JP6922722B2

JP6922722B2 - ゴム部材の耐偏摩耗性能の評価方法及びこれを用いたタイヤ製造方法

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Publication number: JP6922722B2
Application number: JP2017246673A
Authority: JP
Inventors: 中野　真也; 真也中野; 多田　俊生; 俊生多田
Original assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Priority date: 2017-12-22
Filing date: 2017-12-22
Publication date: 2021-08-18
Anticipated expiration: 2037-12-22
Also published as: JP2019113406A

Description

本発明は、ゴム部材の耐偏摩耗性能を評価するための方法及びこれを用いたタイヤ製造方法に関する。

従来、ゴム部材の摩耗性能を評価するための方法が種々提案されている。例えば、下記特許文献１には、タイヤのトレッド部からゴムサンプルを切り出す工程と、前記ゴムサンプルを室内摩耗試験機によって摩耗させる工程と、前記ゴムサンプルの摩耗状態に基づいて耐摩耗性能を評価する工程とを含む方法が記載されている。

特許第５５４２１０４号公報

例えば、タイヤのトレッド部のゴムブロックなどをはじめとして、同一のゴム配合であっても形状や大きさなどにより剛性が異なる場合、異なる摩耗特性を示すことがある。例えば、同一のゴム配合の２種のゴム部材について、剛性が大きいものでは、良好な摩耗特性を示すが、剛性が小さくなると、著しく早期に摩耗する特性を示す場合がある。このような特性は、例えば、様々な剛性のブロックが形成されたタイヤトレッドや各種ローラ等において、偏摩耗として現れる。然るに、上述の評価方法は、そのような偏摩耗性能を評価できるものではなかった。

本発明は、以上のような問題点に鑑み案出なされたもので、ゴム部材の耐偏摩耗性能を評価する方法を提供することを主たる目的としている。

本願第１の発明は、ゴム部材の耐偏摩耗性能を評価する方法であって、同一の配合かつ剛性の異なる少なくとも第１ゴムサンプル及び第２ゴムサンプルを含む複数種類のゴムサンプルを準備する工程と、前記第１ゴムサンプル及び前記第２ゴムサンプルを、摩耗試験機を用いて、同一試験条件で摩耗試験を行う工程と、前記摩耗試験の後、前記第１ゴムサンプルと前記第２ゴムサンプルとの摩耗量を測定する工程と、前記第１ゴムサンプルの前記摩耗量と前記第２ゴムサンプルの前記摩耗量との差に関連するパラメータに基づいて、前記ゴム部材の耐偏摩耗性能の良否を判定する工程とを含む。

本発明に係るゴム部材の耐偏摩耗性能の評価方法は、前記ゴムサンプルが、タイヤから採取されたものであるのが望ましい。

本発明に係るゴム部材の耐偏摩耗性能の評価方法は、前記ゴムサンプルが、タイヤのトレッド部から採取されたものであるのが望ましい。

本発明に係るゴム部材の耐偏摩耗性能の評価方法は、前記第１ゴムサンプル及び前記第２ゴムサンプルが、同一長さかつ異なる幅を有するシート状であるのが望ましい。

本発明に係るゴム部材の耐偏摩耗性能の評価方法は、前記摩耗試験機が、室内摩耗試験機であるのが望ましい。

本発明に係るゴム部材の耐偏摩耗性能の評価方法は、前記パラメータが、前記第１ゴムサンプルの前記摩耗量と前記第２ゴムサンプルの前記摩耗量との比を含むのが望ましい。

本発明に係るゴム部材の耐偏摩耗性能の評価方法は、前記判定する工程が、前記比が１に近いほど耐偏摩耗性を良と判定するのが望ましい。

本発明に係るゴム部材の耐偏摩耗性能の評価方法は、前記判定する工程が、前記比が１±０．２の範囲で耐偏摩耗性を良と判定するのが望ましい。

本願第２の発明はタイヤ製造方法であって、前記第１の発明の評価方法によって良と判定されたゴム部材と同じ配合でタイヤの構成部材を作製する工程を含む。

本発明に係るタイヤ製造方法は、前記構成部材が、トレッド部に配されるのが望ましい。

本発明のゴム部材の耐偏摩耗性能の評価方法では、第１ゴムサンプルの摩耗量と、前記第１ゴムサンプルと同一の配合かつ剛性の異なる第２ゴムサンプルの摩耗量との差に関連するパラメータに基づいて、ゴム部材の耐偏摩耗性能の良否を判定する工程を含む。このように本発明の評価方法では、同一の配合であっても、剛性が変わることで摩耗特性が大きく変化する等の特性、即ち耐偏摩耗性能を評価することができる。

