(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の摩擦試験材の一方を保持して回転可能に支持された第１軸と、
その他方を保持して前記第１軸に向かって移動可能に支持され、所定荷重を付与する第２軸と、
第１軸の回転に伴う前記一対の摩擦試験材の摩擦により生じる前記第２軸のトルクを検出するトルク検出装置と、
前記第１軸及び第２軸の両方又は少なくとも一方に組み込まれる超音波振動発生機とを備えることを特徴とする超音波振動付加型摩擦試験機。
【請求項２】
前記超音波振動発生機が前記第２軸に組み込まれていることを特徴とする請求項１記載の超音波振動付加型摩擦試験機。
【請求項３】
前記超音波振動発生機は、超音波振動子と、所定の超音波を与える共振用ホーンとを有し、前記超音波振動子と共振用ホーンは交換可能に設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の超音波振動付加型摩擦試験機。
【請求項４】
前記テストピンと前記テストプレートと前記超音波振動発生機とを種々の雰囲気下に保つボックス内に設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の超音波振動付加型摩擦試験機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、摩擦試験機に関し、特に、超音波振動を付加する摩擦試験機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から超音波振動印加に関する実験は、実際の機械摺動部や塑性加工中の工具に超音波を印加するとによって行われていた（直接試験法）。例えば、引き抜き加工においては、引き抜きダイスに直接ホーンを取り付けることによって超音波振動を印加し、その加工力や加工限界を求めてその超音波の効果を評価している。また、絞り加工においては、絞りダイス又はしわ抑え板に直接超音波振動を印加し、加工力又は限界絞り比によって評価している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、直接試験法では、得られたデータがその条件だけに有効であり、汎用性が無いという問題点があった。尚、直接試験法で得られたデータに汎用性が無いのは、ダイスの形状や材質や加工速度等の条件が多少変化しただけでもこれらの値は大きく変化してしまうためである。
【０００４】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、摩擦状態のシミュレーション試験により汎用性あるデータを得ることができる超音波振動付加型摩擦試験機を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、一対の摩擦試験材の一方を保持して回転可能に支持された第１軸と、その他方を保持して前記第１軸に向かって移動可能に支持され、所定荷重を付与する第２軸と、第１軸の回転に伴う前記一対の摩擦試験材の摩擦により生じる前記第２軸のトルクを検出するトルク検出装置と、前記第１軸及び第２軸の両方又は少なくとも一方に組み込まれる超音波振動発生機とを備えることを特徴とする。
これにより、一対の摩擦試験材に超音波振動を与えることによって、簡単に種々の摩擦状態のシミュレーション試験ができるため、汎用性のあるデータを簡単に得ることができる。
【０００６】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明の構成に加えて、前記超音波振動発生機が前記第２軸に組み込まれていることを特徴とする。
これにより、超音波振動を付加するための機構と配線が簡易になり、一対の摩擦試験材の超音波振動付与のシミュレーション試験が容易に実現できる。
【０００７】
請求項３記載の発明は、請求項１又は請求項２記載の発明の構成に加えて、前記超音波振動発生機は、超音波振動子と、所定の超音波を与える共振用ホーンとを有し、前記超音波振動子と共振用ホーンは交換可能に設けられていることを特徴とする。
これにより、超音波振動モードを一層簡単に変えることができ、簡単に種々の摩擦状態のシミュレーション試験ができるため、汎用性のあるデータを簡単に得ることができる。
【０００８】
請求項４記載の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の発明の構成に加えて、前記テストピンと前記テストプレートと前記超音波振動発生機とを種々の雰囲気下に保つボックス内に設けられていることを特徴とする。
これにより、ボックス内の雰囲気を変えることができ、簡単に種々の摩擦状態のシミュレーション試験ができるため、汎用性のあるデータを簡単に得ることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態として、請求項２による第２軸に超音波振動発生機が組み込まれている場合を例に説明する。図１に示すように、超音波振動付加型摩擦試験機１は、第２軸３０を支持する基台１５上に第１軸回転駆動部２を備えており、第１軸７を第２軸３０に対して回転させて第２軸３０のトルクを測定することによって摩擦試験を行えるようになっている。
