JP2003014616A - 摩擦力測定装置及び測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】回転する被測定体と媒体との転がり接触による
動摩擦係数を、磨耗紛や摩擦熱、摩擦面の変動を出切る
だけ除去した条件で測定できるようにする。 【解決手段】ローラ11を回転自在に取付けるローラブロ
ック10と、このローラブロック10に取り付けられたロー
ラ11を回転させる駆動モータ12と、媒体17を固定的に取
付け、この媒体17をローラ11に接触させるXYテーブル16
と、このXYテーブル16をローラ11の回転時に該ローラ11
と媒体17とが接触する状態で移動させる駆動モータ18，
19と、ローラ11の回転及びXYテーブル16の移動に基づい
てローラ11と媒体17との間に発生する摩擦力を測定する
ロードセル22とを具備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は例えば、用紙等の媒
体を取出し、或は搬送するゴムローラ等の摩擦力を測定
する摩擦力測定装置及び測定方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動預出機(ATM)や、電子写真複写機(PP
C)或いはプリンタ等においては、紙幣や用紙等の媒体を
取出す取出装置、或いは搬送する搬送装置を備えてい
る。

【０００３】近年においては、これら取出装置や搬送装
置の技術改良によって社会やオフィスにおける処理効率
が大きく向上されている。

【０００４】これらの装置ではゴムローラやゴムベルト
等の部材により、積層状態にある媒体から媒体を一体づ
つ分離して取出し、この取出した媒体を搬送する。

【０００５】ところで、取出される媒体或いは搬送され
る媒体の挙動は媒体と媒体との間に発生する摩擦力、或
いは媒体とゴムローラ(或いはゴムベルト)との間に発生
する摩擦力の大小に依存している。このため、取出装
置、搬送装置を設計する上では、ゴムローラ(或いはゴ
ムベルト)と媒体との間に発生する摩擦力の関係を事前
に把握する必要がある。

【０００６】一方、部材の摩擦係数としては一般に、ク
ーロン・アモントンの法則が広く成立することが知られ
ている。しかし、ゴム材と紙等の媒体との接触となる
と、必ずしもこの法則に従わないことがある。例えば、
ゴム材と紙との間の摩擦係数は、ゴム材と紙との接触
圧、ゴム材の回転速度、ゴム材の表面温度、媒体の速
度、さらにゴム材や媒体の磨耗紛が摩擦面に残留する状
態によって変化する。

【０００７】これらの摩擦係数に対する影響因子を考慮
したゴム材と紙等の媒体との摩擦係数の測定方法は規定
されていない。特に、ゴム材と紙片の両方が運動する場
合や紙片やゴム材の磨耗紛の影響を考慮にいれた測定試
験方法は規定及び提案されていない。

【０００８】例えば、JIS・K「ゴム」には摩擦係数測定
方法は規定されていない。また、JIS・P8147「紙及び板
紙の摩擦係数試験方法」には「紙」と「紙」の接触に対
する摩擦係数測定方法は定義されているが、「ゴム」と
「紙」の接触に対する摩擦係数の測定方法は規定されて
いない。

【０００９】この場合の測定方法としては、公開されて
いる研究報告では例えば、水平板上に紙片を固定し、こ
の紙片の上にゴム片を載置し、ゴム片の上に錘を載せ、
錘を引張機構により引っ張ることにより紙片とゴム片と
の間に相対的な滑り運動を与えて摩擦係数を測定する方
法がある。

【００１０】また、傾斜板上に紙片を固定的に設け、こ
の紙片の上にゴム片を載置し、さらにゴム片の上に錘を
載せ、傾斜板を回動させて傾斜させることにより、紙片
とゴム片との間に相対的な滑り運動を与えて摩擦係数を
測定する方法がある。

【００１１】しかしながら、これらの試験方法ではゴム
片の摩擦面は固定されており、ゴム片の摩擦面に巻き込
まれる磨耗紛や発熱が蓄積される。

【００１２】さらに、ゴムローラの場合には紙媒体との
接触部で潰れる現象を示し、ゴムローラの回転速度、荷
重により接触面積と送り速度が変化する。

【００１３】また、接触面で圧縮されたゴムが圧力の除
去に伴うヒステリシス現象により摩擦力(ヒステリシス
摩擦力)が発生する。このヒステリシス摩擦力も回転速
度に影響を受けるため、回転するゴムローラの摩擦挙動
は板形状のゴム片の摩擦挙動とは大きく異なる。

