JP2011158448A - ゴム試験機 - Google Patents

Abstract

【課題】実際の摩耗時におけるゴムの挙動をより高精度に再現することができ、これにより、測定されるゴム摩耗度および摩耗形態を、実際の摩耗結果に、より精度良く対応させることが可能なゴム試験機を提供する。
【解決手段】砥石または擬似路面１１にゴム試験片１を押し付けて、ゴム試験片１の試験を行うゴム試験機である。ゴム試験片１と砥石または擬似路面１１との接触時間の制御機構を備える。ゴム試験片１の砥石または擬似路面１１に対する押し付けとともに、ゴム試験片１と砥石または擬似路面１１との、押し付け方向に直交する方向の相対位置を変化させて、ゴム試験片１に砥石または擬似路面１１に対する粘着および／またはすべりを与えることが好ましい。
【選択図】図１

Description

本発明はゴム試験機に関し、詳しくは、加硫ゴムの摩耗試験を行うためのゴム試験機、特には、自動車タイヤ用加硫ゴムの摩耗試験を行うためのゴム試験機に関する。

従来より、加硫ゴムの摩耗試験を行うための装置として、ランボーン試験機が知られている（ＪＩＳ Ｋ６２６４）。ランボーン試験機は、円盤状の加硫ゴムからなる試験片と、円盤状の砥石または擬似路面とを、それぞれ独立して定められた回転数で回転させながら、試験片を砥石または擬似路面の外周面に押し付けるとともに、互いにスリップさせることにより試験片を摩耗させ、一定時間後に摩耗量を測定するものである。

また、ランボーン試験機において、ゴム試験片が砥石または擬似路面に対して一定のスリップ率となるよう回転させたときの試験片にかかる摩擦力を検出し、検出された摩擦力の各々とスリップ率とに基づいて定義される摩擦エネルギーから、ゴム摩耗度を測定する方法も公知である（特許文献１参照）。この測定方法では、路面とゴムとをいずれも軸を中心に回転可能に形成して、互いに曲面同士で接触させ、検出される前後力およびスリップ率より近似的に得られる摩擦エネルギー（＝すべり距離×摩擦力）から、ゴム摩耗度を求めている。

これに対し、より精確なゴム摩耗度を評価することが可能なゴム試験機として、タイヤなどの実際の製品が摩耗する際の挙動を再現して試験を行うゴム試験機が提案されている（特許文献２参照）。この技術によれば、ゴムと路面とが接触して摩耗が生ずる際のゴムの粘着状態およびすべり状態を作り出すことによって、実際にゴムが摩耗する際の摩耗状況をより精度良く再現することができる。

特開平１１−３２６１６９号公報 特開２００９−１９８２７６号公報（特許請求の範囲等）

上記特許文献２に係るゴム試験機によれば、タイヤなどの実際の製品が摩耗する際のゴムの挙動を精度良く再現して、実際の摩耗結果に精度よく対応するゴム摩耗度の測定値を得ることが可能である。しかしながら、かかる特許文献２のゴム試験機においても、再現可能なタイヤの摩耗状況には限界があるため、より実車走行時における摩耗状況に近い、精確なゴム摩耗度を評価できるとともに、より実車走行時に近い摩耗形態を再現することが可能なゴム試験機の実現が求められていた。

そこで本発明の目的は、上記問題を解消して、実際の摩耗時におけるゴムの挙動をより高精度に再現することができ、これにより、測定されるゴム摩耗度および摩耗形態を、実際の摩耗結果に、より精度良く対応させることが可能なゴム試験機を提供することにある。

本発明者は鋭意検討した結果、以下のような点を見出した。すなわち、タイヤなどの実際の製品が摩耗する際には、ゴムと路面との接地時間はタイヤのサイズや構造によって決まり、例えばトレッドゴムの種類のみを変更した２つのタイヤを同じ条件で走行させた場合に、接地時間が大きく異なることはない。しかしながら、従来のランボーン試験機や特許文献１，２に示すような試験機でゴム試験片の試験を行う場合には、同じ速度条件下であっても、図５に示すように、ゴムの種類、例えば硬さを変えると、接触時間が大きく異なることとなり、かかる従来のゴム試験機においては、この点で再現可能なタイヤのトレッドブロックの挙動に限界があったと考えられる。これは、実際の製品が複合材料からなる空気入りの構造であるのに対して、ゴム試験片は試験機の回転軸等に直結された構造であることに起因している。

