JP3416663B2 - 微細摩擦摩滅実験装置 - Google Patents
微細摩擦摩滅実験装置Info
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N19/00—Investigating materials by mechanical methods
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
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- G01N19/02—Measuring coefficient of friction between materials
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は微小機械装置に使用
される超小型部品の摩擦摩滅特性の研究に必要な実験装
置に関するもので、特に巻線に電流を印加するときに発
生する磁力（magnetic force）を用いて作用荷重を０．
０３〜２Ｎの範囲内で調節し、精密位置制御の可能なス
テップモーター制御回路を活用して、滑り速度０．１〜
１０ｍｍ／ｓの範囲内で実時間で摩擦摩滅特性を分析す
ることができる微細摩擦摩滅実験装置に関するものであ
る。
される超小型部品の摩擦摩滅特性の研究に必要な実験装
置に関するもので、特に巻線に電流を印加するときに発
生する磁力（magnetic force）を用いて作用荷重を０．
０３〜２Ｎの範囲内で調節し、精密位置制御の可能なス
テップモーター制御回路を活用して、滑り速度０．１〜
１０ｍｍ／ｓの範囲内で実時間で摩擦摩滅特性を分析す
ることができる微細摩擦摩滅実験装置に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】近年、機械及び電気電子技術の急進的な
発達につれて、各種の先端機器が小型化、軽量化してい
る趨勢にあり、これら機器を構成する部品に対する設
計、製作技術に必要な摩擦摩滅特性に関する研究の必要
性が増大している。このような超小型部品の摩擦摩滅特
性研究のためには、試片にかかる荷重が１Ｎ以下であ
り、試片の運動距離を１ｍｍ以内に具現し得る精密実験
装置の開発が要求される。
発達につれて、各種の先端機器が小型化、軽量化してい
る趨勢にあり、これら機器を構成する部品に対する設
計、製作技術に必要な摩擦摩滅特性に関する研究の必要
性が増大している。このような超小型部品の摩擦摩滅特
性研究のためには、試片にかかる荷重が１Ｎ以下であ
り、試片の運動距離を１ｍｍ以内に具現し得る精密実験
装置の開発が要求される。
【０００３】従来の摩擦摩滅実験装置は、１０Ｎ以上の
高荷重と最小往復行程１０ｍｍ以上の実験条件で作動す
るものが大部分である。したがって、従来の摩滅実験装
置は一般的な材料の摩擦摩滅特性を把握するために使用
され、試片に加える荷重と滑り速度が高い範囲にあるた
め、微小機械の摩擦部品のように非常に低い荷重範囲と
低い速度範囲で作動する部品に使用される材料に対する
摩擦摩滅特性を正確に把握することができない。
高荷重と最小往復行程１０ｍｍ以上の実験条件で作動す
るものが大部分である。したがって、従来の摩滅実験装
置は一般的な材料の摩擦摩滅特性を把握するために使用
され、試片に加える荷重と滑り速度が高い範囲にあるた
め、微小機械の摩擦部品のように非常に低い荷重範囲と
低い速度範囲で作動する部品に使用される材料に対する
摩擦摩滅特性を正確に把握することができない。
【０００４】また、従来の摩擦力計測装備は移動する試
片テーブル上に主に装着されるが、このような場合、測
定装置の装着されたテーブルの動きが測定センサーに影
響を及ぼし、計測装備が試片重量による動特性変化の影
響を受けるため、測定誤差が大きくなる問題点がある。
片テーブル上に主に装着されるが、このような場合、測
定装置の装着されたテーブルの動きが測定センサーに影
響を及ぼし、計測装備が試片重量による動特性変化の影
響を受けるため、測定誤差が大きくなる問題点がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明は
前記のような従来技術の問題点を解決するためになされ
たもので、その目的は、巻線に印加される電流により磁
力（magnetic force）を発生する磁力発生手段を用い
て、一対の試片に０．０１Ｎ以下の荷重を付与し、ステ
ップモーターを用いて、試片の往復運動距離を１μｍ以
下に精密に制御することにより、試片の摩擦摩滅特性を
正確に測定し得る微細摩擦摩滅実験装置を提供すること
にある。
前記のような従来技術の問題点を解決するためになされ
たもので、その目的は、巻線に印加される電流により磁
力（magnetic force）を発生する磁力発生手段を用い
て、一対の試片に０．０１Ｎ以下の荷重を付与し、ステ
ップモーターを用いて、試片の往復運動距離を１μｍ以
下に精密に制御することにより、試片の摩擦摩滅特性を
正確に測定し得る微細摩擦摩滅実験装置を提供すること
にある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
の本発明による微細摩擦摩滅実験装置の特徴によると、
上側面に平板試片が固定される作業台と、前記作業台を
水平往復運動させる第１駆動手段と、前記作業台の上側
に位置し、下側面にボール試片が固定される支持台と、
前記平板試片の水平変位を感知する第１感知手段と、前
記支持台を作動させて、ボール試片にて平板試片に一定
の荷重を加える第２駆動手段と、前記ボール試片の変位
を感知する第２感知手段と、前記第１及び第２駆動手段
を設定値によって動作させ、前記感知手段らにより感知
された変位を測定、算出する制御部と、前記制御部から
算出される試片の摩擦摩滅特性を実時間で実験者に表示
するディスプレイ部とから構成される。
の本発明による微細摩擦摩滅実験装置の特徴によると、
上側面に平板試片が固定される作業台と、前記作業台を
水平往復運動させる第１駆動手段と、前記作業台の上側
