JP2008151691A - 湿式潤滑剤の特性測定方法及び特性測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】湿式潤滑剤の潤滑特性の測定試験を実際の使用条件に近い条件で行えるようにし、湿式潤滑剤の潤滑特性の測定精度を向上させる。
【解決手段】回転体２の外周面に湿式潤滑剤４を介して摩擦部材３を押し付けて荷重を負荷し、回転体２を回転させつつ負荷荷重を順次増加させて、回転体２に作用するトルクをトルク測定手段５２により測定する。同時に、回転体２から発生するＡＥ波（弾性波）をＡＥ波測定手段６０により測定して、制御装置４０及びＰＣ６３により波形解析し、その波形の変化等に基づいて、回転体２の表層に生じた微小な変化を測定して回転体２の摩耗を判別する。これにより、回転体２に発生した初期摩耗等の摩耗を検出し、その検出結果とトルクの変化に基づき、湿式潤滑剤４の潤滑特性を把握する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えばスチールワイヤの伸線加工時等に使用される湿式潤滑剤の潤滑特性を測定する特性測定方法及び装置に関し、特に、潤滑特性の測定精度を向上させた湿式潤滑剤の特性測定方法及び特性測定装置に関する。

線材、例えばスチールコードの製造に際しては、素線（スチールワイヤ）を、引き抜きダイス（線材の外径仕上げ用工具）（以下、ダイスという）により伸線し、所定の外径に形成する伸線加工が行われている。

図４は、この線材の伸線加工について説明するための模式図であり、線材（ここではスチールワイヤ）及びダイスを断面で示す。
伸線加工に使用されるダイス８０は、図示のように、線材９０を通して伸線するための略円形状の貫通孔８１を有する。この貫通孔８１は、線材９０の入口側（図では左側）の一端部の直径が、伸線前の線材９０Ａが挿入可能な直径に形成され、そこから他端部側に向かって徐々に縮径しつつダイス８０内の略中間部まで延びて線材９０の仕上げ径まで縮径し（縮径部８１Ａ）、そこから線材９０の出口側（図では右側）の他端部まで略同じ直径で延びる（仕上げ部８１Ｂ）ように形成されている。

伸線加工時には、線材９０を、所定の速度でダイス８０の貫通孔８１内を通して引き抜き（図の矢印Ｓ）、伸線前の線材９０Ａに縮径部８１Ａで荷重を負荷して、その直径に合わせて絞るように伸線し、仕上げ部８１Ｂにより、伸線後の線材９０Ｂを所定の外径に形成する。その間、線材９０には、比較的大きな荷重が負荷され、この高圧状態で連続して高速で加工される。

そのため、このような伸線加工時には、線材９０とダイス８０（貫通孔８１）との間の滑り等をよくするため、各種の潤滑剤が使用されており、中でも、取り扱いの容易性や性能の高さ等から、例えば水溶性の潤滑剤等の湿式潤滑剤が広く普及している。この湿式潤滑剤は、線材９０とダイス８０との焼付きやダイス８０の摩耗を防止して、伸線加工を円滑化し、又はダイス８０の寿命を長くする等、重要な役割を有しており、従って、その線材９０との相性や潤滑効果の程度等の潤滑特性を把握することは、操業上極めて重要である。

そこで、従来から、このような湿式潤滑剤中で、伸線加工する線材９０に対応するサンプル部材を用いて摩擦試験を行い、予め潤滑特性を測定して湿式潤滑剤を評価することが行われている（特許文献１参照）。

図５は、このような従来の潤滑特性の測定に使用される装置の一例を示す要部模式図であり、図では、説明のために各部を分解して示している。
この特性測定装置１００は、図示のように、比較的小径な略円柱状（ピン状）のサンプル部材（サンプルピン）１１０を下端に装着して回転させる回転軸１０１と、サンプル部材１１０を回転軸１０１に固定するロックピン１０２と、サンプル部材１１０を挟み付けて所定の荷重を負荷するための一対の挟付部材（ここではＶ溝が形成された円柱状ブロック）１０３とを備えた、いわゆるファレックス試験機である。

この特性測定装置１００で湿式潤滑剤の試験を行うときには、回転軸１０１に固定されたサンプル部材１１０と、これをＶ溝部で挟み付ける挟付部材１０３とを、容器に収容された評価対象の湿式潤滑剤中（図示せず）に浸漬してサンプル部材１１０を回転させ、その負荷荷重を徐々に増加させる。その間のサンプル部材１１０に作用するトルクと負荷荷重、及び直径の変化等を、トルクメータやロードセル、及び変位センサ等の測定手段（図示せず）により測定し、その測定結果に基づいて、湿式潤滑剤中でのサンプル部材１１０と挟付部材１０３の摩擦係数や焼付荷重、及びサンプル部材１１０の摩耗量や摩耗状態等を測定して湿式潤滑剤の潤滑特性を把握する。

ところが、近年、このような湿式潤滑剤は、高性能化に伴い成分組成等が非常に複雑化しており、上記した従来の特性測定装置１００では、その潤滑特性を充分に、かつ精度よく測定して評価するのが難しくなっている。特に、この特性測定装置１００では、サンプル部材１１０の摩耗に関して、トルクの変化や直径の変化等から摩耗状態及び摩耗量等を測定するため、その測定結果は、主にサンプル部材１１０の直径の変化等に結びつく凝着摩耗等の、負荷荷重が比較的大きくなってから発生する明確な測定が可能な摩耗に関するものに限定されている。即ち、この特性測定装置１００では、試験開始直後等の摩耗初期にサンプル部材１１０の表層に生じる微小な変化を測定できず、負荷荷重が低いときにも発生するアブレッシブ摩耗等の、主に摩耗初期に発生する摩耗量としての測定が困難な初期摩耗を検出するのが難しい等、サンプル部材１１０の摩耗を正確に検出して把握できないという問題がある。

