JP2009198276A - ゴム試験機 - Google Patents

Abstract

【課題】実際の摩耗時におけるゴムの挙動を精度良く再現することができ、これにより、測定されるゴム摩耗度を、実際の摩耗結果に精度よく対応させることの可能なゴム試験機を提供する。
【解決手段】砥石または擬似路面１１にゴム試験片１を押し付けて、ゴム試験片１の試験を行うゴム試験機である。ゴム試験片１を砥石または擬似路面１１に対し変位させて、ゴム試験片１に、砥石または擬似路面１１に対する粘着および／またはすべりを与える。本発明のゴム試験機においては、砥石または擬似路面１１との間でゴム試験片１を摩耗させて、砥石または擬似路面１１とゴム試験片１との間の摩擦力を測定することができる。
【選択図】図１

Description

本発明はゴム試験機に関し、詳しくは、加硫ゴムの摩耗試験を行うためのゴム試験機、特には、自動車タイヤ用加硫ゴムの摩耗試験を行うためのゴム試験機に関する。

従来、加硫ゴムの摩耗試験を行うための装置として、ランボーン試験機が知られている（ＪＩＳ Ｋ６２６４）。ランボーン試験機は、円盤状の加硫ゴムからなる試験片と、円盤状の砥石または擬似路面とを、それぞれ独立して定められた回転数で回転させながら、試験片を砥石または擬似路面の外周面に押し付けるとともに、互いにスリップさせることにより試験片を摩耗させ、一定時間後に摩耗量を測定するものである。

また、ランボーン試験機において、ゴム試験片が砥石または擬似路面に対して一定のスリップ率となるよう回転させたときの試験片にかかる摩擦力を検出し、検出された摩擦力の各々とスリップ率とに基づいて定義される摩擦エネルギーから、ゴム摩耗度を測定する方法も公知である（特許文献１参照）。この測定方法では、路面とゴムとをいずれも軸を中心に回転可能に形成して、互いに曲面同士で接触させ、検出される前後力およびスリップ率より近似的に得られる摩擦エネルギー（＝すべり距離×摩擦力）から、ゴム摩耗度を求めている。

一方、タイヤ踏面のトレッドゴムのタイヤ転動および接地時の挙動をより精度よく再現することを目的とする装置として、タイヤ内に配置されたベルトの数値モデルからベルトの所定領域のタイヤ転動及び接地時のベルト変位情報を取得するベルト変位情報取得手段と、取得したベルト変位情報に基づき、ベルトモデルに取り付けたトレッドゴム試験片を路面モデルに接触させて、ベルトモデルで数値モデルのベルト変位を再現するベルト変位再現手段とを備えるタイヤトレッドゴムの挙動シミュレーション装置が提案されている（特許文献２参照）。このシミュレーション装置では、固定された路面に対し、複数のアクチュエータにより伸縮自在にゴムを変位させることができる。
特開平１１−３２６１６９号公報 特開２００７−２１６８９５号公報（特許請求の範囲等）

ランボーン試験機や、回転中の路面にゴム試験片を断続的に接触させる従来の摩耗試験機は、タイヤなどの実際の製品が摩耗する際の挙動、すなわち、ゴムと路面とが摩耗する際の粘着状態およびすべり状態を再現し得るものではない。このように、タイヤの摩耗形態が再現できないことから、これら試験機で可能なタイヤの摩耗状況の再現には限度があり、実車走行時における摩耗順位と、これら試験機を用いたゴム材料の室内評価時における摩耗順位とは一致しない場合があった。したがって、実車走行時における摩耗状況に近い、より精確なゴム摩耗度を評価することが可能なゴム試験機の実現が求められていた。

そこで本発明の目的は、上記問題を解消して、実際の摩耗時におけるゴムの挙動を精度良く再現することができ、これにより、測定されるゴム摩耗度を、実際の摩耗結果に精度よく対応させることの可能なゴム試験機を提供することにある。

