JP2005249462A - Fretting wear evaluation device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To perform biaxial driving of a test body in a fretting wear evaluation device. <P>SOLUTION: The test body 18 is constituted of a ball 18a and a plate 18b abutting mutually. The ball 18a is finely vibrated in the Z-direction by a piezo actuator 10 and a stage 12 displaced in the vertical direction (Z-direction), and the plate 18b is finely vibrated in the X-direction by a piezo actuator 14 and a stage 16 displaced in one direction (X-direction) on a horizontal plane. Fretting wear in the load application state is evaluated. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明はフレッチング摩耗評価装置、特に一対の試験体の一方に荷重を印加しつつ他方の試験体を水平面内で微小変位させてフレッチング摩耗を評価する技術に関する。   The present invention relates to a fretting wear evaluation apparatus, and more particularly to a technique for evaluating fretting wear by applying a load to one of a pair of test bodies while slightly displacing the other test body in a horizontal plane.

機械部品の摩擦面における摩耗の一態様としてフレッチング摩耗がある。このフレッチング摩耗は、機械の嵌めあい部のように微小振動や変動応力を受ける部分に接触面が存在する場合で当該接触面に何らかの相対運動が生じるときに起こる摩耗であり、例えばスプライン軸などに生じ得る。機械部品の耐フレッチング摩耗特性を向上させるためには、その前提として２つの部品間のフレッチング摩耗量を正確に評価する必要があり、特に潤滑油が存在する状況下において正確に評価できる技術が求められている。   One aspect of wear on the friction surface of a machine part is fretting wear. This fretting wear is the wear that occurs when some relative motion occurs on the contact surface in the part that receives minute vibrations or fluctuating stresses such as the fitting part of the machine. Can occur. In order to improve the fretting wear resistance of machine parts, it is necessary to accurately evaluate the amount of fretting wear between the two parts as a precondition, and technology that can accurately evaluate in particular in the presence of lubricating oil is required. It has been.

従来より、一方の試験体を他方の試験体に当接させ、一方の試験体を水平面内で微小変動させることによりフレッチング摩耗を評価する装置が知られているが、水平方向のみに試験体を往復変動させるのみでは当接面への潤滑油の浸入がないため潤滑油のフレッチング摩耗特性を評価することができない問題がある。この問題を解決するためには、潤滑油を接触面に浸入させるべく、一対の試験体を互いに分離させる必要がある。   Conventionally, there has been known an apparatus that evaluates fretting wear by bringing one test body into contact with the other test body and slightly changing one test body in a horizontal plane. There is a problem that the fretting wear characteristics of the lubricating oil cannot be evaluated because the lubricating oil does not enter the contact surface only by reciprocating. In order to solve this problem, it is necessary to separate the pair of test bodies from each other in order to allow the lubricating oil to enter the contact surface.

特開平６−３０８００６号公報JP-A-6-308006

一方、水平方向に試験体を微小変動させる、あるいはこれに加えて鉛直方向に試験体を微小変動させる場合にも、従来においては水平方向あるいは鉛直方向に微小変動するための専用のガイド（軸受）を用いており、ガイド（軸受）および駆動源自体にフレッチング摩耗が発生してしまい本来評価すべき一対の試験体のフレッチング摩耗量を正確に評価できない問題があった。   On the other hand, when the specimen is slightly changed in the horizontal direction, or in addition to this, the guide (bearing) for exclusive use for making a minute change in the horizontal direction or the vertical direction is also used. Therefore, fretting wear occurs in the guide (bearing) and the drive source itself, and there is a problem that the amount of fretting wear of a pair of specimens that should be evaluated cannot be accurately evaluated.

本発明の目的は、一対の試験体のフレッチング摩耗を正確に評価すること、および潤滑油存在下におけるフレッチング摩耗を正確に評価し、これにより耐フレッチング摩耗特性に優れた部材や潤滑油、グリースなどの開発に供することのできる評価装置を提供することにある。   The purpose of the present invention is to accurately evaluate the fretting wear of a pair of test specimens, and to accurately evaluate the fretting wear in the presence of lubricating oil, thereby improving the anti-fretting wear characteristics, lubricating oil, grease, etc. An object of the present invention is to provide an evaluation device that can be used for the development of the above.

