JP2003215011A

JP2003215011A - 特性評価試験機

Info

Publication number: JP2003215011A
Application number: JP2002016207A
Authority: JP
Inventors: Hirotaka Niimi; 弘崇新實
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2002-01-24
Filing date: 2002-01-24
Publication date: 2003-07-30

Abstract

(57)【要約】【課題】試験片の特性解析をし易い特性評価試験機と
する。【解決手段】第１試験片２ａをプローブ４に固定し、
第１試験片２ａに第２試験片を接触させた状態で基台３
を摺動させる。そして、前記両試験片２ａ，２ｂの接触
面をＣＣＤカメラ１０により撮像してメモリ３５に記憶
させる。また、摺動時におけるプローブ４に作用する荷
重を荷重センサ２１により検出し、基台３の加速度や振
動状態を加速度センサ２２により検出すると共に、基台
３の作動抵抗をロードセル２３により検出し、これらの
計測されたデータもメモリ上に記憶させる。そして、メ
モリ３５に記憶された計測データおよびＣＣＤカメラ１
０による画像データをディスプレィ上に関連づけて表示
させる構成とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、試験片の特性評価
を行う特性評価試験機に関するものであり、特に、２つ
の試験片を接触させた状態で摺動させることによって、
試験片の経時的な特性解析を行う特性評価試験機に係わ
る。

【０００２】

【従来の技術】この主の特性評価試験機の中の一つに、
摩擦試験機が知られている。摩擦試験機は、固定試験片
を荷重をかけた状態で、可動試験片に接触させる。そし
て、可動試験片に固定試験片が接触した状態で、モータ
の動力により固定試験片に対して可動試験片を摺動させ
て、その摺動による両試験片の接触面での摩耗状態を、
顕微鏡レンズ付小型ビデオカメラで撮像する。そして、
小型ビデオカメラの映像信号を記録し、可動試験片の回
転に同期して可動試験片の一定点の映像を順次記憶およ
び上映できるようにした摩耗試験機が、例えば、特開平
５−１３３８６７号公報に開示されている。

【０００３】この様な摩擦試験機においては、摩擦摩耗
特性を評価するに当たり、可変または一定荷重の力を一
方の試験片に付与し、他方の試験片を連続的に直線運動
または回転運動により往復して摺動させることによっ
て、試験片の特性（例えば、抵抗力，変位，振動等）
を、固定試験片に対する可動試験片の摺動時の状態（例
えば、両試験片が摺動する時の抵抗力、摺動時の振動、
接触抵抗等）を、単に測定する。そして、特定時間経過
した場合あるいは所定の摺動回数が経過したら、その接
触面の摩耗状態を、ビデオカメラにより摩耗進行状態を
観察し、摩擦摩耗してゆく過程を解析する方法が取られ
ていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た解析方法では、摺動中の摩耗進行状態はビデオカメラ
によって観察できるが、どの様な条件下で両試験片の接
触面に摩擦摩耗が発生するかといったことの解析が難し
い。つまり、ビデオカメラでとらえた映像と、摺動時に
計測されたデータとの結びつけが、困難となり、解析に
時間を要するものとなってしまう。

【０００５】また、従来では、ビデオカメラから得られ
た映像を、単に、測定されたデータと照らし合わせるだ
けで、映像における摩耗粉の発生解析あるいは摺動面の
潤滑剤の介入解析など摩擦摩耗を解析するに当たり、十
分な解析が行えるようになっていない。

【０００６】よって、本発明は上記の問題点に鑑みてな
されたものであり、試験片の特性を解析し易い特性評価
試験機を提供することを技術的課題とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記した技術的課題を解
決するために講じた技術的手段は、第１試験片が固定さ
れる固定部材と、前記第１試験片に第２試験片を接触さ
せた状態で、前記固定部材に対して少なくとも一方向に
摺動する基台と、前記両試験片の接触面を撮像する撮像
手段と、前記基台上に設けられ、前記基台の動作状態を
検出する検出手段と、該検出手段からの情報を基に、摺
動により得られる前記両試験片の特性における物理量を
監視する監視手段とを備えた特性評価試験機において、
前記撮像手段から得られる情報と前記検出手段から検出
される物理量を同期させて状態メモリに記憶させ、該状
態メモリに記憶させた前記情報および前記物理量とを関
連させて表示を行う特性解析手段を備えたことである。

