特許 6239467 摩擦測定装置および摩擦測定方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6239467

(24)【登録日】2017年11月10日

(45)【発行日】2017年11月29日

(54)【発明の名称】摩擦測定装置および摩擦測定方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 19/02 20060101AFI20171120BHJP

【ＦＩ】

   G01N19/02 C

【請求項の数】6

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2014-166895(P2014-166895)

(22)【出願日】2014年8月19日

(65)【公開番号】特開2016-44976(P2016-44976A)

(43)【公開日】2016年4月4日

【審査請求日】2017年2月22日

(73)【特許権者】

【識別番号】504136568

【氏名又は名称】国立大学法人広島大学

(73)【特許権者】

【識別番号】000006633

【氏名又は名称】京セラ株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000183646

【氏名又は名称】出光興産株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001427

【氏名又は名称】特許業務法人前田特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】山根 八洲男

(72)【発明者】

【氏名】田中 隆太郎

(72)【発明者】

【氏名】長谷川 充

(72)【発明者】

【氏名】野田 謙二

(72)【発明者】

【氏名】高木 史明

【審査官】 山口 剛

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００８−０２７６９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−００２６４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１２／０１８６３２５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００１−２０８６６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭６３−０１７４４５（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２０１０−２５６１９５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ １９／０２

Ｇ０１Ｎ ３／５６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１部材と第２部材との間に押し付け荷重が作用した状態で該第１部材及び該第２部材を該荷重が作用する方向に交差する方向へ相対的に摺動させる摺動機構と、
前記第１部材及び前記第２部材が摺動する際の該第１部材と該第２部材との間の摩擦特性を測定する測定機構とを備え、
前記第１部材及び前記第２部材はそれぞれ、線状に延び、断面が凸状の凸部を有し、
前記摺動機構は、前記第１部材及び前記第２部材の前記凸部同士を交差する状態で接触させ、該第１部材及び該第２部材を前記荷重が作用する方向に交差する平面内において相対的に周回させる摩擦測定装置。

【請求項2】

請求項１に記載の摩擦測定装置において、
前記摺動機構による前記第１部材及び前記第２部材の周回は、円運動である摩擦測定装置。

【請求項3】

請求項１又は２に記載の摩擦測定装置において、
前記凸部は、２つの面を連結する稜部である摩擦測定装置。

【請求項4】

第１部材と第２部材との間に押し付け荷重が作用した状態で該第１部材及び該第２部材を該荷重が作用する方向に交差する方向へ相対的に摺動させる摺動工程と、
前記第１部材及び前記第２部材が摺動する際の該第１部材と該第２部材との間の摩擦特性を測定する測定工程とを含み、
前記第１部材及び前記第２部材はそれぞれ、線状に延び、断面が凸状の凸部を有し、
前記摺動工程では、前記第１部材及び前記第２部材の前記凸部同士を交差する状態で接触させ、該第１部材及び該第２部材を前記荷重が作用する方向に交差する平面内において相対的に周回させる摩擦測定方法。

【請求項5】

請求項４に記載の摩擦測定方法において、
前記摺動工程における前記第１部材及び前記第２部材の周回は、円運動である摩擦測定方法。

【請求項6】

請求項４又は５に記載の摩擦測定方法において、
前記凸部は、２つの面を連結する稜部である摩擦測定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

ここに開示された技術は、摩擦測定装置および摩擦測定方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来より、２つの部材を摺動させて、２つの部材間の摩擦特性を測定する摩擦測定装置及び摩擦測定方法が知られている。

【0003】

例えば、特許文献１には、ピン状の試験片を回転するディスクに接触させた状態でディスクを回転させることによって、試験片とディスクとを相対的に摺動させて、両者の間の摩擦力を測定している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１０−２５６１９５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、２つの部材を摺動させて、２つの部材間の摩擦特性を測定する構成においては、両方又は一方の部材が摩耗してしまい、測定時間の経過に伴って摩擦特性の測定精度が低下する虞がある。

【0006】

また、摩擦特性は、摺動面の微細構造の影響を受け易く、例えば、部材の加工方法やその加工の方向等の影響を受ける。そのため、様々な方向への摩擦特性の測定が求められる場合もある。しかしながら、特許文献１の摩擦測定においては、ディスクは、試験片に対して、ディスクの回転軸を中心として試験片の先端を通る円の接線方向へ常に摺動している。そのため、特定の一方向への摩擦特性しか測定することができない。

