JP2008309543A - 管内面用摩擦係数測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】熱交換器の伝熱管などに用いられる管が溝付き管であっても、その内面の摩擦係数を正確に測定できるようにする。
【解決手段】測定用ワーク（3）としての管を平板状に展開した状態で支持台（4）上に支持して押し付け部材（5）をワーク（3）に対して管の内面側に押し付けながらワーク（3）と押し付け部材（5）とを相対的に移動させて、押し付け力と移動方向の荷重に基づいて摩擦係数を測定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、空調機の熱交換器に用いられる伝熱管などの管の内面の摩擦係数を測定するための装置に関するものである。

従来より、空調機などの冷凍装置に使用される金属の伝熱管や冷媒配管には、製造工程で拡管加工や曲げ加工が施されている。拡管加工では、図４に示すように伝熱管（51）を拡管ヘッド（52）で押し広げ、伝熱管（51）の外周面（53）とフィン（54）の管孔（55）とを密着させて伝熱管（51）とフィン（54）とを機械的に接合するようにしている。

また、曲げ加工では、図５（Ａ），（Ｂ）に示すように管（61）の中に芯金（62）を挿入してからプレッシャー型（65）で管（61）を押さえながら曲げ型（63）とクランプ型（64）を回転させて、加工が行われている。芯金（62）は、曲げＲの外側が潰れて管（61）が扁平化するのを抑制したり、曲げ型（63）に管（61）を押さえ付けることにより曲げＲの内側に皺ができるのを防いでいる。

これらの管加工には管（51，61）の内面の摩擦係数が大きく影響する。摩擦係数が大きい場合、拡管加工の際には拡管ヘッド（52）を伝熱管（51）の中で押し進めるために大きな力が必要になり、大きな出力を発生する油圧アクチュエータやモータを使用しなければならない。また、曲げ加工では、管（61）の曲げＲの外側の材料が均一に伸びずに破断したり肉厚が薄くなったりするおそれがある。そこで、このような問題の発生を防ぐために、管（51，61）の内面の摩擦係数を把握して加工を行うことが重要となる。

管（51，61）の内面の摩擦係数を測定する装置としては、特許文献１に記載されたものがある。この特許文献１の装置では、上下に分かれたフレーム（上フレームと下フレーム）をリニアガイドに沿ってスライド可能に構成するとともに、そのスライド方向と平行に半割りの管（71：図６参照）を内面が上フレームを向くように下フレームの支持部材（72）上に配置している。そして、上フレームから半割りの管の内面に、先端がＲ形状になった押し付け部材（73）を所定の押圧力で押し付けながら上フレームを下フレームに対してスライドさせることで、押し付け部材（73）を管（71）の内面に対して摺動させて、そのときに上記半割りの管にかかる力をロードセルで測定することにより摩擦力を求めるようにしている。
特許第３６７０９４７号

しかし、半割りの管（71）に先端がＲ形状の押し付け部材（73）試片を押し付けると、管（71）の塑性変形を伴う場合に管（71）の内面の摩擦係数の正確な値を計測できない問題がある。その理由は、管（71）の変形量が均一にならないからであり、上記問題は、特に図６に示すように、管（71）が溝付き管の場合に溝の潰れ量が下部と側部とで均一にならないことが原因で顕著に現れる傾向にある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、熱交換器の伝熱管などに用いられる管の内面の摩擦係数を正確に測定できるようにすることであり、特に、正確な測定が困難な溝付き管でも摩擦係数を正確に測定できるようにすることである。

第１の発明は、測定用ワーク（3）としての管を支持する支持台（4）と、ワーク（3）に対して管の内面側に圧接する押し付け部材（5）と、ワーク（3）と押し付け部材（5）とを圧接状態で相対的に移動させる移動機構（6）と、ワーク（3）と押し付け部材（5）との相対移動時の移動方向の荷重に基づいて摩擦係数を測定する測定機構（7）とを備えた管内面用摩擦係数測定装置を前提としている。

そして、この管内面用摩擦係数測定装置は、上記測定機構（7）が、上記ワーク（3）を平板状に展開した状態で支持台（4）上に支持して上記押し付け部材（5）をワーク（3）の内面に押し付けながら摩擦係数の測定を行うように構成されていることを特徴としている。

この第１の発明では、平板状に展開した管をワーク（3）として、その管の内面側に押し付け部材（5）を押し付けながら両者を相対移動させることにより摩擦係数が測定される。このように管を平面状に展開して押し付け部材（5）を移動すると、押し付け強さがワーク（3）に均一に与えられる。ワークが塑性変形を伴う場合も、その潰れ量は均一になる。

