LVDT（Linear Variable Differential Transformer）は、直線変位の測定に使用される堅牢な電気変圧器の一種である。電力タービン、油圧、オートメーション、航空機、人工衛星、原子炉など、さまざまな産業用途で広く使われている。
この研究では、LVDT と NANOVEA の高温モジュールのアドオンを取り上げます。 トライボメータ これにより、高温での摩耗プロセス中に、試験サンプルの摩耗トラック深さの変化を測定できるようになります。これにより、ユーザーは摩耗プロセスのさまざまな段階を COF の進化と関連付けることができます。これは、高温用途における材料の摩耗メカニズムとトライボロジー特性の基本的な理解を向上させる上で重要です。
測定目的
本研究では、高温下における材料の摩耗過程の変化をその場で観察できるNANOVEA T50トライボメーターの能力を紹介したいと思います。
アルミナシリケートセラミックスの異なる温度での摩耗過程を、制御・監視しながらシミュレートしています。
ナノビア
T50
NANOVEAトライボメータを用いて、アルミナシリケートセラミック板の摩擦係数（COF）および耐摩耗性などのトライボロジー挙動を評価した。アルミナシリケートセラミック板を室温（RT）から高温（400℃および800℃）まで炉で加熱し、その温度で摩耗試験を行った。
比較のため，800℃から400℃まで冷却し，さらに室温まで冷却した状態で摩耗試験を実施した。AI2O3ボールチップ(直径6mm，グレード100)を試験片にあてがった。COF，摩耗深さ，温度はその場でモニターした。
摩耗率Kは，Vを摩耗体積，Fを法線荷重，sを摺動距離，Aを摩耗痕の断面積，nを回転数とし，K=V/(Fxs)=A/(Fxn)の式で評価された．表面粗さと摩耗痕のプロファイルはNANOVEA光学式プロファイラで評価し，摩耗痕の形態は光学顕微鏡で観察した。
その場で記録された COF と摩耗痕深さをそれぞれ図 1 と図 2 に示す。図1において、"-I "は、温度が常温から高温まで上昇したときに行われた試験を表す。"-D "は、800℃の高温から温度を下げた場合を示す。
図 1 に示すように、異なる温度で試験したサンプルは、測定中、同等の COF ～ 0.6 を示しました。このような高いCOFは、相当量の破片を発生させる摩耗プロセスの加速につながります。摩耗痕の深さは、図2に示すように、摩耗試験中にLVDTによってモニターされました。室温での試料加熱前と試料冷却後の試験から、アルミナシリケートセラミックプレートは常温で進行性の摩耗プロセスを示し、摩耗痕深さは摩耗試験を通じて徐々に増加し、それぞれ～170μmと～150μmになりました。
これに対して，高温（400°C と 800°C）での摩耗試験 では，摩耗痕深さが摩耗プロセスの初期に急速に増加し， 試験を継続するにつれて遅くなるという，異なる摩耗挙動を示 した．400℃-I，800℃，400℃-Dで行った試験の摩耗痕深さは，それぞれ〜140μm，〜350μm，〜210μmであった。
を用いて、アルミナシリケートセラミック板の各温度における平均摩耗量と摩耗痕深さを測定した。 ナノビア にまとめたオプティカルプロファイラー。 図3.摩耗痕の深さは、LVDTを用いて記録したものと一致している。アルミナシリケートセラミックプレートは、400℃以下の温度では0.2mm3/N以下の摩耗率であるのに対し、800℃では〜0.5mm3/Nと大幅に増加した。アルミナシリケートセラミックプレートは、短時間の加熱処理では機械的/トライボロジー的特性が著しく向上せず、熱処理前と後で同等の摩耗率を有していることがわかった。
アルミナシリケートセラミックは、溶岩や不思議石とも呼ばれ、加熱処理前は軟らかく、機械加工が可能です。1093℃までの高温で長時間焼成することで、硬度と強度が大幅に向上し、その後、ダイヤモンド加工が必要となります。このようなユニークな特性を持つアルミナシリケートセラミックは、彫刻に最適な素材といえます。
本研究では、焼成に必要な温度よりも低い温度で短時間の熱処理（800℃ vs 1093℃）を行っても、アルミナシリケートセラミックスの機械的およびトライボロジー特性が向上しないことを示し、この材料にとって、実際の用途に使用する前の適切な焼成が不可欠なプロセスであることを示した。
本研究の総合的なトライボロジー解析に基づき、アルミナシリケートセラミックプレートは、室温から800℃までの異なる温度で同等の摩擦係数を示すことを示しました。しかし、800℃では0.5mm3/Nmと大幅に摩耗量が増加しており、このセラミックの適切な熱処理が重要であることを示しています。
ナノベーストライボメータは、1000℃までの高温で使用される材料のトライボロジー特性を評価することが可能です。COFと摩耗痕の深さをその場で測定する機能により、ユーザーは摩耗プロセスの異なる段階とCOFの変化を関連付けることができます。これは、高温で使用される材料の摩耗メカニズムとトライボロジー特性の基本的理解を深める上で非常に重要なことです。
