２Ｘを備えたものである。従って、以下の説明では、第２実施形態に係る車輪試験装置２Ｘについて説明する。

図３４は、本発明の第２実施形態に係る車輪試験装置２Ｘの概略構成を示す平面図である。また、図３５は、車輪試験装置２Ｘの概略構成を示す正面図である。

車輪試験装置２Ｘは、第１実施形態の車輪支持部２０５０に横圧付与機能、アタック角付与機能及びカント角付与機能が追加された車輪支持部２Ｘ５０を備えている。

図３４に示されるように、車輪試験装置２Ｘの車輪支持部２Ｘ５０は、輪重付与部２０５３に加えて、横圧付与部２Ｘ５４、カント角付与部２Ｘ５５及びアタック角付与部２Ｘ５６を備えている。また、図３５に示されるように、車輪支持部２Ｘ５０は、３つの可動ベース（第１可動ベース２Ｘ５２２Ａ、第２可動ベース２Ｘ５２２Ｂ及び第３可動ベース２Ｘ５２２Ｃ）を備えている。

横圧付与部２Ｘ５４は、試験輪Ｗに横圧（スラスト荷重）を付与する機構部である。なお、横圧には横クリープ力（粘着力の試験輪Ｗの軸方向の成分）とフランジ反力（試験輪Ｗのフランジと軌条輪Ｒのゲージコーナーとの接触によって生じる作用）が含まれるが、後者のフランジ反力が横圧付与部２Ｘ５４によって付与される。

横圧付与部２Ｘ５４は、固定ベース２０５１に対して第１可動ベース２Ｘ５２２ＡをＹ軸方向に移動可能に支持する複数（例えば３つ）のリニアガイド２Ｘ５４１と、固定ベース２０５１に取り付けられたモーター２Ｘ５４２（図３４）と、モーター２Ｘ５４２の回転運動をＹ軸方向の直線運動に変換する運動変換器２Ｘ５４３と、試験輪Ｗに加わる横圧を検出する横圧検出器２Ｘ５４４（図３４）を備えている。リニアガイド２Ｘ５４１は、リニアガイド２５２１と同じ構成のガイドウェイ形循環式転がり軸受であるが、別の方式の直線案内機構をリニアガイド２Ｘ５４１として使用してもよい。

なお、本実施形態では、横圧検出器２Ｘ５４４（第２の横圧検出手段）はフランジ反力を付与する場合の横圧の検出に使用され、フランジ反力を付与しない場合には３分力センサー２５２９（第１の横圧検出手段）が横圧の検出に使用される。車輪試験装置２Ｘに横圧検出器２Ｘ５４４を設けずに、フランジ反力を付与する場合にも３分力センサー２５２９を用いて横圧を検出する構成としてもよい。また、フランジ反力を付与しない場合にも横圧検出器２Ｘ５４４を用いて横圧を検出する構成としてもよい。また、横圧検出器２Ｘ５４４を用いて静的な横圧（主にフランジ反力）を検出しながら、３分力センサー２５２９を用いて動的な横圧（主に横クリープ力）を検出する構成としてもよい。

本実施形態のモーター２５４２は、ＡＣサーボモーターであるが、ＤＣサーボモーターやステッピングモーター等、駆動量（回転角）の制御が可能な別の種類の電動機をモーター２５４２として使用してもよい。

本実施形態の運動変換器２５４３は、ボールねじ等の送りねじ機構であるが、別の方式の運動変換器を使用してもよい。運動変換器２５４３のねじ軸２５４３ａは、固定ベース２０５１に取り付けられた一対の軸受によって回転可能に支持され、一端がモーター２５４２の軸に接続されている。運動変換器２５４３のナット２５４３ｂ（直線運動部）は、横圧検出器２Ｘ５４４を介して第１可動ベース２Ｘ５２２Ａに固定されている。モーター２５４２によってねじ軸２５４３ａを回転させると、ナット２５４３ｂと共に第１可動ベース２Ｘ５２２ＡがＹ軸方向に移動する。これにより、第１可動ベース２Ｘ５２２Ａに支持された試験輪ＷもＹ軸方向に移動し、軌条輪Ｒに対する試験輪Ｗの軸方向における位置が変化する。試験輪ＷをＹ軸方向に変位させて、試験輪Ｗのフランジを軌条輪Ｒに接触させると、試験輪Ｗにフランジ反力が付与される。フランジ反力の大きさは、試験輪ＷのＹ軸方向における位置によって変化する。

