JP4588780B2 - 動摩擦係数測定装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、線状物の動摩擦係数を測定する装置及び方法に関する。

プラスチックフィルム及びシートの動摩擦係数試験方法については、標準測定法が確立されている（例えば、非特許文献１参照。）。ＪＩＳ７１２５：１９９９では、同一材料又は他材料の上をフィルム状又はシート状の材料を滑らせたときの滑り出し時及び滑り時の摩擦係数を測定する方法について規定されている。

この方法では、０．５ｍｍ上限厚みまでの、べたつきのないプラスチックフィルム又はシートの摩擦係数を測定する。プラスチックフィルム又はシートは例えば、接触面積４０ｃｍ^２の正方形を要し、摩擦を引き起こすための引張速度は通常１００ｍｍ／分±１０ｍｍ／分と規定されている。
ＪＩＳ７１２５：１９９９「プラスチックフィルム及びシート−動摩擦係数試験方法」

しかし、上記の測定方法を通信ケーブルのような線状物の動摩擦係数の測定に適用するには困難がある。つまり、プラスチックフィルム又はシートのような長方形と通信ケーブルのような線状物では形状が大きく異なるため、動摩擦係数に大きな差異があることが明らかとなった。また、標準測定法で定める引張速度と通信ケーブルの牽引速度又は引抜速度では２桁程度の相違があるため、速度の違いによって動摩擦係数に大きな差異があることが明らかとなった。

前記課題を解決するために、本発明は、通信ケーブルのような線状物を実際の牽引速度又は引抜速度で引っ張って動摩擦係数を測定する装置及び方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、線状物の一端を固定し、線状物にガイドを介して荷重をかけたまま、ガイドを有する可動台を一定の牽引力で牽引して、動摩擦係数を算出することとした。

具体的には、本発明の動摩擦係数測定装置は、線状物の動摩擦係数を測定する動摩擦係数測定装置であって、前記線状物の一端を固定する線状物固定手段と、前記線状物を搭載する溝形状搭載ガイドを有し、前記線状物と溝形状搭載ガイドとの摩擦よりも小さい摩擦で設置面上を移動可能な可動台と、前記可動台の溝形状搭載ガイドに対向して前記線状物を収容する溝形状荷重ガイドを有し、前記溝形状荷重ガイドを介して前記線状物に荷重する荷重手段と、前記線状物固定手段と反対方向に一定の牽引力で前記可動台を牽引する牽引手段と、を備えることを特徴とする。

この構成によれば、通信ケーブルのような線状物を実際の牽引速度又は引抜速度で引っ張って動摩擦係数を測定することができる。

さらに、本発明の動摩擦係数測定装置は、前記牽引手段は、一定の牽引力で所定の距離だけ前記可動台を牽引し、前記可動台を前記所定の距離だけ牽引してから前記可動台が停止するまでの停止距離を測定する停止距離測定手段をさらに備えることを特徴とする。

この構成によれば、動摩擦係数を摩擦力から算出することなく、可動台が停止するまでの停止距離から算出することができる。

さらに、本発明の動摩擦係数測定装置は、前記停止距離測定手段の測定した停止距離から前記線状物の動摩擦係数を算出する動摩擦係数算出手段をさらに備えることを特徴とする。

この構成によれば、停止距離から線状物の動摩擦係数を自動的に算出することができる。

さらに、本発明の動摩擦係数測定装置は、前記線状物固定手段を保持し、前記牽引手段が前記可動台を牽引中に前記線状物を介して前記線状物固定手段に印加される力を測定する応力測定手段をさらに備えることを特徴とする。

