JP7190231B2 - 摩擦係数測定装置および摩擦係数測定方法 - Google Patents

Description

本願は、摩擦係数測定装置および摩擦係数測定方法に関するものである。

例えばエンジン、圧縮機、ポンプなどの各製品の内部機構において、複数の材料が互いに摺動する箇所が存在する。この摺動する箇所において摩擦力の低減が必要になる場合がある。摩擦力を低減するための対策として、摺動する部材の材質、表面処理、表面性状、および表面形状を選定するということが考えられる。この選定を、摺動する各材質の摩擦係数に基づいて行う場合に、各製品と同じ動きをする試験片を用いた摩擦係数の測定装置および測定方法が必要になる。

従来技術として、回転ステージと、Ｚ軸ステージと、Ｚ軸ステージモータと、Ｚ軸変位部材と、センサターゲットと、Ｚ軸変位センサと、面内変位センサとを有する摩擦試験装置が知られている。この摩擦試験装置では、回転ステージに固定されて回転している一方の被摩擦試験片に、他方の被摩擦試験片が接触するまでＺ軸ステージを移動させ、他方の被摩擦試験片と一方の被摩擦試験片との間に荷重が加わるようにＺ軸ステージモータを駆動する。一方の被摩擦試験片から反力が生じるとＺ軸変位部材が縮む。他方の被摩擦試験片はセンサターゲットと一緒に接線方向であるＹ軸方向に変位し、同時にＺ軸変位部材が縮むことによってセンサターゲットはＺ軸方向に変位する。センサターゲットのＺ軸方向の変位はＺ軸変位センサによって測定し、Ｙ軸方向の変位は面内変位センサで測定する。これによって摩擦力を求める（特許文献１参照）。

特許第４８３３０５１号公報（段落［００３４］）

特許文献１に係る従来技術では、一方の被摩擦試験片をＸＹ平面内で回転させる動きしか再現できないという問題点がある。

本願は、上記のような課題を解決するための技術を開示するものであり、試験片が円運動する状態と直線運動する状態とを１つの駆動源によって実現し、それぞれの動きにおける摩擦係数を測定できる摩擦係数測定装置および摩擦係数測定方法を提供することを目的とする。

本願に開示される摩擦係数測定装置は、鉛直方向をＺ方向とし、水平な一方向をＸ方向とし、前記Ｘ方向に垂直かつ水平な方向をＹ方向とし、
第１試験片を前記Ｚ方向に移動させ、第２試験片を前記Ｘ方向および前記Ｙ方向を含む面内で移動させ、前記第１試験片を前記第２試験片に対して押圧したときの、前記第１試験片と前記第２試験片との間の摩擦係数を測定する摩擦係数測定装置において、
上面に載置面が形成され、前記Ｚ方向に貫通する第１貫通孔が形成される基台と、
前記載置面上に取付けられるＸＹテーブルと、
前記ＸＹテーブルの上方に設けられ、前記Ｚ方向に中軸を駆動するＺ軸駆動部と、
前記第１貫通孔の下方に設けられ、前記Ｚ方向の回転軸線周りに出力軸を回転駆動する回転駆動部と、
前記回転駆動部の前記出力軸の回転によって上端部が偏心して回転するクランクシャフトと、
前記第１試験片および前記第２試験片の間の、垂直抗力および摩擦力の大きさを測定する測定部と、
前記測定部の結果から前記摩擦係数を算出する演算部とを備え、
前記ＸＹテーブルは、
前記載置面上に取付けられ、前記Ｚ方向に貫通する第２貫通孔が形成され、前記Ｘ方向にのみ移動するＸ軸テーブルと、
前記Ｘ軸テーブルの上面に取付けられ、前記Ｘ軸テーブルに対して、前記Ｙ方向にのみ移動するＹ軸テーブルとを有し、
前記Ｘ軸テーブルの前記第２貫通孔は、前記Ｙ方向において、前記回転駆動部の前記出力軸が回転したときに、前記クランクシャフトの前記上端部が移動するＹ方向の範囲以上に広く形成され、
前記Ｘ軸テーブルは、前記Ｙ軸テーブルよりも前記Ｘ方向に長く形成され、前記Ｙ軸テーブルの可動域から前記Ｚ方向に露出する露出領域を有し、
前記クランクシャフトの前記上端部は、前記Ｙ軸テーブルの裏面部に回転自在に取付けられ、
前記クランクシャフトは、前記Ｙ軸テーブルの前記裏面部と前記回転駆動部の前記出力軸とを、前記第１貫通孔および前記第２貫通孔を経由して接続し、
前記Ｚ軸駆動部の前記中軸は、前記Ｙ軸テーブルの上面と、前記Ｘ軸テーブルの前記露出領域とにおいて、前記第１試験片を前記第２試験片に対し、押圧可能に設けられるようにしたものである。

また、本願に開示される摩擦係数測定方法は、前記摩擦係数測定装置を用い、
前記Ｙ軸テーブルの上方において前記Ｚ軸駆動部を駆動する第１駆動工程と、
前記Ｘ軸テーブルの前記露出領域の上方において前記Ｚ軸駆動部を駆動する第２駆動工程と、
前記回転駆動部を駆動する第３駆動工程と、
前記第１駆動工程および前記第３駆動工程を同時に行うことによって、前記第１試験片および前記第２試験片の間の、垂直抗力および摩擦力の大きさを前記測定部によって測定する第１測定工程と、
前記第２駆動工程および前記第３駆動工程を同時に行うことによって、前記第１試験片および前記第２試験片の間の、垂直抗力および摩擦力の大きさを前記測定部によって測定する第２測定工程と、
前記第１測定工程および前記第２測定工程の少なくとも一方の測定工程によって得られた測定結果に基づいて、前記演算部によって前記摩擦係数を算出する演算工程とを有するようにしたものである。

本願に開示される摩擦係数測定装置および摩擦係数測定方法によれば、試験片が円運動する状態と直線運動する状態とを１つの駆動源によって実現し、それぞれの動きにおける摩擦係数を測定できる摩擦係数測定装置および摩擦係数測定方法が得られる。

実施の形態１による摩擦係数測定装置を側方から見た断面図である。 実施の形態１におけるＸＹテーブル、ベース板およびモータの斜視図である。 実施の形態１におけるＸＹテーブル、ベース板およびモータから、Ｙ軸テーブルを除いて示した斜視図である。 実施の形態１におけるモータおよびクランクシャフトの斜視図である。 実施の形態１による摩擦係数測定装置の斜視図である。 実施の形態１による摩擦係数測定装置から、Ｚ軸駆動部、トップ板およびトップ板脚部を除き、２軸倣い機構を残して示した斜視図である。 実施の形態１における２軸倣い機構の平面図である。 実施の形態１においてＺ軸駆動部の下方にモータが位置するときの、出力軸の回転によるＸＹテーブルの動きを表す平面図である。 実施の形態１において、Ｘ軸テーブルの上面に第２試験片を載置したときの摩擦係数測定装置を側方から見た断面図である。 実施の形態１においてＺ軸駆動部の下方にＸ軸テーブルの露出領域が位置するときの、出力軸の回転によるＸＹテーブルの動きを表す平面図である。 実施の形態１による摩擦係数測定方法において、第２試験片を円運動させて摩擦係数を測定する各工程を表すフローチャートである。 実施の形態１による摩擦係数測定方法において、図１１の続きの各工程を表すフローチャートである。 実施の形態１による摩擦係数測定方法において、第２試験片を直線運動させて摩擦係数を測定する各工程を表すフローチャートである。 実施の形態１による摩擦係数測定方法において、図１３の続きの各工程を表すフローチャートである。 実施の形態２による摩擦係数測定装置を側方から見た断面図である 実施の形態２において、Ｘ軸テーブルの上面に第２試験片を載置したときの摩擦係数測定装置を側方から見た断面図である。 実施の形態３において、Ｙ軸テーブルの上面に第２試験片を載置したときの摩擦係数測定装置を側方から見た断面図である。 実施の形態３において、Ｘ軸テーブルの上面に第２試験片を載置したときの摩擦係数測定装置を側方から見た断面図である。 実施の形態３において、シリンダ電流を垂直抗力に換算する基準を表す表である。 実施の形態３において、シリンダ電流を垂直抗力に換算するグラフである。 実施の形態３において、モータ電流を垂直抗力に換算する基準を表す表である。 実施の形態３において、モータ電流を垂直抗力に換算するグラフである。 実施の形態３による摩擦係数測定方法の各工程を表すフローチャートである。 実施の形態３における、図２３の続きの各工程を表すフローチャートである。 実施の形態４による摩擦係数測定装置の構成を側方から見た断面図である。 実施の形態５による摩擦係数測定装置の構成を側方から見た断面図である。