図３３に示されるように、モーター２５４２は、サーボアンプ２５４２ａを介して、制御部２０７２に接続されている。横圧検出器２Ｘ５４４は、アンプ２５４４ａを介して、計測部２０７４に接続されている。なお、モーター２５４２に内蔵されたロータリーエンコーダーＲＥが検出した軸の位相情報は、サーボアンプ２５４２ａを介して、制御部２０７２に入力される。

計測部２０７４は、横圧検出器２Ｘ５４４の信号に基づいて試験輪Ｗに与えられる横圧を計測する。制御部２０７２は、インターフェース部２０７６を介して入力された横圧の設定データ及び計測部２０７４による横圧の計測結果に基づいて、設定された横圧が試験輪Ｗに与えられるよう、モーター２Ｘ５４２の駆動を制御する。

カント角付与部２Ｘ５５は、試験輪Ｗにカント角を付与する機能を有する機構部である。図３５に示されるように、カント角付与部２Ｘ５５は、第１可動ベース２Ｘ５２２Ａ及び第２可動ベース２Ｘ５２２Ｂの一方に取り付けられた鉛直に延びる旋回支軸２Ｘ５５１と、旋回支軸２Ｘ５５１を回転可能に支持する、第１可動ベース２Ｘ５２２Ａ及び第２可動ベース２Ｘ５２２Ｂの他方に取り付けられた軸受２Ｘ５５２を備えている。第２可動ベース２Ｘ５２２Ｂは、旋回支軸２Ｘ５５１及び軸受２Ｘ５５２により、鉛直線である軸受２Ｘ５５２の回転軸Ａ１を中心に回転可能に支持されている。

軸受２Ｘ５５２は、軌条輪Ｒに試験輪Ｗが接触する接触位置Ｐ（本実施形態では軌条輪Ｒの右端）を回転軸Ａ１が通るように、接触位置Ｐの略直下に配置されている。回転軸Ａ１は、接触位置Ｐにおける軌条輪Ｒ及び試験輪Ｗの接線となる。そのため、回転軸Ａ１を中心に第２可動ベース２Ｘ５２２Ｂが回転すると、試験輪Ｗは接触位置Ｐを支点にＺ軸回りに旋回し（言い換えれば、試験輪Ｗと軌条輪Ｒの共通の接線の回りに回転移動し）、軌条輪Ｒに対する接線回りの傾き（すなわち、カント角）が変化する。

カント角付与部２Ｘ５５は、第２可動ベース２Ｘ５２２Ｂを、回転軸Ａ１から離れた外周部分において、第１可動ベース２Ｘ５２２Ａに対して回転軸Ａ１を中心に旋回可能に支持する曲線ガイド２Ｘ５５３を備えている。曲線ガイド２Ｘ５５３は、曲線状のレール（ガイドウェイ）と転動体を介してレール上を走行可能なキャリッジを備えたガイドウェイ形循環式転がり軸受であるが、別の方式の曲線案内機構を曲線ガイド２Ｘ５５３として使用してもよい。

また、カント角付与部２Ｘ５５は、モーター２Ｘ５５４（図３４）と、モーター２Ｘ５５４の回転運動をＹ軸方向の直線運動に変換する運動変換器２５５５を備えている。本実施形態のモーター２Ｘ５５４は、ＡＣサーボモーターであるが、ＤＣサーボモーターやステッピングモーター等、駆動量（回転角）の制御が可能な別の種類の電動機をモーター２Ｘ５５４として使用してもよい。また、本実施形態の運動変換器２５５５は、ボールねじ等の送りねじ機構であるが、別の方式の運動変換器を使用してもよい。

運動変換器２５５５のねじ軸２５５５ａは、一対の軸受によって回転可能に支持され、一端がモーター２５５４の軸に接続されている。モーター２Ｘ５５４及び運動変換器２５５５の一対の軸受は、第１可動ベース２Ｘ５２２Ａ上に設置された鉛直軸回りに回転可能な回転テーブルに取り付けられている。モーター２Ｘ５５４は、軸が回転テーブルの回転軸と垂直に交差するように配置されている。

