JP4783816B2 - 地下構造物用蓋体表面における摩擦係数測定装置及び使用方法 - Google Patents

Description

本発明は、車両用タイヤに対する地下構造物用蓋体表面の摩擦係数を測定するための装置及び使用方法に関するものである。

降雨等により濡れたマンホール鉄蓋上において２輪車の転倒事故が後を絶たないことから、その対応が様々模索されている。自動２輪車を使用するものにとって濡れた鉄蓋に注意することは常識であるが、このことは原付自転車クラスの使用者には必ずしも周知されていない。雨天時のアスファルト舗装路の摩擦係数は０．４５〜０．６前後であるのに対して、マンホール鉄蓋などの濡れた金属製品における摩擦係数は０．２前後になり、道路上において摩擦係数が急変することになる。このため、特に走行安定性の低い原付自転車クラスでは僅かなスリップでも転倒し易く、滑走した場合には思わぬ大事故になる可能性がある。

鉄蓋メーカーでは、鉄蓋表面に凹凸柄のスリップ防止パターンを形成したり、さらに防滑塗料を充填したりしてスリップ防止に努め、或いは着色により注意を喚起するなどの対策を講じているが、凹凸柄のデザインは都市ごとに異なるため、スリップ防止性能も同一とはいえず、鉄蓋の採用に当たり摩擦係数の確認が必要である。滑り抵抗を測定する技術は様々であるが、ＡＳＴＭ：Ｅ−１９１１−９８に規定された、日邦産業株式会社のＤＦテスター（同社商標）に関する特許第１１２９８１３号、同１６４１９８３号、同１６７１４７１号の発明は、路面摩擦測定用ゴム体を回転させて路面に接触させたときの諸条件から摩擦係数と速度の関係を自動的に記録できるものである。これは規格化されていることからも理解されるように一つの標準的な指標ともなっているけれども、ゴム体又はそれに類似の測定部材を使用するもので、自動２輪車のタイヤとマンホール鉄蓋表面との間の摩擦係数の測定に好適であるとはいえない。

また、ＡＳＴＭ：Ｅ−３０３−９３には「英国式振り子滑り抵抗試験機を用いる表面摩擦特性の測定方法」いわゆるＢＰＮ試験機と呼ばれる測定機があり、国内にも小野式携帯型滑り試験機（昭和５９年度に東北工業大学小野英哲研究室で開発されたＯ−Ｙ・ＰＳＭ（原機）の携帯版）が知られている。しかし、これらはどちらも歩行者（の靴）と舗道或いは床材に対する滑りを評価するものであり、速度領域が異なり、自動２輪車のタイヤとマンホール鉄蓋の間の摩擦係数の測定に適するともいえない。

また、特開平１０−３８７９１号は地下構造物容蓋の蓋表面の静摩擦係数及び動摩擦係数を高い精度で検出できることをねらった発明であるが、静止状態に近い条件の試験であり、タイヤの溝と鉄蓋表面の凹凸柄との組み合わせにより、測定値に極端な差が出るとの指摘がある。特開２００３−２３２７２１号の発明は凹凸の激しい被測定面であっても正確に測定できる動摩擦係数測定装置であるとされている。しかしながら、時速３０ｋｍで３秒間測定するためには十数メートルの距離が必要であり、直径０．６メートル程度の鉄蓋では測定することができない。このように、従来の測定方法や装置では測定部が実際とは異なっており、近似値を測定することになる。ＪＨ試験研究所（日本道路公団）が使用している大型すべり試験車は走行しながら測定タイヤを道路に接触させて測定を実施するため、正しい測定結果を得ることができると考えられるが、地下構造物用鉄蓋の表面を通過する時間は極短秒時となり、正確な測定を望むことができない。

特開昭５３−５７０８２号 特開昭６０−６８４７号 特開昭６０−１４９９４６号 特開平１０−３８７９１号 特開２００３−２３２７２１号 ＡＳＴＭ：Ｅ−１９１１−９８ ＡＳＴＭ：Ｅ−３０３−９３

本発明は前記の点に着目してなされたものであり、その課題は、車両用タイヤに対する地下構造物用蓋体表面の摩擦係数を正確に測定することである。また、本発明の他の課題は、実際の走行に近い状態において地下構造物用蓋体の表面を走行する、例えば２輪車のタイヤの蓋体表面に対する動摩擦係数を測定可能とすることである。また本発明の他の課題は、マンホール鉄蓋程度の非常に小型のしかも実用性のある地下構造物用蓋体表面における摩擦係数測定装置を提供することである。また本発明の他の課題は、摩擦係数の測定時間を自由に制御できる方法を具体化することである。

