JP2018194352A - 摩擦試験機 - Google Patents

Abstract

【課題】焼き付き荷重の測定をより容易に行うことができる摩擦試験機を提供する。【解決手段】摩擦試験機１は、第１駆動装置２１と、載置面２４ａと、第２駆動装置２７と、制御装置４と、荷重センサー２５と、トルクセンサー２３とを備える。第１駆動装置２１は、第１試料片３１を回転させる。載置面２４ａには、板状の第２試料片３２が載置される。第２駆動装置２７は、第１試料片３１へ向けて載置面２４ａを移動させる。制御装置４は、第２試料片３２を第１試料片３１に押し付ける荷重が増加するように第２駆動装置２７の動作を制御する。荷重センサー２５は、第２試料片３２を第１試料片３１に押し付ける荷重に応じた信号を生成する。トルクセンサー２３は、第１試料片３１に作用するトルクの大きさに応じた信号を生成する。【選択図】図１

Description

本発明は、摩擦試験機に関する。

機械には必ず相対運動を行う２面（２つの運動面）が存在する。そして、２面が相対運動する部分（摺動部）には、摩擦及び摩耗が発生する。摩擦及び摩耗が起こる要素には下記の４つがあり、摩擦及び摩耗には様々な要因が関わってくる。
＜１＞摺動部の材料とその組合せ（固体の材質、表面粗さ、硬さ、形状）
＜２＞潤滑膜（潤滑剤の物理的・化学的性質）
＜３＞摺動部及び潤滑膜を取り巻く環境（大気中か真空中か、ガスの種類、湿度、温度）
＜４＞摺動部を支える機械の剛性と作動条件（剛性や荷重、すべり速度など）

摩擦及び摩耗により、エネルギー及び資源の損失、騒音及び振動の発生、並びに、機能、性能及び信頼性の低下などが起こる。これらの問題を避けるには、摺動部における摩耗及び摩擦に関するデータを測定し、測定したデータに基づいて摩擦及び摩耗を制御する必要がある。摩耗及び摩擦に関するデータを測定するための摩擦試験機として代表的なものに、ファレックス試験機がある（例えば、非特許文献１参照。）。

ファレックス試験機は、回転するピン（第１試料片）を２つのＶ型ブロック（第２試料片）で挟み、ピンとＶ型ブロックとを摩擦させる。ファレックス試験機を用いて焼き付き荷重を測定する際には、Ｖ型ブロックをピンに押し付ける荷重を連続的に一定速度で増加させる。ファレックス試験機は、測定データとして、荷重データ及びトルクデータを出力する。

広中清一郎著、「図解入門 よくわかる 最新 摩擦と摩耗の基本と仕組み」株式会社秀和システム、２０１０年６月１日、ｐ．１０５

しかしながら、ファレックス試験機を用いて焼き付き荷重を測定するには、一方の試料片をピンに加工し、他方の試料片をＶ型ブロックに加工する必要がある。また、Ｖ型ブロックは、２つ用意する必要がある。更に、ファレックス試験機を用いて焼き付き荷重を測定する際には、一般的に、ピン（第１試料片）が折れるまで荷重を増加させる。このため、測定を実施する度に新しいピンを用意する必要があり、費用が高額になり易い。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、焼き付き荷重の測定をより容易に行うことができる摩擦試験機を提供することにある。

本発明の摩擦試験機は、第１駆動装置と、載置面と、第２駆動装置と、制御装置と、荷重センサーと、トルクセンサーとを備える。前記第１駆動装置は、第１試料片を回転させる。前記載置面には、板状の第２試料片が載置される。前記第２駆動装置は、前記第１試料片へ向けて前記載置面を移動させる。前記制御装置は、前記第２試料片を前記第１試料片に押し付ける荷重が増加するように前記第２駆動装置の動作を制御する。前記荷重センサーは、前記荷重に応じた信号を生成する。前記トルクセンサーは、前記第１試料片に作用するトルクの大きさに応じた信号を生成する。

ある実施形態において、前記摩擦試験機は、収容槽を更に備える。前記収容槽は、湿式潤滑剤を収容する。前記載置面は前記収容槽に形成される。前記第２駆動装置は、前記収容槽を移動させて、前記収容槽に収容されている前記湿式潤滑剤を介して前記第１試料片と前記第２試料片とを接触させる。

ある実施形態において、前記摩擦試験機は、第１温度センサーと、加熱部材と、温度コントローラーとを更に備える。前記第１温度センサーは、前記収容槽に収容されている前記湿式潤滑剤の温度に応じた信号を生成する。前記加熱部材は、前記収容槽に収容されている前記湿式潤滑剤に熱を供給する。前記温度コントローラーは、前記第１温度センサーが生成する信号に基づき、前記収容槽に収容されている前記湿式潤滑剤の温度が所定の温度で保持されるように、前記加熱部材による加熱を制御する。

ある実施形態において、前記第１試料片のうちの前記第２試料片と接触する部分、及び、前記第２試料片のうちの前記第１試料片と接触する部分のうちの少なくとも一方は、固体潤滑剤によって覆われている。

ある実施形態において、前記制御装置は、前記トルクセンサーが生成する信号に基づき、前記トルクの測定値を取得する。また、前記制御装置は、前記荷重センサーが生成する信号に基づき、前記荷重の測定値を取得する。

ある実施形態において、前記摩擦試験機は、演算装置を更に備える。前記演算装置は、前記トルクの測定値と、前記荷重の測定値とに基づき、焼き付き荷重を検出する。

ある実施形態において、前記演算装置は、前記トルクの測定値から、前記トルクの変化量を算出する。また、前記演算装置は、前記トルクの変化量が閾値以上となる前記荷重の測定値を前記焼き付き荷重として検出する。

ある実施形態において、前記摩擦試験機は、第２温度センサーを更に備える。前記第２温度センサーは、前記第２試料片の温度に応じた信号を生成する。前記制御装置は、前記第２温度センサーが生成する信号に基づき、前記第２試料片の温度の測定値を取得する。

