JP2008185475A

JP2008185475A - ゴム摩耗試験機、および、それを用いたタイヤトレッド用ゴムの摩耗試験方法

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Publication number: JP2008185475A
Application number: JP2007019724A
Authority: JP
Inventors: Keizo Akutagawa; 恵造芥川
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2007-01-30
Filing date: 2007-01-30
Publication date: 2008-08-14
Anticipated expiration: 2027-01-30
Also published as: JP4963978B2

Abstract

【課題】ゴム材料開発のスピードを阻害することなく、ゴム製品の使用条件を正しくシミュレートすることのできるゴム摩耗試験機およびそれを用いたゴム試験方法を提供する。
【解決手段】ゴム摩耗試験機は、円盤状の砥石と、この砥石を回転させる砥石回転手段３０と、砥石の回転軸と平行な軸を中心として円盤状のゴム試験片を回転させる試験片回転手段２０と、試験片を前記砥石に押圧する試験片押圧手段４０とを具え、試験片回転手段２０を制御する試験片回転制御手段２５が設けられ、２５試験片回転制御手段を、ゴム試験片を回転させるトルクが所望の変化パターンとなるようにする制御方式の制御が可能なよう構成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、円盤状の砥石と、この砥石を回転させる砥石回転手段と、前記砥石の回転軸と平行な軸を中心として円盤状のゴム試験片を回転させる試験片回転手段と、試験片を前記砥石に押圧する試験片押圧手段とを具え、前記砥石の周面に前記ゴム試験片の周面を押圧しながら砥石とゴム試験片とを回転させてゴム試験片を摩耗させる、主としてタイヤトレッドゴム用のゴム摩耗試験機、および、それを用いたタイヤトレッド用ゴムの摩耗試験方法に関する。

タイヤ等のゴム製品に用いられるゴムは使用中に摩耗してゆくので、高い耐摩耗性能を担持させることが必要であり、そのためのゴム材料を開発することが重要となってくる。そして、開発したゴム材料の良否を判断するためには、その耐摩耗性能を評価する必要があるが、そのゴム材料を用いたゴム製品を実際に使用して実際の摩耗寿命を評価していたのでは時間がかかってしまい、開発のスピードが阻害されてしまう。

そこで、ゴムの摩耗寿命を短時間で評価するためのラボ評価が広く行われており、そのためのゴム摩耗試験機として、従来から、円盤状の砥石と、この砥石を回転させる砥石回転手段と、前記砥石の回転軸と平行な軸を中心として円盤状のゴム試験片を回転させる試験片回転手段と、試験片を前記砥石に押圧する試験片押圧手段とを具え、前記砥石の周面に前記ゴム試験片の周面を押圧しながら砥石とゴム試験片とを回転させてゴム試験片を摩耗させるゴム摩耗試験機が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

従来、このようなゴム摩耗試験機を用いて行う摩耗試験は、試験片の周速度と砥石の周速度との差の、試験片の周速度に対する百分率、すなわち、スリップ率を所定の値に保持した条件下で、例えば、基準になるゴム材料と新しく開発したゴム材料とに対応するそれぞれのゴム試験片を所定時間、摩耗させ、その摩耗量を比較することによって行われている。

このため、従来のゴム摩耗試験機は、ゴム試験片に加えられるスリップ率が所望の値となるよう、砥石の回転速度、および、ゴム試験片の回転速度をそれぞれ所定の値にセットし、砥石回転手段と試験片回転手段とをこのセットされた回転速度で回転することができるよう構成されている。
特開平７−２８３４９１号公報

しかしながら、例えば、タイヤのトレッドゴムに用いられるゴムの場合、このようなラボ評価でゴムの耐摩耗性を評価してみると、配合の異なる２種のゴム材料のうち、ラボ評価では優れていた一方のゴム材料を用いたタイヤを実車に装着し実際の使用条件下で走行させてみると、他方のゴム材料より劣るという結果になってしまうことが多々あることがわかった。

これは、実車走行においてタイヤに作用するトルク変動パターンでタイヤを回転させたときのゴム材料に加わるスリップ率の変動パターンは、ゴム材料によって違うためであり、図１は、互いに異なるゴム材料をトレッドゴムに用いた、２本のタイヤA、Bについて、このタイヤに加えるトルクとその時のスリップ率の変化を模式的に示すグラフであるが、ゴム材料が異なると、それらの摩擦係数が違ってくるので、同じトルクTをタイヤＡ、Ｂに加えても、ゴム種の違うタイヤでは、このようにスリップ率S_A、S_Bが違ってしまうからである。

