KR102190153B1 - 비틀림 시험 장치 - Google Patents

Abstract

통 형상의 본체 프레임과, 본체 프레임의 축 방향 일단부에 부착된 대략 평판 형상의 제 1 브래킷과, 본체 프레임의 축 방향 타단부에 부착된 대략 평판 형상의 제 2 브래킷과, 본체 프레임의 중공부를 통과하고, 제 1 브래킷 및 제 2 브래킷을 관통하고, 제 1 브래킷 및 제 2 브래킷에 각각 설치된 베어링에 의해 회전 자유롭게 지지된 구동축을 구비하고, 구동축의 일단부는 제 1 브래킷으로부터 외부로 돌출하여, 외부로 구동력을 출력하는 제 1 출력축을 구성하고, 구동축의 타단부는 제 2 브래킷으로부터 외부로 돌출하여, 외부에 구동력을 출력하는 제 2 출력축을 구성한다.

Description

비틀림 시험 장치{TORSION TESTING DEVICE}

본 발명은 2축 출력 모터, 2축 출력 모터를 포함하는 복수의 모터를 직렬로 연결한 모터 유닛, 2축 출력 서보모터를 구비한 비틀림 시험 장치, 회전 비틀림 시험 장치, 타이어 시험 장치, 직동 액추에이터 및 가진 장치에 관한 것이다.

본 발명자들은 종래의 서보모터에 대하여 이너셔를 대폭 저감시킨 초저관성 서보모터를 채용함으로써 수 10∼수 100Hz의 높은 주파수의 반복 부하를 가하는 것이 가능한 서보모터식의 각종 피로 시험 장치나 진동 시험 장치를 실용화했다(예를 들면, 특허문헌 1).

상기의 서보모터식 시험 장치는 종래의 유압식 시험 장치가 안고 있던 많은 심각한 과제(예를 들면, 오일 탱크나 유압 배관 등의 대규모의 유압 공급 설비의 설치가 필요, 정기적으로 대량의 작동유의 교환이 필요, 작동유의 누설에 의한 작업 환경·토양 오염)를 해결하므로, 급격하게 적용 범위가 확대되고 있다.

서보모터식 시험 장치의 적용 범위의 더 한층의 확대를 위해, 초저관성 서보모터의 높은 가속 특성을 유지하면서, 더 한층의 고출력화가 요구되고 있다.

또한 서보모터식 시험 장치의 제조 원가에서 서보모터의 원가가 차지하는 비율이 크기 때문에, 1대의 서보모터를 사용하여 동시에 복수의 공시체의 시험이 가능한 서보모터식 시험 장치가 요구되고 있다.

국제공개 제2008/133187호

그렇지만, 단순히 서보모터를 고출력화하면, 서보모터의 각 부의 강도를 높일 필요가 생기기 때문에, 출력의 증가분 이상으로 사이즈가 대형화되어, 중량이 증가한다. 또한 이것에 의해, 서보모터의 관성 모멘트의 출력비(서보모터의 출력에 대한 관성 모멘트의 비율)가 증대하기 때문에, 가속 특성(약도(躍度: jerk(가가속도))를 포함함)이 저하되어, 출력 가능한 변동 부하의 주파수 범위가 저하되어 버린다고 하는 문제가 생긴다.

또한 종래의 서보모터는 출력축이 1축밖에 없기 때문에, 동시에 복수의 공시체의 시험을 가능하게 하기 위해서는, 동력을 분배하는 기어 기구 등을 설치할 필요가 있어, 마찰 저항의 증대나 시험 장치의 대형화라고 하는 문제가 있었다.

본 발명의 1실시형태에 의하면, 통 형상의 본체 프레임과, 본체 프레임의 축 방향 일단부에 부착된 대략 평판 형상의 제 1 브래킷과, 본체 프레임의 축 방향 타단부에 부착된 대략 평판 형상의 제 2 브래킷과, 본체 프레임의 중공부를 통과하고, 제 1 브래킷 및 제 2 브래킷을 관통하고, 제 1 브래킷 및 제 2 브래킷에 각각 설치된 베어링에 의해 회전 자유롭게 지지된 구동축을 구비하고, 상기 구동축의 일단부를 제 1 브래킷으로부터 외부로 돌출시켜, 외부로 구동력을 출력하는 제 1 출력축으로 하고, 타단부를 제 2 브래킷으로부터 외부로 돌출시켜 제 2 출력축으로 하여 구성한 것을 특징으로 하는 2축 출력 서보모터가 제공된다.

제 1 브래킷 및 제 2 브래킷에, 서로 대향하는 면의 반대측에, 2축 출력 서보모터를 부착하기 위한 탭 구멍이 설치된 제 1 부착면을 형성한 구성으로 해도 된다.

제 1 브래킷 및 제 2 브래킷에, 2축 출력 서보모터를 부착하기 위한 탭 구멍이 설치된, 제 1 부착면과 수직한 제 2 부착면을 형성한 구성으로 해도 된다.

제 1 브래킷 및 제 2 브래킷의 적어도 일방에, 구동축의 회전 위치를 검출하는 로터리 인코더를 설치한 구성으로 해도 된다.

본 발명의 1실시형태에 의하면, 통 형상의 본체 프레임과, 본체 프레임의 축 방향 일단부에 부착된 부하측 브래킷과, 본체 프레임의 축 방향 타단부에 부착된 반부하측 브래킷과, 본체 프레임의 중공부를 통과하고, 제 1 브래킷 및 제 2 브래킷을 관통하고, 부하측 브래킷 및 반부하측 브래킷에 각각 설치된 베어링에 의해 회전 자유롭게 지지된 구동축을 구비하고, 구동축의 일단부만이 부하측 브래킷으로부터 외부로 돌출 설치되어, 외부로 구동력을 출력하는 출력축을 구성하는 제 2 서보모터와, 상기의 2축 출력 서보모터와, 부하측 브래킷과 제 2 브래킷을 소정의 간격을 두고 연결하는 연결 부재와, 제 2 서보모터의 출력축과, 2축 출력 서보모터의 제 2 출력축을 연결하는 커플링과, 제 2 서보모터와 2축 출력 서보모터를 동일 위상으로 구동하는 구동 제어부를 구비한 서보모터 유닛이 제공된다.

상기의 서보모터 유닛은 상기의 2축 출력 서보모터를 구비하고, 부하측 브래킷 및 반부하측 브래킷의 어느 일방에, 구동축의 회전 위치를 검출하는 로터리 인코더가 부착되어 있고, 구동 제어부는 로터리 인코더가 출력하는 신호에 기초하여 제 2 서보모터 및 2축 출력 서보모터의 구동을 제어하도록 구성되어 있어도 된다.

상기의 서보모터 유닛은 상기의 2축 출력 서보모터를 구비하고, 구동 제어부는 로터리 인코더의 일방이 출력하는 신호에 기초하여 제 2 서보모터 및 2축 출력 서보모터의 구동을 제어하도록 구성되어 있어도 된다.

본 발명의 1실시형태에 의하면, 워크의 일단부가 부착되고, 소정의 회전축을 중심으로 회전하는 제 1 구동축과, 워크의 타단부가 부착되고, 회전축을 중심으로 회전하는 제 2 구동축과, 제 1 구동축을 지지함과 아울러 제 1 구동축을 회전 구동하여 워크에 비틀림 하중을 부여하는 하중 부여부와, 회전축을 중심으로 회전 자유롭게 하중 부여부를 지지하는 적어도 하나의 제 1 베어링과, 제 1 구동축 및 하중 부여부를 동일 위상으로 회전 구동하는 회전 구동부와, 비틀림 하중을 검출하는 토크 센서를 구비하고, 회전 구동부에 의해, 제 1 구동축 및 제 2 구동축을 통하여 워크를 회전시킴과 아울러, 하중 부여부에 의해, 제 1 구동축과 제 2 구동축의 회전에 위상차를 줌으로써 워크에 하중을 부여하도록 구성되어 있고, 하중 부여부가 제 1 구동축이 꽂아 넣어진 원통 형상의 축부를 갖는 프레임을 구비하고, 축부에서 프레임이 제 1 베어링에 의해 지지됨과 아울러 제 1 구동축을 지지하고, 토크 센서가 제 1 구동축의 축부에 꽂아 넣어진 부분에 부착됨과 아울러 부분의 비틀림 하중을 검출하도록 구성되고, 하중 부여부가 상기의 서보모터 유닛을 구비한 회전 비틀림 시험 장치가 제공된다.

회전 비틀림 시험 장치가 하중 부여부의 외부에 배치된 서보모터 유닛에 구동 전력을 공급하는 구동 전력 공급부와, 구동 전력 공급부로부터 서보모터 유닛에 구동 전력을 전송하는 구동 전력 전송로와, 하중 부여부의 외부에 배치된, 토크 센서가 출력하는 토크 신호를 처리하는 토크 신호 처리부와, 토크 센서로부터 토크 신호 처리부에 토크 신호를 전송하는 토크 신호 전송로를 구비하고, 구동 전력 전송로가 하중 부여부의 외부에 배치된 외부 구동 전력 전송로와, 하중 부여부의 내부에 배치되어, 하중 부여부와 함께 회전하는 내부 구동 전력 전송로와, 외부 구동 전력 전송로와 내부 구동 전력 전송로를 접속하는 제 1 슬립링부를 구비하고, 토크 신호 전송로가 하중 부여부의 외부에 배치된 외부 토크 신호 전송로와, 하중 부여부의 내부에 배선되어, 하중 부여부와 함께 회전하는 내부 토크 신호 전송로와, 외부 토크 신호 전송로와 내부 토크 신호 전송로를 접속하는 제 2 슬립링부를 구비하고, 제 2 슬립링부가 제 1 슬립링부로부터 격리되어 배치된 구성으로 해도 된다.

회전 구동부가 제 2 모터와, 제 2 모터의 구동력을 하중 부여부 및 제 2 구동축에 전달하여 동일 위상으로 회전시키는 구동력 전달부를 구비하고, 구동력 전달부가 제 2 모터의 구동력을 제 2 구동축에 전달하는 제 1 구동력 전달부와, 제 2 모터의 구동력을 하중 부여부에 전달하는 제 2 구동력 전달부를 구비한 구성으로 해도 된다.

제 1 구동력 전달부 및 제 2 구동력 전달부가 각각 엔드리스 벨트 기구를 구비하고, 제 1 구동력 전달부가 회전축과 평행하게 배치된, 제 2 모터에 의해 구동되는 제 3 구동축과, 제 3 구동축에 동축 고정된 제 1 구동 풀리와, 하중 부여부에 동축 고정된 제 1 종동 풀리와, 제 1 구동 풀리와 제 1 종동 풀리에 걸쳐진 제 1 엔드리스 벨트를 구비하고, 제 2 구동력 전달부가 제 3 구동축에 동축 연결된 제 4 구동축과, 제 4 구동축에 고정된 제 2 구동 풀리와, 제 1 구동축에 고정된 제 2 종동 풀리와, 제 2 구동 풀리와 제 2 종동 풀리에 걸쳐진 제 2 엔드리스 벨트를 구비한 구성으로 해도 된다.

본 발명의 1실시형태에 의하면, 동력 전달 장치인 공시체의 입출력축에 토크를 주는 비틀림 시험 장치로서, 공시체의 입력축에 접속되는 제 1 구동부와, 공시체의 출력축에 접속되는 제 2 구동부를 구비하고, 제 1 구동부 및 제 2 구동부는 상기의 서보모터 유닛과, 서보모터 유닛의 구동축의 회전을 감속하는 감속기와, 공시체의 입력축 또는 출력축이 부착되고, 감속기의 출력을 공시체의 입력축 또는 출력축에 전달하는 척과, 감속기의 출력을 척에 전달함과 아울러, 감속기가 출력하는 토크를 검출하는 토크 센서와, 척의 회전수를 검출하는 회전계를 구비한 비틀림 시험 장치가 제공된다.

토크 센서와 척을 연결하는 스핀들과, 스핀들을 회전 자유롭게 지지하는 베어링부를 구비하고, 감속기는 기어 케이스와, 베어링과, 이 베어링을 통하여 기어 케이스에 지지된 기어 기구를 구비하고, 서보모터의 구동력을 공시체까지 전달하는 감속기의 기어 기구, 토크 센서 및 스핀들을 포함하는 동력 전달축의 하중이 스핀들 및 감속기의 기어 기구에서 지지되는 구성으로 해도 된다.

본 발명의 1실시형태에 의하면, 제 1 공시체 및 제 2 공시체의 시험을 동시에 행하는 비틀림 시험 장치로서, 상기의 2축 출력 서보모터와, 제 1 출력축의 회전을 제 1 공시체의 일단부에 전달하는 제 1 구동 전달부와, 제 1 공시체의 타단부를 고정하는 제 1 반력부와, 제 2 출력축의 회전을 제 2 공시체의 일단부에 전달하는 제 2 구동 전달부와, 제 2 공시체의 타단부를 고정하는 제 2 반력부를 구비하고, 제 1 구동 전달부 및 제 2 구동 전달부는 제 1 공시체 또는 제 2 공시체의 일단부를 부착하는 척 장치를 구비하고, 제 1 반력부 및 제 2 반력부는 제 1 공시체 또는 제 2 공시체의 타단부를 부착하는 척 장치를 구비하고, 제 1 공시체 또는 제 2 공시체에 가해진 토크를 검출하는 토크 센서를 구비한 구성으로 해도 된다.

제 1 구동 전달부 및 제 2 구동 전달부는 제 1 출력축 또는 제 2 출력축의 회전을 감속하는 감속기와, 감속기의 출력축의 회전을 검출하는 로터리 인코더를 구비한 구성으로 해도 된다.

본 발명의 1실시형태에 의하면, 프레임과, 프레임에 고정된, 상기의 서보모터 유닛과, 서보모터와, 서보모터의 회전을 감속하는 감속 기구와, 감속 기구의 입력축과 서보모터의 구동축을 연결하는 커플링과, 감속 기구의 출력축에 고정되고, 공시체의 일단부를 파지하는 제 1 파지부와, 프레임에 고정되고, 공시체의 타단부를 파지하는 제 2 파지부를 구비한 비틀림 시험 장치가 제공된다.

본 발명의 1실시형태에 의하면, 상기의 서보모터 유닛과, 이송 나사와, 이송 나사와 서보모터 유닛의 구동축을 연결하는 커플링과, 이송 나사와 걸어맞추어지는 너트와, 너트의 이동 방향을 이송 나사의 축 방향으로만 제한하는 리니어 가이드와, 서보모터 및 리니어 가이드가 고정되어 있는 지지 플레이트를 구비한 직동 액추에이터가 제공된다.

본 발명의 1실시형태에 의하면, 워크를 부착하기 위한 테이블과, 테이블을 제 1 방향으로 가진 가능한 제 1 액추에이터를 구비하고, 제 1 액추에이터는 상기의 서보모터 유닛과, 서보모터 유닛의 회전 운동을 제 1 방향 또는 제 2 방향의 병진 운동으로 변환하는 볼 나사 기구를 구비한 것을 특징으로 하는 가진 장치가 제공된다.

*본 발명의 1실시형태에 의하면, 워크를 부착하기 위한 테이블과, 테이블을 제 1 방향으로 가진 가능한 제 1 액추에이터와, 테이블을 제 1 방향과 직교하는 제 2 방향으로 가진 가능한 제 2 액추에이터와, 테이블을 제 1 액추에이터에 대하여 제 2 방향으로 슬라이드 가능하게 연결하는 제 1 연결 수단과, 테이블을 제 2 액추에이터에 대하여 제 1 방향으로 슬라이드 가능하게 연결하는 제 2 연결 수단을 구비하고, 제 1 액추에이터 및 제 2 액추에이터는 상기의 서보모터 유닛과, 서보모터 유닛의 회전 운동을 제 1 방향 또는 제 2 방향의 병진 운동으로 변환하는 볼 나사 기구를 각각 구비한 가진 장치가 제공된다.

본 발명의 1실시형태에 의하면, 워크를 부착하기 위한 테이블과, 테이블을 제 1 방향으로 가진 가능한 제 1 액추에이터와, 테이블을 제 1 방향과 직교하는 제 2 방향으로 가진 가능한 제 2 액추에이터와, 테이블을 제 1 방향 및 제 2 방향의 쌍방에 수직한 제 3 방향으로 가진 가능한 제 3 액추에이터와, 테이블을 제 1 액추에이터에 대하여 제 2 방향 및 제 3 방향으로 슬라이드 가능하게 연결하는 제 1 연결 수단과, 테이블을 제 2 액추에이터에 대하여 제 1 방향 및 제 3 방향으로 슬라이드 가능하게 연결하는 제 2 연결 수단과, 테이블을 제 3 액추에이터에 대하여 제 1 방향 및 제 2 방향으로 슬라이드 가능하게 연결하는 제 3 연결 수단을 구비하고, 제 1 액추에이터, 제 2 액추에이터 및 제 3 액추에이터는 상기의 서보모터 유닛과, 서보모터 유닛의 회전 운동을 제 1 방향, 제 2 방향 또는 제 3 방향의 병진 운동으로 변환하는 볼 나사 기구를 각각 구비한 것을 특징으로 하는 가진 장치가 제공된다.

본 발명의 1실시형태에 의하면, 제 1 서보모터와, 통 형상의 케이싱, 상기 케이싱 내에 고정된 제 2 서보모터 및 상기 케이싱 내에 고정된 프레임과 상기 서보모터의 출력축이 연결되는 입력축과 상기 입력축의 회전을 감속하여 출력함과 아울러, 상기 케이싱으로부터 돌출하는 출력축을 구비한 감속기를 갖는 토크 부여 유닛과, 피검체가 부착되고 일단부가 상기 감속기의 출력축과 접속되는 제 1 샤프트와, 일단부가 상기 모터의 출력축과 접속되는 제 2 샤프트와, 상기 감속기의 출력축 및 상기 토크 부여 유닛의 케이싱이 접속되는 접속부를 갖고 이 출력축과 이 케이싱의 회전 운동을 기어로 전달하는 제 1 기어박스와, 상기 제 1 샤프트의 타단부 및 상기 제 2 샤프트의 타단부가 접속되는 접속부를 갖고 이 제 1 샤프트와 제 2 샤프트의 회전 운동을 기어로 전달하는 제 2 기어박스를 갖는 비틀림 시험 장치가 제공된다.

본 발명에 의하면, 제 1 기어박스 및 제 2 기어박스를 통하여 동력 순환을 행하고 있기 때문에, 벨트 기구로 동력 순환을 행하고 있던 종래 구성과 비교하여, 동력의 로스가 적어져, 러닝 코스트가 보다 낮은 비틀림 시험 장치가 실현된다.

본 발명의 1실시형태에 의하면, 출력축과, 소정의 동력을 모의한 모의 동력을 발생하도록 출력축의 회전을 제어하는 제어부와, 제어부로부터 지시된 토크를 출력축에 주는, 회전 자유롭게 지지된 하중 부여부와, 제어부로부터 지시된 회전 속도로 하중 부여부를 회전 구동하는 회전 구동부를 구비하고, 하중 부여부는 그 회전축이 출력축에 연결된 서보모터를 구비한, 동력 시뮬레이터가 제공된다.

본 발명의 실시형태의 구성에 의하면, 고속 회전수에서도 높은 주파수 성분의 토크 변동을 정확하게 모의할 수 있는 전동식의 동력 시뮬레이터가 제공된다.

구동축의 양단부를 각각 제 1 출력축과 및 제 2 출력축으로 함으로써, 기어 기구 등의 동력 분배 수단을 추가하지 않고 출력의 분배가 가능하게 되고, 동력 분배 수단의 추가에 수반되는 마찰 저항의 증대나 시험 장치의 대형화가 방지된다. 또한 이 구성에 의해, 제 1 출력축 및 제 2 출력축의 일방을 다른 서보모터의 출력축에 연결하여 출력을 합성하는 것이 가능하게 되어, 서보모터의 대형화나, 그것에 수반되는 관성 모멘트의 증대에 의한 가속 특성의 저하를 억제하면서 고출력화를 달성하는 것이 가능하게 된다.

