JP2014095572A

JP2014095572A - ゴム試験片及びゴム試験機

Info

Publication number: JP2014095572A
Application number: JP2012245831A
Authority: JP
Inventors: Masatoshi Momozu; 正敏桃津
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2012-11-07
Filing date: 2012-11-07
Publication date: 2014-05-22

Abstract

【課題】ゴム試験片内の特定部分の荷重や摩擦力、更にはゴム試験片の摩擦面内における荷重分布や摩擦力分布を計測可能にして、ひいては、ゴム製品としてのタイヤの実車走行時におけるトレッドブロックに作用する摩擦力の発現状態の計測を可能にするゴム試験片を提供する。
【解決手段】ゴム試験片１は、ゴム試験機１０に取り付けられ、該ゴム試験機１０の摩耗材又は擬似路面１１に押し付けて該ゴム試験片１の試験を行う。ゴム試験片１は、該疑似路面１１と対向する面又は該面の近傍に、複数の三分力センサ１５を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、ゴム試験片及び当該ゴム試験片を用いたゴム試験機に関する。詳しくは、タイヤ等のゴム製品の摩擦面内における摩擦力及び荷重の分布の計測を可能とするゴム試験片及びゴム試験機に関する。

従来、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（ＪＩＳＫ６２６４）。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、摩耗材としての円盤状の研磨輪又は擬似路面とを、それぞれ独立して定められた回転数で回転させながら、試験片を研磨輪又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。

ランボーン試験機は、タイヤなどの実際のゴム製品が摩耗する際の挙動、すなわち、ゴムと路面とが摩耗する際の粘着状態及びすべり状態を再現し得るものではない。このように、タイヤの実際の摩耗状態の全てを再現できないことから、ランボーン試験機によるタイヤの摩耗状況の再現には限度があり、実車走行時における摩耗要因の順位と、これら試験機を用いたゴム材料の室内評価時における摩耗要因の順位とは一致しない場合があった。

実車走行時における摩耗状況に近い、より精確なゴム摩耗度を評価できるようにするために、平面を有するゴム試験片と、平面を有する摩耗材としての砥石又は疑似路面とを備え、該砥石又は疑似路面に該ゴム試験片を押し付けることを可能とするとともに、該ゴム試験片を砥石又は疑似路面の面内で相対移動することを可能にしたゴム試験機がある（特許文献１）。

特開２００７−２１６８９５号公報

特許文献１のゴム試験機は、ゴム試験片が受ける荷重を全体的に測定するものであって、一つのゴム試験片における、ある部分の荷重や摩擦力を測定するものではなく、また、ゴム試験片の荷重分布や摩擦力分布を測定するものではなかった。

そこで本発明の目的は、ゴム試験片内の特定部分の荷重や摩擦力、更にはゴム試験片の摩擦面内における荷重分布や摩擦力分布を計測可能にして、ひいては、ゴム製品としてのタイヤの実車走行時におけるトレッドブロックに作用する摩擦力の発現状態の計測を可能にするゴム試験片を、当該ゴム試験片を用いたゴム試験機と共に提供することにある。

本発明のゴム試験片は、ゴム試験機に取り付けられ、該ゴム試験機の摩耗材又は疑似路面に押し付けるゴム試験片であって、前記ゴム試験片における前記摩耗材又は疑似路面と対向する面又は該面の近傍に、複数の三分力センサを備えることを特徴とする。

本発明のゴム試験片においては、三分力センサが、４ｍｍ角以内の大きさを有することが好ましい。また、本発明のゴム試験機は、上記ゴム試験片が取り付けられ、摩耗材又は擬似路面を備えるものである。

本発明によれば、ゴム試験片における、ゴム試験機の摩耗材又は疑似路面と対向する面又は該面の近傍に、複数の三分力センサを備えることにより、ゴム試験片における、当該三分力センサが設けられた部分に加わる荷重や摩擦力を三方向で得ることができる。これにより、ゴム試験片が受ける荷重分布や摩擦力分布を測定することができ、ひいては、タイヤのブロックに加わる摩擦力の発現状態の計測をすることが可能になる。

本発明のゴム試験片を用いたゴム試験機の一実施形態の模式的な断面図である。本発明のゴム試験片の一例の模式図である。

以下、本発明のゴム試験片及びゴム試験機の実施形態について、図面を用いてより具体的に説明する。
図１に示す、本発明のゴム試験片１を取り付けて用いることができるゴム試験機１０は、ゴム試験片１と、擬似路面１１とを備え、ゴム試験片１を擬似路面１１に押し付けて、このゴム試験片１の試験、例えばゴム摩耗試験を行う。図示した本実施形態のゴム試験機１０は、疑似路面１１が平面であるゴム試験機であるが、本発明のゴム試験片１は、図示したゴム試験機に限られず、摩耗材又は疑似路面が曲面であるゴム試験機、例えばランボーン試験機に取り付けて用いることもできる。つまり、本発明のゴム試験片１は、取り付けるゴム試験機の仕様は問わない。