ある実施形態において、前記第２温度センサーは、前記第１試料片と前記第２試料片とが接触する位置の近傍に配置される。

ある実施形態において、前記第１試料片は、曲面を含む。

ある実施形態において、前記曲面は、球面の一部を切り取った形状である。また、前記曲面は、前記第１試料片の下端部の外面に形成されている。前記第１駆動装置は、前記曲面の中心まわりに前記第１試料片を回転させる。

ある実施形態において、前記第１試料片は、球体である。

ある実施形態において、前記第２試料片は凹部を有し、前記第１試料片は、前記凹部に接触する。

ある実施形態において、前記凹部は、Ｖ字状の溝である。

ある実施形態において、前記凹部は、角錐状である。

ある実施形態において、前記凹部は、円錐状である。

ある実施形態において、前記第２試料片は平面を有し、前記第１試料片は前記平面に接触する。

本発明によれば、焼き付き荷重の測定をより容易に行うことができる。

本発明の第１実施形態に係る摩擦試験機の構成を示す図である。 本発明の第１実施形態に係る押し付け荷重と第１試料片に作用するトルクとの関係の一例を示す線図である。 本発明の第２実施形態に係る収容槽を示す側面図である。 （ａ）は本発明の第２実施形態に係る第２試料片を示す斜視図である。（ｂ）は本発明の第２実施形態に係る第２試料片を示す正面図である。 （ａ）は本発明の第２実施形態に係る収容槽の収容部を示す平面図である。（ｂ）は本発明の第２実施形態に係る収容槽の収容部を示す断面図である。 （ａ）及び（ｂ）は本発明の第２実施形態に係る収容部の位置調整を実行する際の摩擦試験機を示す図である。 本発明の第３実施形態に係る第１試料片を示す図である。 （ａ）及び（ｂ）は本発明の実施形態に係る第２試料片の他例を示す平面図である。 本発明の他の実施形態に係る第１試料片と第２試料片との接触状態を示す図である。 本発明の実施例に係る測定結果を示す線図である。

以下、図面を参照して、本発明による摩擦試験機の実施形態を説明する。但し、本発明は以下の実施形態に限定されない。図中、同一又は相当部分については同一の参照符号を付して説明を繰り返さない。

［第１実施形態］
図１は、第１実施形態に係る摩擦試験機１の構成を示す図である。第１実施形態に係る摩擦試験機１は、第１試料片３１を回転させるとともに、回転する第１試料片３１に対し、湿式潤滑剤３３を介して第２試料片３２を押し付けて、摩擦試験を行う。摩擦試験機１は、湿式潤滑剤３３の耐焼き付き性の評価に使用し得る。具体的には、摩擦試験機１は、湿式潤滑剤３３の焼き付き荷重を測定する。

図１に示すように、摩擦試験機１は、本体部２、制御装置４、演算装置５、及び出力装置６を備える。更に、摩擦試験機１は、温度コントローラー７を備える。まず、本体部２について説明する。

本体部２は、第１駆動装置２１、支持軸２２、トルクセンサー２３、収容槽２４、荷重センサー２５、プレッシャーロッド２６、及び第２駆動装置２７を備える。本体部２は更に、試料片温度センサー２８、潤滑剤温度センサー７１、及び加熱部材７２を備える。

第１駆動装置２１は、例えばモーターであり、支持軸２２を所定の回転速度で回転させる。好適には、第１駆動装置２１は、第１試料片３１と第２試料片３２との相対速度が実際の摩擦条件に適合する回転速度で、支持軸２２を回転させる。例えば第１駆動装置２１は、支持軸２２を１０００ｒｐｍ以下の回転速度で回転させ得る。

支持軸２２は、第１軸２２ａ、第２軸２２ｂ、及び試料片ホルダー２２ｃを含む。トルクセンサー２３は、第１軸２２ａと第２軸２２ｂとの間に配置されて、第１軸２２ａ及び第２軸２２ｂに接続される。第１駆動装置２１が駆動すると、第１軸２２ａが回転し、第１軸２２ａから第２軸２２ｂへ、トルクセンサー２３を介して動力が伝達される。その結果、第２軸２２ｂが回転する。トルクセンサー２３には、回転トルクメーターを使用し得る。回転トルクメーターにより、第１軸２２ａと第２軸２２ｂとは同軸上に配置される。

支持軸２２は、第１試料片３１を支持して、第１試料片３１を第２試料片３２に対向させる。第１実施形態では、試料片ホルダー２２ｃが、第２軸２２ｂの先端側に取り付けられて、第１試料片３１を保持する。試料片ホルダー２２ｃは、例えばナットを含み得る。試料片ホルダー２２ｃが第１試料片３１を保持する構成を採用することにより、例えば支持軸そのものを交換する構成と比べて、第１試料片３１の交換が容易になる。したがって、第１試料片３１の材質やサイズ等の変更が容易になる。

第１試料片３１は、曲面を有する。試料片ホルダー２２ｃは、第１試料片３１の曲面が第２試料片３２に対向するように、第１試料片３１を保持する。第１駆動装置２１が駆動すると、支持軸２２（第２軸２２ｂ）の軸心を中心として第１試料片３１の曲面が回転する。

トルクセンサー２３は、回転する第１試料片３１に作用するトルクの大きさに応じた信号を生成する。トルクの大きさは、第１試料片３１に第２試料片３２を押し付ける力（負荷荷重）によって変化する。第１実施形態では、回転する支持軸２２（第２軸２２ｂ）に作用するトルクが、回転する第１試料片３１に作用するトルクとして検知される。例えば、トルクセンサー２３は、第１軸２２ａと第２軸２２ｂとのねじれの程度に応じた信号を生成する。なお、第１軸２２ａと第２軸２２ｂとは同軸上に配置されることが好ましい。第１軸２２ａと第２軸２２ｂとを同軸上に配置することにより、トルクの測定精度を高めることができる。

第１実施形態において、第１試料片３１は球体であり、第１試料片３１（球体）の一部が試料片ホルダー２２ｃから突出する。換言すると、試料片ホルダー２２ｃから球面の一部（曲面の一例）が突出する。したがって、第１駆動装置２１が駆動することにより、試料片ホルダー２２ｃから突出する球面の一部（第１試料片３１の曲面）が、支持軸２２（第２軸２２ｂ）の軸心を中心に回転する。なお、第１試料片３１の曲面の曲率は、一定に限定されるものではない。

