JPH07134096A - 摩擦試験装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】測定精度が高く、測定に必要な摩擦長さを確保
しながら装置全体をコンパクトにした摩擦測定装置を得
る。 【構成】金属製の回転ドラム１１をドラム回転モータ１
５で定速回転させる。試料移動用モータ３１の駆動軸に
連結したボールネジ３３にナット部材３４で試料保持部
２の係止ブロック２１ａを係止する。試料保持装置２の
上端部の試料収容セルに試料を収容しシリンダで試料を
回転ドラム１１に圧接する。試料移動用モータ３１を駆
動して試料保持部２を回転ドラム１１の回転軸と平行に
定速移動させ、試料が回転ドラム１１の外周面に対して
螺旋軌道を描くようにする。ドラム回転モータ１５が固
定されたベアリングボックス１７とドラム回転モータ１
５に連結されたドラム軸１２を固定軸受１４で軸受す
る。回転ドラム１１の回転トルクをベアリングボックス
１７に連結されたロードセルで検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、物質の材質や表面粗さ
等に影響される物質間の摩擦抵抗を試験する摩擦試験装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の摩擦抵抗の試験は、原料
を扱う機械装置の設計を行うときなどに必要とされてい
る。例えば、単軸スクリュー押出機の固体輸送部の設計
を行う場合には、原料であるプラスチックと固体輸送部
を構成するための金属との摩擦係数を求める必要があ
る。

【０００３】このような摩擦試験を行う装置として、例
えば図６(A) に示すものが提案されている（成形加工'
９１、ｐ６５「摩擦抵抗の評価方法」）。この装置は、
長手のヒータ１０の両側にレール２０を配設するととも
にこのレール２０上にフレーム３０を摺動自在に載置
し、フレーム３０内に摺動自在な試料ホルダー４０を配
置するとともに、この試料ホルダー４０をロードセル５
０を介してフレーム３０に連結したものである。

【０００４】摩擦試験時には、ヒータ１０上に長手の金
属板Ｂを載せて所定温度に加熱するとともに、試料ホル
ダー４０で金属板Ｂ上に試料Ｓを保持し、試料Ｓに上方
から（図に面して手前から奥に掛けて）負荷を与えなが
らモータ６０、ピニオン７０、ラック８０およびワイヤ
ー９０によって、フレーム３０を図の矢印のように移動
させ、このときのロードセル５０の出力から試料Ｓと金
属板Ｂとの摩擦係数を求める。

【０００５】また、別の装置として図６(B) に示すもの
が提案されている（成形加工' ９１、ｐ６３「粒状プラ
スチックと金属面間の摩擦挙動」）。この装置は、シリ
ンダ１００内に、このシリンダ１００の一端を封止する
とともにシリンダ１００との間に間隙を形成するような
回転軸２００を回動自在に配設し、シリンダ１００の外
周にヒータ３００を配設したものである。

【０００６】摩擦試験時には、原料供給口１００ａから
シリンダ１００と回転軸２００との間隙にプラスチック
粒子Ｓを供給し、シリンダ１００と回転軸２００との間
隙に整合する加圧用プランジャ４００でプラスチック粒
子を加圧するとともに、ヒータ３００で所定温度に加熱
し、このプラスチック粒子を回転軸２００とともに回転
させ、このときの回転軸２００のトルクを検出して摩擦
係数を計測する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記図
６(A) の装置では、必要最小限の摩擦長さを得るために
試料を長距離移動させねばならず、装置が大型になると
いう問題がある。また、図６(B) の装置では、粒子状の
試料にしか適用できないという問題がある。また、加圧
用プランジャ４００によって軸方向に加圧しているの
で、半径方向に一様な圧力分布が得られにくく、また、
試料Ｓの溶融などによってシリンダ１００と試料Ｓとの
接触面の状態が変化するという環境で測定を行わなけれ
ばならない。このため、測定精度にばらつきが生じ易い
という問題がある。

【０００８】本発明は、コンパクトで測定精度の高い摩
擦試験装置を提供することを課題とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めになした本発明の摩擦試験装置は、円柱状の回転ドラ
ムと、上記回転ドラムを円柱の軸を回転軸として定速回
転させる回転ドラム回転手段と、試料を保持して該試料
を上記回転ドラムの外周面に一定圧力で接触させる試料
保持手段と、上記試料保持手段を上記回転ドラムの回転
軸と平行な方向に定速移動させる試料移動手段と、前記
回転ドラムの回転トルクを検出するトルク検出手段と、
を備え、前記回転ドラムを定速回転させるとともに、該
回転ドラムの外周面に試料を接触させた状態で該試料を
回転ドラムの回転軸と平行な方向に定速移動させ、前記
トルク検出手段で検出される回転トルクを試料と回転ド
ラムとの摩擦試験の測定データとして得るようにしたこ
とを特徴とする。

