JP2006275559A - Indentor for frictional abrasion test and frictional abrasion testing machine equipped with it - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、試験片に施した熱処理やクライオ処理等の効果を確認する場合に使用され、試験片に対して所定の圧力によって圧接され、所定の回数往復、揺動または回転摺動させることによって試験片表面の摩擦力や摩耗量を計測したり、破壊の程度を観測したりする摩擦摩耗試験において使用される摩擦摩耗試験用圧子及び該摩擦摩耗試験用圧子を備えた摩擦摩耗試験機に関するものである。 The present invention is used when confirming the effects of heat treatment, cryo-treatment, etc. applied to a test piece, and is pressed against the test piece with a predetermined pressure and reciprocated, swung or rotated by a predetermined number of times. Related to a friction and wear test indenter used in a friction and wear test for measuring the friction force and wear amount on the surface of a test piece and observing the degree of fracture, and a friction and wear testing machine equipped with the indenter for the friction and wear test It is.
従来の摩擦摩耗試験用圧子101は図9に示すように球形をしており、例えば試験片がカッターナイフのカッター刃103である場合にはカッター刃103を寝かせてカッター刃103の平坦な腹部105に対して摩擦摩耗試験用圧子101を圧接して摩擦摩耗試験を行っていた。
またカッターナイフのカッター刃103の機能は切断することであり、当該機能を司るのはカッター刃103の刃先107である。従ってカッターナイフのカッター刃103の性能を判断するために行う摩擦摩耗試験であれば、カッター刃103の腹部105ではなくカッター刃103の刃先107に摩擦摩耗試験用圧子101を作用させて摩擦摩耗試験を行うのが本来望ましい。
A conventional friction
The function of the
しかし摩擦摩耗試験用圧子101の形状が球形であるため、面積の小さなカッター刃103の刃先107に対して球形の摩擦摩耗試験用圧子101を常に一定の圧接力によって当該刃先107の形状に合わせてトレースすることは極めて困難であり、正確な測定結果を得ることは到底期待できない。
However, since the shape of the frictional
本発明は、上記の背景技術及び背景技術が抱えていた問題点の存在を踏まえてなされたものであって、試験片の測定部位の形状や面積の違いに何ら影響を受けることなく常に一定の圧接力によって摩擦摩耗試験を行うことができ、正確で信頼性のある測定結果を得ることのできる摩擦摩耗試験用圧子及び該摩擦摩耗試験用圧子を備えた摩擦摩耗試験機を提供することを課題とするものである。 The present invention has been made in light of the above-described background art and the existence of the problems of the background art, and is always constant without being affected by the difference in the shape and area of the measurement site of the test piece. PROBLEM TO BE SOLVED To provide a friction and wear test indenter capable of performing a friction and wear test by a pressure contact force and obtaining an accurate and reliable measurement result, and a friction and wear tester equipped with the friction and wear test indenter. It is what.
上記課題を解決するために請求項1に記載した発明は、試験片に対して所定の圧力によって圧接され、所定の回数往復、揺動または回転摺動される摩擦摩耗試験用圧子において、試験片に圧接される圧接面の形状を摺動方向に湾曲した湾曲面形状としたことを特徴とする摩擦摩耗試験用圧子である。
In order to solve the above-mentioned problem, the invention described in
請求項2に記載した発明は、請求項1に記載した摩擦摩耗試験用圧子において、前記圧接面が円周方向に連続して設けられるように摩擦摩耗試験用圧子の形状を略円柱形状としたことを特徴とする摩擦摩耗試験用圧子である。 According to a second aspect of the present invention, in the friction wear test indenter according to the first aspect, the shape of the friction wear test indenter is substantially cylindrical so that the press contact surface is continuously provided in the circumferential direction. This is an indenter for friction and wear test.
請求項3に記載した発明は、請求項1または2に記載した摩擦摩耗試験用圧子において、前記圧接面は円周方向に複数個所、あるいは連続して設けられており、摩擦摩耗試験用圧子の取付位置を替えることによって試験片に対する圧接点を切り替えたり、微調整できるように構成されていることを特徴とする摩擦摩耗試験用圧子である。 According to a third aspect of the present invention, in the friction wear test indenter according to the first or second aspect, the press contact surface is provided at a plurality of locations or continuously in the circumferential direction. A friction wear test indenter characterized in that the pressure contact with respect to a test piece can be switched or finely adjusted by changing the mounting position.
