JP2001336997A - 摩擦力計測装置及び摩擦力計測方法 - Google Patents

摩擦力計測装置及び摩擦力計測方法

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JP2001336997A
JP2001336997A JP2000159359A JP2000159359A JP2001336997A JP 2001336997 A JP2001336997 A JP 2001336997A JP 2000159359 A JP2000159359 A JP 2000159359A JP 2000159359 A JP2000159359 A JP 2000159359A JP 2001336997 A JP2001336997 A JP 2001336997A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】荷重負荷により発生する余分な摩擦力や慣性力
をキャンセルして、供試体の摺動部の摩擦力を計測する
ことができる摩擦力計測装置及び摩擦力計測方法を提供
する。 【解決手段】摺動部1a、下位物体1b及び上位物体1
cからなる供試体1上に、摺動部3を有し下位物体1b
の2倍の質量である質量体4を配設し、アクチュエータ
7により質量体4の上部から垂直荷重を付加すると共
に、アクチュエータ6により下位物体1bと質量体4に
同時に水平荷重を付加し前進後退させながら、荷重検出
器8、9、10から下位物体1b及び質量体4にかかる
水平、垂直荷重を測定する。これにより、供試体1の周
辺の摺動部の摩擦力や慣性力などを除去して、摺動部1
aの摩擦力は、荷重検出器8及び荷重検出器9の検出信
号の演算により求めることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、摺動部を有する供
試体の摺動時の摩擦力の測定、特にコロやレール式の扉
などの小さな摩擦力の計測、加速度が大きな場合の摩擦
力の計測あるいは摩擦力に対する加速度や速度の依存性
を調べるための性能を備えた摩擦力計測装置及び摩擦力
計測方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、上記のような摩擦力の計測には、
下位物体又上位物体へ2軸荷重検出器を取り付けて水平
・垂直荷重を検出して摩擦力を計測したり、荷重を付加
するために用いられるベアリングの摩擦力の補正や上位
物体が下位物体に対して相対的に移動する場合の加速度
の補正を行わずに摩擦力を計測する摩擦力計測装置や摩
擦力計測方法が用いられている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】従来の摩擦力の計測の
ように2軸荷重検出器を用いた場合には、水平方向から
垂直方向に対して約1%、垂直方向から水平方向に対し
て約2%の荷重移動、すなわちクロストークが発生し、
これにより計測誤差を生じるという問題がある。また、
ベアリングによる摩擦力が荷重検出器により検出される
荷重に対して無視できないような大きさである場合、あ
るいは加速度に比例した慣性力によって荷重検出器に現
れる出力成分が荷重検出器により検出される荷重に対し
て無視できない大きさである場合、いずれも正確な摩擦
力が検出できないという問題がある。本発明は、このよ
うな事情に鑑みてなされたものであって、上記のような
計測分野に対しても、正確な摩擦力を計測できる摩擦力
計測装置及び摩擦力計測方法を提供することを目的とす
る。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の摩擦力計測装置は、下位物体、上位物体及
び両物体を摺動する摺動部Aからなる供試体に垂直荷重
を付加する垂直荷重付加手段と、下位物体と上位物体を
相対的に滑らせるための水平荷重を付加する水平荷重付
加手段とを備えて供試体の摺動部Aの摩擦力を計測する
摩擦力計測装置において、前記下位物体下に設けた摺動
