(57)【要約】【課題】本発明は従来の摩擦伝達機構が特に支持部で摩擦損失の大きく機構が複雑であるという実情に鑑み、支持部での摩擦損失をなくし、精度よく摩擦力を伝達・検出する機構を提供する。【解決手段】材料間の摩擦係数を測定するための摩擦試験装置において、特に発生した摩擦力を効率よく検出部に伝達するための機構に関する。試料保持棒１の支持部２に軸受のような摩擦抵抗の小さな機構を用いることで、試料１０と相手材表面の間に発生した摩擦力を、ロードセルなどの検出部１９に損失なく伝達できる。摩擦力の発生方向に試料保持棒１が移動可能となるように試料保持棒１は支持部２に支持されている。試料保持棒１は支持部２に支持されており、カウンターウエイト２３を左右方向の点線で示す矢印方向に動かすことで水平に保つことができ、試料１０に所定の荷重を試料１０や試料保持部７の質量に影響されることなくかけることができる。【選択図】図１
2013186060.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持体と、前記支持体に支持された支点の両側に延在し、前記支点を中心として回動可能に構成された試料保持棒と、前記試料保持棒の前記支点に対する一方の側に取り付けられた試料保持部と、前記試料保持棒を介して前記試料保持部が受ける摩擦力を検出する力検出器と、前記支点の当接状態を維持したまま前記支持体に対して前記試料保持棒をその延在方向に移動可能に構成する支持部と、を具備することを特徴とする摩擦力伝達・検出機構。
【請求項２】
前記支持部は、前記支持体と前記試料保持棒のうちの一方に対して前記延在方向と直交する軸線周りに回転自在に取り付けられた外周面を有する軸受構造を含み、前記支持体と前記試料保持棒のうちの他方に設けられた前記延在方向に沿った面に前記外周面が当接して前記支点を構成することを特徴とする請求項１に記載の摩擦力伝達・検出機構。
【請求項３】
前記力検出器は、前記試料保持棒における前記試料保持部が取り付けられた側とは反対側の部分に連結されることを特徴とする請求項１又は２に記載の摩擦力伝達・検出機構。
【請求項４】
前記力検出器は前記試料保持棒に対して連結構造を介して取り付けられ、
前記試料保持部に保持される試料が前記試料保持棒の下方位置に配置されるとともに、前記力検出器が前記連結構造に対して前記試料保持棒の下方位置において連結されることを特徴とする請求項３に記載の摩擦力伝達・検出機構。
【請求項５】
前記連結構造は、前記試料保持棒と前記力検出器を連結する第１の主材と、該第１の主材と並行して前記試料保持棒に連結された第２の主材と、前記第１の主材と前記第２の主材を前記試料保持棒から離間した位置で連結する補強材とを有することを特徴とする請求項４に記載の摩擦力伝達・検出機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、材料間の摩擦係数を測定するための摩擦試験装置に用いることのできる摩擦力伝達・検出機構に係り、特に発生した摩擦力を効率よく検出部に伝達するための機構に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
摩擦試験装置により摩擦試験を行うとき、負荷零の状態で試料が表面に接触するように、従来からナイフエッジやベアリングで支持された試料保持棒をカウンターウエイトにより水平に保つ機構を用いた一定荷重負荷方式が採用されている。例えば特許文献１ではベアリングを用いた支持部を中心として試料保持部と点対称の位置にあるカウンターウエイトにより試料保持棒の水平を保つ。その後試料に一定の荷重をかける。この場合摩擦力は支持部に設けた摩擦力検出板８にストレインゲージ２６を取り付けることで検出される。しかしこの方法では、支持部の回転運動による摩擦力検出板８への影響（たわみ）も摩擦力の一部として検出されるため、測定誤差が大きくなる。さらに摩擦力の発生方向と検出する運動の方向が一直線上に位置しないため精度のよい検出が行えない。
【０００３】
特許文献２のように支持部を鋼線により支持することで支持部の摩擦力を小さくする方法も提案されている。しかしこの方法は支持部の機構が複雑になるというデメリットがある。
【０００４】
