JP3574218B2

JP3574218B2 - 摩擦摩耗試験法及び試験機

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Publication number: JP3574218B2
Application number: JP11429695A
Authority: JP
Inventors: 孝栄渡辺; 一洋高橋; 浩二渡辺
Original assignee: Riken Corp
Current assignee: Riken Corp
Priority date: 1995-05-12
Filing date: 1995-05-12
Publication date: 2004-10-06
Anticipated expiration: 2019-10-06
Also published as: JPH08304266A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、摩擦摩耗試験機、特に金属、プラスチック、セラミックス、その他の材料又はその表面に形成された被膜等の摺動特性又は摩擦に及ぼす潤滑油の影響の評価に使用できる自動摩擦摩耗試験機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
多様な使用条件下で長時間使用されるエンジン及びコンブレッサは、優れた耐久性と高い信頼性が要求されている。また、省エネルギの見地から軽量化及び小型化を達成すると同時に、摺動部分の摩擦ロスを低減して運転時のエネルギロスを減少することが求められている。従って、高強度を有しかつ軽量な摺動部品を使用して優れた耐摩耗性及び耐焼付性をも併有することが必要となる。前記要求を満たすため、材料の改良及び表面改質について多くの試みがなされている。他面、摺動部品の小型化により、一般的に摺動部品の接触面積が減少することが多く、稼動時に高い面圧が摺動部品に加えられるため、これに対応して潤滑油の組成も同時に検討されるようになった。
【０００３】
エンジン及びコンプレッサを用いる実機評価によって全ての摺動部品の材料及び潤滑油を検討することは、多大な経済的な負担となる。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及び過酷な条件下での加速的な耐環境試験を行った後、最終的な確認試験を実機で行うことが一般的である。
【０００４】
また、極力低コストでの加工法を選択して実機での摺動部品を製造した後、使用により摺動面をなじませて、機能を満たす設計を行うのが一般的であり、これに対応する評価試験も行われるようになってきている。
【０００５】
前記評価試験では、例えば、ピン・オン・ディスク型及びリング・オン・リング型の摺動方式を採用した自動昇圧式摩擦試験装置が使用される。この自動昇圧式摩擦試験装置では、一般的に、主軸の端面にディスク状又はリング状の回転試験片を取り付け、ピン状又はリング状の静止試験片を回転試験片に押し付けた状態で主軸を回転させ、回転試験片と静止試験片とを摩擦させて摩擦摩耗試験が行われる。静止試験片の負荷荷重は低荷重側より高荷重側へ段階的に変化するようにプログラム制御される。この種の試験機では、耐焼き付き性の評価に対して有効なデータが得られ、一定の摺動速度条件の下で摺動面のなじみが得られるように、負荷荷重を徐々に上昇し、焼き付きに耐えられる限界面圧まで評価を自動的に行うことができる。このような多くの自動化方式による試験機が市販されている。従来、この種の試験機では、摺動部より生ずる摩擦力を荷重変換器により検出し、検出した摩擦力が予め設定値と等しいか又は設定値を超えた場合に、焼き付き発生と判断し、試験を自動的に停止する方式が採用されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
