(57)【要約】【課題】実際の樹脂製歯車と同様な摺動形態での試験を可能にする。【解決手段】試験片２に接触する摩擦摩耗治具３と、試験片を治具に対して接触させた状態で当該治具に加圧する加圧機構４，５とを有し、治具表面に複数のころ３４を配置し、加圧機構で試験片を加圧した状態で複数のころ上を回転させることにより試験片ところとを線接触させる摺動形態として実際の樹脂製歯車と同様な試験を可能にした構成。【選択図】　図１
2004101459.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試験片を相手材に対して加圧接触させた状態で相対運動させることにより前記試験片を前記相手材により摩擦摩耗させる樹脂製歯車用の摩擦摩耗試験機であって、
前記試験片に対して前記相手材として接触する摩擦摩耗治具と、
前記試験片を前記摩擦摩耗治具に対して接触させた状態で当該摩擦摩耗治具に加圧する加圧機構と、
を少なくとも有し、
前記摩擦摩耗治具が、その治具表面から突出する状態で所定の間隔で配置され前記試験片と線接触または点接触する複数の接触体を備えており、かつ、前記加圧機構で前記試験片を加圧した状態で前記試験片を前記複数の接触体上で相対運動させる、ことを特徴とする摩擦摩耗試験機。
【請求項２】
請求項１に記載の摩擦摩耗試験機において、
前記摩擦摩耗治具と試験片とが互いに相対回転させられるとともに、前記各接触体それぞれは、その回転軸を中心に向けられた状態でその接触面がその中心から所定半径の円周上に位置付けられたころにより構成されており、前記試験片は、前記各ころ上を回転駆動されることにより各ころに対して断続的な線接触状態で摺動する、ことを特徴とする摩擦摩耗試験機。
【請求項３】
試験片を摩擦摩耗治具に対して加圧接触させた状態で運動させることにより前記試験片を前記摩擦摩耗治具により摩擦摩耗させる樹脂製歯車の摩擦摩耗試験方法であって、
前記摩擦摩耗治具の表面から突出する状態で円周上所定の間隔で複数のころを配置し、前記試験片を前記ころに対して加圧接触させた状態で前記複数のころ上で回転運動させる、ことを特徴とする摩擦摩耗試験方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、樹脂製歯車用の摩擦摩耗試験機およびその試験方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
樹脂製歯車は歯面同士の噛合により摩擦摩耗する。この摩擦摩耗の進行程度や形態によっては歯面の噛合隙間の増加など歯車の性能に大きく影響する。摩擦摩耗試験機は、このような樹脂製歯車の性能を評価するため樹脂製の試験片を用いて摩擦摩耗試験を行ない実際の樹脂製歯車に相関した評価結果を得るものである。
【０００３】
従来の摩擦摩耗試験機においては、樹脂製試験片を金属製の摩擦摩耗治具に搭載し、樹脂製試験片を摩擦摩耗治具に加圧した状態で回転させて試験片を摩擦摩耗治具に摺動させて摩擦摩耗させる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の摩擦摩耗試験機では次の課題が指摘される。すなわち、実際の樹脂製歯車の歯面同士の噛合形態は断続的な線接触ないしは点接触による摩擦摩耗形態であるからその歯面同士ではその摩擦抵抗が小さく歯面に高い面圧がかかっても摩擦摩耗による自己発熱が小さい。これに対して、従来の摩擦摩耗試験機においては、その摩擦摩耗治具と試験片とが互いに面接触する摩擦摩耗形態であるから摩擦抵抗が大きく、実際の樹脂製歯車の歯面にかかる高い面圧と同程度の面圧をかけること自体が難しく、しかも面接触であるからその自己発熱が大きい。