JP2016200421A - ゴム材料の試験方法 - Google Patents

Abstract

【課題】精度のよいゴム材料の試験方法を提供する。
【解決手段】以下の（１）〜（４）のステップを備えるゴム材料の試験方法が提供される。（１）第１端面を有する支持部材と、前記第１端面と対面する第２端面を有する対面部材と、前記対面部材に衝突するストライカーとを含む試験装置を準備するステップ。（２）前記ゴム材料からなるサンプル片を準備するステップ。（３）前記サンプル片を前記第１端面と前記第２端面との間に挟み込むように配置するステップ。（４）前記ストライカーを前記対面部材に前記第２端面の反対側から衝突させ、前記第１端面と前記第２端面との間の前記サンプル片を圧縮するように動作させるステップ。なお、前記サンプル片は、前記衝突時の変形時において、前記第１端面からはみ出さないようなサイズに形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、ゴム材料の試験方法に関し、特にゴム材料の試験に適したスプリット・ホプキンソン棒法の改良に関する。

車両に装着されるタイヤは、走行時、様々な外力を受けて摩耗するため、タイヤの外層部のトレッド部やサイドウォール部に用いられるゴム材料には、耐久性能が求められる。このため、従来より、ゴム材料の耐久性能を評価するべく、様々な方法でゴム材料の特性の試験が行われている。

タイヤの耐久性能を表す項目の１つに、耐亀裂成長性がある。亀裂成長性とは、化学的又は物理的な外部入力により材料に生じたクラックが、当該クラックによる構造的不均一性が招く応力集中により成長してゆく性質を指す。耐亀裂成長性を評価する方法の１つに、ＪＩＳ（日本工業規格）Ｋ６２６０の「加硫ゴム及び熱可塑性ゴム−耐屈曲き裂性及び耐屈曲き裂成長性の求め方（デマチャ式）」がある。この方法では、所定の形状のゴム材料のサンプル片に繰り返し屈曲変形を与え、このときの亀裂の成長速度が測定される。

また、特許文献１には、合成樹脂、架橋ゴム等の粘弾性材料の粘弾性特性をスプリット・ホプキンソン棒法を用いて測定する方法が開示されている。ここでいう粘弾性特性とは、ヤング率、損失係数等のゴム材料の粘弾性に関する特性を意味する。スプリット・ホプキンソン棒法とは、２本の細長い棒（入力棒及び出力棒）の間にサンプル片を挟み、入力棒にサンプル片の反対側からストライカーを衝突させ、衝突時にサンプル片に加わる応力及びひずみを測定し、この測定値に基づいてサンプル片のヤング率等を算出する方法である。

特開２００２−９０２７５号公報

しかしながら、デマチャ式の試験方法については、精度上の問題が懸念される。具体的には、実際のタイヤが走行時に受ける入力の速度は大小様々であるのに対し、デマチャ式の試験方法では、試験時にこのような実際の速度領域が必ずしも正確に反映されない。当然ながら、高速である程破壊は起こり易い。ＪＩＳ・Ｋ６２６０では、サンプル片に与えられる屈曲変形の速度が、５Ｈｚ±０．１７Ｈｚと定められており、ひずみ速度では０．０１〜１０ｓ^-1の入力となるが、時速数十キロで走行中のタイヤが物体と衝突すれば、ゴム材料には１０００ｓ^-1を優に超えるひずみ速度で衝撃力が加わり、数百％以上の大変形を伴う。従って、デマチャ式の試験方法では、市場で生じるタイヤの亀裂成長現象を必ずしも正確に評価できない可能性がある。なお、一般的な加振機により安定して与えられる振動の周波数は、１００Ｈｚ程度が限界であり、これ以上の周波数を安定して与えようとすると、変形量が非常に制限されてしまう。しかしながら、この限界の周波数は、時速数十キロで走行中のタイヤの衝突がもたらす周波数に比べて著しく小さい。従って、デマチャ式の試験方法では、亀裂を成長させるほどの大きな変形量を高速で材料に与えることが困難である。

