JP2000002639A - 磨耗試験機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【解決手段】 回転可能に配設された相手材載荷台と、
この載荷台上に載置された相手材に磨耗試験片を当接さ
せる試験片取付具とが恒温室内に配設されていると共
に、上記載荷台上に載置された相手材に給油する給油手
段を備えていることを特徴とする磨耗試験機。 【効果】 本発明によれば、高温、給油、高速摺動状態
において、試験片の耐磨耗性能を簡単且つ確実に、しか
も高信頼性をもって測定することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高温、給油、高速
摺動状態、特に自動車エンジン内部の環境と同じ雰囲気
で磨耗量、更には摩擦力（横荷重）を測定可能とした磨
耗試験装置に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来よ
り、種々の磨耗試験機が知られているが、従来の磨耗試
験機では高温・給油雰囲気の磨耗試験は実施できず、特
に高温・給油状態で高速摺動のテストを行うことができ
る安価な装置は提案されていない。従って、従来の磨耗
試験機を用いた場合は、ピストンリングとシリンダーな
ど、自動車のエンジン内部の部品の耐磨耗性を評価しよ
うとしても、現実の磨耗環境と異なるテスト結果となる
ので、その得られる耐磨耗性能試験の結果の信頼性は低
いものであった。

【０００３】本発明は、上記事情に鑑みなされたもの
で、高温、給油、高速摺動他状態において、試験片の耐
磨耗性能を簡単且つ確実に、しかも高信頼性をもって測
定することができる磨耗試験機を提供することを目的と
する。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するため下記の磨耗試験機を提供する。 請求項１：回転可能に配設された相手材載荷台と、この
載荷台上に載置された相手材に磨耗試験片を当接させる
試験片取付具とが恒温室内に配設されていると共に、上
記載荷台上に載置された相手材に給油する給油手段を備
えていることを特徴とする磨耗試験機。 請求項２：上記試験片取付具に取り付けられた磨耗試験
片に当接可能に板バネを配設すると共に、この板バネに
差動変圧器と連絡する差動変圧器検知部に上記試験片の
横方向の変位を伝達する横荷重検知具を取り付けた請求
項１記載の磨耗試験機。

【０００５】本発明の磨耗試験機によれば、高温・給油
・高速摺動状況での磨耗試験を簡単且つ確実に行うこと
ができ、例えばピストンリングとシリンダーなどの自動
車エンジン内部の部品の耐磨耗性能を信頼性をもって試
験することができ、ピストンリングあるいはシリンダー
に形成するのに適した皮膜を選定する場合などに有効で
ある。特に、請求項２の磨耗試験機によれば、試験片の
磨耗量は勿論、横荷重を測定することができ、動摩擦係
数（μ’＝横荷重／載荷重）を求めることができる。

【０００６】

【発明の実施の形態及び実施例】以下、本発明について
図面を参照して説明する。図１及び２は、本発明の一実
施例にかかる磨耗試験機の概略全体図を示し、この磨耗
試験機は、 Ａ．回転速度可変載荷機構、 Ｂ．横荷重測定機構、 Ｃ．給油・排油機構、 Ｄ．昇温・恒温機構 を備えている。

【０００７】なお、図３，４は回転速度可変載荷機構、
図５，６は横荷重測定機構、図７，８は給油・排油機
構、図９は昇温・恒温機構の概略図である。

【０００８】まず、回転速度可変載荷機構Ａについて説
明すると、図中１は壁体が断熱材により形成され、防炎
壁として構成されたボックスであり、このボックス１内
底部上に配設された基台２上に枠体３が立設されてい
る。

