(57)【要約】【課題】ゴムの疲労寿命を短時間で予測することを可能にしたゴムの疲労試験方法を提供する。【解決手段】ゴム試験片に対して任意の伸長率にて歪みを繰り返し与え、任意の回数の歪みが与えられたゴム試験片について破断伸長比λｂ及び引張応力Ｍ100 を測定し、破断伸長比λｂから算出される仮想の引張応力Ｍ100*と実際に測定された引張応力Ｍ100 との差Ｙを求め、その引張応力差Ｙの経時変化をゴムの耐疲労性の指標とする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ゴム試験片に対して任意の伸長率にて歪みを繰り返し与え、任意の回数の歪みが与えられたゴム試験片について破断伸長比λｂ及び引張応力Ｍ100 を測定し、前記破断伸長比λｂから算出される仮想の引張応力Ｍ100*と実際に測定された引張応力Ｍ100 との差Ｙを求め、その引張応力差Ｙの経時変化をゴムの耐疲労性の指標とすることを特徴とするゴムの疲労試験方法。
【請求項２】
前記仮想の引張応力Ｍ100*を下式（１）から算出することを特徴とする請求項１に記載のゴムの疲労試験方法。
ｌｏｇλｂ＝−０．７５ｌｏｇＭ100*＋Ｃ  ・・・（１）
但し、Ｃは任意の定数である。
【請求項３】
前記ゴム試験片への歪み付与開始からの経過時間Ｔと前記ゴム試験片への異なる歪み付与回数において得られる引張応力差Ｙの複数の値とから最小二乗法により求められる下式（２）における傾きＡを劣化速度としてゴムの耐疲労性の指標とすることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のゴムの疲労試験方法。
Ｙ＝Ａ×Ｔ1/2 ＋Ｂ  ・・・（２）
但し、Ａ，Ｂは任意の定数である。
【請求項４】
前記歪みの伸長率を３０％〜９０％としたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のゴムの疲労試験方法。
【請求項５】
前記ゴム試験片がダンベル状形、短冊形又は円柱形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ゴムの疲労試験方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ゴムの疲労寿命を予測するための疲労試験方法に関し、更に詳しくは、ゴムの疲労寿命を短時間で予測することを可能にしたゴムの疲労試験方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ゴムの疲労寿命を予測するための疲労試験方法として、ゴム試験片に歪みを繰り返し与え、該ゴム試験片が破断するまでの繰り返し回数や時間により評価する方法がある（例えば、特許文献１〜３参照）。
【０００３】
このようなゴムの疲労試験方法は、例えば、繰り返し変形に起因してタイヤトレッド面の主溝やラグ溝に発生するグルーブクラックと呼ばれる亀裂の発生時期の予測や、亀裂の発生を抑制するためのゴム組成物の開発に際して広く利用されている。しかしながら、この種のゴムの疲労試験方法では、ゴム試験片が破断するまでに長時間を要するため、試験効率が悪いという問題がある。
【特許文献１】特開平８−１９３９３３号公報
【特許文献２】特開平８−３０４２５０号公報
【特許文献３】特開平３−２４５０３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、ゴムの疲労寿命を短時間で予測することを可能にしたゴムの疲労試験方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するための本発明のゴムの疲労試験方法は、ゴム試験片に対して任意の伸長率にて歪みを繰り返し与え、任意の回数の歪みが与えられたゴム試験片について破断伸長比λｂ及び引張応力Ｍ100 を測定し、前記破断伸長比λｂから算出される仮想の引張応力Ｍ100*と実際に測定された引張応力Ｍ100 との差Ｙを求め、その引張応力差Ｙの経時変化をゴムの耐疲労性の指標とすることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００６】
