JPH0618205A - 摩擦摩耗評価装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 低荷重で微小量の摩擦摩耗を精度良く検出す
ることができる摩擦摩耗評価装置を提供する。 【構成】 センサ部１６を差動トランス１５により形成
し、このコイル１３をコイル保持体１７により支持する
と共にコア１４をコイル保持体１７に設けた荷重計測部
１８から吊り下げて支持する。そして、上記コイル保持
体１７を移動手段１９により上下動可能とし、コア１４
の先端に検体２０を設ける。上記荷重計測部１８にて荷
重を計測しつつ移動手段１９によりコイル保持体１７を
上下させて試料台１２の被検体１１に所定の荷重を付与
し、摩擦摩耗測定を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光ディスク等の部材自
身の材料やコーティング膜の摩擦摩耗の測定を行う摩擦
摩耗評価装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、記録媒体、例えば光磁気ディス
ク、ＣＤ（コンパクトディスク）、ＬＤ（レーザディス
ク）、ＣＤ−ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒ
ｙ）、ＣＤ−ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍ
ｅｍｏｒｙ）、ＭＤ（磁気ディスク）等のディスクの保
護コーティング膜の摩擦摩耗測定或いはコーティング塗
膜やディスクの部材自身の材料の摩擦摩耗測定を行うた
めに摩擦摩耗評価装置が用いられている。この種の評価
装置は、一般的には２つの試料を押し付けるための力
（荷重）を発生する機構と、試料相互間に回転や摺動等
を与えて摺動状態とする駆動系と、押付力と摩擦抵抗力
を分離計測する計測系とにより主に構成される。荷重発
生機構は、重錘直荷式、バネ荷重方式、バネ荷重に挺子
を組み合わせた方式、油圧式、ベローズタイプのエアシ
リンダを用いた方式、磁力による方式等が知られる。ま
た、計測系すなわちセンサ系の動作原理は、例えば図６
に示すような原理が知られている。

【０００３】図６（Ａ）はスプリングバランス方式を示
し、バネ１とバネ２とにより均衡させた枠３に取り付け
た試料に摩擦力を付与し、この摩擦力により試料の回転
する動きを中間に取り付けたペン４と回転ドラム５の直
記で捕らえるようになっている。図６（Ｂ）はウエイト
レバーバランス方式を示し、重錘Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３によ
る押付力、摩擦力を重錘位置でバランスさせ、その時の
重錘Ｗ１、Ｗ３の目盛りを読み取るようになっている。
図６（Ｃ）はトルクアームロードセル方式を示し、摩擦
トルクで回転しようとするアーム６によりロードセル７
を押して、この時の力を計測するようになっている。図
６（Ｄ）はベンディングセル方式を、図６（Ｅ）はベン
ディングトルクセル方式を示し、トルク計測軸８に取り
付けたベンディングロードセル９による摩擦力をトルク
として直近で計測するようになっている。

【０００４】ところで、摩擦力の計測については、押付
力と摩擦力とは直交した状態に作用することから２つの
力の分離能力に優れていることが要求され、しかも測定
圧が実体より発生する力を妨げず、慣性質量が小さく応
答周波数の高いことが要求される。そのために、押付荷
重計測及び摩擦摩耗センサとして一般的には主として図
６（Ｄ）、（Ｅ）に示す方式が採用されており、ロード
セルが用いられている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来方式にあっては、試料に対して正確に荷重を付与
することができないばかりか、その機構上、低荷重にお
ける摩擦摩耗測定ができないという問題があった。ま
た、測定にロードセルを用いるために、摩擦摩耗の微小
変化量を検出できないので、精度良く摩擦摩耗の程度を
検出することができないという問題もあった。

