JPH0731108B2 - 摩耗試験機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、セラミツクスや金属材料など比較的摩擦係数
の大きい物体の摩擦や摩耗量を評価する摩耗試験機に関
する。

〔従来の技術〕

摩擦試験機では大別して試験片に対し、或るサイクルで
刻々に新しい摩擦面が到来する開かれた摩擦面タイプの
ものと、試験片と摩擦面とが一軸上で対向して回転し合
う閉じた摩擦面タイプのものとの２種類がある。後者の
閉じた摩擦面タイプのものは摩擦面同士が全面接触し合
つたまゝ滑り運動するので摩擦面の昇温が激しく試験条
件は過酷となる。

従来、閉じた摩擦面タイプのものとして最も汎用性の高
い試験機は第２図に示す鈴木式摩擦試験機で、図示のよ
うにリング状の同じ大きさの試験片が対をなして取付け
られ、一方は回転試験片T₁として他方は固定試験片T₂と
して軸方向に荷重Ｒを負荷されながら回転によつて全面
摩擦し合うもので、下方の固定試験片T₂の保持台はスラ
スト球軸受の上に乗つており、プーリとばね秤りとによ
つて摩擦トルクが回転ドラムに記録されるようになつて
いる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

一般に比較的摩擦係数の大きいセラミツクスや金属材料
の端面形摩擦、摩耗試験を実施する場合、供試体の一方
である回転片を駆動する軸系および、供試体の他の一方
である静止片の支持部材のねじり剛性が低いときは、ス
テイツクスリツプ（摺動部で、凝着しステイツクしたり
それがはなれてスリツプする間けつ的なスリツプ現象
で、これにより大きな振音と異音を発する。この状態で
は、定常な摩耗試験はできなくなる。）による振動が発
生する。この状態では、摺動面では、ミクロに見ると凝
着したりはなれて滑つたりしているため定常状態の摩耗
試験はできなくなる。

上記従来の鈴木式摩耗試験機等には次の問題があつた。
即ち、回転軸Ｓを駆動しているベルトの伸縮、駆動歯車
のバツクラツシユが駆動軸系の剛性を低下させており、
また、摩擦トルク計測用のばね秤りＢのばねの伸びによ
り静止片の支持系のねじり剛性を低下せしめている。

ねじり剛性が低いため、供試体でのわずかな摩擦トルク
の変化が、ねじり振動系を励振し、ねじり振動を起こ
し、これがだんだん大きくなつて、摺動部で間けつ的な
すべり条件となり、ますますねじり振動が大きくなる。
（これが上記したステイツクスリツプである。） このような、ねじり剛性の低い摩耗試験機では、プラス
チツクスや、油潤滑条件の摺動試験のように摩擦係数が
比較的小さくまた、ほゞ一定に安定している材料の場合
は問題はないが、摺動条件の厳しい金属材料やセラミツ
クスでは、その限界を把握することが困難である。

また、端面摺動形摩耗試験機において、回転片と静止片
のアライメントは摺動特性に大きな影響を及ばすことが
知られており、静止片または、回転片をばねゴム板など
を介して取付け、いわゆる弾性支持をする方法が取られ
るが、このような場合も駆動軸系または支持系のねじり
剛性を低下させる原因になり必ずしも十分な弾性支持が
できず、摩擦摩耗特性に、少ならかず影響が出ているの
が実情である。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は上記問題点の解決手段として、一端に円筒状の
供試体回転片を同軸上に把持した主軸を電動機にて回転
し前記供試体回転片の端面にその一端を対向当接して保
持した円筒状の供試体静止片とを摺動摩擦させて試験を
行なう端面形摩耗試験機において、上記供試体静止片を
同静止片と上記供試体回転片との摺動面とほゞ同一平面
に支持するダイヤフラムと、同ダイヤフラムの裏面に形
成された密閉空気室と、同空気室に気密を保持して嵌脱
自在に挿入され空気を注入排出する空気注入管とを具備
してなることを特徴とする摩耗試験機を提供しようとす
るものである。

