JP6805908B2 - 摩擦性能の評価方法 - Google Patents

Description

本発明は、加硫ゴムの摩擦性能の評価方法に関する。

近年、加硫ゴムは、種々の用途に利用されている。例えば、加硫ゴムは、タイヤのトレッドに用いられる。タイヤが装着された車両が路面を走行するとき、加硫ゴムからなるトレッドが路面と接触する。路面に対する加硫ゴムの摩擦性能は、タイヤのグリップ性能等に影響する。タイヤ開発上、加硫ゴムの摩擦性能を、精度よく簡便に評価する方法が求められている。

加硫ゴムの摩擦性能に関し、従来、ヒステリシス摩擦及び粘着摩擦の寄与が知られている。ヒステリシス摩擦は、加硫ゴムの周期的な変形及び復元に伴って生じるエネルギー損失として定義される。粘着摩擦とは、加硫ゴムと路面との付着及び剪断により生じる摩擦である。

これまで、車両が走行する路面（以下、実路面と称する）における加硫ゴムの摩擦性能には、ヒステリシス摩擦による寄与が特に大きいと考えられてきた。このヒステリシス摩擦の寄与を評価する方法として、例えば、加硫ゴムの損失正接（ｔａｎδ）を指標とする方法が提案されている。しかし、この損失正接（ｔａｎδ）による摩擦性能の評価結果は、必ずしも、実路面における評価結果と相関するものではなかった。実路面における加硫ゴムの摩擦性能には、粘着摩擦による寄与も場合によっては無視できない程度に大きいと考えられる。

ヒステリシス摩擦及び粘着摩擦は、いずれも加硫ゴムと路面との接触により生じる。加硫ゴムと路面との接触状態が、ヒステリシス摩擦及び粘着摩擦に影響する。通常、実路面の表面には、ミクロンサイズの凹凸が多数存在する。ミクロスケールでは、実路面における多数の微細な凸部が、実際に加硫ゴムと接触して、ヒステリシス摩擦及び粘着摩擦に影響する。加硫ゴムの摩擦性能の評価には、このミクロスケールでの接触状態の把握が重要である。

下記非特許文献１には、光学顕微鏡を用いて、透明なゴム平板とガラス半球との接触状態を調べる方法が開示されている。下記非特許文献２には、透過光学系装置を用いて、透明な物体同士の真実接触部を観察する方法と、反射光学系装置を用いて、少なくとも一方が透明な物体同士の真実接触部を観察する方法とが開示されている。

日本ゴム協会誌第８８巻第２号第４３頁（２０１５年） 日本ゴム協会誌第８５巻第１０号第３１３頁（２０１２年）

加硫ゴムには、カーボンブラック、シリカ、水酸化アルミニウム、炭酸カルシウム、タルク等の充填剤が配合される場合がある。タイヤのトレッドゴムに例示されるように、実用に供される加硫ゴムには、配合された充填剤に起因して、不透明なものが多い。また、加硫ゴムからなるタイヤが走行する路面も、通常は、不透明である。非特許文献１及び２に開示された方法によって、不透明な加硫ゴムと不透明な実路面との接触状態を正確に把握することは、困難である。

また、多数の微細な凹凸を有する路面との摩擦により、加硫ゴムの表面状態が変動する場合がある。例えば、走行中のタイヤでは、トレッドゴムの内部から粘着性物質が滲出して、トレッド表面に付着する。タイヤ表面の粘着性物質は、摩擦性能に影響する。加硫ゴムの表面状態の変動は、実路面での評価結果との齟齬の原因の一つと考えられるが、加硫ゴムの摩擦性能評価結果に、この表面状態の変動による影響を反映しうる評価方法は、未だ提案されていない。

本発明の目的は、加硫ゴムの摩擦性能を、精度よく評価することができる評価方法の提供である。

本発明に係る摩擦性能評価方法は、
（１）加硫ゴムからなり、その面積が既知の第一測定面を有する第一供試体と、この第一供試体と同じ配合の加硫ゴムからなり、その面積が既知の第二測定面を有する第二供試体と、荷重によりその屈折率又は透明度が変化する特性を有する樹脂組成物からなる第一薄膜及び第二薄膜と、その上面に試験面を備えた試験体とを準備する準備工程、
（２）第一測定面を摩擦処理する処理工程、
（３）第一薄膜の一方の面を試験面に接触させ、この第一薄膜の他方の面に、摩擦処理された第一測定面を押しあてることにより、この第一薄膜に荷重する第一荷重工程、
（４）第二薄膜の一方の面を試験面に接触させ、この第二薄膜の他方の面に、第二測定面を押しあてることにより、この第二薄膜に荷重する第二荷重工程、
（５）荷重された第一薄膜を採取して、この第一薄膜の屈折率又は透明度が変化した領域の面積を計測することにより、摩擦処理された第一測定面と試験面との実接触面積を算出する第一計測工程
及び
（６）荷重された第二薄膜を採取して、この第二薄膜の屈折率又は透明度が変化した領域の面積を計測することにより、摩擦処理されていない第二測定面と試験面との実接触面積を算出する第二計測工程
を含む。摩擦処理された第一測定面の単位面積当たりの実接触面積がＳ１であり、摩擦処理されていない第二測定面の単位面積当たりの実接触面積がＳ２であるとき、この評価方法では、実接触面積Ｓ１及びＳ２を指標として、加硫ゴムの摩擦性能を評価する。好ましくは、この指標は、実接触面積Ｓ２に対する実接触面積Ｓ１の比（Ｓ１／Ｓ２）である。

