KR101333604B1 - 만능 시험 장치, 직동 액추에이터, 및 비틀림 시험 장치 - Google Patents

Abstract

서보모터와 이송나사 기구에 의해 크로스 헤드를 구동하는 만능 시험 장치 및 전동식 직동 액추에이터에 있어서, 단일의 지지 플레이트에 서보모터 및 이송나사 기구의 리니어 가이드가 고정된다. 바람직하게는, 서보모터의 구동축과 이송나사를 연결하는 커플링이 리지드 커플링 또는 세미 리지드 커플링이다. 또, 서보모터와 감속 기구에 의해 시험편에 비틀림 하중을 가하는 비틀림 시험 장치에 있어서, 단일의 부재인 제 1 지지 부재에 서보모터와 감속 기구 둘 다 고정된다. 바람직하게는, 서보모터의 구동축과 감속 기구의 입력축을 연결하는 커플링이 리지드 커플링 또는 세미 리지드 커플링이다.

Description

만능 시험 장치, 직동 액추에이터, 및 비틀림 시험 장치{UNIVERSAL TESTING MACHINE, LINEAR ACTUATOR AND TORSION TESTING MACHINE}

본 발명은 만능 시험 장치, 이 만능 시험 장치에 적합한 전동식 직동(直動) 액추에이터, 및 비틀림 시험 장치에 관한 것이다.

종래부터, 재료나 구조물의 강도·강성 등을 평가하기 위하여, 재료 등에 인장, 압축 및/또는 굽힘 응력을 가하는 재료 시험 장치가 이용되고 있다. 이러한 재료 시험 장치는 일반적으로 만능 시험 장치라고 불린다. 만능 시험 장치로서는, 예를 들면, 일본 특개 2003-106965이나 일본 특개 2003-90786(모두 일본 공개특허공보)에 기재된 장치가 있다.

일본 특개 2003-106965나 일본 특개 2003-90786에 기재된 만능 시험 장치는 장치 프레임에 고정된 고정부와, 장치 프레임에 대하여 소정의 방향(예를 들면, 상하방향)으로 이동할 수 있게 구성된 크로스 헤드와, 이 크로스 헤드를 이동시키기 위한 구동 수단을 갖는다. 인장 시험은, 시험편의 일단을 고정부에, 타단을 크로스 헤드에 고정하고, 크로스 헤드가 고정부로부터 멀어지는 방향으로 구동함으로써 행해진다. 또, 압축 시험은, 크로스 헤드와 고정부에 시험편이 끼워진 상태에서, 크로스 헤드를 고정부에 근접하도록 구동함으로써 행해진다. 굽힘 시험은, 예를 들면, 고정부 또는 크로스 헤드의 일방에서 시험편을 2점 지지하고, 타방에서 시험편을 1점 지지하고, 크로스 헤드를 고정부에 근접시키도록 구동함으로써 행해진다(3점 굽힘 시험).

만능 시험 장치의 크로스 헤드를 구동하는 구동 수단으로서는, 일본 특개2003-106965에 기재된 것과 같은 전동식 직동 액추에이터나, 일본 특개 2003-90786에 기재된 것과 같은 유압식 직동 액추에이터 등이 있다. 유압식 직동 액추에이터를 사용한 시험 장치는, 펌프를 사용하여 고압의 작동유를 실린더에 보내는 수단, 또는 실린더로부터 작동유를 제거하는 수단 등에 의해, 크로스 헤드에 연결된 실린더를 구동하도록 구성되어 있다. 이와 같이, 유압식 직동 액추에이터는 유압 실린더에 의해 직접 크로스 헤드를 구동하는 것이기 때문에, 응답지연이 작아, 고주파이고 또한 원하는 진동파형으로 크로스 헤드를 진동시키는 것이 용이하여, 단시간에 피로 시험을 행할 수 있다. 그 반면, 유압식 직동 액추에이터를 사용한 시험 장치의 사용은, 작동유 누설이나 오일 미스트 등에 의한 주변환경 오염의 발생, 작동유 탱크의 설치에 의한 설비의 대형화, 액추에이터의 정기 메인터넌스나 작동유의 교환에 의해 발생하는 러닝코스트 증대나 천연자원의 대량 소비, 펌프의 소음과 같은 문제를 안고 있다.

전동식 직동 액추에이터로서는, 일본 특개 2003-106965에 기재된 것과 같은, 이송나사 기구를 채용한 것이 사용되고 있다. 이송나사 기구는, 큰 하중에 견딜 수 있고, 또한 정밀하게 구동 대상을 움직이는 것이 용이하기 때문에, 다른 종류의 전동식 액추에이터(리니어모터나 래크-피니언 기구를 채용한 것)와 비교하여, 만능 시험 장치로는 적합하다고 할 수 있다.

상기의 이송나사 구동기구의 전동식 직동 액추에이터를 사용한 시험 장치는, 전동식 서보모터와 이송나사 기구만으로 크로스 헤드를 구동하는 것이 가능하기 때문에, 작동유 탱크나 대형의 펌프를 필요로 하는 유압식 액추에이터를 사용한 시험 장치와 비교하여, 장치 주위의 환경에 대한 부하, 러닝코스트, 시험 장치의 소형화 등의 점에서 우수하다고 할 수 있다.

또, 긴 형상 부재의 소정의 축 주위의 강도·강성 등을 평가하기 위해서는, 만능 시험 장치 대신에 비틀림 시험 장치가 사용된다. 비틀림 시험 장치는, 시험편을 양단에서 지지하고, 일단에 지지축 주위의 토크를 가하여 시험편을 비트는 것이다. 이러한 비틀림 시험 장치로서는, 예를 들면, 일본 특개 평10-274609(일본 공개특허공보)에 기재된 장치가 있다.

일본 특개 평10-274609에 기재된 비틀림 시험 장치는, 베이스에 프레임이 고정되고, 이 프레임의 수평면 상에 한 쌍의 지지 부재(연직방향으로 넓어지는 플레이트 형상 부재)이 설치되어 있다. 각 지지 부재에는, 시험편을 양단에서 파지하기 위한 척이 부착되게 되어 있다. 일방의 지지 부재에 부착된 척은 감속 기구 및 커플링을 통하여 서보모터의 구동축과 연결되어 있다. 또, 타방의 지지 부재에 부착된 척은 지지 부재와 일체로 되어 있고, 시험편의 일단을 파지함으로써 타방의 지지 부재에 고정한다. 따라서, 서보모터를 구동함으로써, 척에 파지된 시험편을 비틀 수 있게 되어 있다.

일반적으로, 서보모터는 저토크이고 또한 고속으로 구동축을 회전시키는 것에 적합하다. 한편, 비틀림 시험 장치에서는, 시험편을 고토크이고 또한 비교적으 저속으로 비트는 것이 요망된다. 이 때문에, 서보모터를 사용하는 비틀림 시험 장치에서는, 서보모터의 구동축과 척 사이에 웜 기어 등의 감속 기구를 설치하고, 서보모터를 사용한 고토크의 비틀림 시험을 가능하게 하고 있다.

상기의 만능 시험 장치나 비틀림 시험 장치를 사용하여 일반적으로 행해지는 시험의 일례로서 피로 시험을 들 수 있다. 피로 시험이란 시험편에 반복 하중(변형)을 가하고, 시험편이 파손에 이를 때까지의 사이클 회수 등을 계측하는 것이다. 이러한 피로 시험에서는, 시험을 단시간에 완료시킬 수 있도록, 단위시간당의 반복 하중의 사이클 회수를 가능한 한 많게 하는 것이 바람직하다.

상기한 바와 같이, 이송나사 기구를 사용한 만능 시험 장치는 서보모터의 구동축과 이송나사를 연결할 필요가 있다. 마찬가지로, 비틀림 시험 장치는, 서보모터의 구동축과 감속 기구의 입력축을 연결할 필요가 있다. 일반적으로, 이송나사 또는 감속 기구의 입력축과 서보모터의 구동축을 연결하기 위해서는, 연결하는 2축을 고정밀도로 위치결정(심내기)할 필요가 있다. 그렇지만, 통상의 가공 및 조립정밀도(예를 들면, ±100㎛ 정도의 오차)로 제작하면, 서보모터의 구동축과 이송나사 사이에 무시할 수 없을 정도의 축 어긋남(편심이나 편각)이 생긴다. 이 때문에, 강성이 높은 재료로 형성된 리지드 커플링으로 양 축을 연결시키면, 축에 큰 굽힘 응력이 발생하여, 이송나사나 감속 기구의 입력축을 원활하게 회전시킬 수 없다. 그 때문에 종래의 만능 시험 장치 또는 비틀림 시험 장치에서는, 축 어긋남에 의한 굽힘 응력을 흡수할 수 있는 플렉시블 커플링에 의해, 이송나사 또는 감속 기구의 입력축과 서보모터의 구동축을 연결하고 있었다. 플렉시블 커플링은 유연한 축이음 수단으로, 탄성체에 의해 전술의 굽힘 응력을 완화하여, 구동축(서보모터의 구동축)의 회전 토크를 원활하게 종동축(이송나사)에 전달할 수 있게 한 것이다.

상기한 바와 같이, 플렉시블 커플링은, 탄성체를 통하여 토크를 전달하는 커플링이기 때문에, 굽힘 응력뿐만 아니라 토크도 어느 정도 흡수해 버린다. 플렉시블 커플링과 같이 비틀림 방향의 강성이 그다지 높지 않은 커플링을 사용하는 경우에는, 고사이클로 입력축(서보모터의 회전축)을 왕복 회전운동하면, 커플링이 입력축의 운동에 추종할 수 없어, 출력축의 진폭이 작아져 버린다. 이 때문에, 입력축과 출력축을 플렉시블 커플링으로 연결하는 경우에는, 출력축을 고사이클로 왕복 회전운동시킬 수 없었다.

이와 같이, 전동 서보모터와 이송나사 기구에 의하여 크로스 헤드를 왕복시키는 만능 시험 장치에서는, 고사이클로 반복 하중을 정확하게 시험편에 줄 수 없었다. 이 때문에, 종래는, 이송나사 기구를 사용한 만능 시험 장치로 피로 시험을 단시간에 행할 수는 있지 않아, 그러한 용도에는 유압 구동기구를 사용한 만능 시험 장치를 사용하지 않을 수 없었다. 마찬가지로, 감속기를 통하여 시험편의 일단을 서보모터에 접속하는 비틀림 시험 장치는 피로 시험을 단시간에 행할 수 없었다.

본 발명은 상기의 문제를 해결하기 위하여 행해진 것이다. 즉, 본 발명은, 고정밀도로의 조립을 가능하게 하고, 강성이 높은 커플링을 사용함으로써 높은 반복 속도로 하중을 시험편에 가하는 것이 가능한 만능 시험 장치, 비틀림 시험 장치, 및 이러한 만능 시험 장치에 적용가능한 전동식 액추에이터를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기의 문제를 해결하기 위하여, 본 발명의 만능 시험 장치 및 전동식 액추에이터는 지지 플레이트에 서보모터 및 리니어 가이드를 고정하고 있다. 이것에 의해, 서보모터 및 리니어 가이드가 지지 플레이트를 기준으로 하여 지지 플레이트에 직접 부착되게 되어, 각 부재를 상대적으로 고정밀도로 위치 결정하고, 또한 높은 위치 정밀도를 유지하는 것이 용이하게 된다.

또, 본 발명의 비틀림 시험 장치는, 장치의 베이스에 고정되는 프레임과, 서보모터와, 감속 기구와, 감속 기구의 입력축과 상기 서보모터의 구동축을 연결하는 커플링과, 감속 기구의 출력축에 고정되어 시험편의 일단을 파지하는 제 1 파지부와, 프레임에 고정되어 시험편의 타단을 파지하는 제 2 파지부와, 프레임에 고정됨과 아울러 서보모터 및 감속 기구가 고정되는 제 1 지지 부재를 갖는다. 이것에 의해, 서보모터 및 감속 기구가 제 1 지지 부재를 기준으로 하여 조립되게 되어, 각 부재끼리의 정밀도를 확보하는 것이 용이하게 된다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 만능 시험 장치의 정면도이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 만능 시험 장치의 가동부 및 그 주위의 종단면도이다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 만능 시험 장치의 리지드 커플링 및 그 주위의 종단면도이다.
도 4는 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 만능 시험 장치의 테이블의 관통구멍 부근의 종단면도이다.
도 5는 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 만능 시험 장치에서, 러너 블록 및 레일을 레일의 장축방향으로 수직한 일면으로 절단한 단면도이다.
도 6은 도 5의 I-I 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 만능 시험 장치의 제어계측부의 블럭도이다.
도 8은 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 직동 액추에이터를 가진(加振) 시험 장치에 적용한 1 예를 게시한 것이다.
도 9는 본 발명의 제 2 실시형태의 만능 시험 장치의 세미 리지드 커플링 및, 그 주위의 종단면도이다.
도 10은 본 발명의 제 3 실시형태에 의한 비틀림 시험 장치의 정면도이다.
도 11은 본 발명의 제 3 실시형태에 의한 비틀림 시험 장치의 평면도이다.
도 12는 도 11의 II-II 단면도이다.
도 13은 도 11의 III-III 단면도이다.
도 14는 본 발명의 제 3 실시형태에 의한 비틀림 시험 장치의 리지드 커플링 및, 그 주위의 종단면도이다.
도 15는 본 발명의 제 3 실시형태에 의한 비틀림 시험 장치의 제어계측부의 블럭도이다.

이하에, 본 발명의 실시형태에 대하여, 도면을 사용하여 상세하게 설명한다. 도 1은 본 발명의 제 1 실시형태의 만능 시험 장치의 정면도이다. 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 본 실시형태에 의한 시험 장치(1)에는, 베이스(B)에 고정되어 있는 장치 프레임부(10)와, 시험편의 상단(또는 시험편 상부에 부착되는 지그)과 맞닿는 고정부(20)와, 시험편의 하단(또는 시험편 하부에 부착되는 지그)과 맞닿는 가동부(30)가 설치되어 있다.

