JP2010249693A - On-ice friction tester and on-ice friction test method using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、対比試験を簡略化しつつ、氷盤の性状をより正確に把握できる氷上摩擦試験機およびこれを用いた氷上摩擦試験方法に関する。 The present invention relates to an on-ice friction tester capable of more accurately grasping ice properties while simplifying a comparison test, and an on-ice friction test method using the same.
積雪寒冷地域で多く利用されているタイヤには、いかなる氷雪路面にも対応し得る氷上性能が付与されていることが強く望まれる。しかし、タイヤの氷上性能は氷雪路面における氷の性状によって大きく変化してしまうという状況下、万能な性能を発揮するタイヤを実現すべく、種々の開発がなされている。 It is strongly desired that tires that are widely used in snowy and cold regions have on-ice performance that can handle any snowy road surface. However, various developments have been made in order to realize a tire that exhibits versatile performance in a situation where the performance on the ice of the tire greatly changes depending on the properties of the ice on the snowy road surface.
こうしたタイヤの開発に欠かせないものの一つに、タイヤの氷上性能を評価する氷上摩擦試験機がある(例えば、特許文献1参照)。かかる氷上摩擦試験機は氷盤を形成して氷路に見立て、これにゴム試験片を押圧することにより摩擦力を測定し、氷路上での実車走行試験に近似させて評価するものである。ここでもやはり氷盤の性状によって得られる試験結果が大きく変動し得るため、通常、別途対比試験片を用いた測定を行うことで本試験時の氷の状態を把握し、本試験片を用いた測定を行う。 One of the indispensable elements for the development of such a tire is an on-ice friction tester for evaluating the on-ice performance of the tire (see, for example, Patent Document 1). Such an on-ice friction tester forms an ice plate and looks like an icy road, and measures the frictional force by pressing a rubber test piece against the icy road, and evaluates it by approximating an actual vehicle running test on the icy road. Again, the test results obtained depending on the properties of the ice plate can fluctuate greatly. Therefore, the ice condition at the time of the main test is usually grasped by performing measurement using a separate test piece, and the test piece is used. Measure.
しかしながら、こうした試験機を用いた測定であると、ゴム試験片との摩擦などによって氷盤が融解して水分が発生し、これが再びゴム摩耗粉などの不純物を交えた状態で氷結するため、特に複数回にわたる試験を実施すると、その度ごとに氷盤の性状が大きく変動することとなる。したがって、本試験片を用いた試験を実施する度に、その前或いは後に対比試験片を用いた測定を行って、本試験時における氷盤の状態を推測しなければならず、試験時間が長期化するとともに、本試験中における路面状態を直接測定するものではないために、複数回にわたる試験を同一条件下での評価として近似すると、評価精度が低下するおそれもある。 However, in the measurement using such a testing machine, the ice plate melts due to friction with the rubber test piece and moisture is generated, and this freezes again with impurities such as rubber wear powder. If the test is conducted multiple times, the ice sheet properties will fluctuate greatly each time. Therefore, each time a test using this test piece is performed, the measurement using the comparison test piece must be performed before or after the test piece to estimate the state of the ice disk at the time of this test, and the test time is long. In addition, since the road surface condition during the main test is not directly measured, the evaluation accuracy may be reduced if a test over a plurality of times is approximated as an evaluation under the same conditions.
そこで、本発明は、対比試験を簡略化しつつ、氷盤の性状をより正確に把握できる氷上摩擦試験機およびこれを用いた氷上摩擦試験方法を提供することを目的としている。 Therefore, an object of the present invention is to provide an on-ice friction tester capable of more accurately grasping the properties of ice sheets while simplifying the comparison test, and an on-ice friction test method using the same.
本発明者は、上記課題を解決すべく、本試験片を用いた測定を行う間に対比試験片を用いた測定を行うことのできる氷上摩擦試験機を見出し、本発明を完成させるに至った。
すなわち、本発明の氷上摩擦試験機は、本試験片および対比試験片を用いた測定を行う氷上摩擦試験機であって、
回転軸を有し、該回転軸周りに回転可能な氷盤と、
前記氷盤の表面に対向して本試験片を保持する保持手段および少なくとも1つの対比試験片を保持する少なくとも1つの保持手段とを具え、
前記保持手段は、前記回転軸に沿って、前記氷盤に対して近接および離間する方向に変位して、前記本試験片および前記対比試験片を同一の氷盤に対して接触および離間させることを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have found an on-ice friction tester capable of performing measurement using a comparative test piece while performing measurement using the present test piece, and have completed the present invention. .
That is, the on-ice friction tester of the present invention is an on-ice friction tester that performs measurement using the present test piece and the contrast test piece,
An ice plate having a rotation axis and rotatable about the rotation axis;
Holding means for holding the test piece facing the surface of the ice plate and at least one holding means for holding at least one contrast test piece;
The holding means is displaced in a direction approaching and separating from the ice plate along the rotation axis to bring the main test piece and the contrast test piece into contact with and separated from the same ice plate. It is characterized by.
前記氷盤は、略円環形状を呈する氷盤であるのが望ましい。
また、前記本試験片および前記対比試験片を前記氷盤に対して接触させた際に、これら本試験片および対比試験片が、本試験片における氷盤との接触面の中心から氷盤の回転軸までの距離と、対比試験片における氷盤との接触面の中心から氷盤の回転軸までの距離とが等しくなるよう配置されてなるのが好ましい。
さらに、前記対比試験片を用いた測定が、前記対比試験片と前記氷盤との間の摩擦係数μsの測定であるのが好ましく、前記本試験片を用いた測定が、前記本試験片と前記氷盤との間の摩擦係数μmの測定であるのが好ましい。
The ice plate is preferably an ice plate having a substantially annular shape.
