(57)【要約】【課題】少ないサンプル量で正確に摩耗試験を行うことができる長寿命な摩耗試験機およびそれを用いる摩耗試験方法を提供することである。【解決手段】試験片２０に対して所定の負荷荷重を与え、所定の回転数で回転駆動される円盤状の負荷ロール１と、この負荷ロール１の外周面１ａにバフ固定手段にて固定され、負荷ロール１の外周面１ａに対して下方に固定配置される試験片２０に接触するバフ２と、少なくともバフ２と試験片２０との接触部２２が浸漬するように試験スラリー２１を収容する試験スラリー収容容器３と、試験スラリー２１を循環させる試験スラリー循環手段４とを備えた摩耗試験機１０およびそれを用いる摩耗試験方法である。【選択図】図１
2008232755.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試験片に対して所定の負荷荷重を与え、所定の回転数で回転駆動される円盤状の負荷ロールと、
この負荷ロールの外周面にバフ固定手段にて固定され、負荷ロールの外周面に対して下方に固定配置される試験片に接触するバフと、
少なくとも前記バフと試験片との接触部が浸漬するように試験スラリーを収容する試験スラリー収容容器と、
前記試験スラリーを循環させる試験スラリー循環手段とを備えたことを特徴とする摩耗試験機。
【請求項２】
前記負荷荷重が５〜５０ｋｇｆである請求項１記載の摩耗試験機。
【請求項３】
前記回転数が４０〜２４０ｒｐｍである請求項１または２記載の摩耗試験機。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の摩耗試験機を用いて試験片の摩耗試験を行う方法であって、
試験片を円盤状の負荷ロールの外周面に対して下方に固定配置する工程と、
この試験片に、負荷ロールの外周面にバフ固定手段にて固定されているバフを接触させる工程と、
前記試験片にバフを接触させた後、前記負荷ロールを所定の負荷荷重で試験片に押し付ける工程と、
少なくともバフと試験片との接触部を浸漬するように試験スラリーを試験スラリー収容容器に収容する工程と、
前記試験スラリーを試験スラリー循環手段にて循環させる工程と、
ついで前記負荷ロールを所定の回転数で回転駆動させる工程とを含むことを特徴とする摩耗試験方法。
【請求項５】
前記負荷ロールを所定の負荷荷重で試験片に押し付ける工程が、前記試験片を所定の負荷荷重で負荷ロールに押し付ける工程である請求項４記載の摩耗試験方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試験片に対して粉体が及ぼす摩耗を測定する摩耗試験機および摩耗試験方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
粉体が高速で接触通過する、或いは衝突するような機械装置、例えば噴霧乾燥に用いるアトマイザーホイール等では、用いる粉体に対して装置構成材料が十分な耐摩耗性を有するか否かの判断が要求される。この場合、通常は予め粉体に対する装置構成材料の耐摩耗試験を行い、適用可否、さらには適用可能な材質選定を行う必要がある。
【０００３】
従来の摩耗試験方法としては、例えば円板式、平板式等の材料と材料の間に粉体が入り摩擦する方法；固着粒子式、自由粒子式等の材料と粉体が接触し摩擦する方法；ミル式、回転式等の粉体の中で材料が運動する方法；粉体衝突式、材料衝突式等の衝突する方法等が挙げられる（例えば、非特許文献１参照）。
しかしながら、このような従来の摩耗試験方法では、試験に要するサンプル量が多い、摩耗試験機自体が摩耗損傷しやすい等の問題がある。
【０００４】
【非特許文献１】橋本建次、「粉粒体の耐摩耗設計」、粉体と工業社、1987年、ｐ158-163
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、少ないサンプル量で正確に摩耗試験を行うことができる長寿命な摩耗試験機およびそれを用いる摩耗試験方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、以下の構成からなる解決手段を見出し、本発明を完成するに至った。
（１）試験片に対して所定の負荷荷重を与え、所定の回転数で回転駆動される円盤状の負荷ロールと、この負荷ロールの外周面にバフ固定手段にて固定され、負荷ロールの外周面に対して下方に固定配置される試験片に接触するバフと、少なくとも前記バフと試験片との接触部が浸漬するように試験スラリーを収容する試験スラリー収容容器と、前記試験スラリーを循環させる試験スラリー循環手段とを備えたことを特徴とする摩耗試験機。
