【０００１】
【考案の属する技術分野】
本考案は、人工関節に使用される材料等のように、低荷重から高荷重まで広範囲の荷重を受ける材料の摩擦力を測定する摩擦試験機であって、特に、高荷重を受けた場合の低摩擦力を測定するのに好適な摩擦試験機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、摺動部分に使用される材料等の摩擦力を測定する装置として摩擦試験機が提案されており、例えば、特開平６−２０１５７２号には、コンパクトディスクやレーザディスク等が受ける低荷重での摩擦力を測定する目的で摩擦評価装置が提案されている。この摩擦評価装置は、回転する被検体に接触する接触ヘッドを先端に取り付けたヘッドアームと、このヘッドアームを揺動可能に支持するバランサ手段と、前記ヘッドアームのバランスを取るためのバランスウェイトと、前記被検体に荷重をかけたときに接触ヘッドに加わる摩擦力を測定するセンサ部とを備えていることを特徴とする。そして、バランスウェイトを操作することによりバランサ手段によってヘッドアームのバランスをとり、接触ヘッドを被検体に接触させるようになっているため、低荷重における摩擦測定を精度良く行えるようになっている。
【０００３】
【考案が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した特開平６−２０１５７２号公報に記載の摩擦評価装置は、低荷重下における摩擦力の測定のみを目的としている。したがって、仮に接触ヘッドの荷重受け部に大きい荷重の重りを搭載すると、この重りと荷重受け部との接触点における摩擦が発生し、ヘッドアームが自由に揺動することができないという問題が生じる。すなわち、接触ヘッドと被検体との間に低摩擦力が生じていても、高荷重が付与された荷重受け部の大きな摩擦力の影響によってヘッドアームが水平方向に移動できず、所望の摩擦力をセンサ部が検知できないという問題がある。
【０００４】
一方、１００ｋｇｆ程度まで高荷重をかける摩擦試験機では、一般に、油圧シリンダやエアシリンダによって荷重受け部を押し込み、この押し込み量をロードセルで検知しながら荷重に変換して所望の荷重を付与するようになっている。しかしながら、現実の摩擦面には凹凸が存在しており、ヘッドがバウジングしている。また、高荷重を付与すると被測定物の表面が削り取られてしまう。これらの挙動により荷重は敏感に変動するが、この変動に追従しようとするとフィードバックを極めてこまめに行わなければならない。このような精密なフィードバック制御はコストもかかるため、現実的には、実験条件が一定でなくなることを承知の上で摩擦力を測定している。ただし、高荷重で極めて低い摩擦力を測定することは想定しておらず、低摩擦力を精度良く測定できるものではない。
【０００５】
本考案は、このような問題点を解決するためになされたものであって、数ｇｆ程度の低荷重から１００ｋｇｆ程度の高荷重まで広範囲な荷重を付与した場合の摩擦力を精度良く測定することができ、特に、１００ｋｇｆの高荷重に対して数十ｇｆ程度の低摩擦力であっても正確に測定することができる摩擦試験機を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本考案に係る摩擦試験機の特徴は、被測定物を接触させて摩擦を生じさせる回転テーブルと、この回転テーブル上で被測定物を保持するホルダと、このホルダを先端部に備えているとともにバランス機構によって略水平方向に揺動可能に支持されたバランスアームと、このバランスアームの他端部に連結されて摩擦力を測定する荷重変換器と、前記ホルダの上に設けられ荷重を受ける荷重受け部とを有する摩擦試験機であって、前記荷重受け部に当接する加圧部を備えているとともに、この加圧部を上下動可能に支持し高荷重を付与する高荷重付与手段を有し、前記荷重受け部と前記ホルダとの間に、被測定物に生じる摩擦力に応じて水平方向にスライド可能なスライド機構を設けた点にある。
【０００７】
また、本考案は、ホルダのスライド可能範囲を規制し、あるいはスライドさせないように固定するために、荷重受け部には、この荷重受け部の側面からホルダの側面まで延出されたスライド規制板が固定されており、ホルダの側面には、ねじ穴が形成されており、前記スライド規制板には、前記ねじ穴に対向する高さ位置に前記ホルダのスライド範囲を規制するスライド規制用長孔が形成されており、前記ホルダのねじ穴には、前記スライド規制用長孔に挿通されたスライドストッパが螺合されており、このスライドストッパは、前記スライド規制用長孔の両端面に当接することでホルダのスライド範囲を規制し、かつ、さらにねじ穴にねじ込まれることによって前記スライド規制板を前記ホルダに固定してスライドさせないように機能することが好ましい。
【０００８】
さらに、本考案では、安定した高荷重を付与するために、高荷重付与手段は、荷重受け部に当接する加圧部、この加圧部を上部に支持し回転テーブル下に垂下する荷重フレーム、この荷重フレームの下端部からさらに垂下するように固定された分銅支持棒、この分銅支持棒の下端部に固定された分銅載置板、および前記荷重フレームを上下方向にガイドするフレームガイドとから構成される荷重分銅台と、この荷重分銅台を退避位置から加圧部が荷重受け部に当接する位置まで上下動させるラック状押動部、ピニオンギアおよび駆動モータから構成される上下駆動部と、荷重分銅とを有することが望ましい。
【０００９】
また、本考案では、回転テーブルには、液中での摩擦測定を行うために液体を保持する壁部を備えた液受けバッドが着脱自在に設けられていてもよい。
【００１０】
さらに、本考案では、スラスト摩擦も測定できるようにするために、回転テーブルの下方には、この回転テーブルの回転軸に連結されて被測定物のスラスト摩耗を取得するトルク変換器が設けられているとともに、バランス機構および荷重変換器をスライド方向と直交する水平方向に移動可能に支持することでホルダに保持した被測定物を回転テーブルの同心軸上に移動し、あるいはその回転軸から所定の距離だけ離間させるための水平スライドステージを設けるようにしてもよい。
【００１１】
【考案の実施の形態】
以下、本考案に係る摩擦試験機の実施形態の一例を図面を用いて説明する。
【００１２】
図１は、本考案に係る摩擦試験機の実施形態の正面図であり、図２は右側面図であり、図３は平面図である。本実施形態の摩擦試験機１は、主として、被測定物２を接触させて摩擦を生じさせる回転テーブル３と、この回転テーブル３上で被測定物２を保持するホルダ４と、このホルダ４を先端部に備えるバランスアーム５と、このバランスアーム５を略水平方向に揺動可能に支持するバランス機構６と、バランスアーム５の他端部に連結されて摩擦力を測定する荷重変換器７と、ホルダ４の上に設けられ荷重を受ける荷重受け部８と、この荷重受け部８に高荷重を付与する高荷重付与手段９と、荷重受け部８とホルダ４との間に設けられ水平方向にスライド可能なスライド機構１０とから構成されている。
【００１３】
