KR20230113651A

KR20230113651A - 충돌 모의 시험 장치 및 충격 시험 장치

Info

Publication number: KR20230113651A
Application number: KR1020237024542A
Authority: KR
Inventors: 시게루 마츠모토; 히로시 미야시타; 카즈히로 무라우치; 키요아키 하네이시
Original assignee: 고쿠사이 게이소쿠키 가부시키가이샤
Priority date: 2017-02-28
Filing date: 2018-01-31
Publication date: 2023-07-31
Also published as: KR20230160410A; KR102604026B1; US20190383706A1; US11892371B2; US20220065754A1; TW202238097A; WO2018159199A1; CN113804459A; US11609152B2; US20230184630A1; US20240118173A1; US11199475B2; KR20230164195A; TWI828209B

Abstract

본 발명의 하나의 실시형태에 따른 충돌 모의 시험 장치는 공시체가 부착되는 테이블과, 테이블을 구동하는 톱니 부착 벨트를 구비하고, 톱니 부착 벨트가 카본 심선을 구비한 것이다.

Description

충돌 모의 시험 장치 및 충격 시험 장치{COLLISION SIMULATION TEST APPARATUS AND IMPACT TEST APPARATUS}

본 발명은 충돌 모의 시험 장치 및 충격 시험 장치에 관한 것이다.

자동차 충돌시의 승무원의 안전을 평가하기 위해서 충돌 시험이 행해지고 있다. 충돌 시험에는 실차를 소정의 속도로 배리어에 충돌시키는 실차 충돌 시험(파괴 시험)이나, 공시체를 부착한 스레드(대차)에 대하여 실차 충돌시와 동일한 정도의 충격(가속도 펄스)을 부여하는 충돌 모의 시험(스레드 시험)이 있다.

일본 특개 2012-2699호 공보(특허문헌 1)에는 충돌 모의 시험을 행하는 장치가 기재되어 있다. 특허문헌 1에 기재된 장치는 수평 방향으로 이동이 자유롭게 지지된 스레드의 전단에 발사 장치의 피스톤의 선단을 접촉시킨 상태에서, 발사 장치의 어큐뮬레이터에 축적된 유압에 의해 피스톤을 내쏘는 것에 의해, 스레드에 부착된 공시체에 작용하는 충격을 비파괴적으로 재현하는 것이다.

특허문헌 1에 기재된 장치는 피스톤을 내쏘는 스트로크의 설정에 의해, 충격의 정도를 실차의 충돌과 동일한 정도로 조정할 수는 있지만, 가속도의 파형을 제어할 수는 없다. 그 때문에 정밀도가 높은 시험을 행할 수 없었다.

또 피스톤에 의해 밀려나간 스레드가 타성으로 장거리 주행하기 때문에, 장치의 전체 길이는 매우 긴 것이 되어, 넓은 설치 스페이스를 필요로 했다.

본 발명은 상기한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 바는 소형이며 고정밀도의 충돌 모의 시험 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 하나의 실시형태에 따른 충돌 모의 시험 장치는, 공시체가 부착되는 테이블과, 테이블을 구동 방향으로 구동하는 톱니 부착 벨트를 구비하고, 톱니 부착 벨트가 카본 심선을 구비한 것이다.

상기한 충돌 모의 시험 장치에 있어서, 톱니 부착 벨트가 감긴 한 쌍의 톱니 부착 풀리와, 톱니 부착 벨트를 테이블에 해제 가능하게 고정하는 벨트 클램프를 구비하고, 톱니 부착 벨트가 길이 방향으로 떨어진 2개소의 고정 위치에 있어서 테이블에 고정된 구성으로 해도 된다.

이 구성에 의하면, 벨트 클램프가 테이블에 고정되기 때문에, 벨트 클램프의 하중에 의해 톱니 부착 벨트가 흔들리는 것에 의한 톱니 스키핑의 발생이 억제되어, 테이블의 구동 제어가 향상된다.

상기한 충돌 모의 시험 장치에 있어서, 톱니 부착 벨트가, 적어도 1개소의 고정 위치에 있어서, 톱니 부착 벨트의 유효 길이를 조정 가능하게 고정된 구성으로 해도 된다.

이 구성에 의하면, 톱니 부착 벨트의 유효 길이의 조정이 용이하게 된다.

상기한 충돌 모의 시험 장치에 있어서, 서로 평행하게 늘어선 복수의 톱니 부착 벨트를 구비하고, 테이블이 복수의 톱니 부착 벨트에 의해 구동 가능한 구성으로 해도 된다.

이 구성에 의하면, 질량이 큰 공시체에도 필요한 충격을 부여하는 것이 가능하게 된다.

상기한 충돌 모의 시험 장치에 있어서, 복수의 톱니 부착 벨트의 유효 길이가 동일한 구성으로 해도 된다.

이 구성에 의하면, 각 톱니 부착 벨트의 응답 특성이 일치하기 때문에, 각 톱니 부착 벨트에 대하여 동일한 조건(예를 들면, 동일한 시 상수)으로 제어를 행하는 것이 가능하게 된다. 그 때문에, 보다 간단한 제어에 의해 복수의 톱니 부착 벨트를 구동하는 것이 가능하게 되고, 제어 장치에 필요한 처리 능력을 억제할 수 있다.

상기한 충돌 모의 시험 장치에 있어서, 한 쌍의 톱니 부착 풀리의 적어도 일방이 구동 풀리이며, 구동 풀리를 구동하는 구동 모듈을 구비한 구성으로 해도 된다.

상기한 충돌 모의 시험 장치에 있어서, 구동 모듈이 전동기를 구비한 구성으로 해도 된다.

이 구성에 의하면, 유압이 불필요하기 때문에, 유압 공급 설비를 설치할 필요가 없다. 그 때문에, 넓은 설치 스페이스가 불필요하며, 유압 공급 설비의 메인터넌스도 부담도 불필요하다. 또 작동유에 의해 주변 환경이 오염되는 일도 없어, 클린하며 안전한 환경에서 시험을 행하는 것이 가능하게 된다.

상기한 충돌 모의 시험 장치에 있어서, 전동기가 서보 모터인 구성으로 해도 된다.

상기한 충돌 모의 시험 장치에 있어서, 전동기의 관성 모먼트가 0.02kg·m² 이하인 구성으로 해도 된다.

이 구성에 의하면, 대가속도의 발생이 가능하게 된다.

상기한 충돌 모의 시험 장치에 있어서, 전동기의 관성 모먼트가 0.01kg·m² 이하인 구성으로 해도 된다.

상기한 충돌 모의 시험 장치에 있어서, 구동 모듈이, 전동기의 출력을 감속하는 감속기를 구비한 구성으로 해도 된다.

이 구성에 의하면, 관성이 큰 공시체의 시험도 가능하게 된다.

상기한 충돌 모의 시험 장치에 있어서, 상기 구동 모듈이, 전동기에 의해 구동되는 샤프트와, 샤프트를 회전 가능하게 지지하는 베어링을 구비하고, 구동 풀리가 샤프트에 부착된 구성으로 해도 된다.

상기한 충돌 모의 시험 장치에 있어서, 구동 모듈이 한 쌍의 전동기를 구비하고, 샤프트의 양단이 한 쌍의 전동기에 각각 연결된 구성으로 해도 된다.

이 구성에 의하면, 보다 큰 동력으로 샤프트를 구동할 수 있다. 또 2대의 전동기를 사용하는 경우, 샤프트를 공용함으로써, 베어링을 삭감하는 것이 가능하게 되어, 장치를 컴팩트하게 할 수 있다.

상기한 충돌 모의 시험 장치에 있어서, 복수의 톱니 부착 벨트를 각각 구동하는 복수의 구동 모듈을 구비하고, 복수의 구동 모듈 중 2개가 구동 풀리의 축 방향으로 늘어서서 배치된 구성으로 해도 된다.

이 구성에 의하면, 구동 풀리를 구동하는 동력 전달 경로를 짧게 할 수 있고, 동력 전달 경로의 관성 모먼트를 낮게 하고, 보다 큰 가속도에서의 구동이 가능하게 된다.

상기한 충돌 모의 시험 장치에 있어서, 복수의 톱니 부착 벨트를 각각 구동하는 복수의 구동 모듈을 구비하고, 복수의 구동 모듈 중 2개가 구동 방향으로 늘어서서 배치된 구성으로 해도 된다.

상기한 충돌 모의 시험 장치에 있어서, 구동 모듈이, 복수의 톱니 부착 벨트 중 적어도 2개를 각각 구동하는 적어도 2개의 톱니 부착 풀리를 구비하고, 이 적어도 2개의 톱니 부착 풀리가 샤프트에 부착된 구성으로 해도 된다.

이 구성에 의하면, 적어도 2개의 톱니 부착 벨트가 1개의 샤프트에 의해 구동되기 때문에, 이 적어도 2개의 톱니 부착 벨트의 구동을 완전히 동기시키는 것이 가능하게 되고, 보다 고정밀도의 구동이 가능하게 된다.

상기한 충돌 모의 시험 장치에 있어서, 한 쌍의 톱니 부착 풀리가 모두 구동 풀리인 구성으로 해도 된다.

이 구성에 의하면, 톱니 부착 벨트를 보다 높은 동력으로 구동하는 것이 가능하게 된다.

상기한 충돌 모의 시험 장치에 있어서, 구동 모듈이, 한 쌍의 톱니 부착 풀리의 일방을 구동하는 제1 구동 모듈과, 한 쌍의 톱니 부착 풀리의 타방을 구동하는 제2 구동 모듈을 포함하는 구성으로 해도 된다.

상기한 충돌 모의 시험 장치에 있어서, 1개 이상의 구동 모듈에, 합쳐서 복수의 전동기가 구비되고, 복수의 전동기를 동기 제어하는 제어부를 구비하고, 제어부가 광 파이버 통신을 사용하여 각 전동기를 고속 제어하는 구성으로 해도 된다.

이 구성에 의하면, 테이블을 충분히 높은 정밀도로 구동하는 것이 가능하게 된다.

상기한 충돌 모의 시험 장치에 있어서, 테이블을 구동 방향으로 밀어내는 푸셔와, 테이블 및 푸셔를 구동 방향으로 이동 가능하게 지지하는 리니어 가이드와, 테이블과의 충돌에 의해 공시체에 부여하는 충격을 발생시키는 충격 발생부를 구비하고, 톱니 부착 벨트가 테이블 및 푸셔의 각각에 고정 가능하며, 테이블 및 푸셔의 어느 일방에 해제 가능하게 고정되고, 톱니 부착 벨트가 테이블에 고정되어 있을 때는 구동 모듈이 공시체에 부여하는 충격을 발생시켜, 충격이 톱니 부착 벨트에 의해 테이블에 전달되고, 톱니 부착 벨트가 푸셔에 고정되어 있을 때는 푸셔에 의해 밀어내진 테이블이 충격 발생부와 충돌함으로써 공시체에 부여하는 충격이 발생하는 구성으로 해도 된다.

상기한 충돌 모의 시험 장치에 있어서, 충격 발생부가, 고정부와, 테이블이 충돌 가능한 위치에 배치된 충격부와, 고정부와 충격부와의 사이에서 충격을 완화하는 완충부를 구비한 구성으로 해도 된다.

상기한 충돌 모의 시험 장치에 있어서, 완충부가, 충격부에 부착된 가동 프레임과, 구동 방향에 있어서 가동 프레임을 사이에 끼우도록 배치되고, 고정부에 부착된 한 쌍의 아암과, 가동 프레임과 각 아암과의 사이에 끼워넣어진 스프링을 구비한 구성으로 해도 된다.

상기한 충돌 모의 시험 장치에 있어서, 테이블이, 충격 발생부를 향하여 돌출된 제1 충돌 기둥을 구비하고, 충격 발생부의 충격부가, 제1 충돌 기둥을 향하여 돌출된 제2 충돌 기둥을 구비하고, 제1 충돌 기둥 및 제2 충돌 기둥의 적어도 일방이 댐퍼 및 스프링의 적어도 하나를 구비한 완충 장치인 구성으로 해도 된다.

상기한 충돌 모의 시험 장치에 있어서, 리니어 가이드가, 구동 방향으로 연장된 레일과, 전동체를 통하여 레일 상을 주행하는 캐리지를 구비하고, 캐리지가, 테이블에 부착된 제1 캐리지와, 푸셔에 부착된 제2 캐리지를 포함하는 구성으로 해도 된다.

상기한 충돌 모의 시험 장치에 있어서, 톱니 부착 벨트가 엘라스토머로 형성된 본체부를 구비하고, 엘라스토머가 경질 폴리우레탄 및 수소 첨가 아크릴로니트릴부타디엔 고무 중 어느 하나를 포함하는 구성으로 해도 된다.

이 구성에 의하면, 톱니 스키핑의 발생이 억제되고, 테이블을 보다 높은 정밀도로 구동하는 것이 가능하게 된다.

상기한 충돌 모의 시험 장치에 있어서, 테이블을 구동 방향으로 안내하는 리니어 가이드를 구비하고, 리니어 가이드가, 구동 방향으로 연장된 레일과, 전동체를 통하여 레일 상을 주행하는 캐리지를 구비한 구성으로 해도 된다.

이 구성에 의하면, 구동 방향 이외의 테이블의 불필요한 운동이 억제되기 때문에, 테이블을 보다 높은 정밀도로 구동하는 것이 가능하게 된다. 또 저손실의 구름 안내의 채용에 의해, 보다 적은 동력으로 테이블을 구동하는 것이 가능하게 됨과 아울러, 안내 수단에 녹아붙음이 생기기 어려워지기 때문에, 테이블을 보다 큰 가속도로 구동하는 것이 가능하게 된다.

상기한 충돌 모의 시험 장치에 있어서, 전동체가 세라믹스 재료로 형성된 구성으로 해도 된다.

상기한 충돌 모의 시험 장치에 있어서, 세라믹스 재료가 질화규소, 탄화규소 및 지르코니아 중 어느 하나를 포함하는 구성으로 해도 된다.

이 구성에 의하면, 세라믹스 재료로 형성된 전동체는 일반적인 강제의 것에 비해, 경량이며, 내열성이 높고, 고정밀도라는 특징이 있다. 그 때문에, 녹아붙음이 생기기 어렵고, 테이블을 보다 큰 가속도로 구동하는 것이 가능하게 된다.

본 발명의 또 하나의 태양에 의하면, 공시체가 재치되는 주행부와, 주행부를 구동하는 동력을 전하는 감음 전동 기구를 구비하고, 감음 전동 기구가 제1 감음 매개절을 구비하고, 제1 감음 매개절이 카본 심선을 가지는 제1 톱니 부착 벨트인 충격 시험 장치가 제공된다.

상기한 충격 시험 장치에 있어서, 제1 톱니 부착 벨트가 엘라스토머로 형성된 본체부를 구비하고, 엘라스토머가 경질 폴리우레탄 및 수소 첨가 아크릴로니트릴부타디엔 고무 중 어느 하나를 포함하는 구성으로 해도 된다.

상기한 충격 시험 장치에 있어서, 주행부를 주행 가능하게 지지하는 궤도부를 구비하고, 감음 전동 기구가 제1 감음 매개절이 감긴 제1 구동 풀리를 구비한 구성으로 해도 된다.

상기한 충격 시험 장치에 있어서, 궤도부가, 주행부가 수평 방향으로 주행 가능하게 되는 수평 위치와, 주행부가 수직 방향으로 주행 가능하게 되는 수직 위치와의 사이에서, 선회축을 중심으로 선회 가능하게 지지되고, 제1 구동 풀리의 회전축이 선회축과 일치하고 있는 구성으로 해도 된다.

본 발명의 또 하나의 태양에 의하면, 공시체가 재치되는 주행부와, 주행부를 주행 가능하게 지지하는 궤도부와, 주행부를 구동하는 동력을 전하는 감음 전동 기구를 구비하고, 감음 전동 기구가, 제1 구동 풀리와, 제1 구동 풀리에 감긴 제1 감음 매개절을 구비하고, 궤도부가, 주행부가 수평 방향으로 주행 가능하게 되는 수평 위치와, 주행부가 수직 방향으로 주행 가능하게 되는 수직 위치와의 사이에서, 선회축을 중심으로 선회 가능하게 지지되고, 제1 구동 풀리의 회전축이 선회축과 일치하고 있는 충격 시험 장치가 제공된다.

상기한 충격 시험 장치에 있어서, 궤도부를 수직 위치에 배치했을 때, 수직 충격 시험 및 낙하 시험의 적어도 어느 하나의 실시가 가능하며, 궤도부를 수평 위치에 배치했을 때, 수평 충격 시험의 실시가 가능한 구성으로 해도 된다.

상기한 충격 시험 장치에 있어서, 감음 전동 기구가, 제1 구동 풀리와의 사이에서 제1 감음 매개절이 걸쳐진 제1 종동 풀리와, 주행부에 제1 감음 매개절을 착탈 가능하게 고정하는 매개절 고정구를 구비한 구성으로 해도 된다.

상기한 충격 시험 장치에 있어서, 궤도부를 선회 가능하게 지지하는 고정부를 구비하고, 궤도부가 선회축을 중심선으로 하는 축부를 가지고, 고정부가 축부를 회전 가능하게 지지하는 베어링부를 구비한 구성으로 해도 된다.

상기한 충격 시험 장치에 있어서, 제1 종동 풀리가 궤도부의 선단부에 부착되고, 축부가 궤도부의 후단부에 설치되고, 제1 감음 매개절이 궤도부의 주위에 둘러쳐진 구성으로 해도 된다.

상기한 충격 시험 장치에 있어서, 선회축의 방향으로 늘어서서 배치된 한 쌍의 감음 전동 기구를 구비하고, 축부가 한 쌍의 감음 전동 기구의 제1 구동 풀리 사이에 배치된 구성으로 해도 된다.

상기한 충격 시험 장치에 있어서, 궤도부를 선회시키는 선회 구동부를 구비하고, 선회 구동부가, 모터와, 모터의 축과 연결된 제2 구동 풀리와, 궤도부의 축부와 결합한 제2 종동 풀리와, 제2 구동 풀리와 제2 종동 풀리와의 사이에 걸쳐진 제2 감음 매개절을 구비한 구성으로 해도 된다.

상기한 충격 시험 장치에 있어서, 제2 감음 매개절이 톱니 부착 벨트인 구성으로 해도 된다.

상기한 충격 시험 장치에 있어서, 주행부의 주행을 안내하는 리니어 가이드웨이를 구비하고, 리니어 가이드웨이가, 궤도부에 부착된 레일과, 주행부에 부착되고, 레일 상을 주행 가능한 캐리지를 가지고, 궤도부가, 레일이 부착된 레일 지지부를 가지고, 레일 지지부의 일단부에 축부가 연결된 구성으로 해도 된다.

상기한 충격 시험 장치에 있어서, 한 쌍의 리니어 가이드웨이를 구비하고, 궤도부가, 선회축의 방향으로 늘어서서 배치된 한 쌍의 레일 지지부를 구비하고, 한 쌍의 레일 지지부에 한 쌍의 리니어 가이드웨이의 레일이 각각 부착되고, 한 쌍의 레일 지지부의 일단부가 축부를 통하여 연결된 구성으로 해도 된다.

상기한 충격 시험 장치에 있어서, 감음 전동 기구가 한 쌍의 레일 지지부의 사이에 배치된 구성으로 해도 된다.

상기한 충격 시험 장치에 있어서, 궤도부가, 한 쌍의 레일 지지부의 사이에 배치되고, 일방의 레일 지지부의 후단부에 부착된 스페이서와, 타방의 레일 지지부와 스페이서의 사이에 배치되고, 이 스페이서에 선단부가 부착된 구동판을 구비한 구성으로 해도 된다.

상기한 충격 시험 장치에 있어서, 스페이서의 폭이 제1 감음 매개절의 폭보다 넓고, 감음 전동 기구가 선회축의 방향에 있어서 스페이서와 동일 위치에 배치된 구성으로 해도 된다.

상기한 충격 시험 장치에 있어서, 궤도부가, 한 쌍의 레일 지지부의 사이에 배치되고, 이 한 쌍의 레일 지지부의 후단부에 각각 부착된 한 쌍의 스페이서와, 한 쌍의 스페이서의 사이에 배치되고, 이 한 쌍의 스페이서에 각각 선단부가 부착된 한 쌍의 구동판을 구비하고, 한 쌍의 구동판의 후단부가 축부를 통하여 연결된 구성으로 해도 된다.

