JP2023158543A - 弾性材料の性能評価方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】 弾性材料の性能を評価することが可能な方法を提供する。【解決手段】 ゴム又はエラストマーを含む弾性材料の性能を評価するための方法である。この方法は、弾性材料からなる試験片に歪みを与えて、試験片の内部に少なくとも１つの低密度ゴム部を形成する工程Ｓ２と、低密度ゴム部を形成した後に、予め定められた第１時刻と、第１時刻から予め定められた時間が経過した第２時刻とおいて、試験片にＸ線を照射して投影像をそれぞれ取得する工程Ｓ３と、第１時刻での投影像に基づいて、低密度ゴム部を特定する工程Ｓ４と、第２時刻での投影像に基づいて、低密度ゴム部を特定する工程Ｓ５と、第１時刻での低密度ゴム部と、第２時刻での低密度ゴム部との間の体積変化を特定する工程Ｓ６と、体積変化を、性能の指標の一つとして出力する工程Ｓ７とを含む。【選択図】 図３

Description

本開示は、弾性材料の性能評価方法に関する。
従来、弾性材料の性能（例えば、摩耗に関する性能）を評価する方法として、例えば、弾性材料を、ランボーン摩耗試験機等の室内摩耗試験機によって摩耗させる方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００５－３０８４４７号公報
しかしながら、上記の方法で評価した性能の結果と、弾性材料を用いた実際の製品の性能の結果とが一致しないという問題があった。
本開示は、以上のような実状に鑑み案出されたもので、弾性材料の性能を評価することが可能な方法を提供することを主たる目的としている。
本開示は、ゴム又はエラストマーを含む弾性材料の性能を評価するための方法であって、前記弾性材料からなる試験片に歪みを与えて、前記試験片の内部に少なくとも１つの低密度ゴム部を形成する工程と、前記低密度ゴム部を形成した後に、予め定められた第１時刻と、前記第１時刻から予め定められた時間が経過した第２時刻とおいて、前記試験片にＸ線を照射して投影像をそれぞれ取得する工程と、前記第１時刻での投影像に基づいて、前記低密度ゴム部を特定する工程と、前記第２時刻での投影像に基づいて、前記低密度ゴム部を特定する工程と、前記第１時刻での前記低密度ゴム部と、前記第２時刻での前記低密度ゴム部との間の体積変化を特定する工程と、前記体積変化を、前記性能の指標の一つとして出力する工程とを含む、性能評価方法である。
本開示の弾性材料の性能評価方法は、上記の工程を採用することにより、弾性材料の性能を評価することが可能となる。
本実施形態の弾性材料の性能評価装置の斜視図である。 本実施形態のコンピュータのブロック図である。 本実施形態の弾性材料の性能評価方法の処理手順を示すフローチャートである。 歪みが与えられた試験片の断層画像を示しており、（ａ）は第１時刻で取得された試験片の断層画像、（ｂ）は第２時刻で取得された試験片の断層画像である。 第１ゴム部特定工程の処理手順を示すフローチャートである。 第２ゴム部特定工程の処理手順を示すフローチャートである。 複数の領域に仮想区分された断層画像である。
以下、本開示の実施形態が図面に基づき説明される。図面は、開示の内容の理解を助けるために、誇張表現や、実際の構造の寸法比とは異なる表現が含まれることが理解されなければならない。また、各実施形態を通して、同一又は共通する要素については同一の符号が付されており、重複する説明が省略される。さらに、実施形態及び図面に表された具体的な構成は、本開示の内容理解のためのものであって、本開示は、図示されている具体的な構成に限定されるものではない。
本実施形態の弾性材料の性能評価方法（以下、単に「性能評価方法」ということがある。）では、ゴム又はエラストマーを含む弾性材料の性能が評価される。
［弾性材料］
弾性材料は、ゴム又はエラストマーを含むものであれば、特に限定されない。本実施形態の弾性材料は、１種類以上の共役ジエン系化合物を用いて得られるゴムが挙げられる。なお、弾性材料は、このようなゴムに限定されるわけではない。また、ゴム（弾性材料）としては、例えば、タイヤ用ゴムが挙げられる。本実施形態の方法で評価される性能の一例としては、摩耗に関する性能（耐摩耗性能）が挙げられる。
［弾性材料の性能評価装置］
本実施形態の性能評価方法には、弾性材料の性能評価装置（以下、単に「性能評価装置」ということがある。）１が用いられる。図１は、本実施形態の弾性材料の性能評価装置１の斜視図である。
性能評価装置１は、弾性材料１５の性能を評価するためのものである。本実施形態の性能評価装置１は、歪付与部２、撮像部３、低密度ゴム特定部４、体積変化特定部５、体積変化出力部６及び評価部７を含んで構成されている。
［歪付与部］
本実施形態の歪付与部２は、弾性材料１５からなる試験片１０に歪を与えるためのものである。本実施形態の歪付与部２は、試験片１０が固着される一対の治具２１、２２と、治具２１と治具２２とを相対的に移動させて試験片１０に歪を与える駆動部２３とを有している。
