JP5856462B2 - ねじり試験機 - Google Patents

Description

本発明は、供試体にねじり荷重を与えるねじり試験機に関する。

特許文献１には、供試体の一端を回転自在に保持する回転側保持体と、供試体の他端を回転不能に保持する固定側保持体と、回転側保持体を介して供試体にトルクを負荷するトルク負荷手段と、供試体に負荷されたトルクを検出するトルク検出器を備えたねじり試験機が開示されている。トルク検出器は、固定側保持体に設けられている。このようなねじり試験機を使用してプロペラシャフト等の動力伝達装置のねじり試験を行う場合には、動力伝達装置の入力軸を回転側保持体に保持させ、出力軸を固定側保持体に保持させて、入力軸にトルクを負荷する。そして、トルク検出器により出力軸のトルクが検出される。

特開２００７−１０７９５５号公報

動力伝達装置の疲労特性を評価する場合には、エンジン等の動力装置の出力特性に応じたトルクを入力軸に与えて試験を行う必要があるが、特許文献１に記載される従来のねじり試験機では、入力軸のトルクを検出して制御することができない。プロペラシャフトのように入力軸と出力軸が同じ回転数で回転する（すなわち減速比が１である）動力伝達装置の場合には、入力軸と出力軸のトルクが同じ大きさとなるため、トルク検出器により検出される出力軸のトルクを制御することにより疲労特性を比較的に正確に評価することができる。しかしながら、供試体がトランスミッション等の減速比を有する動力伝達装置である場合には、入力軸と出力軸に加わるトルクが異なり、また機械損失も無視できない大きさとなるため、従来のねじり試験機では疲労特性を十分に正確に評価することができなかった。

本発明の実施形態によれば、供試体にねじり荷重を与えるねじり試験機が提供される。本発明の実施形態に係るねじり試験機は、供試体の一端を所定の中心軸の周りに回転駆動する駆動部を備え、駆動部は、回転部と、回転部をフレームに対して回転自在に支持する軸受部と、回転部を駆動するモータとを備え、回転部は、供試体に与えるねじり荷重を検出するトルクセンサと、回転部の一端に設けられた、供試体の一端が取り付けられるチャックと、トルクセンサとチャックとを連結する軸部とを備え、軸受部は軸部を回転自在に支持する。また、供試体の他端を固定する反力部を備える構成としてもよい。

この構成によれば、供試体の入力軸に加えるトルクを制御してねじり試験を行うことが可能になる。また、チャックの重量は、軸受部に支持される為、トルクセンサに加わることがない。また、トルクセンサとチャックとの間に配置された軸部が軸受部により回転自在に支持されるため、チャックに加わるトルク（すなわち供試体に与えられるねじり荷重）は、軸部を介して、殆ど損失を受けずにトルクセンサに伝達される。そのため、トルクセンサによって供試体に与えられる試験荷重を正確に検出することができる。

モータはサーボモータであり、サーボモータの出力軸の回転を減速して、回転部の他端に伝達する減速機を備え、減速機は、その出力軸をフレームに対して回転自在に支持する軸受を備え、トルクセンサは減速機の出力軸に接続された構成としてもよい。

この構成によれば、メンテナンスが容易なサーボモータ型ねじり試験機が実現する。また、トルクセンサが両持ち梁状に回転自在に支持される為、トルクセンサには供試体に与えるトルクのみが減速機から伝えられ、大きな曲げ応力や軸荷重が加わることがなく、トルクセンサが供試体に与えられる試験荷重をより正確に検出することができる。

モータは回転部を反転駆動するように構成され、一端が回転部に固定され、他端が固定部に固定された、トルクセンサの信号を伝送するケーブルと、回転部の回転に伴って移動するケーブルをガイドするケーブルガイド部と、を備え、ケーブルガイド部は、回転部に同軸に設けられた円柱面状の外周面と、一端が外周面に固定され、他端が回転部の中心軸の略直下において固定部に固定され、中空部内にケーブルが収容されたケーブル保護管と、フレームに固定され、外周面と略同軸に対向して形成された、中心軸の周りに中心軸の略直下（０度）から＋９０度までの角度範囲に延びる曲面である第１のガイド面とを備え、ケーブル保護管は、中心軸と平行な軸周りにのみ、最小許容曲げ径以上の径で屈曲自在に構成され、外周面と第１のガイド面との間隔は、ケーブル保護管を所定の最小許容曲げ径で屈曲させた時のケーブル保護管の外径と略同じ寸法に設定されており、ケーブル保護管の一部は外周面と第１のガイド面との間に架空され、架空された一部が略最小許容曲げ径にて略１８０度屈曲した構成としてもよい。