に位置し、下側面にボール試片が固定される支持台と、
前記平板試片の水平変位を感知する第１感知手段と、前
記支持台を作動させて、ボール試片にて平板試片に一定
の荷重を加える第２駆動手段と、前記ボール試片の変位
を感知する第２感知手段と、前記第１及び第２駆動手段
を設定値によって動作させ、前記感知手段らにより感知
された変位を測定、算出する制御部と、前記制御部から
算出される試片の摩擦摩滅特性を実時間で実験者に表示
するディスプレイ部とから構成される。
【０００７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施例を
添付図面に基づいて詳細に説明する。
添付図面に基づいて詳細に説明する。
【０００８】本発明による微細摩擦摩滅実験装置は、図
１及び図２に示すように、上側面に平板試片１が固定さ
れる作業台４と、前記作業台４を所定区間で一方向に水
平往復運動させる第１駆動手段３と、前記作業台の上側
に位置し、下側面にボール試片２が固定される支持台６
と、前記平板試片１の水平変位を感知する第１センサー
８と、前記支持台６を作動させて、ボール試片２にて平
板試片１に一定の荷重を加える第２駆動手段と、前記ボ
ール試片２に加わる作用荷重を感知する第２センサー９
と、ボール試片２の水平変位を感知する第３センサー１
０と、ボール試片２の垂直変位を感知する第４センサー
１１と、前記センサーらにより感知された変位を測定、
算出して前記駆動手段らの運動速度と荷重を調節する制
御部２００と、前記試片１、２の摩擦摩滅特性を実時間
で実験者に表示するディスプレイ部２０とから構成され
る。ここで、前記各センサーには変位によって起電力を
発生させる誘導起電力センサーが使用される。
１及び図２に示すように、上側面に平板試片１が固定さ
れる作業台４と、前記作業台４を所定区間で一方向に水
平往復運動させる第１駆動手段３と、前記作業台の上側
に位置し、下側面にボール試片２が固定される支持台６
と、前記平板試片１の水平変位を感知する第１センサー
８と、前記支持台６を作動させて、ボール試片２にて平
板試片１に一定の荷重を加える第２駆動手段と、前記ボ
ール試片２に加わる作用荷重を感知する第２センサー９
と、ボール試片２の水平変位を感知する第３センサー１
０と、ボール試片２の垂直変位を感知する第４センサー
１１と、前記センサーらにより感知された変位を測定、
算出して前記駆動手段らの運動速度と荷重を調節する制
御部２００と、前記試片１、２の摩擦摩滅特性を実時間
で実験者に表示するディスプレイ部２０とから構成され
る。ここで、前記各センサーには変位によって起電力を
発生させる誘導起電力センサーが使用される。
【０００９】前記制御部２００は、図３に示すように、
感知手段である第１、２、３、４センサー８、９、１
０、１１から発生する起電力をアナログ信号に変換させ
る第１、２、３、４線形変数微分変圧（Linear Variabl
e Differential Transformer；以下ＬＶＤＴという）回
路１３、１４、１５、１６と、前記第１、２ＬＶＤＴ回
路１３、１４から出力された信号に応じて実験値を測
定、算出し、前記モーター駆動回路１７と荷重駆動回路
１８に作動信号を送信し、第３、４ＬＤＶＴ回路１５、
１６から出力された信号を測定、算出する計算手段とか
ら構成される。ここで、前記計算手段としてはコンピュ
ータ１９が使用される。
感知手段である第１、２、３、４センサー８、９、１
０、１１から発生する起電力をアナログ信号に変換させ
る第１、２、３、４線形変数微分変圧（Linear Variabl
e Differential Transformer；以下ＬＶＤＴという）回
路１３、１４、１５、１６と、前記第１、２ＬＶＤＴ回
路１３、１４から出力された信号に応じて実験値を測
定、算出し、前記モーター駆動回路１７と荷重駆動回路
１８に作動信号を送信し、第３、４ＬＤＶＴ回路１５、
１６から出力された信号を測定、算出する計算手段とか
ら構成される。ここで、前記計算手段としてはコンピュ
ータ１９が使用される。
【００１０】前記モーター駆動回路１７は、図４に示す
ように、前記作業台４の移動速度を調節する可変抵抗２
１と、前記抵抗値の大きさに応じて信号波形を発生させ
る波形生成器２２と、第１ＬＶＤＴ１３から発生する信
号を比較するコンパレータ２４と、ほかの回路の動作を
開始するためのパルス信号を出力するトリガー（trigge
r）２５、前記パルス信号を増加又は減少させるデジタ
ル信号を出力する反転カウンタ２６と、一定の記憶論理
が入力される信号発生用ロム（ＲＯＭ）２７と、デジタ
ル信号をアナログ信号に変換させるデジタル−アナログ
変換器２８と、前記作業台４の往復運動を調節する可変
抵抗２９とから構成される。また、前記荷重駆動回路１
８は、図５に示すように、第２ＬＶＤＴ回路１４から出
力される信号に応じて前記第２駆動手段の作用荷重値を
決定する可変抵抗３０と、実験が進行されている間に作
用荷重を一定に維持する帰還回路３１とから構成され
る。
ように、前記作業台４の移動速度を調節する可変抵抗２
１と、前記抵抗値の大きさに応じて信号波形を発生させ
る波形生成器２２と、第１ＬＶＤＴ１３から発生する信
号を比較するコンパレータ２４と、ほかの回路の動作を
開始するためのパルス信号を出力するトリガー（trigge
r）２５、前記パルス信号を増加又は減少させるデジタ
ル信号を出力する反転カウンタ２６と、一定の記憶論理
が入力される信号発生用ロム（ＲＯＭ）２７と、デジタ
ル信号をアナログ信号に変換させるデジタル−アナログ
変換器２８と、前記作業台４の往復運動を調節する可変
抵抗２９とから構成される。また、前記荷重駆動回路１
８は、図５に示すように、第２ＬＶＤＴ回路１４から出
力される信号に応じて前記第２駆動手段の作用荷重値を
決定する可変抵抗３０と、実験が進行されている間に作
用荷重を一定に維持する帰還回路３１とから構成され
る。
【００１１】前記第１駆動手段３は、ステップモーター
３ａと、前記ステップモーター３ａに連結されて一緒に
回転されるリードスクリュー３ｂと、前記リードスクリ
