JP2007163142A - Friction characteristic evaluation method of rubber material on wet road surface - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a friction characteristic evaluation method of a rubber material capable of evaluating different rubber materials including the difference of a road surface, concerning a wet friction force of each rubber material used for a tire or the like. <P>SOLUTION: The wet friction force F of a rubber material is expressed by expression: F=(1-E<SB>hl</SB>)×F<SB>a</SB>+F<SB>h</SB>by using the first friction force F<SB>h</SB>, the second friction force F<SB>a</SB>and a coefficient E<SB>hl</SB>. The first friction force F<SB>h</SB>generated when the rubber material is slid along the road surface is determined from a profile of the wet road surface, and the second friction force F<SB>a</SB>generated when the rubber material is stuck onto the road surface is determined from the profile of the wet road surface, and (1-E<SB>hl</SB>)×F<SB>a</SB>is determined by subtracting the first friction force F<SB>h</SB>from a measurement result of the wet friction force F. By using the value and the the second friction force F<SB>a</SB>, the coefficient E<SB>hl</SB>for lowering the contribution of the second friction force to the wet friction force F by interposition of a water film between the rubber material and the road surface is determined. The wet friction force is evaluated by using the first friction force F<SB>h</SB>, the second friction force F<SB>a</SB>and the coefficient E<SB>hl</SB>. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、タイヤのトレッドゴム材料等が湿潤路面と接触するときの、ゴム材料の湿潤路面における摩擦力を評価する方法に関する。   The present invention relates to a method for evaluating the frictional force of a rubber material on a wet road surface when a tread rubber material or the like of the tire is in contact with the wet road surface.

従来、タイヤのトレッドゴム材料の湿潤路面に対する摩擦力（ウェット摩擦力）の推定には、トレッドゴム材料の粘弾性特性（Ｅ’，Ｅ’’，tanδ）を用いて予測する方法や、摩擦試験機にてタイヤの摩擦試験を行って実測する方法によって行われてきた。   Conventionally, for estimating the frictional force (wet frictional force) of a tire tread rubber material against a wet road surface, a prediction method using a viscoelastic property (E ′, E ″, tanδ) of the tread rubber material or a friction test It has been carried out by a method in which a tire friction test is performed by a machine and measured.

例えば、ゴム材料の粘弾性特性を用いて予測する場合、指標として０℃におけるtanδが用いられる。この０℃におけるtanδは、全体として良好に予測することができるものの、路面が異なるとき、０℃におけるtanδが同じ値であっても、実際のウェット摩擦力が逆転するといった問題があった。また、トレッドゴム材料に、補強材として用いるカーボンブラックやシリカ等、異なる種類の補強材を混ぜたときのウェット摩擦力の特徴が０℃におけるtanδから説明できないといった問題もあった。   For example, when predicting using viscoelastic properties of a rubber material, tan δ at 0 ° C. is used as an index. Although the tan δ at 0 ° C. can be predicted well as a whole, there is a problem that when the road surface is different, even if the tan δ at 0 ° C. is the same value, the actual wet friction force is reversed. There is also a problem that the characteristics of the wet friction force cannot be explained from tan δ at 0 ° C. when different types of reinforcing materials such as carbon black and silica used as a reinforcing material are mixed with the tread rubber material.

一方、摩擦試験機にて行われるタイヤの摩擦試験では、実路面と同様のレプリカ路面を大規模に準備しなければならず、作業工数がかかるといった問題がある。また、実路面が異なるときのゴム材料のウェット摩擦力の順位付けは、摩擦試験機のレプリカ路面での評価結果と一致しない場合も多く、レプリカ路面での実測結果をどのように実際のウェット摩擦力と対応付ければよいか、その対応付けに膨大な労力を必要とする。このため、ウェット摩擦力の向上したトレッドゴム材料の開発期間を短縮することはできない。   On the other hand, in a tire friction test performed by a friction tester, a replica road surface similar to an actual road surface must be prepared on a large scale, and there is a problem that it takes work man-hours. In addition, the ranking of the wet friction force of the rubber material when the actual road surface is different often does not match the evaluation result on the replica road surface of the friction tester. It is necessary to associate with the force, or enormous effort is required for the association. For this reason, the development period of the tread rubber material with improved wet frictional force cannot be shortened.

下記非特許文献１では、ゴム材料のウェット摩擦係数について、ゴム材料が路面へ粘着するときの摩擦係数の成分μaと、ゴム材料の変形に伴うヒステリシス損失に基づく成分μhとに分け、成分μaを０．６０に固定して成分μhを算出している。
また、下記非特許文献２では、ウェット摩擦係数を、凝着摩擦係数から弾性流体潤滑の寄与分を減算して算出している。
しかし、これらの文献の方法で求められるゴム材料のウェット摩擦係数の評価は、実際の結果を十分に説明できるものではなかった。 In the following Non-Patent Document 1, the wet friction coefficient of a rubber material is divided into a friction coefficient component μ a when the rubber material adheres to a road surface and a component μ h based on hysteresis loss due to deformation of the rubber material. It calculates the component mu h secure the mu a 0.60.
In Non-patent Document 2 below, the wet friction coefficient is calculated by subtracting the contribution of elastohydrodynamic lubrication from the adhesion friction coefficient.
However, the evaluation of the wet friction coefficient of the rubber material obtained by the methods of these documents cannot fully explain the actual results.

「ゴムのウェット摩擦係数と粘弾性値の関係」,河上伸二,平川弘,三澤眞，日本ゴム協会誌，vol.61，pp.722〜727(1988)“Relationship between wet friction coefficient and viscoelasticity of rubber”, Shinji Kawakami, Hiroshi Hirakawa, Satoshi Misawa, Journal of Japan Rubber Association, vol.61, pp.722-727 (1988) “Tire Traction vs. Tread Compound Properties - How pavement texture and Test conditions influence the relationship”,Alan G. Veith，Rubber Chem. Technol., Vol.69, pp.654〜673(1996)“Tire Traction vs. Tread Compound Properties-How pavement texture and Test conditions influence the relationship”, Alan G. Veith, Rubber Chem. Technol., Vol.69, pp.654-673 (1996)

そこで、本発明の目的は、タイヤ等に用いるゴム材料のウェット摩擦力を、路面の違いを含め、異なるゴム材料を評価することのできるゴム材料の摩擦特性評価方法を提供することにある。   Therefore, an object of the present invention is to provide a method for evaluating friction characteristics of a rubber material, which can evaluate the wet friction force of a rubber material used for a tire or the like, including a difference in road surface, with different rubber materials.

