JP3097479U - 摩擦試験機 - Google Patents
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Abstract
【課題】低荷重から高荷重まで広範囲な荷重を付与した場合の摩擦力を精度良く測定することができ、特に、100kgf以上の高荷重に対して数十gf程度の低摩擦力であっても正確に測定できる摩擦試験機を提供する。
【解決手段】バランスアーム5をバランス機構6によって略水平方向に揺動可能に支持し、このバランスアーム5の先端部に被測定物2を保持するホルダ4を取り付け、他端部に荷重変換器7を連結し、前記ホルダ4の上に荷重受け部8を設けた摩擦試験機1であって、この荷重受け部8に加圧部94を介して荷重を与える高荷重付与手段9を備え、荷重受け部8とホルダ4との間に被測定物2に生じる摩擦力に応じて水平方向にスライド可能なスライド機構10を設けて、荷重受け部8の荷重接点における摩擦の影響を抑制する。
【選択図】 図1
【解決手段】バランスアーム5をバランス機構6によって略水平方向に揺動可能に支持し、このバランスアーム5の先端部に被測定物2を保持するホルダ4を取り付け、他端部に荷重変換器7を連結し、前記ホルダ4の上に荷重受け部8を設けた摩擦試験機1であって、この荷重受け部8に加圧部94を介して荷重を与える高荷重付与手段9を備え、荷重受け部8とホルダ4との間に被測定物2に生じる摩擦力に応じて水平方向にスライド可能なスライド機構10を設けて、荷重受け部8の荷重接点における摩擦の影響を抑制する。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【考案の属する技術分野】
本考案は、人工関節に使用される材料等のように、低荷重から高荷重まで広範囲の荷重を受ける材料の摩擦力を測定する摩擦試験機であって、特に、高荷重を受けた場合の低摩擦力を測定するのに好適な摩擦試験機に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、摺動部分に使用される材料等の摩擦力を測定する装置として摩擦試験機が提案されており、例えば、特開平6−201572号には、コンパクトディスクやレーザディスク等が受ける低荷重での摩擦力を測定する目的で摩擦評価装置が提案されている。この摩擦評価装置は、回転する被検体に接触する接触ヘッドを先端に取り付けたヘッドアームと、このヘッドアームを揺動可能に支持するバランサ手段と、前記ヘッドアームのバランスを取るためのバランスウェイトと、前記被検体に荷重をかけたときに接触ヘッドに加わる摩擦力を測定するセンサ部とを備えていることを特徴とする。そして、バランスウェイトを操作することによりバランサ手段によってヘッドアームのバランスをとり、接触ヘッドを被検体に接触させるようになっているため、低荷重における摩擦測定を精度良く行えるようになっている。
【0003】
【考案が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した特開平6−201572号公報に記載の摩擦評価装置は、低荷重下における摩擦力の測定のみを目的としている。したがって、仮に接触ヘッドの荷重受け部に大きい荷重の重りを搭載すると、この重りと荷重受け部との接触点における摩擦が発生し、ヘッドアームが自由に揺動することができないという問題が生じる。すなわち、接触ヘッドと被検体との間に低摩擦力が生じていても、高荷重が付与された荷重受け部の大きな摩擦力の影響によってヘッドアームが水平方向に移動できず、所望の摩擦力をセンサ部が検知できないという問題がある。
【0004】
一方、100kgf程度まで高荷重をかける摩擦試験機では、一般に、油圧シリンダやエアシリンダによって荷重受け部を押し込み、この押し込み量をロードセルで検知しながら荷重に変換して所望の荷重を付与するようになっている。しかしながら、現実の摩擦面には凹凸が存在しており、ヘッドがバウジングしている。また、高荷重を付与すると被測定物の表面が削り取られてしまう。これらの挙動により荷重は敏感に変動するが、この変動に追従しようとするとフィードバックを極めてこまめに行わなければならない。このような精密なフィードバック制御はコストもかかるため、現実的には、実験条件が一定でなくなることを承知の上で摩擦力を測定している。ただし、高荷重で極めて低い摩擦力を測定することは想定しておらず、低摩擦力を精度良く測定できるものではない。
【0005】
本考案は、このような問題点を解決するためになされたものであって、数gf程度の低荷重から100kgf程度の高荷重まで広範囲な荷重を付与した場合の摩擦力を精度良く測定することができ、特に、100kgfの高荷重に対して数十gf程度の低摩擦力であっても正確に測定することができる摩擦試験機を提供することを目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本考案に係る摩擦試験機の特徴は、被測定物を接触させて摩擦を生じさせる回転テーブルと、この回転テーブル上で被測定物を保持するホルダと、このホルダを先端部に備えているとともにバランス機構によって略水平方向に揺動可能に支持されたバランスアームと、このバランスアームの他端部に連結されて摩擦力を測定する荷重変換器と、前記ホルダの上に設けられ荷重を受ける荷重受け部とを有する摩擦試験機であって、前記荷重受け部に当接する加圧部を備えているとともに、この加圧部を上下動可能に支持し高荷重を付与する高荷重付与手段を有し、前記荷重受け部と前記ホルダとの間に、被測定物に生じる摩擦力に応じて水平方向にスライド可能なスライド機構を設けた点にある。
