(57)【要約】【課題】潤滑剤のトラクション特性測定装置について、低コスト化およびコンパクト化を図る。【解決手段】従動スピンドルユニット１２とトルクメータ１７とを物理的に分離する。従動スピンドル１２の軸端に金属製の回転プレート１５を固定し、トルクメータ１７のトーションシャフトの軸端に磁石プレート１８を固定し、両プレート１５、１８を対向させる。駆動スピンドルユニット１１から試験片１１ａ、１２ａを介して従動スピンドルに回転動力が伝達されると、一体に回転する回転プレート１５が磁石プレート１８の永久磁石１８ａの磁束を横切るため、電磁誘導により回転プレート１５に回転抵抗が生じ、従動スピンドル１２にブレーキがかかる。その反力が磁石プレート１８に与えられ、トルクメータ１７のトーションシャフトがねじれて従動スピンドル１２のトルクが測定される。従来の装置で用いられていた機械式ブレーキユニットを省略できるためコスト削減および小型化が図られる。【選択図】図２
2011185761.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
潤滑剤が付加される円筒形の駆動側試験片を軸端に装着可能であり、回転駆動可能な駆動スピンドルと、
前記駆動スピンドルと平行にかつ軸端同士が隣接するように配置され、潤滑剤が付加される円筒形の従動側試験片を軸端に装着可能な従動スピンドルと、
前記駆動スピンドルに装着された駆動側試験片を前記従動スピンドルに装着された従動側試験片に押し付けて従動スピンドルに回転動力を伝達させる加圧機構と、
前記駆動スピンドルおよび従動スピンドルの回転数を計測する回転計測機構と、
前記従動スピンドルと物理的に分離され、トーションシャフトのねじれ変位に基づいてトルクを計測するトルクメータと、
回転する前記従動スピンドルに電磁誘導による回転ブレーキを与え、かつその反力により前記トルクメータのトーションシャフトにねじれを与える電磁誘導機構と、を備える潤滑剤のトラクション特性測定装置。
【請求項２】
前記電磁誘導機構は、
前記従動スピンドルと一体に周方向に回転可能な金属製の回転プレートと、
前記回転プレートと非接触に対向し、前記トルクメータのトーションシャフトの軸端に周方向に並列して固定される複数の永久磁石と、からなる請求項１に記載の潤滑剤のトラクション特性測定装置。
【請求項３】
前記トルクメータを前記回転プレートに対して接近離反可能に移動させる移動機構を備える請求項２に記載の潤滑剤のトラクション特性測定装置。
【請求項４】
前記駆動スピンドルの速度可変機構を備える請求項２または３に記載の潤滑剤のトラクション特性測定装置。
【請求項５】
前記回転プレートを冷却する冷却機構を備える請求項２から４のいずれかに記載の潤滑剤のトラクション特性測定装置。
【請求項６】
平行に配置した駆動スピンドルおよび従動スピンドルの軸端にそれぞれ円筒形の試験片を装着し、潤滑剤を付加した試験片同士を押し付けて駆動スピンドルの回転動力を従動スピンドルに伝達するステップと、
トーションシャフトのねじれ変位に基づいてトルクを計測するトルクメータを準備して、前記回転する従動スピンドルに電磁誘導により回転ブレーキを与えるとともに、その反力によりトーションシャフトにねじれを与えるステップと、
前記回転ブレーキの力を変化させながら、前記駆動スピンドルおよび従動スピンドルの回転数ならびに前記トーションシャフトのねじれ変位量を複数回測定するステップと、を含む潤滑剤のトラクション特性測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、転動部品に用いる潤滑剤のトラクション特性を測定する装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
転動部品の転がり接触時の摩擦を利用した動力伝達方式として、無段変速装置などに用いられるトラクションドライブが知られている。
トラクションドライブにおいては、その転動面の摩耗等を防止するために潤滑剤が使用されており，動力伝達はこの転動面に形成された潤滑剤の被膜を介して行われる。したがって、用いられる潤滑剤の性状、すなわちトラクション特性によって伝達の状態が変化することになる。
