JP5425513B2 - 氷上摩擦試験機およびこれを用いた氷上摩擦試験方法 - Google Patents

Description

本発明は、対比試験を簡略化しつつ、氷盤の性状をより正確に把握できる氷上摩擦試験機およびこれを用いた氷上摩擦試験方法に関する。

積雪寒冷地域で多く利用されているタイヤには、いかなる氷雪路面にも対応し得る氷上性能が付与されていることが強く望まれる。しかし、タイヤの氷上性能は氷雪路面における氷の性状によって大きく変化してしまうという状況下、万能な性能を発揮するタイヤを実現すべく、種々の開発がなされている。

こうしたタイヤの開発に欠かせないものの一つに、タイヤの氷上性能を評価する氷上摩擦試験機がある（例えば、特許文献１参照）。かかる氷上摩擦試験機は氷盤を形成して氷路に見立て、これにゴム試験片を押圧することにより摩擦力を測定し、氷路上での実車走行試験に近似させて評価するものである。ここでもやはり氷盤の性状によって得られる試験結果が大きく変動し得るため、通常、別途対比試験片を用いた測定を行うことで本試験時の氷の状態を把握し、本試験片を用いた測定を行う。

特開２００１−３５６０８８号公報

しかしながら、こうした試験機を用いた測定であると、ゴム試験片との摩擦などによって氷盤が融解して水分が発生し、これが再びゴム摩耗粉などの不純物を交えた状態で氷結するため、特に複数回にわたる試験を実施すると、その度ごとに氷盤の性状が大きく変動することとなる。したがって、本試験片を用いた試験を実施する度に、その前或いは後に対比試験片を用いた測定を行って、本試験時における氷盤の状態を推測しなければならず、試験時間が長期化するとともに、本試験中における路面状態を直接測定するものではないために、複数回にわたる試験を同一条件下での評価として近似すると、評価精度が低下するおそれもある。

そこで、本発明は、対比試験を簡略化しつつ、氷盤の性状をより正確に把握できる氷上摩擦試験機およびこれを用いた氷上摩擦試験方法を提供することを目的としている。

本発明者は、上記課題を解決すべく、本試験片を用いた測定を行う間に対比試験片を用いた測定を行うことのできる氷上摩擦試験機を見出し、本発明を完成させるに至った。
すなわち、本発明の氷上摩擦試験機は、本試験片および対比試験片を用いた測定を行う氷上摩擦試験機であって、
回転軸を有し、該回転軸周りに回転可能な氷盤と、
前記氷盤の表面に対向して本試験片を保持する保持手段および少なくとも１つの対比試験片を保持する少なくとも１つの保持手段とを具え、
前記保持手段は、前記回転軸に沿って、前記氷盤に対して近接および離間する方向に変位して、前記本試験片および前記対比試験片を同一の氷盤に対して接触および離間させることを特徴とする。

前記氷盤は、略円環形状を呈する氷盤であるのが望ましい。
また、前記本試験片および前記対比試験片を前記氷盤に対して接触させた際に、これら本試験片および対比試験片が、本試験片における氷盤との接触面の中心から氷盤の回転軸までの距離と、対比試験片における氷盤との接触面の中心から氷盤の回転軸までの距離とが等しくなるよう配置されてなるのが好ましい。
さらに、前記対比試験片を用いた測定が、前記対比試験片と前記氷盤との間の摩擦係数μsの測定であるのが好ましく、前記本試験片を用いた測定が、前記本試験片と前記氷盤との間の摩擦係数μmの測定であるのが好ましい。

また、前記本試験片および前記対比試験片を前記氷盤に対して接触させた際に、これら本試験片および対比試験片が、氷盤の回転軸に直交する直線上で対向するよう配置されてなるのが望ましい。
前記本試験片および前記対比試験片を前記氷盤に対して接触させた際に、本試験片における氷盤との接触面の面積Ｓm、本試験片に掛かる押圧力Ｐm、対比試験片における氷盤との接触面の面積Ｓs、および対比試験片に掛かる押圧力Ｐsが、下記式（II−１）を満たすのが望ましく、
Ｐs×Ｓs＜Ｐm×Ｓm・・・（II−１）
さらに、下記式（II−２）を満たすのが望ましい。
１／１０×Ｐm×Ｓm≦Ｐs×Ｓs≦２／３×Ｐm×Ｓm・・・（II−２）

また、前記本試験片における氷盤との接触面での氷盤の回転方向に直交する方向に対する最大差し渡し長さＡm、および前記対比試験片における氷盤との接触面での氷盤の回転方向に直交する方向に対する最大差し渡し長さＡsが、下記式(III−１)を満たすのが望ましく、
Ａs≦Ａm・・・(III−１)
さらに、下記式(III−２)を満たすのが望ましい。
Ａs＝Ａm・・・(III−２)
また、前記本試験片における氷盤との接触面での氷盤の回転方向に対する最大差し渡し長さＢm、および前記対比試験片における氷盤との接触面での氷盤の回転方向に対する最大差し渡し長さＢsが、下記式(IV−１)を満たしてもよく、
Ｂs≦Ｂm・・・(IV−１)
さらに、下記式(IV−２)を満たしてもよい。
Ｂs＜Ｂm・・・(IV−２)