第２の発明は、第１の発明において、上記支持台（4）が、工作機械（2）に備えられているワーク支持テーブル（8）により構成され、上記押し付け部材（5）が、上記工作機械（2）に備えられているスピンドル（9）に装着され、上記移動機構（6）が、ワーク支持テーブル（8）とスピンドル（9）とを相対的に移動させるように上記工作機械（2）に設けられた相対移動機構（10）により構成されていることを特徴としている。

この第２の発明では、管内面用摩擦係数測定装置の可動部に工作機械（2）の可動部分の動作を利用しているので、簡単な構成で正確な動作が得られる。また、工作機械（2）は一般に２軸以上の駆動軸を有し、装置剛性が高いので、押し付け部材（5）でワーク（3）に押圧力を与えるのに好適である。

第３の発明は、第１または第２の発明において、上記測定機構（7）が圧電式動力計（11）により構成されていることを特徴としている。

この第３の発明では、圧電式動力計（11）の荷重出力に基づいてワーク（3）である展開した管の内面の摩擦係数が求められる。圧電式動力計も２軸以上の測定軸を有するものが一般的であり、しかも剛性が高いため、押し付け部材（5）からワーク（3）に与えられた押圧力と両者の相対移動力により摩擦係数を測定するのに好適である。

第４の発明は、第１から第３の発明の何れか１つにおいて、上記測定用ワーク（3）が内面溝付き管を平板状に展開したものにより構成されていることを特徴としている。

この第４の発明では、内面溝付き管を平板状に展開したものを用いて押し付け部材（5）を該ワーク（3）に圧接させながら両者を相対的に移動させることにより測定が行われる。その際、管を平板状に展開しているので、内面溝のそれぞれに作用する押圧力が均一化し、溝の潰れ量が均一になる。

本発明によれば、測定用ワーク（3）としての管を支持する支持台（4）と、ワーク（3）に対して管の内面側に圧接する押し付け部材（5）と、ワーク（3）と押し付け部材（5）とを圧接状態で相対的に移動させる移動機構（6）と、ワーク（3）と押し付け部材（5）との相対移動時の移動方向の荷重に基づいて摩擦係数を測定する測定機構（7）とを備えた管内面用摩擦係数測定装置において、上記ワーク（3）を平板状に展開した状態で支持台（4）上に支持して上記押し付け部材（5）をワーク（3）の内面に押し付けながら両者を相対移動させて、上記測定機構（7）により摩擦係数の測定が行われる。このように管を平面状に展開したものをワーク（3）として、その内面側に押し付け部材（5）を押し付けながら両者を相対移動させると、押し付け強さがワーク（3）に均一に与えられる状態となる。したがって、ワークが塑性変形を伴う場合もその潰れ量が均一になるため、正確な摩擦係数を求めることができる。さらに、図６に示した従来技術では管の直径に対して複数の押し付け部材を準備する必要があるのに対して、本実施形態では管を平面状に展開したものをワーク（3）として用いるため、複数の押し付け部材（5）を準備する必要はない。

上記第２の発明によれば、上記支持台（4）を、工作機械（2）に備えられているワーク支持テーブル（8）により構成し、上記押し付け部材（5）を、上記工作機械（2）に備えられているスピンドル（9）に装着し、上記移動機構（6）を、ワーク支持テーブル（8）とスピンドル（9）とを相対的に移動させるように上記工作機械（2）に設けられた相対移動機構（10）により構成している。このように管内面用摩擦係数測定装置の可動部に工作機械（2）の可動部分の動作を利用しているので、正確な動作により正確な摩擦係数を得ることが可能となり、装置構成も簡単にすることができる。また、工作機械（2）は一般に２軸以上の駆動軸を有し、装置剛性が高いので、押し付け部材（5）でワーク（3）に押圧力を与えるのに好適である。特にＣＮＣ制御の工作機械や直交ロボットを使用すると、大きい押圧力と移動力を与えながら、それらの値を正確に把握して作業を行えるので、摩擦係数の測定も、より正確に行うことができる。

上記第３の発明によれば、圧電式動力計（11）の荷重出力に基づいて管の内面の摩擦係数の正確な値を求めることができる。圧電式動力計も２軸以上の測定軸を有するものが一般的であり、しかも剛性が高いため、押し付け部材（5）からワーク（3）に与えられた押圧力と両者の相対移動力により摩擦係数を測定するのに好適である。特に、ＣＮＣ工作機械や直交ロボットと組み合わせて使用すると正確な測定をするのに適している。

上記第４の発明によれば、内面溝付き管を平板状に展開したものを用いて押し付け部材（5）を該ワーク（3）に圧接させながら両者を相対的に移動させることにより測定が行われる。その際、管を平板状に展開しているので、内面溝のそれぞれに作用する押圧力が均一化し、溝の潰れ量が均一になる。したがって、従来は正確な摩擦係数を得ることが困難であった内面溝付き管であっても正確な測定値を得ることが可能となる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

