(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-02-13
(45)【発行日】2023-02-21
(54)【発明の名称】試験装置
(51)【国際特許分類】
G01M 7/04 20060101AFI20230214BHJP
【ＦＩ】
G01M7/04
【請求項の数】
18
(21)【出願番号】P 2017219701
(22)【出願日】2017-11-15
(65)【公開番号】P2018141770
(43)【公開日】2018-09-13
【審査請求日】2020-11-09
【審判番号】
【審判請求日】2022-02-08
(31)【優先権主張番号】P 2017036059
(32)【優先日】2017-02-28
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】391046414
【氏名又は名称】国際計測器株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100078880
【弁理士】
【氏名又は名称】松岡 修平
(72)【発明者】
【氏名】松本 繁
(72)【発明者】
【氏名】宮下 博至
(72)【発明者】
【氏名】村内 一宏
(72)【発明者】
【氏名】羽石 清明
【合議体】
【審判長】樋口 宗彦
【審判官】▲高▼見 重雄
【審判官】伊藤 幸仙
(56)【参考文献】
【文献】中国実用新案第２０２９７４６１４（ＣＮ，Ｕ）
【文献】特開２０１７－２２９８８（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１３／０６９５００（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２００４－１６２８８４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００１－４６７２８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００３－１０２１８８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００３－１３９６４８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１２－１８９５３３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００８－１８５１４４（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１６／１８５５１２（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２００９－２３６７２９（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
G01N3/30-3/317
G01M7/00-7/08
G01M99/00
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
供試体が取り付けられる、所定の方向に可動なテーブルと、前記テーブルを駆動するための動力を発生可能な駆動モジュールと、
前記動力を伝達可能な歯付ベルトと、
前記駆動モジュールを制御可能な制御部と、
を備え、
前記駆動モジュールが、サーボモータである電動機を備え、
前記電動機は、
定格出力が７ｋＷ以上であり、
慣性モーメントが０．０２ｋｇ・ｍ２以下であり、
前記制御部が、前記供試体に与えるべき衝撃を発生するように前記駆動モジュールを制御可能であり、
前記歯付ベルトが、カーボン心線と高弾性率エラストマーの基材とを複合したものである、
２０Ｇを超える加速度の前記衝撃を、前記駆動モジュールによって発生し、前記歯付ベルトによって前記テーブルに伝達することが可能に構成された、
試験装置。
【請求項2】
前記歯付ベルトが巻掛けられた一対の歯付プーリを備え、前記一対の歯付プーリの少なくとも一方が、前記駆動モジュールによって駆動される駆動プーリである、
請求項１に記載の試験装置。
【請求項3】
前記歯付ベルトを前記テーブルに解除可能に固定するベルトクランプを備え、前記歯付ベルトが、
長さ方向に離れた２箇所の固定位置において前記テーブルに固定され、
少なくとも１箇所の前記固定位置において、該歯付ベルトの有効長さを調整可能に固定された、
請求項２に記載の試験装置。
【請求項4】
前記電動機の慣性モーメントが、０．０１ｋｇ・ｍ２以下である、請求項２又は請求項３に記載の試験装置。
【請求項5】
一つ以上の前記駆動モジュールに、合わせて複数の前記電動機が備わり、前記制御部が、光ファイバ通信を用いて、前記複数の電動機を同期制御可能に構成された、
請求項２から請求項４のいずれか一項に記載の試験装置。
【請求項6】
前記駆動モジュールが、前記電動機により駆動されるシャフトと、
前記シャフトを回転可能に支持する軸受と、
を備え、
前記駆動プーリが、前記シャフトに取り付けられた、
請求項２から請求項５のいずれか一項に記載の試験装置。
【請求項7】
前記駆動モジュールが、一対の前記電動機を備え、前記シャフトの両端が、前記一対の電動機にそれぞれ連結された、
請求項６に記載の試験装置。
【請求項8】
互いに平行に並べられた複数の前記歯付ベルトを備え、前記複数の歯付ベルトによって前記テーブルに前記衝撃を伝達可能である、
請求項２から請求項７のいずれか一項に記載の試験装置。
【請求項9】
前記複数の歯付ベルトの有効長さが同一である、請求項８に記載の試験装置。
【請求項10】
前記複数の歯付ベルトをそれぞれ駆動する複数の前記駆動モジュールを備え、前記複数の駆動モジュールのうち少なくとも二つが前記駆動プーリの軸方向に並べて配置された、
請求項８又は請求項９に記載の試験装置。
【請求項11】
前記複数の歯付ベルトをそれぞれ駆動する複数の前記駆動モジュールを備え、前記複数の駆動モジュールのうち少なくとも二つが前記所定の方向に並べて配置された、
請求項８又は請求項９に記載の試験装置。
【請求項12】
前記駆動モジュールが、前記複数の歯付ベルトのうち二つをそれぞれ駆動する、二つの前記駆動プーリを備え、前記二つの駆動プーリが、一本の前記シャフトに取り付けられた、
請求項６を直接又は間接的に引用する、請求項８から請求項１１のいずれか一項に記載の試験装置。
【請求項13】
複数の前記駆動モジュールを備え、前記一対の歯付プーリが、いずれも前記駆動プーリであり、
前記複数の駆動モジュールが、
前記一対の歯付プーリの一方を駆動する第１駆動モジュールと、
前記一対の歯付プーリの他方を駆動する第２駆動モジュールと、
を含む、
請求項２から請求項１２のいずれか一項に記載の試験装置。
【請求項14】
前記テーブルを前記所定の方向に移動可能に支持するリニアガイドを備え、前記リニアガイドが、
前記所定の方向に延びたレールと、
転動体を介して前記レール上を走行可能なキャリッジと、
を備え、
前記キャリッジが前記テーブルに固定された、
請求項１から請求項１３のいずれか一項に記載の試験装置。
【請求項15】
前記転動体が、窒化ケイ素、炭化ケイ素及びジルコニアのいずれかを含むセラミックス材料から形成された、請求項１４に記載の試験装置。
【請求項16】
前記制御部が、自動車衝突時と同程度の前記衝撃を前記テーブルに与えるように前記駆動モジュールを制御可能である、請求項１から請求項１５のいずれか一項に記載の試験装置。
【請求項17】
前記歯付ベルトが、
前記高弾性率エラストマーの基材から形成された本体部と、
該歯付ベルトの長さ方向に弛みなく伸ばされた状態で前記本体部に埋め込まれた複数の前記カーボン心線と、
を備えた、
請求項１から請求項１６のいずれか一項に記載の試験装置。
【請求項18】
前記高弾性率エラストマーが、硬質ポリウレタン及び水素添加アクリロニトリルブタジエンゴムのいずれかを含む、請求項１から請求項１７のいずれか一項に記載の試験装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、供試体に所定の波形の衝撃を与えることが可能な試験装置に関する。
【背景技術】
【0002】
自動車衝突時の乗員の安全を評価するために衝突試験が行われている。衝突試験には、実車を所定の速度でバリアに衝突させる実車衝突試験（破壊試験）や、供試体を取り付けたスレッド（台車）に対して実車衝突時と同程度の衝撃（加速度パルス）を与える衝突模擬試験（スレッド試験）がある。
【0003】
特許文献１には、衝突模擬試験を行う装置が記載されている。特許文献１に記載の装置は、水平方向に移動自在に支持されたスレッドの前端に発射装置のピストンの先端を接触させた状態で、発射装置のアキュムレータに蓄積された油圧によってピストンを打ち出すことにより、スレッドに取り付けられた供試体に作用する衝撃を非破壊的に再現するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開２０１２－２６９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
特許文献１に記載の装置は、ピストンの打ち出しストロークの設定により、衝撃の程度を実車の衝突と同程度に調整することはできるが、加速度の波形を制御することはできない。そのため、精度の高い試験を行うことができなかった。
【0006】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、供試体に制御された波形の衝撃を与えることが可能な試験装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明の一実施形態に係る試験装置は、供試体が取り付けられる、所定の方向に可動なテーブルと、テーブルを駆動するための動力を発生可能な駆動モジュールと、動力を伝達可能な歯付ベルトと、駆動モジュールを制御可能な制御部と、を備え、制御部が、供試体に与えるべき衝撃を発生するように駆動モジュールを制御可能であり、歯付ベルトが、駆動モジュールが発生した衝撃をテーブルに伝達する。
【0008】
上記の試験装置において、歯付ベルトが巻掛けられた一対の歯付プーリを備え、一対の歯付プーリの少なくとも一方が、駆動モジュールによって駆動される駆動プーリである構成としてもよい。
【0009】
上記の試験装置において、歯付ベルトをテーブルに解除可能に固定するベルトクランプを備え、歯付ベルトが、長さ方向に離れた２箇所の固定位置においてテーブルに固定され、少なくとも１箇所の固定位置において、歯付ベルトの有効長さを調整可能に固定された構成としてもよい。
【0010】
上記の試験装置において、駆動モジュールが、電動機を備えた構成としてもよい。
【0011】
上記の試験装置において、電動機の慣性モーメントが、０．０２ｋｇ・ｍ
２
以下若しくは０．０１ｋｇ・ｍ
２
以下である構成としてもよい。
【0012】
上記の試験装置において、一つ以上の駆動モジュールに、合わせて複数の電動機が備わり、制御部が、光ファイバ通信を用いて、複数の電動機を同期制御可能に構成された構成としてもよい。
【0013】
上記の試験装置において、駆動モジュールが、電動機により駆動されるシャフトと、シャフトを回転可能に支持する軸受と、を備え、駆動プーリが、シャフトに取り付けられた構成としてもよい。
【0014】
上記の試験装置において、駆動モジュールが、一対の電動機を備え、シャフトの両端が、一対の電動機にそれぞれ連結された構成としてもよい。
【0015】