前記の課題を解決するため本発明は、車両用タイヤに対する地下構造物用蓋体表面の摩擦係数を測定するための装置として、測定蓋体をほぼ水平に配置するテーブルと、測定蓋体表面の中心に対してほぼ直交する配置を取るように、測定蓋体の上部にほぼ垂直に配置した主軸と、主軸の軸方向に対して直交する配置をもって、主軸の下端部に設けられた固定軸を有し、上記固定軸に、主軸を中心として半径方向に設けられ、かつ、測定タイヤが測定蓋体の表面のみに設定された径路を周回するように、測定タイヤを取り付けるための回転軸と、測定蓋体の表面に測定タイヤが接触して回転するように、測定蓋体と測定タイヤを相対的に接触、離間可能に配置するための昇降機構とから構成され、測定蓋体として、実際に地下構造物用蓋体として使用可能なものを使用し、かつ、測定タイヤとして、実際に車両用タイヤとして使用可能であり、かつ走行の可能なものを使用することにより実際の走行に近い条件を作り出し、上記測定タイヤを回転状態から制動機構によりロックさせたときにおいて、ロードセル類により測定された測定タイヤに発生した接地荷重、及び摩擦力に基づいて摩擦係数を算出する構成を有するものとするという手段を講じたものである。
また本発明は、車両用タイヤに対する地下構造物用蓋体表面の摩擦係数を測定するための装置として、測定蓋体をほぼ水平に配置するテーブルと、測定蓋体表面の中心に対してほぼ直交する配置を取るように、測定蓋体の上部にほぼ垂直に配置した主軸と、主軸の軸方向に対して直交する配置をもって、主軸の下端部に設けられた基盤と、上記基盤に、主軸を中心として半径方向に設けられ、かつ、測定タイヤが測定蓋体の表面のみに設定された径路を周回するように、測定タイヤを取り付けるための回転軸と、測定蓋体の表面に測定タイヤが接触して回転するように、測定蓋体と測定タイヤを相対的に接触、離間可能に配置するための昇降機構とから構成され、測定蓋体として、実際に地下構造物用蓋体として使用可能なものを使用し、かつ、測定タイヤとして、実際に車両用タイヤとして使用可能であり、かつ走行の可能なものを使用することにより実際の走行に近い条件を作り出し、上記測定タイヤを回転状態から制動機構によりロックさせたときにおいて、ロードセル類により測定された測定タイヤに発生した接地荷重、及び摩擦力に基づいて摩擦係数を算出する構成を有するものとするという手段を講じたものである。

本発明に係る摩擦係数測定装置は、２輪車のタイヤに対する地下構造物用蓋体表面の摩擦係数を可能な限り正確に測定することを、一つの目的とするものである。φ６００ｍｍの標準的な直径を有するマンホール鉄蓋の表面を通る、例えば原付自転車の１０インチホイール用タイヤなどは本発明を実施する際の典型的なサイズと考えて良い。本発明では実際の走行に近い状態における測定を実施するために、実際に地下構造物用蓋体として使用可能な表面の凹凸柄を有するものを測定蓋体とし、実際に２輪車用タイヤとして走行可能であるものを測定タイヤとして使用する。言い換えれば測定蓋体も測定タイヤも実物が測定に用いられ、測定タイヤには所定圧力の空気を注入して行うということである。なお、軽自動車用の小径タイヤ、或いは地下構造物用蓋体表面において回転させることが可能なサイズのタイヤなども測定タイヤとなり得ることは当然である。

本発明においては、測定蓋体の表面に測定タイヤが接触して回転するように、測定蓋体と測定タイヤを昇降機構により相対的に接触、離間可能に配置する構成を取る。相対的であるということから、昇降機構は測定蓋体を支えているテーブルを測定タイヤに対して上下させるか、或いは主軸の軸方向移動により測定タイヤを測定蓋体に対して上下させるかの何れか一方又は両方の構成を取ることが可能である（請求項２記載の発明）。即ち、測定蓋体を支えているテーブルを測定タイヤに対して上下可能とし、かつまた主軸の軸方向移動により測定タイヤを測定蓋体に対して上下可能として、昇降機構を二重に備えることも許容される。

本発明では、測定蓋体表面の中心に対してほぼ直交する配置を取る主軸の回転により、測定タイヤが測定蓋体の表面に設定された径路を周回することにより実際の走行に近い条件を作り出す。主軸は、測定蓋体が円形鉄蓋の場合には円の中心と一致する位置に配置する。また方形鉄蓋の場合には対角線の交点と一致するように主軸を配置する。さらに主軸はそれを中心として半径方向に設けられた固定軸と、固定軸に対して回転可能な回転軸とから成るスリーブ継手を有するものとし、測定タイヤは上記スリーブ継手を構成する回転軸に取り付け、上記固定軸の側に制動機構及びロードセル類を配置することは好ましい構成である（請求項３記載の発明）。このスリーブ継手は、筒軸と筒軸に対して軸周りに回転可能、かつ軸方向（半径方向）へスライド可能配置な関係を有する構造を持つこともできる。測定タイヤは、その回転半径を調節可能とするために、測定蓋体のサイズに応じてスリーブ継手の回転軸を交換して回転半径を変更可能にするか、或いは測定中に伸縮機構により回転軸を軸方向へ移動させて回転半径を変更可能にすることができ、それによって測定蓋体のサイズに応じて選択的に変更可能にするか、或いは蓋体表面において広い範囲を対象とした測定が可能になる（請求項４記載の発明）。

スリーブ継手は主軸を中心として半径方向２方向（直径方向）にも設けることができ、その内の一方のスリーブ継手に測定タイヤを設け、他の一方に荷重のバランスを取るカウンタータイヤを設けることができる（請求項５記載の発明）。マンホール鉄蓋には蓋体の外周面と受け枠の内周面がテーパー面で食い込みを生じるテーパー嵌合蓋が一般的であるが、テーパー嵌合の不十分な鉄蓋もあり、その他に、食い込みを生じない平受けと称する鉄蓋がある。嵌合の不十分な鉄蓋を使用した場合、タイヤ接地部の反対側が持ち上がって試験を行なえなくなる事態を想定することができるが、上記のカウンタータイヤを装備して蓋体表面に加える荷重のバランスを取ることにより支障なく試験を行なうことができるようになる。

