(57)【要約】【課題】  弾性材よりなる環状シール部材のフレッティング疲労を的確に評価することが可能なフレッティング疲労評価装置を提供する。【解決手段】  超音波振動子２１が発生する高周波振動がホーン２２により増幅され、ハウジング１３に支持された環状シール部材１４の内周に嵌合する振動体１６に伝達されると、振動体１６の高周波振動により環状シール部材１４が摩擦されてフレッティング疲労が発生する。ハウジング１３の内部に区画されて環状シール部材１４によりシールされた油室１７にはオイル供給手段１８からのオイルが供給されており、環状シール部材１４のフレッティング疲労に伴う油室１７の密閉状態の変化を密閉状態検出手段２０により検出することで、環状シール部材１４のフレッティング疲労を高精度で評価することができる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
弾性材よりなる環状シール部材（１４）のフレッティング疲労を評価するフレッティング疲労評価装置であって、
高周波振動を発生する超音波振動子（２１）と、前記超音波振動子（２１）に接続されて前記高周波振動を増幅するホーン（２２）と、前記環状シール部材（１４）を支持するハウジング（１３）と、前記ホーン（２２）に接続されて前記ハウジング（１３）の内部で前記環状シール部材（１４）の内周に嵌合する振動体（１６）と、前記ハウジング（１３）の内部に区画されて前記環状シール部材（１４）によりシールされた油室（１７）と、前記油室（１７）にオイルを供給するオイル供給手段（１８）と、前記油室（１７）の密閉状態を検出する密閉状態検出手段（２０）とを備えることを特徴とするフレッティング疲労評価装置。
【請求項２】
前記密閉状態検出手段（２０）は、前記油室（１７）からのオイルのリーク量に基づいて前記密閉状態を検出することを特徴とする、請求項１に記載のフレッティング疲労評価装置。
【請求項３】
前記密閉状態検出手段（２０）は、前記油室（１７）の油圧に基づいて前記密閉状態を検出することを特徴とする、請求項１に記載のフレッティング疲労評価装置。
【請求項４】
前記超音波振動子（２１）は、振動の起動および停止を周期的に繰り返すことを特徴とする、請求項１〜請求項３の何れか１項に記載のフレッティング疲労評価装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弾性材よりなる環状シール部材のフレッティング疲労を評価するフレッティング疲労評価装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
外輪の外周面に転動体の幅と略同一幅で軸線方向に離間して設けられた二つのＯリング溝にフッ素系ゴム製のＯリングを装着した転がり軸受装置において、Ｏリングの硬度をＨｓ７０とし、Ｏリングを線径の２０％〜４０％の潰し代をもってＯリング溝に装着し、かつ軸受内部にフッ素系増ちょう剤を含有するグリースを封入することで、転がり軸受装置にクリープおよびフレッティングが発生するのを防止するものが、下記特許文献１により公知である。
【０００３】
また試験片に接触部を押圧し、接触部で試験片を高周波加振するフレッティング疲労試験装置において、接触部を試験片側に取り付けることで、接触部と試験片との間に固着域と滑り域とを発生させてフレッティング疲労特性を精度良く試験するものが、下記特許文献２により公知である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−３２１００６号公報
【特許文献２】特開２０１５−１９０８７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記特許文献１に記載された発明は、金属部材どうしの接触部に発生するフレッティングを防止するものであるが、ゴム製のＯリング自体のフレッティングを防止するものではない。
【０００６】
また上記特許文献２に記載された発明は、金属部材どうしの接触部におけるフレッティング疲労特性を試験するものであるが、ゴム製の部材のフレッティング疲労特性を試験するものではない。
【０００７】
Ｏリングのようなシール部材に使用されるゴムは非線形な弾性特性を有しており、変形時の体積変化が小さく、Gough-Joule 効果および粘性散逸による温度変化を生じる。そのため、ゴム製部材に対する熱弾性応力測定法の適用例は少なく、その理論的解明は充分になされていない。