前記氷盤の回転方向に対して前記対比試験片の前方または後方であって、前記本試験片よりも前記対比試験片に近接した位置に水膜測定装置が配置されてなるものであってもよく、氷盤の回転方向に対して前記対比試験片の前方または後方であって、前記本試験片よりも前記対比試験片に近接した位置に水膜除去装置が配置されてなるものであってもよい。
さらに、前記摩擦係数μsおよびμmを測定するための、垂直荷重計測器と接線力計測器とを有する摩擦係数計測システムを備えてもよい。
本発明の氷上摩擦試験方法は、ゴムの氷上性能を評価するにあたり、上記氷上摩擦試験機を用いて、本試験片を用いた測定を行う間に対比試験片を用いた測定を行うことを特徴とする。

なお、本明細書において、本試験片とは、タイヤの実車走行による氷上性能試験に近似した評価データを採取するため、本試験時に用いるゴム試験片を意味し、対比試験片とはより正確なデータを本試験片から採取するため、本試験時の氷状を把握するために用いるゴム試験片を意味する。

本発明の氷上摩擦試験機によれば、本試験時における氷上性状を瞬時に把握することができ、複数回に亘り氷上摩擦試験を実施しても氷上性状の変動に左右されることなく測定結果を得ることができる。また、本発明の氷上摩擦試験機を用いれば、本試験を実施するごとに別途対比試験を行って本試験時における氷上性状を推測する必要がなく、試験工程が簡略化された氷上摩擦試験方法を実現することができる。

本発明に係る氷上摩擦試験機の全体を示す部分断面略線側面図である。 本試験片および対比試験片を保持する保持手段およびこれに保持されてなる本試験片および対比試験片を示す部分断面略線正面図および側面図である。 本試験片の形状を示す図であり、図３（ａ）は略筒状を呈する本試験片Ｘmの斜視図であり、図３（ｂ）は略立方体形状を呈する本試験片Ｘmである。 本試験片Ｘmおよび対比試験片Ｘsが配置されてなる氷盤２の上面概略図である。 本試験片Ｘmおよび対比試験片Ｘsが配置されてなる氷盤２の上面概略図である。

以下、本発明について、必要に応じて図面を参照しつつ、詳細に説明する。
図１は、本発明に係る氷上摩擦試験機の概略構成図を示し、該試験機は冷凍装置（図示せず）及び加熱装置（図示せず）を備えた温度調節（−２０℃〜４０℃）が可能な恒温室１の中央部に、氷盤２を水平姿勢で配置するとともに、この氷盤２を氷盤駆動モータ３により、減速機４を介して回転軸２ａ周りを所望の速度で回転可能ならしめる。氷盤２は回転軸２ａを有していれば特に制限されるものではないが、円環形状を呈した氷盤であるのが好ましい。また、氷盤２は水平姿勢で配置されるものに制限されず、例えば垂直姿勢で配置されるものであってもよい。

ここで、氷盤２は冷水機６内の、冷却機により冷却した水を、略桶状を呈する氷盤枠２ｂに供給するとともに、その枠内の冷却水を、試験機のほぼ全体を囲繞する恒温室１内へ、冷気発生装置５で所望温度に冷却した冷却空気を送給することによって氷結させて形成することができ、これによりその氷盤２は冷却空気温度に応じた氷温に維持される。

図２は、本試験片Ｘmおよび対比試験片Ｘsを保持する保持手段およびこれに保持されてなる本試験片Ｘmおよび対比試験片Ｘsを示す概略図である。ここでは、氷盤２の上方に水平姿勢で配設されてなる試料軸７mによって、試料軸７mの氷盤２側の一端に本試験片Ｘmを着脱自在に保持させる。同様にして、氷盤２の他の上方に水平姿勢で配設されてなる試料軸７sによって、試料軸７sの氷盤２側の一端に対比試験片Ｘsを着脱自在に保持させる。なお、図２では、保持された本試験片Ｘmと対比試験片Ｘsとが、氷盤２上方において回転軸２ａを中心として対向するよう配置されてなる例を示しているが、これに制限されるものではなく、少なくとも保持された本試験片Ｘmと対比試験片Ｘsとが氷盤２の表面に対向して配置されていればよい。また、本発明の氷上摩擦試験機は、上記対比試験片Ｘsを保持する保持手段およびこれに保持されてなる対比試験片Ｘsを少なくとも１つ具えていればよく、これらを複数具えていてもよい。