도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 2축 출력 서보모터의 측면도이다.
도 2는 본 발명의 실시형태에 따른 서보모터 유닛의 측면도이다.
도 3은 본 발명의 실시형태에 따른 서보모터 유닛의 변형예의 종단면도이다.
도 4는 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 회전 비틀림 시험 장치의 측면도이다.
도 5는 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 회전 비틀림 시험 장치의 하중 부여부 부근의 종단면도이다.
도 6은 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 회전 비틀림 시험 장치의 제어 시스템의 개략 구성을 도시하는 블럭도이다.
도 7은 본 발명의 제 1 실시형태의 변형예에 따른 동력 시뮬레이터의 외관도이다.
도 8은 본 발명의 제 1 실시형태의 변형예에 따른 동력 시뮬레이터의 외관도이다.
도 9는 본 발명의 제 1 실시형태의 변형예에 따른 동력 시뮬레이터를 구비한 시험 장치의 측면도이다.
도 10은 본 발명의 제 1 실시형태의 변형예에 따른 동력 시뮬레이터를 구비한 시험 장치의 일부 확대도이다.
도 11은 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 회전 비틀림 시험 장치의 평면도이다.
도 12는 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 회전 비틀림 시험 장치의 측면도이다.
도 13은 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 회전 비틀림 시험 장치의 하중 부여부 부근의 종단면도이다.
도 14는 본 발명의 제 3 실시형태에 따른 비틀림 시험 장치의 평면도 및 측면도이다.
도 15는 본 발명의 제 3 실시형태에 따른 비틀림 시험 장치의 토크 부여부의 측단면도이다.
도 16은 본 발명의 제 4 실시형태에 따른 비틀림 시험 장치의 평면도이다.
도 17은 본 발명의 제 5 실시형태에 따른 비틀림 시험 장치의 평면도이다.
도 18은 본 발명의 제 6 실시형태에 따른 비틀림 시험 장치의 평면도이다.
도 19는 본 발명의 제 7 실시형태에 따른 회전 비틀림 시험 장치의 외관도이다.
도 20은 본 발명의 제 8 실시형태에 따른 회전 비틀림 시험 장치의 외관도이다.
도 21은 본 발명의 제 9 실시형태에 따른 타이어 마모 시험 장치의 평면도이다.
도 22는 본 발명의 제 10 실시형태에 따른 타이어 시험 장치의 외관도이다.
도 23은 본 발명의 제 10 실시형태에 따른 타이어 시험 장치의 외관도이다.
도 24는 본 발명의 제 11 실시형태에 따른 FR 트랜스미션용의 동력 흡수식 내구 시험 장치의 외관도이다.
도 25는 본 발명의 제 12 실시형태에 따른 FF 트랜스미션용의 동력 흡수식 내구 시험 장치의 외관도이다.
도 26은 본 발명의 제 13 실시형태에 따른 비틀림 시험 장치의 측면도이다.
도 27은 본 발명의 제 13 실시형태의 제 1 구동부의 측면도이다.
도 28은 본 발명의 제 13 실시형태의 제 1 변형예에 따른 비틀림 시험 장치의 평면도이다.
도 29는 본 발명의 제 13 실시형태의 제 2 변형예에 따른 비틀림 시험 장치의 평면도이다.
도 30은 본 발명의 제 13 실시형태의 제 3 변형예에 따른 비틀림 시험 장치의 평면도이다.
도 31은 본 발명의 제 14 실시형태에 따른 비틀림 시험 장치의 측면도이다.
도 32는 본 발명의 제 14 실시형태의 구동부의 확대도이다.
도 33은 본 발명의 제 15 실시형태에 따른 진동 시험 장치의 평면도이다.
도 34는 본 발명의 제 15 실시형태에 따른 제 1 액추에이터를 Y축 방향에서 본 측면도이다.
도 35는 본 발명의 제 15 실시형태에 따른 제 1 액추에이터의 평면도이다.
도 36은 본 발명의 제 15 실시형태의 테이블 및 제 3 액추에이터를 X축 방향에서 본 측면도이다.
도 37은 본 발명의 제 15 실시형태의 테이블 및 제 3 액추에이터를 Y축 방향에서 본 측면도이다.
도 38은 본 발명의 제 15 실시형태에 따른 진동 시험 장치에서의 제어 시스템의 블럭도이다.

이하, 본 발명의 실시형태에 대하여, 도면을 참조하면서 설명한다.

(제 1 실시형태)

우선, 본 발명의 실시형태에 따른 2축 출력 서보모터(150A)에 대하여 설명한다. 도 1은 2축 출력 서보모터(150A)의 측면도이다. 2축 출력 서보모터(150A)는 2개의 출력축(150a2a, 150a2b)을 구비한 고출력(정격 출력 37kW)의 초저관성 서보모터이다. 2축 출력 서보모터(150A)는 본체 프레임(150A1), 구동축(150a2), 제 1 브래킷(150A3) 및 제 2 브래킷(150A4)을 구비하고 있다.

본체 프레임(150A1)은 대략 원통 형상의 프레임이며, 그 내주에 코일을 갖는 고정자(도시하지 않음)가 설치되어 있다. 본체 프레임(150A1)의 축 방향 양단부에는, 본체 프레임(150A1)의 개구를 막도록, 제 1 브래킷(150A3)과 제 2 브래킷(150A4)이 각각 부착되어 있다. 본체 프레임(150A1), 제 1 브래킷(150A3) 및 제 2 브래킷(150A4)에 의해, 모터 케이스가 형성되어 있다. 제 1 브래킷(150A3)과 제 2 브래킷(150A4)에는 각각 구동축(150a2)을 회전 자유롭게 지지하는 베어링(150A3b, 150A4b)이 설치되어 있다. 구동축(150a2)의 길이 방향 중앙부의 외주에는 회전자(도시하지 않음)가 설치되어 있고, 고정자가 발생하는 회전 자장과 구동축(150a2)에 설치된 회전자의 상호 작용에 의해, 구동축(150a2)에 회전력이 주어진다.

구동축(150a2)의 일단부(150a2a)(도 1에서의 우단부)는 제 1 브래킷(150A3)을 관통하고, 모터 케이스로부터 외부로 돌출하여, 출력축(150a2a)으로 되어 있다. 또한 구동축(150a2)의 타단부(150a2b)는 제 2 브래킷(150A4)을 관통하고, 모터 케이스로부터 외부로 돌출하여, 제 2 출력축(150a2b)으로 되어 있다. 제 2 브래킷(150A4)에는, 구동축(150a2)의 타단부(150a2b)의 회전을 검출하는 로터리 인코더(도시하지 않음)가 내장되어 있다.

또한 제 1 브래킷(150A3) 및 제 2 브래킷(150A4)의 하면에는, 2축 출력 서보모터(150A)를 고정하기 위한 1쌍의 탭 구멍(150A3t 및 150A4t)이 각각 설치되어 있다. 종래의 서보모터에서는, 부하측(출력축이 돌출하는 측)의 브래킷의 부착 시트면(도 1에서의 우측면)에만 구동축과 평행하게 연장되는 고정용 탭 구멍이 설치되어 있었다. 정밀기계 시험 이외의 용도에서는 부하측 브래킷의 부착 시트면에 설치된 탭 구멍에 의한 고정만으로 충분하지만, 특히 수 10Hz(예를 들면, 20Hz) 이상의 높은 주파수의 동적 하중을 가하는 정밀 기계 시험 장치(예를 들면, 피로 시험 장치나 진동 시험 장치)에 있어서, 정격 출력이 10kW 정도 이상의 고출력의 서보모터를 사용하는 경우에는, 브래킷의 부착 시트면에서의 고정만으로는 구동축에 수직한 방향으로 서보모터를 완전하게 고정할 수 없어, 예를 들면, 수 ㎛∼수 10㎛ 정도의 미소한 진폭의 진동이 발생하여, 시험 결과에 무시할 수 없는 오차를 주고 있었다.

본 발명자들은 수많은 진동 해석이나 실험의 결과, 각 브래킷의 하면에 2개소씩 구동축과 수직한 방향으로 연장되는 고정용의 탭 구멍을 추가함으로써, 진동 노이즈가 현저하게(예를 들면, 1자리 정도) 개선되는 것을 발견했다. 부하측 브래킷의 부착 시트면에 더하여, 각 브래킷의 하면에 탭 구멍을 설치하고, 이들 탭 구멍을 사용하여 서보모터를 볼트로 고정함으로써, 진동 노이즈가 저감되어, 보다 고정밀도의 기계 시험이 가능하게 된다.

또한 서보모터(150A)는 정격 출력이 37kW로 높고, 작동시의 발열량도 크기 때문에, 내부에서 발생한 열을 수냉에 의해 외부로 방열하도록 구성되어 있다. 본체 프레임(150A1)의 상부에는, 냉각수를 공급 및 배출하기 위한 외부 배관이 접속되는 2개의 튜브 이음매(150A6)가 설치되어 있다.

본 실시형태에서는, 상술의 2축 출력 서보모터(150A)와, 하나의 출력축(150B2a)을 갖는 서보모터(150B)를 직렬로 연결한 서보모터 유닛(150)이 사용된다. 도 2는 본 발명의 실시형태에 따른 서보모터 유닛(150)의 측면도이다. 서보모터 유닛(150)은 1개의 구동축(152)을 가지고 있다.

또한, 서보모터 유닛(150)에 관한 이하의 설명에서는, 구동축(152)이 돌출하는 측(도 2에서의 우측)을 부하측, 그 반대측을 반부하측이라 부른다. 2축 출력 서보모터(150A) 및 서보모터(150B)는 각각 최대로 350N·m에 이르는 토크를 발생하고, 회전부의 관성 모멘트가 10^-2(kg·m²) 이하로 억제된, 정격 출력 37kW의 대출력 초저관성 서보모터이다.

서보모터(150B)는 본체 프레임(150B1), 구동축(150B2), 부하측 브래킷(150B3), 반부하측 브래킷(150B4) 및 로터리 인코더(150B5)를 구비하고 있다. 본체 프레임(150B1) 및 부하측 브래킷(150B3)은 2축 출력 서보모터(150A)의 본체 프레임(150A1) 및 제 1 브래킷(150A3)과 동일한 것이며, 본체 프레임(150B1)의 상부에는, 냉각수를 공급 및 배출하기 위한 외부 배관이 접속되는 2개의 튜브 이음매(150B6)가 설치되어 있다. 반부하측 브래킷(150B4)은 2축 출력 서보모터(150A)의 제 2 브래킷(150A4)과 대략 동일한 구성의 것이지만, 로터리 인코더는 내장되어 있지 않고, 후술과 같이 로터리 인코더(150B5)가 반부하측 브래킷(150B4)에 외장되어 있다. 또한 부하측 브래킷(150B3)과 반부하측 브래킷(150B4)의 하면에도, 각각 1쌍의 탭 구멍(150B3t 및 150B4t)이 설치되어 있다.

구동축(150B2)의 부하측의 일단부(150B2a)는 부하측 브래킷(150B3)을 관통하고, 모터 케이스로부터 외부로 돌출하여, 출력축(150B2a)으로 되어 있다. 한편, 반부하측 브래킷(150B4)의 부착 시트면(도 2에서의 좌측면)에는, 구동축(150B2)의 각도 위치를 검출하는 로터리 인코더(150B5)가 부착되어 있고, 구동축(150B2)의 타단부(150B2b)는 반부하측 브래킷(150B4)을 관통하여, 로터리 인코더 내에 수용되어 있다.

도 2에 도시하는 바와 같이, 서보모터(150B)의 출력축(152B2a)과, 2축 출력 서보모터(150A)의 제 2 출력축(150a2b)은 커플링(150C)에 의해 연결되어 있다. 또한 서보모터(150B)의 부하측 브래킷(150B3)과, 2축 출력 서보모터(150A)의 제 2 브래킷(150A4)은 연결 플랜지(150D)에 의해 소정의 간격을 두고 연결되어 있다.

연결 플랜지(150D)는 원통 형상의 동체부(150D1)와, 동체부(150D1)의 축 방향 양단부로부터 각각 반경 방향 외측으로 연장되는 2개의 플랜지부(150D2)를 가지고 있다. 각 플랜지부(150D2)에는, 부하측 브래킷(150B3) 및 제 2 브래킷(150A4)의 부착 시트면에 설치된 탭 구멍에 대응하는 위치에 볼트 고정용의 관통구멍이 설치되어 있고, 부하측 브래킷(150B3) 및 제 2 브래킷(150A4)에 볼트로 고정된다.

또한, 서보모터 유닛(150)에는, 구동축(150B2)의 각도 위치를 검출하기 위한 2개의 로터리 인코더(2축 출력 서보모터(150A)의 제 2 브래킷(150A4)에 내장된 것과, 서보모터(150B)의 반부하측 브래킷(150B4)에 부착된 로터리 인코더(150B5))가 설치되어 있지만, 서보모터 유닛(150)의 구동 제어에는 통상은 일방의 로터리 인코더만이 사용되고, 타방은 메인터넌스나 구동 상태의 감시에 사용된다.

예를 들면, 진동 시험이나 동력 전달 장치의 내구 시험(회전 비틀림 시험)을 행하기 위해서는, 고속(고주파수)으로 변동하는 큰 축 토크가 필요하게 된다. 이와 같이 고주파수로 변동하는 큰 토크를 발생하기 위해서는, 회전자의 관성 모멘트(이너셔)가 작고, 또한 대용량(고출력)의 모터가 필요하게 된다. 이러한 서보모터를 실현하기 위해서는, 회전자를 가늘고 길게 할 필요가 있다. 그러나, 회전자를 어느 정도를 초과하여 가늘고 길게 하면, 회전자(회전축)의 강성이 낮아지기 때문에, 활 형태로 휘는 것과 같은 회전자의 진동이 현저하게 되어, 모터를 정상적으로 동작할 수 없게 된다. 따라서, 종래와 같이 1쌍의 베어링에 의해 회전축을 양단부만으로 축 지지하는 구성에서는, 저관성 모멘트를 유지한 채로의 대용량화에는 한계가 있었다.

본 실시형태의 서보모터 유닛(150)은, 커플링(150C)에 의해 연결된 긴 회전자가 길이 방향의 양단부와, 연결부 부근의 2개소의, 계 4개소에서 베어링에 의해 지지되어 있기 때문에, 회전자가 길게 되어도 높은 강성으로 유지되어, 안정하게 동작하는 것이 가능하게 되고, 이것에 의해, 종래의 서보모터에서는 불가능했던 고주파수로 변동하는 큰 토크의 발생이 가능하게 되었다. 예를 들면, 서보모터 유닛(150) 단체(무부하 상태)에서, 30000rad/s² 이상의 각 가속도를 달성 가능하다.

또한, 본 실시형태의 서보모터 유닛(150)은 2개의 서보모터(2개의 모터 케이스와 2개의 회전축)를 연결하는 구성으로 되어 있지만, 도 3에 도시하는 바와 같이, 1세트의 장척 모터의 길이 방향 도중에 하나 이상의 베어링을 설치하고, 구동축을 양단부 및 그 도중의 1개소 이상으로 축 지지하는 구성으로 해도 된다.

다음에 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 회전 비틀림 시험 장치(1)의 구성에 대하여 설명한다. 도 4는 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 회전 비틀림 시험 장치(1)의 측면도이다. 회전 비틀림 시험 장치(1)는 자동차용 클러치를 공시체 T1로 하여 회전 비틀림 시험을 행하는 장치이며, 공시체 T1을 회전시키면서 공시체 T1의 입력축과 출력축(예를 들면, 클러치 커버와 클러치 디스크) 사이에 설정된 고정 또는 변동 토크를 가할 수 있다. 회전 비틀림 시험 장치(1)는 회전 비틀림 시험 장치(1)의 각 부를 지지하는 가대(10)와, 공시체 T1과 함께 회전하면서 공시체 T1에 소정의 토크를 가하는 하중 부여부(100)와, 하중 부여부(100)를 회전 자유롭게 지지하는 베어링부(20, 30 및 40)와, 하중 부여부(100)의 내외를 전기적으로 접속하는 슬립링부(50 및 60)와, 하중 부여부(100)의 회전수를 검출하는 로터리 인코더(70)와, 하중 부여부(100)를 설정된 회전 방향 및 회전수로 회전 구동하는 인버터 모터(80), 구동 풀리(91) 및 구동 벨트(타이밍 벨트)(92)를 구비하고 있다.

가대(10)는 상하에 수평으로 나열하여 배치된 하단 베이스판(11) 및 상단 베이스판(12)과, 하단 베이스판(11)과 상단(12)을 연결하는 복수의 수직한 지지벽(13)을 가지고 있다. 하단 베이스판(11)의 하면에는 복수의 방진 마운트(15)가 부착되어 있고, 가대(10)는 방진 마운트(15)를 통하여 평탄한 마루(F) 위에 배치되어 있다. 하단 베이스판(11)의 상면에는 인버터 모터(80)가 고정되어 있다. 또한 상단 베이스판(12)의 상면에는 베어링부(20, 30, 40) 및 로터리 인코더(70)가 부착되어 있다.

도 5는 회전 비틀림 시험 장치(1)의 하중 부여부(100)의 종단면도이다. 하중 부여부(100)는 단차 형성 통 형상의 케이싱(100a)과, 케이싱(100a) 내에 부착된 서보모터 유닛(150), 감속기(160) 및 연결축(170)과, 토크 센서(172)를 구비하고 있다. 케이싱(100a)은 서보모터 유닛(150)이 수용된 모터 수용부(동체부)(110)와, 베어링부(20)에 회전 자유롭게 지지된 축부(120)와, 베어링부(30)에 회전 자유롭게 지지된 축부(130)와, 슬립링부(50)(도 4)의 슬립링(51)이 부착된 축부(140)를 구비하고 있다. 모터 수용부(110)와 축부(120, 130 및 140)는 각각 중공부를 갖는 대략 원통 형상(혹은, 직경이 축 방향에서 계단 형상으로 변화되는 단차 형성 원통 형상)의 부재이다. 모터 수용부(110)는 중공부에 서보모터 유닛(150)을 수용하는 가장 외경이 큰 부재이다. 모터 수용부(110)의 공시체 T1측의 일단부(도 5에서의 우단부)에는 축부(120)가 접속되고, 타단부에는 축부(130)가 접속되어 있다. 또한 축부(130)에서의 모터 수용부(110)와 반대측의 단부에는, 축부(140)가 접속되어 있다. 축부(140)는 선단부(도 4에서의 좌단부)에서 베어링부(40)에 의해 회전 자유롭게 지지되어 있다.

도 4에 도시하는 바와 같이, 서보모터 유닛(150)은 복수의 고정 로드(111)에 의해 모터 수용부(110)에 고정되어 있다. 각 고정 로드(111)는, 도 2에 도시하는, 서보모터(150B)의 부하측 브래킷(150B3)에 설치된 탭 구멍(150B3t), 반부하측 브래킷(150B4)에 설치된 탭 구멍(150B4t), 2축 출력 서보모터(150A)의 제 1 브래킷(150A3)에 설치된 탭 구멍(150A3t) 및 제 2 브래킷(150A4)에 설치된 탭 구멍(150A4t)에 각각 돌려 넣어져 있다.

서보모터 유닛(150)의 구동축(152)은, 커플링(154)을 통하여, 감속기(160)의 입력축에 연결되어 있다. 또한 감속기(160)의 출력축에는 연결축(170)이 접속되어 있다. 또한, 감속기(160)는 부착 플랜지(162)를 구비하고 있고, 부착 플랜지(162)를 모터 수용부(110)와 축부(120) 사이에 끼운 상태에서, 도시되어 있지 않은 볼트에 의해 모터 수용부(110)와 축부(120)를 죔으로써 감속기(160)는 케이싱(100a)에 고정되어 있다.

축부(120)는 대략 단차 형성 원통 형상의 부재이며, 모터 수용부(110)측에 외경이 큰 풀리부(121)를 갖고, 공시체 T1측에 베어링부(20)에 의해 회전 자유롭게 지지되는 주축부(122)를 갖는다. 도 4에 도시하는 바와 같이, 풀리부(121)의 외주면과, 인버터 모터(80)의 구동축(81)에 부착된 구동 풀리(91)에는, 구동 벨트(92)가 감아 걸쳐져 있고, 인버터 모터(80)의 구동력이 구동 벨트(92)에 의해 풀리부(121)에 전달되어, 하중 부여부(100)가 회전하도록 되어 있다. 또한 풀리부(121) 내에는, 감속기(160)와 연결축(170)의 연결부가 수용된다. 이 연결부를 수용하기 위하여 외경을 굵게 할 필요가 있는 개소를 풀리로서 이용함으로써 부품수를 늘리지 않고, 콤팩트한 장치 구조가 실현되고 있다.

축부(120)의 주축부(122)의 선단부(도 5에서의 우단부)에는, 토크 센서(172)가 부착되어 있다. 또한 토크 센서(172)의 일면(도 5에서의 우측면)은 공시체 T1의 입력축(클러치 커버)을 부착하는 시트면으로 되어 있고, 토크 센서(172)에 의해 공시체 T1에 가해지는 토크가 검출된다.

축부(120)의 주축부(122)의 내주면에는, 축 방향 양단 부근에 베어링(123, 124)이 설치되어 있다. 연결축(170)은 베어링(123, 124)에 의해 축부(120) 내로 회전 자유롭게 지지되어 있다. 토크 센서(172)는 중공부를 갖는 대략 원통 형상으로 형성되어 있고, 연결축(170)의 선단부(도 5에서의 우단부)는 토크 센서(172)의 중공부를 관통하고, 외부로 돌출해 있다. 토크 센서(172)로부터 돌출한 선단부는 공시체 T1의 출력축인 클러치 디스크(클러치 허브)의 축구멍에 꽂아 넣어져 고정된다. 즉, 서보모터 유닛(150)에 의해, 하중 부여부(100)의 케이싱(100a)에 대하여 연결축(170)을 회전 구동시킴으로써 케이싱(100a)에 고정된 공시체 T1의 입력축(클러치 커버)과 연결축(170)에 고정된 공시체 T1의 출력축(클러치 디스크) 사이에, 설정된 동적 또는 정적인 토크를 가할 수 있다.

또한 도 4에 도시하는 바와 같이, 축부(130)의 단부(도 4에서의 좌단) 부근에는, 하중 부여부(100)의 회전수를 검출하기 위한 로터리 인코더(70)가 배치되어 있다.