この実施形態は、空気調和装置の熱交換器に用いられる内面溝付き伝熱管の内面の摩擦係数を測定する装置に関するものである。

図１はこの摩擦係数測定装置（1）の全体図を示している。この摩擦係数測定装置（1）は、ＣＮＣ工作機械（コンピュータを用いた数値制御による工作機械）（2）を利用して構成されている。摩擦係数測定装置（1）は、測定用ワーク（3）としての管を支持する支持台（4）と、ワーク（3）に対して管の内面側に圧接する押し付け部材（5）と、ワーク（3）と押し付け部材（5）とを圧接状態で相対的に移動させる移動機構（6）と、ワーク（3）と押し付け部材（5）との相対移動時の移動方向の荷重に基づいて摩擦係数を測定する測定機構（7）とを備えている。

上記支持台（4）は、工作機械（2）に備えられているワーク支持テーブル（8）により構成されている。また、上記押し付け部材（5）は、上記工作機械（2）に備えられているスピンドル（9）に装着されている。さらに、上記移動機構（6）は、ワーク支持テーブル（8）とスピンドル（9）とを相対的に移動させるように上記工作機械（2）に設けられた相対移動機構（10）により構成されている。相対移動機構（10）は、具体的には押し付け部材（5）をワーク（3）に対して下方（第１軸方向）へ押し付けながら、スピンドル（9）をワーク支持テーブル（8）に平行な水平方向（第２軸方向）へ移動させる機構であるが、スピンドル（9）側が固定で支持テーブル（8）側が２軸方向へ移動する機構であってもよい。

上記測定機構（7）は圧電式動力計（11）により構成されている。この圧電式動力計（11）は、チャージアンプ（12）を介してデータ収集用のパーソナルコンピュータ（13）に接続されている。圧電式動力計（11）は圧電素子を積層することにより構成したものであって、高い剛性を有している。また、この圧電式動力計（11）は、２軸の測定軸を有し、押圧力と摩擦力を測定できるように構成されている。そして、圧電式動力計（11）で得られた荷重出力がチャージアンプ（12）で増幅されてパーソナルコンピュータ（13）に入力される。このパーソナルコンピュータ（13）では、測定条件と荷重出力（押圧力及び摩擦力）に基づいて演算が行われ、摩擦係数が算出される。

図２（Ａ），（Ｂ）に示すように、圧電式動力計（11）の上面には、ワーク固定具取付台（15）と、ワーク固定具（16）とが固定されている。そして、ワーク固定具（16）の上面には、平板状に展開された内面溝付き管がワーク（3）として、その内面側（溝側）を上方に向けて、ワーク固定具（16）に下面が接着されて固定されている。

ワーク（3）である管の内面には、上記工作機械（2）のスピンドル（9）に装着された押し付け部材（5）が圧接している。押し付け部材（5）は、先端がＲ形状に形成されている。そして、ワーク（3）に対する押し付け部材（5）の圧接強さは、上記工作機械（2）のコントローラ（1a）に入力される数値によって正確に制御される。

この摩擦係数測定装置（1）では、摩擦係数の測定時には、ワーク（3）である内面溝付き管を平板状に展開した状態で支持台（4）上に支持して上記押し付け部材（5）をワーク（3）（管）の内面側に押し付けながらスピンドル（9）をワーク支持テーブル（8）に平行に移動させる。このとき、圧電式動力計（11）から得られる２軸方向の荷重出力（押圧力と摩擦力）に基づいて、上記チャージアンプ（12）とパーソナルコンピュータ（13）により摩擦係数が算出される。その際、ＣＮＣ工作機械（1）が高い剛性を有するとともに正確な制御性を有し、圧電式動力計（11）も高い剛性を有しているので、得られる摩擦係数の数値は正確な値となる。

−実施形態の効果−
上述した特許文献１の装置（1）では、半割りにした管を湾曲した形状のままで用いて摩擦係数を測定するようにしているので、図６に示すように管の下部と側部とで潰れ量が一定にならず（特に溝付き管の場合）、正確な値を計測することができなかったのに対して、この実施形態では溝付き管を平板状に展開したものをワーク（3）として用いているため、図３に示すように上記押し付け部材（5）をワーク（3）の内面に押し付けながら両者を相対移動させて、上記測定機構（7）により摩擦係数の測定を行う際に、押し付け強さがワーク（3）に均一に与えられる。したがって、この図３に示すようにワーク（3）が内面溝付き管であって塑性変形を伴う場合も、全体の変形量（潰れ量）が均一になるため、正確な摩擦係数を求めることができる。なお、押し付け部材（5）の先端はこの図３に示すように平坦であってもよい。