上記の試験装置において、互いに平行に並べられた複数の歯付ベルトを備え、複数の歯付ベルトによってテーブルに衝撃を伝達可能であり、複数の歯付ベルトの有効長さが同一である構成としてもよい。
【0016】
上記の試験装置において、複数の歯付ベルトをそれぞれ駆動する複数の駆動モジュールを備え、複数の駆動モジュールのうち少なくとも二つが駆動プーリの軸方向に並べて配置された構成としてもよい。
【0017】
上記の試験装置において、複数の歯付ベルトをそれぞれ駆動する複数の駆動モジュールを備え、複数の駆動モジュールのうち少なくとも二つが所定の方向に並べて配置された構成としてもよい。
【0018】
上記の試験装置において、駆動モジュールが、複数の歯付ベルトのうち二つをそれぞれ駆動する、二つの駆動プーリを備え、二つの駆動プーリが、１本のシャフトに取り付けられた構成としてもよい。
【0019】
上記の試験装置において、複数の駆動モジュールを備え、一対の歯付プーリが、いずれも駆動プーリであり、複数の駆動モジュールが、一対の歯付プーリの一方を駆動する第１駆動モジュールと、一対の歯付プーリの他方を駆動する第２駆動モジュールと、を含む構成としてもよい。
【0020】
上記の試験装置において、テーブルを所定の方向に押し出すプッシャと、テーブル及びプッシャを所定の方向に移動可能に支持するリニアガイドと、テーブルとの衝突により供試体に与える衝撃を発生する衝撃発生部と、を備え、歯付ベルトが、テーブル及びプッシャのそれぞれに固定可能であり、テーブル及びプッシャのいずれか一方に解除可能に固定され、歯付ベルトがテーブルに固定されているときは、駆動モジュールが供試体に与える衝撃を発生して、衝撃が歯付ベルトによりテーブルに伝達され、歯付ベルトがプッシャに固定されているときは、プッシャによって押し出されたテーブルが衝撃発生部と衝突することにより供試体に与える衝撃が発生する構成としてもよい。
【0021】
上記の試験装置において、衝撃発生部が、固定部と、テーブルが衝突可能な位置に配置された衝撃部と、固定部と衝撃部との間で衝撃を緩和する緩衝部と、を備えた構成としてもよい。
【0022】
上記の試験装置において、緩衝部が、衝撃部に取り付けられた可動フレームと、所定の方向において可動フレームを間に挟むように配置され、固定部に取り付けられた、一対のアームと、可動フレームと各アームとの間に挟み込まれたばねと、を備えた構成としてもよい。
【0023】
上記の試験装置において、テーブルが、衝撃発生部に向かって突出した第１衝突柱を備え、衝撃発生部が、第１衝突柱に向かって突出した第２衝突柱を備え、第１衝突柱及び第２衝突柱の少なくとも一方が、ダンパ及びばねの少なくとも一つを備えた緩衝装置である構成としてもよい。
【0024】
上記の試験装置において、リニアガイドが、所定の方向に延びたレールと、転動体を介してレール上を走行可能なキャリッジと、を備え、キャリッジが、テーブルに取り付けられた第１キャリッジと、プッシャに取り付けられた第２キャリッジと、を含む構成としてもよい。
【0025】
上記の試験装置において、テーブルを所定の方向に移動可能に支持するリニアガイドを備え、リニアガイドが、所定の方向に延びたレールと、転動体を介してレール上を走行可能なキャリッジと、を備え、キャリッジがテーブルに固定された構成としてもよい。
【0026】
上記の試験装置において、転動体が、窒化ケイ素、炭化ケイ素及びジルコニアのいずれかを含むセラミックス材料から形成された構成としてもよい。
【0027】
上記の試験装置において、歯付ベルトがエラストマーから形成された本体部を備え、エラストマーが、硬質ポリウレタン及び水素添加アクリロニトリルブタジエンゴムのいずれかを含む構成としてもよい。
【0028】
上記の試験装置において、歯付ベルトがカーボン心線を備えた構成としてもよい。
【0029】
上記の試験装置において、制御部が、自動車衝突時と同程度の衝撃をテーブルに与えるように駆動モジュールを制御可能である構成としてもよい。
【発明の効果】
【0030】
本発明の実施形態によれば、供試体に制御された波形の衝撃を与えることが可能な試験装置が実現する。
【図面の簡単な説明】
【0031】
【図1】本発明の第１実施形態に係る衝突模擬試験装置の斜視図である。
【図2】本発明の第１実施形態に係る衝突模擬試験装置の平面図である。
【図3】本発明の第１実施形態に係る衝突模擬試験装置の正面図である。
【図4】本発明の第１実施形態に係る衝突模擬試験装置の側面図である。
【図5】本発明の第１実施形態の試験部の内部構造を示す斜視図である。
【図6】本発明の第１実施形態の駆動モジュールの側面図である。
【図7】本発明の第１実施形態のベルトクランプの分解斜視図である。
【図8】歯付ベルトの構造図である。
【図9】制御システムの概略構成を示すブロック図である。
【図10】加速度波形の一例を示すグラフである。
【図11】本発明の第２実施形態に係る衝突模擬試験装置の斜視図である。
【図12】本発明の第２実施形態に係る衝突模擬試験装置の平面図である。
【図13】本発明の第２実施形態に係る衝突模擬試験装置の正面図である。
【図14】本発明の第２実施形態に係る衝突模擬試験装置の側面図である。
【図15】本発明の第３実施形態に係る衝突模擬試験装置の斜視図である。
【図16】本発明の第４実施形態のサーボモータユニットの側面図である。
【図17】本発明の第５実施形態のサーボモータの側断面図である。
【図18】本発明の第６実施形態に係る衝突模擬試験装置の平面図である。
【図19】本発明の第７実施形態に係る衝突模擬試験装置の平面図である。
【図20】本発明の第７実施形態に係る衝突模擬試験装置の正面図である。
【図21】本発明の第７実施形態に係る衝突模擬試験装置の側面図である。
【図22】本発明の第７実施形態に係る衝突模擬試験装置の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【0032】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。なお、以下の説明において、同一の又は対応する構成要素には、同一の又は対応する符号を付して、重複する説明を省略する。
【0033】
【0034】
衝突模擬試験装置１０００は、自動車等（鉄道車両、航空機、船舶を含む。）の衝突時に自動車等や乗員、自動車等の装備品等に加わる衝撃を再現する装置である。
【0035】
衝突模擬試験装置１０００は、自動車の車両のフレームに見立てたテーブル１２４０を備えている。テーブル１２４０には、例えば乗員のダミーを載せたシートや電気自動車用の高電圧バッテリー等の供試体が取り付けられる。設定された加速度（例えば、衝突時に車両のフレームに加わる衝撃に相当する加速度）でテーブル１２４０が駆動されると、供テーブル１２４０に取り付けられた試体に実際の衝突時と同様の衝撃が加わる。このときに供試体が受けた損傷（あるいは、供試体に装着された加速度センサ等の計測結果から予測される損傷）によって、乗員の安全が評価される。
【0036】
本実施形態の衝突模擬試験装置１０００は、テーブル１２４０を水平方向の１方向のみに駆動可能に構成されている。図１に座標軸で示すように、テーブル１２４０の可動方向をＸ軸方向、Ｘ軸方向と垂直な水平方向をＹ軸方向、鉛直方向をＺ軸方向と定義する。また、模擬する車両の進行方向を基準に、図２における左方向（Ｘ軸正方向）を前方、右方向（Ｘ軸負方向）を後方、上方（Ｙ軸負方向）を右方、下方（Ｙ軸正方向）を左方と呼ぶ。また、テーブル１２４０が駆動されるＸ軸方向を「駆動方向」と呼ぶ。なお、衝突模擬試験においては、車両の進行方向とは逆向き（すなわち後方）に大きな加速度がテーブル１２４０に加えられる。
【0037】
衝突模擬試験装置１０００は、テーブル１２４０を備えた試験部１２００と、テーブル１２４０を駆動する前方駆動部１３００及び後方駆動部１４００と、各駆動部１３００、１４００が発生する回転運動をＸ軸方向の並進運動に変換してテーブル１２４０に伝達する４つのベルト機構１１００（ベルト機構１１００ａ、１１００ｂ、１１００ｃ、１１００ｄ）と、制御システム１０００ａ（図９）を備えている。
【0038】
試験部１２００は、衝突模擬試験装置１０００のＸ軸方向における中央部に配置され、前方駆動部１３００及び後方駆動部１４００は、試験部１２００の前方及び後方にそれぞれ隣接して配置されている。
【0039】
図５は、試験部１２００及びベルト機構１１００の構造を示す斜視図である。なお、説明の便宜のため、図５においては、試験部１２００の構成要素であるテーブル１２４０及びベースブロック１２１０（後述）の図示が省略されている。
【0040】
試験部１２００は、テーブル１２４０の他に、ベースブロック１２１０（図１）と、ベースブロック１２１０上に取り付けられたフレーム１２２０と、フレーム１２２０上に取り付けられた一対のリニアガイドウェイ１２３０（以下、「リニアガイド１２３０」と略記する。）を備えている。一対のリニアガイド１２３０によって、テーブル１２４０がＸ軸方向（駆動方向）のみに移動可能に支持されている。
【0041】
図５に示すように、フレーム１２２０は、Ｙ軸方向に延びる複数の連結バー１２２０Ｃによって連結された左右一対のハーフフレーム（右フレーム１２２０Ｒ、左フレーム１２２０Ｌ）を有している。右フレーム１２２０Ｒと左フレーム１２２０Ｌは同一構造（厳密には鏡像関係）を有するため、左フレーム１２２０Ｌのみについて詳細を説明する。
【0042】
左フレーム１２２０Ｌは、それぞれＸ軸方向に延びる取付部１２２１及びレール支持部１２２２と、取付部１２２１とレール支持部１２２２とを連結する３つのＺ軸方向に延びる連結部１２２３（１２２３ａ、１２２３ｂ、１２２３ｃ）を有している。図１に示すように、取付部１２２１は、その長さがベースブロック１２１０のＸ軸方向における長さに略等しく、ベースブロック１２１０によって全長が支持されている。また、連結部１２２３ａによって、取付部１２２１とレール支持部１２２２の後端部同士が連結されている。
【0043】
レール支持部１２２２は、取付部１２２１よりも（すなわち、ベースブロック１２１０よりも）長く、その先端部が、ベースブロック１２１０よりも前方に突出して、前方駆動部１３００の上方に配置されている。
【0044】
リニアガイド１２３０は、Ｘ軸方向に延びるレール１２３１と、転動体を介してレール１２３１上を走行する二つのキャリッジ１２３２を備えている。一対のリニアガイド１２３０のレール１２３１は、右フレーム１２２０Ｒ及び左フレーム１２２０Ｌのレール支持部１２２２の上面にそれぞれ固定されている。レール１２３１の長さは、レール支持部１２２２の長さと略等しく、レール支持部１２２２によってレール１２３１の全長が支持されている。キャリッジ１２３２の上面には複数の取付穴（螺子穴）が設けられていて、テーブル１２４０には、キャリッジ１２３２の取付穴に対応する複数の貫通孔が設けられている。キャリッジ１２３２は、テーブル１２４０の各貫通孔に通されたボルト（不図示）をキャリッジ１２３２の各取付穴に嵌めることによってテーブル１２４０に締め付けられている。なお、テーブル１２４０と４つのキャリッジ１２３２により台車（スレッド）が構成される。
【0045】
また、テーブル１２４０には、シート等の供試体（不図示）を取り付けるための螺子穴等の取付構造が形成されていて、テーブル１２４０に供試体を直接取り付けることができるようになっている。これにより、供試体を取り付けるための取付板等の部材が不要となるため、衝撃が加えられる可動部分の重量を軽くすることでき、高い周波数成分まで忠実度の高い衝撃を供試体に与えることが可能になっている。
【0046】