【0007】
また、本考案は、ホルダのスライド可能範囲を規制し、あるいはスライドさせないように固定するために、荷重受け部には、この荷重受け部の側面からホルダの側面まで延出されたスライド規制板が固定されており、ホルダの側面には、ねじ穴が形成されており、前記スライド規制板には、前記ねじ穴に対向する高さ位置に前記ホルダのスライド範囲を規制するスライド規制用長孔が形成されており、前記ホルダのねじ穴には、前記スライド規制用長孔に挿通されたスライドストッパが螺合されており、このスライドストッパは、前記スライド規制用長孔の両端面に当接することでホルダのスライド範囲を規制し、かつ、さらにねじ穴にねじ込まれることによって前記スライド規制板を前記ホルダに固定してスライドさせないように機能することが好ましい。
【0008】
さらに、本考案では、安定した高荷重を付与するために、高荷重付与手段は、荷重受け部に当接する加圧部、この加圧部を上部に支持し回転テーブル下に垂下する荷重フレーム、この荷重フレームの下端部からさらに垂下するように固定された分銅支持棒、この分銅支持棒の下端部に固定された分銅載置板、および前記荷重フレームを上下方向にガイドするフレームガイドとから構成される荷重分銅台と、この荷重分銅台を退避位置から加圧部が荷重受け部に当接する位置まで上下動させるラック状押動部、ピニオンギアおよび駆動モータから構成される上下駆動部と、荷重分銅とを有することが望ましい。
【0009】
また、本考案では、回転テーブルには、液中での摩擦測定を行うために液体を保持する壁部を備えた液受けバッドが着脱自在に設けられていてもよい。
【0010】
さらに、本考案では、スラスト摩擦も測定できるようにするために、回転テーブルの下方には、この回転テーブルの回転軸に連結されて被測定物のスラスト摩耗を取得するトルク変換器が設けられているとともに、バランス機構および荷重変換器をスライド方向と直交する水平方向に移動可能に支持することでホルダに保持した被測定物を回転テーブルの同心軸上に移動し、あるいはその回転軸から所定の距離だけ離間させるための水平スライドステージを設けるようにしてもよい。
【0011】
【考案の実施の形態】
以下、本考案に係る摩擦試験機の実施形態の一例を図面を用いて説明する。
【0012】
図1は、本考案に係る摩擦試験機の実施形態の正面図であり、図2は右側面図であり、図3は平面図である。本実施形態の摩擦試験機1は、主として、被測定物2を接触させて摩擦を生じさせる回転テーブル3と、この回転テーブル3上で被測定物2を保持するホルダ4と、このホルダ4を先端部に備えるバランスアーム5と、このバランスアーム5を略水平方向に揺動可能に支持するバランス機構6と、バランスアーム5の他端部に連結されて摩擦力を測定する荷重変換器7と、ホルダ4の上に設けられ荷重を受ける荷重受け部8と、この荷重受け部8に高荷重を付与する高荷重付与手段9と、荷重受け部8とホルダ4との間に設けられ水平方向にスライド可能なスライド機構10とから構成されている。
【0013】
本実施形態の各構成部についてより詳細に説明すると、回転テーブル3は、摩擦試験機1の水平基台11に回転可能に軸支されている。この回転テーブル3の回転軸31は略垂直方向となるように支持されており、この回転軸31にトルクメータ32、タイミングプーリ33およびスリップリング34が設けられている。一方、この回転テーブル3を回転させる回転テーブル駆動モータ35は、その回転軸が略水平方向となるように摩擦試験機1に固定されている。そして、この回転テーブル駆動モータ35の回転はウォームギヤ36により垂直方向の回転に変換され、タイミングプーリ33とタイミングベルト37を介して回転テーブル3の回転軸31に伝達されるようになっている。ここで、本実施形態では、回転テーブル3上に液体を保持する壁部38aを備えた液受けバッド38が着脱自在に載置されており、液中での摩擦測定を行えるようになっている。
【0014】
つぎに、バランスアーム5は、略水平方向に延在するようにバランス機構6に支持されており、その先端部にホルダ4を回転テーブル3上に位置させるように支持している。このバランスアーム5は、その略中間部に第1揺動軸51が取り付けられており、この第1揺動軸51をバランス機構6によって揺動自在に軸支されている。また、このバランスアーム5には、バランスを釣り合わせるためのバランス用分銅52が設けられており、その取付位置が適宜変更し得るようになっている。
【0015】
つぎに、バランス機構6は、水平基台11に略垂直方向に立設される支持柱61と、この支持柱61の上端に軸支される第2揺動軸62と、この第2揺動軸62に揺動可能に軸支される縦アーム63と、この縦アーム63の下端に設けられる断面略コの字状の支持片64とから構成されている。そして、この支持片64に第1揺動軸51がピボット式に軸支されるようになっている。この構成により、バランスアーム5は鉛直面内で略水平方向に揺動可能に支持されている。なお、バランス機構6にはバランスロック機構65が設けられており、バランスアーム5を固定した状態で支持し得るようになっている。
【0016】
荷重変換器7は、バランスアーム5の他端部に検出子71を介して連結されており、バランスアーム5の変位に応じた信号を出力する。これにより、回転テーブル3との間に生じた摩擦により被測定物2が移動すると、その変位量がバランスアーム5を介して荷重変換器7に伝達されて摩擦力を検出するようになっている。なお、本実施形態の荷重変換器7は、低摩擦力を精度良く測定するため、容量が2kg、測定精度が±0.1kgのものを用いている。
