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      サンゴバンの試験能力

      サンゴバンのユニークなアプローチは、お客様の課題を解決するために、カスタマイズされた製品の開発と比類のない試験能力を組み合わせ、部品の性能のみならず、システムの性能検証を可能とします。 

       

      ベアリングやトレランスリングは、カタログから選ぶのではなく、お客様の用途に合わせて独自に設計されます。当社のエンジニアは、お客様のニーズを満たすために、理想的な材料構成、形状、寸法を開発するためにお客様と協力します。そして、その製品が設計通りに機能することを確認するために、部品単位またはお客様のシステムの一部として組み込み、厳格な試験を行います。

      製品やシステムに対する徹底した試験体制は、他に類を見ません。さまざまな段階を経て行われますが、最も重要なのは、実際の状況を忠実に再現するアプリケーション試験です。その結果、お客様は自信を持って量産に移行することができます。

      試験機の数、適用範囲、精度は他に類を見ないほどで、サンゴバンの製品を評価するために特別に設計されたユニークな装置もあります。

      重要なのは、これらの試験設備をサンゴバン自身が所有していることです。我々のお客様だけが、サンゴバンのエンジニアと協力してこの設備を利用し、お客様のシステムのサンゴバン製品関連の性能について、そのレベルや妥当性を検証することができるのです。

       

      ソリューション

      私たちは、製品を単独で、あるいはお客様が使用されるシステムとの組み合わせで試験を行っています。当社の製品は、さまざまな方法でカスタマイズや最適化を行うことができます。

      NORGLIDE

      独自製法によりPTFE(フッ素樹脂)層の厚膜化および金属補強層との積層を実現。厚いPTFE層の低摩擦係数・低摩耗性を利用した滑り軸受けです。

      RENCOL

      外周 / 内周方向に波形状のラジアルスプリングを持つ高機能部品締結リングです。2つのはめ合い部品の約1mmと非常にわずかなすき間に挟まれ、圧縮された波は弾性 / 反発力 / 摩擦力を発生させ、部品の固定、公差や熱膨張の吸収、トルクリミッターの役割を果たします。

      SPRINGLIDE

      レンコール トレランスリングのばね技術と、ノルグライド ベアリングのPTFE(フッ素樹脂)技術を融合した、ユニークな高機能摺動材料です。ばねの公差・ミスアライメント吸収機能と、PTFEの高摺動性能が、「一貫した低フリクション」と「ガタつき・ノイズの低減」を両立します。

       

      グローバルに展開する試験施設

      現在、サンゴバンのベアリング製品関連の試験施設は世界各地に9カ所あり、主要なお客様や製造拠点の近くで、各地域のお客様からのニーズに対応しています(図1参照)。アプリケーションエンジニア、テストエンジニア、プロトタイプエンジニア、その他の専門家がグローバルにコミュニケーションをとり、知識、アドバイス、試験機へのアクセスなどを共有しています。

      世界各地の試験体制

      図1. 世界各地の試験体制

      当社の施設は、その主要な活動内容に応じて、3つのカテゴリーに分類されています。

      • サンゴバン・リサーチ・センター : 主に開発目的の基礎試験(加工も含む)に重点を置いています。
      • サンゴバン・ベアリング・ローカルR&Dセンター : 主に基礎試験、応用、加工(材料科学も含む)に重点を置いています。
      • サンゴバン・ベアリング・アプリケーション・テストセンター(ATC) : アプリケーション(各種用途)とお客様との製品開発・試験に焦点を当てる

      特にATCは、お客様の新しい開発業務やアプリケーションに対応するソリューションの開発を加速させるという重要な役割を担っています。試作品評価や本格的なアプリケーション試験に進む前に、製品の実現可能性を迅速に評価し、そのメカニズムを試験することができるのです。日本においては、長野県の工場にアプリケーション・テストセンターを置き、お客様からのニーズに対応しています。

       