試験摺動面への負荷荷重Ｗと、発生する摩擦力Ｆとの除数（Ｆ／Ｗ）から得られる係数、即ち摩擦係数μが試験摺動面の摩擦状態を表す判断基準として主に用いられる。負荷荷重Ｗと摩擦力Ｆとの典型的な関係を示す図１１のグラフから明かなように、多くの場合、負荷荷重Ｗの増加に伴い摩擦力Ｆも増加し、ある負荷荷重Ｗを境に急激に摩擦力Ｆが立ち上がる摩擦特性が計測される。また、負荷荷重Ｗがゼロの状態でもＦが計測される。これは、主として試験片の周囲に存在する潤滑油の粘性抵抗の影響によるものと推定される。図１１の関係を負荷荷重Ｗと摩擦係数μとの関係に表した図１２のグラフから明かなように、摩擦係数μは、負荷荷重Ｗのゼロ近傍では無限大に接近し、負荷荷重の増加に伴い急激に低下し、その後、安定した摺動領域を経て急激に立ち上がる。
【０００７】
図１２に示すように、大きな摩擦係数μを表す低荷重領域では、試験片に焼き付きが発生したものと誤って判断される場合がある。摩擦力に依存する従来の自動昇圧式摩擦試験装置では、摩擦係数の安定域でも焼き付き発生と誤って判断する場合があり、精度面で難点があった。低荷重域で摩擦係数μが大きくなる現象は、本来焼き付き現象とは無関係であり、摩擦摩耗試験機を自動的に停止する条件から削除する必要が生じる。また、不均一なデータの発生を抑制しつつなじみ効果を生ずる実機評価法に近づくために、可能な限り低い荷重の大きな摩擦係数領域から試験を開始し、なじみを持たせながら徐々に負荷荷重を増加する試験方法が望ましい。このため、理想的には摩擦係数μを基準にして焼き付き発生の判断を行うことが望ましい。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、一般的に極めて不安定な境界摩擦状況の摩擦力Ｆは、激しい変動が発生する場合が多い。従って、急激なＦの変化をμの変化として正確に検出でき、設定値を超えた場合での即座自動停止の実現が、焼き付き発生の解析を行う試験装置を開発することが望ましい。この場合、負荷荷重Ｗと摩擦力Ｆにより算出されかつ本来摩擦状態の尺度とすべき摩擦係数μをいかに連続的に比較できるか否かが重要な問題となる。
【０００９】
本発明は、焼き付きと無関係な現象に影響されずかつ広い荷重範囲にわたり正確に試験を行うことができる摩擦摩耗試験法及び試験装置を提供することを目的とする。
【００１０】
本発明は、低荷重領域での大きな摩擦係数μに影響されずに、正確に摩擦摩耗試験を行いかつ試験を自動的に停止できる摩擦摩耗試験法及び試験装置を提供することを目的とする。
【００１１】