Further, when the main test piece and the comparative test piece are brought into contact with the ice plate, the main test piece and the comparative test piece are separated from the center of the contact surface of the main test piece with the ice plate. It is preferable that the distance to the rotation axis and the distance from the center of the contact surface of the comparison test piece with the ice plate to the rotation axis of the ice plate are equal.
Furthermore, the measurement using the contrast test piece is preferably a measurement of a friction coefficient μs between the contrast test piece and the ice plate, and the measurement using the test specimen is It is preferable to measure the coefficient of friction μm between the ice plates.
また、前記本試験片および前記対比試験片を前記氷盤に対して接触させた際に、これら本試験片および対比試験片が、氷盤の回転軸に直交する直線上で対向するよう配置されてなるのが望ましい。
前記本試験片および前記対比試験片を前記氷盤に対して接触させた際に、本試験片における氷盤との接触面の面積Sm、本試験片に掛かる押圧力Pm、対比試験片における氷盤との接触面の面積Ss、および対比試験片に掛かる押圧力Psが、下記式(II−1)を満たすのが望ましく、
Ps×Ss<Pm×Sm・・・(II−1)
さらに、下記式(II−2)を満たすのが望ましい。
1/10×Pm×Sm≦Ps×Ss≦2/3×Pm×Sm・・・(II−2)
Further, when the main test piece and the comparison test piece are brought into contact with the ice plate, the main test piece and the comparison test piece are arranged to face each other on a straight line perpendicular to the rotation axis of the ice plate. It is desirable that
When the main test piece and the comparison test piece are brought into contact with the ice plate, the area Sm of the contact surface of the main test piece with the ice plate, the pressing force Pm applied to the main test piece, the ice in the comparison test piece It is desirable that the area Ss of the contact surface with the board and the pressing force Ps applied to the comparison test piece satisfy the following formula (II-1):
Ps × Ss <Pm × Sm (II-1)
Furthermore, it is desirable to satisfy the following formula (II-2).
1/10 × Pm × Sm ≦ Ps × Ss ≦ 2/3 × Pm × Sm (II-2)
また、前記本試験片における氷盤との接触面での氷盤の回転方向に直交する方向に対する最大差し渡し長さAm、および前記対比試験片における氷盤との接触面での氷盤の回転方向に直交する方向に対する最大差し渡し長さAsが、下記式(III−1)を満たすのが望ましく、
As≦Am・・・(III−1)
さらに、下記式(III−2)を満たすのが望ましい。
As=Am・・・(III−2)
また、前記本試験片における氷盤との接触面での氷盤の回転方向に対する最大差し渡し長さBm、および前記対比試験片における氷盤との接触面での氷盤の回転方向に対する最大差し渡し長さBsが、下記式(IV−1)を満たしてもよく、
Bs≦Bm・・・(IV−1)
さらに、下記式(IV−2)を満たしてもよい。
Bs<Bm・・・(IV−2)
In addition, the maximum span length Am with respect to the direction perpendicular to the rotation direction of the ice plate at the contact surface with the ice plate in the test piece, and the rotation direction of the ice plate at the contact surface with the ice plate in the comparison test piece It is desirable that the maximum passing length As for the direction orthogonal to the following formula (III-1):
As ≦ Am (III-1)
Furthermore, it is desirable to satisfy the following formula (III-2).
As = Am (III-2)
Further, the maximum length Bm with respect to the rotation direction of the ice plate at the contact surface with the ice plate in the test piece, and the maximum transfer length with respect to the rotation direction of the ice plate at the contact surface with the ice plate in the comparative test piece. Bs may satisfy the following formula (IV-1):
Bs ≦ Bm (IV-1)
Furthermore, the following formula (IV-2) may be satisfied.
Bs <Bm (IV-2)
前記氷盤の回転方向に対して前記対比試験片の前方または後方であって、前記本試験片よりも前記対比試験片に近接した位置に水膜測定装置が配置されてなるものであってもよく、氷盤の回転方向に対して前記対比試験片の前方または後方であって、前記本試験片よりも前記対比試験片に近接した位置に水膜除去装置が配置されてなるものであってもよい。
さらに、前記摩擦係数μsおよびμmを測定するための、垂直荷重計測器と接線力計測器とを有する摩擦係数計測システムを備えてもよい。
本発明の氷上摩擦試験方法は、ゴムの氷上性能を評価するにあたり、上記氷上摩擦試験機を用いて、本試験片を用いた測定を行う間に対比試験片を用いた測定を行うことを特徴とする。
A water film measuring device may be arranged in front of or behind the comparison test piece with respect to the rotation direction of the ice plate and closer to the comparison test piece than the main test piece. Well, a water film removing device is arranged in front of or behind the comparison test piece with respect to the rotation direction of the ice plate, and closer to the comparison test piece than the main test piece. Also good.
Further, a friction coefficient measuring system having a vertical load measuring instrument and a tangential force measuring instrument for measuring the friction coefficients μs and μm may be provided.
The on-ice friction test method of the present invention is characterized in that, when evaluating the on-ice performance of rubber, using the above-mentioned on-ice friction tester, the measurement using the test piece is performed while the measurement using the test piece is performed. And
なお、本明細書において、本試験片とは、タイヤの実車走行による氷上性能試験に近似した評価データを採取するため、本試験時に用いるゴム試験片を意味し、対比試験片とはより正確なデータを本試験片から採取するため、本試験時の氷状を把握するために用いるゴム試験片を意味する。 In the present specification, the term “test specimen” means a rubber specimen used in the main test in order to collect evaluation data that approximates the performance test on ice by running a tire, and the contrast specimen is more accurate. It means a rubber test piece used for grasping the ice state at the time of the main test in order to collect data from the test piece.
