平成6年虔 研究報告 大分県産業科学技術センター

且 地域風樹不足対策技術開発事業（要素技術研究開発事業）（且） ヒュ鱒∇ンインタブェ帥ス技術の研究

機械電子部 大 塚 裕 俊 後 藤 幸 臣

水 江宏 重 光 和 夫

要 旨
弾性材製品のような剛性のない素材を対象として、これらの材質特性に合った形状計測伊検査技術等について研究した結果、接触を利用した新しい検査方法やそのための効果的楼能材を考案しそれについて非常に有効な結果を得た。
また数値計算による弾性体の変形予測も同技術の今後の応用にとって有効な知見を与えることがわかった。

1．緒 言

本研究では、変形その他不特定な要素を持っている対形状計測8検査技術や搬送技術等を含め生産や検査工程の省力化8合理化の陰路となっている。

象物をその特性に合った方法により認謡い計測するとと従来、弾性材製品の表面形状の計測は、対象となる弾もに、合理的に輸送a移動等を行うための各種セソシソ性材製品がその材料特性のため外力により容易に変形し、グ技術やシステム制御技術及びその間辺支援技術の研究

一般の接触式による計測方法を適用することが難しいこ開発を行う。また必要に応じて、対象物の特性（欠陥、とから、主にレーザ光を用いた非接触の計測方法等によ異物等の良。不良の判定を含む）や各種物理量を認識。

り行われている。しかし必ずしも合理的な計測方法とは計測する技術について研究を行い、自動化装置の開発に言いがたいので、弾性材製品の材料特性に見合った合理資することを目的とする。

的な表面形状の計測方法が求められている。

「変形その他不特定な要素を持っている対象物」にはそこで本研究では、硬質の押圧部材を用いて対象とな多種多才着た卓彦助や加丁製品が該当すろカミ、なかでもゴろ瞳牡】オ製品をノ外汀付加打上り押『1、ネの細拝二部嘉一書

ム等の弾性材製品は、素材自体に剛性がないため幾械部面上に形成される弾性材製品との接触部の形状データ

品等を対象とした既成の自動化技術の適用を阻む多くの（接触面パターソ）を利用して変形前の表面形状を計測不確定性を有しており、自動化のための新しい技術開発するという原理に基づき、弾性材製品の材料特性（弾性）が必要となっている。そこで本技術開発により自動化技を十分に利用した新しい計測技術について研究を行った。

術の適用範囲を拡張することを目標として研究を実施しこの原理とは弾性材製品の表面に硬質の押圧部材を押た。

し付けた場合、弾性材製品の変形前の表面形状とその材今年度の本研究開発では「変形その他不特定な要素を質の物理的特性、及び押圧部材の相対的な押圧変位量と持っている対象物」としてゴム等の弾性材製品に焦点を形成された接触部の形状データには物理的原理にしたがっ絞り、これらの材質特性に合った形状計測技術や合理的て相互に特有の相関が存在しており、この相関関係を利な輸送。移動技術の研究を実施した。

用することによりこの接触部の形状デ【タ（接触面パターン）を適切な計測方法によって計測することで対象とな
2．研究内容ゴム等の弾性素材からなる製品は、通常の品物と異なり、剛性の欠如に由来するさまざまな不確定性を有するため従来の自動化技術の適用が困難な場合が多く、そのる弾性材製品の押圧による変形前の表面形状に関するデータを得ることが出来るということである。
この新しい計測技術は従来の技術に比較して以下の利点を有する。
−1 】

平成6年虔 研究報告 大分県産業科学技術センタ】（1）基本的に3次元デ肌タである表面形状デ劇タを、弾肇1に示サような形状計測に利用される押圧部材は、性材製品の材質特性を利用Lた極めて単純な原撃と簡便

例えばガラスのような単純な硬質透明材ではさまぎまなな設備によって疫触面上の2次元デー・タに変換して利用問題点が生じるため、本計測技術の目的に応じた特殊なし表面形状の計測や検査を行うことが出来るため、設解演能をもった新1い＼禅定部材が必要となる。「接触フィコストの低減や計測データの入ププ及び処理プロセスでのルタ∴−」ほこ丸らの条件を満たL問題点を全て解決する作業量の圧縮による処蓮時間の短縮が可能となる。

ものである。

「凄触フィルタ血」は従来の技術に比較して以下の利（望）搾圧部材の弾圧面lつ形状を三尊純な近′狼喜ぅな平面形扶に限らずどのような形状でも可韓であり、な霊宝かつ賽言÷点を二宮する。