この構成によれば、線状物固定手段に印加される力から算出することができる。

さらに、本発明の動摩擦係数測定装置は、前記応力測定手段の測定した力から前記線状物の動摩擦係数を算出する動摩擦係数算出手段をさらに備えることを特徴とする。

この構成によれば、線状物固定手段に印加される力から線状物の動摩擦係数を自動的に算出することができる。

さらに、本発明の動摩擦係数測定装置は、前記牽引手段が、前記可動台を牽引して前記所定の距離と同じ高さから落下する重りを有することを特徴とする。

この構成によれば、落下する重りの質量又は落下する高さを調整することによって、実際の牽引速度又は引抜速度を実現することができる。

さらに、本発明の動摩擦係数測定装置は、前記牽引手段が、前記可動台を牽引して落下する重りを有することを特徴とする。

この構成によれば、落下する重りの質量を調整することによって、実際の牽引速度又は引抜速度を実現することができる。

さらに、本発明の動摩擦係数測定装置は、前記溝形状搭載ガイド及び前記溝形状荷重ガイドの長手方向に垂直な断面形状が、前記線状物の長手方向に垂直な断面形状と同じであることを特徴とする。

この構成によれば、通信ケーブルのような線状物を実際の牽引又は引抜をする管路と同じ環境下で動摩擦係数を算出することができる。

さらに、本発明の動摩擦係数測定装置は、前記溝形状搭載ガイド及び前記溝形状荷重ガイドの前記線状物との接触面の材質が、前記線状物の表面の材質と同じであることを特徴とする。

この構成によれば、同じ材質同士の動摩擦係数を測定することにより、動摩擦係数を正規化することができる。

さらに、本発明の動摩擦係数測定方法は、線状物の動摩擦係数を測定する動摩擦係数測定方法であって、線状物の一端を固定し、前記線状物を搭載する溝形状搭載ガイドを有し、前記線状物と溝形状搭載ガイドとの摩擦よりも小さい摩擦で設置面上を移動可能な可動台と、前記可動台の溝形状搭載ガイドに対向して前記線状物を収容する溝形状荷重ガイドを有し、前記溝形状荷重ガイドで前記線状物に荷重する荷重手段と、で前記線状物を挟持しながら前記線状物の他端の方向に一定の牽引力で所定の距離だけ前記可動台を牽引し、前記可動台を前記所定の距離だけ牽引してから前記可動台が停止するまでの停止距離を測定することによって、前記線状物の動摩擦係数を測定することを特徴とする。

この方法によれば、通信ケーブルのような線状物を実際の牽引速度又は引抜速度で引っ張って動摩擦係数を測定することができ、また、動摩擦係数を摩擦力から測定することなく、可動台が停止するまでの停止距離から算出することができる。

さらに、本発明の動摩擦係数測定方法は、線状物の動摩擦係数を測定する動摩擦係数測定方法であって、線状物の一端を保持し、前記線状物を搭載する溝形状搭載ガイドを有し、前記線状物と溝形状搭載ガイドとの摩擦よりも小さい摩擦で設置面上を移動可能な可動台と、前記可動台の溝形状搭載ガイドに対向して前記線状物を収容する溝形状荷重ガイドを有し、前記溝形状荷重ガイドで前記線状物に荷重する荷重手段と、で前記線状物を挟持しながら前記線状物の他端の方向に一定の牽引力で前記可動台を牽引し、前記牽引手段が前記可動台を牽引中に、前記線状物に引張力として印加される力を測定することによって、前記線状物の動摩擦係数を測定することを特徴とする。

この方法によれば、通信ケーブルのような線状物を実際の牽引速度又は引抜速度で引っ張って動摩擦係数を測定することができ、また、線状物に引張り力として印加される力から算出することができる。

さらに、本発明の動摩擦係数測定方法は、前記可動台を牽引する重りを前記所定の距離と同じ高さから落下させることによって、一定の牽引力で所定の距離だけ前記可動台を牽引することを特徴とする。

この方法によれば、落下する重りの質量又は落下する高さを調整することによって、実際の牽引速度又は引抜速度を実現することができる。

さらに、本発明の動摩擦係数測定方法は、前記可動台を牽引する重りを落下させることによって、一定の牽引力で前記可動台を牽引することを特徴とする。

この方法によれば、落下する重りの質量を調整することによって、実際の牽引速度又は引抜速度を実現することができる。

本発明によれば、通信ケーブルのような線状物を実際の牽引速度又は引抜速度で引っ張って動摩擦係数を測定する動摩擦係数測定装置及び動摩擦係数測定方法を提供することができる。

