JP2005098757A - 凝着摩耗試験装置および凝着摩耗試験方法 - Google Patents

Abstract

【課題】各種材料の凝着摩耗性に特化して試験、評価できる凝着摩耗試験装置を提供する。
【解決手段】本発明の凝着摩耗試験装置は、第１試験面１０ａを有する第１試験片１０を保持する第１保持手段１１と、この第１試験面１０ａに対峙する第２試験面２０ａを有する第２試験片２０を保持する第２保持手段２１と、両試験面の接触部分に繰返荷重を印加する荷重印加手段３０と、繰返荷重が印加された際に、両試験面を繰返し安定的に接触させる接触安定化手段２２とを備えている。これにより、第１試験面と第２試験面との間で生じる摩耗は、実質的に、両試験面間で生じる凝着摩耗に特化されたものとなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、各種材料の凝着摩耗性に特化して試験、評価できる凝着摩耗試験装置および凝着摩耗試験方法に関するものである。

可動部分を有する機械装置には、接触、摺動等しつつ運動する部材が存在する。そのような部材間には多かれ少なかれ摩耗が生じるため、各種装置の耐久性、信頼性を図る上でその摩耗を抑制することが重要となる。多くの場合、耐摩耗性の高い材料等を使用したり摺動特性に優れた材料等を使用して、部材間の摩耗抑制が図られている。例えば、高硬度の金属材料や摩擦係数の少ない材料をそのような部分に使用している。

ところで、摩耗といっても、その発生メカニズムによって種々の形態に分類される。二部材間の接触、摺動等によって生じる機械的な摩耗としては、例えば、凝着摩耗、アブレシブ摩耗、疲れ摩耗がある。いずれの摩耗が主として生じるかは、実機の形態や運転状況等によって異なる。もっとも、実際にはそれらの摩耗が混在して生じているのが通常である。このため、従来は、特定の摩耗形態に拘らずに全体的な耐摩耗性や摩耗量のみに着目して、部材の良否等が評価されることが多かった。例えば、エンジンバルブの耐摩耗性を評価する場合、種々の材料から製作したバルブを実機やその模擬試験機に組み込み、その使用材料等の良否（○、Ｘ）を判定するに留まっていた。このような評価方法は、例えば、下記の特許文献に開示がある。

特開平６−３０７９８８号公報 特開平６−１８６１３４号公報 特開２０００−２９７６１６号公報

しかし、使用材料等が異なる毎に、実際に組み込むための試験用部品を製作するのは非常に高コストである。しかも、それを実機に組み込んで試験、評価等を行うのにも多大な工数と費用を要し、開発や研究に要する負担が非常に大きくなってしまう。また、前述したように、そのような実機試験等を行っても、使用材料の良否や摩耗量等が分かる程度であり、摩耗メカニズム等の解析までは至らないことが多い。すなわち、実機試験は、開発材料の耐摩耗性を確認する意味はあっても、その試験結果によって、耐摩耗性材料を開発する際の直接的な指針が与えるものではなかった。なぜなら、実機試験の結果は種々の摩耗形態が混在した結果であり、特定の摩耗形態による影響を抽出して評価することができなかったからである。

なお、ある材料の耐摩耗性を評価する方法として、ピンオンディスク試験等も多用される。この場合、上記のような実機試験と異なり、単純形状の試験片を製作するのみであるので試験自体は低コストで行うことができる。しかし、ピンオンディスク試験の場合も、結局、前述の凝着摩耗やアブレシブ摩耗等が混在して生じている。このため、特定の摩耗形態に着目して、材料の耐摩耗性を評価できるものではなかった。

本発明は、このような事情に鑑みて為されたものであり、種々ある摩耗形態の中でも、特に、凝着摩耗に特化して材料の耐摩耗性等を評価し得る凝着摩耗試験装置および凝着摩耗試験方法を提供することを目的とする。

本発明者はこの課題を解決すべく鋭意研究し、試行錯誤を重ねた結果、摩耗評価をしたい材料からなる試験片同士を特定箇所（同一箇所）で繰返し安定的に当接等させることで、凝着摩耗を評価し得ることを思いつき、本発明を完成するに至った。
（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、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。

