JPH0373816B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は潤滑剤の評価方法および評価装置に係
り、更に詳しくは潤滑剤の摩擦特性の評価方法お
よびその実施装置の改良に関する。 潤滑剤が用いられる固体間の摩擦状態には、す
べり摩擦ところがり摩擦とがあるが、潤滑剤の摩
擦特性とは、ある荷重下で２つの固体が接触しな
がら、すべり運動するとき、またはころがり運動
するとき、あるいはすべりおよびころがり運動す
るときに生ずる種々の特性、例えば接触面に生ず
るその運動を妨げる力（摩擦力）、固体表面の摩
耗の度合、耐荷重能、固体の疲労寿命等を言い、
潤滑剤の重要な基本性能の一つである。 実機での摩擦には、ほとんどの場合ころがり摩
擦の要素を含むので実機と相関がある評価を行な
うためには、ころがり摩擦をも評価できることが
望ましい。 従来、ころがり摩擦特性を評価する方法として
は二円筒試験（例えばSAE試験）が知られてい
る。しかし、この方法では試験片（円筒）の製造
が困難、かつ高価であり、しかも試験方法が複雑
で手間がかかる等の欠点を有していた。 一方、ころがり摩擦特性の内、固体の疲労寿命
を簡易に評価する方法として日本工業規格（JIS）
に規定されている四球試験を改良した、改良ころ
がり四球試験が知られている。即ち通常の四球試
験は、４個の同一径の鋼球をピラミツト型に積み
あげ、下の３球を固定し、荷重をかけながら上の
１個を回転させて、すべり摩擦特性を評価するも
のであるが、改良ころがり四球試験は、下の３球
を固定せずに自由に回転できるようにし上の１個
を回転させることによつて下の３球も回転するよ
うにしたものである。 ところが、この改良ころがり四球試験にあつて
も実機との相関性が必らずしも十分に得られるも
のではなかつた。 実機との相関性が劣る原因としては種々の要因
が考えられ得るが、１つの大きな要因としては実
機の金属材質がどのようなものであるかに拘ら
ず、四球試験、改良ころがり四球試験において用
いられる４個の鋼球の全てが、JIS，ASTM等の
規定に従う金属材質、大きさ、表面状態の鋼球で
あるという事が挙げられる。これは、JIS，
ASTM等の規定通りの鋼球を入手することは容
易であるが、潤滑剤の評価を行おうとする者にと
つて、任意の金属材料を精度良く球形に加工する
ことは極めて困難な事だからである。 本発明の目的は、実機との相関性の高い潤滑剤
の摩擦特性の評価方法および評価装置を提供する
にあり、本発明は主として金属材質の面から実機
との相関性を持たせようとするものであり、必要
によりころがり摩擦の要素をも導入させるもので
ある。 すなわち、本発明に係る評価方法および評価装
置は、四球試験および改良ころがり四球試験にお
ける４個の鋼球のうちの上の１個の鋼球を、実機
にあわせた任意の金属材料から容易に加工し得る
形状の試験片にかえた場合に相当する構成を有し
ている。 本発明に係る評価方法は、潤滑剤が入れられた
試料容器内に互いに同一径の３個の鋼球を正三角
形状に配置するとともに、先端側に円錐状の外周
面を有する試験片を、前記３個の鋼球の各々に前
記外周面が潤滑剤中において同時に接触するよう
に、配置し、前記試験片と鋼球との間に所定の荷
重を加えながら試験片を回転させ、前記試験片と
前記試料容器との間に生ずる回転トルクを測定す
る等して前記目的を達成しようとするものであ
り、ころがり摩擦の要素を導入する場合は前記３
個の鋼球を試料容器内に回転可能とし、すべり摩
擦特性のみの評価をしようとする場合には前記鋼
球を試料容器に固定するものである。 また、本発明に係る評価装置は潤滑剤が入れら
れる試料容器と、前記試料容器内に正三角形状に
配置される３個の鋼球と、先端側に円錐状の外周
面を有し且つ前記外周面が前記３個の鋼球に潤滑
剤中において同時に接触するよう配置された試験
片と、前記試験片と鋼球との間に所定の荷重を加
える加圧機構と、前記試験片と鋼球とを相対回転
させる回転駆動機構と、を設け、必要によりさら
に試験片と前記試料容器との間に生ずる回転トル
クを測定するトルク測定機構を設けることにより
前記目的を達成しようとするものであり、ころが
り摩擦の要素を導入する場合には前記３個の鋼球
を試料容器内に回転可能に配置し、すべり摩擦特
性のみの評価をしようとする場合には前記鋼球を
試料容器に固定するものである。 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明す
る。 第１図には本発明に係る潤滑剤の評価装置の第
１の実施例が示されており、この図において、略
有底円筒体状の試料容器１の底面１Ａには座板２