      アプリケーションテスティング

      製品を市場に出す前に、そのアプリケーションで徹底的に試験することは、リスクを最小限に抑えるために、明らかに理にかなっています。アプリケーションを実際の環境下(市場)で試験を行う場合、非常に時間とコストがかかります。しかし、アプリケーション試験用の機械を使用すれば、その費用を削減し、製品をより早く市場に投入することができます。これによりプロセスが加速され、あらゆる問題の早期発見が可能になります。このことで、新製品が販売される前に問題の潰しこみが可能となります。アプリケーション試験装置によって製品がうまく機能することが確認されれば、自信をもって製品を市場に投入することができ、リスクも軽減されます。

      ベアリングの使用を検討する場合、摩擦と摩耗は最も重要な要素です。摩耗はベアリングの寿命を左右します。摺動材料の摩耗量を把握することで、それぞれの用途の製品寿命に見合った性能を発揮するベアリング材料を選定・開発することができます。摩擦は、互いに滑り合う表面の動きに抵抗する力です。用途によって、高摩擦と低摩擦が要求されることがあります。用途に応じた摩擦係数を設定することで、材料の選定が容易になります。このような状況で適切な材料を使用することは、力またはトルクを要求されたレベルに調整するための鍵となります。また、高負荷がかかるベアリングの摩擦変化を最小限に抑え、不必要な高熱を発生させないようにすることもでます。特にコンパクトなモジュールでは、隣接する部品に影響を与えないようにすることも重要となります。

       

      当社のリニアフリクションテスター(LFT)は、ベアリングに関連する直線運動の摩擦・摩耗を測定する装置です。その中には、自動車のステアリングヨークの試験用にサンゴバンが独自に開発したヨーク試験機(図2)も含まれています。この試験機は、ブレーキシステム、ヘッドレストなど、自動車産業をはじめとするさまざまな用途に使用することができます。リニアフリクションテスターは、直線的な動きで異なる材料が互いに摺動する場合、その摩擦レベルや耐久性を測定することができます。荷重、摺動速度、ストローク、潤滑状態、温度など、実際の使用環境を反映したさまざまな条件下で試験を行うことができます。

      ヨーク試験機(直線摩擦・摩耗試験用)

      図2. ヨーク試験機(直線摩擦・摩耗試験用)

      トルクテスター(回転摩擦・ヒステリシス測定用)

      図3. トルクテスター(回転摩擦・ヒステリシス測定用)

       

       

      トルクテスター(図3)は、回転(ねじり)摩擦に着目した試験機です。全体的な回転摩擦に加え、材料が互いに動いたり、時計回りや反時計回りなど方向を変えたり、負荷と無負荷のなど間で生じるヒステリシスも測定することができます。自動車分野での応用例としては、ヒンジ、ステアリングシステムのセンサーアセンブリ、ヘッドアップディスプレイのインプットピニオンアセンブリなどがありますが、その他にも多くのシステムや産業で使用されています。この場合も、入力トルク、回転速度、温度などの要因を変化させることができます。

      トレランスリングの場合、用途によってトルクレベルが大きく異なることがあります。そのため、その範囲をカバーするために、複数のトルクテスターが必要となります。当社のトルクテスターは、10-5Nmから500Nmまでのトルクを測定することが可能です。500Nm以上のトルクを測定する必要がある場合は、BristolとWillich、または外部試験施設に試験設備があり、対応することが可能です。

       

      M15トルクテスター

      図4. M15トルクテスター

      マクメシン・トルク・テスター

      図5. マクメシン・トルク・テスター

      TL500 トルクテスター

      図6. TL500 トルクテスター

       

       

       

      私たちのフレキシブルテストベッド(図7)は、システム全体の摩擦と効率を測定するもので、同時に直線的、回転的、振動的な力を複雑に組み合わせてかけることができます。運動は通常、2つの直線軸と1つの回転軸に適用されます。例えば、一方向に数回回転して停止し、その後逆方向に同じことをする、というパターンが繰り返されることが挙げられます。自動車のドアやシート、ステアリングシステムはもちろん、自転車のステアリング機構や太陽光発電装置などにもフレキシブルテストベッドは私用されます。可能な動作の組み合わせが多様であることに加え、入力トルクや荷重、摺動・回転速度、ストロークなどの要素を変化させたときの影響を試験することができます。