以下、図面を参照しながら複数の実施の形態について説明する。以下の説明においては、各実施の形態に先行する実施の形態で、すでに説明している事項に対応している部分には同一の参照符を付し、重複する説明を略す場合がある。構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分は、先行して説明している実施の形態と同様とする。

実施の形態１．
図１は実施の形態１による摩擦係数測定装置１００の構成を側方から見た断面図である。後述する図９も、実施の形態１による摩擦係数測定装置１００の構成を側方から見た断面図であり、図１と図９とでは、モータ５０の取付け位置が異なる。摩擦係数測定装置１００は、Ｘ軸テーブル２１またはＹ軸テーブル３１の上に載置した第２試験片７２に、上方から第１試験片７１を押し付け、第１試験片７１および第２試験片７２の間の摩擦係数を測定する装置である。図１では、第２試験片７２を円運動させる構成であり、図９は、第２試験片７２を直線運動させる構成である。ここではまず、第２試験片７２を円運動させる図１の構成について説明する。

摩擦係数測定装置１００は、基台としてのベース板１０と、ＸＹテーブル２３０と、シリンダ４１およびピストンロッド４２（特許請求の範囲における中軸）を有するＺ軸駆動部４０と、回転駆動部としてのモータ５０と、上端部６１がモータ５０の出力軸５１から偏心しているクランクシャフト６０とを備えている。ベース板１０の上面は載置面１１として水平に形成され、載置面１１上にＸＹテーブル２３０が設けられる。載置面１１に垂直な鉛直方向をＺ方向とし、図面では上方をＺ＋、下方をＺ－として表す。

摩擦係数測定装置１００は、ピストンロッド４２とＸＹテーブル２３０との間に、押し付ける側の第１試験片７１と、押し付けられる側の第２試験片７２とを設け、第１試験片７１と第２試験片７２との間の摩擦に係る摩擦係数を測定する。このために摩擦係数測定装置１００は、垂直抗力の大きさと摩擦力の大きさとを測定する測定部を備える。本実施の形態では、第１試験片７１とピストンロッド４２との間に、測定部としての荷重計９０を設ける。第２試験片７２は、Ｘ軸テーブル２１またはＹ軸テーブル３１の上面に配置され（図１には、第２試験片７２がＹ軸テーブル３１上に配置されるときの構成を表している）、ピストンロッド４２をシリンダ４１によって押し下げることによって、ピストンロッド４２の下端部に取付けられた第１試験片７１を、第２試験片７２に押し付ける。このとき、Ｘ軸テーブル２１およびＹ軸テーブル３１は、モータ５０によって駆動され、Ｙ軸テーブル３１は同一の姿勢で円運動をし、Ｘ軸テーブル２１は、直線運動をする。

ベース板１０には、Ｚ方向にベース板１０を貫通する第１貫通孔１４が形成される。Ｘ軸テーブル２１には、Ｚ方向にＸ軸テーブル２１を貫通する第２貫通孔２４が形成される。モータ５０は、第１貫通孔１４の下方に設けられる。第１貫通孔１４および第２貫通孔２４の位置関係については、後述する。

図２は、ＸＹテーブル２３０、ベース板１０およびモータ５０の斜視図である。図３は、図２の斜視図から、Ｙ軸テーブル３１を取り除いて示した斜視図である。ＸＹテーブル２３０は、載置面１１上に設けられるＸ軸テーブル２１と、Ｘ軸テーブル２１の上面に設けられるＹ軸テーブル３１とを有する。Ｘ軸テーブル２１は、ベース板１０に対して、載置面１１に平行な１つの方向にのみ移動する。Ｘ軸テーブル２１が移動する方向をＸ方向とする。Ｚ方向およびＸ方向の両方に垂直な方向をＹ方向とする。

載置面１１上には、２本のＸ軸レール２２がＸ方向に延びて設けられ、Ｘ軸テーブル２１はＸ軸レール２２に沿って、ベース板１０に対してＸ方向にのみ移動する。Ｘ軸テーブルの上面には、２本のＹ軸レール３２がＹ方向に延びて設けられ、Ｙ軸テーブル３１はＹ軸レール３２に沿って、Ｘ軸テーブル２１に対してＹ方向にのみ移動する。

図４は、モータ５０およびクランクシャフト６０の斜視図である。図１では摩擦係数測定装置１００の構成を模式的に図示しているけれども、実際のクランクシャフト６０は、図４に示す形状である。モータ５０は、出力軸５１を上方に向けて設けられ、出力軸５１はＺ方向に延びる回転軸線Ｏ周りに回転する。出力軸５１の上方の端部には、クランクシャフト６０が取付けられる。モータ５０の出力軸５１が回転すると、クランクシャフト６０の上端部６１は回転軸線Ｏから偏心して回転する。図１に示すように、クランクシャフト６０の上端部６１は、ベアリング６２を介してＹ軸テーブル３１の裏面部に、回転自在に取付けられる。これによってクランクシャフト６０は、ベース板１０の第１貫通孔１４およびＸ軸テーブル２１の第２貫通孔２４を経由してＹ軸テーブル３１およびモータ５０の出力軸５１を接続する。シリンダ４１およびピストンロッド４２の下方に位置する第１貫通孔１４の領域を、第１領域１４ａと称する。

図５は、摩擦係数測定装置１００の斜視図である。ベース板１０の上方には、シリンダ４１およびピストンロッド４２を設ける。シリンダ４１は、電動式でピストンロッド４２をＺ方向に出し入れし、ピストンロッド４２を下方に押し出す力は、シリンダ４１に流れる電流を制御することによって制御する。ベース板１０の載置面１１の上方には、シリンダ４１を支持する支持部材として、トップ板４３およびトップ板４３をベース板１０の載置面１１に固定する支柱４４が設けられる。図５の斜視図では、Ｘ軸テーブル２１およびＹ軸テーブル３１が見やすいように、支柱４４の一部は省略して図示している。図１に示すように、ピストンロッド４２の下端部には、２軸倣い機構４５（特許請求の範囲における倣い機構）が設けられる。２軸倣い機構４５は、ピストンロッド４２の下端部に取付けられた第１試験片７１が、第２試験片７２に押し付けられたときに、第１試験片７１の下面と第２試験片７２の上面とが、互いに平行となるように、第１試験片７１の姿勢が変化することを許容するための機構である。

図６は、摩擦係数測定装置１００から、シリンダ４１、ピストンロッド４２、トップ板４３および支柱４４を省略し、２軸倣い機構４５を残して示した斜視図である。図７は、２軸倣い機構４５の平面図である。図７では、２軸倣い機構４５を成す各部材の役割を明確化するために、構造の概略を示しているが、実際の２軸倣い機構４５は、図６に示す形状である。２軸倣い機構４５は、水平な姿勢を維持する水平板４５０と、水平板４５０に第１回転軸８１によって接続され、第１回転軸８１周りに自由に傾斜可能な第１傾斜板４５１と、第１傾斜板４５１に対して第２回転軸８２によって接続され、第２回転軸８２周りに自由に傾斜可能な第２傾斜板４５２とを有する。図７に示すように、第２傾斜板４５２は第１傾斜板４５１の孔の内部に設けられ、第１傾斜板４５１は、水平板４５０の孔の内部に設けられる。第１回転軸８１の方向と第２回転軸８２の方向とは互いに垂直であり、水平板４５０および第１回転軸８１は、ベース板１０の載置面１１に平行である。これによって第２傾斜板４５２は、外力に応じて傾きを自由に変化させることができる。第１試験片７１は、第２傾斜板４５２に取付けられることによって、第１試験片７１の傾きを自由に変化させることができる。ただし水平板４５０、第１傾斜板４５１および第２傾斜板４５２は、Ｚ方向の軸線周りに回転をしないので、第２傾斜板４５２に取付けられた第１試験片７１も、Ｚ方向の軸線周りには回転しない。