添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施例であり、本発明は、以下の実施形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係る動摩擦係数測定装置の構成を図１で説明する。図１において、１１は摩擦が十分に小さい設置面、１２は線状物としてのケーブル、１３はケーブル１２の一端を固定する線状物固定手段、１４は設置面１１上を移動可能な可動台、１５はケーブル１２に荷重する荷重手段、１６はケーブル１２を線状物固定手段１３と反対方向に一定の牽引力で所定の距離だけ可動台１４を牽引する牽引手段としての重り、１７は重り１６が高さＨから落下したときに受け取る緩衝台である。

設置面１１は、ケーブル１２と荷重手段１５との摩擦よりも小さい摩擦が望ましい。可動台１４が移動するのに、十分小さい摩擦であればよく、可動台１４に軸との摩擦の小さい車輪を装着して実現してもよい。設置面１１と可動台１４との摩擦力は、ケーブル１２と荷重手段１５との摩擦力の十分の一以下が好ましい。線状物固定手段１３は、可動台１４が牽引されても、ケーブル１２が動かないように固定する。線状物固定手段１３は、設置面１１に対して固定されていればよい。

牽引手段としては重り１６を用いているが、可動台１４をケーブル１２と平行を保って所定の距離Ｈだけ牽引後、牽引をとめるものであればよい。例えば、距離Ｈよりも十分に長い長さのバネで距離Ｈだけ牽引し、距離Ｈだけ牽引後、バネの収縮を止めるストッパを備えるものでもよい。可動台１４をモータで距離Ｈだけ牽引し、距離Ｈだけ牽引後、モータを停止させるものでもよい。

ケーブル１２を搭載した可動台１４と荷重手段１５の切断図を図２に示す。図２において、１１は設置面、１２は線状物としてのケーブル、１４は設置面１１上を移動可能な可動台、１５はケーブル１２に荷重する荷重手段、１４ａは溝形状搭載ガイド、１５ａは溝形状荷重ガイドである。

可動台１４は、ケーブル１２を搭載する溝形状搭載ガイド１４ａを有し、ケーブル１２と溝形状搭載ガイド１４ａとの摩擦よりも小さい摩擦で設置面１１上を移動可能である。荷重手段１５は、溝形状搭載ガイド１４ａに対向してケーブル１２を収容する溝形状荷重ガイド１５ａを有し、溝形状荷重ガイド１５ａでケーブル１２に荷重する。

溝形状搭載ガイド１４ａ及び溝形状荷重ガイド１５ａの長手方向に垂直な断面形状は、所要の動摩擦を生じればよいが、ケーブル１２の長手方向に垂直な断面形状と同じであることが望ましい。溝形状搭載ガイド１４ａ及び溝形状荷重ガイド１５ａの長手方向に垂直な断面形状をこのような形状とすることにより、溝形状搭載ガイド１４ａと溝形状荷重ガイド１５ａとで、ケーブル１２の表面に均等に動摩擦を生じさせることができる。本実施形態では、円形としている。円形とすることにより、ケーブル１２を断面が円形の管路に挿入又は引抜するときの環境を再現することができる。

溝形状搭載ガイド１４ａ及び溝形状荷重ガイド１５ａのケーブル１２との接触面の材質が、ケーブル１２の表面の材質と同じであることが望ましい。同じ材質として、同じ材質同士の動摩擦係数を測定することにより、動摩擦係数を正規化することができる。

図１において、重り１６が落下距離Ｈだけ、落下したときの可動台１４の速度を算出する。まず、重り１６の運動を考える。重り１６の質量をＷ、重力加速度をｇ、静止摩擦係数をμ₀、荷重手段１５の質量をｍ_１としたとき、重り１６への重力が荷重によるケーブル１２の最大静止摩擦力よりも大きいとき、

即ち、

のとき、重り１６は落下する。通常、静止摩擦係数μ_０が１を超えることはないので、Ｗ≧ｍ_１の条件が成立すれば、重り１６は落下する。

このとき、重り１６に働く力は、重り１６への重力ｇ並びに荷重による荷重手段１５及び可動台１４とケーブル１２との動摩擦力なので、動摩擦係数をμ_１、加速度をａとしたとき、運動方程式は次式が得られる。