ナノベーストライボメータは、ISO および ASTM に準拠した回転モードとリニアモードによる精密で再現性の高い摩耗・摩擦試験を提供し、オプションで高温摩耗、潤滑、トライボコロージョンを 1 つの統合済みシステムで利用することができます。ナノベアの比類なき製品群は、薄手または厚手、軟質または硬質のコーティング、フィルム、基材のあらゆるトライボロジー特性を測定するための理想的なソリューションです。
オプションの3D非接触プロファイラを使用すると、粗さなどの他の表面測定に加えて、摩耗痕の高解像度3Dイメージングが可能です。
3D光学プロファイラによる魚鱗表面解析
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NANOVEAを用いて魚鱗の形態や模様などを研究 3D非接触オプティカルプロファイラー。この生体サンプルの繊細な性質と、その非常に小さく角度の高い溝も、プロファイラーの非接触技術の重要性を強調しています。鱗の溝は環状と呼ばれ、これを研究することで魚の年齢を推定したり、木の年輪と同様に成長速度の異なる時期を区別したりすることもできます。これは乱獲を防ぐために野生の魚の個体数を管理する上で非常に重要な情報です。
タッチプローブや干渉計などの他の技術とは異なり、軸色法を用いた3D非接触光学式プロファイラでは、ほぼすべての表面を測定することができます。サンプルサイズは、オープンステージのため大きく変化し、サンプルの前処理は必要ありません。ナノからマクロレンジの表面形状を、試料の反射や吸収の影響を受けずに測定することができます。この装置では、ソフトウェアで結果を操作することなく、高い表面角度を測定できる高度な機能を備えています。透明、不透明、鏡面、拡散、研磨、粗面など、どのような材料でも簡単に測定することができます。この技術は、2Dおよび3D機能を組み合わせた利点とともに、表面研究を最大限に活用するための理想的で幅広い、使いやすい機能を提供します。
測定目的
このアプリケーションでは、高速センサーを搭載し、スケールの表面を総合的に解析する3D非接触プロファイラー、NANOVEA ST400を紹介します。
この装置では、中央部の高解像度スキャンとともに、サンプル全体をスキャンしています。比較のため、スケールの外側と内側の表面粗さも測定されました。
ナノビア
ST400
外側スケールの3Dビューとフォールスカラービューでは、指紋や木の年輪のような複雑な構造を見ることができます。これにより、ユーザーはスケールの表面特性を様々な角度から直接観察することができる分かりやすいツールを得ることができます。また、外側と内側を比較しながら、外側スケールの様々な測定値を表示します。
このアプリケーションでは、NANOVEA 3D非接触光学式プロファイラが、魚の鱗をさまざまな方法で特性評価できることを示しました。
鱗の外側と内側は、表面粗さだけで簡単に区別でき、粗さの値はそれぞれ15.92μmと1.56μmである。さらに、鱗の外表面にある溝（サーキュレーション）を分析することで、魚の鱗について正確な情報を得ることができます。中心点から帯状のサークルの距離を測定したところ、サークルの高さは平均で約58μmであることもわかりました。
ここに掲載したデータは、解析ソフトで利用できる計算の一部に過ぎません。
応力の周波数が変化すると、多くの場合、ポリマーの重要な機械的特性である複素弾性率が変化します。たとえば、車両が道路を走行しているとき、タイヤは周期的に大きな変形を受けます。車が高速に加速するにつれて、圧力と変形の周波数は変化します。このような変化により、車の性能の重要な要素であるタイヤの粘弾性特性が変化する可能性があります。さまざまな周波数でのポリマーの粘弾性挙動の信頼性が高く、再現可能なテストが必要です。 NANOVEAのNanoモジュール メカニカルテスター 高精度ピエゾアクチュエータによって正弦波負荷を生成し、超高感度ロードセルとコンデンサを使用して力と変位の変化を直接測定します。簡単なセットアップと高精度の組み合わせにより、動的機械解析の周波数スイープに理想的なツールとなります。
粘弾性材料は、変形するときに粘性と弾性の両方の性質を示す。高分子材料は分子鎖が長いため、弾性固体とニュートン流体の性質を併せ持つユニークな粘弾性体である。粘弾性特性は、応力、温度、周波数などの要因によって変化する。Dynamic Mechanical Analysis（DMA）は、正弦波状の応力を加え、ひずみの変化を測定することで、材料の粘弾性挙動と複素弾性率を研究するものである。
測定目的
このアプリケーションでは、最も強力な機械試験機である NANOVEA PB1000 を使用して、さまざまな DMA 周波数で研磨されたタイヤ サンプルの粘弾性特性を研究します。 ナノインデンテーション モードです。