また、この特性測定装置１００では、サンプル部材１１０が比較的小径であり、その外周面（摩擦面）の回転速度を速くするのが難しい等、湿式潤滑剤の試験時に、例えば上記した伸線加工（図４参照）に対応する高速、高圧の摩擦状態を再現できず、実際の使用時（加工時）の摩擦条件に近い条件での試験が行えないため、その潤滑特性に関する各測定結果の正確性が低くなることがある。特に、サンプル部材１１０に作用するトルクは、試験条件により比較的大きな影響を受けるため、トルクの変化等から測定される摩擦係数や焼付荷重等が不正確となり、湿式潤滑剤の潤滑特性の測定精度及び、それらに基づく湿式潤滑剤の評価精度も低くなる傾向がある。

その結果、この従来の特性測定装置１００では、湿式潤滑剤の評価結果と、それを実際に伸線加工等に使用したときの使用結果（評価結果）とが一致しないことがある等、潤滑特性を、実際の使用に対応して、充分な精度で正確に測定して評価できないことがあり、伸線加工等の湿式潤滑剤を使用した加工や生産等に不都合が生じる恐れがある。

特開平５−２２３８１１号公報

本発明は、前記従来の問題に鑑みなされたものであって、その目的は、湿式潤滑剤の潤滑特性の測定試験を実際の使用条件に近い条件で行えるようにし、潤滑特性に関する測定結果の正確性を高めるとともに、その際に発生する摩耗をより正確に検出し、湿式潤滑剤の潤滑特性の測定精度を向上させることである。

請求項１の発明は、湿式潤滑剤の潤滑特性を測定する湿式潤滑剤の特性測定方法であって、軸線周りに回転する回転体の外周面に湿式潤滑剤を介して摩擦部材を接触させて摩擦する工程と、前記摩擦部材を前記回転体に押し付けて荷重を負荷し、該負荷荷重を順次増加させる工程と、前記摩擦部材との間の摩擦により前記回転体に作用するトルクの変化を測定する工程と、前記回転体又は摩擦部材から発生するＡＥ波を連続して測定する工程と、該測定したＡＥ波を解析する工程と、該ＡＥ波の解析結果に基づいて、前記回転体又は摩擦部材の摩耗の発生を検出する工程と、を有することを特徴とする。
請求項２の発明は、請求項１に記載された湿式潤滑剤の特性測定方法において、前記回転体の前記摩擦部材が接触する外周面の直径を１０〜５０ｃｍに形成し、該回転体を２０００〜５０００ｒｐｍの回転数で回転させることを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項１又は２に記載された湿式潤滑剤の特性測定方法において、前記摩耗の発生を検出する工程は、前記測定したＡＥ波の波形に基づき、前記回転体又は摩擦部材の摩耗の種類を判別して検出することを特徴とする。
請求項４の発明は、請求項３に記載された湿式潤滑剤の特性測定方法において、前記摩耗の発生を検出する工程では、少なくとも前記回転体又は摩擦部材の初期摩耗を検出することを特徴とする。
請求項５の発明は、湿式潤滑剤の潤滑特性を測定する湿式潤滑剤の特性測定装置であって、軸線周りに回転可能な回転体と、該回転体を回転させる回転駆動手段と、前記回転する回転体の外周面に前記湿式潤滑剤を介して接触して摩擦する摩擦部材と、該摩擦部材を前記回転体に押し付けて荷重を負荷し、かつ該負荷荷重を変更可能な荷重負荷変更手段と、前記摩擦部材との間の摩擦により前記回転体に作用するトルクを測定するトルク測定手段と、前記回転体又は摩擦部材から発生するＡＥ波を測定するＡＥ波測定手段と、該測定したＡＥ波を波形解析し、前記回転体又は摩擦部材の摩耗の発生を検出する波形解析手段と、を備えたことを特徴とする。
請求項６の発明は、請求項５に記載された湿式潤滑剤の特性測定装置において、前記回転体は、前記摩擦部材が接触する外周面の直径が１０〜５０ｃｍに形成され、前記回転駆動手段は、前記回転体を２０００〜５０００ｒｐｍの回転数で回転させることを特徴とする。
請求項７の発明は、請求項５又は６に記載された湿式潤滑剤の特性測定装置において、前記波形解析手段は、前記測定したＡＥ波の波形に基づき、前記回転体又は摩擦部材の摩耗の種類を判別して検出することを特徴とする。
請求項８の発明は、請求項７に記載された湿式潤滑剤の特性測定装置において、前記波形解析手段により、少なくとも前記回転体又は摩擦部材の初期摩耗を検出することを特徴とする。

本発明によれば、湿式潤滑剤の潤滑特性の測定試験を実際の使用条件に近い条件で行うことができ、潤滑特性に関する測定結果の正確性が高まるとともに、その際に発生する摩耗をより正確に検出でき、湿式潤滑剤の潤滑特性の測定精度を向上させることができる。