本発明の評価方法の処理手順を示すフローチャートである。準備する工程を説明する概略図である。本発明で使用される摩耗試験機の一例を示す斜視図である。図３の摩耗試験機の部分拡大図である。ローラ体を説明する拡大斜視図である。

以下、本発明の実施の一形態が図面に基づき説明される。
本実施形態のゴム部材の耐偏摩耗性能を評価する方法（以下、単に「評価方法」という場合がある。）は、例えば、搬送用の各種ローラやベルトなどを含み、偏摩耗が生じる可能性のある、あらゆるゴム部材の耐偏摩耗性能を評価することができる。本実施形態の評価方法は、とりわけ、タイヤＴ（図２に示す）のトレッド部ＴａのトレッドゴムＴｇの耐偏摩耗性能を評価することに適している。以下、本明細書では、ゴム部材Ｇａとして、トレッドゴムＴｇが用いられる場合の評価方法が説明される。

図１は、本実施形態の評価方法の処理手順を示すフローチャートである。図１に示されるように、評価方法は、本実施形態では、ゴムサンプルＧ（図２に示す）を準備する工程Ｋ１と、ゴムサンプルＧの摩耗試験を行う工程Ｋ２と、ゴムサンプルＧの摩耗量を測定する工程Ｋ３と、耐偏摩耗性能の良否を判定する工程Ｋ４とを含んでいる。

図２は、準備する工程Ｋ１を説明する概略図である。図２に示されるように、ゴムサンプルＧは、例えば、剛性の異なる少なくとも第１ゴムサンプルＧ１、第２ゴムサンプルＧ２を含む複数種類が準備される。図２に示されるように、本実施形態では、２種類のゴムサンプルＧが準備される。しかしながら、本実施形態の評価方法では、剛性の異なる多くの種類のゴムサンプルＧが準備されても良い。

本実施形態の準備する工程Ｋ１では、ゴムサンプルＧは、タイヤＴから採取される。ゴムサンプルＧは、本実施形態では、タイヤＴの踏面Ｔ１を含むトレッド部Ｔａから採取されるトレッドゴムＴｇである。本実施形態のトレッドゴムＴｇは、同一の配合で形成されているので、第１ゴムサンプルＧ１及び第２ゴムサンプルＧ２は、同一のゴム配合である。

タイヤＴは、例えば、乗用車用、重荷重用または自動二輪車用などの空気入りタイヤ、及び、空気が充填されない非空気式タイヤを含み、種々のものが好適に採用される。

トレッド部Ｔａの踏面Ｔ１は、例えば、複数本の主溝や横溝等の溝状体（図示省略）が形成されており、主溝間及び主溝とトレッド端との間に複数の陸部が形成されている。各陸部は、例えば、その剛性がそれぞれ異なって形成される。なお、トレッド部Ｔａは、例えば、複数本の主溝だけが形成される態様でも良いし、溝状体が形成されない態様でも良い。

ゴムサンプルＧは、例えば、機械加工、または、ナイフなどの切断具を用いて、トレッド部Ｔａから切り出される。ゴムサンプルＧの準備は、このような態様に限定されるものではない。

第１ゴムサンプルＧ１及び第２ゴムサンプルＧ２は、本実施形態では、その幅Ｗを異ならせることにより、剛性が異なっている。本実施形態では、第１ゴムサンプルＧ１の幅Ｗａ（図５に示す）が、第２ゴムサンプルＧ２の幅Ｗｂよりも小さく形成されている。しかしながら、第１ゴムサンプルＧ１の幅Ｗａが、第２ゴムサンプルＧ２の幅Ｗｂよりも大きく形成されても良いのは、勿論である。なお、剛性を異ならせる態様としては、本実施形態の態様に限定されるものではなく、例えば、ゴムサンプルＧの厚さｔ１を異ならせても良く、また、ゴムサンプルＧに異なる溝状体を形成することでも良い。また、複数種類のゴムサンプルＧが準備される場合、ゴムサンプルＧ毎に剛性、即ち、幅Ｗが異なっているのが望ましい。本明細書では、「剛性」とは、摩擦力等による摩耗に耐える能力のことである。