図３５に示されるように、運動変換器２Ｘ５５５のナット２Ｘ５５５ｂ（直線運動部）は、ヒンジ２Ｘ５５６を介して、第２可動ベース２Ｘ５２２Ｂに鉛直軸回りに回転可能に連結されている。モーター２Ｘ５５４によってねじ軸２Ｘ５５５ａを回転させると、第２可動ベース２Ｘ５２２Ｂに取り付けられたヒンジ２Ｘ５５６がナット２Ｘ５５５ｂと共に略Ｙ軸方向に移動する。これに伴い、第２可動ベース２Ｘ５２２Ｂが回転軸Ａ１を中心に回転し、第２可動ベース２Ｘ５２２Ｂに支持された試験輪Ｗは接触位置Ｐを支点に旋回して、カント角が変化する。

図３３に示されるように、モーター２Ｘ５５４は、サーボアンプ２Ｘ５５４ａを介して、制御部２０７２に接続されている。モーター２Ｘ５４２に内蔵されたロータリーエンコーダーＲＥが検出した軸の位相情報は、サーボアンプ２Ｘ５４２ａを介して、制御部２０７２に入力される。

制御部２０７２は、モーター２５５４に内蔵されたロータリーエンコーダーＲＥの信号に基づいてカント角の現在値を計算する。制御部２０７２は、インターフェース部２０７６を介して入力されたカント角の設定データ及び現在値に基づいて、設定されたカント角が試験輪Ｗに与えられるよう、モーター２Ｘ５５４の駆動を制御する。

アタック角付与部２Ｘ５６は、試験輪Ｗにアタック角を付与する機能を有する機構部である。アタック角は、レールと車輪のなす角度であり、より具体的には、レールの幅方向（枕木方向）と車輪の軸方向のなす上下軸回りの角度（すなわち、ヨーイング方向の角度）である。車輪試験装置２Ｘにおいては、アタック角は、軌条輪Ｒの回転軸と試験輪Ｗの回転軸がＸ軸回りになす角として定義される。

図３５に示されるように、本実施形態の車輪支持部２Ｘ５０の支持フレーム２Ｘ５２３は、第３可動ベース２Ｘ５２２Ｃに固定された箱形の支柱２Ｘ５２３ａと、Ｘ軸方向に延びる回転軸Ａ２を中心に回転可能に支柱２Ｘ５２３ａに連結されたアーム２Ｘ５２３ｂを備えている。アーム２Ｘ５２３ｂは、第１実施形態のアーム２５２３ｂと同様に上から見て略Ｌ字状の部材であり、支柱２Ｘ５２３ａの上部に連結されたＹ軸方向に延びる基部２Ｘ５２３ｂ１と、基部２Ｘ５２３ｂ１の後端部から左方へ延びる幹部２Ｘ５２３ｂ２とを有している。

基部２Ｘ５２３ｂ１の右端からは、Ｘ軸方向に旋回支軸２Ｘ５６１が突出している。また、支柱１５２３ａの上部には、旋回支軸２Ｘ５６１を回転可能に支持する軸受２Ｘ５６２が取り付けられている。アーム１５２３ｂは、旋回支軸２Ｘ５６１を介して、軸受２Ｘ５６２により、Ｙ軸方向に延びる回転軸Ａ２を中心に回転可能に支持されている。軸受２Ｘ５６２は、回転軸Ａ２が接触位置Ｐを通るように配置されている。すなわち、回転軸Ａ２は試験輪Ｗの踏面を垂直に通る直線となっている。旋回支軸２Ｘ５６１及び軸受２５６２は、アタック角付与部２Ｘ５６の一部を構成する。

図３４に示されるように、アタック角付与部２Ｘ５６は、モーター２Ｘ５６４と、モーター２Ｘ５６４の回転運動をＺ軸方向の直線運動に変換する運動変換器２Ｘ５６３を備えている。本実施形態のモーター２Ｘ５６４は、ＡＣサーボモーターであるが、ＤＣサーボモーターやステッピングモーター等、駆動量（回転角）の制御が可能な別の種類の電動機をモーター２Ｘ５６４として使用してもよい。また、本実施形態の運動変換器２Ｘ５６３は、ボールねじ等の送りねじ機構であるが、別の方式の運動変換器を使用してもよい。

