湿式潤滑剤の特性測定方法及び特性測定装置
【課題】湿式潤滑剤の潤滑特性の測定に使用されるサンプル部材の微小な変化を測定してその摩耗をより正確に検出し、湿式潤滑剤の潤滑特性の測定精度を向上させる。
【解決手段】湿式潤滑剤４中で、サンプル部材２を一対の挟付部材３により挟み付けて荷重を負荷し、サンプル部材２を回転させつつ負荷荷重を順次増加させる。その間にサンプル部材２から発生するＡＥ波（弾性波）をＡＥ波測定手段５０により測定して、制御手段４０及びＰＣ５３により波形解析し、その波形の変化等に基づいて、サンプル部材２の表層に生じた微小な変化を測定してサンプル部材２の摩耗を判別する。これにより、サンプル部材２に発生した初期摩耗等の摩耗を検出し、その検出結果に基づき、湿式潤滑剤４の潤滑特性を把握する。
【解決手段】湿式潤滑剤４中で、サンプル部材２を一対の挟付部材３により挟み付けて荷重を負荷し、サンプル部材２を回転させつつ負荷荷重を順次増加させる。その間にサンプル部材２から発生するＡＥ波（弾性波）をＡＥ波測定手段５０により測定して、制御手段４０及びＰＣ５３により波形解析し、その波形の変化等に基づいて、サンプル部材２の表層に生じた微小な変化を測定してサンプル部材２の摩耗を判別する。これにより、サンプル部材２に発生した初期摩耗等の摩耗を検出し、その検出結果に基づき、湿式潤滑剤４の潤滑特性を把握する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばスチールワイヤの伸線加工時等に使用される湿式潤滑剤の潤滑特性を測定する特性測定方法及び装置に関し、特に、潤滑特性の測定精度を向上させた湿式潤滑剤の特性測定方法及び特性測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
線材、例えばスチールコードの製造に際しては、素線（スチールワイヤ）を、引き抜きダイス（線材の外径仕上げ用工具）により伸線し、所定の外径に形成する伸線加工が行われている。この伸線加工時には、線材とダイスとの間の滑り等をよくするため、各種の潤滑剤が使用されており、中でも、取り扱いの容易性や性能の高さ等から、例えば水溶性の潤滑剤等の湿式潤滑剤が広く普及している。この湿式潤滑剤は、線材とダイスとの焼付きやダイスの摩耗を防止して、伸線加工を円滑化し、又はダイスの寿命を長くする等、重要な役割を有しており、従って、その線材との相性や潤滑効果の程度等の潤滑特性を把握することは、操業上極めて重要である。
【０００３】
そこで、従来から、このような湿式潤滑剤中で、伸線加工する線材に対応するサンプル部材を用いて摩擦試験を行い、予め潤滑特性を測定して湿式潤滑剤を評価することが行われている（特許文献１参照）。
【０００４】
図４は、このような従来の潤滑特性の測定に使用される装置の一例を示す要部模式図であり、図では、説明のために各部を分解して示している。
この特性測定装置１００は、図示のように、略円柱状（ピン状）のサンプル部材（サンプルピン）１１０を下端に装着して回転させる回転軸１０１と、サンプル部材１１０を回転軸１０１に固定するロックピン１０２と、サンプル部材１１０を挟み付けて所定の荷重を負荷するための一対の挟付部材（ここではＶ溝が形成された円柱状ブロック）１０３とを備えた、いわゆるファレックス試験機である。
【０００５】
この特性測定装置１００で湿式潤滑剤の試験を行うときには、回転軸１０１に固定されたサンプル部材１１０と、これをＶ溝部で挟み付ける挟付部材１０３とを、容器に収容された評価対象の湿式潤滑剤中（図示せず）に浸漬してサンプル部材１１０を回転させ、その負荷荷重を徐々に増加させる。そのときのサンプル部材１１０に作用するトルクと負荷荷重、及び直径の変化等を、トルクメータやロードセル、及び変位センサ等の測定手段（図示せず）により測定して、サンプル部材１１０の摩耗量や摩耗状態、及び焼付荷重等を測定し、それらに基づいて、湿式潤滑剤の潤滑特性を把握する。
【０００６】
ところが、近年、このような湿式潤滑剤は、高性能化に伴い成分組成等が非常に複雑化しており、上記した従来の特性測定装置１００では、その潤滑特性を充分に、かつ精度よく測定して評価するのが難しくなっている。特に、この特性測定装置１００では、サンプル部材１１０の摩耗に関して、トルクの変化や直径の変化等から摩耗状態及び摩耗量等を測定するため、その測定結果は、主にサンプル部材１１０の直径の変化等に結びつく凝着摩耗等の、負荷荷重が比較的大きくなってから発生する明確な測定が可能な摩耗に関するものに限定されている。即ち、この特性測定装置１００では、試験開始直後等の摩耗初期にサンプル部材１１０の表層に生じる微小な変化を測定できず、負荷荷重が低いときにも発生するアブレッシブ摩耗等の、主に摩耗初期に発生する摩耗量としての測定が困難な初期摩耗を検出するのが難しい等、サンプル部材１１０の摩耗を正確に検出して把握できないという問題がある。
【０００７】
その結果、この従来の特性測定装置１００では、湿式潤滑剤の評価結果と、それを実際に伸線加工等に使用したときの使用結果（評価結果）とが一致しないことがある等、潤滑特性を、実際の使用に対応して、充分な精度で正確に測定して評価できないことがあり、伸線加工等の湿式潤滑剤を使用した加工や生産等に不都合が生じる恐れがある。
【０００８】
【特許文献１】特開平５−２２３８１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、前記従来の問題に鑑みなされたものであって、その目的は、湿式潤滑剤の潤滑特性の測定に使用されるサンプル部材の微小な変化を測定できるようにし、その摩耗をより正確に検出して、湿式潤滑剤の潤滑特性の測定精度を向上させることである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１の発明は、湿式潤滑剤中で、サンプル部材を挟付部材により挟み付けて荷重を負荷した状態で回転させて、前記湿式潤滑剤の潤滑特性を測定する湿式潤滑剤の特性測定方法であって、前記回転するサンプル部材に負荷する前記挟付部材による荷重を順次増加させる工程と、該回転するサンプル部材から発生するＡＥ波を連続して測定する工程と、該測定したＡＥ波を解析する工程と、該ＡＥ波の解析結果に基づいて、前記サンプル部材の摩耗の発生を検出する工程と、を有することを特徴とする。
請求項２の発明は、請求項１に記載された湿式潤滑剤の特性測定方法において、前記摩耗の発生を検出する工程は、前記測定したＡＥ波の波形に基づき、前記サンプル部材の摩耗の種類を判別して検出することを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項２に記載された湿式潤滑剤の特性測定方法において、前記摩耗の発生を検出する工程では、少なくとも前記サンプル部材の初期摩耗を検出することを特徴とする。
請求項４の発明は、サンプル部材を回転させる回転手段と、該サンプル部材を挟み付ける挟付部材とを備え、湿式潤滑剤中で、前記サンプル部材を前記挟付部材により挟み付けた状態で回転させて、前記湿式潤滑剤の潤滑特性を測定する湿式潤滑剤の特性測定装置であって、前記挟付部材を前記サンプル部材に押し付けて荷重を負荷し、かつ該負荷する荷重を変更可能な荷重負荷変更手段と、前記回転するサンプル部材から発生するＡＥ波を測定する測定手段と、該測定手段が測定したＡＥ波を波形解析し、前記サンプル部材の摩耗の発生を検出する波形解析手段と、を備えたことを特徴とする。
請求項５の発明は、請求項４に記載された湿式潤滑剤の特性測定装置において、前記波形解析手段は、前記測定したＡＥ波の波形に基づき、前記サンプル部材の摩耗の種類を判別して検出することを特徴とする。
請求項６の発明は、請求項５に記載された湿式潤滑剤の特性測定装置において、前記波形解析手段により、少なくとも前記サンプル部材の初期摩耗を検出することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、湿式潤滑剤の潤滑特性の測定に使用されるサンプル部材の微小な変化を測定でき、その摩耗をより正確に検出して、湿式潤滑剤の潤滑特性の測定精度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。
本実施形態の湿式潤滑剤の特性測定装置（摩擦試験装置）は、例えば伸線加工に使用される水溶性の潤滑剤等の湿式潤滑剤の潤滑特性を測定して評価するためのものであり、上記した従来の特性測定装置１００（図４参照）と同様に、測定対象の湿式潤滑剤中で、加工等する部材の材質等に対応するサンプル部材の摩擦試験を行い、その潤滑特性の測定等に使用される。
【００１３】
