(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定部と、
前記固定部上に設けられ、所定の平板試験片を固定してこれを動かす駆動部と、
前記平板試験片を摩擦及び摩滅させるためのボール試験片支持台と、
前記固定部上に固定され、前記平板試験片と前記ボール試験片支持台が有するボール試験片との間に発生する摩擦力が前記ボール試験片支持台を介して伝達されることによって回転する回転板の位置を制御するための回転板位置制御部と、
前記ボール試験片支持台を保護するために前記ボール試験片支持台の動きを制御するためのボール試験片制御部と、
前記平板試験片の摩擦及び摩滅の程度を検出し、装置全体の機構部を制御する制御部と、
所定の電源を必要とする部品に電源を供給する電源供給部とを含み、
前記固定部は、
所定の大きさの面積を有する底板と、
前記底板の各角の所定の位置に立てられた第１の固定柱対及び第２の固定柱対と、
前記第２の固定柱対の上端を連結する上端支持部と、
前記第１の固定柱対の上端と前記第１の固定柱対と同じ高さの前記第２の固定柱対の位置を固定する上板と、
前記底板の内部に設けられ、所定の弾性係数を有する板スプリングと、
前記板スプリングと連結され、前記底板の上面に突出されるように設けられた第１の調節ねじと、
前記上端支持部の中央に設けられ、前記第１の調節ねじに対応する第２の調節ねじとを含むことを特徴とする平板試験片用超微細摩擦及び摩滅試験装置。
【請求項２】
前記駆動部は、
前記第１の固定柱対と前記第２の固定柱対との間に設けられるステンレス管と、
前記ステンレス管の端に付着される第１のボイスコイルモータ部と、
前記第２の固定柱対に設けられ、前記ステンレス管に貫通されて前記ステンレス管を支持する固定板と、
前記固定板を支持する針支持台と、
前記ステンレス管の他端に装着され、前記平板試験片を固定して支持する平板試験片支持台とを含むことを特徴とする請求項１に記載の平板試験片用超微細摩擦及び摩滅試験装置。
【請求項３】
前記平板試験片支持台は、
前記平板試験片を入れるための平板試験片ホルダーと、
前記平板試験片ホルダーに前記平板試験片を固定する第１の固定ねじと、
前記平板試験片ホルダーを入れる平板試験片ホルダー装着部と、
前記平板試験片ホルダー装着部に前記平板試験片ホルダーを固定する第２の固定ねじとを含むことを特徴とする請求項２に記載の平板試験片用超微細摩擦及び摩滅試験装置。
【請求項４】
前記第１のボイスコイルモータ部は、
前記ステンレス管の一端に連結されたアルミニウムフレームと、
前記アルミニウムフレーム内に形成された溝の中に接着剤として固定されたアルミニウムコアと、
前記アルミニウムコアの外部に形成された溝に沿って巻かれている巻線と、
前記アルミニウムコア内の溝に接着剤として固定させた磁気場センサと、
前記アルミニウムフレーム下にあり、所定の磁気場を発生する永久磁石と、
前記永久磁石を固定して磁気場を案内する磁気場ガイドとを含むことを特徴とする請求項３に記載の平板試験片用超微細摩擦及び摩滅試験装置。
【請求項５】
前記針支持台は、
前記固定板の中心から対称地点を指す針と、
前記針を固定するアルミニウム胴体と、
前記固定板と前記アルミニウム胴体との間に所定の間隔を維持するために設けられたスプリングと、
前記アルミニウム胴体に設けられて前記スプリングを支持する支持板とを含むことを特徴とする請求項４に記載の平板試験片用超微細摩擦及び摩滅試験装置。
【請求項６】
前記ボール試験片支持台は、
前記平板試験片を摩擦及び摩滅するボール試験片部と、
一端に前記ボール試験片部が付着された負荷平板と、
前記負荷平板を介して前記ボール試験片部を動作させる第２のボイスコイルモータ部と、
前記負荷平板の他方に付着され、前記第２のボイスコイルモータ部を中心として前記ボール試験片部と水平をなす均衡錘とを含むことを特徴とする請求項１に記載の平板試験片用超微細摩擦及び摩滅試験装置。
【請求項７】
前記第２のボイスコイルモータ部は、
円形永久磁石と、
前記永久磁石の周囲に設けられてコイルが巻かれるフレームと、
前記巻線フレームを囲む鋼鉄リングと、
前記均衡錘と前記ボール試験片部とが水平をなすように表ケースに設けられた固定針とを含むことを特徴とする請求項６に記載の平板試験片用超微細摩擦及び摩滅試験装置。
