JP2000002640A

JP2000002640A - 摩耗試験法および摩耗試験機及び摩耗評価設備

Info

Publication number: JP2000002640A
Application number: JP16657898A
Authority: JP
Inventors: Shoichi Nakajima; 昌一中島; Yoshiyuki Kojima; 慶享児島; Osamu Ejiri; 修江尻
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1998-06-15
Filing date: 1998-06-15
Publication date: 2000-01-07

Abstract

(57)【要約】【課題】組み合わせにおけるそれぞれの摺動部の形状と
相対運動及びしゅう動形態を同じくすることで材料の耐
摩耗性評価を容易にする。【解決手段】試験片１及び試験片１と同じ接触部形状を
有する試験片２を摩擦面３により摩擦摩耗試験を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】微細振動しゅう動を含む往復
しゅう動する機械部品材料及び素材の摩耗試験法と摩耗
試験機及び摩耗評価設備。

【０００２】

【従来の技術】しゅう動部品材料の基礎的な摩耗試験方
法は、一般的にピンオンディスクやピンオンリング，ピ
ンオンプレートなどの方法がある。ピンオンディスクは
回転する円盤上にピンを押し付け、ピンオンリングは回
転する円筒の側面にピンを押し付けて摩耗させる。ピン
オンプレートは主に往復しゅう動で用いられ、往復する
板にピンを押し付ける方法である。これらの方法はピン
と相手材の形状が異なり、ピンの相手材との接触部は常
に接触しているが、相手材の接触部は常に移動しており
任意の相手材表面は接触と非接触を繰り返す。

【０００３】回転する円筒側面同士を回転軸を平行にし
て接触させしゅう動するころがり試験法では、それぞれ
の試験片の接触部が常に移動する。このほか円筒端面同
士や円筒端面と板をしゅう動させる方法や、実際の機械
部品形状と実際の動きを模擬したものが多数ある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】往復しゅう動させる摩
耗試験では組み合わせる試験片の片方は常に接触しゅう
動し、相手材は接触部が移動する。たとえばピンオンプ
レートのピンでは、ピンのしゅう動面は常に接触してい
る。常に接触している面と接触部が移動する相手材の面
では、それぞれの面の温度や雰囲気の気体や液体に触れ
る時間、摩耗粉のできやすさなどが異なる。しゅう動部
品の組み合わせは同種材料だけでなく異種の材料を組み
合わせて用いることが多く、異種材料のうちどちらを常
に接触しゅう動する試験片とするかで摩耗試験の結果が
異なる。場合によっては試験片形状の組み合わせを交換
して比較の摩耗試験を行う必要がある。

【０００５】本発明の目的は、異種材料の組み合わせに
おいても試験片形状の組み合わせを考慮することなく効
率的に摩耗を評価する摩耗試験法ならびに摩耗試験機を
提供する。

【０００６】

【課題を解決するための手段】同一の接触部形状と、同
一の接触状態ならびにしゅう動をそれぞれの試験片に実
現させるため、往復しゅう動の方向と試験片の形状の位
置関係を検討した。図１に示す固定する試験片１及び往
復運動させる試験片２において、それぞれの試験片の接
触面を同じ長方形とし、それぞれの長方形の幾何学的中
心Ｏ及びＯ′を通る長辺に平行な軸ＡＢ及びＡ′Ｂ′を
幾何学中心で交差させて、該交差した交点から２軸のな
す角を２等分する方向ＣＤに該交点を中心とする往復し
ゅう動を行った。ＡＢとＡ′Ｂ′の交点は往復しゅう動
により常にＣＤ軸上を移動しそれぞれの試験片の接触部
は等価であることがわかる。

【０００７】軸ＡＢとＡ′Ｂ′のなす角度は０度あるい
は１８０度以外の角度でなければならない。実用上は９
０度を中心に望ましくは３０度から１５０度の間であ
る。この角度は往復しゅう動の振幅と試験片の大きさか
らも決められる。試験片しゅう動面同士が常に接触する
範囲で設定する。

【０００８】接触面が摩耗しても同じ形状を保つように
成形加工することで図１における試験片１２が異種材料
であっても試験片の相対的位置及び動きは等価であり、
固定する試験片と往復運動させる試験片の材質を交換す
る必要はない。本発明により迅速に部品材料素材の基本
的摩耗評価が可能である。