また、スプリット・ホプキンソン棒法を用いてゴム材料等の粘弾性材料を試験する特許文献１の方法にも、同様に精度上の問題がある。すなわち、スプリット・ホプキンソン棒法とは、本来、ゴム材料よりもはるかに硬質の材料、典型的には金属材料を評価するための試験方法であるため、通常、ゴム材料の試験には適さない。この点、本発明者らは、ゴム材料の試験にスプリット・ホプキンソン棒法を用いた場合、ゴム材料は図１に示すように出力棒を包み込むかの如く大きく変形し得ることを発見した。そして、このような屈曲を伴うＣ字状の変形が起こると、ゴム材料に加わる衝撃力が逃げてしまい、ゴム材料の粘弾性特性の測定の精度を低下させ得る。なお、以上では、タイヤ用途のゴム材料を例に説明したが、同様の問題は、タイヤ用途以外のゴム材料にも当てはまる。

本発明は、精度のよいゴム材料の試験方法を提供することを目的とする。

本発明の第１観点に係る試験方法は、ゴム材料の試験方法であって、以下の（１）〜（４）のステップを備える。
（１）第１端面を有する支持部材と、前記第１端面と対面する第２端面を有する対面部材と、前記対面部材に衝突するストライカーとを含む試験装置を準備するステップ。
（２）前記ゴム材料からなるサンプル片を準備するステップ。
（３）前記サンプル片を前記第１端面と前記第２端面との間に挟み込むように配置するステップ。
（４）前記ストライカーを前記対面部材に前記第２端面の反対側から衝突させ、前記第１端面と前記第２端面との間の前記サンプル片を圧縮するように動作させるステップ。
なお、前記サンプル片は、前記衝突時の変形時において、前記第１端面からはみ出さないようなサイズに形成されている。

本発明の第２観点に係る試験方法は、第１観点に係る試験方法であって、前記第１端面の径をＲ１とし、外力を受けていない状態での前記衝突方向から見た前記サンプル片の径をＲ２としたとき、Ｒ１≧１．５×Ｒ２である。

本発明の第３観点に係る試験方法は、第１観点又は第２観点に係る試験方法であって、前記サンプル片の前記衝突方向から見た径は、前記衝突時の変形により、１．５倍以上拡大する。

本発明の第４観点に係る試験方法は、第１観点から第３観点のいずれかに係る試験方法であって、以下の（５）のステップをさらに備える。なお、前記ストライカーを動作させるステップは、前記サンプル片が所定の状態になるまで、前記衝突を繰り返し行うステップである。
（５）前記サンプル片が前記所定の状態になるのに要した前記衝突の回数に応じて、前記ゴム材料の特性を決定するステップ。

本発明の第５観点に係る試験方法は、第４観点に係る試験方法であって、前記所定の状態とは、前記サンプル片の亀裂の長さが所定の長さに達した状態である。

本発明の第６観点に係る試験方法は、第１観点から第３観点のいずれかに係る試験方法であって、以下の（６）のステップをさらに備える。なお、前記ストライカーを動作させるステップは、前記衝突を所定の回数だけ繰り返し行うステップである。
（６）前記ストライカーを動作させた後の前記サンプル片の状態に応じて、前記ゴム材料の特性を決定するステップ。

本発明の第７観点に係る試験方法は、第６観点に係る試験方法であって、前記ゴム材料の特性を決定するステップは、前記ストライカーを動作させた後の前記サンプル片に生じた亀裂の長さに応じて、前記ゴム材料の特性を決定する。

本発明の第８観点に係る試験方法は、第５観点又は第７観点に係る試験方法であって、前記亀裂の長さは、前記亀裂の進行方向に沿った長さの総和、又は、前記亀裂の両端間の直線距離である。

本発明の第９観点に係る試験方法は、第１観点から第８観点のいずれかに係る試験方法であって、以下のステップ（７）をさらに備える。
（７）前記ストライカーを動作させるステップの前に、前記サンプル片に切り込みを形成するステップ。

本発明の第１０観点に係る試験方法は、第９観点に係る試験方法であって、前記切り込みは、前記サンプル片の外周上に達している。

本発明によれば、ゴム材料の試験方法が提供される。この試験方法は、スプリット・ホプキンソン棒法を改良したものであり、出力棒に対応する支持部材の第１端面と、入力棒に対応する対面部材の第２端面との間に、ゴム材料のサンプル片が挟み込まれる。サンプル片は、ストライカーを対面部材に衝突させることにより変形するが、サンプル片としては、この変形時においても支持部材の第１端面からはみ出さない程度の小型なサイズのものが選択される。その結果、サンプル片は、側面視においてＣ字状に屈曲することがなく、第１端面と第２端面との間で側面視において概ねＩ字状に圧縮されるのみとなる。従って、ゴム材料の特性を精度よく評価することができる。