【請求項８】
前記ボール試験片部は、
前記平板試験片を摩擦及び摩滅するためのボール試験片と、
前記ボール試験片を固定するボール試験片ホルダーと、
前記ボール試験片ホルダーを固定するボール試験片ホルダー装着部とを含むことを特徴とする請求項６に記載の平板試験片用超微細摩擦及び摩滅試験装置。
【請求項９】
前記回転板位置制御部は、
前記回転板を基準位置にあるように動作させる第３のボイスコイルモータ部と、
前記第３のボイスコイルモータ部の下端に連結された回転板とを含むことを特徴とする請求項２に記載の平板試験片用超微細摩擦及び摩滅試験装置。
【請求項１０】
前記ボール試験片制御部は、
前記上板の一端の下面に付着された固定ハウジングと、
前記固定ハウジングと前記上板とが合う角に設けられるステッピングモータと、
前記ステッピングモータから生成される動力を伝達するためのスクリュー軸と、  前記スクリュー軸の一端に連結され、前記ボール試験片支持台に取り付けられるとともに、前記スクリュー軸の回転運動を変換して前記ボール試験片支持台を直線往復運動させるガイドとを含むことを特徴とする請求項１に記載の平板試験片用超微細摩擦及び摩滅試験装置。
【請求項１１】
前記制御部は、
装置全体を制御するための回路部と、
前記回転板に付着された鏡に光を照らし、それから反射される光を検出して前記平板試験片に加わる摩擦及び摩滅を測定する測定部とを含むことを特徴とする請求項１に記載の平板試験片用超微細摩擦及び摩滅試験装置。
【請求項１２】
所定の面積を有する底板上にそれぞれ一対の第１の固定柱と第２の固定柱とが垂直方向に結合される固定部と、
前記固定部の一側に水平方向にステンレス管が固定結合され、前記ステンレス管の一端に結合された第１のボイスコイルモータ部からの動作として他端の平板試験片支持台が水平往復運動する駆動部と、
前記一対の第２の固定柱の一側に結合された第２のボイスコイルモータ部の下端に該第２のボイスコイルモータ部により基準位置にあるように動作させる回転板が垂直に結合される回転板位置制御部と、
前記回転板に水平結合される負荷平板の一端にボール試験片が結合され、他端に均衡錘が結合されるボール試験片支持台と、
前記一対の第２の固定柱の上端に結合固定されて一端に結合されるとともに前記ボール試験片支持台を保護するために前記ボール試験片支持台の動きを制御するボール試験片制御部と、
前記固定部の上端に設けられ、反射用鏡に光源を照らして前記平板試験片の摩擦力を測定する制御計測部と、
前記ベースの一面に設けられ、前記駆動部、前記回転板位置制御部及び前記制御計測部に電力を供給する電源部とを含むことを特徴とする平板試験片用超微細摩擦及び摩滅試験装置。
【請求項１３】
前記駆動部は、
それぞれ一対の前記第１の固定柱と前記第２の固定柱との一側に水平方向に固定結合される所定の長さのステンレス管と、
前記ステンレス管の一端に結合されて巻線に印加される電流と永久磁石との間の相互作用として力を発生する第１のボイスコイルモータ部と、
前記ステンレス管に貫通装着されて固定板を固定する針支持台と、
前記ステンレス管の他端に結合されて前記ボール試験片により前記平板試験片が摩擦及び摩滅されるように遂行する平板試験片支持台とを含むことを特徴とする請求項１２に記載の平板試験片用超微細摩擦及び摩滅試験装置。
【請求項１４】
前記平板試験片支持台は、
平板試験片ホルダーに平板試験片を挟んだ後、平板試験片固定ねじ及び平板試験片ホルダ調節ねじを調節して前記ボール試験片との接触位置が調節されることを特徴とする請求項１３に記載の平板試験片用超微細摩擦及び摩滅試験装置。
【請求項１５】
前記回転板位置制御部は、
前記固定部及び上端支持部に鋼線を連結して所定の張力が維持されることを特徴とする請求項１２に記載の平板試験片用超微細摩擦及び摩滅試験装置。
【請求項１６】
前記鋼線の一端は前記固定部の内部に内蔵された平板スプリング連結され、他端は前記上端支持部に結合された調節ねじに連結されることを特徴とする請求項１５に記載の平板試験片用超微細摩擦及び摩滅試験装置。
【請求項１７】
前記制御計測部は、
前記第２のボイスコイルモータ部の下端に垂直結合された前記回転板の一側に付着された反射用鏡に光源を照らして反射される光源を測定する光検出部と、