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。
本実施形態の湿式潤滑剤の特性測定装置（摩擦試験装置）は、例えば伸線加工に使用される水溶性の潤滑剤等の湿式潤滑剤の潤滑特性を測定して評価するためのものであり、上記した従来の特性測定装置１００（図５参照）と同様に、測定対象の湿式潤滑剤を介して、加工等する部材の材質等に対応するサンプル部材の摩擦試験を行い、その潤滑特性の測定等に使用される。

図１は、本実施形態の湿式潤滑剤の特性測定装置の要部を模式的に示す概略構成図である。
この特性測定装置１は、図示のように、軸線周りに回転可能な回転体２と、その外周面の所定位置に接触して摩擦する摩擦部材３と、を備えており、摩擦部材３を、回転する回転体２の外周面に湿式潤滑剤４を介して接触させて摩擦し、その潤滑特性に関して各種の測定を行う。

従って、この特性測定装置１は、回転体２を回転させる回転駆動手段１０と、摩擦部材３を回転体２に押し付ける荷重負荷変更手段２０と、湿式潤滑剤４を収容する収容槽３０と、装置各部に接続されて特性測定装置１全体の制御や摩耗量の算出等を行う制御装置４０と、各種の測定を行う複数の測定手段５０、５１、５２、６０等を備えている。

ここで、本実施形態では、回転体２を、外周面が所定の直径の略円盤状に形成するとともに、その全体又は少なくとも摩擦部材３が接触する外周面を、例えば伸線加工等される実際の加工部材に対応した材質等により形成し、回転体２を摩耗等の測定対象であるサンプル部材にしている。また、この特性測定装置１では、回転体２の摩擦部材３が接触する外周面の直径を比較的大径（ここでは１０〜５０ｃｍ）に形成し、その外周面に実際の加工部材の表面処理（例えば、メッキや熱処理等）と同じ処理を施す等して、外周面の表面を実際の加工部材の表面と略同じ状態に形成している。一方、この回転体２と接触する摩擦部材３は、例えば超硬合金等の硬度及び耐摩耗性等が高い材料からなり、略円盤状や板状等のブロック状に、かつ回転体２側の一端面が、その外周面と略均等に接触するよう平坦かつ円滑な面に形成されている。

回転駆動手段１０は、湿式潤滑剤４中で回転体２を軸線周りに所定速度（回転数）で回転（図の矢印Ｒ）させるための回転駆動機構であり、軸線周りに回転可能な回転軸１１と、回転軸１１の一端部（図では紙面奥側の端部）に固定されたプーリ１２と、回転数（速度）が変更及び調節可能なモータ１３と、モータ１３及び制御装置４０に接続された速度コントローラ１４と、モータ１３の回転軸の先端部に固定されたプーリ１５と、各プーリ１２、１５間に架け渡された無端状の伝動ベルト１６と、を有する。

回転軸１１は、ベアリング等の軸受け部材を介して支持手段（図示せず）により回転自在に支持されるとともに、回転体２を、固定手段（図示せず）により略同芯状に固定して支持し、回転体２と共に軸線周りに回転する。速度コントローラ１４は、制御装置４０により制御され、そこからの制御信号等に基づいてモータ１３をコントロールして所定速度（回転数）で回転させる。このモータ１３の回転力は、プーリ１５、伝動ベルト１６、及びプーリ１２を介して回転軸１１に伝達され、回転軸１１及び回転体２を軸線周りに所定の回転数（回転速度）で回転させる。なお、本実施形態では、回転駆動手段１０は、回転体２を、比較的高速度である２０００〜５０００ｒｐｍ（revolutions per minute）の範囲内の回転数で回転させるようになっている。

荷重負荷変更手段２０は、摩擦部材３を保持して回転体２の外周面に押し付けて所定の荷重を負荷（図の矢印Ｐ）し、かつ負荷荷重を変更可能に構成され、一端側（図では左端側）に摩擦部材３を固定するプレッシャーロッド２１と、その他端側（図では右端側）に配置された駆動手段２２と、を有する。

プレッシャーロッド２１は、略円柱状をなし、駆動手段２２から回転体２の軸芯に向かって、かつ、回転体２の半径方向と略平行になるように設けられている。また、プレッシャーロッド２１は、その回転体２側の先端部に摩擦部材３を固定して支持し、摩擦部材３の一方の面（摩擦面）を回転体２の外周面に対向して配置する。

駆動手段２２は、プレッシャーロッド２１を長手方向（図では左右方向）に変位させて、その先端部に固定された摩擦部材３を回転体２の外周面に接近及び離間させ、かつ、摩擦部材３を回転体２に所定の力で押し付けるための、例えば油圧式や空気圧式のピストン・シリンダ機構等の駆動源等からなる。

この荷重負荷変更手段２０では、駆動手段２２として、油圧式のピストン・シリンダ機構を使用し、そのピストンロッド２２Ａの先端にプレッシャーロッド２１を取り付け、油圧によりピストンロッド２２Ａをシリンダ２２Ｂから出し入れして摩擦部材３を上記のように移動させる。また、この荷重負荷変更手段２０では、シリンダ２２Ｂに制御弁２３を介してポンプ等からなる油圧源（図示せず）を接続するとともに、制御弁２３を制御装置４０に接続し、制御装置４０からの制御信号等により制御弁２３を制御してシリンダ２２Ｂからピストンロッド２２Ａに作用する圧力を調節する。このようにして、ピストンロッド２２Ａに所定の油圧を作用させて、プレッシャーロッド２１を介して摩擦部材３を回転体２の外周面に押し付けて所定の荷重を負荷し、摩擦部材３を押し付ける力を変化させて、その負荷荷重を変更制御する。