従来技術に係るスプリット・ホプキンソン棒法による試験時の変形前後のゴムの様子を示す図。 本発明の一実施形態に係る試験装置の側面図。 本発明の一実施形態に係るサンプル片を示す斜視図。 図３のサンプル片において、亀裂が成長する様子を示す図。 変形例に係る試験装置の構成を示す図。 実施例、比較例及び参考例に係る耐亀裂成長性の指数を示すグラフ。

以下、図面を参照しつつ、本発明の一実施形態に係るゴム材料の試験方法について説明する。

＜１．試験装置＞
図２に、本実施形態に係るゴム材料の試験方法に用いられる試験装置１の側面図を示す。この試験装置１は、従来のスプリット・ホプキンソン棒法で用いられるものと概ね同様であり、入力棒１０、出力棒２０及びストライカー３０を備えている。

入力棒１０及び出力棒２０は、いずれも細長い棒体である。入力棒１０及び出力棒２０の断面形状は特に限定されず、同じであってもよいし、異なるものであってもよい。入力棒１０及び出力棒２０の断面形状は、典型的には、直径１０ｍｍ〜３０ｍｍの円形状となるが、本実施形態では、いずれも直径Ｒ１＝２０ｍｍの円形状である。ただし、本実施形態に係る入力棒１０は、右端面１０ｂ側で断面径が大きくなっており、この部分の直径は、Ｒ１以上である。すなわち、入力棒１０の右端面１０ｂ付近は、フランジ状に形成されている。一方、出力棒２０の左端面２０ａ側付近においては、断面径の変化はなく、フランジ状とはなっていない。なお、本実施形態の説明において、左右とは、特に断らない限り、図１に示す状態を基準に定義されるものとする。

入力棒１０及び出力棒２０の材質は、後述する衝突による応力波を伝播可能である限り特に限定されず、典型的には金属製、例えば、高強度のステンレス製とすることができる。また、二硫化モリブデン配合の６６ナイロン製やポリアセタール等の硬質樹脂製とすることもできる。

ストライカー３０も棒体であり、その断面形状も特に限定されないが、本実施形態では、直径２０．８０ｍｍの円形状であり、長さは１００．００ｍｍである。ストライカー３０の材質も、入力棒１０及び出力棒２０に対し後述する衝突による応力波を伝播可能である限り特に限定されず、例えば、二硫化モリブデン配合の６６ナイロンとすることができる。また、入力棒１０及び出力棒２０と同様、金属製、特に比較的軽量で高強度のステンレス製とすることもできる。

ストライカー３０、入力棒１０及び出力棒２０は、各々の中心軸が水平方向に一直線上に並ぶように、左側から右側へ向けてこの順番で配置される。ストライカー３０、入力棒１０及び出力棒２０は、中心軸方向に沿ってスライド可能なように、適宜、支持部材４により支持されている。支持部材４は、ストライカー３０、入力棒１０及び出力棒２０の断面形状と同様の形状の円形開口を有する部材であり、ストライカー３０、入力棒１０及び出力棒２０がこれらの円形開口に挿入されることで、上記配置が実現される。

ストライカー３０の右端面３０ａ、入力棒１０の左端面１０ａ及び右端面１０ｂ、並びに出力棒２０の左端面２０ａ及び右端面２０ｂは、各々、ストライカー３０、入力棒１０及び出力棒２０の中心軸に垂直な平面を形成している。ストライカー３０の右端面３０ａは、入力棒１０の左端面１０ａと対面し、入力棒１０の右端面１０ｂは、出力棒２０の左端面２０ａに対面するように配置される。

ストライカー３０の左端付近には、ストライカー３０を入力棒１０に向けて射出する射出装置４０が配置されている。射出装置４０は、例えば、高圧ガスタンク４１と、高圧ガスタンク４１からガスの供給を受ける円筒部材４２と、高圧ガスタンク４１から円筒部材４２内へのガスの供給を制御するバルブ機構４３とから構成することができる。円筒部材４２の中心軸は、ストライカー３０の中心軸と位置合わせされており、この円筒部材４２内にストライカー３０がピストンの如く挿入されている。その結果、バルブ機構４３が開き、高圧ガスタンク４１内から円筒部材４２内に高圧ガスが流入すると、ストライカー３０は円筒部材４２内をスライドして右方へ発射され、入力棒１０の左端面１０ａに衝突する。また、この衝突により応力波が生じ、入力棒１０及び出力棒２０に伝播される。