図５に示すように、各ベルト機構１１００は、歯付ベルト１１２０と、歯付ベルト１１２０が巻掛けられた一対の歯付プーリ（第１プーリ１１４０、第２プーリ１１６０）と、歯付ベルト１１２０をテーブル１２４０に固定するための一対のベルトクランプ１１８０を備えている。
【0047】
右フレーム１２２０Ｒと左フレーム１２２０Ｌの間には、４つの歯付ベルト１１２０（１１２０ａ、１１２０ｂ、１１２０ｃ、１１２０ｄ）が平行に配置されている。歯付ベルト１１２０ａ～ｄは、それぞれ長さ方向の２箇所において、ベルトクランプ１１８０によってテーブル１２４０に固定されている。テーブル１２４０に歯付ベルト１１２０を固定する具体的な構成については、後述する。
【0048】
図２に示すように、前方駆動部１３００は、ベースブロック１３１０と、ベースブロック１３１０上に設置された４つの駆動モジュール１３２０（１３２０ａ、１３２０ｂ、１３２０ｃ、１３２０ｄ）を備えている。また、後方駆動部１４００は、ベースブロック１４１０と、ベースブロック１４１０上に設置された４つの駆動モジュール１４２０（１４２０ａ、１４２０ｂ、１４２０ｃ、１４２０ｄ）を備えている。駆動モジュール１３２０ａ～ｄ及び１４２０ａ～ｄは、設置する位置や向き、構成要素の長さや配置間隔にわずかな相違があるものの、基本的な構成は共通している。
【0049】
また、前方駆動部１３００と後方駆動部１４００の基本的な構成も共通している。そのため、前方駆動部１３００の駆動モジュール１３２０の構成について詳細を説明し、後方駆動部１４００（駆動モジュール１４２０）については、重複する説明を省略する。なお、以下の前方駆動部１３００（駆動モジュール１３２０）に関する説明において、角括弧［］内の符号（及び名称）は、後方駆動部１４００（駆動モジュール１４２０）における対応する構成要素を示す符号（及び名称）である。
【0050】
図６は、駆動モジュール１３２０［１４２０］の正面図である。駆動モジュール１３２０［１４２０］は、サーボモータ１３２０Ｍ［１４２０Ｍ］、第１モータ支持部１３３１［１４３１］、第２モータ支持部１３３２［１４３２］、軸継手１３４０［１４４０］及びプーリ支持部１３５０［１４５０］を備えている。また、プーリ支持部１３５０［１４５０］は、一対の軸受１３６１［１４６１］及び１３６２［１４６２］と、これらに回転可能に支持されたシャフト１３７０［１４７０］を備えている。
【0051】
サーボモータ１３２０Ｍ［１４２０Ｍ］は、慣性モーメントが０．０１ｋｇ・ｍ２以下（約０．００８ｋｇ・ｍ２）に抑えられた定格出力が３７ｋＷの超低慣性高出力型のＡＣサーボモータである。なお、同じ出力の標準的なＡＣサーボモータの慣性モーメントは約０．１６ｋｇ・ｍ２であり、本実施形態のサーボモータ１３２０Ｍ［１４２０Ｍ］の慣性モーメントは、その１／２０にも満たない。このように慣性モーメントが非常に低いモータを使用することにより、２０Ｇ（１９６ｍ／ｓ２）を超える高い加速度でテーブル１２４０を駆動することが可能になっている。なお、本実施形態の衝突模擬試験装置１０００は最大加速度５０Ｇ（４９０ｍ／ｓ２）の衝撃をテーブル１２４０に与えることができる。衝突試験装置に使用するためには、サーボモータの慣性モーメントを概ね０．０５ｋｇ・ｍ２以下（好ましくは０．０２ｋｇ・ｍ２以下、より好ましくは０．０１ｋｇ・ｍ２以下）にする必要がある。７ｋＷ程度の低容量のモータを使用する場合においても、この慣性モーメントの数値条件を満たすことが望ましい。また、衝突模擬試験装置には、最大トルクＮｍａｘと慣性モーメントＩとの比Ｎ／Ｉが少なくとも１０００以上（望ましくは２５００以上、より望ましくは５０００以上）である低慣性のサーボモータが適している。
【0052】
サーボモータ１３２０Ｍ［１４２０Ｍ］は、シャフト１３２１［１４２１］と、シャフト１３２１［１４２１］を回転可能に支持する第１軸受１３２５［１４２５］及び第２軸受１３２６［１４２６］と、第１軸受１３２５［１４２５］を支持する第１ブラケット１３２３［１４２３］（負荷側ブラケット）と、第２軸受１３２６［１４２６］を支持する第２ブラケット１３２４［１４２４］（反負荷側ブラケット）と、シャフト１３２１［１４２１］が貫通する筒状のステータ１３２２［１４２２］を備えている。第１ブラケット１３２３［１４２３］及び第２ブラケット１３２４［１４２４］は、ステータ１３２２［１４２２］に固定されている。
【0053】
第１ブラケット１３２３［１４２３］は、第１モータ支持部１３３１［１４３１］を介して、ベースブロック１３１０［１４１０］に固定されている。また、第２ブラケット１３２４［１４２４］は、第２モータ支持部１３３２［１４３２］を介して、ベースブロック１３１０［１４１０］に固定されている。
【0054】
このように、本実施形態のサーボモータ１３２０Ｍ［１４２０Ｍ］は、第１軸受１３２５［１４２５］及び第２軸受１３２６［１４２６］をそれぞれ支持する第１ブラケット１３２３［１４２３］及び第２ブラケット１３２４［１４２４］が、第１モータ支持部１３３１［１４３１］及び第２モータ支持部１３３２［１４３２］によってそれぞれ支持されている。その結果、第１軸受１３２５［１４２５］及び第２軸受１３２６［１４２６］が高い剛性で保持されるため、シャフト１３２１［１４２１］に強いトルクや曲げ応力が加わっても、シャフト１３２１［１４２１］の首振り運動（歳差運動）が抑制され、高負荷状態でも高い駆動精度が維持されるようになっている。この効果は、１０ｋＷ以上の高負荷時において特に顕著に現れる。
【0055】
軸継手１３４０［１４４０］は、サーボモータ１３２０Ｍ［１４２０Ｍ］のシャフト１３２１［１４２１］とプーリ支持部１３５０［１４５０］のシャフト１３７０［１４７０］とを連結する。シャフト１３７０［１４７０］は、一対の軸受１３６１［１４６１］及び１３６２［１４６２］により回転可能に支持されている。軸受１３６１［１４６１］及び１３６２［１４６２］は、転動体（ボール又はローラ）を有する転がり軸受である。転動体には一般的なステンレス鋼等の鋼材の他に、窒化ケイ素、炭化ケイ素、ジルコニア等のセラミックス材料を使用してもよい。窒化ケイ素等のセラミックス製の転動体を使用することにより、高速駆動時の軸受の焼き付きが抑制される。
【0056】
シャフト１３７０［１４７０］には、歯付ベルト１１２０を駆動する第１プーリ１１４０［第２プーリ１１６０］が取り付けられている。なお、駆動モジュール１３２０［１４２０］ごとに第１プーリ１１４０［第２プーリ１１６０］の取り付けられる位置が異なる。前方駆動部１３００［後方駆動部１４００］の前方に配置された駆動モジュール１３２０ａ、１３２０ｄ［１４２０ａ、１４２０ｄ］では、図６に示すように第１プーリ１１４０［第２プーリ１１６０］がサーボモータ１３２０Ｍ［１４２０Ｍ］に近い軸受１３６１［１４６１］側に寄せて取り付けられ、後方に配置された駆動モジュール１３２０ｂ、１３２０ｃ［１４２０ｂ、１４２０ｃ］では、サーボモータ１３２０Ｍ［１４２０Ｍ］から遠い軸受１３６２［１４６２］側に寄せて取り付けられる。これにより、前後に並べて配置された駆動モジュール１３２０ａと１３２０ｂ、１３２０ｄと１３２０ｃ［１４２０ａと１４２０ｂ、１４２０ｄと１４２０ｃ］により、隣接する歯付ベルト１１２０を駆動可能になっている。
【0057】
図１－４に示すように、前方駆動部１３００［後方駆動部１４００］においては、ベースブロック１３１０［１４１０］上の四隅に、４つの駆動モジュール１３２０ａ～ｄ［１４２０ａ～ｄ］が、それぞれＹ軸方向に回転軸を向けて、設置されている。また、前方に配置された駆動モジュール１３２０ａと１３２０ｄ［１４２０ａと１４２０ｄ］、後方に配置された駆動モジュール１３２０ｂと１３２０ｃ［１４２０ｂと１４２０ｃ］が、それぞれ向かい合って配置されている。
【0058】
歯付ベルト１１２０ａは、駆動モジュール１３２０ａに取り付けられた第１プーリ１１４０ａと、駆動モジュール１４２０ａに取り付けられた第２プーリ１１６０ａとに巻き掛けられる。歯付ベルト１１２０ｂは、駆動モジュール１３２０ｂに取り付けられた第１プーリ１１４０ｂと、駆動モジュール１４２０ｂに取り付けられた第２プーリ１１６０ｂとに巻き掛けられる。歯付ベルト１１２０ｃは、駆動モジュール１３２０ｃに取り付けられた第１プーリ１１４０ｃと、駆動モジュール１４２０ｃに取り付けられた第２プーリ１１６０ｃとに巻き掛けられる。歯付ベルト１１２０ｄは、駆動モジュール１３２０ｄに取り付けられた第１プーリ１１４０ｄと、駆動モジュール１４２０ｄに取り付けられた第２プーリ１１６０ｄとに巻き掛けられる。すなわち、本実施形態では、各歯付ベルト１１２０ａ～ｄが、それぞれ一対の駆動モジュール１３２０ａ～ｄ及び１４２０ａ～ｄによって駆動されるように構成されている。
【0059】
８つの歯付きプーリ（第１プーリ１１４０ａ～ｄ及び第２プーリ１１６０ａ～ｄ）は、同一のものであり、外径や歯数が共通している。４本の歯付ベルト１１２０ａ～ｄも同一のものである。また、各歯付ベルト１１２０ａ～ｄが巻き掛けられる第１プーリ１１４０ａ～ｄと第２プーリ１１６０ａ～ｄの配置間隔（軸間距離Ｌ）も共通であり、各歯付ベルト１１２０ａ～ｄの有効長さも同じ長さに揃えられている。そのため、各駆動モジュール１３２０ａ～ｄ及び１４２０ａ～ｄによって駆動した際の歯付ベルト１１２０ａ～ｄの応答（伸縮等）は略等しいものとなるため、歯付ベルト１１２０ａ～ｄ毎に駆動条件を設定する必要がない。
【0060】
図７は、ベルトクランプ１１８０の分解図である。ベルトクランプ１１８０は、テーブル１２４０に着脱可能に取り付けられるテーブル取付部１１８１と、テーブル取付部１１８１との間で歯付ベルト１１２０を締め付けて固定するクランプ板１１８２を備えている。
【0061】
クランプ板１１８２の幅方向中央には、歯付ベルト１１２０の内周面に形成された歯形１１２１ｔ（図８）と噛み合う突出した歯部１１８２ｔが形成されている。また、テーブル取付部１１８１の下面には、歯付ベルト１１２０及びクランプ板１１８２の歯部１１８２ｔが嵌め込まれる溝１１８１ｇが形成されている。
【0062】
クランプ板１１８２には、クランプ板１１８２をテーブル取付部１１８１にボルト止めするための複数の貫通孔１１８２ｈが、歯部１１８２ｔを挟んで幅方向両側に設けられている。また、テーブル取付部１１８１の下面には、各貫通孔１１８２ｈと対向する位置に螺子穴（不図示）が形成されている。各貫通孔１１８２ｈに通されたボルト１１８３をテーブル取付部１１８１の下面に形成された螺子穴に嵌めることにより、クランプ板１１８２がテーブル取付部１１８１に取り付けられるようになっている。
【0063】
テーブル取付部１１８１の溝１１８１ｇに歯付ベルト１１２０を嵌め込み、クランプ板１１８２をテーブル取付部１１８１に取り付けると、歯付ベルト１１２０がテーブル取付部１１８１とクランプ板１１８２との間で圧迫されて、ベルトクランプ１１８０に固定される。このとき、歯付ベルト１１２０の歯とクランプ板１１８２の歯部１１８２ｔが噛み合っているため、歯付ベルト１１２０に長手さ向（Ｘ軸方向）の強い衝撃を与えても、ベルトクランプ１１８０から歯付ベルト１１２０が滑ることなく、歯付ベルト１１２０と一体にベルトクランプ１１８０が駆動される。
【0064】
テーブル取付部１１８１の上面には、テーブル１２４０に取り付けるための複数の螺子穴１１８１ｈが設けられている。また、テーブル１２４０には、螺子穴１１８１ｈに対応する複数の貫通孔（不図示）が設けられている。テーブル１２４０は、この貫通孔と螺子穴１１８１ｈへのボルトの着脱のみで、容易に交換可能になっている。例えば、供試体に合わせて専用のテーブル１２４０を用意し、供試体の種類に応じてテーブル１２４０を交換して使用することができる。また、本実施形態ではテーブル１２４０は平板状であるが、別の形状（例えば、舟形や箱形等）にしてもよい。また、車両の一部（例えばフレーム）をテーブル１２４０として使用してもよい。また、供試体をベルトクランプ１１８０及びキャリッジ１２３２に直接取り付けることもできる。