本発明者は、先に出願した特願２００８−９４６３号において、ゴム試験片に対して任意の伸長率にて歪みを繰り返し与え、任意の回数の歪みが与えられたゴム試験片について引張応力を測定し、その引張応力の経時変化をゴムの耐疲労性の指標とすることを提案した。このような疲労試験方法によれば、ゴム試験片が破断するまで疲労試験を継続する場合に比べてゴムの疲労寿命を短時間で予測することが可能である。ところが、引張応力の経時変化をゴムの耐疲労性の指標とした場合、ゴム試験片に与える歪みを大きくすると必ずしも正確な予測結果が得られないことが判明した。
【０００７】
そこで、本発明では、破断伸長比λｂから算出される仮想の引張応力Ｍ100*と実際に測定された引張応力Ｍ100 との差Ｙを求め、その引張応力差Ｙの経時変化をゴムの耐疲労性の指標とすることにより、ゴム試験片に与える歪みを大きくした場合であっても、ゴムの疲労寿命を短時間で予測することを可能にしたのである。
【０００８】
本発明において、仮想の引張応力Ｍ100*は下式（１）から算出することができる。
ｌｏｇλｂ＝−０．７５ｌｏｇＭ100*＋Ｃ  ・・・（１）
但し、Ｃは任意の定数である。
【０００９】
更に本発明において、ゴム試験片への歪み付与開始からの経過時間Ｔとゴム試験片への異なる歪み付与回数において得られる引張応力差Ｙの複数の値とから最小二乗法により求められる下式（２）における傾きＡを劣化速度としてゴムの耐疲労性の指標とすることができる。
Ｙ＝Ａ×Ｔ1/2 ＋Ｂ  ・・・（２）
但し、Ａ，Ｂは任意の定数である。
【００１０】
歪みの伸長率は３０％〜９０％とすることが好ましい。このような伸長率であれば、引張応力差Ｙの経時変化に基づいてゴムの疲労寿命を精度良く予測することができる。また、ゴム試験片としてはダンベル状形、短冊形又は円柱形のものを使用すると良い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の構成について添付の図面を参照しながら詳細に説明する。図１は本発明のゴムの疲労試験方法を実施するための装置の一例を示すものである。図１において、１はゴム試験片であり、２は上チャックであり、３は下チャックである。ゴム試験片１は、上チャック２及び下チャック３に把持された後、長手方向に一定の伸長率にて歪みが繰り返し与えられるようになっている。ゴム試験片１は、その形状が特に限定されるものではないが、ダンベル状形、短冊形又は円柱形のものを使用することができる。
【００１２】
上述のような装置を用いて、ゴム試験片１に対して任意の伸長率にて歪みを繰り返し与え、任意の回数の歪みが与えられたゴム試験片について、それを長手方向に伸長したときの破断伸長比λｂ及び引張応力Ｍ100 を測定する。より具体的には、同一のゴム組成物からなる複数本のゴム試験片１を用意し、これらゴム試験片１に対して同一条件で歪みを与えるようにし、歪み付与回数が異なる複数の時点でそれぞれ少なくとも１つのゴム試験片１を取り外し、各ゴム試験片１の物性値を測定する。同一の歪み付与回数において複数本のゴム試験片１について測定を行うようにすれば、その試験精度を高めることができる。なお、破断伸長比λｂとはＪＩＳ  Ｋ６２５１に規定される切断時伸び（％）を１００で除した値を意味し、引張応力Ｍ100 とはＪＩＳ  Ｋ６２５１に規定される１００％伸長時の引張応力を意味する。
【００１３】