請求項4に記載した発明は、請求項1〜3のいずれか1項に記載した摩擦摩耗試験用圧子において、摩擦摩耗試験用圧子は、カッター刃の刃先に施した熱処理の効果を確認する場合に使用されることを特徴とする摩擦摩耗試験用圧子である。
The invention described in claim 4 is the indenter for friction wear test according to any one of
請求項5に記載した発明は、試験片を固定する固定ブロックと、該固定ブロックを載置し固定ブロックと一体になって摺動する摺動ステージと、試験片に直接当接して摩擦摩耗試験を実行する摩擦摩耗試験用圧子と、該摩擦摩耗試験用圧子を保持する圧子ホルダと、摩擦摩耗試験用圧子の圧接力を設定する加圧ウエイトと、試験片表面の摩擦力や摩耗量の計測、あるいは試験片表面の破壊の程度を観測する測定手段とを備える摩擦摩耗試験機において、前記摩擦摩耗試験用圧子は試験片に圧接される圧接面の形状を摺動方向に湾曲した湾曲面形状としたことを特徴とする摩擦摩耗試験用圧子を備えた摩擦摩耗試験機である。
The invention described in
本発明の摩擦摩耗試験用圧子及び該摩擦摩耗試験用圧子を備えた摩擦摩耗試験機によれば、試験片における測定部位の形状が特異であったり、複雑な場合でも摩擦摩耗試験用圧子の圧接面の形状が摺動方向に湾曲した湾曲面形状となっているから、測定部位の形状を忠実にトレースすることができる。
またカッター刃の刃先のように測定部位の面積が極めて小さな試験片に対しても圧接面の形状が幅方向では変化せず一様に形成されているから、摩擦摩耗試験用圧子は常に測定部位から外れることなく一定の圧接力によって試験片の測定部位上をトレースすることが可能である。
According to the friction wear test indenter of the present invention and the friction wear test machine equipped with the friction wear test indenter, even if the shape of the measurement site in the test piece is unique or complicated, the pressure contact of the friction wear test indenter Since the shape of the surface is a curved surface shape curved in the sliding direction, the shape of the measurement site can be traced faithfully.
In addition, the shape of the pressure contact surface does not change in the width direction even for a test piece with a very small area such as the cutting edge of the cutter blade. It is possible to trace on the measurement site of the test piece with a certain pressure contact force without deviating from the range.
さらに摩擦摩耗試験用圧子の取付位置を替えて試験片に対する圧接点を切り替えることができるようにした場合には、適宜圧接点を切り替えることによって単一の摩擦摩耗試験用圧子を複数の摩擦摩耗試験に亘って複数回使用できるようになる。
また試験片に対する圧接点を微調整できるようにした場合には、試験片に対する圧接力や測定ポイントの補正等のより細かな調整ができるようになる。
In addition, when it is possible to change the pressure contact point for the test piece by changing the mounting position of the friction wear test indenter, a single friction wear test indenter can be changed to a plurality of friction wear tests by appropriately switching the pressure contact points. Can be used a plurality of times.
In addition, when the pressure contact point for the test piece can be finely adjusted, fine adjustment such as correction of the pressure contact force and the measurement point for the test piece can be performed.