【0017】
荷重受け部8は、重りを載置するために上端面が平面状に形成されている。この荷重受け部8とホルダ4との間には、スライド機構10が設けられており、被測定物2に生じる摩擦力に応じて水平方向にスライドし得るようになっている。このスライド機構10は、図4(c)に示すように、長尺状の中央部材41とこれの両側面に沿った両端部材81との間にボールベアリング101が2列に並置された構造になっており、中央部材41はホルダ4の上端面にボルト固定され、両端部材81は荷重受け部8の下端面にボルト固定されている。
【0018】
また、このスライド機構10には、ホルダ4のスライド範囲を規制するためのスライド規制板102が荷重受け部8の側面にねじによって固定されている。このスライド規制板102は、荷重受け部8の側面からホルダ4の側面まで延出されており、ホルダ4に対応する適当な位置で水平方向に長いスライド規制用長孔103が形成されている。このスライド規制用長孔103に対向するホルダ4の側面にはねじ穴42が形成されており、このねじ穴42にスライド規制用長孔103に挿通されたスライドストッパ104が螺合されている。このスライドストッパ104は、スライド規制用長孔103の両端面に当接することでホルダ4のスライド範囲を規制する。また、このスライドストッパ104は、ねじ穴42にねじ込まれることによってスライド規制板102をホルダ4に固定し、スライドさせないようになっている。このようにスライドを停止させるのは、スライドさせる必要のない低荷重をかける場合やスラスト摩擦を行う場合である。
【0019】
つぎに、高荷重付与手段9は、荷重分銅台91と、この荷重分銅台91を上下動させる上下駆動部92と、前記荷重分銅台91に載せる荷重分銅93とから構成される。荷重分銅台91は、荷重受け部8に当接する加圧部94と、この加圧部94を支持する天板95aを備えているとともに回転テーブル3下に垂下された直方体骨組み構造の荷重フレーム95と、この荷重フレーム95の底板95bにさらに垂下するように固定された分銅支持棒96と、この分銅支持棒96の下端部に固定された分銅載置板97と、水平基台11に保持され、前記荷重フレーム95を上下方向にガイドするフレームガイド98とから構成されている。また、上下駆動部92は、荷重フレーム95の底板95bに当接するラック状押動棒92aと、このラック状押動棒92aを荷重分銅台91の退避位置から加圧部94が荷重受け部8に当接する荷重位置まで上下動させるピニオンギア(図示せず)を備えた駆動モータ92bとから構成されている。これにより、上下動駆動部92によって加圧部94を荷重受け部8に当接させると、荷重分銅台91の重量および載置した分銅の総重量が、荷重受け部8に付与される。
【0020】
つぎに、水平基台11には、バランスアーム5の長手方向と垂直な方向に水平ガイドレール12が平行に2本設けられており、これらの水平ガイドレール12に水平スライドステージ13が摺動自在に設けられている。2本の水平ガイドレール12の間には、手動ハンドル14に連結された台形ねじ軸15が配置されており、この台形ねじ軸15に沿って直線移動するナット16が螺合されており、このナット16に水平スライドステージ13が固定されている。さらに、この水平スライドステージ13には、2カ所に垂直ガイドレール17,17が立設されており、それぞれバランス機構6および荷重変換器7が鉛直方向に上下動できるように取り付けられている。ここで、バランス機構6も台形ねじ機構によって上下にスライドするようになっており、荷重変換器7はラックとピニオンによって上下動するようになっている。そして、水平スライドステージ13を水平方向にスライドさせると、被測定物2が回転テーブル3上の半径方向に移動し、回転中心から所定の位置に変位させられる。また、バランス機構6および荷重変換器7を垂直方向にスライドさせると、被測定物2の厚さに応じてホルダ4の高さ方向を調整できる。
【0021】
つぎに、このような構成を備えた本実施形態における摩擦試験機1の作用について説明する。
【0022】
本摩擦試験機1によって、被測定物2に低荷重を付与したときの摩擦力を測定する場合、図5に示すように、上下駆動部92を駆動して荷重分銅台91を上方に移動させる。これにより、加圧部94が荷重受け部8から離れ、ホルダ4はバランス機構6により揺動可能に支持された状態になる。この状態でホルダ4に被測定物2を固定し、バランス用分銅52の位置を適宜調節することでバランスアーム5のバランスを釣り合わせる。そして、水平スライドステージ13を水平方向にスライドさせて回転テーブル3の半径方向の位置を合わせるとともに、バランス機構6および荷重変換器7を垂直ガイドレール17に沿ってスライドさせて、被測定物2が回転テーブル3上の摩擦面に接触するように調節する。また、低荷重の場合には荷重点における摩擦の影響はなく、むしろスライド機構10をフリーにしておくと揺れが生じるおそれがあるため、スライドストッパ104をねじ込み、ホルダ4を荷重受け部8に固定してスライドしないようにする。このように各部を調整した後、荷重受け部8に直接低荷重の重りを載置する。
【0023】
その後、回転テーブル駆動モータ35を駆動して回転テーブル3を回転させることにより、低荷重が付与された被測定物2と回転テーブル3との間に摩擦が発生する。この摩擦力に応じてバランスアーム5が長手方向に移動し、この変位を荷重変換器7が検出子71を介して検出する。これにより、被測定物2と回転テーブル3との間の摩擦力が測定される。
【0024】