この構成によれば、ケーブルを収容したケーブル保護管が不要な移動の自由度を持たない為、ケーブル及びケーブル保護管の自由な揺動に伴って生じる力がトルクセンサに与えられることがなく、ねじり荷重の検出誤差を低減することができる。また、ケーブル保護管の振動による騒音の発生や、ケーブル保護管とフレームや試験機本体との衝突、或いはケーブル保護管同士の衝突による騒音の発生や装置の破損が防止される。

また、ケーブルガイド部は、フレームに固定され、外周面と略同軸に対向して形成された、中心軸の周りに中心軸の略直下（０度）から−９０度までの角度範囲に延びる曲面である第２のガイド面を備え、外周面と第２のガイド面との間隔は、ケーブル保護管を外周面に巻き付けたときの、外周面の半径方向におけるケーブル保護管の外寸と略同じ大きさに設定されている構成としてもよい。

この構成によれば、ケーブル保護管が外周面の下面から離れて揺動することが抑制される為、ねじり荷重の検出誤差が低減されると共に、ケーブル保護管の振動による騒音の発生や、ケーブル保護管とフレームや試験機本体との衝突、或いはケーブル保護管同士の衝突による騒音の発生や装置の破損が防止される。

また、第２のガイド面の下端から、ケーブル保護管を最小許容曲げ径で屈曲させた時のケーブル保護管の内周面と略同じ曲率で下方に１８０度延びる第３のガイド面を備える構成としてもよい。

また、本発明の実施形態によれば、モータの駆動力によって供試体にねじり荷重を与えるねじり試験機が提供される。本発明の実施形態に係るねじり試験機は、軸受によってフレームに対して回転自在に支持された第１軸と、第１軸を介してモータに連結された、ねじり荷重を計測するトルクセンサと、軸受によってフレームに対して回転自在に支持された第２軸と、第２軸を介してトルクセンサに連結された、供試体の一端が取り付けられるチャックと、を備える。

本発明の実施形態の構成によれば、供試体の入力軸に加えるトルクを測定可能なねじり試験を行うことが可能になる。

図１は、本発明の第１実施形態のねじり試験機の側面図である。 図２は、本発明の第１実施形態のねじり試験機の反力部の正面図である。 図３は、本発明の第１実施形態のねじり試験機の反力部の側面図である。 図４は、本発明の第１実施形態のねじり試験機の、反力部の浮上機構（ロック機構）周辺の断面図である。 図５は、本発明の第２実施形態のねじり試験機の駆動部の側面図である。 図６は、図５のＡ−Ａ矢視図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の第１実施形態のねじり試験機１００の側面図である。本実施形態のねじり試験機１００は、自動車のトランスミッションユニット等、入力軸と出力軸が同軸上に配置されていない供試体のねじり試験に適した試験装置である。例えば、ねじり試験機１００を使用して、供試体に往復ねじり荷重を加える耐久試験（疲労試験）を行うことができる。

ねじり試験機１００は、ベース１１０の上に駆動部１２０、反力部１３０、及びカバー１４０が配置された構造となっている。駆動部１２０及び反力部１３０には、チャック１２１及び１３１（図２）がそれぞれ対向して設けられており、ねじり試験は、供試体の入力軸及び出力軸をチャック１２１及び１３１にそれぞれ固定した状態で行われる。なお、以下の説明においては、ねじり試験の軸方向（図１における左右方向）をＸ軸方向、Ｘ軸と直交する水平方向（図１における紙面に垂直な方向）をＹ軸方向、鉛直方向（図１における上下方向）をＺ軸方向と定義する。

カバー１４０は、ねじり試験時に供試体の潤滑油や破損した供試体の破片等が装置外部に飛散しないように、駆動部１２０から反力部１３０にかけてねじり試験機１００の主要部を覆う、開閉式の覆いである。図１に示されるように、カバー１４０は、互いに大きさが異なり、それぞれＸ軸方向に移動可能な、３段のアーチ状の可動カバーユニット１４１〜１４３から構成されている。可動カバーユニット１４１、１４２及び１４３は、この順でＹ軸及びＺ軸方向寸法が徐々に大きくなるように作られており、供試体をねじり試験機１００に取り付ける（又は取り外す）際は、可動カバーユニット１４３をＸ軸正方向（図１において右方向）に移動することにより、可動カバーユニット１４１及び１４２が可動カバーユニット１４３内に入れ子式に収容されるようになっている。

チャック１２１は、トルクセンサ１２３及び減速機１２４を介してサーボモータ１２２の出力軸（不図示）に接続されている。サーボモータ１２２の出力軸の回転運動は、減速機１２４によって減速された上でチャック１２１に伝達され、その結果、チャック１２１はＸ軸と平行な軸周りに回転する。一方、反力部１３０のチャック１３１（図２）は、ねじり試験を行うときは、移動しないようにロックされる。そのため、駆動部１２０と反力部１３０に供試体の入力軸と出力軸がそれぞれ固定された状態でサーボモータ１２２を駆動させることによって、供試体にねじり荷重を加えることができる。供試体に加えられるねじり荷重は、トルクセンサ１２３によって計測される。