本発明のフレッチング摩耗評価装置は、第１の部材および第２の部材を接触させつつ、鉛直方向に配置し、前記第１の部材を水平面内の一方向に微小振動させる水平方向駆動手段と、前記第２の部材を鉛直面内の一方向に微小変位させることで前記第１の部材に対する前記第２の部材の荷重を変動させる鉛直方向駆動手段とを有する。   The fretting wear evaluation apparatus of the present invention is arranged in a vertical direction while bringing the first member and the second member into contact with each other, and a horizontal direction driving means for minutely vibrating the first member in one direction in a horizontal plane; Vertical drive means for changing the load of the second member on the first member by minutely displacing the second member in one direction in the vertical plane.

本発明の１つの実施形態においては、水平方向駆動手段は、水平方向に変位するピエゾ素子と、その一端がピエゾ素子に連結されるとともに他端が第１の部材に連結され、ピエゾ素子の変位を増減して第１の部材に伝達する可撓ステージを有する。   In one embodiment of the present invention, the horizontal driving means includes a piezo element that is displaced in the horizontal direction, one end of which is connected to the piezo element and the other end is connected to the first member, and the displacement of the piezo element is A flexible stage that increases and decreases the transmission to the first member.

また、鉛直方向駆動手段は、鉛直方向に変位するピエゾ素子と、その一端がピエゾ素子に連結されるとともに他端が第２の部材に連結され、ピエゾ素子の変位を増減して第２の部材に伝達する第２の可撓ステージとを有する。   The vertical direction driving means includes a piezo element that is displaced in the vertical direction, one end of which is connected to the piezo element and the other end is connected to the second member, and the displacement of the piezo element is increased or decreased. And a second flexible stage for transmitting to the.

本発明においては、第１の部材を水平面内で微小変位させつつ、第２の部材を鉛直面内で微小変位させることで荷重を変動させ、これにより実機に生じるフレッチング摩耗現象を正確に再現するとともに、潤滑油を一対の試験体間に浸入させ、潤滑油存在下におけるフレッチング摩耗を評価する。   In the present invention, while the first member is slightly displaced in the horizontal plane, the load is varied by minutely displacing the second member in the vertical plane, thereby accurately reproducing the fretting wear phenomenon occurring in the actual machine. At the same time, the lubricating oil is infiltrated between the pair of test bodies, and the fretting wear in the presence of the lubricating oil is evaluated.

本発明では、一対の試験体をそれぞれ水平面内及び鉛直面内で微小変位させ、フレッチング摩耗を評価することができる。また、本発明では、試験体の間に潤滑油等を容易に浸入させることができるので、潤滑油存在下におけるフレッチング摩耗評価、あるいはフレッチング摩耗に対する潤滑油の性能評価を行うことができる。   In the present invention, the fretting wear can be evaluated by minutely displacing the pair of test bodies in the horizontal plane and the vertical plane, respectively. Further, in the present invention, since lubricating oil or the like can be easily infiltrated between specimens, it is possible to evaluate fretting wear in the presence of lubricating oil or to evaluate the performance of lubricating oil against fretting wear.

以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図１には、本実施形態に係るフレッチング摩耗評価装置の概念図が示されている。鉛直方向に変位するＺ方向ピエゾ（ＰＺＴ）アクチュエータ１０が設けられ、このＺ方向ピエゾアクチュエータ１０には可撓（フレクシャー）のＺ方向ステージ１２が連結される。Ｚ方向ステージ１２の一端には、一対の試験体１８の一方の試験体であるボール１８ａが支持固定される。   FIG. 1 is a conceptual diagram of a fretting wear evaluation apparatus according to this embodiment. A Z-direction piezo (PZT) actuator 10 that is displaced in the vertical direction is provided, and a flexible (flexure) Z-direction stage 12 is coupled to the Z-direction piezo actuator 10. At one end of the Z direction stage 12, a ball 18a which is one test body of the pair of test bodies 18 is supported and fixed.

また、水平面内のＸ方向（図中、紙面に対して垂直方向）に変位するＸ方向ピエゾ（ＰＺＴ）アクチュエータ１４が設けられる。Ｘ方向ピエゾアクチュエータ１４には可撓のＸ方向ステージ１６が連結される。Ｘ方向ステージ１６の一端には一対の試験体１８の他方の試験体であるプレート１８ｂが支持固定される。一対の試験体であるボール１８ａおよびプレート１８ｂは、図示のごとく互いに当接するように配置される。   In addition, an X-direction piezo (PZT) actuator 14 is provided that is displaced in the X direction in the horizontal plane (in the drawing, the direction perpendicular to the paper surface). A flexible X-direction stage 16 is connected to the X-direction piezoelectric actuator 14. At one end of the X direction stage 16, a plate 18b which is the other test body of the pair of test bodies 18 is supported and fixed. The ball 18a and the plate 18b, which are a pair of test bodies, are arranged so as to contact each other as shown.

