JP3192205B2 - 実験室内牽引力試験方法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、トレッド組成物のタイ
ヤ牽引力特性を予測するための方法と装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】調合する人は、ある程度までは特定のゴ
ムの組成物の特性を予測し得るが、結局は試験によって
特性を確定するよりほかにない。過去においては、組成
物がトレッド組成物であった場合、牽引力特性は、タイ
ヤを作りそのタイヤを種々の牽引力試験にかけてのみ確
定することができた。

【０００３】タイヤを作ることは、数が少ない場合には
特に、多くの時間を要し、かつ高価につくので、過去に
おいて牽引力試験は、特性が所与の条件下で容認される
範囲にあるか否かを確定する役目を果すに過ぎなかっ
た。牽引力特性が最適となるようにトレッド組成物を完
全に適合させることは極めて困難であった。

【０００４】この技術分野では、ゴムの摩擦特性を測定
するための多数の試験が知られている。しかし、摩擦特
性は牽引力特性と良好に相関するものでない。それは牽
引の構成要素の変形の割合と頻度数（ゴムのサンプルの
速度および牽引面上の凹凸の数に依存する）の故であ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、極め
て小さいトレッド組成物のサンプルを用いて、組成物の
牽引力特性を確定するための方法と装置を提供すること
にある。試験のためにトレッド組成物の小さいサンプル
が用いられ、タイヤを作る必要がないので、牽引力特性
を迅速にそしてまた安価に確定することができる。トレ
ッド組成物を小さいバッチで作ることができるので、極
めて多くの組成物を、そのどれが最良の特性を有するか
を確定するためのスクリーニング用として作ることがで
きる。また、装置の中の試験用表面が、多数の相異なる
路面と相異なる条件を代表するように変えられるから、
その組成物が特定の路面の特定の条件下で最良の牽引力
を有するかを確定するために、組成物の牽引力特性を観
察することができる。

【０００６】本発明の他の目的は、以下の説明と特許請
求の範囲から明らかになろう。

【０００７】

【課題を解決するための手段】トレッド組成物のタイヤ
牽引力特性を予測する方法が提供される。その方法は、
牽引力試験に適する形のトレッド組成物のサンプルを調
製し、サンプルと試験用表面の間を回転関係にして、そ
れら間のトルクを測定できる試験装置の中に、サンプル
を試験用表面と相対するように置くことを含む。サンプ
ルが試験用表面に接触し、装置が回転関係を開始したと
き、そのサンプルについてピークトルクを測定すると共
にトルク対時間の曲線（滑り牽引力曲線）がつくられ
る。それから、そのトルク対時間の曲線を所望の牽引力
特性についての確立されている曲線と相関させる。望ま
しい実施態様においては、試験用表面を特定の路面に似
た特性を有するように調製して、サンプルおよび試験用
表面の圧力、速度および温度を正確に制御することがで
きる。装置は、なお、濡れた路面の状態をシミュレート
するために、サンプルが濡れた時の試験ができるように
なっている。

【０００８】また、トレッド組成物のタイヤ牽引力特性
を予測するための装置が提供される。この装置は、各々
が上側と下側を有する、水平に置かれたベースと水平に
置かれたトップを含み、それらが垂直方向に置かれた案
内レールによって結合されることを含む一つのフレーム
を含んでいる。１個のモーターが、その駆動軸が垂直方
向下向きになってトップの下側に来るようにしてトップ
に組付けられている。サンプル取付板が、モーターの駆
動軸に取付けられている。ベースの上側において押圧シ
リンダが設けられていて、その押圧シリンダは、案内レ
ールに係合している可動のプレートに接触している。可
動のプレートの上側面上に負荷室が、サンプル取付板と
垂直方向に一直線をなすように設けられている。液体を
保持し得る形の試験室が負荷室に組入れられていて、そ
の試験室の底部には試験用表面、つまり路面の特性を再
現するように設計されている試験用表面を含んでいる。
押圧シリンダは、試験室をサンプル取付板の中のサンプ
ルに接触させるために、可動のプレートを垂直の案内レ
ール上で移動させるようになっている。望ましい実施態
様において、装置には可動のプレートの上にあって、ト
ップにあるシール手段に可動に係合する一つのチャンバ
ーが、サンプル取付板の周りの環境を制御するための手
段として設けられている。

【０００９】また、特定の路面に似た表面特性を有する
ように耐摩耗性材料で作られた試験用表面が提供され
る。

【００１０】

【実施例】例えばセラミックのエンジン部品の摩耗特性
を評価するための、硬化された表面の回転式摩擦試験が
その技術分野において知られている。特に回転式の摩擦
試験（トライボロジー）のために作られた機械がＡＭＴ
Ｉ社（Advanced Mechanical Technology Inc., Newton,
Massachusetts）から入手可能である。本発明では、Ａ
ＭＴＩ社製回転摩擦試験装置を、ゴムのサンプルを試験
用表面に対して平行度（±０．０１°以内）、同心度
（±０．０００５インチ）に保持し、−１００°〜３０
０°Ｆの範囲の温度、７００ｒｐｍの回転速度、０−２
００ポンドの荷重を与え、２００インチポンドまでのト
ルクを測定できるように改造した。