本実施形態のねじり試験機１００は、入出力軸の相対的な配置が異なる様々な仕様のトランスミッションユニットのねじり試験を行うことができるよう、チャック１３１の位置を、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸方向に調整可能になっている。このような調整を可能にするために、ねじり試験機１００は、チャック１３１の位置をＹ軸及びＺ軸方向に移動するチャック移動機構と、チャック１３１が設けられた反力部１３０の位置をＸ軸方向に移動する反力部移動機構を備えている。

次に、チャック移動機構について説明する。図２は反力部１３０を駆動部１２０側から（すなわちＸ軸負方向に）見た正面図であり、図３は反力部１３０をＹ軸負方向に見た側面図である。図１〜図３に示されるように、反力部１３０は、ねじり試験機１００のベース１１０上に配置された第１ベースプレート１３２ａと、Ｘ軸と垂直に配置されて第１ベースプレート１３２ａ上に固定された第２ベースプレート１３２ｂとを備える。

第２ベースプレート１３２ｂの駆動部１２０と対向する面におけるＺ軸方向両端部には、Ｙ軸方向に延びる一対のレール１３２ｃが取り付けられている。第１可動プレート１３３は、一対のレール１３２ｃに挟まれて、レール１３２ｃに沿ってＹ軸方向にスライド可能に保持されている。また、図３に示されるように、各レール１３２ｃのＸ軸正方向の端部（第２ベースプレート１３２ｂに対する遠位端）には、一対のレール１３２ｃが対向する方向（Ｚ軸方向）に突出するフランジ部１３２ｆが設けられ、横断面がＬ字状に形成されている。また、第１可動プレート１３３のＺ軸方向両端には、第２ベースプレート１３２ｂに沿ってＺ軸方向に突出する一対のフランジ部１３３ｆが形成されている。第１可動プレート１３３のフランジ部１３３ｆは、第２ベースプレート１３２ｂと各レール１３２ｃとで囲まれて形成された凹部に略隙間無く差し込まれており、第１可動プレート１３３は、各レール１３２ｃのフランジ部１３２ｆによって、一対のレール１３２ｃで挟み込まれた状態から離脱しないように保持されている。

また、第２ベースプレート１３２ｂには、Ｙ軸方向に延びる複数の溝１３２ｅが形成されている。溝１３２ｅは、底部において溝幅が広く形成され、略Ｔ字状の横断面形状を有している。溝１３２ｅには、矩形状のフランジ部１３２ｇが形成され、略Ｔ字状の縦断面を有する角ナット１３２ｎが差し込まれている。角ナット１３２ｎは、溝１３２ｅ内でＹ軸方向のみに移動自在に保持されている。また、角ナット１３２ｎのフランジ部１３２ｏにおける対角線の長さは、フランジ部１３２ｏが収容される溝１３２ｅの幅よりも長く、角ナットは溝１３２ｅ内で回転できないようになっている。また、第１可動プレート１３３の溝１３２ｅと対応する位置には、複数の貫通孔１３３ａが設けられている。ねじり試験を行う際には、貫通孔１３３ａに通したボルトＢ１を角ナット１３２ｎに捻じ込み、ボルトＢ１と角ナット１３２ｎとの間で第１可動プレート１３３と第２ベースプレート１３２ｂとを締め付けることにより、第１可動プレート１３３が第２ベースプレート１３２ｂに対して強く固定され、第１可動プレート１３３がＹ軸方向に動かないようにロックされる。また、ボルトと角ナットによる締め付けを緩めることにより、ボルトを角ナットに係合させたまま第１可動プレート１３３をＹ軸方向に移動可能となっている。

第１可動プレート１３３は、送りねじ１３３ｂとナット１３３ｃから構成される送りねじ機構によって水平方向に駆動される。送りねじ１３３ｂは、その軸をＹ軸方向に向けて、第２ベースプレート１３２ｂの上端に設けられた一対の軸受１３２ｄによって回転可能に支持されている。また、ナット１３３ｃは、第１可動プレート１３３に固定されている。その為、送りねじ１３３ｂを回転させると、第１可動プレート１３３は、ナット１３３ｃと共に送りねじ１３３ｂの軸方向（Ｙ軸方向）に移動する。

送りねじ１３３ｂの一端には、ハンドルＨ１を取り付けることができるようになっており、第１可動プレート１３３をＹ軸方向に移動させる際は、ハンドルＨ１を送りねじ１３３ｂに取り付けて、手動でハンドルＨ１を操作することによって送りねじ１３３ｂを回転させる。