ストライカー３０の射出速度は、適宜設定することができるが、試験の対象となるゴム材料が使用される環境に併せて設定することが好ましい。従って、車両のタイヤに使用されるゴム材料の試験の場合には、車両の走行時の速度に併せて設定することが好ましい。例えば、１００ｍｍ／ｓ以上が好ましく、１．０ｍ／ｓ以上がより好ましいが、本実施形態では、８．０ｍ／ｓである。この射出速度は、車両の走行速度の約３０ｋｍ／ｈに相当する。

＜２．サンプル片＞
次に、図３を参照しつつ、試験の対象となるゴム材料のサンプル片５について説明する。このサンプル片５は、上述した試験装置１の入力棒１０の右端面１０ｂと出力棒２０の左端面２０ａとの間に挟み込まれた状態で、試験が実施される。本実施形態に係る試験方法では、ストライカー３０の発射による衝撃により、このサンプル片５を入力棒１０の右端面１０ｂと出力棒２０の左端面２０ａとの間との間で圧縮変形させ、このときのサンプル片５の状態が観察される。本試験時の温度、湿度等の環境条件は、適宜設定することができるが、試験の対象となるゴム材料からなる製品の使用時の条件に併せることが好ましい。

図３に示すとおり、本実施形態に係るサンプル片５は、厚みの薄い円柱形状である。サンプル片５は、円形面が入力棒１０の右端面１０ｂ及び出力棒２０の左端面２０ａと対面するように、試験装置１にセットされる。このサンプル片５は、上述したストライカー３０の衝突時の変形により、より薄くより大きな円盤となるように変形する。しかしながら、サンプル片５は、ストライカー３０の衝突時の変形によっても、出力棒２０の中心軸方向から見て、出力棒２０の左端面２０ａからはみ出さないような小型なサイズに形成されている。

具体的には、本実施形態に係るサンプル片５は、外力を受けていない状態での厚みｗ１＝１．０ｍｍ、同じく外力を受けていない状態での円形面の直径Ｒ２＝５．０ｍｍとなるように形成されている。従って、本実施形態では、Ｒ１≧１．５×Ｒ２である。なお、Ｒ１は、上記のとおり、出力棒２０の左端面２０ａの直径である。

サンプル片５が出力棒２０の左端面２０ａのサイズに対し小型に形成されていることにより、ストライカー３０の衝突時の変形時に、ゴム材料に想定外の外力が加わることが防止される。例えば、仮にサンプル片５が図１（ａ）に示すようにＣ字状に屈曲変形する場合、出力棒２０の左端面２０ａの外周部に引っ掛かり、サンプル片５の破壊を生じさせる可能性がある。また、このようなＣ字状の変形は、ゴム材料に加わる衝撃力を逃がし兼ねない。しかしながら、本実施形態では、サンプル片５及び出力棒２０の左端面２０ａのサイズが上記のとおり設定されているため、ゴム材料の変形は、出力棒２０の左端面２０ａと入力棒１０の右端面１０ｂとの間での圧縮変形に留まる。従って、上述した余分な外力が加わることなく、ゴム材料の特性の評価の精度が安定的に向上することになる。

ゴム材料からなるサンプル片５の円形面の面積は、入力棒１０がストライカー３０から車両の走行速度に対応するような高速の衝突を受けると、ゴム材料の材質及び厚みｗ１にもよるが、当該衝突の方向と垂直な平面内において数百％延伸する。なお、参考までに示すと、プラスチック固体であれば、この延伸率は数％〜数十％であり、プラスチック固体と比べると、ゴム材料のひずみ量は著しく大きい。ゴム材料の厚み方向の圧縮率は、９０％近くにまで上る場合がある。従って、サンプル片５の円形面の面積の延伸率は、ゴム材料の材質及び厚みｗ１にもよるが、２２５％以上（径に換算すると、１．５倍以上）となることがあり、さらには３００％以上（径に換算すると、約１．７倍以上）となることがあり、さらには４００％以上（径に換算すると、２倍以上）となることもある。このような大きな変形にも対応できるよう、Ｒ１≧１．７×Ｒ２であることがより好ましく、Ｒ１≧２．０×Ｒ２であることがさらに好ましい。また、Ｒ１≧３．０×Ｒ２であることがより好ましく、Ｒ１≧４．０×Ｒ２であることがさらに好ましく、Ｒ１≧５．０×Ｒ２であることがさらに好ましい。

