JPH01284736A - 球転がり摩耗試験機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、ベアリング等に使用される球体の転がり摩耗
特性を測定するための球転がり摩耗試験機に関し、詳し
くは、一対のローラ間において供試球を軸回転させて転
がり摩耗を生じさせる構成とすることにより、簡単にし
かも短時間に摩耗特性を測定できるようにした、球転が
り摩耗試験機に関する。

［従来技術］ 従来、転がり摩耗特性を測定する装置としては、例えば
西原式摩耗試験機が知られている。この装置は第５図に
示すように、供試材で構成された駆動側リング２９と従
動側リング３０とを備えており、駆動側リング２９を回
転させ、これに従動側リング３０を接触させて従動回転
させることにより、供試材を摩耗させ、その際の特性を
測定するものである。この摩耗試験機は、最も広く各社
、各研究所で使用されている。

また、スラスト形の転がり疲労を測定するものとしては
、例えば「日本機械学会論文集（０編）５４巻４９９号
、論文Ｎｏ８７−０８１９ＢＪに記載されている三球式
スラスト形転がり疲労試験機が知られている。

第６図はこの装置の要部を示す概略断面図である。この
装置は同図に示すように、回転する軌道輪３１と固定さ
れた試験片３２との間において保持器３３により一定間
隔を保ちながら転勤球体３４を転勤させるものである。

試験片３２は、受皿３５に取り付けられ、転勤球体３４
に対し調節可能な荷重で押し付けられている。

また、ボールベアリング等に用いられる転勤球体の転が
り摩耗の測定用としても、従来簡便な装置がないため、
上述のように、実際にベアリングの形に組んでテストを
行なっていた。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、第５図に示したような装置によればリン
グ２９および３０間の接触形態はボールベアリングにお
けるような接触形態とはかなり異なるため、ボールベア
リング用のデータを得るには好ましくない。また、リン
グ試験片を精度よく製作することは、球体の場合に比べ
て、非常に難しいという欠点もある。

一方、第６図に例示するようにベアリングの形に組んで
テストする場合はほぼ実際の場合に近いデータが得られ
るものの、テスト時間が長くかかり、摩耗状況の変化を
観察するにはその都度装置から試験片あるいは供試球を
取り出さなければならないという欠点がある。

本発明の目的は、このような従来技術の問題点に鑑み、
迅速にテストが行なえるとともに摩耗状況の観察が容易
に行なえる簡便な球転がり摩耗試験機を提供することに
ある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するため本発明の球転がり摩耗試験機は
、 一軸上に配置された一対の球保持軸を軸支して有し、該
球保持軸により供試球を該球保持軸と一体的に軸回転可
能に挟持する球保持手段と、該球保持手段によって挟持
された供試球に接して回転し、これにより該供試球を回
転させる駆動ローラと、 該駆動ローラを回転させる駆動手段と、該駆動ローラを
軸支する駆動側ローラ台と、該球保持手段によって挟持
された供試球に接して該供試球の回転に従フて回転する
従動ローラと、 該従動ローラを軸支する従動側ローラ台と、該従動側ロ
ーラ台を相対的に該駆動側ローラ台方向へ押し付けて、
該駆動ローラおよび従動ローラを該保持手段によって挟
持された供試球に対し所定荷重下で接触させる荷重付加
手段とを備えている。

また好ましくはさらに、該球保持軸、駆動ローラおよび
従動ローラそれぞれの回転軸が互いの方向に相対的に移
動できるように該球保持手段、駆動側ローラ台および従
動側ローラ台を案内する案内手段を備えている。

ここで、球保持手段は供試球と駆動ローラおよび従動ロ
ーラとの接触位置を変えられるように、駆動側および従
動側ローラ台に対しローラ軸方向に相対的に移動可能で
あることが好ましい。

駆動ローラおよび従動ローラの表面は単なる円筒面の他
、これに断面が供試球と適合するような溝（Ｒ溝）を設
けたもの等摩耗試験の目的に応じた形状とすることがで
きる。表面の材質も目的に応じて選ばれる。

荷重付加手段としては、死荷重方式、油圧方式、空圧方
式等のものが使用できる。

前記案内手段は、供試球の摩耗による形状変化に追従し
て荷重付加手段による荷重が供試球に一定して付加され
るように、リニアボールベアリングを適宜使用する等極
めてスムーズであることが好ましい。

さらに、従動ローラの回転を阻止するような負荷を従動
ローラに付加する手段を設け、供試法とローラ間にすべ
りを生じさせて試験が行なえるようにしてもよい。さら
に、従動ローラと駆動ローラ間の回転速度差を検出する
手段を設け、すべり率を測定できるようにしてもよい。

