CN102645384B - 线性致动器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种万能试验装置、线性致动器及扭力试验装置。在通过伺服马达与进给螺杆机构驱动十字头的万能试验装置及电动式线性致动器中，在单一的支承板上固定伺服马达及进给螺杆机构的线性导轨。优选联结伺服马达的驱动轴与进给螺杆的联结器为刚性联结器或半刚性联结器。此外，通过伺服马达与减速机构在试验片上施加扭力负载的扭力试验装置中，在单一部件的第一支承部件上固定伺服马达与减速机构双方。联结伺服马达的驱动轴与减速机构的输入轴的联结器为刚性联结器或半刚性联结器。

Description

线性致动器

本案是申请日为2008年4月17日、申请号为200880012558.4、发明名称为“万能试验装置、线性致动器及扭力试验装置”的专利申请的分案申请。

技术领域

本发明是关于一种万能试验装置、适于该万能试验装置的线性致动器及扭力试验装置。

背景技术

一直以来，为了评估材料及构造物的强度、刚性等，而利用在材料等上施加拉伸、压缩及/或弯曲应力的材料试验装置。此种材料试验装置，通常被称为万能试验装置。作为万能试验装置例如具有记载于日本特开第2003-106965号及日本特开第2003-90786号(均为日本公开专利公报)的装置。

记载于日本特开第2003-106965号及日本特开第2003-90786号的万能试验装置包括：固定于装置框架的固定部、构成为相对于装置框架在规定方向(如上下方向)可移动的十字头、及用于使该十字头移动的驱动单元。拉伸试验通过将试验片的一端固定于固定部，将另一端固定于十字头，并向离开固定部的方向驱动十字头来进行。此外，压缩试验测通过在试片被夹在十字头与固定部上的状态下，以接近固定部的方式驱动十字头来进行。弯曲试验通过例如以固定部或十字头的一方两点支承试验片，以另一方一点支承试验片，以接近固定部的方式驱动十字头来进行(三点弯曲试验)。

作为驱动万能试验装置的十字头的驱动单元，例如有记载于日本特开第2003-106965号的电动式线性致动器，及记载于日本特开第2003-90786号的油压式线性致动器等。使用油压式线性致动器的试验装置构成为，通过使用泵将高压的工作油送入油缸的单元，或是从油缸除去工作油的单元等，来驱动联结于十字头的油缸。如此，因为油压式线性致动器是通过油压缸直接驱动十字头，所以应答延迟小，可容易以高频且所希望的振动波形使十字头振动，能够以短时间进行疲劳试验。相反地，使用油压式线性致动器的试验装置存在下述问题，即，因工作油泄漏或油雾等发生周边环境污染，因设置工作油槽而导致设备大型化，因致动器定期维修及工作油更换而产生营运成本增大及大量消耗天然资源，及泵产生噪音。

作为电动式线性致动器使用例如日本特开第2003-106965号记载的采用了进给螺杆机构的装置。因为进给螺杆机构可以承受大负载，且精确地使驱动对象移动，所以，可以说与其它电动式致动器(采用线性马达及齿轮齿条机构的)比较，适于万能试验装置。

由于使用上述进给螺杆驱动机构的电动式线性致动器的试验装置仅通过电动式伺服马达与进给螺杆机构即可驱动十字头，所以，与使用需要工作油槽及大型泵的油压式致动器的试验装置比较，可以说在对装置周围环境的负担、营运成本、及试验装置小型化等方面具有优势。

此外，为了评估长条状部件的指定轴周围的强度、刚性等，取代万能试验装置，而使用扭力试验装置。扭力试验装置是通过两端支承试验片，并在一端施加支承轴周围的扭矩，而扭转试验片的装置。此种扭力试验装置具有例如记载于日本特开平第10-274609号(日本公开专利公报)的装置。

记载于日本特开平第10-274609号的扭力试验装置在基座上固定框架，在该框架的水平面上设有一对支承部件(在垂直方向扩大的板状部件)。在各支承部件上安装有用于以两端把持试验片的卡盘。安装于一方支承部件的卡盘通过减速机构及联结器而与伺服马达的驱动轴联结。此外，安装于另一方支承部件的卡盘与支承部件成为一体，通过把持试验片的一端，而固定于另一方的支承部件。因此，通过驱动伺服马达，可扭转被卡盘把持的试验片。

一般而言，伺服马达适合以低扭矩且高速地使驱动轴旋转。另一方面，扭力试验装置中，希望以高扭矩且较低速地扭转试验片。因而，使用伺服马达的扭力试验装置中，可在伺服马达的驱动轴与卡盘之间设置蜗轮等的减速机构，可进行使用伺服马达的高扭矩的扭力试验。

作为使用上述万能试验装置及扭力试验装置而一般性进行的试验的一个示例，例举疲劳试验。所谓疲劳试验，是指在试验片上反复施加负载(应变)，计测直到试验片破损的周期次数等。这种疲劳试验中，为了可在短时间完成试验，优选尽可能增加每单位时间的反复负载的周期次数。

发明内容

如上所述，使用进给螺杆机构的万能试验装置需要联结伺服马达的驱动轴与进给螺杆。同样地，扭力试验装置需要联结伺服马达的驱动轴与减速机构的输入轴。一般而言，联结进给螺杆或减速机构的输入轴与伺服马达的驱动轴时，需要将联结的两轴高度精确地定位(定心)。但是，以通常的加工及组合精度(如±100μm程度的误差)制作时，在伺服马达的驱动轴与进给螺杆之间产生无法忽略程度的轴偏差(偏心或偏角)。因而，以由高刚性材料所形成的刚性联结器联结两轴时，轴上会产生大的弯曲应力，而无法使进给螺杆及减速机构的输入轴平滑地旋转。因而，现有的万能试验装置或扭力试验装置中，是通过可吸收轴偏差产生的弯曲应力的软性联结器，联结进给螺杆或减速机构的输入轴与伺服马达的驱动轴。软性联结器是柔软的轴接头，通过弹性体缓和所述的弯曲应力，而可将驱动轴(伺服马达的驱动轴)的旋转扭矩平滑地传递至从动轴(进给螺杆)。

如上所述，因为软性联结器是经由弹性体而传递扭矩的联结器，所以除了弯曲应力的外，亦吸收某种程度的扭矩。使用软性联结器的扭转方向的刚性不太高的联结器时，以高周期往返旋转运动输入轴(伺服马达的旋转轴)时，联结器无法追随输入轴的运动，导致输出轴的振幅变小。因而，以软性联结器联结输入轴与输出轴时，无法使输出轴以高周期往返旋转运动。

如此，通过电动伺服马达与进给螺杆机构使十字头往返的万能试验装置中，无法高周期地将负载正确地反复施加在试验片上。因而，以往无法使用进给螺杆机构的万能试验装置在短时间进行疲劳试验，这种用途中只能使用油压驱动机构的万能试验装置。同样地，经由减速机而将试验片的一端联结于伺服马达的扭力试验装置无法在短时间进行疲劳试验。

本发明是为了解决上述问题而提出的。即，本发明的目的在于提供一种可进行高精确度的组合，通过使用高刚性的联结器，可以高速度反复将负载施加于试验片的万能试验装置、扭力试验装置、及可适用于此种万能试验装置的电动式致动器。

为了解决上述问题，本发明的万能试验装置及电动式致动器，在支承板上固定有伺服马达及线性导轨。由此，伺服马达及线性导轨将支承板作为基准，而直接安装于支承板上，将各部件以相对高精确度定位，且容易维持高位置精确度。

此外，本发明的扭力试验装置包括：框架，其固定于装置的基座上；伺服马达；减速机构；联结器，其联结减速机构的输入轴与所述伺服马达的驱动轴；第一把持部，其把持固定于减速机构的输出轴的试验片的一端；第二把持部，其把持固定于框架的试验片的另一端；及第一支承部件，其固定于框架上，并且固定有伺服马达及减速机构。由此，通过将第一支承部件作为基准而安装伺服马达及减速机构，容易确保各部件的精确度。