擬似路面１１は、摩耗材としての砥石であってもよい。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及び表面性状にて形成することが可能である。擬似路面１１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。また、必要に応じて疑似路面１１の表面（すなわち、路面）の試験時における温度を調整するために、疑似路面１１の、ゴム試験片１との接触部を温度制御する手段を設けてもよい。

図示したゴム試験機１０は、擬似路面１１の表面が平面になっていて、この擬似路面１１の表面に押し付けるゴム試験片１の接触面１ａも平面形状になっている。このように擬似路面１１及びゴム試験片の互いの接触部分を平面形状とすることで、ゴム試験片の硬さ等の物性が変わっても、ゴム試験片１と疑似路面１１との接触面積を一定にすることができる。また、実車のタイヤのゴムブロックは、路面に対して平面的にゴムが接触するので、ゴム試験片１や疑似路面１１を平面とすることによって、実際のタイヤ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。もっとも、上述したように、試験機路面の性状は平面に限らず、ランボーン試験機のように曲面であっても構わない。また、ゴム試験片１の接触面１ａも平面形状に限られず、曲面形状であってもよい。

ゴム試験片１を擬似路面１１の表面の面内で相対的に移動できるようにするために、図１のゴム試験機１０は、擬似路面１１が当該擬似路面１１の表面と平行に設けられたガイドレール１２上に、該ガイドレール１２に沿って移動可能に取り付けられている。擬似路面１１は、このガイドレール１２に案内されて、図示しない駆動装置により往復移動可能になっている。

ゴム試験片１は、ホルダ１３に着脱可能に取り付け固定されている。ホルダ１３は、ゴム試験片１を確実に固定できるものであれば、保持手段を問わない。図１のゴム試験機１０は、ホルダ１３が、擬似路面１１の表面に対し垂直方向に延びて設けられているガイドレール１４に移動可能に取り付けられている。ホルダ１３は、このガイドレール１４に案内されて、図示しない駆動装置により擬似路面１１の表面に対して垂直方向に進退移動可能になっていて、これによりホルダ１３に固定されたゴム試験片１を疑似路面１１に所定時間で押し付け、また、ゴム試験片１の、擬似路面１１に対する押圧力を試験中に変動させることができるようになっている。

上述のような構成によりゴム試験片１を、疑似路面１１に対して平行な方向及び垂直な方向に相対的に移動可能とすることで、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、ゴム試験片１及び疑似路面１１の動きを制御することができる。

本実施形態のゴム試験機１０に取り付けられるゴム試験片１は、疑似路面１１と対向する面１ａに、複数の三分力センサ１５を備えている。図２にゴム試験片１の上記疑似路面１１と対向する面１ａを示すように、該面１ａに、複数の三分力センサ１５が、互いに一定の間隔を開けて設けられている。図示した例は、ゴム試験片１の、疑似路面１１と対向する面１ａに露出するように三分力センサ１５が設けられているが、三分力センサ１５は、ゴム試験片１内、例えば疑似路面１１と対向する面１ａの近傍に埋設されるようにしてもよい。更に、図示した例では、三分力センサ１５がゴム試験片に設けられているが、複数の三分力センサ１５は、ゴム試験片１だけでなく疑似路面１１のゴム試験片１と対向する面又はその近傍にも設けられるようにすることができる。

三分力センサ１５は、ゴム試験片１と疑似路面１１とが互いに接する平面から見て、４ｍｍ角又はそれと同等の表面積以内になる大きさを有することが好ましい。従来から三分力センサは、タイヤの接地面内の挙動を測定する路面観察機に用いられ、タイヤの接地面内に働くせん断力を測定するものがあった。しかし、この路面観察機に用いられる三分力センサは、１５ｍｍ角程度の大きさであり、ゴム特性の評価のためのゴム試験機１０に用いられるゴム試験片１に比較して相対的に大きいため、当該ゴム試験片１に複数個を設けることができなかった。近年、三分力センサの小型化が進み、４ｍｍ角以内の三分力センサを用いることが可能になったことを踏まえ、ゴム試験片１及び疑似路面１１のうちの少なくともゴム試験片１に設けられる三分力センサ１５は、４ｍｍ角以内のものとすることにより、ゴム試験片１に複数個を配列させて設けることが容易にできる。

三分力センサ１５を、ゴム試験片１に複数個を設けることにより、当該三分力センサが設けられた個々の部分に加わる荷重や摩擦力を三方向で得ることができる。これにより、ゴム試験片が受ける荷重分布や摩擦力分布を測定することができ、ひいては、タイヤのブロックに加わる摩擦力の発現状態の計測をすることが可能になる。このようなゴム試験片１による三方向の荷重測定、摩擦力測定、荷重分布や摩擦力分布の測定は、ランボーン試験機等、ゴム試験片１が取り付けられるゴム試験機の種類によらず可能である。