第１試料片３１の曲面の中心は、支持軸２２（第２軸２２ｂ）の軸心上に位置することが好ましい。換言すると、第１試料片３１（球体）は、第１試料片３１の曲面（試料片ホルダー２２ｃから突出する球面の一部）の中心まわりに回転することが好ましい。第１試料片３１の曲面の中心が支持軸２２の軸心上に位置することにより、第１試料片３１に作用するトルクの測定精度を高めることができる。

収容槽２４は、第２試料片３２と、湿式潤滑剤３３とを収容する。具体的には、収容槽２４は、収容凹部を有する。第２試料片３２及び湿式潤滑剤３３は、収容槽２４の収容凹部に収容される。

第２試料片３２は、収容槽２４が有する載置面２４ａに載置される。載置面２４ａは、収容槽２４の収容凹部の底面によって構成される。載置面２４ａを平面視したときの外形は、典型的には矩形状である。

収容槽２４の収容凹部は、少なくとも第１試料片３１と第２試料片３２との接触部（摺動部）を湿式潤滑剤３３中に浸漬可能な大きさに形成される。例えば、収容槽２４は、第２試料片３２を収容した状態で２ｃｃの湿式潤滑剤３３を収容可能な収容凹部を有する。

第２試料片３２は板状である。第２試料片３２を平面視したときの外形及び寸法は、収容槽２４の載置面２４ａと一致することが好ましい。第２試料片３２を平面視したときの外形及び寸法が載置面２４ａと一致することにより、摩擦試験（測定）中に第２試料片３２が移動（振動）し難くなる。例えば、第１試料片３１の回転につられて第２試料片３２が回転することを抑制できる。この結果、摩擦試験機１の測定精度を高めることができる。

第１実施形態において、第２試料片３２はＶ字状の溝３２ａ（凹部の一例）を有する。以下、Ｖ字状の溝３２ａを「Ｖ字溝３２ａ」と記載する場合がある。Ｖ字溝３２ａ（凹部）は、第１試料片３１の曲面（試料片ホルダー２２ｃから突出する球面の一部）と対向する位置に設けられる。Ｖ字溝３２ａは、摩擦試験開始時（測定開始時）に、第１試料片３１の曲面と２点で接触する。なお、Ｖ字溝３２ａの最深部（Ｖ字の頂点）は、支持軸２２の軸心上に位置することが好ましい。Ｖ字溝３２ａの最深部が支持軸２２の軸心上に位置することにより、湿式潤滑剤３３の焼き付き荷重の測定精度を高めることが可能となる。

Ｖ字溝３２ａ（凹部）は、例えば放電加工、又は機械加工（典型的には切削加工）によって形成し得る。Ｖ字溝３２ａの角度や深さは、第１試料片３１の寸法や、試料片ホルダー２２ｃから突出する第１試料片３１の突出長さ等に応じて設定し得る。

荷重センサー２５は、収容槽２４とプレッシャーロッド２６との間に配置される。第２駆動装置２７は、プレッシャーロッド２６をその長手方向に変位させて、収容槽２４（載置面２４ａ）を第１試料片３１へ向けて移動させる。換言すると、第２試料片３２を第１試料片３１へ向けて移動させる。第２駆動装置２７は、油圧式のアクチュエータ、空圧式のアクチュエータ、又は電動式のアクチュエータであり得る。あるいは、第２駆動装置２７は、モーターと、ボールねじとを含み得る。

第２駆動装置２７が駆動すると、第２試料片３２、収容槽２４（載置面２４ａ）、及び荷重センサー２５の位置がプレッシャーロッド２６の長手方向に沿って変位する。その結果、回転する第１試料片３１の曲面に、第２試料片３２が押し付けられる。具体的には、第２試料片３２のＶ字溝３２ａ（凹部）が、回転する第１試料片３１の曲面に押し付けられる。以下、第２試料片３２を第１試料片３１に押し付ける荷重を、「押し付け荷重」と記載する場合がある。

荷重センサー２５は、押し付け荷重（負荷荷重）に応じた信号を生成する。荷重センサー２５は、例えばロードセルである。なお、プレッシャーロッド２６の軸心は、支持軸２２の軸心と一致することが好ましい。プレッシャーロッド２６の軸心が支持軸２２の軸心と一致することにより、湿式潤滑剤３３の焼き付き荷重の測定精度を高めることが可能となる。

試料片温度センサー２８は、第２試料片３２の温度に応じた信号を生成する。第１実施形態において、試料片温度センサー２８は、収容槽２４に設けた孔に挿入される。詳しくは、試料片温度センサー２８の温度感知部が、第２試料片３２のＶ字溝３２ａの近傍に配置される。具体的には、試料片温度センサー２８の温度感知部は、Ｖ字溝３２ａから８ｍｍ以内の範囲に位置し得る。好適には、第１試料片３１の曲面（試料片ホルダー２２ｃから突出する球面の一部）の回転中心軸上に、試料片温度センサー２８の温度感知部を配置する。例えば、試料片温度センサー２８の温度感知部は、第２試料片３２のＶ字溝３２ａの最深部の直下に位置し得る。第１試料片３１の曲面の回転中心軸上に試料片温度センサー２８の温度感知部が位置することにより、第２試料片３２の温度測定の精度を高めることが可能となる。なお、試料片温度センサー２８は、例えば、熱電対、又はサーミスターである。

潤滑剤温度センサー７１は、収容槽２４（収容凹部）に収容された湿式潤滑剤３３の温度に応じた信号を生成する。加熱部材７２は、収容槽２４に収容された湿式潤滑剤３３に熱を供給する。第１実施形態において、加熱部材７２は、収容槽２４に設けた孔に挿入されて、収容槽２４を加熱する。その結果、湿式潤滑剤３３に熱が供給される。潤滑剤温度センサー７１は、例えば、熱電対、又はサーミスターである。加熱部材７２は、例えば、セラミックヒーターである。

