1 8 1 油圧駆動機構におけるスティックスリップについて ( 第1 報〉一粘度係数の影響ー大島貴充・渡辺修 StudyontheS t i c k S l i pi nH y d r a u l i cD r i v i n g Is tReport) Mechanism ( -TheE f f e c to fC o e f f i c i e n to fV i s c o s i t y 一 TakamitsuOHSHIMA，OsamuWATANABE 本報は， i l l ，圧駆動しゅう動面に発生するスティックスリッア。の原因を，油圧駆動系に起因するものと，しゅう動面の状態 K起因するものとにわけで考え，しゅう動面モデル実験装置において，油圧駆動系の作動i 由粘性を，温度によって制御することにより、スティックスリップを小さく、発生しにくくできる乙とを実験的に求めたものである。 1 . 緒言可変負荷油圧駆動機構におけるスティックスリップについて，従来から種々の研究がなされてきた.特に最近，自動化の急速な進歩にしたがって，油圧駆動機憶の使用が急激に増加し，その精度や性能も高度なものが要求されてきている.工作機械などにおける低速で一定速度の送り，油圧サーボ機構による微小な位置の制御などにおいて加速主計 8 1 8 融INf 力計 A Cl-S 半導体圧 )J~j は，スティックスリップの発生は重要な問題となる.このスティックスリップを防止する方法は，実用的な面から，しゅう勤面の摩擦特性を改善する方法が中心であった.しかしながら，油圧駆動機構の性能を向上させるためには，従来，調節不可能に近いとされている駆動機構側の改善が必要である.そこで，我々は，直勤型油圧機構を用い，被移動物体のしゅう動面の改善と，油圧シリンダ・配管系・作動 j 由を含めた駆動系の改善の両面から，スティックスリッフoの実用的な防止方法を見つけるべく，現在，モテ、 jレ装置により基礎実験を行っている. 本報においては，作動 j 由温を調節することにより，作第1 図実験装置概要図動油の粘性，及び，配管系(シリンダを含む)の熱ひずみと，スティックスリップの関係について，一部実験結果がでたので報告する. 2 . ギ、ヤポンプにより吐出された作動油の振動は，四方弁の前では完全に除去されている.フツレドン管圧力計 D ( 第 1図)で，実験圧にセットする.四方弁の入力ポー実験装置及び実験方法第 1図 i 乙，本実験 l こ用いている装置図を示す.入力側ト・出力ポート，シリンダの入力ポート・出力ポートには，豊田工機製半導体小型圧力変換器(固有振動数・ 60 に絞りがあるメータイン回路で，比較的スティックスリ I王c以上，許容温度範囲・ -300C~+ 1 0 0oC，第 1図・ップがおこりやすくしてある. ~5) をそう入し，連続的に圧力の総定を行なう.油圧使用作動 j 由は，シェルオイノレ27番で，温度制御装置に 0 より土 2 Cの精度で， {王意の温度 l 乙セッ卜される.第2 図に，使用作動油の粘度温度特性を示す. Cl シリンダは，本完験用に設計した特殊シリンダで，シリンダ径 6 0わロッド径2 6 φ ，ストローク 3 0 0酬の両側ロッド型である.ピストン受圧部には，片側4箇ずつ，計8箇の 1 8 2 大島貴充渡辺 3 0 0 修機製 2 9 0 2 型電磁オシロによって記録される.写真 1 ~乙実験装置の全容を示す e 2 0 C ¥ 品 ι1 叩 h " F nム ¥ 、、¥、冶¥ l ￨ ! 5 0 ¥ 大￨写真 1 1 0 2 0 3 0 40 5 0 6 0 卸又 [ C] 第 2図作動泊の粘度温度特性 3 . 実験装置実験結果及び考察第 4図から第 6図までは，しゅう動面に潤滑油を用いない乾摩擦状態での実験結果である.しゅう勤面は， Jh :~~ l J 第 3図テーブ jレしゅう動面の表面特性共和電業製微小圧力計(固有振動数・ 20Kc以上，許容温度範囲・ 300C~十 80 0C，第 1 図。 