特許文献３のように支持部ではなく、摩擦力発生部の上部に摩擦力検出機構を有する方法も提案されている。この方法は試験部が大きく複雑な機構となり、また摩擦力検出部が運動する摩擦力発生部のそばにあるため摩擦力以外の振動なども外乱として検出するおそれがある。さらに摩擦力の発生方向と検出する運動の方向が一直線上に位置しないため精度のよい検出が行えない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特公昭４０−００５０４０号公報
【特許文献２】特開昭５６−１０６１４０号公報
【特許文献３】特開２００４−３０１７９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の摩擦伝達機構は特に支持部で摩擦損失が大きくかつ機構が複雑であるという実情に鑑み、本発明は、支持部での摩擦損失を低減し、精度よく摩擦力を伝達・検出する機構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】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の力伝達・検出機構は、支持体と、前記支持体に支持された支点の両側に延在し、前記支点を中心として回動可能に構成された試料保持棒と、前記試料保持棒の前記支点に対する一方の側に取り付けられた試料保持部と、前記試料保持棒を介して前記試料保持部が受ける摩擦力を検出する力検出器と、前記支点の当接状態を維持したまま前記支持体に対して前記試料保持棒をその延在方向に移動可能に構成する支持部と、を具備することを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、試料保持部に摩擦力が加わると、この摩擦力は試料保持棒に取り付けられた力検出器によって検出される。このとき、試料保持棒は支持部によってその延在方向に移動可能に構成されているから、上記力に対して延在方向に生ずる支持抵抗を軽減することができるため、当該支持抵抗に基づく摩擦損失を低減して上記延在方向に試料保持部が受ける摩擦力を正確に力検出器に伝達することができる。
【０００９】
本発明において、前記支持部は、前記支持体と前記試料保持棒のうちの一方に対して前記延在方向と直交する軸線周りに回転自在に取り付けられた外周面を有する軸受構造を含み、前記支持体と前記試料保持棒のうちの他方に設けられた前記延在方向に沿った面に前記外周面が当接して前記支点を構成することが好ましい。これによれば、支持体と試料保持棒のうちの一方に対して回転自在に取り付けられた外周面が他方の延在方向に沿った面に当接して上記支点を構成することにより、軸受構造による小さな摩擦抵抗で外周面が上記延在方向と直交する軸線周りに回転できるため、支点の当接状態を維持したまま支持体に対して試料保持棒を延在方向に移動させたときの支持抵抗を低減できる。また、この軸受構造は一方に対して回転自在に取り付けられた外周面を有するだけでよいので、支持部を簡易に構成できるとともに、当該外周面と延在方向に沿った面との間に安定した支点を形成することが可能になる。
【００１０】
この場合に、上記軸受構造の前記外周面は、前記支持体に取り付けられた支持軸に対して回転自在に構成されるとともに前記試料保持棒に当接する場合があり、また、前記試料保持棒に取り付けられた支持軸に対して回転自在に構成されるとともに前記支持体に当接する場合がある。
【００１１】
本発明において、前記力検出器は、前記試料保持棒における前記試料保持部の側とは前記支点を挟んで反対側にある部分に連結されることが好ましい。これによれば、試料保持棒における支点の一方の側の部分に試料保持部が取り付けられ、支点の反対側の部分に力検出器が連結されるため、試料保持棒の支点の両側の重量バランスが確保しやすくなることから、全体構成を簡易なものとできるので、試料保持棒及びこれに取り付けられる部材の総重量を軽減することができる。このため、支持体と試料保持棒との間の支点に加わる荷重を低減できるから、当該支点における測定時の支持抵抗を低減することができる。したがって、摩擦力の測定精度をさらに向上することが可能になる。
【００１２】
