JPH08304266A - 摩擦摩耗試験法及び試験機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 焼き付きと無関係な現象に影響されずかつ広
い荷重範囲にわたり正確に摩擦摩耗試験を行う。 【構成】 試験片に加える荷重範囲内に境界荷重Ｗｃを
設定すると共に、限界摩擦力Ｆｓ及び限界摩擦係数μｓ
ｔを設定する。次に、連続的又は段階的に試験片に荷重
を印加しながら、負荷荷重及び摩擦係数を測定する。続
いて、負荷荷重が境界荷重Ｗｃに満たないとき、摩擦力
Ｆと限界摩擦力Ｆｓとを比較する。その後、負荷荷重が
境界荷重Ｗｃに達しこれを超えたとき、摩擦係数μが限
界摩擦係数μｓｔとを比較する。摩擦力Ｆが限界摩擦力
Ｆｓを超えたとき又は摩擦係数μが限界摩擦係数μｓｔ
を超えたとき、試験を終了する。このため、焼き付きと
無関係な現象及び低荷重領域での大きな摩擦係数μに影
響されずに、連続的かつ正確に摩擦摩耗試験を行うこと
ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、摩擦摩耗試験機、特に
金属、プラスチック、セラミックス、その他の材料又は
その表面に形成された被膜等の摺動特性又は摩擦に及ぼ
す潤滑油の影響の評価に使用できる自動摩擦摩耗試験機
に関する。

【０００２】

【従来の技術】多様な使用条件下で長時間使用されるエ
ンジン及びコンブレッサは、優れた耐久性と高い信頼性
が要求されている。また、省エネルギの見地から軽量化
及び小型化を達成すると同時に、摺動部分の摩擦ロスを
低減して運転時のエネルギロスを減少することが求めら
れている。従って、高強度を有しかつ軽量な摺動部品を
使用して優れた耐摩耗性及び耐焼付性をも併有すること
が必要となる。前記要求を満たすため、材料の改良及び
表面改質について多くの試みがなされている。他面、摺
動部品の小型化により、一般的に摺動部品の接触面積が
減少することが多く、稼動時に高い面圧が摺動部品に加
えられるため、これに対応して潤滑油の組成も同時に検
討されるようになった。

【０００３】エンジン及びコンプレッサを用いる実機評
価によって全ての摺動部品の材料及び潤滑油を検討する
ことは、多大な経済的な負担となる。そこで、評価試験
機を用いて、摩擦・摩耗に関する基礎的な評価試験及び
過酷な条件下での加速的な耐環境試験を行った後、最終
的な確認試験を実機で行うことが一般的である。

【０００４】また、極力低コストでの加工法を選択して
実機での摺動部品を製造した後、使用により摺動面をな
じませて、機能を満たす設計を行うのが一般的であり、
これに対応する評価試験も行われるようになってきてい
る。

【０００５】前記評価試験では、例えば、ピン・オン・
ディスク型及びリング・オン・リング型の摺動方式を採
用した自動昇圧式摩擦試験装置が使用される。この自動
昇圧式摩擦試験装置では、一般的に、主軸の端面にディ
スク状又はリング状の回転試験片を取り付け、ピン状又
はリング状の静止試験片を回転試験片に押し付けた状態
で主軸を回転させ、回転試験片と静止試験片とを摩擦さ
せて摩擦摩耗試験が行われる。静止試験片の負荷荷重は
低荷重側より高荷重側へ段階的に変化するようにプログ
ラム制御される。この種の試験機では、耐焼き付き性の
評価に対して有効なデータが得られ、一定の摺動速度条
件の下で摺動面のなじみが得られるように、負荷荷重を
徐々に上昇し、焼き付きに耐えられる限界面圧まで評価
を自動的に行うことができる。このような多くの自動化
方式による試験機が市販されている。従来、この種の試
験機では、摺動部より生ずる摩擦力を荷重変換器により
検出し、検出した摩擦力が予め設定値と等しいか又は設
定値を超えた場合に、焼き付き発生と判断し、試験を自
動的に停止する方式が採用されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】試験摺動面への負荷荷
重Ｗと、発生する摩擦力Ｆとの除数（Ｆ／Ｗ）から得ら
れる係数、即ち摩擦係数μが試験摺動面の摩擦状態を表
す判断基準として主に用いられる。負荷荷重Ｗと摩擦力
Ｆとの典型的な関係を示す図１１のグラフから明かなよ
うに、多くの場合、負荷荷重Ｗの増加に伴い摩擦力Ｆも
増加し、ある負荷荷重Ｗを境に急激に摩擦力Ｆが立ち上
がる摩擦特性が計測される。また、負荷荷重Ｗがゼロの
状態でもＦが計測される。これは、主として試験片の周
囲に存在する潤滑油の粘性抵抗の影響によるものと推定
される。図１１の関係を負荷荷重Ｗと摩擦係数μとの関
係に表した図１２のグラフから明かなように、摩擦係数
μは、負荷荷重Ｗのゼロ近傍では無限大に接近し、負荷
荷重の増加に伴い急激に低下し、その後、安定した摺動
領域を経て急激に立ち上がる。

