JP6006739B2

JP6006739B2 - 往復運動試験装置、往復運動試験方法及びプログラム

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Publication number: JP6006739B2
Application number: JP2014032233A
Authority: JP
Inventors: 良行引地; 啓光丹治
Original assignee: 千穂田精衡株式会社
Priority date: 2014-02-21
Filing date: 2014-02-21
Publication date: 2016-10-12
Anticipated expiration: 2034-02-21
Also published as: JP2015158383A

Description

本発明は、往復運動による試験を行う往復運動試験装置、往復運動試験方法及びプログラムに関する。

自動車、産業機械、繊維等の各種製品の耐久性や信頼性の試験として往復摺動試験、屈曲試験等が行われている。これらの試験は、往復直線運動をする試験装置により行われることがあるが、往復直線運動は、クランク機構による回転から直線運動への変換や油圧サーボシリンダーによる直動機構等を用いて実現されていた。しかし、これらの往復直線運動を行う試験装置は、高速運動時には駆動による振動、騒音が大きくなり、また高速運動により運動機構の耐久時間が短くなるという問題があった。

そこで、高速の往復直線運動が可能な試験装置として、リニアモータを使用する装置が近年注目されている。リニアモータは他の機構と比較して摺動部分が少ないため高速運動に適している。

リニアモータは、試験装置のみならず、半導体製造装置等の加工装置にも多く利用されている（例えば特許文献１）。特許文献１に記載のステージ装置は、リニアモータにより可動ステージが往復運動するものである。

特開２００５−２６８３３５号公報

リニアモータにより往復直線運動を行う装置において、高速運転時には反転する箇所で急激に減速し加速させるために大電流を流す必要があり、発熱量が大きくなる。

これに対し、特許文献１に記載のステージ装置は、可動ステージの往復運動ストロークの端部に可動ステージを撥ね返す弾発手段を設けることで、急激な減速が可能となりまた弾発手段からの推力によりリニアモータの負荷を低減できると説明している。

リニアモータを用いた試験装置の場合、被検物の特性、品質基準によって、リニアモータによる往復運動の速度や変位量が大きく異なる場合がある。特許文献１に記載の弾発手段を有する構成においては、試験条件によって適正に試験ができない場合があった。

例えば、往復運動の速度や変位量が大きい場合には、弾発手段が最大限に収縮した状態で一時停止するなど、運動曲線が歪み適正な評価ができないという問題があった。また、往復運動の速度や変位量が小さく、弾発手段の収縮に余裕を残した状態で運動方向が反転する場合、反発力が小さいためリニアモータに供給する電流を大きくする必要がある。この場合、消費電力が大きくなるとともに発熱量も大きくなるため、リニアモータが高温で正常に動作しなくなるという問題があった。

また、最適な構成の試験装置を製造する場合、試験条件毎に試験装置を製造する必要があり、試験のコストが高くなるという問題もあった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、簡易な構成で多様な条件の試験を適正に行うことのできる往復運動試験装置等を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の第１の観点に係る往復運動試験装置は、
直線状に複数の電機子コイルを配列したコイルユニットと、直線状に極性を交互に変えた界磁マグネットと、を有し、前記コイルユニット及び前記界磁マグネットのいずれか一方からなる可動部が、他方からなる固定部に沿って往復直線運動するリニアモータと、
前記可動部が直線運動後に運動方向を反転するときに、前記可動部の動力を吸収し反発させる第１弾発部材及び第２弾発部材と、
前記可動部の前記往復直線運動の速度又は変位量に応じて、前記第１弾発部材及び前記第２弾発部材の前記固定部に対する位置を変更して固定する位置変更部と、
を備え、
前記位置変更部は、予め前記第１弾発部材及び前記第２弾発部材の位置を変えて前記往復直線運動させたときの、前記往復直線運動の時間変化を示す運動軌跡を取得し、前記運動方向の反転時における前記運動軌跡に歪みがない時の前記第１弾発部材及び前記第２弾発部材の位置を選択し当該位置に変更して固定する、
ことを特徴とする。

前記可動部の運動方向の延長線上に固定された第１支持体及び第２支持体と、を更に備え、
前記第１弾発部材及び前記第２弾発部材は、それぞれ前記第１支持体及び前記第２支持体に、互いに向かい合う方向に固定され、
前記位置変更部は、前記可動部の前記往復直線運動の速度又は変位量に応じて、第１弾発部材の前記第１支持体に対する位置及び第２弾発部材の前記第２支持体に対する位置を変更するようにしてもよい。

前記可動部に被検物及び試験部材のいずれか一方を備え、他方を前記固定部に対して位置関係が固定された位置に備え、
前記被検物と前記試験部材が互いに接触した状態で前記可動部が往復直線運動する試験を行ってもよい。

前記位置変更部は、前記第１弾発部材及び前記第２弾発部材の前記固定部に対する位置を変えて、前記可動部が前記往復直線運動するときの前記電機子コイルの消費電力を測定し、前記消費電力が最小となる位置に、前記第１弾発部材及び前記第２弾発部材の位置を変更して固定するようにしてもよい。