【０００８】上記した手段によれば、特性解析手段は撮
像手段から得られる接触面の情報と検出手段から検出さ
れる物理量を同期させて状態メモリに記憶させる。そし
て、この状態メモリに記憶させた情報および物理量とを
関連させて表示手段に表示を行うので、特性解析手段は
状態メモリから記憶された情報を引き出して、撮像手段
から得られる情報と検出手段により検出された物理量と
を関連づけて表示手段に表示することによって、特定状
態での解析が従来に比べて容易となる。尚、この解析を
行うに当たり、第１試験片と第２試験片は、互いに特性
が同一あるいは異なっていても良い。

【０００９】この場合、特性解析手段は、摺動により得
られる物理量の特定位置を指示すると、特定位置での撮
像手段により撮像された情報が表示されるようにすれ
ば、単に特定位置を指示するだけで、状態メモリに記憶
された情報が関連づけて表示されるので、どの様な状態
下で、試験片の特性が急激に変化するのかといった解析
がし易くなる。

【００１０】また、両試験片の接触部位に対して光を照
射する照射手段を更に備えれば、撮像手段による両試験
片の接触面が明るくなり、接触面の状態が確実に撮像さ
れる。

【００１１】更に、検出手段は、基台または接触部位の
温度、基台の摺動時の変位、基台の作動抵抗力、接触部
位の電気抵抗のいずれかを検出するようにすれば、これ
らの特性を元にした詳細な特性解析（例えば、何が原因
で、特性が変化するのかといった解析）が行える。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態につい
て、図面を参照して説明する。

【００１３】図１は、特性評価試験機の構成を示すシス
テム構成図である。第１実施形態においては、特性評価
試験機１を摩擦摩耗試験機（単に、試験機と称す）に適
用した場合について、以下に説明を行うが、これに限定
されるものではなく、本発明は試験片の経時的な特性解
析を行う試験機に適用が可能である。

【００１４】(第１実施形態)図１に第１実施形態におけ
る試験機１の構成を示す。第１実施形態に示す試験機１
は、特性の同一または異なる２つの試験片２（２ａ，２
ｂとする）を互いに接触させた状態で、両者を摺動させ
て、接触面２ａｂでの摩擦摩耗が発生する状態を、監視
あるいは解析する装置である。試験機１は一方の試験片
（例えば、摺動を行っても特性が変化しない材質である
ダイヤモンドまたはサファイア等を使用）２ａを、棒状
の固定部材（プローブを使用）４に固定させる。この場
合、試験片２ａの固定は、摺動時に外れない様にチャッ
クによる把持、ボルトによる固定、接着による固定等の
固定方法により、プローブ４に取り付けられる。プロー
ブ４は、棒状のアーム５を介して固定され、アーム５は
荷重可変装置６により一方が支持される。

【００１５】荷重可変装置６はアーム５を、図１に示す
ｚ方向に上下動させる装置であり、その結果、アーム５
に固定されるブローブ４を上下動させるよう機能する。
アーム５は、荷重可変装置６が上昇動作する場合に上昇
するが、荷重可変装置６が下降動作する場合には、下降
するようになっている。アーム５においてプローブ４が
固定される固定部位５ａの近傍位置には、アーム５に作
用する力（抵抗力等）を検出するために、歪ゲージ等に
代表される荷重センサ２１が取り付けられている。荷重
センア２１はアーム５に作用する変位を検出できれば良
く、歪ゲージの他に、光変位計、ポテンショメータ、磁
場変位計であっても良い。

