JP2000028507A - 摩擦摩耗試験機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 複雑な機械構成を機能別に単一化して、全体
の組立や配置の変更、および接触形態の変更を含めた試
験条件の変更が容易な摩擦摩耗試験機を提供する。 【解決手段】 前記一対の試験片を保持し、一体として
交換することにより前記試験片の接触形態を変更できる
試験モジュール１１と、負荷軸５に対して所定の負荷を
与え、一体として交換することにより前記所定の負荷を
変更できる負荷モジュール１３と、駆動軸２に対して所
定の駆動力を与え、一体として交換することにより前記
所定の駆動力を変更できる駆動モジュール１２と、を備
えてなる構造である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、摩擦摩耗試験機に
関し、さらに詳しくは、潤滑油、材料の摩擦摩耗特性を
評価、判定するために用いられる摩擦摩耗試験機に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、摩擦摩耗試験機は、回転駆動され
る駆動軸と、軸方向に負荷が与えられる負荷軸を同軸上
に間隔をあけて対向させ、それぞれの軸の先端に一対の
試験片を固定し、前記一対の試験片を所定の負荷で接触
させ、駆動軸側の試験片の回転によって連れ回る負荷軸
側の試験片の回転トルクを、トルク測定用ロードセルで
測定するものである。前記負荷の値と、トルクの値から
摩擦係数を算出することができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
ような摩擦摩耗試験機の多くは規格化されておらず又複
雑な機械構成を有しており、トライボロジー特有の特性
を評価することが難しいという問題がある。

【０００４】例えば、前述の摩擦摩耗試験機では、駆動
軸および従動軸を支持する支柱および基台に、環境ボッ
クス、環境設定器、駆動モータ、ギアボックス、負荷装
置、コントローラなどの機能の異なる装置が複雑に配置
されており、組立や配置の変更などが困難であり、ま
た、試験条件の設定および変更が難しい。

【０００５】本発明は、従来の技術の有するこのような
問題点に鑑みてなされたものであり、複雑な機械構成を
機能別に単一化して、全体の組立や配置の変更、および
接触形態の変更を含めた試験条件の変更が容易な摩擦摩
耗試験機を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１にかかる発明
は、回転駆動される駆動軸と、軸方向に負荷が与えられ
る負荷軸を同軸に間隔をあけて対向させ、一対の試験片
をそれぞれの軸の先端に直接又は間接に固定し、前記一
対の試験片を所定の負荷値で接触させ、駆動軸側の試験
片の回転によって従動する負荷軸側の試験片の回転トル
クを測定する摩擦摩耗試験機であって、（ａ）前記一対
の試験片を保持し、一体として交換することにより前記
試験片の接触形態を変更できる試験モジュールと、
（ｂ）前記負荷軸に対して所定の負荷を与え、一体とし
て交換することにより前記所定の負荷を変更できる負荷
モジュールと、（ｃ）前記駆動軸に対して所定の駆動力
を与え、一体として交換することにより前記所定の駆動
力を変更できる駆動モジュールと、を備えてなることを
特徴とする摩擦摩耗試験機である。試験モジュールを交
換することにより、一対の試験片の接触形態が変更で
き、負荷モジュールを交換することにより、一対の試験
片に対する負荷の程度を変更でき、駆動モジュールを交
換することにより、一対の試験片に対する摩擦速度の程
度を変更することができる。これにより、接触形態及び
運転状況の大部分をカバーすることができる。なお、試
験モジュールは、駆動軸の先端と、負荷軸の先端の枠体
に取り付けられた容器との間に設置される。容器は油容
器として構成され、試験片に油を塗布しない状態（乾
燥潤滑試験）、または、試験片を油に浸漬した状態（
油浴潤滑試験）を形成することができる。さらに、容器
には、温度調節手段が設けられており、温度環境も設定
できる。

【０００７】請求項２にかかる発明は、さらに、（ｄ）
前記試験モジュール周りの環境を保持する環境槽に対し
て接続可能であり、前記環境槽内の環境を変更できる環
境モジュールと、を備えてなる請求項１記載の摩擦摩耗
試験機である。環境槽に接続される環境モジュールを変
えると、真空雰囲気又はガス雰囲気等の環境状況を変更
することができる。環境槽は、真空雰囲気等の気体環境
を形成することができ、置換されるガスとしては、窒
素、アルゴン等を選択できる。

【０００８】請求項３にかかる発明は、前記試験モジュ
ールは、前記駆動軸の先端と前記負荷軸の先端に取り付
けられた枠体からつり下げられた容器との間に設置さ
れ、前記回転トルクの測定手段が、前記容器が前記枠体
に及ぼすトルクを測定するように設けられた請求項１記
載の摩擦摩耗試験機である。一対の試験片におけるトル
クは容器に伝わり、容器が枠体に及ぼすトルクとして測
定されるため、ロスが少ない。

