JP6461897B2 - ねじり試験装置 - Google Patents

Description

本発明は、動力伝達装置の性能を評価するためのねじり試験装置に関する。

従来、プロペラシャフト等の動力伝達装置の疲労試験は、供試体の出力軸を反力盤に固定し、入力軸にサーボモータ等のトルク負荷手段により動的又は静的なトルク（ねじり荷重）を負荷する方法により行われていた。

特開２００７−１０７９５５号公報

動力伝達装置は、自動車等に搭載されて実際に使用される際には、動力伝達軸が回転した状態で、入出力軸にそれぞれ荷重が加えられる。しかしながら、上記の従来の試験方法では、動力伝達軸は試験中に静止した状態におかれるため、実際の使用環境下での性能を正確に評価することができなかった。

本発明は、上記の事情に鑑みて為されたものである。

本発明の一つの態様によれば、供試体の複数の回転軸をそれぞれ駆動する複数の駆動部と、複数の駆動部を同期制御する制御部と、を備え、複数の駆動部が、実質的に同一の構造を有し、それぞれ個別に、本体と、本体を支持するベースと、を備え、駆動部の本体が、サーボモータと、サーボモータの駆動力を供試体まで伝達する動力伝達軸と、動力伝達軸を覆うケースと、ケースに対して固定され、動力伝達軸を回転可能に支持する一対の軸受と、を備えたねじり試験装置が提供される。

上記のねじり試験装置において、動力伝達軸が、動力伝達軸のトルクを検出するトルクセンサを含み、トルクセンサを間に挟んだ軸方向両側において、一対の軸受により支持されている。

上記のねじり試験装置において、記動力伝達軸が、供試体の回転軸の一つが接続されるスピンドルを含む構成としてもよい。

上記のねじり試験装置において、一対の軸受が、スピンドルを回転可能に支持する第１軸受を含む構成としてもよい。

上記のねじり試験装置において、動力伝達軸が、供試体の回転軸を取り付けるチャックを含み、トルクセンサとチャックとが、スピンドルを介して連結された構成としてもよい。

上記のねじり試験装置において、駆動部の本体が、サーボモータの出力の回転を減速する減速機を備え、減速機が、ケースに固定されたギアケースと、ギアケース内に保持され、動力伝達軸の一部を成すギア機構と、を備えた構成としてもよい。

上記のねじり試験装置において、一対の軸受が、ギアケースに取り付けられ、ギア機構を回転可能に支持する第２軸受を含み、動力伝達軸が、減速機のギア機構を含む構成としてもよい。

また、本発明の別の態様によれば、供試体の複数の回転軸をそれぞれ駆動する複数の駆動部と、複数の駆動部を同期制御する制御部と、を備え、複数の駆動部が、実質的に同一の構造を有し、それぞれ個別に、本体と、ベースと、を備え、駆動部の本体が、その一端側に供試体の複数の回転軸の一つが接続されるスピンドルと、サーボモータと、スピンドルのトルクを検出するトルクセンサと、スピンドルを回転可能に支持する第１軸受と、サーボモータの出力の回転を減速する減速機と、を備えた、ねじり試験装置が提供される。

上記のねじり試験装置において、サーボモータが、トルクセンサを介してスピンドルの他端側に接続され、減速機が、ギアケースと、ギアケースに取り付けられた第２軸受と、第２軸受に支持されたギア機構と、を備え、サーボモータの出力を供試体に伝える動力伝達軸が、減速機のギア機構と、トルクセンサと、スピンドルと、を含み、動力伝達軸が、第１軸受及び第２軸受によって支持される。

上記のねじり試験装置において、ベースが、供試体の回転軸方向にスライド移動可能に設けられた可動プレートを備え、駆動部の本体が、可動プレート上に設置された構成としてもよい。

上記のねじり試験装置において、減速機の出力軸とチャックとの間において動力伝達軸に取り付けられ、トルクセンサから延びる信号線が接続されたスリップリングと、回転するスリップリングと接触した状態で可動プレートに固定され、スリップリングを介して入力されたトルクセンサの信号を出力する端子を備えたブラシと、を備えた構成としてもよい。

上記のねじり試験装置において、駆動部の本体が、スピンドルの回転数を検出する回転計を備えた構成としてもよい。

上記のねじり試験装置において、複数の駆動部が、第１駆動部と、第２駆動部と、を含み、制御部が、第１駆動部を所定の回転数で駆動させながら、第２駆動部を所定のトルクで駆動させることで、供試体の回転ねじり試験を行う構成としてもよい。

上記のねじり試験装置において、複数の第２駆動部を備え、制御部は、供試体の入力軸が所定の回転数で回転するように第１駆動部を駆動させながら、供試体の複数の出力軸にそれぞれ個別に設定されたトルクを与えるように複数の第２駆動部を駆動させる構成としてもよい。

入出力軸が回転した状態で各入出力軸にねじり荷重が加わる実際の使用条件下での動力伝達装置の性能を正確に評価可能なねじり試験装置を提供する。

図１は、本発明の第１の実施の形態のねじり試験装置の側面図である。 図２は、本発明の第１の実施の形態のねじり試験装置の、第１駆動部の側面図である。 図３は、本発明の第２の実施の形態のねじり試験装置の平面図である。 図４は、本発明の第３の実施の形態のねじり試験装置の平面図である。 図５は、本発明の第４の実施の形態のねじり試験装置の平面図である。 図６は、本発明の第４の実施の形態のねじり試験装置による回転ねじり試験の手順を表すフローチャートである。