【００１０】
上記第１軸回転駆動部２は、可変速モータ３と、タイミングベルト４と、軸受けボックス５と、支柱６と、第１軸７とを有しており、第１軸７を回転させるようになっている。基台１５上には、ボックス１１及び支柱６が設けられており、その支柱６には可変速モータ３及び軸受けボックス５が設けられている。また、可変速モータ３の回転軸は、タイミングベルト４を介して軸受けボックス５内の第１軸７に接続されており、第１軸７を回転させるようになっている。この第１軸７は、上記のボックス１１内に挿入されており、その先端には、ピンホルダ８を介してテストピン（摩擦試験材）９が設けられている。尚、このピンホルダ８は、必要に応じてテストピン９を取り替え可能になっている。
【００１１】
上記基台１５内には、駆動部２３と、第２軸昇降部２９と、第２軸３０と、超音波発生装置１９と、コントローラ１８とが配設されている。上記の駆動部２３は、サーボモータ２０と、ギヤ減速機２１と、カップリング２２とを有しており、サーボモータ２０の駆動力をギヤ減速機２１、カップリング２２を介してウォームギヤボックス型ジャッキ２４に伝達するようになっている。
【００１２】
上記第２軸昇降部２９は、ウォームギヤボックス型ジャッキ２４を介して駆動部２３に接続されており、第２軸３０を昇降させるようになっている。この第２軸昇降部２９は、昇降ネジ２５に延設される下側負荷バネケース２６と、負荷バネ２７と、上側負荷バネケース２８とを有しており、昇降ネジ２５の回転により下側負荷バネケース２６と上側負荷バネケース２８とを接触させて、上側バネケース２８を押し上げるようになっている。そして、上側バネケース２８に延設される第２軸３０を負荷バネ２７の弾性力により位置決めするようになっている。
【００１３】
上記第２軸３０は、昇降ガイド３１により基台１５内で支持されており、その先端が基台１５上から上記のボックス１１内に伸びている。また、この第２軸３０の先端には、超音波振動発生器１４を介してテストプレート１０（摩擦試験材）が設けられている。さらに、第２軸３０には、ワイヤー３３を介してトルク測定ロードセル１７（トルク検出装置）が接続されている。
【００１４】
上記超音波振動発生機１４は、超音波振動子１３と、共振用ホーン１２とを有しており、テストプレート１０に振動を与えるようになっている。この超音波振動子１３は、超音波振動発生装置１９の出力信号により信号ケーブルを介して振動するようになっている。また、共振用ホーン１２及び超音波振動子１３は交換可能になっており、超音波振動の振動モードを変換できるようになっている。尚、共振用ホーン１２及び超音波振動子１３を交換する際には、第２軸３０の下部に設けられた押し下げ装置３４により、第２軸３０を押し下げて交換する。ボックス１１は、第１軸７の摺動部及び第２軸３０の摺動部をシールしており、ボックス１１内を所定の雰囲気に保持するようになっている。
【００１５】
上記コントローラ１８には、超音波発生装置１９と、サーボモータ２０と、環境設定器３２と、可変速モータ３と、トルク測定ロードセル１７とが接続されており、各装置３・１９・２０・３２・１７を制御するようになっている。超音波発生装置１９は、コントローラ１８の指令に基づいて所定の超音波信号を発生するようになっている。また、環境設定器３２は、ボックス１１内の雰囲気を制御するようになっている。さらに、トルク測定ロードセル１７は、基台１５上の支持台１６に設けられており、第２軸３０のトルクを検出するようになっている。このトルク測定ロードセル１７は、第１軸７の回転により連れ回りする第２軸３０によってワイヤー３３が引かれると、それにより第２軸３０のトルクを検出するようになっている。
【００１６】
以上のように、本実施形態に係る超音波振動付加型摩擦試験機１は、第２軸昇降部２９により第２軸３０を押し上げて、テストプレート１０をテストピン９に接触する所定位置に位置決めし、テストピン９に対して所定荷重を付与するようになっている。そして、超音波発生装置１９及び超音波振動発生機１４によりテストプレート１０を振動させ、テストピン９を、振動したテストプレート１０に接触させながら回転させるようになっている。このテストピン９の回転により、第２軸３０がテストプレート１０を介して連れ回りし、ワイヤー３３を引っ張るようになっている。本実施形態に係る超音波振動付加型摩擦試験機１は、ワイヤー３３が引かれると、トルク測定ロードセル１７により第２軸３０のトルクを検出させ、測定データをコントローラに送信させるようになっている。
【００１７】
次に、本実施形態に係る超音波振動付加型摩擦試験機１の動作を図１に基づいて説明する。オペレータは、テストプレート１０を第２軸３０の先端にセットし、必要に応じてテストピン９を取り替える。
【００１８】
