JP2012202811A - ゴム材料等の摩耗試験方法及びこれに用いる摩耗試験装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 実際に使用される場合の現象に近い状態で評価することができるゴム材料の摩耗試験方法と装置を提供する。
【解決手段】
回転体に取り付けたゴム材料の試験片を摩耗材によって摩耗させ、摩耗させた試験片に向かってエアーを噴射して摩耗屑を除去し、再度摩耗材により摩耗させることを繰り返した後、試験片の摩耗量を測定することを特徴とする。回転体には複数の試験片を取り付け、前記複数の試験片を一種の摩耗材により摩耗させることができる。また、摩耗材による摩耗は、粉状物を試験片の表面に噴射させて行うことができる。
【選択図】 図１

Description

この発明は、各種のゴム製品、熱可塑性エラストマー製品、プラスチック製品に用いられるゴム、熱可塑性エラストマー、プラスチック（以下「ゴム材料」という。）の摩耗試験方法及びこれに用いる摩耗試験装置に関するものである。

一般に、ゴム材料の摩耗試験に関しては種々の方法があり、ＪＩＳに規格化されている。一般には試験片と摩耗材（布、紙、金属等）のどちらか一方、又は双方を移動させることで試験片の摩耗量を重量や厚さの変化で表わすものである。

例えば、摩耗布を巻き付けた回転ドラム又は回転円盤の摩耗面に試験片を一定の力で押し付け摩耗させ、試験片の摩耗量を測定する試験方法が、ＤＩＮ摩耗試験法として広く利用されている。これらの試験方法は、ゴム材料の試験方法としてＩＳＯ規格、ＪＩＳ規格にも取り入れられている。

また、コンベアベルト用ゴム材料の摩耗試験方法として、試験片に向かって所要時間だけ粒状物を噴射し、粒状物の噴射によって減少した試験片の重量に基づいて耐久性を評価する方法が知られている。このような試験方法が、特開２００８−２２４５１０号公報に記載されている。

特開２００８−２２４５１０号公報

ところで、上記回転ドラム又は回転円盤の摩耗面に試験片を押し付ける試験方法では、一度試験片と接触した摩耗材が繰り返して接触することになるため、摩耗で生じた摩耗屑が摩耗材にそのまま付着し、摩耗材の機能を低減させる。機能の低減した摩耗材では摩耗量の測定に影響を与え、測定結果にバラツキが生じるという問題がある。

また、上記特許文献１に記載の試験方法では、固定したゴム材料からなる試験片に向かって所定時間だけ粒状物を噴射するので、数種の試験片を評価するには時間がかかるという問題がある。時間を短縮するために粒状物の噴射圧を上げたり噴射量を増やすと、試験片に発熱が生じて他の試験片の試験環境と異なってしまうことになる。また、試験片の硬さ、粉状物の大きさや噴射圧等の条件によっては、粉状物の一部が試験片に付着した状態で残っているおそれがある。残っている粉状物の上に連続して噴射しても摩耗の評価としては実際と整合しないことになる。

この発明はかかる現況に鑑みてなされたもので、ゴム材料の摩耗試験を行う場合には、試験結果が実際に使用される場合の現象に近い状態でシミュレートすることが重要である。この発明は、試験片に向かって粉状物を噴射する等して摩耗させるとともに、試験片にエアーを吹き付けて表面の粉状物や摩耗屑を除去した後、再度試験片に向かって粉状物を噴射する等して摩耗させるようにしたゴム材料の摩耗試験方法とこれに用いる試験装置を提供するものである。

また、上記目的を達成するために次のような構成とした。即ち、この発明に係るゴム材料の摩耗試験方法は、回転体の水平な面に取り付けたゴム材料の試験片を摩耗材によって摩耗させ、摩耗させた試験片に向かってエアーを噴射して摩耗屑を除去し、再度摩耗材により摩耗とエアーの吹き付けを繰り返した後、試験片の摩耗量を測定することを特徴とする。回転体の水平な面には複数の試験片を取り付け、前記複数の試験片を一種の摩耗材により摩耗させるようにすることができる。また、摩耗材には粉状物を用い、この粉状物を試験片の表面に向かって噴射することにより試験片の表面を摩耗させることができる。

