JP2000002641A - 摩耗試験装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 タイヤの溝パターンや構造、さらには実車搭
載時の使用態様により異なる摩耗度合いを良好にシュミ
レートできる摩耗試験装置を提供する。 【解決手段】 実走行に於けるタイヤと路面とのスリッ
プ率変動に対応する時系列のスリップ率データを保持す
るメモリ１２と、走行可能に支持された摩耗相手材であ
るレジンベルト２６と、レジンベルトを走行させる駆動
モータ２３と、支持軸２７０によりサンプル２７を一体
に回転可能に支持して周面をレジンベルト２６の平坦部
位に押圧する機構３６と、支持軸２７０を回転させる駆
動モータ２１と、サンプル２７とレジンベルト２６との
スリップ率がメモリ１２から時系列に読み出されるスリ
ップ率になるように駆動モータ２３と駆動モータ２１を
制御する駆動制御機能とを有する摩耗試験装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、摩耗試験装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】ゴム材料、例えば、タイヤトレッドや、
履物の底等の材料の選定のために、候補材料のテストピ
ースを摩耗相手材に或る荷重で当接させ、その状態で両
者を相対移動させることにより摩耗させて、その摩耗量
を調べる摩耗試験が行われている。つまり、候補材料の
摩耗量の順位を決める摩耗試験が行われている。摩耗試
験に用いられる試験装置としては、ランボーン試験機
や、ＤＩＮ試験機が、提供されている。ランボーン試験
機は、円盤状のテストピースの外周面を円盤状の砥石の
外周面に一定荷重で押圧し、或る一定値に設定した周速
度でテストピース及び砥石を回転させて外周面を互いに
スリップさせることによりテストピースを摩耗させる装
置であり、一定時間経過後のテストピースの摩耗量を測
定するものである。なお、回転中にテストピース及び砥
石の周速度を変えることはできない。ＤＩＮ試験機は、
円筒状のドラムの周面に研磨部材としてのエメリーペー
パーを取り付け、これに、テストピースの端面を一定荷
重で押圧し、ドラムを回転させるとともにテストピース
をドラムの軸方向に一方向移動させることによりテスト
ピースを摩耗させる装置であり、一定時間経過後のテス
トピースの摩耗量を測定する。特開平１−２９２２３２
号公報には、回転可能な円筒状の研磨体の周面に回転可
能な円盤状のテストピースの周面を押圧し、研磨体とテ
ストピースの回転を独立に制御するとともに、分銅によ
りテストピースの押圧力を調整可能にし、さらに、テス
トピースを研磨体の軸線方向（研磨体の回転方向に直交
する方向）に移動可能に構成した摩耗試験機が開示され
ている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】摩耗試験装置は、タイ
ヤトレッドや履物等に用いられる種々の候補材料のテス
トピースの摩耗量を調べて、例えばタイヤトレッドに於
いては実走行時の摩耗量の順位を推測するために用いら
れる。したがって、各候補材料のテストピースの摩耗順
位と、実走行時の各候補材料製の各タイヤトレッドの摩
耗順位とが、正確に合致する必要がある。しかしなが
ら、従来の摩耗試験機による試験結果では、テストピー
スの摩耗順位と、実走行時のタイヤトレッドの摩耗順位
とが、必ずしも合致しない。その理由として、下記が考
えられる。 （１）路面の接触部位が略平坦であるのに対して、摩耗
試験機の摩耗相手材の接触部位は周面を成す。このた
め、接触面（摩擦面）に加わる押圧力分布が試験時と実
走行時とで異なり、摩耗順位に影響を与える。 （２）実車に装着されたタイヤでは、各スリップ率での
累積時間分布がスリップ率０をピーク位置とするガウス
分布様の分布曲線で近似される。一方、摩耗試験機で
は、スリップ率を或る一定値に設定して試験が行われ、
該スリップ率での摩耗量が測定される。しかも、試験所
要時間を短くするために、実車走行時には極めて出現頻
度が低い大きなスリップ率が用いられている。つまり、
実車搭載時とは異なるスリップ率で試験される結果、得
られる摩耗順位も不正確となる。 （３）実車の走行状態は実車に加わる力によって決ま
る。つまり、進行方向に加わる前後力と進行方向に直交
する方向に加わる横力との合力によって実車の走行状態
が決まる。したがって、実車の任意の走行状態に対応す
る摩耗状態を複数のテストピースについて調べるために
は、各テストピースに加わる力が上記任意の走行状態に
対応する力と等しくなるようにして各テストピースの摩
耗状態を調べることが望ましい。ところが、或る任意の
前後力に対応するスリップ率はテストピースの種類によ
って各々異なり、或る任意の横力に対応するスリップ角
もテストピースの種類によって各々異なる。このため、
スリップ率を任意の一定値に設定して各テストピースの
摩耗状態を調べる従来法では、上記（２）で述べた問題
点に加えて、さらに、各テストピース毎に得られる結果
が、実車での各々異なる走行状態に対応する摩耗状態を
示すという問題点を有する。つまり、実車の或る一定の
走行状態に対応する摩耗状態を各テストピースについて
調べることができないという問題点を有する。ここで、
横力とタイヤトレッドとの関係について更に説明する。
実車に装着されたタイヤは、車の左前タイヤでは進行方
向から時計方向に、また、右前タイヤでは反時計方向
に、各々微小な角度（トーイン角）がつけられており、
これによって常にタイヤは車の進行方向に対して直角な
力、即ち、横力を受ける。この横力によってタイヤの接
触面の一部にすべりが生じ、摩耗の原因となる。また、
ハンドルをきった時は、さらに大きな横力が発生してタ
イヤの一部或いは接触面全部にすべりが生じ、摩耗を生
ずる。つまり、従来の摩耗試験機では、この横力を無視
しているという問題がある。 （４）路面の温度は、あまり変動しない。これに対し
て、摩耗試験機では、限られた面積の摩耗相手材との接
触が継続される結果、摩耗相手材の温度上昇を引き起こ
す。つまり、実車搭載時とは異なる温度条件で試験され
る結果、得られる摩耗順位も不正確となる。 （５）実車に装着されたタイヤから発生する摩耗カス
は、大面積の路面上で拡散されて飛散されるため、摩耗
カスが路面状態に及ぼす影響は無視できる。これに対し
て、摩耗試験機では、摩耗相手材の限られた面積の研磨
面に摩耗カスが付着する結果、研磨面の摩擦係数μが変
わり、これが、摩耗順位に影響する。本発明は、以上の
問題を解決して、実際の使用時にゴム材料に加わる力等
を良好にシュミレートできる、例えば、横力が一定とな
るようにトー角を調整して試験したり、前後力が一定と
なるようにスリップ率を調整して試験できる、摩耗試験
装置を提供することを第１の目的とする。

