(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真円ロールである第１供試円筒と、
前記第１供試円筒を回転駆動する第１駆動モータと、
前記第１供試円筒の軸心に平行となるよう対面配置される真円ロールの第２供試円筒と、
前記第２供試円筒を回転駆動する第２駆動モータと、
前記第１及び第２供試円筒の外周面を接触させた状態で、前記第２駆動モータを一定速で回転させると共に、前記第２供試円筒が１回転する間に前記第１駆動モータの回転速度が変化するよう制御するモータコントローラを有し、
前記第１駆動モータの回転速度は、前記第２供試円筒が１回転する回転周期内に、１周期分の正弦波状パターンとして変化し、
前記第１供試円筒及び前記第２供試円筒の外周面同士に所定の接触圧を付加するための荷重付加機構を備え、
前記荷重付加機構は、前記第１供試円筒又は前記第２供試円筒に荷重を付加するシリンダと、前記シリンダへ作動流体を供給するためのポンプと、前記シリンダ及びポンプを制御する荷重コントローラを備え、
前記荷重コントローラは、正弦波状パターンを荷重パターンとして付加するよう前記シリンダ及びポンプを制御することを特徴とする二円筒摩擦試験装置。
【請求項２】
請求項１に記載の二円筒摩擦試験装置において、
前記荷重コントローラは、前記第２供試円筒が１回転する回転周期内に、２周期分の前記正弦波状パターンを荷重パターンとして付加するよう前記シリンダ及びポンプを制御することを特徴とする二円筒摩擦試験装置。
【請求項３】
請求項２に記載の二円筒摩擦試験装置において、
前記第１供試円筒は、前記第１供試円筒の回転軸である第１供試円筒軸を有し、前記第１供試円筒軸と第１カップリングを介して前記第１駆動モータに連結され、
前記第２供試円筒は、前記第２供試円筒の回転軸である第２供試円筒軸を有し、前記第２供試円筒軸と第２カップリングを介して前記第２駆動モータに連結されることを特徴とする二円筒摩擦試験装置。
【請求項４】
真円ロールである第１供試円筒と、
前記第１供試円筒を回転駆動する第１駆動モータと、
前記第１供試円筒の軸心に平行となるよう対面配置される真円ロールの第２供試円筒と、
前記第２供試円筒を回転駆動する第２駆動モータと、
前記第１及び第２供試円筒の外周面を接触させた状態で、前記第２駆動モータを一定速で回転させると共に、前記第２供試円筒が１回転する間に前記第１駆動モータの回転速度が変化するよう制御するモータコントローラを有し、
前記第１駆動モータの回転速度は、前記第２供試円筒が１回転する回転周期内に、１周期分の台形波状パターン、三角波状パターン及び矩形波状パターンのうち、何れか１つのパターンとなるよう変化し、
前記第１供試円筒及び前記第２供試円筒の外周面同士に所定の接触圧を付加するための荷重付加機構を備え、
前記荷重付加機構は、前記第１供試円筒又は前記第２供試円筒に荷重を付加するシリンダと、前記シリンダへ作動流体を供給するためのポンプと、前記シリンダ及びポンプを制御する荷重コントローラを備え、
前記荷重コントローラは、正弦波状パターンを荷重パターンとして付加するよう前記シリンダ及びポンプを制御することを特徴とする二円筒摩擦試験装置。
【請求項５】
請求項４に記載の二円筒摩擦試験装置において、
前記荷重コントローラは、前記第２供試円筒が１回転する回転周期内に、２周期分の前記正弦波状パターンを荷重パターンとして付加するよう前記シリンダ及びポンプを制御することを特徴とする二円筒摩擦試験装置。
【請求項６】
請求項５に記載の二円筒摩擦試験装置において、
前記第１供試円筒は、前記第１供試円筒の回転軸である第１供試円筒軸を有し、前記第１供試円筒軸と第１カップリングを介して前記第１駆動モータに連結され、
前記第２供試円筒は、前記第２供試円筒の回転軸である第２供試円筒軸を有し、前記第２供試円筒軸と第２カップリングを介して前記第２駆動モータに連結されることを特徴とする二円筒摩擦試験装置。
【請求項７】
第１供試円筒と、
前記第１供試円筒の中心軸に連結され、前記第１供試円筒を回転駆動する第１駆動モータと、
前記第１供試円筒の中心軸に平行であって、前記第１供試円筒の外周面と接触するよう配置される第２供試円筒と、
前記第２供試円筒の中心軸に連結され、前記第２供試円筒を回転駆動する第２駆動モータと、
前記第１駆動モータ及び第２駆動モータのうち何れか一方を所定の速度で駆動し、他方を前記第１及び第２供試円筒が１回転する間に回転速度が変化するよう制御するモータコントローラと、
前記第１供試円筒及び第２供試円筒の外周面同士に所定の接触圧を付加するための荷重付加機構を有し、