前記回転板の回転角を介して平板試験片の摩擦力を測定すると共に、前記回転板が基準位置に戻ってくるように制御する回路部とを含むことを特徴とする請求項１２に記載の平板試験片用超微細摩擦及び摩滅試験装置。
【請求項１８】
前記ボール試験片制御部は、
前記一対の第２の固定柱の上端に結合固定されるハウジングと、
前記固定ハウジングの一端に装着されて駆動されるステッピングモータと、
前記ステッピングモータの下端に垂直結合されて水平回転するスクリュー軸と、
前記スクリュー軸の一端と結合されて水平回転運動を直線往復運動に変換し、前記ボール試験片支持台に取り付けられて前記ボール試験片支持台の動きを誘導するガイドとを含むことを特徴とする請求項１２に記載の平板試験片用超微細摩擦及び摩滅試験装置。
【請求項１９】
前記ボール試験片支持台は、
前記平板試験片を摩擦及び摩滅するボール試験片が負荷平板の一端に結合され、前記負荷平板の他端に均衡錘が結合されて前記ボール試験片との均衡を維持することを特徴とする請求項１２に記載の平板試験片用超微細摩擦及び摩滅試験装置。
【請求項２０】
前記ボール試験片制御部は、
前記制御計測部の回路部と電気的に連結され、前記ボール試験片支持台の動きを制御することを特徴とする請求項１２に記載の平板試験片用超微細摩擦及び摩滅試験装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は平板試験片（plate specimen）を摩擦及び摩滅するための微細試験装置に関し、特に、平板試験片を固定する平板試験片支持台を往復運動させ、ボール試験片支持台に付着されたボール試験片（ball specimen）に上記平板試験片を摩擦及び摩滅させ、レーザ光源を用いて上記平板試験片の摩擦及び摩滅の程度を測定し、上記平板試験片の特性を正確に分析する平板試験片用超微細摩擦及び摩滅試験装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に摩擦及び摩滅試験装置は所定の道具により所定の試験片を摩擦及び摩滅させて上記試験片の摩擦及び摩滅特性を分析する装置であり、主に、超小型機械部品の摩擦及び摩滅の特性を分析するために用いられる。
【０００３】
従来の技術による摩擦及び摩滅試験装置は略１０Ｎ以上の高荷重と略１０ｍｍ以上の最小行程範囲で作動する大型と、略１μＮ未満の荷重と略１μｍ未満の行程距離範囲で動作する極小型がある。
【０００４】
しかし、上記大型摩擦及び摩滅試験装置は試験片に与える荷重の範囲が大きく、滑り速度が高い範囲で動作するため、非常に低い荷重範囲と低い速度範囲で作動する微少機械の摩擦部品の摩擦及び摩滅特性を正確に分析することができない。上記極小型摩擦及び摩滅試験装置は試験片の摩擦の程度を測定するための摩擦力計測部が試験片テーブルに装着されるため、上記試験片テーブルが動くと、その摩擦力計測部の摩擦力検出器が揺れ、且つ、試験片重量によってその摩擦力検出器の同特性が変わるため、上記試験片の摩擦及び摩滅特性を正確に分析することができない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の主目的は、摩擦及び摩滅が少なくて粘り着かない超小型部品を架工するために、超小型試験片の摩擦及び摩滅特性を分析するための平板試験片用超微細摩擦及び摩滅試験装置を提供することにある。
【０００６】
本発明の他の目的は、摩擦及び摩滅が少なくて粘り着かない超小型部品を架工するために、１μＮ〜１Ｎ荷重領域で試験片の摩擦及び摩滅特性を分析するための平板試験片用超微細摩擦及び摩滅試験装置を提供することにある。
【０００７】
本発明の更に他の目的は、ボール試験片支持台のボール試験片（ball specimen）に平板試験片が付着された平板試験片支持台を往復運動させて上記平板試験片を摩擦及び摩滅させ、検出部を用いて上記平板試験片の摩擦及び摩滅の程度を測定し、上記平板試験片の摩擦及び摩滅特性を正確に分析する平板試験片用超微細摩擦及び摩滅試験装置を提供することにある。
【０００８】
本発明の更に他の目的は、ボイスコイルを用いて平板試験片が付着された平板試験片支持台を往復運動させ、ボール試験片支持台のボール試験片に上記平板試験片を摩擦及び摩滅させ、レーザ光源と光検出部を用いて上記平板試験片の摩擦及び摩滅の程度を測定し、上記平板試験片の摩擦及び摩滅特性を正確に分析する平板試験片用超微細摩擦及び摩滅試験装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