본 실시형태에서는, 장치 프레임(10)은, 베이스(B)로부터 대략 수직방향 상향으로 뻗는 한 쌍의 다리부(11)와, 이 다리부(11)의 각각의 상단으로부터 대략 수직방향 상향으로 뻗는 한 쌍의 가이드 바(12)와, 양 가이드 바(12)의 상단을 연결하도록 설치되어 있는 천정부(13)를 갖는다.

천정부(13)의 대략 중앙부에는 관통구멍(13a)이 설치되어 있다. 이 관통구멍(13a)에는 고정부(20)를 상하방향으로 이동시키기 위한 이송나사(22)가 삽입통과되어 있다. 천정부(13)의 위에는, 이송나사(22)와 걸어맞추어지는 너트(23a)가 설치되어 있다. 부호 24a는 너트(23a)를 회동 가능하게 지지하기 위한 레이디얼 볼베어링이다. 또, 레이디얼 볼베어링(24a)의 외륜은, 천정부(13)의 상면에 도시하지 않은 볼트로 고정되어 있는 베어링 지지부(24b)에 끼워 넣어져 있고, 양자는 일체로 되어 있다. 마찬가지로, 너트(23a)는 레이디얼 볼베어링(24a)의 내륜에 끼워 넣어지고 양자는 일체로 되어 있다. 이 때문에, 너트(23a)는 베어링 지지부(24b)에 대하여 회전 가능하게 되지만, 너트(23a)의 상하방향 및 레이디얼 방향으로는 이동할 수 없게 되어 있다. 따라서, 너트(23a)를 회전시키면, 너트(23a)와 걸어맞추어진 이송나사(22)는 상하방향으로 이동한다.

천정부(13)의 위에는 너트(23a)를 구동하기 위한 모터(25)가 배치되어 있다. 모터(25)의 구동축(25a)은 기어박스(26) 내에 수납되어 있다. 기어박스(26)는 입력축(모터(25)의 구동축(25a))의 회전을 감속하여 출력축(26a)에 전달시키기 위한 주지의 기어 기구를 갖는 부재이다. 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 기어박스(26)의 출력축은 기어박스(26)의 하단으로부터 연직 하향으로 뻗어 있다. 즉, 기어박스(26)는 수평방향으로 뻗는 입력축(25a)의 회전운동을, 연직방향으로 뻗는 출력축(26a)의 회전운동으로 변환하는 기능을 갖는다.

기어박스(26)의 출력축(26a)에는 구동 풀리(26b)가 부착되어 있다. 또, 너트(23a)에는 종동 풀리(23b)가 부착된다. 구동 풀리(26b)와 종동 풀리(23b)에는, 무단벨트(27)가 건너 걸쳐져 있고, 구동 풀리(26b)의 회전은 무단벨트(27)를 통하여 종동 풀리(23b)에 전달된다.

따라서, 모터(25)를 구동하여 모터(25)의 구동축(25a)을 회전시킴으로써 너트(23a)를 회전시켜, 이송나사(22)를 상하동시킬 수 있다.

이송나사(22)의 하단에는 고정부(20)의 상부 스테이지(21)가 매달려 있다. 상부 스테이지(21)의 도면 중 좌우 양단에는, 상하방향으로 뻗는 관통구멍(21a)이 형성되어 있다. 이 관통구멍(21a)에는 가이드 바(12)가 삽입통과되어 있다. 따라서, 상부 스테이지(21)의 이동방향은 상하방향에만 한정된다.

고정부(20)의 상부 스테이지(21)의 도면 중 좌우방향 양단(관통구멍(21a)보다도 외측의 위치)에는, 수평방향(도면 중 표면으로부터 이면을 향하는 방향)으로 천공된 볼트 구멍(21b)이 형성되어 있다. 도 1에는 도시되어 있지 않지만, 관통구멍(21a)의 측면으로부터 상부 스테이지(21)의 도면 중 좌우방향 외측으로 넓어지고, 볼트 구멍(21b)과 직교하는 가늘고 긴 구멍 형상의 슬롯이 상부 스테이지(21)에는 형성되어 있다. 따라서, 볼트 구멍(21b)에 볼트(21c)를 끼워 넣고 세게 죄면, 관통구멍(21a)의 직경이 작아져, 관통구멍(21a)의 내주면이 가이드 바(12)를 클램핑 하게 된다. 이 결과, 상부 스테이지(21)는 가이드 바(12)에 고정된다. 또, 이 상태로부터, 볼트(21c)를 느슨하게 하면, 모터(25)를 구동하여 상부 스테이지(21)를 상하동시킬 수 있게 된다.

이상에서 설명한 상부 스테이지(21)의 상하 이동 및 고정을 행하기 위한 기구는, 고정부(20)와 가동부(30)의 스팬을 시험편의 치수나 시험방법에 따라 조절하기 위하여 사용된다. 또한, 시험시에는, 상부 스테이지(21)는 오로지 가이드 바(12)에 의해 지지되어, 시험에 의한 하중은 이송나사(22)에는 거의 전달되지 않게 되어 있다. 이 때문에, 이송나사(22)나 너트(23a), 레이디얼 볼베어링(24a), 베어링 지지부(24b) 등의 강도는, 상부 스테이지(21)의 중량을 충분히 지탱할 수 있을 정도면 된다. 이송나사나 너트의 피치를 작게 하면 정밀도 좋게 이송나사를 구동할 수 있지만, 그만큼 강도는 저하된다. 그렇지만, 본 실시형태에서는, 상부 스테이지(21)의 중량을 크게 초과하는 하중이 이송나사나 너트에 가해지는 일이 없기 때문에, 피치가 작은 이송나사 및 너트를 채용하여, 고정부(20)와 가동부(30)의 간격을 정밀하게 조정할 수 있게 되어 있다.

또한, 상부 스테이지(21)의 하부에는, 인장시험시에 시험편을 파지하는 척이나 압축·굽힘시험시에 시험편 또는 지그를 누르는 누름자 등의 어태치먼트(28)가 부착되게 되어 있다. 이 어태치먼트(28)에는, 로드셀이 내장되어 있어, 시험시에 시험편에 가해지는 하중을 계측할 수 있게 되어 있다. 또한, 로드셀을 어태치먼트와는 독립된 부재로 하여 상부 스테이지(21)의 하부에 로드셀을 부착하고, 또한 어태치먼트(28)를 로드셀의 하부에 부착하는 구성으로 해도 된다.

다음에, 가동부(30)의 구조에 대하여 설명한다. 도 2는 가동부(30) 및, 그 주위의 종단면도이다. 다리부(11) 위에는, 테이블(33)이 용접에 의해 고정되어 있다. 구체적으로는, 테이블(33)의 측면(33a)의 하부가 다리부(11)의 상면(11a)에 전주(全周) 용접됨과 아울러, 테이블(33)의 하면(33b)과 다리부(11)의 내측 측면(11b)이 용접된다. 이것에 의해, 테이블(33)은 다리부(11)를 통하여 베이스(B)(도 1)에 강체 지지되게 된다.

테이블(33)은, 두께 방향의 치수를 충분히 크게 취한 강판으로, 시험시에 가동부(30)에 가해지는 하중에 대하여 실질적으로 강체로 간주할 수 있다. 이 테이블(33) 밑에는, 모터 지지 프레임(37)을 통하여 AC 서보모터(35)가 고정되어 있다. 도시되어 있는 바와 같이, 모터 지지 프레임(37)의 측벽에는 복수의 리브(37a)가 형성되어 있다. 그리고, 모터 지지 프레임(37) 및 리브(37a)의 상단과 테이블(33)의 하면을 전주용접함으로써, 테이블(33)과 모터 지지 프레임(37)은 높은 강성을 가지고 일체화되어 있다. 또, 이 AC 서보모터(35)는 발명자들이 독자적으로 개발한 고속 반전운동이 가능한 고출력 AC 서보모터로, 종래의 AC 서보모터에 대하여 내부의 이너셔를 대폭 저감시킴으로써 최대 500Hz의 반복 레이트로 구동축을 왕복 회전운동시킬 수 있다.

또, 테이블(33)의 위에는, AC 서보모터(35)에 의해 상하방향으로 이동할 수 있게 구성된 하부 스테이지(31)가 배치되어 있다.

하부 스테이지(31)와, 리지드 커플링(34)을 통하여 AC 서보모터(35)의 구동축(35a)에 연결된 볼 나사(36)와, 리니어 가이드(40)로 이송나사 기구가 구성된다. 리니어 가이드(40)는 하부 스테이지(31)의 이동방향을 상하방향에만 제한되도록 가이드 하는 요소이다. 리니어 가이드(40)는 가이드 프레임(42)과, 한 쌍의 레일(44) 및 러너 블록(46)을 갖는다. 가이드 프레임(42)은 테이블(33)의 상면(33c)에 볼트 등에 의해 고정되어 있다. 가이드 프레임(42)은 연직방향으로 뻗는 한 쌍의 측벽(42a)과, 이 측벽(42a)끼리를 상단에서 연결하는 상부 벽면(42b)을 갖고, 전체적으로 역 U자상의 형상으로 되어 있다.

레일(44)은 연직방향으로 뻗는 레일이며, 측벽(42a)의 내측의 면에 고정되어 있다. 또, 러너 블록(46)은 하부 스테이지(31)의 도면 중 좌우 양단에 각각 1개씩 고정되어 있고, 그 각각이 대응하는 레일(44)과 걸어맞추어지게 되어 있다. 러너 블록(46)의 이동은 레일(44)에 의해 가이드 되므로, 하부 스테이지(31)의 이동방향은 상하방향에만 한정된다.

하부 스테이지(31)는 볼 나사 기구에 의해 상하방향으로 구동되게 되어 있다. 하부 스테이지(31)의 내부에는, 볼 순환 기능을 구비한 볼 나사용 너트(31a)가 메워 넣어져 있다. 볼 나사용 너트(31a)는 볼 나사(36)의 상부에 형성된 나사부(36a)와 걸어맞추어져 있다. 상기한 바와 같이, 리니어 가이드(40)에 의해 하부 스테이지(31)는 볼 나사(36) 주위에 회전하지 않도록 가이드 되어 있으므로, 볼 나사(36)를 회전시키면, 볼 나사용 너트(31a)는 상하방향으로 이동한다. 그리고, 볼 나사용 너트(31a)와 일체화하고 있는 하부 스테이지(31)도 또한 상하방향으로 이동한다. 또한, 가이드 프레임(42)의 상부 벽부(42b)의 중앙부에는 개구부(42c)가 설치되어 있다. 하부 스테이지(31)는 이 개구부(42c)를 관통하고, 그 상단의 크로스 헤드(31b)는 상부 벽부(42b)보다도 상측에 배치되어 있다. 따라서, 하부 스테이지(30)의 크로스 헤드(31b)와, 상부 스테이지(21)에 부착된 어태치먼트(28)는 대향한다. 인장 시험 시에는 시험편은 척을 통하여 크로스 헤드(31b)에 부착된다. 또, 압축·굽힘 시험 시에는, 시험편 또는 지그가 크로스 헤드(31b) 상에 재치(載置)된다.

볼 나사(36)의 하부는, 너트(31a)와 걸어맞추기 위한 홈이 형성되어 있지 않은 축부(36b)로 되어 있다. 이 축부(36b)는 리지드 커플링(34)을 통하여 AC 서보모터(35)의 구동축(35a)에 연결되어 있다. 상세한 구성은 후술하지만, 본 실시형태에 의한 리지드 커플링(34)은, 볼 나사(36)의 축부(36b) 주위(즉, AC 서보모터(35)의 구동축(35a) 주위)의 비틀림 강성이 대단히 높게 구성되어 있어, AC 서보모터(35)의 구동축(35a)에 가해지는 토크를 높은 응답성을 가지고 볼 나사(36)에 전달시킬 수 있다.

다음에 리지드 커플링(34)의 구조에 대하여 설명한다. 도 3은, 리지드 커플링(34) 및, 이 리지드 커플링(34)을 통하여 서로 연결되는 AC 서보모터(35)의 구동축(35a)과 볼 나사(36)의 축부(36b)를 나타내는 확대 단면도이다.

도시되어 있는 바와 같이, 리지드 커플링(34)의 통 형상 본체(34B)는, 전체적으로는 중공의 단붙이 환봉 형상(즉, 단차 부착된 두꺼운 원통)으로 되어 있다. 즉, 통 형상 본체(34B)는, 볼 나사(36)의 축부(36b)가 위에서 끼워 넣어지는 상부 개구부(34c)를 구비한 상부 원통부(34a)와, AC 서보모터(35)의 구동축(35a)이 밑에서 끼워 넣어지는 하부 개구부(34d)를 구비한 하부 원통부(34b)를 갖는다. 본 실시형태에서는, 볼 나사(36)의 축부(36b)는 AC 서보모터(35)의 구동축(35a)보다도 작은 직경이므로, 상부 원통부(34a)의 외경은 하부 원통부(34b)의 외경보다도 작은 직경으로 되어 있다.

또, 상부 원통부(34a)의 하부 및 하부 원통부(34b)의 상부에는, 각각 협착부(34e 및 34f)가 형성되어 있다. 협착부(34e 및 34f)의 직경은 각각 볼 나사(36)의 축부(36b) 및 AC 서보모터(35)의 구동축(35a)의 직경과 대략 동일하다. 이 때문에, 협착부(34e 및 34f)의 내주면과 볼 나사(36)의 축부(36b)와 AC 서보모터(35)의 구동축(35a)의 외주가 거의 간극이 없는 상태에서, 볼 나사(36)의 축부(36b)와 AC 서보모터(35)의 구동축(35a)은 협착부(34e, 34f)에 수용된다.