附图说明

图1是本发明第一实施方式的万能试验装置的主视图。

图2是本发明第一实施方式的万能试验装置的可动部及其周围的纵剖面图。

图3是本发明第一实施方式的万能试验装置的刚性联结器及其周围的纵剖面图。

图4是本发明第一实施方式的万能试验装置的工作台的贯通孔附近的纵剖面图。

图5是在本发明第一实施方式的万能试验装置中，在垂直于轨道的长轴方向的一面切断滑块及轨道的剖面图。

图6是图5的I-I剖面图。

图7是本发明第一实施方式的万能试验装置的控制计测部的模块图。

图8是表示本发明第一实施方式的将线性致动器适用于激振试验装置的一例。

图9是本发明第二实施方式的万能试验装置的半刚性联结器及其周围的纵剖面图。

图10是本发明第三实施方式的扭力试验装置的主视图。

图11是本发明第三实施方式的扭力试验装置的俯视图。

图12是图11的II－II剖面图。

图13是图11的III－III剖面图。

图14是本发明第三实施方式的扭力试验装置的刚性联结器及其周围的纵剖面图。

图15是本发明第三实施方式的扭力试验装置的控制计测部的模块图。

符号说明

1万能试验装置1’加振试验装置

10装置框架部12导杆

20固定部21上部载台

22进给螺杆25马达

26齿轮盒28附件

30可动部31下部载台

31a滚珠螺杆用螺母33工作台

34刚性联结器35AC伺服马达

36滚珠螺杆37马达支承框

40线性导轨42引导框

44轨道46滑块

130固定用环140固定用环

150轴承部151组合角接触球轴承

200控制计测部300半刚性联结器

500扭力试验装置B基座

具体实施方式

以下，使用附图对本发明的实施方式进行详细说明。图1是本发明第一实施方式的万能试验装置的主视图。如图1所示，本实施方式的试验装置1中设有：固定于基座B的装置框架部10，与试验片的上端(或是安装于试验片上部的夹具)抵接的固定部20，及与试验片的下部(或是安装于试验片下部的夹具)抵接的可动部30。

本实施方式中，装置框架10具有：从基座B沿大致垂直方向朝上延伸的一对腿部11，从该腿部11的各个上端沿大致垂直方向朝上延伸的一对导杆12，及以联结两导杆12的上端的方式而设置的顶部13。

在顶部13的大致中央部设有贯通孔13a。该贯通孔13a中插通有用于使固定部20在上下方向移动的进给螺杆22。在顶部13上面设有与进给螺杆22卡合的螺母23a。符号24a是用于可转动地支承螺母23a的径向滚珠轴承。此外，径向滚珠轴承24a的外圈嵌入以未图示的螺栓固定于顶部13的上面的轴承支承部24b，且两者成为一体。同样地，螺母23a嵌入径向滚珠轴承24a的内圈，且两者成为一体。因而，螺母23a可相对于轴承支承部24b进行旋转，不过无法在螺母23a的上下方向及径向方向移动。因此，当使螺母23a旋转时，与螺母23a卡合的进给螺杆22在上下方向移动。

在顶部13的上面配置有用于驱动螺母23a的马达25。马达25的驱动轴25a被收纳于齿轮盒26内。齿轮盒26是具有用于将输入轴(马达25的驱动轴25a)的旋转减速，而传递给输出轴26a的公知的齿轮机构的部件。如图1所示，齿轮盒26的输出轴从齿轮盒26的下端垂直朝下地延伸。即，齿轮盒26具有将在水平方向延伸的驱动轴25a的旋转运动转换成在垂直方向延伸的输出轴26a的旋转运动的功能。

在齿轮盒26的输出轴26a上安装有主动皮带轮26b。此外，在螺母23a上安装有从动皮带轮23b。主动皮带轮26b与从动皮带轮23b上架设环形皮带27，主动皮带轮26b的旋转经由环形皮带27而传递至从动皮带轮23b。

因此，通过驱动马达25而使马达25的驱动轴25a旋转，可使螺母23a旋转，并使进给螺杆22上下移动。

在进给螺杆22的下端悬挂固定部20的上部载台21。在上部载台21的图中左右两端形成有在上下方向延伸的贯通孔21a。在该贯通孔21a中插通有导杆12。因此，上部载台21的移动方向仅限定于上下方向。

在固定部20的上部载台21的图中左右方向两端(比贯通孔21a更靠外侧的位置)形成有在水平方向(图中从表面向背面的方向)穿孔的螺栓孔21b。虽然图1中并未图示，但从贯通孔21a的侧面向上部载台21的图中左右方向外侧扩大，而与螺栓孔21b正交的切槽状的长孔形成于上部载台21。因此，在螺栓孔21b中插入螺栓21c而旋紧时，贯通孔21a的直径变小，贯通孔21a的内周面夹住导杆12。结果，上部载台21固定于导杆12。此外，从该状态旋松螺栓21c时，可驱动马达25而使上部载台21上下移动。

使用用于进行以上说明的上部载台21的上下移动及固定的机构，是为了对应试验片的尺寸及试验方法而调节固定部20与可动部30的间距。另外，试验时，上部载台21主要通过导杆12支承，因试验而发生的负载几乎不致传递至进给螺杆22。因而，进给螺杆22、螺母23a、径向滚珠轴承24a及轴承支承部24b等的强度只须为可充分支持上部载台21的重量的程度即可。缩小进给螺杆及螺母的间距时，虽可精确地驱动进给螺杆，不过这个部分的强度降低。但是，本实施方式中，因为大幅超过上部载台21重量的负载不施加于进给螺杆及螺母，所以采用间距小的进给螺杆及螺母，可精确地调整固定部20与可动部30的间隔。

另外，在上部载台21的下部安装有在拉伸试验时把持试验片的卡盘，及压缩、弯曲试验时挤压试验片或夹具的挤压子等附件28。该附件28中内藏负载传感器(loadcell)，可在试验时计测施加于试验片的负载。另外，也可将负载传感器作为与附件独立的部件，在上部载台21的下部安装负载传感器，进一步将附件28安装于负载传感器的下部而构成。

下面，对可动部30的构造进行说明。图2是可动部30及其周围的纵剖面图。在腿部11的上通过焊接而固定工作台33。具体而言，工作台33的侧面33a的下部全周焊接于腿部11的上表面11a，并且焊接工作台33的下表面33b与腿部11的内侧侧面11b。由此，工作台33通过腿部11而刚体支承于基座B(图1)。

工作台33是厚度方向尺寸取充分大的钢板，在试验时，相对于施加在可动部30的负载实质上视为刚体。在该工作台33的下方，通过马达支承框37而固定有AC伺服马达35。如图所示，在马达支承框37的侧壁形成有多个肋部37a。并且，通过将马达支承框37及肋部37a的上端与工作台33的下表面全周焊接，工作台33与马达支承框37以高刚性而一体化。此外，该AC伺服马达35是本发明者们独自开发出的可高速反转运动的高输出AC伺服马达，相对于现有的AC伺服马达大幅减低内部的惯性，能够以最大达500Hz的反复率使驱动轴往返旋转运动。

此外，在工作台33的上面配置有通过AC伺服马达35而在上下方向可移动地构成的下部载台31。

由下部载台31、通过刚性联结器34而联结于AC伺服马达35的驱动轴35a的滚珠螺杆36、及线性导轨40构成进给螺杆机构。线性导轨40是以将下部载台31的移动方向仅限制在上下方向的方式进行引导的部件。线性导轨40具有：引导框42、一对轨道44及滑块46。引导框42通过螺栓等而固定于工作台33的上表面33c。引导框42具有：在铅直方向延伸的一对侧壁42a，以及通过上端将各侧壁42a彼此联结的上部壁面42b，整体呈倒U字状的形状。

轨道44是在铅直方向延伸的轨道，且固定于侧壁42a内侧的表面。此外，滑块46分别在下部载台31的图中左右两端各固定一个，且与其各自对应的轨道44卡合。由于滑块46的移动被轨道44引导，因此下部载台31的移动方向仅限定于上下方向。

下部载台31通过滚珠螺杆机构沿上下方向被驱动。在下部载台31的内部埋入有具备滚珠循环功能的滚珠螺杆用螺母31a。滚珠螺杆用螺母31a与形成于滚珠螺杆36上部的螺杆部36a卡合。如上所述，由于通过线性导轨40进行引导以使下部载台31不绕滚珠螺杆36周围旋转，因此当使滚珠螺杆36旋转时，滚珠螺杆用螺母31a沿上下方向进行移动。并且，与滚珠螺杆用螺母31a一体化的下部载台31沿上下方向进行移动。另外，在引导框42的上部壁面42b的中央部设有开口部42c。下部载台31贯穿该开口部42c，其上端的十字头31b配置在上部壁面42b的上侧。因此，下部载台30的十字头31b与安装于上部载台21的附件28相对。在拉伸试验时，试验片通过卡盘安装在十字头31b上。此外，在压缩、弯曲试验时，试验片或夹具被放置在十字头31b上。

滚珠螺杆36的下部为轴部36b，该轴部36b有形成用于与滚珠螺杆用螺母31a卡合的槽。该轴部36b通过刚性联结器34而联结于AC伺服马达35的驱动轴35a。本实施方式的刚性联结器34构成为滚珠螺杆36的轴部36b周围(亦即AC伺服马达35的驱动轴35a周围)的扭转刚性极高，从而能够以高应答性将施加于AC伺服马达35的驱动轴35a的扭矩传递至滚珠螺杆36，具体结构后述。

下面，对刚性联结器34的构造进行说明。图3是显示刚性联结器34及通过该刚性联结器34而彼此联结的AC伺服马达35的驱动轴35a与滚珠螺杆36的轴部36b的放大剖面图。