測対象としての弾廷好製品㌻：ワ表面う彩揆を遠ぶことがなしrヱ）簡素な設薄と簡蛍な原撃で、前述Lた穿い＼弾性相ので極めて汎用性み高い≡十ジョ童j方法こなる。

生蓬ぺ湧鍔震半粧方法を嘉率誠に実現できる．。

本研究ではこの新し号∠し・攣塗布製品方形壷言十都琵祷等に掟）美一言純な東雲透長講薫製￡J搾≡部材では検萱に不必要な関連Lた要素技術について、以下の研究を実施とノ京菜をノ、プ逐傍デーW タが増大Lノ、ぅ デ血夕処警鐘率が低下してし待た。

まう㌧ これ∈′ま全港が遼墳なヂ声だ部材を用いることで検査

冴接触フィルターの利用と童緩向上に賀する研ラミr2ぅ⊥）馨象として注≡する▲部分（揮ぢ三部材と弾性材製品表面の∂弾性打製品の変形；：予測ラ評密接驚に讃する研究（2∴三霹書さ緩ミミ薫ノ とそれ長′ミ、外の周囲の画像が、透明材を透過すっ空気流を利用てノた発送法衛に諾する研究（2。3）≡〕ことですべて馬琴に得られてLまうことによる。このこれちについて各研究テーー、マ毎に次項以下述べる。

烹点を克服し画像入力部で接触部分の形状データ（接触面パタh¶ソJをノ筍欝に比較Lてコントラストの高い状態

2。1 接触フィルタ州の利用と機能向上に㌍する研究
卒研究における攣壁材製嘉町野駕十測手法の実務の智で肇亮ことができ、以降のプロセスでのデータ処理の効率化を憲章できる、。

略を囲1と図2に示す。′ 詔1の例では搾荘部材の押迂面も′3ノ 従来技術でほ手写監部材と接触Lた弾性材製品裏面を上の蒙触部形状のデ】タ入芳方法とLて、カメラによるカメラんこよって均一な照度の画像を得るために、照明覚

画像デ】タの入力という手段を用いでノウるが、デmタ入ジ〕照要や照弓弓豊とカメラの位置欝係について常に遠慮悟刀方法とLてはもちろんこれむ漁られるわけで…′まない。

芸択と配置が必要となり、ソ ニ竜1．が非常に原発になると胃接触センサあるいは監刀セソヤを狩≠モ面上に十分な愛妾

当寺に宣誓明喜材フ慧ど慧清面のコスト上昇を招く怒れか遭って弓怠二を占：Hゝ古γ西言責李了 チト来日拝 喜R〕汝室乙′γ＿ナ／「でま墓地蔀bの号、m

丈〔了の′努卓シ吉絹7ノ雷‡荷の￡軍絹う㌢雲の冬声二に上らザ常〔

タ入刀を行うことむ可能であむ。しかL本訴究でほ光学に安定した画濠デーータ（淳幾面パターーン）を汚そこと王′ゝ

的な画像デ爪夕入力の効率化という点から以下来示すできる。

「霹触フィルタm」の利用を考案L、そ打鍵童向上の禎弾性材製品の室戸庄部材による護鮭変形点から研究を行った。

（START〕

テ㌦叩夕処翌用CC〇カメラ

接触面パタ州ノの形成

パソコ ン∴、＼∵
壱 蔓 ㌢爪㌔

接触面ノモクーー【ンの2次元データの人力，2 首竃／ 此Lン。．．一∨∧∨ふ′．八血ム j㌦ゝ㌔ ヒニ苛、もン川一〆ポ−ニーー

光学式妄≧圧力式センサ巨醜フィルタ）喜 を接触式センサ等〆㌔k彗

＼ 娩：㌔・、弊圧部材、．＿＿．▼∴、⊆ データ処葦 【ギ肌【夕処塁（画敏也望〕▲
計掛トモ鼓査∃ （E工、JD：、】

園て 弾性樹製品の形撼計測技術の実施例の概略図【 2 一、搾正方同 ㌦㌣くヱ㌦、で詔2 弾性樹製品の形状計測技術

平成6年度 研究報告 大分県産業科学技術センター「姦㍉触フィルタ】Ⅲ」とは例えば磨りガラス等のように透明材製の押迂部材の片側の画を箆緻小な凹凸による不図4に接触ブイ′ルタ劇を用いた弾性材製品の接触面の壊（接触面パタ仙ソ）を例と1ノて示す。

