JP4032309B2 - 凝着摩耗試験装置および凝着摩耗試験方法 - Google Patents
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(凝着摩耗試験装置)
すなわち、本発明の凝着摩耗試験装置は、平面状の第1試験面を有する第1試験片を保持する第1保持手段と、該第1試験面に対峙する凸曲面状の第2試験面を有する第2試験片を保持する第2保持手段と、該第1試験面と該第2試験面との接触部分に繰返荷重を印加する荷重印加手段と、該繰返荷重が印加された際に、該第1試験面上にある特定の第1接触部と該第2試験面上にある特定の第2接触部とを繰返し安定的に接触させる接触安定化手段とを備えてなり、該第1試験面と該第2試験面との間で生じる摩耗を、該第1接触部と該第2接触部との間で生じる凝着摩耗に実質的に特化させたことを特徴とする。
本発明は、上記凝着摩耗試験装置としてのみならず、次のような凝着摩耗試験方法としても把握できる。
すなわち、本発明は、第1試験片の平面状の第1試験面と第2試験片の凸曲面状の第2試験面とを、ほぼ同一部位で荷重を印加しつつ繰返し接触させる接触工程と、該接触工程後の第1試験面および/または第2試験面を用いて、該第1試験面と該第2試験面との接触部位の表面分析または該第1試験片および/または該第2試験片の摩耗量の算出を行う観測工程とを備え、
該第1試験面と該第2試験面との間で生じる摩耗を凝着摩耗に実質的に特化して評価することを特徴とする凝着摩耗試験方法としても良い。
本明細書で問題としている摩耗とは、二固体が接触、摺動等するときに、それらの固体表面部分が逐次減量する現状をいい、摩耗粉の発生によって摩耗が成立する。この摩耗は、その発生時期によって、摩耗量の多い初期摩耗と摩耗量の少ない定常摩耗とに分類される他、その発生メカニズムによって凝着摩耗、アブレシブ摩耗、疲れ摩耗に分類される。
疲れ摩耗は、接触面または摺動面で材料が疲れ破壊をおこして、表面の一部が脱落して摩耗する摩耗形態である。ちなみに、機械的な運動に伴う摩耗以外にも、化学的な摩耗として腐蝕摩耗等もある。
本発明の凝着摩耗試験装置によって凝着摩耗試験を行うには、少なくとも接触する二つの試験片が必要である。その一方が、材料変更等のない固定的な諸元のもの(つまり、単なる相手材)であったとしても、本明細書ではそれも含めて試験片と呼んでいる。
荷重印加手段は、第1試験面と第2試験面との接触部分に繰返荷重を印加するものである。言い換えるなら、第1試験面と第2試験面との接触部分に、周期的に変動する変動荷重を印加するものである。この印加する荷重やその速度(周波数)を調整することにより、凝着摩耗の進行具合を変化させることができる。例えば、その荷重を大きくすることで、凝着摩耗の進行を加速させることができ、試験時間の短縮を図ることも可能となる。
接触安定化手段は、上記荷重印加手段によって繰返荷重が印加された際に、第1試験面上にある特定の第1接触部と第2試験面上にある特定の第2接触部とを繰返し安定的に接触させるものである。特定の接触部同士を繰返し安定的に接触させることで、両者間に実質的に凝着摩耗のみを生じさせることができる。しかも、両接触部が同じところで安定して繰返し接触することにより、凝着摩耗試験を加速させることができる。
なお、接触安定化手段が上記した試験片の案内手段である場合、その案内手段に試験片の保持手段を兼用させることも可能である。
二固体間で生じる摩耗は、接触面圧やその変動速度に影響を受ける他、接触部分の温度や雰囲気といった環境にも影響を受け得る。しかも、凝着摩耗に対して環境が及ぼす影響を容易に予測、評価することは困難である。従って、種々の環境下で、凝着摩耗試験を行えるようにしておくのが好ましい。
なお、雰囲気制御手段は、雰囲気温度をも制御するものであると好ましい。この場合、雰囲気制御手段によって上記温度制御手段を兼用させることも可能となる。
上述してきた本発明の凝着摩耗試験装置をより具体化した一例を次に示す。
すなわち、本発明は、第1試験面を有する第1試験片を載置するテーブルと、該第1試験面に対峙する第2試験面を有する第2試験片を保持するホルダと、該第2試験片を押圧しつつ振動させる加振機と、該第2試験片の振動に応じて該第1試験面と該第2試験面とを繰返しほぼ同一部位で安定的に接触させる接触安定器とを備え、前記第1試験面および前記第2試験面は一方が平面状であり他方が凸曲面状であり、該第1試験面と該第2試験面との間で生じる摩耗を凝着摩耗に実質的に特化させたことを特徴とする凝着摩耗試験装置とすることができる。
本発明の凝着摩耗試験装置や凝着摩耗試験方法は、種々の材料の耐凝着摩耗性を試験、評価したり、その発生メカニズムを分析、解析するに利用できる。例えば、エンジンバルブ材やバルブシート材の耐摩耗性評価、インジェクター等の動弁系部品の耐摩耗性評価等に利用できる。この場合のエンジンは、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン、ガスエンジン等いずれでも良く、その用途も問わない。いずれの場合でも、実部品を製作する必要がなく、また、実機や実機を模倣した試験装置によって耐久性試験等を行う必要もない。つまり、非常に簡便な試験を行うのみで、凝着摩耗に対する各種材料の優劣、摩耗量の定量的な評価、さらには凝着摩耗の調査研究等を行うことができる。