この場合には、前記力検出器は前記試料保持棒に対して連結構造を介して取り付けられ、前記試料保持部に保持される試料が前記試料保持棒の下方位置に配置されるとともに、前記力検出器が前記連結構造に対して前記試料保持棒の下方位置において連結されることが好ましい。この場合にはさらに、前記試料保持棒と平行な補助リンクをさらに有し、前記試料保持棒と前記補助リンクが前記試料保持部と前記連結構造に対してそれぞれ回動自在に連結された平行リンクの機構が構成されることが望ましい。
【００１３】
上記連結構造は、前記試料保持棒と前記力検出器を連結する第１の主材と、該第１の主材と並行して前記試料保持棒に連結された第２の主材と、前記第１の主材と前記第２の主材を前記試料保持棒から離間した位置で連結する補強材とを有することが好ましい。これによれば、連結構造による重量の増加を抑制しつつ、連結構造の剛性を高めることができる。特に、前記第１の主材と前記第２の主材は前記試料保持棒を貫通して貫通部の両側に突出し、前記貫通部の両側においてそれぞれ前記第１の主材と前記第２の主材を連結する第１の前記補強材と第２の前記補強材を有することが望ましい。
【００１４】
また、本発明に係る摩擦試験装置は、上述の摩擦力伝達・検出機構と、前記支点の両側の重量バランスを調整可能とした重量バランス調整機構と、前記試料保持部と対向し、前記試料保持部に保持された試料と接触する相手材を前記試料保持棒の延在方向に移動可能とする摩擦試験部とを具備する。
【００１５】
本発明において、前記力検出器の検出軸を、前記試料と前記相手材との間に生ずる摩擦力と同軸に配置可能に調整する検出軸調整機構をさらに具備することが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る摩擦力伝達・検出機構によれば、力の伝達時における支持部での支持抵抗を低減し、精度よく力を伝達し検出することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態に関わる摩擦力伝達・検出機構の模式図である。
【図２】図１の支持部と試料保持棒の位置関係を示した、延在方向の断面図（ａ）及びこれと直交する方向の断面図（ｂ）である。
【図３】本発明の他の実施例に関わる図２と同様の位置関係を示した説明図（ａ）及び（ｂ）である。
【図４】本発明のさらに他の実施例に関わる図１と２と同様の位置関係を示した説明図（ａ）〜（ｃ）である。
【図５】本発明の実施の形態に関わる測定装置全体の正面図である。
【図６】本発明の実施の形態に関わる摩擦力伝達機構の正面図である。
【図７】本発明の実施の形態に関わる測定装置全体の上面図である。
【図８】本発明の実施の形態に関わる測定装置全体の右側面図である。
【図９】本発明の実施の形態に関わる測定装置全体の左側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明に係る実施の形態を図面により説明する。図５は本実施の形態の測定装置全体の正面図を示す。図６は本発明に関わる摩擦力を伝達する機構を示し、この機構は図の右側にある試料保持部７と左側にある格子型ワイヤー掛け５を連絡する試料保持棒１をベアリングを用いた支持部で支えている。図７は測定装置の上面図、図８は測定装置の右側面図、図９は測定装置の左側面図である。
【００１９】
図５に示すごとく、図面左側にあるモータケース１３の内部にはＤＣモータ１５（図８及び図９参照）が収められ、図面の手前から奥に移動可能であるＸ軸ステージ１４に取付けられている。Ｘ軸ステージ１４は装置台２０に固定されている。前記ＤＣモータ１５の回転軸には、板状試料（相手材）を回転させるための試料台１１が接続されている。板状試料は試料台１１上面に例えばリング状の試料押え１２を用いてはさみ固定する。試料台１１上にある板状試料の表面にボール型の試料１０を押し付けた状態で試料台１１を回転させることで摩擦力を発生させる。試料保持部７と分銅を載せる分銅皿６が試料保持棒１の右側に取りつけてあり、格子型ワイヤー掛け５が試料保持棒１の左側に取り付けてある。この試料保持棒１はＺ軸ステージ１６に取りつけられた支持軸固定部４の中にある支持部２で支持されている。Ｚ軸ステージ１６は装置台２０に固定されている。装置台２０の上部右側にある力検出部１９にはロードセル（力検出器）が用いられている。力検出部１９は上下に移動可能なＺ軸ステージ１８に取付けられている。前記Ｚ軸ステージ１８は図の左右方向に移動可能なＹ軸ステージ１７に取付けられている。Ｙ軸ステージ１７は装置台２０に固定されている。