本発明の装置によって凝着摩耗試験を行う場合、先ず、耐摩耗性や摩耗メカニズムを解析したい同種または異種材料から試験片を用意する。この試験片は、実部品の形状とする必要はなく、平板状や凸状等の単純な形状で足る。これらの試験片を各保持手段に保持させて試験を行うと、第１試験片の試験面と第２試験片の試験面とは、本発明の接触安定化手段によって、ほぼ同一箇所で繰返し接触する。本発明では便宜上、この接触部分を第１試験片と第２試験片に対応させてそれぞれ第１接触部および第２接触部と呼んでいる。第１接触部および第２接触部は、ほぼ同一箇所で繰返し接触するだけであるため、両者間にアブレシブ摩耗は実質的に生じず、摩耗が生じるなら、凝着摩耗が主体となる。もっとも、単純に第１接触部と第２接触部とが同一箇所で接触するだけでは、凝着摩耗が実質的に進行しない。そこで、本発明の荷重印加手段によって、上記接触部分に繰返し荷重を印加する。これにより、その荷重の程度、つまりは接触面圧の程度を調整することで、凝着摩耗の進行を調整することが可能となる。

ここで、前述の第１接触部と第２接触部とが離着を繰返す場合であれば、接触安定化手段による両者の接触形態は、同一箇所を繰返し打接する状態（いわゆる「叩く」状態または衝突する状態）となる。但し、両者の接触は、第１接触部と第２接触部とが離着を繰返す場合には限られない。本発明は、第１接触部と第２接触部とが接触安定化手段によって接触したままの状態であって、荷重印加手段によってその接触したままの両者間に繰返し荷重が印加される場合も含む。これら両者の見方を変えれば、前者の場合、荷重印加手段は、第１接触部と第２接触部との間に動的荷重を印加していることになり、後者の場合、荷重印加手段は、第１接触部と第２接触部との間に（準）静的荷重を印加していることとなる。ちなみに、後者の場合であっても、印加される荷重変動に応じて、第１試験片と第２試験片との間には僅かな相対変位を生じる。

（凝着摩耗試験方法）
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試験片の第１試験面と第２試験片の第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。

なお、本明細書では、「第１」、「第２」を付して部材や部位等を区別しているが、これは便宜上のものにすぎないことを断っておく。例えば、第１試験片と第２試験片とは、異種材料であっても同種材料であっても良いし、形状も異なっていても同じでも良い。また、「第１」および「第２」によって、部材や部位の配置関係等が特定されるものでもない。これらのことは、以下の説明においても同様である。

本発明の凝着摩耗試験装置等は、摩耗の中でも凝着摩耗に特化したものであるところ、ここで、その前提となる「摩耗」概念について付言しておく。
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。

凝着摩耗とは、二固体の結合力が主要因となって生じる摩耗形態である。すなわち、接触面にある微小な凹凸どうしが高い圧力によって結合し、これが摩擦等によって破壊するとき、結合部の周辺が脱落して摩耗粉になる摩耗形態である。

アブレシブ摩耗とは、硬い異物が摩擦面に入り込んで相手材を変形させ、その部分の表面物質を外に排除する形態である。または、硬い方の摺動面にある凹凸がやすりのようになって、軟らかい方の摺動面を削りとり、その切り屑が表面から脱落して摩耗粉になる摩耗形態である。
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。

発明の実施形態を挙げて、本発明をより詳しく説明する。なお、以下の実施形態を含め、本明細書で説明する内容は、本発明に係る凝着摩耗試験装置のみならず凝着摩耗試験方法にも適宜該当するものであることを断っておく。また、いずれの実施形態が最良であるか否かは、試験片の材質、試験内容等によって異なることを断っておく。

（１）試験片
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。

本発明による凝着摩耗試験において、試験片自体の形状は問題ではない。凝着摩耗試験装置の保持手段に取付可能であり、凝着摩耗試験を行い易い形状であれば足る。従って、試験片を単純な形状とすることにより、試験片の製造が容易となり、試験に要するコストを大きく削減できる。

但し、試験片の試験面の形状は重要である。特に、二つの試験面が接触する接触部の形態が重要となる。それにより、両試験面の接触形態が決定されるからである。具体的な接触形態として、点状接触、線状接触、面状接触が考えられる。もちろん、点状接触や線状接触といっても、ミクロ的に観れば、接触部分の変形に応じてその接触領域はある程度の広がりや幅をもつ。このため、接触形態が、点状接触、線状接触または面状接触のいずれとなるかは相対的なものであるが、常識的な範囲で考えれば良い。