図２では本試験片Ｘmおよび対比試験片Ｘsの形状は図３（ａ）の部分拡大図に示すような略筒状Ｘm（ａ）を呈しているが、かかる本試験片Ｘmの形状は特に制限されるものではなく、図３（ｂ）の部分拡大図に示すように、一部の相対する面が等脚台形を呈してなるような略立方体状Ｘm（ｂ）を呈していてもよい。また対比試験片Ｘsの形状も本試験片Ｘmと同様の形状を呈し得る。本試験片Ｘm（または対比試験片Ｘs）の形状が略筒状の場合、例えば図３（ａ）に示すように、試料ホルダ３０m（ａ）によって本試験片Ｘm（ａ）（または対比試験片Ｘs（ａ））は保持され、本試験片Ｘm（または対比試験片Ｘs）の形状が略立方体状の場合、例えば図３（ｂ）に示すように、試料ホルダ３０m（ｂ）によって本試験片Ｘm（ｂ）（または対比試験片Ｘs（ｂ））は保持される。なお、本試験片Ｘmを保持する保持手段と対比試験片Ｘsを保持する保持手段とは同一の構成を有するので、以下、かかる保持手段については本試験片Ｘmの保持手段の構成を中心に説示する。

一方、試料軸７mの他端には、特に本試験片Ｘmが略筒状Ｘm（ａ）を呈するような場合、本試験片Ｘmを所望の周速で回転させる試料軸駆動モータ１０mを取り付けてもよく、その中間部に、試料軸７mに発生する軸線周りのトルクを計測するトルクメータ１１mを配設してもよい。この際、略筒状を呈する本試験片Ｘm（ａ）を、試料軸７mの作用によって試験片自体を回転揺動させたり自由転動させたりすることが可能となる。なお、試料軸７mは必ずしも回転することを要せず、本試験片Ｘmの形状が略立方体（Ｘm（ｂ））である場合のように、試料軸の一端に配置された本試験片Ｘmを保持しつつ氷盤２に押圧する際のガイドとして機能するものであってもよい。

本試験片Ｘm（ａ）を試料軸７mの作用によって回転させる場合、一定のスリップ率が付加されるように回転速度を制御するのが望ましい。一般に、氷盤２の回転速度をＶr（ｍ／sec）、本試験片Ｘm（ａ）の回転速度をｖ（ｍ／sec）とすると、スリップ率（％）は下記式（Ａ）で表される。
スリップ率（％）＝（Ｖr−ｖ）／Ｖr×１００・・・（Ａ）
ここで、本発明では上記スリップ率が、通常−２０％〜＋２０％（但し、０％を除く）、好ましくは−１０％〜＋１０％（但し、０％を除く）となるように氷盤２の回転速度Ｖおよび本試験片Ｘm（ａ）の回転速度ｖを適宜制御するのが望ましい。

氷盤２が水平姿勢で配置されてなる場合において、回転軸２ａに沿った、氷盤２に対して近接および離間する方向に変位する上記保持手段の一例では、試料軸７m（および試料軸駆動モータ１０m）をこれらの背面側の昇降プレート１２mで支持する。そして、この昇降プレート１２mの、固定フレーム１３mに対する昇降を、昇降プレート１２mの更に背面側に配設した直動ガイド（図示せず）をもって案内するとともに、固定フレーム１３mに取り付けた往復駆動手段の一例としての試験部昇降シリンダ１４mの作用をもって、回転軸２ａに沿った、氷盤２に対して近接および離間する方向への保持手段の変位を実現する。なお、これら試料軸７m（および試料軸駆動モータ１０m／トルクメータ１１m）の重量を、例えばワイヤを介してバランスウェイト（図示せず）をもって昇降プレート１２mに掛かる重量を相殺してもよい。

上記のような保持手段により、本試験片Ｘmが氷盤２の表面に対向して保持され、試験時には、かかる保持手段が回転軸２ａに沿って氷盤２に対して近接する方向に変位することで、本試験片Ｘmを氷盤２に対して接触させて、圧下シリンダ１９mにより所望の押圧荷重を本試験片Ｘmに掛ける。この押圧荷重を所望により変動させることができるよう、垂直荷重センサや三分力計などを圧下シリンダ１９mと試料軸７mとの間に介装してもよい。また、圧下シリンダ１９mの配設位置を、本試験片Ｘmに作用する押圧力の中心が氷盤２への接触幅の中央部となるよう、選択するのが好ましい。

さらにここでは、固定フレーム１３mに取付けた試験部昇降シリンダ１４mのロッド１５mに、試料軸７mおよび昇降プレート１２mとともに氷盤２に対して近接および離間する方向に変位する圧下シリンダ１９mを中間プレート２０mを介して取り付ける。ここで例えば、本試験片Ｘmを氷盤２に対して接触させる場合は、試料軸７mとともに昇降シリンダ１４mのロッド１５mを最下端まで下降させることにより、保持手段を回転軸２ａに沿って氷盤２に対して近接させる方向に変位させる。このとき試料軸昇降ガイドシャフト２１mの上部と中間プレート２０mとの拘束が解除され、試料軸７m及び昇降プレート１２mがフリーの状態になる。またこの時、昇降シリンダ１４mは最下端でエアーによって固定されるため、圧下シリンダ１９mにより所要の押圧荷重が負荷できる。

