ドでの若干の摩擦係数の トロークエン
る図3 -- 6 --(b)30-Bの条件では， ス
図3--6 --(a)30-Aと 低摩擦状態を維持しており，
昇が見られるものの，
高い荷重域で運 動する条件(c)30-Cで、
位相 次に，
-36-の75%で荷重が減少する条件(d)30-Dでは， (c)30-Cと比較して， 荷重が低くな る位相(75%付近)を除いて， 全位相において摩擦係数の減少が見られる.
以上より速度が遅く くさび効果が少ない条件では， 荷重の影響は， 最大 荷重の値よりも， 低荷重域の有無により潤滑状態、が支配されるものと考え られる. また 全位相中で， 一度低荷重となる位相があると， その低荷重 の位相で回復した潤滑膜が， 高荷重下の位相の初期膜厚となるために全行 程の改善をもたらす.
位相を変化させることによる摩擦係数の変化を図3-6の(b)30-Bとの30-B' で比較する. 速度が速い位相で荷重が高い条件((b)30-B)が速度が遅い位 相で荷重が高くなる条件((f)30-B')より摩擦係数が小さくなっている. こ れは， くさび作用による潤滑膜が形成されないストロークエンドの位相で，
荷重が高くなるために， その位相で潤滑膜が薄膜となり， その後の速度が 速い位相で十分に潤滑膜が回復しないために摩擦係数が上昇するためと思
われる.
次に， 速度条件による摩擦係数の違いを示す. 速度を[30]の2倍にした条 件の図3-6 -(e)60-Cでは， 図3-5の一定荷重の場合同様に[30]と比べて 摩擦係数はかなり減少する. 特に最大荷重が高く， 最小荷重が高いCの荷重 条件では， かなりの摩擦係数の低下が観察される(図3-6 -(c)→(e)) .
また[60]の速度条件では， 荷重条件による摩擦係数の大きな差は見られなか った. 以上より 速度が速い条件では， 荷重条件が厳しくてもある程度の
流体潤滑膜は形成されると考えられる.
そこで， 最初は速度が遅く次の屈曲伸展運動で速度が速い[30/60]の条件を 試みたところ， [30]の速度が遅い条件と比較して， かなり低い摩擦状態とな り， [60]に近い摩擦係数を示した. このことより， 速度が速くなる位相があ
るとその位相でくさび作用により潤滑膜が形成され， 速度が遅い位相にお いても膜厚の低下が有効的に抑えられるために， かなり良好な潤滑状態に なると考えられる. 以上の結果より， 遊脚期に速度が速くなる位相がある 歩行運動は， 速度条件から考えて潤滑膜形成に有利な条件であると考えら れる.
-3 8
-3 ・ 2 P 1モデルによる最小膜厚の計算
シミュレータ試験により得られた流体潤滑膜の形成状態の測定値と数値 解析による最小膜厚の計算値との比較を行うために， Medleyら(5 )によって
提案されたP 1 ( 傾斜平面Plane lnclined surface) モデルを用いた. そのモデ ルを図 3-7に示す. これは， 歩行運動時の生体関節に見られるような，
周期的な変動荷重と往復運動を受ける軟質材摩擦面をモデル化したもので あり， 動的な条件下での流体膜厚の変化を予測するため， 線接触条件下の 軟質材摩擦面のEHL理論を簡略化したものである. このモデルは， 流体 潤滑下での摩擦面形状を傾斜平面とし 弾性接触幅の中央で圧力が最大に なると仮定したものである.
本研究では， 軟質層を有する摩擦面を対象として解析を行ったGladstone(41) らの計算手順に従い l周期中の最小膜厚の変化及びその最小膜厚から得
A叩 初夜
X
図3-7 P 1 (傾斜平面)モデル
られる摩擦トルクを求めた.
3 ・ 2 ・ 1 主な記号
b:弾性線接触幅
B:運動方向潤滑面長さ D:潤滑面傾斜
E:縦弾性係数
F' :単位幅 当たり荷重 ho :最小膜厚
hc:中心部膜厚
hmin :定荷重 - 定速度条件下における最小膜厚
1 :潤滑面幅
p:流体圧力 R:等価半径
t :時間
t h :軟質材厚さ
T:トルク u:平均速度
u:すべり速度 η:粘度
3 . 2 ・ 2 P 1モデルによる最小膜厚の計算法
最初に， 一次元レイノルズ式を式( 1 )に示す.
-40
-ま(
hJ!)
= 12作
+弓)
式(1 )ここで， 摩擦面を傾斜平面と仮定すると， 次式のようになる.
h二h-
t
x 式(2 )式(1)， (2)を解くことにより， 式(3 )を得る.
式(3 )
ここで圧力中心は，
-hB
X=
一一一一一一
2h+D式( 5 )
弾性接触幅の中央で最大圧力が生じるので， BとDの関係はMeijers (幻)の式 による接触幅を用いて求めた.
B=
b(1引
式(4 )
次に低荷重 ・ 低速条件下での傾斜平面形状と負荷容量の関係よりBとDを求 める.
、EEEEl、rElBEEノ
一DD