したがって、スリップ率を決めて制御する従来のゴム試験機によるラボ評価で、実際の使用条件における負荷をシミュレートしようとすれば、ゴム材料ごとにスリップ率をかえる必要があるが、しかしそのスリップ率は、開発したゴム材料ごとにそのゴムを使ったタイヤを実車に装着して走行させたときのデータを元に算出しなければならず、結局開発のスピードアップというラボ評価の本来の目的を阻害してしまうことになってしまう。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、ゴム材料開発のスピードを阻害することなく、ゴム製品の使用条件を正しくシミュレートすることのできるゴム摩耗試験機およびそれを用いたゴム試験方法を提供することを目的とする。

＜１＞は、円盤状の砥石と、この砥石を回転させる砥石回転手段と、前記砥石の回転軸と平行な軸を中心として円盤状のゴム試験片を回転させる試験片回転手段と、このゴム試験片を前記砥石に押圧する試験片押圧手段とを具え、前記砥石の周面に前記ゴム試験片の周面を押圧しながら砥石とゴム試験片とを回転させてゴム試験片を摩耗させるゴム摩耗試験機において、
前記試験片回転手段を制御する試験片回転制御手段を設け、この試験片回転制御手段を、前記ゴム試験片を回転させるトルクが所望の変化パターンとなるようにする制御方式の制御が可能なよう構成してなるゴム摩耗試験機である。

＜２＞は、＜１＞において、前記試験片回転制御手段を、前記トルクの変化パターンとして、トルクが時間的に変化しない一定トルクパターンと、トルクが時間的に変化する変動トルクパターンとの両方に対応した制御が可能なよう構成してなるゴム摩耗試験機である。

＜３＞は、＜１＞もしくは＜２＞において、前記試験片回転制御手段へ前記トルクの変化パターンを指令値として出力する指令値出力手段を設け、この指令値出力手段に、１以上の前記トルクの変化パターンを記憶するメモリを配設してなるゴム摩耗試験機である。

＜４＞は、＜１＞〜＜３＞のいずれかにおいて、前記制御方式を第一の制御方式として、前記試験片回転制御手段を、第一の制御方式の他に、前記ゴム試験片を回転させる際のスリップ率が所望の変化パターンとなるようにする第二の制御方式の制御も可能なよう構成するとともに、前記試験片回転制御手段に、第一の制御方式と第二の制御方式とを切り換える制御方式切換手段を設けてなるゴム摩耗試験機である。

＜５＞は、＜１＞〜＜４＞のいずれかにおいて、前記砥石回転手段を制御する砥石回転制御手段を設け、この砥石回転制御手段を、前記砥石を回転させる際の回転速度が所望の変化パターンとなるようにする制御が可能なよう構成してなるゴム摩耗試験機である。

＜６＞は、＜５＞において、前記砥石回転制御手段を、前記回転速度の変化パターンとして、回転速度が時間的に変化しない一定回転速度パターンと、回転速度が時間的に変化する変動回転速度パターンとの両方に対応した制御が可能なよう構成してなるゴム摩耗試験機である。

＜７＞は、＜５＞もしくは＜６＞において、前記指令値出力手段を、前記砥石回転制御手段へ前記回転速度の変化パターンを指令値として出力することができるよう構成し、この指令値出力手段に、１以上の前記回転速度の変化パターンを記憶するメモリを配設してなるゴム摩耗試験機である。

＜８＞は、＜１＞〜＜７＞のいずれかにおいて、試験片押圧手段を制御する押圧制御手段を設け、この押圧制御手段を、砥石にゴム試験片を押圧する圧力が、所望の変化パターンとなるようにする制御が可能なよう構成するとともに、前記指令値出力手段を、前記押圧制御手段に前記押圧の変化パターンを指令値として出力することができるよう構成し、この指令値出力手段に、１以上の前記回転速度の変化パターンを記憶するメモリを配設してなるゴム摩耗試験機である。

＜９＞は、＜１＞〜＜８＞のいずれかにおいて、少なくともゴム試験片を覆うチャンバを配設し、チャンバ内の温度を所望の温度に制御可能に構成してなるゴム摩耗試験機である。

＜１０＞は、＜１＞〜＜９＞のいずれかにおいて、回転する前記砥石の周面に接するように配設され、この砥石の周面に付着したゴム粉を連続的に除去するクリーニングローラを設けてなるゴム摩耗試験機である。