축부(140)의 축 방향 중앙부에는 슬립링부(50)의 슬립링(51)이 부착되어 있다. 슬립링(51)에는, 서보모터 유닛(150)에 구동 전류를 공급하는 동력선(150W)(도 5)이 접속되어 있다. 서보모터 유닛(150)으로부터 연장되는 동력선(150W)은 축부(130) 및 축부(140)에 형성된 중공부를 통과하여 슬립링(51)에 접속되어 있다.

슬립링부(50)는 슬립링(51), 브러시 고정구(52) 및 4개의 브러시(53)를 구비하고 있다. 전술한 바와 같이, 슬립링(51)은 하중 부여부(100)의 축부(140)에 부착되어 있다. 또한 브러시(53)는 브러시 고정구(52)에 의해 베어링부(40)에 고정되어 있다. 슬립링(51)은 축 방향에 동일한 간격으로 배치된 4개의 전극환(51r)을 가지고 있고, 각 전극환(51r)과 대향하여 각 브러시(53)가 배치되어 있다. 각 전극환(51r)에는 서보모터 유닛(150)의 각 동력선(150W)이 접속되고, 각 브러시(53)는 서보모터 구동 유닛(330)(후술)에 접속되어 있다. 즉, 서보모터 유닛(150)의 각 동력선(150W)은 슬립링부(50)를 통하여 서보모터 구동 유닛(330)에 접속되어 있다. 슬립링부(50)는 서보모터 구동 유닛(330)이 공급하는 서보모터 유닛(150)의 구동 전류를 회전하는 하중 부여부(100)의 내부에 도입한다.

또한 축부(140)의 선단부(도 4에서의 좌단부)에는, 슬립링부(60)의 슬립링(도시하지 않음)이 부착되어 있다. 슬립링부(60)의 슬립링에는, 서보모터 유닛(150)으로부터 연장되는 통신선(150W')(도 5)이 접속되어 있고, 예를 들면, 토크 센서(172)나 서보모터 유닛(150)에 내장된 로터리 인코더(150B5)(도 2) 등의 신호가 슬립링부(60)를 통하여 외부로 출력된다. 슬립링에 대용량 모터의 구동 전류 등의 대전류를 흘리면, 방전에 의해 큰 전자 노이즈가 발생하기 쉽다. 또한 슬립링은 충분히 차폐되어 있지 않기 때문에, 전자 노이즈의 간섭을 받기 쉽다. 상기한 바와 같이, 미약 전류가 흐르는 통신선(150W')과, 대전류가 흐르는 동력선(150W)을 일정한 거리를 두고 배치된 각각의 슬립링을 사용하여 외부 배선에 접속하는 구성에 의해, 통신용 신호에의 노이즈의 혼입이 유효하게 방지된다. 또한 본 실시형태에서는, 슬립링부(60)는 베어링부(40)의 슬립링부(50)측과는 반대측의 면에 설치되어 있다. 이 구성에 의해, 베어링부(40)에 의해, 슬립링부(50)에서 발생하는 전자 노이즈로부터 슬립링부(60)를 차폐하는 효과도 얻어진다.

다음에 회전 비틀림 시험 장치(1)의 제어 시스템에 대하여 설명한다. 도 6은 회전 비틀림 시험 장치(1)의 제어 시스템의 개략 구성을 나타내는 블럭도이다. 회전 비틀림 시험 장치(1)는 회전 비틀림 시험 장치(1)의 전체를 제어하는 제어 유닛(C1)과, 시험 조건을 설정하기 위한 설정 유닛(370)과, 설정된 시험 조건(공시체에 가하는 토크나 비틀기각의 파형 등)에 기초하여 서보모터 유닛(150)의 구동량의 파형을 계산하여 제어 유닛(C1)에 출력하는 파형 생성 유닛(320)과, 제어 유닛(C1)의 제어에 기초하여 서보모터 유닛(150)의 구동 전류를 생성하는 서보모터 구동 유닛(330)과, 제어 유닛(C1)의 제어에 기초하여 인버터 모터(80)의 구동 전류를 생성하는 인버터 모터 구동 유닛(340)과, 토크 센서(172)의 신호에 기초하여 공시체에 가재지고 있는 토크를 계산하는 토크 계측 유닛(350)과, 로터리 인코더(70)의 신호에 기초하여 하중 부여부(100)의 회전수를 계산하는 회전수 계측 유닛(360)을 구비하고 있다.

설정 유닛(370)은 도시되어 있지 않은 터치패널 등의 유저 입력 인터페이스, CD-ROM 드라이브 등의 가환형 기록 미디어 독취 장치, GPIB(General Purpose Interface Bus)나 USB(Universal Serial Bus) 등의 외부 입력 인터페이스 및 네트워크 인터페이스를 구비하고 있다. 설정 유닛(370)은 유저 입력 인터페이스를 통하여 접수한 유저 입력, 가환형 기록 미디어로부터 읽어낸 데이터, 외부 입력 인터페이스를 통하여 외부 기기(예를 들면, 펑션 제네레이터)로부터 입력된 데이터 및/또는 네트워크 인터페이스를 통하여 서버로부터 취득한 데이터에 기초하여 시험 조건의 설정을 행한다. 또한, 본 실시형태의 회전 비틀림 시험 장치(1)는 공시체 T1에 부여하는 비틀림을, 공시체 T1에 가해지는 비틀기각(즉, 서보모터 유닛(150)에 내장된 로터리 인코더(150B5)에 의해 검출되는 서보모터 유닛(150)의 구동량)에 기초하여 제어하는 변위 제어와, 공시체 T1에 가해지는(즉, 토크 센서(172)에 의해 검출되는) 토크에 기초하여 제어하는 토크 제어의 2개의 제어 방식에 대응하고 있으며, 어느 제어 방식에 의해 제어를 행할지를 설정 유닛(370)에 의해 설정할 수 있다.

제어 유닛(C1)은 설정 유닛(370)으로부터 취득한 공시체 T1의 회전 속도의 설정값에 기초하여 인버터 모터 구동 유닛(340)에 인버터 모터(80)의 회전 구동을 지령한다. 또한 제어 유닛(C1)은 파형 생성 유닛(320)으로부터 취득한 서보모터 유닛(150)의 구동량의 파형 데이터에 기초하여 서보모터 구동 유닛(330)에 서보모터 유닛(150)의 구동을 지령한다.

도 6에 도시하는 바와 같이, 토크 센서(172)의 신호에 기초하여 토크 계측 유닛(350)이 산출한 토크의 계측값은 제어 유닛(C1) 및 파형 생성 유닛(320)으로 보내진다. 또한 서보모터 유닛(150)에 내장된 내장 로터리 인코더의 신호는 제어 유닛(C1), 파형 생성 유닛(320) 및 서보모터 구동 유닛(330)에 보내진다. 파형 생성 유닛(320)은 서보모터 유닛(150)의 구동축(152)의 회전각을 검출하는 내장 로터리 인코더의 신호로부터 서보모터 유닛(150)의 회전수의 계측값을 계산한다. 파형 생성 유닛(320)은, 토크 제어의 경우에는 토크(변위 제어의 경우에는 서보모터 유닛(150)의 구동량)의 설정값과 계측값을 비교하여, 양자가 일치하도록 제어 유닛(C1)에 보내는 서보모터 유닛(150)의 구동량의 설정값을 수정한다.

또한 로터리 인코더(70)의 신호에 기초하여 회전수 계측 유닛(360)이 산출한 하중 부여부(100)의 회전수의 계측값은 제어 유닛(C1)에 보내진다. 제어 유닛(C1)은, 하중 부여부(100)의 회전수의 설정값과 계측값을 비교하여, 양자가 일치하도록 인버터 모터(80)에 보내는 구동 전류의 주파수를 피드백 제어한다.

또한 서보모터 구동 유닛(330)은, 서보모터 유닛(150)의 구동량의 목표값과 내장 로터리 인코더(150B5)에 의해 검출된 구동량을 비교하여, 구동량이 목표값에 근접하도록 서보모터 유닛(150)에 보내는 구동 전류를 피드백 제어한다.

또한 제어 유닛(C1)은 시험 데이터를 보존하기 위한 도시되지 않은 하드 디스크 장치를 구비하고 있어, 공시체 T1의 회전 속도, 공시체 T1에 가해진 비틀기각(서보모터 유닛(150)의 회전각) 및 비틀림 하중의 각 계측값의 데이터를 하드 디스크 장치에 기록한다. 각 계측값의 시간 변화가 시험 개시로부터 종료까지의 전체 기간에 걸쳐 기록된다. 이상에 설명한 제 1 실시형태의 구성에 의해, 자동차용 클러치를 공시체 T1으로 한 회전 비틀림 시험이 행해진다.

상기의 회전 비틀림 시험 장치(1)에서는, 회전수 제어용의 인버터 모터(80)의 출력과, 토크 제어용의 서보모터 유닛(150)의 출력이 결합되고, 회전수와 토크의 각각을 독립적이고 또한 고정밀도로 제어 가능하게 구성되어 있다. 특히, 복수의 초저관성 서보모터를 직렬로 연결한 서보모터 유닛(150)을 새롭게 채용함으로써, 높은 각가속도(각약도)로 변동하는 큰 토크의 제어가 가능하게 되어, 자동차용 엔진의 출력(특히, 레시프로 엔진의 토크 진동)을 정확하게 재현할 수 있게 되어 있다. 또한, 서보모터 유닛(150)을 사용함으로써, 토크 제어의 응답성도 향상되어, 3ms 이하의 응답시간이 달성된다. 이러한 구성의 회전 구동 장치는, 회전 비틀림 시험 장치에 한하지 않고, 각종 장치의 동력원으로서 사용할 수 있다. 특히, 자동차용(또는 자동차 부품용) 시험 장치에 있어서, 여러 종류의 엔진 출력을 모의한 동력을 출력 가능한 동력 시뮬레이터(모의 엔진)로서 사용할 수 있다. 또한 서보모터 유닛(150)이 발생하는 토크는 고정밀도로 제어되어 있기 때문에, 재현성이 극히 높고, 개체차도 없다. 그 때문에 종래와 같이 실물의 엔진을 사용한 시험보다도 균일한 부하를 주는 것이 가능하여, 보다 재현성이 높은 시험이 가능하게 된다.

(제 1 실시형태의 변형예)

도 7, 도 8은 각각 상술한 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 회전 비틀림 시험 장치(1)의 일부를 변경한 동력 시뮬레이터(1a, 1b)의 외관도이다.

도 7에 도시되는 동력 시뮬레이터(1a)는 베어링부(1020), 슬립링(1401) 및 부착부(173)을 구비하고 있는 점에서 상기의 회전 비틀림 시험 장치(1)와 상이하다. 베어링부(1020)는 후술하는 제 2 실시형태의 베어링부(1020)와 동일 구성의 것이며, 연결축(170)(제 2 실시형태에서는 연결축(1170))의 토크를 검출하는 토크 센서를 내장하고 있다. 슬립링(1401)은 베어링부(1020)에 부착되어 있고, 베어링부(1020)에 내장된 토크 센서로부터 출력되는 신호를 외부로 취출한다. 또한 부착부(173)는 플랜지 이음매이며, 연결축(170)의 선단부에 부착되어 있다. 이와 같이 구성된 동력 시뮬레이터(1a)는 엔진 보조 기계류(예를 들면, 댐퍼 풀리, 얼터네이터, 밸런스 샤프트, 스타터 모터, 링 기어, 워터 펌프, 오일 펌프, 체인, 타이밍 벨트, 커플링, VCT), 동력 전달 장치, 타이어 등의 내구 시험 등에 사용된다.

또한 이상에서 설명한 회전 비틀림 시험 장치(1)나 동력 시뮬레이터(1a)에서는 인버터 모터(80)가 하단 베이스판(11) 위에 배치되고, 하중 부여부(100)가 상단 베이스판(12) 위에 배치된 2단 구조로 되어 있지만, 도 8에 도시하는 동력 시뮬레이터(1b)와 같이, 인버터 모터(80)와 하중 부여부(100)를 동일한 베이스판(10X) 위에 배치한 1단 구조로 해도 된다. 또한, 2단 구조는 설치 면적의 소형화에 유효하다. 또한 1단 구조는 구조가 단순하기 때문에 저비용화에 유리하며, 또한 베이스의 강성(즉, 내진동 특성이나 내하중 특성)의 향상에 유리하다.

다음에 동력 시뮬레이터(1a)를 사용한 엔진 보조 기계류용 내구 시험 장치의 구체예를 설명한다. 이하에 설명하는 시험 장치(100E)는, 공시체인 플라이휠의 링 기어(T1)와 스타터 모터(T2)에, 동력 시뮬레이터(1a)가 발생하는 엔진 부하를 시뮬레이트한 회전 구동력을 주어 내구 시험을 행하는 스타터 모터용 시험 장치이다. 시험 장치(100E)는 스타터 모터와 플라이휠의 링 기어를 걸어 맞춘 상태에서 유지하고, 이것에 동력 시뮬레이터(1a)의 회전 구동력을 주어, 스타터 모터 및 링 기어의 내구 시험을 행한다.

도 9는 시험 장치(100E)의 측면도이다. 또한 도 10은 공시체(링 기어(T1), 스타터 모터(T2)) 부근의 확대도이다.

도 9 및 도 10에 도시하는 바와 같이, 시험 장치(100E)는 동력 시뮬레이터(1a)에 공시체를 유지하는 지지부(S)를 추가한 것이다. 즉, 시험 장치(100E)는 가대(10)의 하단 베이스판(11)에 부착된 인버터 모터(80)와, 상단 베이스판(12)에 부착된 베어링부(1020, 30, 40)에 의해 회전 자유롭게 지지된 하중 부여부(100)를 구비하고 있다. 하중 부여부(100)는 인버터 모터(80)에 의해 회전 구동된다. 하중 부여부(100)에는 서보모터 유닛(150) 및 감속기가 내장되고, 서보모터 유닛(150)의 출력축은 감속기를 통하여, 하중 부여부(100)의 외부로 돌출하는 연결축(170)에 접속되어 있다. 연결축(170)은 하중 부여부(100)의 회전축과 동축으로 배치되어 있고, 연결축(170)의 회전은 인버터 모터(80)에 의한 하중 부여부(100)의 회전에 서보모터 유닛(150)의 회전을 더한 것이 된다. 인버터 모터(80)에 의해 엔진의 회전수가 재현되고, 서보모터 유닛(150)에 의해 엔진의 고속 변동 토크(고각가속도, 고각약도(각가가속도))가 재현된다.

하중 부여부(100)의 연결축(170)의 선단부에는 링 기어(T1)를 부착하기 위한 부착부(173)가 부착되어 있다. 또한 가대(10)의 상단 베이스판(12)에는 스타터 모터(T2)를 지지하는 지지부(S)가 부착되어 있다. 부착부(173)에 링 기어(T1)를 부착하고, 지지부(S)에 스타터 모터(T2)를 부착하면, 링 기어(T1)와 스타터 모터(T2)의 피니언 기어가 걸어맞추어지게 되어 있다. 이 상태에서 시험 장치(100E)의 동력 시뮬레이터(1a)를 구동하여, 엔진의 회전을 모의한 회전을 링 기어(T1) 및 스타터 모터(T2)에 줌으로써 시험이 행해진다.

(제 2 실시형태)

다음에 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 동력 순환 방식의 회전 비틀림 시험 장치(1000)에 대하여 설명한다. 회전 비틀림 시험 장치(1000)는 자동차용 프로펠러 샤프트를 공시체 T2로 하여 회전 비틀림 시험을 행하는 장치이며, 프로펠러 샤프트를 회전시키면서 프로펠러 샤프트의 입력축과 출력축 사이에 설정된 고정 또는 변동 토크를 가할 수 있다. 도 11은 회전 비틀림 시험 장치(1000)의 평면도이며, 도 12는 회전 비틀림 시험 장치(1000)의 측면도(도 11에서 하측으로부터 상측을 본 도면)이다. 또한 도 13은 후술하는 하중 부여부(1100) 부근의 종단면도이다. 또한, 회전 비틀림 시험 장치(1000)의 제어 시스템은 도 5에 도시하는 제 1 실시형태와 동일한 개략 구성을 가지고 있다.

도 11에 도시하는 바와 같이, 회전 비틀림 시험 장치(1000)는 회전 비틀림 시험 장치(1000)의 각 부를 지지하는 4개의 베이스(1011, 1012, 1013 및 1014)와, 공시체 T2와 함께 회전하면서 공시체 T2의 양 단부 사이에 소정의 토크를 가하는 하중 부여부(1100)와, 하중 부여부(1100)를 회전 자유롭게 지지하는 베어링부(1020, 1030 및 1040)와, 하중 부여부(1100)의 내외의 배선을 전기적으로 접속하는 슬립링부(1050, 1060 및 1400)와, 하중 부여부(1100)의 회전수를 검출하는 로터리 인코더(1070)와, 하중 부여부(1100) 및 공시체 T2의 일단부(도 11에서의 우단부)를 설정된 회전 방향 및 회전수로 회전 구동하는 인버터 모터(1080)와, 인버터 모터(1080)의 구동력을 하중 부여부(1100)에 전달하는 구동력 전달부(1190)(구동 풀리(1191), 구동 벨트(타이밍 벨트)(1192) 및 종동 풀리(1193))와, 인버터 모터(1080)의 구동력을 공시체 T2의 일단부에 전달하는 구동력 전달부(1200)를 구비하고 있다. 구동력 전달부(1200)는 베어링부(1210), 구동축(1212), 중계축(1220), 베어링부(1230), 구동축(1232), 구동 풀리(1234), 베어링부(1240), 구동축(1242), 종동 풀리(1244), 구동 벨트(타이밍벨트)(1250) 및 워크 부착부(1280)를 구비하고 있다.

또한, 회전 비틀림 시험 장치(1000)에서의 베어링부(1020, 1030, 1040), 슬립링부(1050), 슬립링부(1060), 로터리 인코더(1070), 인버터 모터(1080) 및 구동 풀리(1091)는 각각 제 1 실시형태의 회전 비틀림 시험 장치(1)에서의 베어링부(20, 30, 40), 슬립링부(50), 슬립링부(60), 로터리 인코더(70), 인버터 모터(80) 및 구동 풀리(91)와 동일하게 구성되어 있다. 또한 하중 부여부(1100)는 후술하는 축부(1120), 연결축(1170), 워크 부착부(1180) 및 슬립링부(1400)를 제외하고, 제 1 실시형태의 하중 부여부(100)과 동일한 구성을 가지고 있다. 또한 구동 벨트(1192)는 종동측에서 종동 풀리(1193)에 걸쳐져 있는 점에서 제 1 실시형태의 구동 벨트(92)의 구성과 상이하지만, 그 밖의 구성은 구동 벨트(92)와 동일한 것이다. 이하의 제 2 실시형태의 설명에서는, 제 1 실시형태와 동일 또는 유사한 구성에 대하여 동일 또는 유사한 부호를 사용하여 상세한 설명을 생략하고, 제 1 실시형태와의 구성상의 차이점을 중심으로 설명한다.

4개의 베이스(1011, 1012, 1013 및 1014)는 각각 동일한 평탄한 마루(F) 위에 배치되고, 고정 볼트(도시하지 않음)에 의해 고정되어 있다. 베이스(1011) 위에는 인버터 모터(1080) 및 베어링부(1210)가 고정되어 있다. 베이스(1012) 위에는, 하중 부여부(1100)를 지지하는 베어링부(1020, 1030 및 1040)와, 슬립링부(1400)의 지지 프레임(1402)이 고정되어 있다. 또한 베이스(1013)에는 베어링부(1230)가 고정되고, 베이스(1014)에는 베어링부(1240)가 고정되어 있다. 베이스(1013 및 1014)는 각각 고정 볼트를 느슨하게 함으로써 공시체 T1의 길이에 따라, 베어링부(1230 또는 1240)의 축 방향으로 이동 가능하게 되어 있다.

하중 부여부(1100)의 연결축(1170)은 축부(1120)의 선단부(도 13에서의 우단)로부터 외부로 돌출되어 있고, 연결축(1170)의 선단부(도 13에서의 우단부)에는 워크 부착부(플랜지 이음매)(1180)가 고정되어 있다. 연결축(1170)의 축부(1120)로부터 돌출한 부분의 축 방향 중앙부에는 복수의 전극환을 갖는 슬립링(1401)이 부착되어 있다.

또한 도 13에 도시하는 바와 같이, 연결축(1170)의 축부(1120) 내에 수용된 부분에는 외경이 가늘게 형성된 환상의 협착부(1172)가 형성되어 있고, 협착부(1172)의 둘레면에는 스트레인 게이지(1174)가 붙여져 있다. 또한 연결축(1170)은 중심축 상을 관통하는 도시되지 않은 중공부를 갖는 통 형상 부재이며, 협착부(1172)에는 중공부로 이어지는 도시되지 않은 삽입통과 구멍이 형성되어 있다. 스트레인 게이지(1174)의 리드(도시하지 않음)는 연결축(1170)에 형성된 상기의 삽입통과 구멍 및 중공부에 통과시켜져, 슬립링(1401)의 각 전극환에 접속되어 있다. 또한, 중공부 및 삽입통과 구멍 대신, 연결축(1170)의 둘레면에 협착부(1172)로부터 슬립링(1401)까지 연장되는 배선홈을 설치하고, 스트레인 게이지(1174)의 리드를 배선홈에 통과시켜 슬립링(1401)까지 배선하는 구성으로 해도 된다.