（第１実施形態）
以下、本発明の実施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実施形態に係るねじり試験装置１００の側面図である。本実施形態のねじり試験装置１００は、２つの回転軸を有する供試体Ｔ１（例えばＦＲ車用トランスミッションユニット）の回転ねじり試験を行う装置である。すなわち、ねじり試験装置１００は、供試体Ｔ１の２つの回転軸を同期回転させながら２つの回転軸の回転に位相差を与えることで、トルクを負荷しながら供試体Ｔ１の２つの回転軸を回転させる。本実施形態のねじり試験装置１００は、第１駆動部１１０、第２駆動部１２０、及びねじり試験装置１００の動作を統合的に制御するコントローラＣを備えている。

先ず、第１駆動部１１０の構造について説明する。図２は、第１駆動部１１０の一部を切り欠いた側面図である。第１駆動部１１０は、本体１１０ａと、この本体１１０ａを所定の高さで支持するベース１１０ｂを備えている。本体１１０ａは、サーボモータ１１２、減速機１１３、ケース１１４、スピンドル１１５、チャック装置１１６、トルクセンサ１１７、スリップリング１１９ａ及びブラシ１１９ｂを備えており、本体１１０ａはベース１１０ｂの最上部に水平に配置された可動プレート１１１上に組み立てられている。サーボモータ１１２は、出力軸（不図示）を水平方向に向けて、可動プレート１１１上に固定されている。また、ベース１１０ｂの可動プレート１１１は、サーボモータ１１２の出力軸方向（図１における左右方向）にスライド移動可能に設けられている。

サーボモータ１１２の出力軸（不図示）は、カップリング（不図示）により減速機１１３の入力軸（不図示）に連結されている。減速機１１３の出力軸１１３ａは、トルクセンサ１１７の一端に連結されている。トルクセンサ１１７の他端は、スピンドル１１５の一端に連結されている。スピンドル１１５は、ケース１１４のフレーム１１４ｂに固定された軸受１１４ａにより回転自在に支持されている。スピンドル１１５の他端には、供試体Ｔ１の一端（回転軸の一つ）を第１駆動部１１０に取り付ける為のチャック装置１１６が固定されている。サーボモータ１１２を駆動すると、サーボモータ１１２の出力軸の回転運動が、減速機１１３によって減速された後、トルクセンサ１１７、スピンドル１１５及びチャック装置１１６を介して、供試体Ｔ１の一端に伝達されるようになっている。また、スピンドル１１５には、スピンドル１１５の回転角を検出するロータリーエンコーダ（不図示）が取り付けられている。

図２に示されるように、減速機１１３は、ケース１１４のフレーム１１４ｂに固定されている。また、減速機１１３は、ギアケースと、軸受を介してギアケースにより回転自在に支持されたギア機構とを備えている（不図示）。すなわち、ケース１１４は、減速機１１３からチャック装置１１６に至る動力伝達軸を覆うと共に、この動力伝達軸を減速機１１３及びスピンドル１１５の位置で回転自在に支持する装置フレームとしての機能も有する。すなわち、トルクセンサ１１７の一端が接続される減速機１１３のギア機構と、トルクセンサ１１７の他端が接続されるスピンドル１１５は、いずれも軸受を介してケース１１４のフレーム１１４ｂに回転自在に支持されている。そのため、トルクセンサ１１７には、減速機１１３のギア機構やスピンドル１１５（及びチャック装置１１６）の重量による曲げモーメントが加わらず、試験荷重（ねじり荷重）のみが加わるため、高い精度で試験荷重を検出することができる。

トルクセンサ１１７の一端側の円筒面には、複数のスリップリング１１９ａが形成されている。一方、可動プレート１１１には、スリップリング１１９ａを外周側から囲むようにブラシ保持フレーム１１９ｃが固定されている。ブラシ保持フレーム１１９ｃの内周には、それぞれ対応するスリップリング１１９ａと接触する複数のブラシ１１９ｂが取り付けられている。サーボモータ１１２が駆動して、トルクセンサ１１７が回転している状態では、ブラシ１１９ｂは、スリップリング１１９ａとの接触を保ちつつ、スリップリング１１９ａ上でスリップする。トルクセンサ１１７の出力信号はスリップリング１１９ａに出力されるよう構成されており、スリップリング１１９ａと接触するブラシ１１９ｂを介して、トルクセンサ１１７の出力信号を第１駆動部１１０の外部に取り出せるようになっている。

第２駆動部１２０（図１）は、第１駆動部１１０と同一の構造となっており、サーボモータ１２２を駆動するとチャック装置１２６が回転する。チャック装置１２６には、供試体Ｔ１の他端（回転軸の一つ）が固定される。なお、供試体Ｔ１のハウジングは、支持フレームＳに固定されている。

本実施形態のねじり試験装置１００は、ＦＲ車用のトランスミッションユニットである供試体Ｔ１の出力軸Ｏと入力軸Ｉ（エンジン側）を、夫々第１駆動部１１０と第２駆動部１２０のチャック装置１１６、１２６に固定した状態で、サーボモータ１１２、１２２によって同期させて回転駆動すると共に、両チャック装置１１６、１２６の回転数（あるいは回転の位相）に差を持たせることにより供試体Ｔ１にねじり荷重を加えるものである。例えば、第２駆動部１２０のチャック装置１２６を等速回転駆動させると共に、第１駆動部１１０のトルクセンサ１１７が検出するトルクが所定の波形に従って変動するようにチャック装置１１６を回転駆動して、トランスミッションユニットである供試体Ｔ１に周期的に変動するトルクが加わるようにする。

このように、本実施形態のねじり試験装置１００は、トランスミッションユニットの入力軸Ｉと出力軸Ｏの双方をサーボモータ１２２、１１２によって精密に駆動することが可能であるため、トランスミッションユニットを回転駆動させながら、トランスミッションユニットの各軸に変動トルクを加えることにより、自動車の実際の走行状態に近い条件で試験を行うことができる。