＜１１＞は、＜１＞〜＜１２＞のいずれかにおいて、前記ゴム試験片の周面温度を連続的にモニタするゴム温度モニタを設けてなるゴム摩耗試験機である。

＜１２＞は、＜１＞〜＜１２＞のいずれかにおいて、前記ゴム試験片の周面にイオンを吹き付けて、その周面に蓄積される静電気を除去する静電気除去装置を設けてなるゴム摩耗試験機である。

＜１３＞は、＜１＞〜＜１２＞のいずれかにおいて、未試験のゴム試験片を、未試験ゴム試験片置台から前記試験片回転手段に移載してセットするとともに、試験済みのゴム試験片を、前記試験片回転手段から取り外して試験済みのゴム試験片置台まで移載するゴム試験片移載手段を設けてなるゴム摩耗試験機である。

＜１４＞は、＜１＞〜＜１４＞のいずれかのゴム試験機を用いて、タイヤに用いられるトレッドゴムの摩耗速度を試験するゴムの摩耗試験方法において、
前記タイヤが装着された１以上の実車を走行させ、走行時のトルクの時間変化データを採取する工程と、採取されたトルクの時間変化データに基づいて、前記試験片回転制御手段に出力するトルク変化パターンの指令値を作成する工程と、２種類以上のゴム種ついて、これらのゴム種に対応するゴム試験片を作成し、前記ゴム試験機を用いて、これらのゴム試験片の前記トルク変化パターンに対応する摩耗速度を測定し、それらの測定結果を相互に比較する工程とよりなるゴムの摩耗試験方法である。

＜１５＞は、＜１４＞において、前記トルクの時間変化データを、前記タイヤを装着した車両の車速時間変化データから求める請求項１３に記載のゴムの摩耗試験方法である。

＜１＞によれば、前記試験片回転手段を制御する試験片回転制御手段を設け、この試験片回転制御手段を、前記ゴム試験片を回転させるトルクが所望の変化パターンとなるようにする制御方式の制御が可能なよう構成したので、例えばタイヤのトレッドゴムのような場合には、実車走行においてタイヤに作用するトルクの時間変化データに基づいて作成した、ラボ評価用のトルク変化パターンを試験片回転制御手段に入力することによって所望のトルク変化パターンをゴム試験片に付与する条件下での試験を行うことができ、従来の一定のスリップ率の条件を用いた試験に比べてはるかに高い確率で、複数種のゴム材料のラボ評価における摩耗の優劣を、実際の使用条件下における優劣と合致させることができる。

＜２＞によれば、前記試験片回転制御手段を、前記トルクの変化パターンとして、トルクが時間的に変化しない一定トルクパターンと、トルクが時間的に変化する変動トルクパターンとの両方に対応した制御が可能なよう構成したので、一定トルクパターンによる簡易な試験条件だけではなく、実車走行により近い、例えば、実車におけるトルクの大きさに応じたヒストグラムを有するトルク負荷をゴム試験片に加えることもでき、ラボ評価での結果を、一層、実際の使用条件下での評価結果に近づけることができる。

＜３＞によれば、前記試験片回転制御手段へ前記トルクの変化パターンを指令値として出力する指令値出力手段を設け、この指令値出力手段に、１以上の前記トルクの変化パターンを記憶するメモリを配設したので、何度も同じ条件で試験を繰り返すことができ、また、複数のトルク変化パターンをメモリに記憶させておくことによって、容易に、試験条件を切り換えることができる。

＜４＞によれば、前記制御方式を第一の制御方式として、前記試験片回転制御手段を、第一の制御方式の他に、前記ゴム試験片を回転させる際のスリップ率が所望の変化パターンとなるようにする第二の制御方式の制御も可能なよう構成するとともに、前記試験片回転制御手段に、第一の制御方式と第二の制御方式とを切り換える制御方式切換手段を設けたので、既知のトルクの変動パターンに基づいて使用されるゴム材料だけでなく、スリップ率の変動パターンが既知の条件下で使用されるゴム材料、例えば、スリップ率が一定範囲に入るよう駆動力・制動力を制御するＡＢＳ制御に基づいて走行するタイヤ用ゴム材料も、実使用条件下での評価結果と合致する摩耗試験結果を得ることができる。

＜５＞によれば、前記砥石回転手段を制御する砥石回転制御手段を設け、この砥石回転制御手段を、前記砥石を回転させる際の回転速度が所望の変化パターンとなるようにする制御が可能なよう構成したので、タイヤ用トレッドゴムのようなゴム材料の場合、砥石の回転速度を最適な変化パターンに設定することにより、ラボでの評価結果を、一層、実際の使用条件での評価結果に近づけることができ、特に、ゴム試験片の温度はこの回転速度によって変化するので、砥石回転速度を、ゴム試験片の温度が実際の使用下での温度となるよう設定することにより、より正確に実際の使用条件をシミュレートすることができる。

