JP7251438B2

JP7251438B2 - 加振機及び疲労・耐久試験装置

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Publication number: JP7251438B2
Application number: JP2019188938A
Authority: JP
Inventors: 元史木村
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2019-10-15
Filing date: 2019-10-15
Publication date: 2023-04-04
Anticipated expiration: 2039-10-15
Also published as: JP2021063740A

Description

この発明は、加振機及び疲労・耐久試験装置に関する。

近年、新素材や新機構の研究開発が進んでいることから、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は、加振機を用いて試験片等の供試体を加振することにより行われ、かかる加振機には、油圧サーボ方式や、モータ駆動方式のものが広く使われている。

モータ駆動方式の加振機は、モータの駆動により回転するボールねじと、ボールねじと螺合するナットと、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負荷を付与するものである。この種の加振機は、油圧サーボ方式の加振機に比べて作動油が不要になる等のメリットがある。

モータ駆動方式の加振機を備えた疲労・耐久試験装置として特許文献1の装置がある。この特許文献1には、ボールねじとナットとの摺動部で発生する摩擦熱により、ボールねじやナットの温度が許容温度を超えないようにモータを制御部が制御する技術が開示されている。具体的には、ナットに設けられた放熱用のフィンにサーモスタットが設けられ、フィンの温度が設定値より大きくなるとサーモスタットが働いたときに制御部がモータの駆動を停止することで、ボールねじやナットの過熱を防ぐようになっている。

特開２０１７－２０３６８９号公報

サーモスタットは、フィン等の対象物に接続されており、当該対象物からの熱伝導により自身の温度が上がることで対象物の温度を電気信号に変換して検出するセンサーを有し、かかるサーモスタットと制御部とはサーモスタット信号線によって接続されている。
しかしながら、疲労・耐久試験の際に、ナットが繰り返し反復運動をダイナミックに連続して行うため、サーモスタット、及びサーモスタット信号線もナットとともに高速に動き続ける。疲労・耐久試験では、連続的に長期間にわたり行われることが多く、長期の繰り返し運転によりサーモスタット信号線の耐久性が損なわれる虞や、信号線と接続されているサーモスタットの破損など、ナットの温度検出に支障を来す虞がある。

本発明は、長期間にわたる運転が行われても、ナットの温度を安定的に検出可能な加振機及び疲労・耐久試験装置を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様は、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し、前記ボールねじ上を摺動するナットと、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、対象物に対して負荷を付与する加振機であって、前記ナットの温度を非接触で検出する温度検出部と、前記温度検出部の検出信号に基づいて前記モータを制御する制御部と、を備えた加振機である。

本発明の第１の態様によれば、温度検出部がナットの温度を非接触で検出するので、温度検出部をナットに付設する必要がなく、温度検出部と制御部とを接続する信号線がナットの摺動の影響を受けることがない。これにより、長期の運転においても信号線の耐久性が維持され、ナットの温度が安定的に検出可能となる。

実施形態に係る疲労・耐久試験装置の概要図である。温度の検出対象であるナットの構成を示す分解斜視図である。疲労・耐久試験装置が備える制御システムを概略的に示すブロック図である。停止信号出力回路の構成を示すブロック図である。変形例に係る疲労・耐久試験装置の概要図である。変形例に係る疲労・耐久試験装置の概要図である。

以下、実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、実施形態である加振機を備えた疲労・耐久試験装置の概要図である。なお、疲労・耐久試験装置が用いられる疲労試験には、温度等の天気条件を含む環境試験試験を含むものである。

この疲労・耐久試験装置１は、試験中に振動を加える対象物である供試体２５に負荷を与えるための加振機２を備える。
加振機２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と螺合し、当該ボールねじ１３上を摺動するナット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、ボールねじ１３の回転運動がピストン１８の往復運動に変換される。このピストン１８の往復運動によって供試体２５に負荷が与えられる。

さらに詳述すると、加振機２は、ボールねじ１３やピストン１８の全体を中に収納した筒状のケーシング１０を備え、このケーシング１０の一方の端部１０ａ（図１における右側の端部１０ａ）の外側に、モータ１１が配設されている。

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及び連結軸１９を介して、ボールねじ１３の端部に接続されている。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挿入されている。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。

