JP2012251833A - 耐ゴム欠け性能評価方法 - Google Patents

Abstract

【課題】市場でのタイヤのゴム欠けの評価に近い精度を有して、耐ゴム欠け性能の優劣を容易にかつ正確に評価する。
【解決手段】アーム先端に打撃片を設けた振子の前記打撃片を、ゴム試験片の前面に衝突させ、振子の落下エネルギと、ゴム試験片のゴム欠けの状態とから耐ゴム欠け性能を評価する。ゴム試験片は、前面と上面との前上コーナ部に、前記上面から下方に向かって軸心ｉ方向と直角にのびる複数の切れ込みが、軸心ｉ方向に等間隔で隔設される切れ込み形成領域が設けられる。打撃片は、衝突時に前記前面に向く対向面と下方に向く下方面とが６０〜１００°の角度θで交わる下コーナ部を有し、しかもアームの鉛直線通過時又は鉛直線通過直後に、前記下コーナ部を前記前面かつ前記切れ込み形成領域に衝突させる。前記ゴム試験片は、前記衝突時の温度が８０〜１００℃となるように予め加温される。
【選択図】図１

Description

本発明は、種々な組成のゴムに対して、その耐ゴム欠け性能を容易にかつ正確に評価しうる耐ゴム欠け性能評価方法に関する。

タイヤ寿命やタイヤ強度に影響を与える要因の一つに、トレッドゴムやサイドウォールゴムなどにおける耐ゴム欠け性能があり、この耐ゴム欠け性能が低いと、走行中、路面から受ける衝撃などによってタイヤにゴム欠けが発生し、早期のタイヤ交換が余儀なくされる。

そこで従来より、耐ゴム欠け性能を高めるための種々なゴム開発がなされており、又その耐ゴム欠け性能の評価方法として、例えば、ＪＩＳ Ｋ６２５１の「加硫ゴム及び熱可塑性ゴム−引張特性の求め方」に準拠し、ダンベル状試験片の引張強度と切断時伸びとを測定し、そこから破壊エネルギーを算出してその大きさで評価することが行われている。

しかし、この引張試験に基づく評価方法では、市場で生じるタイヤのゴム欠け現象と不一致となる場合も多く、耐ゴム欠け性能の優劣を正確に評価することが出来ないという問題がある。

又手動により、ハンマーでタイヤを実際に叩く打撃試験を行い、その時のゴムの欠け方、ゴム欠けの大きさなどにより優劣を評価することも一部に実施されている。しかしこのものは、ゴム欠けまでに多数回の打撃が要求されるなど、多くの時間と労力が必要となるため実用的と言い難い。しかもこのものは、再現性に劣るため精度の良い評価を期待することも難しい。

なお下記の特許文献１には、先端に打撃片を設けた振子を用い、タイヤのサイド部を打撃することにより、サイド部における部材の強度及び耐久性を評価する試験装置が提案されている。

特開平６−２７３２９９号公報

そこで本発明は、先端に打撃片を設けた振子を用い、支持具によって支持したゴム試験片の前面を打撃するとともに、前記ゴム試験片の打撃部分の形状や状態、打撃片の形状、及び打撃位置などを特定することを基本として、市場でのタイヤのゴム欠けの評価に近い精度を有して、耐ゴム欠け性能の優劣を容易にかつ正確に評価でき、しかも試験時間の短縮を図りうる耐ゴム欠け性能評価方法を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本願請求項１の発明は、水平な軸心ｉにて一端部が枢支されるアームの他端に打撃片を設けた振子の前記打撃片を、支持具により支持したゴム試験片の前面に衝突させて、振子の落下エネルギと、ゴム試験片のゴム欠けの状態とから耐ゴム欠け性能を評価する耐ゴム欠け性能評価方法であって、
前記ゴム試験片は、前後面と上下面と両側面とで囲む矩形ブロック状をなし、かつ前記前面を軸心ｉ方向と平行に支持されるとともに、前記前面と上面とが交わる前上エッジを含む前上コーナ部に、前記上面から下方に向かって軸心ｉ方向と直角にのびる複数の切れ込みが、軸心ｉ方向に等間隔で隔設される切れ込み形成領域が設けられ、
前記振子の打撃片は、衝突時に前記前面に向く対向面、下方に向く下方面、及びこの対向面と下方面とが６０〜１００°の角度θで交わる下コーナ部を有し、しかも前記アームが前記軸心ｉからのびる鉛直線を通過する鉛直線通過時又は鉛直線通過直後に、前記下コーナ部を前記前面かつ前記切れ込み形成領域に衝突させるとともに、
前記ゴム試験片は、前記衝突時の温度が８０〜１００℃となるように予め加温されたことを特徴としている。