【００１６】一方、試験機１には、長方形状を呈し、少
なくとも一方向（ｘ方向）に往復動作を行う基台３を備
えている。この基台３には、もう一方の試験片（例え
ば、摩擦摩耗の状態を解析する導電部材、メッキ部材
等）２ｂが動かない様に試験片２ｂが基台３に対して、
位置決めピンあるいはボルト等により固定される。試験
片２ｂが固定された基台３は、ｘ方向に往復動作を行
う。この場合、プローブ４に固定された試験片２ａの先
がもう一方の試験片２ｂに接触した状態で荷重可変装置
６によりｘ方向への往動において徐々に接触面２ａｂの
面圧を増加させ、復動において徐々に接触面２ａｂの面
圧を現象させるようにして、試験が行われるようになっ
ている。

【００１７】また、基台３には、試験片２ｂ（つまり、
接触面２ａｂ）に作用する抵抗力を検出できる様、ロー
ドセル２３が備え付けられている。また、基台３の摺動
時におけるｚ方向やｙ方向の振動、あるいは、基台３を
摺動時の加速度が検出される様、一軸あるいは多軸の加
速度を検出する加速度センサ２２が、基台３に取り付け
られている。

【００１８】更に、試験機１には両試験片２（２ａ，２
ｂ）の摺動時における接触面２ａｂの状態を観察あるい
は解析するために、ＣＣＤカメラ１０が接触面２ａｂの
近傍の固定部材（図示せず）に設けられ、接触面２ａｂ
の状態を、ＣＣＤ素子によって撮像することができる。
尚、本実施形態では両試験片２の接触面２ａｂを固定さ
れたＣＣＤカメラ１０により撮像するようにしている
が、これに限定されるものではなく、任意に撮像方向の
向きを操作可能なＣＣＤカメラや、操作型光学顕微鏡等
であっても良い。また、試験機１にはＣＣＤカメラ１０
による撮像の明度を上げるため、接触面２ａｂに対し
て、照明を行う光源（例えば、ハロゲン光、クリプトン
光等）１２，１３が、図示しない固定部材に設けられて
いる。この光源１２，１３によって、接触面２ａｂは明
るく照らされる。尚、本実施形態では、光源１２，１３
は互いにプローブ４に対して反対側に配設され、接触面
２ａｂを照らすことが可能である。光源１２，１３の配
置あるいは取り付け位置は、これに限定されるものでは
なく、光源１２，１３は独立駆動され、照射方向を変え
るものであっても良い。また、ＣＣＤカメラ１０が向け
られた方向に光源１２，１３の照射方向が向く構成を取
っても良い。

【００１９】以上、説明した様に、上記した構成の試験
機１は、制御部３２により基台３を摺動させ、荷重可変
装置６を駆動させることによりアーム５をｚ方向に上限
動させ、接触面２ａでの荷重を可変することができる。
更にこの構成において、制御装置３２は、基台３を摺動
動作させる場合、試験機１に取り付けられた荷重センサ
５ａからの荷重信号、加速度センサ２３からの基台３の
加速度あるいは摺動時における基台３の振動といった信
号、ロードセル２３から作動抵抗に関する信号を同時に
時系列的に入力し、入力されたこれら信号をメモリ３５
に記憶する。一方、制御部３２はＣＣＤカメラ１０のＣ
ＣＤ素子によりとらえた接触面２ａｂの映像信号をビデ
オキャプチャーボード３４に入力し、ビデオキャプチャ
ーボード３４にてアナログのビデオ信号はデジタル変換
されて画像データとなる。その画像データがメモリ３５
に時系列的に記憶され、ディスプレィ３１の画面に表示
される構成となっている。

【００２０】制御部３２は、各種センサからの信号（ロ
ードセル２３、加速度センサ２２、荷重センサ２１等）
の内、少なくともいすれかの信号に同期させて画像デー
タをメモリ３５に記憶する同期回路を内部に備える。ま
た、制御部３２には、キーボード、タブレット入力形式
の入力ペン、マウス等のいずれかである入力装置３６が
電気的に接続されており、この入力装置３６の操作によ
って、ディスプレィ３１への表示形態を任意に変えるこ
とが可能な構成となっている。