上記の測定タイヤを回転状態から制動機構によりロックさせたときにおいて、ロードセル類により測定された測定タイヤに発生した接地荷重、及び摩擦力に基づいて摩擦係数を算出する。接地荷重及び摩擦力を制動後ロックに到る間も測定できないわけではないが、速度などとの対応関係を取り難い場合には、制動開始からロックまでの摩擦力変化の傾向を定性的に知ることに利用できる。ロードセル類としては、圧力ゲージ、歪みゲージ（ストレインゲージ）などを使用することができる。上記の測定はドライ状態でもウエット状態でも実施することができ、後者の場合に対応するために、測定蓋体の表面をウエット状態にする給水装置を備えるものとする（請求項６記載の発明）。

主軸はその下端部にほぼ水平に配置した基盤を有し、基盤は主軸を中心とする所定半径の位置にタイヤセットの取り付け部を有しており、タイヤセットはフォークにタイヤを装着したものから成り、フォークごと基盤の取り付け部に着脱するという構成を有することができる（請求項７記載の発明）。基盤はタイヤセットを取り付けるために設けられるもので、円盤状の形態のほか直線状などの形態も取り得る。円盤状の形態の場合、重量はややかさむが慣性モーメントが大きいので、ブレーキング時における主軸回転数の低下傾向が緩和になり、また、円盤という形状から回転バランスの乱れが少なくなり、摩擦係数測定装置全体の振動防止の面においても有利である。これに対して直線状の形態の場合には回転部分の軽量化が可能である反面、慣性モーメントが相対的に小さいなど一長一短がある。

タイヤをフォークに装着してタイヤセットを構成するとともに、タイヤセットとして扱えるようにすることは有意の構成である。即ちフォークの取り付けに必要なボルト個数は最小限１個、多くても２個を使用すれば十分であるから、ハブボルトの個数よりも少なくなり、タイヤセットごと基盤に取り付けることで、数個のハブボルトを１個ずつ緩めたり締めたりしなくてもタイヤを容易に交換することができる。また、取り付け箇所を半径方向に数箇所設けておくことで、測定蓋体表面を周回するタイヤの回転半径も容易に変更することができる。

主軸とその下端部に取り付ける基盤との間にトルク検出用ロードセル類を配置し、かつまた、測定蓋体を支えるテーブルを上下２枚から成るものとし、上下のテーブル間に荷重検出用ロードセル類を配置した構成を取ることは、望ましい構成である（請求項８記載の発明）。ロードセル類をタイヤ近辺に設ける場合、測定蓋体の表面をウエット状態にする給水のために水を被る恐れがあるので、ロードセル類の耐久性を損なう原因となり、ロードセル類として多軸荷重検出ロードセルを使用した場合には構造も複雑で高価格なこともあり、損害は小さくない。これに対して、ロードセル類を荷重検出用とトルク検出用に分け、タイヤセットが取り付けられる基盤と主軸との間にトルク検出用ロードセル類を配置し、測定蓋体を支えるテーブルの下に荷重検出用ロードセル類を配置することにより、水を被る恐れがなくなる。また、トルク検出用ロードセル類と、荷重検出用ロードセル類の２種を必要とするが、比較的単純かつ低価格なものであり、取り扱いが容易であるなど利点も多い。

測定蓋体を支えるテーブルを上下２枚から成る構成とすることは、測定精度の向上に寄与する。即ち、テーブルはタイヤ引きずりトルクにより回転力を受けるので、テーブルに直接ロードセル類を配置すると、接地荷重以外の横力がロードセル類に加わり、測定精度を低下させる原因となる。このため、上記回転力を受けて微回転する上テーブルについては、例えば装置を構成する四本の支柱に係合させて回転力を受け止め、回転力を受けない下テーブルにロードセル類を設置するとともに、ロードセル類と上テーブルとを球面座金等によって相対移動可能に繋がった構成とすることにより、測定精度に影響を与える横力をロードセル類に加えずに済ませることができる。従って接地荷重を検出するロードセル類は下テーブルに３箇所（平面を決定する安定点）配置するものとし、下テーブルは例えば４個の昇降装置によって支えるものとし、荷重の分散を図ることができる。

さらに本発明によれば、測定蓋体をほぼ水平に配置するテーブルと、測定蓋体表面の中心に対してほぼ直交する配置を取るように、測定蓋体の上部にほぼ垂直に配置した主軸と、主軸の軸方向に対して直交する配置をもって、主軸の下端部に設けられた固定軸又は基盤を有し、上記固定軸又は基盤に、主軸を中心として半径方向に設けられ、かつ、測定タイヤが測定蓋体の表面のみに設定された径路を周回するように、測定タイヤを取り付けるための回転軸と、測定蓋体の表面に測定タイヤが接触して回転するように、測定蓋体と測定タイヤを相対的に接触、離間可能に配置するための昇降機構とから構成され、測定蓋体として、実際に地下構造物用蓋体として使用可能なものを使用し、かつ、測定タイヤとして、実際に車両用タイヤとして使用可能であり、かつ走行の可能なものを使用することにより実際の走行に近い条件を作り出し、上記測定タイヤを回転状態から制動機構によりロックさせたときにおいて、ロードセル類により測定された測定タイヤに発生した接地荷重、及び摩擦力に基づいて摩擦係数を算出する構成を有する摩擦係数測定装置を使用する方法であって、測定タイヤをロックさせたまま主軸を回転させることで、測定時間を自由に制御できるように構成するという方法を取ることができる。
また本発明は、車両用タイヤに対する地下構造物用蓋体表面の摩擦係数を測定するための装置として、測定蓋体をほぼ水平に配置するテーブルと、測定蓋体表面の中心に対してほぼ直交する配置を取るように、測定蓋体の上部にほぼ垂直に配置した主軸と、主軸の軸方向に対して直交する配置をもって、主軸の下端部に設けられた基盤と、上記基盤に、主軸を中心として半径方向に設けられ、かつ、測定タイヤが測定蓋体の表面のみに設定された径路を周回するように、測定タイヤを取り付けるための回転軸と、測定蓋体の表面に測定タイヤが接触して回転するように、測定蓋体と測定タイヤを相対的に接触、離間可能に配置するための昇降機構とから構成され、測定蓋体として、実際に地下構造物用蓋体として使用可能なものを使用し、かつ、測定タイヤとして、実際に車両用タイヤとして使用可能であり、かつ走行の可能なものを使用することにより実際の走行に近い条件を作り出し、上記測定タイヤを回転状態から制動機構によりロックさせたときにおいて、ロードセル類により測定された測定タイヤに発生した接地荷重、及び摩擦力に基づいて摩擦係数を算出する構成を有する摩擦係数測定装置を使用する方法であって、測定タイヤをロックさせたまま主軸を回転させることで、測定時間を自由に制御できるようにしたものである。