슬립링(1401)의 하부에는, 지지 프레임(1402) 위에 고정된 브러시부(1403)가 배치되어 있다. 브러시부(1403)는 슬립링(1401)의 각 전극환과 각각 접촉하도록 대향하여 배치된 복수의 브러시를 구비하고 있다. 각 브러시의 단자는 도시되지 않은 와이어에 의해 토크 계측 유닛(1350)(후술)에 접속되어 있다.

다음에 구동력 전달부(1200)(도 11)의 구성을 설명한다. 베어링부(1210, 1230 및 1240)는 구동축(1212, 1232 및 1242)을 각각 회전 자유롭게 지지하고 있다. 구동축(1212)의 일단부(도 11에서의 좌단부)는, 구동 풀리(1191)를 통하여, 인버터 모터(1080)의 구동축에 연결되어 있다. 또한 구동축(1232)의 일단부(도 11에서의 좌단부)는 중계축(1220)을 통하여 구동축(1212)의 타단부(도 11에서의 우단부)에 연결되어 있다. 구동축(1232)의 타단부(도 11에 있어서의 우단부)에는 구동 풀리(1234)가, 구동축(1242)의 일단부(도 11에서의 우단부)에는 종동 풀리(1244)가 각각 부착되어 있다. 구동 풀리(1234)와 종동 풀리(1244)에는 구동 벨트(1250)가 걸쳐져 있다. 또한 구동축(1242)의 타단부(도 11에 있어서의 좌단부)에는, 공시체 T2의 일단부를 고정하기 위한 워크 부착부(플랜지 이음매)(1280)가 부착되어 있다.

인버터 모터(1080)의 구동력은 상술한 구동력 전달부(1200)(즉, 구동축(1212), 중계축(1220), 구동축(1232), 구동 풀리(1234), 구동 벨트(1250), 종동 풀리(1244) 및 구동축(1242))을 통하여 워크 부착부(1280)에 전달되고, 설정된 회전 방향 및 회전수로 워크 부착부(1280)를 회전시킨다. 또한 동시에, 인버터 모터(1080)의 구동력은 구동력 전달부(1190)(즉, 구동 풀리(1191), 구동 벨트(1192) 및 종동 풀리(1193))를 통하여 하중 부여부(1100)에 전달되고, 하중 부여부(1100)와 워크 부착부(1280)를 동기하여(즉, 항상 동일한 회전수 및 동일한 위상으로) 회전시킨다.

(제 3 실시형태)

상기의 제 2 실시형태에서는, 서로 평행하게 배치된 구동축(1212)과 하중 부여부(1100), 구동축(1232)과 구동축(1242)이 구동 벨트(1192, 1250)에 의해 각각 연결되어, 동력 순환계가 구성되어 있다. 그러나, 본 발명은 이 구성에 한정되지 않고, 이하에 설명하는 제 3∼제 7 실시형태와 같이, 구동 벨트 대신에 기어 장치를 사용하여 동력을 전달하는 구성도 본 발명의 범위에 포함된다.

도 14(a)는 본 발명의 제 3 실시형태에 따른 비틀림 시험 장치의 평면도이다. 또한 도 14(b)는 본 실시형태에 따른 비틀림 시험 장치의 측면도이다. 도 14에 도시하는 바와 같이, 본 실시형태의 비틀림 시험 장치(100H)는, 베이스(7110) 위에, 워크 회전용 서보모터(7121), 토크 부여 유닛(7130), 제 1 기어박스(141), 제 2 기어박스(142)가 고정된 구성으로 되어 있다.

제 1 기어박스(141)는 141a1, 141a2, 141b1 및 141b2의 4개의 축 접속부를 구비하고 있다. 또한 제 2 기어박스(142)는 142a 및 142b의 2개의 축 접속부를 구비하고 있다.

워크 회전용 서보모터(7121)의 출력축(121a)에는 구동 풀리(7122)가 부착되어 있다. 또한 제 1 기어박스(141)의 축 접속부(141a1)에는 종동 풀리(7123)의 축(123a)이 장착되어 있다. 또한 구동 풀리(7122)와 종동 풀리(7123)에는 엔드리스 벨트(7124)가 걸쳐져 있어, 워크 회전용 서보모터(7121)를 구동함으로써 종동 풀리(7123)를 원하는 회전 속도로 회전시키는 것이 가능하게 되어 있다.

축 접속부(141b1 및 141b2)에는 토크 부여 유닛(7130)이 접속된다. 토크 부여 유닛(7130)의 구성에 대하여 이하에 설명한다.

도 15는 본 실시형태의 토크 부여 유닛(7130) 및 제 1 기어박스(141)의 측단면도이다. 토크 부여 유닛(7130)은 케이싱(131)과, 케이싱(131) 내에 고정된 토크 부여용 서보모터 유닛(132) 및 감속기(133)를 구비하고 있다. 또한, 토크 부여용 서보모터 유닛(132)은, 제 1 실시형태의 서보모터 유닛(150)과 동일 구성의 것이지만, 서보모터 유닛(150) 대신에 제 1 실시형태의 서보모터(150B)를 단체로 사용해도 된다. 케이싱(131)의 축 방향 일단측(도면 중 우측)에는 관 형상부(131a)가 형성되어 있다. 관 형상부(131a)는 축 접속부(141b1)를 통하여 제 1 기어박스(141) 내에 삽입되어 있고, 제 1 기어박스(141) 내에 회전 가능하게 지지되어 있다. 또한 관 형상부(131a)에는 기어(141b3)가 장착되어 있다.

감속기(133)는 입력축(133a)과 출력축(133b)을 가지고 있고, 입력축(133a)에 입력된 회전 운동을 감속하여 출력축(133b)에 출력한다. 감속기(133)의 입력축(133a)은 커플링(134)에 의해 토크 부여용 서보모터 유닛(132)의 출력축(132a)과 연결되어 있다. 또한 감속기(133)의 출력축(133b)은 케이싱(131)의 관 형상부(131a)의 내부에서 회전 가능하게 지지됨과 아울러, 관 형상부(131a)의 선단부로부터 돌출해 있다. 관 형상부(131a)로부터 돌출한 감속기(133)의 출력축(133b)은 제 1 기어박스(141)의 축 접속부(141b2)에 접속된다.

도 14에 도시되는 바와 같이, 감속기(133)의 출력축(133b)은 커플링(151)을 통하여 시험대상인 트랜스미션 유닛(W1)의 입력축(W1a)에 연결된다. 트랜스미션 유닛(W1)의 출력축(W1b)은 토크 센서(7160)를 통하여 제 2 기어박스(142)의 축 접속부(142b)에 접속된다.

제 2 기어박스(142)의 축 접속부(142a)에는, 중계 샤프트(143)를 통하여 트랜스미션 유닛(W2)의 출력축(W2b)이 접속된다. 트랜스미션 유닛(W2)의 입력축(W2a)은 커플링(7152)을 통하여 제 1 기어박스(141)의 축 접속부(141a2)에 접속된다.

여기에서, 제 1 기어박스(141)의 축 접속부(141a1)에 장착되어 있는 종동 풀리(7123)의 축(123a)과 축 접속부(141a2)에 장착되는 축은 제 1 기어박스(141)의 내부에서 커플링(153)을 통하여 연결되어, 양자가 일체가 되어 회전하도록 구성되어 있다. 또한 축 접속부(141a1)에 장착되는 종동 풀리(7123)의 축(123a)에는 기어(141a3)가 장착된다. 축 접속부(141b1)에 접속되어 있는 관 형상부(131a)에는 제 1 기어박스(141)의 내부에서 기어(141b3)가 장착된다. 도 14(a)에 도시되는 바와 같이, 기어(141a3)와 기어(141b3)는 중간 기어(141i)를 통하여 맞물려 있고, 축 접속부(141a1 및 141a2)에 접속되는 축과, 축 접속부(141b1)에 접속되는 축 사이에서, 서로 회전 운동을 전달 가능하게 되어 있다. 또한, 중간 기어(141i)가 기어(141a3)와 기어(141b3) 사이에 개재되어 있으므로, 종동 풀리(7123)와, 중계 샤프트(143) 및 토크 부여 유닛(7130)의 케이싱(131)은 동일한 방향으로 회전하도록 되어 있다.

축 접속부(142a)에 접속되어 있는 축부(중계 샤프트(143)의 일단부)에는 기어(142a1)가 장착되어 있다. 또한 축 접속부(142b)에 접속되어 있는 축부에는 기어(142b1)가 접속되어 있다. 기어(142a1과 142b1)는 제 2 기어박스(142)의 내부에서 중간 기어(142i)를 통하여 맞물려 있고, 축 접속부(142a)에 접속되는 축과 축 접속부(142b)에 접속되는 축 사이에서, 서로 회전 운동을 전달 가능하게 되어 있다. 또한, 중간 기어(142i)가 기어(142a1)와 기어(142b1) 사이에 개재되어 있으므로, 축 접속부(142a)에 접속되는 축과, 축 접속부(142b)에 접속되는 축은 동일한 방향으로 회전하도록 되어 있다.

따라서, 본 실시형태에서는, 워크 회전용 서보모터(7121)(도 14)를 구동하면, 종동 풀리(7123) 및 종동 풀리(7123)와 기어를 통하여 접속되어 있는 케이싱(131)(도 15)이 회전 구동되게 된다. 상기한 바와 같이, 토크 부여용 서보모터 유닛(132)은 케이싱(131)에 고정되어 있기 때문에, 케이싱(131)과 토크 부여용 서보모터는 일체가 되어 회전하도록 되어 있다.

그 때문에, 케이싱(131)이 회전하고 있는 상태에서 토크 부여용 서보모터 유닛(132)을 구동하면, 감속기(133)의 출력축(133b)은 케이싱(131)의 회전수와, 토크 부여용 서보모터 유닛(132)에 의한 출력축(133b)의 회전수를 가산한 회전수로 회전하게 된다.

트랜스미션 유닛(W2)은 트랜스미션 유닛(W1)과 동형(동일한 감속비)이다. 또한 기어박스(141 및 142)의 기어비는 모두 1:1이다. 그 때문에, 제 1 기어박스(141)의 축 접속부(141a2와 141b2)에 접속된 축의 회전수는 대략 동일하게 된다. 또한, 트랜스미션 유닛(W2)은, 상기한 바와 같이 축 접속부(141a2와 141b2)에 접속된 축의 회전수를 정돈하기 위해 이용되는 일종의 더미 워크이며, 비틀림 시험의 대상이 아니다.

본 실시형태에서는, 예를 들면, 워크 회전용 서보모터(7121)를 정속 구동함과 아울러, 토크 부여용 서보모터 유닛(132)(도 15)에 의해 출력축(132a)을 왕복 구동시킴으로써 트랜스미션 유닛(W1)의 입력축(W1a)을 회전시키면서 주기적으로 변동하는 토크를 가하는 것이 가능하게 된다.

(제 4 실시형태)

다음에 본 발명의 제 4 실시형태에 대하여 설명한다. 도 16은 본 발명의 제 4 실시형태에 따른 비틀림 시험 장치의 평면도이다. 도 16에 도시되는 바와 같이, 본 실시형태의 비틀림 시험 장치(100A)는, 더미 워크를 사용하지 않고, 커플링(7152)과 제 2 기어박스(142)의 축 접속부(142a)가 중계 샤프트(143A)에 의해 직접 연결되어 있는 점을 제외하고, 제 3 실시형태의 비틀림 시험 장치(100H)와 동일하다. 또한, 이하의 제 4 실시형태의 설명에서는, 제 3 실시형태와 동일 또는 유사한 기능을 갖는 요소에는 동일 또는 유사한 부호를 붙이고, 중복되는 설명은 생략한다.

본 실시형태에서는, 중계 샤프트(143A)의 회전수(즉, 토크 부여 유닛(7130)의 케이싱(131)의 회전수)와, 제 1 기어박스(141)의 축 접속부(141b2)에 접속되는 축의 회전수(즉, 트랜스미션 유닛(W1)의 입력축(W1a)의 회전수)가 상이하다. 그 때문에, 본 실시형태에서는, 트랜스미션 유닛(W1)의 입출력축에서의 회전수의 변화를 보충하도록, 토크 부여 유닛(7130)의 토크 부여용 서보모터 유닛(132)(도 15)을 회전 구동하고 있다. 예를 들면, 트랜스미션 유닛(W1)의 감속비가 1/3.5이고, 입력축(W1a)의 회전수를 4000rpm, 출력축(W1b)의 회전수를 1143rpm으로 하여 비틀림 시험을 행하는 것이라면, 1143rpm의 회전을 토크 부여 유닛(7130)의 케이싱(131)에 부여하도록 워크 회전용 서보모터(7121)의 회전수를 설정함과 아울러, 감속기(133)의 출력축(133b)의 케이싱(131)에 대한 상대회전수가 2857rpm이 되도록 토크 부여용 서보모터 유닛(132)의 회전수를 설정함으로써, 트랜스미션 유닛(W1)의 입력축(W1a)의 회전수를 4000rpm으로 할 수 있다.

이와 같이, 본 실시형태에서는, 동력 순환을 행하면서, 더미 워크를 사용하지 않고 트랜스미션 유닛(W1)의 비틀림 시험을 행할 수 있다.

또한 본 실시형태에서는, 응답성이 높은 서보모터에 의해 워크의 회전 구동 및 토크 부여를 행하고 있기 때문에, 비틀림 시험을 행하고 있는 한가운데 트랜스미션 유닛(W1)의 기어비를 변경하는 것도 가능하다. 즉, 본 실시형태에서는, 트랜스미션 유닛(W1)의 기어비 변경에 의한 출력축(W1b)의 회전수의 변화에 동기시켜, 토크 부여용 서보모터 유닛(131)의 회전수를 급변시키는 것이 가능하기 때문에, 트랜스미션 유닛(W1)의 기어비를 변경했다고 해도 기어박스(141, 142) 내의 기어나 트랜스미션 유닛(W1)에 과도한 부하가 걸려 파손되는 일은 없다.

(제 5 실시형태)

본 발명의 제 3 및 제 4 실시형태에서는, 트랜스미션 유닛을 피검체(워크)로 하고 있다. 그렇지만, 본 발명은 상기의 구성에 한정되는 것은 아니며, 타종의 워크에 대하여 비틀림 시험을 행하는 것도 가능하다. 이하에 설명하는 본 발명의 제 5 실시형태에 따른 비틀림 시험 장치는 FR차의 동력 전달계 전체를 워크로 하여 비틀림 시험을 행하는 것이다.

도 17은 본 발명의 제 5 실시형태에 따른 비틀림 시험 장치의 평면도이다. 도 17에 도시되는 바와 같이, 본 실시형태에 따른 비틀림 시험 장치(100B)는 트랜스미션 유닛(TR1), 프로펠러 샤프트(PS), 디퍼렌셜 기어(DG1)로 구성되는 FR차의 동력 전달계(W3)에 대하여 비틀림 시험을 행하는 것이다.

본 실시형태의 비틀림 시험 장치(100B)는, 디퍼렌셜 기어(DG1)의 출력축이 2계통(DG1a, DG1b) 있기 때문에, 디퍼렌셜 기어(DG1)의 출력을 제 1 기어박스(141B)로 되돌리기 위한 제 2 기어박스(142B1, 142B2) 및 중계 샤프트(143B1, 143B2)가 2계통씩 설치되어 있다. 구체적으로는, 디퍼렌셜 기어(DG1)의 출력축(DG1a, DG1b)이 각각 제 2 기어박스(142B1, 142B2)를 통하여 중계 샤프트(143B1, 143B2)에 접속되어 있다.

또한 제 1 기어박스(141B)는 토크 부여 유닛(7130)의 케이싱(131)의 관 형상부(131a) 및 트랜스미션 유닛(TR1)의 입력축(TR1a)이 각각 부착되는 축 접속부(141Bb1, 141Bb2)(제 3 실시형태의 축 접속부(141b1, 141b2)와 동일 기능)와, 워크 회전용 서보모터(7121)의 출력축(121a)과 중계 샤프트(143B1)가 접속되는 축 접속부(141Ba1, 141Ba2)에 더하여, 중계 샤프트(143B2)와 접속되는 축 접속부(141Bc)를 가지고 있다. 또한 워크 회전용 서보모터(7121)의 출력축(121a)과 중계 샤프트(143B1)는 제 1 기어박스(141) 내에 배치된 커플링(153B)을 통하여 연결되어 있다. 또한, 트랜스미션 유닛(TR1)의 입력축(TR1a)과 토크 부여 유닛(130)의 감속기(133)의 출력축(133b)은 제 1 기어박스(141) 내에 배치된 커플링(151B)을 통하여 연결되어 있다.

축 접속부(141Ba1, 141Bb1, 141Bc)에 접속되는 축끼리는 각 축에 별개로 부착되는 기어 및 중간 기어(도시 생략)를 통하여 서로 접속되어 있고, 워크 회전용 서보모터(7121)를 구동하면, 중계 샤프트(143B1, 143B2) 및 토크 부여 유닛(7130)의 케이싱(131)이 회전하도록 되어 있다.

본 실시형태에서는, 제 4 실시형태와 마찬가지로, 트랜스미션 유닛(TR1)의 입력축(TR1a)의 회전수와, 중계 샤프트(143B1 및 143B2)의 회전수가 상이하기 때문에, 상기 회전수의 차를 보충하도록 토크 부여용 모터(131)(도 15)의 회전수를 제어하고 있다.

(제 6 실시형태)

또한 본 발명의 구성에 있어서, FF차용의 동력 전달계를 워크로 하는 것도 가능하다. 이하에 설명하는 본 발명의 제 6 실시형태에 따른 비틀림 시험 장치는 FF차의 동력 전달계에 대하여 비틀림 시험을 행하는 것이다.

도 18은 본 발명의 제 6 실시형태에 따른 비틀림 시험 장치(100C)의 평면도이다. 도 18에 도시되는 바와 같이, 본 실시형태의 비틀림 시험 장치(100C)는 토크 컨버터(TC)를 내장하는 트랜스미션 유닛(TR2)과 디퍼렌셜 기어(DG2)가 일체가 된 FF차용의 동력 전달계(W4)를 워크로 하여 비틀림 시험을 행하는 것이다.

도 18에 도시되는 바와 같이, 동력 전달계(W4)는 트랜스미션 유닛(TR2)의 입력축(TR2a)과, 디퍼렌셜 기어(DG2)의 출력축(DG2a, DG2b)이 대략 평행하게 형성되어 있는, 가로배치 엔진용의 동력 전달계이다. 그 때문에, 본 실시형태에서는, 디퍼렌셜 기어(DG2)의 일방의 출력축(DG2a)을 그대로 제 1 기어박스(141C)에 접속하고, 다른 일방의 출력축(DG2b)만을 제 2 기어박스(142C)를 통하여 중계 샤프트(143C)에 접속하고 있다.

본 실시형태의 제 1 기어박스(141C)는 제 5 실시형태와 같이 토크 부여 유닛(7130)의 케이싱(131)의 관 형상부(131a) 및 트랜스미션 유닛(TR2)의 입력축(TR2a)이 각각 부착되는 축 접속부(141Cb1, 141Cb2)와, 워크 회전용 서보모터(7121)의 출력축(121a)과 디퍼렌셜 기어(DG2)의 출력축(DG2a)이 접속되는 축 접속부(141Ca1, 141Ca2)와, 중계 샤프트(143C)와 접속되는 축 접속부(143Cc)를 가지고 있다. 워크 회전용 서보모터(7121)의 출력축(121a)과 디퍼렌셜 기어(DG2)의 출력축(DG2a)은 제 1 기어박스(141C) 내에 배치된 커플링(153C)에 의해 연결되어 있다. 또한 토크 부여 유닛(7130)의 감속기(133)의 출력축(133b)과 트랜스미션 유닛(TR2)의 입력축(TR2a)은 제 1 기어박스(141C) 내에 배치된 커플링(151C)에 의해 연결되어 있다.

축 접속부(141Ca1, 141Cb1, 141Cc)에 접속되는 축끼리는 각 축에 별개로 부착되는 기어를 통하여 서로 접속되어 있고, 워크 회전용 서보모터(7121)를 구동하면, 디퍼렌셜 기어(DG2)의 출력축(DG2a), 중계 샤프트(143C) 및 토크 부여 유닛(7130)의 케이싱(131)이 회전하도록 되어 있다.

또한 본 실시형태에서는, 제 4 및 제 5 실시형태와 같이 트랜스미션 유닛(TR2)의 입력축(TR2a)의 회전수와, 디퍼렌셜 기어(DG2)의 출력축(DG2a) 및 중계 샤프트(143C)의 회전수가 상이하기 때문에, 상기 회전수의 차를 보충하도록 토크 부여용 모터(131)(도 15)의 회전수를 제어하고 있다.

(제 7 실시형태)

도 19는 본 발명의 제 7 실시형태에 따른 회전 비틀림 시험 장치(100B')의 외관도이다. 도 19에 도시하는 바와 같이, 본 실시형태에 따른 비틀림 시험 장치(100B')는 디퍼렌셜 기어(DG1)를 대상으로 회전 비틀림 시험을 행하는 것이다.