【0007】

ここに開示された技術は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、部材の摩耗による影響を低減しつつ、様々な摺動方向への摩擦特性の測定を行うことにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

ここに開示された摩擦測定装置は、第１部材と第２部材との間に押し付け荷重が作用した状態で該第１部材及び該第２部材を該荷重が作用する方向に交差する方向へ相対的に摺動させる摺動機構と、前記第１部材及び前記第２部材が摺動する際の該第１部材と該第２部材との間の摩擦特性を測定する測定機構とを備え、前記第１部材及び前記第２部材はそれぞれ、線状に延び、断面が凸状の凸部を有し、前記摺動機構は、前記第１部材及び前記第２部材の前記凸部同士を交差する状態で接触させ、該第１部材及び該第２部材を前記荷重が作用する方向に交差する平面内において相対的に周回させるものである。

【0009】

また、ここに開示された摩擦測定方法は、第１部材と第２部材との間に押し付け荷重が作用した状態で該第１部材及び該第２部材を該荷重が作用する方向に交差する方向へ相対的に摺動させる摺動工程と、前記第１部材及び前記第２部材が摺動する際の該第１部材と該第２部材との間の摩擦特性を測定する測定工程とを含み、前記第１部材及び前記第２部材はそれぞれ、線状に延び、断面が凸状の凸部を有し、前記摺動工程では、前記第１部材及び前記第２部材の前記凸部同士を交差する状態で接触させ、該第１部材及び該第２部材を前記荷重が作用する方向に交差する平面内において相対的に周回させるものである。

【発明の効果】

【0010】

前記摩擦測定装置によれば、第１部材及び第２部材の摩耗による影響を低減しつつ、様々な摺動方向への摩擦特性の測定を行うことができる。

【0011】

前記摩擦測定方法によれば、第１部材及び第２部材の摩耗による影響を低減しつつ、様々な摺動方向への摩擦特性の測定を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】摩擦測定装置の概略図である。

【図2】第１部材を示し、上側が正面図であり、下側が底面図である。

【図3】第１部材と第２部材との接触状態を示す拡大図である。

【図4】第１部材が第２部材に対して摺動する様子の模式図であり、（Ａ）は円運動の開始時点を、（Ｂ）は（Ａ）から９０°回転した時点を、（Ｃ）は（Ｂ）から９０°回転した時点を、（Ｄ）は（Ｃ）から９０°回転した時点を示す。

【図5】第１部材が回転する際の速度成分の変化を示すグラフである。

【図6】第１部材の寸法図を示し、上側が正面図であり、下側が底面図である。

【図7】摩擦測定において測定された荷重を示すグラフである。

【図8】Ｐ１５の摩擦係数のｘ−ｙリサージュである。

【図9】Ｍ１５の摩擦係数のｘ−ｙリサージュである。

【図10】Ｓ４５Ｃの摩擦係数のｘ−ｙリサージュである。

【図11】Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖの摩擦係数のｘ−ｙリサージュである。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、例示的な実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

【0014】

図１に摩擦測定装置の概略図を示す。摩擦測定装置１００は、第１部材Ａを保持する第１治具１と、第２部材Ｂを保持する第２治具２と、第１部材Ａを第２部材Ｂに押し付ける荷重機構３と、第１部材Ａを第２部材Ｂに対して相対的に摺動させる摺動機構４と、第１部材Ａ及び第２部材Ｂが摺動する際の第１部材Ａ及び第２部材Ｂとの間の摩擦特性を測定する測定機構５とを備えている。摩擦測定装置１００は、例えば、マシニングセンタである。以下、説明の便宜上、上下方向をＺ方向とし、互いに直交し且つＺ方向にも直交するＸ方向とＹ方向とを規定する。

【0015】

測定機構５は、摩擦測定装置１００のステージ６上に設置されている。第２治具２は、測定機構５上に設置されている。第１治具１は、第２治具２の上方に配置されている。荷重機構３は、第１治具１と連結されており、第１治具１に対してＺ方向下向き、即ち、第２治具２の方への荷重を付加する。摺動機構４は、第１治具１及び荷重機構３を一体的にＸＹ平面内で移動させる。