また、ケーシング１０に付設されたカバー３５内には、ピストン１８の変位量を検出する変位計３６が設けられている。変位計３６は、ピストン１８の往復運動方向（ナット１４が摺動する摺動方向Ｘ）に延びてピストン１８に接続された可動部３６ａと、ケーシング１０に固定されるとともに可動部３６ａが挿入される固定部３６ｂと、を有する。そして、ナット１４の摺動に伴ってピストン１８とともに可動部３６ａが一体的に移動することで、固定部３６ｂに対する可動部３６ａの挿入量が変化し、この挿入量の変化によってピストン１８の変位量が検出される。

かかる構成の下、ボールねじ１３がモータ１１によって回転すると、ナット１４は、図１において、ケーシング１０におけるモータ１１側の端部１０ａの近傍位置（図中、「＋Ｓ」で示す位置）から、案内部材２３の近傍位置（図中、「－Ｓ」で示す位置）の間を摺動範囲として往復する。このナット１４の往復摺動により、当該ナット１４に連結されたピストン１８が供試体２５に負荷を与え、この負荷がロードセル２４によって検出され、また、ピストン１８の変位量が変位計３６によって逐次に検出される。

ここで、本実施形態の加振機２は、ナット１４の温度を検出するために、第１温度検出部４１、第２温度検出部４２、及び第３温度検出部４３を備えている。
これら第１温度検出部４１、第２温度検出部４２、及び第３温度検出部４３は、ケーシング１０の内部に設けられ、非接触でナット１４の温度を検出可能にするものであり、本実施形態では、非接触で温度を検出するセンサーとして赤外線受光素子（赤外線センサー）を備えている。ケーシング１０の両側の端部１０ａ、１０ｂは、外光の浸入を防ぐ閉塞構造を成しており、外光の影響を抑えて精度良く温度が検出されるようになっている。

図２は、温度の検出対象であるナット１４の構成を示す分解斜視図である。
ナット１４は、ボールねじ１３に螺合する円筒形状のナット本体１４ａと、ナット本体１４ａの外周部に装着される薄板円板状の複数枚の放熱用のフィン１５と、これらのフィン１５を間に挟むようにナット本体１４ａの外周部に装着されるリング状のガード部材１６と、を備えている。

さらに詳述すると、フィン１５及びガード部材１６は、一体に形成され、図２に示すように、上部フィン１５ａ及び上部ガード部材１６ａと、下部フィン１５ｂ及び下部ガード部材１６ｂとに分割することが可能となっている。そして、ナット本体１４ａを、上部フィン１５ａ及び上部ガード部材１６ａと、下部フィン１５ｂ及び下部ガード部材１６ｂとにより挟み込むことで、ナット本体１４ａの外周部にフィン１５及びガード部材１６が配設される構成となっている。

これらのフィン１５は、アルミ等の熱伝導率の高い金属を、例えば切削加工することにより製作されることで、ナット本体１４ａの熱がフィン１５から効率良く放熱される。かかるフィン１５の表面温度は、概ねナット本体１４ａの温度と等しいため、上記第１温度検出部４１、第２温度検出部４２、及び第３温度検出部４３は、フィン１５の温度をナット１４の温度として間接的に検出する。

図１に示すように、第１温度検出部４１、第２温度検出部４２、及び第３温度検出部４３のうち、第１温度検出部４１、及び第３温度検出部４３は、ナット１４の摺動範囲の両側の端部（図中、「＋Ｓ」、「－Ｓ」）のそれぞれの対向位置に配設されており、第２温度検出部４２は、摺動範囲の中央（図中、「０」）の対向位置に配設されている。このとき、摺動範囲（ボールねじ１３）から第１温度検出部４１、第２温度検出部４２、及び第３温度検出部４３の各々までの直線距離は概ね等しく成されており、その直線距離は数ミリメートルから数十ミリメートルの間に抑えられている。
本実施形態では、第１温度検出部４１、及び第３温度検出部４３がケーシング１０の端部１０ａ、及び端部１０ｂ（案内部材２３）のそれぞれに埋設され、第２温度検出部４２がケーシング１０の中央部１０ｃの内面に埋設されることで、第１温度検出部４１、第２温度検出部４２、及び第３温度検出部４３のそれぞれが上記のような規定位置に配置されている。

