JP2016197067A - ゴムの摩擦係数評価方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 粘着物成分による影響を抑え、測定したゴムサンプルの動的摩擦係数と、タイヤのロックブレーキ性能との相関性を高める。
【解決手段】 湿潤状態における、ゴムの摩擦係数を評価する方法であって、洗剤水Ｋで濡れた評価基準路面３上にゴムサンプル２を接触させながら円形の軌道に沿って相対移動させる。そのときの評価基準路面３に対するゴムサンプル２の動的摩擦係数μを測定する測定工程を具える。
【選択図】図１

Description

本発明は、タイヤのロックブレーキ性能との相関性を向上しうるゴムの摩擦係数評価方法に関する。

タイヤのブレーキ性能を高めるために、トレッドゴムの研究開発が行われている。そして開発されたゴムは、その動的摩擦係数に基づいてタイヤとしてのロックブレーキ性能が予想され、以後のタイヤへの試作検討段階へと研究が進められる。

他方、ゴムの動的摩擦係数の測定方法として、例えばＤＦテスター等の回転式の摩擦試験装置（例えば下記特許文献１参照。）を用いた測定方法が知られている。この測定方法では、ゴムサンプルが取り付けられかつ慣性力にて回転する円盤の前記ゴムサンプルを、路面に押し当て、そのとき生じる摩擦力と縦荷重とを測定することにより、前記路面に対するゴムサンプルの動的摩擦係数が測定される。

しかしこの測定方法では、円盤の回転に伴ってゴムサンプルが同一軌跡上を何度も通過する。しかもゴムサンプルは、円盤に固定されているため同じ部分が常に路面と接触する。そのため、摩擦中に発生した粘着成分（ゴム粉やゴムに含まれる薬品類など。）が路面及びゴムサンプルに付着し、この粘着成分に原因した摩擦力が新たに発生してしまう。

これに対し、実車におけるタイヤのロックブレーキ状態では、タイヤは、常に新しい路面部分と接触するため、路面に付着する粘着成分による摩擦力の発生は非常に小さい。また、タイヤ表面に付着したまま残る粘着成分が路面と接触する面積比率も、前記摩擦試験装置におけるゴムサンプルに付着したまま残る粘着物成分が路面と接触する面積比率に比べて小さい。その結果、摩擦試験装置を用いて測定したゴムサンプルの動的摩擦係数の場合、実車のタイヤのロックブレーキ性能に比べて、粘着物成分による摩擦力の分だけロックブレーキ性能が過大評価されてしまう。しかも、前記粘着成分の発生量、及び性質（粘着力）が、ゴム配合によって変化し、粘着成分による摩擦力が一定値を示さないため、ロックブレーキ性能との相関性は、低いものとなる。

特許第４３７６１２２号公報

そこで発明は、動的摩擦係数の測定に際して、評価基準路面を従来の水に代えて洗剤水で湿潤させることを基本として、粘着物成分による影響を抑えることができ、測定したゴムサンプルの動的摩擦係数と、タイヤのロックブレーキ性能との相関性を高めうるゴムの摩擦係数評価方法を提供することを課題としている。

本発明は、湿潤状態における、ゴムの摩擦係数を評価する方法であって、
洗剤水で濡れた評価基準路面上にゴムサンプルを接触させながら円形の軌道に沿って相対移動させ、そのときの評価基準路面に対するゴムサンプルの動的摩擦係数を測定する測定工程を具えることを特徴としている。

本発明に係るゴムの摩擦係数評価方法では、前記洗剤水は、ノニオン界面活性剤、アニオン界面活性剤、カチオン界面活性剤、両性界面活性剤からなる群の少なくとも１つの界面活性剤を含むことが好ましい。

本発明に係るゴムの摩擦係数評価方法では、前記測定工程において、動的摩擦係数はＤＦテスターにて測定されることが好ましい。

本発明は叙上の如く、評価基準路面上にゴムサンプルを接触させながら円形の軌道に沿って相対移動させて動的摩擦係数を測定する測定工程において、前記評価基準路面を、水ではなく洗剤水にて湿潤させている。

そのため、摩擦中にゴムサンプルから生じる粘着成分が、評価基準路面及びゴムサンプル表面に付着する量を抑制しうる。即ち、粘着成分に起因する摩擦力の発生を抑えることができ、測定された動的摩擦係数と、タイヤのロックブレーキ性能との相関性を高めうる。これにより、例えばトレッドゴムなどの研究開発に貢献することができる。