前記第１弾発部材及び前記第２弾発部材は、ばね、エアシリンダ及び磁石のいずれか１つであってもよい。

また、本発明の第２の観点に係る往復運動試験方法は、
直線状に複数の電機子コイルを配列したコイルユニットと、直線状に極性を交互に変えた界磁マグネットと、を有し、前記コイルユニット及び前記界磁マグネットのいずれか一方からなる可動部が、他方からなる固定部に沿って往復直線運動するリニアモータを用いた往復運動試験方法であって、
前記可動部が直線運動後に運動方向を反転するときに前記可動部の動力を吸収し反発させる第１弾発部材及び第２弾発部材の前記固定部に対する位置を、前記可動部の前記往復直線運動の速度又は変位量に応じて変更する位置変更ステップと、
前記位置変更ステップで変更した位置に前記第１弾発部材及び前記第２弾発部材を固定した状態で、前記可動部を前記固定部に沿って往復直線運動するように制御する往復直線運動制御ステップと、
を有し、
前記位置変更ステップでは、予め前記第１弾発部材及び前記第２弾発部材の位置を変えて前記往復直線運動させたときの、前記往復直線運動の時間変化を示す運動軌跡を取得し、前記運動方向の反転時における前記運動軌跡に歪みがない時の前記第１弾発部材及び前記第２弾発部材の位置を選択し当該位置に変更する、
ことを特徴とする。

また、本発明の第３の観点に係るプログラムは、
直線状に複数の電機子コイルを配列したコイルユニットと、直線状に極性を交互に変えた界磁マグネットと、を有し、前記コイルユニット及び前記界磁マグネットのいずれか一方からなる可動部が、他方からなる固定部に沿って往復直線運動するリニアモータと、前記可動部が直線運動後に運動方向を反転するときに前記可動部の動力を吸収し反発させる第１弾発部材及び第２弾発部材と、を備えた往復運動試験装置を制御するコンピュータを、
前記可動部の前記往復直線運動の速度又は変位量に応じて、前記第１弾発部材及び前記第２弾発部材の前記固定部に対する位置を変更する位置変更部、
前記第１弾発部材及び前記第２弾発部材の位置を前記位置変更部で変更して固定した状態で、前記可動部を前記固定部に対して往復直線運動するように制御する往復直線運動制御部、
として機能させ、
前記位置変更部は、予め前記第１弾発部材及び前記第２弾発部材の位置を変えて前記往復直線運動させたときの、前記往復直線運動の時間変化を示す運動軌跡を取得し、前記運動方向の反転時における前記運動軌跡に歪みがない時の前記第１弾発部材及び前記第２弾発部材の位置を選択し当該位置に変更する、
ことを特徴とする。

本発明によれば、簡易な構成で多様な条件の試験を適正に行うことが可能となる。

実施の形態１に係る往復運動試験装置の前面図である。実施の形態１に係る往復運動試験装置の上面図である。界磁マグネットの運動曲線を示す図である。制御部の構成を示すブロック図である。位置設定処理を示すフローチャートである。実施の形態２に係る往復運動試験装置の前面図である。実施の形態２に係る往復運動試験装置の上面図である。

（実施の形態１）
本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図１において、紙面右方向をＸ方向、紙面上方向をＺ方向、紙面に対して垂直方向をＹ方向とする。図２において、紙面右方向をＸ方向、紙面上方向をＹ方向、紙面に対して垂直方向をＺ方向とする。Ｘ方向及びＹ方向は水平方向であり、Ｚ方向は鉛直上向き方向である。

本実施の形態に係る往復運動試験装置１は、図１、２に示すように、直線状に複数の電機子コイルを配列したコイルユニット１１１と、直線状に極性を交互に変えた界磁マグネット１１２と、を有するリニアモータ１１０と、界磁マグネット１１２の両端に備えた端板１１３と、２つの端板１１３に両端を固定したガイド軸１１４と、ガイド軸１１４を移動可能に支持する軸受け部１１５と、を備える。

また、界磁マグネット１１２の延在方向の延長線上に位置する第１支持体１２１、第２支持体１２２を備える。リニアモータ１１０のコイルユニット１１１、第１支持体１２１、第２支持体１２２は、試験台１２５に固定されている。

また、往復運動試験装置１は、第１支持体１２１、第２支持体１２２それぞれに、互いに向かい合う方向に固定された第１ばね１３１と第２ばね１３２を備える。また、第１ばね１３１の第１支持体１２１に対する位置を変更する第１位置変更部１３３と、第２ばね１３２の第２支持体１２２に対する位置を変更する第２位置変更部１３４を備える。

さらに、往復運動試験装置１の動作の制御を行う制御部１４０を備える。制御部１４０は、リニアモータ１１０に供給する電流を制御すると共にその電流を供給する。また、第１位置変更部１３３、第２位置変更部１３４に対して第１ばね１３１、第２ばね１３２の位置を決定し変更させる制御を行う。

