(57)【要約】【課題】  被試験面に鋼球等の球体を板バネを介して押し付けて相対滑り運動を与えたときの摩擦力を、板バネの歪み量から計測するに当たり、摩擦力による板バネの歪み量を小さくすることなく、摩擦力による板バネの撓みに起因して球体の板バネの長手方向への変位量を小さくし、玉軸受の軌道面等の相対滑りの付与方向に直交する方向に平坦でない被測定面でも正確な摩擦係数を求めることのできる摩擦試験方法および装置を提供する。【解決手段】  球体７ｂを、被試験面Ｗａに対する滑り方向に可撓方向を沿わせ、かつ、その滑り方向に所定の距離を隔てて配置された互いに平行な板バネ７ｄ，７ｅを介して剛体（被支持部）７ａに取り付けたピックアップ７を用いることにより、板バネ７ｄ，７ｅの歪み量を小さくすることなく、従って感度を低下させることなく、摩擦力による板バネ７ｄ，７ｅの撓みに起因する長手方向への変位量を小さくし、球体７ｂによる被試験面Ｗａの押圧位置精度を向上させ、正確な摩擦係数を求めることを可能とする。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定面に球体を押し付けた状態で、これら両者間に相対滑り運動を付与し、その滑りにより上記球体に作用する力を測定して上記被測定面の摩擦試験を行うに当たり、被測定面が上記滑り方向に直交する方向に平坦でない場合の摩擦試験方法であって，
上記球体を、上記滑り方向に可撓方向を沿わせ、かつ、当該滑り方向に所定の距離を隔てて配置された互いに平行な２枚の板バネを介して剛体に支持して被測定面に押し付け、その被測定面と球体との間に相対滑り運動を与えたときの各板バネの歪み量を当該各板バネに取り付けた歪み検出手段により検出し、その検出結果から上記球体に作用する摩擦力を測定することを特徴とする摩擦試験方法。
【請求項２】
環状体の内周もしくは外周、または円筒体の外周に、軸平行断面が直線でない被測定面を備えた物体の摩擦試験装置であって、
試験に供される物体を支持して回転を与える回転軸と、先端側に球体が固定されたピックアップの基端側を支持して、球体を被測定面に一定の力で押し付ける負荷機構を備えるとともに、上記ピックアップは、上記負荷機構に支持される剛体からなる被支持部と、その支持部にそれぞれ基端部が固定された互いに平行な２枚の板バネからなる平行バネと、その平行バネの先端部に固定された剛体からなる球体固定部と、その球体固定部に固定された球体と、上記各板バネに装着された歪み検出センサとからなり、このピックアップは、球体が上記被測定面に押し付けられた状態で、上記各板バネを結ぶ方向が上記回転軸による物体の回転の接線方向に沿うように上記負荷機構に支持されることを特徴とする摩擦試験装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は被測定面に球体を押し付けた状態でこれら両者間に相対滑り運動を与え、その滑りにより球体に作用する力を測定してその被測定面の摩擦係数を測定する方法および装置に関し、更に詳しくは、被測定面が、例えば玉軸受の軌道輪の軌道面の周方向への滑り摩擦係数を測定する場合のように、球体に対する滑り方向に直交する方向に平坦でない場合に有効な摩擦試験方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
物体の表面の摺動摩擦係数を測定する試験機として、従来、バウデン式の試験機やピンオンディスクなどが知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
ピンオンディスクは、ディスク上に被試験体を載せて回転を与えつつ、その表面にピン状の金属を所定の押圧力のもとに押し付け、そのピンに作用する接線方向への力を検出して摩擦力の測定値とし、ピンの押圧力とから被試験体表面の滑り動摩擦係数を求める。
一方、バウデン式の摩擦試験機は、被試験体の表面に鋼球を所定の押圧力のもとに押し付けつつ、その鋼球と被試験体とに相対的な往復滑り運動を与えて、鋼球に作用する滑り運動方向への力を検出して摩擦力の測定値とし、鋼球の押圧力とから被試験体表面の滑り動摩擦係数を求める。
【０００４】
ところで、玉軸受をはじめとする転がり軸受においては、内輪や外輪の軌道面に対して転動体は基本的には転がり接触するのであるが、使用条件や状況によってはこれらが滑り接触する場合があり、従って軌道面の動滑り摩擦係数を知ることは、転がり軸受の挙動を知るうえで重要な意味を持つ。