【０００９】上記基台２上には、図３に示したように、
コ字状の取付台１１が固定されており、その天板部１１
ａには下側軸受１２が設けられていると共に、上記枠体
３の天井部３ａにも上側軸受１３が設けられ、これら軸
受１２，１３間に回転軸１４が上下方向に沿って配設さ
れ、上記軸受１２，１３によって回転可能に支承されて
いる。この場合、上記回転軸１４は、上記下側軸受１２
に回転可能に支承された下側回転軸１４ａと上記上側軸
受１３に回転可能に支承された上側回転軸１４ｂとから
なり、これら下側及び上側回転軸１４ａ，１４ｂはカプ
リング１４ｃによって互いに連結されており、これによ
り軸芯の若干のずれが吸収でき、また回転に伴う振動を
減少することができる。なお、上記下側回転軸１４ａの
下部は上記下側軸受１２より下方に突出し、図４に示し
たように、その突出下部は肩部１４ｄを有するように小
径に形成され、この小径の下端部１４ｅが上記取付台１
１の底板部１１ｂに設けられた貫通孔１１ｃ内に回転可
能に挿入され、回転軸１４の重力方向の荷重が上記底板
部１１ｂの上面にて上記肩部１４ｄを摺動可能に支持す
ることによって受けられるようになっている。

【００１０】１５はモーターで、そのモーター回転軸１
６には大プーリー１７が取り付けられていると共に、上
記下側回転軸１４ａに取り付けられた小プーリー１８と
の間にベルト１９が架け渡され、上記モーター１５の駆
動により、モーター回転軸１６、大プーリー１７、ベル
ト１９、小プーリー１８を介して回転軸１４が回転し得
るようになっている。この場合、プーリー１７，１８に
タイミングプーリーを用い、ベルトとしてタイミングベ
ルトを用いると、歯と歯の噛み合いのため、ずれること
なく正確な回転速度を得ることができる。なお、２０は
上記モーター１５に連結された速度調節器であり、この
速度調節器２０の操作によりモーター１５の回転数が調
節されるようになっている。

【００１１】図３において、２１は上記上側回転軸１４
ｂにセットボルトで固定された載荷台で、回転軸１４の
回転と一体に回転されるようになっている。

【００１２】この載荷台２１は、円柱状基体２１ａ上に
大径円板部２１ｂが切削等の機械加工により一体に設け
られた構成とされ、図５に示したように、その上に磨耗
相手材２２が取り付けられる。なお、上記上側回転軸１
４ｂは、これら相手材２２及び載荷台２１の中心部を貫
通している。

【００１３】次に、横荷重測定機構Ｂについて説明する
と、図５，６において、２３は試験片取付具であり、こ
れは上記枠体３の天板部３ａ下面に取り付けられるＬ字
状の固定具２４と、この固定具２４にネジ２５によって
着脱可能に取りつけられる支持板２６と、この支持板２
６の下面に上端部が固定され、下端部にネジ部が形成さ
れた軸体２７と、この軸体２７の下端部に着脱可能に螺
着された載荷錘支持具２８と、この支持具２８の両側に
それぞれ固定された試験片固定具２９，２９とを備えた
ものであり、上記載荷錘支持具２８上に所定重量の円筒
状錘体３０がその中空部に上記軸体２７が貫通した状態
で載置されると共に、上記試験片固定具２９，２９に設
けられたネジ孔２９ａ，２９ａに図示していないボルト
を挿通し、これら試験片固定具２９，２９間に試験片３
１を挟み、ボルトで試験片固定具２９，２９間を締め付
けることにより、これら試験片固定具２９，２９によっ
て試験片３１が挟持、固定されるようになっている。

【００１４】この場合、上記支持板２６は、上端部から
下方に向けて長溝２６ａ，２６ａが形成されていると共
に、これら長溝２６ａ，２６ａに固定具２４に固着され
たナット体が突出し、ナット体に上記ネジ２５が螺着す
ることによって支持板２６が固定具２４に固定される
が、支持板２６を上下方向に移動（スライド）させて長
溝２６ａ，２６ａに対するナット体突出位置を調整する
ことにより、試験片３１の下端面が上記相手材２２上面
に当接し、面接触するように調節、配置される。