본 실시형태의 비틀림 시험 장치(100B')는, 디퍼렌셜 기어(DG1)의 출력축이 2계통(DG1a, DG1b) 있기 때문에, 디퍼렌셜 기어(DG1)의 출력을 제 1 기어박스(141B)로 되돌리기 위한 제 2 기어박스(142B1, 142B2), 베벨 기어 박스(144B1, 144B2) 및 중계 샤프트(143B1, 143B2)가 2계통씩 설치되어 있다. 구체적으로는, 디퍼렌셜 기어(DG1)의 출력축(DG1a, DG1b)이 각각 제 2 기어박스(142B1, 142B2) 및 베벨 기어 박스(144B1, 144B2)를 통하여 중계 샤프트(143B1, 143B2)에 접속되어 있다.

또한 제 1 기어박스(141B)는 기어(141Bb)와, 기어(141Bb)에 각각 걸어맞추어지는 기어(141Ba, 141Bc)를 구비하고 있다. 기어(141Bb)에는 토크 부여 유닛(7130)의 케이싱의 관 형상부가 접속되어 있다. 또한 기어(141Ba, 141Bc)에는 중계 샤프트(143B1, 143B2)가 각각 접속되어 있다. 이것에 의해, 인버터 모터(80)를 구동하면, 중계 샤프트(143B1, 143B2) 및 토크 부여 유닛(7130)의 케이싱(131)이 회전하도록 되어 있다.

디퍼렌셜 기어(DG1)의 출력축(DG1a, DG1b) 및 입력축(DG1c)은 각각 토크 센서(172a, 172b 및 172c)를 통하여 각 기어박스(142B1, 142B2) 및 토크 부여 유닛(7130)의 축부에 접속되어 있다. 토크 센서(172a, 172b, 172c)는, 각각 도 13(제 2 실시형태)에 도시되어 있는, 협착부(1172)에 스트레인 게이지(1174)가 붙여진 축(1170)을 베어링부(1020)로(축부(1120)를 통하지 않고 직접) 지지한 것과 같은 구성의 것이다.

본 실시형태에서는, 디퍼렌셜 기어(DG1)의 입력축(DG1c)의 회전수와, 출력축(DG1a, DG1b)의 회전수가 상이하기 때문에, 이 회전수의 차를 보충하도록 토크 부여 유닛(7130)에 내장되는 서보모터 유닛(150)의 회전수가 제어되어 있다.

(제 8 실시형태)

또한 본 발명은 FF차용의 동력 전달 장치를 대상으로 하는 시험 장치에 적용하는 것도 가능하다. 이하에 설명하는 본 발명의 제 8 실시형태에 따른 비틀림 시험 장치는 FF차의 동력 전달계를 대상으로 회전 비틀림 시험을 행하는 동력순환식의 시험 장치이다.

도 20은 본 발명의 제 8 실시형태에 따른 비틀림 시험 장치(100C')의 외관도이다. 도 20에 도시되는 바와 같이, 본 실시형태의 비틀림 시험 장치(100C')는 FF차용의 트랜스미션 유닛(TR)을 대상으로 회전 비틀림 시험을 행하는 것이다.

도 20에 도시되는 바와 같이, 트랜스미션 유닛(TR)의 입력축(TRa) 및 출력축(TRb, TRc)은 모두 감속되지 않고, 토크 센서(172b, 172b, 172c)를 각각 통하여 제 1 기어박스(141C)에 접속되어 있다. 또한 트랜스미션 유닛(TR)의 입력축(TRa) 및 출력축(TRb, TRc)은 서로 대략 평행하게 배치되어 있다. 그 때문에 본 실시형태에서는, 트랜스미션 유닛(TR)의 입력축(TRa) 및 일방의 출력축(TRb)이 그대로 제 1 기어박스(141C)에 접속되고, 다른 일방의 출력축(TRc)이 제 2 기어박스(142C)와, 출력축(TRc)과 대략 평행하게 배치된 중계 샤프트(143C)를 통하여 제 1 기어박스(141C)에 접속되어 있다. 즉, 출력축(TRc)의 구동력은 제 2 기어박스(142C)에 의해 180° 되돌려진 후, 중계 샤프트(143C)에 의해 제 1 기어박스(141C)에 전달된다.

본 실시형태의 제 1 기어박스(141C)는 기어(141Cb)와, 기어(141Cb)에 각각 걸어맞추어지는 기어(141Ca, 141Cc)를 구비하고 있다. 또한, 기어(141Ca)는 피니언 기어를 통하여 기어(141Cb)에 걸어맞추어져 있고, 기어(141Cb)의 회전은 감속되어 기어(141Ca)에 전달된다. 기어(141Ca)에는 토크 부여 유닛(7130)의 케이싱의 관 형상부가 접속되어 있고, 기어(141Cc)에는 인버터 모터(80)의 출력축이 타이밍벨트를 통하여 접속되어 있다. 이것에 의해 인버터 모터(80)를 구동하면, 트랜스미션 유닛(TR)의 출력축(TRb), (중계 샤프트(143C)를 통하여) 출력축(TRc) 및 토크 부여 유닛(7130)의 케이싱이 회전하도록 되어 있다.

또한 본 실시형태에서는, 트랜스미션 유닛(TR)이 감속비를 갖기 때문에, 입력축(TRa)의 회전수와 출력축(TRb, TRc)의 회전수가 다르다. 그 때문에 이 회전수의 차를 보충하도록 토크 부여 유닛(7130)에 내장되는 서보모터 유닛(150)의 회전수가 제어되어 있다.

이상에서 설명한 본 발명의 제 3∼제 8 실시형태는 트랜스미션 유닛 등의 동력 전달계를 워크로 하는 동력 순환 방식의 비틀림 시험 장치에 본 발명을 적용한 예이다. 그렇지만, 본 발명은 상기의 구성에 한정되는 것은 아니다. 이하에 설명하는 본 발명의 제 9, 제 10 실시형태와 같이, 타이어의 각종 시험에 본 발명을 적용하는 것도 가능하다.

(제 9 실시형태)

도 21은 본 발명의 제 9 실시형태에 따른 타이어 마모 시험 장치(100D)의 평면도이다. 타이어 마모 시험 장치(100D)는 상술한 제 3 실시형태와 동일한 구성의 동력 순환 기구를 가지고 있다.

제 1 기어박스(141D)는 141Da1, 141Da2, 141Db1 및 141Db2의 4개의 축 접속부를 구비하고 있다. 또한 제 2 기어박스(142D)는 142Da 및 142Db의 2개의 축 접속부를 구비하고 있다.

본 실시형태에서는, 모의 노면으로서의 회전 드럼(DR)의 회전축이 되는 축(145)의 양 단부가 각각 제 1 기어박스(141D)의 축 접속부(141Da2)와 제 2 기어박스(142D)의 축 접속부(142Da)에 접속되어 있다. 또한 피검체인 타이어(T)의 회전축이 되는 축(144)의 양단부가 각각 제 1 기어박스(141D)의 축 접속부(141Db2)와 제 2 기어박스(142D)의 축 접속부(142Db)에 접속되어 있다.

제 2 실시형태와 같이 타이어(T) 및 회전 드럼(DR)을 구동하기 위한 워크 회전용 서보모터(7121)의 출력축(121a)의 회전은, 구동 풀리(7122), 종동 풀리(7123) 및 엔드리스 벨트(7124)로 구성되는 벨트 기구를 통하여, 종동 풀리(7123)의 축(123a)을 회전 구동하게 되어 있다. 축(123a)은 제 1 기어박스(141D)의 축 접속부(141a)에 접속되어 있다.

제 1 기어박스(141D)의 축 접속부(141Db1)에는, 토크 부여 유닛(7130)의 케이싱(131)의 관 형상부(131a)가 접속되어 있다. 또한 토크 부여 유닛(7130)의 감속기(133)의 출력축(133b)은, 제 1 기어박스(141D)의 내부에 배치되어 있는 커플링(151D)을 통하여, 타이어(T)용의 축(144)의 일단부와 연결되어 있다.

드럼(DR)용의 축(145)의, 제 1 기어박스(141D)에 장착되는 일단부는 제 1 기어박스(141D)의 내부에 배치되어 있는 커플링(153D)을 통하여, 종동 풀리(7123)의 축(123a)에 연결되어 있다.

제 1 기어박스(141D)의 축 접속부(141Da1)에 장착되는 축(123a)과 축 접속부(141Db1)에 장착되는 축(관 형상부(131a))은 각각 제 1 기어박스(141)의 내부에 설치된 다른 기어에 접속되게 되어 있다. 이들 기어끼리는 제 2 기어박스(142)의 내부에서 서로 맞물려 있고, 워크 회전용 서보모터(7121)를 구동하면, 드럼(DR)용의 축(145)과 토크 부여 유닛(7130)의 케이싱(131)이 회전하도록 되어 있다.

또한 제 2 기어박스(142)의 축 접속부(142Da)에 장착되는 축(145)과 축 접속부(142Db)에 장착되는 축(144)은 각각 제 2 기어박스(142)의 내부에 설치된 다른 기어에 접속되게 되어 있다. 이들 기어끼리는 제 2 기어박스(142)의 내부에서 서로 맞물려 있고, 제 2 기어박스(142)에 의해, 축(144)의 회전은 축(145)에 전달된다.

이상과 같이 구성되어 있기 때문에, 회전용 서보모터(7121)를 구동함으로써, 동력 순환을 행하면서 회전 드럼(DR)과 타이어(T)를 회전 구동하는 것이 가능하게 되어 있다. 또한, 도 21에 도시되는 바와 같이, 본 실시형태에서는 회전 드럼(DR)과 타이어(T)의 직경이 상이하기 때문에, 제 1 기어박스(141D) 및 제 2 기어박스(142D) 내의 기어비는 회전 드럼(DR)와 타이어(T)의 직경의 비에 따른 값으로 설정되어 있다.

이상에서 설명한 구성의 타이어 마모 시험 장치에 있어서, 타이어(T)를 축(144)에 세팅하고 회전용 서보모터(7121)를 구동함으로써, 타이어(T) 및 드럼(DR)이 회전한다. 그 상태에서 토크 부여 유닛(7130)의 토크 부여용 서보모터 유닛(131)(도 2)을 구동하여, 타이어(T)에 정방향이나 역방향의 토크를 부여함으로써, 자동차의 가감속시를 시뮬레이트한 마모 시험을 행하는 것이 가능하게 된다.

(제 10 실시형태)

본 발명을 타이어의 시험에 적용한 실시예를 또 일례 소개한다. 이하에 설명하는 본 발명의 제 10 실시형태에 따른 타이어 시험 장치는 타이어의 마모 시험, 내구 시험, 주행 안정성 시험 등을 행하는 시험 장치이다.

도 22 및 도 23은, 각각 다른 방향에서 본, 본 발명의 제 10 실시형태에 따른 타이어 시험 장치(100D)의 사시도이다. 본 실시형태의 타이어 시험 장치(100D)는 외주면에 모의 노면이 형성된 회전 드럼(8010)과, 회전 드럼(8010) 및 토크 부여 유닛(7130)의 케이싱을 회전 구동하는 인버터 모터(80)와, 얼라인먼트 제어 기구(8160)와, 얼라인먼트 제어 기구(8160)에 회전 자유롭게 지지된 타이어(T)에 토크를 주는 토크 부여 유닛(7130)을 구비하고 있다. 토크 부여 유닛(7130)에는 제 1 실시형태와 동일 구성의 서보모터 유닛(150)이 내장되어 있다.

회전 드럼(8010)은 1쌍의 베어링(11a)에 의해 회전 자유롭게 지지되어 있다. 인버터 모터(80)의 출력축에는 풀리(12a)가 부착되고, 회전 드럼(8010)의 일방의 축에는 풀리(12b)가 부착되어 있다. 풀리(12a)와 풀리(12b)는 구동 벨트에 의해 연결되어 있다. 회전 드럼(8010)의 타방의 축은, 중계축(8013)을 통하여, 풀리(12c)가 부착되어 있다. 또한, 중계축(8013)은 풀리가 부착되는 일단부 부근에서 베어링(11b)에 의해 회전 자유롭게 지지되어 있다. 풀리(12c)는 구동 벨트에 의해 풀리(12d)에 연결되어 있다. 풀리(12d)는 풀리(12e)에 동축 고정되어 있고, 풀리(12e)와 함께 베어링(11c)(도 27)에 의해 회전 자유롭게 지지되어 있다. 또한 풀리(12e)는 구동 벨트에 의해 토크 부여 유닛(7130)의 케이싱의 관 형상부에 연결되어 있다.

또한 토크 부여 유닛(7130)에 내장된 서보모터 유닛(150)의 구동축은 중계축(14) 및 플렉시블 커플링을 통하여, 타이어(T)가 장착되는 얼라인먼트 제어 기구(8160)의 휠에 접속되어 있다.

이것에 의해, 인버터 모터(80)를 구동하면, 회전 드럼(8010)이 회전함과 아울러, 회전 드럼(8010)을 통하여 인버터 모터(80)에 연결된 토크 부여 유닛(7130)의 케이싱이 회전하도록 되어 있다. 또한 회전 드럼(8010)과 타이어(T)는, 토크 부여 유닛(7130)이 작동하지 않을 때에, 접촉부에서의 원주속도가 동일하게 되도록, 역방향으로 회전하도록 되어 있다. 또한 토크 부여 유닛(7130)을 작동시킴으로써 타이어(T)에 동적인 구동력 및 제동력을 줄 수 있다.

본 실시형태의 얼라인먼트 제어 기구(8160)는, 공시체인 타이어(T)를 휠에 장착한 상태에서 지지하고, 트레드부를 회전 드럼(8010)의 모의 노면에 누름과 아울러, 모의 노면에 대한 타이어(T)의 얼라인먼트나 타이어 하중(접지압)을 설정된 상태로 조정하는 기구이다. 얼라인먼트 제어 기구(8160)는 타이어(T)의 회전축의 위치를 회전 드럼(8010)의 반경 방향으로 이동하여 타이어 하중을 조정하는 타이어 하중 조정부(161)와, 타이어(T)의 회전축을 모의 노면의 수선의 주위로 기울여서 모의 노면에 대한 타이어(T)의 슬립각을 조정하는 슬립각 조정부(162)와, 타이어(T)의 회전축을 회전 드럼(8010)의 회전축에 대하여 경사지게 하여 캠버각을 조정하는 캠버각 조정부(163)와, 타이어(T)를 회전축 방향으로 이동시키는 트래버스 장치(164)를 구비하고 있다.

이상에서 설명한 구성의 타이어 시험 장치(100D)에 타이어(T)를 세팅하고, 회전 구동용의 인버터 모터(80)를 구동함으로써, 타이어(T) 및 드럼(DR)이 동일한 원주 속도로 회전한다. 그 상태에서, 토크 부여 유닛(7130)의 서보모터 유닛(150)을 구동하여, 타이어(T)에 구동력이나 제동력을 줌으로써, 실제의 주행 상태를 시뮬레이트한 타이어의 마모 시험, 내구 시험, 주행 안정성 시험 등을 행하는 것이 가능하게 된다.

(제 11 실시형태)

다음에 본 발명의 실시형태에 따른 동력 시뮬레이터를 사용한 동력 흡수식의 동력 전달 장치용 시험 장치에 대하여 설명한다.

도 24는 본 발명의 제 11 실시형태에 따른 FR 트랜스미션용의 동력 흡수식 내구 시험 장치(100F)의 외관도이다.

시험 장치(100F)는 인버터 모터(80)와, 서보모터 유닛(150)을 내장한 하중 부여부(100)를 구비한 동력 시뮬레이터(100X)와, 공시체인 FR 트랜스미션(T)의 케이스를 지지하는 지지부(S)와, 토크 센서(172a, 172b)와, 2기의 동력 흡수용 서보모터(90A, 90B)를 구비하고 있다. FR 트랜스미션(T)의 입력축은 토크 센서(172a)를 통하여 하중 부여부(100)의 출력축에 접속된다. 또한 FR 트랜스미션(T)의 출력축(To)은 토크 센서(172b)를 통하여 풀리부(180)에 접속된다. 또한, 토크 센서(172a, 172b)는 제 7 실시형태의 토크 센서(172a, 172b, 172c)와 동일 구성의 것이다.

풀리부(180)는 2개의 구동 벨트에 의해 2기의 동력 흡수용 서보모터(90A, 90B)에 연결되어 있다. 2기의 동력 흡수용 서보모터(90A, 90B)는 동기 구동하여, FR 트랜스미션(T)의 출력축(To)에 부하를 준다.

(제 12 실시형태)

도 25는 본 발명의 제 12 실시형태에 따른 FF 트랜스미션용의 동력 흡수식 내구 시험 장치(100G)의 외관도이다.

공시체인 FF 트랜스미션(TR)은 1개의 입력축과, 2개의 출력축(TRb, TRc)을 구비하고 있다. FF 트랜스미션(TR)의 입력축은 토크 센서(172a)를 통하여 하중 부여부(100)의 출력축에 접속된다. 또한 FF 트랜스미션(TR)의 출력축(TRb(TRc))은 토크 센서(172b(172c)) 및 풀리부(180b(180c)) 및 구동 벨트를 통하여, 동력 흡수용 서보모터(90B(90C))에 접속된다. 동력 흡수용 서보모터(90B(90C))는 FF 트랜스미션(TR)의 출력축(TRb(TRc))에 부하를 준다. 또한, 토크 센서(172a, 172b, 172c)는 제 7 실시형태의 토크 센서(172a, 172b, 172c)와 동일 구성의 것이다.

(제 13 실시형태)

다음에 본 발명의 제 13 실시형태에 따른 저속형의 회전 비틀림 시험 장치에 대하여 설명한다. 도 26은 본 발명의 제 13 실시형태에 따른 비틀림 시험 장치(3100)의 측면도이다. 본 실시형태의 비틀림 시험 장치(3100)는 2개의 회전축을 갖는 공시체 T1(예를 들면, FR차용 트랜스미션 유닛)의 회전 비틀림 시험을 행하는 장치이다. 즉, 비틀림 시험 장치(3100)는 공시체 T1의 2개의 회전축을 동기 회전시키면서 2개의 회전축의 회전에 위상차를 줌으로써 토크를 부하하면서 공시체 T1의 2개의 회전축을 회전시킨다. 본 실시형태의 비틀림 시험 장치(3100)는 제 1 구동부(3110), 제 2 구동부(3120) 및 비틀림 시험 장치(3100)의 동작을 통합적으로 제어하는 제어 유닛(C3)을 구비하고 있다.

우선, 제 1 구동부(3110)의 구조에 대하여 설명한다. 도 27은 제 1 구동부(3110)의 일부를 절결한 측면도이다. 제 1 구동부(3110)는 본체(3110a)와, 이 본체(3110a)를 소정의 높이에서 지지하는 베이스(3110b)를 구비하고 있다. 본체(3110a)는 서보모터 유닛(150), 감속기(3113), 케이스(3114), 스핀들(3115), 척 장치(3116), 토크 센서(3117), 슬립링(3119a) 및 브러시(3119b)를 구비하고 있고, 본체(3110a)는 베이스(3110b)의 최상부에 수평으로 배치된 가동 플레이트(3111) 위에 조립되어 있다. 서보모터 유닛(150)은 제 1 실시형태와 동일한 것이다. 서보모터 유닛(150)은 출력축(도시하지 않음)을 수평 방향을 향하게 하고, 가동 플레이트(3111) 위에 고정되어 있다. 또한 베이스(3110b)의 가동 플레이트(3111)는 서보모터 유닛(150)의 출력축 방향(도 26에서의 좌우 방향)으로 슬라이드 이동 가능하게 설치되어 있다.

서보모터 유닛(150)의 출력축(도시하지 않음)은 커플링(도시하지 않음)에 의해 감속기(3113)의 입력축(도시하지 않음)에 연결되어 있다. 감속기(3113)의 출력축(3113a)은 토크 센서(3117)의 일단부에 연결되어 있다. 토크 센서(3117)의 타단부는 스핀들(3115)의 일단부에 연결되어 있다. 스핀들(3115)은 케이스(3114)의 프레임(3114b)에 고정된 베어링(3114a)에 의해 회전 자유롭게 지지되어 있다. 스핀들(3115)의 타단부에는 공시체 T1의 일단부(회전축의 하나)를 제 1 구동부(3110)에 부착하기 위한 척 장치(3116)가 고정되어 있다. 서보모터 유닛(150)을 구동하면, 서보모터 유닛(150)의 출력축의 회전 운동이, 감속기(113)에 의해 감속된 후, 토크 센서(3117), 스핀들(3115) 및 척 장치(3116)를 통하여, 공시체 T1의 일단부에 전달되게 되어 있다. 또한 스핀들(3115)에는 스핀들(3115)의 회전각을 검출하는 로터리 인코더(도시하지 않음)가 부착되어 있다.