トランスミッションユニットのように、入力軸Ｉと出力軸Ｏがギアなどを介して連結されている装置のねじり試験を行う場合、入力軸Ｉと出力軸Ｏに加わるトルクの大きさは必ずしも一致しない。そのため、ねじり試験時の供試体Ｔ１の挙動をより正確に把握する為には、入力軸Ｉ側と出力軸Ｏ側とで個別にトルクを計測できるようにすることが好ましい。本実施形態においては、上記のように第１駆動部１１０と第２駆動部１２０の双方にトルクセンサが設けられているため、トランスミッションユニット（供試体Ｔ１）の入力軸Ｉ側と出力軸Ｏ側とでトルクを個別に計測することができる。

なお、上記の例ではトランスミッションユニットの入力軸Ｉ側を等速回転駆動し、出力軸Ｏ側でトルクを付与する構成としているが、本発明は上記の例に限定されるものではない。すなわち、トランスミッションユニットの出力軸Ｏ側を等速回転駆動すると共に、入力軸Ｉ側に変動トルクを加える構成としてもよい。或いは、トランスミッションユニットの入力軸Ｉ側と出力軸Ｏ側の双方を、それぞれ変動する回転数で回転駆動させる構成としてもよい。また、回転数では制御せず、各軸のトルクのみを制御する構成としてもよい。また、トルクや回転数を所定の波形に従って変動させる構成としてもよい。トルクや回転数は、例えばファンクションジェネレータで発生させた任意の波形に従って変動させることができる。また、実際の走行試験で計測したトルクや回転数の波形データに基づいて、供試体Ｔ１の各軸のトルクや回転数を制御することもできる。

本実施形態のねじり試験装置１００は、様々な寸法のトランスミッションユニットに対応できるように、チャック装置１１６と１２６との間隔を調整可能となっている。具体的には、可動プレート駆動機構（不図示）により、第１駆動部１１０の可動プレート１１１が、ベース１１０ｂに対してチャック装置１１６の回転軸方向（図１中左右方向）に移動可能となっている。なお、ねじり試験を行っている間は、図示しないロック機構によって可動プレート１１１はベース１１０ｂに強固に固定されている。また、第２駆動部１２０も、第１駆動部１１０と同様の可動プレート駆動機構を備えている。

以上説明した本発明の第１の実施形態に係るねじり試験装置１００は、ＦＲ車用のトランスミッションユニットに対して回転ねじり試験を行うものであるが、本発明は第１の実施形態の構成に限定されるものではなく、他の動力伝達機構の回転ねじり試験を行う為の装置も又、本発明に含まれる。以下に説明する本発明の第２、第３及び第４実施形態は、夫々ＦＦ車用のトランスミッションユニット、ディファレンシャルギアユニット、及び４ＷＤ車用のトランスミッションユニットの試験に適したねじり試験装置の構成例である。

（第２実施形態）
図３は、本発明の第２実施形態に係るねじり試験装置２００の平面図である。上述のように、本実施形態は、ＦＦ車用のトランスミッションユニットを供試体Ｔ２とする回転ねじり試験に適したねじり試験装置の構成例である。供試体Ｔ２は、ディファレンシャルギアを内蔵するトランスミッションユニットであり、入力軸Ｉと、左側出力軸ＯＬ及び右側出力軸ＯＲを有している。

本実施形態のねじり試験装置２００は、供試体Ｔ２の入力軸Ｉを駆動する第１駆動部２１０、左側出力軸ＯＬを駆動する第２駆動部２２０及び右側出力軸ＯＲを駆動する第３駆動部２３０を備えている。また、ねじり試験装置２００は、その動作を統合的に制御するコントローラＣを備えている。第１駆動部２１０、第２駆動部２２０及び第３駆動部２３０の構造は、共に第１実施形態の第１駆動部１１０や第２駆動部１２０のものと同一であるため、重複する具体的構成の説明は省略する。

本実施形態のねじり試験装置２００を用いて供試体Ｔ２のねじり試験を行う場合は、例えば第１駆動部２１０によって入力軸Ｉを所定の回転数で駆動し、同時に、第２駆動部２２０及び第３駆動部２３０によって、所定のトルクが加わるように左側出力軸ＯＬ及び右側出力軸ＯＲを回転駆動する。

上記のように第１駆動部２１０、第２駆動部２２０及び第３駆動部２３０を制御することによって、トランスミッションユニットを回転駆動させながら、トランスミッションユニットの各軸に変動トルクを加えることにより、自動車の実際の走行状態に近い条件で試験を行うことができる。

また、本実施形態のねじり試験装置２００を使用して試験を行うトランスミッションユニットは、入力軸Ｉと左側出力軸ＯＬ及び右側出力軸ＯＲがギアなどを介して連結された装置であり、そのねじり試験を行う場合は、入力軸Ｉと左側出力軸ＯＬ及び右側出力軸ＯＲとに加わるトルクの大きさは一致しない。また、左側出力軸ＯＬと右側出力軸ＯＲに加わるトルクも、必ずしも一致するとは限らない。そのため、ねじり試験時の供試体Ｔ２の挙動をより正確に把握する為には、入力軸Ｉ、左側出力軸ＯＬ及び右側出力軸ＯＲに加わるトルクを個別に計測できるようにすることが好ましい。本実施形態においては、第１駆動部２１０、第２駆動部２２０、第３駆動部２３０の全てにトルクセンサが設けられているため、トランスミッションユニット（供試体Ｔ２）の入力軸Ｉ、左側出力軸ＯＬ及び右側出力軸ＯＲのそれぞれに加わるトルクを個別に計測することができる。

