JPH06241971A - 粘弾性体の摩耗試験装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 粘弾性材料の摩耗試験を行う場合、実際に使
用する製品の試作品を一々製作することなく多品種の製
品の試料片を用いて実車走行条件と略同じ条件の下で摩
擦試験をシミュレートさせながら行うことが出来る。 【構成】 前記摩耗試験装置は、架台１上に設置された
温度調整可能な恒温槽２の内部に、回転駆動可能なエン
ドレスベルト３の表面に摩擦部材から成る擬似路面４を
設けた摩擦回転体５と、この摩擦回転体５の擬似路面４
に対して進退可能で、かつ円板状の試料Ｗを着脱可能に
取付ける回転駆動可能な試料ホルダー６とが内装されて
いる。前記試料ホルダー６に、試料Ｗをエンドレスベル
ト３の疑似路面４に押圧または離反させる、押圧、解除
手段５４が設けてある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ゴム等の粘弾性材料
の摩耗試験を行う改良ランボーン摩耗試験機（JISK 626
4-1993) に係わり、更に詳しくは試作用の種々のタイヤ
を製作することなく、実車走行タイヤの走行状況をシミ
ュレートすることを可能とした実験室用のフラットベル
ト式改良ランボーン摩擦試験装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、実車走行タイヤの走行状況をシミ
ュレートするために、ゴム等の粘弾性材料の摩耗試験を
行い、その特性を評価する装置として、本願出願人等が
提案したランボーン式と呼称される摩耗試験装置が知ら
れている（実開昭58-160334 号, 実公昭62-10675号, 実
公昭62-17702号，62-17704号, 特開平1-292232号等) 。

【０００３】このようなランボーン摩耗試験装置は、円
板状の砥石と円板状に成形した試料とを相互に独立して
回転させながら押し付けると共に、この砥石と試料との
相互の表面速度の差によって生じる試料の摩耗量を測定
するようにしたものである。また従来のタイヤ自身での
室内摩耗試験については、公知文献（月刊トライボロジ
ー 1990,7 月号,11 ページ) 等に紹介されており、この
ようなタイヤ自身での室内摩耗試験は、種々の試作タイ
ヤを一々製作する必要があり、多大な費用と手間を要す
ると言う問題がある。

【０００４】しかし、上記のランボーン摩耗試験装置の
場合には、タイヤ構成材料自身での摩耗試験であるため
このような問題はない。タイヤ構成材料自身での評価で
耐摩耗性を知る事は、コスト的にも、タイヤ開発期間の
短縮にも非常に重要であり、タイヤ試作の為の選別試験
として有効なものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする問題点】然しながら、上記の
ような従来のランボーン摩耗試験装置は、砥石の曲面に
対して円板状に成形した試料を押し付けて摩耗量を測定
する装置であるため、試料の接地面は線または点接触状
態であり、実際のタイヤが路面と接触する状態とは異な
っていた。

【０００６】また、タイヤに代表される粘弾性体は、車
の使用状況に応じてタイヤと路面との間に、スリップ
角，スリップ率，キャンバー角，コーナリング・フォー
ス等が加わり、また試験片の接地面が平面であり、上記
のような走行状況をシミュレートする摩耗試験装置とは
摩耗量の測定が実際とは異なるもので、精度の高いシミ
ュレート摩耗試験を行うのは困難であった。

【０００７】この発明は、かかる従来の課題に着目して
案出されたもので、粘弾性材料の摩耗試験を行う場合、
実際に使用する製品の試作品を一々製作することなく多
品種の製品の試料片を用いて実車走行条件と略同じ条件
の下で摩耗試験をシミュレートさせながら行うことが出
来、製品試作の手間や時間を大幅に省略することが出来
る上に、経費の節減も図ることが出来る粘弾性体の摩耗
試験装置を提供することを目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明は上記目的を達
成するため、回転駆動可能なエンドレスベルトの表面に
摩擦部材から成る擬似路面を設けた摩擦回転体と、円板
状の試料を着脱可能に取付ける回転駆動可能な試料ホル
ダーとを配設し、前記試料ホルダーに、試料をエンドレ
スベルトの擬似路面に押圧または離反させる、押圧，解
除手段を設けたことを要旨とするものである。