ゴムの劣化の要因は、大別して、酸化架橋と主鎖切断とがある。破断伸長比λｂは、酸化架橋の増加に伴って減少するが、主鎖切断が増加しても変化しないと仮定される。これは、破断伸長比λｂが架橋点間分子量により決まるからである。一方、実際に測定される引張応力Ｍ100 は、酸化架橋の増加に伴って増大し、主鎖切断の増加に伴って減少する。よって、破断伸長比λｂから架橋密度の代用として仮想の引張応力Ｍ100*を算出し、更に仮想の引張応力Ｍ100*から実際の引張応力Ｍ100 を引いて引張応力差Ｙを求めたとき、この引張応力差Ｙは主鎖切断の量を表すパラメータとなる。
【００１４】
本発明者の知見によれば、主鎖切断はゴム試験片に与える歪みの大きさに拘らず常に起こる現象であるので、この主鎖切断の量を表す引張応力差Ｙの経時変化をゴムの耐疲労性の指標とすることにより、ゴム試験片に与える歪みを大きくした場合であっても、ゴムの疲労寿命を精度良く予測することができる。しかも、このような疲労試験方法によれば、ゴム試験片が破断するまで疲労試験を継続する場合に比べてゴムの疲労寿命を短時間で予測することが可能である。
【００１５】
ゴム試験片に与える歪みの伸長率は３０％〜９０％、より好ましくは、４０％〜８０％の範囲に設定すると良い。歪みの伸長率が３０％未満であると主鎖切断の変化が短時間で現れないため疲労寿命の予測に長時間を要し、逆に９０％を超えると測定値にバラツキが生じて疲労寿命の予測を的確に行うことが困難になる。また、歪みを与える速度は０．８Ｈｚ〜８．５Ｈｚとすることが望ましい。
【００１６】
仮想の引張応力Ｍ100*は下式（１）から算出することができる。
ｌｏｇλｂ＝−０．７５ｌｏｇＭ100*＋Ｃ  ・・・（１）
但し、Ｃは任意の定数である。
【００１７】
この式（１）はゴムを酸化劣化させたときの破断伸長比λｂと引張応力Ｍ100*との一般的な関係を示すものである。つまり、酸化により架橋が進むと、−０．７５の直線に沿って引張応力Ｍ100*が増加し、破断伸長比λｂが減少するのである（阿波根朝浩、「引張特性によるカーボン配合ゴムの酸化劣化による架橋と主鎖切断の解析」、日本ゴム協会誌、第６２巻、第２号（１９８９）、Ｐ１０７〜１１４参照）。
【００１８】
図２はゴムの破断伸長比λｂと引張応力Ｍ100 との関係を示すグラフである。図２において、縦軸はｌｏｇλｂを示し、横軸はｌｏｇＭ100 （ＭＰａ）を示す。図２には式（１）が表示されているが、その定数Ｃは初期状態のゴム試験片の破断伸長比λｂと引張応力Ｍ100 を点Ｐ０にプロットし、その点Ｐ０を通って傾き−０．７５となる直線を描くことで求められる。ここで、任意の回数の歪みが与えられたゴム試験片から測定された破断伸長比λｂ及び引張応力Ｍ100 を点Ｐ１にプロットすると、この点Ｐ１は式（１）の直線の下側に位置することになる。一方、式（１）に破断伸長比λｂの測定値を代入すると、点Ｐ２の横軸座標値として仮想の引張応力Ｍ100*が得られる。このようにして得られた仮想の引張応力Ｍ100*から実際の引張応力Ｍ100 を引いた値が引張応力差Ｙ（Ｍ100*−Ｍ100 ）である。
【００１９】
引張応力差Ｙの経時変化をゴムの耐疲労性の指標とするにあたって、ゴム試験片への歪み付与開始からの経過時間Ｔとゴム試験片への異なる歪み付与回数において得られる引張応力差Ｙの複数の値とから最小二乗法により求められる下式（２）における傾きＡを劣化速度とする。
Ｙ＝Ａ×Ｔ1/2 ＋Ｂ  ・・・（２）
但し、Ａ，Ｂは任意の定数である。
【００２０】
図３は引張応力差Ｙと経過時間Ｔとの関係を示すグラフである。図３において、縦軸は引張応力差Ｙ（ＭＰａ）を示し、横軸はＴ1/2 （ｍｉｎ1/2 ）を示す。図３に示すように、引張応力差Ｙ（Ｍ100*−Ｍ100 ）は経過時間Ｔの増加に伴って増大している。これは、疲労試験が進むに連れて主鎖切断が増加することを意味する。ここで、定数Ａ，Ｂは最小二乗法により与えられる任意の定数であるが、その傾きＡが大きいほど主鎖切断の増加速度が速く、言い換えれば、ゴムの劣化速度が速いことを意味する。従って、傾きＡを劣化速度とし、この劣化速度に基づいてゴムの耐疲労性を判断することができる。
