(57)【要約】【課題】薄板状の素材と、金型用材料との間の摩擦係数を容易かつ正確に測定することができる摩擦試験方法及び摩擦試験装置を提供すること。【解決手段】薄板状の第１試験材８１と、金型用材料からなる第２試験材８２との間の摩擦係数を測定する摩擦試験方法である。第１試験材８１を外周面の少なくとも一部に貼設した第１ロール１１と、第１ロール１１と軸心が平行となるように対面配設され、第２試験材８２を少なくともその外周面の一部に配した第２ロール１２とを用い、第１ロール１１と第２ロール１２とを異なる周速で回転させながら、その外周面を近づけて第１試験材８１と第２試験材８２とを衝突させることにより、両者を相対的に摺動させ、衝突時における第１ロール１１と第２ロール１２との間に付与される垂直抗力と、第１ロール１１又は第２ロール１２に付与される回転トルクを測定することにより摩擦係数を求める。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄板状の第１試験材と、金型用材料からなる第２試験材との間の摩擦係数を測定する摩擦試験方法であって、
上記第１試験材を外周面の少なくとも一部に貼設した第１ロールと、該第１ロールと軸心が平行となるように対面配設され、上記第２試験材を少なくともその外周面の一部に配した第２ロールとを用い、
上記第１ロールと上記第２ロールとを異なる周速で回転させながら、その外周面を近づけて上記第１試験材と上記第２試験材とを衝突させることにより、両者を相対的に摺動させ、
衝突時における上記第１ロールと上記第２ロールとの間に付与される垂直抗力と、上記第１ロール又は上記第２ロールに付与される回転トルクを測定することにより上記摩擦係数を求めることを特徴とする摩擦試験方法。
【請求項２】
請求項１において、上記第１ロールには、その回転中心からの径が外周位置によって異なる偏心ロール又は楕円ロールを用い、最も径が長い長径外周位置及びその近傍にわたって上記第１試験材を貼設し、
上記第１ロールと上記第２ロールとの間隔は、上記第１ロールの上記長径外周位置及びその近傍が上記第２ロールに対面した位置のみにおいて両者が衝突するよう設定し、
上記第１ロールと上記第２ロールとの衝突状態が解除されるよう上記長径外周位置が上記第２ロールから離れた回転位置に上記第１ロールを停止させた状態で、上記第２ロールを所定の周速で回転させておき、その後、上記第１ロールを上記第２ロールと異なる周速で回転させることにより、上記長径外周位置に貼設した上記第１試験材を上記第２ロールの上記第２試験材に衝突させることを特徴とする摩擦試験方法。
【請求項３】
請求項１又は２において、上記第１ロールと上記第２ロールの衝突位置での周速差は０．５ｍ／ｓ以上とすることを特徴とする摩擦試験方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項において、上記衝突は、衝突時における上記第１ロールと上記第２ロールとの間に付与される垂直抗力を、上記第１試験材と上記第２試験材との衝突時の接触面積で割った面圧が、４００ＭＰａ以上となるように行うことを特徴とする摩擦試験方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項において、上記第１試験材と上記第２試験材とは、それぞれ所定の温度に温度制御した状態で衝突させることを特徴とする摩擦試験方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項において、上記第１試験材は、金属製の基板と、その表面に塗膜又はフィルムを配設してなるプレコート材であることを特徴とする摩擦試験方法。
【請求項７】
薄板状の第１試験材と、金型用材料からなる第２試験材との間の摩擦係数を測定する摩擦試験装置であって、
上記第１試験材を外周面の少なくとも一部に貼設するための第１ロールと、
該第１ロールと軸心が平行となるように対面配設され、上記第２試験材を少なくともその外周面の一部に配した第２ロールと、
上記第１ロールと上記第２ロールとを異なる周速で回転させる駆動手段と、
上記第１ロールと上記第２ロールとの軸心間隔を調整するギャップ調整手段と、
上記第２ロールに付与される回転トルクを測定するトルクセンサと、