サンプル片５の厚みｗ１は、ストライカー３０、入力棒１０及び出力棒２０の中心軸方向の長さに対し、１０倍以上であることが好ましく、３０倍以上であることがより好ましく、１００倍以上であることがさらに好ましい。ところで、ストライカー３０の衝突により入力棒１０に発生した応力波は、左端面１０ａから右端面１０ｂに達し、さらにはサンプル片５を伝播して、出力棒２０に伝播される。このとき、サンプル片５と出力棒２０との境界である左端面２０ａで応力波が左方向へ反射し、当該反射波はサンプル片５への入力誤差となり得る。しかしながら、サンプル片５の厚みｗ１に対する、ストライカー３０、入力棒１０及び出力棒２０の中心軸方向の長さの比率が上記のとおり大きい場合には、この入力誤差の影響が低減される。

サンプル片５には、切り込み５０が形成されている。本実施形態に係る切り込み５０は、直線状であり、サンプル片５の円形面上において、当該円形面の外周から当該円形面の中心に向かう直線上に形成されている。また、切り込み５０は、サンプル片５の厚み方向に貫通している。切り込み５０の円形面上の長さＬ１は特に限定されないが、本実施形態では１．０ｍｍであり、サンプル片５の円形面の外周上に達しているが、中心には達していない。

＜３．試験の流れ＞
以下では、上述した試験装置１及びサンプル片５を用いたゴム材料の試験方法の流れについて、詳細に説明する。

まず、上述した試験装置１及びサンプル片５を準備する。サンプル片５の準備に際しては、まず、試験の対象となるゴム材料を１ｍｍ厚のシート状に形成し、このシートからポンチ等を用いて直径Ｒ２＝５ｍｍのディスク状のサンプル片を打ち抜く。そして、このサンプル片にカッターナイフ等を用いて切り込み５０を形成し、サンプル片５とする。

続いて、サンプル片５を、両側の円形面がそれぞれ入力棒１０の右端面１０ｂ及び出力棒２０の左端面２０ａにしっかりと接触するように、両端面１０ｂ，２０ａ間に挟み込んで支持する。このとき、サンプル片５の円形面の中心を、入力棒１０の右端面１０ｂ及び出力棒２０の左端面２０ａの中心に位置合わせする。すなわち、サンプル片５を入力棒１０の右端面１０ｂ及び出力棒２０の左端面２０ａの略中央に配置する。また、サンプル片５を両端面１０ｂ，２０ａ間で拘束できるよう、サンプル片５を挟み込む前に、出力棒２０の左端面２０ａにグリース等を塗布しておくことが好ましい。なお、このようにグリースを塗布しておけば、グリースの跡から、サンプル片５の最大歪み時の変形量を推測することもできる。勿論グリースは、入力棒１０の右端面１０ｂやサンプル片５の円形面に塗布してもよい。

以上の状態で、バルブ機構４３を開き、高圧ガスタンク４１からの高圧ガスの作用により、ストライカー３０を入力棒１０に衝突させる。このときの衝撃は応力波を生じさせ、当該応力波が入力棒１０と出力棒２０との間に挟まれているサンプル片５に伝わり、サンプル片５を変形させる。ただし、サンプル片５は、弾性材料からなるため、外力が消えると概ね元の形状に復元する。

上記衝突後、サンプル片５の状態を観察する。より具体的には、サンプル片５の亀裂５１の成長を観察する。図４は、サンプル片５において亀裂５１の成長する様子を示す図である。同図に示すように、ストライカー３０の衝突時には、切り込み５０に応力が集中するため、亀裂５１は、典型的には、切り込み５０の内側端から成長する。そして、切り込み５０から成長した亀裂５１の長さが所定の長さ（本実施形態では、１ｍｍ）に達したか否かを判断し、所定の長さに達していなければ、同じサンプル片５に再度ストライカー３０による同様の衝突を加え、その後、サンプル片５の状態を観察する。この衝突及び観察の作業を、亀裂５１が所定の長さに達するまで繰り返す。そして、亀裂５１の長さが所定の長さに達するまでに要した衝突の回数をカウントし、この回数又はこの回数に応じた値を、サンプル片５に係るゴム材料の特性の１つである耐亀裂成長性を表す指標として決定する。この回数が多い程、耐亀裂成長性が高く、少ない程、耐亀裂成長性が低いことを意味する。