請求項１記載の装置を使用して、測定タイヤをロックさせたまま主軸を回転させることで、測定時間を自由に制御できるように構成することができるが、これは本発明に係る装置を使用することによって初めて実現できることであり、ここに本発明の特質を見ることができる。

本発明は以上のように構成されかつ作用するものであるから、車両用タイヤに対する地下構造物用蓋体表面の摩擦係数を、実物の測定蓋体と実物の測定タイヤを使用して測定蓋体の表面に設定された径路を周回させることにより正確に測定することができるという効果を奏する。また本発明によれば、実際の走行に近い条件において地下構造物用蓋体の表面を走行する車両用タイヤの特に動摩擦係数を測定することができる。また本発明によれば、マンホール鉄蓋程度の非常に小型のしかも実用性のある地下構造物用蓋体表面における摩擦係数測定装置を提供することができる。また本発明によれば、タイヤをフォークに装着したタイヤセットとして扱えるようになるので、タイヤ交換が非常に容易化され、さらに測定蓋体を支えるテーブルを上下２枚から成るものとし、かつトルク検出用ロードセル類と、荷重検出用ロードセル類を分けて配置することができるので、装置構成の自由度が高まり、かつ精度も向上する。

以下図示の実施形態を参照しながら本発明に係る地下構造物用蓋体表面における摩擦係数測定装置１０をより詳細に説明する。図１ないし図３は本発明による例１の装置を示しており、実際に地下構造物用蓋体として使用されるφ６００ｍｍの標準的な直径を有するマンホール鉄蓋を測定蓋体１１として使用する。例１のマンホール鉄蓋は、その外周のテーパー面にて受け枠１２の内周のテーパー面とテーパー嵌合を生じるテーパー嵌合蓋であり、上記受け枠１２はテーブル１３に据え付けられ、テーブル１３は昇降機構１４によって上下に移動可能に設けられている。測定蓋体１１の表面には約６ｍｍの高低差を有する凹凸柄１１ａが滑り止めとして形成されており、この滑り止めによる摩擦係数は、アスファルト舗装路面における摩擦係数と適合する。なお、昇降機構１４は測定タイヤ１５に加える荷重設定の他、タイヤ交換、タイヤサイズの変換にも対応可能とする。

測定タイヤ１５として本実施形態では実物の２輪車用タイヤを所定の空気圧で使用するものとし、例１における供試タイヤは原付自転車の１０インチホイール用タイヤである。測定タイヤ１５は、測定蓋体表面の中心に対してほぼ直交する配置を取る主軸１６の下端に配置される。例１の主軸１６の下端にはそれを中心として半径方向に固定取り付けされた固定軸１７と回転軸１８から成るスリーブ継手１９が設けられており、測定タイヤ１５はスリーブ継手１９を構成する上記回転軸１８に着脱交換が容易に取り付けられている。主軸１６はモーター２０によって駆動されており、測定タイヤ１５を測定蓋体に接触させることにより、従回転させることになる。かくして測定タイヤ１５と測定蓋体１１の間には、蓋体表面に設定された径路を周回する、実際の走行に近い条件が作り出される。なお測定タイヤ１５の回転は主軸１６の主回転に基づく従回転であるが、実際の車輪と同様に駆動することも可能である。

昇降機構１４は測定蓋体１１を支えているテーブル１３に対して測定タイヤ１５を主軸の軸方向移動により上下させる構成を取っても良い。図４はその例２を示しており、装置フレームの上部に昇降機構１４によって上下移動する上部テーブル１３ａを設けてこのテーブル１３ａにモーター２０とそれによって駆動される主軸１６を設置している。他の構成については例１に関する前記の説明と同様で良いので、符号を援用し、詳細な説明は繰り返さない。

上記スリーブ継手１９を構成する固定軸１７と回転軸１８との間に測定タイヤ１５を回転状態からロックさせる制動機構２１を設置し、かつ、ロックさせたときにおいて蓋体表面と測定タイヤ１５との間に発生した摩擦力を測定するために歪みゲージから成るロードセル類２２を設置する。例示の場合、ロードセル類２２にはタイヤ接地荷重（ｆ１）と摩擦力（ｆ２）を同時に測定できる２軸用歪みゲージを使用し、その出力を、測定装置演算部を構成するＰＣ（パーソナルコンピューター）に入力し、測定装置演算部では測定された摩擦力に関するデータを測定タイヤ１５に発生した接地荷重のデータとともに所定のソフトウエアにより演算処理する。これに対して、１軸用のひずみゲージを２枚使用して、接地荷重、摩擦力を夫々別に測定することも勿論容易になし得る（図７参照）。