【００２１】
上述したように本発明に係るゴムの疲労試験方法は、ゴム試験片が破断するまで疲労試験を継続する場合に比べてゴムの疲労寿命を短時間で予測することが可能であり、タイヤをはじめとする各種ゴム製品の寿命予測や、劣化を抑制したゴム組成物の開発に際して広く利用することができる。
【実施例】
【００２２】
タイヤサイズが２７５／７０Ｒ２２．５であり、トレッド面にトラクションパターンを形成した重荷重用タイヤにおいて、キャップトレッドゴムとして表１に示す配合からなる３種類のゴム組成物Ｘ，Ｙ，Ｚをそれぞれ用いた３種類のタイヤを製造した。但し、各タイヤにおいてキャップトレッドゴムを除く仕様を共通にした。
【００２３】
これら３種類のタイヤを総重量２５トンの車両に装着し、一般道路を１０万ｋｍ走行した後、グルーブクラックの発生状況（数及び大きさ）を評価し、その結果をゴム組成物Ｘをキャップトレッドゴムに用いたタイヤを１００とする指数により表１に示した。この指数値が小さいほどグルーブクラックの発生が少ないことを意味する。
【００２４】
【表１】
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＊１：ＳＴＲ２０
＊２：日本ゼオン社製  Ｎｉｐｏｌ  ＢＲ１２２０
＊３：キャボットジャパン社製  ショウブラックＮ２３４
＊４：正同化学工業社製  酸化亜鉛３種
＊５：日油社製  ビーズステアリン酸
＊６：住友化学社製  アンチゲン６Ｃ
＊７：ＦＬＥＸＳＹＳ社製  ＳＡＮＴＯＣＵＲＥ  ＴＢＢＳ
＊８：鶴見化学工業社製  金華印油入微粉硫黄
【００２５】
表１に示すように、ゴム組成物Ｘをキャップトレッドゴムに用いたタイヤではグルーブクラックが比較的多く発生しており、ゴム組成物Ｙをキャップトレッドゴムに用いたタイヤではグルーブクラックの発生が比較的少なく、ゴム組成物Ｚをキャップトレッドゴムに用いたタイヤではグルーブクラックの発生が見られなかった。この結果から、天然ゴムに対してブタジエンゴムを配合し、その配合割合を多くすることによってゴムの劣化が抑制されることを確認した。
【００２６】
次に、上述した実車試験で用いた３種類のゴム組成物Ｘ，Ｙ，Ｚを使用して３種類のダンベル状３号形のゴム試験片を作製した。そして、これらゴム試験片を用いて、比較例１〜６及び実施例１〜２の疲労試験方法によりゴム組成物Ｘ，Ｙ，Ｚの物性を評価し、その結果を表２に示した。
【００２７】
比較例１：
各ゴム試験片について、初期の破断伸びをＪＩＳ  Ｋ６２５１に準拠して測定した。評価結果は、ゴム組成物Ｘの測定値を１００とする指数にて示した。この指数値が大きいほど破断伸びが大きいことを意味する。
【００２８】
比較例２：                                                                      各ゴム試験片について、老化後（１００℃×４８ｈ）の破断伸びをＪＩＳ  Ｋ６２５１に準拠して測定した。評価結果は、ゴム組成物Ｘの測定値を１００とする指数にて示した。この指数値が大きいほど破断伸びが大きいことを意味する。
【００２９】
比較例３：                                                                      各ゴム試験片に対してＪＩＳ  Ｋ６２７０に準拠して６０％の歪みを繰り返し与え、そのゴム試験片が破断するまで疲労試験を継続した。評価結果として、破断時の歪み付与回数（破断回数）及び試験時間を示した。