なお、サンプル片５に予め切り込みが形成されていない場合には、上述したような応力集中が起こりにくく、サンプル片５において亀裂５１の成長速度が遅くなり、ストライカー３０の衝突の動作の繰り返し回数が大幅に増すことになる。従って、サンプル片５に予め切り込みを形成しておくことで、試験にかかる手間を著しく軽減することができる。また、サンプル片５に予め切り込みを形成するにしても、当該切り込みが円形面の外周に達していない場合には、切り込みが両端側から広がろうとするため、結果、亀裂が広がりにくくなる。従って、サンプル片５に予め形成しておく切り込みは、上記のとおり、円形面の外周に達するように形成することが好ましい。しかしながら、サンプル片５に切り込みを予め形成せずに、試験を行うことも可能である。

また、切り込み５０はサンプル片５の円形面の中心に達していないが、中心に達していてもよいし、これよりも長くてもよい。ただし、亀裂５１の進展代を確保する観点からは、切り込み５０の長さは円形面の半径よりも短い方が好ましい。また、切り込み５０は、サンプル片５の円形面の外周から円形面の中心に向かう直線上に形成することが好ましい。切り込み５０が円形面上で非対称（非線対称）に形成されると、切り込み５０の内側端での応力集中の程度が弱まってしまうからである。

また、図４に示すように、亀裂５１は、通常、直線状ではなく、ジグザグに成長する。この点、耐亀裂成長性を判断するための亀裂の長さは、亀裂の進行方向に沿った長さの総和として測定してもよいし、亀裂の両端間の直線距離として測定してもよい。

また、上述したように、亀裂５１が所定の長さになるまでの衝突回数をカウントするのではなく、所定の回数だけ、ストライカー３０による同様の衝突を繰り返し、その後、サンプル片５に生じた亀裂５１の長さを観察するようにしてもよい。そして、最終的に生じた亀裂５１の長さ又はこの長さに応じた値を、耐亀裂成長性を表す指数として決定する。この長さが長い程、耐亀裂成長性が低く、短い程、耐亀裂成長性が高いことを意味する。

また、サンプル片５が所定の状態になるまで衝突を繰り返す場合においても、所定の回数だけ衝突を繰り返した後、サンプル片５の状態を観察する場合においても、観察されるべきサンプル片５の状態は、亀裂５１の長さに限られない。サンプル片５の破損を示す任意の状態を観察することができ、例えば、前者の方法であれば、サンプル片５が複数のパーツに分断されるまでの衝突回数をカウントすることもできる。

＜４．変形例＞
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて、種々の変更が可能である。例えば、以下の変更が可能である。また、以下の変形例の要旨は、適宜組み合わせることができる。

＜４−１＞
入力棒１０、出力棒２０及びストライカー３０の態様は上述したものに限られない。これらは円柱部材でなくてもよいし、棒状部材でなくてもよい。例えば、出力棒２０を、入力棒１０の右端面２０ｂに面する単なる薄板状の部材とすることができる。

また、サンプル片５、入力棒１０、出力棒２０及びストライカー３０の少なくとも１つの断面形状は、円形でなくてもよく、例えば、四角形とすることができる。ただし、この場合も、サンプル片５の断面径Ｒ１と、出力棒２０の左端面２０ａの径Ｒ２との関係は、上記実施形態の中で示した数値範囲に収まるように設定ことが好ましい。なお、径とは、外周上の任意の２点を結ぶ線分の長さのうち、最大距離のものを意味する。