本発明のゴムの摩擦係数評価方法に用いる摩擦試験装置の一実施例を示す断面図である。 図１の摩擦試験装置の断面図である。 図３の摩擦試験装置の底面図である。 （Ａ）、（Ｂ）は動的摩擦係数μの測定結果の一例を示すグラフである。 （Ａ）、（Ｂ）は、表２における動的摩擦係数μ（指数）と、タイヤのロックブレーキ性能（指数）との関係を示すグラフである。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
図１に概念的に示すように、本実施形態のゴムの摩擦係数評価方法は、評価基準路面３に対するゴムサンプル２の動的摩擦係数μを測定する測定工程を具え、その測定結果に基づいてタイヤのロックブレーキ性能を評価する。

前記測定工程では、洗剤水Ｋで濡れた評価基準路面３上にゴムサンプル２を接触させながら円形の軌道Ｊに沿って相対移動させ、このときの評価基準路面３に対するゴムサンプル２の動的摩擦係数μを測定する。なお前記評価基準路面３として、タイヤのロックブレーキ性能を評価するための路面、或いはそのレプリカ路面が好適に使用される。

また図２に、前記測定工程に使用される摩擦試験装置１１の一実施例を示す。本例の摩擦試験装置１１は、基体１２と、基体１２に固定される昇降手段１３と、該昇降手段１３に支持される回転手段１４とを含んで構成される。

本例の基体１２は、水平にのびる上板部１２ａと、その周縁部から下方にのびる側板部１２ｂと、側板部１２ｂの下端に設けられる脚部１２ｃとを含む。上板部１２ａは、平面視において、略矩形状に形成されている。基体１２内には、上板部１２ａと側板部１２ｂとで囲まれる空間部１７が配され、この空間部１７は下方に向かって開口する。

前記昇降手段１３は、上板部１２ａから上方に突出するシリンダ１３ａと、シリンダ１３ａから上下方向に伸縮するロッド１３ｂと、ロッド１３ｂを伸縮させる電動機（図示省略）とを含む。また昇降手段１３には、ロッド１３ｂの上端側と、回転手段１４との間を水平にのびるアーム１３ｃが設けられる。このような昇降手段１３は、ロッド１３ｂの伸縮によって、回転手段１４を上下方向に昇降移動させうる。

前記回転手段１４は、円盤状に形成された回転盤１４ａと、回転盤１４ａの中央部から上方にのびる回転軸１４ｂとを含む。回転盤１４ａは、前記空間部１７内に配され、また回転軸１４ｂは、上板部１２ａを貫通して上方にのびる。また、回転手段１４は、回転軸１４ｂの上端に固着される電動機１４ｃを具え、この電動機１４ｃは、ブラケットを介して、前記アーム１３ｃに固着される。このような回転手段１４は、電動機１４ｃ及び回転軸１４ｂを介して、回転盤１４ａを垂直な軸心ｉ廻りで回転させることができる。

また回転盤１４ａの下面には、ゴムサンプル２が取り付けられる。本例では、図１に示すように、複数個（例えば２個）のゴムサンプル２が、軸心ｉを中心とした円周線上に等間隔を隔てて配される。

ゴムサンプル２は、例えば、平面視略矩形の板状（シート状）及びブロック状をなし、接着剤或いは適宜の取付け金具を用いて、回転盤１４ａに固定される。ゴムサンプル２の各寸法については、テスト条件に応じて適宜設定でき、本例の場合、長手方向の長さが例えば５〜３０mm程度、短手方向の長さが５〜３０mm程度、及び、厚さが０．５〜１０．０mm程度に設定される。

次に、前記測定工程を説明する。図３（Ａ）に示すように、予め洗剤水Ｋで濡らした評価基準路面３上に、摩擦試験装置１１を載置する。そして、ゴムサンプル２が評価基準路面３から浮い状態で、回転盤１４ａを電動機１４ｃによって回転させる。次に、電動機１４ｃによる駆動を停止し、回転盤１４ａが慣性力にて回転している状態にて、図３（Ｂ）に示すように、回転盤１４ａを昇降手段１３によって下降させる。これにより、評価基準路面３上にゴムサンプル２を接触させながら円形の軌道Ｊに沿って移動させ、ゴムサンプル２と評価基準路面３との間に摩擦力を生じさせることができる。

このときの摩擦力と縦荷重とを測定することにより、評価基準路面３に対するゴムサンプル２の動的摩擦係数μを測定することができる。本例の測定工程では、ゴムサンプル２と評価基準路面Ｓとの接触開始から回転盤１４ａの停止に至るまでの間、動的摩擦係数μを連続的に測定することができる。このような摩擦試験装置１１としては、例えば、日邦産業（株）製のＤ．Ｆ．テスター（ダイナミック・フリクション・テスター）Ｓタイプなど、種々のものが適宜採用しうる。