このようなことから従来の摩擦摩耗試験機では、得られた測定結果が実際の樹脂製歯車の性能に相関した結果を得にくく、その性能評価に基づいて耐久性などの性能を備えた樹脂製歯車を開発するのに要する費用や期間に影響する。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、試験片を相手材に対して加圧接触させた状態で相対運動させることにより前記試験片を前記相手材により摩擦摩耗させる樹脂製歯車用の摩擦摩耗試験機であって、前記試験片に対して前記相手材として接触する摩擦摩耗治具と、前記試験片を前記摩擦摩耗治具に対して接触させた状態で当該摩擦摩耗治具に加圧する加圧機構とを少なくとも有し、前記摩擦摩耗治具が、その治具表面から突出する状態で所定の間隔で配置され前記試験片と線接触または点接触する複数の接触体を備えており、かつ、前記加圧機構で前記試験片を加圧した状態で前記試験片を前記複数の接触体上で相対運動させることを特徴とする。
【０００６】
本発明によると、試験片を複数の接触体に対して相対回転させると、この試験片は各接触体に対して断続的に線接触ないしは点接触するから、試験片と各接触体との間の摩擦抵抗が小さくなり、試験片に高い面圧をかけても摩擦摩耗治具による摩擦摩耗に起因した自己発熱が小さくなるなど、実際の樹脂製歯車と同様の摺動形態となっている。そのため、本発明では、試験片に対して樹脂製歯車の噛合と同様な高面圧をかけることができ、しかも樹脂製歯車の噛合と同様な速度で運動させられるから、実際の歯面の噛合形態である線接触または点接触による樹脂の摩擦摩耗を試験することができるようになり、これによって実際の樹脂製歯車の性能に相関した試験結果を得られ、その性能評価に基づいて耐久性などの性能を備えた樹脂製歯車を開発するのに要する費用の低減や期間の短縮化が可能となる。
【０００７】
本発明は、好ましくは、前記摩擦摩耗治具と試験片とが互いに相対回転させられるとともに、前記各接触体それぞれは、その回転軸を中心に向けられた状態でその接触面がその中心から所定半径の円周上に位置付けられたころにより構成されており、前記試験片は、前記各ころ上を回転駆動されることにより各ころに対して断続的な線接触状態で摺動するよう構成される。この構成にした場合、実際の樹脂製歯車の歯面同士の噛合形態に極めて類似した摺動形態が得られるので、一層、実際の樹脂製歯車の性能に相関した試験結果を得られるとともに、特にグリースをころの表面に塗布して試験しても、グリースが枯渇するようなことがなくなり、実際の樹脂製歯車と同様なグリース潤滑形態での試験が可能となり、より実際の樹脂製歯車に類似した摺動形態を実現することができて好ましい。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の詳細を図面に示す実施の形態に基づいて説明する。
【０００９】
図１ないし図５は、本発明の実施の形態に係る樹脂製歯車用の摩擦摩耗試験機を示し、図１は、摩擦摩耗試験機の全体を側面から見た側面図、図２は、図１に示される摩擦摩耗治具を平面から見た平面図、図３は、図１のＡ−Ａ線に沿う拡大断面図、図４は、図１に示される治具に試験片を搭載した状態を斜め上方から見た斜視図、図５は、図１の要部の拡大断面図である。
【００１０】
これらの図を参照して、本実施形態の摩擦摩耗試験機１は、試験片２が載置される摩擦摩耗治具３と、試験片２に一体回転する加圧体４と、加圧体４を試験片２方向に付勢するバネ５と、加圧体４に巻きつけられたベルト６と、ベルト６を介して加圧体４を回転駆動するモータ７とを備える。試験片２は、底面がほぼ平坦とされ、かつ、上面に嵌合凹部２ａが形成されたリング状に構成されており、その全体が樹脂素材から構成されている。加圧体４は、その下面中央に試験片２上面の嵌合凹部２ａに嵌合する円柱状突起４ａを備えているとともに、その上面に取り付けられているバネ５のバネ荷重を受けて試験片２を治具３に向けて加圧する。この加圧体４とバネ５とで試験片２を加圧する加圧機構を構成する。試験片２は、この加圧機構からの加圧力により治具３に対して所定の面圧で接触するように加圧される。モータ７は、ベルト６を介して、加圧機構の加圧体４を回転駆動するもので、ベルト６とともに加圧機構を介して試験片２を回転駆動する駆動機構を構成する。