ナノビア
PB1000
最大荷重での動的機械分析の周波数掃引により、1回の試験で異なる荷重周波数における試料の粘弾性特性について、迅速かつ簡便に測定することができます。異なる周波数における荷重波と変位波の位相シフトと振幅から、以下のような様々な基本的な材料の粘弾性特性を計算することが可能です。 貯蔵弾性率, 損失弾性率 と タン（δ） を以下のグラフにまとめました。
この試験で用いた 1、5、10、20 Hz の周波数は、時速約 7、33、67、134 km に相当します。試験周波数が 0.1 から 20 Hz に増加するにつれて，貯蔵弾性率と損失弾性率の両方が徐々に増加することが観察され ます。タン（δ）は周波数が 0.1 から 1 Hz に増加するにつれて ~0.27 から 0.18 に減少し、20 Hz に達すると ~0.55 まで徐々に増加します。DMAの周波数掃引により、貯蔵弾性率、損失弾性率、Tan（δ）の傾向を測定することができ、ポリマーのガラス転移だけでなく、モノマーの移動と架橋の情報を得ることができます。また、周波数掃引中に加熱板を用いて温度を上げることで、異なる試験条件下での分子運動の性質をより完全に把握することが可能です。
本研究では、タイヤサンプルの動的力学解析周波数スイープ試験におけるNANOVEAメカニカルテスターの能力を紹介しました。この試験は、異なる周波数の応力におけるタイヤの粘弾性特性を測定するものです。タイヤは、負荷周波数が0.1Hzから20Hzまで増加するにつれて貯蔵弾性率と損失弾性率が増加することがわかります。異なる速度で走行するタイヤの粘弾性挙動に関する有用な情報を提供し、よりスムーズで安全な走行のためのタイヤ性能の向上に不可欠なものです。DMA周波数スイープ試験は、異なる天候下でのタイヤの現実的な作業環境を模倣するために、様々な温度で実施することができます。
メカニカルテスターNANOVEAのナノモジュールでは、ファストピエゾによる荷重印加は、別の高感度ストレインゲージによる荷重測定から独立しています。深さと荷重の間の位相は、センサーから収集されたデータから直接測定されるため、動的機械分析において明確な利点となります。位相の計算は直接的で、損失や貯蔵弾性率の結果に不正確さを加えるような数学的モデリングは必要ありません。これはコイルベースのシステムには当てはまりません。
結論として、DMAは接触深さ、時間、周波数の関数として、損失弾性率、貯蔵弾性率、複素弾性率、Tan（δ）を測定します。オプションの加熱ステージにより、DMA中に材料の相転移温度を測定することができます。ナノベアメカニカルテスターは、ナノモジュールとマイクロモジュールを一つのプラットフォームで提供する、他に類を見ない多機能なテスターです。ナノとマイクロの両モジュールには、スクラッチテスター、硬さ試験機、摩耗試験機のモードがあり、1つのモジュールで最も幅広く、最も使いやすい試験方法を提供します。
レンズは、光を透過・屈折させる軸対称の光学デバイスです。単純なレンズは、光を収束または発散させるための単一の光学部品で構成されています。球面はレンズを作るには理想的な形状ではないが、ガラスを研磨して作ることができる最も単純な形状としてよく使われる。
フレネルレンズは、同心円状のリングを並べたもので、幅が数千分の一インチと小さい単純なレンズの薄い部分である。フレネルレンズは、同じ光学特性を持つ従来のレンズに比べて、大口径で焦点距離が短く、コンパクトに設計されているため、必要な重量や材料の体積が少なくて済む。フレネルレンズの形状が薄いため、光の吸収による損失が非常に少ない。
フレネル レンズは、自動車産業、灯台、太陽エネルギー、航空母艦の光学着陸システムで広く使用されています。透明なプラスチックからレンズを成形または打ち抜き加工することにより、製造のコスト効率を高めることができます。フレネル レンズのサービス品質は、主に同心リングの精度と表面品質に依存します。 NANOVEA はタッチプローブ技術とは異なり、 光学プロファイラー 表面に触れずに 3D 表面測定を実行できるため、新たな傷ができるリスクが回避されます。クロマティック ライト技術は、さまざまな形状のレンズなど、複雑な形状を正確にスキャンするのに最適です。
透明プラスチックフレネルレンズは、成形またはスタンピングによって製造することができます。正確で効率的な品質管理は、不良品の金型やスタンプを明らかにするために重要です。同心円の高さとピッチを測定し、その値をレンズメーカーが指定する仕様値と比較することで、製造上のばらつきを検出することができます。
レンズのプロファイルを正確に測定することで、金型やスタンプがメーカーの仕様に合うように適切に加工されます。さらに、スタンプは時間の経過とともに徐々に磨耗し、初期の形状を失う可能性があります。レンズメーカーの仕様から一貫して逸脱している場合は、金型の交換が必要であることを示すポジティブな兆候です。