【０００８】
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、弾性材よりなる環状シール部材のフレッティング疲労を的確に評価することが可能なフレッティング疲労評価装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、弾性材よりなる環状シール部材のフレッティング疲労を評価するフレッティング疲労評価装置であって、高周波振動を発生する超音波振動子と、前記超音波振動子に接続されて前記高周波振動を増幅するホーンと、前記環状シール部材を支持するハウジングと、前記ホーンに接続されて前記ハウジングの内部で前記環状シール部材の内周に嵌合する振動体と、前記ハウジングの内部に区画されて前記環状シール部材によりシールされた油室と、前記油室にオイルを供給するオイル供給手段と、前記油室の密閉状態を検出する密閉状態検出手段とを備えることを特徴とするフレッティング疲労評価装置が提案される。
【００１０】
また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記密閉状態検出手段は、前記油室からのオイルのリーク量に基づいて前記密閉状態を検出することを特徴とするフレッティング疲労評価装置が提案される。
【００１１】
また請求項３に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記密閉状態検出手段は、前記油室の油圧に基づいて前記密閉状態を検出することを特徴とするフレッティング疲労評価装置が提案される。
【００１２】
また請求項４に記載された発明によれば、請求項１〜請求項３の何れか１項の構成に加えて、前記超音波振動子は、振動の起動および停止を周期的に繰り返すことを特徴とするフレッティング疲労評価装置が提案される。
【００１３】
なお、実施の形態のＯリング１４は本発明の環状シール部材に対応する。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１の構成によれば、超音波振動子が発生する高周波振動がホーンにより増幅され、ハウジングに支持された環状シール部材の内周に嵌合する振動体に伝達されると、振動体の高周波振動により環状シール部材が摩擦されてフレッティング疲労が発生する。ハウジングの内部に区画されて環状シール部材によりシールされた油室にはオイル供給手段からのオイルが供給されており、環状シール部材のフレッティング疲労に伴う油室の密閉状態の変化を密閉状態検出手段により検出することで、環状シール部材のフレッティング疲労を高精度で評価することができる。
【００１５】
また請求項２の構成によれば、密閉状態検出手段は、油室からのオイルのリーク量に基づいて密閉状態を検出するので、密閉状態を容易かつ高精度に検出することができる。
【００１６】
また請求項３の構成によれば、密閉状態検出手段は、油室の油圧に基づいて密閉状態を検出するので、密閉状態を容易かつ高精度に検出することができる。
【００１７】
また請求項４の構成によれば、超音波振動子は、振動の起動および停止を周期的に繰り返すので、弾性材よりなる環状シール部材が連続的な振動により発熱して適切なフレッティング疲労評価が阻害されるのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】フレッティング疲労評価装置の縦断面図。（第１の実施の形態）
【図２】超音波振動子の振動パターンを示す図。（第１の実施の形態）
【図３】フレッティング疲労評価装置の縦断面図。（第２の実施の形態）
【図４】フレッティング疲労評価装置の縦断面図。（第３の実施の形態）
【図５】フレッティング疲労評価装置の縦断面図。（第４の実施の形態）
【発明を実施するための形態】
【第１の実施の形態】
【００１９】
以下、図１および図２に基づいて本発明の第１の実施の形態を説明する。
【００２０】
図１に示すように、本実施の形態のフレッティング疲労評価装置１１は、ゴム製のＯリングのフレッティング疲労を評価するためのものである。フレッティング疲労とは、接触する二つの物体間に微小な往復滑りが繰り返し作用したときに生じる表面損傷のことであり、本実施の形態では、シールする相手部材との接触によりＯリングの表面に発生する表面損傷を指している。
