JPS61258145A - 摩擦力測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、摩擦力測定装置に係り、特に、摩擦力など、
接触、摺動にともなう作用力を測定するのに好適な摩擦
力測定装置に関するものである。

〔発明の背景〕

摺動部材の摺動状態を示す重要なパラメータである摩擦
係数の測定は、摩擦、摩耗現象の解明にとって重要なも
のであり、容易で精度の高い測定方法が求められている
。

例えば、磁気ディスクの摺動強度は、実機での測定が技
術的に困難であるため５種々の加速評価装置によって測
定されている。その加速評価装置のひとつとして連続摺
動を行う測定では、ディスクと摺動部材との間で発生す
る摩擦力を測定し、その摩擦力をディスクに加えた荷重
によって除することで摩擦係数に換算される。

従来、摩擦力など、接燭、摺動にともなう作用力を測定
する手段としては、板ばねの変形をひずみゲージにより
抵抗変化として測定し、あらかじめ測定した抵抗値と力
の関係から接線力を求める方法があり、例えば、特開昭
５５−１２８１４２号公報記載のものなどがある。

そこで、従来の接線力測定の手段について、第４図を参
照して説明する。

第４図は、従来の接線力測定手段の斜視図である。

本手段は、第４図に示すように２方向に加えられた力に
対して摩擦力ＦｔはＸ方向に作用する。

この摩擦力Ｆｔを板ばね１７に貼ったひずみゲージ１８
により検出するのであるが、次の問題点があった。

１）ひずみゲージ１８の温度ドリフトを防ぐ必要がある
。温度ドリフトを防ぐためには、温度補償用のダミーゲ
ージを用いる必要があるが、これは板ばねの小形化に反
することになる。

２）板ばね１７のヒステレシスによって、ひずみと応力
の関係が時間的に変化する場合があり、測定の再現性が
よくない。

３）板ばね１７の変化量、すなわちひずみゲージ１８の
変化量と加わる力との間で較正曲線を得る必要があり、
そのためには接線方向へ精度よく力を加える装置を、別
に必要とする。

４）測定感度を上げるためには、板ばね１７を薄く小さ
くして板ばね１７の剛性を下げなければならないが、剛
性が下がると、板ばね１７につながる摺動部の摩擦力方
向の変化量が大きくなるという問題がある。

〔発明の目的〕

本発明は、前述の従来技術の問題点に鑑みなされたもの
で、摺動部材に加えた負荷の方向と直交する方向に働く
微小な摩擦力を拡大して高精度に測定することの可能な
摩擦力測定装置の提供を、その目的としている。

〔発明の概要〕

本発明に係る摩擦力測定装置の構成は、摺動部材に対接
すべき摺動要素を先端部に備えたアーム部材に、その摺
動要素を介して前記摺動部材に荷重を負荷する負荷手段
を設け、その負荷にともない摺動部に発生する摩擦力を
回転モーメントとして作用せしめるアームの支点を有し
、この支点から、梃子の原理で前記摩擦力を拡大しうる
位置に摩擦力検出手段を配設するように構成したもので
ある。

なお、本発明を開発した考え方を付記すると、次のとお
りである。

従来の板ばねと歪ゲージを用いた接線力測定手段の問題
点を取り除くために、摺動部に発生する摩擦力を回転モ
ーメントとして検知できるように、回転中心を持ったア
ームの先端が摺動部になるような測定系を用いることを
考えた。

第２図は、その測定系の原理を示す斜視図である。

第２図において、１′はアーム、５′はその支点、２′
は、支点５′から距離Ｂの位置に設けた力検出手段であ
る。支点５′から距離Ａのアーム先端部が摺動部に相当
する。矢印は回転モーメントが作用することを示す。摺
動部に垂直荷重ＦＱを加えると、それに対応して摩擦力
ＦｔがＸ方向に働く、この力を拡大するために２軸まわ
りの支点５′とアーム１′によって梃子を構成する。こ
の梃子の作用により摩擦力Ｆｔは−に拡大されるこの−
に拡大された力とつり合う反力Ｆｃを発生させることに
より、つり合い状態でのＦｔの測定を行うことができる
。力の拡大作用を持つことで測定感度の向上が容易にな
るばかりでなく、摺動点と測定点が離れた位置にくるの
で、反力発生と測定に用いる力検出装置２′は形状、性
能ともに選択の範囲を広くすることができる。

アーム１′には、軽量で剛性の高い材質を用いることで
、測定系の変形が摺動部分におよぼす影響を小さくする
ことができる。

先に第４図で示したひずみゲージ１８は、板ばね１７の
はね定数とひずみゲージ１８の貼られた位置や、ひずみ
測定の領域すなわちゲージの大きさに依存したカー抵抗
変化の関係を持つ。このため、力を絶対値として測定す
るためには、測定系と一体の状態での較正作業が必要と
なる。

それに対して、本発明では、摩擦力検出は力検出手段２
′によっているため、測定系と切離して較正を行うこと
ができるものである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の各実施例を第１図および第３図を参照し
て説明する。

まず、第１図は、本発明の一実施例に係る摩擦力測定装
置の斜視図である。

第１図において、３は、例えば磁気ディスクなどの、矢
印方向に回転する摺動部材、４は、この摺動部材３に対
接すべき摺動要素、１は、その摺動要素３を先端部に備
えたアーム部材である。

アーム部材１は、内部減衰の大きな金属材料を用いて成
形されたパイプが用いられている。パイプ構造をとるこ
とで、軽量、高剛性のアームにすることができる。

アーム部材１には、前記摺動要素４を介して前記摺動部
材３に荷重を負荷する負荷手段を備えている。この負荷
手段は、アームの支点５に位置するフレーム７に、支点
６を構成するピン６ａを、アーム部材１を貫通するよう
に設け、アーム部材１の他端に錘８を取付けたものであ
る。