Ｚ方向ピエゾアクチュエータ１０の鉛直方向の微小振動はＺ方向ステージ１２を介してボール１８ａに伝達され、ボール１８ａは鉛直方向に微小振動する。この鉛直方向の振動により、ボール１８ａの荷重が変動する。また、Ｘ方向ピエゾアクチュエータ１４のＸ方向の微小振動はＸ方向ステージ１６を介してプレート１８ｂに伝達され、プレート１８ｂは水平面内で微小振動する。ボール１８ａおよびプレート１８ｂは、当接状態で互いに直交する２軸方向に相対的に微小振動することとなり、例えばスラスト力を受けつつ回転するスプライン軸の摩擦面に生じるフレッチング摩耗現象を再現あるいはシュミレートできる。特に、ボール１８ａをＺ方向に微小振動させることで、ボール１８ａとプレート１８ｂとの間のクリアランスが確保され、潤滑油の浸入を許すこととなるため、潤滑油存在下におけるフレッチング摩耗を評価することができる。   The minute vertical vibration of the Z-direction piezo actuator 10 is transmitted to the ball 18a via the Z-direction stage 12, and the ball 18a slightly vibrates in the vertical direction. Due to the vertical vibration, the load of the ball 18a varies. Further, the minute vibration in the X direction of the X direction piezoelectric actuator 14 is transmitted to the plate 18b via the X direction stage 16, and the plate 18b vibrates minutely in the horizontal plane. The ball 18a and the plate 18b relatively vibrate in two axial directions orthogonal to each other in the contact state, and can reproduce or simulate a fretting wear phenomenon that occurs on the friction surface of the spline shaft that rotates while receiving a thrust force, for example. . Particularly, since the clearance between the ball 18a and the plate 18b is ensured by allowing the ball 18a to vibrate slightly in the Z direction and the intrusion of the lubricating oil is allowed, the fretting wear in the presence of the lubricating oil is evaluated. Can do.

なお、図ではＺ方向ピエゾアクチュエータ１０及びＺ方向ステージ１２はともにＺ方向に変位しているが、Ｚ方向ピエゾアクチュエータ１０は必ずしもＺ方向に変位する必要はなく、Ｚ方向ステージ１２の形状を工夫することで、結果的にＺ方向ピエゾアクチュエータの変位方向をＺ方向の変位方向に変換すればよい。Ｘ方向ピエゾアクチュエータ１４についても同様であり、Ｘ方向ピエゾアクチュエータ１４自体は水平面内のＹ方向に変位し、Ｘ方向ステージ１６により試験体の変位方向をＸ方向に変換すればよい。   In the figure, the Z-direction piezo actuator 10 and the Z-direction stage 12 are both displaced in the Z direction. However, the Z-direction piezo actuator 10 is not necessarily displaced in the Z direction, and the shape of the Z direction stage 12 is devised. As a result, the displacement direction of the Z-direction piezo actuator may be converted to the Z-direction displacement direction. The same applies to the X direction piezo actuator 14, and the X direction piezo actuator 14 itself may be displaced in the Y direction in the horizontal plane, and the displacement direction of the specimen may be converted to the X direction by the X direction stage 16.

図２には、図１に示されたフレッチング摩耗評価装置の制御ブロック図が示されている。信号発生器５０からアナログ信号はコントローラ５２に供給される。コントローラ５２は、アナログ信号に基づきピエゾ（ＰＺＴ）ドライバ５４にアナログ制御信号を供給する。ピエゾドライバ５４は、このアナログ制御信号に基づきＺ方向ステージ１２、Ｘ方向ステージ１６及び試験体１８を含むステージユニット５６を駆動する。ステージユニット５６にはＸ方向の変位（ストローク）やＺ方向の変位（荷重）を検出するセンサが設けられており、これらセンサからの検出信号はコントローラ５２に帰還される。コントローラ５２は、センサからの検出信号に基づきピエゾドライバ５４を帰還制御し、ボール１８ａおよびプレート１８ｂが所望の変位となるように駆動する。具体的には、ボール１８ａが鉛直方向に１周期振動する間に、プレート１８ｂを水平方向に１周期振動させる等である。振動の振幅は、フレッチング摩耗が生じる数ミクロン程度とする。   FIG. 2 is a control block diagram of the fretting wear evaluation apparatus shown in FIG. An analog signal is supplied from the signal generator 50 to the controller 52. The controller 52 supplies an analog control signal to a piezo (PZT) driver 54 based on the analog signal. The piezo driver 54 drives the stage unit 56 including the Z direction stage 12, the X direction stage 16, and the test body 18 based on the analog control signal. The stage unit 56 is provided with sensors that detect displacement (stroke) in the X direction and displacement (load) in the Z direction, and detection signals from these sensors are fed back to the controller 52. The controller 52 feedback-controls the piezo driver 54 based on the detection signal from the sensor, and drives the ball 18a and the plate 18b to have a desired displacement. Specifically, the plate 18b is vibrated for one period in the horizontal direction while the ball 18a vibrates for one period in the vertical direction. The amplitude of vibration is about a few microns where fretting wear occurs.