図１は、本実施形態の湿式潤滑剤の特性測定装置の要部を模式的に示す概略構成図である。
この特性測定装置１は、図示のように、略円柱状（ピン状）のサンプル部材（サンプルピン）２と、その外周面の所定位置を挟み付ける一対の対向配置された挟付部材３（ここでは略円柱状又は角柱状等の超硬合金製のブロック）とを備えており、各挟付部材３の対向する端面に、サンプル部材２の外径や形状等に応じた大きさ及び形状の略Ｖ字状の凹溝（図示せず）を形成している。本実施形態では、このサンプル部材２を、湿式潤滑剤４中で挟付部材３により挟み付けて互いに接触させ、その状態でサンプル部材２を回転させて各種の測定を行い、その測定結果に基づいて、少なくともサンプル部材２に発生する摩耗を検出して湿式潤滑剤４を評価する。
【００１４】
従って、この特性測定装置１は、サンプル部材２を回転させる回転手段１０と、両挟付部材３をサンプル部材２に押し付ける荷重負荷変更手段２０と、湿式潤滑剤４を収容可能な恒温槽３０と、装置各部に接続されて特性測定装置１全体の制御や摩耗量の算出等を行う制御装置４０と、各種の測定を行う複数の測定手段２７、２８、２９、５０等を備えている。
【００１５】
回転手段１０は、湿式潤滑剤４中でサンプル部材２を軸線周りに所定速度で回転させるための回転駆動機構であり、軸線周りに回転可能な回転軸１１と、回転軸１１にサンプル部材２を固定するためのロックピン１２と、回転軸１１を回転自在に支持する支持部材１３と、回転軸１１の一端（ここでは上端）に固定されたプーリ１４と、回転速度が変更及び調節可能なモータ１５と、モータ１５及び制御装置４０に接続された速度コントローラ１６と、モータ１５の回転軸の先端に固定されたプーリ１７と、各プーリ１４、１７間に架け渡された無端状の伝動ベルト１８と、を有する。
【００１６】
回転軸１１は、下端面の略中心から軸線に沿って延びる、サンプル部材２の端部が挿入可能な所定長さの略円形の挿入孔（図示せず）と、それと直交する方向に交差して延びる横孔（図示せず）とを有しており、挿入孔に挿入されたサンプル部材２を、横孔から挿入されたロックピン１２により固定し、サンプル部材２を略同芯状に装着・固定して軸線周りに回転させる。支持部材１３は、回転軸１１が挿入可能な貫通孔を有する部材であり、装置１の固定フレーム（図示せず）等に取り付けられて、回転軸１１の軸線方向の略中央部を、ベアリング等の軸受部材等を介して回転自在に支持する。速度コントローラ１６は、制御装置４０により制御され、そこからの制御信号等に基づいてモータ１５をコントロールして所定速度で回転させる。このモータ１５の回転力は、プーリ１７、伝動ベルト１８、及びプーリ１４を介して回転軸１１に伝達され、回転軸１１及びサンプル部材２を軸線周りに所定速度で回転させる。
【００１７】
荷重負荷変更手段２０は、一対の挟付部材３の凹溝部を、サンプル部材２に沿って押し付けて所定の荷重を負荷し、かつ負荷する荷重を変更可能に構成され、サンプル部材２に対して略対称に配置された一対のプレッシャーアーム２１と、その各一端部に取り付けられた挟付部材３を固定する固定手段（固定チャック）２２と、両プレッシャーアーム２１の長手方向の中間部に連結された連結部材２３と、両プレッシャーアーム２１の他端部（ここでは上端部）間に取り付けられた駆動手段２４と、駆動手段２４及び制御装置４０等に接続された圧力制御弁２５と、を有する。
【００１８】
プレッシャーアーム２１は、略Ｌ字状をなし、そのサンプル部材２に向かって延びる水平部分の先端面に固定手段２２が取り付けられ、そこに固定された各挟付部材３の凹溝部を、サンプル部材２の外周面の所定位置に向けて、かつ互いに対向させて配置する。連結部材２３は、装置本体（図示せず）等に、略水平方向に回転可能に取り付けられた略板状の部材であり、プレッシャーアーム２１の略垂直方向（図では上下方向）に延びる部分の中間の下端側に近い位置に回転自在に連結され、その連結位置を中心に各プレッシャーアーム２１を揺動させて、一対の固定手段２２（挟付部材３）を、互いに接近及び離間する方向（図では左右方向）に移動させる。
【００１９】
駆動手段２４は、プレッシャーアーム２１を上記のように揺動させるための、例えば空気圧式や油圧式のピストン・シリンダ機構等の駆動源であり、両プレッシャーアーム２１の上端部間の距離を変化させて、それらを同期して揺動させ、他端部側の挟付部材３間の距離を変化させるようになっている。
【００２０】
この荷重負荷変更手段２０では、駆動手段２４として空気圧式のピストン・シリンダ機構を使用し、そのエアシリンダ２４Ａ及びピストンロッド２４Ｂの各端部を、各プレッシャーアーム２１の上端部付近に回転自在に取り付け、空気圧でピストンロッド２４Ｂをエアシリンダ２４Ａから出し入れして、プレッシャーアーム２１を揺動させる。また、荷重負荷変更手段２０は、エアシリンダ２４Ａからピストンロッド２４Ｂに所定の空気圧を作用させ、これにより、一対の挟付部材３をサンプル部材２に押し付けて挟み付け、サンプル部材２に所定の荷重を負荷する。更に、この荷重負荷変更手段２０では、エアシリンダ２４Ａに圧力制御弁２５を介してエアコンプレッサ等の空気源２６を接続しており、制御装置４０からの制御信号等により圧力制御弁２５を制御してエアシリンダ２４Ａに供給する空気圧を調節し、挟付部材３がサンプル部材２を挟み付ける力を変化させて、その負荷荷重を変更する。
【００２１】
また、本実施形態の特性測定装置１では、この荷重負荷変更手段２０の各部に、荷重測定手段２７、変位測定手段２８、及びトルク測定手段２９を設けている。荷重測定手段２７は、駆動手段２４（ピストンロッド２４Ｂ）の先端とプレッシャーアーム２１との間に設けられた、ロードセルや半導体圧力センサ等の圧力センサ等からなり、駆動手段２４とプレッシャーアーム２１との間に作用する圧力を測定して、挟付部材３からサンプル部材２に負荷されている荷重を測定する。変位測定手段２８は、例えばプレッシャーアーム２１の上端部に取り付けられ、その端部間の距離の変化（変位）を測定して挟付部材３間の変位（サンプル部材２の直径の変化量）等を測定するものであり、レーザ式や渦電流式等の変位センサ等からなる。トルク測定手段２９は、サンプル部材２と挟付部材３との間に生じる摩擦力によりプレッシャーアーム２１に作用する回転軸１１の回転方向の力を測定して、サンプル部材２に作用する回転（摩擦）トルクを測定するものであり、同方向に回転しようとするプレッシャーアーム２１の回転を止めつつ、その圧力を測定するロードセル等からなる。
【００２２】
恒温槽３０は、プレッシャーアーム２１の下端部側やサンプル部材２等が収容可能な大きさに形成されて所定量の湿式潤滑剤４を収容するとともに、収容した湿式潤滑剤４の温度を測定するための熱電対等の温度センサ３１と、湿式潤滑剤４の温度を設定された温度に維持するためのヒータ等からなる温度維持手段３２と、温度維持手段３２の温度を調節するための温度調節器３３と、を有している。この温度センサ３１は制御装置４０と温度調節器３３に、温度維持手段３２は温度調節器３３に、それぞれ接続されており、温度センサ３１が測定した湿式潤滑剤４の温度データを制御装置４０及び温度調節器３３に出力し、その測定結果に基づいて温度調節器３３により制御して温度維持手段３２の温度等を調節することで、湿式潤滑剤４を一定温度に維持するようになっている。また、恒温槽３０は、サンプル部材２等を内部に収容して湿式潤滑剤４中に浸漬する上方位置と、それらを湿式潤滑剤４から離す下方位置との間で、上下動可能に構成されている。
【００２３】
制御装置４０は、例えば、各種のデータ処理や解析、演算等を行うマイクロプロセッサ（ＭＰＵ）等の演算処理手段４２や、各種プログラムを格納したＲＯＭ、処理のための一時的なデータの保存等を行うＲＡＭ等の記憶手段４３等を備えたマイクロコンピュータ４１、及び上記した各部等の外部機器との接続のためのインターフェース４４等からなる。この制御装置４０は、インターフェース４４を介して接続された各部との間で、湿式潤滑剤４の試験に必要な駆動・停止指令等の各種データを送受信し、上記したサンプル部材２の回転速度や負荷荷重の変更等を含む装置全体の制御を行う。
【００２４】
また、この制御装置４０は、上記した各測定手段２７、２８、２９が、アンプ（図示せず）等を介してインターフェース４４に接続されており、それらから出力されたトルク等の各測定データを受信し、その記憶や所定の解析プログラムに基づく演算処理等を実行して、湿式潤滑剤４の評価等に用いられる各種データの算出等を行う。例えば、制御手段４０は、トルク測定手段２９の測定結果から、サンプル部材２と挟付部材３との間の摩擦力を求め、その結果と荷重測定手段２７の測定結果から、負荷荷重に対する摩擦力の変化や摩擦係数を求め、或いは、トルクが急激に変化するときの荷重から焼付荷重を算出する。また、制御装置４０は、変位測定手段２８が測定した変位量に基づき、サンプル部材２の直径の変化量を求めて、その摩耗量を算出する。
