スキーの雪面摩擦と雪粒子のミクロな結合力の関係

点击翻译按钮获取中文摘要

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開発したマイクロ負荷試験装置を使って実験を行っている。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。雪粒子を固定した圧子をガラス板に押し込むための並行平板構造は、ステンレス鋼薄板と３Dプリンタで造形した樹脂部品により作成していた。摩擦実験時の強度を確保するために、ステンレス鋼ブロックから放電ワイヤ加工により切り出し新たに作成し直した。また、真実接触面積を画像処理により簡便に評価できるようにシステムを改良した。低温実験室内に設置した装置の周辺を囲って冷却機からの風の影響を抑え、目標温度に合わせた保冷剤を敷き詰めることで、実験環境温度をさらに安定させることができた。マイクロ負荷試験は、雪粒子径、温度、負荷荷重を変えて行った。また、何も表面処理していないガラス板と、ワックス使用を想定し、表面をシリコンリムーバでふき取ったガラス板を用いて実験を行った。これらより、粒子径が小さいほど、表面エネルギーが大きいガラス板ほど、雪粒子とガラス表面の凝着力が大きくなることなどが明らかになった。また、接触時間（負荷作用時間）が長いほど、真実接触面積が大きくなり、凝着力も大きくなったが、凝着力を真実接触面積で除して求めた凝着応力は、実験条件ごとにほぼ同じになっていた。