JPH06281563A

JPH06281563A - 摩擦試験機のテストピース温度測定装置およびテストピース温度測定方法

Info

Publication number: JPH06281563A
Application number: JP9210193A
Authority: JP
Inventors: Katsushi Nishi; 克司西; Natsuhito Soga; 夏人曽我; Toshio Kunugi; 俊夫功刀
Original assignee: COSMO SOGO KENKYUSHO KK; Cosmo Oil Co Ltd
Current assignee: COSMO SOGO KENKYUSHO KK; Cosmo Oil Co Ltd
Priority date: 1993-03-25
Filing date: 1993-03-25
Publication date: 1994-10-07

Abstract

(57)【要約】【目的】テストピースの外周面温度をより正確に予測
できるようにした円筒式摩擦試験機のテストピース温度
測定装置およびテストピース温度測定装置を提供する。【構成】不動部材３１ｂを支持部材に支持し、テスト
ピース側部材３１ａを被検査用テストピース２に同心固
定したスリップリング機構３１のテストピース側部材３
１ａに複数の熱伝対３３を接続すると共に、外周面２ｆ
からの距離を異ならせてテストピース２の正面２ａに穿
設した各埋設孔に上記各熱電対３３を挿入して埋設する
ことにより、被検査用テストピース２の内部温度をその
外周面２ｆからの距離が異なる複数の測定点にて同時測
定して被検査用テストピース２の外周面温度を予測可能
とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、摩擦試験機のテストピ
ース温度測定装置およびテストピース温度測定方法に関
し、特に円筒式摩擦試験機において、ギヤ油，自動変速
機油（ＡＴＦ），トラクター油，トラクション油，内燃
機油，油圧油，軸受油等の耐ピッチング性能，耐摩耗性
能，耐焼き付き性能等の評価あるいは摩擦係数の測定を
行う場合に、該評価や測定に使用されるテストピースの
表面温度を高精度に測定できる上記測定装置および測定
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】様々な用途に使用される潤滑油は、一般
に耐ピッチング性能，耐摩耗性能，耐焼き付き性能が要
求される。例えば、耐ピッチング性能は、動力伝達面で
ある歯面が繰り返し作用する接線力によってコロガリ疲
労等を起こし、歯面に小さなホール（たとえば、１μｍ
程度）が発生するというピッチング現象をどの程度抑制
できるかという性能であり、潤滑油のベースオイルの成
分、添加剤の種類や混入比などによりその性能が相違す
る。また、トラクション油では、転がり摩擦係数である
トラクション係数が、その装置の動力伝達能力の尺度で
あり、該トラクション油には、より優れたトラクション
係数が要求される。

【０００３】ここで、前述した潤滑油の諸性能を簡易的
に比較評価する装置として、従来、円筒式摩擦試験機が
使用されている。この円筒式摩擦試験機は、潤滑油膜を
介して外周面が所定の負荷にて相互に接触する円板状の
テストピースを備え、その接触面である外周面に性能評
価の対象となる潤滑油を供給しつつ各テストピースを所
定の相対周速度を生じるようにそれぞれ回転駆動し、テ
ストピースにピッチング現象や摩耗，焼き付きが発生す
るまでの積算回転数や時間を測定したり、接触面に生じ
る転がり摩擦係数を測定するものである。なお、摩擦試
験機として、測定結果が早く得られる、測定精度が高い
などの理由から、被検査用テストピースを中心に、３つ
の検査用テストピースを正三角形状に配置した４円筒式
のものが広く使用されている。

【０００４】ここで、円筒式摩擦試験機を使用した前述
の潤滑油の諸性能の比較評価においては、テストピース
の直径，テストピースの表面粗さ，回転数，圧力，すべ
り率、あるいは潤滑油の単位時間当りの供給量などの情
報を正確に得ることが必要である。これらの情報は、潤
滑油の性能評価に大きな影響を与える要因の１つであ
る。しかし、上記情報のうちテストピースの外周面温度
に関しては、これを正確に測定することが難しいため、
従来はテストピースの外周面温度を加味して潤滑油の耐
ピッチング性能等の評価を行うようにしている。ここ
で、テストピースの外周面温度の測定方法には、（１）
テストピースに供給される潤滑油、あるいは供給された
後に飛散した潤滑油の油温を熱電対にて測定することに
より間接的に予測しようとするもの、（２）テストピー
スの外周面に熱電対を接触させて直接的に測定しようと
するもの、（３）赤外線センサにより直接的に測定しよ
うとするものなどが知られている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記の測定
方法のうち、（１）の飛散潤滑油の油温を測定する方法
では、潤滑油の油温よりはテストピースの外周面温度の
方が高いという程度の相関関係しか得られず、結局のと
ころテストピースの外周面温度を測定することはできな
いといった問題がある。また、上記（２）のテストピー
スの外周面に熱電対を接触させる方法では、熱電対とテ
ストピースとの摩擦熱の影響を排除することができず、
結局のところテストピースの外周面温度を直接測定する
ことができないし、さらに上記（３）の赤外線センサに
よる方法では、潤滑油供給量が多いため潤滑油自体の温
度を測定することはできても、テストピース自体の温度
を測定できないといった問題がある。