また第１温度検出部４１、及び第３温度検出部４３については、温度検出範囲を規定する赤外線受光素子の視野角内に、摺動範囲の全範囲が収まる姿勢（すなわち、赤外線受光素子の視野方向である温度検出方向Ｆ１、Ｆ３を摺動方向Ｘに概ね平行とした姿勢）で配置されている。したがって、第１温度検出部４１、及び第３温度検出部４３のそれぞれで常に、摺動領域における全範囲においてナット１４が発する赤外線が受光され、当該ナット１４の温度が検出される。
一方、第２温度検出部４２については、摺動範囲の中央を専ら視野角内に収める姿勢（すなわち、温度検出方向Ｆ２を中央の位置に向けた姿勢）で配置されている。したがって、第２温度検出部４２では、第１温度検出部４１、及び第３温度検出部４３とは異なり、ナット１４が摺動範囲における中央の所定区間（第２温度検出部４２の視野角の収まった区間）を通過する間だけ、当該ナット１４が発する赤外線が受光され、当該ナット１４の温度が検出される。

本実施形態の加振機２では、ナット１４の温度として検出するフィン１５の板面は、図１に示すように、ナット１４の摺動方向Ｘに対して直交している。摺動範囲の両端のそれぞれの位置に配置された第１温度検出部４１、及び第３温度検出部４３から温度検出方向Ｆ１、Ｆ３をみると、これら温度検出方向Ｆ１、Ｆ３が摺動方向Ｘと略平行であるため、ナット１４の位置にかかわらず、フィン１５の板面が常に確実に視野角内に捉えられることとなり、温度検出の安定性が高められている。

さらに、フィン１５の板面は、ガード部材１６よりも摺動方向Ｘの垂直方向に突出する径を有し、この突出した部分が張り出し面１５ｃ（図２）を構成する。フィン１５が張り出し面１５ｃを備えることで、ガード部材１６の影響を抑えつつ、効率良く正確にフィン１５の温度を第１温度検出部４１、第２温度検出部４２、及び第３温度検出部４３のそれぞれで検出できる。

本実施形態において、ナット１４（少なくともフィン１５の張り出し面１５ｃ）の表面には、黒体輻射による赤外線を安定的に放射させるために黒色塗料が塗装されている。これにより、第１温度検出部４１、第２温度検出部４２、及び第３温度検出部４３の赤外センサーによって、より安定してナット１４の温度が検出可能になっている。この黒色塗料としては、黒色のつや消し塗料を用いることができ、黒色塗料の代わりに黒体テープや黒色のフィルムを貼って、赤外線の放射率を向上し、放射を安定させもよい。

図３は、疲労・耐久試験装置が備える制御システムを概略的に示すブロック図である。
この疲労・耐久試験装置１は、疲労・耐久試験装置１を制御する制御部３０を備える。制御部３０は、ＣＰＵやＭＰＵなどのプロセッサと、ＲＯＭやＲＡＭなどのメモリデバイスと、ＨＤＤやＳＳＤなどのストレージ装置と、センサー類や周辺機器などを接続するためのインターフェース回路と、を備えたコンピュータを有し、プロセッサがメモリデバイス又はストレージ装置に記憶されているコンピュータプログラムを実行することで、疲労・耐久試験のための各種の制御機能を実現する。

制御部３０には、図３に示すように、上記モータ１１、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、上記ロードセル２４、上記変位計３６、上記第１温度検出部４１、第２温度検出部４２、第３温度検出部４３、及び警告部３３のそれぞれが適宜の信号線を介して接続されている。警告部３３は、試験の際に各種の警告表示や警告音を出力するものであり、表示器やスピーカを備える。なお、同図に示す制御部３０は、加振機２の制御装置としても用いることができる。

また制御部３０は、モータ１１の停止を指示する停止信号Ｇ（図４）を、ナット１４の温度に基づいて出力する停止信号出力回路６０を備える。制御部３０は、停止信号出力回路６０から停止信号Ｇが出力された場合、直ちにモータ１１を停止して試験を中止し、試験中止の旨を警告部３３に出力する。本実形態ではモータ１１を停止させる場合を記載しているが、停止に限らず温度の上昇に応じてモータ１１の駆動を抑えるように制御しても良い。なお、停止信号出力回路６０の詳細については後述する。

