JP2004257891A - 雪特性測定装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】雪の圧縮特性を、剪断特性とは分離して簡便にかつ高精度で測定できる。
【解決手段】基台2に、サンプリングされた雪を収納しうる直筒状のサンプル容器6と、サンプル容器6の内腔と摺動しうるピストン7を荷重付加具20で押し下げることにより雪を圧縮させる押し具8と、前記押し具8の押し下げの距離を測定する距離測定器10とからなる雪の圧縮特性測定手段3を設けた。
【選択図】 図1
【解決手段】基台2に、サンプリングされた雪を収納しうる直筒状のサンプル容器6と、サンプル容器6の内腔と摺動しうるピストン7を荷重付加具20で押し下げることにより雪を圧縮させる押し具8と、前記押し具8の押し下げの距離を測定する距離測定器10とからなる雪の圧縮特性測定手段3を設けた。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、雪を圧縮させたときの圧縮力と体積変化とを計測して雪の圧縮特性を測定する雪特性測定装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
例えばスノータイヤ、スタッドレスタイヤなどの冬用タイヤの雪上走行性能は、雪質に依存してその性能が大きく影響される。従って、冬用タイヤの研究開発においてタイヤの雪上走行性能を正確に評価する場合、雪質を如何に的確に捉えて数値化するかが重要となる。
【0003】
従来、この雪質を数値化するものとして、スミサスCTIスノーコンパクションゲージ(SMITHERS’ CTI SNOW COMPACTION GAUG、以下CTIゲージという)が広く用いられている。
【0004】
このCTIゲージは、試験タイヤが通った氷雪路上に、図5に示すように、先端部を円錐状とした六角柱片からなる重さ220±1gの金属製の測定片aを、高さ218.95±0.25mm(8.62±0.01インチ)から落下させ、測定片aが氷雪路面bから雪内に沈み込んだ深さcをコンパクション値に換算して求めるものであり、例えば乾いた氷のコンパクション値は93〜98,ハードパック雪(圧雪)では84〜93、ミディムパック雪では70〜84,ソフトパック雪(新雪)では50〜70となっている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、CTIゲージは前述のように、円錐状の測定片aを落下させてなる衝撃的な沈込み量によるものであるため、雪上走行性能に関係する雪の「圧縮特性」と「剪断特性」との双方が組み合わされた複合値として表される。従って、例えばCTIゲージの値が同じでも雪質が相違する場合が生じるなど、雪質を的確に数値化しているとは言い難く、近年、タイヤの雪上走行性能をより正確に評価するために、雪の「圧縮特性」と「剪断特性」とを分離して簡便に測定しうる測定装置の出現が望まれている。
【0006】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、雪の「圧縮特性」を「剪断特性」とは分離して簡便にかつ高精度で測定できるなど、タイヤの雪上走行性能をより正確に評価することが可能となり、冬用タイヤの研究開発に大きく貢献しうる雪特性測定装置の提供を目的としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、請求項1の発明は、雪を圧縮させたときの圧縮力と体積変化とを計測して雪の圧縮特性を測定する雪特性測定装置であって、
基台に、
サンプリングされた雪を収納しうる直筒状のサンプル容器と、
前記サンプル容器の内腔と摺動しうるピストンを具え、かつ該ピストンを荷重付加具により押し下げることにより前記内腔の雪を圧縮させる押し具と、
前記ピストンの押し下げの距離を測定する距離測定器とからなる雪の圧縮特性測定手段を設けるとともに、
前記サンプル容器は、その下端に、雪に含まれる空気及び水を排出する小径な排出口を設けたことを特徴としている。
【0008】
又請求項2の発明では、前記荷重付加具は、圧縮空気供給源から圧力調整器を介して供給される圧縮空気が使用されることを特徴としている。
【0009】
又請求項3の発明では、前記圧縮空気供給源は、携行式の圧縮空気収納ボンベであることを特徴としている。
【0010】
又請求項4の発明では、前記押し具は、前記ピストンを上向きに付勢するバネ手段を具えることを特徴としている。
