JP3835645B2

JP3835645B2 - 摩耗試験機の軸分力測定装置

Info

Publication number: JP3835645B2
Application number: JP31097897A
Authority: JP
Inventors: 茂喜小野
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 1997-11-13
Filing date: 1997-11-13
Publication date: 2006-10-18
Anticipated expiration: 2017-11-13
Also published as: JPH11142310A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、高分子材料の摩耗評価を行うに当たって使用される摩耗試験機において、試験片駆動軸の軸線と交差する方向に発生する力を測定する摩耗試験機の軸分力測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
試験片の周面を、砥石周面に所定のスリップ率にて押圧して高分子材料の摩耗試験を行う場合において、試験片の実際のスリップ率、試験片駆動軸の回転抵抗等を測定したり、エネルギー当たりの摩耗量、いわゆる単位時間当たりの摩耗体積（ｃｍ³／ｍｉｎ）とか、単位走行距離当たりの摩耗体積（ｃｍ³／ｋｍ）を算出し以上の結果から摩耗抵抗指数を求めたり、試験異常を検知したりするに当たっては、従来は、試験片の駆動軸に発生するトルクを測定することが一般的であった。
【０００３】
図４は、その一例を、ランボーン摩耗試験機（ＪＩＳＫ６２６４）について示す部分断面平面図であり、図中１１１，１１３はそれぞれ、ともにほぼ円板状をなす砥石および試験片を示す。
ここで、ハウジング１１５内に収容される砥石１１１は軸１１７を介してモータ１１９に連結され、また、これもハウジング内に収容される試験片１１３は駆動軸１２１を介してモータ１２３に連結される。
【０００４】
またここでは、試験片１１３の周面を砥石周面に所要の力で押圧すべく、試験片１１３のホルダ部分をシリンダ１２５に連結して、その試験片１１３を、それの回転軸線と直交する方向に、所要に応じて変位可能としており、これにより、試験片１１３の、ホルダ部分に対する脱着作業をも容易ならしめている。なお、ここでの試験片押圧力は、シリンダ１２５に取付けたロードセル１２７により測定することができる。
そしてこの試験機では、先に述べたトルクの測定を可能ならしめるべく、モータ１２３の近傍部分で駆動軸１２１にトルクメータ１２９を配設している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような従来技術におけるトルクメータ１２９は、軸に貼着した歪ゲージの発生電圧をスリップリングを用いて取り出すべく構成されているため、スリップリングの耐久性の低さに加え、頻繁な保守管理が必須になるという問題があり、また、この試験片では、トルクメータ１２９の両端に軸受を配置することの他、試験片１１３のホルダ部分の手前にも軸受を設けることが必要になるため、トルクメータ１２９によって計測されるトルク中に、試験片１１３に作用するトルクのみならず、軸受によって発生されるトルクが５〜１０％程度も含まれることになり、測定精度が低いという問題もあった。
【０００６】
そこで、駆動軸１２１の、試験片ホルダ部分の近傍位置に括れ部を設け、そこに歪ゲージを貼付して駆動軸１の捩れ応力を測定することが提案されており、これによれば、原理的には、先の従来技術に比して測定精度を向上させることができる。
【０００７】
しかるに、これによっても、スリップリングを設けることに起因する問題点は依然として残ることになる他、歪ゲージの剥がれのおそれがあるため、長期間にわたる使用に対しては好ましくなく、しかも、現実には、試験片１１３を砥石周面に押圧するに際して、駆動軸１２１の括れ部に応力集中が生じ、これが、測定精度の低下、駆動軸１２１の耐久性の低下、更には駆動軸の剛性不足による試料のバウンド等を引き起こすことになるという不都合があった。
【０００８】