【０００５】
転がり軸受の軌道面の滑り摩擦係数を測定するに当たって、特に、玉軸受や球面ころ軸受のように、被測定面が平坦でない場合には、当然のことながら前記した従来の摩擦試験機をそのまま用いることはできず、専用の装置を製作する必要が生じる。
【０００６】
玉軸受の内・外輪の軌道面の滑り摩擦係数を測定する装置としては、例えば、内輪もしくは外輪を把持して回転を与え、その軌道面に鋼球等の球体を押し付け、その球体に対して内輪もしくは外輪の接線方向に作用する力を検出して摩擦力とする装置が多用される。このような装置においては、軌道面に押し付けるべき球体を保持して当該球体に作用する力を検出するピックアップとして、バウデン式摩擦試験機で用いられるものに準じた図５に正面図（Ａ）および平面図（Ｂ）を示すようなものが用いられる。
【０００７】
すなわち、負荷機構に片持ち支持される被支持部５１に、板バネ５２を介して球体５３が固定される球体固定部５４を装着した構造を持ち、板バネ５２に歪みゲージ５５が貼着されている。被支持部５１および球体固定部５４は実質的に剛体として機能し、球体５３に作用する摩擦力によってもっぱら板バネ５２のみが撓むようになっている。そして、このピックアップは、図５（Ｂ）に矢印で示す方向に被測定面が移動するように、従ってこの矢印で示す方向に球体５３に対して摩擦力が作用するように負荷機構に支持され、これにより、球体５３に作用する摩擦力は板バネ５２の撓み量に比例することになり、その撓みに基づく板バネ５２の歪み量を歪みゲージ５５で検出することにより、摩擦力を計測することができる。
【特許文献１】特開２００３−１３６１５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記した図５に例示したピックアップを用いて、例えば玉軸受の内輪もしくは外輪の軌道面の動滑り摩擦係数を測定する場合、図６に模式的に示すように、摩擦力Ｆにより板バネ５２が撓み、その撓みによる板バネ２の歪み量を検出して摩擦力の計測を行うのであるが、板バネ５２の撓み量が大きくなると、図中Δで示す板バネ５２の長手方向への球体５３の変位量が大きくなり、当初に軌道面の底部に球体５３を押し付けていたにも係わらず、その球体５３の押し付け位置が変化して、意図する位置における摩擦力の計測ができなくなってしまうという問題がある。その結果、被測定面が玉軸受や球面ころ軸受の軌道面のように、球体５３に対する相対滑り方向に直交する方向に平坦でない場合には、球体５３による押し付け力が被測定面に対して垂直とはならず、従って摩擦係数を求めるべく計測した摩擦力を球体５３による押し付け力で除したとき、厳密にはその値は、摩擦力を垂直力で除した値と定義づけられている摩擦係数を表さないことになる。
【０００９】
このような問題を解決するために、板バネ５３の剛性を高くすると、摩擦力による撓み量が小さくなり、ひいては板バネ５３の歪み量が小さくなって感度が低下してしまうという別の問題が生じる。
【００１０】
本発明はこのような実情に鑑みてなされたもので、摩擦力による板バネの歪み量を小さくすることなく、摩擦力による板バネの撓みに起因して球体の被測定面に対する押圧位置の変化をより小さくすることができ、もって玉軸受や球面ころ軸受の軌道面など、球体との相対すべり方向に直交する方向に平坦でない被測定面でも正確な摩擦係数を求めることのできる摩擦試験方法および装置の提供をその課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の課題を解決するため、本発明の摩擦試験方法は、被測定面に球体を押し付けた状態で、これら両者間に相対滑り運動を付与し、その滑りにより上記球体に作用する力を測定して上記被測定面の摩擦試験を行うに当たり、被測定面が上記滑り方向に直交する方向に平坦でない場合の摩擦試験方法であって，上記球体を、上記滑り方向に可撓方向を沿わせ、かつ、当該滑り方向に所定の距離を隔てて配置された互いに平行な２枚の板バネを介して剛体に支持して被測定面に押し付け、その被測定面と球体との間に相対滑り運動を与えたときの各板バネの歪み量を当該各板バネに取り付けた歪み検出手段により検出し、その検出結果から上記球体に作用する摩擦力を測定することによって特徴づけられる（請求項１）。