상기한 충격 시험 장치에 있어서, 한 쌍의 감음 전동 기구를 구비하고, 한 쌍의 감음 전동 기구가 한 쌍의 레일 지지부의 사이에 선회축의 방향으로 늘어서서 배치된 구성으로 해도 된다.

상기한 충격 시험 장치에 있어서, 스페이서의 폭이 제1 감음 매개절의 폭보다 넓고, 한 쌍의 감음 전동 기구가 선회축의 방향에 있어서 한 쌍의 스페이서와 각각 동일 위치에 배치된 구성으로 해도 된다.

상기한 충격 시험 장치에 있어서, 궤도부가, 한 쌍의 레일 지지부의 선단부를 연결하는 선단 연결부를 가지고, 제1 종동 풀리가 선단 연결부에 부착된 구성으로 해도 된다.

상기한 충격 시험 장치에 있어서, 궤도부가, 한 쌍의 레일 지지부의 중간부를 연결하는 복수의 중간 연결부를 가지고, 선단 연결부 및 복수의 중간 연결부가 주행부의 주행 방향에 있어서 등간격으로 배치된 구성으로 해도 된다.

상기한 충격 시험 장치에 있어서, 궤도부의 정면에 주행부가 배치되고, 궤도부의 선단 연결부 및 복수의 중간 연결부의 배면에 제1 감음 매개절을 가이드하는 가이드 롤러가 각각 설치된 구성으로 해도 된다.

상기한 충격 시험 장치에 있어서, 매개절 고정구에 의해 제1 감음 매개절의 양단이 고정된 구성으로 해도 된다.

상기한 충격 시험 장치에 있어서, 감음 전동 기구가 한 쌍의 매개절 고정구를 구비하고, 한 쌍의 매개절 고정구의 일방에 의해 제1 감음 매개절의 일단부가 고정되고, 한 쌍의 매개절 고정구의 타방에 의해 제1 감음 매개절의 타단부가 고정된 구성으로 해도 된다.

상기한 충격 시험 장치에 있어서, 궤도부를 지지하는 고정부를 구비한 구성으로 해도 된다.

상기한 충격 시험 장치에 있어서, 고정부가, 수평 방향으로 소정의 간격을 두고 격자점 형상으로 배열된 복수의 충격판을 구비하고, 주행부가, 낙하 시험에 있어서 공시체가 재치되는 지지 프레임을 구비하고, 지지 프레임에는, 각 충격판에 대응하는 위치에, 주행부의 주행 방향으로 관통한, 충격판이 통과 가능한 복수의 관통 구멍이 형성된 구성으로 해도 된다.

상기한 충격 시험 장치에 있어서, 주행부가, 지지 프레임에 착탈 가능하게 부착되어 관통 구멍을 막는 제1 지지 플레이트를 구비한 구성으로 해도 된다.

상기한 충격 시험 장치에 있어서, 주행부가, 수평 충격 시험에 있어서 공시체가 재치되는 제2 지지 플레이트를 구비한 구성으로 해도 된다.

상기한 충격 시험 장치에 있어서, 주행부의 주행을 안내하는 리니어 가이드웨이를 구비하고, 리니어 가이드웨이가, 궤도부에 부착된 레일과, 주행부에 부착되고, 레일 상을 주행 가능한 캐리지를 구비한 구성으로 해도 된다.

상기한 충격 시험 장치에 있어서, 리니어 가이드웨이가, 레일과 캐리지와의 사이에 개재하는 전동체를 구비한 구성으로 해도 된다.

상기한 충격 시험 장치에 있어서, 전동체가 세라믹스 재료로 형성된 구성으로 해도 된다.

상기한 충격 시험 장치에 있어서, 세라믹스 재료가 질화규소, 탄화규소 및 지르코니아 중 어느 하나를 포함하는 구성으로 해도 된다.

상기한 충격 시험 장치에 있어서, 감음 전동 기구를 구동하는 벨트 구동부를 구비하고, 벨트 구동부가, 제1 구동 풀리와 축이 연결된 서보 모터를 구비한 구성으로 해도 된다.

상기한 충격 시험 장치에 있어서, 서보 모터의 관성 모먼트가 0.02kg·m² 이하인 구성으로 해도 된다.

상기한 충격 시험 장치에 있어서, 서보 모터의 관성 모먼트가 0.01kg·m² 이하인 구성으로 해도 된다.

상기한 충격 시험 장치에 있어서, 벨트 구동부가, 서보 모터로부터 출력되는 동력의 회전 속도를 줄이는 감속기를 구비한 구성으로 해도 된다.

본 발명의 또 하나의 태양에 의하면, 공시체가 재치되는 주행부와, 주행부를 수직 방향으로 주행 가능하게 지지하는 궤도부와, 주행부의 주행 가능한 경로 상에 배치된 고정부와, 주행부의 주행을 제어하는 제어부를 구비하고, 주행부가, 공시체가 재치되는 지지 프레임을 구비하고, 고정부가, 수평 방향으로 소정의 간격을 비우고 격자점 형상으로 배열된 복수의 충격판을 구비하고, 지지 프레임에는, 각 충격판에 대응하는 위치에, 수직 방향으로 관통한, 복수의 충격판이 각각 통과 가능한 복수의 관통 구멍이 형성되고, 제어부가, 낙하 시험에 있어서는 주행부를 충격판보다 높은 위치로부터 낮은 위치까지, 공시체가 지지 프레임으로부터 부상하도록, 적어도 일시적으로 중력가속도보다 큰 가속도로 강하시키고, 수직 충격 시험에 있어서는 주행부를 충격판보다 높은 위치에 있어서 공시체에 부여해야 할 충격에 대응하는 가속도 파형에 따라 가속시키는 충격 시험 장치가 제공된다.

본 발명의 하나의 실시형태에 의하면, 소형이며 고정밀도의 충돌 모의 시험 장치가 실현된다.

본 발명의 다른 실시형태의 하나의 태양에 의하면, 수직 충격 시험 또는 낙하 시험과 수평 충격 시험의 양 시험을 실시 가능한 충격 시험 장치가 제공된다.

본 발명의 다른 실시형태의 또 하나의 태양에 의하면, 높은 자유도의 충격을 공시체에 부여하는 충격 시험 장치가 제공된다.

본 발명의 다른 실시형태의 또 하나의 태양에 의하면, 높은 자유도의 충격을 공시체에 부여하는 수직 충격 시험과 자유 낙하 시험의 양 시험을 실시 가능한 충격 시험 장치가 제공된다.

도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 충돌 모의 시험 장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시형태에 따른 충돌 모의 시험 장치의 평면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 충돌 모의 시험 장치의 정면도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시형태에 따른 충돌 모의 시험 장치의 측면도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시형태의 시험부의 내부 구조를 나타내는 사시도이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시형태의 구동 모듈의 측면도이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시형태의 벨트 클램프의 분해 사시도이다.
도 8은 톱니 부착 벨트의 구조도이다.
도 9는 제어 시스템의 개략 구성을 나타내는 블록도이다.
도 10은 가속도 파형의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 11은 본 발명의 제2 실시형태에 따른 충돌 모의 시험 장치의 사시도이다.
도 12는 본 발명의 제2 실시형태에 따른 충돌 모의 시험 장치의 평면도이다.
도 13은 본 발명의 제2 실시형태에 따른 충돌 모의 시험 장치의 정면도이다.
도 14는 본 발명의 제2 실시형태에 따른 충돌 모의 시험 장치의 측면도이다.
도 15는 본 발명의 제3 실시형태에 따른 충돌 모의 시험 장치의 사시도이다.
도 16은 본 발명의 제4 실시형태의 서보 모터 유닛의 측면도이다.
도 17은 본 발명의 제5 실시형태의 서보 모터의 측단면도이다.
도 18은 본 발명의 제6 실시형태에 따른 충돌 모의 시험 장치의 평면도이다.
도 19는 본 발명의 제7 실시형태에 따른 충돌 모의 시험 장치의 평면도이다.
도 20은 본 발명의 제7 실시형태에 따른 충돌 모의 시험 장치의 정면도이다.
도 21은 본 발명의 제7 실시형태에 따른 충돌 모의 시험 장치의 측면도이다.
도 22는 본 발명의 제7 실시형태에 따른 충돌 모의 시험 장치의 측면도이다.
도 23은 본 발명의 제8 실시형태에 따른 충격 시험 장치(낙하 시험)의 사시도이다.
도 24는 본 발명의 제8 실시형태에 따른 충격 시험 장치(낙하 시험)의 사시도이다.
도 25는 본 발명의 제8 실시형태에 따른 충격 시험 장치(낙하 시험)의 측면도이다.
도 26은 본 발명의 제8 실시형태에 따른 충격 시험 장치(낙하 시험)의 배면도이다.
도 27은 본 발명의 제8 실시형태에 따른 충격 시험 장치(수직 충격 시험)의 사시도이다.
도 28은 본 발명의 제8 실시형태에 따른 충격 시험 장치(수평 충격 시험)의 사시도이다.
도 29는 본 발명의 제8 실시형태의 벨트 구동부 및 선회 구동부의 구조 및 배치 관계를 나타낸 도면이다.
도 30은 본 발명의 제8 실시형태의 궤도부의 후단부를 확대한 도면이다.
도 31은 본 발명의 제8 실시형태의 궤도부의 후단부의 분해도이다.
도 32는 본 발명의 제8 실시형태의 베어링부 및 그 주변의 단면도이다.
도 33은 본 발명의 제8 실시형태의 벨트 클램프의 분해도이다.
도 34는 본 발명의 제8 실시형태의 제어 시스템의 개략 구성을 나타내는 블록도이다.

이하, 도면을 참조하면서, 본 발명의 실시형태에 대해서 설명한다. 또한 이하의 설명에 있어서, 동일하거나 또는 대응하는 구성 요소에는 동일하거나 또는 대응하는 부호를 붙이고, 중복되는 설명을 생략한다.

(제1 실시형태)

도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 충돌 모의 시험 장치(1000)의 사시도이다. 또 도 2, 도 3 및 도 4는 각각 충돌 모의 시험 장치(1000)의 평면도, 정면도 및 측면도이다.

충돌 모의 시험 장치(1000)는 자동차 등(철도 차량, 항공기, 선박을 포함한다.)의 충돌시에 자동차 등이나 승무원, 자동차 등의 장비품 등에 가해지는 충격을 재현하는 장치이다.

충돌 모의 시험 장치(1000)는 자동차의 차량의 프레임에 비기는 테이블(1240)을 구비하고 있다. 테이블(1240)에는 예를 들면 승무원의 더미를 실은 시트나 전기 자동차용의 고전압 배터리 등의 공시체가 부착된다. 설정된 가속도(예를 들면, 충돌시에 차량의 프레임에 가해지는 충격에 상당하는 가속도)로 테이블(1240)이 구동되면, 테이블(1240)에 부착된 공시체에 실제의 충돌시와 마찬가지의 충격이 가해진다. 이 때 공시체가 받은 손상(또는 공시체에 장착된 가속도 센서 등의 계측 결과로부터 예측되는 손상)에 의해, 승무원의 안전이 평가된다.

본 실시형태의 충돌 모의 시험 장치(1000)는 테이블(1240)을 수평 방향의 1방향으로만 구동 가능하게 구성되어 있다. 도 1에 좌표축으로 나타내는 바와 같이, 테이블(1240)의 가동 방향을 X축 방향, X축 방향과 수직인 수평 방향을 Y축 방향, 연직 방향을 Z축 방향으로 정의한다. 또 모의하는 차량의 진행 방향을 기준으로, 도 2에 있어서의 좌방향(X축 정방향)을 전방, 우방향(X축 부방향)을 후방, 상방(Y축 부방향)을 우방, 하방(Y축 정방향)을 좌방이라고 부른다. 또 테이블(1240)이 구동되는 X축 방향을 「구동 방향」이라고 부른다. 또한 충돌 모의 시험에 있어서는 차량의 진행 방향과는 역방향(즉 후방)으로 큰 가속도가 테이블(1240)에 가해진다.

충돌 모의 시험 장치(1000)는 테이블(1240)을 구비한 시험부(1200)와, 테이블(1240)을 구동하는 전방 구동부(1300) 및 후방 구동부(1400)와, 각 구동부(1300, 1400)가 발생시키는 회전 운동을 X축 방향의 병진 운동으로 변환하여 테이블(1240)에 전달하는 4개의 벨트 기구(1100)(벨트 기구(1100a, 1100b, 1100c, 1100d))와, 제어 시스템(1000a)(도 9)을 구비하고 있다.

시험부(1200)는 충돌 모의 시험 장치(1000)의 X축 방향에 있어서의 중앙부에 배치되고, 전방 구동부(1300) 및 후방 구동부(1400)는 시험부(1200)의 전방 및 후방에 각각 인접하여 배치되어 있다.

도 5는 시험부(1200) 및 벨트 기구(1100)의 구조를 나타내는 사시도이다. 또한 설명의 편의를 위해, 도 5에 있어서는 시험부(1200)의 구성 요소인 테이블(1240) 및 베이스 블록(1210)(후술)의 도시가 생략되어 있다.

시험부(1200)는 테이블(1240) 이외에, 베이스 블록(1210)(도 1)과, 베이스 블록(1210) 상에 부착된 프레임(1220)과, 프레임(1220) 상에 부착된 한 쌍의 리니어 가이드웨이(1230)(이하, 「리니어 가이드(1230)」라고 줄여쓴다.)를 구비하고 있다. 한 쌍의 리니어 가이드(1230)에 의해, 테이블(1240)이 X축 방향(구동 방향)으로만 이동 가능하게 지지되어 있다.

도 5에 나타내는 바와 같이, 프레임(1220)은 Y축 방향으로 연장되는 복수의 연결 바(1220C)에 의해 연결된 좌우 한 쌍의 하프 프레임(우 프레임(1220R), 좌 프레임(1220L))을 가지고 있다. 우 프레임(1220R)과 좌 프레임(1220L)은 동일 구조(엄밀하게는 거울상 관계)를 가지기 때문에, 좌 프레임(1220L)만에 대해서 상세를 설명한다.

좌 프레임(1220L)은 각각 X축 방향으로 연장되는 부착부(1221) 및 레일 지지부(1222)와, 부착부(1221)와 레일 지지부(1222)를 연결하는 3개의 Z축 방향으로 연장되는 연결부(1223(1223a, 1223b, 1223c))를 가지고 있다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 부착부(1221)는 그 길이가 베이스 블록(1210)의 X축 방향에 있어서의 길이와 대략 동일하고, 베이스 블록(1210)에 의해 전체 길이가 지지되어 있다. 또 연결부(1223a)에 의해 부착부(1221)와 레일 지지부(1222)의 후단부끼리가 연결되어 있다.

레일 지지부(1222)는 부착부(1221)보다(즉, 베이스 블록(1210)보다) 길고, 그 선단부가 베이스 블록(1210)보다 전방으로 돌출되어, 전방 구동부(1300)의 상방에 배치되어 있다.

리니어 가이드(1230)는 X축 방향으로 연장되는 레일(1231)과, 전동체를 통하여 레일(1231) 상을 주행하는 2개의 캐리지(1232)를 구비하고 있다. 한 쌍의 리니어 가이드(1230)의 레일(1231)은 우 프레임(1220R) 및 좌 프레임(1220L)의 레일 지지부(1222)의 상면에 각각 고정되어 있다. 레일(1231)의 길이는 레일 지지부(1222)의 길이와 대략 동일하고, 레일 지지부(1222)에 의해 레일(1231)의 전체 길이가 지지되어 있다. 캐리지(1232)의 상면에는 복수의 부착 구멍(나사 구멍)이 설치되어 있고, 테이블(1240)에는 캐리지(1232)의 부착 구멍에 대응하는 복수의 관통 구멍이 설치되어 있다. 캐리지(1232)는 테이블(1240)의 각 관통 구멍에 통과된 볼트(도시하지 않음)를 캐리지(1232)의 각 부착 구멍에 끼움으로써 테이블(1240)에 체결되어 있다. 또한 테이블(1240)과 4개의 캐리지(1232)에 의해 대차(스레드)가 구성된다.

또 테이블(1240)에는 시트 등의 공시체(도시하지 않음)를 부착하기 위한 나사 구멍 등의 부착 구조가 형성되어 있어, 테이블(1240)에 공시체를 직접 부착할 수 있도록 되어 있다. 이것에 의해, 공시체를 부착하기 위한 부착판 등의 부재가 불필요하게 되기 때문에, 충격이 가해지는 가동 부분의 중량을 가볍게 할 수 있고, 높은 주파수 성분까지 충실도가 높은 충격을 공시체에 부여하는 것이 가능하게 되어 있다.

도 5에 나타내는 바와 같이, 각 벨트 기구(1100)는 톱니 부착 벨트(1120)와, 톱니 부착 벨트(1120)가 감긴 한 쌍의 톱니 부착 풀리(제1 풀리(1140), 제2 풀리(1160))와, 톱니 부착 벨트(1120)를 테이블(1240)에 고정하기 위한 한 쌍의 벨트 클램프(1180)를 구비하고 있다.

우 프레임(1220R)과 좌 프레임(1220L)의 사이에는 4개의 톱니 부착 벨트(1120(1120a, 1120b, 1120c, 1120d))가 평행하게 배치되어 있다. 톱니 부착 벨트(1120a~d)는 각각 길이 방향의 2개소에 있어서 벨트 클램프(1180)에 의해 테이블(1240)에 고정되어 있다. 테이블(1240)에 톱니 부착 벨트(1120)를 고정하는 구체적인 구성에 대해서는 후술한다.

도 2에 나타내는 바와 같이, 전방 구동부(1300)는 베이스 블록(1310)과, 베이스 블록(1310) 상에 설치된 4개의 구동 모듈(1320(1320a, 1320b, 1320c, 1320d))을 구비하고 있다. 또 후방 구동부(1400)는 베이스 블록(1410)과, 베이스 블록(1410) 상에 설치된 4개의 구동 모듈(1420(1420a, 1420b, 1420c, 1420d))을 구비하고 있다. 구동 모듈(1320a~d 및 1420a~d)은 설치하는 위치나 방향, 구성 요소의 길이나 배치 간격에 약간의 차이가 있지만, 기본적인 구성은 공통되어 있다.

또 전방 구동부(1300)와 후방 구동부(1400)의 기본적인 구성도 공통되어 있다. 그 때문에, 전방 구동부(1300)의 구동 모듈(1320)의 구성에 대해서 상세를 설명하고, 후방 구동부(1400)(구동 모듈(1420))에 대해서는 중복되는 설명을 생략한다. 또한 이하의 전방 구동부(1300)(구동 모듈(1320))에 관한 설명에 있어서, 각괄호 [ ] 내의 부호(및 명칭)는 후방 구동부(1400)(구동 모듈(1420))에 있어서의 대응하는 구성 요소를 나타내는 부호(및 명칭)이다.

도 6은 구동 모듈(1320[1420])의 정면도이다. 구동 모듈(1320[1420])은 서보 모터(1320M[1420M]), 제1 모터 지지부(1331[1431]), 제2 모터 지지부(1332[1432]), 축 이음매(1340[1440]) 및 풀리 지지부(1350[1450])를 구비하고 있다. 또 풀리 지지부(1350[1450])는 한 쌍의 베어링(1361[1461] 및 1362[1462])과, 이들에 회전 가능하게 지지된 샤프트(1370[1470])를 구비하고 있다.

서보 모터(1320M[1420M])는 관성 모먼트가 0.01kg·m² 이하(약0.008kg·m²)로 억제된 정격 출력이 37kW인 초저관성 고출력형의 AC 서보 모터이다. 또한 동일한 출력의 표준적인 AC 서보 모터의 관성 모먼트는 약0.16kg·m²이며, 본 실시형태의 서보 모터(1320M[1420M])의 관성 모먼트는 그 1/20에도 차지 않는다. 이와 같이 관성 모먼트가 매우 낮은 모터를 사용함으로써, 20G(196m/s²)를 넘는 높은 가속도로 테이블(1240)을 구동하는 것이 가능하게 되어 있다. 또한 본 실시형태의 충돌 모의 시험 장치(1000)는 최대 가속도 50G(490m/s²)의 충격을 테이블(1240)에 부여할 수 있다. 충돌 시험 장치에 사용하기 위해서는 서보 모터의 관성 모먼트를 대략 0.05kg·m² 이하(바람직하게는 0.02kg·m² 이하, 보다 바람직하게는 0.01kg·m² 이하)로 할 필요가 있다. 7kW정도의 저용량의 모터를 사용하는 경우에 있어서도, 이 관성 모먼트의 수치 조건을 만족하는 것이 바람직하다. 또 충돌 모의 시험 장치에는 최대 토크 N_max와 관성 모먼트 I와의 비 N/I가 적어도 1000 이상(바람직하게는 2500 이상, 보다 바람직하게는 5000 이상)인 저관성의 서보 모터가 적합하다.