好ましくは、この樹脂組成物の基材樹脂はポリカーボネート樹脂である。この樹脂組成物からなる第一薄膜及び第二薄膜は、荷重により白色化する特性を有している。第一計測工程及び第二計測工程では、この白色化した領域の面積を計測して実接触面積を算出する。

好ましくは、この摩擦処理された第一測定面上には、粘着性物質が存在している。

好ましくは、第一薄膜の厚みは０．５μｍ以上２．０μｍ以下である。好ましくは、第二薄膜の厚みは、０．５μｍ以上２．０μｍ以下である。好ましくは、第一薄膜の厚みと第二薄膜の厚みとが、同じである。

第一荷重工程において、好ましくは、第一薄膜は０．１ＭＰａ以上１．０ＭＰａ以下の圧力で荷重される。第二荷重工程において、好ましくは、第二薄膜は０．１ＭＰａ以上１．０ＭＰａ以下の圧力で荷重される。好ましくは、第一薄膜と第二薄膜とは、同じ圧力で荷重される。

好ましくは、この試験面は、その表面に多数の微細な凹凸を有する擬似路面である。

本発明に係る評価方法は、加硫ゴムと路面との実接触面積を精度よく算出する工程を含んでいる。この評価方法では、摩擦処理された加硫ゴムの実接触面積の、摩擦処理されていない加硫ゴムの実接触面積に対する比を指標として、加硫ゴムの摩擦性能を評価する。この評価方法で得られる評価結果は、実路面における評価結果と高い精度で相関する。

図１は、本発明の一実施形態に係る評価方法のフローチャートである。 図２は、図１の処理工程が示された概略図である。 図３は、図１の第一荷重工程及び第二荷重工程を説明する概略図である。 図４は、図１の第一計測工程で得られた第一薄膜の撮影画像である。 図５は、図１の第二計測工程で得られた第二薄膜の撮影画像である。

以下、適宜図面を参照しつつ、好ましい実施形態に基づいて本発明の詳細を説明するが、この説明に基づいて本発明が限定的に解釈されるものではない。

図１は、本発明の一実施形態に係る評価方法が示されたフローチャートである。この評価方法は、準備工程、処理工程、第一荷重工程及び第二荷重工程並びに第一計測工程及び第二計測工程を含む。この評価方法は、準備工程後に、処理工程を経て、第一荷重工程から第一計測工程に進むラインＡと、準備工程後に、処理工程を経ることなく、第二荷重工程から第二計測工程に進むラインＢとからなる。

準備工程は、加硫ゴムからなり、その面積が既知の第一測定面を有する第一供試体と、この第一供試体と同じ配合の加硫ゴムからなり、その面積が既知の第二測定面を有する第二供試体と、荷重によりその屈折率又は透明度が変化する特性を有する樹脂組成物からなる第一薄膜及び第二薄膜と、その上面に試験面を備えた試験体とを準備する工程である。この実施形態では、第一測定面の面積はＡ１である。第二測定面の面積はＡ２である。第一供試体、第一薄膜及び試験体が、ラインＡに供される。第二供試体、第二薄膜及び試験体が、ラインＢに供される。

ラインＡでは、初めに、処理工程で、第一供試体の第一測定面を摩擦処理する。図２は、この実施形態の処理工程を示す概略図である。詳細には、摩擦試験装置（図示されず）を用いて、第一供試体２の第一測定面６を摩擦処理する工程を説明するための概略図である。図２において、紙面上下方向が鉛直方向であり、紙面左右方向が水平方向である。

この実施形態では、先ず、摩擦面１８を備えた摩擦試験装置として、HENTSCHEL社製のPortable friction tester（ＰＦＴ装置）が準備される。次に、摩擦面１８上に第一供試体２を載置して、この摩擦面１８と、第一供試体２の第一測定面６とを接触させる。続いて、この第一供試体２に荷重を負荷して、第一測定面６を摩擦面１８に押しあてながら移動させることにより、第一測定面６を摩擦処理する。図２に示された矢印Ｆ１は、第一供試体２に荷重する方向であり、矢印Ｄは、第一供試体２の移動方向である。

