(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
下位物体、上位物体及び両物体を摺動する摺動部Ａからなる供試体に垂直荷重を付加する垂直荷重付加手段と、下位物体と上位物体を相対的に滑らせるための水平荷重を付加する水平荷重付加手段とを備えて摺動部Ａの摩擦力を計測する摩擦力計測装置において、
前記下位物体下に設けた摺動部Ｂと、前記上位物体上に設けた摺動部Ｃと、前記下位物体の２倍の質量を有し前記摺動部Ｃ上に設けた質量体と、該質量体上に設けた摺動部Ｄと、該摺動部Ｄ上に設けた受圧板とを備えると共に、前記摺動部Ｂと前記摺動部Ｃと前記摺動部Ｄは同一の形状及び大きさとし、前記下位物体及び前記質量体に対して同時に前記水平荷重付加手段による水平方向の荷重を付加するための連結機構と、前記上位物体の水平方向の移動を拘束する拘束手段と、前記連結機構と前記下位物体の間に介装され前記下位物体に付加される水平方向の荷重を計測する荷重検出器Ｋ１と、前記連結機構と前記質量体の間に介装され前記質量体に付加される水平方向の荷重を計測する荷重検出器Ｋ２と、前記垂直荷重付加手段と前記受圧板の間に介装され前記受圧板に付加される垂直方向の荷重を計測する荷重検出器Ｋ３とを備え、前記垂直荷重付加手段により前記受圧板と前記摺動部Ｄと前記質量体と前記摺動部Ｃを介して供試体に垂直荷重を付加すると共に、前記水平荷重付加手段により前記下位物体及び前記質量体に水平荷重を付加して得られる前記荷重検出器Ｋ１の出力Ｘ１及び前記荷重検出器Ｋ２の出力Ｘ２から摺動部Ａの摩擦力Ｙを
Ｙ＝Ｘ１−Ｘ２／２
なる演算から求めるようにしたことを特徴とする摩擦力計測装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、摺動部を有する供試体の摺動時の摩擦力の測定、特にコロやレール式の扉などの小さな摩擦力の計測、加速度が大きな場合の摩擦力の計測あるいは摩擦力に対する加速度や速度の依存性を調べるための性能を備えた摩擦力計測装置及び摩擦力計測方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、上記のような摩擦力の計測には、下位物体又上位物体へ２軸荷重検出器を取り付けて水平・垂直荷重を検出して摩擦力を計測したり、荷重を付加するために用いられるベアリングの摩擦力の補正や上位物体が下位物体に対して相対的に移動する場合の加速度の補正を行わずに摩擦力を計測する摩擦力計測装置や摩擦力計測方法が用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の摩擦力の計測のように２軸荷重検出器を用いた場合には、水平方向から垂直方向に対して約１％、垂直方向から水平方向に対して約２％の荷重移動、すなわちクロストークが発生し、これにより計測誤差を生じるという問題がある。
また、ベアリングによる摩擦力が荷重検出器により検出される荷重に対して無視できないような大きさである場合、あるいは加速度に比例した慣性力によって荷重検出器に現れる出力成分が荷重検出器により検出される荷重に対して無視できない大きさである場合、いずれも正確な摩擦力が検出できないという問題がある。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、上記のような計測分野に対しても、正確な摩擦力を計測できる摩擦力計測装置及び摩擦力計測方法を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明の摩擦力計測装置は、下位物体、上位物体及び両物体を摺動する摺動部Ａからなる供試体に垂直荷重を付加する垂直荷重付加手段と、下位物体と上位物体を相対的に滑らせるための水平荷重を付加する水平荷重付加手段とを備えて摺動部Ａの摩擦力を計測する摩擦力計測装置において、前記下位物体下に設けた摺動部Ｂと、前記上位物体上に設けた摺動部Ｃと、前記下位物体の２倍の質量を有し前記摺動部Ｃ上に設けた質量体と、該質量体上に設けた摺動部Ｄと、該摺動部Ｄ上に設けた受圧板とを備えると共に、前記摺動部Ｂと前記摺動部Ｃと前記摺動部Ｄは同一の形状及び大きさとし、前記下位物体及び前記質量体に対して同時に前記水平荷重付加手段による水平方向の荷重を付加するための連結機構と、前記上位物体の水平方向の移動を拘束する拘束手段と、前記連結機構と前記下位物体の間に介装され前記下位物体に付加される水平方向の荷重を計測する荷重検出器Ｋ１と、前記連結機構と前記質量体の間に介装され前記質量体に付加される水平方向の荷重を計測する荷重検出器Ｋ２と、前記垂直荷重付加手段と前記受圧板の間に介装され前記受圧板に付加される垂直方向の荷重を計測する荷重検出器Ｋ３とを備え、前記垂直荷重付加手段により前記受圧板と前記摺動部Ｄと前記質量体と前記摺動部Ｃを介して供試体に垂直荷重を付加すると共に、前記水平荷重付加手段により前記下位物体及び前記質量体に水平荷重を付加して得られる前記荷重検出器Ｋ１の出力Ｘ１及び前記荷重検出器Ｋ２の出力Ｘ２から摺動部Ａの摩擦力Ｙを