서보 모터(1320M[1420M])는 샤프트(1321[1421])와, 샤프트(1321[1421])를 회전 가능하게 지지하는 제1 베어링(1325[1425]) 및 제2 베어링(1326[1426])과, 제1 베어링(1325[1425])을 지지하는 제1 브래킷(1323[1423])(부하측 브래킷)과, 제2 베어링(1326[1426])을 지지하는 제2 브래킷(1324[1424])(반부하측 브래킷)과, 샤프트(1321[1421])가 관통하는 통 형상의 스테이터(1322[1422])를 구비하고 있다. 제1 브래킷(1323[1423]) 및 제2 브래킷(1324[1424])은 스테이터(1322[1422])에 고정되어 있다.

제1 브래킷(1323[1423])은 제1 모터 지지부(1331[1431])를 통하여 베이스 블록(1310[1410])에 고정되어 있다. 또 제2 브래킷(1324[1424])은 제2 모터 지지부(1332[1432])를 통하여 베이스 블록(1410)에 고정되어 있다.

이와 같이 본 실시형태의 서보 모터(1320M[1420M])는 제1 베어링(1325[1425]) 및 제2 베어링(1326[1426])을 각각 지지하는 제1 브래킷(1323[1423]) 및 제2 브래킷(1324[1424])이 제1 모터 지지부(1331[1431]) 및 제2 모터 지지부(1332[1432])에 의해 각각 지지되어 있다. 그 결과, 제1 베어링(1325[1425]) 및 제2 베어링(1326[1426])이 높은 강성으로 유지되기 때문에, 샤프트(1321[1421])에 강한 토크나 굽힘 응력이 가해져도, 샤프트(1321[1421])의 프리세션(세차 운동)이 억제되어, 고부하 상태여도 높은 구동 정밀도가 유지되도록 되어 있다. 이 효과는 10kW 이상의 고부하시에 있어서 특히 현저하게 나타난다.

축 이음매(1340[1440])는 서보 모터(1320M[1420M])의 샤프트(1321[1421])와 풀리 지지부(1350[1450])의 샤프트(1370[1470])를 연결한다. 샤프트(1370[1470])는 한 쌍의 베어링(1361[1461] 및 1362[1462])에 의해 회전 가능하게 지지되어 있다. 베어링(1361[1461] 및 1362[1462])은 전동체(볼 또는 롤러)를 가지는 구름 베어링이다. 전동체에는 일반적인 스테인레스강 등의 강재 이외에, 질화규소, 탄화규소, 지르코니아 등의 세라믹스 재료를 사용해도 된다. 질화규소 등의 세라믹스제의 전동체를 사용함으로써, 고속 구동시의 베어링의 녹아붙음이 억제된다.

샤프트(1370[1470])에는 톱니 부착 벨트(1120)를 구동하는 제1 풀리(1140)[제2 풀리(1160)]가 부착되어 있다. 또한 구동 모듈(1320[1420])마다 제1 풀리(1140)[제2 풀리(1160)]가 부착되는 위치가 상이하다. 전방 구동부(1300)[후방 구동부(1400)]의 전방에 배치된 구동 모듈(1320a, 1320d[1420a, 1420d])에서는 도 6에 나타내는 바와 같이 제1 풀리(1140)[제2 풀리(1160)]가 서보 모터(1320M[1420M])에 가까운 베어링(1361[1461])측으로 치우쳐 부착되고, 후방에 배치된 구동 모듈(1320b, 1320c[1420b, 1420c])에서는 서보 모터(1320M[1420M])로부터 먼 베어링(1362[1462])측으로 치우쳐 부착된다. 이것에 의해, 전후에 늘어서서 배치된 구동 모듈(1320a와 1320b, 1320d와 1320c[1420a와 1420b, 1420d와 1420c])에 의해 인접하는 톱니 부착 벨트(1120)를 구동 가능하도록 되어 있다.

도 1-4에 나타내는 바와 같이, 전방 구동부(1300)[후방 구동부(1400)]에 있어서는 베이스 블록(1310[1410]) 상의 네 모퉁이에 4개의 구동 모듈(1320a~d[1420a~d])이 각각 Y축 방향으로 회전축을 향하게 하여 설치되어 있다. 또 전방에 배치된 구동 모듈(1320a와 1320d[1420a와 1420d]), 후방에 배치된 구동 모듈(1320b와 1320c[1420b와 1420c])이 각각 마주보고 배치되어 있다.

톱니 부착 벨트(1120a)는 구동 모듈(1320a)에 부착된 제1 풀리(1140a)와, 구동 모듈(1420a)에 부착된 제2 풀리(1160a)에 감긴다. 톱니 부착 벨트(1120b)는 구동 모듈(1320b)에 부착된 제1 풀리(1140b)와, 구동 모듈(1420b)에 부착된 제2 풀리(1160b)에 감긴다. 톱니 부착 벨트(1120c)는 구동 모듈(1320c)에 부착된 제1 풀리(1140c)와, 구동 모듈(1420c)에 부착된 제2 풀리(1160c)에 감긴다. 톱니 부착 벨트(1120d)는 구동 모듈(1320d)에 부착된 제1 풀리(1140d)와, 구동 모듈(1420d)에 부착된 제2 풀리(1160d)에 감긴다. 즉, 본 실시형태에서는 각 톱니 부착 벨트(1120a~d)가 각각 한 쌍의 구동 모듈(1320a~d 및 1420a~d)에 의해 구동되도록 구성되어 있다.

8개의 톱니 부착 풀리(제1 풀리(1140a~d) 및 제2 풀리(1160a~d))는 동일한 것이며, 외경이나 톱니 수가 공통되어 있다. 4개의 톱니 부착 벨트(1120a~d)도 동일한 것이다. 또 각 톱니 부착 벨트(1120a~d)가 감기는 제1 풀리(1140a~d)와 제2 풀리(1160a~d)의 배치 간격(축간 거리)도 공통이며, 각 톱니 부착 벨트(1120a~d)의 유효 길이도 동일한 길이로 맞춰져 있다. 그 때문에, 각 구동 모듈(1320a~d 및 1420a~d)에 의해 구동했을 때의 톱니 부착 벨트(1120a~d)의 응답(신축 등)은 대략 동일한 것이 되기 때문에, 톱니 부착 벨트(1120a~d)마다 구동 조건을 설정할 필요가 없다.

도 7은 벨트 클램프(1180)의 분해도이다. 벨트 클램프(1180)는 테이블(1240)에 착탈 가능하게 부착되는 테이블 부착부(1181)(매개절 고정구)와, 테이블 부착부(1181)와의 사이에서 톱니 부착 벨트(1120)를 체결하여 고정하는 클램프판(1182)을 구비하고 있다.

클램프판(1182)의 폭 방향 중앙에는 톱니 부착 벨트(1120)의 내주면에 형성된 치형(1121t)(도 8)과 맞물리는 돌출된 톱니부(1182t)가 형성되어 있다. 또 테이블 부착부(1181)의 하면에는 톱니 부착 벨트(1120) 및 클램프판(1182)의 톱니부(1182t)가 끼워넣어지는 홈(1181g)이 형성되어 있다.

클램프판(1182)에는 클램프판(1182)을 테이블 부착부(1181)에 볼트 고정하기 위한 복수의 관통 구멍(1182h)이 톱니부(1182t)를 끼우고 폭 방향 양측에 설치되어 있다. 또 테이블 부착부(1181)의 하면에는 각 관통 구멍(1182h)과 대향하는 위치에 나사 구멍(도시하지 않음)이 형성되어 있다. 각 관통 구멍(1182h)에 통과된 볼트(1183)를 테이블 부착부(1181)의 하면에 형성된 나사 구멍에 끼움으로써, 클램프판(1182)이 테이블 부착부(1181)에 부착되도록 되어 있다.

테이블 부착부(1181)의 홈(1181g)에 톱니 부착 벨트(1120)를 끼워넣고, 클램프판(1182)을 테이블 부착부(1181)에 부착하면, 톱니 부착 벨트(1120)가 테이블 부착부(1181)와 클램프판(1182)과의 사이에서 압박되어, 벨트 클램프(1180)에 고정된다. 이 때, 톱니 부착 벨트(1120)의 톱니와 클램프판(1182)의 톱니부(1182t)가 맞물려 있기 때문에, 톱니 부착 벨트(1120)에 길이 방향(X축 방향)의 강한 충격을 부여해도, 벨트 클램프(1180)로부터 톱니 부착 벨트(1120)가 미끄러지지 않고, 톱니 부착 벨트(1120)와 일체로 벨트 클램프(1180)가 구동된다.

테이블 부착부(1181)의 상면에는 테이블(1240)에 부착하기 위한 복수의 나사 구멍(1181h)이 설치되어 있다. 또 테이블(1240)에는 나사 구멍(1181h)에 대응하는 복수의 관통 구멍(도시하지 않음)이 설치되어 있다. 테이블(1240)은 이 관통 구멍과 나사 구멍(1181h)으로의 볼트의 착탈만으로 용이하게 교환 가능하게 되어 있다. 예를 들면, 공시체에 맞추어 전용의 테이블(1240)을 준비하고, 공시체의 종류에 따라 테이블(1240)을 교환하여 사용할 수 있다. 또 본 실시형태에서는 테이블(1240)은 평판 형상이지만, 다른 형상(예를 들면, 배형이나 상자형 등)으로 해도 된다. 또 차량의 일부(예를 들면 프레임)를 테이블(1240)로서 사용해도 된다. 또 공시체를 벨트 클램프(1180) 및 캐리지(1232)에 직접 부착할 수도 있다.

도 8은 톱니 부착 벨트(1120)의 구조를 나타낸 도면이다. 톱니 부착 벨트(1120)는 고강도·고탄성률의 기재 수지로 형성된 본체부(1121)와, 고강도·고탄성률 섬유의 다발인 복수의 심선(1122)을 가지고 있다. 복수의 심선(1122)은 톱니 부착 벨트(1120)의 폭 방향으로 대략 등간격으로 늘어서 있다. 또 각 심선(1122)은 톱니 부착 벨트(1120)의 길이 방향으로 느슨함 없이 팽팽한 상태로, 본체부(1121)에 메워넣어져 있다.

톱니 부착 벨트(1120)의 내주면(도 8에 있어서의 하면)에는 맞물림 전동을 위한 치형(1121t)이 형성되어 있다. 치형(1121t)의 표면은 내마모성이 우수한 고강도 폴리아미드계 섬유 등으로 형성된 톱니 천(1123)에 의해 피복되어 있다. 또 톱니 부착 벨트(1120)의 외주면에는 가요성을 높이기 위한 폭 방향으로 연장되는 복수의 홈(1121g)이 길이 방향으로 등간격으로 형성되어 있다.

본 실시형태의 톱니 부착 벨트(1120)에서는 심선(1122)에는 경량이며 고강도·고탄성률의 탄소 섬유로 형성된 카본 심선이 사용되어 있다. 카본 심선을 사용함으로써, 큰 가속도로 구동하여, 톱니 부착 벨트(1120)에 큰 장력이 가해져도, 톱니 부착 벨트(1120)가 거의 신축하지 않기 때문에, 각 구동 모듈(1320, 1420)의 구동력이 테이블(1240)에 정확하게 전달되어, 테이블(1240)의 구동을 고정밀도로 제어하는 것이 가능하게 된다. 또 경량인 카본 심선을 사용함으로써, 예를 들면 스틸 와이어나 스틸 코드 등의 금속 심선을 사용한 경우보다, 톱니 부착 벨트의 관성을 대폭 저감시킬 수 있다. 그 때문에, 동일한 용량의 모터를 사용하여, 보다 높은 가속도로 구동하는 것이 가능하게 된다. 또 동일한 가속도로 구동하는 경우, 보다 저용량의 모터를 사용하는 것이 가능하게 되어, 장치의 소형화·경량화나 저비용화가 가능하게 된다.

또 본 실시형태의 톱니 부착 벨트(1120)에서는 본체부(1121)를 형성하는 기재에는 고강도 폴리우레탄이나, 수소 첨가 아크릴로니트릴부타디엔 고무(H-NBR) 등의 고강도·고경도의 엘라스토머가 사용된다. 이와 같이 고강도·고경도의 기재를 사용함으로써, 구동시의 치형의 변형량이 감소하기 때문에, 치형의 변형에 기인하는 톱니 스키핑의 발생이 억제되고, 테이블(1240)의 구동을 고정밀도로 제어하는 것이 가능하게 된다. 또 톱니 부착 벨트(1120)의 강도가 향상되기 때문에, 구동시의 톱니 부착 벨트(1120)의 신축이 저감하고, 테이블(1240)의 구동을 더욱 고정밀도로 제어하는 것이 가능하게 된다.

자동차 등의 충돌 안전 성능의 평가에 사용되는 충돌 모의 시험 장치는 공시체에 20G(196m/s²)나 되는 높은 가속도를 부여하는 것이 가능한 큰 동력을 발생시켜, 이것을 테이블(1240) 및 공시체에 정확하게 전달할 필요가 있다. 높은 가속도를 정확하게 전달하기 위해서는 동력 전달계에 강성이 높은 부재를 사용할 필요가 있다. 강성이 높은 동력 전달계로서는 예를 들면 볼 나사 기구, 톱니바퀴 전동 기구, 체인 전동 기구, 와이어 전동 기구 등이 있다.

충돌 모의 시험 중, 스레드의 최고 속도는 25m/s(90km/h)에 이른다. 볼 나사 기구에 의해 이 속도를 실현하기 위해서는 100mm를 넘는 길이의 리드가 필요하게 되는데, 이와 같은 긴 리드를 가지는 정밀한 볼 나사의 제작은 매우 어렵다.

또 톱니바퀴 전동 기구나 체인 전동 기구를 사용하는 경우, 톱니바퀴나 체인에 큰 가속도에 견딜 수 있는 강도를 부여할 필요가 있다. 그러나 강도를 높이면, 관성이 커지기 때문에, 보다 고출력의 모터가 필요하게 된다. 또 모터의 고출력화는 모터 자체의 관성 모먼트의 증대를 수반하기 때문에, 추가적인 고출력화가 필요하게 되고, 에너지 효율이 크게 저하하며, 장치가 대형화해버린다. 또 장치 전체의 관성이 과대해지면, 대가속도의 발생·전달이 곤란해진다. 톱니바퀴 전동 기구나 체인 전동 기구에 의한 가속은 대략 3G(29m/s²)정도가 한계가 되어, 충돌 모의 시험에 필요한 가속도[적어도 20G(196m/s²))로 구동할 수 없다. 또 톱니바퀴 기구나 체인 기구를 충돌 모의 시험에 필요한 빠른 주속(~25m/s)으로 구동하면, 녹아붙음을 일으켜버린다.

또 와이어 전동 기구(와이어와 풀리를 사용한 감음 전동 기구)는 비교적으로 저관성이기는 하지만, 마찰만에 의해 동력이 전달되기 때문에, 대가속도의 구동시에 와이어와 풀리와의 사이에서 미끄럼이 발생하여, 운동을 정확하게 전달할 수 없다.

또 자동차용 타이밍 벨트 등의 일반적인 톱니 부착 벨트에서는 유리 섬유나 아라미드 섬유를 합쳐 꼬은 심선이 사용된다. 그 때문에, 10G(98m/s²)를 넘는 대가속도로 구동하면, 심선의 강성이나 강도의 부족에 의해 톱니 부착 벨트의 신축이 증대하기 때문에, 운동을 정확하게 전달할 수 없다. 또 일반적인 톱니 부착 벨트에서는 기재에는 니트릴 고무나 클로로프렌 고무 등의 경도가 낮은 합성 고무가 사용되어 있기 때문에, 톱니 스키핑이 발생하기 쉽고, 운동을 정확하게 전달할 수 없다.

또 구동원으로서는 서보 밸브와 유압 실린더를 사용하는 것도 있지만, 응답 속도가 부족하고, 200Hz를 넘는 높은 주파수에서 변동하는 충격 파형을 정확하게 재현할 수 없다. 또 유압 시스템은 유압 장치 이외에 대형의 유압 공급 설비가 필요하게 되기 때문에, 넓은 설치 장소를 요한다. 또한 유압 시스템에는 유압 공급 설비의 유지·관리 비용이 높고, 기름 누설에 의한 환경오염의 문제 등이 있다.

본 발명자는 상기 서술한 볼 나사 기구, 톱니바퀴 전동 기구, 체인 전동 기구, 와이어 전동 기구, 벨트 전동 기구 등의 다양한 종류의 전동 기구에 대해서 방대한 시작 실험을 반복한 결과, 20G(196m/s²)에 이르는 대가속도를 실현 가능한 유일한 구성으로서, 초저관성 전기 서보 모터와, 카본 심선과 고탄성률 엘라스토머의 기재를 복합한 경량이며 고강도의 특수 톱니 부착 벨트를 조합한 본 실시형태의 구동 시스템을 개발하는 것에 성공했다.

도 9는 충돌 모의 시험 장치(1000)의 제어 시스템(1000a)의 개략 구성을 나타내는 블록도이다. 제어 시스템(1000a)은 장치 전체의 동작을 제어하는 제어부(1500)와, 테이블(1240)의 가속도를 계측하는 계측부(1600)와, 외부와의 입출력을 행하는 인터페이스부(1700)를 구비하고 있다.

인터페이스부(1700)는 예를 들면 유저와의 사이에서 입출력을 행하기 위한 유저 인터페이스, LAN(Local Area Network) 등의 각종 네트워크와 접속하기 위한 네트워크 인터페이스, 외부 기기와 접속하기 위한 USB(Universal Serial Bus)나 GPIB(General Purpose Interface Bus) 등의 각종 통신 인터페이스의 1개 이상을 구비하고 있다. 또 유저 인터페이스는 예를 들면 각종 조작 스위치, 표시기, LCD(liquid crystal display) 등의 각종 디스플레이 장치, 마우스나 터치패드 등의 각종 포인팅 디바이스, 터치스크린, 비디오카메라, 프린터, 스캐너, 부저, 스피커, 마이크로폰, 메모리카드 리더 라이터 등의 각종 입출력 장치의 1개 이상을 포함한다.

계측부(1600)는 테이블(1240)에 부착된 가속도 센서(1620)를 구비하고, 가속도 센서(1620)로부터의 신호를 증폭 및 디지털 변환하여 계측 데이터를 생성하고, 제어부(1500)에 보낸다.

제어부(1500)에는 서보 앰프(1800)를 통하여 8대의 서보 모터(1320M 및 1420M)가 접속되어 있다. 제어부(1500)와 각 서보 앰프(1800)는 광 파이버에 의해 통신 가능하게 접속되어, 제어부(1500)와 각 서보 앰프(1800)와의 사이에서 고속의 피드백 제어가 가능하게 되어 있다. 이것에 의해, 보다 고정밀도(시간축에 있어서 고분해능 또한 고확도)의 동기 제어가 가능하게 되어 있다.

제어부(1500)는 인터페이스부(1700)를 통하여 입력된 가속도 파형이나 계측부(1600)로부터 입력된 계측 데이터에 기초하여, 각 구동 모듈(1320a~d, 1420a~d)의 서보 모터(1320M, 1420M)의 구동을 동기 제어함으로써, 가속도 파형에 따라 테이블(1240)에 가속도를 부여할 수 있다. 또한 본 실시형태에서는 8개의 서보 모터(1320M, 1420M) 모두를 동위상으로 구동한다(엄밀하게는 좌측의 구동 모듈(1320a, 1320b, 1420a, 1420b)과 우측의 구동 모듈(1320c, 1320d, 1420c, 1420d)은 역위상〔역회전〕으로 구동한다).

가속도 파형으로서는 정현파, 정현반파(하프사인파), 톱니 형상 파(톱 형상 파), 삼각파, 대형파 등의 기본 파형 외에, 실차 충돌 시험에 있어서 계측된 가속도 파형이나, 충돌의 시뮬레이션 계산에 의해 얻어진 가속도 파형 또는 그 밖의 임의의 합성 파형(예를 들면, 펑션 제너레이터 등에 의해 생성된 파형)을 사용할 수 있다.