なお、本試験片Ｘmが略立方体（Ｘm（ｂ））である場合、試料軸７mを圧下シリンダ１９mに直結してもよく、図３に示すように、本試験片がいずれの形状であってもＹ方向（氷盤２に対して近接する方向）に向けて氷盤２に対して接触し、押圧されることとなる。

一方、本試験片Ｘmを氷盤２に対して離間させる場合は、試料軸７mとともに昇降シリンダ１４mのロッド１５mを最上端まで上昇させることにより試料軸昇降ガイドシャフト２１mの上部と中間プレート２０とが拘束されて、保持手段が回転軸２ａに沿って氷盤２に対して離間する。

このように構成することにより、試験部昇降シリンダ１４mは、本試験片Ｘmを保持する試料軸７mを、その本試験片Ｘmが氷盤２に対して大きく離間する上昇位置と、本試験片Ｘmが氷盤２に対して接触する位置との間で変位させることができ、また、圧下シリンダ１９mは、本試験片Ｘmを氷盤２に所要の力で押圧し、そして、その押圧力を所要に応じて増減させることができる。

図２に示す対比試験片Ｘsを保持する保持手段も上記本試験片Ｘmの保持手段と同様の構成を有し、試験開始にあたっては、氷盤２の表面に対向して保持されてなる本試験片Ｘmが、試料軸７mおよび本試験片Ｘmの上部に配置される圧下シリンダ１９mによって、所望温度に冷却されつつ回転軸２ａ周りに回転されてなる氷盤２に対して接触し、所望の力で押圧され、また氷盤２の表面に対向して保持されてなる対比試験片Ｘsが、試料軸７sおよび対比試験片Ｘsの上部に配置される圧下シリンダ１９sによって、上記同一の氷盤２に対して接触し、所望の力で押圧される。

本発明の氷上摩擦試験機は、上述のように本試験片Ｘmを保持する保持手段と、少なくとも１つの対比試験片Ｘsを保持する少なくとも１つの保持手段とを具え、これら保持手段は氷盤２の回転軸２ａに沿って、氷盤２に対して近接する方向に変位して、これら試験片を同一の氷盤２に対して接触させることができるので、かかる氷上摩擦試験機を用いれば、本試験片Ｘmを用いた測定を行う間に対比試験片Ｘsを用いた測定を行うことが可能となる。上記本試験片Ｘmと氷盤２とが接触して摩擦熱等が発生すると、氷盤２の一部が融解して生じる水分により氷盤２上に水膜が発生したり、対比試験片Ｘsに起因するゴム摩耗粉等の不純物とともにこの水分が再氷結したりすることで氷盤２の性状が大きく変化するおそれがある。しかしながら、本発明の氷上摩擦試験機を用いて、本試験片Ｘmを用いて測定を行う間に対比試験片Ｘsを用いた測定を行うことで、本試験片Ｘmを用いた測定時の氷盤２の性状を瞬時に把握することが可能となるとともに、本試験片Ｘmと対比試験片Ｘsとにおける氷盤２の性状を均一化した元で測定を行うことができる。

一般に、氷盤２の性状は試験片と氷盤との接触による水膜発生量、表面粗さ、温度、試験片に起因するゴム摩耗粉等を含む不純物の発生等の要因によって変動し得るが、これらの要因のうち、特に不純物の発生は、かかる不純物が氷盤上の水分ととともに再氷結することで氷盤の性状が大きく変動するため、測定結果に最も大きな影響を与える。しかしながら、本発明の氷上摩擦試験機を用いれば、本試験片Ｘmを用いた測定時の前または後に別途対比試験片Ｘsを用いた測定を行う必要がなく、度重なる試験の実施による氷盤２の性状の変動やゴム摩耗粉の発生等の影響を極力低減することができ、全試験時間が短縮化されるとともに試験工程全体を簡略化することも可能となる。