【００１１】
なお、摩擦摩耗試験機１では図１ないし図５には示されていないが、温度調節機構、摩耗量検出機構、試験片装着交換機構、データ処理・記録機構、その他の機構を備えてもよい。これら各機構の制御をマイクロコンピュータによりソフト的に行うようにしてもよい。
【００１２】
本実施形態では、治具３の構造に特徴を有する。
【００１３】
治具３は、上下一対のプレート部材３０，３１それぞれの対向面に周方向に形成したころ収納孔３２ところ収納溝３３との間に接触体の一例であるころ３４を１つずつ介装し、上側のプレート部材３０のころ収納孔３２から若干外側にころ３４が突出する状態で両プレート部材３０，３１をその対向間隔を規定するように複数のボルト３５で固定した構造を有する。
【００１４】
上側プレート部材３０と下側プレート部材３１の材質は任意でよく、要するに、ころ３４を収納でき、加圧機構からの加圧荷重により容易に変形せず、したがって、両プレート部材３０，３１の対向間隔が変化しにくい材質が好ましい。例えば、この材質を有する素材としてはＳ４５Ｃ鋼がある。
【００１５】
上側プレート部材３０における複数のころ収納孔３２、この実施の形態では３つのころ収納孔３２は、上側プレート部材３２に対して周方向に好ましくは互いに等間隔つまり１２０度間隔でもって当該上側プレート部材３０を上下に貫通するとともに、内壁面がころ３４の外周面に沿うテーパ面を付けられた形態で設けられている。ころ収納孔３２からころ３４が上方に突出する高さおよび曲率は、樹脂製歯車の歯形状やその種類に合わせてもよいが、任意でもよい。
【００１６】
下側プレート部材３１における複数のころ収納溝３３、この実施の形態では３つのころ収納溝３３は、下側プレート部材３１に対して周方向に好ましくは互いに等間隔つまり１２０度間隔でもって設けられ、かつ、当該下側プレート部材３１の上面に断面Ｖ形に形成されている。
【００１７】
上記ころ収納孔３２ところ収納溝３３は、治具３の治具面の中心から一定の半径の円周上に位置しており、その長手方向は、治具面の中心に向けられている。試験片２は、回転駆動されることによりころ３４に対して断続的な線接触状態で摺動する形態となる。
【００１８】
ころ３４のサイズや形状は、樹脂製歯車の種類に対応して設定するとよく、例えば、平行軸歯車（平歯車、はすば歯車、やまば歯車）、交差軸歯車（かさ歯車、すぐばかさ歯車、まがりばかさ歯車、マイタ歯車、冠歯車）、食い違い歯車（ねじ歯車、円筒ウォームギヤ、鼓形ウォームギヤ、ハイポイドギヤ）、歯の形状による分類として外歯車、内歯車、ラック、フェースギヤなどがある。また、歯形では、インボリュート歯形、サイクロイド歯形などがある。
【００１９】
ころ３４の材質は、実際の樹脂製歯車との相関関係を得るためにはその樹脂製歯車の材料の樹脂が好ましい。ただし、樹脂製歯車と金属製歯車との噛み合いの場合は、ころ３４と試験片２の一方を樹脂製、他方を金属製としたりしてもよい。
【００２０】
樹脂製歯車の樹脂材料としては、歯車の駆動条件に応じた樹脂材料が選定されるが、汎用樹脂、準汎用樹脂、エンジニアリングプラスチック、準スーパーエンジニアリングプラスチック、スーパーエンジニアリングプラスチックの分類がある。それぞれの分類の樹脂には、各種ありその説明を省略する。そして、ころ３４の樹脂材料としては、それら樹脂製歯車の樹脂材料に対応させて選定するとよい。
【００２１】