ュー３ｂと作業台４との間に連結され、リードスクリュ
ー３ｂの回転運動を直線往復運動に変換させて作業台４
に伝達する作動部材３ｃとから構成される。前記作業台
４は、図８（ａ）及び図８（ｂ）に示すように、一定距
離だけ水平往復運動させながらも垂直方向の運動を抑制
させるため、水平方向に弾性力を有するが垂直方向に弾
性力を有していないガイド５により支持される。前記ガ
イド５は、正面部の上面が作業台４の底面と結合される
内側ガイドと、正面部の下面が実験装置の底面に付着さ
れた外側ガイドとが背面部で互いに結合されて構成され
る。
３ａと、前記ステップモーター３ａに連結されて一緒に
回転されるリードスクリュー３ｂと、前記リードスクリ
ュー３ｂと作業台４との間に連結され、リードスクリュ
ー３ｂの回転運動を直線往復運動に変換させて作業台４
に伝達する作動部材３ｃとから構成される。前記作業台
４は、図８（ａ）及び図８（ｂ）に示すように、一定距
離だけ水平往復運動させながらも垂直方向の運動を抑制
させるため、水平方向に弾性力を有するが垂直方向に弾
性力を有していないガイド５により支持される。前記ガ
イド５は、正面部の上面が作業台４の底面と結合される
内側ガイドと、正面部の下面が実験装置の底面に付着さ
れた外側ガイドとが背面部で互いに結合されて構成され
る。
【００１２】前記第２駆動手段は、前記支持台６の下面
に設けられ、磁力の影響を受けてボール試片２を垂直方
向に動かす負荷平板７ａと、電流の印加の際に、前記負
荷平板７ａに磁力を発生させる電磁石７ｂと、前記電磁
石７ｂへの電流の遮断の際に、前記支持台６の荷重を一
定に維持させる均衡錐７ｃと、前記支持台６の上面に設
けられ、支持台６の垂直移動位置を調節する調整ボルト
７ｄとからなる。前記ボール試片２は、図６に示すよう
に、前記支持台６の下面に付着され、一定の弾性力を有
する弾性部材３２に固定される。
に設けられ、磁力の影響を受けてボール試片２を垂直方
向に動かす負荷平板７ａと、電流の印加の際に、前記負
荷平板７ａに磁力を発生させる電磁石７ｂと、前記電磁
石７ｂへの電流の遮断の際に、前記支持台６の荷重を一
定に維持させる均衡錐７ｃと、前記支持台６の上面に設
けられ、支持台６の垂直移動位置を調節する調整ボルト
７ｄとからなる。前記ボール試片２は、図６に示すよう
に、前記支持台６の下面に付着され、一定の弾性力を有
する弾性部材３２に固定される。
【００１３】前記のように構成された本発明による微細
摩擦摩滅実験装置の動作を説明するとつぎのとおりであ
る。
摩擦摩滅実験装置の動作を説明するとつぎのとおりであ
る。
【００１４】ステップモーター３ａが駆動されて作業台
４を一定の距離だけ往復運動させ、この際に、ステップ
モーター３ａに連結されたリードスクリュー３ｂと作動
部材３ｃの螺合を用い、作業台４の動きを非常に小さい
間隔で調節し得るので、滑り距離を最小０．０８μｍ単
位まで調節することができる。したがって、非常に高い
精度を有し、駆動騒音が殆ど発生しなくなる。
４を一定の距離だけ往復運動させ、この際に、ステップ
モーター３ａに連結されたリードスクリュー３ｂと作動
部材３ｃの螺合を用い、作業台４の動きを非常に小さい
間隔で調節し得るので、滑り距離を最小０．０８μｍ単
位まで調節することができる。したがって、非常に高い
精度を有し、駆動騒音が殆ど発生しなくなる。
【００１５】本実験装置は微小変位を発生させながら長
時間安定して作動しなければならないので、高精度の位
置制御ができ、一定の荷重を支持しながら安定して運転
できるステップモーター制御システム（韓国特許出願第
１０−１９９９−１６７０８号）の技術を活用した。前
記技術は本出願と同じ発明者により出願されたものであ
る。
時間安定して作動しなければならないので、高精度の位
置制御ができ、一定の荷重を支持しながら安定して運転
できるステップモーター制御システム（韓国特許出願第
１０−１９９９−１６７０８号）の技術を活用した。前
記技術は本出願と同じ発明者により出願されたものであ
る。
【００１６】前記ステップモーター制御システムを図４
に基づいて説明すると、ステップモーター３ａが作業台
４を一方に一定の速度で往復運動させるとき、運動速度
は可変抵抗Ｒ１、２１により調整され、この抵抗値の大
きさは、波形生成器２２で生成される信号波形のクロッ
ク周波数（clock frequency）により決定され、第１セ
ンサー８で、作業台４の位置変化により生成する誘導起
電力の変化から作業台４の位置を感知して、各位置値に
比例する信号値を出力する。出力信号は第１ＬＶＤＴ回
路１３に入力され、回路内の二つのコンパレータ２４と
トリガー２５を通過しつつ、作業台４の動きの左右方向
を決定するＵＰ／ＤＯＷＮ信号波形を発生させる。トリ
ガー２５から出力されたＵＰ／ＤＯＷＮ信号波形は反転
カウンタ２６において、波形生成器２２から入るクロッ
ク周波数と比較され、これにより、反転カウンタ２６か
ら入力されたデジタル信号を用いて、９０°の位相差を
有する二つのサイン波形信号を生成、増幅させてステッ
プモーター３ａの巻線に供給することでステップモータ
ー３ａを稼動する。一方、往復行程の大きさは可変抵抗
Ｒ２、２９を用いて調節することができる。
に基づいて説明すると、ステップモーター３ａが作業台
４を一方に一定の速度で往復運動させるとき、運動速度
は可変抵抗Ｒ１、２１により調整され、この抵抗値の大
きさは、波形生成器２２で生成される信号波形のクロッ
ク周波数（clock frequency）により決定され、第１セ
ンサー８で、作業台４の位置変化により生成する誘導起
電力の変化から作業台４の位置を感知して、各位置値に
比例する信号値を出力する。出力信号は第１ＬＶＤＴ回
路１３に入力され、回路内の二つのコンパレータ２４と
トリガー２５を通過しつつ、作業台４の動きの左右方向
を決定するＵＰ／ＤＯＷＮ信号波形を発生させる。トリ
ガー２５から出力されたＵＰ／ＤＯＷＮ信号波形は反転
カウンタ２６において、波形生成器２２から入るクロッ
ク周波数と比較され、これにより、反転カウンタ２６か
ら入力されたデジタル信号を用いて、９０°の位相差を
