JP2001141631A - 摩擦摩耗試験機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 試料の歪みや偏荷重によるトルクロスがな
く、正確な計測が可能な摩擦摩耗試験機を提供する。 【解決手段】第１の試料（１１）に所定の運動を付与す
る駆動手段（２１）と、第１の試料（１１）に第２の試
料（１２）を所定の押圧力で圧接させる圧接手段（３
４）とを備え、第１の試料（１１）に第２の試料（１
２）を圧接させた状態で第１の試料（１１）を運動させ
て第１の試料と第２の試料との間の摩擦力或いは第１ま
たは第２の試料の摩耗量を測定する摩擦摩耗試験機にお
いて、第１の試料（１１）の、第２の試料が圧接される
側と反対の側から第２の試料の押圧力と同じ押圧力を加
える押圧手段（４１、４３）を備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、金属やセラミッ
ク等の表面の摩擦力や摩耗量を評価するための摩擦摩耗
試験機に関する。

【０００２】

【従来の技術】平板状の部材（第１の試料）に同一また
は他の部材（第２の試料）を圧接させた状態で平板状の
部材を摺動させて、これら部材間の摩擦力や摩耗量の変
化を評価する摩擦摩耗試験機が各種知られている。

【０００３】例えば図５（ａ）に示すように、平板状の
部材１１の上側からチップ状の部材１２を圧接させた状
態で平板状の部材１１を回転させて、平板状の部材の回
転軸に発生するトルクを検出することにより摩擦力を検
出する摩擦試験機や、同図（ｂ）に示すように平板状の
部材１１の上側からチップ状の部材１２を圧接させた状
態で平板状の部材１１を水平往復動させて、チップ状の
部材１２に働く横方向の力を、チップ状の部材１２に接
触させた引張り圧縮型のセンサ（図示せず）で検出する
ことにより摩擦力を検出する摩擦試験機などがある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような従来の摩擦
試験機は、チップ状の部材１２を平板状の部材１１の片
側（図示するものでは上側）から押しつけるようにして
いるため、図５（ａ）に示すものでは受け側である回転
軸に押し付けによるトルクロスが発生するという問題
や、押し付け力の方向が回転軸の中心とずれると平板状
の部材１１の安定した回転を確保することができず、結
果として安定した摩擦力の測定ができないという問題が
あった。また図５（ｂ）に示すものでは、平板状の部材
１１が摩耗したり押し付け力によって歪んだりすると、
部材１１に偏荷重がかかりトルクロスが発生し正確な測
定ができないという問題があった。

【０００５】そこで本発明は、トルクロスがなく安定し
た測定が可能な摩擦摩耗試験機を提供することを目的と
する。また本発明は、荷重や摩耗による接触位置の変化
があった場合でも対応でき正確な計測が可能な摩擦摩耗
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】本発明は、平板状の部材
に対しその両側から等しい荷重をかけた状態で摩擦試験
を行なうことにより、安定且つ正確な測定を可能にし
た。即ち、本発明の摩擦摩耗試験機は、第１の試料に所
定の運動を付与する駆動手段と、前記第１の試料に第２
の試料を所定の押圧力で圧接させる圧接手段とを備え、
前記第１の試料に第２の試料を圧接させた状態で第１の
試料を運動させて第１の試料と第２の試料との間の摩擦
力或いは第１または第２の試料の摩耗量を測定する摩擦
摩耗試験機において、第１の試料の、第２の試料が圧接
される側と反対の側から第２の試料の押圧力と同じ押圧
力を加える押圧手段を備えたことを特徴とする。

【０００７】本発明の摩擦摩耗試験機は、好適には第２
の試料に、第１の試料と第２の試料との間の摩擦力を測
定する手段を備えている。これにより第１の試料と押圧
手段との間に生じる摩擦力による影響を排除することが
できる。

【０００８】本発明の摩擦摩耗試験機は、好適には第２
の試料と圧接手段との間に第２の試料と圧接手段との間
の摩擦を最小にする摩擦低減手段を備えている。

【０００９】本発明の摩擦摩耗試験機の一態様として、
駆動手段は、第１の試料を、第２の試料と押圧手段との
間で往復動するよう駆動する。

【００１０】本発明の摩擦摩耗試験機の別の態様とし
て、駆動手段は、第１の試料を、第２の試料と押圧手段
との間で回転するよう駆動する。この場合、第１の試料
の回転は、第２の試料の押圧力の方向と平行な軸を回転
軸とする回転でも、第２の試料の押圧力の方向に垂直な
軸を回転軸とする回転でもよい。

【００１１】このような本発明の摩擦摩耗試験機によれ
ば、第１の試料に対し上下或いは左右から均等な押し付
け力が働くので、第１の試料に歪みや摩耗が生じても偏
荷重がかかることなく、偏荷重に起因するトルクロスを
なくすことができる。また第１の試料を回転する場合
に、回転が不安定になったりすることことなく安定した
測定が可能となる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。