透明な面と1ノて形成Lたものであり、÷ 函3に示すような本研究ではこの接触フィルターとして機能する可能性

瞑∃聾により押迂部材として用いたとき弾性材製品と接触のある教程祭の素材を選び、その表面形状の観察◎計測

Lた部分のみを鮮明なコントラストの高い庵として表示と実際に得られる接触面の像についてデⅧタを収集し、でぎる機能をもつものである。

その相関や接触現象の解明と療触フィルターの磯能向上

淳触フィルタⅦの複数小な㌍曇による不透明な面を接触面とミノて弾性材製品の表面に汚し汁げ〜ると、その部分に詫警に蕉触が生じて反対側仁づ委明部分カニら見ると寅凝を目指Lて研究を行った。
実験では接触フィルターとしての窟能する可能性のある数寒額の素凝（焼付けガラス一駅暦処理焼付けガラス、苦かフ〕蓑、が鮮明な像を主するようになる。そにとき濁這部汎用摩りガラス）について表面形状の観察①計測を行い、

針象ほ、註教小なだ美果志茂不適巨損な面のフィルター¶てた得られる接触面バグ】ソの親祭＆比較を行った。

薫によって全ても盲ノくぼ大部うきカ、ソトされてLまうため

なお焼付けカラスとほ通常の透明板ガラス裏面にセラ

検査対象部分（搾迂部材と弾性務製品表面の接触部分）

ミック層を焼付げたものである。研磨処理焼付けカラスとそれ以外のコントラストが非常に大き−ヾ一画像デ叫タをとほそのセラミック層をさらに研磨処理Lたものである。

簡単に得ることができ、以後の処一理プごセスの大幅な簡汎用磨りガラスは通常の市販品の磨りガラスを用いた。

素化が可能となる。誉た照弓弓光等の環境条件の影響を受

図5に観察◎計測に用いた材料について示す。（（A）〜

けにくい安定Lた画像データを常に得ることが出来る。

、三ll

同時に表面形状の計測結果と得られた接触面パタⅦソについて示す。（図7包囲8）
接触フィルターの表面粗さを研磨によって′J＼さくすると、接触パターンの解像度が上がりエッジが明瞭になる。
しかし接触パターソの本体部（背景）とのコントラストは若干後退する。
接触フィルタ≠の効果は表面の微小な凹凸と表面セラミック層（アルミナ粒子含む不透明層）の相乗効果によス尋、ので玖スガミ、書面の衛′トナぐ阿凸の￡でほコソトラス

トは悪化する。これは（E）の磨りガラスの結果によって明らかである。
褒牒接触ワイプレターーの原理屈

これらの結果により適度な不透明層の存在と、フィルタ【表面粗さの向上が機能向上に関係すると考えられる。
不透明層とフィルター表面粗さの2点が、フィルター機能に与える影響をさらに検討し、接触フィルターの機能向上をめぎす。
なお接触フィルタ【による接触面パターンの観測や、押圧変位と弾性材製品の変形の関係の把握等の実験のため、図9⑳図10に示すような弾性変形⑳姿勢制御実験装置を製作し利用した。

斑名 護独習イブ』タ一による接触画像碍例
（接触面ブギタ▲一ンの例）

仙 3 −平成6年度 研究報告 大分県産業科学技術センター

処理 ∃（Å）と同じ（C）をナガラス1セラミック層を研磨機（＃600）で手作業研磨

中仕上げ研磨′′仕上げ研磨（Å）と同じセラミック層を研磨機（＃600）で手作業研磨（Å）と同じセラミック層を自動研磨機（＃500）で研磨

図5 接触ワイプ♭タ一葉験樹料（糸）㈲ほ）

図6 3次元表面粗さ測定機
一 4 【平成6年度 研究報告 大分県産業科学技術センター

︑J′︻1AlhA＝肝臓畑︼

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㌔紬（ヨ）

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図ア 表面租さ測定結果（接触フィルター材料）と接触面パターンー 5 −平成6年度 研究報告 大分県産業科学技術センター

