JP2868684B2

JP2868684B2 - 摩擦・摩耗試験装置

Info

Publication number: JP2868684B2
Application number: JP9975193A
Authority: JP
Inventors: 孝栄渡辺; 一洋高橋; 裕之大矢
Original assignee: Riken Corp
Current assignee: Riken Corp
Priority date: 1993-04-26
Filing date: 1993-04-26
Publication date: 1999-03-10
Anticipated expiration: 2014-03-10
Also published as: JPH06308006A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば、金属，プラス
チック，セラミックスその他の材料またはその表面に形
成された被膜等の摺動特性を評価するため、或いは、潤
滑油が摩擦摩耗に及ぼす影響を評価するため等に使用さ
れる摩擦・摩耗試験装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】エンジンやコンプレッサは、多様な使用
条件下で長時間使用されるため優れた耐久性と高い信頼
性が要求される。また、省エネルギー的見地から軽量・
小型化と同時に、運転時のエネルギーロスを防ぐため、
摺動部分の摩擦ロスの低減が求められている。

【０００３】このような背景から、用いられている摺動
部品も、高強度で軽量であると同時に優れた耐摩耗性，
耐焼付性を併せて持つことが必要となる。これらの要求
を満たすために材料の改良や表面改質の試みが多くなさ
れている。また、小型化は、一般的に摺動部分の接触面
積の減少を伴なうことが多く、そのため、摺動部分は高
い面圧となり、これに対応して潤滑油組成の最適化が必
要となり、摺動部品の材料面での検討と併せて潤滑油組
成の検討も同時に行われるようになってきている。

【０００４】このような摺動部品の材料面での検討や潤
滑油の検討を、全てエンジンやコンプレッサを用いて実
機評価を行なうことは経済面で劣ることになる。そこ
で、評価試験機を用いて、摩擦・摩耗に関する基礎的な
評価試験や厳しい条件下での加速的な試験を行ない、そ
の上で最終的な確認試験を実機で行なうことが一般的で
ある。

【０００５】かかる評価試験機としては、例えば、ピン
・オン・ディスク型及びリング・オン・リング型摩擦摩
耗試験装置がある。これらの試験機では、一般的に、主
軸の端面にディスク状またはリング状の回転試験片を取
り付け、ピン状またはリング状の静止試験片を、上記回
転試験片に押し付けた状態にして主軸を回転させ、回転
試験片と静止試験片とを摩擦させて試験を行なうもので
あり、多くの試験機の提案がなされている。

【０００６】この種の摩擦・摩耗試験装置として、例え
ば実開昭６１−２４６４５号公報に示すものが知られて
いる。この摩擦・摩耗試験装置は、回転する回転試験片
と静止試験片を相互に押し付けた状態で摩擦・摩耗試験
をするものであって、主軸と同軸線上に、静止試験片を
静止側のホルダにより支持固定する加圧軸が、主軸と対
向して配置され、加圧軸には、片当り防止支持機構が設
けられている。この片当り防止支持機構は、この加圧軸
にラジアル軸受を介して支持された球面軸受に前記ホル
ダを外設するとともに一対のスラスト軸受で球面軸受を
軸方向で挟持してなり、一対のスラスト軸受は、加圧軸
上に締め付けられた締付ナットにより保持され、従っ
て、ラジアル軸受，球面軸受も加圧軸上に保持されてい
る。また、ホルダには試験片の摺動で発生する摩擦力を
モーメントとして計測するため、ロードセルを取り付け
たレバーが固着されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の摩擦
・摩耗試験装置にあっては、スラスト軸受の取付けが、
締付ナットによる締め付けによっている。このため、初
期の締付力のバラツキがあったり、試験中の摩擦熱によ
る温度上昇で球面軸受が熱膨張して加圧軸が球面軸受か
ら反力を受けることにより、締付ナットの締付力が変化
し、摩擦力の検出精度に大きな影響を及ぼすことにな
る。

【０００８】また、熱膨張代を考慮してスラスト軸受と
締付ナットの間に隙間を持たせた場合には、試験中に振
動が発生することになる。特に、主軸が垂直で回転試験
片が静止試験片に対して下側に位置する機構の試験装置
では、低い荷重時での正確な押し付け力の付加が出来な
いという問題がある。

【０００９】一方、実開昭６２−８６５４３号公報に開
示されている縦型ピン・オン・ディスク型試験機は、潤
滑油を試験摩擦面に供給しながら摩擦摩耗試験を行なう
ものであるが、試験摩擦面に潤滑油を均一に供給する機
能として、回転試験片であるディスク側を固定側に対し
て上方に配置し、その回転する主軸の軸心及び回転試験
片の中央に貫通孔を形成し、この貫通孔を介して潤滑油
を流し出すように構成されている。即ち、潤滑油は回転
作用により板面に対して流し出され、雫状には滴下しな
いで、薄いフィルム状となって板面全体に対して均一に
連続して供給しようとする構造となっている。

【００１０】かかる構造では、遠心力が期待できる高速
回転条件下では、効果があるものの、回転速度が遅く前
記遠心力が期待できない状況下では、板面への供給が不
均一になるという問題があった。

