(57)【要約】【課題】機能部品用のエラストマーの開発を効率的に行うことを可能とする摩擦特性測定装置および摩擦特性測定方法を提供する。【解決手段】この摩擦特性測定装置は、印加される電界又は磁界によって粘弾性特性が変化するエラストマーにより外周面が形成されたローラ１と、ローラ１の外周面を試料部材２に押付けると共にその押付力を調整する押付力調整装置と、ローラ１を回転駆動することにより試料部材２を所定方向に移動させるローラ駆動装置６０と、試料部材２の前記所定方向への移動量を測定する移動量測定装置７０とを有し、移動量測定装置７０の移動力とローラ１の外周面の移動量とを用いて摩擦特性を導出するように構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
印加される電界又は磁界によって粘弾性特性が変化するエラストマーにより外周面が形成されたローラと、
前記エラストマーに電界又は磁界を印加する印加手段と、
前記ローラの外周面を試料部材に押付けると共に、その押付力を調整する押付力調整手段と、
前記ローラを回転駆動することにより前記試料部材を所定方向に移動させるローラ駆動手段と、
前記試料部材の前記所定方向への移動量を測定する移動量測定手段と、
前記ローラ駆動手段を制御して前記試料部材を前記所定方向に移動させると共に、該移動時の移動量を前記移動量測定手段から受信し、受信した移動量と、前記ローラの外周面の移動量とを少なくとも用いて、前記移動時における前記押付力調整手段による前記押付力と関連づけられるように、前記ローラと前記試料部材との摩擦特性を導出する測定制御手段とを備える摩擦特性測定装置。
【請求項２】
印加される電界又は磁界によって粘弾性特性が変化するエラストマーにより外周面が形成されたローラと、
前記エラストマーに電界又は磁界を印加する印加手段と、
前記ローラの外周面を試料部材に押付けると共に、その押付力を調整する押付力調整手段と、
前記ローラを回転駆動することにより該ローラ外周面に対し前記試料部材を所定方向に相対的に移動させ、又は、前記試料部材を前記ローラに対し前記所定方向に移動させることにより、前記試料部材の前記ローラの外周面に対する１００％すべりを発生させる駆動手段と、
前記駆動手段で前記試料部材を前記所定方向に相対的に移動させる際に前記試料部材に前記所定方向に加わる力を測定する力測定手段と、
前記駆動手段を制御して前記試料部材を前記所定方向に相対的に移動させ、該移動時における前記押付力調整手段による前記押付力と、前記移動時に前記力測定手段により測定される力とを少なくとも用いて、前記ローラと前記試料部材との摩擦特性を導出する測定制御手段とを備える摩擦特性測定装置。
【請求項３】
外周面に所定の大きさの凹凸を有するローラと、
印加される電界又は磁界によって粘弾性特性が変化するエラストマーにより接触面が形成された試料部材を支持する試料部材支持手段と、
前記エラストマーに電界又は磁界を印加する印加手段と、
前記試料部材の接触面に前記ローラの外周面を押付けると共に、その押付力を調整する押付力調整手段と、
前記ローラを回転駆動することにより前記試料部材を所定方向に移動させるローラ駆動手段と、
前記試料部材の前記所定方向への移動量を測定する移動量測定手段と、
前記ローラ駆動手段を制御して前記試料部材を前記所定方向に移動させると共に、該移動時の移動量を前記移動量測定手段から受信し、受信した移動量と、前記ローラの外周面の移動量とを少なくとも用いて、前記移動時における前記押付力調整手段による前記押付力と関連づけられるように、前記ローラと前記試料部材との摩擦特性を導出する測定制御手段とを備える摩擦特性測定装置。
【請求項４】
外周面に所定の大きさの凹凸を有するローラと、
印加される電界又は磁界によって粘弾性特性が変化するエラストマーにより接触面が形成された試料部材を支持する試料部材支持手段と、
前記エラストマーに電界又は磁界を印加する印加手段と、
前記試料部材の接触面に前記ローラの外周面を押付けると共に、その押付力を調整する押付力調整手段と、
前記ローラを回転駆動することにより前記試料部材を前記ローラの外周面に対し所定方向に相対的に移動させる駆動手段と、
前記駆動手段で前記試料部材を前記所定方向に相対的に移動させる際に前記試料部材に前記所定方向に加わる力を測定する力測定手段と、
前記駆動手段を制御して前記試料部材を前記所定方向に相対的に移動させ、該移動時における前記押付力調整手段による前記押付力と、前記移動時に前記力測定手段により測定される力とを少なくとも用いて、前記ローラと前記試料部材との摩擦特性を導出する測定制御手段とを備える摩擦特性測定装置。
【請求項５】
印加される電界又は磁界によって粘弾性特性が変化するエラストマーにより外周面が形成されたローラと、
前記エラストマーに電界又は磁界を印加する印加手段と、
前記ローラの外周面を試料部材に押付けると共に、その押付力を調整する押付力調整手段と、
前記ローラを回転駆動することにより前記試料部材を所定方向に移動させるローラ駆動手段と、
前記ローラ駆動手段を制御して前記試料部材を前記所定方向に移動させ、該移動時における前記押付力調整手段による前記押付力と、前記駆動手段で前記試料部材を前記所定方向に移動させる際に前記ローラを回転駆動するトルクとを少なくとも用いて、前記ローラと前記試料部材との摩擦特性を導出する測定制御手段とを備える摩擦特性測定装置。
【請求項６】
前記印加手段によって印加する電界又は磁界の条件と前記ローラの外周面を形成する前記エラストマーの粘弾性特性とを対応付けて格納している記憶手段をさらに備え、
前記測定制御手段が、前記導出された摩擦特性を、その導出の際の前記電界又は磁界の条件に応じた前記エラストマーの粘弾性特性と対応付けて、出力および／又は記憶手段への格納を行う請求項１、２又は５に記載の摩擦特性測定装置。
【請求項７】
前記測定制御手段が、前記印加手段によって印加する電界又は磁界の条件を変化させながら、前記摩擦特性の導出を複数回行う請求項１〜５の何れかに記載の摩擦特性測定装置。
【請求項８】
前記試料部材に前記所定方向と反対方向の抵抗力を加えると共に、その抵抗力を調整する抵抗力調整手段をさらに備え、
前記制御手段が、前記受信した移動量と前記ローラの外周面の移動量とを少なくとも用いて、前記移動時の前記抵抗力調整手段による前記抵抗力と前記押付力とに少なくとも関連づけられるように、前記試料ローラと前記試料部材との摩擦特性を導出する請求項１又は３に記載の摩擦特性測定装置。
【請求項９】
前記ローラの外周面のうちローラ軸方向の一部が電界又は磁界の印加により粘弾性特性が変化するエラストマーによって形成されている請求項１、２又は５に記載の摩擦特性測定装置。
【請求項１０】
前記ローラの外周面が、互いに軸方向に並ぶように設けられた複数のローラ部材の外周面から形成され、該複数のローラ部材のうち一部のローラ部材の外周面が電界又は磁界の印加により粘弾性特性が変化するエラストマーによって形成されている請求項１、２又は５に記載の摩擦特性測定装置。
【請求項１１】
前記印加手段が、前記ローラの外周面のうちローラ軸方向の一部に他の部分よりも強い電界又は磁界を加えるように構成されている請求項１、２又は５に記載の摩擦特性測定装置。
【請求項１２】
印加される電界又は磁界によって粘弾性特性が変化するエラストマーにより外周面が形成されたローラの外周面が押付けられように試料部材を支持する支持ステップと、
前記エラストマーに電界又は磁界を印加する印加ステップと、
前記ローラを回転駆動することにより前記試料部材を所定方向に移動させる回転駆動ステップと、
前記回転駆動ステップによる移動時の前記試料部材の移動量を測定する移動量測定ステップと、
前記移動量測定ステップで測定される移動量と、前記ローラの外周面の移動量とを少なくとも用いて、前記移動時に前記ローラを前記試料部材に押付ける押付力に関連づけられるように、前記試料ローラと前記試料部材との摩擦特性を導出する摩擦特性導出ステップとを有する摩擦特性測定方法。
【請求項１３】
印加される電界又は磁界によって粘弾性特性が変化するエラストマーにより外周面が形成されたローラの外周面が押付けられように試料部材を支持する支持ステップと、
前記エラストマーに電界又は磁界を印加する印加ステップと、
前記ローラを回転駆動することにより該ローラ外周面に対し前記試料部材を所定方向に相対的に移動させ、又は、前記試料部材を前記ローラに対し前記所定方向に移動させることにより、前記試料部材の前記ローラの外周面に対する１００％すべりを発生させる駆動ステップと、