かかる観点から、本発明者はさらに検討した結果、ゴム試験機に、ゴム試験片と路面等との接触時間の調整機構を設けることで、ゴム試験片の形状やゴム物性に依存せずに同一条件下で試験を行うことができ、これにより、実際にゴムが摩耗する際の摩耗状況をより高精度に再現することが可能となることを見出して、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は、砥石または擬似路面にゴム試験片を押し付けて、該ゴム試験片の試験を行うゴム試験機であって、
前記ゴム試験片と前記砥石または擬似路面との接触時間の制御機構を備えることを特徴とするものである。

本発明においては、前記ゴム試験片の前記砥石または擬似路面に対する押し付けとともに、該ゴム試験片と該砥石または擬似路面との、押し付け方向に直交する方向の相対位置を変化させて、前記ゴム試験片に前記砥石または擬似路面に対する粘着および／またはすべりを与えることが好ましい。また、本発明のゴム試験機は、前記ゴム試験片の押し付け荷重の制御機構を備えることが好ましい。

さらに、本発明においては、前記接触時間の制御機構が、前記ゴム試験片と前記砥石または擬似路面とが接触する時間を計測する計測手段を備え、かつ、前記ゴム試験片の押し付け速度を、該計測された接触時間と設定値とが等しくなるよう制御することが好ましい。さらにまた、前記接触時間の制御機構が、前記ゴム試験片の押し付け方向における位置を、時間軸に対し正弦波、変形正弦波またはパルス波形状をなすよう制御することが好ましい。本発明において、前記ゴム試験片の押し付け方向における位置の制御は、アクチュエータおよびモータを用いて行うことができる。

本発明のゴム試験機は、前記砥石または擬似路面との間で前記ゴム試験片を摩耗させて、該砥石または擬似路面と該ゴム試験片との間の摩擦力を測定する、摩耗試験機として好適に使用可能である。また、本発明においては、前記ゴム試験片および前記砥石または擬似路面の双方の位置を、互いに独立に変動させることが好ましく、これにより、タイヤのトレッドブロックの接地から蹴り出しまでの現象を再現することができる。

本発明によれば、上記構成としたことにより、タイヤなどの実際の製品が摩耗する際のゴムの挙動をより高精度に再現することができ、これにより、測定されるゴム摩耗度および摩耗形態を、実際の摩耗結果に、より精度良く対応させることが可能なゴム試験機を実現することが可能となった。

本発明のゴム試験機の一構成例を示す概略説明図である。 ゴム試験片と砥石または擬似路面との接触時間の制御の流れを示すフローチャートである。 ゴム試験片の、押し付け方向における位置の変動の軌跡を示すグラフである（（ａ）正弦波、（ｂ）変形正弦波または（ｃ）パルス波）。 ゴム試験片と砥石または擬似路面との間の接触状態の推移を示す説明図である。 ゴム試験片の押し付け速度と、砥石または擬似路面に対する接触時間との関係を、相対的に硬度の相違する硬ゴムと軟ゴムとの比較において示すグラフである。 モータの回転運動をゴム試験片の上下運動に変換するためのリンク機構の一例を示す説明図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１に、本発明のゴム試験機の一構成例の概略説明図を示す。図示するように、本発明のゴム試験機は、砥石または擬似路面（以下、単に「路面」ともいう）１１にゴム試験片１を押し付けて、このゴム試験片１の試験を行うものである。

本発明のゴム試験機は、ゴム試験片１と路面１１との接触時間の制御機構を備えている点に特徴がある。これにより、ゴム試験片１の形状およびゴム物性に依存せずに、ゴム試験片１と路面１１との接触時間を制御することができ、同じ接地時間の条件で試験を行うことが可能となる。したがって、かかる本発明のゴム試験機によれば、実際にゴムが摩耗する際の摩耗状況をより高精度に再現した状態で、ゴム試験片１の試験を行うことができ、すなわち、異なるゴム種を、実際と同様の同一条件下で試験に供することが可能となる。