【００２０】
図６に示すごとく、試料保持棒１の図示左側の部分には、試料保持棒１の下方にある位置で試料を保持する試料保持部７が取り付けられており、試料保持棒１の図示右側の部分には、試料保持棒１の下方にある位置に至る格子型ワイヤー掛け５が取り付けられている。試料保持棒１は支持軸３にはめられた、例えば円筒状のボールベアリングを用いた支持部２（上記軸受構造に相当する。）の外周面（円筒面）に支持されており、リング型のカウンターウエイト２３により水平に保たれる。
【００２１】
試料保持棒１は左側を旋盤により細く加工するなどの方法で形成した先端部において連結部８と連絡している。右側はドリルで穴をあけるなどの方法で形成した取付部において格子型ワイヤー掛け５が取り付けられている。試料保持棒１の中央には逆Ｕ字型にフライスで加工するなどの方法で形成した下方に向いた凹溝部（加工部）１ａが設けてある。逆Ｕ字型の凹溝部１ａの上辺の表面はフライス仕上げなどで平滑に形成され、凹溝部１ａの上辺にある角は例えばＲ１で丸め加工してある。
【００２２】
図１及び図２に示すように、凹溝部１ａの上辺は試料保持棒１の延在方向に沿った面（平坦面）であり、この上辺に支持部２の外周面が支持軸３の軸線と試料保持棒１の軸線が直交する状態で線状に接触している。凹溝部１ａの左右幅は支持部２の径より大きく、その左右側面は支持部２に接していないが、試料保持部１を水平に保つ際に試料保持棒１が左右に大きく転がらないようにするストッパーの役割を担っている。支持軸３は上記支持軸固定部４に固定されている。支持部２の外周面は軸受構造によって支持軸３の周りを小さな回転抵抗で回転するように構成されている。これにより、支持部２の外周面が試料保持棒１の上記凹溝部１ａの上辺に当接したまま、当該上辺の表面に沿って試料保持棒１がその延在方向に小さな抵抗で移動可能になるように構成される。
【００２３】
試料保持棒１の凹溝部１ａの上辺の表面と支持部２の外周面との当接点は、支持体である支持軸固定部４に対する試料保持棒１の支点を形成する。そして、試料保持棒１は当該支点を中心として回動可能に支持された状態となっている。試料保持棒１は上記支点の両側に延在し、上記支点の一方の側の部分には下方に延在する試料保持部７が取り付けられ、他方の側の部分には下方に延在する部分を含む格子型ワイヤー掛け５が取り付けられる。
【００２４】
試料保持部７は板状試料と直接接するボール型の試料１０を全ねじとボルトなどで固定する筒状の保持具９および試料保持棒１とつなぐ役割を持つ結合部８の２つから構成される部分である。結合部８の上部には上記分銅皿６が取り付けられている。
【００２５】
格子型ワイヤー掛け５は、縦方向に延在する姿勢で試料保持棒１に貫通した状態で取り付け配置された例えばアルミ製の全ねじで構成される２本の主材５Ａと、横方向に延在する姿勢で配置された例えばＲ１０のアルミ製の円柱材で構成される２本の補強材５Ｂとを有する格子型に構成されている。補強材５Ｂは試料保持棒１から上下に離間した位置でそれぞれ例えばボルトを用いて挟むことで全ねじからなる２本の主材５Ａの間を連結するように固定されている。格子型ワイヤー掛け５を主材５Ａと補強材５Ｂで格子状に構成することで、重量の増加を抑制しつつ、ワイヤー掛けが主材５Ａ一本のみで構成される状態に比べ大きくモーメントが低減するためより精度の高い測定結果が得られる。特に、２本の補強材５Ｂを主材５Ａの試料保持棒１に対する貫通部の上方位置と下方位置でそれぞれ主材５Ａ間を連結するように構成することにより、極めて高い剛性を確保することができる。
【００２６】
力検出部１９は水平に架設されたワイヤー２２に加わる力を検出するようになっている。このワイヤー２２は図の右側の主材５Ａ（全ねじ）の下部に引掛けられるなどの方法でワイヤー掛け５に接続される。ワイヤー２２は延長線上に試料の接触点があるように接続される。また、ワイヤー２２の延長方向（図示例では水平方向）が後述する摩擦力の方向（同じく水平方向）と一致することが望ましい。このようにすれば、アッベの測定原理に基づいて、精度のよい摩擦力の検出が可能となる。
【００２７】