【0065】
図８は、歯付ベルト１１２０の構造を示した図である。歯付ベルト１１２０は、高強度・高弾性率の基材から形成された本体部１１２１と、高強度・高弾性率繊維の束である複数の心線１１２２を有している。複数の心線１１２２は、歯付ベルト１１２０の幅方向に略等間隔に並べられている。また、各心線１１２２は、歯付ベルト１１２０の長さ方向に弛みなく伸ばされた状態で、本体部１１２１に埋め込まれている。
【0066】
歯付ベルト１１２０の内周面（図８における下面）には、噛み合い伝動のための歯形１１２１ｔが形成されている。歯形１１２１ｔの表面は、耐摩耗性に優れた高強度ポリアミド系繊維等から形成された歯布１１２３によって被覆されている。また、歯付ベルト１１２０の外周面には、可撓性を高めるための幅方向に延びる複数の溝１１２１ｇが長さ方向に等間隔で形成されている。
【0067】
本実施形態の歯付ベルト１１２０では、心線１１２２には、軽量で高強度・高弾性率の炭素繊維から形成されたカーボン心線が使用されている。カーボン心線を使用することにより、大きな加速度で駆動して、歯付ベルト１１２０に大きな張力が加わっても、歯付ベルト１１２０が殆ど伸縮しないため、各駆動モジュール１３２０、１４２０の駆動力がテーブル１２４０に正確に伝達され、テーブル１２４０の駆動を高精度で制御することが可能になる。また、軽量なカーボン心線を使用することにより、例えばスチールワイヤやスチールコード等の金属心線を使用した場合よりも、歯付ベルトの慣性を大幅に低減させることができる。そのため、同じ容量のモータを使用して、より高い加速度で駆動することが可能になる。また、同じ加速度で駆動する場合、より低容量のモータを使用することが可能になり、装置の小形化・軽量化や低コスト化が可能になる。
【0068】
また、本実施形態の歯付ベルト１１２０では、本体部１１２１を形成する基材には、高強度ポリウレタンや、水素添加アクリロニトリルブタジエンゴム（Ｈ－ＮＢＲ）等の高強度・高硬度のエラストマーが使用される。このように高強度・高硬度の基材を使用することにより、駆動時の歯形の変形量が減少するため、歯形の変形に起因する歯飛びの発生が抑制され、テーブル１２４０の駆動を高精度で制御することが可能になる。また、歯付ベルト１１２０の強度が向上するため、駆動時の歯付ベルト１１２０の伸縮が低減し、テーブル１２４０の駆動を更に高精度で制御することが可能になる。
【0069】
自動車等の衝突安全性能の評価に使用される衝突模擬試験装置は、供試体に２０Ｇ（１９６ｍ／ｓ２）もの高い加速度を与えることが可能な大きな動力を発生して、これをテーブル１２４０及び供試体に正確に伝達する必要がある。高い加速度を正確に伝達するためには、動力伝達系に剛性の高い部材を使用する必要がある。剛性の高い動力伝達系としては、例えば、ボールねじ機構、歯車伝動機構、チェーン伝動機構、ワイヤ伝動機構などがある。
【0070】
衝突模擬試験中、スレッドの最高速度は２５ｍ／ｓ（９０ｋｍ／ｈ）に達する。ボールねじ機構によりこの速度を実現するためには、１００ｍｍを超える長さのリードが必要になるが、このような長いリードを有する精密なボールねじの製作は極めて難しい。
【0071】
また、歯車伝動機構やチェーン伝動機構を使用する場合、歯車やチェーンに大きな加速度に耐え得る強度を与える必要がある。しかし、強度を高めると、慣性が大きくなるため、より高出力のモータが必要になる。また、モータの高出力化は、モータ自体の慣性モーメントの増大を伴うため、更なる高出力化が必要となり、エネルギー効率が大きく低下し、装置が大型化してしまう。また、装置全体の慣性が過大になると、大加速度の発生・伝達が困難になる。歯車伝動機構やチェーン伝動機構による加速は、概ね３Ｇ（２９ｍ／ｓ２）程度が限界となり、衝突模擬試験に必要な加速度［少なくとも２０Ｇ（１９６ｍ／ｓ２）］で駆動することができない。また、歯車機構やチェーン機構を衝突模擬試験に必要な早い周速（～２５ｍ／ｓ）で駆動すると、焼き付きを起こしてしまう。
【0072】
また、ワイヤ伝動機構（ワイヤとプーリを使用した巻掛け伝動機構）は、比較的に低慣性ではあるが、摩擦のみによって動力が伝達されるため、大加速度の駆動時にワイヤとプーリとの間ですべりが発生して、運動を正確に伝達することができない。
【0073】
また、自動車用タイミングベルト等の一般的な歯付ベルトでは、ガラス繊維やアラミド繊維を撚り合わせた心線が使用される。そのため、１０Ｇ（９８ｍ／ｓ２）を超える大加速度で駆動すると、心線の剛性や強度の不足によって歯付ベルトの伸縮が増大するため、運動を正確に伝達することができない。また、一般的な歯付ベルトでは、基材にはニトリルゴムやクロロプレンゴム等の硬度の低い合成ゴムが使用されているため、歯飛びが生じ易く、運動を正確に伝達することができない。
【0074】
また、駆動源としては、サーボ弁と油圧シリンダを使用するものもあるが、応答速度が不足し、２００Ｈｚを超える高い周波数で変動する衝撃波形を正確に再現することができない。また、油圧システムは、油圧装置の他に大型の油圧供給設備が必要となるため、広い設置場所を要する。更に、油圧システムには、油圧供給設備の維持・管理コストが高く、油漏れによる環境汚染の問題などがある。
【0075】
本発明者は、上述した、ボールねじ機構、歯車伝動機構、チェーン伝動機構、ワイヤ伝動機構、ベルト伝動機構等の様々な種類の伝動機構について膨大な試作実験を繰り返した結果、２０Ｇ（１９６ｍ／ｓ２）に及ぶ大加速度を実現可能な唯一の構成として、超低慣性電気サーボモータと、カーボン心線と高弾性率エラストマーの基材とを複合した軽量で高強度の特殊歯付ベルトとを組み合わせた、本実施形態の駆動システムを開発することに成功した。
【0076】
図９は、衝突模擬試験装置１０００の制御システム１０００ａの概略構成を示すブロック図である。制御システム１０００ａは、装置全体の動作を制御する制御部１５００と、テーブル１２４０の加速度を計測する計測部１６００と、外部との入出力を行うインタフェース部１７００を備えている。
【0077】
インタフェース部１７００は、例えば、ユーザとの間で入出力を行うためのユーザインタフェース、ＬＡＮ（Local Area Network）等の各種ネットワークと接続するためのネットワークインタフェース、外部機器と接続するためのＵＳＢ（Universal Serial Bus）やＧＰＩＢ（General Purpose Interface Bus）等の各種通信インタフェースの一つ以上を備えている。また、ユーザインタフェースは、例えば、各種操作スイッチ、表示器、ＬＣＤ（liquid crystal display）等の各種ディスプレイ装置、マウスやタッチパッド等の各種ポインティングデバイス、タッチスクリーン、ビデオカメラ、プリンタ、スキャナ、ブザー、スピーカ、マイクロフォン、メモリーカードリーダライタ等の各種入出力装置の一つ以上を含む。
【0078】
計測部１６００は、テーブル１２４０に取り付けられた加速度センサ１６２０を備え、加速度センサ１６２０からの信号を増幅及びデジタル変換して計測データを生成し、制御部１５００へ送る。
【0079】
制御部１５００には、サーボアンプ１８００を介して、８台のサーボモータ１３２０Ｍ及び１４２０Ｍが接続されている。制御部１５００と各サーボアンプ１８００とは光ファイバによって通信可能に接続され、制御部１５００と各サーボアンプ１８００との間で高速のフィードバック制御が可能になっている。これにより、より高精度（時間軸において高分解能かつ高確度）の同期制御が可能になっている。
【0080】
制御部１５００は、インタフェース部１７００を介して入力された加速度波形や計測部１６００から入力された計測データに基づいて、各駆動モジュール１３２０ａ～ｄ、１４２０ａ～ｄのサーボモータ１３２０Ｍ、１４２０Ｍの駆動を同期制御することにより、加速度波形に従ってテーブル１２４０に加速度を与えることができる。なお、本実施形態では、８つのサーボモータ１３２０Ｍ、１４２０Ｍの全てを同位相で駆動する（厳密には、左側の駆動モジュール１３２０ａ、１３２０ｂ、１４２０ａ、１４２０ｂと右側の駆動モジュール１３２０ｃ、１３２０ｄ、１４２０ｃ、１４２０ｄとは逆位相〔逆回転〕で駆動する）。
【0081】
加速度波形としては、正弦波、正弦半波（ハーフサイン波）、鋸歯状波（のこぎり波）、三角波、台形波等の基本波形の他、実車衝突試験において計測された加速度波形や、衝突のシミュレーション計算によって得られた加速度波形又はその他の任意の合成波形（例えば、ファンクションジェネレータ等により生成された波形）を使用することができる。
【0082】
図１０は、加速度波形の一例であり、テーブル１２４０上に固定したダミーウエイト（ステンレス製の直方体のブロック）を供試体として試験を行ったときの波形である。図１０において、破線は目標波形を示し、実線は実測波形を示す。この試験では、最初の第１フェーズ（Ｐ１）において供試体に実車衝突試験で測定された波形の試験加速度が印加される。続く第２フェーズ（Ｐ２）において、加速度がゼロ（一定速度）の状態が所定期間（例えば０．０１秒間）保持される。続く第３フェーズ（Ｐ３）において、加速度の絶対値が所定値以下となるように、略一定の加速度で減速される。図１０に示すように、本実施形態の衝突模擬試験装置１０００を使用して、目標波形に良く合致した加速度波形を供試体に与えることができることが確認された。
【0083】
また、本実施形態の衝突模擬試験装置１０００は、試験中の供試体（あるいはテーブル１２４０）の運動が全て数値制御される点で、特許文献１（特開２０１２－２６９９号公報）に記載されているような従来のスレッド試験装置とは全く異なったものとなっている。試験中の運動が全て制御されるため、様々な加速度波形の衝撃を容易に供試体に与えることが可能になっている。
【0084】
特許文献１に記載されているような従来のスレッド試験装置では、衝撃を加えた後のスレッドの運動を制御することができないため、スレッドは自由に走行する。そのため、長い走行路が必要になる。これに対して、本実施形態の衝突模擬試験装置１０００は、衝撃を加えた後にスレッドを適切な（すなわち、試験結果に実質的に影響を与えない程度に緩やかな）加速度で速やかに停止させることができるため、走行路（レール１２３１）を短くすることができ、装置の設置スペースを大幅に削減することができる。例えば、本実施形態のレール１２３１の長さは、わずか２ｍに過ぎない。
【0085】
また、特許文献１に記載されているような従来のスレッド試験装置では、試験後に走行したスレッドを初期位置に戻す作業を行う必要がある。この作業を自動で行うためには、スレッドを初期位置に戻す機構を更に設ける必要がる。また、スレッドの走行距離が長いため、スレッドを初期位置に戻す機構も大型なものとなり、初期位置に戻す工程にも一定の時間を要する。また、自走して初期位置に戻る機構をスレッドに組み込むと、スレッドを初期位置に戻す機構は小型化できるが、スレッドの荷重が増えるため、試験時の加速度が低下してしまうという問題が生じる。これに対して、本実施形態の衝突模擬試験装置１０００は、テーブル１２４０に衝撃を与える機構を使用して、テーブル１２４０を初期位置に自動的に復帰させることができるため、テーブル１２４０を初期位置に戻すための専用の機構を別途設ける必要が無い。また、上述したように試験中にテーブル１２４０が移動する距離も短いため、わずかな時間（例えば１～２秒）でテーブル１２４０を初期位置に戻すことができる。
