JPH04269642A - 摩擦係数測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の目的】本発明は円筒成形品の摩擦力を測定する
ことができる摩擦係数測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の摩擦係数測定方法としては、ＡＳ
ＴＭ−Ｄ−１９８４−６３規格に示されている方法があ
る。これは図６に示すような方法で行なわれている。即
ち図６において試料台３１の上に相手材３２を接着し、
分銅３４を載せた被測定物３３を相手材３２上で滑らせ
、被測定物３３を引張るワイヤ３７を滑車３５を介して
ロードセル３６まで延ばし、このロードセル３６で引張
荷重を測定する。

【０００３】次にロードセル３６で測定した引張荷重を
分銅３４と測定物３３の重量で除して、摩擦係数の換算
をしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記の従来の技術にお
いては、試料台３１の上に相手材３２を接着することか
ら、相手材３２が薄いフィルムの場合、接着した際のフ
ィルムのたわみが摩擦係数に影響を及ぼすという問題点
がある。

【０００５】また、試料台３１の表面粗さが摩擦係数に
影響を及ぼすという問題点もある。

【０００６】さらに、被測定物３３が相手材３１よりも
幅広の場合、被測定物３３が相手材３２からはみ出て摩
擦係数に影響を及ぼされることもある。特に、被測定物
３３が円筒成形品の場合、被測定物３３が相手材３２の
上を平滑に滑らせるのは非常に困難である。この場合、
円筒成形品からなる被測定物３３が相手材の上を転がる
場合もある。

【０００７】さらにこの方法では、繰り返しでの摩擦係
数の変化を知ることはむずかしい。

【０００８】このように、円筒成形品と薄いフィルムと
の摩擦力を測定する場合には、従来の方法では精度よく
測定することはむずかしく、また円筒成形品の表面粗さ
、フィルムの表面粗さ、腰の強さ等の寄与を検討する必
要がある場合、それに適した測定装置がないのが現状で
ある。

【０００９】円筒成形品と薄いフィルムとの間の摩擦測
定の具体例として、ビデオテープとテープガイド間の摩
擦測定がある。この摩擦測定は現状では、実際にテープ
ガイドをカセットテープに装着して、デッキを使用して
走行させ、トルクや、走行時間の評価をしている。この
方法では、摩擦係数の値を知ることは出来ない。さらに
、実際にデッキを使って評価した場合、トルクや走行時
間の値はテープガイドの形状による効果が大きく、摩擦
そのものの効果を知ることは出来ない。したがって材料
の評価を下すことが出来ない。

【００１０】以上のように従来の方法では、種々の問題
より円筒成形品の正確な摩擦係数が測定されない。

【００１１】本発明はこのような点を考慮してなされた
ものであり、円筒成形品からなる被測定物とフィルム状
相手材との間の摩擦係数を精度よく測定することができ
る摩擦係数測定装置を提供することを目的としている。

【００１２】

【発明の構成】

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は円筒成形品から
なる被測定物を保持する保持体と、前記被測定物の外周
に一定の巻角で展張されたフィルム状相手材の一端に固
定されたロードセルと、前記相手材の他端に設けられ、
前記相手材に一定荷重を負荷させる荷重負荷装置とを備
え、前記保持体を前記ロードセルに対して相対的に移動
自在とし、前記ロードセルの測定値、前記荷重負荷装置
による荷重、および前記相手材の巻角から前記被測定物
の摩擦係数を測定するよう構成した摩擦係数測定装置で
ある。

【００１４】

【作用】保持体をロードセルに対して相対的に移動させ
て被測定物と相手材との間に摩擦力を生じさせ、ロード
セルの測定値、荷重負荷装置による荷重、および相手材
の巻角から被測定物の摩擦係数を測定する。