・−・∵
L︑▼小〜︵貪︶︵箪軍﹂警予言這露悪

誠意盛衰鱒襲撃慣︵U﹂

用芸

こご

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二こ劇

∫∴∵∵1；潅い≡三三∴表平成6年度 研究報告 大分県産業科学技術センター

弾性変形実験装置の仕様について⑳ 本体昇降部
垂直軸昇降式とし、十分な剛性をもつこと。

⑳ 昇降位置測定表示装置
レーザー式接触測定楼を利用し、解像度0．01mmとする。

図9 弾性変形さ姿勢制御実験装置本体部

図て0 弾性変形実験装置接触フィルタ山取付け部
ー 7 【平成6年度 研究報告 大分県産業科学技術センタ】

2。2 弾性材製品の変形の予測⑳評価技術に関する研欠肉や傷など局部的な欠陥がある場合でも局部的な表面形状の変化として同様に把握し評価することが可能とな

究前節までの研究の結果により、硬質の押圧部材を用いる。て対象となる弾性材製品を外力付加により押圧し、その円柱形状を有するゴム状弾性材製品を被計測物の簡単

押圧部材表面上に形成される弾性材製品との接触部の形な例として、接触フィルタ…による弾性材製品の表面形状データを利用して変形前の表面形状を計測するという状の計測を行った例を以下に示す。弾性材製品の表面形原理に基づいた弾性材製品の新しい計測技術が有効であ状が正しい標準面形状（設計値：円柱面形状）をもつ場り、またこの計測技術を実施する上で考案された「接触合には、接触面パタ…ソの形状は押圧変位が小さい範屈フィルター」が押圧部材として非常に有効に機能するこでは囲11に示すように近似的な長方形となる。これにとが示された。

対し押圧変位や材質が同じで弾性材製品の豪商形状に不

この計測手法によれば弾性材製品の裏面形状（3次元正があり、その長芋方向中央部付近で直径がやや大きくデタ）は寮触フ十ルタm上に接触面パタ【ンとして2ーなった形状（たる塾）であったとすれば、親時給に蟹次元デ仙夕化されて得られる。このとき弾性材製品の搾ユ2に示すような接触面パターンが字専ら九る。また弾性正による変形前の表面形状（3次元データ）と材質の物

材製品表面上の欠肉や蕩など壱部釣な欠陥もi望12のよ理的特性や押圧部材の押圧変位量、接触面の摩擦係数、うに局部的な接触面パター→ソの不正な変イヒとして把握しそLて形成された接触面パターン（2次元データ）等の評価することが可能となる。
前述した押圧と接触面パタ仙ソの相関巨召係ほ実験的に間にほ物理的原理に従って特有の相関がある。
例えば被計測対象である弾性材製品が正しい標準面形求めることも可能であるが、有限要素法等の手法により状（設言丁値）をもつ場合についての上記の相関関係を既弾性材製品の押圧時の変形状態を数値計算（シミュレー知のデータとすることにより、弾性財製品の裏面形状にション）により理論的に求める方法によっても控握でき漂準面形状（設計纏）からのずれや歪みがあれば、それる。接触面パタ∽ソの理論的な解析と7プ＝ニー】チを行う

は接触フィルタ肌表面上に形成される接触面パターソのことで、接触フィルターを用いた計測技術をより一般的㊤ずれや歪みとして反映されるから、接触面パタ ソの形普遍的な手法とするための端緒とすることができる。

状を計測することで弾性村数品の表面形状の標準面形状

また弾性材製品表面の欠陥パターンに対する秦き触面パター（設計値）からのずれや歪みを評確し計測することがでンの理論的なデータベースの構築等が可能となる。

きる。つまり漂峯面形状（設言丁値）に対応する埠触面バ

それでは以下でゴム◎エラストマ肌等の弾性体を超弓単グ仙Nソの偏差量はこの弾性材製品表面形状のず九や歪み性体（HYPE設ELÅST‡C‡TらYをもつ紬狛 とLてモデによる藁葱妙法芳形状誤差に対応した偏差量とLて評蔽

ル化L数億言丁算する手法について紹介するともに㌧ 誓托

Lうる。司時に被計測物である弾性材製品の表面形状にれた計算結果や葉酸値との比簸などについてま壬べる。
製品菱腰威儀犠肇済

欝幾線製品

≡詞〆♂

▼ノ象

∫、t蔚
もⅧ耶ム．劇が荘融∬揮お〆〆㌣％㌔坤ぞ郡血 −：

器竿雪定攣

接鰻薗

妻

〆ふ料∴〆㌔㌦率稟域
電安…
巨昌

・て÷ 葦㌔恥∬＿∬⊥

図頂1接触面パターン（円柱形状の場合）− 8 一一

亀∴

馳
ヲイ飽夕舶

図12 接触面バータン（たる型形状の場合：不正晶）

プを㌧三才ぎも篭β㌔ぎ驚♂

臆よるパタごふ儀漆無■、t、

平成6年度 研究報告 大分県産業科学技術センター

Wと真応力（コーシー応力）♂の関係式は、fijによっ2。2．1 超弾性体の理論的取扱いについてひずみもしくは変位テンソルによるスカラ量として、て弾性ポテンシャル関数（ひずみエネルギ密度関数）Wをヨり冠