さらに本発明の氷上摩擦試験機では、本試験片Ｘmおよび対比試験片Ｘsを試験部昇降シリンダ１４m（１４s）および圧下シリンダ１９m（１９s）等を有する保持手段により氷盤２に接触させた際、これら試験片の氷盤２との接触面の中心から氷盤２の回転軸２ａまでの距離が等しくなるよう、本試験片Ｘmおよび対比試験片Ｘsを配置するのが望ましい。この場合、具体的には、図４（ａ）の氷盤２上面図に示すように、本試験片Ｘmの氷盤２との接触面Ｃmの中心をＯm、対比試験片Ｘsの氷盤２との接触面Ｃsの中心をＯｓとすると、Ｏmから回転軸２ａまでの距離ｄmとＯｓから回転軸２ａまでの距離ｄsとが等しくなる。すなわち、回転軸２ａを中心とする同心円上にＯmおよびＯｓが位置することとなり、氷盤２が回転軸２ａ周りに回転すると、これら本試験片Ｘmおよび対比試験片Ｘsの接触面ＣmおよびＣsが同一の氷盤２上で同一軌道を描くこととなる。このようにすることで、対比試験片Ｘsが氷盤２に接触および押圧されることによって形成される轍によって、本試験片Ｘmに与える影響を可能な限り低減することができる。

さらに、本試験片Ｘmおよび対比試験片Ｘsが、上記条件を満たしつつ氷盤２の回転軸２ａに直交する直線Ｒ上で対向するよう配置するのがより望ましい。この場合、具体的には、図４（ｂ）の氷盤２上面図に示すように、本試験片Ｘmの氷盤２との接触面Ｃmの中心Ｏmから回転軸２ａまでの距離ｄmと対比試験片Ｘsの氷盤２との接触面Ｃsの中心Ｏｓから回転軸２ａまでの距離ｄsとが等しく、かつ上記中心Ｏmと上記中心Ｏｓとが、回転軸２ａに直交する直線Ｒ上に位置することとなる。このようにすることで、本試験片Ｘmと対比試験片Ｘsとを最大限離間して氷盤２上方に配置することとなり、対比試験片Ｘsが氷盤２に接触および押圧されることによって発生する水膜やゴム摩耗粉等によって、本試験片Ｘmに与える影響をも低減しやすくなる。

図４に示すｄmおよびｄsの具体例としては、例えば氷盤２が直径１００〜２００ｃｍの略円環状である場合、ｄmおよびｄsは４５〜９５ｃｍであるのが望ましい。

また、摩擦係数をμ、試験片の接触面（ＣmまたはＣs）の面積をＳ（ｍ²）、試験片に掛かる押圧力をＰ（Ｎ／ｍ²）とすると、一般に荷重Ｗ（Ｎ）は下記式（Ｉ−１）で表され、摩擦力Ｆ（Ｎ）は下記式（Ｉ−２）で表される。
Ｗ＝Ｐ×Ｓ・・・（Ｉ−１）
Ｆ＝μ×Ｗ・・・（Ｉ−２）
ここで、氷盤上に発生する水分量は上記摩擦力Ｆに比例して増減するため、荷重Ｗを可能な限り抑制すると、試験片前後に発生する水分量をより低減することができ、氷盤の性状の変動を効果的に抑制することが可能となる。したがって、対比試験片Ｘsによる本試験片Ｘmへの影響を極力低減するには、本試験片Ｘmの氷盤２との接触面Ｃmの面積をＳm、対比試験片Ｘsに掛かる押圧力をＰmとし、対比試験片Ｘsの氷盤２との接触面Ｃsの面積をＳs、対比試験片Ｘsに掛かる押圧力をＰsとすると、これらが下記式（II−１）を満たすのが望ましい。
Ｐs×Ｓs＜Ｐm×Ｓm・・・（II−１）
より好ましくは、下記式（II−２）
１／１０×Ｐm×Ｓm≦Ｐs×Ｓs≦２／３×Ｐm×Ｓm・・・（II−２）
を満たし、最も好ましくは下記式（II−３）
Ｓs＜Ｓm・・・（II−３）
を満たすのが望ましい。

このような関係を満たすことにより、同一の氷盤２に対して接触しつつも対比試験片Ｘsが氷盤２に接触および押圧されることにより発生する水分量を低減することが可能となり、本試験時における氷盤性状の変動を効果的に抑制することができる。また、対比試験片Ｘsに負荷される荷重Ｗ（＝μ×Ｐs×Ｓs）が必要以上に減じられるのを回避することができるので、得られる測定結果のバラつきを低減することが可能となる。さらに、例えば各々の試験片と氷盤２との間の摩擦係数μ（μsおよびμm）の値が計測不能となるのを回避することもできる。

なお、氷盤２が直径１００〜２００ｃｍの略円環状である場合、本試験片Ｘmの氷盤２との接触面Ｃmの面積Ｓmは、通常１〜５０ｃｍ²、好ましくは１〜１０ｃｍ²であり、対比試験片Ｘsの氷盤２との接触面Ｃsの面積Ｓsは、通常１〜５０ｃｍ²、好ましくは１〜１０ｃｍ²である。