도 27에 도시되는 바와 같이, 감속기(3113)는 케이스(3114)의 프레임(3114b)에 고정되어 있다. 또한 감속기(3113)는 기어 케이스와, 베어링을 통하여 기어 케이스에 의해 회전 자유롭게 지지된 기어 기구를 구비하고 있다(도시하지 않음). 즉, 케이스(3114)는 감속기(3113)로부터 척 장치(3116)에 이르는 동력 전달축을 덮음과 아울러, 이 동력 전달축을 감속기(3113) 및 스핀들(3115)의 위치에서 회전 자유롭게 지지하는 장치 프레임으로서의 기능도 갖는다. 즉, 토크 센서(3117)의 일단부가 접속되는 감속기(3113)의 기어 기구와, 토크 센서(3117)의 타단부가 접속되는 스핀들(3115)은 모두 베어링을 통하여 케이스(3114)의 프레임(3114b)에 회전 자유롭게 지지되어 있다. 그 때문에 토크 센서(3117)에는 감속기(3113)의 기어 기구나 스핀들(3115)(및 척 장치(3116))의 중량에 의한 휨 모멘트가 가해지지 않고, 시험 하중(비틀림 하중)만이 가해지기 때문에, 높은 정밀도로 시험 하중을 검출할 수 있다.

토크 센서(3117)의 일단측의 원통면에는 복수의 슬립링(3119a)이 형성되어 있다. 한편, 가동 플레이트(3111)에는, 슬립링(3119a)을 외주측에서 둘러싸도록 브러시 유지 프레임(3119c)이 고정되어 있다. 브러시 유지 프레임(3119c)의 내주에는, 각각 대응하는 슬립링(3119a)과 접촉하는 복수의 브러시(3119b)가 부착되어 있다. 서보모터 유닛(150)이 구동하고, 토크 센서(3117)가 회전하고 있는 상태에서는, 브러시(3119b)는 슬립링(3119a)과의 접촉을 유지하면서, 슬립링(3119a) 위에서 슬립한다. 토크 센서(3117)의 출력 신호는 슬립링(3119a)에 출력되도록 구성되어 있고, 슬립링(3119a)과 접촉하는 브러시(3119b)를 통하여, 토크 센서(3117)의 출력 신호를 제 1 구동부(3110)의 외부로 취출할 수 있도록 되어 있다.

제 2 구동부(3120)(도 26)는 제 1 구동부(3110)와 동일한 구조로 되어 있고, 서보모터 유닛(150)을 구동하면 척 장치(3126)가 회전한다. 척 장치(3126)에는, 공시체 T1의 타단부(회전축의 하나)가 고정된다. 또한, 공시체 T1의 하우징은 지지 프레임(S)에 고정되어 있다.

본 실시형태의 비틀림 시험 장치(3100)는 FR차용의 트랜스미션 유닛인 공시체 T1의 출력축(O)과 입력축(I)(엔진측)을 각각 제 1 구동부(3110)와 제 2 구동부(3120)의 척 장치(3116, 3126)에 고정한 상태에서, 서보모터 유닛(150, 150)에 의해 동기시켜 회전 구동함과 아울러, 양쪽 척 장치(3116, 3126)의 회전수(혹은 회전의 위상)에 차를 갖게 함으로써 공시체 T1에 비틀림 하중을 더하는 것이다. 예를 들면, 제 2 구동부(3120)의 척 장치(3126)를 등속 회전 구동시킴과 아울러, 제 1 구동부(3110)의 토크 센서(3117)가 검출하는 토크가 소정의 파형을 따라 변동하도록 척 장치(3116)를 회전 구동하여, 트랜스미션 유닛인 공시체 T1에 주기적으로 변동하는 토크가 가해지도록 한다.

이와 같이, 본 실시형태의 비틀림 시험 장치(3100)는 트랜스미션 유닛의 입력축(I)과 출력축(O) 쌍방을 서보모터 유닛(150, 150)에 의해 정밀하게 구동하는 것이 가능하기 때문에, 트랜스미션 유닛을 회전 구동시키면서, 트랜스미션 유닛의 각 축에 변동 토크를 가함으로써, 자동차의 실제의 주행 상태에 가까운 조건으로 시험을 행할 수 있다.

트랜스미션 유닛과 같이, 입력축(I)과 출력축(O)이 기어 등을 통하여 연결되어 있는 장치의 회전 비틀림 시험을 행하는 경우, 입력축(I)과 출력축(O)에 가해지는 토크의 크기는 반드시 일치하지 않는다. 그 때문에 비틀림 시험시의 공시체 T1의 거동을 보다 정확하게 파악하기 위해서는, 입력축(I)측과 출력축(O)측에서 개별적으로 토크를 계측할 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 본 실시형태에서는, 상기한 바와 같이, 제 1 구동부(3110)와 제 2 구동부(3120)의 쌍방에 토크 센서가 설치되어 있기 때문에, 트랜스미션 유닛(공시체 T1)의 입력축(I)측과 출력축(O)측에서 토크를 개별적으로 계측할 수 있다.

또한, 상기의 예에서는 트랜스미션 유닛의 입력축(I)측을 등속 회전 구동하고, 출력축(O)측에서 토크를 부여하는 구성으로 하고 있지만, 본 발명은 상기의 예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 트랜스미션 유닛의 출력축(O)측을 등속 회전 구동함과 아울러, 입력축(I)측에 변동 토크를 가하는 구성으로 해도 된다. 또는, 트랜스미션 유닛의 입력축(I)측과 출력축(O)측의 쌍방을 각각 변동하는 회전수로 회전 구동시키는 구성으로 해도 된다. 또한 회전수에서는 제어하지 않고, 각 축의 토크만을 제어하는 구성으로 해도 된다. 또한 토크나 회전수를 소정의 파형을 따라 변동시키는 구성으로 해도 된다. 토크나 회전수는, 예를 들면, 펑션 제네레이터에서 발생시킨 임의의 파형에 따라 변동시킬 수 있다. 또한 실제의 주행 시험에서 계측한 토크나 회전수의 파형 데이터에 기초하여 공시체 T1의 각 축의 토크나 회전수를 제어할 수도 있다.

본 실시형태의 비틀림 시험 장치(3100)는, 여러 치수의 트랜스미션 유닛에 대응할 수 있도록, 척 장치(3116과 3126)의 간격을 조정 가능하게 되어 있다. 구체적으로는, 가동 플레이트 구동 기구(도시하지 않음)에 의해, 제 1 구동부(3110)의 가동 플레이트(3111)가 베이스(3110b)에 대하여 척 장치(3116)의 회전축 방향(도 26중 좌우 방향)으로 이동 가능하게 되어 있다. 또한, 회전 비틀림 시험을 행하고 있는 동안은, 도시되지 않은 로킹 기구에 의해 가동 플레이트(3111)는 베이스(3110b)에 견고하게 고정되어 있다. 또한 제 2 구동부(3120)도 제 1 구동부(3110)와 동일한 가동 플레이트 구동 기구를 구비하고 있다.

이상에서 설명한 본 발명의 제 13 실시형태에 따른 비틀림 시험 장치(3100)는 FR차용의 트랜스미션 유닛을 대상으로 회전 비틀림 시험을 행하는 것이지만, 본 발명은 상기의 제 13 실시형태의 기본예의 구성에 한정되는 것은 아니고, 다른 동력 전달기구의 회전 비틀림 시험을 행하기 위한 장치도 또한 본 발명에 포함된다. 이하에 설명하는 본 발명의 제 13 실시형태의 제 1, 제 2 및 제 3 변형예는 각각 FF차용의 트랜스미션 유닛, 디퍼렌셜 기어 유닛 및 4WD차용의 트랜스미션 유닛의 시험에 적합한 비틀림 시험 장치의 구성예이다.

(제 13 실시형태의 제 1 변형예)

도 28은 본 발명의 제 13 실시형태의 제 1 변형예에 따른 비틀림 시험 장치(3200)의 평면도이다. 전술한 바와 같이, 본 변형예는 FF차용의 트랜스미션 유닛을 공시체 T2로 하는 회전 비틀림 시험에 적합한 비틀림 시험 장치의 구성예이다. 공시체 T2는 디퍼렌셜 기어를 내장하는 트랜스미션 유닛이며, 입력축(I)과 좌측 출력축(OL) 및 우측 출력축(OR)을 가지고 있다.

본 변형예의 비틀림 시험 장치(3200)는 공시체 T2의 입력축(I)을 구동하는 제 1 구동부(3210), 좌측 출력축(OL)을 구동하는 제 2 구동부(3220) 및 우측 출력축(OR)을 구동하는 제 3 구동부(3230)를 구비하고 있다. 또한 비틀림 시험 장치(3200)는 그 동작을 통합적으로 제어하는 제어 유닛(C3a)을 구비하고 있다. 제 1 구동부(3210), 제 2 구동부(3220) 및 제 3 구동부(3230)의 구조는 모두 상기한 제 13 실시형태의 기본예에 따른 제 1 구동부(3110)나 제 2 구동부(3120)의 것과 동일하기 때문에, 중복되는 구체적 구성의 설명은 생략한다.

본 변형예의 비틀림 시험 장치(3200)를 사용하여 공시체 T2의 회전 비틀림 시험을 행하는 경우에는, 예를 들면, 제 1 구동부(3210)에 의해 입력축(I)을 소정의 회전수로 구동하고, 동시에, 제 2 구동부(3220) 및 제 3 구동부(3230)에 의해, 소정의 토크가 가해지도록 좌측 출력축(OL) 및 우측 출력축(OR)을 회전 구동한다.

상기한 바와 같이 제 1 구동부(3210), 제 2 구동부(3220) 및 제 3 구동부(3230)를 제어함으로써, 트랜스미션 유닛을 회전 구동시키면서, 트랜스미션 유닛의 각 축에 변동 토크를 가함으로써, 자동차의 실제의 주행 상태에 가까운 조건으로 시험을 행할 수 있다.

또한 본 변형예의 비틀림 시험 장치(3200)를 사용하여 시험을 행하는 트랜스미션 유닛은 입력축(I)과 좌측 출력축(OL) 및 우측 출력축(OR)이 기어 등을 통하여 연결된 장치이며, 그 회전 비틀림 시험을 행하는 경우에는, 입력축(I)과 좌측 출력축(OL) 및 우측 출력축(OR)에 가해지는 토크의 크기는 일치하지 않는다. 또한 좌측 출력축(OL)과 우측 출력축(OR)에 가해지는 토크도 반드시 일치한다고는 할 수 없다. 그 때문에 비틀림 시험시의 공시체 T2의 거동을 보다 정확하게 파악하기 위해서는, 입력축(I), 좌측 출력축(OL) 및 우측 출력축(OR)에 가해지는 토크를 개별적으로 계측할 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 본 변형예에서는, 제 1 구동부(3210), 제 2 구동부(3220), 제 3 구동부(3230) 모두에 토크 센서가 설치되어 있기 때문에, 트랜스미션 유닛(공시체 T2)의 입력축(I), 좌측 출력축(OL) 및 우측 출력축(OR)의 각각에 가해지는 토크를 개별적으로 계측할 수 있다.

또한, 좌측 출력축(OL)의 토크와 우측 출력축(OR)의 토크가 동일한 파형을 그리도록 제 2 구동부(3220) 및 제 3 구동부(3230)가 제어되는 구성으로 해도 되고, 또한, 양자가 상이한(예를 들면, 역위상의) 파형을 그리도록 제 1 구동부(3210), 제 2 구동부(3220) 및 제 3 구동부(3230)가 제어되는 구성으로 해도 된다.

또한 좌측 출력축(OL)과 우측 출력축(OR)을 등속 회전 구동하여, 속도가 일정 주기로 변동하도록 입력축(I)을 구동하는 구성으로 해도 된다. 또는, 입력축(I), 좌측 출력축(OL) 및 우측 출력축(OR) 모두를 회전수가 개별적으로 변동하도록 구동하는 구성으로 해도 된다.

(제 13 실시형태의 제 2 변형예)

다음에 본 발명의 제 13 실시형태의 제 2 변형예에 대하여 설명한다. 도 19는 본 변형예에 따른 비틀림 시험 장치(3300)의 평면도이다. 본 변형예는 FR차용의 디퍼렌셜 기어 유닛을 공시체 T3으로 하는 회전 비틀림 시험에 적합한 비틀림 시험 장치의 구성예이다. 제 1 변형예와 마찬가지로, 공시체 T3은 입력축(I), 좌측 출력축(OL) 및 우측 출력축(OR)을 가지고 있다.

본 변형예의 비틀림 시험 장치(3300)는 공시체 T3의 입력축(I)을 구동하는 제 1 구동부(3310), 좌측 출력축(OL)을 구동하는 제 2 구동부(3320) 및 우측 출력축(OR)을 구동하는 제 3 구동부(3330)를 구비하고 있다. 또한 비틀림 시험 장치(3300)는 그 동작을 통합적으로 제어하는 제어 유닛(C3b)을 구비하고 있다. 제 1 구동부(3310), 제 2 구동부(3320) 및 제 3 구동부(3330)의 구조는 모두 제 13 실시형태의 기본예에 따른 제 1 구동부(3110)나 제 2 구동부(3120)와 동일하기 때문, 중복되는 구체적 구성의 설명은 생략한다.

본 변형예의 비틀림 시험 장치(3300)에 의해 공시체 T3의 회전 비틀림 시험을 행하는 경우에는, 예를 들면, 제 1 구동부(3310)에 의해 입력축(I)을 소정의 회전수로 구동하고, 동시에, 제 2 구동부(320) 및 제 3 구동부(3330)에 의해, 좌측 출력축(OL) 및 우측 출력축(OR)에 각각 토크가 가해지도록 구동한다.

상기한 바와 같이 제 1 구동부(3310), 제 2 구동부(3320) 및 제 3 구동부(3330)를 제어함으로써, 공시체 T3의 각 축을 회전 구동하면서 공시체 T3의 각 축에 변동 토크를 가함으로써, 실제의 사용 상태에 가까운 조건으로 시험을 행할 수 있다.

디퍼렌셜 기어 유닛도 또한 트랜스미션 유닛과 마찬가지로, 입력축(I)과 좌측 출력축(OL) 및 우측 출력축(OR)이 기어를 통하여 연결된 장치이며, 그 회전 비틀림 시험을 행하는 경우에는, 입력축(I)에 가해지는 토크의 크기와 좌측 출력축(OL) 및 우측 출력축(OR)에 가해지는 토크의 크기는 일치하지 않는다. 또한 좌측 출력축(OL)과 우측 출력축(OR)에 가해지는 토크의 크기도 반드시 일치한다고는 할 수 없다. 그 때문에 시험시의 공시체 T3의 거동을 보다 정확하게 파악하기 위해서는, 입력축(I), 좌측 출력축(OL) 및 우측 출력축(OR)의 토크를 개별적으로 계측할 수 있게 하는 것이 바람직하다. 본 변형예에서는, 제 1 구동부(3310), 제 2 구동부(3320), 제 3 구동부(3330) 모두에 토크 센서가 설치되어 있기 때문에, 디퍼렌셜 기어 유닛(공시체 T3)의 입력축(I), 좌측 출력축(OL) 및 우측 출력축(OR)의 각각에 가해지는 토크를 개별적으로 계측할 수 있다.

또한, 입력축(I)의 회전수와 좌측 출력축(OL) 및 우측 출력축(OR)의 회전수가 동일한 파형을 그리도록 제 2 구동부(3320) 및 제 3 구동부(3330)가 제어되는 구성으로 해도 되고, 또한, 양자가 상이한(예를 들면, 입력축(I)과의 속도차가 역위상이 되는 것과 같은) 파형을 그리도록 제 2 구동부(3320) 및 제 3 구동부(3330)가 제어되는 구성으로 해도 된다.

또한 좌측 출력축(OL) 및 우측 출력축(OR)을 등속 회전 구동하고, 입력축(I)을 속도가 일정 주기로 변동하도록 구동하는 구성으로 해도 된다. 또는, 입력축(I), 좌측 출력축(OL) 및 우측 출력축(OR) 모두를 회전수가 변동하도록 구동하는 구성으로 해도 된다.

(제 13 실시형태의 제 3 변형예)

도 20은 본 발명의 제 13 실시형태의 제 3 변형예에 따른 비틀림 시험 장치(3400)의 평면도이다. 본 변형예의 비틀림 시험 장치(3400)는 4개의 회전축을 갖는 공시체 T4의 회전 비틀림 시험에 적합한 비틀림 시험 장치의 구성예이다. 이하, 일례로서, 4WD 시스템을 공시체 T4로 하여 시험을 행하는 경우에 대하여 설명한다. 공시체 T4는 도시되지 않은 트랜스미션, 프론트 디퍼렌셜 기어, 트랜스퍼 및 전자 제어 다판 클러치를 구비한 FF 베이스의 전자 제어식 4WD 시스템이다. 공시체 T4는 엔진에 접속되는 입력축(I)과, 좌우의 전륜용의 드라이브 샤프트에 접속되는 좌측 출력축(OL) 및 우측 출력축(OR)과, 후륜에 동력을 전달하는 프로펠러 샤프트에 접속되는 후부 출력축(OP)을 가지고 있다. 입력축(I)으로부터 공시체 T4에 입력된 구동력은, 공시체 T4에 구비되는 트랜스미션에 의해 감속된 후, 프론트 디퍼렌셜 기어를 통하여, 좌측 출력축(OL)과 우측 출력축(OR)에 분배된다. 또한 프론트 디퍼렌셜 기어에 전달된 구동력의 일부는 트랜스퍼에 의해 분기되어, 후부 출력축(OP)으로부터 출력되도록 구성되어 있다.

본 변형예의 비틀림 시험 장치(3400)는 공시체 T4의 입력축(I)을 구동하는 제 1 구동부(3410), 좌측 출력축(OL)을 구동하는 제 2 구동부(3420), 우측 출력축(OR)을 구동하는 제 3 구동부(3430) 및 후부 출력축(OP)을 구동하는 제 4 구동부(3440)를 구비하고 있다. 또한 비틀림 시험 장치(3400)는 그 동작을 통합적으로 제어하는 제어 유닛(C3c)을 구비하고 있다. 제 1 구동부(3410), 제 2 구동부(3420), 제 3 구동부(3430) 및 제 4 구동부(3440)의 구조는 모두 제 13 실시형태 기본예의 제 1 구동부(3110)나 제 2 구동부(3120)와 동일하기 때문에, 중복되는 구체적 구성의 설명은 생략한다.

(제 14 실시형태)

상기의 제 1 내지 제 13 실시형태에서는, 본 발명의 실시형태에 따른 2축 출력 서보모터(150A)가 1개의 출력축을 갖는 서보모터(150B)와 연결되어 사용되고 있지만, 다음에 설명하는 본 발명의 제 14 실시형태와 같이, 2축 출력 서보모터(150B)를 단체로 사용할 수도 있다.

도 31은 본 발명의 제 14 실시형태에 따른 비틀림 시험 장치(4000)의 측면도이다. 비틀림 시험 장치(4000)는, 2축 출력 서보모터(150A)를 1대만 사용하고, 2개의 공시체 T3a, T3b의 회전 비틀림 시험을 동시에 행하는 것을 가능하게 한 장치이다. 비틀림 시험 장치(4000)는 고정 베이스(4100), 구동부(4200), 제 1 반력부(4400A), 제 2 반력부(4400B) 및 제어 유닛(C4)을 구비하고 있다.

도 32는 구동부(4200)의 확대도이다. 구동부(4200)는 2축 출력 서보모터(150A)와, 1대의 구동 전달부(4200A, 4200B)를 구비하고 있다. 2축 출력 서보모터(150A)는 제어 유닛(C4)에 접속되어 있고, 제어 유닛(C4)에 의해 구동이 제어된다. 구동 전달부(4200A, 4200B)는 각각 2축 출력 서보모터(150A)의 제 1 출력축(150a2a), 제 2 출력축(150a2b)의 회전을 감속하고, 공시체 T3a, T3b의 입력축에 전달한다. 구동 전달부(4200A)와 구동 전달부(4200B)는 동일 구성이기 때문에, 구성의 상세는 일방의 구동 전달부(4200A)만에 대하여 설명한다.

구동 전달부(4200A)는 프레임(4210), 감속기(4220), 풀리(4230), 타이밍벨트(4240), 로터리 인코더(4250) 및 척 장치(4260)를 구비하고 있다. 프레임(4210)은 고정 베이스(4100) 위에 부착된 앵글(L형재) 형상의 프레임이며, 고정 베이스(4100) 위에 수평으로 배치된 평평한 바닥판(4212)과, 바닥판(4212)의 상면 일단부에서 직립한 평평한 세로판(4214)과, 바닥판(4212) 및 세로판(4214)에 수직하게 접속하는 1쌍의 리브판(4216)을 구비하고 있다. 바닥판(4212), 세로판(4214) 및 리브판(4216)은 용접에 의해 서로 접속되어 있다. 세로판(4214)은 2축 출력 서보모터(150A)의 제 1 출력축(150a2a)과 수직하게 배치되어 있고, 제 1 출력축(150a2a)과 동축으로 형성된 개구부(4214a)를 가지고 있다. 세로판(4214)의 개구부(4214a)에는, 감속기(4220)가 꽂아넣어져 고정되어 있다.

감속기(4220)의 입력측 플랜지판(4224)에는, 2축 출력 서보모터(150A)의 제 1 브래킷(150A3)이 볼트로 부착되어 있다. 제 1 브래킷(150A3)은, 부착 시트면(도 31에서의 우측면)뿐만 아니라, 그 하면에 설치된 탭 구멍(150A3t)에 의해서도, 보강판(4212)을 통하여 입력측 플랜지판(4224)에 고정되어 있다. 이것에 의해, 감속기(4220)의 입력측 플랜지판(4224)과 2축 출력 서보모터(150A)의 제 1 브래킷(150A3)은 높은 강성으로 연결되어, 고정밀도의 시험이 가능하게 되어 있다.