如图所示，刚性联结器34的筒状主体34B全体为中空的阶梯形圆棒形状(亦即，阶梯形厚壁圆筒)。即，筒状主体34B包括：具备从上方插入滚珠螺杆36的轴部36b的上部开口部34c的上部圆筒部34a，及具备从下插入AC伺服马达35的驱动轴35a的下部开口部34d的下部圆筒部34b。本实施方式中，由于滚珠螺杆36的轴部36b的直径比AC伺服马达35的驱动轴35a小，因此，上部圆筒部34a的外径比下部圆筒部34b的外径小。

此外，在上部圆筒部34a的下部及下部圆筒部34b的上部分别形成有狭窄部34e及34f。狭窄部34e及34f的直径分别与滚珠螺杆36的轴部36b及AC伺服马达35的驱动轴35a的直径大致相等。因而，在狭窄部34e及34f的内周面、以及滚珠螺杆36的轴部36b与AC伺服马达35的驱动轴35a的外周几乎无间隙的状态下，滚珠螺杆36的轴部36b与AC伺服马达35的驱动轴35a被收容于狭窄部34e及34f。

上部开口部34c及下部开口部34d的直径构成分别比滚珠螺杆36的轴部36b及AC伺服马达35的驱动轴35a的外径大。为了将上部开口部34c及下部开口部34d分别固定于滚珠螺杆36的轴部36b及AC伺服马达35的驱动轴35a，而使用固定用环130及140。

固定用环130具有：内圈132、外圈134及螺栓136。内圈132的外周面132a为直径向下变小的锥形面。此外，内圈132的内周面132b为比滚珠螺杆36的轴部36b的外径稍大程度的圆筒面。在内圈132的上端形成有向半径方向外侧扩张的凸缘部132c。凸缘部132c上设有多个在上下方向插通螺栓136的螺栓孔132d。此外，外圈134的内周面134a成为直径向下变小的锥形面。外圈134的内周面134a具有与内圈132的内周面132b相同的锥角。此外，外圈134的外周面134b为比上部开口部34c的直径稍小的圆筒面。另外，外圈134上，与螺栓孔132d对应地形成有多个与螺栓136卡合的阴螺纹134c。此外，外圈134的内周面134a的上端直径(最大径)比内圈132的内周面132b的上端直径(最大径)小。因而，当以使各锥形面彼此抵接的方式将内圈132放置于外圈134上时，内圈132的凸缘部132c的下表面成为与外圈134的上表面不接触而浮起的状态。将外圈134及内圈132插入上部开口部34c与滚珠螺杆36的轴部36b之间的间隙中，紧固通过凸缘部132c的螺栓孔132d而插入了阴螺纹134c的螺栓136时，内圈132的锥形面132b从外圈134的锥形面134a承受半径方向朝内的力，内圈132的圆筒面132b强力压迫滚珠螺杆36的轴部36b。此外，此时外圈134的锥形面134a从内圈132的锥形面132b承受半径方向朝外的力，圆筒面134b强力压迫上部开口部34c。其结果通过产生的静摩擦力，滚珠螺杆36的轴部36b被牢固地固定在筒状主体34B的上部圆筒部34a上，两者形成一体化。另外，图中分别显示各二组的螺栓136、螺栓孔132d及阴螺纹134c，但是，实际上在将滚珠螺杆36的轴为中心的圆周上设有多个(如10组)。

同样地，固定用环140具有：内圈142、外圈144及螺栓146。内圈142的外周面142a成为直径向上变小的锥形面。此外，内圈142的内周面142b成为AC伺服马达35的驱动轴35a的外径稍大程度的圆筒面。在内圈142的下端形成有向半径方向外侧扩张的凸缘部142c。在凸缘部142c上设有多个在上下方向插通螺栓146的螺栓孔142d。外圈144的内周面144a为直径向上变小的锥形面。此外，外圈144的外周面144b为比下部开口部34d的直径稍小的圆筒面。并且，在外圈144上，与螺栓孔142d对应地形成有多个与螺栓146卡合的阴螺纹144c。此外，外圈144的内周面144a的下端直径(最大径)比内圈142的内周面142b的下端直径(最大径)小。因而，以使各锥形面彼此抵接的方式将内圈142放置于外圈144的下方时，内圈142的凸缘部142c的上表面成为与外圈144的下表面不接触而浮起的状态。将外圈144及内圈142插入下部开口部34d与AC伺服马达35的驱动轴35a之间的间隙，紧固通过凸缘部142c的螺栓孔142d而插入了阴螺纹144c的螺栓146时，内圈142的锥形面142b从外圈144的锥形面144a承受半径方向朝内的力，内圈142的圆筒面142b强力压迫AC伺服马达35的驱动轴35a。此外，此时外圈144的锥形面144a从内圈142的锥形面142b承受半径方向朝外的力，圆筒面144b强力压迫下部开口部34d。其结果通过产生的静摩擦力，AC伺服马达35的驱动轴35a被牢固地固定在筒状主体34B的下部圆筒部34b上，两者形成一体化。另外，图中分别显示各二组的螺栓146、螺栓孔142d及阴螺纹144c，但是，实际上在将AC伺服马达35的驱动轴35a的旋转中心轴为中心的圆周上设有多数个(如10组)。

筒状主体34B的上部圆筒部34a及下部圆筒部34b的壁厚充分大，由此，刚性联结器34的连结部的扭转刚性为与滚珠螺杆36及AC伺服马达35的驱动轴35a相等或比其大。因此，刚性联结器34能够以高的应答性将作用于AC伺服马达35的驱动轴35a的扭矩传递至滚珠螺杆36。

如图2所示，在工作台33的中央设有贯通孔33d，滚珠螺杆36贯穿该贯通孔33d。本实施方式中，在试验时，为了可旋转地支承承受推力方向的大负载的滚珠螺杆36，而在贯通孔33d的位置设有轴承部150。以下，对该轴承的构造进行说明。

图4是工作台33的贯通孔33d附近的纵剖面图。如图所示，在贯通孔33d中嵌入具有圆环形状的第一轴承安装部件152。在第一轴承安装部件152的上端形成有向半径方向外侧扩张的凸缘部152a。在凸缘部152a上设有在上下方向穿孔的贯通孔152b。工作台33上，在对应于贯通孔152b的位置形成有阴螺纹33e。通过将螺栓158a插入贯通孔152b及阴螺纹33e，然后旋紧螺栓158a，第一轴承安装部件152被固定在工作台33上，两者形成为一体化。

此外，在滚珠螺杆36的螺杆部36a与轴部36b之间设有轴部36b侧的直径变小的台阶差。在该台阶差的部分配置有第一套环154。并且，在第一套环154之下依次装设有组合角接触球轴承151及第二套环155。此外，在滚珠螺杆36的轴部36b的中途形成有阳螺纹36c，将第一套环154、组合角接触球轴承151及第二套环155插通于滚珠螺杆36的轴部36b后，通过将螺母156安装于滚珠螺杆36的阳螺纹36c，而在第一套环154与第二套环155之间支承组合角接触球轴承151的内圈。

此外，在第一轴承安装部件152的下部配置有第二轴承安装部件153。第二轴承安装部件153通过螺栓158b而固定于第一轴承安装部件152。第二轴承安装部件153的上表面与组合角接触球轴承151的外圈抵接，从下方支承组合角接触球轴承151的外圈。

组合角接触球轴承151是使一对角接触球轴承151a、151b的各正面彼此相对地进行组合(正面组合)的部件。本实施方式中，滚珠螺杆36在拉伸试验时承受上方向的大负载，在压缩/弯曲试验时承受下方向的大负载。因而，采用以正面组合或背面组合(使各背面相对地组合者)组合一对角接触球轴承，可支承上下两方向的推力负载。特别是在本实施方式中，采用正面组合的组合角接触球轴承151，可防止轴(滚珠螺杆36的轴部36b)上发生挠曲时轴承内部的应力集中，轴承本身不易发生破损。

另外，本实施方式中，为了减轻组合角接触球轴承151的滚珠与内外圈的摩擦，而供给润滑油。为了防止该润滑油漏出，而在第一套环154与第一轴承安装部件152之间的余隙，及第二套环155与第二轴承安装部件153之间的余隙中分别设有油封157a、157b。此外，为了防止润滑油从第一轴承安装部件152与第二轴承安装部件154之间漏出，而在第一轴承安装部件152与第二轴承安装部件154之间设有衬垫159。另外，在第二轴承安装部件153中形成有在半径方向延伸的贯通孔153a，但是，其是在从外部供给润滑油时使用的，通常通过盲板153b堵塞。