【００１４】従って、上記のようなゴム片を用いた試験
方法では回転するゴムローラの摩擦・磨耗挙動を測定す
ることはできない。

【００１５】また、最近では、例えば、「特願平2000-0
35317号」に開示されているように、ゴムローラに錘に
よる荷重と回転駆動を与えて水平板上に固定された紙片
に接触させることにより、ゴムローラと紙片の間に滑り
運動を発生させ、この滑り抵抗を測定して摩擦係数を測
定する方法が提案されている。

【００１６】しかしながら、この「特願平2000-035317
号」で提案された試験方法では、紙片が固定されている
ため、紙片とゴムローラとの摩擦位置が固定されてい
る。

【００１７】このため、摩擦面は磨耗紛の介在や摩擦熱
の上昇、磨耗や目詰まりによる紙面の性状変化が蓄積
し、初期条件から刻々変化する摩擦条件でしか摩擦係数
の測定ができないという問題があった。従って、別の測
定データとは摩擦条件が異なるために厳密な比較は困難
であった。

【００１８】一方、実際の機器での紙類の取出し、或い
は搬送においては、紙類は絶えず移動し、新しい紙類に
置き換わってゴムローラと接触しているため、上記従来
の摩擦試験方法で測定した摩擦係数や磨耗の推定は必ず
しも当てはまらないという問題があった。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】上記したように、従来
のゴムと紙媒体との摩擦磨耗試験方法では、ゴム片が回
転ローラでない場合か、紙媒体が固定された場合であ
り、そのため、接触面に磨耗紛や摩擦熱の蓄積の影響を
除去できない摩擦試験方法であった。従って、ATMやPP
C、プリンターなどの機械でのゴムローラによる紙媒体
の取出しや搬送の実際の摩擦条件に対応する条件で摩擦
係数及び磨耗形態の測定ができないという問題があっ
た。

【００２０】本発明は上記事情に着目してなされたもの
で、その目的とするところは、回転する被測定体と媒体
との転がり接触による動摩擦係数を、磨耗紛や摩擦熱、
摩擦面の変動を出切るだけ除去した条件で測定できるよ
うにした摩擦力測定装置及び測定方法を提供するもので
ある。

【００２１】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するため、請求項１記載のものは、被測定体を回転自在
に取付ける第1の取付手段と、この第1の取付手段に取り
付けられた前記被測定体を回転させる第1の駆動手段
と、媒体を固定的に取付け、この媒体を前記被測定体に
接触させる第2の取付手段と、この第2の取付手段を前記
被測定体の回転時に該被測定体と媒体とが接触する状態
で移動させる第2の駆動手段と、前記被測定体の回転及
び前記第2の取付手段の移動に基づいて前記被測定体と
媒体との間に発生する摩擦力を測定する摩擦力測定手段
と、を具備する。

【００２２】請求項８記載のものは、被測定体を第1の
取付体に回転自在に取付ける第1の取付工程と、媒体を
第2の取付体に固定的に取付け、この媒体を前記被測定
体に接触させる第2の取付工程と、前記第1の取付工程に
より取り付けられた前記被測定体を回転させるとともに
該被測定体と媒体とが接触する状態で前記第2の取付体
を移動させる駆動工程と、前記被測定体の回転及び前記
取付体の移動に基づいて前記被測定体と媒体との間に発
生する摩擦力を測定する摩擦力測定工程と、を具備す
る。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に示す実施の
形態を参照して詳細に説明する。

【００２４】図1は本発明の第1の実施の形態である摩擦
力測定装置としての摩擦摩耗試験装置1を示す正面図で
ある。

【００２５】摩擦磨耗試験装置1はベース板2を備え、こ
のベース板2の脚部2aの下には外部からの振動を遮断す
るゴム製の防振ベース3が取付けられている。ベース板2
の上面には保持手段としての門形の支柱4が取付けら
れ、支柱4の上端部には軸4aが架設されている。この軸4
aにベアリング5を介して垂直振り子6が取付けられてい
る。

【００２６】垂直振り子6の下端部にはベアリング7を介
して支持手段としての支持体8が設けられている。この
支持体8には取付位置を調整可能とするカウンターウェ
イト9が取付けられており、その反対側の先端には第1の
取付手段としてのローラブロック10が取り付けられてい
る。ローラブロック10には被測定体としてのゴム製のロ
ーラ11が取付けられている。支持体8には第1の駆動手段
としてのローラ駆動モータ12が取付けられ、このローラ
駆動モータ12にはベルト13を介してローラ11が接続され
ている。