【０００６】本発明は、上記のような問題を解決するた
めに提案されたものであって、テストピース自体の温度
を直接測定し、あるいは外周面温度をより正確に予測で
きるようにした、摩擦試験機のテストピース温度測定装
置およびテストピース温度測定方法を提供することを目
的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明のテストピース温度測定装置は、円板または
円柱からなる複数のテストピースを、潤滑油を介して接
触させつつ相対回動させるものであり、少なくとも一つ
の温度センサが、所定のテストピース内の、該外周面か
ら所定距離隔てた位置に埋設され、該温度センサからの
測定信号が、該テストピースに一体に取り付けられた回
転接触子、および前記テストピースとは別体の不動部材
に取り付けられた、前記回転接触子と電気的接続をなす
固定接触子を介して取り出されることを特徴とする。

【０００８】また、本発明による摩擦試験機のテストピ
ース温度測定方法は、円板または円柱からなる複数のテ
ストピースを、潤滑油を介して接触させつつ相対回動さ
せるものであり、複数の温度センサをテストピースの該
外周面からの距離が異なる複数の位置に埋設し、各位置
における温度測定結果から、テストピースの表面温度を
予測測定することを特徴とする。なお、テストピースに
は中心に穴が開けられ、該穴に駆動シャフトを挿着して
テストピースを回転させる場合が多い。このように、中
心に穴が開けられたテストピースは円筒形と見ることが
できるため、本発明が適用される摩擦試験機は、通常、
円筒式摩擦試験機と呼ばれている。本発明において用い
られるテストピースは、駆動シャフトとの取り付け態様
によっては、必ずしも中心に穴が開けられたものには限
られないが、以下説明の便宜上、中心に穴が開けられて
いないテストピースを用いた摩擦試験機をも含めて、
「円筒式摩擦試験機」と総称する。

【０００９】テストピース外周面からの測定点（温度セ
ンサの埋設位置）までの距離については、特に制限はな
い。温度センサを、あまりテストピースの周面に近い位
置に設けるとテストピースの外周面の強度が低下する
し、あまりテストピースの中心寄りに設けると本来の測
定したい部位（すなわちテストピースの表面）の温度を
予想することができなくなる。テストピースの外周面温
度をより正確に予測するには、複数の温度センサが使用
される。この場合、テストピースの外周面近傍に該外周
面からの距離に一定の差を持たせることが好ましく、例
えば外周面から２．０ｍｍ，４．０ｍｍ，６．０ｍｍの
距離に設定する。さらに、テストピースの厚さ方向に関
する各測定点の位置は、特に限定されないが、通常はテ
ストピースの厚さ方向中央部に設定する。

【００１０】なお、上記回転接触子と固定接触子との電
気的接続はスリップリングにより行うことができ、また
上記温度センサとして熱電対を使用することができる。

【００１１】また、上記温度センサは、通常、テストピ
ースの側面に穿設した孔やスリット溝に挿入してテスト
ピース内に埋設する。

【００１２】

【作用】本発明による円筒式摩擦試験機のテストピース
温度測定装置では、テストピースの回転に伴い、温度セ
ンサも該テストピースと共に回転し、この温度センサか
らの測定信号は回転接触子および固定接触子を介して取
り出される。本発明では、温度センサはテストピースに
埋設されているので、テストピース内の温度を直接に知
ることができる。なお、この埋設により、温度センサが
遠心力により離脱することはない。ここで、温度センサ
を複数設ける場合、各温度センサは通常テストピースの
外周面からの距離が相互に異なった各測定点に設置され
る。これにより、テストピースの内部温度がその外周面
からの距離が異なる複数の測定点にて同時測定される。