図３には、コントローラ５２で制御するステージユニット５６のＺ方向変位（荷重）およびＸ方向変位（ストローク）の時間変化を示すタイミングチャートが示されている。コントローラ５２は、周期的に荷重が増減するようにＺ方向ピエゾアクチュエータ１０を駆動する。具体的には、荷重０の状態からリニアにＬ0まで増大し、その後所定期間だけ荷重Ｌ0を維持し、その後荷重Ｌ0から荷重０までリニアに減少する変動パターンを周期的に繰り返す。時間軸上では荷重変化は台形状のパターンとなる。 FIG. 3 shows a timing chart showing temporal changes in the Z direction displacement (load) and the X direction displacement (stroke) of the stage unit 56 controlled by the controller 52. The controller 52 drives the Z-direction piezo actuator 10 so that the load increases and decreases periodically. Specifically, increases from the state of load 0 linearly to L 0, then maintaining the load L 0 by a predetermined time period, then repeating the variation pattern that decreases linearly periodically from the load L 0 to load 0. On the time axis, the load change becomes a trapezoidal pattern.

また、コントローラ５２は、荷重がＬ0で一定となる所定期間においてプレート１８ｂがＸ方向に１周期分だけ微小振動するようにＸ方向ピエゾアクチュエータ１４を駆動する。図において、荷重Ｌ0となる期間ｔ１〜ｔ２においてＸ方向に１周期分だけ微小振動させる様子が示されている。このような制御を実行することで、荷重印加状態におけるフレッチング摩耗を評価できるとともに、荷重０の期間において潤滑油がボール１８ａとプレート１８ｂ間に浸入し、次の荷重印加期間における微小振動により潤滑油存在下におけるフレッチング摩耗を評価できる。 Further, the controller 52, the load is driven in the X direction piezoelectric actuator 14 as the plate 18b in a predetermined time period as a constant L 0 is small vibrations only one period in the X direction. In the figure, how to minute vibrations by one period in the X direction in the period t1~t2 as a load L 0 is shown. By executing such control, the fretting wear in the load application state can be evaluated, and the lubricant oil enters between the ball 18a and the plate 18b in the period of zero load, and the lubricant oil is caused by minute vibration in the next load application period. Can evaluate fretting wear in the presence.

なお、Ｚ方向ステージ１２およびＸ方向ステージ１６は、それぞれピエゾアクチュエータと試験体１８ａ、１８ｂとの間に連結され、ピエゾアクチュエータの変位をその内部構造により適当な比率に増減させて試験体１８ａ、１８ｂに伝達する機能を有する。すなわち、一般にピエゾ素子（圧電素子）は出力荷重は比較的大きいものの、出力変位は小さく、単体ではフレッチング摩耗を評価するために必要な振動振幅（ミクロンオーダの振幅）を得ることが困難であり、可撓ステージを介在させることでピエゾ素子の変位を所望量の変位まで増減させて試験体１８ａ、１８ｂを微小振動させている。   The Z direction stage 12 and the X direction stage 16 are connected between the piezoelectric actuator and the test bodies 18a and 18b, respectively, and the displacement of the piezoelectric actuator is increased or decreased by an appropriate ratio depending on the internal structure of the test bodies 18a and 18b. It has a function to transmit to. That is, in general, the piezoelectric element (piezoelectric element) has a relatively large output load, but the output displacement is small, and it is difficult to obtain the vibration amplitude (micron order amplitude) necessary for evaluating fretting wear by itself. By interposing a flexible stage, the displacement of the piezo element is increased or decreased to a desired amount of displacement, and the specimens 18a and 18b are minutely vibrated.