試験台１２５には被検物１５１を支持する被検物支持体１５２も搭載されている。また、界磁マグネット１１２の両端に備えられた端板１１３には試験部材１５３を備えている。例えば、被検物１５１の摺動試験を行う場合には、被検物１５１に試験部材１５３が接触した状態で摺動することとなる。

往復運動試験装置１の各構成部について詳細に説明する。

リニアモータ１１０はフラットタイプのコア付きリニアモータである。コイルユニット１１１は複数の電機子コイルを直線状（Ｘ方向）に配列した電機子板１１１１を２つ上下（Ｚ方向）に所定間隔を空けて配置したものである。界磁マグネット１１２は、長手方向に極性を交互に変えた長板形状のマグネットであり、例えば、複数の矩形マグネットをＮ極同士、Ｓ極同士を接合した状態で、直線状（Ｘ方向）に配列したものである。界磁マグネット１１２はコイルユニット１１１の２つの電機子板１１１１の間に挿入されている。

コイルユニット１１１の電機子コイルに電流を供給することにより、界磁マグネット１１２は２つの電機子板１１１１の間を、いずれの電機子板１１１１にも接触することなくスライドする。つまり、本実施の形態では、界磁マグネット１１２が可動部となる。ここでコア付きの電機子板１１１１を用いることで、界磁マグネット１１２に対して高い推力を与えることができる。また、２つのコア付きの電機子板１１１１を互いに対向して配置することにより、電機子板１１１１と界磁マグネット１１２間の磁気吸着力をキャンセルすることができ、界磁マグネット１１２のＺ方向の位置を高精度に安定させることができる。

界磁マグネット１１２は両端に２つの端板１１３を備えている。また、図２に示すように、２つの端板１１３に両端を固定したガイド軸１１４を、界磁マグネット１１２のＹ方向の両サイドに備えている。２つのガイド軸１１４は、試験台１２５に固定された４つの軸受け部１１５の貫通穴を通っている。軸受け部１１５はガイド軸１１４と非接触を保てるものが望ましく、例えば、貫通穴の内壁から空気を吹出するエアーブッシュタイプのものを用いる。

コイルユニット１１１の電機子コイルには、制御部１４０から電流を供給する。電流を供給して電機子板１１１１に発生する移動磁界の向きを変えることで界磁マグネット１１２の進行方向を変えることができる。また、電流の強さを変えることで界磁マグネット１１２の速度（周波数）を変えることができる。また、電流を強さや供給時間を変えることで界磁マグネット１１２の変位量（振幅）を変えることができる。

第１支持体１２１、第２支持体１２２は、界磁マグネット１１２の進行方向（Ｘ方向）の延長線上に、水平な試験台１２５上に固定されている。第１支持体１２１と第２支持体１２２は、コイルユニット１１１のＸ方向の端面から等しい距離に位置する。

第１ばね１３１及び第２ばね１３２は、コイルばね等の弾発部材である。第１ばね１３１は第１支持体１２１のコイルユニット１１１に向かう方向に固定されている。また、第２ばね１３２は第２支持体１２２のコイルユニット１１１に向かう方向に固定されている。第１ばね１３１と第２ばね１３２の付勢方向は界磁マグネット１１２の延在方向と平行である。

界磁マグネット１１２が電流供給により−Ｘ方向に直線運動した後、界磁マグネット１１２の端板１１３は第１ばね１３１に衝突し、そのときの界磁マグネット１１２の動力により第１ばね１３１は収縮する。その後、第１ばね１３１の反発力により界磁マグネット１１２は付勢され、さらに電流供給により＋Ｘ方向に直線運動する。

また、界磁マグネット１１２が＋Ｘ方向に直線運動した後、界磁マグネット１１２の端板１１３は第２ばね１３２に衝突し、そのときの界磁マグネット１１２の動力により第２ばね１３２は収縮する。その後第２ばね１３２の反発力により界磁マグネット１１２は付勢され、さらに電流供給により−Ｘ方向に直線運動する。

第１位置変更部１３３、第２位置変更部１３４は、第１ばね１３１、第２ばね１３２の位置をそれぞれ変更し固定する。位置の変更方法及び固定方法は従来の方法でよい。例えば、第１ばね１３１にねじ切りされた支持棒１３１１を接続し、第１支持体１２１の貫通穴の内壁をねじ切りする。支持棒１３１１のねじと第１支持体１２１の貫通穴の内壁のねじとが勘合した状態で、支持棒１３１１は第１支持体１２１を貫通する。そして、支持棒１３１１を回転させることにより、第１ばね１３１の第１支持体１２１に対する位置を変更する。

同様に、第２ばね１３２にねじ切りされた支持棒１３２１を接続し、第２支持体１２２の貫通穴の内壁をねじ切りする。支持棒１３２１のねじと第２支持体１２２の貫通穴の内壁のねじとが勘合した状態で、支持棒１３２１は第２支持体１２２を貫通する。そして、支持棒１３２１を回転させて、第２ばね１３２の第２支持体１２２に対する位置を変更する。