第一荷重工程は、試験体の試験面と摩擦処理された第一測定面６との間に第一薄膜を設置して、この第一薄膜に荷重する工程である。以下、図３に示される概略図を用いて、この実施形態の第一荷重工程を説明する。図３において、紙面上下方向が鉛直方向であり、紙面左右方向が水平方向である。

この実施形態では、その表面に多数の微細な凹凸を有する試験面１６を備えた試験体１４が準備される。次に、この試験面１６の上に、第一薄膜１０を載置する。図示されるとおり、この試験面１６に載置された第一薄膜１０の一方の面には、試験面１６と接触する領域と、接触しない領域とが形成される。

続いて、この第一薄膜１０の上に第一供試体２を載置して、この第一薄膜１０の他方の面に、摩擦処理された第一測定面６を接触させる。その後、図３に矢印Ｆ２として示される方向に荷重して、摩擦処理された第一測定面６を第一薄膜１０に押しあてることにより、第一薄膜１０に荷重する。この実施形態では、第一薄膜１０は、主として、試験面１６との接触領域において荷重される。前述したとおり、第一薄膜１０は、荷重により屈折率又は透明度が変化する特性を有する樹脂組成物からなる。この実施形態では、主として、第一薄膜１０と試験面１６との接触領域の屈折率又は透明度が、荷重により変化する。

この評価方法では、第一薄膜１０と試験面１６との接触領域が、摩擦処理された第一測定面６と試験面１６との接触領域（以下、実接触部と称する）に対応する。即ち、第一荷重工程を経た第一薄膜１０において、荷重により屈折率又は透明度が変化した領域（以下、変化領域）が、摩擦処理された第一測定面６と試験面１６との実接触部である。この第一荷重工程とは、換言すれば、摩擦処理された第一測定面６と、試験面１６との実接触部において第一薄膜１０に荷重して、この実接触部に対応する領域の屈折率又は透明度を変化させる工程である。

第一計測工程は、第一薄膜１０の、荷重によって屈折率又は透明度が変化した領域の面積を計測し、試験面１６と、摩擦処理された第一測定面６との実接触面積Ｂ１を算出する工程である。この実施形態では、光学顕微鏡による画像解析により、変化領域の面積を計測する。

図４は、第一荷重工程を経た第一薄膜１０のマイクロスコープによる撮影画像である。白色部分が、荷重によって屈折率又は透明度が変化した領域であり、試験面１６と、摩擦処理された第一測定面６との実接触部２０に対応する領域である。この図４の画像を二値化処理した後、白色部分の面積を、試験面１６と、摩擦処理された第一測定面６との実接触面積Ｂ１として計測する。続いて、この実接触面積Ｂ１を、第一測定面６の面積Ａ１で除して、試験面１６に対する、摩擦処理された第一測定面６の単位面積当たりの実接触面積Ｓ１（＝Ｂ１／Ａ１）を算出する。

ラインＢでは、処理工程を実施しない。この実施形態では、図３において、第一供試体２を第二供試体４に変更し、第一薄膜１０を第二薄膜１２に変更する以外は、第一荷重工程と同様にして、第二荷重工程をおこなう。

詳細には、先ず、試験面１６の上に、第二薄膜１２を載置して、この第二薄膜１２の一方の面に、試験面１６と接触する領域を形成する。続いて、この第二薄膜１２の上に、第二供試体４を載置して、この第二薄膜１２の他方の面に、摩擦処理されていない第二測定面８を接触させる。その後、図３に矢印Ｆ２として示される方向に荷重して、摩擦処理されていない第二測定面８を第二薄膜１２に押しあてる。これにより、第二薄膜１２は、主として、試験面１６との接触領域において荷重される。この実施形態では、主として、第二薄膜１２と試験面１６との接触領域の屈折率又は透明度が、荷重により変化する。

この評価方法では、第二薄膜１２と試験面１６との接触領域が、摩擦処理されていない第二測定面８と試験面１６との実接触部に対応する。即ち、第二荷重工程を経た第二薄膜１２における変化領域が、摩擦処理されていない第二測定面８と試験面１６との実接触部である。この第二荷重工程とは、換言すれば、摩擦処理されていない第二測定面８と、試験面１６との実接触部において第二薄膜１２に荷重して、この実接触部に対応する領域の屈折率又は透明度を変化させる工程である。