図４および図５には、ステージ１２，１６の構造が例示されている。図４において、ステージ１２，１６は幅が不均一な長尺形状をなし、幅広部分の一端Ｏで基台に片持ち支持され、長さ方向にａ：ｂの比率点となる点Ｐにてピエゾアクチュエータ１０，１４に連結される。また、ステージ１２、１６の点Ｏとは反対側で幅狭部分の他端Ｑにおいて試験体１８ａ，１８ｂが連結される。長さの比率であるａ：ｂに応じて力点Ｐに生じるピエゾ素子の変位ｘ１が増減されて作用点Ｑにｘ３として出現する。作用点Ｑの下方にボール１８ａを連結する場合、変位ｘ３に応じてボールの荷重Ｆ３が増減する。ステージ１２，１６の厚さ（紙面の垂直方向）を適切に確保することで、その方向の剛性を確保できる。図４の構成では、ガイド軸受は不要となる。   4 and 5 illustrate the structures of the stages 12 and 16. In FIG. 4, the stages 12 and 16 have a long shape with non-uniform width, are cantilevered on the base at one end O of the wide portion, and are at a point P that is a ratio point of a: b in the length direction. The piezoelectric actuators 10 and 14 are connected. Further, the test bodies 18a and 18b are connected at the other end Q of the narrow part on the opposite side of the stage 12 from the point O. The displacement x1 of the piezo element generated at the force point P is increased / decreased according to the length ratio a: b, and appears at the action point Q as x3. When the ball 18a is connected below the action point Q, the ball load F3 increases or decreases according to the displacement x3. By ensuring the thickness of the stages 12 and 16 (perpendicular to the paper surface) appropriately, the rigidity in that direction can be ensured. In the configuration of FIG. 4, no guide bearing is required.

また、図５においては、ステージ１２，１６は屈曲形状をなし、互いに所定距離だけ離間した３つのヒンジ部を有する。３つのヒンジ部の２つは同一直線上にあり、残りの一つはこれらと距離ｈだけずれて配置される。残り一つのヒンジ部でステージ１２，１６を基台に支持される。屈曲形状のステージ１２，１６の一端はＸ方向に延在し、他端はＹ方向に延在しており、Ｘ方向に延在する部位の一端をピエゾアクチュエータ１０，１４に連結し、Ｙ方向に延在する部位の一端に試験体を連結する。ピエゾアクチュエータ１０、１４の変位によりＸ方向に延在する部位がＹ方向にｘ１だけ変位し、これにより基台に支持されたヒンジ部が撓み、Ｙ方向に延在する部位がＸ方向にｘ３だけ変位する。Ｙ方向に延在する部位の長さを調整することで、ｘ３を増減調整できる。   In FIG. 5, the stages 12 and 16 are bent and have three hinge portions that are separated from each other by a predetermined distance. Two of the three hinge portions are on the same straight line, and the other one is arranged so as to be shifted by a distance h. The remaining one hinge portion supports the stages 12 and 16 on the base. One end of each of the bent stages 12 and 16 extends in the X direction, and the other end extends in the Y direction. One end of the portion extending in the X direction is connected to the piezo actuators 10 and 14, and the Y direction The test body is connected to one end of the portion extending to the surface. The portion extending in the X direction is displaced by x1 in the Y direction due to the displacement of the piezo actuators 10 and 14, whereby the hinge portion supported by the base is bent, and the portion extending in the Y direction is only x3 in the X direction. Displace. By adjusting the length of the portion extending in the Y direction, x3 can be increased or decreased.

もちろん、これらの構成は例示に過ぎず、当業者であれば他の形状を採用することができる。   Of course, these configurations are merely examples, and other shapes can be adopted by those skilled in the art.

図６には、本実施形態におけるフレッチング摩耗評価装置の詳細構成図が示されている。Ｚ方向ピエゾアクチュエータ１０にはＺ方向ステージ１２が設けられ、Ｚ方向ステージ１２にはダイヤフラムを介して荷重を検出するロードセル２０が連結されている。ロードセル２０には治具を介して一対の試験体１８のうちのボール１８ａが設けられる。   FIG. 6 shows a detailed configuration diagram of the fretting wear evaluation apparatus in the present embodiment. The Z direction piezo actuator 10 is provided with a Z direction stage 12, and a load cell 20 for detecting a load is connected to the Z direction stage 12 through a diaphragm. The load cell 20 is provided with a ball 18a of the pair of test bodies 18 via a jig.