【0086】
また、特許文献１に記載されているような、アキュムレータ等に蓄積した圧力を使用して衝撃を発生する蓄圧式のスレッド試験装置では、チャージ（蓄圧）に時間を要するため、一定の試験間隔を空ける必要がある。これに対して、本実施形態の衝突模擬試験装置１０００は、チャージが不要であるため、時間間隔を空けずに連続的に試験を行うことができる。そのため、より効率的に試験を行うことができる。
【0087】
また、蓄圧式のスレッド試験装置では、超高圧の油圧が使用される。そのため、油圧漏れが発生すると、噴出する高圧の作動油によって作業者がけがをする危険性がある。また、スレッドを無制御の状態で長距離走行させるため、作業者が走行するスレッドとぶつかってけがをする危険性がある。これに対して、本実施形態の衝突模擬試験装置１０００は、油圧を使用せず、スレッドを無制御の状態で走行させることもないため、安全に試験を行うことが可能になっている。
【0088】
また、図２に示すように、４本の歯付ベルト１１２０ａ～ｄが、交互に前後にずらして千鳥形に配置されている。この構成により、４本の歯付ベルト１１２０の軸間距離Ｌを揃えたまま、４対の駆動モジュール１３２０、１４２０によって各歯付ベルト１１２０を駆動することが可能になっている。
【0089】
（第２実施形態）
上述した第１実施形態の衝突模擬試験装置１０００は、比較的に重量が大きい供試体の試験、或いは、より高い加速度の試験に適した高出力タイプの装置であるが、次に説明する本発明の第２実施形態に係る衝突模擬試験装置２０００は、より軽量の供試体の試験に適した中出力型の装置である。
上述した第１実施形態の衝突模擬試験装置１０００は、比較的に重量が大きい供試体の試験、或いは、より高い加速度の試験に適した高出力タイプの装置であるが、次に説明する本発明の第２実施形態に係る衝突模擬試験装置２０００は、より軽量の供試体の試験に適した中出力型の装置である。
【0090】
【0091】
第２実施形態の衝突模擬試験装置２０００には、第１実施形態の半数の二対のサーボモータ２３２０Ｍ及び２４２０Ｍを使用して、２本の歯付ベルト２１２０ａ及び２１２０ｄを駆動する構成が採用されている。
【0092】
また、上述した第１実施形態の前方駆動部１３００［後方駆動部１４００］は、それぞれ１台のサーボモータ１３２０Ｍ［１４２０Ｍ］を有する４つの駆動モジュール１３２０ａ～ｄ［１４２０ａ～ｄ］を備えているが、図１２に示すように、本実施形態の前方駆動部２３００（後方駆動部２４００］は、２台のサーボモータ２３２０Ｍ［２４２０Ｍ］を有する単一の駆動モジュール２３２０［２４２０］を備えている。言い換えれば、本実施形態では、２台のサーボモータ２３２０Ｍ［２４２０Ｍ］を連結した構成の駆動モジュール２３２０［２４２０］が採用されている。
【0093】
具体的には、駆動モジュール２３２０［２４２０］は、３つの軸受２３６１、２３６２及び２３６３［２４６１、２４６２及び２４６３］によって回転可能に支持された単一のシャフト２３７０［２４７０］を備えていて、シャフト２３７０［２４７０］の一端に一方のサーボモータ２３２０Ｍ［２４２０Ｍ］が接続され、他端に他方のサーボモータ２３２０Ｍ［２４２０Ｍ］が連結される。すなわち、本実施形態では、駆動モジュール２３２０［２４２０］の単一のシャフト２３７０［２４７０］が２台のサーボモータ２３２０Ｍ［２４２０Ｍ］によって同期駆動される。このようなサーボモータの接続構造は、制御部２５００と各サーボアンプ２８００との間の高速光デジタル通信を使用した高精度同期制御によって実現されている。
【0094】
また、本実施形態の駆動モジュール２３２０［２４２０］では、単一のシャフト２３７０［２４７０］に取り付けられた二つの第１プーリ２１４０ａ及び２１４０ｄ［第２プーリ２１６０ａ及び２１６０ｄ］によって、２本の歯付ベルト２１２０ａ及び２１２０ｄが駆動される。従って、駆動モジュール２３２０［２４２０］において、２本の歯付ベルト２１２０ａ及び２１２０ｄの完全な同期制御が実現されている。
【0095】
また、第１実施形態（図４）では、フレーム１２２０のレール支持部１２２２の下に駆動モジュール１３２０ｂ及び１３２０ｃを配置することで、各ベルト機構１１００ａ～ｄの軸間距離Ｌを短くする構成が採用されているが、本実施形態では、この構成は採用されていない。そのため、図１３－１４に示すように、本実施形態ではフレーム２２２０のレール支持部２２２２の高さが低くなっている。そして、これに伴い、ベルトクランプ２１８０（図１３）の高さが薄くなっている。このベルトクランプ２１８０の低背化により、ベルトクランプ２１８０の慣性が低減するため、低出力でも高い加速性能が得られる。また、ベルトクランプ２１８０の低背化により、駆動時にベルトクランプ２１８０（及び歯付ベルト２１２０）に加わるＹ軸周りの力のモーメントが減少し、歯付ベルト２１２０の曲げ変形が減少するため、駆動力の伝達精度が向上する。
【0096】
（第３実施形態）
図１５は、本発明の第３実施形態に係る衝突模擬試験装置３０００の斜視図である。本実施形態の衝突模擬試験装置３０００は、第２実施形態の衝突模擬試験装置２０００よりも更に軽量の供試体の試験に適した低出力型の装置である。
図１５は、本発明の第３実施形態に係る衝突模擬試験装置３０００の斜視図である。本実施形態の衝突模擬試験装置３０００は、第２実施形態の衝突模擬試験装置２０００よりも更に軽量の供試体の試験に適した低出力型の装置である。
【0097】
第３実施形態の衝突模擬試験装置３０００には、第１実施形態の４分の１である二つの駆動モジュール３４２０ａ及３４２０ｄを使用して、２本の歯付ベルト３１２０ａ及び３１２０ｄをそれぞれ駆動する構成が採用されている。
【0098】
衝突模擬試験装置３０００は、機構部としては、試験部３２００及び後方駆動部３４００のみを備え、前方駆動部は備えていない。本実施形態では、第１実施形態の前方駆動部１３００（具体的には、各駆動モジュール１３２０ａ及び１３２０ｄのプーリ支持部１３５０）に替えて、一対のプーリ支持部３３５０ａ及び３３５０ｄが試験部３２００の前端部に設けられている。
【0099】
プーリ支持部３３５０ａ及び３３５０ｄは、軸受の配置間隔やシャフト３３７０の長さを除き、第１実施形態のプーリ支持部１３５０と同一構成のものである。プーリ支持部３３５０ａのシャフト３３７０に第１プーリ３１４０ａが取り付けられ、プーリ支持部３３５０ｄのシャフト３３７０に第１プーリ３１４０ｄが取り付けられる。歯付ベルト３１２０ａは、プーリ支持部３３５０ａの第１プーリ３１４０ａと後方駆動部３４００の第２プーリ３１６０ａに巻き掛けられる。また、歯付ベルト３１２０ｄは、プーリ支持部３３５０ｄの第１プーリ３１４０ｄと後方駆動部３４００の第２プーリ３１６０ｄに巻き掛けられる。プーリ支持部３３５０ａ及び３３５０ｄのシャフト３３７０には、サーボモータは接続されず、第１プーリ３１４０ａ及び３１４０ｄは従動プーリとして機能する。
【0100】
ベルト伝動では、ベルトの牽引力（引張力）により動力が伝達される。また、衝撃試験では、供試体に減速方向（後方）の強い加速度を与える必要がある。駆動部を試験部３２００の前方に配置して、従動プーリを試験部３２００の後方に配置することも可能ではあるが、この場合、後方の従動プーリで折り返されてからテーブル３２４０に接続された側のベルトの牽引により供試体に衝撃を与えることになるため、ベルトの牽引長が長くなる。そのため、ベルトの伸縮による駆動精度の低下が増える。従って、本実施形態のように、駆動部を試験部３２００の後方に配置した方が、試験精度の点で有利である。
【0101】
上述の第１実施形態においては、各歯付ベルト１１２０を一対の駆動プーリ（第１プーリ１１４０及び第２プーリ１１６０）に巻き掛けることによって、２台のサーボモータ１３２０Ｍ及び１４２０Ｍの動力を結合して、歯付ベルト１１２０に大きな動力を与える構成が採用されている。歯付ベルト１１２０に更に大きな動力を与えたい場合、一つの方法として、各サーボモータを高出力化することが挙げられる。しかし、単純に回転子の大型化（大径化）によってサーボモータを高出力化すると、慣性モーメントが増大して、大加速度で駆動できなくなってしまう。
【0102】
高い加速性能を維持しながらサーボモータを高出力化するためには、回転子を細長くすることが有効である。以下に、このような設計思想に基づいて本発明者が開発した低慣性高出力サーボモータ（ユニット）について説明する。上述した各実施例におけるサーボモータの替わりに、後述する第４、第５及び第６実施形態のようなサーボモータ（ユニット）を使用することもできる。
【0103】
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態に係る衝突模擬試験装置４０００について説明する。衝突模擬試験装置４０００は、第１実施形態のサーボモータ１３２０Ｍ及び１４２０Ｍに替えて、後述するサーボモータユニット４３２０Ｍ及び４４２０Ｍを備える点で第１実施形態の衝突模擬試験装置１０００と相違する。なお、サーボモータユニット４３２０Ｍと４４２０Ｍは、同一の構成を有している。
次に、本発明の第４実施形態に係る衝突模擬試験装置４０００について説明する。衝突模擬試験装置４０００は、第１実施形態のサーボモータ１３２０Ｍ及び１４２０Ｍに替えて、後述するサーボモータユニット４３２０Ｍ及び４４２０Ｍを備える点で第１実施形態の衝突模擬試験装置１０００と相違する。なお、サーボモータユニット４３２０Ｍと４４２０Ｍは、同一の構成を有している。
【0104】
図１６は、本発明の第４実施形態のサーボモータユニット４３２０Ｍの側面図である。サーボモータユニット４３２０Ｍは、二つのサーボモータ４３２０ＭＡ及び４３２０ＭＢを直列に連結したものである。
【0105】
サーボモータ４３２０ＭＢは、第１実施形態のサーボモータ１３２０Ｍ及び１４２０Ｍと同一構成のものである。サーボモータ４３２０ＭＡは、シャフト４３２０Ａ２の両端が外部に突出して二つの連結軸（第１軸４３２０Ａ２ａ及び第２軸４３２０Ａ２ｂ）となった２軸サーボモータである。サーボモータ４３２０ＭＡは、第２軸４３２０Ａ２ｂを有する点と、後述するロータリーエンコーダ４３２７を備えていない点を除いては、サーボモータ４３２０ＭＢと同一構成のものである。サーボモータ４３２０ＭＡの第１軸４３２０Ａ２ａが、サーボモータユニット４３２０Ｍが有する単一の出力軸４３２２となる。
【0106】
なお、サーボモータユニット４３２０Ｍに関する以下の説明では、出力軸４３２２が突出する側（図１６における右側）を負荷側、その反対側を反負荷側と呼ぶ。２軸サーボモータ４３２０ＭＡ及びサーボモータ４３２０ＭＢは、それぞれ最大で３５０Ｎ・ｍに及ぶトルクを発生し、回転部の慣性モーメントが１０－２ｋｇ・ｍ２以下に抑えられた、定格出力３７ｋＷの大出力超低慣性サーボモータである。
【0107】
サーボモータ４３２０ＭＢは、筒状の本体４３２０Ｂ１（固定子）、シャフト４３２０Ｂ２、第１ブラケット４３２０Ｂ３（負荷側ブラケット）、第２ブラケット４３２０Ｂ４（反負荷側ブラケット）及びロータリーエンコーダ４３２７を備えている。また、第１ブラケット４３２０Ｂ３及び第２ブラケット４３２０Ｂ４の下面には、それぞれ一対の螺子穴４３２０Ｂ３ｔ及び４３２０Ｂ４ｔが設けられている。
【0108】
シャフト４３２０Ｂ２の負荷側の一端部４３２０Ｂ２ａは、第１ブラケット４３２０Ｂ３を貫通して、モータケースの外部に突出して、出力軸４３２０Ｂ２ａとなっている。一方、第２ブラケット４３２０Ｂ４の取付座面（図１６における左側面）には、シャフト４３２０Ｂ２の回転変位を検出するロータリーエンコーダ４３２７が取り付けられている。シャフト４３２０Ｂ２の他端部４３２０Ｂ２ｂは第２ブラケット４３２０Ｂ４を貫通して、ロータリーエンコーダ４３２７に接続されている。
