JP5761856B2 - 人工芝用耐久試験機 - Google Patents

Description

本発明は、パイル間に充填材が充填された人工芝の耐久性能を評価する人工芝用耐久試験機に関し、さらに詳しく言えば、実使用状態に近い状態で耐久試験を行うことができるメンテナンス性のよい人工芝用耐久試験機に関する。

パイル間に充填材を充填した人工芝は、天然芝に近い特性を持つ人工芝サーフェイスとして、サッカーやラグビー、野球場などの各種運動競技施設に普及している。また最近では、全天候型である特徴を生かして、学校のグラウンド用として用いられることも年々増えており、人工芝の稼働率が高められてきている。

人工芝には、ゴム底の運動靴から各種競技用スパイク等の様々な靴によって負荷がかけられるため、稼働率の向上に伴い、様々な靴底との摩擦による摩耗や繰り返し耐久性を十分に評価することが不可欠とされ、そのため種々の耐久試験が行われている。

人工芝の耐久試験機には、代表的なものとして、リスポート試験機と、フラットソール試験機とがある。図５に示すように、リスポート試験１ａでは、サッカーのスパイクに設けられているポイント（スタッド）４を表面に多数配置した鉄輪３を左右に移動する人工芝２の上で往復運動を繰り返すことにより、人工芝の耐久試験を行う。

しかしながら、リスポート試験１ａは、鉄輪３に取り付けられたポイント４が、往復運動中に人工芝２に充填された充填材を掻き乱すため、往復運動を繰り返す内に轍ができてしまう。その結果、部分的に人工芝のパイルが抜けたり、基布を傷めたりするおそれがあるため、定期的に運転を止めて充填材を均したり、充填材を再充填する必要があった。

他方、フラットソール試験機１ｂは、図６に示すように、図示しない試験台上に敷設された人工芝２の上に、運動靴の底を模したゴム板５を、スライド装置６によって往復的に擦り付けることにより、人工芝の耐久試験を行う。

しかしながら、フラットソール試験機１ｂについても、リスポート試験機１ａと同様に、充填材の移動を防ぐことができず、定期的に均し作業や、充填材の再充填作業が必要となる。

また、リスポート試験１ａは前後左右、フラットソール試験機１ｂは、単に前後に往復移動するのみであって、足の動きに似たひねり動作（ねじり動作）はなく、より使用状態に近似した状態で耐久性能を評価できているとはいえなかった。

さらに、特許文献１においても人工芝の耐久試験機の提案がなされているが、これもリスポート試験１ａおよびフラットソール試験機１ｂと同様の課題を解決するには至っていない。

特許第３２１０４２６号公報

そこで、本発明は上述した課題を解決するためになされたものであって、その目的は、より使用状態に近い状態で長時間にわたって安定した試験を行うことができる人工芝用耐久試験機を提供することにある。

上述した目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、パイル間に充填材が充填された人工芝に対して所定の負荷を与えて、上記人工芝の耐久性能を試験する人工芝用耐久試験機において、所定の固定手段を介して上記人工芝が設置される試験台と、上記人工芝に対して所定の圧縮負荷を与える圧縮部と、上記試験台もしくは上記圧縮部のいずれか一方を回転させる回転駆動手段とを含み、上記試験台は、上記回転駆動手段の回転軸線と同軸的に配置されるシリンダを有し、上記シリンダの底部に上記人工芝が設置され、上記圧縮部は、上記人工芝を押圧する圧縮子と、上記圧縮子を昇降させる昇降手段とを有し、上記圧縮子の先端には、上記人工芝に対して所定の摩擦力を生む接触部が設けられており、上記圧縮子は、上記シリンダの形状に合致する円柱状に形成されて上記シリンダの回転軸を中心に同軸的に配置され、上記シリンダの内径をＤ１、上記圧縮子の直径をＤ２、上記充填材の平均粒径をｄとして、上記シリンダおよび上記圧縮子は、Ｄ１−Ｄ２＜ｄを満足するように形成されており、上記圧縮部によって上記人工芝を押圧した状態で、上記回転駆動手段は、上記試験台もしくは上記圧縮部の少なくともいずれか一方を回転させて、上記人工芝の耐久性能を試験することを特徴としている。