前記モータコントローラは、前記第１及び第２供試円筒が１回転する回転周期内に、１周期分の正弦波状パターン状に回転速度が変化するよう前記他方のモータを制御し、
前記荷重付加機構は、前記第１供試円筒又は前記第２供試円筒の荷重を付加するシリンダと、前記シリンダへ作動流体を供給するためのポンプと、前記シリンダ及びポンプを制御する荷重コントローラを備え、
前記荷重コントローラは、正弦波状パターンを荷重パターンとして付加するよう前記シリンダ及びポンプを制御することを特徴とする二円筒摩擦試験装置。
【請求項８】
請求項７に記載の二円筒摩擦試験装置において、
前記荷重コントローラは、前記第１及び第２供試円筒が１回転する回転周期内に、２周期分の正弦波状パターンを荷重パターンとして付加するよう前記シリンダ及びポンプを制御することを特徴とする二円筒摩擦試験装置。
【請求項９】
第１供試円筒と、
前記第１供試円筒の中心軸に連結され、前記第１供試円筒を回転駆動する第１駆動モータと、
前記第１供試円筒の中心軸に平行であって、前記第１供試円筒の外周面と接触するよう配置される第２供試円筒と、
前記第２供試円筒の中心軸に連結され、前記第２供試円筒を回転駆動する第２駆動モータと、
前記第１駆動モータ及び第２駆動モータのうち何れか一方を所定の速度で駆動し、他方を前記第１及び第２供試円筒が１回転する間に回転速度が変化するよう制御するモータコントローラと、
前記第１供試円筒及び第２供試円筒の外周面同士に所定の接触圧を付加するための荷重付加機構を有し、
前記モータコントローラは、前記第１及び第２供試円筒が1回転する回転周期内に、１周期分の台形波状パターン、三角波状パターン及び矩形波状パターンのうち、何れか１つのパターン状に回転速度が変化するよう前記他方のモータを制御し、
前記荷重付加機構は、前記第１供試円筒又は前記第２供試円筒の荷重を付加するシリンダと、前記シリンダへ作動流体を供給するためのポンプと、前記シリンダ及びポンプを制御する荷重コントローラを備え、
前記荷重コントローラは、正弦波状パターンを荷重パターンとして付加するよう前記シリンダ及びポンプを制御することを特徴とする二円筒摩擦試験装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の二円筒摩擦試験装置において、
前記荷重コントローラは、前記第１及び第２供試円筒が１回転する回転周期内に、２周期分の正弦波状パターンを荷重パターンとして付加するよう前記シリンダ及びポンプを制御することを特徴とする二円筒摩擦試験装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、歯車対の歯車歯面の接触疲労強度を評価する試験装置に係り、特に、二つの円筒を接触させ回転させることにより歯面の摺動を模擬する二円筒摩擦試験装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
歯車歯面の接触疲労強度に関する評価は、歯車試験装置を用いて実際の歯車で行なう場合と、二円筒摩擦試験装置を用いて歯面を模擬した円筒で行なう場合に大別される。ここで、二円筒摩擦試験装置とは、二つの円筒を転がりすべり接触させる構造を有し、歯面の摺動を模擬する要素試験装置である。そして、実験および評価の簡便さや、試験装置本体および供試体の製作コストの面などにおいて、歯車試験に対して有利な点が多くある。
【０００３】
二円筒摩擦試験装置として、例えば、特許文献１が知られている。特許文献１には、第１試験材を外周面の一部に貼設した第１ロール（偏心ロール）、第１ロールと軸心が平行となるように対面配置され外周面の一部に第２試験材を貼設した第２ロール（真円ロール）、第１ロールを回転駆動する第１モータと第２ロールを回転駆動する第２モータを備え、第１ロール及び第２ロールをそれぞれ一定の周速で回転させて接触させ、第１ロールを第２ロールより遅い周速で１回転させることにより、第１試験材及び第２試験材との間の摩擦係数を測定する構成が開示される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１２６０８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１では第１ロール及び第２ロールをそれぞれ一定の異なる周速にて１回転させる構成であるため、歯車対のように、歯車間の接触位置における周速が１回転中に変化する歯車対を高精度に模擬することは困難である。また、特許文献１では一方の試験材が貼設されるロールが偏心ロールであるため、第１及び第２ロールの１回転中に接触する領域も制限される。
【０００６】