【0109】
図１６に示すように、サーボモータ４３２０ＭＢの出力軸４３２０Ｂ２ａと、２軸サーボモータ４３２０ＭＡの第２軸４３２０Ａ２ｂとは、軸継手４３２０Ｃによって連結されている。また、サーボモータ４３２０ＭＢの第１ブラケット４３２０Ｂ３と、２軸サーボモータ４３２０ＭＡの第２ブラケット４３２０Ａ４とは、連結フランジ４３２０Ｄによって所定の間隔を空けて連結されている。
【0110】
連結フランジ４３２０Ｄは、円筒状の胴部４３２０Ｄ１と、胴部４３２０Ｄ１の軸方向両端部からそれぞれ半径方向外側に延びる二つのフランジ部４３２０Ｄ２を有している。各フランジ部４３２０Ｄ２には、第１ブラケット４３２０Ｂ３及び第２ブラケット４３２０Ａ４の取付座面に設けられた螺子穴に対応する位置にボルト固定用の貫通孔が設けられていて、第１ブラケット４３２０Ｂ３及び第２ブラケット４３２０Ａ４にボルトで固定される。
【0111】
上述したように、高い加速性能を維持しながらモータを高出力化するためには、回転子を細長くすることが有効であるが、軸受によるシャフトの支持間隔を長くし過ぎると、シャフトの剛性が不足して、弓形に反るようなシャフトの変形振動が顕著になって、却ってモータの性能が低下してしまう。従って、従来のように一対の軸受により回転軸をモータケースの両端部のみで軸支する構成では、低慣性モーメントを維持しつつ大容量化するには限界があった。
【0112】
本実施形態のサーボモータユニット４３２０Ｍでは、二つのサーボモータのシャフトを軸継手で連結するという簡単な構成によって、専用の回転子を新たに設計することなく、細長い回転子が実現されている。また、二つのサーボモータの本体を連結フランジによって連結するという簡単な構成により、軸受によるシャフトの支持間隔が維持されている。そのため、回転子が長尺化しても高い剛性で支持され、安定して動作することが可能になり、これにより、従来のサーボモータでは不可能であった高い周波数で変動する大トルクの発生が可能になっている。なお、サーボモータユニット４３２０Ｍ単体（無負荷状態）では、３００００ｒａｄ／ｓ２以上の角加速度で駆動可能である。
【0113】
（第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態に係る衝突模擬試験装置５０００について説明する。衝突模擬試験装置５０００は、第１実施形態のサーボモータ１３２０Ｍ及び１４２０Ｍに替えて、後述するサーボモータ５３２０Ｍ及び５４２０Ｍを備える点等で第１実施形態の衝突模擬試験装置１０００と相違する。なお、サーボモータ５３２０Ｍと５４２０Ｍは同一構成であるため、サーボモータ５４２０Ｍについては重複する説明を省略する。
次に、本発明の第５実施形態に係る衝突模擬試験装置５０００について説明する。衝突模擬試験装置５０００は、第１実施形態のサーボモータ１３２０Ｍ及び１４２０Ｍに替えて、後述するサーボモータ５３２０Ｍ及び５４２０Ｍを備える点等で第１実施形態の衝突模擬試験装置１０００と相違する。なお、サーボモータ５３２０Ｍと５４２０Ｍは同一構成であるため、サーボモータ５４２０Ｍについては重複する説明を省略する。
【0114】
図１７は、本発明の第５実施形態のサーボモータ５３２０Ｍの縦面図である。上述した第４実施形態のサーボモータユニット４３２０Ｍでは、連結フランジ４３２０Ｄによって二つのサーボモータの本体（固定子）を連結する構成が採用されているが、本実施形態のサーボモータ５３２０Ｍでは、連結フランジ４３２０Ｄは使用されず、一体に形成された単一の本体フレームが使用される。本実施形態の本体フレームは、第４実施形態のサーボモータ４３２０ＭＡ及び４３２０ＭＢよりも長く、サーボモータユニット４３２０Ｍと略同じ全長を有している。本実施形態の本体フレームには、長さ方向における両端部と中途に合わせて３つの軸受が等間隔に設けられている。これらの軸受によって回転軸が回転可能に支持されている。筒状の本体フレームの長さ方向両端部には、軸受を支持する一対のブラケットが設けられている。また、本体フレームの内周には、長さ方向中央部に、軸受を支持する軸受支持壁が設けられている。更に、本体フレームの内周には、各ブラケットと軸受支持壁との間にそれぞれコイルが取り付けられて、本体（固定子）が形成される。回転軸の外周には、各コイルと対向する位置にそれぞれコアが設けられて、回転子が形成される。
【0115】
本実施形態では、シャフト（回転子）及び本体（固定子）をそれぞれ専用に設計することが可能であるため、サーボモータ５３２０Ｍ全体の設計をより好適化させて、より高性能のモータの実現が可能になる。
【0116】
なお、軸受及びコイルの数は図１７に示された構成に限定されない。例えば、本体フレームの長さ方向中途に２つ以上の軸受及び軸受支持壁を設けてもよい。また、軸受は本体フレームの長さ方向に略等間隔に設けられることが望ましい。その場合、隣接する軸受の間には、それぞれコア及びコイルを設けてもよい。
【0117】
（第６実施形態）
次に、本発明の第６実施形態に係る衝突模擬試験装置６０００について説明する。衝突模擬試験装置６０００は、第１実施形態のサーボモータ１３２０Ｍ及び１４２０Ｍに替えて、後述するサーボモータユニット６３２０Ｍ及び６４２０Ｍを備える点で第１実施形態の衝突模擬試験装置１０００と相違する。なお、サーボモータユニット６３２０Ｍ及び６４２０Ｍは、同一の構成を有している。
次に、本発明の第６実施形態に係る衝突模擬試験装置６０００について説明する。衝突模擬試験装置６０００は、第１実施形態のサーボモータ１３２０Ｍ及び１４２０Ｍに替えて、後述するサーボモータユニット６３２０Ｍ及び６４２０Ｍを備える点で第１実施形態の衝突模擬試験装置１０００と相違する。なお、サーボモータユニット６３２０Ｍ及び６４２０Ｍは、同一の構成を有している。
【0118】
図１８は、本発明の第６実施形態に係る衝突模擬試験装置６０００の平面図である。サーボモータユニット６３２０Ｍ［６４２０Ｍ］は、直列に連結した２台のサーボモータ６３２０ＭＡ及び６３２０ＭＢ［６４２０ＭＡ及び６４２０ＭＢ］を備えている。サーボモータ６３２０ＭＡ及び６４２０ＭＡは、第１実施形態のサーボモータ１３２０Ｍ及び１４２０Ｍと同一構成のものである。
【0119】
サーボモータ６３２０ＭＡ［６４２０ＭＡ］は、シャフト６３２０Ａ２［６４２０Ａ２］の両端が外部に突出して二つの軸（第１軸６３２０Ａ２ａ［６４２０Ａ２ａ］及び第２軸６３２０Ａ２ｂ［６４２０Ａ２ｂ］）となった２軸サーボモータである。サーボモータ６３２０ＭＡ及び６４２０ＭＡは、第２軸６３２０Ａ２ｂ［６４２０Ａ２ｂ］を有する点と、ロータリーエンコーダ１３２７（図３）を備えていない点を除いては、第１実施形態のサーボモータ１３２０Ｍ及び１４２０Ｍと同一構成のものである。サーボモータ６３２０ＭＡ［６４２０ＭＡ］の第１軸６３２０Ａ２ａ［６４２０Ａ２ａ］が、サーボモータユニット６３２０Ｍ［６４２０Ｍ］が有する単一の出力軸６３２２［６４２２］となる。
【0120】
２軸サーボモータであるサーボモータ６３２０ＭＡ［６４２０ＭＡ］は、第１ブラケット６３２３Ａ［６４２３Ａ］及び第２ブラケット６３２４Ａ［６４２４Ａ］が、いずれも剛性の高い第１モータ支持部６３３１［６４３１］を介して、ベースプレート６３２０Ｄ［６４２０Ｄ］に固定されている。ベースプレート６３２０Ｄ［６４２０Ｄ］はベースブロック６３１０［６４１０］に固定されている。
【0121】
また、サーボモータ６３２０ＭＢ［６４２０ＭＢ］は、第１ブラケット６３２３Ｂ［６４２３Ｂ］が第１モータ支持部６３３１［６４３１］を介して、第２ブラケット６３２４Ｂ［６４２４Ｂ］が第２モータ支持部（不図示）を介して、それぞれベースプレート６３２０Ｄ［６４２０Ｄ］に固定されている。
【0122】
すなわち、本実施形態では、サーボモータ６３２０ＭＡ［６４２０ＭＡ］の本体とサーボモータ６３２０ＭＢ［６４２０ＭＢ］の本体とが、ベースプレート６３２０Ｄ［６４２０Ｄ］を介して連結されている。本実施形態では、２軸サーボモータであるサーボモータ６３２０ＭＡ［６４２０ＭＡ］の反負荷側の第２ブラケット６３２４Ａ［６４２４Ａ］の支持に剛性の高い第１モータ支持部６３３１［６４３１］を使用することにより、第４実施形態の連結フランジ４３２０Ｄを使用せずに十分な剛性でサーボモータ６３２０ＭＡ［６４２０ＭＡ］の本体とサーボモータ６３２０ＭＢ［６４２０ＭＢ］の本体との連結を可能にしている。連結フランジ４３２０Ｄを無くすことにより、サーボモータユニット６３２０Ｍ［６４２０Ｍ］の組み立てが容易になる。
【0123】
また、サーボモータ６３２０ＭＢ［６４２０ＭＢ］の出力軸６３２０Ｂ２［６４２０Ｂ２］とサーボモータ６３２０ＭＡ［６４２０ＭＡ］の第２軸６３２０Ａ２ｂ［６４２０Ａ２ｂ］とは、軸継手６３２０Ｃ［６４２０Ｃ］によって連結されている。
【0124】
合計１６台のサーボモータ６３２０ＭＡ、６３２０ＭＢ、６４２０ＭＡ、６４２０ＭＢは、それぞれ個別のサーボアンプを介して制御部に接続されていて、制御部によって同期制御される。本実施形態では、１６台のサーボモータ６３２０ＭＡ、６３２０ＭＢ、６４２０ＭＡ、６４２０ＭＢが全て同じ加速度波形に従って駆動制御される。
【0125】
（第７実施形態）
次に、本発明の第７実施形態に係る衝突模擬試験装置７０００について説明する。図１９及び図２０は、それぞれ衝突模擬試験装置７０００の平面図及び正面図である。また、図２１及び図２２は、衝突模擬試験装置７０００の側面図である。
次に、本発明の第７実施形態に係る衝突模擬試験装置７０００について説明する。図１９及び図２０は、それぞれ衝突模擬試験装置７０００の平面図及び正面図である。また、図２１及び図２２は、衝突模擬試験装置７０００の側面図である。
【0126】
上述した各実施形態の衝突模擬試験装置は、供試体に与えるべき所定の波形の衝撃（加速度パルス）を前方駆動部及び後方駆動部によって生成し、生成した衝撃波形を供試体が取り付けられたテーブルにベルト機構により伝達するように構成されている。これに対して、本実施形態の衝突模擬試験装置７０００は、所定の速度で自由走行させたテーブル７２４０を後述する衝撃発生部７９００に衝突させることで、テーブル７２４０に取り付けられた供試体に所定の波形の衝撃を与えるように構成されている。すなわち、本実施形態の衝突模擬試験装置７０００は、旧来の衝突型の衝撃試験を行えるように構成されている。
【0127】
本実施形態の衝突模擬試験装置７０００は、第２実施形態の衝突模擬試験装置２０００と同様に、テーブル７２４０と、テーブル７２４０をＸ軸方向に走行可能に支持する一対のリニアガイド７２３０と、テーブル７２４０を駆動する前方駆動部７３００及び後方駆動部７４００と、前方駆動部７３００及び後方駆動部７４００が発生した動力を伝達する一対のベルト機構７１００ａ、７１００ｄを備えている。
【0128】
更に、本実施形態の衝突模擬試験装置７０００は、テーブル７２４０に所定の波形の衝撃を与える衝撃発生部７９００と、テーブル７２４０を衝撃発生部７９００に向けて押し出すプッシャ７２５０を備えている。
【0129】
各リニアガイド７２３０は、レール７２３１と、レール７２３１上を走行可能な３つのキャリッジ７２３２を備えている。キャリッジ７２３２は、テーブル７２４０の下面に取り付けられた２つのキャリッジ７２３２ａと、プッシャ７２５０の下面に取り付けられた１つのキャリッジ７２３２ｂを含む。すなわち、一対のリニアガイド７２３０によって、テーブル７２４０及びプッシャ７２５０がＸ軸方向に走行可能に支持されている。