次に、摩耗試験を行う工程Ｋ２が行われる。本実施形態の摩耗試験を行う工程Ｋ２では、周知の摩耗試験機Ｍが用いられる。摩耗試験機Ｍは、例えば、JIS K6263に規格化されている加硫ゴムの摩耗試験などを行うことが可能なものであれば種々のものを採用できる。摩耗試験機Ｍは、室内で使用することができる室内摩耗試験機であるのが望ましい。これにより、例えば、室内の温湿度を一定とすることで、精度良く耐偏摩耗性能を評価することができる。本実施形態では、株式会社平泉洋行製のゴム摩耗試験機（型式：ＬＡＴ１００）に準じたものが採用される。

図３及び図４に示されるように、摩耗試験機Ｍは、例えば、直方体状に形成され、前面のパネルｐには、例えば、摩耗試験機Ｍを運転停止させるスイッチ類ｓｗや、試験状況を表示する表示部ｍなどが設けられている。

本実施形態の摩耗試験機Ｍは、垂直面内を該垂直面と直交する軸ｃｈ１周りに回転する砥石面４と、垂直面と平行な軸７で可回転に支持されたローラ体５とを含んで構成されている。これらの各種部材は、垂直なベースＢの前面に配される。なお、砥石面４が回転する平面は、垂直面とされているが、水平面とされても良いのはいうまでもない。

砥石面４は、例えば、軸ｃｈ１に固着された円盤状の回転テーブル８上に一定の幅を有する円環状で形成される。

軸ｃｈ１には、例えば、ベースＢの背面側に配された電動機（図示せず）が接続される。この電動機の駆動により、回転テーブル８及び砥石面４が、軸ｃｈ１周りに回転する。

屋外で実車を走行させて（以下、単に「実車走行」という場合がある。）タイヤＴの耐偏摩耗性能を試験したときの試験結果と、本実施形態の摩耗試験機Ｍを用いて試験したときの試験結果との相関性を高く確保することが望まれる。このために、砥石面４の粒度は、例えば４０〜２４０メッシュ程度が望ましい。

図５に示されるように、ローラ体５は、その中心に貫通孔５ｂを有する円筒状をなしている。貫通孔５ｂには、軸７（図４に示す）の一端７ｉ側が、例えば、ベアリングを介して固着される。これにより、ローラ体５は、軸７周りに回転可能となる。

ローラ体５は、例えば、その外周面５ａにゴムサンプルＧが固着される。本実施形態では、ローラ体５を、回転する砥石面４に接触して押圧することで、ゴムサンプルＧが連続して摩耗される。

上述とおり、両試験結果の相関性を高く確保するために、ゴムサンプルＧを含むローラ体５の砥石面４への押圧による荷重Ｆは、例えば、２０〜１００Nが望ましい。

ローラ体５は、例えば、ゴムサンプルＧとの強固な接着を確保すために、ゴム材料で形成されるのが望ましい。また、ローラ体５の大きさは、特に限定されるものではないが、例えば、外径ｄ１が７０〜８０mm、幅Ｗ１が１５〜２２mmである。

ゴムサンプルＧの形状は、例えば矩形等のシート状が好適である。ゴムサンプルＧは、例えば、その厚さｔ１が０．５〜４．０mmのものが望ましい。厚さｔ１が小さくなると、ゴムサンプルＧの摩耗可能な量が小さくなり、精度良く摩耗試験できなくなるおそれがある。逆に、厚さｔ１が大きくなると、ゴムサンプルＧの曲げが困難になり、ローラ体５の外周面５ａに巻付けられないおそれがある。

ゴムサンプルＧの幅Ｗは、摩耗量を精度良く測定するために、例えば、４mm以上が望ましい。ゴムサンプルＧの幅Ｗがローラ体５の幅Ｗ１よりも大きい場合、ゴムサンプルＧに応力集中が作用し、精度良く摩耗できないおそれがある。このため、ゴムサンプルＧの幅Ｗの上限値は、ローラ体５の幅Ｗ１と同じであるのが望ましい。各ゴムサンプルＧの長さは、同一であるのが望ましい。

図３に示されるように、本実施形態の摩耗試験機Ｍは、ローラ体５を移動させるローラ体移動具９が設けられる。ローラ体移動具９は、例えば、ローラ体５を砥石面４に対し垂直移動させる周知構造のシリンダ機構１０と、ローラ体５を砥石面４に対し平行に移動させる周知構造の回転機構１１と、ローラ体５の移動スムーズにさせる周知構造の補強部材１３とを含んでいる。