図１および図５に示すように、トップ板４３に固定されるシリンダ４１の側方には、水平板４５０を案内することによって、水平板４５０の姿勢を水平に保つ２本の案内部材４６が設けられる。各案内部材４６はＺ方向に長い棒状の部材であり、トップ板４３をＺ方向に貫通する孔に沿ってＺ方向に移動する。各案内部材４６の下端部には、２軸倣い機構４５の水平板４５０が取付けられる。各案内部材４６のトップ板４３に対する高さは、２本の案内部材４６において互いに同じ高さを維持する機構が備えられ、これによって水平板４５０は水平を維持する。また案内部材４６が設けられることによって、水平板４５０、第１傾斜板４５１および第２傾斜板４５２が、Ｚ方向の軸線周りに回転することは阻止されている。

図１に示すように、ピストンロッド４２の下端部には２軸倣い機構４５が取付けられ、２軸倣い機構４５の下面には荷重測定部を成す荷重計９０が取付けられ、荷重計９０の下面には、第１試験片７１が取付けられるとともに、第１試験片７１の温度を計測する熱電対９１が取付けられる。第２試験片７２はＹ軸テーブル３１の上面に固定される。荷重計９０は、第１試験片７１と第２試験片７２との間の垂直抗力を測定するとともに、第１試験片７１と第２試験片７２との間の摩擦力を測定する。

荷重計９０、および熱電対９１は制御装置１２０に接続される。制御装置１２０は、荷重計９０の測定結果から第１試験片７１および第２試験片７２の間の摩擦係数を算出する演算部１２１と、Ｚ軸駆動部４０およびモータ５０の制御を行う制御部１２２とを有している。シリンダ４１にはシリンダ駆動用の第１サーボアンプ４７が接続され、第１サーボアンプ４７は、制御部１２２によって制御される。またモータ５０にはモータ駆動用の第２サーボアンプ４８が接続され、第２サーボアンプ４８は、制御部１２２によって制御される。また制御装置１２０には、摩擦係数などの結果を記録する記録部１２３が設けられる。

図８は、モータ５０の出力軸５１が回転するときの、ベース板１０上におけるＸＹテーブル２３０の動きを表す平面図である。図８では、クランクシャフト６０の上端部６１が点Ａ、点Ｂ、点Ｃ、および点Ｄに位置するときの平面図を並べて表示している。上端部６１が、点Ａ、点Ｂ、点Ｃ、および点Ｄのうち最もＸ＋側の位置、点Ａにあるとき、ＸＹテーブル２３０はベース板１０に対して最もＸ＋側に位置する。この状態から上端部６１が、点Ｂに移動すると、Ｙ軸テーブル３１はＸ軸テーブル２１に対して、Ｙ＋の向きに移動する。またＸ軸テーブル２１は、Ｙ軸レール３２によって押されて、Ｙ軸テーブル３１とともにＸ－の向きに移動する。上端部６１が点Ａから点Ｂに移動したことによって、Ｙ軸テーブル３１がベース板１０に対してＹ方向に移動した距離、およびＸ軸テーブル２１がベース板１０に対してＸ方向に移動した距離は、上端部６１の軌跡が成す円周Ｅの、半径Ｒに等しい。第１試験片７１は、回転軸線Ｏ上に配置され、第２試験片７２は、Ｙ軸テーブル３１上に配置される。図８において、上端部６１が点Ａから点Ｂに至るまでに、第１試験片７１が第２試験片７２上を移動した軌跡を、実線Ｔ１で表す。

クランクシャフト６０の上端部６１が、移動範囲の最もＹ＋側の位置、点Ｂにあるとき、Ｙ軸テーブル３１は、ベース板１０およびＸ軸テーブル２１に対して最もＹ＋側に位置する。この状態から上端部６１が、点Ｃに移動すると、Ｙ軸テーブル３１はＸ軸テーブル２１に対して、Ｙ－の向きに移動する。またＸ軸テーブル２１は、Ｙ軸レール３２によって押されて、Ｙ軸テーブル３１とともにＸ－の向きに移動する。上端部６１が点Ｂから点Ｃに移動したことによって、Ｙ軸テーブル３１がベース板１０に対してＹ方向に移動した距離、およびＸ軸テーブル２１がベース板１０に対してＸ方向に移動した距離は、上端部６１の軌跡が成す円周Ｅの、半径Ｒに等しい。図８において、上端部６１が点Ａから点Ｂを経て点Ｃに至るまでに、第１試験片７１が第２試験片７２上を移動した軌跡を、実線Ｔ２で表す。

クランクシャフト６０の上端部６１が、移動範囲の最もＸ－側の位置、点Ｃにあるとき、ＸＹテーブル２３０は、ベース板１０に対して最もＸ－側に位置する。この状態から上端部６１が、点Ｄに移動すると、Ｙ軸テーブル３１はＸ軸テーブル２１に対して、Ｙ－の向きに移動する。またＸ軸テーブル２１は、Ｙ軸レール３２によって押されて、Ｙ軸テーブル３１とともにＸ＋の向きに移動する。上端部６１が点Ｃから点Ｄに移動したことによって、Ｙ軸テーブル３１がベース板１０に対してＹ方向に移動した距離、およびＸ軸テーブル２１がベース板１０に対してＸ方向に移動した距離は、上端部６１の軌跡が成す円周Ｅの、半径Ｒに等しい。図８において、上端部６１が点Ａから点Ｂおよび点Ｃを経て点Ｄに至るまでに、第１試験片７１が第２試験片７２上を移動した軌跡を、実線Ｔ３で表す。

クランクシャフト６０の上端部６１が、移動範囲の最もＹ－側の位置、点Ｄにあるとき、Ｙ軸テーブル３１は、ベース板１０およびＸ軸テーブル２１に対して最もＹ－側に位置する。この状態から上端部６１が、点Ａに移動すると、Ｙ軸テーブル３１はＸ軸テーブル２１に対して、Ｙ＋の向きに移動する。またＸ軸テーブル２１は、Ｙ軸レール３２によって押されて、Ｙ軸テーブル３１とともにＸ＋の向きに移動する。上端部６１が点Ｄから点Ａに移動したことによって、Ｙ軸テーブル３１がベース板１０に対してＹ方向に移動した距離、およびＸ軸テーブル２１がベース板１０に対してＸ方向に移動した距離は、上端部６１の軌跡が成す円周Ｅの、半径Ｒに等しい。

クランクシャフト６０の上端部６１が、点Ａから点Ｂ、点Ｃおよび点Ｄを経て再び点Ａに戻るとき、Ｙ軸テーブル３１のクランクシャフト６０の上端部６１に支持された部分は、姿勢を一定に保った状態で、モータ５０の回転軸線Ｏを中心とする円周Ｅ上を移動する。これによって第２試験片７２は、Ｙ軸テーブル３１とともに同一の姿勢で円運動をする。Ｚ方向に見てモータ５０の回転軸線Ｏ上の第１試験片７１の位置は、ベース板１０上において変化せず、第１試験片７１の第２試験片７２上の軌跡は、図８において実線Ｔ１～Ｔ３で示すように、円を成す。第２試験片７２は、Ｙ軸テーブル３１において、第１試験片７１の軌跡が描く円よりも広い範囲に載置される。

第２試験片７２がＹ軸テーブル３１とともにベース板１０に対して円運動するのに対し、第１試験片７１は、ベース板１０に対して、水平な方向には同一の位置を保つ。第１試験片７１は、この状態でＺ方向に移動し、第２試験片７２に押し付けられるので、第２試験片７２がＹ軸テーブル３１上にあるとき、第１試験片７１と第２試験片７２との間には、第２試験片７２が円運動をすることによる摩擦が生じる。

図８に示すように、Ｘ軸テーブル２１のＸ方向の長さは、Ｙ軸テーブル３１のＸ方向の幅寸法よりも長く設定される。したがってＸ軸テーブル２１の一部はＹ軸テーブル３１からＺ方向に露出している。Ｘ軸テーブル２１の上面のうち、Ｙ軸テーブル３１の可動域から常に露出しているこの領域を、露出領域Ｇと称する。図８では、露出領域Ｇを斜線で表している。

次に、第２試験片７２を直線運動させて、摩擦係数を測定する場合について説明する。
図９は、Ｘ軸テーブル２１の上面に第２試験片７２を載置した状態を示す。図９と図１とを比較すると分かるように、図９に示す状態におけるベース板１０と、トップ板４３と、支柱４４と、シリンダ４１との位置関係は、図１に示す状態と同様である。これに対し、図９に示す状態において、ベース板１０に対するモータ５０、ＸＹテーブル２３０、およびクランクシャフト６０の位置は、図１に示す状態よりもＸ＋側に移動している。図９に示す状態においてシリンダ４１は、Ｘ軸テーブル２１の露出領域Ｇの上方に位置している。

