JP6500876B2 - Sliding device - Google Patents
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Description
本発明は、摺動面を可視化する摺動装置に関する。 The present invention relates to a sliding device that visualizes a sliding surface.
摺動装置とは、摺動界面の摩擦係数や摩耗量などを測定することにより、摺動面の特性を評価する装置である。一般的な評価工程としては、摺動試験後に摺動面の観察や分析を実施し、上記摺動特性が得られるメカニズムを解析する。このようなメカニズム解析において、摺動界面の可視化は有効である。可視化により摺動面のその場(In-situ)観察やその場での各種計測(油膜計測や温度計測)が可能になるからである。実際に、摺動部品の研究開発においては、様々な手法で摺動界面の可視化および計測がされている。 The sliding device is a device that evaluates the characteristics of the sliding surface by measuring the coefficient of friction, the amount of wear, etc. of the sliding interface. As a general evaluation process, observation and analysis of a sliding surface are performed after a sliding test, and the mechanism in which the said sliding characteristic is obtained is analyzed. Visualization of the sliding interface is effective in such mechanism analysis. This is because visualization enables in-situ observation of the sliding surface and various measurements (oil film measurement and temperature measurement) on the spot. In fact, in the research and development of sliding parts, visualization and measurement of the sliding interface are performed by various methods.
機械要素に用いられる摺動体の一般的な摺動面形状の一つとして、回転対称形状が挙げられる。一般的に摺動面にはその幾何公差や表面粗さに対して高い水準が求められるが、旋盤加工などの回転運動を用いた加工は精度が高く、それらの要求を満たすことが容易であるからである。自動車で用いられる摺動体に限定しても、転がり軸受の内輪・外輪・球・ころ、すべり軸受、クランクシャフト、ピストンボア、ベルトCVTのプーリ、歯車、クラッチ摩擦材、タイヤなど多数ある。 One of the general sliding surface shapes of the sliding body used for the machine element is a rotationally symmetrical shape. Generally, sliding surfaces are required to have high standards for their geometrical tolerances and surface roughness, but machining using rotational motion such as lathe processing has high accuracy and it is easy to meet those requirements. It is from. Even if it is limited to sliding bodies used in automobiles, there are many such as inner rings, outer rings, balls and rollers of rolling bearings, sliding bearings, crankshafts, piston bores, pulleys of belts CVT, gears, clutch friction materials, tires and the like.
ここで、摺動界面を構成する摺動面の全てが回転対称形状にならない場合もある。例えばベルトCVTのプーリの場合には、プーリの摺動面は回転対称形状であるが、相手材であるエレメントの摺動面は回転対称形状ではない。またタイヤの場合には、相手材である路面の摺動面は回転対称形状ではない。 Here, there is also a case where not all of the sliding surfaces constituting the sliding interface have a rotationally symmetrical shape. For example, in the case of a pulley of a belt CVT, the sliding surface of the pulley is rotationally symmetrical, but the sliding surface of the element which is the opposite member is not rotationally symmetrical. Moreover, in the case of a tire, the sliding surface of the road surface which is the opposite material is not rotationally symmetrical.
摺動面の相対運動の形態としては、回転すべり運動(すべり軸受、クランク軸、歯車、プーリ、クラッチ摩擦材など)と往復すべり運動(ピストンとボアなど)、転がり運動(転がり軸受の内・外輪と球、タイヤ、歯車など)がある。 The forms of relative movement of the sliding surface include rotational sliding motion (sliding bearing, crankshaft, gear, pulley, clutch friction material, etc.) and reciprocating sliding motion (piston and bore, etc.), rolling motion (inner and outer rings of rolling bearing) And balls, tires, gears etc.).
このよう背景から、回転対称形状の摺動面から構成される摺動界面を可視化することは、機械要素における摺動メカニズム解析に対して有益である。 From this background, visualizing the sliding interface composed of the rotationally symmetric sliding surface is useful for the sliding mechanism analysis in the mechanical element.
このように、回転対称形状の摺動面から構成される摺動界面の可視化は有益であるため、それに関する特許文献および非特許文献が多数存在する。以下にその一例を示す。 As such, visualization of the sliding interface composed of the rotationally symmetric sliding surface is useful, so there are many patent documents and non-patent documents related thereto. An example is shown below.
特許文献1に記載の油膜可視化装置では、内燃機関主軸受部のクランク軸―すべり軸受の回転すべり摺動において、クランク軸を透明材(アクリル)で製作し、すべり軸受摺動面で斜め方向に反射した光を、透明クランク軸を透過させて透明クランク軸の外側にあるカメラで検出することで、すべり軸受摺動面を観察している。ただし、この装置では実機とは異なり、クランク軸は回転運動せず、半径方向の往復運動のみを行い、油膜圧力変動によるキャビテーションの発生を観察している。そのため摺動装置ではない。 In the oil film visualization device described in Patent Document 1, the crankshaft is made of a transparent material (acrylic) in rotational sliding sliding of the crankshaft-sliding bearing of the internal combustion engine main bearing portion, and the sliding bearing in the sliding bearing faces obliquely. The sliding bearing sliding surface is observed by detecting the reflected light through the transparent crank shaft and using a camera located outside the transparent crank shaft. However, in this apparatus, unlike the actual machine, the crankshaft does not rotate, but only reciprocates in the radial direction, and the occurrence of cavitation due to oil film pressure fluctuation is observed. Therefore, it is not a sliding device.
また、非特許文献1では、転がり軸受の外輪―球の転がり摺動において、外輪を透明体(サファイア)で製作し、外輪―球の摺動界面から放射された光を、透明外輪を透過させて、透明外輪の外側にあるカメラで検出し、油膜計測を実施している。 In Non-Patent Document 1, the outer ring is made of a transparent body (sapphire) in the rolling and sliding of the outer ring and the ball of the rolling bearing, and light emitted from the sliding interface of the outer ring and the ball is transmitted through the transparent outer ring. It is detected by a camera located outside the transparent outer ring, and oil film measurement is performed.
非特許文献2では、内燃機関のピストン―ボアの往復すべり摺動において、ボアを透明材(ガラス)で作成し、ピストン摺動面から放射された光を、透明ボアを透過させて、透明ボアの外側にある検出器で検出することで、ピストン摺動面を観察・油膜計測している。 In Non-Patent Document 2, in the reciprocating sliding of the piston-bore of an internal combustion engine, the bore is made of a transparent material (glass), light emitted from the piston sliding surface is transmitted through the transparent bore, and the transparent bore is produced. The piston sliding surface is observed and oil film measured by detecting with a detector located outside of.
上記特許文献1の装置は摺動装置ではないが、改良により摺動機構を備えることは容易であるため、この装置で透明クランク軸とすべり軸受を摺動させた場合の課題を考える。この場合、観察対象であるすべり軸受摺動面をアクリル軸越しに観察することになるが、まず課題として挙げられることは手前側摺動界面によるノイズである。具体的に述べると、特許文献1の装置構成ではカメラの光路上には手前側と奥側(観察対象)の2面に摺動界面が存在し、検出器で捉えた光は2面の摺動界面から放射された光の和となる。手前側の摺動界面では、軸が透明材料で構成されるとはいえ、「アクリル軸と油膜間の屈折率差による光の反射」や「アクリル軸の表面粗さによる光の散乱」が生じるため、それらがノイズとなり,対象とする摺動面の観察・計測に悪影響を及ぼす。 Although the device of Patent Document 1 is not a sliding device, it is easy to provide a sliding mechanism by improvement, so the problem in the case where the transparent crankshaft and the sliding bearing are slid by this device will be considered. In this case, although the sliding bearing sliding surface to be observed is observed through the acrylic axis, it is noise due to the near side sliding interface that can be mentioned as a problem first. Specifically, in the apparatus configuration of Patent Document 1, sliding interfaces exist on two surfaces on the front side and the rear side (observation target) on the optical path of the camera, and the light captured by the detector slides on two surfaces. It is the sum of light emitted from the moving interface. At the sliding interface on the front side, although the axis is made of a transparent material, “reflection of light due to difference in refractive index between acrylic axis and oil film” and “scattering of light due to surface roughness of acrylic axis” occur Therefore, they become noises and adversely affect observation and measurement of the target sliding surface.