本実施形態の各構成部についてより詳細に説明すると、回転テーブル３は、摩擦試験機１の水平基台１１に回転可能に軸支されている。この回転テーブル３の回転軸３１は略垂直方向となるように支持されており、この回転軸３１にトルクメータ３２、タイミングプーリ３３およびスリップリング３４が設けられている。一方、この回転テーブル３を回転させる回転テーブル駆動モータ３５は、その回転軸が略水平方向となるように摩擦試験機１に固定されている。そして、この回転テーブル駆動モータ３５の回転はウォームギヤ３６により垂直方向の回転に変換され、タイミングプーリ３３とタイミングベルト３７を介して回転テーブル３の回転軸３１に伝達されるようになっている。ここで、本実施形態では、回転テーブル３上に液体を保持する壁部３８ａを備えた液受けバッド３８が着脱自在に載置されており、液中での摩擦測定を行えるようになっている。
【００１４】
つぎに、バランスアーム５は、略水平方向に延在するようにバランス機構６に支持されており、その先端部にホルダ４を回転テーブル３上に位置させるように支持している。このバランスアーム５は、その略中間部に第１揺動軸５１が取り付けられており、この第１揺動軸５１をバランス機構６によって揺動自在に軸支されている。また、このバランスアーム５には、バランスを釣り合わせるためのバランス用分銅５２が設けられており、その取付位置が適宜変更し得るようになっている。
【００１５】
つぎに、バランス機構６は、水平基台１１に略垂直方向に立設される支持柱６１と、この支持柱６１の上端に軸支される第２揺動軸６２と、この第２揺動軸６２に揺動可能に軸支される縦アーム６３と、この縦アーム６３の下端に設けられる断面略コの字状の支持片６４とから構成されている。そして、この支持片６４に第１揺動軸５１がピボット式に軸支されるようになっている。この構成により、バランスアーム５は鉛直面内で略水平方向に揺動可能に支持されている。なお、バランス機構６にはバランスロック機構６５が設けられており、バランスアーム５を固定した状態で支持し得るようになっている。
【００１６】
荷重変換器７は、バランスアーム５の他端部に検出子７１を介して連結されており、バランスアーム５の変位に応じた信号を出力する。これにより、回転テーブル３との間に生じた摩擦により被測定物２が移動すると、その変位量がバランスアーム５を介して荷重変換器７に伝達されて摩擦力を検出するようになっている。なお、本実施形態の荷重変換器７は、低摩擦力を精度良く測定するため、容量が２ｋｇ、測定精度が±０．１ｋｇのものを用いている。
【００１７】
荷重受け部８は、重りを載置するために上端面が平面状に形成されている。この荷重受け部８とホルダ４との間には、スライド機構１０が設けられており、被測定物２に生じる摩擦力に応じて水平方向にスライドし得るようになっている。このスライド機構１０は、図４（ｃ）に示すように、長尺状の中央部材４１とこれの両側面に沿った両端部材８１との間にボールベアリング１０１が２列に並置された構造になっており、中央部材４１はホルダ４の上端面にボルト固定され、両端部材８１は荷重受け部８の下端面にボルト固定されている。
【００１８】
また、このスライド機構１０には、ホルダ４のスライド範囲を規制するためのスライド規制板１０２が荷重受け部８の側面にねじによって固定されている。このスライド規制板１０２は、荷重受け部８の側面からホルダ４の側面まで延出されており、ホルダ４に対応する適当な位置で水平方向に長いスライド規制用長孔１０３が形成されている。このスライド規制用長孔１０３に対向するホルダ４の側面にはねじ穴４２が形成されており、このねじ穴４２にスライド規制用長孔１０３に挿通されたスライドストッパ１０４が螺合されている。このスライドストッパ１０４は、スライド規制用長孔１０３の両端面に当接することでホルダ４のスライド範囲を規制する。また、このスライドストッパ１０４は、ねじ穴４２にねじ込まれることによってスライド規制板１０２をホルダ４に固定し、スライドさせないようになっている。このようにスライドを停止させるのは、スライドさせる必要のない低荷重をかける場合やスラスト摩擦を行う場合である。
【００１９】
つぎに、高荷重付与手段９は、荷重分銅台９１と、この荷重分銅台９１を上下動させる上下駆動部９２と、前記荷重分銅台９１に載せる荷重分銅９３とから構成される。荷重分銅台９１は、荷重受け部８に当接する加圧部９４と、この加圧部９４を支持する天板９５ａを備えているとともに回転テーブル３下に垂下された直方体骨組み構造の荷重フレーム９５と、この荷重フレーム９５の底板９５ｂにさらに垂下するように固定された分銅支持棒９６と、この分銅支持棒９６の下端部に固定された分銅載置板９７と、水平基台１１に保持され、前記荷重フレーム９５を上下方向にガイドするフレームガイド９８とから構成されている。また、上下駆動部９２は、荷重フレーム９５の底板９５ｂに当接するラック状押動棒９２ａと、このラック状押動棒９２ａを荷重分銅台９１の退避位置から加圧部９４が荷重受け部８に当接する荷重位置まで上下動させるピニオンギア（図示せず）を備えた駆動モータ９２ｂとから構成されている。これにより、上下動駆動部９２によって加圧部９４を荷重受け部８に当接させると、荷重分銅台９１の重量および載置した分銅の総重量が、荷重受け部８に付与される。
【００２０】
つぎに、水平基台１１には、バランスアーム５の長手方向と垂直な方向に水平ガイドレール１２が平行に２本設けられており、これらの水平ガイドレール１２に水平スライドステージ１３が摺動自在に設けられている。２本の水平ガイドレール１２の間には、手動ハンドル１４に連結された台形ねじ軸１５が配置されており、この台形ねじ軸１５に沿って直線移動するナット１６が螺合されており、このナット１６に水平スライドステージ１３が固定されている。さらに、この水平スライドステージ１３には、２カ所に垂直ガイドレール１７，１７が立設されており、それぞれバランス機構６および荷重変換器７が鉛直方向に上下動できるように取り付けられている。ここで、バランス機構６も台形ねじ機構によって上下にスライドするようになっており、荷重変換器７はラックとピニオンによって上下動するようになっている。そして、水平スライドステージ１３を水平方向にスライドさせると、被測定物２が回転テーブル３上の半径方向に移動し、回転中心から所定の位置に変位させられる。また、バランス機構６および荷重変換器７を垂直方向にスライドさせると、被測定物２の厚さに応じてホルダ４の高さ方向を調整できる。
【００２１】
つぎに、このような構成を備えた本実施形態における摩擦試験機１の作用について説明する。
【００２２】