【００１５】

【実施例】以下、図面により本発明の実施例について説
明する。

【００１６】図１乃至図５は本発明による摩擦係数測定
装置の一実施例を示す図である。図１において、摩擦係
数測定装置は、円筒成形品からなる被測定物１２を保持
する保持体１１を備えている。この保持体１１には、縦
溝１５が形成され、ガイド用ベアリング１３が縦溝１５
に沿って摺動自在に配設されている。

【００１７】また、被測定物１２の外周およびベアリン
グ１３の外周には、フィルム状の相手材１６が張り渡さ
れ、相手材１６の一端にはロードセル１７が設けられて
いる。また相手材１６の他端には分銅１４が吊下げられ
、常時、相手材１６に一定荷重がかけられている。

【００１８】また、保持体１１は図２に示す可動梁２１
上に設置され、一方ロードセル１７は固定梁２０上に設
置されている。また、保持体１１が設置される可動梁２
１の両端には、ボールねじ２２が配設され、このボール
ねじ２２を駆動モータ（図示せず）により回転させるこ
とによって可動梁２１を上下方向に一定速度で移動させ
るようになっている。なお、ボールねじ２２の回転の開
始および停止は図示しない変位センサーまたはリセット
スイッチからの信号を駆動モータに入力することにより
、制御できるようになっている。

【００１９】次にこのような構成からなる本実施例の作
用について説明する。

【００２０】まず、駆動モータによりボールねじ２２を
回転させて、可動梁２１を下方向に一定速度で移動させ
る。この場合、固定梁２０上に設置された図１に示すロ
ードセル１７は所定位置に固定され、他方可動梁２１上
に設置された保持体１１は全体として下方へ移動する。

【００２１】この場合のロードセル１７の目盛によって
、円筒成形品からなる被測定物１２と、フィルム状相手
材１６との間の摩擦係数を求める。

【００２２】摩擦係数を求めるためには、下記のような
オイラーの式を用いる。

【００２３】まずオイラーの法則について図３により述
べる（曾田範宗著：摩擦の話、岩波新書）。オイラーの
式は、円柱面に繊維、糸あるいはテープなどのように、
たわみやすいものを巻き付けたとき、これらを円柱面で
動かすときに生じる摩擦係数を求める式である。

【００２４】図３に示すように、円柱状の被測定物１２
に巻角θラジアンで、相手材１６が巻き付いており、被
測定物１２への入口側張力Ｔ１　より大きい出口側張力
Ｔ２　で相手材１６を引張り、被測定物１２の外周を滑
っている場合を考える。被測定物１２と相手材１６との
摩擦係数をμとすると、入口側および出口側の張力Ｔ１
　とＴ２　の間に次の関係が成り立つ。

【００２５】Ｔ２　／Ｔ１　＝ｅμθ この式を変形して、 　　　　μ＝（１ｎＴ２　−１ｎＴ１　）／θ　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　（１）この式（１）
をオイラーの式という。

【００２６】次にオイラーの式を用いて実施例において
の摩擦係数を求める。

【００２７】まず図１に示す被測定物１２とガイド用ベ
アリング１３の位置関係より被測定物１２の巻角θを算
出する。次にＴ１　およびＴ２　を求める。この場合、
分銅１４の荷重がＴ１　であり、ロードセル１７の測定
値からベアリング付ガイド１３の負荷を引いたものがＴ
２　である。これらθとＴ１　、Ｔ２　を式（１）に代
入して、摩擦係数μを得ることが出来る。

【００２８】このようにして摩擦係数を求めた後、ボー
ルねじ２２を逆転させて可動梁２１を上方向に移動させ
、保持体１１を当初の位置に戻す。次に同様の作業を繰
り返して摩擦係数を複数回求める。