ころ３４や試験片２の表面粗さは、樹脂製歯車の歯面の表面粗さに対応した表面粗さに設定するとよい。樹脂製歯車の表面粗さを小さくしすぎると歯面の噛合時における真接触面積が増える一方、表面粗さを大きくしすぎるとアブレシブ摩耗が支配的となり摩耗が大きくなるが、ころ３４や試験片２の表面粗さは、このような樹脂製歯車の表面粗さに対応することが好ましい。
【００２２】
次に、本実施形態の樹脂製歯車用摩擦摩耗試験機と従来のそれとを比較すると、従来では、樹脂製試験片に摺動する治具の表面が平坦でかつ金属製であるためその摺動面が連続的な面接触する摺動形態となり自己発熱が大きく、そのため、低い面圧での評価試験ができない。また、従来ではグリース潤滑皮膜の形成が困難である。
【００２３】
これに対して本実施形態では、ころ３４の上で試験片２を摺動させるから実際の歯車と同様に試験片２ところ３４とで断続的に線接触する摺動形態となるから、自己発熱を抑制しながら高面圧を負荷することができる。そのうえ、グリース潤滑皮膜の形成が容易となり、高面圧下、長時間の評価試験が可能となる。
【００２４】
また、ころ３４についても同様に重量変化と高さ変化とから摩耗量、クリープ量が測定でき、ころ３４の材質の耐摩耗性、耐クリープ性がわかる。すなわち、樹脂製歯車に噛合する相手部材の耐摩耗性や耐クリープ性が評価できる。
【００２５】
このような構成を有する本実施形態の場合、樹脂製歯車の歯面の噛み合いに類似した摺動形態が実現される結果、（１）試験片２の試験前後における重量変化と試験片２の比重とから試験片２の摩耗量の測定、（２）試験片２の試験前後における上下方向の高さ変化と試験片２の摩耗量との差、クリープ変形量の測定、（３）ころ３４と試験片２との摩擦係数から試験片２の材質として用いられる樹脂の摺動特性の評価、ころ３４（相手部材）の材質との相性評価、（４）限界ＰＶ（圧力×速度）値の測定が可能となる。
【００２６】
以下の具体的な評価試験を説明する。
【００２７】
この評価試験では、バネ５の荷重（垂直負荷）は無潤滑時７０Ｎ（ニュートン）、グリース潤滑時１４０Ｎ、摺動速度は０．５ｍ／ｓ、評価時間は４００分、測定項目は、試験片２の重量変化、高さ変化（クリープ変形量＝試験片２の高さ変化−摩耗量）、摩擦係数、温度（無潤滑時）、グリースとしては合成油系グリース、評価試験における雰囲気温度は無潤滑時では室温、グリース潤滑時では室温と８０℃としている。
【００２８】
ころ３４と試験片２の材料別での測定結果を表図にして図６で示す。
【００２９】
図６で、Ｓ２５ＣはＪＩＳ規格の炭素鋼、ＰＯＭはポリアセタール樹脂、ＰＡ６６はポリアミド樹脂、６６ナイロン、ＭＣナイロンはモノマーキャスティング（注型）ナイロンであり、非強化は強化繊維等を含まないこと、ＧＦ３３％は強化繊維としてガラス繊維のことである。
以下、無潤滑下とグリース潤滑下とにおける評価試験を説明する。
（ａ）無潤滑
無潤滑下で実施した評価結果を図７に示す。
【００３０】
図７において横軸は試験片２の各材質を示し、縦軸は試験片２の寸法変化を示す。面圧５０ＭＰａの摺動評価を行う場合、従来では約１０ｋＮの垂直荷重を負荷する必要があり、事実上評価が不可能である。これに対して本実施形態では試験片２ところ３４との線接触部位に局所的に高い面圧を発生させることができ、安定した摺動評価が可能であることが確認された。図６の表図に示される材料についてウォームホイールを作製し、減速機耐久評価前後でのバックラッシュ増加量を測定し、その測定結果と試験片２での評価試験での評価結果を比較した。図８において横軸はウォームホイールの歯厚の減少量比率（最小品＝１）を示し、縦軸はころ接触Ｔ／Ｐ高さ変化量を示す。ころ接触Ｔ／Ｐ高さは樹脂製試験片の高さを意味する。図８で示すように本実施形態によりウォームホイールの摺動形態を樹脂製試験片で再現することができたものと考えられる。