【００２１】この入力装置３６によりディスプレィ上へ
の表示形態が指示されると、必要に応じてメモリ３５に
記憶されたデータは、マルチ画面表示可能なディスプレ
ィ３１に、ＣＣＤカメラ１０により撮像した接触面２ａ
ｂの画像データ、あるいは、入力装置３６の指示により
特定されたセンサの基台摺動時における波形が、それぞ
れあるいはマルチ画面で関連づけられた状態で表示され
る（例えば、図１に示す画像Ａ（単独表示）あるいは画
像Ｂ（複合表示）の様な表示形態）。

【００２２】この様な構成により、各種センサからの情
報（計測データ）やＣＣＤカメラ１０から得られる画像
データが、互いに同期してメモリ３５に一旦記憶され、
メモリ３５に記憶されたデータがディスプレィ上に関連
づけて表示されるので、容易に接触面２ａｂでの摩擦摩
耗の瞬間の画像データと各種センサから得られたデータ
を一致させてディスプレィ上に表示させることができる
ので、摩擦摩耗試験の解析を行う解析技術が飛躍的に向
上する。

【００２３】この場合、接触面２ａｂをＣＣＤカメラ１
０により２次元的にトラッキング追跡して、ディスプレ
ィ上にその軌跡表示や、基台３の移動速度あるいは加速
度等を計測し、メモリ３５にデータ記憶させ、記憶させ
たデータを基にしてのデータの解析が容易に行える。ま
た、動画像であるポイントを追跡し、ディスプレィ上
に、その移動ベクトルを表示させたり、ベクトルの速度
や向きを表示させて、解析を行うことが可能となる。

【００２４】（第２実施形態）図２に、第２実施形態の
構成の概要を示す。この第２実施形態では、基板に形成
された導電性の回路パターン４４上にグリースが塗布さ
れ、その上をブラシ４１が摺動する場合におけるブラシ
４１の接触点での特性変化（特に、電圧降下）を検出す
るものである。この構成では、回路パターン４４上にブ
ラシ４１が接触しており、ブラシ４１は抵抗（例えば、
１．５ＫΩ）４２を介して接続される。そして、抵抗４
２の一端と回路パターン４４との間を定電圧電源５０に
よって、所定電圧が印加されるようにする。そして、ブ
ラシ４１の接触点での電圧降下を電圧計４３により測定
し、接触点における摩擦摩耗の状態を解析できるように
なっている。具体的には、図１に示す第１実施形態にお
いて、図２に示す構成を適用した。つまり、第１試験片
２ａとしてブラシ４１をプローブ４固定する。一方、摺
動動作する基台３側には試験片２ｂとして導体の配線パ
ターン４４が表面に形成された回路基板を基台３に固定
し、図２の如く、ブラシ４１には抵抗４２を介して所定
電圧５０を印加する。そして、ブラシ４１の接触点にお
ける摩擦摩耗オに起因する電圧降下の様子を電圧計４２
からの情報を測定データとしてメモリ３５に記憶させる
と同時に、ＣＣＤカメラから撮像した画像データとをメ
モリ３５に同期させて関連づけて記憶させ、その記憶さ
れたデータを基にして、時系列的に接触点の摩擦摩耗状
態を解析することが可能である。

【００２５】例えば、複数のセンサにより測定されたデ
ータを多軸で表示（例えば、図１の画面Ａに示す表示）
させ、その任意の位置を入力装置３６により指示する
と、その状態での画像データがディスプレィ上に、図３
に示す模式図の如く状態がわかり易く制御部３２におい
て解析処理された上で表示されるので、従来に比べて解
析に要する工数が大幅に低減できる。

【００２６】上記の構成により、ブラシ４１の接触点に
おける接触不良解析が行え、ブラシ４１の回路パターン
４４に対する接触状態（例えば、図３の（ａ）〜（ｃ）
の様な接点摩耗、ブラシ４１の接触面への異物の混入状
態、グリースの介入状態等）が画像データと関連づけ
て、接触抵抗増大のメカニズム解析が行える。

【００２７】また、これとは別に、コーティング開発に
おいて、コーティング組成の違いによる摩耗状態（例え
ば、アブレッシュブル摩耗、マイルド摩耗等）とその現
象（操作力（μ）、摩耗、振動）が画像データと関連づ
けて、組成の違いによる摩耗形態、使用限界が明確にな
り、材料開発が促進される。