＜６＞によれば、前記砥石回転制御手段を、前記回転速度の変化パターンとして、回転速度が時間的に変化しない一定回転速度パターンと、回転速度が時間的に変化する変動回転速度パターンとの両方に対応した制御が可能なよう構成したので、一定回転速度パターンによる簡易な試験条件だけではなく、実車走行により近い、変動回転速度パターンで砥石を回転させることもでき、なお一層、実際の使用条件下での摩耗の評価結果に近づけることができる。

＜７＞によれば、前記指令値出力手段を、前記砥石回転制御手段へ前記回転速度の変化パターンを指令値として出力することができるよう構成し、この指令値出力手段に、１以上の前記回転速度の変化パターンを記憶するメモリを配設したので、砥石の回転速度変化パターンについても、何度も同じ条件を呼び出して試験を繰り返すことができ、また、複数の回転速度変化パターンをメモリに記憶させておくことによって、容易に、試験条件を切り換えることができる。

＜８＞によれば、試験片押圧手段を制御する押圧制御手段を設け、この押圧制御手段を、砥石にゴム試験片を押圧する圧力が、所望の変化パターンとなるようにする制御が可能なよう構成するとともに、前記指令値出力手段を、前記押圧制御手段に前記押圧の変化パターンを指令値として出力することができるよう構成し、この指令値出力手段に、１以上の前記回転速度の変化パターンを記憶するメモリを配設したので、負荷荷重が変動するような使用条件下で用いられるゴム材料の場合には、実際の負荷荷重の変動をシミュレートするような変化パターンで押圧の圧力を制御することにより、ラボでの摩耗評価結果を、なお一層、実際の評価結果に近づけることができる。

＜９＞によれば、少なくともゴム試験片を覆うチャンバを配設し、チャンバ内の温度を所望の温度に制御可能に構成したので、周囲温度を、実際の使用条件を合わせることができ、より使用条件の結果に近いラボ評価結果を得ることができる。

＜１０＞によれば、回転する前記砥石の周面に接するように配設され、この砥石の周面に付着したゴム粉を連続的に除去するクリーニングローラを設けたので、砥石の目詰まりを防止し、試験機を長時間自動運転させることができ、また、砥石の目の、時間に対する依存度を低下させることができ、再現性の高い試験を行うことができる。

＜１１＞によれば、前記ゴム試験片の周面温度を連続的にモニタするゴム温度モニタを設けたので、試験条件についてのより広い知見を得ることができ、より正確な試験条件を設定するのに寄与させることができる。

＜１２＞によれば、前記ゴム試験片の周面にイオンを吹き付けて、その周面に蓄積される静電気を除去する静電気除去装置を設けたので、ゴム試験片に電荷が蓄積されて放電し火災等の災害を招くのを防止することができる。

＜１３＞によれば、未試験のゴム試験片を、未試験ゴム試験片置台から前記試験片回転手段に移載してセットするとともに、試験済みのゴム試験片を、前記試験片回転手段から取り外して試験済みのゴム試験片置台まで移載するゴム試験片移載手段を設けたので、ゴム材料の試験を自動化し、もしくは、この作業に要する作業員の工数を低減することができ、生産性の高いゴム摩耗試験を可能にすることができる。

＜１４＞によれば、前記タイヤが装着された１以上の実車を走行させ、走行時のトルクの時間変化データを採取する工程と、採取されたトルクの時間変化データに基づいて、前記試験片回転制御手段に出力するトルク変化パターンの指令値を作成する工程と、２種類以上のゴム種ついて、これらのゴム種に対応するゴム試験片を作成し、前記ゴム試験機を用いて、これらのゴム試験片の前記トルク変化パターンに対応する摩耗速度を測定し、それらの測定結果を相互に比較する工程とよりなるので、先述の通り、トルクを所望のパターンで変化させる条件下で使用されるゴム材料の場合、ラボ評価で、従来よりも実際の使用条件に近い結果を得ることができる。

＜１５＞によれば、前記トルクの時間変化データを、前記タイヤを装着した車両の車速時間変化データから求めるので、極めて簡易に実走行時のトルク時間変化データを得ることができる。