（２）前記負荷荷重が５〜５０ｋｇｆである前記（１）記載の摩耗試験機。
（３）前記回転数が４０〜２４０ｒｐｍである前記（１）または（２）記載の摩耗試験機。
【０００７】
（４）前記（１）〜（３）のいずれかに記載の摩耗試験機を用いて試験片の摩耗試験を行う方法であって、試験片を円盤状の負荷ロールの外周面に対して下方に固定配置する工程と、この試験片に、負荷ロールの外周面にバフ固定手段にて固定されているバフを接触させる工程と、前記試験片にバフを接触させた後、前記負荷ロールを所定の負荷荷重で試験片に押し付ける工程と、少なくともバフと試験片との接触部を浸漬するように試験スラリーを試験スラリー収容容器に収容する工程と、前記試験スラリーを試験スラリー循環手段にて循環させる工程と、ついで前記負荷ロールを所定の回転数で回転駆動させる工程とを含むことを特徴とする摩耗試験方法。
（５）前記負荷ロールを所定の負荷荷重で試験片に押し付ける工程が、前記試験片を所定の負荷荷重で負荷ロールに押し付ける工程である前記（４）記載の摩耗試験方法。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、試験片に対して粉体が及ぼす摩耗について、少ないサンプル量で正確に摩耗試験を行うことができ、かつ摩耗試験機自体が長寿命であるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明にかかる摩耗試験機およびそれを用いる摩耗試験方法の一実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は、本実施形態にかかる摩耗試験機の側面を示す概略側面図である。図２は、本実施形態にかかる摩耗試験機の正面を示す概略正面図である。図３は、本実施形態にかかるバフを示す破断平面図である。図４（ａ），（ｂ），（ｃ）は、本実施形態にかかるバフ固定治具を示す概略説明図である。図５（ａ）は、本実施形態にかかる試験片固定治具を示す概略平面図であり、図５（ｂ）は、その概略側面図である。
【００１０】
図１および図２に示すように、本実施形態にかかる摩耗試験機１０は、負荷ロール１と、この負荷ロール１の外周面１ａにバフ固定手段にて固定されるバフ２と、試験スラリー２１を所定量で収容する試験スラリー収容容器３と、試験スラリー２１を循環する試験スラリー循環手段４とを備えている。
【００１１】
負荷ロール１は、例えばステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）等の金属からなり、試験片２０に対して所定の負荷荷重を与えるものである。前記負荷荷重としては、通常、５〜５０ｋｇｆ、好ましくは５〜１５ｋｇｆであるのがよい。これにより、正確な摩耗試験結果を得ることができる。これに対し、前記負荷荷重が５ｋｇｆより小さいと、試験時間が長くなるおそれがあり、５０ｋｇｆより大きいと、得られる試験結果の正確性が低下するおそれがあるので好ましくない。
【００１２】
また、負荷ロール１は所定の回転数で回転駆動される。すなわち、本実施形態にかかる負荷ロール１は軸５ａ，５ｂによって回転自在に支持されており、軸５ａ，５ｂは図示しない駆動モータによって回転駆動されるように構成されている。したがって、前記駆動モータにて軸５ａ，５ｂが回転駆動されると、これに伴い負荷ロール１も所定の回転数で矢印Ａ方向に回転駆動される。前記回転数としては、例えば４０〜２４０ｒｐｍ、好ましくは５０〜７０ｒｐｍであるのがよい。これにより、正確な摩耗試験結果を得ることができる。これに対し、前記回転速度が４０ｒｐｍより遅いと、試験時間が長くなるおそれがあり、２４０ｒｐｍより速いと、得られる試験結果の正確性が低下するおそれがあるので好ましくない。
【００１３】
負荷ロール１は円盤状であり、その具体的な形状としては、直径が４０〜１２０ｍｍ、好ましくは５０〜７０ｍｍ、外周面１ａの幅が５〜３０ｍｍ、好ましくは５〜１５ｍｍ程度であるのがよい。これにより、少ないサンプル量で摩耗試験を行うことができる。なお、負荷ロール１の形状は例示した前記数値範囲に限定されるものではない。
【００１４】
バフ２は、負荷ロール１の外周面１ａに対して下方に固定配置される試験片２０に接触するものであり、負荷ロール１と試験片２０とが直接接することを避け、さらに試験スラリー２１に含有されている固形物（摩耗粒子）を保持するためのものである。したがって、バフ２としてはその表面に凹凸を有するものが好ましく、具体的には、例えば織布、不織布、フェルト、スエード等が挙げられる。