도 10은 가속도 파형의 일례이며, 테이블(1240) 상에 고정한 더미 웨이트(스테인레스제의 직방체의 블록)를 공시체로 하여 시험을 행했을 때의 파형이다. 도 10에 있어서, 파선은 목표 파형을 나타내고, 실선은 실측 파형을 나타낸다. 이 시험에서는 최초의 제1 페이즈(P1)에 있어서 공시체에 실차 충돌 시험에서 측정된 파형의 시험 가속도가 인가된다. 계속되는 제2 페이즈(P2)에 있어서, 가속도가 제로(일정 속도)인 상태가 소정 기간(예를 들면 0.01초간) 유지된다. 계속되는 제3 페이즈(P3)에 있어서, 가속도의 절대값이 소정값 이하가 되도록, 대략 일정한 가속도로 감속된다. 도 10에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 충돌 모의 시험 장치(1000)를 사용하여, 목표 파형에 잘 합치한 가속도 파형을 공시체에 부여할 수 있는 것이 확인되었다.

또 본 실시형태의 충돌 모의 시험 장치(1000)는 시험 중의 공시체(또는 테이블(1240))의 운동이 모두 수치 제어되는 점에서, 특허문헌 1(일본 특개 2012-2699호 공보)에 기재되어 있는 바와 같은 종래의 스레드 시험 장치와는 전혀 상이한 것으로 되어 있다. 시험 중의 운동이 모두 제어되기 때문에, 다양한 가속도 파형의 충격을 용이하게 공시체에 부여하는 것이 가능하게 되어 있다.

특허문헌 1에 기재되어 있는 바와 같은 종래의 스레드 시험 장치에서는 충격을 가한 후의 스레드의 운동을 제어할 수 없기 때문에, 스레드는 자유롭게 주행한다. 그 때문에, 긴 주행로가 필요하게 된다. 이에 대해, 본 실시형태의 충돌 모의 시험 장치(1000)는 충격을 가한 후에 스레드를 적절한(즉, 시험 결과에 실질적으로 영향을 주지 않을 정도로 완만한) 가속도로 신속하게 정지시킬 수 있기 때문에, 주행로(레일(1231))를 짧게 할 수 있고, 장치의 설치 스페이스를 대폭 삭감할 수 있다. 예를 들면, 본 실시형태의 레일(1231)의 길이는 불과 2m에 지나지 않는다.

또 특허문헌 1에 기재되어 있는 바와 같은 종래의 스레드 시험 장치에서는 시험 후에 주행한 스레드를 초기 위치로 되돌리는 작업을 행할 필요가 있다. 이 작업을 자동으로 행하기 위해서는 스레드를 초기 위치로 되돌리는 기구를 추가로 설치할 필요가 있다. 또 스레드의 주행 거리가 길기 때문에, 스레드를 초기 위치로 되돌리는 기구도 대형인 것이 되고, 초기 위치로 되돌리는 공정에도 일정한 시간을 요한다. 또 자주하여 초기 위치로 되돌아가는 기구를 스레드에 편입시키면, 스레드를 초기 위치로 되돌리는 기구는 소형화할 수 있지만, 스레드의 하중이 늘어나기 때문에, 시험시의 가속도가 저하되어버린다는 문제가 발생한다. 이에 대해, 본 실시형태의 충돌 모의 시험 장치(1000)는 테이블(1240)에 충격을 부여하는 기구를 사용하여, 테이블(1240)을 초기 위치로 자동적으로 복귀시킬 수 있기 때문에, 테이블(1240)을 초기 위치로 되돌리기 위한 전용의 기구를 별도 설치할 필요가 없다. 또 상기 서술한 바와 같이 시험 중에 테이블(1240)이 이동하는 거리도 짧기 때문에, 약간의 시간(예를 들면 1~2초)으로 테이블(1240)을 초기 위치로 되돌릴 수 있다.

또 특허문헌 1에 기재되어 있는 바와 같은 어큐뮬레이터 등에 축적한 압력을 사용하여 충격을 발생시키는 축압식의 스레드 시험 장치에서는 차지(축압)에 시간을 요하기 때문에, 일정한 시험 간격을 둘 필요가 있다. 이에 대해, 본 실시형태의 충돌 모의 시험 장치(1000)는 차지가 불필요하기 때문에, 시간 간격을 두지 않고 연속적으로 시험을 행할 수 있다. 그 때문에, 보다 효율적으로 시험을 행할 수 있다.

또 축압식의 스레드 시험 장치에서는 초고압의 유압이 사용된다. 그 때문에, 유압 누설이 발생하면, 분출하는 고압의 작동유에 의해 작업자가 부상을 입을 위험성이 있다. 또 스레드를 무제어의 상태에서 장거리 주행시키기 때문에, 작업자가 주행하는 스레드와 부딪쳐서 부상을 입을 위험성이 있다. 이에 대해, 본 실시형태의 충돌 모의 시험 장치(1000)는 유압을 사용하지 않고, 스레드를 무제어의 상태로 주행시키지도 않기 때문에, 안전하게 시험을 행하는 것이 가능하게 되어 있다.

또 도 2에 나타내는 바와 같이, 4개의 톱니 부착 벨트(1120a~d)가 교대로 전후로 어긋나 지그재그형으로 배치되어 있다. 이 구성에 의해, 4개의 톱니 부착 벨트(1120)의 축간 거리(L)를 맞춘 채, 네 쌍의 구동 모듈(1320, 1420)에 의해 각 톱니 부착 벨트(1120)를 구동하는 것이 가능하게 되어 있다.

(제2 실시형태)

상기 서술한 제1 실시형태의 충돌 모의 시험 장치(1000)는 비교적으로 중량이 큰 공시체의 시험, 또는, 보다 높은 가속도의 시험에 적합한 고출력 타입의 장치이지만, 다음에 설명하는 본 발명의 제2 실시형태에 따른 충돌 모의 시험 장치(2000)는 보다 경량의 공시체의 시험에 적합한 중출력형의 장치이다.

도 11, 도 12, 도 13 및 도 14는 각각 충돌 모의 시험 장치(2000)의 사시도, 평면도, 정면도 및 측면도이다.

제2 실시형태의 충돌 모의 시험 장치(2000)에는 제1 실시형태의 절반 수인 두 쌍의 서보 모터(2320M 및 2420M)를 사용하여, 2개의 톱니 부착 벨트(2120a 및 2120d)를 구동하는 구성이 채용되어 있다.

또 상기 서술한 제1 실시형태의 전방 구동부(1300)[후방 구동부(1400)]는 각각 1대의 서보 모터(1320M[1420M])를 가지는 4개의 구동 모듈(1320a~d[1420a~d])을 구비하고 있는데, 도 12에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 전방 구동부(2300)(후방 구동부(2400)]는 2대의 서보 모터(2320M[2420M])를 가지는 단일의 구동 모듈(2320[2420])을 구비하고 있다. 바꾸어 말하면, 본 실시형태에서는 2대의 서보 모터(2320M[2420M])를 연결한 구성의 구동 모듈(2320[2420])이 채용되어 있다.

구체적으로는 구동 모듈(2320[2420])은 3개의 베어링(2361, 2362 및 2363[2461, 2462 및 2463])에 의해 회전 가능하게 지지된 단일의 샤프트(2370[2470])를 구비하고 있어, 샤프트(2370[2470])의 일단에 일방의 서보 모터(2320M[2420M])가 접속되고, 타단에 타방의 서보 모터(2320M[2420M])가 연결된다. 즉, 본 실시형태에서는 구동 모듈(2320[2420])의 단일의 샤프트(2370[2470])가 2대의 서보 모터(2320M[2420M])에 의해 동기 구동된다. 이와 같은 서보 모터의 접속 구조는 제어부(2500)와 각 서보 앰프(2800)와의 사이의 고속 광 디지털 통신을 사용한 고정밀도 동기 제어에 의해 실현되어 있다.

또 본 실시형태의 구동 모듈(2320[2420])에서는 단일의 샤프트(2370[2470])에 부착된 2개의 제1 풀리(2140a 및 2140d)[제2 풀리(2160a 및 2160d)]에 의해, 2개의 톱니 부착 벨트(2120a 및 2120d)가 구동된다. 따라서, 구동 모듈(2320[2420])에 있어서, 2개의 톱니 부착 벨트(2120a 및 2120d)의 완전한 동기 제어가 실현되어 있다.

또 제1 실시형태(도 4)에서는 프레임(1220)의 레일 지지부(1222) 아래에 구동 모듈(1320b 및 1320c)을 배치함으로써, 각 벨트 기구(1100a~d)의 축간 거리(L)를 짧게 하는 구성이 채용되어 있는데, 본 실시형태에서는 이 구성은 채용되어 있지 않다. 그 때문에, 도 13-14에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에서는 프레임(2220)의 레일 지지부(2222)의 높이가 낮게 되어 있다. 그리고, 이것에 따라, 벨트 클램프(2180)(도 13)의 높이가 얇게 되어 있다. 이 벨트 클램프(2180)의 저배화(低背化)에 의해, 벨트 클램프(2180)의 관성이 저감되기 때문에, 저출력에서도 높은 가속 성능이 얻어진다. 또 벨트 클램프(2180)의 저배화에 의해, 구동시에 벨트 클램프(2180)(및 톱니 부착 벨트(2120))에 가해지는 Y축 둘레의 힘의 모먼트가 감소하고, 톱니 부착 벨트(2120)의 굽힘 변형이 감소하기 때문에, 구동력의 전달 정밀도가 향상된다.

(제3 실시형태)

도 15는 본 발명의 제3 실시형태에 따른 충돌 모의 시험 장치(3000)의 사시도이다. 본 실시형태의 충돌 모의 시험 장치(3000)는 제2 실시형태의 충돌 모의 시험 장치(2000)보다 더욱 경량의 공시체의 시험에 적합한 저출력형의 장치이다.

제3 실시형태의 충돌 모의 시험 장치(3000)에는 제1 실시형태의 4분의 1인 2개의 구동 모듈(3420a 및 3420d)을 사용하여, 2개의 톱니 부착 벨트(3120a 및 3120d)를 각각 구동하는 구성이 채용되어 있다.

충돌 모의 시험 장치(3000)는 기구부로서는 시험부(3200) 및 후방 구동부(3400)만을 구비하고, 전방 구동부는 구비하고 있지 않다. 본 실시형태에서는 제1 실시형태의 전방 구동부(1300)(구체적으로는 각 구동 모듈(1320a 및 1320d)의 풀리 지지부(1350)) 대신에, 한 쌍의 풀리 지지부(3350a 및 3350d)가 시험부(3200)의 전단부에 설치되어 있다.

풀리 지지부(3350a 및 3350d)는 베어링의 배치 간격이나 샤프트(3370)의 길이를 제외하고, 제1 실시형태의 풀리 지지부(1350)와 동일 구성인 것이다. 풀리 지지부(3350a)의 샤프트(3370)에 제1 풀리(3140a)가 부착되고, 풀리 지지부(3350d)의 샤프트(3370)에 제1 풀리(3140d)가 부착된다. 톱니 부착 벨트(3120a)는 풀리 지지부(3350a)의 제1 풀리(3140a)와 후방 구동부(3400)의 제2 풀리(3160a)에 감긴다. 또 톱니 부착 벨트(3120d)는 풀리 지지부(3350d)의 제1 풀리(3140d)와 후방 구동부(3400)의 제2 풀리(3160d)에 감긴다. 풀리 지지부(3350a 및 3350d)의 샤프트(3370)에는 서보 모터는 접속되지 않고, 제1 풀리(3140a 및 3140d)는 종동 풀리로서 기능한다.

벨트 전동에서는 벨트의 견인력(인장력)에 의해 동력이 전달된다. 또 충격 시험에서는 공시체에 감속 방향(후방)의 강한 가속도를 부여할 필요가 있다. 구동부를 시험부(3200)의 전방에 배치하고, 종동 풀리를 시험부(3200)의 후방에 배치하는 것도 가능하지만, 이 경우, 후방의 종동 풀리에서 되접히고 나서 테이블(3240)에 접속된 측의 벨트의 견인에 의해 공시체에 충격을 부여하게 되기 때문에, 벨트의 견인 길이가 길어진다. 그 때문에, 벨트의 신축에 의한 구동 정밀도의 저하가 증가한다. 따라서, 본 실시형태와 같이, 구동부를 시험부(3200)의 후방에 배치한 편이 시험 정밀도의 점에서 유리하다.

상기 서술한 제1 실시형태에 있어서는 각 톱니 부착 벨트(1120)를 한 쌍의 구동 풀리(제1 풀리(1140) 및 제2 풀리(1160))에 감음으로써, 2대의 서보 모터(1320M 및 1420M)의 동력을 결합하여, 톱니 부착 벨트(1120)에 큰 동력을 부여하는 구성이 채용되어 있다. 톱니 부착 벨트(1120)에 더욱 큰 동력을 부여하고자 하는 경우, 하나의 방법으로서 각 서보 모터를 고출력화하는 것을 들 수 있다. 그러나, 단순히 회전자의 대형화(대직경화)에 의해 서보 모터를 고출력화하면, 관성 모먼트가 증대하여, 대가속도로 구동할 수 없게 되어버린다.

높은 가속 성능을 유지하면서 서보 모터를 고출력화하기 위해서는 회전자를 가늘고 길게 하는 것이 유효하다. 이하에 이와 같은 설계 사상에 기초하여 본 발명자가 개발한 저관성 고출력 서보 모터(유닛)에 대해서 설명한다. 상기 서술한 각 실시예에 있어서의 서보 모터 대신에, 후술하는 제4, 제5 및 제6 실시형태와 같은 서보 모터(유닛)를 사용할 수도 있다.

(제4 실시형태)

이어서, 본 발명의 제4 실시형태에 따른 충돌 모의 시험 장치(4000)에 대해서 설명한다. 충돌 모의 시험 장치(4000)는 제1 실시형태의 서보 모터(1320M 및 1420M) 대신에, 후술하는 서보 모터 유닛(4320M 및 4420M)을 구비하는 점에서 제1 실시형태의 충돌 모의 시험 장치(1000)와 상이하다. 또한 서보 모터 유닛(4320M과 4420M)은 동일한 구성을 가지고 있다.

도 16은 본 발명의 제4 실시형태의 서보 모터 유닛(4320M)의 측면도이다. 서보 모터 유닛(4320M)은 2개의 서보 모터(4320MA 및 4320MB)를 직렬로 연결한 것이다.

서보 모터(4320MB)는 제1 실시형태의 서보 모터(1320M 및 1420M)와 동일 구성인 것이다. 서보 모터(4320MA)는 샤프트(4320A2)의 양단이 외부로 돌출되어 2개의 연결축(제1 축(4320A2a) 및 제2 축(4320A2b))이 된 2축 서보 모터이다. 서보 모터(4320MA)는 제2 축(4320A2b)을 가지는 점과, 후술하는 로터리 인코더(4327)를 구비하고 있지 않은 점을 제외하고는 서보 모터(4320MB)와 동일 구성인 것이다. 서보 모터(4320MA)의 제1 축(4320A2a)이 서보 모터 유닛(4320M)이 가지는 단일의 출력축(4322)이 된다.

또한 서보 모터 유닛(4320M)에 관한 이하의 설명에서는 출력축(4322)이 돌출되는 측(도 16에 있어서의 우측)을 부하측, 그 반대측을 반부하측이라고 부른다. 2축 서보 모터(4320MA) 및 서보 모터(4320MB)는 각각 최대로 350N·m에 이르는 토크를 발생시키고, 회전부의 관성 모먼트가 10^-2(kg·m²) 이하로 억제된 정격 출력 37kW의 대출력 초저관성 서보 모터이다.

서보 모터(4320MB)는 통 형상의 본체(4320B1)(고정자), 샤프트(4320B2), 제1 브래킷(4320B3)(부하측 브래킷), 제2 브래킷(4320B4)(반부하측 브래킷) 및 로터리 인코더(4327)를 구비하고 있다. 또 제1 브래킷(4320B3) 및 제2 브래킷(4320B4)의 하면에는 각각 한 쌍의 나사 구멍(4320B3t 및 4320B4t)이 설치되어 있다.

샤프트(4320B2)의 부하측의 일단부(4320B2a)는 제1 브래킷(4320B3)을 관통하여, 모터 케이스의 외부로 돌출되어, 출력축(4320B2a)이 되고 있다. 한편, 제2 브래킷(4320B4)의 부착 시트면(도 16에 있어서의 좌측면)에는 샤프트(4320B2)의 회전 변위를 검출하는 로터리 인코더(4327)가 부착되어 있다. 샤프트(4320B2)의 타단부(4320B2b)는 제2 브래킷(4320B4)을 관통하여, 로터리 인코더(4327)에 접속되어 있다.

도 16에 나타내는 바와 같이, 서보 모터(4320MB)의 출력축(4320B2a)과, 2축 서보 모터(4320MA)의 제2 축(4320A2b)은 축 이음매(4320C)에 의해 연결되어 있다. 또 서보 모터(4320MB)의 제1 브래킷(4320B3)과, 2축 서보 모터(4320MA)의 제2 브래킷(4320A4)은 연결 플랜지(4320D)에 의해 소정의 간격을 두고 연결되어 있다.

연결 플랜지(4320D)는 원통 형상의 동체부(4320D1)와, 동체부(4320D1)의 축 방향 양단부로부터 각각 반경 방향 외측으로 연장되는 2개의 플랜지부(4320D2)를 가지고 있다. 각 플랜지부(4320D2)에는 제1 브래킷(4320B3) 및 제2 브래킷(4320A4)의 부착 시트면에 설치된 나사 구멍에 대응하는 위치에 볼트 고정용의 관통 구멍이 설치되어 있어, 제1 브래킷(4320B3) 및 제2 브래킷(4320A4)에 볼트로 고정된다.

상기 서술한 바와 같이, 높은 가속 성능을 유지하면서 모터를 고출력화하기 위해서는 회전자를 가늘고 길게 하는 것이 유효하지만, 베어링에 의한 샤프트의 지지 간격을 지나치게 길게하면, 샤프트의 강성이 부족하여, 활형으로 휘어지는 것 같은 샤프트의 변형 진동이 현저해져, 오히려 모터의 성능이 저하되어버린다. 따라서, 종래와 같이 한 쌍의 베어링에 의해 회전축을 모터 케이스의 양단부만으로 축 지지하는 구성에서는 저관성 모먼트를 유지하면서 대용량화하기 위해서는 한계가 있었다.

본 실시형태의 서보 모터 유닛(4320M)에서는 2개의 서보 모터의 샤프트를 축 이음매로 연결한다는 간단한 구성에 의해, 전용의 회전자를 새롭게 설계하지 않고, 가늘고 긴 회전자가 실현되고 있다. 또 2개의 서보 모터의 본체를 연결 플랜지에 의해 연결한다는 간단한 구성에 의해, 베어링에 의한 샤프트의 지지 간격이 유지되어 있다. 그 때문에, 회전자가 장척화해도 높은 강성으로 지지되어, 안정적으로 동작하는 것이 가능하게 되고, 이것에 의해, 종래의 서보 모터에서는 불가능했던 높은 주파수에서 변동하는 큰 토크의 발생이 가능하게 되어 있다. 또한, 서보 모터 유닛(4320M) 단체(무부하 상태)에서는 30000rad/s² 이상의 각가속도로 구동 가능하다.

(제5 실시형태)

이어서, 본 발명의 제5 실시형태에 따른 충돌 모의 시험 장치(5000)에 대해서 설명한다. 충돌 모의 시험 장치(5000)는 제1 실시형태의 서보 모터(1320M 및 1420M) 대신에, 후술하는 서보 모터(5320M 및 5420M)를 구비하는 점 등에서 제1 실시형태의 충돌 모의 시험 장치(1000)와 상이하다. 또한, 서보 모터(5320M과 5420M)는 동일 구성이기 때문에, 서보 모터(5420M)에 대해서는 중복되는 설명을 생략한다.