部Bと、前記上位物体上に設けた摺動部Cを有し、下位
物体の2倍の質量を有する質量体と、該質量体上に設け
た摺動部Dを有し、垂直荷重を受ける受圧板と、前記下
位物体及び質量体に設けられた荷重検出器を介して同時
に水平方向の荷重を付加する水平荷重付加手段と、前記
受圧板に設けた荷重検出器を介して垂直方向の荷重を付
加する垂直荷重付加手段とを備え、前記受圧板を介して
供試体に垂直荷重を付加すると共に、前記下位物体及び
質量体に水平荷重を付加して得られる下位物体の荷重検
出器及び質量物体の荷重検出器の出力のみから摺動部A
の摩擦力を計測できるようにしたことを特徴とする。ま
た、本発明の摩擦力計測方法は、請求項1に記載された
摩擦力計測装置を用いた摩擦力計測方法において、前記
受圧板を介して供試体に垂直荷重を付加すると共に、前
記下位物体及び質量体に水平荷重を付加して得られる下
位物体の荷重検出器出力X1及び質量物体の荷重検出器
出力X2を用いて、摺動部Aの摩擦力Yを Y=X1−X2/2 なる演算から求めるようにしたことを特徴とする。本発
明の摩擦力計測装置及び摩擦力計測方法は上記のように
構成されており、荷重付加により発生するクロストーク
や速度及び加速度による影響を除去し、正確な摩擦力を
計測することができる。
【0005】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面に基
づいて説明する。図1は摺動部1a、下位物体1b及び
上位物体1cからなる供試体1の摺動部1aの摩擦力を
計測する場合の概略構成図を示したものである。この場
合、摺動部1aは下位物体1bあるいは上位物体1cの
いずれに付属されていてもよい。本摩擦力計測装置は、
摩擦力の小さいベアリング等を用いた供試体1を搭載す
るための摺動部2と、供試体1上に設けた摺動部3を有
し、下位物体1bの2倍の質量をもつ質量体4と、前記
下位物体1b及び質量体4に水平方向の荷重を付加する
ための連結機構5及び水平荷重付加機構としての油圧を
用いたアクチュエータ6と、受圧板13を介して供試体
1に鉛直方向の荷重を付加するための垂直荷重付加機構
としての油圧を用いたアクチュエータ7を基本要素とし
て構成されている。
【0006】前記連結機構5は、垂直ヨーク5aによっ
て水平方向の移動を拘束されると共に、垂直方向に昇降
自在のスライドガイド5b、5cに水平ヨーク5d、5
eを固着してなるものである。前記水平ヨーク5dと下
位物体1bとの間には下位物体1bに付加される水平方
向の荷重を検出するための荷重検出器8が、水平ヨーク
5eと質量体4との間には、質量体4に付加される水平
方向の荷重を検出するための荷重検出器9がそれぞれ連
結され、垂直ヨーク5aは、フレーム11に固定したア
クチュエータ6に結合されている。
【0007】また、上位物体1cは水平ヨーク12bを
介してフレーム11に沿って昇降自在のスライダガイド
12aよって水平方向の移動を拘束されると共に、アク
チュエータ7に連結された垂直荷重を測定するための荷
重検出器10及び摩擦力の小さいベアリング等を用いた
摺動部14を介して垂直方向の荷重が付加される。
【0008】上記構成の摩擦力計測装置において、アク
チュエータ7を駆動して荷重検出器10を介して受圧板
13に垂直荷重を加えると、この垂直荷重は荷重検出器
10で検出されると共に、それぞれスライドガイド5
c、スライドガイド12a及びスライドガイド5bによ
り水平方向での移動を制限された質量体4、上位物体1
c及び下位物体1bに垂直荷重として伝達される。
【0009】上記垂直荷重を加えた状態でアクチュエー
タ6を駆動して垂直ヨーク5aを水平方向に移動させる
と、前記下位物体1bはスライドガイド5b、水平ヨー
ク5d及び荷重検出器8を介し、また前記質量体4はス
ライドガイド5c、水平ヨーク5e及び荷重検出器9を
介してそれぞれ水平方向の荷重が加えられて水平方向に
移動すると共に、摺動部1a及び摺動部2で摩擦力を発
生する。前記荷重検出器8、9、10はいずれも一軸荷