      フレキシブルテストベッド(多元的な摩擦・効率試験用)

      図7. フレキシブルテストベッド(多元的な摩擦・効率試験用)

      空気圧式パルサー(寿命試験用)

      図8. 空気圧式パルサー(寿命試験用)

       

       

       

      さらに、空気圧式パルサー(図8)を使用したアプリケーション試験も可能です。当社の空気圧式パルサー試験機では、最大35Hzまでの振動リニアモーション試験が可能です。これらの試験機は、基本的な試験とアプリケーションに関連する試験の両方に使用されます。3点曲げなどの基本的な試験は、疲労に関連する材料特性を特定するために行われます。アプリケーションレベルでは、空気圧式パルサー試験機は完成品の疲労試験や必要な耐久強度を検証するための試験に使用されます。

      さまざまな使用条件下での製品やシステムの挙動や耐性を調べるだけでなく、加速寿命試験も実施しています。上記のような一連の機械は、実使用における動きやサイクル、過酷な条件を数日でシミュレートできるようにプログラムすることも可能です。定期的に製品の性能や状態を調べたり、破壊するまでの試験を行うことで、その製品の寿命を計算し、代替ソリューションとの比較評価を行うことができます。

       

      分析と顕微鏡観察

      ここで紹介するアプリケーション試験機は、高度な顕微鏡を使って調査することで、私たちが試験する材料、製品、システムに関連するトライボロジーの理解に貢献しています。トライボロジーとは、相対的に運動する表面の相互作用に関する科学と技術です。特に、摩擦、摩耗、潤滑を扱います。例えば、ベアリングやトレランスリングなど、2つの材料が接触していて摩擦が発生している場合、そのトライボロジーを研究するために使用しています。

       

       

       

      高精度なマイクロスコープを使用し、試験前後の表面の変化を詳細に観察することができます。例えば、削れた部分が見つかったり、ある表面から別の表面へ材料が移動していることがわかったりします。また、エネルギー分散型X線分光器(EDS)を搭載した走査型電子顕微鏡(SEM)(図9参照)も導入しています。この装置では、非常に詳細な画像を得ることができるだけでなく、移動した物質の化学組成を分析することができるため、その物質がどこから移動してきたのかを特定することができます。

      エネルギー分散型X線分光器(EDS)を備えた走査型電子顕微鏡(SEM)は、集束した電子ビームを使用して表面の形状と組成を特定することができる

      図9. エネルギー分散型X線分光器(EDS)を備えた走査型電子顕微鏡(SEM)は、集束した電子ビームを使用して表面の形状と組成を特定することができる

      当社の顕微鏡は、要求される精度や範囲に応じて、形状分析、表面分析、材料分析を行うことができます。テレセントリックデジタル3Dマイクロスコープ(図10)は、マクロスケール(mmレンジ)での形状解析のための構造光走査により、形状、形、位置の特性評価を可能にします。マイクロスケール(μmスケール)の分析には、共焦点3Dレーザースキャニング顕微鏡(図11)を使用し、技術的な表面の特性を評価するのが望ましいです。これには、粗さやテクスチャーの分析も含まれます。例えば、摩耗した表面と新しい表面の違いを判断するために使用します。SEMは、30倍から最大10,000倍までの高解像度顕微鏡として使用されます。内蔵のEDSと組み合わせれば、材料分析も可能です。システムの小型化に伴い、ナノスケールでの検査に対する要求が高まっています。

       

      デジタル3D顕微鏡

      図10. デジタル3D顕微鏡

      3Dレーザー走査型共焦点顕微鏡

      図11. 3Dレーザー走査型共焦点顕微鏡

       

       

       

      また、分析業務のもう一つの側面として、品質管理もあります。例えば、製品のすべての寸法が、生産時はもちろんのこと、製品テストの前後でも、あるべき姿であることを確認する必要があります。私たちは、三次元座標測定機(CMM)(図12)を使用して、一点の位置から製品の3次元形状まで測定することができます。