本発明の氷上摩擦試験機によれば、本試験時における氷上性状を瞬時に把握することができ、複数回に亘り氷上摩擦試験を実施しても氷上性状の変動に左右されることなく測定結果を得ることができる。また、本発明の氷上摩擦試験機を用いれば、本試験を実施するごとに別途対比試験を行って本試験時における氷上性状を推測する必要がなく、試験工程が簡略化された氷上摩擦試験方法を実現することができる。 According to the on-ice friction tester of the present invention, the on-ice property at the time of the main test can be grasped instantaneously, and the measurement result is not affected by fluctuations on the on-ice property even if the on-ice friction test is performed multiple times. Can be obtained. In addition, if the on-ice friction tester of the present invention is used, it is not necessary to perform a separate comparison test every time this test is performed to estimate the on-ice properties at the time of the test, and the on-ice friction test method in which the test process is simplified. Can be realized.
以下、本発明について、必要に応じて図面を参照しつつ、詳細に説明する。
図1は、本発明に係る氷上摩擦試験機の概略構成図を示し、該試験機は冷凍装置(図示せず)及び加熱装置(図示せず)を備えた温度調節(−20℃〜40℃)が可能な恒温室1の中央部に、氷盤2を水平姿勢で配置するとともに、この氷盤2を氷盤駆動モータ3により、減速機4を介して回転軸2a周りを所望の速度で回転可能ならしめる。氷盤2は回転軸2aを有していれば特に制限されるものではないが、円環形状を呈した氷盤であるのが好ましい。また、氷盤2は水平姿勢で配置されるものに制限されず、例えば垂直姿勢で配置されるものであってもよい。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings as necessary.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an on-ice friction tester according to the present invention, and the tester is provided with a temperature control (−20 ° C. to 40 ° C.) provided with a refrigeration device (not shown) and a heating device (not shown). The
ここで、氷盤2は冷水機6内の、冷却機により冷却した水を、略桶状を呈する氷盤枠2bに供給するとともに、その枠内の冷却水を、試験機のほぼ全体を囲繞する恒温室1内へ、冷気発生装置5で所望温度に冷却した冷却空気を送給することによって氷結させて形成することができ、これによりその氷盤2は冷却空気温度に応じた氷温に維持される。
Here, the
図2は、本試験片Xmおよび対比試験片Xsを保持する保持手段およびこれに保持されてなる本試験片Xmおよび対比試験片Xsを示す概略図である。ここでは、氷盤2の上方に水平姿勢で配設されてなる試料軸7mによって、試料軸7mの氷盤2側の一端に本試験片Xmを着脱自在に保持させる。同様にして、氷盤2の他の上方に水平姿勢で配設されてなる試料軸7sによって、試料軸7sの氷盤2側の一端に対比試験片Xsを着脱自在に保持させる。なお、図2では、保持された本試験片Xmと対比試験片Xsとが、氷盤2上方において回転軸2aを中心として対向するよう配置されてなる例を示しているが、これに制限されるものではなく、少なくとも保持された本試験片Xmと対比試験片Xsとが氷盤2の表面に対向して配置されていればよい。また、本発明の氷上摩擦試験機は、上記対比試験片Xsを保持する保持手段およびこれに保持されてなる対比試験片Xsを少なくとも1つ具えていればよく、これらを複数具えていてもよい。
FIG. 2 is a schematic view showing holding means for holding the test piece Xm and the contrast test piece Xs, and the test piece Xm and the contrast test piece Xs held on the holding means. Here, the test piece Xm is detachably held at one end of the
図2では本試験片Xmおよび対比試験片Xsの形状は図3(a)の部分拡大図に示すような略筒状Xm(a)を呈しているが、かかる本試験片Xmの形状は特に制限されるものではなく、図3(b)の部分拡大図に示すように、一部の相対する面が等脚台形を呈してなるような略立方体状Xm(b)を呈していてもよい。また対比試験片Xsの形状も本試験片Xmと同様の形状を呈し得る。本試験片Xm(または対比試験片Xs)の形状が略筒状の場合、例えば図3(a)に示すように、試料ホルダ30m(a)によって本試験片Xm(a)(または対比試験片Xs(a))は保持され、本試験片Xm(または対比試験片Xs)の形状が略立方体状の場合、例えば図3(b)に示すように、試料ホルダ30m(b)によって本試験片Xm(b)(または対比試験片Xs(b))は保持される。なお、本試験片Xmを保持する保持手段と対比試験片Xsを保持する保持手段とは同一の構成を有するので、以下、かかる保持手段については本試験片Xmの保持手段の構成を中心に説示する。
In FIG. 2, the shapes of the test piece Xm and the contrast test piece Xs are substantially cylindrical Xm (a) as shown in the partially enlarged view of FIG. It is not limited, and as shown in the partially enlarged view of FIG. 3 (b), it may have a substantially cubic shape Xm (b) in which some opposing surfaces have an isosceles trapezoid shape. . The shape of the contrast test piece Xs can also be the same shape as the test piece Xm. When the shape of the test specimen Xm (or the contrast test specimen Xs) is substantially cylindrical, for example, as shown in FIG. 3A, the test specimen Xm (a) (or the contrast test specimen) is taken by the