【０００７】図１２に示すように、大きな摩擦係数μを
表す低荷重領域では、試験片に焼き付きが発生したもの
と誤って判断される場合がある。摩擦力に依存する従来
の自動昇圧式摩擦試験装置では、摩擦係数の安定域でも
焼き付き発生と誤って判断する場合があり、精度面で難
点があった。低荷重域で摩擦係数μが大きくなる現象
は、本来焼き付き現象とは無関係であり、摩擦摩耗試験
機を自動的に停止する条件から削除する必要が生じる。
また、不均一なデータの発生を抑制しつつなじみ効果を
生ずる実機評価法に近づくために、可能な限り低い荷重
の大きな摩擦係数領域から試験を開始し、なじみを持た
せながら徐々に負荷荷重を増加する試験方法が望まし
い。このため、理想的には摩擦係数μを基準にして焼き
付き発生の判断を行うことが望ましい。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、一般的に極め
て不安定な境界摩擦状況の摩擦力Ｆは、激しい変動が発
生する場合が多い。従って、急激なＦの変化をμの変化
として正確に検出でき、設定値を超えた場合での即座自
動停止の実現が、焼き付き発生の解析を行う試験装置を
開発することが望ましい。この場合、負荷荷重Ｗと摩擦
力Ｆにより算出されかつ本来摩擦状態の尺度とすべき摩
擦係数μをいかに連続的に比較できるか否かが重要な問
題となる。

【０００９】本発明は、焼き付きと無関係な現象に影響
されずかつ広い荷重範囲にわたり正確に試験を行うこと
ができる摩擦摩耗試験法及び試験装置を提供することを
目的とする。

【００１０】本発明は、低荷重領域での大きな摩擦係数
μに影響されずに、正確に摩擦摩耗試験を行いかつ試験
を自動的に停止できる摩擦摩耗試験法及び試験装置を提
供することを目的とする。

【００１１】また、本発明は、極めて不安定な摩擦状態
でも、連続的かつ確実に摩擦摩耗試験を行い、摩擦係数
μを測定できる摩擦摩耗試験法及び試験機を提供するこ
とを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明による摩擦摩耗試
験法は、試験片に加える荷重範囲内に境界荷重Ｗｃを設
定すると共に、限界摩擦力Ｆｓ及び限界摩擦係数μｓｔ
を設定する過程と、連続的又は段階的に試験片に荷重を
印加しながら、負荷荷重及び摩擦係数を測定する過程
と、負荷荷重が境界荷重Ｗｃに満たないとき、摩擦力Ｆ
と限界摩擦力Ｆｓとを比較する過程と、負荷荷重が境界
荷重Ｗｃに達しこれを超えたとき、摩擦係数μが限界摩
擦係数μｓｔとを比較する過程と、摩擦力Ｆが限界摩擦
力Ｆｓを超えたとき又は摩擦係数μが限界摩擦係数μｓ
ｔを超えたとき、試験を終了する過程とを含む。この摩
擦摩耗試験法では、試験片の摺動半径Ｒと負荷荷重Ｗと
摩擦トルクＴｆとから摩擦力Ｆを算出する過程を含んで
もよい。