ワイヤー２２はロードセルが用いられている力検出部１９の上部に取付けられているボルト２１で挟み込み固定する。力検出部１９はＹ軸ステージ１７とＺ軸ステージ１８に取付けられており、Ｙ軸ステージ１７によって力検出部１９の上下の調整が可能になり、Ｚ軸ステージ１８によって左右の調整が可能になっている。これらのＹ軸ステージ１７及びＺ軸ステージ１８は、力検出部１９の検出軸（ワイヤー２２）を試料１０が受ける摩擦力と同軸となるように調整する検出軸調整機構に相当する。
【００２８】
試料台１１には測定する板状試料が直接載るため試料台上面が水平となるように加工した。試料台１１には板状試料（の外周）を抑える役目のある試料押え１２がボルト４つなどで固定されるようになっている。前述の試料台１１の下にはＤＣモータ１５が設置され、前述のＤＣモータ１５によって試料台１１と試料押え１２が回転する。ＤＣモータ１５はモータケース１３で囲われており、モータケース１３はＸ軸ステージ１４に載っている。前述のＸ軸ステージ１４によって、試料台１１は図の手前から奥に移動可能であり、これにより回転の半径を調整可能である。この試料台１１は摩擦試験部に相当する。
【００２９】
Ｚ軸ステージ１６は、装置台２０と一体になっている。Ｚ軸ステージ１６によって支持軸固定部４及び試料保持棒１の上下調節が可能である。装置台２０は水平が保たれており今回の試験機には最適である。
【００３０】
本実施形態の摩擦試験装置では、以下のようにして試料１０と板状試料（相手材）の間の摩擦力を測定する。まず、Ｚ軸ステージ１６を用いて支持軸固定部４を上昇させ、試料保持部７の保持具９に保持される試料１０が試料台１１上の板状試料に接触しないようにし、また、ワイヤー２２を格子型ワイヤー掛け５から外しておくか、或いは、ワイヤー２２を力検出部１９から外しておく。さらに、分銅皿６に分銅（錘）を載せていない状態とし、試料保持棒１の支点の両側の重量バランスをとり、試料保持棒１が水平になるようにカウンターウエイト２３の位置を調整する。試料保持棒１が水平になったら、Ｚ軸ステージ１６を用いて支持軸固定部４を降下させ、試料１０を板状試料の表面に接触させる。このとき、試料保持棒１の水平姿勢が保たれるようにすると、試料１０と相手材の接触点に加わる荷重を実質的に０に設定することができる。また、ワイヤー掛け５にワイヤー２２を接続し、試料保持棒１によって伝達される摩擦力を力検出部１９で検出できるようにする。ここで、力検出部１９の位置をＹ軸ステージ１７及びＺ軸ステージ１８により調整することで、ワイヤー２２の高さと延長方向を試料台１１上の試料１０と板状試料の接触点の高さと当該接触点で生ずる摩擦力の方向に一致させ、検出軸を摩擦力と同軸に設定する。
【００３１】
次に、上記分銅皿６上に分銅（錘）を載せて試料１０と板状試料の接触点に荷重を与える。この荷重は摩擦力測定時の垂直抗力を与える。そして、試料台１１を回転駆動して板状試料を回転させることで、試料１０と板状試料の間に摩擦力を生じさせる。このとき、試料保持部７が受ける摩擦力は試料保持棒１に伝達され、ワイヤー掛け５及びワイヤー２２を介して力検出部１９において検出される。なお、本実施形態の場合には試料保持棒１がその延在方向に移動可能に構成されているため、上記の重量バランスの調整後の固定部４の降下過程及びその後の試料１０の接触時に試料保持棒１が不安定になる場合がある。このため、上記方法とは異なり、重量バランスを調整して試料保持棒１を水平にした時点で分銅を載せて試料１０を接触させてから、試料保持棒１が再び水平になるまで固定部４を降下させることが好ましい。これによれば、試料保持棒１の揺れを防止して安定した状態で調整作業ができる。
【００３２】
本実施形態では、図１に示すような試料保持棒１を支持軸固定部４（支持体に相当する。）に支持する構造として、支持軸固定部４に固定された支持軸３に取り付けられた支持部２に軸受構造を用い、この軸受構造を介して試料保持棒１を支持する態様で、支持部２の外周面上に支点が形成される。このことで、試料保持棒１が軸受構造の小さな抵抗で容易にその延在方向に移動可能に構成される。このため、試料保持棒１が試料１０と相手材表面の間に発生した摩擦力を図の右側にあるロードセルなどの力検出部１９に損失なく伝達できる。図１に示す左向きの点線で示す矢印が摩擦力の発生方向である。摩擦力は試料保持棒１の延在方向に一致するように発生させる。本実施形態においては、支持軸固定部４に対して試料保持棒１をその延在方向に移動可能に構成する軸受構造を設けている。したがって、摩擦力の発生方向に試料保持棒１が移動可能となるように試料保持棒１は支持部２に支持されている。試料保持棒１は支持部２に支持された状態で、カウンターウエイト２３を図１に示す左右方向の点線で示す矢印方向に動かすことで水平に保つことができ、試料１０に所定の荷重を試料１０や試料保持部７の質量に影響されることなくかけることができる。