【００１３】図１は、本発明に係る摩擦摩耗試験機の一
実施例を示す図で、この摩擦摩耗試験機は、主として第
１の試料である試料ディスク１１を駆動する機構と、試
料ディスク１１に対し第２の試料である試料チップ１２
を上から押し付ける機構と、試料ディスク１１の下側か
ら試料ディスク１１を押圧する機構と、試料チップ１２
に取り付けられ、試料ディスク１１と試料チップ１２と
の間の摩擦力を検出する機構と、摩擦力や摩耗量を計算
する制御・計測部とからなり、試料ディスク１１及び試
料チップ１２は、筐体１０内に納められている。筐体１
０には必要に応じてオイル、ガス等が充填される。また
筐体１０は、図示しない加熱手段により或いは供給する
オイルやガスの温度を制御することにより常温のみなら
ず高温下での計測が可能になっている。

【００１４】試料ディスク１１を駆動する機構は、モー
ターの回転を水平往復運動に変えるカム機構部（図示せ
ず）と、カム機構部に連結された連結シャフト２１と、
デイスクホルダー２２とからなり、連結シャフト２１は
筐体１０の側壁に摺動自在に支持されている。試料ディ
スク１１はディスクホルダー２２にネジ等によって固定
され、連結シャフト２１と一体的に矢印Ａ方向に往復動
する。

【００１５】試料チップ１２を押圧する機構は、試料チ
ップ１２を固定したチップホルダ３１と、チップホルダ
３１とクロスローラ３２で連結された保持具３３と、保
持具３３に垂直方向の押圧力を付与する第１のシリンダ
３４と、保持具３３と第１のシリンダ３４との間に介在
し、保持具３３の昇降を案内する昇降ガイド３５とから
なる。

【００１６】クロスローラ３２とは、精密ローラを交互
に直交させて組込んだケージと、Ｖ溝を設けたレールと
を、ローラとＶ溝とが対向するように組合せたもので、
レールの長手方向に低摩擦運動を可能にする。ここでは
チップホルダ３１と保持具３３とをクロスローラ３３で
連結することにより、試料チップ押圧時に保持具３３と
チップホルダ３１間に働く摩擦力を最小にし、チップホ
ルダ３１とそれに固定された試料チップ１２が水平方向
に自由に動くことを可能にしている。

【００１７】昇降ガイド３５は下端に保持具３３が固定
されるとともに上端で第１のシリンダ３４の押圧力を受
ける。また昇降ガイド３５のガイド部３５aは、筐体１
０の上部に固定された固定部材３６に摺動自在に支持さ
れ垂直方向にのみ移動可能になっている。これにより下
端に固定された保持具３３に確実に垂直方向の押圧力が
付与されるようにする。

【００１８】第１のシリンダ３４は、図１（ｂ）に示す
ように筐体１０に対し開閉可能な上扉１０ａに固定さ
れ、測定時には上扉１０ａを固定金具によって筐体１０
に固定するとにより図示する昇降ガイド３５上方の位置
にあるが、試料のセットや保守のときには上扉１０ａを
開くことによって邪魔にならない位置に退避できる。

【００１９】試料ディスク１１を下側から押圧する機構
は、筐体１０の底部に設置された第２のシリンダ４１
と、第２のシリンダ４１の押圧力を受ける昇降ガイド４
２と、昇降ガイド４２の上端に固定された押圧部材４３
とからなり、第２のシリンダ４１と昇降ガイド４２との
間には押圧力を測定するための圧力センサ、例えばロー
ドセル４４が設置されている。

【００２０】押圧部材４３は、試料ディスク１１を駆動
する機構にかかる負荷を最小にするために、ディスクホ
ルダ２２との接触面が、摩擦抵抗が少なく摩耗しにく材
料から構成される。このような材料として例えば含有軸
受合金（オイルレスメタル）を用いることができる。ま
た接触面にベアリングを設けてもよい。

【００２１】昇降ガイド４２は、上側の昇降ガイド３５
と同様に、筐体１０の底部に固定された固定部材４５に
摺動自在に支持され垂直方向にのみ移動可能になってい
る。これにより上端に固定された押圧部材４３に確実に
垂直方向の押圧力が付与されるようにする。

【００２２】第１のシリンダ３４および第２のシリンダ
４１は図示しない同一の駆動源に接続され、同一の押圧
力を発生できるようになっている。駆動源としては油圧
シリンダ、エアシリンダ等公知のものが使用できる。第
１のシリンダ３４および第２のシリンダ４１を介して試
料ディスク１１の上下からかかる荷重は、圧力センサ４
４で検出され、図示ない制御部に送られ、ここで摩擦力
の計算に使用される。