【００２９】なお、被測定物１２の巻角θは、ガイド用
ベアリング１３を縦溝１５に沿って摺動させることによ
り変更可能となっている。

【００３０】また、被測定物１２を保持体１１に対して
移動可能とし、被測定物１２の巻角θを変更させてもよ
い。

【００３１】（具体例１）次に本発明の具体例について
説明する。図１のベアリング１３としてＴＨＫ（株）製
のカムフォロアＣＦＴ１０を用い、被測定物１２を固定
するボルトナットは、Ｍ３のものを用いた。保持体１１
としては、ステンレス製の薄板を用い保持体１１の寸法
は１２０ｍｍ×７０ｍｍで厚さを２ｍｍとした。

【００３２】また、接触角を変化させるために、ボルト
ナットで被測定物１２を固定する箇所の保持体１１に溝
をつけて被測定物１２が上下に断続的に移動できるよう
にした。

【００３３】円筒成形品の被測定物１２としては、樹脂
製のテープガイドと金属製のテープガイドを用いた、こ
のうち樹脂製のテープガイドの製造方法を以下に示す。

【００３４】高分子量ポリエチレンＬｕｂｍｅｒＬ５０
００Ｐ（分子量９０万）（三井石油化学（株））にカー
ボンブラック（アセチレンブラック）を５重量％、フッ
素系界面活性剤フロラードＦＣ−１７０（住友３Ｍ（株
））を０．１重量％添加した。樹脂との混合は、ヘンシ
ェルミキサーを用い、１８００ｒｐｍ　、常温で５分間
の高速撹伴によるドライブレンドを行なった。この樹脂
をＳＩＭ−１５０射出成形機（テクノプラス（株））に
よって成形を行なった。

【００３５】次に樹脂製のテープガイドをボルト、ナッ
トによって保持体１１に固定した。

【００３６】相手材１６としては日本ビクター（株）製
のビデオテープＡＶ　　Ｔ−１２０を用い、テープガイ
ドとビデオテープ間の摩擦係数を測定した。三次元測定
装置によって被測定物１２のテープガイドとベアリング
１３の位置関係を測定したビデオテープの接触角を算出
した。

【００３７】分銅１４としては荷重は５０ｇのものを用
いた。次に保持体１１を引張試験機のクロスヘッド（可
動梁２１）に取り付けた。引張試験機は、（株）オリエ
ンテック製テンシロンＵＴＭ−５００を用いた。クロス
ヘッドスピードは、１０００ｍｍ／ｍｉｎ　とし、移動
距離は１５０ｍｍとした。そしてクロスヘッドを５０回
往復させロードセル１７により荷重の変化を読み取った
。

【００３８】ベアリング１３の負荷は、ベアリング１３
のみにビデオテープをかけて測定した結果、４．５ｇで
あった。

【００３９】次に摩擦係数を、オイラーの式（１）より
算出した。

【００４０】樹脂製ガイドにおける接触角度を１０４°
とした場合の走行回数と摩擦負荷荷重、摩擦係数の値を
表１に示す。表１には１０回毎の値を示す。

【００４１】 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　表　　１　　　　　　　　　　　　　　　　
　　樹　　脂　　製　　ガ　　イ　　ド　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　走行回数
　　　　　　負荷荷重（ｇ）　　　　　　　　摩擦係数
　　　　　　　　　　　　　　　　１　　　　　　　　
　　７４．１　　　　　　　　　　０．２１７　　　　
　　　　　　　　　　１０　　　　　　　　　　７２．
３　　　　　　　　　　０．２０３　　　　　　　　　
　　　　　２０　　　　　　　　　　７１．８　　　　
　　　　　　０．１９９　　　　　　　　　　　　　　
３０　　　　　　　　　　７１．９　　　　　　　　　
　０．２００　　　　　　　　　　　　　　４０　　　
　　　　　　　７１．５　　　　　　　　　　０．１９
７　　　　　　　　　　　　　　５０　　　　　　　　
　　７１．７　　　　　　　　　　０．１９９次に樹脂
製ガイドと同一条件のもとで、金属製ガイドの走行回数
、摩擦負荷荷重、および摩擦係数の値を求めた。これら
を表２に示す。