【０００６】更には、その機構上、任意の隙間のすべり
摩擦が測定できないばかりか、すべり摩擦と間隙摩擦を
一台の装置で測定できず、しかも装置自体も大型で高価
になるという問題点があった。本発明は、以上のような
問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたも
のであり、その目的は、センサ部に差動トランスを用い
ることにより、低荷重で微小量の摩擦摩耗を精度良く検
出することができる摩擦摩耗評価装置を提供することに
ある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記問題点を
解決するために、被検体を載置して水平面内に移動可能
になされた試料台と、コイルと移動可能になされたコア
を有する差動トランスよりなるセンサ部と、前記センサ
部の前記コイルを保持するコイル保持体と、前記コイル
保持体に設けられ、前記センサ部のコアを吊り下げ可能
に支持する荷重計測部と、前記コイル保持体を前記試料
台に向けて移動可能とする移動手段と、前記コアに設け
られ、前記被検体と接触する検体とにより評価装置を構
成したものである。

【０００８】

【作用】本発明は、以上のように構成したので、試料台
に載置された被検体には、荷重計測部により荷重を計測
しつつ検体が内蔵されたコアにより所望の荷重を付与す
ることができる。そして、被検体の摩擦摩耗はセンサ部
を構成する差動トランスのコアの変位となって差動トラ
ンスの原理に基づいて出力されることになる。従って、
低荷重で微小量の摩擦摩耗を精度良く検出することが可
能となる。

【０００９】

【実施例】以下に、本発明に係る摩擦摩耗評価装置の一
実施例を添付図面に基づいて詳述する。図１は本発明に
係る摩擦摩耗評価装置の主要部を示す断面図、図２は本
発明に係る摩擦摩耗評価装置の全体を示す一部破断図、
図３は図２に示す装置の概略回路図、図４は本発明の評
価装置の動作を示す動作説明図である。

【００１０】図示するようにこの摩擦摩耗評価装置１０
は、保護コーティング膜等の形成された光磁気ディスク
のような被検体、例えばディスク１１を載置して水平面
内、例えばＸ・Ｙ方向及び回転移動が可能になされたた
試料台としての試料テーブル１２と、コイル１３と移動
可能になされたコア１４を有する差動トランス１５より
なるセンサ部１６と、上記コイル１３を保持するコイル
保持体としてのコイル保持筒１７と、このコイル保持筒
１７に設けられて上記コア１４を吊り下げ可能に支持す
る荷重計測部１８と、上記コイル保持筒１７を試料テー
ブル１２に向けて移動可能とする移動手段としてのマイ
クロメータ１９と、上記コア１４に設けられてディスク
１１と接触する球状の検体２０とにより主に構成され
る。

【００１１】具体的には、上記試料テーブル１２はディ
スク１１と同様に円板状に成形されており、その下面中
心部は試料テーブル１２を回転させるために回転モータ
２１の回転軸に接続されている。この回転モータ２１
は、Ｘ方向移動レール２２上を移動するＸ方向移動テー
ブル２３とＹ方向移動レール２４上を移動するＹ方向移
動テーブル２５とを組み合わせてなる移動機構上に設置
されており、従って、試料テーブル１２は、Ｘ・Ｙ方向
の移動及び回転移動可能になされている。

【００１２】上記マイクロメータ１９は、支持台２６に
取り付けられており、その伸縮軸２７は下方に貫通させ
て設けられている。このマイクロメータ１９には、上記
伸縮軸２７の移動量を精度良く正確に調整するための目
盛２８が形成されている。上記伸縮軸２７の先端には、
下方が開放された筒体状の支持筒３２の上端部がネジ２
９等により強固に取り付け固定されている。この支持筒
３２の下端部には、その周方向に沿って形成された固定
コア３０を有する電磁コイル３１が設けられている。こ
の支持筒３２の中空部には、この内径よりも小さな円筒
体状に成形されたコイル保持筒１７が遊嵌状態で挿入さ
れており、上下方向へ移動可能になされている。このコ
イル保持筒１７の天井部の周縁部には半径方向外方へ突
出された係合部３３が形成されており、この係合部３３
が上記電磁コイル３１の上方にて形成された段部３４に
係合することによりコイル保持筒１７の脱落を防止して
いる。そして、上記電磁コイル３１に対向するコイル保
持筒外面には、磁性体、例えば鉄板３５が設けられてお
り、必要に応じて上記電磁コイル３１に通電することに
よりその時の位置でコイル保持筒１７を支持筒３２側へ
固定し得るように構成される。この鉄板３５は、上述の
ようにコイル保持筒１７の固定及び開放を磁力で行うた
めにコイル保持筒１７の材質が磁性体でない場合に特に
必要となり、従って、コイル保持筒１７の材質が磁性体
の場合には設けなくてもよい。