一方、試料軸7mの他端には、特に本試験片Xmが略筒状Xm(a)を呈するような場合、本試験片Xmを所望の周速で回転させる試料軸駆動モータ10mを取り付けてもよく、その中間部に、試料軸7mに発生する軸線周りのトルクを計測するトルクメータ11mを配設してもよい。この際、略筒状を呈する本試験片Xm(a)を、試料軸7mの作用によって試験片自体を回転揺動させたり自由転動させたりすることが可能となる。なお、試料軸7mは必ずしも回転することを要せず、本試験片Xmの形状が略立方体(Xm(b))である場合のように、試料軸の一端に配置された本試験片Xmを保持しつつ氷盤2に押圧する際のガイドとして機能するものであってもよい。
On the other hand, a sample
本試験片Xm(a)を試料軸7mの作用によって回転させる場合、一定のスリップ率が付加されるように回転速度を制御するのが望ましい。一般に、氷盤2の回転速度をVr(m/sec)、本試験片Xm(a)の回転速度をv(m/sec)とすると、スリップ率(%)は下記式(A)で表される。
スリップ率(%)=(Vr−v)/Vr×100・・・(A)
ここで、本発明では上記スリップ率が、通常−20%〜+20%(但し、0%を除く)、好ましくは−10%〜+10%(但し、0%を除く)となるように氷盤2の回転速度Vおよび本試験片Xm(a)の回転速度vを適宜制御するのが望ましい。
When the test piece Xm (a) is rotated by the action of the
Slip rate (%) = (Vr−v) / Vr × 100 (A)
Here, in the present invention, the
氷盤2が水平姿勢で配置されてなる場合において、回転軸2aに沿った、氷盤2に対して近接および離間する方向に変位する上記保持手段の一例では、試料軸7m(および試料軸駆動モータ10m)をこれらの背面側の昇降プレート12mで支持する。そして、この昇降プレート12mの、固定フレーム13mに対する昇降を、昇降プレート12mの更に背面側に配設した直動ガイド(図示せず)をもって案内するとともに、固定フレーム13mに取り付けた往復駆動手段の一例としての試験部昇降シリンダ14mの作用をもって、回転軸2aに沿った、氷盤2に対して近接および離間する方向への保持手段の変位を実現する。なお、これら試料軸7m(および試料軸駆動モータ10m/トルクメータ11m)の重量を、例えばワイヤを介してバランスウェイト(図示せず)をもって昇降プレート12mに掛かる重量を相殺してもよい。
In the case where the
上記のような保持手段により、本試験片Xmが氷盤2の表面に対向して保持され、試験時には、かかる保持手段が回転軸2aに沿って氷盤2に対して近接する方向に変位することで、本試験片Xmを氷盤2に対して接触させて、圧下シリンダ19mにより所望の押圧荷重を本試験片Xmに掛ける。この押圧荷重を所望により変動させることができるよう、垂直荷重センサや三分力計などを圧下シリンダ19mと試料軸7mとの間に介装してもよい。また、圧下シリンダ19mの配設位置を、本試験片Xmに作用する押圧力の中心が氷盤2への接触幅の中央部となるよう、選択するのが好ましい。
The test piece Xm is held facing the surface of the
さらにここでは、固定フレーム13mに取付けた試験部昇降シリンダ14mのロッド15mに、試料軸7mおよび昇降プレート12mとともに氷盤2に対して近接および離間する方向に変位する圧下シリンダ19mを中間プレート20mを介して取り付ける。ここで例えば、本試験片Xmを氷盤2に対して接触させる場合は、試料軸7mとともに昇降シリンダ14mのロッド15mを最下端まで下降させることにより、保持手段を回転軸2aに沿って氷盤2に対して近接させる方向に変位させる。このとき試料軸昇降ガイドシャフト21mの上部と中間プレート20mとの拘束が解除され、試料軸7m及び昇降プレート12mがフリーの状態になる。またこの時、昇降シリンダ14mは最下端でエアーによって固定されるため、圧下シリンダ19mにより所要の押圧荷重が負荷できる。
Further, here, the
なお、本試験片Xmが略立方体(Xm(b))である場合、試料軸7mを圧下シリンダ19mに直結してもよく、図3に示すように、本試験片がいずれの形状であってもY方向(氷盤2に対して近接する方向)に向けて氷盤2に対して接触し、押圧されることとなる。
When the test piece Xm is substantially cubic (Xm (b)), the
一方、本試験片Xmを氷盤2に対して離間させる場合は、試料軸7mとともに昇降シリンダ14mのロッド15mを最上端まで上昇させることにより試料軸昇降ガイドシャフト21mの上部と中間プレート20とが拘束されて、保持手段が回転軸2aに沿って氷盤2に対して離間する。
On the other hand, when the test piece Xm is separated from the
このように構成することにより、試験部昇降シリンダ14mは、本試験片Xmを保持する試料軸7mを、その本試験片Xmが氷盤2に対して大きく離間する上昇位置と、本試験片Xmが氷盤2に対して接触する位置との間で変位させることができ、また、圧下シリンダ19mは、本試験片Xmを氷盤2に所要の力で押圧し、そして、その押圧力を所要に応じて増減させることができる。
By configuring in this way, the test
図2に示す対比試験片Xsを保持する保持手段も上記本試験片Xmの保持手段と同様の構成を有し、試験開始にあたっては、氷盤2の表面に対向して保持されてなる本試験片Xmが、試料軸7mおよび本試験片Xmの上部に配置される圧下シリンダ19mによって、所望温度に冷却されつつ回転軸2a周りに回転されてなる氷盤2に対して接触し、所望の力で押圧され、また氷盤2の表面に対向して保持されてなる対比試験片Xsが、試料軸7sおよび対比試験片Xsの上部に配置される圧下シリンダ19sによって、上記同一の氷盤2に対して接触し、所望の力で押圧される。
The holding means for holding the contrast test piece Xs shown in FIG. 2 has the same configuration as the holding means for the main test piece Xm. At the start of the test, the main test is held facing the surface of the