【０００９】請求項４にかかる発明は、前記試験モジュ
ールは、前記駆動軸の先端と前記負荷軸の先端に取り付
けられた枠体からつり下げられた容器との間に設置さ
れ、前記負荷値の測定手段が、前記負荷軸が前記枠体に
及ぼす負荷を測定するように設けられた請求項１記載の
摩擦摩耗試験機である。一対の試験片に対する負荷は、
負荷軸から枠体に伝わり、負荷軸が前記枠体に及ぼす負
荷として測定されるため、ロスが少ない。

【００１０】請求項５にかかる発明は、前記枠体は、ク
ロスジョイントを介して前記容器を面揺動自在に取り付
けられている請求項３又は４記載の摩擦摩耗試験機であ
る。駆動軸の先端と容器の間にある試験モジュールの平
行な接触が、枠体の所謂ジンバル構造で確保される。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
参照しつつ説明する。図１は、本発明の摩擦摩耗試験機
の概略説明図である。

【００１２】本発明の摩擦摩耗試験機は、フレーム１
と、駆動軸２と、試験モジュール１１と、容器３と、枠
体４と、負荷軸５と、環境槽６と、駆動モジュール１２
と、負荷モジュール１３と、環境モジュール１４と、制
御モジュール１５とを備えてなる。

【００１３】駆動軸２は、フレーム１の張出部１ａに取
り付けられた軸受台２１に回転自在に支持されている。
負荷軸３は、フレーム１の台部１ｂに取り付けられたス
ライドベアリング付きの軸受台２２に軸方向に移動自在
に支持されている。そして、上側の駆動軸２と下側の負
荷軸５は同軸に配設されている。

【００１４】負荷軸５の先端に枠体４が取り付けられ、
枠体４に容器３が取り付けられている。そして、容器３
と駆動軸２の先端との間に、試験モジュール１１が交換
可能に配設されている。また、環境槽６が上側の軸受台
２１と下側の軸受台２２の間に取り付けられ、試験モジ
ュール１１と容器３と枠体４とが環境槽６の内部に位置
する構造になっている。

【００１５】図２の詳細断面図に示されるように、環境
槽６は、窓部２３と、フランジ部２４と、スライド部２
５とを備えている。また、負荷軸５は環境維持のための
ベローズ２６を備える。このような構造であるため、試
験モジュール１１の部品の交換は、フランジ部２４を外
し環境槽６の本体をスライド部２５で下方に摺動させて
行うことができる。

【００１６】枠体４の詳細構造が図３に示される。図３
（ａ）は上面図、図３（ｂ）は側面図である。図示の如
く、枠体４は、クロスジョイントを介して容器を面揺動
自在に取り付けることができるジンバル構造になってい
る。この枠体４は、負荷軸５に取り付けられる第１枠体
３１と、第１枠体３１に対して第１ジョイント部３２を
介して揺動自在に支持される第２枠体３３と、第２枠体
３３から繰り下げられる板バネ部３４と、板バネ部３４
の下側の第２ジョイント部３５とからなる。第１ジョイ
ント部３２の軸芯と第２ジョイント部３５の軸芯が９０
度でクロスする構造であるため、第２ジョイント部３５
に取り付けられた容器３（図２参照）は、面揺動自在に
枠体４に取り付けられている。

【００１７】第１枠体３１と負荷軸５の取付部分には、
軸方向の負荷に応じた変形を許容するするものの回転方
向の変形が阻止された板バネ部材３６が位置している。
この板バネ部材３６に歪みゲージ３７（負荷測定手段）
を取り付けることにより、負荷軸５による上下方向の負
荷値が枠体４に直接的に及ぼす力として測定できるよう
になっている。

【００１８】また、第２ジョイント３５の回動を止める
ように、板部材３８が第２枠体３３から垂下されてい
る。図示されない容器に及ぼされるトルクは、板部材３
８の曲げとなり、板部材３８に取り付けられた歪みゲー
ジ３９（トルク測定手段）により、図示されない容器が
枠体４に直接的に及ぼすトルクとして測定できるように
なっている。

【００１９】図２に戻り、試験モジュール１１は、駆動
軸２に着脱自在なチャック部４１と、一方の試験片とな
るテストピース４２と、他方の試験片となるピン４３
と、ピン４３を支え、容器３の底に着脱自在に固定され
るホルダー部４４とを備えてなる。容器３は油容器とな
っており、一対の試験片４２、４３に油を塗布しない乾
燥潤滑試験、または一対の試験片４２、４３を油に浸漬
した油浴潤滑試験のいずれかを形成することができる。
さらに、容器３の底の裏側には、温度調節手段としての
ヒータ４５が設けられており、容器３即ち環境槽６の内
部の温度環境も設定できる構造になっている。