この発明は、従来技術および提案技術のそれぞれが抱えるこのような問題をことごとく解決することを課題として検討した結果なされたものであり、それの目的とするところは、摩耗評価のために駆動軸のトルクを測定することに代えて、その駆動軸と交差、好ましくは直交する方向の力を測定することにより、測定精度、ひいては、評価精度を大きく向上させることができ、また優れた耐久性を有するとともに、保守管理がほとんど不要であり、しかも、駆動軸の耐久性の低下等の原因となる括れ部を不要として試料のバウンド等のおそれをも十分に除去した摩耗試験機の軸分力測定装置を提供するにある。
【０００９】
なお、ここで測定される力、すなわち軸分力は、通常は、荷重で除することで軸トルクに換算されるので、その換算結果を用いることで、先に述べた各種の値を所要に応じて求めることができる。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明の、摩耗試験機の軸分力測定装置は、回転駆動される砥石の周面に、駆動軸に保持した試験片の周面を、所要のスリップ率の付与下で押圧するものであり、前記駆動軸に偏角許容型カップリングを設け、摩耗試験機の固定側部材としてのモータベースから突設したブラケットに一端部を枢支した揺動アームの他端部を、駆動軸の、偏角許容型カップリングより遊端側に掛合させ、この揺動アームと、前記ブラケットに取付けた固定アームとの間に、駆動軸と交差する方向、たとえば上下方向の力を検出する分力計を配設するとともに、揺動アームと駆動軸との間に、それら両者の水平方向の相対変位を許容するボールスライドユニットを配設したものである。
【００１１】
なおここで「砥石」というときは、文字通りの砥石のみならず、円板、ドラム等の周面にセーフティウォーク、たとえば、アメリカ３Ｍ社の製品に代表されるように、布の表面に微細な砂状鉱石を薄く糊付けし、それらが容易に剥離しないようにレジン処理したテープ状のものその他を貼着してなる研磨ホイールをも含むものとする。
【００１２】
この測定装置では、駆動軸に保持した試験片を、砥石周面に対してスリップなしに、砥石周速と等速で駆動した場合には、その駆動軸には上下いずれの方向の力も発生することがない。一方、試験片にスリップ率を付与して、それを砥石周速より速い周速で駆動したときには、砥石周面と試験片周面との間の摩擦反力に基づき、駆動軸に上向きの力が生じるが、これは駆動条件摩耗であり、逆に、砥石周速より遅い周速で駆動したときには、駆動軸に下向きの力が生じるが、これは制動条件摩耗である。
【００１３】
駆動軸へのこのような力の発生により、その駆動軸は、偏角許容型カップリングより試験片側部分、いいかえれば遊端側部分で、力の方向に、ほとんど抵抗なく自由に変位することができ、従ってここでは、その力が、駆動軸、軸受等によって支持ないしは吸収されることなく、分力計に直接的にかつ円滑に伝達されることになり、その分力計による検出値（ｋｇｆ）を試験片摩擦力として測定することが出来る。
【００１４】
このようにここでは、一般的なロードセル等にて構成することができる分力計をもって、スリップリング等を必要とすることなく、駆動軸の軸分力を、軸受、駆動軸それ自身等によるエネルギ吸収なしに測定することができ、これがため、駆動軸、検出手段等の耐久性の低下のおそれなしに測定精度を大きく向上させることができ、また、保守管理を実質的に不要ならしめて、測定精度を長期間にわたって高く維持することができる。
併せて、この装置では前記駆動軸に偏角許容型カップリングを設け、それの遊端側に掛合させた揺動アームに配設した分力計の固定部に、ボールスライドユニット１７を介装したことにより、ＦＸ（荷重）方向に対しては極めて高い剛性を維持してＦＹ（試験片摩耗力）に対しては、自由度を持ち、すなわち試験片摩擦力は僅小なものも検出が可能である。
【００１５】
またここでは、揺動アームの一端部を、固定側部材としてのモータベースに、たとえば偏角許容型カップリングの近傍位置にて突設したブラケットに枢支するとともに、固定アームをそのブラケットに取付けることにより、荷重負荷ロッド１２からの荷重に対してそのＦＸの荷重の影響を全く受けることなく、ＦＹ（試験片摩擦力）を精度良く検出することが可能である。
【００１６】
また好ましくは、揺動アームの他端部を、駆動軸に対し、駆動軸軸線と直交する方向に相対変位可能に掛合させる。
これによれば、試験片の、砥石周面への押圧力の作用、その押圧力の変動、押圧力の除去等による駆動軸のたとえば水平変位に対して分力計を分離させることができ、これにより、零点および計測値を安定させて測定精度を一層高めることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下にこの発明の実施の形態を図面に示すところに基いて説明する。
