(57)【要約】【課題】    摩擦測定に使用するロードセルは、傾倒させると、ロードセル自体および取付けられた部品なのどの自重による力の値も同時に測定されてしまうため、測定結果に誤差が生じやすい。【解決手段】    測定手段１１であるロードセル１５の先端に着脱可能に取付けた接触子２０を被測定物Ａに当接させながら移動させて垂直荷重と摩擦抵抗力を同時に測定し、次いで、前記ロードセル１５の傾動に伴う傾斜角度を加速度センサ１８で検知すると共に、前記修正装置４２により垂直荷重および摩擦抵抗力以外の負荷荷重を相殺し、垂直荷重と摩擦抵抗力による摩擦係数（静摩擦と動摩擦）を表示部４３にグラフ表示すると共に記録部４５に記憶させることを特徴とする。【選択図】    図１
2008256417.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物（Ａ）の鉛直方向の垂直荷重と水平方向の抵抗力を同時に感知して信号出力するロードセル（１５）と、
前記ロードセル（１５）の傾倒角度を感知して信号出力する加速度センサ（１８）とからなる測定手段（１１）と、
前記測定手段（１１）で測定操作を行うロードセル（１５）のあらゆる傾倒角度に対する負荷重量をあらかじめデータ化した修正装置（４２）と、
ロードセル（１５）で測定した被測定物（Ａ）のＸ、Ｚ方向の信号を演算処理して摩擦係数としてグラフ表示する表示部（４３）と、
前記摩擦係数を記憶させる記録部（４５）を有した表示手段（４０）とからなり、
前記測定手段（１１）であるロードセル（１５）の先端に着脱可能に取付けた接触子（２０）を被測定物（Ａ）に当接させながら移動させて垂直荷重と水平方向の抵抗力を同時に測定し、次いで、前記ロードセル（１５）の傾動に伴う傾斜角度を加速度センサ（１８）で検知すると共に、前記修正装置（４２）により垂直荷重および摩擦抵抗力以外の負荷荷重を相殺し、垂直荷重と水平方向の摩擦抵抗力による摩擦係数（静摩擦と動摩擦）を表示部（４３）にグラフ表示すると共に記録部（４５）に記憶させることを特徴とする簡易動摩擦測定装置。
【請求項２】
前記測定手段（１１）のロードセルが、被測定物（Ａ）の鉛直方向の垂直荷重と水平方向の抵抗力を同時に感知して信号出力する二分力ロードセル（１５ａ）であることを特徴とする請求項１記載の簡易動摩擦測定装置。
【請求項３】
前記測定手段（１１）は、試験紙（３５）を装着した接触子（２０）とロードセル（１５）と加速度センサ（１８）とを同一軸心上に位置したことを特徴とする請求項１記載の簡易動摩擦測定装置。  
【請求項４】
前記測定手段（１１）が、ロードセル（１５）の先端に、被測定物（Ａ）と当接する合成樹脂片、布片、紙片などからなる試験紙（３５）を交換可能に取付けた接触子（２０）を着脱可能に取付けて形成したことを特徴とする請求項１記載の簡易動摩擦測定装置。
【請求項５】
前記測定手段（１１）と表示手段（４０）との間には、前記ロードセル（１５）で測定した出力信号を増幅する増幅器（３７）と、該増幅器で増幅された信号と、前記加速度センサ（１８）で感知したロードセル（１５）の傾倒負荷信号とをそれぞれ変換するＡ／Ｄ変換器（３８）が接続されていることを特徴とする請求項１記載の簡易動摩擦測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被測定物の摩擦係数を測定する場合、被測定物の形状や大きさなどにかかわらず測定可能で、特に人の皮膚や毛髪などの測定し難い物体表面の摩擦係数を簡単に測定する簡易動摩擦測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、固体表面の摩擦係数を測定する測定装置には多種多様なものがある。大型のものは被測定物のサンプルを入手してから実験施設内に設置した装置に取付けて測定する方法が行われたり、持ち運び可能な小型の測定装置は、被測定物の有る現場で測定することなどが行われている。
【０００３】