本発明において、上記接触時間の制御機構としては、その具体的構成には特に制限はない。例えば、接触時間の制御機構が、ゴム試験片１と路面１１とが接触する時間を計測する計測手段を備えるものとして、図２に示すように、ゴム試験片１の押し付け速度を、計測された接触時間（計測値）と、あらかじめ設定した接触時間（設定値）とが等しくなるよう制御する手法を用いることができる。ここで、ゴム試験片１と路面１１との接触時間は、実際の製品タイヤにおいては接地時間に相当する。この場合、まず、ゴム試験片１の路面１１に対する押し付け荷重、および、ゴム試験片１と路面１１との接触時間を代表値として入力して、ゴム試験機の動作を開始させる。次いで、ゴム試験片１と路面１１との実際の接触時間を計測し、得られた計測値と接触時間の設定値とを比較して、計測値と設定値とが一致しなければ押し付け速度を調整することを繰り返す。そして、計測値と設定値とが一致したところで、摩耗試験を開始するものとする。このようにして押し付け速度を制御することで、ゴム試験片１の形状およびゴム物性に依存せずに、常に同じ接地時間の条件で試験を行うことが可能となる。

また、上記接触時間の制御機構においては、図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、ゴム試験片１の押し付け方向における位置を、時間軸に対し正弦波、変形正弦波またはパルス波形状をなすよう制御するものとしてもよい。ゴム試験片１の押し付け方向における位置の制御はアクチュエータおよびモータを用いて行うことができるので、かかるアクチュエータおよびモータを高精度に制御することによって、ゴム試験片１を、図示するように正弦波、変形正弦波またはパルス波に沿う上下運動をするよう制御することができる。また、上記モータの回転運動をゴム試験片１の上下運動に変換するためのリンク機構を特殊なものにすることによっても、ゴム試験片１の上下運動を、図示するような正弦波、変形正弦波またはパルス波に沿うものとすることができる。例えば、図６（ａ）に示すようなリンク機構を用いれば、ゴム試験片の軌跡は図中（ｃ）に示す正弦波に従うものとなる。また、図６（ｂ）に示すようなリンク機構を用いれば、ゴム試験片の軌跡は図中（ｄ）に示す変形正弦波に従うものとなる。なお、図中の符号２１Ａ，２１Ｂはカム、２２はモータ軸、２３は治具（ホルダ）、２４はガイドレールをそれぞれ示し、モータ軸２２の回転に伴いカム２１Ａ，２１Ｂを回転させて治具２３をガイドレール２４に沿って上下させることで、ゴム試験片１を、正弦波ないし変形正弦波に従い上下運動させることができる。

本発明のゴム試験機において、ゴム試験片１の形状およびゴム物性に依存しないで同一条件下で試験を行うためには、ゴム試験片１の押し付け速度の制御機構に加えて、ゴム試験片１の押し付け荷重の制御機構を備えることが好ましい。ゴム試験片１の路面１１に対する押し付け荷重を一定値に設定した状態で、かつ、ゴム試験片１と路面１１との接触時間をゴム試験片１ごとに制御することで、ゴム試験片１の形状およびゴム物性によらず、常に一定の試験条件とすることができ、実際の摩耗状況をより正確に反映した試験結果を得ることが可能となる。

図示するゴム試験機において、砥石または擬似路面１１は、ガイドレール１２に沿って平面内を往復移動可能に構成され、また、ゴム試験片１は、治具（ホルダ）１３により固定されて、ガイドレール１４に沿って路面１１に対し垂直方向に往復運動するように構成されている。これにより、ゴム試験片１および路面１１の双方の位置を、互いに独立に変動させることができるので、ゴム試験片１の路面１１に対する押し付けと、ゴム試験片１と路面１１との、押し付け方向に直交する方向の相対位置の変化とを、それぞれ独立に制御することができ、タイヤのトレッドブロックが路面に踏み込んでから蹴り出す際（接地〜蹴り出し）の動作を再現するように、これら路面１１およびゴム試験片１の双方の動きおよび位置を制御することができる。