なお、設置面１１と可動台１４との摩擦力が荷重手段１５とケーブル１２との摩擦力に比較して無視できないときは、予め測定した設置面１１と可動台１４との動摩擦係数をμ_２、可動台１４の質量をｍ_０とすると、数３において、左辺に−μ_２×（ｍ_１＋ｍ_０）×ｇの動摩擦力を考慮すればよい。

数３より、加速度ａは次式で得られる。

重りの落下距離をＨとすると、落下距離Ｈを落下するのに要する時間ｔ_０は、次式で得られる。

数５より、

となる。落下距離Ｈを落下したとき、重り１６の速度Ｖ_０は、次式となる。

次に、荷重手段１５を載せた可動台１４の運動を考える。重り１６の落下によって、速度Ｖ_０となった可動台１４は、その後、ケーブル１２の動摩擦力によって減速し、静止する。重り１６が落下距離Ｈだけ落下したときをｔ＝０、可動台１４の位置をｘ＝０とする。可動台１４に働く力は、荷重手段１５によるケーブル１２の動摩擦力なので、運動方程式は、可動台１４の質量をｍ_０、加速度をαとしたとき、次式が得られる。

このときの加速度αは次式となる。

重り１６が落下距離Ｈを落下してからの時間ｔでの速度ｖ（ｔ）は、次式となる。

重り１６が落下距離Ｈを落下してからの時間ｔでの停止位置ｘ（ｔ）は、次式となる。

ここで、可動台１４がケーブル１２の動摩擦力によって停止するまでの停止時間ｔ_ｓは、数１０において、ｖ（ｔ）＝０とおいて得られる。即ち、

となる。

数１２より、重り１６が落下距離Ｈを落下してからの時間ｔ_ｓでの停止距離ｘ_ｓは、次式となる。

数１２を代入する。

数７を代入する。

が得られる。

数１５から動摩擦係数μ_１を次式のように算出できる。

数１６から分かるように、重り１６の質量Ｗ、可動台１４の質量ｍ_０、荷重手段１５の質量ｍ_１、落下距離Ｈが予め分かり、重り１６が落下距離Ｈを落下してから可動台１４が停止するまでの停止距離ｘ_ｓを測定できれば、動摩擦係数μ_１を算出することができる。

具体的な例を示す。重り１６の質量Ｗ＝３ｋｇ、可動台１４の質量ｍ_０＝１ｋｇ、荷重手段１５の重をｍ_１＝１ｋｇ、落下距離Ｈ＝０．１ｍとし、重り１６が落下距離Ｈだけ落下してから停止するまでの停止距離ｘ_ｓを測定すると０．６ｍであったとき、数１６より、動摩擦係数μ_１＝０．３が得られる。

また、このときの重り１６の速度Ｖ_０は、数７に示すように、落下距離Ｈ、又は重り１６の質量Wと荷重手段１５との質量ｍ_１比を変えることにより任意の速度を得ることができる。具体的な例として、上記で説明したのと同じ条件では、Ｖ_０＝１．３３ｍ／ｓが得られる。つまり、最大速度が１．３３ｍ／ｓ程度でケーブルを挿入又は引抜をする場合の動摩擦係数が得られることになる。

重り１６が落下距離Ｈだけ落下してから停止するまでの停止距離ｘ_ｓは、可動台１４が動き始めてから停止するまでの全行程距離を測定し、その値から、落下距離Ｈを差し引けばよい。全行程距離は、設置面１１に距離目盛を刻んでおいて、目測で測定してもよい。また、可動台１４を落下距離Ｈだけ牽引した後に、可動台１４が停止するまでの停止距離を測定する停止距離測定手段（不図示）をさらに備えることでもよい。例えば、可動台１４の移動によってレーザ光線を横切るように配置し、横切ったレーザ光線の位置で全行程距離を測定してもよい。あるいは、可動台１４に対する超音波パルスの反射時間から全行程距離を測定してもよい。あるいは、可動台にひもを括り付け、ひもの繰り出し長さで全行程距離を測定してもよい。停止距離測定手段は、これらの全行程距離から落下距離Ｈを差し引いて、停止距離ｘ_ｓを測定する。