かかる疲労・耐久試験装置において、疲労試験、又は耐久試験の実行時には、制御部３０は、モータ１１をエンコーダ３１の検出信号に基づきＡＣサーボ制御駆動することで、ボールねじ１３を時計回り方向、及び反時計回り方向に交互に回動させ、ナット１４をボールねじ１３の軸心方向（図１における左右方向）に往復移動させる。このナット１４の往復移動によってピストン１８が往復振動し、ロードセル２４を介して、ピストン１８の往復振動による負荷（試験負荷）が供試体２５に付与される。

試験の間、供試体２５の変位量、及び負荷は、変位計３６、及びロードセル２４のそれぞれによって検出され、逐次、制御部３０に入力され、負荷と変位の時間変化に係るデータが制御部３０に記録される。また、試験の間、ナット１４の温度は、第１温度検出部４１、第２温度検出部４２、及び第３温度検出部４３によって検出され、制御部３０の停止信号出力回路６０に入力される。

試験中には、ボールねじ１３をナット１４が摺動する際の動摩擦によってナット１４が発熱するものの、この熱量がナット１４のフィン１５から空冷作用により放熱されることで、ナット１４の温度上昇が抑制される。

しかしながら、ナット１４の発熱量がフィン１５からの放熱量を上回った状態で試験が長期間に亘って連続して行われた場合、ナット１４の温度が上昇して過熱状態になる場合がある。本実施形態では、ナット１４の過熱を防止可能な温度の上限値が上限温度として予め設定されており、この上限温度をナット１４の温度が越えた場合に、停止信号出力回路６０から停止信号Ｇが出力される。
制御部３０が当該停止信号Ｇの出力を契機としてモータ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が速やかに停止する。また、この場合、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表示または警告音を警告部３３から出力する。この警告により、疲労・耐久試験装置１のオペレータは、試験の停止を認識できるとともに、ボールねじ１３、及びナット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を未然に防止でき、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てナット１４の温度が下がった後に、運転を再開しても良い。

次いで、上述の停止信号出力回路６０の構成について詳述する。
図４は、停止信号出力回路６０の構成を示すブロック図である。
停止信号出力回路６０には、第１温度検出部４１、第２温度検出部４２、及び第３温度検出部４３のそれぞれの検出信号である受光信号Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３が入力される。これら受光信号Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３は、ナット１４が放射する赤外線の受光量、すなわち、ナット１４の温度に応じた電圧Ｖの信号である。そして、停止信号出力回路６０は、第１温度検出部４１、第２温度検出部４２、及び第３温度検出部４３のそれぞれの受光信号Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３のいずれか１つ以上が、上記上限温度に対応する設定値Ｔｔｈを超えた場合に停止信号Ｇを出力する回路であり、信号増幅部６２と、補正演算部６４と、温度比較部６６と、停止信号出力部６８と、を備える。

信号増幅部６２は、第１温度検出部４１、第２温度検出部４２、及び第３温度検出部４３のそれぞれの受光信号Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３を増幅して出力する増幅回路４４、４５、４６を備える。すなわち、第１温度検出部４１、第２温度検出部４２、及び第３温度検出部４３のそれぞれの受光信号Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３は比較的微弱であることから、この停止信号出力回路６０では、先ず、信号増幅部６２によって増幅する。

補正演算部６４は、第１温度検出部４１、及び第３温度検出部４３の受光信号Ｋ１、Ｋ３を、ナット１４の位置に応じて補正するものであり、当該補正のための演算を行う演算回路５１、５２を備える。ナット１４の位置には、当該ナット１４と一体に動くピストン１８の変位量Ｌが用いられており、当該変位量Ｌを検出する上記変位計３６の検出信号が補正演算部６４に入力されている。

温度補正について詳述すると、ナット１４が赤外線受光素子から離れた場合、赤外線受光素子で受光される受光量が離間距離の二乗に比例して減衰するため、その分、ナット１４の温度が低く検出される。
上述の通り、本実施形態の加振機２では、第１温度検出部４１、第２温度検出部４２、及び第３温度検出部４３のうち、第１温度検出部４１、及び第３温度検出部４３は、摺動範囲の端部に対応する位置から当該摺動範囲の全範囲でナット１４の温度を検出している。このため、これら第１温度検出部４１、及び第３温度検出部４３の赤外センサーとナット１４との離間距離は、ナット１４が最接近したときの「０」から最遠方に位置したときの「摺動範囲の全長」までの間で大きく変動し、これに伴って、検出される温度も大きく変動する。
そこで、補正演算部６４は、これら第１温度検出部４１、及び第３温度検出部４３の受光信号Ｋ１、Ｋ３に対し、赤外線受光素子とナット１４の離間による受光量の減衰を補う補正を施し、ナット１４の位置の影響を除いた温度を受光信号Ｋ１、Ｋ３から安定的に求められるようにする。