前記駆動ステップで前記試料部材を前記所定方向に相対的に移動させる際に前記試料部材に前記所定方向に加わる力を測定する力測定手段と、
前記移動時に前記力測定手段で測定される前記力と、前記移動時に前記ローラを前記試料部材に押付ける押付力とを少なくとも用いて、前記試料ローラと前記試料部材との摩擦特性を導出する摩擦特性導出ステップとを有する摩擦特性測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ローラ、タイヤ等の摩擦力を用いた機能部品に用いられるエラストマーで特には電場や磁場により粘弾性特性が変化するものにおける開発指標となる摩擦特性を測定する摩擦特性測定装置および摩擦特性測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ローラ、タイヤ等の摩擦力を用いた機能部品の外周面には例えばエラストマーが用いられ、そのエラストマーと相手側部材との間の摩擦力によりローラによる搬送力やタイヤのグリップ力が発生する。この搬送力やグリップ力にエラストマーの特性が大きな影響を与える。また、機能部品の使用条件や用途に応じてエラストマーに求められる特性、耐久性等が変化し、機能部品の種類や用途、機能部品に求められる性能も日々進化するため、それに応じて機能部品用のエラストマーが日々開発されており、その性能は徐々に向上している。
【０００３】
機能部品用のエラストマーを開発する際、機能部品の機能に応じて、材料単体での特性、例えば硬度、粘弾性特性等の特性の狙いを決め、狙いの特性を有する材料を開発する。そして、開発した材料の評価を行うために、先ずは機能部品とは異なる形状の試験片を作成し、その試験片を用いて評価が行われることが多い。例えば、開発した材料をシート状に成形し、そのシートに所定の接触荷重でプローブを接触させるとともにプローブをシート上で移動させ、その移動に要した力と接触荷重に基づき１００％すべりの摩擦係数が測定される。
【０００４】
一方、開発したエラストマーの真の特性は、その開発対象である機能部品を実際に作成し実機に装着しないと評価できないのが実情である。このため、機能部品の実機における性能と試験片の評価結果とを関連付けできる試験片の評価が求められており、このように試験片を評価する試験装置も開発されている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３２１５５７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
最近の研究動向から、電場や磁場によってエラストマーの寸法や容積が可変の材料が研究開発されている。これらの中には粘弾性が変化するものもあり、摩擦特性、特にはヒステリシス摩擦への関与が予見される。しかしながら、この様な新規素材の摩擦を実機構造や条件に則して定量的に試験できる装置や方法はなかった。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、電場や磁場によって粘弾性や摩擦特性が変化する機能部品用のエラストマーの開発を効率的に行うことを可能とする摩擦特性測定装置および摩擦特性測定方法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】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明の第１の態様に係る摩擦特性測定装置は、印加される電界又は磁界によって粘弾性特性が変化するエラストマーにより外周面が形成されたローラと、前記エラストマーに電界又は磁界を印加する印加手段と、前記ローラの外周面を試料部材に押付けると共に、その押付力を調整する押付力調整手段と、前記ローラを回転駆動することにより前記試料部材を所定方向に移動させるローラ駆動手段と、前記試料部材の前記所定方向への移動量を測定する移動量測定手段と、前記ローラ駆動手段を制御して前記試料部材を前記所定方向に移動させると共に、該移動時の移動量を前記移動量測定手段から受信し、受信した移動量と、前記ローラの外周面の移動量とを少なくとも用いて、前記移動時における前記押付力調整手段による前記押付力と関連づけられるように、前記ローラと前記試料部材との摩擦特性を導出する測定制御手段とを備える。
【０００９】
上記第１の態様では、印加される電界又は磁界を変化させてローラの外周面のエラストマーの特性を変化させながら摩擦特性を導出することにより、当該エラストマーの電界や磁界制御パラメタの把握検討や最適化のために、摩擦特性測定を効率よく実施できる。
【００１０】
また、試料部材の移動量とローラの外周面の移動量とを少なくとも用いて、押付力と関連付けられるように摩擦特性が導出されるので、例えば、走行面との間で若干のすべりを生じながら摩擦力を発生するタイヤ等の機能部品が実機で発現する摩擦特性や、被搬送部材との間で若干のすべりを生じながら摩擦力を発生する紙送りローラ等の機能部品が実機で発現するものと近い摩擦特性を得ることが可能である。このため、実機に則した使用条件での当該エラストマーの電界や磁界制御パラメタの把握検討や最適化ができる。
【００１１】
本発明の第２の態様に係る摩擦特性測定装置は、印加される電界又は磁界によって粘弾性特性が変化するエラストマーにより外周面が形成されたローラと、前記エラストマーに電界又は磁界を印加する印加手段と、前記ローラの外周面を試料部材に押付けると共に、その押付力を調整する押付力調整手段と、前記ローラを回転駆動することにより又は前記試料部材に直接力を加えることにより前記試料部材を前記ローラの外周面に対し所定方向に相対的に移動させる駆動手段と、前記駆動手段で前記試料部材を前記所定方向に相対的に移動させる際に前記試料部材に前記所定方向に加わる力を測定する力測定手段と、前記駆動手段を制御して前記試料部材を前記所定方向に相対的に移動させ、該移動時における前記押付力調整手段による前記押付力と、前記移動時に前記力測定手段により測定される力とを少なくとも用いて、前記ローラと前記試料部材との摩擦特性を導出する測定制御手段とを備える。
【００１２】
上記第２の態様では、印加される電界又は磁界を変化させてローラの外周面のエラストマーの特性を変化させながら摩擦特性を導出することにより、当該エラストマーの電界や磁界制御パラメタの把握検討や最適化のために、摩擦特性測定を効率よく実施できる。
【００１３】
また、力測定手段により測定される力と押付力とを少なくとも用いて摩擦特性が導出されるので、例えば、走行面との間ですべりを生じながら制動するタイヤ等の機能部品が実機で発現するものと近い摩擦特性を得ることが可能である。このため、実機に則した使用条件での当該エラストマーの電界や磁界制御パラメタの把握検討や最適化ができる。
【００１４】
本発明の第３の態様に係る摩擦特性測定装置は、外周面に所定の大きさの凹凸を有するローラと、印加される電界又は磁界によって粘弾性特性が変化するエラストマーにより接触面が形成された試料部材を支持する試料部材支持手段と、前記エラストマーに電界又は磁界を印加する印加手段と、前記試料部材の接触面に前記ローラの外周面を押付けると共に、その押付力を調整する押付力調整手段と、前記ローラを回転駆動することにより前記試料部材を所定方向に移動させるローラ駆動手段と、前記試料部材の前記所定方向への移動量を測定する移動量測定手段と、前記ローラ駆動手段を制御して前記試料部材を前記所定方向に移動させると共に、該移動時の移動量を前記移動量測定手段から受信し、受信した移動量と、前記ローラの外周面の移動量とを少なくとも用いて、前記移動時における前記押付力調整手段による前記押付力と関連づけられるように、前記ローラと前記試料部材との摩擦特性を導出する測定制御手段とを備える。
【００１５】
上記第３の態様では、印加される電界又は磁界を変化させて試料部材の接触面のエラストマーの特性を変化させながら摩擦特性を導出することにより、当該エラストマーの電界や磁界制御パラメタの把握検討や最適化のために、摩擦特性測定を効率よく実施できる。
【００１６】
また、試料部材の移動量とローラの外周面の移動量とを少なくとも用いて、押付力と関連付けられるように摩擦特性が導出されるので、例えば、走行面との間で若干のすべりを生じながら摩擦力を発生するタイヤ等の機能部品が実機で発現する摩擦特性と近い摩擦特性を得ることが可能である。このため、実機に則した使用条件での当該エラストマーの電界や磁界制御パラメタの把握検討や最適化ができる。
