JP2016188767A - Observation device and method of contact surface of rubber - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ゴムの接触面の観察装置および方法に関し、さらに詳しくは、路面等の対象体とゴムとの接触状態の挙動をより正確に把握できるゴムの接触面の観察装置および方法に関するものである。 The present invention relates to a rubber contact surface observation device and method, and more particularly to a rubber contact surface observation device and method that can more accurately grasp the behavior of a contact state between an object such as a road surface and rubber. is there.
タイヤにおいては、路面とタイヤ表面との間に介在する水膜が、路面とタイヤとの間の摩擦力を低下させる要因になっている。スタッドレスタイヤでは、路面上に存在する氷の表面とタイヤとの間に水膜が介在する。これら水膜を排除してタイヤの実接地面積を増大させることがタイヤの耐スリップ性能や氷上走行性能等の向上につながる。水膜を排除して実接地面積をより大きく確保できるタイヤを開発するには、走行するタイヤと路面との接触状態の挙動(走行するタイヤと路面との間の摩擦力や水膜の動きなどを含む)を正確に把握できれば非常に有益である。また、タイヤに限らず、対象体と接触して使用されるゴム製品においても、対象体とゴム製品との接触状態の挙動を正確に把握できれば、そのゴム製品の改良、開発には有益である。 In a tire, a water film interposed between the road surface and the tire surface is a factor that reduces the frictional force between the road surface and the tire. In the studless tire, a water film is interposed between the surface of ice existing on the road surface and the tire. Eliminating these water films and increasing the actual ground contact area of the tire will lead to improvements in the tire's slip resistance, running performance on ice, and the like. In order to develop a tire that can secure a larger actual contact area by eliminating the water film, the behavior of the contact state between the running tire and the road surface (frictional force between the running tire and the road surface, movement of the water film, etc.) It is very useful if you can accurately grasp (including In addition, not only tires, but also rubber products that are used in contact with the object, if the behavior of the contact state between the object and the rubber product can be accurately grasped, it is beneficial for improvement and development of the rubber product. .
従来、タイヤの接地状態を測定する装置は種々提案されている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1に記載に測定装置では、試験タイヤから受けた力を検出する小さな受圧部(力検出器)が試験路面にピンポイントに配置されている。それ故、極めて狭い面積の受圧部に接触した際に試験タイヤから受けた力しか把握することができない。試験タイヤと試験路面との接触状態の挙動は、ある程度の移動長さ(接触長さ)でタイヤの接地面積や摩擦力の変化を観察した方が正確に把握し易いので、両者の接触状態の挙動はこの測定装置では正確に把握し難い。そこで、この測定装置を用いて試験タイヤと試験路面との接触状態の挙動をより正確に把握しようとすると、多数の力検出器を試験タイヤの走行方向に連続して配置する必要がある。このような構成にすれば装置が複雑になるという問題が生じる。 Conventionally, various apparatuses for measuring the ground contact state of a tire have been proposed (see, for example, Patent Document 1). In the measuring apparatus described in Patent Document 1, a small pressure receiving portion (force detector) that detects the force received from the test tire is pinpointed on the test road surface. Therefore, it is possible to grasp only the force received from the test tire when it comes into contact with the pressure receiving portion having a very small area. The behavior of the contact state between the test tire and the test road surface can be more accurately grasped by observing changes in the tire contact area and frictional force with a certain amount of travel length (contact length). It is difficult to accurately grasp the behavior with this measuring device. Therefore, in order to grasp the behavior of the contact state between the test tire and the test road surface more accurately using this measuring apparatus, it is necessary to continuously arrange a number of force detectors in the running direction of the test tire. Such a configuration causes a problem that the apparatus becomes complicated.
この測定装置には、試験路面に接触する試験タイヤの踏面を撮影する撮影手段が設けられている。ところが、撮影手段と試験タイヤの踏面との間に受圧部が存在するので、受圧部に接触している試験タイヤの踏面の状態を撮影手段によって撮影することができない。したがって、特許文献1に記載の測定装置は、試験タイヤと試験路面との接触状態の挙動を正確に把握するには不利な構造になっている。 This measuring device is provided with photographing means for photographing a tread surface of a test tire that contacts the test road surface. However, since the pressure receiving portion exists between the photographing means and the tread surface of the test tire, the state of the tread surface of the test tire in contact with the pressure receiving portion cannot be photographed by the photographing means. Therefore, the measuring device described in Patent Document 1 has a disadvantageous structure for accurately grasping the behavior of the contact state between the test tire and the test road surface.