支持棒１３１１、１３２１には、第１支持体１２１、第２支持体１２２を挟んでナットを嵌めておき、ナットを第１支持体１２１、第２支持体１２２の両側から締め付けることにより、第１ばね１３１、第２ばね１３２の位置を固定させることができる。

第１位置変更部１３３、第２位置変更部１３４は、界磁マグネット１１２の往復直線運動の速度（周波数）、変位量（振幅）によって第１ばね１３１、第２ばね１３２の位置を変更する必要がある。

界磁マグネット１１２の往復直線運動の軌跡は理想的には図３の実線のようになる。Ａ区間における界磁マグネット１１２の位置は線形に変化する。Ｂ区間では界磁マグネット１１２は減速後、運動方向を反転し、その後加速する。しかし、界磁マグネット１１２の速度、変位量が大きく、第１ばね１３１、第２ばね１３２が最大限に収縮してもなお、界磁マグネット１１２が運動エネルギーを持っている場合は、往復直線運動の軌跡は図３の破線のように歪みが生じる。この様に歪みが生じた往復直線運動による試験では、界磁マグネット１１２の停止時間が発生し適正な評価ができない。

一方、界磁マグネット１１２の往復直線運動の速度、変位量が小さく、第１ばね１３１、第２ばね１３２の収縮に余裕を残した状態で運動方向が反転する場合、第１ばね１３１、第２ばね１３２の反発力が小さいために電機子コイルに供給する電流量を大きくする必要がある。この場合、消費電力が大きくなるとともに発熱量も大きくなるため、往復運動試験装置１の故障に繋がる可能性がある。よって、往復運動試験装置１の速度又は変位量等の試験条件に応じて、第１ばね１３１、第２ばね１３２の位置を最適化する必要がある。

制御部１４０は、図４に示すように、電流供給部１４１、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１４２、記憶部１４３、操作部１４４を備える。ＣＰＵ１４２は、記憶部１４３に記憶されているプログラムを実行することにより、電流制御部１４２１、消費電力算出部１４２２、位置設定部１４２３を含む各機能部として機能する。

電流制御部１４２１は、操作者が操作部１４４に入力した試験条件を取得し、それに対応する、電流供給値、電流供給時間等の電流の制御情報を記憶部１４３から取得する。そして、電流制御部１４２１は、電流供給部１４１に対して電流制御信号を出力することにより、電流供給部１４１から出力する電流の制御を行う。電流供給部１４１は、電流制御信号に基づいてリニアモータ１１０のコイルユニット１１１に電流を供給する。

消費電力算出部１４２２は、電流供給部１４１が供給する電流の情報を電流制御部１４２１より取得し、当該情報から消費電力を算出する。ここで、第１ばね１３１、第２ばね１３２の張力は、界磁マグネット１１２の運動方向の反転に寄与しているが、第１ばね１３１、第２ばね１３２の位置により、その寄与度が異なり、それに応じてコイルユニット１１１に供給する電流も異なる。このため、第１ばね１３１、第２ばね１３２の位置によって消費電力が異なる。

位置設定部１４２３は、試験開始前の往復運動試験装置１の調整時に、第１位置変更部１３３、第２位置変更部１３４を制御することにより第１ばね１３１、第２ばね１３２の位置を複数の位置に変更する。位置設定部１４２３は、第１ばね１３１、第２ばね１３２をそれぞれの位置に固定しているときの消費電力を消費電力算出部１４２２より取得する。そして、第１ばね１３１、第２ばね１３２の位置と消費電力との関係を求め、当該関係に基づいて最適な位置を決定する。その後、位置設定部１４２３は、第１位置変更部１３３、第２位置変更部１３４に対して、第１ばね１３１、第２ばね１３２の位置を決定した位置に設定するように位置制御信号を出力する。

記憶部１４３は、試験条件に対応する電流供給値、電流供給時間等の電流の制御情報や、消費電力算出部１４２２が算出した第１ばね１３１、第２ばね１３２の各位置に対応する消費電力のデータを記憶する。その他、位置設定部１４２３が往復運動試験装置１の調整時に設定する第１ばね１３１、第２ばね１３２の位置の情報や、位置設定部１４２３が試験時に設定する第１ばね１３１、第２ばね１３２の位置の情報等の各種データを記憶する。また、ＣＰＵ１４２が位置設定処理等の処理を実行するためのプログラムを記憶する。

被検物支持体１５２に支持された被検物１５１と、界磁マグネット１１２の端板１１３に備えられた試験部材１５３は、往復運動試験装置１による試験の内容によって異なる。例えば、往復運動試験装置１をブレーキ材の摩耗試験に用いる場合は、被検物１５１がブレーキ材であり、試験部材１５３が所定の硬度を有した接触子である。試験部材１５３である接触子が被検物１５１であるブレーキ材に対して所定の圧力をかけて接触した状態で摺動し、摩耗状態を検出する。