測定目的
ナノビア
ST400
今回使用した2.3インチ×2.3インチのアクリルフレネルレンズは、以下のような構成になっています。
同心円状のリングと複雑な鋸歯状の断面形状が特徴です。
焦点距離は1.5インチ、有効径は2.0インチです。
1インチあたり125本の溝があり、屈折率は1.49です。
NANOVEA ST400でフレネルレンズをスキャンすると、同心円のリングの高さが中心から外側に向かうにつれて顕著に増加していることがわかります。
このアプリケーションでは、非接触光学式プロファイラ「NANOVEA ST400」がフレネルレンズの表面形状を正確に測定することを紹介しています。
複雑なセレーション形状から、高さとピッチの寸法をNANOVEA解析ソフトウェアで正確に決定することができます。ユーザーは、製造したレンズのリングの高さとピッチの寸法を理想的なリングの仕様と比較することにより、製造金型やスタンプの品質を効果的に検査することができます。
ここに掲載したデータは、解析ソフトで利用できる計算の一部に過ぎません。
半導体、マイクロエレクトロニクス、太陽電池、光ファイバー、自動車、航空宇宙、冶金、機械加工、コーティング、医薬品、バイオメディカル、環境などの分野で、ほぼあらゆる表面を測定するナノベアの光学式プロファイラ。
複雑な形状を作り出す精密機械加工の需要は、様々な産業分野で高まっています。航空宇宙、医療、自動車からハイテクギア、機械、楽器に至るまで、絶え間ない革新と進化は、期待値と精度基準を新たな高みへと押し上げます。その結果、製品の品質を確保するための厳しい検査技術や検査装置の需要が高まっています。
機械加工されたパーツの特性をCADモデルと比較することは、公差や製造規格の遵守を確認するために不可欠です。また、部品の摩耗や損傷により交換が必要になることもあるため、使用期間中の検査も非常に重要です。要求された仕様からの逸脱を適時に特定することで、費用のかかる修理や生産停止、評価の低下を回避することができます。
タッチプローブ技術とは異なり、NANOVEA 光学プロファイラー 非接触で 3D 表面スキャンを実行し、複雑な形状を最高の精度で迅速かつ正確かつ非破壊で測定できます。
測定目的
このアプリケーションでは、高速センサーを搭載し、寸法、半径、粗さの総合的な表面検査を行う3D非接触プロファイラー、NANOVEA HS2000を紹介します。
すべて40秒以内で。
ナノビア
HS2000
機械加工された部品の寸法と表面粗さを正確に測定することは、その部品が要求された仕様、公差、表面仕上げを満たしていることを確認するために重要です。検査するパーツの3Dモデルとエンジニアリングドローイングを以下に紹介します。
図3は、CADモデルとスキャンした加工面のフォールスカラー図を比較したもので、サンプル表面の高さ変化を色の変化で観察することができる。
図2に示すように、3Dサーフェススキャンから3つの2Dプロファイルを抽出し、加工された部品の寸法公差をさらに検証します。
図3～図5にプロファイル1～3を示す。測定したプロファイルをCADモデルと比較することで、定量的な公差検査を行い、厳格な製造基準を維持しています。プロファイル1とプロファイル2は、曲面加工された部品の異なる領域の半径を測定する。プロファイル2の高さの変動は、156mmの長さで30μmであり、要求される公差±125μmを満たしています。
公差の限界値を設定することで、解析ソフトが加工した部品の合否を自動的に判定することができます。
加工された部品の表面の粗さと均一性は、その品質と機能性を確保するために重要な役割を果たします。図6は、表面仕上げを定量化するために使用した加工部品の親スキャンから抽出した表面積です。平均表面粗さ（Sa）は、2.31μmと算出された。
今回は、高速センサーを搭載した非接触プロファイラー「NANOVEA HS2000」が、寸法や粗さなど総合的な表面検査を行う様子を紹介しました。
高解像度スキャンにより、加工されたパーツの詳細な形態や表面形状を測定し、CADモデルとの定量的な比較を行うことができます。また、キズやクラックなどの欠陥も検出することが可能です。
高度な輪郭解析は、加工された部品が設定された仕様を満たしているかどうかを判断するだけでなく、摩耗した部品の故障メカニズムを評価する比類のないツールとなっています。
ここに示したデータは、NANOVEA光学式プロファイラに搭載されている高度な解析ソフトウェアで可能な計算の一部に過ぎません。
フレッティングとは、"負荷がかかり、振動や何らかの力によって微小な相対運動をする2つの材料の接触部に発生する特殊な摩耗現象 "である。機械が稼働しているとき、ボルトやピンで固定されている接合部、動くことを意図していない部品間、振動するカップリングやベアリングなどでは、必然的に振動が発生する。このような相対的な摺動運動の振幅は、マイクロメートルからミリメートルのオーダーであることが多い。このような低振幅の運動の繰り返しは、表面における深刻な局所的機械摩耗や物質移動を引き起こし、生産効率や機械性能の低下、あるいは機械の破損につながる可能性がある。
