JP4194726B2 - Friction and wear testing machine - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、金属やセラミック等の表面の摩擦力や摩耗量を評価するための摩擦摩耗試験機に関する。
【0002】
【従来の技術】
平板状の部材(第1の試料)に同一または他の部材(第2の試料)を圧接させた状態で平板状の部材を摺動させて、これら部材間の摩擦力や摩耗量の変化を評価する摩擦摩耗試験機が各種知られている。
【0003】
例えば図5(a)に示すように、平板状の部材11の上側からチップ状の部材12を圧接させた状態で平板状の部材11を回転させて、平板状の部材の回転軸に発生するトルクを検出することにより摩擦力を検出する摩擦試験機や、同図(b)に示すように平板状の部材11の上側からチップ状の部材12を圧接させた状態で平板状の部材11を水平往復動させて、チップ状の部材12に働く横方向の力を、チップ状の部材12に接触させた引張り圧縮型のセンサ(図示せず)で検出することにより摩擦力を検出する摩擦試験機などがある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の摩擦試験機は、チップ状の部材12を平板状の部材11の片側(図示するものでは上側)から押しつけるようにしているため、図5(a)に示すものでは受け側である回転軸に押し付けによるトルクロスが発生するという問題や、押し付け力の方向が回転軸の中心とずれると平板状の部材11の安定した回転を確保することができず、結果として安定した摩擦力の測定ができないという問題があった。また図5(b)に示すものでは、平板状の部材11が摩耗したり押し付け力によって歪んだりすると、部材11に偏荷重がかかりトルクロスが発生し正確な測定ができないという問題があった。
【0005】
そこで本発明は、トルクロスがなく安定した測定が可能な摩擦摩耗試験機を提供することを目的とする。また本発明は、荷重や摩耗による接触位置の変化があった場合でも対応でき正確な計測が可能な摩擦摩耗試験機を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明は、平板状の部材に対しその両側から等しい荷重をかけた状態で摩擦試験を行なうことにより、安定且つ正確な測定を可能にした。即ち、本発明の摩擦摩耗試験機は、第1の試料に所定の運動を付与する駆動手段と、前記第1の試料に第2の試料を所定の押圧力で圧接させる圧接手段とを備え、前記第1の試料に第2の試料を圧接させた状態で第1の試料を運動させて第1の試料と第2の試料との間の摩擦力或いは第1または第2の試料の摩耗量を測定する摩擦摩耗試験機において、第1の試料の、第2の試料が圧接される側と反対の側から第2の試料の押圧力と同じ押圧力を加える押圧手段を備えたことを特徴とする。
【0007】
本発明の摩擦摩耗試験機は、好適には第2の試料に、第1の試料と第2の試料との間の摩擦力を測定する手段を備えている。これにより第1の試料と押圧手段との間に生じる摩擦力による影響を排除することができる。
【0008】
本発明の摩擦摩耗試験機は、好適には第2の試料と圧接手段との間に第2の試料と圧接手段との間の摩擦を最小にする摩擦低減手段を備えている。
【0009】
本発明の摩擦摩耗試験機の一態様として、駆動手段は、第1の試料を、第2の試料と押圧手段との間で往復動するよう駆動する。
【0010】
本発明の摩擦摩耗試験機の別の態様として、駆動手段は、第1の試料を、第2の試料と押圧手段との間で回転するよう駆動する。この場合、第1の試料の回転は、第2の試料の押圧力の方向と平行な軸を回転軸とする回転でも、第2の試料の押圧力の方向に垂直な軸を回転軸とする回転でもよい。
【0011】
このような本発明の摩擦摩耗試験機によれば、第1の試料に対し上下或いは左右から均等な押し付け力が働くので、第1の試料に歪みや摩耗が生じても偏荷重がかかることなく、偏荷重に起因するトルクロスをなくすことができる。また第1の試料を回転する場合に、回転が不安定になったりすることことなく安定した測定が可能となる。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【0013】
図1は、本発明に係る摩擦摩耗試験機の一実施例を示す図で、この摩擦摩耗試験機は、主として第1の試料である試料ディスク11を駆動する機構と、試料ディスク11に対し第2の試料である試料チップ12を上から押し付ける機構と、試料ディスク11の下側から試料ディスク11を押圧する機構と、試料チップ12に取り付けられ、試料ディスク11と試料チップ12との間の摩擦力を検出する機構と、摩擦力や摩耗量を計算する制御・計測部とからなり、試料ディスク11及び試料チップ12は、筐体10内に納められている。筐体10には必要に応じてオイル、ガス等が充填される。また筐体10は、図示しない加熱手段により或いは供給するオイルやガスの温度を制御することにより常温のみならず高温下での計測が可能になっている。
【0014】
試料ディスク11を駆動する機構は、モーターの回転を水平往復運動に変えるカム機構部(図示せず)と、カム機構部に連結された連結シャフト21と、デイスクホルダー22とからなり、連結シャフト21は筐体10の側壁に摺動自在に支持されている。試料ディスク11はディスクホルダー22にネジ等によって固定され、連結シャフト21と一体的に矢印A方向に往復動する。
【0015】