被検物１５１や試験部材１５３の配置は、被検物１５１や試験部材１５３の形状及び所望する摺動方向に応じて任意に設定する。

以上のように構成された往復運動試験装置１の動作について説明する。まず、往復運動試験装置１の試験前の調整時に実行する位置設定処理について、図５のフローチャートに沿って説明する。

調整時に位置設定処理が開始されると、まず、電流制御部１４２１が、操作部１４４に入力された速度（周波数）や変位量（振幅）を含む試験条件を取得する（ステップＳ１０１）。次に、整数ｎに初期値０を代入する（ステップＳ１０２）。そして、位置設定部１４２３がｎの値に対応する第１ばね１３１、第２ばね１３２の位置Ｐｎを記憶部より取得し、第１位置変更部１３３、第２位置変更部１３４の設定位置をＰｎにする（ステップＳ１０３）。ここで、第１ばね１３１と第１支持体１２１との距離と、第２ばね１３２と第２支持体１２２との距離は互いに同じであり、第１位置変更部１３３、第２位置変更部１３４の位置変更量も互いに同じであるとする。

その後、電流制御部１４２１は、ステップＳ１０１で取得した速度と変位量に対応した電流の制御情報を記憶部１４３から取得し、その制御情報に基づいて、電流供給部１４１に対して電流制御信号を出力する。電流供給部１４１は入力された電流制御信号に基づいてコイルユニット１１１に電流を供給し、これにより、コイルユニット１１１は往復運動を実行する（ステップＳ１０４）。消費電力算出部１４２２は、電流制御部１４２１が電流供給部１４１に対して出力する電流制御信号に基づいて、往復運動実行時の消費電力を算出し、記憶部１４３に記憶する（ステップＳ１０５）。

次にｎを１増やし（ステップＳ１０６）、ｎがｎ_ｋ以上でない場合は（ステップＳ１０７：Ｎｏ）、ステップＳ１０３に戻る。そしてｎがｎ_ｋ以上とならない限り、ステップＳ１０３〜Ｓ１０７の処理を繰り返す。

ステップＳ１０７でｎがｎ_ｋ以上であった場合は（ステップＳ１０７：Ｙｅｓ）、ステップＳ１０５で記憶部１４３に保存した消費電力を取得し、消費電力が最小になるときの第１ばね１３１、第２ばね１３２の位置Ｐｎ_０を選択する（ステップＳ１０８）。

位置設定部１４２３は、第１位置変更部１３３、第２位置変更部１３４に対して、ステップＳ１０８で選択したＰｎ_０に設定するように位置制御信号を出力して（ステップＳ１０９）処理を終了する。

以上のようにして、位置設定処理を実行して第１ばね１３１、第２ばね１３２の位置を決定し固定する。その後、被検物支持体１５２に被検物１５１をセットし、また、試験部材１５３を端板１１３に固定する。そして、制御部１４０の電流制御部１４２１が、位置設定処理のステップＳ１０１で取得した試験条件である速度と変位量に対応した電流の制御情報を記憶部１４３から取得し、その制御情報に基づいて、電流供給部１４１に対して電流制御信号を出力する。電流供給部１４１が入力された電流制御信号に基づいてコイルユニット１１１に電流を供給することにより、コイルユニット１１１は往復直線運動を実行する。これにより、試験部材１５３は被検物１５１に所定の圧力をかけて接触した状態で摺動し、試験を行う。

以上説明したように、本実施の形態においては、往復運動試験装置１が、コイルユニット１１１に沿って界磁マグネット１１２が往復直線運動するリニアモータ１１０と、界磁マグネット１１２の運動方向の延長線上に位置する第１支持体１２１及び第２支持体１２２それぞれに、界磁マグネット１１２が直線運動後に衝突したときの動力を吸収し反発させる第１ばね１３１と第２ばね１３２と、を備える。そして、往復直線運動の速度又は変位量等の試験条件に応じて、第１ばね１３１及び第２ばね１３２の位置を変更可能とした。これにより、簡易な構成で多様な条件の往復運動試験を適正に行うことが可能となる。

（実施の形態２）
本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図６において、紙面右方向をＸ方向、紙面上方向をＺ方向、紙面に対して垂直方向をＹ方向とする。図７において、紙面右方向をＸ方向、紙面上方向をＹ方向、紙面に対して垂直方向をＺ方向とする。Ｘ方向及びＹ方向は水平方向であり、Ｚ方向は鉛直上向き方向である。

本実施の形態に係る往復運動試験装置２は、図６、７に示すように、直線状に複数の電機子コイルを配列したコイルユニット２１１と、直線状に極性を交互に変えた界磁マグネット２１２と、を有するリニアモータ２１０を備える。界磁マグネット２１２は、試験台１２５に固定されている。試験台１２５には、界磁マグネット２１２の延在方向において界磁マグネット２１２の両端から等距離の位置に第１支持体１２１、第２支持体１２２を備える。