また、請求項２に記載の発明は、パイル間に充填材が充填された人工芝に対して所定の負荷を与えて、上記人工芝の耐久性能を試験する人工芝用耐久試験機において、所定の固定手段を介して上記人工芝が設置される試験台と、上記人工芝に対して所定の圧縮負荷を与える圧縮部と、上記試験台もしくは上記圧縮部のいずれか一方を回転させる回転駆動手段とを含み、上記試験台は、上記回転駆動手段の回転軸線と同軸的に配置されるシリンダを有し、上記シリンダの底部に上記人工芝が設置され、上記固定手段は、上記シリンダに沿って挿入され、上記人工芝の周縁部を固定するための固定リングからなり、上記圧縮部は、上記人工芝を押圧する圧縮子と、上記圧縮子を昇降させる昇降手段とを有し、上記圧縮子の先端には、上記人工芝に対して所定の摩擦力を生む接触部が設けられており、上記圧縮子は、上記固定リングの形状に合致する円柱状に形成されて上記シリンダの回転軸を中心に同軸的に配置され、上記固定リングの内径をＤ３、上記圧縮子の直径をＤ２、上記充填材の平均粒径をｄとして、上記固定リングおよび上記圧縮子は、Ｄ３−Ｄ２＜ｄを満足するように形成されており、上記圧縮部によって上記人工芝を押圧した状態で、上記回転駆動手段は、上記試験台もしくは上記圧縮部の少なくともいずれか一方を回転させて、上記人工芝の耐久性能を試験することを特徴としている。

請求項３に記載の発明は、上記請求項１または２において、上記圧縮部にはさらに、上記圧縮子の圧縮力を測定するロードセルが設けられていることを特徴としている。

請求項４に記載の発明は、上記請求項１ないし３のいずれか１項において、上記回転駆動手段は、上記試験台側に設けられていることを特徴としている。

請求項１，２に記載の発明によれば、圧縮部によって人工芝を押圧した状態で試験台を回転させて人工芝の耐久性能を試験することにより、人が踏みつけたときに生まれるねじれ動作を再現でき、より使用状態に近似した状態で耐久性を評価することができる。

また、回転駆動手段の回転軸線に同軸的に配置されるシリンダが設けられ、シリンダの底部に人工芝が設置されていることにより、圧縮部によって充填材が掻き出されにくく、よってメンテナンス性がよくなる。

また、人工芝を固定するための固定手段が、シリンダの底部に設けられた人工芝の滑り止め手段および／またはシリンダに沿って挿入され、人工芝の周縁部を固定するための固定リングからなることにより、人工芝とシリンダ底部との接触抵抗が、人工芝と圧縮子との接触抵抗を上回ることによって、試験台が空転することを防止することができる。

また、圧縮部は、人工芝を押圧する圧縮子と、圧縮子を昇降させる昇降手段とを有し、圧縮子の先端に人工芝に対して所定の摩擦力を生む接触部が設けられていることにより、昇降手段で圧縮子を上下移動させることができ、様々な接触部を選択することによって、人工芝に対していろいろな使用状況の再現試験を行うことができる。

また、圧縮子は、シリンダの形状に合致する円柱状に形成されており、シリンダの回転軸を中心に同軸的に配置され、シリンダの内径をＤ１、圧縮子の直径をＤ２、充填材の平均粒径をｄとして、シリンダおよび圧縮子は、Ｄ１−Ｄ２＜ｄを満足するように形成されていることにより、シリンダと圧縮子との間に充填材が移動して逃げることを防止することができる。

請求項３に記載の発明によれば、圧縮部にはさらに、圧縮子の圧縮力を測定するロードセルが設けられていることにより、圧縮子の押圧力を自在に変えて、よりバリエーションに富んだ再現試験を行うことができる。

請求項４に記載の発明によれば、回転駆動手段が上記試験台側に設けられていることにより、比較的簡単な構成で再現性の高い試験を行うことができる。

本発明の一実施形態に係る人工芝用耐久試験機を模式的に示した部分断面図。 回転シリンダの（ａ）平面図および（ｂ）正面図。 （ａ）〜（ｄ）接触部の仕様を模式的に示した斜視図。 試験台に固定リングを取り付けた状態の模式的に示した部分断面図。 従来のリスポート試験機の模式図。 従来のフラットソール試験機の模式図。

次に、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明するが、本発明は、これに限定されるものではない。

図１に示すように、この人工芝用耐久試験機１０は、被試験体である人工芝２が載置される試験台２０と、同試験台２０の人工芝２を圧縮する圧縮部３０と、これらを制御する制御部４０とを備えている。