本発明の装置１０は、測定蓋体１１の表面をウエット状態にするための給水装置２３を備えている。例示の給水装置２３は、測定蓋体１１とほぼ同形のリング状に形成された散水パイプ２４の内周に測定蓋体１１の表面に散水を行なうために多数のノズル２５を設けたもので、２４ａは給水部を示す。多数のノズル２５は蓋体表面の全面が均等に早く濡れるように、向きを変えて多数形成されている。給水装置２３により測定タイヤ１５の接地面にウエット状態を作り出すことができる（図５参照）。なお、給水部２４ａの接続部を気液切り換え式とすることにより、ドライ状態とウエット状態の切り換えを迅速に行えるようになる。

測定タイヤ１５の回転半径を調節可能とすることによって、周回径路の半径を測定蓋体１１のサイズに応じて変更可能にした構成とすることができる。図６は本発明の例３を示しており、スリーブ継手１９の回転軸１８の先端に設けられている接続フランジ１８ａに、同様の接続フランジ２６ａを有する延長軸２６を介在させる方式であり、この方式によれば長さの異なる延長軸２６を複数個用意するだけで、機構的変更を必要とせずに測定タイヤ１５の周回径路半径の大小を調節することができる。図７は周回径路半径を動的に調節可能にする本発明の例４を示しており、回転軸１８を油圧機構により軸方向へ移動させ（図８参照）、それによって周回径路半径を外部操作で変更可能とした例である。図８のものは、スリーブ継手１９にピストン１８′とシリンダー１７′とから成る伸縮機構を追加し、ポンプにより加圧された油圧をポート１７ａより加えたときに、ピストン１８′が押し出され測定タイヤ１５が外方へ移動して回転半径を増し、或いは油圧をポート１７ａから抜いてシリンダー１７′内を負圧にすることにより、大気圧にて測定タイヤ１５が押し戻され回転半径を減じる構成を有している。このようにして周回径路半径を調節することにより、図７Ａ、Ｂの下段にそれぞれ示すように測定範囲の幅を拡大することができる。

マンホール鉄蓋は、蓋体の外周面と受け枠の内周面がテーパー面で食い込みを生じるテーパー嵌合蓋が一般的であるが、前記のようにテーパー嵌合の不十分な鉄蓋や、食い込みを生じない平受けと称する鉄蓋もあり、嵌合の不十分な鉄蓋を使用した場合には図９に示すように、タイヤ接地部の反対側が持ち上がって試験を行なえない事態となることが想定されるので、予めカウンタータイヤを装備して蓋体表面に加える荷重のバランスを取ることができる。図１０は本発明の装置の例５を示しており、主軸１６を中心として半径方向２方向すなわち直径方向にスリーブ継手１９、１９′を設け、その内の一方のスリーブ継手１９に測定タイヤ１５を設け、他方のスリーブ継手１９′には荷重のバランスを取るカウンタータイヤ１５′を設けており、上記測定タイヤ１５とカウンタータイヤ１５′の回転半径は同一とする。上記例５についても、これまでに示した本発明の実施形態の例２（上下に設置可能な昇降装置）、例３及び例４（周回径路半径の大小を調節）を適用することができる。

このような本発明の装置１０を使用するには、図外の制御部の操作により昇降機構１４を作動させることにより、まず測定蓋体１１と測定タイヤ１５とを適切な圧力で接触させる。図３は上記の状態を示している。この状態においてさらに制御部を操作すると、モーター２０が始動し、主軸１６が回転することにより、測定蓋体１１の表面に圧接している測定タイヤ１５が回転軸周りに回転を開始すると同時に、測定蓋体１１の表面を予め設定された径路で周回を行うようになる。従って、測定タイヤ１５の回転は、主軸１６の回転に伴い、蓋体表面との摩擦によって生じる。

測定タイヤ１５の回転が規定速度に達したことを確認し、制御部の操作により制動機構２１を作動させ、測定タイヤ１５にロックを生じさせると測定蓋体表面の凹凸柄１１ａによる摩擦係数に応じた接線力が発生する。このときモーター２０の回転を継続することにより、摩擦係数測定時間を自由に制御することができるが、これは本発明の装置１０を使用することによって始めて可能になる新規な測定方法である。また、測定タイヤ１５が測定蓋体１１の表面に設定された径路を周回し続けるという本発明特有の効果は、正確な測定には不可欠の条件である。しかも、実際の走行に近い条件が作り出されているので理想的な測定結果が得られる。このような実際に近い条件において、接地荷重と摩擦力がロードセル類２２により検出され、演算部において次式、
摩擦係数＝摩擦力（ｆ２）／接地荷重（ｆ１）
により算出されるものである。

さらに、図１１以下の各図を参照して本発明による例６の装置３０について説明する。例６の装置３０も、実際に地下構造物用蓋体として使用されるφ６００ｍｍの標準的な直径を有するマンホール鉄蓋を測定蓋体１１として使用し、かつまた、原付自転車の１０インチホイール用タイヤを供試タイヤとするもので、テーパー嵌合蓋であることや、表面に約６ｍｍの高低差を有する凹凸柄１１ａが形成されていることなどについては、例１の場合と同様である。例６の装置３０は、タイヤをフォーク４１と一体のタイヤセット４０とし、かつまたロードセル類としてトルク検出用ロードセル類と荷重検出用ロードセル類を用いることを特徴とする。なお、例１などと共通する構造部分については符号を援用し、説明は繰り返さない。