ぴ＝f定義できる材料を超弾性材（HYPERELASTIC）と呼び、Wのひずみ成分についての勾配（DERIVATIVE）

f＋ ‥ fの転置行列がその応力成分となる。となる。（10）式より

Sij＝

（1）

q＝2（（Wl＋IIW2）c−W2C2）

Sij・■・キルヒホフ応力テンソル

cij＝fikfjk＝f f＋

1野 ＝ ひずみエネルギ密度関数（単位体積あたり）
Eij … ラグランジ

ュひずみテンソル

Eij＝（Cij一∂り）／2

cij ‥ 左コーシー￠グリーンひずみテンソル（2）「∂ij＝1。0（i＝j）

ト∂，j＝0（i≠j）

Wl、Ⅶ2はIl、Ⅰ2のみの関数となる。理想的な弾性や非圧縮偉からのずれが小さい場合、この関数は実験な

なお変位テンソルCijは変形勾配テンソルfijの積でどにより求めることができる。なお真応力（コーシー応力）♂jjとキルヒホフ応力Sijはともに対称行列であらわ表されされ、fijを用いた変形前後の座標変換により結びつけ

Cjj＝fkifkj＝f＋f（3）られる。

Cり‥∵右コーシー◎グリーンひずみテンソル

2凸2る2 ムーニー◎

ここでリブリソ材料定数の測定

次に対象とする材料の単純引張り試験を行う。

ざ貞，i二（4）

この場合，引張比（引張長さ／初期長さ）をスとする
Ⅹj…質点の変形前の位置（i方向）と他の2方向は非圧縮性仮定により貞【i′′ノ2となり，（6）Ⅹi・ 〝 変形後の位置（〝）ニⅩi＋ui（7）（11）式などから引張力TとIl、Ⅰ2は〝 変位

ui・（〝）

諷「は財楽斗の讐方増雄∴上りr㌧の昆ヨ数♪†ノで定義さ動ス∧

T＝2Å（よ室）（Wl＋‡w2）（Cijは定義より対称行列）‡1＝糾夕Ⅰ2＝＋2遠W＝W（C）Å・＝初期漸層層（5）となる。ムーニー→▼・惑リブリソ構成別によればゴムなど

ここでCijによる3つのスカラ量（基礎ひずみ変数）の非圧縮性材料において、そのひずみエネルギ密度関数

Ⅰユ＝C圭＝t rC ・∴対角成分和ほ∴﹂を仮定する。

■ ′‡2＝（（t rC）2】‡二㌻こ2）／2…行列式値

W＝C】（‡ユW3）＋C2（‡㍗【3）（15）√﹂Ⅰ3＝d e t Cijの式であらわされる。Ci、C2ほム叫ニー叫・・eリブリソ材

これによって料定数であるがこの仮定により（13）は以下の形とな
儀′′＝W（工1プⅠ2ラ‡3）（9）る。
なおⅠ3は物体の変形前と変形後の体積比の二乗をあ1

らわし、非圧縮性が仮定でき変形前後で体積変化がない

T＝2A（よ・圭）（Cl＋ナC2）

llこご・

場合㍉ 王3＝1である。以下Ⅰ3＝1を仮定する。（ポアソソ比＝0。5）
肌 9 −平成6年度 研究報告 大分県産業科学技術センター

実験により変位一荷重曲線をもとめ、横軸にナを、納にT／（2Å（巨表））をと九ばC2はグラフの傾きとLてこ1＋C2は1／／よ＝ヱでの軸切片とし／て求めることができる。
なお（i6）式ぼ〆蔓にづこきくなiノ、範㌢で安立する。
囲ユ3◎図ユ4の測定結果によりこの0リソダ線財の場合、Cl＝0パ〕3、こ2＝〇。1 が得られた。
以上により求められたCl、こ2により、ムmこm−￠ しブリソ構成則モデルによる構造解析コードを用いて非線△D形問題（材料非線形性、幾何的接触問題を含む）として珂15 弾性綿製品（円形断面）の押圧シュミ♭−ジョンの概要図

