JPH05332917A - 摩擦・摩耗試験機 - Google Patents
摩擦・摩耗試験機Info
- Publication number
- JPH05332917A JPH05332917A JP13674992A JP13674992A JPH05332917A JP H05332917 A JPH05332917 A JP H05332917A JP 13674992 A JP13674992 A JP 13674992A JP 13674992 A JP13674992 A JP 13674992A JP H05332917 A JPH05332917 A JP H05332917A
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- JP
- Japan
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- load
- moving mechanism
- friction
- screw type
- type moving
- Prior art date
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- Pending
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- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】 試験片（圧子）を介して材料に加える荷重を
微小荷重から大荷重にわたって確実に制御でき、もって
種々の負荷パターンによる負荷下で摩擦・摩耗試験が可
能な試験機を提供する。 【構成】 フィードバック制御する負荷機構を、送りね
じとモータで構成されるねじ式移動機構ａ１と圧電素子
の変位を利用した微小移動機構ａ２とを組み合わせた構
造とするとともに、フィードバック制御系には、偏差の
大小に基づき、制御対象を上記の二つの移動機構のいず
れか一方に切り換える切換手段ｄを設ける。
微小荷重から大荷重にわたって確実に制御でき、もって
種々の負荷パターンによる負荷下で摩擦・摩耗試験が可
能な試験機を提供する。 【構成】 フィードバック制御する負荷機構を、送りね
じとモータで構成されるねじ式移動機構ａ１と圧電素子
の変位を利用した微小移動機構ａ２とを組み合わせた構
造とするとともに、フィードバック制御系には、偏差の
大小に基づき、制御対象を上記の二つの移動機構のいず
れか一方に切り換える切換手段ｄを設ける。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば薄膜やプラスチ
ックなどの材料の摩擦・摩耗特性を評価するのに用いら
れる試験機に関する。
ックなどの材料の摩擦・摩耗特性を評価するのに用いら
れる試験機に関する。
【０００２】
【従来の技術】まず、摩擦試験としては、試験片（例え
ば圧子）を相手材料に接触させて荷重を掛けた状態で、
相手材料と試験片のいずれか一方を移動させ、その移動
の初期に要する力から静摩擦係数を求め、さらに、その
ような移動状態で試験片に作用する移動方向に沿う向き
の力と、試験片に掛けた荷重とから動摩擦係数を求める
方法がある。
ば圧子）を相手材料に接触させて荷重を掛けた状態で、
相手材料と試験片のいずれか一方を移動させ、その移動
の初期に要する力から静摩擦係数を求め、さらに、その
ような移動状態で試験片に作用する移動方向に沿う向き
の力と、試験片に掛けた荷重とから動摩擦係数を求める
方法がある。
【０００３】また、摩耗試験としては、試験片を相手材
料に接触させて荷重を掛けた状態でそのいずれか一方
に、回転あるいは直線運動を与えて相手材料の表面上で
試験片を一定時間だけ摺動させ、その相手材料および試
験片の双方、あるいはいずれか一方の摩耗状態から摩耗
特性を評価する方法がある。
料に接触させて荷重を掛けた状態でそのいずれか一方
に、回転あるいは直線運動を与えて相手材料の表面上で
試験片を一定時間だけ摺動させ、その相手材料および試
験片の双方、あるいはいずれか一方の摩耗状態から摩耗
特性を評価する方法がある。
【０００４】そして、このような摩擦・摩耗特性を評価
する試験機において、試験片を介して相手材料に荷重を
掛ける負荷機構としては、従来、おもりを利用した機構
や送りねじとモータを組み合わせた機構などがある。
する試験機において、試験片を介して相手材料に荷重を
掛ける負荷機構としては、従来、おもりを利用した機構