さらに、図５に示すように、図４における接触面Ｃmでの氷盤２の回転方向Ｙに直交する方向に対する最大差し渡し長さをＡm、接触面Ｃsでの氷盤２の回転方向Ｙに直交する方向に対する最大差し渡し長さをＡsとすると、下記式(III−１)を満たすのが望ましく、
Ａs≦Ａm・・・(III−１)
下記式(III−２)を満たすのがより望ましい。
Ａs＝Ａm・・・(III−２)
なお、上記最大差し渡し長さとは、上記接触面における回転方向Ｙに直交する方向に対する差し渡し長さのうち、最も長い差し渡し長さを意味する。

通常、試験片が上記圧下シリンダ１９の作用によって下降し、回転軸２ａ周りに回転してなる氷盤２に押圧されると、接触した氷盤２との間に生じる摩擦によって氷盤２の一部が次第に融解し、氷盤２上に凹部を呈する轍が形成される。したがって、特に複数回に亘る試験を実施する際、試験片が実際に氷盤２と接触するのはこの凹部の底面となる。ここで、本試験片ＸmのＡmと対比試験片ＸsのＡsが上記式(III−１)を満たせば、対比試験片Ｘsによって氷盤２に形成された轍の凹部内に埋設されるように本試験片Ｘmが氷盤２と接触することになるため、本試験片Ｘmと対比試験片Ｘsとの双方を凹部の底面と接触させることができる。さらに上記式(III−２)を満たす場合には、対比試験片Ｘsにより形成される轍の凹部内に嵌合されるような状態で本試験片Ｘmが氷盤２と接触することになり、より確実に本試験片Ｘmと対比試験片Ｘsとの双方を凹部の底面と接触させることができるため、より望ましい。このようにすることで、同一の氷盤２に対して接触しつつも対比試験片Ｘsが形成する轍によって本試験片Ｘmが受ける影響をより低減することが可能となる。

なお、本試験片Ｘmの氷盤２との接触面Ｃmの面積Ｓmが１〜５０ｃｍ²、対比試験片Ｘsの氷盤２との接触面Ｃsの面積Ｓsが１〜２５ｃｍ²である場合、接触面Ｃmでの上記最大差し渡し長さＡmは通常１〜７ｃｍ、好ましくは１〜５ｃｍであり、接触面Ｃsでの上記最大差し渡し長さＡsは通常１〜７ｃｍ、好ましくは１〜５ｃｍである。

特に、本試験片Ｘmおよび対比試験片Ｘsが共に図３（ｂ）に示すような略立方体である場合、さらに対比試験片Ｘsが形成する轍によって本試験片Ｘmが受ける影響を低減するには、上記接触面Ｃmでの氷盤２の回転方向Ｙに対する最大差し渡し長さをＢm、上記接触面Ｃsでの氷盤２の回転方向Ｙに対する最大差し渡し長さをＢsとすると、上記式(III−１)または(III−２)に加えて下記式(IV−１)を満たすのが望ましく、
Ｂs≦Ｂm・・・(IV−１)
下記式(IV−２)を満たすのがより望ましい。
Ｂs＜Ｂm・・・(IV−２)
なお、上記最大差し渡し長さとは、上記接触面における回転方向Ｙに対する差し渡し長さのうち、最も長い差し渡し長さを意味する。

試験片が図３（ｂ）に示す略立方体である場合、かかる略立方体の角部が試験片と氷盤２との摩擦により形成される轍の壁面に接触してゴム摩耗粉が発生し、氷盤２の性状が大きく変動するおそれがある。また、かかる接触により轍の壁面が損傷を受けて轍の凹部形状が湾曲した形状に変動し、平滑な凹部底面が曲面を呈することとなり、試験片を凹部底面に充分に接触させることができなくなるおそれもある。しかしながら、本試験片Ｘmにおける接触面Ｃmでの最大差し渡し長さＢmと対比試験片Ｘsの接触面Ｃsでの最大差し渡し長さＢsとが上記式(IV−１)を満たせば、同一の氷盤２に対して接触しつつも最大差し渡し長さＢsを抑えて対比試験片Ｘsの角部が轍の壁面に接触するのを回避することができ、氷盤２の損傷やゴム摩耗粉の発生等を抑制することができるとともに、試験片を轍の凹部底面に確実に接触させることが可能となる。また対比試験片Ｘsの接触面Ｃsの面積Ｓsをも縮小することもできるので、上記式（Ｉ−１）〜（Ｉ−２）に示すように対比試験片Ｘsの接触によって発生する水分量をも低減することができる。さらに上記式(IV−２)を満たせば、これらの効果をより確実なものとすることができる。

なお、本試験片Ｘmの氷盤２との接触面Ｃmでの上記最大差し渡し長さＡmが１〜７ｃｍ、対比試験片Ｘsの氷盤２との接触面Ｃsでの上記最大差し渡し長さＡsが１〜７ｃｍである場合、接触面Ｃmでの上記最大差し渡し長さＢmは通常１〜７ｃｍ、好ましくは１〜５ｃｍであり、接触面Ｃsでの上記最大差し渡し長さＢsは通常１〜５ｃｍ、好ましくは１〜３ｃｍである。