また、本発明は、極めて不安定な摩擦状態でも、連続的かつ確実に摩擦摩耗試験を行い、摩擦係数μを測定できる摩擦摩耗試験法及び試験機を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明による摩擦摩耗試験法は、試験片に加える荷重範囲内に境界荷重Ｗｃを設定すると共に、限界摩擦力Ｆｓ及び限界摩擦係数μｓｔを設定する過程と、連続的又は段階的に試験片に荷重を印加しながら、負荷荷重及び摩擦係数を測定する過程と、負荷荷重が境界荷重Ｗｃに満たないとき、摩擦力Ｆと限界摩擦力Ｆｓとを比較する過程と、負荷荷重が境界荷重Ｗｃに達しこれを超えたとき、摩擦係数μが限界摩擦係数μｓｔとを比較する過程と、摩擦力Ｆが限界摩擦力Ｆｓを超えたとき又は摩擦係数μが限界摩擦係数μｓｔを超えたとき、試験を終了する過程とを含む。この摩擦摩耗試験法では、試験片の摺動半径Ｒと負荷荷重Ｗと摩擦トルクＴｆとから摩擦力Ｆを算出する過程を含んでもよい。
【００１３】
本発明による摩擦摩耗試験機は、連続的又は段階的に試験片に荷重を印加する加圧装置と、試験片を回転する回転装置と、試験片に印加される負荷荷重Ｗを計測する荷重測定手段と、試験片に印加される摩擦トルクＴｆを計測するトルク測定手段と、試験片の摺動半径Ｒと前記負荷荷重Ｗと摩擦トルクＴｆとから摩擦力Ｆを算出する摩擦力測定手段と、摩擦力Ｆと負荷荷重Ｗから摩擦係数μを算出する摩擦係数測定手段と、負荷荷重Ｗが境界荷重Ｗｃに達したか否かを判断する荷重判断手段と、負荷荷重Ｗが境界荷重Ｗｃ未満のとき、摩擦力Ｆと限界摩擦力Ｆｓとを比較し、摩擦力Ｆが限界摩擦力Ｆｓを超えたときに停止信号を発生する摩擦力比較手段と、負荷荷重Ｗが境界荷重Ｗｃ以上のとき、摩擦係数μと限界摩擦係数μｓｔとを比較し、摩擦係数μが限界摩擦係数μｓｔを超えたときに停止信号を発生する摩擦係数比較手段と、摩擦力比較手段又は摩擦係数比較手段の停止信号により加圧装置又は回転装置の作動を停止する停止手段とを具備している。
【００１４】
本発明の実施例では、限界摩擦係数μｓｔ及び負荷荷重Ｗから限界摩擦力Ｆｓ’（＝μｓｔ×Ｗ）を求め、限界摩擦力Ｆｓ’値と摩擦力Ｆを比較して摩擦係数の比較を行う。また、加圧装置は低荷重側から高荷重側に負荷荷重を増加する。
【００１５】
【作用】
負荷荷重が境界荷重Ｗｃに満たず焼き付きと無関係な現象による摩擦係数μが大きな摩擦状態のとき、摩擦力Ｆと限界摩擦力Ｆｓとを比較すると共に、負荷荷重が境界荷重Ｗｃに達しこれを超えた安定した摩擦状態のとき、摩擦係数μが限界摩擦係数μｓｔとを比較して、摩擦力Ｆが限界摩擦力Ｆｓを超えたとき又は摩擦係数μが限界摩擦係数μｓｔを超えたとき、試験を終了する。このため、焼き付きと無関係な現象及び低荷重領域での大きな摩擦係数μに影響されずに、連続的かつ正確に摩擦摩耗試験を行うことができる。
【００１６】
【実施例】
以下、本発明による摩擦摩耗試験機の実施例を図１〜図１０について説明する。
【００１７】
図１に示す本発明による摩擦摩耗試験機は、加圧装置１と、加圧装置１の下方に設けられた静止試験片ホルダ５と、加圧装置１と静止試験片ホルダ５との間に配置された荷重検出用ロードセル３（荷重測定手段）及びトルク検出用ロードセル４（トルク測定手段）と、静止試験片ホルダ５の下方に設けられた回転装置２と、回転装置２の回転軸に取り付けられた回転試験片ホルダ８とを備えている。回転試験片ホルダ８上に支持された回転試験片７は静止試験片ホルダ５に支持された静止試験片６の下方に配置される。加圧装置１は、静止試験片６を回転試験片７に押し付け、回転装置２は回転試験片７を回転させる。
【００１８】