一方、被測定物2に高荷重を付与したときの摩擦力を測定する場合、荷重分銅台91により荷重を付与する。ホルダ4の位置を調整した後、スライドストッパ104を開放してホルダ4を水平方向にスライド可能にする。一方、付与したい荷重を予め計算し、必要な荷重分銅93を分銅載置板97に載せておく。その後、上下駆動部92を駆動して加圧部94が荷重受け部8に当接するまで荷重分銅台91を下降する(図1参照)。これにより、荷重分銅台91および荷重分銅93を合計した総重量が被測定物2に付与される。
【0025】
そして、回転テーブル駆動モータ35を駆動して回転テーブル3を回転させることにより、高荷重が付与された被測定物2と回転テーブル3との間に摩擦力が発生する。このとき、荷重受け部8には高荷重が付与されているため、荷重接触点には大きな摩擦が生じているが、この影響を回避すべく、スライド機構10によって被測定物2に生じる直線的な摩擦力の方向にホルダ4がスライドできるようになっている。これにより、被測定物2は、大きな垂直荷重を受けながらも摩擦力の生じる方向にその力に応じてスライドできる。そして、この変位をバランスアーム5を介して荷重変換器7に伝達し、摩擦力に変換される。
【0026】
また、本摩擦試験機1において、被測定物2をスラスト摺動させて摩擦力を測定する場合には、水平スライドステージ13を移動させて被測定物2の中心を回転テーブル3の回転軸31と一致させる。そして、バランスロック機構65およびスライドストッパ104によりバランスアーム5を固定した状態で被測定物2を回転テーブル3に当接させる。この状態で被測定物2と回転テーブル3との間に発生した摩擦力をトルクメータ32により測定する。
【0027】
以上のような本実施形態によれば、ホルダ4が荷重受け部8に対して水平方向にスライド自在に設けられているため、被測定物2に高荷重を付与した状態でもホルダ4が荷重接触点の摩擦力の影響を受けず、回転テーブル3との摩擦力に応じて変位することができ、高荷重の低摩擦力を精度良く測定できる。
【0028】
また、スライドストッパ104とスライド規制板102とによってホルダ4のスライド範囲を規制するだけでなく、スライドさせないように規制することができる。
【0029】
さらに、高荷重付与手段9は、分銅によって付与する荷重を調節するので、別途フィードバック制御する必要がなく、常に正確な荷重を付与した状態で摩擦力を測定することができる。また、高荷重付与手段9は上下駆動部92により上下駆動されるので、加圧部94を正確に荷重受け部8に当接させることができる。
【0030】
なお、本考案に係る摩擦試験機1は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜変更することができる。
【0031】
例えば、本実施形態では、荷重受け部8とホルダ4との間にスライド機構10を設けることにより両者を互いにスライド可能にしている。しかしながらこれに限らず、荷重受け部8とホルダ4の互いに当接する面に、ポリテトラフルオロエチレンなどから構成される低摩擦材を貼付することにより、両者を互いに滑らかにスライドさせるようにしてもよい。
【0032】
【考案の効果】
以上説明したように本考案によれば、数gfの低荷重から100kgf程度の高荷重まで広範囲な荷重を付与した場合の摩擦力を精度良く測定することができ、特に、100kgfの高荷重に対して数十gf程度の低摩擦力であっても正確に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本考案に係る摩擦試験機の一実施形態を示す正面図である。
【図2】図1の右側面図である。
【図3】図1の平面図である。
【図4】本実施形態の摩擦試験機におけるスライド機構を示す拡大図であって、(a)は平面図、(b)は正面図、(c)は一部を断面にした右側面図である。
【図5】本実施形態の摩擦試験機における荷重分銅台を上方に移動した状態を示す正面図である。
【符号の説明】
1 摩擦試験機
2 被測定物
3 回転テーブル
4 ホルダ
5 バランスアーム
6 バランス機構
7 荷重変換器
8 荷重受け部
9 高荷重付与手段
10 スライド機構
11 水平基台
12 水平ガイドレール
13 水平スライドステージ
14 手動ハンドル
15 台形ねじ軸
16 ナット
17 垂直ガイドレール
31 回転軸
32 トルクメータ
33 タイミングプーリ
34 スリップリング
35 回転テーブル駆動モータ
36 ウォームギヤ
37 タイミングベルト
38 液保持壁
41 中央部材
42 ねじ穴
51 第1揺動軸
52 バランス用分銅
61 支持柱
62 第2揺動軸
63 縦アーム
64 支持片
65 バランスロック機構
71 検出子
81 両端部材
91 荷重分銅台
92 上下駆動部
92a ラック状押動棒
92b 駆動モータ
93 荷重分銅
94 加圧部
95 荷重フレーム
95a 天板
95b 底板
96 分銅支持棒
97 分銅載置板
98 フレームガイド
101 ボールベアリング
102 スライド規制板
103 スライド規制用長孔
104 スライドストッパ
【考案の属する技術分野】