상부 개구부(34c) 및 하부 개구부(34d)의 직경은, 각각 볼 나사(36)의 축부(36b) 및 AC 서보모터(35)의 구동축(35a)의 외경보다도 크게 구성되어 있다. 상부 개구부(34c) 및 하부 개구부(34d)를 각각 볼 나사(36)의 축부(36b) 및 AC 서보모터(35)의 구동축(35a)에 고정하기 위하여, 고정용 링(130 및 140)이 사용된다.

고정용 링(130)은 내륜(132), 외륜(134) 및 볼트(136)를 갖는다. 내륜(132)의 외주면(132a)은 직경이 아래를 향하여 작아지는 테이퍼면으로 되어 있다. 또, 내륜(132)의 내주면(132b)은 볼 나사(36)의 축부(36b)의 외경보다도 조금 큰 정도의 원통면으로 되어 있다. 내륜(132)의 상단에는, 반경방향 외측으로 넓어지는 플랜지부(132c)가 형성되어 있다. 플랜지부(132c)에는, 볼트(136)가 상하방향으로 삽입통과되는 볼트 구멍(132d)이 복수 설치되어 있다. 또, 외륜(134)의 내주면(134a)은 직경이 아래를 향하여 작아지는 테이퍼면으로 되어 있다. 외륜(134)의 내주면(134a)은 내륜(132)의 내주면(132b)과 동일한 테이퍼각을 가지고 있다. 또, 외륜(134)의 외주면(134b)은 상부 개구부(34c)의 직경보다도 조금 작은 원통면으로 되어 있다. 또한, 외륜(134)에는, 볼트 구멍(132d)과 대응하여, 볼트(136)와 걸어 맞추는 암나사(134c)가 복수 형성되어 있다. 또, 외륜(134)의 내주면(134a)의 상단의 직경(최대 직경)은 내륜(132)의 내주면(132b)의 상단의 직경(최대 직경)보다도 작게 되어 있다. 이 때문에, 테이퍼면끼리를 맞닿게 하도록 내륜(132)을 외륜(134)의 위에 재치하면, 내륜(132)의 플랜지부(132c)의 하면은 외륜(134)의 상면과는 접촉하지 않고 뜬 상태가 된다. 외륜(134) 및 내륜(132)을 상부 개구부(34c)와 볼 나사(36)의 축부(36b)와의 사이의 간극에 끼워 넣고, 플랜지부(132c)의 볼트 구멍(132d)을 거쳐서 암나사(134c)에 삽입된 볼트(136)을 졸라대면, 내륜(132)의 테이퍼면(132b)은 외륜(134)의 테이퍼면(134a)으로부터 반경방향내에 적합한 것의 힘을 받고, 내륜(132)의 원통면(132b)은 볼 나사(36)의 축부(36b)를 강하게 압박한다. 또, 이 때 외륜(134)의 테이퍼면(134a)은 내륜(132)의 테이퍼면(132b)으로부터 반경방향 외향의 힘을 받아, 원통면(134b)은 상부 개구부(34c)를 강하게 압박한다. 이 결과 발생하는 정지 마찰력에 의해, 볼 나사(36)의 축부(36b)는 통 형상 본체(34B)의 상부 원통부(34a)에 견고하게 고정되어, 양자는 일체화된다. 또한, 도면에는 볼트(136), 볼트 구멍(132d), 암나사(134c)는 각각 2조씩 도시되어 있는데, 실제는, 볼 나사(36)의 축을 중심으로 하는 원주상에 다수(예를 들면, 10조)설치되어 있다.

마찬가지로 고정용 링(140)은 내륜(142), 외륜(144) 및 볼트(146)를 갖는다. 내륜(142)의 외주면(142a)은 직경이 위를 향하여 작아지는 테이퍼면으로 되어 있다. 또, 내륜(142)의 내주면(142b)은 AC 서보모터(35)의 구동축(35a)의 외경보다도 조금 큰 정도의 원통면으로 되어 있다. 내륜(142)의 하단에는 반경방향 외측으로 넓어지는 플랜지부(142c)가 형성되어 있다. 플랜지부(142c)에는, 볼트(146)가 상하방향으로 삽입통과되는 볼트 구멍(142d)이 복수 설치되어 있다. 외륜(144)의 내주면(144a)은 직경이 위를 향하여 작아지는 테이퍼면으로 되어 있다. 또, 외륜(144)의 외주면(144b)은 하부 개구부(34d)의 직경보다도 조금 작은 원통면으로 되어 있다. 또한, 외륜(144)에는, 볼트 구멍(142d)과 대응하여, 볼트(146)와 걸어맞추는 암나사(144c)가 복수 형성되어 있다. 또, 외륜(144)의 내주면(144a)의 하단의 직경(최대 직경)은 내륜(142)의 내주면(142b)의 하단의 직경(최대 직경)보다도 작아져 있다. 이 때문에, 테이퍼면끼리를 맞닿게 하도록 내륜(142)을 외륜(144)의 하방에 배치하면, 내륜(142)의 플랜지부(142c)의 상면은 외륜(144)의 하면과는 접촉하지 않고 뜬 상태로 된다. 외륜(144) 및 내륜(142)을 하부 개구부(34d)와 AC 서보모터(35)의 구동축(35a) 사이의 간극에 끼워 넣고, 플랜지부(142c)의 볼트 구멍(142d)을 통하여 암나사(144c)에 삽입된 볼트(146)를 세게 죄면, 내륜(142)의 테이퍼면(142b)은 외륜(144)의 테이퍼면(144a)으로부터 반경방향 내향의 힘을 받아, 내륜(142)의 원통면(142b)은 AC 서보모터(35)의 구동축(35a)을 강하게 압박한다. 또, 이 때 외륜(144)의 테이퍼면(144a)은 내륜(142)의 테이퍼면(142b)으로부터 반경방향 외향의 힘을 받아, 원통면(144b)은 하부 개구부(34d)를 강하게 압박한다. 이 결과 발생하는 정지 마찰력에 의해, AC 서보모터(35)의 구동축(35a)은 통 형상 본체(34B)의 하부 원통부(34b)에 견고하게 고정되어, 양자는 일체화된다. 또한, 도면에는 볼트(146), 볼트 구멍(142d), 암나사(144c)는 각각 2조씩 도시되어 있지만, 실제는, AC 서보모터(35)의 구동축(35a)의 회전 중심축을 중심으로 하는 원주 상에 다수(예를 들면, 10조)설치되어 있다.

통 형상 본체(34B)의 상부 원통부(34a) 및 하부 원통부(34b)의 두께는 충분히 크고, 이것에 의해, 리지드 커플링(34)에 의한 연결부의 비틀림 강성은 이송나사(36) 및 AC 서보모터(35)의 구동축(35a)과 동등 이상으로 된다. 따라서, 리지드 커플링(34)은 AC 서보모터(35)의 구동축(35a)에 작용하는 토크를 높은 응답성을 가지고 볼 나사(36)에 전달 가능하다.

도 2에 도시되는 바와 같이, 테이블(33)의 중앙에 관통구멍(33d)이 설치되어 있고, 볼 나사(36)는 이 관통구멍(33d)을 관통하고 있다. 본 실시형태에서는, 시험시에 스러스트 방향의 대하중을 받는 볼 나사(36)를 회전 가능하게 지지하기 위하여, 관통구멍(33d)의 위치에 베어링부(150)를 설치하고 있다. 이하에, 이 베어링의 구조에 대하여 설명한다.

도 4는 테이블(33)의 관통구멍(33d) 부근의 종단면도이다. 도시되어 있는 바와 같이, 관통구멍(33d)에는, 둥근 고리 형상의 제 1 베어링 부착 부재(152)가 끼워 넣어져 있다. 제 1 베어링 부착 부재(152)의 상단에는, 반경방향 외측으로 넓어지는 플랜지부(152a)가 형성되어 있다. 플랜지부(152a)에는, 상하방향으로 천공된 관통구멍(152b)이 설치되어 있다. 테이블(33)에는, 관통구멍(152b)에 대응하는 위치에, 암나사(33e)가 형성되어 있다. 볼트(158a)를 관통구멍(152b) 및 암나사(33e)에 끼워 넣고, 이어서 볼트(158a)를 됨으로써, 제 1 베어링 부착 부재(152)는 테이블(33)에 고정되어, 양자는 일체화된다.

또, 볼 나사(36)의 나사부(36a)와 축부(36b) 사이에는, 축부(36b)측이 작은 직경으로 되는 것과 같은 단차가 설치되어 있다. 이 단차의 부분에, 제 1 칼라(154)가 배치되어 있다. 그리고, 제 1 칼라(154)의 아래에는, 조합 앵귤러 볼베어링(151), 제 2 칼라(155)가 차례로 장착된다. 또, 볼 나사(36)의 축부(36b)의 중도에는 수나사(36c)가 형성되어 있고, 제 1 칼라(154), 조합 앵귤러 볼베어링(151), 제 2 칼라(155)를 볼 나사(36)의 축부(36b)에 삽입통과한 후, 너트(156)를 볼 나사(36)의 수나사(36c)에 부착함으로써, 제 1 칼라(154)와 제 2 칼라(155) 사이에서 조합 앵귤러 볼베어링(151)의 내륜이 지지된다.

또, 제 1 베어링 부착 부재(152)의 하부에는, 제 2 베어링 부착 부재(153)가 배치되어 있다. 제 2 베어링 부착 부재(153)는, 볼트(158b)에 의해, 제 1 베어링 부착 부재(152)에 고정되어 있다. 제 2 베어링 부착 부재(153)의 상면은, 조합 앵귤러 볼베어링(151)의 외륜과 맞닿아 있고, 조합 앵귤러 볼베어링(151)의 외륜을 아래쪽에서 지지한다.

조합 앵귤러 볼베어링(151)은, 한 쌍의 앵귤러 볼베어링(151a, 151b)의 정면끼리를 대향시키도록 조합한 것(정면 조합)이다. 본 실시형태에서는, 볼 나사(36)가, 인장 시험 시에는 상방향의, 압축/굽힘 시험 시에는 하방향의 큰 하중을 받는다. 이 때문에, 한 쌍의 앵귤러 볼베어링을 정면 조합 또는 배면 조합(배면끼리를 대향시키도록 조합시킨 것)으로 조합하여, 상하 양방향의 스러스트 하중을 지지가능한 구성으로 하고 있다. 특히, 본 실시형태에서는, 정면 조합의 조합 앵귤러 볼베어링(151)을 채용하여, 축(볼 나사(36)의 축부(36b))에 휨이 발생했을 때의 베어링 내부의 응력 집중을 막아, 베어링 자신의 파손이 일어나기 어렵도록 하고 있다.

또한, 본 실시형태에서는, 조합 앵귤러 볼베어링(151)의 볼과 내외륜의 마찰을 경감시키기 위하여, 윤활유가 공급되어 있다. 이 윤활유의 누출을 방지하기 위하여, 제 1 칼라(154)와 제 1 베어링 부착 부재(152) 사이의 클리어런스, 및 제 2 칼라(155)와 제 2 베어링 부착 부재(153) 사이의 클리어런스에는, 각각 오일 시일(157a, 157b)이 설치되어 있다. 또, 제 1 베어링 부착 부재(152)와 제 2 베어링 부착 부재(154) 사이로부터의 윤활유의 누출을 막기 위하여, 제 1 베어링 부착 부재(152)와 제 2 베어링 부착 부재(154) 사이에는, 패킹(159)이 설치되어 있다. 또한, 제 2 베어링 부착 부재(153)에는, 반경방향으로 뻗는 관통구멍(153a)이 형성되어 있지만, 이것은, 윤활유를 외부로부터 공급할 때에 이용되는 것으로, 통상은 블라인드 캡(153b)에 의해 막혀 있다.

다음에, 본 실시형태에 의한 리니어 가이드(40)의 레일(44) 및 러너 블록(46)(도 2)의 구성에 대하여, 도면을 사용하여 상세하게 설명한다. 도 5는, 레일(44) 및 러너 블록(46)을, 레일(44)의 장축방향으로 수직한 일면(즉 수평면)으로 절단한 단면도이며, 도 6은 도 5의 I-I 단면도이다. 도 5 및 도 6에 도시되어 있는 바와 같이, 러너 블록(46)에는 레일(44)을 둘러싸도록 오목부가 형성되어 있고, 이 오목부에는 레일(44)의 축방향으로 뻗는 4개의 홈(46a, 46a')이 형성되어 있다. 이 홈(46a, 46a')에는, 다수의 스테인리스강제의 볼(46b)이 수납되어 있다. 레일(44)에는, 러너 블록(46)의 홈(46a, 46a')과 대향하는 위치에 각각 홈(44a, 44a')이 설치되어 있고, 볼(46b)이 홈(46a)과 홈(44a),또는 홈(46a')과 홈(44a') 사이에 끼워지게 되어 있다. 홈(46a, 46a', 44a, 44a')의 단면 형상은 원호 형상이며, 그 곡률 반경은 볼(46b)의 반경과 대략 동일하다. 이 때문에, 볼(46b)은 남는 것이 없는 상태로 홈(46a, 46a', 44a, 44a')에 밀착된다.

러너 블록(46)의 내부에는, 홈(46a)의 각각과 대략 평행한 4개의 볼 퇴피로(46c, 46c')가 설치되어 있다. 도 6에 도시되는 바와 같이, 홈(46a)과 퇴피로(46c)는, 각각의 양단에서 U자로(46d)를 통하여 접속되어 있고, 홈(46a), 홈(44a), 퇴피로(46c), 및 U자로(46d)에 의해, 볼(46b)을 순환시키기 위한 순환로가 형성된다. 홈(46a'), 홈(44a') 및 퇴피로(46c')에 의해서도, 동일한 순환로가 형성되어 있다.