荷重検出用ロードセル３から負荷荷重Ｗを測定し、トルク検出用ロードセル４から摩擦トルクＴｆを測定して、荷重Ｗ及び摩擦トルクＴｆを演算装置に取り込み、試験片摺動半径Ｒから摩擦力Ｆ（＝Ｔｆ／Ｒ）を算出し、負荷荷重Ｗと摩擦力Ｆから摩擦係数μ（＝Ｆ／Ｗ）を計算する。荷重検出用ロードセル３で測定した負荷荷重Ｗは、図６〜図１０に示す各実施例のロードセル変換器７１に送出され、トルク検出用ロードセル４で測定した摩擦トルクＴｆは図６〜図１０に示すロードセル変換器６１に送出される。
【００１９】
回転試験片ホルダ８の回転数は一定で、図２及び図３に示すように、任意に設定した負荷荷重の上限荷重Ｗｔと下限荷重Ｗｂとの間の範囲内で、負荷荷重を連続又は段階的に上昇させながら試験を行う。適宜設定した境界荷重Ｗｃ（但しＷｂ≦Ｗｃ≦Ｗｔ）未満では、摩擦力Ｆが所定のしきい値である限界摩擦力Ｆｓを超えたか否か判断し、境界荷重Ｗｃ以上では、摩擦係数μが所定の限界摩擦係数μｓｔを超えたかどうかを判断し、超えた場合は即座に試験を停止終了する。本実施例では、境界荷重Ｗｃは摩擦係数μの変化率が一定レベル以下に低下する荷重範囲に設定するとよい。また、境界荷重Ｗｃ未満の領域では、摩擦摩耗試験機の許容トルクＴａ以上の負荷がかかった時以外に、試験を停止する必要がないため、図２に示すμ値とμｓｂ値ではなく、許容回転トルクＴａと比例関係にある限界摩擦力Ｆｓをしきい値として採用する。
【００２０】
摩擦係数μと負荷荷重Ｗとに図２に示す関係がある場合、境界荷重Ｗｃ以上の領域で初期の摩擦係数μｂよりも低い限界摩擦係数μｓｔで試験を停止終了したい場合、摩擦係数μがμｓｔを超えたかを常時判断する手段では、摩擦係数μｂを生じる負荷荷重にて試験が停止終了するため、所期の目的を達成できない。本実施例では、境界荷重Ｗｃに満たない場合と、境界荷重Ｗｃ以上とで異なるしきい値を設定する。即ち、μｂで停止しない限界摩擦力Ｆｓをしきい値（図５）とし、負荷荷重Ｗが境界荷重Ｗｃに満たない領域では、下限荷重Ｗｂ、境界荷重Ｗｃ、下限荷重Ｗｂでの摩擦力Ｆｂ、境界荷重Ｗｃでの境界摩擦力Ｆｃ、所期の摩擦係数μ、境界荷重Ｗｃでの摩擦係数μｃは、式１及び式２を満足する。
【００２１】
Ｆｓ＞Ｆｂ＝μｂ×Ｗｂ（式１）
Ｆｓ＞Ｆｃ＝μｃ×Ｗｃ（式２）
境界荷重Ｗｃ以上の試験領域では、本来の限界摩擦係数μｓｔを採用するため、所期の摩擦状態で試験を自動的に停止することができる。
【００２２】
図４及び図５は、下限荷重Ｗｂから上限荷重Ｗｔまで回転数一定の下で一定時間ｔｈだけ負荷荷重Ｗを保持し、一定時間ｔｈ経過後に負荷荷重を微小荷重ΔＷずつ増加させて試験を行う本発明による摩擦摩耗試験機の主要部の第一の実施例を示す。図４に示すように、負荷荷重Ｗと摩擦トルクＴｆは、ＡＤ変換された後、試験片の摺動半径Ｒの値が予め入力された演算装置（パーソナルコンピュータ）に取り込まれる。演算装置では、試験片の摺動半径Ｒと測定された摩擦トルクＴｆから摩擦力Ｆ（＝Ｔｆ／Ｒ）を計算し、摩擦力Ｆと負荷荷重Ｗから摩擦係数μ（＝Ｆ／Ｗ）を演算する。
【００２３】
負荷荷重Ｗが境界荷重Ｗｃ未満の場合は、装置保護の観点から、許容回転トルクＴａに比例する限界摩擦力Ｆｓをしきい値として予め設定し、境界荷重Ｗｃ以上の場合は、焼き付き発生の判断として理想的な尺度である限界摩擦係数μｓｔをしきい値として予め設定する。このように、摩擦力Ｆ及び摩擦係数μが所与の限界摩擦力Ｆｓ及び限界摩擦係数μｓｔに達したとき試験を停止終了する。限界摩擦力Ｆｓ及び限界摩擦係数μｓｔに達しない場合は、負荷荷重Ｗが上限荷重Ｗｔに達し、保持時間ｔが所定の保持時間ｔｈに達した時に試験を終了する（図５）。