本発明は、歯車対の歯車歯面の接触疲労強度を高精度に評価可能とする二円筒摩擦試験装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明の二円筒摩擦試験装置は、真円ロールである第１供試円筒と、前記第１供試円筒を回転駆動する第１駆動モータと、前記第１供試円筒の軸心に平行となるよう対面配置される真円ロールの第２供試円筒と、前記第２供試円筒を回転駆動する第２駆動モータと、前記第１及び第２供試円筒の外周面を接触させた状態で、前記第２駆動モータを一定速で回転させると共に、前記第２供試円筒が１回転する間に前記第１駆動モータの回転速度が変化するよう制御するモータコントローラを有し、前記第１駆動モータの回転速度は、前記第２供試円筒が１回転する回転周期内に、１周期分の正弦波状パターンとして変化し、前記第１供試円筒及び前記第２供試円筒の外周面同士に所定の接触圧を付加するための荷重付加機構を備え、前記荷重付加機構は、前記第１供試円筒又は前記第２供試円筒に荷重を付加するシリンダと、前記シリンダへ作動流体を供給するためのポンプと、前記シリンダ及びポンプを制御する荷重コントローラを備え、前記荷重コントローラは、正弦波状パターンを荷重パターンとして付加するよう前記シリンダ及びポンプを制御することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の二円筒摩擦試験装置は、第１供試円筒と、前記第１供試円筒の中心軸に連結され、前記第１供試円筒を回転駆動する第１駆動モータと、前記第１供試円筒の中心軸に平行であって、前記第１供試円筒の外周面と接触するよう配置される第２供試円筒と、前記第２供試円筒の中心軸に連結され、前記第２供試円筒を回転駆動する第２駆動モータと、前記第１駆動モータ及び第２駆動モータのうち何れか一方を所定の速度で駆動し、他方を前記第１及び第２供試円筒が１回転する間に回転速度が変化するよう制御するモータコントローラと、前記第１供試円筒及び第２供試円筒の外周面同士に所定の接触圧を付加するための荷重付加機構を有し、前記モータコントローラは、前記第１及び第２供試円筒が１回転する回転周期内に、１周期分の正弦波状パターン状に回転速度が変化するよう前記他方のモータを制御し、前記荷重付加機構は、前記第１供試円筒又は前記第２供試円筒の荷重を付加するシリンダと、前記シリンダへ作動流体を供給するためのポンプと、前記シリンダ及びポンプを制御する荷重コントローラを備え、前記荷重コントローラは、正弦波状パターンを荷重パターンとして付加するよう前記シリンダ及びポンプを制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、歯車対の歯車歯面の接触状態を高精度に模擬できることから、接触疲労強度を高精度に評価し得る二円筒摩擦試験装置を実現できる。
【００１０】
例えば、歯車対を模擬する２つの円筒間のすべり率を連続的に変化させることができ、高精度に歯車対を模擬することが可能となる。
【００１１】
また、本発明によれば、全かみ合い歯面条件を歯車誤差が無い状態での歯面強度を評価することができる。
【００１２】
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施例に係る実施例１の二円筒摩擦試験装置の全体構成図である。
【図２】相互にかみ合う歯車対の接触位置と周速、周速差及びすべり率との関係を示す図であり、図２（Ａ）は歯車対の接触位置の変化を示し、図２（Ｂ）は歯車対をなすそれぞれの歯車の接触位置における周速の関係を示し、図２（Ｃ）に接触位置と歯車対の周速差の関係を示し、図２（Ｄ）に接触位置と歯車対のすべり率との関係を示す。
【図３】本発明の一実施形態に係る二円筒摩擦試験装置における各モータの回転速度パターン、すべり率及び供試円筒に付加する荷重パターンを示す図であり、図３（Ａ）に２つの供試円筒の接触位置を示し、図３（Ｂ）に２つのモータ回転速度パターンを示し、図３（Ｃ）に２つの供試円筒の接触位置におけるすべり率、図３（Ｄ）に供試円筒に付加する荷重パターンを示す。
【図４】本発明の他の実施例に係る実施例２の二円筒摩擦試験装置の全体構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の一実施形態による二円筒摩擦試験装置が模擬する歯車対のかみ合い状態とすべり率の関係について説明する。図２に、相互にかみ合う歯車対の接触位置と周速、周速差及びすべり率との関係を示す。
【００１５】