第二計測工程は、第二薄膜１２の変化領域の面積を計測し、試験面１６と、摩擦処理されていない第二測定面８との実接触面積Ｂ２を算出する工程である。

図５は、第二荷重工程を経た第二薄膜１２のマイクロスコープによる撮影画像である。白色部分が、荷重によって屈折率又は透明度が変化した領域であり、試験面１６と、摩擦処理されていない第二測定面８との実接触部２０に対応する領域である。この図５の画像を二値化処理した後、白色部分の面積を、試験面１６と、摩擦処理されていない第二測定面８との実接触面積Ｂ２として計測する。続いて、この実接触面積Ｂ２を、第二測定面８の面積Ａ２で除して、試験面１６に対する、摩擦処理されていない第二測定面８の単位面積当たりの実接触面積Ｓ２（＝Ｂ２／Ａ２）を算出する。

この実施形態では、摩擦処理された第一測定面６の単位面積当たりの実接触面積Ｓ１の、摩擦処理されていない第二測定面８の単位面積当たりの実接触面積Ｓ２に対する比（Ｓ１／Ｓ２）を指標として、第一供試体２及び第二供試体４をなす加硫ゴムの摩擦性能を評価する。この比（Ｓ１／Ｓ２）を指標として得られる評価結果は、実路面での加硫ゴムの摩擦性能と、高い精度で相関する。

この評価方法では、加硫ゴムからなる第一供試体２及び第二供試体４を準備する方法は特に限定されない。例えば、所定の配合に従って、基材ゴム及び各種添加剤をオープンロール、バンバリーミキサー等に投入して混練することにより未加硫ゴムとし、この未加硫ゴムを所定の形状の金型中で加熱及び加圧して、加硫ゴムからなるシートを作製し、この加硫ゴムシートを所定の形状に切削加工して、第一供試体２及び第二供試体４を準備してもよい。また、未加硫ゴムをトレッド等の形状に併せて押出加工した後、他のタイヤ部材と併せて加硫機中で加熱及び加圧することによりタイヤを製造し、このタイヤのトレッド表面をなす加硫ゴムを、所定形状に切り出すことにより、第一供試体２及び第二供試体４を準備してもよい。市販のタイヤのトレッドから採取した加硫ゴムを、第一供試体２及び第二供試体４として準備することも可能である。

この評価方法において、第一供試体２及び第二供試体４は、同じ配合の加硫ゴムからなる。第一供試体２及び第二供試体４をなす加硫ゴムに配合される基材ゴム及び各種添加剤の種類は、特に限定されない。例えば、基材ゴムとして、天然ゴム、ポリブタジエン、スチレン−ブタジエン共重合体、ポリイソプレン、エチレン−プロピレン−ジエン三元共重合体、ポリクロロプレン、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体及びイソブチレン−イソプレン共重合体が挙げられる。添加剤としては、充填剤、ステアリン酸、オイル、ワックス、酸化亜鉛、可塑剤、硫黄、加硫促進剤及び老化防止剤が挙げられる。具体的な加硫ゴムの配合例としては、タイヤのトレッドゴム用の配合が挙げられる。

好ましくは、第一供試体２及び第二供試体４の形状は、所定の厚さを有する板状又はシート状である。好ましくは、第一供試体２が有する第一測定面６及び第二供試体４が有する第二測定面８は、略平面である。第一供試体２が板状又はシート状の場合、その上面又は下面が第一測定面６とされる。第二供試体４が板状又はシート状の場合、その上面又は下面が第二測定面８とされる。この評価方法では、第一供試体２及び第二供試体４の平面視形状及びその大きさに特に制限はない。精度向上及び作業効率上の観点から、第一供試体２の平面視形状と第二供試体４の平面視形状とが、略同じであることが好ましい。同様の観点から、第一測定面６の面積と、第二測定面８の面積とが、概ね同じであることが好ましい。

精度向上及び作業性の観点から、第一供試体２の厚みは、５ｍｍ以上が好ましく、６ｍｍ以上がより好ましい。第一供試体２の厚みは、２０ｍｍ以下が好ましい。同様の観点から、第二供試体４の厚みは、５ｍｍ以上が好ましく、６ｍｍ以上がより好ましい。第二供試体４の厚みは、２０ｍｍ以下が好ましい。好ましくは、第一供試体２の厚みと、第二供試体４の厚みとは同じである。なお、第一供試体２に関しては、処理工程を経た後に、切削加工等によりその形状及び厚みを調整することも可能である。

第一薄膜１０及び第二薄膜１２をなす樹脂組成物の種類は、特に限定されず、荷重によりその屈折率又は透明度が変化する特性を有する樹脂組成物が、適宜選択されて用いられる。この樹脂組成物の基材樹脂として、例えば、ポリカーボネート樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等のポリエステル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリスチレン、ポリ（アクリロニトリル−スチレン）系共重合体等のスチレン系樹脂、ポリメタクリル酸メチル等のアクリル系樹脂等が挙げられる。２種以上を併用してもよい。