【００４２】 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　表　　２　　　　　　　　　　　　　　　　
　　金　　属　　製　　ガ　　イ　　ド　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　走行回数
　　　　　　負荷荷重（ｇ）　　　　　　　　摩擦係数
　　　　　　　　　　　　　　　　１　　　　　　　　
　　７６．２　　　　　　　　　　０．２３２　　　　
　　　　　　　　　　１０　　　　　　　　　　８０．
１　　　　　　　　　　０．２６０　　　　　　　　　
　　　　　２０　　　　　　　　　　８１．０　　　　
　　　　　　０．２６６　　　　　　　　　　　　　　
３０　　　　　　　　　　８１．７　　　　　　　　　
　０．２７０　　　　　　　　　　　　　　４０　　　
　　　　　　　８２．３　　　　　　　　　　０．２７
４　　　　　　　　　　　　　　５０　　　　　　　　
　　８２．８　　　　　　　　　　０．２７８次に樹脂
製ガイドと金属製ガイドにおける走行回数と摩擦係数の
関係を図４に示す。図４において、樹脂製ガイドと比べ
て金属製ガイドの摩擦係数が走行回数と共に上昇してい
くことが示されている。摩擦係数に関しては、樹脂製ガ
イドの方が金属製ガイドより優れていることが示された
。 （具体例２）次に樹脂製ガイドの分子量とテープガイド
とビデオテープに生じる傷の関係について示す。各種超
高分子量ポリエチレン（三井石油化学（株））の分子量
を変えた混合物にカーボンブラックを５重量％添加した
。混合方法は、具体例１と同様である。混合条件を表３
に示す。

【００４３】 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　表　　
３　　Ｎｏ　　　　　　　　混合条件 　　２−１　　Ｈｉ−Ｚｅｘ　ｍｉｌｌｉｏｎ　２４０
Ｍ　　単体　　（分子量　　２９０万）　　２−２　　
２４０Ｍ：Ｌ５０００Ｐ　　　　　　　　　　３：１　
　　（分子量　　２４０万）　　２−３　　２４０Ｍ：
Ｌ５０００Ｐ　　　　　　　　　　１：１　　　（分子
量　　１９０万）　　２−４　　２４０Ｍ：Ｌ５０００
Ｐ　　　　　　　　　　１：３　　　（分子量　　１４
０万）　　２−５　　Ｌｕｂｍｅｒ　Ｌ５０００Ｐ　　
　　　　　　単体　　（分子量　　　　９０万）　　２
−６　　Ｌ５０００Ｐ：Ｌ３０００Ｐ　　　　　　　　
１：１　　　（分子量　　　　６０万）　　２−７　　
Ｌｕｂｍｅｒ　Ｌ３０００Ｐ　　　　　　　　単体　　
（分子量　　　　３０万）以上の各樹脂で成形したテー
プガイドについて具体例１と同様の方法で摩擦係数を測
定した。摩擦係数は５０回目の値、傷の測定は５０倍の
顕微鏡によって傷の本数を数えた。

【００４４】相手材１６としては日本ビクター製ＨＧ　
　Ｔ−１２０を使用した。また、比較例１として金属製
ガイドを用い、また比較例２として日本ビクター社製の
ポリアセタール製ガイドを用いた。これらの測定結果を
表４に示す。