このために、本発明による平板試験片用超微細摩擦及び摩滅試験装置は、固定部１００と、前記固定部１００上に設けられ、所定の平板試験片８００を固定してこれを動かす駆動部２００と、前記平板試験片８００を摩擦及び摩滅させるためのボール試験片支持台４００と、前記固定部１００上に固定され、前記ボール試験片支持台４００の位置を制御するための回転板位置制御部３００と、前記ボール試験片支持台４００を制御するためのボール試験片制御部５００と、前記平板試験片８００の摩擦及び摩滅の程度を検出し、前記それぞれの機構部及び回路部を制御する制御部６００と、所定の電源を必要とする部品に電源を供給する電源供給部７００とを含んで行うことにより達成される。
【００１０】
このために、本発明による平板試験片用超微細摩擦及び摩滅試験装置は、所定の面積を有する底板上にそれぞれ一対の第１の固定柱と第２の固定柱とが垂直方向に結合される固定部と、前記固定部１００の一側に水平方向にステンレス管が固定結合され、前記ステンレス管の一端に結合された第１のボイスコイルモータ部からの動作として他端の平板試験片支持台が水平往復運動する駆動部と；前記一対の第２の固定柱１２０の一側に結合されたコイルモータ下端に回転板が垂直に結合される回転板位置制御部と、前記回転板に水平結合される負荷平板の一端にボール試験片が結合され、他端に均衡錘が結合されるボール試験片支持台と、前記一対の第２の固定柱の上端に結合固定されて一端に結合された前記ボール試験片支持台の動きを制御するボール試験片制御部と、前記固定部の上端に設けられ、前記反射用鏡に光源を照らして前記平板試験片の摩擦力を測定する制御計測部と、前記ベースの一面に設けられ、前記駆動部、前記回転板位置制御部及び前記制御計測部に電力を供給する電源部とを含んで行うことにより達成される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は本発明により平板試験片を摩擦及び摩滅するための平板試験片用超微細摩擦及び摩滅試験装置を示す斜視図であり、図２と図３は図１の側面図である。
【００１２】
図示されたように、本発明による平板試験片用超微細摩擦及び摩滅試験装置は、固定部１００と、上記固定部１００上に設けられ、所定の平板試験片８００を固定してこれを動かす駆動部２００と、上記平板試験片８００を摩擦及び摩滅させるためのボール試験片支持台４００と、上記固定部１００上に固定され、上記ボール試験片支持台４００の位置を制御するための回転板位置制御部３００と、上記ボール試験片支持台４００を制御するためのボール試験片制御部５００と、上記平板試験片８００の摩擦及び摩滅の程度を検出し、上記それぞれの機構部及び回路部を制御する制御部６００と、所定の電源を必要とする部品に電源を供給する電源供給部７００とを含む。
【００１３】
上記固定部１００は所定の大きさの面積を有する底板１３０と、上記底板１３０の各角の所定の位置に立てられた第１の固定柱１１０対及び第２の固定柱１２０対と、上記第２の固定柱１２０対の上端を連結する上端支持部１４０と、上記第１の固定柱１１０対の上端と前記第１の固定柱１１０対と同じ高さの前記第２の固定柱１２０対の位置を固定する上板１５０と、上記底板１３０の内部に設けられ、所定の弾性計数を有する板スプリング１３１と、上記板スプリング１３１と連結され、前記底板１３０の上面に突出されるように設けられた第１の調節ねじ１３２と、上記上端支持部１４０の中央に設けられ、上記第１の調節ねじ１３２に対応する第２の調節ねじ１４１とを含む。
【００１４】
上記底板１３０と上記上板１５０との間に位置して上記底板１３０と上記上板１５０とが平行に設けられる上記駆動部２００は、図４に図示されたように、上記第１の固定柱１１０対と上記第２の固定柱１２０対との間に設けられるステンレス管２１０と、上記ステンレス管２１０の端に付着される第１のボイスコイルモータ部２２０と、上記第２の固定柱１２０対に設けられ、上記ステンレス管２１０に貫通されて上記ステンレス管２１０を支持する固定板２４０ａと、上記固定板２４０ａに上記ステンレス管２１０を支持する針支持台２４０と、上記ステンレス管２１０の他端に装着され、上記平板試験片８００を固定して支持する平板試験片支持台２３０とを含む。