又請求項２の発明では、前記ゴム試験片の前面は、前記鉛直線通過時における前記打撃片の下コーナ部から０〜６．０ｍｍの距離Ｌを隔たるように支持されることにより、前記振子の打撃片は、鉛直線通過時又は鉛直線通過直後に前記ゴム試験片と衝突することを特徴としている。

又請求項３の発明では、前記切れ込みは、ゴム試験片の上面からの縦深さＨｂが５〜１０ｍｍ、前面からの横深さＨａが５〜１０ｍｍ、切れ込み巾ｔが０．５ｍｍ以下であることを特徴としている。

又請求項４の発明では、前記打撃片の下コーナ部が前記ゴム試験片と衝突する衝突範囲に配される前記切れ込みの本数は、３又は４本であることを特徴としている。

本発明は叙上の如く、振子の端部に設けた打撃片をゴム試験片の前面に衝突させ、その時の振子の落下エネルギと、ゴム試験片のゴム欠けの状態とから耐ゴム欠け性能の評価を行う。

このとき、ゴム試験片の上面と前面とが交わる前上コーナ部には、その上面から下方に向かって軸心ｉ方向と直角にのびる複数の切れ込みが、軸心ｉ方向に等間隔で隔設される切れ込み形成領域が設けられており、この切れ込み形成領域内かつゴム試験片の前面に、前記打撃片の下コーナ部を衝突させている。しかも前記ゴム試験片は、前記衝突時の温度が８０〜１００℃となるように予め加温されている。

このように、ゴム試験片に切れ込み形成領域を形成すること、この切れ込み形成領域を打撃片の下コーナ部で打撃すること、及びゴム試験片の温度を８０℃以上に加温することで、ゴム欠けを促進させて発生させることができ、市場でのゴム欠けの破壊現象を容易にかつ正確に再現させることができる。又１回の打撃で行いうるため、試験時間と労力とを改善できる。

又耐ゴム欠け性能の差が、大きなゴム欠け状態（例えばゴム欠けの大きさ）の差となって現れるなど、ゴム欠けを増幅して発生させることができ、耐ゴム欠け性能の優劣の評価をより精度良く行うことができる。

本発明の耐ゴム欠け性能評価方法に用いる試験装置を示す正面図である。 ゴム試験片を示す斜視図である。 打撃片によるゴム試験片への衝突状態を説明する断面図である。 打撃片の他の例を示す断面図である。 ゴム試験片のゴム欠け状態の例を示す斜視図である。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
図１に示すように、本実施形態の試験装置１は、ゴム試験片２を支持する支持具３と、支持された前記ゴム試験片２に、振子４の打撃片５を衝突させてゴム欠けを発生させる振子衝撃具６とを具える。

前記振子衝撃具６は、基台７Ａ上に支柱７Ｂを立ち上げたスタンド７と、前記支柱７Ｂの上端部に設けた水平な支持軸８により振上げ振下ろし自在に枢支される振子４とを具える。この振子４は、前記支持軸８の軸芯ｉにて一端部が枢支されるアーム９と、このアーム９の他端部に設けられる前記打撃片５とを具える。なお前記スタンド７には、本例では、前記軸心ｉからのびる鉛直線Ｘを０°として前記アーム９の振り上げ角度αを表示する表示部１０が付設される。

前記打撃片５は、前記ゴム試験片２の前面Ｓａ１に衝突する前方側の打撃片本体５Ａと、その後方側の重り部５Ｂとからなり、該重り部５Ｂは、その重量を調整可能に構成されている。

又前記打撃片本体５Ａは、図２に示すように、衝突時に前記前面Ｓａ１に向く対向面Ｋ１と、下方に向く下方面Ｋ２とが６０〜１００°の角度θで交わる下コーナ部Ｑを有する。本例では、前記打撃片本体５Ａが、直方体状をなし前記角度θを９０°とした好ましい場合が例示される。

又前記ゴム試験片２は、前後面Ｓａ１、Ｓａ２と、上下面Ｓｂ１、Ｓｂ２と両側面Ｓｃ、Ｓｃとで囲む矩形ブロック状をなし、前記前面Ｓａ１を前記軸心ｉ方向と平行に向けて前記支持具３に支持される。なお前記支持具３は、衝撃時（打撃時）にゴム試験片２が移動しなければ、特に規制されるものではなく、本例では、所謂万力が使用され、前記下面Ｓｂ２を受ける底板１１と、前記側面Ｓｃ、Ｓｃを受ける側板１２、１２と、前記後面Ｓａ２を受ける背板１３との間で前記ゴム試験片２を狭持している。