運動変換器２Ｘ５６３のねじ軸は、一対の軸受によって回転可能に支持され、一端がモーター２Ｘ５６４の軸にベベルギアを介して接続されている。なお、運動変換器２５６３のねじ軸をモーター２Ｘ５６４の軸に直結してもよい。モーター２Ｘ５６４及び運動変換器２Ｘ５６３は、Ｘ軸方向に延びる回転軸を有するヒンジを介して、ヒンジの回転軸を中心に一定の角度範囲で回転（すなわち揺動）可能に第３可動ベース２Ｘ５２２Ｃに連結された揺動フレームに取り付けられている。

運動変換器２Ｘ５６３のナット（直線運動部）は、Ｘ軸方向に延びる回転軸を有するヒンジを介して、支持フレーム１５２３のアーム１５２３ｂに、ヒンジの回転軸を中心に揺動可能に連結されている。モーター２５６４によって運動変換器２Ｘ５６３のねじ軸を回転させると、ナットと共にアーム１５２３ｂに取り付けられたヒンジが略Ｚ軸方向に移動する。これに伴い、アーム１５２３ｂと共にアーム１５２３ｂに支持された試験輪Ｗが接触位置Ｐを通る回転軸Ａ２（言い換えれば、試験輪の踏面に垂直な直線）を中心に回転移動し、アタック角が付与される。

図３３に示されるように、モーター２Ｘ５６４は、サーボアンプ２Ｘ５６４ａを介して、制御部２０７２に接続されている。モーター２Ｘ５６４に内蔵されたロータリーエンコーダーＲＥが検出した軸の位相情報は、サーボアンプ２Ｘ５６４ａを介して、制御部２０７２に入力される。

制御部２０７２は、モーター２Ｘ５６４に内蔵されたロータリーエンコーダーＲＥの信号に基づいてアタック角の現在値を計算する。制御部２０７２は、インターフェース部２０７６を介して入力されたアタック角の設定データ及び現在値に基づいて、設定されたアタック角が試験輪Ｗに与えられるよう、モーター２Ｘ５６４の駆動を制御する。

図３５に示されるように、輪重付与部２０５３の運動変換器２５３２の直線運動部２５３２ａは、輪重検出器２５３３を介して支持フレーム３５２３の支柱３５２３ａに固定されている。また、運動変換器２５３２の直線運動部２５３２ａは、中心線が回転軸Ａ２と一致するように配置されている。これにより、輪重を付与する際に、支持フレーム１５２３に大きな力のモーメントが加わることが防止される。

以上が本発明の実施形態の説明である。本発明の実施形態は、上記に説明したものに限定されず、様々な変形が可能である。例えば本明細書中に例示的に明示された実施形態等の構成及び／又は本明細書中の記載から当業者に自明な実施形態等の構成を適宜組み合わせた構成も本願の実施形態に含まれる。

第１試験装置１は、上記の実施形態では２つのベルト機構１５を備えているが、１つ又は３つ以上のベルト機構１５を備えた構成としてもよい。

ベルト機構１５は、上記の実施形態では１対の駆動部１４が発生した動力によって駆動されるが、一つ又は三つ以上の駆動部１４によって駆動される構成としてもよい。

上記の実施形態では、各ベルト機構１５、２４、２５に歯付ベルト及び歯付プーリーが使用されているが、ベルト機構の一つ以上について歯付ベルトに替えて平ベルトやＶベルト、あるいは幅方向に並ぶ複数のＶ字状のリブを有するＶリブドベルトを使用してもよい。また、ガラス繊維を撚り合わせた心線を備えた汎用のベルトを使用してもよい。また、各ベルト機構に替えて、チェーン伝動機構やワイヤ伝動機構等の他の種類の巻掛け伝動機構や、ボールねじ機構、歯車伝動機構又は油圧機構等の他の種類の動力伝達機構を使用してもよい。

上記の実施形態では、キャリッジ２０を駆動する動力と、試験輪Ｗ（スピンドル５２）を駆動する動力が、共通の駆動部１４によって供給され、共通のベルト機構１５によって伝達されるが、本発明はこの構成に限定されない。例えば、キャリッジ２０を駆動する動力と試験輪Ｗを駆動する動力を、個別の駆動部によって生成し、個別の動力伝達手段（例えば個別のベルト機構）によって伝達する構成としてもよい。この場合、キャリッジ２０の走行速度と試験輪Ｗの周速を合わせるため、キャリッジ駆動用の駆動部と試験輪駆動用の駆動部の駆動を同期制御する必要がある。