また、往復運動試験装置２は、第１支持体１２１、第２支持体１２２それぞれに、互いに向かい合う方向に固定された第１ばね１３１と第２ばね１３２を備える。更に、第１ばね１３１の第１支持体１２１に対する位置を変更する第１位置変更部１３３と、第２ばね１３２の第２支持体１２２に対する位置を変更する第２位置変更部１３４を備える。

さらに、往復運動試験装置２の動作の制御を行う制御部１４０を備える。制御部１４０は、リニアモータ１１０に供給する電流を制御すると共にその電流を供給する。また、第１位置変更部１３３、第２位置変更部１３４に対して第１ばね１３１、第２ばね１３２の位置を決定し変更させる制御を行う。

試験台１２５には被検物１５１を支持する被検物支持体１５２も搭載されている。また、リニアモータ２１０のコイルユニット２１１は、上部に試験部材１５３を備えている。例えば、被検物１５１の摺動試験を行う場合には、被検物１５１に試験部材１５３が接触した状態で摺動することとなる。

往復運動試験装置２の各構成部について詳細に説明する。

リニアモータ２１０はフラットタイプのコア付きリニアモータであり、矩形状のコイルユニット２１１がＸ方向に延在した界磁マグネット２１２に沿って直線運動する。つまり、本実施の形態では実施の形態１と異なり、コイルユニット２１１が可動部となる。界磁マグネット２１２は長手方向に極性を交互に変えた長板形状のマグネットであり、例えば、複数の矩形のマグネットがＮ極同士、Ｓ極同士を接合した状態のマグネット列が２つ直線状（Ｘ方向）に配列している。２つのマグネット列は、コイルユニット２１１のＹ方向における両端の下方に位置する。コイルユニット２１１の電機子コイルに電流を供給することにより、コイルユニット２１１は界磁マグネット２１２に沿って直線運動する。電機子コイルには、コイルユニット２１１の往復運動にも追従可能な導線２１３が接続されている。制御部１４０内の電流供給部１４１は導線２１３を介して電機子コイルに電流を供給する。

ここで、コイルユニット２１１の電機子コイルに、制御部１４０から電流を供給してコイルユニット２１１に発生する移動磁界の向きを変えることでコイルユニット２１１の進行方向を変えることができる。また、電流の強さを変えることでコイルユニット２１１の速度（周波数）を変えることができる。また、電流を強さや供給時間を変えることでコイルユニット２１１の変位量（振幅）を変えることができる。

界磁マグネット２１２は、２つのマグネット列と平行の方向にガイドレール等のガイド部を有する。つまり、ガイド部の延在方向が界磁マグネット２１２の延在方向と平行になる。コイルユニット２１１は、界磁マグネット２１２のガイド部に嵌合する嵌合部を底面又は側面に有し、コイルユニット２１１の嵌合部が界磁マグネット２１２のガイド部と嵌合した状態で、コイルユニット２１１が界磁マグネット２１２に沿って摺動する。このガイド部を有する構成により、コイルユニット２１１は歪みなく直線運動することができる。ここで、コイルユニット２１１の往復運動の中心位置は第１支持体１２１と第２支持体１２２のちょうど中間位置である。

第１支持体１２１、第２支持体１２２は、コイルユニット２１１の進行方向（Ｘ方向）の延長線上に、水平な試験台１２５上に固定されている。第１支持体１２１と第２支持体１２２は、界磁マグネット２１２のＸ方向の端面から等しい距離に位置する。

第１ばね１３１及び第２ばね１３２は、コイルばね等の弾発部材である。第１ばね１３１は第１支持体１２１のコイルユニット２１１に向かう方向に固定されている。また、第２ばね１３２は第２支持体１２２のコイルユニット２１１に向かう方向に固定されている。第１ばね１３１と第２ばね１３２の付勢方向は界磁マグネット２１２の延在方向と平行である。

コイルユニット２１１が電流供給により−Ｘ方向に直線運動した後、コイルユニット２１１の端面は第１ばね１３１に衝突し、そのときのコイルユニット２１１の動力により第１ばね１３１は収縮する。その後、第１ばね１３１の反発力によりコイルユニット２１１は付勢され、電流供給により＋Ｘ方向に直線運動する。

また、コイルユニット２１１が＋Ｘ方向に直線運動した後、コイルユニット２１１の端面は第２ばね１３２に衝突し、そのときのコイルユニット２１１の動力により第２ばね１３２は収縮する。その後第２ばね１３２の反発力によりコイルユニット２１１は付勢され、さらに電流供給により−Ｘ方向に直線運動する。

第１位置変更部１３３、第２位置変更部１３４、制御部１４０の構成及び動作は実施の形態１と同様であり、往復運動試験装置２の試験条件に応じて、第１ばね１３１、第２ばね１３２の位置を最適化するように、第１位置変更部１３３、第２位置変更部１３４、制御部１４０は動作する。また、被検物１５１、被検物支持体１５２、試験部材１５３の構成も実施の形態１と同様である。