図２（Ａ）に示すように、歯車Ａ及び歯車Ｂよりなる歯車対のかみ合い状態は、歯車Ａの歯面先端部と歯車Ｂの溝とが接触位置Ｐ１にて接触する、かみ合い序盤の接触状態を例えば時間ｔ１における状態とする。時間ｔ１より、歯車Ａの歯面と歯車Ｂの歯面が摺動し接触位置Ｐ２（歯面先端部から溝との間での中央部（以下、中間部））にて接触する、かみ合い中盤の接触状態を例えば時間ｔ２における状態とする。時間ｔ２より、更に歯車Ａの歯面と歯車Ｂの歯面が摺動し歯車Ａの溝と歯車Ｂの歯面先端部とが接触位置Ｐ３にて接触する、かみ合い終盤の接触状態を例えば時間ｔ３における状態とする。
【００１６】
図２（Ｂ）に示すように、時間ｔ１における接触位置Ｐ１での歯車Ａの周速ＶＡは、歯車Ｂの接触位置Ｐ１での周速ＶＢよりも大きい。これは、歯面の接触位置における周速が歯面の高さ位置に比例することによる。ＶＡ＞ＶＢの状態は、時間ｔ２に至るまで継続し、時間ｔ１から時間ｔ２間で、ＶＡは徐々に減少し、他方ＶＢは徐々に増加する。そして、時間ｔ２において、接触位置Ｐ２でのＶＡ及びＶＢはＶＡ＝ＶＢとなる。時間ｔ２から時間ｔ３間では、ＶＡ＜ＶＢの状態となる。
【００１７】
図２（Ｃ）は、歯車Ａの周速ＶＡを基準とし、時間ｔ１から時間ｔ３までの周速差（ＶＡ−ＶＢ）の変化を示しており、図２（Ｄ）は、歯車Ａの周速ＶＡを基準とする、時間ｔ１から時間ｔ３までのすべり率Ｓ（Ｓｌｉｄｉｎｇ  Ｒａｔｉｏ）の変化を示している。周速ＶＡを基準とするすべり率ＳはＳ＝（ＶＡ−ＶＢ）／ＶＡであり、図２（Ｄ）に示すように正弦波状に変化する。
【００１８】
発明者らは鋭意努力の結果、以下に示すように２つの供試円筒の回転速度パターンを設定することにより、図２に示す、歯車対によるすべり率Ｓの挙動を模擬することが可能であるとの知見を得た。以下、本発明の一実施形態に係る二円筒摩擦試験装置の動作原理にについて説明する。図３に、各モータの回転速度パターン、すべり率及び供試円筒に付加する荷重パターンを示す。図３（Ａ）に示すように、本実施形態による２つの供試円筒、第１供試円筒２及び第２供試円筒３は、半径同一の真円ロールである。本明細書において、真円ロールとは、横断面が真円で重心と剛心とが一致する、すなわち、偏心がゼロの円筒形状のロールをいう。また、図３（Ａ）において、第１供試円筒２及び第２供試円筒３は、１回転中に常にそれぞれの真円ロール上の同一の位置で接触する。すなわち、図３（Ａ）に示すように、第１供試円筒２の回転方向に９０°間隔で離間する外周面上の位置をＡからＤ、同様に、第２供試円筒３の外周面上の位置をＡ’からＤ’としたとき、第１供試円筒２と第２供試円筒３は、外周面同士がＡ−Ａ’、Ｂ−Ｂ’、Ｃ−Ｃ’及びＤ−Ｄ’で常に接触する。これにより、全かみ合い歯面の条件を、歯車誤差が無い状態での歯面を模擬する二円筒摩擦試験装置が得られる。
【００１９】
図３（Ｂ）に、１回転中における第１供試円筒２を回転駆動するモータ及び第２供試円筒３を回転駆動するモータの回転速度パターンを示す。第２供試円筒３は一定速で回転する回転速度パターンＶ２、第１供試円筒２は正弦波状の回転速度パターンＶ１にて回転する。このとき、定速で回転する第２供試円筒３の回転速度パターンＶ２を基準とする第１供試円筒２と第２供試円筒３間のすべり率Ｓ（Ｓ＝（Ｖ２−Ｖ１）／Ｖ２）は、図３（Ｃ）に示すように正弦波状に変化する。図３（Ｂ）及び図３（Ｃ）に示すように、接触位置がＡ−Ａ’からＢ−Ｂ’へと移行する期間では、第１供試円筒３が先行する方向にすべりが生じ、そのすべり率Ｓは徐々に減少する。接触位置Ｂ−Ｂ’ですべり率Ｓはゼロとなる。その後、接触位置がＢ−Ｂ’からＣ−Ｃ’へと移行する期間では、すべりの方向は第２供試円筒３が先行する方向へと変化し、そのすべり率Ｓは徐々に増大する。接触位置がＣ−Ｃ’からＤ−Ｄ’へと移行する期間では、すべりの方向は第２供試円筒３が先行する方向であるものの、そのすべり率Ｓは徐々に減少し、接触位置Ｄ−Ｄ’ですべり率Ｓはゼロとなる。接触位置がＤ−Ｄ’からＡ−Ａ’へと移行する期間では、再び第１供試円筒２が先行する方向へと変化し、すべり率Ｓは徐々に増大し接触位置Ａ−Ａ’に到達し、第１供試円筒２及び第２供試円筒３は、１回転する。このように図３（Ｃ）に示す接触位置がＡ−Ａ’からＣ−Ｃ’へと移行する回転周期の反周期分のすべり率Ｓの時間変化が、図２（Ｄ）に示した歯車Ａ及び歯車Ｂよりなる歯車対の時間ｔ１から時間ｔ３の期間におけるすべり率Ｓの時間変化に対応することがわかる。なお、図３（Ｃ）では第２供試円筒３の回転速度パターンＶ２を基準としたことにより、図２（Ｄ）に示す、すべり率Ｓの時間変化のパターンの反転パターンとなっているが、図３（Ｃ）において第１供試円筒２の回転速度パターンＶ１を基準とすることにより、すべり率Ｓは図２（Ｄ）に示すパターンと同様となることがわかる。すなわち、歯車対の歯車歯面を高精度に模擬できるものである。