本発明の目的は、路面等の対象体とゴムとの接触状態の挙動をより正確に把握できるゴムの接触面の観察装置および方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a rubber contact surface observation apparatus and method that can more accurately grasp the behavior of a contact state between an object such as a road surface and rubber.
上記目的を達成するため本発明のゴムの接触面の観察装置は、ゴムサンプルと接触する透明な対象体と、前記ゴムサンプルを前記対象体に接触させつつ、この対象体に対して相対的に移動させる移動手段と、前記対象体に外部に配置され、相対的に移動させている前記ゴムサンプルの前記対象体との接触面の状態を前記対象体を透過して逐次撮影する撮影手段と、このゴムサンプルと前記対象体との間の摩擦力を逐次検知する摩擦力センサとを備え、前記対象体が前記ゴムサンプルの相対的な移動方向に延在し、前記撮影手段により前記接触面の状態を撮影する際の撮影範囲外に前記摩擦力センサが配置されている構成にしたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, an apparatus for observing a rubber contact surface according to the present invention comprises a transparent object in contact with a rubber sample, and the rubber sample in contact with the object while being relatively in contact with the object. A moving means for moving; an imaging means for sequentially photographing the state of the contact surface of the rubber sample, which is disposed outside the target object and moved relative to the target object, through the target object; A friction force sensor for sequentially detecting a friction force between the rubber sample and the object, the object extending in a relative moving direction of the rubber sample, and the photographing means The frictional force sensor is arranged outside the photographing range when photographing the state.
本発明のゴムの接触面の観察方法は、ゴムサンプルを透明な対象体に接触させつつ、この対象体に対して相対的に移動させ、このゴムサンプルの相対的な移動方向に延在する前記対象体に対するこのゴムサンプルの接触面の状態を前記対象体を透過して撮影手段により逐次撮影し、かつ、このゴムサンプルと前記対象体との間の摩擦力を摩擦力センサにより逐次検知し、前記摩擦力センサは、前記撮影手段により前記接触面の状態を撮影する際の撮影範囲外に配置することを特徴とする。 The method for observing a rubber contact surface according to the present invention is such that the rubber sample is moved relative to the object while contacting the transparent object and extends in the relative movement direction of the rubber sample. The state of the contact surface of the rubber sample with respect to the object is sequentially photographed by the photographing means through the object, and the friction force between the rubber sample and the object is sequentially detected by the friction force sensor, The frictional force sensor is disposed outside a photographing range when photographing the state of the contact surface by the photographing means.
本発明によれば、対象体がゴムサンプルの相対的な移動方向に延在するので、ゴムサンプルをある程度の移動させた過程におけるゴムサンプルの接触面積の変化やゴムサンプルと対象体との間の摩擦力の変化を把握することができる。また、撮影手段によりゴムサンプルの接触面を撮影する際の撮影範囲外に摩擦力センサが配置されているので、摩擦力センサによって遮られることなく接触面を逐次撮影することができる。これにより、路面等の対象体とゴムとの接触状態の挙動をより正確に把握することが可能になる。 According to the present invention, since the object extends in the relative movement direction of the rubber sample, the change in the contact area of the rubber sample in the process of moving the rubber sample to some extent or between the rubber sample and the object. Changes in frictional force can be grasped. Further, since the frictional force sensor is disposed outside the photographing range when photographing the contact surface of the rubber sample by the photographing means, it is possible to sequentially photograph the contact surface without being blocked by the frictional force sensor. Thereby, it becomes possible to grasp | ascertain more correctly the behavior of the contact state of target objects, such as a road surface, and rubber | gum.
ここで、前記ゴムサンプルを前記対象体に接触させて転動させつつ、前記対象体に対して相対的に移動させることもできる。この場合は、ゴムサンプルの動きがタイヤの動きと同様になるので、タイヤの開発には有益である。 Here, the rubber sample can be moved relative to the target object while rolling while being brought into contact with the target object. In this case, the movement of the rubber sample is similar to the movement of the tire, which is beneficial for the development of the tire.