ここでトラクション特性はトラクション係数とすべり率との関係で表される。トラクションドライブをはじめとする転動部品の種類や用途に応じて潤滑剤を選択する際には、これらの数値をあらかじめ測定しておくことが必要となる。
【０００３】
このような潤滑剤のトラクション特性を測定する装置として、図４および５に示すものが知られている（特許文献1参照）。
図示のように、従来の潤滑剤のトラクション特性測定装置２０は、台座上に駆動スピンドルユニット２１および従動スピンドルユニット２２をそのスピンドルが平行になるように配置し、両スピンドルの隣接する軸端に、潤滑剤が付加される円筒形の駆動側試験片２１ａおよび従動側試験片２２ａをそれぞれ装着している。
駆動スピンドルを回転駆動させ、これに装着した駆動側試験片２１ａを図中矢印で示すように従動スピンドルに装着した従動側試験片２２ａへと押し付けることで、摩擦力により従動スピンドルが回転するようになっている。
【０００４】
また、従動スピンドルユニット２２の背部には、トルクメータ２３と、機械式ブレーキユニット２４がカップリング２５でもって順に結合されている。この機械式ブレーキユニット２４により従動スピンドルの回転にブレーキをかけると、トルクメータ２３のトーションシャフト２３ａにねじれが生じ、このねじれの変位量に基づいてトルクが測定される。トラクション係数は、このトルクの大きさと上述した試験片２１ａ、２２ａ同士の押し付け荷重の大きさ、試験片２２ａの径に基づいて算出される。
さらに、駆動スピンドルおよび従動スピンドルの回転数は、ロータリエンコーダ等によりそれぞれ計測され、その差分に基づいてすべり率が算出される。
そのため、機械式ブレーキユニット２４によるブレーキ力を変化させつつ、すべり率およびトラクション係数を順次測定していくことで、潤滑剤のトラクション特性が判明する。
トラクション特性は、たとえば図３のように、すべり率を横軸にトラクション係数を縦軸に測定値をプロットして、トラクション曲線として表現することが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９‐２９３９６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このような従来のトラクション特性測定装置は、上述のように従動スピンドルユニットの背部にトルクメータおよび機械式ブレーキユニットという２つの要素が物理的に結合されているため、装置全体が大型化するとともにコストも嵩む問題があった。
【０００７】
そこで、この発明の解決すべき課題は、潤滑剤のトラクション特性測定装置について、低コスト化およびコンパクト化を図ることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以上の課題を解決するため、発明にかかる潤滑剤のトラクション特性測定装置においては、機械式ブレーキユニットを無くしトルクメータを従動スピンドルから物理的に分離させるかわりに、従動スピンドルに電磁誘導による回転ブレーキを与えその電磁的反力によりトルクメータのトーションシャフトにねじれを与える電磁誘導機構を追加する構成を採用したのである。
【０００９】
大型で高価な機械式ブレーキユニットを無くし、トルクメータと従動スピンドルとのカップリングを無くしたことにより、トラクション特性測定装置全体のコンパクト化及び低コスト化が図られる。
また、従動スピンドルの回転ブレーキが可能であり、トーションシャフトがねじれることでトルクの大きさが測定可能なのであるから、性能的には従来のトラクション特性測定装置に劣るところはない。
【００１０】