第１可動プレート１３３の駆動部１２０と対向する面におけるＹ軸方向両端部には、Ｚ軸方向に延びる一対のレール１３３ｄが取り付けられている。第２可動プレート１３４は、一対のレール１３３ｄに挟まれて、レール１３３ｄに沿ってＺ軸方向にスライド可能に保持されている。レール１３３ｄ及び第２可動プレート１３４には、上述したレール１３２ｃ及び第１可動プレート１３３と同様の係合構造が形成され、第２可動プレート１３４が一対のレール１３３ｄで挟み込まれた状態から離脱しないように保持されている。

また、第１可動プレート１３３には、Ｚ軸方向に延びる、一対の溝１３３ｇが形成されている。溝１３３ｇも、溝１３２ｅと同様に、略Ｔ字状の縦断面を有しており、略Ｔ字状の縦断面を有する角ナット（不図示）が差し込まれている。また、第２可動プレート１３４の溝１３３ｇと対応する位置にも、複数の貫通孔１３４ａが設けられている。ねじり試験を行う際には、貫通孔１３４ａに通したボルトＢ２を角ナットに捻じ込み、ボルトＢ２と角ナットとの間で第２可動プレート１３４と第１可動プレート１３３とを締め付けることにより、第２可動プレート１３４が第１可動プレート１３３に対して強く固定され、第２可動プレート１３４がＺ軸方向に動かないようにロックされる。また、ボルトＢ２と角ナットによる締め付けを緩めることにより、ボルトを角ナットに係合させたまま第２可動プレート１３４をＺ軸方向に移動可能となっている。

第２可動プレート１３４は、送りねじ１３４ｂとナット１３４ｃから構成される送りねじ機構によってＺ軸方向に駆動される。送りねじ１３４ｂは、その軸をＺ軸方向に向けて、第１可動プレート１３３上に設けられた一対の軸受１３３ｅによって回転可能に支持されている。また、ナット１３４ｃは、第２可動プレート１３４に固定されている。その為、送りねじ１３４ｂを回転させると、第２可動プレート１３４は、送りねじ１３４ｂの軸方向（Ｚ軸方向）に移動する。

送りねじ１３４ｂの一端には、ハンドルＨ２を取り付けることができるようになっており、第２可動プレート１３４をＺ軸方向に移動させる際は、ハンドルＨ２を送りねじ１３４ｂに取り付けて、ハンドルＨ２を操作することによって送りねじ１３４ｂを回転させる。

このように、ハンドルＨ１の操作によって、反力部１３０の第１、第２ベースプレート１３２ａ、１３２ｂに対して第１可動プレート１３３をＹ軸方向に移動可能であり、また、ハンドルＨ２の操作によって、第１可動プレート１３３に対して第２可動プレート１３４をＺ軸方向に移動可能である。図２に示されるように、反力部１３０のチャック１３１は第２可動プレート１３４上に設けられている。従って、ハンドルＨ１及びＨ２の操作によって、チャック１３１の位置をＹ軸方向及びＺ軸方向に調整可能である。

次に、反力部移動機構について説明する。図２及び図３に示されるように、ベース１１０の上にはＸ軸方向に延びる一対のレール１１１が固定されている。また、図３に示されるように、各レール１１１には、２つのランナーブロック１３２ｒがレール１１１に沿ってスライド自在に係合している。これらのランナーブロック１３２ｒは、第１ベースプレート１３２ａの底面に取り付けられている。即ち、反力部１３０は、レール１１１に沿ってＸ軸方向に移動可能となっている。

図３に示されように、ベース１１０の上面には、Ｘ軸方向に延びるラック１１２が固定されている。また、第１ベースプレート１３２ａの底面には、ラック１１２と係合するピニオンギア１３５ａが設けられている。ピニオンギア１３５ａは、第１ベースプレート１３２ａを貫通してＺ軸方向に延びる回転軸１３５ｂの下端に、同軸に固定されている。また、回転軸１３５ｂは、第１ベースプレート１３２ａに回転自在に支持されている。そのため、回転軸１３５ｂを回転させると、ピニオンギア１３５ａも回転して、ピニオンギア１３５ａは係合するラック１１２から反力を受ける。そして、反力部１３０は、ピニオンギア１３５ａが受けた反力により駆動され、また、ランナーブロック１３２ｒが係合するレール１１１に案内されて、Ｘ軸方向に移動する。

回転軸１３５ｂの上端には、ウォームホイール１３５ｃが同軸に固定されている。ウォームホイール１３５ｃは、Ｙ軸方向に延びる回転軸１３５ｄに形成されたウォームと係合している。また、回転軸１３５ｄには、ハンドルＨ３を取り付けることができるようになっている。そのため、回転軸１３５ｄに取り付けたハンドルＨ３を回転させると、回転軸１３５ｄがＹ軸と平行な軸周りに回転する。そして、ウォームホイール１３５ｃは、係合する回転軸１３５ｄのウォームの回転によって駆動され、ウォームホイール１３５ｃと回転軸１３５ｂ及びピニオンギア１３５ａとが一体にＺ軸と平行な軸周りに回転し、ピニオンギア１３５ａが係合するラック１１２からＸ軸方向の反力を受け、反力部１３０がレール１１１に沿って移動する。従って、ハンドルＨ３の操作によって反力部１３０のＸ軸方向の位置を調整可能である。