上記第１ロールと上記第２ロールとの衝突時に上記第１ロールに付与される垂直抗力を測定する垂直抗力測定手段とを有しており、
上記第１ロールと上記第２ロールとを異なる周速で異なる方向に回転させながら、その外周面を近づけて上記第１ロールに貼設した上記第１試験材と上記第２試験材とを衝突させることにより、両者を相対的に摺動させ、衝突時における上記トルクセンサ及び上記垂直抗力測定手段からの測定値を採取可能に構成されていることを特徴とする摩擦試験装置。
【請求項８】
請求項７において、上記第１ロールは、その回転中心からの径が外周位置によって異なる偏心ロール又は楕円ロールであり、その最も径が長い長径外周位置及びその近傍にわたって上記第１試験材を貼設可能に構成されていることを特徴とする摩擦試験装置。
【請求項９】
請求項８において、上記駆動手段は、上記第２ロールを一定周速で回転させることが可能な第２駆動部と、上記第１ロールを上記長径外周位置が上記第２ロールから離れた位置から始動させて上記第２ロールの周速と異なる周速で１回転させた後に停止させることが可能な第１駆動部とを有していることを特徴とする摩擦試験装置。
【請求項１０】
請求項７〜９のいずれか１項において、上記第２ロールは、幅方向中央部にその両側よりも径の大きい大径部を有しており、少なくとも該大径部の全周を上記第２試験材により構成してあり、かつ、該大径部の幅寸法は、上記第１試験材の幅寸法よりも小さくしてあることを特徴とする摩擦試験装置。
【請求項１１】
請求項７〜１０のいずれか１項において、上記第１ロールと上記第２ロールには、それぞれ温度調節をするための温調手段が内蔵されていることを特徴とする摩擦試験装置。
【請求項１２】
請求項７〜１１のいずれか１項において、上記第１ロールには、その回転角を測定する回転角測定手段が配設されていることを特徴とする摩擦試験装置。
【請求項１３】
請求項７〜１２のいずれか１項において、上記第１試験材は、金属製の基板と、その表面に塗膜又はフィルムを配設してなるプレコート材であることを特徴とする摩擦試験装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばアルミニウム合金塗装板等の素材を金型により成形する際の素材と金型との間の摩擦係数を測定するための試験方法及び試験装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境負荷低減およびコストダウンを目的として、アルミニウム合金板や鋼板に予め塗装やラミネートを施したプレコート材を素材として用い、成形時に潤滑剤を供給しないドライ成形により成形した製品が増加しつつある。しかしながら、プレコート材をドライ成形するときの基礎的な潤滑挙動は未だ明確になっていない。この潤滑挙動を明確にするためには、加工対象の素材と金型との間の摩擦係数を正確に測定することが不可欠である。
【０００３】
摩擦係数を測定するための試験方法及び試験装置としては、これまで様々なものが提案されており（例えば、非特許文献１参照）、単純な摩擦面形式を有した汎用基礎的摩擦試験機、あるいは対象とする塑性加工法に類似の摩擦面形式を採用した塑性加工モデル摩擦試験法などがある。しかしながら、例えば、アルミニウム合金塗装板を素材として飲料缶蓋を成形する条件である、面接触形式で５００〜１０００ＭＰａ、０．５〜１．０ｍ／ｓという高面圧かつ高滑り速度の測定条件下で１回の摺動で摩擦係数を測定できるような方法及び装置は、未だ開発されていない。このような方法及び装置の開発に成功すれば、飲料缶蓋の成形加工だけでなく、様々な成形加工における摩擦挙動を明確にすることができ、成形技術の進歩に大きく貢献することができる。
【０００４】
【非特許文献１】塑性加工におけるトライボロジ（社団法人日本塑性加工学会編  株式会社コロナ社昭和６３年６月２０日発行）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、薄板状の素材と、金型用材料との間の摩擦係数を容易かつ正確に測定することができる摩擦試験方法及び摩擦試験装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の発明は、薄板状の第１試験材と、金型用材料からなる第２試験材との間の摩擦係数を測定する摩擦試験方法であって、