また、本実施形態の特性測定装置１では、この荷重負荷変更手段２０の各部に、荷重測定手段５０、変位測定手段５１、及びトルク測定手段５２を設けている。荷重測定手段５０は、駆動手段２２（ピストンロッド２２Ａ）の先端とプレッシャーロッド２１との間に設けられた、ロードセルや半導体圧力センサ等の圧力センサ等からなり、駆動手段２２とプレッシャーロッド２１との間に作用する圧力を測定して、摩擦部材３から回転体２に負荷されている荷重を測定する。変位測定手段５１は、例えばプレッシャーロッド２１上の収容槽３０の側面と離れた位置に取り付けられ、収容槽３０の側面との間の距離の変化を測定して摩擦部材３の変位量（回転体２の直径の変化量）等を測定するものであり、レーザ式や渦電流式の変位センサ等からなる。

トルク測定手段５２は、摩擦部材３との間の摩擦により回転体２に作用するトルクを測定するものであり、ここでは、荷重負荷変更手段２０のプレッシャーロッド２１に取り付けられている。このトルク測定手段５２は、回転体２と摩擦部材３との間に生じる摩擦力により、回転体２の回転方向に回転しようとする荷重負荷変更手段２０（プレッシャーロッド２１）の回転を止めつつ、摩擦部材３及びプレッシャーロッド２１に作用する同方向の力を測定するロードセル等からなり、これにより、回転体２に作用する回転（摩擦）トルクを測定する。

収容槽３０は、回転体２と摩擦部材３等が収容可能な大きさに形成されて所定量の湿式潤滑剤４を収容し、回転体２と摩擦部材３の少なくとも接触部を、湿式潤滑剤４中に浸漬して、それらを湿式潤滑剤４を介して接触させる。また、収容槽３０は、その荷重負荷変更手段２０側の側面に、プレッシャーロッド２１が長手方向に移動可能に挿入される貫通孔を有するが、それらの間にはパッキンやオーリング等のプレッシャーロッド２１を移動させつつ液体の漏れを防止するシール部材が設けられ、収容槽３０から湿式潤滑剤４が流出するのが防止されている。同様に、回転駆動手段１０の回転軸１１も、収容槽３０の他の側面に形成された貫通孔に、シール部材等を介して回転可能に挿入されている。更に、この収容槽３０には、図示は省略するが、湿式潤滑剤４の温度を測定する温度センサと、湿式潤滑剤４の温度を所定温度に維持する温度維持手段と、温度センサの測定結果に基づき温度維持手段の温度を調節する温度調節器等が設けられており、これらにより湿式潤滑剤４の温度を一定温度に維持して、恒温状態で試験が行えるようになっている。

制御装置４０は、例えば、各種のデータ処理や解析、演算等を行うマイクロプロセッサ（ＭＰＵ）等の演算処理手段４２や、各種プログラムを格納したＲＯＭ、処理のための一時的なデータの保存等を行うＲＡＭ等の記憶手段４３等を備えたマイクロコンピュータ４１、及び上記した各部等の外部機器との接続のためのインターフェース４４等からなる。この制御装置４０は、インターフェース４４を介して接続された各部との間で、湿式潤滑剤４の試験に必要な駆動・停止指令等の各種データを送受信し、上記した回転体２の回転数や、摩擦部材３から回転体２に負荷される荷重の変更等を含む装置全体の制御を行う。

また、この制御装置４０は、上記した各測定手段５０、５１、５２が、アンプ（図示せず）等を介してインターフェース４４に接続されており、それらから出力されたトルク等の各測定データを受信し、その記憶や所定の解析プログラムに基づく演算処理等を実行して、湿式潤滑剤４の評価等に用いられる各種データの算出等を行う。例えば、制御装置４０は、変位測定手段５１が測定した変位量に基づき、回転体２の直径の変化量を求めて、その摩耗量を算出し、トルク測定手段５２により回転体２に作用するトルク及び、その変化を測定し、その測定結果に基づいて、回転体２と摩擦部材３との間の摩擦力を求める。また、制御装置４０は、それら各結果と荷重測定手段５０の測定結果から、湿式潤滑剤４中での回転体２と摩擦部材３の、負荷荷重に対する摩擦力の変化や摩擦係数を求め、或いは、トルクが急激に変化するときの荷重から焼付荷重を算出等する。

更に、この特性測定装置１では、制御装置４０に、荷重負荷変更手段２０のプレッシャーロッド２１に取り付けた、アコースティックエミッション波（本発明ではＡＥ波という）を測定するＡＥセンサであるＡＥ波測定手段６０を、プリアンプ６１、電源ユニット６２等を順次介して接続している。ＡＥ波は、固体が変形や破壊等するときに、内部組織や構造の微小変化等に伴って歪エネルギーが解放され、それにより弾性振動の波が生じるアコースティックエミッション現象により発生する弾性波であり、ここでは、回転体２が摩耗等するときに発生するＡＥ波を、ＡＥ波測定手段６０により測定する。即ち、摩擦部材３と回転接触する回転体２から発生した摩耗等に伴うＡＥ波は、摩擦部材３及びプレッシャーロッド２１を介してＡＥ波測定手段６０に伝達し、これをＡＥ波測定手段６０により測定して電気信号に変換する。この信号は、プリアンプ６１に出力されて増幅処理やフィルタリング処理によるノイズ成分の除去等が行われた後、電源ユニット６２等を介して制御装置４０に出力される。