【０００４】（６）実車に装着されたタイヤのスリップ
率やスリップ角の出現頻度分布はガウス分布様の分布曲
線で近似され、その分布曲線はタイヤの溝パターンやそ
の支持構造、或いは空気圧等に影響される。また、雪国
での使用であるか、レース場での使用であるか、信号が
多く比較的低速の街中での使用が多いか、信号が少なく
比較的高速の郊外での使用が多いか等、使用状況によっ
ても変わる。同様に実車に装着されたタイヤの前後力や
横力の出現頻度分布はガウス分布様の分布曲線で近似さ
れ、その分布曲線はタイヤの溝パターンやその支持構
造、或いは空気圧等に影響される。また、雪国での使用
であるか、レース場での使用であるか、信号が多く比較
的低速の街中での使用が多いか、信号が少なく比較的高
速の郊外での使用が多いか等、使用状況によっても変わ
る。本発明は、実車装着時のタイヤの使用状況を良好に
シュミレートできる摩耗試験装置を提供することを第２
の目的とする。 （７）ブレーキ動作をコンピュータ制御するＡＢＳ装置
では、タイヤの摩擦係数μが最大となるように制御が行
われるが、この摩擦係数μはスリップ率によって異な
る。このため、タイヤトレッドの各候補材料について、
摩擦係数μの最大値とそれを与えるスリップ率を知りた
いと同時に、摩擦係数のスリップ率依存特性をも知りた
いという要請がある。例えば、スリップ率を横軸にとり
摩擦係数を縦軸にとった場合に、摩擦係数が速やかに立
ち上がり、スリップ率の増加にもかかわらず高い摩擦係
数を保持する材料が好ましいという事情がある。本発明
は、摩擦係数μの最大値とそれを与えるスリップ率、及
び摩擦係数μのスリップ率に対する特性を、各候補材料
について求めることができるようにすることを第３の目
的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、サン
プルを摩耗相手材に押圧して相対移動させることにより
摩耗させる摩耗試験装置であって、実際の使用に於ける
スリップ率に関連する物理量の変動に対応する時系列の
スリップ率データを保持する記憶手段と、支持体により
走行可能に支持された摩耗相手材としての無端ベルト
と、前記無端ベルトを走行させるための第１駆動手段
と、回転可能な支持軸によりサンプルを一体に支持して
前記無端ベルトの平坦部位に押圧する支持手段と、前記
支持軸を回転させるための第２駆動手段と、前記サンプ
ルと前記無端ベルトとのスリップ率に関連する物理量が
前記記憶手段から時系列に読み出されるスリップ率デー
タで与えられる値になるように前記第１駆動手段及び前
記第２駆動手段を制御する駆動制御手段と、を有するこ
とを特徴とする摩耗試験装置である。請求項２の発明
は、請求項１に於いて、前記時系列のスリップ率データ
は、測定スリップ率の分割数と間隔を指定することで決
まる複数のスリップ率の個々に対応して実使用条件から
得られた累積時間を割り当てることにより得られたデー
タ、又は、予め与えられているスリップ率に対する累積
時間の分布関数に対してスリップ率の分割数と間隔を指
定してそれぞれのスリップ率に分布関数から読み取った
累積時間を割り当てることにより得られたデータ、の何
れかである、ことを特徴とする摩耗試験装置である。

【０００６】請求項３の発明は、サンプルを摩耗相手材
に押圧して相対移動させることにより摩耗させる摩耗試
験装置であって、スリップ率に関連するデータを保持す
る記憶手段と、支持体により走行可能に支持された摩耗
相手材としての無端ベルトと、前記無端ベルトを走行さ
せるための第１駆動手段と、回転可能な支持軸によりサ
ンプルを一体に支持して前記無端ベルトの平坦部位に押
圧する支持手段と、前記支持軸を回転させるための第２
駆動手段と、前記サンプルと前記無端ベルトとのスリッ
プ率に関連する物理量が前記記憶手段から読み出される
スリップ率データで与えられる値になるように前記第１
駆動手段及び前記第２駆動手段を制御する駆動制御手段
と、前記サンプルと前記無端ベルトとの摩擦係数に関連
する物理量を検出する摩擦係数検出手段と、前記摩擦係
数検出手段により検出される物理量に基づいて摩擦係数
のピーク及び／又はピークに対応するスリップ率に関連
する値を算出する演算手段と、を有することを特徴とす
る摩耗試験装置である。請求項４の発明は、請求項３に
於いて、前記摩擦係数検出手段は、前記支持軸のトルク
を検出するトルク検出手段、及び、前記サンプルを前記
無端ベルトに押圧している荷重を検出する荷重検出手段
を有する、ことを特徴とする摩耗試験装置である。請求
項１２の発明は、請求項１〜請求項４、請求項８〜請求
項１１の何れかに於いて、さらに、前記無端ベルト又は
前記サンプルを前記無端ベルトの走行方向に直交する方
向に往復移動させるための走査手段を有し、前記駆動制
御手段は、前記無端ベルトの一巡後に同一部位が前記サ
ンプルと接触しないように前記走査手段の駆動を制御す
る、ことを特徴とする摩耗試験装置である。