前記対象体の外部に配置される光源から前記対象体の前記ゴムサンプルが接触する面とは異なる一方側面から光を照射した際に、この照射した光が前記対象体の前記ゴムサンプルが接触する面で全反射するように照射方向を予め設定しておき、前記ゴムサンプルが接触している前記対象体の範囲に前記光源から光を照射して反射した光を前記対象体の一方側面と対向する他方側面側に配置された前記撮影手段で撮影することにより、前記接触面の状態を逐次撮影することもできる。この場合は、接触面の状態をより鮮明に把握できるという利点がある。 When light is irradiated from one side surface different from the surface that the rubber sample of the target object contacts from a light source arranged outside the target object, the irradiated light makes contact with the rubber sample of the target object. The irradiation direction is set in advance so as to be totally reflected on the surface, and the light reflected from the light source is reflected on one side of the object in the range of the object in contact with the rubber sample. The state of the contact surface can also be sequentially photographed by photographing with the photographing means arranged on the other side surface. In this case, there is an advantage that the state of the contact surface can be grasped more clearly.
前記対象体として例えば、氷を用いることもできる。この場合は、タイヤ等のゴム製品の氷上での挙動を把握するには有益である。 For example, ice can be used as the object. In this case, it is useful for grasping the behavior of rubber products such as tires on ice.
前記対象体を、前記ゴムサンプルと接触する面を露出させて樹脂製またはガラス製の容器に収容し、前記撮影手段により前記接触面を撮影する際の前記容器の少なくとも撮影範囲を透明にすることもできる。この場合は、容器に収容する対象体を変えるだけで様々な対象体に対するゴムサンプルの挙動を把握することができる。また、容器によって対象体が保護されるので対象体の損傷を防止することもできる。 The object is exposed to a resin or glass container with the surface in contact with the rubber sample exposed, and at least the imaging range of the container when the contact surface is imaged by the imaging means is transparent. You can also. In this case, the behavior of the rubber sample with respect to various objects can be grasped only by changing the object to be accommodated in the container. In addition, since the target object is protected by the container, the target object can be prevented from being damaged.
以下、本発明のゴムの接触面の観察装置および方法を、図に示した実施形態に基づいて説明する。 The rubber contact surface observation device and method of the present invention will be described below based on the embodiments shown in the drawings.
図1〜図3に例示する本発明のゴムの接触面の観察装置1(以下、観察装置1という)は、対象体2bとゴム(ゴムサンプルR)との接触状態の挙動、即ち、動的な接触状態を把握するための装置である。タイヤのトレッドゴムをゴムサンプルRにする場合は、例えばタイヤが接触して走行する路面等と同等の摩擦係数の材料などを対象体2bにする。スタッドレスタイヤのトレッドゴムをゴムサンプルRにする場合は、例えば氷を対象体2bにする。
The rubber contact surface observation apparatus 1 (hereinafter referred to as the observation apparatus 1) of the present invention illustrated in FIGS. 1 to 3 is a behavior of a contact state between the