【００１３】一方、コイル保持筒１７の中空部の先端開
口部近傍には、磁性体よりなる中空円筒体状のコア１４
が上記荷重計測部１８に、伸びが少ないチラノ繊維等よ
りなるリード線３６により吊り下げられており、コア１
４の下端部がコイル保持筒１７の下端開口部より僅かな
量だけ下方へ突き出るようにリード線３６の長さは設定
されている。そして、このコア１４を取り囲むコイル保
持筒１７の下端部には、その周方向に沿って差動トラン
スを構成するようにその巻回方向が途中で逆方向になさ
れたコイル１３が設けられており、差動トランス１５を
構成している。従って、コア１４の上下方向への僅かな
機械的移動乃至変位量は電気信号に変換されて差動トラ
ンス１５の出力変動として精度良く検出されることにな
る。

【００１４】そして、このコア１４の下端部には、点接
触時の摩擦摩耗測定を行うために球状になされた検体２
０が僅かに下方向へ突出させて完全に固定されており、
測定時にディスク１１と接触し得るようになされてい
る。そして、この中空コア１４内には、測定時にディス
クに対して所定の押付力を得るためのおもり３７が収容
されている。このおもり３７の重さは、必要に応じて任
意の値に設定し得る。また、検体２０としてはプラスチ
ックやステンレス等の種々の材質で構成されたものが揃
えられており、被検体の材質に応じてコア１４を含んだ
検体２０を変え得るようになっている。また、上記荷重
計測部１８は、コイル保持筒１７の天井部を遊嵌状態で
貫通した支持アーム３８を備えた計測台３９を有してお
り、この計測台３９と天井部との間に、荷重計、例えば
ストレンゲージ４０が設けられており、この計測台３９
に付与される荷重の重量を正確に計測し得るように構成
されている。

【００１５】このような装置の概略回路構成は、図３に
示すようになされ、差動トランス１５の相互に逆方向に
巻回されたコイル１３の出力は増幅器４１を介して、例
えばマイクロコンピュータ等よりなる制御部４２に接続
されている。この制御部４２には、装置を動作させるプ
ログラムが記憶されたＲＯＭ４３や必要なデータを記憶
するＲＡＭ４４が接続されると共に前記ストレンゲージ
４０の出力も接続されている。また、この制御部４２に
は、試料テーブル１２を移動させる回転モータ２１やＸ
・Ｙ方向移動テーブル２３、２５を移動させるモータ
（図示せず）を駆動するドライバ４５が接続され、これ
に駆動信号を出力するようになっている。尚、図示例に
あっては、回転モータ２１のドライバ４５のみを記す。
更に、この制御部４２には、測定結果を記録するための
記録部４６が接続されると共にストレンゲージ４０の値
を示す表示部４７が接続されている。尚、図示されてい
ないが、電磁コイル３１をオンオフするための駆動系も
この制御部４２に接続されている。

【００１６】次に、以上のように構成された本実施例の
動作について図４も参照しつつ説明する。まず、図４
（Ａ）に示すように電磁コイル３１に通電することによ
り支持筒３２とこの中空部に挿入したコイル保持筒１７
を電磁力により相互に固定し、この状態でマイクロメー
タ１９を動かすことにより支持筒３２及びこれに固定さ
れるコイル保持筒１７を上方に持ち上げてコア１４の下
端部もディスク１１より浮かせた状態にし、この時の全
体荷重をストレンゲージ４０により計測し、この値はＲ
ＡＭ４４に記憶される。この時の荷重は、計測台３９、
検体２０、コア１４及びおもり３７の全体荷重となる。