【０００７】請求項５の発明は、サンプルを摩耗相手材
に押圧して相対移動させることにより摩耗させる摩耗試
験装置であって、平坦部位が支持体により走行可能に支
持された摩耗相手材としての無端ベルトと、回転可能な
支持軸によりサンプルを一体に支持して前記無端ベルト
の平坦部位に押圧する支持手段と、前記無端ベルトを該
無端ベルトの走行方向に直交する方向に移動させる走査
手段と、前記無端ベルトと前記サンプルの粘着を防止す
る粘着防止剤を前記被押圧部位の上流位置に随時供給す
るための粘着防止手段と、を有することを特徴とする摩
耗試験装置である。例えば、前記走査手段は、前記無端
ベルトを該無端ベルトの走行方向に直交する方向に移動
させ、且つ、前記無端ベルトの一巡後に同一部位が前記
サンプルと接触しないように走査する。また、平坦部位
は、走行方向に向かって下がる斜面を成すように支持体
により走行可能であることが望ましい。さらに、上記構
成に加えて、前記被押圧部位の下流位置にエアーを吹き
付けるとともに摩耗カスを吸引して排出するための清掃
手段を設けてもよい。上記の摩耗試験装置は、例えば、
前記無端ベルトを走行させつつ前記サンプルを回転させ
つつ前記無端ベルトの一巡後に同一部位が前記サンプル
と接触しないように前記走査手段による走査を実行させ
つつ前記粘着防止剤を供給しつつ前記エアーの吸引を行
いつつ前記摩耗カスを吸引して排出しつつ前記サンプル
を前記無端ベルトに押圧するように動作する。請求項１
３の発明は、請求項１〜請求項５、請求項８〜請求項１
１の何れかに於いて、さらに、前記無端ベルトの表面温
度を検出する温度検出手段と、前記支持体を加熱及び冷
却するための加熱冷却手段と、前記温度検出手段により
検出される温度が目標温度となるように前記加熱冷却手
段を制御する温度制御手段と、を有することを特徴とす
る摩耗試験装置である。

【０００８】請求項６の発明は、請求項１〜請求項４の
何れかに於いて、前記無端ベルトの走行方向と、前記サ
ンプルの回転面とが成す角度を設定するための角度設定
手段、を有することを特徴とする摩耗試験装置である。
請求項７の発明は、サンプルを摩耗相手材に押圧して相
対移動させることにより摩耗させる摩耗試験装置であっ
て、サンプルに加わるせん断力を検出する力検出手段
と、実使用時にサンプルの対象物に加わるせん断力の頻
度分布あるいは平均値を保持する記憶手段と、サンプル
に加わるせん断力の頻度分布あるいは平均値が前記記憶
手段に保持されている頻度分布あるいは平均値に合致す
るように、サンプルと摩耗相手材の相対移動速度、及び
相対移動方向とサンプル回転面との成す角度、を制御す
る制御手段と、を有することを特徴とする摩耗試験装置
である。請求項８の発明は、サンプルを摩耗相手材に押
圧して相対移動させることにより摩耗させる摩耗試験装
置であって、支持体により走行可能に支持された摩耗相
手材としての無端ベルトと、前記無端ベルトを走行させ
るための第１駆動手段と、回転可能な支持軸によりサン
プルを一体に支持して前記無端ベルトの平坦部位に押圧
する支持手段と、前記支持軸を回転させるための第２駆
動手段と、前記支持軸のトルクを検出するトルク検出手
段と、実使用時にサンプルの対象物に加わる対象物移動
方向の力であるせん断力の頻度分布あるいは平均値を保
持する記憶手段と、前記支持軸に加わるトルクの頻度分
布あるいは平均値が前記記憶手段に保持されているせん
断力の頻度分布あるいは平均値に合致するように、前記
第１駆動手段及び第２駆動手段を制御する制御手段と、
を有することを特徴とする摩耗試験装置である。請求項
９の発明は、サンプルを摩耗相手材に押圧して相対移動
させることにより摩耗させる摩耗試験装置であって、支
持体により走行可能に支持された摩耗相手材としての無
端ベルトと、前記無端ベルトを走行させるための第１駆
動手段と、回転可能な支持軸によりサンプルを一体に支
持して前記無端ベルトの平坦部位に押圧する支持手段
と、前記支持軸を回転させるための第２駆動手段と、前
記支持軸のトルクを検出するトルク検出手段と、前記第
１駆動手段及び第２駆動手段を制御して種々の相対移動
速度における前記支持軸のトルクを求めるデータ測定手
段と、を有することを特徴とする摩耗試験装置である。
請求項１０の発明は、請求項９に於いて、サンプルと摩
耗相手材が、タイヤと濡れた路面、タイヤと乾いた路
面、又はタイヤと凍結した路面をシュミレートして選択
される、ことを特徴とする摩耗試験装置である。請求項
１１の発明は、サンプルを摩耗相手材に押圧して相対移
動させることにより摩耗させる摩耗試験装置であって、
支持体により走行可能に支持された摩耗相手材としての
無端ベルトと、回転可能な支持軸によりサンプルを一体
に支持して前記無端ベルトの平坦部位に押圧する支持手
段と、前記無端ベルトの走行方向と前記サンプルの回転
面との成す角度を設定するための角度設定手段と、サン
プルに加わるサンプル回転面に直交し且つ前記無端ベル
トの走行面内に含まれる方向の力を検出する横力検出手
段と、実使用時にサンプルの対象物に加わる対象物移動
方向に直交する方向の力である横力の頻度分布あるいは
平均値を保持する記憶手段と、前記横力検出手段により
検出される横力の頻度分布あるいは平均値が前記記憶手
段に保持されている横力の頻度分布あるいは平均値に合
致するように、前記角度設定手段により設定される角度
を調整する制御手段と、を有することを特徴とする摩耗
試験装置である。