この観察装置1は、透明な対象体2bと、ゴムサンプルRを対象体2bに接触させつつ、対象体2bに対して相対的に移動させる移動手段2cと、対象体2bの外部に配置される撮影手段8と、ゴムサンプルRと対象体2bとの間の摩擦力を逐次検知する摩擦力センサ6とを備えている。この実施形態では、さらに光源7が設けられている。
This observation device 1 is disposed outside the
対象体2bは上述したようにゴムサンプルRの種類に応じて、種々の材料を用いることができるが、ある程度の透明性が必要になる。詳述すると、ゴムサンプルRの対象体2bとの接触面Sを、対象体2bを透過して撮影手段8により撮影するので、接触面Sの状態が把握できる透明性が必要である。対象体2bには例えば、全光線透過率90%以上の透明性が要求される。
As described above, various materials can be used for the
この実施形態では、円形皿状の容器2aに上面を露出して対象体2bが収容されている。容器2aと容器2aに収容された対象体2bによりベース台2が構成されている。この容器2aの周面は底面から上方に向かって拡径していて、容器2aの縦断面形状は台形になっている。容器2aの上縁の外径は例えば100mm〜3000mmである。
In this embodiment, the upper surface of the circular dish-
容器2aは種々の仕様(形状や材質等)を採用することができるが、対象体2bと同様の透明性が要求される。容器2aの材質としては例えば、アクリル等の樹脂やガラスを用いる。光源7は、ベース台2の周面外側に配置されている。
Although various specifications (shape, material, etc.) can be adopted for the
ゴムサンプルRは所望の形状を採用することができる。この実施形態では、回転円筒体5の外周面に固定された円筒状のゴムサンプルRが用いられているが、例えばブロック形状やタイヤ形状のゴムサンプルRを用いることもできる。
The rubber sample R can adopt a desired shape. In this embodiment, the cylindrical rubber sample R fixed to the outer peripheral surface of the rotating
回転円筒体5は、アーム4から吊設されていて、ゴムサンプルRと一体的に回転自在に軸支されている。アーム4は、ベース台2の平面中心を上下に貫通する支柱3から水平に張り出されている。ゴムサンプルRは、対象体2bの上面に接触するようにセットされる。ゴムサンプルRの対象体2bに対する接地圧は、所望の値に設定することができる。
The rotating
ベース台2の下方には駆動モータ等の移動手段2cが配置されている。移動手段2cは、ベース台2を支柱3を中心にして回転させる。これに伴い、ゴムサンプルRは対象体2bの上面に接触して転動する。したがって、この移動手段2cによって、ゴムサンプルRが対象体2cに対して相対的に移動する。そして、対象体2bはゴムサンプルRの相対的な移動方向に延在する状態になっている。
Below the base table 2, moving means 2 c such as a drive motor is arranged. The moving means 2 c rotates the base table 2 around the support column 3. Along with this, the rubber sample R rolls in contact with the upper surface of the
この実施形態では、ゴムサンプルRを一定位置に固定して対象体2bを移動させているが、対象体2bを一定位置に固定して、ゴムサンプルRを移動させる構成にすることもできる。即ち、ゴムサンプルRを対象体2bに対して相対的に移動させることができればよく、この相対的な移動を可能にする種々の移動手段2cを用いることができる。
In this embodiment, the rubber sample R is fixed at a fixed position and the
撮影手段8は、光源7に対向してベース台2の周面外側に配置されている。撮影手段8は、相対的に移動させているゴムサンプルRの対象体2bとの接触面Sを、対象体2bを透過して逐次撮影する。撮影手段8としては、CCDカメラなど種々のビデオカメラを用いることができる。接触面Sの状態をより詳細に撮影するには、超高速度のビデオカメラを用いる。例えば、撮影手段8のシャッタースピードは、ゴムサンプルRの相対的な移動速度が10km/hの場合に1/100000(=10―5秒)程度にする。或いは、ゴムサンプルRの相対的な移動距離が20μm〜100μm当たりに1コマの画像を撮影できるシャッタースピードに設定する。
The photographing means 8 is disposed outside the peripheral surface of the
この実施形態では、光源7により対象体2bのゴムサンプルRが接触する面とは異なる一方側面から光を照射した際に、この照射した光が対象体2bのゴムサンプルRが接触する面で全反射するように設定されている。即ち、対象体2bの上面に何も接触していない状態で光源7から対象体2bを透過させて光を入射させると、その全ての光は対象体2bの上面を通過せず、上面で反射される設定になっている。そして、全反射した光は、ベース台2を透過して撮影手段8に入射する設定になっている。