下記の表１に示すゴム配合Ａ、Ｅを有するゴムサンプル２における動的摩擦係数μの測定結果を、図４（Ａ）、（Ｂ）に示す。接触開始（スリップ速度が１５．５km/h）から回転盤１４ａの停止（スリップ速度が０km/h）までの間の動的摩擦係数μが、スリップ速度の経過とともに連続的に測定されている。同図おいて、実線は、洗剤水Ｋによって湿潤させた評価基準路面３にて測定した動的摩擦係数μであり、一点鎖線は、従来と同様の水によって湿潤させた評価基準路面３にて測定した動的摩擦係数μである。

ゴム配合の詳細については、次のとおりである。
＊１）ゴム（ＳＢＲ）：Ｅ１５（旭化成製）
＊２）カーボン ： 三菱化学（株）製のダイアブラックＮ２２０
＊３）シリカ：ウルトラシルＶＮ３（デグサ製）
＊４）オイル：ジャパンエナジー社製「プロセスＸ − ２ ６ ０ 」（ アロマオイル）
＊５）カップリング剤：テトラスルフィドシランＳｉ６９（デグサ製）
＊６）ステアリン酸：ステアリン酸「椿」（日本油脂製）
＊７）酸化亜鉛：酸化亜鉛（三井金属鉱業製）
＊８）老化防止剤：アンチゲン６Ｃ（住友化学製）
＊９）ワックス：サンノックＮ（大内新興化学製）
＊１０）硫黄：粉末硫黄（軽井沢硫黄製）
＊１１）加硫促進剤CZ：ノクセラーＣＺ（大内新興化学製）
＊１２）加硫促進剤DPG：ノクセラーＤ（大内新興化学製）

図４（Ａ）に示すように、ゴム配合Ａの場合、粘着成分の発生量自体が小、及び／又は粘着成分の粘着力自体が弱く、粘着成分による影響自体が小さい。そのため、洗剤水Ｋを用いた場合と水を用いた場合とにおいて、測定値にはほとんど差が発生していない。

これに対して、図４（Ｂ）に示すように、ゴム配合Ｅの場合、粘着成分の発生量が大、及び／又は粘着成分の粘着力が強い。そのため、水を用いた場合、粘着成分の付着によって動的摩擦係数μが増大してしまい、ロックブレーキ性能との間の相関性を低下させている。しかし洗剤水Ｋを用いた場合、粘着成分の付着が抑制されるため粘着成分による影響は小さく、従って、ロックブレーキ性能との間の相関性を高めることができる。即ち、前記動的摩擦係数μに基づいてタイヤのロックブレーキ性能を精度良く評価することができる。

前記評価に用いる動的摩擦係数μは、スリップ速度が３〜２０km/hの範囲で測定された値を採用するのが好ましい。スリップ速度が３km/h未満の速度域では、ゴムサンプル２と評価基準路面３との間に引っ掛かりが生じ、測定結果がばらつき傾向となる。逆に、スリップ速度が２０km/hを超える速度域では、ゴムサンプル２が評価基準路面３に接触したときの反動によりゴムサンプル２の姿勢が不安定となり、同様に、測定結果がばらつき傾向となる。このような観点から、評価に用いるスリップ速度は、下限が５km/h以上、上限が１０km/h以下がより好ましい。

前記洗剤水Ｋとしては、ノニオン界面活性剤、アニオン界面活性剤、カチオン界面活性剤、両性界面活性剤からなる群の少なくとも１つの界面活性剤を含むことができ、この界面活性剤と水とを混合することで洗剤水Ｋを得ることができる。なお前記界面活性剤としては、前記群内の二種以上を組み合わせて用いることもできる。

なお摩擦試験装置１１、及び洗剤水Ｋの散布用の配管などの周辺設備への劣化抑制の観点から、洗剤水Ｋは中性であるのが好ましい。

また洗剤水Ｋとして、洗剤水Ｋ中に前記界面活性剤を１〜６０質量％含有させたものを使用するのが好ましい。含有量が１質量％未満では、粘着物成分の付着を十分に抑えることが難しく、ロックブレーキ性能との相関性が低下する。また含有量が６０質量％を越えると、洗剤水Ｋの粘度が高くなり過ぎて動的摩擦係数μを安定して正しく測定することが難しくなる。