【００４５】 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　表　　４　　　　Ｎｏ．　　　　　摩擦
係数　　　　判　　定　　テープの傷　　判　　定　　
ガイドの傷　　判　　定　　２−１　　　　０．３１５
　　　　×　　　　　　　　３７　　　　　　×　　　
　　　　　　　０　　　　　　○　　２−２　　　　０
．３０３　　　　×　　　　　　　　３２　　　　　　
×　　　　　　　　　　０　　　　　　○　　２−３　
　　　０．２９５　　　　×　　　　　　　　　　５　
　　　　　○　　　　　　　　　　０　　　　　　○　
　２−４　　　　０．２７９　　　　○　　　　　　　
　　　４　　　　　　○　　　　　　　　　　０　　　
　　　○　　２−５　　　　０．２７１　　　　○　　
　　　　　　　　６　　　　　　○　　　　　　　　　
　０　　　　　　○　　２−６　　　　０．２７３　　
　　○　　　　　　　　　　８　　　　　　△　　　　
　　　　　　３　　　　　　×　　２−７　　　　０．
２７４　　　　○　　　　　　　　　　９　　　　　　
△　　　　　　　　　　５　　　　　　×　　比較例１
　　０．２７８　　　　−　　　　　　　　　　５　　
　　　　−　　　　　　　　　　０　　　　　　○　　
比較例２　　０．２７９　　　　○　　　　　　１２５
　　　　　　×　　　　　　　　８０　　　　　　×　
　上記の結果より、摩擦係数およびテープに傷をつけな
いという観点から、分子量は、１４０万以下が望ましく
、またガイドに傷をつかないという観点からは、分子量
は９０万以上が望ましいことが判明した。

【００４６】以上の結果から、分子量の範囲は、９０万
以上１４０万以下が望ましいことになる。また、比較例
で挙げたポリアセタールのガイドに比べて傷の面で優れ
ている。

【００４７】（具体例３）摩擦係数を低減させるために
、添加剤について検討した。使用した樹脂は、Ｌｕｂｍ
ｅｒ　Ｌ５０００Ｐ　で、カーボンブラックを５重量％
添加した。添加剤の添加方法は、具体例１同様である。

【００４８】以下に使用した添加剤について記す。

【００４９】炭化水素系添加剤 ・ルーカントＨＣ−２０ ・ポリエチレンワックス シリコーン系添加剤 ・シリコンオイル ・シリカビーズ フッ素系添加剤（界面活性剤） ・アニオン系 ・ノニオン系 滑剤 ・ステアリン酸カルシウム ・炭酸カルシウム

【００５０】添加剤の種類および添加量をまとめると次
のとおりである。 　　　　３−１　　ルーカントＨＣ−２０　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　５重量％　　　　３−２
　　ポリエチレンワックス　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　５重量％　　　　３−３　　シリコンオ
イル　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　５重量％　　　　３−４　　シリカビーズ　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
５重量％　　　　３−５　　フッ素系界面活性剤（アニ
オン系）　　　　　　　　０．１重量％　　　　３−６
　　フッ素系界面活性剤（ノニオン系）　　　　　　　
　０．１重量％　　　　３−７　　ステアリン酸カルシ
ウム　　　　　　　　　　　　　　　　　　２重量％　
　　　３−８　　炭酸カルシウム　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　２重量％　　　　３
−９　　無添加