なお、ハンドルＨ１、Ｈ２及びＨ３は着脱可能であり、ねじり試験を行うときは試験の邪魔にならないよう取り外される。

また、反力部１３０の位置調整時にのみ反力部１３０をベース１１０に対してＸ軸方向にスムーズに移動可能にし、試験時には反力部１３０をベース１１０に確実に固定するために、反力部１３０は浮上機構１３６を備えている。浮上機構１３６は、第１ベースプレート１３２ａとランナーブロック１３２ｒとの間に設けられており、反力部１３０をＸ軸方向へ移動する時には、反力部１３０の底面（第１ベースプレート１３２ａの底面）をベース１１０から浮上させ、反力部１３０の全ての荷重をランナーブロック１３２ｒとレール１１１のみで支持させる（すなわち、ランナーブロック１３２ｒ及びレール１１１からなるリニアスライド機構を有効にする）。また、ねじり試験を行う時には、浮上機構１３６は、ランナーブロック１３２ｒとレール１１１に反力部１３０の荷重を一切加えず、第１ベースプレート１３２ａを直接ベース１１０上に載せる（すなわち、上記リニアスライド機構を無効にする）。

図４は、反力部１３０の浮上機構１３６周辺の断面図である。図４に示されるように、浮上機構１３６は、軸部１３６ａと、軸受部１３６ｂと、押圧ピン１３６ｃとを備える。軸部１３６ａは、ランナーブロック１３２ｒの上面に固定された底板部１３６ａ１と、底板部１３６ａ１の上面中央からＺ軸方向に延びる円柱部１３６ａ２を有する部材である。軸受部１３６ｂは、反力部１３０の第１ベースプレート１３２ａに固定された部材であり、軸部１３６ａの円柱部分をＺ軸方向にスライド自在に収容する円柱形の中空部を有している。なお、軸受部１３６ｂは、転動体であるボール１３６ｅを介して軸部１３６ａの外周面を支持しており、極めて低い摩擦抵抗で軸部１３６ａに対してＺ軸方向に移動可能となっている。

図４に示されるように、軸受部１３６ｂの上面には、Ｚ軸方向に延びる、押圧ピン１３６ｃと同径の貫通穴１３６ｂ１が開けられている。また、貫通穴１３６ｂ１には、めねじが形成されている。押圧ピン１３６ｃは、側面に貫通穴１３６ｂ１と係合するおねじが形成されている。また、押圧ピン１３６ｃの下端には、押圧ピン１３６ｃの本体により回転自在に支持された金属製のボール１３６ｄが配置されており、ボール１３６ｄの一部が押圧ピン１３６ｃの本体の下端から突出している。押圧ピン１３６ｃは、ボール１３６ｄが軸部１３６ａの上面と対向するように、貫通穴１３６ｂ１に捻じ込まれている。

反力部１３０を移動させる際は、第１ベースプレート１３２ａをベース１１０に固定するボルトＢを緩めた後、押圧ピン１３６ｃを下方へ移動する方向に回転させ、ボール１３６ｄを軸部１３６ａの上面に当接させる。更に押圧ピン１３６ｃを回転させると、軸部１３６ａ及びランナーブロック１３２ｒが第１ベースプレート１３２ａに対して下方に移動し、反力部１３０の底面がベース１１０から浮上して、反力部１３０がランナーブロック１３２ｒ及びレール１１１のみによって支持される状態となる。その為、スムーズに反力部１３０をＸ軸方向に移動させることが可能となる。

一方、ねじり試験を行う際は、押圧ピン１３６ｃを上方へ移動する方向に回転させて、第１ベースプレート１３２ａを降下させる。ボール１３６ｄが軸部１３６ａの上面から離れると、ランナーブロック１３２ｒ及びレール１１１には反力部１３０の荷重が加わらなくなり、第１ベースプレート１３２ａが直接ベース１１０上に載せられた状態となる。次いで、ボルトＢによって第１ベースプレート１３２ａをベース１１０に固定する。図４に示されるように、ボール１３６ｄが軸部１３６ａの上面から離れ、第１ベースプレート１３２ａがベース１１０上に直接載置された状態では、第１ベースプレート１３２ａ及び軸受部１３６ｂの下端も軸部１３６ａと非接触となる。そのため、この状態では、反力部１３０の荷重は、全くランナーブロック１３２ｒやレール１１１には伝達されず、反力部１３０に大荷重が加わる捻り試験中にランナーブロック１３２ｒに過度の荷重が加わり破損することはない。