本摩擦試験機１によって、被測定物２に低荷重を付与したときの摩擦力を測定する場合、図５に示すように、上下駆動部９２を駆動して荷重分銅台９１を上方に移動させる。これにより、加圧部９４が荷重受け部８から離れ、ホルダ４はバランス機構６により揺動可能に支持された状態になる。この状態でホルダ４に被測定物２を固定し、バランス用分銅５２の位置を適宜調節することでバランスアーム５のバランスを釣り合わせる。そして、水平スライドステージ１３を水平方向にスライドさせて回転テーブル３の半径方向の位置を合わせるとともに、バランス機構６および荷重変換器７を垂直ガイドレール１７に沿ってスライドさせて、被測定物２が回転テーブル３上の摩擦面に接触するように調節する。また、低荷重の場合には荷重点における摩擦の影響はなく、むしろスライド機構１０をフリーにしておくと揺れが生じるおそれがあるため、スライドストッパ１０４をねじ込み、ホルダ４を荷重受け部８に固定してスライドしないようにする。このように各部を調整した後、荷重受け部８に直接低荷重の重りを載置する。
【００２３】
その後、回転テーブル駆動モータ３５を駆動して回転テーブル３を回転させることにより、低荷重が付与された被測定物２と回転テーブル３との間に摩擦が発生する。この摩擦力に応じてバランスアーム５が長手方向に移動し、この変位を荷重変換器７が検出子７１を介して検出する。これにより、被測定物２と回転テーブル３との間の摩擦力が測定される。
【００２４】
一方、被測定物２に高荷重を付与したときの摩擦力を測定する場合、荷重分銅台９１により荷重を付与する。ホルダ４の位置を調整した後、スライドストッパ１０４を開放してホルダ４を水平方向にスライド可能にする。一方、付与したい荷重を予め計算し、必要な荷重分銅９３を分銅載置板９７に載せておく。その後、上下駆動部９２を駆動して加圧部９４が荷重受け部８に当接するまで荷重分銅台９１を下降する（図１参照）。これにより、荷重分銅台９１および荷重分銅９３を合計した総重量が被測定物２に付与される。
【００２５】
そして、回転テーブル駆動モータ３５を駆動して回転テーブル３を回転させることにより、高荷重が付与された被測定物２と回転テーブル３との間に摩擦力が発生する。このとき、荷重受け部８には高荷重が付与されているため、荷重接触点には大きな摩擦が生じているが、この影響を回避すべく、スライド機構１０によって被測定物２に生じる直線的な摩擦力の方向にホルダ４がスライドできるようになっている。これにより、被測定物２は、大きな垂直荷重を受けながらも摩擦力の生じる方向にその力に応じてスライドできる。そして、この変位をバランスアーム５を介して荷重変換器７に伝達し、摩擦力に変換される。
【００２６】
また、本摩擦試験機１において、被測定物２をスラスト摺動させて摩擦力を測定する場合には、水平スライドステージ１３を移動させて被測定物２の中心を回転テーブル３の回転軸３１と一致させる。そして、バランスロック機構６５およびスライドストッパ１０４によりバランスアーム５を固定した状態で被測定物２を回転テーブル３に当接させる。この状態で被測定物２と回転テーブル３との間に発生した摩擦力をトルクメータ３２により測定する。
【００２７】
以上のような本実施形態によれば、ホルダ４が荷重受け部８に対して水平方向にスライド自在に設けられているため、被測定物２に高荷重を付与した状態でもホルダ４が荷重接触点の摩擦力の影響を受けず、回転テーブル３との摩擦力に応じて変位することができ、高荷重の低摩擦力を精度良く測定できる。
【００２８】
また、スライドストッパ１０４とスライド規制板１０２とによってホルダ４のスライド範囲を規制するだけでなく、スライドさせないように規制することができる。
【００２９】
さらに、高荷重付与手段９は、分銅によって付与する荷重を調節するので、別途フィードバック制御する必要がなく、常に正確な荷重を付与した状態で摩擦力を測定することができる。また、高荷重付与手段９は上下駆動部９２により上下駆動されるので、加圧部９４を正確に荷重受け部８に当接させることができる。
【００３０】
なお、本考案に係る摩擦試験機１は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜変更することができる。
【００３１】
例えば、本実施形態では、荷重受け部８とホルダ４との間にスライド機構１０を設けることにより両者を互いにスライド可能にしている。しかしながらこれに限らず、荷重受け部８とホルダ４の互いに当接する面に、ポリテトラフルオロエチレンなどから構成される低摩擦材を貼付することにより、両者を互いに滑らかにスライドさせるようにしてもよい。
【００３２】
【考案の効果】
以上説明したように本考案によれば、数ｇｆの低荷重から１００ｋｇｆ程度の高荷重まで広範囲な荷重を付与した場合の摩擦力を精度良く測定することができ、特に、１００ｋｇｆの高荷重に対して数十ｇｆ程度の低摩擦力であっても正確に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本考案に係る摩擦試験機の一実施形態を示す正面図である。
【図２】図１の右側面図である。
【図３】図１の平面図である。
【図４】本実施形態の摩擦試験機におけるスライド機構を示す拡大図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は一部を断面にした右側面図である。
【図５】本実施形態の摩擦試験機における荷重分銅台を上方に移動した状態を示す正面図である。
【符号の説明】
１ 摩擦試験機
２ 被測定物
３ 回転テーブル
４ ホルダ
５ バランスアーム
６ バランス機構
７ 荷重変換器
８ 荷重受け部
９ 高荷重付与手段
１０ スライド機構
１１ 水平基台
１２ 水平ガイドレール
１３ 水平スライドステージ
１４ 手動ハンドル
１５ 台形ねじ軸
１６ ナット
１７ 垂直ガイドレール
３１ 回転軸
３２ トルクメータ
３３ タイミングプーリ
３４ スリップリング
３５ 回転テーブル駆動モータ
３６ ウォームギヤ
３７ タイミングベルト
３８ 液保持壁
４１ 中央部材
４２ ねじ穴
５１ 第１揺動軸
５２ バランス用分銅
６１ 支持柱
６２ 第２揺動軸
６３ 縦アーム
６４ 支持片
６５ バランスロック機構
７１ 検出子
８１ 両端部材
９１ 荷重分銅台
９２ 上下駆動部
９２ａ ラック状押動棒
９２ｂ 駆動モータ
９３ 荷重分銅
９４ 加圧部
９５ 荷重フレーム
９５ａ 天板
９５ｂ 底板
９６ 分銅支持棒
９７ 分銅載置板
９８ フレームガイド
１０１ ボールベアリング
１０２ スライド規制板
１０３ スライド規制用長孔
１０４ スライドストッパ[0001]
[Technical field to which the invention belongs]