【００１５】
また、バフ２の厚さとしては、０．５〜５ｍｍ、好ましくは０．５〜２ｍｍであるのがよい。これにより、正確な摩耗試験結果を得ることができる。これに対し、前記厚さが０．５ｍｍより小さいと、摩耗試験中にバフが早期に消失して得られる試験結果の正確性が低下するおそれがあり、５ｍｍより大きいと、必要以上に厚さを付与することになるので好ましくない。
【００１６】
バフ２を負荷ロール１の外周面１ａに固定するためのバフ固定手段には、負荷ロール１が回転駆動した際に試験片２０との摩擦力によってバフ２が固定位置からずれない程度の固定力でバフ２を外周面１ａに固定できることが要求される。本実施形態にかかるバフ固定手段は、複数のボルト６ａ，ナット６ｂと、一対の固定リング６ｃ，６ｃとから構成されるボルトナット式のバフ固定治具６である。このバフ固定治具６によるバフ２の固定は以下のようにして行われる。
【００１７】
すなわち、まず、バフ２を、図３に示すように、その両側縁部が櫛歯状となるように切断加工し、バフ２の両側縁部に複数の保持部２ａを設ける。ちなみに、領域２ｂは、負荷ロール１の外周面１ａに接する領域である。
【００１８】
ついで、図４（ａ）に示すように、このバフ２を負荷ロール１の外周面１ａに巻き付ける。このとき、バフ２の両側縁部および複数の保持部２ａが、負荷ロール１の側面１ｂに当接するようにする。
【００１９】
ついで、図４（ｂ），（ｃ）に示すように、バフ２の両側縁部および複数の保持部２ａを負荷ロール１の側面１ｂに固定リング６ｃで押さえた後、負荷ロール１の側面１ｂに設けられた複数の貫通穴１ｃにボルト６ａをそれぞれ挿通し、各ボルト６ａの先端側をナット６ｂに螺合し、ボルト６ａ，ナット６ｂを締め付けて、バフ２を負荷ロール１の外周面１ａに固定する。なお、本発明にかかるバフ固定手段は、これに限定されるものではなく、例えば前記した固定力を有するような他のバフ固定治具、両面テープ等を用いてもよく、該両面テープとしては、市販のものが採用可能である。
【００２０】
試験スラリー収容容器（以下、「収容容器」と言う。）３は、少なくともバフ２と試験片２０との接触部（摩耗試験部）２２が浸漬するように試験スラリー２１を収容する。具体的には、確実に摩耗試験を行う上で、接触部２２を０．３〜５ｃｍ浸漬するように試験スラリー２１を収容するのがよい。また、収容容器３は、試験スラリー２１の温度を一定に維持する上で、所定の温度制御装置を備えた恒温槽であってもよい。
【００２１】
試験スラリー２１を循環する試験スラリー循環手段（以下、「循環手段」と言う。）４は、定量ポンプ４ａと、循環ライン４ｂとで構成されている。すなわち循環手段４は、循環ライン４ｂの一端側が収容容器３の一端側底部に接続され、定量ポンプ４ａを介して循環ライン４ｂの他端側が収容容器３の他端側上部に取り付けられている。これにより、収容容器３に収容されている試験スラリー２１は、循環手段４にて矢印Ｂ方向に循環されるので、試験スラリー２１に含有されている固形物が沈降するのを抑制することができ、よって正確な摩耗試験結果を得ることができる。なお、循環方向は矢印Ｂ方向に限定されるものではなく、矢印Ｂ方向と逆方向であってもよい。また、循環手段４の構成についても、前記した構成に限定されるものではない。
【００２２】
循環手段４による試験スラリー２１の循環は、試験スラリー２１の流量が１０〜１００ｍｌ／分、好ましくは２０〜４０ｍｌ／分となるように行うのが好ましい。これにより、試験スラリー２１に含有されている固形物が沈降するのを抑制することができる。これに対し、前記流量が１０ｍｌ／分より少ないと、前記固形物が沈降するおそれがあり、１００ｍｌ／分より多いと、必要以上に試験スラリー２１を循環させることになるので好ましくない。
【００２３】
本実施形態にかかる試験片２０は平板状であり、再生スラリーによる影響を評価する必要がある評価対象から直接採取すればよく、特に限定されるものではないが、例えば炭化ケイ素（ＳｉＣ）、（耐摩耗）コバルト合金（ステライト）等の耐摩耗用材料が挙げられる。また、試験片２０の具体的な形状としては、長さが１０〜１００ｍｍ、好ましくは２０〜３０ｍｍ、幅が１０〜１００ｍｍ、好ましくは２０〜３０ｍｍ、厚さが５〜３０ｍｍ、好ましくは５〜１０ｍｍ程度であるのがよい。これにより、少ないサンプル量で摩耗試験を行うことができる。なお、試験片２０の形状は例示した前記数値範囲に限定されるものではない。また、本発明にかかる試験片は、平板状に限定されるものではない。