【００１１】潤滑油を用いての摩擦摩耗試験では、摺動
速度の影響は極めて大きく、低速側に至るほど油膜の成
形保持は困難となり、油膜切れに起因した摩耗が進行す
る傾向があり、このような摩擦摩耗試験では摩耗特性の
評価を行なう場合少量の潤滑油の供給及び低速が条件と
なる場合が多いとされている。

【００１２】従来の試験機では、例えば上述のような問
題点があるために、試験機での評価試験には多くの繰り
返し数を必要とし、しかも、その評価結果と実機試験で
の評価試験とが一致しないことが多かった。

【００１３】また、特開昭６４−１６９５０号に開示さ
れている試験機の荷重付加構造は、実際の機械における
摩擦摩耗条件と可能な限り近い条件で摩擦摩耗試験を行
なうための荷重付加機構として、一端支持のテコ式にて
構成されている。この荷重付加機構は、電磁石の吸引力
を用いた方式であり、駆動側試験片の回転位置または往
復位置の検出を行ない、回転角または位置に応じて荷重
を変化させながら、試験を行なうものであり、テコ式機
構を採用しているので、試験摩擦面に均一な押付力を与
えることが困難で、均一に摩耗を発生させることが困難
であった。

【００１４】さらに、実際の部品の使用では、荷重や速
度は広い範囲で変動する。しかし、従来の試験機では、
荷重や速度を変動させて試験することは問題があった。
そのため、低速度から高速度へ、低面圧から高面圧の間
で種々に条件を設定して、数多くの試験を行なわなけれ
ばならない。しかも、得られた試験結果から、実機に適
する材料や潤滑油を選定するに当たっては推定的要素の
多い判断となってしまうという問題があった。要する
に、変動荷重（広範囲な荷重条件）と変速条件の付加が
できなかった。

【００１５】本発明は、上述の問題点を解決するために
なされたもので、その目的は、初期の締付力のバラツキ
を排除し、また、試験中の摩擦熱による温度上昇があっ
ても、温度変化に影響されることなく、高精度な摩擦力
検出を可能にし、さらに、試験摩擦面に均一な押付力を
与え、実際の部品の使用における広い範囲で変動する速
度に対応することができる摩擦・摩耗試験装置を提供す
ることである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
主軸により支持されて回転する回転試験片と、静止試験
片を相互に押し付けた状態で摩擦・摩耗試験をするもの
であって、主軸と同軸線上に、静止試験片を支持するた
めの加圧軸を、主軸と対向して配置し、この加圧軸に支
持された球面軸受にホルダを外設し、このホルダに静止
試験片を支持してなる摩擦・摩耗試験装置において、加
圧軸を軸方向に移動自在に構成し、加圧軸の先端部に、
球面軸受から力を受けてその軸方向の熱変形を吸収する
変位吸収機構を設けたことを特徴とする。

【００１７】請求項２記載の発明は、請求項１記載の摩
擦・摩耗試験装置において、略水平の試験摩擦面を有す
るディスク形状の回転試験片の上方に静止試験片を配置
し、ホルダには、その外周面に一端が開口し、他端が回
転試験片上に対向する端面に開口する潤滑油供給孔が形
成されていることを特徴とする。

【００１８】請求項３記載の発明は、請求項１記載の発
明において、加圧軸上に加圧装置を、それらの軸線が略
１直線になるように設けたことを特徴とする。請求項４
記載の発明は、請求項３記載の発明において、加圧軸と
加圧装置の間に、軸線が加圧軸と加圧装置の軸線と略１
直線になるようにロードセルを設けたことを特徴とす
る。

【００１９】請求項５記載の発明は、請求項１記載の発
明において、試験速度を任意に変化させる変速装置を備
えていることを特徴とする。

【００２０】

【作用】請求項１記載の発明においては、回転する回転
試験片と静止試験片の摩擦によって、静止試験片の温度
が上昇し、その熱が球面軸受に伝達し、球面軸受は、熱
膨張する。

【００２１】球面軸受の軸方向の熱膨張に伴って、球面
軸受から力を受ける加圧軸が移動し、熱膨張による球面
軸受の熱変形が、変位吸収機構で吸収される。また、請
求項２記載の発明においては、潤滑油を供給しながらの
試験では、静止試験片側のホルダから潤滑油供給路を通
って潤滑油が、回転試験片の略中央部へ供給される。

【００２２】請求項３記載の発明においては、請求項１
記載の発明において、加圧軸上に加圧装置を、それらの
軸線が略１直線になるように設けたので、試験摩擦面へ
の均一荷重を可能にし、従って、試験摩擦面に対して均
一な摩耗が発生する。

【００２３】請求項４記載の発明においては、請求項３
記載の発明において、加圧軸と加圧装置の間に、軸線が
加圧軸と加圧装置の軸線と略１直線になるようにロード
セルを設けたので、請求項３記載の発明と同様の作用が
生じる。

【００２４】請求項５記載の発明においては、請求項１
記載の発明において、試験速度を任意に変化させる変速
装置を備えているので、実際の部品の使用における広い
範囲で変動する速度に対応する。

【００２５】

【実施例】以下、図面により本発明の実施例について説
明する。図１ないし図６は本発明の実施例に係わる摩擦
・摩耗試験装置を示す。なお、図３の制御系統図におけ
る符号（イ），（ロ），（ハ），（ニ），（ホ），
（ヘ）は、図２の同符号に接続されている。