重検出器であり、荷重検出器8、9は水平方向の荷重、
荷重検出器10は垂直方向の荷重のみを検出する。
【0010】前記供試体1の運動方程式より荷重検出器
8の出力は、供試体1の摺動部1aでの摩擦力と、摺動
部2での摩擦力及び下位物体1bの運動による慣性力の
和とバランスする。ここで、荷重検出器8の出力をF
8、摺動部1aでの摩擦力をF1a、摺動部2での摩擦
力をF2とすると、荷重検出器の出力F8は(1)式で
表すことができる。 F8=F1a+F2+(下位物体1bの質量)×(加速度) (1) また、質量体4の運動方程式より荷重検出器9の出力
は、摺動部3での摩擦力と、摺動部14での摩擦力及び
質量体4の運動による慣性力の和とバランスする。ここ
で、前記荷重検出器9の出力をF9、摺動部3での摩擦
力をF3、摺動部14での摩擦力をF14とすると、荷
重検出器9の出力F9は(2)式で表すことができる。 F9=F3+F14+(質量体4の質量)×(加速度) (2)
【0011】さらに、本発明においては、上記の構成と
共に前記摺動部2、3、14の材質、形状及び大きさを
同一のものとし、質量体4の質量を下位物体1bの2倍
にしたものを使用することを特徴点としており、次式の
関係が成り立つ。 F2=F3=F14 質量体4の質量=2×(下位物体1bの質量) 以上の関係と下位物体と質量体4が連結されていて同じ
加速度で運動することから、供試体1の摺動部1aの摩
擦力F1aは(3)式で表すことができる。 F1a=F8−F9/2 (3) すなわち、供試体1の摺動部1aでの摩擦力は荷重検出
器8、9の出力のみから求めることが可能となる。
【0012】上記アクチュエータ6、7の制御及び
(3)式の計測、演算は図2に示すような荷重検出器
8、9、10、演算制御部15、油圧サーボ制御装置1
6、17及び変位検出器18を用いて行われる。前記ア
クチュエータ7は、荷重検出器10の出力が内部設定値
と一致するようにフィードバック制御を行う油圧サーボ
制御装置17により駆動される。また、前記アクチュエ
ータ6は、その出力軸に取り付けられた変位検出器18
の出力が内部波形設定値と一致するようにフィードバッ
ク制御を行う油圧サーボ制御装置16により駆動され
る。
【0013】前記演算制御部15は、荷重検出器8、
9、10及び変位検出器18からの出力信号を順次切り
換えて計測するためのマルチプレクサ15aと、そのア
ナログ出力信号をディジタル入力信号に変換するための
A/D変換器15bと、摩擦力計測のための制御プログ
ラムや(3)式等の演算プログラムを記憶しておくメモ
リ15dと、前記ディジタル入力信号を用いて(3)式
の演算を行うCPU15cと、その演算結果をディスプ
レイ又は記録計等の出力装置15fに出力するためのイ
ンターフェース15eから構成されている。
【0014】本装置による摩擦力の計測は、次の動作手
順により行われる。 1)油圧サーボ制御装置17によりアクチュエータ7を
駆動して、所定の垂直荷重を供試体1に加える。 2)油圧サーボ制御装置16によりアクチュエータ6を
駆動して、所定の変位波形で垂直ヨーク5aを水平移動
させる。 3)荷重検出器8、9、10及び変位検出器18の出力
信号を、マルチプレクサ15a、A/D変換器15bを
介してCPU15cに取り込む。 4)メモリ15dから(3)式を読み出し、CPU15
cにおいて摩擦力F1aの演算を行う。 5)前記変位検出器18の出力、摩擦力F1a及び荷重
検出器10の出力等を時系列的に数値データまたは変化
曲線としてインターフェース15eを介してCRTやプ
リンタ等の出力装置15fに出力する。 以上の動作は連続して行われ、試験状態により変化する
時事刻々の摩擦力が計測され表示される。上記変位波形
を実際の使用状態に合わせることにより、実用状態で発
生する摩擦力を計測することができる。なお、油圧サー
ボ制御装置16、17の内部設定値を前記演算制御器1
5で発生させて与えるようにして、摩擦力計測動作をす
べて演算制御部の指令によって行うこともできる。ま
た、上記摩擦力を荷重検出器10の検出信号で除算する