上記非特許文献1では、透明回転対称摺動体(外輪)の内側に相手摺動体(球)がある装置構成のため、透明回転対称摺動体の外側間の摺動界面が可視化できない。 In the non-patent document 1, the sliding interface between the outer sides of the transparent rotationally symmetric sliding body can not be visualized because of the device configuration in which the counterpart sliding body (ball) is inside the transparent rotationally symmetric sliding body (outer ring).
また、上記非特許文献2では、非特許文献1と同様に、透明回転対称摺動体(ボア)の内側に相手摺動体(ピストン)があるため、透明回転対称摺動体の外側間の摺動界面が可視化できない。 Further, in Non-Patent Document 2, as in Non-Patent Document 1, there is a mating sliding body (piston) inside the transparent rotationally symmetric sliding body (bore), so the sliding interface between the outer sides of the transparent rotationally symmetric sliding body Can not be visualized.
透明回転対称摺動体の摺動面外側にある相手摺動体の摺動面から放射された光を検出できない、という課題を解決するには、内側の摺動体(非特許文献1の内輪、非特許文献2のピストンに相当)の摺動面を透明体で構成し、そのさらに内側に光検出器を設置する必要がある。しかし、一般的な摺動装置における摺動体の大きさを想定した場合、摺動面の内側の空間は光検出器やレンズなどの大きさに対して十分でないため、設置が困難である。これは摺動面が回転対称形状である場合に特有の課題であり、摺動面が平面であればこのような問題は生じない。 In order to solve the problem that light emitted from the sliding surface of the mating sliding member located outside the sliding surface of the transparent rotationally symmetric sliding member can not be detected, the inner sliding member (the inner ring of Non Patent Literature 1, Non Patent It is necessary to configure the sliding surface of the piston in the document 2) with a transparent body, and install a light detector further inside. However, assuming the size of the sliding body in a general sliding device, the space inside the sliding surface is not sufficient for the size of the light detector, the lens, etc., so installation is difficult. This is a problem unique to the case where the sliding surface has a rotationally symmetric shape, and such a problem does not occur if the sliding surface is flat.
また、透明回転対称摺動体の摺動面外側にある相手摺動体の摺動面から放射された光を検出する場合に、摺動界面を2面以上通過するためノイズが乗る、という課題を解決するには、透明回転対称摺動体の摺動面内側に光検出器を設置する必要があり、それが困難である。 In addition, when light emitted from the sliding surface of the mating sliding body located outside the sliding surface of the transparent rotationally symmetrical sliding body is detected, the problem of noise getting on because of passing through two or more sliding interfaces is solved. In order to do this, it is necessary to install a light detector inside the sliding surface of the transparent rotationally symmetric sliding body, which is difficult.
本発明は、上記の事情を鑑みてなされたもので、ノイズを抑えて、透明回転対称摺動体の外側の相手摺動体との間の摺動面を可視化することができる摺動装置を得ることが目的である。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is an object of the present invention to provide a sliding device capable of visualizing a sliding surface between a transparent rotationally symmetrical sliding member and a mating sliding member with reduced noise. Is the purpose.
本発明に係る摺動装置は、第1摺動体、第2摺動体、光反射体又は光反射機能を備えたレンズ、及び光検出器を備えた摺動装置であって、前記第1摺動体と前記第2摺動体とは、互いに摺動しあって摺動界面を形成し、前記第1摺動体における前記第2摺動体との摺動面は光を透過する材質から構成され、前記第1摺動体における前記第2摺動体との摺動面の形状は回転対称形状もしくは回転対称形状の一部を切り欠いた形状であり、前記第1摺動体における前記第2摺動体との摺動面の外側に、前記第2摺動体の摺動面が存在し、前記第1摺動体における前記第2摺動体との摺動面の内側に、前記光反射体又は前記光反射機能を備えたレンズが存在し、前記第2摺動体における前記第1摺動体との摺動面から放射されて、前記第1摺動体における前記第2摺動体との摺動面を透過した光は、前記光反射体又は前記光反射機能を備えたレンズにより反射され、前記光検出器は、前記反射された光を検出し、前記第2摺動体における前記第1摺動体との摺動面から放射された光が、前記光検出器で検出されるまでの光路において、摺動界面を2面以上通過することがないことを特徴とする。 A sliding device according to the present invention is a sliding device comprising a first sliding body, a second sliding body, a light reflector or a lens having a light reflecting function, and a light detector, wherein the first sliding body And the second sliding body slide relative to each other to form a sliding interface, and the sliding surface of the first sliding body with the second sliding body is made of a material that transmits light, The shape of the sliding surface of the first sliding body with the second sliding body is a rotationally symmetrical shape or a shape obtained by cutting out a part of the rotationally symmetrical shape, and the sliding of the first sliding body with the second sliding body The sliding surface of the second sliding member exists outside the surface, and the light reflector or the light reflecting function is provided inside the sliding surface of the first sliding member with the second sliding member. A lens is present, and emitted from the sliding surface of the second sliding body with the first sliding body, to the first sliding body The light transmitted through the sliding surface with the second sliding body is reflected by the light reflector or the lens having the light reflecting function, and the light detector detects the reflected light; The light emitted from the sliding surface of the second sliding body with the first sliding body does not pass through two or more sliding interfaces in the optical path until it is detected by the light detector. I assume.
本発明に係る摺動装置では、第1摺動体と第2摺動体とが、互いに摺動しあって摺動界面を形成しているとき、第2摺動体における第1摺動体との摺動面から放射されて、第1摺動体における第2摺動体との摺動面を透過した光は、光反射体又は光反射機能を備えたレンズにより反射される。そして、光検出器は、反射された光を検出する。このとき、第2摺動体における第1摺動体との摺動面から放射された光が、光検出器で検出されるまでの光路において、摺動界面を2面以上通過することがない。 In the sliding device according to the present invention, when the first sliding body and the second sliding body slide relative to each other to form a sliding interface, the second sliding body slides with the first sliding body The light emitted from the surface and transmitted through the sliding surface of the first sliding member with the second sliding member is reflected by the light reflector or the lens having the light reflecting function. The light detector then detects the reflected light. At this time, light emitted from the sliding surface of the second sliding body with the first sliding body does not pass through two or more sliding interfaces in the optical path until it is detected by the photodetector.
このように、第2摺動体における第1摺動体との摺動面から放射された光が、光検出器で検出されるまでの光路において、摺動界面を2面以上通過することがないため、ノイズを抑えて、透明回転対称摺動体の外側の相手摺動体との間の摺動面を可視化することができる。 As described above, the light emitted from the sliding surface of the second sliding body with the first sliding body does not pass through two or more sliding interfaces in the optical path until it is detected by the light detector. By suppressing the noise, it is possible to visualize the sliding surface between the transparent rotationally symmetrical sliding member and the other mating sliding member.
本発明における前記光反射体の光反射面の形状、又は前記光反射機能を備えたレンズの光反射面の形状が、前記第2摺動体における前記第1摺動体との摺動面から放射されて、前記第1摺動体における前記第2摺動体との摺動面を透過した光を、摺動面の全面にわたって、前記光検出器に向けて反射するように形成された形状であることを特徴とすることができる。また、前記光反射体の光反射面の形状、又は前記光反射機能を備えたレンズの光反射面の形状が、回転対称形状もしくは前記回転対称形状の一部を切り欠いた形状であることを特徴とすることができる。これにより、ワンショットで、摺動面の全面を可視化することができる。 The shape of the light reflection surface of the light reflector or the shape of the light reflection surface of the lens having the light reflection function in the present invention is emitted from the sliding surface of the second sliding body with the first sliding body. And the light transmitted through the sliding surface of the first sliding body with the second sliding body is shaped to be reflected toward the light detector over the entire surface of the sliding face. It can be characterized. In addition, the shape of the light reflection surface of the light reflector or the shape of the light reflection surface of the lens having the light reflection function may be a rotationally symmetric shape or a shape in which a part of the rotationally symmetric shape is cut out. It can be characterized. Thereby, the entire surface of the sliding surface can be visualized in one shot.