도 17은 본 발명의 제5 실시형태의 서보 모터(5320M)의 종면도이다. 상기 서술한 제4 실시형태의 서보 모터 유닛(4320M)에서는 연결 플랜지(4320D)에 의해 2개의 서보 모터의 본체(고정자)를 연결하는 구성이 채용되어 있지만, 본 실시형태의 서보 모터(5320M)에서는 연결 플랜지(4320D)는 사용되지 않고, 일체로 형성된 단일의 본체 프레임이 사용된다. 본 실시형태의 본체 프레임은 제4 실시형태의 서보 모터(4320MA 및 4320MB)보다 길고, 서보 모터 유닛(4320M)과 대략 동일한 전체 길이를 가지고 있다. 본 실시형태의 본체 프레임에는 길이 방향에 있어서의 양단부와 중도에 합쳐서 3개의 베어링이 등간격으로 설치되어 있다. 이들 베어링에 의해 회전축이 회전 가능하게 지지되어 있다. 통 형상의 본체 프레임의 길이 방향 양단부에는 베어링을 지지하는 한 쌍의 브래킷이 설치되어 있다. 또 본체 프레임의 내주에는 길이 방향 중앙부에 베어링을 지지하는 베어링 지지벽이 설치되어 있다. 또한 본체 프레임의 내주에는 각 브래킷과 베어링 지지벽 사이에 각각 코일이 부착되어, 본체(고정자)가 형성된다. 회전축의 외주에는 각 코일과 대향하는 위치에 각각 코어가 설치되어, 회전자가 형성된다.

본 실시형태에서는 샤프트(회전자) 및 본체(고정자)를 각각 전용으로 설계하는 것이 가능하기 때문에, 서보 모터(5320M) 전체의 설계를 보다 적합하게 하여, 보다 고성능의 모터의 실현이 가능하게 된다.

또한 베어링 및 코일의 수는 도 17에 나타낸 구성에 한정되지 않는다. 예를 들면, 본체 프레임의 길이 방향 중도에 2개 이상의 베어링 및 베어링 지지벽을 설치해도 된다. 또 베어링은 본체 프레임의 길이 방향으로 대략 등간격으로 설치되는 것이 바람직하다. 그 경우, 인접하는 베어링의 사이에는 각각 코어 및 코일을 설치해도 된다.

(제6 실시형태)

이어서, 본 발명의 제6 실시형태에 따른 충돌 모의 시험 장치(6000)에 대해서 설명한다. 충돌 모의 시험 장치(6000)는 제1 실시형태의 서보 모터(1320M 및 1420M) 대신에, 후술하는 서보 모터 유닛(6320M 및 6420M)을 구비하는 점에서 제1 실시형태의 충돌 모의 시험 장치(1000)와 상이하다. 또한 서보 모터 유닛(6320M 및 6420M)은 동일한 구성을 가지고 있다.

도 18은 본 발명의 제6 실시형태에 따른 충돌 모의 시험 장치(6000)의 평면도이다. 서보 모터 유닛(6320M[6420M])은 직렬로 연결한 2대의 서보 모터(6320MA 및 6320MB[6420MA 및 6420MB])를 구비하고 있다. 서보 모터(6320MA 및 6420MA)는 제1 실시형태의 서보 모터(1320M 및 1420M)와 동일 구성인 것이다.

서보 모터(6320MA[6420MA])는 샤프트(6320A2[6420A2])의 양단이 외부로 돌출되어 2개의 축(제1 축(6320A2a[6420A2a]) 및 제2 축(6320A2b[6420A2b]))이 된 2축 서보 모터이다. 서보 모터(6320MA 및 6420MA)는 제2 축(6320A2b[6420A2b])을 가지는 점과, 로터리 인코더(1327)(도 3)를 구비하고 있지 않은 점을 제외하고는 제1 실시형태의 서보 모터(1320M 및 1420M)와 동일 구성인 것이다. 서보 모터(6320MA[6420MA])의 제1 축(6320A2a[6420A2a])이 서보 모터 유닛(6320M[6420M])이 가지는 단일의 출력축(6322[6422])이 된다.

2축 서보 모터인 서보 모터(6320MA[6420MA])는 제1 브래킷(6323A[6423A]) 및 제2 브래킷(6324A[6424A])이 모두 강성이 높은 제1 모터 지지부(6331[6431])를 통하여 베이스 플레이트(6320D[6420D])에 고정되어 있다. 베이스 플레이트(6320D[6420D])는 베이스 블록(6310[6410])에 고정되어 있다.

또 서보 모터(6320MB[6420MB])는 제1 브래킷(6323B[6423B])이 제1 모터 지지부(6331[6431])를 통하여, 제2 브래킷(6324B[6424B])이 제2 모터 지지부(도시하지 않음)를 통하여, 각각 베이스 플레이트(6320D[6420D])에 고정되어 있다.

즉, 본 실시형태에서는 서보 모터(6320MA[6420MA])의 본체와 서보 모터(6320MB[6420MB])의 본체가 베이스 플레이트(6320D[6420D])를 통하여 연결되어 있다. 본 실시형태에서는 2축 서보 모터인 서보 모터(6320MA[6420MA])의 반부하측의 제2 브래킷(6324A[6424A])의 지지에 강성이 높은 제1 모터 지지부(6331[6431])를 사용함으로써, 제4 실시형태의 연결 플랜지(4320D)를 사용하지 않고 충분한 강성으로 서보 모터(6320MA[6420MA])의 본체와 서보 모터(6320MB[6420MB])의 본체와의 연결을 가능하게 하고 있다. 연결 플랜지(4320D)를 없애는 것에 의해, 서보 모터 유닛(6320M[6420M])의 조립이 용이하게 된다.

또 서보 모터(6320MB[6420MB])의 출력축(6320B2[6420B2])과 서보 모터(6320MA[6420MA])의 제2 축(6320A2b[6420A2b])은 축 이음매(6320C[6420C])에 의해 연결되어 있다.

합계 16대의 서보 모터(6320MA, 6320MB, 6420MA, 6420MB)는 각각 개별의 서보 앰프를 통하여 제어부에 접속되어 있어, 제어부에 의해 동기 제어된다. 본 실시형태에서는 16대의 서보 모터(6320MA, 6320MB, 6420MA, 6420MB)가 모두 동일한 가속도 파형에 따라 구동 제어된다.

(제7 실시형태)

이어서, 본 발명의 제7 실시형태에 따른 충돌 모의 시험 장치(7000)에 대해서 설명한다. 도 19 및 도 20은 각각 충돌 모의 시험 장치(7000)의 평면도 및 정면도이다. 또 도 21 및 도 22는 충돌 모의 시험 장치(7000)의 측면도이다.

상기 서술한 각 실시형태의 충돌 모의 시험 장치는 공시체에 부여해야 할 소정의 파형의 충격(가속도 펄스)을 전방 구동부 및 후방 구동부에 의해 생성하고, 생성한 충격 파형을 공시체가 부착된 테이블에 벨트 기구에 의해 전달하도록 구성되어 있다. 이에 대해, 본 실시형태의 충돌 모의 시험 장치(7000)는 소정의 속도로 자유 주행시킨 테이블(7240)을 후술하는 충격 발생부(7900)에 충돌시킴으로써, 테이블(7240)에 부착된 공시체에 소정의 파형의 충격을 부여하도록 구성되어 있다. 즉, 본 실시형태의 충돌 모의 시험 장치(7000)는 종래의 충돌형의 충격 시험을 행할 수 있도록 구성되어 있다.

본 실시형태의 충돌 모의 시험 장치(7000)는 제2 실시형태의 충돌 모의 시험 장치(2000)와 마찬가지로, 테이블(7240)과, 테이블(7240)을 X축 방향으로 주행 가능하게 지지하는 한 쌍의 리니어 가이드(7230)와, 테이블(7240)을 구동하는 전방 구동부(7300) 및 후방 구동부(7400)와, 전방 구동부(7300) 및 후방 구동부(7400)가 발생시킨 동력을 전달하는 한 쌍의 벨트 기구(7100a, 7100d)를 구비하고 있다.

또한 본 실시형태의 충돌 모의 시험 장치(7000)는 테이블(7240)에 소정의 파형의 충격을 부여하는 충격 발생부(7900)와, 테이블(7240)을 충격 발생부(7900)를 향하여 밀어내는 푸셔(7250)를 구비하고 있다.

각 리니어 가이드(7230)는 레일(7231)과, 레일(7231) 상을 주행 가능한 3개의 캐리지(7232)를 구비하고 있다. 캐리지(7232)는 테이블(7240)의 하면에 부착된 2개의 캐리지(7232a)와, 푸셔(7250)의 하면에 부착된 1개의 캐리지(7232b)를 포함한다. 즉, 한 쌍의 리니어 가이드(7230)에 의해, 테이블(7240) 및 푸셔(7250)가 X축 방향으로 주행 가능하도록 지지되어 있다.

또 푸셔(7250)의 하면에는 한 쌍의 벨트 클램프(7180)(도 20)가 부착되어 있어, 푸셔(7250)는 벨트 클램프(7180)를 통하여 한 쌍의 톱니 부착 벨트(7120)에 고정되어 있다. 즉, 한 쌍의 벨트 기구(7100a, 7100d)에 의해 푸셔(7250)가 구동되도록 되어 있다. 또한 본 실시형태의 테이블(7240)은 벨트 기구(7100a, 7100d)에는 연결되어 있지 않고, 벨트 기구(7100a, 7100d)에 연결된 푸셔(7250)를 통하여 테이블(7240)이 구동된다.

도 20에 나타내는 바와 같이, 푸셔(7250)는 바닥판(7251)과, 이 바닥판(7251)의 전방 단부의 상면에 직립하는 밀판(7252)과, 바닥판(7251)과 밀판(7252)을 연결하여 강성을 높이는 리브(7253)를 가진다. 바닥판(7251)의 하면에는 리니어 가이드(7230)의 한 쌍의 캐리지(7232b)(도 21)가 부착되어 있다.

충격 발생부(7900)는 베이스 블록(7310) 상에 고정된 고정부(7920)와, 고정부(7920) 상에 배치된 충격부(7940)와, 고정부(7920)와 충격부(7940) 사이의 충격을 완화하는 완충부(7950)를 구비하고 있다.

충격부(7940)의 하면에는 슬라이드 플레이트(도시하지 않음)가 부착되어 있어, 충격부(7940)는 고정부(7920) 상을 저마찰로 슬라이딩 가능하게 되어 있다.

완충부(7950)는 충격부(7940)에 부착된 한 쌍의 가동 프레임(7951)과, 고정부(7920)에 부착된 두 쌍의 아암(7953) 및 한 쌍의 가이드 레일(7955)과, 4개의 코일 스프링(7954) 및 코일 유지봉(7956)을 구비하고 있다. 또한 본 실시형태의 코일 스프링(7954)은 압축 스프링이지만, 인장 스프링을 사용해도 된다. 또 코일 스프링(7954) 대신에, 판 스프링이나 접시 스프링 등의 다른 종류의 스프링을 사용해도 된다.

가동 프레임(7951)은 충격부(7940)의 좌우(Y축 방향) 양측면에 부착되어 있다. 가동 프레임(7951)은 고정부(7920)의 상면에 얹히는 바닥판(7251a)과, 이 바닥판(7251a)과 충격부(7940)의 측면을 연결하는 4개의 리브(7951b)를 가진다. 4개의 리브(7951b)는 X축 방향으로 등간격으로 배치되어 있다.

한 쌍의 가이드 레일(7955)은 그 길이 방향을 X축 방향을 향하게 하여, 충격부(7940)를 한 쌍의 가동 프레임(7951)(구체적으로는 바닥판(7251a))째로 Y축 방향 양측으로부터 끼워넣도록, 고정부(7920)의 상면에 부착되어 있다. 충격부(7940)는 이 한 쌍의 가이드 레일(7955)에 의해, 그 가동 방향이 X축 방향만으로 한정되어 있다.

또한 본 실시형태에서는 슬라이드 플레이트 및 가이드 레일(7955)에 의해 충격부(7940)가 슬라이딩 안내되도록 구성되어 있지만, 슬라이드 플레이트 및 가이드 레일(7955) 대신에 전동체를 구비한 리니어 가이드를 사용하여 충격부(7940)를 구름 안내하는 구성으로 해도 된다.

Z축 방향으로 연장되는 두 쌍의 아암(7953)은 각 가동 프레임(7951)을 X축 방향 양측으로부터 끼우도록, 고정부(7920)의 네 모퉁이에 부착되어 있다.

또 각 아암(7953)과 이것에 인접하는 가동 프레임(7951)과의 사이에는 코일 스프링(7954)이 배치되어 있다. 각 코일 스프링(7954)에는 소정의 파형의 충격을 발생시키도록 조정된 예하중이 부여되어 있다. 또 가동 프레임(7951)을 한 쌍의 코일 스프링(7954)에 의해 가동 방향 양측으로부터 끼워넣음으로써, 가동 프레임(7951)이 변위해도, 코일 스프링(7954)에 의해 신속하게 초기 위치로 되돌려지도록 되어 있다. 또 완충부(7950)에는 코일 스프링(7954)과 직렬 또는 병렬로 배치된 댐퍼를 설치해도 된다.

충격 발생부(7900)의 충격부(7940)에는 테이블(7240)과 대향하는 Y축 방향 중앙부에 테이블(7240)측(X축 부방향)으로 돌출되는 돌출부(7942)가 형성되어 있다. 또 돌출부(7942)의 선단에는 테이블(7240)을 향하여 돌출되는 충돌 기둥(7944)이 부착되어 있다.

또 테이블(7240)은 본체(7242)와, 본체(7242)의 정면 중앙부로부터 돌출되는 충돌 기둥(7244)을 구비하고 있다.

본 실시형태의 충돌 기둥(7244) 및 충돌 기둥(7944)은 철강 등의 경질 재료에 의해 일체로 형성된 강체인데, 충돌 기둥(7244 및/또는 7944)을 댐퍼 및/또는 스프링을 구비한 완충 장치로 해도 된다. 또한 충돌 기둥(7244 및/또는 7944)을 댐퍼 및 스프링의 양쪽을 구비한 완충 장치로 하는 경우는 댐퍼와 스프링을 직렬로 연결해도 되고, 병렬로 연결해도 된다.

이어서, 충돌 모의 시험 장치(7000)의 동작을 설명한다. 우선, 테이블(7240) 및 푸셔(7250)가 도 20에 나타내는 초기 위치에 배치된다. 이 때, 테이블(7240)의 배면은 푸셔(7250)의 밀판(7252)에 접촉하고 있다. 이어서, 전방 구동부(7300) 및 후방 구동부(7400)에 의해, 벨트 기구(7100a, 7100d)를 통하여 푸셔(7250)가 충격 발생부(7900)를 향하여 소정의 속도로 구동된다. 테이블(7240)은 푸셔(7250)의 밀판(7252)에 접촉하고 있기 때문에, 푸셔(7250)와 함께 소정의 속도로 구동된다. 이 때, 푸셔(7250)는 테이블(7240)에 큰 충격을 부여하지 않도록, 또 테이블(7240)이 소정의 속도에 도달할 때까지 푸셔(7250)로부터 떨어지지 않도록, 소정의 속도까지 서서히 가속시킨다. 푸셔(7250)는 소정의 속도에 도달하면, 감속하여 정지한다.

푸셔(7250)가 감속하면, 테이블(7240)은 푸셔(7250)로부터 떨어져, 레일(7231) 상을 소정의 속도로 자유 주행한다. 이윽고, 도 22에 나타내는 바와 같이, 테이블(7240)의 충돌 기둥(7244)이 충격부(7940)의 충돌 기둥(7944)에 충돌하고, 이 충돌에 의해 발생하는 충격이 테이블(7240)에 부착된 공시체에 부여된다. 공시체에 부여되는 충격의 크기나 파형은 충돌 속도(소정의 속도)나 코일 스프링(7954)의 스프링 상수에 의해 조정할 수 있다. 또 완충부(7950)에 댐퍼를 설치하거나, 충돌 기둥(7244 및/또는 7944)에 댐퍼 및/또는 스프링을 설치하여 완충 장치로 하거나 함으로써, 보다 다양한 충격 파형을 발생시키는 것이 가능하게 된다. 또한, 충격 발생부(7900)에 예를 들면 특성이 상이한 복수의 스프링이나 댐퍼를 설치하고, 이들의 조합이나 접속 관계를 변경하는 것에 의해서도, 보다 다양한 충격 파형의 발생이 가능하게 된다.

충격 모의 시험 후, 전방 구동부(7300) 및 후방 구동부(7400)를 역방향으로 구동함으로써, 푸셔(7250)가 초기 위치로 되돌려진다. 테이블(7240)은 수동으로 초기 위치로 되돌려진다. 또 테이블(7240)을 자동으로 초기 위치로 되돌리는 기구를 설치해도 된다. 예를 들면, 푸셔(7250)와 테이블(7240)을 해제 가능하게 연결하는 연결 기구를 설치하여, 푸셔(7250)와 테이블(7240)을 연결시키고나서, 푸셔(7250)를 초기 위치로 되돌림으로써, 테이블(7240)도 초기 위치까지 되돌리는 것이 가능하게 된다. 또 예를 들면, 벨트 기구(7100a, 7100d) 이외에 테이블 복귀용의 벨트 기구를 설치해도 된다. 이 경우, 테이블(7240)은 톱니 부착 벨트에 고정시키지 않고, 예를 들면 벨트에 부착한 푸셔에 의해 테이블(7240)을 초기 위치까지 밀어 되돌리는 구성으로 해도 된다.

벨트 클램프(7180)는 볼트에 의해 푸셔(7250)에 분리 가능하게 부착되어 있다. 또 테이블(7240)의 하면에는 복수의 나사 구멍이 설치되어 있어, 볼트에 의해 4개의 벨트 클램프(7180)를 테이블(7240)에 분리 가능하게 부착하도록 되어 있다. 푸셔(7250)로부터 벨트 클램프(7180)를 분리하고, 테이블(7240)에 벨트 클램프(7180)를 부착하여, 벨트 기구(7100a, 7100d)의 톱니 부착 벨트(7120)에 테이블(7240)을 연결함으로써, 제2 실시형태의 충돌 모의 시험 장치(2000)와 마찬가지로, 전방 구동부(7300) 및 후방 구동부(7400)에 의해 발생시킨 충격 파형을 한 쌍의 벨트 기구(7100a, 7100d)에 의해 테이블(7240)에 직접 부여하는 시험을 행하는 것이 가능하게 된다.

(제8 실시형태)

이어서, 본 발명의 제8 실시형태에 대해서 설명한다. 본 실시형태는 제품이나 포장 화물의 충격 시험을 행하는 충격 시험 장치에 본 발명을 적용한 것이다.

제품의 강도나 포장 설계의 타당성을 평가하기 위해서 낙하 시험(비특허문헌 1)이나 수평 충격 시험(비특허문헌 2)이 행해진다. 낙하 시험에는 자유 낙하 시험 장치에 의한 방법과, 충격 시험 장치에 의한 방법이 있다. 자유 낙하 시험 장치에 의한 낙하 시험은 공시체를 소정의 높이로부터 자유 낙하시켜, 공시체를 낙하면에 충돌시키는 것이다. 충격 시험 장치에 의한 낙하 시험은 공시체를 실은 충격대를 소정의 높이로부터 자유 낙하시켜, 충격대를 충격파 발생 장치에 충돌시킴으로써, 충격대를 통하여 공시체에 충격을 부여하는 것이다. 또 수평 충격 시험은 공시체를 실은 활주차를 소정의 속도로 주행시켜, 공시체를 충격판의 충돌면에 충돌시키는 것이다.

·비특허문헌 1 : JIS Z 0202:1994 「포장 화물-낙하 시험 방법」

·비특허문헌 2 : JIS Z 0205:1998 「포장 화물-수평 충격 시험 방법」

비특허문헌 1에 기재된 자유 낙하 시험 장치나 충격 시험 장치는 낙하 시험 전용의 시험 장치이며, 비특허문헌 2에 기재된 수평 충격 시험 장치는 수평 충격 시험 전용의 시험 장치이다. 그 때문에, 낙하 시험과 수평 충격 시험을 행하기 위해서는 각각 전용의 시험 장치를 준비할 필요가 있었다.

또 종래의 낙하 시험 및 수평 충격 시험은 모두 공시체(또는 공시체를 실은 충격대)를 낙하면 등에 충돌시킴으로써 공시체에 부여하는 충격을 발생시키는 것이기 때문에, 발생하는 충격의 파형이나 지속 시간(충격 펄스 작용 시간)을 높은 자유도로 설정할 수 없다. 그 때문에, 실제의 수송시에 곤포 화물에 가해질 수 있는 충격을 정확하게 재현한 시험을 행할 수 없었다.

본 실시형태에 의하면, 공시체에 연직 방향의 충격을 부여하는 낙하 시험(또는 수직 충격 시험)과 공시체에 수평 방향의 충격을 부여하는 수평 충격 시험의 양 시험을 실시 가능한 충격 시험 장치가 제공된다.