試料チップ12を押圧する機構は、試料チップ12を固定したチップホルダ31と、チップホルダ31とクロスローラ32で連結された保持具33と、保持具33に垂直方向の押圧力を付与する第1のシリンダ34と、保持具33と第1のシリンダ34との間に介在し、保持具33の昇降を案内する昇降ガイド35とからなる。
【0016】
クロスローラ32とは、精密ローラを交互に直交させて組込んだケージと、V溝を設けたレールとを、ローラとV溝とが対向するように組合せたもので、レールの長手方向に低摩擦運動を可能にする。ここではチップホルダ31と保持具33とをクロスローラ33で連結することにより、試料チップ押圧時に保持具33とチップホルダ31間に働く摩擦力を最小にし、チップホルダ31とそれに固定された試料チップ12が水平方向に自由に動くことを可能にしている。
【0017】
昇降ガイド35は下端に保持具33が固定されるとともに上端で第1のシリンダ34の押圧力を受ける。また昇降ガイド35のガイド部35aは、筐体10の上部に固定された固定部材36に摺動自在に支持され垂直方向にのみ移動可能になっている。これにより下端に固定された保持具33に確実に垂直方向の押圧力が付与されるようにする。
【0018】
第1のシリンダ34は、図1(b)に示すように筐体10に対し開閉可能な上扉10aに固定され、測定時には上扉10aを固定金具によって筐体10に固定するとにより図示する昇降ガイド35上方の位置にあるが、試料のセットや保守のときには上扉10aを開くことによって邪魔にならない位置に退避できる。
【0019】
試料ディスク11を下側から押圧する機構は、筐体10の底部に設置された第2のシリンダ41と、第2のシリンダ41の押圧力を受ける昇降ガイド42と、昇降ガイド42の上端に固定された押圧部材43とからなり、第2のシリンダ41と昇降ガイド42との間には押圧力を測定するための圧力センサ、例えばロードセル44が設置されている。
【0020】
押圧部材43は、試料ディスク11を駆動する機構にかかる負荷を最小にするために、ディスクホルダ22との接触面が、摩擦抵抗が少なく摩耗しにく材料から構成される。このような材料として例えば含有軸受合金(オイルレスメタル)を用いることができる。また接触面にベアリングを設けてもよい。
【0021】
昇降ガイド42は、上側の昇降ガイド35と同様に、筐体10の底部に固定された固定部材45に摺動自在に支持され垂直方向にのみ移動可能になっている。これにより上端に固定された押圧部材43に確実に垂直方向の押圧力が付与されるようにする。
【0022】
第1のシリンダ34および第2のシリンダ41は図示しない同一の駆動源に接続され、同一の押圧力を発生できるようになっている。駆動源としては油圧シリンダ、エアシリンダ等公知のものが使用できる。第1のシリンダ34および第2のシリンダ41を介して試料ディスク11の上下からかかる荷重は、圧力センサ44で検出され、図示ない制御部に送られ、ここで摩擦力の計算に使用される。
【0023】
またチップホルダ31には図2(a)に示すように、試料ディスク11と試料チップ12との間の摩擦力を検出する機構として、トルク伝達レバー51を介してトルク検出用ロードセル52が連結されている。このトルク検出用ロードセル52は、筐体10の側壁の外側に固定されており、チップホルダ31に働く圧縮、引っ張り力(トルク)を検出する。ロードセル52で検出されたトルクは制御部に送られ、摩擦力の計算に使用される。
【0024】
上述したようにチップホルダ31と保持具33はクロスローラ32で連結されており、チップホルダ31は水平方向の移動が自由になっているので、試料ディスク11の水平方向の移動によって試料ディスク11と試料チップ12の間に生じる摩擦力をチップホルダ31からロードセル52に伝達し検出することができる。
【0025】
次に以上のような構成における摩擦摩耗試験機の動作を説明する。
【0026】
まず上扉10aを開けた状態で、試料ディスク11及び試料チップ12をそれぞれディスクホルダ22、チップホルダ31にセットし、上扉10aを筐体10に固定する。次いで第1及び第2のシリンダ34、41を駆動し、試料ディスク11の上面に試料チップ12を押し付けるとともに下面に押圧部材43を押し付ける。これにより試料ディスク11は両面から等しい押圧力を受ける。この押圧力はロードセル44に検出され、ロードセル44は押圧力に対応する信号を制御部に送る。
【0027】
この状態でカム機構部を駆動し、連結シャフト21によりディスクホルダ22及び試料ディスク11を水平往復動させる。ここで試料チップ12は保持具33によって上からの押圧力を受けているのみで、保持具33との間では水平運動が自由になっているので、試料ディスク11の運動によって試料ディスク11と試料チップ12との間に生じた摩擦力を、試料チップ12に連結されたロードセル52に伝達することができる。ロードセル52は検出した圧縮、引張力に対応する信号を制御部に送る。
【0028】
制御部は、二つのロードセルからの信号(押圧力W、摩擦F)を用いて次式により、摩擦係数μを計算する。
【0029】
μ=F/W (1)
【0030】
以上説明したように、この摩擦摩耗試験機は試料ディスク11の両側から等しい荷重をかけた状態で試料ディスク11と試料チップ12との摩擦力を測定するので、試料ディスク11が歪んだり、偏荷重によるトルクロス等がなく正確な測定が可能となる。
【0031】
尚、以上の実施例では試料ディスク11を往復運動させる場合を説明したが、本発明の摩擦摩耗試験機は、図3に示すように試料ディスク11を回転運動させるものであってもよい。この場合、試料ディスク11を回転させる機構は、ディスクホルダを図示しないモータによって回転する回転軸に固定することによって構成することができる。