好ましい基材樹脂は、ポリカーボネート樹脂である。基材樹脂がポリカーボネート樹脂である樹脂組成物からなる第一薄膜１０及び第二薄膜１２は、透明性が高く、かつ、荷重によって白色化する。本発明の目的が達成される限り、第一薄膜１０及び第二薄膜１２をなす樹脂組成物の基材樹脂が、ポリカーボネート樹脂と他の樹脂とを含んでもよい。基材樹脂の主成分が、ポリカーボネート樹脂である樹脂組成物が好ましい。本発明の効果が阻害されない限り、この樹脂組成物は、さらに、酸化防止剤、界面活性剤、帯電防止剤等の添加剤を含みうる。第一薄膜１０をなす樹脂組成物と、第二薄膜１２をなす樹脂組成物とが、同じであることが好ましい。

この評価方法において、第一薄膜１０及び第二薄膜１２の厚みは、樹脂組成物の種類及びその特性により適宜選択されうる。好ましくは、０．１ＭＰａ以上１．０ＭＰａ以下の圧力で荷重したときに、少なくとも一部の領域の屈折率又は透明度が変化するように、第一薄膜１０及び第二薄膜１２の厚みを設定する。第一薄膜１０の厚みと、第二薄膜１２の厚みとが同じであることが好ましい。

第一薄膜１０をなす樹脂組成物の基材樹脂がポリカーボネート樹脂の場合、荷重による白色化の観点から、第一薄膜１０の厚みは、２．０μｍ以下が好ましく、１．８μｍ以下がより好ましい。耐久性の観点から、好ましい第一薄膜１０の厚みは、０．５μｍ以上である。同様に、第二薄膜１２をなす樹脂組成物の基材樹脂がポリカーボネート樹脂の場合、荷重による白色化の観点から、第二薄膜１２の厚みは、２．０μｍ以下が好ましく、１．８μｍ以下がより好ましい。耐久性の観点から、好ましい第二薄膜１２の厚みは、０．５μｍ以上である。

第一薄膜１０及び第二薄膜１２については、その平面視形状及び大きさは特に限定されない。好ましくは、第一薄膜１０と第二薄膜１２とは、平面視同形状である。好ましくは、第一薄膜１０は第一測定面６より大きく、第二薄膜１２は第二測定面８より大きい。

この評価方法において、第一薄膜１０及び第二薄膜１２を準備する方法は特に限定されず、選択した樹脂組成物の種類及び物性に応じて、溶液流延法（キャスティング法）、溶融押出成形法、熱プレス法等が適宜選択されて用いられる。例えば、樹脂組成物の基材樹脂がポリカーボネート樹脂である場合、透明度が高く、厚みが均一な第一薄膜１０及び第二薄膜１２を形成できる方法として、溶液流延法が好適である。

この評価方法では、試験体１４の形状及び大きさは特に限定されない。好ましくは、試験体１４は、その上面に、略平面状の試験面１６を備えている。好ましくは、この試験面１６は、その表面に多数の微細な凹凸を有する擬似路面である。この擬似路面の材質として、例えば、各種アスファルト、コンクリート、砥石等が挙げられる。試験面１６が、実路面であってもよい。

処理工程における摩擦処理条件は、特に限定されず、第一供試体２をなす加硫ゴムの種類、第一供試体２の形状等に応じて適宜設定される。例えば、前述の摩擦試験装置を使用する場合、摩擦面１８をウェット状態又はドライ状態に設定してもよい。この摩擦面１８に第一測定面６を押しあてながら、第一供試体２を複数回移動させることにより、第一測定面６を摩擦処理してもよい。本発明の目的が達成される限り、摩擦試験装置以外の方法により、第一測定面６を摩擦処理してもよい。

好ましくは、処理工程を経た第一測定面６の表面には、粘着性物質が存在する。この粘着性物質の詳細は明らかではないが、第一供試体２をなす加硫ゴムに含まれる各種添加剤の一部又はその誘導体が、摩擦処理によって第一測定面６に滲出して堆積した混合物と推測される。この評価方法において、好ましくは、第一測定面６の表面に粘着性物質が付着した状態の第一供試体２が、第一荷重工程に供される。

第一荷重工程及び第二荷重工程において、第一薄膜１０及び第二薄膜１２に荷重する方法は、特に限定されない。簡便には、第一供試体２又は第二供試体４の上面に、所定の質量を有するウェイトを一定時間載置する方法が用いられる。適宜選択した加圧プレス機等により荷重する方法もとりうる。