が埋設され、この座板２を介して前記底面１Ａ上
には３個の鋼球３が正三角形状に配置され、これ
ら３個の鋼球３は、ボルト４を介して前記底面１
Ａに固定されたスペーサ５によつて位置決めさ
れ、試料容器１内において回転自在とされてい
る。 前記正三角形状に配置された３個の鋼球３の中
心部には、先端側に所定の頂角を有する円錐状の
外周面６Ａが形成されている試験片６の前記外周
面６Ａが前記３個の鋼球３のそれぞれに同時に接
触するよう配置されている。なお、試験片６が鋼
球３を前記底面１Ａ側に押えつけるようにして鋼
球３に接触しても、鋼球３はスペーサ５によつて
試料容器１からとび出たり、あるいは底面１Ａか
ら浮き上つたりすることなく、常に適正な状態で
配置されるようになつている。 試験片６の先端の頂角の大きさは、外周面６Ａ
が円錐状を有するものであれば、特に限定されな
いが、鋼球３の位置を安定化させ且つ外周面６Ａ
と鋼球３との接触位置を適当なものとするうえ
で、通常30〜150度、その中でも特に45〜135度が
好ましい。この頂角が大きければ外周面６Ａと鋼
球３との接触点の荷重が大きくなり、反対に小さ
ければ前記荷重が小さくなる。また、外周面６Ａ
は、実機にあわせて選択された任意の金属材質よ
りなる金属棒を旋盤等を用いて容易に製作するこ
とができる。 また、前記試料容器１内には潤滑剤７が所定量
入れられており、試験片６と鋼球３とは潤滑剤７
中において接触されるようになつている。 前記試験片６の基端側はドリルチヤツク８を介
して回転駆動機構としての縦軸９に連結されてお
り、試験片６の外周面６Ａは３個の鋼球３のそれ
ぞれと点接触しながら回転しうるよう構成されて
いる。 試料容器１の下端面の中心部にはスプライン軸
受１１を介してねじり棒１２が回転不能且つ上下
動可能に連結され、このねじり棒１２の下端側
（図示せず）は回転不能且つ上下動可能に固定さ
れており、このねじり棒１２により試料容器１に
は所定の大きさの回転トルクが与えられ得るよう
構成されている。 また、試料容器１は加圧機構としての昇降台１
３上に支持されており、この昇降台１３により試
験片６と鋼球３との間に所定の大きさの荷重が加
えられるようになつている。尚、この昇降台１３
の上端部は試料容器１と共に回動自在とされてい
る。 また、前記試料容器１の外周面には試料容器１
の回動量を示す円筒状の目盛板１４が固定され、
この目盛板１４の近傍にはこの目盛板１４を指標
する指針１５が設けられており、これら目盛板１
４及び指針１５により試料容器１の回転トルクを
示すトルク測定機構１６が構成されている。 次に本実施例の作用につき説明する。 加圧機構としての昇降台１３により試験片６と
３個の鋼球３との間に所定の大きさの荷重を加え
ながら回転駆動機構としての縦軸９により試験片
６を潤滑剤７中において外周面６Ａと鋼球３とが
接触するようにしながら回転させる。外周面６Ａ
と鋼球３との間には潤滑剤７の潤滑膜が形成され
るとともに、この回転を妨げる摩擦力が生じ、こ
の摩擦力により試料容器１には試験片６の回転方
向に回転トルクが発生する。この回転トルクはね
じり棒１２の反対方向の回転トルクとつり合つた
位置にてトルク測定機構１６により表示され、こ
の回転トルクと荷重の大きさや試験片６の回転数
や回転時間等により潤滑剤７の評価が得られるこ
ととなる。 このような本実施例によれば次のような効果が
ある。 従来の四球試験および改良ころがり四球試験の
上の１球に代えて試験片６を用いる構成を採つて
いるため、四球試験や改良ころがり四球試験が本
来有している種々の利点、例えば操作が簡単で、
容易に高荷重が得られ、試料も少量で試験費用も
少ない等の利点を有しながら、試験片６の外周面
６Ａは旋盤等により極めて容易に加工することが
でき、したがつて試験片６として実機にあわせて
任意の金属材料を採用することができる。そのた
め、金属材質の面から実機との相関性を持たせる
ことができ、得られる評価結果の有用性が高いと
いう効果がある。 しかも、試験片６の外周面６Ａを加工する際
に、実機に合わせた表面状態とすることも容易で
あり、また頂角の大きさを適宜選択して鋼球３と
の接触点を実機に合うような試験条件に選択する
ことができ、これらの点からも実機との相関性を
向上させることができるという効果がある。 次に、以下の実験例により本発明を更に詳細に
説明する。 実験例 １ 第１図に示される装置を用いて、潤滑剤７とし
て市販のステンレス圧延油４種（それぞれＡ油、
Ｂ油、Ｃ油、Ｄ油とする。いずれも40℃における
粘度は15cstである。）を以下の条件にて評価し
た。 試験片６…材質ステンレス（SUS430）、頂角