その測定方法および測定装置は、傾斜測定法や抵抗力測定法などが行われ、傾斜測定法は、被測定物を基台上に水平静止させた後、前記基台を徐々に傾斜させ、被測定物が滑り始めたときの角度をもって静摩擦係数を表示する。この傾斜測定法は、基台が水平であることが絶対条件となるため、サンプルを測定装置が設置してあるところに持参しなければならないため、被測定物が建造物や自動車などのように大きなものは簡単に測定することができなかった。
【０００４】
さらには、現場で簡便に被測定物の静摩擦係数を測定する測定法として、被測定物を水平静止させ、測定アームの先端に取付けた接触子を垂直方向から被測定物に一定荷重で押圧した状態で、測定アームを徐々に傾動させて被測定物が滑り（動き）始めたときの角度をもって静摩擦とする。測定方法が知られている。
【特許文献１】特開２００３−３４４１９２号
【０００５】
しかし、前記測定装置は、被測定物のサンプルを必要としたり、現場での摩擦測定を行う場合、建物の床面などの平坦な場所は測定しやすいが、自動車の車体表面、家電製品などの曲線が多い部材、建物の壁や天井などのように測定装置を設置することができない場所では測定することが困難であった。さらには、測定アームを徐々に傾動させて接触子が被測定物上を滑り始めた瞬間に静摩擦係数を測定する場合、被測定物を一定荷重で垂直方向から押圧することが絶対条件となっているため、どこでも簡単に摩擦測定を行うことが困難で、且つ、静摩擦係数のみを測定するものであった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、人間の顔や腕などの皮膚、または、毛髪の表面などのように表面が平坦でなく、且つ、弾力性を有する箇所の摩擦測定など静摩擦と動摩擦を同時に従来の測定装置では測定することができなかった。さらには、摩擦力を感知するロードセルは、通常垂直方向に位置する場合は自身の重量は感知しないが、ロードセルを傾倒させると、目的とする力に加えてロードセル自体および取付けられた部品なのどの自重による力の値も同時に測定されてしまうため、実際のものとは誤差が生じやすい。などの多くの問題点が有った。
【０００７】
上記問題点に鑑み、本発明は、被測定物の大きさ、形状または縦、横、水平であると否とを問わず、いずれの箇所でも現場で簡易に静摩擦と動摩擦を同時に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する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１の発明は、被測定物Ａの鉛直方向の垂直荷重と水平方向の抵抗力を同時に感知して信号出力するロードセル１５と、前記ロードセル１５の傾倒角度を感知して信号出力する加速度センサ１８とからなる測定手段１１と、前記測定手段１１で測定操作を行うロードセル１５のあらゆる傾倒角度に対する負荷重量をあらかじめデータ化した修正装置４２と、ロードセル１５で測定した被測定物ＡのＸ、Ｚ方向の信号を演算処理して摩擦係数としてグラフ表示する表示部４３と、前記摩擦係数を記憶させる記録部４５を有した表示手段４０とからなり、前記測定手段１１であるロードセル１５の先端に着脱可能に取付けた接触子２０を被測定物Ａに当接させながら移動させて垂直荷重と水平方向の摩擦抵抗力を同時に測定し、次いで、前記ロードセル１５の傾動に伴う傾斜角度を加速度センサ１８で検知すると共に、前記修正装置４２により垂直荷重および摩擦抵抗力以外の負荷荷重を相殺し、垂直荷重と水平方向の摩擦抵抗力による摩擦係数（静摩擦と動摩擦）を表示部４３にグラフ表示すると共に記録部４５に記憶させることを特徴とする。また、前記測定手段１１のロードセルが、被測定物Ａの鉛直方向の垂直荷重と水平方向の抵抗力を同時に感知して信号出力する二分力ロードセル１５ａであることを特徴とする。さらには、前記測定手段１１は、試験紙３５を装着した接触子２０とロードセル１５と加速度センサ１８とを同一軸心上に位置したことを特徴とする。さらにはまた、前記測定手段１１が、ロードセル１５の先端に、被測定物Ａと当接する合成樹脂片、布片、紙片などからなる試験紙３５を交換可能に取付けた接触子２０を着脱可能に取付けて形成したことを特徴とする。また、前記測定手段１１と表示手段４０との間には、前記ロードセル１５で測定した出力信号を増幅する増幅器３７と、該増幅器で増幅された信号と、前記加速度センサ１８で感知したロードセル１５の傾倒負荷信号とをそれぞれ変換するＡ／Ｄ変換器３８が接続されていることを特徴とする。