制御部１４０は実施の形態１と同様に、往復運動試験装置２の調整時に図５のフローチャートに示した位置設定処理を実行して第１ばね１３１、第２ばね１３２の位置を決定し固定する。その後、被検物支持体１５２に被検物１５１をセットし、また、試験部材１５３をコイルユニット２１１に固定する。そして、制御部１４０の電流制御部１４２１が、試験条件である速度と変位量に対応した電流の制御情報を記憶部１４３から取得し、その制御情報に基づいて、電流供給部１４１に対して電流制御信号を出力する。電流供給部１４１が入力された電流制御信号に基づいてコイルユニット２１１に電流を供給することにより、コイルユニット２１１は往復運動を実行する。これにより、試験部材１５３は被検物１５１に所定の圧力をかけて接触した状態で摺動し、試験を行うことができる。

以上説明したように、本実施の形態においては、往復運動試験装置２が、界磁マグネット２１２に沿ってコイルユニット２１１が往復直線運動するリニアモータ２１０と、コイルユニット２１１の運動方向の延長線上に位置する第１支持体１２１及び第２支持体１２２それぞれに、コイルユニット２１１が直線運動後に衝突したときの動力を吸収し反発させる第１ばね１３１と第２ばね１３２と、を備える。そして、往復直線運動の速度又は変位量等の試験条件に応じて、第１ばね１３１及び第２ばね１３２の位置を変更可能とした。これにより、コイルユニット２１１が往復直線運動するリニアモータ２１０を用いた構成で多様な条件の往復運動試験を適正に行うことが可能となる。

このように本発明は、コイルユニット及び界磁マグネットのいずれか一方からなる可動部が、他方からなる固定部に沿って往復直線運動するリニアモータと、可動部が直線運動後に運動方向を反転させるときに、可動部の動力を吸収し反発させる第１弾発部材及び第２弾発部材と、を備えた往復運動試験装置において、可動部の往復直線運動の速度又は変位量に応じて、第１弾発部材及び第２弾発部材の前記界磁マグネットに対する位置を変更することとした。これにより、簡易な構成で多様な条件の試験を適正に行うことができる。

なお、本発明は、上記実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲での種々の変更は勿論可能である。

例えば、界磁マグネット１１２又はコイルユニット２１１からなる可動部が直線運動した後、第１ばね１３１、第２ばね１３２に衝突し、衝突時の動力を吸収し反発するとしたが、第１ばね１３１、第２ばね１３２を他の弾発部材に置き換えてもよい。例えば、エアシリンダに置き換えてもよい。また、第１支持体１２１及び第２支持体１２２と、界磁マグネット１１２又はコイルユニット２１１と、に磁石を互いに反発するように取り付けて、運動方向の反転時に磁石の反発が生じるようにしてもよい。

また、第１位置変更部１３３、第２位置変更部１３４の位置変更を制御部１４０の制御により自動で変更するようにしたが、制御部１４０の位置設定部１４２３が決定した位置情報に基づいて手動で位置変更及び位置固定をするようにしてもよい。

また、調整時に消費電力が最も小さくなる位置に第１ばね１３１、第２ばね１３２の位置を変更し固定するとしたが、往復運動に関する他の情報も位置決定の判断要素に加えてもよい。例えば、界磁マグネット１１２又はコイルユニット２１１の運動軌跡を取得し、軌跡に歪みが無い時の第１ばね１３１、第２ばね１３２の位置を選択してもよい。また、運動方向が反転する箇所の温度を測定し、温度が低くなる時の第１ばね１３１、第２ばね１３２の位置を選択してもよい。

また、リニアモータ１１０、２１０は、コア付きタイプのものを使用するとしたが、高推力を要求されない場合や、コギングの抑制を必要とする試験を行う場合にはコアレスタイプのものを使用してもよい。

また、リニアモータ１１０、２１０は、フラットタイプのものを使用するとしたが、界磁マグネット１１２、２１２とコイルユニット１１１、２１１のいずれか一方が円筒形状の固定軸となり、他方が当該円筒形状の軸を取り囲む矩形状の可動部となるシャフトタイプであってもよい。

また、試験台１２５上に固定した被検物支持体１５２に被検物１５１を固定し、往復運動する可動部（界磁マグネット１１２又はコイルユニット２１１）に試験部材１５３を備えるとしたが、試験部材１５３を試験台１２５上に固定し、往復運動する可動部に被検物１５１を固定してもよい。

また、位置設定処理のプログラムを、任意の配布方法で配布してもよい。例えば、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disk Read-Only Memory）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）、ＭＯ（Magneto Optical Disk）、メモリカード等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納して配布してもよいし、インターネット等の通信ネットワークを介して配布してもよい。

１、２…往復運動試験装置
１１０、２１０…リニアモータ
１１１、２１１…コイルユニット
１１１１…電機子板
１１２、２１２…界磁マグネット
１１３…端板
１１４…ガイド軸
１１５…軸受け部
１２１…第１支持体
１２２…第２支持体
１２５…試験台
１３１…第１ばね
１３１１…支持棒
１３２…第２ばね
１３２１…支持棒
１３３…第１位置変更部
１３４…第２位置変更部
１４０…制御部
１４１…電流供給部
１４２…ＣＰＵ
１４２１…電流制御部
１４２２…消費電力算出部
１４２３…位置設定部
１４３…記憶部
１４４…操作部
１５１…被検物
１５２…被検物支持体
１５３…試験部材
２１３…導線