【００２６】図において、符号１は主軸で、この主軸１
は、回転振れを抑えるための主軸用ラジアル軸受２，３
及び試験押し付け荷重を支持する主軸用スラスト軸受４
を介して箱状のフレーム５に回転可能に垂直状態で支持
されている。

【００２７】主軸１の下端には、伝達プーリ６が固定し
て取り付けられ、伝達プーリ６は、ベルト７を介して電
気信号指令変速式のモータ８の出力軸８Ａに固定して取
り付けた駆動プーリ９に連結されている。主軸１には回
転検出器１０が装着され、該主軸１の実回転数を検出す
るようになっている。上記の伝達プーリ６，ベルト７，
モータ８，駆動プーリ９はフレーム５内に収納されてい
る。

【００２８】主軸１の上部端面には、回転試験片取付部
１Ａが形成され、この回転試験片取付部１Ａには、回転
試験片１１が略水平状態で装着されている。図５に回転
試験片１１の外観が示され、回転試験片１１はディスク
状に構成され、ピン１Ｂからなる廻止め手段と係合する
ための切欠部１１Ａが外周面に形成されている。回転試
験片１１と回転試験片取付部１Ａとの間には、軸心及び
試験摩擦面１１Ｂを外した位置に、ピン１Ｂが設けら
れ、主軸１の回転に伴って回転試験片１１が確実に追従
して回転できるようになっている。

【００２９】フレーム５の上方には、該フレーム５の上
面に対向して所定の距離を隔てて台板１２が配置され、
さらに、台板１２の上方には、該台板１２の上面に対向
して所定の距離を隔てて天板１３が配置されている。

【００３０】フレーム５に装着されたベアリング１４に
２本のリードねじ１５の下端が支持され、リードねじ１
５の上端は、軸受１５Ａを介して天板１３に軸支されて
いる。台板１２には、軸方向のバックラッシュを防止す
る機構のナット１６が設けられ、このナット１６にリー
ドねじ１５が螺合している。

【００３１】また、天板１３とフレーム５の間に２本の
ガイドポスト２７Ａが固定され、台板１２に設けられた
スライドブッシュ１２Ａを介して台板１２がガイドポス
ト２７Ａ上を上下方向に沿って案内されるようになって
いる。二本のリードねじ１５を同期して回転駆動させる
（機構は図示せず）ことにより、台板１２が上下方向に
移動し、回転試験片１１及びこれに接触する静止試験片
１７（後述する）の交換作業用の空間が確保されるよう
になっている。

【００３２】主軸１と同軸線上に、図６に示す静止試験
片１７をホルダ５２により支持固定するための加圧軸１
８が、主軸１と対向して配置されている。台板１２の中
央には、スプラインフランジ１９が、加圧軸１８が前記
主軸１の軸心と略一致した軸心となるように設けられて
いる。加圧軸１８は、台板１２を貫通し、そのスプライ
ン軸部１８Ａが、上記スプラインフランジ１９内に、鋼
球２０を介して軸方向にのみ移動可能の状態で支持され
ている。即ち、加圧軸１８は、スプライン軸部１８Ａに
より回転止め機構となっているため、ロードセル２１へ
の回転力伝達が防止されるとともに、試験摩擦面１１
Ｂ，１７Ａへの円滑な荷重伝達を実現でき、後述のロー
ドセル２１では軸方向力のみを検出して荷重付加量の高
精度検出を可能にし、試験摩擦面１１Ｂ，１７Ａでの摩
耗発生に対しても常にその摩耗に追従して確実に試験摩
擦面１１Ｂに均一な押付力が付加される。

【００３３】加圧軸１８と油圧シリンダ２５の間には、
引っ張り圧縮両用型の押付力を検出するロードセル２１
が配置され、このロードセル２１は、連結ネジ２２によ
りスペーサ２３を介して該加圧軸１８に結合されてい
る。

【００３４】ロードセル２１は、その接続フランジ２１
Ａを介して、サーボ弁２４が装着された油圧シリンダ２
５のピストンロッド２５Ａの先端と締結され、ナット２
６により固定されている。なお、油圧シリンダ２５は、
そのピストンロッド２５Ａの軸心が、加圧軸１８の軸心
と略一致する位置にて、シリンダベース２７に固定され
ている。

【００３５】次に、図２，図３により、押付力の制御系
統について説明する。ます、油圧シリンダ２５による押
付力については、サーボ弁２４に油圧源２８が接続さ
れ、サーボ弁２４は油圧源２８からの油圧の供給を受
け、油圧シリンダ２５内の前進側ポート及び後進側ポー
ト（図示せず）へ分配供給し、押付力の制御を行なって
いる。

【００３６】信号発信装置としてコンピュータ２９が用
いられ、このコンピュータ２９からの指令信号（デジタ
ル信号）は、Ｄ／Ａ変換器３０を通ってアナログ信号に
変換され、さらに、サーボアンプ３１を通ってサーボ弁
２４へ動作信号として伝達される。