In this embodiment, when light is irradiated from one side surface different from the surface that the rubber sample R of the
このように対象体2bの上面において全反射が生じる入射角Aおよび反射角Aになるように、ベース台2の形状(周面の拡径角度)や光源7および撮影手段8の配置が予め適切に設定される。図2の一点鎖線Nは対象体2bの表面に対する法線を示している。詳述すると、光源7から照射した光は、容器2aや対象体2bに入射する際に屈折するので、この屈折率を考慮して、ベース台2の形状、光源7による光の照射方向および撮影手段8への光の入射方向が設定される。
Thus, the shape of the base 2 (the diameter of the peripheral surface) and the arrangement of the
撮影手段8への光の入射方向が不適切であると対象体2bの上面で反射した光を捉えることができなくなる。そこで、対象体2bの屈折率などの撮影条件に応じて撮影手段8を所望の向きに調整できる構成にして、撮影方向(撮影カメラの光軸方向)が撮影手段8への光の入射方向と同じなるように撮影手段8の向きを設定するとよい。
If the incident direction of the light to the imaging means 8 is inappropriate, it becomes impossible to capture the light reflected by the upper surface of the
摩擦力センサ6はアーム4の上に設置されている。したがって、摩擦力センサ6は、撮影手段8により接触面Sを撮影する際の撮影範囲外に配置されている。摩擦力センサ6は周知のセンサを用いることができる。例えば、回転円筒体5の回転抵抗力、回転円筒体5の筒軸方向に作用する力、ベース台2の回転抵抗力等に基づいて、相対的に移動するゴムサンプルRと対象体2bとの間に生じる摩擦力を検知する。この摩擦力は、ゴムサンプルRの相対的な移動方向成分だけでなく、この移動方向に直交する平面方向成分についても検知されることが好ましい。
The
撮影手段8により撮影された撮影データおよび摩擦力センサ6による検知データは制御部9に入力される。それぞれのデータを別の制御部9に入力することもできる。
The photographing data photographed by the photographing
この観察装置1を用いて、対象体2bとゴムとの接触状態の挙動を把握する観察方法を以下に例示する。
An observation method for grasping the behavior of the contact state between the
ゴムサンプルRを所定の接地圧で対象体2bの上面に接触させる。この状態で支柱3を中心にしてベース台2を回転させる。これにより、ゴムサンプルRを対象体2bに接触させて転動させつつ、対象体2bに対して相対的に移動させる。
The rubber sample R is brought into contact with the upper surface of the
光源7からは、ゴムサンプルRが接触している対象体2bの範囲(接触面S)に光を照射する。そして、対象体2bの上面で反射した光を、光源7と対向する位置に配置された撮影手段8で逐次撮影する。
From the
ここで、対象体2bの上面においてゴムサンプルRが接触していない部分では照射した光が全反射する。そのため、ゴムサンプルRが接触していない部分は明るい色(淡い色)で撮影される。一方、対象体2bの上面においてゴムサンプルRが接触している部分では光が全反射しない。そのため、ゴムサンプルRが接触している部分は暗い色(濃い色)で撮影される。したがって、対象体2bの上面で反射した光を逐次撮影することにより、ゴムサンプルRの対象体2bとの接触状態(接地面積)の変化を詳細に把握することができる。
Here, the irradiated light is totally reflected at the portion of the upper surface of the
また、摩擦力センサ6によって転動するゴムサンプルRと対象体2bとの間の摩擦力を逐次検知する。撮影手段8による撮影データは撮影時刻とともに制御部9に記憶され、摩擦力センサ6による検知データは検知時刻とともに制御部9に記憶される。そのため、接触面Sの状態が撮影された時点のおける摩擦力が判明する。これにより、対象体2bとゴムサンプルRとの接触状態の挙動をより正確に把握することが可能になる。
Further, the friction force between the rubber sample R and the
本発明では、対象体2bがゴムサンプルRの相対的な移動方向に延在しているので、ゴムサンプルRをある程度の移動させた過程におけるゴムサンプルRの接触面積の変化や摩擦力の変化を把握することができる。また、撮影手段8によりゴムサンプルRの接触面Sを撮影する際の撮影範囲外に摩擦力センサ6が配置されている。撮影範囲外とは、この実施形態では照射した光が透過(通過)する部分を意味する。そのため、接触面Sを摩擦力センサ6によって遮られることなく、逐次撮影することができる。それ故、対象体2bとゴムサンプルRとの接触状態の挙動をより正確に把握するには有利になっている。