数値計算し、モデルのひずみ一応力】変位等を求めるこ∩ソ

Qむ︹U椚ロとができる。
（k g f）

接触比

深16 渾圧比と接触ととの変ずヒ5ー⊥0︵へ41⊥CJ﹁lウ︺h∩︺

N冊1−ヰ／／ぺ︶

1⊥﹁⊥♂︑N︶＼卜ハU︶﹁弓ノ．︻≠r﹁︼Jl﹁︼≡︼きL∩︶ハ︺0。6／〇。70．80. 31 O

囲一冬 頂／／遠による農け与監2の変ぜ短、上道よ∴ナニ ′ −、、押圧比＝0，192∴2∴∋＋拳値計算結果と実験結果の比餃
円形断面をもつ弾性材製品について、2次元モデルによる数値計算結果と実験結果〔か比較を潔15に示す。

囲15に示すように押圧部材（接触フィルター等）により円形断面に対し、押圧量∠ゝ0を与えた場合をモデル化したものである。
ま．た変形時の全体形状等の数値計算結果と実験結果の比較についても囲17〜図19に示す。

−10 【

押圧比＝0。25D

押圧比

軋㌔一望㌦

D一l＝ 円形断面直径

廻頂3 単純弓竪張試験による変位皿引張荷重曲線（弓単性樹製品：岱ヨゴング綬樹）△押△接ll0，5D庄丁触一叫D

変位（伸び）

100（mm）

50／盈／幅l比D比丁接庄△触△押

初期長さL．i25［Tm
初期断面額A． 4 524mm
試験材． 0リンク線材試験歳． 万能試願機

平成6年虔 研究報告 大分県産業科学技術センター

狩圧比＝0ユ31

緊1ず 弾性率す製品（円形断面）の搾圧変形薬療

（k宮子）

仙 実測値
O 計算値

押庄比 ＝ △D／D園20 0童ノングの表面欠陥の例（流れ型）△D ＝ 押庄量
D ＝ 円形断面直径00．25 押圧比同一8 弓単性材製品（円形断面）の押圧時の反力

摩擦係数 〃＝0．33

図19 弓単性材製品（円形断面）の渾圧時の変形

班2牒 澄ぎゴングの表面欠陥例（みぞ型）＝／卑モデブ♭）2ぅ2．4 弾性材製品（欠陥部あり）の接触面パターソの計算結果
円形断面をもつ弾性材製品とLては0リングなどの製フィルタ【上にどのような∃妾触面パタ叫ソとしてあらわれるのかを2次元の接触フィルターによる押圧問題として図22（−図24のようにモデル化し数値計算すること品が挙げられる。前述したように接触フィルタmを用いで、評価することを試みた。結果についても以下に示す。

た計測技術によれば、製品の全体形状の計測の他に弾性（因26〜図29）

材製品表面上の欠肉や傷など局部的な欠陥も局部的な接前述のように全体形状については数値計算の結果と実触面パターンの不正な変化として計測し評価することが験値はよく合致しており、ムーニー◎できる。図20⑳図21に生産過程で生じた典型的な0デルによる近似が今回の弾性材料について有効であるこリングの表面欠陥の例を示す。とがわかった。

また製品表面上の欠肉や傷など局部的な欠陥が、接触リブリソ構成則モ

また弾性材料表面の欠陥部の接触パターンへの投影に−11−平成6年虔 研究報告 大分県産業科学技術センター

ついては数値計算の結果、摩擦係数、欠陥部の形状、欠め重要である。前節での接触フィルターの性能に関する陥部の位置、押圧比などパラメータの変化により大きく研究では、表面微小凹凸の減少は接触パターンの解像度変化することがわかった。とりわけ摩擦係数についてはの点から良であったが、摩擦係数の点からは必ずしも良欠陥部の開口部のパターソの縮小化に大きく関係するたとは言えない。

Ⅹ＝Rβ＝ユ辱β（βはⅩに対応する円弧角度）） ＝ r X

（Fは欠陥部

押庄方向↑；、・−ご￣−の幅深さ比）

ニニ ー ・・‥・ −−‥

図22 弾性材製品（欠陥部あり）の接触フィルターによる押圧問題のモデル

押庄方向軽 症 ↑図23 弓単性材製品（円形断面）モデルのメッシュパターン
‑‑ 12 ‑‑

園2考 右上 押圧接触部の詳細

平成6年度 研究報告 大分県産業科学技術センター（k g f／mm2）
a O。580b O亡223c 〔j。277
d O争332e O。387
f O。442