制御装置４０は、このＡＥ波測定手段６０が測定したＡＥ波のデータを収集して記憶するとともに、所定の波形解析プログラム等に基づいて演算処理を行い、回転体２に発生した摩耗を判別して検出する。即ち、この制御装置４０は、測定したＡＥ波を波形解析して回転体２の摩耗の発生を検出する波形解析手段でもあり、ここでは、主に、回転体２への負荷荷重に対するＡＥ波の波形に基づき、回転体２の摩耗を検出して判別し、少なくとも回転体２の初期摩耗の発生を検出する。

ここで、本発明において、回転体２の初期摩耗とは、例えば試験開始後の比較的初期（摩耗初期）等の負荷荷重が低いときにも発生するアブレッシブ摩耗等、摩耗初期に発生して回転体２の直径や摩擦トルクの変化等に大きく結びつかない摩耗であり、主に摩耗初期に回転体２の表層に生じる微小な変化（摩耗現象）のことである。

また、この特性測定装置１では、各種の波形解析プログラムを備えたＰＣ（パーソナルコンピュータ）６３を、インターフェース４４を介して制御装置４０に接続しており、ＡＥ波の測定結果をＰＣ６３に出力して、より詳細なＡＥ波の波形解析等を行うようになっている。このＰＣ６３では、例えば測定したＡＥ波のグラフ数値化や、波形成分の周波数の算出及び回転体２に発生した摩耗の種類の判別、又はＡＥ波のフィルタリング処理等による主要な波形成分の抽出等を行う。このように、ＰＣ６３は、上記した制御装置４０と同様に、測定したＡＥ波を波形解析して回転体２の摩耗を検出する波形解析手段であり、以下では、これらをまとめて波形解析手段という。

次に、以上説明した特性測定装置１による、湿式潤滑剤４の潤滑特性の測定試験の手順等について説明するが、以下の各手順等は、制御装置４０により、所定のプログラムや予め設定された条件等に基づいて、接続された各部を所定のタイミングで作動させる等、装置各部を連動して作動させて実行される。

試験は、まず、収容槽３０内で、回転体２と摩擦部材３を、それぞれ回転軸１１及びプレッシャーロッド２１に取り付けて固定し、駆動手段２２によりプレッシャーロッド２１を移動させて、摩擦部材３を回転体２の外周面の所定位置に接触させる。続いて、収容槽３０内の湿式潤滑剤４の量を調節する等して、回転体２と摩擦部材３の少なくとも接触部を湿式潤滑剤４中に浸漬し、恒温状態で試験する場合には、それらが一定温度になるまで待機する。

次に、モータ１３を回転させて回転軸１１及び回転体２を所定の回転数（ここでは、２０００〜５０００ｒｐｍ）で軸線周りに回転させ、回転体２を、湿式潤滑剤４を介して摩擦部材３と回転接触させて摩擦を開始した後、荷重負荷変更手段２０（駆動手段２２）により摩擦部材３を回転体２に押し付けて所定の荷重を負荷する。続いて、荷重負荷変更手段２０により摩擦部材３を回転体２に徐々に強く押し付け、回転する回転体２に負荷する摩擦部材３による荷重を予め設定された速度で順次増加させ、この荷重の増加を、所定の荷重やトルクに達するまで、又は所定時間が経過するまで続行する。

以上の回転体２の回転開始時から、回転体２に作用するトルクをトルク測定手段５２により連続して測定する等、各測定手段５０、５１、５２による測定を連続して行い、それら各測定結果に基づいて、回転体２に作用するトルクや摩擦力の変化、摩擦係数、焼付荷重、及び回転体２の直径の変化量（摩耗量）等を測定する。同時に、回転体２から発生するＡＥ波を、ＡＥ波測定手段６０により連続して測定し、測定したＡＥ波を波形解析手段により解析して、その解析結果に基づいて、回転体２の摩耗の発生を検出する。

図２は、この回転体２に負荷される荷重の変化（図２Ａ）と、その間に測定したＡＥ波の波形（図２Ｂ）の例を示す線図（グラフ）であり、それぞれ図２Ａ、Ｂの横軸は試験開始からの経過時間、図２Ａの縦軸は荷重、図２Ｂの縦軸は検出したＡＥ波の強さ（振幅の大きさ、単位Ｖ）である。また、図３は、図２ＢのＡＥ波の一部を拡大して示す線図であり、それぞれ図３Ａは図２ＢのＸで示す範囲を、図３Ｂは図２ＢのＹで示す範囲を、主に横軸方向に拡大して示している。なお、図２Ｂ及び図３Ａ、３Ｂの縦軸は、ＡＥ波をＲＭＳ値（Ｒｏｏｔ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ値、平均２乗値）で示している。

ここでは、図２Ａに示すように、回転体２に負荷する荷重を、試験開始から直線的に増加させ、時間の経過とともに徐々に大きくなるようにして試験を行ったときの例を示す。その際、ＡＥ波は、図２Ｂに示すように、試験開始後の比較的初期には、局部的に大きくなる（図のＳ）ものの、全体としては同程度の小さな振幅で細かく変化し、その後、大きな振幅のものが連続して発生（図のＧ）するように変化している。