本発明者は鋭意検討した結果、ゴム試験片に対し粘着および／またはすべりを付与するゴム試験機を用いることで、実際にゴムが摩耗する際の摩耗状況をより高精度に再現することができ、これにより上記課題を解決できることを見出して、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は、砥石または擬似路面にゴム試験片を押し付けて、該ゴム試験片の試験を行うゴム試験機であって、
前記ゴム試験片を前記砥石または擬似路面に対し変位させて、前記ゴム試験片に、前記砥石または擬似路面に対する粘着および／またはすべりを与えることを特徴とするものである。

本発明のゴム試験機においては、前記ゴム試験片をせん断変形させることが好ましい。本発明のゴム試験機は、前記砥石または擬似路面との間で前記ゴム試験片を摩耗させて、該砥石または擬似路面と該ゴム試験片との間の摩擦力を測定する、摩耗試験機として好適に使用可能である。また、本発明において、前記砥石または擬似路面の、前記ゴム試験片との接触部は平面状に形成することが好ましく、前記ゴム試験片の、前記砥石または擬似路面との接触部についても平面状に形成することが好ましい。

さらに、本発明においては、前記ゴム試験片および前記砥石または擬似路面の双方の位置を、互いに独立に変動させることが好ましく、これにより、タイヤのトレッドブロックの接地から蹴り出しまでの現象を再現することができる。さらにまた、本発明のゴム試験機においては、前記砥石または擬似路面のうち、少なくとも前記ゴム試験片との接触部が、交換可能に形成されていることが好ましく、前記砥石または擬似路面のうち、少なくとも前記ゴム試験片との接触部が、温度制御可能に形成されていることも好ましい。さらにまた、本発明のゴム試験機は、前記砥石または擬似路面と前記ゴム試験片との接触部が観測可能な観測手段や、前記ゴム試験片の摩耗粉を除去する摩耗粉除去手段、前記ゴム試験片の、前記砥石または擬似路面との接触部の摩耗形状が計測可能な計測手段を備えることが好ましい。

本発明によれば、上記構成としたことにより、タイヤなどの実際の製品が摩耗する際のゴムの挙動を精度良く再現することができ、これにより、測定されるゴム摩耗度を、実際の摩耗結果に精度よく対応させることの可能なゴム試験機を実現することが可能となった。

以下、本発明の好適実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１に、本発明のゴム試験機の一好適例の概略説明図を示す。図示するように、本発明のゴム試験機は、砥石または擬似路面（以下、単に「路面」ともいう）１１にゴム試験片１を押し付けて、このゴム試験片１の試験を行うものである。

本発明のゴム試験機においては、ゴム試験片１を路面１１に対し変位させて、ゴム試験片１に、路面１１に対する粘着および／またはすべりを与える点に特徴がある。前述したように、従来のランボーン試験機等は、実際の摩耗時のゴムの挙動における粘着状態およびすべり状態を再現するものではないため、摩耗状態の再現にも限度があったが、本発明のゴム試験機においては、ゴム試験片１に対し粘着および／またはすべりを与えることで、より高精度にゴムの挙動、特には摩耗状態を再現することが可能となった。したがって、本発明によれば、従来法に比しきわめて高い精度で、複数種のゴム材料間でのラボ評価による摩耗の優劣を、実車における優劣に精度よく合致させることが可能となる。

このゴム試験片１に対する粘着および／またはすべりの付与は、例えば、図３に示すようにして行うことができる。図示する例では、ゴム試験片１の位置を垂直方向に移動させながら、路面１１の位置を水平方向に移動させている。このため、ゴム試験片１が垂直方向下方に移動して路面１１に接触した直後は、ゴム試験片１はせん断変形しながら路面１１に対し粘着して路面１１の移動に追随する（図中の（ｂ），（ｃ））。その後、ゴム試験片１のせん断変形の限界を超えると、ゴム試験片１と路面１１との間で粘着とともにすべりが生ずる（図中の（ｄ））。さらに、ゴム試験片１の移動方向を垂直方向上方に変えると、ゴム試験片１と路面１１との間は粘着がなくなってすべりのみになる（図中の（ｅ））。したがって、このように、ゴム試験片１および路面１１の双方の位置を、互いに独立に変動させることで、ゴム試験片１をせん断変形させつつ、ゴム試験片１に対し粘着および／またはすべりを付与することができる。また、図示はしないが、ゴム試験片１のみを路面１１に対し移動させて、ゴム試験片１に、路面１１に対する粘着および／またはすべりを与え、また、せん断変形を生じさせることも可能である。