駆動部２３は、一方の治具２１を固定した状態で、治具２１、２２が互いに離れる方向に、他方の治具２２を移動させる。本実施形態の駆動部２３は、他方の治具２２を、円柱状の試験片１０の軸心方向に移動させている。これにより、試験片１０は、その軸方向に伸張されて、歪が与えられる。
試験片１０に付与される歪又は荷重は、ロードセル（図示せず）等により検出される。ロードセルの位置及び形式は、任意である。このような歪付与部２により、試験片１０には、予め定められた歪又は荷重が付与される。本実施形態の駆動部２３は、試験片１０及び治具２１、２２を、試験片１０の軸心回りに回転可能に構成されている。
［撮像部］
本実施形態の撮像部３は、歪を受けた試験片１０にＸ線９（図１において、一点鎖線で示す）を照射して、試験片１０の投影像を取得するためのものである。本実施形態の撮像部３は、Ｘ線９を照射するＸ線管３１と、Ｘ線９を検出して電気信号に変換する検出器３２とを含んで構成されている。検出器３２は、Ｘ線９を可視光に変換するための蛍光体３２ａを有している。このような撮像部３は、試験片１０が軸回りに回転された状態で、複数の投影像を撮影することにより、全周にわたる試験片１０の投影像を取得することができる。
［体積変化特定部・評価部］
本実施形態の低密度ゴム特定部４、体積変化特定部５、体積変化出力部６及び評価部７は、コンピュータ８によって構成されている。図２は、本実施形態のコンピュータ８のブロック図である。
図１及び図２に示されるように、本実施形態のコンピュータ８は、入力デバイスとしての入力部１１と、出力デバイスとしての出力部１２と、演算処理装置１３とを含んで構成されている。
入力部１１には、例えば、キーボード又はマウス等が用いられる。出力部１２には、例えば、ディスプレイ装置又はプリンタ等が用いられる。図２に示されるように、演算処理装置１３は、各種の演算を行う演算部（ＣＰＵ）１３Ａ、データやプログラム等が記憶される記憶部１３Ｂ、及び、作業用メモリ１３Ｃを含んで構成されている。
記憶部１３Ｂは、例えば、磁気ディスク、光ディスク又はＳＳＤ等からなる不揮発性の情報記憶装置である。記憶部１３Ｂには、データ部１６、及び、プログラム部１７が設けられている。
本実施形態のデータ部１６には、投影像入力部１６Ａ、低密度ゴム部入力部１６Ｂ及び体積変化入力部１６Ｃが含まれる。これらに入力されるデータは、後述の性能評価方法の処理手順において説明される。
本実施形態のプログラム部１７は、コンピュータプログラムとして構成されている。本実施形態のプログラム部１７は、低密度ゴム特定プログラム１７Ａ、体積変化特定プログラム１７Ｂ、体積変化出力プログラム１７Ｃ及び評価プログラム１７Ｄが含まれている。これらのプログラム部１７Ａ～１７Ｄが演算部１３Ａによって実行されることにより、コンピュータ８を、低密度ゴム特定部４、体積変化特定部５、体積変化出力部６及び評価部７として機能させることができる。これらの機能は、後述の性能評価方法の処理手順において説明される。
［弾性材料の性能評価方法（第１実施形態）］
次に、本実施形態の弾性材料の性能評価方法の処理手順が説明される。図３は、本実施形態の弾性材料の性能評価方法の処理手順を示すフローチャートである。
［試験片を固定］
本実施形態の性能評価方法では、先ず、図１に示されるように、弾性材料１５からなる試験片１０が治具２１、２２に固定される（工程Ｓ１）。本実施形態の試験片１０には、一様な密度分布を有する上述の弾性材料１５が用いられており、例えば、特許文献（特開２０１７－８３１８２号公報）と同様に、円柱状に形成されている。なお、試験片１０の詳細や、試験片１０を治具２１、２２に固定する手順は、特許文献（特開２０１７－８３１８２号公報）に記載のとおりである。
［低密度ゴム部を形成］
次に、本実施形態の性能評価方法では、図３に示されるように、試験片１０に歪みを与えて（図１に示す）、試験片１０の内部に少なくとも１つの低密度ゴム部が形成される（工程Ｓ２）。
本実施形態の工程Ｓ２では、図１に示されるように、歪付与部２の駆動部２３により、円柱状の試験片１０の軸心方向において、歪付与部２の治具２１、２２が互いに離れる方向に、治具２１、２２を相対移動させている。これにより、工程Ｓ２では、試験片１０を伸張させることができ、試験片１０に伸張歪を付与することができる。図４は、歪みが与えられた試験片１０の断層画像３３を示している。図４（ａ）は、第１時刻で取得された試験片１０の断層画像３３である。図４（ｂ）は、第２時刻で取得された試験片１０の断層画像３３である。
本実施形態の工程Ｓ２では、試験片１０に歪が与えられることによって、試験片１０の内部に局所的な応力集中が発生し、その応力集中を避けるように、弾性材料１５を構成するポリマー（図示省略）が移動する。これにより、図４に示されるように、試験片１０の内部には、少なくとも１つの低密度ゴム部３５が形成されうる。ここで、低密度ゴム部３５は、歪が与えられる前の弾性材料１５の平均密度を１．０としたときに、試験片１０に歪みが与えられたときの弾性材料１５の密度が０．１以上かつ０．８未満となる部分として定義される。