【００１３】本発明による摩擦摩耗試験機は、連続的又
は段階的に試験片に荷重を印加する加圧装置と、試験片
を回転する回転装置と、試験片に印加される負荷荷重Ｗ
を計測する荷重測定手段と、試験片に印加される摩擦ト
ルクＴｆを計測するトルク測定手段と、試験片の摺動半
径Ｒと前記負荷荷重Ｗと摩擦トルクＴｆとから摩擦力Ｆ
を算出する摩擦力測定手段と、摩擦力Ｆと負荷荷重Ｗか
ら摩擦係数μを算出する摩擦係数測定手段と、負荷荷重
Ｗが境界荷重Ｗｃに達したか否かを判断する荷重判断手
段と、負荷荷重Ｗが境界荷重Ｗｃ未満のとき、摩擦力Ｆ
と限界摩擦力Ｆｓとを比較し、摩擦力Ｆが限界摩擦力Ｆ
ｓを超えたときに停止信号を発生する摩擦力比較手段
と、負荷荷重Ｗが境界荷重Ｗｃ以上のとき、摩擦係数μ
と限界摩擦係数μｓｔとを比較し、摩擦係数μが限界摩
擦係数μｓｔを超えたときに停止信号を発生する摩擦係
数比較手段と、摩擦力比較手段又は摩擦係数比較手段の
停止信号により加圧装置又は回転装置の作動を停止する
停止手段とを具備している。

【００１４】本発明の実施例では、限界摩擦係数μｓｔ
及び負荷荷重Ｗから限界摩擦力Ｆｓ'（＝μｓｔ×Ｗ）
を求め、限界摩擦力Ｆｓ'値と摩擦力Ｆを比較して摩擦
係数の比較を行う。また、加圧装置は低荷重側から高荷
重側に負荷荷重を増加する。

【００１５】

【作用】負荷荷重が境界荷重Ｗｃに満たず焼き付きと無
関係な現象による摩擦係数μが大きな摩擦状態のとき、
摩擦力Ｆと限界摩擦力Ｆｓとを比較すると共に、負荷荷
重が境界荷重Ｗｃに達しこれを超えた安定した摩擦状態
のとき、摩擦係数μが限界摩擦係数μｓｔとを比較し
て、摩擦力Ｆが限界摩擦力Ｆｓを超えたとき又は摩擦係
数μが限界摩擦係数μｓｔを超えたとき、試験を終了す
る。このため、焼き付きと無関係な現象及び低荷重領域
での大きな摩擦係数μに影響されずに、連続的かつ正確
に摩擦摩耗試験を行うことができる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明による摩擦摩耗試験機の実施例
を図１〜図１０について説明する。

【００１７】図１に示す本発明による摩擦摩耗試験機
は、加圧装置１と、加圧装置１の下方に設けられた静止
試験片ホルダ５と、加圧装置１と静止試験片ホルダ５と
の間に配置された荷重検出用ロードセル３（荷重測定手
段）及びトルク検出用ロードセル４（トルク測定手段）
と、静止試験片ホルダ５の下方に設けられた回転装置２
と、回転装置２の回転軸に取り付けられた回転試験片ホ
ルダ８とを備えている。回転試験片ホルダ８上に支持さ
れた回転試験片７は静止試験片ホルダ５に支持された静
止試験片６の下方に配置される。加圧装置１は、静止試
験片６を回転試験片７に押し付け、回転装置２は回転試
験片７を回転させる。

【００１８】荷重検出用ロードセル３から負荷荷重Ｗを
測定し、トルク検出用ロードセル４から摩擦トルクＴｆ
を測定して、荷重Ｗ及び摩擦トルクＴｆを演算装置に取
り込み、試験片摺動半径Ｒから摩擦力Ｆ（＝Ｔｆ／Ｒ）
を算出し、負荷荷重Ｗと摩擦力Ｆから摩擦係数μ（＝Ｆ
／Ｗ）を計算する。荷重検出用ロードセル３で測定した
負荷荷重Ｗは、図６〜図１０に示す各実施例のロードセ
ル変換器７１に送出され、トルク検出用ロードセル４で
測定した摩擦トルクＴｆは図６〜図１０に示すロードセ
ル変換器６１に送出される。