回転機構１１は、例えば、ローラ体５の円周の接線方向と、砥石面４の円周の接線方向とを異ならせることができ、ローラ体５にスリップ角αを付与し得るものが望ましい。ローラ体５にスリップ角αが付与されると、砥石面４とゴムサンプルＧとの摩擦力が大きくなり、ゴムサンプルＧを短時間で効率よく摩耗させることができる。

スリップ角αについては、特に限定されるものではないが、例えば、実車走行による耐偏摩耗性能の試験結果と、本実施形態による試験結果との相関性を高く確保するために、３〜１５度が望ましい。

なお、摩耗試験機Ｍは、砥石面４の温度を変化させる周知構造の温度制御装置（図示省略）を含んでも良い。これにより、さらに、ゴム部材Ｇａの評価精度が高められる。

また、摩耗試験機Ｍは、ゴムサンプルＧと砥石面４との間に砂状体を噴射する周知構造の噴射装置（図示省略）が設けられても良い。このような噴射装置は、砥石面４とゴムサンプルＧとの摩耗によって排出される削りかすがゴムサンプルＧに再付着するのを抑制するのに役立つ。これにより、ゴムサンプルＧの摩耗後の質量を精度良く測定することができるので、例えば、摩耗前後の質量差により摩耗量（質量）を正確に測定できる。

摩耗試験を行う工程Ｋ２では、第１ゴムサンプルＧ１及び第２ゴムサンプルＧ２が、摩耗試験機Ｍを用いて、同一試験条件で摩耗試験される。同一試験条件とは、例えば、スリップ角α、ローラ体５の砥石面４への押圧の荷重Ｆ、砥石面４の回転速度、室内の温湿度を含む条件を同一とすることである。本実施形態の同一試験条件には、第１ゴムサンプルＧ１の幅Ｗａ及び第２ゴムサンプルＧ２の幅Ｗｂを同一とすることは、含まれない。なお、複数のゴムサンプルＧを用いて摩耗試験を行う場合も同様である。

次に、摩耗量を測定する工程Ｋ３が行われる。本実施形態の摩耗量を測定する工程Ｋ３は、第１ゴムサンプルＧ１の摩耗量ｆ１と第２ゴムサンプルＧ２との摩耗量ｆ２とが測定される。各摩耗量は、例えば、周知構造の質量計、例えば、天秤ばかりでその質量が正確に測定される。

次に、判定する工程Ｋ４が行われる。本実施形態の判定する工程Ｋ４では、第１ゴムサンプルＧ１の摩耗量ｆ１と第２ゴムサンプルＧ２の摩耗量ｆ２との差に関連するパラメータＰに基づいて、ゴム部材Ｇａの耐偏摩耗性能の良否が判定される。このように本実施形態の評価方法では、各工程Ｋ１〜Ｋ４を含むことで、同一の配合であっても、剛性が変わることで摩耗特性が大きく変化する等の特性、即ち耐偏摩耗性能を評価することができる。

発明者らは、このような判定する工程Ｋ４において、種々の実験により、本実施形態の摩耗試験機Ｍによる耐偏摩耗性能と、実車走行による耐偏摩耗性能とが高い相関性を有するパラメータＰを知見した。各耐偏摩耗試験の試験方法の詳細は以下の通りである。

＜摩耗試験機Ｍによる耐偏摩耗試験＞
配合の異なる９種類のタイヤＴが用意され、各タイヤＴのトレッド部Ｔａから各ゴムサンプルＧ１、Ｇ２が採取された。そして、各ゴムサンプルＧ１、Ｇ２を接着したローラ体５が準備され、下記条件でローラ体５を砥石面４に接触し押圧させて、４０００m走行するように回転させた。そして、走行終了後に、ゴムサンプルＧの摩耗量が測定された。パラメータＰは、第１ゴムサンプルＧ１の摩耗量ｆ１と第２ゴムサンプルＧ２の摩耗量ｆ２との比（ｆ２／ｆ１）を含むもの、本実施形態では、比（ｆ２／ｆ１）が用いられた。タイヤには、トレッドパターンが付されている。主な仕様は以下のとおりである。
タイヤサイズ：１９５／６５Ｒ１５
ローラ体５の寸法（ｄ１×Ｗ１）：７４×１８mm
ゴムサンプルＧの厚さｔ１：２．０mm
第１ゴムサンプルＧ１の幅Ｗａ：９mm
第２ゴムサンプルＧ２の幅Ｗｂ：１８mm
荷重Ｆ：４０N
スリップ角α：６度