【００２４】
図６は、駆動制御装置をマイクロコンピュータにより構成した本発明の第二の実施例を示す。
【００２５】
プログラム制御される駆動制御装置（ＣＰＵ）５０には、試験片の摺動半径Ｒ、境界摩擦力Ｆｃに満たない試験領域で基準となる限界摩擦力Ｆｓ、境界摩擦力Ｆｃ以上の試験領域で基準となる限界摩擦係数μｓｔの各情報が入力されている。これらの情報は、駆動制御装置５０とバスで接続したＤ／Ａ変換器５１により、所定のアナログ電圧Ｖ_１、Ｖ_２、Ｖ_３にそれぞれ変換し、比較演算装置１００の入力端子Ｘ_１、Ｘ_２、Ｘ_３を通じて除算器１０３、比較器１０５及び比較器１０６にそれぞれ接続される。また、付加荷重Ｗは、荷重検出ロードセル３により検出され、ロードセル変換器７１で荷重対応電圧Ｖｗにして、比較演算装置１００の入力端子Ｘ_５を通じて増幅器１０２に接続される。検出摩擦トルクＴｆは、トルク検出ロードセル４により検出され、ロードセル変換器６１でトルク対応電圧Ｖｔに変換されて、比較演算装置１００の入力端子Ｘ_４を通じて増幅器１０１に接続される。また、図示しないが、駆動制御装置５０には下限荷重Ｗｂ、境界荷重Ｗｃ、上限荷重Ｗｔ及び境界摩擦力Ｆｃの値が記憶され、負荷荷重Ｗが境界荷重Ｗｃに達したか否かを判断する荷重判断手段及び比較器１０５（摩擦力比較手段）又は比較器１０６（摩擦係数比較手段）の停止信号により加圧装置１又は回転装置２の作動を停止する停止手段が設けられている。
【００２６】
比較演算装置１００は、摩擦トルクのトルク対応電圧Ｖｔに相当するトルク表示電圧Ｖ_４を演算する増幅器１０１と、荷重対応電圧Ｖｗに相当する荷重表示電圧Ｖ_５を演算する増幅器１０２と、増幅器１０１のトルク表示電圧Ｖ_４を試験片の摺動半径の電圧Ｖ_１で除算して、摩擦力対応電圧Ｖｆを表示する除算器１０３（摩擦力測定手段）と、摩擦力対応電圧Ｖｆを荷重表示電圧Ｖ_５で除算する除算器１０４（摩擦係数測定手段）と、除算器１０３の摩擦力対応電圧Ｖｆと限界摩擦力Ｆｓを表すＶ_２とを比較する比較器１０５（摩擦力比較手段）と、除算器１０４の出力と限界摩擦係数μｓｔを表すＶ_３とを比較する比較器１０６（摩擦係数比較手段）により構成される。ここで、比較演算装置１００は、下式３に従って摩擦力Ｆの電圧Ｖｆを演算する。
【００２７】
Ｖｆ＝Ｖｔ／Ｖ_１（式３）
また、、下式４に従って摩擦係数μの電圧Ｖμを演算する。
【００２８】
Ｖμ＝Ｖｆ／Ｖｗ（式４）
図６は、摩擦力Ｆの摩擦力対応電圧Ｖｆと摩擦力の限界摩擦力Ｆｓの摩擦力のしきい値電圧Ｖ_２との比較と、摩擦係数μの電圧Ｖμと摩擦係数の限界摩擦係数μｓｔの摩擦係数しきい値電圧Ｖ_３との比較する一例を示す。
【００２９】
比較演算装置１００の比較器１０５の出力端子Ｙ_１と、比較器１０６の出力端子Ｙ_２とは割込みボート５２にそれぞれ接続される。割込みボート５２は、駆動制御装置５０とバスで接続される。駆動制御装置５０では、境界摩擦力Ｆｃに満たない印加荷重時には、比較器１０６の割込み入力を禁止すると共に、比較器１０５の割込み入力を許可する。反対に、境界摩擦力Ｆｃ以上の印加荷重時には、比較器１０５の割込み入力を禁止すると共に、比較器１０６の割込み入力を許可とする。これにより、摩擦力Ｆの比較領域と摩擦係数μの比較領域とを区別することができる。