【０００９】また、摩擦回転体の回転支持軸に、擬似路
面に対して接触する試料のスリップ角を調整可能な角度
調整手段を設け、前記試料ホルダーの回転支持軸に、ス
ラスト荷重検出器を設け、スリップ率を調整する速度調
整手段を備え、更に前記エンドレスベルトの擬似路面を
クリーニングするクリーニング手段を設けることも可能
である。

【００１０】

【発明の作用】この発明は上記のように構成され、製品
タイヤとなる材料の試料片を装置にセットして、回転ド
ラムの内壁面に試料を圧着させた状態で、回転ドラムと
試料を回転させ、更に試料の速度や接触傾斜角やスリッ
プ角を任意に調整させることで、試料片のスリップ率，
スリップ角，キャンバー角の変化による製品の摩擦試験
を行っている場合と全く同様な条件で摩擦試験を行うこ
とが出来、製品試作の手間や時間を大幅に省略すること
が出来る上に、経費の節減も図ることが出来るものであ
る。

【００１１】

【発明の実施例】以下、添付図面に基づき、この発明の
実施例を説明する。図１はこの発明の第１実施例を示す
粘弾性体の摩耗試験装置の一部縦断正面図、図１のＡー
Ａ矢視平面図を示し、前記摩耗試験装置は、架台１上に
設置された温度調整可能（−２０℃〜１００℃）な恒温
槽２の内部に、図３〜図５に示すような回転駆動可能な
エンドレスベルト３の表面に摩擦部材から成る擬似路面
４を設けた摩擦回転体５と、この摩擦回転体５の擬似路
面４に対して進退可能で、かつ円板状の試料Ｗを着脱可
能に取付ける回転駆動可能な試料ホルダー６とが内装さ
れている。

【００１２】前記恒温槽２の一側面には、内部の摩擦回
転体５の擬似路面４及び試料Ｗを透視できるような二重
構造のガラス窓部７を設けた開閉扉８が設けられてい
る。前記摩擦回転体５は、図３に示すように所定の間隔
を隔てて設置された支持ブラケット９ａ，９ｂに支持さ
れたガイドロール１０ａと駆動ロール１０ｂとにエンド
レスベルト３が掛け回され、このエンドレスベルト３
は、布補強のサンドペーパ，樹脂ベルト，ゴムベルト，
スチールベルト等を素材として構成され、ベルト表面に
は、粒度の異なるサンドペーパまたは砥石等の摩擦部材
４を所定の大きさに形成して貼付け、擬似路面４を構成
している。また、エンドレスベルト３自体を擬似路面４
としても良い。

【００１３】前記エンドレスベルト３の相対向する空間
部１１には、エンドレスベルト３の長手方向の中央部を
支持する支持装置１２が設置してあり、この支持装置
は、図３及び図４に示すように、長方形状のボックス１
３の一側面に、複数の溝１４を形成し、この溝１４に、
一方のエンドレスベルト３の裏面側にエアーを吹き出す
複数のノズル１５が形成されている。なお、１６はボッ
クス１３内にエアーを供給するエアー供給口を示し、こ
のエアー供給口は、図示しないエアー供給源に接続され
ている。

【００１４】なお、エンドレスベルト３の長手方向の中
央部を支持する手段として、上記の実施例では、エアー
を用いているが、これに限定されず支持台，水圧等によ
り支持することも可能である。前記ガイドロール１０ａ
を支持する支持ブラケット９ａには、ベルトテンション
調整装置１７が取付けられており、このベルトテンショ
ン調整装置１７は、支持プレート１８に、前記支持ブラ
ケット９ａに連結されたねじ軸１９が螺嵌され、このね
じ軸１９は、回転モータ２０により回転駆動されるよう
になっている。