【００１１】ここで図１および図２を見ると、本発明の
装置１０の図示の実施例は、トッププレート１２、ベー
スプレート１４、およびトップ１２とベース１４を結合
している垂直な案内バー１６を含んでいる。スピンドル
モーター１８が、その駆動軸２０が垂直方向下向きにな
るようにしてトップ１２に取付けられている。サンプル
取付板２１が、駆動軸２０の端部２３において、サンプ
ル５０を保持するために組付けられている。押圧手段２
２（それは希望によっては油圧ピストンを含んでよい）
が、ベース１４上に取付けられている。可動のプレート
２４が押圧シリンダ２２と組合っている。可動のプレー
ト２４は、垂直の案内バー１６に係合していて、その上
を滑ることができる。トルク測定手段２７が組付けられ
ている負荷室２６が、可動のプレート２４の上側に、実
質的に駆動軸２０と垂直方向にほぼ一直線をなして取付
けられている。試験用表面３０を有する試験室２８が、
負荷室２６の一部分をなしていて、サンプル取付板２１
と一直線になっている。

【００１２】環境チャンバー６０が、ＬＥＸＡＮ（商
標）でできていて、試験サンプルを観察でき、また環境
の制御を可能にしている。冷却と加熱の別個のユニット
が試験表面の温度制御を行う。図示の実施例では駆動ス
クリュー２２ａが、サンプルに荷重をかけるために用い
られているが、他の押圧手段も用いられることを当業者
は理解するであろう。この装置は、このサイズの装置と
しては可能な最大のモーターを用いるように改造され
た。

【００１３】装置１０は、その作用を変更することなし
に別の構造とすることが可能であることを当業者は理解
するであろう。例えば、モーター１８はトップ１２の上
側にも下側にも取付けられる。また、負荷室２６は、試
験室２８以外に、試験室２８を可動のプレート２４に取
付けるための溶接以外の何物も含んでいなくてもよく、
トルク測定手段は装置上のどこに位置していてもよい。
装置の他の可能な改造は、当業者には明らかであろう。

【００１４】ここで図３を見ると、装置のサンプル取扱
い部分１０は、制御パネル４０、計算機４１、プリンタ
４２、環境制御システム４４およびその他のデータ収集
や表示システムと接続することができる。制御パネル４
０は、サンプル５０と試験用表面３０の間の圧力、温度
および回転速度を手操作で制御するために用いられ、あ
るいは計算機４１が、特定のシーケンスでパラメータの
変更が起るように、それらパラメータをプログラミング
するために用いられる。例えば、計算機制御を用いて、
装置がサンプルを−２０°Ｆ、荷重１００ｐｓｉ、速度
２０ｒｐｍで３秒間、それから回転方向を逆にして１０
ｒｐｍで３秒間試験し、その作動のうちの各時点に測定
されたトルクについてのデータをデジタルの形で出力す
るようにプログラミングされる。出力つまり装置で測定
されたトルクは、アナログの形で出力される。トルク測
定手段２７によって測定された結果は、デジタルの形で
提供するためにプリンタ４２に供給される。（アナログ
でのトルクの出力は先ずＡ／Ｄ変換器を通らねばならな
い。デジタルでの結果が、次の処理のために計算機に供
給される）。望むならば、それらの結果は、ピークトル
クと滑りの牽引力の曲線を示す従来の牽引力曲線が得ら
れるように、プロッタ４５に供給される。

【００１５】図示の実施例においては、サンプル５０は
サンプル交換の迅速交換方式が実現されるように、規定
位置に真空によって保持されている。つまり、図示の実
施例においては、サンプル５０（図４（Ａ）、４（Ｂ）
および４（Ｃ））は、スナップイン式の取付けと迅速な
取外しに適した形状と寸法を有する単一形のゴムの成形
品からできている。サンプル取付板上の留めブラケット
５３と、サンプルの形状の故に、試験の間にサンプルが
サンプル取付板の中で滑ることが防止される。サンプル
を成形するには、ほんの約２−１０グラムのトレッド組
成物を要するだけである。所望の荷重に達した後に、試
験サンプルは、従来の方法例えばダイナミッククラッチ
によって回転に入れられ、ストレーンゲージによりトル
クが測定される。

【００１６】平滑なゴムが平滑な表面と静的に接触して
いるときには、ゴムの主たる特性は粘着である。ゴムは
平滑な表面に押付けられたときに吸引グリップを形成す
る。そのグリップは極めて強力であるので、しばしば、
はがすためにはゴムを破壊せねばならなくなる。この特
性が、従来技術によるゴムの摩擦試験において、大きな
基礎をなしている。