【0011】
又請求項5の発明では、前記排出口は、この排出口から排出される空気及び水の体積を測定する空気・水測定器が接続されることを特徴としている。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の一形態を、図示例とともに説明する。図1は本発明の雪特性測定装置を示す正面図、図2はその一部を拡大して示す断面図である。
【0013】
図1、2において、本実施形態の雪特性測定装置1は、基台2に、雪の圧縮特性測定手段3を設けることにより構成され、これによって、雪の圧縮特性を剪断特性とは分離して測定する。
【0014】
前記基台2は、例えば四隅に設ける脚部5によって高さ調整自在に水平支持される板状の基台部2Aと、この基台部2A上に立設される支柱部2Bとを具え、測定現場における屋外での装置の据え付けを可能としている。なお本例では、前記支柱部2Bが、基台部2Aから立ち上がる一対の側の枠板30と、この側の枠板30、30間に架け渡される上下の枠板31U、31Lとで枠組みされた場合を例示しているが、例えば側の枠板30に代えて複数本(例えば4本)の支柱を用いうるなど種々の構造が採用できる。
【0015】
又前記圧縮特性測定手段3は、サンプリングされた雪Wを収納しうる直筒状のサンプル容器6と、このサンプル容器6の内腔と摺動しうるピストン7を有しかつ該ピストン7を押し下げることにより前記内腔内の雪Wを圧縮させる押し具8と、前記ピストン7の押し下げの距離を測定する距離測定器10とから構成される。
【0016】
前記サンプル容器6は、注射器状をなし、図2に示すように、サンプリングされた雪Wを収納する直円筒状の胴部6Aと、その下端を閉じる底部6Bとを一体に具えるとともに、前記底部6Bには、収納した雪Wに含まれる空気及び水を外部に排出する小径な排出口11Aを有するノズル部11を突設している。なお前記サンプル容器6は、内部の雪Wの圧縮状態を透視可能とするために、透明な材料、例えばガラス、又はアクリル樹脂、ポリカーボネ−ト樹脂等のプラスチックで形成している。
【0017】
又前記サンプル容器6は、前記基台2に、支持手段14を介して垂直にかつ着脱自在に支持される。
【0018】
前記支持手段14は、本例では、前記下の枠板31Lに穿設される支持孔15を含み、前記サンプル容器6は、その胴部6Aが前記支持孔15を挿通するとともに、該胴部6A上端のフランジ部分6A1が前記支持孔15に抜け止め状に係止される。従って、サンプル容器6は、吊下げ状態で垂直に支持されるとともに、支持孔15から上方に容易に取り出すことができる。なお前記基台部2Aには、サンプル容器6の前記ノズル部11を露出させる孔部16が設けられており、特に、この孔部16は、サンプル容器6下端との衝合を防ぐ目的で、前記胴部6Aよりも大径に形成するのが好ましい。
【0019】
又前記支持手段14は、本例では、前記サンプル容器6を支持状態で安定して保持する、或いは保護する目的で、前記胴部6Aを覆う外筒17を設けている。この外筒17は、前記支持孔15と同芯をなし、その上端、下端を前記下の枠板31L及び基台部2Aに固定している。
【0020】
次に、前記押し具8は、サンプル容器6の内腔と摺動しうるピストン7と、該ピストン7に荷重を付加して押し下げることにより内腔内の雪Wを圧縮させる荷重付加具20とを具え、この荷重付加具20は、付加する荷重を変化可能に構成される。
【0021】
前記ピストン7は、前記サンプル容器6の内腔面と摺動しうる例えば棒軸状のピストン本体7Aを有し、その上端には例えばフランジ状の鍔部7Bを張り出している。
【0022】
又前記荷重付加具20は、本例では、図1に示すように、エアシリンダ21を含み、その作動空気として、圧縮空気供給源22から圧力調整器23を介して供給される圧縮空気が使用され場合を例示している。なお前記エアシリンダ21は、そのロッド下端21Aを前記ピストン上端の鍔部7Bに対向させて、前記上の枠板31Uにフランジ止めされる。
【0023】
ここで、前記圧縮空気供給源22として、携行式の圧縮空気収納ボンベ(所謂エアタンク)が好適であり、特に最大圧力が1〜5000kPa(例えば約1000kPa)、かつ内容量が1〜50リッタのものが好ましく採用しうる。又前記圧力調整器23としては、精密減圧弁が使用でき、前記圧縮空気収納ボンベからの圧縮空気を、少なくとも0〜1000kPaの設定圧力範囲で自在な圧力値に調整する。なお前記エアシリンダ21と圧力調整器23との間には、空気流路を手動操作によって入切りする切替え弁25(所謂ハンドバルブ)を配し、エアシリンダ21への圧縮空気の供給と、エアシリンダ21からの排気とを切替えている。