【０００９】
したがって、本発明は、測定手段１１と表示手段４０とを分離してコードで接続したことにより、測定手段１１を片手で自由にいずれの方向にも傾動させて測定操作できるので、特に、人の皮膚表面や毛髪表面を測定する場合便利であり、また、測定手段１１をいずれの方向に傾動しても被測定物の摩擦係数をリアルタイムで正確にグラフ表示することができ、また、被測定物の状態が一目で判定することができ便利である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態を図１から５に基づいて説明すると、図１は本発明にかかる簡易摩擦測定装置の模式図、図２は測定手段の断面図、図３は接触子の取付け状態を示す測定手段の断面図、図４は第２ロードセルを取付けた測定手段の断面図である。簡易摩擦測定装置（以下、測定装置という）１０は、被測定物Ａの表面に押圧移動させて測定する測定手段１１と、該測定手段で計測した数値をグラフ表示して記憶させる表示手段４０とにより構成されている。
【００１１】
前記測定手段１１は、図１、２、３に示すごとく、片手で簡単に持てる大きさに形成した本体１２内の長手方向一端に軸孔１３を設け、内部中央に位置した基台１４にロードセル１５と加速度センサ１８をそれぞれ同一軸心上に取付け、該ロードセルの先端に設けた支持軸１６に、被測定物Ａの垂直荷重と抵抗力を感知する接触子２０を着脱可能に取付けてある。
【００１２】
前記測定手段１１に取付けたロードセルが、被測定物Ａの抵抗力（Ｘ方向）と、垂直荷重（Ｚ方向）との二軸方向を同時に測定することができる二分力ロードセル１５ａで、測定するＸ方向は、被測定物Ａの表面を移動させる際に被測定物Ａと接触子２０との間に発生する抵抗力（ｇｆ）を測定し、Ｚ方向は、測定手段１１に取付けられている接触子２０を被測定物Ａに押し付けられた圧力（垂直荷重）（ｇｆ）を測定する。
【００１３】
また、図４に示すごとく、前記測定手段１１に第２ロードセル１５ｂを取付けることにより、被測定物ＡのＸ方向の抵抗力（重量）を測定することができる。この第２ロードセル１５ｂで測定するＸ方向は、被測定物Ａの表面を移動させる際に被測定物Ａと接触子２０との間に発生する抵抗力（ｇｆ）でなく、製造ラインのロボットアームのチャック部や魚釣り用のたも網の柄に取付けることにより被測定物Ａの重量を瞬時に測定することができる。
【００１４】
前記接触子２０は、図５、６、７に示すごとく、前記ロードセル１５の支持軸１６に取付ける連結片２１と、該連結片を挟着する支持枠３０とにより構成され、前記連結片２１は、図６に示すごとく、中央に前記支持枠３０に挟着される挟持部２２と、該挟持部の上部中央に設けた軸受部２３と、前記挟持部の下面に試験紙３５を貼り付ける接触部２７とを一体に形成してある。この連結片２１の軸受部２３の上面中央に設けた軸孔２４の側面直角方向には、前記支持軸１６を着脱可能に支持する係止ねじ２５を取付けてある。前記支持枠３０は、図７に示すごとく、長手方向の内側一方に押圧板３１を取付け、該押圧板と、一端に操作摘３３を有した締着ねじ３２の先端を回動可能に連結してある。
【００１５】
前記接触子２０の接触部２７はスライド方向（Ｘ方向）の両端を挟持部２２より膨出させて形成し、試験紙３５を該接触部の下面スライド方向に貼り付けると共に、試験紙３５の両端を挟持部２２に位置させ、次いで、試験紙３５を貼り付けた連結片２１を前記支持枠３０内に挿通し、該連結片の挟持部２２を支持枠３０の締着ねじ３２を回動させて押圧板３１を挟持部２２に圧着係止してある。
【００１６】
試験紙３５は、測定する被測定物Ａにより交換可能に取付け、合成樹脂片、布片または紙片などを使用する。例えば、人の皮膚表面の抵抗力を測定する場合は、合成樹脂片、好ましくは、シリコンゴムの薄板を装着する。