【００１９】回転試験片ホルダ８の回転数は一定で、図
２及び図３に示すように、任意に設定した負荷荷重の上
限荷重Ｗｔと下限荷重Ｗｂとの間の範囲内で、負荷荷重
を連続又は段階的に上昇させながら試験を行う。適宜設
定した境界荷重Ｗｃ（但しＷｂ≦Ｗｃ≦Ｗｔ）未満で
は、摩擦力Ｆが所定のしきい値である限界摩擦力Ｆｓを
超えたか否か判断し、境界荷重Ｗｃ以上では、摩擦係数
μが所定の限界摩擦係数μｓｔを超えたかどうかを判断
し、超えた場合は即座に試験を停止終了する。本実施例
では、境界荷重Ｗｃは摩擦係数μの変化率が一定レベル
以下に低下する荷重範囲に設定するとよい。また、境界
荷重Ｗｃ未満の領域では、摩擦摩耗試験機の許容トルク
Ｔａ以上の負荷がかかった時以外に、試験を停止する必
要がないため、図２に示すμ値とμｓｂ値ではなく、許
容回転トルクＴａと比例関係にある限界摩擦力Ｆｓをし
きい値として採用する。

【００２０】摩擦係数μと負荷荷重Ｗとに図２に示す関
係がある場合、境界荷重Ｗｃ以上の領域で初期の摩擦係
数μｂよりも低い限界摩擦係数μｓｔで試験を停止終了
したい場合、摩擦係数μがμｓｔを超えたかを常時判断
する手段では、摩擦係数μｂを生じる負荷荷重にて試験
が停止終了するため、所期の目的を達成できない。本実
施例では、境界荷重Ｗｃに満たない場合と、境界荷重Ｗ
ｃ以上とで異なるしきい値を設定する。即ち、μｂで停
止しない限界摩擦力Ｆｓをしきい値（図５）とし、負荷
荷重Ｗが境界荷重Ｗｃに満たない領域では、下限荷重Ｗ
ｂ、境界荷重Ｗｃ、下限荷重Ｗｂでの摩擦力Ｆｂ、境界
荷重Ｗｃでの境界摩擦力Ｆｃ、所期の摩擦係数μ、境界
荷重Ｗｃでの摩擦係数μｃは、式１及び式２を満足す
る。

【００２１】 Ｆｓ＞Ｆｂ＝μｂ×Ｗｂ （式１） Ｆｓ＞Ｆｃ＝μｃ×Ｗｃ （式２） 境界荷重Ｗｃ以上の試験領域では、本来の限界摩擦係数
μｓｔを採用するため、所期の摩擦状態で試験を自動的
に停止することができる。

【００２２】図４及び図５は、下限荷重Ｗｂから上限荷
重Ｗｔまで回転数一定の下で一定時間ｔｈだけ負荷荷重
Ｗを保持し、一定時間ｔｈ経過後に負荷荷重を微小荷重
ΔＷずつ増加させて試験を行う本発明による摩擦摩耗試
験機の主要部の第一の実施例を示す。図４に示すよう
に、負荷荷重Ｗと摩擦トルクＴｆは、ＡＤ変換された
後、試験片の摺動半径Ｒの値が予め入力された演算装置
（パーソナルコンピュータ）に取り込まれる。演算装置
では、試験片の摺動半径Ｒと測定された摩擦トルクＴｆ
から摩擦力Ｆ（＝Ｔｆ／Ｒ）を計算し、摩擦力Ｆと負荷
荷重Ｗから摩擦係数μ（＝Ｆ／Ｗ）を演算する。

【００２３】負荷荷重Ｗが境界荷重Ｗｃ未満の場合は、
装置保護の観点から、許容回転トルクＴａに比例する限
界摩擦力Ｆｓをしきい値として予め設定し、境界荷重Ｗ
ｃ以上の場合は、焼き付き発生の判断として理想的な尺
度である限界摩擦係数μｓｔをしきい値として予め設定
する。このように、摩擦力Ｆ及び摩擦係数μが所与の限
界摩擦力Ｆｓ及び限界摩擦係数μｓｔに達したとき試験
を停止終了する。限界摩擦力Ｆｓ及び限界摩擦係数μｓ
ｔに達しない場合は、負荷荷重Ｗが上限荷重Ｗｔに達
し、保持時間ｔが所定の保持時間ｔｈに達した時に試験
を終了する（図５）。