図１０は、図９に示す状態において、モータ５０の出力軸が回転するときの、ベース板１０上におけるＸＹテーブル２３０の動きを表す平面図である。図１０では、クランクシャフト６０の上端部６１が点Ａ、点Ｂ、点Ｃ、および点Ｄに位置するときの平面図を並べて表示している。またピストンロッド４２の鉛直下方に位置する露出領域Ｇ上の点を、点Ｆとして示している。第２試験片７２は、露出領域Ｇ上に載置され、第１試験片７１は、露出領域Ｇ上の点Ｆの位置に載置される。クランクシャフト６０の上端部６１が点Ａに位置するとき、ＸＹテーブル２３０は移動範囲の最もＸ＋側に位置しており、したがって第２試験片７２は、露出領域Ｇ上の点Ｆの移動範囲のうち、最もＸ－側に位置する。この状態から上端部６１が、点Ｂに移動すると、Ｙ軸テーブル３１がＹ＋の向きに移動するとともに、Ｘ軸テーブル２１は、Ｙ軸レール３２によって押されて、Ｙ軸テーブル３１とともにＸ－の向きに移動する。これによって第２試験片７２は、相対的に露出領域Ｇ上をＸ＋に移動する。上端部６１が点Ａから点Ｂに移動したことによって、Ｘ軸テーブル２１が移動した距離は、上端部６１の軌跡が成す円周Ｅの、半径Ｒに等しい。図１０において、上端部６１が点Ａから点Ｂに至るまでに、点Ｆの位置にある第１試験片７１が露出領域Ｇ上を移動した軌跡を、実線Ｔ５で表す。

クランクシャフト６０の上端部６１が、移動範囲の最もＹ＋側の位置、点Ｂにある状態から、上端部６１が、点Ｃに移動すると、Ｙ軸テーブル３１がＹ－の向きに移動するとともに、Ｘ軸テーブル２１は、Ｙ軸レール３２によって押されて、Ｙ軸テーブル３１とともにＸ－の向きに移動する。これによって第２試験片７２は、相対的に露出領域Ｇ上をＸ＋の向きに移動する。上端部６１から点Ｂから点Ｃに移動したことによって、Ｘ軸テーブル２１が移動した距離は、上端部６１の軌跡が成す円周Ｅの、半径Ｒに等しい。図１０において、上端部６１が点Ａから点Ｂを経て点Ｃに至るまでに、点Ｆの位置にある第１試験片７１が露出領域Ｇ上を移動した軌跡を、実線Ｔ６で表す。

クランクシャフト６０の上端部６１が、点Ａ、点Ｂ、点Ｃ、および点Ｄのうち、最もＸ－側の位置、点Ｃにある状態から、上端部６１が点Ｄに移動すると、Ｙ軸テーブル３１がＹ－の向きに移動するとともに、Ｘ軸テーブル２１は、Ｙ軸レール３２によって押されて、Ｙ軸テーブル３１とともにＸ＋の向きに移動する。これによって第２試験片７２は、相対的に露出領域Ｇ上をＸ－の向きに移動する。上端部６１が点Ｃから点Ｄに移動したことによって、Ｘ軸テーブル２１が移動した距離は、上端部６１の軌跡が成す円周Ｅの、半径Ｒに等しい。図１０において、上端部６１が点Ａから点Ｂおよび点Ｃを経て点Ｄに至るまでに、点Ｆの位置にある第１試験片７１が露出領域Ｇ上を移動した軌跡を、実線Ｔ７で表す。

クランクシャフト６０の上端部６１が、移動範囲の最もＹ－側の位置、点Ｄにある状態から、上端部６１が、点Ａに移動すると、Ｙ軸テーブル３１がＹ＋の向きに移動するとともに、Ｘ軸テーブル２１は、Ｙ軸レール３２によって押されて、Ｙ軸テーブル３１とともにＸ＋の向きに移動する。これによって第２試験片７２は、相対的に露出領域Ｇ上をＸ－の向きに移動する。上端部６１が点Ｄから点Ａに移動したことによって、Ｘ軸テーブル２１が移動した距離は、上端部６１の軌跡が成す円周Ｅの、半径Ｒに等しい。

第２試験片７２がＸ軸テーブル２１とともにＸ方向に延びる線分上を移動するのに対し、第１試験片７１は、ベース板１０に対して、水平な方向には同一の位置を保つ。第１試験片７１は、この状態でＺ方向に移動し、第２試験片７２に押し付けられるので、第２試験片７２がＸ軸テーブル２１の露出領域Ｇ上にあるとき、第１試験片７１と第２試験片７２との間には、第２試験片７２が直線運動をすることによる摩擦が生じる。

図９および図１０に示す状態において、モータ５０の出力軸５１は、Ｙ軸テーブル３１の下方に位置する。このとき、ピストンロッド４２は、Ｘ軸テーブル２１の露出領域Ｇの上方に位置する。このときのモータ５０が設置される領域を、第２領域１４ｂと称する。ベース板１０には、図１０においてクランクシャフト６０の上端部６１の軌跡が成す円周Ｅを内包する領域に、円周Ｅよりも大きな第１貫通孔１４が形成されている。第１領域１４ａと第２領域１４ｂとを含む範囲に形成される第１貫通孔１４は、第１領域１４ａから第２領域１４ｂまでのＸ方向において、連続的に形成される。これによってベース板１０には、クランクシャフト６０がＹ軸テーブル３１の裏面部とモータ５０の出力軸５１とを接続した状態のまま、Ｘ方向に移動可能となる。

図８および図１０に示すように、Ｘ軸テーブル２１に形成される第２貫通孔２４は、クランクシャフト６０の上端部６１が移動するＹ方向の範囲を含み、この範囲よりもＹ方向に大きな範囲に形成される。これによってクランクシャフト６０の上端部６１は、上端部６１が最もＹ＋側に位置するときにも、最もＹ－側に位置するときにも、常にＸ軸テーブル２１の第２貫通孔２４内に位置することができる。これに対し、Ｘ軸テーブル２１の第２貫通孔２４の、Ｘ方向の内寸は、クランクシャフト６０がＹ軸テーブル３１の裏面部とモータ５０の出力軸５１とを接続するように、クランクシャフト６０を配置できる内寸であれば良い。したがって第２貫通孔２４のＸ方向の内寸は、少なくとも上端部６１をＹ軸テーブル３１の裏面部に取付けているベアリング６２の直径よりも、大きく設定される。逆に、第２貫通孔２４のＸ方向の内寸の上限については限定しない。Ｘ軸テーブル２１がモータ５０の出力軸５１の回転によって直線運動するとき、Ｘ軸テーブル２１はＹ軸レール３２によって押されて移動するので、Ｘ軸テーブル２１にＸ方向にどのような内寸を有する第２貫通孔２４が形成されても、Ｙ軸レール３２が設置でき、充分な大きさの露出領域Ｇが形成できれば良い。図８および図１０には、Ｙ方向に長く形状に形成される第２貫通孔２４を図示している。

次に、摩擦係数測定方法について説明する。
図１１および図１２は、摩擦係数測定方法において、第１試験片７１と、円運動する第２試験片７２との間の摩擦係数を測定する各工程を表すフローチャートである。本処理の開始前に、第１試験片７１はピストンロッド４２の下端部に取付け、第２試験片７２は、Ｙ軸テーブル３１の上面に載置しておく。まず、モータ設置工程Ａにおいて、モータ５０を第１領域１４ａの下方に設置する（ステップＳＴ１ａ）。このときピストンロッド４２の鉛直下方にＹ軸テーブル３１およびモータ５０が位置する。次に、荷重計９０による垂直抗力および摩擦力の測定を開始する（ステップＳＴ２）。次に、シリンダ４１によってピストンロッド４２を下降させる（ステップＳＴ３）。

次に、ピストンロッド４２によって第１試験片７１が第２試験片７２に押し付けられたか否かの判断を行う（ステップＳＴ４）。この判断では、荷重計９０によって検出される垂直抗力が増大したときに、ピストンロッド４２によって第１試験片７１が第２試験片７２に押し付けられたと判断する。この判断は制御部１２２が行う。荷重計９０によって検出される垂直抗力が増大していなければ、ステップＳＴ３に戻り、シリンダ４１によるピストンロッド４２の下降を続け、再びステップＳＴ４における判断を繰り返す。