【００１７】
前記加速度センサ１８は、ＸＹＺの３軸方向を測定するセンサで、当該加速度センサを前記ロードセル１５と同一軸心上に取付けたことにより、ロードセル１５の傾倒角度をリアルタイムで測定することができる。
【００１８】
ロードセル１５は、前記したごとく、垂直方向以外の方向に傾倒すると、目的とする抵抗力に加えてロードセル自体および取付けられた部品なのどの自重による力の値も同時に測定されてしまうことから、あらかじめ、ロードセル１５が垂直方向から水平方向までのあらゆる角度に傾倒したときの負荷重量を加速度センサ１８で測定して修正装置４２に記録しておく。
【００１９】
実際の測定時にロードセル１５が傾倒したときの角度を同一軸上に取付けた加速度センサ１８でリアルタイムに感知して修正装置４２で自動的に負荷重量を除き、Ｘ、Ｚ方向の摩擦抵抗力と垂直荷重、或いはＸ方向の抵抗力（重量）だけを表示するようにしてある。
【００２０】
３７は増幅器で、前記ロードセル１５の先端に取付けた接触子２０で感知した垂直荷重と摩擦抵抗力、或いはＸ方向の抵抗力の微弱電圧信号をこの増幅器３７で増幅して送信するもので、増幅されたアナログ信号をＡ/Ｄ変換器３８でデジタル信号に変換して表示手段４０に出力する。
【００２１】
表示手段４０は、前記Ａ/Ｄ変換器３８でそれぞれ変換されたロードセルのデジタル信号と、加速度センサ１８からのデジタル信号から、修正装置４２で自動的に測定時の傾倒重量を除き、ロードセル１５で感知した垂直荷重と摩擦抵抗力を摩擦係数、或いは抵抗力（重量）のみをグラフ表示する表示部４３と、前記データを記憶する記録部４５とをそれぞれ電気的に接続して形成してある。本測定装置１０には、前記表示手段４０、Ａ/Ｄ変換器３８、加速度センサ１８およびロードセル１５を作動させるための電源をそれぞれ取付けてある。本測定装置１０には、スタートスイッチは無く、あらかじめ設定した抵抗力（微少）以上の抵抗力が発生すると、スタート（データの取り込み）する。
【００２２】
前記被測定物Ａは、金属材、ガラス材、繊維材、紙材、フイルム材，木材、陶磁器またはゴムなどの平坦面または曲線を有する有体物、または人の毛髪、顔、腕などの皮膚表面などを測定する。人の皮膚の場合、例えば、肌に化粧品を塗布したときの肌の滑り具合、入浴剤を入れたお風呂に入浴したときの保温効果を肌の滑り具合などを判定する。さらには自動車の車体に塗布したワックス効果の測定や建築物の屋根塗装面の水捌け効果の測定、さらには、建物の床面表面滑性の評価などを行うことができる。さらには、被測定物Ａの重量を測定することもできる。
【００２３】
以下、本発明の実施の形態に係る測定装置１０の作用について説明すると、
被測定物Ａを測定装置１０で測定する場合、例えば、図８に示すごとく、被測定物Ａが毛髪の場合、シャンプー、リンス（ヘアーコンディショナー）、ムース、ワックス、ヘアースプレーなどによる滑り具合（摩擦係数）を評価する。
【００２４】
図９、１０に示すごとく、人の顔や肌などの皮膚の測定は、化粧品を塗布したときの肌の滑り具合、髭剃り前後の剃り残し具合、わきの下、足、腕などのむだ毛処理具合などを評価し、試験紙３５としては、肌触りがよいシリコンゴムを接触子２０の先端に貼り付けて使用する。その他、建物の壁、天井または自動車や家電製品など曲面の多い部材など、対象物にあわせて紙片、布片などの試験紙を接触子に挟んで使用する。
【００２５】
測定装置１０にロードセル１５ａを使用して測定する場合、表示手段４０の電源スイッチをそれぞれＯＮにして被測定物Ａに触れ、あらかじめ設定した抵抗力（微少）以上の抵抗力が発生するとスタート（データの取り込み）する。人の顔や肌などの皮膚の測定を行う場合、測定手段１１である本体１２を手で持って接触子２０を皮膚の表面に押し当てながらスライドさせて測定を行うことにより、静摩擦と動摩擦を同時に測定することができる。
【００２６】