2축 출력 서보모터(150A)의 제 1 출력축(150a2a)은 감속기(4220)의 입력축(도시하지 않음)과 연결되어 있다. 또한 감속기(4220)의 출력축(4228)의 선단부에는 척 장치(4260)가 부착되어 있다. 척 장치(4260)에는, 공시체 T3a의 입력축이 부착된다. 2축 출력 서보모터(150A)의 제 1 출력축(150a2a)의 회전은 감속기(4220)에 의해 감속되고, 토크가 증폭된 후, 척 장치(4260)를 통하여 공시체 T3a의 입력축에 전달된다.

감속기(4220)에는, 급유 컵(4222)이 설치되어 있고, 감속기(4220)의 내부 공간이 윤활유로 충전되고, 감속기(4220)를 구성하는 각 기어가 항상 윤활유에 완전히 담가지게 되어 있다. 비틀림 시험에서는, 공시체에 상용 영역의 왕복 비틀림 하중을 가하기 위하여, 공시체를 비트는 각도는 많아도 수 10°정도가 되고, 감속기의 입력축에서도 반복 회전의 진폭은 1회전(360°)에 미치지 않는 경우가 많다. 감속기(4220)의 내부 공간을 윤활유로 충전함으로써, 이러한 사용 형태에서도 감속기를 구성하는 기어 기구의 유막 고갈이 방지됨과 아울러, 윤활유에 의한 방열 효과를 높일 수 있어, 기어면의 눌어붙음이 효과적으로 방지된다.

출력축(4228)의 외주에는 풀리(4230)가 설치되어 있다. 또한 프레임(4210)의 세로판(4214)에는, 감속기(4220)의 하방에 로터리 인코더(4250)가 배치되어 있다. 로터리 인코더(4250)의 입력축에 부착된 풀리(4252)와 감속기(4220)의 출력축(4228)에 부착된 풀리(4230)에는 타이밍벨트(4240)가 감아 걸쳐져 있고, 감속기(4220)의 출력축(4228)의 회전은, 타이밍벨트(4240)를 통하여, 로터리 인코더(4250)에 전달되어서 검출된다. 로터리 인코더(4250)는 제어 유닛(C4)에 접속되어 있고, 로터리 인코더(4250)가 검출한 회전을 나타내는 신호가 제어 유닛(C4)에 보내진다.

다음에 제 1 반력부(4400A)에 대하여 설명한다. 또한, 제 2 반력부(4400B)에 대해서는, 제 1 반력부(4400A)와 구성이 동일하기 때문에, 상세한 설명은 생략한다.

제 1 반력부(4400A)는 프레임(4410), 토크 센서(4420), 스핀들(4440), 베어링부(4460) 및 척 장치(4480)를 구비하고 있다. 프레임(4410)은 고정 베이스(4100) 위에 볼트(B)로 부착된 앵글(L형재) 형상의 프레임이며, 고정 베이스(4100) 위에 수평으로 배치된 바닥판부(4412)와, 바닥판부(4412)의 상면 일단부(도 31에서의 좌단부)에서 직립한 평평한 세로판(2414)과, 바닥판부(4412) 및 세로판(2414)에 수직하게 접속하는 1쌍의 리브판(2416)을 구비하고 있다. 바닥판부(4412), 세로판(4214) 및 리브판(4216)은 용접에 의해 서로 접속되어 있다. 또한 베어링부(4460)는 세로판(2414) 및 리브판(2416)보다도 구동부(4200)측에서, 바닥판부(4412) 위에 볼트(B)로 고정되어 있다.

고정 베이스(4100)는 제 1 반력부(4400A)를 2축 출력 서보모터(150A)의 제 1 출력축(150a2a)의 방향으로 원활하게 이동시키는 제 1 반력부 이동 기구(도시하지 않음)를 구비하고 있고, 바닥판부(4412) 위를 고정 베이스(4100)에 고정하는 볼트(B)를 느슨하게 한 상태에서, 제 1 반력부 이동 기구를 작동시킴으로써 제 1 반력부(4400A)를 제 1 출력축(150a2a)의 방향으로 원활하게 이동할 수 있게 되어 있다. 또한, 고정 베이스(4100)는 제 2 반력부(4400B)를 2축 출력 서보모터(150A)의 제 2 출력축(150a2b)의 방향으로 원활하게 이동시키는 제 2 반력부 이동 기구(도시하지 않음)도 구비하고 있다.

토크 센서(4420), 스핀들(4440), 베어링부(4460) 및 척 장치(4480)는, 각각, 2축 출력 서보모터(150A)의 제 1 출력축(150a2a)과 동축으로 배치되어 있다. 프레임(4410)의 세로판(4214)에는, 토크 센서(4420)의 일단부(도 31에서의 좌단부)가 고정되어 있다. 또한 토크 센서(4420)의 타단부에는, 스핀들(4440)의 일단부(도 31에서의 좌단부)가 고정되어 있고, 스핀들(4440)의 타단부에는 척 장치(4480)가 부착되어 있다. 척 장치(4480)에는 공시체 T3a의 출력축이 부착된다.

공시체 T3a의 출력축의 토크는 척 장치(4480) 및 스핀들(4440)을 통하여 토크 센서(4420)에 전달되어, 검출된다. 토크 센서(4420)는 제어 유닛(C4)에 접속되어 있고, 토크 센서(4420)가 검출한 공시체 T3a의 출력축의 토크를 나타내는 신호는 제어 유닛(C4)에 보내져, 처리된다.

또한 스핀들(4440)은 타단부(척 장치(4480)측의 단부)의 부근에서 베어링부(4460)에 의해 회전 자유롭게 지지되어 있다. 따라서, 토크 센서(4420)와 스핀들(4440)은, 세로판(2414)과 베어링부(4460)에 의해 양쪽 지지되기 때문에, 토크 센서(4420)에 큰 휨 모멘트가 가해짐으로써 토크 센서(4420)의 검출 오차가 커지는 것이 방지된다.

상기 구성의 비틀림 시험 장치(4000)를 사용하여 회전 비틀림 시험을 행할 때에는, 전술한 바와 같이, 구동 전달부(4200A)의 척 장치(4260)에 공시체 T3a의 입력축이 부착되고, 제 1 반력부(4400A)의 척 장치(4480)에 공시체 T3a의 출력축이 부착된다. 마찬가지로, 구동 전달부(4200B)의 척 장치(4260)에 공시체 T3b의 입력축이 부착되고, 제 2 반력부(4400B)의 척 장치(4480)에 공시체 T3b의 출력축이 부착된다. 이 상태에서 2축 출력 서보모터(150A)를 구동하면, 제 1 출력축(150a2a)과 제 2 출력축(150a2b)이 동일 위상으로 회전하고, 구동 전달부(4200A)와 구동 전달부(4200B)의 척 장치(4260)도 동일 위상으로 회전한다. 이것에 의해, 공시체 T3a와 T3b에는 동일한 비틀림량이 가해지고, 즉 공시체 T3a와 T3b에 대하여 동일 조건의 비틀림 시험이 행해진다.

상술한 제 14 실시형태의 구성에 의하면, 1대의 서보모터 및 제어 유닛(C4)을 사용하여, 2개의 공시체 T3a, T3b의 비틀림 시험(피로 시험)을 동시에 행할 수 있기 때문에, 효율적으로 시험을 행하는 것이 가능하게 된다.

또한 구동 전달부(4200A, 4200B) 대신에, 예를 들면, 이송 나사 기구 등의 직동 변환기를 설치함으로써, 2개의 공시체 T3a, T3b에 압축력과 인장력을 반복 부여하는(혹은, 공시체 T3a, T3b의 일방에 압축력을 부여하고, 타방에 인장력을 부여하는) 인장·압축 시험 장치가 얻어진다. 이 구성에 의해, 2개의 공시체 T3a, T3b에 대한 반복 신축 시험(또는 공시체 T3a에 대한 인장 시험과 공시체 T3b에 대한 압축 시험)을 동시에 행하는 것이 가능하게 된다. 또한 이 때, 제 1 반력부(4400A), 제 2 반력부(4400B)를 없앰으로써, 2개의 공시체 T3a, T3b의 진동 시험을 동시에 행하는 것이 가능하게 된다.

(제 15 실시형태)

본 발명의 실시형태에 따른 2축 출력 서보모터(150A) 및 서보모터 유닛(150)은, 예를 들면, 이송 나사 기구 등의 직동 변환기와 조합하여 직동 액추에이터의 구동원으로서 사용할 수도 있다. 이러한 직동 액추에이터를 사용하여, 예를 들면, 가진 시험 장치나 인장·압축 시험 장치를 실현할 수 있다.

도 33은 본 발명의 제 15 실시형태에 따른 진동 시험 장치(가진 장치)(5000)의 평면도이다. 본 실시형태의 진동 시험 장치(5000)는 진동 시험의 대상인 워크를 테이블(5100) 위에 고정하고, 제 1, 제 2, 제 3 액추에이터(5200, 5300, 5400)를 사용하여 테이블(5100) 및 그 위의 워크를 직교 3축 방향으로 가진하도록 되어 있다. 또한, 이하의 설명에서는, 제 1 액추에이터(5200)가 테이블(5100)을 가진하는 방향(도 33에서의 상하 방향)을 X축 방향, 제 2 액추에이터(5300)가 테이블(5100)을 가진하는 방향(도 33에서의 좌우 방향)을 Y축 방향, 제 3 액추에이터(5400)가 테이블을 가진하는 방향, 즉 연직 방향(도 33에서, 지면에 수직한 방향)을 Z축 방향으로 정의한다.

도 38은 본 발명의 실시형태에 의한 진동 시험 장치의 제어 시스템의 블럭도이다. 제 1, 제 2, 제 3 액추에이터(5200, 5300, 5400)에는 각각 진동 센서(5220, 5320, 5420)가 설치되어 있다. 이들 진동 센서의 출력에 기초하여 제어 유닛(C5)이 제 1, 제 2, 제 3 액추에이터(5200, 5300, 5400)(구체적으로는, 서보모터 유닛(150X, 150Y, 150Z)를 피드백 제어함으로써, 원하는 진폭 및 주파수(이들 패러미터는 통상은 시간의 함수로서 설정됨)로 테이블(5100) 및 그 위에 부착된 워크를 가진할 수 있다. 서보모터 유닛(150X, 150Y, 150Z)은 제 1 실시형태의 서보모터 유닛(150)과 동일한 것이다.

제 1, 제 2, 제 3 액추에이터(5200, 5300, 5400)는 각각 베이스 플레이트(5202, 5302, 5402) 위에 모터나 동력 전달 부재 등을 부착할 수 있는 구성으로 되어 있다. 이 베이스 플레이트(5202, 5302, 5402)는 도시되지 않은 볼트에 의해 장치 베이스(5002) 위에 고정되어 있다.

또한 장치 베이스(5002) 위에는, 베이스 플레이트(5202, 5302, 5402)에 근접하는 복수의 위치에 어저스터(A)가 배치되어 있다. 어저스터(A)는 장치 베이스(5002)에 볼트(AB)로 고정되는 암나사부(A1)와, 이 암나사부(A1)에 돌려 넣어져 있는 수나사부(A2)를 가지고 있다. 수나사부(A2)는 원통면에 나사산이 형성된 원기둥 형상의 부재이며, 수나사부(A2)를 암나사부(A1)에 형성된 나사 구멍에 걸어맞추어지게 하여 회동시킴으로써 수나사부(A2)를 대응하는 베이스 플레이트에 대하여 진퇴시킬 수 있다. 수나사부(A2)의 일단부(대응하는 베이스 플레이트에 대하여 근방이 되는 측)는 대략 구면 형상으로 형성되어 있고, 이 돌출부와 대응하는 베이스 플레이트의 측면을 접촉시킴으로써, 베이스 플레이트의 위치의 미세 조정을 행할 수 있다. 또한 수나사부(A2)의 타단부(대응하는 베이스 플레이트에 대하여 원방이 되는 측)에는 도시되지 않은 육각 렌치용의 육각 구멍이 형성되어 있다. 또한 일단 베이스 플레이트(5202, 5302, 5402)를 고정한 후는, 진동 시험에 의해 베이스 플레이트로부터 어저스터(A)에 전달될 수 있는 진동 등에 의해 수나사부(A2)가 풀어지지 않도록, 너트(A3)가 수나사부(A2)에 부착되어 있다. 너트(A3)는 그 일단면이 암나사부(A1)에 맞닿도록 부착되어 있고, 이 상태로부터 너트(A3)를 돌려 넣어 암나사부(A1)를 밀어 넣고, 수나사부(A2)와 암나사부(A1)에 축력을 작용시키고, 이 축력에 의해 수나사부(A2)와 암나사부(A1)의 나사산에 발생하는 마찰력에 의해, 수나사부(A2)로부터 암나사부(A1)가 풀리지 않도록 되어 있다.

다음에 제 1 액추에이터(5200)의 구성에 대하여 설명한다. 도 34는 본 발명의 실시형태에 의한 제 1 액추에이터(5200)를 Y축 방향에서(도 33의 우측에서 좌측을 향하여) 본 측면도이다. 이 측면도는 내부 구조를 나타내기 위해 일부가 절결되어 있다. 또한 도 35는 제 1 액추에이터(5200)의 평면도를 일부 절결하여 내부 구조를 나타낸 것이다. 또한, 이하의 설명에서는, 제 1 액추에이터(5200)로부터 테이블(5100)을 향하는 X축에 따른 방향을 「X축 정의 방향」, 테이블(5100)로부터 제 1 액추에이터를 향하는 X축에 따른 방향을 「X축 부의 방향」으로 정의한다.

도 34에 도시되는 바와 같이, 베이스 플레이트(5202) 위에는, 서로 용접된 복수의 빔(5222a)과, 천판(5222b)으로 이루어지는 프레임(5222)이 용접에 의해 고정되어 있다. 또한 테이블(5100)(도 33)을 가진하기 위한 구동 기구(5210)나 구동 기구(5210)에 의한 가진 운동을 테이블(5100)에 전달시키기 위한 연결 기구(5230)를 지지하기 위한 지지 기구(5240)의 바닥판(5242)이 프레임(5222)의 천판(5222b) 위에 도시되지 않은 볼트를 통하여 고정되어 있다.

구동 기구(5210)는 서보모터 유닛(150X), 커플링(5260), 베어링부(5216), 볼 나사(5218) 및 볼 너트(5219)를 가지고 있다. 커플링(5260)은 서보모터 유닛(150X)의 구동축(152X)과 볼 나사(5218)를 연결하는 것이다. 또한 베어링부(5216)는 지지 기구(5240)의 바닥판(5242)에 대하여 수직하게 용접으로 고정된 베어링 지지 플레이트(5244)에 의해 지지되어 있고, 볼 나사(5218)를 회전 가능하게 지지하고 있다. 볼 너트(5219)는 그 축 주위로 이동하지 않도록 베어링 지지 플레이트(5244)에 의해 지지되면서, 볼 나사(5218)와 걸어맞추어진다. 그 때문에 서보모터 유닛(150X)을 구동하면, 볼 나사가 회전하고, 볼 너트(5219)가 그 축 방향(즉 X축 방향)으로 진퇴한다. 이 볼 너트(5219)의 운동이 연결 기구(5230)를 통하여 테이블(5100)에 전달됨으로써, 테이블(5100)은 X축 방향으로 구동된다. 그리고, 짧은 주기로 서보모터 유닛(150X)의 회전 방향을 바꾸도록 서보모터 유닛(150X)를 제어함으로써, 테이블(5100)을 원하는 진폭 및 주기로 X축 방향으로 가진할 수 있다.

지지 기구(5240)의 바닥판(5242)의 상면에는 모터 지지 플레이트(5246)가 바닥판(5242)과 수직하게 용접되어 있다. 모터 지지 플레이트(5246)의 일면(X축 부의 방향측의 면)에는, 구동축(152X)이 모터 지지 플레이트(5246)와 수직하게 되도록, 서보모터 유닛(150X)이 캔틸레버식 지지되어 있다. 모터 지지 플레이트(5246)에는 개구부(5246a)가 설치되어 있고, 서보모터 유닛(150X)의 구동축(152X)은 이 개구부(5246a)를 관통하여, 모터 지지 플레이트(5246)의 타면측에서 볼 나사(5218)와 연결된다.

또한, 서보모터 유닛(150X)이 모터 지지 플레이트(5246)에 캔틸레버식 지지되어 있기 때문에, 모터 지지 플레이트(5246)에는, 특히 바닥판(5242)과의 용접부에서, 큰 휨 응력이 가해진다. 이 휨 응력을 완화하기 위하여, 바닥판(5242)과 모터 지지 플레이트(5246) 사이에는, 리브(5248)가 설치되어 있다.

베어링부(5216)는 정면 조합으로 조합된 1쌍의 앵귤러 볼 베어링(5216a, 5216b)(X축 부의 방향측에 있는 것이 5216a이며, X축 정의 방향측에 있는 것이 5216b임)을 가지고 있다. 앵귤러 볼 베어링(5216a, 5216b)은 베어링 지지 플레이트(5244)의 중공부 안에 수납되어 있다. 앵귤러 볼 베어링(5216b)의 일면(X축 정의 방향측의 면)에는, 베어링 누름 플레이트(5216c)가 설치되어 있고, 이 베어링 누름 플레이트(5216c)를 볼트(5216d)를 사용하여 베어링 지지 플레이트(5244)에 고정함으로써, 앵귤러 볼 베어링(5216b)은 X축 부의 방향으로 밀어 넣어진다. 또한 볼 나사(5218)에서, 베어링부(5216)에 대하여 X축 부의 방향측에 인접하는 원통면에는, 나사부(5218a)가 형성되어 있다. 이 나사부(5218)에는, 내주에 암나사가 형성된 칼라(5217)가 부착되게 되어 있다. 칼라(5217)를 볼 나사(5218)에 대하여 회동시켜 X축 정의 방향으로 이동시킴으로써 앵귤러 볼 베어링(5216a)은 X축 정의 방향으로 밀어 넣어진다. 이와 같이, 앵귤러 볼 베어링(5216a와 5216b)이 서로 근접하는 방향으로 밀어 넣어지게 되어 있으므로, 양자가 서로 밀착하여 적합한 프리 로드가 베어링(5216a, 5216b)에 부여된다.

다음에 연결부(5230)의 구성에 대하여 설명한다. 연결부(5230)는 너트 가이드(5232), 1쌍의 Y축 레일(5234), 1쌍의 Z축 레일(5235), 중간 스테이지(5231), 1쌍의 X축 레일(5237), 1쌍의 X축 러너 블록(5233) 및 러너 블록 부착 부재(5238)를 가지고 있다.

너트 가이드(5232)는 볼 너트(5219)에 고정되어 있다. 또한 1쌍의 Y축 레일(5234)은 모두 Y축 방향으로 뻗는 레일이며, 너트 가이드(5232)의 X축 정의 방향측의 단부에, 상하 방향으로 나열되어 고정되어 있다. 또한 1쌍의 Z축 레일(5235)은 모두 Z축 방향으로 뻗는 레일이며, 테이블(5100)의 X축 부의 방향측의 단부에, Y축 방향으로 나열되어 고정되어 있다. 중간 스테이지(5231)는, 이 Y축 레일(5234)의 각각과 걸어맞추어지는 Y축 러너 블록(5231a)이 X축 부의 방향측의 면에, Z축 레일(5235)의 각각과 걸어맞추어지는 Z축 러너 블록(5231b)이 X축 정의 방향측의 면에 설치되어 있는 블록이며, Y축 레일(5234) 및 Z축 레일(5235)의 쌍방에 대하여 슬라이드 가능하게 구성되어 있다.

즉, 중간 스테이지(5231)는 테이블(5100)에 대하여 Z축 방향으로 슬라이드 가능하며, 또한 너트 가이드(5232)에 대하여 Y축 방향으로 슬라이드 가능이다. 따라서, 테이블(5100)에 대하여 너트 가이드(5231)는 Y축 방향 및 Z축 방향으로 슬라이드 가능하게 되어 있다. 이 때문에, 다른 액추에이터(5300 및/또는 5400)에 의해 테이블(5100)이 Y축 방향 및/또는 Z축 방향으로 가진되었다고 해도, 그것에 의해 너트 가이드(5232)가 변위하지는 않는다. 즉, 테이블(5100)의 Y축 방향 및/또는 Z축 방향의 변위에 기인하는 휨 응력이 볼 나사(5218)나 베어링(5216), 커플링(5260) 등에 가해지지는 않는다.

1쌍의 X축 레일(5237)은 모두 X축 방향으로 뻗는 레일이며, 지지 기구(5240)의 바닥판(5242) 위에, Y축 방향으로 나열되어 고정되어 있다. X축 러너 블록(5233)은 이 X축 레일(5237)의 각각과 걸어맞추어지고, X축 레일(5237)을 따라 슬라이드 가능하게 되어 있다. 러너 블록 부착 부재(5238)는 Y축 방향 양측을 향하여 튀어나오도록 너트 가이드(5232)의 바닥면에 고정된 부재이며, X축 러너 블록(5233)은 러너 블록 부착 부재(5238)의 바닥부에 고정되어 있다. 이와 같이, 너트 가이드(5232)는 러너 블록 부착 부재(5238) 및 X축 러너 블록(5233)을 통하여 X축 레일(5237)에 가이드 되어 있고, 이것에 의해, X축 방향으로만 이동 가능하게 되어 있다.