有する二つのサイン波形信号を生成、増幅させてステッ
プモーター３ａの巻線に供給することでステップモータ
ー３ａを稼動する。一方、往復行程の大きさは可変抵抗
Ｒ２、２９を用いて調節することができる。
【００１７】前記ステップモーター制御システムによっ
て、ステップモーターの巻線励磁力調節のための制御用
パルス信号調節方式と巻線に供給される電流値を調節し
てステップモーター回転子の動きを一定にする方式とを
組み合わせることにより、微細なステップモーター駆動
が可能であり、常に一定にステップモーターの動きを制
御することができるので、滑り距離を微細に調節すると
ともに常に一定に維持することができるという利点を有
している。また、前記特許出願に係る技術を適用した場
合、ステップモーターの発熱を極小化し得るため、長期
間の駆動が不可避な摩擦摩滅実験装置に大変適した駆動
システムであると言える。往復運動が進行されているう
ちに作業台４の位置は第１センサー８で計測し、指定の
往復運動区間内で往復運動できるように動きを制御す
る。
て、ステップモーターの巻線励磁力調節のための制御用
パルス信号調節方式と巻線に供給される電流値を調節し
てステップモーター回転子の動きを一定にする方式とを
組み合わせることにより、微細なステップモーター駆動
が可能であり、常に一定にステップモーターの動きを制
御することができるので、滑り距離を微細に調節すると
ともに常に一定に維持することができるという利点を有
している。また、前記特許出願に係る技術を適用した場
合、ステップモーターの発熱を極小化し得るため、長期
間の駆動が不可避な摩擦摩滅実験装置に大変適した駆動
システムであると言える。往復運動が進行されているう
ちに作業台４の位置は第１センサー８で計測し、指定の
往復運動区間内で往復運動できるように動きを制御す
る。
【００１８】前記制御部２００は、第１、２、３、４セ
ンサーにより感知された平板試片１の位置、作用荷重、
摩擦力、そしてボール試片２の位置など、合わせて四つ
の資料を計測し、それに相応するアナログ信号を発生し
た後、これら信号値をコンピュータ１９で処理して、実
験の進行中に実時間で摩擦摩滅特性を研究することがで
きる。
ンサーにより感知された平板試片１の位置、作用荷重、
摩擦力、そしてボール試片２の位置など、合わせて四つ
の資料を計測し、それに相応するアナログ信号を発生し
た後、これら信号値をコンピュータ１９で処理して、実
験の進行中に実時間で摩擦摩滅特性を研究することがで
きる。
【００１９】計測された作用荷重と摩擦力値を用いて摩
擦部の摩擦係数（friction coefficient）を計算するこ
とができ、実験進行による摩擦係数の変化を考察するこ
とにより、試片間の摩擦特性を分析することができる。
また、平板試片１とボール試片２の位置値を用いて平板
試片１の摩滅深さを実時間で把握し得るようにすること
により、相対変位及び作用荷重が非常に小さい微小部品
の摩擦摩滅特性を容易に把握することができる。
擦部の摩擦係数（friction coefficient）を計算するこ
とができ、実験進行による摩擦係数の変化を考察するこ
とにより、試片間の摩擦特性を分析することができる。
また、平板試片１とボール試片２の位置値を用いて平板
試片１の摩滅深さを実時間で把握し得るようにすること
により、相対変位及び作用荷重が非常に小さい微小部品
の摩擦摩滅特性を容易に把握することができる。
【００２０】荷重制御及び測定手段を図５に基づいて説
明すると、摩擦部に荷重を加える負荷平板７ａの右側端
にかかっている均衡錐７ｃにより平衡状態を維持するこ
とになり、実験のために電磁石７ｂに電流を供給する
と、発生する磁力に比例して負荷平板７ａが曲がりなが
ら摩擦部を押し付けることにより、荷重が加わることに
なる。この際に、電磁石７ｂに流れる電圧の大きさを調
節することで、発生する磁力の大きさを変化させて、摩
擦部に加わる荷重（以下、作用荷重）を連続的に精度よ
く調節し得るので、微小システムにかかる低荷重の一定
範囲内で実現することができる。
明すると、摩擦部に荷重を加える負荷平板７ａの右側端
にかかっている均衡錐７ｃにより平衡状態を維持するこ
とになり、実験のために電磁石７ｂに電流を供給する
と、発生する磁力に比例して負荷平板７ａが曲がりなが
ら摩擦部を押し付けることにより、荷重が加わることに
なる。この際に、電磁石７ｂに流れる電圧の大きさを調
節することで、発生する磁力の大きさを変化させて、摩
擦部に加わる荷重（以下、作用荷重）を連続的に精度よ
く調節し得るので、微小システムにかかる低荷重の一定
範囲内で実現することができる。
【００２１】作用荷重の大きさは、第２センサー９と第
２ＬＶＤＴ回路１４からなった閉鎖型制御システムで負
荷平板７ａの屈曲量を測定することにより分かる。可変
抵抗Ｒ３、３０は作用荷重値を決定するのに使用され、
帰還回路３１を用いる制御方式により、負荷平板７ａと
電磁石７ｂとの間の距離変化にかかわらず、実験の進行
中に作用荷重を一定に維持することになる。
２ＬＶＤＴ回路１４からなった閉鎖型制御システムで負
荷平板７ａの屈曲量を測定することにより分かる。可変
抵抗Ｒ３、３０は作用荷重値を決定するのに使用され、
帰還回路３１を用いる制御方式により、負荷平板７ａと
電磁石７ｂとの間の距離変化にかかわらず、実験の進行
中に作用荷重を一定に維持することになる。
【００２２】試片摩擦部で発生した摩擦力を測定する場
合には、図６に示すように、前記弾性部材３２により支
持されるボール試片装着部３４に連結された計測用平板
３３の瞬間変位を第３センサー１０で測定する。すなわ
ち、計測用平板３３のばね係数と瞬間変位をそれぞれｋ
とｘとすると、摩擦力はＦ＝ｋｘと計算される。
合には、図６に示すように、前記弾性部材３２により支
持されるボール試片装着部３４に連結された計測用平板
３３の瞬間変位を第３センサー１０で測定する。すなわ
ち、計測用平板３３のばね係数と瞬間変位をそれぞれｋ
とｘとすると、摩擦力はＦ＝ｋｘと計算される。
【００２３】通常、大部分の摩擦摩滅実験装置の摩擦力
計測装備は移動する前記作業台４上に装着しているが、