フレッチング摩耗には、二体摩耗、凝着、フレッチング疲労摩耗など、接触面で発生するいくつかの複雑な摩耗メカニズムが関与することがよくあります。フレッチング摩耗のメカニズムを理解し、フレッチング摩耗保護に最適な材料を選択するには、信頼性の高い定量的なフレッチング摩耗評価が必要です。フレッチング摩耗挙動は、変位振幅、垂直荷重、腐食、温度、湿度、潤滑などの作業環境に大きく影響されます。多用途な トライボメータ さまざまな現実的な作業条件をシミュレートできるこのツールは、フレッチング摩耗の評価に最適です。
Steven R. Lampman, ASMハンドブック:第19巻：疲労と破壊
http://www.machinerylubrication.com/Read/693/fretting-wear
測定目的
本研究では，ステンレス鋼SS304のフレッティング摩耗挙動を異なる振動速度と温度で評価し，その能力を明らかにした。 ナノベア T50 トライボメータは、金属のフレッティング摩耗プロセスを適切に制御・監視してシミュレートすることができます。
ナノビア
T50
ステンレス鋼SS304サンプルの耐フレッティング摩耗性を、以下の方法で評価した。 ナノビア 直線往復運動式摩耗モジュールを使用したトライボメータ。対向材としてWC（直径6mm）ボールを使用しました。を使用して摩耗痕を調べた。 ナノビア 3D非接触プロファイラー。
フレッティングテストは、室温（RT）、200 °Cで行い，SS304試料の耐フレッティング摩耗性に及ぼす高温の影響を検討した。試料ステージに設置した加熱板により、フレッティング試験中の試料を200℃に加熱した。 °C.摩耗率のことです。 Kの式で評価した。 K=V/(F×s)で、ここで V は摩耗量です。 F は法線荷重であり s は滑走距離である。
なお、今回の研究では、カウンター材としてWCボールを例として使用した。形状や表面仕上げの異なるあらゆる固体材料を、カスタムフィクスチャを使用して実際の適用状況をシミュレートすることができます。
によって算出された摩耗痕の体積損失を、3D摩耗痕プロファイルによって直接かつ正確に把握することができます。 ナノビア 山地解析ソフト。
低速100rpm、室温での往復摩耗試験では、0.014mmという小さな摩耗痕を示した³.一方、1000rpmの高速回転で行ったフレッティング摩耗試験では、0.12mmというかなり大きな摩耗痕が形成されています。³.このような加速摩耗は，フレッティング摩耗試験で発生する高熱と激しい振動が金属片の酸化を促進し，激しい3体摩耗をもたらすことに起因すると考えられる。200℃の高温環境下でのフレッティング摩耗試験で，金属破片の酸化が促進され，3体摩耗が激しくなった。 °Cは0.27mmと大きめの摩耗痕を形成する³.
1000rpmでのフレッティング摩耗試験で、摩耗量は1.5×10-4 ミリメートル³/Nmとなり，100rpmでの往復摩耗試験と比較して約9倍となった。また，高温でのフレッチング摩耗試験では，摩耗速度がさらに加速され，3.4×10-4 ミリメートル³/Nmとなりました。異なる速度と温度で測定された耐摩耗性にこのような大きな差があることは、現実的なアプリケーションのためのフレッティング摩耗の適切なシミュレーションの重要性を示しています。
トライボシステムにわずかな試験条件の変更を加えると、摩耗挙動が大きく変化することがあります。の汎用性 ナノビア トライボメータは、高温、潤滑、腐食など、さまざまな条件下での摩耗を測定することができます。また、モーターによる正確な速度・位置制御により、0.001～5000rpmの範囲で摩耗試験を行うことができ、研究・試験室において、さまざまなトライボロジー条件下でのフレッティング摩耗を調査するための理想的なツールとなっています。
この研究では、その能力を披露した。 ナノビア ステンレス鋼SS304試料のフレッティング摩耗挙動を良好に制御し、定量的に評価するためのトライボメータ。
試験速度と温度は、材料の耐フレッティング摩耗性に重要な役割を果たします。フレッティング中の高熱と激しい振動により、SS304サンプルの摩耗は9倍近くまで大幅に加速されました。200℃の高温 °Cでさらに磨耗率が3.4×10-4 ミリメートル3/Nmです。
の多用途性 ナノビア トライボメータは、高温、潤滑、腐食など様々な条件下でのフレッティング摩耗の測定に最適なツールです。
ナノビア トライボメータは、ISOやASTMに準拠した回転・直動モードによる精密で再現性の高い摩耗・摩擦試験と、オプションで高温摩耗、潤滑、トライボコロージョンを1つのシステムに統合して提供することが可能です。当社の比類なき製品群は、薄手・厚手、軟質・硬質のコーティング、フィルム、基材など、あらゆる種類のトライボロジー特性を測定するための理想的なソリューションです。