本発明の氷上摩擦試験機は、上述のように本試験片Xmを保持する保持手段と、少なくとも1つの対比試験片Xsを保持する少なくとも1つの保持手段とを具え、これら保持手段は氷盤2の回転軸2aに沿って、氷盤2に対して近接する方向に変位して、これら試験片を同一の氷盤2に対して接触させることができるので、かかる氷上摩擦試験機を用いれば、本試験片Xmを用いた測定を行う間に対比試験片Xsを用いた測定を行うことが可能となる。上記本試験片Xmと氷盤2とが接触して摩擦熱等が発生すると、氷盤2の一部が融解して生じる水分により氷盤2上に水膜が発生したり、対比試験片Xsに起因するゴム摩耗粉等の不純物とともにこの水分が再氷結したりすることで氷盤2の性状が大きく変化するおそれがある。しかしながら、本発明の氷上摩擦試験機を用いて、本試験片Xmを用いて測定を行う間に対比試験片Xsを用いた測定を行うことで、本試験片Xmを用いた測定時の氷盤2の性状を瞬時に把握することが可能となるとともに、本試験片Xmと対比試験片Xsとにおける氷盤2の性状を均一化した元で測定を行うことができる。
The on-ice friction tester of the present invention comprises holding means for holding the test piece Xm and at least one holding means for holding at least one comparison test piece Xs as described above. The test piece can be brought into contact with the
一般に、氷盤2の性状は試験片と氷盤との接触による水膜発生量、表面粗さ、温度、試験片に起因するゴム摩耗粉等を含む不純物の発生等の要因によって変動し得るが、これらの要因のうち、特に不純物の発生は、かかる不純物が氷盤上の水分ととともに再氷結することで氷盤の性状が大きく変動するため、測定結果に最も大きな影響を与える。しかしながら、本発明の氷上摩擦試験機を用いれば、本試験片Xmを用いた測定時の前または後に別途対比試験片Xsを用いた測定を行う必要がなく、度重なる試験の実施による氷盤2の性状の変動やゴム摩耗粉の発生等の影響を極力低減することができ、全試験時間が短縮化されるとともに試験工程全体を簡略化することも可能となる。
In general, the properties of the
さらに本発明の氷上摩擦試験機では、本試験片Xmおよび対比試験片Xsを試験部昇降シリンダ14m(14s)および圧下シリンダ19m(19s)等を有する保持手段により氷盤2に接触させた際、これら試験片の氷盤2との接触面の中心から氷盤2の回転軸2aまでの距離が等しくなるよう、本試験片Xmおよび対比試験片Xsを配置するのが望ましい。この場合、具体的には、図4(a)の氷盤2上面図に示すように、本試験片Xmの氷盤2との接触面Cmの中心をOm、対比試験片Xsの氷盤2との接触面Csの中心をOsとすると、Omから回転軸2aまでの距離dmとOsから回転軸2aまでの距離dsとが等しくなる。すなわち、回転軸2aを中心とする同心円上にOmおよびOsが位置することとなり、氷盤2が回転軸2a周りに回転すると、これら本試験片Xmおよび対比試験片Xsの接触面CmおよびCsが同一の氷盤2上で同一軌道を描くこととなる。このようにすることで、対比試験片Xsが氷盤2に接触および押圧されることによって形成される轍によって、本試験片Xmに与える影響を可能な限り低減することができる。
Further, in the friction tester on ice of the present invention, when the test piece Xm and the contrast test piece Xs are brought into contact with the
さらに、本試験片Xmおよび対比試験片Xsが、上記条件を満たしつつ氷盤2の回転軸2aに直交する直線R上で対向するよう配置するのがより望ましい。この場合、具体的には、図4(b)の氷盤2上面図に示すように、本試験片Xmの氷盤2との接触面Cmの中心Omから回転軸2aまでの距離dmと対比試験片Xsの氷盤2との接触面Csの中心Osから回転軸2aまでの距離dsとが等しく、かつ上記中心Omと上記中心Osとが、回転軸2aに直交する直線R上に位置することとなる。このようにすることで、本試験片Xmと対比試験片Xsとを最大限離間して氷盤2上方に配置することとなり、対比試験片Xsが氷盤2に接触および押圧されることによって発生する水膜やゴム摩耗粉等によって、本試験片Xmに与える影響をも低減しやすくなる。
Further, it is more desirable that the test piece Xm and the contrast test piece Xs are arranged so as to face each other on a straight line R orthogonal to the
図4に示すdmおよびdsの具体例としては、例えば氷盤2が直径100〜200cmの略円環状である場合、dmおよびdsは45〜95cmであるのが望ましい。
As specific examples of dm and ds shown in FIG. 4, for example, when the
また、摩擦係数をμ、試験片の接触面(CmまたはCs)の面積をS(m2)、試験片に掛かる押圧力をP(N/m2)とすると、一般に荷重W(N)は下記式(I−1)で表され、摩擦力F(N)は下記式(I−2)で表される。
W=P×S・・・(I−1)
F=μ×W・・・(I−2)
ここで、氷盤上に発生する水分量は上記摩擦力Fに比例して増減するため、荷重Wを可能な限り抑制すると、試験片前後に発生する水分量をより低減することができ、氷盤の性状の変動を効果的に抑制することが可能となる。したがって、対比試験片Xsによる本試験片Xmへの影響を極力低減するには、本試験片Xmの氷盤2との接触面Cmの面積をSm、対比試験片Xsに掛かる押圧力をPmとし、対比試験片Xsの氷盤2との接触面Csの面積をSs、対比試験片Xsに掛かる押圧力をPsとすると、これらが下記式(II−1)を満たすのが望ましい。
Ps×Ss<Pm×Sm・・・(II−1)
より好ましくは、下記式(II−2)
1/10×Pm×Sm≦Ps×Ss≦2/3×Pm×Sm・・・(II−2)
を満たし、最も好ましくは下記式(II−3)
Ss<Sm・・・(II−3)
を満たすのが望ましい。
When the friction coefficient is μ, the area of the contact surface (Cm or Cs) of the test piece is S (m 2 ), and the pressing force applied to the test piece is P (N / m 2 ), the load W (N) is generally It is represented by the following formula (I-1), and the frictional force F (N) is represented by the following formula (I-2).