一方、試験体１８を構成する他方のプレート１８ｂはベース２２に支持される。ベース２２はその内部に加熱用ヒータが組み込まれており、熱負荷状態において試験体１８を微小振動できるように構成されている。すなわち、熱負荷を種々に変化させて試験体１８の温度や潤滑油の温度（粘度）を変化させた状態での評価が可能である。ベース２２はステージ１６に連結され、ステージ１６は一対の板バネ２４により挟持されつつＸ方向ピエゾアクチュエータ１４に連結される。一方の板バネ２４は、ステージ１６のＸ方向振動を可能とするとともに、鉛直方向の剛性を確保する機能を有する。図６のステージ１２，１６は、図４に示された基本構造、すなわちピエゾアクチュエータの変位方向とステージの変位方向が同一となる構造を採用しているが、図５に示された構造、すなわちピエゾアクチュエータの変位方向とステージの変位方向が９０度異なる構造を用いてもよい。   On the other hand, the other plate 18 b constituting the test body 18 is supported by the base 22. The base 22 incorporates a heater for heating, and is configured so that the specimen 18 can be vibrated minutely in a heat load state. That is, the evaluation can be performed in a state where the temperature of the test body 18 and the temperature (viscosity) of the lubricating oil are changed by changing the thermal load in various ways. The base 22 is connected to the stage 16, and the stage 16 is connected to the X-direction piezo actuator 14 while being sandwiched by a pair of leaf springs 24. One leaf spring 24 has a function of allowing the stage 16 to vibrate in the X direction and ensuring rigidity in the vertical direction. 6 employs the basic structure shown in FIG. 4, that is, the structure in which the displacement direction of the piezoelectric actuator and the displacement direction of the stage are the same, the structure shown in FIG. A structure in which the displacement direction of the piezoelectric actuator and the displacement direction of the stage are different by 90 degrees may be used.

図７には、図６に示されたフレッチング摩耗評価装置の制御ブロック図が示されている。図２に対応するものである。ＡＣ１００Ｖで動作する信号発生器５０からＸ方向のアナログ信号およびＺ方向のアナログ信号がコントローラ５２に供給される。コントローラ５２は、Ｚステージ１２用のロードセルアンプおよびＸステージ１６用のセンサアンプを備える。コントローラ５２は、ピエゾドライバ５４に対してＺステージ１２用アナログ制御信号およびＸステージ１６用アナログ制御信号を出力する。ピエゾドライバ５４は、これらの信号に基づきＺステージ１２およびＸステージ１６を駆動し、試験体１８ａ、１８ｂをそれぞれＺ方向およびＸ方向に微小変動させる。Ｚステージの微小変動は荷重の変化となり、Ｚステージ１２の荷重変化はロードセル２２で検出される。ロードセル２２にて検出された荷重検出信号はコントローラ５２のロードセルアンプに帰還される。一方、Ｘステージ１６にもその変位を検出するセンサ１６ａが設けられており、検出された変位信号はコントローラ５２のＸステージセンサアンプに帰還される。コントローラ５２は、これらの検出信号に基づきピエゾドライバ５４の動作を帰還制御する。Ｚ方向変位制御とＸ方向変位制御は同期制御され、図３に示されるように所定の荷重Ｌ0印加時にＸ方向ステージ１６及びプレート１８ｂがＸ方向に１周期だけ振動するように同期制御する。 FIG. 7 is a control block diagram of the fretting wear evaluation apparatus shown in FIG. This corresponds to FIG. An analog signal in the X direction and an analog signal in the Z direction are supplied to the controller 52 from the signal generator 50 operating at AC 100V. The controller 52 includes a load cell amplifier for the Z stage 12 and a sensor amplifier for the X stage 16. The controller 52 outputs an analog control signal for the Z stage 12 and an analog control signal for the X stage 16 to the piezo driver 54. The piezo driver 54 drives the Z stage 12 and the X stage 16 based on these signals, and causes the specimens 18a and 18b to slightly change in the Z direction and the X direction, respectively. Minor fluctuations in the Z stage result in changes in load, and changes in the load on the Z stage 12 are detected by the load cell 22. The load detection signal detected by the load cell 22 is fed back to the load cell amplifier of the controller 52. On the other hand, the X stage 16 is also provided with a sensor 16 a for detecting the displacement, and the detected displacement signal is fed back to the X stage sensor amplifier of the controller 52. The controller 52 feedback-controls the operation of the piezo driver 54 based on these detection signals. The Z-direction displacement control and the X-direction displacement control are synchronously controlled, and are synchronously controlled so that the X-direction stage 16 and the plate 18b vibrate only in one cycle in the X direction when a predetermined load L 0 is applied as shown in FIG.

