JP2019049440A

JP2019049440A - ゴム摩擦試験方法

Info

Publication number: JP2019049440A
Application number: JP2017172998A
Authority: JP
Inventors: 幸司荒川; Koji Arakawa
Original assignee: Toyo Tire and Rubber Co Ltd; Toyo Tire Corp
Current assignee: Toyo Tire Corp
Priority date: 2017-09-08
Filing date: 2017-09-08
Publication date: 2019-03-28
Also published as: US20190078999A1; CN109470630A; DE102018120698B4; CN109470630B; DE102018120698A1; US10890522B2

Abstract

【課題】試験路面とゴム試験片との間の摩擦係数を少ない試験回数にて精度良く測定できるゴム摩擦試験方法を提供する。【解決手段】荷重を負荷してゴム試験片２を試験路面１に押し当てた状態で、ゴム試験片２と試験路面１とを相対移動させることによりゴム試験片２の摩擦係数μを測定するゴム摩擦試験方法であって、相対移動の速度を加速又は減速させながら、ゴム試験片２に作用する抵抗力を測定する工程と、負荷された荷重及び測定された抵抗力に基づいて摩擦係数μを算出する工程と、を含む。【選択図】図２

Description

本発明は、荷重を負荷してゴム試験片を試験路面に押し当てた状態で、ゴム試験片と試験路面とを相対移動させることによりゴム試験片の摩擦係数を測定するゴム摩擦試験方法に関する。

従来、実路面を模擬した試験路面とゴム試験片とを用いて、自動車用タイヤに採用するゴム材料の摩擦特性を評価する摩擦試験が行われている。具体的には、試験路面にゴム試験片を押し当て、試験路面上でゴム試験片を滑らせながら移動させることで摩擦力を測定している。

ところで、ゴムの摩擦係数は滑り速度に依存することが知られている。摩擦係数の滑り速度依存性を評価するためには、滑り速度を異ならせた複数回の摩擦試験が必要であるが、従来の摩擦試験方法では、摩擦試験を繰り返すにつれ、試験路面が磨かれて路面の性状が変化してしまい、ゴムの摩擦係数の測定精度が低下するという問題があった。そのため、下記特許文献１では、基準ゴムを用いて、この基準ゴムに対する試験路面の摩擦係数である基準ゴム摩擦係数を測定し、基準ゴム摩擦係数が予め設定した目標値に達していない場合、試験路面に研磨処理を行うようにしている。

特開２０１６−２３９８４号公報

しかしながら、特許文献１の方法であっても、滑り速度依存性を評価するためには多くの摩擦試験を繰り返す必要があり、時間やコスト等の増大に繋がる。また、研磨処理により摩擦係数を目標値に合わせても、路面が本来持つ凹凸を再現することは困難であり、路面の周波数入力が変わることで摩擦係数の滑り速度依存性が再現できなくなると考えられる。

本発明は、このような課題に着目してなされたものであって、その目的は、試験路面とゴム試験片との間の摩擦係数を少ない試験回数にて精度良く測定できるゴム摩擦試験方法を提供することである。

本発明は、上記目的を達成するために、次のような手段を講じている。
すなわち、本発明のゴム摩擦試験方法は、
荷重を負荷してゴム試験片を試験路面に押し当てた状態で、前記ゴム試験片と前記試験路面とを相対移動させることにより前記ゴム試験片の摩擦係数を測定するゴム摩擦試験方法であって、
前記相対移動の速度を加速又は減速させながら、前記ゴム試験片に作用する抵抗力を測定する工程と、
負荷された荷重及び測定された抵抗力に基づいて摩擦係数を算出する工程と、を含むものである。

この構成によれば、ゴム試験片と試験路面との相対移動の速度を加速又は減速させることで、滑り速度を変化させながら抵抗力を測定できる。そのため、滑り速度を異ならせた多数の摩擦試験を行う必要がなく、試験路面が磨かれて路面の性状が変化することを防ぐことができる。その結果、試験路面とゴム試験片との間の摩擦係数を少ない試験回数にて精度良く測定することができる。