本発明の実施形態について、図に基づいて説明する。図２は、この実施形態のゴム摩耗試験機の機構部分を示す概略平面図および概略正面図であり、図３はその制御部分の構成を示すブロック線図であり、ゴム摩耗試験装置１は、円盤状の砥石３と、砥石３を回転させる砥石回転手段３０と、砥石３０の回転軸L1と平行な軸L2を中心としてゴム試験片２を回転させる試験片回転手段２０と、ゴム試験片２を砥石３に押圧する試験片押圧手段４０とを具え、砥石３の周面にゴム試験片２の周面を押圧しながら砥石３とゴム試験片２とを回転させてゴム試験片２を摩耗させることができるよう構成されている。

また、ゴム摩耗試験装置１には、試験片回転手段２０を制御する試験片回転制御手段２５が設けられ、この試験片回転制御手段２５は、ゴム試験片２を回転させるトルクが所望の変化パターンとなるようにする制御方式で試験片回転手段２０を制御することが可能なよう構成されている。

なお、本明細書において、変化パターンとは、対象とする物理量Qの時間的変化を意味し、その物理量の時間関数Q(t)のことである。

ゴム摩耗試験装置１には、また、砥石回転手段３０を制御する砥石回転制御手段３５が設けられ、砥石回転制御手段３５は、砥石３を回転させる際の回転速度が所望の変化パターンとなるように砥石回転手段３０を制御することが可能なよう構成されているのが好ましい。

さらに、ゴム摩耗試験装置１には、試験片押圧手段４０を制御する押圧制御手段４５が設けられ、この押圧制御手段４５は、砥石３に対抗してゴム試験片２を押圧する圧力が、所望の変化パターンとなるよう押圧制御手段４５を制御することが可能なよう構成されているのが好ましい。

また、試験片回転制御手段２５が試験片の回転に際して加えるべきトルクの変化パターンT₀ (t)、すなわち、試験片回転制御手段２５の制御目標値を、指令値としてリアルタイムに試験片回転制御手段２５に出力する指令値出力手段１０を設けるのが好ましく、このことによって、試験片回転制御手段２５を、トルク出力制御の機能に専念させることができ、また、指令値出力手段１０に、１以上のトルクの変化パターンを記憶するメモリ１１を配設することにより、同じトルク変化パターンの試験を繰り返したり複数の異なるトルク変化パターンの摩耗試験を連続的に実施したりすることが可能となる。

同様に、指令値出力手段１０には、砥石回転制御手段２５が砥石３の回転を制御する際の回転速度の変化パターンをV₀(t)や、押圧制御手段４５がゴム試験片を砥石に対して押圧摺る際の圧力の変化パターンP₀(t)についても、これらをメモリ１１に記憶したり、指令値として、それぞれ、砥石回転制御手段２５や押圧制御手段４５に出力したりする機能を具えさせるのが好ましい。

トルクの変化パターンT₀(t)、回転速度の変化パターンをV₀(t)、および、押圧の変化パターンP₀(t)は、図４に、トルクの変動パターンT₀(t)を例に取って示すように、図４（ａ）に示す、時間とともに変動する変動パターンの他、図４（ｂ）のような、最初から最後まで一定の値を有する一定パターンのものとすることもでき、また、図４（ｃ）に示すように、変動パターンの中でも特に、実際の使用条件下での物理量の出現頻度に比例するようなヒストグラムに基づくパターンとすることもできる。

なお、図３において、符号１２は、指令値出力手段１０の制御を司るＣＰＵ、符号１３は、指令値出力手段１０の状態を示すモニタ、そして、符号１４は、データを入力するためのキーボード等のデータ入力装置を表わし、これらを用いて、指令値出力手段１０にて記憶する各物理量の指令値データの作成をしたり、ゴム試験片２の摩耗試験を行う際の試験条件としての各物理量の変化パターンを、メモリ１１に記憶させたものの中から選択したりすることができるよう構成されている。

ここで、試験片回転手段２０を、例えば、試験片２の回転軸２４を軸支する軸受２１と、その回転軸２４を回転駆動させるモータ２２とを具えるよう構成することができ、この場合、試験片回転制御手段２５は、モータ２２の種類に応じてそれに入力される電流等を所望の変化パターンとなるよう制御する周知の技術を用いて、モータ２２から出力されるトルクを直接制御し、試験片２に加えるトルクを制御することもできるが、より正確なトルクの変化パターンを試験片２に付与する場合、あるいは、指令値T₀ (t)が時々刻々変動する場合には、図５に制御線図で示すように、トルクセンサを、例えば、回転軸２４に取り付けて実際に出力されたトルクT₁ (t)を測定し、そのトルクT₁(t)と指令値T₀ (t)との差分ΔT= T₁ (t)- T₀ (t)を前回の出力値Txから差し引いたトルクTを出力するよう制御することもでき、この場合のトルクセンサとしては、3分力計や歪みセンサを用いることができる。