第１試験片７１が第２試験片７２に押し付けられると、２軸倣い機構４５によって第１試験片７１の姿勢が自動的に調整され、第１試験片７１と第２試験片７２との接触面が互いに平行となる。ステップＳＴ４において、垂直抗力が増大すると第１試験片７１が第２試験片７２に押し付けられたと判断し、ステップＳＴ５に移行し、ピストンロッド４２を上昇させることによって、第１試験片７１と第２試験片７２との接触を解除する。なお、ステップＳＴ３のピストンロッド下降からステップＳＴ５のピストンロッド上昇までの各工程は、省略可能である。

次に、モータ５０の回転を開始して回転数を増加させる（ステップＳＴ６）。次にモータの回転数の検出を行い、モータ回転数についての判断を行う。この判断では、モータの回転数が設定値に達したか否かを判断する（ステップＳＴ７）。この判断は制御部１２２が行う。ステップＳＴ７において、モータの回転数が設定値に達していないと判断されると、ステップＳＴ６に戻り、モータの回転数を設定値にまで増加させる。ステップＳＴ７において、モータの回転数が設定値に達したと判断されると、次に、ピストンロッド４２を再び下降させる（ステップＳＴ８）。

次に、垂直抗力についての判断を行う。この判断では、第１試験片７１から第２試験片７２に付与される垂直抗力の大きさを荷重計９０によって検出し、検出結果が垂直抗力についての設定目標値に達したか否かを判断する（ステップＳＴ９）。この判断は制御部１２２が行う。ステップＳＴ９において垂直抗力の大きさが設定目標値に達していないと判断されると、ステップＳＴ８のピストンロッドの再下降に戻る。ステップＳＴ９において垂直抗力の大きさが設定目標値に達したと判断されると、次に、垂直抗力の大きさを一定に保つ制御を行う（図１２のステップＳＴ１０）。

次に、荷重計９０の結果から、摩擦係数を演算部１２１において算出する（ステップＳＴ１１）。荷重計９０は、第１試験片７１および第２試験片７２の間の垂直抗力の大きさと、水平な方向における摩擦力とを同時に測定できるので、摩擦係数は、荷重計９０が示した値から算出できる。第１試験片７１および第２試験片７２の間の垂直抗力の大きさをＦｚ、Ｘ方向の摩擦力の大きさをＦｘ、Ｙ方向の摩擦力の大きさをＦｙとし、ＦｘおよびＦｙの合力の大きさをＦｘｙとすると、Ｆｘｙは次の式（１）で与えられる。
Ｆｘｙ＝（Ｆｘ＾２＋Ｆｙ＾２）＾（１／２）・・・（１）
摩擦係数をμとすると、μは次の式（２）で表される。
μ＝Ｆｘｙ／Ｆｚ・・・ （２）
荷重計９０では、ＦｚおよびＦｘｙを測定できるので、式（２）から摩擦係数μを求めることができる。また第１試験片７１と第２試験片７２との摩擦力が等方的であるならば、Ｆｘ＝Ｆｙとなるので、ＦｘおよびＦｙも式（１）から求めることができる。

シリンダ４１によってピストンロッド４２を押し出す力の大きさは、第１試験片７１および第２試験片７２の間の垂直抗力の大きさに反映されるので、シリンダ４１がピストンロッド４２を押し出す力の大きさについては目標値が定められ、力制御とするけれども、測定条件によっては、ピストンロッド４２のＺ方向の位置について目標値を定めた位置制御としても良い。

ステップＳＴ１１の演算工程で算出された摩擦係数は、制御装置１２０に設けられる記録部１２３に記録する（ステップＳＴ１２）。第１試験片７１および第２試験片７２の互いの接触面は、摩擦が生じることによって状態が変化することが予想される。例えば、表面部を成す塗料の剥がれ、摩擦熱による焼き付き、表面部の摩耗などが生じる可能性がある。したがって摩擦係数は、時間の経過に伴って変化する場合があるので、制御装置１２０は、摩擦係数の経時変化を記録部１２３に記録していく。

次に、ステップＳＴ１１の演算工程で算出した摩擦係数の大きさが、設定上限値以下であるか否かを判断する（ステップＳＴ１３）。この判断は制御部１２２が行う。例えば、第１試験片７１と第２試験片７２との間に、摩擦熱による焼き付きが生じると、摩擦係数が急激に増大する場合がある。このような状態になって以降は、第１試験片７１および第２試験片７２の互いの接触面は初期の状態で無くなるので、摩擦係数測定装置１００による摩擦係数の測定を停止する。摩擦係数についての判断は、このような判断を行うために実施される。

ステップＳＴ１３の摩擦係数判断において、摩擦係数の大きさが設定上限値を超えたと判断されると（ステップＳＴ１３－Ｎｏ）、ピストンロッド４２を上昇させることによって第１試験片７１および第２試験片７２の互いの接触を解除する（ステップＳＴ１５）。逆に、ステップＳＴ１３で摩擦係数の大きさが、設定上限値以下であると判断されると（ステップＳＴ１３－Ｙｅｓ）、ステップＳＴ９の垂直抗力判断において垂直抗力が設定目標値に達したと判断されて以降の継続時間を計測し、この継続時間が設定時間以下であるか否かを判断する（ステップＳＴ１４）。この判断は制御部１２２が行う。

ステップＳＴ１４の継続時間判断において、継続時間が設定時間以下であると判断されると（ステップＳＴ１４－Ｙｅｓ）、ステップＳＴ１０の垂直抗力制御に戻り、演算工程（ステップＳＴ１１）、結果記録工程（ステップＳＴ１２）、摩擦係数判断（ステップＳＴ１３）および継続時間判断（ステップＳＴ１４）を繰り返す。逆に、ステップＳＴ１４の継続時間判断において、継続時間が設定時間を超えたと判断されると（ステップＳＴ１４－Ｎｏ）、ピストンロッド４２を上昇させることによって第１試験片７１および第２試験片７２の互いの接触を解除する（ステップＳＴ１５）。その後、モータ５０による出力軸５１の回転を停止する（ステップＳＴ１６）。

図１１に示す各段階のうち、荷重計９０による測定開始（ステップＳＴ２）は、特許請求の範囲における第１測定工程である（ステップＭ１）。ピストンロッド下降（ステップＳＴ３）、ピストンロッド当接判断（ステップＳＴ４）、ピストンロッド上昇（ステップＳＴ５）と、その後のピストンロッド再下降（ステップＳＴ８）、垂直抗力判断（ステップＳＴ９）、および図１２の垂直抗力制御（ステップＳＴ１０）は、Ｙ軸テーブル３１の上方においてＺ軸駆動部４０を駆動する第１駆動工程（ステップＷ１）である。図１１のモータ回転数増加（ステップＳＴ６）、およびモータ回転数判断（ステップＳＴ７）は、モータ５０を駆動する第３駆動工程（ステップＷ３）である。また図１２において点線枠Ｗ４で示す演算工程（ステップＳＴ１１）は、特許請求の範囲においても演算工程と記載している。

図１３および図１４は、摩擦係数測定方法において、第１試験片７１と、直線運動する第２試験片７２との間の摩擦係数を測定する各工程を表すフローチャートである。本処理の開始前に、第１試験片７１はピストンロッド４２の下端部に取付け、第２試験片７２は、Ｘ軸テーブル２１の露出領域Ｇに載置しておく。まずモータ設置工程Ｂに移行し、モータ５０を第１貫通孔１４の第２領域１４ｂの下方に設置する（ステップＳＴ１ｂ）。次に、荷重計９０による垂直抗力および摩擦力の測定を開始する（ステップＳＴ２）。図１３において示す測定開始（ステップＳＴ２）以降の各段階は、図１１に示す測定開始（ステップＳＴ２）以降の各段階と同様である。

