JP5006139B2 - 拘束装置 - Google Patents

Description

本発明は、対象物の運動を拘束する技術に関するものである。

対象物の運動を拘束する技術としては、エンジンの試験に用いられるエンジン試験システムにおいて、直交する三軸回りの揺動を許容しつつ、エンジンのクランクシャフト軸と垂直な方向への平行移動を拘束するようにエンジンを支持する支持装置が知られている（たとえば、特許文献１）。
特開2000-105173号公報

さて、自動車に搭載された状態におけるエンジンの揺動は、エンジンの重心を通る軸回りの揺動となる。したがって、エンジン試験システム等において、自動車に搭載された状態をできるだけ再現したい場合には、エンジンの重心を通る軸回りの揺動を許容するように、エンジンを支持する必要がある。

しかしながら、前記特許文献１記載の支持装置によれば、直交する三軸回りの揺動は許容されるが、揺動の軸は、必ず、支持装置とエンジン支持部の連結箇所を通る軸となり、エンジンの重心を通る軸とはならない。
そこで、本発明は、対象物の任意の位置を中心とする揺動を許容できるように対象物を拘束する拘束装置を提供することを課題とする。

前記課題達成のために、本発明は、対象物の基体に対する運動を拘束する拘束装置として、前記対象物内部に設定した拘束点を通る軸を回転軸とする複数の回転継手と、前記複数の回転継手によって順次連結された複数のリンクとより構成されるリンク機構を備えた拘束装置を提供する。ただし、前記リンクの両端に位置する二つの回転継手の回転軸の軸方向が異なるように、当該リンクの向きは設定されており、前記リンク機構の一端は前記対象物に固定されており、前記リンク機構の他端は直接または間接的に前記基体に連結されているものである。

このような拘束装置によれば、前記リンク機構の他端に対して許容される対象物の回転や揺動は、当該対象物の拘束点を中心とする、直交する少なくとも２軸回りの回転や揺動のみとなる。よって、前記リンク機構の他端を移動できないように、または、平行移動のみが許容されるように、基体に対して連結することにより、対象物の拘束点を中心とする揺動、回転のみが許容されるように対象物を拘束することができる。ここで、拘束点は、対象物の重心などの任意の位置に設定することができるので、結果、このようなリンク機構によれば、対象物の任意の位置を中心とする揺動を許容できるように対象物を拘束することができる。

ここで、このような拘束装置には、前記リンク機構の他端に一端が連結し、他端が前記基体に固定された平行移動機構を設けるようにしてもよい。ただし、前記平行移動機構は、一軸方向または直交する二軸方向についてのみ、前記リンク機構の他端の前記基体に対する平行移動を許容するものである。
このようにすることにより、対象物の平行移動方向の運動を、平行移動機構が平行移動を許容しない軸方向についてのみ拘束することができる。

また、以上の拘束装置には、前記リンク機構は、前記拘束点を通る軸を回転軸とする回転継手を３以上備えるようにしてもよい。このようにすることにより、対象物の回転や揺動として、当該対象物の拘束点を中心とする直交する３軸回りの回転や揺動のみを許容することができるようになる。
なお、以上のような拘束装置は、前記対象物内部に設定した複数の拘束点の各々に対応して設けた複数の前記リンク装置より構成し、各リンク装置の複数の前記回転継手の回転軸を、対応する拘束点を通る軸となるように設定するようにしてもよい。
このようにすることにより、２点を拘束して対象物に対して設定した任意の軸を拘束したり、３点を拘束して対象物に対して設定した任意の平面を拘束したりすることができるようになる。
なお、以上のような拘束装置は、前記基体を移動駆動するアクチュエータと共に、上述のように拘束点を通る軸回りの対象物の回転や揺動や、一部の軸方向についての対象物の平行移動を許容しつつ、対象物の拘束点を移動する移動機構を構成するためなどにも用いることができる。

以上のように、本発明によれば、対象物の任意の位置を中心とする揺動を許容できるように対象物を拘束する拘束装置を提供することができる。

以下、本発明の実施形態を、エンジン試験システムにおけるエンジンの重心の拘束への適用を例にとり説明する。
まず、図１に、本実施形態に係るエンジン試験システムの構成を示す。
図示するように、エンジン試験システムは、試験対象のエンジン１、エンジン１の出力軸にトルクＴＱを作用させるダイナモメータ２、エンジン１を自動車と同様にエンジンマウントを介して支持する支持台３を備えている。また、エンジン１の出力軸と垂直な方向の運動とエンジン１の重心回りの回転（揺動）を許容しつつ、エンジン１の出力軸方向の運動を拘束する拘束リンク機構４とを備えている。