【0016】

図２に第１部材Ａを示し、上側が正面図であり、下側が底面図である。

【0017】

第１部材Ａは、平面視略正方形の直方体状のブロックである。詳しくは、対向する一対の略正方形状の主面ａ１，ａ２と、一対の主面ａ１，ａ２を連結する４つの側面ａ３〜ａ６とを有する。４つの側面ａ３〜ａ６の隣り合う各２つの側面は、稜部ａ７を介して連結されている。つまり、第１部材Ａは、４つの稜部ａ７を有している。稜部ａ７は、Ｒ面取りされ、Ｒ面となっている。稜部ａ７は、直方体の厚み方向に線状に延び、断面が凸状の凸部の例である。尚、稜部ａ７は、Ｒ面に代えてＣ面であってもよく、面取りされないものであってもよい。主面ａ１，ａ２と側面ａ３〜ａ６との間の稜部の面取り状態は、基本的に稜部ａ７と同じであるが、異なるものであってもよい。

【0018】

第２部材Ｂは、第１部材Ａと同様の形状をしているので詳細な説明を省略する。ただし、第２部材Ｂも、第１部材Ａと同様に、一対の主面と４つの側面と、Ｒ面に形成された４つの稜部とを有している。以下、第２部材Ｂのこれらの要素について言及するときには、第１部材Ａの各要素に関する符号のうち「ａ」を「ｂ」に置き換えて説明する。すなわち、第２部材Ｂは、４つの稜部ｂ７を有している。稜部ｂ７は、線状に延び、断面が凸状の凸部の例である。

【0019】

第１治具１は、２つの板を有し、該２つの板で第１部材Ａを挟み込むことによって第１部材Ａを保持する。２つの板は、第１部材Ａを挟み込んだ状態でネジで固定される。このとき、第１治具１は、１つの稜部ａ７が第２治具２の方を向き且つ、該稜部ａ７がＸ方向に延びるような状態で第１部材Ａを保持する。

【0020】

第２治具２は、第１治具１と同様の構成をしている。つまり、第２治具２は、２つの板を有し、該２つの板で第２部材Ｂを挟み込むことによって第２部材Ｂを保持する。２つの板は、第２部材Ｂを挟み込んだ状態でネジで固定される。このとき、第２治具２は、１つの稜部ｂ７が第１治具１の方を向き且つ、該稜部ｂ７がＹ方向に延びるような状態で第２部材Ｂを保持する。

【0021】

こうして第１治具１及び第２治具２にそれぞれ保持された第１部材Ａ及び第２部材Ｂは、稜部ａ７と稜部ｂ７とが接触している。図３は、第１部材Ａと第２部材Ｂとの接触状態を示す拡大図である。

【0022】

詳しくは、第１部材Ａは、稜部ａ７がＸ方向に延びる状態で保持されている。一方、第２部材Ｂは、稜部ｂ７がＹ方向に延びる状態で保持されている。つまり、稜部ａ７と稜部ｂ７とは、互いに交差した状態（より詳しくは、直交した状態）で接触している。これにより、第１部材Ａの接触部ａ８と第２部材Ｂの接触部ｂ８とは、実質的に点接触している。

【0023】

荷重機構３は、Ｚ方向下向きの荷重を出力する。荷重機構３は、第１治具１を介して、第１部材Ａに第２部材Ｂの方への押し付け荷重を付与する。

【0024】

摺動機構４は、第１部材Ａと第２部材Ｂとの間に押し付け荷重が作用した状態で第１部材Ａ及び第２部材Ｂを荷重が作用する方向に交差する方向へ相対的に摺動させる（即ち、摺動工程を行う）。詳しくは、摺動機構４は、第１治具１及び荷重機構３を一体的にＸＹ平面内、即ち、押し付け荷重が作用する方向と交差する（より詳しくは直交する）平面内で移動させる。こうして、摺動機構４は、第１部材Ａを移動させる。摺動機構４は、第１部材Ａを任意の軌跡で移動させることができる。ここでは、摺動機構４は、第１部材ＡをＸＹ平面内で円運動させる。尚、摺動機構４が荷重機構３を第１治具１と一体的に移動させるので、荷重機構３が第１部材Ａに押し付け荷重を付与した状態が維持される。