90度 試験片６の回転数…500rpm 鋼球３…JIS Ｋ−2519用の３／４インチ SUJ− ２ 荷重…243Kg 油温…50℃ 測定方法…試料容器１に働く回転トルクをロー
ドセル状のトルク測定機構１６にて測定した。 以上の条件下にて得られた評価結果を第１表に
示した。 ついで実機との相関性をみる為に前記Ａ〜Ｄ油
のそれぞれについて以下の条件にて実機での性能
を調べた。 圧延機…ワークロール径40mm、バツクアツプロ
ール径136mmの4Hi圧延機 圧延材…材質は前記実験例における試験片６と
同じでステンレス（SUS−430）の50mm幅コイ
ル 圧延方法…圧延速度130m／min、張力（前後
同じ）350Kg，1.5→0.35mmの４パス圧延、圧下
率37.5→30.5→27.5→26.0％ 圧下力算出方法…各パスごとの最大圧下力を平
均した。 以上の条件における実機での結果を第１表に示
した。

【表】 第１表からも、本発明による評価結果と実機で
の実際の性能との間には相関係数0.97（90％有意）
であり、従つて本発明による評価方法から実機で
の圧延圧下力（圧延性）が正確に予測できるとい
うことがわかる。 実験例 ２ 潤滑剤７として市販のアルミ箔圧延油４種（全
て同一社の製品であり、それぞれＥ油、Ｆ油、Ｇ
油、Ｈ油とする。いずれも40℃における粘度は
1.5cstである。）を以下の条件にて評価した。 試験片６…材質アルミニウム（1050材）、頂角
90度 試験片６の回転数…500rpm 鋼球３…JIS Ｋ−2519用の３／４インチ SUJ− ２ 荷重…42Kg 油温…50℃ 評価方法…試料容器１に働く回転トルクをロー
ドセル状のトルク測定機構１６にて測定した。 以上の条件下にて得られた評価結果を第２表に
示した。また、第２表には、Ｅ〜Ｈ油にそれぞれ
表示されていたアルミ箔圧延での最高圧延速度の
大きさの順位を大きい順に１，２，３，４と表示
した。

【表】

【表】 第２表からも、本発明によればアルミ箔圧延で
の最高圧延速度を正確に予測できるということが
わかる。 なお、上述の第１の実施例においては鋼球３は
試料容器１内に回転自在に配置されているもので
あつたが、第２図に示される第２の実施例の如
く、鋼球３は玉押え２０により試料容器１に固定
されているものであつてもよい。この場合は、こ
ろがり摩擦特性の要素は導入されず、すべり摩擦
特性のみの評価を行うこととなる。また、試料容
器１の回転トルクを測定して潤滑剤７を評価する
ものとしたが、これに限らず、例えば焼付きを起
こさない最大荷重値や最高回転数等を測定して評
価するものであつてもよいし、あるいはまた鋼球
３や試験片６の摩耗痕を測定して潤滑剤７の耐摩
耗性を評価するものであつてもよい。 さらに、同一の潤滑剤７に対して試験片６の金
属材質を種々変更すれば金属材料の特性を評価す
ることもできる。 また、試験片６の先端側の外周面６Ａの形状は
第１図に示されるものに限らず、第３図に示され
る如く、円錐台状であつてもよい。 上述のように本発明によれば、実機との相関性
の高い潤滑剤の評価方法および評価装置を提供す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る潤滑剤の評価装置の第１
の実施例の要部を示す断面図、第２図は第２の実
施例の要部を示す断面図、第３図は前記実施例以
外の試験片の先端形状を示す正面図である。 １……試料容器、３……鋼球、６……試験片、
６Ａ……外周面、７……潤滑剤、９……回転駆動
機構としての縦軸、１２……ねじり棒、１３……
加圧機構としての昇降台、１６……トルク測定機
構。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 潤滑剤が入れられた試料容器内に互いに同一
   径の３個の鋼球を正三角形状に配置するととも
   に、先端側に円錐状の外周面を有する試験片を、
   前記３個の鋼球の各々に前記外周面が潤滑剤中に
   おいて同時に接触するように、配置し、前記試験
   片と鋼球との間に所定の荷重を加えながら試験片
   を回転させることを特徴とする潤滑剤の評価方
   法。 ２ 潤滑剤が入れられる試料容器と、前記試料容
   器内に正三角形状に配置される３個の鋼球と、先
   端側に円錐状の外周面を有し且つ前記外周面が前
   記３個の鋼球に潤滑剤中において同時に接触する
   よう配置された試験片と、前記試験片と鋼球との
   間に所定の荷重を加える加圧機構と、前記試験片
   を回転させる回転駆動機構と、が備えられている
   ことを特徴とする潤滑剤の評価装置。 ３ 特許請求の範囲第２項において、前記３個の
   鋼球は試料容器内において回転可能に配置されて
   いることを特徴とする潤滑剤の評価装置。