【００２４】図６は、駆動制御装置をマイクロコンピュ
ータにより構成した本発明の第二の実施例を示す。

【００２５】プログラム制御される駆動制御装置（ＣＰ
Ｕ）５０には、試験片の摺動半径Ｒ、境界摩擦力Ｆｃに
満たない試験領域で基準となる限界摩擦力Ｆｓ、境界摩
擦力Ｆｃ以上の試験領域で基準となる限界摩擦係数μｓ
ｔの各情報が入力されている。これらの情報は、駆動制
御装置５０とバスで接続したＤ／Ａ変換器５１により、
所定のアナログ電圧Ｖ₁、Ｖ₂、Ｖ₃にそれぞれ変換し、
比較演算装置１００の入力端子Ｘ₁、Ｘ₂、Ｘ₃を通じて
除算器１０３、比較器１０５及び比較器１０６にそれぞ
れ接続される。また、付加荷重Ｗは、荷重検出ロードセ
ル３により検出され、ロードセル変換器７１で荷重対応
電圧Ｖｗにして、比較演算装置１００の入力端子Ｘ₅を
通じて増幅器１０２に接続される。検出摩擦トルクＴｆ
は、トルク検出ロードセル４により検出され、ロードセ
ル変換器６１でトルク対応電圧Ｖｔに変換されて、比較
演算装置１００の入力端子Ｘ₄を通じて増幅器１０１に
接続される。また、図示しないが、駆動制御装置５０に
は下限荷重Ｗｂ、境界荷重Ｗｃ、上限荷重Ｗｔ及び境界
摩擦力Ｆｃの値が記憶され、負荷荷重Ｗが境界荷重Ｗｃ
に達したか否かを判断する荷重判断手段及び比較器１０
５（摩擦力比較手段）又は比較器１０６（摩擦係数比較
手段）の停止信号により加圧装置１又は回転装置２の作
動を停止する停止手段が設けられている。

【００２６】比較演算装置１００は、摩擦トルクのトル
ク対応電圧Ｖｔに相当するトルク表示電圧Ｖ₄を演算す
る増幅器１０１と、荷重対応電圧Ｖｗに相当する荷重表
示電圧Ｖ₅を演算する増幅器１０２と、増幅器１０１の
トルク表示電圧Ｖ₄を試験片の摺動半径の電圧Ｖ₁で除算
して、摩擦力対応電圧Ｖｆを表示する除算器１０３（摩
擦力測定手段）と、摩擦力対応電圧Ｖｆを荷重表示電圧
Ｖ₅で除算する除算器１０４（摩擦係数測定手段）と、
除算器１０３の摩擦力対応電圧Ｖｆと限界摩擦力Ｆｓを
表すＶ₂とを比較する比較器１０５（摩擦力比較手段）
と、除算器１０４の出力と限界摩擦係数μｓｔを表すＶ
₃とを比較する比較器１０６（摩擦係数比較手段）によ
り構成される。ここで、比較演算装置１００は、下式３
に従って摩擦力Ｆの電圧Ｖｆを演算する。

【００２７】 Ｖｆ＝Ｖｔ／Ｖ₁ （式３） また、、下式４に従って摩擦係数μの電圧Ｖμを演算す
る。

【００２８】 Ｖμ＝Ｖｆ／Ｖｗ （式４） 図６は、摩擦力Ｆの摩擦力対応電圧Ｖｆと摩擦力の限界
摩擦力Ｆｓの摩擦力のしきい値電圧Ｖ₂との比較と、摩
擦係数μの電圧Ｖμと摩擦係数の限界摩擦係数μｓｔの
摩擦係数しきい値電圧Ｖ₃との比較する一例を示す。

【００２９】比較演算装置１００の比較器１０５の出力
端子Ｙ₁と、比較器１０６の出力端子Ｙ₂とは割込みボー
ト５２にそれぞれ接続される。割込みボート５２は、駆
動制御装置５０とバスで接続される。駆動制御装置５０
では、境界摩擦力Ｆｃに満たない印加荷重時には、比較
器１０６の割込み入力を禁止すると共に、比較器１０５
の割込み入力を許可する。反対に、境界摩擦力Ｆｃ以上
の印加荷重時には、比較器１０５の割込み入力を禁止す
ると共に、比較器１０６の割込み入力を許可とする。こ
れにより、摩擦力Ｆの比較領域と摩擦係数μの比較領域
とを区別することができる。また、いずれの割込み入力
も出力パルスの立上りエッジで検出される。また、より
確実に動作を行うため、摩擦力Ｆによる比較領域では、
限界摩擦係数μｓｔの電圧Ｖ₃をできるだけ高い電圧で
出力させ、摩擦係数μによる比較領域では、限界摩擦力
Ｆｓの電圧Ｖ₂をできるだけ高い電圧で出力させること
が望ましい。また、摩擦力Ｆによる比較領域では限界摩
擦係数μｓｔの電圧Ｖ₃をできるだけ高い電圧で出力
し、摩擦係数μによる比較領域では限界摩擦力Ｆｓの電
圧Ｖ₂をできるだけ高い電圧で出力して、比較領域を区
別することもできる。図示しないが、駆動制御装置５０
は加圧装置１及び回転装置２の駆動を制御するスイッチ
ング素子に接続される。駆動制御装置５０が割込みを受
け付けたとき、即座に加圧装置１の作動を停止して、印
加荷重を０（ｋｇｆ）とし、回転装置２の回転を停止さ
せて、試験片の異常状態を保存する。