【００３３】
本実施形態は支持部２に軸受構造を使用することにより試料保持棒１が摩擦力の発生する方向に移動可能な機構を提供するものである。そのため支持部２は支持軸３と試料保持棒１が直交する構成において、支持軸３と試料保持棒１の間に接触して（介在して）軸受機能を奏するように構成されている。ただし、図２に示すように、支持部２は支持軸３により支持軸固定部４に固定される構造に限らず、図３に示すように支持部２が支持軸固定部４の両端に試料保持棒１を挟んで配置するような構造も提案できる。この場合、本実施形態では図２に示すように試料保持棒１が支持部２に当接することで支点が形成されるとともに支持部２がその軸受機能により支持軸固定部４に固定された支持軸３に対して回転可能に軸支されているが、これとは逆に、図３に示すように支持部２がその軸受機能により試料保持棒１に固定された支持軸３に対して回転可能に軸支されるとともに支持部２が固定部４（図示例では固定部４に設けられた開口部の内面のうち平坦な下辺）に当接することで支点が形成されるように構成してもよい。すなわち、試料保持棒１と固定部４の間において、支持部２の軸受構造が支点に対して固定部４の側と試料保持棒１の側のいずれの側に存在していてもよい。
【００３４】
ほかにも、図４に示すように試料保持棒１と平行に配置された補助リンク１′を設け、試料保持棒１が上記と同様に支持部２により支持体である固定部４に支持され、補助リンク１′は直接固定部４には支持されていない態様とするとともに、試料保持部７と格子型ワイヤー掛け５が図示上下に配置された前記試料保持棒１と補助リンク１′に対してそれぞれ軸受２４のようななめらかに動くピンで留めてあるなどの回動自在な連結点で連結されてなる平行リンクの機構を設けてもよい。この場合には、測定時において試料１０及び試料保持部７が摩擦試験部の動作に応じて僅かな上下動を生じても試料保持部７とワイヤー掛け５の姿勢が維持されるとともに機構の剛性が高められるため、測定精度の低下を抑制できる。また、支持部２が図示前後に配置された二本の試料保持棒１により挟まれた形状など、さまざまな形状が提案でき、支持軸３で支持された支持部２や支持固定部４、試料保持棒１の配置や形状には本発明は依存しない。支持部２には、玉軸受、ころ軸受などの転がり軸受、すべり軸受けなどのほか空気軸受といった空気圧や磁気軸受といった磁気浮揚力などにより支持する機構（摩擦抵抗の小さな軸受機構）も用いることができる。
【００３５】
試料保持部７は試料１０を固定でき、試料保持棒１の支点の一方の側の部分と連結できる。試料保持棒１の支点の反対側の部分（右側）には上述の格子型ワイヤー掛け５などの力検出部１９に対する連結構造が取り付けられる。格子型ワイヤー掛け５は、縦方向に配置された２本の主材（軸）５Ａと横方向に配置された２本の補強材５Ｂから構成される格子型になっている。力検出部１９の一部を構成するワイヤー２２は図の右側の主材５Ａの下部に引掛けられる。これにより、試料保持棒１に対して下方に配置される試験部位（試料１０と相手材との接触点すなわち摩擦力が生ずる位置）と力検出部１９の検出位置とを上下方向に近づけることができ、特に上述のようにワイヤー２２は延長線上に試料の接触点があるように接続できる。そして、摩擦力の発生位置及び発生方向と力検出部１９の検出位置及び検出方向（ワイヤー２２の延長方向）とが一致するように調整すれば、すなわち、摩擦力の発生方向と摩擦力の検出測定軸を同一軸線上に配置することで、アッベの原理を満足することができ、精度のよい摩擦力検出が可能である。上記のように試料保持棒１において支点の一方と他方の側にそれぞれ試料保持部７と力検出部１９が接続されることにより、支点の両側の重量の本来的な偏りを軽減して全体構成を簡易なものとすることができるとともに、試料保持棒１の支点に加わる全荷重を低減することができるため、支点において生ずる摩擦抵抗を軽減することができ、これによって軸受構造を用いた利点をさらに高めることができる。