上記第１試験材を外周面の少なくとも一部に貼設した第１ロールと、該第１ロールと軸心が平行となるように対面配設され、上記第２試験材を少なくともその外周面の一部に配した第２ロールとを用い、
上記第１ロールと上記第２ロールとを異なる周速で回転させながら、その外周面を近づけて上記第１試験材と上記第２試験材とを衝突させることにより、両者を相対的に摺動させ、
衝突時における上記第１ロールと上記第２ロールとの間に付与される垂直抗力と、上記第１ロール又は上記第２ロールに付与される回転トルクを測定することにより上記摩擦係数を求めることを特徴とする摩擦試験方法にある（請求項１）。
【０００７】
本発明の摩擦試験方法では、互いに軸心が平行となるよう対面させた上記第１ロールと上記第２ロールとを用いる。そして、第１ロールの外周面に上記第１試験材を貼設すると共に、上記第２ロールの少なくとも外周面の一部に上記第２試験材を配しておく。なお、第２ロールは、その全体を上記第２試験材により構成してもよい。
このような第１ロールと第２ロールとを、異なる周速で回転させながら、その外周面を近づけて上記第１試験材と上記第２試験材とを衝突させる。この衝突により、第１試験材と第２試験材とは、上記２つのロールの周速差によって互いに相対的に摺動する。
【０００８】
この衝突及び摺動を実現させることにより、第１ロールと第２ロールとの間には垂直抗力が付与され、また、このときの第１ロールと第２ロールとの周速の違いによって、両者のロールには回転トルクが付与される。そこで、本発明では、上記のごとく、衝突時における上記第１ロールと上記第２ロールとの間に付与される垂直抗力Ｎ及びいずれかのロールの回転トルクＴとを測定する。
【０００９】
上記垂直抗力Ｎと回転トルクＴとを測定すれば、第１試験材と第２試験材との間の摩擦係数μを下記の式１により求めることができる。なお、Ｆは衝突時における両試験材間にはたらく摩擦力、Ｒは回転トルクＴを測定したロールの衝突位置での半径である。
μ＝Ｆ／Ｎ＝（Ｔ／Ｒ）／Ｎ・・・（式１）
【００１０】
このように、本発明の方法では、上記第１ロールと第２ロールとを用い、これらに配した上記第１試験材と第２試験材とを衝突させると共に摺動させる。これにより、例えば、薄板状の金属材料よりなる素材を金型により成形加工する際の現象に近い状態を、容易に得ることができる。そして、そのような状態での上記垂直抗力と上記回転トルクとを測定して摩擦係数を求めるので、信頼性の高い摩擦係数を得ることができる。それ故、本発明の方法を用いることにより、第１試験材よりなる素材を第２試験材よりなる金型で成形する際の潤滑挙動の明確化を促進することができる。
【００１１】
第２の発明は、薄板状の第１試験材と、金型用材料からなる第２試験材との間の摩擦係数を測定する摩擦試験装置であって、
上記第１試験材を外周面の少なくとも一部に貼設するための第１ロールと、
該第１ロールと軸心が平行となるように対面配設され、上記第２試験材を少なくともその外周面の一部に配した第２ロールと、
上記第１ロールと上記第２ロールとを異なる周速で回転させる駆動手段と、
上記第１ロールと上記第２ロールとの軸心間隔を調整するギャップ調整手段と、
上記第２ロールに付与される回転トルクを測定するトルクセンサと、
上記第１ロールと上記第２ロールとの衝突時に上記第１ロールに付与される垂直抗力を測定する垂直抗力測定手段とを有しており、
上記第１ロールと上記第２ロールとを異なる周速で回転させながら、その外周面を近づけて上記第１ロールに貼設した上記第１試験材と上記第２試験材とを衝突させることにより、両者を相対的に摺動させ、衝突時における上記トルクセンサ及び上記垂直抗力測定手段からの測定値を採取可能に構成されていることを特徴とする摩擦試験装置にある（請求項７）。
【００１２】
本発明の摩擦試験装置を用いれば、上述した優れた試験方法を確実に実行することができ、精度よく摩擦係数を求めることができる。特に上記摩擦試験装置では、第１ロールと第２ロールとの間の垂直抗力として上記第１ロールに付与される垂直抗力を測定し、また、上記回転トルクとしては上記第２ロールに付与される回転トルクを測定する。これにより、装置構成を簡単にすることができ、しかも、測定精度を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