本発明は、ゴム材料の、湿潤路面に対する湿潤摩擦力を評価する方法であって、
ゴム材料の湿潤摩擦力をＦとするとき、湿潤摩擦力Ｆは、第１の摩擦力Ｆh、第２の摩擦力Ｆa及び係数Ehlを用いて下記式（１）で表され、ゴム材料が路面に対して滑るときに発生する第１の摩擦力Ｆhを、湿潤路面のプロファイルから求めるステップと、ゴム材料が路面と粘着するときに発生する第２の摩擦力Ｆaを、湿潤路面のプロファイルから求めるステップと、湿潤摩擦力Ｆの計測結果から前記第1の摩擦力Ｆhを減算することにより下記式（１）中の（１−Ehl ）・Ｆa を求め、この値と求めた前記第２の摩擦力Ｆaとを用いて、ゴム材料が路面との間に水膜が介在することにより、湿潤摩擦力における前記第２の摩擦力の寄与を低下させる係数Ehlを求めるステップと、を有し、前記第１の摩擦力Ｆa、前記第２の摩擦力Ｆh及び前記係数Ehlを用いて、湿潤摩擦力を評価する湿潤路面上のゴム材料の摩擦特性評価方法を提供する。
Ｆ ＝ （１− Ehl ）・Ｆa ＋ Ｆh （１） The present invention is a method for evaluating the wet friction force of a rubber material against a wet road surface,
When the wet friction force of the rubber material is F, the wet friction force F is expressed by the following formula (1) using the first friction force F h , the second friction force F a and the coefficient E hl , and the rubber A step of obtaining a first friction force F h generated when the material slides on the road surface from a wet road surface profile, and a second friction force F a generated when the rubber material adheres to the road surface are wetted. By subtracting the first friction force F h from the step of obtaining from the road surface profile and from the measurement result of the wet friction force F, (1-E hl ) · F a in the following equation (1) is obtained, and this value Using the obtained second frictional force F a , a coefficient E hl that reduces the contribution of the second frictional force to the wet frictional force by interposing a water film between the rubber material and the road surface Obtaining the first friction force F a , the second friction force F h, and the engagement A method for evaluating the friction characteristics of a rubber material on a wet road surface for evaluating the wet friction force using the number E hl is provided.
F = (1- E hl) · F a + F h (1)

その際、前記係数Ehlは、湿潤路面のレプリカ路面上でゴム材料を摺動させて計測された湿潤摩擦力Ｆの計測結果を用いて求められるものであり、予め設けられた基準凹凸路面の前記係数を０としたときの値であることが好ましい。
さらに、前記第２の摩擦力Ｆaは、湿潤路面のプロファイル形状における突起の平均直径をＤとし、ゴム材料の弾性係数をＥとしたとき、下記式（２）で算出されることが好ましい。
Ｆa ＝ ｋ・（Ｄ／Ｅ）（２／３） （２）
但し、ｋは定数である。 At that time, the coefficient E hl is obtained by using the measurement result of the wet friction force F measured by sliding the rubber material on the wet road surface replica road surface. A value when the coefficient is 0 is preferable.
Further, the second friction force F a is the average diameter of the protrusions in the wet road surface profile shape is D, when the elastic modulus of the rubber material was E, is preferably calculated by the following formula (2).
F a = k · (D / E) (2/3) (2)
However, k is a constant.

また、前記第１の摩擦力Ｆhは、湿潤路面のプロファイル形状における突起１個に作用する平均荷重をＷ、ゴム材料の弾性係数をＥ、ゴム材料の損失正接をtanδ、前記突起の平均先端半径をｒとしたとき、下記式（３）で算出されることが好ましい。
Ｆh ＝ ｆ（tanδ）・（Ｗ／Ｅ）（１／４）・ｒ−３／４ （３）
但し、ｆ（tanδ）は、tanδの高次の多項式である。 Further, the first frictional force F h is an average load acting on one protrusion in the profile shape of the wet road surface, W is an elastic coefficient of the rubber material, E is a loss tangent of the rubber material, and an average tip of the protrusion. When the radius is r, it is preferably calculated by the following formula (3).
F h = f (tan δ) · (W / E) (1/4) · r −3/4 (3)
Here, f (tan δ) is a higher order polynomial of tan δ.

本発明では、上記式（１）を用いて、湿潤摩擦力Ｆを、第１の摩擦力Ｆa、第２の摩擦力Ｆh及び係数Ehlに分解して求めることができ、ゴム材料の湿潤摩擦力を従来に比べて有効に評価することができる。特に、路面の凹凸形状の違いによる摩擦力の変化を調べることができ、ゴム材料の改良に有効な指針を与える。 In the present invention, the wet friction force F can be obtained by decomposing into the first friction force F a , the second friction force F h and the coefficient E hl using the above formula (1). The wet friction force can be evaluated more effectively than in the past. In particular, it is possible to investigate changes in frictional force due to differences in the uneven shape of the road surface, which provides an effective guideline for improving rubber materials.

本発明の湿潤路面上のゴム材料の摩擦特性評価方法を添付の図面に示す好適実施形態に基づいて、以下に詳細に説明する。
図１は、湿潤路面上のゴム材料の摩擦特性評価方法を実施するシステムの例を示す図である。図１に示すシステム１０は、主にコンピュータ１２、サンプル粘弾性測定試験機１４及びサンプル摩擦試験機１６を有して構成される。コンピュータ１２は、ディスプレイ１８、マウス・キーボード２０及びプリンタ２２が接続されている。 The method for evaluating the friction characteristics of a rubber material on a wet road surface according to the present invention will be described below in detail based on a preferred embodiment shown in the accompanying drawings.
FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a system that performs a method for evaluating a friction characteristic of a rubber material on a wet road surface. The system 10 shown in FIG. 1 mainly includes a computer 12, a sample viscoelasticity measuring tester 14, and a sample friction tester 16. The computer 12 is connected to a display 18, a mouse / keyboard 20, and a printer 22.

