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解 説“トライボロジスト”第 69 巻 第 8 号(2024) 553～558
原稿受付 2024 年 1 月 6 日

特集・触覚技術とトライボロジー

触感と摩擦
岡本 正吾 ＊

Friction and Tactile Perception of Texture
Shogo OKAMOTO ＊Abstract
When a human touches an object surface by using its fingers, friction is a major cue for judging a variety of surface features
including microscopic surface roughness, softness, and wetness. Human perceives the friction through the deformation of theirfinger pads caused by friction forces. Such forces can be quasi-static and dynamic and they influence the perceived worth ofproducts. This paper explains how friction determines the textural perception including affective values, and provide a design
guideline of human- and skin-friendly materials and products.
Key Words : texture, roughness, softness, prehension

1. は じ め にPerception ofSoftness

摩擦は物体表面の触り心地（触感）を決定する大きな要因であり，触の快適さに作用する．触感

Perception ofFriction

は，主要五次元の情報空間から構成されると考えられており 1, 2)，マクロ粗さ・ミクロ粗さ・硬軟・Friction

Perception of
Microscopicroughness

温冷・摩擦知覚の次元を含む．このうち，摩擦知
覚は，指で表面を擦ったときの，滑りやすさ，引っ掛かりやすさ，湿潤，さらには液性を判断する

Perception of
Warmness

Perception ofMacroscopicroughness

Roughness

ときの根拠となる．しかしながら，図 1 に示すとFig. 1

おり，摩擦は，ミクロ粗さ（微小な表面粗さ特徴）

Five psychophysical dimensions of tactile texture
perception and the effects of friction on them

知覚と硬軟知覚にも大きく関係しており，総じて五次元のうち，少なくとも三次元に影響する因子のような価値判断 4) と無意識の把持動作 5, 6) にもである．本稿は，摩擦がこれらの触感次元にどの関与する．触感を表面の物性判断の枠組みのみでように影響するかを解説する．類似の趣旨に則っなく，価値判断や無意識的な行動決定にまで影響

3)て 執 筆 さ れ た 良 書 に，van KUILENBURG ら がするものとして捉え，摩擦と触感の関係を解説す2015 年に執筆した解説記事があるが，主として表る．

面粗さとコンタクトメカニクスに注力している．

2. 摩 擦 知 覚

本稿は摩擦と知覚の関係に焦点を当て，その後に発表された研究論文も踏まえる．また，摩擦知覚

ここでは，摩擦（摩擦特性と摩擦現象）が，どは，物体の物理的特徴の判断のみならず，高級感のようにヒトに知覚されるかを解説する．また，：東京都立大学 システムデザイン研究科 情報科学域（〒191-0065 東京都日野市旭が丘 6-6)
Department of Computer Science, Graduate School of Systems Design, Tokyo Metropolitan University ( 6-6, Asahigaoka,Hino‒shi, Tokyo 191-0065)＊

Corresponding author：E‒mail : okamotos@tmu.ac.jp369-08-Exp-01 Page 1

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摩擦を起点として判断される表面の湿潤状態（水が，ときにヒトはこれらの現象が生じやすくなる分含有量）の判断にも言及する．

ような触察動作を敢えて採用し，摩擦振動からも2.1 準 静 的 な 摩 擦 知 覚

表面性状を判断している．その例の一つに，液性指が物体表面を安定して滑っているとき（全滑の判断がある11, 12)．ガラス面上の液滴の性質（粘り状態にあるとき），摩擦の主観的強度は，動摩擦性，純度）を判断するとき，ヒトは摩擦振動の生7)係数の単調増加関数となる ．つまり，ヒトは摩じやすさを拠り所としている．例えば，摩擦振動擦係数を判断している．摩擦検出に特化した感覚が生じやすい場合には，より純度の高い水と判断器官をヒトは備えておらず，摩擦知覚は指腹のせできる．スティック・スリップ現象は，最大静摩8)

ん断変形による ．図 2 のように，指腹に摩擦力擦と動摩擦の差によって生じるため，摩擦振動のが加わるとき，指腹がせん断変形する．この変形生起によって，ヒトはこれらの差を判断しているが，指腹の皮膚内部に分布する機械受容器を活動可能性が高い．