W = P × S (I-1)
F = μ × W (I-2)
Here, the amount of water generated on the ice plate increases and decreases in proportion to the friction force F. Therefore, if the load W is suppressed as much as possible, the amount of water generated before and after the test piece can be further reduced. It is possible to effectively suppress fluctuations in the properties of the board. Therefore, in order to reduce the influence of the contrast specimen Xs on the specimen Xm as much as possible, the area of the contact surface Cm of the specimen Xm with the
Ps × Ss <Pm × Sm (II-1)
More preferably, the following formula (II-2)
1/10 × Pm × Sm ≦ Ps × Ss ≦ 2/3 × Pm × Sm (II-2)
And most preferably the following formula (II-3)
Ss <Sm (II-3)
It is desirable to satisfy.
このような関係を満たすことにより、同一の氷盤2に対して接触しつつも対比試験片Xsが氷盤2に接触および押圧されることにより発生する水分量を低減することが可能となり、本試験時における氷盤性状の変動を効果的に抑制することができる。また、対比試験片Xsに負荷される荷重W(=μ×Ps×Ss)が必要以上に減じられるのを回避することができるので、得られる測定結果のバラつきを低減することが可能となる。さらに、例えば各々の試験片と氷盤2との間の摩擦係数μ(μsおよびμm)の値が計測不能となるのを回避することもできる。
By satisfying such a relationship, it is possible to reduce the amount of moisture generated by the comparison test piece Xs contacting and pressing the
なお、氷盤2が直径100〜200cmの略円環状である場合、本試験片Xmの氷盤2との接触面Cmの面積Smは、通常1〜50cm2、好ましくは1〜10cm2であり、対比試験片Xsの氷盤2との接触面Csの面積Ssは、通常1〜50cm2、好ましくは1〜10cm2である。
In addition, when the
さらに、図5に示すように、図4における接触面Cmでの氷盤2の回転方向Yに直交する方向に対する最大差し渡し長さをAm、接触面Csでの氷盤2の回転方向Yに直交する方向に対する最大差し渡し長さをAsとすると、下記式(III−1)を満たすのが望ましく、
As≦Am・・・(III−1)
下記式(III−2)を満たすのがより望ましい。
As=Am・・・(III−2)
なお、上記最大差し渡し長さとは、上記接触面における回転方向Yに直交する方向に対する差し渡し長さのうち、最も長い差し渡し長さを意味する。
Further, as shown in FIG. 5, the maximum passing length with respect to the direction orthogonal to the rotation direction Y of the
As ≦ Am (III-1)
It is more desirable to satisfy the following formula (III-2).
As = Am (III-2)
In addition, the said maximum delivery length means the longest delivery length among the delivery lengths with respect to the direction orthogonal to the rotation direction Y in the said contact surface.
通常、試験片が上記圧下シリンダ19の作用によって下降し、回転軸2a周りに回転してなる氷盤2に押圧されると、接触した氷盤2との間に生じる摩擦によって氷盤2の一部が次第に融解し、氷盤2上に凹部を呈する轍が形成される。したがって、特に複数回に亘る試験を実施する際、試験片が実際に氷盤2と接触するのはこの凹部の底面となる。ここで、本試験片XmのAmと対比試験片XsのAsが上記式(III−1)を満たせば、対比試験片Xsによって氷盤2に形成された轍の凹部内に埋設されるように本試験片Xmが氷盤2と接触することになるため、本試験片Xmと対比試験片Xsとの双方を凹部の底面と接触させることができる。さらに上記式(III−2)を満たす場合には、対比試験片Xsにより形成される轍の凹部内に嵌合されるような状態で本試験片Xmが氷盤2と接触することになり、より確実に本試験片Xmと対比試験片Xsとの双方を凹部の底面と接触させることができるため、より望ましい。このようにすることで、同一の氷盤2に対して接触しつつも対比試験片Xsが形成する轍によって本試験片Xmが受ける影響をより低減することが可能となる。
Normally, when the test piece is lowered by the action of the
なお、本試験片Xmの氷盤2との接触面Cmの面積Smが1〜50cm2、対比試験片Xsの氷盤2との接触面Csの面積Ssが1〜25cm2である場合、接触面Cmでの上記最大差し渡し長さAmは通常1〜7cm、好ましくは1〜5cmであり、接触面Csでの上記最大差し渡し長さAsは通常1〜7cm、好ましくは1〜5cmである。
In addition, when the area Sm of the contact surface Cm with the
特に、本試験片Xmおよび対比試験片Xsが共に図3(b)に示すような略立方体である場合、さらに対比試験片Xsが形成する轍によって本試験片Xmが受ける影響を低減するには、上記接触面Cmでの氷盤2の回転方向Yに対する最大差し渡し長さをBm、上記接触面Csでの氷盤2の回転方向Yに対する最大差し渡し長さをBsとすると、上記式(III−1)または(III−2)に加えて下記式(IV−1)を満たすのが望ましく、
Bs≦Bm・・・(IV−1)
下記式(IV−2)を満たすのがより望ましい。
Bs<Bm・・・(IV−2)
なお、上記最大差し渡し長さとは、上記接触面における回転方向Yに対する差し渡し長さのうち、最も長い差し渡し長さを意味する。
In particular, in the case where both the test specimen Xm and the contrast test specimen Xs are substantially cubic as shown in FIG. 3B, to further reduce the influence of the test specimen Xm by the wrinkles formed by the contrast test specimen Xs. When the maximum passing length with respect to the rotation direction Y of the
Bs ≦ Bm (IV-1)
It is more desirable to satisfy the following formula (IV-2).