サンプル粘弾性測定試験機１４は、所定の形状のゴムサンプルについて粘弾性測定を行って、予め定めた温度における粘弾性特性である物性値Ｅ’，Ｅ’’，tanδを求める装置である。粘弾性測定は、ＪＩＳＫ６３９４（２００３）「加硫ゴム及び熱可塑性ゴムの動的性質試験方法」で規定された方法を用いる。試験機は、例えば、上島製作所（株）製 全自動粘弾性アナライザーＶＲ−７１１０型が用いられる。サンプル粘弾性試験機１４で測定された物性値Ｅ’，Ｅ’’，tanδはコンピュータ１２に供給される。   The sample viscoelasticity measuring and testing machine 14 is a device that performs viscoelasticity measurement on a rubber sample having a predetermined shape and obtains physical property values E ′, E ″, and tanδ, which are viscoelastic characteristics at a predetermined temperature. The viscoelasticity measurement uses a method defined in JIS K6394 (2003) “Testing method for dynamic properties of vulcanized rubber and thermoplastic rubber”. For example, a fully automatic viscoelasticity analyzer VR-7110 manufactured by Ueshima Seisakusho Co., Ltd. is used as the testing machine. Physical property values E ′, E ″, and tan δ measured by the sample viscoelasticity tester 14 are supplied to the computer 12.

サンプル摩擦試験機１６は、回転円筒ドラムの外側表面に湿潤路面を再現したレプリカ路面を設け、このドラム上を円筒形状の保持具に巻き回されたゴムサンプルを転動させてそのとき発生する摩擦力を測定する構成の試験機である。ゴムサンプルの回転前方から一定の温度に制御された水が供給されて、ドラム表面上に水膜を形成して湿潤状態とする。この湿潤状態となったドラム表面をゴムサンプルが転動し、摺動する。   The sample friction tester 16 is provided with a replica road surface that reproduces a wet road surface on the outer surface of a rotating cylindrical drum, and a rubber sample wound around a cylindrical holder is rolled on this drum to generate friction generated at that time. It is a testing machine configured to measure force. Water controlled to a constant temperature is supplied from the front of rotation of the rubber sample, and a water film is formed on the drum surface to make it wet. The rubber sample rolls and slides on the wet drum surface.

図２は、サンプル摩擦試験機１６の一例を示す図である。
所定の速度で回転するアルミ製回転ドラム４０と、ゴムサンプルＸを周状に巻きつけて配した回転可能な保持具４２と、水供給管４４と、水深調整皿４６とを有して構成される。
回転ドラム４０には、レプリカ路面が複数レーン設けられている。例えば、エメリーペーパ等の＃２４０の研磨紙及びこの研磨紙を研削したものが用いられる。
水供給管４４から供給される水は、水深調整皿４６に溜まり、水深調整皿４６の皿底に設けられた開口部を介してゴムサンプルＸが回転ドラム４０の表面に当接するように構成される。これらの装置は、断熱壁で囲まれて恒温槽内に設けられるように構成されている。保持具４２の図示されない回転シャフトにはトルクメータ４８が設けられ、ゴムサンプルＸに作用する摩擦力を計測するようになっている。トルクメータ４８から出力される計測結果は、アンプ５０により増幅されてコンピュータ１２に供給される。
サンプル摩擦試験機１６の例として、本願出願人により出願され公開された特開２０００−３２９６８７の摩擦試験機が例示される。 FIG. 2 is a diagram illustrating an example of the sample friction tester 16.
An aluminum rotating drum 40 that rotates at a predetermined speed, a rotatable holder 42 that is wound around a rubber sample X, a water supply pipe 44, and a water depth adjusting plate 46 are included. The
The rotating drum 40 is provided with a plurality of lanes of replica road surfaces. For example, # 240 polishing paper such as emery paper and the one obtained by grinding this polishing paper are used.
The water supplied from the water supply pipe 44 is collected in the water depth adjusting plate 46, and the rubber sample X is configured to come into contact with the surface of the rotating drum 40 through an opening provided in the bottom of the water depth adjusting plate 46. The These devices are configured to be provided in a thermostatic chamber surrounded by a heat insulating wall. A torque meter 48 is provided on a rotating shaft (not shown) of the holder 42 so as to measure a frictional force acting on the rubber sample X. The measurement result output from the torque meter 48 is amplified by the amplifier 50 and supplied to the computer 12.
As an example of the sample friction tester 16, there is exemplified a friction tester disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-329687 filed and published by the applicant of the present application.

コンピュータ１２は、サンプル粘弾性測定試験機１４及びサンプル摩擦試験機１６から供給される計測結果を用いて、ゴム材料の湿潤路面に対する摩擦力を各要因に分解して評価する装置である。
具体的には、サンプル粘弾性測定試験機１４から供給された物性値Ｅ’，Ｅ’’，tanδからゴム材料が路面に対して滑るときに発生する第１の摩擦力Ｆhを求める。この第1の摩擦力Ｆhは、路面の凹凸の表面形状に従ってゴム材料が変形することによって生じるヒステリシス損失に基づく摩擦力である。
この第1の摩擦力Ｆhは、下記式（３）に従って算出される。
Ｆh ＝ ｆ（tanδ）・（Ｗ／Ｅ）（１／４）・ｒ−３／４ （３） The computer 12 is a device that uses the measurement results supplied from the sample viscoelasticity measuring and testing machine 14 and the sample friction testing machine 16 to evaluate the frictional force of the rubber material against the wet road surface by breaking it down into various factors.
Specifically, the first frictional force F h generated when the rubber material slides with respect to the road surface is obtained from the physical property values E ′, E ″, tan δ supplied from the sample viscoelasticity measuring and testing machine 14. The first frictional force Fh is a frictional force based on hysteresis loss caused by the deformation of the rubber material in accordance with the uneven surface shape of the road surface.
The first frictional force F h is calculated according to the following formula (3).
F h = f (tan δ) · (W / E) (1/4) · r −3/4 (3)