例６においてモーター軸に接続されている主軸３１は短軸であり、主軸３１の下端部にスリップリング３２を介在させてトルク検出用ロードセル類３３を設置し、引きずりトルクを計測するものとし、さらにその下端部に主軸軸方向に対して直交するほぼ水平な配置をもって基盤３４を取り付けている。基盤３４は、図１４に示したように、慣性モーメントが大きい円盤状の形態を有しており、円盤の直径方向の線上の任意の位置にタイヤセット取り付け部３５を測定タイヤ用とカウンタータイヤ用の２箇所設けている。タイヤセット取り付け部３５は３個の軸孔３６ａ、３６ｂ、３６ｃとこれらの孔列に沿って基盤下面に形成された係合溝３８を有しており、タイヤセット４０をその取り付け基部３９にて着脱可能に取り付けるように構成されている。またカウンタータイヤ取り付け部３５′も、３個の軸孔３６ａ′、３６ｂ′、３６ｃ′とこれらの孔列に沿って基盤下面に形成された係合溝３８′を有している。タイヤセット４０はフォーク４１とフォーク４１に装着済みのタイヤ４２を１組とし、係合溝３８に取り付け基部３９にて係合させ軸孔３６ａ〜３６ｃにボルト３７を嵌め合わせて取り付けられる。これはカウンタータイヤについても同様である。

タイヤセット取り付け部３５は円盤の直径方向の線上の任意の位置（３６ａ〜３６ｃ）に設けることができるので、図１６Ａ（軸穴３６ｃに組み付け）、図１６Ｂ（軸穴３６ａに組み付け）の例７に示すように、異なった測定蓋体１１のサイズに合わせて複数箇所用意する。また、測定タイヤ４２のみを使用したときには、その接地荷重の反作用として測定蓋体１１の浮上が生じ得る（図１８）。そこで、タイヤセット取り付け部３５を円盤の直径方向の線上の対称の位置に設けるとともに、一方のタイヤセット取り付け部３５に測定タイヤ４２を装着し、他方のタイヤセット取り付け部３５′にはカウンタータイヤ４２′を装着することができる（図１９）。なお、タイヤセット４０には、フォーク４１に装着した測定タイヤ４２の回転軸４４に作用して、測定タイヤ４２を回転状態からロックさせる制動機構４５が設けられている。しかし、カウンタータイヤ４２′に制動は必ずしも要しない。

例６の装置において、受け枠１２は上下２枚から成るテーブル４６、４７の上テーブル４６に据え付けられている。上記上下２枚のテーブル４６、４７は、４箇所に設置した昇降機構４８によって全体が上下方向へ移動可能に支持されている。ここで上テーブル４６については、タイヤ引きずりトルクにより回転力を受けて微回転するので、その四隅にて装置フレームを構成する４本の支柱４９に係合させて回転力を受け止め、回転力を受けない下テーブル４７に荷重検出用ロードセル類５０を３箇所等間隔に設置するとともに、上記ロードセル類５０と上テーブル４６とを、球面座金５１によって相対移動可能に繋がった構成としている（図２０）。これにより、テーブルに直接ロードセル類を配置した場合に、接地荷重以外の横力（横方向荷重）がロードセル類に加わり、測定精度を低下させる原因となることを防止している。

例６の装置においても、装置フレームの上部に昇降機構５２によって上下移動する上部テーブル５２ａを設け、基板３４に取り付けられているタイヤセット全体を昇降させる構成を取ることができる（図１７の例８参照）。従って図１７の例８においては、下テーブル４７を昇降させる昇降機構４８は不要である。５３は支持台を示すが、これも必要に応じて設ければ良い。図２１は給水装置２３により測定タイヤ１５の接地面にウエット状態を作り出す状態を示すものであるが、同図から明らかであるように給水装置２３からタイヤ接地面に散水された水は、上テーブル４６の下面に配置されている荷重検出用ロードセル類５０に及ばず、ましてトルク検出用ロードセル類３３に及ぶことはないので、それらの機能を損ずることもなく、耐久性の向上を図ることができる。

上記の例６及びその関連構成に係る発明においては、測定タイヤ４２の取り扱いがタイヤセット４０というものを単位として行われるので、実際に２輪車用タイヤとして走行可能であるものを測定タイヤとして使用する本発明において、通常は３、４個又はそれ以上の個数のハブボルトを締め付け或いは緩めて行うタイヤ着脱作業が、フォーク４１を基盤３４に着脱する構成を取ることにより１、２個程度の個数のボルトの着脱で済み、時間の短縮及び測定効率の向上という効果が得られ、また、タイヤセット取り付け部３５を回転半径の異なる位置に複数箇所設けて置くことにより、測定タイヤ４２の周回半径の変更にも容易に対応することができるという長所もある。例６以下の各例においては、タイヤセット４０を吊り下げている基盤３４の取り付け部分に関連して、トルク検出用ロードセル類３３を配置し、測定蓋体１１を支えるテーブルを上下２枚から成るものとし、上下のテーブル間に荷重検出用ロードセル類５０を配置しているので、多軸荷重検出ロードセル類を使用することなく実施が可能であり、実験上不可避の散水の及ばない位置に各ロードセル類を配置可能であるから、水濡れによる耐久性の低下を心配する必要がない。また、上下２枚から成るテーブル４６、４７の上位のものを微回転可能とし、測定タイヤ４２の引きずりトルクによる接地荷重以外の横力を吸収処理することが可能であるので、荷重検出用ロードセル類５０による測定精度の向上を図ることができる。測定精度に関連しては、円盤状基盤３４の慣性モーメント及び良好な回転バランスによる寄与も期待することができる。