させるため，その活動量からせん断変形の大きさ

一般に，摩擦が小さい表面ほど，触り心地が良9)が知覚されると考えられている ．せん断変形かいが，擦っている最中の摩擦力の経時的変動が小ら一次的に判断できるのは，せん断方向の摩擦力さいこともそれと同程度かそれ以上に触り心地のベクトルだけである．ヒトがせん断力と法線力の良さに影響する13, 14)．摩擦振動を低減するような比である摩擦係数を判断しているということは，表面のほうが，触感の意味では快適である．日本

法線方向の接触力を無意識的に加味する知覚・判特有の布の風合い表現のなかに，「ぬめり」がある．

断過程がヒトに備わっていることを意味する．以これは，羊毛のようななめらかさと，やわらかさ上のことは，動摩擦特性の知覚であるが，静摩擦を備えた生地の性質を表すが，ぬめりの判断にもに関しても指腹のせん断変形に基づく摩擦知覚が摩擦の変動が用いられる15)．変動が小さいほうが，成立すると考えられる．

ぬめりに優れる．
2.3 摩 擦 知 覚 に よ る 湿 潤 状 態 と 価 値 の 判 断

上記のとおり，摩擦現象は摩擦力によって生じヒトが自身の肌や食べ物の状態を判断するとき，る皮膚変形を介してヒトに知覚される．しかしな
がら，摩擦現象は，摩擦力の大小としてよりも，それらの水分含有量は重要な情報である．水分含擦った物体の表面性状として捉えられる．つまり， 有量はこれらを擦ったときの摩擦によって判断さヒトが受容するのは力刺激であるが，それを受けれる16, 17)．例えば，ヒト肌においては，水分と発て意識にのぼるものは，摩擦係数のような素材の汗が多いほど摩擦が高くなる傾向があり18, 19)，摩摩擦特性となる．

擦が水分含有量の判断基準となることは合理的で2.2 摩 擦 振 動 の 知 覚ある．また，指腹の摩擦は個人差が激しいが，水ヒトの指がガラスのような表面粗さの小さい面分含有量の個人差がその原因の一つである．他にを滑るとき，数十ヘルツから数百ヘルツの摩擦にも，パンの切り口などを指で触れ，それがどの程由来する振動が生じる10)．スティック・スリップ

度の水分を有しているかを判断することはわれわ現象に代表される摩擦振動は，不快な触感であるれの日常生活でよくあるシーンである．
織布をはじめ，一般に摩擦が低いほうが好まれTangentialdeformationるものが多いが，逆の場合もある．例えば，容器のような手に握る物においては，摩擦が高いほうが，しっとりと感じられ，高級であると判断される場合がある4)．高級感のような感性的価値判断

Frictionforceにおいては，その物体がどのような目的で使われるかといった情報が，価値判断の基準に影響する．

Fig. 2

Perception of friction via lateral skin stretch offinger pad

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岡本：触感と摩擦Interlocking
Coefficient of friction

3. ミ ク ロ な 表 面 粗 さ の 知 覚 と 摩 擦
3.1 ミ ク ロ 粗 さ 知 覚 と マ ク ロ 粗 さ 知 覚
表面粗さの触知覚は，ミクロ粗さとマクロ粗さにわけて考えることが多い1)．両者では，知覚原理が大きく異なる20)．マクロ粗さは，指を粗さ面に押し付けることで知覚可能な情報であり，皮膚変形の空間周波数スペクトラムを手掛かりとしてAdhesion
Surface roughness offinger pad（19－33）

0.01

Fig. 3

い る21, 22)．こ の よ う な 情 報 符 号 化 は，spatialcoding と呼ばれ，指先皮膚に内在する機械受容ユ

0.11
10Average roughness: Ra, µm

100Trends of friction determined by adhesion andinterlocking between human fingers and object
surfaces

ニットのうち，静的な皮膚変形に選択的に応答するものの働きによる．これらのユニットが圧力分配的な領域では，指腹と粗さ面の真実接触面積か布センサを皮膚表面に形成し，皮膚変形分布が知ら，摩擦の大きさの多くを説明できる29)．