もっとも、その接触領域が拡大する程、二つの試験面は片当たりし易くなる。そこで、試験面の形状、特に、接触部の形態を工夫して、試験面間の接触形態が、点状接触または線状接触となるようにするのが好ましい。例えば、第１試験面を平面とし、第２試験面を凸曲面とすれば良い。特に、この第２試験面を、球面または断面円弧状の円弧曲面とすれば、両試験面間の接触形態はそれぞれ点状接触または線状接触となる。線状接触は、曲線状接触でも直線状接触でも良い。例えば、第２試験面が円弧曲面であって、その延在方向が直線状であれば、両試験面間の接触形態は直線状接触となる。

試験片が溶製品等の均一な材質からなる場合であれば、接触形態が点状接触であっても良いが、試験片が複合材料等からなる場合、ミクロ的にみれば強化材とマトリックス材との偏り等がある。このような場合、全体の凝着摩耗性を評価するためには、接触形態が線状接触であるのが好ましい。

第２試験面が凸曲面（特に、円弧曲面）の場合、第２接触部となる部分の曲率半径は２〜５０ｍｍであると好適である。曲率半径が２ｍｍ未満では試験片が小さくなり、安定した保持が困難となる。曲率半径が５０ｍｍを超えると接触痕の変化が大きくなり、面圧の制御が困難となる。

また、第１接触部と第２接触部との接触面積は、１〜１０ｍｍ²であると好適である。接触面積が１ｍｍ²未満では摩耗量が微小なため定量化が困難となり、接触面積が１０ｍｍ²を超えると均一に接触させることが困難となり、試験精度が低下するので好ましくない。ちなみに、この接触面積とは、凝着摩耗試験終了後にできた接触痕を測定することで求められる。特に、一方の試験面が平面である場合、その試験面にできた接触痕の面積を測定すれば良い。なお、本発明の場合、接触安定化手段により、第１試験面と第２試験面との間の接触状態は安定している。このため、その接触面積は、荷重印加手段によって両試験片間に最大荷重が印加されたときにできる両試験面間（両接触部間）の接触面積と実質的に等価と考えられる。

（２）荷重印加手段
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。

荷重印加手段の駆動源として、例えば、モータ、電磁アクチュエータ、油圧、空圧等種々のものが考えられる。それらによって駆動される機構も種々のものが考えられる。例えば、一方の試験片を一軸方向に往復動させる場合であれば、回転軸に取付けた偏心カムをモータ等によって回転させ、その偏心カムに試験片の保持手段等を従動させれば良い。なお、偏心カムと保持手段との駆動伝達は、両者を滑り接触させて直接的に行っても良いし、アームやロッド等を介して間接的に行っても良い。このとき、ばねやゴム等の弾性体によって試験片やその保持手段を付勢しておけば、試験片を容易に復帰動させることができる。また、試験片の一方を固定して他方を駆動すれば十分であるが、両者を駆動しても良い。

このような荷重印加手段の一例として、第１試験片および第２試験片の少なくとも一方を振動させて、第１接触部と第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がある。但し、荷重印加手段は、試験片を往復動等させることが目的ではなく、第１試験面と第２試験面との間に接触面圧を印加することが目的である。従って、荷重印加手段は、継続的に接触する試験片の少なくとも一方に、油圧や空圧によって変動圧力を印加できるものでも良い。

荷重印加手段は、荷重の程度やその速度（荷重を印加する周波数）等を容易に可変できるものであると好ましい。荷重の程度は、駆動機構部に使用する弾性体の弾性定数（例えば、ばね定数）や試験片間の相対変位量等を変更して調整できる。その速度も、モータの回転速度等を変更することで容易に調整できる。荷重印加手段は、駆動機構部のみならず、これらの調整を容易に行えるような調整部（制御部）を備えると好適である。なお、印加される荷重は、駆動機構部の慣性や運転速度等も影響し得るので、これらをも考慮して印加荷重が設定されると好ましい。例えば、印加荷重と装置の運転状態との相関を予めマッピングしておけば良い。

（３）接触安定化手段
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。

この接触安定化手段は、例えば、試験片またはその保持手段の可動範囲を規制する規制手段であったり、それらの動きを案内（ガイド）する案内手段である。例えば、第１試験面が平面で第２試験面が球面であり両者が点状接触する場合、第２試験片を第１試験面に対してほぼ垂直に動くように規制またはガイドすれば良い。また、第１試験面が平面で第２試験面が円弧曲面であり両者が線状接触する場合、第２試験片を第１試験面に対してほぼ垂直に可動とすると共に片当たりを抑止するために少なくとも接触線方向に柔軟性を付与するのが良い。言い換えるなら、第２試験片を第１試験面に対してほぼ垂直に可動させ、かつその接触線方向に揺動させるようにすれば良い。具体的には、例えば、第１保持手段または第２保持手段の一方を弾性体で支持して、柔軟性を持たせることで容易に安定した線状の接触痕が得られる。ここでは便宜上、第２試験片が可動な場合について説明したがこれには限らない。要するに、両試験面が相対移動すれば足る。
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。