試験台２０は、回転駆動手段としてのモータ２１と、モータ２１によって回転駆動される回転ステージ２２とを有し、それら全体が頑丈なフレームに固定された状態で床などの被設置面（ともに図示しない）に設置されている。

この実施形態において、モータ２１は、回転方向（正転、逆転），それに回転角や回転スピードなどの任意に設定できるステッピングモータが用いられており、制御部４０の指示に応じて動作する。モータ２１は、ステッピングモータに変えてＡＣ／ＤＣモータが用いられてもよい。

回転ステージ２２は、モータ２１の回転軸の軸線と同軸的に配置された円盤状を呈し、その上部には、人工芝２が配置される回転シリンダ２３がさらに同軸的に設けられている。回転ステージ２２の下面には、回転シリンダ２３を案内するガイド凹部２２２が設けられている。

回転ステージ２２の上面には、回転シリンダ２３を固定するための固定ピン２２１が設けられている。固定ピン２２１は、この例では９０°間隔で４個所設けられているが、その数や設置場所は任意に選択されてよい。

図２を併せて参照し、回転シリンダ２３は、中央に人工芝２が設置される中空部２３２を有する有底円筒状のシリンダ本体２３１と、シリンダ本体２３１の下端に一体的に形成されたフランジ部２３３とを備えている。

回転シリンダ２３の底部には、上述した回転ステージ２２のガイド凹部２２２に形状的に合致するように形成されたガイド凸部２３４が設けられており、これらを互いに合致させることにより、回転ステージ２２と回転シリンダ２３との相対的な位置を合わせる、いわゆる芯出しができるようになっている。

フランジ部２３３には、回転ステージ２２の上面にから突設する固定ピン２２１が差し込まれる挿通孔２３５が設けられている。挿通孔２３５は、固定ピン２２１の数と同じ４個所設けられている。固定ピン２２１を挿通孔２３５に差し込むことで、回転シリンダ２３が回転ステージ２２に固定される。

シリンダ本体２３１の底部には、載置される人工芝２が回転によって滑らないようにするために、滑り止め手段としてのローレット面２３６が設けられている。この例において、滑り止め手段は、ローレット処理が用いられるが、これ以外にラバー面などであってもよく、シリンダ本体２３１の底部と人工芝２との間で滑り止め効果が得られるものであれば、仕様に応じて任意に選択されてよい。

再び図１を参照して、圧縮部３０は、試験台２０に設置された人工芝２を押圧する圧縮子３１と、圧縮子３１を人工芝２に向けて押し出す圧縮アクチュエータ３２と、圧縮子３１の圧縮応力を測定するロードセル３３とを備えている。圧縮アクチュエータ３２およびロードセル３３はともに、制御部４０に電気的に接続されている。

圧縮子３１は、シリンダ本体２３１の中空部２３２に向けて差し込まれる円柱状の圧縮子本体３１１を有し、その先端（図１では下面）には、人工芝２に接触する接触部３１２が設けられている。この例において、接触部３１２は着脱可能になっており、様々な使用環境を再現できるようになっている。

この例において、接触部３１２は、図３（ａ）に示すように、円盤状に形成されたゴムシート３１２からなり、圧縮子本体３１１に対して例えばネジ止めで固定するようになっている。なお、接触部３１２の圧縮子本体３１１に対する固定方法は、任意であってよい。

この例において、接触部３１２はゴムシートが用いられているが、これ以外に、競技場などの使用状況を再現するために、図３（ｂ）に示すように、表面にスパイク用のスタッド３１３を多数備えたスパイク仕様も用意されている。図面ではサッカー用のスパイクが用いられているが、例えば陸上競技用や野球用、ゴルフ用などのスパイクピンが用いられていてもよい。

さらには、図３（ｃ）および（ｄ）に示すように、一般的な校庭などでの使用状況を再現するために、運動靴のゴム底ソール仕様も用意されている。ここで、図３（ｃ）は、ソール溝が平行溝の場合であり、図３（ｄ）はソール溝が交差している場合について例示したが、これ以外の形状であってもよい。

圧縮アクチュエータ３２は、例えば上下昇降機構を備えた油圧式アクチュエータからなり、制御部４０の指示に応じて圧縮子３１を人工芝に所定の応力で圧縮する。この例において、圧縮アクチュエータ３２は油圧式アクチュエータが用いられているが、例えば空気式であってもよいし、ネジなどの機械式であってもよく、圧縮子３１を人工芝２に向けて所定の圧縮応力で圧縮することができれば、その具体的な態様は任意であってよい。