【００１７】
本発明の第４の態様に係る摩擦特性測定装置は、外周面に所定の大きさの凹凸を有するローラと、印加される電界又は磁界によって粘弾性特性が変化するエラストマーにより接触面が形成された試料部材を支持する試料部材支持手段と、前記エラストマーに電界又は磁界を印加する印加手段と、前記試料部材の接触面に前記ローラの外周面を押付けると共に、その押付力を調整する押付力調整手段と、前記ローラを回転駆動することにより前記試料部材を前記ローラの外周面に対し所定方向に相対的に移動させる駆動手段と、前記駆動手段で前記試料部材を前記所定方向に相対的に移動させる際に前記試料部材に前記所定方向に加わる力を測定する力測定手段と、前記駆動手段を制御して前記試料部材を前記所定方向に相対的に移動させ、該移動時における前記押付力調整手段による前記押付力と、前記移動時に前記力測定手段により測定される力とを少なくとも用いて、前記ローラと前記試料部材との摩擦特性を導出する測定制御手段とを備える。
【００１８】
上記第４の態様では、印加される電界又は磁界を変化させて試料部材の接触面のエラストマーの特性を変化させながら摩擦特性を導出することにより、当該エラストマーの電界や磁界制御パラメタの把握検討や最適化のために、摩擦特性測定を効率よく実施できる。
【００１９】
また、押付力と力測定手段により測定される力とを少なくとも用いて摩擦特性が導出されるので、例えば、走行面との間ですべりを生じながら制動するタイヤ等の機能部品が実機で発現するものと近い摩擦特性を得ることが可能である。このため、実機に則した使用条件での当該エラストマーの電界や磁界制御パラメタの把握検討や最適化ができる。
【００２０】
本発明の第５の態様に係る摩擦特性測定装置は、印加される電界又は磁界によって粘弾性特性が変化するエラストマーにより外周面が形成されたローラと、前記エラストマーに電界又は磁界を印加する印加手段と、前記ローラの外周面を試料部材に押付けると共に、その押付力を調整する押付力調整手段と、前記ローラを回転駆動することにより前記試料部材を所定方向に移動させるローラ駆動手段と、前記ローラ駆動手段を制御して前記試料部材を前記所定方向に移動させ、該移動時における前記押付力調整手段による前記押付力と、前記駆動手段で前記試料部材を前記所定方向に移動させる際に前記ローラを回転駆動するトルクとを少なくとも用いて、前記ローラと前記試料部材との摩擦特性を導出する測定制御手段とを備える。
【００２１】
上記第５の態様では、印加される電界又は磁界を変化させてローラの外周面のエラストマーの特性を変化させながら摩擦特性を導出することにより、当該エラストマーの電界や磁界制御パラメタの把握検討や最適化のために、摩擦特性測定を効率よく実施できる。
【００２２】
また、押付力とローラを回転駆動するトルクとを少なくとも用いて摩擦特性が導出されるので、例えば、タイヤの外周面の各位置がタイヤが１回転する度に走行面と接触して生じる摩擦抵抗（転がり抵抗に影響する）を得ることが可能である。このため、実機に則した使用条件での当該エラストマーの電界や磁界制御パラメタの把握検討や最適化ができる。
【００２３】
本発明の第６の態様に係る摩擦特性測定装置は、前記印加手段によって印加する電界又は磁界の条件と前記ローラの外周面を形成する前記エラストマーの粘弾性特性とを対応付けて格納している記憶手段をさらに備え、前記測定制御手段が、前記導出された摩擦特性を、その導出の際の前記外場の条件に応じた前記エラストマーの粘弾性特性と対応付けて、出力および／又は記憶手段への格納を行う。
【００２４】
上記第６の態様では、摩擦特性がエラストマーの粘弾性特性と対応付けて出力又は記憶手段への格納が行われるので、エラストマーの粘弾性特性と摩擦特性との関係が蓄積され、また、エラストマーの粘弾性特性と摩擦特性との関係を時間や労力をかけることなく得ることができる。
【００２５】
本発明の第７の態様に係る摩擦特性測定装置は、前記測定制御手段が、前記印加手段によって印加する電界又は磁界の条件を変化させながら、前記摩擦特性の導出を複数回行う。
この第７の態様では、電界又は磁界の条件と摩擦特性との関係が得られるので、電界又は磁界の条件と摩擦特性との間にあらわれる傾向を見出すことができる。
【００２６】
本発明の第８の態様に係る摩擦特性測定装置は、前記試料部材に前記所定方向と反対方向の抵抗力を加えると共に、その抵抗力を調整する抵抗力調整手段をさらに備え、前記制御手段が、前記受信した移動量と前記ローラの外周面の移動量とを少なくとも用いて、前記移動時の前記抵抗力調整手段による前記抵抗力と前記押付力とに少なくとも関連づけられるように、前記試料ローラと前記試料部材との摩擦特性を導出する。
【００２７】
上記第８の態様では、試料部材に加わる押付力だけではなく、試料部材に加わる抵抗力に対する摩擦特性の変化を得ることができ、さらに、印加する電界又は磁界の条件に対する摩擦特性の変化も得られるので、例えば、車両の加速度の大小を抵抗力の大小で対応させ、車両の重量を押付力で対応させ、タイヤのトレッドゴムの粘弾性特性を電界又は磁界の条件で対応させることにより、実機で発現する摩擦特性を疑似的に測定することが可能である。また、例えば、紙送りローラで送られる紙に紙面に沿う方向に加わる力を抵抗力に大小で対応させ、紙のニップ力を押付力で対応させ、紙送りローラの外周面のエラストマーの粘弾性特性を電界又は磁界の条件で対応させることにより、実機で発現する摩擦特性を疑似的に測定することが可能である。
【００２８】
本発明の第９の態様に係る摩擦特性測定装置は、前記ローラの外周面のうちローラ軸方向の一部が電界又は磁界の印加により粘弾性特性が変化するエラストマーによって形成されている。
【００２９】
上記第９の態様では、ローラ外周面の軸方向の一部の特性だけが電界又は磁界の印加により変化するので、特性が変化した軸方向位置と特性が変化していない軸方向位置とではローラ外周面の特性（弾性率等）が異なる状態となる。例えば、ローラの軸方向一方にだけが電界又は磁界の印加により弾性率が高くなると、押付力による軸方向一方のローラの潰れ量が軸方向他方に比べ小さくなり、試料部材を搬送する際に試料部材がローラの軸方向他方側に徐々に移動する。また、ローラの軸方向中央にだけ電界又は磁界の印加により弾性率が高くなる場合、試料部材を搬送する際に試料部材がローラの軸方向一方および他方に向かって引っ張られる。このため、試料部材が薄い紙等であり、幅方向中央にしわがある場合でも、上記のように引っ張られることによりしわが延ばされる。
【００３０】
本発明の第１０の態様に係る摩擦特性測定装置は、前記ローラの外周面が、互いに軸方向に並ぶように設けられた複数のローラ部材の外周面から形成され、該複数のローラ部材のうち一部のローラ部材の外周面が外場の印加により粘弾性特性が変化するエラストマーによって形成されている。
【００３１】
上記第１０の態様では、一部のローラ部材の外周面の特性だけが電界又は磁界の印加により変化するので、特性が変化したローラ部材の軸方向位置と特性が変化していないローラ部材の軸方向位置とではローラ外周面の特性（弾性率等）が異なる状態になり、上記のように、例えば試料部材のローラ軸方向への移動やしわ延ばしを行うことが可能となる。
【００３２】
本発明の第１１の態様に係る摩擦特性測定装置は、前記印加手段が、前記ローラの外周面のうちローラ軸方向の一部に他の部分よりも強い電界又は磁界を加えるように構成されている。また、電界や磁界の電源は非接触給電システムによってもよい。あるいは回転による発電や一時的に電界を保持しておくための蓄電素子回路を有していてもよい。
【００３３】
上記第１１の態様では、ローラ外周面の軸方向の一部が軸方向の他の部分と比べ弾性率等が異なる状態となるので、上記のように、例えば試料部材のローラ軸方向への移動やしわ延ばしを行うことが可能となる。
【発明の効果】
【００３４】
本発明によれば、ローラや試料部材のエラストマーの貼換えや、ローラや試料部材自体の交換を行わなくとも、実機で発現する摩擦特性とエラストマーの材料単体での特性との関係や、開発するエラストマーの材料単体での狙いの特性を得ることができるので、機能部品用のエラストマーの開発を効率的に行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る摩擦特性測定装置の正面図である。
【図２】前記第１の実施形態の摩擦特性測定装置の平面図である。
【図３】前記第１の実施形態の摩擦特性測定装置のローラの正面図および側面図である。