第１の発明においては、上記第１ロールと第２ロールとを異なる周速で回転させる。ここでいう異なる周速とは、衝突位置での周速をいう。従って、例えば、第１ロールと第２ロールとが互いに異なる方向に回転する場合には、衝突位置では同じ方向にプラス（＋）の速度となるので、その速度の絶対値が同じでない場合に異なる周速に該当する。また、第１ロールと第２ロールとの回転方向が同じである場合には、衝突位置では逆方向にプラス（＋）の速度となるので、この場合には、絶対値にかかわらず、必ず異なる周速となる。なお、本発明では、第１ロールと第２ロールとを互いに異なる方向に回転させ、速度の絶対値を異ならせることにより周速の違いを実現するほうが好ましい。
【００１４】
また、上記衝突時における上記第１ロールと上記第２ロールとの間に付与される垂直抗力は、上記第１ロールに付与される垂直抗力を測定することが好ましく、また、上記回転トルクは上記第２ロールに付与される回転トルクを測定することが好ましい。これにより、装置構成を容易にし、かつ、測定精度の向上を図ることができる。
【００１５】
また、本発明は、いわゆるドライ成形を想定して、試験中に何ら潤滑剤を供給せずに試験を行うことが好ましい。しかしながら、潤滑剤を塗布しながらの成形を想定して、試験中に潤滑剤を塗布することも可能である。
【００１６】
また、上記第１ロールには、その回転中心からの径が外周位置によって異なる偏心ロール又は楕円ロールを用い、最も径が長い長径外周位置及びその近傍にわたって上記第１試験材を貼設し、上記第１ロールと上記第２ロールとの間隔は、上記第１ロールの上記長径外周位置及びその近傍が上記第２ロールに対面した位置のみにおいて両者が衝突するよう設定し、上記第１ロールと上記第２ロールとの衝突状態が解除されるよう上記長径外周位置が上記第２ロールから離れた回転位置に上記第１ロールを停止させた状態で、上記第２ロールを所定の周速で回転させておき、その後、上記第１ロールを上記第２ロールと異なる周速で回転させることにより、上記長径外周位置に貼設した上記第１試験材を上記第２ロールの上記第２試験材に衝突させることが好ましい（請求項２）。
この場合には、上記第１ロールとして上記偏心ロール又は楕円ロールを用いることにより、回転軸を移動させることなく第１ロールと第２ロールとの間隔を調整することができ、上記衝突を容易に実現することができる。
【００１７】
また、上記第１ロールと上記第２ロールの衝突位置での周速差は０．５ｍ／ｓ以上とすることが好ましい（請求項３）。これにより、例えばアルミニウム合金塗装板を飲料缶蓋に成形する際などの実際の成形条件に近い条件を設定することができ、測定精度をさらに高めることができる。
【００１８】
また、上記衝突は、衝突時における上記第１ロールと上記第２ロールとの間に付与される垂直抗力を、上記第１試験材と上記第２試験材との衝突時の接触面積で割った面圧が、４００ＭＰａ以上となるように行うことが好ましい（請求項４）。この場合にも、例えばアルミニウム合金塗装板を飲料缶蓋に成形する際などの実際の成形条件に近い条件を設定することができ、測定精度をさらに高めることができる。
ここで、上記接触面積は、例えば、第１ロールに貼設した第１試験材と第２ロールに配した第２試験材との間に感圧紙を介在させた状態で、両者を回転させることなく、最大の垂直抗力が得られるよう押圧して衝突状態を再現することにより、感圧紙に現れた接触部の面積から求めることができる。
【００１９】
また、上記第１試験材と上記第２試験材とは、それぞれ所定の温度に温度制御した状態で衝突させることが好ましい（請求項５）。この場合には、さらに実際の成形条件に近い条件を設定することができる。
【００２０】
また、上記第１試験材は、金属製の基板と、その表面に塗膜又はフィルムを配設してなるプレコート材であることが好ましい（請求項６）。プレコート材は、表面が塗膜又はフィルムよりなり、また、表面にワックスが塗布されていることもあり、これまで正確な摩擦係数の測定ができなかった。本発明の方法は、特にこのようなプレコート材の摩擦係数を求める場合に有効であり、プレコート材であっても正確な摩擦係数の測定が可能となる。
