サンゴバンの試験能力

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。

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。

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。

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。

図2. ヨーク試験機（直線摩擦・摩耗試験用）

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。

図4. M15トルクテスター

図5. マクメシン・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。

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）

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。

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。

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

図10. デジタル3D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。

図12. 三次元座標測定機（CMM）

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。

図14. 光学測定器OGP CNC 670

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。

図16. 塩水噴霧試験機。

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。

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）

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。

図20. 引張試験

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。

図22. ジャーナルベアリング試験機（JBT）