上記対比試験片Ｘsを用いた測定としては、対比試験片Ｘsと氷盤２との間の摩擦係数μsの測定が好適なものとして挙げられる。かかる摩擦係数μsを測定することで、対比試験片Ｘsと氷盤２とが接触することによって、上記式（Ｉ−２）で表される摩擦力Ｆに比例して増減する水分量を把握することができ、本試験時の氷盤２の性状を正確に把握することが可能となる。また対比試験片Ｘsに負荷する押圧力Ｐsを加減することで、発生する水分量を適宜調整することも可能となる。同様に、本試験片Ｘmを用いた測定としても、本試験片Ｘmと氷盤２との間の摩擦係数μmの測定が好適であり、摩擦係数μmの測定結果に応じて、本試験片Ｘmと氷盤２とが接触することによって発生する水分量を適宜調製することが可能となる。上記摩擦係数μsまたは摩擦係数μmの測定を行うために配置される装置としては、特に制限されるものではなく、例えば垂直荷重計測器と接線力計測器とを有する摩擦係数計測システムが好適なものとして挙げられる。

また、氷盤２の回転軸２ａ周りの回転方向Ｚに対して上記対比試験片Ｘsの前方または後方であって、本試験片Ｘmよりも対比試験片Ｘsに近接した位置に水膜測定装置を配置するのが望ましい。このようにすることで、対比試験片Ｘsと氷盤２との摩擦により対比試験片Ｘsの前方または後方に生じた水分によって氷盤２上に形成される水膜を瞬時に把握することができ、かかる水膜に影響され得る本試験片Ｘmの試験データの変動をも正確に把握することが可能となる。ここで、対比試験片Ｘsの形状が図３（ｂ）に示すような略立方体状である場合、この形状に起因して、回転方向Ｚに対して対比試験片Ｘsの後方に発生する水分が対比試験片Ｘsの前方にまで回り込みにくく、後方に発生した水分によって形成される水膜が測定結果に及ぼす影響は少ないので、専ら対比試験片Ｘsの前方に発生する水分によって形成される水膜が測定結果に影響を及ぼすため、回転方向Ｚに対して対比試験片Ｘsの前方の位置、例えば図５に示す位置Ｑに、水膜測定装置を配置するのがより効果的である。

さらに、氷盤２の回転軸２ａ周りの回転方向Ｚに対して上記対比試験片Ｘsの前方または後方であって、本試験片Ｘmよりも対比試験片Ｘsに近接した位置に水膜除去装置を具えるのが望ましい。水膜除去装置は、通常、ブラシやスポンジ等の水膜除去機能を備えており、かかる装置を配置することで対比試験片Ｘsの前方または後方の氷盤２上に形成された余分な水膜を除去して、より正確な試験データを得ることが可能となる。ここで、対比試験片Ｘsの形状が図３（ｂ）に示すような略立方体状である場合、この形状に起因して、回転方向Ｚに対して対比試験片Ｘsの後方に発生する水分が対比試験片Ｘsの前方にまで回り込みにくく、後方に発生した水分によって形成される水膜が測定結果に及ぼす影響は少ないので、専ら対比試験片Ｘsの前方に発生する水分によって形成される水膜が測定結果に影響を及ぼすため、回転方向Ｚに対して対比試験片Ｘsの前方の位置、例えば図５に示す位置Ｑに水膜除去装置を配置するのがより効果的である。このようにすることで、回転方向Ｚに対して本試験片Ｘmの前方における氷盤２の表面を常に乾燥した状態に保持しやすくなり、より安定した試験データを得ることが可能となる。

なお、上記水膜測定装置と水膜除去装置との双方を配置する場合、対比試験片Ｘsの形状がいずれの形状であっても、回転方向Ｚに対して水膜測定装置の後方の位置に上記水膜除去装置を配置するのが望ましい。これによって、水膜除去装置で余分な水膜が除去された氷盤２の性状を本試験片Ｘmを用いた測定の直前に、水膜測定装置で把握することができる。

１ ： 恒温室
２ ： 氷盤
２ａ： 回転軸
２ｂ： 氷盤枠
３ ： 氷盤駆動モータ
４ ： 減速機
５ ： 冷気発生装置
６ ： 冷水機
７m、７s： 試料軸
１０m、１０s： 試料軸駆動モータ
１１m、１１s： トルクメータ
１２m、１２s： 昇降プレート
１３m、１３s： 固定フレーム
１４m、１４s： 試験部昇降シリンダ
１９m、１９s： 圧下シリンダ
２０m、２０s： 中間プレート
２１m、２１s： 試料軸昇降ガイドシャフト
Ｒ ： 氷盤２の回転軸２ａに直交する直線
Ｘm ： 本試験片
Ｘs ： 対比試験片
Ｙ ： 試験片の氷盤２に対して近接する方向
Ｚ ： 氷盤２の回転軸２ａ周りの回転方向
Ｑ ： 水膜測定装置または水膜除去装置の好適な配置位置