下面，利用附图对本实施方式的线性导轨40的轨道44及滑块46(图2)的构成进行详细说明。图5是在垂直于轨道44的长轴方向的一面(亦即水平面)剖切轨道44及滑块46的剖面图，图6是图5的I-I剖面图。如图5及图6所示，滑块46上形成有凹部以包围轨道44，该凹部中形成有在轨道44的轴方向延伸的四条槽46a、46a’。该槽46a、46a’中收纳有多数个不锈钢制的滚珠46b。在轨道44中，与滑块46的槽46a、46a’相对的位置，分别设有槽44a、44a’，滚珠46b被夹在槽46a与槽44a，或是槽46a’与槽44a’之间。槽46a、46a’、44a、44a’的剖面形状是圆弧状，其曲率半径与滚珠46b的半径大致相等。因而，滚珠46b在几乎无游隙的状态下，密合于槽46a、46a’、44a、44a’。

在滑块46的内部设有与各个槽46a大致平行的4条退避路径46c、46c’。如图6所示，槽46a与退避路径46c的各个两端经由U字形路径46d而连接，通过槽46a、槽44a、退避路径46c、及U字形路径46d，而形成使滚珠46b循环用的循环路径。通过槽46a’、槽44a’及退避路径46c’亦形成同样的循环路径。

因而，滑块46相对于轨道44移动时，多数个滚珠46b在槽46a、46a’、44a、44a’中转动而在循环路径中循环。因而，即使在轨道轴方向以外的方向施加大负载，由于仍能够以多数个滚珠支承滑块，并且通过滚珠46b转动，能够保持轨道轴方向的阻力较小，因此，可使滑块46相对于轨道44平滑地移动。另外，退避路径46c及U字形路径46d的内径比滚珠46b的直径稍大。因而，在退避路径46c及U字形路径46d与滚珠46b之间产生的摩擦力极小，由此不妨碍滚珠46b的循环。

如图所示，被槽46a与44a夹着的二列滚珠46b的列形成接触角大致为±45°的正面组合型的角接触球轴承。此时的接触角是指连接槽46a及44a与滚珠46b接触的各接触点彼此的线，相对于线性导轨的径向方向(从滑块向轨道的方向，图5中的下方向)形成的角度。如此形成的角接触球轴承可支承反径向方向(从轨道向滑块的方向，图5中的上方向)及横方向(与径向方向及滑块的进退方向两者正交的方向，图5中的左右方向)的负载。

同样地，被槽46a’与44a’夹着的二列的滚珠46b的列形成接触角(连接槽46a’及44a’与滚珠46b接触的各接触点彼此的线相对于线性导轨的反径向方向形成的角度)大致为±45°的正面组合型的角接触球轴承。该角接触球轴承可支承径向方向及横方向的负载。

此外，被槽46a与44a的一方(图中左侧)与槽46a’与44a’的一方(图中左侧)分别夹着的二列的滚珠46b的列也形成正面组合型的角接触球轴承。同样地，被槽46a与44a的另一方(图中右侧)与槽46a’与44a’的另一方(图中右侧)分别夹着的二列的滚珠46b的列也形成正面组合型的角接触球轴承。

如此，本实施方式中，具有多数个滚珠46b的正面组合型的角接触球轴承对分别作用于径向方向、反径向方向及横方向的负载进行支承，而可充分支承施加于轨道轴方向以外方向的大负载。

下面，对本实施方式的万能试验装置1的控制计测部的构成进行说明。图7是本实施方式的万能试验装置1的控制计测部200的模块图。本实施方式的万能试验装置1可以短时间进行疲劳试验，并可在试验片上以短周期反复施加负载。

万能试验装置1的控制计测部200具有：设定值指示单元210、驱动控制单元220及测定单元250。

设定值指示单元210是用于指示如何使下部载台31(图1)移动的单元。具体而言，是将下部载台31从初期位置的位移量(目标位置)作为信号而输出，并传送至驱动控制单元220的单元。设定值指示单元210具有：输入接口212及波形产生电路214。

输入接口212是用于连接设定值指示单元210与未图示的工作站的接口。万能试验装置1的操作者操作工作站，而指示如何使下部载台31位移。例如当进行静态的拉伸试验时，操作者操作工作站，输入施予下部载台31的位移速度，并向输入接口212送信。此外，当进行在试验片上反复施加负载的疲劳试验时，操作者操作工作站，输入下部载台31的振幅、频率及波形(使用正弦波或三角波的波形等)，并向输入接口212送信。输入到输入接口212的指示被传送至波形产生电路214。

波形产生电路214解译从输入接口212发送的指示，逐次运算下部载台31从初期位置的位移量，并将其发送给驱动控制单元220。另外，当进行疲劳试验时，不限于以单一的正弦波或三角波的一定波形、频率驱动下部载台31，亦可依据从具有各种振幅或频率的函数所合成的函数来驱动下部载台31。例如也可依据乘以频率不同的正弦波的函数，使下部载台31的振幅随时间变化地驱动下部载台31。

下部载台31的位移量作为数字信号而从波形产生电路214输出。因而，从波形产生电路214发送给驱动控制单元220的信号，首先输入D/A转换器222而转换成模拟信号。接着，转换成模拟信号的下部载台31的位移量信息传送至放大器224。然后，放大器224将从D/A转换器222传送的下部载台31的位移量信息放大并输出。

如上所述，本实施方式中，AC伺服马达35是通过驱动下部载台31而进行各种试验。此处，AC伺服马达35内藏有用于检测驱动轴35a(图1)的转数的编码器，编码器检测出的转数发送给驱动控制单元220的现在位置运算电路226。

现在位置运算电路226依据AC伺服马达35的编码器的检测结果，运算下部载台31的现在位置并输出。然后，将放大器224的输出与现在位置运算电路226的输出的差分(亦即相当于下部载台31的目标位置与现在位置的差的信号)发送给电流产生电路228。

电流产生电路228依据接受的信号，产生输出至AC伺服马达35的三相电流，并将其输出至AC伺服马达。其结果驱动AC伺服马达35，以使下部载台31到达目标位置。

通过驱动下部载台31而施加于试验片的负载，通过内藏于万能试验装置1的附件28(图1)的负载传感器254，及用于将负载传感器254的变形量取出作为电信号的桥接电路256进行检测。检测出的负载值通过A/D转换器258转换成数字信号，经由输出接口259而发送至工作站。工作站统计从输出接口259接受的负载值，制成例如将时间轴作为横轴，将施加于试验片的应力作为纵轴的图表进行表示。

此外，也可进行所谓的反馈控制，即，将A/D转换器258的输出的负载值传送至波形产生电路214，根据负载而使下部载台31的位移行动变化。例如下部载台31的位移量与负载值并非正比关系，即，可进行当试验片产生升降时，增大下部载台的振幅等的控制。

通过使用以上构成的万能试验装置1，可进行试验片的静态破坏试验及疲劳试验等。此处，本实施方式中是使用应答性高且高扭矩的AC伺服马达35驱动下部载台31。因而，万能试验装置1可将最大达数百kN的负载施加于试验片，此外，也能够以数百Hz的高频将负载反复施加于试验片。因此，采用本实施方式的万能试验装置1时，可在短时间内评估试验片的疲劳特性，且可谋求缩短试验时间。

此外，采用本实施方式的构成时，如图2所示，用于使下部载台31移动的动力来源的AC伺服马达35，与将AC伺服马达35的驱动轴35a的旋转运动转换成上下运动时使用的滚珠螺杆用的轴承151及线性导轨40固定于作为同一框架的工作台33上。由此，可高精确度地定位用于引导AC伺服马达35的驱动轴35a、滚珠螺杆36及下部载台31的线性导轨40等的相对位置而进行安装。因而，可轻易且更正确地进行AC伺服马达35的驱动轴35a及滚珠螺杆36的轴部36b的高精确度定心。此外，通过在同一框架上全部配置相对位置需要高精确度的组件，可高精确度地稳定维持已定位的各组件的相对位置。

如此，采用本实施方式的构成时，因为可高精确度地进行AC伺服马达35的驱动轴35a及滚珠螺杆36的定心，所以因定心误差而作用于AC伺服马达35的驱动轴35a及滚珠螺杆36的轴部36b的弯曲应力较小。通常用于联结伺服马达与进给螺杆的联结器使用构成为通过介有低刚性的材料(橡胶及金属弹簧等)而吸收弯曲应力的软性联结器。但是，本实施方式中，如上所述，因为可高精确度地进行2轴的定心，所以可使用以刚性高的材料所形成的刚性联结器34。因而，可以高应答性使作用于AC伺服马达35的驱动轴35a的扭矩传递至滚珠螺杆36的轴部36b。因此，即使以高周期使AC伺服马达35的驱动轴35a往返旋转，因为滚珠螺杆36仍可正确地追随驱动轴35a的移动，所以，即使试验片为钢等高刚性材料，且以数十Hz以上的高速使十字头31b往返运动时，仍可将所设定的负载(应变)正确地施加于试验片。即，本实施方式的万能试验装置1可在短时间进行试验片的疲劳试验。