B1~8) をうめこ平面と，すべり方向 l こ直角な線状面との金属接触であり，しゅう動抵抗は乙の金属凝着部をせん断的に破 ( 1 ) み，ロッドの軸方向の穴を通してリ{ド線をシリンダ外断させるための力〈と考えられる.乾摩擦状態では，摩擦へとりだしている.テーブJレの材質は FC15であり，し回数が増すに従し、スティックスリップのステップも大ゅう動面は研削仕上げである.負荷の変更は 5K 5'単位できくなり，しゅう動百も悪くなるので十分な時聞をおい重量の増減ができる重りによる.テーフツレベースは FC て実験をおこなった.一般に作動油温度が上昇すると， 1 5で，プレナ加工のみで，第 3図のような一定周期の凹凸作動油の体積弾性率，のある表面をもっ.本実験では，この一定周期の凹凸には発生しにくくなる.第4~第5図において， 1 由温の低い直角方向にテーブノレをすべらせた.しゅう動面の接触面 15Cにおいては，スティックスリップの周期(1ステッ積は 2 2 7 1 1 l 7 1 l x 8 8 酬で約 200dである.うねりの周期は，第プの時間ェスティックの時間十スリップの時間)は非常 3図より 1 2 1 1 1 1 1 /であるので，色 ) j ;占性が減少しスティックスリップ 0 ( 忌テーフツレは 18木 ~19本の平行~ 5'/Ci!lの時はいちじるしい.このに長い.特に設定圧 2.5K な凸部と接触している.従って，実際の面圧は非常に大ことは，設定圧が駆動圧に近いため，スティック時間がきなものにしである.凹部は，潤滑油使用の場合，しゅ長くなり，従って静止摩擦が大きくなり，穴きなスティう動面の泊溝となり全面にわたって均一な潤滑状態をつクスリップが生じたものと考えられる.設定圧が6K 5 ' / くる.しゅう動状態は，新興通信社製 U A型加速度計 d， 1 0 K 5'/C7!lと増すと周期は短くなり，また短くなる割合 J ，土1 0r J，第1図・ A) 及び，共和電業社製 A型 ( 土 5r 0C付近でスティが小さくなる.いずれの場合も，油温4 0 1 0r J，第 1図・ A) で検出していックスリップのステップが最小値となっている.第2 図のる.上述の検出器より得た出力は，新興通信社裂 DS6型 0C， 5 0C，6 0Cではほぼ一定粘度温度特性から，柏度は 4 動ひずみ測定器(搬送周波数 5500H，)を経て，横河電であるから，粘度の影響が非常に大きいことがわかる. 加速度計(土 5r J ， 0 0 0 1 8 3 油圧駆動機構におけるスティックスリップについて粘性の低下により，回路内の作動油の流れ，特に四方弁ポート部ゃ，シリンダポート部の流れが良好になるため 4 . 0 である. 第 7図から第 9図は，しゅう勤菌に潤滑油を使用した場合の実験結果である.潤滑油は，実験で用いている作動油(シェルテラスオイノレ 27番〕を使用した.しゅう動 3 . 0 2 5 k g にあるので潤滑は卜分行なわれる.完全潤滑であれば， 3 5 k g 4 5 k g 0 2 e@ ω ︹宮︺器問 Oムロ① 0 μ ， rþl0酬の溝が 18;1ド~19木平行面には，最大深さ約 2 負荷重lJ1 1 5 k g 5 5 k g 6 0 k g O ムロ① 2 .] ¥ n 向日~;h l: 2 5 k g 3 5 k日 4 5 k g e@ 1 ，0 圭ミ 1 5 k g 5 5 k g 邸" ) k g F 1 . ¥ 1 1 0 2 0 4 0 3 0 5 0 6 0 作動池温度 CC) 第 .5K~/ C J I ! 4図非潤滑状態.設定圧2 1 1 1 :W 4 1 1 ど礼 ) 3 . 0 日 ) 自 ) 1'1 出J川 ~il"U':工 [OC 1 日g 出k g 3 5 k l i ω ω ︹ Oムロ由自@ O ム口申 e@ 2 . 0 第 7図 i閏滑状態@設定圧2.5K~/d 員荷重量 4 5 k g . 