本発明において、圧縮アクチュエータ３２の負荷能力は、数ｋｇ〜数ｔｏｎの負荷範囲で設定可能であるが、一例として、人体の体重負荷に応じて試験サンプル用の人工芝がφ６０ｍｍの場合に２０〜３０ｋｇの圧縮応力が得られればよい。

人工芝２は、基布２ａに所定間隔でパイル２ｂが植設され、その裏面にパイル２ｂの抜け止め用のバッキング材２ｃが設けられ、パイル２ｂ間に充填材２ｄが充填されている状態で試験に供される。この例において、充填材２ｄは、廃タイヤの破砕品などからなる弾性ゴムチップや砂等が用いられてよい。

本発明の人工芝用耐久試験機１０は、シリンダ２３の内径をＤ１、圧縮子３１の外径をＤ２、充填材２ｄの平均粒径をｄとしたとき、シリンダ２３および圧縮子３１は、
Ｄ１−Ｄ２＜ｄ
を満足するように形成されている。

これによれば、シリンダ２３と圧縮子３１との間のクリアランスが充填材２ｄの平均粒径ｄよりも小さいことにより、圧縮子３１によって充填材２ｄが人工芝２から掻き出されて、移動したり、はみ出したりすることがなくなる。

通常、充填材には、平均粒径が２．０ｍｍの粒状物が用いられることから、クリアランスは、０．１〜１．５ｍｍが好ましく、より好ましくは０．５〜１．０ｍｍがよい。すなわち、クリアランスが０．１ｍｍ未満の場合は、機械的精度が求められるため、試験中に圧縮子３１がシリンダ２３に接触するするおそれがあるため好ましくない。逆に、１．５ｍｍ以上開けると、充填材が隙間に入り込むため好ましくない。

圧縮子３１での圧縮応力を強めた状態で試験台２０を回転させた場合、人工芝と圧縮子との接触抵抗が人工芝とシリンダ底部と接触抵抗を上回ることによって、上述したローレット面２３６の滑り止め手段を使ってもなお、人工芝２が試験台２０との間でずれたり、空転したりするおそれがある。そこで、このようなズレや空転をより確実に防止するため、別の固定手段を併合して人工芝２を試験台２０に固定することがより好ましい。

図４に示すように、この例において、固定手段はシリンダ本体２３１の内側に挿入される固定リング２４からなる。固定リング２４は、例えば鉄製でその外径がシリンダ本体２３１の内径よりも若干小径な円筒状を呈し、その下端には、ネジ止め用の雌ねじ孔２４１が設けられている。

固定リング２４を用いて人工芝２を固定する場合には、人工芝２は、固定リング２４が当接する部分（この例では外周部分）のパイル２ｂを予め除去して基布２ａを露出させておくことが好ましい。

これによれば、シリンダ本体２３１の底部に人工芝２を設置したのち、固定リング２４を差し込み、さらにネジ２４２で締め付けることによって、シリンダ本体と固定リング２４との間で人工芝２を狭持することにより、人工芝２を確実に固定することができる。

固定リング２４を用いた場合、固定リング２４の内径をＤ３として、上述したクリアランスは、
Ｄ３−Ｄ２＜ｄ
とする。

次に、図１を参照しながら、この人工芝用耐久試験機１０の使用手順の一例を説明する。まず、予め人工芝２を試験台２０のシリンダ本体３１１の底部に設置しておく。次に、例えば図３（ａ）〜（ｄ）の中から接触部３１２を選択し、圧縮子本体３１１の先に取り付ける。

図示しない試験開始ボタンが押されると、制御部４０は、圧縮アクチュエータ３２に下降指令を出し、これを受けて、圧縮子３１が下降を始める。同時に制御部４０は、ロードセル３３からの圧縮応力データを受信する。

制御部４０は、圧縮子３１が人工芝２に接触したのをロードセル３３にかかる負荷を計測しながら、所定の圧縮応力となった位置で圧縮アクチュエータ３２を停止する。制御部４０は、次に、モータ２１に回転指令を出し、これを受けてモータ２１が回転を開始する。

制御部４０は、モータ２１の回転時においてもロードセル３３を監視し続け、常に一定の圧縮応力が人工芝２に係るように圧縮アクチュエータ３２を制御する。所定の耐久試験プログラムに基づいて所定の耐久時間を経過すると、制御部４０は、モータ２１の回転を止め、圧縮アクチュエータ３２を介して圧縮子３１を持ち上げて圧縮試験を停止する。