【００１５】従って、回転モータ２０によりねじ軸１９
が回転すると、支持プレート１８に対してねじ軸１９が
上下に移動し、これによってねじ軸１９に連結された支
持ブラケット９ａが上下方向に移動することで、支持ブ
ラケット９ａのガイドロール１０ａに掛け回されている
エンドレスベルト３の張力を調整するものである。ま
た、支持ブラケット９ｂに支持された駆動ロール１０ｂ
には、図２及び図３に示すように、駆動軸２１に設けら
れたプーリ２２と、駆動モータ２３の駆動軸２４に設け
たプーリ２５とにベルト２６を掛け回して、駆動モータ
２３の回転駆動力が伝達されるように構成されている。

【００１６】また、前記駆動ロール１０ｂの駆動軸２１
には、図４に示すように駆動軸２１に対して回転自在な
軸受２７が被嵌され、この軸受２７を支持する支持プレ
ート２８には、スリップ角調整用モータ２９が設置され
ている。前記スリップ角調整用モータ２９の駆動軸３０
には、前記軸受２７が被嵌された駆動軸２１に設けたウ
ォームホイール３１と噛合するウォーム３２が取付けら
れ、スリップ角調整用モータ２９を介して駆動軸３０を
回転することにより、エンドレスベルト３を矢印方向に
回転させて試料Ｗのスリップアングルを調整するもので
ある。

【００１７】また、前記軸受２７を支持する支持プレー
ト２８は、図１及び図４に示すように、エンドレスベル
ト３の下方に延びる二枚のプレート３２ａ，３２ｂに取
付けられ、一方のプレート３２ａには、試料Ｗの接触傾
斜角（キャンバー角）を調整するキャンバー角調整用モ
ータ３３が取付けられている。前記キャンバー角調整用
モータ３３の駆動軸３４には、ウォーム３５が取付けら
れ、このウォーム３５には、他方の支持プレート３２ｂ
に軸受３６を介して回転自在に支持された軸３７に設け
たウォームホイール３８が噛合している。

【００１８】従って、キャンバー角調整用モータ３３が
回転駆動すると、ウォーム３５及びウォームホイール３
８を介してエンドレスベルト３が矢印方向に回転し、試
料Ｗの接触傾斜角（キャンバー角）を調整するものであ
る。前記試料Ｗを着脱可能に取付ける回転駆動可能な試
料ホルダー６は、図２に示すようにボルト・ナット３９
を介して着脱可能に取付けられ、ボルトに接続する試料
支持軸４０はフレーム４１に取付けられた軸受４２に回
転自在に支持されている。

【００１９】前記試料支持軸４０は、恒温槽２の側面に
形成された長孔４３を貫通し、恒温槽２の側壁と平行に
設置されたガイドレール４４と嵌合するスライド部材４
５を介して摺動可能に支持され、また試料支持軸４０に
は、荷重用レバー４６が取付けられている。この荷重用
レバー４６は、前記ガイドレール４４上に設けられたス
ラスト荷重用ロードセル４７と接続され、荷重用レバー
４６とスライド部材４５とは、支点４８を介して接続さ
れている。

【００２０】従って、試料Ｗを摩擦回転体５の擬似路面
４に押圧して摩耗試験を行う際には、試料Ｗのスラスト
荷重をスラスト荷重用ロードセル４７によって検出する
ことが出来るものである。前記試料支持軸４０の後端側
には、ユニバーサルジョイント等の軸受４９を介してス
プライン軸５０の一端が接続され、このスプライン軸５
０の他端側には、ユニバーサルジョイント等の軸受５１
を介してトルクメータ５２と、試料回転用モータ５３が
接続されている。

【００２１】また、試料Ｗを着脱可能に取付ける回転駆
動可能な試料ホルダー６には、図１及び図２に示すよう
に、試料Ｗをエンドレスベルト３の擬似路面４に押圧ま
たは離反させる、押圧，解除手段５４が設けてある。こ
の押圧，解除手段５４は、恒温槽２の外部の架台１上に
支持台５５を介して設置され、前記試料ホルダー６から
伸びるガイドロッド５６が支持台５５上に設置された軸
受５７に摺動可能に支持されている。軸受５７から突出
したガイドロッド５６には、押圧，解除プレート５８
と、押圧荷重を検出する荷重負荷検出用のロードセル５
９が取付けられている。