【００３０】図７は、プログラム制御される駆動制御装
置５０を使用しない本発明による摩擦摩耗試験機の第三
の実施例を示す。図７の例では、図６に示す箇所と同一
の部分には同一の符号を付し、説明を省略する。

【００３１】試験片の摺動半径Ｒの電圧Ｖ₁を設定する
基準半径設定器８０と、摩擦力Ｆによる比較領域での限
界摩擦力Ｆｓの電圧Ｖ₂を設定する基準摩擦力しきい値
設定器８１と、摩擦係数μによる比較領域での限界摩擦
係数μｓｔの電圧Ｖ₃を設定する基準摩擦係数設定器８
２と、境界荷重Ｗｃの電圧Ｖ₆を設定する基準荷重設定
器８３とが比較演算装置１００の入力端子Ｘ₁、Ｘ₂、Ｘ
₃、Ｘ₆にそれぞれ接続される。これらの設定器８０〜８
３を分圧抵抗又は可変抵抗によって構成してもよい。

【００３２】図７の比較演算装置１００では、境界荷重
Ｗｃの電圧Ｖ₆と前記印加荷重の電圧Ｖ₅とを比較する比
較器１０７が図２の第二実施例に加えられる。

【００３３】比較演算装置１００のＦの比較結果の出力
端子Ｙ₁と、μ比較結果の出力端子Ｙ₂は、リレー９０の
ＮＣ端子とＮＯ端子にそれぞれ接続される。リレー９０
のｃ接点は境界荷重Ｗｃを決定する比較器１０７の出力
端子Ｙ₃に接続される。リレー９０の接点のコモン端子
はリレー９１のマグネットコイル端子に接続される。従
って、印加荷重を０（ｋｇｆ）とするとき、即座に回転
を停止させる。

【００３４】この構成では、付加荷重Ｗの電圧Ｖ₅が、
境界荷重Ｗｃの電圧Ｖ₆に満たないとき、比較器１０７
の出力はローレベルとなり、リレー９０のマグネットコ
イルに電圧が印加されない。このため、摩擦力に基づく
比較器１０５の比較出力によりリレー９１のマグネット
コイルの制御を行う。付加荷重Ｗの電圧Ｖ₅が境界荷重
Ｗｃの電圧Ｖ₆を超えると、比較器１０７の出力はハイ
レベルとなり、リレー９０のマグネットコイルに電圧が
印加され、摩擦係数に基づく比較器１０６の比較出力に
よりリレー９１のマグネットコイルの制御を行う。

【００３５】図８は、摩擦係数の比較を摩擦トルクの比
較に変換して停止制御を行う本発明の第四の実施例を示
す。

【００３６】比較演算装置１００は、摩擦トルクの電圧
Ｖｔと、しきい値トルクの電圧Ｖ₃’とを比較する比較
器１１０のみで構成する。比較演算装置１００の入力端
子Ｘ₄は、第二実施例と同じ接続とし、入力端子Ｘ₃は、
駆動制御装置５０で演算したトルクしきい値Ｔを所定の
電圧Ｖ₃’にするＤ／Ａ変換器５１に接続される。比較
演算装置１００の出力端子Ｙ₁は、割込みボード５２に
接続される。第二実施例と同様に、Ｄ／Ａ変換器５１と
割込みボード５２は、駆動制御装置５０にバスで接続さ
れる。また、駆動制御装置５０からＤ／Ａ変換器５１を
介して荷重制御装置５５に印加荷重の指令電圧Ｖ₈を与
え、荷重制御装置５５で閉ループ制御を行う。荷重制御
装置５５への指令の印加荷重Ｗが境界荷重Ｗｃ以下の時
に、駆動制御装置５０は、限界摩擦力Ｆｓと試験片の摺
動半径Ｒについて式５の演算を行う。