本実施形態の工程Ｓ２では、試験片１０に伸張歪が付与されるため、例えば、その他の歪（例えば、圧縮歪や、せん断歪みなど）が付与される場合に比べて、弾性材料１５（試験片１０）の内部に、低密度ゴム部３５を効率よく発生させることができる。
工程Ｓ２では、試験片１０に与えられた歪を、予め定められた第１閾値に到達させるのが望ましい。これにより、試験片１０に一定の歪（第１閾値の歪）が与えられるため、定量的な性能評価が可能となる。本実施形態では、工程Ｓ２において歪が第１閾値に到達した後、それ以降に実施される工程Ｓ３（試験片１０の投影像を取得）において、その歪（第１閾値）が維持される。
本実施形態において、歪（第１閾値）は、歪が与えられた後の試験片１０（図１に示す）の変形長さ（歪が与えられる前からの伸張方向の変化分）を、歪が与えられる前の試験片１０の高さ（伸張方向の長さ）を除することで求められる比で特定される。
第１閾値は、０．２以上に設定されるのが好ましい。第１閾値が０．２以上に設定されることで、図４に示されるように、弾性材料１５の性能の評価に必要な低密度ゴム部３５を効率よく形成することが可能となる。一方、第１閾値が必要以上に大きくなると、試験片１０に与えられる歪が大きくなり、多くの低密度ゴム部３５が空隙部３６へと発展（破壊）する場合がある。このような場合、低密度ゴム部３５が消失して、低密度ゴム部３５に基づく弾性材料１５の性能の評価が困難になる場合がある。このような観点より、第１閾値は、１．０以下に設定されるのが好ましい。ここで、空隙部３６は、歪が与えられる前の弾性材料１５の平均密度を１．０としたときに、試験片１０に歪みが与えられたときの弾性材料１５の密度が０．０以上かつ０．１未満となる部分として定義される。
［試験片を撮像］
次に、本実施形態の性能評価方法では、図３に示されるように、試験片１０にＸ線９を照射して（図１に示す）、試験片１０の投影像が取得される（工程Ｓ３）。本実施形態の工程Ｓ３では、低密度ゴム部３５（図４に示す）を形成した後に、予め定められた第１時刻と、第１時刻から予め定められた時間が経過した第２時刻とにおいて、試験片１０の投影像がそれぞれ取得される。なお、投影像が取得される時刻は、第１時刻及び第２時刻を含んでいれば、特に限定されるわけではない。例えば、第１時刻及び第２時刻を含む複数の時刻において、投影像が取得されてもよい。本実施形態の投影像は、コンピュータートモグラフィー法によって取得される。
本実施形態の工程Ｓ３では、先ず、図１に示されるように、Ｘ線管３１から試験片１０にＸ線９が照射される。Ｘ線９は、試験片１０を透過して、検出器３２によって検出される。検出されたＸ線９は、電気信号に変換される。電気信号は、コンピュータ８に出力される。この電気信号が、コンピュータ８によって処理されることにより、試験片１０の投影像が取得される。
本実施形態の工程Ｓ３では、試験片１０を軸心回りに回転させることにより、複数の投影像（回転シリーズ像）が取得される。このような複数の投影像（回転シリーズ像）は、コンピュータートモグラフィー法によって再構成され、図４に示されるように、試験片１０の三次元の断層画像３３が取得されうる。これらの断層画像３３は、図１に示した試験片１０の軸心方向に対して垂直に交差する任意の平面で、試験片１０を切断した断面が示されている。図４（ａ）及び（ｂ）において、空隙部３６は、黒色で表示されている。一方、低密度ゴム部３５は、空隙部３６に比べて薄い黒色（灰色）で表示されている。
Ｘ線９の輝度は、適宜設定されうる。なお、Ｘ線９の輝度は、Ｘ線散乱データのＳ／Ｎ比に大きく関係している。Ｘ線９の輝度が小さいと、Ｘ線９の統計誤差よりもシグナル強度が弱くなる傾向にあり、計測時間を長くしても十分にＳ／Ｎ比の良いデータを得ることが困難となるおそれがある。このような観点から、Ｘ線９の輝度（photons/s/mrad2/mm2/0.1%bw）は、好ましくは１０10以上であり、より好ましくは１０12以上である。
Ｘ線９を可視光に変換するための蛍光体３２ａ（図１に示す）の減衰時間は、例えば、特許文献（特開２０１７－８３１８２号公報）と同様の範囲に設定することができる。なお、減衰時間は、例えば、撮像部３のシャッター間隔時間に応じて、適宜設定されうる。
本実施形態の工程Ｓ３では、工程Ｓ２において低密度ゴム部３５（図４に示す）が形成された後、第１時刻及び第２時刻（本例では、第１時刻及び第２時刻を含む複数の時刻）において、試験片１０の投影像が取得される。これにより、工程Ｓ３では、弾性材料１５を構成するポリマー（図示省略）の移動の進行に伴って、低密度ゴム部３５の大きさ（体積）が変化する試験片１０の投影像が、第１時刻及び第２時刻においてそれぞれ取得されうる。
第１時刻は、試験片１０に低密度ゴム部３５が形成された後の時刻であれば、適宜設定されうる。第１時刻は、試験片１０に与えられた歪が第１閾値に到達した時刻に設定されるのが好ましい。これにより、工程Ｓ３では、一定の歪（第１閾値に維持された歪）が与えられた（本例、性能の評価に必要な低密度ゴム部３５が形成された）直後の試験片１０の投影像が取得されうる。