また、Ｘステージ１６の下部にはＸステージ１６のＺ方向の力、すなわち試験体１８に作用するスラスト力を検出するセンサ１６ｂが設けられ、検出信号はセンサアンプ１９に供給される。センサ１６ｂは、例えば水晶圧電型荷重変換器を用いることができる。センサアンプ１９は、ＤＣ電源１７からの電圧で作動し、検出スラスト力を出力する。この信号を用いてスラスト力をモニタすることができる。なお、上述したように、ベース２２には試験体１８を加熱するためのヒータが組み込まれており、このヒータからの熱的影響を排除するために、水晶圧電型荷重変換器の上下に別のヒータを組み込んで温度制御することも好適である。   In addition, a sensor 16 b that detects a force in the Z direction of the X stage 16, that is, a thrust force acting on the test body 18, is provided below the X stage 16, and a detection signal is supplied to the sensor amplifier 19. As the sensor 16b, for example, a quartz piezoelectric load transducer can be used. The sensor amplifier 19 operates with the voltage from the DC power source 17 and outputs a detected thrust force. This signal can be used to monitor the thrust force. As described above, a heater for heating the specimen 18 is incorporated in the base 22, and in order to eliminate the thermal influence from the heater, separate crystals are placed above and below the quartz piezoelectric load transducer. It is also preferable to control the temperature by incorporating a heater.

このように、本実施形態においてはＸ方向のみならずＺ方向についても試験体を微小変動させ、これにより種々の荷重印加状況下における微小変動を実現できる。また、一対の試験体間に生じるクリアランスに潤滑油あるいはグリースを侵入させ、潤滑油存在下におけるフレッチング摩耗量を正確に評価することができる。これにより、耐フレッチング摩耗特性に優れた材料の開発や、耐フレッチング摩耗特性に優れた潤滑油の開発に必要な基礎的データを得ることができる。   As described above, in the present embodiment, the specimen is slightly changed not only in the X direction but also in the Z direction, thereby realizing minute fluctuations under various load application conditions. Further, it is possible to accurately evaluate the amount of fretting wear in the presence of lubricating oil by allowing lubricating oil or grease to enter the clearance generated between the pair of test bodies. As a result, basic data necessary for the development of a material excellent in fretting wear resistance and the development of a lubricating oil excellent in fretting wear resistance can be obtained.

フレッチング摩耗評価装置の概念構成図である。It is a conceptual block diagram of a fretting wear evaluation apparatus. 図１に示されたフレッチング摩耗評価装置の制御ブロック図である。FIG. 2 is a control block diagram of the fretting wear evaluation apparatus shown in FIG. 1. Ｚ方向変位とＸ方向変位の駆動タイミングチャートである。It is a drive timing chart of Z direction displacement and X direction displacement. 可撓ステージの構成図である。It is a block diagram of a flexible stage. 可撓ステージの他の構成図である。It is another block diagram of a flexible stage. 実施形態に係るフレッチング摩耗評価装置の斜視図である。It is a perspective view of the fretting wear evaluation apparatus concerning an embodiment. 図６に示されたフレッチング摩耗評価装置の制御ブロック図である。FIG. 7 is a control block diagram of the fretting wear evaluation apparatus shown in FIG. 6.

符号の説明Explanation of symbols

１０ Ｚ方向ピエゾアクチュエータ、１２ Ｚ方向ステージ、１４ Ｘ方向ピエゾアクチュエータ、１６ Ｘ方向ステージ、１８ 試験体、１８ａ ボール、１８ｂ プレート。   10 Z direction piezo actuator, 12 Z direction stage, 14 X direction piezo actuator, 16 X direction stage, 18 specimen, 18a ball, 18b plate.

Claims (6)