【００１３】本発明によるテストピース温度測定方法で
は、複数の温度センサによりテストピースの内部温度が
その外周面からの距離が異なる複数の測定点にて同時に
測定されるので、テストピースの外周面からの距離に応
じた内部温度の温度勾配が得られ、この温度勾配に基づ
きテストピースの外周面温度がより正確に予測される。
そして温度測定点の設定数や位置を適宜変更すること
で、テストピースへの熱伝導、温度分布などの正確な情
報が得られ、例えば耐ピッチング性能に優れた潤滑油の
処方設計などに新たな方向からのアプローチが可能とな
る。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例を添付の図面を参照し
て具体的に説明する。図２は、本発明測定装置あるいは
本発明測定方法が適用される４円筒式摩擦試験機を示し
ている。この４円筒式摩擦試験機１は、中心部に配置さ
れた被検査用テストピース２とその周囲に同心状に放射
配置されて接触する３個の検査用テストピース３とを備
えている。

【００１５】前記被検査用テストピース２は、電気電力
計形電動機４からトルクメータピックアップ５を介して
延びる駆動シャフト６の先端部に着脱自在に固定されて
電気電力計形電動機４により直接回転駆動されるように
なっている。また上記駆動シャフト６の基端部にはタイ
ミングギヤ７が固定され、このタイミングギヤ７にタイ
ミングベルト８を介して積算回転計９が伝動構成される
ことで、駆動シャフト６の積算回転数、即ち被検査用テ
ストピース２の積算回転数が計測されるようになってい
る。また、駆動シャフト６には図示省略した回転数検出
ギヤが固定されており、電磁ピックアップ等により歯部
の回転数をカウントすることにより被検査用のテストピ
ース２の回転数を測定する。

【００１６】一方、前記各検査用テストピース３は、図
示省略した支持部材にベアリング１０を介してそれぞれ
回転自在に支持された駆動シャフト１１の先端部に着脱
自在に固定されている。なお、これらの駆動シャフト１
１のうち上部駆動シャフトはユニバーサルジョイント１
２を介して連結されており、またそのうちの１本には、
回転数検出ギヤ１３が固定されている。なお、必要に応
じて本試験機は積算回転数の指定によりタイマー運転を
行うことができる。

【００１７】前記各駆動シャフト１１の基端部にはそれ
ぞれピニオンギヤ１４が固定され、各ピニオンギヤ１４
は、図示省略した支持部材にベアリング１５を介して前
記駆動シャフト６と同心状に回転自在に支持されたリン
グギヤ１６に噛み合っている。そしてこのリングギヤ１
６には、これより小径の減速ギヤ１７が一体結合されて
いる。

【００１８】前記減速ギヤ１７は、図示省略した支持部
材に回転自在に支持された伝動シャフト１８の先端のピ
ニオンギヤ１９にタイミングベルト２０を介して伝動構
成されることで減速駆動されるようになっている。そし
て上記伝動シャフト１８の基端の減速ギヤ２１が変速モ
ータ２２の回転軸に固定されたピニオンギヤ２３にタイ
ミングベルト２４を介して伝動構成されている。こうし
て変速モータ２２から２段階に減速されて回転するリン
グギヤ１６により各ピニオンギヤ１４が同期して同方向
に増速回転駆動される。なお、各検査用テストピース３
は前記被検査用テストピース２より速い周速度で回転駆
動され、その回転差により各検査用テストピース３と被
検査用テストピース２の３つの接触面に接線方向のトル
クが発生する。

【００１９】なお、図示省略したが、前記被検査用テス
トピース２と検査用テストピース３との接触面であるこ
れらの外周面には、性能評価の対象となるギヤ油やＡＴ
Ｆなどの潤滑油がポンプにより強制給油されてノズルか
ら噴射されるようになっている。またこの潤滑油が飛散
して周囲を汚損するのを防止するため、少なくとも被検
査用テストピース２および検査用テストピース３の周囲
はガラス，アクリル樹脂等からなる透明な遮蔽板により
覆われている。また、前記被検査用テストピース２と検
査用テストピース３には、図示省略したてこ式負荷機構
により上部から負荷が加えられる。

【００２０】図１は、本発明のテストピース温度測定装
置を示している。このテストピース温度測定装置３０
は、テストピース側部材３１ａと不動部材３１ｂとが相
対回動自在に構成されたスリップリング機構３１と、被
検査用テストピース２の正面２ａ側からその内部に埋設
される熱電対３３とを基本要素として構成されている。
上記テストピース側部材３１ａは、図示省略された本体
駆動シャフト先端にある被検査用テストピース２の取り
付けボルト部に、カップリング（ここでは、ナット）３
２を介して同心に接続固定され、不動部材３１ｂが図示
省略した支持部材に固定されている。熱電対３３（同図
では、１つしか図には表されていないが本実施例では３
つ使用されている）は、上記被検査用テストピース２の
正面２ａ側からその内部に埋設されており、そのリード
線３３ａはテストピース側部材３１ａ接続されている。
また、不動部材３１ｂから導出された出力ケーブル３１
ｃは図示省略した記録計に接続されることで、各熱電対
３３が測定した温度が連続的に記録される。