図１１および図１２と、図１３および図１４との違いを説明する。図１１および図１２のフローチャートでは図１に示す状態の摩擦係数測定装置１００を用いる。これに対し、図１３および図１４のフローチャートでは図９に示す状態の摩擦係数測定装置１００を用いる。したがって、図１３に示す各段階のうち、荷重計９０による測定開始（ステップＳＴ２）は、特許請求の範囲における第２測定工程（ステップＭ２）である。また図１３におけるピストンロッド下降（ステップＳＴ３）、ピストンロッド当接判断（ステップＳＴ４）、ピストンロッド上昇（ステップＳＴ５）と、その後のピストンロッド再下降（ステップＳＴ８）、垂直抗力判断（ステップＳＴ９）、および図１４の垂直抗力制御（ステップＳＴ１０）は、Ｘ軸テーブル２１の上方においてＺ軸駆動部４０を駆動する第２駆動工程（ステップＷ２）である。図１３のモータ回転数増加（ステップＳＴ６）、およびモータ回転数判断（ステップＳＴ７）は、モータ５０を駆動する第３駆動工程（ステップＷ３）である。また図１４において点線枠Ｗ４で示す演算工程（ステップＳＴ１１）は、特許請求の範囲においても演算工程と記載している。

実施の形態１による摩擦係数測定装置１００および摩擦係数測定方法によれば、モータ５０の出力軸５１は、クランクシャフト６０を介してＹ軸テーブル３１に接続されるので、モータ５０の出力軸５１が回転すると、Ｙ軸テーブル３１は円運動し、Ｘ軸テーブル２１はＸ方向にのみ直線運動する。Ｘ軸テーブル２１は、Ｙ軸テーブル３１の可動域からＺ方向に露出する露出領域Ｇを有するので、Ｙ軸テーブル３１の上面と、Ｘ軸テーブル２１の露出領域Ｇとに第２試験片７２を配置できる。またＺ軸駆動部４０は、Ｙ軸テーブル３１の上面に載置された第２試験片７２の上方と、Ｘ軸テーブル２１の露出領域Ｇに載置された第２試験片７２の上方とにおいて、ピストンロッド４２を駆動可能であるので、第２試験片７２が円運動する状態と直線運動する状態とを１つのモータ５０によって実現し、それぞれの動きにおいて第２試験片７２に第１試験片７１を押し付け、第１試験片７１および第２試験片７２の間の摩擦係数を測定できる。

また実施の形態１による摩擦係数測定装置１００および摩擦係数測定方法によれば、モータ５０の出力軸５１をピストンロッド４２の鉛直下方に設置することも可能であり、またＸ軸テーブル２１の露出領域Ｇがピストンロッド４２の鉛直下方に位置するときのＹ軸テーブル３１の下方に、モータ５０の出力軸５１を設置することも可能であるので、Ｚ軸駆動部４０に対するモータ５０の位置を変更できる。したがって、互いに異なる２ヶ所にＺ軸駆動部を設ける必要がない。

また実施の形態１による摩擦係数測定装置１００および摩擦係数測定方法によれば、ベース板１０に形成される第１貫通孔１４は、第１領域１４ａから第２領域１４ｂまで連続的に形成されるので、モータ５０の出力軸５１とＹ軸テーブル３１とを接続しているクランクシャフト６０をはずすことなく、モータ５０を第１領域１４ａの下方と第２領域１４ｂの下方とに移動させることができる。したがって、第２試験片７２が円運動する状態と、第２試験片７２が直線運動する状態とを切り替えることが容易になる。

また実施の形態１による摩擦係数測定装置１００および摩擦係数測定方法によれば、ピストンロッド４２の下端部には、２軸倣い機構４５が設けられるので、第１試験片７１の傾きを２軸倣い機構４５によって調整できる。第１試験片７１を、２軸倣い機構４５を介して第２試験片７２に押し付けることによって、第１試験片７１の下面を、第２試験片７２の上面に対して平行にすることができる。したがって、第１試験片７１および第２試験片７２が互いに面で接触する状態で摩擦係数を測定でき、２軸倣い機構４５を用いない場合に比べて再現性が高く、高い精度での摩擦係数の測定が可能になる。

また実施の形態１による摩擦係数測定装置１００および摩擦係数測定方法によれば、測定部は、荷重計９０であるので、荷重計９０の測定結果から、摩擦係数を測定できる。

なお、第１貫通孔１４の第１領域１４ａおよび第２領域１４ｂは、連続的に形成されるものとしたけれども、第１領域１４ａと、第２領域１４ｂとが分離して形成されていても良い。

実施の形態２．
次に、実施の形態２を図に基づいて以下に説明する。実施の形態２は、先に説明した実施の形態１に類似しており、以下、実施の形態１に対する実施の形態２の相違点を中心に説明する。

図１５は、第２試験片７２をＹ軸テーブル３１に載置したときの摩擦係数測定装置２００の構成を、側方から見た断面図である。図１６は、第２試験片７２をＸ軸テーブル２１の露出領域Ｇに載置したときの摩擦係数測定装置２００の構成を、側方から見た断面図である。実施の形態１では、荷重計９０をピストンロッド４２の下端部に２軸倣い機構４５を介して取付けたのに対し、実施の形態２において荷重計９０は、ＸＹテーブル２３０に載置され、第２試験片７２が荷重計９０の上面に載置される。図１５に示す配置では、Ｙ軸テーブル３１の上面に荷重計９０が載置され、図１６に示す配置では、Ｘ軸テーブル２１の露出領域Ｇに荷重計９０が配置される。

図１５に示す状態と図１６に示す状態とに共通して、第１試験片７１は、ピストンロッド４２の下端部に取付けられた２軸倣い機構４５の下面、具体的には第２傾斜板４５２の下面に取付けられる。ベース板１０に対し、Ｚ軸駆動部４０のＸ方向およびＹ方向の位置は、図１５においても図１６においても同じである。これに対し、第２試験片７２を、図１５に示す配置と、図１６に示す配置とでは、モータ５０の取付け位置が異なる。ベース板１０に対するモータ５０の取付け位置を変更することによって、第２試験片７２にＹ軸テーブル３１上で円運動させるか、またはＸ軸テーブル２１の上で直線運動をさせるかを選択する点については、実施の形態１と同様である。

荷重計９０には、ピストンロッド４２の下端部において第２傾斜板４５２（図７参照）の下面に取付け容易な大きさのものから、これよりも大きく、第２傾斜板４５２には取付け困難な大きさのものまである。荷重計９０をＹ軸テーブル３１、またはＸ軸テーブル２１の上面に載置することによって、どのような大きさの荷重計９０をも使用できるので、汎用性の高い摩擦係数測定装置２００とすることができる。

実施の形態２による摩擦係数測定装置２００によれば、荷重計９０はＸＹテーブル２３０に載置されるので、荷重計９０が第２傾斜板４５２の下面には取付け困難なほど大きなものであっても、荷重計９０を使用できる。したがって汎用性の高い摩擦係数測定装置２００とすることができる。

実施の形態３．
次に、実施の形態３を図に基づいて以下に説明する。実施の形態３は、先に説明した実施の形態１に類似しており、以下、実施の形態１に対する実施の形態３の相違点を中心に説明する。

図１７は、第２試験片７２をＹ軸テーブル３１に載置したときの摩擦係数測定装置３００の構成を、側方から見た断面図である。図１８は、第２試験片７２をＸ軸テーブル２１の露出領域Ｇに載置したときの摩擦係数測定装置３００の構成を、側方から見た断面図である。実施の形態１および実施の形態２では、測定部として荷重を直接的に測定する荷重測定部、具体的には荷重計９０を設けたのに対し、実施の形態３では、シリンダ４１の駆動電流およびモータ５０の駆動電流から、第１試験片７１および第２試験片７２の間の、垂直抗力および摩擦力を測定する。

測定部は、シリンダ４１に流れる電流を測定するシリンダ電流測定部９４と、モータ５０に流れる電流を測定するモータ電流測定部９５とを有する。以下、シリンダ４１に流れる電流をシリンダ電流と称し、モータ５０に流れる電流をモータ電流と称する。シリンダ電流は第１試験片７１および第２試験片７２の間の垂直抗力を示す情報であり、モータ電流は第１試験片７１および第２試験片７２の間の摩擦力を示す情報である。シリンダ電流測定部９４およびモータ電流測定部９５による測定結果の情報は演算部３２１に送られ、演算部３２１によって電流値から垂直抗力または摩擦力に変換する。