도 23 및 도 24는 본 발명의 실시형태에 따른 충격 시험 장치(8000)의 외관을 나타내는 사시도이다. 도 23은 충격 시험 장치(8000)를 정면측에서 본 도면이며, 도 24는 배면측에서 본 도면이다. 또 도 25 및 도 26은 각각 충격 시험 장치(8000)의 좌측면도 및 배면도이다.

이하의 설명에 있어서, 도 23 중에 좌표로 나타내는 바와 같이, 도 23에 있어서의 좌상측으로부터 우하측으로 향하는 방향을 X축 방향, 좌하측으로부터 우상측으로 향하는 방향을 Y축 방향, 하측으로부터 상측으로 향하는 방향을 Z축 방향으로 정의한다. X축 방향 및 Y축 방향은 서로 직교하는 수평 방향이며, Z축 방향은 연직 방향이다. 또 X정방향을 전방, X부방향을 후방, Y축 정방향을 우방, Y축 부방향을 좌방이라고 부른다.

충격 시험 장치(8000)는 포장 화물 등의 공시체(S)(도 27)에 대하여, 포장 설계 등이 적절한 것인지 여부를 평가하기 위해서, 다음의 3종류의 시험을 행하는 것이 가능한 장치이다.

(1) 낙하 시험

(2) 수직 충격 시험

(3) 수평 충격 시험

낙하 시험은 공시체(S)를 소정의 높이로부터 소정의 자세로 자유 낙하시켜, 낙하면에 충돌시키는 시험이다. 또 수직 충격 시험은 공시체(S)에 연직 방향의 소정의 충격(가속도)을 부여하는 시험이며, 수평 충격 시험은 공시체(S)에 수평 방향의 소정의 충격을 부여하는 시험이다.

충격 시험 장치(8000)를 사용한 수직 및 수평 충격 시험에서는 종래의 충격 시험과 같이 공시체(S) 등을 충격판에 충돌시키는 것이 아니라, 공시체(S)가 실린 주행부(8300)의 구동을 제어하는(구체적으로는 주행부(8300)를 소정의 가속도 파형에 따라 가속시키는) 것에 의해 공시체(S)에 부여되는 충격이 발생한다.

도 23-26에는 낙하 시험용으로 셋업된 충격 시험 장치(8000)가 표시되어 있다. 또 도 27에는 수직 충격 시험시의 충격 시험 장치(8000)가 표시되고, 도 28에는 수평 충격 시험시의 충격 시험 장치(8000)가 표시되어 있다. 충격 시험 장치(8000)는 시험의 종류에 따라 셋업(배치 형태나 동작 모드)이 변경된다.

충격 시험 장치(8000)는 고정부(8100), 궤도부(8200), 주행부(8300) 및 지주 지지부(8400)(도 28)를 구비하고 있다. 궤도부(8200)는 가늘고 긴 구성부이며, Y축 방향으로 연장되는 회전축(선회축)을 중심으로, 길이 방향을 수직으로 세운 수직 위치(도 23-27)와 수평으로 쓰러뜨린 수평 위치(도 28)와의 사이에서, 선회 가능하게 고정부(8100)에 연결되어 있다. 또 주행부(8300)는 궤도부(8200)의 정면(후술하는 레일(8520)이 부착된 면)에, 궤도부(8200)의 길이 방향으로 슬라이드(즉 직선 주행) 가능하게 연결되어 있다. 궤도부(8200)가 수직 위치에 배치되어 있을 때, 주행부(8300)는 연직 방향으로 주행 가능하게 되고, 궤도부(8200)가 수평 위치에 배치되어 있을 때, 주행부(8300)는 수평 방향으로 주행 가능하게 된다.

낙하 시험(도 23-26) 및 수직 충격 시험(도 27)에 있어서는 궤도부(8200)를 수직으로 세운 상태(수직 위치)에서 시험이 행해지고, 수평 낙하 시험(도 28)에 있어서는 궤도부(8200)를 수평으로 쓰러뜨린 상태(수평 위치)에서 시험이 행해진다.

또한 궤도부(8200)의 방향에 대해서는 도 23에 나타내는 낙하 시험의 셋업에 있어서, X축 정방향을 향하는 측(주행부(8300)가 부착되는 측)을 정면, X축 부방향을 향하는 측을 배면, Y축 정방향을 향하는 측을 우측면(우측), Y축 부방향을 향하는 측을 좌측면(좌측), Z축 정방향을 향하는 측을 선단측, Z축 부방향을 향하는 측을 후단측이라고 부른다.

충격 시험 장치(8000)는 궤도부(8200)와 주행부(8300)를 슬라이드 가능하게 연결하는 한 쌍의 리니어 가이드(8500(8500R, 8500L)), 주행부(8300)에 구동력을 전달하는 좌우 한 쌍의 벨트 기구(8600(8600R, 8600L)), 각 벨트 기구(8600(8600R, 8600L))를 각각 구동하는 좌우 한 쌍의 벨트 구동부(8700(8700R, 8700L)) 및 궤도부(8200)의 프레임(이하 「궤도 프레임(8200F)」이라고 한다.)을 선회시키는 선회 구동부(8800)(도 29)를 구비하고 있다.

리니어 가이드(8500)는 구름 안내 기구이며, 궤도 프레임(8200F)에 부착된 레일(8520)과, 주행부(8300)에 부착된 4개의 캐리지(8540)와, 레일(8520)과 캐리지(8540) 사이에 개재하는 도시하고 있지 않은 전동체(볼 또는 롤러)를 구비하고 있다. 캐리지(8540)는 전동체를 통하여 레일(8520) 상을 저마찰로 주행할 수 있다.

리니어 가이드(8500)의 전동체에는 일반적인 스테인레스강 등의 강재 이외에, 질화규소, 탄화규소, 지르코니아 등의 세라믹스 재료를 사용해도 된다. 질화규소 등의 세라믹스제의 전동체를 사용함으로써, 고속 구동시의 녹아붙음이 억제된다.

고정부(8100)는 고정 프레임(8100F)과 복수의 충격 블록(8190)을 구비하고 있다. 고정 프레임(8100F)은 베이스 플레이트(8120)와, 충격 블록(8190)을 지지하는 블록 지지 프레임(8140)을 구비하고 있다. 블록 지지 프레임(8140)은 베이스 플레이트(8120) 상에 고정되어 있다.

도 23에 나타내는 바와 같이, 충격 블록(8190)은 테이블 형상의 구성 요소이며, 수평으로 배치된 직사각형 형상의 충격판(8191)과, 충격판(8191)의 네 모퉁이로부터 각각 하방으로 연장되는 4개의 다리(8192)를 구비하고 있다. 다리(8192)의 하단은 용접에 의해 블록 지지 프레임(8140)에 일체로 고정되어 있다. 충격판(8191)의 상면은 낙하 시험에 있어서 공시체(S)가 충돌하는 낙하면이 된다. 충격 블록(8190)(특히, 낙하면이 형성되는 충격판(8191))은 스테인레스강 등의 견고한 재료에 의해 형성되어 있다.

본 실시형태의 충격 시험 장치(8000)는 12개의 충격 블록(8190)을 구비하고 있다. 12개의 충격 블록(8190)은 X축 방향으로 3열, Y축 방향으로 4열, 일정한 간격(간극)을 두고 격자점 형상으로 배열되어 있다. 낙하면을 구성하는 12개의 충격 블록(8190)의 충격판(8191)의 상면은 동일 평면 상에 배치되어 있다.

도 29는 고정부(8100)의 하부를 나타낸 도면이다. 도 29에 있어서는 설명의 편의를 위해, 블록 지지 프레임(8140) 및 충격 블록(8190)의 도시가 생략되어 있다. 고정부(8100)의 하부에는 한 쌍의 벨트 구동부(8700(8700R, 8700L))와 선회 구동부(8800)가 배치되어 있다. 선회 구동부(8800)는 충격 블록(8190)(도 23)의 하방에 배치되고, 고정 프레임(8100F)(도 23)에 의해 둘러싸여 있다.

각 벨트 구동부(8700)는 서보 모터(8720) 및 서보 앰프(8740)(도 34)를 구비하고 있다. 또한 벨트 구동부(8700)는 서보 모터(8720)로부터 출력되는 동력의 회전 속도를 감속하는 감속기를 구비하고 있어도 된다.

서보 모터(8720)는 최대로 350N·m에 이르는 토크를 발생시키고, 회전부(회전자 및 샤프트)의 관성 모먼트가 10^-2kg·m² 이하로 억제된 정격 출력 37kW의 대출력 초저관성 서보 모터이다. 또한 필요한 충격(가속도)의 크기에 따라, 서보 모터(8720)의 용량을 증감해도 된다. 또 필요한 충격의 크기에 따라서는 관성 모먼트가 0.2kg·m²정도인 일반적인 서보 모터를 사용할 수도 있다.

선회 구동부(8800)는 모터(8810)와, 모터(8810)로부터 출력되는 동력의 회전 속도를 감속시키는 기어 박스(8820)와, 기어 박스(8820)의 출력축(8820s)과 결합한 구동 풀리(8830)와, 궤도 프레임(8200F)의 축부(8280)(도 30)와 결합한 종동 풀리(8860)와, 구동 풀리(8830)와 종동 풀리(8860)에 걸쳐진 톱니 부착 벨트(8840)를 구비하고 있다.

고정 프레임(8100F)은 각 서보 모터(8720)를 지지하는 한 쌍의 모터 지지 프레임(8160)과, 선회 구동부(8800)의 모터(8810) 및 기어 박스(8820)를 지지하는 구동부 지지 프레임(8170)과, 궤도 프레임(8200F)을 선회 가능하게 지지하는 베어링부(8180)를 구비하고 있다. 모터 지지 프레임(8160), 구동부 지지 프레임(8170) 및 베어링부(8180)는 각각 베이스 플레이트(8120)에 고정되어 있다.

모터 지지 프레임(8160)은 서보 모터(8720)의 부하측 브래킷(8720A)을 지지하는 부하측 브래킷 지지부(8160A)와, 반력측 브래킷(8720B)을 지지하는 반력측 브래킷 지지부(8160B)를 포함한다. 부하측 브래킷(8720A)에는 서보 모터(8720)의 축(8720s)의 일단측을 회전 가능하게 지지하는 베어링이 부착되어 있다. 또 반력측 브래킷(8720B)에는 축(8720s)의 타단측을 회전 가능하게 지지하는 베어링이 부착되어 있다. 모터 지지 프레임(8160)에 의해 서보 모터(8720)의 부하측 브래킷(8720A) 및 반력측 브래킷(8720B)의 양쪽을 지지함으로써, 서보 모터(8720)의 축(8720s)이 높은 강성으로 지지되기 때문에, 축(8720s)의 휘청거림이 억제되어, 보다 높은 정밀도의 구동 제어가 가능하게 되어 있다.

도 30은 궤도부(8200)의 후단측의 부분을 나타낸 정면도이며, 도 31은 궤도부(8200)의 후단부의 분해도이다. 또 도 32는 베어링부(8180) 및 그 주변의 단면도이다. 또한 도 30에 있어서는 설명의 편의를 위해, 궤도부(8200)(궤도 프레임(8200F), 리니어 가이드(8500) 및 벨트 기구(8600)), 및 선회 구동부(8800)의 종동 풀리(8860)만이 도시되어 있다.

궤도 프레임(8200F)은 좌우에 늘어서서 배치된 한 쌍의 레일 지지부(8220(8220R, 8220L))와, 레일 지지부(8220R과 8220L)의 선단부끼리를 연결하는 선단 연결부(8240)(도 26)와, 레일 지지부(8220R과 8220L)의 중간부끼리를 연결하는 3개의 중간 연결부(8250)와, 각 레일 지지부(8220(8220R, 8220L))의 후단부에 부착된 좌우 한 쌍의 스페이서(8260(8260R, 8260L))와, 각 스페이서(8260(8260R, 8260L))에 부착된 좌우 한 쌍의 구동판(8270(8270R, 8270L))과, 구동판(8270R과 8270L)을 연결하는 축부(8280)를 가지고 있다.

레일 지지부(8220), 스페이서(8260) 및 구동판(8270)은 각각 가늘고 긴 부재이며, 서로 평행하게 배치되어 있다. 구체적으로는 스페이서(8260)는 레일 지지부(8220)의 후단부 및 구동판(8270)의 선단부의 사이에 끼워져, 용접 등에 의해 레일 지지부(8220)와 구동판(8270)을 일체적으로 연결한다. 또한 스페이서(8260)는 후술하는 톱니 부착 벨트(8620)보다 폭(Y축 방향 치수)이 넓게 되어 있다. 스페이서(8260)를 사용함으로써, 구동판(8270)을 톱니 부착 벨트(8620)(및 후술하는 구동 풀리(8640))보다 Y축 방향 내측에 배치시킬 수 있다.

레일 지지부(8220R, 8220L)는 각기둥 형상의 부재이며, 그 정면에는 대략 전체 길이에 걸쳐, 리니어 가이드(8500R, 8500L)의 레일(8520)이 각각 부착되어 있다.

선단 연결부(8240) 및 3개의 중간 연결부(8250)는 레일 지지부(8220R, 8220L)의 길이 방향에 있어서 등간격으로 배치되고, 한 쌍의 레일 지지부(8220R 및 8220L)를 사다리 형상으로 연결하고 있다.

축부(8280)는 원기둥 형상의 부재이며, 그 양단이 구동판(8270R, 8270L)의 후단부에 볼트(8290)(도 31)에 의해 고정되어 있다.

도 32에 나타내는 바와 같이, 베어링부(8180)는 대좌(8181)와, 대좌(8181)에 지지된 한 쌍의 베어링(8182)을 구비하고 있다. 대좌(8181)의 상부에는 X축 방향으로 연장되는 홈(8181g)이 형성되어 있다. 또 홈(8181g)에 의해 2개로 분기된 대좌(8181)의 상부에는 각각 Y축 방향으로 관통하는 관통 구멍(8181h)이 동심에(즉 중심선을 공유하도록) 형성되고, 각 관통 구멍(8181h)에 베어링(8182)이 끼워넣어져 있다. 궤도 프레임(8200F)의 축부(8280)는 한 쌍의 베어링(8182)을 통하여, 대좌(8181)에 의해 회전 가능하게 지지되어 있다.

도 31에 나타내는 바와 같이, 종동 풀리(8860)는 풀리 부착 부재(8850)(체결 이음매)를 통하여, 궤도 프레임(8200F)의 축부(8280)에 부착되어 있다. 풀리 부착 부재(8850)는 종동 풀리(8860)의 중공부(8860h)에 끼워넣어지는 원통 형상의 부재이며, 풀리 부착 부재(8850)의 중공부(8850h)에는 축부(8280)가 끼워넣어진다. 풀리 부착 부재(8850)는 부속의 볼트를 조임으로써, 외경이 넓어짐과 아울러 내경이 좁아지고, 그것에 의해 축부(8280)와 종동 풀리(8860)를 일체로 연결하도록 구성되어 있다.

또 풀리 부착 부재(8850)의 외주면에는 스플라인이 형성되어 있어, 이것과 맞물리는 스플라인이 종동 풀리(8860)의 내주면에 형성되어 있다. 이 구성에 의해, 기어 박스(8820)로부터 출력되는 동력이 궤도 프레임(8200F)에 확실하게 전달되도록, 종동 풀리(8860)가 풀리 부착 부재(8850)를 통하여 궤도 프레임(8200F)의 축부(8280)와 강고하게 결합하고 있다. 선회 구동부(8800)에 의해, 종동 풀리(8860)와 결합한 축부(8280)가 회전 구동되면, 축부(8280)의 중심선(선회축)을 중심으로 궤도 프레임(8200F)이 선회된다.

주행부(8300)는 도 23-25에 나타내는 낙하 시험용의 셋업에 있어서, 수직으로 세워진 평판 형상의 지지 플레이트(8320)(테이블)와, 지지 플레이트(8320)의 하단부로부터 대략 수평으로 연장되는 지지 프레임(8340)을 구비하고 있다. 지지 플레이트(8320)의 배면에는 각 리니어 가이드(8500R, 8500L)의 캐리지(8540)(도 25)가 부착되어 있다. 또 지지 플레이트(8320)에는 수평 충격 시험이나 수직 충격 시험시에 공시체(S)를 주행부(8300)에 고정하기 위한 복수의 나사 구멍이 설치되어 있다.

또 도 27 및 도 28에 나타내는 바와 같이, 수평 및 수직 충격 시험용의 셋업에 있어서, 주행부(8300)에는 지지 플레이트(8360)(테이블)가 설치된다. 지지 플레이트(8360)는 지지 프레임(8340)에 부착된다. 지지 플레이트(8360)에도 공시체(S)를 주행부(8300)에 고정하기 위한 복수의 나사 구멍이 설치되어 있다.

지지 프레임(8340)에는 주행부(8300)의 주행 방향에서 보았을 때, 각 충격 블록(8190)에 대응하는 위치에, 지지 프레임(8340)을 관통하는 12개의 직사각형의 관통 구멍(8340a)이 형성되어 있다. 낙하 시험에 있어서, 주행부(8300)가 강하했을 때, 충격 블록(8190)의 충격판(8191)이 지지 프레임(8340)의 관통 구멍(8340a)을 통과할 수 있도록, 관통 구멍(8340a)은 충격판(8191)의 상면보다 크게 형성되어 있다. 낙하 시험에 있어서는 지지 프레임(8340)은 충격 블록(8190)의 충격판(8191)보다 낮은 위치까지 강하하기 때문에, 충격판(8191)이 지지 프레임(8340)의 관통 구멍(8340a)을 통과하고, 자유 낙하하는 공시체(S)가 지지 프레임(8340)으로부터 빠져 나간 충격판(8191)에 충돌한다.

도 26에 나타내는 바와 같이, 각 벨트 기구(8600(8600R, 8600L))는 톱니 부착 벨트(8620)(감음 매개절), 구동 풀리(8640), 종동 풀리(8660), 4개의 가이드 롤러(8680) 및 2개의 벨트 클램프(8690)를 구비하고 있다. 각 벨트 기구(8600R, 8600L)는 각각 대응하는 벨트 구동부(8700R, 8700L)에 의해 구동된다.

각 벨트 기구(8600R, 8600L)의 구동 풀리(8640)는 대응하는 벨트 구동부(8700R, 8700L)의 서보 모터(8720)의 축(8720s)에 부착되어 있다. 도 30에 나타내는 바와 같이, 각 구동 풀리(8640)는 궤도 프레임(8200F)의 축부(8280)와 동심에 배치되어 있다. 종동 풀리(8660)는 궤도 프레임(8200F)(선단 연결부(8240))의 선단에 부착되어 있다. 톱니 부착 벨트(8620)는 구동 풀리(8640)와 종동 풀리(8660)에 걸쳐져, 궤도 프레임(8200F)의 둘레를 순환 가능하게 장착되어 있다.

가이드 롤러(8680)는 궤도 프레임(8200F)의 배면에 부착되어 있다. 구체적으로는 가이드 롤러(8680)는 선단 연결부(8240)의 후단부 및 각 중간 연결부(8250)에 부착되어 있다. 톱니 부착 벨트(8620)는 궤도 프레임(8200F)과 가이드 롤러(8680) 사이에 통과되어 있다. 톱니 부착 벨트(8620)는 가이드 롤러(8680)에 의해 저마찰로 가이드되기 때문에, 고속으로 구동되었을 때에도 소정의 궤도를 안정적으로 순환할 수 있다.

본 실시형태의 톱니 부착 벨트(8620)는 도 8에 나타내는 제1 실시형태의 톱니 부착 벨트(1120)와 동일한 구성인 것이다. 또한 도 8에 있어서, 본 실시형태의 설명에서 사용하는 톱니 부착 벨트(8620)의 각 구성 요소의 참조 부호를 괄호 내에 나타낸다.

각 톱니 부착 벨트(8620)는 그 길이 방향의 2개소에 있어서 벨트 클램프(8690)(매개절 고정구)에 의해 주행부(8300)에 고정되어 있다. 또 각 톱니 부착 벨트(8620)는 벨트 클램프(8690)의 하나에 의해 루프 형상으로 연결되어 있다. 또한 톱니 부착 벨트(8620)의 일단을 일방의 벨트 클램프(8690)에 의해 주행부(8300)에 고정하고, 타단을 타방의 벨트 클램프(8690)에 의해 주행부(8300)에 고정해도 된다.

도 33은 벨트 클램프(8690)의 분해도이다. 벨트 클램프(8690)는 주행부(8300)에 부착되는 부착부(8691)와, 부착부(8691)와의 사이에서 톱니 부착 벨트(8620)를 체결하여 고정하는 클램프판(8692)을 구비하고 있다.