また、いずれの割込み入力も出力パルスの立上りエッジで検出される。また、より確実に動作を行うため、摩擦力Ｆによる比較領域では、限界摩擦係数μｓｔの電圧Ｖ_３をできるだけ高い電圧で出力させ、摩擦係数μによる比較領域では、限界摩擦力Ｆｓの電圧Ｖ_２をできるだけ高い電圧で出力させることが望ましい。また、摩擦力Ｆによる比較領域では限界摩擦係数μｓｔの電圧Ｖ_３をできるだけ高い電圧で出力し、摩擦係数μによる比較領域では限界摩擦力Ｆｓの電圧Ｖ_２をできるだけ高い電圧で出力して、比較領域を区別することもできる。図示しないが、駆動制御装置５０は加圧装置１及び回転装置２の駆動を制御するスイッチング素子に接続される。駆動制御装置５０が割込みを受け付けたとき、即座に加圧装置１の作動を停止して、印加荷重を０（ｋｇｆ）とし、回転装置２の回転を停止させて、試験片の異常状態を保存する。
【００３０】
図７は、プログラム制御される駆動制御装置５０を使用しない本発明による摩擦摩耗試験機の第三の実施例を示す。図７の例では、図６に示す箇所と同一の部分には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００３１】
試験片の摺動半径Ｒの電圧Ｖ_１を設定する基準半径設定器８０と、摩擦力Ｆによる比較領域での限界摩擦力Ｆｓの電圧Ｖ_２を設定する基準摩擦力しきい値設定器８１と、摩擦係数μによる比較領域での限界摩擦係数μｓｔの電圧Ｖ_３を設定する基準摩擦係数設定器８２と、境界荷重Ｗｃの電圧Ｖ_６を設定する基準荷重設定器８３とが比較演算装置１００の入力端子Ｘ_１、Ｘ_２、Ｘ_３、Ｘ_６にそれぞれ接続される。これらの設定器８０〜８３を分圧抵抗又は可変抵抗によって構成してもよい。
【００３２】
図７の比較演算装置１００では、境界荷重Ｗｃの電圧Ｖ_６と前記印加荷重の電圧Ｖ_５とを比較する比較器１０７が図２の第二実施例に加えられる。
【００３３】
比較演算装置１００のＦの比較結果の出力端子Ｙ_１と、μ比較結果の出力端子Ｙ_２は、リレー９０のＮＣ端子とＮＯ端子にそれぞれ接続される。リレー９０のｃ接点は境界荷重Ｗｃを決定する比較器１０７の出力端子Ｙ_３に接続される。リレー９０の接点のコモン端子はリレー９１のマグネットコイル端子に接続される。従って、印加荷重を０（ｋｇｆ）とするとき、即座に回転を停止させる。
【００３４】
この構成では、付加荷重Ｗの電圧Ｖ_５が、境界荷重Ｗｃの電圧Ｖ_６に満たないとき、比較器１０７の出力はローレベルとなり、リレー９０のマグネットコイルに電圧が印加されない。このため、摩擦力に基づく比較器１０５の比較出力によりリレー９１のマグネットコイルの制御を行う。付加荷重Ｗの電圧Ｖ_５が境界荷重Ｗｃの電圧Ｖ_６を超えると、比較器１０７の出力はハイレベルとなり、リレー９０のマグネットコイルに電圧が印加され、摩擦係数に基づく比較器１０６の比較出力によりリレー９１のマグネットコイルの制御を行う。
【００３５】
図８は、摩擦係数の比較を摩擦トルクの比較に変換して停止制御を行う本発明の第四の実施例を示す。
【００３６】