另外，本实施方式中，如图2所示，为分别将轨道44固定于引导框42，将滑块46固定于下部载台的结构，但是，也可为分别将滑块固定于引导框，将轨道固定于下部载台(亦即与进给螺杆卡合的螺母)的结构。

此外，本实施方式中，作为万能试验装置的十字头上下移动的机构采用线性致动器，但是，该线性致动器除了万能试验装置的外，如图8所示也可利用在在上下方向对汽车C进行激振用的激振试验装置1′。即，准备4组本实施方式的具有可动部30与线性导轨40(图1)的线性致动器，并分别将其固定于被基座B支承的装置框架部10’上。然后，将各个十字头31b固定于汽车C的车轮W，驱动可动部30的AC伺服马达35，由此，可使汽车C激振。这种激振试验装置能够以高振动频率激振如汽车C那样的重量大的被测体。

此外，本实施方式中，刚性联结器34联结滚珠螺杆36的轴部36b与AC伺服马达35的驱动轴35a(图3)。但是，本发明并非限定于上述的构成，也可使用在扭转方向具有高刚性的其它联结器。这种联结器例如为以下说明的本发明第二实施方式的半刚性联结器。

将通过半刚性联结器联结滚珠螺杆与AC服务器的驱动轴的万能试验装置，作为本发明的第二实施方式如下进行说明。另外，本发明的第一实施方式与第二实施方式，仅联结滚珠螺杆与AC伺服马达的驱动轴的联结器不同，其它均相同。因此，本实施方式中，在与第一实施方式相同的部件或组件上赋予与第一实施方式相同的符号，而省略对它们的详细说明。

图9是表示本实施方式中的半刚性联结器300，及通过该半刚性联结器300而彼此联结的AC伺服马达35的驱动轴35a与滚珠螺杆36的轴部36b的放大剖面图。本实施方式的半刚性联结器300构成扭转刚性极高，可以高应答性使施加于AC伺服马达35的驱动轴35a的扭矩传递至滚珠螺杆36。此外，构成为通过内部的树脂部件而柔软地吸收长度方向的轴的位移，使从AC伺服马达35的驱动轴35a传导的AC服务器发生的轴方向振动大幅衰减，而不易传导至滚珠螺杆36。

如图9所示，半刚性联结器300包括尼龙制的内圈360、一对硬铝制的外圈320及340、以及固定此等的多个(本实施方式是6个)螺栓382。在内圈360的中央，在内部相互连络的圆孔362a、362b设于同轴上。圆孔362a的内径是可无间隙地插入AC伺服马达35的驱动轴35a的大小，圆孔362b的内径为可无间隙地插入滚珠螺杆36的轴部36b的大小。另外，本实施方式中，由于滚珠螺杆36的轴部36b的直径比AC伺服马达35的驱动轴35a小，因此圆孔362b的外径比圆孔362a的外径小。

在内圈360的轴方向中央，形成有从内圈360的外周向半径方向外延伸的凸缘部360a。从凸缘部360a的两面中央部分别形成有在轴方向延伸的锥形部。锥形部的外侧面364、366为随着接近轴方向顶端而外径逐渐变小的圆锥状的锥形面。此外，在夹着内圈360的一对外圈320、340的中央分别形成有具有锥形形状的内侧面322、342的贯通孔。外圈320与340分别将内侧面322、342的锥形面打开方向朝向内圈360侧而配置。外圈320、340的锥形形状的内侧面322、342分别具有与内圈360的外侧面364、366相同的锥角。然后，以外圈320的内侧面322与内圈360的外侧面364、外圈340的内侧面342与内圈360的外侧面366重叠的方式，在外圈320、340的贯通孔中插入形成于内圈两端的锥形部。

此外，在外圈340的贯通孔的周围，与形成于螺栓382的顶端部的阳螺纹卡合的阴螺纹344，在将贯通孔的轴作为中心的圆周上等间隔地形成有多个。此外，外圈320与内圈360的凸缘部360a中，亦在对应于阴螺纹344的位置分别形成有螺栓孔324、368。而后，6个螺栓382插通于外圈320的螺栓孔324及内圈360的螺栓孔368，而与外圈340的阴螺纹344卡合。

在内圈360的圆孔362a中，从下方插入AC伺服马达35的驱动轴35a的顶端，在圆孔362b中，从上方插入滚珠螺杆36的轴部36b的顶端后，而紧固螺栓382时，内圈360被外圈320与外圈340从两侧强力夹着，而内圈360的2个锥形部分别深深嵌入外圈320、340的贯通孔内。因而，通过楔形的原理，从内圈360的圆孔362a、362b至AC伺服马达35的驱动轴35a及滚珠螺杆36的轴部36b分别施加强侧压。因此，在圆孔362a、362b与驱动轴35a、滚珠螺杆36的轴部36b之间分别发生强力的摩擦力，驱动轴35a与滚珠螺杆36经由内圈360而一体地联结。结果，半刚性联结器300构成的联结部的扭转刚性与滚珠螺杆36及AC伺服马达35的驱动轴35a相等或比其大。

如图9所示，在外圈320与340之间，仅以粘弹性体的尼龙树脂而形成的内圈支承。此外，在半刚性联结器300中，AC伺服马达35的驱动轴35a的顶端与滚珠螺杆36的轴部36b的顶端离开微小(如约1毫米)的间隔而联结。因此，从马达施加压缩轴的方向的力时，内圈360弹性变形，该驱动轴35a与滚珠螺杆36的间隔狭窄，在半刚性联结器300内吸收轴方向的力，可使传导至滚珠螺杆36侧的力大幅衰减。本实施方式中，内圈360的振动衰减率在驱动轴35a的固有振动频率中大致为最大。由此，可使驱动轴35a的轴方向或轴的半径方向的振动有效地衰减。

另外，如上述，AC伺服马达35的驱动轴35a的顶端与滚珠螺杆36的轴部36b的顶端的间隔短达1毫米程度，此外，各轴的顶端的全周与内圈一体化。因而，在返回方向充分地刚性联结，可将AC伺服马达35的驱动轴35a的旋转驱动正确地传递至滚珠螺杆36。

以上说明的本发明的第一及第二实施方式，是关于使用进给螺杆机构的万能试验装置者。但是，本发明除了万能试验装置的外，也可适用于以下说明的本发明的第三实施方式的其它种类的材料试验装置中。

图10是本发明第三实施方式的扭力试验装置的主视图。此外，图11是本实施方式的扭力试验装置的俯视图。本实施方式的扭力试验装置501中，长条状的试验片S是在其长轴方向大致水平地通过卡盘572、574的爪572a、574a把持两端的状态下进行扭力试验。另外，为了明确说明扭力试验装置501的构造，仅在图10中表示试验片S及把持该试验片的卡盘572、574。即，图11是试验片S及卡盘572、574被拆下状态的扭力试验装置501的俯视图。

如图10所示，本实施方式中，在固定于基座B上的下部框架510之上设有：用于固定支承试验片S的一端(固定端)的固定端支承部520，与可旋转地支承试验片S的另一端(驱动端)的驱动端支承部530。并且，通过从驱动端支承部530对试验片赋予旋转轴A周围的指定扭矩，可在试验片S上施加扭转应力而扭转。

固定端支承部520具有安装凸缘527，用于安装把持试验片S的固定端用的固定端侧卡盘572。从安装凸缘527的与安装了固定端侧卡盘572的表面的相反侧的表面，支承轴526在大致水平方向延伸。

支承轴526的顶端与扭矩计测用的负载传感器562的一端连接。在支承轴526的顶端与负载传感器562的一端分别形成有连接用的凸缘，通过以螺栓固定各凸缘，而联结支承轴526与负载传感器562。负载传感器562的另一端固定于固定端支承部520的固定端侧的侧框架522。侧框架522通过螺栓固定、焊接等的装置而牢固地固定于固定端支承部520的固定端支承板521上。固定端支承板521固定于下部框架510上。此处，侧框架522是具有L字状的剖面形状的板状部件，且其角落部中形成有补强用的肋部522a。因而，侧框架522为刚性高部件。由于固定端支承板521牢固地固定于下部框架510，因此侧框架522可视为与基座B一体的刚体，不过详细如后述。

如此，试验片S的固定端经由固定端侧卡盘572、安装凸缘527、支承轴526、负载传感器562而固定在侧框架522上。此处，固定端侧卡盘572、安装凸缘527、支承轴526、负载传感器562相对于试验片S充分地提高扭转刚性，通过在试验片S的驱动端施加扭矩，可使试验片S的内部发生对应扭矩大小的扭转应力。而后，通过负载传感器562计测施加于试验片S的扭矩的大小。

