JP6658285B2 - 疲労・耐久試験装置 - Google Patents

Description

この発明は、試験片等の供試体を加振することにより疲労試験を行い、あるいは、部品等の供試体を加振することにより耐久試験を行う疲労・耐久試験装置に関する。

例えば、自動車部品や完成車メーカーを中心とする輸送機業界では、堅牢かつ軽量な新素材や新機構の研究開発が進んでいることから、安全性と信頼性を高める目的で様々な部品に対する耐久性評価のニーズが高まっている。このような耐久試験には、従来、油圧サーボ機構を備えた疲労・耐久試験装置が使用されてきた。しかしながら、油圧式の疲労・耐久試験装置においては、作動油の定期交換やバルブの定期交換が必要となるばかりではなく、その占有スペースも大きなものとなる。

このため、近年、モータ駆動方式の疲労・耐久試験装置も多用されている。このような疲労・耐久試験装置は、モータと、このモータの駆動により回転するボールねじと、このボールねじと螺合するナットと、このナットに連結されたピストンとを備え、ボールねじの回転運動をピストンの往復運動に変換することにより、供試体に対して負荷を付与する構成を有する。

特許文献１には、疲労・耐久試験装置にも使用できる電動アクチュエータが開示されている。この電動アクチュエータは、ボールねじ軸の外周面にボールスプライン溝を設けた複合軸に、スプライン用外筒、ボールねじナットおよび中空モータを組み込み、中空のモータ駆動軸を、ベアリングを介してケーシングに相対回転自在に支持すると共に、モータ本体とスプライン用外筒を、ケーシングに対して軸方向及び回転方向に移動不能に固定し、中空のモータ駆動軸の端部にボールねじナットを一体的に連結し、モータ駆動軸の回転駆動力を、ボールねじナットを介して複合軸の軸方向推力に変換し、推力の軸方向反力を中空モータのベアリングで支持して複合軸を直線運動させ、複合軸に作用する軸方向荷重をボールねじナットで負荷すると共にトルクをスプライン用外筒で支持し、全方向のラジアル荷重およびモーメント荷重をスプライン用外筒およびボールねじナットで支持して位置決めを行っている。

特開平６−３００１０６号公報

疲労・耐久試験装置を使用して疲労・耐久試験を行う場合には、高速の往復運動を何日間にもわたって連続で実行する必要がある。このような場合には、ボールねじとナットとの摺動部で摩擦熱が発生し、この摩擦熱が長い時間にわたって蓄積されることにより、ボールねじやナットの温度が許容温度を超えてしまう場合がある。このように、許容温度を超えた状態で疲労・耐久試験を続けた場合には、ボールねじやナットが損傷するばかりではなく、発煙または発火の可能性もある。

この発明は上記課題を解決するためになされたものであり、疲労・耐久試験を安全に実行することが可能な疲労・耐久試験装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、モータと、前記モータの駆動により回転するボールねじと、前記ボールねじと螺合するナットと、前記ナットに連結されたピストンとを備え、前記ボールねじの回転運動を前記ピストンの往復運動に変換することにより供試体に対して負荷を付与する疲労・耐久試験装置であって、前記ナットの温度を検出する温度検出器と、前記温度検出器により検出した前記ナットの温度に基づいて、前記モータの回転を制御する制御部と、を備え、前記ナットの外周部にフィンが配設され、前記温度検出器は、前記フィンに付設されることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の疲労・耐久試験装置において、前記制御部は、前記温度検出器により検出した前記ナットの温度が設定温度以上となったときに、前記ボールねじの回転を停止させる。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の疲労・耐久試験装置において、前記制御部は、前記温度検出器により検出した前記ナットの温度に応じて、前記ボールねじの回転速度を変更し、または、前記ボールねじを間欠的に回転させる。

請求項１から請求項３に記載の発明によれば、温度検出器によりナットの温度が上昇したことを検知することが可能となる。このため、ナットの温度に応じてボールねじの回転を停止し、あるいは、ボールねじの回転を制御することにより、ボールねじやナットの損傷や発火等の問題を防止して、疲労・耐久試験を安全に実行することが可能となる。

また、フィンの作用により、ナットの温度上昇を抑制することが可能となる。

さらに、温度検出器をフィンに付設したことから、ボールねじとナットとを市販品とした場合においても、温度検出器を、フィンを介して容易にナットに付設することが可能となる。