なお、左側出力軸ＯＬのトルクと右側出力軸ＯＲのトルクとが同一の波形を描くように第２駆動部２２０及び第３駆動部２３０が制御される構成としてもよく、又、両者が異なる（例えば逆位相の）波形を描くように第１駆動部２１０、第２駆動部２２０及び第３駆動部２３０が制御される構成としてもよい。

また、左側出力軸ＯＬと右側出力軸ＯＲを等速回転駆動し、速度が一定周期で変動するように入力軸Ｉを駆動する構成としてもよい。或いは、入力軸Ｉ、左側出力軸ＯＬ及び右側出力軸ＯＲの全てを、回転数が個別に変動するよう駆動する構成としてもよい。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について説明する。図４は、本発明の第３実施形態に係るねじり試験装置３００の平面図である。本実施形態は、ＦＲ車用のディファレンシャルギアユニットを供試体Ｔ３とする回転ねじり試験に適したねじり試験装置の構成例である。第２の実施形態と同様に、供試体Ｔ３は、入力軸Ｉ、左側出力軸ＯＬ及び右側出力軸ＯＲを有している。

本実施形態のねじり試験装置３００は、供試体Ｔ３の入力軸Ｉを駆動する第１駆動部３１０、左側出力軸ＯＬを駆動する第２駆動部３２０及び右側出力軸ＯＲを駆動する第３駆動部３３０を備えている。また、ねじり試験装置３００は、その動作を統合的に制御するコントローラＣを備えている。第１駆動部３１０、第２駆動部３２０及び第３駆動部３３０の構造は、共に第１実施形態の第１駆動部１１０や第２駆動部１２０と同一であるため、重複する具体的構成の説明は省略する。

本実施形態のねじり試験装置３００により供試体Ｔ３のねじり試験を行う場合は、例えば第１駆動部３１０によって入力軸Ｉを所定の回転数で駆動し、同時に、第２駆動部３２０及び第３駆動部３３０によって、左側出力軸ＯＬ及び右側出力軸ＯＲにそれぞれトルクが加わるように駆動する。

上記のように第１駆動部３１０、第２駆動部３２０及び第３駆動部３３０を制御することによって、供試体Ｔ３の各軸を回転駆動しながら供試体Ｔ３の各軸に変動トルクを加えることにより、実際の使用状態に近い条件で試験を行うことができる。

ディファレンシャルギアユニットも又、トランスミッションユニットと同様に、入力軸Ｉと左側出力軸ＯＬ及び右側出力軸ＯＲとがギアを介して連結された装置であり、そのねじり試験を行う場合は、入力軸Ｉに加わるトルクの大きさと左側出力軸ＯＬ及び右側出力軸ＯＲに加わるトルクの大きさとは一致しない。また、左側出力軸ＯＬと右側出力軸ＯＲに加わるトルクの大きさも、必ずしも一致するとは限らない。そのため、試験時の供試体Ｔ３の挙動をより正確に把握する為には、入力軸Ｉ、左側出力軸ＯＬ及び右側出力軸ＯＲのトルクを個別に計測できるようにすることが望ましい。本実施形態においては、第１駆動部３１０、第２駆動部３２０、第３駆動部３３０の全てにトルクセンサが設けられているため、ディファレンシャルギアユニット（供試体Ｔ３）の入力軸Ｉ、左側出力軸ＯＬ及び右側出力軸ＯＲのそれぞれに加わるトルクを個別に計測することができる。

なお、入力軸Ｉの回転数と左側出力軸ＯＬ及び右側出力軸ＯＲの回転数とが同一の波形を描くように第２駆動部３２０及び第３駆動部３３０が制御される構成としてもよく、又、両者が異なる（例えば入力軸Ｉとの速度差が逆位相となるような）波形を描くように第２駆動部３２０及び第３駆動部３３０が制御される構成としてもよい。

また、左側出力軸ＯＬ及び右側出力軸ＯＲを等速回転駆動し、入力軸Ｉを速度が一定周期で変動するように駆動する構成としてもよい。或いは、入力軸Ｉ、左側出力軸ＯＬ及び右側出力軸ＯＲの全てを、回転数が変動するよう駆動する構成としてもよい。

（第４実施形態）
図５は、本発明の第４実施形態に係るねじり試験装置４００の平面図である。本実施形態のねじり試験装置４００は、４つの回転軸を有する供試体Ｔ４の回転ねじり試験に適したねじり試験装置の構成例である。以下、一例として、４ＷＤシステムを供試体Ｔ４として試験を行う場合について説明する。供試体Ｔ４は、図示しないトランスミッション、フロントディファレンシャルギア、トランスファー及び電子制御多板クラッチを備えたＦＦベースの電子制御式４ＷＤシステムである。供試体Ｔ４は、エンジンに接続される入力軸Ｉと、左右の前輪用のドライブシャフトに接続される左側出力軸ＯＬ及び右側出力軸ＯＲと、後輪に動力を伝達するプロペラシャフトに接続される後部出力軸ＯＰを有している。入力軸Ｉから供試体Ｔ４に入力された駆動力は、供試体Ｔ４に備わるトランスミッションにより減速された後、フロントディファレンシャルギアを介して、左側出力軸ＯＬと右側出力軸ＯＲに分配される。また、フロントディファレンシャルギアに伝達された駆動力の一部は、トランスファーにより分岐されて、後部出力軸ＯＰから出力されるように構成されている。