Ｙ＝Ｘ１−Ｘ２／２
なる演算から求めるようにしたことを特徴とする。
本発明の摩擦力計測装置及び摩擦力計測方法は上記のように構成されており、荷重付加により発生するクロストークや速度及び加速度による影響を除去し、正確な摩擦力を計測することができる。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。図１は摺動部１ａ、下位物体１ｂ及び上位物体１ｃからなる供試体１の摺動部１ａの摩擦力を計測する場合の概略構成図を示したものである。この場合、摺動部１ａは下位物体１ｂあるいは上位物体１ｃのいずれに付属されていてもよい。
本摩擦力計測装置は、摩擦力の小さいベアリング等を用いた供試体１を搭載するための摺動部２と、供試体１上に設けた摺動部３を有し、下位物体１ｂの２倍の質量をもつ質量体４と、前記下位物体１ｂ及び質量体４に水平方向の荷重を付加するための連結機構５及び水平荷重付加機構としての油圧を用いたアクチュエータ６と、受圧板１３を介して供試体１に鉛直方向の荷重を付加するための垂直荷重付加機構としての油圧を用いたアクチュエータ７を基本要素として構成されている。
【０００６】
前記連結機構５は、垂直ヨーク５ａによって水平方向の移動を拘束されると共に、垂直方向に昇降自在のスライドガイド５ｂ、５ｃに水平ヨーク５ｄ、５ｅを固着してなるものである。
前記水平ヨーク５ｄと下位物体１ｂとの間には下位物体１ｂに付加される水平方向の荷重を検出するための荷重検出器８が、水平ヨーク５ｅと質量体４との間には、質量体４に付加される水平方向の荷重を検出するための荷重検出器９がそれぞれ連結され、垂直ヨーク５ａは、フレーム１１に固定したアクチュエータ６に結合されている。
【０００７】
また、上位物体１ｃは水平ヨーク１２ｂを介してフレーム１１に沿って昇降自在のスライダガイド１２ａよって水平方向の移動を拘束されると共に、アクチュエータ７に連結された垂直荷重を測定するための荷重検出器１０及び摩擦力の小さいベアリング等を用いた摺動部１４を介して垂直方向の荷重が付加される。
【０００８】
上記構成の摩擦力計測装置において、アクチュエータ７を駆動して荷重検出器１０を介して受圧板１３に垂直荷重を加えると、この垂直荷重は荷重検出器１０で検出されると共に、それぞれスライドガイド５ｃ、スライドガイド１２ａ及びスライドガイド５ｂにより水平方向での移動を制限された質量体４、上位物体１ｃ及び下位物体１ｂに垂直荷重として伝達される。
【０００９】
上記垂直荷重を加えた状態でアクチュエータ６を駆動して垂直ヨーク５ａを水平方向に移動させると、前記下位物体１ｂはスライドガイド５ｂ、水平ヨーク５ｄ及び荷重検出器８を介し、また前記質量体４はスライドガイド５ｃ、水平ヨーク５ｅ及び荷重検出器９を介してそれぞれ水平方向の荷重が加えられて水平方向に移動すると共に、摺動部１ａ及び摺動部２で摩擦力を発生する。
前記荷重検出器８、９、１０はいずれも一軸荷重検出器であり、荷重検出器８、９は水平方向の荷重、荷重検出器１０は垂直方向の荷重のみを検出する。
【００１０】
前記供試体１の運動方程式より荷重検出器８の出力は、供試体１の摺動部１ａでの摩擦力と、摺動部２での摩擦力及び下位物体１ｂの運動による慣性力の和とバランスする。ここで、荷重検出器８の出力をＦ８、摺動部１ａでの摩擦力をＦ１ａ、摺動部２での摩擦力をＦ２とすると、荷重検出器の出力Ｆ８は（１）式で表すことができる。
Ｆ８＝Ｆ１ａ＋Ｆ２＋（下位物体１ｂの質量）×（加速度）    （１）
また、質量体４の運動方程式より荷重検出器９の出力は、摺動部３での摩擦力と、摺動部１４での摩擦力及び質量体４の運動による慣性力の和とバランスする。ここで、前記荷重検出器９の出力をＦ９、摺動部３での摩擦力をＦ３、摺動部１４での摩擦力をＦ１４とすると、荷重検出器９の出力Ｆ９は（２）式で表すことができる。
Ｆ９＝Ｆ３＋Ｆ１４＋（質量体４の質量）×（加速度）        （２）