や送りねじとモータを組み合わせた機構などがある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、おもりを利
用した負荷機構を備えた摩擦・摩耗試験機によれば、試
験中に荷重を変更するなどの荷重制御（負荷パターン制
御）が不可能で、一定荷重による試験しか行えないとい
った欠点がある。
用した負荷機構を備えた摩擦・摩耗試験機によれば、試
験中に荷重を変更するなどの荷重制御（負荷パターン制
御）が不可能で、一定荷重による試験しか行えないとい
った欠点がある。
【０００６】一方、送りねじを利用した負荷機構を備え
た摩擦・摩耗試験機によると、荷重制御は可能である
が、１台の試験機に微小荷重制御と大荷重制御の双方を
兼ね備えることは困難である。すなわち、微小荷重制御
を可能とするために、送りねじとモータの分解能を大き
くすると、大荷重制御が非常に大変な制御となる。
た摩擦・摩耗試験機によると、荷重制御は可能である
が、１台の試験機に微小荷重制御と大荷重制御の双方を
兼ね備えることは困難である。すなわち、微小荷重制御
を可能とするために、送りねじとモータの分解能を大き
くすると、大荷重制御が非常に大変な制御となる。
【０００７】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
もので、試験片を介して相手材料に加える荷重を微小荷
重から大荷重にわたって確実に制御でき、もって種々の
負荷パターンによる負荷下で摩擦・摩耗試験が可能な試
験機を提供することにある。
もので、試験片を介して相手材料に加える荷重を微小荷
重から大荷重にわたって確実に制御でき、もって種々の
負荷パターンによる負荷下で摩擦・摩耗試験が可能な試
験機を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの構成を、図１に示す基本概念図を参照しつつ説明す
ると、本発明は、送りねじとその回転を与えるモータに
よって構成されるねじ式移動機構ａ1 を有し、試験片
（例えば圧子）ｂと相手材料ｗとを相対的に変位させる
負荷機構ａと、その変位によって相手材料ｗに作用する
荷重を検出する荷重検出手段ｃを備え、その荷重検出値
に基づいて、負荷機構ａの駆動をフィードバック制御す
るよう構成された摩擦・摩耗試験機において、負荷機構
ａは、ねじ式移動機構ａ1 に加えて、圧電素子の変位を
利用した微小移動機構ａ2 を組み込んだ構造で、その二
つの移動機構ａ1,ａ2 のいずれか一方の駆動によって上
記の変位を与えるよう構成されているとともに、上記の
フィードバック制御系には、荷重検出値と設定荷重値と
の偏差の基準値に対する大小を判別して、その判別結果
に基づいて制御対象をねじ式移動機構ａ1 もしくは微小
移動機構ａ2 のいずれか一方に切り換える切換手段ｄが
設けられていることによって特徴づけられる。
めの構成を、図１に示す基本概念図を参照しつつ説明す
ると、本発明は、送りねじとその回転を与えるモータに
よって構成されるねじ式移動機構ａ1 を有し、試験片
（例えば圧子）ｂと相手材料ｗとを相対的に変位させる
負荷機構ａと、その変位によって相手材料ｗに作用する
荷重を検出する荷重検出手段ｃを備え、その荷重検出値
に基づいて、負荷機構ａの駆動をフィードバック制御す
るよう構成された摩擦・摩耗試験機において、負荷機構
ａは、ねじ式移動機構ａ1 に加えて、圧電素子の変位を
利用した微小移動機構ａ2 を組み込んだ構造で、その二
つの移動機構ａ1,ａ2 のいずれか一方の駆動によって上
記の変位を与えるよう構成されているとともに、上記の
フィードバック制御系には、荷重検出値と設定荷重値と
の偏差の基準値に対する大小を判別して、その判別結果
に基づいて制御対象をねじ式移動機構ａ1 もしくは微小
移動機構ａ2 のいずれか一方に切り換える切換手段ｄが
設けられていることによって特徴づけられる。
【０００９】
【作用】切換手段ｇの判定に用いる基準値を、例えば、
ねじ式移動機構ａ1 による負荷荷重の分解能（荷重値）
とし、制御偏差がその基準値以下であるときには、微小
移動機構ａ2 の制御によって相手材料ｗへの負荷荷重を
与えるようにしておくことで、ねじ式移動機構ａ1 の分
解能を大きくすることなく、微小荷重の制御が可能とな
る。
ねじ式移動機構ａ1 による負荷荷重の分解能（荷重値）
とし、制御偏差がその基準値以下であるときには、微小
移動機構ａ2 の制御によって相手材料ｗへの負荷荷重を
与えるようにしておくことで、ねじ式移動機構ａ1 の分
解能を大きくすることなく、微小荷重の制御が可能とな
る。
【００１０】
【実施例】図２は本発明実施例の構成図で、機構部の構
造と制御系のブロック図を併記して示す図である。