【０００９】

【発明の実施の形態】図１は実施の形態の摩耗試験装置
の構成を示す模式図、図２は図１の装置の制御部１０の
信号の入出力を示すブロック図、図３は図１の装置の駆
動制御系を示すブロック図、図４は図１の装置によりピ
ーク摩擦係数に対応するスリップ率やスリップ率に対す
る前後力の特性曲線を求める構成を示すブロック図、図
５は図１の装置の走査系の動作を示す説明図である。ま
た、図６（ａ）はランボーン摩耗試験機と図１の摩耗試
験装置と実走行の試験条件を示す説明図、図６（ｂ）は
タイヤが路面から受けるせん断力（スリップ率）の頻度
分布の一例を示す説明図、図７（ａ）は図６（ａ）の試
験条件での試験結果の説明図、図７（ｂ）はスリップ率
に対する前後力の特性曲線の一例を２種類のテストピー
スについて示す特性図である。図示の装置はメモリ１２
（図２〜４）を有し、該メモリ１２には、スリップ率の
頻度分布データ、前後力の頻度分布データ、スリップ角
の頻度分布データ、横力の頻度分布データが記憶されて
いる。前後力と横力の各頻度分布データは、実車に搭載
した加速度センサにより実車に加わる前後力及び横力を
測定して得たものである。スリップ率の頻度分布データ
は、測定した前後力分布を与えるスリップ率分布を各タ
イヤトレッド毎に求めたものである。また、スリップ角
の頻度分布データは、測定した横力分布を与えるスリッ
プ角分布を各タイヤトレッド毎に求めたものである。ま
た、これらの頻度分布に加えて、実車の走行開始から走
行終了までの時系列のデータ（前後力データ，横力デー
タ）を有する。図示の装置は、駆動ドラム２５ａ及び従
動ドラム２５ｂの２本のドラムにより走行可能に支持さ
れた摩耗相手材であるレジンベルト２６と、レジンベル
ト２６を走行させるために駆動ドラム２５ａを回転駆動
する駆動モータ２３と、円盤状のサンプル２７を一体に
支持する支持軸２７０と、支持軸２７０を回転駆動する
駆動モータ２１とを有する。また、支持軸２７０に支持
されたサンプル２７の周面をレジンベルト２６の平坦部
位に押圧するための手段を有する。即ち、支持軸２７０
を支持する支持機構３６を有し、該支持機構３６を駆動
モータ３５によってレジンベルト２６の平坦部位に押圧
する機構を有する。さらに、その荷重を検出する歪みゲ
ージ式ロードセル６３ｓ（図２，４）を有する。制御部
１０は、メモリ１２から読み出されるスリップ率データ
が指示するスリップ率になるように、レジンベルト用駆
動モータ２３とサンプル回転用駆動モータ２１とをフィ
ードバック制御するとともに、サンプル２７をレジンベ
ルト２６に押圧する押圧力を駆動モータ３５により調整
する。即ち、メモリ１２から読み出されるスリップ率デ
ータが、スリップ率検出手段２２ｓ（図２〜４）の検出
結果に近づくように、制御部１０の駆動制御機能１３に
より、駆動モータ２３と駆動モータ２１とをフィードバ
ック制御し、さらに、駆動モータ３５を調整する。スリ
ップ率検出手段２２ｓ（図２〜４）は、例えば、駆動モ
ータ２３と駆動モータ２１の各出力軸の回転を検出する
センサを用いて構成できるが、他の公知の検出方式を採
用してもよい。

【００１０】メモリ１２に格納されている前後力の頻度
分布データは、溝パターンや支持構造が所定の構造を成
すタイヤを実車に装着し、所定の道路（街中／郊外／街
中と郊外の混在／高速道路／レース場／雪道／アイスバ
ーン等）で、且つ、所定の態様（通常の運転／非常時の
運転／上手な運転／下手な運転／おとなしい運転／乱暴
な運転等）で走行したときの前後力を加速度センサで実
測して求めたデータである。また、スリップ率の頻度分
布データは、上記各種環境での各種運転態様での前後力
の各測定結果に基づいて、各前後力の頻度分布を与える
スリップ率の頻度分布を、タイヤトレッドの種類毎にそ
れぞれ求めたデータである。これらの頻度分布データは
予めメモリに記憶されていてもよく、新規の測定結果に
基づいて作成したデータを公知の入力手段を用いて本摩
耗試験装置に読み込ませて記憶させるように構成しても
よい。前後力の頻度分布は、通常はガウス分布に近似し
た分布を成す。また、前後力の頻度分布に基づいて求め
たスリップ率の頻度分布も、図６（ｂ）に示すようにガ
ウス分布に近似した分布を成す。なお、頻度分布のカー
ブが急峻であるか否か等は、運転態様種別やタイヤトレ
ッドの種別毎にそれぞれ異なる。前記の各種環境の中
で、何れの環境の前後力の実測結果を試験用のスリップ
率データ（指標データ）の基礎として用いるかは、当該
サンプルが想定しているタイヤの用途や使用環境等に応
じて適宜に選択される。上記は、前後力の頻度分布とス
リップ率の頻度分布に関するものであるが、横力の頻度
分布とスリップ角の頻度分布についても同様である。