【００２１】
第２の発明においては、上記第１ロールは、その回転中心からの径が外周位置によって異なる偏心ロール又は楕円ロールであり、その最も径が長い長径外周位置及びその近傍にわたって上記第１試験材を貼設可能に構成されていることが好ましい（請求項８）。
この場合には、上記第１ロールと第２ロールとの間隔を容易に調整することができ、上記衝突を容易に実現することができる。
【００２２】
また、上記駆動手段は、上記第２ロールを一定周速で回転させることが可能な第２駆動部と、上記第１ロールを上記長径外周位置が上記第２ロールから離れた位置から始動させて上記第２ロールの周速と異なる周速で１回転させた後に停止させることが可能な第１駆動部とを有していることが好ましい（請求項９）。この場合には、上記偏心ロール等を採用した場合の衝突の制御を容易に行うことができる。
【００２３】
また、上記第２ロールは、幅方向中央部にその両側よりも径の大きい大径部を有しており、少なくとも該大径部の全周を上記第２試験材により構成してあり、かつ、該大径部の幅寸法は、上記第１試験材の幅寸法よりも小さくしてあることが好ましい（請求項１０）。この場合には、上記第１ロールと第２ロールとの衝突時に、確実に第１試験材と第２試験材のみを衝突させることができる。なお、この場合に、上記第２ロールとしては、上記大径部だけでなくその両側の部分を含む全体を上記第２試験材で構成することもできる。
【００２４】
また、上記第１ロールと上記第２ロールには、それぞれ温度調節をするための温調手段が内蔵されていることが好ましい（請求項１１）。これにより、上記両ロールに配した上記第１試験材と第２試験材への伝熱による温調を行うことができ、実条件に近い条件設定を行うことができる。
【００２５】
また、上記第１ロールには、その回転角を測定する回転角測定手段が配設されていることが好ましい（請求項１２）。この場合には、第１ロールの回転制御を回転角によって行うことができ、例えば１回転のみ或いは所定角度のみ回転させて停止させる等のきめ細かい制御を行うことができる。さらには、上記垂直抗力の測定及び回転トルクの測定を、所定の回転角度の間のみに実施するように設定することもでき、無駄な測定を防止することもできる。
【００２６】
また、上記第１試験材は、金属製の基板と、その表面に塗膜又はフィルムを配設してなるプレコート材であることが好ましい（請求項１３）。この場合には、特に有効であり、本発明の装置の使用によってはじめて正確な摩擦係数の測定が可能となる。
【実施例】
【００２７】
（実施例１）
本発明の実施例に係る摩擦試験方法及びその装置につき、図１〜図３を用いて説明する。
本例の摩擦試験装置１は、図１に示すごとく、薄板状の第１試験材８１と、金型用材料からなる第２試験材８２との間の摩擦係数を測定する摩擦試験装置である。
摩擦試験装置１は、同図に示すごとく、第１試験材８１を外周面の少なくとも一部に貼設するための第１ロール１１と、第１ロール１１と軸心が平行となるように対面配設され、上記第２試験材８２を少なくともその外周面の一部に配した第２ロール１２とを有している。
【００２８】
また、摩擦試験装置１は、第１ロール１１と第２ロール１２とを異なる周速で異なる方向に回転させる駆動手段（第１駆動手段３１及び第２駆動手段３２）と、第１ロール１１と第２ロール１２との軸心間隔Ｌ（図２）を調整するギャップ調整手段（図示略）と、第２ロール１２に付与される回転トルクＴを測定するトルクセンサ５１と、第１ロール１１と第２ロール１２との衝突時に第１ロール１１に付与される垂直抗力を測定する垂直抗力測定手段５２とを有している。
そして、摩擦試験装置１は、上記第１ロール１１と第２ロール１２とを異なる周速で異なる方向に回転させながら、その外周面を近づけて第１ロール１１に貼設した第１試験材８１と第２試験材８２とを衝突させることにより、両者を相対的に摺動させ、その衝突時におけるトルクセンサ５１及び垂直抗力測定手段５２からの測定値Ｔ、Ｎを採取可能に構成されている。
【００２９】
以下、さらに詳説する。
本例の摩擦試験装置１は、図１に示すごとく、第１ロール１１を配設した第１テーブル２１と、第２ロール１２を配設した第２テーブル２２を有しており、第１テーブル２１と第２テーブル２２との間隔を調整することにより第１ロール１１と第２ロール１２の間のギャップを調整するように構成してある。