本発明のゴム試験機においては、上記のようにゴム試験片１に対し粘着および／またはすべりを付与することで、ゴム試験片１の摩耗時における挙動を、その粘着状態およびすべり状態を含む、実際により近い状態で再現することができる。したがって本発明のゴム試験機によれば、例えば、実車走行時におけるトレッドゴムの摩耗挙動を精度良くトレースしうるゴム摩耗試験（またはゴム摩擦試験、以下、本発明において「摩耗試験」と「摩擦試験」とは同義である）を行うことができ、これにより実車時のトレッドゴムのゴム摩耗度（摩耗量）を高精度に予想することが可能となる。

本発明のゴム試験機によるゴム摩耗試験は、具体的には、路面１１との間でゴム試験片１を摩耗させて、路面１１とゴム試験片１との間の摩擦力を測定することにより行うことができる。本発明においては、摩耗量が測定可能であるのみならず、上述のようにゴム試験片１が摩耗する際の粘着状態およびすべり状態を再現可能であって、従来法のようにスリップ率一定ではなくタイヤと同じかそれに近いスリップ率で、摩耗時においてゴム試験片１と路面１１との間で生ずるすべり距離および摩擦力をそれぞれ直接測定することが可能であるので、すべり距離×摩擦力により定義される摩耗エネルギーを直接算出することができる。また、ゴム試験片１を、路面１１に対しタイヤと同じメカニズムで接地させて摩耗させることができるので、結果として、実車予測性を著しく向上することが可能となる。

本発明のゴム試験機において、砥石または擬似路面１１は、目的とする路面条件等の試験条件に合わせて、各種アスファルトやコンクリート、サンドペーパー、金網等の任意の材質および表面性状にて形成することが可能である。特には、少なくともゴム試験片１との接触部を含む部分を着脱可能に形成して、試験条件に応じて交換可能としておくことが好ましい。さらには、路面の温度条件を考慮して、路面１１の、ゴム試験片１との接触部を温度制御可能に形成しておくことも好ましい。

図示する例では、砥石または擬似路面１１は、ガイドレール１２に沿って水平平面内を往復移動可能に構成されており、また、ゴム試験片１は、治具（ホルダ）１３により固定されて、ガイドレール１４に沿って路面１１に対し垂直方向に往復運動するように構成されているが、これに制限されるものではない。路面１１およびゴム試験片１を図示するように構成することで、タイヤのトレッドブロックが路面に踏み込んでから蹴り出す際（接地〜蹴り出し）の動作を再現するように、これら路面１１およびゴム試験片１の動きを制御することができる。

なお、図示するように、砥石または擬似路面１１のうち少なくともゴム試験片１との接触部については、平面状となるよう形成することが好ましい。また、ゴム試験片１についても、好適には図示するように、路面１１との接触部が平面状となるよう形成する。ランボーン試験のサンプルのように円周面を路面と接触させるものとした場合、軟らかいゴムと硬いゴムとで接触面積に差が生ずることになるが、このように接触部を平面状とすることで、ゴム試験片の硬さ等の物性が変わっても、ゴムと路面との接触面積を一定にすることができる。また、実際の路面のように平面にゴムが接触する場合と、ランボーン試験機のように曲率をもった路面にゴム試験片を接触させた場合とでは接触面の形状が異なるが、ゴム試験片や路面を平面とすることによって、この曲率の影響をなくして、実際のゴム製品が路面と接触したときと同じ状態を再現することが可能となる。さらに、本発明では、従来法とは異なり、ゴム試験片１の路面１１との接地部の形状については特に制限はないので、この接地部形状を適宜変更することで、例えば、タイヤにより異なる接地面の楕円形状に容易に対応させることもできる。