上記式（３）において、Ｗは路面上の突起１個に係る平均荷重である。Ｅはゴム材料の弾性係数であり、弾性係数Ｅとしてゴム材料の物性値Ｅ’（２０Ｈｚ，０℃）が用いられる。ｒは、路面の突起の先端半径の平均値であり、路面の微小凹凸のプロファイル形状から求められる。平均荷重は、路面の微小凹凸のプロファイル形状から１ｃｍ2当たりの突起の個数を計数し、ゴムサンプルの１ｃｍ2当たりの負荷荷重を突起の個数で割ったものを用いる。平均荷重Ｗ及び平均先端半径ｒは、路面の種類ごとにコンピュータ１２に記録保持されており、路面に応じて定められる。例えば、路面として研磨紙の番号毎に平均荷重Ｗ及び平均先端半径ｒの値を記憶しておき、路面のプロファイル形状がどの研磨紙のプロファイル形状に相当するか、マウス・キーボード２０によりその研磨紙の番号を指定することにより、平均荷重Ｗ及び平均先端半径ｒを設定することができる。
一方、ｆ（tanδ）は、tanδの高次多項式であり、例えば、ｆ（tanδ）＝０．２４８・tanδ−０．０９２・（tanδ）2＋０．００５・（tanδ）4の式が用いられ、コンピュータ１０に記憶される。
なお、上記式（３）による第1の摩擦力Ｆhの算出方法は、上述の非特許文献１に開示されている。 In the above formula (3), W is an average load relating to one protrusion on the road surface. E is an elastic coefficient of the rubber material, and the physical property value E ′ (20 Hz, 0 ° C.) of the rubber material is used as the elastic coefficient E. r is the average value of the tip radii of the protrusions on the road surface, and is obtained from the profile shape of the minute irregularities on the road surface. The average load is obtained by counting the number of protrusions per 1 cm 2 from the profile shape of the micro unevenness on the road surface and dividing the load load per 1 cm 2 of the rubber sample by the number of protrusions. The average load W and the average tip radius r are recorded and held in the computer 12 for each type of road surface, and are determined according to the road surface. For example, the average load W and the average tip radius r are stored as the road surface for each polishing paper number, and the polishing paper corresponds to which profile shape the road surface profile shape corresponds to. The average load W and the average tip radius r can be set.
On the other hand, f (tan δ) is a high-order polynomial of tan δ, and for example, the equation f (tan δ) = 0.248 · tan δ−0.092 · (tan δ) 2 + 0.005 · (tan δ) 4 is used. Is stored in the computer 10.
Note that a method for calculating the first frictional force F h by the above equation (3) is disclosed in Non-Patent Document 1 described above.

次に、サンプル摩擦試験機１６から供給されるゴム材料の湿潤路面での計測結果である摩擦力Ｆが取得される。摩擦力は、温度、荷重、スリップ率が制御されて得られた計測値である。この計測値である摩擦力Ｆは、下記式（１）を満たすものとして、摩擦力Ｆから第１の摩擦力Ｆhを減算して（１− Ehl ）・Ｆa の値を求めるために用いられる。
なお、ゴム材料が湿潤路面上を転動するとき、乾燥路面を転動するときゴム材料が路面と粘着する粘着領域には、水膜が進入して部分的に摩擦力の発生しない潤滑領域が生成する。この潤滑領域の、粘着領域に対する比率が、下記式（１）中の係数Ehlに対応する。
Ｆ ＝ （１− Ehl ）・Ｆa ＋ Ｆh （１） Next, the frictional force F, which is a measurement result on the wet road surface of the rubber material supplied from the sample friction tester 16, is acquired. The frictional force is a measured value obtained by controlling the temperature, load, and slip rate. In order to obtain the value of (1−E hl ) · F a by subtracting the first frictional force F h from the frictional force F, assuming that the measured frictional force F satisfies the following formula (1). Used.
In addition, when the rubber material rolls on a wet road surface, when the rubber material rolls on a dry road surface, the adhesive region where the rubber material adheres to the road surface has a lubrication region where a water film enters and a frictional force is not partially generated. Generate. The ratio of the lubrication region to the adhesion region corresponds to the coefficient E hl in the following formula (1).
F = (1- E hl) · F a + F h (1)

次に、下記式（２）を用いて、第２の摩擦力Ｆaを算出する。
ここで、Ｄは湿潤路面のプロファイル形状における突起の平均直径である。ゴム材料の弾性係数Ｅとしてゴム材料の物性値Ｅ’（２０Ｈｚ，０℃）を用いる。また、ｋは定数である。
Ｆa ＝ ｋ・（Ｄ／Ｅ）（２／３） （２）
平均直径Ｄは、上述した突起の平均先端半径ｒの２倍の値が用いられる。また、定数ｋは、以下のように求められる。 Next, the second frictional force F a is calculated using the following formula (2).
Here, D is the average diameter of the protrusions in the profile shape of the wet road surface. As the elastic coefficient E of the rubber material, the physical property value E ′ (20 Hz, 0 ° C.) of the rubber material is used. K is a constant.
F a = k · (D / E) (2/3) (2)
As the average diameter D, a value twice the average tip radius r of the protrusion described above is used. Further, the constant k is obtained as follows.