【００２１】前記スリップリング機構３１は、相対回転
自在なテストピース側部材３１ａと不動部材３１ｂとの
間が特殊金合金製のリングと特殊銀合金製のブラシとを
介して常時導通されたもので、その許容回転数は６，０
００ｒｐｍ、使用可能環境温度は−３５〜＋１２０℃で
ある。

【００２２】また前記各熱電対３３は、図３（ａ），
（ｂ）に示すように、被検査用テストピース２の正面２
ａ側からその厚さ方向に沿って穿設された各埋設孔２
ｃ，２ｄ，２ｅの奥部の各測定点Ａ，Ｂ，Ｃに埋設され
ている。ここで、被検査用テストピース２の直径を４０
ｍｍ、厚さを１０ｍｍとした場合、前記各埋設孔２ｃ，
２ｄ，２ｅは外周面２ｆから径方向内側への距離Ｄがそ
れぞれ２．０ｍｍ，４．０ｍｍ，６．０ｍｍの位置に穿
設され、その深さは被検査用テストピース２の正面２ａ
から５ｍｍに設定されている。

【００２３】次に、前述のように構成された一実施例の
テストピース温度測定装置３０を使用した本発明のテス
トピース温度測定方法につき、４円筒式摩擦試験機１に
よる潤滑油の性能評価の実験例１，２および比較例１，
２により説明する。

【００２４】実験例１，２においては、４円筒式摩擦試
験機１の運転により被検査用テストピース２および各検
査用テストピース３を回転駆動し、両者の接合面に供試
用潤滑油をポンプによるジェット給油方式でノズルから
噴射しつつ、テストピース温度測定装置３０の各熱電対
３３により被検査用テストピース２の各測定点Ａ（Ｄ＝
２．０ｍｍ），Ｂ（Ｄ＝４．０ｍｍ），Ｃ（Ｄ＝６．０
ｍｍ）の温度を３０分間にわたり同時に連続測定する。

【００２５】一方、比較例１ではノズルから強制給油さ
れる直前の供試用潤滑油の油温を熱電対により測定し、
比較例２では被検査用テストピース２および検査用テス
トピース３から飛散した直後の供試用潤滑油の油温を熱
電対により測定する。

【００２６】ここで、実験例１および比較例１，２にお
ける試験条件は以下のとおりである。なお、被検査用テ
ストピース２の初期温度は略室温とする。被検査用テストピース２と各検査用テストピース３との
接触圧ＰＰ＝０．６４ＧＰａ（１１５ｋｇｆ／ｃｍ^２）各検査用テストピース３の回転数Ｎ_１，周速Ｖ_１Ｎ_１＝１，０００ｒｐｍ，Ｖ_１＝２．１０ｍ／ｓ）被検査用テストピース２の回転数Ｎ_２，周速Ｖ_２Ｎ_２＝９４７ｒｐｍ，Ｖ_２＝１．９８ｍ／ｓ被検査用テストピース２と検査用テストピース３との間
のすべり率ＳＳ＝５．３％性能評価の対象とされる供試用潤滑油の油温ＴＴ＝４０℃（目的油温になった後、１時間温度調整した
まま放置）被検査用テストピース２および検査用テストピース３の
表面粗さＲＲ_ｍａｘ＝３μｍ

【００２７】また、実験例２における試験条件は、上記
実験例１の試験条件のうちの各検査用テストピース３の
回転数Ｎ_１，周速Ｖ_１，被検査用テストピース２の回転
数Ｎ_２，周速Ｖ_２を、Ｎ_１＝５００ｒｐｍ，Ｖ_１＝１．０５ｍ／ｓＮ_２＝４７４ｒｐｍ，Ｖ_２＝０．９９４ｍ／ｓに変更したものである。

【００２８】実験例１，２および比較例１，２において
使用する供試用潤滑油は、以下の特性を有するパラフィ
ン系鉱物油である。密度（１５℃）＝０．８５９５（ｇ／ｃｍ^３）流動点＝−１５．０（℃）引火点＝２２０（℃）動粘度＝３１．０９（４０℃）ｃｓｔ＝５．４４６（１００℃）粘度指数＝１１１アニリン点＝１１１．６（℃）硫黄分＝０．０１（％）以下

【００２９】前記実験例１，２において得られた各測定
点Ａ，Ｂ，Ｃの温度、および比較例１，２において得ら
れた供試用潤滑油の油温Ｔは、次頁の表１および図４に
示す通りであった。