次に、図２に拘束リンク機構４の構造を示す。
図示するように、拘束リンク機構４は、第１リンク４１、第２リンク４２、第３リンク４３、第４リンク４４、第５リンク４５、第６リンク４６、二つの第７リンク４７、二つの第８リンク４８、二つの第９リンク４９を備えている。
そして、第１リンク４１の一端は連結部４０でエンジン１に固定されている。
また、第２リンク４２の他端は第１回転継手４１２で第２リンク４２の一端に連結されている。また、第２リンク４２の他端は第２回転継手４２３で第３リンク４３の一端に連結されており、第３リンク４３の他端は第３回転継手４３４で第４リンク４４の一端に連結されており、第４リンク４４の他端は第４回転継手４４５で第５リンク４５の一端に連結されており、第５リンク４５の他端は第５回転継手４５６で第６リンク４６の一端に連結されており、第６リンク４６の他端は第６回転継手４６７で第７リンク４７の一端に連結されており、第６リンク４６は他端側において二つの第６回転継手４６７で各々二つの第７リンク４７の一端に連結されており、二つの第７リンク４７の他端は各々二つの第７回転継手４７８で二つの第８リンク４８の一端にそれぞれ連結されており、二つの第８リンク４８の他端は各々二つの第８回転継手４８９で二つの第９リンク４９の一端にそれぞれ連結されている。

そして、第９リンク４９の他端は、支持台３に対して固定されている。
このような構成において、第１回転継手４１２の回転軸４１０、第２回転継手４２３の回転軸４２０、第３回転継手４３４の回転軸４３０、第４回転継手４４５の回転軸４４０、第５回転継手４５６の回転軸４５０は、それぞれ、エンジン１の重心Ｇを通る軸となるように設定されている。なお、これら５つの回転軸は、常にエンジン１の重心Ｇを通る他の回転軸回りに回転移動するので、これら５つの回転軸は常にエンジン１の重心Ｇを通る軸となる。また、第１回転継手４１２の回転軸４１０と第２回転継手４２３の回転軸４２０の軸方向、第２回転継手４２３の回転軸４２０と第３回転継手４３４の回転軸４３０の軸方向、第３回転継手４３４の回転軸４３０と第４回転継手４４５の回転軸４４０の軸方向、第４回転継手４４５の回転軸４４０と第５回転継手４５６の回転軸４５０の軸方向は、エンジン１の重心Ｇまでの距離と回転軸間のリンクの長さに応じて必ず異なる方向の軸となる。

したがって、エンジン１の、これら５つの回転軸回りの回転を組み合わせた、一定範囲内における回転３自由度の回転（揺動）、は許容されることになり、この回転の中心は、常にエンジン１の重心Ｇとなる。
次に、第６回転継手４６７の回転軸４６０、第７回転継手４７８の回転軸４７０、第８回転継手４８９の回転軸４８０は、その軸方向がエンジン１の出力軸方向（図中のｚ方向）となるように設定されている。
したがって、エンジン１やその重心の平行移動は、第９リンク４９に対する第８リンク４８の出力軸回りの回転と、第７リンク４７の第８リンク４８に対する出力軸回りの回転を組みあわせて得られるエンジン１の出力軸と垂直な方向（図中のｘ、ｙ方向）の平行移動が許容されることになる。

そして、以上の結果、エンジン１は、エンジン１の出力軸方向（図中のｚ方向）の移動のみが拘束されることになる。
以上、本発明の実施形態について説明した。
なお、図２に示した拘束リンク機構４は、第６リンク４６を、直接、支持台３に固定することにより、重心を中心とする回転３自由度のエンジン１の回転（揺動）のみを許容しつつエンジン１の前後左右上下方向の平行移動を拘束するリンク機構として構成することもできる。また、第６リンク４６を任意の一軸方向の平行移動のみを許容する機構に連結することにより、重心を中心とする回転３自由度のエンジン１の回転（揺動）を許容しつつエンジン１の前記任意の一軸方向と直交する二軸方向の平行移動を拘束する機構として構成することもできる。