【0032】
また以上の説明では第1の試料として平板状のディスクを用い、第2の試料としてチップを用いた場合を説明したが、試料の形状はこれらの組合せに限らず種々の形状とすることができる。例えばいわゆるピン/Vブロック式試験機として知られるピンとV字状部材とを組合せた摩擦摩耗試験機にも本発明の摩擦摩耗試験機を適用することができる。
【0033】
図4は本発明によるピン/Vブロック式摩擦摩耗試験機の一実施例を示すで、この摩擦摩耗試験機は、第1の試料である円筒状のピン61と、このピン61に対し両側から圧接されるV状の溝を有する第2の試料である試験片62、62’との摩擦力、摩耗を測定する試験機である。
【0034】
ピン61は図示しないモータによって回転する回転軸63に固定され、回転軸63とモータとの間には摩擦力を測定するためのセンサ、例えばトルクメータ64が取付けられている。
【0035】
一方、試験片62、62’はそれぞれユニバーサルジョイント65、65’を介して押し付け軸66、66’に固定されている。押し付け軸66、66’は筐体60の側壁に固定されたガイド67、67’に摺動自在に支持されており、その後端に押し付け軸66、66’を水平に駆動するためのシリンダ68、68’が接続されている。これらシリンダ68、68’は同一の駆動源に接続され、同一の押圧力を発生できるようになっている。この場合にも駆動源としては油圧シリンダ、エアシリンダ等公知のものが使用できる。一方の押し付け軸66とシリンダ68との間には、シリンダによって試験片62にかかる荷重を検出する圧力センサ、例えばロードセル69が取付けられている。
【0036】
また筐体60には、図1の実施例と同様にオイルやガス等を充填することができ、オイルやガスの存在下での測定や、所望の温度での測定を行うことができるようになっている。
【0037】
このような構成において、オイル中にピン61及び試験片62、62’をセットしてピン61の両側に試験片62、62’を配し、シリンダ68、68’を駆動して試験片62、62’をピン61に等しい押圧力で押し付ける。このとき試験片62、62’はユニバーサルジョイント65、65’を介して押し付け軸66、66’に固定されているので、そのV字状の溝が円筒状のピン61の外周面に沿って確実に接触することができる。この状態で回転軸63が連結されたモータを駆動し、ピン61を回転させる。このピン61の回転によってピン61と試験片62、62’との間に生じた摩擦力は回転軸63に設けられたトルクメータ64によって検出される。
【0038】
制御・計測部は、このトルクメータ64によって検出されたトルクTQとロードセル69が検知したピンへの押付力Wgから、次式に基づき摩擦力Fおよび摩擦係数μを算出する。
【0039】
F=TQ/r (2)
μ=F/4W (3)
W=Wg/cos(90-θ/2) (4)
【0040】
式(2)〜(4)中、rはピンの半径、Wは一つの試験片からピンに加えられる半径方向(面に対し垂直方向)の押付力、試験片のV溝がなす角度を表す。
【0041】
この実施例では、ピン61の両側から等しい押し付け力を作用させることができるので、回転軸63が二つの試験片の何れかに若干ずれているような場合でも左右の荷重のバランスがくずれることなく確実な測定を行うことができる。
【0042】
また従来のように一対のVブロックを回動させてピンに当接させる方式の摩擦摩耗試験機と異なり、両側から水平な押圧力を付与しているので、押付力が大きくても、シリンダのOリング抵抗に抗する力(押圧力より十分に小さい)のみで試験片を左右方向に動かすことができ、偏荷重がかからずトルクロスをなくすことができる。
【0043】
以上、本発明を図面に示す実施例に基づき説明したが、本発明はこれら実施例に限定されることなく種々の変更が可能である。例えば上記実施例の各部で採用した機構やセンサは、公知の種々の機構やセンサで置換することが可能である。
【0044】
【発明の効果】
本発明の摩擦摩耗試験機および方法は、二つの試料を圧接させてその間に生じる摩擦力や摩耗を試験する際に、一つの試料に対し両側から等しい押し付け力を付与しながら測定することにより、試料の歪みや偏荷重によるトルクロスをなくし正確で安定した測定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の摩擦摩耗試験機の一実施例を示す図で、(a)は正面図、(b)は側面図
【図2】図1の摩擦摩耗試験機の要部を示す図
【図3】本発明の摩擦摩耗試験機の他の実施例を示す概略図
【図4】本発明の摩擦摩耗試験機の他の実施例を示す全体構成図
【図5】従来の摩擦摩耗試験機を示す図
【符号の説明】
11・・・・・・試料ディスク(第1の試料)
12・・・・・・試料チップ(第2の試料)
21・・・・・・連結シャフト(駆動手段)
34・・・・・・第1のシリンダ(圧接手段)
41・・・・・・第2のシリンダ(押圧手段)
43・・・・・・押圧部材(押圧手段)
52・・・・・・ロードセル(測定手段)[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a friction and wear tester for evaluating the frictional force and the amount of wear on the surface of metal or ceramic.
[0002]
[Prior art]