【００１０】

【作用】本発明の摩擦試験装置において、円柱状の回転
ドラムは回転ドラム回転手段により円柱の軸を回転軸と
して定速回転され、試料は試料保持手段により保持され
て回転ドラムの外周面に一定圧力で接触され、この試料
保持手段は試料移動手段により回転ドラムの回転軸と平
行な方向に定速移動され、このときの回転ドラムの回転
トルクがトルク検出手段で検出される。

【００１１】したがって、試料と回転ドラムとの接触位
置は回転ドラムの外周面上で螺旋軌道を描き、試料は、
常に、回転ドラムの外周面の清浄な面に一定圧力で押圧
されることになり、このとき検出される回転ドラムの回
転トルクに基づいて摩擦係数等を正確に測定することが
できる。また、接触面が螺旋軌道となるので、測定に必
要な摩擦長さを確保しながら装置全体をコンパクトにす
ることができる。

【００１２】

【実施例】図１は本発明の実施例の摩擦検査装置の外観
を示す正面図、図２は側面図である。この実施例の摩擦
検査装置は、金属製の架台Ａの上にドラム回転機構部
１、試料保持部２および試料移動機構部３を備えてい
る。また、架台Ａの側部には内部にヒータが配設された
恒温槽４を備えており、この摩擦検査装置の未使用時な
どに、図１に一点鎖線で示したように恒温槽４を試料保
持部２に被せ、試料保持部２の雰囲気を所望の温度に保
つようにする。

【００１３】架台Ａの前面パネルには、受電灯ａ、メイ
ンスイッチｂ、ラインスピードメータｃ、スピード調節
ツマミｄ、ヒータ用温度計ｅ、恒温槽用温度計ｆ、操作
スイッチｇ、非常停止ボタンｈ、表示灯ｉ、トルク指示
計ｊ、精密減圧弁ｋ、減圧弁ｍ、圧力計ｎがそれぞれ配
設されている。

【００１４】図３はドラム回転機構部１の一部破砕正面
図（図３(A) ）および側面図（図３(B) ）であり、図に
おいて、１１は円筒状の金属製の回転ドラム、１２は回
転ドラム１１を先端に保持するドラム軸、１３はドラム
軸１２の先端で回転ドラム１１の内周面に隣接するよう
に配設されたヒータ、１４はドラム軸１２を軸受する固
定軸受、１５は固定軸受１４を架台Ａ上に保持する脚部
材である。

【００１５】ヒータ１３は固定軸受１４の側部に配設さ
れたブラシ電極１４ａとドラム軸１２の側部に形成され
た電極１２ａを介して通電され、回転ドラム１１を加熱
する。また、回転ドラム１１の外周面端部の全周には帯
状の黒色処理面１１ａが形成されており、図２に示した
ように架台Ａ上の背面にはこの回転ドラム１１の黒色処
理面１１ａに向けて放射温度計５が配設されており、黒
色処理面１１ａから輻射される赤外線を放射温度計５で
検知して回転ドラム１１の表面温度が測定される。

【００１６】１６はドラム軸１２を回転駆動するドラム
回転モータ、１７はドラム回転モータ１５の駆動軸側に
固定されるとともに固定軸受１４の回転ドラム１１と反
対側の端部外周に取り付けられたベアリングボックス、
１８はベアリングボックス１７の側部に形成されたアー
ム１７ａの先端と脚部材１５に取り付けられたアーム１
５ａの先端との間に取り付けられたロードセルである。
なお、ドラム軸１２のヒータ１３と反対側の端部は、ベ
アリングボックス１７内でドラム回転モータ１５の駆動
軸と連結されている。

【００１７】以上の構成により、ドラム回転モータ１５
が駆動されると、ドラム回転モータ１５の回転力がドラ
ム軸１２に伝達されて回転ドラム１１が図３(B) の矢印
のように一定速度で回転される。このとき、ベアリン
グボックス１７は図３(B) の矢印の方向に回転トルク
を受けてロードセル１８に張力が加えられ、このロード
セル１８から一定の初期出力が得られる。

【００１８】また、回転ドラムが回転されているとき
に、後述説明するように試料が回転ドラム１１のドラム
面に圧接されて摩擦力が与えられると、この摩擦力に応
じた分だけベアリングボックス１７が受ける回転トルク
が増加し、その分だけロードセル１８の出力が増加す
る。そして、このロードセル１８の出力の初期出力から
の増加分（回転ドラムの回転トルクの減少分）に基づい
て摩擦力が検出される。