上記の実施形態では、キャリッジ２０を駆動する機構（キャリッジ駆動手段）と試験輪Ｗを駆動する機構（試験輪駆動手段）の一部（駆動部１４及びベルト機構１５）を共通化することにより、シンプルな駆動システム及び制御システムが実現されている。キャリッジ駆動手段と試験輪駆動手段の共通化（特に駆動部１４の共通化）は、トルク発生装置３０を導入して、試験輪Ｗの速度制御とトルク制御の動力源を分離することにより、駆動部１４が担う付加が低減したことで可能になっている。

上記の実施形態では、右側の駆動部１４ＲＡ及び１４ＲＢがキャリッジ駆動手段と回転運動供給手段を兼ねて、左側の駆動部１４ＬＡ及び１４ＬＢがキャリッジ駆動手段として機能する構成が採用されているが、本発明はこの構成に限定されるものではない。例えば、左側の駆動部１４ＬＡ及び１４ＬＢがキャリッジ駆動手段と回転運動供給手段を兼ねて、右側の駆動部１４ＲＡ及び１４ＲＢがキャリッジ駆動手段として機能する構成としてもよい。また、左側の駆動部１４ＬＡ及び１４ＬＢと右側の駆動部１４ＲＡ及び１４ＲＢの両方がキャリッジ駆動手段と回転運動供給手段を兼ねる構成としてもよい。この構成は、例えば、第１従動部２２及び２２Ｌの合計２本のシャフト２２３Ｂを連結する（言い換えれば、左右の第１従動部２２及び２２Ｌを連結する一本の長いシャフト２２３Ｂに置き換える）ことで実現される。

上記の実施形態では、ガイド部１０のガイド機構１２において、１対の単列の軸受１２７ａ等によりロッド１２４ａ等が支持されているが、本発明はこの構成に限定されず、例えば一つ以上の複列又は単列の軸受によってロッドが支持されてもよい。

上記の実施形態では、ガイド部１０のガイド機構１２において、熱処理レールが使用されているが、本発明はこの構成に限定されず、例えば普通レール（JIS E 1101:2001）や軽レール（JIS
E 1103:1993）を使用してもよい。また、平底レールに限らず、双頭レール、牛頭レール、橋形レール等の他の形状のレールを使用してもよい。

上記の実施形態では、駆動部１４にモーター１４１（ＡＣサーボモーター）が使用されているが、本発明はこの構成に限定されない。ＡＣサーボモーターの代わりに、速度制御又は位置制御が可能な別の種類のモーター（例えば、ＤＣサーボモーターや、インバーター回路とＡＣモーター又はブラシレスモーターとを組み合わせた所謂インバーターモーター等）を使用してもよい。

上記の実施形態では、トルク発生装置３０、輪重調整部４２及びスリップ角調整部４６に、それぞれＡＣサーボモーターであるモーター３２、４５１及び４６１が使用されているが、本発明はこの構成に限定されない。ＡＣサーボモーターの代わりに、位置制御が可能な別の種類のモーター（例えば、ＤＣサーボモーターやステッピングモーター等）を使用してもよい。

上記の実施形態では、輪重付与部２０５３が車輪支持部２０５０（２Ｘ５０）に設けられ、試験輪Ｗを軌条輪Ｒに対して進退させることによって輪重を調整するように構成されているが、本発明はこの構成に限定されない。例えば、輪重付与部を軌条輪支持部に設けて、軌条輪Ｒを試験輪Ｗに対して進退させることによって輪重を調整する構成としてもよい。

上記の実施形態では、軌条輪Ｒがトルク発生装置２０２０を介さずに回転駆動装置２０１０に接続され、試験輪Ｗがトルク発生装置２０２０を介して回転駆動装置２０１０に接続されているが、本発明はこの構成に限定されない。例えば、軌条輪Ｒがトルク発生装置２０２０を介して回転駆動装置２０１０に接続され、試験輪Ｗがトルク発生装置２０２０を介さずに回転駆動装置２０１０に接続される構成としてもよい。また、トルク発生装置２０２０を２つ設けて、一方のトルク発生装置２０２０を介して軌条輪Ｒが回転駆動装置２０１０に接続され、他方のトルク発生装置２０２０を介して試験輪Ｗが回転駆動装置２０１０に接続される構成としてもよい。