클램프판(8692)의 폭 방향 중앙에는 톱니 부착 벨트(8620)의 내주면에 형성된 톱니면(8621t)(도 8)과 맞물리는 톱니면(8692t)이 형성되어 있다. 또 부착부(8691)의 하면에는 톱니 부착 벨트(8620) 및 클램프판(8692)이 끼워넣어지는 홈(8691g)이 형성되어 있다.

클램프판(8692)에는 클램프판(8692)을 부착부(8691)에 볼트 고정하기 위한 복수의 관통 구멍(8692h)이 톱니면(8692t)을 끼우고 폭 방향 양측에 설치되어 있다. 또 부착부(8691)에는 각 관통 구멍(8692h)과 연락되는 나사 구멍(8691i)이 설치되어 있다. 클램프판(8692)의 각 관통 구멍(8692h)에 통과된 볼트(8693)를 부착부(8691)의 대응하는 나사 구멍(8691i)에 끼움으로써, 클램프판(8692)이 부착부(8691)에 부착되어 있다.

부착부(8691)의 홈(8691g)에 톱니 부착 벨트(8620)를 끼워넣고, 클램프판(8692)을 부착부(8691)에 부착하면, 톱니 부착 벨트(8620)가 부착부(8691)와 클램프판(8692) 사이에서 압박되어, 벨트 클램프(8690)에 고정된다. 이 때, 톱니 부착 벨트(8620)의 톱니면(8621t)과 클램프판(8692)의 톱니면(8692t)이 맞물려 있기 때문에, 톱니 부착 벨트(8620)에 길이 방향(X축 방향)의 강한 충격이 부여되어도, 벨트 클램프(8690)로부터 톱니 부착 벨트(8620)가 미끄러지지 않고, 벨트 클램프(8690)에 의해 톱니 부착 벨트(8620)가 일체로 고정된 주행부(8300)가 구동된다.

부착부(8691)에는 부착부(8691)를 주행부(8300)에 볼트 고정하기 위한 복수의 관통 구멍(8691h)이 설치되어 있다. 또 주행부(8300)에는 관통 구멍(8691h)에 대응하는 복수의 나사 구멍(도시하지 않음)이 설치되어 있다. 부착부(8691)는 볼트의 부착 분리만으로 주행부(8300)에 용이하게 착탈 가능하게 되어 있다. 예를 들면, 공시체에 맞추어 전용의 주행부(8300)를 준비하고, 공시체의 종류에 따라 주행부(8300)를 교환하여 사용할 수 있다.

본 실시형태의 충격 시험 장치(8000)는 공시체에 예를 들면 20G(196m/s²)를 넘는 큰 가속도가 부여되도록 구성되어 있다. 큰 가속도를 정확하게 전달하기 위해서는 동력 전달계에 강성이 높은 부재를 사용할 필요가 있다. 강성이 높은 동력 전달계로서는 예를 들면 볼 나사 기구, 톱니바퀴 전동 기구, 체인 전동 기구, 와이어 전동 기구 등이 있다.

톱니바퀴 전동 기구나 체인 전동 기구를 사용하는 경우, 톱니바퀴나 체인에 큰 가속도에 견딜 수 있는 강도를 부여할 필요가 있다. 그러나, 강도를 높이면, 관성이 커지기 때문에, 보다 고출력의 모터가 필요하게 된다. 또 모터의 고출력화는 모터 자체의 관성 모먼트의 증대를 수반하기 때문에, 추가적인 고출력화가 필요하게 되고, 모터의 대형화나 에너지 효율의 저하를 초래한다. 또 장치 전체의 관성이 과대해지면, 대가속도의 발생·전달이 곤란하게 된다. 톱니바퀴 전동 기구나 체인 전동 기구에 의한 가속은 대략 3G(29m/s²)정도가 한계가 되어, 충격 시험에 필요한 가속도(예를 들면 10G[98m/s²] 이상)로 구동할 수 없다. 또 톱니바퀴 기구나 체인 기구를 충격 시험에 필요한 빠른 주속으로 구동하면, 녹아붙음을 일으킬 가능성이 있다.

또 와이어 전동 기구(와이어와 풀리를 사용한 감음 전동 기구)는 비교적으로 저관성이지만, 마찰만에 의해 동력이 전달되기 때문에, 대가속도로 구동했을 때 와이어와 풀리와의 사이에서 미끄럼이 발생하여, 운동을 정확하게 전달할 수 없다.

또 자동차용 타이밍 벨트 등의 일반적인 톱니 부착 벨트에서는 유리 섬유나 아라미드 섬유를 합쳐 꼬은 심선이 사용되고 있다. 그 때문에, 10G(98m/s²)를 넘는 대가속도로 구동하면, 심선의 강성이나 강도의 부족에 의해 톱니 부착 벨트의 신축이 증대하기 때문에, 운동을 정확하게 전달할 수 없다. 또 일반적인 톱니 부착 벨트에서는 기재에는 니트릴 고무나 클로로프렌 고무 등의 비교적으로 경도가 낮은 합성 고무가 사용되고 있기 때문에, 톱니 스키핑이 발생하기 쉬워, 운동을 정확하게 전달할 수 없다.

또 구동원으로서는 서보 밸브와 유압 실린더를 사용하는 것도 있지만, 응답 속도가 부족하고, 200Hz를 넘는 높은 주파수에서 변동하는 충격 파형을 정확하게 재현할 수 없다. 또 유압 시스템은 유압 장치 이외에 대형의 유압 공급 설비가 필요하게 되기 때문에, 넓은 설치 장소를 요한다. 또한 유압 시스템에는 유압 공급 설비의 유지·관리 비용이 높고, 기름 누설에 의한 환경오염의 문제 등도 있다.

본 발명자는 상기 서술한 볼 나사 기구, 톱니바퀴 전동 기구, 체인 전동 기구, 와이어 전동 기구, 벨트 전동 기구 등의 다양한 종류의 전동 기구에 대해서 방대한 시뮬레이션이나 시작 실험을 반복한 결과, 10G(98m/s²)를 넘는 대가속도를 실현 가능한 유일한 구성으로서, 초저관성 전기 서보 모터와, 카본 심선과 고탄성률 엘라스토머의 기재를 복합한 경량이며 고강도의 특수 톱니 부착 벨트를 조합한 본 실시형태의 구동 시스템의 개발에 성공했다.

도 28에 나타내는 지주 지지부(8400)는 궤도부(8200)가 수평으로 쓰러지는 수평 위치에 배치되어 있을 때, 궤도 프레임(8200F)의 선단측을 하방으로부터 지지하여, 축부(8280)에 과대한 하중이 가해지지 않도록 하기 위한 구조부이다.

지주 지지부(8400)는 베이스 플레이트(8420)와, 베이스 플레이트(8420) 상에 세워진 4개의 지주(8440)를 구비하고 있다. 지주(8440)의 상면에는 고무판 등의 완충 부재가 부착되어 있다. 4개의 지주(8440)는 충격 시험 장치(8000)가 수평 충격 시험용으로 셋업되었을 때(즉, 궤도부(8200)가 수평 위치에 배치되었을 때), 레일 지지부(8220R)가 우측의 2개의 지주(8440)에 실리고, 레일 지지부(8220L)가 좌측의 2개의 지주(8440)에 실리도록 배치되어 있다.

도 34는 충격 시험 장치(8000)의 제어 시스템(8000a)의 개략 구성을 나타내는 블록도이다. 제어 시스템(8000a)은 장치 전체의 동작을 제어하는 제어부(8020)와, 주행부(8300)나 공시체(S)의 가속도를 계측하는 계측부(8030)와, 외부와의 입출력을 행하는 인터페이스부(8040)를 구비하고 있다.

인터페이스부(8040)는 예를 들면 유저와의 사이에서 입출력을 행하기 위한 유저 인터페이스, LAN(Local Area Network) 등의 각종 네트워크와 접속하기 위한 네트워크 인터페이스, 외부 기기와 접속하기 위한 USB(Universal Serial Bus)나 GPIB(General Purpose Interface Bus) 등의 각종 통신 인터페이스의 1개 이상을 구비하고 있다. 또 유저 인터페이스는 예를 들면 각종 조작 스위치, 표시기, LCD(liquid crystal display) 등의 각종 디스플레이 장치, 마우스나 터치 패드 등의 각종 포인팅 디바이스, 터치 스크린, 비디오카메라, 프린터, 스캐너, 부저, 스피커, 마이크로폰, 메모리카드 리더 라이터 등의 각종 입출력 장치의 1개 이상을 포함한다.

계측부(8030)는 주행부(8300)에 부착되는 가속도 센서(8030a)를 구비하고, 가속도 센서(8030a)로부터의 신호를 증폭 및 디지털 변환하여 계측 데이터를 생성하여, 제어부(8020)에 송신한다. 또 계측부(8030)에는 공시체(S)에 부착되는 가속도 센서(8030b)를 증설하고, 시험 중에 공시체(S)에 가해지는 충격을 계측할 수도 있다.

제어부(8020)에는 2대의 서보 모터(8720)가 각각 서보 앰프(8740)를 통하여 접속되어 있다. 제어부(8020)와 각 서보 앰프(8740)는 광 파이버에 의해 통신 가능하게 접속되어, 제어부(8020)와 각 서보 앰프(8740) 사이에서 고속의 피드백 제어가 가능하게 되어 있다. 이것에 의해, 복수의 서보 모터를 고정밀도(시간축에 있어서 고분해능 또한 고확도)로 동기 제어하는 것이 가능하게 되어 있다. 또 제어부에는 선회 구동부(8800)의 모터(8810)가 드라이버(8810d)를 통하여 접속되어 있다.

제어부(8020)는 인터페이스부(8040)를 통하여 입력된 가속도 파형 등의 제어 조건이나 계측부(8030)로부터 입력된 계측 데이터에 기초하여, 각 벨트 구동부(8700R, 8700L)의 서보 모터(8720)의 구동을 동기 제어한다. 또한 본 실시형태에서는 2개의 서보 모터(8720)를 동위상으로 구동한다(엄밀하게는 좌측의 벨트 구동부(8700L)의 서보 모터(8720)와 우측의 벨트 구동부(8700R)의 서보 모터(8720)를 역위상〔역회전〕으로 구동한다).

상기 서술한 바와 같이, 충격 시험 장치(8000)를 사용하여, 낙하 시험, 수직 충격 시험 및 수평 충격 시험의 3종류의 시험을 행할 수 있다. 이어서, 각 시험의 내용 및 순서에 대해서 설명한다.

[낙하 시험]

낙하 시험은 공시체(S)를 소정의 높이로부터 충격 블록(8190) 상에 자유 낙하시키는 시험이다. 낙하 시험은 상기 서술한 바와 같이, 궤도부(8200)를 수직으로 세워, 주행부(8300)의 지지 플레이트(8360)(도 27)를 분리한 상태에서 행해진다.

낙하 시험에 있어서는 우선 벨트 구동부(8700R, 8700L)가 구동되고, 주행부(8300)가 준비 위치까지 이동하고, 준비 위치에 있어서 지지 프레임(8340) 상에 공시체(S)가 실린다. 준비 위치는 충격 블록(8190)의 충격판(8191)이 지지 프레임(8340)의 상면보다 높아지지 않는 위치로 설정된다. 또 공시체(S)를 소정의 자세로 유지하기 위한 자세 유지 부재(도시하지 않음)를 주행부(8300)에 설치하여, 자세 유지 부재 상에 공시체(S)를 소정의 자세로 실을 수도 있다.

이어서, 벨트 구동부(8700R, 8700L)가 구동되고, 충격 블록(8190)의 상면(낙하면)으로부터 소정의 높이의 낙하 위치까지 주행부(8300)와 함께 공시체(S)가 상승한다. 낙하 위치에 있어서 소정 시간 정지한 후, 주행부(8300)가 중력가속도보다 큰 가속도로 하한 위치까지 강하한다. 이 때, 공시체(S)는 지지 프레임(8340)으로부터 부상하고, 중력가속도에 의해 자유 낙하한다. 또한 하한 위치는 충격 블록(8190)의 충격판(8191)보다 지지 프레임(8340)이 낮아지는 위치로 설정된다. 그 때문에, 주행부(8300)가 하한 위치에 도달하면, 충격판(8191)이 지지 프레임(8340)의 관통 구멍(8340a)을 빠져 나가기 때문에, 공시체(S)는 충격판(8191)에 충돌한다.

또한 낙하 시험(자유 낙하)시에는 충격 블록(8190)에 충돌할 때까지 공시체(S)를 지지 프레임(8340)으로부터 부상한 상태로 유지하면 되며, 주행부(8300)를 항상 중력가속도보다 큰 가속도로 강하시킬 필요는 없다.

또 공시체(S)를 주행부(8300)에 해제 가능하게 고정하여 유지시키는 유지 기구를 설치해도 된다. 이 경우, 주행부(8300)와 함께 공시체(S)를 예를 들면 중력가속도 이상으로 소정의 속도까지 가속시키고, 충격 블록(8190)에 충돌하기 직전에 유지 기구를 해제하여, 공시체(S)만을 충격 블록(8190)에 충돌시킨다. 이것에 의해, 자연 낙하에서는 도달할 수 없는 낙하 속도로 공시체(S)를 충격 블록(8190)에 충돌시키는 것이 가능하게 된다. 또 유지 기구에 의한 공시체(S)의 유지를 해제할 때, 주행부(8300)를 중력가속도로 강하시키면, 공시체(S)에 중력 이외의 힘이 작용하지 않기 때문에, 자세를 유지한 채 공시체(S)를 낙하시킬 수 있다.

[수직 충격 시험]

수직 충격 시험은 주행부(8300)를 연직 방향으로 미리 설정된 가속도로 가속함으로써, 주행부(8300)에 고정된 공시체(S)에 충격을 부여하는 시험이다. 상기 서술한 낙하 시험은 공시체(S)를 충격 블록(8190) 상에 낙하시킴으로써 공시체(S)에 충격을 가하는 것이지만, 수직 충격 시험에서는 벨트 구동부(8700R, 8700L)에 의해 주행부(8300)를 연직 방향으로 가속시킴으로써 공시체(S)에 충격이 가해진다. 그 때문에, 수직 충격 시험에 의해, 예를 들면 낙하 시험보다 가혹한 조건의(강한 충격을 가하는) 시험, 완만한 조건의(약한 충격을 가하는) 시험, 충격 펄스 작용 시간이 긴 충격을 부여하는 시험, 반복(단속적으로) 충격을 부여하는 시험, 충격 블록(8190)으로의 충돌에서는 재현할 수 없는 충격 파형을 부여하는 시험 등, 다양한 조건으로 시험을 행할 수 있다.

도 27에 나타내는 바와 같이, 수직 충격 시험용의 셋업에 있어서는 지지 프레임(8340)의 상면에 지지 플레이트(8360)가 부착된다. 또 공시체(S)는 지지 플레이트(8360) 상에 실린 상태로 주행부(8300)에 고정된다. 또 수직 충격 시험에 있어서는 주행부(8300)는 충격 블록(8190)의 충격판(8191)보다 하방으로는 이동하지 않는다. 그 때문에, 수직 충격 시험에 있어서, 지지 플레이트(8360) 및 공시체(S)는 충격 블록(8190)에 충돌하지 않는다.

수직 충격 시험에 있어서도 우선 벨트 구동부(8700R, 8700L)가 구동되고, 주행부(8300)가 준비 위치까지 강하되고, 공시체(S)가 주행부(8300)에 부착된다. 구체적으로는 공시체(S)가 지지 플레이트(8360) 상에 실리고, 지지 플레이트(8360 및 8320)의 적어도 일방에 고정된다. 또 공시체(S)를 소정의 자세로 유지하기 위한 자세 유지 부재(도시하지 않음)를 주행부(8300)에 설치하여, 자세 유지 부재에 의해 공시체(S)를 소정의 자세로 유지시켜도 된다.

이어서, 벨트 구동부(8700R, 8700L)가 구동되고, 개시 위치까지 주행부(8300)와 함께 공시체(S)가 상승한다. 개시 위치는 시험에 필요한 주행부(8300)의 이동 범위를 확보할 수 있도록, 시험 조건에 따라 설정된다. 개시 위치는 예를 들면 주행부(8300)의 가동 범위의 중간 위치로 설정된다. 개시 위치에 있어서 소정 시간 정지한 후, 미리 설정된 충격 파형에 기초하여 벨트 구동부(8700R, 8700L)가 구동되고, 주행부(8300) 및 공시체(S)에 소정의 충격이 부여된다. 시험 후, 주행부(8300)가 준비 위치까지 강하되고, 공시체(S)가 주행부(8300)로부터 분리된다.

[수평 충격 시험]

수평 충격 시험은 주행부(8300)를 수평 방향으로 미리 설정된 가속도로 가속함으로써, 주행부(8300)에 고정된 공시체(S)에 충격을 부여하는 시험이다. 수평 충격 시험은 궤도부(8200)를 수평 위치로 쓰러뜨리고, 벨트 구동부(8700R, 8700L)로 주행부(8300)를 수평 방향으로 구동함으로써 행해진다.

수평 충격 시험에 있어서도 우선 벨트 구동부(8700R, 8700L)가 구동되고, 주행부(8300)가 준비 위치까지 이동되고, 공시체(S)가 주행부(8300)에 부착된다. 구체적으로는 공시체(S)가 지지 플레이트(8320) 상에 실리고, 지지 플레이트(8320 및 8360)의 적어도 일방에 고정된다. 또 공시체(S)를 소정의 자세로 유지하기 위한 자세 유지 부재(도시하지 않음)를 주행부(8300)에 설치하여, 자세 유지 부재에 의해 공시체(S)를 소정의 자세로 지지시킨 상태로, 공시체(S)를 주행부(8300)에 부착해도 된다.

이어서, 벨트 구동부(8700R, 8700L)가 구동되고, 개시 위치까지 주행부(8300)와 함께 공시체(S)가 이동한다. 개시 위치에 있어서 소정 시간 정지한 후, 미리 설정된 충격 파형에 기초하여 벨트 구동부(8700R, 8700L)가 구동되고, 주행부(8300) 및 공시체(S)에 소정의 충격이 부여된다.

수평 충격 시험용의 셋업에 있어서는 주행부(8300)의 위치에 상관없이 공시체(S)의 장착이 가능하기 때문에, 반드시 준비 위치를 설정하여, 공시체(S)를 장착할 때 주행부(8300)를 준비 위치까지 이동시킬 필요는 없다. 또 수평 충격 시험에 있어서의 준비 위치는 낙하 시험이나 수직 충격 시험에 있어서의 준비 위치와는 상이한 위치로 설정해도 된다. 예를 들면, 수평 충격 시험에 있어서의 준비 위치와 개시 위치를 공통의 위치로 설정하여, 공시체(S)의 장착 후에 준비 위치로부터 개시 위치로 주행부(8300)를 이동시키는 순서를 생략해도 된다.

수평 또는 수직 충격 시험에 있어서 공시체(S)에 부여되는 충격은 예를 들면 파형의 종류(정현파, 정현반파, 톱니 형상 파, 삼각파, 대형파 등), 지속 시간 및 최대 가속도에 의해 정의된다. 또 충격 시험 장치(8000)를 사용한 수평 또는 수직 충격 시험에 있어서는 유저가 설정한 파형(유저 설정 파형)의 충격을 공시체(S)에 부여할 수 있다. 유저 설정 파형으로서는 예를 들면 낙하 시험이나 충돌 시험에서 계측된 충격 파형, 충돌의 컴퓨터·시뮬레이션에 의해 예측된 충격 파형, 또는 그 밖의 임의의 합성 파형(펑션 제너레이터 등에 의해 생성된 파형)이 있다.

또 수평 또는 수직 충격 시험에 있어서 공시체(S)에 부여되는 충격은 통상은 가속도에 의해 표시되는데, 변위, 속도 또는 가가속도의 파형(또는 시간의 함수)에 의해 충격을 설정·제어할 수도 있다.

각 시험에 의해 공시체(S)에 발생한 변형이나 손상의 유무에 의해, 포장 설계 등이 적절한 것인지 여부가 평가된다. 또 공시체(S)(예를 들면 곤포된 제품)에 가속도 픽업 등의 센서를 부착하여 시험을 행하고, 시험시에 공시체(S)에 가해진 충격의 계측 결과로부터 포장 설계 등을 평가할 수도 있다.

또 공시체(S)는 포장 화물에 한정되지 않고, 제품 자체를 공시체(S)로 하여, 충격 시험 장치(8000)를 사용하여 제품의 강도의 평가를 행할 수도 있다.