【００３０】
第１テーブル２１には、第１ロール１１と、これを駆動する第１駆動部３１とが配設されている。
第１ロール１１は、図２に示すごとく、真円の外形を有するが、その回転中心Ｃ１を真円の中心からずらしてなる偏心ロールであり、回転中心Ｃ１からの径が外周位置によって異なっている。同図（ａ）においては、最も長い径（ｒ１）を有する長径外周位置１１５を図面上の下側に示し、その反対側に最も短い径（ｒ２）を有する短径外周位置１１６を示してある。そして、第１ロール１は、上記の偏心した回転中心Ｃ１を有する回転軸１１９を一対の軸受け２１１によって支持して第１テーブル２１に固定してある。また、第１ロール１１の長径外周位置１１５及びその近傍にわたって第１試験材８１を貼設可能に構成してある。本例では、図示しない押さえ板によって、第１試験材８１の周囲を押さえて固定することにより、上記貼設を行っている。
【００３１】
また、図１に示すごとく、第１ロール１１内には、その温度調節を行うための温調手段であるヒータが内蔵されている（図示略）。そして、このヒータへの制御出力Ｓ１の発信及びヒータからの温度データＤ１受理は、上記回転軸１１９の一端に接続したスリップリング６２を介して電気的に接続された温度調節器１９によって行うように構成してある。
【００３２】
また、第１駆動部３１は、図１に示すごとく、ＤＣモータ３１１と、その駆動軸に配設されたタイミングプーリ３１２と上記第１ロール１１の回転軸１１９に設けられたタイミングプーリ３１３とを結ぶタイミングベルト３１４とにより構成されている。回転軸１１９の他端には、その回転角を測定する回転角測定手段としてのポテンショメータ６１を接続してある。そして、第１駆動部は、予め設定された回転数でＯＮ−ＯＦＦ制御され、ポテンショメータ６１からの回転角データＤ３は、データ収集装置１７に送られるように構成されている。
また、同図に示すごとく、第１ベース部２１には、垂直抗力測定手段５２としてのロードセルが配設されている。上記垂直抗力測定手段５２により得られる垂直抗力Ｎは、上記データ収集装置１７に送られるように構成されている。
【００３３】
次に、第２テーブル２２には、第２ロール１２と、これを駆動する第２駆動部３２とが配設されている。
第２ロール１２は、図２に示すごとく、真円の外形を有し、その回転中心Ｃ２を真円の中心と合致させた偏心していない半径Ｒの大径部１２１を有するロールである。大径部１２１は、第２ロール１２の幅方向中央部に設けてあり、その両側よりも径を大きくしてある。また、この大径部１２１を含む全体を第２試験材８２により構成してあり、大径部１２１の幅寸法は、第１試験材８１の幅寸法よりも小さくしてある。そして、第２ロール１２は、その回転軸１２９を一対の軸受け２２１によって支持して第２テーブル２２に固定してある。
【００３４】
また、図１に示すごとく、第２ロール１２内にも、その温度調節を行うための温調手段であるヒータが内蔵されている（図示略）。そして、このヒータへの制御出力Ｓ２の発信及びヒータからの温度データＤ２受理も、第１ロール１１の場合と同様に、上記回転軸１２９の一端に接続したスリップリング６３を介して電気的に接続された温度調節器１９によって行うように構成してある。
【００３５】
また、第２駆動部３２は、図１に示すごとく、回転軸１２９に対して接続されたサーボモータ３２１を有しており、制御装置１８からの信号Ｓ３に基づいて駆動するよう構成されている。また、サーボモータ３２１と回転軸１２９との間には、トルクセンサ５１が配設されており、測定された回転トルクＴはデータ収集装置１７に送られるように構成されている。
【００３６】
このような構成の摩擦試験装置１を用いて摩擦試験を行うに当たっては、まず、図２に示すごとく、第１ロール１１の長径外周位置１１５を第２ロール１２から離した状態に回動しておき、その長径外周位置１１５とその近傍部にわたって第１試験材８１を貼設する。また、第１ロール１１と第２ロール１２との間の軸心距離Ｌは、長径外周位置１１５が第２ロール１２と離れた状態においては両ロールが非接触状態にあり、長径外周位置１１５が第２ロール１２と対面した位置おいて両ロールがラップするように調整する。