【0024】
従って前記荷重付加具20は、圧縮空気供給源22からの高圧の圧縮空気を、圧力調整器23によって所定圧力に調整しながらエアシリンダ21に供給でき、そのロッドの伸張により前記ピストン7を押し下げうる。なおピストン7への負荷荷重は、前記圧縮空気への圧力調整によって自在にかつ容易に変化させることができ、又そのときの負荷荷重の値は、例えば圧力調整器23に付属の圧力計によって計測することができる。
【0025】
このように本例では、負荷荷重に圧縮空気を利用しているため、荷重付加具20を小型軽量かつ構造簡易に構成することができ、かつその操作性を大巾に高めることが可能となる。特に圧縮空気供給源22として携行式の圧縮空気収納ボンベを使用しているため、バッテリや発動機などの動力源を不要とし、前記利点をいっそう高めることができる。
【0026】
又前記雪Wの圧縮による体積変化は、前記押し具8の押し下げの距離を測定する距離測定器10(図1に示す)によって測定される。この距離測定器10として、本例では、サンプル容器6の外表面に形成された目盛り18からなる場合を例示しており、前記サンプル容器6が透明であることにより、雪Wの上面の位置を読み取ることが可能となる。なおこの読み取りを可能とするために、前記外筒17に切り欠き部17Aを形設する。又前記目盛り18は、ピストン7の外表面に形成しても良く、このとき、サンプル容器6から上方にはみ出すピストン7のはみ出し長さを計測することにより、押し下げ距離を得ることができる。
【0027】
又前記雪特性測定装置1においては、前記押し具8に、前記ピストン7を上向きに付勢するバネ手段26(図2に示す)を具備させることが好ましい。本例では、該バネ手段26がコイルバネからなり、前記サンプル容器6のフランジ部分6A1とピストン7の鍔部7Bとの間に介在する場合を例示している。このバネ手段26は、前記押し具8による荷重負荷を解除したとき、圧縮状態の雪W上面からピストン7を離間させうる大きさの付勢力を有する。
【0028】
ここで雪Wは、弾塑性的な性質を有し、負荷荷重を加えて圧縮させたとき、その体積は負荷荷重の上昇に伴い減少していくが、この圧縮過程で負荷荷重を解除した際には、体積は一定の比率(体積弾性率という)である程度回復する。従って、前記雪特性測定装置1は、前記バネ手段26を具えることにより、圧縮状態の雪が体積を回復させるときの障害をなくすことができ、雪の体積弾性率の測定をも行うことができる。
【0029】
なおバネ手段26を設ける場合、その付勢力を考慮して雪への実際の負荷荷重を求めることが好ましい。しかし、付勢力が負荷荷重の例えば1.0%以下と充分小さい場合には、この付勢力を無視することもできる。
【0030】
又前記雪特性測定装置1では、サンプル容器6の前記排出口11Aに、この排出口11Aから排出される空気及び水の体積を測定する空気・水測定器27を接続するのも好ましい。この空気・水測定器27として、本例では、水を収容した水槽35と、側面に目盛を設けたメスシリンダー36とからなる場合を例示しており、前記排出口11Aとメスシリンダー36とは、柔軟なホース37によって接続される。従って、雪Wを圧縮する際、この雪Wに含まれる空気を、ホース37を介してメスシリンダー36内に捕獲するとともに、その体積を前記目盛りによって測定することができる。又雪Wに含まれる水は、ホース37を介して水槽35内に貯留され、該水槽35内の水の容積増加或いは重量増加によってその体積を測定することができる。なお雪Wに含まれる水の割合により、ベタ雪の度合いが数値化でき、又空気の割合により新雪の度合いが数値化できる。
【0031】
又図3に、雪特性測定装置1の他の実施例を示す。図3において、サンプル容器6は、前記外筒17の内腔内に挿入され吊下げ状態で保持される。従って、本例では、前記外筒17が支持手段14を構成するとともに、該外筒17は、その下端が基台部2Aに固定され垂直に立設する。
【0032】