この発明に係る疲労・耐久試験装置の概要図である。 ナット１４の外周部にフィン１５およびガード部材１６を装着する状態を示す分解斜視図である。 この発明の第１実施形態に係る疲労・耐久試験装置の主要な制御系を示すブロック図である。 この発明の第２実施形態に係る疲労・耐久試験装置の主要な制御系を示すブロック図である。

以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、この発明に係る疲労・耐久試験装置の概要図である。

この疲労・耐久試験装置は、モータ１１と、このモータ１１の駆動により回転するボールねじ１３と、このボールねじ１３と螺合するナット１４と、このナット１４に連結された中空状のピストン１８とを備える。ボールねじ１３やピストン１８等は、筒状のケーシング１０内に収納されている。

モータ１１としては、ＡＣサーボモータが採用される。このモータ１１の内部には、後述するエンコーダ３１が配設されている。このモータ１１の回転軸１２は、カップリング２１および連結軸１９を介して、ボールねじ１３と接続されている。なお、連結軸１９は、ベアリング２２により回転可能に軸支されている。

ボールねじ１３におけるモータ１１とは逆側の端部は、ピストン１８における中空部内に侵入している。ピストン１８は、案内部材２３により、軸心方向（図１における左右方向）にスライド可能に支持されている。このピストン１８は、ロードセル２４を介して供試体２５と接続されている。ボールねじ１３には、ナット１４が螺合している。そして、ナット１４の外周部には、複数枚の薄板円盤状部材から構成されるフィン１５と、このフィン１５の両側に配置されたガード部材１６とが配設されている。これらのフィン１５とガード部材１６とは、アルミ等の金属を切削加工することにより製作される。そして、フィン１５にはサーモスタット１７が付設されている。

なお、ケーシング１０に付設されたカバー３５内には、ピストン１８の変位量を測定するための変位計３６が配設されている。

図２は、ナット１４の外周部にフィン１５およびガード部材１６を装着する状態を示す分解斜視図である。

この図に示すように、図１に示すフィン１５およびガード部材１６は、上部フィン１５ａおよび上部ガード部材１６ａと、下部フィン１５ｂおよび下部ガード部材１６ｂとに分割することが可能となっている。そして、ナット１４を、上部フィン１５ａおよび上部ガ
ード部材１６ａと、下部フィン１５ｂおよび下部ガード部材１６ｂとにより挟み込むことで、ナット１４の外周部にフィン１５およびガード部材１６が配設される構成となっている。このフィン１５を構成する下部フィン１５ｂには、上述したサーモスタット１７が付設されている。

一般に、ボールねじ１３とナット１４とから成るアクチュエータ機構としては、市販のものが採用されることが多い。このため、このような構造によりフィン１５およびサーモスタット１７をナット１４に付設する構成を採用した場合においては、ボールねじ１３とナット１４とを市販品とした場合においても、サーモスタット１７を、フィン１５を介して容易にナット１４に付設することが可能となる。

図３は、この発明の第１実施形態に係る疲労・耐久試験装置の主要な制御系を示すブロック図である。

この疲労・耐久試験装置は、論理演算を実行するＣＰＵ、装置の制御に必要な動作プログラムが格納されたＲＯＭ、制御時にデータ等が一時的にストアされるＲＡＭ等を備え、装置全体を制御する制御部３０を備える。この制御部３０は、モータ１１と、このモータ１１によるボールねじ１３の回転状態を検出するためのエンコーダ３１と、供試体２５に負荷される試験力を検出するためのロードセル２４と、フィン１５を介してナット１４の温度を検出するためのサーモスタット１７と接続されている。また、この制御部３０は、警告表示を表示し、または、警告音を発生するための警告部３３と接続されている。

この発明に係る疲労・耐久試験装置により疲労試験あるいは耐久試験を実行するときには、モータ１１の駆動により、ボールねじ１３を時計回り方向および反時計回り方向に往復して回動させる。このボールねじ１３の回転に伴って、ナット１４がボールねじ１３の軸心方向（図１における左右方向）に往復移動する。これにより、ナット１４に接続されたピストン１８が往復移動し、供試体２５には、ロードセル２４を介して、往復振動による試験負荷が付与される。このときの供試体２５の変位量は、エンコーダ３１により検出したボールねじ１３に回転状態に基づいて制御部３０により演算される。また、このときの供試体２５への試験負荷の大きさは、ロードセル２４により測定され、制御部３０に送信される。