波形解析手段は、このＡＥ波の波形やその変化等に基づき、波形解析により回転体２の表層に生じた微小な変化を検出（測定）し、ＡＥ波が大きくなるピーク位置及びその間隔等から、回転体２に発生した摩耗を判別して少なくとも前記初期摩耗を検出する。具体的には、波形解析手段は、ＡＥ波に所定値以上の変化（波形変化）が生じた場合に、回転体２に摩耗が発生したと判定し、その大きなＡＥ波の発生が、図３Ａに示すように、試験開始後の比較的初期（低荷重時）であり単独的（図のＳ）なもの（所定間隔（時間）を隔てて複数回発生したものを含む）であるときに、アブレッシブ摩耗等の初期摩耗であると判別する。また、波形解析手段は、このＡＥ波の最初の大きな変化に続いて、又は、このような変化が生じずに、図３Ｂに示すように、大きなＡＥ波が連続的に短い間隔で発生（図のＧ）した場合には、回転体２に大きな摩耗が発生したと判定し、その摩耗が、回転体２の直径の変化等に結びつき、変位測定手段５１による摩耗量としての測定が可能な凝着摩耗等であると判別する。

なお、この摩耗の検出に加えて、波形解析手段（ＰＣ６３）により、例えばＡＥ波のピーク位置等の特定の波形部分（成分）の周期（秒）やその逆数である周波数（Ｈｚ）を算出し、その算出値やＡＥ波の波形を、予め記憶した各種の摩耗現象に対応する特徴的なＡＥ波の周波数や波形等と比較する等して、回転体２に発生した摩耗の種類を判別するようにしてもよい。また、各ピーク位置の振幅（信号の大きさ）や変化量から回転体２に発生した摩耗の種類を判別し、例えば信号が大きい（例えば０．４〜０．５Ｖ程度）ときには凝着摩耗等が発生し、信号が小さい（例えば０．１０〜０．１５Ｖ程度）ときには初期摩耗が発生した等と判別してもよい。更に、この振幅や変化量及び、大きな波形変化の数や発生時間等から、発生した初期摩耗や凝着摩耗等の程度（大きさ）を判定し、例えば小さなＡＥ波が単独で発生したときには軽度の初期摩耗が、逆に、そのＡＥ波が大きいときには重度の初期摩耗が発生したと判定し、或いは、大きなＡＥ波が連続して長時間（多数回）発生したときには大きな凝着摩耗等が発生したと判定するようにしてもよい。

以上説明した試験時に、この特性測定装置１では、回転体２の直径及び回転数を比較的大きくして、その外周面（摩擦面）の回転速度を従来に比べて速くする。また、回転体２の直径及び回転数を適切に設定して、その外周面に摩擦部材３を押し付けて荷重を負荷し、例えば伸線加工（図４参照）に対応する高速、高圧の摩擦状態等、実際の湿式潤滑剤４の使用時（加工時）の摩擦条件に近い条件を再現する。このようにして、回転体２の外周面に湿式潤滑剤４を介して摩擦部材３を接触させて摩擦しつつ各測定を行い、少なくとも回転体２に作用するトルクの変化を測定するとともに、ＡＥ波の波形解析による回転体２に発生した摩擦（特に初期摩耗）を検出する。

従って、本実施形態によれば、湿式潤滑剤４の潤滑特性の測定試験を、実際の使用時の使用条件（摩擦条件等）に近い条件で行えるため、その潤滑特性に関する各測定結果と実際の使用時における特性との差が小さくなり、各測定結果の正確性を高めることができる。特に、試験条件により比較的大きな影響を受ける回転体２に作用するトルクを、実際の加工に対応した条件で測定できるため、その変化等から測定される摩擦係数や焼付荷重等の正確性を効果的に高めることができ、湿式潤滑剤４の潤滑特性の測定精度及び、それらに基づく湿式潤滑剤４の評価精度を向上させることができる。

また、この特性測定装置１では、ＡＥ波の波形解析により、従来は測定が困難であった試験開始後の比較的初期や低荷重時の回転体２の表面状態の変化等、試験中に回転体２の表層に生じる微小な変化を測定でき、その摩耗をより正確に検出して把握することができる。これにより、摩耗量としての測定が困難なアブレッシブ摩耗等の初期摩耗の発生を精度よく検出できるとともに、回転体２の他の摩耗や表面状態変化等に関しても、より正確に把握できるため、湿式潤滑剤４の潤滑特性を適切かつ精度よく測定して評価でき、湿式潤滑剤４の評価精度を更に向上させることができる。その結果、湿式潤滑剤４の評価結果と実際の使用による評価結果との差を小さくすることができ、伸線加工等の湿式潤滑剤４を使用した加工や生産等に不都合が生じるのを抑制することができる。

ここで、回転体２の摩擦部材３が接触する外周面の直径は、１０〜５０ｃｍに形成するのが望ましく、その回転数は、２０００〜５０００ｒｐｍの範囲内に設定するのが望ましい。このようにすることで、上記した実際の伸線加工時に発生する高速、高圧の摩擦状態をより正確に再現できる等、湿式潤滑剤４（特に、伸線加工に使用される湿式潤滑剤４）の試験条件と実際の使用条件とを更に近づけることができ、試験時の各測定結果の正確性を一層高めることができる。

また、この特性測定装置１では、回転体２と摩擦部材３を、収容槽３０内の湿式潤滑剤４に浸漬して試験を行ったが、回転体２と摩擦部材３は、湿式潤滑剤４を介して接触していればよく、従って、例えば、それらの接触部に向かって湿式潤滑剤４を連続して供給するようにしてもよい。