〔作用〕

本発明は上記のように構成されるので次の作用を有す
る。

（１） 供試体静止片をダイヤフラムで保持するためダ
イヤフラム面に垂直方向、即ち円筒供試体の軸方向への
撓性が大きく、供試体回転片との摺動面の当接性（順応
性）がきわめて高い。

（２） 供試体静止片をダイヤフラムで保持するため、
供試体の回転面（水平面）方向のねじり剛性がきわめて
高く、十分な弾性支持性を発揮する。

（３） ダイヤフラムの取付面を供試体回転片と同静止
片との回転摺動面とほゞ同一平面としたので、みそすり
運動が生じない。

（４） 供試体回転片に対する供試体固定片の押圧力を
非接触の空気力で行なうのでトルク等の計測値を乱さな
い。

〔実施例〕

本発明の一実施例について第１図により説明する。

図において動力源である電動機１の軸２の回転力は電動
機支持台４を縦貫するリジツドカツプリング３を介して
主軸14に伝えられ、更にテーパ継手をなす供試品回転軸
18に伝達される。この一連の軸系には、減速機、増速機
を介入させず、またトルクメータなどのねじり剛性を低
下させる懸念のある部材を排除して電動機１の動力を供
試品回転軸18に伝達するよう配慮してある。主軸14は上
部、下部の軸受９、同10により支持されこれらの軸受
９、同10は主軸ケーシング５に取付けられている。主軸
ケーシング５はその外周部に一体的にピストン15を有
し、シリンダ７、上部シリンダカバー６、上部カバーパ
ツキン11、および下部シリンダカバー８、下部カバーパ
ツキン13により構成される、いわゆるピストン・シリン
ダ構造の作用により上下方向に電動機１と共に油圧によ
り移動可能である。このようにして主軸14と供試品回転
軸18のテーパ継手部を嵌脱し、供試体である後述の回転
供試片23ないしは供試品ボツクス20全体の交換を行なう
ことができるように構成されている。

回転供試片23は、供試品回転軸18、供試品ボツクス上部
カバー19、供試品ボツクス20、供試品ボツクス20の空気
室21、ヒータ22、静止片24、ダイヤフラム25、静止片支
持部材26などで予め、図示のように外部で本体29内にお
ける取付け状態に組立て、必要に応じ、潤滑剤室42に潤
滑剤41を充てんしておく。

支持台30には、ロードセル28を取付け、また空気注入管
35を移動するためのシリンダ36、下部カバー37および空
気注入管35、パツキン34、同32、同33を組立て取付け、
油圧供給管38、同39および加圧空気供給管40を接続す
る。

摩耗試験においては、油圧供給管38に圧油を送り、空気
注入管35を下方に下げておき、また主軸移動用油圧供給
口17に圧油を送り、主軸14等を上方に押し上げておく、
そして予め外部で供試品ボツクス20等によつて取付け状
態に組立てた回転供試片23をロードセル28上にセツト
し、主軸移動用油圧供給口16に圧油を送り、主軸14を下
方に押し下げる。下げた後も油圧はそのまゝに保持し主
軸ケーシング５は下部シリンダカバー８に押しつけて回
り止めし、相互の滑りなどによるねじり剛性の低下を防
ぐ。このようにして主軸14のテーパ穴に供試品回転軸18
のテーパ部を嵌入し結合する。

次に、空気注入管35、移動用の油圧供給管39に圧油を送
り、空気注入管35を上方に移動させ、パツキン31に嵌入
する。そして加圧空気供給管40によつて空気室21に空気
を送りロードセル28の出力に応じて空気圧力を調整す
る。

次いで、電動機１を駆動し、所定の回転にセツトし、摩
耗試験に入る。試験中は供試体である回転供試片23に対
し静止片24がダイヤフラム25に加わる加圧空気の力によ
り上向きに押しつけられ面圧が保持される。その際、こ
のダイヤフラム25の取付面すなわち静止片支持部材26の
上面は、静止片24の摺動面とほゞ同じ平面になるように
保持される。

本実施例は上記のように、電動機１の軸２から供試品回
転軸18および回転供試片23までを、剛性の高い部材で結
合し、かつ、主軸ケーシング５は、摩耗試験時には油圧
によつて、シリンダカバー８に圧接し、滑りやガタが生
じないように構成しているため、回転軸系のねじり剛性
を高くすることができる。