【００２３】またチップホルダ３１には図２（a）に示
すように、試料ディスク１１と試料チップ１２との間の
摩擦力を検出する機構として、トルク伝達レバー５１を
介してトルク検出用ロードセル５２が連結されている。
このトルク検出用ロードセル５２は、筐体１０の側壁の
外側に固定されており、チップホルダ３１に働く圧縮、
引っ張り力（トルク）を検出する。ロードセル５２で検
出されたトルクは制御部に送られ、摩擦力の計算に使用
される。

【００２４】上述したようにチップホルダ３１と保持具
３３はクロスローラ３２で連結されており、チップホル
ダ３１は水平方向の移動が自由になっているので、試料
ディスク１１の水平方向の移動によって試料ディスク１
１と試料チップ１２の間に生じる摩擦力をチップホルダ
３１からロードセル５２に伝達し検出することができ
る。

【００２５】次に以上のような構成における摩擦摩耗試
験機の動作を説明する。

【００２６】まず上扉１０ａを開けた状態で、試料ディ
スク１１及び試料チップ１２をそれぞれディスクホルダ
２２、チップホルダ３１にセットし、上扉１０ａを筐体
１０に固定する。次いで第１及び第２のシリンダ３４、
４１を駆動し、試料ディスク１１の上面に試料チップ１
２を押し付けるとともに下面に押圧部材４３を押し付け
る。これにより試料ディスク１１は両面から等しい押圧
力を受ける。この押圧力はロードセル４４に検出され、
ロードセル４４は押圧力に対応する信号を制御部に送
る。

【００２７】この状態でカム機構部を駆動し、連結シャ
フト２１によりディスクホルダ２２及び試料ディスク１
１を水平往復動させる。ここで試料チップ１２は保持具
３３によって上からの押圧力を受けているのみで、保持
具３３との間では水平運動が自由になっているので、試
料ディスク１１の運動によって試料ディスク１１と試料
チップ１２との間に生じた摩擦力を、試料チップ１２に
連結されたロードセル５２に伝達することができる。ロ
ードセル５２は検出した圧縮、引張力に対応する信号を
制御部に送る。

【００２８】制御部は、二つのロードセルからの信号
（押圧力Ｗ、摩擦Ｆ）を用いて次式により、摩擦係数μ
を計算する。

【００２９】μ＝Ｆ／Ｗ （１）

【００３０】以上説明したように、この摩擦摩耗試験機
は試料ディスク１１の両側から等しい荷重をかけた状態
で試料ディスク１１と試料チップ１２との摩擦力を測定
するので、試料ディスク１１が歪んだり、偏荷重による
トルクロス等がなく正確な測定が可能となる。

【００３１】尚、以上の実施例では試料ディスク１１を
往復運動させる場合を説明したが、本発明の摩擦摩耗試
験機は、図３に示すように試料ディスク１１を回転運動
させるものであってもよい。この場合、試料ディスク１
１を回転させる機構は、ディスクホルダを図示しないモ
ータによって回転する回転軸に固定することによって構
成することができる。

【００３２】また以上の説明では第１の試料として平板
状のディスクを用い、第２の試料としてチップを用いた
場合を説明したが、試料の形状はこれらの組合せに限ら
ず種々の形状とすることができる。例えばいわゆるピン
／Ｖブロック式試験機として知られるピンとＶ字状部材
とを組合せた摩擦摩耗試験機にも本発明の摩擦摩耗試験
機を適用することができる。

【００３３】図４は本発明によるピン／Ｖブロック式摩
擦摩耗試験機の一実施例を示すで、この摩擦摩耗試験機
は、第１の試料である円筒状のピン６１と、このピン６
１に対し両側から圧接されるＶ状の溝を有する第２の試
料である試験片６２、６２’との摩擦力、摩耗を測定す
る試験機である。

【００３４】ピン６１は図示しないモータによって回転
する回転軸６３に固定され、回転軸６３とモータとの間
には摩擦力を測定するためのセンサ、例えばトルクメー
タ６４が取付けられている。

【００３５】一方、試験片６２、６２’はそれぞれユニ
バーサルジョイント６５、６５’を介して押し付け軸６
６、６６’に固定されている。押し付け軸６６、６６’
は筐体６０の側壁に固定されたガイド６７、６７’に摺
動自在に支持されており、その後端に押し付け軸６６、
６６’を水平に駆動するためのシリンダ６８、６８’が
接続されている。これらシリンダ６８、６８’は同一の
駆動源に接続され、同一の押圧力を発生できるようにな
っている。この場合にも駆動源としては油圧シリンダ、
エアシリンダ等公知のものが使用できる。一方の押し付
け軸６６とシリンダ６８との間には、シリンダによって
試験片６２にかかる荷重を検出する圧力センサ、例えば
ロードセル６９が取付けられている。