Claims

直線状に複数の電機子コイルを配列したコイルユニットと、直線状に極性を交互に変えた界磁マグネットと、を有し、前記コイルユニット及び前記界磁マグネットのいずれか一方からなる可動部が、他方からなる固定部に沿って往復直線運動するリニアモータと、
前記可動部が直線運動後に運動方向を反転するときに、前記可動部の動力を吸収し反発させる第１弾発部材及び第２弾発部材と、
前記可動部の前記往復直線運動の速度又は変位量に応じて、前記第１弾発部材及び前記第２弾発部材の前記固定部に対する位置を変更して固定する位置変更部と、
を備え、
前記位置変更部は、予め前記第１弾発部材及び前記第２弾発部材の位置を変えて前記往復直線運動させたときの、前記往復直線運動の時間変化を示す運動軌跡を取得し、前記運動方向の反転時における前記運動軌跡に歪みがない時の前記第１弾発部材及び前記第２弾発部材の位置を選択し当該位置に変更して固定する、
往復運動試験装置。
前記可動部の運動方向の延長線上に固定された第１支持体及び第２支持体と、を更に備え、
前記第１弾発部材及び前記第２弾発部材は、それぞれ前記第１支持体及び前記第２支持体に、互いに向かい合う方向に固定され、
前記位置変更部は、前記可動部の前記往復直線運動の速度又は変位量に応じて、第１弾発部材の前記第１支持体に対する位置及び第２弾発部材の前記第２支持体に対する位置を変更する、
ことを特徴とする請求項１に記載の往復運動試験装置。
前記可動部に被検物及び試験部材のいずれか一方を備え、他方を前記固定部に対して位置関係が固定された位置に備え、
前記被検物と前記試験部材が互いに接触した状態で前記可動部が往復直線運動する試験を行う、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の往復運動試験装置。
前記位置変更部は、前記第１弾発部材及び前記第２弾発部材の前記固定部に対する位置を変えて、前記可動部が前記往復直線運動するときの前記電機子コイルの消費電力を測定し、前記消費電力が最小となる位置に、前記第１弾発部材及び前記第２弾発部材の位置を変更して固定する、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の往復運動試験装置。
前記第１弾発部材及び前記第２弾発部材は、ばね、エアシリンダ及び磁石のいずれか１つである、
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の往復運動試験装置。
直線状に複数の電機子コイルを配列したコイルユニットと、直線状に極性を交互に変えた界磁マグネットと、を有し、前記コイルユニット及び前記界磁マグネットのいずれか一方からなる可動部が、他方からなる固定部に沿って往復直線運動するリニアモータを用いた往復運動試験方法であって、
前記可動部が直線運動後に運動方向を反転するときに前記可動部の動力を吸収し反発させる第１弾発部材及び第２弾発部材の前記固定部に対する位置を、前記可動部の前記往復直線運動の速度又は変位量に応じて変更する位置変更ステップと、
前記位置変更ステップで変更した位置に前記第１弾発部材及び前記第２弾発部材を固定した状態で、前記可動部を前記固定部に沿って往復直線運動するように制御する往復直線運動制御ステップと、
を有し、
前記位置変更ステップでは、予め前記第１弾発部材及び前記第２弾発部材の位置を変えて前記往復直線運動させたときの、前記往復直線運動の時間変化を示す運動軌跡を取得し、前記運動方向の反転時における前記運動軌跡に歪みがない時の前記第１弾発部材及び前記第２弾発部材の位置を選択し当該位置に変更する、
往復運動試験方法。
直線状に複数の電機子コイルを配列したコイルユニットと、直線状に極性を交互に変えた界磁マグネットと、を有し、前記コイルユニット及び前記界磁マグネットのいずれか一方からなる可動部が、他方からなる固定部に沿って往復直線運動するリニアモータと、前記可動部が直線運動後に運動方向を反転するときに前記可動部の動力を吸収し反発させる第１弾発部材及び第２弾発部材と、を備えた往復運動試験装置を制御するコンピュータを、
前記可動部の前記往復直線運動の速度又は変位量に応じて、前記第１弾発部材及び前記第２弾発部材の前記固定部に対する位置を変更する位置変更部、
前記第１弾発部材及び前記第２弾発部材の位置を前記位置変更部で変更して固定した状態で、前記可動部を前記固定部に対して往復直線運動するように制御する往復直線運動制御部、
として機能させ、
前記位置変更部は、予め前記第１弾発部材及び前記第２弾発部材の位置を変えて前記往復直線運動させたときの、前記往復直線運動の時間変化を示す運動軌跡を取得し、前記運動方向の反転時における前記運動軌跡に歪みがない時の前記第１弾発部材及び前記第２弾発部材の位置を選択し当該位置に変更する、
プログラム。