【００１１】本摩耗試験装置により摩擦係数μのピーク
値を与えるスリップ率を各テストピース毎に求める場合
には、ピーク摩擦係数を与えると予想されるスリップ率
付近のスリップ率データが特に多く読み出されるように
各テストピース毎にデータを構成しておくと、より精度
の高い演算を行うことができる。この演算は、制御部１
０の演算機能１６によって行われる。本摩耗試験装置で
は、支持軸２７０の支持機構３６を駆動モータ３５によ
ってレジンベルト２６の平坦部位に押圧してその荷重を
歪みゲージ式ロードセル６３ｓによって検出する。ま
た、支持軸２７０に加わるトルクをトルクセンサ（磁気
式位相差方式トルク変換器）６１ｓによって検出する。
種々のスリップ率での摩擦係数μをこれらの検出結果に
基づいて求め、求めた種々のスリップ率での摩擦係数μ
に基づいて、摩擦係数のピーク値を与えるスリップ率を
各テストピース毎に求める。また、求めた所定のスリッ
プ率（摩擦係数μが一定値（この場合はピーク値）とな
るスリップ率）に於ける各テストピース毎の摩耗度合い
を試験することができる。換言すれば、或る所定の前後
力を与えるスリップ率に於ける摩耗度合いを各テストピ
ース毎に試験することができる。上記のようにして求め
た摩擦係数μのピーク値を与えるスリップ率は、例え
ば、当該サンプルと同じ材料を用いたタイヤを装着した
実車のＡＢＳ装置の制御に用いることができる。

【００１２】本摩耗試験装置は、図５（ｂ）に示すよう
に、実線位置にあるレジンベルト２６を、ベルト走行方
向に直交する方向へ一定速度で移動させて二点鎖線位置
まで到達させた後、原位置へ復帰させるための機構を有
する。これによりサンプル２７に対してレジンベルト２
６を一定速度で相対移動させることができるため、ベル
ト一巡後に同じベルト面がサンプルに接触することを防
止でき、接触面の過度の温度上昇や摩耗カスの付着を防
止できる。この相対移動（＝走査）は、図１の紙面垂直
方向に延びるように設けたレール２９０上に摺動可能に
設けたドラム台２９を、駆動モータ３１によってレール
２９０の案内で摺動させることにより実現される。ま
た、ドラム台２９の原位置への復帰は、不図示のエアシ
リンダを用いて行われる。駆動モータ３１とエアシリン
ダの駆動制御は、制御部１０の駆動制御機能１３（図
３，４）により行われる。また、本摩耗試験装置は、温
度制御機能を有する。この機能は、レジンベルト２６の
表面温度を温度センサ４２ｓで検出し、これに基づい
て、表面温度が所望値になるように、冷水・熱湯ユニッ
トから熱媒（冷水／熱湯）を駆動ドラム２５ａと従動ド
ラム２５ｂ内に循環させることで実現される。さらに、
環境温度を温度センサ４４ｓで検出して、環境温度が所
望値となるように、冷風・熱風ユニットから冷風／熱風
を図１内の一点鎖線枠で示すハウジング内へ送り込む構
成も有する。これらは、制御部１０の温度制御機能によ
って制御される。また、本摩耗試験装置は、ドライ路面
／ウェット路面／氷上路面に対応できるように、浄域の
レジンベルト温度制御機能に加えて、レジンベルト上に
散水するための散水機能を有する。散水機能と温度制御
機能を併用することで、氷上路面のシュミレートが可能
となる。また、本摩耗試験装置は、サンプル２７とレジ
ンベルト２６との粘着を防止する機能を有する。この機
能は、粘着防止剤をホッパー４５０から接触部位へ定量
づつ供給するとともに、レジンベルト２６の表面に残留
している摩耗カスを清掃ブラシ４９０によって除去し、
さらに、図１内の一点鎖線枠で示すハウジング内から不
図示の吸引装置によって粉塵を吸引してハウジング外部
へ排出することで実現される。上記の接触部位へ供給し
た粘着防止剤を摩耗カスとともにレジンベルト２６の表
面から除去し易くするために、レジンベルト２６は、図
５（ａ）に示すように、粘着防止剤を効率良く供給でき
るように平坦部位が傾斜を成すように設けられており、
サンプル２７には、この平坦部位に対して垂直方向から
の荷重が前述のように印加されている。清掃ブラシ４９
０の回転、ホッパー４５０からの粘着防止剤の送り出
し、粉塵の吸引は、それぞれ対応するモータを制御部１
０の駆動制御機能１３により駆動制御することで実現さ
れる。