図１９は、事前の試験結果として得られたもので、電流値を垂直抗力に換算するときの基準を表す表である。図２０は、図１９の表をグラフ化した図である。図２１は、図１９と同じく、事前の試験結果として得られたもので、電流値を「ＦｘおよびＦｙの合力と、クランクシャフト６０の上端部６１の偏心量との積」に換算するときの基準を表す表である。図２２は、図２１の表をグラフ化した図である。図２０に示す関係も、図２２に示す関係も、原点を通る比例関係にあるので、この線形の関係から、内挿あるいは外挿して、電流値をそれぞれ垂直抗力、あるいは「ＦｘおよびＦｙの合力と、クランクシャフト６０の上端部６１の偏心量との積」に換算する。図２１および図２２に示す「ＦｘおよびＦｙの合力と、クランクシャフト６０の上端部６１の偏心量との積」のうち、クランクシャフト６０の上端部６１の偏心量は、予め決まっている値なので、図２０に基づく線形の関係から、ＦｘおよびＦｙの合力の大きさとして、摩擦力の大きさを求めることができる。

次に、摩擦係数測定方法について説明する。
図２３および図２４は、摩擦係数測定方法において、第１試験片７１と、円運動する第２試験片７２との間の摩擦係数を測定する各工程を表すフローチャートである。本処理の開始前に、第１試験片７１はピストンロッド４２の下端部に取付け、第２試験片７２は、Ｙ軸テーブル３１の上面に載置しておく。図２３に示すモータ設置工程Ａ（ステップＳＴ１ａ）は、実施の形態１と同様である。次にシリンダ電流測定部９４によるシリンダ電流の測定を開始する（ステップＳＴ３２）。次のピストンロッド下降（ステップＳＴ３）は、実施の形態１と同様である。

次に、ピストンロッドの当接について判断行う。ここでは、シリンダ電流測定部９４によって検出されるシリンダ電流が増大したときに、ピストンロッド４２によって第１試験片７１が第２試験片７２に押し付けられたと判断する（ステップＳＴ３４－Ｙｅｓ）。この判断は制御装置３２０内の制御部３２２が行う。第１試験片７１が第２試験片７２に押し付けられると、２軸倣い機構４５によって第１試験片７１の姿勢が自動的に調整され、第１試験片７１と第２試験片７２との接触面が互いに平行となる。次のピストンロッドの上昇（ステップＳＴ５）は、実施の形態１と同様である。

次に、モータ電流測定部９５によるモータ電流の測定を開始する（ステップＳＴ３６）。この工程は、特許請求の範囲における第１測定工程（ステップＭ１）の一部である。次に、モータ５０の回転を開始して回転数を増加させる（ステップＳＴ６）。この工程と、次のステップＳＴ７においてモータ５０の回転数を判断する工程と、次のステップＳＴ８においてピストンロッドを再び下降させる工程とは、実施の形態１と同様である（図１１参照）。

次に、垂直抗力についての判断を行う。この判断では、第１試験片７１から第２試験片７２に付与される垂直抗力の大きさを、シリンダ電流測定部９４によって測定し、シリンダ電流から求められる垂直抗力の大きさが、設定目標値に達したか否かを判断する（ステップＳＴ３９）。具体的には垂直抗力の大きさが設定目標値となるときの電流値を目標電流値とし、シリンダ電流が目標電流値に達したか否かを制御部３２２によって判断しても良いし、シリンダ電流測定部９４で測定した結果の電流値から、演算部３２１が垂直抗力を算出し、算出された垂直抗力が設定目標値に達したか否かを制御部３２２によって判断しても良い。ステップＳＴ３９の垂直抗力判断において垂直抗力の大きさが設定目標値に達していないと判断されると（ステップＳＴ３９－Ｎｏ）、ステップＳＴ８のピストンロッドの再下降に戻る。ステップＳＴ３９の垂直抗力判断において垂直抗力の大きさが設定目標値に達したと判断されると（ステップＳＴ３９－Ｙｅｓ）、垂直抗力の大きさを一定に保つ制御を行う（図２４のステップＳＴ１０）。

ステップＳＴ１０の垂直抗力制御は、実施の形態１と同様である。次にステップＳＴ４１の演算工程に移行し、シリンダ電流の値と、モータ電流の値と、クランクシャフト６０の上端部６１の偏心量とから、摩擦係数を演算部３２１において算出する。次にステップＳＴ１２の結果記録工程に移行する。ステップＳＴ１２の結果記録工程からステップＳＴ１６のモータ停止までは、実施の形態１と同様である。

実施の形態３における摩擦係数測定方法において、第２試験片７２を円運動ではなく、直線運動させて摩擦係数を測定するときには、実施の形態１におけるモータ設置工程Ｂ（ステップＳＴ１ｂ）と同様の処理を行う。すなわち、モータ５０を第１貫通孔１４の第２領域１４ｂの下方に設置する。次に、図２３のステップＳＴ３２と同様に、シリンダ電流の測定を開始する。ステップＳＴ３２の測定開始以降の処理は、第１試験片７１および第２試験片７２が露出領域Ｇの上方に配置されていることを除き、図２３および図２４で示す処理と同様である。

実施の形態３による摩擦係数測定装置３００および摩擦係数測定方法によれば、測定部は、シリンダ電流測定部９４とモータ電流測定部９５とを有する。演算部３２１は、シリンダ電流測定部９４の測定結果から垂直抗力を算出し、モータ電流測定部９５の測定結果から摩擦力を算出する。したがって、第１試験片７１および第２試験片７２の間の、垂直抗力および摩擦力の大きさを、シリンダ電流とモータ電流とに基づいて求めることができる。したがって、垂直抗力および摩擦力の大きさを直接的に測定する荷重計９０を省略することができる。したがって、荷重計９０を設ける場合に比べて、簡単な構成の摩擦係数測定装置を実現できる。

実施の形態４．
次に、実施の形態４を図に基づいて以下に説明する。実施の形態４は、先に説明した実施の形態１に類似しており、以下、実施の形態１に対する実施の形態４の相違点を中心に説明する。

図２５は、摩擦係数測定装置４００の構成を側方から見た断面図である。実施の形態４におけるＺ軸駆動部４０は、２機、設けられる。このうち一方のＺ軸駆動部４０ａは、モータ５０の回転軸線Ｏの上方に設けられ、シリンダ４１ａがピストンロッド４２ａを回転軸線Ｏ上で駆動する。他方のＺ軸駆動部４０ｂは、Ｘ軸テーブル２１の露出領域Ｇの上方に設けられ、シリンダ４１ｂがピストンロッド４２ｂを露出領域Ｇの上方で駆動する。Ｚ軸駆動部４０ａ、４０ｂのピストンロッド４２ａ、４２ｂの下端部には、それぞれ荷重計９０ａ、９０ｂが取付けられている。

２機のＺ軸駆動部４０ａ、４０ｂを設けるので、実施の形態１のように、モータ５０を第１領域１４ａと第２領域１４ｂとの間で移動させる必要はない。したがって、ベース板１０の第１貫通孔４１４は、円形で良く、実施の形態１のようにＸ方向に長い形状に形成することは必要ない。

実施の形態４による摩擦係数測定装置４００によれば、Ｚ軸駆動部４０ａ、４０ｂは、Ｙ軸テーブル３１の上方と、Ｘ軸テーブル２１の露出領域Ｇの上方とに設けられるので、円運動に関する摩擦係数と直線運動に関する摩擦係数とを同時に測定できる。また２機のＺ軸駆動部４０を有するので、モータ５０を移動させる必要がない。

実施の形態５．
次に、実施の形態５を図に基づいて以下に説明する。実施の形態５は、先に説明した実施の形態４に類似しており、以下、実施の形態４に対する実施の形態５の相違点を中心に説明する。

図２６は、摩擦係数測定装置５００の構成を、側方から見た断面図である。実施の形態４では、ピストンロッド４２の下端部に、２軸倣い機構４５を介して荷重計９０ａ、９０ｂを取付けたけれども、実施の形態５において荷重計９０ａ、９０ｂは、Ｙ軸テーブル３１上面およびＸ軸テーブル２１の露出領域Ｇに設けられる。

実施の形態５による摩擦係数測定装置５００によれば、荷重計９０は、ＸＹテーブル２３０に載置されるので、荷重計９０ａ、９０ｂが第２傾斜板４５２（図７参照）の下面には取付け困難なほど大きなものであっても、荷重計９０ａ、９０ｂを使用できる。したがって、汎用性の高い摩擦係数測定装置５００とすることができる。