図１は、この発明の一の実施形態を示す側面図であり、図中１は試験片の駆動軸を、２は、この駆動軸１に連結されて、それを所要の速度で回転させるたとえばサーボモータをそれぞれ示す。
【００１８】
ここで、駆動軸１の先端部には試験片３を保持するホルダ４を設け、また、その中間部には、偏角許容型カップリング５および、このカップリグ５よりモータ側に位置するクラッチ６のそれぞれを設ける。
【００１９】
ここにおいて、ホルダ４は、駆動軸側に取付けた受けパッド４ａと、この受けパッド４ａに対して水平に進退変位されるクランプパッド４ｂとからなり、このホルダ４は、受けパッド４ａに対して試験片３を位置決めするとともに、クランプパッド４ｂを、駆動軸１の軸受ブロック７に取付けたシリンダ８をもって受けパッド側へ進出変位させることで、その試験片３を、所定の位置で、所要に応じた力で厚み方向に挟持する。
【００２０】
また、ここにおける偏角許容型カップリング５は、駆動軸１の、軸受ブロック７をも含む遊端側部分の、少なくとも上下方向の自由な変位を許容する。そして、クラッチ６は、駆動軸１、直接的にはホルダ４のサーボモータ２に対する断接を司り、クラッチ６の解放下にては、ホルダ４および試験片３の自由な回転を許容する。
【００２１】
ところでここでは、試験片周面の、砥石周面への所要に応じた力での押圧を可能ならしめるべく、サーボモータ２を取付けたモータベース９を、スライドユニット１０の作用下で、装置ベース１１に対して駆動軸１の軸線と直交する方向へ変位自在とし、併せて、軸受ブロック７に連結した荷重負荷ロッド１２により、駆動軸１、ひいては、試験片３の、砥石側への押圧変位を可能ならしめる。
【００２２】
図２は、試験片３の周面を、砥石１３の周面に押圧した状態で示す正面図であり、このときの試験片押圧力は、軸受ブロック７と負荷ロッド１２との間に介装した検出器１４によって負荷荷重を測定することにより求めることがきる。
【００２３】
このような構成においては、試験片３の周面を砥石１３の周面に所要の力で押付けるとともに、その試験片３を、サーボモータ２をもって砥石周速と等速で回転駆動させた場合には、駆動軸１には上下いずれの方向の力も発生することがない。この一方で、試験片周速を砥石周速より高めた場合には、駆動軸１に上向きの力が、また、試験片周速を砥石周速より低めた場合には下向きの力がそれぞれ発生し、駆動軸１は、偏角許容型カップリング５を支点として、それぞれ、上方および下方への揺動傾向をもつ。
【００２４】
ここで、このような揺動傾向の発生に対しては、前記荷重負荷ロッド１２の、軸受ブロック７への連結を、より試験片に近い位置に連結することで試験片を所定通りの正しい荷重で押圧することが出来る。
【００２５】
図に示すところでは、このようにして発生する、駆動軸１の揺動力を測定することを目的として、モータベース９上に、駆動軸１、とくにはその偏角許容型カップリング５を隔てて位置する一対のブラケット１５を上方に向けて突設し、そのブラケット１５の上端部分に揺動アーム１６の一端部を枢支し、そしてそれの他端部を、駆動軸１の、偏角許容型カップリング５より遊端側部分、図ではそれの軸受ブロック７に掛合させ、これにより、揺動アーム１６の、駆動軸１に正確に追従した上下方向の揺動変位を可能ならしめる。
【００２６】
ここで、揺動アーム１６の軸受ブロック７への掛合は、それら両者の水平方向の相対変位を許容するボールスライドユニット１７を介して行うことが好ましく、また好ましくは、揺動アーム１６の中間部をも同様のフライドユニット１７を介して軸受ブロック７に掛合させ、これによって、荷重負荷ロッド１２の押圧力の分力計への拘束を除去して単に試料の摩擦力のみを正しく検出可能ならしめた。
【００２７】
またここでは、ブラケット１５の上端に、高い剛性を有する固定アーム１８を、駆動軸遊端側に向けて水平に取付け、この固定アーム１８と、揺動アーム１６との間に、駆動軸１と交差する方向、図では、上下方向の力を検出する分力計１９を配設する。
【００２８】
かかる構成になる軸分力測定装置によれば、先に述べたようにして駆動軸１に発生する上下方向の力は、他の関連構成部材によってその力を支持されることなしに、ほぼ全てが、揺動アーム１６を介して分力計１９に円滑に伝達されることになるので、駆動軸１の上下方向の分力を高い精度にて検出することができる。
【００２９】