ところで、このような拘束リンク機構４は、図３に模式的に示すように構成することもできる。
図示するように、この拘束リンク機構４は、第１軸用リンク５１、第２軸用リンク５２、第３軸用リンク５３、第１ＸＹ用リンク５４、第２ＸＹ用リンク５５、固定用リンク５６を備えている。
そして、第１軸用リンク５１の一端はエンジン１に固定されている。
また、第１軸用リンク５１の他端は第１軸回転継手５１２で第２軸用リンク５２の一端に連結されている。また、第２軸用リンク５２の他端は第２軸回転継手５２３で第３軸用リンク５３の一端に連結されており、第３軸用リンク５３の他端は第３軸回転継手５３４で第１ＸＹ用リンク５４の一端に連結されており、第１ＸＹ用リンク５４の他端は第１ｚ軸回転継手５４５で第２ＸＹ用リンク５５の一端に連結されており、第２ＸＹ用リンク５５の他端は第２ｚ軸回転継手５５６で固定用リンク５６の一端に連結されている。

そして、固定用リンク５６の他端は、支持台３に対して固定されている。
このような構成において、第１軸回転継手５１２の回転軸、第２軸回転継手５２３の回転軸、第３軸回転継手５３４の回転軸は、それぞれ、エンジン１の重心Ｇを通る軸となるように設定されている。また、これら３つの回転軸が、図示するようにエンジン１に固定した座標系における直交する三軸（図中のｘｏ、ｙｏ、ｚｏ）にそれぞれ一致するように展開することができるように、その回転軸の方向や第１軸用リンク５１、第２軸用リンク５２、第３軸用リンク５３の長さは定められている。

したがって、図より明らかなように、エンジン１の、これら３つの回転軸回りの回転を組み合わせた、回転３自由度の回転（揺動）が許容されることになり、この回転（揺動）の中心は、常にエンジン１の重心Ｇとなる。
次に、第１ｚ軸回転継手５４５の回転軸、第２ｚ軸回転継手５５６の回転軸は、その軸方向がエンジン１の出力軸方向（図中のｚ方向）となるように設定されている。
したがって、エンジン１やその重心の平行移動は、固定用リンク５６に対する第２ＸＹ用リンク５５の出力軸回りの回転と、第１ＸＹ用リンク５４の第２ＸＹ用リンク５５に対するの出力軸回りの回転を組みあわせて得られるエンジン１の出力軸と垂直な方向（図中のｘ、ｙ方向）の平行移動が許容されることになる。

そして、以上の結果、エンジン１は、エンジン１の出力軸方向（図中のｚ方向）の移動のみが拘束されることになる。
なお、図３に示した拘束リンク機構４は、第１ＸＹ用リンク５４を直接、支持台３に固定することにより、重心を中心とする回転３自由度のエンジン１の回転（揺動）のみを許容しつつエンジン１の前後左右上下方向の平行移動を拘束するリンク機構として構成することもできる。また、第１ＸＹ用リンク５４を任意の一軸方向の平行移動のみを許容する機構に連結することにより、重心を中心とする回転３自由度の自動車の回転（揺動）を許容しつつエンジン１の前記任意の一軸方向と直交する二軸方向の平行移動を拘束する機構として構成することもできる。

ところで、以上では、エンジン試験システムへの適用を例にとり説明したが、本実施形態で示した拘束リンク機構４は任意の対象物の運動の拘束に適用することができる。すなわち、たとえば、自動車の試験を行うシャーシダイナモメータにおける自動車の拘束等に用いることができる。なお、シャーシダイナモメータにおける自動車の拘束に適用する場合、拘束リンク機構４における拘束は、重心を中心とする回転３自由度の自動車の回転（揺動）と自動車の左右上下方向の平行移動を許容しつつ自動車の重心の前後方向の平行移動のみを拘束する形態で行ったり、重心を中心とする回転３自由度の自動車の回転（揺動）を許容しつつ自動車の前後左右または前後左右上下方向の平行移動を拘束する形態で行ったりすることができる。