【００１３】また、本摩耗試験装置は、トーイン角度の
設定機能と、横力が一定になるようにトーイン角度を調
整する機能と、トーイン角度の検出機能とを備えてい
る。ここで、トーイン角度と横力について簡単に説明す
る。自動車が直進走行している場合であっても、タイヤ
は、タイヤ構造自体から生ずるプライステアフォース等
の横（進行方向に垂直な）方向の力を受けながら回転し
ている。この横方向の力は定常的ではなく、直進性を悪
化させる要因となる。このため、タイヤには進行方向に
対して僅かな角度がつけられており、これをトー角と呼
ぶ。トーイン角とはタイヤ中心より前側が狭くなる方向
（左タイヤでは時計方向、右タイヤでは反時計方向）に
設定される場合を指し、トーアウト角とは逆方向を指
す。また、上述の横方向の力を総称して横力という。自
動車がカーブを曲がる場合、車輪に角度をつけて旋回す
るのではなく、角度をつけることで発生する横力が向心
力となり、これが遠心力と釣り合うことで旋回する。横
力は、タイヤの切れ角（スリップ角）が大きくなるにつ
れて増加する傾向にあるが、同じ角度をつけたタイヤで
あっても、タイヤの種類によって発生する横力に差異が
生ずる。例えば、トー角度が同じ場合で比較すると、或
るハイグリップ偏平タイヤは、或るノーマルタイヤより
も横力は大きい。つまり、同じ半径の弧を描いてカーブ
を曲がる場合、ノーマルタイヤよりもハイグリップ偏平
タイヤの方が、小さなスリップ角で旋回することができ
る。したがって、トー角を同じにして摩耗試験を行う
と、ハイグリップ偏平タイヤの方がより大きな横力を受
けて滑り部分が多くなる結果、摩耗量が大きくなること
になる。しかるに、実走テストでは、同じ回転半径を持
つ路面で摩耗試験が行われる。つまり、横力が一定とな
る条件で試験が行なわれる。したがって、サンプルで摩
耗試験を行う場合には、そのサンプルが想定しているタ
イヤの使用環境によっては、横力を一定にして試験を行
う方が、より、実走行に近い結果を得られることにな
る。そのためには、横力を測定する手段が必要である
が、これは、例えば、（１）円形の荷重検出用セルをサ
ンプル固定用ロックナット部に嵌め込み、スリップリン
グを介在してデータを検出し、印加横力に対して生ずる
歪みのキャリブレーション曲線から横力を決定する方
法、（２）荷重印加用サンプル支持体の先端部分を横力
がかかると僅かに水平方向に歪みが発生するような材質
に変更し、歪みゲージによって水平方向の変形量を測定
し、前もって測定した印加横力に対して生ずる歪みのキ
ャリブレーション曲線から横力を決定する方法、が考え
られる。本摩耗試験装置では、このようにして測定され
る横力が一定になるようにトーイン角を設定し、さらに
必要に応じて調整して、上述の測定を行うことができ
る。ここで、トーイン角度の設定及び調整は、サンプル
２７を支持する支持軸２７０をレジンベルト２６に向け
て押圧している回転軸２７１を取手２７２を持って手操
作（駆動モータ等による機械操作でもよい）で回転させ
ることによって行う。また、トーイン角度の検出は、回
転軸２７１に近接して設けたセンサ７１ｓによって行
う。本試験装置は、さらに、前述の各設定値を、センサ
の検出結果をフィードバックするのではなく、操作盤５
０から入力した値に自由に設定して試験するための機能
をも備えている。

【００１４】図７（ａ）に、実車に装着したタイヤ（Ａ
社、Ｂ社、Ｃ社製）の実走行での摩耗試験結果と、各タ
イヤのタイヤトレッドに使用されている各コンパウンド
の成分をサンプルとして本摩耗試験装置と従来の摩耗試
験機であるランボーン摩耗試験機とを用いてそれぞれ行
った摩耗試験結果を、摩耗条件及び印加荷重とともに示
し、図６（ａ）に、図７（ａ）の試験結果に対応する試
験条件を示す。また、図６（ｂ）に実車に搭載した加速
度計で測定した前後力に基づいて求めたスリップ率の累
積時間分布（頻度分布）を示す。なお、前後力の頻度分
布も略同様の特性を示す。また、図７（ｂ）に、上記Ａ
社製及びＣ社製のタイヤトレッドに使用されている各コ
ンパウンドの成分をサンプルとして本摩耗試験装置を用
いてスリップ率に対するトルクを求めた結果を示す。図
６（ｂ）に示す累積時間分布が、ワイブル、ポアソン、
ガウス分布で表現されるような分布であることから、本
摩耗試験装置では、ガウス分布を用い、その形状を決定
する２個のパラメータと分布曲線を不連続近似する際の
分割数ｎ及びトーイン角（０．２°）の４個の値の組み
合わせで決まる走行モードから選んだモードで試験を行
った。図７（ａ）（ｂ）に示す試験結果はその一例であ
る。なお、ここでは実施しなかったが、トーイン角を一
定にする代わりに横力値が或る所望の一定値となるよう
にトーイン角を設定して測定することも可能である。ま
た、前後力が或る所望の一定値となるようにスリップ率
を設定して測定することも可能である。図７（ａ）に示
す結果は、Ａ社を基準として、数値が大きいほど耐摩耗
特性に優れていることを示す。スリップ率を６０％で一
定とした場合は、実走行と結果が異なるが、スリップ率
に変化をつけることによって前後力が或る所望の一定値
になるようにすると、実施例装置による試験結果を実走
行に一致させ得ることがわかる。図７（ｂ）は、駆動時
及び制動時のトルクのスリップ率依存曲線を示す。図示
のように、Ａ社、Ｃ社とも、摩擦係数のピーク値と該ピ
ーク値を与えるスリップ率が明確にわかる。また、スリ
ップ率依存性曲線からＣ社の方がスリップ率依存性が小
さく、安定な制動性を得られることがわかる。このよう
に本摩耗試験装置によると、摩擦係数のピーク値と相関
関係があるトルク（前後力）ピーク値を求めることがで
きるとともに、摩擦係数のスリップ率依存性も求めるこ
とができる。即ち、ＡＢＳシステム用のデータを得るこ
とができる。なお、スリップ率の定義は公知の定義が種
々あるが、ここでは、その中から、 『スリップ率＝〔（Ｖｄ−Ｖｓ）／Ｖｄ〕×１００』 を用いた。ここで、Ｖｄは摩耗面速度（実車では走行速
度）、Ｖｓはサンプル周速度（実車ではタイヤ周速度）
である。なお、スリップ率に代えて、スリップ速度（Ｖ
ｄ−Ｖｓ）を用いてもよい。その場合は、実走行の過酷
度を考慮した、さらに実走行に近似したデータを得るこ
とができる。これは、摩耗量が摩耗エネルギーに比例
し、摩耗エネルギーが「スリップ速度×走行時間」で表
せるためである。つまり、或る領域では、摩耗相手材
（又は路面）とサンプル（又はタイヤ）との速度差の方
が、摩耗量に対して効いてくるためである。