覚される．その分布密度は 1.45 mm に 1 ユニッ

ミクロ粗さ面の空間周波数が 􀎻􀎻(m)であり，指23)ト程度であり ，マクロ粗さは，空間周波数ががその面を速度 O(m/s)で滑っているとする．こ1 mm から数百 µm 以上である表面特徴を指す．のとき，指腹には周波数 ? 􀀽􀀽 O/ 􀎻􀎻(Hz)の振動が生

ミクロ粗さは，空間周波数がこのレンジよりもじる．標準的な触察速度 O 􀀽􀀽 0.1(m/s)で，􀎻􀎻 􀀽􀀽小さいような表面特徴を指す．指腹で表面を擦る

10 􎸒􎸒􎨵􎨵(m)の面を擦ると，振動周波数は 10 kHz とな

ときに，指紋の突起と粗さ面の突起の衝突によっる．このような高周波振動は機械受容器が存在すて生じる皮膚振動が，ミクロ粗さ知覚の情報源でる皮膚深部にほとんど伝わらないうえに，機械受ある20, 21)．この皮膚振動の時間周波数スペクトラ

容器が検出可能な周波数領域を超えており，振動ムをもとに，ミクロ粗さ知覚は成立している．すの周波数と強度を利用する temporal coding が有なわち，どの周波数成分がどのような強度で含ま効でない．表面粗さが非常に小さいミクロ粗さ面れているかという情報がミクロ粗さの判断に使わでは，主として摩擦による皮膚変形の大きさが，れる．このように，表面粗さが皮膚の振動情報に表面性状を判断する基準となる．このような表面変換されるという過程を経る粗さ知覚原理を粗さの符号化原理を，intensity coding という20)．

temporal coding と呼ぶ．擦るという動作が介在

皮膚変形のつよさ（intensity）によって，粗さがする以上，ミクロ粗さ知覚には必然的に摩擦が関知覚されるという意味である．

与する．

ところで，図 3 のとおり，凝着が支配的な領域

3.2 ミ ク ロ 粗 さ 知 覚 の 原 理 と 凝 着 摩 擦と，かみ合いが支配的な領域の間に，摩擦係数がミクロ粗さ知覚で，摩擦が特に重要であるのは， 最も小さい領域が存在する．一般に，指で触れた凝着摩擦が支配的となるような微小な粗さの場合

ときにさらさらとして触り心地が良い表面は，こである．図 3 に，指で算術平均粗さが異なる様々の領域に位置することが多い．

な素材を擦ったときの摩擦係数（無潤滑状態）の4. や わ ら か さ 知 覚 と 摩 擦

変 化 の 概 略 を 示 す．こ の 図 は，複 数 の 研 究 報
告 24～28)からの傾向を著者がまとめたものである．

ヒトが物のやわらかさを判断するとき，指でそ表面仕上げと素材の種類によってばらつきはある

れを押し込む動作を採用すると思われがちであるが，算術平均粗さが概ね数十 µm よりも大きいとが，日常生活の文脈では，擦る動作も同程度に発きは，指紋の突起と粗さ面のかみ合いが支配的で現する30)．後者の場合，指と物体の間に働く摩擦あり，表面粗さが大きいほど摩擦が大きい．一方が，やわらかさの判断に影響することが近年わかで，算術平均粗さが小さいときは凝着が支配的で， ってきた．
表面粗さが小さいほど，摩擦が大きい．凝着が支569-08-Exp-01 Page 3

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4.1 弾 性 体 と 指 の 凝 着 摩 擦

f : Gripping force

指で弾性体を擦るときに発生する凝着摩擦は，

fµ : Friction
force to lift

弾性体の弾性係数に依存する．弾性係数が小さいほど，指腹と弾性体の接触面積が増え，接触面積wg : Object weightとせん断強度の積である凝着摩擦も増加する．例
えば，指で人工肌を擦るとき，硬い人工肌である
31, 32)ほど摩擦係数は小さい

2 fµ ＝wg．すなわち，指で擦るFig. 4物体の弾性係数と両者間の摩擦係数は負の相関を示す．ゴムのような弾性体を擦る場合には，凝着摩擦の影響が支配的であるが 33)，人工肌のようにwg2µf＝Balance of gripping force, friction, and object
weight. Twice the friction force and weight arebalanced because the thumb and index finger
contact the object.