【００１１】
さらに、本発明においては、上記の構成と共に前記摺動部２、３、１４の材質、形状及び大きさを同一のものとし、質量体４の質量を下位物体１ｂの２倍にしたものを使用することを特徴点としており、次式の関係が成り立つ。
Ｆ２＝Ｆ３＝Ｆ１４
質量体４の質量＝２×（下位物体１ｂの質量）
以上の関係と下位物体と質量体４が連結されていて同じ加速度で運動することから、供試体１の摺動部１ａの摩擦力Ｆ１ａは（３）式で表すことができる。
Ｆ１ａ＝Ｆ８−Ｆ９／２                                  （３）
すなわち、供試体１の摺動部１ａでの摩擦力は荷重検出器８、９の出力のみから求めることが可能となる。
【００１２】
上記アクチュエータ６、７の制御及び（３）式の計測、演算は図２に示すような荷重検出器８、９、１０、演算制御部１５、油圧サーボ制御装置１６、１７及び変位検出器１８を用いて行われる。
前記アクチュエータ７は、荷重検出器１０の出力が内部設定値と一致するようにフィードバック制御を行う油圧サーボ制御装置１７により駆動される。また、前記アクチュエータ６は、その出力軸に取り付けられた変位検出器１８の出力が内部波形設定値と一致するようにフィードバック制御を行う油圧サーボ制御装置１６により駆動される。
【００１３】
前記演算制御部１５は、荷重検出器８、９、１０及び変位検出器１８からの出力信号を順次切り換えて計測するためのマルチプレクサ１５ａと、そのアナログ出力信号をディジタル入力信号に変換するためのＡ／Ｄ変換器１５ｂと、摩擦力計測のための制御プログラムや（３）式等の演算プログラムを記憶しておくメモリ１５ｄと、前記ディジタル入力信号を用いて（３）式の演算を行うＣＰＵ１５ｃと、その演算結果をディスプレイ又は記録計等の出力装置１５ｆに出力するためのインターフェース１５ｅから構成されている。
【００１４】
本装置による摩擦力の計測は、次の動作手順により行われる。
１）油圧サーボ制御装置１７によりアクチュエータ７を駆動して、所定の垂直荷重を供試体１に加える。
２）油圧サーボ制御装置１６によりアクチュエータ６を駆動して、所定の変位波形で垂直ヨーク５ａを水平移動させる。
３）荷重検出器８、９、１０及び変位検出器１８の出力信号を、マルチプレクサ１５ａ、Ａ／Ｄ変換器１５ｂを介してＣＰＵ１５ｃに取り込む。
４）メモリ１５ｄから（３）式を読み出し、ＣＰＵ１５ｃにおいて摩擦力Ｆ１ａの演算を行う。
５）前記変位検出器１８の出力、摩擦力Ｆ１ａ及び荷重検出器１０の出力等を時系列的に数値データまたは変化曲線としてインターフェース１５ｅを介してＣＲＴやプリンタ等の出力装置１５ｆに出力する。
以上の動作は連続して行われ、試験状態により変化する時事刻々の摩擦力が計測され表示される。上記変位波形を実際の使用状態に合わせることにより、実用状態で発生する摩擦力を計測することができる。
なお、油圧サーボ制御装置１６、１７の内部設定値を前記演算制御器１５で発生させて与えるようにして、摩擦力計測動作をすべて演算制御部の指令によって行うこともできる。また、上記摩擦力を荷重検出器１０の検出信号で除算することにより摩擦係数を求めることも可能である。
【００１５】
【発明の効果】
本発明の摩擦力計測装置及び摩擦力計測方法は上記のように構成されており、供試体を構成する下位物体の２倍の質量を有する質量体を前記下位物体と連結して供試体の上位物体に対して摺動させると共に、前記質量体及び下位物体に発生する摩擦力が等しくなるように構成して、上位物体の慣性力及び供試体周辺の摩擦力を演算によりキャンセルすることにより、供試体に掛かる荷重からのみの摩擦力を取り出すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例による摩擦力計測装置の構成図である。
【図２】本発明による演算制御部の構成図である。
【符号の説明】
１…供試体
１ａ、２、３、１４…摺動部
１ｂ…下位物体
１ｃ…上位物体
４…質量体
５…連結機構
５ａ…垂直ヨーク
５ｂ、５ｃ、１２ｂ…スライドガイド
５ｄ、５ｅ…水平ヨーク
６、７…アクチュエータ
８、９、１０…荷重検出器
１１…フレーム
１３…受圧板
１５…演算制御部
１５ａ…マルチプレクサ
１５ｂ…Ａ／Ｄ変換器
１５ｃ…ＣＰＵ
１５ｄ…メモリ
１５ｅ…インターフェース
１５ｆ…出力装置
１６、１７…油圧サーボ制御装置
１８…変位検出器
【図１】
0004352585.tif 000002
【図２】
0004352585.tif 000003