係数Ehlは、図３に示すように、ゴム材料が路面との間に水膜が介在することによって、湿潤摩擦力Ｆにおける第２の摩擦力Ｆaの寄与を低下させる粘着領域に対する潤滑領域の比率である。路面の凹凸の高低が激しく、しかも突起の先端半径の平均値が小さい場合、水膜は路面の凹部にたまり、ゴム材料と接触する凸部に水膜は存在しない。すなわち、このときのゴム材料と路面の凸部との接触部分には潤滑領域は存在せず、したがって係数Ehl＝０となる。 Factor E hl, as shown in FIG. 3, by a water film is interposed between the rubber material of the road surface, lubrication region for the adhesion zones to reduce the contribution of the second frictional force F a in the wet frictional force F Is the ratio. When the unevenness of the road surface is extremely high and the average value of the tip radii is small, the water film accumulates in the concave portion of the road surface, and there is no water film on the convex portion in contact with the rubber material. That is, there is no lubrication area at the contact portion between the rubber material and the road surface projection at this time, and therefore the coefficient E hl = 0.

例えば、＃２４０の研磨紙の場合、突起の凹凸の高低が激しく、しかも突起の先端半径の平均値が小さいため、係数Ehlは略０といえる。したがって、＃２４０の研磨紙の路面（基準凹凸路面）における係数Ehl＝０として、定数ｋを求めることができる。つまり、サンプル摩擦試験機１６にて計測された＃２４０の研磨紙における摩擦力Ｆから上記式（２）を用いて算出した第1の摩擦力Ｆhを減算して得られる差分は、式（１）中の（１− Ehl ）・Ｆaであるが、このとき係数Ehlは上述したように０である。このため、上記差分は第２の摩擦力Ｆaそのものとなる。この第２の摩擦力Ｆaは上記式（２）で表されるので、定数ｋを算出することができる。 For example, in the case of the # 240 abrasive paper, the unevenness of the protrusions is extremely high and the average value of the tip end radii is small, so the coefficient Ehl can be said to be substantially zero. Therefore, the constant k can be obtained by setting the coefficient E hl = 0 on the road surface (reference uneven road surface) of # 240 abrasive paper. That is, the difference obtained by subtracting the first friction force F h calculated using the above equation (2) from the friction force F of the # 240 abrasive paper measured by the sample friction tester 16 is expressed by the following equation ( In (1), (1−E hl ) · F a , but at this time, the coefficient E hl is 0 as described above. For this reason, the difference becomes the second frictional force F a itself. Since the second frictional force F a is expressed by the above equation (2), the constant k can be calculated.

上記定数ｋの値は、コンピュータ１２に基準凹凸路面における定数ｋとして予め記憶しておき、所定の路面における評価しようとするゴム材料の係数Ehlを算出する際、この定数ｋを用いるとよい。
なお、定数ｋは、＃２４０の研磨紙に基づいて算出されるが、サンプル摩擦試験機１６にて所定の路面におけるゴム材料の湿潤摩擦力を計測する度に、＃２４０の研磨紙のプロファイル形状を基準凹凸路面としたときのゴム材料の湿潤摩擦力を計測して、定数ｋを算出してもよい。
所定の路面におけるゴム材料において、式（１）中の（１− Ehl ）・Ｆaと、定数ｋを用いて求められた第２の摩擦力Ｆaとから、１− Ehlを求め、これより、係数Ehlを算出する。具体例は後述する。 The value of the constant k is stored in advance in the computer 12 as the constant k on the reference uneven road surface, and this constant k may be used when calculating the coefficient E hl of the rubber material to be evaluated on the predetermined road surface.
The constant k is calculated based on the # 240 polishing paper, but every time the sample friction tester 16 measures the wet friction force of the rubber material on a predetermined road surface, the profile shape of the # 240 polishing paper is used. The constant k may be calculated by measuring the wet frictional force of the rubber material when is used as the reference uneven road surface.
In the rubber material on the predetermined road surface, 1-E hl is obtained from (1-E hl ) · F a in the formula (1) and the second frictional force F a obtained using the constant k, From this, the coefficient E hl is calculated. Specific examples will be described later.

こうして求められた第１の摩擦力Ｆh、第２の摩擦力Ｆa、係数Ehlの値をディスプレイに表示し、ゴム材料における第1の摩擦力、第２の摩擦力、さらには、粘着領域内における潤滑領域の程度を表す係数Ehlを用いて評価することができる。評価結果は、ディスプレイ１８又はプリンタ２２に出力される。
例えば、評価しようとするゴム材料の第１の摩擦力Ｆhは、比較対象のゴム材料の第１の摩擦力と同等であるが、第２の摩擦力Ｆaは、比較対象のゴム材料の第２の摩擦力に比べて大きく、さらに係数Ehlは比較対象のゴム材料の係数Ehlに比べて小さく、水膜が突起に進入しにくいゴム材料である旨の評価が、コンピュータ１０にて行われる。さらには、上述した＃２４０の研磨紙の表面を路面としたときのゴム材料の第１の摩擦力Ｆh、第２の摩擦力Ｆa及び係数Ehlと、＃２４０の研磨紙を研削した後の表面を路面としたときのゴム材料の第１の摩擦力Ｆh、第２の摩擦力Ｆa及び係数Ehlと、を用いて、評価しようとするゴム材料においてどの摩擦力又は係数に大きな差異があるかを判別することができ、ゴム材料の路面依存性についても評価することができる。 The values of the first friction force F h , the second friction force F a , and the coefficient E hl thus obtained are displayed on the display, and the first friction force, the second friction force, and the adhesion in the rubber material are displayed. Evaluation can be made using a coefficient E hl that represents the degree of the lubrication region within the region. The evaluation result is output to the display 18 or the printer 22.
For example, the first frictional force F h of the rubber material to be evaluated is equivalent to the first frictional force of the rubber material to be compared, but the second frictional force F a is the same as that of the rubber material to be compared. The computer 10 evaluates that the rubber material is larger than the second frictional force, the coefficient E hl is smaller than the coefficient E hl of the rubber material to be compared, and the water film does not easily enter the protrusion. Done. Further, the first friction force F h , the second friction force F a and the coefficient E hl of the rubber material when the surface of the above-mentioned # 240 polishing paper is used as the road surface, and the # 240 polishing paper were ground. Using the first frictional force F h , the second frictional force F a and the coefficient E hl of the rubber material when the rear surface is the road surface, it is possible to determine which friction force or coefficient in the rubber material to be evaluated. It is possible to determine whether there is a large difference, and it is possible to evaluate the road surface dependency of the rubber material.