【００２０】
また、図３（Ｄ）に示す、第１供試円筒２及び第２供試円筒３に正弦波状荷重パターンを印加すること（加振すること）により、歯車対における接触する歯面の接触面圧を含み更に高精度に歯車対を模擬することが可能となる。すなわち、全かみ合い歯車の条件を、歯車誤差が無い状態での歯面強度を評価できる。
【００２１】
なお、本実施形態においては、図３（Ｂ）に示すように、第１供試円筒２及び第２供試円筒３の回転速度パターンを設定することにより図３（Ｃ）に示すように歯車対におけるすべり率を模擬することで、高精度に歯車対を模擬できる。従って、図３（Ｄ）に示す正弦波状の荷重パターンの印加は必ずしも必要ないが、荷重パターンを第１供試円筒２及び第２供試円筒３に印加することで、上述のとおり歯車対における接触面圧をも再現できることから、荷重パターンを印加する構成を備えることが望ましく、更に歯車対を模擬する精度を向上させることができる。
【００２２】
また、図３（Ｂ）において、第１供試円筒２を回転駆動するモータの回転速度パターンＶ１を正弦波状としたが、これに限らず、台形波状、三角波状又は矩形波状のパターンとしても良い。但し、正弦波状とするのが望ましい。また、同様に図３（Ｄ）に示す印加する荷重パターンについても、台形波状、三角波状又は矩形波状のパターンとしても良いが、正弦波とするのが望ましい。
【００２３】
また、第１供試円筒２及び第２供試円筒３を同一半径の真円ロールとしたが、これに限らず、半径が異なる真円ロールとしても良い。
【００２４】
以下、本発明の実施例について図面を用いて詳細に説明する。
【実施例１】
【００２５】
図１に、本発明の一実施例に係る実施例１の二円筒摩擦試験装置の全体構成図を示す。図１に示すように、本実施例の二円筒摩擦試験装置１は、例えば、半径同一の真円ロールである第１供試円筒２、第１供試円筒２を回転駆動する第１駆動モータ２４、第１供試円筒２の軸心と平行となるよう対面配置される第２供試円筒３、第２供試円筒３を回転駆動する第２駆動モータ３４、第１駆動モータ２４を制御する第１モータコントローラ２６及び第２駆動モータ３４を制御する第２モータコントローラ３６、第１供試円筒２及び第２供試円筒３へ荷重を付加する荷重付加機構４、及び第１モータコントローラ２６、第２モータコントローラ３６と荷重付加機構４を制御する全体制御コントローラ５を備える。
【００２６】
第１供試円筒２は、第１供試円筒軸２１と同軸となっており、第１駆動モータ２４側を第１供試円筒軸用軸受２２ｃ，２２ｄ及び２２ｅにより回転支持されている。また、第１供試円筒２を挟んで第１駆動モータ２４の反対側は、第１供試円筒軸用軸受２２ａ，２２ｂにより回転支持されている。第１供試円筒軸用軸受２２ａ，２２ｂは第１供試円筒用軸受ハウジング２３ａに、また、第１供試円筒軸用軸受２２ｃ，２２ｄ及び２２ｅは第１供試円筒用軸受ハウジング２３ｂに収容されている。第１駆動モータ２４は、第１供試円筒２と同軸となっており、第１カップリング２５を介して、第１供試円筒軸２１と接続されている。第１駆動モータ２４は、第１モータコントローラ２６と電気的に接続されている。
【００２７】
一方、第２供試円筒３は、第２供試円筒軸３１と同軸となっており、第２駆動モータ３４側を第２供試円筒軸用軸受３２ａ，３２ｂ及び３２ｅにより回転支持されている。また、第２供試円筒３を挟んで第２駆動モータ３４の反対側は、第２供試円筒軸用軸受３２ｃ，３２ｄにより回転支持されている。第２供試円筒軸用軸受３２ａ，３２ｂ及び３２ｅは第２供試円筒用軸受ハウジング３３ａに、また、第２供試円筒軸用軸受３２ｃ，３２ｄは第２供試円筒用軸受ハウジング３３ｂに収容されている。第２駆動モータ３４は、第２供試円筒３と同軸となっており、第２カップリング３５を介して、第２供試円筒軸３１と接続されている。第２駆動モータ３４は、第２モータコントローラ３６と電気的に接続されている。ここで、第２供試円筒用軸受ハウジング３３ａ，３３ｂ及び第２駆動モータ３４は、第２供試円筒３と軸直角方向(図１上下方向)に並進を許容する図示しない直動ガイド上に設置されている。
【００２８】
荷重付加機構４は、第２供試円筒３の軸直角方向に設置される荷重付加用シリンダ４１、作動流体を貯留するタンク４６、第１弁４２及び第２弁４４の間に設置されタンク４６内の作動流体を荷重付加用シリンダ４１へ供給するポンプ４３、また、荷重付加用シリンダ４１へ供給され仕事を終えた作動流体をタンク４６へ回収するための第３弁４５、及び第１弁４２、第２弁４４及び第３弁４５の開度又は開閉を調整する荷重コントローラ４７より構成される。