又前記ゴム試験片２は、前記前面Ｓａ１と上面Ｓｂ１とが交わる前上エッジＰｅを含む前上コーナ部Ｐに、切れ込み形成領域Ｙが設けられる。この切れ込み形成領域Ｙは、前記上面Ｓｂ１から下方に向かって軸心ｉ方向と直角にのびる複数の切れ込み１５が、軸心ｉ方向に等間隔を隔てて形成される領域である。

前記切れ込み１５は、前面Ｓａ１及び上面Ｓｂ１で開口する切り込みであって、前記上面Ｓｂ１からの縦深さＨｂは、前記ゴム試験片２の高さＨＢよりも小、かつ前面Ｓａ１からの横深さＨａは前記ゴム試験片２の奥行きＨＡよりも小に設定される。又前記切れ込み１５の切れ込み巾ｔは０．５ｍｍ以下であって、前記支持具３に装着時には、切れ込み１５の壁面同士は実質的に圧接している。又前記縦深さＨｂは５〜１０ｍｍ、かつ横深さＨａは５〜１０ｍｍに設定される。

そして前記試験装置１を用いてゴム試験片２の前上コーナ部Ｐにゴム欠けを発生させ、そのときの前記振子４の落下エネルギと、例えば図５に示す如きゴム試験片２のゴム欠け状態とから、耐ゴム欠け性能の評価を行う。ゴム欠け状態としては特に規定されないが、同図に示すように、例えばゴム欠けが発生した部分Ｖの軸心ｉ方向の最大巾ＶＬｃ、上面Ｓｂ１からの最大縦深さＶＬｂ、前面Ｓａ１からの最大横深さＶＬａなどであるゴム欠けの大きさ、及び欠けたゴムの重量などを指標として評価することができる。

詳しくは、前記振子４を、予め定めた振り上げ高さ位置から振り下ろし、図３に示すように、打撃片５の前記下コーナ部Ｑを、ゴム試験片２の前記前面Ｓａ１かつ前記切れ込み形成領域Ｙに衝突させる。このとき、前記アーム９が前記鉛直線Ｘを通過する鉛直線通過時Ｔ１、又は鉛直線通過直後Ｔ２に前記衝突を行う。具体的には、前記鉛直線通過時Ｔ１における前記下コーナ部Ｑから、前記ゴム試験片２の前面Ｓａ１までの距離Ｌが６．０ｍｍ以下の位置に前記ゴム試験片２を取り付けて、衝突させる。従って、前記鉛直線通過直後Ｔ２とは、鉛直線通過時Ｔ１から前記打撃片５が前方側に６．０ｍｍの距離Lを移動するまでの範囲を意味する。

ここで、前記打撃片５が、その下コーナ部Ｑにて前記前面Ｓａ１と衝突（線接触）せずに、前記対向面Ｋ１にて衝突（面接触）した場合には、接触面積が大きくなるため衝撃が小さくなってゴム欠けを発生させることができなくなる。又前記打撃片５を、鉛直線通過前に衝突させた場合には、衝突エネルギのベクトルが斜め下方に向いてしまうため、前記前上コーナ部Ｐのゴム欠けに関与するエネルギの割合が減じ、ゴム欠けの促進効果を低下させる。従って、ゴム欠けの促進効果を高めるためには、衝突エネルギのベクトルが斜め下方に向かないように、少なくとも鉛直線通過時Ｔ１に衝突させる、より好ましくは本例の如く、鉛直線通過直後Ｔ２に衝突させて、衝突エネルギのベクトルを斜め上方に向けることが望ましい。なお衝突が、前記鉛直線通過時Ｔ１から離れ過ぎると、落下エネルギ自体が減少するため、前記距離Ｌは前述の６．０ｍｍ以下が好ましい。

又前記下コーナ部Ｑの角度θは、大き過ぎると衝撃が緩和されてゴム欠けの促進効果が低くなり、逆に小さ過ぎると、前記下コーナ部Ｑのエッジ自体でゴムが損傷してしまい、市場でのゴム欠け現象を正確に再現させることができなくなる。このような観点から、前記角度θは、前述の６０〜１００°の範囲が好ましい。