本実施形態のねじり試験装置４００は、供試体Ｔ４の入力軸Ｉを駆動する第１駆動部４１０、左側出力軸ＯＬを駆動する第２駆動部４２０、右側出力軸ＯＲを駆動する第３駆動部４３０及び後部出力軸ＯＰを駆動する第４駆動部４４０を備えている。また、ねじり試験装置４００は、その動作を統合的に制御するコントローラＣを備えている。第１駆動部４１０、第２駆動部４２０、第３駆動部４３０及び第４駆動部４４０の構造は、共に第１実施形態の第１駆動部１１０や第２駆動部１２０と同一であるため、重複する具体的構成の説明は省略する。

次に、ねじり試験装置４００を用いた供試体Ｔ４の回転ねじり試験において実行される制御の一例を説明する。上述のように、供試体Ｔ４はフロントディファレンシャルギア（不図示）を備えており、左側出力軸ＯＬと右側出力軸ＯＲに加わるトルクの差により、左側出力軸ＯＬと右側出力軸ＯＲとの回転数差が生じるように構成されている。以下に説明する回転ねじり試験は、供試体Ｔ４に内蔵されたフロントディファレンシャルギアを差動させた状態（すなわち、左側出力軸ＯＬと右側出力軸ＯＲに回転数差を与えた状態）で、供試体Ｔ４の回転ねじり試験を行うものである。具体的には、入力軸Ｉを一定の回転数で回転させながら、左側出力軸ＯＬと右側出力軸ＯＲを回転数差を与えた状態で駆動し、供試体Ｔ４の性能を評価するものである。また、以下に説明する本実施形態の回転ねじり試験では、左側出力軸ＯＬと右側出力軸ＯＲに加えられるトルクの和が一定となるような制御が行われる。

図６は、ねじり試験装置４００による回転ねじり試験の手順を表すフローチャートである。本実施形態では、入力軸Ｉを一定の回転数で駆動しながら、左側出力軸ＯＬと右側出力軸ＯＲが所定の回転数差で回転し、且つ、左側出力軸ＯＬと右側出力軸ＯＲに加わるトルクの合計が一定となるように、左側出力軸ＯＬ及び右側出力軸ＯＲにトルク負荷を加えて回転ねじり試験が行われる。なお、図６に示される処理は、コントローラＣによって実行される。

図６に示されるねじり試験装置４００の制御では、まず、予め設定された各種設定値（試験条件）が、コントローラＣが備える記憶装置（不図示）から読み取られる（Ｓ１）。設定値には、例えば、第１駆動部４１０（入力軸Ｉ）の回転数Ｎ１、第２駆動部４２０（左側出力軸ＯＬ）と第３駆動部４３０（右側出力軸ＯＲ）の回転数差（ΔＮ＝Ｎ２−Ｎ３）及びトルク負荷の和（Ｔｍ２＋Ｔｍ３）、第４駆動部４４０（後部出力軸ＯＰ）のトルクＴｍ４が含まれる。表１は、Ｓ１において読み込まれる各種設定値の例を示す。

なお、本実施形態では、第１駆動部４１０に対しては回転数を制御量とする回転数制御を行い、第２駆動部４２０、第３駆動部４３０及び第４駆動部４４０に対してはトルクを制御量とするトルク制御が行われる。なお、第２駆動部４２０と第３駆動部４３０については、回転数差を制御する必要があるため、回転数制御が適用されるのが通常である。しかしながら、供試体Ｔ４に内蔵されるフロントディファレンシャルギア（不図示）は、左側出力軸ＯＬと右側出力軸ＯＲに加わる僅かなトルク差により動作が急激に変化するため、制御（直接的には制御値の検出）の遅れが大きい回転数制御では、実際に自動車に搭載されたときに供試体Ｔ４に加えられる負荷を高い精度で再現することができないことが本発明者の研究によって判明した。そこで、本実施形態では、左側出力軸ＯＬと右側出力軸ＯＲに与える回転数差の設定値に基づいて、左側出力軸ＯＬと右側出力軸ＯＲに加えるべきトルクの目標値を計算して、第２駆動部４２０と第３駆動部４３０に対してトルク制御を行う構成が採用されている。

上記の設定値の読み込み（Ｓ１）に続いて、第２駆動部４２０及び第３駆動部４３０に対するトルク制御の目標値が計算される（Ｓ２）。処理Ｓ２においては、まず第２駆動部４２０の回転数Ｎ２及び第３駆動部４３０の回転数Ｎ３の予測値が計算される。

供試体Ｔ４の前輪の変速比ｒは、入力軸Ｉの回転数Ｎ１、左側出力軸ＯＬの回転数Ｎ２及び右側出力軸ＯＲの回転数Ｎ３を用いて、次の数式１により表される。

数式１を変形すると、次の数式２が得られる。

また、回転数差ΔＮの定義より、次の数式３が得られる。

回転数Ｎ２及びＮ３は、上記の数式２と数式３からなる連立方程式の解である次の数式４及び数式５により、それぞれ表される。

第２駆動部４２０、第３駆動部４３０の回転数の設定値Ｎ２、Ｎ３は、上記の数式４、数式５に、処理Ｓ１において取得された設定値Ｎ１、ΔＮ（表１）及び既知の変速比ｒ＝０．１を代入して算出される。本実施形態では、Ｎ２＝６ｒｐｍ、Ｎ３＝４ｒｐｍとなる。

次に、第２駆動部４２０のトルクＴｍ２及び第３駆動部４３０のトルクＴｍ３の目標値の初期値が計算される。本実施形態では、回転数差ΔＮを一定にするために、トルクＴｍ２とＴｍ３は同一の目標値に設定する必要がある。従って、トルクＴｍ２及びＴｍ３の目標値は、次の数式６により計算される。