以下の説明では、０℃におけるtanδが１．００、Ｅ’が１０（MPa）であるゴム材料において、＃２４０の研磨紙を研削したときのプロファイル形状を有する路面における第１の摩擦力Ｆh、第２の摩擦力Ｆa及び係数Ehlの算出について説明する。
このとき、基準凹凸路面として＃２４０の研磨紙の未研削状態（新品時）のプロファイル形状を有する路面を用いて実測される結果から定数ｋは算出される。
図４（ａ），（ｂ）は、＃２４０の研磨紙のプロファイル形状（新品時及び研削後）を示す鳥瞰図であり、図４（ｃ），（ｄ）は、＃２４０の研磨紙の新品時、及び研削後のプロファイル形状を示す図である。
＃２４０の研磨紙の新品のプロファイル形状では、突起の平均先端半径ｒは３０μｍであり、研削後のプロファイル形状では突起の平均先端半径ｒは３００μｍである。平均突起間隔はいずれも３３０μｍであり、突起１個に作用する平均荷重Ｗは０．０２８(Ｎ)である。
これらの情報を用いて下記表１に示すように第１の摩擦力Ｆh、第２の摩擦力Ｆa及び係数Ehlが算出される。 In the following description, the first frictional force F h on the road surface having a profile shape when grinding # 240 abrasive paper in a rubber material having a tan δ of 1.00 and E ′ of 10 (MPa) at 0 ° C. The calculation of the second frictional force F a and the coefficient E hl will be described.
At this time, the constant k is calculated from a result of actual measurement using a road surface having a profile shape of # 240 polishing paper in an unground state (when new) as the reference uneven surface.
FIGS. 4A and 4B are bird's-eye views showing the profile shape (when new and after grinding) of the # 240 abrasive paper, and FIGS. 4C and 4D are new articles of the # 240 abrasive paper. It is a figure which shows the profile shape at the time and after grinding.
In the new profile shape of the # 240 abrasive paper, the average tip radius r of the projection is 30 μm, and in the profile shape after grinding, the average tip radius r of the projection is 300 μm. The average protrusion spacing is 330 μm in all cases, and the average load W acting on one protrusion is 0.028 (N).
Using these pieces of information, the first frictional force F h , the second frictional force F a and the coefficient E hl are calculated as shown in Table 1 below.

Figure 2007163142
Figure 2007163142

上記表１において、＃２４０研削後の係数Ehlの算出には、＃２４０新品時の定数ｋを用いた。
上記表１における第１の摩擦力Ｆh、第２の摩擦力Ｆa及び係数Ehlから、ゴム材料は比較的凹凸の小さい滑らかな研削後の路面では、粘着摩擦力は増加するが、係数Ehlも増加し、この結果、第２の摩擦力Ｆaの湿潤摩擦力Ｆに対する寄与が小さくなり、湿潤摩擦力Ｆが低下したと評価することができる。 In Table 1 above, the constant k for new # 240 was used to calculate the coefficient Ehl after # 240 grinding.
From the first friction force F h , the second friction force F a and the coefficient E hl in Table 1 above, the adhesive friction force increases on the smooth ground surface with relatively small unevenness in the rubber material. E hl also increases, and as a result, the contribution of the second frictional force Fa to the wet frictional force F becomes small, and it can be evaluated that the wet frictional force F has decreased.

次に、３種類のポリマー（Ａ，Ｂ，Ｃ）に、カーボンブラック又はシリカを補強材とした６種類のゴム材料（サンプル１〜６）を作製し、第１の摩擦力Ｆh、第２の摩擦力Ｆa及び係数Ehlを算出し、湿潤路面上での摩擦特性を評価した。サンプル１〜６の粘弾性の物性値を表２に示す。表２中のtanδ（０℃）及びＥ’（０℃）は、測定温度０℃、静的歪１０％、動的歪±２％、及び周波数２０Ｈｚの測定条件で、東洋精機製作所製粘弾性スペクトロメーターを用いて得られたものである。 Next, six types of rubber materials (samples 1 to 6) using carbon black or silica as a reinforcing material are prepared in three types of polymers (A, B, C), and the first friction force F h , The frictional force F a and the coefficient E hl were calculated, and the friction characteristics on the wet road surface were evaluated. Table 2 shows the viscoelastic property values of Samples 1 to 6. The tan δ (0 ° C.) and E ′ (0 ° C.) in Table 2 are viscoelasticity manufactured by Toyo Seiki Seisakusho under the measurement conditions of measurement temperature 0 ° C., static strain 10%, dynamic strain ± 2%, and frequency 20 Hz. It was obtained using a spectrometer.

Figure 2007163142
Figure 2007163142

また、＃２４０番の研磨紙の新品時と研削後における湿潤摩擦力Ｆをそれぞれ計測し、それぞれの第１の摩擦力Ｆh、第２の摩擦力Ｆa及び係数Ehlを算出した。サンプル摩擦試験機１６は、上述した特開２０００−３２９６８７の摩擦試験機を用いた。算出結果は、表３に示す。＃２４０番の研磨紙の新品時と研削後におけるプロファイル形状は、図４（ａ）〜（ｄ）に示すものである。 Further, the wet friction force F when # 240 abrasive paper was new and after grinding was measured, and the first friction force F h , the second friction force F a and the coefficient E hl were calculated. As the sample friction tester 16, the friction tester disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2000-329687 was used. The calculation results are shown in Table 3. The profile shapes of # 240 abrasive paper when new and after grinding are as shown in FIGS.