押鑑方蘭夕紅押圧比＝0。3（k g f／mm2）
a O。129b 〇。0514，、′、†、・∴

1■l￣1

∴二十：

f O．103

押圧比＝軋1

ヨ25 椙当確こ力（E（1し症∂lent St！eSSトニせ市区一13平成6年度 研究報告 大分県産業科学技術センター

U＝0．2

U＝0．1

欠陥部幅〔26）
Ⅹ＝＝0．035′′ 幅探さ比
r＝2．1′′ 位置角度
α＝＝5つ

押庄比 0．15

図26 摩擦係数〝の変化による欠陥部の押圧時の形状変化

押1土比＝0．1

押圧比＝0．05

押庄比＝0，2

押庄比＝0．15

欠陥部幅 （20）Ⅹ＝0。035
一−■● ■ ■−■ ■ − ■ − ■■′／幅探さ比r＝2∴1′／位置角度
α＝5b
摩擦係数 〟＝＝0．33

図27 押圧比の変化による欠陥部の形状変化−14−平成6年虔 研究朝告 大分県産業科学技術センター

接触パターン縮小率

接触パターン縮小率

1000r一■hJ2■．⁚．⁚

．

l05〇∴

L03

ロ十◇

2310＋†0γ†＝∴・・＿〃〃〃、−・・−0■・・

十H丁◇ヽ・− −欠陥部幅（2日）
X＝0．035′′ 幅探さ比
r＝＝2．1′／位置角度
α二＝58
JOO

0．ユ5

﹁へJO01O

0．05

0．2

0▲20．25以上は上区とも
共通条件

押圧比こ△D／R）

押圧比（△D／R）

図28 欠陥部位位置角度αによる接触パターン縮小率の変化、、欠陥部幅〔20）
逸
0．1

0．2

Ⅹ＝0．035
0．30．1

押圧比（△D／R）

0．2

押圧比（△D／R）

比

3欠→▲
r−r

125㌍
p．
部0〇

陥ニニニ二□＋︵︶∧

0．25

押圧比（△D／R）

図29 欠陥部形状（幅深甚比F）による接触パ博一ン縮小率の変化

2．3 空気流を利用した搬送技術に関する研究

そこで本研究では弾性材製品の空気流による慣性運動

ゴム等の弾性素材からなる製品は、剛体からなる通常（回転◎直線運動等）に対する性質を利用した換送技術の品物と異なり、剛性の欠如に由来するさまぎまな不確及びその開発支援技術となる要素技術について研究を行定性を有するため従来の自動化技術の適用が困難な場合う。

が多く、生産や検査工程の省力化野合埋化の陸路となっている。

そのため空気流の最も効果的な利用による弾性材製品の搬送◎個別分離◎間欠送り装置の開発のための十分有

従来、剛体製品の個別分離◎間欠送り◎搬送等につい力なツールとして、装置内部の気体流の様子を正確に把ては振動磯構等を利用した既成の技術があるが、弾性材握ないし可視化する技術が必要となる。このため空気流製品にはこれらの従来技術の適用は困難であり、空気流実験装置を作成し2次元流を対象として実験的に空気流を利用する等の新しい技術の適用が求められている。

を可視化し観測することを試みた。同時に、得られた結−15−比−ヾ−−−ヾ0．7緋．25594

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部O1

縮小率
1 0平成6年度 研究報告 大分県産業科学技術センター

果と理論的な数値計算による結果との比較等の作業をと発生しないように混合流を安定して発生させる蔵宿が必おして、上記の搬送由個別分離や間欠送り装置等の新規要となる。このため今年度は実験装置でのシステムのバの棟構を効率的に開発するための内部空気流の解析と制ランス調整とポリステロール混合空気流の安定した発生御及び利用技術の向上◎確立をほかることができる。

磯能の達成に重点を置いた。

囲3〇に製作Lた空気流実験装置の全体概要を示す。

2∴3∴L‡空責流実験装置について製作した空気流莫験装置でぼ、空気流の可視化羞滋た製作した空気流実験装置でほ、空気流の可視化技法とLてポリステロールトレーサ法を空気流に適用することしてポリステロ∴¶ルトレーサ法を空気流に適用することを試みたが、気体とポリステロール粒子の混合についてを試みた。一次発泡粉は粒径1。7mm以下のものを用は設計当初予定していた磯能を実現することが出来た。

いた。本体流絡部はアクリル材により透明とし3層方式

また圧力恵流量調整機能による調整により流体の安達もにより流路形状を自由に取替えできるようにした。流路うまく保たれた。しかし静電気対策等で今後の運用上の形状は円形ドラム塾、まゆ塑等で各々空気流入ノズル角問題となる点も残された。