【００３７】
この状態で、図２、図３に示すごとく、上記第２ロール１２を一定の周速で回転させておき、第１ロール１１を第２ロール１２よりも十分に遅い周速で逆方向に１回転だけさせる。つまり、図２の状態から回転をスタートして、図３の状態及びその前後で第１ロール１１と第２ロール１２との衝突を実現させ、その間、第１ロール１１と第２ロール１２との周速の違いにより、衝突部分である第１試験材８１と第２試験材８２とを相対的に摺動させる。この衝突が解かれて図２の状態に戻ったところで、第１ロール１１及び第２ロール１２の回転を停止する。
【００３８】
そして、この衝突時における第１ロール１１と第２ロール１２との間に付与される垂直抗力と、第２ロール１２に付与される回転トルクを測定する。この測定は、上記ポテンショメータ６１から得られる第１ロール１１の回転角を基にして、第１試験材８１と第２試験材８２とが摺動している間のみ行う。より具体的には、垂直抗力測定手段（ロードセル）５２により測定した垂直抗力Ｎと、トルクセンサ５１により測定した回転トルクＴとを、所定の回転角度の間だけデータ収集装置１７によって収集する。そして、本例では、収集した有効なデータから演算に使用する垂直抗力Ｎと回転トルクＴとを決定し、制御装置１８によって演算して摩擦係数を求める。演算には、上述した式１を用いることができる。
【００３９】
このように、本例では、上記構成の装置を用い、１回の衝突による摺動を実現することにより、摩擦係数の測定を行うことができる。
なお、上記試験は、１回のみ行う例を示したが、例えば、摩擦係数の変化を調べる等の目的のために複数回行うこともできる。
【００４０】
（実施例２）
本例では、実施例１の摩擦試験装置を用いて、缶蓋用のアルミニウム合金塗装板と、これを成形する際に用いる金型材料との摩擦係数を求める実験を行った結果を示す。
第１試験材８１とする供試材には、標準的なビール缶用蓋材を用いた。具体的には、板厚０．２５ｍｍ、材質Ａ５１８２のアルミニウム合金板の表面に、リン酸クロメート処理施した後、水性のエポキシアクリル系塗料を塗装焼付し、その塗膜表面にパラフィンワックスを１０ｍｇ／ｍ2塗布した材料である。幅は３０ｍｍ、長さは１２０ｍｍとした。
【００４１】
本例では、第１ロール１１として、半径が５０ｍｍの真円で、幅が１００ｍｍであって、その回転中心Ｃ１が１．５ｍｍ偏心したロールを用い、その長径外周位置１１５に上記第１試験材８１を貼設した。
第２試験材としては、缶蓋成形用金型に多用されている材質ＳＫＤ１１を用い、第２ロール全体をこの材質で作製した。第２ロール１２のサイズは、大径部１２１の幅を３ｍｍ、全体幅を１００ｍｍ、半径Ｒを５０ｍｍとした。
【００４２】
そして、本例では、表１に示す試験条件により複数回の試験を行った。そして、摩擦係数に及ぼす面圧および滑り速度の影響を調査した。
【００４３】
【表１】
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【００４４】
なお、本例では、各試験を行う際に、次のような手順を踏んだ。
（１）試験を開始する前に、予備の第１試験材８１を第１ロール１１に貼設し、第１ロール１１の長径外周位置１１５を第２ロール１２に対面させる。このとき、両者のギャップは十分に空けておき、接触しないようにする。
（２）ロードセル５２の出力値を確認しながら、第１ロール１１を第２ロール１２に近づけて当接させ、さらに近づけていき所望の垂直抗力Ｎが得られた位置で、両ロールの軸心間距離（ギャップ）を固定する。
（３）第１ロール１１を回転させ、長径外周位置１１５を第２ロール１２から最も離れた位置に位置させる。
（４）第１ロール１１の長径外周位置１１５に、新たな測定用の第１試験材８１を貼設する。この状態が前述した図２の状態となる。
（５）第２ロール１２を所定の周速で回転させる。
（６）第１ロール１１を真円換算で（偏心なしとして）０．０５ｍ／ｓの速度で１回転させる。そして、その回転途中（図３）で第１ロール１１を第２ロール１２に衝突させる。
（７）このとき、第１ロール１１の回転角データＤ３をポテンショメータ６１から採取し、第１試験材８１と第２試験材８２とが衝突して摺動している間に相当する角度の間だけ、垂直抗力測定手段５２からの垂直抗力Ｎとトルクセンサ５１からの回転トルクＴとを上記データ収集装置１７に採取し、パソコンよりなる制御装置１８に取り込む。