ボールベアリングはボールを使用して回転摩擦を軽減し、ラジアル荷重とアキシアル荷重を支えます。ベアリング レースの間でボールが転動することにより、2 つの平らな表面が互いに滑り合う場合に比べて、はるかに低い摩擦係数 (COF) が生成されます。ボールベアリングは、多くの場合、高い接触応力レベル、摩耗、高温などの極端な環境条件にさらされます。したがって、高負荷や極端な環境条件下でのボールの耐摩耗性は、ボール ベアリングの寿命を延ばし、修理や交換のコストと時間を削減するために重要です。
ボールベアリングは、可動部品を伴うほぼすべての用途に使用されています。これらは航空宇宙や自動車などの輸送産業やハンドスピナーやスケートボードなどの玩具産業でよく使用されています。
ボール ベアリングは、幅広い材料リストから作成できます。一般的に使用される材料は、ステンレス鋼やクロム鋼などの金属、または炭化タングステン (WC) や窒化ケイ素 (Si3n4) などのセラミックまで多岐にわたります。製造されたボール ベアリングが、特定の用途の条件に最適な必要な耐摩耗性を確実に備えていることを確認するには、高荷重下での信頼できるトライボロジー評価が必要です。トライボロジー試験は、制御および監視された方法でさまざまなボール ベアリングの摩耗挙動を定量化および対比し、対象用途に最適な候補を選択するのに役立ちます。
この研究では、Nanovea を紹介します。 トライボメータ 高荷重下でのさまざまなボールベアリングの耐摩耗性を比較するための理想的なツールです。
異なる材質のボールベアリングの摩擦係数、COF、耐摩耗性をNanoveaトライボメーターで評価しました。カウンター材としてＰ１００グリットのサンドペーパーを使用した。ボールベアリングの摩耗痕を検査しました。 ナノベーア 摩耗テスト終了後の 3D 非接触プロファイラー。テストパラメータを表 1 にまとめます。摩耗率、 Kの式で評価した。 K=V/(F×s)で、ここで V は摩耗量です。 F は法線荷重であり s 滑る距離です。ボール摩耗傷は次の方法で評価されました。 ナノベーア 3D 非接触プロファイラーにより、正確な摩耗量測定を実現します。
自動化された電動ラジアル位置決め機能により、トライボメータはテスト中に摩耗トラックの半径を減少させることができます。このテスト モードはスパイラル テストと呼ばれ、ボール ベアリングが常にサンドペーパーの新しい表面上で滑ることを確認します (図 2)。ボールの耐摩耗性テストの再現性が大幅に向上します。内部速度制御用の高度な 20 ビット エンコーダと外部位置制御用の 16 ビット エンコーダは、正確なリアルタイムの速度と位置情報を提供し、回転速度を継続的に調整して接触部での一定の線形スライド速度を実現します。
この研究では、さまざまなボール素材間の摩耗挙動を簡略化するために P100 グリットのサンドペーパーが使用されており、他の素材の表面で置き換えることができることに注意してください。液体や潤滑剤などの実際の用途条件下で、さまざまな材料カップリングの性能をシミュレートするために、任意の固体材料を置き換えることができます。
摩耗率はボール ベアリングの耐用年数を決定する重要な要素ですが、ベアリングの性能と効率を向上させるには COF が低いことが望ましいです。図 3 は、テスト中のさまざまなボール ベアリングの COF の変化をサンドペーパーと比較したものです。 SS440 および Al2O3 ボール ベアリングの COF が ~0.32 および ~0.28 であるのに対し、Cr 鋼ボールは摩耗テスト中に COF が ~0.4 増加しました。一方、WC ボールは摩耗テスト全体を通じて約 0.2 の一定の COF を示します。各テストを通じて観察可能な COF の変動が見られますが、これは粗いサンドペーパーの表面に対するボール ベアリングの滑り運動によって引き起こされる振動に起因すると考えられます。
図 4 と図 5 は、それぞれ光学顕微鏡と Nanovea 非接触光学プロファイラーで測定された後のボール ベアリングの摩耗痕を比較しています。表 2 は摩耗痕跡分析の結果をまとめています。 Nanovea 3D プロファイラーはボール ベアリングの摩耗量を正確に測定し、さまざまなボール ベアリングの摩耗率を計算して比較することができます。摩耗試験後、Cr 鋼および SS440 ボールは、セラミック ボール、つまり Al2O3 および WC と比較して、はるかに大きな平らな摩耗傷を示すことが観察できます。 Cr 鋼ボールと SS440 ボールの摩耗率は、それぞれ 3.7×10-3 および 3.2×10-3 m3/N m です。比較すると、Al2O3 ボールは耐摩耗性が向上し、摩耗率は 7.2×10-4 m3/N・m です。 WC ボールは、浅い摩耗トラック領域に小さな傷をほとんど示さず、その結果、摩耗率が 3.3×10-6 mm3/N・m と大幅に減少しました。