【００３７】ロードセル２１には、第１ロードセルアン
プ３２が接続され、実押付力を検出したロードセル２１
からの検出アナログ信号は、第１ロードセルアンプ３２
により前記指令アナログ信号と信号レベルが等しくなる
ように増幅され、制御手段としてのサーボアンプ３１へ
フィードバック信号として伝達される。サーボアンプ３
１では、前記指令アナログ信号と前記検出アナログ信号
との比較が行なわれ、同一となるようにサーボ弁２４へ
の動作信号が調整されるフィードバック制御が行なわれ
ている。従って、実押付力荷重の精度向上を図ることが
できる。即ち、油圧シリンダ２５により荷重を与える方
式の機構では、油圧力を検出してフィードバック信号と
することも考えられるが、ロードセル２１からフィード
バック制御し、実押付力荷重を最終目標としているの
で、その実荷重を検出した方が誤差が少なく、実押付力
荷重の精度向上を図ることができる。

【００３８】また、第１ロードセルアンプ３２からの検
出信号は、Ａ／Ｄ変換器３３を通してコンピュータ２９
に取り込めるようになっており、少なくとも摩擦摩耗試
験の評価上での重要な条件となる。そして、最大荷重指
令値と最低荷重指令値との比較チェックをコンピュータ
２９内での演算処理にて行なえるようにし、予めプログ
ラムされた範囲以上の差が生じた場合、異常と判断さ
せ、試験を中断させる処理を行なっており、試験結果の
信頼性を高めている。

【００３９】また、台板１２には、サポート部材３４
Ａ，取付台座３４を介して摩擦力検出ロードセル３５が
装着されている。摩擦力検出ロードセル３５により検出
された摩擦力信号は、第２ロードセルアンプ３６により
増幅され、Ａ／Ｄ変換器３７を通って摩擦力Ｆとしてコ
ンピュータ２９に入力される。コンピュータ２９では、
ロードセル２１からの押付力Ｐとの摩擦係数値Ｆ／Ｐが
演算され、予め設定された摩擦係数値以上に至った場合
での試験装置の自動停止の判断を可能としている。これ
により、耐焼付性評価試験の実施及び摺動状態の常時チ
ェックによる試験摩擦面１１Ｂ，１７Ａでの異常検知，
装置面での過負荷保護等を可能にしている。

【００４０】また、上記のモータ８は、モータコントロ
ーラ３８を介してコンピュータ２９に接続され、コンピ
ュータ２９からの回転指令信号により任意に動作するよ
うになっている。

【００４１】従って、押付力の、ロードセル２１の具備
による実押付荷重の検出と、該サーボアンプ３１へのフ
ィードバック信号としても用いる構成により、押付荷重
の精度向上と任意の変動押付荷重の付加を可能にすると
ともに、自己診断回路による荷重値の異常時検出を行な
うことができ、さらに、試験摩擦面１１Ｂ，１７Ａの摺
動速度条件を電気的指令信号により、任意に変速でき
る。なお、任意の変動押付荷重の付加は、次の如く行な
われる。コンピュータ２９から、任意の押し付け荷重の
指令信号を出し、その値を目標値とした荷重制御が、サ
ーボアンプ３１，サーボバルブ２４，ロードセル２１，
第１ロードセルアンプ３２により構成される閉じループ
制御により行なわれ、任意の荷重波形信号にも追従で
き、変動荷重としても負荷できる。但し、指令値に対す
る実荷重（出力値）に大きな差を生じる場合（制御不能
となった場合）への対応として、少なくとも試験評価の
上で重要となる荷重値の最大値と最小値のチェックを演
算処理にて行なわせて、異常時検出としている。

【００４２】そして、図１において、上記加圧軸１８の
先端には、小径部３９が形成され、この小径部３９の外
周面にはラジアル軸受４０が外嵌されている。ラジアル
軸受４０の外輪４１の上端には環状フランジ部４１Ａが
形成されている。

【００４３】ラジアル軸受４０の外輪４１の外周面に
は、第１補助スリーブ４２が嵌合され、第１補助スリー
ブ４２の上端には、環状受け部４２Ａが形成されてい
る。さらに、第１補助スリーブ４２の外周面には、球面
軸受４３が外嵌され、球面軸受４３は、内輪４４と、こ
の内輪４４に球面状に接触する外輪４５とから構成され
ている。球面軸受４３の内輪４４の上端面に第１補助ス
リーブ４２の環状受け部４２Ａが当接している。

【００４４】球面軸受４３の内輪４４の内側には、第２
補助スリーブ４６が嵌合され、第２補助スリーブ４６の
上下端にそれぞれ内フランジ部４６Ａ，外フランジ部４
６Ｂが形成され、外フランジ部４６Ｂは、球面軸受４３
の内輪４４の下端面に当接している。

【００４５】そして、加圧軸１８の段部１８Ｂとラジア
ル軸受４０の外輪４１の環状フランジ部４１Ａの間に
は、第１スラスト軸受４７が設けられ、また、第２補助
スリーブ４６の内側と加圧軸１８の小径部３９の外周面
の間には、第２スラスト軸受４８が設けられている。従
って、球面軸受４３の内輪４４は、第１補助スリーブ４
２，第２補助スリーブ４６を介して第１スラスト軸受４
７，第２スラスト軸受４８に挟持されている。