【００１５】
ここで、上記平板試験片支持台２３０は、上記平板試験片８００を入れるための平板試験片ホルダー２３０ａと、上記平板試験片ホルダー２３０ａに上記平板試験片８００を固定する第１の固定ねじ２３０ｂと、上記平板試験片ホルダー２３０ａを入れる平板試験片ホルダー装着部２３０ｄと、上記平板試験片ホルダー装着部２３０ｄに上記平板試験片ホルダー２３０ａを固定する第２の固定ねじ２３０ｃとを含む。上記平板試験片ホルダー装着部２３０ｄは上記平板試験片ホルダー２３０ａを固定し、上記第２の固定ねじ２３０ｃが調節されることにより、上記平板試験片ホルダー２３０ａを移動させる。従って、上記平板試験片支持台２３０は上記平板試験片８００の位置を調節してボール試験片部４１０と接触する位置を調節する。
【００１６】
上記第１のボイスコイルモータ部２２０は、図５Ａと図５Ｂに図示されたように、上記ステンレス管２１０の一端に連結されたアルミニウムフレーム２２０ｃと、上記アルミニウムフレーム２２０ｃ内に形成された溝の中に接着剤として固定されたアルミニウムコア２２０ｄと、上記アルミニウムコア２２０ｄの外部に形成された溝に沿って巻かれている巻線２２０ａと、上記アルミニウムコア２２０ｄ内の溝に接着剤として固定させた磁気場センサ２２０ｅと、上記アルミニウムフレーム２２０ｃ下にあり、所定の磁気場を発生する永久磁石２２０ｂと、上記永久磁石２２０ｂを固定して磁気場を案内する磁気場ガイド２２０ｆとを含む。
【００１７】
一方、上記第１のボイスコイルモータ部２２０を動作させるための回路図は、図５Ｄに図示されたように、上記平板試験片８００に加わる往復行程（Ｓ）と移動速度（Ｕ）とを受けて所定のパルス信号を出力するディジタル信号発生器２２０ｈと、上記パルス信号と上記磁気場センサ２２０ｅから出力される検出された信号とを受けて該当する電流を流してくれるための増幅器２２０ｇとから構成される。
【００１８】
また、上記針支持台２４０は、図６に図示されたように、上記固定板２４０ａの中心から対称地点を指す針２４０ｃと、上記針２４０ｃを固定するアルミニウム胴体２４０ｂと、上記固定板２４０ａと上記アルミニウム胴体２４０ｂとの間に所定の間隔を維持するために設けられたスプリング２４０ｆと、上記アルミニウム胴体２４０に設けられて上記スプリング２４０ｆを支持する支持板２４０ｅとを含む。ここで、上記針２４０ｃが指す地点に、上記針２４０ｃと接触されるための支持台２４０ｄが上記固定板２４０ａ上に付着される。上記針２４０ｃは熱処理された鋼鉄であって、その中に円錐形溝が形成されており、胴体部にねじ部があるため、上記アルミニウム胴体２４０ｂでその位置が調節され得る。
【００１９】
一方、上記針支持台２４０は、スプリング支持板２４０ｅと固定板２４０ａとを結ぶ弾性が強いスプリング２４０ｆにより上記固定板２４０ａに固定され、先が尖った上記針２４０ｃは上記支持台２４０ｄ内の円錐形溝に挟まれる。
【００２０】
上記ボール試験片支持台４００は、図７Ａの側面図と図７Ｂの平面図に図示されたように、上記平板試験片８００を摩擦及び摩滅するボール試験片部４１０と、一端に上記ボール試験片部４１０が付着された負荷平板４４０と、上記負荷平板４４０を介して上記ボール試験片部４１０を動作させる第２のボイスコイルモータ部４３０と、上記負荷平板４４０の他方に付着され、上記第２のボイスコイルモータ部４３０を中心として上記ボール試験片部４１０と水平をなす均衡錘４２０とから構成される。
【００２１】
ここで、上記第２のボイスコイルモータ部４３０は、円形永久磁石４００ｄと、上記永久磁石４００ｄの周囲に設けられてコイルが巻かれるフレーム４００ｅと、上記巻線フレーム４００ｅを囲む鋼鉄リング４００ｃと、上記均衡錘４２０と上記ボール試験片部４１０とが水平をなすように表ケースに設けられた固定針４００ｂとを含む。上記固定針４００ｂは上記鋼鉄リング４００ｃの外郭を囲むケースに設けられた固定支持台４００ａによって支持される。
一方、上記固定針４００ｂは熱処理された鋼鉄から作られ、上記固定支持台４００ａは銅から作られる。
【００２２】