又前記前上コーナ部Ｐに切れ込み形成領域Ｙを設けることにより、ゴム欠けを促進させることができる。このとき、前記打撃片５がゴム試験片２と衝突する衝突範囲Ｊ（図２に示す。）に配される前記切れ込み１５の本数は、３又は４本であるのが好ましく、３本を下回ると、ゴムの剛性が依然として高く、ゴム欠けの促進効果が充分に得られなくなる。逆に４本を上回ると、ゴム欠けがし易くなり過ぎ、ゴム配合の相違に基づく耐ゴム欠け性能の差を識別することが難しくなる。又前記下コーナ部Ｑが前記前面Ｓａ１と衝突する衝突位置Ｐｊの前記上面Ｓｂ１からの高さＨｐ（衝突高さＨｐ）は、切れ込み１５の前記縦深さＨｂの５０％以下であるのが好ましく、これにより、前上コーナ部Ｐへのゴム欠けをより促進できる。

又前記切れ込み１５の大きさ、即ち、縦深さＨｂ及び横深さＨａが大きすぎると、切れ込み１５、１５間に区分されるゴム部分が動きやすくなり、衝撃が緩和されてゴム欠けし難くなるなど、ゴム欠けの促進効果が低下する。逆に、縦深さＨｂ及び横深さＨａが小さすぎると、ゴム欠け量が少なくなって、ゴム配合の相違に基づく耐ゴム欠け性能の差を識別することが難しくなる。このような観点から前記縦深さＨｂ、及び横深さＨａは、それぞれ５〜１０ｍｍの範囲が好ましく、さらには、縦深さＨｂと横深さＨａとを等しく設定するのがより好ましい。

前記ゴム試験片２は、前記衝突時の温度が８０〜１００℃となるように予め加温されることが必要であり、この加温により破壊強度が弱まり、ゴム欠けを促進できる。もし前記温度が８０℃未満では、ゴム欠けの促進効果が充分に得られなくなり、逆に１００℃を越えると、加温自体によってゴムの加硫度などが変化してしまうなどゴムの変質を招く恐れが生じ、ゴム試験片２の耐ゴム欠け性能を正確に評価することが難しくなる。なお前記温度は、ゴム試験片２の表面及び内部の温度であって、例えば周知のオーブンを用い、前記温度範囲で３時間以上放置することで前記加温を行いうる。

図４に打撃片本体５Ａの他の例を示す。本例では、打撃片本体５Ａは、前記下コーナ部Ｑが前方に突出して形成されている。係る場合には、同図のように、鉛直線通過時Ｔ１において、下コーナ部Ｑを前面Ｓａ１に衝突させることができる。従って本例では、前記距離Ｌ＝０ｍｍとして、ゴム試験片２を支持している。

以上、本発明の特に好ましい実施形態について詳述したが、本発明は図示の実施形態に限定されることなく、種々の態様に変形して実施しうる。

本発明の効果を確認するため、前記試験装置１を用いて、表１に示す５種類のゴム組成物Ａ〜Ｅに対して本発明に係わるゴム欠けテストを下記の仕様に基づいて行った。そして、その時のゴム試験片のゴム欠け状態から、各ゴム組成物Ａ〜Ｅの耐ゴム欠け性能を評価し、その結果を表２に実施例１として記載した。なお前記評価は、ゴム欠けテストによって欠けたゴムの重量を測定し、ゴム組成物Ｄを１００とした指数で表している。数値が小さいほど耐ゴム欠け性能に優れている。

「テスト仕様」
＜試験装置＞
・振子のアーム長さ＝４５０ｍｍ
・打撃片の重さ＝３００ｇ
・振り下ろしの角度α＝９０°
・打撃片本体の大きさ（直方体：高さ＝２９mm、奥行き＝２９mm、軸心ｉ方向の巾３９mm）
・下コーナ部Ｑの角度θ＝９０°
＜ゴム試験片＞
・ゴム試験片の大きさ（直方体：高さＨＢ＝２４mm、奥行きＨＡ＝３９mm、軸心ｉ方向の巾Ｗ＝５９mm）
・切れ込みの大きさ（縦深さＨｂ＝７．０mm、横深さＨａ＝７．０mm、切れ込み巾ｔ＝０．２mm）
・切れ込みの間隔＝１３ｍｍ
＜衝突状況＞
・鉛直線通過直後Ｔ２に衝突（Ｌ＝２．０mm）
・下コーナ部Ｑにて衝突（線接触）
・衝突高さＨｐ＝３．５mm（０．５×Ｈｂ）
・衝突範囲に配される切れ込みの本数＝３本
＜加温状態＞
・温度＝８０℃