【００２２】前記押圧，解除プレート５８の下端側面に
は、負荷ウエイトＷａを連結部材６０ａを介して取付け
たワイヤーまたはロープ等の紐状部材６０ｂが連結さ
れ、この紐状部材６０ｂは、支持台５５上に立設された
ガイドプーリ６１にガイドされている。また、ロードセ
ル５９を設け側のガイドロッド５６の端末部には、バラ
ンスウエイトＷｂを連結部材６２を介して取付けたワイ
ヤーまたはロープ等の紐状部材６３が連結され、この紐
状部材６３は、支持台５５上に立設されたガイドプーリ
６４にガイドされている。そして、負荷ウエイトＷａと
バランスウエイトＷｂとの荷重差により、試料Ｗをエン
ドレスベルト３の擬似路面４に押圧させるようにしてい
る。

【００２３】前記軸受５７上には、試料Ｗをエンドレス
ベルト３の擬似路面４に押圧させる押圧荷重を解除する
シリンダー６５が設置され、このシリンダー６５のロッ
ド６５ａの先端は、前記押圧，解除プレート５８の側面
と相対向するように配設されている。前記恒温槽２の上
面には、エンドレスベルト３の擬似路面４と試料Ｗとの
接触部Ｑに砂やおが屑やタルク等により摩耗片（屑）を
取り除く為のクリーニング材を供給するクリーニング手
段６６が設置され、このクリーニング手段６６は、クリ
ーニング材容器６７が恒温槽２の上面に設置され、クリ
ーニング材の供給ノズル６８が擬似路面４と試料Ｗとの
接触部Ｑ上に配設されている。

【００２４】前記クリーニング材容器６７には、配管６
９を介してクリーニング材の供給装置７０ａに接続され
ている。なお、配管６９を配設せずに、人手により前記
容器６７にクリーニング材を供給しても良い。また、集
納装置７０ｂには、エンドレスベルト３の擬似路面４と
試料Ｗとの下部の架台１に設けられた集塵ホッパ７１が
配管７２を介して接続され、試料Ｗの摩耗した屑とクリ
ーニング材とを集めるようにしている。

【００２５】試料Ｗの摩耗した屑を集めるクリーニング
手段６６としては、その他、疑似路面４の表面を払い取
るブラシ等や直接吸い取る吸引機を用いることも可能で
ある。次に、図６及び図７は、この発明の第２実施例を
示し、この第２実施例は前記第１実施例の押圧，解除手
段５４に用いた負荷ウエイトＷａ，バランスウエイトＷ
ｂ及びシリンダー６５を、１台の押圧，解除シリンダー
７３にしたものである。

【００２６】即ち、架台１上の支持台５５に、押圧，解
除シリンダー７３が設置され、この押圧，解除シリンダ
ー７３のロッド７３ａが、軸受５７から突出したガイド
ロッド５６に接続されている。そして、押圧，解除シリ
ンダー７３の伸縮ストロークによって、エンドレスベル
ト３の擬似路面４に対して試料Ｗの押圧力を調整するよ
うにしている。

【００２７】なお、その他の構成は上記第１実施例と同
様なので、同一符号を付して説明は省略する。図８は、
上記第１実施例における摩耗試験装置の制御回路８０を
示し、この制御回路８０は、中央演算制御装置８１に接
続されたクリーニング手段制御回路８２と、試料Ｗのキ
ャンバー角制御回路８３と、試料Ｗのスリップ角制御回
路８４と、スリップ率制御回路８５とで構成されてい
る。

【００２８】前記クリーニング手段制御回路８２は、中
央演算制御装置８１にプログラムされた信号を駆動制御
装置８６に出力し、クリーニング材料設定器８７に設定
されたクリーニング材（この実施例では砂）の量に基づ
き、駆動モータ８８を介してクリーニング材容器６７の
流出口８９の開口面積を制御することにより、エンドレ
スベルト３の擬似路面４と試料Ｗとの間に、順次クリー
ニング材を供給制御するものである。