一方、第２温度検出部４２は、摺動範囲における中央の限られた所定区間を検出範囲としているため、ナット１４の位置の影響を受け難く、ナット１４の位置による補正をせずとも、その受光信号Ｋ２から比較的正確な温度が求められる。
特に、この第２温度検出部４２は、第１温度検出部４１、及び第３温度検出部４３の両者の略中間地点の所定区間を温度の検出範囲としている。このため、当該所定区間にナット１４が位置する場合、第１温度検出部４１、及び第３温度検出部４３よりも、第２温度検出部４２によって、より正確な温度が検出される。
これとは逆に、摺動範囲の端部にナット１４が位置する場合は、第１温度検出部４１、及び第３温度検出部４３のうち、その端部に近い方によって、より正確な温度が検出される。
また、摺動範囲の中央の所定区間から端部付近までの間にナット１４が位置する場合は、第１温度検出部４１、及び第３温度検出部４３のうち、その端部に近い方の受光信号Ｋ１、Ｋ３を、補正演算部６４によって補正することで、ナット１４の位置に依らない正確な温度が得られる。
このように、この加振機２では、摺動範囲の全範囲で、ナット１４の正確な温度が検出可能になっている。
なお、補正演算部６４（演算回路５１、５２）による補正の具体的態様については後述。

温度比較部６６は、第１温度検出部４１、第２温度検出部４２、及び第３温度検出部４３の受光信号Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３と、上記設定値Ｔｔｈとを比較するものであり、コンパレータ５４、５５を備える。
コンパレータ５４は、第２温度検出部４２の受光信号Ｋ２と、上記設定値Ｔｔｈとを比較し、比較結果を停止信号出力部６８に出力する。
コンパレータ５５は、第１温度検出部４１、及び第３温度検出部４３の補正後の受光信号Ｋ１、Ｋ３と、設定値Ｔｔｈとを比較し、比較結果を停止信号出力部６８に出力する。
ここで、温度比較部６６は、第１温度検出部４１、及び第３温度検出部４３の補正後の受光信号Ｋ１、Ｋ３の両方を同時に設定値Ｔｔｈと比較するのではなく、第１温度検出部４１、及び第３温度検出部４３のうち、よりナット１４に近い方の受光信号Ｋ１、Ｋ３だけを選択してコンパレータ５５に入力して設定値Ｔｔｈと比較する。かかる受光信号Ｋ１、Ｋ３の選択は、変位計３６の検出信号（変位量Ｌ）に基づくスイッチ５３の選択動作によって行われる。
このように、第１温度検出部４１、及び第３温度検出部４３のうち、よりナット１４に近い方の受光信号Ｋ１、Ｋ３を選択的に用いることで、ナット１４の温度判定の正確性が高められる。

停止信号出力部６８は、温度比較部６６の比較結果に基づいて、第１温度検出部４１、第２温度検出部４２、及び第３温度検出部４３の受光信号Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３の少なくとも１以上が設定値Ｔｔｈを越えている場合に、停止信号Ｇを出力するものであり、論理和演算を行う論理回路５６を備える。
より具体的には、論理回路５６には、温度比較部６６が備えるコンパレータ５４、５５の出力信号が入力されている。コンパレータ５４、５５の出力信号いずれも、対応する受光信号Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３が設定値Ｔｔｈを越えている場合に「Ｈｉｇｈ」レベルになる信号である。論理回路５６は、これらの出力信号の論理和を停止信号Ｇとして出力することで、受光信号Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３の少なくとも１以上が設定値Ｔｔｈ以上である場合に、「Ｈｉｇｈ」レベルの停止信号Ｇを出力することとなる。