【００１７】図示の実施例においては、サンプルの適当
な滑り特性を確実にするために、サンプルは試験用表面
３０に接触するための環状リング５２がついた形に成形
されている。所望の牽引力曲線を生じさせるような試験
サンプルの別の形状も可能であることを当業者は認める
であろう。また、いったん、かなりの数のトレッド組成
物のサンプルが試験装置上で特性づけられ、それらの結
果をタイヤによって達成された牽引結果と相関させたな
らば、当業者は有意義な結果を得るために牽引力曲線を
用いる必要はなくなるかもしれないことを認めるであろ
う。

【００１８】ゴムの牽引力特性の故に、試験用表面を正
確に規定する必要がある。ゴムの牽引力は、粘着と変形
の両方の要素を有しているが、濡れおよび／または汚れ
のある路面では、牽引力の係数を主に支配するのは変形
の要素である。したがって、凹凸のサイズが、ゴムが被
むる変形の量を決定することになる。それはまた、局部
的接触圧力をも決定することになる。何故ならば、正味
の接触面積はゴムの試験片の面積よりも遥かに少ないか
らである。試験用表面の上での凹凸の分布は、装置の回
転速度と相俟って、変形の頻度数を決定する。ゴムは粘
弾性のものである故に、路面上でのトレッドの山の変形
の速度と変形の大きさが、実験室においての試験用表面
上の試験サンプルの変形の速度と変形の大きさにマッチ
していることが明らかに必要である。

【００１９】ここで図５（Ａ）、５（Ｂ）および５
（Ｃ）を見ると、図示の実施例においては、試験用表面
３０は、特性上路面の凹凸を再現するように設計された
多数の凹凸５４を含んでいる。特定のトレッド組成物
の、特定のタイプの路面に関しての牽引力を測定するた
めに、試験用表面は、その際の問題の路面の特性とマッ
チするように、凹凸の頻度数、その深さおよび側壁５６
の角度について変化させる。

【００２０】所与の路面をシミュレートするための試験
用表面を構築するには、プロフィルメータを用いて路面
のプロフィル測定を行うことになる。そのプロフィルか
ら、平均または自乗平均の平方根（ｒｍｓ）での凹凸の
サイズと深さが見出され、それから、それらの値は試験
表面用に縮少される。それらのパラメータが知られたな
らば、試験のための回転速度は路面牽引力試験の頻度数
にマッチするように算出される。

【００２１】元来、路面と同じ材料で作られた試験用表
面が、試験結果において最良の相関を生じるであろうと
考えられていた。しかし、コンクリートやアスファルト
は、試験条件の下で急激に摩耗する傾向がある。そこ
で、より耐久力のある試験用表面が必要になる。しか
し、試験用表面が試験条件の下で、コンクリート、アス
ファルトまたは他の路面の特性に似た、或いは特性を再
現した特性を示すような、きめまたは粗さ（凹凸）を有
することが望まれる。このことは、試験された組成物の
格付け（最良の牽引力特性に関しての）が、何よりも、
凹凸のサイズと頻度数のような、試験用表面のパラメー
タに依存する故に重要である。多数の試験用表面が利用
可能であれば、技術者は特定のトレッド組成物を、あり
得るすべての既知の路面について試験することができ
る。

【００２２】図示の実施例においては、試験用表面が実
質的に平らであるが、前述したように、十分な数の組成
物が、組成物の牽引力特性をタイヤの牽引力特性に相関
させるように特性づけられた後には、当業者は別の表面
のタイプを案出することができるであろう。

【００２３】図示の実施例においては、試験用表面が、
硬化された４１４２工具鋼で作られている。他の金属、
ある種のセラミックス、ガラスおよび他の類似の材料も
用いられることを当業者は認めるであろう。

【００２４】再び図２を見るならば、装置１０には、サ
ンプルと試験用表面を包囲して試験の間にサンプルの環
境を制御するようになっている環境チャンバー６０を装
着することができる。

【００２５】図示の実施例においては、チャンバー６０
は、可動のプレート２４と共に動いて、トップ１２に組
付けられているシール手段に係合するようになってい
る。どんな適当なシール手段でも用いられることを当業
者は認めるであろう。

【００２６】環境チャンバー６０を用いるならば、ゴム
の牽引力の試験を、広範囲の温度および湿度の条件にお
いて行うことが可能である。図示の実施例においては、
装置は、ゴムのサンプルを−１００〜４００°Ｆ、湿度
０−１００％の条件下で試験するようになっている。こ
のことは、試験用表面を取替え得ることと相俟って、多
数のトレッドゴム組成物のうちのどのトレッド組成物が
特定の路面そして特定の天候状態において最良の特性を
有するかを確定することを可能にする。