このような場合、つぎのような問題点が発生することが
できる。第１に、測定装置が装着されたテーブルの動き
が測定センサーに影響を与え、第２に、計測装備が試片
重量による動特性変化の影響を受けるため、測定誤差が
発生する。しかし、本発明による摩擦力測定装置は、測
定センサーを試片の動きと独立して設計することによ
り、このような誤差発生要因を除去したばかりでなく、
平板形構造を導入することにより、荷重が測定部の位置
変化に及ぶ影響を排除して測定精度を大幅向上させるこ
とができる。
計測装備は移動する前記作業台４上に装着しているが、
このような場合、つぎのような問題点が発生することが
できる。第１に、測定装置が装着されたテーブルの動き
が測定センサーに影響を与え、第２に、計測装備が試片
重量による動特性変化の影響を受けるため、測定誤差が
発生する。しかし、本発明による摩擦力測定装置は、測
定センサーを試片の動きと独立して設計することによ
り、このような誤差発生要因を除去したばかりでなく、
平板形構造を導入することにより、荷重が測定部の位置
変化に及ぶ影響を排除して測定精度を大幅向上させるこ
とができる。
【００２４】前記第３センサー１０は、第３ＬＶＤＴ回
路１５に連結されて、摩擦力に相応するアナログ信号を
出力し、この信号を、アナログ−デジタル変換装置を有
するコンピュータ１９で処理すると、摩擦力の変化を実
験が進行しているうちに観察することができる。
路１５に連結されて、摩擦力に相応するアナログ信号を
出力し、この信号を、アナログ−デジタル変換装置を有
するコンピュータ１９で処理すると、摩擦力の変化を実
験が進行しているうちに観察することができる。
【００２５】前記試片１、２の摩擦部の形状を測定する
にあって、図７に基づいて説明すると、ボール試片２
は、実験が進行している間に、平板試片１と密着された
状態で往復運動するので、負荷平板７ａに連結された計
測用平板３５の位置変化を感知する第４センサー１１を
設けてボール試片２の動きを追跡すると、摩擦部の形状
変化を実時間で観察することができる。この第４センサ
ー１１から発生した信号はＬＶＤＴ回路１６に入力し、
摩擦力測定方式と同様、アナログ−デジタル変換器を有
するコンピュータ１９により、実験が進行しているうち
に実時間で摩擦部の形状変化を観察することができる。
にあって、図７に基づいて説明すると、ボール試片２
は、実験が進行している間に、平板試片１と密着された
状態で往復運動するので、負荷平板７ａに連結された計
測用平板３５の位置変化を感知する第４センサー１１を
設けてボール試片２の動きを追跡すると、摩擦部の形状
変化を実時間で観察することができる。この第４センサ
ー１１から発生した信号はＬＶＤＴ回路１６に入力し、
摩擦力測定方式と同様、アナログ−デジタル変換器を有
するコンピュータ１９により、実験が進行しているうち
に実時間で摩擦部の形状変化を観察することができる。
【００２６】したがって、実験が進行しているうちに実
時間で摩滅状態を観察することができるので便利である
のみならず、実験前後の環境変化による計測誤差を未然
に防止することで正確な計測を可能とし、外部装置によ
り接近できない狭小な空間に位置する摩擦部の状態を調
べることができる。
時間で摩滅状態を観察することができるので便利である
のみならず、実験前後の環境変化による計測誤差を未然
に防止することで正確な計測を可能とし、外部装置によ
り接近できない狭小な空間に位置する摩擦部の状態を調
べることができる。
【００２７】前記ガイド５は実験装置の底板１２に固定
されてから作業台４に連結されて、作業台４の動きを案
内、支持することになる。このように構成されたガイド
はつぎのような利点を有している。
されてから作業台４に連結されて、作業台４の動きを案
内、支持することになる。このように構成されたガイド
はつぎのような利点を有している。
【００２８】第１に、騒音及び摩擦がなく、長期間使用
しても凝着現象（Stick-Slip）が発生しなく、第２に、
ベアリングガイド（bearing guide）に比べ、非常に多
様な速度領域で使用できる。第３に、対称構造に製作す
る場合、荷重が作用する状態で運動方向に垂直な方向に
不要な変位（ｄｘ）が発生しないため、作業台の変位を
正確に測定することができる。
しても凝着現象（Stick-Slip）が発生しなく、第２に、
ベアリングガイド（bearing guide）に比べ、非常に多
様な速度領域で使用できる。第３に、対称構造に製作す
る場合、荷重が作用する状態で運動方向に垂直な方向に
不要な変位（ｄｘ）が発生しないため、作業台の変位を
正確に測定することができる。
【００２９】図９は本発明による摩擦摩滅実験装置の荷
重特性図を示すもので、制御装置の荷重入力値（load n
umber、Ｌ）を変化させながら、試片に加わる力（Ｎ）
を測定したものである。このグラフに示すように、荷重
は０．０３〜２．０Ｎの範囲で連続的に調節でき、荷重
調節分解能は０．００５Ｎである。
重特性図を示すもので、制御装置の荷重入力値（load n
umber、Ｌ）を変化させながら、試片に加わる力（Ｎ）
を測定したものである。このグラフに示すように、荷重
は０．０３〜２．０Ｎの範囲で連続的に調節でき、荷重
調節分解能は０．００５Ｎである。
【００３０】図１０は本発明による摩擦摩滅実験装置の
構成要素である第１駆動手段の往復周期特性図を示すも
ので、前記第１駆動手段のストローク（stroke numbe
r、Ｓ）と往復周期（frequency number、ＦＮ）を調節
しながら調べた作業台４の往復運動周期（Ｆ）を示すも
のであり、使用しようとする任意の往復周期が得られる
容易な調節特性を表している。
構成要素である第１駆動手段の往復周期特性図を示すも
ので、前記第１駆動手段のストローク（stroke numbe
r、Ｓ）と往復周期（frequency number、ＦＮ）を調節
しながら調べた作業台４の往復運動周期（Ｆ）を示すも
のであり、使用しようとする任意の往復周期が得られる
容易な調節特性を表している。