【0025】

測定機構５は、多成分動力計であって、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向への力を測定する。測定機構５には第２治具２が取り付けられているので、測定機構５は、第２部材Ｂに作用するＸ方向の力、Ｙ方向の力、Ｚ方向の力を測定する。つまり、測定機構５は、第１部材Ａ及び第２部材Ｂが摺動する際の、第１部材Ａと第２部材Ｂとの間の垂直荷重、Ｘ方向への摩擦力及びＹ方向への摩擦力を測定する（即ち、測定工程を行う）。

【0026】

続いて、摩擦特性の測定について詳細に説明する。図４に、第１部材Ａが第２部材Ｂに対して摺動する様子の模式図を示す。図４は、図３の要部をＺ方向から見た図である。

【0027】

摺動機構４は、第１部材Ａ及び第２部材Ｂの両方の接触部ａ８，ｂ８を変更しながら第１部材Ａ及び第２部材Ｂを相対的に摺動させる。具体的には、第１治具１に保持された第１部材Ａの稜部ａ７は、Ｘ方向に延びている。一方、第２治具２に保持された第２部材Ｂの稜部ｂ７は、Ｙ方向に延びている。そのため、稜部ａ７と稜部ｂ７とは、交差（より詳しくは、直交）し、実質的に点接触している。この状態において、摺動機構４は、第１部材Ａを例えば図４（Ａ）の状態から、第２部材Ｂに対して相対的に円運動させる。（Ａ）の状態から、（Ｂ）→（Ｃ）→（Ｄ）と進んで、（Ａ）に戻ってきたときに一周の円運動が完了する。ここで、第１部材Ａの速度は、図５に示すように、稜部ａ７が延びるＸ方向への速度成分（Ｘ成分）と、稜部ｂ７が延びるＹ方向への速度成分（Ｙ成分）とに分解することができる。（Ａ）の状態においては、第１部材Ａの速度のほとんどがＹ成分であり、Ｘ成分は実質的に零である。（Ａ）から（Ｂ）へ進むにつれて、Ｙ成分が減少し、Ｘ成分が増加する。（Ｂ）の状態では、第１部材Ａの速度のほとんどがＸ成分であり、Ｙ成分は実質的に零となる。こうして、Ｘ成分及びＹ成分の増減を繰り返すことによって、稜部ａ７の接触部ａ８及び稜部ｂ７の接触部ｂ８がそれぞれ移動する。稜部ａ７はＸ方向へ延びているので、接触部ａ８は第１部材Ａの速度のＸ成分に応じて移動する。接触部ａ８は、稜部ａ７上を円運動の直径の範囲内で移動する。一方、稜部ｂ７はＹ方向へ延びているので、接触部ｂ８は第１部材Ａの速度のＹ成分に応じて移動する。接触部ｂ８は、稜部ｂ７上を円運動の直径の範囲内で移動する。こうして、接触部ａ８の位置及び接触部ｂ８の位置は、円運動の際に刻々と変化する。これにより、第１部材Ａ及び第２部材Ｂの両方又は一方が局所的に摩耗することが防止される。

【0028】

このとき、測定機構５は、第１部材Ａが円運動する際の、Ｘ方向への荷重、Ｙ方向への荷重及びＺ方向への荷重を測定している。荷重機構３による荷重は、円運動を通じて一定に維持されているので、測定機構５により測定されるＺ方向への荷重は略一定である。測定機構５により測定されるＸ方向への荷重は、第１部材ＡのＸ方向への速度成分の増減と、第１部材Ａと第２部材Ｂとの間のＸ方向への動摩擦係数に依存して変化する。また、測定機構５により測定されるＹ方向への荷重は、第１部材ＡのＹ方向への速度成分の増減と、第１部材Ａと第２部材Ｂとの間のＹ方向への動摩擦係数に依存して変化する。これら測定機構５の測定結果に基づいて、第１部材Ａと第２部材Ｂとの間のＸ方向への摩擦力及び動摩擦係数、並びに、第１部材Ａと第２部材Ｂとの間のＹ方向への摩擦力及び動摩擦係数を測定することができる。さらには、Ｘ方向への摩擦力及び動摩擦係数とＹ方向への摩擦力及び動摩擦係数とを合成することによって、ＸＹ平面における任意の方向への摩擦力及び動摩擦係数を求めることができる。