また、押圧ピン１３６ｃの下端に低摩擦で回転可能なボール１３６ｄを設けたことにより、押圧ピン１３６ｃを軸部１３６ａに向かって捻じ込む際、或いは押圧ピン１３６ｃを軸部１３６ａから離す際に、押圧ピン１３６ｃの下端と軸部１３６ａの上面との間に働く摩擦力の大きさが格段に低く抑えられ、押圧ピン１３６ｃを低トルクで回転させることが可能になると共に、軸部１３６ａの上面及び押圧ピン１３６ｃの下面の摩耗が抑えられる。

（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。従来のねじり試験機においては、ねじり荷重を検出するトルクセンサが反力盤に固定されており、信号ケーブルが接続されたトルクセンサ自体が回転しないようになっている。すなわち、従来のねじり試験機は、反力盤側のチャックに固定された供試体の出力軸に加わるトルクをねじり荷重として検出するようになっている。しかしながら、自動車のトランスミッションユニット等の動力伝達部品を試験する場合は、供試体の入力軸に加わる荷重（すなわちエンジン出力に相当する荷重）を管理することが求められている。特に、トランスミッションユニット等の入出力軸間で速度比を有する部品の性能をより正確に評価するためには、トルクセンサを駆動部側に配置して、供試体の入力軸に加わるトルクを検出する必要がある。しかし、トルクセンサを駆動部側に配置する場合は、トルクセンサを供試体の入力軸と共に回転させることになる。そのため、ねじり試験時にトルクセンサの信号ケーブルが大きく振られてねじり試験機自身と干渉しないようにする必要がある。以下に説明する本発明の第２実施形態のねじり試験機２００は、トルクセンサの信号ケーブルとねじり試験機との干渉を防止する機構を設けたものである。

図５は、本発明の第２実施形態のねじり試験機２００の駆動部２２０近傍の側面図である。尚、反力部の構造は第１実施形態と同一である為、詳しい説明は省略する。

図５に示されるように、本実施形態の駆動部２２０は、第１実施形態の駆動部１２０と同様、サーボモータ２２２とチャック２２１との間に、減速機２２４とトルクセンサ２２３が配置された構成となっている。また、トルクセンサ２２３は、略円筒形のスペーサ２２３ａを介して減速機２２４の出力軸に固定されている。本実施形態においては、前述のように駆動部２２０側にトルクセンサ２２３が設けられており、減速機２２４からチャック２２１に至るＸ軸方向の寸法が大きいものとなっている。そのため、本実施形態においては、トルクセンサ２２３とチャック２２１とを連結するスピンドル２２８が、軸受２２９を介して回転可能に支持されている。すなわち、本実施形態においては、図５に示されるように、互いに連結されて一体となっているサーボモータ２２２、減速機２２４、スペーサ２２３ａ、トルクセンサ２２３、スピンドル２２８及びチャック２２１が、スピンドル２２８及び減速機２２４の２箇所において回転自在かつ高い剛性で支持されている。

また、本実施形態においては上記のように駆動部２２０が大型化している為、スピンドル２２８は極力軽量のものを使用して駆動部２２０の回転部分（トルクセンサ２２３、スピンドル２２８及びチャック２２１）の慣性が低減されている。また、軸受２２９内の摩擦抵抗を極力小さくするため、摩擦抵抗の小さい軸受２２９を採用すると共に、摩擦抵抗が増加しない範囲のプリロードトルクで軸受２２９が取り付けられている。この構成により、トルクセンサ２２３を駆動部２２０に配置しても、ねじり荷重を高い精度で測定することが可能になる。

次にトルクセンサ２２３の信号ケーブルの干渉防止機構（ケーブルガイド部）について説明する。図５のＡ−Ａ断面図を図６に示す。図６に示されるように、本実施形態においては、トルクセンサ２２３の信号ケーブルは、ケーブルベア（登録商標）２２５内に収容されている。

ケーブルベア２２５は、複数の枠体をリンク構造によって一列に連結して形成されたケーブル保護管であり、内部に信号ケーブルが通されている。また、ケーブルベア２２５の枠体同士は、互いに特定の１軸（本実施形態においてはＸ軸）の周りのみに回動可能となるよう連結されており、ケーブルベア２２５全体としては、特定のＹＺ平面（すなわち、ねじり試験の軸に直交する１平面）内でのみ可撓性を有する。また、ケーブルベア２２５は、最小許容曲げ径よりも小さい径では曲がらないようになっている。

ケーブルベア２２５の一端２２５ａは、スペーサ２２３ａの外周面に固定されている。また、ケーブルベア２２５の他端２２５ｂは、スペーサ２２３ａの真下の位置において、ねじり試験機２００のベース２１０上に固定されている。