（４）温度制御手段および雰囲気制御手段
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。

そこで、本発明の凝着摩耗試験装置は、さらに、第１接触部および第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と好適である。また、少なくとも第１接触部または第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と好適である。

温度制御手段は、試験片の接触部の温度調整を行えるものであれば足るが、便宜上、例えば、一方の試験片や保持手段にヒータ等の加熱源を設けて接触部を昇温しても良い。このとき、試験片等の温度を設定温度に積極的に維持できる制御部を有するのが好ましい。

雰囲気制御手段は、試験片の接触部の雰囲気を調整できるものであれば足るが、便宜上、例えば、凝着摩耗試験装置全体をチャンバで囲繞等して雰囲気を変更すれば良い。もちろん、接触部周囲のみを囲繞するのみでも良い。このような雰囲気として、例えば、真空雰囲気、酸素雰囲気、大気雰囲気、窒素雰囲気、不活性ガス雰囲気等があり、凝着摩耗試験の目的等に応じて適宜選択されれば良い。
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。

（５）凝着摩耗試験装置
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、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。

前述した本発明の凝着摩耗試験装置と対比すると、第１保持手段がテーブル、第２保持手段をホルダ、荷重印加手段を加振機、接触安定化手段を接触安定器としたものである。上記加振機の具体例をいえば、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で構成される。また、上記接触安定器は、例えば、ホルダを揺動可能に支持する弾性体とで構成される。この加振源とロッドと弾性体とにより、第１試験面と第２試験面とは、所定の接触面圧を付与されつつ、ほぼ同一部位で安定的に繰返し接触する。特に、そのロッドの先端部が、ホルダの揺動中心近傍を点状に押圧していると、ロッドの傾き等が直接的に第２試験片やそのホルダに伝達されず、第２試験片やそのホルダは一方向のみへ駆動され易くなる。そして、第２試験片に生じる偏りは僅かとなり、上記弾性体によって十分に吸収される程度となる。従って、第１試験面と第２試験面とは、一層安定して毎回同じ位置で接触を繰り返すようになる。

この凝着摩耗試験装置の場合も、前述したように、第１試験片および第２試験片の少なくとも一方を加熱するヒータ等を備えると好適である。また、少なくとも第１試験片および第２試験片を囲繞して第１試験面および第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と好適である。

（６）用途
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。

実施例を挙げて、本発明をより具体的に説明する。
（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。

第１試験片１０は円板状をしており、第２試験片２０は断面「ひ」の字型をしており、下側が半円柱状となっている。従って、第１試験面１０ａは円状であり、第２試験面２０ａは断面円弧状の円弧曲面（凸曲面）となっている。そして、第１試験面１０ａと第２試験面２０ａとは対峙して配設されており、それらの接触する部分がそれぞれ第１接触部および第２接触部となる。

加振源３０は、図示しないモータによって駆動された偏心カムからなり、偏心カムの回転に同期してフォロア３１が上下動する。このフォロア３１の上下動がコイルばね３４を介してロッド３３に伝達され、ロッド３３は鋼球３５を介して第２試験片２０の上面中央（揺動中心）を下方に押動する。この第２試験片２０はホルダ２１に保持されており、ホルダ２１は板ばね２２を介して弾性保持されている。このため、第２試験片２０は、単に下方へ移動するのみならず、ある程度の範囲で揺動し得る。この様子を図２に模式的に示した。図２には、便宜上、第２試験片２０の下側曲面部分のみを示してある。図２に示した直線Ｔは、第１試験面１０ａと第２試験面２０ａとの接触痕である。第２試験面２０ａの長手方向と同じ長さの接触痕Ｔが形成されるのは、第２試験片２０が板ばね２２によって揺動可能に保持されており、両者間の片当たりが抑止さているためである。

本実施例の凝着摩耗試験装置１００では、加振源３０とフォロア３１とロッド３３が本発明でいう荷重印加手段、加振手段または加振機に相当する。板ばね２２と鋼球３５とが本発明でいう接触安定化手段または接触安定器に相当する。