上記第1摺動体における前記第2摺動体との摺動面の回転対称形状は、前記回転対称形状の回転軸と直交する断面で前記摺動面を見たとき、すべての断面における最大半径が250mm以下であることを特徴とすることができる。また、前記第1摺動体における前記第2摺動体との摺動面の回転対称形状は、前記回転対称形状の回転軸と直交する断面で前記摺動面を見たとき、すべての断面における最大半径が100mm以下であることを特徴とすることができる。これにより、摺動面の回転対称形状の半径が、光検出器を内部に配置することができない程度、小さいものであっても、摺動面を可視化することができる。 The rotationally symmetric shape of the sliding surface of the first sliding body with the second sliding body has the largest radius in all the cross sections when the sliding surface is viewed in a cross section orthogonal to the rotation axis of the rotationally symmetric shape. It can be characterized by being 250 mm or less. The rotationally symmetric shape of the sliding surface of the first sliding body with the second sliding body is the maximum in all the cross sections when the sliding surface is viewed in a cross section orthogonal to the rotation axis of the rotationally symmetric shape. The radius may be 100 mm or less. This makes it possible to visualize the sliding surface even if the radius of the rotationally symmetric shape of the sliding surface is so small that the light detector can not be disposed inside.
上記第1摺動体における前記第2摺動体との摺動面の回転対称形状は、前記回転対称形状の回転軸と直交する断面で前記回転対称形状を見たとき、すべての断面における最大中心角が10度以上であることを特徴とすることができる。また、前記第1摺動体における前記第2摺動体との摺動面の回転対称形状は、前記回転対称形状の回転軸と直交する断面で前記回転対称形状を見たとき、すべての断面における最大中心角が30度以上であることを特徴とすることができる。このように、摺動面の回転対称形状の中心角が大きくても、ワンショットで、摺動面を可視化することができる。 The rotationally symmetrical shape of the sliding surface of the first sliding body with the second sliding body is the maximum central angle in all the cross sections when the rotationally symmetrical shape is viewed in a cross section orthogonal to the rotational axis of the rotationally symmetric shape. Can be characterized by being 10 degrees or more. Further, the rotationally symmetrical shape of the sliding surface of the first sliding body with the second sliding body is the maximum in all the cross sections when the rotationally symmetrical shape is viewed in a cross section orthogonal to the rotation axis of the rotationally symmetrical shape. The central angle may be 30 degrees or more. Thus, even if the central angle of the rotationally symmetric shape of the sliding surface is large, the sliding surface can be visualized in one shot.
上記第1摺動体における前記第2摺動体との摺動面の形状は、連続的回転対称形状もしくは前記連続的回転対称形状の一部を切り欠いた形状であることを特徴とすることができる。 The shape of the sliding surface of the first sliding body with the second sliding body may be a continuous rotational symmetry shape or a shape obtained by cutting out a portion of the continuous rotational symmetry shape. .
上記第1摺動体における前記第2摺動体との摺動面の形状は、円筒形状もしくは前記円筒形状の一部を切り欠いた形状であることを特徴とすることができる。 The shape of the sliding surface of the first sliding body with the second sliding body may be a cylindrical shape or a shape obtained by cutting out a part of the cylindrical shape.
上記光反射機能を備えたレンズは、トーリック屈折面をもつことができる。 The lens with the light reflecting function can have a toric refractive surface.
上記光反射機能を備えたレンズの光反射面が、凸非球面形状もしくは前記凸非球面形状の一部を切り欠いた形状であることができる。これにより、第2摺動体における第1摺動体との摺動面の全面から放射されて、第1摺動体における第2摺動体との摺動面を透過した光を、光検出器に向けて反射することができる。 The light reflecting surface of the lens having the light reflecting function may have a convex aspheric shape or a shape in which a part of the convex aspheric shape is cut away. Thus, light emitted from the entire surface of the sliding surface of the second sliding member with the first sliding member and transmitted through the sliding surface of the first sliding member with the second sliding member is directed to the light detector. It can be reflected.
以上説明したように本発明に係る摺動装置は、第2摺動体における第1摺動体との摺動面から放射された光が、光検出器で検出されるまでの光路において、摺動界面を2面以上通過することがないため、ノイズを抑えて、透明回転対称摺動体の外側の相手摺動体との間の摺動面を可視化することができる、という優れた効果を有する。 As described above, in the sliding device according to the present invention, the sliding interface in the light path until the light emitted from the sliding surface of the second sliding member with the first sliding member is detected by the light detector. Since it does not pass through two or more surfaces, it has an excellent effect that noise can be suppressed and the sliding surface between the transparent rotational symmetric sliding member and the other opposing sliding member can be visualized.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
<用語の定義>
本発明の実施の形態の説明に先立って、各用語の定義を行う。
<Definition of terms>
Prior to the description of the embodiment of the present invention, each term is defined.
<回転対称形状>
本発明の実施の形態は、少なくとも1つの摺動面が回転対称形状である摺動装置に関するものである(摺動体自身は回転対称形状である必要はなく、摺動体の“摺動面”が回転対称形状であればよい)。ここで回転対称形状とは、「連続的回転対称性」を持った形状と「離散的回転対称性」を持った形状の2つを意味する。連続的対称性を持った形状とは、その形状をある1軸に対して360°回転させた場合に連続的に(常に)対称性が維持される形状のことである(図1(A)参照)。言い換えるならば、任意の2次元形状をある1軸に対して回転移動させた場合に、その軌跡によってできる形状である。具体的には、球形状や円筒形状、テーパ円筒形状、たる形状、つづみ形状、ドーナツ形状などである。具体的な摺動機械要素としては、転がり軸受の内輪・外輪・球、すべり軸受、クランク軸、ピストン、ボアなどである。
<Rotally symmetrical shape>
The embodiment of the present invention relates to a sliding device in which at least one sliding surface has a rotationally symmetrical shape (the sliding body itself does not have to be a rotationally symmetrical shape, and the "sliding surface" of the sliding body is It may be a rotationally symmetrical shape). Here, the rotationally symmetric shape means two of a shape having "continuous rotational symmetry" and a shape having "discrete rotational symmetry". A shape having continuous symmetry is a shape in which symmetry is continuously (always) maintained when the shape is rotated 360 ° with respect to a certain axis (FIG. 1A). reference). In other words, when an arbitrary two-dimensional shape is rotationally moved with respect to a certain axis, it is a shape that can be obtained by its trajectory. Specifically, the shape is a sphere, a cylinder, a tapered cylinder, a barrel, a stem, a donut, or the like. Specific examples of the sliding mechanical element include the inner ring, outer ring and ball of a rolling bearing, sliding bearing, crank shaft, piston, bore and the like.
一方、離散的対称性をもった形状とは、その形状をある1軸に対して360°回転させた場合に離散的に対称性が維持される形状のことである(図1(B)参照)。例えば、正方形は360°において4回対称となる回転角を持つ(4回対称である)ため、離散的回転対称性を持つ。具体的な摺動機械要素としては、歯車などである。なお1回対称については、すべての形状が該当するため、離散的回転対称形状の範囲から除く。 On the other hand, a shape having discrete symmetry is a shape in which symmetry is maintained discretely when the shape is rotated 360 ° with respect to a certain axis (see FIG. 1B). ). For example, a square has discrete rotational symmetry because it has a rotational angle that is four-fold symmetric at 360 ° (four-fold symmetry). A specific sliding mechanical element is a gear or the like. As for one-fold symmetry, all shapes are applicable, so it is excluded from the range of discrete rotationally symmetrical shapes.