【００２４】
試験スラリー２１としては、試験片２０と同様の理由から、評価対象から直接採取すればよく、特に限定されるものではないが、効率よく摩耗試験を実施する上で、例えば液体を７０〜９０重量％、固体（固形物・固形分）を３０〜１０重量％程度に調製したものを用いるのが好ましい。これにより、少ないサンプル量（固体量）でも効率よく摩耗試験を行うことができる。本摩耗試験機に用いる液体としては、固体がバフ表面に比較的均一に把持されるよう分散・供給し得るものであればよく、特に制限されないが、通常は水が使用される。また、摩耗試験を行う固体が、実際の装置適用時にスラリー状態で用いられる場合には、同じ液体を用いてもよい。
【００２５】
次に、前記した摩耗試験機１０を用いて試験片２０の摩耗試験を行う方法の一実施形態について説明する。
まず、試験片２０を負荷ロール１の外周面１ａに対して下方の収容容器３内に固定配置する。具体的には、負荷ロール１が回転駆動した際のバフ２との摩擦力によって試験片２０が配置位置からずれない程度の固定力で試験片２０を固定配置する必要があり、例えば前記した固定力を有するような両面テープ、固定治具等を用いる方法が挙げられる。
【００２６】
前記両面テープとしては、市販のものが採用可能である。また、前記固定治具の具体例としては、例えば図５（ａ），（ｂ）に示すはめ込み式の試験片固定治具７が挙げられる。この試験片固定治具７は、中央部に負荷ロール１の一部を挿入可能な凹部７ａが設けられ、この凹部７ａの中央部にさらに試験片２０をはめ込むことができる凹部７ｂが設けられている。また、試験片固定治具７の各隅部には、貫通穴７ｃがそれぞれ設けられている。貫通穴７ｃは、試験片固定治具７を収容容器３内に固定する固定ネジを挿通するためのものである。そして、凹部７ｂに試験片２０をはめ込んだ後、各貫通穴７ｃに固定ネジをそれぞれ挿通し、各固定ネジの先端側を収容容器３内に形成されたネジ穴（不図示）に螺合して、試験片２０を、試験片固定治具７を介して負荷ロール１の外周面１ａに対して下方の収容容器３内に固定配置する。なお、本発明にかかる試験片を固定するための固定治具は、これに限定されるものではなく、例えば前記した固定力を有するような他の固定治具を用いてもよい。
【００２７】
上記のようにして固定配置した試験片２０に、負荷ロール１の外周面１ａにバフ固定手段であるバフ固定治具６にて固定されているバフ２を接触させた後、負荷ロール１を所定の負荷荷重で試験片２０に押し付ける。押し付け方法としては、例えば負荷ロール１に所定の昇降手段を設ける方法等が挙げられる。なお、試験片２０を所定の負荷荷重で負荷ロール１に押し付けてもよい。
【００２８】
ついで、少なくともバフ２と試験片２０との接触部２２を浸漬するように試験スラリー２１を収容容器３に収容した後、収容容器３に収容された試験スラリー２１を循環手段４にて循環させる。
【００２９】
上記のような状態にした後、負荷ロール１を所定の回転数で回転駆動させて摩耗試験を行う。そして、所定時間経過後の試験片２０の状態（摩耗深さ・摩耗断面積・試験前後における試験片２０の重量変化等）を測定して、試験スラリー２１が設備（試験片２０）に及ぼす影響について評価を行えばよい。
【００３０】
このように、本実施形態にかかる摩耗試験方法では、摩耗試験機１０を用いることで、少ないサンプル（試験片２０，試験スラリー２１）量で正確に摩耗試験を行うことができる。また、評価対象である固形物を粉体として使用するのではなく、スラリーとして使用し、供給するスラリー流速も小さいので、摩耗試験機自体が摩耗損傷するのを抑制することができ、よって長期にわたり正確な摩耗試験を行うことができる。
【００３１】
以下、実施例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明は以下の実施例のみに限定されるものではない。なお、以下の実施例で使用した材料は次の通りである。
【００３２】
＜試験片２０＞
・炭化ケイ素（ＳｉＣ）：東芝セラミックス（株）製の「ＣＥＲＡＳＩＣ−５」
・ステライト（耐摩耗コバルト合金）：三菱マテリアル（株）製の「ステライト＃６」
・試験片の寸法：炭化ケイ素およびステライトを、いずれも長さ２５ｍｍ・幅２５ｍｍ・厚さ５ｍｍの平板状に加工したものを用いた。
【００３３】
＜試験スラリー２１＞