【００３６】
また、本実施形態の摩擦力伝達・検出機構を用いることにより軸受構造により試料保持棒１が支持体に対して延在方向に移動可能に支持されるので力検出部１９と摩擦力発生部分を分離（離間）する（支点の反対側に配置する）ことが可能であり、摩擦力発生部分で発生する振動などの影響を受けにくくなる。さらに、摩擦力発生部や支持部２に力検出部１９が直接接触していないためこの部分の機構が大きく複雑になることがない。したがって、全体の機構が簡便で小さくすることが可能であり、軽量化も容易である。
【００３７】
また、格子型ワイヤー掛け５を格子状にすることで、重量の増加を抑制しつつ、ワイヤー掛けが一本のみでの状態に比べ大きく摩擦力発生やモーメントが低減するためより精度の高い測定結果が得られる。
【００３８】
本発明の実施の形態による摩擦力伝達・検出能力を評価するために、ワイヤー２２に固定滑車を介して分銅を引掛け、力検出部１９に荷重をかけた場合（ケース１）と、図４の状態で試料１０に固定滑車を介して分銅を引掛け、力検出部１９に荷重をかけた場合（ケース２）の出力電圧測定結果を表１に示す。表１で示されたとおり出力電圧の誤差は最大で３．２％であり、この試験で用いた力検出部１９のロードセルの出力誤差が５％であるため、摩擦力伝達の際の支持部２での摩擦損失は非常に小さく、摩擦力検出が精度よく行えていることが確認できる。なお、誤差の右側の括弧内に付した＋と−は、試料保持棒１を介して検出した際の検出値の増減を示したものである。
【００３９】
【表１】
2013186060.tif 000003
【００４０】
また、測定精度、軽量化、及び、機構の簡易性の三点について、それぞれ、本実施形態の各実施例と、上記特許文献１の構成を想定した比較例１と、上記特許文献２の構成を想定した比較例２と、上記特許文献３を想定した比較例３とを対比して示す。これによれば、上記三点についてはいずれも本実施形態の構成が最も有効であり、著しく高い総合評価を得ることができる。なお、軽量化は支点における摩擦抵抗の軽減や各部構造体の撓みの低減により測定精度に対し好適に影響する。また、軽量化と機構の簡易性は相互に大きな相関を有するとともに、調整作業の容易化や製造コストの低減をもたらす上で共に有用である。
【００４１】
【表２】
2013186060.tif 000004
【００４２】
尚、本発明に係る摩擦力伝達・検出機構及びこれを用いた摩擦試験装置は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、上記実施形態では支持部２の軸受構造の外周面上に支点を形成するように構成しているが、単なる凸曲面と延在方向に平坦な面の当接構造により支点を形成し、凸曲面の当接点が平坦な面に沿って移動可能となるように構成してもよい。また、上記実施形態では試料保持棒１のうち試料保持部７と接続される側とは支点を挟んで反対側にワイヤー掛け５を接続して力検出部１９に連結しているが、力検出部１９は試料保持部７が受ける摩擦力を試料保持棒１を介して検出するものであれば如何なる検出構成を採用してもよい。
【符号の説明】
【００４３】
１  試料保持棒
２  支持部（軸受構造）
３  支持軸
４  支持軸固定部
５  格子型ワイヤー掛け
６  分銅皿
７  試料保持部
８  結合部
９  保持具
１０  試料
１１  試料台
１２  試料押え
１３  モータケース
１４  X軸ステージ
１５  DCモータ
１６  Z軸ステージ
１７  Y軸ステージ
１８  Z軸小ステージ
１９  力検出部
２０  装置台
２１  ボルト
２２  ワイヤー
２３  カウンターウエイト
２４  軸受
【図１】
2013186060.tif 000005
【図２】
2013186060.tif 000006
【図３】
2013186060.tif 000007
【図４】
2013186060.tif 000008
【図５】
2013186060.tif 000009
【図６】
2013186060.tif 000010
【図７】
2013186060.tif 000011
【図８】
2013186060.tif 000012
【図９】
2013186060.tif 000013