【００３７】 Ｔｓ＝Ｆｓ×Ｒ （式５） 摩擦力の限界摩擦力Ｆｓをトルクしきい値Ｔｓに変換
し、Ｄ／Ａ変換器５１から比較演算装置１００の入力端
子Ｘ₃にしきい値トルクＴｓの電圧Ｖ₃’を与える。ま
た、荷重制御装置５５への指令の印加荷重Ｗが境界荷重
Ｗｃ以上のとき、駆動制御装置５０は、限界摩擦係数μ
ｓｔと、荷重制御装置５５への指令の印加荷重Ｗと、試
験片の摺動半径Ｒについて式６の演算を行う。

【００３８】 Ｔｓ＝μｓｔ×Ｗ×Ｒ （式６） 限界摩擦係数μｓｔをトルクしきい値Ｔｓに変換し、Ｄ
／Ａ変換器５１から比較演算装置１００の入力端子Ｘ₃
にしきい値トルクの電圧Ｖ₃’を与える。この場合、駆
動制御装置５０が、比較器１１０の比較出力による割込
み信号を受けたとき、Ｄ／Ａ変換器５１を介して荷重制
御装置５５を制御して、即座に付加荷重を０（ｋｇｆ）
とし、加圧装置１から負荷を除去すると共に、回転装置
２を停止させ、試験片の異常状態を保存する。

【００３９】本実施例では、式６のしきい値トルクＴｓ
が式５のしきい値トルクＴｓ以上となる境界荷重Ｗｃを
荷重制御装置５５から指令することにより、自動的に境
界負荷荷重Ｗｃを決めることもできる。

【００４０】図９は、プログラム制御による駆動制御装
置５０を使用せずに摩擦係数の比較を摩擦力の比較に変
換して試験停止の制御を行う本発明の第五の実施例を示
す。図９に示す例では、比較演算装置１００の構成のみ
図７に示す第三実施例と相違するため、比較演算装置１
００のみ説明する。

【００４１】図９の比較演算装置１００は、摩擦トルク
のトルク対応電圧Ｖｔに相当するトルク表示電圧Ｖ₄を
演算する増幅器１０１と、荷重対応電圧Ｖｗに相当する
荷重表示電圧Ｖ₅を演算する増幅器１０２と、増幅器１
０１のトルク表示電圧Ｖ₄を試験片の摺動半径の電圧Ｖ₁
で除算して、摩擦力対応電圧Ｖｆを表示する除算器１０
３と、荷重表示電圧Ｖ₅と限界摩擦係数μｓｔの電圧Ｖ₃
とを乗算する乗算器１０４と、限界摩擦力Ｆｓの電圧Ｖ
₂と摩擦力対応電圧Ｖｆとの比較を行う摩擦力に基づく
比較器１０５と、乗算器１０４により限界摩擦係数μｓ
ｔを限界摩擦力Ｆｓ’に変換した電圧Ｖ₇と摩擦力対応
電圧Ｖｆとの比較を行う摩擦係数に基づく比較器１０６
と、境界荷重Ｗｃの電圧Ｖ₆と荷重表示電圧Ｖ₅とを比較
する比較器１０７とを備えている。

【００４２】また、図１０に示すように、乗算器１０４
により限界摩擦係数μｓｔを限界摩擦力Ｆｓ’に変換し
た電圧Ｖ₇と、限界摩擦力Ｆｓの電圧Ｖ₂とを比較器１０
７で比較する場合、乗算器１０４により限界摩擦係数μ
ｓｔを限界摩擦力Ｆｓ’に変換した電圧Ｖ₇が限界摩擦
力Ｆｓの電圧Ｖ2以上となったとき、摩擦力Ｆによる比
較領域と摩擦係数μによる比較領域とを自動的に切り換
えさせることもできる。

【００４３】

【発明の効果】前記のように、本発明では、焼き付きと
無関係な現象及び低荷重領域での大きな摩擦係数μに影
響されずに、極めて不安定な摩擦状態でも広い荷重範囲
にわたり連続的かつ正確に摩擦摩耗試験を行いかつ試験
を自動的に停止できる。このため、実機評価に極めて近
似するデータを得ることができ、摩擦摩耗を受ける製品
の品質を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による摩擦摩耗試験機の断面図