【００１５】

【発明の効果】本発明の摩耗試験装置では、サンプルと
無端ベルトとのスリップ率が、メモリに記憶されている
スリップ率データ、即ち、実走行に於ける各種のタイヤ
と路面とのスリップ率の変動に対応するスリップ率（実
使用時に加わる力に対応するスリップ率）になるように
各テストピース毎に制御されるため、実車搭載時を良好
にシュミレートすることができる。また、本発明の摩耗
試験装置では、上記メモリに記憶されるスリップ率デー
タが、所定のモデル走行に於ける所定構成のタイヤのス
リップ率もしくは加わる力の実測結果に基づいて決めら
れたデータであるため、実車搭載時の使用態様を良好に
シュミレートすることができる。また、本発明の摩耗試
験装置では、サンプルと無端ベルトとの摩擦係数に関連
する物理量を検出して、該検出した物理量に基づいて摩
擦係数のスリップ率の依存性を求めることができる。即
ち、摩擦係数μのピーク値やピーク値を与えるスリップ
率を各候補材料について求めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態の摩耗試験装置の構成を示す模式
図。

【図２】図１の装置の制御系の信号の入出力を示すブロ
ック図。

【図３】図１の装置の駆動制御系を示すブロック図。

【図４】図１の装置によりピーク摩擦係数に対応するス
リップ率を求める際の構成を示すブロック図。

【図５】図１の装置の走査系の動作を示す説明図。

【図６】（ａ）は図７（ａ）の試験結果に対応する試験
条件を示す説明図、（ｂ）は実車に搭載した加速度計で
測定した前後力に基づいて求めたタイヤが路面から受け
るせん断力（スリップ）率の累積時間分布（頻度分布）
を示す特性図。

【図７】（ａ）は実車に装着したタイヤ（Ａ社、Ｂ社、
Ｃ社製）の実走行での摩耗試験結果と、各タイヤのタイ
ヤトレッドに使用されている各コンパウンドの成分をサ
ンプルとして本摩耗試験装置と従来の摩耗試験機である
ランボーン摩耗試験機とを用いてそれぞれ行った摩耗試
験結果を、摩耗条件及び印加荷重とともに示す説明図、
（ｂ）は、Ａ社製及びＣ社製のタイヤトレッドに使用さ
れている各コンパウンドの成分をサンプルとして本摩耗
試験装置を用いてスリップ率に対するトルクを求めた結
果を示す特性図。

【符号の説明】

１０ 制御部 １２ メモリ ２１ サンプル支持軸駆動モータ ２３ ドラム駆動モータ ２５ａ 駆動ドラム ２５ｂ 従動ドラム ２６ レジンベルト ２７ サンプル ２９ ドラム台 ３１ ドラム台駆動モータ ４２ｓ 表面温度センサ ４４ｓ 環境温度センサ ６１ｓ トルクセンサ ４５０ 粘着防止剤ホッパー

フロントページの続き (72)発明者 古田 勲 東京都中央区築地二丁目11番24号 ジェイ エスアール株式会社内 (72)発明者 堤 文雄 東京都中央区築地二丁目11番24号 ジェイ エスアール株式会社内