このような試験を連続して実行した場合には、ボールねじ１３と摺動するナット１４の温度が上昇する。しかしながら、この発明に係る疲労・耐久試験装置においては、ナット１４の外周部にフィン１５が配設されていることから、このフィン１５による空冷作用により、ナット１４の温度上昇が抑制される。

そして、フィン１５を介してサーモスタット１７により測定したナット１４の温度が設定値以上となったときには、サーモスタット１７より制御部３０に信号が送信される。このときには、制御部３０は、モータ１１の回転を停止することにより、疲労試験あるいは耐久試験を停止する。また、制御部３０は、警告部３３に信号を送信し、試験が停止した旨の警告を警告表示または警告音等により実行する。このような構成により、オペレータが試験の停止を認識できるとともに、ボールねじ１３やナット１４の損傷や、ボールねじ１３とナット１４の螺合部分からの発煙や発火の問題を防止することができる。このため、疲労・耐久試験を安全に実行することが可能となる。

なお、疲労試験あるいは耐久試験を停止してから所定の時間が経過し、フィン１５を介してサーモスタット１７により測定したナット１４の温度が所定の温度まで低下したときには、制御部３０の制御により疲労試験または耐久試験を、再度、開始するようにしてもよい。

次に、この発明の他の実施形態について説明する。図４は、この発明の第２実施形態に係る疲労・耐久試験装置の主要な制御系を示すブロック図である。なお、上述した第１実施形態と同様の部材については、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。

上述した第１実施形態においては、ナット１４の温度を、フィン１５を介してサーモスタット１７により測定している。これに対して、この第２実施形態に係る疲労・耐久試験装置においては、サーモスタット１７に代えて、図１および図２に示すサーモスタット１７と同一位置に配置された温度センサ３２により、フィン１５を介してナット１４の温度を測定する構成を採用している。この温度センサ３２としてはサーミスタや測温抵抗体、熱電対などの電気式温度センサを使用することができる。

そして、この第２実施形態に係る疲労・耐久試験装置においては、温度センサ３２により検出したナット１４の温度に応じて、モータ１１によるボールねじ１３の回転を制御する構成となっている。より具体的には、この第２実施形態に係る疲労・耐久試験装置においては、温度センサ３２により検出したナット１４の温度が設定値以上になったときには、モータ１１によるボールねじ１３の回転速度を低下させる低速運転、または、モータによるボールねじ１３の回転を間欠的に実行する間欠運転のいずれかを実行する。また、制御部３０は、警告部３３に信号を送信し、ナット１４の温度が所定の温度に達した旨の警告を警告表示または警告音等により実行する。

このような構成を採用した場合においては、ナット１４の温度に応じてボールねじ１３の回転を制御することにより、ナット１４の温度が過度に上昇しない範囲において疲労試験または耐久試験を実行することが可能となる。これにより、ボールねじ１３やナット１４の損傷や、ボールねじ１３とナット１４の螺合部分からの発煙や発火の問題を防止することができる。このため、疲労・耐久試験を安全に実行することが可能となる。

１０ ケーシング
１１ モータ
１２ 回転軸
１３ ボールねじ
１４ ナット
１５ フィン
１６ ガード部材
１７ サーモスタット
１８ ピストン
２２ ベアリング
２３ 案内部材
２４ ロードセル
２５ 供試体
３０ 制御部
３１ エンコーダ
３２ 温度センサ
３３ 警告部

Claims (3)

1. モータと、前記モータの駆動により回転するボールねじと、前記ボールねじと螺合するナットと、前記ナットに連結されたピストンとを備え、前記ボールねじの回転運動を前記ピストンの往復運動に変換することにより供試体に対して負荷を付与する疲労・耐久試験装置であって、
   前記ナットの温度を検出する温度検出器と、
   前記温度検出器により検出した前記ナットの温度に基づいて、前記モータの回転を制御する制御部と、
   を備え、
   前記ナットの外周部にフィンが配設され、
   前記温度検出器は、前記フィンに付設されることを特徴とする疲労・耐久試験装置。
2. 請求項１に記載の疲労・耐久試験装置において、
   前記制御部は、前記温度検出器により検出した前記ナットの温度が設定温度以上となったときに、前記ボールねじの回転を停止させる疲労・耐久試験装置。
3. 請求項１に記載の疲労・耐久試験装置において、
   前記制御部は、前記温度検出器により検出した前記ナットの温度に応じて、前記ボールねじの回転速度を変更し、または、前記ボールねじを間欠的に回転させる疲労・耐久試験装置。

Images