支点５，６の矢印は、回転モーメントの作用を示してい
る。

２は、摩擦力検出手段に係るロードセル、９は、支点Ｓ
を回転中心とするガイドアームで、ロードセル２はガイ
ドアーム９により、支点５から所定の距離を保つように
配設されている。

ロードセル２は、温度変化に対して安定なブリッジ方式
の荷重変換素子が用いられている。

このような構成の摩擦力測定装置の作用を説明する。

摺動要素４に加わる接線力すなわち摩擦力は、支点５ま
わりのモーメントとしてはたらく。この力は、同じく支
点５を回転中心とするガイドアーム９を通して、反力発
生および力検出を兼ねたロードセル２に伝えられる。ロ
ードセル２には、梃子の原理で、支点５から摺動要素４
までの距離を、支点５からロードセル２までの距離で除
した拡大倍率で力が発生する。

摩擦力は、摺動部材３および摺動要素４の材質や、鉛直
方向に加える負荷が大小によって、種々の値をとる。そ
の種に応じて、ロードセル２に加わる力もさまざまに変
化するが、Ｗｓ定範囲を満足し、かつ、できるだけ容量
の小さなロードセルを用いることにより、測定精度を異
なった摩擦力に対して一定にすることができる。

本実施例によれば、微小な摩擦力を梃子の原理で拡大し
、測定系に依存しないロードセル２によって測定できる
ので、高精度の摩擦力の測定を容易に行うことができる
。

次に１本発明の他の実施例を、第３図を参照して説明す
る。

第３図は、本発明の他の実施例に係る摩擦力測定装置の
トルク測定部の構成図であり、第１図の装置の摩擦力検
出手段に対応するものである。

したがって、第３図に示す以外のアーム部材の構成は、
第１図と同等であるから、その説明を省略する。

第３図において、１０は、支点５と同一軸心の回転軸、
１１は、その回転軸１０の回転角を測定する回転角検出
手段、１２は、回転軸１ｏに取り付けた電磁石、１３は
、この電磁石１２まわりに設けた電磁コイル、１４は、
電磁コイル１３に流す電流値ｉから回転モーメントに係
るトルクＴを計測する制御装置、１５は電源、１６は電
流ｉとトルクＴの関係を表示する記録装置を示す。

すなわち、第３図の実施例は、支点５となる回転軸１ｏ
まわりに電磁コイル１３を設け、摺動部に発生する摩擦
力による、回転軸１０まわりの回転モーメントにつりあ
う力を反力として発生させ。

このときに電磁コイルに流す電流値ｉからトルクＴｒｉ
−１定し、摩擦力を測定するようにしたものである。

この手順は、回転角検出手段１１によって、回転軸１０
の回転角を測定し、これを制御装！！１４に伝達する。

制御装置ｆ！１４では、測定された回転角と逆向きに回
転角が生じるように電源１５を通して電磁コイル１３に
電流を流す。この際に流れる電流ｉを測定、記録するこ
とで摩擦力の測定が可能となるものである。

第３図の実施例によれば、先の第１図の実施例と同様の
効果が期待される。

なお、前述の実施例では、磁気ディスクなど回転する摺
動部材の例を説明したが、本発明は、回転する摺動部材
のみに限らず、同等の効果が期待される範囲で、汎用的
に接触、摺動をともなう部材の摩擦力測定に適用される
装置である。

また、摺動部材に荷重を負荷する負荷手段は、第１図に
示した機構、形状のものに限定されるものではないこと
は言うまでもない。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明によれば、摺動部材に加えた
負荷の方向と直交する方向に働く微小な摩擦力を拡大し
て高精度に測定することの可能な摩擦力測定装置を提供
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例に係る摩擦力測定装置の斜
視図、第２図は、本発明の測定系の原理を示す斜視図、
第３図は、本発明の他の実施例に係る摩擦力測定装置の
トルク測定部の構成図、第４図は、従来の接線力測定手
段の斜視図である。 １・・・アーム部材、２・・・ロードセル、３・・・摺
動部材。 ４・・・摺動要素、５・・・支点、６・・・支点、６ａ
・・・ピン７・・・フレーム、８・・・錘、９・・・ガ
イドアーム、１０・・・回転軸、１１・・・回転角検出
手段、１２・・・電磁石、１３・・・電磁コイル、１４
・・・制御装置、１６・・・記録装置。 Ｖ１目

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、摺動部材に対接すべき摺動要素を先端部に備えたア
   ーム部材に、その摺動要素を介して前記摺動部材に荷重
   を負荷する負荷手段を設け、その負荷にともない摺動部
   に発生する摩擦力を回転モーメントとして作用せしめる
   アームの支点を有し、この支点から梃子の原理で前記摩
   擦力を拡大しうる位置に摩擦力検出手段を配設するよう
   に構成したことを特徴とする摩擦力測定装置。 ２、特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、摩擦力
   検出手段は、支点を回転中心とするガイドアームに接続
   するロードセルである摩擦力測定装置。 ３、特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、摩擦力
   検出手段は、支点となる回転軸と、その回転軸まわりに
   設けた電磁コイルと、前記回転軸の回転角検出手段と、
   その回転角検出手段が計測した回転角と逆向きの回転角
   を生ぜしめ、そのときの電流値から回転モーメントを測
   定しうるように構成した制御装置とを設けたものである
   摩擦力測定装置。