［作用］ この構成において、試験に際しては、供試法は球保持軸
の回転軸が供試法の中心を通るように球保持手段により
挟持される。そして、荷重付加手段により荷重を付加し
、駆動手段により駆動ローラを回転させると、これに接
触している供試法も回転力を受けて回転し、さらに同様
に従動ローラが回転する。このとき、従動ローラが回転
方向について無負荷状態であり、荷重付加手段による荷
重付加が適当であれば供試法とローラ間においてすべり
を生じない。また、この従動ローラに対する負荷および
荷重付加手段によって付加される荷重の大きさによフて
は、すべりを伴なう場合もある。いずれにしても、供試
法は回転するに従ってローラとの接触部分の摩耗が進行
する。ただし、供試法はローラに対しいわゆる赤道部分
において、ヘルツの式に従った接触面積でのみ接触する
ため、接触部分の摩耗は、従来の全面が接触するような
試験方法に比べ、数百〜数千倍早く進行する。またこの
間、供試法の摩耗に伴なってその赤道部分の半径は減少
するが、ローラ台や球保持手段は荷重付加手段からの荷
重により案内手段に従い、この減少に追従して変位し、
したがって、常に所定の荷重が供試法に付加される。

摩耗の観察は、このような摩耗進行過程において、いつ
でも回転を停止しであるいは回転させながら行なわれる
。この際、供試法は装置から取り外す必要はなく、適当
な方向から観察あるいは測定される。例えば光学顕微鏡
を供試法の上方に配置しストロボを供試法の回転に同期
させて用いることにより、赤道部分の一定点の表面状態
が観察される。その他ＳＥＭによる観察や触針式粗さ計
による表面形状変化の記録等も行なえる。

このようにして、本発明の球転がり摩耗試験機によれば
、短時間でかつ簡便に試験結果が得られる。すなわち、
零球転がり摩耗試験機は、球面の一部を抽出して行なう
一種の迅速摩耗試験機であるといえる。

試験に際してはまた、装置はその構成上比較的コンパク
トな形状であるため、目的に応じて球支持手段やローラ
等を部分的に所望雰囲気中に容易に配置して試験が行な
われる。

さらにまた、試験によりローラも摩耗するので交換が必
要であるが、供試法とローラとの接触位置を変えられる
ように構成することにより、ローラの交換回数は減少す
る。

得られた試験結果は、供試法の摩耗痕面積と全球面積と
の比、材料の転がり／滑り摩耗特性、滑り摩耗特性等を
考慮して、実際の転勤球体の摩耗予測に利用される。

［実施例］ 以下、図面を用いて本発明の詳細な説明する。

第１図および第２図は本発明の一実施例に係る純転がり
球摩耗試験機の組立図および配置図である。

この装置は、同図に示すように、１対の球支持軸１ａお
よび１ｂの間に供試法２を挟んで保持する球保持台３、
駆動ローラ４、駆動ローラ４を回転させるモータ５、駆
動ローラ４を軸支する駆動側ローラ台６、従動ローラ７
、従動ローラ７を軸支する従動側ローラ台８、球保持台
３をローラ台６および８間で保持しかつ案内するための
球保持台案内棒９ａおよび９ｂ、ローラ台８を案内する
ボールスライドユニット１０、そして、ローラ台８をロ
ーラ台６方向へ所定の力で付勢する荷重装置１１を備え
る。

球支持軸１ａおよび１ｂは同一軸上に軸支して配置され
、これらの対向する端部は供試法２に適合した凹部を有
する。供試法２はその中心が球支持軸１ａ、ｌｂの回転
軸を通るようにこれらの間に挟持される。挟持された供
試法２は、したがって、球支軸１ａ、ｌｂと一体となフ
て軸回転可能である。

球保持台３は、球保持台ベース１３、ならびにそれぞれ
薄形ラジアル球軸受を備えた球保持軸軸受箱１４ａおよ
び１４ｂを有し、球保持軸１ａおよびｉｂはこの球保持
軸軸受箱１４ａおよび１４ｂの薄形ラジアル球軸受によ
ってそれぞれ軸支される。球保持軸軸受箱１４ａおよび
１４ｂは、球保持台ベース１３上部のくさび部分１５を
介して球保持台ベース１３に球保持軸１ａおよび１ｂの
軸方向にそれぞれ摺動可能に取り付けられる。

ローラ台６は、深みぞ球軸受をそれぞれ備えたローラ軸
軸受箱１６ａおよび１６ｂを有し、これらによって駆動
側ローラ４を軸支するとともに自身は基台１２上に固定
して配設される。