造と制御系のブロック図を併記して示す図である。
【００１１】ベース１上にはガイド台２が配置されてい
る。このガイド台２の側面には、ベース１の上面に対し
て垂直な方向に沿って延びる２本レール２ａが形成され
ており、そのレール２ａに移動台３が摺動自在に装着さ
れている。
る。このガイド台２の側面には、ベース１の上面に対し
て垂直な方向に沿って延びる２本レール２ａが形成され
ており、そのレール２ａに移動台３が摺動自在に装着さ
れている。
【００１２】移動台３は、送りねじ４１と、これに歯車
４３，４４を介して連結されたモータ４２などによって
構成されるねじ式移動機構４によって支持されており、
この移動機構４の駆動によって変位が与えられる。ま
た、移動台３には、その上方に微小移動機構５が配置さ
れている。
４３，４４を介して連結されたモータ４２などによって
構成されるねじ式移動機構４によって支持されており、
この移動機構４の駆動によって変位が与えられる。ま
た、移動台３には、その上方に微小移動機構５が配置さ
れている。
【００１３】微小移動機構５は、一方側が開放された断
面コの字形状の部材５２と、その上下の二片５２ａと５
２ｂとの間に挟み込まれた圧電素子（ＰＺＴ）５１を備
え、その圧電素子５１の変位によって上部片５２ａと下
部片５２ｂとの間の距離が変化する構造のものである。
また、微小駆動機構５は、その部材５２の上部片５２ａ
のみがオーバーアーム６を介して移動台３に固定されて
おり、従って、圧電素子５１の変位によって、下部片５
２ｂが移動台３の上面に対して変位する。
面コの字形状の部材５２と、その上下の二片５２ａと５
２ｂとの間に挟み込まれた圧電素子（ＰＺＴ）５１を備
え、その圧電素子５１の変位によって上部片５２ａと下
部片５２ｂとの間の距離が変化する構造のものである。
また、微小駆動機構５は、その部材５２の上部片５２ａ
のみがオーバーアーム６を介して移動台３に固定されて
おり、従って、圧電素子５１の変位によって、下部片５
２ｂが移動台３の上面に対して変位する。
【００１４】そして、その下部片５２ｂの開放部側の端
部にロードセル７の一端部が固着され、このロードセル
７の他端部に垂直アーム８が固着されている。さらに、
垂直アーム８の下方部に試験片（圧子）９が装着され
る。
部にロードセル７の一端部が固着され、このロードセル
７の他端部に垂直アーム８が固着されている。さらに、
垂直アーム８の下方部に試験片（圧子）９が装着され
る。
【００１５】以上の機構部の構造において、ねじ式移動
機構４のモータ４１と微小移動機構５の圧電素子５１と
は、それぞれ後述するＣＰＵ１１からの指令に基づくド
ライバ１０ａもしくは１０ｂからの制御信号によって駆
動される。
機構４のモータ４１と微小移動機構５の圧電素子５１と
は、それぞれ後述するＣＰＵ１１からの指令に基づくド
ライバ１０ａもしくは１０ｂからの制御信号によって駆
動される。
【００１６】また、以上の構造において、ねじ式移動機
構４を駆動すると、移動台３，微小移動機構４の全体お
よび垂直アーム８が変位して、試験片９に接触させた相
手材料Ｗに大荷重を掛けることができる。一方、ねじ式
移動機構４を停止した状態で微小移動機構５のみを駆動
すると、その機構５の部材５２の下部片５２ｂが僅かに
撓んで、これより先端側のロードセル７および垂直アー
ム８のみが変位し、これによって相手材料Ｗに微小荷重
が作用する。それらの負荷荷重はロードセル７によって
検出され、この検出信号がアンプ１３およびＡ／Ｄ変換
器１２を介してＣＰＵ１１内に採り込まれる。
構４を駆動すると、移動台３，微小移動機構４の全体お
よび垂直アーム８が変位して、試験片９に接触させた相
手材料Ｗに大荷重を掛けることができる。一方、ねじ式
移動機構４を停止した状態で微小移動機構５のみを駆動
すると、その機構５の部材５２の下部片５２ｂが僅かに
撓んで、これより先端側のロードセル７および垂直アー
ム８のみが変位し、これによって相手材料Ｗに微小荷重
が作用する。それらの負荷荷重はロードセル７によって
検出され、この検出信号がアンプ１３およびＡ／Ｄ変換
器１２を介してＣＰＵ１１内に採り込まれる。
【００１７】ＣＰＵ１１は、ロードセル７からの荷重検
出値と、目標値としての設定荷重値に基づいて、ねじ式
移動機構４もしくは微小移動機構５のいずれか一方の駆
動をフィードバック制御する。すなわち、ＣＰＵ１１
は、設定荷重値と荷重検出値との偏差が、あらかじめ設
定した基準値Ａgf以上であるときには、ねじ式移動機構
４の駆動のみをフィードバック制御し、一方、その基準
値Ａgf以下の場合には、制御対象を切り換えて微小移動
