スキーの雪面摩擦と雪粒子のミクロな結合力の関係

2021 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 21K11448
• 研究機関: 公立小松大学
• 研究代表者: 香川 博之 公立小松大学, 生産システム科学部, 教授 (40251938)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2024-03-31
• キーワード: スキー / 雪 / 摩擦 / マイクロ負荷試験 / 真実接触面積

研究実績の概要

スキー滑走面と雪粒子のミクロな結合力を実験により調べるため、マイクロ負荷試験装置を開発した。この装置は、雪粒子を固定した圧子を、２つのピエゾアクチュエータにより垂直および水平方向にPCで位置制御しながら、ガラス平板に接触させることができる。計画ではピエゾステージを使用する予定であったが、配当予算が計画よりも減額され購入が難しくなったため、並行平板構造を利用した精密ステージを自作した。圧子の上におもりをのせることで、事前にたわませた並行平板をピエゾアクチュエータで持ち上げて支持した後、アクチュエータを下げることでガラス平板上に圧子をゆっくりと降ろすことで押込むようになっている。このとき、２つのロードセルにより垂直および水平方向の荷重を測定できる。また、押込み時の真実接触面積を測定するため、倒立型偏光顕微鏡で接触面を観察できるようにした。周囲の振動の影響を抑えるため、装置全体を防振台に載せ、データロガーは無線式のものを用いた。
開発した装置の動作を確認するため、雪粒子の代わりに塩化ナトリウムの結晶粒子を用い、常温にて確認実験を行いながら、装置の調整を行った。次に、雪粒子を用い、１軸押込み・引き離し実験を行い、ガラス面との結合力ならびに真実接触面積の測定を行った。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

ピエゾステージに代わる並行平板構造を利用した精密ステージの開発に少し時間がかかり、装置の完成が計画よりもやや遅れたが、計画していた１軸押込み・引き離し実験を行うことがでした。実験は、低温実験室内で行っているが、温度変動があるため、実験台上の温度変化が小さくなるようにしているが、低温に比べ高温の０℃近くの制御は難しく、ペルチェ阻止による温度制御に工夫が必要と思われる。2021年度は装置作りに多くの時間を費やしたが、装置はほぼ完成することができたため、2022年度は実験に集中することができると考えている。

今後の研究の推進方策

まず温度制御の改善を行った後、2022年度はまずガラス平板に対して雪粒子の１軸および２軸押込みを行い、荷重と真実接触面積について測定する。このとき、接触時間、温度、粒子径の影響について詳細にしらべる。また、ワックスの効果を想定し、ガラス平板とは異なる材料の平板を使った実験を同様に行う。次に、装置を改良して、雪粒子同士の結合力を測定できるようにする。雪粒子同士の実験については、真実接触面積の測定は困難であるため、荷重測定のみ測定し、その様子を横方向から観察することとする。