【００５１】次に、具体例１と同様の方法で摩擦係数の
測定を行なった。摩擦係数は５０回目とし、その結果を
表５に示す。

【００５２】相手材１６としては日本ビクター製ＨＧ　
　Ｔ−１２０を使用した。

【００５３】 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　表　　５　　　　　　　　　　　　　　　　Ｎｏ
．　　　　　　　　　摩擦係数　　　　　　　　　　効
　　果　　　　　　　　　　　　　　３−１　　　　　
　　　０．２６８　　　　　　　　　　△　　　　　　
　　　　　　　　３−２　　　　　　　　０．２７５　
　　　　　　　　　×　　　　　　　　　　　　　　３
−３　　　　　　　　０．２５１　　　　　　　　　　
○　　　　　　　　　　　　　　３−４　　　　　　　
　０．２５０　　　　　　　　　　○　　　　　　　　
　　　　　　３−５　　　　　　　　０．２１５　　　
　　　　　　　◎　　　　　　　　　　　　　　３−６
　　　　　　　　０．１９９　　　　　　　　　　◎　
　　　　　　　　　　　　　３−７　　　　　　　　０
．２４８　　　　　　　　　　○　　　　　　　　　　
　　　　３−８　　　　　　　　０．２５７　　　　　
　　　　　○　　　　　　　　　　　　　　３−９　　
　　　　　　０．２７１　　　　　　　　　　−　　摩
擦係数を低減するには、フッ素系の界面活性剤、特にノ
ニオン系の効果が認められた。 （具体例４）具体例１で用いたのと同様の樹脂製ガイド
とメタル製ガイドを用いて、摩擦係数の温度依存性を調
べた。測定温度は０℃〜８０℃であった。温度と摩擦係
数の関係を図５に示す。樹脂製ガイド、メタル製ガイド
とも低温では摩擦係数が高く高温では摩擦係数が低くな
った。いずれの温度範囲でも樹脂製ガイドの摩擦係数が
低いことが判明した。

【００５４】次に、本実施例の効果を挙げる。 １．　　円筒成形品のフィルムに対する摩擦力の測定が
可能である。 ２．　　円筒成形品とフィルムが直接接触し、他に何も
介さないため外的要因を受けない。 ３．　　円筒成形品とフィルム間の摩擦を測定する際、
円筒成形品の形状の因子を受けず、材料自体の評価を下
せる。 ４．　　引張試験機を用いた場合、保持体の走行が安定
する。 ５．　　保持体の走行速度を任意に設定できる。 ６．　　円筒成形品とフィルムとのテンションを一定に
出来る。 ７．　　円筒成形品とフィルムとのテンションを任意に
設定できる。 ８．　　繰り返し走行による耐久試験が行なえる。 ９．　　テープガイドとビデオテープとの摩擦力を測定
する場合は、より現実に即した測定が行なえる。 １０．　　温度と湿度が任意に設定できる恒温槽中に設
置して摩擦係数を測定することにより、摩擦係数の温度
依存性を調べることができる。

【００５５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
円筒成形品からなる被測定物のフィルム状相手材に対す
る摩擦係数を精度よく測定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による摩擦係数測定装置の一実施例を示
す概略図。

【図２】摩擦係数測定装置を設置する固定梁および可動
梁を示す概略図。

【図３】オイラーの式の原理を示した概略図。

【図４】走行回数と摩擦係数の関係を示す図。

【図５】温度と摩擦係数の関係を示す図。

【図６】従来の摩擦係数測定装置を示す概略図。

【符号の説明】

１１　　保持体 １２　　被測定物 １３　　ガイド用ベアリング １４　　分銅 １６　　相手材 １７　　ロードセル

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】円筒成形品からなる被測定物を保持する保
   持体と、前記被測定物の外周に一定の巻角で展張された
   フィルム状相手材の一端に固定されたロードセルと、前
   記相手材の他端に設けられ、前記相手材に一定荷重を負
   荷させる荷重負荷装置とを備え、前記保持体を前記ロー
   ドセルに対して相対的に移動自在とし、前記ロードセル
   の測定値、前記荷重負荷装置による荷重、および前記相
   手材の巻角から前記被測定物の摩擦係数を測定するよう
   構成した摩擦係数測定装置。
2. 【請求項２】保持体のロードセルと被測定物との間に位
   置する部分に、相手材がその外周に展張されるガイド用
   ベアリングを配設したことを特徴とする請求項１記載の
   摩擦係数測定装置。
3. 【請求項３】ガイド用ベアリングは保持体に移動自在に
   配設され、被測定物と相手材との接触角を変動自在とし
   たことを特徴とする請求項２記載の摩擦係数測定装置。
4. 【請求項４】ロードセルは固定梁上に設置され、一方保
   持体は可動梁上に設置され、この可動梁はボールねじの
   回転により一定速度で移動可能となっていることを特徴
   とする請求項１記載の摩擦係数測定装置。