なお、図４において、スイッチ５３に替えて、演算回路５１、及び５２の下流側に、それぞれ上述の上限値が設定されたコンパレータを接続し、ＯＲ回路を介して論理回路５６に接続しても良い。この場合には、温度比較部６６において、ナット１４に近い側の第１温度検出部４１、及び第３温度検出部４３の選択動作が不要となる。

次いで、補正演算部６４による補正について詳述する。
第１温度検出部４１、及び第３温度検出部４３の赤外線受光素子は、ナット１４からの放射エネルギーを赤外線として受光し、電気信号を出力する。ナット１４からの放射エネルギーＷは、ナット１４までの距離をＬｘとすると、次式（１）のようになる。
なお、式（１）において、ηは放射率、Ｔは対象物であるナット１４の温度、αはステファンボルツマン定数、Ｔ_０は室温、Ａ_０は対象物面積、Ｌｘはナット１４と第１温度検出部４１及び第３温度検出部４３との距離である。

また、第１温度検出部４１、及び第３温度検出部４３が出力する受光信号Ｋ１、Ｋ３の電圧Ｖは、次式（２）のようになる。
なお、式（２）において、Ｒは第１温度検出部４１及び第３温度検出部４３の赤外線受光素子の感度であり、Ａは第１温度検出部４１及び４３の赤外線受光素子の受光面積である。

上述のように、第１温度検出部４１、及び第３温度検出部４３の受光信号Ｋ１、Ｋ３の電圧Ｖは、ナット１４までの距離の二乗に反比例し、この距離は、上記変位計３６の変位量Ｌによって求められる。具体的には、摺動範囲の中央を変位量Ｌの原点とし、また図１に示す摺動範囲の＋Ｓ側の端部への変位量の符号を正とする。この場合、フィン１５の摺動方向Ｘにおける幅Ｄを加味すると、第１温度検出部４１からナット１４のフィン１５までの距離Ｌ_１は「（Ｓ－Ｌ－Ｄ／２）」となり、第３温度検出部４３からナット１４のフィン１５までの距離Ｌ_３は「－（Ｓ－Ｌ－Ｄ／２）」となる。
そして、第１温度検出部４１、及び第３温度検出部４３の配置位置で受光されるフィン１５からの放射エネルギーＷ_１、及びＷ_３は、それぞれ次式（３）、（４）になる。

また、放射エネルギーＷ_１、及びＷ_３を、次式（５）、（６）のように、ナット１４のフィン１５までの距離Ｌ_１、Ｌ_２の二乗の値を乗じることで、ナット１４の位置に基づく補正を加えると、距離Ｌ_１、Ｌ_２に依存しない放射エネルギーＷ_１’、及びＷ_３’が求められる。

したがって、補正演算部６４の演算回路５１、５２では、第１温度検出部４１、及び第３温度検出部４３の受光信号Ｋ１、Ｋ３のそれぞれに、ナット１４のフィン１５までの距離Ｌ_１、Ｌ_２の二乗の値を乗じることで、ナット１４の位置の影響を除いた受光信号Ｋ１、Ｋ３が得られることとなる。

上述した実施形態によれば、次のような効果を奏する。

本実施形態の加振機２では、第１温度検出部４１、第２温度検出部４２、及び第３温度検出部４３がナット１４の温度を非接触で検出する構成とした。
この構成によれば、これら第１温度検出部４１、第２温度検出部４２、及び第３温度検出部４３をナット１４に付設する必要がなく、第１温度検出部４１、第２温度検出部４２、及び第３温度検出部４３と制御部３０とを接続する信号線がナット１４の摺動の影響を受けることがない。これにより、長期の運転においても信号線の耐久性が維持され、ナット１４の温度が安定的に検出可能となる。

本実施形態の加振機２では、ナット１４が摺動する摺動領域の端部の対向位置に、当該摺動領域の全範囲を温度検出の視野角に収めた状態で、第１温度検出部４１、及び第３温度検出部４３が設けられているので、当該温度検出のために設置するセンサーの数を減らすことができる。

本実施形態の加振機２では、摺動領域の両方の端部のそれぞれの対向位置に、第１温度検出部４１、及び第３温度検出部４３がそれぞれ設けられており、制御部３０は、ナット１４までの距離が短い方の検出信号である受光信号Ｋ１、Ｋ３に基づいてモータ１１の回転を制御する。
これにより、第１温度検出部４１、及び第３温度検出部４３のうち、より正確にナット１４の温度を検出している方の検出信号に基づいて、モータ１１を制御できる。