이 때문에, 러너 블록(46)이 레일(44)에 대하여 이동하면, 다수의 볼(46b)이 홈(46a, 46a', 44a, 44a')을 구르면서 순환로를 순환한다. 이 때문에, 레일 축방향 이외의 방향으로 큰 하중이 가해졌다고 해도, 다수의 볼로 러너 블록을 지지 가능함과 아울러 볼(46b)이 구름으로써 레일 축방향의 저항이 작게 유지되므로, 러너 블록(46)을 레일(44)에 대하여 원활하게 이동시킬 수 있다. 또한, 퇴피로(46c) 및 U자로(46d)의 내경은 볼(46b)의 직경보다 약간 크게 되어 있다. 이 때문에, 퇴피로(46c) 및 U자로(46d)와 볼(46b) 사이에 발생하는 마찰력은 극히 미미하여, 그것에 의해 볼(46b)의 순환이 방해받지 않는다.

도시되어 있는 바와 같이, 홈(46a와 44a)에 끼워진 2열의 볼(46b)의 열은 접촉각이 대략 ±45°가 되는 정면 조합형의 앵귤러 볼베어링을 형성한다. 이 경우의 접촉각은 홈(46a 및 44a)이 볼(46b)과 접촉하는 접촉점끼리를 연결하는 선이 리니어 가이드의 레이디얼 방향(러너 블록으로부터 레일을 향하는 방향이며, 도 5에서의 아래 방향)에 대하여 이루는 각도이다. 이와 같이 형성된 앵귤러 볼베어링은, 역 레이디얼 방향(레일로부터 러너 블록을 향하는 방향으로, 도 5에서의 상방향) 및 횡방향(레이디얼 방향 및 러너 블록의 진퇴 방향의 쌍방에 직교하는 방향으로, 도 5에서의 좌우방향)의 하중을 지지할 수 있다.

마찬가지로, 홈(46a'과 44a')에 끼워진 2열의 볼(46b)의 열은 접촉각(홈(46a' 및 44a')이 볼(46b)과 접촉하는 접촉점끼리를 연결하는 선이 리니어 가이드의 역 레이디얼 방향에 대하여 이루는 각도)이 대략 ±45°가 되는 정면 조합형의 앵귤러 볼베어링을 형성한다. 이 앵귤러 볼베어링은 레이디얼 방향 및 횡방향의 하중을 지지할 수 있다.

또, 홈(46a와 44a)의 일방(도면 중 좌측)과, 홈(46a'과 44a')의 일방(도면 중 좌측)에 각각 끼워진 2열의 볼(46b)의 열도 또한 정면 조합형의 앵귤러 볼베어링을 형성한다. 마찬가지로 홈(46a와 44a)의 타방(도면 중 우측)과, 홈(46a'과 44a')의 타방(도면 중 우측)에 각각 끼워진 2열의 볼(46b)의 열도 또한 정면 조합형의 앵귤러 볼베어링을 형성한다.

이와 같이, 본 실시형태에서는, 레이디얼 방향, 역 레이디얼 방향, 횡방향의 각각에 작용하는 하중에 대하여, 다수의 볼(46b)을 갖는 정면 조합형의 앵귤러 볼베어링이 지지하게 되어, 레일 축방향 이외의 방향에 가해지는 큰 하중을 충분히 지지할 수 있게 되어 있다.

다음에 본 실시형태에 의한 만능 시험 장치(1)의 제어계측부의 구성에 대하여 설명한다. 도 7은 본 실시형태에 의한 만능 시험 장치(1)의 제어계측부(200)의 블럭도이다. 본 실시형태에 의한 만능 시험 장치(1)는 단시간에 피로 시험을 행할 수 있도록, 시험편에 짧은 주기로 반복 하중을 가할 수 있게 되어 있다.

만능 시험 장치(1)의 제어계측부(200)는 설정값 지시 유닛(210), 구동 제어 유닛(220), 및 측정 유닛(250)을 갖는다.

설정값 지시 유닛(210)은 어떻게 해서 하부 스테이지(31)(도 1)를 이동시킬지를 지시하기 위한 유닛이다. 구체적으로는, 하부 스테이지(31)의 초기위치로부터의 변위량(목표 위치)을 신호로서 출력하여 구동 제어 유닛(220)에 보내는 유닛이다. 설정값 지시 유닛(210)은 입력 인터페이스(212)와, 파형 생성 회로(214)를 갖는다.

입력 인터페이스(212)는 설정값 지시 유닛(210)과 도시되지 않은 워크 스테이션을 접속하기 위한 인터페이스이다. 만능 시험 장치(1)의 오퍼레이터는 워크 스테이션을 조작하여, 어떻게 해서 하부 스테이지(31)를 변위시킬 것인지를 지시한다. 예를 들면, 정적인 인장 시험을 행하는 것이라면, 오퍼레이터는 워크 스테이션을 조작하여 하부 스테이지(31)에 주는 변위속도를 입력하고, 입력 인터페이스(212)에 송신한다. 또, 시험편에 반복 하중을 가하는 피로 시험을 행하는 경우에는, 오퍼레이터는 워크 스테이션을 조작하여 하부 스테이지(31)의 진폭, 주파수, 및 파형(정현파와 삼각파의 어느 파형을 사용할지, 등)을 입력하고, 입력 인터페이스(212)에 송신한다. 입력 인터페이스(212)에 입력된 지시는 파형 생성 회로(214)에 보내진다.

파형 생성 회로(214)는 입력 인터페이스(212)로부터 송신된 지시를 해석하여, 하부 스테이지(31)의 초기위치로부터의 변위량을 차례차례 연산하고, 이것을 구동 제어 유닛(220)에 송신한다. 또한, 피로 시험을 행할 때는, 단일의 정현파나 삼각파와 같은 일정한 파형·주파수로 하부 스테이지(31)를 구동하는 것에만 머물지 않고, 여러 진폭이나 주파수를 갖는 함수로부터 합성된 함수에 기초하여 하부 스테이지(31)를 구동하는 것도 가능하다. 예를 들면, 주파수가 상이한 정현파를 곱셈한 함수에 기초하여, 하부 스테이지(31)의 진폭이 경시변화 하도록, 하부 스테이지(31)를 구동시키는 것도 가능하다.

하부 스테이지(31)의 변위량은 디지털 신호로서 파형 생성 회로(214)로부터 출력된다. 이 때문에, 파형 생성 회로(214)로부터 구동 제어 유닛(220)에 송신되는 신호는 우선 D/A 컨버터(222)에 입력되어 아날로그 신호로 변환된다. 아날로그 신호로 변환된 하부 스테이지(31)의 변위량 정보는 이어서 앰프(224)에 보내진다. 그리고, 앰프(224)는 D/A 컨버터(222)로부터 보내진 하부 스테이지(31)의 변위량 정보를 증폭하여 출력한다.

상기한 바와 같이, 본 실시형태에서는, AC 서보모터(35)가 하부 스테이지(31)를 구동함으로써, 각종 시험이 행해진다. 여기에서, AC 서보모터(35)는 구동축(35a)(도 1)의 회전수를 검출하기 위한 인코더를 내장하고 있고, 인코더가 검출한 회전수는 구동 제어 유닛(220)의 현재위치 연산 회로(226)에 송신된다.

현재위치 연산 회로(226)는 AC 서보모터(35)의 인코더의 검출결과에 기초하여 하부 스테이지(31)의 현재위치를 연산하여 출력한다. 그리고, 앰프(224)의 출력과 현재위치 연산 회로(226)의 출력의 차분(즉, 하부 스테이지(31)의 목표 위치와 현재위치와의 차에 상당하는 신호)이 전류 생성 회로(228)에 송신된다.

전류 생성 회로(228)는, 수신한 신호에 기초하여, AC 서보모터(35)에 출력하는 3상전류를 생성하고, 이것을 AC 서보모터에 출력한다. 이 결과, 하부 스테이지(31)가 목표 위치에 도달하도록 AC 서보모터(35)가 구동된다.

하부 스테이지(31)를 구동함으로써 시험편에 가해지는 하중은 만능 시험 장치(1)의 어태치먼트(28)(도 1)에 내장된 로드셀(254) 및, 로드셀(254)의 변형량을 전기신호로서 취출하기 위한 브리지 회로(256)에 의해 검출된다. 검출된 하중값은 A/D컨버터(258)에 의해 디지털 신호로 변환되어, 출력 인터페이스(259)를 통해 워크 스테이션에 송신된다. 워크 스테이션은, 출력 인터페이스(259)로부터 송신된 하중값을 집계하여, 예를 들면, 시간축을 횡축, 시험편에 가해지는 응력을 종축으로 한 그래프를 생성하여 표시한다.

또, A/D컨버터(258)의 출력인 하중값을 파형 생성 회로(214)에 보내고, 하중에 따라 하부 스테이지(31)의 변위의 거동을 변화시키는, 소위 피드백 제어를 행하는 것도 가능하다. 예를 들면, 하부 스테이지(31)의 변위량과 하중값이 비례관계를 나타내지 않는, 즉 시험편의 항복이 생겨 있을 때는 하부 스테이지의 진폭을 크게 하는 등의 제어를 행할 수 있다.

이상과 같은 구성의 만능 시험 장치(1)를 사용함으로써, 시험편의 정적 파괴 시험이나, 피로 시험 등을 행할 수 있다. 여기에서, 본 실시형태에서는, 응답성이 높고, 또한 높은 토크의 AC 서보모터(35)를 사용하여 하부 스테이지(31)를 구동하고 있다. 이 때문에, 만능 시험 장치(1)는, 최대 수 100kN의 하중을 시험편에 가할 수 있고, 또 수 100Hz라는 높은 주파수로 반복 하중을 시험편에 가하는 것도 가능하다. 따라서, 본 실시형태에 의한 만능 시험 장치(1)에 의하면, 단시간 중에 시험편의 피로특성을 평가하는 것이 가능하여, 시험시간의 단축화를 도모할 수 있다.

또, 본 실시형태의 구성에 의하면, 도 2에 도시되는 바와 같이, 하부 스테이지(31)를 이동시키기 위한 동력원인 AC 서보모터(35)와, AC 서보모터(35)의 구동축(35a)의 회전운동을 상하운동으로 변환할 때에 사용되는 볼 나사용의 베어링(151) 및 리니어 가이드(40)가 동일한 플레이트인 테이블(33)에 고정되어 있다. 이것에 의해, AC 서보모터(35)의 구동축(35a)이나 볼 나사(36), 하부 스테이지(31)를 가이드 하기 위한 리니어 가이드(40) 등의 상대위치를 고정밀도로 위치 결정하여 부착하는 것이 가능하다. 이 때문에, AC 서보모터(35)의 구동축(35a)이나 볼 나사(36)의 축부(36b)의 고정밀도의 심내기를 용이하고 또한 보다 정확하게 행할 수 있다. 또, 동일 플레이트 상에 높은 상대위치 정밀도가 필요한 요소를 모두 배치한 구성으로 함으로써 고정밀도로 위치 결정된 각 요소의 상대 위치를 안정하게 유지하는 것이 가능하게 된다.

이와 같이, 본 실시형태의 구성에 의하면, AC 서보모터(35)의 구동축(35a)이나 볼 나사(36)의 심내기를 고정밀도로 행할 수 있기 때문에, 심내기 오차에 의해 AC 서보모터(35)의 구동축(35a)이나 볼 나사(36)의 축부(36b)에 작용하는 굽힘 응력은 비교적 작다. 통상, 서보모터와 이송나사를 연결하기 위한 커플링은, 저강성의 재료(고무나 금속 스프링 등)를 개재시킴으로써, 굽힘 응력을 흡수하도록 구성된 플렉시블 커플링이 사용된다. 그렇지만, 본 실시형태에서는, 상기한 바와 같이, 2축의 심내기를 고정밀도로 행할 수 있기 때문에, 강성이 높은 재료로 형성된 리지드 커플링(34)을 사용할 수 있다. 이 때문에, AC 서보모터(35)의 구동축(35a)에 작용하는 토크를 높은 응답성을 가지고 볼 나사(36)의 축부(36b)에 전달시킬 수 있다. 따라서, AC 서보모터(35)의 구동축(35a)을 고사이클로 왕복회전시켜도, 볼 나사(36)는 구동축(35a)의 움직임에 정확하게 추종할 수 있기 때문에, 시험편이 강 등의 고강성의 것이고, 또한 크로스 헤드(31b)를 수 10Hz 이상의 고속으로 왕복운동시킨 경우에도 설정된 하중(변형)을 정확하게 시험편에 가할 수 있다. 즉, 본 실시형태에 의한 만능 시험 장치(1)는, 시험편의 피로 시험을 단시간에 행하는 것이 가능하게 된다.

또한, 본 실시형태에서는, 도 2와 같이, 레일(44)이 가이드 프레임(42)에, 러너 블록(46)이 하부 스테이지에 각각 고정되는 구성으로 되어 있지만, 러너 블록이 가이드 프레임에, 레일이 하부 스테이지(즉 이송나사와 걸어맞추는 너트)에 각각 고정되는 구성으로 해도 된다.

또, 본 실시형태에서는, 만능 시험 장치의 크로스 헤드를 상하동시키는 기구로서 직동 액추에이터를 사용하고 있지만, 이 직동 액추에이터는 만능 시험 장치뿐만아니라, 도 8과 같은, 자동차(C)를 상하방향으로 가진시키기 위한 가진 시험 장치(1')에도 이용 가능하다. 즉, 본 실시형태에 의한 가동부(30)와 리니어 가이드(40)(도 1)를 구비한 직동 액추에이터를 4조 준비하고, 그 각각을 베이스(B)에 지지된 장치 프레임부(10')에 고정한다. 그리고, 각각의 크로스 헤드(31b)를 자동차(C)의 차륜(W)에 고정하여 가동부(30)의 AC 서보모터(35)를 구동함으로써, 자동차(C)를 가진시킬 수 있다. 이러한 가진 시험 장치는 자동차(C)와 같은 중량이 큰 피검체를 높은 진동 주파수로 가진할 수 있다.