また、ベース２１０上には、第１及び第２のケーブルベアガイド２２６、２２７が固定されている。第１及び第２のケーブルベアガイド２２６、２２７は、共に、スペーサ２２３ａと略同心の円筒面であるガイド面２２６ａ、２２７ａを有する。第１のケーブルベアガイド２２６のガイド面２２６ａは、図６におけるスペーサ２２３ａの下端付近から右端付近にかけて、スペーサ２２３ａと対向するように配置されている。図６に示されるように、スペーサ２２３ａの外周面とガイド面２２６ａとの間隔は、ケーブルベア２２５の厚さ（スペーサ２２３ａの半径方向の寸法）よりも僅かに大きな寸法に設定されており、ケーブルベア２２５がスペーサ２２３ａの外周面とガイド面２２６ａとで挟み込まれずに、またケーブルベア２２５がスペーサ２２３ａの外周面とガイド面２２６ａと間で振動することなく、スペーサ２２３ａの回転に伴ってケーブルベア２２５がスペーサ２２３ａの外周面とガイド面２２６ａとの隙間をスムーズに移動できるようになっている。また、図６に示されるように、第１のケーブルベアガイド２２６は、ガイド面２２６ａの下端からケーブルベア２２５の他端２２５ｂ付近まで、ケーブルベア２２５の最小許容曲げ径（外径）にて反時計方向へ延びるガイド面２２６ｂが形成されている。一方、第２のケーブルベアガイド２２７のガイド面２２７ａは、図６におけるスペーサ２２３ａの下端付近から左端付近にかけて、スペーサ２２３ａと対向するように配置されている。スペーサ２２３ａの外周面とガイド面２２７ａとの間隔は、ケーブルベア２２５の最小許容曲げ径（外径）よりも僅かに大きな寸法に設定されており、従ってガイド面２２７ａは第１のケーブルベアガイド２２６のガイド面２２６ａよりも曲率半径が大きく形成されている。

図６に二点鎖線で示されるように、スペーサ２２３ａが最も反時計回りに振れた状態では、ケーブルベア２２５の一端２２５ａは、スペーサ２２３ａの左下側に位置する。このとき、ケーブルベア２２５は、一端２２５ａから時計回りにスペーサ２２３ａの外周面に沿って延びた後、第１のケーブルベアガイド２２６のガイド面２２６ａに沿って時計回りに延び、次いでガイド面２２６ｂにガイドされて反時計回りに延びて他端２２５ｂに至る。

この状態からスペーサ２２３ａが時計回りに回転すると、ケーブルベア２２５の他端２２５ｂ側は第１のケーブルベアガイド２２６のガイド面２２６ａから徐々に繰り出されて、ガイド面２２６ｂから離れ、第２のケーブルベアガイド２２７のガイド面２２７ａ上に移動する。そして、スペーサ２２３ａが最も時計回りに振れた状態では、ケーブルベア２２５は、図中破線で示されるように、その一端２２５ａがスペーサ２２３ａの右下側に位置する。このとき、ケーブルベア２２５は、一端２２５ａから時計回りにスペーサ２２３ａの外周面に沿って延びた後、スペーサ２２３ａから離れて、ケーブルベア２２５の最小許容曲げ径（外径）にて反時計方向へ空中を延び、残りが第２のケーブルベアガイド２２７のガイド面２２７ａにガイドされて反時計回りに延びて他端２２５ｂに至る。

本実施形態においては、このようにケーブルベア２２５によってトルクセンサ２２３の信号ケーブルが特定のＹＺ平面から飛び出さないように規制されていると共に、第１、第２のケーブルベアガイド２２６、２２７によって、ケーブルベア２２５がガイドされる為、トルクセンサ２２３の信号ケーブルはねじり試験機２００の他の部分と干渉しない。また、スペーサ２２３ａの外周面と第２のケーブルベアガイド２２７のガイド面２２７ａとの間隔をケーブルベア２２５の最小許容曲げ径（外径）と略同じ大きさに設定し、スペーサ２２３ａの外周面と第２のケーブルベアガイド２２７のガイド面２２７ａとの間でケーブルベア２２５を１８０度折り返して配置し、更にケーブルベア２２５を最小許容曲げ径よりも小径で曲がらないように構成したことにより、ケーブルベア２２５は移動の自由度が奪われ、ケーブルベア２２５が振動してスペーサ２２３ａやガイド面２２７ａに衝突することが防止される。また、スペーサ２２３ａを回転させても、ケーブルベア２２５が最小許容曲げ径以下に曲げられて破損することもない。

以上が本発明の例示的な実施形態の説明である。本発明の実施の形態は、上記に説明したものに限定されず、特許請求の範囲の記載により表現された技術的思想の範囲内で任意に変更することができる。