【００２５】
更に、この特性測定装置１では、制御装置４０に、回転手段１０の支持部材１３に取り付けたアコースティックエミッション波（本発明ではＡＥ波という）を測定するＡＥセンサであるＡＥ波測定手段５０を、プリアンプ５１、電源ユニット５２等を順次介して接続している。ＡＥ波は、固体が変形や破壊等するときに、内部組織や構造の微小変化等に伴って歪エネルギーが解放され、それにより弾性振動の波が生じるアコースティックエミッション現象により発生する弾性波であり、ここでは、サンプル部材２が摩耗等するときに発生するＡＥ波を、ＡＥ波測定手段５０により測定する。即ち、挟付部材３と回転接触するサンプル部材２から発生した摩耗等に伴うＡＥ波は、回転軸１１及び支持部材１３を介してＡＥ波測定手段５０に伝達し、これをＡＥ波測定手段５０により測定して電気信号に変換する。この信号は、プリアンプ５１に出力されて増幅処理やフィルタリング処理によるノイズ成分の除去等が行われた後、電源ユニット５２等を介して制御装置４０に出力される。
【００２６】
制御装置４０は、このＡＥ波測定手段５０が測定したＡＥ波のデータを収集して記憶するとともに、所定の波形解析プログラム等に基づいて演算処理を行い、サンプル部材２に発生した摩耗を判別して検出する。即ち、この制御装置４０は、測定したＡＥ波を波形解析してサンプル部材２の摩耗を検出する波形解析手段でもあり、ここでは、主に、サンプル部材２への負荷荷重に対するＡＥ波の波形に基づき、サンプル部材２の摩耗を検出して判別し、少なくともサンプル部材２の初期摩耗を検出する。
【００２７】
ここで、本発明において、サンプル部材２の初期摩耗とは、例えば試験開始後の比較的初期（摩耗初期）等の負荷荷重が低いときにも発生するアブレッシブ摩耗等、摩耗初期に発生してサンプル部材２の直径や摩擦トルクの変化等に大きく結びつかない摩耗であり、主に摩耗初期にサンプル部材２の表層に生じる微小な変化（摩耗現象）のことである。
【００２８】
また、この特性測定装置１では、各種の波形解析プログラムを備えたＰＣ（パーソナルコンピュータ）５３を、インターフェース４４を介して制御装置４０に接続しており、ＡＥ波の測定結果をＰＣ５３に出力して、より詳細なＡＥ波の波形解析等を行うようになっている。このＰＣ５３では、例えば測定したＡＥ波のグラフ数値化や、波形成分の周波数の算出及びサンプル部材２に発生した摩耗の判別、又はＡＥ波のフィルタリング処理等による主要な波形成分の抽出等を行う。このように、ＰＣ５３は、上記した制御手段４０と同様に、測定したＡＥ波を波形解析してサンプル部材２の摩耗を検出する波形解析手段であり、以下では、これらをまとめて波形解析手段という。
【００２９】
次に、以上説明した特性測定装置１による、湿式潤滑剤４の潤滑特性の測定試験の手順等について説明するが、以下の各手順等は、制御手段４０により、所定のプログラムや予め設定された条件等に基づいて、接続された各部を所定のタイミングで作動させる等、装置各部を連動して作動させて実行される。
【００３０】
試験は、まず、恒温槽３０を下降させた状態で、サンプル部材２と挟付部材３を、それぞれ回転軸１１及びプレッシャーアーム２１（固定手段２２）に取り付けて固定し、駆動手段２４によりプレッシャーアーム２１を揺動させて、挟付部材３の凹溝部をサンプル部材２の所定位置に接触させて挟み付ける。その状態で恒温槽３０を上昇させて、サンプル部材２と挟付部材３を、所定温度に維持された湿式潤滑剤４中に浸漬し、それらが一定温度になるまで待機する。
【００３１】
次に、モータ１５を回転させて回転軸１１及びサンプル部材２を所定の速度で回転させた後、荷重負荷変更手段２０（駆動手段２４）により挟付部材３をサンプル部材２に押し付けて所定の荷重を負荷する。続いて、荷重負荷変更手段２０により挟付部材３をサンプル部材２に徐々に強く押し付け、回転するサンプル部材２に負荷する挟付部材３による荷重を予め設定された速度で順次増加させ、この荷重の増加を、所定の荷重やトルクに達するまで、又は所定時間が経過するまで続行する。
【００３２】
以上のサンプル部材２の回転開始時から、各測定手段２７、２８、２９による測定を連続して行い、それら各測定結果に基づいて、サンプル部材２に作用する摩擦力やトルクの変化、焼付荷重、及びサンプル部材２の直径の変化量（摩耗量）等を測定する。同時に、回転するサンプル部材２から発生するＡＥ波を、ＡＥ波測定手段５０により連続して測定し、その測定結果に基づいて、波形解析手段によりサンプル部材２に生じた摩耗を検出する。
【００３３】
図２は、このサンプル部材２に負荷される荷重の変化（図２Ａ）と、その間に測定したＡＥ波の波形（図２Ｂ）の例を示す線図（グラフ）であり、それぞれ図２Ａ、２Ｂの横軸は試験開始からの経過時間、図２Ａの縦軸は荷重、図２Ｂの縦軸は検出したＡＥ波の強さ（振幅の大きさ、単位Ｖ）である。また、図３は、図２ＢのＡＥ波の一部を拡大して示す線図であり、それぞれ図３Ａは図２ＢのＸで示す範囲を、図３Ｂは図２ＢのＹで示す範囲を、主に横軸方向に拡大している。なお、図２Ｂ及び図３Ａ、３Ｂの縦軸は、ＡＥ波をＲＭＳ値（Ｒｏｏｔ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ値、平均２乗値）で示している。
【００３４】
ここでは、図２Ａに示すように、サンプル部材２に負荷する荷重を、試験開始から直線的に増加させ、時間の経過とともに徐々に大きくなるようにして試験を行ったときの例を示す。その際、ＡＥ波は、図２Ｂに示すように、試験開始後の比較的初期には、局部的に大きくなる（図のＳ）ものの、全体としては同程度の小さな振幅で細かく変化し、その後、大きな振幅のものが連続して発生（図のＧ）するように変化している。
【００３５】
波形解析手段は、このＡＥ波の波形やその変化等に基づき、波形解析によりサンプル部材２の表層に生じた微小な変化を検出（測定）し、ＡＥ波が大きくなるピーク位置及びその間隔等から、サンプル部材２に発生した摩耗を判別して少なくとも前記初期摩耗を検出する。具体的には、波形解析手段は、ＡＥ波に所定値以上の変化（波形変化）が生じた場合に、サンプル部材２に摩耗が発生したと判定し、その大きなＡＥ波の発生が、図３Ａに示すように、試験開始後の比較的初期（低荷重時）であり単独的（図のＳ）なもの（所定間隔（時間）を隔てて複数回発生したものを含む）であるときに、アブレッシブ摩耗等の初期摩耗であると判別する。また、波形解析手段は、このＡＥ波の最初の大きな変化に続いて、又は、このような変化が生じずに、図３Ｂに示すように、大きなＡＥ波が連続的に短い間隔で発生（図のＧ）した場合には、サンプル部材２に大きな摩耗が発生したと判定し、その摩耗が、サンプル部材２の直径の変化等に結びつき、変位測定手段２８による摩耗量としての測定が可能な凝着摩耗等であると判別する。
【００３６】
なお、この摩耗の検出に加えて、波形解析手段（ＰＣ５３）により、例えばＡＥ波のピーク位置等の特定の波形部分（成分）の周期（秒）やその逆数である周波数（Ｈｚ）を算出し、その算出値やＡＥ波の波形を、予め記憶した各種の摩耗現象に対応する特徴的なＡＥ波の周波数や波形等と比較する等して、サンプル部材２に発生した摩耗の種類を判別するようにしてもよい。また、各ピーク位置の振幅（信号の大きさ）や変化量からサンプル部材２に発生した摩耗の種類を判別し、例えば信号が大きい（例えば０．４〜０．５Ｖ程度）ときには凝着摩耗等が発生し、信号が小さい（例えば０．１０〜０．１５Ｖ程度）ときには初期摩耗が発生した等と判別してもよい。更に、この振幅や変化量及び、大きな波形変化の数や発生時間等から、発生した初期摩耗や凝着摩耗等の程度（大きさ）を判定し、例えば小さなＡＥ波が単独で発生したときには軽度の初期摩耗が、逆に、そのＡＥ波が大きいときには重度の初期摩耗が発生したと判定し、或いは、大きなＡＥ波が連続して長時間（多数回）発生したときには大きな凝着摩耗等が発生したと判定するようにしてもよい。
【００３７】
このように、本実施形態では、サンプル部材２に作用する荷重や摩擦力及びトルクの変化や、焼付荷重、及びサンプル部材２の摩耗量に加えて、ＡＥ波測定手段（ＡＥセンサ）５０により、サンプル部材２に発生する摩耗（特に初期摩耗）を検出し、その検出結果に基づいて、湿式潤滑剤４（潤滑特性）を評価する。
【００３８】