【００２７】ローラブロック10の上面部には荷重受け皿
14が設けられ、この荷重受け皿14上にはローラ１１に荷
重を与えるための錘15が載置されている。カウンターウ
ェイト9の位置は錘15を載せない状態で支持体8がほぼ水
平に釣り合うように調整されている。

【００２８】一方、ローラ１１の下方部には、第2の取
付手段としてのXYテーブル16が設けられている。このXY
テーブル16の上面には紙などの媒体17が固定されてい
る。XYテーブル16は第2の駆動手段としての駆動モータ1
8及び駆動モータ19によって水平方向に自在に移動され
るようになっている。

【００２９】また、ベース板2上にはカム駆動モータ21
が設けられ、カム駆動モータ21の回転軸には移動手段と
してのカム20が取り付けられている。支持体8はカム20
の回動により上方へ押上げられるようになっている。こ
れにより摩擦係数の測定や磨耗試験を行っていない時
に、XYテーブル16を独立して動作させる場合に後述する
ロードセル22ヘの負荷や被測定体（ローラ）11と媒体17
との接触を避けることが可能となっている。

【００３０】支持体8の他端部には摩擦力測定手段を構
成するロードセル22が取付けられ、このロードセル22に
はワイヤ24を介して固定体23が連結されている。固定体
23はベース板2に固定的に取り付けられている。支持体
８の一端側には、ローラ11の表面温度を測定するための
温度測定手段としての放射温度計25が取付けられてい
る。

【００３１】次に、被測定体１１と媒体１７との間に発
生する摩擦力の測定方法について説明する。

【００３２】まず、図１に示すように、XYテーブル16上
に媒体17を固定し、ローラブロック10にローラ１１を取
り付け、荷重受け皿14上に錘15を載置する。しかるの
ち、駆動モータ１２を駆動させるとともに駆動モータ１
８，１９を駆動させる。

【００３３】駆動モータ１２の駆動により、ベルト１３
を介してローラ１１が回転され、ローラ１１と接触する
媒体17との間に摩擦力が発生する。また、駆動モータ１
８，１９の駆動により、XYテーブル１６が水平方向に移
動され、ローラ11と媒体17との接触位置は連続的に可変
される。ローラ１１と媒体17との間に発生した摩擦力に
より支持体８に前進方向の力が働き、ロードセル２２に
負荷が加わって摩擦力が計測される。また、このときに
は、放射温度計によりローラ11の表面温度が測定され
る。

【００３４】上記したように、ローラ11と媒体17との接
触位置を可変しながらローラ11を回転させるため、磨耗
紛や摩擦熱の影響を除外して、摩擦試験を実施できる。

【００３５】従って、実際のATM、PPC、プリンターなど
と同様の紙とゴムローラの摩擦条件を再現し或は近づけ
て摩擦力、磨耗状態を測定することができる。

【００３６】図2は本発明の第2の実施の形態である摩擦
摩耗試験装置を示すものである。

【００３７】なお、上記した第1の実施の形態で示した
部分と同一部分については、同一番号を付してその説明
を省略する。

【００３８】この第2の実施の形態では、ローラブロッ
ク10にローラ11の外径寸法変化、さらに表面の凹凸を測
定するための形状測定手段としてのレーザ変位計26が取
り付けられている。

【００３９】ところで、回転ローラと媒体との間の摩擦
係数の測定においては、ゴムに特有な摩擦形態の一つで
あるスティックスリップ現象があり、この現象はロード
セルで計測される記録データに振動曲線として記録され
る。しかし、ローラ試験片の取付精度に偏心や外径のば
らつきがある場合も似たような振動として記録される。
この振動はスティックスリップによる振動とは分離しな
ければならない。

【００４０】そこで、この実施の形態ではローラブロッ
ク10にレーザ変位計26を装着して装置にローラ11を取付
けた後の偏心や外径のばらつきを事前に計測することに
より、正確な摩擦力の計測を可能とする。

【００４１】図3はXYテーブル16の上面に紙等の媒体の
代わりに、立体試験片27を搭載した場合の摩擦磨耗試験
状況を示したものである。

【００４２】ローラ11は、立体試験片27に接触しながら
上下に移動して摩擦力が測定される。このローラ11の上
下への移動時には支持体8は傾斜し、ロードセル22の高
さは固定体23に対して変動する。この高さ変動があって
も引張力を測定できるように、ロードセル22はフレキシ
ブルなワイヤ24を介して固定体２３に連結されている。