또, 본 실시형태에서는, 리지드 커플링(34)이 볼 나사(36)의 축부(36b)와 AC 서보모터(35)의 구동축(35a)을 연결하고 있다(도 3). 그렇지만, 본 발명은 상기의 구성에 한정되지 않고, 비틀림 방향에 높은 강성을 갖는 다른 커플링을 사용해도 된다. 이러한 커플링으로서는, 예를 들면, 다음에 설명하는 본 발명의 제 2 실시형태에 의한 세미 리지드 커플링이 있다.

세미 리지드 커플링에 의해 볼 나사와 AC 서보모터의 구동축을 연결한 만능 시험 장치를 본 발명의 제 2 실시형태로서 이하에 설명한다. 또한, 본 발명의 제 1 실시형태와 제 2 실시형태는 볼 나사와 AC 서보모터의 구동축을 연결하는 커플링이 상이할 뿐이며, 그 외는 동일하다. 따라서, 본 실시형태에서 제 1 실시형태와 동일한 부재 또는 요소에는, 제 1 실시형태의 것과 동일한 부호를 부여하고, 그것들에 관한 상세한 설명은 생략한다.

도 9는, 본 실시형태에서의 세미 리지드 커플링(300) 및, 이 세미 리지드 커플링(300)을 통하여 서로 연결되는 AC 서보모터(35)의 구동축(35a)과 볼 나사(36)의 축부(36b)를 나타내는 확대 단면도이다. 본 실시형태에 의한 세미 리지드 커플링(300)은 비틀림 강성이 극히 높아지도록 구성되어 있어, AC 서보모터(35)의 구동축(35a)에 가해지는 토크를 높은 응답성을 가지고 볼 나사(36)에 전달시킬 수 있다. 또, 내부의 수지 부재에 의해 길이방향의 축의 변위를 유연하게 흡수하도록 구성되어 있어, AC 서보모터(35)의 구동축(35a)으로부터 전해지는 AC 서보모터가 발생하는 축방향의 진동을 대폭 쇠퇴시켜, 볼 나사(36)에 전해지기 어렵게 되어 있다.

도 9에 도시되어 있는 바와 같이, 세미 리지드 커플링(300)은, 나일론제의 내륜(360)과, 한 쌍의 듀랄루민제의 외륜(320 및 340), 및 이것들을 고정하는 복수(본 실시형태에서는 6개)의 볼트(382)로 구성되어 있다. 내륜(360)의 중앙에는, 내부에서 서로 연락하는 둥근 구멍(362a, 362b)이 동축 상에 설치되어 있다. 둥근 구멍(362a)의 내경은 AC 서보모터(35)의 구동축(35a)을 간극 없이 삽입할 수 있는 크기이며, 둥근 구멍(362b)의 내경은 볼 나사(36)의 축부(36b)를 간극 없이 삽입할 수 있는 크기로 되어 있다. 또한, 본 실시형태에서는, 볼 나사(36)의 축부(36b)는 AC 서보모터(35)의 구동축(35a)보다도 작은 직경이므로, 둥근 구멍(362b)의 외경은 둥근 구멍(362a)의 외경보다도 작은 직경으로 되어 있다.

내륜(360)의 축방향 중앙에는, 내륜(360)의 외주로부터 반경방향 외향으로 뻗는 플랜지부(360a)가 형성되어 있다. 플랜지부(360a)의 양면 중앙부로부터는 축방향으로 뻗는 테이퍼부가 각각 형성되어 있다. 테이퍼부의 외측면(364, 366)은 축방향 선단에 근접할수록 외경이 작아지는 원추형의 테이퍼면으로 되어 있다. 또한 내륜(360)을 끼우는 한 쌍의 외륜(320, 340)의 중앙에는, 각각 테이퍼 형상의 내측면(322, 342)을 갖는 관통구멍이 형성되어 있다. 외륜(320과 340)은, 각각 내측면(322, 342)의 테이퍼면이 벌어지는 방향을 내륜(360)측을 향하여 배치되어 있다. 외륜(320, 340)의 테이퍼 형상의 내측면(322, 342)은 각각 내륜(360)의 외측면(364, 366)과 동일한 테이퍼각을 가지고 있다. 그리고, 외륜(320)의 내측면(322)과 내륜(360)의 외측면(364), 외륜(340)의 내측면(342)과 내륜(360)의 외측면(366)이 겹치도록, 외륜(320, 340)의 관통구멍에 내륜의 양단에 형성된 테이퍼부가 끼워 넣어져 있다.

또, 외륜(340)의 관통구멍의 주위에는, 볼트(382)의 선단부에 형성된 수나사와 걸어맞추는 암나사(344)가 관통구멍의 축을 중심으로 하는 원주 상에 동일한 간격으로 복수 형성되어 있다. 또, 외륜(320)과 내륜(360)의 플랜지부(360a)에도, 암나사(344)에 대응하는 위치에, 볼트구멍(324, 368)이 각각 형성되어 있다. 그리고, 6개의 볼트(382)가 외륜(320)의 볼트구멍(324) 및 내륜(360)의 볼트구멍(368)에 삽입통과되어 외륜(340)의 암나사(344)와 걸어맞추어져 있다.

내륜(360)의 둥근 구멍(362a)에 하방에서 AC 서보모터(35)의 구동축(35a)의 선단이, 둥근 구멍(362b)에 상방으로부터 볼 나사(36)의 축부(36b)의 선단이 끼워진 후, 볼트(382)를 단단히 죄면, 내륜(360)은 양측으로부터 외륜(320)과 외륜(340)으로 강하게 사이에 끼이고, 외륜(320, 340)의 관통구멍에 내륜(360)의 2개의 테이퍼부가 각각 깊게 끼워 넣어진다. 이 때문에, 쐐기의 원리에 의해, 내륜(360)의 둥근 구멍(362a, 362b)으로부터 AC 서보모터(35)의 구동축(35a) 및 볼 나사(36)의 축부(36b)에 각각 강한 측압이 가해진다. 따라서, 둥근 구멍(362a, 362b)과 구동축(35a), 볼 나사(36)의 축부(36b) 사이에 각각 강력한 마찰력이 발생하여, 구동축(35a)과 볼 나사(36)가 내륜(360)을 통하여 일체로 연결된다. 이 결과, 세미 리지드 커플링(300)에 의한 연결부의 비틀림 강성은, 이송나사(36)나 AC 서보모터(35)의 구동축(35a)과 동등 이상으로 된다.

도 9에 도시되는 바와 같이, 외륜(320과 340) 사이는 점탄성체인 나일론 수지로 형성된 내륜만으로 지지되어 있다. 또, 세미 리지드 커플링(300)에서, AC 서보모터(35)의 구동축(35a)의 선단과, 볼 나사(36)의 축부(36b)의 선단은, 미소한(예를 들면, 약 1 밀리미터) 간격을 두고 연결되어 있다. 따라서, 모터로부터 축을 압축하는 방향의 힘이 가해진 경우에는, 내륜(360)이 탄성변형하고, 이 구동축(35a)과 볼 나사(36)와의 간격이 좁아짐으로써, 세미 리지드 커플링(300) 내에서 축방향의 힘을 흡수하여, 볼 나사(36)측으로 전해지는 힘을 대폭 쇠퇴시킬 수 있다. 본 실시형태에서는, 내륜(360)의 진동감쇠율은 구동축(35a)의 고유 진동수에 있어서 대략 최대로 되어 있다. 이것에 의해, 구동축(35a)의 축방향, 또는, 축의 반경방향의 진동을 효과적으로 쇠퇴시킬 수 있다.

한편, 전술한 바와 같이, AC 서보모터(35)의 구동축(35a)의 선단과, 볼 나사(36)의 축부(36b)의 선단과의 간격은 1 밀리미터 정도로 짧고, 또한 각 축의 선단은 전체 둘레가 내륜과 일체화되어 있다. 이 때문에, 비틀림 방향으로는 충분히 리지드하게 연결되어 있어, AC 서보모터(35)의 구동축(35a)의 회전구동을 정확하게 볼 나사(36)에 전달할 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명의 제 1 및 제 2 실시형태는, 이송나사 기구를 사용한 만능 시험 장치에 관한 것이다. 그렇지만, 본 발명은 만능 시험 장치뿐만 아니라, 이하에 설명하는 본 발명의 제 3 실시형태와 같은, 다른 종류의 재료 시험 장치에서도 사용가능하다.

도 10은, 본 발명의 제 3 실시형태에 의한 비틀림 시험 장치의 정면도이다. 또, 도 11은 본 실시형태에 의한 비틀림 시험 장치의 평면도이다. 본 실시형태에 의한 비틀림 시험 장치(501)에서는, 긴 형상의 시험편(S)이, 그 장축 방향이 대략 수평으로 되도록 척(572, 574)의 발톱(572a, 574a)에 의해 양단을 파지된 상태에서 비틀림 시험을 행하게 되어 있다. 또한, 비틀림 시험 장치(501)의 구조를 명확하게 설명하기 위하여, 시험편(S) 및 이 시험편을 파지하는 척(572, 574)은 도 10에만 도시되어 있다. 즉, 도 11은 시험편(S) 및 척(572, 574)이 분리된 비틀어 시험 장치(501)의 평면도이다.

도 10에 도시되는 바와 같이, 본 실시형태에서는, 베이스(B)에 고정된 하부 프레임(510)의 위에, 시험편(S)의 일단(고정단)을 고정 지지하기 위한 고정단 지지부(520)와, 시험편(S)의 타단(구동단)을 회전 가능하게 지지하는 구동단 지지부(530)가 설치되어 있다. 그리고, 구동단 지지부(530)로부터 시험편에 회전축(A) 주위의 소정의 토크를 부여함으로써, 시험편(S)에 비틀림 응력을 가하여 비틀 수 있다.

고정단 지지부(520)는 시험편(S)의 고정단을 파지하기 위한 고정단측 척(572)을 부착하기 위한 부착 플랜지(527)를 갖는다. 부착 플랜지(527)의, 고정단측 척(572)이 부착된 면과는 반대측의 면으로부터는 지지 샤프트(526)가 대략 수평방향으로 뻗어 있다.

지지 샤프트(526)의 선단은 토크 계측용의 로드셀(562)의 일단에 연결된다. 지지 샤프트(526)의 선단과 로드셀(562)의 일단에는, 각각 접속용의 플랜지가 형성되어 있고, 이 플랜지끼리를 볼트로 고정함으로써, 지지 샤프트(526)와 로드셀(562)이 연결된다. 로드셀(562)의 타단은 고정단 지지부(520)의 고정단측 사이드 프레임(522)에 고정된다. 사이드 프레임(522)은, 고정단 지지부(520)의 고정단 지지 플레이트(521) 위에, 볼트 고정, 용접 등의 수단에 의해 견고하게 고정되어 있다. 고정단 지지 플레이트(521)는 하부 프레임(510) 위에 고정된다. 여기에서, 사이드 프레임(522)은 L자상의 단면 형상을 갖는 플레이트 형상의 부재로, 그 코너부에는 보강용의 리브(522a)가 형성되어 있다. 이 때문에, 사이드 프레임(522)의 강성은 높은 것으로 되어 있다. 상세한 것은 후술하지만, 고정단 지지 플레이트(521)는 하부 프레임(510)에 견고하게 고정되게 되어 있으므로, 사이드 프레임(522)은 베이스(B)와 일체의 강체라고 간주할 수 있다.

이와 같이, 시험편(S)의 고정단은 고정단측 척(572), 부착 플랜지(527), 지지 샤프트(526), 로드셀(562)을 통하여 사이드 프레임(522)에 고정되게 되어 있다. 여기에서, 고정단측 척(572), 부착 플랜지(527), 지지 샤프트(526), 로드셀(562)은 시험편(S)에 대하여 충분히 비틀림 강성이 높게 되어 있어, 시험편(S)의 구동단에 토크를 줌으로써, 시험편(S)의 내부에 토크의 크기에 따른 비틀림 응력을 발생시킬 수 있다. 그리고, 시험편(S)에 가해지는 토크의 크기는 로드셀(562)에 의해 계측된다.

또, 지지 샤프트(526)는 그 중도에서 고정단측 베어링(524)에 의해, 회전 가능하게 지지된다. 고정단측 베어링(524)도 또한 볼트 고정, 용접 등의 수단에 의해, 고정단 지지 플레이트(521)의 위에 견고하게 고정되어 있다.

다음에 고정단 지지 플레이트(521)를 하부 프레임(510)에 고정하기 위한 기구에 대하여 설명한다. 도 11에 도시되어 있는 바와 같이, 하부 프레임(510)의 상면에는 한 쌍의 홈(511)이 형성되어 있다. 이 홈(511)과 볼트(512)를 사용하여, 고정단 지지 플레이트(521)가 하부 프레임(510)에 고정된다. 또한, 고정단 지지 플레이트(521)에는, 볼트(512)가 삽입통과되는 관통구멍(521a)이, 각 홈(511)을 따라 7개씩(즉 계 14개) 설치되어 있고, 이들 관통구멍(521a)의 모두에 볼트(512)가 부착됨으로써, 고정단 지지 플레이트(521)는 하부 프레임(510)에 견고하게 고정된다.

다음에 볼트(512)에 의한 고정단 지지 플레이트(521)의 고정의 구조에 대하여 상세히 설명한다. 도 12는 도 11의 II-II 단면도이다. 도 12에 도시되어 있는 바와 같이, 홈(511)은 상부(511a)의 폭보다 하부(511b)의 폭쪽이 커져 있는, 단차 부착된 홈이다. 또, 볼트(512)는 머리부에 육각 렌치용의 육각구멍(512a)이 형성된, 소위 육각구멍 부착 볼트이다. 이 볼트(512)는 홈(511)의 하부(511b)에 배치되어 있는 너트(513)와 걸어맞추어지게 되어 있다. 너트(513)의 치수는 홈(511b)의 폭보다도 약간 작고, 홈(511a)의 폭보다는 크므로, 볼트(512)의 머리부와 너트(513) 사이에서 고정단 지지 플레이트(521)와 홈(511)의 상부(511a)가 단단히 죄어진다. 이 결과, 고정단 지지 플레이트(521)가 하부 프레임(510)에 견고하게 고정된다.