続いて、制御装置４について説明する。制御装置４は、例えばコンピューターを含み得る。換言すると、制御装置４は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）又はＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）のようなプロセッサーを含み得る。なお、制御装置４は、ノイマン型の動作モデルを採用したコンピューターを含んでもよいし、ステートマシンを動作モデルとするコンピューター（所謂プログラマブルコントローラー）を含んでもよい。あるいは、制御装置４は、ノイマン型の動作モデルを採用したコンピューター、及びステートマシンを動作モデルとするコンピューターの両方を含み得る。

制御装置４は、第１駆動装置２１の駆動回路、及び第２駆動装置２７の駆動回路を含む。制御装置４は、第１駆動装置２１及び第２駆動装置２７の動作を制御する。詳しくは、制御装置４は、第１試料片３１が所定の回転速度で回転するように第１駆動装置２１の動作を制御する。また、連続的又は段階的に押し付け荷重が増加するように第２駆動装置２７の動作を制御する。なお、押し付け荷重の増加率は一定であることが好ましい。押し付け荷重の増加率が一定であることにより、湿式潤滑剤３３の焼き付き荷重の測定精度を高めることができる。

制御装置４は、トルクセンサー２３が生成する信号に基づき、第１試料片３１に作用するトルクの測定値を取得する。また制御装置４は、荷重センサー２５が生成する信号に基づき、押し付け荷重の測定値を取得する。例えば、制御装置４は、押し付け荷重に対応する圧力の値を取得し得る。制御装置４は更に、試料片温度センサー２８が生成する信号に基づき、第２試料片３２の温度の測定値を取得する。例えば制御装置４は、Ａ／Ｄ変換回路を含み得る。制御装置４がＡ／Ｄ変換回路を含む場合、制御装置４は、トルクセンサー２３が生成する信号（アナログ信号）をデジタル化して、第１試料片３１に作用するトルクの測定値を取得する。同様に、荷重センサー２５が生成する信号（アナログ信号）をデジタル化して、押し付け荷重の測定値を取得する。また、試料片温度センサー２８が生成する信号（アナログ信号）をデジタル化して、第２試料片３２の温度の測定値を取得する。

制御装置４が取得したトルクの測定値（トルクデータ）、押し付け荷重の測定値（荷重データ）、及び第２試料片３２の温度の測定値（温度データ）は、演算装置５に入力される。制御装置４は、トルクデータ、荷重データ、及び温度データをＣＳＶ（Ｃｏｍｍａ−Ｓｅｐａｒａｔｅｄ Ｖａｌｕｅｓ）出力してもよい。例えば、制御装置４は、トルクの測定値、押し付け荷重の測定値、及び温度の測定値を取得するための制御盤と、ＣＳＶ出力を実行するためのノート型パーソナルコンピューターとを含み得る。なお、ＣＳＶ出力を実行するためのプログラムは、例えばＶｉｓｕａｌ Ｂａｓｉｃ（登録商標）を用いて作成し得る。

トルクデータ、荷重データ、及び温度データを演算装置５に入力するための媒体は、特に限定されない。例えば、トルクデータ、荷重データ、及び温度データを演算装置５に入力するための媒体として、ＣＤ（コンパクトディスク）やＤＶＤのような記録媒体、ＵＳＢメモリのような記憶装置、又はケーブルを使用し得る。同様に、制御盤からノート型パーソナルコンピューターへ各測定値を入力するための媒体として、ＣＤやＤＶＤのような記録媒体、ＵＳＢメモリのような記憶装置、又はケーブルを使用し得る。

続いて、演算装置５、及び出力装置６について説明する。演算装置５は、トルクデータと、荷重データとに基づき、湿式潤滑剤３３の焼き付き荷重を検出（測定）する。演算装置５は、例えばコンピューターを含み得る。換言すると、演算装置５は、ＣＰＵ又はＭＰＵのようなプロセッサーを含み得る。例えば、演算装置５は、パーソナルコンピューターである。

具体的には、演算装置５は、第１試料片３１に作用するトルクの測定値（トルクデータ）から、トルクの変化率（勾配）を算出する。例えば、演算装置５は、トルクの変化率として、単位時間当たりのトルクの増加量、又はトルクの変化の微分値を算出し得る。

更に、演算装置５は、トルクの変化率が閾値以上となるときの押し付け荷重の測定値を、湿式潤滑剤３３の焼き付き荷重として検出する。閾値は演算装置５に予め設定されている。具体的には、閾値は、使用する第１試料片３１及び第２試料片３２の材質や、支持軸２２の回転速度等に応じて予め設定する。また、演算装置５は、第２試料片３２の温度データに基づいて、焼き付き発生時の第２試料片３２の温度を検出する。

焼き付きは、温度上昇に伴う油膜破断などに起因して摩擦面が良好な潤滑状態を維持できなくなり、摩擦係数が急速に増大することによって発生する。したがって、焼き付きが発生するとき、第１試料片３１に作用するトルクが急激に上昇する。よって、トルクの変化率に基づいて、焼き付きの発生を検知することができる。また、トルクの測定値と、押し付け荷重の測定値との対応関係から、焼き付き発生時の押し付け荷重（焼き付き荷重）を検出（測定）することができる。

演算装置５は、焼き付き荷重を示す画像、及び焼き付き発生時の第２試料片３２の温度を示す画像を出力装置６から出力させる。出力装置６は、例えばディスプレイ又はプリンターを含む。出力装置６がディスプレイを含む場合、演算装置５は、ディスプレイに画像を表示させるための画像データを生成する。出力装置６がプリンターを含む場合、演算装置５は、記録紙のような被記録媒体に画像を印字させるための画像データを生成する。

続いて、温度コントローラー７について説明する。温度コントローラー７は、潤滑剤温度センサー７１が生成する信号に基づき、湿式潤滑剤３３の温度が所定の温度で保持されるように、加熱部材７２による加熱を制御する。例えば温度コントローラー７は、加熱部材７２へ供給する電力を調整して、加熱部材７２による加熱を制御する。湿式潤滑剤３３の温度を一定の温度に維持することにより、恒温状態での摩擦試験が可能になる。また、湿式潤滑剤３３の温度を調節することにより、様々な温度環境下で摩擦試験を行うことが可能となる。よって、湿式潤滑剤３３の温度と焼き付き荷重との関係を示すことが可能となる。