度や形状をパラメmタを変えて複数を用意し実験できる

今年度は実験装置でのシステムのバラソス調整とポリようにした。

ステロール混合空気流の安定した発生鶴能の達成に重点

この実験装置でほ発泡ポリステロール粒子を空気流にを置いたため、内部流の観測や解析については今後実施効果的に混合し噴出させるメカニズムがポイントであり、していく予定である。必要であればパラメ【タの変更◎

粒子と気体との混合部での流路狭窄部の詰まり現象等が追加等による流路形状の追加も順次実施していく。
コンプレッサ（既設）＼§

掛ノ 、− −ヽ■−

検査架台

ステロ≠ル回収ネット

図30 空気噴流実験装置全体図−16 一

平成6年度 研究報告 大分県産業科学技術センター

また弾性材料表面の欠陥部の接触パターンへの投影に

3．結果数び考察（i）硬質の押圧部材を用いて対象となる弾性材製品を外ついては数値計算の結果、摩擦係数、欠陥部の形状、欠力付加により押圧し、その押圧部材表面上に形成される陥部の位置、押圧比などパラメータの変化により大きく弾性材製品との接触部の形状データ（接触面パターン）変化することが判明Lた。とりわけ摩擦係数についてはを利用Lて変形前の表面形状を計測すると欠陥部の開口部のパターンの縮小化に大きく関係するたいう原理に基づき、弾性材製品の材料特性（弾性）を十分に利用しため重要である。

新しい計測技術について研究を行った。これにより表面今後は欠陥部の数値計算結果を、実験的にフォローし形状データを、材質特性を利用した極めて単純な原理と得られたデータが実用的であることを検証する必要があ

簡便な設備によって接触面上の2次元デ〉タに変換してる。また3次元モデルヘの拡張とデータ補強によるモデ利用し表面形状の計測や検査を行うことが出来るコストルの精密化をはかる。

合理性8汎用性の点で有効な計測方法を見出した。

そして接触フィルターを用いた計測技術をより一般的◎
普遍的な手法としてその端緒を開くため実験。数値計算（2）上記の検査法方を実施する上で有効な機能性押圧部の両面よりデータを積み重ねる。

材とLて「接触フィルター」の利用を見出し、実験等の研究からその楼能向上について知見を得た。

（4）製作した空気流実験装置では、空気流の可視化技法「接触フィルター」は以下の点で有効である。

としてポリスチロールトレーサ法を空気流に適用するこ（a）簡潔な設備と簡単な原理で、上記の新しい弾性材製とを試みたが、気体とポリスチロール粒子の混合につい品の形状計測方法を効率的に実現できる。て構想時の棋能をほぼ実現することが出来た。また圧力◎（b）画像入力部で接触部分の形状データ（接触面パター流量調整機能による調整により流体の安定もうまく保たン）を周囲に比較してコソトラストの高い状態で得るこれた。これにより空気流の可視化技法としてポリスチローとができ、以降のプロセスでのデータ処理の効率化を実ルトレーサ法を十分利用できることがわかった。

現できる。

但し運用上の若干の問題は残された。

（c）周囲の照明光等の条件によらず常に安定した画像デ…
タ（接触面パターソ）を得ることができる。

なお「接触フィルター」に関する技術については特許出願渚である。
「接触フィルター」については、適度な不透明層の存
在とフィルタ刑責面額＿さの向上がその機能向上に関係す

今後は同実験装置による実験を行い、必要であればパラメータの変更■追加等による流路形状の追加も順次実施していく。そしてそれによる内部流の観測や解析を実施ト、峯署内喜代の看佼滞の薄暮子を盲下石存に押章冒たい仁盲丁相化する技術の確立を目指す。また得られた結果と理論的な数値計算による結果との比較等を実施する。

ると考えられるので、引き続きこの2点がフィルタ【楼能に与える影響をさらに検討し、その磯能向上を目指す。

参考文献
1）R．S．R主vliri，タブThe Elasticity ofRubber ，Rubber（3）弾性材製品の変形シミュレーションを行った結果、数値計算の結果と実験値はよく合致しており、ムーニー【一ちリブリソ構成則モデルによる近似が今回の弾性材料につChemistry and Technology，Vol。65，1993
2）ANSYS。Inc，ANSYS Userys Mariual，ANSYSB
Inc，1994

いて有効であることがわかった。

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