【００２９】次に、前記試料Ｗのキャンバー角制御回路
８３は、試料Ｗのキャンバー角αの設定は、中央演算制
御装置８１にプログラムされた信号を駆動制御装置９１
に出力し、キャンバー角調整用の駆動モータ９２を介し
て試料Ｗを所定のキャンバー角に設定すると共に、その
設定されたキャンバー角をロータリエンコーダ９３及び
パルスカウンター９４により検出し、予めキャンバー角
度設定器９５に設定されたキャンバー角と比較するよう
にして一定のキャンバー角に設定制御するようにしてい
る。

【００３０】また、前記試料Ｗのスリップ角制御回路８
４におけるスリップ角度α_x の設定は、中央演算制御装
置８１にプログラムされた信号を駆動制御装置９７ａに
出力し、スリップ角調整用の駆動モータ９７ｂを介して
試料Ｗを所定のスリップ角に設定すると共に、その設定
されたスリップ角をロータリエンコーダ９８及びパルス
カウンター９９により検出し、予めスリップ角度設定器
１００に設定されたスリップ角と比較するようにして一
定のスリップ角に設定制御するようにしている。

【００３１】このように、試料Ｗのキャンバー角α及び
スリップ角度α_x を設定した状態で、所定の回転速度で
回転しているエンドレスベルト３の擬似路面４に試料Ｗ
を押圧，解除手段５４介して押圧させ、この時に押圧力
をロードセル５９により検出し、この検出した値を増幅
器１２０を介して押圧力表示器１２１に表示し、更に試
料Ｗの横力をスラスト荷重用ロードセル４７で検出し、
検出した値を増幅器９６を介して横力表示器９０に表示
するようにしている。

【００３２】更に、前記スリップ率制御回路８５は、エ
ンドレスベルト３の回転速度と、試料Ｗの回転速度と
を、中央演算制御装置８１にプログラムされた信号に基
づき、サーボ増幅器１０１，１０２及びサーボモータ１
０３，１０４を介して一定の回転速度に制御し、このそ
れぞれの回転速度をタコジェネレータ１０５，１０６で
それぞれ検出し、予め速度設定器１０７，１０８に設定
された回転速度と比較するようにして一定の回転数に設
定制御するようにしている。

【００３３】また、エンドレスベルト３の設定速度は、
中央演算制御装置８１にプログラムされた信号をサーボ
増幅器１０１に出力し、サーボモータ１０３を介してエ
ンドレスベルト３を一定の回転速度で回転させ、その時
にタコジェネレータ１０５で回転速度を検出し、予め速
度設定器１０７に設定された回転速度と比較するように
して一定の回転数に設定制御するようにしている。

【００３４】この時にエンドレスベルト３と試料Ｗとの
回転速度を回転センサー１０９，１１０で検出し、この
検出した値を周速計１１１，１１２を介してスリップ率
計１１３に出力してスリップ率を計測するものである。
また、試料Ｗの摩耗力は、トルクセンサー１１４で検出
し、増幅器１１５を介してトルク表示器１１６に出力し
て表示させるように構成している。

【００３５】また、試料Ｗをエンドレスベルト３の擬似
路面４に対して押圧荷重をかける制御回路は、中央演算
制御装置８１にプログラムされた信号に基づき、この信
号を駆動制御装置１１７に出力し、リニアアクチュエー
タ１１８を介して試料Ｗにかける荷重を制御し、この荷
重をロードセル５９，増幅器１２０を介して検出し、予
め押圧荷重設定器１２１に設定された荷重と比較して、
一定の荷重が試料Ｗに作用するように制御するようにし
たものである。

【００３６】なお、第２実施例のように押圧，解除シリ
ンダー７３を用いる場合には、押圧，解除シリンダー７
３の伸縮ストロークを制御するもので、その他の回路構
成は、第１実施例と同様である。以上のような摩耗試験
装置の制御回路８０により、試料Ｗをエンドレスベルト
３の擬似路面４に対して所定の負荷を与えた状態で圧着
させると共に、回転及び移動させ、また試料Ｗの接触角
度（キャンバー角，スリップ角）を適宜変化させること
で、試料Ｗの摩耗試験を行うことが出来るものである。