(凝着摩耗試験装置)
本発明の凝着摩耗試験装置の一例を図1に示した。図1は右側が半断面図となっている。図1に示した凝着摩耗試験装置100は、第1試験片10を固定するテーブル11と、第2試験片20を保持するホルダ21と、このホルダ21の外周側を弾性保持する板ばね22と、加振源30と、加振源30によって上下動するフォロア31と、フォロア31と一体的に可動する円筒状のロッドガイド32と、このロッドガイド32の内筒側にガイドされた円柱状のロッド33と、ロッド33の上端部とフォロア31の下面との間に配設されロッドガイド32の内筒側上部に収納されたコイルばね34と、ロッド33の下端部にナット36により保持された鋼球35と、テーブル11内に埋設された電気ヒータ41と、この電気ヒータ41に流す通電量を制御してテーブル11および第1試験片10の温度を設定温度に管理する温度制御装置40と、第1試験片10および第2試験片20の周囲を囲繞するチャンバ50と、チャンバ50内の雰囲気ガスを制御する雰囲気制御装置60と、装置全体を支えるベース70とからなる。
上記凝着摩耗試験装置100を用いて、ガソリン用内燃機関のエンジンバルブとバルブシートに使用される2組の材料について凝着摩耗試験を行った。
11 テーブル(第1保持手段)
20 第2試験片
21 ホルダ(第2保持手段)
22 板ばね(接触安定化手段)
30 加振源(荷重印加手段)
40 温度制御装置
50 チャンバ
60 雰囲気制御装置
70 ベース
100 凝着摩耗試験装置
Claims (16)
- 平面状の第1試験面を有する第1試験片を保持する第1保持手段と、
該第1試験面に対峙する凸曲面状の第2試験面を有する第2試験片を保持する第2保持手段と、
該第1試験面と該第2試験面との接触部分に繰返荷重を印加する荷重印加手段と、
該繰返荷重が印加された際に、該第1試験面上にある特定の第1接触部と該第2試験面上にある特定の第2接触部とを繰返し安定的に接触させる接触安定化手段とを備えてなり、
該第1試験面と該第2試験面との間で生じる摩耗を、該第1接触部と該第2接触部との間で生じる凝着摩耗に実質的に特化させたことを特徴とする凝着摩耗試験装置。 - 前記第2試験面は、球面または断面円弧状の円弧曲面である請求項1に記載の凝着摩耗試験装置。
- 前記第2試験面の曲率半径は、2〜50mmである請求項2に記載の凝着摩耗試験装置。
- 前記第1接触部と前記第2接触部との接触は、点状接触または線状接触である請求項1に記載の凝着摩耗試験装置。
- 前記線状接触は、直線状接触である請求項4に記載の凝着摩耗試験装置。
- 前記第1接触部と前記第2接触部との接触面積は、1〜10mm2である請求項1、4または5のいずれかに記載の凝着摩耗試験装置。
- 前記荷重印加手段は、前記第1試験片および前記第2試験片の少なくとも一方を振動させて、前記第1接触部と前記第2接触部との間での当接および離脱を交互に繰返し行わせる加振手段である請求項1に記載の凝着摩耗試験装置。
- さらに、前記第1接触部および前記第2接触部の少なくとも一方の温度を制御する温度制御手段を備える請求項1に記載の凝着摩耗試験装置。
- さらに、少なくとも前記第1接触部または前記第2接触部の周囲の雰囲気を制御する雰囲気制御手段を備える請求項1に記載の凝着摩耗試験装置。
- 第1試験面を有する第1試験片を載置するテーブルと、
該第1試験面に対峙する第2試験面を有する第2試験片を保持するホルダと、
該第2試験片を押圧しつつ振動させる加振機と、
該第2試験片の振動に応じて該第1試験面と該第2試験面とを繰返しほぼ同一部位で安定的に接触させる接触安定器とを備え、
前記第1試験面および前記第2試験面は一方が平面状であり他方が凸曲面状であり、
該第1試験面と該第2試験面との間で生じる摩耗を凝着摩耗に実質的に特化させたことを特徴とする凝着摩耗試験装置。 - 該第1試験面と該第2試験面とは点状接触または線状接触する請求項10に記載の凝着摩耗試験装置。
- 前記加振機は、加振源と、該加振源によって往復駆動され前記第2試験片または前記ホルダを先端部で押圧するロッドとからなり、
前記接触安定器は、該ホルダを揺動可能に支持する弾性体とからなる請求項10に記載の凝着摩耗試験装置。 - 前記ロッドの先端部は、前記ホルダの揺動中心近傍を点状に押圧している請求項12に記載の凝着摩耗試験装置。
- さらに、前記第1試験片および前記第2試験片の少なくとも一方を加熱するヒータを備える請求項10に記載の凝着摩耗試験装置。
- さらに、少なくとも前記第1試験片および前記第2試験片を囲繞して前記第1試験面および前記第2試験面の周囲を特定の雰囲気にできるチャンバを備える請求項10に記載の凝着摩耗試験装置。
- 第1試験片の平面状の第1試験面と第2試験片の凸曲面状の第2試験面とを、ほぼ同一部位で荷重を印加しつつ繰返し接触させる接触工程と、
該接触工程後の第1試験面および/または第2試験面を用いて、該第1試験面と該第2試験面との接触部位の表面分析または該第1試験片および/または該第2試験片の摩耗量の算出を行う観測工程とを備え、
該第1試験面と該第2試験面との間で生じる摩耗を凝着摩耗に実質的に特化して評価することを特徴とする凝着摩耗試験方法。
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