この本体１２の押圧力（垂直荷重）と、本体１２を移動させた時の力（摩擦抵抗力）は、手で本体をもって操作するため値は常に変動する。しかし、摩擦係数は、摩擦抵抗力（ｇｆ）／垂直荷重（ｇｆ）の計算により求めることができることから、抵抗力と垂直荷重とは、比例関係にある。そのため、押し付け圧力が低くなれば摩擦抵抗力も低くなり、押し付け圧力が高くなれば摩擦抵抗力も高くなる。したがって、押し付け圧力の高低にかかわりなく一定の摩擦係数を測定することができる。
【００２７】
次いで、測定手段１１の先端に取付けた接触子２０を皮膚に押し付けながらスライドさせると、ロードセル１５ａで感知した垂直荷重と抵抗力の微弱なアナログ信号を増幅器３７で増幅してＡ/Ｄ変換器３８でデジタル信号に変換されて表示手段４０に送信すると同時に、前記ロードセル１５ａの動き（ＸＹＺの３軸方向）をリアルタイムで感知した加速度センサ１８からの信号を同じくＡ/Ｄ変換器３８でデジタル信号に変換して表示手段４０の修正装置４２に送信される。
【００２８】
ロードセル１５ａで測定した信号と、測定時におけるロードセル１５ａの動き（ＸＹＺの３軸方向）を加速度センサ１８によりリアルタイムで感知しながらその変動信号をそれぞれ同時に修正装置４２で受信することにより、その信号の中からロードセル１５ａの動き（傾動）による負荷重量を相殺し、ロードセル１５ａで測定した信号のみを演算処理して表示部４３にグラフ表示すると共に、記録部４５に記憶することにより静摩擦係数と動摩擦係数を同時測定することができる。前記表示部４３にはグラフ表示とあわせて摩擦係数をデジタル表示することもできる。
【００２９】
本発明に係る測定装置１０は、測定手段１１と表示手段４０とを分離してコードで接続したことにより、測定手段１１が軽量になるため片手で自由にいずれの方向にも傾動させて操作でき便利であり、測定手段１１が、いずれの方向に傾動しても被測定物Ａの摩擦係数を正確に測定することができ、且つ、測定結果をリアルタイムでグラフ表示することができるので、被測定物の状態が一目で判定することができ便利である。
【００３０】
また第２ロードセル１５ｂを取付けた測定手段１１を工場の製造ラインにおけるロボットアームのチャックに取付けることにより、例えば、ロボットが掴んだ物体（例えば、液晶パネル）の重量を測定でき、または、測定手段１１を魚釣り用の網の柄の部分に取付けることにより、釣った魚の重量を簡単に測定することができ便利である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明に係る摩擦測定装置の模式図である。
【図２】本発明に係る測定手段の断面図である。
【図３】本発明に係る接触子の接続状態を示す測定手段の断面図である。
【図４】第ロードセルを取付けた測定手段の断面図である。
【図５】試験紙を貼付けた接触子の要部拡大断面図である。
【図６】接触子を構成する連結片の断面図である。
【図７】接触子を構成する支持枠の平面図である。
【図８】髪の毛の測定状態を示す参考図である。
【図９】顔の髭剃り跡の測定状態を示す参考図である。
【図１０】腕の表面の摩擦係数の測定状態を示す参考図である。
【符号の説明】
【００３２】
１０    摩擦測定装置
１１    測定手段
１２    本体
１５    ロードセル
１８    加速度センサ
２０    接触子
２１    連結片
３０    支持枠
３５    試験紙
３７    増幅器
３８    Ａ/Ｄ変換器
４０    表示手段
４２    修正装置
４３    表示部
４５    記録部
【図１】
2008256417.tif 000003
【図２】
2008256417.tif 000004
【図３】
2008256417.tif 000005
【図４】
2008256417.tif 000006
【図５】
2008256417.tif 000007
【図６】
2008256417.tif 000008
【図７】
2008256417.tif 000009
【図８】
2008256417.tif 000010
【図９】
2008256417.tif 000011
【図１０】
2008256417.tif 000012