本実施形態の加振機２では、摺動領域の両端部の間の中央の対向位置に、当該中央地点を温度検出の視野角に収めた状態で第２温度検出部４２が設けられている。
これにより、摺動領域の両端部の第１温度検出部４１、及び第３温度検出部４３の両方から離れた中央地点にナット１４が位置しても、当該ナット１４の温度を第２温度検出部４２で精度良く検出できる。

本実施形態の加振機２では、第１温度検出部４１、及び第３温度検出部４３の受光信号Ｋ１、Ｋ３を、ナット１４までの距離Ｌ_１、Ｌ_２に基づいて補正する補正演算部６４を備える。これにより、ナット１４の位置の影響を除いた温度を得ることができる。

本実施形態の加振機２では、ナット１４に設けられたフィン１５の表面には、黒色塗料が塗布されており、第１温度検出部４１、第２温度検出部４２、及び第３温度検出部４３のそれぞれは、黒色塗料が塗布され表面の温度を非接触で検出する赤外線受光素子を備える。
これにより、ナット１４の表面の赤外線の放射率が向上し、赤外線受光素子を備えた第１温度検出部４１、第２温度検出部４２、及び第３温度検出部４３によって、ナット１４の温度を安定的、かつ精度良く検出できる。

本実施形態の疲労・耐久試験装置１では、上記加振機２を備えることで、ナット１４の温度を非接触で検出でき、長期間に亘る試験においても、安定してナット１４の温度を検出できる。

上述した実施形態は、あくまでも本発明の一態様を例示したものであって、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で任意に変形、及び応用が可能である。

例えば、上述の実施形態において、ナット１４の摺動領域の両端部のそれぞれの対向位置に、第１温度検出部４１、及び第３温度検出部４３をそれぞれ配置した。しかしながら、これに限らず、図５に示すように、いずれか一方の端部（図示例では右側の端部）に対応する位置に、第１温度検出部４１、及び第３温度検出部４３のいずれか１を配置してもよい。

また例えば、図６に示すように、ナット１４の摺動領域の両端部の間に設定した複数の地点のそれぞれの対向位置に、上述した第２温度検出部４２を設けてもよい。すなわち、第２温度検出部４２のそれぞれは、温度検出方向Ｆ２を摺動領域に向けて配置されており、それぞれの第２温度検出部４２の温度検出範囲が連なることで、摺動範囲の全範囲でナット１４の温度が検出される。

上述した実施形態において、変位計３６は、図１に示した接触式に限るものではなく、ピストン１８もしくはナット１４の摺動方向Ｘにおける変位量もしくは位置が検出できるものであれば良く、非接触式の変位計を用いても良い。

上述した実施形態において、第１温度検出部４１、第２温度検出部４２、及び第３温度検出部４３は、非接触温度検出センサーとして、赤外線受光素子を備えたが、これに限らず、ナット１４の温度に応じて放射される電磁波や赤外線を検出可能なものであれば任意のセンサーを用いても良い。

上述した加振機２は、ボールねじとナットを利用する、例えば昇降装置にも用いることができる。

上述した例示的な実施形態、及び変形例は、以下の態様の具体例であることが当業者により理解される。

（第１項）一態様に係る加振機は、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し、前記ボールねじ上を摺動するナットと、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、対象物に対して負荷を付与する加振機であって、前記ナットの温度を非接触で検出する温度検出部と、前記温度検出部の検出信号に基づいて前記モータを制御する制御部と、を備える。

第１項に記載の加振機によれば、温度検出部をナットに付設する必要がなく、温度検出部と制御部とを接続する信号線がナットの摺動の影響を受けることがない。これにより、長期の運転においても信号線の耐久性が維持され、ナットの温度が安定的に検出可能となる。

（第２項）第１項に記載の加振機において、前記ナットが摺動する摺動領域の端部の対向位置に、前記摺動領域の全範囲を温度検出の視野角に収めた状態で、前記温度検出部が設けられてもよい。

第２項に記載の加振機によれば、端部の温度検出部が摺動範囲の全範囲で温度を検出可能になるため、温度検出部の数を減らすことができる。

（第３項）第２項に記載の加振機において、前記温度検出部は、前記摺動領域の両方の端部のそれぞれの対向位置に設けられており、前記制御部は、前記ナットまでの距離が短い温度検出部の検出信号に基づいて前記モータを制御してもよい。