【００２０】このような試験モジュール１１の交換可能
な形態が、図４に示される。図４（ａ）は、図２に示し
たものと同じピンタイプである。一方の試験片としての
ディスクと他方の試験片としてのピンによるピンオンデ
ィスク試験の面接触試験が可能である。このピンオンデ
ィスク試験は３ピン又は１ピンに切り替え可能である。

【００２１】図４（ｂ）は、ローラ４６を他方の試験片
とするものである。ローラ４６の接点を周方向に配設す
ることにより、ローラオンリングの線接触試験が可能で
ある。ローラ４６は３個又は一個に切り替え可能であ
る。

【００２２】図４（ｃ）は、ベーン４７を他方の試験片
とするものである。ベーン４７の長手方向を放射状に配
設することにより、ベーンオンディスクの面接触試験が
可能である。

【００２３】図４（ｄ）は、球４８を他方の試験片とす
るものである。下側の３個の球４８の上に一個の球４８
を載せる構造にし、周囲をテーパ状の受けで覆うと、互
いに接触する３点接触の点接触試験が可能になる。

【００２４】図１に戻り、負荷モジュール６、駆動モジ
ュール７は、フレーム１に、交換可能に支持されてい
る。

【００２５】負荷モジュール６は、負荷スプリング５１
と、ジャッキ５２と、負荷モータ５３とを共通板５４の
上に載せてユニットにした構造である。この負荷モジュ
ール６は、フレーム１に軸支された負荷レバー７の他端
に負荷を及ぼすことができる。負荷レバー７の一端は、
負荷軸５に対して負荷を及ぼすことができる。負荷モジ
ュール６を一体で交換することにより、負荷のレンジを
高い側又は低い側にシフトさせることができる。なお、
負荷レバー７も一体にした負荷モジュールとして構成す
ることもできる。

【００２６】駆動モジュール７は、駆動軸２に嵌入され
る第１プーリ５６と、ベルト５７と、第２プーリ５８
と、駆動モータ５９と、フランジ６０とをユニットにし
た構造である。駆動モータ５９を変える場合、フレーム
１に取り付けられるフランジ６０以降を交換すればよ
い。プーリ５６、５８とベルト５７は、負荷容量が足り
なくなると、ベルト本数を増やしたものに変更すればよ
い。なお、この駆動モジュール７は、歯車式減速装置を
使った一体構造にし、駆動軸２に対して一体として交換
できる構成にすることもできる。

【００２７】環境モジュール１４は、環境槽６に至る配
管のフランジ６１以降が交換可能になっている。真空ポ
ンプやガス置換装置をフランジ６１に接続することによ
り、環境槽６内を真空雰囲気又はガス雰囲気に変えるこ
とができる。

【００２８】制御モジュール１５は、駆動軸２の回転数
を制御するとともに、試験片の温度を調節する温度調節
手段４５、試験片４にかかるトルクを測定するトルク測
定手段３９、および、軸方向にかかる負荷を測定する負
荷測定手段３７に接続されて、各データを取得する操作
部６２と、操作モジュール１０に接続されて演算・制御
モジュール６３と、各データ処理を行うとともに、処理
結果を出力する出力手段としてのプリンタ６４を備える
ものである。

【００２９】図５に、装置全体の構成が図示される。図
５（ａ）は正面図であり、図５（ｂ）は側面図である。
装置全体が四角枠内に納まっており、負荷モジュール１
３が一体として交換可能であり、駆動モジュール１２は
フランジ６１以降において交換可能であることが判る。

【００３０】つぎに、上述した構造の摩擦摩耗試験機に
よる試験の実施を図１により説明する。図４のうちの所
定の形式の接触形態の試験モジュール１１を、駆動軸２
の先端と容器３の底とに固定的に設置する。容器３内を
乾燥潤滑または油に浸漬した状態油浴潤滑にする。環境
槽６に接続される環境モジュール１４を変え、真空雰囲
気又はガス雰囲気等の所定の環境状況に設定する。

【００３１】操作部６２により、負荷モジュール１３の
出力を調整し、負荷軸５に所定の負荷を及ぼす。操作部
６２により、駆動モジュール１２の出力を調整し、駆動
軸２の回転を所定にする。そして、摩擦摩耗試験を開始
する。操作部６２には、負荷の程度、トルクの程度、容
器内の温度、駆動軸２の回転数が入力され、摩擦摩耗の
データが演算制御部６３で演算され、プリンタ６４に打
ち出される。