変形しやすい対象では，変形摩擦の影響も無視できない32)．

る．ヒトが両者を知らずしてどのように把持力を4.2 や わ ら か さ 判 断 へ の 摩 擦 の パ ラ ド ッ調整しているのかは長らく謎であった．

クス的効果

現在では，ヒトは指腹と物体表面の間で生じる

上記のとおり，指で擦る対象がやわらかいほど部分滑りを検出し，把持力を無意識的に決定して摩擦が大きいという傾向がある．そこで，潤滑やいることが知られている 5, 6)．部分滑りは，全滑表面加工によって摩擦を変化させることで，それり（滑り落とし）に至る前の過渡的な現象であり，を擦ったときに感じられるやわらかさが変化する

初期滑りとも呼ばれる．図 5 のように，指腹が物のではないかと予想される．実際に，このような体に接触して持ち上げようとする過程で，指腹に実験を行うと，表面の摩擦がやわらかさ判断に影

せん断方向に力が加わる（図では左方向）と，接響する34)．しかしながら，その効果は上記の法則

触面の端部に滑りが発生する．ヒトは部分滑りをとは逆である．例えば，人工肌の表面に固体潤滑無意識的に検出し，数十 ms 以内に把持力を適切を施して摩擦を低下させると，その人工肌は無潤に調整することで，未知物体の安定的な把持を実34)滑条件のときよりもやわらかく感じられる ．逆現している．部分滑りが頻発しない程度に把持力に，摩擦が増加する固体潤滑材を用いると，人工を必要最小限より少し大きな値に維持することで，肌は硬く感じられる．このような摩擦の効果は，把持に関わるエネルギーを節約している．同時に，擦る場合にのみ観察され，指で人工肌を押すとき部分滑りがわずかに生じる程度に把持力を維持すには生じない．また，以上の効果は人工肌のみでる戦略をヒトは採用していると指摘されている38)．

34)

なく，ヒトの頬でも同様に確認されている ．摩例えば，把持している容器の中身が取り除かれて，擦のやわらかさ知覚に対するパラドックス効果のそれが軽くなった場合に，過剰であった把持力が原理は十分に説明されていないが，ハプティッ
ク・インタフェースを用いた検証 35, 36)と，指で変形しない程度に十分に硬い樹脂表面

37)

Stuck area

Slipping area

でも，摩擦のやわらかさ知覚に対するパラドックス効果が確認されている．

5. 把 持 力 調 整 と 摩 擦 の 過 渡 現 象

Lateral force application

ヒトは質量と摩擦係数が未知の物体を，必要最Fig. 5

小限のわずか 10 - 30％だけ大きな把持力で持ち上げる5, 6)．図 4 のとおり，物体を滑り落とさずに持ち上げるために必要な把持力（?）は，重量（wg）と摩擦係数（á）が与えられて初めて決定すPartial slippage of finger pad pertaining to theautomatic control of prehension force. Schematic
view of the contact area of the finger pad. As thelateral leftward force is applied to the pad, thecontact state changes. The stuck area decreases
with the increasing slipping area.

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岡本：触感と摩擦

自動的に調整されるのは，部分滑りが少しだけ生11) Y. NONOMURA, T. FUJII, Y. ARASHI, T. MIURA, T. MAENO,
K. TASHIRO, Y. KAMIKAWA & R. MONCHI：Tactile
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じる程度まで把持力が自動的に低減されるからであると説明できる．また，部分滑りを受けての把持力調整は無意識的に生じる現象であるが，これらは事後的には意識にのぼる39)．

6. お わ り に本稿は，摩擦が物の触り心地にどのように作用するかを解説した．触知覚には明らかになっていない部分が多く残されており，著者を含むハプティクス分野の探究者らが研究活動を続けている．
10 年後にはこの記事の内容が一部古くなっていることを願う．

文557

献

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第 69 巻 第 8 号 (2024)

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著者プロフィール
岡本正吾

東北大学大学院情報科学研究科（博士，情報科学）を修了したのち，名古屋大学大学院工学研究科機械理工学専攻（助教），機械システム工学専攻（准教授）を経て，2021 年より，東京都立大学システムデザイン研究科情報科学域（准教授）に所属．
2024 年より，教授．ハプティクス，ヒト支援技術，感性科学の研究などに従事．

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