またここでは、分力計１９として一般的なロードセルを用いることができるので、すぐれた耐久性の下で、故障のおそれ、保守管理等の必要性なしに、高い測定精度を長期間にわたって維持することができ、駆動軸等の構成部材の耐久性の低下のおそれがない。更に、駆動軸の括れ部が不要となる為駆動軸の剛性が高まり、試料がバウンドすると云う問題の発生もない。
【００３０】
図３は、軸分力測定装置の他の実施形態を示す要部斜視図であり、図３（ａ）に示すところは、分力計１９を、軸受ブロック７に掛合させた揺動アーム１６の先端部分と、固定アーム１８の先端部分で、その本体部分１８ａから上方へ突出する門形突部１８ｂとの間に配設したものであり、これによれば、門形突部部分に配設した分力計は、偏角許容型カップリングより遊端側で駆動軸に掛合した揺動アームにＦＸ方向の大きい荷重押圧力がかかっても、その分力計が門形突部１８ｂに保護されるため、何ら影響を受けることがない。
【００３１】
また、図３（ｂ）に示す装置は、とくに、図３（ａ）に示す門形突部１８ｂの、頂壁相当部分１８ｃの両端に水平軸１８ｄを突設し、それぞれの水平軸１８ｄを側壁相当部分１８ｅにて軸受支持したものである。これによれば、頂壁相当部分１８ｃが、水平軸１８ｄの軸線方向、いいかえれば、駆動軸１の軸線と直交する方向に水平変位することを抑制してＦＸ方向の荷重負荷による水平変位を除去すると共に、ＦＹの試料の摩擦力を敏感に検出する為に分力計を配設した頂壁相当部分１８ｃの、側壁相当部分１８ｅとの連結部にベアリング軸受けを配したことで、その側壁相当部分１８ｅの、水平軸１８ｄの軸線の周りでの回動変位が容易となり更に固定アーム１８の下側にボールスライドユニットを設けたことで分力計で試料の摩擦力を正確に検出することがきる。
【００３２】
ところで、前記各装置によって測定される軸分力の、従来装置で求めていた軸トルクへの変換は、試料の半径で除して行うことができる。
【００３３】
しかもここでは、従来は測定不可能であった軸分力を正確に測定できるので、摩耗量を摩耗エネルギーで整理することにより、製品の摩耗インデックス（指数）と極めて近い正確な摩耗インデックスを得ることができる。
【００３４】
これに対し、従来技術にあっては、摩耗評価に当たり、摩耗トルクは正確に測定出来ず、評価としては単に摩耗量の絶対値の比較でしか評価することができなかったため、測定条件が変わると、たとえば路面を新しくした場合には過去のデータとは比較出来ないと云う問題があり更に製品との摩耗が合わないと云う大きな問題があった。
【００３５】
【発明の効果】
以上に述べたところから明らかなように、この発明によれば、試験片の駆動軸に発生して、各種の所要の数値に簡単に変換することができる、たとえば上下方向の軸分力を、揺動アームと固定アームとの間に配設した分力計にて測定することで、すぐれた耐久性の下で、保守管理等の必要なしに、高い測定精度を長期間にわたってもたらすことでき、また、駆動軸の剛性不足に起因する試料のバウンドのおそれを十分に除去して、測定精度を有利に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施形態を示す側面図である。
【図２】図１の要部正面図である。
【図３】他の実施形態を示す斜視図である。
【図４】従来技術を示す部分断面平面図である。
【符号の説明】
１駆動軸
２モータ
３試験片
４ホルダ
４ａ受けパッド
４ｂクランプパッド
５偏角許容型カップリング
６クラッチ
７軸受ブロック
８シリンダ
９モータベース
１０，１７スライドユニット
１１装置ベース
１２荷重負荷ロッド
１３砥石
１４検出器
１５ブラケット
１６揺動アーム
１７ボールスライドユニット
１８固定アーム
１８ａ本体部分
１８ｂ門形突部
１８ｃ頂壁相当部分
１８ｄ水平軸
１８ｅ側壁相当部分
１９分力計

Claims

回転駆動される砥石の周面に、駆動軸に保持した試験片の周面を所要のスリップ率の付与下で押圧する摩耗試験機において、
前記駆動軸に偏角許容型カップリングを設け、摩耗試験機の固定側部材としてのモータベースに突設したブラケットに一端部を枢支した揺動アームの他端部を、駆動軸の、偏角許容型カップリングより遊端側に掛合させ、この揺動アームと、前記ブラケットに取付けた固定アームとの間に、駆動軸と交差する方向の力を検出する分力計を配設するとともに、揺動アームと駆動軸との間に、それら両者の水平方向の相対変位を許容するボールスライドユニットを配設してなる摩耗試験機の軸分力測定装置。
揺動アームの他端部を、駆動軸に対し、駆動軸軸線と直交する方向に相対変位可能に掛合させてなる請求項１に記載の摩耗試験機の軸分力測定装置。