【0029】

以上のように、摩擦測定装置１００は、第１部材Ａと第２部材Ｂとの間に押し付け荷重が作用した状態で第１部材Ａ及び第２部材Ｂを該荷重が作用する方向に交差する方向へ相対的に摺動させる摺動機構４と、第１部材Ａ及び第２部材Ｂが摺動する際の第１部材Ａと第２部材Ｂとの間の摩擦特性を測定する測定機構５とを備え、第１部材Ａ及び第２部材Ｂはそれぞれ、線状に延び、断面が凸状の稜部ａ７，ｂ７を有し、摺動機構４は、第１部材Ａ及び第２部材Ｂの稜部ａ７，ｂ７同士を交差する状態で接触させ、第１部材Ａ及び第２部材Ｂを荷重が作用する方向に交差する平面内において相対的に周回させる。

【0030】

また、前述の摩擦測定方法は、第１部材Ａと第２部材Ｂとの間に押し付け荷重が作用した状態で第１部材Ａ及び第２部材Ｂを荷重が作用する方向に交差する方向へ相対的に摺動させる摺動工程と、第１部材Ａ及び第２部材Ｂが摺動する際の第１部材Ａと第２部材Ｂとの間の摩擦特性を測定する測定工程とを含み、第１部材Ａ及び第２部材Ｂはそれぞれ、線状に延び、断面が凸状の稜部ａ７，ｂ７を有し、摺動工程では、第１部材Ａ及び第２部材Ｂの稜部ａ７，ｂ７同士を交差する状態で接触させ、第１部材Ａ及び第２部材Ｂを荷重が作用する方向に交差する平面内において相対的に周回させる。

【0031】

この構成によれば、周回運動には第１部材Ａの稜部ａ７が延びる方向の移動成分と第２部材Ｂの稜部ｂ７が延びる方向の移動成分とが含まれる。稜部ａ７の接触部ａ８は、稜部ａ７が延びる方向の移動成分に応じて稜部ａ７上を移動し、稜部ｂ７の接触部ｂ８は、稜部ｂ７が延びる方向の移動成分に応じて稜部ｂ７上を移動する。こうして、第１部材Ａ及び第２部材Ｂの摺動時に第１部材Ａ及び第２部材Ｂの両方の接触部ａ８，ｂ８が刻々と変化する。その結果、第１部材Ａ及び第２部材Ｂの両方又は一方が局所的に摩耗することを防止することができるので、第１部材Ａ及び第２部材Ｂの摩耗による影響を低減した摩擦測定を行うことができる。

【0032】

また、第１部材Ａ及び第２部材Ｂが周回運動することによって、第１部材Ａと第２部材Ｂの摺動方向が３６０°変化し、異なる摺動方向への摩擦特性を１度の摩擦測定で測定することができる。つまり、様々な摺動方向への摩擦特性を簡便に測定することができる。それにより、摩擦特性の異方性を求めることができると共に、異なる摺動方向への摩擦特性を平均することによって摺動面の影響を相殺した摩擦特性を求めることができる。

【0033】

また、摺動機構４による第１部材Ａ及び第２部材Ｂの周回は、円運動である。

【0034】

この構成によれば、稜部ａ７上の接触部ａ８の移動範囲と、稜部ｂ７上の接触部ｂ８の移動範囲とを概ね等しくすることができる。つまり、第１部材Ａの摩耗と第２部材Ｂの摩耗とを概ね等しくすることができる。

【0035】

また、第１部材Ａ及び第２部材Ｂを円運動させることによって、第１部材Ａ及び第２部材Ｂを３６０°全ての摺動方向へ万遍なく摺動させることができ、３６０°全ての摺動方向への摩擦特性を万遍なく測定することができる。例えば、周回運動が楕円運動である場合には、３６０°全ての摺動方向への摩擦特性を測定できるものの、楕円の長辺に概ね沿った方向への摺動がより多くなり、当該方向への摩擦特性が重点的に測定されることになる。あるいは、周回運動が多角形の軌跡を描く場合には、多角形の各辺に沿った方向への摩擦測定が測定される。それに対し、第１部材Ａ及び第２部材Ｂを円運動させる場合には、３６０°の全方向へ万遍なく摺動するため、特定の方向へ偏って摺動することがない。その結果、摩擦特性の異方性や、摺動面の影響を相殺した摩擦特性をより精度良く求めることができる。