【００４６】加圧軸１８の小径部３９の外周には、コイ
ルばね４９が装着され、このコイルばね４９は、第２ス
ラスト軸受４８と、加圧軸１８の小径部３９の先端に螺
子５０で取り付けられた座板５１の間に装着されてい
る。なお、ここで、コイルばね４９は、後述するホルダ
５２，球面軸受４３等の自重として作用する部品による
重さ以上のセット荷重を与えた状態（第１スラスト軸受
４７，第２スラスト軸受４８等での組付部での間隙が生
じない状態）で保持されている。即ち、コイルばね４９
については、片当たり防止目的での可動部重量とラジア
ル軸受４０，第１，第２スラスト軸受４７，４８等の重
量よりも、少なくとも大きなセット荷重が与えられ、軸
方向の熱膨張等による微小な寸法変化に対しても吸収で
きる変形代が与えられている。

【００４７】上記の球面軸受４３には、ホルダ５２が固
設されている。ホルダ５２は、厚肉短円筒状のホルダ本
体５３と、球面軸受４３の外輪４５を保持してホルダ本
体５３の上端面に当接するベアリングキャップ５４と、
ホルダ本体５３の下端面に当接する厚肉リング部５５
と、厚肉リング部５５の下面に取り付けらる試験片取付
部５６とから構成され、第１締付螺子５７によりベアリ
ングキャップ５４をホルダ本体５３に締め付け、第２締
付螺子５８により厚肉リング部５５，試験片取付部５６
をホルダ本体５３に締め付けることにより、上記ベアリ
ングキャップ５４，ホルダ本体５３，厚肉リング部５
５，試験片取付部５６が一体化されている。厚肉リング
部５５には、傾斜路５９が形成され、傾斜路５９の一端
は、厚肉リング部５５の外周面に開口部５９Ａとなって
開口している。

【００４８】傾斜路５９の他端は、試験片取付部５６の
中央に軸方向に沿って形成された貫通孔６０に連通して
いる。傾斜路５９と貫通孔６０で潤滑油供給路が構成さ
れている。潤滑油供給路に潤滑油を供給しながらの試験
では、静止試験片１７側のホルダ５２から潤滑油供給路
を通って潤滑油が、回転試験片１１の試験摩擦面１１Ｂ
の略中央部へ供給される。

【００４９】そして、上記ホルダ５２の試験片取付部５
６の突起部５６Ａには、その外周面に静止試験片１７が
保持されている。静止試験片１７は例えば図６に示さ
れ、その一面には、試験摩擦面１７Ａを有する突起部１
７Ｂが複数（本実施例では３個）形成され、他面には、
ピン６１が係止される孔（図示せず）が形成されてい
る。なお、各試験摩擦面１７Ａは均一な当りを確保する
ため同一平面に仕上げた状態にされており、平面研磨加
工或いは平面定盤でのラッピング加工々による仕上げ加
工が施されている。

【００５０】また、試験片取付部５６と静止試験片１７
をピン６１が貫通し、静止試験片１７が試験片取付部５
６に固定され、静止試験片１７の回転を防止し、確実に
摩擦力をホルダ本体５３に伝達するようになっている。

【００５１】潤滑油は、厚肉リング部５５の開口部５９
Ａから傾斜路５９に供給され、さらに貫通孔６０を通っ
て回転試験片１１の上端面中央に導かれる。なお、回転
試験片１１と静止試験片１７の試験部の周りは、オイル
パン６２で覆われ、このオイルパン６２により試験済潤
滑油の回収が行なわれ、潤滑油の周囲への飛散を防止し
ている。また、オイルパン６２の底部６２Ａと主軸１の
外周面１Ｃとの間には、オイルシール６３が装着され、
オイルパン６２内からの潤滑油の漏れを防止している。

【００５２】図４により、摩擦力の検出機構を説明する
と、ホルダ本体５３の外周面には、摩擦力検出アーム５
３Ａ，５３Ａがそれぞれ軸心に関して１８０度対称に突
出して設けられ、摩擦力検出アーム５３Ａには、摩擦力
検出ロードセル３５が当接している。摩擦力検出ロード
セル３５は、試験摩擦面１７Ａ，１１Ｂより生じる一方
向の摩擦力により生じる回転モーメントでホルダ本体５
３の回転運動を防止するとともに摩擦力の検出を行なっ
ている。また、ホルダ本体５３の重心と軸心との略一致
化が図られ、これと相まって２つの摩擦力検出アーム５
３Ａ，５３Ａにより、試験摩擦面１７Ａ，１１Ｂへの偏
荷重付加が防止されている。

【００５３】しかして、本実施例においては、油圧シリ
ンダ２５により加圧軸１８を介して荷重が静止試験片１
７に与えられる。詳しく述べると、油圧シリンダ２５に
より発生する押付力は、ピストンロッド２５Ａ，接続フ
ランジ２１Ａ，ロードセル２１，スペーサ２３，連結ネ
ジ２２，加圧軸１８，第１，第２スラスト軸受４７及び
４８，球面軸受４３、ホルダ５２を介して静止試験片１
７に伝達され、さらに、静止試験片１７から回転試験片
１１に伝達される。