又サンプル容器6の上方には、例えばこのサンプル容器6の上端部に連結する筒状のシリンダ容器40が配される。このシリンダ容器40は、本例では、支柱部2Bの上端に配する上の枠板31Uにより支持される。又シリンダ容器40は、ピストン7を外挿するとともに、該ピストン7の鍔部7Bとの間は、例えばゴム状のパッキン材41を介して気密に保持される。又前記鍔部7Bよりも上方位置には、前記圧縮空気供給源22からの調圧された圧縮空気を流入しうるバルブ部40Aを設けている。従って、本例では、圧縮空気によってピストン7を直接押し下げており、装置1をより小型軽量に構成しうる。
【0033】
次に、本実施形態の雪特性測定装置1を用いて、雪の圧縮特性を測定する場合を説明する。
【0034】
測定対象となる雪が存在している場所(測定現場)に装置1を持ち込んで設置する。又この測定現場で、前記サンプル容器6の内径と略等しい外径を有する円柱状の雪サンプルを採取し、サンプル容器6内に収納する。このとき、雪サンプルの重量及び体積を測定し、雪サンプルの比重(重量/体積)を求めておく。
【0035】
又このサンプル容器6、及びピストン7を順次装置1にセットする。しかる後、荷重付加具20を操作し、圧縮空気供給源22からの高圧の圧縮空気を、圧力調整器23によって所定圧力に調整する。そして、切替え弁25を開き、調圧された圧縮空気をエアシリンダ21に供給することにより、そのロッドの伸張によるピストン7の押下げによって内部の雪Wを圧縮する。このとき、前記圧縮空気の圧力と、ピストン7の押下げ距離とを記録する。
【0036】
又圧力調整器23によって圧縮空気の圧力を、例えば10kPa毎にステップアップして雪Wを段階的に圧縮していき、各ステップごとにその圧力と押下げ距離とを順次記録する。
【0037】
そして、この圧力と押下げ距離との関係から、図4(A)、(B)に示す如き雪の圧縮特性をうることができる。なお同図は、北海道の異なる2位置において、雪温(−0.5℃)、気温(−9.1℃)、湿度(52.5%)の環境下で採取した雪サンプルA、Bの圧縮特性を示しており、横軸を圧縮空気の圧力、縦軸を雪サンプルの全長に対する押下げ距離の比である圧縮率(コンプレッション)として、測定結果をプロットしている。又図中の直線Lは、測定結果を回帰分析して得た回帰直線であり、この直線Lの傾きから、下記の如く、雪の圧縮特性(単位;%/kPa)を数値化することができる。
(1) 雪サンプルA
・比重:0.29g/cm3
・圧縮特性:0.1125%/kPa
(2) 雪サンプルB
・比重:0.40g/cm3
・圧縮特性:0.1892%/kPa
【0038】
なお前記装置1は、サンプル容器6の下端に、小径な排出口11Aを設けているため、空気の含有率の高い新雪状態の雪、及び水の含有率の高いベタ雪状態の雪に対しても、前記圧縮特性を高精度で数値化することができる。又ピストン7を上向きに付勢するバネ手段26を設けた場合には、雪の体積弾性率の測定にも利用することが可能となる。
【0039】
以上、本発明の特に好ましい実施形態について詳述したが、本発明は図示の実施形態に限定されることなく、種々の態様に変形して実施しうる。
【0040】
【発明の効果】
本発明は叙上の如く構成しているため、雪の圧縮特性を、剪断特性とは分離して簡便にかつ高精度で測定できる。従って、タイヤの雪上走行性能をより正確に評価することが可能となり、冬用タイヤの研究開発に大きく貢献しうる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の雪特性測定装置の一実施例を示す正面図である。
【図2】その一部を拡大して示す断面図である。
【図3】雪特性測定装置の他の実施例を示す正面図である。
【図4】(A)、(B)は、本装置によって測定した二つ雪サンプルにおける圧縮特性を示す線図である。
【図5】従来技術を説明するスミサスCTIスノーコンパクションゲージの側面図である。
【符号の説明】
1 雪特性測定装置
2 基台
3 圧縮特性測定手段
6 サンプル容器
7 ピストン
8 押し具
10 距離測定器
11A 排出口
20 荷重付加具
22 圧縮空気供給源
23 圧力調整器
26 バネ手段
27 空気・水測定器
【発明の属する技術分野】
本発明は、雪を圧縮させたときの圧縮力と体積変化とを計測して雪の圧縮特性を測定する雪特性測定装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
例えばスノータイヤ、スタッドレスタイヤなどの冬用タイヤの雪上走行性能は、雪質に依存してその性能が大きく影響される。従って、冬用タイヤの研究開発においてタイヤの雪上走行性能を正確に評価する場合、雪質を如何に的確に捉えて数値化するかが重要となる。