【0130】
また、プッシャ７２５０の下面には一対のベルトクランプ７１８０（図２０）が取り付けられていて、プッシャ７２５０はベルトクランプ７１８０を介して一対の歯付ベルト７１２０に固定されている。すなわち、一対のベルト機構７１００ａ、７１００ｄによってプッシャ７２５０が駆動されるようになっている。なお、本実施形態のテーブル７２４０は、ベルト機構７１００ａ、７１００ｄには連結されておらず、ベルト機構７１００ａ、７１００ｄに連結されたプッシャ７２５０を介してテーブル７２４０が駆動される。
【0131】
図２０に示すように、プッシャ７２５０は、底板７２５１と、この底板７２５１の前方端部の上面に直立する押板７２５２と、底板７２５１と押板７２５２を連結して剛性を高めるリブ７２５３を有する。底板７２５１の下面には、リニアガイド７２３０の一対のキャリッジ７２３２ｂ（図２１）が取り付けられている。
【0132】
衝撃発生部７９００は、ベースブロック７３１０上に固定された固定部７９２０と、固定部７９２０上に配置された衝撃部７９４０と、固定部７９２０と衝撃部７９４０との間の衝撃を緩和する緩衝部７９５０を備えている。
【0133】
衝撃部７９４０の下面にはスライドプレート（不図示）が取り付けられていて、衝撃部７９４０は固定部７９２０上を低摩擦で摺動可能となっている。
【0134】
緩衝部７９５０は、衝撃部７９４０に取り付けられた一対の可動フレーム７９５１と、固定部７９２０に取り付けられた二対のアーム７９５３及び一対のガイドレール７９５５と、４つのコイルばね７９５４及びコイル保持棒７９５６を備えている。なお、本実施形態のコイルばね７９５４は圧縮ばねであるが、引張りばねを使用してもよい。また、コイルばね７９５４に替えて、板ばねや皿ばね等の他の種類のばねを使用してもよい。
【0135】
可動フレーム７９５１は、衝撃部７９４０の左右（Ｙ軸方向）両側面に取り付けられている。可動フレーム７９５１は、固定部７９２０の上面に載せられる底板７２５１ａと、この底板７２５１ａと衝撃部７９４０の側面とを連結する４つのリブ７９５１ｂを有する。４つのリブ７９５１ｂは、Ｘ軸方向に等間隔に配置されている。
【0136】
一対のガイドレール７９５５は、その長さ方向をＸ軸方向に向けて、衝撃部７９４０を一対の可動フレーム７９５１（具体的には底板７２５１ａ）ごとＹ軸方向両側から挟み込むように、固定部７９２０の上面に取り付けられている。衝撃部７９４０は、この一対のガイドレール７９５５により、その可動方向がＸ軸方向のみに限定されている。
【0137】
なお、本実施形態ではスライドプレート及びガイドレール７９５５により衝撃部７９４０が摺動案内されるように構成されているが、スライドプレート及びガイドレール７９５５に替えて転動体を備えたリニアガイドを使用して衝撃部７９４０を転がり案内する構成としてもよい。
【0138】
Ｚ軸方向に延びる二対のアーム７９５３は、各可動フレーム７９５１をＸ軸方向両側から挟むように、固定部７９２０の四隅に取り付けられている。
【0139】
また、各アーム７９５３とこれに隣接する可動フレーム７９５１との間には、コイルばね７９５４が配置されている。各コイルばね７９５４には、所定の波形の衝撃を発生するように調整された予荷重が与えられている。また、可動フレーム７９５１を一対のコイルばね７９５４によって可動方向両側から挟み込むことにより、可動フレーム７９５１が変位しても、コイルばね７９５４によって速やかに初期位置に戻されるようになっている。また、緩衝部７９５０には、コイルばね７９５４と直列又は並列に配置されたダンパを設けても良い。
【0140】
衝撃発生部７９００の衝撃部７９４０には、テーブル７２４０と対向するＹ軸方向中央部に、テーブル７２４０側（Ｘ軸負方向）に突出する突出部７９４２が形成されている。また、突出部７９４２の先端には、テーブル７２４０に向かって突出する衝突柱７９４４が取り付けられている。
【0141】
また、テーブル７２４０は、本体７２４２と、本体７２４２の正面中央部から突出する衝突柱７２４４を備えている。
【0142】
本実施形態の衝突柱７２４４及び衝突柱７９４４は鉄鋼等の硬質材料により一体に形成された剛体であるが、衝突柱７２４４及び／又は７９４４を、ダンパ及び／又はばねを備えた緩衝装置としても良い。なお、衝突柱７２４４及び／又は７９４４をダンパ及びばねの両方を備えた緩衝装置とする場合は、ダンパとばねを直列に連結しても、並列に連結してもよい。
【0143】
次に、衝突模擬試験装置７０００の動作を説明する。まず、テーブル７２４０及びプッシャ７２５０が図２０に示される初期位置に配置される。このとき、テーブル７２４０の背面は、プッシャ７２５０の押板７２５２に接触している。次に、前方駆動部７３００及び後方駆動部７４００により、ベルト機構７１００ａ、７１００ｄを介して、プッシャ７２５０が衝撃発生部７９００に向かって所定の速度で駆動される。テーブル７２４０は、プッシャ７２５０の押板７２５２に接触しているため、プッシャ７２５０と共に所定の速度で駆動される。このとき、プッシャ７２５０は、テーブル７２４０に大きな衝撃を与えないように、また、テーブル７２４０が所定の速度に到達するまでプッシャ７２５０から離れないように、所定の速度まで徐々に加速される。プッシャ７２５０は、所定の速度に到達すると、減速して停止する。
【0144】
プッシャ７２５０が減速すると、テーブル７２４０は、プッシャ７２５０から離れて、レール７２３１上を所定の速度で自由走行する。やがて、図２２に示すように、テーブル７２４０の衝突柱７２４４が衝撃部７９４０の衝突柱７９４４に衝突し、この衝突によって生じる衝撃がテーブル７２４０に取り付けられた供試体に与えられる。供試体に与えられる衝撃の大きさや波形は、衝突速度（所定の速度）やコイルばね７９５４のばね定数によって調整することができる。また、緩衝部７９５０にダンパを設けたり、衝突柱７２４４及び／又は７９４４にダンパ及び／又はばねを設けて緩衝装置としたりすることにより、より多様な衝撃波形を発生させることが可能になる。さらに、衝撃発生部７９００に例えば特性の異なる複数のばねやダンパを設けて、これらの組み合わせや接続関係を変更することによっても、より多様な衝撃波形の発生が可能になる。
【0145】
試験後、前方駆動部７３００及び後方駆動部７４００を逆方向に駆動することによって、プッシャ７２５０が初期位置に戻される。テーブル７２４０は手動で初期位置に戻される。また、テーブル７２４０を自動で初期位置に戻す機構を設けても良い。例えば、プッシャ７２５０とテーブル７２４０とを解除可能に連結する連結機構を設けて、プッシャ７２５０とテーブル７２４０を連結させてから、プッシャ７２５０を初期位置に戻すことにより、テーブル７２４０も初期位置まで戻すことが可能になる。また、例えば、ベルト機構７１００ａ、７１００ｄの他にテーブル復帰用のベルト機構を設けてもよい。この場合、テーブル７２４０は歯付ベルトに固定させず、例えばベルトに取り付けたプッシャによってテーブル７２４０を初期位置まで押し戻す構成としてもよい。
【0146】
ベルトクランプ７１８０は、ボルトによってプッシャ７２５０に取り外し可能に取り付けられている。また、テーブル７２４０の下面には複数の螺子穴が設けられていて、ボルトによって４個のベルトクランプ７１８０をテーブル７２４０に取り外し可能に取り付けられるようになっている。プッシャ７２５０からベルトクランプ７１８０を取り外し、テーブル７２４０にベルトクランプ７１８０を取り付けて、ベルト機構７１００ａ、７１００ｄの歯付ベルト７１２０にテーブル７２４０を連結することにより、第２実施形態の衝突模擬試験装置２０００と同様に、前方駆動部７３００及び後方駆動部７４００により発生させた衝撃波形を一対のベルト機構７１００ａ、７１００ｄによってテーブル７２４０に直接与える試験を行うことが可能になる。
【0147】
以上が本発明の例示的な実施形態の説明である。本発明の実施形態は、上記に説明したものに限定されず、特許請求の範囲の記載により表現された技術的思想の範囲内において様々な変形が可能である。例えば本明細書中に例示的に明示された実施形態等の構成及び／又は本明細書中の記載から当業者に自明な実施形態等の構成を適宜組み合わせた構成も本願の実施形態に含まれる。
【0148】
上記の各実施形態においては、サーボモータのシャフトがプーリ支持部のシャフトに直結されているが、減速機を介してサーボモータとプーリ支持部のシャフトを連結してもよい。減速機を使用することにより、より重量（慣性）が大きい供試体の試験が可能になる。また、より低容量のサーボモータの使用が可能になるため、装置の小形化・軽量化や低コスト化が可能になる。
【0149】
上記の各実施形態においては、テーブル１２４０に与えられる加速度が制御されている（すなわち、加速度によって衝撃が表現されている）が、本発明はこの構成に限定されない。例えば、速度や加加速度（jerk）によってテーブル１２４０を制御してもよい。
【0150】
上記の各実施形態においては、テーブルの加速度が制御されるが、本発明はこの構成に限定されない。例えば、供試体（例えばテーブルに取り付けられるシートや、シートに乗せられるダミー等）の所定箇所における加速度（衝撃）を制御対象としてもよい。
【0151】
上記の各実施形態においては、直線運動案内機構としてレールと略直方体状のキャリッジから構成されるリニアガイドが使用されるが、本発明はこの構成に限定されない。例えば、リニアガイドに替えて又は加えて、ボールスプラインやリニアブッシュ等の転動体を使用する転がり案内機構を使用してもよい。
【0152】
上記の各実施形態においては、直線運動案内機構（リニアガイド）の転動体としてボールが使用されているが、本発明はこの構成に限定されない。例えば、転動体としてローラを使用してもよい。
【0153】
上記の各実施形態においては、直線運動案内機構（リニアガイド）の転動体の材質に窒化ケイ素が使用されているが、本発明はこの構成に限定されない。例えば、炭化ケイ素やジルコニア等の別の種類のセラミックス材料を使用してもよく、ステンレス鋼を使用してもよい。
【0154】
上記の各実施形態においては、テーブル１２４０は、左右一対のリニアガイド２３によって駆動方向のみに移動可能に支持されているが、本発明はこの構成に限定されない。例えば、３つ以上のリニアガイド２３によって支持される構成としてもよい。リニアガイド２３の数を増やすことにより、テーブル１２４０の支持の剛性が向上する。供試体の重量や必要な試験精度に応じて使用するリニアガイド２３の数が決定される。
【0155】
上記の各実施形態においては、２本又は４本の歯付ベルト１１２０が使用されているが、本発明はこの構成に限定されない。例えば、供試体の重量や試験加速度の大きさに応じて、１本、３本又は５本以上の歯付ベルト１１２０を使用してもよい。
【0156】
上記の各実施形態においては、歯付ベルト１１２０はエンドレスベルト（無端ベルト）であるが、本発明はこの構成に限定されない。歯付ベルト１１２０は、長さ方向（駆動方向）に離れた２箇所でベルトクランプ１８によってテーブル１２４０に固定されるため、オープンエンドベルトを使用することもできる。
【0157】
上記の各実施形態においては、１本の歯付ベルト１１２０を固定する二つのベルトクランプ１８が別体に形成されているが、これらを一体に形成してもよい。
【0158】
上記の各実施形態においては、テーブル１２４０とベルトクランプ１８のテーブル取付部１１８１が別体に形成されているが、これらを一体に形成してもよい。例えば、テーブルの下面に歯付ベルトが嵌め込まれる溝やクランプ板をボルト止めするための螺子穴を設けることにより、テーブルに直接歯付ベルトを固定することができる。