<中心角>
本発明の実施の形態では、摺動面形状が回転対称形状を切り欠いた形状であってもよい(図1(C)参照)。切り欠き量を表す指標として、摺動面の弧の両端と半径が作る角を「中心角」と定義し、それを用いる。回転対称軸方向に中心角が異なる(切り欠き量が異なる)場合には、最大の中心角を指す。転がり軸受における内輪と転動体のように、摺動面が離散的に存在する場合には、すべての摺動面を内包する最小の弧の両端と半径が作る角を指す。中心角の最大値は360°である。
<Center angle>
In the embodiment of the present invention, the sliding surface may have a shape in which a rotationally symmetric shape is cut out (see FIG. 1 (C)). The angle formed by both ends of the arc of the sliding surface and the radius is defined as a "central angle" and used as an index indicating the amount of notch. When the central angle is different in the rotational symmetry axis direction (the notch amount is different), the maximum central angle is indicated. When the sliding surface is discretely present, as in the case of the inner ring and rolling elements in a rolling bearing, it refers to the angle between the ends of the smallest arc encompassing all the sliding surfaces and the radius. The maximum value of the central angle is 360 °.
<摺動面の内側と外側>
上記の回転対称形状の摺動面に対して、内側・外側と記した場合、内側とは回転対称軸がある側を意味し、外側とは摺動面を隔てたその反対側を意味する(図1(A)〜(C)参照)。
<Inside and outside of sliding surface>
When the inside and the outside are described with respect to the sliding surface of the above-mentioned rotationally symmetrical shape, the inside means the side with the rotation symmetry axis, and the outside means the opposite side across the sliding surface ( 1 (A) to (C)).
<透明回転対称摺動体と相手摺動体>
本発明の実施の形態は、摺動界面を可視化する摺動装置に関するものであり、少なくとも1つの摺動面の材質として光を透過する材質を用いる。またこの摺動面形状は回転対称形状である。本摺動体を“透明回転対称摺動体”を記し、第1摺動体に対応する。また、この透明摺動体の摺動相手となる摺動体を“相手摺動体”と記し、第2摺動体に対応する。
<Transparent rotational symmetric sliding body and mating sliding body>
The embodiment of the present invention relates to a sliding device for visualizing a sliding interface, and a material which transmits light is used as a material of at least one sliding surface. Moreover, this sliding surface shape is a rotationally symmetrical shape. This sliding body is described as "transparent rotationally symmetric sliding body" and corresponds to the first sliding body. Further, a sliding body which is a sliding counterpart of the transparent sliding body is referred to as a "counter sliding body" and corresponds to a second sliding body.
<摺動面と摺動界面>
「摺動面」とは、摺動に供される・された面を意味し、1物体に対して定義される。一方、「摺動界面」は、相対運動して力を及ぼしあう2面以上の摺動面の集合を意味し、2物体以上に対して定義される。
<Sliding surface and sliding interface>
"Sliding surface" means a surface subjected to sliding, which is defined for one object. On the other hand, "sliding interface" refers to a set of two or more sliding surfaces that exert forces by relative movement, and is defined for two or more objects.
<摺動面から放射された光>
「摺動面から放射された光」のように「放射」と表現する場合、摺動面(および潤滑剤)が自ら発光する場合と、照射された光を摺動面が反射する場合の両方を意味する。
<Light emitted from sliding surface>
When expressing "radiation" as "light emitted from the sliding surface", both the case where the sliding surface (and the lubricant) emits light by itself and the case where the sliding surface reflects the irradiated light Means
<従来技術の課題>
従来技術では、上述したように、透明回転対称摺動体の摺動面外側にある相手摺動体の摺動面から放射された光を検出できない、という第1の課題がある。また、透明回転対称摺動体の摺動面外側にある相手摺動体の摺動面から放射された光を検出する場合に、摺動界面を2面以上通過するためノイズが乗る、という第2の課題がある。
<Problems of prior art>
In the prior art, as described above, there is a first problem that light emitted from the sliding surface of the mating sliding body located outside the sliding surface of the transparent rotationally symmetric sliding body can not be detected. In addition, when light emitted from the sliding surface of the mating sliding body located outside the sliding surface of the transparent rotationally symmetric sliding body is detected, noise is generated because the light passes through two or more sliding interfaces. There is a problem.
また、第3の課題として、上記特許文献1の装置構成ではすべり軸受摺動面において周方向の一部しか観察できないことが挙げられる。摺動装置から得られる摩擦係数は摺動面全体の応答であるため、摺動面の一部しか可視化できない場合、可視化結果と摩擦結果の1対1対応ができず、可視化の有用性が低下する。 A third problem is that, with the device configuration of Patent Document 1, only a part in the circumferential direction can be observed on the sliding bearing sliding surface. Since the coefficient of friction obtained from the sliding device is the response of the entire sliding surface, when only part of the sliding surface can be visualized, one-to-one correspondence between the visualization result and the friction result can not be made, and the usefulness of visualization decreases Do.
また、上記非特許文献1、2では、上記特許文献1と同様に、回転対称形状の摺動面において、周方向の一部しか観察できない。この装置構成の場合には、カメラを周方向に移動させて摺動面を全周スキャン(走査)することで全周の観察は可能である。しかし、一般的にスキャンにはある一定の時間を要する。摺動面の状態は時々刻々と変化するため、ワンショットで全周観察できることが望ましい。加えて、全周の観察像を得るには光検出器を周方向に精密に移動させるハードウェア機構を付与し、かつ検出結果をつなぎ合わせる画像処理などを行う必要があり、簡便ではない。 Moreover, in the non-patent documents 1 and 2 described above, as in the patent document 1, only a part in the circumferential direction can be observed on the sliding surface of the rotationally symmetric shape. In the case of this device configuration, it is possible to observe the entire circumference by moving the camera in the circumferential direction and scanning (scanning) the sliding surface. However, scanning generally requires a certain amount of time. Since the condition of the sliding surface changes from moment to moment, it is desirable to be able to observe the entire circumference with one shot. In addition, in order to obtain an observation image of the entire circumference, a hardware mechanism for precisely moving the light detector in the circumferential direction needs to be added, and image processing etc. for connecting detection results is required, which is not simple.
このように、特許文献1、非特許文献1、2では、回転対称摺動面の外側にある相手摺動体の摺動面から放射された光を、周方向全周(360°)において検出する場合、ワンショットで検出できない。これは、可視化にあたり、平面から放射された光を集光するための一般的な光反射体(ミラー)もしくは光反射機能を備えたレンズを用いているからである。 Thus, in Patent Document 1 and Non-patent Documents 1 and 2, light emitted from the sliding surface of the mating sliding body located outside the rotationally symmetric sliding surface is detected over the entire circumference (360 °) in the circumferential direction. If it can not be detected in one shot. This is because, for visualization, a general light reflector (mirror) or a lens having a light reflection function for condensing light emitted from a plane is used.
<本実施の形態の概略>
本発明の実施の形態は、従来技術の課題を解決するものである。まず、上記第1の課題、第2の課題を解決する原理の概略を述べる。本発明の実施の形態では、外側摺動面を可視化する為、内側の摺動体の回転対称摺動面を透明体で構成する。そして透明摺動面の内側に、光検出器と比べてサイズが小さく空間的制約が少ない、反射体(ミラー)もしくは反射機能をもったレンズを入れる。これにより相手摺動体から放射された光を反射させ、スペースに余裕のある位置へ導き、光検出器で検出する。これにより、透明回転対称摺動体の摺動面外側にある相手摺動体の摺動面から放射された光を、スペースが限られた場合においても、摺動界面を2面以上通過することなく、光検出器で検出可能になる。
<Outline of this embodiment>
Embodiments of the present invention solve the problems of the prior art. First, an outline of the principle for solving the first and second problems will be described. In the embodiment of the present invention, in order to visualize the outer sliding surface, the rotationally symmetrical sliding surface of the inner sliding body is made of a transparent body. Then, inside the transparent sliding surface, a reflector (mirror) or a lens having a reflection function is inserted, which is smaller in size and less in space, as compared with the light detector. As a result, the light emitted from the other sliding body is reflected, guided to a position having a space, and detected by the light detector. Thereby, even if the space is limited, light emitted from the sliding surface of the mating sliding body located outside the sliding surface of the transparent rotationally symmetric sliding body does not pass through two or more sliding interfaces. It becomes detectable by the light detector.