（ｂ）グリース潤滑
結果を図９に示す。ウォームホイールでの検証結果を図１０に示す。図９において横軸は試験片２の各材質を示し、縦軸は試験片２の寸法変化を示す。図１０において横軸はウォームホイールの歯厚の減少量比率（最小品＝１）を示し、縦軸はころ接触Ｔ／Ｐ高さ変化量を示す。
【００３１】
評価の結果、試験中の摩擦係数は、終始安定しており、本実施形態を使用することでグリース潤滑、高面圧下での摺動評価が可能であることが確認された。
【００３２】
本発明は、上述に限定されず、以下の変形が考えられる。
（１）図１１および図１２で示すように摩擦摩耗治具３の表面から突出する形態でころ形状をした接触体３４ａを円周上に複数配置してもよい。図１１は摩擦摩耗治具３の平面図、図１２は図１１のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
（２）　図１３および図１４で示すように摩擦摩耗治具３の表面から突出する形態で半球形状をした接触体３４ｂを円周上に複数配置してもよい。図１３は摩擦摩耗治具３の平面図、図１４は図１３のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。
（３）図１５で示すように、接触体としてボール３４ｃでもよい。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、実際の樹脂製歯車と同様なグリース潤滑形態での試験が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の樹脂製歯車用摩擦摩耗試験機の側面図
【図２】図１の摩擦摩耗治具の平面図
【図３】図１の摩擦摩耗治具の拡大断面図
【図４】図１の摩擦摩耗治具と試験片との斜視図
【図５】図１の要部の拡大側面図
【図６】図１の試験機による評価結果を示す表図
【図７】図１の試験機による無潤滑、耐摩耗、クリープ特性の評価結果を示す表図
【図８】図１の試験機による無潤滑下でのウォームホイールの耐久性の測定結果を示す表図
【図９】図１の試験機によるグリース潤滑下での耐摩耗、耐クリープ特性の測定結果を示す表図
【図１０】図１の試験機によるグリース潤滑下でのウォームホイールの耐久性の測定結果を示す表図
【図１１】本発明の他の実施の形態に係る摩擦摩耗試験機における摩擦摩耗治具の平面図
【図１２】図１１のＢ−Ｂ線に沿う断面図
【図１３】本発明のさらに他の実施の形態に係る摩擦摩耗試験機における摩擦摩耗治具の平面図
【図１４】図１３のＣ−Ｃ線に沿う断面図
【図１５】本発明のさらに他の実施の形態に係る摩擦摩耗試験機の要部の拡大断面図
【符号の説明】
１　摩擦摩耗試験機
２　試験片
３　摩擦摩耗治具
４、５　加圧機構
６　ベルト
７　モータ
３４　ころ
【図１】
2004101459.tif 000003
【図２】
2004101459.tif 000004
【図３】
2004101459.tif 000005
【図４】
2004101459.tif 000006
【図５】
2004101459.tif 000007
【図６】
2004101459.tif 000008
【図７】
2004101459.tif 000009
【図８】
2004101459.tif 000010
【図９】
2004101459.tif 000011
【図１０】
2004101459.tif 000012
【図１１】
2004101459.tif 000013
【図１２】
2004101459.tif 000014
【図１３】
2004101459.tif 000015
【図１４】
2004101459.tif 000016
【図１５】
2004101459.tif 000017