ローラ台８も同様に深みぞ球軸受をそれぞれ備えたロー
ラ軸軸受箱１７ａおよび１７ｂを有し、これらによって
従動ローラフを軸支するが、自身は従動ローラフの回転
軸が駆動ローラ４の回転軸に平行となるようにボールス
ライドユニット１０を介して基台１２上に配設される。

ボールスライドユニット１０は、この平行関係を一定平
面内において保持しつつローラ台８をローラ台６の方向
へ案内するように構成される。ローラ台８はまた、荷重
ボタン１８を有し、これを介して荷重装置１１から荷重
が負荷される。

球保持台案内棒９ａおよび９ｂは、ローラ台６側にロー
ラ台８の案内方向と平行となるように一端が固定され、
他端はローラ台８により摺動可能に支持される。球保持
台３はまた、リニアベアリングを有しており、これを介
して球保持台案内棒９ａおよび９ｂに取り付けられる。

したがって球保持台３およびローラ台８は、球保持軸１
ａ、ｌｂ、駆動ローラ４および従動ローラ７それぞれの
回転軸が互いに平行でかつ一定平面内に含まれるように
これら回転軸に垂直な方向に案内される。

荷重装置１１は、死荷重方式（デッドウェイト方式）で
あり、回動自在に支持された回動部材１９、一端が回動
部材１９に固定された荷重腕２０、荷重腕２０の他端に
上端が取り付けられた荷重ばね２１、および荷重ばね２
１の下端に取り付けられ荷重円重錘２２を載置するため
の荷重器２３を備える。回動部材１９は荷重腕２０を介
して荷重円重錘２２等の重さに応じた回転力を受ける。

荷重腕２０は、基台１２に設けられた荷重腕支え台２４
、およびその上端に取り付けられた荷重腕支えボルト２
５により、はぼ水平になるように運動が制限される。荷
重装置１１はまた、回動部材１９の回転軸から偏心した
位置に設けられた球状部材２６、一端面が球状部材２６
に接し球状部材２６から力を受けて摺動可能に支持され
た円筒状の荷重ピン２７、および荷重ピン２７の他端面
に固定され付加荷重を測定するためのロードセル２８を
備え、回動部材１９が受ける回転力はこれらを介して荷
重ボタン１８に付加される。図に示すように、球状部材
２６の中心、荷重ピン２７の中心軸、ロードセル２８、
荷重ボタン１８、従動ローラ７の中心、供試味１の中心
、および駆動ローラ４の中心は、はぼ−直線上に配置さ
れ、これにより、回動部材１９が受ける回転力は実質的
にこの直線に沿った一定の方向および大きさの荷重とし
て供試味２に伝えられる。

摩耗試験に際しては、前述のように球支持軸１ａおよび
ｉｂ間に挟持されかつ駆動ローラ４および従動ローラ７
間において荷重が付加された供試味２は、駆動ローラ４
の回転により摩擦力を受けて回転する。また、これと同
時に従動ローラ７も供試味２から摩擦力を受けて回転す
る。このようにして、供試味２は駆動ローラ４および従
動ローラ７間で転勤し、これらと接触する赤道部分にお
いて転がり摩耗が進行する。この間、摩耗に追従して供
試味２および従動ローラ７は荷重装置１１からの荷重に
より球保持台案内棒９ａ、９ｂおよびボールスライドユ
ニット１０等の案内手段に従って駆動ローラ４方向へ移
動し、供試味２は常に一定の荷重を受ける。またこの間
、軸支された従動ローラフの軸に負荷をかけることによ
り、駆動ローラ４、供試味２および従動ローラ７間にす
べりが生じる状態で摩耗を進行させることもできる。

次に本装置の動作、使用方法等をさらに具体的に理解す
るために本装置を用いて純転がり摩耗特性を測定する場
合の実施例について説明する。

Ｋｉ団 駆動ローラおよび従動ローラの外側円筒部分を直径５２
ｍｍ厚さ１７ｍｍの窒化珪素セラミックスで構成した第
１図の装置を用い、駆動ローラの回転数を６０Ｏｒｐｍ
、付加荷重を４ＯＮとして直径１１．１３ｍｍ、初期粗
さ１．１　ｊＪ　ｍ　Ｒｍａｎのアルミナ球を摩耗させ
、アルミナ球の回転数を基準にして接触面の変化および
摩耗粉形状を光学顕微鏡およびＳＥＭにより観察し、ま
た触針式粗さ計により球面の形状変化を記録し、さらに
この断面曲線により摩耗体積を求めた。ただし、アルミ
ナ球およびローラは試験前に超音波洗浄し乾燥させて、
摩耗試験は大気中無潤滑で行なった。