【００２７】濡れ時の牽引力試験は特に関心の的にな
る。何故ならば、ＧＭの牽引力試験では濡れ時の牽引力
のデータが最も重要視されるからである。また、濡れた
サンプルと試験用表面を用いるならば、ダストまたはそ
の他の汚れの影響でずれた試験結果を得る可能性が減
る。

【００２８】試験室２８は、濡れ時の牽引力試験のため
の液体、特に水を保持し得るようになっている。濡れ時
の牽引力試験のためには、試験室に水を規定深さまで注
入し、サンプルを普通の要領で試験用表面に接触させ
る。試験室の中の水を、氷結時試験のために凍結させる
こともできる。

【００２９】ここで図６を見ると、本発明の装置によっ
て作り出された典型的なゴムのサンプルの牽引力曲線が
示されている。このゴムのサンプルの牽引力曲線が、実
質的にタイヤの牽引力を試験したときに得られる牽引力
曲線と同一であることを当業者は認めるであろう。

【００３０】牽引力曲線は、トルク対時間またはトルク
対角速度を測っている。サンプルが、試験用表面に接触
して回転すると、試験用表面にトルクを及ぼす。そして
サンプルが回転し続ける間に当初のトルクが乗り越えら
れたとき、サンプルは滑り始めるが、ゴムと試験用表面
の間のグリップつまり牽引力の故に、依然として抵抗を
試験用表面に及ぼす。サンプルが滑るより前に測定され
た最大のトルクがピークトルクとして知られており、サ
ンプルが滑っている間に測定されたトルクは、滑りの曲
線として知られている。

【００３１】本発明の装置は、出来上ったトレッド組成
物の濡れ時のピークのデータでの格付けを容易に再現す
る。しかし、濡れ時の滑りの牽引力のデータは、遥かに
より敏感に影響を受けるので、滑りの牽引力についての
既知の格付けを再現するためには、装置上のパラメータ
を装置のために注意深く制御することが必要である。サ
ンプル上の荷重およびサンプルの回転速度が格付けに大
きく影響する。

【００３２】アンチロックブレーキが益々多くの自動車
に用いられているので、個々のピークトルクと滑りのカ
ーブは、過去におけるほど重要ではなくなった。何故な
らば、アンチロックブレーキはピークトルクに近づいた
ら弛緩されて、滑りのカーブより上の、ある牽引力のレ
ベルを維持するように設計されているからである。

【００３３】装置は従来の牽引力曲線を得るために用い
られるが、なお装置の計算機制御を用いるならば、アン
チロックブレーキをシミュレートしたプログラムの下で
サンプルの試験を行って、得られるデータをさらに最適
化することが可能である。

【００３４】実験室での牽引力係数Ｍは Ｍ＝３Ｔ（ｒ_o ²−ｒ_i ²）／２Ｆ_n （ｒ_o ³−ｒ_i ³） の関係を用いて計算される。ここに、Ｔは測定されたト
ルク、Ｆ_n は付与された垂直荷重、ｒ_o はサンプルの外
半径、ｒ_i はサンプルの内半径である。実験室での牽引
力係数のピークが図６で見られる過渡時の尖頭から得ら
れる一方で、滑りの実験室での牽引力係数は試験片が１
／２回転した時に始まる１回転の間のトルクの平均値か
ら計算される。

【００３５】以降において、例を参照しつつさらに本発
明を説明する。

【００３６】［実験］試験用表面は４１４２工具鋼で作
られ、ロックウェルＣ硬度４５まで硬化された。コント
ロール面は６０°フライスカッターの間隔と深さによっ
て表示される。０２６×０６０というコントロール面と
は、切込みの深さが０．０２６インチ、切込みの間隔が
０．０６０インチであると規定する。０１２×０４０／
０３０×０８０という面は、細かい方の０１２×０４０
という面が粗い方の０３０×０８０という面に重畳して
いる。最後に、“Ｒａｄｉａｌ ４ｄｅｇ”という表現
は、切込みが４°ごとに深さ０．０１５インチで作られ
たコントロール面のことである。

【００３７】図７−９に示すデータは、サンプルが水平
に保持される方式の市販の実験室機器を集めて組立てた
牽引力試験装置によって得られた。仮組立てのその装置
は、ここで説明している構想を実証するのに役立った。
ここに示されている装置では、まだこのようなデータは
とられていない。

【００３８】［例１］環状の試験サンプルを型の中で硬
化させた。サンプルの表面調製を、１２０粒度の酸化ア
ルミニウムの研磨面上で付加圧力５０ｐｓｉとし、１０
ｒｐｍの角速度で８回転させて行った。それからサンプ
ルをアルコールで洗浄した。すべてのサンプルが試験の
前に取付けられ面の調製が行われた。