【００１２】
また、本発明の摩擦試験装置は、環状体の内周もしくは外周、または円筒体の外周に、軸平行断面が直線でない被測定面を備えた物体の摩擦試験装置であって、試験に供される物体を支持して回転を与える回転軸と、先端側に球体が固定されたピックアップの基端側を支持して、球体を被測定面に一定の力で押し付ける負荷機構を備えるとともに、上記ピックアップは、上記負荷機構に支持される剛体からなる被支持部と、その被支持部にそれぞれ基端部が固定された互いに平行な２枚の板バネからな平行バネと、その平行バネの先端部に固定された剛体からなる球体固定部と、その球体固定部に固定された球体と、上記各板バネに装着された歪み検出センサとからなり、このピックアップは、球体が上記被測定面に押し付けられた状態で、上記各板バネを結ぶ方向が上記回転軸による物体の回転の接線方向に沿うように上記負荷機構に支持されることによって特徴づけられる（請求項２）。
【００１３】
本発明は、負荷機構に支持される被支持部と、被測定面に押し付けられる球体との間に介在する板バネを平行バネとすることによって、課題を解決しようとするものである。
すなわち、従来の１枚の板バネを用いる場合と、これを平行バネに変えた場合を比較すると、平行バネを構成する各板バネの厚さを、１枚の板バネを単体で用いる場合の厚さの１／２とすることにより、球体に同じ力を加えたときの歪み量を少なくすることなく、撓みによる板バネの長手方向への変位量が約１／２となることが、本発明者らのシミュレーションにより明らかになった。よって、板バネの歪み量を小さくすることなく、従って感度を低下させることなく、板バネの撓みによるその長手方向への押圧位置の変位を少なくすることができ、従来に比してより正確な摩擦係数の計測が可能となる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、球体に作用する摩擦力による板バネの歪み量を小さくすることなく、板バネの撓みによる当該板場バネの長手方向への球体の変位を少なくすることができ、  摩擦力の計測感度を低下させることなく、球体による被測定面の押圧位置精度が向上し、玉軸受や球面ころ軸受の軌道面など、相対滑り方向に直交する方向に平坦でない被測定面の摩擦係数を、従来に比してより正確に求めることが可能となった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明の実施の形態の摩擦試験装置の構成を示す模式図であり、玉軸受の外輪を被試験体Ｗとし、その軌道面Ｗａの摩擦試験を行う場合の例を示している。
【００１６】
テーブル１上に回転軸２が設けられており、この回転軸２のハウジング２ａ並びに駆動源であるモータ３は、移動機構４によって互いに直交するｘ，ｙ，ｚ軸方向に移動可能となっている。そして、この回転軸２の先端部に、アタッチメント５を介して被試験体Ｗが装着される。
【００１７】
テーブル１上には、また、負荷機構６が設けられている。この負荷機構６は、支持台６ａに回動自在に支持された軸６ｂにレバー６ｃの中間部を固定し、そのレバー６ｃの一端側にピックアップ７を装着するとともに、他端側にはバランスウェイト６ｄを取り付けている。そして、軸６ｂにはＬ字形のアーム６ｅが固着されており、このアーム６ｅの先端には、以下に示すピックアップ７の鋼球７ｂの中心を通る鉛直線上に位置するように重錘６ｆが吊り下げられている。この構成により、ピックアップ７の鋼球７ｂには重錘６ｆの重量に応じた大きさの鉛直下方への力が作用することになる。
【００１８】
さて、ピックアップ７は、図２（Ａ）に正面図、同図（Ｂ）に平面図を示すように、負荷機構６のレバー６ｃに片持ち支持される被支持部７ａと、鋼球７ｂが固定される鋼球固定部７ｃとを、２枚の互いに平行な板バネ７ｄ，７ｅからなる平行バネにより連結した構造を持ち、各板バネ７ｄ，７ｅには歪みゲージ７ｆ，７ｇが貼着されている。負荷機構６のレバー６ｃには、鋼球７ｂが鉛直下方を向くように、従って平行バネを構成する２枚の板バネ７ｄ，７ｅ相互の離隔方向が水平方向に沿うように取り付けられる。
【００１９】
そして、試験に際しては、図３に示すように、鋼球７ｂが被試験体Ｗである玉軸受の外輪の軌道面Ｗａの底部に当接して押圧するように移動機構４の操作により位置決めした状態で、回転軸２を駆動して被試験体Ｗに回転を与える。これにより、鋼球７ｂが軌道面Ｗａに対して重錘６ｆに応じた大きさの力で押し付けられつつ、これら両者間に滑り運動が与えられる。