【００３２】摩擦摩耗の接触形態の変更は、環境槽６を
下げて、試験モジュール１１を一体として変更すること
により行うことができる。駆動力のレンジの変更は、フ
レーム１などに対する駆動モジュール１２の一体の変更
により行うことができる。負荷のレンジの変更は、フレ
ーム１などに対する負荷モジュール１３の一体の変更に
より行うことができる。環境モジュール１４の変更は、
フランジ６１以降の接続を変更することによりできる。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載の発
明によると、試験モジュールと、負荷モジュールと、駆
動モジュールとを交換可能に構成したので、一対の試験
片の接触形態や運転状況等の摩擦条件の変更に幅広く対
応でき、摩擦摩耗特性を幅広く判定、評価することがで
きる。また、これらモジュールによる組立式であるの
で、試験機の配置の自由度が大きく、机上等の限られた
スペースに配置することができる。

【００３４】請求項２の発明によると、更に環境モジュ
ールが交換可能に設けられ、摩擦の雰囲気も変更でき、
更に摩擦条件の変更に幅広く対応でき、摩擦摩耗特性を
幅広く判定、評価することができる。

【００３５】請求項３の発明によると、一対の試験片に
おけるトルクを容器が枠体に及ぼすトルクとして測定す
るため、ロスが少なく、正確に測定でき、高精度の摩擦
摩耗データを取得することができる。

【００３６】請求項４の発明によると、一対の試験片に
おける負荷を負荷軸が前記枠体に及ぼす負荷として測定
するため、ロスが少なく、正確に測定でき、高精度の摩
擦摩耗データを取得することができる。

【００３７】請求項５の発明によると、試験モジュール
の平行な接触が枠体の所謂ジンバル構造で確保されるの
で、誤差の少ない正確な摩擦摩耗データを取得すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の摩擦摩耗試験機の概略説明図である。

【図２】試験モジュール回りの断面図である。

【図３】枠体の構造を示す図である。

【図４】種々の試験モジュールを示す断面図である。

【図５】摩擦摩耗試験機の全体図である。

【符号の説明】

１ フレーム ２ 駆動軸 ３ 容器 ４ 枠体 ５ 負荷軸 ６ 環境槽 １１ 試験モジュール １２ 駆動モジュール １３ 負荷モジュール １４ 環境モジュール １５ 制御モジュール ３７ 歪みゲージ（負荷測定手段） ３８ 歪みゲージ（トルク測定手段）

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転駆動される駆動軸と、軸方向に負荷
   が与えられる負荷軸を同軸に間隔をあけて対向させ、一
   対の試験片をそれぞれの軸の先端に直接又は間接に固定
   し、前記一対の試験片を所定の負荷値で接触させ、駆動
   軸側の試験片の回転によって従動する負荷軸側の試験片
   の回転トルクを測定する摩擦摩耗試験機であって、
   （ａ）前記一対の試験片を保持し、一体として交換する
   ことにより前記試験片の接触形態を変更できる試験モジ
   ュールと、（ｂ）前記負荷軸に対して所定の負荷を与
   え、一体として交換することにより前記所定の負荷を変
   更できる負荷モジュールと、（ｃ）前記駆動軸に対して
   所定の駆動力を与え、一体として交換することにより前
   記所定の駆動力を変更できる駆動モジュールと、を備え
   てなることを特徴とする摩擦摩耗試験機。
2. 【請求項２】 さらに、（ｄ）前記試験モジュール周り
   の環境を保持する環境槽に対して接続可能であり、前記
   環境槽内の環境を変更できる環境モジュールと、を備え
   てなる請求項１記載の摩擦摩耗試験機。
3. 【請求項３】 前記試験モジュールは、前記駆動軸の先
   端と前記負荷軸の先端に取り付けられた枠体からつり下
   げられた容器との間に設置され、 前記回転トルクの測定手段が、前記容器が前記枠体に及
   ぼすトルクを測定するように設けられた請求項１記載の
   摩擦摩耗試験機。
4. 【請求項４】 前記試験モジュールは、前記駆動軸の先
   端と前記負荷軸の先端に取り付けられた枠体からつり下
   げられた容器との間に設置され、 前記負荷値の測定手段が、前記負荷軸が前記枠体に及ぼ
   す負荷を測定するように設けられた請求項１記載の摩擦
   摩耗試験機。
5. 【請求項５】 前記枠体は、クロスジョイントを介して
   前記容器を面揺動自在に取り付けられている請求項３又
   は４記載の摩擦摩耗試験機。