第２時刻は、第１時刻から予め定められた時間を経過した時刻であれば、適宜設定されうる。第２時刻は、第１時刻から０．１～１２００秒が経過した後の時刻に設定されるのが好ましい。第１時刻から０．１秒以上の時間が経過した時刻に、第２時刻が設定されることで、第２時刻での低密度ゴム部３５（図４（ｂ）に示す）の体積を、第１時刻での低密度ゴム部３５（図４（ａ）に示す）の体積から確実に変化（大きく）させることができる。一方、第１時刻から１２００秒以下の時間が経過した時刻に、第２時刻が設定されることで、第２時刻の投影像の取得に要する時間が、必要以上に大きくなるのが抑制されうる。このような観点より、第２時刻は、好ましくは、第１時刻から１．０秒以上の時間が経過した時刻であり、また、好ましくは、第１時刻から８００秒以下の時間が経過した時刻である。
本実施形態では、第１時刻及び第２時刻を含む複数の時刻において、試験片１０に与えられた歪が、第１閾値に維持されている。これにより、一定の歪みに基づいて、低密度ゴム部３５の体積が変化した試験片１０の投影像が、第１時刻及び第２時刻においてそれぞれ取得されうる。試験片１０の投影像は、コンピュータ８の投影像入力部１６Ａ（図２に示す）に入力される。
［第１時刻での低密度ゴム部を特定］
次に、本実施形態の性能評価方法では、図３に示されるように、第１時刻での試験片１０（図１に示す）の投影像に基づいて、低密度ゴム部３５が特定される（第１ゴム部特定工程Ｓ４）。
本実施形態の第１ゴム部特定工程Ｓ４では、先ず、図２に示されるように、投影像入力部１６Ａに入力されている第１時刻での試験片１０の投影像（図示省略）、及び、低密度ゴム特定プログラム１７Ａが、作業用メモリ１３Ｃに読み込まれる。そして、低密度ゴム特定プログラム１７Ａが、演算部１３Ａによって実行されることにより、コンピュータ８を、第１時刻の低密度ゴム部３５（図４（ａ）に示す）を特定するための低密度ゴム特定部４として機能させることができる。図５は、第１ゴム部特定工程Ｓ４の処理手順を示すフローチャートである。
［断層画像を構成］
本実施形態の第１ゴム部特定工程Ｓ４では、先ず、第１時刻での試験片１０（図１に示す）の投影像を用いて、試験片１０の断層画像３３（図４（ａ）に示す）が構成される（工程Ｓ４１）。本実施形態の工程Ｓ４１では、試験片１０の投影像を用いて、試験片１０の軸心方向に対して垂直に交差する任意の平面で、試験片１０を切断した複数の断層画像３３が取得される。
本実施形態の断層画像３３は、図１に示した試験片１０の軸心方向の一端（図示省略）から他端１０ｂまでの間において、任意の間隔で取得される。本実施形態の間隔は、２～１０μｍ（本例では、５μｍ）に設定される。また、断層画像３３の枚数は、適宜設定することができる。本実施形態の枚数は、５～２０枚（本例では、１０枚）である。図４（ａ）は、第１時刻で取得された投影像から構成された１枚の断層画像３３が代表して示されている。
［密度分布を測定］
次に、本実施形態の第１ゴム部特定工程Ｓ４では、複数の断層画像３３（図４（ａ）に示す）から弾性材料１５の密度分布が測定される（工程Ｓ４２）。本実施形態の工程Ｓ４２では、先ず、各断層画像３３で表示されている試験片１０の領域において、各断層画像３３を構成する微小領域（本例では、画素）の輝度値がそれぞれ取得される。
本実施形態の輝度値は、その値が高くなるほど、弾性材料１５の密度が大きくなっており、例えば、空隙部３６を示す微小領域の輝度値が最も低くなっている。したがって、輝度値と密度との間には、比例関係が成立している。
次に、本実施形態の工程Ｓ４２では、断層画像３３を構成する各微小領域（本例では、画素）において、輝度値の比率がそれぞれ求められる。本実施形態では、歪が与えられる前（すなわち、低密度ゴム部３５や空隙部３６がない）の弾性材料１５の輝度値を１．０とし、かつ、弾性材料１５が存在しない輝度値（最も低い輝度値）を０．０として、各微小領域の輝度値の比率がそれぞれ求められる。このような輝度値の比率は、規格化された密度（すなわち、歪が与えられる前の弾性材料１５の密度に対する比率）として定義される。各断層画像３３の微小領域において、輝度値の比率が求められることにより、弾性材料１５の密度分布が測定されうる。
次に、本実施形態の第１ゴム部特定工程Ｓ４では、弾性材料１５の密度分布に基づいて、第１時刻での低密度ゴム部３５が特定される（工程Ｓ４３）。上述したように、低密度ゴム部３５は、歪が与えられる前の弾性材料１５の密度を１．０としたときに、歪みが与えられたときの弾性材料１５の密度が０．１以上かつ０．８未満となる部分である。したがって、本実施形態の工程Ｓ４３では、各断層画像３３（一例として、図４（ａ）に示す）の微小領域（画素）において、輝度値の比率（規格化された密度）が０．１以上かつ０．８未満となる微小領域（画素）が、低密度ゴム部３５として特定される。