また、この実施形態では、管内面用摩擦係数測定装置（1）の可動部に工作機械（2）の可動部分の動作を利用しているので、正確な動作により正確な摩擦係数を得ることが可能となり、装置構成も簡単にすることができる。また、工作機械（2）は一般に２軸以上の駆動軸を有し、装置剛性が高いので、押し付け部材（5）でワーク（3）に押圧力を与えるのに好適である。特にＣＮＣ制御の工作機械を使用すると、大きい押圧力と移動力を与えながら、それらの値を正確に把握して作業を行えるので、摩擦係数の測定も、より正確に行うことができ、得られる値も信頼性の高いものとなる。

さらに、圧電式動力計も２軸以上の測定軸を有するものが一般的であり、しかも剛性が高いため、押し付け部材（5）からワーク（3）に与えられた押圧力と両者の相対移動力により摩擦係数を測定するのに好適である。特に、ＣＮＣ工作機械と組み合わせて使用すると正確な測定をするのに適している。

さらに、図６に示した従来技術では管の直径に対して複数の押し付け部材を準備する必要があるのに対して、本実施形態では管を平面状に展開したものをワーク（3）として用いるため、複数の押し付け部材（5）を準備する必要はない。

《その他の実施形態》
上記実施形態については、以下のような構成としてもよい。

例えば、上記実施形態では、摩擦係数測定装置（1）をＣＮＣ工作機械（2）を用いて構成しているが、移動テーブル（8）と押し付け機構を備えたものであれば、必ずしも工作機械（2）を用いなくてもよい。例えば直交ロボットを用いてもよい。

また、摩擦係数を測定する測定機構（7）に用いるのは圧電式動力計（11）に限らず、ロードセルなどの他の荷重測定装置（1）を用いてもよい。

さらに、上記実施形態ではワーク（3）として内面溝付き管を用いているが、本発明は内面平滑管の内面を測定するのに適用してもよい。このようにしてもワーク（3）に与えられる押し付け力が均一になり、塑性変形を伴う場合でも変形量（潰れ量）が均一になるので、摩擦係数を正確に測定できる。

また、本発明はワーク（3）の塑性変形を伴う状態での摩擦係数の測定に特化した装置に限定するものではなく、塑性変形を伴わない押圧力をワーク（3）に与えて摩擦係数を測定する装置に適用してもよい。

なお、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。

以上説明したように、本発明は、管の内面の摩擦係数を測定するための装置（1）について有用である。

本発明の実施形態に係る摩擦係数測定装置の全体図である。 測定部の拡大図であり、（Ａ）が平面図、（Ｂ）が正面図である。 摩擦係数測定時のワークの状態を示す図である。 一般的な拡管加工の状態を示す図である。 一般的な曲げ加工の状態を示す図である。 従来の摩擦係数測定時のワークの状態を示す図である。

符号の説明

1 管内面用摩擦係数測定装置
2 工作機械
3 ワーク（管）
4 支持台
5 押し付け部材
6 移動機構
7 測定機構
8 ワーク支持テーブル
9 スピンドル
10 相対移動機構
11 圧電式動力計

Claims (4)

1. 測定用ワーク（3）としての管を支持する支持台（4）と、ワーク（3）に対して管の内面側に圧接する押し付け部材（5）と、ワーク（3）と押し付け部材（5）とを圧接状態で相対的に移動させる移動機構（6）と、ワーク（3）と押し付け部材（5）との相対移動時の移動方向の荷重に基づいて摩擦係数を測定する測定機構（7）とを備えた管内面用摩擦係数測定装置であって、
   上記測定機構（7）は、上記ワーク（3）を平板状に展開した状態で支持台（4）上に支持して上記押し付け部材（5）をワーク（3）の内面に押し付けながら摩擦係数の測定を行うように構成されていることを特徴とする管内面用摩擦係数測定装置。
2. 請求項１において、
   上記支持台（4）が、工作機械（2）に備えられているワーク支持テーブル（8）により構成され、
   上記押し付け部材（5）が、上記工作機械（2）に備えられているスピンドル（9）に装着され、
   上記移動機構（6）が、ワーク支持テーブル（8）とスピンドル（9）とを相対的に移動させるように上記工作機械（2）に設けられた相対移動機構（10）により構成されていることを特徴とする管内面用摩擦係数測定装置。
3. 請求項１または２において、
   上記測定機構（7）が圧電式動力計（11）により構成されていることを特徴とする管内面用摩擦係数測定装置。
4. 請求項１から３の何れか１つにおいて、
   上記測定用ワーク（3）が内面溝付き管を平板状に展開したものにより構成されていることを特徴とする管内面用摩擦係数測定装置。

Images