また、以上の実施形態では、エンジンや自動車等の対象物の重心を拘束する場合について示したが、本実施形態で示した拘束リンク機構４は、対象物の重心以外の任意の点、たとえばエンジンの出力点等を拘束するために用いることができる。すなわち、この場合には、重心に代えて拘束する対象物の点を拘束点として、以上で重心を通る軸を回転軸とした各回転継手（図２の第１回転継手４１２-第５回転継手４５６、図３の第１軸回転継手５１２-第３軸回転継手５３４）の回転軸を、重心に代えて拘束点を通る軸とすればよい。
また、本実施形態で示した拘束リンク機構４を複数用いて、各拘束リンク機構４によって、対象物の異なる複数の点をそれぞれ拘束するようにしてもよい。このようにすることにより、２点を拘束して対象物に対して設定した任意の軸を拘束したり、３点を拘束して対象物に対して設定した任意の平面を拘束したりすることができる。

また、本実施形態で示した拘束リンク機構４と、当該拘束リンク機構４の対象物固定端と反対側の端を、当該端を移動駆動するアクチュエータに連結して移動機構を構成するようにしてもよい。このような移動機構によれば、上述のように所望軸回りの対象物の回転や揺動や、一部の軸方向についての対象物の平行移動を許容しつつ、対象物の拘束点を移動する移動機構を構成することができる。

本発明の実施形態に係るエンジン試験システムの構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る拘束リンク機構の構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る拘束リンク機構の他の構成例を示す図である。

符号の説明

１…エンジン、２…ダイナモメータ、３…支持台、４…拘束リンク機構、４０…連結部、４１…第１リンク、４２…第２リンク、４３…第３リンク、４４…第４リンク、４５…第５リンク、４６…第６リンク、４７…第７リンク、４８…第８リンク、４９…第９リンク、５１…第１軸用リンク、５２…第２軸用リンク、５３…第３軸用リンク、５４…第１ＸＹ用リンク、５５…第２ＸＹ用リンク、５６…固定用リンク、４１２…第１回転継手、４２３…第２回転継手、４３４…第３回転継手、４４５…第４回転継手、４５６…第５回転継手、４６７…第６回転継手、４７８…第７回転継手、４８９…第８回転継手、５１２…第１軸回転継手、５２３…第２軸回転継手、５３４…第３軸回転継手、５４５…第１ｚ軸回転継手、５５６…第２ｚ軸回転継手。

Claims (5)

1. 対象物の基体に対する運動を拘束する拘束装置であって、
   前記対象物内部に設定した拘束点を通る軸を回転軸とする複数の回転継手と、前記複数の回転継手によって順次連結された複数のリンクとより構成されるリンク機構を有し、
   前記リンクの両端に位置する二つの回転継手の回転軸の軸方向が異なるように、当該リンクの向きは設定されており、
   前記リンク機構の一端は前記対象物に固定され、当該リンク機構の他端は直接または間接的に前記基体に連結されており、
   前記対象物は、自動車もしくは自動車のエンジンであり、前記拘束点は対象物の重心であることを特徴とする拘束装置。
2. 請求項１記載の拘束装置であって、
   前記リンク機構の他端に一端が連結し、他端が前記基体に固定された平行移動機構を有し、
   前記平行移動機構は、一軸方向または直交する二軸方向についてのみ、前記リンク機構の他端の前記基体に対する平行移動を許容することを特徴とする拘束装置。
3. 請求項１または２記載の拘束装置であって、
   前記リンク機構は、前記拘束点を通る軸を回転軸とする回転継手を３以上備えていることを特徴とする拘束装置。
4. 対象物の基体に対する運動を拘束する拘束装置であって、
   前記対象物内部に設定した複数の拘束点の各々に対応して設けた複数のリンク機構を備え、
   前記各リンク機構の一端は前記対象物に固定され、当該リンク機構の他端は直接または間接的に前記基体に連結されており、
   各リンク機構は、各々、対応する拘束点を通る軸を回転軸とする複数の回転継手と、前記複数の回転継手によって順次連結された複数のリンクとより構成され、かつ、前記リンクの両端に位置する二つの回転継手の回転軸の軸方向が異なるように、当該リンクの向きは設定されていることを特徴とする拘束装置。
5. 請求項１、２、３または４記載の拘束装置と、
   前記基体を移動駆動するアクチュエータを備えることを特徴とする移動機構。