比較演算装置１００は、摩擦トルクの電圧Ｖｔと、しきい値トルクの電圧Ｖ_３’とを比較する比較器１１０のみで構成する。比較演算装置１００の入力端子Ｘ_４は、第二実施例と同じ接続とし、入力端子Ｘ_３は、駆動制御装置５０で演算したトルクしきい値Ｔを所定の電圧Ｖ_３’にするＤ／Ａ変換器５１に接続される。比較演算装置１００の出力端子Ｙ_１は、割込みボード５２に接続される。第二実施例と同様に、Ｄ／Ａ変換器５１と割込みボード５２は、駆動制御装置５０にバスで接続される。また、駆動制御装置５０からＤ／Ａ変換器５１を介して荷重制御装置５５に印加荷重の指令電圧Ｖ_８を与え、荷重制御装置５５で閉ループ制御を行う。荷重制御装置５５への指令の印加荷重Ｗが境界荷重Ｗｃ以下の時に、駆動制御装置５０は、限界摩擦力Ｆｓと試験片の摺動半径Ｒについて式５の演算を行う。
【００３７】
Ｔｓ＝Ｆｓ×Ｒ（式５）
摩擦力の限界摩擦力Ｆｓをトルクしきい値Ｔｓに変換し、Ｄ／Ａ変換器５１から比較演算装置１００の入力端子Ｘ_３にしきい値トルクＴｓの電圧Ｖ_３’を与える。また、荷重制御装置５５への指令の印加荷重Ｗが境界荷重Ｗｃ以上のとき、駆動制御装置５０は、限界摩擦係数μｓｔと、荷重制御装置５５への指令の印加荷重Ｗと、試験片の摺動半径Ｒについて式６の演算を行う。
【００３８】
Ｔｓ＝μｓｔ×Ｗ×Ｒ（式６）
限界摩擦係数μｓｔをトルクしきい値Ｔｓに変換し、Ｄ／Ａ変換器５１から比較演算装置１００の入力端子Ｘ_３にしきい値トルクの電圧Ｖ_３’を与える。この場合、駆動制御装置５０が、比較器１１０の比較出力による割込み信号を受けたとき、Ｄ／Ａ変換器５１を介して荷重制御装置５５を制御して、即座に付加荷重を０（ｋｇｆ）とし、加圧装置１から負荷を除去すると共に、回転装置２を停止させ、試験片の異常状態を保存する。
【００３９】
本実施例では、式６のしきい値トルクＴｓが式５のしきい値トルクＴｓ以上となる境界荷重Ｗｃを荷重制御装置５５から指令することにより、自動的に境界負荷荷重Ｗｃを決めることもできる。
【００４０】
図９は、プログラム制御による駆動制御装置５０を使用せずに摩擦係数の比較を摩擦力の比較に変換して試験停止の制御を行う本発明の第五の実施例を示す。図９に示す例では、比較演算装置１００の構成のみ図７に示す第三実施例と相違するため、比較演算装置１００のみ説明する。
【００４１】
図９の比較演算装置１００は、摩擦トルクのトルク対応電圧Ｖｔに相当するトルク表示電圧Ｖ_４を演算する増幅器１０１と、荷重対応電圧Ｖｗに相当する荷重表示電圧Ｖ_５を演算する増幅器１０２と、増幅器１０１のトルク表示電圧Ｖ_４を試験片の摺動半径の電圧Ｖ_１で除算して、摩擦力対応電圧Ｖｆを表示する除算器１０３と、荷重表示電圧Ｖ_５と限界摩擦係数μｓｔの電圧Ｖ_３とを乗算する乗算器１０４と、限界摩擦力Ｆｓの電圧Ｖ_２と摩擦力対応電圧Ｖｆとの比較を行う摩擦力に基づく比較器１０５と、乗算器１０４により限界摩擦係数μｓｔを限界摩擦力Ｆｓ’に変換した電圧Ｖ_７と摩擦力対応電圧Ｖｆとの比較を行う摩擦係数に基づく比較器１０６と、境界荷重Ｗｃの電圧Ｖ_６と荷重表示電圧Ｖ_５とを比較する比較器１０７とを備えている。
【００４２】
また、図１０に示すように、乗算器１０４により限界摩擦係数μｓｔを限界摩擦力Ｆｓ’に変換した電圧Ｖ_７と、限界摩擦力Ｆｓの電圧Ｖ_２とを比較器１０７で比較する場合、乗算器１０４により限界摩擦係数μｓｔを限界摩擦力Ｆｓ’に変換した電圧Ｖ_７が限界摩擦力Ｆｓの電圧Ｖ２以上となったとき、摩擦力Ｆによる比較領域と摩擦係数μによる比較領域とを自動的に切り換えさせることもできる。
【００４３】
【発明の効果】