このように本発明においては、例えばφ６００ｍｍの標準的な直径を有するマンホール鉄蓋表面において、例えばスクーター型原付自転車程度の小径タイヤを使用して、１０ｋｍ／ｈ〜３０ｋｍ／ｈ或いはそれ以上の実用速度領域で実験を繰り返すことができ、しかも測定時間については全く自由に設定することができる。さらに、給水装置２３を併用することにより、ドライ状態か、或いはウエット状態かの何れの条件でも実験を行なうことができる。

なお、測定蓋体１１の表面に測定タイヤが接触して回転する本発明の方式に対し、タイヤ側を固定して鉄蓋の側を水平回転させる方式も考えられる。しかしその場合には、給水装置による給水が遠心力により周囲に飛散して現実と異なる状態になり、水膜が切れてしまう問題を生じる。また、水平回転させる鉄蓋の側をしっかりと回転装置側に強固に締結しておく必要があるが、測定蓋体１１を固定する本発明の方式では全体に小型化が可能であり、従って弱い締結で済むので有利である。

本発明に係る地下構造物用蓋体表面における摩擦係数測定装置の例１を示す平面図。 同上の装置を示すもので、側面断面説明図。 同上の装置におけるテーブルの昇降を示す側面断面説明図。 同じく本発明に係る装置の例２を示す側面断面説明図。 本発明装置における給水状態を示す側面断面説明図。 同じく本発明に係る装置の例３を示すもので、Ａは標準回転半径における側面断面説明図、Ｂは延長後の回転半径における側面断面説明図。 同じく本発明に係る装置の例４を示すもので、Ａは延長前の回転半径における側面断面説明図、Ｂは延長後の回転半径における側面断面説明図。 回転軸を軸方向へ移動させる機構の一例を示す説明図。 想定される問題の説明図。 同じく本発明に係る装置の例５を示す側面断面説明図。 同じく本発明に係る装置の例６を示す平面図。 同上の装置における側面断面説明図。 同上の装置におけるテーブルの昇降を示す側面断面説明図。 同じく本発明に係る装置における基盤を示す平面図。 同じく基盤とタイヤセット及び地下構造物との関係を示す側面図。 同じく本発明に係る装置の例７を示すもので、Ａは標準回転半径における側面断面説明図、Ｂは調節後の回転半径における側面断面説明図。 同じく本発明に係る装置の例８を示す側面断面説明図。 同じく本発明に係る装置の運転において発生し得る状態を示す説明図。 図１８に示す状態の対応策の例に関する説明図。 本発明に係る装置の例６のものの要部拡大説明図。 同上における給水状態を示す側面断面説明図。

符号の説明

１０ 摩擦係数測定装置
１１ 測定蓋体
１２ 受け枠
１３ テーブル
１４ 昇降機構
１５ 測定タイヤ
１５′ カウンタータイヤ
１６ 主軸
１７ 固定軸
１８ 回転軸
１９、１９′ スリーブ継手
２０ モーター
２１ 制動機構
２２ ロードセル類
２３ 給水装置
２４ 散水パイプ
２５ ノズル
２６ 延長軸
３０ 摩擦係数測定装置
３１ 主軸
３２ スリップリング
３３ トルク検出用ロードセル類
３４ 基盤
３５ タイヤセット取り付け部
３５′ カウンタータイヤセット取り付け部
３６ 軸孔
３７ ボルト
３８ 係合溝
３９ 取り付け基部
４０ タイヤセット
４１ フォーク
４２ 測定タイヤ
４４ 回転軸
４５ 制動機構
４６、４７ テーブル
４８ 昇降機構
４９ 支柱
５０ 荷重検出用ロードセル類
５１ 球面座金
５２ 昇降機構
５３ 支持台

Claims (11)