従って、本実施形態によれば、従来は測定が困難であった試験開始後の比較的初期や低荷重時のサンプル部材２の表面状態の変化等、試験中にサンプル部材２の表層に生じる微小な変化を測定でき、その摩耗をより正確に検出して把握することができる。これにより、摩耗量としての測定が困難なアブレッシブ摩耗等の初期摩耗の発生を精度よく検出できるとともに、サンプル部材２の他の摩耗や表面状態変化等に関しても、より正確に把握できるため、湿式潤滑剤４の潤滑特性を適切かつ精度よく測定して評価できる等、潤滑特性の測定精度及び、それに基づく湿式潤滑剤４の評価精度を向上させることができる。その結果、湿式潤滑剤４の評価結果と実際の使用による評価結果との差を小さくすることができ、伸線加工等の湿式潤滑剤４を使用した加工や生産等に不都合が生じるのを抑制することができる。
【００３９】
なお、本実施形態では、略円柱状（ピン状）の部材をサンプル部材２としたが、サンプル部材２は、略円盤状や円筒状、多角柱状等、他の形状のものであってもよい。また、挟付部材３も、略円柱状や角柱状ブロック以外に、例えば略直方体状やＴ字状の部材等、他の形状のものであってもよく、そのサンプル部材２に押し付ける面の凹溝を、矩形状や台形状又は半円状等の略Ｖ字状以外の断面形状に形成してもよい。更に、挟付部材３に凹溝を形成せずに、平面状の端面をサンプル部材２に押し付けるようにしてもよく、一対の挟付部材３以外に、３つ以上の挟付部材３によりサンプル部材２を挟み付けるようにしてもよい。
【００４０】
一方、ＡＥ波測定手段５０は、回転手段１０の支持部材１３（図１参照）以外に、例えば回転軸１１等の回転手段１０の他の位置や、荷重負荷変更手段２０のプレッシャーアーム２１等、サンプル部材２からのＡＥ波を測定可能な他の位置に取り付けてもよい。加えて、この特性測定装置１では、ＡＥ波測定手段５０にプリアンプ５１と電源ユニット５２を順次接続したが、プリアンプ５１と電源ユニット５２を、又は、それらと制御装置４０とを一体化してもよく、或いは、制御装置４０にＰＣ５３の機能を付加して、それらを一体に構成してもよい。
【００４１】
また、本実施形態では水溶性の湿式潤滑剤４を評価する場合を例に採り説明したが、この特性測定装置１は、例えばグリース類やオイル類等の他の湿式潤滑剤４の潤滑特性の測定にも使用できる。
【００４２】
（潤滑特性の測定試験）
本発明の効果を確認するため、以上説明したようにしてサンプル部材２の摩耗量（直径変化量）、トルク、焼付荷重、及びＡＥ波による初期摩耗を測定又は検出して湿式潤滑剤４（潤滑特性）を評価し、それらと湿式潤滑剤４の実際の使用（この試験では伸線加工）による評価結果とを比較した。
【００４３】
試験では、サンプル部材２としてスチール製のピン状部材にブラスメッキしたものを使用し、それを略Ｖ字状の凹溝を形成した超硬合金製の挟付部材３（Ｖブロック）により挟み付けて荷重を負荷し、０〜８００ｋｇｆ（０〜約７８４５Ｎ）まで負荷荷重を順次増加（図２Ａ参照）させて各測定又は検出を行った。また、湿式潤滑剤４には、実機（伸線加工機）での使用による評価結果（実機伸線性）が異なる４種類（水準）のもの（以下、潤滑剤１〜４という）を使用した。試験結果は、従来と同様に摩耗量、トルク、及び焼付荷重による評価から湿式潤滑剤４の総合的な評価（以下、総合評価という）を判定し、これと本発明のＡＥ波による評価（以下、ＡＥ評価という）、及び実機伸線性とを比較した。
【００４４】
表１に、各試験による評価結果と実機伸線性の結果を示すが、この表では、潤滑特性が良好であると判定したものを丸印で、中程度のものを三角印で、悪いものをバツ印で、それぞれ示す。
【００４５】
【表１】
【００４６】
表１に示すように、潤滑剤１（潤滑特性）は、焼付荷重による評価は良好だが、摩耗量及びトルクによる評価が中程度であったため、総合評価は中程度と判定された。これに対し、潤滑剤１の実機伸線性は良好であり、これらは異なる結果となった。一方、ＡＥ評価では良好と判定され、実機伸線性と一致していた。
【００４７】
潤滑剤２は、摩耗量による評価が悪く、トルク及び焼付荷重による評価が中程度であるため、総合評価は悪いと判定された。これに対し、潤滑剤２の実機伸線性は中程度であり、これらは異なる結果となった。一方、ＡＥ評価では中程度と判定され、実機伸線性と一致していた。
【００４８】
潤滑剤３は、摩耗量、トルク及び焼付荷重による評価が良好であり、総合評価は良好と判定された。これに対し、潤滑剤３の実機伸線性も良好であり、これらの結果は一致していた。一方、ＡＥ評価でも良好と判定され、実機伸線性と一致していた。
【００４９】
潤滑剤４は、摩耗量、トルク及び焼付荷重による評価が良好であり、総合評価は良好と判定された。これに対し、潤滑剤４の実機伸線性は悪く、これらは異なる結果となった。一方、ＡＥ評価では悪いと判定され、実機伸線性と一致していた。
【００５０】
このように、ＡＥ評価では、従来の評価方法では困難である湿式潤滑剤４の実際の使用に対応した評価が可能であり、潤滑特性をより正確に測定して、その精度が極めて高くなることが分かった。
【００５１】
以上の結果から、本発明により、湿式潤滑剤４の潤滑特性の測定に使用されるサンプル部材２の微小な変化を測定でき、その摩耗をより正確に検出して、湿式潤滑剤４の潤滑特性の測定精度を向上できることが証明された。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本実施形態の湿式潤滑剤の特性測定装置の要部を模式的に示す概略構成図である。
【図２】サンプル部材に負荷される荷重の変化と、その間に測定したＡＥ波の波形の例を示す線図である。
【図３】図２ＢのＡＥ波の一部を拡大して示す線図である。
【図４】従来の潤滑特性の測定に使用される装置の一例を示す要部模式図である。
【符号の説明】
【００５３】
１・・・湿式潤滑剤の特性測定装置、２・・・サンプル部材、３・・・挟付部材、４・・・湿式潤滑剤、１０・・・回転手段、１１・・・回転軸、１２・・・ロックピン、１３・・・支持部材、１４・・・プーリ、１５・・・モータ、１６・・・速度コントローラ、１７・・・プーリ、１８・・・伝動ベルト、２０・・・荷重負荷変更手段、２１・・・プレッシャーアーム、２２・・・固定手段、２３・・・連結部材、２４・・・駆動手段、２４Ａ・・・エアシリンダ、２４Ｂ・・・ピストンロッド、２５・・・圧力制御弁、２６・・・空気源、２７・・・荷重測定手段、２８・・・変位測定手段、２９・・・トルク測定手段、３０・・・恒温槽、３１・・・温度センサ、３２・・・温度維持手段、３３・・・温度調節器、４０・・・制御装置、４１・・・マイクロコンピュータ、４２・・・演算処理手段、４３・・・記憶手段、４４・・・インターフェース、５０・・・ＡＥ波測定手段、５１・・プリアンプ、５２・・・電源ユニット、５３・・・ＰＣ（パーソナルコンピュータ）。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばスチールワイヤの伸線加工時等に使用される湿式潤滑剤の潤滑特性を測定する特性測定方法及び装置に関し、特に、潤滑特性の測定精度を向上させた湿式潤滑剤の特性測定方法及び特性測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
線材、例えばスチールコードの製造に際しては、素線（スチールワイヤ）を、引き抜きダイス（線材の外径仕上げ用工具）により伸線し、所定の外径に形成する伸線加工が行われている。この伸線加工時には、線材とダイスとの間の滑り等をよくするため、各種の潤滑剤が使用されており、中でも、取り扱いの容易性や性能の高さ等から、例えば水溶性の潤滑剤等の湿式潤滑剤が広く普及している。この湿式潤滑剤は、線材とダイスとの焼付きやダイスの摩耗を防止して、伸線加工を円滑化し、又はダイスの寿命を長くする等、重要な役割を有しており、従って、その線材との相性や潤滑効果の程度等の潤滑特性を把握することは、操業上極めて重要である。
【０００３】
そこで、従来から、このような湿式潤滑剤中で、伸線加工する線材に対応するサンプル部材を用いて摩擦試験を行い、予め潤滑特性を測定して湿式潤滑剤を評価することが行われている（特許文献１参照）。
【０００４】
図４は、このような従来の潤滑特性の測定に使用される装置の一例を示す要部模式図であり、図では、説明のために各部を分解して示している。
この特性測定装置１００は、図示のように、略円柱状（ピン状）のサンプル部材（サンプルピン）１１０を下端に装着して回転させる回転軸１０１と、サンプル部材１１０を回転軸１０１に固定するロックピン１０２と、サンプル部材１１０を挟み付けて所定の荷重を負荷するための一対の挟付部材（ここではＶ溝が形成された円柱状ブロック）１０３とを備えた、いわゆるファレックス試験機である。
【０００５】