より詳しくは、発明にかかる潤滑剤のトラクション特性測定装置を、潤滑剤が付加される円筒形の駆動側試験片を軸端に装着可能であり回転駆動可能な駆動スピンドルと、前記駆動スピンドルと平行にかつ軸端同士が隣接するように配置され潤滑剤が付加される円筒形の従動側試験片を軸端に装着可能な従動スピンドルと、前記駆動スピンドルに装着された駆動側試験片を前記従動スピンドルに装着された従動側試験片に押し付けて従動スピンドルに回転動力を伝達させる加圧機構と、前記駆動スピンドルおよび従動スピンドルの回転数を計測する回転計測機構と、前記従動スピンドルと物理的に分離されトーションシャフトのねじれ変位に基づいてトルクを計測するトルクメータと、回転する前記従動スピンドルに電磁誘導による回転ブレーキを与えかつその反力により前記トルクメータのトーションシャフトにねじれを与える電磁誘導機構と、を備える構成としたのである。
【００１１】
電磁誘導機構のより具体的な構成としては、前記従動スピンドルと一体に周方向に回転可能な金属製の回転プレートと、前記回転プレートと非接触に対向し前記トルクメータのトーションシャフトの軸端に周方向に並列して固定される複数の永久磁石と、からなるのが好ましい。
このように構成すると、従動スピンドルと一体に回転する回転プレートが永久磁石の磁束を横切ることで、電磁誘導により回転プレートの回転方向への抵抗力（ブレーキ）が生じる。また電磁的な反作用により、この抵抗力と略等しい力で永久磁石が逆向きに押され、これによりトルクメータのトーションシャフトがねじられる。
【００１２】
さらに、電磁誘導により発生する回転ブレーキ力およびトルクの大きさを自在に変化させるために、前記トルクメータを前記回転プレートに対して接近離反可能に移動させる移動機構か、前記駆動スピンドルの回転速度を変化させる速度変化機構をこの測定装置に設けるのが好ましい。
いずれの場合も、回転プレートが単位時間当たりに横切る磁束の数が変化するため、回転ブレーキ力およびトルクの大きさも変化することになる。
【００１３】
さらに、電磁誘導による回転プレートの発熱を抑えるため、回転プレートを冷却する冷却機構を測定装置に設けるのが好ましい。
【００１４】
この発明を潤滑剤のトラクション特性測定方法としてとらえると、平行に配置した駆動スピンドルおよび従動スピンドルの軸端にそれぞれ円筒形の試験片を装着し潤滑剤を付加した試験片同士を押し付けて駆動スピンドルの回転動力を従動スピンドルに伝達するステップと、トーションシャフトのねじれ変位に基づいてトルクを計測するトルクメータを準備して前記回転する従動スピンドルに電磁誘導により回転ブレーキを与えるとともにその反作用を利用してトーションシャフトにねじれを与えるステップと、前記回転ブレーキの力を変化させながら前記駆動スピンドルおよび従動スピンドルの回転数ならびに前記トーションシャフトのねじれ変位量を複数回測定するステップと、を含む方法であることが理解される。
【発明の効果】
【００１５】
発明にかかる潤滑剤のトラクション特性測定装置に、電磁誘導の原理を利用した以上の構成を採用したので、その低コスト化およびコンパクト化が実現される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施形態のトラクション特性測定装置の平面図
【図２】実施形態のトラクション特性測定装置の斜視図
【図３】実施形態および従来のトラクション特性測定装置で測定したトラクション特性の例を示す図
【図４】従来のトラクション特性測定装置の平面図
【図５】従来のトラクション特性測定装置の斜視図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照しつつ、この発明の実施形態について説明する。なお、図面はこの発明の原理を明確にするために模式的に表している。
【００１８】
図１および２に示す、実施形態のトラクション特性測定装置１０は、潤滑剤のトラクション特性、すなわちトラクション係数およびすべり率を測定するために用いられる。
トラクション特性測定装置１０は、台座上に支持された、駆動スピンドルユニット１１、従動スピンドルユニット１２、およびトルクメータ１７を主たる構成要素とする。
【００１９】
まず、駆動スピンドルユニット１１は、軸周りに回転可能な駆動スピンドルを有し、レール１１ｃに沿って駆動スピンドルの軸方向と略直交する方向に移動可能となっている。
駆動スピンドルの従動スピンドルユニット１２と近い側の軸端には、円筒形の駆動側試験片１１ａが装着されており、一体に回転するようになっている。この駆動側試験片１１ａには、油浴等の公知の手法により測定対象となる潤滑剤を付加可能となっている。