本考案は、人工関節に使用される材料等のように、低荷重から高荷重まで広範囲の荷重を受ける材料の摩擦力を測定する摩擦試験機であって、特に、高荷重を受けた場合の低摩擦力を測定するのに好適な摩擦試験機に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、摺動部分に使用される材料等の摩擦力を測定する装置として摩擦試験機が提案されており、例えば、特開平6−201572号には、コンパクトディスクやレーザディスク等が受ける低荷重での摩擦力を測定する目的で摩擦評価装置が提案されている。この摩擦評価装置は、回転する被検体に接触する接触ヘッドを先端に取り付けたヘッドアームと、このヘッドアームを揺動可能に支持するバランサ手段と、前記ヘッドアームのバランスを取るためのバランスウェイトと、前記被検体に荷重をかけたときに接触ヘッドに加わる摩擦力を測定するセンサ部とを備えていることを特徴とする。そして、バランスウェイトを操作することによりバランサ手段によってヘッドアームのバランスをとり、接触ヘッドを被検体に接触させるようになっているため、低荷重における摩擦測定を精度良く行えるようになっている。
【0003】
【考案が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した特開平6−201572号公報に記載の摩擦評価装置は、低荷重下における摩擦力の測定のみを目的としている。したがって、仮に接触ヘッドの荷重受け部に大きい荷重の重りを搭載すると、この重りと荷重受け部との接触点における摩擦が発生し、ヘッドアームが自由に揺動することができないという問題が生じる。すなわち、接触ヘッドと被検体との間に低摩擦力が生じていても、高荷重が付与された荷重受け部の大きな摩擦力の影響によってヘッドアームが水平方向に移動できず、所望の摩擦力をセンサ部が検知できないという問題がある。
【0004】
一方、100kgf程度まで高荷重をかける摩擦試験機では、一般に、油圧シリンダやエアシリンダによって荷重受け部を押し込み、この押し込み量をロードセルで検知しながら荷重に変換して所望の荷重を付与するようになっている。しかしながら、現実の摩擦面には凹凸が存在しており、ヘッドがバウジングしている。また、高荷重を付与すると被測定物の表面が削り取られてしまう。これらの挙動により荷重は敏感に変動するが、この変動に追従しようとするとフィードバックを極めてこまめに行わなければならない。このような精密なフィードバック制御はコストもかかるため、現実的には、実験条件が一定でなくなることを承知の上で摩擦力を測定している。ただし、高荷重で極めて低い摩擦力を測定することは想定しておらず、低摩擦力を精度良く測定できるものではない。
【0005】
本考案は、このような問題点を解決するためになされたものであって、数gf程度の低荷重から100kgf程度の高荷重まで広範囲な荷重を付与した場合の摩擦力を精度良く測定することができ、特に、100kgfの高荷重に対して数十gf程度の低摩擦力であっても正確に測定することができる摩擦試験機を提供することを目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本考案に係る摩擦試験機の特徴は、被測定物を接触させて摩擦を生じさせる回転テーブルと、この回転テーブル上で被測定物を保持するホルダと、このホルダを先端部に備えているとともにバランス機構によって略水平方向に揺動可能に支持されたバランスアームと、このバランスアームの他端部に連結されて摩擦力を測定する荷重変換器と、前記ホルダの上に設けられ荷重を受ける荷重受け部とを有する摩擦試験機であって、前記荷重受け部に当接する加圧部を備えているとともに、この加圧部を上下動可能に支持し高荷重を付与する高荷重付与手段を有し、前記荷重受け部と前記ホルダとの間に、被測定物に生じる摩擦力に応じて水平方向にスライド可能なスライド機構を設けた点にある。
【0007】
また、本考案は、ホルダのスライド可能範囲を規制し、あるいはスライドさせないように固定するために、荷重受け部には、この荷重受け部の側面からホルダの側面まで延出されたスライド規制板が固定されており、ホルダの側面には、ねじ穴が形成されており、前記スライド規制板には、前記ねじ穴に対向する高さ位置に前記ホルダのスライド範囲を規制するスライド規制用長孔が形成されており、前記ホルダのねじ穴には、前記スライド規制用長孔に挿通されたスライドストッパが螺合されており、このスライドストッパは、前記スライド規制用長孔の両端面に当接することでホルダのスライド範囲を規制し、かつ、さらにねじ穴にねじ込まれることによって前記スライド規制板を前記ホルダに固定してスライドさせないように機能することが好ましい。
【0008】
さらに、本考案では、安定した高荷重を付与するために、高荷重付与手段は、荷重受け部に当接する加圧部、この加圧部を上部に支持し回転テーブル下に垂下する荷重フレーム、この荷重フレームの下端部からさらに垂下するように固定された分銅支持棒、この分銅支持棒の下端部に固定された分銅載置板、および前記荷重フレームを上下方向にガイドするフレームガイドとから構成される荷重分銅台と、この荷重分銅台を退避位置から加圧部が荷重受け部に当接する位置まで上下動させるラック状押動部、ピニオンギアおよび駆動モータから構成される上下駆動部と、荷重分銅とを有することが望ましい。
【0009】
また、本考案では、回転テーブルには、液中での摩擦測定を行うために液体を保持する壁部を備えた液受けバッドが着脱自在に設けられていてもよい。
【0010】
さらに、本考案では、スラスト摩擦も測定できるようにするために、回転テーブルの下方には、この回転テーブルの回転軸に連結されて被測定物のスラスト摩耗を取得するトルク変換器が設けられているとともに、バランス機構および荷重変換器をスライド方向と直交する水平方向に移動可能に支持することでホルダに保持した被測定物を回転テーブルの同心軸上に移動し、あるいはその回転軸から所定の距離だけ離間させるための水平スライドステージを設けるようにしてもよい。
【0011】
【考案の実施の形態】
以下、本考案に係る摩擦試験機の実施形態の一例を図面を用いて説明する。