다음에 구동단 지지부(530)의 구성에 대하여 설명한다.

도 10에 도시되는 바와 같이, 구동단 지지부(530)는 시험편(S)의 구동단을 파지하기 위한 구동단측 척(574)을 부착하기 위한 부착 플랜지(537)를 갖는다. 부착 플랜지(537)의, 구동단측 척(574)이 부착된 면과는 반대측의 면에는, 감속 기구(536)가 설치되어 있다. 구체적으로는, 감속 기구(536)의 출력축에 부착 플랜지(537)가 형성되어 있다. 감속 기구(536)는 그 입력축의 고속·저토크의 회전운동을 출력축의 저속·고토크의 회전운동으로 변환한다. 출력축의 회전운동은 부착 플랜지(537), 척(574)을 통하여 시험편(S)의 구동단에 전달된다.

이 감속 기구(536)는 구동단 지지부(530)의 구동단측 사이드 프레임(532)에 고정된다. 구동단측 사이드 프레임(532)은 구동단 지지부(530)의 구동단 지지 플레이트(531)의 위에 용접에 의해 견고하게 고정되어 있다. 구동단 지지 플레이트(531)는 고정단 지지 플레이트(521)와 동일한 고정 수단에 의해, 하부 프레임(510) 상에 고정된다. 여기에서, 사이드 프레임(532)은 회전축(A)에 대략 수직한 플레이트 형상의 부재이며, 사이드 프레임(532)과 구동단 지지 플레이트(531)에 의하여 형성되는 코너부에는 보강용의 리브(532a)가 형성되어 있다. 이 리브(532a)도 또한 구동단 지지 플레이트(531)와 구동단측 사이드 프레임(532)에 용접되어 있다. 따라서, 사이드 프레임(532)과 구동단 지지 플레이트(531)는 높은 강성을 가지고 일체화되어 있다. 상기한 바와 같이, 구동단 지지 플레이트(531)는 하부 프레임(510)에 견고하게 고정되게 되어 있으므로, 사이드 프레임(532)은 베이스(B)와 일체의 강체라고 간주할 수 있다.

하부 프레임(510)의 중앙부(홈(511, 511) 사이)에는, 공동부(514)가 형성되어 있다. 이 공동부(514)에는, 구동단 지지부(530)를 하부 프레임(510)에 대하여 회전축(A) 방향으로 슬라이딩시키기 위한 이송나사 기구가 설치되어 있다. 도 10 및 11에 도시되어 있는 바와 같이, 공동부(514) 속에는, 회전축(A)에 평행한 방향으로 뻗는 이송나사(544)가 설치되어 있다. 이송나사(544)의 양단은 한 쌍의 베어링(545, 546)(도 10)에 의해 회전 가능하게 지지되어 있다. 또, 구동단 지지 플레이트(531)의 하면에는, 이 이송나사(544)와 걸어맞추는 너트(548)가 고정되어 있다. 이 때문에, 구동단 지지 플레이트(531)가 하부 프레임(510)에 고정되어 있지 않은 상태(즉 구동단 지지 플레이트(531)를 고정하기 위한 볼트를 느슨하게 한 상태)에서, 이송나사(544)를 회동시킴으로써 구동단 지지부(530)를 이송나사(544)를 따라 이동시킬 수 있다. 또한, 이송나사(544)의 일단(베어링(545)측)에는, 이송나사(544)를 회동시키기 위한 핸들(542)이 설치되어 있다. 본 실시형태에서는, 이와 같이, 구동단 지지부(530)를 이동시킴으로써, 시험편(S)의 치수에 따라 고정단 지지부(520)와 구동단 지지부(530)의 간격을 조정할 수 있다.

또, 사이드 프레임(532)의 부착 플랜지(537)의 하부에는, 인코더(538)의 풀리(538a)가 부착되어 있다. 부착 플랜지(537)의 외주부(537a)도 또 풀리로서의 기능을 가지고 있고, 인코더(538)의 풀리(538a)와 부착 플랜지(537)의 풀리(537a)에 무단벨트(539) 건너 걸쳐져 있다. 인코더(538)는, 풀리(538a)의 회전각을 검출함으로써, 부착 플랜지(537)의 회전수나, 부착 플랜지(537)의 초기위치에 대한 회전각도, 반복 시험시의 사이클수 등을 연산하고, 이것을 인코더(538)의 표시부(538b)에 표시할 수 있다. 따라서, 비틀림 시험 장치(501)의 오퍼레이터는 인코더(538)의 표시부(538b)의 표시내용으로부터 비틀림 시험의 진척 상황 등을 확인할 수 있다.

다음에 감속 기구(536)의 입력축(536a)과, 이 입력축에 토크를 가하는 AC 서보모터(535)의 배치에 대하여 설명한다. 도 13은 도 11의 III-III 단면도이다. 도 13에 도시되는 바와 같이, 감속 기구(536)의 입력축(536a)은, 리지드 커플링(533)을 통하여, AC 서보모터(535)의 구동축(535a)과 연결되어 있다. 따라서, AC 서보모터(535)를 구동함으로써, 시험편(S)에 비틀림 응력을 가할 수 있다. 또, 도시되어 있는 바와 같이, AC 서보모터(535)는 모터 지지 프레임(534)을 통하여 사이드 프레임(532)에 고정되어 있다.

또한, 감속 기구(536)는, 사이드 프레임(532)에 형성된 개구(532b) 속에 메워 넣어져 견고하게 고정되어 있다. 본 실시형태에서는, 감속 기구(536)는 파동기어 감속 기구이다. 파동기어 감속 기구는 입력축과 출력축이 동축으로 된다고 하는 특징을 갖는다. 이 때문에, 본 실시형태에서는, 회전축(A)과 AC 서보모터(535)의 구동축(535a)이 동축으로 된다. 회전축(A)과 AC 서보모터(535)의 구동축(535a)이 동축으로 되므로, 회전축(A)이 포함되는 연직면에 대하여 비틀림 시험 장치(501)가 대략 대칭인 형상으로 된다. 이 때문에, 시험 장치(501)는 중량 밸런스가 좋아, 시험시에 진동이 발생하기 어렵다. 또, 파동기어 감속 기구는 백래시가 극히 작다고 하는 특징이 있다. 이 때문에, 반복 하중을 시험편에 가하는 피로 시험 장치에 파동기어 감속기를 도입함으로써, 피로 시험의 정밀도를 비약적으로 향상시키는 것이 가능하게 되었다. 본 발명자가 인식하는 한에 있어서, 종래의 피로 시험 장치에 파동기어 감속기를 이용한 것은 존재하지 않는다.

본 실시형태에 의한 리지드 커플링(533)은, 비틀림 강성이 극히 높게 구성되어 있어, AC 서보모터(535)의 구동축(535a)에 가해지는 토크를 높은 응답성을 가지고 감속 기구(536)의 입력축(536a)에 전달시킬 수 있다. 이하에, 리지드 커플링(533)의 구조에 대하여 설명한다. 도 14는, 리지드 커플링(533) 및, 이 리지드 커플링(533)을 통하여 서로 연결되는 AC 서보모터(535)의 구동축(535a)과 감속 기구(536)의 입력축(536a)을 도시하는 확대 단면도이다.

도시되어 있는 바와 같이, 리지드 커플링(533)은, 전체적으로는 중공의 단차 부착 환봉 형상(즉, 단차 부착된 두꺼운 원통)으로 되어 있다. 즉, 리지드 커플링(533)은 감속 기구(536)의 입력축(536a)이 끼워 넣어지는 출력측 개구부(533c)를 구비한 출력측 원통부(533a)와, AC 서보모터(535)의 구동축(535a)이 끼워 넣어지는 입력측 개구부(533d)를 구비한 입력측 원통부(533b)를 갖는다. 본 실시형태에서는, 감속 기구(536)의 입력축(536a)은 AC 서보모터(535)의 구동축(535a)보다도 작은 직경이기 때문에, 출력측 원통부(533a)의 외경은 입력측 원통부(533b)의 외경보다도 작은 직경으로 되어 있다.

또, 출력측 원통부(533a) 및 입력측 원통부(533b)의 안쪽(도 14에서는, 출력측 원통부(533a)의 우측 및 입력측 원통부(533b)의 좌측)에는, 각각 협착부(533e 및 533f)가 형성되어 있다. 협착부(533e 및 533f)의 직경은 각각 감속 기구(536)의 입력축(536a) 및 AC 서보모터(535)의 구동축(535a)의 직경과 대략 동일하다. 이 때문에, 협착부(533e 및 533f)의 내주면과 감속 기구(536)의 입력축(536a)과 서보모터(535)의 구동축(535a)의 외주가 거의 간극이 없는 상태에서, 감속 기구(536)의 입력축(536a)과 서보모터(535)의 구동축(535a)은 협착부(533e, 533f)에 수용된다.

출력측 개구부(533c) 및 입력측 개구부(533d)의 직경은 각각 감속 기구(536)의 입력축(536a) 및 AC 서보모터(535)의 구동축(535a)의 외경보다도 크게 구성되어 있다. 출력측 개구부(533c) 및 입력측 개구부(533d)를 각각 감속 기구(536)의 입력축(36a) 및 AC 서보모터(535)의 구동축(535a)에 고정하기 위하여, 고정용 링(630 및 640)이 사용된다.

고정용 링(630)은 내륜(632), 외륜(634) 및 볼트(636)를 갖는다. 내륜(632)의 외주면(632a)은 직경이 AC 서보모터측(도면 중 우측)을 향하여 작아지는 테이퍼면으로 되어 있다. 또, 내륜(632)의 내주면(632b)은 감속 기구(536)의 입력축(536a)의 외경보다도 조금 큰 정도의 원통면으로 되어 있다. 내륜(632)의 감속 기구측(도면 중 좌측)에는 반경방향 외측으로 넓어지는 플랜지부(632c)가 형성되어 있다. 플랜지부(632c)에는, 볼트(636)가 회전축(A) 방향으로 삽입통과되는 볼트 구멍(632d)이 복수 설치되어 있다. 외륜(634)의 내주면(634a)은 직경이 AC 서보모터측을 향하여 작아지는 테이퍼면으로 되어 있다. 또, 외륜(634)의 외주면(634b)은 출력측 개구부(533c)의 직경보다도 약간 작은 원통면으로 되어 있다. 또한, 외륜(634)에는, 볼트(636)와 걸어맞추는 암나사(634c)가 복수 형성되어 있다. 외륜(634) 및 내륜(632)을 출력측 개구부(533c)와 감속 기구(536)의 입력축(536a) 사이의 간극에 끼워 넣고, 이어서, 볼트(636)에 의해 내륜(632)을 외륜(634)에 고정하고, 또한 볼트(636)를 단단히 죔으로써, 내륜(632)의 원통면(632b)은 감속 기구(536)의 입력축(536a)을 강하게 압박하고, 외륜(634)의 원통면(634b)은 출력측 개구부(533c)를 강하게 압박한다. 이 결과 발생하는 정지 마찰력에 의해, 감속 기구(536)의 입력축(536a)은 리지드 커플링(533)의 출력측 원통부(533a)에 견고하게 고정되어, 양자는 일체화된다. 또한, 도면에는 볼트(636), 볼트 구멍(632d), 암나사(634c)는 각각 2조씩 도시되어 있는데, 실제는, 감속 기구(536)의 축을 중심으로 하는 원주 상에 다수(예를 들면, 10조) 설치되어 있다.

마찬가지로, 고정용 링(640)은 내륜(642), 외륜(644) 및 볼트(646)를 갖는다. 내륜(642)의 외주면(642a)은 직경이 감속 기구측을 향하여 작아지는 테이퍼면으로 되어 있다. 또, 내륜(642)의 내주면(642b)은 AC 서보모터(535)의 구동축(535a)의 외경보다도 약간 큰 정도의 원통면으로 되어 있다. 내륜(642)의 하단에는, 반경방향 외측으로 넓어지는 플랜지부(642c)가 형성되어 있다. 플랜지부(642c)에는, 볼트(646)가 회전축(A) 방향으로 삽입통과되는 볼트 구멍(642d)이 복수 설치되어 있다. 외륜(644)의 내주면(644a)은 직경이 감속 기구측을 향하여 작아지는 테이퍼면으로 되어 있다. 또, 외륜(644)의 외주면(644b)은 입력측 개구부(533d)의 직경보다도 약간 작은 원통면으로 되어 있다. 또한, 외륜(644)에는, 볼트(646)와 걸어맞추는 암나사(644c)가 볼트 구멍(642d)과 대응하는 위치에 복수 형성되어 있다. 외륜(644) 및 내륜(642)을 입력측 개구부(533d)와 AC 서보모터(535)의 구동축(535a) 사이의 간극에 끼워 넣고, 이어서, 볼트(646)에 의해 내륜(642)을 외륜(644)에 고정하고, 또한 볼트(646)를 단단히 죔으로써, 내륜(642)의 원통면(642b)은 AC 서보모터(535)의 구동축(535a)을 강하게 압박하고, 외륜(644)의 원통면(644b)은 입력측 개구부(533d)를 강하게 압박한다. 이 결과 발생하는 정지 마찰력에 의해, AC 서보모터(535)의 구동축(535a)은 리지드 커플링(533)의 입력측 원통부(533b)에 견고하게 고정되어, 양자는 일체화된다. 또한, 도면에는 볼트(646), 볼트 구멍(642d), 암나사(644c)는 각각 2조씩 도시되어 있는데, 실제는, AC 서보모터(535)의 구동축(535a)의 회전 중심축을 중심으로 하는 원주 상에 다수(예를 들면, 10조) 설치되어 있다.