【図４】前記第１の実施形態の摩擦特性測定装置の測定結果例である。
【図５】前記第１の実施形態の摩擦特性測定装置の測定結果例である。
【図６】前記第１の実施形態の摩擦特性測定装置の測定結果例である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る摩擦特性測定装置の正面図である。
【図８】前記第２の実施形態の摩擦特性測定装置の測定結果例である。
【図９】本発明の第３の実施形態に係る摩擦特性測定装置の正面図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態に係る摩擦特性測定装置の試料部材の斜視図である。
【図１１】前記第３の実施形態の摩擦特性測定装置の測定結果例である。
【図１２】本発明の第４の実施形態に係る摩擦特性測定装置の正面図である。
【図１３】前記第４の実施形態の摩擦特性測定装置の測定結果例である。
【図１４】前記第５の実施形態の摩擦特性測定装置の測定結果例である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
本発明の第１の実施形態に係る摩擦特性測定装置について図１〜図６を参照しながら以下に説明する。
この摩擦特性測定装置は、図１に示すように、フレーム１０と、フレーム１０に設けられてローラ１を回転可能に支持するローラ支持部２０と、ローラ支持部２０に支持されたローラ１の外周面の回転量、回転速度および回転加速度を例えばレーザードップラー式速度計を用いて求める回転計２１と、ローラ支持部２０に支持されたローラ１とその径方向に対向するように配置され、ローラ１との間に試料部材２を挟むフリーローラ３０と、一端がフレーム１０に回動可能に連結され、フリーローラ３０を回転可能に支持する傾動フレーム４０と、傾動フレーム４０の他端を支持する支持機構５０と、フレーム１０に取付けられ、ローラ支持部２０に支持されたローラ１を回転駆動することによりローラ１とフリーローラ３０との間に挟まれた試料部材２を図１および図２に示されたＸ１方向に移動させるローラ駆動装置６０と、フレーム１０に取付けられ、試料部材２のＸ１やＸ２方向への移動量を測定する移動量測定装置７０と、試料部材２に図１および図２に示されたＸ２方向の抵抗力を加えると共にその抵抗力を調整する抵抗力調整装置８０と、電源装置９０と、回転計２１、支持機構５０、ローラ駆動装置６０、移動量測定装置７０、抵抗力調整装置８０、および電源装置９０に接続された測定制御手段としての制御装置１００とを備えている。
【００３７】
ローラ１は、図３に示すように、その軸方向両端に設けられてローラ支持部２０によって回転可能に支持される一対のシャフト１ａと、両シャフト１ａの間に設けられた円筒部１ｂと、円筒部の外周面に接着剤等で貼付けられたエラストマー部１ｃと、エラストマー部１ｃ内に螺旋状に埋設された電極１ｄ，１ｅとを有する。電極１ｄの両端はそれぞれ円筒部１ｂの両端に設けられた円盤状のコネクタ部１ｆに接続され、電極１ｅの両端はそれぞれ両シャフト１ａに接続されている。両シャフト１ａとコネクタ部１ｆとは絶縁されている。
【００３８】
エラストマー部１ｃは、電界や磁界を印加することにより粘弾性特性が変化するエラストマーにより成る。このようなエラストマーは、公知のものを用いることができ、例えば、特開２００５−１１１２４５号公報に開示されているポリピロール、ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリフェニレン等を用いることも可能であり、特開平７−２４０５４４号公報に開示されているポリウレタンを用いることも可能であり、特公平６−４１５３０号公報に開示されているシリコンゴムを用いることも可能であり、特開２０１０−１５５９１８号公報に開示されているように導電性高分子と、カチオン成分およびアニオン成分からなる親水性イオン液体とを含む導電性高分子構造体を用いることも可能であり、特開２００９−１９１１１７号公報に開示がある液晶エラストマーを用いることも可能であり、ポリマー中に強磁性体ファイバや粒子や補強材が分散しており磁界によりファイバや粒子が配向する高分子材料を用いることも可能であり、その他電界や磁界により内部に分散しているファイバや粒子や補強材が配向する高分子を用いることも可能である。
【００３９】
支持機構５０は、フレーム１０から上方に延びるように設けられたレール５１と、モータ等により駆動されてレール５１上を上下方向に移動するスライダ５２と、上端がスライダ５２によって支持されると共に下端が傾動フレーム４０の他端に取付けられ、該他端を支持するコイルスプリング等の弾性部材５３とを有する。フリーローラ３０は傾動フレーム４０の一端と他端との間に回転可能に支持されているので、支持機構５０によって傾動フレーム４０の他端を上方に移動させることにより、フリーローラ３０も上方に移動する。
【００４０】
ローラ駆動装置６０は、例えばサーボモータ、油圧モータ等のモータから成る。当該モータは、ロータを回転駆動する回転駆動部と、回転駆動部とモータ出力軸との間に配置されて回転駆動部の回転力のモータ出力軸への伝達および非伝達を切替えるクラッチとを有する。また、当該モータはロータリーエンコーダを有し、ロータリーエンコーダの出力に基づき、モータ出力軸の回転速度や回転数をモニターすることができる。
【００４１】
移動量測定装置７０としては、公知のレーザードップラー式速度計を用いて試料部材２のＸ１方向およびＸ２方向の移動量を計測可能な装置を用いることも可能であり、その他試料部材２のＸ１方向およびＸ２方向の移動量を計測可能な公知の装置を用いることも可能である。
【００４２】
抵抗力調整装置８０は、フレーム１０から上方に延びるように設けられたレール８１と、モータ等により駆動されてレール８１上を上下方向に移動するスライダ８２と、上端がスライダ８２に連結されたシャフト８３と、シャフト８３の下端の下方に配置され、試料部材２の一方の面（図１において上面）に接触する接触部材８４と、接触部材８４と対向して配置されて試料部材２の他方の面（図１において下面）に接触する受け台８５とを有する。
【００４３】
抵抗力調整装置８０は、スライダ８２を下方に動かすことによりシャフト８３の下端が接触部材８４に上方から接触すると共に接触部材８４を下方に押し、接触部材８４の下面と受け台８５の上面との間で試料部材２が挟まれる。これにより、Ｘ１又はＸ２方向に移動する試料部材２に摩擦抵抗力が加えられる。接触部材８４の下面や受け台８５の上面は、試料部材２に対して、静摩擦係数と動摩擦係数との差が極力小さい、又は無い材料から形成されていることが好ましい。このような材料として、例えば、クラスターテクノロジー社製のポリアセタール複合材料（エポクラスターＴ  ＣＯＭ４１等）を用いることが可能である。
【００４４】
抵抗力調整装置８０はさらに、連結部材としての傾動リンク８６と、ベース１０上に固定されたロードセル８７とを有し、傾動リンク８６の一端が接触部材８４に上下方向に回動可能に連結され、傾動リンク８６の他端がロードセル８７に上下方向に回動可能に連結されている。傾動リンク８６にＸ１方向の力が加わると、そのＸ１方向の力がロードセル８７により測定される。この抵抗力調整装置８０はスライダ８２およびロードセル８７が制御装置１００に接続されている。
【００４５】
電源装置９０は、ローラ支持部２０に支持されたローラ１の両シャフト１ａに電気的に接続される第１の電極９１と、ローラ１の両コネクタ部１ｆに電気的に接続される第２の電極９２とを有する。電極９１，９２は、ローラ１をローラ支持部２０に支持すると両シャフト１ａおよび両コネクタ部１ｆとの前記電気的な接続が行われ、ローラ１が回転しても前記電気的な接続が維持されるように構成されている。
【００４６】
制御装置１００は周知のコンピュータから成り、この装置を動作させて摩擦特性測定を行う測定プログラムを格納している記憶部１０１と、入力部１０２と、表示装置１０３と、プリンター１０４とを備えている。測定プログラムにより制御装置１００が支持機構５０、ローラ駆動装置６０、抵抗力調整装置８０、および電源装置９０を制御して、この装置により摩擦特性測定が行われるように構成されている。以下、この装置により摩擦特性測定を行う方法の一例について説明する。
【００４７】
先ず、ローラ１の準備を行う。ローラ１の両端のシャフト１ａをローラ支持部２０により支持することにより、ローラ１をローラ支持部２０により回転可能に支持し（ステップ１）、これにより、ローラ１のシャフト１ａおよびコネクタ部１ｆと電源装置９０の電極９１，９２との電気的な接続が行われる。また、ローラ１の一方のシャフト１ａがローラ駆動装置６０のモータ出力軸に連結される。