続いて、摩擦試験機１を用いた摩擦試験について説明する。摩擦試験機１を用いて摩擦試験を行う場合、まず、実際の摩擦条件に合わせて、第１試料片３１及び第２試料片３２の材質を選定する。第１試料片３１の材質には、セラミックス、真鍮、及びステンレス等を使用し得る。したがって、第１試料片３１として、セラミックボール、真鍮ボール、及び高炭素クロム鋼球（例えばＪＩＳで規格化されているＳＵＪ２製の鋼球）等を使用し得る。また、第２試料片３２の材質は、ダイス鋼、軟鋼、純銅、真鍮、ステンレス、及び鉄等のうちから選定し得る。更に、第１試料片３１及び第２試料片３２の材質や押し付け荷重等の条件から、第１試料片３１の直径や第２試料片３２の厚み等を選定する。

次に、第１試料片３１を試料片ホルダー２２ｃに保持させる。また、第２試料片３２を収容槽２４の載置面２４ａに載置した後、実際に使用する湿式潤滑剤３３を収容槽２４に注入する。

なお、実際の運動面の少なくとも一方が固体潤滑剤（例えば、ダイヤモンドライクカーボン膜）で覆われている場合には、固体潤滑剤を使用する。具体的には、実際の条件に合わせて、第１試料片３１のうちの第２試料片３２と接触する部分、及び、第２試料片３２のうちの第１試料片３１と接触する部分のうちの少なくとも一方を、固体潤滑剤によって覆うことが好ましい。

次に、ユーザーが制御装置４に、第１駆動装置２１及び第２駆動装置２７の動作開始（摩擦試験の開始）を指示する。その指示に応じて、第１駆動装置２１及び第２駆動装置２７が駆動を開始する。その結果、第１試料片３１が所定の回転速度で回転する一方で、収容槽２４（載置面２４ａ）が上昇して、回転する第１試料片３１に湿式潤滑剤３３を介して第２試料片３２のＶ字溝３２ａが接触する。なお、湿式潤滑剤３３の温度を恒温状態にして摩擦試験を行う場合には、温度コントローラー７によって湿式潤滑剤３３の温度を所定の温度に調節した後に、第１駆動装置２１及び第２駆動装置２７の動作を開始させる。

制御装置４は、荷重センサー２５の出力から、第１試料片３１と第２試料片３２との接触を検知すると、第２駆動装置２７の動作を一旦停止させる。例えば、制御装置４は、荷重センサー２５の出力から、数ｇの押し付け荷重を取得すると、第２駆動装置２７の動作を一旦停止させる。

その後、制御装置４は、第２駆動装置２７の動作を再開させる。これにより、摩擦試験が行われる。具体的には、回転する第１試料片３１に第２試料片３２が押し付けられる。詳しくは、第１試料片３１と第２試料片３２とが接触した時の押し付け荷重（以下、押し付け荷重の初期値と記載する。）を基準に、徐々に押し付け荷重（負荷荷重）が増加する。その結果、押し付け荷重及びトルクが連続的に測定される。例えば、制御装置４は、押し付け荷重の初期値から連続的に押し付け荷重が増加するように第２駆動装置２７の動作を制御する。

その後、ユーザーが制御装置４に、第１駆動装置２１及び第２駆動装置２７の動作を停止させる指令（摩擦試験の終了の指令）を与えて、摩擦試験が終了する。摩擦試験に要する時間は、第１試料片３１及び第２試料片３２の材質や、湿式潤滑剤３３の種類等によるが、典型的には１分以内である。

摩擦試験によって得られた各種の測定データは、演算装置５に入力される。演算装置５は、ユーザーからの指示により、焼き付き荷重を検出（測定）するとともに、焼き付き発生時の第２試料片３２の温度を検出（測定）する。また、演算装置５は、ユーザーからの指示により、焼き付き荷重を示す画像、及び焼き付き発生時の第２試料片３２の温度を示す画像を出力装置６に出力させる。

図２は、押し付け荷重と、第１試料片３１に作用するトルクとの関係の一例を示す線図（グラフ）である。詳しくは、図２は、第１試料片３１に作用するトルクの変化と、押し付け荷重の変化との関係を示す。図２において、左側の縦軸は、第１試料片３１に作用するトルク［Ｎ］を示し、右側の縦軸は押し付け荷重［ｋＮ］を示し、横軸は測定時間［秒］を示す。また、図２において、グラフ２０１はトルクの測定結果を示し、グラフ２０２は押し付け荷重の測定結果を示す。

図２に示すように、焼き付きが発生すると、第１試料片３１に作用するトルクが急激に変化する。詳しくは、トルクの変化率（例えば、単位時間当たりのトルクの変化量）が急激に大きくなる。第１実施形態では、トルクの変化率が予め設定した閾値以上となったときの押し付け荷重が、焼き付き荷重として検出される。

以上説明した第１実施形態によれば、板状の第２試料片３２にＶ字溝３２ａを形成することにより、焼き付き荷重を測定することができる。したがって、一般的なファレックス試験機と比べて、焼き付き荷重の測定を容易に行うことができる。

また、第１実施形態によれば、第２試料片３２の温度を測定することにより、焼き付き発生時の摺動部の温度を検出することができる。したがって、焼き付き荷重と、焼き付き発生時の摺動部の温度との関係を得ることができる。

また、第１実施形態に係る摩擦試験機１は、第１駆動装置２１の動作を制御することにより、第１試料片３１の回転速度を調節することができる。よって、摩擦面の相対速度の条件を様々に変更して、耐焼き付き性の評価を行うことができる。

また、第１実施形態に係る摩擦試験機１は、加熱部材７２による加熱を制御することにより、湿式潤滑剤３３の温度を調節することができる。よって、幅広い温度範囲（例えば６００℃以下の範囲）で耐焼き付き性の評価を行うことができる。

また、第１実施形態に係る摩擦試験機１は、第２駆動装置２７の動作を制御することにより、押し付け荷重（負荷圧力）を調節することができる。よって、負荷圧力（負荷荷重）の単位時間当たりの変化量を大きくすることにより、短時間（例えば、１分以内）での耐焼き付き性の評価が可能となる。