【００１７】次に、図４（Ｂ）に示すように電磁コイル
３１をオフすることにより支持筒３２とコイル保持筒１
７との結合を断ってフリーの状態とし、マイクロメータ
１９を手動で動かすことによりコイル保持筒１７の下端
部及びコア１４の下部の検体２０がディスク１１と接触
してリード線３６がたるんでフリーの状態になるまで支
持筒３２を降下させ、この状態でストレンゲージ４０に
より荷重を測定して、ＲＡＭ４４に記憶する。この測定
値は、計測台３９の自重となり、先に測定した全体荷重
から計測台３９の自重を差し引いて、後工程において被
検体であるディスク１１に加わる荷重、すなわちコア１
４と、検体２０とおもり３７の全体荷重を求める。尚、
この演算は、制御部４２にて行われる。

【００１８】次に、図４（Ｃ）に示すように間隙摩擦摩
耗測定を行う。すなわち、電磁コイル３１に通電するこ
とにより支持筒３２とコイル保持筒１７を結合し、マイ
クロメータ１９を手動で操作することによりコイル保持
筒１７を徐々に上昇させて、表示部４７の値を注視しつ
つこの値が先の図４（Ｂ）に示す操作で求めた被検体に
加わる荷重と計測台３９の自重の和になるようにリード
線３６を張るまでコイル保持筒１７及びコア１４を引き
上げる。この時、ディスク１１に付与される荷重は限り
なくゼロに近く、球状の検体２０は点接触状態となり、
ディスク１１との間は非常に小さい間隙となる。尚、こ
の時、コイル保持筒１７の下端部はディスク１１から完
全に離れている。

【００１９】この状態で、各テーブルのドライブを駆動
してディスク１１をＸ・Ｙ方向或いは回転方向へ移動さ
せることによりディスク１１面に予め塗布されている潤
滑剤等の間隙摩擦摩耗、すなわち境界潤滑による境界摩
擦及び流体潤滑による流体摩擦を測定する。ディスク１
１面に潤滑剤が含浸されている場合にはその潤滑性等を
測定する。この測定にあたっては、摩擦摩耗値及びこの
変位は検体２０を介してコア１４の上下方向への機械的
変位となり、この結果、センサ部１６を構成する差動ト
ランス１５のコイル１３から電圧乃至位相の変化となっ
て表れ、電気信号の変化に変換される。この信号は、増
幅器４１を介して制御部４２へ入力され、ここで所定の
演算処理がなされた後、結果が記録部４６等に記録され
ることになる。

【００２０】また、測定時においては差動トランス構造
の磁力により検体２０及びコア１４の水平方向への移動
は規制されるので、試料テーブル１２が移動しても検体
２０等が横振れすることがない。また、ストレンゲージ
４０を注視しつつマイクロメータ１９を微調整すること
により低荷重で微小量の摩擦摩耗を精度良く検出するこ
とが可能となる。次に、すべり摩擦摩耗測定を行う。す
なわち上記した間隙摩擦摩耗測定の状態から図４（Ｄ）
に示すようにマイクロメータ１９を操作することにより
コイル保持筒１７を次第に下方へ移動させてストレンゲ
ージ４０の値が計測台３９の自重量となるまで降下さ
せ、検体２０を完全にディスク１１面に接触させて、リ
ード線３６をたわませてフリー状態とする。この時、コ
イル保持筒１７の下端部はディスク面から離れていてこ
れと接触しないような状態とする。この場合、ディスク
面には、コア１４と検体２０とおもり３７の総重量が付
与されている。