【００２１】
フレッティング疲労評価装置１１は、フレーム１２の下部に設けられたハウジング１３を備えており、ハウジング１３の内部には上端が開放する有底円筒状の凹部１３ａが形成される。凹部１３ａの内周面には上下方向に所定距離離間する一対の環状溝１３ｂ，１３ｂが形成されており、これらの一対の環状溝１３ｂ，１３ｂに評価対象である一対のＯリング１４，１４が装着される。また凹部１３ａの内周面の上端近傍に形成された環状溝１３ｃには、Ｏリング１４，１４よりも摩擦に対する耐久性が充分に高いシール部材１５が装着される。
【００２２】
シール部材１５および一対のＯリング１４，１４には金属製の円柱状の振動体１６が摺動自在に嵌合しており、一対のＯリング１４，１４間に環状の油室１７が区画される。Ｏリング１４，１４は凹部１３ａの内周面との間をシールし、かつ振動体１６の外周面との間をシールするため、油室１７はその外部空間に対して隔絶される。油室１７はハウジング１３を貫通する油路１３ｄを介して、ハウジング１３の外部に設けられたオイル供給手段１８に接続される。オイル供給手段１８は、オイルポンプが発生した油圧を一定圧に調圧し、この一定圧を油室１７に作用させる。
【００２３】
また下側のＯリング１４の下方にカップ状の第１リーク室１９Ａが形成されるとともに、上側のＯリング１４とシール部材１５との間に環状の第２リーク室１９Ｂが形成される。第１、第２リーク室１９Ａ，１９Ｂはハウジング１３内に形成された油路１３ｅを介して相互に連通し、この油路１３ｅから分岐する油路１３ｆがハウジング１３の外部に設けられた密閉状態検出手段２０に接続される。密閉状態検出手段２０は、第１、第２リーク室１９Ａ，１９Ｂから流出するオイルの流量を検出する流量センサで構成される。
【００２４】
フレーム１２の上部には高周波振動を発生する超音波振動子２１が設けられており、この超音波振動子２１に上端を接続されたホーン２２の下端に前記振動体１６が接続される。超音波振動子２１は軸線まわりに往復回転する高周波振動（矢印Ａ参照）を発生し、この高周波振動の振幅は捩じれ弾性変形するホーン２２によって増幅される。図１には、ホーン２２の軸線方向における捩れ角の分布（実線参照）および剪断応力の分布（破線参照）が示される。
【００２５】
次に、上記構成を備えた本発明の実施の形態の作用を説明する。
【００２６】
フレッティング疲労評価装置１１のハウジング１３の一対の環状溝１３ｂ，１３ｂに一対のＯリング１４，１４を装着し、かつ環状溝１３ｃにシール部材１５を装着した状態で、それらＯリング１４，１４およびシール部材１５に上方から振動体１６を挿入することで、密閉された油室１７および第１、第２リーク室１９Ａ，１９Ｂを区画する。そして油室１７および第１、第２リーク室１９Ａ，１９Ｂにオイルを満たした状態で、オイル供給手段１８から油路１３ｄを介して油室１７に一定の油圧を加えながら超音波振動子２１を作動させ、その振動をホーン２２で増幅して振動体１６に伝達することで、振動体１６を往復回転振動させてＯリング１４，１４の内周面を摩擦する。
【００２７】
振動体１６との間の摩擦でＯリング１４，１４の内周面がフレッティング摩耗すると、一定の油圧が加えられた油室１７から摩耗したＯリング１４，１４を通して第１、第２リーク室１９Ａ，１９Ｂにオイルがリークし、そこから油路１３ｅおよび油路１３ｆを介して排出されたオイルの流量を流量計よりなる密閉状態検出手段２０で検出することで、Ｏリング１４，１４のフレッティング疲労特性を評価することができる。
【００２８】
このとき、超音波振動子２１を連続的に作動させると、振動体１６との間の連続的な摩擦によりＯリング１４，１４のゴムが温度上昇して材料特性が変化してしまい、精度の高い評価ができなくなる可能性がある。Ｏリング１４，１４を冷却すべく冷却液中に浸漬したり、冷却空気や液体窒素を吹きつけたりすることが考えられるが、Ｏリング１４，１４を冷却液中に浸漬すると、振動体１６の振動によってキャビテーションが発生する問題があり、冷却空気の吹きつけでは冷却効果が不充分であるという問題があり、液体窒素の吹きつけでは窒素ガスが境界層を形成するために充分な冷却効果が得られないという問題がある。
【００２９】