ことにより摩擦係数を求めることも可能である。
【0015】
【発明の効果】本発明の摩擦力計測装置及び摩擦力計測
方法は上記のように構成されており、供試体を構成する
下位物体の2倍の質量を有する質量体を前記下位物体と
連結して供試体の上位物体に対して摺動させると共に、
前記質量体及び下位物体に発生する摩擦力が等しくなる
ように構成して、上位物体の慣性力及び供試体周辺の摩
擦力を演算によりキャンセルすることにより、供試体に
掛かる荷重からのみの摩擦力を取り出すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例による摩擦力計測装置の構成図
である。
【図2】本発明による演算制御部の構成図である。
【符号の説明】
1…供試体 1a、2、3、14…摺動部 1b…下位物体 1c…上位物体 4…質量体 5…連結機構 5a…垂直ヨーク 5b、5c、12b…スライドガイド 5d、5e…水平ヨーク 6、7…アクチュエータ 8、9、10…荷重検出器 11…フレーム 13…受圧板 15…演算制御部 15a…マルチプレクサ 15b…A/D変換器 15c…CPU 15d…メモリ 15e…インターフェース 15f…出力装置 16、17…油圧サーボ制御装置 18…変位検出器

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】下位物体、上位物体及び両物体を摺動する
    摺動部Aからなる供試体に垂直荷重を付加する垂直荷重
    付加手段と、下位物体と上位物体を相対的に滑らせるた
    めの水平荷重を付加する水平荷重付加手段とを備えて供
    試体の摺動部Aの摩擦力を計測する摩擦力計測装置にお
    いて、前記下位物体下に設けた摺動部Bと、前記上位物
    体上に設けた摺動部Cを有し、下位物体の2倍の質量を
    有する質量体と、該質量体上に設けた摺動部Dを有し、
    垂直荷重を受ける受圧板と、前記下位物体及び質量体に
    設けられた荷重検出器を介して同時に水平方向の荷重を
    付加する水平荷重付加手段と、前記受圧板に設けた荷重
    検出器を介して垂直方向の荷重を付加する垂直荷重付加
    手段とを備え、前記受圧板を介して供試体に垂直荷重を
    付加すると共に、前記下位物体及び質量体に水平荷重を
    付加して得られる下位物体の荷重検出器及び質量物体の
    荷重検出器の出力のみから摺動部Aの摩擦力を計測でき
    るようにしたことを特徴とする摩擦力計測装置。
  2. 【請求項2】請求項1に記載された摩擦力計測装置を用
    いた摩擦力計測方法において、前記受圧板を介して供試
    体に垂直荷重を付加すると共に、前記下位物体及び質量
    体に水平荷重を付加して得られる下位物体の荷重検出器
    出力X1及び質量物体の荷重検出器出力X2を用いて、
    摺動部Aの摩擦力Yを Y=X1−X2/2 なる演算から求めるようにしたことを特徴とする摩擦力
    計測方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20040041315A (ko) * 2002-11-11 2004-05-17 이종년 2축힘 시험기
JP2010019740A (ja) * 2008-07-11 2010-01-28 Availvs Corp 手摺材の滑り評価方法と試験装置
JP2016038317A (ja) * 2014-08-08 2016-03-22 株式会社トリニティーラボ 触覚評価測定装置
CN110567625A (zh) * 2019-09-11 2019-12-13 安徽微威胶件集团有限公司 一种停车楔最大静摩擦力测量装置及其测量方法
CN112557296A (zh) * 2020-12-11 2021-03-26 中国汽车工程研究院股份有限公司 材料摩擦异响试验台滑动式加载压杆

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