試験スラリー２１として水81重量％と、金属酸化物を粉砕してなる粉粒体19重量％（モリブデン10重量％、リン0.3重量％、バナジウム0.2重量％、セシウム1.5重量％、銅0.2重量％、アンチモン0.5重量、セラミックフアイバー0.9重量％等）とを攪拌混合したスラリーを用いた。
【００３４】
＜負荷ロール１＞
・寸法：直径６０ｍｍ・外周面１ａの幅１０ｍｍの円盤状のものを用いた。
・負荷荷重：１０ｋｇｆ
・回転数：６０ｒｐｍ
【００３５】
＜バフ２＞
・組成：スエード（リファインテック（株）製の「スエード・クロス」） 
・厚さ：１ｍｍ
【実施例】
【００３６】
図１および図２に示す摩耗試験機１０を用いて摩耗試験を行った。具体的には、まず、試験片２０を負荷ロール１の外周面１ａに対して下方の収容容器３内に固定配置した。なお、試験片２０の固定には、図５に示すはめ込み式の試験片固定治具７を用いた。
【００３７】
ついで、固定配置した試験片２０に、負荷ロール１の外周面１ａにバフ固定手段であるバフ固定治具６にて固定したバフ２を接触させた後、負荷ロール１を１０ｋｇｆの負荷荷重で試験片２０に押し付けた。
【００３８】
ついで、少なくともバフ２と試験片２０との接触部２２を浸漬するように試験スラリー２１を収容容器３に収容した後、収容容器３に収容された試験スラリー２１を循環手段４にて循環させた。より具体的には、接触部２２を５ｍｍ浸漬するように試験スラリー２１を収容し、循環手段４による試験スラリー２１の循環は、試験スラリー２１の流量が３０ｍｌ／分となるように行った。
【００３９】
上記のような状態にした後、負荷ロール１を６０ｒｐｍの回転数で回転駆動させて摩耗試験を行った。摩耗試験の条件を以下に示すと共に、その結果を表１示す。なお、負荷ロール１（バフ２）と接していた試験片２０の幅は、約１０ｍｍであった。
【００４０】
＜摩耗試験の条件＞
８時間試験をした後（すなわち負荷ロール１が２８，８００回転した後）に１回目の評価を行った。ついで、新しいバフ２と新しい試験スラリー２１に交換して、さらに８時間試験をした後（すなわち負荷ロール１が合計５７，６００回転した後）に２回目の評価を行った。１回目および２回目における前記評価としては、試験片２０の形状測定（摩耗深さ・摩耗断面積）を行った。
【００４１】
なお、前記形状測定には、（株）東京精密社製の「コンターレコーダー1600Ｄ」を用いた。また、形状測定は試験片２０における試験部位の中央について行ない、結果を表１に示した。２回目の評価における試験片２０の形状測定は、合計１６時間試験をした後の試験片２０の形状を測定していることになる。さらに、１回目、２回目の各評価の際には、摩耗試験機１０に摩耗損傷が発生しているか否かを目視評価した。
【００４２】
【表１】
2008232755.tif 000003
【００４３】
表１から明らかなように、試験スラリー２１に対し、炭化ケイ素は耐摩耗性を有するが、ステライトでは摩耗損傷が大きく、よってステライトは装置材料としては不向きであることがわかる。以上の結果から、摩耗試験機１０を用いることで、少ないサンプル（試験片２０，試験スラリー２１）量で正確に摩耗試験を行うことができ、かつ摩耗試験機自体が摩耗損傷するのを抑制できるのがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の一実施形態にかかる摩耗試験機の側面を示す概略側面図である。
【図２】本発明の一実施形態にかかる摩耗試験機の正面を示す概略正面図である。
【図３】本発明の一実施形態にかかるバフを示す破断平面図である。
【図４】（ａ），（ｂ），（ｃ）は、本発明の一実施形態にかかるバフ固定治具を示す概略説明図である。
【図５】（ａ）は、本発明の一実施形態にかかる試験片固定治具を示す概略平面図であり、（ｂ）は、その概略側面図である。
【符号の説明】
【００４５】
１  負荷ロール
１ａ  外周面
１ｂ  側面
１ｃ，７ｃ  貫通穴
２  バフ
２ａ  保持部
３  試験スラリー収容容器
４  試験スラリー循環手段
４ａ  定量ポンプ
４ｂ  循環ライン
５ａ，５ｂ  軸
６  バフ固定治具
６ａ  ボルト
６ｂ  ナット
６ｃ  固定リング
７  試験片固定治具
７ａ，７ｂ  凹部
１０  摩耗試験機
２０  試験片
２１  試験スラリー
２２  接触部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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