【0012】
図1は、本考案に係る摩擦試験機の実施形態の正面図であり、図2は右側面図であり、図3は平面図である。本実施形態の摩擦試験機1は、主として、被測定物2を接触させて摩擦を生じさせる回転テーブル3と、この回転テーブル3上で被測定物2を保持するホルダ4と、このホルダ4を先端部に備えるバランスアーム5と、このバランスアーム5を略水平方向に揺動可能に支持するバランス機構6と、バランスアーム5の他端部に連結されて摩擦力を測定する荷重変換器7と、ホルダ4の上に設けられ荷重を受ける荷重受け部8と、この荷重受け部8に高荷重を付与する高荷重付与手段9と、荷重受け部8とホルダ4との間に設けられ水平方向にスライド可能なスライド機構10とから構成されている。
【0013】
本実施形態の各構成部についてより詳細に説明すると、回転テーブル3は、摩擦試験機1の水平基台11に回転可能に軸支されている。この回転テーブル3の回転軸31は略垂直方向となるように支持されており、この回転軸31にトルクメータ32、タイミングプーリ33およびスリップリング34が設けられている。一方、この回転テーブル3を回転させる回転テーブル駆動モータ35は、その回転軸が略水平方向となるように摩擦試験機1に固定されている。そして、この回転テーブル駆動モータ35の回転はウォームギヤ36により垂直方向の回転に変換され、タイミングプーリ33とタイミングベルト37を介して回転テーブル3の回転軸31に伝達されるようになっている。ここで、本実施形態では、回転テーブル3上に液体を保持する壁部38aを備えた液受けバッド38が着脱自在に載置されており、液中での摩擦測定を行えるようになっている。
【0014】
つぎに、バランスアーム5は、略水平方向に延在するようにバランス機構6に支持されており、その先端部にホルダ4を回転テーブル3上に位置させるように支持している。このバランスアーム5は、その略中間部に第1揺動軸51が取り付けられており、この第1揺動軸51をバランス機構6によって揺動自在に軸支されている。また、このバランスアーム5には、バランスを釣り合わせるためのバランス用分銅52が設けられており、その取付位置が適宜変更し得るようになっている。
【0015】
つぎに、バランス機構6は、水平基台11に略垂直方向に立設される支持柱61と、この支持柱61の上端に軸支される第2揺動軸62と、この第2揺動軸62に揺動可能に軸支される縦アーム63と、この縦アーム63の下端に設けられる断面略コの字状の支持片64とから構成されている。そして、この支持片64に第1揺動軸51がピボット式に軸支されるようになっている。この構成により、バランスアーム5は鉛直面内で略水平方向に揺動可能に支持されている。なお、バランス機構6にはバランスロック機構65が設けられており、バランスアーム5を固定した状態で支持し得るようになっている。
【0016】
荷重変換器7は、バランスアーム5の他端部に検出子71を介して連結されており、バランスアーム5の変位に応じた信号を出力する。これにより、回転テーブル3との間に生じた摩擦により被測定物2が移動すると、その変位量がバランスアーム5を介して荷重変換器7に伝達されて摩擦力を検出するようになっている。なお、本実施形態の荷重変換器7は、低摩擦力を精度良く測定するため、容量が2kg、測定精度が±0.1kgのものを用いている。
【0017】
荷重受け部8は、重りを載置するために上端面が平面状に形成されている。この荷重受け部8とホルダ4との間には、スライド機構10が設けられており、被測定物2に生じる摩擦力に応じて水平方向にスライドし得るようになっている。このスライド機構10は、図4(c)に示すように、長尺状の中央部材41とこれの両側面に沿った両端部材81との間にボールベアリング101が2列に並置された構造になっており、中央部材41はホルダ4の上端面にボルト固定され、両端部材81は荷重受け部8の下端面にボルト固定されている。
【0018】
また、このスライド機構10には、ホルダ4のスライド範囲を規制するためのスライド規制板102が荷重受け部8の側面にねじによって固定されている。このスライド規制板102は、荷重受け部8の側面からホルダ4の側面まで延出されており、ホルダ4に対応する適当な位置で水平方向に長いスライド規制用長孔103が形成されている。このスライド規制用長孔103に対向するホルダ4の側面にはねじ穴42が形成されており、このねじ穴42にスライド規制用長孔103に挿通されたスライドストッパ104が螺合されている。このスライドストッパ104は、スライド規制用長孔103の両端面に当接することでホルダ4のスライド範囲を規制する。また、このスライドストッパ104は、ねじ穴42にねじ込まれることによってスライド規制板102をホルダ4に固定し、スライドさせないようになっている。このようにスライドを停止させるのは、スライドさせる必要のない低荷重をかける場合やスラスト摩擦を行う場合である。
【0019】
つぎに、高荷重付与手段9は、荷重分銅台91と、この荷重分銅台91を上下動させる上下駆動部92と、前記荷重分銅台91に載せる荷重分銅93とから構成される。荷重分銅台91は、荷重受け部8に当接する加圧部94と、この加圧部94を支持する天板95aを備えているとともに回転テーブル3下に垂下された直方体骨組み構造の荷重フレーム95と、この荷重フレーム95の底板95bにさらに垂下するように固定された分銅支持棒96と、この分銅支持棒96の下端部に固定された分銅載置板97と、水平基台11に保持され、前記荷重フレーム95を上下方向にガイドするフレームガイド98とから構成されている。また、上下駆動部92は、荷重フレーム95の底板95bに当接するラック状押動棒92aと、このラック状押動棒92aを荷重分銅台91の退避位置から加圧部94が荷重受け部8に当接する荷重位置まで上下動させるピニオンギア(図示せず)を備えた駆動モータ92bとから構成されている。これにより、上下動駆動部92によって加圧部94を荷重受け部8に当接させると、荷重分銅台91の重量および載置した分銅の総重量が、荷重受け部8に付与される。