サーボモータ２０は、コントローラ１８から駆動指令を受信すると、その駆動力をギヤ減速機２１、カップリング２２を介してウォームギヤボックス型ジャッキ２４に伝達する。ウォームギヤボックス型ジャッキ２４から駆動力が伝達されると、昇降ネジ２５が上昇する。そして、下側負荷バネケース２６と上側負荷バネケース２８とが接触すると、第２軸３０を押し上げ、テストプレート１０が負荷バネ２７の弾性力によりテストピン９に接触するように、所定位置に位置決めされる。
【００１９】
次に、超音波発生装置１９から、コントローラ１８の指令に基づいて所定の超音波信号を出力する。この超音波信号は信号ケーブルを介して超音波振動子１３を振動させ、共振用ホーン１２により増幅される。これにより、テストプレート１０が振動する。一方、可変速モータ３は、コントローラ１８から駆動指令を受信すると、その駆動力をタイミングベルト４を介して第１軸７に伝達し、テストピン９を回転させる。これにより、テストピン９は、振動するテストプレート１０に接触しながら回転する。このテストピン９の回転に伴い、第２軸３０がテストプレート１０を介して連れ回りし、ワイヤー３３を引っ張る。ワイヤー３３が引かれると、トルク測定ロードセル１７により第２軸３０のトルクを検出し、測定データをコントローラに送信する。これにより、テストプレート１０に係る負荷と、第２軸のトルクとから摩擦係数を算出することができる。
【００２０】
また、共振用ホーン１２及び超音波振動子１３を交換したり、超音波発生装置１９の超音波の周波数を変更したり、ボックス１１内の雰囲気を変えることにより、簡単に種々の摩擦状態のシミュレーション試験ができる。このように、超音波振動付加型摩擦試験機１によれば、超音波振動を与えることによって、簡単に種々の摩擦状態のシミュレーション試験ができるため、汎用性のあるデータを簡単に得ることができる。
【００２１】
【発明の効果】
請求項１記載の発明は、一対の摩擦試験材の一方を保持して回転可能に支持された第１軸と、その他方を保持して前記第１軸に向かって移動可能に支持され、所定荷重を付与する第２軸と、第１軸の回転に伴う前記一対の摩擦試験材の摩擦により生じる前記第２軸のトルクを検出するトルク検出装置と、前記第１軸及び第２軸の両方又は少なくとも一方に組み込まれる超音波振動発生機とを備える構成である。
これにより、一対の摩擦試験材に超音波振動を与えることによって、簡単に種々の摩擦状態のシミュレーション試験ができるため、汎用性のあるデータを簡単に得ることができるという効果を奏する。
【００２２】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明の構成に加えて、前記超音波振動発生機が前記第２軸に組み込まれている構成である。
これにより、超音波振動を付加するための機構と配線が簡易になり、一対の摩擦試験材の超音波振動付与のシミュレーション試験が容易に実現できるという効果を奏する。
【００２３】
請求項３記載の発明は、請求項１又は請求項２記載の発明の構成に加えて、前記超音波振動発生機は、超音波振動子と、所定の超音波を与える共振用ホーンとを有し、前記超音波振動子と共振用ホーンは交換可能に設けられている構成である。
これにより、超音波振動モードを一層簡単に変えることができ、簡単に種々の摩擦状態のシミュレーション試験ができるため、汎用性のあるデータを簡単に得ることができるという効果を奏する。
【００２４】
請求項４記載の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の発明の構成に加えて、前記テストピンと前記テストプレートと前記超音波振動発生機とを種々の雰囲気下に保つボックス内に設けられている構成である。
これにより、ボックス内の雰囲気を変えることができ、簡単に種々の摩擦状態のシミュレーション試験ができるため、汎用性のあるデータを簡単に得ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る超音波振動付加型摩擦試験機を説明する図である。
【符号の説明】
１  超音波振動付加型摩擦試験機
２  第１軸回転駆動部
３  可変速モータ
４  タイミングベルト
５  軸受けボックス
６  支柱
７  第１軸
８  ピンホルダ
９  テストピン
１０  テストプレート
１１  ボックス
１２  共振用ホーン
１３  超音波振動子
１４  超音波振動発生機
１５  基台
１６  支持台
１７  トルク測定ロードセル
１８  コントローラ
１９  超音波発生装置
２０  サーボモータ
２１  ギヤ減速機
２２  カップリング
２３  駆動部
２４  ウォームギヤボクス型ジャッキ
２５  昇降ネジ
２６  下側負荷バネケース
２７  負荷バネ
２８  上側負荷バネケース
２９  第２軸昇降部
３０  第２軸
３１  昇降ガイド
３２  環境設定器
３３  ワイヤー
３４  押し下げ装置
【図１】
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