【００１５】３２は板バネで、この板バネ３２の基端部
は、枠体３の繋ぎとして構成された側梁に取付台３３を
介して取り付けられていると共に、この板バネ３２の先
端側は、上記試験片固定具２９，２９を介して試験片３
１と、この試験片３１が上記相手材２２と面接触するこ
とによりこの相手材２２の回転によりその回転方向に変
位しようとする方向に直交するように当接している。

【００１６】３４は横荷重検知軸（横荷重検知具）で、
その一端が上記板バネ３２に固定されていると共に、差
動変圧器３５に連絡された差動変圧器検知部３６内を軸
方向移動可能に配設され、上記検知軸３４の移動状態が
上記試験片３１の横方向の変位（試験片３１が回転する
相手材２２から受けるこの回転方向に対し接線方向の変
位）として上記検知部３６に伝達され、これが差動変圧
器３５で二次電圧の変化として検出されて、記録計３７
のチャート紙に記録されるようになっている。なお、上
記検知軸３４の他端は上記検知部３６より側方に突出さ
れ、一端部が上記検知部３６に取り付けられたＬ字状板
バネ３８の自由端（他端）部側に固定されている。ま
た、上記検知部３６は、上記枠体３に設けた架台３９上
に取付台４０を介して固定されている。板バネ３８によ
り、差動変圧器検知部３６内の絶縁体（二次電圧を変え
るセンサー的役割）を検知部３６の内部に接触しないよ
うにしたもので、通常の差動変圧器検知部では内部で絶
縁体が接触して摺動するため摩擦による抵抗が大きい
が、本実施例では、横荷重に対する接触抵抗をなくすこ
とで検出精度を上げることができる。

【００１７】給油・排油機構（給油手段）Ｃについて説
明すると、図７，８において、４１は排油筒であり、後
述する枠体３に取り付けられた恒温室天板部３ｃ上に取
り付けられている。この排油筒４１は、内筒部４１ａと
外筒部４１ｂとが下部においてリング板状底部４１ｃに
より連結され、外筒部４１ｂの上端外周縁部にリング状
鍔部４１ｄが突設された構成とされ、上記内筒部４１ａ
内に上記載荷台２１が上述した構成で回転可能に配置さ
れている。また、４２は給油容器、４３はマイクロチュ
ーブポンプ４４が介装されたマイクロチューブで、上記
容器４２内に収容された油にマイクロチューブ４３の一
端が浸漬されていると共に、マイクロチューブ４３の他
端は給油管４５の一端と連結され、この給油管４５の他
端は上記載荷台２１上に取り付けられる相手材２２の上
方に位置し、上記マイクロチューブポンプ４４の作動に
より、給油容器４２内の油が相手材２２に供給されるよ
うになっている。なお、４６は上記天井部３ａに取り付
けられた位置決め具で、上記給油管４５の中間部がこの
位置決め具４６の溝４６ａ，４６ａに着脱可能に嵌挿、
固定されるようになっている。

【００１８】また、上記排油筒４１の底部には排油管４
７の一端が連結されており、この排油管４７の他端は廃
油容器４８内に挿入され、上記相手材２２に供給された
油が排油筒４１の内筒部４１ａと外筒部４１ｂとの間の
空隙部４１ｅに流れ、上記排油管４７から廃油容器４８
に流入、溜められるようになっている。

【００１９】昇温・恒温機構Ｄについて説明すると、上
記枠体３のほぼ中間部には、図９，１０に示したよう
に、床板３ｂが配設され、この床板３ｂの上方に天板部
３ｃが配設されていると共に、上記天板部３ｃと床板３
ｂとの間の四周には側壁３ｄが配設されて、天板部３
ｃ、床板３ｂ、側壁３ｄによって囲まれた空間に恒温室
４が形成されている。そして、上述した載荷台２１がこ
の恒温室４内に配置されるようになっている。