Figure 2007163142
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表３からわかるように、＃２４０新品時と＃２４０研削後のそれぞれにおいて、サンプル１〜６の第１の摩擦力Ｆh及び第２の摩擦力Ｆaは大きく異なり、＃２４０研削後における係数Ehlもサンプルによって異なる。サンプル１〜６のうちサンプル６は、＃２４０の新品時と研削後との間で、湿潤摩擦力Ｆの変化は小さく（変化は０．５７７）、路面によって湿潤摩擦力Ｆが変化しにくいことがわかる。そのとき、サンプル６は、研削後において第２の摩擦力Ｆaが他のサンプルと比較して大きくない一方、係数Ehlが他のいずれのサンプルよりも小さく０．７９４である。このことから、サンプル６は、新品時から研削後の変化において潤滑領域が大きく増大しない特徴を有することがわかる。
以上より、サンプル１〜６のうち、サンプル６が、種々の湿潤路面上を走行するタイヤのトレッドゴムとしてウェット摩擦力を向上させるのに好適なゴム材料であると評価することができる。
このような評価は、湿潤摩擦力Ｆを、第１の摩擦力Ｆh、第２の摩擦力Ｆa及び係数Ehlに分解することによりはじめて可能である。
これらサンプル１〜６の評価結果より、係数Ehlが路面によって大きく変化しないゴム材料を設計することが有効であるといえる。 As can be seen from Table 3, the first friction force F h and the second friction force F a of Samples 1 to 6 are greatly different between # 240 new and after # 240 grinding, and the coefficient after # 240 grinding E hl also depends on the sample. Sample 6 out of samples 1 to 6 has a small change in wet friction force F (change is 0.577) between when # 240 is new and after grinding, and the wet friction force F hardly changes depending on the road surface. I understand. At that time, in the sample 6, the second frictional force F a after grinding is not large compared to the other samples, while the coefficient E hl is smaller than any of the other samples and is 0.794. From this, it can be seen that the sample 6 has a characteristic that the lubrication region does not increase greatly in the change after grinding from the new article.
From the above, it can be evaluated that among the samples 1 to 6, the sample 6 is a rubber material suitable for improving wet frictional force as a tread rubber of a tire traveling on various wet road surfaces.
Such an evaluation is possible only by decomposing the wet friction force F into the first friction force F h , the second friction force F a and the coefficient E hl .
From the evaluation results of these samples 1 to 6, it can be said that it is effective to design a rubber material whose coefficient E hl does not vary greatly depending on the road surface.

図５（ａ）〜（ｃ）は、サンプル１〜６について、湿潤摩擦力Ｆを分解した第１の摩擦力Ｆh、第２の摩擦力Ｆa及び係数Ehlと、粘弾性特性の物性値との間の関係を示す図である。
図５（ａ）は、第１の摩擦力Ｆhと、ゴム材料の粘弾性特性の物性値を用いた値tanδ／（Ｅ’）1/4（０℃）との間で、略直線の関係を有することを示している。図５（ｃ）は、係数Ehlと、ゴム材料の物性値の１つであるハードネスＨｓ（６０℃）との間で略直線の関係を有することを示している。ハードネスＨｓ（６０℃）は、測定温度６０℃におけるＪＩＳ６２５３（１９９７）に従ったデュロメーター（タイプＡ）硬さである。これより、湿潤摩擦力Ｆを増大させるには、tanδ／（Ｅ’）1/4を大きくし、ハードネスＨｓを大きくすることが好ましいことがわかる。一方、図５（ｂ）は、第２の摩擦力Ｆaは直線関係を有する物性値からなる指標を得られないことを示している。図５（ｂ）では、Ｔｂ／Ｅ’（Ｔｂは引張強さ）を横軸としている。引張強さＴｂは、ＪＩＳ Ｋ６２５１（２００４）に準拠した値である。これらの結果から、第２の摩擦力Ｆaと相関を有する指標を見出すことが必要であるといった課題（指針）が得られる。
このように、湿潤摩擦力Ｆを分解して、第１の摩擦力Ｆh、第２の摩擦力Ｆa及び係数Ehlを求めることにより、湿潤摩擦力Ｆを向上させる上で大きな指針を得ることもできる。 5A to 5C show the first friction force F h , the second friction force F a and the coefficient E hl obtained by decomposing the wet friction force F, and the physical properties of the viscoelastic properties for the samples 1 to 6. It is a figure which shows the relationship between values.
FIG. 5A shows a substantially straight line between the first friction force F h and the value tanδ / (E ′) 1/4 (0 ° C.) using the physical property value of the viscoelastic property of the rubber material. It has a relationship. FIG. 5C shows that there is a substantially linear relationship between the coefficient E hl and the hardness Hs (60 ° C.), which is one of the physical property values of the rubber material. Hardness Hs (60 ° C.) is a durometer (type A) hardness according to JIS 6253 (1997) at a measurement temperature of 60 ° C. From this, it can be seen that in order to increase the wet friction force F, it is preferable to increase tan δ / (E ′) 1/4 and increase the hardness Hs. On the other hand, FIG. 5B shows that the second frictional force Fa cannot obtain an index composed of physical property values having a linear relationship. In FIG.5 (b), Tb / E '(Tb is tensile strength) is made into the horizontal axis. The tensile strength Tb is a value based on JIS K6251 (2004). From these results, the problem (guideline) that it is necessary to find an index having a correlation with the second frictional force Fa is obtained.
Thus, by decomposing the wet friction force F and obtaining the first friction force F h , the second friction force F a and the coefficient E hl , a large guideline for improving the wet friction force F is obtained. You can also

なお、本発明の湿潤路面上のゴム材料の摩擦特性評価方法は、上記実施の形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良および変更を行ってもよいのはもちろんである。   The method for evaluating the friction characteristics of a rubber material on a wet road surface according to the present invention is not limited to the above embodiment, and various improvements and modifications may be made without departing from the scope of the present invention. Of course.