【００４８】
続いて、試料部材２をフリーローラ３０、抵抗力調整装置８０の受け台８５、および図１においてフリーローラ３０の右側に設けられた補助台１１の上に載置し（ステップ２）、図１において二点鎖線の位置から実線の位置まで傾動リンク８６の一端側を下方に傾動させると共にシャフト８３を下方に移動させて接触部材８４の下面と受け台８５の上面との間で試料部材２を挟む（ステップ３）。試料部材２は試験の目的に応じて変更することができ、紙送りローラの開発において摩擦特性を測定する場合は、その紙送りローラで用いられる紙を試料部材２とすることができ、タイヤのトレッドゴムの開発において摩擦特性を測定する場合は、路面相当の摩擦特性を有するシート状部材を試料部材２とすることができる。
【００４９】
続いて、スライダ８２により接触部材８４を受け台８５側に押付ける（ステップ４）。なお、スライダ８２は前記押付ける力を測定するロードセルを有し、摩擦特性の測定中に試料部材２の凹凸等により接触部材８４と受け台８５との間隔が変化しても押付ける力がばらつかないように、スライダ８２とシャフト８３との間にはスプリングが設けられている。制御装置１００は前記ロードセルの検出結果をモニターしながらスライダ８２による前記押付力を制御するので、接触部材８４を受け台８５側に押付ける押付力を正確に調整することができる。
【００５０】
続いて、支持機構５０のスライダ５２を上方に移動させることによりローラ１の外周面をフリーローラ３０上に載置された試料部材２に押付ける（ステップ５）。制御装置１００は押付力測定装置４１の測定結果をモニターしながらスライダ５２による前記押付力を制御し、また、スライダ５２は弾性部材５３を介して傾動フレーム４０の他端に接続されているので、ローラ１の試料部材２への押付力を正確に調整することができる。弾性部材５３を有するので、摩擦特性の測定中にローラ１や試料部材２に凹凸等がありローラ１とフリーローラ３０との間隔が若干変化しても、ローラ１の試料部材２への押付力が大きく変化することが防止される。
【００５１】
次に、試料部材２にＸ２方向の抵抗力を加えながらローラ１の外周面の特性を変化させて行う摩擦特性測定の一例について説明する。以下では、測定プログラムによる制御装置１００の動作について説明する。先ず、この測定を行う場合、支持機構５０によりローラ１の外周面を試料部材２に押付ける押付力をある一定の値にする（測定ステップ１−１）。また、抵抗力調整装置８０によりスライダ８２の押す力を一定の値にして一定の抵抗力を加える（測定ステップ１−２）。なお、当該押付力や抵抗力を変化させながら以下を行っても良い。また、電源装置９０により各電極９１，９２にそれぞれ電位を与え、ローラ１の電極１ｄ，１ｅ間に一定の電位差を設ける。
【００５２】
続いて、ローラ駆動装置６０の前記モータの前記クラッチを非伝達状態にしながら前記回転駆動部をある回転数で回転させた状態で、前記クラッチを所定時間だけ伝達状態にする（測定ステップ１−３）。これにより、ローラ１が瞬時に前記ある回転数で回転し始め、所定時間だけ回転を継続する。ローラ駆動装置６０の前記モータの回転駆動部の回転方向の慣性質量がローラ１よりも十分に大きければ、ローラ１の回転速度は非伝達状態の回転駆動部の回転速度とすぐに一致し安定する。このローラ１の回転駆動により、試料部材２がＸ１方向に移動し、その移動量が移動力測定装置７０により測定される。
【００５３】
続いて、移動量測定装置７０から前記所定時間における試料部材２の移動量を受信し（測定ステップ１−４）、また、上記所定時間のうちある一定の期間（所定時間の最初の０．数秒、所定時間において数秒経過後から数秒、所定時間の全期間等）の移動量を少なくとも用いて、当該一定の期間における支持機構５０による前記押付力と、当該一定の期間における抵抗力調整装置８０による抵抗力と、電極１ｄ，１ｅ間の電位差とに関連付けて、当該測定から摩擦特性を導出する（測定ステップ１−５）。
【００５４】
ここで、制御装置１００は、抵抗力調整装置８０のロードセル８７から傾動リンク８６に加わるＸ１方向の力を受信し、受信したＸ１方向の力に基づき、抵抗力調整装置８０が試料部材２に加えた抵抗力を導出する。例えば、本実施形態の場合は接触部材８４の下面と受け台８５の上面とが同一の材料から成り、また、シャフト８３の下端に固定されたベアリング８３ａを介してシャフト８３の下端が接触部材８４に接触し、ベアリング８３ａはＸ１およびＸ２方向に回動自在であり、シャフト８３の下端と接触部材８４とのＸ１方向の接触抵抗は無視できるほど小さいので、ロードセル８７から受信したＸ１方向の力を２倍したものを前記抵抗力とすることができる。
【００５５】
そして、各電極１ｄ，１ｅ間に設ける電位差を変更しながら前記測定ステップ１−３〜１−５を１回以上繰り返す（測定ステップ１−６）。さらに、測定ステップ１−１〜１−６を押付力の条件、抵抗力の条件、ローラ３の回転速度等を変更しながら１回以上繰り返す（測定ステップ１−７）。
例えば、測定ステップ１−７で抵抗力の条件（スライダ８２で接触部材８４を受け台８５に押付ける力）を変更しながら行うことにより、図４のような結果が得られる。
【００５６】
図４の縦軸はすべり率ＳＬ（ＳＬ＝（Ｌ０−Ｌ）／Ｌ０であり、Ｌ０は回転計２１から受信する前記一定の期間における回転角度とローラ直径と円周率を乗じて計算される理想的なローラ１の外周面の移動量、Ｌは試料部材２の前記一定の期間の移動量である。）をあらわし、横軸は各電極１ｄ，１ｅ間の電位差をあらわす。図４の各測定ポイントでは、試料部材２の移動量とローラ１の外周面の移動量とに基づき、押付力と、抵抗力と、各電極１ｄ，１ｅ間の電位差とに関連付けて、すべり率が求められている。例えば測定結果が図４のようになるとすると、電位差が大きくなるにつれてすべり率が大きくなることがわかる。なお、測定結果は図４や、下記図５、図６、図８、図１１、図１３、図１４のようになるとは限らず、エラストマー部１ｃの材質や試料部材２の材質や測定条件により様々である。すべり率は試料部材２の移動量とローラ１の外周面の移動量とを用いて導出する摩擦特性の一例であり、他に試料部材２の移動量とローラ１の外周面の移動量と押付力と抵抗力とを用いて摩擦特性の係数を求めることも可能であり、さらに試料部材２の幅寸法を用いた摩擦特性の係数を求めることも可能であり、試料部材２の移動量とローラ１の外周面の移動量とを用いて他の摩擦特性の係数を求めることも可能である。
【００５７】
ここで、制御装置１００の記憶部１０１は、電源装置９０により各電極１ｄ，１ｅ間に設ける電位差と、ローラ１のエラストマー部１ｃを形成するエラストマーの粘弾性特性とを対応付けたテーブルを格納している。例えば、電位差に応じた貯蔵弾性率、損失弾性率、損失正接等を格納している。制御装置１００は、前記テーブルを参照して、図４の結果を図５および図６のように変換する。このようにすると、エラストマーの粘弾性特性と摩擦特性との関係を時間や労力をかけることなく得ることができる。
【００５８】
続いて、測定プログラムにより制御装置１００は表示装置１０３に上記図４〜図６の測定結果を表示させると共に、図４〜図６の測定結果をプリンター１０４に出力し、さらに、図４〜図６の測定結果を記憶部１０１に格納する。出力する先はプリンター１０４でなく他のコンピュータであっても良い。このように、制御装置１００は、押付力および抵抗力と関連付けて、そして、各電極１ｄ，１ｅ間の電位差又はローラ１の外周面のエラストマーの粘弾性特性と関連付けて、摩擦特性（すべり率等）を表示装置１０３に表示させ、出力し、格納する。
【００５９】
ここで、上記のすべり率ＳＬの値が１（１００％）になる状態は、ローラ１と試料部材２とが完全に滑っている状態であるから、この状態の抵抗力と押圧力の比は通常の摩擦係数と同じ又は近いものとなる。一方、上記測定は、上記すべり率が０％を超え１００％未満の範囲、例えば５％近傍、１０％近傍、３０％近傍、５０％近傍の範囲等を、押付力や抵抗力を調整することにより測定することができるが、若干のすべりが発生している条件というのは、紙送りローラやタイヤ等が実機で使用される状況と近似しているか、同一である。
【００６０】