1. 車両用タイヤに対する地下構造物用蓋体表面の摩擦係数を測定するための装置であって、
   測定蓋体をほぼ水平に配置するテーブルと、
   測定蓋体表面の中心に対してほぼ直交する配置を取るように、測定蓋体の上部にほぼ垂直に配置した主軸と、
   主軸の軸方向に対して直交する配置をもって、主軸の下端部に設けられた固定軸と、
   上記固定軸に、主軸を中心として半径方向に設けられ、かつ、測定タイヤが測定蓋体の表面のみに設定された径路を周回するように、測定タイヤを取り付けるための回転軸と、
   測定蓋体の表面に測定タイヤが接触して回転するように、測定蓋体と測定タイヤを相対的に接触、離間可能に配置するための昇降機構とから構成され、
   測定蓋体として、実際に地下構造物用蓋体として使用可能なものを使用し、かつ、測定タイヤとして、実際に車両用タイヤとして使用可能であり、かつ走行の可能なものを使用することにより実際の走行に近い条件を作り出し、
   上記測定タイヤを回転状態から制動機構によりロックさせたときにおいて、ロードセル類により測定された測定タイヤに発生した接地荷重、及び摩擦力に基づいて摩擦係数を算出する構成を有する
   地下構造物用蓋体表面における摩擦係数測定装置。
2. 車両用タイヤに対する地下構造物用蓋体表面の摩擦係数を測定するための装置であって、
   測定蓋体をほぼ水平に配置するテーブルと、
   測定蓋体表面の中心に対してほぼ直交する配置を取るように、測定蓋体の上部にほぼ垂直に配置した主軸と、
   主軸の軸方向に対して直交する配置をもって、主軸の下端部に設けられた基盤と、
   上記基盤に、主軸を中心として半径方向に設けられ、かつ、測定タイヤが測定蓋体の表面のみに設定された径路を周回するように、測定タイヤを取り付けるための回転軸と、
   測定蓋体の表面に測定タイヤが接触して回転するように、測定蓋体と測定タイヤを相対的に接触、離間可能に配置するための昇降機構とから構成され、
   測定蓋体として、実際に地下構造物用蓋体として使用可能なものを使用し、かつ、測定タイヤとして、実際に車両用タイヤとして使用可能であり、かつ走行の可能なものを使用することにより実際の走行に近い条件を作り出し、
   上記測定タイヤを回転状態から制動機構によりロックさせたときにおいて、ロードセル類により測定された測定タイヤに発生した接地荷重、及び摩擦力に基づいて摩擦係数を算出する構成を有する
   地下構造物用蓋体表面における摩擦係数測定装置。
3. 昇降機構は測定蓋体を支えているテーブルを測定タイヤに対して上下させるか、或いは主軸の軸方向移動により測定タイヤを測定蓋体に対して上下させるかの何れか一方又は両方の構成を有している請求項１又は２記載の地下構造物用蓋体表面における摩擦係数測定装置。
4. 主軸はそれを中心として半径方向に設けられた固定軸と、固定軸に対して回転可能に設けられた回転軸とから成るスリーブ継手を有しており、測定タイヤは上記スリーブ継手を構成する回転軸に取り付け、上記固定軸の側に制動機構及びロードセル類を配置した構成を有している請求項１記載の地下構造物用蓋体表面における摩擦係数測定装置。
5. 測定タイヤは、その回転半径を調節可能とするために、測定蓋体のサイズに応じてスリーブ継手の回転軸を交換し回転半径を変更可能にするか、或いは測定中に伸縮機構により回転軸を軸方向へ移動させて回転半径を変更可能にした構成を有する請求項４記載の地下構造物用蓋体表面における摩擦係数測定装置。
6. スリーブ継手は主軸を中心として半径方向２方向に設けるものとし、その一方のスリーブ継手に測定タイヤを設け、他の一方に荷重のバランスを取るカウンタータイヤを設けている請求項４又は５記載の地下構造物用蓋体表面における摩擦係数測定装置。
7. 測定蓋体の表面をウエット状態にするための給水装置を備えている請求項１又は２記載の地下構造物用蓋体表面における摩擦係数測定装置。
8. 主軸はその下端部にほぼ水平に配置した基盤を有し、基盤は主軸を中心とする所定半径の位置にタイヤセットの取り付け部を有しており、タイヤセットは前記回転軸を介してフォークにタイヤを装着したものから成り、フォークごと基盤の取り付け部に着脱する構成を有している請求項２記載の地下構造物用蓋体表面における摩擦係数測定装置。
9. 主軸とその下端部に取り付ける基盤との間にトルク検出用ロードセル類を配置し、かつまた、測定蓋体を支えるテーブルを上下２枚から成るものとし、上下のテーブル間に荷重検出用ロードセル類を配置した構成を有している請求項２又は８記載の地下構造物用蓋体表面における摩擦係数測定装置。
10. 測定蓋体をほぼ水平に配置するテーブルと、
    測定蓋体表面の中心に対してほぼ直交する配置を取るように、測定蓋体の上部にほぼ垂直に配置した主軸と、
    主軸の軸方向に対して直交する配置をもって、主軸の下端部に設けられた固定軸と、
    上記固定軸に、主軸を中心として半径方向に設けられ、かつ、測定タイヤが測定蓋体の表面のみに設定された径路を周回するように、測定タイヤを取り付けるための回転軸と、
    測定蓋体の表面に測定タイヤが接触して回転するように、測定蓋体と測定タイヤを相対的に接触、離間可能に配置するための昇降機構とから構成され、
    測定蓋体として、実際に地下構造物用蓋体として使用可能なものを使用し、かつ、測定タイヤとして、実際に車両用タイヤとして使用可能であり、かつ走行の可能なものを使用することにより実際の走行に近い条件を作り出し、
    上記測定タイヤを回転状態から制動機構によりロックさせたときにおいて、ロードセル類により測定された測定タイヤに発生した接地荷重、及び摩擦力に基づいて摩擦係数を算出する構成を有する摩擦係数測定装置を使用する方法であって、
    測定タイヤをロックさせたまま主軸を回転させることで、測定時間を自由に制御できるようにしたことを特徴とする地下構造物用蓋体表面における摩擦係数測定装置の使用方法。
11. 車両用タイヤに対する地下構造物用蓋体表面の摩擦係数を測定するための装置であって、
    測定蓋体をほぼ水平に配置するテーブルと、
    測定蓋体表面の中心に対してほぼ直交する配置を取るように、測定蓋体の上部にほぼ垂直に配置した主軸と、
    主軸の軸方向に対して直交する配置をもって、主軸の下端部に設けられた基盤と、
    上記基盤に、主軸を中心として半径方向に設けられ、かつ、測定タイヤが測定蓋体の表面のみに設定された径路を周回するように、測定タイヤを取り付けるための回転軸と、
    測定蓋体の表面に測定タイヤが接触して回転するように、測定蓋体と測定タイヤを相対的に接触、離間可能に配置するための昇降機構とから構成され、
    測定蓋体として、実際に地下構造物用蓋体として使用可能なものを使用し、かつ、測定タイヤとして、実際に車両用タイヤとして使用可能であり、かつ走行の可能なものを使用することにより実際の走行に近い条件を作り出し、
    上記測定タイヤを回転状態から制動機構によりロックさせたときにおいて、ロードセル類により測定された測定タイヤに発生した接地荷重、及び摩擦力に基づいて摩擦係数を算出する構成を有する摩擦係数測定装置を使用する方法であって、
    測定タイヤをロックさせたまま主軸を回転させることで、測定時間を自由に制御できるようにしたことを特徴とする地下構造物用蓋体表面における摩擦係数測定装置の使用方法。

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