＜実車走行による耐偏摩耗試験＞
ゴムサンプルＧが取り出されたタイヤＴと同じ仕様のタイヤＴが排気量２０００ccの乗用車の４輪に装着され、乾燥アスファルト路面のテストコースを下記の条件で６０００km走行させた。走行後、テストドライバーが、トレッド部Ｔａの陸部の偏摩耗の発生状況を目視により確認し、官能により耐偏摩耗性能を評価した。テストの結果を表１に示す。
リムサイズ：１５×６J
内圧：２３０kPa
速度：６０〜１２０km/h

表１に示されるように、判定する工程Ｋ４では、パラメータＰである比（ｆ２／ｆ１）が１に近いほど耐偏摩耗性を良と判定するのが望ましいことが理解される。また、判定する工程Ｋ４では、比（ｆ２／ｆ１）が１±０．２の範囲で耐偏摩耗性を良と判定するのが、さらに、望ましいことが理解される。これにより、本実施形態の評価方法では、実車走行試験による耐偏摩耗性能と相関性良く、評価できる。なお、ゴムの配合やタイヤサイズ、スリップ角αや荷重Ｆまたは実車走行の速度や内圧等の仕様を変更してさらに実験を行ったが、比（ｆ２／ｆ１）をパラメータＰとすることにより、同様の高い相関性が示された。

なお、第１ゴムサンプルＧ１の幅Ｗａ及び第２ゴムサンプルＧ２に幅Ｗｂは、上述のような態様に限定されるものではない。第１ゴムサンプルＧ１の幅Ｗａ及び第２ゴムサンプルＧ２の幅Ｗｂは、第１ゴムサンプルＧ１の幅Ｗａが第２ゴムサンプルＧ２の幅Ｗｂよりも大きいものとした場合、その比（Ｗａ／ｗｂ）が、例えば、１より大かつ５以下が望ましく、１．５〜３がさらに望ましい。また、各ゴムサンプルＧの幅Ｗは、トレッド部Ｔａの各陸部のタイヤ軸方向の幅（図示省略）と同じであっても良い。

このように、本実施形態の評価方法では、ゴム部材の耐偏摩耗性能の良否を判定できる。このため、例えば、この評価方法で良と判定されたゴム部材と同じ配合によってタイヤの構成部材、とりわけ、路面と接地するトレッドゴムを製造した場合、耐偏摩耗性能に優れたタイヤを製造することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明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得る。

Ｇゴムサンプル
Ｋ１準備する工程
Ｋ２摩耗試験を行う工程
Ｋ３摩耗量を測定する工程
Ｋ４良否を判定する工程
Ｍ摩耗試験機

Claims

ゴム部材の耐偏摩耗性能を評価する方法であって、
同一の配合かつ剛性の異なる少なくとも第１ゴムサンプル及び第２ゴムサンプルを含む複数種類のゴムサンプルを準備する工程と、
前記第１ゴムサンプル及び前記第２ゴムサンプルを、摩耗試験機を用いて、同一試験条件で摩耗試験を行う工程と、
前記摩耗試験の後、前記第１ゴムサンプルと前記第２ゴムサンプルとの摩耗量を測定する工程と、
前記第１ゴムサンプルの前記摩耗量と前記第２ゴムサンプルの前記摩耗量との差に関連するパラメータに基づいて、前記ゴム部材の耐偏摩耗性能の良否を判定する工程とを含む、
ゴム部材の耐偏摩耗性能の評価方法。
前記ゴムサンプルは、タイヤから採取されたものである、請求項１記載の評価方法。
前記ゴムサンプルは、タイヤのトレッド部から採取されたものである、請求項１記載の評価方法。
前記第１ゴムサンプル及び前記第２ゴムサンプルは、同一長さかつ異なる幅を有するシート状である、請求項１ないし３のいずれかに記載の評価方法。
前記摩耗試験機は、室内摩耗試験機である、請求項１ないし４のいずれかに記載の評価方法。
前記パラメータは、前記第１ゴムサンプルの前記摩耗量と前記第２ゴムサンプルの前記摩耗量との比を含む、請求項１ないし５のいずれかに記載の評価方法。
前記判定する工程は、前記比が１に近いほど耐偏摩耗性を良と判定する、請求項６記載の評価方法。
前記判定する工程は、前記比が１±０．２の範囲で耐偏摩耗性を良と判定する、請求項６または７に記載の評価方法。
請求項１乃至８のいずれかに記載の評価方法によって良と判定されたゴム部材と同じ配合でタイヤの構成部材を作製する工程を含む、
タイヤ製造方法。
前記タイヤの構成部材は、トレッド部に配される、請求項９記載のタイヤ製造方法