【００１９】なお、回転ドラム１１はドラム軸１２に対
してボルトで固定されており、この回転ドラム１１は、
同じ形状で、ドラム面の金属の種類や表面の粗さ等な
ど、条件の異なる他の回転ドラムと取り替えて、各種の
材料についての摩擦試験を行なえるようになっている。

【００２０】図４は試料保持部２および試料移動機構部
３の一部破砕正面図（図４(A) ）および側面図（図４
(B) ）、図５は試料保持部２の上面図であり、試料保持
部２において、２１は水平なスライドレール２１ａ上で
摺動自在に保持された移動基板、２２は移動基板２１上
に組立られたフレーム、２３は移動基板に取り付けられ
た試料昇降用シリンダ、２４は試料昇降用シリンダ２３
の駆動軸２３ａに取り付けられるとともにフレーム２２
に沿って垂直に取り付けられたスライドレール２２ａに
よって昇降自在に保持されている試料挿入部、２５は試
料挿入部２４の上端面より僅かに突出して試料挿入部２
４の側部に回転自在に設けられた一対のローラである。

【００２１】試料挿入部２４は、図５に詳細に示したよ
うに、上部に矩形の空間である試料収容部２４１ａを形
成する試料収容セル２４１とこの試料収容セル２４１の
下部に試料押出シリンダ２４２とを備えている。なお、
試料収容部２４１ａの内法は、例えば８mm×１７mm程度
であり、この試料収容部２４１ａの上部開口端部は回転
ドラム１１の外周面とμｍオーダーで隣接されるもの
で、この上部開口端部の長辺は回転ドラム１１の外周面
に沿って僅かに湾曲している。

【００２２】試料収容部２４１ａ内には矩形のピストン
２４１ｂが配設され、このピストン２４１ｂの下端は試
料押出シリンダ２４２の駆動軸２４２ａの先端に当接さ
れており、試料押出シリンダ２４２の駆動により、ピス
トン２４１ｂは試料収容部２４１ａ内で上下動し、試料
収容部２４１内に挿入された試料が回転ドラム１１の外
周面に圧接される。

【００２３】なお、試料押出シリンダ２４２は一定圧力
の圧搾空気によって駆動されるようになっており、試料
はドラム１１の外周面に対して一定圧力で圧接される。
また、この圧力は架台Ａの前面パネルの精密減圧弁ｋ、
減圧弁ｍおよび圧力計ｎによって調節可能になってい
る。

【００２４】試料移動機構部３において、３１は試料移
動用モータ、３２は試料移動用モータ３１の駆動軸に取
り付けられた自在継手、３３は自在継手３２を介して試
料移動用モータの駆動軸に連結されたボールネジ、３４
はボールネジに螺合されたナット部材である。ナット部
材３４は試料保持部２の移動基板２１に配設された係止
ブロック２１ｂに係止され、試料移動用モータ３１の駆
動により、試料保持部２はスライドレール２１ａ上を図
４(A) の矢印のように摺動し、回転ドラム１１の下部
で回転ドラム１１の軸と平行な方向に一定速度で移動さ
れる。

【００２５】以上の構成により、検査の開始時には、先
ず図１に実線で示したように試料保持部２を架台Ａの端
に移動した状態で試料収容セル２４１に試料を挿入し、
次に、図１に二点鎖線で示したように試料保持部２を回
転ドラム１１の下部先端近傍まで手動で移動させて試料
移動機構３のナット部材３４を試料保持部２の係止ブロ
ック２１ｂに係止させる。

【００２６】そして、前面パネルのスタートスイッチを
押すと、ドラム回転モータ１５が駆動されて回転ドラム
１１が一定速度で回転し、このときのロードセル１８の
初期出力が検出トルクの０点として設定される。

【００２７】この０点の設定が終了すると、試料昇降用
シリンダ２３が駆動されて試料挿入部２４が上昇され、
ローラ２５が回転ドラム１１の外周面に圧接されて停止
し、回転ドラム１１の外周面と試料挿入部２４の試料収
容セル２４１の上端開口縁との間隔が一定に保持され
る。

【００２８】次に、試料押出シリンダ２４２が駆動され
て試料収容セル２４１内のピストン２４１ｂが一定圧力
で押し上げられ、この試料収容セル内に挿入された試料
が回転ドラム１１の外周面に一定圧力で圧接される。ま
た、試料移動機構３の試料移動用モータ３１が駆動され
て、試料保持部２がスライドレール２１ａ上を移動し、
回転ドラム１１の外周面に圧接された試料がこの外周面
上で螺旋を描いて摺動する。