この発明に係るゴム材料の摩耗試験装置は、上記目的を達成するために次のような構成とした。即ち、ゴム材料の試験片を取り付ける水平な面を有する回転体と、前記回転体を駆動する駆動装置と、回転体の水平な面に取り付けた試験片表面を摩耗させる摩耗材と、試験片表面の摩耗屑を除去するためのエアーガンとを備えていることを特徴とする。前記回転体の水平面は複数の試験片を取り付けられるように形成することが好ましい。また、試験片表面を摩耗させる摩耗材として粉状物を用い、この粉状物を噴射ガンから試験片の表面に向かって噴射させる構成とすることができる。

この発明によれば、摩耗材は摩耗屑のない新たな面を摩耗させることになるので、実際に使用される場合の現象に近い環境で試験することができる。また、複数の試験片を同時に同一環境の下で試験することができるから、試験結果のバラツキを押えることができる。

この発明の第１実施形態を示す摩耗試験装置の構成を示す概略斜視図である。 第２実施形態を示す摩耗試験装置の構成を示す概略斜視図である。

以下に、本願に係る摩耗試験装置を図面に基づいて説明する。図１は、第１実施形態における摩耗試験装置を示す。試験装置１Ａは、ゴム材料の試験片を取り付ける回転体である回転ドラム１と、前記回転ドラム１を載置する架台２と、前記回転ドラム１を回転駆動する駆動装置３と、試験片に向かって摩耗材である粉状物と摩耗された試験片の表面に向かってエアーを噴射する噴射装置４とからなる。

前記回転ドラム１は、中空の円筒体であり、一方の側面にゴム材料である試験片を取り付ける水平な面を有する取付板１１が設けられている。試験片取付板１１には、同時に異種又は同種の複数の試験片が取り付けられるように構成されており、回転ドラム１と一体に回転する。試験片取付板１１に複数の試験片を同時に取り付けられるようにすることによって、異種又は同種の試験片の同一環境下での摩耗試験が可能となる。

前記架台２は、４本の支柱２１の上端部に回転ドラム１を載置する２本の回転可能なローラー２２が平行に配設されており、いずれか一方のローラー２２にプーリー２３が取り付けられている。プーリー２３が回転することによってプーリー２３が取り付けられているローラー２２も一体に回転し、ローラー２２が回転することによって載置した回転ドラム１も回転する。

従って、プーリー２３が取り付けられたローラー２２とプーリー２３が取り付けられていないローラー２２とは回転ドラム１を介して同一方向に回転することになる。２本の平行なローラー２２の間隔は、回転ドラム１を安定した状態で載置できればよく、回転ドラム１の大きさによって決定すればよい。

上記駆動装置３は、支持台３１の上に設置されたモーター３２を有し、前記モーター３２の回転軸３３に固定されたプーリー３４にベルト３５が巻回されるように構成されている。ベルト３５は前記プーリー３４とローラー２２のプーリー２３との間に巻回されている。従って、モーター３２が作動するとプーリー３４が回転し、ベルト３５を介してプーリー２３とともにローラー２２が回転し、同時に回転ドラム１も回転する。

次に、噴射装置４について説明する。噴射装置４は、粉状物を噴射する噴射ガン４１とエアーを噴射するエアーガン４２を備えている。前記噴射ガン４１は、先端に噴射口４１ａを有するノズルを有し、粉状物を貯留するタンク４３と供給管４４を介して連結されており、さらに、圧縮エアー供給装置であるコンプレッサー４５と分岐されたエアー供給管４６を介して連結されている。

前記噴射ガン４１内には、エアー供給管４６の先端のノズルが開口しており、コンプレッサー４５からの圧縮エアーを吐出するようになっている。噴射ガン４１内には、タンク４３から粒状物が供給され、供給管４４内から供給された粉状物はノズルから突出され、圧縮エアーによって噴射口４１ａから試験片に向かって噴射される。

前記噴射ガン４１の噴射口４１ａは、図示しない駆動機構によって上下左右方向に自由に向きを変えることができるとともに、噴射口４１ａと試験片との距離Ｌと試験片の表面に対する噴射口の角度αも任意に変更できるように配設されている。例えば、噴射口４１ａと試験片との距離Ｌを約１３０ｍｍ、噴射口の試験片表面に対する角度αを約６０度とすることができる。