制御プログラムとしては、モータ２１を一方向にのみ連続回転させる方法以外にも、その回転速度や回転角のほか、往復回転などステッピングモータの特性を利用して、自在にプログラミング可能である。

この例において、回転駆動手段としてのモータ２１は、試験台２０側に設けられて居るが、圧縮部３０側に設けられていてもよい。すなわち、圧縮部３０の一部にモータ２１を設け、圧縮部３０で回転と圧縮の両方を行ってもよい。これによれば、より足の動きに近い状態を再現できる。

以上のように、本発明によれば、実際の人工芝に係る負荷（人が足で捻る動作）を再現でき、より使用環境に近似した耐久試験を行うことができる。また、充填材が移動しにくくいため、人工芝に対して均一に摩耗を与えることができ、試験途中での充填材の均しや再充填する手間を省くことができる。

１０ 人工芝用耐久試験機
２０ 試験台
２１ 回転モータ
２２ 回転ステージ
２３ 回転シリンダ
３０ 圧縮部
３１ 圧縮子
３２ 圧縮手段
３３ ロードセル

Claims (4)

1. パイル間に充填材が充填された人工芝に対して所定の負荷を与えて、上記人工芝の耐久性能を試験する人工芝用耐久試験機において、
   所定の固定手段を介して上記人工芝が設置される試験台と、上記人工芝に対して所定の圧縮負荷を与える圧縮部と、上記試験台もしくは上記圧縮部のいずれか一方を回転させる回転駆動手段とを含み、
   上記試験台は、上記回転駆動手段の回転軸線と同軸的に配置されるシリンダを有し、上記シリンダの底部に上記人工芝が設置され、上記圧縮部は、上記人工芝を押圧する圧縮子と、上記圧縮子を昇降させる昇降手段とを有し、上記圧縮子の先端には、上記人工芝に対して所定の摩擦力を生む接触部が設けられており、上記圧縮子は、上記シリンダの形状に合致する円柱状に形成されて上記シリンダの回転軸を中心に同軸的に配置され、
   上記シリンダの内径をＤ１、上記圧縮子の直径をＤ２、上記充填材の平均粒径をｄとして、上記シリンダおよび上記圧縮子は、
   Ｄ１−Ｄ２＜ｄ
   を満足するように形成されており、
   上記圧縮部によって上記人工芝を押圧した状態で、上記回転駆動手段は、上記試験台もしくは上記圧縮部の少なくともいずれか一方を回転させて、上記人工芝の耐久性能を試験することを特徴とする人工芝用耐久試験機。
2. パイル間に充填材が充填された人工芝に対して所定の負荷を与えて、上記人工芝の耐久性能を試験する人工芝用耐久試験機において、
   所定の固定手段を介して上記人工芝が設置される試験台と、上記人工芝に対して所定の圧縮負荷を与える圧縮部と、上記試験台もしくは上記圧縮部のいずれか一方を回転させる回転駆動手段とを含み、
   上記試験台は、上記回転駆動手段の回転軸線と同軸的に配置されるシリンダを有し、上記シリンダの底部に上記人工芝が設置され、上記固定手段は、上記シリンダに沿って挿入され、上記人工芝の周縁部を固定するための固定リングからなり、上記圧縮部は、上記人工芝を押圧する圧縮子と、上記圧縮子を昇降させる昇降手段とを有し、上記圧縮子の先端には、上記人工芝に対して所定の摩擦力を生む接触部が設けられており、上記圧縮子は、上記固定リングの形状に合致する円柱状に形成されて上記シリンダの回転軸を中心に同軸的に配置され、
   上記固定リングの内径をＤ３、上記圧縮子の直径をＤ２、上記充填材の平均粒径をｄとして、上記固定リングおよび上記圧縮子は、
   Ｄ３−Ｄ２＜ｄ
   を満足するように形成されており、
   上記圧縮部によって上記人工芝を押圧した状態で、上記回転駆動手段は、上記試験台もしくは上記圧縮部の少なくともいずれか一方を回転させて、上記人工芝の耐久性能を試験することを特徴とする人工芝用耐久試験機。
3. 上記圧縮部には、上記圧縮子の圧縮力を測定するロードセルが設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の人工芝用耐久試験機。
4. 上記回転駆動手段は、上記試験台側に設けられていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の人工芝用耐久試験機。

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