【００３９】すべての試験を通じて厳格な試験要領が実
行された。すなわち、試験用表面とサンプルを水で濡ら
し、サンプルを試験用表面に当てて試験速度および荷重
で８回転させ、各２回転ごとに荷重の加除を行った。こ
れは試験直前のならしの意味で行われた。それからサン
プルをアルコールで洗浄し、再び荷重をかけて試験を行
った。

【００４０】ゴムは路面よりも相当に軟らかいので、今
回の実験室試験においては、路面の少しの硬さの違い
（例えばコンクリートとアスファルトの間の）は考慮し
なかった。試験要領に従い、サンプルを迅速交換取付具
の中に載せ、それから試験荷重を付与した。試験荷重に
達するまでの０．０２５秒の間にサンプルは２回転し
た。この０．０２５秒という時間は、それがほぼ、車両
が２０ｍｐｈで走行しているときのトレッドの山が路面
に接触している時間の大きさである故に選定された。こ
れもまた、凹凸／速度の関係と同様に重要なファクター
である。何故ならば、サンプルを回転の前にあまりにも
長く坐らせて置くならば、ゴムの変形がより大きくな
り、牽引力の係数がより高くなるからである。いったん
サンプルが２回転を完了したならば、サンプルから荷重
を除き、試験サンプルを試験機から取外し、次回の試験
を行う前にアルコールで洗浄した。

【００４１】以上のことを各サンプルについて続けて４
回、各回にサンプルのスタート位置を９０°回転させて
行った。スタート位置を変えることは、システムの偏心
や不平行があったときの影響を補償する一つの方法とし
て行われた。各組成物で二つのサンプルを試験したの
で、個々の組成物について合計８回の試験となった。各
組成物について集められたすべてのデータを、実験室で
の牽引力係数を計算することに使った。すなわち、とび
離れたデータの点を修正したり、データのばらつきを減
らすことは行わなかった。 １．試験用表面の影響 最初の一連の試験は、コントロール表面の実験室での牽
引力係数への影響を評価するために種々の表面上で行っ
た。試験は、接触圧力５０ｐｓｉ、回転速度３．４ｒａ
ｄ／ｓｅｃで行った。ピークの実験室での牽引力係数
を、濡れたアスファルト上での２０ｍｐｈで得られた実
際のタイヤの牽引力係数に対してプロットした。試験さ
れた６つの組成物は概して３−４のグループに層別され
た。そして試験のコントロール表面が実験室での牽引力
係数の大きさとばらつきに影響していた。

【００４２】下記に示した試験の組成物の構成成分はす
べてｐｈｒ（ゴム１００部に対しての割合）で示されて
いる。

【００４３】

【表１】 これらの実験室での牽引力係数は、タイヤの牽引力係数
よりも、最小でも３５％高いということが判明した。コ
ントロール表面の凹凸のサイズと分布は、実験室での牽
引力係数のピークに非線形の影響を及ぼすと見られた。
０１２×０４０／０３０×０８０表面のように、小さい
凹凸が高い頻度数で存在する表面は、高牽引力の組成物
に対して違いを見立たせる傾向がある。この表面は、組
成物を四つのグループに層別し、最も高いピークの実験
室での牽引力の値を生じさせた。

【００４４】

【表２】 これら組成物の群分けは、コントロール表面によって変
化するが、概して三つのグループ、すなわち最も高い牽
引力を有する組成物１と２、次が４と３、そして最も低
い牽引力を有する６と５になると考えることができた。
この群分けは、表３に示したタイヤの牽引力試験で得ら
れた格付けおよび層別と極めてよく一致した。