＜４−２＞
上記実施形態において、亀裂５１の成長を観察することに代えて又は加えて、試験装置１の適当な箇所にひずみ測定装置や応力測定装置等を配置して、サンプル片５の粘弾性特性を測定するようにしてもよい。ここでいう粘弾性特性とは、例えば、ゴム材料のヤング率、損失係数、応力−ひずみ曲線等である。具体的な装置の構成としては、従来のスプリット・ホプキンソン棒法で採用されている様々な構成を採用することができるが、例えば、図５に示すように、応力測定装置としてのロードセル６１を出力棒２０に埋め込み又は出力棒２０をロードセル６１で構成し、ひずみ測定装置としてのひずみセンサー６２を出力棒２０に取り付けることができる。なお、図５の例のひずみ測定装置は、入力棒１０が出力棒２０に対してどれだけ近付いたのかを測定するように構成することができる。これにより、ストライカー３０の衝突時にサンプル片５に加わる応力、及び、サンプル片５のひずみ量を測定し、これをひずみ測定装置及び応力測定装置からコンピュータ６３に出力することで、コンピュータにおいて粘弾性特性を計算することができる。

以下、本発明の実施例について説明するが、本発明は以下の実施例に限定されない。具体的には、本実施例に係るサンプル片として、上記実施形態と同様の形状のサンプル片を用意した。ただし、ゴム材料の種類毎の影響を見るべく、下表に示す８種類のゴム組成のサンプル片を用意した。

天然ゴム（ＮＲ）：ＴＳＲ２０
ブタジエンゴム（ＢＲ）：宇部興産（株）製のＢＲ１５０Ｂ
カーボンブラック：三菱化学（株）製のダイアブラックＩ（Ｎ２２０、ＩＳＡＦクラス）
シリカ：ローディア社製のＺＥＯＳＩＬ１１５ＧＲ 窒素吸着比表面積が１１０ｍ²／ｇ
ワックス：日本精蝋（株）製のオゾエース０３５５
老化防止剤：大内新興化学工業（株）製のノクラック６Ｃ
酸化亜鉛：三井金属鉱業（株）製の酸化亜鉛
ステアリン酸：日本油脂（株）製のビーズステアリン酸つばき
不溶性硫黄：日本乾溜工業（株）製のセイミサルファー（二硫化炭素による不要物６０％、オイル分１０％）
加硫促進剤ＴＢＢＳ：大内新興化学工業（株）製のノクセラーＮＳ

本実施例に係るサンプル片の作成手順は以下のとおりとした。すなわち、表１の配合レシピを二本ロール混練機で混練りし、混ぜ上がった材料を１ｍｍ厚のシート形状に成形し、１６０℃で２０分間、加硫した。そして、加硫後のゴムシートをポンチで直径５ｍｍのディスク状に打ち抜き、円形面の円周上から中心に向けて１．０ｍｍの切り込みをカッターナイフで形成した。

また、本実施例に係る試験装置としては、株式会社ＵＢＭ製の高速歪み衝撃粘弾性装置を用意した。そして、本試験装置をスプリット・ホプキンソン棒法テストの要領で動作させ、本実施例に係る８種類のサンプル片に対し８ｍ／ｓでストライカー（二硫化モリブデン配合の６６ナイロン）を衝突させた。この衝突を繰り返し、切り込みの内側端より成長した亀裂の長さの総和が、亀裂の成長する進路に沿って１ｍｍに至るまでの衝突回数をカウントした。そして、ゴム組成１の耐亀裂成長性の指数を１００とするとともに、ゴム組成２〜８の衝突回数を、ゴム組成１の衝突回数で割って１００を掛けた値を、それぞれゴム組成２〜８の耐亀裂成長性の指数とした。指数が大きいほど耐亀裂成長性が良好と判断できる。

また、比較例に係るサンプル片として、表１と同様の配合で、ＪＩＳ・Ｋ６２６０（デマチャ式）に準じた形状の８種類のサンプル片を用意した。その後、当該サンプル片に対し、ＪＩＳ・Ｋ６２６０規格に則ってデマチャ式試験を実施し、３級に至るまでの屈曲回数をカウントした。そして、ゴム組成１の耐亀裂成長性の指数を１００とするとともに、ゴム組成２〜８の屈曲回数を、ゴム組成１の屈曲回数で割って１００を掛けた値を、それぞれゴム組成２〜８の耐亀裂成長性の指数とした。指数が大きいほど耐亀裂成長性が良好と判断できる。