【００２９】この間のロードセル１８の出力に基づいて
回転トルクが検出され、検出される回転トルクが、前面
パネルのトルク指示計ｊにデジタル表示される。そし
て、試料保持部２が所定位置まで移動すると、試料押出
シリンダ２４２が駆動されて試料収容セル内に挿入され
た試料への加圧が解除されるとともに、試料昇降用シリ
ンダ２３が駆動されて試料挿入部２４が下降され、回転
ドラム１１が停止され、さらに、試料移動用モータ３１
が逆転されて、試料保持部２が回転ドラム１１の端部ま
で移動される。

【００３０】なお、以上の試験時には、放熱温度計１４
で検出される回転ドラム１１の表面測定温度と設定温度
とに基づいてヒータ１３への通電量が制御され、回転ド
ラム１１の温度は一定の設定温度に保たれる。

【００３１】以上の制御は、架台Ａ内部に配設されたシ
ーケンサ等の公知の制御手段により実現することができ
る。また、試料保持部２の移動位置等は光電式リミット
スイッチ等で検出することができる。

【００３２】また、この摩擦試験装置では、回転ドラム
１１のドラム面の材料として金属、セラミックス等各種
の固体面（回転ドラム面）を用いることができ、この固
定面に対して、金属、セラミックス、プラスチック、各
種復号材料木材を試料として試験を行うことができる。
また、試料の形態については、塊状のサンプル、粒状、
粉末状のサンプルなどに適用することができる。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように本発明の摩擦試験装
置によれば、回転ドラムを定速回転させるとともに、こ
の回転ドラムの外周面に試料を接触させた状態で試料を
回転ドラムの回転軸と平行な方向に定速移動させ、トル
ク検出手段で検出される回転トルクを試料と回転ドラム
との摩擦試験の測定データとして得るようにしたので、
試料と回転ドラムとの接触位置は回転ドラムの外周面上
で螺旋軌道を描き、試料は、常に、回転ドラムの外周面
の清浄な面に一定圧力で押圧されることになり、測定精
度を高めることができる。また、接触面が螺旋軌道とな
るので、測定に必要な摩擦長さを確保しながら装置全体
をコンパクトにすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の摩擦検査装置の外観を示す正
面図である。

【図２】同摩擦検査装置の側面図である。

【図３】実施例におけるドラム回転機構部の一部破砕正
面図および一部破砕側面である。

【図４】実施例における試料保持部および試料移動機構
部の一部破砕正面図および一部破砕側面図である。

【図５】実施例における試料保持部の詳細断面図であ
る。

【図６】従来の摩擦試験装置の一例を示す図である。

【符号の説明】

１…ドラム回転機構部、２…試料保持部、３…試料移動
機構部、１１…回転ドラム、１６…ドラム回転モータ、
１８…ロードセル、２１…移動基板、２３…試料昇降用
シリンダ、２４１…試料収容セル、２４１ｂ…ピスト
ン、２４２…試料押出シリンダ、３１…試料移動用モー
タ、３３…ボールネジ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 円柱状の回転ドラムと、 上記回転ドラムを円柱の軸を回転軸として定速回転させ
   る回転ドラム回転手段と、 試料を保持して該試料を上記回転ドラムの外周面に一定
   圧力で接触させる試料保持手段と、 上記試料保持手段を上記回転ドラムの回転軸と平行な方
   向に定速移動させる試料移動手段と、 前記回転ドラムの回転トルクを検出するトルク検出手段
   と、を備え、 前記回転ドラムを定速回転させるとともに、該回転ドラ
   ムの外周面に試料を接触させた状態で該試料を回転ドラ
   ムの回転軸と平行な方向に定速移動させ、前記トルク検
   出手段で検出される回転トルクを試料と回転ドラムとの
   摩擦試験の測定データとして得るようにしたことを特徴
   とする摩擦試験装置。
2. 【請求項２】 前記試料保持手段は、前記回転ドラムの
   外周面側に開口を有する試料セルと、前記試料を収容す
   る試料セルの底部を上記回転ドラムの外周面側に一定圧
   力で付勢する押圧手段と、上記試料セルの近傍に固定さ
   れた回転自在な接触ローラとを備え、 前記回転ドラムの外周面に前記接触ローラを当接させる
   ことにより、前記試料セルの開口端部と上記回転ドラム
   の外周面とのクリアランスを一定に保持するようにした
   ことを特徴とする請求項１記載の摩擦試験装置。