また、タンク４３は、粉状物を所定量ずつ噴射ガン４１に供給可能であり、試験片に噴射された粉状物は、図示しない装置によって回収されるように構成することができる。また、回収された粉状物は、別途設置された容器に貯留するようにしてもよいし、再びタンク４３に戻るように構成してもよい。

また、前記エアーガン４２は、先端に噴射口４２ａを有するノズルが設けられており、圧縮エアー供給装置であるコンプレッサー４５と分岐された供給管４７を介して連結されている。前記エアーガン４２の噴射口４２ａは、図示しない駆動機構によって上下左右方向に自由に向きを変えることができるとともに、試験片との距離も任意に変更できるように配設されている。

コンプレッサー４５から供給された圧縮エアーはエアーガン４２によって粉状物が噴射された試験片の表面に吹き付けられ、試験片上の粉状物や摩耗屑を除去する。エアーガン４２による試験片への圧縮エアーの吹き付けは、粉状物が噴射された直後であっても、噴射される直前の試験片であってもよい。コンプレッサー４５は、周知の構成からなり、ノズルに例えば、５．３ＭＰａのエアー圧を供給できるようになっている。

上記試験装置１Ａにおいて、取付板１１を設けてなる回転ドラム１をローラー２２上に載置し、前記ローラー２２に載置した回転ドラム１を駆動装置３によってローラー２２を介して回転させることとしたが、回転ドラム１を回転させる機構は前記実施形態に限定されるものではない。例えば、回転ドラム１に直接回転軸を設け、前記回転軸にプーリーを取り付けて前記プーリーを駆動装置３のプーリーとの間に巻回したベルトによって回転ドラム１を直接回転させる構成としてもよい。

また、上記実施形態では、試験片取付板１１を回転ドラム１の側面に垂直に配設したが、回転ドラム１を垂直に立てて水平方向に回転するように構成し、前記試験片取付板１１を水平に回転する回転ドラム１の上面に配設してもよい。

上記構成の試験装置１Ａによって、ゴム材料の摩耗試験を行う場合は、まず、試験片Ａ〜Ｄの重量を測定した後、試験片取付板１１の所定の位置に取り付ける。次に、噴射ガン４１の噴射口４１ａの試験片との距離Ｌ（例えば、１３０ｍｍ）及び噴射口４１ａの試験片の表面との角度α（例えば、６０度）を設定する。次いで、駆動装置３を作動させてベルト３５、ローラー２２を介して回転ドラム１を回転させる。回転ドラム１を回転させた後、噴射ガン４１から試験片取付板１１に取り付けた試験片Ａ〜Ｄに向かって粉状物を噴射する。

続いて、粉状物が噴射された試験片Ａ〜Ｄに向かってエアーガン４２から所定圧の圧縮エアーを吹き付ける。このときのエア圧は所定の値に設定することができ、例えば、エア圧を５．３ＭＰａとすることができる。圧縮エアーの吹き付けによって、試験片上に付着した粉状物や摩耗屑を除去することができる。

また、試験片Ａ〜Ｄは回転しているために、それぞれの試験片は常時連続して粉状物が噴射されているのではなく、粉状物の噴射から一旦離れることになるので、試験片の表面が持つ熱を放熱することができる。さらに、この発明では、粉状物が噴射された試験片Ａ〜Ｄに向かって圧縮エアーが吹き付けられるので、試験片表面の粉状物や摩耗屑を除去するだけではなく試験片Ａ〜Ｄの表面温度を低下させることになる。

所定時間粉状物の噴射と圧縮エアーの吹き付けを繰り返した後に、取付板１１から試験片Ａ〜Ｄを取り外して各試験片の重量を測定する。続いて、粉状物の噴射によって減少した試験片Ａ〜Ｄの重量変化を算出し、各試験片の耐摩耗性を相対的に評価する。

上述の通り、この実施形態のゴム材料の摩耗試験方法によれば、粉状物の複数回の噴射によって試験片Ａ〜Ｄの表面には大きな衝撃が加わり、この衝撃によって試験片Ａ〜Ｄの表面が摩耗する。そして、粉状物の噴射は、圧縮エアーの吹き付けによって粉状物等を取り除いた新たな表面に対して行われるので、実際に使用されている現象に近いシミュレートによる評価をすることができる。