また、参考例として、表１と同様の配合で、８種類の乗用車用のタイヤ（サイズ１９５／６５ Ｒ１５）を作成した。トレッドブロック表面上に深さ２ｍｍ、長さ１０ｍｍの切欠きを入れた状態で車両に装着し、高速道路を走行（時速８０〜１００ｋｍ）し、切り込み端部からの亀裂の進展長さが一番長いものを選択し、当該長さをタイヤの総回転数で割った指標値を算出した。そして、ゴム組成１の耐亀裂成長性の指数を１００とするとともに、ゴム組成２〜８の当該指標値を、ゴム組成１の当該指標値で割って１００を掛けた値を、それぞれゴム組成２〜８の耐亀裂成長性の指数とした。指数が小さいほど耐亀裂成長性が良好と判断できる。

以上の結果測定された、実施例、比較例及び参考例に係る耐亀裂成長性の指数は、下表２のとおりとなった。

また、表２の結果をグラフにプロットしたのが、図６である。既に述べたとおり、実施例及び比較例に係る耐亀裂成長性の指数は、指数が大きいほど耐亀裂成長性が良好であるのに対し、参考例に係る耐亀裂成長性の指数は、指数が小さいほど耐亀裂成長性が良好である。そして、図６の結果は、実施例に係る耐亀裂成長性の指数は、参考例に係る耐亀裂成長性の指数が大きくなるほど小さくなるが、比較例に係る耐亀裂成長性の指数は、参考例に係る耐亀裂成長性の指数が大きくなるに従って概ね一定又は大きくなることを示している。従って、実施例に係る試験方法は、比較例（ＪＩＳ・Ｋ６２６０）よりも、参考例に係る実車両での高速時での試験結果に合致していることが確認された。

１ 試験装置
１０ 入力棒（対面部材）
１０ｂ 入力棒の右端面（第２端部）
２０ 出力棒（支持部材）
２０ａ 出力棒の左端面（第１端部）
３０ ストライカー
５ サンプル片
５０ 切り込み
５１ 亀裂

Claims (10)

1. ゴム材料の試験方法であって、
   第１端面を有する支持部材と、前記第１端面と対面する第２端面を有する対面部材と、前記対面部材に衝突するストライカーとを含む試験装置を準備するステップと、
   前記ゴム材料からなるサンプル片を準備するステップと、
   前記サンプル片を前記第１端面と前記第２端面との間に挟み込むように配置するステップと、
   前記ストライカーを前記対面部材に前記第２端面の反対側から衝突させ、前記第１端面と前記第２端面との間の前記サンプル片を圧縮するように動作させるステップと
   を備え、
   前記サンプル片は、前記衝突時の変形時において、前記第１端面からはみ出さないようなサイズに形成されている、
   試験方法。
2. 前記第１端面の径をＲ１とし、外力を受けていない状態での前記衝突方向から見た前記サンプル片の径をＲ２としたとき、Ｒ１≧１．５×Ｒ２である、
   請求項１に記載の試験方法。
3. 前記サンプル片の前記衝突方向から見た径は、前記衝突時の変形により、１．５倍以上拡大する、
   請求項１又は２に記載の試験方法。
4. 前記ストライカーを動作させるステップは、前記サンプル片が所定の状態になるまで、前記衝突を繰り返し行うステップであり、
   前記サンプル片が前記所定の状態になるのに要した前記衝突の回数に応じて、前記ゴム材料の特性を決定するステップ
   をさらに備える、
   請求項１から３のいずれかに記載の試験方法。
5. 前記所定の状態とは、前記サンプル片の亀裂の長さが所定の長さに達した状態である、
   請求項４に記載の試験方法。
6. 前記ストライカーを動作させるステップは、前記衝突を所定の回数だけ繰り返し行うステップであり、
   前記ストライカーを動作させた後の前記サンプル片の状態に応じて、前記ゴム材料の特性を決定するステップ
   をさらに備える、
   請求項１から３のいずれかに記載の試験方法。
7. 前記ゴム材料の特性を決定するステップは、前記ストライカーを動作させた後の前記サンプル片に生じた亀裂の長さに応じて、前記ゴム材料の特性を決定する、
   請求項６に記載の方法。
8. 前記亀裂の長さは、前記亀裂の進行方向に沿った長さの総和、又は、前記亀裂の両端間の直線距離である、
   請求項５又は７に記載の方法。
9. 前記ストライカーを動作させるステップの前に、前記サンプル片に切り込みを形成するステップ
   をさらに備える、
   請求項１から８のいずれかに記載の試験方法。
10. 前記切り込みは、前記サンプル片の外周上に達している、
    請求項９に記載の試験方法。