図 6 は、4 つのボール ベアリングによってサンドペーパー上に生じた摩耗跡の顕微鏡画像を示しています。 WC ボールが最も激しい摩耗軌跡を生成し (その経路にあるほとんどすべての砂粒子が除去された)、最高の耐摩耗性を備えていることは明らかです。比較すると、Cr スチールと SS440 のボールでは、サンドペーパーの摩耗跡に大量の金属の破片が残りました。
これらの観察は、スパイラル テストの利点の重要性をさらに示しています。これにより、ボール ベアリングが常にサンドペーパーの新しい表面上で滑ることが保証され、耐摩耗性テストの再現性が大幅に向上します。
高圧下でのボール ベアリングの耐摩耗性は、そのサービス性能に重要な役割を果たします。セラミックボールベアリングは、高応力条件下での耐摩耗性が大幅に向上し、ベアリングの修理や交換にかかる時間とコストを削減します。この研究では、WC ボール ベアリングはスチール ベアリングと比較して大幅に高い耐摩耗性を示し、激しい摩耗が発生するベアリング用途の理想的な候補となっています。
Nanovea トライボメーターは、最大 2000 N の負荷に対応する高トルク機能と、0.01 ～ 15,000 rpm の回転速度に対応する正確に制御されたモーターを備えて設計されています。 ISO および ASTM に準拠した回転モードおよび直線モードを使用した反復可能な摩耗および摩擦試験を提供し、オプションの高温摩耗および潤滑モジュールを 1 つの事前統合システムで利用できます。この比類のない範囲により、ユーザーは高応力、摩耗、高温などのボール ベアリングのさまざまな過酷な作業環境をシミュレートできます。また、高荷重下での優れた耐摩耗性材料のトライボロジー挙動を定量的に評価するための理想的なツールとしても機能します。
Nanovea 3D 非接触プロファイラーは、正確な摩耗量測定を提供し、摩耗跡の詳細な形態を分析するツールとして機能し、摩耗メカニズムの基本的な理解にさらなる洞察を提供します。
作成者
Duanjie Li 博士、ジョナサン・トーマス、ピエール・ルルー
正確な寸法と最適な表面粗さは、歯科用ネジの機能にとって極めて重要です。歯科用ネジの寸法の多くは、半径、角度、距離、段差の高さなど、高い精度を必要とします。人体内に挿入される医療器具や部品にとって、滑り摩擦を最小限に抑えるために、局所的な表面粗さを理解することも非常に重要です。
ナノベーア 3D非接触プロファイラー 色光ベースの技術を使用して、透明、不透明、鏡面、拡散、研磨、粗いなどのあらゆる材料表面を測定します。タッチプローブ技術とは異なり、非接触技術は狭い領域の内部を測定でき、先端が柔らかいプラスチック材料を押すことによって引き起こされる変形に起因する本質的な誤差が追加されることはありません。色光ベースの技術は、焦点変動技術と比較して優れた横方向および高さの精度も提供します。 Nanovea Profiler は、ステッチを行わずに大きな表面を直接スキャンし、数秒で部品の長さのプロファイルを作成できます。結果を操作する複雑なアルゴリズムを使用せずに表面を測定するプロファイラーの機能により、ナノからマクロ範囲の表面特徴と高い表面角度を測定できます。
このアプリケーションでは、Nanovea ST400 光学プロファイラーを使用して、1 回の測定で歯科用ネジを平坦部とネジ部の特徴に沿って測定しました。表面粗さは平坦な領域から計算され、ねじ切り部分のさまざまな寸法が決定されました。
3Dサーフェス
歯科用ネジの 3D ビューと疑似カラー ビューには、どちらかの側からネジ山が始まる平らな領域が表示されます。これは、さまざまな角度からネジの形態を直接観察するための簡単なツールをユーザーに提供します。フルスキャンから平坦な領域を抽出し、その表面粗さを測定しました。
2D表面解析
表面から線プロファイルを抽出して、ねじの断面図を表示することもできます。輪郭解析と段差解析を使用して、ネジの特定の位置の正確な寸法を測定しました。
このアプリケーションでは、局所的な表面粗さを正確に計算し、1 回のスキャンで大きな寸法形状を測定する Nanovea 3D 非接触プロファイラーの機能を紹介しました。
データは、局所的な表面粗さが 0.9637 μm であることを示しています。ねじ山の間のねじの半径は 1.729 mm であることが判明し、ねじ山の平均高さは 0.413 mm でした。ねじ山の間の平均角度は 61.3°であると測定されました。
ここに掲載したデータは、解析ソフトで利用できる計算の一部に過ぎません。
作成者
Duanjie Li 博士、Jonathan Thomas、Pierre Leroux
ナノインデンテーション 小さなスケールで材料の機械的挙動を測定するために広く適用される技術となっていますi ii。ナノインデンテーション測定による高解像度の荷重変位曲線は、硬度、ヤング率、クリープ、破壊靱性などのさまざまな物理機械的特性を提供します。