【００２９】
次に、本実施例の二円筒摩擦試験装置１の動作について説明する。全体制御コントローラ５は、第１モータコントローラ２６、第２モータコントローラ３６及び荷重コントローラ４７へ同期して起動指令を送信する。第１モータコントローラ２６は、予め図示しないメモリに記憶された上述の図３（Ｂ）及び図１に示す第１駆動モータ２４のモータ回転速度パターンＶ１を読み出し、モータ回転速度パターンＶ１（正弦波状の回転速度パターン）に対応して第１駆動モータ２４を制御する。また、第２モータコントローラ３６は、同様に予め図示しないメモリに記憶された上述の図３（Ｂ）及び図１に示す第２駆動モータ３４のモータ回転速度パターンＶ２を読み出し、モータ回転速度パターンＶ２に対応して第２駆動モータ３４を定速回転するよう制御する。第１モータコントローラ２６及び第２モータコントローラ３６は、例えば、第１駆動モータ２４及び第２駆動モータ３４に設置されたエンコーダより回転子の位置を入力し、上記モータ回転速度パターンＶ１，Ｖ２に対応する時間と位置との関係からずれ量を検出した場合、ずれ量が検出された第１駆動モータ２４または第２駆動モータ３４に対し指令値として位置情報を出力するよう動作する。
【００３０】
第１駆動モータ２４は、回転周期内で正弦波状に回転数が時間と共に変化するよう回転し、この回転駆動力が第１カップリング２５及び第１供試円筒軸２１を介して第１供試円筒２に伝達され、第１供試円筒２は回転する。一方、第２駆動モータ３４は、回転周期内で所定の回転数にて定速回転し、この回転駆動力が第２カップリング３５及び第２供試円筒軸３１を介して第２供試円筒３へ伝達され、第２供試円筒３は第１供試円筒２に接触しつつ回転する。
【００３１】
また、全体制御コントローラ５からの起動指令を荷重コントローラ４７が受信すると、荷重コントローラ４７は、図示しないメモリに予め記憶される荷重パターン（一定荷重）を読み出し、読み出された荷重に対応して、第１弁を開状態とし、ポンプ４３を起動する。ポンプ４３によりタンク４６より汲み上げられた作動流体は、第２弁４４を介して荷重付加用シリンダ４１へ供給される。これにより、回転周期の期間中、一定荷重が第２供試円筒用軸受ハウジング３３ａ，３３ｂへ付加される。第１駆動モータ２４及び第２駆動モータ３４の起動と同期して付加される一定荷重により、第２供試円筒用軸受ハウジング３３ａ，３３ｂ及び第２駆動モータ３４は、上記直動ガイド上を第１供試円筒２側へと押圧され、第１供試円筒２及び第２供試円筒３は、一定荷重に応じた接触面圧にて接触しつつ回転する。これにより、図３（Ｃ）に示す、回転周期内で正弦波状のすべり率Ｓの時間変化が再現される。
【００３２】
本実施例では、エンコーダによる位置制御を例に説明したが、位置制御に替えて速度制御、すなわち、モータ回転速度パターンＶ１，Ｖ２に対応して速度指令を出力するよう構成しても良い。
【００３３】
また、本実施例では、第１供試円筒２を回転駆動する第１駆動モータ２４のモータ回転速度パターンＶ１を正弦波状のパターンを例に説明したが、これに限らず、台形波状、三角波状または矩形波状のパターンとしても良い。また、第１供試円筒２を定速で回転させ、第２供試円筒３を正弦波状の回転速度パターンにて回転させるよう構成しても良い。
【００３４】
本実施例では、第１モータコントローラ２６、第２モータコントローラ３６及び荷重コントローラ４７が予め図示しないメモリに、それぞれモータ回転速度パターンＶ１，Ｖ２及び一定の荷重を示す荷重パターンを記憶する構成を例に説明したが、これに限られない。例えば、全体コントローラ５が、メモリ（図示せず）に予めモータ回転速度パターンＶ１，Ｖ２及び荷重パターンを記憶し、二円筒摩擦試験装置１の起動時に、全体制御コントローラ５より第１モータコントローラ２６、第２モータコントローラ３６及び荷重コントローラ４７へ同期して起動指令と共にモータ回転速度パターンＶ１，Ｖ２及び荷重パターンを送信する構成としても良い。
【００３５】
本実施例によれば、歯車対を模擬する第１供試円筒２及び第２供試円筒３間のすべり率を連続的に変化させることができ、歯車対を高精度に模擬することが可能となる。これにより歯車対の歯車歯面の接触疲労強度を高精度に評価可能となる。また、本実施例によれば、全かみ合い歯面条件を歯車誤差が無い状態での歯面強度を評価することができる。
【実施例２】
【００３６】
図４に、本発明の他の実施例に係る実施例２の二円筒摩擦試験装置の全体構成図を示す。図１に示す構成要素と同一の構成要素に同一の符号を付している。実施例１では、第２供試円筒用軸受ハウジング３３ａ，３３ｂに付加する荷重パターンを一定荷重としたのに対し、本実施例では、時間と共に変化する荷重パターンを付加するよう構成した点が異なる。