第一荷重工程及び第二荷重工程における荷重条件は、第一薄膜１０及び第二薄膜１２をなす樹脂組成物の種類に応じて、適宜設定される。第一薄膜１０の少なくとも一部及び第二薄膜１２の少なくとも一部に、変化領域を形成しうる荷重条件が好ましい。第一薄膜１０及び第二薄膜１２を、同じ条件で荷重することが好ましい。

第一薄膜１０をなす樹脂組成物の基材樹脂が、ポリカーボネート樹脂である場合、好ましくは０．１ＭＰａ以上、より好ましくは０．２ＭＰａ以上の圧力で第一薄膜１０に荷重する。これにより、第一薄膜１０の少なくとも一部が、検出可能な程度に白色化する。第一薄膜１０の変形又は破損防止の観点から、１．０ＭＰａ以下の圧力で荷重することが好ましい。

第二薄膜１２をなす樹脂組成物の基材樹脂が、ポリカーボネート樹脂である場合、好ましくは０．１ＭＰａ以上、より好ましくは０．２ＭＰａ以上の圧力で第二薄膜１２に荷重する。これにより、第二薄膜１２の少なくとも一部が、検出可能な程度に白色化する。第二薄膜１２の変形又は破損防止の観点から、１．０ＭＰａ以下の圧力で荷重することが好ましい。

第一計測工程及び第二計測工程において、変化領域の面積を計測する方法は特に限定されない。第一薄膜１０及び第二薄膜１２をなす樹脂組成物の種類及び物性に応じて、光学顕微鏡等による画像解析、吸光度測定、透過率測定、濁度測定、屈折率測定、白色度測定、光学濃度測定等が適宜選択されて用いられる。第一薄膜１０及び第二薄膜１２をなす樹脂組成物の基材樹脂が、ポリカーボネート樹脂である場合、光学顕微鏡による画像解析法が好適に用いられる。

本発明に係る評価方法では、処理工程、第一荷重工程及び第一計測工程を経ることによって、試験面１６と、摩擦処理された第一測定面６とのミクロスケールでの接触状態を把握することができる。この評価方法では、第二荷重工程及び第二計測工程を経ることによって、試験面１６と、摩擦処理されていない第二測定面８とのミクロスケールでの接触状態を把握することができる。

本発明に係る評価方法によれば、試験面１６に対する摩擦処理された第一測定面６の単位面積当たりの実接触面積Ｓ１と、摩擦処理されていない第二測定面８の単位面積当たりの実接触面積Ｓ２とを指標とすることにより、好ましくは、単位面積当たりの実接触面積Ｓ１と単位面積当たりの実接触面積Ｓ２との比（Ｓ１／Ｓ２）を指標とすることにより、加硫ゴムと試験面とのミクロスケールでの接触状態を反映した評価結果が得られる。さらに、この評価結果には、摩擦による加硫ゴムの表面状態の変動も反映されうる。この評価方法によって得られる加硫ゴムの摩擦性能の評価結果は、実路面における評価結果とよく相関する。

以下、実施例によって本発明の効果が明らかにされるが、この実施例の記載に基づいて本発明が限定的に解釈されるべきではない。

［実施例１］
バンバリーミキサーに、基材ゴム（旭化成社製のスチレンブタジエンゴム、「タフデン４８５０」）、カーボンブラック（新日化カーボン社製の「ニテロン＃５５Ｓ」）、シリカ（デグッサ社製の「ウルトラジルＶＮ３」）、老化防止剤１（大内新興化学工業社製の「ノクラック６Ｃ」）、老化防止剤２（フレキシス社製の「ノクラック２２４」）、ステアリン酸（日油社製の「桐」）、酸化亜鉛（三井金属鉱業社製）、カップリング剤（デグッサ社製の「Ｓｉ６９」）、ワックス（大内新興化学社製の「サンノックＮ」）及びオイル（ジャパンエナジー社製の「プロセスＸ−２６０」）を投入して、１５０℃で５分間混練した。得られた混練物に、硫黄（鶴見化学工業社製の粉末硫黄）、加硫促進剤ＤＰＧ（大内新興化学工業社製のノクセラーＤ）及び加硫促進剤ＣＺ（住友化学製のソクシノールＣＺ）を添加して、オープンロールを用いて１００℃で３分間混練することにより、未加硫ゴムを得た。得られた未加硫ゴムをモールドに投入して、１７０℃で１２分間、プレス加硫することにより、配合Ａの加硫ゴムからなるゴムシートを作製した。

所定量の水酸化アルミニウム（昭和電工社製の「ハイジライトＨ−４３」）を添加した以外は同様にして、配合Ｂ及び配合Ｃの加硫ゴムシートを作製した。基材ゴム１００質量部に対する水酸化アルミニウムの添加量が、下記表１に示されている。