【0003】
従来、この雪質を数値化するものとして、スミサスCTIスノーコンパクションゲージ(SMITHERS’ CTI SNOW COMPACTION GAUG、以下CTIゲージという)が広く用いられている。
【0004】
このCTIゲージは、試験タイヤが通った氷雪路上に、図5に示すように、先端部を円錐状とした六角柱片からなる重さ220±1gの金属製の測定片aを、高さ218.95±0.25mm(8.62±0.01インチ)から落下させ、測定片aが氷雪路面bから雪内に沈み込んだ深さcをコンパクション値に換算して求めるものであり、例えば乾いた氷のコンパクション値は93〜98,ハードパック雪(圧雪)では84〜93、ミディムパック雪では70〜84,ソフトパック雪(新雪)では50〜70となっている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、CTIゲージは前述のように、円錐状の測定片aを落下させてなる衝撃的な沈込み量によるものであるため、雪上走行性能に関係する雪の「圧縮特性」と「剪断特性」との双方が組み合わされた複合値として表される。従って、例えばCTIゲージの値が同じでも雪質が相違する場合が生じるなど、雪質を的確に数値化しているとは言い難く、近年、タイヤの雪上走行性能をより正確に評価するために、雪の「圧縮特性」と「剪断特性」とを分離して簡便に測定しうる測定装置の出現が望まれている。
【0006】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、雪の「圧縮特性」を「剪断特性」とは分離して簡便にかつ高精度で測定できるなど、タイヤの雪上走行性能をより正確に評価することが可能となり、冬用タイヤの研究開発に大きく貢献しうる雪特性測定装置の提供を目的としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、請求項1の発明は、雪を圧縮させたときの圧縮力と体積変化とを計測して雪の圧縮特性を測定する雪特性測定装置であって、
基台に、
サンプリングされた雪を収納しうる直筒状のサンプル容器と、
前記サンプル容器の内腔と摺動しうるピストンを具え、かつ該ピストンを荷重付加具により押し下げることにより前記内腔の雪を圧縮させる押し具と、
前記ピストンの押し下げの距離を測定する距離測定器とからなる雪の圧縮特性測定手段を設けるとともに、
前記サンプル容器は、その下端に、雪に含まれる空気及び水を排出する小径な排出口を設けたことを特徴としている。
【0008】
又請求項2の発明では、前記荷重付加具は、圧縮空気供給源から圧力調整器を介して供給される圧縮空気が使用されることを特徴としている。
【0009】
又請求項3の発明では、前記圧縮空気供給源は、携行式の圧縮空気収納ボンベであることを特徴としている。
【0010】
又請求項4の発明では、前記押し具は、前記ピストンを上向きに付勢するバネ手段を具えることを特徴としている。
【0011】
又請求項5の発明では、前記排出口は、この排出口から排出される空気及び水の体積を測定する空気・水測定器が接続されることを特徴としている。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の一形態を、図示例とともに説明する。図1は本発明の雪特性測定装置を示す正面図、図2はその一部を拡大して示す断面図である。
【0013】
図1、2において、本実施形態の雪特性測定装置1は、基台2に、雪の圧縮特性測定手段3を設けることにより構成され、これによって、雪の圧縮特性を剪断特性とは分離して測定する。
【0014】
前記基台2は、例えば四隅に設ける脚部5によって高さ調整自在に水平支持される板状の基台部2Aと、この基台部2A上に立設される支柱部2Bとを具え、測定現場における屋外での装置の据え付けを可能としている。なお本例では、前記支柱部2Bが、基台部2Aから立ち上がる一対の側の枠板30と、この側の枠板30、30間に架け渡される上下の枠板31U、31Lとで枠組みされた場合を例示しているが、例えば側の枠板30に代えて複数本(例えば4本)の支柱を用いうるなど種々の構造が採用できる。
【0015】
又前記圧縮特性測定手段3は、サンプリングされた雪Wを収納しうる直筒状のサンプル容器6と、このサンプル容器6の内腔と摺動しうるピストン7を有しかつ該ピストン7を押し下げることにより前記内腔内の雪Wを圧縮させる押し具8と、前記ピストン7の押し下げの距離を測定する距離測定器10とから構成される。