本発明において、前記抵抗力の測定は、ホルダーに取り付けた前記ゴム試験片を静止した前記試験路面に対して直進移動させながら行われ、
前記摩擦係数を算出する工程において、前記抵抗力を前記ゴム試験片及び前記ホルダーに働く慣性力で補正して得られた摩擦力を用いて摩擦係数を算出することが好ましい。

この構成によれば、滑り速度を加減速する際にゴム試験片及びホルダーに働く慣性力を補正することで、ゴム試験片に実際に作用する摩擦力を用いて摩擦係数を算出することができる。

本発明において、前記抵抗力を測定する工程の前に、前記ゴム試験片に所定の速度で荷重を負荷することが好ましい。

この構成によれば、荷重を負荷するまでの時間による真実接触面積の変化を考慮した摩擦係数の測定が可能となる。

本発明において、前記抵抗力を測定する工程の前に、前記ゴム試験片を前記試験路面に所定の接触時間押し当てることが好ましい。

この構成によれば、接触時間による真実接触面積の変化を考慮した摩擦係数の測定が可能となる。

ゴム摩擦試験機の一例を概略的に示す図本発明のゴム摩擦試験方法を示すフローチャート滑り速度と時間との関係を示す図他の実施形態に係る滑り速度と時間との関係を示す図

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

本実施形態では、図１に示したゴム摩擦試験機１０を用いて、試験路面１とゴム試験片２との間の摩擦係数を測定する例を示す。但し、本発明に係るゴム摩擦試験方法は、かかるゴム摩擦試験機を用いて実施されるものに限られない。このゴム摩擦試験機１０は、実路面を模擬してなる試験路面１と、ゴム試験片２を保持するホルダー３と、試験路面１にゴム試験片２を押し当てる荷重装置４と、試験路面１に対してゴム試験片２を相対移動させるための駆動装置５と、ゴム試験片２に作用する荷重を計測する荷重センサ６と、試験に必要な動作の制御を行う制御装置７とを備える。

試験路面１は、アスファルト路面やコンクリート路面などの実路面を模擬してなる。試験路面１は、道路で実際に使用される骨材、またはそれと同等の性状を持つ硬質な骨材を接着剤で固着することにより形成される。或いは、試験路面１は、実際の道路から路面を切り出し、それを測定用に加工することにより形成される。試験路面１を形成する方法は、これら以外でもよく、特に限定されない。試験路面１の表面は、骨材による多少の凹凸はあるものの、全体として平坦に形成されている。また、試験路面１は研磨布を用いても良い。

ゴム試験片２は、加硫ゴムにより作製され、試験路面１に押し当てられる平坦面を有する。図１の例では、ゴム試験片２が完全な直方体形状をなし、その上面が板状のホルダー３に接着されている。したがって、試験路面１と対面するゴム試験片２の下面が、試験路面１に押し当てられる平坦面となる。なお、ゴム試験片２の形状は特に限定されず、また、例えばタイヤのトレッドゴムを切り出してゴム試験片２とし、ホルダー３に接着されてもよい。

ホルダー３は荷重装置４に接続されている。荷重装置４は、試験路面１に対して垂直なＺ方向（図１の上下方向）に沿ってホルダー３を往復動可能に構成されている。このホルダー３の位置（ホルダー３と試験路面１との間隔）を適宜に設定することで、ゴム試験片２に入力されるＺ方向の荷重を調整でき、延いては所定の圧力条件下でゴム試験片２を試験路面１に押し当てることができる。また、荷重装置４は、ホルダー３のＺ方向への移動速度を調整することができ、これにより、ゴム試験片２に荷重を負荷する速度を調整することができる。荷重装置４は、サーボモータにより構成されているが、他のアクチュエータ機構を利用しても構わない。

駆動装置５は、荷重装置４を支持するテーブル８をＸ方向（図１の左右方向）に沿って往復動可能に構成されている。このテーブル８の移動によってホルダー３が移動し、試験路面１上でゴム試験片２を滑らせながら移動させることができる。また、駆動装置５は、テーブル８のＸ方向への移動速度を調整することができ、これにより、試験路面１に対するゴム試験片２の滑り速度を調整することができる。本実施形態では、駆動装置５がサーボモータにより構成されているが、これに限定されない。