上記の第２実施形態は、信号ケーブルの干渉防止機構（ケーブルガイド部）をねじり試験機に設けた例であるが、ケーブルガイド部は、ねじり試験機に限らず、固定部と反転駆動する回転部（言い換えれば揺動部）との間でのケーブル接続が必要な機械装置全般（例えば、回転子が反転駆動する電気モータや、揺動動作する自動ステージ）に適用することができる。

１００、２００…ねじり試験機
１１０、２１０…ベース
１２０、２２０…駆動部
１２１、１３１、２２１…チャック
１２２、２２２…サーボモータ
１２３、２２３…トルクセンサ
１２４、２２４…減速機
１３０…反力部
１３２ａ…第１ベースプレート
１３２ｂ…第２ベースプレート
１３３…第１可動プレート
１３４…第２可動プレート
１３６…浮上機構
１３６ａ…軸部
１３６ｂ…軸受部
１３６ｃ…押圧ピン
１３６ｄ…ボール
２２５…ケーブルベア
２２６…第１のケーブルベアガイド
２２７…第２のケーブルベアガイド
Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３…ハンドル

Claims (8)

1. フレームと、
   前記フレームに対して所定の中心軸周りに正逆回転可能な回転部と、
   その一端部が前記フレームに固定され、その他端部が前記回転部に固定されたケーブルと、
   前記ケーブルの移動をガイドするケーブルガイド部と、
   を備え、
   前記ケーブルガイド部が、
   前記中心軸と略同軸に配置されて前記回転部に固定された円柱面状の外周面と、
   前記外周面と略同軸に対向配置されて前記フレームに固定された曲面である第１ガイド面と、
   その一端部が前記外周面に固定され、その他端部が前記フレームに固定され、その中空部内に前記ケーブルが収容されたケーブル保護管と、を備え、
   前記ケーブル保護管が、前記中心軸と平行な軸周りにのみ、最小許容曲げ径以上の曲げ径で屈曲自在に構成され、
   前記外周面と前記第１ガイド面との間隔が、前記ケーブル保護管を最小許容曲げ径で屈曲させたときの該ケーブル保護管の曲げ外径と略同じ寸法に設定されていて、
   前記ケーブル保護管の一部が、略前記最小許容曲げ径にて折り返された状態で、前記外周面と前記第１のガイド面との間に架空される、
   ねじり試験機。
2. 前記ケーブル保護管の他端が前記中心軸の略直下において前記フレームに固定され、
   前記第１ガイド面が、前記中心軸の周りに該中心軸の略直下（０度）から＋９０度までの角度範囲に延びる、
   請求項１に記載のねじり試験機。
3. 前記ケーブルガイド部が、
   前記外周面と略同軸に対向配置されて前記フレームに固定された曲面である第２ガイド面を備え、
   前記第２ガイド面が、前記中心軸の周りに該中心軸の略直下（０度）から−９０度までの角度範囲に延び、
   前記外周面と前記第２ガイド面との間隔が、前記ケーブル保護管を前記外周面に巻き付けたときの、該外周面の径方向における前記ケーブル保護管の外寸と略同じ大きさに設定された、
   請求項２に記載のねじり試験機。
4. 前記第２ガイド面の下端から、前記ケーブル保護管を前記最小許容曲げ径で屈曲させたときの該ケーブル保護管の曲げ内径と略同じ曲率で、下方に略１８０度延びる第３ガイド面を備えた、
   請求項３に記載のねじり試験機。
5. 前記回転部が、
   該回転部の一端部に設けられ、該回転部に供試体の一端部を固定するチャックと、
   前記チャックを介して前記供試体に加わるねじり荷重を検出するトルクセンサと、
   を備え、
   前記ケーブルが前記トルクセンサの信号を伝送する、
   請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のねじり試験機。
6. 前記回転部を回転自在に支持する第１軸受及び第２軸受と、
   前記回転部を前記中心軸の周りに反転駆動するモータと、
   を備え、
   前記回転部が、
   前記第１軸受によって前記フレームに対して回転自在に支持された第１軸部と、
   前記第２軸受によって前記フレームに対して回転自在に支持された第２軸部と、
   を備え、
   前記第１軸部の一端部と前記モータの出力軸とが連結され、
   前記第２軸部の一端部に前記チャックが固定され、
   前記第１軸部の他端部と前記第２軸部の他端部とが、前記トルクセンサを介して連結された、
   請求項５に記載のねじり試験機。
7. 前記モータの出力軸の回転を減速して前記回転部に伝達する減速機を備え、
   前記第１軸部が前記減速機の出力軸であり、
   前記第１軸受が前記減速機に備えられた、
   請求項６に記載のねじり試験機。
8. 前記供試体の他端部を前記フレームに対して固定する反力部を備えた、
   請求項５から請求項７のいずれか一項に記載のねじり試験機。

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