次に、上記第3の課題を解決する原理の概略を述べる。本発明の実施の形態では、相手摺動体から放射されて回転対称形状の摺動面を透過した光を周方向全周においてワンショットで捉えるため、反射体(ミラー)もしくは反射機能をもったレンズの反射面形状を回転対称形状にする。これにより周方向全周から放射された光を反射することができ、第1の課題、第2の課題の解決策で述べたように光検出器で検出することができる。ここで、相手摺動体の摺動面が回転対称形状でない場合や摺動面が離散的に存在する場合であっても、摺動界面の位置(空間分布)は透明回転対称摺動体の摺動面によって決まる。すなわち回転対称形状の面上に分布するため、反射体(ミラー)もしくは反射機能をもったレンズにおける反射面形状を回転対称形状にすることで、摺動界面の全面から放射された光を検出可能になる。 Next, an outline of the principle for solving the third problem is described. In the embodiment of the present invention, the light having a reflector (mirror) or a lens with a reflection function is captured in order to capture light emitted from the other sliding body and transmitted through the rotationally symmetric sliding surface in one shot all around the circumferential direction. The reflective surface shape of is made rotationally symmetric. As a result, the light emitted from the entire circumferential direction can be reflected, and can be detected by the light detector as described in the solutions of the first and second problems. Here, even when the sliding surface of the mating sliding body is not rotationally symmetrical or when the sliding surface is discretely present, the position (spatial distribution) of the sliding interface is the sliding of the transparent rotational symmetric sliding body It depends on the surface. That is, since the light is distributed on the rotationally symmetric surface, the light radiated from the entire surface of the sliding interface can be detected by making the reflective surface shape of the reflector (mirror) or the lens having the reflection function into the rotationally symmetric shape. become.
ここで、本発明の実施の形態がより効果のある範囲について述べる。本発明の実施の形態は、回転対称形状の摺動面の外側にある相手摺動体から放射された光を検出する場合の特有の第1の課題〜第3の課題を解決するものである。ここで、第1の課題、第2の課題については、回転対称形状の径が大きくなると摺動面内側のスペースも大きくなるため、本発明の実施の形態のように反射体(ミラー)もしくは反射機能をもったレンズを用いずとも、レンズや光検出器を内側に設置して直接光を検出可能になる。一般的なカメラとレンズおよびその固定機構などの大きさを考えた場合、摺動面内側に半径が250mmより大きい空間があれば十分に設置することができる。一方、摺動面内側の空間が半径100mm以下の場合には、一般的なカメラとレンズおよびその固定機構のなかで大きさの小さいものを選定しても、設置は困難になる。すなわち本発明の実施の形態は、摺動面の回転対称軸と直交する断面で摺動面を見たとき、すべての断面における最大半径が250mm以下の場合に効果が大きく、最大半径が100mm以下の場合に特に効果が大きい。 Here, a range in which the embodiment of the present invention is more effective will be described. The embodiment of the present invention solves the first to third problems unique to the case of detecting the light emitted from the mating sliding body located outside the sliding surface of the rotationally symmetric shape. Here, with regard to the first problem and the second problem, as the diameter of the rotationally symmetric shape increases, the space inside the sliding surface also increases, so a reflector (mirror) or reflection as in the embodiment of the present invention Even without using a functional lens, it is possible to directly detect the light by installing the lens and the photodetector inside. In consideration of the size of a general camera, lens and fixing mechanism thereof, a space having a radius larger than 250 mm inside the sliding surface can be sufficiently installed. On the other hand, if the space inside the sliding surface has a radius of 100 mm or less, the installation becomes difficult even if a small camera is selected among general cameras, lenses and their fixing mechanisms. That is, according to the embodiment of the present invention, when the sliding surface is viewed in a cross section orthogonal to the rotational symmetry axis of the sliding surface, the effect is large when the maximum radius in all cross sections is 250 mm or less, and the maximum radius is 100 mm or less Particularly effective in the case of
また、第3の課題についても、回転対称形状の摺動面における切り欠き量が多く(中心角が小さく)なると、一般的なレンズとカメラを用いた場合でもワンショットで撮影可能になる。中心角が10°未満であれば十分撮影可能である。一方、30°以上になると、一般的なレンズとカメラではワンショットでの撮影が困難になる。すなわち本発明の実施の形態は、摺動面の回転対称軸と直交する断面で摺動面を見たとき、すべての断面における最大中心角が10°以上の場合に効果が大きく、最大中心角が30°以上の場合に特に効果が大きい。 In the third problem as well, when the amount of notch on the rotationally symmetric sliding surface is large (the central angle is small), it becomes possible to shoot in one shot even when using a general lens and a camera. If the central angle is less than 10 °, imaging is sufficiently possible. On the other hand, when the angle is 30 ° or more, it is difficult to take one shot with a general lens and camera. That is, according to the embodiment of the present invention, when the sliding surface is viewed in a cross section orthogonal to the rotational symmetry axis of the sliding surface, the effect is large when the maximum central angle in all the cross sections is 10 ° or more. Particularly effective when the angle is 30 ° or more.
<システム構成>
本発明の実施形態に係る摺動面可視化システム10について、図2〜図7に基づいて説明する。
<System configuration>
A sliding surface visualization system 10 according to an embodiment of the present invention will be described based on FIGS. 2 to 7.
本実施の形態では、自動車エンジンにおけるクランク軸ジャーナル面とすべり軸受の摺動面を可視化する場合を例に説明する。 In the present embodiment, the case of visualizing a crankshaft journal surface and a sliding surface of a slide bearing in an automobile engine will be described as an example.
図2に示すように摺動面可視化システム10は、光学系20及び摺動系40を備えている。 As shown in FIG. 2, the sliding surface visualization system 10 includes an optical system 20 and a sliding system 40.
摺動系40は、透明回転対称摺動体42と、相手摺動体44と、摺動機構46とを備えている。透明回転対称摺動体42は、例えば、クランク軸であり、材質は透明材であるサファイアであり、レンズを入れるため中空になっている。 The sliding system 40 includes a transparent rotationally symmetrical sliding body 42, a mating sliding body 44, and a sliding mechanism 46. The transparent rotationally symmetric sliding body 42 is, for example, a crankshaft, and the material is sapphire which is a transparent material, and is hollow for inserting a lens.
相手摺動体44は、例えば、アルミ製のすべり軸受である。 The mating slide body 44 is, for example, a slide bearing made of aluminum.
摺動機構46は、モータ48と、カップリング50と、相手摺動体44の保持治具52と、リニアガイド54とを備えている。これにより、透明回転対称摺動体42であるクランク軸のジャーナル面と相手摺動体44であるすべり軸受とによる回転すべり摺動機構が実現される。また、相手摺動体44の保持治具52は、リニアガイド54により移動可能であり、荷重負荷機構(図示省略)により荷重負荷が付加される。 The sliding mechanism 46 includes a motor 48, a coupling 50, a holding jig 52 for the mating sliding body 44, and a linear guide 54. Thus, a rotary sliding sliding mechanism is realized by the journal surface of the crankshaft which is the transparent rotationally symmetrical sliding body 42 and the slide bearing which is the mating sliding body 44. Further, the holding jig 52 of the mating sliding body 44 is movable by the linear guide 54, and a load is applied by a load mechanism (not shown).
光学系20は、反射機能を持ったレンズ22と、光検出器24とを備えており、光学ステージ21に取り付けられている。反射機能を持ったレンズ22は、例えば、凸非球面反射面とトーリック屈折面を持つ回転対称型のレンズであり、相手摺動体44であるすべり軸受の摺動面から放射されて透明回転対称摺動体42である透明クランク軸を透過した光を凸非球面反射面で反射する。 The optical system 20 includes a lens 22 having a reflection function and a light detector 24, and is attached to the optical stage 21. The lens 22 having a reflecting function is, for example, a rotationally symmetric lens having a convex aspheric reflecting surface and a toric refracting surface, and is emitted from the sliding surface of the sliding bearing which is the mating sliding body 44 and is transparently rotationally symmetric. The light transmitted through the transparent crank shaft as the moving body 42 is reflected by the convex aspheric reflecting surface.