試験片回転制御手段２５は、モータ２２からの出力トルクが所望の変化パターンとなるよう制御する制御方式の他、ゴム試験片のスリップ率が所望の変化パターンとなるよう制御することも可能なよう構成されていて、トルクを制御する制御方式とスリップ率を制御する制御方式とのどちらかを選択できるよう構成されているのが好ましく、このことによって、対象とするゴム材料の使用条件がトルクに基づくのものであっても、スリップ率に基づくものであっても、どちらの場合でも、使用条件における結果に近いラボ評価結果を得るようにすることができる。

スリップ率に基づく制御を行う場合、試験片回転制御手段２５は、指令値出力手段１０から出力されるスリップ率の変化パターンS₀(t)に対して、砥石回転速度と、砥石の直径、およびゴム試験片の直径から、ゴム試験片が回転させる際の目標周速を求め、この周速からゴム試験片２の回転速度が所定の変化パターンになるよう制御すればよい。

また、砥石回転手段３０については、これを、砥石３の回転軸３４を軸支する軸受３１と、その回転軸３４を回転駆動させるモータ３２とを具えるよう構成することができ、この場合も、砥石回転制御手段３５は、モータ３２の種類に応じてそれに入力される電圧等を所望の変化パターンとなるよう制御する周知の技術を用いて、モータ３２の回転数を直接制御して、砥石３の回転数を制御することができる。

試験片押圧手段４０についても、これを、試験片回転手段２０を取り付ける可動ベース４３と、可動ベース４３を、軸線L2を軸線L1との間隔を変化させる方向にガイドするガイド機構４２と、可動ベース４３をその方向に往復変位させる油圧シリンダ４１とを具えるよう構成することができ、この場合も、押圧制御手段４５は、ゴム試験片２の砥石に対する押圧が所望の値になるように油圧シリンダ４１の圧力を直接制御する構成とするのが簡易でよい。

なお、図２において、符号５は、砥石回転手段３０および試験片押圧手段４０を搭載するコモンベッドを示す。

ゴム摩耗試験機１に、図２に示すように、クリーニングローラ３６を、砥石３の周面に接するように配設し、砥石３の周面に付着したゴム粉を連続的に除去するようにし、また、ゴム試験片２の周面の温度を連続的にモニタするゴム温度モニタ９を設けて、ゴム温度データを採取することにより摩耗状況の解析に寄与させ、さらには、ゴム試験片２の周面にイオンを吹き付ける静電気除去装置４を設置し、ゴム試験片２の周面に蓄積される静電気を除去して火災の発生を未然に防止するように構成するのが好ましい。

また、少なくともゴム試験片２を覆うチャンバ６（図示の場合は、ゴム摩耗試験機１の機構部分の全体を覆う）を設け、試験時のゴム試験片２の温度が所望の値となるようゴム試験片２の周囲温度を制御するのが好ましい。

さらに、図示はしないが、未試験のゴム試験片２を、未試験ゴム試験片置台から試験片回転手段２０に移載してセットするとともに、試験済みのゴム試験片２を、試験片回転手段２０から取り外して試験済みのゴム試験片置台まで移載するゴム試験片移載手段を設けることにより、この装置を使った摩耗試験を自動化することができる。

次に、このゴム摩耗試験機１を用いて、タイヤに用いられるトレッドゴムの摩耗速度を試験するゴムの摩耗試験方法について説明する。この方法は、対象とするゴム材料よりなるタイヤが実際に使用される条件で、１以上の実車を走行させ、走行時のトルクの時間変化データを採取する工程と、採取されたトルクの時間変化データに基づいて、前記試験片回転制御手段に出力するトルク変化パターンT₀(t)の指令値を作成する工程と、２種類以上のゴム種ついて、これらのゴム種に対応するゴム試験片を作成しゴム摩耗試験機１を用いて、これらのゴム試験片の、トルク変化パターンT₀(t)に対応する摩耗速度を測定し、それらの測定結果を相互に比較する工程とよりなる。

ここで、前記トルクの時間変化データを求めるには、走行時の車速の時間変化データから算出する方法が簡易で好ましい。

乗用車用タイヤのトレッドゴム用のゴム材料G1、G2を２種類準備し、これらについて摩耗試験を行った。タイヤのサイズは192/60R15であった。

摩耗試験の条件として、ゴム試験片に加えるトルクを制御する実施例の試験条件と、ゴム試験片のスリップ率を制御する従来例の試験条件との２つの試験条件で摩耗試験を行い、それらの結果を比較した。