The present invention is a friction tester that measures the frictional force of a material that receives a wide range of loads from a low load to a high load, such as a material used for an artificial joint. The present invention relates to a friction tester suitable for measuring low frictional force.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, a friction tester has been proposed as a device for measuring a frictional force of a material or the like used for a sliding portion. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 6-201572 discloses a low load applied to a compact disk or a laser disk. A friction evaluation device has been proposed for the purpose of measuring a frictional force at a vehicle. The friction evaluation device includes a head arm having a contact head in contact with a rotating subject attached to a tip thereof, balancer means for swingably supporting the head arm, and a balance weight for balancing the head arm. A sensor for measuring a frictional force applied to the contact head when a load is applied to the subject. Then, by operating the balance weight, the head arm is balanced by the balancer means, and the contact head is brought into contact with the subject, so that the friction measurement under a low load can be accurately performed.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, the friction evaluation device described in JP-A-6-201572 described above is intended only to measure the friction force under a low load. Therefore, if a large load weight is mounted on the load receiving portion of the contact head, friction occurs at the point of contact between the weight and the load receiving portion, causing a problem that the head arm cannot swing freely. That is, even if a low frictional force is generated between the contact head and the subject, the head arm cannot move in the horizontal direction due to the effect of the large frictional force of the load receiving portion to which the high load is applied, and the desired frictional force is not obtained. There is a problem that the sensor unit cannot detect the
[0004]
On the other hand, in a friction tester that applies a high load up to about 100 kgf, generally, a load receiving portion is pushed in by a hydraulic cylinder or an air cylinder, and the amount of this pushing is detected by a load cell and converted into a load to apply a desired load. Has become. However, there are irregularities on the actual friction surface, and the head is bowing. When a high load is applied, the surface of the object to be measured is scraped off. These behaviors cause the load to fluctuate sensitively, but in order to follow this fluctuation, feedback must be provided very frequently. Since such precise feedback control is costly, the frictional force is actually measured while knowing that the experimental conditions will not be constant. However, it is not assumed that a very low friction force is measured under a high load, and the low friction force cannot be measured with high accuracy.
[0005]