此外，支承轴526在其中途通过固定端侧轴承524被支承为可旋转。固定端侧轴承524也通过螺栓固定、焊接等的装置而牢固地固定于固定端支承板521上。

下面，对用于将固定端支承板521固定于下部框架510的机构进行说明。如图11所示，在下部框架510的上面形成有一对槽511。使用该槽511与螺栓512而将固定端支承板521固定于下部框架510。另外，在固定端支承板521上，沿着各槽511各设有7个(即合计14个)插通螺栓512的贯通孔521a，通过在此等贯通孔521a的全部安装螺栓512，固定端支承板521被牢固地固定在下部框架510上。

下面，对通过螺栓512固定固定端支承板521的构造进行详细说明。图12是图11的II-II剖面图。如图12所示，槽511是下部511b的宽度比上部511a的宽度大的带有台阶差的槽。此外，螺栓512是在头部形成有六角扳手用的六角孔512a的所谓带有六角孔螺栓。该螺栓512与配置于槽511的下部511b的螺母513卡合。螺母513的尺寸仅比下部511b的宽度稍小，且比上部511a的宽度大，因此在螺栓512的头部与螺母513之间可紧固地固定端支承板521与槽511的上部511a。其结果，固定端支承板521被牢固地固定在下部框架510上。

下面，对驱动端支承部530的构成进行说明。

如图10所示，驱动端支承部530具有安装凸缘537，该安装凸缘537是用于安装把持试验片S的驱动端用的驱动端侧卡盘574。在安装凸缘537的与安装了驱动端侧卡盘574的表面相反侧的表面上设有减速机构536。具体而言，在减速机构536的输出轴上形成有安装凸缘537。减速机构536将其输入轴的高速、低扭矩的旋转运动转换成输出轴的低速、高扭矩的旋转运动。输出轴的旋转运动经由凸缘537、卡盘574而传递至试验片S的驱动端。

该减速机构536固定于驱动端支承部530的驱动端侧的侧框架532。驱动端侧的侧框架532通过焊接被牢固地固定在驱动端支承部530的驱动端支承板531之上。驱动端支承板531通过与固定端支承板521同样的固定装置被固定在下部框架510上。此处，侧框架532是大致垂直于旋转轴A的板状的部件，且在通过侧框架532与驱动端支承板531而形成的角落部形成有补强用肋部532a。该肋部532a也焊接在驱动端支承板531与驱动端侧的侧框架532上。因此，侧框架532与驱动端支承板531以高刚性而一体化。如上所述由于驱动端支承板531被牢固地固定在下部框架510上，因此侧框架532可视为与基座B一体的刚体。

在下部框架510的中央部(槽511、511之间)形成有空洞部514。在该空洞部514中设有用于相对于下部框架510使驱动端支承部530在旋转轴A方向上滑动的进给螺杆机构。如图10及图11所示，在空洞部514中设有在与旋转轴A平行的方向延伸的进给螺杆544。进给螺杆544的两端通过一对轴承545、546(图10)被支承为可旋转。此外，在驱动端支承板531的下面固定有与该进给螺杆544卡合的螺母548。因而，在驱动端支承板531未固定在下部框架510上的状态(即旋松用于固定驱动端支承板531的螺栓的状态)下，通过使进给螺杆544转动，可使驱动端支承部530沿着进给螺杆544而移动。另外，在进给螺杆544的一端(轴承545侧)设有用于使进给螺杆544转动的手柄542。本实施方式中，这样通过使驱动端支承部530移动，可根据试验片S的尺寸而调整固定端支承部520与驱动端支承部530的间隔。

此外，在侧框架532的安装凸缘537的下部安装有编码器538的皮带轮538a。安装凸缘537的外周部537a也具有作为皮带轮的功能，而在编码器538的皮带轮538a与安装凸缘537的皮带轮537a上架设有环形皮带539。编码器538通过检测皮带轮538a的旋转角，可运算安装凸缘537的旋转数、对安装凸缘537的初期位置的旋转角度及反复试验时的周期数等，并将其显示于编码器538的显示部538b。因此，扭力试验装置501的操作者可从编码器538的显示部538b的显示内容确认扭力试验的进展状况等。

下面，对减速机构536的输入轴536a与在该输入轴上施加扭矩的AC伺服马达535的配置进行说明。图13是图11的III－III剖面图。如图13所示，减速机构536的输入轴536经由刚性联结器533而与AC伺服马达535的驱动轴535a联结。因此，通过驱动AC伺服马达535可在试验片S上施加扭转应力。此外，如图所示，AC伺服马达535经由马达支承框534被固定在侧框架532上。

另外，减速机构536埋入侧框架532上形成的开口532b中被牢固地固定。本实施方式中，减速机构536是波动齿轮减速机构。波动齿轮减速机构具有输入轴与输出轴为同轴的特征。因而，本实施方式中，旋转轴A与AC伺服马达535的驱动轴535a同轴。由于旋转轴A与AC伺服马达535的驱动轴535a同轴，因此成为扭力试验装置501相对于包括旋转轴A的垂直面大致对称的形状。因而，试验装置501的重量平衡佳，在试验时不易发生振动。此外，波动齿轮减速机构具有齿隙极小的特征。因而，通过在将负载反复施加于试验片的疲劳试验装置中导入波动齿轮减速机，可大幅提高疲劳试验的精确度。在本发明人所了解的范围内，在现有的疲劳试验装置中没有利用波动齿轮减速机的情况。

本实施方式的刚性联结器533构成扭转刚性极高，可以高应答性使施加于AC伺服马达535的驱动轴535a的扭矩传递至减速机构536的输入轴536a。以下，对刚性联结器533的构造进行说明。图14是显示刚性联结器533及经由该刚性联结器533而彼此联结的AC伺服马达535的驱动轴535a与减速机构536的输入轴536a的放大剖面图。

如图所示，刚性联结器533整体为中空的阶梯形圆棒形状（亦即，阶梯形厚度的圆筒）。即，刚性联结器533包括：具备插入减速机构536的输入轴536a的输出侧开口部533c的输出侧圆筒部533a，及具备插入AC伺服马达535的驱动轴535a的输入侧开口部533d的输入侧圆筒部533b。本实施方式中，因为减速机构536的输入轴536a的直径比AC伺服马达535的驱动轴535a小，所以输出侧圆筒部533a的外径比输入侧圆筒部533b的外径小。

此外，在输出侧圆筒部533a及输入侧圆筒部533b的内侧(图14中，输出侧圆筒部533a的右侧及输入侧圆筒部533b的左侧)分别形成有狭窄部533e及533f。狭窄部533e及533f的直径分别与减速机构536的输入轴536a及AC伺服马达535的驱动轴535a的直径大致相等。因而，在狭窄部533e及533f的内周面与减速机构536的输入轴536a和AC伺服马达535的驱动轴535a的外周几乎无间隙的状态下，减速机构536的输入轴536a与AC伺服马达535的驱动轴535a被收容于狭窄部533e、533f。

输出侧开口部533c及输入侧开口部533d的直径分别构成为比减速机构536的输入轴536a及AC伺服马达535的驱动轴535a的外径大。为了将输出侧开口部533c及输入侧开口部533d分别固定于减速机构536的输入轴536a及AC伺服马达535的驱动轴535a，而使用固定用环630及640。

固定用环630包括：内圈632、外圈634及螺栓636。内圈632的外周面632a为直径朝向AC伺服马达侧(图中右侧)而变小的锥形面。此外，内圈632的内周面632b为比减速机构536的输入轴536a的外径稍大程度的圆筒面。在内圈632的减速机构侧(图中左侧)形成有向半径方向外侧扩张的凸缘部632c。在凸缘部632c上设有在旋转轴A方向插通多个将螺栓636的螺栓孔632d。外圈634的内周面634a为直径朝向AC伺服马达侧而变小的锥形面。此外，外圈634的外周面634b为比输出侧开口部533c的直径稍小的圆筒面。另外，外圈634中形成有多个与螺栓636卡合的阴螺纹634c。将外圈634及内圈632插入输出侧开口部533c与减速机构536的输入轴536a间的间隙，然后通过螺栓636将内圈632固定于外圈634，进一步通过紧固螺栓636，使内圈632的内周面632b强力压迫减速机构536的输入轴536a，外圈634的圆筒面634b强力压迫输出侧开口部533c。其结果，通过产生的静摩擦力，减速机构536的输入轴536a被牢固地固定于刚性联结器533的输出侧圆筒部533a，使两者形成一体。另外，图中分别各显示二组螺栓636、螺栓孔632d及阴螺纹634c，但是，实际上在将减速机构536的轴作为中心的圆周上设有多数个(例如10组)。