動摩擦係数算出手段（不図示）は、数１６に従って、予め入力された値と測定した停止距離ｘ_ｓから動摩擦係数を算出する。

本実施形態によれば、動摩擦係数を摩擦力から測定することなく、可動台が停止するまでの停止距離から算出することができる。また、通信ケーブルのような線状物を実際の牽引速度又は引抜速度で引っ張って動摩擦係数を測定することができる。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係る動摩擦係数測定装置の構成を図３で説明する。図３において、１１は摩擦が無視できる設置面、１２は線状物としてのケーブル、１３はケーブル１２の一端を固定する線状物固定手段、１４は設置面１１上を移動可能な可動台、１５はケーブル１２に荷重する荷重手段、１６はケーブル１２を線状物固定手段１３と反対方向に一定の牽引力で可動台１４を牽引する牽引手段としての重り、１７は重り１６が落下したときに受け取る緩衝台、１８は線状物固定手段１３に印加される力を測定する応力測定手段である。

第１の実施形態では、重り１６の質量Ｗ、可動台１４の質量ｍ_０、荷重手段１５の質量ｍ_１、落下距離Ｈが予め分かり、重り１６が落下距離Ｈを落下してから可動台１４が停止するまでの停止距離ｘ_ｓを測定して、動摩擦係数μ_１を算出した。本実施形態では、図３に示すように、重り１６の質量Ｗ、荷重手段１５の質量ｍ_１が予め分かり、可動台１４を牽引し始めてからケーブル１２に引張力として印加される力、即ち、線状物固定手段１３への力を測定して、動摩擦係数μ_１を算出する。線状物固定手段１３への力は、応力測定手段１８で測定する。

数４から動摩擦係数μ₁は次式のように算出できる。

数１７から分かるように、荷重手段１５の質量ｍ_１が予め分かり、重り１６が落下を開始してから力Ｆを測定できれば、動摩擦係数μ_１を算出することができる。

具体的な例を示す。荷重手段１５の質量ｍ_１＝１ｋｇが予め分かり、力Ｆを測定すると、Ｆ＝２．９４ｋｇ・ｍ／ｓ^２であったとき、数１７より、動摩擦係数μ_１＝０．３が得られる。

また、このときの重り１６の速度Ｖ_０は、数７に示すように、落下距離Ｈ、又は重り１６の質量Ｗと荷重手段１５の質量ｍ_１との比を変えることにより任意の速度を得ることができる。具体的な例として、重り１６の質量Ｗ＝３ｋｇ、荷重手段１５の質量ｍ_１＝１ｋｇ、落下距離Ｈ＝０．１ｍとした条件では、Ｖ_０＝１．３３ｍ／ｓが得られる。つまり、最大速度が１．３３ｍ／ｓ程度でケーブルを挿入又は引抜をする場合の動摩擦係数が得られることになる。

動摩擦係数算出手段（不図示）は、数１７に従って、予め入力された値と測定した力Ｆから動摩擦係数を算出する。

本実施形態によれば、通信ケーブルのような線状物を実際の牽引速度又は引抜速度で引っ張って動摩擦係数を測定することができ、また、線状物に引張り力として印加される力から算出することができる。

本発明の動摩擦係数測定装置及び動摩擦係数測定方法は、ケーブルのような線状物の動摩擦係数の測定に適用することができる。

本発明の実施形態に係る動摩擦係数測定装置の構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る動摩擦係数測定装置の可動台と荷重手段の切断面を示す図である。 本発明の実施形態に係る動摩擦係数測定装置の構成を示す図である。

符号の説明

１１：設置面
１２：線状物としてのケーブル
１３：線状物固定手段
１４：可動台
１４ａ：溝形状搭載ガイド
１５：荷重手段
１５ａ：溝形状荷重ガイド
１６：牽引手段としての重り
１７：緩衝台
１８：応力測定手段

Claims (13)