静止片24の支持系は、ダイヤフラム25により回転方向の
回り止めをし、かつ、下面に加圧空気を作用させ負荷を
加えると同時に、空気ばねとなり弾性支持される。した
がつて、回転供試片23の直角度が多少悪くても、静止片
24が追随し、片当りなどの現象を起こすことがない。

ダイヤフラム25は軸方向に柔軟性を有しているが、回転
方向即ち、水平方向の剛性は非常に大きいので、静止片
24を回り止めしかつ、半径方向の変位をほとんどゼロに
抑えたことができる。なお、ダイヤフラム25の取付面と
静止片24の摺動面に段差があるときは、静止片24のみそ
すり運動によつて、摺動面が半径方向に変位することが
考えられるので、ダイヤフラム25取付面と静止片24の摺
動面は、一平面になるように寸法が決められる。しか
し、摺動面の摩耗等によつて多少の狂いが生じて来るこ
とが考えられる。実際には摺動面の方が、ダイヤフラム
取付面より下に来るようにした方が安定がよい。

供試品ボツクス20の空気室21には加圧空気が供給される
が、これに空気ホース等を締結接続すると、ホース等の
弾性力がロードセル28のトルク計測に影響を及ぼし、計
測誤差を生ずるが、本実施例のように小径の空気注入管
35を空気室21のパツキン31に挿入する方法を取ることに
より、ロードセル28のねじり剛性が高いこと及びパツキ
ン31の弾性変形内の変位が極めて小さいことと相まつて
トルク計測に及ぼされる影響を殆ど絶無にすることがで
きる。

〔発明の効果〕

本発明は上記のように構成されるので次の効果を有す
る。即ち、摩耗試験機の回転軸系を直結形の結合として
回転供試片を駆動すると共に静止片支持にダイヤフラム
を用い、かつそのダイヤフラムの取付面を回転供試片と
静止片の摺動面とほゞ同一平面におくことにより、摺動
面相互の当接性が高く、かつ回転供試片及び静止片の支
持剛性を高くすることができる。その結果、摩擦の大き
い供試品についてもステイツクスリツプなど生ずること
なく、安定した摩耗試験が可能となり、これら材料の摩
擦摩耗の限界を正確に把握することができる。

又、加圧空気をダイヤフラムに作用させるために空気注
入管を、供試品ボツクス空気室にその中心部下部よりそ
う入することにより、かつ実施例の如くロードセルの使
用が可能なので、そのねじり剛性が大きいこととあいま
つてトルク計測の誤差を最少とすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例としての摩耗試験機の縦断面
図、第２図は従来例の概略外形図である。 １……電動機、２……軸、 ３……リジツドカツプリング、 ４……電動機支持台、５……主軸ケーシング、 ６……上部シリンダカバー、７……シリンダ、 ８……下部シリンダカバー、 9,10……軸受、 11……上部カバーパツキン、 12……ピストンパツキン、 13……下部カバーパツキン、 14……主軸、15……ピストン、 16,17……主軸移動用油圧供給口、 18……供試品回転軸、 19……供試品ボツクス上部カバー、 20……供試品ボツクス、21……空気室、 22……ヒータ、23……回転供試片、 24……静止片、25……ダイヤフラム、 26……静止片支持部材、 28……ロードセル、29……本体、 30……支持台、 31,32,33,34……パツキン、 35……空気注入管、 36……シリンダ、37……下部カバー、 38,39……油圧供給管、 40……加圧空気供給管、 41……潤滑剤、42……潤滑剤室。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一端に円筒状の供試体回転片を同軸上に把
   持した主軸を電動機にて回転し前記供試体回転片の端面
   にその一端を対向当接して保持した円筒状の供試体静止
   片とを摺動摩擦させて試験を行なう端面形摩耗試験機に
   おいて、上記供試体静止片を同静止片と上記供試体回転
   片との摺動面とほゞ同一平面に支持するダイヤフラム
   と、同ダイヤフラムの裏面に形成された密閉空気室と、
   同空気室に気密を保持して嵌脱自在に挿入され空気を注
   入排出する空気注入管とを具備してなることを特徴とす
   る摩耗試験機。