荷重センサ６は、垂直成分及び水平二成分の計三成分の荷重を計測可能であり、ゴム試験片２に作用するＺ方向の荷重（垂直力）、Ｘ方向の荷重（前後力）及びＹ方向の荷重（横力）を計測することができる。荷重センサ６は、例えばロードセルによって構成される。本実施形態では、荷重センサ６が抵抗力測定部として機能する。本実施形態では、ホルダー３の上側（ゴム試験片２とは反対側）に荷重センサ６が取り付けられている。

制御装置７は、摩擦係数の算出に必要な計算を行う演算部７ａと、荷重装置４や駆動装置５などの作動を制御する作動制御部７ｂと、試験作業者からの入力を受け付ける入力部７ｃと、ゴム摩擦試験機１０の操作や設定などに関する各種情報を画面上に表示する表示部７ｄとを備える。荷重センサ６による計測値は制御装置７に送られ、それに基づいて演算部７ａが摩擦係数を計算する。

また、ゴム摩擦試験機１０は、試験路面１、ゴム試験片２、及びこれらの周囲の雰囲気の温度を調整する温度調整装置（不図示）を備えるようにしてもよい。温度調整装置としては、加熱装置、冷却装置等が挙げられる。温度調整装置は、制御装置７により制御される。

ゴム摩擦試験では、荷重を負荷してゴム試験片２を試験路面１に押し当てた状態で、ゴム試験片２と試験路面１とを相対移動させることによりゴム試験片２の摩擦係数を測定する。本実施形態では、荷重装置４により荷重を負荷してゴム試験片２を試験路面１に押し当てた状態で、静止した試験路面１に対してゴム試験片２を直進移動させることにより試験路面１とゴム試験片２との間の摩擦係数を測定する。本実施形態のゴム摩擦試験機１０は、静止摩擦係数と動摩擦係数のどちらもが測定可能である。特許文献１のように試験路面に対してゴム試験片を回転させながら押し当てて摩擦係数を測定する方法では、ゴム試験片は試験路面上を旋回移動することになるため、試験路面の回転中心からの距離によってゴム試験片の接地面内で速度差が発生して正確な測定が困難となる。本発明に係る試験方法では、試験路面１上でゴム試験片２を旋回移動ではなく直進移動させるので、接地面内での速度差の発生が抑えられ、試験路面１とゴム試験片２との間の摩擦係数を精度良く測定することができる。

上記のゴム摩擦試験機１０を用いたゴム摩擦試験方法の一例について、図１及び図２を参照しつつ説明する。

まず、ステップＳ１において、ゴム摩擦試験機１０が荷重負荷工程を実行する。荷重負荷工程は、ゴム試験片２に所定の荷重Ｆｚを負荷する。具体的には、ホルダー３が徐々に下降し、ゴム試験片２に負荷される荷重が所定の荷重Ｆｚとなるように荷重装置４を制御する。荷重Ｆｚは、例えばゴム試験片２が試験路面１を押圧する圧力が１０〜１０００ＫＰａとなるように設定される。

次のステップＳ２において、ゴム摩擦試験機１０が摩擦工程を実行する。摩擦工程は、ゴム試験片２を試験路面１に所定の荷重Ｆｚで押し当てた状態で、Ｘ方向に沿って直進移動させながらゴム試験片２に作用する抵抗力を測定する。具体的には、ゴム試験片２が所定の滑り速度Ｖで試験路面１上を移動するように駆動装置５を制御し、ゴム試験片２に作用するＸ方向の荷重Ｆｘを荷重センサ６によって計測する。荷重Ｆｘが抵抗力に相当する。

本実施形態の摩擦工程は、図３に示すように、ゴム試験片２の滑り速度Ｖが一定の加速度で加速する前半部と、滑り速度Ｖが一定の加速度で減速する後半部とを備える。前半部の加速度と後半部の加速度は同じである。