低密度ゴム部３５の検出には、例えば、市販の画像処理ソフトウェア（例えば、Adobe社製のPhotoshop（登録商標））等が用いられうる。特定された第１時刻での低密度ゴム部３５（すなわち、輝度値の比率が０．１以上かつ０．８未満の微小領域）は、コンピュータ８の低密度ゴム部入力部１６Ｂ（図２に示す）に入力される。
［第２時刻での低密度ゴム部を特定］
次に、本実施形態の性能評価方法では、図３に示されるように、第２時刻での試験片１０（図１に示す）の投影像に基づいて、低密度ゴム部３５（図４（ｂ）に示す）が特定される（第２ゴム部特定工程Ｓ５）。
本実施形態の第２ゴム部特定工程Ｓ５では、先ず、図２に示されるように、投影像入力部１６Ａに入力されている第２時刻での試験片１０の投影像（図示省略）、及び、低密度ゴム特定プログラム１７Ａが、作業用メモリ１３Ｃに読み込まれる。そして、低密度ゴム特定プログラム１７Ａが、演算部１３Ａによって実行されることにより、コンピュータ８を、第２時刻の低密度ゴム部３５を特定するための低密度ゴム特定部４として機能させることができる。図６は、第２ゴム部特定工程Ｓ５の処理手順を示すフローチャートである。
本実施形態の第２ゴム部特定工程Ｓ５では、図５に示した第１ゴム部特定工程Ｓ４と同様に、先ず、第２時刻での試験片１０の投影像を用いて、試験片１０の複数の断層画像３３（図４（ｂ）に示す）が構成される（工程Ｓ５１）。次に、第２ゴム部特定工程Ｓ５では、複数の断層画像３３（一例として、図４（ｂ）に示す）から弾性材料１５の密度分布が測定され（工程Ｓ５２）、特定された弾性材料１５の密度分布に基づいて、第２時刻での低密度ゴム部３５が特定される（工程Ｓ５３）。特定された第２時刻での低密度ゴム部３５（すなわち、輝度値の比率が０．１以上かつ０．８未満の微小領域）は、コンピュータ８の低密度ゴム部入力部１６Ｂ（図２に示す）に入力される。
［体積変化特定工程］
次に、本実施形態の性能評価方法では、図３に示されるように、第１時刻での低密度ゴム部３５（図４（ａ）に示す）と、第２時刻での低密度ゴム部３５（図４（ｂ）に示す）との間の体積変化が特定される（工程Ｓ６）。
本実施形態の工程Ｓ６では、先ず、図２に示されるように、低密度ゴム部入力部１６Ｂに入力されている第１時刻での低密度ゴム部３５、及び第、２時刻での低密度ゴム部３５が、作業用メモリ１３Ｃに読み込まれる。さらに、体積変化特定プログラム１７Ｂが、作業用メモリ１３Ｃに読み込まれる。そして、体積変化特定プログラム１７Ｂが、演算部１３Ａによって実行されることにより、コンピュータ８を、体積変化を特定するための体積変化特定部５として機能させることができる。
本実施形態の工程Ｓ６では、先ず、第１時刻での低密度ゴム部３５の体積が取得される。本実施形態では、第１時刻での各断層画像３３（図４（ａ）に示す）において、低密度ゴム部３５の合計面積と、断層画像３３が取得された間隔（本例では、５μｍ）との積が、各断層画像３３での低密度ゴム部３５の体積としてそれぞれ取得される。そして、これらの断層画像３３の低密度ゴム部３５の体積が足し合わされることにより、第１時刻での低密度ゴム部３５の体積Ｖ0が取得される。
次に、本実施形態の工程Ｓ６では、第２時刻での低密度ゴム部３５の体積が取得される。本実施形態では、第２時刻での各断層画像３３（図４（ｂ）に示す）において、低密度ゴム部３５の合計面積と、断層画像３３が取得された間隔（本例では、５μｍ）との積が、各断層画像３３での低密度ゴム部３５の体積としてそれぞれ取得される。そして、これらの断層画像３３の低密度ゴム部３５の体積が足し合わされることにより、第２時刻での低密度ゴム部３５の体積Ｖtが取得される。
次に、本実施形態の工程Ｓ６では、第１時刻での低密度ゴム部３５（図４（ａ）に示す）と、第２時刻での低密度ゴム部３５（図４（ｂ）に示す）との間の体積変化が特定される。本実施形態では、第１時刻での低密度ゴム部３５の体積Ｖ0と、第２時刻での低密度ゴム部３５の体積Ｖtとの比Ｖt／Ｖ0が取得される。この比Ｖt／Ｖ0が、低密度ゴム部３５の体積変化として特定される。
このような低密度ゴム部３５の体積変化（比Ｖt／Ｖ0）は、第１時刻と第２時刻との間において、低密度ゴム部３５の体積の増加分（成長分）を示している。開示者らは、鋭意研究を重ねた結果、低密度ゴム部３５の体積の増加に伴って、低密度ゴム部３５から空隙部（破壊）３６に至ることや、第１時刻と第２時刻との間の低密度ゴム部３５の体積変化（比Ｖt／Ｖ0）と、弾性材料１５の性能との間に、一定の相関があることを知見した。すなわち、低密度ゴム部３５の体積変化（比Ｖt／Ｖ0）が小さい弾性材料１５は、内部構造（図示しないポリマーの結合）の破壊が進行し難く、弾性材料１５の性能が良好となる傾向がある。
本実施形態の性能評価方法では、弾性材料１５の性能の指標の一つとして、低密度ゴム部３５の体積変化（比Ｖt／Ｖ0）が求められることにより、弾性材料１５の性能を評価することが可能となる。さらに、本実施形態の性能評価方法では、例えば、空隙部３６よりも低密度ゴム部３５が早い段階で形成される傾向がある弾性材料１５の性能を評価する場合、その低密度ゴム部３５に基づいて性能を評価することができるため、多くの時間をかけて空隙部３６を形成する必要がない。したがって、本実施形態の性能評価方法では、弾性材料１５の性能を短時間で評価することが可能となる。低密度ゴム部３５の体積変化（比Ｖt／Ｖ0）は、図２に示したコンピュータ８の体積変化入力部１６Ｃに入力される。