上記ボール試験片部４１０は、上記平板試験片８００を摩擦及び摩滅するためのボール試験片４００ｈと、上記ボール試験片４００ｈを固定するボール試験片ホルダー４００ｇと、上記ボール試験片ホルダー４００ｇを固定するボール試験片ホルダー装着部４００ｆとを含む。
【００２３】
上記回転板位置制御部３００は、第３のボイスコイルモータ３１０と、上記コイルモータ３１０の下端に連結された回転板３２０とから構成される。ここで、上記回転板３２０の上方は、鋼線３５０ａによって上記第２の固定柱１２０対の上端支持部１４０に設けられた第１の調節ねじ１４１と連結され、上記回転板３２０の下方は、鋼線３５０ｂによって上記底板１３０の第２の調節ねじ１３２と連結される。上記第２の調節ねじ１３２が上記底板１３０の内部に内蔵された平板スプリング１３１と連結されるため、上記平板スプリング１３０の張力は上記鋼線３５０ｂを介して上記回転板３２０が一定の平衡状態を維持させる。
一方、上記回転板３２０は、先に説明する上記制御部６００の測定部６１０から出力される光を反射するための鏡３８０が付着されている。
【００２４】
上記ボール試験片制御部５００は、上記上板１５０の一端の下面に付着された固定ハウジング５１０と、上記固定ハウジング５１０と上記上板１５０とが合う角に設けられるステッピングモータ５２０と、上記ステッピングモータ５２０から生成される動力を伝達するためのスクリュー軸５３０と、上記スクリュー軸５３０の回転運動を変換して上記ボール試験片支持台４００を直線往復運動させるガイド５４０とを含む。
【００２５】
上記制御部６００は、装置全体を制御するための回路部６２０と、上記回転板３２０に付着された鏡３８０に光を照らし、それから反射される光を検出して上記平板試験片８００に加わる摩擦力を測定する測定部６１０とを含む。
【００２６】
ここで、上記測定部６１０は、図８に図示されたように、上記回転板３２０の鏡３８０に光を照らす光源６１０ｂと、上記鏡３８０から反射された光を検出する光検出部６１０ａとから構成される。
【００２７】
一方、上記回路部６２０は上記光検出部６１０ａから出力される信号を分析して上記回転板３２０の回転角とそれによる平板試験片８００の摩擦力を測定し、上記回転板３２０が基準位置に戻るように制御する。
【００２８】
上記のように構成された本発明による平板試験片用超微細摩擦及び摩滅試験装置の動作を説明すると次の通りである。
まず、上記平板試験片支持台に分析対象の平板試験片を固定し、電源供給部から第１のボイスコイルモータ部の巻線に電流が流れると、永久磁石が形成する磁気場領域内に置かれている上記巻線が巻かれたフレームは、フレミングの右手の法則によって力を受けて動く。従って、上記フレームが付着された駆動部は水平往復運動をする。ここで、上記針支持台は上記駆動部の水平往復運動の中心軸となって上記駆動部のヒンジ（hinge）役割をする。即ち、上記針支持台は針と支持台とが互いに滑らず動かす転がり摩擦（rolling friction）をするようにする。従って、上記駆動部は駆動騒音が少なく、各部品などから機構的な摩擦熱を少なく発生する。
【００２９】
上記第１のボイスコイルモータ部から発生された力が駆動部を往復運動させる。この時、上記駆動部の往復運動力は、上記駆動部から発生される摩擦力が小さいだけでなく、上記駆動部の運動伝達誤差も非常に小さいため、上記平板試験片にその動力の損失がなくて正確に伝達される。上記駆動部の最小荷重値は上記針２４０ｃと針支持台２４０との摩擦特性などによって決定される。本発明に平板試験片用超微細摩擦及び摩滅試験装置の荷重分解能は略３μＮ（０．３ｍｇ）である。
【００３０】
一方、上記磁気場センサ２２０ｅは磁気場に垂直な方向の磁気場強さの変化を感知し、これに比例する信号を出力する。上記磁気場ガイド２２０ｆは上記永久磁石２２０ｂから発生された磁気場をアルミニウムフレームに伝達すると共に、外部へ拡散されることを防いで閉鎖された磁気場を形成する役割をする。
【００３１】
従って、図５Ｃに図示されたように、磁気場の強さ変化が線形的に示す領域IIにおいて、第１のボイスコイルモータ部制御部は上記磁気場センサ２２０ｅから出力される磁力変化信号を受け、上記フレーム２２０ｃの位置を見出してその動きを制御することにより、上記フレーム２２０ｃに連結された平板試験片支持台２３０の往復運動を調節する。上記巻線２２０ａが装着されたフレーム２２０ｃは最大駆動力が作用する領域I間で往復運動し、上記往復運動の行程の変位制御分解能は略０．０５μｍである。