【００３７】中央演算制御装置８１には、実際のタイヤ
走行結果に基づいて、温度，スリップ率，スリップ角，
キャンバー角，荷重及び横力等を予めプログラム入力し
ておき、タイヤ走行条件のシミュレーション試験として
のプログラム制御試験も可能である。このようにタイヤ
構成材料である試料Ｗを用いて摩擦試験を行うことで、
実際のタイヤの摩擦試験を行ったと同様な条件での試験
を行うことが可能となり、しかもタイヤの走行条件、例
えばエンドレスベルト３の表面に、粒度の異なるサンド
ペーパまたは砥石等の摩擦部材４を所定の大きさに形成
して貼付け、擬似路面４を構成することで、実車をシミ
ュレートする条件での試料Ｗ自身の摩耗係数を計測する
ことが出来るものである。

【００３８】また、上記の実施例においては、試料Ｗ
（試験片）は、外径約６０mm，厚さ約１０〜２０mmの円
板状のものを使用し、また時には外周面に溝等のパター
ンを形成して試験を行う場合もある。更に恒温槽２は、
クリーニング材（砂等）の飛散防止のために槽を有し、
−２０℃〜１００℃に制御される。また、試料Ｗには、
スリップ率５％〜８０％，スリップ角は０〜±１０°，
キャンバー角０〜±２５°，荷重は１〜３０Kgを加え、
横力を制御する。

【００３９】

【発明の効果】この発明は、上記のように回転駆動可能
なエンドレスベルトの表面に摩擦部材から成る擬似路面
を設けた摩擦回転体と、円板状の試料を着脱可能に取付
ける回転駆動可能な試料ホルダーとを配設し、前記試料
ホルダーに、試料をエンドレスベルトの擬似路面に押圧
または離反させる、押圧，解除手段を設けたので、粘弾
性材料の摩耗試験を行う場合、実際に使用する製品の試
作品を一々製作することなく多品種の製品の試料片を用
いて実車走行条件と略同じ条件の下で摩耗試験をシミュ
レートさせながら自動的に行うことが出来、製品試作の
手間や時間を大幅に省略することが出来る上に、経費の
節減も図ることが出来る効果がある。また、製品の構成
材料自体を予め評価するので、製品の試作前の選別試験
として極めて有効であると言う効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１実施例を示す粘弾性体の摩耗試
験装置の一部縦断正面図である。

【図２】図１のＡーＡ矢視平面図である。

【図３】エンドレスベルトの拡大斜視図である。

【図４】試料の接触角（キャンバー角），スリップ角の
角度調整手段の説明図である。

【図５】エンドレスベルトの断面図である。

【図６】この発明の第２実施例を示す粘弾性体の摩耗試
験装置の一部縦断正面図である。

【図７】図６のＢーＢ矢視平面図である。

【図８】この発明の第１実施例における制御回路の説明
図である。

【符号の説明】

２ 恒温槽 ３ エンドレス
ベルト ４ 擬似路面 ５ 摩擦回転体 ６ 試料ホルダー ２９ スリップ角
調整用モータ ３０ 駆動軸 ３１ ウォーム
ホイール ３２ ウォーム ３３ キャンバ
ー角調整用モータ ３４ 駆動軸 ３５ ウォーム ３８ ウォームホイール ４７ スラスト
荷重用ロードセル ５２ トルクメータ ５４ 押圧，解
除手段 Ｗ 試料

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転駆動可能なエンドレスベルトの表面
   に摩擦部材から成る擬似路面を設けた摩擦回転体と、円
   板状の試料を着脱可能に取付ける回転駆動可能な試料ホ
   ルダーとを配設し、前記試料ホルダーに、試料をエンド
   レスベルトの擬似路面に押圧または離反させる、押圧，
   解除手段を設けたことを特徴とする粘弾性体の摩耗試験
   装置。
2. 【請求項２】 摩擦回転体の回転支持軸に、擬似路面に
   対して接触する試料のスリップ角を調整可能な角度調整
   手段を設け、前記試料ホルダーの回転支持軸に、スラス
   ト荷重検出器を設け、スリップ率を調整する速度調整手
   段を備えた請求項１に記載の粘弾性体の摩耗試験装置。
3. 【請求項３】 前記エンドレスベルトの擬似路面をクリ
   ーニングするクリーニング手段を設けた請求項１に記載
   の粘弾性体の摩耗試験装置。