この特性測定装置１００で湿式潤滑剤の試験を行うときには、回転軸１０１に固定されたサンプル部材１１０と、これをＶ溝部で挟み付ける挟付部材１０３とを、容器に収容された評価対象の湿式潤滑剤中（図示せず）に浸漬してサンプル部材１１０を回転させ、その負荷荷重を徐々に増加させる。そのときのサンプル部材１１０に作用するトルクと負荷荷重、及び直径の変化等を、トルクメータやロードセル、及び変位センサ等の測定手段（図示せず）により測定して、サンプル部材１１０の摩耗量や摩耗状態、及び焼付荷重等を測定し、それらに基づいて、湿式潤滑剤の潤滑特性を把握する。
【０００６】
ところが、近年、このような湿式潤滑剤は、高性能化に伴い成分組成等が非常に複雑化しており、上記した従来の特性測定装置１００では、その潤滑特性を充分に、かつ精度よく測定して評価するのが難しくなっている。特に、この特性測定装置１００では、サンプル部材１１０の摩耗に関して、トルクの変化や直径の変化等から摩耗状態及び摩耗量等を測定するため、その測定結果は、主にサンプル部材１１０の直径の変化等に結びつく凝着摩耗等の、負荷荷重が比較的大きくなってから発生する明確な測定が可能な摩耗に関するものに限定されている。即ち、この特性測定装置１００では、試験開始直後等の摩耗初期にサンプル部材１１０の表層に生じる微小な変化を測定できず、負荷荷重が低いときにも発生するアブレッシブ摩耗等の、主に摩耗初期に発生する摩耗量としての測定が困難な初期摩耗を検出するのが難しい等、サンプル部材１１０の摩耗を正確に検出して把握できないという問題がある。
【０００７】
その結果、この従来の特性測定装置１００では、湿式潤滑剤の評価結果と、それを実際に伸線加工等に使用したときの使用結果（評価結果）とが一致しないことがある等、潤滑特性を、実際の使用に対応して、充分な精度で正確に測定して評価できないことがあり、伸線加工等の湿式潤滑剤を使用した加工や生産等に不都合が生じる恐れがある。
【０００８】
【特許文献１】特開平５−２２３８１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、前記従来の問題に鑑みなされたものであって、その目的は、湿式潤滑剤の潤滑特性の測定に使用されるサンプル部材の微小な変化を測定できるようにし、その摩耗をより正確に検出して、湿式潤滑剤の潤滑特性の測定精度を向上させることである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１の発明は、湿式潤滑剤中で、サンプル部材を挟付部材により挟み付けて荷重を負荷した状態で回転させて、前記湿式潤滑剤の潤滑特性を測定する湿式潤滑剤の特性測定方法であって、前記回転するサンプル部材に負荷する前記挟付部材による荷重を順次増加させる工程と、該回転するサンプル部材から発生するＡＥ波を連続して測定する工程と、該測定したＡＥ波を解析する工程と、該ＡＥ波の解析結果に基づいて、前記サンプル部材の摩耗の発生を検出する工程と、を有することを特徴とする。
請求項２の発明は、請求項１に記載された湿式潤滑剤の特性測定方法において、前記摩耗の発生を検出する工程は、前記測定したＡＥ波の波形に基づき、前記サンプル部材の摩耗の種類を判別して検出することを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項２に記載された湿式潤滑剤の特性測定方法において、前記摩耗の発生を検出する工程では、少なくとも前記サンプル部材の初期摩耗を検出することを特徴とする。
請求項４の発明は、サンプル部材を回転させる回転手段と、該サンプル部材を挟み付ける挟付部材とを備え、湿式潤滑剤中で、前記サンプル部材を前記挟付部材により挟み付けた状態で回転させて、前記湿式潤滑剤の潤滑特性を測定する湿式潤滑剤の特性測定装置であって、前記挟付部材を前記サンプル部材に押し付けて荷重を負荷し、かつ該負荷する荷重を変更可能な荷重負荷変更手段と、前記回転するサンプル部材から発生するＡＥ波を測定する測定手段と、該測定手段が測定したＡＥ波を波形解析し、前記サンプル部材の摩耗の発生を検出する波形解析手段と、を備えたことを特徴とする。
請求項５の発明は、請求項４に記載された湿式潤滑剤の特性測定装置において、前記波形解析手段は、前記測定したＡＥ波の波形に基づき、前記サンプル部材の摩耗の種類を判別して検出することを特徴とする。
請求項６の発明は、請求項５に記載された湿式潤滑剤の特性測定装置において、前記波形解析手段により、少なくとも前記サンプル部材の初期摩耗を検出することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、湿式潤滑剤の潤滑特性の測定に使用されるサンプル部材の微小な変化を測定でき、その摩耗をより正確に検出して、湿式潤滑剤の潤滑特性の測定精度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。
本実施形態の湿式潤滑剤の特性測定装置（摩擦試験装置）は、例えば伸線加工に使用される水溶性の潤滑剤等の湿式潤滑剤の潤滑特性を測定して評価するためのものであり、上記した従来の特性測定装置１００（図４参照）と同様に、測定対象の湿式潤滑剤中で、加工等する部材の材質等に対応するサンプル部材の摩擦試験を行い、その潤滑特性の測定等に使用される。
【００１３】
図１は、本実施形態の湿式潤滑剤の特性測定装置の要部を模式的に示す概略構成図である。
この特性測定装置１は、図示のように、略円柱状（ピン状）のサンプル部材（サンプルピン）２と、その外周面の所定位置を挟み付ける一対の対向配置された挟付部材３（ここでは略円柱状又は角柱状等の超硬合金製のブロック）とを備えており、各挟付部材３の対向する端面に、サンプル部材２の外径や形状等に応じた大きさ及び形状の略Ｖ字状の凹溝（図示せず）を形成している。本実施形態では、このサンプル部材２を、湿式潤滑剤４中で挟付部材３により挟み付けて互いに接触させ、その状態でサンプル部材２を回転させて各種の測定を行い、その測定結果に基づいて、少なくともサンプル部材２に発生する摩耗を検出して湿式潤滑剤４を評価する。
【００１４】
従って、この特性測定装置１は、サンプル部材２を回転させる回転手段１０と、両挟付部材３をサンプル部材２に押し付ける荷重負荷変更手段２０と、湿式潤滑剤４を収容可能な恒温槽３０と、装置各部に接続されて特性測定装置１全体の制御や摩耗量の算出等を行う制御装置４０と、各種の測定を行う複数の測定手段２７、２８、２９、５０等を備えている。
【００１５】
回転手段１０は、湿式潤滑剤４中でサンプル部材２を軸線周りに所定速度で回転させるための回転駆動機構であり、軸線周りに回転可能な回転軸１１と、回転軸１１にサンプル部材２を固定するためのロックピン１２と、回転軸１１を回転自在に支持する支持部材１３と、回転軸１１の一端（ここでは上端）に固定されたプーリ１４と、回転速度が変更及び調節可能なモータ１５と、モータ１５及び制御装置４０に接続された速度コントローラ１６と、モータ１５の回転軸の先端に固定されたプーリ１７と、各プーリ１４、１７間に架け渡された無端状の伝動ベルト１８と、を有する。
【００１６】
回転軸１１は、下端面の略中心から軸線に沿って延びる、サンプル部材２の端部が挿入可能な所定長さの略円形の挿入孔（図示せず）と、それと直交する方向に交差して延びる横孔（図示せず）とを有しており、挿入孔に挿入されたサンプル部材２を、横孔から挿入されたロックピン１２により固定し、サンプル部材２を略同芯状に装着・固定して軸線周りに回転させる。支持部材１３は、回転軸１１が挿入可能な貫通孔を有する部材であり、装置１の固定フレーム（図示せず）等に取り付けられて、回転軸１１の軸線方向の略中央部を、ベアリング等の軸受部材等を介して回転自在に支持する。速度コントローラ１６は、制御装置４０により制御され、そこからの制御信号等に基づいてモータ１５をコントロールして所定速度で回転させる。このモータ１５の回転力は、プーリ１７、伝動ベルト１８、及びプーリ１４を介して回転軸１１に伝達され、回転軸１１及びサンプル部材２を軸線周りに所定速度で回転させる。
【００１７】
荷重負荷変更手段２０は、一対の挟付部材３の凹溝部を、サンプル部材２に沿って押し付けて所定の荷重を負荷し、かつ負荷する荷重を変更可能に構成され、サンプル部材２に対して略対称に配置された一対のプレッシャーアーム２１と、その各一端部に取り付けられた挟付部材３を固定する固定手段（固定チャック）２２と、両プレッシャーアーム２１の長手方向の中間部に連結された連結部材２３と、両プレッシャーアーム２１の他端部（ここでは上端部）間に取り付けられた駆動手段２４と、駆動手段２４及び制御装置４０等に接続された圧力制御弁２５と、を有する。