【0036】

線状に延び、断面が凸状の凸部は、２つの側面を連結する稜部ａ７，ｂ７である。

【0037】

この構成によれば、稜部ａ７と稜部ｂ７とが接触するので、第１部材Ａと第２部材Ｂとは実質的に点接触することになる。尚、摩擦測定中に稜部ａ７，ｂ７が摩耗又は塑性変形して、両者が面接触する場合もあり得るが、その場合でも接触面積は非常に小さい。あるいは、稜部ａ７，ｂ７が面取りされている場合には、第１部材Ａと第２部材Ｂは面接触となるが、その接触面積は非常に小さくなる。そのため、稜部ａ７，ｂ７同士を接触させることによって、接触面積を小さくして、接触部ａ８，ｂ８に大きな荷重を作用させることができる。切削工具等の摩擦係数測定においては、大きな荷重を作用させる必要があり、接触面積を小さくすることが有効である。

【0038】

稜部を有する材料は容易に入手することができる。つまり、容易に入手可能な材料を用いて安定した摩擦測定を実現することができる。

【0039】

《その他の実施形態》
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、前記実施形態を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用可能である。また、上記実施形態で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。また、添付図面および詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、上記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。

【0040】

前記実施形態について、以下のような構成としてもよい。

【0041】

例えば、前記実施形態では、摩擦測定装置としてマシニングセンタを用いているが、これに限られるものではない。摩擦測定装置は、第１部材Ａと第２部材Ｂとに押し付け荷重を作用させた状態で両者を摺動させ、その際の第１部材Ａと第２部材Ｂとの間の摩擦特性を測定できる装置であれば、任意の装置を採用することができる。

【0042】

摩擦測定装置１００は、第２治具２が固定で、第１治具１が移動するように構成されているが、第１治具１が固定で、第２治具２が移動する構成であってもよく、第１治具１及び第２治具２の両方が移動する構成であってもよい。

【0043】

摺動機構４は、第１部材Ａ及び第２部材Ｂを相対的に円運動させているが、これに限られるものではない。摺動機構４は、第１部材Ａ及び第２部材Ｂを相対的に周回させる限り、どのような軌跡で第１部材Ａ及び第２部材Ｂを相対移動させてもよい。例えば、摺動機構４による相対移動の軌跡は、楕円であってもよく、多角形であってもよい。つまり、摺動機構４による相対移動は、円運動以外の周回運動であってもよい。

【0044】

測定機構５は、多成分動力計であるが、これに限られるものではない。測定機構５は、第１部材Ａと第２部材Ｂとの間の摩擦特性を測定できる装置であれば、任意の装置を採用することができる。

【0045】

第１部材Ａ及び第２部材Ｂは、前述の形状に限られるものではない。例えば、第１部材Ａ又は第２部材Ｂは、平面視略三角形状、平面視略五角形状であってもよい。稜部ａ７，ｂ７は、Ｒ面に形成されているが、平面状に面取りされていてもよく、あるいは、全く面取りされていなくても（即ち、先鋭な稜部であっても）よい。

【0046】

また、第１部材Ａ又は第２部材Ｂは、平面視略円形状、即ち、略円柱状であってもよい。円柱の側面は、円柱の軸心に沿って延び且つ、断面が円弧状である。つまり、円柱の側面は、線状に延び、断面が凸状の凸部である。例えば、第１部材Ａが略円柱状であれば、第１部材Ａの円柱状の軸心が第２部材Ｂの凸部が延びる方向と交差する状態で、第１部材Ａの円柱状の側面を第２部材Ｂの凸部と接触させればよい。第１部材Ａの形状と第２部材Ｂの形状は、同じであっても、異なっていてもよい。