次に、コントローラＣは、第１駆動部４１０に対して回転数Ｎ１の目標値を含む駆動指令を出力する（Ｓ３）。

次に、コントローラＣは、第４駆動部４４０に対して、トルクＴｍ４の目標値を含む駆動指令を出力する（Ｓ４）。

次に、コントローラＣは、第２駆動部４２０、第３駆動部４３０に対して、それぞれのトルクＴｍ３、Ｔｍ４の目標値を含む駆動指令を出力する（Ｓ５）。

次に、コントローラＣは、第１駆動部４１０、第２駆動部４２０、第３駆動部４３０及び第４駆動部４４０にそれぞれ設けられたエンコーダ（不図示）からの信号に基づいて、各駆動部の回転数Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３及びＮ４（単位：ｒｐｍ）を計測する（Ｓ６）。

次に、コントローラＣは、第１駆動部４１０、第２駆動部４２０、第３駆動部４３０及び第４駆動部４４０にそれぞれ設けられたトルクセンサ１１７からの信号に基づいて、各駆動部のトルクＴｍ１、Ｔｍ２、Ｔｍ３及びＴｍ４（単位：Ｎ・ｍ）を計測する（Ｓ７）。

次に、コントローラＣは、上記の処理Ｓ６、Ｓ７における計測結果である回転数Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３、Ｎ４及びトルクＴｍ１、Ｔｍ２、Ｔｍ３、Ｔｍ４を、コントローラＣに内蔵されたメモリに記録する（Ｓ８）。

次に、コントローラＣは、上記の処理Ｓ６において取得された回転数Ｎ２、Ｎ３の計測結果から、回転数差ΔＮ＝Ｎ２−Ｎ３を計算する（Ｓ９）。そして、処理Ｓ９において得られた回転数差ΔＮの計測結果が適正か否かが判断される（Ｓ１０）。具体的には、処理Ｓ９において得られた回転数差ΔＮの計測結果をその設定値（表１）と比較して、計測結果と設定値との差が所定の範囲を超えていれば、回転数差ΔＮが適正に制御されていないと判断し（Ｓ１０：ＮＯ）、第２駆動部４２０のトルクＴｍ２及び第３駆動部４３０のトルクＴｍ３の目標値を補正（Ｓ１２）した後、処理Ｓ３に戻って再び各駆動部に駆動指令を与える。

処理Ｓ１２において、トルクＴｍ２及びＴｍ３の目標値の補正は、次の数式７及び数式８にそれぞれ示されるように、トルクＴｍ２及びＴｍ３に対して補正値αを加減することによって行われる。

また、補正値αは、次の数式９により計算される。但し、ΔＮ_ｓｅｔ及びΔＮ_{ｍｅａｓ．}は、それぞれ第２駆動部４２０と第３駆動部４３０の回転数差（ΔＮ＝Ｎ２−Ｎ３）の設定値及び計測結果である。

回転数差ΔＮの計測結果と設定値との差が所定の範囲内であれば、回転数差ΔＮが適正に制御されていると判断する（Ｓ１０：ＹＥＳ）。ねじり試験装置４００の制御を終了せずに継続する場合には（Ｓ１１：ＮＯ）、各種設定値（表１）に更新があったか否かが確認される（Ｓ１３）。設定値が更新されていれば（Ｓ１３：ＹＥＳ）、処理Ｓ１に戻って設定値を再び読み取る。また、設定値が更新されていなければ（Ｓ１３：ＮＯ）、処理Ｓ３に戻って各駆動部に駆動指令を与える。

上記のように第１駆動部４１０、第２駆動部４２０、第３駆動部４３０及び第４駆動部４４０を制御することによって、左側出力軸ＯＬと右側出力軸ＯＲに回転数差が与えられた状態での供試体Ｔ４の回転ねじり試験が可能になる。

なお、上記の第４実施形態では、第２駆動部４２０（左側出力軸ＯＬ）と第３駆動部４３０（右側出力軸ＯＲ）の回転数差ΔＮ及びトルク負荷の和（Ｔｍ２＋Ｔｍ３）を一定とする条件下で第２駆動部４２０及び第３駆動部４３０をトルク制御する構成が採用されているが、本発明の制御方法はこの構成に限定されない。例えば、回転数差ΔＮの条件を設定せず、予め設定した静的又は動的トルクＴｍ２及びＴｍ３を第２駆動部４２０及び第３駆動部４３０にそれぞれ加える構成としてもよい。また、トルク負荷の和（Ｔｍ２＋Ｔｍ３）を一定とする条件を設定せず、回転数差ΔＮが維持されるように、第２駆動部４２０及び第３駆動部４３０を回転数制御する構成としてもよい。

また、上記の第４実施形態では、第１駆動部４１０が一定の回転数で駆動されるが、第１駆動部４１０の回転数を例えば所定の波形に従って変動させて回転ねじり試験を行う構成としてもよい。例えば、左側出力軸ＯＬの回転数と右側出力軸ＯＲの回転数とが同一の波形に従って変化するように第２駆動部４２０及び第３駆動部４３０が制御される構成としてもよく、又、両者が異なる（例えば入力軸Ｉとの速度差が逆位相となるような）波形に従って変化するように第２駆動部４２０及び第３駆動部４３０が制御される構成としてもよい。

また、上記の第４実施形態では、第４駆動部４４０が一定のトルクで駆動されるが、第１駆動部４１０のトルクを例えば所定の波形に従って変動させて回転ねじり試験を行う構成としてもよい。また、上記の第４実施形態では、左側出力軸ＯＬと右側出力軸ＯＲの回転数差が一定になるように制御されるが、左側出力軸ＯＬと右側出力軸ＯＲの回転数差を例えば所定の波形に従って変動させて回転ねじり試験を行う構成としてもよい。