【０００９】本発明の試験片の接触部形状は正方形，長
方形，円形，円筒側面，球面，歪局面など同一形状の一
対であればほぼ等価な摩耗評価ができる。試験片加工の
簡便性から素材を棒状に加工することもできる。

【００１０】試験片の取り付け方法や取りつけ誤差など
により、平面同士を斑なく均等に押し当てることが困難
であれば、さらに簡便な方法として円筒試験片を用いる
ことができる。円筒試験片の側面を用いた場合、接触部
はしゅう動初期には点で、摩耗の進行とともに円または
楕円の曲面となる。摩耗しやすい試験片のしゅう動面形
状と摩耗しにくい試験片のしゅう動面形状とは摩耗の進
行により差が出てくるが、試験片の相対的位置及び動き
における等価関係は維持される。

【００１１】本発明の摩耗試験機は、往復しゅう動機構
を原則そして、試験片の配置を本発明の摺動方向に対し
て任意の角度に取り付けることができる。取り付け角は
組み合わせる試験片それぞれに任意に設定できること、
あるいはまた、機械的リンクや取り付け位置検出機構と
計算機制御などで自動的に取り付け角を設定できること
が必要である。専用の試験片取り付け治具もこれらに含
まれる。

【００１２】

【発明の実施の形態】（実施例１）炭素鋼及び工具鋼の
組み合わせにおいて本発明の方法と従来法の比較を行っ
た。

【００１３】炭素鋼はＪＩＳ規格においてＳ４５Ｃ相当
に焼き入れを行った。工具鋼はJIS規格においてＳＫＨ
５１相当の焼きなまし材である。硬さはそれぞれＨＢで
200程度に調整した。摩擦面の粗さは、中心線平均粗さ
にて０.５ミクロン以下になるようにした。

【００１４】図２はピンオンディスク法である。ピンは
棒状試験片として直径８mmの丸棒で端面を平面に仕上げ
固定片４とした。ディスクは円盤状の可動片５とし、直
径１００mm厚さを１０mmとした。ピンを円盤に押し付け
て円盤を回転させると、摩擦面は円になり、該円の平均
直径が６.４mm になるようにした。荷重は１０kgｆ、摩
擦速度は０.５ｍ／ｓとした。摩擦摩耗試験は大気中で
ある。

【００１５】図３はピンオンプレート法で往復動摩耗試
験の概要を示す。この場合ピンは一片８mmの角棒状とし
固定片４とした。プレートは可動片５として２０mm角で
長さ１００mmの板状にし、長辺方向に往復摩擦させた。
往復摩擦は一定回転するクランクにより動作し、摩擦速
度の最大は０.５ｍ／ｓ、振幅は５０mmに設定した。ピ
ンの押し付け荷重は１０kgｆ、摩擦雰囲気は大気中であ
る。

【００１６】図１は本発明による試験法を示す。試験片
は固定片１，可動片２ともに直径８mmの円柱棒状とし
た。可動片を摩擦方向に対して４５度傾けて往復運動さ
せ、可動片に対して直角に固定片を押し付けて往復摩擦
させた。往復摩擦は一定回転するクランクにより動作
し、摩擦速度の最大は０.５ｍ／ｓ、振幅は５０mmに設
定した。ピンの押し付け荷重は１０kgｆ、摩擦雰囲気は
大気中である。本実施例では試験片を円柱棒状とした
が、試験機への取り付けや加工の方法を考慮してかまぼ
こ型や板なども可能である。少なくとも接触し摩耗する
部分のみが一対の試験片において同一形状であればよ
い。

【００１７】それぞれの摩擦摩耗試験の摩耗量は試験前
の試験片重量と試験後の試験片重量を測定し、その差を
摩耗減量とした。さらに摩耗減量を単位試験時間当たり
に換算し、同一試験法において工具鋼同士の組み合わせ
における可動片側の摩耗量を基準にして規格化した。す
なわち工具鋼同士の組み合わせにおける可動片の摩耗量
を１として相対値を算出し、比較しやすいようにした。

【００１８】

【表１】

【００１９】表１はピンオンディスク法による摩耗試験
の結果を示す。どの組み合わせにおいても、円盤状の試
験片は棒状試験片に対して摩耗が少ない。

【００２０】ピンオンディスク試験において、鋼製円板
状試験片を相手材とした場合の棒状試験片の摩耗は鋼よ
りも工具鋼が少なく、工具鋼の炭化物成分が摩耗を抑制
していることがわかる。工具鋼製円盤状試験片を相手材
とした場合も、鋼性棒状試験片の摩耗量に比べて鋼製棒
状試験片の摩耗は少ない。同様に鋼製棒状試験片を相手
材とした比較及び工具鋼棒状試験片を相手材とした比較
では、工具鋼の方が耐摩耗性が良い。一方、相手材の摩
耗に注目すると鋼製円盤状試験片は工具鋼と組み合わせ
たときの方が鋼と組み合わせたときよりも摩耗した。工
具鋼製円盤状試験片についても同様であった。