【００３７】
図４に示すように、本実施例の二円筒摩擦試験装置１’は、例えば、半径同一の真円ロールである第１供試円筒２、第１供試円筒２を回転駆動する第１駆動モータ２４、第１供試円筒２の軸心と平行となるよう対面配置される第２供試円筒３、第２供試円筒３を回転駆動する第２駆動モータ３４、第１駆動モータ２４を制御する第１モータコントローラ２６及び第２駆動モータ３４を制御する第２モータコントローラ３６、第１供試円筒２及び第２供試円筒３へ荷重を付加する荷重付加機構４、及び第１モータコントローラ２６、第２モータコントローラ３６と荷重付加機構４を制御する全体制御コントローラ５を備える。
【００３８】
第１供試円筒２は、第１供試円筒軸２１と同軸となっており、第１駆動モータ２４側を第１供試円筒軸用軸受２２ｃ，２２ｄ及び２２ｅにより回転支持されている。また、第１供試円筒２を挟んで第１駆動モータ２４の反対側は、第１供試円筒軸用軸受２２ａ，２２ｂにより回転支持されている。第１供試円筒軸用軸受２２ａ，２２ｂは第１供試円筒用軸受ハウジング２３ａに、また、第１供試円筒軸用軸受２２ｃ，２２ｄ及び２２ｅは第１供試円筒用軸受ハウジング２３ｂに収容されている。第１駆動モータ２４は、第１供試円筒２と同軸となっており、第１カップリング２５を介して、第１供試円筒軸２１と接続されている。第１駆動モータ２４は、第１モータコントローラ２６と電気的に接続されている。
【００３９】
一方、第２供試円筒３は、第２供試円筒軸３１と同軸となっており、第２駆動モータ３４側を第２供試円筒軸用軸受３２ａ，３２ｂ及び３２ｅにより回転支持されている。また、第２供試円筒３を挟んで第２駆動モータ３４の反対側は、第２供試円筒軸用軸受３２ｃ，３２ｄにより回転支持されている。第２供試円筒軸用軸受３２ａ，３２ｂ及び３２ｅは第２供試円筒用軸受ハウジング３３ａに、また、第２供試円筒軸用軸受３２ｃ，３２ｄは第２供試円筒用軸受ハウジング３３ｂに収容されている。第２駆動モータ３４は、第２供試円筒３と同軸となっており、第２カップリング３５を介して、第２供試円筒軸３１と接続されている。第２駆動モータ３４は、第２モータコントローラ３６と電気的に接続されている。ここで、第２供試円筒用軸受ハウジング３３ａ，３３ｂ及び第２駆動モータ３４は、第２供試円筒３と軸直角方向(図４上下方向)に並進を許容する図示しない直動ガイド上に設置されている。
【００４０】
荷重付加機構４は、第２供試円筒３の軸直角方向に設置される荷重付加用シリンダ４１、作動流体を貯留するタンク４６、第１弁４２及び第２弁４４の間に設置されタンク４６内の作動流体を荷重付加用シリンダ４１へ供給するポンプ４３、また、荷重付加用シリンダ４１へ供給され仕事を終えた作動流体、または荷重を低減するため作動流体をタンク４６へ回収するための第３弁４５、及び第１弁４２、第２弁４４及び第３弁４５の開度又は開閉を調整する荷重コントローラ４７’より構成される。
【００４１】
次に、本実施例の二円筒摩擦試験装置１’の動作について説明する。全体制御コントローラ５は、第１モータコントローラ２６、第２モータコントローラ３６及び荷重コントローラへ同期して起動指令を送信する。第１モータコントローラ２６は、予め図示しないメモリに記憶された上述の図３（Ｂ）及び図４に示す第１駆動モータ２４のモータ回転速度パターンＶ１を読み出し、モータ回転速度パターンＶ１（正弦波状の回転速度パターン）に対応して第１駆動モータ２４を制御する。また、第２モータコントローラ３６は、同様に予め図示しないメモリに記憶された上述の図３（Ｂ）及び図１に示す第２駆動モータ３４のモータ回転速度パターンＶ２を読み出し、モータ回転速度パターンＶ２に対応して第２駆動モータ３４を定速回転するよう制御する。第１モータコントローラ２６及び第２モータコントローラは、例えば、第１駆動モータ２４及び第２駆動モータ３４に設置されたエンコーダより回転子の位置を入力し、上記モータ回転速度パターンＶ１，Ｖ２に対応する時間と位置との関係からずれ量を検出した場合、ずれ量が検出された第１駆動モータ２４または第２駆動モータ３４に対し指令値として位置情報を出力するよう動作する。
【００４２】
第１駆動モータ２４は、回転周期内で正弦波状に回転数が時間と共に変化するよう回転し、この回転駆動力が第１カップリング２５及び第１供試円筒軸２１を介して第１供試円筒２に伝達され、第１供試円筒２は回転する。一方、第２駆動モータ３４は、回転周期内で所定の回転数にて定速回転し、この回転駆動力が第２カップリング３５及び第２供試円筒軸３１を介して第２供試円筒３へ伝達され、第２供試円筒３は第１供試円筒２に接触しつつ回転する。