光検出器24は、例えば、デジタルカラーカメラである。内側摺動体である透明回転対称摺動体42の摺動面を透明体で構成し、その内側に反射機能をもったレンズ22を導入することで、相手摺動体44の摺動面から放射された光を、摺動界面を2箇所以上透過することなく、光検出器24で検出する。 The light detector 24 is, for example, a digital color camera. The sliding surface of the transparent rotationally symmetrical sliding member 42, which is an inner sliding member, is made of a transparent body, and the lens 22 having a reflection function is introduced inside the sliding surface, and the light emitted from the sliding surface of the mating sliding member 44 The light is detected by the light detector 24 without transmitting light at two or more places on the sliding interface.
<透明回転対称摺動体42>
図3に、透明回転対称摺動体42であるクランク軸の形状を示す。例えば、軸の外径は、Φ48mmであり、内径は、Φ34mm(肉厚7mm)であり、長さは245mmである。図3中に斜線で示した部分が、相手摺動体44の軸受と接する摺動面であり、回転対称形状(円筒)となっている。レンズ22を導入する穴は貫通穴ではなく、深さ132mmのザグリ穴とした。これは穴加工による強度低下を抑えるためである。
<Transparent rotational symmetric sliding body 42>
FIG. 3 shows the shape of a crankshaft which is the transparent rotationally symmetric sliding body 42. As shown in FIG. For example, the outer diameter of the shaft is 48 48 mm, the inner diameter is 34 34 mm (wall thickness 7 mm), and the length is 245 mm. The hatched portion in FIG. 3 is a sliding surface in contact with the bearing of the mating sliding body 44, and has a rotationally symmetrical shape (cylindrical shape). The hole for introducing the lens 22 is not a through hole but a counterbore with a depth of 132 mm. This is for suppressing the strength reduction by hole processing.
軸の材質は単結晶サファイアである。透明体の材質として一般的な石英ガラスではなく、単結晶サファイアを用いた理由は以下の2点である。 The material of the axis is single crystal sapphire. The reason for using single crystal sapphire instead of general quartz glass as the material of the transparent body is the following two points.
第1に、石英ガラスよりも強度が高く、より高い負荷で試験可能であるからである。第2に、サーモグラフィによる温度計測を行う場合に計測対象となる中赤外線を透過する (石英ガラスは中赤外線を透過しない)からである。 First, they are stronger than quartz glass and can be tested at higher loads. Secondly, it is because the medium infrared rays to be measured when the temperature measurement by thermography is performed (the quartz glass does not transmit the medium infrared rays).
単結晶の面方位は、C軸が軸の長手方向になるように設定した。これは各種物性(熱膨張係数など)の周方向のばらつきを抑えるためである。 The plane orientation of the single crystal was set such that the C axis was in the longitudinal direction of the axis. This is to suppress circumferential variations in various physical properties (such as the thermal expansion coefficient).
本実施例ではサファイア軸に対してコートは施していないが、ノイズとなる軸内面―空気界面での反射を抑制すべく、軸の内面に反射防止コートを施しても良い。また、光干渉法による油膜計測を実施する場合には、軸の外面に反射防止コート(Cr膜など)や保護コート(SiO2膜など)を施しても良い。 Although the sapphire axis is not coated in this embodiment, an anti-reflection coating may be applied to the inner surface of the axis in order to suppress reflection at the inner surface of the shaft and the air, which causes noise. In the case of oil film measurement by light interference method, the outer surface of the shaft may be provided with an antireflective coating (such as a Cr film) or a protective coating (such as a SiO2 film).
<相手摺動体44>
図4に、相手摺動体44であるすべり軸受(半割)の形状を示す。すべり軸受には、アルミ合金製すべり軸受を用いた。例えば、内径はΦ48mmであり、幅は15mmである。摺動面にはマイクログルーブと呼ばれる表面テクスチャが施してある。可視化観察時には、図4に示す半割のすべり軸受を2つ組み合わせ、円筒形状にして使用する。そのため、軸摺動面とすべり軸受摺動面より構成される摺動界面の中心角は360°になる。観察時の視野は、本実施例で用いたレンズ22の視野幅が8mmであるため、図4中に示すように軸受端部から中央部に設定した。
<Sliding body 44>
FIG. 4 shows the shape of the sliding bearing (half) which is the mating sliding body 44. An aluminum alloy slide bearing was used for the slide bearing. For example, the inner diameter is 48 48 mm and the width is 15 mm. The sliding surface has a surface texture called microgrooves. At the time of visualization observation, two half slide bearings shown in FIG. 4 are combined and used in a cylindrical shape. Therefore, the central angle of the sliding interface composed of the shaft sliding surface and the sliding bearing sliding surface is 360 °. Since the field of view of the lens 22 used in this example is 8 mm, the field of view at the time of observation was set from the bearing end to the center as shown in FIG.
<光学系20>
光学系20は、更に、光源26と、ライトガイド28と、ビームスプリッタ30と、カメラレンズ32を更に備えている(図5参照)。
<Optical system 20>
The optical system 20 further includes a light source 26, a light guide 28, a beam splitter 30, and a camera lens 32 (see FIG. 5).
反射機能を持ったレンズ22として、凸非球面反射面とトーリック屈折面を持つ回転対称形状のレンズ(以下、トーリックレンズ)を用いる。このトーリックレンズは、円筒内周面の全面からの光を集光して円筒軸方向に反射するレンズである。図6に、トーリックレンズによる摺動界面近傍の光路を示す。トーリックレンズにて集光・反射された光をさらにカメラレンズ32を用いて集光し、光検出器24であるデジタルカラーカメラの撮像素子上に結像させる。レンズ22の軸受幅方向の視野は8mmに設定した。本実施例では、レンズ22にコートは施していないが、ノイズとなるレンズ22―空気界面での光の反射を抑制すべく、トーリックレンズのトーリック屈折面に反射防止コートを施しても良い。 As a lens 22 having a reflection function, a rotationally symmetrical lens (hereinafter, toric lens) having a convex aspheric reflection surface and a toric refractive surface is used. The toric lens is a lens that condenses light from the entire surface of the inner circumferential surface of the cylinder and reflects it in the direction of the cylinder axis. FIG. 6 shows the optical path near the sliding interface by the toric lens. The light collected and reflected by the toric lens is further collected using the camera lens 32, and is imaged on the image pickup element of the digital color camera which is the light detector 24. The field of view in the bearing width direction of the lens 22 was set to 8 mm. Although the lens 22 is not coated in this embodiment, an anti-reflection coating may be applied to the toric refracting surface of the toric lens in order to suppress the reflection of light at the lens 22-air interface which becomes noise.
なお本実施例ではトーリックレンズを用いたが、回転対称形状の反射体(ミラー)もしくは回転対称形状の反射面を持つレンズを用いてもよい。そのような反射体(ミラー)の例としては、全方位センサに用いられる全方位ミラー(非特許文献3参照)がある. Although a toric lens is used in this embodiment, a rotationally symmetric reflector (mirror) or a lens having a rotationally symmetric reflective surface may be used. An example of such a reflector (mirror) is an omnidirectional mirror used in an omnidirectional sensor (see Non-Patent Document 3).
[非特許文献3]:ヴイストン社 全方位センサーカタログ、[2016年8月3日検索]インターネット<URL:http://www.vstone.co.jp/products/sensor_camera/download/omni.pdf> [Non-patent literature 3]: Viston omnidirectional sensor catalog, [August 3, 2016 search] Internet <URL: http://www.vstone.co.jp/products/sensor_camera/download/omni.pdf>
デジタルカラーカメラとしては、3CCDデジタルカラーカメラ(JAI社製 AT200-CL)を用いる。光源26は、例えば、キセノンフラッシュランプ(浜松ホトニクス社製 L7684)であり、キセノンフラッシュランプによる断続光を用いる。発光時間の半値幅は図7に示すように1.75μs〜2.90μsであり、カメラのシャッタータイミングと同期して発光させている。このような発光時間の短い断続光を用いる理由は、露光時間を短くすることで、摺動面における時間変動のある対象を流れることなく撮影するためである。 As a digital color camera, a 3-CCD digital color camera (AT200-CL manufactured by JAI) is used. The light source 26 is, for example, a xenon flash lamp (L7684 manufactured by Hamamatsu Photonics K.K.), and uses intermittent light from the xenon flash lamp. The half width of the light emission time is 1.75 μs to 2.90 μs as shown in FIG. 7, and light is emitted in synchronization with the shutter timing of the camera. The reason for using the intermittent light with such a short light emission time is to shorten the exposure time, so as to photograph an object with time fluctuation on the sliding surface without flowing.