（凝着摩耗試験）
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。

第１試験片１０はエンジンバルブに使用される耐熱鋼（Ｆｅ−２１％Ｃｒ−４％Ｎｉ−９％Ｍｎ−０．４％Ｃ−０．４％Ｎ、単位は質量％で以下同様）からなる。その形状は、φ３０ｘ７ｍｍの円板状とした。第２試験片２０はバルブシートに使用される２種の材料（Ａ材、Ｂ材）から溶製したものである。Ａ材はＣｕ−１６％Ｎｉ−２．８％Ｓｉ−８％Ｍｏ−５％Ｆｅ−１．５％Ｃｒ−７％Ｃｏ−０．０８％Ｃであり、Ｂ材はＣｕ−１７％Ｎｉ−２．９％Ｓｉ−８．５％Ｍｏ−８％Ｆｅ−１．２％Ｎｂ−０．１％Ｃｏ−０．１％Ｃである。いずれの場合も、第２試験面２０ａの曲率半径を１５ｍｍとし、軸方向の長さを６ｍｍとした。

これらの試験片を凝着摩耗試験装置１００に取付け、次の条件で凝着摩耗試験を行った。チャンバ内の雰囲気は、雰囲気制御装置６０により、０．８体積％の酸素を含む窒素ガスに制御した。この雰囲気温度は室温とした。第１試験片１０の温度は、電気ヒータ４１および温度制御装置４０により６００℃にした。第１試験片１０と第２試験片２０との間に作用する荷重は５ｋｇｆとした。この荷重調整は、コイルばね３４のばね定数に基づいてフォロア３１の変位量を調整することにより行った。荷重の変動速度は１０００回／ｍｉｎとした。試験時間は２時間とした。こうして、第１試験片１０と第２試験片２０には、直線状の接触痕Ｔが形成された。接触痕Ｔのサイズは約０．５ｘ６ｍｍであり、これは、両試験片が同一箇所で繰返し接触してできたものである（以上、接触工程）。

この凝着摩耗試験により得られた２種の第２試験片２０について摩耗量を測定した。摩耗量は、寸法変化率（タペット変化率）と重量変化率の両方から求めた（観測工程）。この結果を図３に示す。各比率はＡ材の摩耗量を１として表示した。なお、図３には、比較参考データとして、ガソリンエンジンによる実機耐久試験を行ったものをも併せて示した。この実機耐久試験は、排気量１８００ｃｃのガソリンエンジンを用いて、６６００ｒｐｍで１８０時間行ったものである。両データを比較すると明らかなように、本実施例の凝着摩耗試験装置１００を用いたときに得られた結果と実機耐久試験により得られた結果とは非常に類似した傾向を示すことが確認された。従って、本発明の凝着摩耗試験装置は、例えば、エンジンバルブやバルブシート等の耐摩耗性の評価を行う上際に、非常に簡便であるのみならずそれによって得られたデータの信頼性も高いことが解った。

本発明の一実施例である凝着摩耗試験装置を示す要部の半断面図である。 第１試験片と第２試験片との可動形態およぼ接触状態を示す斜視図である。 その凝着摩耗試験装置を用いたときの凝着摩耗試験の結果と実機耐久試験との結果とを２種の材料について対比したグラフである。

符号の説明

１０ 第１試験片
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 (17)

1. 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。
2. 前記第１試験面は平面であり、前記第２試験面は凸曲面である請求項１に記載の凝着摩耗試験装置。
3. 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２に記載の凝着摩耗試験装置。
4. 前記第２試験面の曲率半径は、２〜５０ｍｍである請求項３に記載の凝着摩耗試験装置。
5. 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または３に記載の凝着摩耗試験装置。
6. 前記線状接触は、直線状接触である請求項５に記載の凝着摩耗試験装置。
7. 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、５または６のいずれかに記載の凝着摩耗試験装置。
8. 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。
9. 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。
10. 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。
11. 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、
    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。
12. 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試験面とは点状接触または線状接触する請求項１１に記載の凝着摩耗試験装置。
13. 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１１に記載の凝着摩耗試験装置。
14. 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１３に記載の凝着摩耗試験装置。
15. 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１１に記載の凝着摩耗試験装置。
16. 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１１に記載の凝着摩耗試験装置。
17. 第１試験片の第１試験面と第２試験片の第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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