この結果として、アルミナ球の摩耗痕を横断する球面の
形状変化を第３図に示す。同図（ａ）。

（ｂ）および（Ｃ）はそれぞれ０回転後（初期状態）、
１０３回転後および１０’回転後における摩耗痕断面曲
線図である。転がり初めの１０３回転後においては、球
表面に同図（ｂ）に示すような肉眼で観察できるほどの
摩耗痕の形成が認められ、同時に粉状の摩耗粉の発生が
観察された。この後、時間の経過とともに摩耗痕の幅は
広くなり、次第にフレーク状の摩耗粉が大量に発生する
ようになった。

表面粗さは摩耗の進行に伴なって増加し、初期粗さが１
．１μｍＲ＋ａａｘのものが１０３回転後の測定におい
ては１０μｍＲ□、、１０’回転後は４０μｒｎＴｔ、
、、　、１０’回転後は９４　μｍ　Ｒｗａｘであった
。また、この表面には光学顕微鏡によれば無数の微細な
りラックが観察された。

２Ｘ１０’回転を超えると、摩耗痕幅は１ｍｍを超え、
２Ｘ１０５回転後は３ｍｍを超え、球の転がり接触とい
うよりはむしろ円筒の転がりへと穆行した。このような
摩耗痕幅より求めた摩耗体積の変化の様子を第４図のグ
ラフに示す。この図より、アルミナ球においては、荷重
４ＯＮを負荷した場合は極めて初期の段階から摩耗が進
行し、２Ｘ１０’回転ですでに明瞭なピットが発生して
いることから、この荷重では転勤要素としてアルミナ球
を使用することは困難であると考えられる。しかし同図
に併せて示した、荷重が７ＯＮの場合と比較すると、摩
耗速度は明らかに低下していることがわかる。

一方、ローラの表面はアルミナ球に接触した部分の光沢
が増す程度で、試験前後の粗さ計によるトレース結果に
はほとんど変化が現われなかった。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば次の効果を奏する。

（１）従来に比べ、数百〜数千倍早く転がり摩耗が進行
するため、また供試球を装置に取り付けたまま観察、測
定等が行なえるため、短時間で簡便に試験結果が得られ
る。

（２）すべりを伴なわない純転がり試験が可能である。

（３）単純構造でコンパクトに構成できるため、所望の
雰囲気ボックス中における摩耗試験が容易である。

（４）ローラ側にＲ溝を設けてベアリングの接触状態に
近付けることにより、ベアリング用の基礎データを得る
こともできる。

（５）供試球とローラとの直径の差、および供試球は２
点でローラに接触していることがらローラに比べ供試球
の方がかなり早く摩耗し、また球とローラとの接触位置
を変えられるため、ローラはあまり交換の必要がなく経
済的である。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は、本発明の一実施例に係る純転が
り球摩耗試験機の組立図および配置図、第３図は、第１
図の装置によりアルミナ球の摩耗試験を行なった場合の
球面の形状変化を示す摩耗痕断面曲線図、 第４図は、第１図の装置によりアルミナ球の摩耗試験を
行なった場合の摩耗痕幅より求めた摩耗体積の変化の様
子を示すグラフ、 第５図は、従来例に係る転がり摩耗特性を測定する装置
の模式図、そして、 第６図は、従来例に係るスラスト形の転がり疲労を測定
する装置の要部を示す概略断面図である。 ｌａ、ｌｂ：１対の球支持軸、２：供試球、３：球保持
台、４：駆動ローラ、５：モータ、６：駆動側ローラ台
、７：従動ローラ、８：従動側ローラ台、 ９ａ、９ｂ：球保持台案内棒、 １０：ボールスライドユニット、 １１：荷重装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、一軸上に配置された一対の球保持軸を軸支して有し
   、該球保持軸により供試球を該球保持軸と一体的に軸回
   転可能に挟持する球保持手段と、該球保持手段によって
   挟持された供試球に接して回転し、これにより該供試球
   を回転させる駆動ローラと、 該駆動ローラを回転させる駆動手段と、 該駆動ローラを軸支する駆動側ローラ台と、該球保持手
   段によって挟持された供試球に接して該供試球の回転に
   従って回転する従動ローラと、 該従動ローラを軸支する従動側ローラ台と、該従動側ロ
   ーラ台を相対的に該駆動側ローラ台方向へ押し付けて、
   該駆動ローラおよび従動ローラを該保持手段によって挟
   持された供試球に対し所定荷重下で接触させる荷重付加
   手段と を具備することを特徴とする球転がり摩耗試験機。 ２、前記球保持軸、駆動ローラおよび従動ローラそれぞ
   れの回転軸が互いの方向に相対的に移動できるように前
   記球保持手段、駆動側ローラ台および従動側ローラ台を
   案内する案内手段を備えた、請求項１記載の球転がり摩
   耗試験機。