【００２０】そして、上記床板３ｂ上にはヒーター（ニ
クロム線など）５１が配設されている。このヒーター５
１は、銅線５２とカシメ筒５３を介して接続されている
と共に、銅線５２は接続具５４及び電線５５を介して温
度調節器５６と連結されており、またこの温度調節器５
６には、上記床板３ｂと天板部３ｃとの間の空隙（恒温
室４）内に挿入された温度センサー５７と接続され、上
記ヒーター５１のオンオフを温度センサー５７を介して
温度調節器５６により調節することにより、上記恒温室
４内が所定温度（例えば３５０±３℃）に保持されるよ
うになっている。なお、上記カシメ筒５３は、銅、真
鍮、アルミニウム等の管によって形成でき、これをカシ
メることによりヒーター５１と銅線５２とが接続される
ものであるが、この場合、カシメ筒５３は銅を用いるこ
とが有効である。

【００２１】また、５８は扇風機であり、その軸５８ａ
下端に取り付けられた羽根５８ｂの回転により、雰囲気
が撹拌されて恒温の定常化がなされるようになってい
る。なお、扇風機５８はその軸５８ａ及び羽根５８ｂの
回転を制御する速度調節器５９が連絡されている。

【００２２】次に、上記磨耗試験機の使用方法につき説
明すると、まず相手材載荷台２１上に磨耗相手材２２を
取り付けると共に、試験片取付具２３の載荷錘支持具２
８上に錘体３０を載置し、かつ磨耗試験片３１を取り付
け、相手材２２に試験片３１が面接触するように配置
し、ネジ２５によって固定具２４に対する支持板２６の
固定位置を調節して配置する。更に、板バネ３２を試験
片固定具２９，２９を介して試験片３１に当接させる。

【００２３】この状態でヒーター５１を作動させると共
に、温度センサー５７を動作させ、恒温室４内を所定の
一定温度（例えば３５０±３℃）に保持し、次いでモー
ター１５を作動させ、これによって回転軸１４を所定速
度（例えば３０００ｒｐｍ）で回転させ、これと一体に
載荷台２１及び相手材２２を回転させると共に、マイク
ロチューブポンプ４４を作動させて給油容器４２から油
（例えば機械油）をマイクロチューブ４３、給油管４５
を介して相手材２２上に供給する。この場合、油供給量
は５〜３０ｍｌ／ｈｒとすることができ、実施例では１
２ｍｌ／ｈｒとした。

【００２４】これによって相手材２２と試験片３１とが
面接触し、摩擦、磨耗が行われる。この場合、試験片３
１の横荷重による変位（相手材２２の回転によってその
回転方向に受ける変位）は板バネ３２、横荷重検知軸３
４を介して差動変圧器検知部３６に伝達され、これが差
動変圧器３５に伝達されて、試験片３１の横荷重による
変位が差動変圧器３５により二次電圧の変化として検出
され、記録計３７のチャート紙に記録される。

【００２５】従って、試験終了後、試験片３１及び相手
材２２の重量を測定し、試験前の試験片３１及び相手材
２２の重量と対比することにより、それぞれの磨耗量が
測定されると共に、上記横方向の変位から上記磨耗試験
における試験片３１の横荷重が算出され、上記錘体３０
の重量から、動摩擦係数μ’が横荷重／載荷重として算
出される。

【００２６】それ故、上記試験機によれば、昇温及び恒
温機構により高温の環境を提供でき、給油及び排油機構
により給油条件で試験を行うことができ、摺動面（載荷
面）の回転速度が可変で、高速摺動が可能であり、かつ
摩擦力（横荷重）を測定する機構を有し、動摩擦係数
（μ’＝横荷重／載荷重）を求めることができるもの
で、高速で且つ給油状態で、しかも高速摺動の状態にお
ける試験片３１の耐磨耗性能（磨耗量、動摩擦係数）を
簡単且つ確実に測定し得、例えば自動車エンジン内部と
同じ磨耗環境を良好に再現でき、ピストンリングとシリ
ンダーなどの磨耗状況、特にピストンリングやシリンダ
ーなどの耐磨耗性能を向上させるために形成するめっき
皮膜の評価を行う場合に、十分な信頼性をもって耐磨耗
性能評価を行うことができる。