【００４３】なお、上記した実施の形態では、被測定体
としてゴム材、媒体として紙材を用いたが、これに限ら
れることなく、金属、セラミックス、プラスチック等の
材料を用いてこれら材料間の摩擦磨耗試験も同様に実施
できることは勿論である。

【００４４】さらに、従来で説明したゴムブロックと紙
媒体の摩擦試験方法を、本願発明のゴムローラ11側の回
転を停止して、紙媒体１７面上を滑らせることにより可
能である。

【００４５】また、XYテーブル16上に紙媒体の代わりに
ローラを取付けて該ローラとローラブロック10のローラ
11間の摩擦磨耗試験も可能である。

【００４６】また、各駆動モータ１２，１８，１９とし
てはサーボモータ或いはステッピングモータが好まし
い。これらサーボモータ或いはステッピングモータはコ
ントローラによって制御でき、多様な摺動パターンを実
施することが可能となる。

【００４７】また、比較的大面積を有する紙媒体を採用
し、ゴムローラ11との接触軌跡をXYテーブル16を移動さ
せることにより重複を避けて何条もの平行線とすること
により連続試験が可能である。

【００４８】

【発明の効果】本発明は以上説明したように、被測定体
と媒体との接触面を移動させながら被測定体を回転する
ため、磨耗紛、摩擦熱、磨耗の進行等の影響を排除した
動摩擦力と磨耗状況を測定できる。

【００４９】また、被測定体の回転時における温度及び
外形状を測定するため、被測定体の温度及び外形状が摩
擦力に与える影響を把握することができる。

【００５０】従って、実際のATM、PPC、プリンター等の
媒体搬送、取出機器の実際の摩擦に近い条件で精度な試
験を実施することができ、上記機器の媒体取出し、搬送
の信頼性を向上できるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第1の実施の形態である摩擦磨耗試験
装置を示す構成図。

【図２】本発明の第２の実施の形態である摩擦磨耗試験
装置を示す構成図。

【図３】立体形状の試験片を用いた場合の測定方法を示
す図。

【符号の説明】

4…支柱（保持手段）、8…支持体（支持手段）、10…ロ
ーラブロック（第1の取付手段）、12…ローラ駆動モー
タ（第1の駆動手段）、17…媒体、16…XYテーブル（第2
の取付手段）、18，19…駆動モータ（第2の駆動手
段）、20…カム（移動手段）、24…ロードセル（摩擦力
測定手段）、25…放射温度計（温度測定手段）、レーザ
変位計（形状測定手段）、27…立体試験片。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 馬場 英明 神奈川県川崎市幸区柳町70番地 東芝ソシ オエンジニアリング株式会社内 Ｆターム(参考） 2F051 AA21 AB09 BA00