また実施の形態５による摩擦係数測定装置によれば、Ｚ軸駆動部４０ａ、４０ｂは、Ｙ軸テーブル３１の上方と、Ｘ軸テーブル２１の露出領域Ｇの上方とに設けられるので、２箇所において異なる動きをする、第２試験片７２に第１試験片７１を押し付けて、それぞれの摩擦係数を同時に測定できる。また２機のＺ軸駆動部４０ａ、４０ｂを有するので、モータ５０を移動させる必要がない。

なお、実施の形態１および実施の形態３の摩擦係数測定方法において、ステップＳＴ１０における垂直抗力の制御は、垂直抗力の大きさを一定に保つ制御を例に説明したけれども、これに限定するものではない。垂直抗力の制御は、垂直効力の大きさについての目標値を時間の経過に伴って変化させ、測定結果としての垂直抗力を目標値に追従させる制御としても良い。

また実施の形態１および実施の形態３の摩擦係数測定方法において、処理の終了させるときに、摩擦係数の大きさが設定上限値を超える場合、および継続時間が設定時間を超える場合の、少なくともいずれか一方の場合に処理を終了すべきと判断したけれども、温度の上昇を以て測定を停止しても良い。第１試験片７１の温度としての設定温度を予め定め、摩擦熱の発生によって、熱電対９１の測定結果が設定温度を超えた場合にも、摩擦係数の超過および継続時間の超過と同様に、処理を終了すべきと判断しても良い。

本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。

１０ ベース板、１１ 載置面、１４，４１４ 第１貫通孔、１４ａ 第１領域、
１４ｂ 第２領域、２１ Ｘ軸テーブル、２２ Ｘ軸レール、２４ 第２貫通孔、
３１ Ｙ軸テーブル、３２ Ｙ軸レール、４０，４０ａ，４０ｂ Ｚ軸駆動部、
４１，４１ａ，４１ｂ シリンダ、４２，４２ａ、４２ｂ ピストンロッド、
４３ トップ板、４４ 支柱、４５ ２軸倣い機構、４６ 案内部材、
４７ 第１サーボアンプ、４８ 第２サーボアンプ、５０ モータ、５１ 出力軸、
６０ クランクシャフト、６１ 上端部、６２ ベアリング、７１ 第１試験片、
７２ 第２試験片、８１ 第１回転軸、８２ 第２回転軸、
９０，９０ａ，９０ｂ 荷重計、９１ 熱電対、９４ シリンダ電流測定部、
９５ モータ電流測定部、１００，２００，３００，４００，
５００ 摩擦係数測定装置、１２０，３２０ 制御装置、１２１，３２１ 演算部、
１２２，３２２ 制御部、２３０ ＸＹテーブル、４５０ 水平板、
４５１ 第１傾斜板、４５２ 第２傾斜板、Ｇ 露出領域、Ｏ 回転軸線。

Claims (10)

1. 鉛直方向をＺ方向とし、水平な一方向をＸ方向とし、前記Ｘ方向に垂直かつ水平な方向をＹ方向とし、
   第１試験片を前記Ｚ方向に移動させ、第２試験片を前記Ｘ方向および前記Ｙ方向を含む面内で移動させ、前記第１試験片を前記第２試験片に対して押圧したときの、前記第１試験片と前記第２試験片との間の摩擦係数を測定する摩擦係数測定装置において、
   上面に載置面が形成され、前記Ｚ方向に貫通する第１貫通孔が形成される基台と、
   前記載置面上に取付けられるＸＹテーブルと、
   前記ＸＹテーブルの上方に設けられ、前記Ｚ方向に中軸を駆動するＺ軸駆動部と、
   前記第１貫通孔の下方に設けられ、前記Ｚ方向の回転軸線周りに出力軸を回転駆動する回転駆動部と、
   前記回転駆動部の前記出力軸の回転によって上端部が偏心して回転するクランクシャフトと、
   前記第１試験片および前記第２試験片の間の、垂直抗力および摩擦力の大きさを測定する測定部と、
   前記測定部の結果から前記摩擦係数を算出する演算部とを備え、
   前記ＸＹテーブルは、
   前記載置面上に取付けられ、前記Ｚ方向に貫通する第２貫通孔が形成され、前記Ｘ方向にのみ移動するＸ軸テーブルと、
   前記Ｘ軸テーブルの上面に取付けられ、前記Ｘ軸テーブルに対して、前記Ｙ方向にのみ移動するＹ軸テーブルとを有し、
   前記Ｘ軸テーブルの前記第２貫通孔は、前記Ｙ方向において、前記回転駆動部の前記出力軸が回転したときに、前記クランクシャフトの前記上端部が移動するＹ方向の範囲以上に広く形成され、
   前記Ｘ軸テーブルは、前記Ｙ軸テーブルよりも前記Ｘ方向に長く形成され、前記Ｙ軸テーブルの可動域から前記Ｚ方向に露出する露出領域を有し、
   前記クランクシャフトの前記上端部は、前記Ｙ軸テーブルの裏面部に回転自在に取付けられ、
   前記クランクシャフトは、前記Ｙ軸テーブルの前記裏面部と前記回転駆動部の前記出力軸とを、前記第１貫通孔および前記第２貫通孔を経由して接続し、
   前記Ｚ軸駆動部の前記中軸は、前記Ｙ軸テーブルの上面と、前記Ｘ軸テーブルの前記露出領域とにおいて、前記第１試験片を前記第２試験片に対し、押圧可能に設けられる摩擦係数測定装置。
2. 前記回転駆動部は、
   前記Ｚ軸駆動部の前記中軸の下方に設置可能であるとともに、
   前記Ｘ軸テーブルの前記露出領域が前記中軸の下方に位置するときの前記Ｙ軸テーブルの下方に設置可能である請求項１に記載の摩擦係数測定装置。
3. 前記第１貫通孔は、
   前記Ｚ軸駆動部の前記中軸の下方の第１領域から、
   前記Ｘ軸テーブルの前記露出領域が前記中軸の下方に位置するときの前記Ｙ軸テーブルの下方の第２領域まで連続的に形成される請求項２に記載の摩擦係数測定装置。
4. 前記第１試験片は、前記第１試験片を前記第２試験片に面接触する姿勢にする倣い機構を介して、前記中軸の下端部に取り付けられる請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の摩擦係数測定装置。
5. 前記Ｚ軸駆動部は、前記Ｙ軸テーブルの上方と、前記Ｘ軸テーブルの前記露出領域の上方とに設けられる請求項１に記載の摩擦係数測定装置。
6. 前記測定部は、
   前記Ｚ軸駆動部と前記ＸＹテーブルとの間に配置される荷重測定部である請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の摩擦係数測定装置。
7. 前記荷重測定部は、前記ＸＹテーブルに載置される請求項６に記載の摩擦係数測定装置。
8. 前記測定部は、前記Ｚ軸駆動部に流れる電流の大きさと、前記回転駆動部に流れる電流の大きさとを測定し、
   前記演算部は、前記測定部によって測定した前記Ｚ軸駆動部に流れる電流の大きさから、前記第１試験片および前記第２試験片の間の垂直抗力の大きさを算出し、かつ前記測定部によって測定した前記回転駆動部に流れる電流の大きさから、前記第１試験片および前記第２試験片の間の摩擦力の大きさを算出する請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の摩擦係数測定装置。
9. 請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の摩擦係数測定装置を用い、
   前記Ｙ軸テーブルの上方において前記Ｚ軸駆動部を駆動する第１駆動工程と、
   前記Ｘ軸テーブルの前記露出領域の上方において前記Ｚ軸駆動部を駆動する第２駆動工程と、
   前記回転駆動部を駆動する第３駆動工程と、
   前記第１駆動工程および前記第３駆動工程を同時に行うことによって、前記第１試験片および前記第２試験片の間の、垂直抗力および摩擦力の大きさを前記測定部によって測定する第１測定工程と、
   前記第２駆動工程および前記第３駆動工程を同時に行うことによって、前記第１試験片および前記第２試験片の間の、垂直抗力および摩擦力の大きさを前記測定部によって測定する第２測定工程と、
   前記第１測定工程および前記第２測定工程の少なくとも一方の測定工程によって得られた測定結果に基づいて、前記演算部によって前記摩擦係数を算出する演算工程とを有する摩擦係数測定方法。
10. 前記中軸の前記基台側の端部には、倣い機構が設けられ、
    前記第１駆動工程および前記第２駆動工程では、前記倣い機構によって試験片の姿勢を調整する請求項９に記載の摩擦係数測定方法。

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