【００４５】

【表３】 最良の結果を生じさせた試験用表面は、０．０４６イン
チ角で深さ０．０３０″の凹凸の上に重畳した０．０１
６インチ角で深さ０．０１２″の凹凸を有していたが、
注目すべきことは、この表面は Goodyear の San Angel
o 試験場のアスファルト上での牽引力試験をシミュレー
トするために用いられたことと、表面はその試験の接触
圧力と回転速度にマッチさせるべきであることである。
有意義な相関を得るために実験室の環境においてシミュ
レートすべきものは、トレッドの山の変形と変形の速度
である。機械加工された試験用表面外観という本発明の
新規性は、どんな路面もシミュレートすることができ、
したがって、これら路面のどの上での牽引力でも予測し
得ることである。大部分のアスファルトやコンクリート
の路面のための試験用表面の凹凸は、幅が０−０．２５
０″、深さが０−０．２５０″の範囲となるであろう。 ２．速度の影響 回転速度がピークの実験室での牽引力係数に及ぼす影響
を、速度を１．９ｒａｄ／ｓｅｃから４．７ｒａｄ／ｓ
ｅｃへと変えて調査した。ＬＴＴ（実験室での牽引力試
験）の速度は、車両の速度と比較されることを防ぐため
に、線速度ではなく角速度によって表現されている。ピ
ークの牽引力のための重要なパラメータは、トレッドゴ
ムの変形の割合であり、したがってＬＴＴの線速度をＧ
Ｍ牽引力試験の車両速度とマッチさせる必要はない。上
記の各速度についての実験室での牽引力係数の、タイヤ
のそれに対してのプロットが、図７Ａ、７Ｂおよび７Ｃ
に示されている。これらの試験は、濡れた０１２×０４
０／０３０×０８０の鋼のコントロール表面上で、公称
の接触圧力５０ｐｓｉで行われた。最良の組成物の特性
の層別つまり区別およびタイヤ牽引力係数との相関は、
３．４ｒａｄ／ｓｅｃにおいて得られた。より低速で
は、組成物は正しく格付けされたが、組成物の特性が同
様に統計的に層別されることはなかった。速度を約３．
４ｒａｄ／ｓｅｃまで上げた場合には、速度を下げた場
合よりも大きい影響が組成物の格付けとばらつきに及ん
だ。４．７ｒａｄ／ｓｅｃで得られた結果は、他のどの
速度で得られた結果よりも悪かった。 ３．滑りの実験室での牽引力係数 ピークの牽引力係数は第１に関心の的になるものであ
る。何故ならば、それは牽引力が失われる点を確定する
からであり、またアンチロックブレーキシステムが益々
普及すると共に益々重要になるからである。それにもか
かわらず、滑りの牽引力係数を予測する能力も調査し
た。滑りの牽引力係数は、ピークの係数よりもコントロ
ール表面と回転速度の選択に遥かに敏感に影響されるの
で、予測することが遥かに困難である。表面と速度の変
化が、組成物の絶対的格付けよりは多分に組成物の層別
の可能性に影響を及ぼすピークの係数とは対照的に、滑
りの係数の格付けが表面の粗さ（例えば凹凸の頻度数）
と回転速度の小さな変化によって徹底的に変わることが
ある。実験とタイヤでの、両方の滑りの係数の間の相関
を生じさせた唯一の試験されたコントロール表面は、０
１２×０４０／０３０×０８０の鋼の表面であった。最
良の相関が得られたのは３．４ｒａｄ／ｓｅｃにおいて
であった。なお、注目すべきこととして、実験室での滑
りの牽引力は、実験室でのピークの係数よりも、かなり
低い値を有していた。実験室での滑りの係数は、タイヤ
の滑りの係数ほどに低くはなかったが、タイヤと実験室
での両方の試験の滑りとピークの比は似ており、それら
試験の条件では約３０−４０％であった。 ４．接触圧力の影響 乗用車タイヤの接地模様における平均の接触圧力が実験
的に決定されており、それはほとんどの場合に約５０ｐ
ｓｉとなっている。この値を実験室での試験のために選
定することが望まれた。しかし、圧力の影響を評価する
ために、三つの圧力、すなわち３５ｐｓｉ、５０ｐｓｉ
および７５ｐｓｉで試験を行った。実験室とタイヤでの
ピークの両牽引力係数の良好な相関が、３５ｐｓｉと５
０ｐｓｉの両方で得られた。滑りの牽引力については、
高弾性率の組成物が試験された場合、５０ｐｓｉの付与
圧力の方が、３５ｐｓｉに比べて、幾分より良い結果を
生んだ。７５ｐｓｉにおいて得られた結果では、タイヤ
の牽引結果との相関が極めて不良であった。

【００４６】［例２］さらに１３個の組成物を実験室で
の牽引力試験機（ＬＴＴ）を用いて試験した。これら組
成物間の差違は、例１の組成物間の差違ほどに顕著では
なかった。そしてそれは、組成物の物質的諸値が、より
狭い範囲にあったことの故であるとされた。

【００４７】下表の処方において、ＮＲは天然ゴム、ａ
ｃｃは促進剤の略、そしてＳ−ＳＢＲ（１−７）は、７
つの相異なる溶液のスチレンブタジエンゴムを表わして
いる。ＳＩＢＲはスチレンイソプレンブタジエンゴムを
表わしている。ＣＢはカ−ボンブラックの略である。す
べての構成成分はｐｈｒで示されている。

【００４８】

【表４】 組成物７と８が、最高のピークの実験室での牽引力係数
を有すると判明した一方で、組成物１６、１８および１
７が、最低のピークの実験室での牽引力係数を有してい
た。

【００４９】

【表５】 図８と図９は、二つの試験条件すなわち、３５ｐｓｉ／
４．７ｒａｄ／ｓｅｃおよび５０ｐｓｉ／３．４ｒａｄ
／ｓｅｃでの試験結果を示している。ここで注目すべき
ことは、組成物１９のデータの点が異常に見えることで
ある。組成物１９の実験室でのサンプルの物質試験デー
タも、とび離れていることが判ったので、実験室での組
成物とタイヤの組成物との間に違いがあったかのように
見られる。しかしながら、実験室とタイヤでの、両方の
高いピークの牽引力値の間と、実験室とタイヤでの、両
方の低いピークの牽引力の間に良好な相関があって、組
成物の格付けは保証された。