【００３６】また筐体６０には、図１の実施例と同様に
オイルやガス等を充填することができ、オイルやガスの
存在下での測定や、所望の温度での測定を行うことがで
きるようになっている。

【００３７】このような構成において、オイル中にピン
６１及び試験片６２、６２’をセットしてピン６１の両
側に試験片６２、６２’を配し、シリンダ６８、６８’
を駆動して試験片６２、６２’をピン６１に等しい押圧
力で押し付ける。このとき試験片６２、６２’はユニバ
ーサルジョイント６５、６５’を介して押し付け軸６
６、６６’に固定されているので、そのＶ字状の溝が円
筒状のピン６１の外周面に沿って確実に接触することが
できる。この状態で回転軸６３が連結されたモータを駆
動し、ピン６１を回転させる。このピン６１の回転によ
ってピン６１と試験片６２、６２’との間に生じた摩擦
力は回転軸６３に設けられたトルクメータ６４によって
検出される。

【００３８】制御・計測部は、このトルクメータ６４に
よって検出されたトルクＴＱとロードセル６９が検知し
たピンへの押付力Ｗgから、次式に基づき摩擦力Ｆおよ
び摩擦係数μを算出する。

【００３９】Ｆ＝ＴＱ／ｒ （２） μ＝Ｆ／４Ｗ （３） Ｗ＝Ｗg／cos(90-θ/2) （４）

【００４０】式（２）〜（４）中、ｒはピンの半径、Ｗ
は一つの試験片からピンに加えられる半径方向（面に対
し垂直方向）の押付力、試験片のＶ溝がなす角度を表
す。

【００４１】この実施例では、ピン６１の両側から等し
い押し付け力を作用させることができるので、回転軸６
３が二つの試験片の何れかに若干ずれているような場合
でも左右の荷重のバランスがくずれることなく確実な測
定を行うことができる。

【００４２】また従来のように一対のＶブロックを回動
させてピンに当接させる方式の摩擦摩耗試験機と異な
り、両側から水平な押圧力を付与しているので、押付力
が大きくても、シリンダのＯリング抵抗に抗する力（押
圧力より十分に小さい）のみで試験片を左右方向に動か
すことができ、偏荷重がかからずトルクロスをなくすこ
とができる。

【００４３】以上、本発明を図面に示す実施例に基づき
説明したが、本発明はこれら実施例に限定されることな
く種々の変更が可能である。例えば上記実施例の各部で
採用した機構やセンサは、公知の種々の機構やセンサで
置換することが可能である。

【００４４】

【発明の効果】本発明の摩擦摩耗試験機および方法は、
二つの試料を圧接させてその間に生じる摩擦力や摩耗を
試験する際に、一つの試料に対し両側から等しい押し付
け力を付与しながら測定することにより、試料の歪みや
偏荷重によるトルクロスをなくし正確で安定した測定を
行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の摩擦摩耗試験機の一実施例を示す図
で、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図

【図２】図１の摩擦摩耗試験機の要部を示す図

【図３】本発明の摩擦摩耗試験機の他の実施例を示す概
略図

【図４】本発明の摩擦摩耗試験機の他の実施例を示す全
体構成図

【図５】従来の摩擦摩耗試験機を示す図

【符号の説明】

１１・・・・・・試料ディスク（第１の試料） １２・・・・・・試料チップ（第２の試料） ２１・・・・・・連結シャフト（駆動手段） ３４・・・・・・第１のシリンダ（圧接手段） ４１・・・・・・第２のシリンダ（押圧手段） ４３・・・・・・押圧部材（押圧手段） ５２・・・・・・ロードセル（測定手段）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第１の試料に所定の運動を付与する駆動手
   段と、前記第１の試料に第２の試料を所定の押圧力で圧
   接させる圧接手段とを備え、前記第１の試料に第２の試
   料を圧接させた状態で第１の試料を運動させて第１の試
   料と第２の試料との間の摩擦力或いは第１または第２の
   試料の摩耗量を測定する摩擦摩耗試験機において、 前記第１の試料の、第２の試料が圧接される側と反対の
   側から第２の試料の押圧力と同じ押圧力を加える押圧手
   段を備えたことを特徴とする摩擦摩耗試験機。
2. 【請求項２】前記第２の試料に、第１の試料と第２の試
   料との間の摩擦力を測定する手段を備えたことを特徴と
   する請求項１記載の摩擦摩耗試験機。
3. 【請求項３】前記駆動手段は、第１の試料を、第２の試
   料と押圧手段との間で往復動するよう駆動することを特
   徴とする請求項１記載の摩擦摩耗試験機。
4. 【請求項４】前記駆動手段は、第１の試料を、第２の試
   料と押圧手段との間で回転するよう駆動することを特徴
   とする請求項１記載の摩擦摩耗試験機。