同样地，固定用环640包括：内圈642、外圈644及螺栓646。内圈642的外周面642a为直径朝向减速机构侧变小的锥形面。此外，内圈642的内周面642b为比AC伺服马达535的驱动轴535a的外径稍大程度的圆筒面。在内圈642的下端形成有向半径方向外侧扩张的凸缘部642c。在凸缘部642c中设有在旋转轴A方向上插通多个将螺栓646的螺栓孔642d。外圈644的内周面644a为直径朝向减速机构侧变小的锥形面。此外，外圈644的外周面644b为比输入侧开口部533d的直径稍小的圆筒面。另外，外圈644中，在与螺栓孔642d对应的位置形成有多个与螺栓646卡合的阴螺纹644c。将外圈644及内圈642插入输入侧开口部533d与AC伺服马达535的驱动轴535a之间的间隙，然后通过螺栓646将内圈642固定于外圈644，进一步通过紧固螺栓646，使内圈642的圆筒面642b强力压迫AC伺服马达535的驱动轴535a，外圈644的外周面644b强力压迫输入侧开口部533d。其结果，通过产生的静摩擦力，AC伺服马达535的驱动轴535a被牢固地固定于刚性联结器533的输入侧圆筒部533b，使两者形成一体。另外，图中是分别各显示二组螺栓646、螺栓孔642d及阴螺纹644c，但是，实际上在将AC伺服马达535的驱动轴535a的旋转中心轴作为中心的圆周上设有多数个(例如10组)。

因为刚性联结器533的输出侧圆筒部533a及输入侧圆筒部533b的壁厚充分大，所以刚性联结器533实质上可视为刚体。因此，刚性联结器533可将作用于AC伺服马达535的驱动轴535a的扭矩，以高应答性传递至减速机构536。

下面，对本实施方式的扭力试验装置501的控制计测部的构成进行说明。图15是本实施方式的扭力试验装置501的控制计测部700的模块图。本实施方式的扭力试验装置501可在短时间进行疲劳试验，并能够以短周期(每一秒钟数十周期程度)在试验片上反复施加扭力负载。

扭力试验装置501的控制计测部700包括：设定值指示单元710、驱动控制单元720及测定单元750。

设定值指示单元710是用于指示如何在试验片S上施加扭转应力的单元。具体而言，设定值指示单元710是将安装凸缘537(或减速机构536的输出轴)与初期位置的角度作为信号输出至驱动控制单元720的单元。设定值指示单元710包括：输入接口712与波形产生电路714。

输入接口712是用于连接设定值指示单元710与未图示的工作站的接口。扭力试验装置501的操作者操作工作站，指示如何使下部载台531位移。这样在进行静态扭力试验时，操作者操作工作站，输入每单位时间的扭转角度，并发送至输入接口712。此外，当进行在试验片S上反复施加负载的疲劳试验时，操作者操作工作站，输入扭转角度的振幅、频率及波形(使用正弦波或三角波的波形等)，并发送至输入接口712。向输入接口712输入的指示被传送至波形产生电路714。

波形产生电路714解译从输入接口712发送的指示，逐次运算安装凸缘537与初期位置的角度的变量，并将其发送至驱动控制单元720。另外，在进行疲劳试验时，不仅限于以单一的所谓正弦波或三角的一定波形、频率来扭转试验片S，也可依据从具有各种振幅及频率的函数所合成的函数来扭转试验片S。例如，也可依据使频率不同的正弦波相乘的函数，以扭力角的振幅随时间变化的方式驱动安装凸缘537。

安装凸缘537的角度作为数字信号从波形产生电路714输出。因而，从波形产生电路714发送至驱动控制单元720的信号，首先输入D/A转换器722被转换成模拟信号。被转换成模拟信号的安装凸缘537的角度信息接着被传送至放大器724。然后，放大器724将从D/A转换器722传送的安装凸缘537的角度信息放大后输出。

如上所述，本实施方式中，通过AC伺服马达535驱动安装凸缘537来进行各种试验。此处，AC伺服马达535内藏用于检测驱动轴535a(图10)的转数的编码器，编码器检测出的转数被发送至驱动控制单元720的现在位置运算电路726。

现在位置运算电路726依据AC伺服马达535的编码器的检测结果，计算安装凸缘537的现在角度并输出。然后，将放大器724的输出与现在位置运算电路726的输出的差分(即相当于安装凸缘537的目标角度与现在角度的差的信号)发送至电流产生电路728。

电流产生电路728依据接受的信号，产生输出至AC伺服马达535的三相电流，并将其输出至AC伺服马达535。其结果，AC伺服马达535进行驱动，使安装凸缘537的角度到达目标角度。

通过驱动安装凸缘537而施加于试验片S的扭矩大小，通过负载传感器562及用于将负载传感器562的变形量作为电信号而取出的桥接电路756进行检测。检测出的扭矩的大小通过A/D转换器758转换成数字信号，并经由输出接口759被发送至工作站。工作站统计从输出接口759发送的扭矩的大小，生成例如将时间轴作为横轴并将施加于试验片的扭转应力作为纵轴的图形而加以显示。

此外，也可进行所谓的反馈控制，即，将A/D转换器758的输出的扭矩大小传送至波形产生电路714，并根据扭矩而使试验片S的扭力的行动变化。例如，当安装凸缘537的旋转角度与扭矩并非正比关系，即试验片S产生升降时，可进行加大扭转角度的振幅等的控制。

通过使用以上构成的扭力试验装置501，可进行试验片的静态破坏试验及疲劳试验等。此处，本实施方式中是使用应答性高，且高扭矩的AC伺服马达535来扭转试验片S。因而，扭力试验装置501可将最大达数百kN·m的扭矩施加于试验片S，此外，也可以数十Hz的高频而将负载反复施加于试验片S。因此，采用本实施方式的扭力试验装置501时，可在短时间内使试验片疲劳破坏，且可谋求缩短试验时间。

此外，采用本实施方式的构成时，如图13所示，用于扭转试验片S的动力来源的AC伺服马达535，与用于将AC伺服马达535的驱动轴535a的旋转减速的减速机构536固定在作为同一框架的侧框架532上。由此，可将AC伺服马达535的驱动轴535a与减速机构536的输入轴536a的相对位置高精确度地定位来进行安装。因而，可轻易且更正确地进行AC伺服马达535的驱动轴535a与减速机构536的输入轴536a的定心。此外，通过采用在同一框架上全部配置相对位置需要高精确度的组件的结构，可稳定维持被高精确度地定位的各组件的相对位置。

这样，根据本实施方式的构成，能够以偏心为数十μm以内的方式高精确度地进行AC伺服马达535的驱动轴535a和减速机构536的输入轴536a的定心。因而，因定心误差而作用于AC伺服马达535的驱动轴535a及减速机构536的输入轴536a间的弯曲应力较小。通常用于联结伺服马达与减速机构的输入轴的联结器，是使用通过有低刚性的材料(橡胶等)介入来缓和弯曲应力而构成的软性联结器。但是，本实施方式中，如上所述，因为可高精确度地进行两轴的定心，所以可使用以刚性高的材料所形成的刚性联结器533。因而，可以高应答性使作用于AC伺服马达535的驱动轴535a的扭矩传递至减速机构536的输入轴536a。

另外，本实施方式中，是通过刚性联结器533而联结AC伺服马达535的驱动轴535a与减速机构536的输入轴536a，但本发明并非限定于上述结构。即，也可取代刚性联结器，而使用本发明第二实施方式的半刚性联结器，联结AC伺服马达535的驱动轴535a与减速机构536的输入轴536a。

如上所述，本发明第一及第二实施方式中，是在单一的支承板(工作台33)上固定伺服马达、线性导轨及轴承，这些部件以支承板作为基准被组合。因而，容易确保各部件的精确度。此外，因为可使伺服马达、线性导轨及轴承间的距离较小，所以可将热膨胀造成的误差抑制在最小限度。此外，因为将从滚珠螺杆至伺服马达的驱动轴的连接点数量抑制在最小限度，所以，一旦精密地进行进给螺杆与伺服马达的驱动轴的定心后，容易维持使马达的驱动轴的旋转中心与进给螺杆的旋转中心精确(误差数为数十μm以内)一致的状态。因而，可将由于进给螺杆与马达的驱动轴的非直线性联结(偏心及联结角)而在旋转部上产生的弯曲应力抑制为极小。由此，可通过扭转刚性高的刚性联结器或半刚性联结器将进给螺杆与马达的驱动轴联结，并能够以高应答性驱动进给螺杆旋转。因而，根据本发明的实施方式的构成，可实现使用进给螺杆机构驱动十字头且以高周期将负载(应变)正确地反复施加于试验片的万能试验装置。此外，这种线性致动器对于例如在十字头上固定供试验体的状态下驱动线性致动器来激振被试验体的激振试验装置也有用。此外，联结器的联结部优选具有与进给螺杆及伺服马达的驱动轴相等以上的扭转刚性。