このような光学系20であれば、光源26から照射された光が、ライトガイド28に入射され、ビームスプリッタ30で反射して、透明回転対称摺動体42の中空部分へ入射され、レンズ22で反射された光が、回転対称形状である透明回転対称摺動体42の摺動面と、その外側にある相手摺動体44の摺動面から構成される摺動界面の全面に亘って入射される。 With such an optical system 20, light emitted from the light source 26 is incident on the light guide 28, reflected by the beam splitter 30, incident on the hollow portion of the transparent rotationally symmetric sliding body 42, and The reflected light is incident on the entire surface of the sliding interface constituted by the sliding surface of the transparent rotationally symmetric sliding member 42 having a rotationally symmetric shape and the sliding surface of the mating sliding member 44 located outside the same. .
そして、回転対称形状である透明回転対称摺動体42の摺動面と、その外側にある相手摺動体44の摺動面から構成される摺動界面の全面から反射された光が、レンズ22で反射され、ビームスプリッタ30を透過して、光検出器24に入射される。このように、摺動界面を2面以上通過することなく、光検出器24で検出可能である。 Then, the light reflected from the entire surface of the sliding interface constituted by the sliding surface of the transparent rotationally symmetric sliding member 42 and the sliding surface of the mating sliding member 44 located on the outside thereof is the lens 22 by the lens 22. The light is reflected, transmitted through the beam splitter 30, and incident on the light detector 24. Thus, the light detector 24 can detect the light without passing through two or more surfaces of the sliding interface.
<摺動面可視化システム10の作用>
次に、本実施の形態に係る摺動面可視化システム10の作用を説明する。
<Operation of Sliding Surface Visualization System 10>
Next, the operation of the sliding surface visualization system 10 according to the present embodiment will be described.
まず、摺動機構46のモータ48の駆動により、透明回転対称摺動体42が回転して、透明回転対称摺動体42と相手摺動体44とが荷重を受けながら互いに摺動しあって摺動界面を形成しているときに、光源25からの光が、ライトガイド28に入射され、ビームスプリッタ30で反射して、透明回転対称摺動体42の中空部分へ入射される。透明回転対称摺動体42の中空部分へ入射された光は、レンズ22の凸非球面反射面で反射し、回転対称形状である透明回転対称摺動体42の摺動面と、その外側にある相手摺動体44の摺動面から構成される摺動界面の全周に亘って入射される。そして、摺動界面の全周に亘って反射された光が、レンズ22の凸非球面反射面で反射され、ビームスプリッタ30を透過して、光検出器24に入射される。光検出器24であるデジタルカラーカメラで撮影された画像が得られる。 First, by driving the motor 48 of the sliding mechanism 46, the transparent rotationally symmetrical sliding body 42 rotates, and the transparent rotationally symmetrical sliding body 42 and the mating sliding body 44 slide against each other while receiving a load, and the sliding interface The light from the light source 25 is incident on the light guide 28, is reflected by the beam splitter 30, and is incident on the hollow portion of the transparent rotationally symmetric sliding body 42. The light incident on the hollow portion of the transparent rotationally symmetric sliding body 42 is reflected by the convex aspheric reflecting surface of the lens 22, and the sliding surface of the transparent rotationally symmetric sliding body 42, which is rotationally symmetric, and the partner located outside thereof. The light is incident on the entire circumference of the sliding interface formed by the sliding surface of the sliding body 44. Then, the light reflected over the entire circumference of the sliding interface is reflected by the convex aspheric reflecting surface of the lens 22, passes through the beam splitter 30, and is incident on the light detector 24. An image captured by the digital color camera which is the light detector 24 is obtained.
<実施例>
図8に、上記の実施の形態で説明した摺動面可視化システム10にて光検出器24であるデジタルカラーカメラで撮影した、透明模擬クランク軸―すべり軸受の摺動界面の光学像を示す。画像中に示される円筒が摺動界面(視野幅8mm)である。本トーリックレンズを用いると、本来は同一直径円筒であるすべり軸受を、手前側の径が大きくなるようにテーパ状に切り開き、上からカメラで撮影したようなドーナツ形状の撮像を得ることができる。なお本撮像は1回の撮影(ワンショット)によって得た画像であり、ソフトウェアによる画像処理などは実施していない。図8中のドーナツの周方向がすべり軸受の周方向であり、ドーナツの厚み方向がすべり軸受の幅方向である。ドーナツの外周側が軸受の手前側(カメラ側)であり、内周側が奥側(土台側)である。
<Example>
FIG. 8 shows an optical image of the sliding interface of the transparent simulated crankshaft-slide bearing, which is photographed by the digital color camera which is the light detector 24 in the sliding surface visualization system 10 described in the above embodiment. The cylinder shown in the image is the sliding interface (field width 8 mm). When this toric lens is used, it is possible to obtain a donut-shaped image taken by a camera from above by cutting and opening a slide bearing which is originally a cylinder of the same diameter so as to increase the diameter on the front side. The main imaging is an image obtained by one shooting (one shot), and image processing by software and the like are not performed. The circumferential direction of the donut in FIG. 8 is the circumferential direction of the slide bearing, and the thickness direction of the donut is the width direction of the slide bearing. The outer peripheral side of the donut is the front side (camera side) of the bearing, and the inner peripheral side is the rear side (base side).
画像の品質に着目すると、すべり軸受表面に存在するマイクログルーブテクスチャ(同心円状の筋)や軸受の合わせ面が鮮明に捉えられており、観察や計測を行う上で十分な品質であることがわかる。ドーナツの厚み方向中央に観察される明るい同心円は、摺動界面由来ではなく、トーリック屈折面の一部からの反射光である。観察においてノイズとなるこの同心円は、先述したトーリック屈折面への反射防止コートを施すことで抑制できる。 Focusing on the quality of the image, the micro groove texture (concentric streaks) present on the slide bearing surface and the mating surface of the bearing are clearly captured, and it is understood that the quality is sufficient for observation and measurement. . The bright concentric circles observed at the center in the thickness direction of the doughnut are not from the sliding interface but from reflected light from a part of the toric refracting surface. The concentric circles, which become noise in observation, can be suppressed by applying the anti-reflection coating to the toric refracting surface described above.
以上説明したように、本発明の実施の形態に係る摺動面可視化システムによれば、透明回転対称摺動体の摺動面と、その外側にある相手摺動体の摺動面から構成される摺動界面から放射された光を、摺動界面を2面以上通過することなく光検出器で検出することができるため、ノイズを抑えて、透明回転対称摺動体の外側の相手摺動体との間の摺動面を可視化することができる。 As described above, according to the sliding surface visualization system according to the embodiment of the present invention, the sliding surface of the transparent rotationally symmetrical sliding member and the sliding surface of the opposing sliding member on the outside thereof. Since the light emitted from the moving interface can be detected by the photodetector without passing through two or more sliding interfaces, noise can be suppressed, and it can be detected between the transparent sliding symmetrical sliding member and the mating sliding body outside. The sliding surface of can be visualized.
また、光反射機能を備えたレンズの光反射面の形状が、摺動面の全周から放射されて、透明回転対称摺動体を透過した光を、光検出器に向けて反射するように形成された形状であるため、摺動面の周方向全周(360°)をワンショットで光検出器で検出することができる。 In addition, the shape of the light reflection surface of the lens provided with the light reflection function is formed so as to reflect the light transmitted through the transparent rotationally symmetric slide body toward the light detector by being emitted from the entire circumference of the slide surface. Because of this shape, the entire circumferential direction (360 °) of the sliding surface can be detected by the photodetector in one shot.