In the present invention, since the
対象体2bとして氷を使用すると、ゴムサンプルRの転動に伴って氷が溶けてゴムサンプルRと対象体2bの上面との間に水膜が形成される。即ち、スタッドレスタイヤが氷上を走行している状態を模擬することができる。本発明によれば、水膜の水の動きも撮影手段8により逐次撮影できるので、スタッドレスタイヤの開発には非常に有益である。この際に、ゴムサンプルRの接触面Sに溝、サイプやディンプル等を形成しておくと、これらの水の動きや接地面積の変化に対する影響を把握することができる。
When ice is used as the
対象体2bとして氷を用いる場合、光源7の熱によって氷が溶け易くなる。そのため、LED電球などの発熱の少ない光源7を用いることが好ましい。
When ice is used as the
対象体2bとして路面と同等の摩擦係数の材質などを用いて、対象体2bの上面に水膜を形成してゴムサンプルRを転動させれば、タイヤがウエット路面を走行している状態を模擬することができる。本発明によれば、この水膜の水の動きも撮影手段により逐次撮影できるので、タイヤのウエット性能を向上させる開発にも非常に有益である。乾いた対象体2bの上面にゴムサンプルRを転動させて、ドライ路面を走行している状態を模擬することもできる。
Using a material having a friction coefficient equivalent to that of the road surface as the
対象体2bは、容器2aに収容しないで用いることもできるが、この実施形態のように容器2aを採用すると、容器2aに収容する対象体2bを変えるだけで様々な対象体2bに対するゴムサンプルRの挙動を把握することができる。また、容器2aによって対象体2bが保護されるので対象体2bの損傷を防止することもできる。対象物2bが氷の場合は、損傷し易いので容器2aに収容して用いることが好ましい。
The
容器2aは、全体が透明なものだけでなく、撮影手段8により接触面Sの状態を撮影する際に少なくとも撮影範囲となる部分が透明なものであればよい。例えば、この実施形態の場合では、底面が非透明であり、その他の部分が透明な容器2aを用いることもできる。
The
ベース台2の下方に配置した撮影手段8により、接触面Sの状態をベース台2を透過して逐次撮影することもできる。ただし、この場合は、この実施形態に比して接触面Sの濃淡を明確に撮影し難くなる。
The state of the contact surface S can be transmitted through the base table 2 and sequentially photographed by the photographing
図4〜図5に例示する観察装置1の別の実施形態は、先の実施形態に対してベース台2の仕様が異なっている。その他の構成は先の実施形態と同じである。このベース台2は、平面視で長方形状であり、幅方向断面形状が台形になっている。容器2aは、平面視で長方形状の皿状になっていて、対象体2bは上面を露出して容器2aに収容されている。
Another embodiment of the observation apparatus 1 illustrated in FIGS. 4 to 5 is different from the previous embodiment in the specifications of the
この実施形態では、平面視が長方形状の皿状の容器2aに上面を露出して対象体2bが収容されている。この容器2aの四方側面は底面から上方に向かって外側に傾斜していて、容器2aの縦断面形状は台形になっている。ゴムサンプルRの転動方向に対象体2bが延在している。図5には、光源7からベース台2に入射した光が対象体2bの上面で全反射する入射角Bおよび反射角Bが示されている。
In this embodiment, the upper surface is exposed to a dish-shaped
この実施形態では、ベース台2を長手方向(延在方向)に移動させることにより、ゴムサンプルRを対象体2bに接触させて転動させつつ、対象体2bに対して相対的に移動させる。この実施形態では、ゴムサンプルRにスラスト荷重を負荷せずに相対移動させることが可能になる。それ故、スラスト荷重が負荷しない条件下における接触面Sの状態を把握することができる。
In this embodiment, by moving the base table 2 in the longitudinal direction (extending direction), the rubber sample R is moved in contact with the
上述したそれぞれの実施形態では、ゴムサンプルRを対象体2bに接触させて転動させつつ相対移動させているが、ゴムサンプルRは転動させずに相対移動させることもできる。即ち、ゴムサンプルRを対象体2bに摺動させつつ相対移動させることもできる。
In each of the above-described embodiments, the rubber sample R is brought into contact with the
1 ゴムの接触面の観察装置
2 ベース台
2a 容器
2b 対象体
2c 移動手段
3 支柱
4 アーム
5 回転円筒体
6 摩擦力センサ
7 光源
8 撮影手段
9 制御部
R ゴムサンプル
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