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被測定体を回転自在に取付ける第1の取付
   手段と、 この第1の取付手段に取り付けられた前記被測定体を回
   転させる第1の駆動手段と、 媒体を固定的に取付け、この媒体を前記被測定体に接触
   させる第2の取付手段と、 この第2の取付手段を前記被測定体の回転時に該被測定
   体と媒体とが接触する状態で移動させる第2の駆動手段
   と、 前記被測定体の回転及び前記第2の取付手段の移動に基
   づいて前記被測定体と媒体との間に発生する摩擦力を測
   定する摩擦力測定手段と、 を具備することを特徴とする摩擦力測定装置。
2. 【請求項２】前記媒体は紙或は立体物であることを特徴
   とする請求項1記載の摩擦力測定装置。
3. 【請求項３】被測定体を回転自在に取付ける第1の取付
   手段と、 この第1の取付手段に取り付けられた前記被測定体を回
   転させる第1の駆動手段と、 媒体を固定的に取付け、この媒体を前記被測定体に接触
   させる第2の取付手段と、 この第2の取付手段を前記被測定体の回転時に該被測定
   体と媒体とが接触する状態で移動させる第2の駆動手段
   と、 前記被測定体の回転及び前記第2の取付手段の移動に基
   づいて前記被測定体と媒体との間に発生する摩擦力を測
   定する摩擦力測定手段と、 前記第1の取付手段を一端側、前記摩擦力測定手段を他
   端側に支持する支持手段と、 この支持手段を移動自在に保持する保持手段と、 を備え、 前記摩擦力測定手段はロードセルを有し、このロードセ
   ルは連結材を介して固定物に連結されることを特徴とす
   る摩擦力測定装置。
4. 【請求項４】被測定体を回転自在に取付ける第1の取付
   手段と、 この第1の取付手段に取り付けられた前記被測定体を回
   転させる第1の駆動手段と、 媒体を固定的に取付け、この媒体を前記被測定体に接触
   させる第2の取付手段と、 この第2の取付手段を前記被測定体の回転時に該被測定
   体と媒体とが接触する状態で移動させる第2の駆動手段
   と、 前記被測定体の回転及び前記第2の取付手段の移動に基
   づいて前記被測定体と媒体との間に発生する摩擦力を測
   定する摩擦力測定手段と、 前記第1の取付手段を一端側、前記摩擦力測定手段を他
   端側に支持する支持手段と、 この支持手段を移動自在に保持する保持手段と、 前記支持手段を移動させることにより前記被測定体を前
   記媒体に対して接離する方向に移動させる移動手段と、 を備えることを特徴とする摩擦力測定装置。
5. 【請求項５】前記移動手段は回転カムを備えることを特
   徴とする請求項４記載の摩擦力測定装置。
6. 【請求項６】前記被測定体は前記媒体の形状に応じて移
   動することを特徴とする請求項４記載の摩擦力測定装
   置。
7. 【請求項７】被測定体を回転自在に取付ける第1の取付
   手段と、 この第1の取付手段に取り付けられた前記被測定体を回
   転させる第1の駆動手段と、 媒体を固定的に取付け、この媒体を前記被測定体に接触
   させる第2の取付手段と、 この第2の取付手段を前記被測定体の回転時に該被測定
   体と媒体とが接触する状態で移動させる第2の駆動手段
   と、 前記被測定体の回転及び前記第2の取付手段の移動に基
   づいて前記被測定体と媒体との間に発生する摩擦力を測
   定する摩擦力測定手段と、 前記被測定体の摩擦力測定時における表面温度を測定す
   る温度測定手段と、 前記被測定体の摩擦力測定時における外形状を測定する
   形状測定手段と、 を具備することを特徴とする摩擦力測定装置。
8. 【請求項８】被測定体を第1の取付体に回転自在に取付
   ける第1の取付工程と、 媒体を第2の取付体に固定的に取付け、この媒体を前記
   被測定体に接触させる第2の取付工程と、 前記第1の取付工程により取り付けられた前記被測定体
   を回転させるとともに該被測定体と媒体とが接触する状
   態で前記第2の取付体を移動させる駆動工程と、 前記被測定体の回転及び前記取付体の移動に基づいて前
   記被測定体と媒体との間に発生する摩擦力を測定する摩
   擦力測定工程と、 を具備することを特徴とする摩擦力測定方法。
9. 【請求項９】被測定体を第1の取付体に回転自在に取付
   ける第1の取付工程と、 媒体を第2の取付体に固定的に取付け、この媒体を前記
   被測定体に接触させる第2の取付工程と、 前記第1の取付工程により取り付けられた前記被測定体
   を回転させるとともに該被測定体と媒体とが接触する状
   態で前記第2の取付体を移動させる駆動工程と、 前記被測定体の回転及び前記取付体の移動に基づいて前
   記被測定体と媒体との間に発生する摩擦力を測定する摩
   擦力測定工程と、 前記被測定体を前記媒体に対して接離する方向に移動さ
   せる移動工程と、 を備えることを特徴とする摩擦力測定方法。
10. 【請求項１０】被測定体を第1の取付体に回転自在に取
    付ける第1の取付工程と、 媒体を第2の取付体に固定的に取付け、この媒体を前記
    被測定体に接触させる第2の取付工程と、 前記第1の取付工程により取り付けられた前記被測定体
    を回転させるとともに該被測定体と媒体とが接触する状
    態で前記取付体を移動させる駆動工程と、 前記被測定体の回転及び前記取付体の移動に基づいて前
    記被測定体と媒体との間に発生する摩擦力を測定する摩
    擦力測定工程と、 前記被測定体の摩擦力測定時における表面温度を測定す
    る温度測定工程と、 前記被測定体の摩擦力測定時における外形状を測定する
    形状測定工程と、 を具備することを特徴とする摩擦力測定装置。