【００２０】
このような試験により、鋼球７ｂと軌道面Ｗａとの間に摩擦力が発生し、その摩擦力は鋼球７ｂに作用して板バネ７ｄ，７ｅとからなる平行バネを撓ませ、その撓みによる各板バネ７ｄ，７ｅの歪み量がこれらに貼着されている歪みゲージ７ｆ，７ｇによって検出され、その検出値から摩擦力の大きさが求められる。
【００２１】
ここで、鋼球に作用する摩擦力によって板バネを撓ませ、その撓みによる板バネの歪み量から摩擦力を計測する点については、前記した図５に示した従来のピックアップと同じであるが、以下に示すように、板バネの変形モードの相違により、同じ摩擦力の作用による板バネの歪み量を等しくしながらも、撓みによる板バネの長手方向への変位量を大幅に少なくすることができる。
【００２２】
すなわち、平行バネを用いた本発明の実施の形態のピックアップ７では、図４に示すように、摩擦力Ｆの作用により図示のように変形し、１枚の板バネ５２を用いた場合の図６に示した変形とはそのモードが相違する。
【００２３】
有限要素法を用いて解析した結果、図５に示した１枚の板バネ５２を用いた構造との比較において、本発明の実施の形態における板バネ７ｄ，７ｅを、図５に示した板バネ５２に対してその厚さを０．４倍にするほかは幅並びに長さを同じとし、鋼球に同じ力Ｆを加えたとき、歪み量が等しく、かつ、撓みによる板バネの長手方向への変位量δが図５の同方向への変位量Δの０．５４倍に減少することが判明した。具体的に述べると、本発明の実施の形態における平行バネを用いたピックアップ７および図５に示した従来のピックアップにおいて、各板バネは、厚さを前者で１ｍｍ、後者で０．４ｍｍ、両者とも長さを３５ｍｍとし、各板バネの発生歪み量が両者とも４０６μＳｔとなるように鋼球に対して試験時における摩擦力の作用方向と同じ方向に荷重を加えたとき、従来のピックアップでは鋼球の板バネ長手方向への変位量δが０．０１１８ｍｍであったのに対し、本発明の実施の形態におけるピックアップ７では、鋼球７ｃの板バネ長手方向への変位量δは０．００６３６ｍｍであった。
【００２４】
従って、本発明の実施の形態によると、板バネの歪み量が同じでも、板バネ７ｄ，７ｅの撓みによる被測定面Ｗａに対する押圧位置の変位量を図５に示した従来のピックアップを用いる場合に比して約半分に減少させることが可能となる。その結果、鋼球７ｂによる被測定面Ｗａの押圧力で摩擦力を除した値は、従来に比してより正確な摩擦係数を表すことになる。
【００２５】
なお、以上の例においては、玉軸受の外輪を被試験体としてその軌道面の動滑り摩擦係数を求める場合の例について述べたが、玉軸受の内輪の軌道面や、球面ころ軸受の内・外輪の軌道面、更には、摩擦力を計測する際の滑りの付与方向に直交する方向に平坦でない被測定面の測定に際しても、上記と同等の作用効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施の形態の摩擦試験装置の構成を示す模式図である。
【図２】本発明の実施の形態で用いるピックアップ７の構成図で、（Ａ）は正面図、（Ｂ）はその平面図である。
【図３】試験時におけるピックアップ７の鋼球７ｂの被測定面Ｗａに対する押圧状態を示す拡大図である。
【図４】本発明の実施の形態におけるピックアップ７の摩擦力による変形状態を表す模式図である。
【図５】従来の摩擦試験装置で用いられるピックアップの構成例を示す図であり、（Ａ）は正面図で、（Ｂ）はその平面図である。
【図６】図５のピックアップの摩擦力による変形状態を表す模式図である。
【符号の説明】
【００２７】
１  テーブル
２  回転軸
３  モータ
４  移動機構
５  アタッチメント
６  負荷機構
６ａ  支持台
６ｂ  軸
６ｃ  レバー
６ｄ  バランスウェイト
６ｅ  アーム
６ｆ  重錘
７  ピックアップ
７ａ  被支持部
７ｂ  鋼球
７ｃ  鋼球固定部
７ｄ，７ｅ  板バネ
７ｆ，７ｇ  歪みゲージ
Ｗ  被試験体（玉軸受外輪）
Ｗａ  軌道面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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