【００２１】すなわち、ピンオンディスク法において
は、材質の組み合わせは同じでも形状の組み合わせ方に
より摩耗の傾向が異なることがわかった。

【００２２】

【表２】

【００２３】表２はピンオンプレート法による往復動摩
耗試験の結果を示す。どの組み合わせにおいても、板状
の試験片は棒状試験片に対して摩耗が少ない。

【００２４】往復動摩耗試験において、鋼製板状試験片
を相手材とした場合の棒状試験片の摩耗は鋼よりも工具
鋼が少なく、ピンオンディスク法と同様に、工具鋼の炭
化物成分が摩耗を抑制していることがわかる。工具鋼製
板状試験片を相手材とした場合も、鋼性棒状試験片の摩
耗量に比べて鋼製棒状試験片の摩耗が少ない。また、鋼
製棒状試験片を相手材とした比較及び工具鋼棒状試験片
を相手材とした比較では、工具鋼の方が耐摩耗性が良好
である。一方で相手材側の摩耗では、鋼製板状試験片は
工具鋼と組み合わせたときの方が鋼と組み合わせたとき
よりも摩耗した。工具鋼製板状試験片についても同様で
あった。

【００２５】したがって、ピンオンプレート法による往
復動摩耗試験においても、材質の組み合わせが同じでも
試験片形状の組み合わせ方により摩耗の傾向が異なるこ
とがわかった。これらの試験法では試験片の材質と形状
の組み合わせを全て勘案して網羅する必要がある。

【００２６】

【表３】

【００２７】表３には本発明の試験法において往復動摩
耗試験を行った結果を示す。棒状試験片同士の組み合わ
せであるため、固定片と可動片を区別して固定片を棒状
試験片Ａ、可動片を棒状試験片Ｂとした。

【００２８】鋼同士の組み合わせ及び工具鋼同士の組み
合わせにおいて試験片Ａと試験片Ｂがほぼ等しく摩耗し
た。また、工具鋼と鋼の組み合わせでは、試験片Ａと試
験片Ｂを入れ替えても鋼の摩耗量及び工具鋼の摩耗量は
ほぼ同じであった。これは試験片Ａと試験片Ｂが同一形
状であり、かつ相対的な運動が同じであり可動片固定片
の区別がないことによる。本発明の試験法によれば、本
実施例において工具鋼同士の組み合わせが優れているこ
とは容易に断定することができる。

【００２９】一般には、組み合わせの一方を相手材とし
て一種類に限定して摩耗の比較評価が行われるが、本発
明により、より広く多くの組み合わせの実験的知見がす
みやかに得られる。

【００３０】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば種々の材
料の組み合わせによる摩耗評価を迅速に行うことがで
き、機械しゅう動部品の材質選定ならびに耐摩耗材料開
発において有効な手段となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の摩耗試験方法の概略を示す斜視図。

【図２】従来法としてピンオンディスク法による摩耗試
験の概略を示す斜視図。

【図３】従来法としてピンオンプレート法による往復動
摩耗試験の概略を示す斜視図。

【符号の説明】

１，２…試験片、３…摩擦面、４…固定片、５…可動
片。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】機械部品材料において接触往復しゅう動す
る部品素材試験片一対の接触部をそれぞれ同じ形状に成
形加工し、しゅう動方向に対するそれぞれの基準軸のな
す角度が０度より大でありかつ９０度より小さい範囲
で、しゅう動方向軸に対して線対称に等しくしたことを
特徴とする摩耗試験方法。
【請求項２】請求項１において、該接触しゅう動する部
品素材試験片の一対をそれぞれ同じ棒状に成形加工した
ことを特徴とする摩耗試験方法。
【請求項３】請求項１において、該接触しゅう動する部
品素材試験片の一対をそれぞれ同じ円筒状に成形加工し
たことを特徴とする摩耗試験方法。
【請求項４】請求項１の摩耗試験方法を用いた摩耗試験
機及び摩耗評価設備。