【００３１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明による微細
摩擦摩滅実験装置は、平板試片が設けられた作業台を一
定の距離で往復運動させるステップモーター及び巻線に
印加される電流による磁力で試片の摩擦部に荷重を加え
る電磁石をコンピュータで調節することにより、最大設
計荷重は２Ｎ、最大往復行程は８ｍｍ、そして最大往復
周期は３Ｈｚで、荷重及び往復行程の分解能がそれぞれ
０．１μｍ、０．００５Ｎ以下と高精密制御ができるの
で、滑り距離を微細に調節することができ、微小システ
ムにかかる低荷重範囲の作用荷重を実現することがで
き、作用荷重の大きさと往復周期の連続制御が可能であ
り、摩擦部の形状変化を実時間で計測することができ、
長時間の駆動が可能であり、信頼度の優れた摩擦摩滅実
験結果を獲得し得る効果がある。
摩擦摩滅実験装置は、平板試片が設けられた作業台を一
定の距離で往復運動させるステップモーター及び巻線に
印加される電流による磁力で試片の摩擦部に荷重を加え
る電磁石をコンピュータで調節することにより、最大設
計荷重は２Ｎ、最大往復行程は８ｍｍ、そして最大往復
周期は３Ｈｚで、荷重及び往復行程の分解能がそれぞれ
０．１μｍ、０．００５Ｎ以下と高精密制御ができるの
で、滑り距離を微細に調節することができ、微小システ
ムにかかる低荷重範囲の作用荷重を実現することがで
き、作用荷重の大きさと往復周期の連続制御が可能であ
り、摩擦部の形状変化を実時間で計測することができ、
長時間の駆動が可能であり、信頼度の優れた摩擦摩滅実
験結果を獲得し得る効果がある。
【図１】 本発明による微細摩擦摩滅実験装置の構成を
示す断面図である。
示す断面図である。
【図２】 本発明による微細摩擦摩滅実験装置を示す斜
視図である。
視図である。
【図３】 本発明による微細摩擦摩滅実験装置の制御部
を示すブロック図である。
を示すブロック図である。
【図４】 本発明によるステップモーター制御システム
のブロック図である。
のブロック図である。
【図５】 本発明による荷重制御及び測定手段を示す作
動状態図である。
動状態図である。
【図６】 本発明による摩擦力を測定するための手段を
示す作動状態図である。
示す作動状態図である。
【図７】 本発明による摩擦面の形状の測定方法を示す
作動状態図である。
作動状態図である。
【図８】 （ａ）は本発明による微細摩擦摩滅実験装置
に使用されるガイドを示す平面図、（ｂ）はガイドの垂
直変動抑制特性を示す作動状態図である。
に使用されるガイドを示す平面図、（ｂ）はガイドの垂
直変動抑制特性を示す作動状態図である。
【図９】 本発明による微細摩擦摩滅実験装置の荷重特
性グラフである。
性グラフである。
【図１０】 本発明による微細摩擦摩滅実験装置の構成
要素である第１駆動手段の往復周期特性グラフである。
要素である第１駆動手段の往復周期特性グラフである。
１ 平板試片、２ ボール試片、３ 第１駆動手段、３
ａ ステップモーター、３ｂ リードスクリュー、３ｃ
作動部材、４ 作業台、５ ガイド、６ 支持台、７
ａ 負荷平板、７ｂ 電磁石、７ｃ 均衡錐、７ｄ 上
下移動式支持台位置調整ボルト、８ 第１センサー、９
第２センサー、１０ 第３センサー、１１ 第４セン
サー、１２ 底板、１３ 第１線形変数微分変圧回路
（ＬＶＤＴ）、１４ 第２ＬＶＤＴ、１５ 第３ＬＶＤ
Ｔ、１６ 第４ＬＶＤＴ、１７ モーター駆動回路、１
８ 荷重駆動回路、１９ コンピュータ、２０ ディス
プレイ部、２００ 制御部、２１，２９，３０ 可変抵
抗、２２ 波形生成器、２３スイッチ、２４ コンパレ
ータ、２５ トリガー、２６ 反転カウンタ、２７信号
発生用ロム（ＲＯＭ）、２８ デジタル−アナログ変換
器、３１ 帰還回路、３２ 弾性部材、３３，３５ 計
測用平板、３４ ボール試片装着部。
ａ ステップモーター、３ｂ リードスクリュー、３ｃ
作動部材、４ 作業台、５ ガイド、６ 支持台、７
ａ 負荷平板、７ｂ 電磁石、７ｃ 均衡錐、７ｄ 上
下移動式支持台位置調整ボルト、８ 第１センサー、９
第２センサー、１０ 第３センサー、１１ 第４セン
サー、１２ 底板、１３ 第１線形変数微分変圧回路
（ＬＶＤＴ）、１４ 第２ＬＶＤＴ、１５ 第３ＬＶＤ
Ｔ、１６ 第４ＬＶＤＴ、１７ モーター駆動回路、１
８ 荷重駆動回路、１９ コンピュータ、２０ ディス
プレイ部、２００ 制御部、２１，２９，３０ 可変抵
抗、２２ 波形生成器、２３スイッチ、２４ コンパレ
ータ、２５ トリガー、２６ 反転カウンタ、２７信号
発生用ロム（ＲＯＭ）、２８ デジタル−アナログ変換
器、３１ 帰還回路、３２ 弾性部材、３３，３５ 計
測用平板、３４ ボール試片装着部。
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フロントページの続き
(72)発明者 セルゲイ エイ チジック
ベラルーシ共和国 セント ゴメル キ
ロヴァ 32 エイ
(72)発明者 オレグ ワイ コムコフ
ベラルーシ共和国 セント ゴメル キ
ロヴァ 32 エイ
(72)発明者 アンドレイ エム ダブラヴィン
ベラルーシ共和国 セント ゴメル キ
ロヴァ 32 エイ
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01N 19/02
ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (11)
- 【請求項１】 上側面に平板試片が固定される作業台
と、前記作業台を所定区間で一方向に水平往復運動させ
る第１駆動手段と、前記作業台の上側に位置し、下側面
にボール試片が固定される支持台と、前記平板試片の水
平変位を感知する第１感知手段と、前記支持台を作動さ
せて、ボール試片にて平板試片に一定の荷重を加える第
２駆動手段と、前記ボール試片の変位を感知する第２感
知手段と、前記第１及び第２駆動手段を設定値に基づい
て動作させ、前記感知手段らにより感知された変位を測
定、算出する制御部と、前記制御部から算出される試片
の摩擦摩滅特性を実時間で実験者に表示するディスプレ