【００５４】これにより、静止試験片１７と回転試験片
１１を軸方向に相互に押し付け、その状態で、回転試験
片１１を主軸１により回転させ、摩擦摩耗試験がされ
る。油圧シリンダ２５により発生する押し付け荷重の制
御については、コンピュータ２９からの任意の押し付け
荷重信号を目標値として荷重制御が、サーボアンプ３
１，サーボバルブ２４，ロードセル２１，第１ロードセ
ルアンプ３２により構成される閉じループ制御により行
なわれる。指令信号で高速度で変化させることにより、
変動荷重にもできる。なお、回転試験片１１は、主軸１
により回転駆動され、それと当接する静止試験片１７か
らの摩擦力により、加圧軸１８の軸心を中心とした回転
力が発生する。その回転力は、ホルダ５２を伝わり、摩
擦力検出ロードセル３５へ伝わる。摩擦力検出ロードセ
ル３５では、ホルダ５２の回転運動を防止しながら摩擦
力を検出している。

【００５５】その際、試験条件は次のように与えられ
る。荷重制御範囲は０．０１〜５００Ｋｇｆで、荷重波
形は正弦波，台形波，矩形波，三角波が使用され、変動
荷重の最大振幅は０．０１〜５００Ｋｇｆ、周波数は０
〜１０Ｈｚ、主軸回転速度範囲は４０〜８０００ｒｐ
ｍ、速度制御範囲は０．０８〜１６ｍ／ｓｅｃである。
その際、高周波数での変動荷重も付加させることができ
るので、回転試験片１１に摩耗し難い高硬度材料を用い
てピン側材料（静止試験片１７）の摺動を伴ったピッチ
ング摩耗の評価を短時間で行なうこともできる。

【００５６】ホルダ５２は球面軸受４３を介して加圧軸
１８に支持されているので、ホルダ５２の軸線は球面軸
受４３の球面中心点を通る任意の軸線となるように自由
に姿勢を変えることができ、これによって、もし、静止
試験片１７と回転試験片１１の片当たりがあれば、当た
り面の不揃によって生じるモーメントによってホルダ５
２の軸線が自動的に変化し、片当たりが防止されてい
る。

【００５７】なお、ラジアル軸受４０、第１，第２スラ
スト軸受４７及び４８の機能を以下に説明する。摩擦力
検出ロードセル３５での摩擦力検出は、ロードセル自身
の弾性変位を検出し、摩擦力に換算することによって行
なっている。従って、摩擦力検出ロードセル３５にてホ
ルダ５２を介して摩擦力を検出するためには、ホルダ５
２が微小ではあるが、加圧軸１８を中心に移動（回転）
する必要がある。

【００５８】摩擦力を高精度で検出しようとした場合、
試験摩擦面１７Ａにより生じる回転力を、抵抗なく摩擦
力検出ロードセル３５まで伝える必要がある。従って、
ホルダ５２の加圧軸１８の中心での回転抵抗をいかに少
なくできるかが重要なことになる。ここで、球面軸受４
３の球面滑り面での滑り抵抗が小さく、特に、摩擦力を
検出する方向に対する動作抵抗を非常に小さくする機構
があれば、球面軸受４３を支持するラジアル軸受４０と
第１，第２スラスト軸受４７及び４８は不要である。し
かしながら、球面軸受４３は滑り軸受であるため、転が
り軸受と比較して、特に静止摩擦抵抗が大きい。この静
止摩擦抵抗によって、拘束力が生じ、そのため、摩擦力
検出ロードセル３５による検出精度を低下させてしま
う。この対策として、球面軸受４３を、ラジアル軸受４
０と第１，第２スラスト軸受４７及び４８により支持し
ており、加圧軸１８に支持させることにより、摩擦力を
検出する方向での拘束力を減少させ、高い精度での検出
が可能になる。

【００５９】そして、試験の際、回転する回転試験片１
１と静止試験片１７の摩擦によって、静止試験片１７の
温度が上昇し、その熱が球面軸受４３に伝達し、球面軸
受４３は、熱膨張する。

【００６０】球面軸受４３の軸方向の熱膨張に伴って、
球面軸受４３から力を受ける加圧軸１８が移動し、熱膨
張による球面軸受４３の熱変形が、コイルばね４９等か
らなる変位吸収機構で吸収される。即ち、コイルばね４
９等からなる変位吸収機構により、球面軸受４３の予圧
が一定化され、球面軸受４３の内輪４４が軸方向に伸び
ても、その伸びが、第２補助スリーブ４６，第２スラス
ト軸受４８を介してコイルばね４９を圧縮させ、ホルダ
５２は熱膨張による大きな反力を受けず、従って、加圧
軸１８への熱膨張による力の増加が排除される。

【００６１】以上の如き構成によれば、第１に、加圧軸
１８を軸方向に移動自在に構成し、且つ、加圧軸１８の
先端部に、球面軸受４３から力を受けてその軸方向の熱
変形を吸収するコイルばね４９等からなる変位吸収機構
を設けたので、加圧軸１８上に、球面軸受４３，ラジア
ル軸受４０，第１，第２スラスト軸受４７及び４８を保
持するための締付ナットの使用による完全締付を回避で
きる構造を可能にでき、従って、従来における初期の締
付力のバラツキを排除することができる。