［低密度ゴム部を出力］
次に、本実施形態の性能評価方法では、図３に示されるように、低密度ゴム部３５の体積変化（比Ｖt／Ｖ0）が、弾性材料１５の性能の一つとして出力される（工程Ｓ７）。
本実施形態の工程Ｓ７では、先ず、図２に示されるように、体積変化入力部１６Ｃに入力されている低密度ゴム部３５の体積変化（比Ｖt／Ｖ0）、及び、体積変化出力プログラム１７Ｃが、作業用メモリ１３Ｃに読み込まれる。そして、体積変化出力プログラム１７Ｃが、演算部１３Ａによって実行されることにより、コンピュータ８を、体積変化（比Ｖt／Ｖ0）を出力するための体積変化出力部６として機能させることができる。
低密度ゴム部３５の体積変化（比Ｖt／Ｖ0）は、適宜出力されうる。体積変化（比Ｖt／Ｖ0）は、例えば、出力部１２を構成するディスプレイ装置に表示されてもよいし、プリンタ等に印刷されてもよい。これにより、体積変化（比Ｖt／Ｖ0）を、オペレータ等に知らせることが可能となる。また、体積変化（比Ｖt／Ｖ0）とともに、第１時刻及び第２時刻の試験片の断面画像（図４（ａ）、（ｂ））が合わせて出力されてもよい。
上述したように、低密度ゴム部３５の体積変化（比Ｖt／Ｖ0）は、第１時刻と第２時刻との間において、低密度ゴム部３５の体積の増加分（成長分）を示しており、その体積変化（比Ｖt／Ｖ0）が小さいほど、弾性材料１５（図１に示す）の性能が良好である。このような体積変化（比Ｖt／Ｖ0）が、弾性材料１５の性能の指標として出力されることにより、弾性材料１５の性能を評価することが可能となる。
［評価工程］
次に、本実施形態の性能評価方法では、図３に示されるように、低密度ゴム部３５の体積変化（比Ｖt／Ｖ0）に基づいて、弾性材料１５（図１に示す）の性能が評価される（工程Ｓ８）。
本実施形態の工程Ｓ８では、先ず、図２に示されるように、体積変化入力部１６Ｃに入力されている低密度ゴム部３５の体積変化（比Ｖt／Ｖ0）、及び、評価プログラム１７Ｄが、作業用メモリ１３Ｃに読み込まれる。そして、評価プログラム１７Ｄが、演算部１３Ａによって実行されることにより、コンピュータ８を、弾性材料１５の性能を評価するための評価部７として機能させることができる。
本実施形態の工程Ｓ８では、低密度ゴム部３５の体積変化（比Ｖt／Ｖ0）と、予め定められた第２閾値とが比較される。上述したように、体積変化（比Ｖt／Ｖ0）が小さい弾性材料１５は、弾性材料１５の性能（本例では、摩耗に関する性能）が良好である。このような観点より、本実施形態の工程Ｓ８では、低密度ゴム部３５の体積変化（比Ｖt／Ｖ0）が、第２閾値以下である場合に、弾性材料１５の性能が良好であると評価される。
第２閾値は、例えば、弾性材料１５に求められる諸性能（本例では、摩耗に関する性能）に応じて、適宜設定することができる。本実施形態の第２閾値は、１．０～３．０（本例では、２．０）に設定される。
工程Ｓ８において、低密度ゴム部３５の体積変化（比Ｖt／Ｖ0）が第２閾値（本例では、２．０）以下である場合（工程Ｓ８で「Ｙｅｓ」）、弾性材料１５の性能が良好であると評価される。この場合、弾性材料１５（ゴム）を用いた製品（例えば、タイヤ）が設計及び製造される（工程Ｓ９）。これにより、諸性能（本例では、摩耗に関する性能）に優れる製品が確実に製造されうる。
一方、工程Ｓ８において、低密度ゴム部３５の体積変化（比Ｖt／Ｖ0）が第２閾値（本例では、２．０）よりも大きい場合（工程Ｓ８で「Ｎｏ」）、弾性材料１５の性能が良好ではないと評価される。この場合、配合を変更した新たな弾性材料１５が作製され（工程Ｓ１０）、工程Ｓ１～工程Ｓ８が再度実施される。これにより、諸性能（本例では、摩耗に関する性能）に優れる弾性材料１５を確実に作製することができる。
［弾性材料の性能評価方法（第２実施形態）］
これまでの実施形態では、摩耗に関する性能（耐摩耗性能）が評価されたが、このような態様に限定されない。例えば、低密度ゴム部３５の体積変化に基づいて、弾性材料１５の耐引裂性能や、耐クラック性能が評価されてもよい。
［弾性材料の性能評価方法（第３実施形態）］
これまでの実施形態では、図４（ａ）、（ｂ）に示した断層画像３３の微小領域（画素）ごとに、低密度ゴム部３５が特定されたが、このような態様に限定されない。例えば、断層画像３３を微小領域（画素）よりも大きな複数の領域に仮想区分して、これらの領域ごとに、低密度ゴム部３５が特定されてもよい。図７は、複数の領域４０に仮想区分された断層画像３３である。図７では、断層画像３３の背景が省略して示されている。
この実施形態の領域４０は、格子状に区分されているが、このような態様に限定されない。この実施形態の第１ゴム部特定工程Ｓ４及び第２ゴム部特定工程Ｓ５では、複数の領域４０において、各領域４０を構成する微小領域（画素）の輝度値の比率の平均値がそれぞれ特定される。そして、複数の領域４０のうち、微小領域（画素）の比率の平均値が０．１以上かつ０．８未満となる領域４０が、低密度ゴム部３５として特定される。