また、本実施形態では、電界の印加によりローラ１の外周面のエラストマーの特性を変化させながら摩擦特性が導出される。このため、実機に則した使用条件での当該エラストマーの電界や磁界制御パラメタの把握検討や最適化ができる。また、場合によっては他の用途での活用も可能であり、例えば、ローラ１の外周面のエラストマーの貼換えやローラ１自体の交換を行わなくとも、実機で発現する摩擦特性とエラストマーの材料単体での特性との関係や、開発するエラストマーの材料単体での狙いの特性（硬度、粘弾性特性等）を得ることが可能となる。下記他の実施形態でも同様である。
【００６１】
また、本実施形態では、試料部材２に加わる押付力だけではなく、試料部材２に加わる抵抗力に対する摩擦特性の変化を得ることができ、さらに、印加する電界の条件に対する摩擦特性の変化も得られるので、例えば、車両の加速度の大小を抵抗力の大小で対応させ、車両の重量を押付力で対応させ、タイヤのトレッドゴムの粘弾性特性を電界の条件で対応させることにより、実機で発現する摩擦特性を疑似的に測定することが可能である。また、例えば、紙送りローラで送られる紙に紙面に沿う方向に加わる力を抵抗力の大小で対応させ、紙のニップ力を押付力で対応させ、紙送りローラの外周面のエラストマーの粘弾性特性を電界の条件で対応させることにより、実機で発現する摩擦特性を疑似的に測定することが可能である。
【００６２】
また、制御装置１００が、印加する電界の条件を変化させながら、摩擦特性の導出を複数回行うので、電界の条件と摩擦特性との関係が得られ、電界の条件と摩擦特性との間にあらわれる傾向を見出すことができる。
なお、ローラ１において電極１ｄを配置していた位置に一方の磁極部材を配置し、電極１ｅを配置していた位置に他方の磁極部材を配置し、ローラ１のエラストマー部１ｃに電界ではなく磁界を印加することも可能である。この場合でも、ローラ１の外周面を形成するエラストマーの粘弾性特性を変化させながら摩擦特性の測定を行うことが可能である。
【００６３】
また、前記実施形態では抵抗力を付与しながら摩擦特性の測定を行っているが、抵抗力を付与せずに例えばすべり率ＳＬ等の摩擦特性の測定を行うことも可能であり、この場合、押付力だけが加わる状態で試料部材２上をローラ１が転がる際に生ずる搬送距離の精度を確認することができる。
【００６４】
本発明の第２の実施形態に係る摩擦特性測定装置について図７および図８を参照しながら以下に説明する。
この実施形態の装置は、図７に示すように、第１の実施形態の装置に対して、抵抗力調整装置８０を負荷装置１８０に変更し、ローラ１と試料部材２とが完全に滑っている状態で摩擦特性を測定する点で異なるが、その他の構成は同様である。以下では第１の実施形態と異なる点のみ説明する。
【００６５】
負荷装置１８０は、ローラ１とフリーローラ３０とによって挟まれた試料部材２の長さ方向の一端に固定されるクリップ１８１と、クリップ１８１に紐等の可撓性部材を介して連結されたロードセル１８２と、ベース１０上に試料部材２の長さ方向に延びるように設けられたレール１８３と、モータ等により駆動されてレール１８３上で試料部材２の長さ方向に移動するスライダ１８４とを有する。負荷装置１８０のロードセル１８２およびスライダ１８４は制御装置１００に接続されている。なお、第１の実施形態の装置は抵抗力調整装置８０と負荷装置１８０を選択して取付け可能である。
【００６６】
以下、この装置により、ローラ１と試料部材２とが完全に滑っている状態においてローラ１の外周面の特性を変化させて行う摩擦特性測定の一例について説明する。以下は第１の実施形態のステップ１、２、および５が完了した状態で行われる。また、以下では測定プログラムによる制御装置１００の動作について説明する。
【００６７】
先ず、この測定を行う場合、支持機構５０によりローラ１の外周面を試料部材２に押付ける押付力をある一定の値にする（測定ステップ２−１）。なお、当該押付力を変化させながら以下を行っても良い。また、電源装置９０により各電極９１，９２にそれぞれ電位を与え、ローラ１の電極１ｄ，１ｅ間に一定の電位差を設ける。
【００６８】
続いて、ローラ駆動装置６０によってモータ出力軸を固定することにより、ローラ１を回転方向に固定する（測定ステップ２−２）。ローラ１のシャフト１ａを他の専用治具でフレーム１０に固定してローラ１を回転方向に固定しても良い。この状態で、負荷装置１８０のスライダ１８４を所定の速度又は所定の速度プロファイルでＸ２方向に所定時間だけ移動させ（測定ステップ２−３）、その移動時に試料部材２にＸ２方向に加わる力がロードセル１８２により測定される。
【００６９】
続いて、ロードセル１８２から前記所定時間におけるＸ２方向の力を受信し（測定ステップ２−４）、また、上記所定時間のうちある一定の期間（所定時間の最初の０．数秒、所定時間において数秒経過後から数秒、所定時間の全期間等）の力と、その際のローラ１の外周面を試料部材２に押付ける押付力とを少なくとも用いて、押付力や電極１ｄ，１ｅ間の電位差に関連付けて、当該測定から摩擦特性を導出する（測定ステップ２−５）。
【００７０】
そして、各電極１ｄ，１ｅ間に設ける電位差を変更しながら前記測定ステップ２−３〜２−５を１回以上繰り返す（測定ステップ２−６）。さらに、測定ステップ２−１〜２−６を押付力の条件を変更しながら１回以上繰り返す（測定ステップ２−７）。このような測定を行うことにより、例えば、図８のような結果を得ることができる。
【００７１】
図８の縦軸は摩擦係数μ（μ＝ロードセル１８２の測定値／押付力）をあらわし、横軸は各電極１ｄ，１ｅ間の電位差をあらわす。図８では、ロードセル１８２の測定値と押付力とに基づき、電極１ｄ，１ｅ間の電位差および押付力に関連付けて、摩擦係数が求められている。例えば測定結果が図８のようになるとすると、電位差が大きくなるにつれて摩擦係数が小さくなることがわかる。摩擦係数はロードセル１８２の測定値と押付力とを用いて導出する摩擦特性の一例であり、さらにローラ１と試料部材２との接触面積も用いることも可能であり、ロードセル１８２の測定値と押付力とを用いて他の摩擦特性の係数を求めることも可能である。
【００７２】
そして、第１の実施形態と同様に、記憶部１０１に格納されたテーブルを参照して、図８の結果を第１の実施形態の図５および図６と同様に貯蔵弾性率、損失正接等に関連付けた結果とすることも可能である。このようにすると、エラストマーの粘弾性特性と摩擦特性との関係を時間や労力をかけることなく得ることができる。
【００７３】
本実施形態では、ロードセル１８２により測定される力と押付力とを少なくとも用いて摩擦特性が導出されるので、例えば、走行面との間ですべりを生じながら制動するタイヤ等の機能部品が実機で発現するものと近い摩擦特性を得ることが可能である。このため、実機に則した使用条件での当該エラストマーの電界や磁界制御パラメタの把握検討や最適化ができる。
印加する電界の条件、押付力等を変化させながら摩擦特性を測定することによる作用効果は第１の実施形態と同様である。
【００７４】
なお、本実施形態では、ローラ１を回転方向に固定した状態で試料部材２をＸ２方向に移動させたが、スライダ１８４を固定すると共にローラ１を強制的に回転させ、これにより、ローラ１の外周面に対して試料部材２にＸ２方向の摩擦力を作用させ、この時のロードセル１８２の測定値と押し付け力に基づき摩擦係数を求めても良い。
【００７５】
本発明の第３の実施形態に係る摩擦特性測定装置について図９〜図１１を参照しながら以下に説明する。
この実施形態の装置は、図９に示すように、第１の実施形態の装置に対して、ローラ１をローラ３に変更し、試料部材２を試料部材４に変更し、電源装置９０によってローラではなく試料部材４の各電極に所定の電位を付与するようにし、試料部材４の各電極間の電位差を変化させながら摩擦特性を行う点で異なるが、その他の構成は同様である。以下では第１の実施形態と異なる点のみ説明する。
【００７６】
ローラ３は、ローラ支持部２０によって回転可能に支持される一対のシャフトを有し、ローラ３の外周面は金属製の網から成る。当該網は縦方向と横方向にそれぞれ複数のワイヤを並べ互いに編み込んだものである。これにより、縦方向のワイヤと横方向のワイヤが公差する部分がローラ３外周面から径方向外側に突出する突起として作用する。これにより、ローラ３の外周面において、複数の突起がローラ３の軸方向および周方向に規則正しく並ぶことになる。網を用いずに、ローラの外周面を金属製の円筒から形成し、円筒の表面に所定の大きさの複数の突起を設け、当該複数の突起がローラの軸方向および周方向に規則正しく並ぶようにしても良い。
【００７７】