高速マッピングのインデントの重要性
ナノインデンテーション技術をさらに普及させるための大きなボトルネックの 1 つは、時間の消費です。従来のナノインデンテーション手順による機械的特性のマッピングは容易に数時間かかる可能性があり、半導体、航空宇宙、MEMS、セラミックタイルなどの消費者製品などの大量生産産業への技術の適用を妨げています。
セラミック タイル製造業界では高速マッピングが不可欠であることが証明されており、単一のセラミック タイル全体にわたる硬度とヤング率のマッピングにより、表面がどの程度均質であるかを示すデータの分布が示されます。このマッピングでは、タイル上の柔らかい領域の輪郭を描くことができ、誰かの住居で日常的に起こる物理的な衝撃によって故障しやすい場所を示します。比較研究のためにさまざまなタイプのタイルにマッピングを作成したり、品質管理プロセスでタイルの一貫性を測定するために類似したタイルのバッチにマッピングを作成したりできます。測定セットアップの組み合わせは広範囲にわたるだけでなく、高速マッピング方法により正確かつ効率的に行うことができます。
この研究では、ナノベー メカニカルテスター、FastMap モードでは、床タイルの機械的特性を高速でマッピングするために使用されます。高い精度と再現性で 2 つの高速ナノインデンテーション マッピングを実行する Nanovea Mechanical Tester の能力を紹介します。
テスト条件
Nanovea Mechanical Tester を使用して、Berkovich 圧子を使用して床タイル上で FastMap モードで一連のナノ圧痕を実行しました。作成された 2 つのインデント マトリックスについてのテスト パラメーターを以下にまとめます。
625 インデントのマトリックスを 0.20 mm で実行2 目に見える大きな粒子が存在する領域。この粒子 (図 2) は、タイルの表面全体よりも低い平均硬度を持っていました。 Nanovea Mechanical ソフトウェアを使用すると、図 1 に示す硬度分布マップを 2D および 3D モードで表示できます。サンプル ステージの高精度位置制御を使用して、このソフトウェアを使用すると、このような領域を詳細にターゲットにすることができます。機械的特性のマッピング。
表面の均一性を測定するために、同じタイル上に 1600 インデントのマトリックスも作成されました。ここでもユーザーは、凹んだ表面の顕微鏡画像だけでなく、3D または 2D モード (図 3) で硬度分布を見ることができます。提示された硬度分布に基づいて、高硬度と低硬度のデータ ポイントが均一に散在しているため、材料は多孔質であると結論付けることができます。
従来のナノインデンテーション手順と比較して、この研究の FastMap モードは時間が大幅に短縮され、コスト効率が高くなります。これにより、硬度やヤング率などの機械的特性の迅速な定量的マッピングが可能になり、大量生産におけるさまざまな材料の品質管理に重要な粒子検出と材料の一貫性のためのソリューションが提供されます。
この研究では、FastMap モードを使用して迅速かつ正確なナノインデンテーション マッピングを実行する Nanovea Mechanical Tester の能力を紹介しました。セラミックタイル上の機械的特性マップは、ステージの位置制御（精度0.2μm）とフォースモジュールの感度を利用して、表面粒子を検出し、表面の均一性を高速で測定します。
この研究で使用されたテストパラメータは、マトリックスとサンプル材料のサイズに基づいて決定されました。さまざまなテスト パラメーターを選択して、合計押し込みサイクル時間を 1 つの押し込みあたり 3 秒 (または 10 つの押し込みごとに 30 秒) に最適化できます。
Nanovea 機械試験機の Nano および Micro モジュールにはすべて、ISO および ASTM 準拠の押込み試験機、引っかき試験機、摩耗試験機のモードが含まれており、単一システムで最も広範でユーザーフレンドリーな試験を提供します。 Nanovea の比類のない製品ラインナップは、硬度、ヤング率、破壊靱性、接着力、耐摩耗性などを含む、薄いまたは厚い、柔らかいまたは硬いコーティング、フィルム、および基材の機械的特性の全範囲を決定するための理想的なソリューションです。
さらに、オプションの 3D 非接触プロファイラーと AFM モジュールを使用して、粗さなどの他の表面測定に加えて、圧痕、傷、磨耗トラックの高解像度 3D イメージングを行うことができます。
著者: Duanjie Li、PhD ピエール・ルルーとジョセリン・エスパルザによる改訂
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