이와 같이, 너트 가이드(5232)의 이동 방향이 X축 방향으로만 제한되어 있기 때문에, 서보모터 유닛(150X)을 구동하여 볼 나사(5218)를 회동시키면, 너트 가이드(5232) 및 이 너트 가이드(5232)와 걸어맞추어지는 테이블(5100)은 X축 방향으로 진퇴한다.

러너 블록 부착 부재(5238)의, Y축 방향측의 일방면(도 34에서는 앞쪽, 도 35에서는 우측)(5238a)에는 위치 검출 수단(5250)이 배치되어 있다. 위치 검출 수단(5250)은 X축 방향으로 일정한 간격으로 나열된 3개의 근접 센서(5251), 러너 블록 부착 부재(5238)의 측면(5238a)에 설치된 검출용 플레이트(5252) 및 근접 센서(5251)를 지지하는 센서 지지 플레이트(5253)를 가지고 있다. 근접 센서(5251)는 각각의 근접 센서의 앞에 어떠한 물체가 근접하여(예를 들면, 1밀리미터 이내에) 있는지 아닌지를 검출 가능한 소자이다. 러너 블록 부착 부재(5238)의 측면(5238a)과 근접 센서(5251)는 충분히 떨어져 있기 때문에, 근접 센서(5251)는 각각의 근접 센서(5251) 앞에 검출용 플레이트(5252)가 있는지 아닌지를 검지할 수 있다. 진동 시험 장치(5000)의 제어 유닛(C5)은, 예를 들면, 근접 센서(5251)의 검출 결과를 사용하여 서보모터 유닛(150X)을 피드백 제어할 수 있다(도 38).

또한 지지 기구(5240)의 바닥판(5242) 위에는, X축 러너 블록(5233)을 X축 방향 양측에서 끼우도록 배치된 규제 블록(5236)이 설치되어 있다. 이 규제 블록(5236)은 너트 가이드(5232)의 이동 범위를 제한하기 위한 것이다. 즉, 서보모터 유닛(150X)을 구동시켜 너트 가이드(5232)를 X축 정의 방향을 향하여 계속해서 이동시키면, 최종적으로는, X축 정의 방향측에 배치된 규제 블록(5236)과 러너 블록 부착 부재(5238)가 접촉하고, 그 이상 너트 가이드(5232)는 X축 정의 방향으로 이동할 수 없게 된다. 너트 가이드(5232)를 X축 부의 방향을 향하여 계속해서 이동시키는 경우도 마찬가지이며, X축 부의 방향측에 배치된 규제 블록(5236)과 러너 블록 부착 부재(5238)가 접촉하여, 그 이상 너트 가이드(5232)는 X축 부의 방향으로 이동할 수 없게 된다.

이상에서 설명한 제 1 액추에이터(5200)와 제 2 액추에이터(5300)는 설치되는 방향이 상이한(X축과 Y축이 바뀜) 점을 제외하고는 동일한 구조이다. 따라서, 제 2 액추에이터(5300)에 대해서는 상세한 설명은 생략한다.

다음에 본 발명의 실시형태에 의한 제 3 액추에이터(5400)의 구성에 대하여 설명한다. 도 36은 테이블(5100) 및 제 3 액추에이터(5400)를 X축 방향에서(도 16의 하방으로부터 상방을 향하여) 본 측면도이다. 이 측면도도 내부 구조를 나타내기 위하여 일부가 절결되어 있다. 또한 도 37은 본 발명의 실시형태에 의한 테이블(5100) 및 제 3 액추에이터(5400)를 Y축 방향에서(도 33의 좌측으로부터 우측을 향하여) 본 측면도이다. 도 37도 내부 구조를 나타내기 위하여 일부가 절결되어 있다. 또한, 이하의 설명에서는, 제 2 액추에이터(5300)로부터 테이블(5100)을 향하는 Y축을 따른 방향을 Y축 정의 방향, 테이블(5100)로부터 제 2 액추에이터(5300)를 향하는 Y축을 따른 방향을 Y축 부의 방향으로 정의한다.

도 36 및 도 37에 도시되는 바와 같이, 베이스 플레이트(5402) 위에는, 연직 방향으로 뻗는 복수의 빔(5422a)과, 이 복수의 빔(5422a)을 위에서 덮도록 배치된 천판(5422b)으로 이루어지는 프레임(5422)이 설치되어 있다. 각 빔(5422a)은 하단이 베이스 플레이트(5402)의 상면에, 상단이 천판(5422b)의 하면에, 각각 용접되어 있다. 또한 지지 기구(5440)의 베어링 지지 플레이트(5442)가 프레임(5422)의 천판(5422b) 위에 도시되지 않은 볼트를 통하여 고정되어 있다. 이 베어링 지지 플레이트(5442)는 테이블(5100)(도 33)을 상하 방향으로 가진하기 위한 구동 기구(5410)나, 구동 기구(5410)에 의한 가진 운동을 테이블에 전달시키기 위한 연결 기구(5430)를 지지하기 위한 부재이다.

구동 기구(5410)는 서보모터 유닛(150Z), 커플링(5460), 베어링부(5416), 볼 나사(5418) 및 볼 너트(5419)를 가지고 있다. 커플링(5460)은 서보모터 유닛(150Z)의 구동축(152Z)과 볼 나사(5418)를 연결하는 것이다. 또한 베어링부(5416)는 전술의 베어링 지지 플레이트(5442)에 고정되어 있고, 볼 나사(5418)를 회전 가능하게 지지하게 되어 있다. 볼 너트(5419)는 그 축 주위로 이동하지 않도록 베어링 지지 플레이트(5442)에 의해 지지되면서, 볼 나사(5418)와 걸어맞추어진다. 그 때문에 서보모터 유닛(150Z)을 구동하면, 볼 나사가 회전하여, 볼 너트(5419)가 그 축 방향(즉 Z축 방향)으로 진퇴한다. 이 볼 너트(5419)의 운동이 연결 기구(5430)를 통하여 테이블(5100)에 전달됨으로써, 테이블(5100)은 Z축 방향으로 구동된다. 그리고, 짧은 주기로 서보모터 유닛(150Z)의 회전 방향을 전환하도록 서보모터 유닛(150Z)을 제어함으로써, 테이블(5100)을 원하는 진폭 및 주기로 Z축 방향(상하 방향)으로 가진할 수 있다.

지지 기구(5440)의 베어링 지지 플레이트(5442)의 하면으로부터, 2장의 연결 플레이트(5443)를 통하여, 수평 방향(XY 평면)으로 넓어지는 모터 지지 플레이트(5446)가 고정되어 있다. 모터 지지 플레이트(5446)의 하면에는, 서보모터 유닛(150Z)이 매달려, 고정되어 있다. 모터 지지 플레이트(5446)에는 개구부(446a)가 설치되어 있고, 서보모터 유닛(150Z)의 구동축(152Z)은 이 개구부(446a)를 관통하여, 모터 지지 플레이트(5446)의 상면측에서 볼 나사(5418)와 연결된다.

또한, 본 실시형태에서는, 프레임(5422)의 높이보다도 서보모터 유닛(150Z)의 축 방향(상하 방향, Z축 방향)의 치수가 크기 때문에, 서보모터 유닛(150Z)의 대부분은 베이스 플레이트(5402)보다도 낮은 위치에 배치된다. 이 때문에, 장치 베이스(5002)에는, 서보모터 유닛(150Z)을 수납하기 위한 공동부(5002a)가 설치되어 있다. 또한 베이스 플레이트(5402)에는, 서보모터 유닛(150Z)을 통과시키기 위한 개구(5402a)가 설치되어 있다.

베어링부(5416)는 베어링 지지 플레이트(5442)를 관통하도록 설치되어 있다. 또한, 베어링부(5416)의 구조는 제 1 액추에이터(5200)에서의 베어링부(5216)(도 34, 도 35)와 동일하므로, 상세한 설명은 생략한다.

다음에 연결부(5430)의 구성에 대하여 설명한다. 연결부(5430)는 가동 프레임(5432), 1쌍의 X축 레일(5434), 1쌍의 Y축 레일(5435), 복수의 중간 스테이지(5431), 2쌍의 Z축 레일(5437) 및 2쌍의 Z축 러너 블록(5433)을 가지고 있다.

가동 프레임(5432)은 볼 너트(5419)에 고정된 프레임부(5432a)와, 프레임부(5432a)의 상단에 고정된 천판(5432b)과, 천판(5432b)의 X축 방향 양쪽 가장자리로부터 하방으로 뻗도록 고정된 측벽(5432c)을 가지고 있다. 1쌍의 Y축 레일(5435)은 모두 Y축 방향으로 뻗는 레일이며, 가동 프레임(5432)의 천판(5432b)의 상면에 X축 방향으로 나열되어 고정되어 있다. 또한 1쌍의 X축 레일(5434)은 모두 X축 방향으로 뻗는 레일이며, 테이블(5100)의 하면에, Y축 방향으로 나열되어 고정되어 있다. 중간 스테이지(5431)는 X축 레일(5434)과 걸어맞추어지는 X축 러너 블록(5431a)이 상부에, Y축 레일(5435)의 각각과 걸어맞추어지는 Y축 러너 블록(5431b)이 하부에 설치되어 있는 블록이며, X축 레일(5434) 및 Y축 레일(435)의 쌍방에 대하여 슬라이드 가능하게 구성되어 있다. 또한, 중간 스테이지(5431)는 X축 레일(5434)과 Y축 레일(5435)이 교차하는 위치마다 하나씩 설치되어 있다. X축 레일(5434)과 Y축 레일(5435)은, 각각 2개씩 설치되어 있기 때문에, X축 레일(5434)과 Y축 레일(5435)은 4개소에서 교차한다. 따라서, 본 실시형태에서는, 4개의 중간 스테이지(5431)가 사용된다.

이와 같이, 중간 스테이지(5431)의 각각은 테이블(5100)에 대하여 X축 방향으로 슬라이드 가능하며, 또한 가동 프레임(5432)에 대하여 Y축 방향으로 슬라이드 가능이다. 즉, 테이블(5100)에 대하여 가동 프레임(5432)은 X축 방향 및 Y축 방향으로 슬라이드 가능하게 되어 있다. 이 때문에, 다른 액추에이터(5200 및/또는 5300)에 의해 테이블(5100)이 X축 방향 및/또는 Y축 방향으로 가진되었다고 해도, 그것에 의해 가동 프레임(5432)이 변위되지는 않는다. 즉, 테이블(5100)의 X축 방향 및/또는 Y축 방향의 변위에 기인하는 휨 응력이 볼 나사(5418)나 베어링(5416), 커플링(5460) 등에 가해지지 않는다.

또한 본 실시형태에서는, 가동 프레임(5432)에는 비교적 대중량의 테이블(5100) 및 워크를 떠받치기 위하여, X축 레일(5434) 및 Y축 레일(5435)의 간격을, 제 1 액추에이터(5200)의 Y축 레일(5234) 및 Z축 레일(5235)과 비교하여 넓게 취하고 있다. 이 때문에, 제 1 액추에이터(5200)와 마찬가지로 하나의 중간 스테이지만에 의해 테이블(5100)과 가동 프레임(5432)을 연결시키는 구성으로 하면, 중간 스테이지가 대형화되어, 가동 프레임(5432)에 가해지는 하중이 증대해 버린다. 이 때문에, 본 실시형태에서는, X축 레일(5434)과 Y축 레일(5435)이 교차하는 부분마다 소형의 중간 스테이지(5431)를 배치하는 구성으로 하여, 가동 프레임(5432)에 가해지는 하중의 크기를 필요 최저한으로 억제하고 있다.

2쌍의 Z축 레일(5437)은 Z축 방향으로 뻗는 레일이며, 가동 프레임(5432)의 측벽(5432c)의 각각에, Y축 방향으로 나열되어 1쌍씩 고정되어 있다. Z축 러너 블록(5433)은 이 Z축 레일(5437)의 각각과 걸어 맞추어지고, Z축 레일(5437)을 따라 슬라이드 가능하게 되어 있다. Z축 러너 블록(5433)은 러너 블록 부착 부재(5438)를 통하여 프레임(5422)의 천판(5422b)의 상면에 고정되게 되어 있다. 러너 블록 부착 부재(5438)는 가동 프레임(5432)의 측벽(5432c)과 대략 평행하게 배치된 측판(5438a)과, 이 측판(5438a)의 하단에 고정된 바닥판(5438b)을 가지고 있고, 전체적으로는 L자 단면 형상으로 되어 있다. 또한 본 실시형태에서는, 특히 무게중심이 높고 또한 대중량의 워크를 테이블(5100) 위에 고정하면, X축 주위 및/또는 Y축 주위의 큰 모멘트가 가동 프레임(5432)에 가해지기 쉽게 되어 있다. 그 때문에 러너 블록 부착 부재(5438)는, 이 회전 모멘트에 견딜 수 있도록, 리브에 의해 보강되어 있다. 구체적으로는, 러너 블록 부착 부재(5438)의 Y축 방향 양단에서의 측판(5438a)과 바닥판(5438b)이 이루는 코너에 1쌍의 제 1 리브(5438c)가 설치되고, 또한 이 1쌍의 제 1 리브(5438c) 사이에 걸쳐진 제 2 리브(5438d)가 설치되어 있다.

이와 같이, Z축 러너 블록(5433)이 프레임(5422)에 고정되어 있고, 또한 Z축 레일(5437)에 대하여 슬라이드 가능하게 되어 있다. 따라서, 가동 프레임(5432)은 상하 방향으로 슬라이드 가능함과 아울러, 가동 프레임(5432)의 상하 방향 이외의 이동은 규제된다. 이와 같이, 가동 프레임(5432)의 이동 방향이 상하 방향으로만 제한되어 있기 때문에, 서보모터 유닛(150Z)을 구동하여 볼 나사(5418)를 회동시키면, 가동 프레임(5432) 및 이 가동 프레임(5432)과 걸어맞추어지는 테이블(5100)은 상하 방향으로 진퇴한다.

또한 제 1 액추에이터(5200)의 위치 검출 수단(5250)(도 34, 도 35)과 동일한 위치 검출 수단(도시하지 않음)이 제 3 액추에이터(5400)에도 설치되어 있다. 진동 시험 장치(5000)의 제어 유닛(C5)은 이 위치 검출 수단의 검출 결과에 기초하여 가동 프레임(5432)의 높이가 소정의 범위 내가 되도록 제어할 수 있다(도 38).

이상에서 설명한 바와 같이, 본 실시형태에서는, 구동축이 서로 직교하는 각 액추에이터와 테이블(5100) 사이에, 2쌍의 레일과 이 레일에 대하여 슬라이드 가능하게 구성된 중간 스테이지가 설치되어 있다. 이것에 의해, 각 액추에이터에 대하여, 테이블(5100)은 그 액추에이터의 구동 방향에 수직한 면 위의 임의의 방향으로 슬라이드 가능하게 되어 있다. 이 때문에, 어떤 액추에이터에 의해 테이블(5100)이 변위되었다고 해도, 이 변위에 기인하는 하중이나 모멘트가 다른 액추에이터에 가해지지 않고, 또한 다른 액추에이터와 테이블(5100)이 중간 스테이지를 통하여 걸어맞추어지는 상태가 유지된다. 즉, 테이블이 임의의 위치로 변위되었다고 해도, 각 액추에이터가 테이블을 변위시키는 것이 가능한 상태가 유지된다. 이 때문에, 본 실시형태에서는, 3개의 액추에이터(5200, 5300, 5400)를 동시에 구동시켜 테이블(5100) 및 그 위에 고정되는 워크를 3축 방향으로 가진 가능이다.

본 실시형태에서는, 상기한 바와 같이, 액추에이터(5200, 5300, 5400)와 테이블(5100) 사이에는, 레일과 러너 블록을 조합시킨 가이드 기구를 구비한 연결부가 설치되어 있다. 또한 동일한 가이드 기구가 액추에이터(5200, 5300, 5400)에 설치되어 있고, 이 가이드 기구는 각 액추에이터의 볼 나사 기구의 너트를 가이드 하기 위해 사용된다.

또한 상기의 각 실시형태에서, 토크 발생 장치에 초저관성 서보모터가 사용되고 있지만, 본 발명의 구성은 이것에 한정되지 않는다. 회전자의 관성 모멘트가 작아, 고가속도 혹은 고가가속도로 구동 가능한 다른 형식의 전동기(예를 들면, 인버터 모터)를 사용한 구성도 본 발명에 포함된다. 이 경우, 상기의 각 실시형태와 마찬가지로, 전동기에 인코더를 설치하여, 인코더가 검출한 전동기의 출력축의 회전 상태(예를 들면, 회전수나 각도 위치)에 의한 피드백 제어를 행하는 구성이 채용될 수 있다.

또한 상기의 실시형태는 주로 자동차용의 동력 전달 장치의 내구 시험 장치에 본 발명을 적용한 예이지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 산업 전반에서 여러 용도에 사용할 수 있다. 예를 들면, 이륜차, 농업 기계, 건설 기계, 철도 차량, 선박, 항공기, 발전 시스템, 급배수 시스템 또는 이것들을 구성하는 각종 부품의 기계 특성이나 내구성의 평가에 본 발명을 사용할 수 있다.

이상이 본 실시형태의 설명이지만, 본 발명은 상기의 구성에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위에서 여러 변형이 가능하다. 예를 들면, 상기의 각 실시형태에서는, 하나의(1출력축을 갖는) 서보모터(150B)와 1개의 2축 출력 서보모터(150A)를 2단 연결한 서보모터 유닛(150)(또는 토크 부여용 서보모터 유닛(132))이 사용되고 있지만, 하나의 서보모터(150B)와 복수의 2축 출력 서보모터(150A)를 3단 이상으로 연결한 서보모터 유닛을 사용하는 구성으로 해도 된다.

Claims (5)

1. 제 1 공시체 및 제 2 공시체의 시험을 동시에 행하는 비틀림 시험 장치로서,
   제 1 출력축 및 제 2 출력축을 구비한 2축 출력 모터와,
   상기 제 1 출력축의 회전을 제 1 공시체의 일단에 전달하는 제 1 구동 전달부와,
   상기 제 1 공시체의 타단을 고정하는 제 1 반력부와,
   상기 제 2 출력축의 회전을 제 2 공시체의 일단에 전달하는 제 2 구동 전달부와,
   상기 제 2 공시체의 타단을 고정하는 제 2 반력부
   를 구비하고,
   상기 제 1 구동 전달부 및 상기 제 2 구동 전달부는 상기 제 1 공시체 또는 상기 제 2 공시체의 일단을 부착하는 척 장치를 구비하고,
   상기 제 1 반력부 및 상기 제 2 반력부는
   상기 제 1 공시체 또는 상기 제 2 공시체의 타단을 부착하는 척 장치를 구비하고,
   상기 2축 출력 모터가
   통 형상의 본체 프레임과,
   상기 본체 프레임의 축 방향 일단부에 부착된 평판 형상의 제 1 브래킷과,
   상기 본체 프레임의 축 방향 타단부에 부착된 평판 형상의 제 2 브래킷과,
   상기 본체 프레임의 중공부를 통과하고, 상기 제 1 브래킷 및 상기 제 2 브래킷을 관통하고, 상기 제 1 브래킷 및 상기 제 2 브래킷에 각각 설치된 베어링에 의해 회전 자유롭게 지지된 구동축을 구비하고,
   상기 구동축의 일단부는 상기 제 1 브래킷으로부터 외부로 돌출하여, 제 1 출력축을 구성하고,
   상기 구동축의 타단부는 상기 제 2 브래킷으로부터 외부로 돌출하여, 제 2 출력축을 구성하고,
   상기 제 1 브래킷 및 상기 제 2 브래킷에는, 서로 대향하는 면의 반대측에 상기 2축 출력 모터를 부착하기 위한 탭 구멍이 설치된 제 1 부착면이 형성되어 있는 비틀림 시험 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 1 브래킷 및 상기 제 2 브래킷에는, 상기 2축 출력 모터를 부착하기 위한 탭 구멍이 설치된, 상기 제 1 부착면과 수직한 제 2 부착면이 형성되어 있는 비틀림 시험 장치.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 1 브래킷 및 상기 제 2 브래킷의 적어도 일방에, 상기 구동축의 회전 위치를 검출하는 로터리 인코더가 설치되어 있는 비틀림 시험 장치.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 1 반력부 및 상기 제 2 반력부가 상기 제 1 공시체 또는 상기 제 2 공시체에 가해진 토크를 검출하는 토크 센서를 각각 구비한 비틀림 시험 장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 제 1 구동 전달부 및 제 2 구동 전달부는
   상기 제 1 출력축 또는 상기 제 2 출력축의 회전을 감속하는 감속기와,
   이 감속기의 출력축의 회전을 검출하는 로터리 인코더
   를 구비하는 비틀림 시험 장치.

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