【0047】

また、第１部材Ａの材料と第２部材Ｂの材料とは、同じであっても、異なっていてもよい。

【0048】

第１部材Ａと第２部材Ｂとは、実質的に点接触であるが、線接触又は面接触であってもよい。

【0049】

また、第１部材Ａと第２部材Ｂとの間には、潤滑油等の油が介在していてもよい。

【実施例】

【0050】

続いて、実施例について説明する。

【0051】

様々な材料について、前述の摩擦測定装置１００および摩擦測定方法を用いて、摩擦特性を測定した。表１に、摩擦測定装置１００を構成するマシニングセンタの仕様を示す。表２に、摩擦測定装置１００に組み込まれている動力計の仕様を示す。図６に、第１部材Ａの寸法を示す。尚、第２部材Ｂの寸法は、第１部材Ａと同じである。

【0052】

【表1】

【0053】

【表2】

【0054】

表３に測定条件を示す。摩擦測定は、Ｚ方向への荷重を１２．５Ｎとし、ＸＹ平面内で円運動を３周行った。円運動は、等速で行った。その際の、動力計の出力をチャージアンプで増幅し、オシロスコープで観測した。

【0055】

【表3】

【0056】

図７に動力計による測定結果の一例を示す。図７からわかるように、Ｚ方向荷重Ｆ_ｚは、測定を通じて略一定である。Ｘ方向荷重Ｆ_ｘは、正弦波状に３周期分、変動する。一方、Ｙ方向荷重Ｆ_ｙは、Ｘ方向荷重Ｆ_ｘに対して位相が９０°ずれた状態で正弦波状（即ち、余弦波状）に３周期分、変動する。これらの結果に基づいて、Ｘ方向の摩擦係数μ_ｘ、Ｙ方向の摩擦係数μ_ｙ及び平均摩擦係数μ_ａｖｅを算出する。

【0057】

Ｘ方向の摩擦係数μ_ｘ、Ｙ方向の摩擦係数μ_ｙ及び平均摩擦係数μ_ａｖｅは、それぞれ以下の式で表される。

【0058】

μ_ｘ＝Ｆ_ｘ／Ｆ_ｚ ・・・（１）
μ_ｙ＝Ｆ_ｙ／Ｆ_ｚ ・・・（２）
μ_ａｖｅ＝√（μ_ｘ^２＋μ_ｙ^２） ・・・（３）

【0059】

第１部材Ａ及び第２部材Ｂの材料を変えて摩擦特定を測定した結果を以下に示す。

【0060】

〈実施例１〉
第１部材Ａ及び第２部材Ｂの材料は共に、切削用超硬質工具材料のＰ１５相当の超硬合金である。荷重の測定結果に基づいて算出されたＸ方向の摩擦係数μ_ｘ及びＹ方向の摩擦係数μ_ｙのｘ−ｙリサージュを図８に示す。摩擦係数は、１周目から３周目までほとんど変化はなかった。図８では、１周目の測定結果のみ図示している。平均摩擦係数μ_ａｖｅは、０．１２６であった。

【0061】

摩擦係数が１周目から３周目までほとんど変わらなかったことから、摩擦測定を通じて第１部材Ａ及び第２部材Ｂの摩耗による影響がほとんどなかったことがわかる。また、ｘ−ｙリサージュが真円に近い形状となっていることから、第１部材Ａ及び第２部材Ｂを相対的に円運動させることによって、Ｘ方向の摩擦係数μ_ｘ及びＹ方向の摩擦係数μ_ｙの両方を１度の摩擦測定によって均等に、即ち、バランス良く測定できていることがわかる。また、平均摩擦係数μ_ａｖｅを求めることによって、第１部材Ａ及び第２部材Ｂの摺動面の影響を相殺した摩擦係数を測定できることがわかる。

【0062】

〈実施例２〉
第１部材Ａ及び第２部材Ｂの材料は共に、切削用超硬質工具材料のＭ１５相当の超硬合金である。荷重の測定結果に基づいて算出されたＸ方向の摩擦係数μ_ｘ及びＹ方向の摩擦係数μ_ｙのｘ−ｙリサージュを図９に示す。摩擦係数は、１周目から３周目までほとんど変化はなかった。図９では、１周目の測定結果のみ図示している。平均摩擦係数μ_ａｖｅは、０．１３０であった。