第１の部材及び第２の部材間の相対的微小運動により生じるフレッチング摩耗を評価する装置であって、
前記第１の部材及び前記第２の部材を接触させつつ鉛直方向に配置し、
前記第１の部材を水平面内の一方向に微小振動させる水平方向駆動手段と、
前記第２の部材を鉛直面内の一方向に微小変位させることで前記第１の部材に対する前記第２の部材の荷重を変動させる鉛直方向駆動手段と、
を有することを特徴とするフレッチング摩耗評価装置。 An apparatus for evaluating fretting wear caused by relative micromotion between a first member and a second member,
Arranging the first member and the second member in contact with each other in a vertical direction;
Horizontal driving means for minutely vibrating the first member in one direction in a horizontal plane;
Vertical direction drive means for changing the load of the second member on the first member by minutely displacing the second member in one direction in the vertical plane;
A fretting wear evaluation apparatus comprising: 請求項１記載の装置において、
前記水平方向駆動手段は、
水平方向に変位する第１のピエゾ素子と、
その一端が前記第１のピエゾ素子に連結されるとともに他端が前記第１の部材に連結され、前記第１のピエゾ素子の変位を増減して前記第１の部材に伝達する第１の可撓ステージと、
を有することを特徴とするフレッチング摩耗評価装置。 The apparatus of claim 1.
The horizontal driving means includes
A first piezo element displaced in the horizontal direction;
One end of the first piezoelectric element is connected to the first piezoelectric element and the other end is connected to the first member, and the first piezoelectric element is transmitted to the first member by increasing or decreasing the displacement of the first piezoelectric element. A flexible stage;
A fretting wear evaluation apparatus comprising: 請求項１記載の装置において、
前記鉛直方向駆動手段は、
鉛直方向に変位する第２のピエゾ素子と、
その一端が前記第２のピエゾ素子に連結されるとともに他端が前記第２の部材に連結され、前記第２のピエゾ素子の変位を増減して前記第２の部材に伝達する第２の可撓ステージと、
を有することを特徴とするフレッチング摩耗評価装置。 The apparatus of claim 1.
The vertical driving means is
A second piezo element displaced in the vertical direction;
One end of the second piezo element is connected to the second piezo element and the other end is connected to the second member, and the displacement of the second piezo element is increased / decreased and transmitted to the second member. A flexible stage;
A fretting wear evaluation apparatus comprising: 請求項１記載の装置において、
前記水平方向駆動手段は、前記鉛直方向駆動手段の微小変位タイミングに同期して前記第１の部材を微小振動させるものであり、前記水平方向駆動手段は、前記鉛直方向駆動手段が前記第２の部材に対して所定の荷重を印加する期間において前記第１の部材を１周期分微小振動させる
ことを特徴とするフレッチング摩耗評価装置。 The apparatus of claim 1.
The horizontal direction driving unit is configured to slightly vibrate the first member in synchronization with a minute displacement timing of the vertical direction driving unit. The horizontal direction driving unit is configured such that the vertical direction driving unit includes the second direction driving unit. The fretting wear evaluation apparatus, wherein the first member is minutely vibrated by one period during a period in which a predetermined load is applied to the member. 請求項１〜４のいずれかに記載の装置において、さらに、
前記第１の部材及び第２の部材を加熱するためのヒータ手段
を有することを特徴とするフレッチング摩耗評価装置。 The apparatus according to any one of claims 1 to 4, further comprising:
A fretting wear evaluation apparatus comprising: heater means for heating the first member and the second member. 第１の試験体と第２の試験体との間の相対的微小運動により生じるフレッチング摩耗を評価する装置であって、
前記第１の試験体を水平面内のＸ方向に微小振動させるＸ方向ステージと、
前記Ｘ方向ステージを駆動するＸ方向ピエゾ素子と、
前記Ｘ方向ステージの変位量を検出する変位センサと、
前記第２の試験体を前記第１の試験体に対して鉛直上方に支持するとともに前記第２の試験体を鉛直面内のＺ方向に微小変位させて荷重を変化させるＺ方向ステージと、
前記Ｚ方向ステージを駆動するＺ方向ピエゾ素子と、
前記Ｚ方向ステージの荷重量を検出するロードセルと、
前記第１の試験体及び前記第２の試験体を加熱するヒータと、
前記Ｘ方向ピエゾ素子及び前記Ｚ方向ピエゾ素子を同期駆動制御するコントローラであって、前記変位センサ及び前記ロードセルからの検出信号に基づき変位量及び荷重印加量をフィードバック制御するコントローラと、
を有することを特徴とするフレッチング摩耗評価装置。 An apparatus for evaluating fretting wear caused by relative micromotion between a first specimen and a second specimen,
An X-direction stage for minutely vibrating the first test body in the X-direction in a horizontal plane;
An X-direction piezo element for driving the X-direction stage;
A displacement sensor for detecting a displacement amount of the X direction stage;
A Z-direction stage for supporting the second test body vertically upward with respect to the first test body and changing the load by slightly displacing the second test body in the Z-direction in the vertical plane;
A Z-direction piezo element for driving the Z-direction stage;
A load cell for detecting a load amount of the Z direction stage;
A heater for heating the first specimen and the second specimen;
A controller for synchronously driving and controlling the X-direction piezo element and the Z-direction piezo element, and a controller for feedback-controlling a displacement amount and a load application amount based on detection signals from the displacement sensor and the load cell;
A fretting wear evaluation apparatus comprising:
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