機構５のみの駆動をフィードバック制御するよう構成さ
れている。
出値と、目標値としての設定荷重値に基づいて、ねじ式
移動機構４もしくは微小移動機構５のいずれか一方の駆
動をフィードバック制御する。すなわち、ＣＰＵ１１
は、設定荷重値と荷重検出値との偏差が、あらかじめ設
定した基準値Ａgf以上であるときには、ねじ式移動機構
４の駆動のみをフィードバック制御し、一方、その基準
値Ａgf以下の場合には、制御対象を切り換えて微小移動
機構５のみの駆動をフィードバック制御するよう構成さ
れている。
【００１８】ここで、基準値Ａgfとして具体的な数値は
示さないが、ねじ式移動機構４の送りねじ４１とモータ
４２の分解能の対応する負荷荷重値を採用すれば、その
ねじ式移動機構４による負荷荷重値の分解能を大きくす
ることなく、微小荷重から大荷重にわたって任意の荷重
制御が可能となる。
示さないが、ねじ式移動機構４の送りねじ４１とモータ
４２の分解能の対応する負荷荷重値を採用すれば、その
ねじ式移動機構４による負荷荷重値の分解能を大きくす
ることなく、微小荷重から大荷重にわたって任意の荷重
制御が可能となる。
【００１９】そして、以上の本発明実施例においては、
設定荷重値として所望の負荷パターンを設定しておくこ
とで、その負荷パターンに応じた荷重を相手材料Ｗに試
験片９を介して掛けることができ、その負荷下で相手材
料Ｗを移動テーブル２０によって回転もしくは直進移動
させることによって、種々の負荷パターンによる負荷下
での摩擦・摩耗試験を行うことが可能である。しかも、
相手材料Ｗが摩耗しても、その摩耗分に相当する負荷荷
重減は、微小移動機構５で瞬時に補償されるので、その
摩耗による影響もない。
設定荷重値として所望の負荷パターンを設定しておくこ
とで、その負荷パターンに応じた荷重を相手材料Ｗに試
験片９を介して掛けることができ、その負荷下で相手材
料Ｗを移動テーブル２０によって回転もしくは直進移動
させることによって、種々の負荷パターンによる負荷下
での摩擦・摩耗試験を行うことが可能である。しかも、
相手材料Ｗが摩耗しても、その摩耗分に相当する負荷荷
重減は、微小移動機構５で瞬時に補償されるので、その
摩耗による影響もない。
【００２０】なお、以上の実施例において、摩擦試験を
行う際には、試験片９を板ばねを介して垂直アーム８に
保持するとともに、その板ばねには歪みゲージを貼着し
て、相手材料の移動方向に沿う向きへの作用力を検出す
るといった手法を採用すればよい。また、この種の摩擦
・摩耗試験においては、押圧側である試験片（圧子）９
および被押圧側の材料Ｗの双方が、特性評価の対象とし
て供せられることもあることは言うまでもない。
行う際には、試験片９を板ばねを介して垂直アーム８に
保持するとともに、その板ばねには歪みゲージを貼着し
て、相手材料の移動方向に沿う向きへの作用力を検出す
るといった手法を採用すればよい。また、この種の摩擦
・摩耗試験においては、押圧側である試験片（圧子）９
および被押圧側の材料Ｗの双方が、特性評価の対象とし
て供せられることもあることは言うまでもない。
【００２１】ここで、本発明の負荷機構は、摩擦・摩耗
試験機のほか、微小荷重制御を必要とする他の材料試験
機等の各種装置にも適用可能である。
試験機のほか、微小荷重制御を必要とする他の材料試験
機等の各種装置にも適用可能である。
【００２２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
フィードバック制御する負荷機構を、送りねじとモータ
で構成されるねじ式移動機構と圧電素子の変位を利用し
た微小移動機構とを組み合わせた構造とするとともに、
そのフィードバックの制御偏差の大小に応じて、制御対
象を上記の二つの移動機構のいずれか一方に切り換える
よう構成したので、ねじ式移動機構の送りねじとモータ
の分解能を大きくするこなく、しかも、その移動機構の
摺動部の摩耗や相手材料の摩耗に影響されることなく、
微小荷重から大荷重にわたって確実な制御を行うことが
可能となり、これによって種々の負荷パターンによる負
荷下での摩擦・摩耗試験が可能となる。
フィードバック制御する負荷機構を、送りねじとモータ
で構成されるねじ式移動機構と圧電素子の変位を利用し
た微小移動機構とを組み合わせた構造とするとともに、
そのフィードバックの制御偏差の大小に応じて、制御対
象を上記の二つの移動機構のいずれか一方に切り換える
よう構成したので、ねじ式移動機構の送りねじとモータ
の分解能を大きくするこなく、しかも、その移動機構の
摺動部の摩耗や相手材料の摩耗に影響されることなく、