以下、下記に示す実施の形態1を例に採って、本願発明に係る摩擦摩耗試験用圧子1及び該摩擦摩耗試験用圧子1を備えた摩擦摩耗試験機3について具体的に説明する。
実施の形態1では試験片としてカッターナイフのカッター刃5を採用し、カッター刃5の刃先7の端面を測定部位に設定している。また実施の形態1では上記カッター刃5に施した熱処理、例えばクライオ処理の効果を確認するために行う摩擦摩耗試験を例に採って説明している。
Hereinafter, the friction and
In
本実施の形態では図5〜7に示す摩擦摩耗試験用圧子1を適用した図1〜4に示す摩擦摩耗試験機3を例に採って説明する。以下、摩擦摩耗試験機3の構成を順番に説明し、その説明の中で摩擦摩耗試験機3の構成部材の1つである摩擦摩耗試験用圧子1の構成を併せて説明する。
In this embodiment, the
摩擦摩耗試験機3は試験テーブル9上に固定状態で設置されるベース板11と、摺動機構13を介してベース板11上に往復摺動自在に設けられる摺動ステージ15と、摺動ステージ15上に設けられ試験片を挟持状態で固定する固定ブロック17、19と、ベース板11の近傍の試験テーブル9の上面から垂直に立ち上げられている支持フレーム21と、回動軸23を介して支持フレーム21に対して上下方向に回動自在に設けられるフリーアーム25と、フリーアーム25の先端に設けられる圧子ホルダ27と、圧子ホルダ27の上方に設けられている加圧ウエイト29と、圧子ホルダ27に取り付けられて試験片に直接当接し、摩擦摩耗試験を実行する摩擦摩耗試験用圧子1と、試験片表面の摩擦力や摩耗量の計測、あるいは試験片表面の破壊の程度を観測する測定手段31とを備えている。
The friction and
ベース板11は図1に示すように比較的肉厚の角枠状をした部材であり、そのコーナー部には試験テーブル9上に設置する場合の固定ボルトBを受け入れる穴部33が設けられている。またベース板11の対向する一組の内側縁近傍には、当該内側縁に沿うように2本のガイドレール35、37が固定状態で設けられている。
The
摺動ステージ15はコーナー部が面取りされた比較的肉厚の矩形平板状の部材であり、対向する一組の外側縁寄りの下面には2個ずつ計4個のスライダーブロック39が設けられている。このスライダーブロック39は上記ガイドレール35、37と係合し、ガイドレール35、37の長手方向に往復摺動自在に移動し得る部材で上記ガイドレール35、37及び図示しない駆動手段と共に摺動機構13の構成部材となっている。
またスライダーブロック39が設けられていない側の対向するもう一組の外側縁寄りの上面には長寸平板状の4つのガイドブロック41が設けられている。
The sliding
Further, four
対向するガイドブロック41によって側面が案内され、摺動ステージ15の往復摺動方向と直交する方向に接近、離反し得るように固定ブロック17、19が設けられている。固定ブロック17、19は断面形状がL字形をした部材で、摺動ステージ15の上面と摺接する水平部43には固定ブロック17、19の接近、離反方向に延びる3つの長穴45が形成されている。
長穴45には固定ボルトBが挿嵌され、摺動ステージ15に対して刻設されている適宜のネジ穴47に対して固定ボルトBを螺合させ締め付けることによって固定ブロック17、19を摺動ステージ15上に固定できるようになっている。
Fixed
A fixing bolt B is inserted into the
従って、固定ブロック17、19は選択するネジ穴47を替えることによって大きく接近、離反方向に移動でき、固定ボルトBを緩めた状態では上記長穴45の範囲内で接近、離反方向にその固定位置を微調整できるようになっている。
またそれぞれの水平部43の内側端部には上方に延びるように垂直部49が一体に形成されている。そして対向する垂直部49の内壁面が試験片であるカッター刃5の腹部6を挟持する押圧面となっている。
Therefore, the
A
一方の固定ブロック17における垂直部49にはカッター刃5を固定ブロック17に取り付ける場合に使用する取付ボルト51と螺合する取付ネジ穴53が設けられている。
また対向する垂直部49の間には矩形平板状のスペーサ55が挿入され、上記取付ボルト51の先端部が直接カッター刃5の腹部6に当接しないようにしている。
The
A rectangular
支持フレーム21の中央部にはフリーアーム25の基端部を受け入れる凹部が形成されており、この凹部を挟むようにその両端に軸受部57が設けられている。回動軸23は上記軸受部57によって回動自在に支持されており、その中央部においてフリーアーム25の基端部が一体に回動し得る状態で保持されている。
また回動軸23にはフリーアーム25の基端部を挟んでその左右にフリーアーム25の伸張方向と逆方向に位置する2つのバランスウエイト59が設けられている。
A concave portion for receiving the base end portion of the
The rotating
圧子ホルダ27は図5〜7に示すように略段差円柱形状をした部材で上半分がフリーアーム25の先端部に取り付けられるチャック部61、下半分が摩擦摩耗試験用圧子1を取り付けるためのホルダ本体63となっている。ホルダ本体63には鉤状に切り欠かれた受入凹部65が形成されていて、この受入凹部65によって形成された空間が摩擦摩耗試験用圧子1の受入空間となっている。
The
ホルダ本体63には受入凹部65側に水平に突出するネジ軸67が設けられている。そして、ネジ軸67に螺合するロックナット69を締め付けることによってホルダ本体63とロックナット69の間に挿入した摩擦摩耗試験用圧子1を、ワッシャ71を介して挟持状態に保持できるようになっている。
加圧ウエイト29は短寸円柱形状をした部材で一例として5g〜3000gの負荷荷重を掛けられるようになっている。
The
The
本実施の形態に係る摩擦摩耗試験用圧子1は試験片に対して所定の圧力によって圧接され所定の回数往復摺動される部材で、試験片に圧接される圧接面73の形状を試験片の往復摺動方向に湾曲した湾曲面形状としている。