なお、上記の実施の形態では、摺動機構が、回転すべり摺動機構を実現する場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。例えば図9に示すように、摺動機構246は、モータ48と、カップリング50と、相手摺動体の保持治具52と、リニアガイド54と、ボールねじ250とを備え、モータ48が正転・逆転を繰り返すことにより、往復運動を行う往復すべり摺動機構を実現するようにしてもよい。 In the above embodiment, the sliding mechanism realizes the rotational sliding mechanism as an example, but the present invention is not limited to this. For example, as shown in FIG. 9, the sliding mechanism 246 includes a motor 48, a coupling 50, a holding jig 52 for the other sliding body, a linear guide 54, and a ball screw 250, and the motor 48 performs forward rotation. -The reciprocation sliding sliding mechanism which reciprocates may be realized by repeating reversal.
また、摺動面形状、および光反射体(ミラー)もしくは光反射機能を持ったレンズの反射面が回転対称形状である場合について説明したが、これに限定されるものではなく、摺動面形状、および光反射体(ミラー)もしくは光反射機能を持ったレンズの反射面が、回転対称形状の一部を切り欠いた形状であってもよい。また、摺動面の形状が、円筒形状の一部を切り欠いた形状であってもよい。また、光反射機能を備えたレンズの光反射面が、凸非球面形状の一部を切り欠いた形状であってもよい。 In addition, although the case where the sliding surface shape and the light reflecting body (mirror) or the reflecting surface of the lens having the light reflecting function have a rotationally symmetric shape has been described, the present invention is not limited thereto. The light reflecting body (mirror) or the reflecting surface of the lens having a light reflecting function may have a shape in which a part of the rotationally symmetrical shape is cut out. In addition, the shape of the sliding surface may be a shape in which a part of a cylindrical shape is cut out. In addition, the light reflecting surface of the lens having the light reflecting function may have a shape in which a part of the convex aspheric surface is cut out.
また、1つの透明回転対称摺動体と1つの相手摺動体が無潤滑下で摺動するという単純化した場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、摺動面間に潤滑剤が存在していてもよい。また、摺動体が3つ以上存在する場合であってもよい。 In addition, although the case where one transparent rotationally symmetric sliding body and one opposing sliding body slide in a non-lubricated case has been described as an example, the present invention is not limited thereto. Agents may be present. In addition, three or more sliding members may be present.
また、光検出器が検出する光は相手摺動体の摺動面から放射された光のみである場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、光検出器が検出する光に、潤滑剤から放射された光(潤滑剤による反射光や潤滑剤自体の蛍光発光など)や、透明回転対称摺動体の摺動面から放射された光(透明回転対称摺動体の摺動面に形成された反射膜による反射光など)が含まれていてもよい。 Further, although the light detected by the light detector is only the light emitted from the sliding surface of the other sliding body, the light is not limited to this, and the light detected by the light detector is not limited to this. Light emitted from the lubricant (reflected light by the lubricant or fluorescence of the lubricant itself) or light emitted from the sliding surface of the transparent rotationally symmetric sliding body (on the sliding surface of the transparent rotationally symmetric sliding body) Reflected light by the formed reflecting film may be included.
また、取り扱う光の波長が可視光の場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、可視光以外の波長の光(紫外線,赤外線など)を透過する材料や反射する材料、検出する検出器がある場合には、取り扱う光の波長が、可視光以外の波長(紫外線,赤外線など)であってもよい。 Also, although the case where the wavelength of light to be handled is visible light is described as an example, the present invention is not limited to this, and materials that transmit or reflect light of wavelengths other than visible light (ultraviolet light, infrared light etc.), detection In the case where there is a detector, the wavelength of light to be handled may be a wavelength (ultraviolet light, infrared light, etc.) other than visible light.
また、透明回転対称摺動体が、中空部分を有している場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、中空部分を有していなくてもよい。この場合には、光反射体(ミラー)もしくは光反射機能を持ったレンズの反射面で反射した光が、透明回転対称摺動体を透過して、光検出器によって検出される。 Further, although the case where the transparent rotationally symmetric sliding body has a hollow portion has been described as an example, the present invention is not limited to this, and the hollow portion may not be provided. In this case, the light reflected by the light reflection body (mirror) or the reflection surface of the lens having a light reflection function is transmitted through the transparent rotationally symmetric sliding body and detected by the light detector.
また、光反射体(ミラー)もしくは光反射機能を持ったレンズの反射面で反射した光が、透明回転対称摺動体の中空部分を軸方向に沿って通って、光検出器で検出される場合を例に説明したが、光反射体(ミラー)もしくは光反射機能を持ったレンズの反射面で反射した光が、透明回転対称摺動体の軸方向から傾斜した方向に通って、透明回転対称摺動体の中空部分ではない部分を透過して、光検出器で検出されてもよい。 In addition, when light reflected by a light reflector (mirror) or a reflection surface of a lens having a light reflection function passes through the hollow portion of the transparent rotationally symmetrical sliding member along the axial direction and is detected by the light detector The light reflected by the light reflecting member (mirror) or the reflecting surface of the lens having a light reflecting function passes in the direction inclined from the axial direction of the transparent rotational symmetrical sliding member, and the transparent rotational symmetrical sliding member The part which is not the hollow part of the moving body may be transmitted and detected by the light detector.
10 摺動面可視化システム
20 光学系
21 光学ステージ
22 レンズ
24 光検出器
25 光源
26 光源
28 ライトガイド
30 ビームスプリッタ
32 カメラレンズ
40 摺動系
42 透明回転対称摺動体
44 相手摺動体
46 摺動機構
48 モータ
50 カップリング
52 保持治具
54 リニアガイド
246 摺動機構
250 ボールねじ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Sliding surface visualization system 20 Optical system 21 Optical stage 22 Lens 24 Optical detector 25 Light source 26 Light source 28 Light guide 30 Beam splitter 32 Camera lens 40 Sliding system 42 Transparent rotation symmetrical sliding body 44 Opposite sliding body 46 Sliding mechanism 48 Motor 50 Coupling 52 Holding jig 54 Linear guide 246 Sliding mechanism 250 Ball screw
Claims (11)
前記第1摺動体と前記第2摺動体とは、互いに摺動しあって摺動界面を形成し、
前記第1摺動体における前記第2摺動体との摺動面は光を透過する材質から構成され、
前記第1摺動体における前記第2摺動体との摺動面の形状は回転対称形状もしくは回転対称形状の一部を切り欠いた形状であり、
前記第1摺動体における前記第2摺動体との摺動面の外側に、前記第2摺動体の摺動面が存在し、
前記第1摺動体における前記第2摺動体との摺動面の内側に、前記光反射体又は前記光反射機能を備えたレンズが存在し、
前記第2摺動体における前記第1摺動体との摺動面から放射されて、前記第1摺動体における前記第2摺動体との摺動面を透過した光は、前記光反射体又は前記光反射機能を備えたレンズにより反射され、
前記光検出器は、前記反射された光を検出し、
前記第2摺動体における前記第1摺動体との摺動面から放射された光が、前記光検出器で検出されるまでの光路において、摺動界面を2面以上通過することがないことを特徴とする
摺動装置。 A sliding device comprising a first sliding body, a second sliding body, a light reflector, or a lens having a light reflecting function, and a light detector,
The first sliding body and the second sliding body slide against each other to form a sliding interface,
The sliding surface of the first sliding body with the second sliding body is made of a material that transmits light,
The shape of the sliding surface of the first sliding body with the second sliding body is a rotationally symmetrical shape or a shape obtained by cutting a part of the rotationally symmetrical shape,
The sliding surface of the second sliding body exists outside the sliding surface of the first sliding body with the second sliding body,
The light reflector or the lens having the light reflection function is present inside the sliding surface of the first sliding member with the second sliding member,
The light emitted from the sliding surface of the second sliding body with the first sliding body and transmitted through the sliding surface of the first sliding body with the second sliding body is the light reflector or the light. It is reflected by a lens with a reflection function,
The light detector detects the reflected light;
The light emitted from the sliding surface of the second sliding body with the first sliding body does not pass through two or more sliding interfaces in the optical path until it is detected by the light detector Characterized sliding device.
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