（８）第１ロール１１が所期位置（図２の位置）に復帰した時点で、第１ロール１１と第２ロール１２の回転を停止する。
（９）制御装置１８に取り込んだ垂直抗力Ｎと回転トルクＴとから上述した式１を用いて摩擦係数を算出する。
【００４５】
以上のようにして得られた結果を図４に示す。
同図は、横軸に、第１試験材８１と第２試験材８２との衝突時の接触面積で垂直抗力Nを割った面圧（ＭＰａ）を、縦軸に、求めた摩擦係数を取ったものであり、滑り速度（周速差）ごとにプロットした。
【００４６】
試験の結果、いずれの条件においても、第１試験材８１の塗膜に割れや剥離が発生することはなかった。また、同図に示すごとく、滑り速度が１.０ｍ／ｓおよび０．５ｍ／ｓの場合、面圧の上昇に伴い摩擦係数が低下し、面圧４００ＭＰａ以上ではほぼ一定となった。また、滑り速度が０．０５ｍ／ｓでは、面圧に関係なくほぼ一定の摩擦係数を示した。
また、面圧２００ＭＰａ未満においては、滑り速度が遅いほど摩擦係数が小さくなる傾向であったが、面圧４００ＭＰａ以上では摩擦係数に及ぼす滑り速度の影響が認められなかった。
【００４７】
（実施例３）
本例では、実施例２と同じ試験材の組合せにより、面圧１００ＭＰａ、滑り速度１．０ｍ／ｓの条件で、同一箇所を１０回繰り返し衝突させると共に摺動させて、摩擦係数の変化を調査した。従って、第１ロール１１を１０回転させて１回転ごとに摩擦係数を求めた。
その結果を図５に示す。
同図は、横軸に摺動回数（衝突回数）を、縦軸に摩擦係数を取ったものである。
【００４８】
同図から知られるごとく、摺動回数の増加とともに、摩擦係数が徐々に低下したが変化は小さかった。
【００４９】
（実施例４）
本例では、まず、予備試験として、実施例２と同じ試験材の組合せにより、面圧は１００、４００、１０００ＭＰａの３条件、滑り速度は１．０ｍ／ｓ一定の１条件とし、１回摺動（１回衝突）させ、試験後の第１試験材８１の表面粗さ（十点平均粗さＲａ）を測定した。
その結果、面圧１００ＭＰａの場合はＲａ０．７２μｍ、面圧４００ＭＰａの場合はＲａ０．６１μｍ、面圧１０００ＭＰａの場合はＲａ０．４９μｍであり、面圧が高いほど塗膜表面の面粗さが低下した。
【００５０】
次に、本試験として、上記の面粗さの変化した３種類の第１試験材８１を再び用いて、面圧１００ＭＰａ一定、滑り速度１．０ｍ／ｓ一定の条件で、１回摺動（１回衝突）させ、摩擦係数を求めた。
その結果を図６に示す。同図は、横軸に本試験前（予備試験後）の板表面粗さ（μｍ）を、縦軸に摩擦係数を取ったものである。
同図から知られるごとく、板表面粗さが低いほど、摩擦係数は小さくなった。
【００５１】
以上の実施例２〜４からわかるように、本発明の摩擦試験方法及び装置を用いることにより、高面圧かつ高滑り速度の条件で摩擦係数を求めることができる。これにより、様々な成形加工における摩擦挙動を従来よりも正確に把握することができ、成形加工技術のさらなる進歩に貢献することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】実施例１における、摩擦試験装置の構成を示す説明図。
【図２】実施例１における、第１試験材と第２試験材とが衝突する前の状態を示す説明図。
【図３】実施例１における、第１試験材と第２試験材とが衝突している状態を示す説明図。
【図４】実施例２における、面圧と摩擦係数との関係を示す説明図。
【図５】実施例３における、摺動回数と摩擦係数との関係を示す説明図。
【図６】実施例４における、板表面粗さと摩擦係数との関係を示す説明図。
【符号の説明】
【００５３】
１  摩擦試験装置
１１  第１ロール
１２  第２ロール
２１  第１テーブル
２２  第２テーブル
３１  第１駆動手段
３２  第２駆動手段
５１  トルクセンサ
５２  垂直抗力測定手段
８１  第１試験材
８２  第２試験材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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