本発明においては、特に、ゴム試験片１の路面１１に対する押し付けとともに、ゴム試験片１と路面１１との、押し付け方向に直交する方向の相対位置を変化させて、ゴム試験片１に路面１１に対する粘着および／またはすべりを与えるものとすることが好ましい。ゴム試験片１に対し粘着および／またはすべりを付与することで、ゴム試験片１の摩耗時における挙動を、その粘着状態およびすべり状態を含む、実際により近い状態で再現することができる。したがって、かかるゴム試験機によれば、例えば、実車走行時におけるトレッドゴムの摩耗挙動を精度良くトレースしうるゴム摩耗試験（またはゴム摩擦試験、以下、本発明において「摩耗試験」と「摩擦試験」とは同義である）を行うことができ、これにより実車時のトレッドゴムのゴム摩耗度（摩耗量）を高精度で予想することが可能となる。

ここで、図１に示すゴム試験機を用いてゴム試験片１の試験を行った際におけるゴム試験片１の挙動について説明する。図４は、ゴム試験片１と路面１１との間の接触状態の推移の一例を示す説明図である。図示する例では、ゴム試験片１を路面１１に対し押し付けて、その位置を垂直方向下方に移動させながら、路面１１の位置を水平方向右方に移動させている。すなわち、ゴム試験片１が垂直方向下方に移動して路面１１に接触した直後は、ゴム試験片１はせん断変形しながら路面１１に対し粘着して、路面１１の移動に追随する（図中の（ｂ），（ｃ））。その後、ゴム試験片１のせん断変形の限界を超えると、ゴム試験片１と路面１１との間で、粘着とともにすべりが生ずる（図中の（ｄ））。さらに、ゴム試験片１の移動方向を垂直方向上方に変えると、ゴム試験片１と路面１１との間は粘着がなくなってすべりのみになる（図中の（ｅ））。このように、ゴム試験片１および路面１１の双方の位置を、互いに独立に変動させることで、ゴム試験片１をせん断変形させつつ、ゴム試験片１に対し粘着および／またはすべりを付与することができる。なお、この場合、図示はしないが、ゴム試験片１のみを路面１１に対し移動させて、ゴム試験片１に、路面１１に対する粘着および／またはすべりを与え、また、せん断変形を生じさせることも可能である。

また、本発明のゴム試験機によるゴム摩耗試験は、具体的には、路面１１との間でゴム試験片１を摩耗させて、路面１１とゴム試験片１との間の摩擦力を測定することにより行うことができる。本発明においては、摩耗量が測定可能であるのみならず、上述のようにゴム試験片１が摩耗する際の粘着状態およびすべり状態についても再現可能であって、従来法のようにスリップ率一定ではなくタイヤと同じかそれに近いスリップ率で、摩耗時においてゴム試験片１と路面１１との間で生ずるすべり距離および摩擦力をそれぞれ直接測定することが可能であるので、すべり距離×摩擦力により定義される摩耗エネルギーを直接算出することができる。また、ゴム試験片１を、路面１１に対しタイヤと同じメカニズムで接地させて摩耗させることができるので、結果として、実車予測性を著しく向上することが可能となる。

本発明のゴム試験機において、砥石または擬似路面１１は、目的とする路面条件等の試験条件に合わせて、各種アスファルトやコンクリート、サンドペーパー、金網等の任意の材質および表面性状にて形成することが可能である。特には、少なくともゴム試験片１との接触部を含む部分を着脱可能に形成して、試験条件に応じて交換可能としておくことが好ましい。さらには、路面の温度条件を考慮して、路面１１の、ゴム試験片１との接触部を温度制御可能に形成しておくことも好ましい。