初めに、配合Ａの加硫ゴムシートを切削加工して、幅２５ｍｍ×長さ３３ｍｍ×厚み８ｍｍである第一供試体と、幅２０ｍｍ×長さ３０ｍｍ×厚み６ｍｍである第二供試体とを準備した。

次に、ポリカーボネート樹脂（ＡＣＲＯＳ ＯＲＧＡＮＩＣＳ製）をクロロホルム（和光純薬製、試薬特級）に溶解して、濃度５質量％のキャスト液を得た。このキャスト液５ｍｌをガラス板に滴下し、スピンコーター（回転速度２０００ｒｐｍ、回転時間３０秒）で均一に塗布した後、６０℃で２時間乾燥して、ガラス板から剥離することを繰り返して、直径３０ｍｍ、厚み１μｍの第一薄膜及び第二薄膜を準備した。

準備した第一供試体の底面を、HENTSCHEL社製のPortable friction tester（ＰＦＴ装置）を用いて摩擦処理した。摩擦処理条件は、以下の通りである。
路面状態：ウェット状態のアスファルト路面
処理温度：２３℃
移動速度：２０００ｍｍ／秒
繰り返し回数：８回
摩擦処理された底面に付着した少量の粘着性物質を、目視により確認した。その後、摩擦処理された底面を残すように、第一供試体を切削して、幅２０ｍｍ×長さ３０ｍｍ×厚み６ｍｍに加工した。

続いて、ドライ状態のアスファルト路面（温度２３℃）を準備し、この路面上に、第一薄膜を設置した。この第一薄膜上に第一供試体を載置して、第一供試体の摩擦処理された底面と第一薄膜とを接触させた。その後、第一供試体上に、質量１２ｋｇのウェイトを６０秒間静置して、第一薄膜を０．２ＭＰａの圧力で荷重した。

荷重後に、第一薄膜を採取して、マイクロスコープで撮影して、図４の画像を得た。この画像を、マイクロスコープに付属の画像解析ソフトを用いて２値化処理した後、白色領域の面積を計測した。白色領域の面積を、第一供試体の底面の面積６００ｍｍ^２（２０ｍｍ×３０ｍｍ）で除して、単位面積当たりの実接触面積Ｓ１を算出した。

前述のアスファルト路面に、第二薄膜を設置し、この第二薄膜上に、第二供試体を載置して、第二供試体の底面と第二薄膜を接触させた。その後、第二供試体上に、質量１２ｋｇのウェイトを６０秒間静置して、第二薄膜を０．２ＭＰａの圧力で荷重した。荷重後に採取した第二薄膜をマイクロスコープで撮影して得られた画像が、図５に示されている。この画像の白色領域の面積を計測し、第二供試体の底面の面積６００ｍｍ^２（２０ｍｍ×３０ｍｍ）で除して、単位面積当たりの実接触面積Ｓ２を算出した。

配合Ａの加硫ゴムシートに代えて、配合Ｂ及び配合Ｃの加硫ゴムシートを用いる以外は同様にして、単位面積当たりの実接触面積Ｓ１及びＳ２を、それぞれ算出した。

その後、配合Ａ−Ｃの加硫ゴムについて、それぞれ、実接触面積Ｓ２に対する実接触面積Ｓ１の比（Ｓ１／Ｓ２）を計算して、加硫ゴムの摩擦性能を評価した。配合Ａの加硫ゴムについて得られた比（Ｓ１／Ｓ２）を１００としたときの指数が、ＩＮＤＥＸ（Ｓ１／Ｓ２）として、下表１に示されている。数値が大きいほど、評価が高い。

［比較例１］
比較例１では、加硫ゴムの損失正接（ｔａｎδ）を指標として摩擦性能を評価した。初めに、実施例１で作製した配合Ａ−Ｃの加硫ゴムシートから、それぞれ加硫ゴムを採取して、ＪＩＳ Ｋ６３９４に準拠して試験片を作成した。その後、粘弾性スペクトロメーター（岩本製作所製）を用いて、温度０℃、初期歪み１０％、動的歪み０．５％、周波数１０Ｈｚの条件下で、粘弾性測定をおこない、配合Ａ−Ｃの加硫ゴムの損失正接（ｔａｎδ）を得た。配合Ａの加硫ゴムの損失正接（ｔａｎδ）を１００としたときの指数が、ＩＮＤＥＸ（ｔａｎδ）として下表１に示されている。数値が大きいほど、評価が高い。

［比較例２］
比較例２では、実施例１で算出した単位面積当たりの実接触面積Ｓ２を指標として、加硫ゴムの摩擦性能を評価した。配合Ａの加硫ゴムについて得られた実接触面積Ｓ２を１００としたときの指数が、ＩＮＤＥＸ（Ｓ２）として下表１に示されている。数値が大きいほど、評価が高い。