本発明の湿潤路面上のゴム材料の摩擦特性評価方法を実施するシステムの例を示す図である。It is a figure which shows the example of the system which implements the friction characteristic evaluation method of the rubber material on the wet road surface of this invention. 図１に示すシステム中のサンプル摩擦試験機の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the sample friction tester in the system shown in FIG. ゴム材料と湿潤路面との接触状態を説明する図である。It is a figure explaining the contact state of a rubber material and a wet road surface. （ａ），（ｂ）は、研磨紙（＃２４０）の表面形状の測定結果を示す鳥瞰図であり、（ｃ），（ｄ）は、（ａ），（ｂ）のそれぞれに対応するプロファイル形状を示す図である。(A), (b) is a bird's-eye view which shows the measurement result of the surface shape of polishing paper (# 240), (c), (d) is profile shape corresponding to each of (a), (b). FIG. （ａ）〜（ｃ）は、湿潤摩擦力を分解した第１の摩擦力Ｆh、第２の摩擦力Ｆa及び係数Ehlと、物性値との間の関係を示す図である。(A) ~ (c) are diagrams showing a first frictional force F h a disassembled wet frictional force, and a second friction force F a and the coefficient E hl, the relationship between the physical properties.

符号の説明Explanation of symbols

１０ システム
１２ コンピュータ
１４ サンプル粘弾性測定試験機
１６ サンプル摩擦試験機
１８ ディスプレイ
２０ マウス・キーボード
２２ プリンタ
４０ アルミ製回転ドラム
４２ 保持具
４４ 水供給管
４６ 水深調整皿
４８ トルクメータ 10 System 12 Computer 14 Sample Viscoelasticity Tester 16 Sample Friction Tester 18 Display 20 Mouse Keyboard 22 Printer 40 Aluminum Rotating Drum 42 Holder 44 Water Supply Pipe 46 Depth Adjustment Plate 48 Torque Meter

Claims (4)

ゴム材料の、湿潤路面に対する湿潤摩擦力を評価する方法であって、
ゴム材料の湿潤摩擦力をＦとするとき、湿潤摩擦力Ｆは、第１の摩擦力Ｆh、第２の摩擦力Ｆa及び係数Ehlを用いて下記式（１）で表され、
ゴム材料が路面に対して滑るときに発生する第１の摩擦力Ｆhを、湿潤路面のプロファイルから求めるステップと、
ゴム材料が路面と粘着するときに発生する第２の摩擦力Ｆaを、湿潤路面のプロファイルから求めるステップと、
湿潤摩擦力Ｆの計測結果から前記第1の摩擦力Ｆhを減算することにより下記式（１）中の（１−Ehl ）・Ｆa を求め、この値と求めた前記第２の摩擦力Ｆaとを用いて、ゴム材料が路面との間に水膜が介在することにより、湿潤摩擦力における前記第２の摩擦力の寄与を低下させる係数Ehlを求めるステップと、を有し、
前記第１の摩擦力Ｆa、前記第２の摩擦力Ｆh及び前記係数Ehlを用いて、湿潤摩擦力を評価する湿潤路面上のゴム材料の摩擦特性評価方法。
Ｆ ＝ （１− Ehl ）・Ｆa ＋ Ｆh （１） A method for evaluating the wet friction force of a rubber material against a wet road surface,
When the wet friction force of the rubber material is F, the wet friction force F is expressed by the following formula (1) using the first friction force F h , the second friction force F a and the coefficient E hl :
Determining a first frictional force F h generated when the rubber material slides on the road surface from a profile of the wet road surface;
The second friction force F a which occurs when the rubber material to stick the road surface, and determining from the profile of a wet road surface,
By subtracting the first friction force F h from the measurement result of the wet friction force F, (1-E hl ) · F a in the following formula (1) is obtained, and this value and the obtained second friction Using the force F a to obtain a coefficient E hl that reduces the contribution of the second frictional force to the wet frictional force by interposing a water film between the rubber material and the road surface. ,
A method for evaluating a friction characteristic of a rubber material on a wet road surface, wherein the wet friction force is evaluated using the first friction force F a , the second friction force F h, and the coefficient E hl .
F = (1- E hl) · F a + F h (1) 前記係数Ehlは、湿潤路面のレプリカ路面上でゴム材料を摺動させて計測された湿潤摩擦力Ｆの計測結果を用いて求められるものであり、予め設けられた基準凹凸路面における前記係数を０としたときの値である請求項１に記載の湿潤路面上のゴム材料の摩擦特性評価方法。 The coefficient E hl is obtained by using the measurement result of the wet friction force F measured by sliding the rubber material on the wet road surface replica road surface. The method for evaluating friction characteristics of a rubber material on a wet road according to claim 1, wherein the value is 0. 前記第２の摩擦力Ｆaは、湿潤路面のプロファイル形状における突起の平均直径をＤとし、ゴム材料の弾性係数をＥとしたとき、下記式（２）で算出される請求項１又は２に記載の湿潤路面上のゴム材料の摩擦特性評価方法。
Ｆa ＝ ｋ・（Ｄ／Ｅ）（２／３） （２）
但し、ｋは定数である。 The second frictional force F a is calculated by the following formula (2), where D is the average diameter of the protrusions in the profile shape of the wet road surface, and E is the elastic coefficient of the rubber material. A method for evaluating the friction characteristics of a rubber material on a wet road as described.
F a = k · (D / E) (2/3) (2)
However, k is a constant. 前記第１の摩擦力Ｆhは、湿潤路面のプロファイル形状における突起１個に作用する平均荷重をＷ、ゴム材料の弾性係数をＥ、ゴム材料の損失正接をtanδ、前記突起の平均先端半径をｒとしたとき、下記式（３）で算出される請求項２に記載の湿潤路面上のゴム材料の摩擦特性評価方法。
Ｆh ＝ ｆ（tanδ）・（Ｗ／Ｅ）（１／４）・ｒ−３／４ （３）
但し、ｆ（tanδ）は、tanδの高次の多項式である。 The first frictional force Fh is the average load acting on one protrusion in the profile shape of the wet road surface, W is the elastic coefficient of the rubber material, E is the loss tangent of the rubber material, and the average tip radius of the protrusion is The method for evaluating the friction characteristics of a rubber material on a wet road surface according to claim 2, wherein r is calculated by the following formula (3).
F h = f (tan δ) · (W / E) (1/4) · r −3/4 (3)
Here, f (tan δ) is a higher order polynomial of tan δ.
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