【００２８】更に、グリースの選定においては、グリー
ス組成の違いによる接触部状態（アブレッシュブル摩
耗、マイルド摩耗、接触部への油分介入状況の違い等）
と現象（操作力（μ），摩耗，振動）が画像データと関
連づけて、組成の違いによる摩耗形態、使用限界などの
差が明瞭になり、材料開発が促進される。

【００２９】

【発明の効果】本発明によれば、特性解析手段は撮像手
段から得られる接触面の情報と検出手段から検出される
物理量を同期させて状態メモリに記憶させ、状態メモリ
に記憶させた情報および物理量とを関連させて表示を行
うので、摺動を行う評価試験の後でも、特性解析手段の
状態メモリから記憶された情報を引き出して、撮像手段
から得られる情報と検出手段により検出された物理量と
を関連づけて表示手段に表示することによって、特定状
態での解析が従来に比べて容易にできる。

【００３０】この場合、特性解析手段は、摺動により得
られる物理量の特定位置を指示すると、特定位置での撮
像手段により撮像された情報が表示されるようにすれ
ば、単に特定位置を指示するだけで、状態メモリに記憶
された情報が関連づけて表示されるので、どの様な状態
下で、試験片の特性が急激に変化するのかといった解析
が容易にできる。

【００３１】また、両試験片の接触部位に対して光を照
射する照射手段を更に備えれば、撮像手段による両試験
片の接触面が明るくなり、状態を確実に撮像でき、特性
評価試験機の信頼性が向上する。

【００３２】更に、検出手段は、基台または接触部位の
温度、基台の摺動時の変位、基台の作動抵抗力、接触部
位の電気抵抗のいずれかを検出するようにすれば、これ
らの特性を元にした詳細な特性解析（例えば、何が原因
で、特性が変化するのかといった解析）が容易にでき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態における特性評価試験機
を摩擦摩耗試験機に適用の構成図である。

【図２】本発明の第２実施形態におけるブラシの接触点
での解析を行う場合の説明図である。

【図３】本発明の第２実施形態におけるブラシの接触
点での摩耗状態を示す画像データの表示形態の模式図お
よびディスプレィに表示される測定データを示す説明図
である。

【符号の説明】

１摩擦摩耗試験機（特性評価試験機）２試験片２ａ第１試験片２ｂ第２試験片３基台４プローブ（固定部材）１０ＣＣＤカメラ（撮像手段）１２，１３光源（照射手段）２１荷重センサ（検出手段）２２加速度センサ（検出手段）２３ロードセル（検出手段）３０制御装置（監視手段）３２制御部（特性解析手段）３５メモリ（状態メモリ）４１ブラシ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１試験片が固定される固定部材と、前記第１試験片に第２試験片を接触させた状態で、前記
固定部材に対して少なくとも一方向に摺動する基台と、前記両試験片の接触面を撮像する撮像手段と、前記基台上に設けられ、前記基台の動作状態を検出する
検出手段と、該検出手段からの情報を基に、摺動により得られる前記
両試験片の特性における物理量を監視する監視手段とを
備えた特性評価試験機において、前記撮像手段から得られる情報と前記検出手段から検出
される物理量を同期させて状態メモリに記憶させ、該状
態メモリに記憶させた前記情報と前記物理量とを関連さ
せて表示手段に表示を行う特性解析手段を備えたことを
特徴とする特性評価試験機。
【請求項２】前記特性解析手段は、摺動により得られ
る物理量の特定位置を指示すると、該特定位置での前記
撮像手段により撮像された情報が前記表示手段に表示さ
れることを特徴とする請求項１に記載の特性評価試験
機。
【請求項３】前記両試験片の接触部位に対して光を照
射する照射手段を、更に備えたことを特徴とする請求項
１または請求項２に記載の特性評価試験機。
【請求項４】前記検出手段は、前記基台または前記接
触部位の温度、前記基台の摺動時の変位、前記基台の作
動抵抗力、前記接触部位の電気抵抗のいずれかを検出す
ることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに
記載の特性評価試験機。