次に、この発明の第２実施形態を図２に基づいて説明する。図２に示す試験装置１Ｂは、移動している試験片に研磨材を一定の力で押し付ける縦型の摩耗試験装置である。試験装置１Ｂは、試験片を取り付ける回転体であるターンテーブル５、ターンテーブル５を回転させる駆動装置６、ターンテーブル５に取り付けられた試験片を摩耗させる摩耗輪７及び試験片にエアーを吹き付けるエアー噴射装置８によって構成されている。

前記ターンテーブル５は、ターンテーブル５１の表面にゴム材料である試験片を取り付ける取付板５２が一体に設けられている。前記取付板５２は、水平な面を有し同時に異種又は同種の複数の試験片が取り付けられるように構成されている。試験片取付板５２が複数の試験片を同時に取り付けられるようにすることによって、異種又は同種の試験片の同一環境下での摩耗試験が可能となる。

前記ターンテーブル５１は回転軸５３によって支持されており、回転軸５３には、ベルトを巻回するプーリー５４が設けられている。尚、前記回転軸５３が図示しない軸受によって支持されていることは当然である。

駆動装置６は、図示しない所定の台上に設置されたモーター６１の回転軸６２にプーリー６３を固定し、前記プーリー６３とプーリー５４との間にベルト６４を巻回してなる。従って、モーター６１が作動するとプーリー６３が回転し、ベルト６４を介してプーリー５４とともにターンテーブル５１が回転する。尚、モーター６１の回転軸６２に減速ギヤーボックス等を配することなどの公知の構成については説明を省略する。

上記摩耗輪７は、回転軸７１と摩耗材を貼り付けるローラー７２を有しており、前記回転軸７１は図示しない駆動装置によって回転駆動される。ローラー７２は、取付板５２に取り付けられた試験片に一定の力で押し付けられ、回転軸７１に一定の角度を与えて試験片を摩耗させる。従って、ローラー７２は、試験片への押圧力、角度あるいは正逆回転等を任意に変更できるように構成されている。

この第２実施形態では、摩耗輪７のローラー７２と試験片と独立してそれぞれ回転させるからスリップ率、回転速度、押圧力等を任意に選ぶことによって、広範囲でしかも過酷な条件で試験することが可能となる。

次に、上記エアー噴射装置８は、先端に噴射口８１を有するノズルを設けたエアーガン８２と圧縮エアー供給装置であるコンプレッサー８３を備えており、前記エアーガン８２とコンプレッサー８３とは供給管８４を介して連結されている。前記エアーガン８２の噴射口８１は、図示しない駆動機構によって前後左右方向に自由に向きを変えることができるとともに、試験片との距離も任意に変更できるように配設されている。

上記構成の試験装置１Ｂによって、ゴム材料の摩耗試験を行う場合は、まず、試験片の重量を測定した後、試験片取付板５２の所定の位置に取り付ける。次に、摩耗輪７に摩耗材を巻き付けて摩耗輪７のローラー７２の押圧力、角度、回転速度等を設定し、さらにエアー噴射装置８の噴射口８１の試験片からの距離、試験片の表面に対する角度、エアー圧等を設定する。次いで、駆動装置６を作動させてベルト６４を介してターンテーブル５１とともに取付板５２に取り付けた試験片Ａ´〜Ｄ´を回転させる。

次いで、摩耗輪７を作動させてローラー７２を回転移動している試験片に当接させる。続いて、ローラー７２により摩耗された試験片に向かってエアーガン８２から所定圧の圧縮エアーを吹き付ける。圧縮エアーの吹き付けによって、試験片Ａ´〜Ｄ´上に付着した摩耗屑を除去することができる。

この実施形態においても、試験片は回転移動しているために、それぞれの試験片は常時連続してローラー７２による摩耗が行われているのではないから、試験片の表面が持つ熱を放熱することができる。さらに、エアーガン８２から摩耗された試験片に向かって圧縮エアーが吹き付けられるので、試験片表面の摩耗屑を除去するだけではなく試験片の表面温度を低下させる。その他、実施形態１と同様の作用効果を奏することができる。