具体的には図示のような段差円柱形状の摩擦摩耗試験用圧子1とし、その大径部の周面が円周方向に連続形成された圧接面73となっている。
また摩擦摩耗試験用圧子1の中心には上記圧子ホルダ27に設けられているネジ軸67を受け入れるネジ軸67の直径よりも幾分大きめの受入穴75が貫通状態で設けられている。
The
Specifically, the stepped
A receiving
摩擦摩耗試験用圧子1の材質としては、アルミナ、ポリプロピレン、塩化ビニール、セラミック等種々の材料が適用でき、試験片の種類等に応じて適宜選択可能である。同様に摩擦摩耗試験用圧子1の大きさも種々変更でき、試験片の大きさ等に応じて適宜調整可能である。
また摩擦摩耗試験用圧子1は、上述したロックナット69を緩めることによって取付位置を変更でき、試験片に対する圧接点を切り替えることによって複数回の摩擦摩耗試験に使用できるようになっている。
Various materials such as alumina, polypropylene, vinyl chloride, and ceramic can be applied as the material of the friction
The friction
次に摩擦摩耗試験用圧子1及び摩擦摩耗試験用圧子1を備えた摩擦摩耗試験機3を使用して行う摩擦摩耗試験の手順について説明する。
(1)試験片の固定
試験者は試験片の幅寸法に合わせて適宜のネジ穴47を選択して固定ブロック17、19の大まかな位置を設定する。次に固定ボルトBを当該ネジ穴47に螺合し、長穴45の範囲内で固定ブロック17、19の固定位置を調整した後固定ボルトBを完全に締め付ける。
そして、取付ボルト51を締め付けて行き、対向する2つの固定ブロック17、19間に挿入されているスペーサ55と試験片を固定ブロック17、19に固定する。
Next, the procedure of the friction and wear test performed using the friction and wear
(1) Fixing the test piece The tester selects an
Then, the mounting
(2)摩擦摩耗試験用圧子の取付け
次に圧子ホルダ27のロックナット69を緩めて取り外し、ネジ軸67に選択した摩擦摩耗試験用圧子1を挿嵌する。そしてワッシャ71を嵌めてロックナット69を締め付ければ摩擦摩耗試験用圧子1の取付けが完了する。
また既に摩擦摩耗試験用圧子1が圧子ホルダ27に取り付けられている場合には、ロックナット69を少し緩めて、摩擦摩耗試験用圧子1を回転できる状態にし、摩擦摩耗試験用圧子1を回転させて圧接点をずらした後、再びロックナット69を締め付けて摩擦摩耗試験用圧子1を圧子ホルダ27に固定する。
(2) Attaching the Friction Wear Test Indenter Next, the
When the friction
(3)摩擦摩耗試験の開始
次に加圧ウエイト29の負荷荷重、往復摺動の回数、速度、時間、ストローク等を設定して摩擦摩耗試験を開始する。
本実施例では試験片としてカッターナイフのカッター刃5を採用しており、刃先7を上にした姿勢でカッター刃5を固定ブロック17、19に固定し、刃先7の端面に対して上方から摩擦摩耗試験用圧子1を圧接し、上記設定条件の下、摩擦摩耗試験を開始する。
(3) Start of friction and wear test Next, the load and load of the
In this embodiment, the
(4)摩擦摩耗試験の結果の確認
摩擦摩耗試験の結果の確認は測定手段31によって行う。例えば摩擦摩耗試験中の摩擦摩耗試験用圧子1と試験片間の摩擦力によって判断する場合にはフリーアーム25の先端部に取り付けた、あるいはフリーアーム25の先端部に接続される荷重センサ77を使用して摩擦係数の変化を計測する。
試験片の摩耗量によって判断する場合には、試験片の測定部位の摩耗深さや摩耗した容積を測定する。また試験片の破壊の程度によって判断する場合には試験片自体や試験片であるカッター刃5によって切断した適宜の対象物の切断面を顕微鏡等によって拡大し試験の前後、条件の違いによる差を観測する。
(4) Confirmation of Result of Friction and Wear Test Confirmation of the result of the friction and wear test is performed by the measuring means 31. For example, when judging based on the frictional force between the friction
When judging by the amount of wear of the test piece, the wear depth and the worn volume of the measurement site of the test piece are measured. In addition, when judging by the degree of destruction of the test piece, the cut surface of the test object itself or the appropriate object cut by the
以上、本発明を実施するための最良の形態の一例である実施の形態1について詳述してきたが、具体的な構成は上述した構成に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内における設計の変更などがあっても本発明に含まれる。例えば摺動ステージ15の摺動方向は直線的な往復摺動の他、円弧等の曲線上を往復揺動するものや円周上を回転摺動するもの等、種々の方向に設定可能である。これに伴い、ガイドレール35、37の形状も直線的なものに限らず曲線的なものや円環状のもの等が採用可能であり、ガイドレール35、37に替えて回転テーブル等を使用することも可能である。