【００５０】

【表６】 なお注目するに値することであったのは、３５ｐｓｉ／
４．７ｒａｄ／ｓｅｃでは５０ｐｓｉ／３．４ｒａｄ／
ｓｅｃよりも、組成物の特性の層別が少しく大きくなる
と判明したことと、ピークの実験室での牽引力と４０ｍ
ｐｈのタイヤでの牽引力との相関が、２０ｍｐｈでのピ
ークのタイヤ牽引力との相関よりも良好であったことで
ある。さらに、滑りの実験室での牽引力と滑りのタイヤ
での牽引力との相関は、ピークの牽引力について得られ
た相関ほどに良くない。５０ｐｓｉ／３．４ｒａｄ／ｓ
ｅｃの条件を用いたときに、幾分より良い相関が得られ
た。注目すべきこととして、滑りのタイヤ牽引力の結果
の層別は、表６で示されているように不良であった。故
に、実験室での結果は驚くべきものではない。

【００５１】［例３］例１において、実験室の原型装置
上で試験された組成物を、再びここで説明しているとお
りの垂直なサンプル取付板を有する機械を用いて、例１
で説明したと同じ要領で試験し、下記の結果を得た。

【００５２】

【表７】 ［例４］実験室での牽引力試験機（ＬＴＴ）に追加され
る特色は、それのサーボモーターが、極めて正確な運動
の制御とモーターのシーケンス運転のためにプログラミ
ングされることである。このことが、試験の手順の自動
化を可能にするので、それにより所与のサンプルのなら
しと試験の間の時間間隔が正確に制御される。トレッド
組成物が粘弾性のものである以上は、試験の間の時間的
変化を制御することは、試験の精度と再現性を大いに高
める。

【００５３】試験機のプログラミング能力を取入れた試
験手順が開発され、それはサンプルのサイクリックな負
荷と回転を含むものであった。試験のシーケンスは、サ
ンプルに与えられた直線的増加率をもって負荷し、負荷
の直後にサンプルを所定の角速度で回転させ、回転の終
了後に荷重を除き、それからこのシーケンスをなお４回
繰返すことを含んでいる。この手順で得られた最初の実
験室での牽引力曲線は、ならし用のものであるから捨て
られる。それから実験室での牽引力係数が、次の四つの
曲線の平均から得られる。最初のピークは第２および第
３のものより高く、第２と第３のピークはほぼ同じであ
る。第４と第５のピークも、第２および第３のピークと
ほぼ同じである。このサイクリック負荷での試験法の利
点は、負荷の増大率と頻度数を、与えられた速度で走行
しているタイヤのトレッドの山のそれらにマッチさせる
ことができるし、回転速度を、トレッドの山が接地模様
に入ったときにそれが被むる変形の割合（せん断の割
合）にマッチするようにセットできることにある。

【００５４】例１において用いたと同じ組成物、同じ機
械を用い、さらに試験をサイクリック負荷試験法にて行
った。このサイクリック負荷での試験法においては、機
械を約５秒の間に５回サンプルに負荷し、試験し、荷重
を除くようにプログラミングした。最初の負荷から得ら
れたデータを捨て、他の４回の試験から得られた平均の
データをとっておき平均した。サイクリック負荷によれ
ば、データによって示される低い平均の差違で示されて
いるように、より矛盾のない結果が得られる。

【００５５】

【表８】 牽引力は速度、荷重および牽引表面に依存するので、乗
用車タイヤで良好な牽引力を示した（２０ｍｐｈ、２０
ｐｓｉで試験された）組成物は、レーシングのタイヤで
良好な牽引力を示す（４０ｍｐｈ、１０ｐｓｉで試験さ
れた）とは限らないし、その逆のことも言える。このこ
とは、各試験の特異性および用いられる組成物の特異性
を表わしている。また、ある特定の処方がそれの所期の
目的に合わなかったとしても、さらに試験をすれば、そ
の処方に対して別の貴重な用途が見付かることがあろ
う。

【００５６】本発明の特定の実施例を図示し説明した
が、本発明の理念から外れることなしに本発明が種々に
変形され、実施されることを当業者は認めるであろう。
本発明は“特許請求の範囲”によってのみ限定される。

【図面の簡単な説明】

【図１】装置の主なる可動部分の部分的断面図である。

【図２】本発明の装置の試験用部分を示す図である。

【図３】本発明の装置の種々の構成部分を示す概略図で
ある。

【図４】図４（Ａ）は、装置に取付けられた環状の被試
験面を有するサンプルを示す図である。図４（Ｂ）は、
図４（Ａ）の４Ｂ−４Ｂ矢視の断面図である。図４
（Ｃ）は、試験サンプルの斜視図である。