리지드 커플링(533)의 출력측 원통부(533a) 및 입력측 원통부(533b)의 두께는 충분히 크기 때문에, 리지드 커플링(533)은 실질적으로 강체로 간주할 수 있다. 따라서, 리지드 커플링(533)은 AC 서보모터(535)의 구동축(535a)에 작용하는 토크를 높은 응답성을 가지고 감속 기구(536)에 전달 가능하다.

다음에 본 실시형태에 의한 비틀림 시험 장치(501)의 제어계측부의 구성에 대하여 설명한다. 도 15는 본 실시형태에 의한 비틀림 시험 장치(501)의 제어계측부(700)의 블럭도이다. 본 실시형태에 의한 비틀림 시험 장치(501)는 단시간에 피로 시험을 행할 수 있도록, 시험편에 짧은 주기(1초당 수 10 사이클 정도)로 반복하여 비틀림 하중을 가할 수 있게 되어 있다.

비틀림 시험 장치(501)의 제어계측부(700)는 설정값 지시 유닛(710), 구동 제어 유닛(720), 및 측정 유닛(750)을 갖는다.

설정값 지시 유닛(710)은, 어떻게 해서 시험편(S)에 비틀림 응력을 가할 것인지를 지시하기 위한 유닛이다. 구체적으로는, 설정값 지시 유닛(710)은 부착 플랜지(537)(또는 감속 기구(536)의 출력축)의 초기위치로부터의 각도를 신호로서 구동 제어 유닛(720)에 출력하는 유닛이다. 설정값 지시 유닛(710)은 입력 인터페이스(712)와, 파형 생성 회로(714)를 갖는다.

입력 인터페이스(712)는 설정값 지시 유닛(710)과 도시되지 않은 워크 스테이션을 접속하기 위한 인터페이스이다. 비틀림 시험 장치(501)의 오퍼레이터는 워크 스테이션을 조작하여, 어떻게 해서 하부 스테이지(531)를 변위시킬 것인지를 지시한다. 예를 들면, 정적인 비틀림 시험을 행하는 것이라면, 오퍼레이터는 워크 스테이션을 조작하여 단위시간당의 비틀림 각도를 입력하고, 입력 인터페이스(712)에 송신한다. 또, 시험편(S)에 반복 하중을 가하는 피로 시험을 행하는 경우에는, 오퍼레이터는 워크 스테이션을 조작하여 비틀림 각도의 진폭, 주파수, 및 파형(정현파와 삼각파의 어느 파형을 사용할지, 등)을 입력하고, 입력 인터페이스(712)에 송신한다. 입력 인터페이스(712)에 입력된 지시는 파형 생성 회로(714)에 보내진다.

파형 생성 회로(714)는, 입력 인터페이스(712)로부터 송신된 지시를 해석하여, 부착 플랜지(537)의 초기위치로부터의 각도의 변량을 차례차례 연산하고, 이것을 구동 제어 유닛(720)에 송신한다. 또한, 피로 시험을 행할 때는, 단일의 정현파나 삼각파와 같은 일정한 파형·주파수로 시험편(S)을 비트는 것에만 머물지 않고, 여러 진폭이나 주파수를 갖는 함수로 합성된 함수에 기초하여 시험편(S)을 비트는 것도 가능하다. 예를 들면, 주파수가 상이한 정현파를 곱셈한 함수에 기초하여, 비틀림 각의 진폭이 경시변화하도록, 부착 플랜지(537)를 구동시키는 것도 가능하다.

부착 플랜지(537)의 각도는 디지털 신호로서 파형 생성 회로(714)로부터 출력된다. 이 때문에, 파형 생성 회로(714)로부터 구동 제어 유닛(720)에 송신되는 신호는 우선 D/A 컨버터(722)에 입력되어 아날로그 신호로 변환된다. 아날로그 신호로 변환된 부착 플랜지(537)의 각도 정보는 이어서 앰프(724)에 보내진다. 그리고, 앰프(724)는 D/A 컨버터(722)로부터 보내진 부착 플랜지(537)의 각도 정보를 증폭하여 출력한다.

상기한 바와 같이, 본 실시형태에서는, AC 서보모터(535)가 부착 플랜지(537)를 구동함으로써, 각종 시험이 행해진다. 여기에서, AC 서보모터(535)는 구동축(535a)(도 10)의 회전수를 검출하기 위한 인코더를 내장하고 있고, 인코더가 검출한 회전수는 구동 제어 유닛(720)의 현재위치 연산 회로(726)에 송신된다.

현재위치 연산 회로(726)는 AC 서보모터(535)의 인코더의 검출결과에 기초하여 부착 플랜지(537)의 현재의 각도를 연산하여 출력한다. 그리고, 앰프(724)의 출력과 현재위치 연산 회로(726)의 출력의 차분(즉, 부착 플랜지(537)의 목표 각도와 현재의 각도와의 차에 상당하는 신호)이 전류 생성 회로(728)에 송신된다.

전류 생성 회로(728)는 수신한 신호에 기초하여 AC 서보모터(535)에 출력하는 3상전류를 생성하고, 이것을 AC 서보모터(535)에 출력한다. 이 결과, 부착 플랜지(37)의 각도가 목표의 각도에 도달하도록 AC 서보모터(535)가 구동된다.

부착 플랜지(437)를 구동함으로써 시험편(S)에 가해지는 토크의 크기는 로드셀(562) 및, 로드셀(562)의 변형량을 전기신호로서 취출하기 위한 브리지 회로(756)에 의해 검출된다. 검출된 토크의 크기는, A/D 컨버터(758)에 의해 디지털 신호로 변환되어, 출력 인터페이스(759)를 통하여 워크 스테이션에 송신된다. 워크 스테이션은, 출력 인터페이스(759)로부터 송신된 토크의 크기를 집계하여, 예를 들면, 시간축을 횡축, 시험편에 가해지는 비틀림 응력을 종축으로 한 그래프를 생성하여 표시한다.

또, A/D 컨버터(758)의 출력인 토크의 크기를 파형 생성 회로(714)에 전달하고, 토크에 따라 시험편(S)의 비틀림의 거동을 변화시키는, 소위 피드백 제어를 행하는 것도 가능하다. 예를 들면, 부착 플랜지(537)의 회전각도와 토크가 비례관계를 나타내지 않는, 즉 시험편(S)의 항복이 발생하고 있을 때는, 비틀림 각도의 진폭을 크게 하는 등의 제어를 행할 수 있다.

이상과 같은 구성의 비틀림 시험 장치(501)를 사용함으로써, 시험편의 정적 파괴 시험이나, 피로 시험 등을 행할 수 있다. 여기에서, 본 실시형태에서는, 응답성이 높고, 또한 고토크의 AC 서보모터(535)를 사용하여 시험편(S)을 비틀게 되어 있다. 이 때문에, 비틀림 시험 장치(501)는 최대 수 100kN·m의 토크를 시험편(S)에 가할 수 있고, 또 수 10Hz라는 높은 주파수로 반복 하중을 시험편(S)에 가하는 것도 가능하다. 따라서, 본 실시형태에 의한 비틀림 시험 장치(501)에 의하면, 단시간 사이에 시험편을 피로 파괴시키는 것이 가능하여, 시험 시간의 단축화를 도모할 수 있다.

또, 본 실시형태의 구성에 의하면, 도 13에 도시되는 바와 같이, 시험편(S)을 비틀기 위한 동력원인 AC 서보모터(535)와, AC 서보모터(535)의 구동축(535a)의 회전을 감속하기 위한 감속 기구(536)가, 동일한 플레이트인 사이드 플레이트(532)에 고정된다. 이것에 의해, AC 서보모터(535)의 구동축(535a)과 감속 기구(536)의 입력축(536a)의 상대위치를 고정밀도로 위치 결정하여 부착하는 것이 가능하다. 이 때문에, AC 서보모터(535)의 구동축(535a)과 감속 기구(536)의 입력축(536a)의 심내기를 용이하고 또한 보다 정확하게 행할 수 있다. 또, 동일 플레이트 상에 높은 상대위치 정밀도가 필요한 요소를 모두 배치한 구성으로 함으로써 고정밀도로 위치 결정된 각 요소의 상대위치를 안정하게 유지하는 것이 가능하게 된다.

이와 같이, 본 실시형태의 구성에 의하면, AC 서보모터(535)의 구동축(535a)과 감속 기구(536)의 입력축(536a)의 심내기를 편심이 수 10㎛ 이내가 되도록 고정밀도로 행할 수 있다. 이 때문에, 심내기의 오차에 의해 AC 서보모터(535)의 구동축(535a)이나 감속 기구(536)의 입력축(536a) 사이에 작용하는 굽힘 응력은 비교적 작다. 통상, 서보모터와 감속 기구의 입력축을 연결하기 위한 커플링은, 저강성의 재료(고무 등)를 개재시킴으로써 굽힘 응력을 완화하도록 구성된 플렉시블 커플링이 사용된다. 그렇지만, 본 실시형태에서는, 상기한 바와 같이, 2축의 심내기를 고정밀도로 행할 수 있기 때문에, 강성이 높은 재료로 형성된 리지드 커플링(533)을 사용할 수 있다. 이 때문에, AC 서보모터(535)의 구동축(535a)에 작용하는 토크를 높은 응답성을 가지고 감속 기구(536)의 입력축(536a)에 전달시킬 수 있다.

또한, 본 실시형태에서는, 리지드 커플링(533)에 의해 AC 서보모터(535)의 구동축(535a)과 감속 기구(536)의 입력축(536a)을 연결하고 있는데, 본 발명은 상기의 구성에 한정되는 것은 아니다. 즉, 리지드 커플링 대신, 본 발명의 제 2 실시형태의 세미 리지드 커플링을 사용하여 AC 서보모터(535)의 구동축(535a)과 감속 기구(536)의 입력축(536a)을 연결하는 구성으로 해도 된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 제 1 및 제 2 실시형태에서는, 단일의 지지 플레이트(테이블(33))에 서보모터, 리니어 가이드 및 둥근 고리 형상을 고정하게 되고, 이들 부재는 지지 플레이트를 기준으로 하여 조립되게 된다. 이 때문에, 각 부재의 정밀도를 확보하는 것이 용이하다. 또, 서보모터, 리니어 가이드 및 베어링 간의 거리를 비교적 작게 할 수 있기 때문에, 열팽창에 의한 오차를 최소한으로 억제할 수 있다. 또, 볼 나사로부터 서보모터의 구동축에 이르는 접속점의 수를 최소한으로 억제했기 때문에, 이송나사와 서보모터의 구동축과의 심내기를 일단 정밀하게 행해 두면, 모터의 구동축의 회전 중심과 이송나사의 회전 중심을 정밀하게(오차 수 10㎛ 이내에서) 일치시킨 상태를 유지하는 것이 용이하다. 이 때문에, 이송나사와 모터의 구동축의 비직선적인 연결(편심이나 연결각)에 의해 회전부에 발생하는 굽힘 응력을 극히 작게 억제하는 것이 가능하게 된다. 이것에 의해, 비틀림 강성이 높은 리지드 커플링이나 세미 리지드 커플링으로 이송나사와 모터의 구동축을 연결하는 것이 가능하게 되어, 높은 응답성을 가지고 이송나사를 회전구동시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시형태의 구성에 의하면, 이송나사 기구를 사용하여 크로스 헤드를 구동하고, 또한 고사이클로 반복 하중(변형)을 정확하게 시험편에 가할 수 있는 만능 시험 장치가 실현된다. 또, 이러한 직동 액추에이터는, 예를 들면, 크로스 헤드 상에 공시체를 고정한 상태에서 직동 액추에이터를 구동하여 공시체를 가진하는 가진 시험 장치에 대해서도 유용하다. 또, 커플링에 의한 연결부가 이송나사 및 서보모터의 구동축과 동등 이상의 비틀림 강성을 갖는 것이 바람직하다.

또, 리지드 커플링은 이송나사 및 서보모터의 회전축과 동등 이상의 강성의 통 형상 본체를 갖고, 그 일단으로부터 이송나사가 타단으로부터 서보모터의 구동축이 각각 끼워 넣어져 통 형상 본체와 고정되어 있다. 통 형상 본체에서, 이송나사 및 서보모터의 구동축이 끼워 넣어지는 내측 구멍의 일부가, 이송나사 및 서보모터의 구동축의 원주면과 대략 간극 없이 수용되는 협착부로 되어 있는 것이 바람직하다. 또, 리지드 커플링의 통 내주면과 이송나사 및 상기 모터의 구동축의 원주면 사이에 고정용 링이 끼워짐으로써, 이송나사 및 모터의 구동축과 리지드 커플링이 고정되는 것이 바람직하다. 예를 들면, 고정용 링은, 외주가 테이퍼면으로 되어 있는 내륜과, 내주가 내륜의 외주에 대응하는 테이퍼면으로 되어 있는 외륜과, 내륜의 외주에 외륜의 내주를 맞닿게 한 상태에서 내륜 및 외륜의 어느 일방을 타방을 향하여 그 축방향으로 누르는 누름 수단을 갖는다. 이러한 구성으로 하면, 모터의 구동축과 이송나사가 더욱 견고하게 연결되어, 모터의 구동축의 토크를 더욱 높은 응답성을 가지고 이송나사에 전달시키는 것이 가능하게 된다.

본 발명의 제 1 및 제 2 실시형태에 따른 만능 시험 장치 및 직동 액추에이터는, 리지드 커플링 대신에 세미 리지드 커플링을 사용해도 된다.

굽힘 방향으로 유연성을 갖고, 또한, 모터의 구동축의 연장방향의 진동의 전달을 저해하는 세미 리지드 커플링으로 모터의 구동축과 이송나사를 연결함으로써, 높은 응답성을 가지고 이송나사를 구동시키면서, 다소의 축 벗어남이 있어도 극단적으로 큰 내부 변형을 발생하지 않고 원활한 구동을 가능하게 하고, 또한 모터 구동축 방향의 진동을 차단할 수 있다.