第１時刻から第２時刻にかけて、輝度値の比率が０．１以上かつ０．８未満となる微小領域（画像）の個数の増加に伴って、低密度ゴム部３５として特定される領域４０の個数も増加する。このため、体積変化を特定する工程Ｓ６では、第１時刻において低密度ゴム部３５として特定された領域４０の体積（合計体積）Ｖ0と、第２時刻において低密度ゴム部３５として特定された領域４０の体積（合計体積）Ｖtとの比Ｖt／Ｖ0が取得される。
このように、この実施形態では、微小領域（画素）よりも大きな領域４０に、断層画像３３が仮想区分されることで、例えば、低密度ゴム部３５の発生の傾向等を、領域４０ごとに評価することができる。これにより、試験片１０において、低密度ゴム部３５が発生しやすい部分（領域４０）を容易に特定することが可能となる。
以上、本開示の特に好ましい実施形態について詳述したが、本開示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。
弾性材料Ａ乃至Ｃについて、本開示の方法で求められる低密度ゴム部の体積変化に基づいて摩耗に関する性能（耐摩耗性能）が評価された。さらに、上記弾性材料Ａ乃至Ｃからなるトレッド部を有する空気入りタイヤがそれぞれ作成され、実車走行試験による耐摩耗性能が評価された。そして、本開示による耐摩耗性能の評価と、実車走行試験による耐摩耗性能の評価との相関が検証された（実施例）。
比較のために、上記弾性材料Ａ乃至Ｃについて、ランボーン試験機を用いて耐摩耗性能が評価され、実車走行試験による耐摩耗性能の評価との相関が検証された（比較例）。
使用試薬は以下の通りである。
１．重合体（１） ：（変性基１個；特開２０１０－１１６５５４号公報に基づいて重合されたポリマー）
２．重合体（２） ：（変性基２個；重合体（１）のモノマー量違い）
３．重合体（３） ：（変性基３個；重合体（１）のモノマー量違い）
４．ＳＢＲ ：ＳＴＹＲＯＮ製のＳＰＲＩＮＴＡＮ ＳＬＲ６４３０
５．ＢＲ ：宇部興産(株)製のＢＲ１５０Ｂ
６．変性剤 ：アヅマックス（株）製の３－（Ｎ，Ｎ－ジメチルアミノプロピル）トリメトキシシラン
７．老化防止剤 ：大内新興化学工業（株）製のノクラック６Ｃ（Ｎ－１，３－ジメチルブチル－Ｎ'－フェニル－ｐ－フェニレンジアミン）
８．ステアリン酸 ：日本油脂（株）製のステアリン
９．酸化亜鉛 ：東邦亜鉛（株）製の銀嶺Ｒ
１０．アロマオイル ：出光興産（株）製のダイアナプロセスＡＨ－２４
１１．ワックス ：大内新興化学工業（株）製のサンノックワックス
１２．硫黄 ：鶴見化学（株）製の粉末硫黄
１３．加硫促進剤（１） ：大内新興化学工業（株）製のノクセラーＣＺ
１４．加硫促進剤（２） ：大内新興化学工業（株）製のノクセラーＤ
１５．シリカ ：デグッサ製のウルトラジルＶＮ３
１６．シランカップリング剤：デグッサ製のＳｉ６９
１７．カーボンブラック ：三菱化学（株）製のダイアブラックＬＨ（Ｎ３２６、Ｎ２ＳＡ：８４ｍ2／ｇ）
モノマー及び重合体（１）～（３）は、特許文献（特開２０１７－８３１８２号公報）の「実施例」に記載された方法と同様の手順で合成された。テスト方法は、次のとおりである。
＜低密度ゴム部の体積変化＞
弾性材料Ａ乃至Ｃについて、直径２０mm、軸方向の長さが１mmの円柱状の試験片が準備された。そして、図３に示した手順にしたがって、試験片に歪み（伸長歪）を与えて、その歪みが第１閾値（０．６）に到達した第１時刻と、第１時刻から予め定められた時間（０．２秒）が経過した後の第２時刻とにおいて、試験片の投影像が取得された。そして、第１時刻での低密度ゴム部の体積Ｖ0と、第２時刻での低密度ゴム部の体積Ｖtとの比Ｖt／Ｖ0が、低密度ゴム部の体積変化として取得された。低密度ゴム部の体積変化（比Ｖt／Ｖ0の値）が小さいほど、耐摩耗性能に優れている。
＜ランボーン試験＞
弾性材料Ａ乃至Ｃについて、ランボーン型摩耗試験機を用いて、室温、負荷荷重１．０ｋｇｆ、スリップ率３０％の条件で摩耗量が測定され、その逆数が計算された。結果は、弾性材料Ａを１００とする指数であり、数値が大きい程、耐摩耗性能に優れていることを示す。
＜実車走行試験＞
弾性材料Ａ乃至Ｃからなるトレッド部を有するサイズ１９５／６５Ｒ１５の空気入りタイヤがそれぞれ作成された。そして、各空気入りタイヤが国産ＦＦ車に装着され、走行距離８０００kmでのトレッド部の溝深さが測定され、トレッド部の摩耗量１mmあたりの走行距離が計算された。結果は、弾性材料Ａを１００とする指数であり、数値が大きい程、耐摩耗性能に優れていることを示す。
テスト結果が表１に示される。
Figure 2023158543000002
テストの結果、表１から明らかなように、実施例の方法は、比較例に比べて実車走行試験との相関が良好であり、弾性材料の諸性能を予測（評価）できた。さらに、実施例では、低密度ゴム部の体積変化が第２閾値（１．２）以下の弾性材料Ｂ及びＣは、低密度ゴム部の体積変化が第２閾値よりも大きい弾性材料Ａに比べて、実車走行試験での評価が大幅に優れており、弾性材料の諸性能を高い精度で予測できた。