【００２０】
また、駆動スピンドルの従動スピンドルユニット１２から遠い側の軸端には、プーリ１１ｂが取り付けられ、ベルトを介して図示省略のモータから駆動スピンドルに回転動力が与えられるようになっている。ちなみにモータとしては、その回転数が可変の公知のモータを用いることができ、その場合には、駆動スピンドルの回転速度は可変可能である。
【００２１】
つぎに、従動スピンドルユニット１２は、軸周りに回転可能な従動スピンドルを有し、この従動スピンドルと駆動スピンドルとが平行になるように、かつ両スピンドルの軸端同士が近接するように配置されている。
従動スピンドルの駆動スピンドルユニット１１と近い側の軸端には、円筒形の従動側試験片１２ａが装着されており、一体に回転するようになっている。
従動側試験片１２ａの外周面は、駆動側試験片１１ａの外周面と対向しかつ近接しており、従動側試験片１２ａにも測定対象となる潤滑剤を付加可能となっている。
【００２２】
さらに、駆動スピンドルユニット１１に装着された駆動側試験片１１ａの近傍には、駆動側試験片１１ａを従動スピンドルユニット１２に装着された従動側試験片１２ａへと押し付けるプッシャ１３（加圧機構）が配置されている。プッシャ１３の突出量は調整可能となっており、これにより駆動側試験片１１ａを従動側試験片１２ａに押し付ける荷重の大きさを調節可能となっている。
【００２３】
こうしてプッシャ１３により、駆動スピンドルと一体に回転する駆動側試験片１１ａが従動側試験片１２ａに押し付けられると、摩擦力により従動側試験片１２ａおよび従動側スピンドルが回転するようになっている。ここで、駆動スピンドルおよび従動スピンドルの回転数は、ロータリエンコーダ１４（回転計測機構）によりそれぞれ計測可能になっている。
【００２４】
また、従動スピンドルの駆動スピンドルユニット１１から遠い側の軸端には、回転プレート１５が固定されている。この回転プレート１５は金属製の円板であって、その面が従動スピンドルの軸方向と直交するように、かつその中心が従動スピンドルの軸心と一致するように固定されている。このため、従動スピンドルが回転すると回転プレート１５は中心周りに回転するようになっている。
この回転プレート１５の近傍にはファン１６（冷却機構）が配置され、回転プレート１５を冷却可能となっている。
【００２５】
一方、従動スピンドルユニット１２から駆動スピンドルユニット１１と逆方向に離間した位置には、トルクメータ１７が配置されている。
このトルクメータ１７は、駆動スピンドルおよび従動スピンドルと平行に延びるトーションシャフト１７ａを有している。このトーションシャフト１７ａは軸周りに回転不能に固定されており、トルクがかかるとねじれ変位が生じるようになっている。そしてトーションシャフト１７ａのねじれ変位量を付属する歪みゲージなどを用いて検出することにより、トルクの大きさを測定可能となっている。
【００２６】
さらにトーションシャフト１７ａの軸端には、従動スピンドルの軸端に固定された回転プレート１５と対向する円板形の磁石プレート１８が固定されており、この磁石プレート１８は、周方向に並列する複数の永久磁石１８ａを有している。
後述のように、この永久磁石１８ａと回転プレート１５とが、電磁誘導機構を構成している。
また、トルクメータ１７は、台座に対して３次元方向に移動可能な移動台１９に載置されているため、磁石プレート１８は回転プレート１５に対して接近したり離反したりできるようになっている。
【００２７】
実施形態のトラクション特性測定装置１０の構成は以上のようであり、次にその動作について説明する。
【００２８】
いま、駆動スピンドルの回転を開始し、これと一体に回転する駆動側試験片１１ａをプッシャ１３でもって所定の荷重Ｐ（Ｎ）で従動側試験片１２ａへと押し付け、摩擦力により従動側試験片１２ａおよび従動スピンドルを回転させる。ここで、駆動側試験片１１ａと従動側試験片１２ａには、測定対象となる潤滑剤を付加し、潤滑剤の被膜を形成しておく。
【００２９】