The present invention has been made to solve such a problem, and it is necessary to accurately measure a friction force when a wide range of load is applied from a low load of about several gf to a high load of about 100 kgf. In particular, an object of the present invention is to provide a friction tester that can accurately measure even a low frictional force of about several tens gf with respect to a high load of 100 kgf.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The features of the friction tester according to the present invention include a rotating table that causes friction by bringing the object to be measured into contact, a holder that holds the object to be measured on the rotating table, and a holder that is provided at the distal end. A balance arm supported by the balance mechanism so as to be swingable in a substantially horizontal direction, a load converter connected to the other end of the balance arm for measuring a frictional force, and a load provided on the holder and receiving a load A friction tester having a receiving portion, and a pressurizing portion for contacting the load receiving portion, and a high-load applying means for supporting the pressing portion movably up and down and applying a high load. Further, a slide mechanism is provided between the load receiving portion and the holder, the slide mechanism being slidable in a horizontal direction in accordance with a frictional force generated on the object to be measured.
[0007]
Further, in the present invention, in order to restrict the slidable range of the holder or to fix the holder so that the holder does not slide, the load receiving portion has a slide restricting plate extending from the side surface of the load receiving portion to the side surface of the holder. It is fixed, a screw hole is formed on the side surface of the holder, and the slide restriction plate has a slide restriction long hole that regulates the slide range of the holder at a height position facing the screw hole. A slide stopper inserted into the slide restricting long hole is screwed into the screw hole of the holder, and the slide stopper comes into contact with both end surfaces of the slide restricting long hole. And restricts the slide range of the holder, and further functions to prevent the slide restricting plate from being slid by being fixed to the holder by being further screwed into the screw hole. Door is preferable.
[0008]
Further, in the present invention, in order to apply a stable high load, the high load applying means includes a pressurizing portion that abuts the load receiving portion, a load frame that supports the pressurizing portion on the upper portion and hangs below the rotary table, A weight supporting rod fixed so as to further hang down from the lower end of the load frame, a weight mounting plate fixed to the lower end of the weight supporting rod, and a frame guide for vertically guiding the load frame. A load weight table to be moved, a rack-shaped pushing portion for vertically moving the load weight table from the retracted position to a position where the pressurizing section contacts the load receiving section, a vertical drive section including a pinion gear and a drive motor, It is desirable to have a load weight.