実施例の試験条件は、以下のようにして求めた。まず、上記タイヤを装着した車両を実際の走行条件で走行させ、図６に示す車速の時間変化データを取得した。図６において、横軸は走行時の経過時間、縦軸は車速である。そして、この車速の時間変化データから、これを微分処理して加速度変化データを求めた。次に、この加速度は、各タイヤに作用する周方向力の合計値なので、タイヤの半径を用いて、各タイヤに作用するトルクの時間変化データを求めた。図７は、このようにして求めたトルクの時間変化データを示し、横軸は走行時の経過時間、縦軸はトルクを表す。

そして、図７のトルクの時間変化データから、ゴム摩耗試験機１におけるトルクの変化パターンを、時間に依存しない一定トルクパターンとして求めた。この場合の一定トルクは、ゴムに作用する単位面積当たりの周方向力が、実際のタイヤにおける状態とゴム試験片における状態とで同じになるよう設定した。

また、砥石回転速度の変化パターンは、図６に示した車速の時間データから、走行時の平均速度が砥石の周速度となるよう一定の砥石回転速度を設定した。砥石にゴム試験片を押圧する圧力については、実車走行においてタイヤに作用する荷重からゴム部分に対する圧力を求め、同じ圧力がゴム試験片に作用するよう試験片押圧手段の押圧力を設定した。

一方、従来例の試験条件は、以下のようにして求めた。まず、上記タイヤを装着した車両を実際の走行条件で走行させ、図８に示すスリップ率の時間変化データを取得した。そして、このデータにおける平均値と同じ一定のスリップ率が得られるよう、ゴム試験片の回転速度を設定した。このときの、砥石の回転速度条件、および、ゴム試験片を砥石に押圧する際の圧力条件については、実施例の試験条件と同様にして設定した。

そして、実施例の試験条件、および、従来例の試験条件のそれぞれに基づいて、２種類のゴム材料G1、G2にそれぞれ対応するゴム試験片を用いて摩耗試験を行い単位時間当たりの摩耗量、すなわち、摩耗速度を算出し、その結果を、ゴム材料G1の摩耗速度を100とする指数で表１に示した。数値の大きい方が、摩耗速度が早く耐摩耗性能に劣っていることを表している。

また、これらのゴム材料G1、G2をトレッドゴムにそれぞれ用いた２種類のタイヤを車両に装着して走行させ、単位走行距離当たりの摩耗量、すなわち、摩耗速度を測定し、その結果を、ゴム材料G1のゴムよりなるタイヤの摩耗速度を100とする指数で表１に示した。数値の大きい方が、摩耗速度が早く耐摩耗性能に劣っていることを表している。

表１から明らかなように、従来例の試験方法では、ラボ評価と実車評価では優劣の結果が逆転しているのに対して、実施例の試験方法では実車での評価結果に極めて近い結果を得られるのがわかる。

タイヤに加えるトルクとスリップ率の変化を模式的に示すグラフである。本発明に係る実施形態のゴム摩耗試験機の機構部分を示す概略平面図および正面図である。ゴム摩耗試験機の制御部分の構成を示すブロック線図である。トルクの変動パターンの例を示すグラフである。試験片回転制御手段がトルクを制御する際の制御方法を示す制御線図である。車速の時間変化データを示すグラフである。トルクの時間変化データを示すグラフである。スリップ率の時間変化データを示すグラフである。

符号の説明

１ゴム摩耗試験装置
２ゴム試験片
３砥石
４静電気除去装置
５コモンベッド
６チャンバ
９ゴム温度モニタ
１０指令値出力手段
１１メモリ
１２ＣＰＵ
１３モニタ
１４データ入力装置
２０試験片回転手段
２１（試験片回転用の）軸受
２２（試験片回転用の）モータ
２４（試験片回転用の）回転軸
２５試験片回転制御手段
３０砥石回転手段
３１（砥石回転用の）軸受
３２（砥石回転用の）モータ
３４（砥石回転用の）回転軸
３５砥石回転制御手段
３６クリーニングローラ
４０試験片押圧手段
４１油圧シリンダ
４２ガイド機構
４３可動ベース
４５押圧制御手段