また、上記の第４実施形態の供試体Ｔ４は、入力軸Ｉ、左側出力軸ＯＬ、右側出力軸ＯＲ及び後部出力軸ＯＰがギアなどを介して連結されている装置であるため、回転ねじり試験において各軸に加わるトルクの大きさは一致しない。そのため、ねじり試験時の供試体Ｔ４の挙動をより正確に把握する為には、入力軸Ｉ、左側出力軸ＯＬ、右側出力軸ＯＲ及び後部出力軸ＯＰのトルクを個別に計測することが好ましい。本実施形態においては、第１駆動部４１０、第２駆動部４２０、第３駆動部４３０、第４駆動部４４０の全てにトルクセンサが設けられているため、供試体Ｔ４の入力軸Ｉ、左側出力軸ＯＬ、右側出力軸ＯＲ及び後部出力軸ＯＰに加わるトルクを個別に計測することができる。

また、左側出力軸ＯＬ、右側出力軸ＯＲ及び後部出力軸ＯＰを等速回転駆動し、入力軸Ｉを回転数が一定周期で変動するように駆動する構成としてもよい。或いは、入力軸Ｉ、左側出力軸ＯＬ、右側出力軸ＯＲ及び後部出力軸ＯＰの全てを、回転数が変動するよう駆動する構成としてもよい。

また、上記の各実施形態は、いずれも回転ねじり試験を行う例であるが、いずれかの駆動部の回転を止めて反力部とすることにより、ねじり試験装置１００、２００、３００、４００を使用して通常のねじり試験を行うこともできる。

以上が本発明の実施形態の説明であるが、本発明は、上記の実施形態の構成に限定されるものではなく、その技術的思想の範囲内で様々な変形が可能である。

＜概括＞
本発明の実施形態に係るねじり試験装置は、動力伝達装置である供試体の入出力軸にトルクを与えるねじり試験装置であって、供試体の入力軸に接続される第１駆動部と、供試体の出力軸に接続される第２の駆動部とを備え、第１及び第２駆動部は、サーボモータと、サーボモータの出力軸の回転を減速して出力する減速機と、供試体の入力軸又は出力軸が取り付けられ、減速機の出力を供試体の入力軸又は出力軸に伝達するチャックと、減速機の出力をチャックへ伝達すると共に、減速機が出力するトルクを検出するトルクセンサと、チャックの回転数を検出する回転計と、を備える。
この構成によれば、入出力軸が回転した状態で各入出力軸にねじり荷重が加えられるという動力伝達装置の実際の使用条件に近い負荷を供試体に与えることができるため、供試体の性能のより正確な評価が可能になる。また、各入出力軸のトルクと回転数が検出されるため、試験時の供試体の状態を詳細に把握することができる。
また、トルクセンサとチャックとを連結するスピンドルと、スピンドルを回転自在に支持する軸受部とを備え、減速機は、ギアケースと、軸受と、軸受を介してギアケースに支持されたギア機構とを備え、サーボモータの駆動力を供試体まで伝達する減速機のギア機構、トルクセンサ、及びスピンドルを含む動力伝達軸の荷重が、スピンドル及び減速機のギア機構において支持される構成としてもよい。
この構成によれば、サーボモータの駆動力を供試体まで伝達する動力伝達軸において特に重量が大きく、かつ動力伝達軸の両端部に配置されるギア機構及びチャックの直近において動力伝達軸が支持されるため、動力伝達軸に大きな歪みが加わらず、正確な試験が可能になると共に、耐久性に優れたねじり試験装置が提供される。
また、減速機の出力軸とチャックとの間に取り付けられ、トルクセンサから延びる信号線に接続されたスリップリングと、回転するスリップリングと接触した状態でねじり試験装置のベースプレートに対して固定され、スリップリングを介して入力されたトルクセンサの信号を出力する端子を備えたブラシと、を備えた構成としてもよい。
この構成によれば、供試体の入出力軸と共に高速で回転するトルクセンサの信号を有線で外部に取り出すことが可能になる。
また、第１駆動部及び第２駆動部の駆動を制御する制御部を備え、制御部は、第１駆動部及び第２駆動部の一方を所定の回転数で駆動させながら、第１駆動部及び第２駆動部の他方を所定のトルクで駆動させることで、供試体の回転ねじり試験を行う構成としてもよい。
また、複数の第２の駆動部を備え、制御部は、供試体の入力軸が所定の回転数で回転するように第１駆動部を駆動させながら、供試体の複数の出力軸にそれぞれ個別に設定されたトルクを与えるように複数の第２駆動部を駆動させる構成としてもよい。
この構成によれば、複数の出力軸を有する供試体に対しても、実際の使用条件に近い負荷を与える試験が可能になる。
また、制御部は、複数の第２駆動部の回転数差の設定値と、複数の第２駆動部のトルクの和の設定値を記録する設定値記録手段と、回転数差の設定値とトルクの和の設定値に基づいて、供試体の複数の出力軸に与えるトルクをそれぞれ個別に設定するトルク設定手段と、を備える構成としてもよい。
また、複数の第２駆動部の回転計の検出結果に基づいて、複数の第２駆動部の回転数差の計測値を取得する回転数差計測手段を備え、トルク設定手段は、設定値記録手段に記録された回転数差の設定値と、回転数差計測手段により取得された回転数差の計測値に基づいて、供試体の複数の出力軸に与えるトルクの設定値を補正する構成としてもよい。
これらの構成によれば、例えばディファレンシャルギアを含む供試体について、ディファレンシャルギアを差動させた状態での回転ねじり試験を適切に行うことが可能になる。
また、複数の第１駆動部を備え、複数の第１駆動部により、供試体の複数の入力軸に対して、それぞれ個別に設定されたトルクを与えるか、又はそれぞれ個別に設定された回転数で回転させる構成としてもよい。
この構成によれば、複数の入力軸を有する供試体（例えば、ハイブリッド自動車の動力分配機構等）に対しても、実際の使用条件に近い負荷を与える試験が可能になる。