【図５】図５（Ａ）、５（Ｂ）および５（Ｃ）は、装置
において用いられる試験用表面を示す図である。

【図６】装置によって作られた牽引力曲線を示す図であ
る。

【図７】水平方向の向きの装置を用いて得られたデータ
を示す図である。

【図８】水平方向の向きの装置を用いて得られたデータ
を示す図である。

【図９】水平方向の向きの装置を用いて得られたデータ
を示す図である。

【符号の説明】

１０ 試験装置 １２ トップ（プレート） １４ ベース（プレート） １６ 案内バー（案内レール） １８ モーター／スピンドルモーター ２０ 駆動軸 ２１ サンプル取付板 ２２ 押圧シリンダ／押圧手段 ２２ａ 駆動スクリュー ２３ 駆動軸の端部 ２４ 可動のプレート ２６ 負荷室／ローディングセル（ロードセル） ２７ トルク測定手段 ２８ 試験室／テストセル ３０ 試験用表面 ４０ 制御パネル ４１ 計算機 ４２ プリンタ ４４ 環境制御システム ４５ プロッタ ５０ サンプル ５２ 環状リング ５３ 留めブラケット ５４ 凹凸 ５６ 側壁 ６０ 環境チャンバー

フロントページの続き (73)特許権者 590002976 1144 Ｅａｓｔ Ｍａｒｋｅｔ Ｓｔｒ ｅｅｔ，Ａｋｒｏｎ，Ｏｈｉｏ 44316 −0001，Ｕ．Ｓ．Ａ. (56)参考文献 特開 昭64−25034（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−35335（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−80025（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−6847（ＪＰ，Ａ) 特公 昭49−35477（ＪＰ，Ｂ２) 米国特許3982427（ＵＳ，Ａ) 米国特許1327838（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01M 17/02

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 トレッド組成物のタイヤ牽引力特性を予
   測するための方法であって、 （ａ）牽引力試験に適する形状のトレッド組成物のサン
   プルを調製し、 （ｂ）前記サンプルと試験用表面の間を回転の関係にし
   てそれらの間のトルクを測定し得る試験装置の中に、前
   記サンプルを試験用表面と相対するように置き、 （ｃ）前記サンプルを前記試験用表面に接触させて、回
   転の関係を開始させ、 （ｄ）前記サンプルについて、ピークトルクを測定する
   と共にトルク対時間曲線（滑りの牽引力）を設定し、 （ｅ）前記のトルク対時間の曲線を、所望の牽引力特性
   のために設定されている曲線と相関させる、 ステップを含む牽引力の特性を予測する牽引力試験方
   法。
2. 【請求項２】 （ａ）前記サンプルと前記試験用表面と
   の間の、圧力、速度および温度を制御するための手段を
   設備し、 （ｂ）前記サンプルと前記試験用表面との間の接触の圧
   力を制御し、 （ｃ）前記サンプルと前記試験用表面との相対的回転速
   度を制御し、 （ｄ）前記サンプルと前記試験用表面との温度を制御す
   る、 ステップを含む請求項１に記載の牽引力試験方法。
3. 【請求項３】 所与の路面での凹凸の特性にマッチさせ
   るために、前記試験用表面を、変化する大きさの凹凸を
   生じさせるようにフライス加工するステップを含む請求
   項１に記載の牽引力試験方法。
4. 【請求項４】 トレッド組成物のタイヤ牽引力特性を予
   測するための装置であって、 （ａ）各々が上側と下側を有する水平に置かれたベース
   と水平におかれたトップを含み、該トップとベースが垂
   直方向に置かれた案内レールによって結合されているフ
   レームと、 （ｂ）駆動軸が垂直方向下向きになって前記トップの下
   側に来るように、前記トップに組付けられているモータ
   ーと、 （ｃ）前記駆動軸に取付けられているサンプル取付板
   と、 （ｄ）前記ベースの上側に設けられている押圧シリンダ
   と、 （ｅ）前記押圧シリンダの上側において該シリンダと接
   触している上側面を有し、前記案内レールに係合してい
   る可動のプレートと、 （ｆ）前記の可動のプレートの前記の上側面上にあっ
   て、前記サンプル取付板と垂直方向において一直線をな
   している負荷室と、 （ｇ）前記負荷室に組入れられていて、液体を保持する
   手段を含んでおり、底部が試験用表面つまり路面の特性
   を再現するように設計されている試験用表面を含む試験
   室とを含んで成り、 前記押圧シリンダが、前記試験室を前記サンプル取付板
   に接触させるように、前記の可動のプレートを前記の垂
   直の案内レール上で移動させる牽引力試験装置。
5. 【請求項５】 前記の可動のプレートに取付けられ、前
   記トップに組付けられているシール手段に可動に係合す
   るチャンバーを含み、該チャンバーが、前記サンプル取
   付板の周りの環境を制御する手段を有する請求項４に記
   載の牽引力試験装置。