세미 리지드 커플링은 수지나 고무로 만들어지는 점탄성 요소를 구비하는 것이 바람직하다. 또, 세미 리지드 커플링은 서보모터의 구동축의 진동의 감쇠율이 구동축의 고유 진동수에서 최대가 되도록 구성되어 있다. 이러한 구성으로 함으로써, 모터로부터 구동축을 통하여 전해지는 축방향 또는 축의 반경방향의 진동을, 세미 리지드 커플링 내의 점탄성 요소에 의해 효과적으로 쇠퇴시키는 것이 가능하게 되고, 이러한 진동을 거의 출력측에 전달시키지 않도록 할 수 있다.

또, 바람직하게는, 세미 리지드 커플링은, 강체 요소인 한 쌍의 외륜과, 이 한 쌍의 외륜 사이에 배치된, 탄성 요소 또는 점탄성 요소를 포함하는 내륜을 가지고 있다. 외륜의 중심에는 테이퍼 구멍이, 내륜의 중심에는 연결하는 축을 통과시키기 위한 원기둥 형상의 관통구멍이 각각 형성되어 있다. 또, 내륜의 외주의 축방향의 양단에는, 한 쌍의 외륜의 테이퍼 구멍의 내주와 각각 걸어맞춤 가능한 테이퍼면이 형성되어 있다. 내륜의 관통구멍에 이송나사 및 서보모터의 구동축을 끼워 넣고, 내륜의 테이퍼면에 한 쌍의 외륜의 테이퍼 구멍의 내주를 맞닿게 하고, 이 한 쌍의 외륜끼리를 볼트로 서로 고정함으로써 내륜을 통하여 축이 연결된다. 이러한 구성으로 함으로써, 축 출력을 높은 응답성을 가지고 전달하면서, 축방향의 진동을 흡수하는 세미 리지드 커플링을 극히 간단한 구성으로 실현할 수 있다. 이것에 의해, 진동 노이즈가 적고 응답성이 높은 직동 액추에이터가 실현된다.

또, 지지 플레이트에는 이송나사가 삽입통과되는 개구부가 설치되어 있고, 개구부에 이송나사를 회전 가능하게 지지하는 베어링의 외륜이 고정되는 구성으로 해도 된다. 이러한 구성으로 하면, 베어링, 리니어 가이드, 서보모터가 일체로 형성되기 때문에, 모터의 구동축의 회전 중심과 이송나사의 회전 중심을 보다 정밀하게 일치시킨 상태를 유지하는 것이 가능하게 된다.

이 때, 베어링이 정면 조합형의 조합 앵귤러 볼베어링인 구성으로 하면, 시험시에 이송나사의 스러스트 방향에 가해지는 대하중을 베어링으로 지지하면서, 이송나사를 회전 가능하게 지지할 수 있다.

또, 이송나사가 볼 나사이며, 너트가 볼 나사용의 너트인 구성, 즉, 크로스 헤드가 볼 나사 기구로 구동되는 구성으로 해도 된다. 이러한 구성으로 하면, 크로스 헤드를 작은 백래시로 고속 왕복운동시킬 수 있어, 하중의 반복속도를 보다 고속인 것으로 할 수 있다.

또, 리니어 가이드의 고정부와 가동부의 일방이 레일을 갖고, 또한 타방이 레일과 걸어맞추어져 레일을 따라 이동가능한 러너 블록을 갖고, 러너 블록이, 레일을 둘러싸는 오목부와, 이 오목부에 러너 블록의 이동방향을 따라 형성된 홈과, 러너 블록의 내부에 형성되어 홈과 폐회로를 형성하도록 홈의 상기 이동방향 양단과 연결되어 있는 퇴피로와, 폐회로를 순환함과 아울러, 홈에 위치할 때는 상기 레일과 맞닿도록 되어 있는 복수의 볼을 갖는 구성으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 러너 블록에는 상기의 폐회로가 4개 형성되어 있고, 이 4개의 폐회로 중 2개의 폐회로의 홈의 각각에 배치된 볼은 리니어 가이드의 레이디얼 방향에 대하여 대략 ±45도의 접촉각을 갖고, 다른 2개의 폐회로의 홈의 각각에 배치된 볼은 리니어 가이드의 역 레이디얼 방향에 대하여 대략 ±45도의 접촉각을 갖는 구성으로 하는 것이 바람직하다.

이러한 구성의 리니어 가이드를 사용하면, 시험편에 큰 하중을 가하는 경우이어도, 이송나사 기구의 너트는 덜거덕거리지 않고, 원활하게 리니어 가이드를 따라 움직일 수 있다.

또, 본 발명의 제 3 실시형태에 의한 비틀림 시험 장치는, 프레임에 고정되는 제 1 지지 부재(구동단측 사이드 프레임(532))에 서보모터와 감속 기구가 고정되어 있다.

이와 같이, 본 발명의 구성에서는, 단일 부재인 제 1 지지 부재에 서보모터와 감속 기구의 쌍방이 고정되고, 이들 부재는 제 1 지지 부재를 기준으로 하여 조립되게 된다. 이 때문에, 각 부재끼리의 정밀도를 확보하는 것이 용이하다. 또, 서보모터와 감속 기구 사이의 거리를 비교적 작게 할 수 있기 때문에, 열팽창에 의한 오차를 최소한으로 억제할 수 있다. 또, 서보모터의 구동축으로부터 감속 기구의 입력축에 이르는 접속점의 수를 최소한으로 억제했기 때문에, 서보모터의 구동축과 감속 기구의 입력축의 심내기를 일단 정밀하게 해 두면, 모터의 구동축의 회전 중심과 이송나사의 회전 중심을 정밀하게(오차 수 10㎛ 이내) 일치시킨 상태를 유지하는 것은 용이하다. 이 때문에, 감속 기구의 입력축과 모터의 구동축의 비직선적인 연결(편심이나 연결각)에 의해 회전부에 발생하는 굽힘 응력을 극히 작게 하는 것이 가능하게 된다. 이 때문에, 높은 비틀림 강성을 갖는 리지드 커플링이나 세미 리지드 커플링으로 감속 기구의 입력축과 모터의 구동축을 연결할 수 있어, 높은 응답성을 가지고 감속 기구의 입력축을 회전구동시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 구성에 의하면, 감속 기구를 사용하여 시험편을 비틀고, 또한 고사이클로 비틀림 하중을 반복하여 시험편에 가할 수 있는 비틀림 시험 장치가 실현된다. 바람직하게는, 감속 기구의 입력축과 상기 서보모터의 구동축을 연결하는 커플링에 의한 연결부가 감속 기구의 입력축 및 서보모터의 구동축과 동등 이상의 비틀림 강성을 갖는다.

또, 바람직하게는 프레임에 고정되는 제 2 지지 부재(고정단측 사이드 프레임(522))를 더 갖고, 제 2 파지부는 축부를 갖고, 축부가 상기 제 2 지지 부재에 캔틸레버 형상으로 고정 지지됨으로써, 제 2 파지부가 상기 프레임에 고정되어 있다. 이 구성에서는, 예를 들면, 축부와 제 2 지지 부재 사이에, 시험편에 작용하는 토크를 계측하기 위한 로드셀이 고정된다. 더욱 바람직하게는, 프레임에 고정되고 또한 제 2 파지부의 축부를 회전 가능하게 지지하는 고정단측 베어링 수단을 갖는다.

또, 바람직하게는 감속 기구가 파동기어 감속 기구이다. 웜기어 기구나 유성 기어 기구와 같은 다른 감속 기구와는 달리, 파동기어 감속 기구는, 시험편을 반복해서 비틀 때의 백래시가 작아지기 때문에, 고사이클의 피로 시험에 적합하다고 할 수 있다. 바람직하게는, 파동기어 감속 기구는 제 1 지지 부재에 메워 넣어 고정되고, 이것에 의해 제 1 지지 부재와 높은 강성을 가지고 일체화된다.

1 만능 시험 장치 1' 가진 시험 장치
10 장치 프레임부 12 가이드 바
20 고정부 21 상부 스테이지
22 이송나사 25 모터
28 어태치먼트 26 기어박스
30 가동부 31 하부 스테이지
31a 볼나사용 너트 33 테이블
34 리지드 커플링 35 AC 서보모터
36 볼나사 37 모터 지지 프레임
40 리니어 가이드 42 가이드 프레임
44 레일 46 러너 블록
130 고정용 링 140 고정용 링
150 베어링부 151 조합 앵귤러 볼베어링
200 제어계측부 300 세미 리지드 커플링
500 비틀림 시험 장치 B 베이스

Claims (20)

1. 관통구멍이 설치된 지지 플레이트와,
   상기 지지 플레이트의 일면에 고정된 서보모터와,
   상기 서보모터의 구동축에 연결된 이송나사와,
   상기 이송나사와 걸어맞추는 너트와,
   상기 너트를 상기 이송나사의 축방향으로 슬라이딩이 자유롭게 지지하고 상기 지지 플레이트의 타면에 고정된 리니어 가이드와,
   상기 이송나사를 회전이 자유롭게 지지하는 베어링과,
   상기 베어링을 분리가능하게 지지하는 베어링 부착 부재
   를 구비하고,
   상기 베어링 부착 부재를 상기 지지 플레이트의 관통구멍에 끼워 넣은 상태에서 상기 지지 플레이트에 고정되는 것에 의해 상기 베어링이 상기 지지 플레이트에 부착된 직동 액추에이터.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 베어링 부착 부재가,
   상기 지지 플레이트에 고착되는 제 1 베어링 부착 부재와,
   상기 제 1 베어링 부착 부재와의 사이에서 상기 베어링의 외륜을 축방향 양측으로부터 끼워 넣고, 상기 제 1 베어링 부착 부재에 나사 고정된 제 2 베어링 부착 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 직동 액추에이터.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 베어링 부착 부재가,
   상기 지지 플레이트의 관통구멍에 끼워 넣어지는 원통부와,
   상기 원통부의 축방향 일단으로부터 반경방향 외측으로 넓어져서 형성되어 한쪽 면이 상기 지지 플레이트의 한쪽 면에 접촉하는 플랜지부를 가지고,
   상기 플랜지부에서 상기 지지 플레이트에 고착된 것을 특징으로 하는 직동 액추에이터.
4. 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 베어링 부착 부재가, 상기 지지 플레이트에 나사에 의해 고정되는 것을 특징으로 하는 직동 액추에이터.
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 너트가 상기 이송나사를 끼우고 대향 배치된 한 쌍의 리니어 가이드에 의해 지지되어 있는 것을 특징으로 하는 직동 액추에이터.
6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 가이드 프레임을 추가로 구비하고,
   상기 리니어 가이드는 상기 가이드 프레임을 통하여 상기 지지 플레이트에 고정된 것을 특징으로 하는 직동 액추에이터.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 가이드 프레임이 상기 이송나사를 끼우고 대향 배치된 한 쌍의 벽부를 가지는 것을 특징으로 하는 직동 액추에이터.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 리니어 가이드는,
   상기 한 쌍의 벽부에 각각 고정된 한 쌍의 레일과,
   상기 너트에 고정된 상기 한 쌍의 레일의 각각과 걸어맞추는 러너 블록을 구비하는 것을 특징으로 하는 직동 액추에이터.
9. 제 8 항에 있어서, 모터 지지 프레임을 추가로 구비하고,
   상기 서보모터가 상기 모터 지지 프레임을 통하여 상기 지지 플레이트에 지지되고,
   상기 모터 지지 프레임이 상기 서보모터의 구동축을 끼우고 대향 배치되고, 각각 일단이 상기 지지 플레이트에 고정된 한 쌍의 제2 벽부를 가지는 것을 특징으로 하는 직동 액추에이터.
10. 제 9 항에 있어서, 상기 모터 지지 프레임이 상기 한 쌍의 제2 벽부의 타단을 연결하는 연결판을 가지고,
    상기 서보모터가 상기 연결판에 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 직동 액추에이터.
11. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 이송나사가 볼 나사인 것을 특징으로 하는 직동 액추에이터.
12. 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 직동 액추에이터를 구비한 것을 특징으로 하는 기계 시험기.
13. 제 12 항에 있어서, 기계 시험기는 만능 시험기인 것을 특징으로 하는 기계 시험기.
14. 삭제
15. 삭제
16. 시험편의 일단을 회전 구동하여 비틀림 하중을 부여하는 구동부를 구비한 비틀림 시험기로서,
    상기 구동부는,
    구동측 지지 플레이트와,
    상기 구동측 지지 플레이트에 지지된 서보모터와,
    상기 구동측 지지 플레이트에 지지됨과 아울러, 입력축이 상기 서보모터의 구동축과 연결된 감속기와,
    상기 감속기의 출력축에 고정된 상기 시험편의 일단을 파지하는 구동측 척
    을 구비한 것을 특징으로 하는 비틀림 시험기.
17. 제 16 항에 있어서, 상기 서보모터의 구동축과 상기 감속기의 입력축이 리지드 커플링에 의해 동축으로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 비틀림 시험기.
18. 제 16 항 또는 제 17 항에 있어서, 상기 시험편의 타단을 고정하는 고정부를 추가로 구비하고,
    상기 고정부는,
    고정측 지지 플레이트와,
    일단이 상기 고정측 지지 플레이트에 고정된, 상기 시험편에 가해지는 토크를 검출하는 로드셀과,
    일단이 상기 로드셀의 타단에 고정된 지지 샤프트와,
    상기 지지 샤프트를 회전이 자유롭게 지지하는 베어링과,
    상기 지지 샤프트의 타단에 고정된, 상기 시험편의 타단을 파지하는 고정측 척
    을 구비한 것을 특징으로 하는 비틀림 시험기.
19. 제 18 항에 있어서, 상기 구동측 지지 플레이트, 상기 고정측 지지 플레이트 및 상기 베어링이 고정된 베이스 플레이트를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 비틀림 시험기.
20. 제 16 항 또는 제 17 항에 있어서, 상기 감속기는 상기 구동측 지지 플레이트에 메워넣어져 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 비틀림 시험기.
    

Images