［参考例］
実施例１で前述した配合Ａの加硫ゴムをトレッドゴムとする試作タイヤＡ（サイズ：１９５／６５Ｒ１５）を製造した。試作タイヤＡを正規リムに組み込んだ後、内圧１８０ｋＰａで空気を充填し、試験車両に装着した。ウェット状態のアスファルト路面で、試験車両を速度８０ｋｍ／ｈで走行させ、ブレーキをかけてから停止するまでの最大摩擦係数μを測定した。同様に、配合Ｂの加硫ゴムをトレッドゴムとする試作タイヤＢと、配合Ｃの加硫ゴムをトレッドゴムとする試作タイヤＣとを製造して、各試作タイヤの最大摩擦係数μを測定した。試作タイヤＡの測定値を１００としたときの指数が、ＩＮＤＥＸ（μ）として下表１に示されている。

表１に示されるように、実施例１の評価結果は、参考例の評価結果と相関する。比較例１及び２の評価結果は、いずれも参考例の評価結果とは相関しない。この評価結果から、本発明の優位性は明らかである。

以上説明された方法は、種々の高分子材料の摩擦性能の評価にも適用されうる。

２・・・第一供試体
４・・・第二供試体
６・・・第一測定面
８・・・第二測定面
１０・・・第一薄膜
１２・・・第二薄膜
１４・・・試験体
１６・・・試験面
１８・・・摩擦面
２０・・・実接触部

Claims (7)

1. 加硫ゴムからなり、その面積が既知の第一測定面を有する第一供試体と、この第一供試体と同じ配合の加硫ゴムからなり、その面積が既知の第二測定面を有する第二供試体と、荷重によりその屈折率又は透明度が変化する特性を有する樹脂組成物からなる第一薄膜及び第二薄膜と、その上面に試験面を備えた試験体とを準備する準備工程と、
   上記第一測定面を摩擦処理する処理工程と、
   上記第一薄膜の一方の面を、上記試験面に接触させ、この第一薄膜の他方の面に、上記摩擦処理された第一測定面を押しあてることにより、この第一薄膜に荷重する第一荷重工程と、
   上記第二薄膜の一方の面を、上記試験面に接触させ、この第二薄膜の他方の面に、上記第二測定面を押しあてることにより、この第二薄膜に荷重する第二荷重工程と、
   上記荷重された第一薄膜を採取して、この第一薄膜の屈折率又は透明度が変化した領域の面積を計測することにより、上記摩擦処理された第一測定面と上記試験面との実接触面積を算出する第一計測工程と、
   上記荷重された第二薄膜を採取して、この第二薄膜の屈折率又は透明度が変化した領域の面積を計測することにより、上記摩擦処理されていない第二測定面と上記試験面との実接触面積を算出する第二計測工程とを含んでおり、
   上記摩擦処理された第一測定面の単位面積当たりの実接触面積がＳ１であり、上記摩擦処理されていない第二測定面の単位面積当たりの実接触面積がＳ２であるとき、このＳ１及びＳ２を指標として、上記加硫ゴムの摩擦性能を評価する評価方法。
2. 上記指標が、上記単位面積当たりの実接触面積Ｓ２に対する上記単位面積当たりの実接触面積Ｓ１の比（Ｓ１／Ｓ２）である請求項１に記載の評価方法。
3. 上記樹脂組成物の基材樹脂がポリカーボネート樹脂であり、この樹脂組成物からなる第一薄膜及び第二薄膜が、荷重により白色化する特性を有しており、上記第一計測工程及び第二計測工程において、この白色化した領域の面積を計測して実接触面積を算出する請求項１又は２に記載の評価方法。
4. 上記摩擦処理された第一測定面上に、粘着性物質が存在している請求項１から３のいずれかに記載の評価方法。
5. 上記第一薄膜の厚みが、０．５μｍ以上２．０μｍ以下であり、
   上記第二薄膜の厚みが、０．５μｍ以上２．０μｍ以下であり、
   上記第一薄膜の厚みと、上記第二薄膜の厚みとが同じである請求項１から４のいずれかに記載の評価方法。
6. 上記第一荷重工程では、上記第一薄膜が０．１ＭＰａ以上１．０ＭＰａ以下の圧力で荷重され、
   上記第二荷重工程では、上記第二薄膜が０．１ＭＰａ以上１．０ＭＰａ以下の圧力で荷重され、
   上記第一薄膜と上記第二薄膜とが、同じ圧力で荷重される請求項１から５のいずれかに記載の評価方法。
7. 上記試験面が、その表面に多数の微細な凹凸を有する擬似路面である請求項１から６のいずれかに記載の評価方法。

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