試料部材４は、図１０に示すように、硬質プラスチックから成る可撓性のベースシート４ａと、ベースシート４ａの上面に貼付けられたエラストマー部４ｂと、エラストマー部４ｂに埋設された複数の電極４ｃ，４ｄとを有する。各電極４ｃは電源装置９０の電極９１と接続され、各電極４ｄは電極９２と接続されている。
【００７８】
以下、この装置により、試料部材２にＸ２方向の抵抗力を加えながら試料部材２のエラストマー部４ｂの特性を変化させて行う摩擦特性測定の一例について説明する。以下は第１の実施形態のステップ１でローラ３をローラ支持部２０に支持し、ステップ２および３で試料部材４をエラストマー部４ｂが上方を向くようにセットし、ステップ４および５が完了した状態で行われる。また、以下では測定プログラムによる制御装置１００の動作について説明する。
【００７９】
先ず、支持機構５０によりローラ３の外周面を試料部材４に押付ける押付力をある一定の値にする（測定ステップ３−１）。また、抵抗力調整装置８０によりスライダ８２の押す力を一定の値にして一定の抵抗力を加える（測定ステップ３−２）。なお、当該押付力や抵抗力を変化させながら以下を行っても良い。また、電源装置９０により各電極９１，９２にそれぞれ電位を与え、試料部材４の電極４ｃ，４ｄ間に一定の電位差を設ける。
【００８０】
続いて、ローラ駆動装置６０の前記モータの前記クラッチを非伝達状態にしながら前記回転駆動部をある回転数で回転させた状態で、前記クラッチを所定時間だけ伝達状態にする（測定ステップ３−３）。これにより、ローラ３が瞬時に前記ある回転数で回転し始め、所定時間だけ回転を継続する。このローラ３の回転駆動により、試料部材４がＸ１方向に移動し、その移動量が移動力測定装置７０により測定される。
【００８１】
続いて、移動量測定装置７０から前記所定時間における試料部材４の移動量を受信し（測定ステップ３−４）、また、上記所定時間のうちある一定の期間（所定時間の最初の０．数秒、所定時間において数秒経過後から数秒、所定時間の全期間等）の移動量を少なくとも用いて、当該一定の期間における支持機構５０による前記押付力と、当該一定の期間における抵抗力調整装置８０による抵抗力と、電極４ｃ，４ｄ間の電位差と、下記周波数とに関連付けて、当該測定から摩擦特性を導出する（測定ステップ３−５）。
【００８２】
そして、各電極４ｃ，４ｄ間に設ける電位差を変更しながら前記測定ステップ３−３〜３−５を１回以上繰り返す（測定ステップ３−６）。さらに、測定ステップ３−１〜３−６を押付力の条件、抵抗力の条件、ローラ１の回転速度等を変更しながら１回以上繰り返す（測定ステップ３−７）。
例えば、測定ステップ３−７で抵抗力の条件（スライダ８２で接触部材８４を受け台８５に押付ける力）を変更しながら行うことにより、第１の実施形態の図４と同様の図１１の結果が得られる。
【００８３】
例えば測定結果が図１１のようになるとすると、電位差が大きくなるにつれてすべり率が大きくなることがわかる。なお、図１１において、周波数とは、前記複数の突起がローラ３の外表面の周方向に並んでいる個数と、ローラ３の回転速度とに基づいており、ローラ３と試料部材４との間で生ずる振動の周波数をあらわす。この周波数は、例えば前記突起の周方向の個数とローラ３の回転数を掛けることにより算出することができる。また、制御装置１００は、第１の実施形態と同様に、試料部材４のエラストマー部４ｂを形成するエラストマーの粘弾性特性と、電源装置９０により各電極４ｃ，４ｃ間に設ける電位差とを対応付けたテーブルを格納しており、当該テーブルを参照して図１１の結果を図５や図６のように変換する。
【００８４】
このように、制御装置１００は、試料部材４の移動量とローラ３の外周面の移動量とを少なくとも用いて、押付力や、抵抗力や、ローラ３と試料部材４との間で生ずる振動の周波数とに関連付けて摩擦特性を導出し、その結果を表示装置１０３に表示させ、出力し、格納する。
【００８５】
上記のように、試料部材４の移動量とローラ３の外周面の移動量とを少なくとも用いて、押付力や、抵抗力や、ローラ３と試料部材４との間で生ずる振動の周波数とに関連付けられた摩擦特性が導出されるので、例えば、アスファルト路面等の走行面との間で若干のすべりを生じながら摩擦力を発生するタイヤ等の機能部品が実機で発現する摩擦特性と近い摩擦特性を得ることが可能である。このため、実機に則した使用条件での当該エラストマーの電界や磁界制御パラメタの把握検討や最適化ができる。
印加する電界の条件、押付力等を変化させながら摩擦特性を測定することによる作用効果は第１の実施形態と同様である。
【００８６】
本発明の第４の実施形態に係る摩擦特性測定装置について図１２および図１３を参照しながら以下に説明する。
この実施形態の装置は、図１２に示すように、第２の実施形態の装置に対して、ローラ１をローラ３に変更し、試料部材２を試料部材４に変更し、電源装置９０によってローラではなく試料部材４の各電極に所定の電位を付与するようにし、試料部材４の各電極間の電位差を変化させながら摩擦特性を行う点で異なるが、その他の構成は同様である。以下では第２の実施形態と異なる点のみ説明する。なお、ローラ３および試料部材４は第３の実施形態のものと同様である。
【００８７】
以下、この装置により、ローラ３と試料部材４とが完全に滑っている状態において試料部材４のエラストマー部４ｂの特性を変化させて行う摩擦特性測定の一例について説明する。以下は前記ステップ１、２、および５が完了した状態で行われる。また、以下では測定プログラムによる制御装置１００の動作について説明する。
【００８８】
先ず、この測定を行う場合、支持機構５０によりローラ３の外周面を試料部材４に押付ける押付力をある一定の値にする（測定ステップ４−１）。なお、当該押付力を変化させながら以下を行っても良い。また、電源装置９０により各電極９１，９２にそれぞれ電位を与え、試料部材の電極４ｃ，４ｄ間に一定の電位差を設ける。
【００８９】
続いて、ローラ駆動装置６０によって、試料部材４をＸ１方向に移動させる方向に、所定時間だけローラ３を強制的に駆動する（ステップ４−２）。これにより、ローラ３の外周面に対し試料部材４がＸ２方向に相対的に移動したことになり、その際に加わる力がロードセル１８２により測定される。
【００９０】
続いて、ロードセル１８２から前記所定時間に加わる力を受信し（測定ステップ４−３）、また、上記所定時間のうちある一定の期間（所定時間の最初の０．数秒、所定時間において数秒経過後から数秒、所定時間の全期間等）の力と、その際のローラ３の外周面を試料部材４に押付ける押付力とを少なくとも用いて、押付力と、電極４ｃ，４ｄ間の電位差と、下記周波数とに関連付けて、当該測定から摩擦特性を導出する（測定ステップ４−４）。
【００９１】
そして、各電極４ｃ，４ｄ間に設ける電位差を変更しながら前記測定ステップ４−２〜４−４を１回以上繰り返す（測定ステップ４−５）。さらに、測定ステップ４−１〜４−５を押付力の条件やローラ３の回転速度を変更しながら１回以上繰り返す（測定ステップ４−６）。このような測定を行うことにより、例えば、図１３のような結果を得ることができる。
【００９２】
例えば測定結果が図１３のようになるとすると、ローラ３の回転速度により、ローラ３と試料部材４との間に生ずる振動の周波数を変化させると、摩擦係数が変化することがわかる。
そして、第１の実施形態と同様に、記憶部１０１に格納されたテーブルを参照して、図１３の結果を第１の実施形態の図５および図６と同様に貯蔵弾性率、損失正接等に関連付けた結果とすることも可能である。このようにすると、エラストマーの粘弾性特性と摩擦特性との関係を時間や労力をかけることなく得ることができる。
【００９３】
本実施形態では、ロードセル１８２の測定値と押付力とを少なくとも用いて摩擦特性が導出されるので、例えば、走行面との間ですべりを生じながら制動するタイヤ等の機能部品が実機で発現するものと近い摩擦特性を得ることが可能である。このため、実機に則した使用条件での当該エラストマーの電界や磁界制御パラメタの把握検討や最適化ができる。
印加する電界の条件、押付力等を変化させながら摩擦特性を測定することによる作用効果は第１の実施形態と同様である。
【００９４】
なお、本実施形態では、スライダ１８４を固定すると共にローラ３を強制的に回転させ、これにより、ローラ３の外周面に対して試料部材４に摩擦力を発生させたが、ローラ３を回転方向に固定した状態で試料部材４をＸ２方向に移動させ、この時のロードセル１８２の測定値に基づき摩擦係数を求めても良い。
【００９５】
本発明の第５の実施形態に係る摩擦特性測定装置について以下に説明する。