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 サンプルを摩耗相手材に押圧して相対移
   動させることにより摩耗させる摩耗試験装置であって、 実際の使用に於けるスリップ率に関連する物理量の変動
   に対応する時系列のスリップ率データを保持する記憶手
   段と、 支持体により走行可能に支持された摩耗相手材としての
   無端ベルトと、 前記無端ベルトを走行させるための第１駆動手段と、 回転可能な支持軸によりサンプルを一体に支持して前記
   無端ベルトの平坦部位に押圧する支持手段と、 前記支持軸を回転させるための第２駆動手段と、 前記サンプルと前記無端ベルトとのスリップ率に関連す
   る物理量が前記記憶手段から時系列に読み出されるスリ
   ップ率データで与えられる値になるように前記第１駆動
   手段及び前記第２駆動手段を制御する駆動制御手段と、 を有することを特徴とする摩耗試験装置。
2. 【請求項２】 請求項１に於いて、前記時系列のスリッ
   プ率データは、測定スリップ率の分割数と間隔を指定す
   ることで決まる複数のスリップ率の個々に対応して実使
   用条件から得られた累積時間を割り当てることにより得
   られたデータ、又は、予め与えられているスリップ率に
   対する累積時間の分布関数に対してスリップ率の分割数
   と間隔を指定してそれぞれのスリップ率に分布関数から
   読み取った累積時間を割り当てることにより得られたデ
   ータ、の何れかである、 ことを特徴とする摩耗試験装置。
3. 【請求項３】 サンプルを摩耗相手材に押圧して相対移
   動させることにより摩耗させる摩耗試験装置であって、 スリップ率に関連するデータを保持する記憶手段と、 支持体により走行可能に支持された摩耗相手材としての
   無端ベルトと、 前記無端ベルトを走行させるための第１駆動手段と、 回転可能な支持軸によりサンプルを一体に支持して前記
   無端ベルトの平坦部位に押圧する支持手段と、 前記支持軸を回転させるための第２駆動手段と、 前記サンプルと前記無端ベルトとのスリップ率に関連す
   る物理量が前記記憶手段から読み出されるスリップ率デ
   ータで与えられる値になるように前記第１駆動手段及び
   前記第２駆動手段を制御する駆動制御手段と、 前記サンプルと前記無端ベルトとの摩擦係数に関連する
   物理量を検出する摩擦係数検出手段と、 前記摩擦係数検出手段により検出される物理量に基づい
   て摩擦係数のピーク及び／又はピークに対応するスリッ
   プ率に関連する値を算出する演算手段と、 を有することを特徴とする摩耗試験装置。
4. 【請求項４】 請求項３に於いて、 前記摩擦係数検出手段は、前記支持軸のトルクを検出す
   るトルク検出手段、及び、前記サンプルを前記無端ベル
   トに押圧している荷重を検出する荷重検出手段を有す
   る、 ことを特徴とする摩耗試験装置。
5. 【請求項５】 サンプルを摩耗相手材に押圧して相対移
   動させることにより摩耗させる摩耗試験装置であって、 平坦部位が支持体により走行可能に支持された摩耗相手
   材としての無端ベルトと、 回転可能な支持軸によりサンプルを一体に支持して前記
   無端ベルトの平坦部位に押圧する支持手段と、 前記無端ベルトを該無端ベルトの走行方向に直交する方
   向に移動させるる走査手段と、 前記無端ベルトと前記サンプルの粘着を防止する粘着防
   止剤を前記被押圧部位の上流位置に随時供給するための
   粘着防止手段と、 を有することを特徴とする摩耗試験装置。
6. 【請求項６】 請求項１〜請求項４の何れかに於いて、 前記無端ベルトの走行方向と、前記サンプルの回転面と
   が成す角度を設定するための角度設定手段、 を有することを特徴とする摩耗試験装置。
7. 【請求項７】 サンプルを摩耗相手材に押圧して相対移
   動させることにより摩耗させる摩耗試験装置であって、 サンプルに加わるせん断力を検出する力検出手段と、 実使用時にサンプルの対象物に加わるせん断力の頻度分
   布あるいは平均値を保持する記憶手段と、 サンプルに加わるせん断力の頻度分布あるいは平均値が
   前記記憶手段に保持されている頻度分布あるいは平均値
   に合致するように、サンプルと摩耗相手材の相対移動速
   度、及び相対移動方向とサンプル回転面との成す角度、
   を制御する制御手段と、 を有することを特徴とする摩耗試験装置。
8. 【請求項８】 サンプルを摩耗相手材に押圧して相対移
   動させることにより摩耗させる摩耗試験装置であって、 支持体により走行可能に支持された摩耗相手材としての
   無端ベルトと、 前記無端ベルトを走行させるための第１駆動手段と、 回転可能な支持軸によりサンプルを一体に支持して前記
   無端ベルトの平坦部位に押圧する支持手段と、 前記支持軸を回転させるための第２駆動手段と、 前記支持軸のトルクを検出するトルク検出手段と、 実使用時にサンプルの対象物に加わる対象物移動方向の
   力であるせん断力の頻度分布あるいは平均値を保持する
   記憶手段と、 前記支持軸に加わるトルクの頻度分布あるいは平均値が
   前記記憶手段に保持されているせん断力の頻度分布ある
   いは平均値に合致するように、前記第１駆動手段及び第
   ２駆動手段を制御する制御手段と、 を有することを特徴とする摩耗試験装置。
9. 【請求項９】 サンプルを摩耗相手材に押圧して相対移
   動させることにより摩耗させる摩耗試験装置であって、 支持体により走行可能に支持された摩耗相手材としての
   無端ベルトと、 前記無端ベルトを走行させるための第１駆動手段と、 回転可能な支持軸によりサンプルを一体に支持して前記
   無端ベルトの平坦部位に押圧する支持手段と、 前記支持軸を回転させるための第２駆動手段と、 前記支持軸のトルクを検出するトルク検出手段と、 前記第１駆動手段及び第２駆動手段を制御して種々の相
   対移動速度における前記支持軸のトルクを求めるデータ
   測定手段と、 を有することを特徴とする摩耗試験装置。
10. 【請求項１０】 請求項９に於いて、 サンプルと摩耗相手材が、タイヤと濡れた路面、タイヤ
    と乾いた路面、又はタイヤと凍結した路面をシュミレー
    トして選択される、ことを特徴とする摩耗試験装置。
11. 【請求項１１】 サンプルを摩耗相手材に押圧して相対
    移動させることにより摩耗させる摩耗試験装置であっ
    て、 支持体により走行可能に支持された摩耗相手材としての
    無端ベルトと、 回転可能な支持軸によりサンプルを一体に支持して前記
    無端ベルトの平坦部位に押圧する支持手段と、 前記無端ベルトの走行方向と前記サンプルの回転面との
    成す角度を設定するための角度設定手段と、 サンプルに加わるサンプル回転面に直交し且つ前記無端
    ベルトの走行面内に含まれる方向の力を検出する横力検
    出手段と、 実使用時にサンプルの対象物に加わる対象物移動方向に
    直交する方向の力である横力の頻度分布あるいは平均値
    を保持する記憶手段と、 前記横力検出手段により検出される横力の頻度分布ある
    いは平均値が前記記憶手段に保持されている横力の頻度
    分布あるいは平均値に合致するように、前記角度設定手
    段により設定される角度を調整する制御手段と、 を有することを特徴とする摩耗試験装置。
12. 【請求項１２】 請求項１〜請求項４、請求項８〜請求
    項１１の何れかに於いて、 さらに、前記無端ベルト又は前記サンプルを前記無端ベ
    ルトの走行方向に直交する方向に往復移動させるための
    走査手段を有し、 前記駆動制御手段は、前記無端ベルトの一巡後に同一部
    位が前記サンプルと接触しないように前記走査手段の駆
    動を制御する、 ことを特徴とする摩耗試験装置。
13. 【請求項１３】 請求項１〜請求項５、請求項８〜請求
    項１１の何れかに於いて、さらに、 前記無端ベルトの表面温度を検出する温度検出手段と、 前記支持体を加熱及び冷却するための加熱冷却手段と、 前記温度検出手段により検出される温度が目標温度とな
    るように前記加熱冷却手段を制御する温度制御手段と、 を有することを特徴とする摩耗試験装置である。