［付記］
本開示は以下の態様を含む。
［本開示１］
ゴム又はエラストマーを含む弾性材料の性能を評価するための方法であって、
前記弾性材料からなる試験片に歪みを与えて、前記試験片の内部に少なくとも１つの低密度ゴム部を形成する工程と、
前記低密度ゴム部を形成した後に、予め定められた第１時刻と、前記第１時刻から予め定められた時間が経過した第２時刻とおいて、前記試験片にＸ線を照射して投影像をそれぞれ取得する工程と、
前記第１時刻での投影像に基づいて、前記低密度ゴム部を特定する工程と、
前記第２時刻での投影像に基づいて、前記低密度ゴム部を特定する工程と、
前記第１時刻での前記低密度ゴム部と、前記第２時刻での前記低密度ゴム部との間の体積変化を特定する工程と、
前記体積変化を、前記性能の指標の一つとして出力する工程とを含む、
性能評価方法。
［本開示２］
前記第１時刻は、前記歪みが予め定められた第１閾値に到達した時刻である、本開示１に記載の性能評価方法。
［本開示３］
前記第１閾値は、０．２以上である、本開示２に記載の性能評価方法。
［本開示４］
前記第２時刻は、前記第１時刻から０．１～１２００秒が経過した後の時刻である、本開示１ないし３のいずれかに記載の性能評価方法。
［本開示５］
前記体積変化を特定する工程は、前記第１時刻での前記低密度ゴム部の体積Ｖ0と、前記第２時刻での前記低密度ゴム部の体積Ｖtとの比Ｖt／Ｖ0を、前記体積変化として特定する、本開示１ないし４のいずれかに記載の性能評価方法。
［本開示６］
前記比Ｖt／Ｖ0が、予め定められた第２閾値以下であるときに、前記性能が良好であると評価する工程を含む、本開示５に記載の性能評価方法。
［本開示７］
前記第２閾値は、１．０～３．０である、本開示６に記載の性能評価方法。
［本開示８］
前記歪みは、伸張歪である、本開示１ないし７のいずれかに記載の性能評価方法。
［本開示９］
前記弾性材料は、１種類以上の共役ジエン系化合物を用いて得られるゴムである、本開示１ないし８のいずれかに記載の性能評価方法。
［本開示１０］
前記ゴムは、タイヤ用ゴムである、本開示９に記載の性能評価方法。
［本開示１１］
前記Ｘ線の輝度（photons/s/mrad2/mm2/0.1%bw）は、１０10以上である、本開示１ないし１０のいずれかに記載の性能評価方法。
Ｓ２ 低密度ゴム部を形成する工程
Ｓ３ 試験片の投影像を取得する工程
Ｓ４ 第１時刻での低密度ゴム部を特定する工程
Ｓ５ 第２時刻での低密度ゴム部を特定する工程
Ｓ６ 低密度ゴム部の体積変化を特定する工程
Ｓ７ 低密度ゴム部の体積変化を出力する工程

Claims (11)

  1. ゴム又はエラストマーを含む弾性材料の性能を評価するための方法であって、
    前記弾性材料からなる試験片に歪みを与えて、前記試験片の内部に少なくとも１つの低密度ゴム部を形成する工程と、
    前記低密度ゴム部を形成した後に、予め定められた第１時刻と、前記第１時刻から予め定められた時間が経過した第２時刻とおいて、前記試験片にＸ線を照射して投影像をそれぞれ取得する工程と、
    前記第１時刻での投影像に基づいて、前記低密度ゴム部を特定する工程と、
    前記第２時刻での投影像に基づいて、前記低密度ゴム部を特定する工程と、
    前記第１時刻での前記低密度ゴム部と、前記第２時刻での前記低密度ゴム部との間の体積変化を特定する工程と、
    前記体積変化を、前記性能の指標の一つとして出力する工程とを含む、
    性能評価方法。
  2. 前記第１時刻は、前記歪みが予め定められた第１閾値に到達した時刻である、請求項１に記載の性能評価方法。
  3. 前記第１閾値は、０．２以上である、請求項２に記載の性能評価方法。
  4. 前記第２時刻は、前記第１時刻から０．１～１２００秒が経過した後の時刻である、請求項１又は２に記載の性能評価方法。
  5. 前記体積変化を特定する工程は、前記第１時刻での前記低密度ゴム部の体積Ｖ0と、前記第２時刻での前記低密度ゴム部の体積Ｖtとの比Ｖt／Ｖ0を、前記体積変化として特定する、請求項１又は２に記載の性能評価方法。
  6. 前記比Ｖt／Ｖ0が、予め定められた第２閾値以下であるときに、前記性能が良好であると評価する工程を含む、請求項５に記載の性能評価方法。
  7. 前記第２閾値は、１．０～３．０である、請求項６に記載の性能評価方法。
  8. 前記歪みは、伸張歪である、請求項１又は２に記載の性能評価方法。
  9. 前記弾性材料は、１種類以上の共役ジエン系化合物を用いて得られるゴムである、請求項１又は２に記載の性能評価方法。
  10. 前記ゴムは、タイヤ用ゴムである、請求項９に記載の性能評価方法。
  11. 前記Ｘ線の輝度（photons/s/mrad2/mm2/0.1%bw）は、１０10以上である、請求項１又は２に記載の性能評価方法。
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