【0020】
つぎに、水平基台11には、バランスアーム5の長手方向と垂直な方向に水平ガイドレール12が平行に2本設けられており、これらの水平ガイドレール12に水平スライドステージ13が摺動自在に設けられている。2本の水平ガイドレール12の間には、手動ハンドル14に連結された台形ねじ軸15が配置されており、この台形ねじ軸15に沿って直線移動するナット16が螺合されており、このナット16に水平スライドステージ13が固定されている。さらに、この水平スライドステージ13には、2カ所に垂直ガイドレール17,17が立設されており、それぞれバランス機構6および荷重変換器7が鉛直方向に上下動できるように取り付けられている。ここで、バランス機構6も台形ねじ機構によって上下にスライドするようになっており、荷重変換器7はラックとピニオンによって上下動するようになっている。そして、水平スライドステージ13を水平方向にスライドさせると、被測定物2が回転テーブル3上の半径方向に移動し、回転中心から所定の位置に変位させられる。また、バランス機構6および荷重変換器7を垂直方向にスライドさせると、被測定物2の厚さに応じてホルダ4の高さ方向を調整できる。
【0021】
つぎに、このような構成を備えた本実施形態における摩擦試験機1の作用について説明する。
【0022】
本摩擦試験機1によって、被測定物2に低荷重を付与したときの摩擦力を測定する場合、図5に示すように、上下駆動部92を駆動して荷重分銅台91を上方に移動させる。これにより、加圧部94が荷重受け部8から離れ、ホルダ4はバランス機構6により揺動可能に支持された状態になる。この状態でホルダ4に被測定物2を固定し、バランス用分銅52の位置を適宜調節することでバランスアーム5のバランスを釣り合わせる。そして、水平スライドステージ13を水平方向にスライドさせて回転テーブル3の半径方向の位置を合わせるとともに、バランス機構6および荷重変換器7を垂直ガイドレール17に沿ってスライドさせて、被測定物2が回転テーブル3上の摩擦面に接触するように調節する。また、低荷重の場合には荷重点における摩擦の影響はなく、むしろスライド機構10をフリーにしておくと揺れが生じるおそれがあるため、スライドストッパ104をねじ込み、ホルダ4を荷重受け部8に固定してスライドしないようにする。このように各部を調整した後、荷重受け部8に直接低荷重の重りを載置する。
【0023】
その後、回転テーブル駆動モータ35を駆動して回転テーブル3を回転させることにより、低荷重が付与された被測定物2と回転テーブル3との間に摩擦が発生する。この摩擦力に応じてバランスアーム5が長手方向に移動し、この変位を荷重変換器7が検出子71を介して検出する。これにより、被測定物2と回転テーブル3との間の摩擦力が測定される。
【0024】
一方、被測定物2に高荷重を付与したときの摩擦力を測定する場合、荷重分銅台91により荷重を付与する。ホルダ4の位置を調整した後、スライドストッパ104を開放してホルダ4を水平方向にスライド可能にする。一方、付与したい荷重を予め計算し、必要な荷重分銅93を分銅載置板97に載せておく。その後、上下駆動部92を駆動して加圧部94が荷重受け部8に当接するまで荷重分銅台91を下降する(図1参照)。これにより、荷重分銅台91および荷重分銅93を合計した総重量が被測定物2に付与される。
【0025】
そして、回転テーブル駆動モータ35を駆動して回転テーブル3を回転させることにより、高荷重が付与された被測定物2と回転テーブル3との間に摩擦力が発生する。このとき、荷重受け部8には高荷重が付与されているため、荷重接触点には大きな摩擦が生じているが、この影響を回避すべく、スライド機構10によって被測定物2に生じる直線的な摩擦力の方向にホルダ4がスライドできるようになっている。これにより、被測定物2は、大きな垂直荷重を受けながらも摩擦力の生じる方向にその力に応じてスライドできる。そして、この変位をバランスアーム5を介して荷重変換器7に伝達し、摩擦力に変換される。
【0026】
また、本摩擦試験機1において、被測定物2をスラスト摺動させて摩擦力を測定する場合には、水平スライドステージ13を移動させて被測定物2の中心を回転テーブル3の回転軸31と一致させる。そして、バランスロック機構65およびスライドストッパ104によりバランスアーム5を固定した状態で被測定物2を回転テーブル3に当接させる。この状態で被測定物2と回転テーブル3との間に発生した摩擦力をトルクメータ32により測定する。
【0027】
以上のような本実施形態によれば、ホルダ4が荷重受け部8に対して水平方向にスライド自在に設けられているため、被測定物2に高荷重を付与した状態でもホルダ4が荷重接触点の摩擦力の影響を受けず、回転テーブル3との摩擦力に応じて変位することができ、高荷重の低摩擦力を精度良く測定できる。
【0028】
また、スライドストッパ104とスライド規制板102とによってホルダ4のスライド範囲を規制するだけでなく、スライドさせないように規制することができる。
【0029】
さらに、高荷重付与手段9は、分銅によって付与する荷重を調節するので、別途フィードバック制御する必要がなく、常に正確な荷重を付与した状態で摩擦力を測定することができる。また、高荷重付与手段9は上下駆動部92により上下駆動されるので、加圧部94を正確に荷重受け部8に当接させることができる。