이상에서 설명한 본 실시형태의 충격 시험 장치(8000)는 궤도부(8200)를 선회시켜 지지 플레이트(8360)를 착탈하는 것만으로, 낙하 시험 및 수직 충격 시험에 더해 수평 충격 시험을 행하는 것이 가능하게 되어 있다. 종래는 시험마다 전용의 시험기를 준비할 필요가 있었지만, 본 실시형태의 충격 시험 장치(8000)를 사용하면, 1대의 장치로 3종류의 시험을 행하는 것이 가능하게 된다. 그 때문에 시험 설비의 도입이나 유지 관리의 비용이 대폭 경감된다. 또 시험 설비의 설치에 필요한 스페이스도 대폭 줄일 수 있다.

또 본 실시형태의 충격 시험 장치(8000)에 있어서는 주행부(8300)의 구동에 벨트 기구(8600)가 채용되고, 또한 궤도부(8200)의 선회의 중심이 되는 축부(8280)와, 벨트 기구(8600)를 구동하는 구동 풀리(8640)를 동심에(즉, 공통의 회전축을 중심으로 회전하도록) 배치하는 구성이 채용되어 있다. 이 구성에 의해, 축부(8280)를 중심으로 궤도부(8200)를 선회시켜 궤도부(8200)의 경사를 변경해도, 벨트 구동부(8700)의 전환(예를 들면, 낙하 시험/수직 충격 시험용의 벨트 구동부(8700)와 수평 충격 시험용의 벨트 구동부(8700)와의 전환)이나 이동(예를 들면, 벨트 구동부(8700)를 궤도부(8200)에 고정하여, 궤도부(8200)와 함께 벨트 구동부(8700)를 이동시키는 것)을 행하지 않고, 그대로 벨트 구동부(8700)에 의해 벨트 기구(8600)를 구동시키는 것이 가능하게 되어 있다. 또 궤도부(8200)의 선회 중에 벨트 기구(8600)와 벨트 구동부(8700)와의 접속을 분리할 필요도 없다.

따라서, 축부(8280)(궤도부(8200)의 선회축)와 구동 풀리(8640)를 동심에 배치하는 구성을 채용함으로써, 궤도부(8200)의 배치(수직 위치, 수평 위치)마다 전용의 벨트 구동부(8700)를 설치하거나, 벨트 기구(8600)와 벨트 구동부(8700)와의 연결을 분리하는 기구나 전환하는 기구를 설치하거나 할 필요가 없어져, 심플한 장치 구성에 의해 3종류의 시험의 실시를 가능하게 하고 있다. 또 궤도부(8200)와 함께 벨트 구동부(8700)를 선회시킬(즉, 벨트 구동부(8700)를 궤도부(8200)에 편입시킬) 필요가 없기 때문에, 궤도부(8200)의 중량이 늘어나지 않아, 비교적 소용량으로 소형의 선회 구동부(8800)에 의해 궤도부(8200)를 선회시키는 것이 가능하게 되어 있다.

축부와 구동 풀리를 동심에 배치하는 구성은 벨트 전동 기구에 한정되지 않고, 체인 전동 기구나 와이어 전동 기구 등의 다른 종류의 감음 전동 기구에도 적용할 수 있다. 또 구동 풀리를 구동 톱니바퀴로 치환함으로써, 톱니바퀴 전동 기구에도 적용하는 것이 가능하다.

그러나, 상기 서술한 바와 같이, 체인 전동 기구나 톱니바퀴 전동 기구에서는 동력 전달 기구의 관성이 커지기 때문에, 수평 충격 시험이나 수직 충격 시험에 있어서, 가동부에 큰 충격을 전달하는 것이 어렵다. 또 와이어 전동 기구나 평 벨트를 사용한 벨트 전달 기구에서는 감음 매개절의 미끄럼이 발생하기 때문에, 큰 충격을 정확하게 전달하는 것이 어렵다. 일반적인 톱니 부착 벨트를 사용한 경우는 심선의 강성이나 강도의 부족에 의해 톱니 부착 벨트의 신축이 커지고, 또 기재의 경도의 부족에 의해 톱니 스키핑이 발생하기 쉬워지기 때문에, 큰 충격을 정확하게 전달하는 것이 어렵다.

본 실시형태의 충격 시험 장치(8000)에 있어서는 심선(8622)으로 경량이며 고강도·고탄성률의 카본 심선을 사용하고, 또 본체부(8621)의 기재로 고강도 폴리우레탄이나 H-NBR 등의 고강도·고경도의 엘라스토머를 사용한 경량(저관성)이며 고강도의 톱니 부착 벨트(8620)를 채용함으로써, 큰 충격을 정확하게 전달하는 것을 가능하게 하고 있다.

이상이 본 발명의 예시적인 실시형태의 설명이다. 본 발명의 실시형태는 상기에 설명한 것에 한정되지 않고, 그 기술적 사상의 범위 내에 있어서 다양한 변형이 가능하다. 예를 들면 본 명세서 중에 예시적으로 명시된 실시형태 등의 구성 및/또는 본 명세서 중의 기재로부터 당업자에게 자명한 구성을 적절히 조합한 것도 본원의 실시형태에 포함된다.

상기한 각 실시형태에 있어서는 서보 모터의 샤프트가 풀리 지지부의 샤프트에 직결되어 있지만, 감속기를 통하여 서보 모터와 풀리 지지부의 샤프트를 연결해도 된다. 감속기를 사용함으로써, 보다 중량(관성)이 큰 공시체의 시험이 가능하게 된다. 또 보다 저용량의 서보 모터의 사용이 가능하게 되기 때문에, 장치의 소형화·경량화나 저비용화가 가능하게 된다.

상기한 각 실시형태에 있어서는 테이블이나 주행부에 부여되는 가속도가 제어되고 있지만(즉, 가속도에 의해 충격이 표현되어 있지만), 본 발명은 이 구성에 한정되지 않는다. 예를 들면, 속도나 가가속도(jerk)에 의해 테이블 등의 운동을 제어해도 된다.

상기한 각 실시형태에 있어서는 테이블이나 주행부의 가속도가 제어되지만, 본 발명은 이 구성에 한정되지 않는다. 예를 들면, 공시체(예를 들면 테이블에 부착되는 시트나, 시트에 실리는 더미 등) 소정 개소에 가속도 센서를 장착하고, 공시체의 소정 개소에 있어서의 가속도(충격)를 제어 대상으로 해도 된다.

상기한 각 실시형태에 있어서는 직선 운동 안내 기구로서 레일과 대략 직방체 형상의 캐리지로 구성되는 리니어 가이드가 사용되지만, 본 발명은 이 구성에 한정되지 않는다. 예를 들면, 리니어 가이드 대신에 또는 더하여, 볼 스플라인이나 리니어 부시 등의 전동체를 사용하는 구름 안내 기구를 사용해도 된다.

상기한 각 실시형태에 있어서는 직선 운동 안내 기구(리니어 가이드)의 전동체로서 볼 볼이 사용되고 있지만, 본 발명은 이 구성에 한정되지 않는다. 예를 들면, 전동체로서 롤러를 사용해도 된다.

상기한 각 실시형태에 있어서는 직선 운동 안내 기구(리니어 가이드)의 전동체의 재질에 질화규소가 사용되고 있지만, 본 발명은 이 구성에 한정되지 않는다. 예를 들면, 탄화규소나 지르코니아 등의 다른 종류의 세라믹스 재료를 사용해도 되고, 스테인레스강을 사용해도 된다.

상기한 각 실시형태에 있어서는 테이블이나 주행부는 좌우 한 쌍의 리니어 가이드에 의해 구동 방향만으로 이동 가능하게 지지되어 있지만, 본 발명은 이 구성에 한정되지 않는다. 예를 들면, 3개 이상의 리니어 가이드에 의해 테이블 등이 지지되는 구성으로 해도 된다. 리니어 가이드의 수를 늘림으로써, 테이블 등의 지지의 강성이 향상된다. 공시체의 중량이나 필요한 시험 정밀도에 따라 사용하는 리니어 가이드의 수가 결정된다.

상기한 각 실시형태에 있어서는 2개 또는 4개의 톱니 부착 벨트가 사용되고 있지만, 본 발명은 이 구성에 한정되지 않는다. 예를 들면, 공시체의 중량이나 시험 가속도의 크기에 따라, 1개, 3개 또는 5개 이상의 톱니 부착 벨트를 사용해도 된다.

상기한 각 실시형태에 있어서는 톱니 부착 벨트는 엔드리스 벨트(무단 벨트)이지만, 본 발명은 이 구성에 한정되지 않는다. 톱니 부착 벨트는 길이 방향(구동 방향)으로 떨어진 2개소에서 벨트 클램프에 의해 테이블이나 주행부에 고정되기 때문에, 오픈 엔드 벨트를 사용할 수도 있다.

상기한 각 실시형태에 있어서는 1개의 톱니 부착 벨트를 고정하는 2개의 벨트 클램프가 별체로 형성되어 있지만, 이들을 일체로 형성해도 된다.

상기한 각 실시형태에 있어서는 테이블이나 주행부와 벨트 클램프의 테이블 부착부가 별체로 형성되어 있지만, 이들을 일체로 형성해도 된다. 예를 들면, 테이블 등의 하면에 톱니 부착 벨트가 끼워넣어지는 홈이나 클램프판을 볼트 고정하기 위한 나사 구멍을 설치함으로써, 테이블 등에 직접 톱니 부착 벨트를 고정할 수 있다.

상기한 각 실시형태에 있어서는 구동원에 AC 서보 모터가 사용되고 있지만, 운동 제어가 가능하면 다른 종류의 액추에이터를 사용할 수도 있다. 예를 들면, DC 서보 모터나, 스테핑 모터, 인버터 모터 등을 사용해도 된다. 또 유압 모터나 공압 모터를 사용할 수도 있다.

상기한 각 실시형태에 있어서는 프레임의 부착부, 레일 지지부 및 연결부가 각각 각기둥 형상의 구조재이지만, 본 발명은 이 구성에 한정되지 않는다. 부착부는 그 하면에 베이스 블록 상에 설치하기 위한 평면을 가지고 있으면, 다른 형상이어도 된다. 레일 지지부는 그 상면에 레일을 부착하기 위한 평면을 가지고 있으면, 다른 형상이어도 된다. 또 연결부는 부착부와 레일 지지부를 충분한 강도로 연결하는 것이면, 다른 형상이어도 된다.

상기한 제8 실시형태에 있어서는 축부(8280)가 수평으로 배치되어 있지만, 본 발명은 이 구성에 한정되지 않는다. 축부(8280)는 수평면에 대하여 비스듬히 배치되어도 되고, 또 연직으로 배치되어도 된다.

상기한 제8 실시형태에 있어서는 선회 구동부(8800)에 감음 전동 기구가 사용되고 있지만, 본 발명은 이 구성에 한정되지 않는다. 예를 들면, 종동 풀리(8860) 대신에 종동 톱니바퀴를 축부(8280)에 결합시키고, 톱니바퀴 기구를 통하여 모터(8810)로부터 종동 톱니바퀴에 동력을 전달시키는 구성으로 해도 된다. 또 상기한 실시형태에 있어서는 감음 전동 기구의 감음 매개절로서 톱니 부착 벨트가 사용되고 있지만, 평 벨트, 체인, 와이어 등의 다른 종류의 감음 매개절을 사용해도 된다. 또 축부(8280)를 모터의 축에 직결시켜도 된다.

Claims

공시체가 부착되는, 소정의 방향으로 이동 가능한 테이블과,
상기 테이블을 구동하는 동력을 발생 가능한 구동 모듈과,
상기 동력을 전달 가능한 톱니 부착 벨트와,
상기 테이블을 상기 소정의 방향으로 밀어내는 것이 가능한 푸셔와,
상기 테이블 및 상기 푸셔를 상기 소정의 방향으로 이동 가능하게 지지하는 리니어 가이드와,
상기 테이블과의 충돌에 의해 상기 공시체에 부여하는 충격을 발생시키는 충격 발생부와,
상기 구동 모듈을 제어 가능한 제어부
를 구비하고,
상기 톱니 부착 벨트가
상기 테이블 및 상기 푸셔의 각각에 해제 가능하게 고정 가능하며,
상기 테이블 및 상기 푸셔의 어느 일방에 고정되고,
상기 톱니 부착 벨트가 상기 테이블에 고정되어 있을 때는, 상기 구동 모듈이 상기 공시체에 부여하는 충격을 발생시켜, 이 충격이 상기 톱니 부착 벨트에 의해 상기 테이블에 전달되고,
상기 톱니 부착 벨트가 상기 푸셔에 고정되어 있을 때는, 상기 푸셔에 의해 밀어내진 상기 테이블이 상기 충격 발생부와 충돌함으로써 상기 공시체에 부여하는 충격이 발생하는
것을 특징으로 하는 시험 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 톱니 부착 벨트가 감긴 한 쌍의 톱니 부착 풀리와,
상기 톱니 부착 벨트를 상기 테이블에 해제 가능하게 고정하는 벨트 클램프
를 구비하고,
상기 톱니 부착 벨트가 길이 방향으로 떨어진 2개소의 고정 위치에 있어서 상기 테이블에 고정되고, 상기 테이블을 통하여 루프를 형성하는
것을 특징으로 하는 시험 장치.
제 2 항에 있어서, 상기 톱니 부착 벨트가, 적어도 1개소의 상기 고정 위치에 있어서, 이 톱니 부착 벨트의 유효 길이를 조정 가능하게 고정된
것을 특징으로 하는 시험 장치.
제 1 항에 있어서, 서로 평행하게 늘어선 복수의 상기 톱니 부착 벨트를 구비하고,
상기 테이블이 상기 복수의 톱니 부착 벨트에 의해 구동 가능한
것을 특징으로 하는 시험 장치.
제 4 항에 있어서, 상기 복수의 톱니 부착 벨트의 유효 길이가 동일한
것을 특징으로 하는 시험 장치.
제 2 항에 있어서, 상기 한 쌍의 톱니 부착 풀리의 적어도 일방이, 구동 모듈에 의해 구동되는 구동 풀리인
것을 특징으로 하는 시험 장치.
제 6 항에 있어서, 상기 구동 모듈이 전동기를 구비하는
것을 특징으로 하는 시험 장치.
제 7 항에 있어서, 상기 전동기가 서보 모터인
것을 특징으로 하는 시험 장치.
제 7 항에 있어서, 상기 전동기의 관성 모먼트가 0.02kg/m² 이하인
것을 특징으로 하는 시험 장치.
제 7 항에 있어서, 상기 전동기의 관성 모먼트가 0.01kg/m² 이하인
것을 특징으로 하는 시험 장치.
제 7 항에 있어서, 상기 구동 모듈이 상기 전동기의 출력을 감속하는 감속기를 구비한
것을 특징으로 하는 시험 장치.
제 7 항에 있어서, 상기 구동 모듈이
상기 전동기에 의해 구동되는 샤프트와,
상기 샤프트를 회전 가능하게 지지하는 베어링
을 구비하고,
상기 구동 풀리가 상기 샤프트에 부착된
것을 특징으로 하는 시험 장치.
제 12 항에 있어서, 상기 구동 모듈이 한 쌍의 상기 전동기를 구비하고,
상기 샤프트의 양단이 상기 한 쌍의 전동기에 각각 연결된
것을 특징으로 하는 시험 장치.
제 6 항에 있어서, 서로 평행하게 늘어선 복수의 상기 톱니 부착 벨트를 구비하고,
상기 테이블이 상기 복수의 톱니 부착 벨트에 의해 구동 가능한
것을 특징으로 하는 시험 장치.
제 14 항에 있어서, 상기 복수의 톱니 부착 벨트의 유효 길이가 동일한
것을 특징으로 하는 시험 장치.
제 14 항에 있어서, 상기 복수의 상기 톱니 부착 벨트를 각각 구동하는 복수의 상기 구동 모듈을 구비하고,
상기 복수의 구동 모듈 중 2개가 상기 구동 풀리의 축 방향으로 늘어서서 배치된
것을 특징으로 하는 시험 장치.
제 14 항에 있어서, 상기 복수의 톱니 부착 벨트를 각각 구동하는 복수의 상기 구동 모듈을 구비하고,
상기 복수의 구동 모듈 중 2개가 상기 복수의 톱니 부착 벨트를 사이에 끼우고 상기 소정의 방향으로 늘어서서 배치된
것을 특징으로 하는 시험 장치.
제 14 항에 있어서, 상기 구동 모듈이
상기 전동기에 의해 구동되는 샤프트와,
상기 샤프트를 회전 가능하게 지지하는 베어링
을 구비하고,
상기 구동 모듈이, 상기 복수의 톱니 부착 벨트 중 적어도 2개를 각각 구동하는 적어도 2개의 상기 톱니 부착 풀리를 구비하고,
상기 적어도 2개의 톱니 부착 풀리가 상기 샤프트에 부착된
것을 특징으로 하는 시험 장치.
제 6 항에 있어서, 상기 한 쌍의 톱니 부착 풀리가 모두 구동 풀리인
것을 특징으로 하는 시험 장치.
제 19 항에 있어서, 상기 구동 모듈이
상기 한 쌍의 톱니 부착 풀리의 일방을 구동하는 제1 구동 모듈과,
상기 한 쌍의 톱니 부착 풀리의 타방을 구동하는 제2 구동 모듈
을 포함하는
것을 특징으로 하는 시험 장치.
제 7 항에 있어서, 1개 이상의 상기 구동 모듈에, 합쳐서 복수의 상기 전동기가 구비되고,
상기 제어부가 광 파이버 통신을 사용하여 상기 복수의 전동기를 고속으로 동기 제어 가능하게 구성된
것을 특징으로 하는 시험 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 충격 발생부가
고정부와,
상기 테이블이 충돌 가능한 위치에 배치된 충격부와,
상기 고정부와 상기 충격부와의 사이에서 충격을 완화하는 완충부를 구비한
것을 특징으로 하는 시험 장치.
제 22 항에 있어서, 상기 완충부가
상기 충격부에 부착된 가동 프레임과,
상기 소정의 방향에 있어서 상기 가동 프레임을 사이에 끼우도록 배치되고, 상기 고정부에 부착된 한 쌍의 아암과,
상기 가동 프레임과 각 아암과의 사이에 끼워넣어진 스프링을 구비한
것을 특징으로 하는 시험 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 테이블이, 상기 충격 발생부를 향하여 돌출된 제1 충돌 기둥을 구비하고,
상기 충격 발생부의 충격부가, 상기 제1 충돌 기둥을 향하여 돌출된 제2 충돌 기둥을 구비하고,
상기 제1 충돌 기둥 및 상기 제2 충돌 기둥의 적어도 일방이 댐퍼 및 스프링의 적어도 하나를 구비한 완충 장치인
것을 특징으로 하는 시험 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 리니어 가이드가
상기 소정의 방향으로 연장된 레일과,
전동체를 통하여 상기 레일 상을 주행하는 캐리지
를 구비하고,
상기 캐리지가
상기 테이블에 부착된 제1 캐리지와,
상기 푸셔에 부착된 제2 캐리지를 포함하는
것을 특징으로 하는 시험 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 리니어 가이드가
상기 테이블을 상기 소정의 방향으로 이동 가능하게 지지하는 제1 리니어 가이드와,
상기 푸셔를 상기 소정의 방향으로 이동 가능하게 지지하는 제2 리니어 가이드
를 포함하는
것을 특징으로 하는 시험 장치.
제 26 항에 있어서, 상기 리니어 가이드가
상기 소정의 방향으로 연장된 레일과,
전동체를 통하여 상기 레일 상을 주행하는 캐리지
를 구비하고,
상기 캐리지가 상기 테이블 또는 상기 푸셔에 고정된
것을 특징으로 하는 시험 장치.
제 25 항 또는 제 27 항에 있어서, 상기 전동체가 세라믹스 재료로 형성된
것을 특징으로 하는 시험 장치.
제 28 항에 있어서, 상기 세라믹스 재료가 질화규소, 탄화규소 및 지르코니아 중 어느 하나를 포함하는
것을 특징으로 하는 시험 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 톱니 부착 벨트가 엘라스토머로 형성된 본체부를 구비하고,
상기 엘라스토머가 경질 폴리우레탄 및 수소 첨가 아크릴로니트릴부타디엔 고무 중 어느 하나를 포함하는
것을 특징으로 하는 시험 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 톱니 부착 벨트가 카본 심선을 구비한
것을 특징으로 하는 시험 장치.