[0009]
Further, in the present invention, the rotary table may be provided with a liquid receiving pad having a wall portion for holding the liquid in a detachable manner for performing friction measurement in the liquid.
[0010]
Further, in the present invention, in order to be able to measure the thrust friction, a torque converter is provided below the rotary table, which is connected to a rotary shaft of the rotary table and acquires the thrust wear of the measured object. In addition, the object to be measured held in the holder is moved on the concentric axis of the rotary table by supporting the balance mechanism and the load transducer so as to be movable in a horizontal direction orthogonal to the sliding direction, or a predetermined amount is moved from the rotary axis. A horizontal slide stage for separating by a distance may be provided.
[0011]
[Embodiment of the invention]
Hereinafter, an example of an embodiment of a friction tester according to the present invention will be described with reference to the drawings.
[0012]
FIG. 1 is a front view of an embodiment of the friction tester according to the present invention, FIG. 2 is a right side view, and FIG. 3 is a plan view. The friction tester 1 of the present embodiment mainly includes a rotary table 3 for causing friction by bringing the object 2 into contact, a holder 4 for holding the object 2 on the rotary table 3, and a holder 4. A balance arm 5 provided at the distal end, a balance mechanism 6 for supporting the balance arm 5 so as to be swingable in a substantially horizontal direction, and a load converter 7 connected to the other end of the balance arm 5 for measuring a frictional force. A load receiving portion 8 provided on the holder 4 for receiving a load, high load applying means 9 for applying a high load to the load receiving portion 8, and a horizontal direction provided between the load receiving portion 8 and the holder 4. And a slide mechanism 10 slidable to the right.
[0013]
The components of the present embodiment will be described in more detail. The rotary table 3 is rotatably supported on the horizontal base 11 of the friction tester 1. The rotary shaft 31 of the rotary table 3 is supported so as to be substantially vertical, and a torque meter 32, a timing pulley 33, and a slip ring 34 are provided on the rotary shaft 31. On the other hand, the rotary table drive motor 35 for rotating the rotary table 3 is fixed to the friction tester 1 so that the rotation axis thereof is substantially horizontal. The rotation of the rotary table drive motor 35 is converted into a vertical rotation by the worm gear 36 and transmitted to the rotary shaft 31 of the rotary table 3 via the timing pulley 33 and the timing belt 37. Here, in the present embodiment, the liquid receiving pad 38 having the wall portion 38a for holding the liquid is detachably mounted on the turntable 3, so that friction measurement in the liquid can be performed. .
[0014]
Next, the balance arm 5 is supported by the balance mechanism 6 so as to extend substantially in the horizontal direction, and the tip of the balance arm 5 supports the holder 4 so as to be positioned on the rotary table 3. The balance arm 5 has a first swing shaft 51 attached to a substantially middle portion thereof, and the first swing shaft 51 is supported by a balance mechanism 6 so as to be swingable. The balance arm 5 is provided with a balance weight 52 for balancing the balance, and the mounting position thereof can be changed as appropriate.
[0015]
Next, the balance mechanism 6 includes a support column 61 erected substantially vertically on the horizontal base 11, a second swing shaft 62 supported at the upper end of the support column 61, and a second swing shaft 62. The vertical arm 63 is pivotally supported by the shaft 62 and a support piece 64 provided at the lower end of the vertical arm 63 and having a substantially U-shaped cross section. The first swinging shaft 51 is pivotally supported by the support piece 64. With this configuration, the balance arm 5 is supported so as to be able to swing substantially horizontally in a vertical plane. The balance mechanism 6 is provided with a balance lock mechanism 65 so that the balance arm 5 can be supported in a fixed state.
[0016]
The load converter 7 is connected to the other end of the balance arm 5 via a detector 71, and outputs a signal corresponding to the displacement of the balance arm 5. As a result, when the device under test 2 moves due to the friction generated between the rotary table 3 and the rotary table 3, the displacement amount is transmitted to the load converter 7 via the balance arm 5 to detect the frictional force. . Note that the load converter 7 of the present embodiment has a capacity of 2 kg and a measurement accuracy of ± 0.1 kg in order to accurately measure a low frictional force.
[0017]
The load receiving portion 8 has a flat upper end surface for placing a weight. A slide mechanism 10 is provided between the load receiving portion 8 and the holder 4 so that the slide mechanism 10 can slide in a horizontal direction according to a frictional force generated on the device under test 2. As shown in FIG. 4C, the slide mechanism 10 has a structure in which ball bearings 101 are juxtaposed in two rows between a long central member 41 and both end members 81 along both side surfaces thereof. The central member 41 is bolted to the upper end surface of the holder 4, and the both end members 81 are bolted to the lower end surface of the load receiving portion 8.