また、図示する例においては、路面１１を移動させるためのガイドレール１２には、ゴム試験片１にかかる垂直方向の荷重を測定するためのロードセル（荷重検出用）１５が配置されている。さらに、ゴム試験片１を移動させるためのガイドレール１４には、ゴム試験片１にかかる摩擦力を測定するためのロードセル（摩擦力検出用）１６が配置されている。

図２に、本発明のゴム試験機の路面１１およびゴム試験片１近傍の拡大図を示す。図示するように、本発明のゴム試験機には、路面１１とゴム試験片１との接触部が観測可能な観測手段を設けることが好ましい。観測手段としては、カメラ１７や、３分力センサ１８等を用いることができる。図示する例では、路面１１にスリット１１ａを設けることで、路面下方からの、ゴム試験片１の接触部におけるスリップ挙動等の、カメラ１７による直接観察を可能にしている。また、３分力センサ１８は、ゴム試験片１の路面１１との接触部に掛かる摩擦力や荷重を直接測定できるように構成されている。

さらに、図示はしないが、本発明のゴム試験機には、ゴム試験片１の路面１１との接触部の摩耗形状を計測するための計測手段として、レーザ等を配置することも好ましい。さらにまた、ゴム試験片１の摩耗試験を行う場合には、その摩耗粉を除去するための摩耗粉除去手段を設けることも好適である。

本発明のゴム試験機の一好適例を示す概略説明図である。 本発明のゴム試験機における路面およびゴム試験片近傍を示す拡大図である。 ゴム試験片と路面との間の接触状態の推移を示す説明図である。

符号の説明

１ ゴム試験片
１１ 砥石または擬似路面
１１ａ スリット
１２，１４ ガイドレール
１３ 治具（ホルダ）
１５ ロードセル（荷重検出用）
１６ （摩擦力検出用）
１７ カメラ
１８ ３分力センサ

Claims (12)

1. 砥石または擬似路面にゴム試験片を押し付けて、該ゴム試験片の試験を行うゴム試験機であって、
   前記ゴム試験片を前記砥石または擬似路面に対し変位させて、前記ゴム試験片に、前記砥石または擬似路面に対する粘着および／またはすべりを与えることを特徴とするゴム試験機。
2. 前記ゴム試験片をせん断変形させる請求項１記載のゴム試験機。
3. 前記砥石または擬似路面との間で前記ゴム試験片を摩耗させて、該砥石または擬似路面と該ゴム試験片との間の摩擦力を測定する摩耗試験機である請求項１または２記載のゴム試験機。
4. 前記砥石または擬似路面の、前記ゴム試験片との接触部が平面状に形成されている請求項１〜３のうちいずれか一項記載のゴム試験機。
5. 前記ゴム試験片の、前記砥石または擬似路面との接触部が平面状に形成されている請求項１〜４のうちいずれか一項記載のゴム試験機。
6. 前記ゴム試験片および前記砥石または擬似路面の双方の位置を、互いに独立に変動させる請求項１〜５のうちいずれか一項記載のゴム試験機。
7. 前記ゴム試験片および前記砥石または擬似路面の双方の位置を互いに独立して変動させて、タイヤのトレッドブロックの接地から蹴り出しまでの現象を再現する請求項１〜６のうちいずれか一項記載のゴム試験機。
8. 前記砥石または擬似路面のうち、少なくとも前記ゴム試験片との接触部が、交換可能に形成されている請求項１〜７のうちいずれか一項記載のゴム試験機。
9. 前記砥石または擬似路面のうち、少なくとも前記ゴム試験片との接触部が、温度制御可能に形成されている請求項１〜８のうちいずれか一項記載のゴム試験機。
10. 前記砥石または擬似路面と前記ゴム試験片との接触部が観測可能な、観測手段を備える請求項１〜９のうちいずれか一項記載のゴム試験機。
11. 前記ゴム試験片の摩耗粉を除去する摩耗粉除去手段を備える請求項３〜１０のうちいずれか一項記載のゴム試験機。
12. 前記ゴム試験片の、前記砥石または擬似路面との接触部の摩耗形状が計測可能な、計測手段を備える請求項３〜１１のうちいずれか一項記載のゴム試験機。

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