【００１８】
プレッシャーアーム２１は、略Ｌ字状をなし、そのサンプル部材２に向かって延びる水平部分の先端面に固定手段２２が取り付けられ、そこに固定された各挟付部材３の凹溝部を、サンプル部材２の外周面の所定位置に向けて、かつ互いに対向させて配置する。連結部材２３は、装置本体（図示せず）等に、略水平方向に回転可能に取り付けられた略板状の部材であり、プレッシャーアーム２１の略垂直方向（図では上下方向）に延びる部分の中間の下端側に近い位置に回転自在に連結され、その連結位置を中心に各プレッシャーアーム２１を揺動させて、一対の固定手段２２（挟付部材３）を、互いに接近及び離間する方向（図では左右方向）に移動させる。
【００１９】
駆動手段２４は、プレッシャーアーム２１を上記のように揺動させるための、例えば空気圧式や油圧式のピストン・シリンダ機構等の駆動源であり、両プレッシャーアーム２１の上端部間の距離を変化させて、それらを同期して揺動させ、他端部側の挟付部材３間の距離を変化させるようになっている。
【００２０】
この荷重負荷変更手段２０では、駆動手段２４として空気圧式のピストン・シリンダ機構を使用し、そのエアシリンダ２４Ａ及びピストンロッド２４Ｂの各端部を、各プレッシャーアーム２１の上端部付近に回転自在に取り付け、空気圧でピストンロッド２４Ｂをエアシリンダ２４Ａから出し入れして、プレッシャーアーム２１を揺動させる。また、荷重負荷変更手段２０は、エアシリンダ２４Ａからピストンロッド２４Ｂに所定の空気圧を作用させ、これにより、一対の挟付部材３をサンプル部材２に押し付けて挟み付け、サンプル部材２に所定の荷重を負荷する。更に、この荷重負荷変更手段２０では、エアシリンダ２４Ａに圧力制御弁２５を介してエアコンプレッサ等の空気源２６を接続しており、制御装置４０からの制御信号等により圧力制御弁２５を制御してエアシリンダ２４Ａに供給する空気圧を調節し、挟付部材３がサンプル部材２を挟み付ける力を変化させて、その負荷荷重を変更する。
【００２１】
また、本実施形態の特性測定装置１では、この荷重負荷変更手段２０の各部に、荷重測定手段２７、変位測定手段２８、及びトルク測定手段２９を設けている。荷重測定手段２７は、駆動手段２４（ピストンロッド２４Ｂ）の先端とプレッシャーアーム２１との間に設けられた、ロードセルや半導体圧力センサ等の圧力センサ等からなり、駆動手段２４とプレッシャーアーム２１との間に作用する圧力を測定して、挟付部材３からサンプル部材２に負荷されている荷重を測定する。変位測定手段２８は、例えばプレッシャーアーム２１の上端部に取り付けられ、その端部間の距離の変化（変位）を測定して挟付部材３間の変位（サンプル部材２の直径の変化量）等を測定するものであり、レーザ式や渦電流式等の変位センサ等からなる。トルク測定手段２９は、サンプル部材２と挟付部材３との間に生じる摩擦力によりプレッシャーアーム２１に作用する回転軸１１の回転方向の力を測定して、サンプル部材２に作用する回転（摩擦）トルクを測定するものであり、同方向に回転しようとするプレッシャーアーム２１の回転を止めつつ、その圧力を測定するロードセル等からなる。
【００２２】
恒温槽３０は、プレッシャーアーム２１の下端部側やサンプル部材２等が収容可能な大きさに形成されて所定量の湿式潤滑剤４を収容するとともに、収容した湿式潤滑剤４の温度を測定するための熱電対等の温度センサ３１と、湿式潤滑剤４の温度を設定された温度に維持するためのヒータ等からなる温度維持手段３２と、温度維持手段３２の温度を調節するための温度調節器３３と、を有している。この温度センサ３１は制御装置４０と温度調節器３３に、温度維持手段３２は温度調節器３３に、それぞれ接続されており、温度センサ３１が測定した湿式潤滑剤４の温度データを制御装置４０及び温度調節器３３に出力し、その測定結果に基づいて温度調節器３３により制御して温度維持手段３２の温度等を調節することで、湿式潤滑剤４を一定温度に維持するようになっている。また、恒温槽３０は、サンプル部材２等を内部に収容して湿式潤滑剤４中に浸漬する上方位置と、それらを湿式潤滑剤４から離す下方位置との間で、上下動可能に構成されている。
【００２３】
制御装置４０は、例えば、各種のデータ処理や解析、演算等を行うマイクロプロセッサ（ＭＰＵ）等の演算処理手段４２や、各種プログラムを格納したＲＯＭ、処理のための一時的なデータの保存等を行うＲＡＭ等の記憶手段４３等を備えたマイクロコンピュータ４１、及び上記した各部等の外部機器との接続のためのインターフェース４４等からなる。この制御装置４０は、インターフェース４４を介して接続された各部との間で、湿式潤滑剤４の試験に必要な駆動・停止指令等の各種データを送受信し、上記したサンプル部材２の回転速度や負荷荷重の変更等を含む装置全体の制御を行う。
【００２４】
また、この制御装置４０は、上記した各測定手段２７、２８、２９が、アンプ（図示せず）等を介してインターフェース４４に接続されており、それらから出力されたトルク等の各測定データを受信し、その記憶や所定の解析プログラムに基づく演算処理等を実行して、湿式潤滑剤４の評価等に用いられる各種データの算出等を行う。例えば、制御手段４０は、トルク測定手段２９の測定結果から、サンプル部材２と挟付部材３との間の摩擦力を求め、その結果と荷重測定手段２７の測定結果から、負荷荷重に対する摩擦力の変化や摩擦係数を求め、或いは、トルクが急激に変化するときの荷重から焼付荷重を算出する。また、制御装置４０は、変位測定手段２８が測定した変位量に基づき、サンプル部材２の直径の変化量を求めて、その摩耗量を算出する。
【００２５】
更に、この特性測定装置１では、制御装置４０に、回転手段１０の支持部材１３に取り付けたアコースティックエミッション波（本発明ではＡＥ波という）を測定するＡＥセンサであるＡＥ波測定手段５０を、プリアンプ５１、電源ユニット５２等を順次介して接続している。ＡＥ波は、固体が変形や破壊等するときに、内部組織や構造の微小変化等に伴って歪エネルギーが解放され、それにより弾性振動の波が生じるアコースティックエミッション現象により発生する弾性波であり、ここでは、サンプル部材２が摩耗等するときに発生するＡＥ波を、ＡＥ波測定手段５０により測定する。即ち、挟付部材３と回転接触するサンプル部材２から発生した摩耗等に伴うＡＥ波は、回転軸１１及び支持部材１３を介してＡＥ波測定手段５０に伝達し、これをＡＥ波測定手段５０により測定して電気信号に変換する。この信号は、プリアンプ５１に出力されて増幅処理やフィルタリング処理によるノイズ成分の除去等が行われた後、電源ユニット５２等を介して制御装置４０に出力される。
【００２６】
制御装置４０は、このＡＥ波測定手段５０が測定したＡＥ波のデータを収集して記憶するとともに、所定の波形解析プログラム等に基づいて演算処理を行い、サンプル部材２に発生した摩耗を判別して検出する。即ち、この制御装置４０は、測定したＡＥ波を波形解析してサンプル部材２の摩耗を検出する波形解析手段でもあり、ここでは、主に、サンプル部材２への負荷荷重に対するＡＥ波の波形に基づき、サンプル部材２の摩耗を検出して判別し、少なくともサンプル部材２の初期摩耗を検出する。
【００２７】
ここで、本発明において、サンプル部材２の初期摩耗とは、例えば試験開始後の比較的初期（摩耗初期）等の負荷荷重が低いときにも発生するアブレッシブ摩耗等、摩耗初期に発生してサンプル部材２の直径や摩擦トルクの変化等に大きく結びつかない摩耗であり、主に摩耗初期にサンプル部材２の表層に生じる微小な変化（摩耗現象）のことである。
【００２８】
また、この特性測定装置１では、各種の波形解析プログラムを備えたＰＣ（パーソナルコンピュータ）５３を、インターフェース４４を介して制御装置４０に接続しており、ＡＥ波の測定結果をＰＣ５３に出力して、より詳細なＡＥ波の波形解析等を行うようになっている。このＰＣ５３では、例えば測定したＡＥ波のグラフ数値化や、波形成分の周波数の算出及びサンプル部材２に発生した摩耗の判別、又はＡＥ波のフィルタリング処理等による主要な波形成分の抽出等を行う。このように、ＰＣ５３は、上記した制御手段４０と同様に、測定したＡＥ波を波形解析してサンプル部材２の摩耗を検出する波形解析手段であり、以下では、これらをまとめて波形解析手段という。
【００２９】
次に、以上説明した特性測定装置１による、湿式潤滑剤４の潤滑特性の測定試験の手順等について説明するが、以下の各手順等は、制御手段４０により、所定のプログラムや予め設定された条件等に基づいて、接続された各部を所定のタイミングで作動させる等、装置各部を連動して作動させて実行される。
【００３０】
