セラミックス・コーティング材の摩耗評価と試験法に関する研究

1992 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 02555020
• Research Institution: Hokkaido University (Faculty of Engineering)
• Principal Investigator: 石川 博將 北海道大学, 工学部, 教授 (80001212)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 藤木 裕行 北海道大学, 工学部, 助手 (80238550) ; 内田 猛 (株)東芝, 重電技術研究所, 主幹 ; 佐々木 克彦 北海道大学, 工学部, 講師 (90215715) ; 但野 茂 北海道大学, 工学部, 助教授 (50175444)
• Keywords: 摩耗機構 / ころがり-すべり接触 / 繰返し塑性 / 塑性構成式 / 有限要素法 / セラミックス・コーティング / レーザースペックル

Research Abstract

1.摩耗機構の数値シミュレーション
繰返し塑性構成式を用いた有限要素法により2種類の材料特性の異なる鋼(S20C、SKD11)が転がり-すべり接触を受けたときの変形挙動を解析した。その結果、被接触材料の応力-ひずみ関係の違いは、その変形、応力およびひずみの分布に著しい影響を及ぼすことが分かった。また、被接触材料の種類により最大せん断塑性ひずみが蓄積されていく位置が異なるため、摩耗によるクラックの発生位置も異なることが予想される。さらに、摩擦係数の影響も材料により大きく異なり、特にクラック発生の原因と考えられるせん断ひずみへの影響が大きい。
2.摩耗試験・評価法の検討
非接触式の摩耗評価法として、レーザースペックル法による摩耗評価の検討を行った。この検討は現在進行中であるが、これまでの結果では様々なレーザースペックルパラメータに摩耗量との相関がみられ、評価の難しいセラミックコーティング材にも適用ができそうである。これについては今後も検討を続けていく。
3.本評価法を応用した非金属材料の摩耗評価
本摩耗評価法の一応用例として、非金属材料の摩耗評価を検討した。具体的には人工膝関節に使用されている超高分子量ポリエチレンの評価を行ったが、これまでに提案された評価法がかなり応用できることが分かった。ただし通常の金属材料と異なり、プラスチック材料では粘性効果が非常に大きいので、より高精度な評価を行うためにはこれを考慮に入れなければならない。

Research Products

• [Publications] 藤木 裕行: "繰返し塑性構成式を用いた転がり-すべり接触変形解析" No.920-72日本機械学会材料力学講演会講演論文集. 1. 227-228 (1992)
• [Publications] 藤木 裕行: "人工膝関節における超高分子量ポリエチレンの摩耗" 日本機械学会第70期全国大会講演会講演論文集. A. 244-246 (1992)
• [Publications] H.Ishikawa: "Mechanics of Bio-tribology for Artificial Joint" Proceedings of 7th.International Conference on Biomedical Engineering. 1. 149-151 (1992)
• [Publications] 藤木 裕行: "人工膝関節における超高分子量ポリエチレンの摩耗評価" 第3回バイオメカニクスカンファレンス講演論文集. A. 67-68 (1993)