JPH11258149A - 超音波振動付加型摩擦試験機 - Google Patents

超音波振動付加型摩擦試験機

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JPH11258149A
JPH11258149A JP6642698A JP6642698A JPH11258149A JP H11258149 A JPH11258149 A JP H11258149A JP 6642698 A JP6642698 A JP 6642698A JP 6642698 A JP6642698 A JP 6642698A JP H11258149 A JPH11258149 A JP H11258149A
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torque
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Seiji Kataoka
征二 片岡
Kokichi Kato
光吉 加藤
Takezo Sasaki
武三 佐々木
Takashi Nakada
高志 中田
Akio Moto
昭夫 基
Atsuhiro Takaba
敦弘 高場
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SHINKO ZOKI KK
Tokyo Metropolitan Government
Shinko Engineering Co Ltd
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SHINKO ZOKI KK
Tokyo Metropolitan Government
Shinko Engineering Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、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。 【解決手段】 本発明は、一対の摩擦試験材9・10の
一方9を保持して回転可能に支持された第1軸7と、そ
の他方10を保持して前記第1軸7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30と、第1軸
7の回転に伴う前記一対の摩擦試験材9・10の摩擦に
より生じる前記第2軸30のトルクを検出するトルク検
出装置17と、前記第1軸7及び第2軸30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14と
を備えることを特徴とする。

Description

【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3
0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2
1、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
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐々木 武三 東京都北区西が丘3−13−10 東京都立産 業技術研究所内 (72)発明者 中田 高志 東京都北区西が丘3−13−10 東京都立産 業技術研究所内 (72)発明者 基 昭夫 東京都北区西が丘3−13−10 東京都立産 業技術研究所内 (72)発明者 高場 敦弘 岐阜県大垣市本今町1682番地の2 神鋼造 機株式会社内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【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。
  2. 【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。
  3. 【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。
  4. 【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。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103278411A (zh) * 2013-05-14 2013-09-04 吉林大学 超声振动下球面接触式摩擦特性测试装置
CN110967293A (zh) * 2019-12-24 2020-04-07 华侨大学 超声振动辅助金属塑性成形模具摩擦磨损测试装置

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103278411A (zh) * 2013-05-14 2013-09-04 吉林大学 超声振动下球面接触式摩擦特性测试装置
CN110967293A (zh) * 2019-12-24 2020-04-07 华侨大学 超声振动辅助金属塑性成形模具摩擦磨损测试装置

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