【0063】

摩擦係数が１周目から３周目までほとんど変わらなかったことから、摩擦測定を通じて第１部材Ａ及び第２部材Ｂの摩耗による影響がほとんどなかったことがわかる。また、ｘ−ｙリサージュが真円に近い形状となっていることから、第１部材Ａ及び第２部材Ｂを相対的に円運動させることによって、Ｘ方向の摩擦係数μ_ｘ及びＹ方向の摩擦係数μ_ｙの両方を１度の摩擦測定によって均等に、即ち、バランス良く測定できていることがわかる。また、平均摩擦係数μ_ａｖｅを求めることによって、第１部材Ａ及び第２部材Ｂの摺動面の影響を相殺した摩擦係数を測定できることがわかる。

【0064】

〈実施例３〉
第１部材Ａ及び第２部材Ｂの材料は共に、炭素鋼Ｓ４５Ｃである。荷重の測定結果に基づいて算出されたＸ方向の摩擦係数μ_ｘ及びＹ方向の摩擦係数μ_ｙのｘ−ｙリサージュを図１０に示す。１周目のｘ−ｙリサージュの径は、２周目及び３周目のｘ−ｙリサージュの径に比べて少しだけ大きかった。２周目のｘ−ｙリサージュの径と３周目のｘ−ｙのリサージュの径はほとんど同じであった。１周目のｘ−ｙリサージュにおける平均摩擦係数は、０．１４４であり、２周目のｘ−ｙリサージュにおける平均摩擦係数は、０．１３２であり、３周目のｘ−ｙリサージュにおける平均摩擦係数は、０．１３３であった。全３周の平均摩擦係数μ_ａｖｅは、０．１３７であった。

【0065】

１周目の摩擦係数が若干大きいものの、全３周を通じて摩擦係数がほとんど変わらなかったことから、摩擦測定を通じて第１部材Ａ及び第２部材Ｂの摩耗による影響がほとんどなかったことがわかる。また、ｘ−ｙリサージュが真円に近い形状となっていることから、第１部材Ａ及び第２部材Ｂを相対的に円運動させることによって、Ｘ方向の摩擦係数μ_ｘ及びＹ方向の摩擦係数μ_ｙの両方を１度の摩擦測定によって均等に、即ち、バランス良く測定できていることがわかる。また、平均摩擦係数μ_ａｖｅを求めることによって、第１部材Ａ及び第２部材Ｂの摺動面の影響を相殺した摩擦係数を測定できることがわかる。

【0066】

〈実施例４〉
第１部材Ａ及び第２部材Ｂの材料は共に、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖである。荷重の測定結果に基づいて算出されたＸ方向の摩擦係数μ_ｘ及びＹ方向の摩擦係数μ_ｙのｘ−ｙリサージュを図１１に示す。Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖのｘ−ｙリサージュは、実施例１〜３の円形ではなく、４５°おきに径が増減する環状となっている。また、リサージュの径が、１周目、２周目、３周目の順に大きくなっている。１周目のｘ−ｙリサージュにおける平均摩擦係数は、０．１８４であり、２周目のｘ−ｙリサージュにおける平均摩擦係数は、０．２５１であり、３周目のｘ−ｙリサージュにおける平均摩擦係数は、０．３０９であった。全３周の平均摩擦係数μ_ａｖｅは、０．２４８であった。Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖのｘ−ｙリサージュがこのような結果となった原因の１つには、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖの摩擦係数の異方性が考えられる。

【0067】

このように、第１部材Ａ及び第２部材Ｂを相対的に円運動させることによって、１度の摩擦測定において摩擦係数の異方性を容易に観測することができる。また、平均摩擦係数μ_ａｖｅを求めることによって、第１部材Ａ及び第２部材Ｂの摺動面の影響を相殺した摩擦係数を測定できることがわかる。

【産業上の利用可能性】

【0068】

以上説明したように、ここに開示された技術は、摩擦測定装置および摩擦測定方法について有用である。

【符号の説明】

【0069】

１００ 摩擦測定装置
４ 摺動機構
５ 測定機構
Ａ 第１部材
ａ７ 稜部（凸部）
ａ８ 接触部
Ｂ 第２部材
ｂ７ 稜部（凸部）
ｂ８ 接触部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】