[0018]
Further, a slide regulating plate 102 for regulating a sliding range of the holder 4 is fixed to the side surface of the load receiving portion 8 with a screw on the slide mechanism 10. The slide restricting plate 102 extends from the side surface of the load receiving portion 8 to the side surface of the holder 4, and has a horizontally long slide restricting hole 103 formed at an appropriate position corresponding to the holder 4. A screw hole 42 is formed on the side surface of the holder 4 facing the slide regulating slot 103, and a slide stopper 104 inserted into the slide regulating slot 103 is screwed into the screw hole 42. The slide stopper 104 restricts the slide range of the holder 4 by abutting on both end surfaces of the slide restriction slot 103. The slide stopper 104 is fixed to the holder 4 by being screwed into the screw hole 42 so as not to slide. The slide is stopped in this manner when a low load that does not need to be slid is applied or when thrust friction is performed.
[0019]
Next, the high load applying means 9 includes a load weight table 91, a vertical drive unit 92 for vertically moving the load weight table 91, and a load weight 93 placed on the load weight table 91. The load weight table 91 includes a pressing portion 94 that abuts against the load receiving portion 8, and a top plate 95 a that supports the pressing portion 94, and a load frame 95 having a rectangular parallelepiped frame structure suspended below the turntable 3. And a weight supporting bar 96 fixed to the bottom plate 95b of the load frame 95 so as to further hang down, a weight mounting plate 97 fixed to a lower end portion of the weight supporting bar 96, and a horizontal base 11. And a frame guide 98 for guiding the load frame 95 in the vertical direction. The vertical drive unit 92 includes a rack-shaped push rod 92 a that contacts the bottom plate 95 b of the load frame 95, and the press unit 94 pushes the rack-shaped push rod 92 a from the retracted position of the load weight table 91 to the load receiving unit 8. And a drive motor 92b provided with a pinion gear (not shown) that moves up and down to a load position where it contacts the motor. Thus, when the pressing unit 94 is brought into contact with the load receiving unit 8 by the vertical movement driving unit 92, the weight of the load weight table 91 and the total weight of the placed weights are applied to the load receiving unit 8.
[0020]
Next, on the horizontal base 11, two horizontal guide rails 12 are provided in parallel in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the balance arm 5, and a horizontal slide stage 13 is slidable on these horizontal guide rails 12. It is provided in. A trapezoidal screw shaft 15 connected to a manual handle 14 is arranged between the two horizontal guide rails 12, and a nut 16 that moves linearly along the trapezoidal screw shaft 15 is screwed into the nut. The horizontal slide stage 13 is fixed to the nut 16. Further, the horizontal slide stage 13 is provided with two vertical guide rails 17 standing upright, and the balance mechanism 6 and the load converter 7 are respectively mounted so as to be able to move up and down in the vertical direction. Here, the balance mechanism 6 also slides up and down by a trapezoidal screw mechanism, and the load converter 7 moves up and down by a rack and a pinion. When the horizontal slide stage 13 is slid in the horizontal direction, the DUT 2 moves in the radial direction on the turntable 3 and is displaced from the center of rotation to a predetermined position. When the balance mechanism 6 and the load converter 7 are slid in the vertical direction, the height direction of the holder 4 can be adjusted according to the thickness of the DUT 2.
[0021]
Next, the operation of the friction tester 1 according to the present embodiment having such a configuration will be described.
[0022]
When measuring the frictional force when a low load is applied to the DUT 2 by the present friction tester 1, as shown in FIG. 5, the vertical drive unit 92 is driven to move the load weight table 91 upward. . As a result, the pressing portion 94 is separated from the load receiving portion 8, and the holder 4 is in a state of being swingably supported by the balance mechanism 6. In this state, the DUT 2 is fixed to the holder 4 and the position of the balance weight 52 is appropriately adjusted to balance the balance of the balance arm 5. Then, the horizontal slide stage 13 is slid in the horizontal direction to adjust the position of the rotary table 3 in the radial direction, and the balance mechanism 6 and the load transducer 7 are slid along the vertical guide rail 17 so that the DUT 2 is moved. The adjustment is made so as to contact the friction surface on the turntable 3. In addition, in the case of a low load, there is no influence of friction at the load point, and if the slide mechanism 10 is left free, there is a possibility of shaking. Therefore, the slide stopper 104 is screwed in and the holder 4 is fixed to the load receiving portion 8. And do not slide. After adjusting each part as described above, a low-weight weight is directly placed on the load receiving portion 8.
[0023]
After that, by rotating the rotary table drive motor 35 to rotate the rotary table 3, friction occurs between the workpiece 2 to which the low load is applied and the rotary table 3. The balance arm 5 moves in the longitudinal direction according to the frictional force, and the displacement is detected by the load transducer 7 via the detector 71. Thereby, the frictional force between the workpiece 2 and the turntable 3 is measured.