上記の実施形態では、車輪支持部２０５０（２Ｘ５０）に複数の３分力センサーが設けられ、複数の３分力センサーの検出結果に基づいて計測部２０７４が試験輪Ｗに加わるトルクや輪重を計測する構成が採用されているが、本発明はこの構成に限定されない。例えば、複数の２分力センサー又は１分力センサーの検出結果に基づいてトルクや輪重を計測する構成としてもよい。

上記の実施形態では、軌条輪支持部２０３２に動力分配手段の機能が組み込まれているが、軌条輪支持部２０３２から動力分配手段を分離した構成としてもよい。例えば、第１伝動部２０３０と軌条輪支持部２０３２とを追加の動力伝達手段（例えば、巻掛け伝動や歯車伝動）を介して連結することができる。この場合、第１伝動部２０３０の軸に取り付けられる追加の動力伝達手段のプーリーや歯車が動力分配手段として機能する。

上記の第２実施形態では、固定ベース２０５１とスピンドル２５２７とが、横圧付与部２Ｘ５４、カント角付与部２Ｘ５５、輪重付与部２Ｘ５３及びアタック角付与部２Ｘ５６をこの順で介して連結されているが、本発明はこの構成に限定されず、横圧付与部２０５４、カント角付与部２Ｘ５５、輪重付与部２０５３及びアタック角付与部２Ｘ５６は、どのような順序で連結してもよい。

Claims (5)

1. 試験輪が転動するレールを備えた第１試験装置と、
   試験輪と接触しながら試験輪と共に回転する軌条輪を備えた第２試験装置と、
   前記第１試験装置及び前記第２試験装置によって得られた試験データを処理する試験データ処理装置と、
   を備え、
   前記試験データ処理装置が、前記第１試験装置による試験結果と前記第２試験装置による試験結果に基づいて、前記第２試験装置による試験結果を前記第１試験装置による試験結果に換算する、
   車輪試験システム。
2. 前記第１試験装置が
   前記試験輪を回転可能に保持し、前記試験輪を前記レールに接触させた状態で前記レールに沿って走行可能なキャリッジと、
   前記試験輪を駆動する試験輪駆動手段と、を備え、
   前記試験輪駆動手段が、
   前記キャリッジの速度に対応する回転数の回転運動を供給する回転運動供給手段と、
   前記回転運動供給手段から供給された回転運動の位相を変化させて、前記レールと前記試験輪との間のすべり率を制御するすべり率制御装置と、を備えた、
   請求項１に記載の車輪試験システム。
3. 前記第１試験装置が
   前記試験輪を回転可能に保持し、前記試験輪を前記レールに接触させた状態で前記レールに沿って走行可能なキャリッジと、
   前記試験輪を駆動する試験輪駆動手段と、を備え、
   前記試験輪駆動手段が、
   前記キャリッジの速度に対応する回転数の回転運動を供給する回転運動供給手段と、
   前記回転運動供給手段から供給された回転運動の位相を変化させて、前記試験輪に加わる所定のトルクを発生するトルク発生手段と、を備えた、
   請求項１に記載の車輪試験システム。
4. 前記第２試験装置が、
   前記軌条輪を回転可能に支持する軌条輪支持部と、
   前記試験輪を前記軌条輪に接触した状態で回転可能に支持する車輪支持部と、
   前記軌条輪及び前記試験輪を回転させる第１電動機と、
   前記試験輪と前記軌条輪との間のすべり率を制御するすべり率制御装置と、
   を備え、
   前記すべり率制御装置が、
   前記第１電動機によって回転駆動される回転フレームと、
   前記回転フレームに取り付けられた第２電動機と、を備え、
   前記軌条輪及び前記試験輪の少なくとも一方が、前記すべり率制御装置を介して前記第１電動機に接続された、
   請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の車輪試験システム。
5. 前記第２試験装置が、
   前記軌条輪を回転可能に支持する軌条輪支持部と、
   前記試験輪を前記軌条輪に接触した状態で回転可能に支持する車輪支持部と、
   前記軌条輪及び前記試験輪を回転させる第１電動機と、
   前記試験輪と前記軌条輪との間のすべり率を制御するトルク発生装置と、
   を備え、
   前記トルク発生装置が、
   前記第１電動機によって回転駆動される回転フレームと、
   前記回転フレームに取り付けられた第２電動機と、を備え、
   前記軌条輪及び前記試験輪の少なくとも一方が、前記トルク発生装置を介して前記第１電動機に接続された、
   請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の車輪試験システム。

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