      三次元座標測定機(CMM)

      図12. 三次元座標測定機(CMM)

      Hommel Nanoscanテスター(3D表面マップ作成用)

      図13. Hommel Nanoscanテスター(3D表面マップ作成用)

       

       

       

      表面から、粗さや輪郭とは別に、より多くのデータポイントを得ることが必要な場合があります。Hommel Nanoscanテスター(図13)は、試料の特性に応じた幅広いプローブを使用し、さまざまなコンポーネントからマイクロスケールまで、粗さ、輪郭を取得し、3Dマップを作成することができます。

       

       

       

       

       

       

      物理的なプローブで形状を測定できない場合、光学測定システムを使用することができます。Bristolにある当社の工場には、OGP CNC 670 があります(図 14)。このシステムはベッドとプログラミング機能を備えており、幾何学的特性を測定し、図面と照合することができます。トレランスリング、治具、顧客部品、組立品の測定に使用されています。

      光学測定器OGP CNC 670

      図14. 光学測定器OGP CNC 670

      ミツトヨ製 真円度計による同心円度試験

      図15. ミツトヨ製 真円度計による同心円度試験

       

       

       

       

      当社のカスタムメイドのレンコールトレランスリングでは、真円度、同心度、円周振れがアセンブリ状態での性能を左右するパラメータとなるため、それらの測定のために使用されています。ミツトヨ製の真円度計(図15)は、様々な組立品や部品の同心度、円筒度、真円度を測定することができます。

       

       

       

      腐食試験

      塩水噴霧試験機(図16)を用いて、製品単体や、アセンブリ製品などの耐腐食性試験を行っています。この加速試験には通常、ISO(国際標準規格)に基づいて評価が行われます。最も一般的なのは、腐食の状態を24時間ごと確認し、赤さびがどのタイミングで発生したか、また、試験体の状態がどのように変化していくかを確認・観察することです。

      腐食の種類は、赤さびのほかにも、見た目や原因によって50種類以上あると言われています。ベアリングに影響を与える主な腐食は、表面腐食、電解腐食、すきま腐食です。

      実際の環境変化を反映させるため、例えば製品に求められる耐久性や仕様に合わせて、塩水噴霧-乾燥-高湿度など、それぞれの環境の期間を設定し、数日間のサイクルで試験機内の環境を変化させることが可能です。また、泥や機械的ストレスなどの要素と組み合わせて、全体的な効果を試験することも可能です。

      より詳細な腐食試験や電気化学システムの特性評価(複雑さを軽減)のために、電気化学インピーダンス分光法(EIS)と組み合わせたポテンショスタットを使用することも可能です。これにより、電解質を簡単に変更することができ、酸、塩基、アルカリを使用して特定の調査を実施することができます。

      塩水噴霧試験機。

      図16. 塩水噴霧試験機。

      半無響室

      NVH試験・開発のための半無響室

      図17. NVH試験・開発のための半無響室

       

      NVH(ノイズ、振動、ハーシュネス)は、当社の半無響室(図17)において、部品、システム、製品全体(車両全体を含む)を評価できます。比較的単純なノイズ・振動測定に加え、複雑な相互作用や影響を調査・評価し、音響性能を向上させるための解決策を見出すことができます。試験対象は、家電製品から自動車のシートフレーム、自動車用のモーター、ドローンなど多岐にわたります。

       

       

      FEAとコンピュータシミュレーション

      サンゴバンでは、有限要素解析(FEA)を用いて、アッセンブリ状態での性能を、構成部品の公差や使用環境のばらつきを考慮して解析することで、製品の設計・開発をサポートしています。

      FEAは物理的なプロセスを仮想化することで試験を補完し、物理試験では困難なほどの広範囲な評価パラメータにおける性能を理解することができます。また、隠れた挙動やメカニズムを明らかにすることで、物理試験だけでは得られない知見を得ることができます。 

      図18はレンコールトレランスリングのアセンブリ状態のシミュレーションであり、トレランスリングが相手部品に組み付けられた状態を正確に表現しています。このような解析は、部品が作られる前に、組立工程が最終性能に与える影響を予測するのに役立ち、当社のエンジニアは、ABAQUSに基づく独自のFEAツールを用いて、日々の設計開発をサポートしています。