前記のように、本発明では、焼き付きと無関係な現象及び低荷重領域での大きな摩擦係数μに影響されずに、極めて不安定な摩擦状態でも広い荷重範囲にわたり連続的かつ正確に摩擦摩耗試験を行いかつ試験を自動的に停止できる。このため、実機評価に極めて近似するデータを得ることができ、摩擦摩耗を受ける製品の品質を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による摩擦摩耗試験機の断面図
【図２】摩擦係数による停止を示すグラフ
【図３】摩擦力による停止を示すグラフ
【図４】本発明の第一実施例を示すブロック図
【図５】本発明の第一実施例を示すフローチャート
【図６】本発明の第二実施例を示すフローチャート
【図７】本発明の第三実施例を示すフローチャート
【図８】本発明の第四実施例を示すフローチャート
【図９】本発明の第五実施例を示すフローチャート
【図１０】本発明の別の第五実施例を示すフローチャート
【図１１】摩擦力と負荷荷重の関係を示すグラフ
【図１２】摩擦係数と負荷荷重の関係を示すグラフ
【符号の説明】
１．．加圧装置、２．．回転装置、３．．荷重検出ロードセル、４．．トルク検出ロードセル、５．．静止試験片ホルダ、６．．静止試験片、７．．回転試験片、８．．回転試験片ホルダ、Ｗ．．負荷荷重、Ｗｂ．．下限荷重、Ｗｔ．．上限荷重、Ｗｃ．．境界荷重、Ｔｆ．．摩擦トルク、Ｒ．．摺動半径、Ｆ．．摩擦力、Ｆｓ．．限界摩擦力、 μ．．摩擦係数、μｓｔ．．限界摩擦係数、

Claims

試験片に加える荷重範囲内に境界荷重Ｗｃを設定すると共に、限界摩擦力Ｆｓ及び限界摩擦係数μｓｔを設定する過程と、
連続的又は段階的に試験片に荷重を印加しながら、負荷荷重及び摩擦係数を測定する過程と、
負荷荷重が境界荷重Ｗｃに満たないとき、摩擦力Ｆと限界摩擦力Ｆｓとを比較する過程と、
負荷荷重が境界荷重Ｗｃに達しこれを超えたとき、摩擦係数μが限界摩擦係数μｓｔとを比較する過程と、
摩擦力Ｆが限界摩擦力Ｆｓを超えたとき又は摩擦係数μが限界摩擦係数μｓｔを超えたとき、試験を終了する過程とを含むことを特徴とする摩擦摩耗試験法。
試験片の摺動半径Ｒと負荷荷重Ｗと摩擦トルクＴｆとから摩擦力Ｆを算出する過程を含む請求項１に記載の摩擦摩耗試験法。
連続的又は段階的に試験片に荷重を印加する加圧装置と、
試験片を回転する回転装置と、
試験片に印加される負荷荷重Ｗを計測する荷重測定手段と、
試験片に印加される摩擦トルクＴｆを計測するトルク測定手段と、
試験片の摺動半径Ｒと前記負荷荷重Ｗと摩擦トルクＴｆとから摩擦力Ｆを算出する摩擦力測定手段と、
摩擦力Ｆと負荷荷重Ｗから摩擦係数μを算出する摩擦係数測定手段と、
負荷荷重Ｗが境界荷重Ｗｃに達したか否かを判断する荷重判断手段と、
負荷荷重Ｗが境界荷重Ｗｃ未満のとき、摩擦力Ｆと限界摩擦力Ｆｓとを比較し、摩擦力Ｆが限界摩擦力Ｆｓを超えたときに停止信号を発生する摩擦力比較手段と、
負荷荷重Ｗが境界荷重Ｗｃ以上のとき、摩擦係数μと限界摩擦係数μｓｔとを比較し、摩擦係数μが限界摩擦係数μｓｔを超えたときに停止信号を発生する摩擦係数比較手段と、
摩擦力比較手段又は摩擦係数比較手段の停止信号により加圧装置又は回転装置の作動を停止する停止手段とを具備したことを特徴とする摩擦摩耗試験機。
限界摩擦係数μｓｔ及び負荷荷重Ｗから限界摩擦力Ｆｓ’（＝μｓｔ×Ｗ）を求め、限界摩擦力Ｆｓ’値と摩擦力Ｆを比較して摩擦係数の比較を行う請求項３に記載の摩擦摩耗試験機。
加圧装置は低荷重側から高荷重側に負荷荷重を増加する請求項３に記載の摩擦摩耗試験機。