第３項に記載の加振機によれば、両端のそれぞれの温度検出部のうち、よりナットに近く正確に温度を検出している方の検出信号に基づいて、モータを制御できる。

（第４項）第３項に記載の加振機において、前記摺動領域の両端部の間の１又は複数の地点のそれぞれの対向位置に、対応する地点を温度検出の視野角に収めた状態で前記温度検出部が設けられてもよい。

第４項に記載の加振機によれば、摺動領域の両端部のそれぞれの温度検出部から離れた地点にナットが位置しても、当該ナットの温度を精度良く検出できる。

（第５項）第２項から第４項のいずれかに記載の加振機において、前記摺動領域における前記ナットの位置を検出する変位計と、それぞれの前記温度検出部の検出信号を、前記ナットまでの距離に基づいて補正する補正演算部と、を備え、前記制御部は、それぞれの前記温度検出部の補正後の検出信号のいずれかが所定閾値を越えた場合に、前記モータを停止してもよい。

第５項に記載の加振機によれば、ナットの位置の影響を除いた検出信号を補正によって得ることができる。

（第６項）第１項から第５項のいずれかに記載の加振機において、前記ナット、又は、当該ナットに設けられた放熱部材の表面には、黒色塗料が塗布されており、前記温度検出部は、前記黒色塗料が塗布され表面の温度を前記非接触で検出する赤外線受光素子を備えてもよい。

第６項に記載の加振機によれば、ナットの表面の赤外線の放射率が向上し、赤外線受光素子を備えた温度検出部によって、ナットの温度を安定的、かつ精度良く検出できる。

（第７項）一態様に係る疲労・耐久試験装置は、第１項から第６項のいずれかに記載の加振機を備え、前記対象物である供試体に前記加振機によって負荷を与える。

第７項に記載の疲労・耐久試験装置によれば、ナットの温度を非接触で検出でき、長期間に亘る試験においても、安定してナットの温度を検出できる。

１疲労・耐久試験装置
２加振機
１１モータ
１３ボールねじ
１４ナット
１８ピストン
２５供試体（対象物）
３０制御部
４１第１温度検出部
４２第２温度検出部
４３第３温度検出部
６０停止信号出力回路
６２信号増幅部
６４補正演算部
６６温度比較部
６８停止信号出力部
Ｌ変位量（位置）
Ｘ摺動方向

Claims

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し、前記ボールねじ上を摺動するナットと、
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、対象物に対して負荷を付与する加振機であって、
前記ナットの温度を非接触で検出する温度検出部と、
前記温度検出部の検出信号に基づいて前記モータを制御する制御部と、
を備え、
前記ナットが摺動する摺動領域の端部の対向位置に、前記摺動領域の全範囲を温度検出の視野角に収めた状態で、前記温度検出部が設けられている、
ことを特徴とする加振機。
前記温度検出部は、
前記摺動領域の両方の端部のそれぞれの対向位置に設けられており、
前記制御部は、
前記ナットまでの距離が短い温度検出部の検出信号に基づいて前記モータを制御する
ことを特徴とする請求項１に記載の加振機。
前記摺動領域の両端部の間の１又は複数の地点のそれぞれの対向位置に、対応する地点を温度検出の視野角に収めた状態で前記温度検出部が設けられている、ことを特徴とする請求項２に記載の加振機。
前記摺動領域における前記ナットの位置を検出する変位計と、
それぞれの前記温度検出部の検出信号を、前記ナットまでの距離に基づいて補正する補正演算部と、を備え、
前記制御部は、
それぞれの前記温度検出部の補正後の検出信号のいずれかが所定閾値を越えた場合に、前記モータを停止する
ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の加振機。
前記ナット、又は、当該ナットに設けられた放熱部材の表面には、黒色塗料が塗布されており、
前記温度検出部は、
前記黒色塗料が塗布され表面の温度を前記非接触で検出する赤外線受光素子を備える、
ことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の加振機。
請求項１から５のいずれかに記載の加振機を備え、
前記対象物である供試体に前記加振機によって負荷を与える
ことを特徴とする疲労・耐久試験装置。