以下に、ウレタンゴムシートの摩耗試験の比較例と実施例について説明する。
<比較例>
試験機には、回転ドラムに巻き付けた研磨紙上に試験片を一定荷重で押し付けて摩耗させる。ＮＢＳ摩耗試験機として、出願人が製作した摩耗試験機を用いた。前記ＮＢＳ摩耗試験機により、試験片の厚みが２．５４ｍｍ（０．１インチ）当たりの摩耗抵抗をドラムの回転数より測定した。試験機への掛け数は３個、試験片の大きさは、２５ｍｍ×２５ｍｍ×厚さ６．３５ｍｍである。ドラムの回転数は４５±５ｒｐｍ、錘は、２．２６５ｇｆ用を３個用いた。試験結果は表１に示す通りである。

<実施例１>
試験機には、図１に示す回転ドラム式摩耗試験機を用いた。試験片の大きさは、幅２５.４ｍｍ×長さ１１０ｍｍ×厚さ１ｍｍの短冊状のものを５個用い、両面テープで取付板に貼り付けた。試験片と噴射ガン４１の噴射口４１ａとの距離Ｌを１２０ｍｍ、試験片表面との噴射角度を６０度とし、エアー圧を５．３ＭＰａに設定し、回転ドラム１の回転数は１０ｒｐｍで行った。ブラストする粉状物には、ニッチュースチールグリット（商品名）（品番：Ｇ１４０Ｈ，株式会社ニッチュー製）を用いた。試験時間は４時間であった。

<実施例２>
試験機、試験片の大きさ、貼付方法、試験片と噴射ガン４１の噴射口４１ａとの距離Ｌ、試験片表面との噴射角度、エアー圧、回転ドラムの回転数、粉状物の種類等は、実施例１と同じである。試験時間のみを８時間とした。試験結果を表１に示す。

表１から明らかなように、多数のサンプルを同時に試験することができ、しかも比較例に比して同一試験環境においてバラツキのない相対評価を行うことができる。

１Ａ、１Ｂ：試験装置
１：回転ドラム
２：架台
３：駆動装置
４：噴射装置
５：ターンテーブル
６：駆動装置
７：摩耗輪
８：噴射装置
１１：試験片取付板
２１：支柱
２２：ローラー
２３：プーリー
３１：台
３２：モーター
３３：回転軸
３４：プーリー
３５：ベルト
４１：噴射ガン
４１ａ：噴射口
４２：エアーガン
４３：タンク
４４：供給管
４５：コンプレッサー
４６：エアー供給管
５１：ターンテーブル
５２：試験片取付板
６１：モーター
６２：回転軸
６３：プーリー
６４：ベルト
７１：回転軸
７２：ローラー
８１：噴射口
８２：エアーガン
８３：コンプレッサー
８４：供給管

Claims (6)

1. 回転体に取り付けたゴム材料の試験片を摩耗材によって摩耗させ、摩耗させた試験片に向かってエアーを噴射して摩耗屑を除去し、再度摩耗材により摩耗させることを繰り返した後、試験片の摩耗量を測定することを特徴とするゴム材料の摩耗試験方法。
2. 回転体には複数の試験片を取り付け、前記複数の試験片を一種の摩耗材により摩耗させることを特徴とする請求項１に記載のゴム材料の摩耗試験方法。
3. 摩耗材による摩耗は、粉状物を試験片の表面に噴射させて行うことを特徴とする請求項１又は２に記載のゴム材料の摩耗試験方法。
4. ゴム材料の試験片を取り付ける面を有する回転体と、前記回転体を駆動する駆動装置と、試験片表面を摩耗させる摩耗材と、試験片表面の摩耗屑を除去するためのエアーガンとを備えていることを特徴とするゴム材料の摩耗試験装置。
5. 回転体の試験片取付面は複数の試験片を取り付けられるように形成されていることを特徴とする請求項４に記載のゴム材料の摩耗試験装置。
6. 試験片表面を摩耗させる摩耗材は、噴射ガンから噴射される粉状物であることを特徴とする請求項４又は５に記載のゴム材料の摩耗試験装置。

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