１００、２００、３００、４００ ねじり試験装置
１１０、２１０、３１０、４１０ 第１駆動部
１１０ａ 本体
１１０ｂ ベース
１１１ 可動プレート
１１２、１２２ サーボモータ
１１３ 減速機
１１４ ケース
１１５ スピンドル
１１６、１２６ チャック装置
１１７ トルクセンサ
１１９ａ スリップリング
１１９ｂ ブラシ
１２０、３２０、４２０ 第２駆動部
２３０、３３０、４３０ 第３駆動部
４４０ 第４駆動部
Ｔ 供試体
Ｉ 入力軸
Ｏ 出力軸
ＯＬ 左側出力軸
ＯＲ 右側出力軸
ＯＰ 後部出力軸

Claims (10)

1. 供試体の複数の回転軸をそれぞれ駆動する複数の駆動部と、
   前記複数の駆動部を同期制御する制御部と、
   を備え、
   前記複数の駆動部が、
   実質的に同一の構造を有し、
   それぞれ個別に、
   本体と、
   前記本体を支持するベースと、を備え、
   前記駆動部の本体が、
   サーボモータと、
   前記サーボモータの駆動力を前記供試体まで伝達する動力伝達軸と、
   前記動力伝達軸を覆うケースと、
   前記ケースに対して固定され、前記動力伝達軸を回転可能に支持する一対の軸受と、を備え、
   前記動力伝達軸が、
   該動力伝達軸のトルクを検出するトルクセンサを含み、
   該トルクセンサを間に挟んだ軸方向両側において、前記一対の軸受により支持され、
   前記駆動部の本体が、
   前記サーボモータの出力の回転を減速する減速機を備え、
   前記減速機が、
   前記ケースに固定されたギアケースと、
   前記ギアケース内に保持され、前記動力伝達軸の一部を成すギア機構と、を備え、
   前記一対の軸受が、
   前記ギアケースに取り付けられ、前記ギア機構を回転可能に支持する第２軸受を含み、
   前記動力伝達軸が、
   前記減速機のギア機構を含む、
   ねじり試験装置。
2. 前記動力伝達軸が、
   前記供試体の回転軸の一つが接続されるスピンドルを含む、
   請求項１に記載のねじり試験装置。
3. 前記一対の軸受が、
   前記スピンドルを回転可能に支持する第１軸受を含む、
   請求項２に記載のねじり試験装置。
4. 供試体の複数の回転軸をそれぞれ駆動する複数の駆動部と、
   前記複数の駆動部を同期制御する制御部と、
   を備え、
   前記複数の駆動部が、
   実質的に同一の構造を有し、
   それぞれ個別に、
   本体と、
   ベースと、を備え、
   前記駆動部の本体が、
   その一端側に前記供試体の複数の回転軸の一つが接続されるスピンドルと、
   サーボモータと、
   前記スピンドルのトルクを検出するトルクセンサと、
   前記スピンドルを回転可能に支持する第１軸受と、
   前記サーボモータの出力の回転を減速する減速機と、を備え、
   前記サーボモータが、前記トルクセンサを介して前記スピンドルの他端側に接続され、
   前記減速機が、
   ギアケースと、
   前記ギアケースに取り付けられた第２軸受と、
   前記第２軸受に支持されたギア機構と、を備え、
   前記サーボモータの出力を前記供試体に伝える動力伝達軸が、
   前記減速機のギア機構と、
   前記トルクセンサと、
   前記スピンドルと、を含み、
   前記動力伝達軸が、前記第１軸受及び前記第２軸受によって支持された、
   ねじり試験装置。
5. 前記動力伝達軸が、
   前記供試体の回転軸を取り付けるチャックを含み、
   前記トルクセンサと前記チャックとが、前記スピンドルを介して連結された、
   請求項２から請求項４のいずれか一項に記載のねじり試験装置。
6. 前記駆動部の本体が、
   前記スピンドルの回転数を検出する回転計を備えた、
   請求項２から請求項５のいずれか一項に記載のねじり試験装置。
7. 前記ベースが、
   前記前記供試体の回転軸方向にスライド移動可能に設けられた可動プレートを備え、
   前記駆動部の本体が、前記可動プレート上に設置された、
   請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のねじり試験装置。
8. 前記減速機の出力軸と前記チャックとの間において前記動力伝達軸に取り付けられ、前記トルクセンサから延びる信号線が接続されたスリップリングと、
   回転する前記スリップリングと接触した状態で前記可動プレートに固定され、前記スリップリングを介して入力された前記トルクセンサの信号を出力する端子を備えたブラシと、
   を備えた、
   請求項５を直接又は間接的に引用する請求項７に記載のねじり試験装置。
9. 前記複数の駆動部が、
   第１駆動部と、
   第２駆動部と、を含み、
   前記制御部が、前記第１駆動部を所定の回転数で駆動させながら、前記第２駆動部を所定のトルクで駆動させることで、前記供試体の回転ねじり試験を行う、
   請求項１から請求項８のいずれか一項に記載のねじり試験機。
10. 複数の前記第２駆動部を備え、
    前記制御部は、前記供試体の入力軸が所定の回転数で回転するように前記第１駆動部を駆動させながら、前記供試体の複数の出力軸にそれぞれ個別に設定されたトルクを与えるように前記複数の第２駆動部を駆動させる、
    請求項９に記載のねじり試験装置。

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