此外，刚性联结器具有与进给螺杆及伺服马达的旋转轴相等以上的刚性的筒状主体，分别从其一端插入进给螺杆，从另一端插入伺服马达的驱动轴并与筒状主体固定。筒状主体中，插入进给螺杆及伺服马达的驱动轴的内孔的一部分优选为与进给螺杆及伺服马达的驱动轴的圆周面大致无间隙进行收容的狭窄部。此外，优选通过在刚性联结器的筒内周面与进给螺杆和所述马达的驱动轴的圆周面之间嵌入固定用环，将进给螺杆及马达的驱动轴与刚性联结器固定。例如，固定用环包括：外周为锥形面的内圈；内周为对应于内圈的外周的锥形面的外圈；及在内圈的外周抵接外圈的内周的状态下，将内圈及外圈的任何一方向另一方沿其轴方向进行挤压的挤压单元。如果采用这种结构，则可更牢固地联结马达的驱动轴与进给螺杆，能够以更高的应答性将马达的驱动轴的扭矩传递至进给螺杆。

本发明第一及第二实施方式的万能试验装置及线性致动器，也可取代刚性联结器而使用半刚性联结器。

通过以在弯曲方向具有挠曲性且能够阻碍传递在马达的驱动轴的延长方向的振动的半刚性联结器联结马达的驱动轴与进给螺杆，能够以高应答性驱动进给螺杆，并且即使有若干轴偏差，仍不致发生极端大的内部挠曲，而能够平滑地进行驱动，并且能够阻断马达驱动轴方向的振动。

优选半刚性联结器具备由树脂或橡胶形成的粘弹性组件。此外，半刚性联结器构成为伺服马达的驱动轴的振动衰减率在驱动轴的固有振动频率为最大。通过采用这种结构，利用半刚性联结器内的粘弹性组件可有效地使从马达经由驱动轴而传送的轴方向或轴的半径方向的振动衰减，能够使此种振动几乎不传递到输出侧。

此外，优选半刚性联结器包括：作为刚体组件的一对外圈；和配置于该一对外圈之间的、具有弹性组件或粘弹性组件的内圈。分别在外圈的中心形成有锥形孔，并在内圈的中心形成有用于通过联结的轴的圆柱状的贯通孔。此外，在内圈的外周的轴方向两端形成有可分别与一对外圈的锥形孔的内周卡合的锥形面。在内圈的贯通孔中插入进给螺杆及伺服马达的驱动轴，使内圈的锥形面抵接一对外圈的锥形孔的内周，通过以螺栓将该一对外圈彼此相互固定，并通过内圈而将轴联结。通过采用这种结构，能够以极简单的构成实现以高应答性传递轴输出且吸收轴方向的振动的半刚性联结器。由此，能够实现振动噪声少且应答性高的线性致动器。

此外，亦可构成在支承板上设有插通进给螺杆的开口部，在开口部中固定可旋转地支承进给螺杆的轴承的外圈。如此构成时，因为轴承、线性导轨及伺服马达形成一体，所以可维持更精确地使马达的驱动轴的旋转中心与进给螺杆的旋转中心一致的状态。

此时，轴承是正面组合形的组合角接触球轴承而构成时，在试验时，能够以轴承支承施加于进给螺杆的推力方向的大负载，且可旋转地支承进给螺杆。

此外，也可构成为进给螺杆是滚珠螺杆，且螺母是滚珠螺杆用的螺母，即构成为十字头通过滚珠螺杆机构驱动。如此构成时，能够以小齿隙使十字头高速往返运动，而使负载的反复速度更加高速。

此外，优选构成为，线性导轨的固定部与可动部的一方具有轨道，且另一方具有与轨道卡合并可沿着轨道移动的滑块，滑块包括：包围轨道的凹部；沿着滑块的移动方向而形成于该凹部的槽；形成于滑块内部并以与槽形成闭合路径的方式与槽的所述移动方向两端连接的退避路径；以及在闭合路径中循环，当位于槽中时与所述轨道抵接的多个滚珠。进一步地，优选构成为，滑块中形成有四个上述闭合路径，该四个闭合路径中，配置于两个闭合路径的各个槽的滚珠相对于线性导轨的径向方向具有大致±45度的接触角，配置于其它两个闭合路径的各个槽的滚珠相对于线性导轨的反径向方向具有大致±45度的接触角。

使用如此构成的线性导轨时，即使在试验片上施加大负载时，进给螺杆机构的螺母不致摇晃，可平滑地沿着线性导轨移动。

此外，本发明第三实施方式的扭力试验装置，在固定于框架的第一支承部件(驱动端侧的侧框架532)上固定有伺服马达与减速机构。

如此，本发明的构成中，作为单一部件的第一支承部件上固定有伺服马达与减速机构双方，这些部件是以第一支承部件作为基准进行组合。因而，容易确保各部件的精确度。此外，因为可使伺服马达与减速机构间的距离较小，所以可将热膨胀造成的误差抑制在最小限度。此外，因为将从伺服马达的驱动轴至减速机构的输入轴的联结点数量抑制在最小限度，所以一旦精密地进行伺服马达的驱动轴与减速机构的输入轴的定心后，容易维持使马达的驱动轴的旋转中心与进给螺杆的旋转中心精确地(误差为数十μm以内)一致的状态。因而，可使通过减速机构的输入轴与马达的驱动轴的非直线性联结(偏心及联结角)而在旋转部上发生的弯曲应力极小。因而，能够具有高扭转刚性的刚性联结器或半刚性联结器联结减速机构的输入轴与马达的驱动轴，能够以高应答性使减速机构的输入轴旋转驱动。因而，采用本发明的构成时，可实现使用减速机构扭转试验片，且以高周期将扭力负载反复施加于试验片的扭力试验装置。联结减速机构的输入轴与所述伺服马达的驱动轴的联结器的联结部，优选具有与减速机构的输入轴及伺服马达的驱动轴相等以上的扭转刚性。

此外，优选还具有固定于框架上的第二支承部件(固定端侧的侧框架522)，第二把持部具有轴部，通过将轴部悬臂梁状固定支承于所述第二支承部件，第二把持部被固定在所述框架上。该构成中，例如在轴部与第二支承部件之间固定用于计测作用于试验片的扭矩的负载传感器。优选具有固定于框架且可旋转地支承第二把持部的轴部的固定端侧轴承单元。

此外，优选减速机构是波动齿轮减速机构。与蜗轮机构及行星齿轮机构的其它减速机构不同，因为波动齿轮减速机构反复扭转试验片时的齿隙小，所以可以说适于高周期的疲劳试验。优选将波动齿轮减速机构埋入第一支承部件进行固定，由此以高刚性与第一支承部件一体化。

Claims (11)

1.一种线性致动器，其特征在于，包括：

设置有贯通孔的支承板；

固定在所述支承板的一面的伺服马达；

进给螺杆，通过联结器与所述伺服马达的驱动轴联结；

螺母，其与所述进给螺杆卡合；

线性导轨，其以使所述螺母在所述进给螺杆的轴方向上移动的方式支承所述螺母，被固定在所述支承板的另一面；

将所述进给螺杆以能够旋转的方式支承的轴承；和

支承所述轴承的轴承安装部件，

所述轴承安装部件包括：圆环形状的第一轴承安装部件；在所述第一轴承安装部件的上端形成的向半径方向外侧扩张的凸缘部；在所述凸缘部设置有在上下方向穿孔的贯通孔；和在所述第一轴承安装部件的下部配置的第二轴承安装部件，所述第二轴承安装部件通过螺栓固定于所述第一轴承安装部件，所述第二轴承安装部件的上表面与所述轴承的外圈抵接，从下方支承所述轴承的外圈，

通过将所述轴承安装部件以插入在所述支承板的贯通孔的状态固定于所述支承板，由此所述轴承被安装在所述支承板。

2.如权利要求1所述的线性致动器，其特征在于：

所述螺母由夹着所述进给螺杆相对配置的一对线性导轨支承。

3.如权利要求1所述的线性致动器，其特征在于：

还具备引导框，

所述线性导轨通过所述引导框被固定于所述支承板。

4.如权利要求3所述的线性致动器，其特征在于：

所述引导框具有夹着所述进给螺杆相对配置的一对侧壁。

5.如权利要求4所述的线性致动器，其特征在于：

所述线性导轨包括：

分别被固定在所述一对侧壁内侧的表面的一对轨道；和

被固定于所述螺母的、与所述一对轨道的各个轨道卡合的滑块。

6.如权利要求1所述的线性致动器，其特征在于：

还具备马达支承框，

所述伺服马达通过所述马达支承框被支承于所述支承板。

7.如权利要求1所述的线性致动器，其特征在于：

在所述支承板形成有所述进给螺杆所通过的贯通孔。

8.如权利要求7所述的线性致动器，其特征在于：

所述轴承嵌入所述支承板的贯通孔。

9.如权利要求1所述的线性致动器，其特征在于：

所述进给螺杆是滚珠螺杆。

10.如权利要求1所述的线性致动器，其特征在于：

所述轴承是正面组合型角接触球轴承。

11.如权利要求1所述的线性致动器，其特征在于：

还具备将所述驱动轴与所述进给螺杆同轴地联结的刚性联结器，

基于所述刚性联结器的联结部具有与所述进给螺杆相等以上的扭转刚性。