この実施形態では、第１の実施形態の装置を用いて、抵抗力をかけずに摩擦特性測定を行う。また、ローラ駆動装置６０はローラ１を駆動する駆動トルクを検出可能に構成されている。以下、第１の実施形態の装置により、試料部材２にＸ２方向の抵抗力を加えずに試料部材２のエラストマー部４ｂの特性を変化させながらローラ１の外周面の特性を変化させて行う摩擦特性測定の一例について説明する。以下では、測定プログラムによる制御装置１００の動作について説明する。
【００９６】
この測定は、前記ステップ１、２、および５が完了しており、接触部材８４と受け台８５とが離間した状態で行う。
先ず、支持機構５０によりローラ１の外周面を試料部材２に押付ける押付力をある一定の値にする（測定ステップ５−１）。なお、当該押付力を変化させながら以下を行っても良い。また、電源装置９０により各電極９１，９２にそれぞれ電位を与え、ローラ１の電極１ｄ，１ｅ間に一定の電位差を設ける。
【００９７】
続いて、ローラ駆動装置６０の前記モータの前記クラッチを非伝達状態にしながら前記回転駆動部をある回転数で回転させた状態で、前記クラッチを所定時間だけ伝達状態にする（測定ステップ５−２）。これにより、ローラ１が瞬時に前記ある回転数で回転し始め、所定時間だけ回転を継続する。このローラ１の回転駆動により、試料部材２がＸ１方向に移動し、その際にローラ１の回転駆動トルクがローラ駆動装置６０によって測定される。
【００９８】
続いて、ローラ駆動装置６０から前記所定時間におけるローラ１の回転駆動トルクを受信し（測定ステップ５−３）、また、上記所定時間のうちある一定の期間（所定時間の最初の０．数秒、所定時間において数秒経過後から数秒、所定時間の全期間等）の回転駆動トルクを少なくとも用いて、当該一定の期間における支持機構５０による前記押付力と、電極１ｄ，１ｅ間の電位差とに関連付けて、当該測定から摩擦特性を導出する（測定ステップ５−４）。
【００９９】
そして、各電極１ｄ，１ｅ間に設ける電位差を変更しながら前記測定ステップ５−２〜５−４を１回以上繰り返す（測定ステップ５−５）。さらに、測定ステップ５−１〜５−５を押付力の条件を変更しながら１回以上繰り返し（測定ステップ５−６）、これにより、例えば図１４のような結果を得ることができる。
図１４の縦軸は転がり抵抗に関する係数Ｒ（Ｒ＝回転駆動トルク／押付力）をあらわし、横軸は各電極１ｄ，１ｅ間の電位差をあらわす。
【０１００】
例えば測定結果が図１４のようになるとすると、電位差が大きくなるにつれて、転がり抵抗に関する係数Ｒが小さくなることがわかる。制御装置１００は図１４の結果を図５や図６のように変換する。このようにすると、エラストマーの粘弾性特性と摩擦特性との関係を時間や労力をかけることなく得ることができる。
【０１０１】
このように、本実施形態では、回転駆動トルクと押付力とを少なくとも用いて摩擦特性が導出されるので、例えば、タイヤが１回転する度にタイヤの外周面の各位置が走行面と接触して生じる摩擦抵抗（転がり抵抗に影響する）を得ることが可能である。このため、実機に則した使用条件での当該エラストマーの電界や磁界制御パラメタの把握検討や最適化ができる。
印加する電界の条件、押付力等を変化させながら摩擦特性を測定することによる作用効果は第１の実施形態と同様である。
【０１０２】
なお、上記第１、第２、および第５の実施形態において、ローラ１の外周面のうちローラ軸方向の一部のみを電界又は磁界の印加により粘弾性特性が変化するエラストマーによって形成することも可能である。ローラ１の外周面の軸方向の一部の特性だけ電界又は磁界の印加により変化させると、特性が変化した軸方向位置と特性が変化していない軸方向位置とではローラ１の外周面の特性（弾性率等）が異なる状態となる。例えば、ローラ１の軸方向一方にだけが電界又は磁界の印加により弾性率が高くなると、押付力による軸方向一方のローラ１の潰れ量が軸方向他方に比べ小さくなり、試料部材２を搬送する際に試料部材２がローラの軸方向他方側に徐々に移動する。
【０１０３】
また、ローラ１の軸方向中央にだけ電界又は磁界の印加により弾性率が高くなる場合、試料部材２を搬送する際に試料部材２がローラの軸方向一方および他方に向かって引っ張られる。このため、試料部材２が薄い紙等であり、幅方向中央にしわがある場合でも、上記のように引っ張られることによりしわが延ばされる。
【０１０４】
また、ローラ１の外周面を、互いに軸方向に並ぶように設けられた複数のローラ部材の外周面から形成し、該複数のローラ部材のうち一部のローラ部材の外周面を外場の印加により粘弾性特性が変化するエラストマーによって形成することも可能である。
このようにすると、一部のローラ部材の外周面の特性だけが電界又は磁界の印加により変化するので、特性が変化したローラ部材の軸方向位置と特性が変化していないローラ部材の軸方向位置とではローラ外周面の特性（弾性率等）が異なる状態になり、上記のように、試料部材２のローラ軸方向への移動やしわ延ばしを行うことが可能となる。
【０１０５】
また、電源装置９０の構成や各電極１ｄ，１ｅの配置を、ローラ１の外周面のうちローラ軸方向の一部に他の部分よりも強い電界又は磁界を加えるように構成しても良い。この場合でも、ローラ外周面の軸方向の一部が軸方向の他の部分と比べ弾性率等が異なる状態となるので、上記のように、試料部材２のローラ軸方向への移動やしわ延ばしを行うことが可能となる。
【０１０６】
なお、上記各実施形態において、フリーローラ３０の代わりに台を設け、台の上面に試料部材が載置され、ローラ１，３によって試料部材が台に押付けられる構造としても良い。この場合、台と試料部材との間に働く摩擦力により試料部材にＸ２方向の抵抗力を付与しても良い。
【０１０７】
また、第１および第３の実施形態では、ロードセル８７の測定値に基づき抵抗力をリアルタイムに計測するものを示したが、摩擦特性測定の前に、スライダ８２により接触部材８４を受け台８５側に押付ける力と抵抗力との関係テーブルを作成して記憶部１０１に格納しておき、摩擦特性測定時にこのテーブルと前記押付ける力とに基づき抵抗力を求めても良く、その他の方法で抵抗力を求めても良い。
【０１０８】
また、抵抗力調整装置８０を他の構成の抵抗力調整装置にすることも可能であり、例えば特許第３２１５５７９号公報に開示のあるパウダークラッチを有する抵抗力調整装置として用いることも可能であるが、上記実施形態の方が試料部材２の移動に伴う慣性力が小さく測定精度が高いので好ましい。
【０１０９】
また、上記実施形態では、外周面にエラストマー部１ｃを装着したローラ１を用いている。これに対し、ローラ１を、数分の１サイズで形成されたタイヤ又は疑似タイヤと、当該タイヤのビード部が装着されるホイール部材とから構成することも可能である。この場合、タイヤの中に空気を充填しても良い。さらに、上記実施形態でローラ１の外周面にトレッドパターン相当の溝やブロックが形成されたエラストマー部１ｃを貼付けることも可能である。
【０１１０】
また、上記実施形態では、制御装置１００が支持機構５０、ローラ駆動装置６０、抵抗力調整装置８０、押付力加振装置９０、電源装置１００、および負荷装置１８０を制御しつつ、摩擦特性の導出も行っているが、制御装置１００とは別に摩擦特性の導出を行う摩擦特性測定部（周知のコンピュータから成る）を設けても良い。
【符号の説明】
【０１１１】
１  ローラ
２  試料部材
３  ローラ
４  試料部材
１０  フレーム
２０  ローラ支持部
２１  回転計
３０  フリーローラ
４０  傾動フレーム
４１  押付力測定装置
５０  支持機構
６０  ローラ駆動装置
７０  移動量測定装置
８０  抵抗力調整装置
９０  電源装置
１００  制御装置
１８０  負荷装置
【図１】
2016045134.tif 000003
【図２】
2016045134.tif 000004
【図３】
2016045134.tif 000005
【図４】
2016045134.tif 000006
【図５】
2016045134.tif 000007
【図６】
2016045134.tif 000008
【図７】
2016045134.tif 000009
【図８】
2016045134.tif 000010
【図９】
2016045134.tif 000011
【図１０】
2016045134.tif 000012
【図１１】
2016045134.tif 000013
【図１２】
2016045134.tif 000014
【図１３】
2016045134.tif 000015
【図１４】
2016045134.tif 000016