更に、第１実施形態に係る摩擦試験機１は、収容槽２４に湿式潤滑剤３３を収容していない状態で摩擦試験を行うこともできる。したがって、様々な環境下（油中、大気中、高温、高負荷荷重）で耐焼き付き性の評価を行うことができる。

なお、第１実施形態では、摩擦試験時に、第１試料片３１と第２試料片３２との接触を検知すると、第２駆動装置２７の動作を一旦停止させたが、第２駆動装置２７の動作を停止させることなく押し付け荷重（負荷荷重）を増加させてもよい。

また、第１実施形態では、摩擦試験時に、押し付け荷重を連続的に増加させたが、押し付け荷重を段階的に増加させてもよい。

また、第１実施形態では、摩擦試験時に、第１試料片３１と第２試料片３２とが接触する前から第１試料片３１を回転させたが、第１試料片３１と第２試料片３２とが接触した後に、第１試料片３１の回転を開始してもよい。更に、この場合、押し付け荷重を所定値まで増加させた後に、第１試料片３１の回転を開始してもよい。

また、第１実施形態では、第１試料片３１が球体である場合を例に説明したが、第１試料片３１は、球体に限定されるものではない。例えば、第１試料片３１は、球体の一部の形状を有し得る。換言すると、第１試料片３１の下端部の外面のみが、球面の一部を切り取った形状であり得る。具体的には、第１試料片３１は、半球、又は１／３球等であり得る。

［第２実施形態］
続いて図３〜図６を参照して、第２実施形態について説明する。但し、第１実施形態と異なる事項を主に説明し、第１実施形態と重複する説明は適宜割愛する。第２実施形態は、収容槽２４の構成が第１実施形態と異なる。

図３は、第２実施形態に係る収容槽２４を示す側面図である。図３に示すように、収容槽２４は、収容部２４１と、土台２４２と、ネジ２４３とを含む。収容部２４１は、ネジ２４３によって土台２４２に固定される。

図４（ａ）は、第２実施形態に係る第２試料片３２を示す斜視図であり、図４（ｂ）は、第２実施形態に係る第２試料片３２を示す正面図である。図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、第２試料片３２は、幅Ｗ、長さＬ、及び厚みＴを有する板状であり、第２試料片３２を平面視したときの外形は、矩形状である。

なお、第２試料片３２のＶ字溝３２ａの角度θ及び深さｄ（凹部の寸法）は、第１試料片３１の形状、第１試料片３１の寸法、及び、試料片ホルダー２２ｃから突出する第１試料片３１の突出長さ等に応じて変更し得る。詳しくは、Ｖ字溝３２ａの角度θ及び深さｄは、試料片ホルダー２２ｃが第２試料片３２と接触することなく第１試料片３１がＶ字溝３２ａ（凹部）と接触する限り、任意に決定し得る。例えば、Ｖ字溝３２ａの角度θは、９０°以上１５０°以下の範囲のうちから選択し得る。

図５（ａ）は、第２実施形態に係る収容槽２４の収容部２４１を示す平面図であり、図５（ｂ）は、第２実施形態に係る収容槽２４の収容部２４１を示す断面図である。詳しくは、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＶＢ−ＶＢ線に沿った断面を示している。図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、収容部２４１は、収容凹部２４１ａと、ネジ孔２４１ｂとを有する。ネジ孔２４１ｂには、図３を参照して説明したネジ２４３が挿通される。

収容凹部２４１ａは、図４（ａ）及び図４（ｂ）を参照して説明した第２試料片３２を収容する。収容凹部２４１ａは、第２試料片３２の厚みＴよりも深い深さを有する。収容凹部２４１ａを平面視したときの外形及び寸法、すなわち、載置面２４ａの外形及び寸法は、第２試料片３２を平面視したときの外形及び寸法と略一致するか、又は一致する。具体的には、第２試料片３２を平面視したときの外形が矩形状である場合、載置面２４ａの外形は、矩形状である。また、載置面２４ａの寸法は、第２試料片３２の幅Ｗ及び長さＬと略一致するか、又は一致する。

第２実施形態では、図３を参照して説明した土台２４２に収容部２４１を固定する際に、第２試料片３２のＶ字溝３２ａの最深部が支持軸２２の軸心上に位置するように収容部２４１の位置を調整する。図６（ａ）及び図６（ｂ）は、収容部２４１の位置調整を実行する際の摩擦試験機１を示す図である。

収容部２４１の位置調整を行う際には、まず、ネジ２４３によって、収容部２４１を土台２４２に仮止めする。即ち、収容部２４１が土台２４２上である程度動くことが可能な程度に、ネジ２４３を弱く締め付ける。

その後、収容部２４１に第２試料片３２を収容した状態で、第１試料片３１を回転させつつ、収容槽２４を押し上げて、例えば１ｋｇ程度の荷重で第２試料片３２のＶ字溝３２ａに第１試料片３１を接触させる。その結果、第２試料片３２のＶ字溝３２ａの最深部が支持軸２２の軸心上に位置するようになる。なお、支持軸２２（第１試料片３１）は、摩擦試験時よりも小さい回転速度で回転させる。具体的には、第２試料片３２（Ｖ字溝３２ａ）が摩耗しない回転速度に設定する。

第２試料片３２のＶ字溝３２ａに第１試料片３１を接触させた後、第１試料片３１の回転、及び収容槽２４の上昇を停止させる。次いで、ネジ２４３によって、収容部２４１を土台２４２に固定する。即ち、ネジ２４３を固く締め付ける。

以上説明した第２実施形態によれば、第２試料片３２のＶ字溝３２ａの最深部を支持軸２２の軸心上に容易に位置させることができる。

［第３実施形態］
続いて図７を参照して、第３実施形態について説明する。但し、第１実施形態及び第２実施形態と異なる事項を主に説明し、第１実施形態及び第２実施形態と重複する説明は適宜割愛する。第３実施形態は、第１試料片３１が第１実施形態及び第２実施形態と異なる。

図７は、第３実施形態に係る第１試料片３１を示す図である。図７に示すように、第３実施形態では、第１試料片３１は軸状部材（棒状部材）である。第１試料片３１は、図１を参照して説明した第２軸２２ｂと同様にトルクセンサー２３と接続している。また、第１試料片３１の先端面３１１は曲面である。例えば、第１試料片３１の先端面３１１は、球面の一部を切り取った形状であり得る。