      設計プロセスに組み込まれたFEAだけでなく、当社の専門チームは常に新しい手法を開発し続けており、お客様の特定のプロジェクト要件に対応するとともに、スプリングライドやノルグライドを含む、すべての新製品開発を支援しています。

      FEA によって予測できる簡単な例として、レンコールトレランスリングは、それぞれの波を圧縮することで得られる反発力を利用して部品を固定します。この反発力により、ハウジングは広がろうとする力を受け、シャフトは収縮しようとする力を受けます。もし、ハウジングやシャフトの剛性が低い場合、その寸法変化量は大きくなってしまい、固定力や伝達トルクに影響を与えます。FEAによって構成部品の剛性を考慮した製品設計を行うことにより、最適なユニット設計を行うことが可能となります。

      レンコールトレランスリングのアセンブリ状態のシミュレーション(ミーゼス応力)

      図18. レンコールトレランスリングのアセンブリ状態のシミュレーション(ミーゼス応力)

       

      基礎試験と材料特性評価

       

       

       

      当社の高度な試験能力は、上記のセクションで要約されているように、基本的なテストプロセスで得られた本質的な知識の上に構築されています。材料試験と特性評価では、材料の剛性と強度特性を測定するために、多くの引張・圧縮試験機を用意しています(図20)。また、材料の密度、硬度、表面粗さを測定するための装置も備えています。

      引張試験

      図20. 引張試験

      トライボメーター/レオメーター

      図21. トライボメーター/レオメーター

       

       

      例えば、トライボメーター(図21)は、非常に基本的な接触における摩擦や摩耗を測定するために使用されます。トライボメーターの利点は、短時間で再現性が高く、荷重、速度、温度などの主要な動作パラメータの変化を制御できることです。また、試験後の接触面は光学的に簡単に分析することができます。そのため、トライボメーター試験は開発の初期段階や応用試験で使用されています。

      トライボメーターの結果を、実際のシステムレベルの結果と同一のレベルとして扱うことは必ずしも可能ではありませんが、トライボメーター試験は材料の挙動を理解するのに役立ちます。このようにして得られた知見は、システムの最適化に利用することができます。

       

       

       

       

       

      トライボメーターによる試験と並行して、ジャーナルベアリング試験機(JBT)による基礎的な評価も行われています(図22)。この試験により、ベアリングの摩擦係数(COF)や摩耗性能を測定することができます。試験は、さまざまな市場の幅広い製品、使用条件に対応することができます。

      ジャーナルベアリング試験機(JBT)

      図22. ジャーナルベアリング試験機(JBT)

      Zwick Z100(材料試験用)

      図23. Zwick Z100(材料試験用)

       

       

       

      Zwick Z100(図23)では、最大20KNの引張試験、または最大100KNの圧縮試験を行うことが可能です。降伏点、剛性、変形を測定し、品質管理として、あるいは新素材や試作品の試験と確認に使用することができます。当社のZwick Z200は、最大幅600mmのコンポーネント、システム、サブアセンブリの試験が可能です。

       

       

       

      当社独自の試験機能を活用する

      当社のエンジニアと試験設備は、お客様のシステムに関する課題を特定・解決し、自信を持って製品を開発・発売できるようサポートします。当社のエンジニアへのご連絡、ご相談は、お問い合わせフォームをご利用いただくか、makingabigdifference@saint-gobain.com までメールでお問い合わせください。

      サンゴバンについて

      サンゴバンは、私たち一人一人の幸せと未来に大事な要素である材料とソリューションをデザインし、製造し、お届けしています。それらは、私たちの住居や日々の暮らしのいたるところに見つけることができます(ビル、輸送機関、インフラ、工業用途など)。

       

      サンゴバン機能樹脂(Saint-Gobain Performance Plastics)の事業グループは、さまざまな市場で省エネルギーや快適性の改善、さらには環境保全につながるソリューションを提供しています。

       

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