【００２１】このような状態において、前述と同様にデ
ィスク１１をＸ・Ｙ方向及び回転方向へ移動させること
によりコア１４の上下方向への機械的変位を電気信号の
変位に変換し、すなわち差動トランスの原理により電気
信号を取り出し、すべり摩擦摩耗測定、例えば乾燥摩擦
を測定する。摩擦摩耗の測定に際しては、被検体である
ディスク１１を複数回移動させて、それぞれの差動トラ
ンスの出力の変位、変移量を平均化することにより測定
値を求めるのが好ましい。

【００２２】また、コア１４内のおもり３７の重量を変
化させることにより、測定する摩擦の荷重を任意に設定
することができる。また、検体２０の材質が異なった複
数のコアを用意してこれを取り代えることにより、材質
の異なる被検体の摩擦摩耗も測定することができ、被検
体の材質に制約されることがない。更に、検体２０に温
度センサを組み込んでおけば摩擦摩耗測定時に検体２０
と被検体との間で発生する摩擦熱も測定することができ
る。また更に、間隙摩擦摩耗測定とすべり摩擦摩耗測定
を一台の装置で行うことが可能となる。

【００２３】尚、上記実施例にあっては、点接触を行う
ために球状の検体２０を用いるようにしたが、これに限
定されず、例えば図５に示すように底部が平面状になさ
れた円錐状の検体４８を用い、この上部におもり４９を
設けるようにしてもよい。これによれば面接触時の摩擦
摩耗測定を行うことが可能となる。また、上記実施例に
あっては、光磁気ディスクの保護コーティング膜の摩擦
摩耗測定を行う場合について説明したが、これに限定さ
れず磁気ディスクの潤滑剤、潤滑性コーティング膜等の
測定、塗装膜の測定、その他どのような材料乃至部材の
摩擦摩耗の測定にも使用することができる。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の摩擦摩耗
評価装置によれば次のような優れた作用効果を発揮する
ことができる。荷重計測部により精度良く荷重を計測で
きるので、被検体に正確に荷重を付与することができる
のみならず、低荷重での摩擦摩耗も測定することができ
る。また、移動手段により精度良く高さ調整を行うこと
ができるので、任意の隙間のすべり摩擦摩耗を測定する
ことができる。更に、センサ部に差動トランスを用いる
ようにしたので、摩擦摩耗を精度良く測定できるのみな
らず、この微小変化量も検出することができる。また、
従来装置と比較して小型化でき、比較的安価に提供する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る摩擦摩耗評価装置の主要部を示す
断面図である。

【図２】本発明に係る摩擦摩耗評価装置の全体を示す一
部断面図である。

【図３】図２に示す装置の概略回路図である。

【図４】本発明の評価装置の動作を示す動作説明図であ
る。

【図５】本発明の評価装置に用いる検体の変形例を示す
図である。

【図６】従来の摩擦摩耗評価装置の計測原理を示す原理
図である。

【符号の説明】

１０…摩擦摩耗評価装置、１１…ディスク（被検体）、
１２…試料テーブル（試料台）、１３…コイル、１４…
コア、１５…差動トランス、１６…センサ部、１７…コ
イル保持筒（コイル保持体）、１８…荷重計測部、１９
…マイクロメータ（移動手段）、２０…検体、３２…支
持筒、３６…リード線、３７…おもり、３９…計測台、
４０…ストレンゲージ。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 // Ｇ０１Ｎ 19/02 Ｚ 2107−2Ｊ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被検体を載置して水平面内に移動可能に
   なされた試料台と、コイルと移動可能になされたコアを
   有する差動トランスよりなるセンサ部と、前記センサ部
   の前記コイルを保持するコイル保持体と、前記コイル保
   持体に設けられ、前記センサ部のコアを吊り下げ可能に
   支持する荷重計測部と、前記コイル保持体を前記試料台
   に向けて移動可能とする移動手段と、前記コアに設けら
   れ、前記被検体と接触する検体とよりなることを特徴と
   する摩擦摩耗評価装置。