【００４３】
また、図４に示すように、本実施例の二円筒摩擦試験装置１’は、荷重付加機構４を構成する荷重コントローラ４７’内の図示しないメモリに、例えば、予め図３（Ｄ）に示す正弦波状の荷重パターンを記憶し、全体制御コントローラ５からの起動指令を荷重コントローラ４７’が受信すると、第１駆動モータ２４及び第２駆動モータ３４の起動に同期して、荷重コントローラ４７’が正弦波状の荷重パターンを読み出す。読み出された正弦波状の荷重パターンに対応して時間毎に変化する荷重が第２供試円筒用軸受ハウジング３３ａ、３３ｂに付加されるよう、時間毎に第１弁４２及び第２弁４４の開度を調整し、ポンプ４３によりタンク４６より汲み上げられる作動流体を、荷重付加用シリンダ４１へ供給すると共に、余剰の作動流体を第３弁４５の開度を調整しタンク４６へ回収するよう制御する。
【００４４】
図３（Ａ）に示される、正弦波状のモータ回転速度パターンＶ１の回転周期（１回転）の1／２周期、すなわち、２倍の周波数で正弦波状に時間と共に変化する荷重を荷重付加用シリンダ４１により、第２供試円筒用軸受ハウジング３３ａ，３３ｂへ付加する。
【００４５】
ここで、図３（Ａ），図３（Ｂ）及び図３（Ｄ）に示されるように、本実施例における荷重パターンは、第１供試円筒２と第２供試円筒３の回転速度差が最大となる接触位置Ａ−Ａ’，Ｃ−Ｃ’及びＡ−Ａ’（回転周期内：１回転内）で付加荷重が最大となる。また、第１供試円筒２と第２供試円筒３の回転速度差がゼロとなる接触位置Ｂ−Ｂ’，Ｄ−Ｄ’で付加荷重が最小となる。これは、第１供試円筒２及び第２供試円筒３が模擬する歯車対において、一方の歯車の歯面先端部と他方の歯車の溝が接触するとき、歯面の接触圧が最大となり、双方の歯車が歯面中間部で接触するとき、歯面の接触圧が最小となることに対応する。従って、図３（Ｄ）に示す荷重パターンを付加することで、歯車歯面で生じる接触面圧の時間変化を再現することができる。
【００４６】
本実施例では、荷重パターンを正弦波状のパターンを例に説明したが、これに限らず、台形波状、三角波状または矩形波状のパターンとしても良い。
【００４７】
本実施例では、第１モータコントローラ２６、第２モータコントローラ３６及び荷重コントローラ４７’が予め図示しないメモリに、それぞれモータ回転速度パターンＶ１，Ｖ２及び荷重パターンを記憶する構成を例に説明したが、これに限られない。例えば、全体コントローラ５が、メモリ（図示せず）に予めモータ回転速度パターンＶ１，Ｖ２及び荷重パターンを記憶し、二円筒摩擦試験装置１’の起動時に、全体制御コントローラ５より第１モータコントローラ２６、第２モータコントローラ３６及び荷重コントローラ４７’へ同期して起動指令と共にモータ回転速度パターンＶ１，Ｖ２及び荷重パターンを送信する構成としても良い。
【００４８】
本実施例によれば、実施例１の効果に加え、更に歯車対の歯面で生じる接触面圧の時間変化を再現できることから、歯面で生じるすべり率の時間変化に加え、歯面に生じる接触面圧の時間変化も再現でき、歯車対の歯車歯面の接触疲労強度を、実施例１と比較し更に高精度に評価することが可能となる。
【００４９】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の実施例の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００５０】
１，１’ …二円筒摩擦試験装置
２…第１供試円筒
３…第２供試円筒
４…荷重付加機構
５…全体制御コントローラ
２１…第１供試円筒軸
２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ,２２ｅ…第１供試円筒軸用軸受
２３ａ，２３ｂ…第１供試円筒用軸受ハウジング
２４…第１駆動モータ
２５…第１カップリング
２６…第１モータコントローラ
３１…第２供試円筒軸
３２ａ，３２ｂ，３２ｃ、３２ｄ,３２ｅ…第２供試円筒軸用軸受
３３ａ，３３ｂ…第２供試円筒用軸受ハウジング
３４…第２駆動モータ
３５…第２カップリング
３６…第２モータコントローラ
４１…荷重付加用シリンダ
４２…第１弁
４３…ポンプ
４４…第２弁
４５…第３弁
４６…タンク
４７，４７’…荷重コントローラ
【図１】
0006279429.tif 000002
【図２】
0006279429.tif 000003
【図３】
0006279429.tif 000004
【図４】
0006279429.tif 000005