以上説明した第３実施形態によれば、第１実施形態と同様に、第１試料片３１に作用するトルクから、焼き付き荷重を測定することが可能となる。

以上、本発明による実施形態について図面を参照しながら説明した。但し、本発明は、上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の態様において実施することが可能である。

例えば、本発明による実施形態では、湿式潤滑剤３３の耐焼き付き性を評価する場合を例に説明したが、摩擦試験機１は、湿式潤滑剤３３の耐焼き付き性の評価にのみ使用されるものではない。例えば摩擦試験機１は、固体潤滑剤の焼き付き性の評価にも使用し得る。固体潤滑剤の焼き付き性を評価する際には、実際の条件に合わせて、第１試料片３１のうちの第２試料片３２と接触する部分、及び、第２試料片３２のうちの第１試料片３１と接触する部分のうちの少なくとも一方を固体潤滑剤によって覆う。また、収容槽２４に湿式潤滑剤３３を注入することなく摩擦試験を行う。なお、摩擦試験機１を固体潤滑剤の焼き付き性の評価にのみ使用する場合は、収容槽２４は省略され得る。

また、本発明による実施形態では、演算装置５が焼き付き荷重を検出（測定）し、出力装置６が、焼き付き荷重を示す画像を出力する場合を例に説明したが、本発明はこれに限定されない。演算装置５は、第１試料片３１に作用するトルクの測定値と、押し付け荷重の測定値と、第２試料片３２の温度の測定値とを示す画像を出力装置６に出力させてもよい。例えば、演算装置５は、トルクの測定値と、押し付け荷重の測定値と、第２試料片３２の温度の測定値との関係を示すグラフの画像を、出力装置６に出力させ得る。

また、本発明による実施形態では、湿式潤滑剤３３の温度を一定の温度に維持可能な構成を例に説明したが、本発明はこれに限定されない。湿式潤滑剤３３の温度を一定の温度に維持する必要がない場合は、温度コントローラー７、潤滑剤温度センサー７１、及び加熱部材７２は省略され得る。

また、本発明による実施形態では、第２試料片３２の温度を測定可能な構成を例に説明したが、本発明はこれに限定されない。第２試料片３２の温度の測定を必要としない場合、試料片温度センサー２８は省略され得る。また、制御装置４における第２試料片３２の温度の測定値を取得する機能や、演算装置５における第２試料片３２の温度を示す画像を生成する機能を省略し得る。

また、本発明による実施形態では、収容槽２４に湿式潤滑剤３３を収容する構成を例に説明したが、第１試料片３１と第２試料片３２との摺動部に、例えばポンプにより湿式潤滑剤を供給してもよい。

また、本発明の実施形態では、１つの第２試料片３２が載置面２４ａに載置されたが、本発明はこれに限定されない。複数の第２試料片３２が載置面２４ａに載置されてもよい。例えば、２つの第２試料片３２を使用する場合、一方の第２試料片３２の一端に、Ｖ字溝３２ａの一方側の傾斜面に相当する傾斜面を形成し、他方の第２試料片３２の一端に、Ｖ字溝３２ａの他方側の傾斜面に対応する傾斜面を形成することにより、各第２試料片３２の傾斜面によってＶ字溝３２ａを形成してもよい。

また、本発明の実施形態において、第２試料片３２は、Ｖ字状の溝３２ａによって構成される凹部を有したが、第２試料片３２は、他の形状の凹部を有してもよい。例えば、第２試料片３２は、三角錐又は四角錐のような角錐状の凹部、又は円錐状の凹部を有してもよい。なお、角錐状の凹部は、複数の第２試料片３２を用いることにより、より容易に形成することができる。

図８（ａ）及び図８（ｂ）は、第２試料片３２の他例を示す平面図である。なお、図８（ａ）及び図８（ｂ）には、理解を容易にするために、球状の第１試料片３１を破線で示している。

図８（ａ）に示す第２試料片３２は、三角錐状の凹部３２ｂを有する。第２試料片３２が三角錐状の凹部３２ｂを有する場合、第１試料片３１と第２試料片３２とは、典型的には３点で接触する。

図８（ｂ）に示す第２試料片３２は、円錐状の凹部３２ｃを有する。第２試料片３２が円錐状の凹部３２ｃを有する場合、第１試料片３１と第２試料片３２とは、典型的には線接触する。

なお、図示しないが、第２試料片３２が四角錐状の凹部を有する場合、第２試料片３２の凹部を平面視したときの形状は、矩形又は菱形（ダイヤモンド型）となる。この場合、第１試料片３１と第２試料片３２とは、典型的には４点で接触する。

また、本発明の実施形態において、第２試料片３２は凹部を有したが、本発明はこれに限定されない。すなわち、第２試料片３２の平面と第１試料片３１とを摩擦させてもよい。この場合、第１試料片３１と第２試料片３２とは、典型的には１点で接触する。

また、本発明の実施形態では、摩擦試験開始時（測定開始時）に第１試料片３１と第２試料片３２とを点接触又は線接触させたが、摩擦試験開始時（測定開始時）に第１試料片３１と第２試料片３２とを面接触させてもよい。

図９は、本発明の他の実施形態に係る第１試料片３１と第２試料片３２との接触状態を示す図である。図９では、理解を容易にするために、第２試料片３２の断面を示している。図９に示す第２試料片３２は、平面３２ｄを有する。また、図９に示す第２試料片３２は、第１試料片３１よりも小さい剛性を有する。

摩擦試験開始時（測定開始時）に第１試料片３１と第２試料片３２とを面接触させる場合、回転していない第１試料片３１に第２試料片３２の平面３２ｄを押し付けた後に、第１試料片３１を回転させる。具体的には、回転していない第１試料片３１に第２試料片３２の平面３２ｄを押し付けて、第２試料片３２の平面３２ｄの一部を第１試料片３１によって凹ませる。その結果、第１試料片３１と第２試料片３２とが面接触する。