【0159】
上記の各実施形態においては、駆動源にＡＣサーボモータが使用されているが、運動制御が可能であれば他の種類のアクチュエータを使用することもできる。例えば、ＤＣサーボモータや、ステッピングモータ、インバータモータ等を使用してもよい。また、油圧モータや空圧モータを使用することもできる。
【0160】
上記の実施形態においては、フレーム１２２０の取付部１２２１、レール支持部１２２２及び連結部１２２３が、それぞれ角柱状の構造材であるが、本発明はこの構成に限定されない。取付部１２２１は、その下面にベースブロック１２１０上に設置するための平面を有していれば、他の形状であってもよい。レール支持部１２２２は、その上面にレール１２３１を取り付けるための平面を有していれば、他の形状であってもよい。また、連結部１２２３は、取付部１２２１とレール支持部１２２２とを十分な強度で連結するものであれば、他の形状であってもよい。
【0161】
上述した本発明の一実施形態は、以下のように説明することもできる。
【0162】
本発明の一実施形態に係る衝突模擬試験装置は、供試体が取り付けられるテーブルと、テーブルを駆動方向に駆動する歯付ベルトと、を備え、歯付ベルトがカーボン心線を備えたものである。
【0163】
上記の衝突模擬試験装置において、歯付ベルトが巻掛けられた一対の歯付プーリと、歯付ベルトをテーブルに解除可能に固定するベルトクランプと、を備え、歯付ベルトが、長さ方向に離れた２箇所の固定位置においてテーブルに固定された構成としてもよい。
【0164】
この構成によれば、ベルトクランプがテーブルに固定されるため、ベルトクランプの荷重によって歯付ベルトが揺さ振られることによる歯飛びの発生が抑制され、テーブルの駆動制御が向上する。
【0165】
上記の衝突模擬試験装置において、歯付ベルトが、少なくとも１箇所の固定位置において、歯付ベルトの有効長さを調整可能に固定された構成としてもよい。
【0166】
この構成によれば、歯付ベルトの有効長さの調整が容易になる。
【0167】
上記の衝突模擬試験装置において、互いに平行に並べられた複数の歯付ベルトを備え、テーブルが、複数の歯付ベルトによって駆動可能である構成としてもよい。
【0168】
この構成によれば、質量の大きな供試体にも必要な衝撃を与えることが可能になる。
【0169】
上記の衝突模擬試験装置において、複数の歯付ベルトの有効長さが同一である構成としてもよい。
【0170】
この構成によれば、各歯付ベルトの応答特性が揃うため、各歯付ベルトに対して同じ条件（例えば、同じ時定数）で制御を行うことが可能になる。そのため、より簡単な制御によって複数の歯付ベルトを駆動することが可能になり、制御装置に必要な処理能力を抑えることができる。
【0171】
上記の衝突模擬試験装置において、一対の歯付プーリの少なくとも一方が駆動プーリであり、駆動プーリを駆動する駆動モジュールを備えた構成としてもよい。
【0172】
上記の衝突模擬試験装置において、駆動モジュールが、電動機を備えた構成としてもよい。
【0173】
この構成によれば、油圧が不要であるため、油圧供給設備を設置する必要が無い。そのため、広い設置スペースが不要であり、油圧供給設備のメンテナンスも負担も不要である。また、作動油によって周辺環境が汚染されことも無く、クリーンで安全な環境で試験を行うことが可能になる。
【0174】
上記の衝突模擬試験装置において、電動機が、サーボモータである構成としてもよい。
【0175】
上記の衝突模擬試験装置において、電動機の慣性モーメントが、０．０２ｋｇ・ｍ２以下である構成としてもよい。
【0176】
この構成によれば、大加速度の発生が可能になる。
【0177】
上記の衝突模擬試験装置において、電動機の慣性モーメントが、０．０１ｋｇ・ｍ２以下である構成としてもよい。
【0178】
上記の衝突模擬試験装置において、駆動モジュールが、電動機の出力を減速する減速機を備えた構成としてもよい。
【0179】
この構成によれば、慣性の大きな供試体の試験も可能になる。
【0180】
上記の衝突模擬試験装置において、記駆動モジュールが、電動機により駆動されるシャフトと、シャフトを回転可能に支持する軸受と、を備え、駆動プーリが、シャフトに取り付けられた構成としてもよい。
【0181】
上記の衝突模擬試験装置において、駆動モジュールが、一対の電動機を備え、シャフトの両端が、一対の電動機にそれぞれ連結された構成としてもよい。
【0182】
この構成によれば、より大きな動力でシャフトを駆動することができる。また、２台の電動機を使用する場合、シャフトを共用することにより、軸受を削減することが可能になり、装置をコンパクトにすることができる。
【0183】
上記の衝突模擬試験装置において、複数の歯付ベルトをそれぞれ駆動する複数の駆動モジュールを備え、複数の駆動モジュールのうち二つが駆動プーリの軸方向に並べて配置された構成としてもよい。
【0184】
この構成によれば、駆動プーリを駆動する動力伝達経路を短くすることができ、動力伝達経路の慣性モーメントを低くし、より大きな加速度での駆動が可能になる。
【0185】
上記の衝突模擬試験装置において、複数の歯付ベルトをそれぞれ駆動する複数の駆動モジュールを備え、複数の駆動モジュールのうち二つが、複数の歯付ベルトを挟んで、駆動方向に並べて配置された構成としてもよい。
【0186】
この構成によれば、駆動プーリを駆動する動力伝達経路を短くすることができ、動力伝達経路の慣性モーメントを低くし、より大きな加速度での駆動が可能になる。
【0187】
上記の衝突模擬試験装置において、駆動モジュールが、複数の歯付ベルトのうち少なくとも二つをそれぞれ駆動する、少なくとも二つの歯付プーリを備え、この少なくとも二つの歯付プーリが、シャフトに取り付けられた構成としてもよい。
【0188】
この構成によれば、少なくとも二つの歯付ベルトが一本のシャフトによって駆動されるため、この少なくとも二つの歯付ベルトの駆動を完全に同期させることが可能になり、より高精度の駆動が可能になる。
【0189】
上記の衝突模擬試験装置において、一対の歯付プーリが、いずれも駆動プーリである構成としてもよい。
【0190】
この構成によれば、歯付ベルトをより高い動力で駆動することが可能になる。
【0191】
上記の衝突模擬試験装置において、駆動モジュールが、一対の歯付プーリの一方を駆動する第１駆動モジュールと、一対の歯付プーリの他方を駆動する第２駆動モジュールと、を含む構成としてもよい。
【0192】
上記の衝突模擬試験装置において、一つ以上の駆動モジュールに、合わせて複数の電動機が備わり、複数の電動機を同期制御する制御部を備え、制御部が、光ファイバ通信を用いて各電動機を高速制御する構成としてもよい。
【0193】
この構成によれば、テーブルを十分に高い精度で駆動することが可能になる。
【0194】
上記の衝突模擬試験装置において、テーブルを駆動方向に押し出すプッシャと、テーブル及びプッシャを駆動方向に移動可能に支持するリニアガイドと、テーブルとの衝突により供試体に与える衝撃を発生する衝撃発生部と、を備え、歯付ベルトが、テーブル及びプッシャのそれぞれに固定可能であり、テーブル及びプッシャのいずれか一方に解除可能に固定され、歯付ベルトがテーブルに固定されているときは、駆動モジュールが供試体に与える衝撃を発生して、衝撃が歯付ベルトによりテーブルに伝達され、歯付ベルトがプッシャに固定されているときは、プッシャによって押し出されたテーブルが衝撃発生部と衝突することにより供試体に与える衝撃が発生する構成としてもよい。
【0195】
上記の衝突模擬試験装置において、衝撃発生部が、固定部と、テーブルが衝突可能な位置に配置された衝撃部と、固定部と衝撃部との間で衝撃を緩和する緩衝部と、を備えた構成としてもよい。
【0196】
上記の衝突模擬試験装置において、緩衝部が、衝撃部に取り付けられた可動フレームと、駆動方向において可動フレームを間に挟むように配置され、固定部に取り付けられた、一対のアームと、可動フレームと各アームとの間に挟み込まれたばねと、を備えた構成としてもよい。
【0197】
上記の衝突模擬試験装置において、テーブルが、衝撃発生部に向かって突出した第１衝突柱を備え、衝撃発生部の衝撃部が、第１衝突柱に向かって突出した第２衝突柱を備え、第１衝突柱及び第２衝突柱の少なくとも一方が、ダンパ及びばねの少なくとも一つを備えた緩衝装置である構成としてもよい。
【0198】
上記の衝突模擬試験装置において、リニアガイドが、駆動方向に延びたレールと、転動体を介してレール上を走行するキャリッジと、を備え、キャリッジが、テーブルに取り付けられた第１キャリッジと、プッシャに取り付けられた第２キャリッジと、を含む構成としてもよい。
【0199】
上記の衝突模擬試験装置において、歯付ベルトがエラストマーから形成された本体部を備え、エラストマーが、硬質ポリウレタン及び水素添加アクリロニトリルブタジエンゴムのいずれかを含む構成としてもよい。
【0200】
この構成によれば、歯飛びの発生が抑制され、テーブルをより高い精度で駆動することが可能になる。
【0201】
上記の衝突模擬試験装置において、テーブルを駆動方向に案内するリニアガイドを備え、リニアガイドが、駆動方向に延びたレールと、転動体を介してレール上を走行するキャリッジと、を備えた構成としてもよい。
【0202】
この構成によれば、駆動方向以外のテーブルの不要な運動が抑制されるため、テーブルをより高い精度で駆動することが可能になる。また、低損失の転がり案内の採用により、より少ない動力でテーブルを駆動することが可能になると共に、案内手段に焼き付きが生じ難くなるため、テーブルをより大きな加速度で駆動することが可能になる。
【0203】
上記の衝突模擬試験装置において、転動体が、セラミックス材料から形成された構成としてもよい。
【0204】
上記の衝突模擬試験装置において、セラミックス材料が、窒化ケイ素、炭化ケイ素及びジルコニアのいずれかを含む構成としてもよい。
【0205】
この構成によれば、セラミックス材料から形成された転動体は、一般的な鋼製のものと比べて、軽量で、耐熱性が高く、高精度であるという特徴がある。そのため、焼き付きが生じ難く、テーブルをより大きな加速度で駆動することが可能になる。
【0206】
特許文献１に記載の装置は、ピストンによって押し出されたスレッドが惰性で長距離走行するため、装置の全長は非常に長いものとなり、広い設置スペースを必要とした。本発明の一実施形態によれば、小型で高精度の衝突模擬試験装置が実現する。
【符号の説明】
【0207】
１０００ … 衝突模擬試験装置（第１実施形態）
１１００ … ベルト機構
１２００ … 試験部
１３００ … 前方駆動部
１４００ … 後方駆動部
１５００ … 制御部
２０００ … 衝突模擬試験装置（第２実施形態）
３０００ … 衝突模擬試験装置（第３実施形態）
４０００ … 衝突模擬試験装置（第４実施形態）
５０００ … 衝突模擬試験装置（第５実施形態）
６０００ … 衝突模擬試験装置（第６実施形態）
７０００ … 衝突模擬試験装置（第７実施形態）
１１００ … ベルト機構
１２００ … 試験部
１３００ … 前方駆動部
１４００ … 後方駆動部
１５００ … 制御部
２０００ … 衝突模擬試験装置（第２実施形態）
３０００ … 衝突模擬試験装置（第３実施形態）
４０００ … 衝突模擬試験装置（第４実施形態）
５０００ … 衝突模擬試験装置（第５実施形態）
６０００ … 衝突模擬試験装置（第６実施形態）
７０００ … 衝突模擬試験装置（第７実施形態）
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】