2 .D 5 5 k g 同︺ f i O k K 0 EE ω ω 寝畳荷重量 3 5 以g 4 5 1 包 E E均 E 1 .0 1 5 k g 2 5 k g 6 0 k g 1 .0 1 0 引〕 4 0 3 1 1 5 0 6 C 1 0 作品油楓皮(1:0) 閏滑状態.設定圧6 .OK~/ CI I ! 第 5図非j 40 5 0 副第8 図潤滑状態.設定圧 6.0K~/ ClIÍ 1 5 k g 2 5 k g S臥E : : . 1 1 4 5 k g 5 5 1 < ，円 6 0 k g 軍主 υ2]EE OA ロ①θ@ O ム口①白・ 2 . 0 3 0 作動油国控(1:0) 3 .0 負荷重量 2 0 f'.t::~niî;早 1 5 水区 2 5 ki ! ; 3 5 ! 区， 4 日、g 5 5 k g f i O k g l .U 1 .0 ; : J 1 0 2 ( ) : : ¥ U 「川内1 ~(I C l U 4 0 50βo ー作動油温度 ( ' C ) 円曲川 1 1 . ， . i l 見[ ! h 第 6図非潤滑状態.設定圧 10K~/ c 日H 閏滑状態.設定圧1 0 .OK~/ o i l 第 9図 j 1 8 4 大島貴充渡辺修その摩擦力は粘度と摩擦速度に比例するが，木実験では，完全 j 間滑と境界潤滑の混合した状態である乙とが， @ 0図のシリンダ内圧力波形の形状より推定される図第第1 Oムロ由@@ 7図，第8図，第 9図における設定圧問の傾向は，乾摩擦の場合と全く同様であるが，駆動開始時の静摩擦は，は 2 : .U るかに小さくなっていることがわかる.スティックスリ 0 」良市重1 2 15kg 25kg 35kg 45k日 55kg 5 0oC ， 6 00Cと広い範囲にわたるップの最小値は，40oC，5 6 0 1 1日 J 0Cではやや大きくなっているものもあるので，今が，6 0 後の実験で検討したい。作動泊の i l i ! t 度が5 0C付近で 3 ス 1 .0 0 ティックスリップが大きくなるとすれば，シリンダの熱ひずみによる影響とも准定できる. α (〉 --------ぺ九~-----ー\〆旬、 1 0 20 l O 4 0 ， 5 0 什助出獄i!' I (む] 第1 2図 ( b ) ~六ノ j 閏滑状態.設定圧 6 . 0 K g /ClN 1図は第 5図と，第 1 2凶は第一 8図と，全く同一条件第1 で，進行方向を反対にして行なった実験結果を示す.同じしゅう動面を逆に進行するのであるが，全くちがった ( c ) /一一\/一~v 結果を示している.進行方向に対するしゅう動面のちがい，シリンダの精度，四万弁の精度等のわずかなちがいによって生じたものである. レ----------χ~ 4 . 第1 0図代表的な圧力波形 ( 入力側 ) 士口急山町 ( c [ ; スティックスリップは，作動 J 山の粘牲の影響を大きく 0図は，スティックスリップ中のシリンダ内，入力第1 うけ，適当な粘性に対しては発生しにくくなる.従っ側の圧力波形を示す.この圧力波形は，スティックスリて.駆動系において，駆動系自体が熱ひずみの悪影響をップが単純な動作のくりかえしでないことを示す. うけない範囲で，作動油を適当な温度に制御するととが必要である. 3 . 0 5 .文献 O ム口白白@ 2 . 0 負荷A J 止 15kg ( 1 ) 佐藤賢弥，トヨタ技報， ( 2 ) 窪田雅男，中村秀，三井武良男，吉田嘉太郎，機械試験耳i f 報告，第3 4 号 ( 3 ) 松崎淳，橋本誠也，日本機械学会論文集， 2 8巻， 1 9 4号 ( 昭 3 7 1 0 ) 45kg 55kg ωZ︺罫 E ︹ 6 0 k g 1 .0 l O 20 同制 ) 1 0 6 0 バ「 ' 1 ，動耐i 且度第1 1図 VOL.4 25kg 35kg CC) 非潤i 滑状態.設定圧 6 . 0 K g / c l l l