また、図示するように、砥石または擬似路面１１のうち少なくともゴム試験片１との接触部については、平面状となるよう形成することが好ましい。また、ゴム試験片１についても、好適には図示するように、路面１１との接触部が平面状となるよう形成する。ランボーン試験のサンプルのように円周面を路面と接触させるものとした場合、軟らかいゴムと硬いゴムとで接触面積に差が生ずることになるが、このように接触部を平面状とすることで、ゴム試験片の硬さ等の物性が変わっても、ゴムと路面との接触面積を一定にすることができる。また、実際の路面のように平面にゴムが接触する場合と、ランボーン試験機のように曲率をもった路面にゴム試験片を接触させた場合とでは接触面の形状が異なるが、ゴム試験片や路面を平面とすることによって、この曲率の影響をなくして、実際のゴム製品が路面と接触したときと同じ状態を再現することが可能となる。さらに、本発明では、従来法とは異なり、ゴム試験片１の路面１１との接地部の形状については特に制限はないので、この接地部形状を適宜変更することで、例えば、タイヤにより異なる接地面の楕円形状に容易に対応させることもできる。

さらに、図示はしないが、本発明のゴム試験機においては、路面１１を移動させるためのガイドレール１２に、ゴム試験片１にかかる垂直方向の荷重を測定するためのロードセル（荷重検出用）を、ゴム試験片１を移動させるためのガイドレール１４に、ゴム試験片１にかかる摩擦力を測定するためのロードセル（摩擦力検出用）を、それぞれ配置してもよい。さらにまた、路面１１とゴム試験片１との接触部が観測可能な観測手段として、路面１１上でのゴム試験片１のスリップ等の挙動を観察するためのカメラや、ゴム試験片１の路面１１との接触部に掛かる摩擦力や荷重等を測定するための３分力センサ等を、適宜箇所に設けることも可能である。さらにまた、本発明のゴム試験機には、ゴム試験片１の路面１１との接触部の摩耗形状を計測するための計測手段として、レーザ等を配置することもでき、ゴム試験片１の摩耗試験を行う場合には、その摩耗粉を除去するための摩耗粉除去手段を設けることもできる。

１ ゴム試験片
１１ 砥石または擬似路面
１２，１４，２４ ガイドレール
１３，２３ 治具（ホルダ）
２１Ａ，２１Ｂ カム
２２ モータ軸

Claims (9)

1. 砥石または擬似路面にゴム試験片を押し付けて、該ゴム試験片の試験を行うゴム試験機であって、
   前記ゴム試験片と前記砥石または擬似路面との接触時間の制御機構を備えることを特徴とするゴム試験機。
2. 前記ゴム試験片の前記砥石または擬似路面に対する押し付けとともに、該ゴム試験片と該砥石または擬似路面との、押し付け方向に直交する方向の相対位置を変化させて、前記ゴム試験片に前記砥石または擬似路面に対する粘着および／またはすべりを与える請求項１記載のゴム試験機。
3. 前記ゴム試験片の押し付け荷重の制御機構を備える請求項１または２記載のゴム試験機。
4. 前記接触時間の制御機構が、前記ゴム試験片と前記砥石または擬似路面とが接触する時間を計測する計測手段を備え、かつ、前記ゴム試験片の押し付け速度を、該計測された接触時間と設定値とが等しくなるよう制御する請求項１〜３のうちいずれか一項記載のゴム試験機。
5. 前記接触時間の制御機構が、前記ゴム試験片の押し付け方向における位置を、時間軸に対し正弦波、変形正弦波またはパルス波形状をなすよう制御する請求項１〜４のうちいずれか一項記載のゴム試験機。
6. 前記ゴム試験片の押し付け方向における位置の制御を、アクチュエータおよびモータを用いて行う請求項１〜５のうちいずれか一項記載のゴム試験機。
7. 前記砥石または擬似路面との間で前記ゴム試験片を摩耗させて、該砥石または擬似路面と該ゴム試験片との間の摩擦力を測定する摩耗試験機である請求項１〜６のうちいずれか一項記載のゴム試験機。
8. 前記ゴム試験片および前記砥石または擬似路面の双方の位置を、互いに独立に変動させる請求項１〜７のうちいずれか一項記載のゴム試験機。
9. 前記ゴム試験片および前記砥石または擬似路面の双方の位置を互いに独立して変動させて、タイヤのトレッドブロックの接地から蹴り出しまでの現象を再現する請求項１〜８のうちいずれか一項記載のゴム試験機。

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