以下、本発明の実施例について説明する。但し、本発明は、以下で説明する実施例に限定されるものではない。

本実施例では、図１を参照して説明した摩擦試験機１を使用した。具体的には、トルクセンサー２３として回転トルクメーターを使用し、荷重センサー２５としてロードセルを使用した。また、第１試料片３１として、高炭素クロム軸受鋼鋼材（ＪＩＳのＧ４８０５のＳＵＳＪ２）からなる１／２インチ鋼球を使用し、第１試料片３１の回転速度を５００ｒｐｍに設定した。また、湿式潤滑剤３３としてスピンドル油を使用し、湿式潤滑剤３３の温度を４０℃に設定した。

第２試料片３２には板状のダイス鋼を使用した。また、放電加工によって、第２試料片３２にＶ字溝３２ａを形成した。第２試料片３２の幅Ｗは２０ｍｍ、第２試料片３２の長さＬは４０ｍｍ、第２試料片３２の厚みＴは１２ｍｍであった（図４（ａ）参照）。また、Ｖ字溝３２ａの角度θは１２０°、Ｖ字溝３２ａの深さｄは２．５５ｍｍ、Ｖ字溝３２ａの幅は１０ｍｍであった（図４（ｂ）参照）。

図１０は、本実施例に係る測定結果を示す線図（グラフ）である。詳しくは、図１０は、第１試料片３１に作用するトルクの変化と、押し付け荷重の変化との関係を示す。図１０において、左側の縦軸は、第１試料片３１に作用するトルク［Ｎ］を示し、右側の縦軸は押し付け荷重［ｋＮ］を示し、横軸は測定時間［秒］を示す。また、図１０において、グラフ２０１はトルクの測定結果を示し、グラフ２０２は押し付け荷重の測定結果を示す。

図１０に示すように、焼き付きが発生すると、単位時間当たりのトルクの変化量が急激に大きくなった。本実施例では、焼き付き荷重は、１８００Ｎであった。

本発明は、潤滑剤の耐焼き付き性の評価に有用である。

１ 摩擦試験機
２ 本体部
４ 制御装置
５ 演算装置
６ 出力装置
７ 温度コントローラー
２１ 第１駆動装置
２２ 支持軸
２２ｃ 試料片ホルダー
２３ トルクセンサー
２４ 収容槽
２４ａ 載置面
２５ 荷重センサー
２７ 第２駆動装置
２８ 試料片温度センサー
３１ 第１試料片
３２ 第２試料片
３２ａ Ｖ字溝
３２ｂ 凹部（三角錐状）
３２ｃ 凹部（円錐状）
３２ｄ 平面
３３ 湿式潤滑剤
７１ 潤滑剤温度センサー
７２ 加熱部材
２４１ 収容部
２４１ａ 収容凹部

Claims (17)

1. 第１試料片を回転させる第１駆動装置と、
   板状の第２試料片が載置される載置面と、
   前記第１試料片へ向けて前記載置面を移動させる第２駆動装置と、
   前記第２試料片を前記第１試料片に押し付ける荷重が増加するように前記第２駆動装置の動作を制御する制御装置と、
   前記荷重に応じた信号を生成する荷重センサーと、
   前記第１試料片に作用するトルクの大きさに応じた信号を生成するトルクセンサーと
   を備える、摩擦試験機。
2. 湿式潤滑剤を収容可能な収容槽を更に備え、
   前記載置面は前記収容槽に形成され、
   前記第２駆動装置は、前記収容槽を移動させて、前記収容槽に収容されている前記湿式潤滑剤を介して前記第１試料片と前記第２試料片とを接触させる、請求項１に記載の摩擦試験機。
3. 前記収容槽に収容されている前記湿式潤滑剤の温度に応じた信号を生成する第１温度センサーと、
   前記収容槽に収容されている前記湿式潤滑剤に熱を供給する加熱部材と、
   前記第１温度センサーが生成する信号に基づき、前記収容槽に収容されている前記湿式潤滑剤の温度が所定の温度で保持されるように、前記加熱部材による加熱を制御する温度コントローラーと
   を更に備える、請求項２に記載の摩擦試験機。
4. 前記第１試料片のうちの前記第２試料片と接触する部分、及び、前記第２試料片のうちの前記第１試料片と接触する部分のうちの少なくとも一方が、固体潤滑剤によって覆われている、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の摩擦試験機。
5. 前記制御装置は、
   前記トルクセンサーが生成する信号に基づき、前記トルクの測定値を取得し、
   前記荷重センサーが生成する信号に基づき、前記荷重の測定値を取得する、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の摩擦試験機。
6. 前記トルクの測定値と、前記荷重の測定値とに基づき、焼き付き荷重を検出する演算装置を更に備える、請求項５に記載の摩擦試験機。
7. 前記演算装置は、
   前記トルクの測定値から、前記トルクの変化量を算出し、
   前記トルクの変化量が閾値以上となる前記荷重の測定値を前記焼き付き荷重として検出する、請求項６に記載の摩擦試験機。
8. 前記第２試料片の温度に応じた信号を生成する第２温度センサーを更に備え、
   前記制御装置は、前記第２温度センサーが生成する信号に基づき、前記第２試料片の温度の測定値を取得する、請求項５から請求項７のいずれか１項に記載の摩擦試験機。
9. 前記第２温度センサーは、前記第１試料片と前記第２試料片とが接触する位置の近傍に配置される、請求項８に記載の摩擦試験機。
10. 前記第１試料片は曲面を含む、請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の摩擦試験機。
11. 前記曲面は球面の一部を切り取った形状であり、前記第１試料片の下端部の外面に形成されており、
    前記第１駆動装置は、前記曲面の中心まわりに前記第１試料片を回転させる、請求項１０に記載の摩擦試験機。
12. 前記第１試料片は、球体である、請求項１０又は請求項１１に記載の摩擦試験機。
13. 前記第２試料片は、凹部を有し、
    前記第１試料片は前記凹部に接触する、請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の摩擦試験機。
14. 前記凹部は、Ｖ字状の溝である、請求項１３に記載の摩擦試験機。
15. 前記凹部は、角錐状である、請求項１３に記載の摩擦試験機。
16. 前記凹部は、円錐状である、請求項１３に記載の摩擦試験機。
17. 前記第２試料片は平面を有し、
    前記第１試料片は前記平面に接触する、請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の摩擦試験機。

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