As described above, the first embodiment which is an example of the best mode for carrying out the present invention has been described in detail. However, the specific configuration is not limited to the above-described configuration and does not depart from the gist of the present invention. Any change in design within the scope is also included in the present invention. For example, the sliding direction of the sliding
また摩擦摩耗試験用圧子1の形状も図5〜7に示すような段違い円柱形状の他、図8(a)に示すような単なる円柱形状のものでもよいし、図8(b)に示すように円柱形状の摩擦摩耗試験用圧子1の周面に溝部79を設けて圧接面73を分断したものであってもよい。また図8(c)に示すように起伏の激しい試験片や複雑な形状の試験片にも対応できるように圧接面73の曲率半径Rを小さくとった圧接当接片81を突出状態で設けたものであってもよい。
この他、図8(d)に示すように円柱形状の摩擦摩耗試験用圧子1の周面に圧接チップ85を埋め込むための凹陥部83を形成しておき、この凹陥部83に材質等を異にする複数の圧接チップ85を埋め込むことで試験片の種類によって使用する圧接チップ85を切り替えるようにすることも可能である。
Further, the friction
In addition, as shown in FIG. 8 (d), a recessed
本発明は、例えば試験片に施した熱処理の効果を確認する場合に実施されている摩擦摩耗試験の実施機関や摩擦摩耗試験機の製造分野において利用でき、特に試験片の測定部位の形状が特異で、測定部位の面積が極めて小さな試験片に対して摩擦摩耗試験を行う場合に利用可能である。 The present invention can be used, for example, in the field of manufacturing a friction wear test engine or a friction wear test machine that is used to confirm the effect of heat treatment applied to a test piece. Thus, the present invention can be used when a frictional wear test is performed on a test piece having a very small measurement area.
1 摩擦摩耗試験用圧子 3 摩擦摩耗試験機
5 カッター刃 6 腹部
7 刃先 9 試験テーブル
11 ベース板 13 摺動機構
15 摺動ステージ 17 固定ブロック
19 固定ブロック 21 支持フレーム
23 回動軸 25 フリーアーム
27 圧子ホルダ 29 加圧ウエイト
31 測定手段 33 穴部
35 ガイドレール 37 ガイドレール
39 スライダーブロック 41 ガイドブロック
43 水平部 45 長穴
47 ネジ穴 49 垂直部
51 取付ボルト 53 取付ネジ穴
55 スペーサ 57 軸受部
59 バランスウエイト 61 チャック部
63 ホルダ本体 65 受入凹部
67 ネジ軸 69 ロックナット
71 ワッシャ 73 圧接面
75 受入穴 77 荷重センサ
79 溝部 81 圧接当接片
83 凹陥部 85 圧接チップ
B 固定ボルト R 曲率半径
DESCRIPTION OF
Claims (5)
A fixed block for fixing the test piece; a sliding stage on which the fixed block is mounted and sliding integrally with the fixed block; and a friction wear test indenter that directly contacts the test piece to perform a friction wear test Indenter holder for holding the friction wear test indenter, pressurizing weight for setting the pressure contact force of the friction wear test indenter, measurement of friction force and wear amount of the test piece surface, or degree of destruction of the test piece surface A friction wear tester comprising a measuring means for observing the friction wear test, wherein the indenter for friction wear test has a shape of a pressure contact surface pressed against a test piece as a curved surface shape curved in a sliding direction. A friction and wear tester equipped with a test indenter.
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