又比較例１として、ＪＩＳ Ｋ６２５１の「加硫ゴム及び熱可塑性ゴム−引張特性の求め方」に準拠し、前記ゴム組成物Ａ〜Ｅを用いたダンベル状試験片を作成して、その引張強度と切断時伸びとを測定した。そして、下記式から破壊エネルギーを計算するとともに、その計算結果を、ゴム組成物Ｄを１００とした指数で表している。
（破壊エネルギー）＝（引張強度）×（切断時伸び）／２

前記ゴム組成物Ａ〜Ｅをトレッドゴムとして採用した空気入りタイヤ（タイヤサイズ１１R２２．５）を作成し、市場での実車走行により、各ゴム組成Ａ〜Ｅの耐ゴム欠け性能を評価（市場評価）した。市場評価では、Ａ＞Ｂ＞Ｃ＞Ｄ＞Ｅの順で、左に行くほど耐ゴム欠け性能に優れているという結果を得た。

比較例１に示すように、ＪＩＳ Ｋ６２５１の引張試験に基づく評価方法では、市場評価と不一致となる場合も多く、耐ゴム欠け性能の優劣を正確に評価することが出来ない。これに対して本発明に係わる実施例１では、市場評価と一致した評価を得られるのが確認できる。

又表３の試用に基づいてゴム欠けテストを行い、同様に各ゴム組成物Ａ〜Ｅの耐ゴム欠け性能を評価した。

比較例２〜４に示すように、切れ込みが形成されない場合、予熱がなされていない場合、打撃の部位が対向面（平面）となる場合には、ゴム欠けが充分促進されずに、ゴム欠けの評価精度の低下を招く。

２ ゴム試験片
３ 支持具
４ 振子
５ 打撃片
９ アーム
１５ 切れ込み
Ｋ１ 対向面
Ｋ２ 下方面
Ｐ 前上コーナ部
Ｐｅ 前上エッジ
Ｑ 下コーナ部
Ｓａ１ 前面
Ｓａ２ 後面
Ｓｂ１ 上面
Ｓｂ２ 下面
Ｓｃ 側面
Ｘ 鉛直線
Ｙ 切れ込み形成領域

Claims (4)

1. 水平な軸心ｉにて一端部が枢支されるアームの他端に打撃片を設けた振子の前記打撃片を、支持具により支持したゴム試験片の前面に衝突させて、振子の落下エネルギと、ゴム試験片のゴム欠けの状態とから耐ゴム欠け性能を評価する耐ゴム欠け性能評価方法であって、
   前記ゴム試験片は、前後面と上下面と両側面とで囲む矩形ブロック状をなし、かつ前記前面を軸心ｉ方向と平行に支持されるとともに、前記前面と上面とが交わる前上エッジを含む前上コーナ部に、前記上面から下方に向かって軸心ｉ方向と直角にのびる複数の切れ込みが、軸心ｉ方向に等間隔で隔設される切れ込み形成領域が設けられ、
   前記振子の打撃片は、衝突時に前記前面に向く対向面、下方に向く下方面、及びこの対向面と下方面とが６０〜１００°の角度θで交わる下コーナ部を有し、しかも前記アームが前記軸心ｉからのびる鉛直線を通過する鉛直線通過時又は鉛直線通過直後に、前記下コーナ部を前記前面かつ前記切れ込み形成領域に衝突させるとともに、
   前記ゴム試験片は、前記衝突時の温度が８０〜１００℃となるように予め加温されたことを特徴とする耐ゴム欠け性能評価方法。
2. 前記ゴム試験片の前面は、前記鉛直線通過時における前記打撃片の下コーナ部から０〜６．０ｍｍの距離Ｌを隔たるように支持されることにより、前記振子の打撃片は、鉛直線通過時又は鉛直線通過直後に前記ゴム試験片と衝突することを特徴とする請求項１記載の耐ゴム欠け性能評価方法。
3. 前記切れ込みは、ゴム試験片の上面からの縦深さＨｂが５〜１０ｍｍ、前面からの横深さＨａが５〜１０ｍｍ、切れ込み巾ｔが０．５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２記載の耐ゴム欠け性能評価方法。
4. 前記打撃片の下コーナ部が前記ゴム試験片と衝突する衝突範囲に配される前記切れ込みの本数は、３又は４本であることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の耐ゴム欠け性能評価方法。

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