次のステップＳ３において、ゴム摩擦試験機１０が摩擦係数算出工程を実行する。摩擦係数算出工程は、負荷された荷重Ｆｚ及び測定された抵抗力Ｆｘに基づいて摩擦係数μを算出する。具体的には、荷重センサ６によって測定された抵抗力Ｆｘは制御装置７に送られ、抵抗力Ｆｘと荷重Ｆｚに基づいて演算部７ａが摩擦係数を計算する。ここで、抵抗力Ｆｘは、ゴム試験片２及びホルダー３に働く慣性力を含んでいる。この慣性力は、ゴム試験片２をホルダー３に取り付けた状態で荷重センサ６で測定される慣性力である。抵抗力Ｆｘをこの慣性力で補正することにより、ゴム試験片２に実際に作用する摩擦力を得ることができ、この摩擦力を用いて摩擦係数μを算出する。

荷重Ｆｚ、荷重Ｆｚを負荷する速度、滑り速度Ｖ、試験路面１の温度、ゴム試験片２の温度などは、実際のタイヤのトレッドブロックの３方向の速度及び荷重を計測又は予測して得られた値に基づいて設定される。これにより、実際のタイヤに合わせた条件で摩擦試験を行うことができる。

＜他の実施形態＞
荷重負荷工程において、ゴム試験片２に所定の速度で荷重を負荷するようにしてもよい。これにより、設定された荷重Ｆｚを負荷するまでの時間による真実接触面積の変化を考慮した摩擦係数の測定が可能となり、特に静止摩擦係数を精度良く測定可能となる。所定の速度は、実際のタイヤでの接地速度（タイヤの回転速度により変化）の範囲内で設定される。所定の速度は、１〜１００００ｍｍ／ｓ程度である。

また、摩擦工程、すなわち抵抗力を測定する工程の前に、ゴム試験片２を試験路面１に所定の接触時間押し当てるようにしてもよい。これにより、摩擦工程を開始するまでの接触時間による真実接触面積の変化を考慮した摩擦係数の測定が可能となり、特に静止摩擦係数を精度良く測定可能となる。所定の接触時間は、０〜１０秒程度である。

また、摩擦工程において、荷重Ｆｚを変化させてもよい。これにより、摩擦係数の圧力依存性を評価することができる。

前述の実施形態では、摩擦工程の前半部と後半部において、同じ加速度により滑り速度Ｖの加速又は減速を行ったが、前半部と後半部の加速度を異ならせてもよい。例えば、図４（ａ）に示すように前半部の加速度を後半部の加速度よりも大きくしたり、図４（ｂ）に示すように後半部の加速度を前半部の加速度よりも大きくしたりしてもよい。

また、前述の実施形態では、摩擦工程において、一定の加速度で連続して滑り速度Ｖの加速又は減速を行ったが、加速度は一定でなくてもよく、連続して加速又は減速を行わなくてもよい。

以上、本発明の実施形態について図面に基づいて説明したが、具体的な構成は、これらの実施形態に限定されるものでないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明だけではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

上記の各実施形態で採用している構造を他の任意の実施形態に採用することは可能である。各部の具体的な構成は、上述した実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

１試験路面
２ゴム試験片
４荷重装置
５駆動装置
６荷重センサ
１０ゴム摩擦試験機

Claims

荷重を負荷してゴム試験片を試験路面に押し当てた状態で、前記ゴム試験片と前記試験路面とを相対移動させることにより前記ゴム試験片の摩擦係数を測定するゴム摩擦試験方法であって、
前記相対移動の速度を加速又は減速させながら、前記ゴム試験片に作用する抵抗力を測定する工程と、
負荷された荷重及び測定された抵抗力に基づいて摩擦係数を算出する工程と、を含むゴム摩擦試験方法。
前記抵抗力の測定は、ホルダーに取り付けた前記ゴム試験片を静止した前記試験路面に対して直進移動させながら行われ、
前記摩擦係数を算出する工程において、前記抵抗力を前記ゴム試験片及び前記ホルダーに働く慣性力で補正して得られた摩擦力を用いて摩擦係数を算出する、請求項１に記載のゴム摩擦試験方法。
前記抵抗力を測定する工程の前に、前記ゴム試験片に所定の速度で荷重を負荷する、請求項１又は２に記載のゴム摩擦試験方法。
前記抵抗力を測定する工程の前に、前記ゴム試験片を前記試験路面に所定の接触時間押し当てる、請求項１〜３の何れかに記載のゴム摩擦試験方法。