【００３２】
上記平板試験片支持台が動くことにより、上記平板試験片と上記ボール試験片４１０との間に摩擦力が発生されると、上記摩擦力は上記ボール試験片支持台４００を介して回転板３２０に伝達され、それによって上記回転板は回転する。そうすると、上記回転板位置制御部３００は上記回転板３２０の動きを制御する。
【００３３】
一方、電源供給部から上記第２のボイスコイルモータ部の巻線フレーム４００ｅに巻かれたコイルに電流が流れると、円形永久磁石４００ｄが形成する磁気場の相互作用によって力（Ｆ）が発生するが、この力（Ｆ）は負荷平板４４０に伝達されてボール試験片４１０と平板試験片８００との間に荷重を加えることになる。
【００３４】
この時、円形永久磁石４００ｄは鋼鉄リング４００ｃで巻かれ、すべての半径方向で巻線に垂直方向へ一定の大きさの磁気場が形成されるため、同一な電流である場合、巻線フレーム４００ｅの円周方向位置にかかわらず、作用荷重は常に一定することになる。
【００３５】
上記負荷平板４４０は巻線フレーム４００ｅ外郭部に連結されており、一方にはボール試験片ホルダー装着部４００ｆが備えられ、向こう側には均衡錘４２０が装着される。厚さが極めて薄い金属板材を用いてボール試験片ホルダー４００ｇを製作した後、上記ボール試験片ホルダー４００ｇにボール試験片４１０を押入したり接合する。そして、上記ボール試験片ホルダー装着部４００ｆにボール試験片が押入及び接合された上記ボール試験片ホルダー４００ｇを挟み込む。
【００３６】
このような、上記ボール試験片４１０は交替が容易であるだけでなく、自体重量を減らすことができ、試験装置の精密度を向上させることができる。熱処理された固定針４００ｂと銅とから製作された固定支持台４００ａとは摩擦損失がほとんどないだけでなく、動きによる誤差が非常に小さいため、円形永久磁石４００ｄと巻線フレーム４００ｅとを用いて発生させた超低荷重を伝達するに適合する。
【００３７】
一方、上記固定支持台４００ａを介して巻線フレーム４００ｅに巻かれた巻線に電流を供給することになり、上記巻線フレーム４００ｅの巻線に供給される電流を調節して作用荷重を印加する前に、負荷平板４４０が水平を維持するように制御することができ、上記ボール試験片４１０の荷重が変化しても作用荷重を精密に調節できる。
【００３８】
また、上記ボール試験片制御部５００のステッピングモータ５２０はスクリュー軸５３０を介して回転運動を生成し、上記回転運動はガイド５４０を介して直線運動に変換される。そうすると、上記ガイド５４０は荷重を受けるボール試験片支持台４００の動きを制御し、ボール試験片４１０と平板試験片８００とが適切な摩擦力として接触できるように案内し、外部要因によって上記ボール試験片支持台４００が衝撃を受けないように保護する。
【００３９】
上記回路部６２０に連結された上記回転板位置制御部３００は、ボール試験片部によって上記平板試験片８００が摩擦及び摩滅される間、上記回転板の回転角の大きさを検出し、上記回転角の値から摩擦力を測定すると共に、回転板３２０が基準位置に戻ってくるように制御する。即ち、上記光源から回転板の鏡に光が出射されると、上記検出部は上記回転板の鏡から反射された光を検出してその回転板の位置を見出す。
【００４０】
ここで、上記回転板位置制御部３００は電源供給部から自己に供給される電流値の大きさとその方向を制御し、平板試験片４３０に発生された摩擦力を計測し、回転板３２０が基準位置にあるようにする。即ち、上記回転板位置制御部に入力される電流の大きさと方向はボール試験片と平板試験片との間の摩擦力に比例するため、上記電流の大きさと方向の値から平板試験片の摩擦力に関する情報が得られる。
【００４１】
従って、本発明による平板試験片用超微細摩擦及び摩滅試験装置は、ボール試験片に接触される平板試験片４３０を摩擦及び摩滅すると共に、レーザのような光源を用いて上記平板試験片の摩擦及び摩滅を実施間に測定して分析でき、０．０１Ｎ以下の荷重と０．１μｍ以下の往復行程を制御できる。
【００４２】