【0016】
前記サンプル容器6は、注射器状をなし、図2に示すように、サンプリングされた雪Wを収納する直円筒状の胴部6Aと、その下端を閉じる底部6Bとを一体に具えるとともに、前記底部6Bには、収納した雪Wに含まれる空気及び水を外部に排出する小径な排出口11Aを有するノズル部11を突設している。なお前記サンプル容器6は、内部の雪Wの圧縮状態を透視可能とするために、透明な材料、例えばガラス、又はアクリル樹脂、ポリカーボネ−ト樹脂等のプラスチックで形成している。
【0017】
又前記サンプル容器6は、前記基台2に、支持手段14を介して垂直にかつ着脱自在に支持される。
【0018】
前記支持手段14は、本例では、前記下の枠板31Lに穿設される支持孔15を含み、前記サンプル容器6は、その胴部6Aが前記支持孔15を挿通するとともに、該胴部6A上端のフランジ部分6A1が前記支持孔15に抜け止め状に係止される。従って、サンプル容器6は、吊下げ状態で垂直に支持されるとともに、支持孔15から上方に容易に取り出すことができる。なお前記基台部2Aには、サンプル容器6の前記ノズル部11を露出させる孔部16が設けられており、特に、この孔部16は、サンプル容器6下端との衝合を防ぐ目的で、前記胴部6Aよりも大径に形成するのが好ましい。
【0019】
又前記支持手段14は、本例では、前記サンプル容器6を支持状態で安定して保持する、或いは保護する目的で、前記胴部6Aを覆う外筒17を設けている。この外筒17は、前記支持孔15と同芯をなし、その上端、下端を前記下の枠板31L及び基台部2Aに固定している。
【0020】
次に、前記押し具8は、サンプル容器6の内腔と摺動しうるピストン7と、該ピストン7に荷重を付加して押し下げることにより内腔内の雪Wを圧縮させる荷重付加具20とを具え、この荷重付加具20は、付加する荷重を変化可能に構成される。
【0021】
前記ピストン7は、前記サンプル容器6の内腔面と摺動しうる例えば棒軸状のピストン本体7Aを有し、その上端には例えばフランジ状の鍔部7Bを張り出している。
【0022】
又前記荷重付加具20は、本例では、図1に示すように、エアシリンダ21を含み、その作動空気として、圧縮空気供給源22から圧力調整器23を介して供給される圧縮空気が使用され場合を例示している。なお前記エアシリンダ21は、そのロッド下端21Aを前記ピストン上端の鍔部7Bに対向させて、前記上の枠板31Uにフランジ止めされる。
【0023】
ここで、前記圧縮空気供給源22として、携行式の圧縮空気収納ボンベ(所謂エアタンク)が好適であり、特に最大圧力が1〜5000kPa(例えば約1000kPa)、かつ内容量が1〜50リッタのものが好ましく採用しうる。又前記圧力調整器23としては、精密減圧弁が使用でき、前記圧縮空気収納ボンベからの圧縮空気を、少なくとも0〜1000kPaの設定圧力範囲で自在な圧力値に調整する。なお前記エアシリンダ21と圧力調整器23との間には、空気流路を手動操作によって入切りする切替え弁25(所謂ハンドバルブ)を配し、エアシリンダ21への圧縮空気の供給と、エアシリンダ21からの排気とを切替えている。
【0024】
従って前記荷重付加具20は、圧縮空気供給源22からの高圧の圧縮空気を、圧力調整器23によって所定圧力に調整しながらエアシリンダ21に供給でき、そのロッドの伸張により前記ピストン7を押し下げうる。なおピストン7への負荷荷重は、前記圧縮空気への圧力調整によって自在にかつ容易に変化させることができ、又そのときの負荷荷重の値は、例えば圧力調整器23に付属の圧力計によって計測することができる。
【0025】
このように本例では、負荷荷重に圧縮空気を利用しているため、荷重付加具20を小型軽量かつ構造簡易に構成することができ、かつその操作性を大巾に高めることが可能となる。特に圧縮空気供給源22として携行式の圧縮空気収納ボンベを使用しているため、バッテリや発動機などの動力源を不要とし、前記利点をいっそう高めることができる。
【0026】
又前記雪Wの圧縮による体積変化は、前記押し具8の押し下げの距離を測定する距離測定器10(図1に示す)によって測定される。この距離測定器10として、本例では、サンプル容器6の外表面に形成された目盛り18からなる場合を例示しており、前記サンプル容器6が透明であることにより、雪Wの上面の位置を読み取ることが可能となる。なおこの読み取りを可能とするために、前記外筒17に切り欠き部17Aを形設する。又前記目盛り18は、ピストン7の外表面に形成しても良く、このとき、サンプル容器6から上方にはみ出すピストン7のはみ出し長さを計測することにより、押し下げ距離を得ることができる。