1. 線状物の動摩擦係数を測定する動摩擦係数測定装置であって、
   前記線状物の一端を固定する線状物固定手段と、
   前記線状物を搭載する溝形状搭載ガイドを有し、前記線状物と溝形状搭載ガイドとの摩擦よりも小さい摩擦で設置面上を移動可能な可動台と、
   前記可動台の溝形状搭載ガイドに対向して前記線状物を収容する溝形状荷重ガイドを有し、前記溝形状荷重ガイドを介して前記線状物に荷重する荷重手段と、
   前記線状物固定手段と反対方向に一定の牽引力で前記可動台を牽引する牽引手段と、を備えることを特徴とする動摩擦係数測定装置。
2. 前記牽引手段は、一定の牽引力で所定の距離だけ前記可動台を牽引し、
   前記可動台を前記所定の距離だけ牽引してから前記可動台が停止するまでの停止距離を測定する停止距離測定手段をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の動摩擦係数測定装置。
3. 前記停止距離測定手段の測定した停止距離から前記線状物の動摩擦係数を算出する動摩擦係数算出手段をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の動摩擦係数測定装置。
4. 前記線状物固定手段を保持し、前記牽引手段が前記可動台を牽引中に前記線状物を介して前記線状物固定手段に印加される力を測定する応力測定手段をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の動摩擦係数測定装置。
5. 前記応力測定手段の測定した力から前記線状物の動摩擦係数を算出する動摩擦係数算出手段をさらに備えることを特徴とする請求項４に記載の動摩擦係数測定装置。
6. 前記牽引手段が、前記可動台を牽引して前記所定の距離と同じ高さから落下する重りを有することを特徴とする請求項１、２又は３に記載の動摩擦係数測定装置。
7. 前記牽引手段が、前記可動台を牽引して落下する重りを有することを特徴とする請求項１、４又は５に記載の動摩擦係数測定装置。
8. 前記溝形状搭載ガイド及び前記溝形状荷重ガイドの長手方向に垂直な断面形状が、前記線状物の長手方向に垂直な断面形状と同じであることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の動摩擦係数測定装置。
9. 前記溝形状搭載ガイド及び前記溝形状荷重ガイドの前記線状物との接触面の材質が、前記線状物の表面の材質と同じであることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の動摩擦係数測定装置。
10. 線状物の動摩擦係数を測定する動摩擦係数測定方法であって、
    線状物の一端を固定し、
    前記線状物を搭載する溝形状搭載ガイドを有し、前記線状物と溝形状搭載ガイドとの摩擦よりも小さい摩擦で設置面上を移動可能な可動台と、前記可動台の溝形状搭載ガイドに対向して前記線状物を収容する溝形状荷重ガイドを有し、前記溝形状荷重ガイドで前記線状物に荷重する荷重手段と、で前記線状物を挟持しながら前記線状物の他端の方向に一定の牽引力で所定の距離だけ前記可動台を牽引し、
    前記可動台を前記所定の距離だけ牽引してから前記可動台が停止するまでの停止距離を測定することによって、前記線状物の動摩擦係数を測定することを特徴とする動摩擦係数測定方法。
11. 線状物の動摩擦係数を測定する動摩擦係数測定方法であって、
    線状物の一端を保持し、
    前記線状物を搭載する溝形状搭載ガイドを有し、前記線状物と溝形状搭載ガイドとの摩擦よりも小さい摩擦で設置面上を移動可能な可動台と、前記可動台の溝形状搭載ガイドに対向して前記線状物を収容する溝形状荷重ガイドを有し、前記溝形状荷重ガイドで前記線状物に荷重する荷重手段と、で前記線状物を挟持しながら前記線状物の他端の方向に一定の牽引力で前記可動台を牽引し、
    前記牽引手段が前記可動台を牽引中に、前記線状物に引張り力として印加される力を測定することによって、前記線状物の動摩擦係数を測定することを特徴とする動摩擦係数測定方法。
12. 前記可動台を牽引する重りを前記所定の距離と同じ高さから落下させることによって、一定の牽引力で所定の距離だけ前記可動台を牽引することを特徴とする請求項１０に記載の動摩擦係数測定方法。
13. 前記可動台を牽引する重りを落下させることによって、一定の牽引力で前記可動台を牽引することを特徴とする請求項１１に記載の動摩擦係数測定方法。

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