Bs <Bm (IV-2)
In addition, the said maximum delivery length means the longest delivery length among the delivery lengths with respect to the rotation direction Y in the said contact surface.
試験片が図3(b)に示す略立方体である場合、かかる略立方体の角部が試験片と氷盤2との摩擦により形成される轍の壁面に接触してゴム摩耗粉が発生し、氷盤2の性状が大きく変動するおそれがある。また、かかる接触により轍の壁面が損傷を受けて轍の凹部形状が湾曲した形状に変動し、平滑な凹部底面が曲面を呈することとなり、試験片を凹部底面に充分に接触させることができなくなるおそれもある。しかしながら、本試験片Xmにおける接触面Cmでの最大差し渡し長さBmと対比試験片Xsの接触面Csでの最大差し渡し長さBsとが上記式(IV−1)を満たせば、同一の氷盤2に対して接触しつつも最大差し渡し長さBsを抑えて対比試験片Xsの角部が轍の壁面に接触するのを回避することができ、氷盤2の損傷やゴム摩耗粉の発生等を抑制することができるとともに、試験片を轍の凹部底面に確実に接触させることが可能となる。また対比試験片Xsの接触面Csの面積Ssをも縮小することもできるので、上記式(I−1)〜(I−2)に示すように対比試験片Xsの接触によって発生する水分量をも低減することができる。さらに上記式(IV−2)を満たせば、これらの効果をより確実なものとすることができる。
When the test piece is a substantially cube shown in FIG. 3 (b), the corner of the substantially cube comes into contact with the wall surface of the ridge formed by the friction between the test piece and the
なお、本試験片Xmの氷盤2との接触面Cmでの上記最大差し渡し長さAmが1〜7cm、対比試験片Xsの氷盤2との接触面Csでの上記最大差し渡し長さAsが1〜7cmである場合、接触面Cmでの上記最大差し渡し長さBmは通常1〜7cm、好ましくは1〜5cmであり、接触面Csでの上記最大差し渡し長さBsは通常1〜5cm、好ましくは1〜3cmである。
In addition, the maximum extension length Am at the contact surface Cm of the test piece Xm with the
上記対比試験片Xsを用いた測定としては、対比試験片Xsと氷盤2との間の摩擦係数μsの測定が好適なものとして挙げられる。かかる摩擦係数μsを測定することで、対比試験片Xsと氷盤2とが接触することによって、上記式(I−2)で表される摩擦力Fに比例して増減する水分量を把握することができ、本試験時の氷盤2の性状を正確に把握することが可能となる。また対比試験片Xsに負荷する押圧力Psを加減することで、発生する水分量を適宜調整することも可能となる。同様に、本試験片Xmを用いた測定としても、本試験片Xmと氷盤2との間の摩擦係数μmの測定が好適であり、摩擦係数μmの測定結果に応じて、本試験片Xmと氷盤2とが接触することによって発生する水分量を適宜調製することが可能となる。上記摩擦係数μsまたは摩擦係数μmの測定を行うために配置される装置としては、特に制限されるものではなく、例えば垂直荷重計測器と接線力計測器とを有する摩擦係数計測システムが好適なものとして挙げられる。
As a measurement using the above-mentioned contrast test piece Xs, the measurement of the friction coefficient μs between the contrast test piece Xs and the
また、氷盤2の回転軸2a周りの回転方向Zに対して上記対比試験片Xsの前方または後方であって、本試験片Xmよりも対比試験片Xsに近接した位置に水膜測定装置を配置するのが望ましい。このようにすることで、対比試験片Xsと氷盤2との摩擦により対比試験片Xsの前方または後方に生じた水分によって氷盤2上に形成される水膜を瞬時に把握することができ、かかる水膜に影響され得る本試験片Xmの試験データの変動をも正確に把握することが可能となる。ここで、対比試験片Xsの形状が図3(b)に示すような略立方体状である場合、この形状に起因して、回転方向Zに対して対比試験片Xsの後方に発生する水分が対比試験片Xsの前方にまで回り込みにくく、後方に発生した水分によって形成される水膜が測定結果に及ぼす影響は少ないので、専ら対比試験片Xsの前方に発生する水分によって形成される水膜が測定結果に影響を及ぼすため、回転方向Zに対して対比試験片Xsの前方の位置、例えば図5に示す位置Qに、水膜測定装置を配置するのがより効果的である。
In addition, the water film measuring device is placed in front of or behind the above-mentioned comparison specimen Xs with respect to the rotation direction Z around the
さらに、氷盤2の回転軸2a周りの回転方向Zに対して上記対比試験片Xsの前方または後方であって、本試験片Xmよりも対比試験片Xsに近接した位置に水膜除去装置を具えるのが望ましい。水膜除去装置は、通常、ブラシやスポンジ等の水膜除去機能を備えており、かかる装置を配置することで対比試験片Xsの前方または後方の氷盤2上に形成された余分な水膜を除去して、より正確な試験データを得ることが可能となる。ここで、対比試験片Xsの形状が図3(b)に示すような略立方体状である場合、この形状に起因して、回転方向Zに対して対比試験片Xsの後方に発生する水分が対比試験片Xsの前方にまで回り込みにくく、後方に発生した水分によって形成される水膜が測定結果に及ぼす影響は少ないので、専ら対比試験片Xsの前方に発生する水分によって形成される水膜が測定結果に影響を及ぼすため、回転方向Zに対して対比試験片Xsの前方の位置、例えば図5に示す位置Qに水膜除去装置を配置するのがより効果的である。このようにすることで、回転方向Zに対して本試験片Xmの前方における氷盤2の表面を常に乾燥した状態に保持しやすくなり、より安定した試験データを得ることが可能となる。
Furthermore, a water film removing device is provided at a position in front of or behind the above-mentioned comparative test piece Xs with respect to the rotation direction Z around the
なお、上記水膜測定装置と水膜除去装置との双方を配置する場合、対比試験片Xsの形状がいずれの形状であっても、回転方向Zに対して水膜測定装置の後方の位置に上記水膜除去装置を配置するのが望ましい。これによって、水膜除去装置で余分な水膜が除去された氷盤2の性状を本試験片Xmを用いた測定の直前に、水膜測定装置で把握することができる。
When both the water film measuring device and the water film removing device are arranged, the contrast test piece Xs is located at a position behind the water film measuring device with respect to the rotation direction Z regardless of the shape of the contrast test piece Xs. It is desirable to arrange the water film removing device. Thus, the properties of the