【0027】
又前記雪特性測定装置1においては、前記押し具8に、前記ピストン7を上向きに付勢するバネ手段26(図2に示す)を具備させることが好ましい。本例では、該バネ手段26がコイルバネからなり、前記サンプル容器6のフランジ部分6A1とピストン7の鍔部7Bとの間に介在する場合を例示している。このバネ手段26は、前記押し具8による荷重負荷を解除したとき、圧縮状態の雪W上面からピストン7を離間させうる大きさの付勢力を有する。
【0028】
ここで雪Wは、弾塑性的な性質を有し、負荷荷重を加えて圧縮させたとき、その体積は負荷荷重の上昇に伴い減少していくが、この圧縮過程で負荷荷重を解除した際には、体積は一定の比率(体積弾性率という)である程度回復する。従って、前記雪特性測定装置1は、前記バネ手段26を具えることにより、圧縮状態の雪が体積を回復させるときの障害をなくすことができ、雪の体積弾性率の測定をも行うことができる。
【0029】
なおバネ手段26を設ける場合、その付勢力を考慮して雪への実際の負荷荷重を求めることが好ましい。しかし、付勢力が負荷荷重の例えば1.0%以下と充分小さい場合には、この付勢力を無視することもできる。
【0030】
又前記雪特性測定装置1では、サンプル容器6の前記排出口11Aに、この排出口11Aから排出される空気及び水の体積を測定する空気・水測定器27を接続するのも好ましい。この空気・水測定器27として、本例では、水を収容した水槽35と、側面に目盛を設けたメスシリンダー36とからなる場合を例示しており、前記排出口11Aとメスシリンダー36とは、柔軟なホース37によって接続される。従って、雪Wを圧縮する際、この雪Wに含まれる空気を、ホース37を介してメスシリンダー36内に捕獲するとともに、その体積を前記目盛りによって測定することができる。又雪Wに含まれる水は、ホース37を介して水槽35内に貯留され、該水槽35内の水の容積増加或いは重量増加によってその体積を測定することができる。なお雪Wに含まれる水の割合により、ベタ雪の度合いが数値化でき、又空気の割合により新雪の度合いが数値化できる。
【0031】
又図3に、雪特性測定装置1の他の実施例を示す。図3において、サンプル容器6は、前記外筒17の内腔内に挿入され吊下げ状態で保持される。従って、本例では、前記外筒17が支持手段14を構成するとともに、該外筒17は、その下端が基台部2Aに固定され垂直に立設する。
【0032】
又サンプル容器6の上方には、例えばこのサンプル容器6の上端部に連結する筒状のシリンダ容器40が配される。このシリンダ容器40は、本例では、支柱部2Bの上端に配する上の枠板31Uにより支持される。又シリンダ容器40は、ピストン7を外挿するとともに、該ピストン7の鍔部7Bとの間は、例えばゴム状のパッキン材41を介して気密に保持される。又前記鍔部7Bよりも上方位置には、前記圧縮空気供給源22からの調圧された圧縮空気を流入しうるバルブ部40Aを設けている。従って、本例では、圧縮空気によってピストン7を直接押し下げており、装置1をより小型軽量に構成しうる。
【0033】
次に、本実施形態の雪特性測定装置1を用いて、雪の圧縮特性を測定する場合を説明する。
【0034】
測定対象となる雪が存在している場所(測定現場)に装置1を持ち込んで設置する。又この測定現場で、前記サンプル容器6の内径と略等しい外径を有する円柱状の雪サンプルを採取し、サンプル容器6内に収納する。このとき、雪サンプルの重量及び体積を測定し、雪サンプルの比重(重量/体積)を求めておく。
【0035】
又このサンプル容器6、及びピストン7を順次装置1にセットする。しかる後、荷重付加具20を操作し、圧縮空気供給源22からの高圧の圧縮空気を、圧力調整器23によって所定圧力に調整する。そして、切替え弁25を開き、調圧された圧縮空気をエアシリンダ21に供給することにより、そのロッドの伸張によるピストン7の押下げによって内部の雪Wを圧縮する。このとき、前記圧縮空気の圧力と、ピストン7の押下げ距離とを記録する。
【0036】
又圧力調整器23によって圧縮空気の圧力を、例えば10kPa毎にステップアップして雪Wを段階的に圧縮していき、各ステップごとにその圧力と押下げ距離とを順次記録する。
【0037】