従動スピンドルが回転すると回転プレート１５も一体に回転するため、回転プレート１５は対向する磁石プレート１８の永久磁石１８ａの磁束を横切る。そのため、電磁誘導により、回転プレート１５および従動スピンドルにはその回転方向と逆向きの力（回転ブレーキ）が生じる。
なお、電磁誘導により回転プレート１５に生じる熱は、ファン１６により冷却されるため過熱が防止される。
【００３０】
回転ブレーキにより、駆動側試験片１１ａと従動側試験片１２ａとの間には滑りが生じ、駆動スピンドルの回転数Ｎａと従動スピンドルの回転数Ｎｂが異なってくる。ロータリエンコーダ１４により、両スピンドルの回転数Ｎａ，Ｎｂ（ｒｐｍ）を計測することで、以下の式（１）に基づいてすべり率λが算出される。
λ＝｛（Ｎａ−Ｎｂ）／Ｎａ｝×１００・・・・・（１）
【００３１】
また、作用反作用の法則により、磁石プレート１８およびトーションシャフト１７ａには、回転ブレーキと逆向きでほぼ等しい力が作用し、トーションシャフト１７ａにねじり変位が生じる。このねじり変位の量に基づいて従動スピンドルにかかるトルクＴ（Ｎ・ｍ）が測定される。
これと上記した押し付け荷重Ｐ（Ｎ）および従動側試験片の径ｒ（ｍ）から、以下の式（２）に基づいてトラクション係数μが算出される。
μ＝Ｔ／（Ｐ・ｒ）・・・・・・・・・・・・・・・・・（２）
【００３２】
移動台１９でもってトルクメータ１７の位置を移動させて磁石プレート１８を回転プレート１５に対して接近あるいは離反させるか、駆動スピンドルを駆動させるモータの回転速度を変化させると、回転プレート１５が単位時間に横切る磁束が変化するため、従動スピンドルに対する回転ブレーキの大きさが変化する。
いずれかの方法により回転ブレーキの大きさを変化させながら、順次すべり率およびトラクション係数を測定してゆき、すべり率を横軸にトラクション係数を縦軸にプロットすると、トラクション特性をトラクション曲線として表現することができる。
【００３３】
図３にその測定例を示す。この例では、駆動側試験片１１ａと従動側試験片１２ａの最大接触面圧を４．２ＧＰａとしており、●が実施形態のトラクション特性測定装置１０による測定値を、○が図４および５に示す従来のトラクション特性測定装置２０による測定値を示す。
表からわかるように、実施形態のトラクション特性測定装置１０により、従来のトラクション特性測定装置２０とほぼ同じ測定結果が得られた。
【００３４】
なお、測定値の正確性を高めるためには、従動スピンドルユニット１２における従動スピンドルとその軸受との摩擦ができる限り少ないことが望ましい。そのため、潤滑方法としては、グリース潤滑よりも潤滑性能の高い、油浴潤滑、オイルミスト潤滑およびジェット潤滑が好ましい。
【００３５】
上記実施形態において、プッシャ１３、ロータリエンコーダ１４、ファン１６、移動台１９、回転速度が可変のモータは、それぞれ加圧機構、回転計測機構、冷却機構、移動機構、速度可変機構の一例であって、公知の機構が適用可能である。
また、駆動スピンドルの速度可変機構があるならばトルクメータ１７の移動機構は省略可能であるし、回転プレート１５の発熱量が小さければ冷却機構は省略可能である。
【符号の説明】
【００３６】
１０  実施形態のトラクション特性測定装置
１１  駆動スピンドルユニット
１１ａ  駆動側試験片
１１ｂ  プーリ
１１ｃ  レール
１２  従動スピンドルユニット
１２ａ  従動側試験片
１３  プッシャ
１４  ロータリエンコーダ
１５  回転プレート
１６  ファン
１７  トルクメータ
１７ａ  トーションシャフト
１８  磁石プレート
１８ａ  永久磁石
１９  移動台
２０  従来のトラクション特性測定装置
２１  駆動スピンドルユニット
２１ａ  駆動側試験片
２２  従動スピンドルユニット
２２ａ  従動側試験片
２３  トルクメータ
２３ａ  トーションシャフト
２４  機械式ブレーキユニット
２５  カップリング
【図１】
2011185761.tif 000003
【図２】
2011185761.tif 000004
【図３】
2011185761.tif 000005
【図４】
2011185761.tif 000006
【図５】
2011185761.tif 000007