[0024]
On the other hand, when measuring a frictional force when a high load is applied to the DUT 2, a load is applied by the load weight table 91. After adjusting the position of the holder 4, the slide stopper 104 is opened to allow the holder 4 to slide in the horizontal direction. On the other hand, the load to be applied is calculated in advance, and the necessary load weight 93 is placed on the weight placing plate 97. Thereafter, the vertical drive unit 92 is driven to lower the load weight table 91 until the pressurizing unit 94 contacts the load receiving unit 8 (see FIG. 1). As a result, the total weight of the load weight table 91 and the load weight 93 is added to the DUT 2.
[0025]
Then, by driving the rotary table drive motor 35 to rotate the rotary table 3, a frictional force is generated between the workpiece 2 to which the high load is applied and the rotary table 3. At this time, since a high load is applied to the load receiving portion 8, a large friction is generated at the load contact point. However, in order to avoid this effect, the linear mechanism generated on the DUT 2 by the slide mechanism 10. The holder 4 can slide in the direction of the frictional force. Thereby, the device under test 2 can slide in a direction in which a frictional force is generated, while receiving a large vertical load, according to the force. Then, this displacement is transmitted to the load converter 7 via the balance arm 5 and converted into a frictional force.
[0026]
In the friction tester 1, when the frictional force is measured by sliding the workpiece 2 in the thrust direction, the horizontal slide stage 13 is moved to move the center of the workpiece 2 to the rotating shaft 31 of the rotary table 3. To match. Then, the DUT 2 is brought into contact with the turntable 3 with the balance arm 5 fixed by the balance lock mechanism 65 and the slide stopper 104. In this state, the friction force generated between the DUT 2 and the turntable 3 is measured by the torque meter 32.
[0027]
According to the above-described embodiment, since the holder 4 is provided so as to be slidable in the horizontal direction with respect to the load receiving portion 8, the holder 4 is in contact with the load even when a high load is applied to the DUT 2. It can be displaced according to the frictional force with the rotary table 3 without being affected by the frictional force of the point, and the low frictional force with a high load can be measured accurately.
[0028]
Further, not only the slide range of the holder 4 can be regulated by the slide stopper 104 and the slide regulating plate 102, but also the slide can be regulated so as not to slide.
[0029]
Further, since the high load applying means 9 adjusts the load applied by the weight, there is no need to separately perform feedback control, and the frictional force can be always measured with an accurate load applied. In addition, since the high load applying unit 9 is driven up and down by the up and down driving unit 92, the pressing unit 94 can be accurately brought into contact with the load receiving unit 8.
[0030]
The friction tester 1 according to the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be appropriately changed.
[0031]
For example, in the present embodiment, a slide mechanism 10 is provided between the load receiving portion 8 and the holder 4 so that both can slide with each other. However, the present invention is not limited to this, and a low friction material made of polytetrafluoroethylene or the like may be attached to the surfaces of the load receiving portion 8 and the holder 4 that contact each other, so that the two can slide smoothly with each other. .
[0032]
[Effect of the invention]
As described above, according to the present invention, it is possible to accurately measure the frictional force when a wide range of load is applied from a low load of several gf to a high load of about 100 kgf. Therefore, accurate measurement can be performed even with a low frictional force of about several tens gf.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front view showing an embodiment of a friction tester according to the present invention.
FIG. 2 is a right side view of FIG.
FIG. 3 is a plan view of FIG. 1;
FIGS. 4A and 4B are enlarged views showing a slide mechanism in the friction tester according to the embodiment, wherein FIG. 4A is a plan view, FIG. 4B is a front view, and FIG. is there.
FIG. 5 is a front view showing a state in which a load weight table is moved upward in the friction tester of the present embodiment.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Friction tester 2 DUT 3 Rotary table 4 Holder 5 Balance arm 6 Balance mechanism 7 Load converter 8 Load receiving part 9 High load applying means 10 Slide mechanism 11 Horizontal base 12 Horizontal guide rail 13 Horizontal slide stage 14 Manual handle 15 Trapezoidal screw shaft 16 Nut 17 Vertical guide rail 31 Rotary shaft 32 Torque meter 33 Timing pulley 34 Slip ring 35 Rotary table drive motor 36 Worm gear 37 Timing belt 38 Liquid holding wall 41 Central member 42 Screw hole 51 First swing shaft 52 Balance Weight 61 Support column 62 Second swing shaft 63 Vertical arm 64 Support piece 65 Balance lock mechanism 71 Detector 81 Both ends member 91 Load weight base 92 Vertical drive unit 92a Rack-shaped push rod 92b Drive motor 93 Load weight 94 Pressurization Part 95 Load frame 95a Plate 95b bottom plate 96 weight support rod 97 weight mounting plate 98 frame guide 101 ball bearing 102 slide restricting plate 103 slide restricting long hole 104 slide stopper