The flat member is slid in the state where the same member or the other member (second sample) is in pressure contact with the flat member (first sample), and the friction force and wear amount between these members are changed. Various friction and wear testing machines to be evaluated are known.
[0003]
For example, as shown in FIG. 5A, the
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In such a conventional friction tester, the chip-
[0005]
Therefore, an object of the present invention is to provide a friction and wear tester that does not have a torque cross and can perform stable measurement. Another object of the present invention is to provide a friction and wear tester that can cope with a change in the contact position due to a load or wear and can perform accurate measurement.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
According to the present invention, a stable and accurate measurement can be performed by conducting a friction test on a flat plate member with an equal load applied from both sides thereof. That is, the friction and wear tester of the present invention includes a driving unit that applies a predetermined motion to the first sample, and a pressing unit that presses the second sample against the first sample with a predetermined pressing force. The first sample is moved while the second sample is in pressure contact with the first sample, and the frictional force between the first sample and the second sample or the wear amount of the first or second sample In the friction and wear tester for measuring the pressure, a pressing means for applying the same pressing force as the pressing force of the second sample from the side of the first sample opposite to the side on which the second sample is pressed is provided. And
[0007]
The friction and wear tester of the present invention preferably includes means for measuring the frictional force between the first sample and the second sample in the second sample. Thereby, the influence by the frictional force which arises between a 1st sample and a press means can be excluded.
[0008]
The friction and wear tester of the present invention preferably includes a friction reducing means for minimizing the friction between the second sample and the pressing means between the second sample and the pressing means.
[0009]
As one aspect of the friction and wear tester of the present invention, the driving means drives the first sample to reciprocate between the second sample and the pressing means.