【００６２】また、試験中の摩擦熱による温度上昇によ
る球面軸受４３の熱膨張があっても、以下に述べるよう
に、摩擦力検出精度を良くできる。即ち、コイルばね４
９等からなる変位吸収機構がないと、球面軸受４３は、
その熱膨張により生じる軸方向の変位量は極めて少ない
量であるが、完全締め付け固定のため、締め付け固定荷
重の変化は、構成する部品の形状とその材料の持つ弾性
係数によって決まり、極めて大きな固定荷重の変化をま
ねく。そのため、ホルダ５２の回転抵抗値の温度に対す
る変化を極めて大きく生じさせることになり、摩擦力検
出精度が悪くなる。一方、コイルばね４９等からなる変
位吸収機構があると、球面軸受４３の上記変位は、ほぼ
同様に生じるが、この変位量をコイルばね４９の変位内
で吸収することができ、上記の固定荷重の変化を、コイ
ルばね４９のバネ定数で決まる値に管理でき、上記のコ
イルばね４９等からなる変位吸収機構がない場合に比し
て、極めて小さな値で変化するに過ぎない。従って、大
きな温度荷重によっても、上記固定荷重の変化を小さく
抑えることができ、回転抵抗値を安定化でき、摩擦力検
出精度の向上を図ることができる。

【００６３】従って、温度変化で球面軸受４３の軸方向
の微小な寸法変化が生じても、温度変化に影響されるこ
となく、第１，第２スラスト軸受４７，４８の加圧軸１
８への取付け荷重変化を微小に抑えることができ、熱膨
張した球面軸受４３から加圧軸１８に与える力の変位を
変位吸収機構で吸収し、ホルダ５２の回転抵抗を安定化
し、高精度な摩擦力検出を可能にできる。

【００６４】第２に、潤滑油を供給しながらの試験で
は、静止試験片１７側のホルダ５２から潤滑油供給路を
通って潤滑油を、回転試験片１１の試験摩擦面１１Ｂの
略中央部へ供給できるため、滴下供給とならざるを得な
い小流量状況下で且つ遠心力での均一分散作用が期待で
きない条件下においても、確実に試験摩擦面１１Ｂへの
供給を可能にできる。

【００６５】勿論、比較的流量の多滴下状況及び遠心力
の効果が大きい高摺動速度下においても確実に回転試験
片１１の試験摩擦面１１Ｂへの均一な供給を可能にし、
試験結果のバラツキを抑えることができる。

【００６６】第３に、加圧軸１８に、回転止め機構を伴
って鋼球２０を有してなる直動ベアリングが設けられ、
主軸１，加圧軸１８，操作力を検出するロードセル２
１，油圧シリンダ２５は、略同一線上に配置され、該ロ
ードセル２１を、加圧軸１８と油圧シリンダ２５との間
に設けているため、試験摩擦面１７Ａでの摩耗発生に対
しても、加圧軸１８のスプライン軸部１８Ａでは、抵抗
の少ない直動動作が行なわれ、試験摩擦面１７Ａへの正
確な荷重付加を行なうことができ、抵抗無く押付力の伝
達及び検出ができる。即ち、高精度な押付力の検出のた
めには、先ず、ロードセル２１と試験摩擦面１７Ａとの
間の動作抵抗を少なくするとともに、ロードセル２１に
対しては、試験摩擦面１７Ａにより生じる回転力を防止
させ、純粋な軸方向力のみとする機構が必要となり、こ
れを該スプライン軸部１８Ａにて実現させている。

【００６７】従って、従来のテコ式機構では試験摩擦面
１７Ａに均一な押付力を与えることが困難であったのに
対して、摩耗に追従し、確実に試験摩擦面１７Ａに均一
な押付力を与えることができる。

【００６８】なお、試験摩擦面１７Ａより生じる回転力
は、ラジアル軸受４０と第１，第２スラスト軸受４７，
４８により抵抗を小さく抑えて高精度な摩擦力の計測を
可能としているが、その抵抗を零にすることは困難で、
その小さな抵抗は、加圧軸１８への回転力を生じさせ
る。

【００６９】即ち、試験摩擦面１７Ａから生じる一方向
回転でのラジアル軸受４０と第１，第２スラスト軸受４
７，４８での微小な加圧軸１８への回転力による回転動
作は、加圧軸１８の回転止めのためのスプライン軸部１
８Ａにより止められる。従って、押付力を検出するロー
ドセル２１に対しての回転力（捩じれ力）の負荷を防止
でき、純粋な軸方向力のみの検出を可能にし、押付力の
検出を高精度に実現でき、軽い押付荷重条件下でも安定
した正確な荷重を試験摩擦面１７Ａに与えることができ
る。

【００７０】そして、摩擦力と押付力の高精度の検出を
可能にし、摩擦状況を判断する上で重要な係数である摩
擦係数に対しても、高精度で検出できる。第４に、実際
の部品の使用では、荷重や速度は広い範囲で変動するた
め、その変動条件に起因した摩耗や焼き付き現象が生じ
ているが、従来の試験機では、荷重や速度を変動させて
試験をすることには限界があり、試験条件を変更した複
数の試験を行なわなければならず、しかも、試験結果か
ら、実機に適する材料や潤滑油の選定は推定でおこなわ
なければならず、実機との相関を取れるとは限らなかっ
た。