試験は、まず、恒温槽３０を下降させた状態で、サンプル部材２と挟付部材３を、それぞれ回転軸１１及びプレッシャーアーム２１（固定手段２２）に取り付けて固定し、駆動手段２４によりプレッシャーアーム２１を揺動させて、挟付部材３の凹溝部をサンプル部材２の所定位置に接触させて挟み付ける。その状態で恒温槽３０を上昇させて、サンプル部材２と挟付部材３を、所定温度に維持された湿式潤滑剤４中に浸漬し、それらが一定温度になるまで待機する。
【００３１】
次に、モータ１５を回転させて回転軸１１及びサンプル部材２を所定の速度で回転させた後、荷重負荷変更手段２０（駆動手段２４）により挟付部材３をサンプル部材２に押し付けて所定の荷重を負荷する。続いて、荷重負荷変更手段２０により挟付部材３をサンプル部材２に徐々に強く押し付け、回転するサンプル部材２に負荷する挟付部材３による荷重を予め設定された速度で順次増加させ、この荷重の増加を、所定の荷重やトルクに達するまで、又は所定時間が経過するまで続行する。
【００３２】
以上のサンプル部材２の回転開始時から、各測定手段２７、２８、２９による測定を連続して行い、それら各測定結果に基づいて、サンプル部材２に作用する摩擦力やトルクの変化、焼付荷重、及びサンプル部材２の直径の変化量（摩耗量）等を測定する。同時に、回転するサンプル部材２から発生するＡＥ波を、ＡＥ波測定手段５０により連続して測定し、その測定結果に基づいて、波形解析手段によりサンプル部材２に生じた摩耗を検出する。
【００３３】
図２は、このサンプル部材２に負荷される荷重の変化（図２Ａ）と、その間に測定したＡＥ波の波形（図２Ｂ）の例を示す線図（グラフ）であり、それぞれ図２Ａ、２Ｂの横軸は試験開始からの経過時間、図２Ａの縦軸は荷重、図２Ｂの縦軸は検出したＡＥ波の強さ（振幅の大きさ、単位Ｖ）である。また、図３は、図２ＢのＡＥ波の一部を拡大して示す線図であり、それぞれ図３Ａは図２ＢのＸで示す範囲を、図３Ｂは図２ＢのＹで示す範囲を、主に横軸方向に拡大している。なお、図２Ｂ及び図３Ａ、３Ｂの縦軸は、ＡＥ波をＲＭＳ値（Ｒｏｏｔ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ値、平均２乗値）で示している。
【００３４】
ここでは、図２Ａに示すように、サンプル部材２に負荷する荷重を、試験開始から直線的に増加させ、時間の経過とともに徐々に大きくなるようにして試験を行ったときの例を示す。その際、ＡＥ波は、図２Ｂに示すように、試験開始後の比較的初期には、局部的に大きくなる（図のＳ）ものの、全体としては同程度の小さな振幅で細かく変化し、その後、大きな振幅のものが連続して発生（図のＧ）するように変化している。
【００３５】
波形解析手段は、このＡＥ波の波形やその変化等に基づき、波形解析によりサンプル部材２の表層に生じた微小な変化を検出（測定）し、ＡＥ波が大きくなるピーク位置及びその間隔等から、サンプル部材２に発生した摩耗を判別して少なくとも前記初期摩耗を検出する。具体的には、波形解析手段は、ＡＥ波に所定値以上の変化（波形変化）が生じた場合に、サンプル部材２に摩耗が発生したと判定し、その大きなＡＥ波の発生が、図３Ａに示すように、試験開始後の比較的初期（低荷重時）であり単独的（図のＳ）なもの（所定間隔（時間）を隔てて複数回発生したものを含む）であるときに、アブレッシブ摩耗等の初期摩耗であると判別する。また、波形解析手段は、このＡＥ波の最初の大きな変化に続いて、又は、このような変化が生じずに、図３Ｂに示すように、大きなＡＥ波が連続的に短い間隔で発生（図のＧ）した場合には、サンプル部材２に大きな摩耗が発生したと判定し、その摩耗が、サンプル部材２の直径の変化等に結びつき、変位測定手段２８による摩耗量としての測定が可能な凝着摩耗等であると判別する。
【００３６】
なお、この摩耗の検出に加えて、波形解析手段（ＰＣ５３）により、例えばＡＥ波のピーク位置等の特定の波形部分（成分）の周期（秒）やその逆数である周波数（Ｈｚ）を算出し、その算出値やＡＥ波の波形を、予め記憶した各種の摩耗現象に対応する特徴的なＡＥ波の周波数や波形等と比較する等して、サンプル部材２に発生した摩耗の種類を判別するようにしてもよい。また、各ピーク位置の振幅（信号の大きさ）や変化量からサンプル部材２に発生した摩耗の種類を判別し、例えば信号が大きい（例えば０．４〜０．５Ｖ程度）ときには凝着摩耗等が発生し、信号が小さい（例えば０．１０〜０．１５Ｖ程度）ときには初期摩耗が発生した等と判別してもよい。更に、この振幅や変化量及び、大きな波形変化の数や発生時間等から、発生した初期摩耗や凝着摩耗等の程度（大きさ）を判定し、例えば小さなＡＥ波が単独で発生したときには軽度の初期摩耗が、逆に、そのＡＥ波が大きいときには重度の初期摩耗が発生したと判定し、或いは、大きなＡＥ波が連続して長時間（多数回）発生したときには大きな凝着摩耗等が発生したと判定するようにしてもよい。
【００３７】
このように、本実施形態では、サンプル部材２に作用する荷重や摩擦力及びトルクの変化や、焼付荷重、及びサンプル部材２の摩耗量に加えて、ＡＥ波測定手段（ＡＥセンサ）５０により、サンプル部材２に発生する摩耗（特に初期摩耗）を検出し、その検出結果に基づいて、湿式潤滑剤４（潤滑特性）を評価する。
【００３８】
従って、本実施形態によれば、従来は測定が困難であった試験開始後の比較的初期や低荷重時のサンプル部材２の表面状態の変化等、試験中にサンプル部材２の表層に生じる微小な変化を測定でき、その摩耗をより正確に検出して把握することができる。これにより、摩耗量としての測定が困難なアブレッシブ摩耗等の初期摩耗の発生を精度よく検出できるとともに、サンプル部材２の他の摩耗や表面状態変化等に関しても、より正確に把握できるため、湿式潤滑剤４の潤滑特性を適切かつ精度よく測定して評価できる等、潤滑特性の測定精度及び、それに基づく湿式潤滑剤４の評価精度を向上させることができる。その結果、湿式潤滑剤４の評価結果と実際の使用による評価結果との差を小さくすることができ、伸線加工等の湿式潤滑剤４を使用した加工や生産等に不都合が生じるのを抑制することができる。
【００３９】
なお、本実施形態では、略円柱状（ピン状）の部材をサンプル部材２としたが、サンプル部材２は、略円盤状や円筒状、多角柱状等、他の形状のものであってもよい。また、挟付部材３も、略円柱状や角柱状ブロック以外に、例えば略直方体状やＴ字状の部材等、他の形状のものであってもよく、そのサンプル部材２に押し付ける面の凹溝を、矩形状や台形状又は半円状等の略Ｖ字状以外の断面形状に形成してもよい。更に、挟付部材３に凹溝を形成せずに、平面状の端面をサンプル部材２に押し付けるようにしてもよく、一対の挟付部材３以外に、３つ以上の挟付部材３によりサンプル部材２を挟み付けるようにしてもよい。
【００４０】
一方、ＡＥ波測定手段５０は、回転手段１０の支持部材１３（図１参照）以外に、例えば回転軸１１等の回転手段１０の他の位置や、荷重負荷変更手段２０のプレッシャーアーム２１等、サンプル部材２からのＡＥ波を測定可能な他の位置に取り付けてもよい。加えて、この特性測定装置１では、ＡＥ波測定手段５０にプリアンプ５１と電源ユニット５２を順次接続したが、プリアンプ５１と電源ユニット５２を、又は、それらと制御装置４０とを一体化してもよく、或いは、制御装置４０にＰＣ５３の機能を付加して、それらを一体に構成してもよい。
【００４１】
また、本実施形態では水溶性の湿式潤滑剤４を評価する場合を例に採り説明したが、この特性測定装置１は、例えばグリース類やオイル類等の他の湿式潤滑剤４の潤滑特性の測定にも使用できる。
【００４２】
（潤滑特性の測定試験）
本発明の効果を確認するため、以上説明したようにしてサンプル部材２の摩耗量（直径変化量）、トルク、焼付荷重、及びＡＥ波による初期摩耗を測定又は検出して湿式潤滑剤４（潤滑特性）を評価し、それらと湿式潤滑剤４の実際の使用（この試験では伸線加工）による評価結果とを比較した。
【００４３】
試験では、サンプル部材２としてスチール製のピン状部材にブラスメッキしたものを使用し、それを略Ｖ字状の凹溝を形成した超硬合金製の挟付部材３（Ｖブロック）により挟み付けて荷重を負荷し、０〜８００ｋｇｆ（０〜約７８４５Ｎ）まで負荷荷重を順次増加（図２Ａ参照）させて各測定又は検出を行った。また、湿式潤滑剤４には、実機（伸線加工機）での使用による評価結果（実機伸線性）が異なる４種類（水準）のもの（以下、潤滑剤１〜４という）を使用した。試験結果は、従来と同様に摩耗量、トルク、及び焼付荷重による評価から湿式潤滑剤４の総合的な評価（以下、総合評価という）を判定し、これと本発明のＡＥ波による評価（以下、ＡＥ評価という）、及び実機伸線性とを比較した。
【００４４】