更に、ＡＥ波測定手段６０は、荷重負荷変更手段２０のプレッシャーロッド２１（図１参照）以外に、例えば駆動手段２２のピストンロッド２２Ａ等の荷重負荷変更手段２０の他の位置や、回転手段１０の回転軸１１等、回転体２からのＡＥ波を測定可能な他の位置に取り付けてもよい。加えて、この特性測定装置１では、ＡＥ波測定手段６０にプリアンプ６１と電源ユニット６２を順次接続したが、プリアンプ６１と電源ユニット６２を、又は、それらと制御装置４０とを一体化してもよく、或いは、制御装置４０にＰＣ６３の機能を付加して、それらを一体に構成してもよい。

なお、本実施形態では、略円盤状の部材を回転体２としたが、回転体２は、略円柱状や円筒状等、摩擦部材３と回転接触可能な外周形状を有する他の形状のものであってもよい。また、回転体２と摩擦部材３の材質等を本実施形態と逆にして、摩擦部材３を加工部材等に対応するサンプル部材にしてもよい。この場合には、回転体２を摩擦する摩擦部材３が摩耗するため、ＡＥ波測定手段６０により摩擦部材３から発生するＡＥ波を測定し、波形解析手段により摩擦部材３の摩耗の発生を検出することになる。

更に、本実施形態では水溶性の湿式潤滑剤４を評価する場合を例に採り説明したが、この特性測定装置１は、例えばグリース類やオイル類等の他の湿式潤滑剤４の潤滑特性の測定にも使用できる。

（潤滑特性の測定試験）
本発明の効果を確認するため、以上説明したようにして回転体２のトルクの変化及びＡＥ波による初期摩耗を測定又は検出して湿式潤滑剤４（潤滑特性）を評価し、湿式潤滑剤４の実際の使用（この試験では伸線加工）による評価結果、及び従来のファレックス試験機（特性測定装置１００、図５参照）を用いた試験による評価結果と比較した。

この特性測定装置１を用いた試験では、回転体２として高炭素鋼にブラスメッキしたものを、摩擦部材３としてＷＣ（タングステンカーバイド）、Ｄｉａをそれぞれ使用し、それらを接触させて順次負荷荷重を増加（図２Ａ参照）させて、トルク及びＡＥ波を測定した。また、測定したトルクの変化から、湿式潤滑剤４を介した回転体２と摩擦部材３の摩擦係数を測定し、測定したＡＥ波を波形解析して回転体２の初期摩耗を検出して、それらに基づき湿式潤滑剤４を評価（以下、実施例による評価という）した。

一方、従来のファレックス試験機では、略円柱状のサンプル部材１１０（図５参照）を回転体２と、挟付部材１０３を摩擦部材３と、それぞれ同様の材質等により形成し、湿式潤滑剤４中で、回転するサンプル部材１１０を一対の挟付部材１０３で挟み付けて荷重を負荷し、負荷荷重を順次増加させて試験及び各種測定を行った。これにより、サンプル部材１１０の摩耗量（直径変化）、トルク、及び焼付荷重を測定し、それらに基づいて、従来と同様に湿式潤滑剤４の総合的な評価（以下、総合評価という）を判定した。同時に、従来のファレックス試験機に本実施形態と同様のＡＥ波測定手段６０を取り付け、同様にしてサンプル部材１１０の摩耗の発生を検出して、その検出結果に基づいて湿式潤滑剤４を評価（以下、従来のＡＥ評価という）した。

また、以上の各試験では、湿式潤滑剤４として、実機（伸線加工機）での使用による評価結果（以下、実機伸線性という）が異なる４種類（水準）のもの（以下、潤滑剤１〜４という）を使用し、各試験結果を実機伸線性と対比した。

表１に、各試験による評価結果と実機伸線性の結果を示すが、この表では、潤滑特性が極めて良好であると判定したものを二重丸印で、良好のものを丸印で、中程度のものを三角印で、悪いものをバツ印で、それぞれ示す。

表１に示すように、潤滑剤１（潤滑特性）は、従来の摩耗量、トルク及び焼付荷重による評価が良好であり、総合評価は良好と判定され、従来のＡＥ評価では極めて良好と判定された。これに対し、潤滑剤１の実機伸線性は極めて良好であり、従来のＡＥ評価と一致し、総合評価と同傾向であった。一方、潤滑剤１の実施例による評価は極めて良好と判定され、実機伸線性と一致していた。

潤滑剤２は、従来の摩耗量、トルク及び焼付荷重による評価が良好であり、総合評価は良好と判定されたが、従来のＡＥ評価では悪いと判定された。これに対し、潤滑剤２の実機伸線性は悪く、従来のＡＥ評価とは一致したが、総合評価とは異なる結果となった。一方、潤滑剤２の実施例による評価は悪いと判定され、実機伸線性と一致していた。

潤滑剤３は、トルクによる評価が悪く、摩耗量及び焼付荷重による評価が中程度であるため、総合評価は悪いと判定されたが、従来のＡＥ評価では中程度と判定された。これに対し、潤滑剤３の実機伸線性は中程度であり、従来のＡＥ評価とは一致したが、総合評価とは異なる結果となった。一方、潤滑剤３の実施例による評価は中程度と判定され、実機伸線性と一致していた。

潤滑剤４は、焼付荷重による評価が悪いが、摩耗量及びトルクによる評価が中程度であるため、総合評価は中程度と判定され、従来のＡＥ評価でも中程度と判定された。これに対し、潤滑剤４の実機伸線性は良好であり、これらは異なる結果となった。一方、潤滑剤４の実施例による評価は良好と判定され、実機伸線性と一致していた。