【００２７】実際、Ｎｉ−Ｗめっき皮膜に平均粒径３．
２μｍのＢＮを２重量％共析した皮膜を表面に形成した
試験片と、球状黒鉛鋳鉄からなる相手材とを用い、常温
・無給油状態で磨耗試験を行ったところ、上記皮膜自体
及び相手材の双方とも著しく磨耗したが、上記試験機を
用い、３５０℃・給油の条件で磨耗試験を行った結果、
上記皮膜それ自体は若干磨耗したが、相手材はほとんど
磨耗しないという自動車エンジン内部に近い環境の測定
結果が得られた。

【００２８】

【発明の効果】本発明によれば、高温、給油、高速摺動
状態において、試験片の耐磨耗性能を簡単且つ確実に、
しかも高信頼性をもって測定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す概略正面図である。

【図２】同例の概略斜視図である。

【図３】同例の回転速度可変載荷機構の概略斜視図であ
る。

【図４】同回転速度可変載荷機構における回転軸下端部
の概略断面図である。

【図５】同例の横荷重測定機構の概略斜視図である。

【図６】試験片取付具の斜視図である。

【図７】同例の給油・排油機構の概略斜視図である。

【図８】同給油・排油機構における排油筒の一部省略斜
視図である。

【図９】同例の昇温・恒温機構の概略斜視図である。

【図１０】恒温室部分の概略図である。

【符号の説明】

１ ボックス ２ 基台 ３ 枠体 ３ａ 天井部 ３ｂ 床板 ３ｃ 天板部 ３ｄ 側壁 ４ 恒温室 １１ 取付台 １１ａ 天板部 １１ｂ 底板部 １１ｃ 貫通孔 １２ 下側軸受 １３ 上側軸受 １４ 回転軸 １４ａ 下側回転軸 １４ｂ 上側回転軸 １４ｃ カプリング １４ｄ 肩部 １４ｅ 下端部 １５ モーター １６ モーター回転軸 １７ 大プーリー １８ 小プーリー １９ ベルト ２０ 速度調節器 ２１ 載荷台 ２１ａ 円柱状基体 ２１ｂ 大径円板部 ２２ 相手材 ２３ 試験片取付具 ２４ 固定具 ２５ ネジ ２６ 支持板 ２６ａ 長溝 ２７ 軸体 ２８ 載荷錘支持具 ２９ 試験片固定具 ２９ａ ネジ孔 ３０ 錘体 ３１ 試験片 ３２ 板バネ ３３ 取付台 ３４ 横荷重検知軸（横荷重検知具） ３５ 差動変圧器 ３６ 差動変圧器検知部 ３７ 記録計 ３８ 板バネ ３９ 架台 ４０ 取付台 ４１ 排油筒 ４１ａ 内筒部 ４１ｂ 外筒部 ４１ｃ 底部 ４１ｄ 鍔部 ４１ｅ 空隙部 ４２ 給油容器 ４３ マイクロチューブ ４４ マイクロチューブポンプ ４５ 給油管 ４６ 位置決め具 ４６ａ 溝 ４７ 排油管 ４８ 廃油容器 ５１ ヒーター ５２ 銅線 ５３ カシメ筒 ５４ 接続具 ５５ 電線 ５６ 温度調節器 ５７ 温度センサー ５８ 扇風機 ５８ａ 軸 ５８ｂ 羽根 ５９ 速度調節器

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転可能に配設された相手材載荷台と、
   この載荷台上に載置された相手材に磨耗試験片を当接さ
   せる試験片取付具とが恒温室内に配設されていると共
   に、上記載荷台上に載置された相手材に給油する給油手
   段を備えていることを特徴とする磨耗試験機。
2. 【請求項２】 上記試験片取付具に取り付けられた磨耗
   試験片に当接可能に板バネを配設すると共に、この板バ
   ネに差動変圧器と連絡する差動変圧器検知部に上記試験
   片の横方向の変位を伝達する横荷重検知具を取り付けた
   請求項１記載の磨耗試験機。