イ部とから構成されることを特徴とする微細摩擦摩滅実
験装置。 - 【請求項２】 前記制御部は、前記感知手段らにより感
知された変位による信号を発生させる線形変数微分変圧
（Linear Variable Differential Transformer）回路
と、前記線形変数微分変圧回路から出力された信号に応
じて実験値を測定、算出し、前記第１、２駆動手段に実
験値に適した作動信号を送信する計算手段とから構成さ
れることを特徴とする請求項１記載の微細摩擦摩滅実験
装置。 - 【請求項３】 前記第２感知手段は、前記試片間の作用
荷重を感知するセンサー、ボール試片の水平変位を感知
するセンサー及びボール試片の垂直変位を感知するセン
サーからなることを特徴とする請求項１記載の微細摩擦
摩滅実験装置。 - 【請求項４】 前記感知手段として使用されるセンサー
は誘導起電力センサーであることを特徴とする請求項３
記載の微細摩擦摩滅実験装置。 - 【請求項５】 前記計算手段は、前記それぞれの線形変
数微分変圧回路から出力される信号をデジタル信号に変
換するアナログ−デジタル変換器を含むことを特徴とす
る請求項２記載の微細摩擦摩滅実験装置。 - 【請求項６】 前記制御部は、線形変数微分変圧回路か
ら出力された信号に応じて前記第２駆動手段の作用荷重
値を決定する可変抵抗と実験が進行している間に作用荷
重を一定に維持する帰還回路とからなる荷重コントロー
ル部を含むことを特徴とする請求項１記載の微細摩擦摩
滅実験装置。 - 【請求項７】 前記第１駆動手段は、ステップモーター
と、前記ステップモーターに連結されて一緒に回転する
リードスクリューと、前記リードスクリューと作業台と
の間に連結され、リードスクリューの回転運動を直線往
復運動に変換させて作業台に伝達する作動部材とから構
成されることを特徴とする請求項１記載の微細摩擦摩滅
実験装置。 - 【請求項８】 前記作業台は、一定距離だけ水平往復運
動させながらも垂直方向の運動を抑制させるため、水平
方向にだけ弾性力を有するガイドにより支持されること
を特徴とする請求項１記載の微細摩擦摩滅実験装置。 - 【請求項９】 前記ガイドは、正面部の上面が作業台の
底面と結合される内側ガイドと、正面部の下面が実験装
置の底面に付着された外側ガイドとが背面部で互いに結
合されて構成されることを特徴とする請求項８記載の微
細摩擦摩滅実験装置。 - 【請求項１０】 前記第２駆動手段は、前記支持台の下
面に設けられ、磁力の影響を受けてボール試片を垂直方
向に動かす負荷平板と、電流の印加の際に、前記負荷平
板に磁力を発生させる電磁石と、前記電磁石への電流の
遮断の際に、前記支持台の荷重を一定に維持させる均衡
錐と、前記支持台の上面に設けられ、支持台の垂直移動
位置を調節する調整ボルトとからなることを特徴とする
請求項１記載の微細摩擦摩滅実験装置。 - 【請求項１１】 前記ボール試片は、前記支持台の下面
に付着され、一定の弾性力を有する弾性部材に固定され
ることを特徴とする請求項１０記載の微細摩擦摩滅実験
装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR10-2000-0071287A KR100385078B1 (ko) | 2000-11-28 | 2000-11-28 | 미세 마찰마멸 실험장치 |
| KR2000-71287 | 2000-11-28 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002202244A JP2002202244A (ja) | 2002-07-19 |
| JP3416663B2 true JP3416663B2 (ja) | 2003-06-16 |
Family
ID=19701970
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001172357A Expired - Fee Related JP3416663B2 (ja) | 2000-11-28 | 2001-06-07 | 微細摩擦摩滅実験装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20020062678A1 (ja) |
| JP (1) | JP3416663B2 (ja) |
| KR (1) | KR100385078B1 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
| DE10252118B4 (de) * | 2002-11-05 | 2005-08-25 | Bundesanstalt für Materialforschung und -Prüfung (BAM) | Verschleiß- und reibungsfreier Tribometrie-Schwingtisch für reversierende und oszillierende Bewegung |
| DE102005003830B4 (de) * | 2005-01-25 | 2013-02-14 | Asmec Advanced Surface Mechanics Gmbh | Vorrichtung zur hochgenauen Erzeugung und Messung von Kräften und Verschiebungen |
| KR100670235B1 (ko) * | 2005-01-31 | 2007-01-17 | 한국기계연구원 | 폴리머 소재의 점착 및 마찰 특성 측정 장치 |
| SG127774A1 (en) * | 2005-06-02 | 2006-12-29 | Sony Corp | Method and apparatus for measuring a surface property |
| DE102006022349B4 (de) * | 2006-05-12 | 2016-11-17 | Ematec Consulting Gmbh | Prüfeinrichtung zur tribologischen Untersuchung von Werkstoffen |