一方、本発明による平板試験片用超微細摩擦及び摩滅試験装置は、コンピュータとインターフェースされることができ、上記コンピュータに設けられる制御用ソフトウェアによって制御される。即ち、上記コンピュータは平板試験片の試験情報を得ることができ、且つ、平板試験片の移動速度と往復行程及び平板試験片に作用するボール試験片の荷重値などを設定して試験装置を制御できる。
【００４３】
【発明の効果】
以上から上述したように、本発明による平板試験片を摩擦及び摩滅するための平板試験片用超微細摩擦及び摩滅試験装置によると、第１のボイスコイルモータ部により平板試験片支持台が往復運動して平板試験片の摩擦及び摩滅を遂行すると共に、上記平板試験片の特性を測定できる。
【００４４】
このような、本発明による平板試験片を摩擦及び摩滅するための平板試験片用超微細摩擦及び摩滅試験装置は荷重範囲が略５０μＮ〜０．０１Ｎ、最大往復行程２ｍｍ、そして、最大往復速度は１．３ｍｍ／ｓであり、荷重と往復行程の分解能がそれぞれ５μＮ、０．０５μｍ以下であって高精密制御が可能な特性を有する。
【００４５】
また、平板試験片の摩擦及び摩滅を分析するための作用荷重の大きさと往復周期の連続的制御が可能であり、駆動部が試験片を実施間に摩擦及び摩滅できる効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明により平板試験片を摩擦及び摩滅するための平板試験片用超微細摩擦及び摩滅試験装置を示す斜視図。
【図２】図１の側面図。
【図３】図１の側面図。
【図４】図１の駆動部の平面図。
【図５】図５Ａは図４の第１のボイスコイルモータ部を詳しく示した構成図、図５Ｂは図５Ａの側面図、図５Ｃは図５Ａまたは図５Ｂに図示された第１のボイスコイルモータ部を示す作動概念図、図５Ｄは図５Ａまたは図５Ｂに図示された第１のボイスコイルモータ部を制御するための回路図。
【図６】図４に図示された針支持台を示す構成図。
【図７】図７Ａは図１に図示されたボール試験片支持台の側面図、図７Ｂは図７Ａに図示されたボール試験片支持台の平面図。
【図８】図１に図示された測定部の動作を説明するための構成図。
【符号の説明】
１００  固定部
１１０  第１の固定柱
１２０  第２の固定柱
１３０  底板
１３１  板スプリング
１３２  第１の調節ねじ
１４０  上端支持部
１４１  第２の調節ねじ
１５０  上板
２００  駆動部
２１０  ステンレス管
２２０  第１のボイスコイルモータ部
２２０ａ  巻線
２２０ｂ  永久磁石
２２０ｃ  アルミニウムフレーム
２２０ｄ  アルミニウムコア
２２０ｅ  磁気場センサ
２２０ｆ  磁気場ガイド
２２０ｇ  増幅器
２２０ｈ  ディジタル信号発生器
２３０  平板試験片支持台
２３０ａ  平板試験片ホルダー
２３０ｂ  第１の固定ねじ
２３０ｃ  第２の固定ねじ
２３０ｄ  平板試験片ホルダー装着部
２４０  針支持台
２４０ａ  固定板
２４０ｂ  アルミニウム胴体
２４０ｃ  針
２４０ｄ  支持台
２４０ｅ  支持板
２４０ｆ  スプリング
３００  回転板位置制御部
３１０  第３のボイスコイルモータ
３２０  回転板
３５０ａ，３５０ｂ  鋼線
３８０  鏡
４００  ボール試験片支持台
４００ａ  固定支持台
４００ｂ  固定針
４００ｃ  鋼鉄リング
４００ｄ  円形永久磁石
４００ｅ  フレーム
４００ｆ  ボール試験片ホルダー装着部
４００ｇ  ボール試験片ホルダー
４００ｈ  ボール試験片
４１０  ボール試験片部
４２０  均衡錘
４３０  第２のボイスコイルモータ部
４４０  負荷平板
５００  ボール試験片制御部
５１０  固定ハウジング
５２０  ステッピングモータ
５３０  スクリュー軸
５４０  ガイド
６００  制御部
６１０  測定部
６１０ａ  光検出部
６１０ｂ  光源
６２０  回路部
７００  電源供給部
８００  平板試験片
【図１】
0003726066.tif 000002
【図２】
0003726066.tif 000003
【図３】
0003726066.tif 000004
【図４】
0003726066.tif 000005
【図５】
0003726066.tif 000006
【図６】
0003726066.tif 000007
【図７】
0003726066.tif 000008
【図８】
0003726066.tif 000009