【００３０】

【表１】

【００３１】この温度測定結果によれば、被検査用テス
トピース２に供給される供試用潤滑油の油温Ｔは４０℃
でほぼ一定しており（比較例１）、これに対し被検査用
テストピース２から飛散する供試用潤滑油の油温Ｔは約
４１℃となっている（比較例２）。

【００３２】一方、実験例１，２では各測定点Ａ，Ｂ，
Ｃの温度は経過時間２分間の間に急激に上昇し、その後
徐々に上昇してゆく傾向を示している。そして経過時間
３０分において、実験例１では測定点Ａ（Ｄ＝２．０ｍ
ｍ）で４３．８℃、測定点Ｂ（Ｄ＝４．０ｍｍ）で４
３．９℃、測定点Ｃ（Ｄ＝６．０ｍｍ）で４３．２℃を
示しており、また、実験例２では測定点Ａ（Ｄ＝２．０
ｍｍ）で４０．１℃、測定点Ｂ（Ｄ＝４．０ｍｍ）で４
０．１℃、測定点Ｃ（Ｄ＝６．０ｍｍ）で３９．６℃を
示しており、各検査用テストピース３の回転数Ｎ_１，周
速Ｖ_１が大きいほど温度が高くなる傾向が見られる。

【００３３】このように実験例１の場合と比較例１，２
とでは温度測定の結果が大きく相違し、比較例１，２で
は被検査用テストピース２の表面温度を予測し得ないこ
とが分かる。

【００３４】また実験例１，２においては、測定点Ａ
（Ｄ＝２．０ｍｍ）の温度が測定点Ｂ（Ｄ＝４．０ｍ
ｍ）の温度より若干（０〜略０．１℃の範囲）低くなっ
ている。これは、潤滑油が被検査用テストピース２の熱
を奪うからであると推測される。以上の考察により、被
検査用テストピース２の外周面温度は測定点Ａ（Ｄ＝
２．０ｍｍ）の温度よりも若干低いものとしてかなり正
確に予測することができる。

【００３５】なお、上記実施例では４円筒式摩擦試験機
について説明したが、本発明は２円筒式等の各種の円筒
式摩擦試験機に使用できることは言うまでもない。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば以下
の効果を得ることができる。（１）テストピース自体の温度を直接測定することがで
きる。（２）しかも、複数の温度センサを用いることにより、
テストピースの外周面からの距離に応じた内部温度の温
度勾配が得られ、この温度勾配に基づきテストピースの
外周面温度をより正確に予測することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるテストピース温度測定装置の一実
施例を示す斜視図である。

【図２】本発明の一実施例が適用される４円筒式摩擦試
験機の概略構造を示す斜視図である。

【図３】本発明のテストピース温度測定装置に使用され
る温度センサのテストピースへの埋設の様子を示す図で
あり、（ａ）はその正面図、（ｂ）はその側面図であ
る。

【図４】本発明によるテストピース温度測定方法によっ
て得られたテストピースの温度を示すグラフである。

【符号の説明】

２被検査用テストピース２ａテストピースの正面２ｆテストピースの外周面３検査用テストピース３０テストピース温度測定装置３１スリップリング機構３１ａテストピース側部材３１ｂ不動部材３１ｃ出力ケーブル３２カップリング３３熱電対３３ａリード線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者功刀俊夫埼玉県幸手市権現堂1134−２株式会社コスモ総合研究所研究開発センター内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】円板または円柱からなる複数のテストピ
ースを、潤滑油を介して接触させつつ相対回動させる摩
擦試験機のテストピース温度測定装置であって、少なくとも一つの温度センサが、所定のテストピース内
の、該外周面から所定距離隔てた位置に埋設され、該温
度センサからの測定信号が、該テストピースに一体に取
り付けられた回転接触子、および前記テストピースとは
別体の不動部材に取り付けられた、前記回転接触子と電
気的接続をなす固定接触子を介して取り出されることを
特徴とする摩擦試験機のテストピース温度測定装置。
【請求項２】上記回転接触子と固定接触子との電気的
接続をスリップリングにより行い、上記温度センサを熱
電対としたことを特徴とする摩擦試験機のテストピース
温度測定装置。
【請求項３】円板または円柱からなる複数のテストピ
ースを、潤滑油を介して接触させつつ相対回動させる摩
擦試験機のテストピース温度測定方法において、複数の温度センサを所定のテストピース内の、該外周面
からの距離が異なる複数の位置に埋設し、各位置におけ
る温度測定結果からテストピースの表面温度を予測測定
することを特徴とする摩擦試験機のテストピース温度測
定方法。