【0030】
なお、本考案に係る摩擦試験機1は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜変更することができる。
【0031】
例えば、本実施形態では、荷重受け部8とホルダ4との間にスライド機構10を設けることにより両者を互いにスライド可能にしている。しかしながらこれに限らず、荷重受け部8とホルダ4の互いに当接する面に、ポリテトラフルオロエチレンなどから構成される低摩擦材を貼付することにより、両者を互いに滑らかにスライドさせるようにしてもよい。
【0032】
【考案の効果】
以上説明したように本考案によれば、数gfの低荷重から100kgf程度の高荷重まで広範囲な荷重を付与した場合の摩擦力を精度良く測定することができ、特に、100kgfの高荷重に対して数十gf程度の低摩擦力であっても正確に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本考案に係る摩擦試験機の一実施形態を示す正面図である。
【図2】図1の右側面図である。
【図3】図1の平面図である。
【図4】本実施形態の摩擦試験機におけるスライド機構を示す拡大図であって、(a)は平面図、(b)は正面図、(c)は一部を断面にした右側面図である。
【図5】本実施形態の摩擦試験機における荷重分銅台を上方に移動した状態を示す正面図である。
【符号の説明】
1 摩擦試験機
2 被測定物
3 回転テーブル
4 ホルダ
5 バランスアーム
6 バランス機構
7 荷重変換器
8 荷重受け部
9 高荷重付与手段
10 スライド機構
11 水平基台
12 水平ガイドレール
13 水平スライドステージ
14 手動ハンドル
15 台形ねじ軸
16 ナット
17 垂直ガイドレール
31 回転軸
32 トルクメータ
33 タイミングプーリ
34 スリップリング
35 回転テーブル駆動モータ
36 ウォームギヤ
37 タイミングベルト
38 液保持壁
41 中央部材
42 ねじ穴
51 第1揺動軸
52 バランス用分銅
61 支持柱
62 第2揺動軸
63 縦アーム
64 支持片
65 バランスロック機構
71 検出子
81 両端部材
91 荷重分銅台
92 上下駆動部
92a ラック状押動棒
92b 駆動モータ
93 荷重分銅
94 加圧部
95 荷重フレーム
95a 天板
95b 底板
96 分銅支持棒
97 分銅載置板
98 フレームガイド
101 ボールベアリング
102 スライド規制板
103 スライド規制用長孔
104 スライドストッパ
Claims (5)
- 被測定物を接触させて摩擦を生じさせる回転テーブルと、この回転テーブル上で被測定物を保持するホルダと、このホルダを先端部に備えているとともにバランス機構によって略水平方向に揺動可能に支持されたバランスアームと、このバランスアームの他端部に連結されて摩擦力を測定する荷重変換器と、前記ホルダの上に設けられ荷重を受ける荷重受け部とを有する摩擦試験機であって、
前記荷重受け部に当接する加圧部を備えているとともに、この加圧部を上下動可能に支持し高荷重を付与する高荷重付与手段を有し、前記荷重受け部と前記ホルダとの間に、被測定物に生じる摩擦力に応じて水平方向にスライド可能なスライド機構を設けたことを特徴とする摩擦試験機。 - 請求項1において、荷重受け部には、この荷重受け部の側面からホルダの側面まで延出されたスライド規制板が固定されており、ホルダの側面には、ねじ穴が形成されており、前記スライド規制板には、前記ねじ穴に対向する高さ位置に前記ホルダのスライド範囲を規制するスライド規制用長孔が形成されており、前記ホルダのねじ穴には、前記スライド規制用長孔に挿通されたスライドストッパが螺合されており、このスライドストッパは、前記スライド規制用長孔の両端面に当接することでホルダのスライド範囲を規制し、かつ、さらにねじ穴にねじ込まれることによって前記スライド規制板を前記ホルダに固定してスライドさせないように機能することを特徴とする摩擦試験機。
- 請求項1または請求項2において、高荷重付与手段は、荷重受け部に当接する加圧部、この加圧部を上部に支持し回転テーブル下に垂下する荷重フレーム、この荷重フレームの下端部からさらに垂下するように固定された分銅支持棒、この分銅支持棒の下端部に固定された分銅載置板、および前記荷重フレームを上下方向にガイドするフレームガイドとから構成される荷重分銅台と、この荷重分銅台を退避位置から加圧部が荷重受け部に当接する位置まで上下動させるラック状押動部、ピニオンギアおよび駆動モータから構成される上下駆動部と、荷重分銅とを有することを特徴とする摩擦試験機。
- 請求項1から請求項3のいずれかにおいて、回転テーブルには、液中での摩擦測定を行うために液体を保持する壁部を備えた液受けバッドが着脱自在に設けられていることを特徴とする摩擦試験機。
- 請求項1から請求項4のいずれかにおいて、回転テーブルの下方には、この回転テーブルの回転軸に連結されて被測定物のスラスト摩耗を取得するトルク変換器が設けられているとともに、バランス機構および荷重変換器をスライド方向と直交する水平方向に移動可能に支持することでホルダに保持した被測定物を回転テーブルの同心軸上に移動し、あるいはその回転軸から所定の距離だけ離間させるための水平スライドステージを設けていることを特徴とする摩擦試験機。
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