本実施形態のゴム試験片１が取り付けられた、図１に示すゴム試験機１０は、疑似路面１１に対し当該疑似路面１１の表面の面内でゴム試験片１を移動させて、ゴム試験片１に、疑似路面１１に対する粘着及び／又はすべり挙動を与える。このゴム試験片１に対する粘着及び／又はすべりの付与は、例えば、次に述べるようにして行うことができる。

まず、疑似路面１１を水平方向に移動させながら、ゴム試験片１を疑似路面１１に向けて垂直方向下方に移動させる。このとき、ゴム試験片１は、当該ゴム試験片１が疑似路面１１に接触した直後は、せん断変形しながら当該疑似路面１１に対し粘着して疑似路面１１の移動に追随する。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と疑似路面１１との間で粘着とともにすべりが生ずる。次に、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と疑似路面１１との間は粘着がなくなってすべりのみになる。

このように、ゴム試験片１を疑似路面１１に対して水平方向及び垂直方向に、独立して変動させることで、ゴム試験片１をせん断変形させつつ、ゴム試験片１に対し粘着及び／又はすべりを付与することができる。なお、図示した例では、ゴム試験片１の疑似路面１１に対する水平移動のために、疑似路面１１をガイドレール１２上で移動させているが、ゴム試験片１を保持するホルダ１３又はガイドレール１４を、疑似路面１１の表面と平行に移動させる手段を設けることにより、疑似路面１１を固定しゴム試験片１のみを移動させることにより、疑似路面１１に対する粘着及び／又はすべりを与え、また、せん断変形を生じさせることも可能である。

上述したような、ゴム試験片１に粘着及び／又はすべり挙動を付与することによりゴム試験機１０は、実車の走行時におけるタイヤのトレッドブロックの挙動を高精度に再現し、更には摩耗状態を、高精度に再現しているといえる。

本実施形態のゴム試験機１０により、ゴム摩耗試験を行って、具体的には、疑似路面１１との間でゴム試験片１を摩耗させて、このときの疑似路面１１とゴム試験片１との間の摩擦力を測定することができる。ゴム試験機１０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及びすべり状態を再現可能であって、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と疑似路面１１との間で生ずるすべり距離及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、疑似路面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。

更に、本実施形態のゴム試験機１０に取り付けられたゴム試験片１は、上述した複数の三分力センサ１５を備えている。この三分力センサ１５により、上述したゴム試験片１に粘着及び／又はすべり挙動を付与した時の、ゴム試験片１と疑似路面１１とが互いに接する平面部分又はその近傍における荷重の三分力、すなわち、互いに接する平面における疑似路面１１の移動方向と平行な方向の荷重（摩擦力に関連する）、互いに接する平面における疑似路面１１の移動方向と直交する方向の荷重、及び、互いに接する平面に垂直な方向の荷重（ゴム試験片１を疑似路面１１に押し付ける荷重に関連する）を、その場で測定することができ、また、ゴム試験片１と疑似路面１１とが互いに接する面内における荷重分布及び摩擦力分布を計測することができ、更に、ゴム試験片１の詳細な摩擦力特性を直接的に計測することが可能となる。このゴム試験片１内での荷重分布及び摩擦力分布は、実車の走行時におけるタイヤのトレッドブロック内における荷重分布及び摩擦力分布を高精度に再現していると考えられるから、実車の走行時におけるタイヤのトレッドブロック内における荷重分布及び摩擦力分布を、ゴム試験機１０の荷重分布及び摩擦力分布の計測結果から推測することができる。

以上、図面を用いて本発明のゴム試験片及びゴム試験機の実施形態を説明したが、本発明のゴム試験片及びゴム試験機は、上記実施形態及び図面の記載に限定されることなく、幾多の変形が可能である。例えば、本発明のゴム試験機は、疑似路面１１とゴム試験片１との接触部を観測する観測手段を設けることができる。観測手段は、例えばカメラ等を用いることができる。また、本発明のゴム試験機は、ゴム試験片１の疑似路面１１との接触部の摩耗形状を計測する計測手段としての、レーザ形状試験部を配置することも好ましい。更に、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好適である。

１ゴム試験片、１ａ接触面、１１擬似路面、１２ガイドレール、１３ホルダ、１４ガイドレール

Claims

ゴム試験機に取り付けられ、該ゴム試験機の摩耗材又は疑似路面に押し付けるゴム試験片であって、
前記ゴム試験片における前記摩耗材又は疑似路面と対向する面又は該面の近傍に、複数の三分力センサを備えることを特徴とするゴム試験片。
前記三分力センサが、４ｍｍ角以内の大きさを有する請求項１記載のゴム試験片。
請求項１又は２記載のゴム試験片が取り付けられ、摩耗材又は擬似路面を備えるゴム試験機。