そして、この圧力と押下げ距離との関係から、図4(A)、(B)に示す如き雪の圧縮特性をうることができる。なお同図は、北海道の異なる2位置において、雪温(−0.5℃)、気温(−9.1℃)、湿度(52.5%)の環境下で採取した雪サンプルA、Bの圧縮特性を示しており、横軸を圧縮空気の圧力、縦軸を雪サンプルの全長に対する押下げ距離の比である圧縮率(コンプレッション)として、測定結果をプロットしている。又図中の直線Lは、測定結果を回帰分析して得た回帰直線であり、この直線Lの傾きから、下記の如く、雪の圧縮特性(単位;%/kPa)を数値化することができる。
(1) 雪サンプルA
・比重:0.29g/cm3
・圧縮特性:0.1125%/kPa
(2) 雪サンプルB
・比重:0.40g/cm3
・圧縮特性:0.1892%/kPa
【0038】
なお前記装置1は、サンプル容器6の下端に、小径な排出口11Aを設けているため、空気の含有率の高い新雪状態の雪、及び水の含有率の高いベタ雪状態の雪に対しても、前記圧縮特性を高精度で数値化することができる。又ピストン7を上向きに付勢するバネ手段26を設けた場合には、雪の体積弾性率の測定にも利用することが可能となる。
【0039】
以上、本発明の特に好ましい実施形態について詳述したが、本発明は図示の実施形態に限定されることなく、種々の態様に変形して実施しうる。
【0040】
【発明の効果】
本発明は叙上の如く構成しているため、雪の圧縮特性を、剪断特性とは分離して簡便にかつ高精度で測定できる。従って、タイヤの雪上走行性能をより正確に評価することが可能となり、冬用タイヤの研究開発に大きく貢献しうる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の雪特性測定装置の一実施例を示す正面図である。
【図2】その一部を拡大して示す断面図である。
【図3】雪特性測定装置の他の実施例を示す正面図である。
【図4】(A)、(B)は、本装置によって測定した二つ雪サンプルにおける圧縮特性を示す線図である。
【図5】従来技術を説明するスミサスCTIスノーコンパクションゲージの側面図である。
【符号の説明】
1 雪特性測定装置
2 基台
3 圧縮特性測定手段
6 サンプル容器
7 ピストン
8 押し具
10 距離測定器
11A 排出口
20 荷重付加具
22 圧縮空気供給源
23 圧力調整器
26 バネ手段
27 空気・水測定器
Claims (5)
- 雪を圧縮させたときの圧縮力と体積変化とを計測して雪の圧縮特性を測定する雪特性測定装置であって、
基台に、
サンプリングされた雪を収納しうる直筒状のサンプル容器と、
前記サンプル容器の内腔と摺動しうるピストンを具え、かつ該ピストンを荷重付加具により押し下げることにより前記内腔の雪を圧縮させる押し具と、
前記ピストンの押し下げの距離を測定する距離測定器とからなる雪の圧縮特性測定手段を設けるとともに、
前記サンプル容器は、その下端に、雪に含まれる空気及び水を排出する小径な排出口を設けたことを特徴とする雪特性測定装置。 - 前記荷重付加具は、圧縮空気供給源から圧力調整器を介して供給される圧縮空気が使用されることを特徴とする請求項1記載の雪特性測定装置。
- 前記圧縮空気供給源は、携行式の圧縮空気収納ボンベであることを特徴とする請求項2記載の雪特性測定装置。
- 前記押し具は、前記ピストンを上向きに付勢するバネ手段を具えることを特徴とする請求項1〜3の何れかに記載の雪特性測定装置。
- 前記排出口は、この排出口から排出される空気及び水の体積を測定する空気・水測定器が接続されることを特徴とする請求項1〜4の何れかに記載の雪特性測定装置。
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Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR101104268B1 (ko) | 2009-03-09 | 2012-01-12 | 대우조선해양 주식회사 | 유공압을 이용한 러그 로드 테스트 방법 및 그 장치 |
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-
2003
- 2003-02-26 JP JP2003049760A patent/JP2004257891A/ja active Pending
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