Claims (16)

1. 本試験片および対比試験片を用いた測定を行う氷上摩擦試験機であって、
   回転軸を有し、該回転軸周りに回転可能な氷盤と、
   前記氷盤の表面に対向して本試験片を保持する保持手段および少なくとも１つの対比試験片を保持する少なくとも１つの保持手段とを具え、
   前記保持手段は、前記回転軸に沿って、前記氷盤に対して近接および離間する方向に変位して、前記本試験片および前記対比試験片を同一の氷盤に対して接触および離間させることを特徴とする氷上摩擦試験機。
2. 前記氷盤が、略円環形状を呈する氷盤であることを特徴とする請求項１に記載の氷上摩擦試験機。
3. 前記本試験片および前記対比試験片を前記氷盤に対して接触させた際に、これら本試験片および対比試験片が、本試験片における氷盤との接触面の中心から氷盤の回転軸までの距離と、対比試験片における氷盤との接触面の中心から氷盤の回転軸までの距離とが等しくなるよう配置されてなることを特徴とする請求項１または２に記載の氷上摩擦試験機。
4. 前記対比試験片を用いた測定が、前記対比試験片と前記氷盤との間の摩擦係数μsの測定であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の氷上摩擦試験機。
5. 前記本試験片を用いた測定が、前記本試験片と前記氷盤との間の摩擦係数μmの測定であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の氷上摩擦試験機。
6. 前記本試験片および前記対比試験片を前記氷盤に対して接触させた際に、これら本試験片および対比試験片が、氷盤の回転軸に直交する直線上で対向するよう配置されてなることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の氷上摩擦試験機。
7. 前記本試験片および前記対比試験片を前記氷盤に対して接触させた際に、本試験片における氷盤との接触面の面積Ｓm、本試験片に掛かる押圧力Ｐm、対比試験片における氷盤との接触面の面積Ｓs、および対比試験片に掛かる押圧力Ｐsが、下記式（II−１）を満たすことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の氷上摩擦試験機。
   Ｐs×Ｓs＜Ｐm×Ｓm・・・（II−１）
8. 前記面積Ｓm、前記押圧力Ｐm、前記面積Ｓs、および前記押圧力Ｐsが、下記式（II−２）を満たすことを特徴とする請求項７に記載の氷上摩擦試験機。
   １／１０×Ｐm×Ｓm≦Ｐs×Ｓs≦２／３×Ｐm×Ｓm・・・（II−２）
9. 前記本試験片における氷盤との接触面での氷盤の回転方向に直交する方向に対する最大差し渡し長さＡm、および前記対比試験片における氷盤との接触面での氷盤の回転方向に直交する方向に対する最大差し渡し長さＡsが、下記式(III−１)を満たすことを特徴とする請求項７または８に記載の氷上摩擦試験機。
   Ａs≦Ａm・・・(III−１)
10. 前記最大差し渡し長さＡmおよび前記最大差し渡し長さＡsが、下記式(III−２)を満たすことを特徴とする請求項９に記載の氷上摩擦試験機。
    Ａs＝Ａm・・・(III−２)
11. 前記本試験片における氷盤との接触面での氷盤の回転方向に対する最大差し渡し長さＢm、および前記対比試験片における氷盤との接触面での氷盤の回転方向に対する最大差し渡し長さＢsが、下記式(IV−１)を満たすことを特徴とする請求項７〜１０のいずれかに記載の氷上摩擦試験機。
    Ｂs≦Ｂm・・・(IV−１)
12. 前記最大差し渡し長さＢmおよび前記最大差し渡し長さＢsが、下記式(IV−２)を満たすことを特徴とする請求項１１に記載の氷上摩擦試験機。
    Ｂs＜Ｂm・・・(IV−２)
13. 前記氷盤の回転方向に対して前記対比試験片の前方または後方であって、前記本試験片よりも前記対比試験片に近接した位置に水膜測定装置が配置されてなることを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載の氷上摩擦試験機。
14. 前記氷盤の回転方向に対して前記対比試験片の前方または後方であって、前記本試験片よりも前記対比試験片に近接した位置に水膜除去装置が配置されてなることを特徴とする請求項１〜１３のいずれかに記載の氷上摩擦試験機。
15. 前記摩擦係数μsおよびμmを測定するための、垂直荷重計測器と接線力計測器とを有する摩擦係数計測システムを具えることを特徴とする請求項４〜１４のいずれかに記載の氷上摩擦試験機。
16. ゴムの氷上性能を評価するにあたり、請求項１〜１５のいずれかに記載の氷上摩擦試験機を用いて、前記本試験片を用いた測定を行う間に前記対比試験片を用いた測定を行うことを特徴とする氷上摩擦試験方法。

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