【００７１】これに対して、本実施例においては、押し
付け荷重及び試験摺動速度を任意に変化させる荷重付加
装置，変速装置とを具備し、押し付け荷重制御において
は、ロードセル２１を用いて荷重のフィードバックを行
なえるので、実押付け荷重の精度向上を図ることができ
る。従って、変動荷重条件下及び任意変速条件下での試
験を可能にでき、実際の機械に近い試験条件を設定し、
その条件下で試験ができる。その結果、少ない試験数の
中でも、実機に則した試験ができ、短期間で的を得た結
果の総合判断を行なうことができる。

【００７２】なお、本実施例においては、図６に示すよ
うに静止試験片１７に形成された突起部１７Ｂ数は３個
になっているが、かかる数に限定されることなく、例え
ば、図７に示すように、静止試験片１７の試験摩擦面１
７Ｃが形成された突起部１７Ｄの数を４個にし、同時に
各試験摩擦面１７Ｃの接触面を例えば円弧形状にして広
くすることもでき、種々の形状での試験評価を可能にし
ている。

【００７３】また、本実施例においては、変位吸収機構
は、コイルばね４９を有して構成されているが、球面軸
受４３の熱変形を何らかの手段で検出し、それに対応し
て変位吸収機構を作動させることもできる。

【００７４】

【発明の効果】以上説明したように請求項１記載の発明
によれば、加圧軸を軸方向に移動自在に構成し、且つ、
加圧軸の先端部に、球面軸受から力を受けてその軸方向
の熱変形を吸収する変位吸収機構を設けたので、加圧軸
上に、球面軸受等を保持するために従来の締付ナットの
使用による完全締付けを回避できる構造を可能にでき、
従って、従来における初期の締付力のバラツキを排除す
ることができる。

【００７５】また、試験中の摩擦熱による温度上昇によ
る球面軸受の熱膨張があっても、それに伴って、加圧軸
が下方に押され、変位吸収機構が作動され、熱膨張によ
る球面軸受の変位を、変位吸収機構で吸収することがで
きる。従って、温度変化で軸方向の微小な寸法変化が生
じても、温度変化に影響されることなく、熱膨張した球
面軸受から加圧軸に与える力を変位吸収機構で吸収し、
ホルダの回転抵抗を安定化し、高精度な摩擦力検出を可
能にできる。

【００７６】また、請求項２記載の発明によれば、潤滑
油を供給しながらの試験では、静止試験片側のホルダか
ら潤滑油供給路を通って潤滑油を、回転試験片の略中央
部へ供給できるため、滴下供給とならざるを得ない小流
量状況下で且つ遠心力での均一分散作用が期待できない
条件下においても、確実に試験摩擦面への供給を可能に
できる。

【００７７】請求項３記載の発明によれば、加圧軸上に
加圧装置を、それらの軸線が略１直線になるように設け
ているので、試験摩擦面への均一荷重を可能にし、従っ
て、試験摩擦面に対して均一な摩耗を発生させることが
できる。

【００７８】請求項４記載の発明によれば、請求項３記
載の発明と同様な効果を奏する。請求項５記載の発明に
よれば、試験速度を任意に変化させる変速装置を備えて
いるので、実際の部品の使用における広い範囲で変動す
る速度に対応することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係わる摩擦・摩耗試験装置の
要部断面図である。

【図２】同摩擦・摩耗試験装置の全体を示す断面図であ
る。

【図３】同摩擦・摩耗試験装置の制御系統図である。

【図４】図１のＩ−Ｉ断面矢視図である。

【図５】図１の回転試験片の斜視図である。

【図６】図１の静止試験片の斜視図である。

【図７】静止試験片の変形例を示す斜視図である。

【符号の説明】

１主軸１１回転試験片１７静止試験片１８加圧軸４９コイルばね５２ホルダ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01N 3/00 - 3/62

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】主軸により支持されて回転する回転試験
片と、静止試験片を相互に押し付けた状態で摩擦・摩耗
試験をするものであって、主軸と同軸線上に、静止試験片を支持するための加圧軸
を、主軸と対向して配置し、この加圧軸に支持された球面軸受にホルダを外設し、こ
のホルダに静止試験片を支持してなる摩擦・摩耗試験装
置において、加圧軸を軸方向に移動自在に構成し、加圧軸の先端部に、球面軸受から力を受けてその軸方向
の熱変形を吸収する変位吸収機構を設けたことを特徴と
する摩擦・摩耗試験装置。
【請求項２】略水平の試験摩擦面を有するディスク形
状の回転試験片の上方に静止試験片を配置し、ホルダには、その外周面に一端が開口し、他端が回転試
験片上に対向する端面に開口する潤滑油供給孔が形成さ
れていることを特徴とする請求項１記載の摩擦・摩耗試
験装置。
【請求項３】加圧軸上に加圧装置を、それらの軸線が
略１直線になるように設けたことを特徴とする請求項１
記載の摩擦・摩耗試験装置。
【請求項４】加圧軸と加圧装置の間に、軸線が加圧軸
と加圧装置の軸線と略１直線になるようにロードセルを
設けたことを特徴とする請求項３記載の摩擦・摩耗試験
装置。
【請求項５】試験速度を任意に変化させる変速装置を
備えていることを特徴とする請求項１記載の摩擦・摩耗
試験装置。