そこで本実施の形態では、図２に示すように、超音波振動子２１を間欠的に作動させ、作動時間と作動時間との間に停止時間を挟み、停止時間においてＯリング１４，１４を自然冷却させて温度上昇を抑制することで高精度の評価を可能にしている。超音波振動子２１の振動パターンは、例えば２０ｋＨｚの振動周波数で２５ｍｓ〜５０ｍｓ作動させた後、５０ｍｓ〜１０００ｍｓ停止させ、これを繰り返すものである。
【００３０】
なお、Ｏリング１４，１４のフレッティング疲労特性の評価は、上述したように超音波振動子２１を作動させながらＯリング１４，１４を通してリークするオイルの流量を連続的に測定するものに限らず、超音波振動子２１を所定時間作動させてＯリング１４，１４の摩耗を進行させた後に、超音波振動子２１を停止させた状態でＯリング１４，１４を通してリークするオイルの流量を測定し、この作業を複数回繰り返して行っても良い。
【第２の実施の形態】
【００３１】
次に、図３に基づいて本発明の第２の実施の形態を説明する。
【００３２】
第１の実施の形態の密閉状態検出手段２０は油室１７からのオイルのリーク量を測定するものであるが、第２の実施の形態は、密閉状態検出手段２０が油室１７に油路１３ｇを介して接続された油圧センサで構成される。また第１の実施の形態のシール部材１５は廃止され、第１、第２リーク室１９Ａ，１９Ｂは大気に開放される。そして超音波振動子２１は軸線方向の往復振動（矢印Ｂ参照）を発生する。
【００３３】
超音波振動子２１を所定時間だけ軸線方向に往復振動させてＯリング１４，１４の摩耗を進行させた後に、オイル供給手段１８から所定の油圧を加えて油室１７を密閉する。そして油室１７からＯリング１４，１４を通して第１、第２リーク室１９Ａ，１９Ｂにオイルがリークすることによる油室１７の圧力低下を密閉状態検出手段２０で監視し、この作業を複数回繰り返して行うことでＯリング１４，１４のフレッティング疲労特性を評価することができる。
【００３４】
なお、第２の実施の形態において、超音波振動子２１を軸線方向に往復振動させる代わりに、軸線まわりに往復回転振動させても良い。
【第３の実施の形態】
【００３５】
次に、図４に基づいて本発明の第３の実施の形態を説明する。
【００３６】
第１の実施の形態は２個のＯリング１４，１４を同時に使用するものであるが、第３の実施の形態は１個のＯリング１４だけを使用するものである。すなわち、ハウジング１３の内周面の環状溝１３ｂには１個のＯリング１４が装着され、Ｏリング１４の下方にオイル供給手段１８に接続された油室１７が区画され、Ｏリング１４および環状シール部材１５の間に密閉状態検出手段２０に接続されたリーク室１９が区画される。
【００３７】
本実施の形態によっても、第１の実施の形態と同様に、超音波振動子２１を軸線まわりの往復回転振動させてＯリング１４の摩耗を進行させ、油室１７からリーク室１９にリークするオイルの流量を密閉状態検出手段２０で監視することで、Ｏリング１４のフレッティング疲労特性を評価することができる。
【第４の実施の形態】
【００３８】
次に、図５に基づいて本発明の第４の実施の形態を説明する。
【００３９】
第３の実施の形態の密閉状態検出手段２０は油室１７からのオイルのリーク量を測定するものであるが、第４の実施の形態の密閉状態検出手段２０は、油室１７に油路１３ｇを介して接続された油圧センサで構成される。そして、超音波振動子２１を軸線まわりの往復回転振動させてＯリング１４の摩耗を進行させた後に、オイル供給手段１８から油室１７に所定の油圧を加えて密閉し、油室１７からＯリング１４を通して大気開放のリーク室１９にオイルをリークさせ、リークによる油室１７の圧力低下を密閉状態検出手段２０で監視することで、Ｏリング１４のフレッティング疲労特性を評価することができる。
【００４０】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。
【符号の説明】
【００４１】
１３        ハウジング
１４        Ｏリング（環状シール部材）
１６        振動体
１７        油室
１８        オイル供給手段
２０        密閉状態検出手段
２１        超音波振動子
２２        ホーン
【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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