【図２】 摩擦係数による停止を示すグラフ

【図３】 摩擦力による停止を示すグラフ

【図４】 本発明の第一実施例を示すブロック図

【図５】 本発明の第一実施例を示すフローチャート

【図６】 本発明の第二実施例を示すフローチャート

【図７】 本発明の第三実施例を示すフローチャート

【図８】 本発明の第四実施例を示すフローチャート

【図９】 本発明の第五実施例を示すフローチャート

【図１０】 本発明の別の第五実施例を示すフローチャ
ート

【図１１】 摩擦力と負荷荷重の関係を示すグラフ

【図１２】 摩擦係数と負荷荷重の関係を示すグラフ

【符号の説明】

１．．加圧装置、 ２．．回転装置、 ３．．荷重検出
ロードセル、 ４．．トルク検出ロードセル、 ５．．
静止試験片ホルダ、 ６．．静止試験片、 ７．．回転
試験片、 ８．．回転試験片ホルダ、 Ｗ．．負荷荷
重、 Ｗｂ．．下限荷重、 Ｗｔ．．上限荷重、 Ｗ
ｃ．．境界荷重、 Ｔｆ．．摩擦トルク、Ｒ．．摺動半
径、 Ｆ．．摩擦力、 Ｆｓ．．限界摩擦力、 μ．．
摩擦係数、μｓｔ．．限界摩擦係数、

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 試験片に加える荷重範囲内に境界荷重Ｗ
   ｃを設定すると共に、限界摩擦力Ｆｓ及び限界摩擦係数
   μｓｔを設定する過程と、 連続的又は段階的に試験片に荷重を印加しながら、負荷
   荷重及び摩擦係数を測定する過程と、 負荷荷重が境界荷重Ｗｃに満たないとき、摩擦力Ｆと限
   界摩擦力Ｆｓとを比較する過程と、 負荷荷重が境界荷重Ｗｃに達しこれを超えたとき、摩擦
   係数μが限界摩擦係数μｓｔとを比較する過程と、 摩擦力Ｆが限界摩擦力Ｆｓを超えたとき又は摩擦係数μ
   が限界摩擦係数μｓｔを超えたとき、試験を終了する過
   程とを含むことを特徴とする摩擦摩耗試験法。
2. 【請求項２】 試験片の摺動半径Ｒと負荷荷重Ｗと摩擦
   トルクＴｆとから摩擦力Ｆを算出する過程を含む請求項
   １に記載の摩擦摩耗試験法。
3. 【請求項３】 連続的又は段階的に試験片に荷重を印加
   する加圧装置と、 試験片を回転する回転装置と、 試験片に印加される負荷荷重Ｗを計測する荷重測定手段
   と、 試験片に印加される摩擦トルクＴｆを計測するトルク測
   定手段と、 試験片の摺動半径Ｒと前記負荷荷重Ｗと摩擦トルクＴｆ
   とから摩擦力Ｆを算出する摩擦力測定手段と、 摩擦力Ｆと負荷荷重Ｗから摩擦係数μを算出する摩擦係
   数測定手段と、 負荷荷重Ｗが境界荷重Ｗｃに達したか否かを判断する荷
   重判断手段と、 負荷荷重Ｗが境界荷重Ｗｃ未満のとき、摩擦力Ｆと限界
   摩擦力Ｆｓとを比較し、摩擦力Ｆが限界摩擦力Ｆｓを超
   えたときに停止信号を発生する摩擦力比較手段と、 負荷荷重Ｗが境界荷重Ｗｃ以上のとき、摩擦係数μと限
   界摩擦係数μｓｔとを比較し、摩擦係数μが限界摩擦係
   数μｓｔを超えたときに停止信号を発生する摩擦係数比
   較手段と、 摩擦力比較手段又は摩擦係数比較手段の停止信号により
   加圧装置又は回転装置の作動を停止する停止手段とを具
   備したことを特徴とする摩擦摩耗試験機。
4. 【請求項４】 限界摩擦係数μｓｔ及び負荷荷重Ｗから
   限界摩擦力Ｆｓ'（＝μｓｔ×Ｗ）を求め、限界摩擦力
   Ｆｓ'値と摩擦力Ｆを比較して摩擦係数の比較を行う請
   求項３に記載の摩擦摩耗試験機。
5. 【請求項５】 加圧装置は低荷重側から高荷重側に負荷
   荷重を増加する請求項３に記載の摩擦摩耗試験機。