[0010]
As another aspect of the friction and wear tester of the present invention, the driving means drives the first sample to rotate between the second sample and the pressing means. In this case, even if the rotation of the first sample is a rotation about an axis parallel to the direction of the pressing force of the second sample, an axis perpendicular to the direction of the pressing force of the second sample is used as the rotation axis. Rotation is also possible.
[0011]
According to such a friction and wear tester of the present invention, an equal pressing force is exerted on the first sample from the top and bottom or from the left and right, so that even if the first sample is distorted or worn, an uneven load is not applied. The torcross resulting from the uneven load can be eliminated. In addition, when the first sample is rotated, stable measurement can be performed without causing the rotation to become unstable.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0013]
FIG. 1 is a view showing an embodiment of a friction and wear tester according to the present invention. This friction and wear tester mainly includes a mechanism for driving a
[0014]
The mechanism for driving the
[0015]
The mechanism for pressing the
[0016]
The
[0017]
The elevating
[0018]
The
[0019]
The mechanism for pressing the
[0020]
In order to minimize the load applied to the mechanism that drives the
[0021]
Similarly to the
[0022]
The
[0023]
As shown in FIG. 2A, a torque
[0024]
As described above, the
[0025]
Next, the operation of the friction and wear tester having the above configuration will be described.
[0026]
First, with the upper door 10a opened, the
[0027]
In this state, the cam mechanism is driven, and the
[0028]
The control unit calculates the friction coefficient μ by the following equation using signals (pressing force W, friction F) from the two load cells.
[0029]
μ = F / W (1)
[0030]
As described above, this friction and wear tester measures the frictional force between the
[0031]
In the above embodiment, the case where the
[0032]
In the above description, a case where a flat disk is used as the first sample and a chip is used as the second sample has been described. However, the shape of the sample is not limited to these combinations and can be various shapes. . For example, the friction and wear tester of the present invention can also be applied to a friction and wear tester that is a combination of a pin and a V-shaped member known as a so-called pin / V block type tester.
[0033]
FIG. 4 shows an embodiment of a pin / V block type friction and wear tester according to the present invention. This friction and wear tester includes a
[0034]
The
[0035]
On the other hand, the
[0036]
Further, the
[0037]
In such a configuration, the
[0038]
The control / measurement unit calculates the friction force F and the friction coefficient μ based on the following equations from the torque TQ detected by the
[0039]
F = TQ / r (2)
μ = F / 4W (3)
W = Wg / cos (90-θ / 2) (4)
[0040]
In equations (2) to (4), r represents the radius of the pin, W represents the pressing force in the radial direction (perpendicular to the surface) applied from one test piece to the pin, and the angle formed by the V groove of the test piece. .
[0041]
In this embodiment, an equal pressing force can be applied from both sides of the
[0042]
Also, unlike the conventional friction and wear tester in which a pair of V blocks are rotated and brought into contact with the pins, horizontal pressing force is applied from both sides, so even if the pressing force is large, the cylinder The test piece can be moved in the left-right direction only with a force (sufficiently smaller than the pressing force) that resists the O-ring resistance.
[0043]
As mentioned above, although this invention was demonstrated based on the Example shown on drawing, this invention is not limited to these Examples, A various change is possible. For example, the mechanisms and sensors employed in the respective parts of the above embodiments can be replaced with various known mechanisms and sensors.
[0044]
【The invention's effect】
The friction and wear tester and method according to the present invention measure the friction force and wear generated between two samples by pressing them while measuring them while applying equal pressing force from both sides to one sample. Accurate and stable measurement can be performed by eliminating torcross due to sample distortion and uneven load.
[Brief description of the drawings]
1A and 1B are diagrams showing an embodiment of a friction and wear tester according to the present invention, in which FIG. 1A is a front view, and FIG. 1B is a side view; FIG. 3 is a schematic view showing another embodiment of the friction and wear tester of the present invention. FIG. 4 is an overall configuration diagram showing another embodiment of the friction and wear tester of the present invention. Diagram showing machine [Explanation of symbols]
11. Sample disk (first sample)
12. Sample tip (second sample)
21 ・ ・ ・ ・ ・ ・ Connection shaft (drive means)
34 ······ First cylinder (pressure contact means)
41... Second cylinder (pressing means)
43 ··· Pressing member (pressing means)
52 .... Load cell (measuring means)
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