| CN100573098C (zh) * | 2007-01-25 | 2009-12-23 | 中国科学院地质与地球物理研究所 | 岩石耐磨试验仪 |
| KR100887756B1 (ko) * | 2007-02-27 | 2009-03-12 | 정경호 | 마모측정장치 및 이를 이용한 고무재질의 마모측정방법 |
| US7810372B1 (en) | 2007-10-01 | 2010-10-12 | Colgate-Palmolive Company | Payout-glide-flakeoff apparatus for characterizing deodorant and antiperspirant sticks |
| US8051699B2 (en) * | 2008-11-14 | 2011-11-08 | Linares Medical Devices, Llc | Abrasive wear testing machine with cycle programmability and variable force application |
| CN102175599A (zh) * | 2011-02-21 | 2011-09-07 | 合肥工业大学 | 高频率高比压大行程可温控往复摩擦测试装置 |
| CN102323171B (zh) * | 2011-06-14 | 2013-03-27 | 三一重机有限公司 | 一种摇摆端面式摩擦磨损试验装置及方法 |
| CN102435518A (zh) * | 2011-09-21 | 2012-05-02 | 哈尔滨工业大学 | 高频微动磨损测试装置 |
| CN102590078A (zh) * | 2012-03-05 | 2012-07-18 | 青岛科技大学 | 一种橡胶动态摩擦磨损检测装置 |
| JP5914099B2 (ja) * | 2012-03-29 | 2016-05-11 | Hoya株式会社 | 眼鏡レンズの耐擦傷性評価方法 |
| KR101382169B1 (ko) | 2012-10-24 | 2014-04-07 | 서울과학기술대학교 산학협력단 | 플렉시블 유연 슈퍼캐패시터의 기계적 유연성 굽힘 장치 |
| CN103196768A (zh) * | 2013-04-03 | 2013-07-10 | 中国兵器工业集团第七0研究所 | 微动磨损模拟试验系统 |
| DE102013210724A1 (de) * | 2013-06-10 | 2014-12-11 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Kalottenschleifgerät und Verfahren zu dessen Verwendung |
| NL2011275C2 (en) * | 2013-08-07 | 2015-02-10 | Rexnord Flattop Europe Bv | A conveyor system, a conveyor and lubricating system, a friction coefficient measuring device and an item base surface friction coefficient measuring device both for use in such a system. |
| CN103604712B (zh) * | 2013-11-19 | 2015-08-26 | 江苏法尔胜技术开发中心有限公司 | 一种航空操纵用钢丝绳微动磨损试验装置 |
| CN103604713B (zh) * | 2013-11-21 | 2016-01-13 | 西南交通大学 | 一种蒸汽发生器传热管的多向微动磨损装置及试验方法 |
| CN104048889B (zh) * | 2014-06-27 | 2016-05-11 | 三峡大学 | 一种岩石耐磨测试仪 |
| CN104155102A (zh) * | 2014-07-15 | 2014-11-19 | 重庆大学 | 一种多用途机械零部件传动与摩擦实验台 |
| CN104406873B (zh) * | 2014-11-19 | 2017-07-28 | 中国科学院深圳先进技术研究院 | 轴类零部件涂层摩擦磨损试验机 |
| CN104819892A (zh) * | 2015-04-27 | 2015-08-05 | 东莞市恒宇仪器有限公司 | 皮革边油试验机 |
| RU2624992C2 (ru) * | 2015-08-10 | 2017-07-11 | Владимир Иванович Колесников | Многофункциональная машина трения (варианты) |
| CN105021461B (zh) * | 2015-08-14 | 2017-06-23 | 长江水利委员会长江科学院 | 土工真三轴试验双向微摩擦荷载传力板 |
| CN107367459B (zh) * | 2016-05-13 | 2023-07-21 | 佛吉亚(无锡)座椅部件有限公司 | 一种滑轨摩擦力检测系统 |
| CN106092797A (zh) * | 2016-07-29 | 2016-11-09 | 中国石化仪征化纤有限责任公司 | 单丝法短纤维耐磨性能测试装置 |
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| CN106550200B (zh) * | 2016-12-08 | 2019-04-19 | 中国科学院上海高等研究院 | 一种图像采集装置及方法 |
| CN106769582B (zh) * | 2017-01-13 | 2020-05-26 | 河南工学院 | 双金属导体包覆层质量检测装置及方法 |
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