また、洗剤水Ｋによる評価基準路面３の湿潤は、洗剤水Ｋの例えば散布によって行われるが、評価基準路面３上に水溜まりができないことが、水溜まりによる抵抗を防止する上で必要である。なお図１、２には、便宜上、洗剤水Ｋの量を誇張して描かれている。

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。

前記表１のゴム配合Ａ〜Ｆを有するゴムサンプル、及びゴム配合Ａ〜Ｆを有するトレッドゴムを具える空気入りタイヤ（１９５／６５Ｒ１５）をそれぞれ試作した。なおゴムサンプルは、ゴム配合Ａ〜Ｆの未加硫ゴムを１７０℃の温度で２０分間プレス加硫し、しかる後、サンプルサイズ（厚さ２mm、長さ１０mm、巾５mm）に切断することにより形成された。また空気入りタイヤは、従来法にて加硫成形された。

そして、各ゴムサンプルの動的摩擦係数μを測定し、空気入りタイヤの実車におけるロックブレーキ性能と比較した。

（１）動的摩擦係数μの測定：
実施例として、図２、３の摩擦試験装置を用いて、洗剤水Ｋで濡れた評価基準路面３上にゴムサンプル２を接触させながら円形の軌道に沿って移動させ、スリップ速度が１５．５km/hからスリップ速度が０km/hまでの間の動的摩擦係数μを連続して測定した。比較例としては、水で濡れた評価基準路面を用いて動的摩擦係数μを測定した。

動的摩擦係数μとしては、スリップ速度が６km/h、７km/h、８km/hのときの動的摩擦係数μの平均値を求め、この平均値をゴム配合Ａのゴムサンプルを１００とする指数で表示した。数値が大なほど、動的摩擦係数μが大きい。

また洗剤水としては、水に洗剤（ライオン株式会社製の台所用合成洗剤：クリスタクリアジェル（食器洗い機専用の液体洗剤））を混ぜ合わせた濃度１５％の水溶液を使用した。このときの界面活性剤の含有量は０．７５質量％であった。なお上記洗剤は中性洗剤であって成分は、界面活性剤5%（アルキルアミドアミン）、水軟化剤（クエン酸塩）、安定化剤、PH調整剤、酵素である。

（２）ロックブレーキ性能：
試作タイヤを、リム（１５×６Ｊ）、内圧（２３０kPa）の条件にて、ＡＢＳ装置を外した車両（排気量１８００cc）の４輪に装着し、ウエット（水膜１mm）な評価基準路面上で、速度８０km/hからフルブレーキにて停止したときの制動距離を測定した。そして制動距離の逆数をゴム配合Ａのタイヤを１００とする指数で表示した。数値が大なほど、ロックブレーキ性能に優れている。

（３）粘着成分の付着量：
試験後のゴムサンプルの摩擦面の凹凸を、非接触型表面粗さ計を用いて計測し、凸部の容積を、粘着成分の付着量として、ゴム配合Ａのゴムサンプルを１００とする指数で表示した。数値が大なほど、付着量が多い。

表２の結果を、図５（Ａ）、（Ｂ）に示す。図５（Ａ）は、水で濡れた評価基準路面を用いて測定した動的摩擦係数μ（指数）と、タイヤのロックブレーキ性能（指数）との関係を示す。図５（Ｂ）は、洗剤水で濡れた評価基準路面を用いて測定した動的摩擦係数μ（指数）と、タイヤのロックブレーキ性能（指数）との関係を示す。図中の直線は、比較例の場合、動的摩擦係数μ（指数）とロックブレーキ性能との相関係数Ｒが０．８３であるのに対して、実施例の場合、相関係数Ｒが０．８９に高めうるのが確認できる。

２ ゴムサンプル
３ 評価基準路面
Ｋ 洗剤水

Claims (3)

1. 湿潤状態における、ゴムの摩擦係数を評価する方法であって、
   洗剤水で濡れた評価基準路面上にゴムサンプルを接触させながら円形の軌道に沿って相対移動させ、そのときの評価基準路面に対するゴムサンプルの動的摩擦係数を測定する測定工程を具えることを特徴とするゴムの摩擦係数評価方法。
2. 前記洗剤水は、ノニオン界面活性剤、アニオン界面活性剤、カチオン界面活性剤、両性界面活性剤からなる群の少なくとも１つの界面活性剤を含むことを特徴とする請求項１記載のゴムの摩擦係数評価方法。
3. 前記測定工程において、前記動的摩擦係数はＤＦテスターにて測定されたことを特徴とする請求項１又は２記載のゴムの摩擦係数評価方法。
   

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