微小荷重から大荷重にわたって確実な制御を行うことが
可能となり、これによって種々の負荷パターンによる負
荷下での摩擦・摩耗試験が可能となる。
【図１】本発明の構成を示す基本概念図
【図２】本発明実施例の構成図で、機構部の構造図と制
御系のブロック図を併記して示す図
御系のブロック図を併記して示す図
１・・・・ベース ２・・・・ガイド台 ３・・・・移動台 ４・・・・ねじ式移動機構 ４１・・・・送りねじ ４２・・・・モータ ５・・・・微小移動機構 ５１・・・・圧電素子（ＰＺＴ） ７・・・・ロードセル ９・・・・試験片（圧子） Ｗ・・・・相手材料
Claims (1)
- 【請求項１】 送りねじとその回転を与えるモータによ
って構成されるねじ式移動機構を有し、試験片と相手材
料とを相対的に変位させる負荷機構と、その変位によっ
て相手材料に作用する荷重を検出する荷重検出手段を備
え、その荷重検出値に基づいて、上記負荷機構の駆動を
フィードバック制御するよう構成された摩擦・摩耗試験
機において、上記負荷機構は、上記ねじ式移動機構に加
えて、圧電素子の変位を利用した微小移動機構を組み込
んだ構造で、その二つの移動機構のいずれか一方の駆動
によって上記変位を与えるよう構成されているととも
に、上記フィードバック制御系には、上記荷重検出値と
設定荷重値との偏差の基準値に対する大小を判別して、
その判別結果に基づいて制御対象を上記ねじ式移動機構
もしくは微小移動機構のいずれか一方に切り換える切換
手段が設けられていることを特徴とする摩擦・摩耗試験
機。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13674992A JPH05332917A (ja) | 1992-05-28 | 1992-05-28 | 摩擦・摩耗試験機 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13674992A JPH05332917A (ja) | 1992-05-28 | 1992-05-28 | 摩擦・摩耗試験機 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05332917A true JPH05332917A (ja) | 1993-12-17 |
Family
ID=15182611
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13674992A Pending JPH05332917A (ja) | 1992-05-28 | 1992-05-28 | 摩擦・摩耗試験機 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05332917A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009145140A (ja) * | 2007-12-12 | 2009-07-02 | National Institute For Materials Science | 摩擦計測装置 |
| CN104048888A (zh) * | 2014-06-16 | 2014-09-17 | 北京交通大学 | 一种材料摩擦磨损性能测试装置 |
| CN111678765A (zh) * | 2020-06-02 | 2020-09-18 | 湖北工程学院 | 一种载流摩擦磨损试验机、试验系统及其试验方法 |
-
1992
- 1992-05-28 JP JP13674992A patent/JPH05332917A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009145140A (ja) * | 2007-12-12 | 2009-07-02 | National Institute For Materials Science | 摩擦計測装置 |
| CN104048888A (zh) * | 2014-06-16 | 2014-09-17 | 北京交通大学 | 一种材料摩擦磨损性能测试装置 |
| CN111678765A (zh) * | 2020-06-02 | 2020-09-18 | 湖北工程学院 | 一种载流摩擦磨损试验机、试验系统及其试验方法 |
| CN111678765B (zh) * | 2020-06-02 | 2023-11-07 | 湖北工程学院 | 一种载流摩擦磨损试验机、试验系统及其试验方法 |
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