Claims

円盤状の砥石と、この砥石を回転させる砥石回転手段と、前記砥石の回転軸と平行な軸を中心として円盤状のゴム試験片を回転させる試験片回転手段と、このゴム試験片を前記砥石に押圧する試験片押圧手段とを具え、前記砥石の周面に前記ゴム試験片の周面を押圧しながら砥石とゴム試験片とを回転させてゴム試験片を摩耗させるゴム摩耗試験機において、
前記試験片回転手段を制御する試験片回転制御手段を設け、この試験片回転制御手段を、前記ゴム試験片を回転させるトルクが所望の変化パターンとなるようにする制御方式の制御が可能なよう構成してなるゴム摩耗試験機。
前記試験片回転制御手段を、前記トルクの変化パターンとして、トルクが時間的に変化しない一定トルクパターンと、トルクが時間的に変化する変動トルクパターンとの両方に対応した制御が可能なよう構成してなる請求項１に記載のゴム摩耗試験機。
前記試験片回転制御手段へ前記トルクの変化パターンを指令値として出力する指令値出力手段を設け、この指令値出力手段に、１以上の前記トルクの変化パターンを記憶するメモリを配設してなる請求項１もしくは２に記載のゴム摩耗試験機。
前記制御方式を第一の制御方式として、前記試験片回転制御手段を、第一の制御方式の他に、前記ゴム試験片を回転させる際のスリップ率が所望の変化パターンとなるようにする第二の制御方式の制御も可能なよう構成するとともに、前記試験片回転制御手段に、第一の制御方式と第二の制御方式とを切り換える制御方式切換手段を設けてなる請求項１〜３のいずれかに記載のゴム摩耗試験機。
前記砥石回転手段を制御する砥石回転制御手段を設け、この砥石回転制御手段を、前記砥石を回転させる際の回転速度が所望の変化パターンとなるようにする制御が可能なよう構成してなる請求項１〜４のいずれかに記載のゴム摩耗試験機。
前記砥石回転制御手段を、前記回転速度の変化パターンとして、回転速度が時間的に変化しない一定回転速度パターンと、回転速度が時間的に変化する変動回転速度パターンとの両方に対応した制御が可能なよう構成してなる請求項５のいずれかに記載のゴム摩耗試験機。
前記指令値出力手段を、前記砥石回転制御手段へ前記回転速度の変化パターンを指令値として出力することができるよう構成し、この指令値出力手段に、１以上の前記回転速度の変化パターンを記憶するメモリを配設してなる請求項５もしくは６に記載のゴム摩耗試験機。
試験片押圧手段を制御する押圧制御手段を設け、この押圧制御手段を、砥石にゴム試験片を押圧する圧力が、所望の変化パターンとなるようにする制御が可能なよう構成するとともに、前記指令値出力手段を、前記押圧制御手段に前記押圧の変化パターンを指令値として出力することができるよう構成し、この指令値出力手段に、１以上の前記回転速度の変化パターンを記憶するメモリを配設してなる請求項１〜７のいずれかに記載のゴム摩耗試験機。
少なくともゴム試験片を覆うチャンバを配設し、チャンバ内の温度を所望の温度に制御可能に構成してなる請求項１〜８のいずれかに記載のゴム摩耗試験機。
回転する前記砥石の周面に接するように配設され、この砥石の周面に付着したゴム粉を連続的に除去するクリーニングローラを設けてなる請求項１〜９のいずれかに記載のゴム摩耗試験機。
前記ゴム試験片の周面温度を連続的にモニタするゴム温度モニタを設けてなる請求項１〜１０のいずれかに記載のゴム摩耗試験機。
前記ゴム試験片の周面にイオンを吹き付けて、その周面に蓄積される静電気を除去する静電気除去装置を設けてなる請求項１〜１１のいずれかに記載のゴム摩耗試験機。
未試験のゴム試験片を、未試験ゴム試験片置台から前記試験片回転手段に移載してセットするとともに、試験済みのゴム試験片を、前記試験片回転手段から取り外して試験済みのゴム試験片置台まで移載するゴム試験片移載手段を設けてなる請求項１〜１２のいずれかに記載のゴム摩耗試験機。
請求項１〜１３のいずれかに記載のゴム試験機を用いて、タイヤに用いられるトレッドゴムの摩耗速度を試験するゴムの摩耗試験方法において、
前記タイヤが装着された１以上の実車を走行させ、走行時のトルクの時間変化データを採取する工程と、採取されたトルクの時間変化データに基づいて、前記試験片回転制御手段に出力するトルク変化パターンの指令値を作成する工程と、２種類以上のゴム種ついて、これらのゴム種に対応するゴム試験片を作成し、前記ゴム試験機を用いて、これらのゴム試験片の前記トルク変化パターンに対応する摩耗速度を測定し、それらの測定結果を相互に比較する工程とよりなるゴムの摩耗試験方法。
前記トルクの時間変化データを、前記タイヤを装着した車両の車速時間変化データから求める請求項１４に記載のゴムの摩耗試験方法。