表１に、各試験による評価結果と実機伸線性の結果を示すが、この表では、潤滑特性が良好であると判定したものを丸印で、中程度のものを三角印で、悪いものをバツ印で、それぞれ示す。
【００４５】
【表１】
【００４６】
表１に示すように、潤滑剤１（潤滑特性）は、焼付荷重による評価は良好だが、摩耗量及びトルクによる評価が中程度であったため、総合評価は中程度と判定された。これに対し、潤滑剤１の実機伸線性は良好であり、これらは異なる結果となった。一方、ＡＥ評価では良好と判定され、実機伸線性と一致していた。
【００４７】
潤滑剤２は、摩耗量による評価が悪く、トルク及び焼付荷重による評価が中程度であるため、総合評価は悪いと判定された。これに対し、潤滑剤２の実機伸線性は中程度であり、これらは異なる結果となった。一方、ＡＥ評価では中程度と判定され、実機伸線性と一致していた。
【００４８】
潤滑剤３は、摩耗量、トルク及び焼付荷重による評価が良好であり、総合評価は良好と判定された。これに対し、潤滑剤３の実機伸線性も良好であり、これらの結果は一致していた。一方、ＡＥ評価でも良好と判定され、実機伸線性と一致していた。
【００４９】
潤滑剤４は、摩耗量、トルク及び焼付荷重による評価が良好であり、総合評価は良好と判定された。これに対し、潤滑剤４の実機伸線性は悪く、これらは異なる結果となった。一方、ＡＥ評価では悪いと判定され、実機伸線性と一致していた。
【００５０】
このように、ＡＥ評価では、従来の評価方法では困難である湿式潤滑剤４の実際の使用に対応した評価が可能であり、潤滑特性をより正確に測定して、その精度が極めて高くなることが分かった。
【００５１】
以上の結果から、本発明により、湿式潤滑剤４の潤滑特性の測定に使用されるサンプル部材２の微小な変化を測定でき、その摩耗をより正確に検出して、湿式潤滑剤４の潤滑特性の測定精度を向上できることが証明された。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本実施形態の湿式潤滑剤の特性測定装置の要部を模式的に示す概略構成図である。
【図２】サンプル部材に負荷される荷重の変化と、その間に測定したＡＥ波の波形の例を示す線図である。
【図３】図２ＢのＡＥ波の一部を拡大して示す線図である。
【図４】従来の潤滑特性の測定に使用される装置の一例を示す要部模式図である。
【符号の説明】
【００５３】
１・・・湿式潤滑剤の特性測定装置、２・・・サンプル部材、３・・・挟付部材、４・・・湿式潤滑剤、１０・・・回転手段、１１・・・回転軸、１２・・・ロックピン、１３・・・支持部材、１４・・・プーリ、１５・・・モータ、１６・・・速度コントローラ、１７・・・プーリ、１８・・・伝動ベルト、２０・・・荷重負荷変更手段、２１・・・プレッシャーアーム、２２・・・固定手段、２３・・・連結部材、２４・・・駆動手段、２４Ａ・・・エアシリンダ、２４Ｂ・・・ピストンロッド、２５・・・圧力制御弁、２６・・・空気源、２７・・・荷重測定手段、２８・・・変位測定手段、２９・・・トルク測定手段、３０・・・恒温槽、３１・・・温度センサ、３２・・・温度維持手段、３３・・・温度調節器、４０・・・制御装置、４１・・・マイクロコンピュータ、４２・・・演算処理手段、４３・・・記憶手段、４４・・・インターフェース、５０・・・ＡＥ波測定手段、５１・・プリアンプ、５２・・・電源ユニット、５３・・・ＰＣ（パーソナルコンピュータ）。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
湿式潤滑剤中で、サンプル部材を挟付部材により挟み付けて荷重を負荷した状態で回転させて、前記湿式潤滑剤の潤滑特性を測定する湿式潤滑剤の特性測定方法であって、
前記回転するサンプル部材に負荷する前記挟付部材による荷重を順次増加させる工程と、
該回転するサンプル部材から発生するＡＥ波を連続して測定する工程と、
該測定したＡＥ波を解析する工程と、
該ＡＥ波の解析結果に基づいて、前記サンプル部材の摩耗の発生を検出する工程と、
を有することを特徴とする湿式潤滑剤の特性測定方法。
【請求項２】
請求項１に記載された湿式潤滑剤の特性測定方法において、
前記摩耗の発生を検出する工程は、前記測定したＡＥ波の波形に基づき、前記サンプル部材の摩耗の種類を判別して検出することを特徴とする湿式潤滑剤の特性測定方法。
【請求項３】
請求項２に記載された湿式潤滑剤の特性測定方法において、
前記摩耗の発生を検出する工程では、少なくとも前記サンプル部材の初期摩耗を検出することを特徴とする湿式潤滑剤の特性測定方法。
【請求項４】
サンプル部材を回転させる回転手段と、該サンプル部材を挟み付ける挟付部材とを備え、湿式潤滑剤中で、前記サンプル部材を前記挟付部材により挟み付けた状態で回転させて、前記湿式潤滑剤の潤滑特性を測定する湿式潤滑剤の特性測定装置であって、
前記挟付部材を前記サンプル部材に押し付けて荷重を負荷し、かつ該負荷する荷重を変更可能な荷重負荷変更手段と、
前記回転するサンプル部材から発生するＡＥ波を測定する測定手段と、
該測定手段が測定したＡＥ波を波形解析し、前記サンプル部材の摩耗の発生を検出する波形解析手段と、
を備えたことを特徴とする湿式潤滑剤の特性測定装置。
【請求項５】
請求項４に記載された湿式潤滑剤の特性測定装置において、
前記波形解析手段は、前記測定したＡＥ波の波形に基づき、前記サンプル部材の摩耗の種類を判別して検出することを特徴とする湿式潤滑剤の特性測定装置。
【請求項６】
請求項５に記載された湿式潤滑剤の特性測定装置において、
前記波形解析手段により、少なくとも前記サンプル部材の初期摩耗を検出することを特徴とする湿式潤滑剤の特性測定装置。
【請求項１】
湿式潤滑剤中で、サンプル部材を挟付部材により挟み付けて荷重を負荷した状態で回転させて、前記湿式潤滑剤の潤滑特性を測定する湿式潤滑剤の特性測定方法であって、
前記回転するサンプル部材に負荷する前記挟付部材による荷重を順次増加させる工程と、
該回転するサンプル部材から発生するＡＥ波を連続して測定する工程と、
該測定したＡＥ波を解析する工程と、
該ＡＥ波の解析結果に基づいて、前記サンプル部材の摩耗の発生を検出する工程と、
を有することを特徴とする湿式潤滑剤の特性測定方法。
【請求項２】
請求項１に記載された湿式潤滑剤の特性測定方法において、
前記摩耗の発生を検出する工程は、前記測定したＡＥ波の波形に基づき、前記サンプル部材の摩耗の種類を判別して検出することを特徴とする湿式潤滑剤の特性測定方法。
【請求項３】
請求項２に記載された湿式潤滑剤の特性測定方法において、
前記摩耗の発生を検出する工程では、少なくとも前記サンプル部材の初期摩耗を検出することを特徴とする湿式潤滑剤の特性測定方法。
【請求項４】
サンプル部材を回転させる回転手段と、該サンプル部材を挟み付ける挟付部材とを備え、湿式潤滑剤中で、前記サンプル部材を前記挟付部材により挟み付けた状態で回転させて、前記湿式潤滑剤の潤滑特性を測定する湿式潤滑剤の特性測定装置であって、
前記挟付部材を前記サンプル部材に押し付けて荷重を負荷し、かつ該負荷する荷重を変更可能な荷重負荷変更手段と、
前記回転するサンプル部材から発生するＡＥ波を測定する測定手段と、
該測定手段が測定したＡＥ波を波形解析し、前記サンプル部材の摩耗の発生を検出する波形解析手段と、
を備えたことを特徴とする湿式潤滑剤の特性測定装置。
【請求項５】
請求項４に記載された湿式潤滑剤の特性測定装置において、
前記波形解析手段は、前記測定したＡＥ波の波形に基づき、前記サンプル部材の摩耗の種類を判別して検出することを特徴とする湿式潤滑剤の特性測定装置。
【請求項６】
請求項５に記載された湿式潤滑剤の特性測定装置において、
前記波形解析手段により、少なくとも前記サンプル部材の初期摩耗を検出することを特徴とする湿式潤滑剤の特性測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００８−１５１６９０（Ｐ２００８−１５１６９０Ａ）
【公開日】平成２０年７月３日（２００８．７．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３４１０６７（Ｐ２００６−３４１０６７）
【出願日】平成１８年１２月１９日（２００６．１２．１９）
【出願人】（０００００５２７８）株式会社ブリヂストン (11,469)
【公開日】平成２０年７月３日（２００８．７．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１２月１９日（２００６．１２．１９）
【出願人】（０００００５２７８）株式会社ブリヂストン (11,469)
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