このように、実施例による評価では、従来の評価方法（総合評価）では困難である湿式潤滑剤４の実際の使用に対応した評価が可能であり、従来のＡＥ評価よりも潤滑特性をより正確に測定・評価でき、その精度が極めて高くなることが分かった。

以上の結果から、本発明により、湿式潤滑剤４の潤滑特性の測定試験を実際の使用条件に近い条件で行うことができ、潤滑特性に関する測定結果の正確性が高まるとともに、その際に発生する摩耗をより正確に検出でき、湿式潤滑剤４の潤滑特性の測定精度を向上できることが証明された。

本実施形態の湿式潤滑剤の特性測定装置の要部を模式的に示す概略構成図である。 回転体に負荷される荷重の変化と、その間に測定したＡＥ波の波形の例を示す線図である。 図２ＢのＡＥ波の一部を拡大して示す線図である。 線材の伸線加工について説明するための模式図である。 従来の湿式潤滑剤の潤滑特性の測定に使用される装置の一例を示す要部模式図である。

符号の説明

１・・・湿式潤滑剤の特性測定装置、２・・・回転体、３・・・摩擦部材、４・・・湿式潤滑剤、１０・・・回転駆動手段、１１・・・回転軸、１２・・・プーリ、１３・・・モータ、１４・・・速度コントローラ、１５・・・プーリ、１６・・・伝動ベルト、２０・・・荷重負荷変更手段、２１・・・プレッシャーロッド、２２・・・駆動手段、２３・・・制御弁、３０・・・収容槽、４０・・・制御装置、４１・・・マイクロコンピュータ、４２・・・演算処理手段、４３・・・記憶手段、４４・・・インターフェース、５０・・・荷重測定手段、５１・・・変位測定手段、５２・・・トルク測定手段、６０・・・ＡＥ波測定手段、６１・・プリアンプ、６２・・・電源ユニット、６３・・・ＰＣ（パーソナルコンピュータ）。

Claims (8)

1. 湿式潤滑剤の潤滑特性を測定する湿式潤滑剤の特性測定方法であって、
   軸線周りに回転する回転体の外周面に湿式潤滑剤を介して摩擦部材を接触させて摩擦する工程と、
   前記摩擦部材を前記回転体に押し付けて荷重を負荷し、該負荷荷重を順次増加させる工程と、
   前記摩擦部材との間の摩擦により前記回転体に作用するトルクの変化を測定する工程と、
   前記回転体又は摩擦部材から発生するＡＥ波を連続して測定する工程と、
   該測定したＡＥ波を解析する工程と、
   該ＡＥ波の解析結果に基づいて、前記回転体又は摩擦部材の摩耗の発生を検出する工程と、
   を有することを特徴とする湿式潤滑剤の特性測定方法。
2. 請求項１に記載された湿式潤滑剤の特性測定方法において、
   前記回転体の前記摩擦部材が接触する外周面の直径を１０〜５０ｃｍに形成し、該回転体を２０００〜５０００ｒｐｍの回転数で回転させることを特徴とする湿式潤滑剤の特性測定方法。
3. 請求項１又は２に記載された湿式潤滑剤の特性測定方法において、
   前記摩耗の発生を検出する工程は、前記測定したＡＥ波の波形に基づき、前記回転体又は摩擦部材の摩耗の種類を判別して検出することを特徴とする湿式潤滑剤の特性測定方法。
4. 請求項３に記載された湿式潤滑剤の特性測定方法において、
   前記摩耗の発生を検出する工程では、少なくとも前記回転体又は摩擦部材の初期摩耗を検出することを特徴とする湿式潤滑剤の特性測定方法。
5. 湿式潤滑剤の潤滑特性を測定する湿式潤滑剤の特性測定装置であって、
   軸線周りに回転可能な回転体と、
   該回転体を回転させる回転駆動手段と、
   前記回転する回転体の外周面に前記湿式潤滑剤を介して接触して摩擦する摩擦部材と、
   該摩擦部材を前記回転体に押し付けて荷重を負荷し、かつ該負荷荷重を変更可能な荷重負荷変更手段と、
   前記摩擦部材との間の摩擦により前記回転体に作用するトルクを測定するトルク測定手段と、
   前記回転体又は摩擦部材から発生するＡＥ波を測定するＡＥ波測定手段と、
   該測定したＡＥ波を波形解析し、前記回転体又は摩擦部材の摩耗の発生を検出する波形解析手段と、
   を備えたことを特徴とする湿式潤滑剤の特性測定装置。
6. 請求項５に記載された湿式潤滑剤の特性測定装置において、
   前記回転体は、前記摩擦部材が接触する外周面の直径が１０〜５０ｃｍに形成され、前記回転駆動手段は、前記回転体を２０００〜５０００ｒｐｍの回転数で回転させることを特徴とする湿式潤滑剤の特性測定装置。
7. 請求項５又は６に記載された湿式潤滑剤の特性測定装置において、
   前記波形解析手段は、前記測定したＡＥ波の波形に基づき、前記回転体又は摩擦部材の摩耗の種類を判別して検出することを特徴とする湿式潤滑剤の特性測定装置。
8. 請求項７に記載された湿式潤滑剤の特性測定装置において、
   前記波形解析手段により、少なくとも前記回転体又は摩擦部材の初期摩耗を検出することを特徴とする湿式潤滑剤の特性測定装置。

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