1 : 恒温室
2 : 氷盤
2a: 回転軸
2b: 氷盤枠
3 : 氷盤駆動モータ
4 : 減速機
5 : 冷気発生装置
6 : 冷水機
7m、7s: 試料軸
10m、10s: 試料軸駆動モータ
11m、11s: トルクメータ
12m、12s: 昇降プレート
13m、13s: 固定フレーム
14m、14s: 試験部昇降シリンダ
19m、19s: 圧下シリンダ
20m、20s: 中間プレート
21m、21s: 試料軸昇降ガイドシャフト
R : 氷盤2の回転軸2aに直交する直線
Xm : 本試験片
Xs : 対比試験片
Y : 試験片の氷盤2に対して近接する方向
Z : 氷盤2の回転軸2a周りの回転方向
Q : 水膜測定装置または水膜除去装置の好適な配置位置
1: constant temperature chamber 2:
Claims (16)
回転軸を有し、該回転軸周りに回転可能な氷盤と、
前記氷盤の表面に対向して本試験片を保持する保持手段および少なくとも1つの対比試験片を保持する少なくとも1つの保持手段とを具え、
前記保持手段は、前記回転軸に沿って、前記氷盤に対して近接および離間する方向に変位して、前記本試験片および前記対比試験片を同一の氷盤に対して接触および離間させることを特徴とする氷上摩擦試験機。 An on-ice friction tester that performs measurement using this test piece and a contrast test piece,
An ice plate having a rotation axis and rotatable about the rotation axis;
Holding means for holding the test piece facing the surface of the ice plate and at least one holding means for holding at least one contrast test piece;
The holding means is displaced in a direction of approaching and separating from the ice plate along the rotation axis to bring the main test piece and the contrast test piece into contact with and separated from the same ice plate. A friction tester on ice.
Ps×Ss<Pm×Sm・・・(II−1) When the main test piece and the comparison test piece are brought into contact with the ice plate, the area Sm of the contact surface of the main test piece with the ice plate, the pressing force Pm applied to the main test piece, the ice in the comparison test piece The on-ice friction tester according to any one of claims 1 to 6, wherein the area Ss of the contact surface with the board and the pressing force Ps applied to the comparison test piece satisfy the following formula (II-1).
Ps × Ss <Pm × Sm (II-1)
1/10×Pm×Sm≦Ps×Ss≦2/3×Pm×Sm・・・(II−2) The on-ice friction tester according to claim 7, wherein the area Sm, the pressing force Pm, the area Ss, and the pressing force Ps satisfy the following formula (II-2).
1/10 × Pm × Sm ≦ Ps × Ss ≦ 2/3 × Pm × Sm (II-2)
As≦Am・・・(III−1) The maximum span length Am with respect to the direction orthogonal to the ice disk rotation direction at the contact surface with the ice plate in the test piece, and the rotation direction of the ice disk at the contact surface with the ice plate in the comparison test piece. The on-ice friction tester according to claim 7 or 8, wherein a maximum passing length As with respect to a direction to satisfy the following formula (III-1):
As ≦ Am (III-1)
As=Am・・・(III−2) The friction tester on ice according to claim 9, wherein the maximum delivery length Am and the maximum delivery length As satisfy the following formula (III-2).
As = Am (III-2)
Bs≦Bm・・・(IV−1) The maximum passing length Bm with respect to the ice disk rotation direction at the contact surface with the ice plate in the test piece, and the maximum transfer length Bs with respect to the ice disk rotation direction at the contact surface with the ice plate in the contrast test piece. Satisfy | fills following formula (IV-1), The friction tester on ice in any one of Claims 7-10 characterized by the above-mentioned.
Bs ≦ Bm (IV-1)
Bs<Bm・・・(IV−2) The on-ice friction tester according to claim 11, wherein the maximum delivery length Bm and the maximum delivery length Bs satisfy the following formula (IV-2).
Bs <Bm (IV-2)
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