【００３０】
比較例４：                                                                      各ゴム試験片に対してＪＩＳ  Ｋ６２７０に準拠して１００％の歪みを繰り返し与え、そのゴム試験片が破断するまで疲労試験を継続した。評価結果として、破断時の歪み付与回数（破断回数）及び試験時間を示した。
【００３１】
比較例５：                                                                      各ゴム試験片に対してＪＩＳ  Ｋ６２７０に準拠して６０％の歪みを繰り返し与え、歪み付与回数（疲労回数）が４０万回、６０万回、１２０万回のとき、ゴム試験片の引張応力Ｍ100 をそれぞれ測定し、その引張応力Ｍ100 を歪み付与開始からの経過時間Ｔの１／２乗に対してプロットし、最小二乗法により得られる式の傾きを劣化速度とした。評価結果は、ゴム組成物Ｘの測定値を１００とする指数にて示した。この指数値が大きいほど劣化速度が速いことを意味する。
【００３２】
比較例６：                                                                      各ゴム試験片に対してＪＩＳ  Ｋ６２７０に準拠して８０％の歪みを繰り返し与え、歪み付与回数（疲労回数）が５万回、１０万回のとき、ゴム試験片の引張応力Ｍ100 をそれぞれ測定し、その引張応力Ｍ100 を歪み付与開始からの経過時間Ｔの１／２乗に対してプロットし、最小二乗法により得られる式の傾きを劣化速度とした。評価結果は、ゴム組成物Ｘの測定値を１００とする指数にて示した。この指数値が大きいほど劣化速度が速いことを意味する。
【００３３】
実施例１：                                                                      各ゴム試験片に対してＪＩＳ  Ｋ６２７０に準拠して６０％の歪みを繰り返し与え、歪み付与回数（疲労回数）が４０万回、６０万回、１２０万回のとき、ゴム試験片の破断伸長比λｂ及び引張応力Ｍ100 をそれぞれ測定し、式（１）に基づいて破断伸長比λｂから算出される仮想の引張応力Ｍ100*と実際に測定された引張応力Ｍ100 との差Ｙを求め、その引張応力差Ｙを歪み付与開始からの経過時間Ｔの１／２乗に対してプロットし、最小二乗法により得られる式（２）の傾きＡを劣化速度とした。評価結果は、ゴム組成物Ｘの測定値を１００とする指数にて示した。この指数値が大きいほど劣化速度が速いことを意味する。
【００３４】
実施例２：                                                                      各ゴム試験片に対してＪＩＳ  Ｋ６２７０に準拠して８０％の歪みを繰り返し与え、歪み付与回数（疲労回数）が５万回、１０万回のとき、ゴム試験片の破断伸長比λｂ及び引張応力Ｍ100 をそれぞれ測定し、式（１）に基づいて破断伸長比λｂから算出される仮想の引張応力Ｍ100*と実際に測定された引張応力Ｍ100 との差Ｙを求め、その引張応力差Ｙを歪み付与開始からの経過時間Ｔの１／２乗に対してプロットし、最小二乗法により得られる式（２）の傾きＡを劣化速度とした。評価結果は、ゴム組成物Ｘの測定値を１００とする指数にて示した。この指数値が大きいほど劣化速度が速いことを意味する。
【００３５】
【表２】
2010032427.tif 000004
【００３６】
表２から判るように、比較例１，２はそれぞれ初期又は老化後の破断伸びをゴムの耐疲労性の指標とするものであるが、これら破断伸びに基づく評価結果は実車試験による評価結果と一致するものではなかった。
【００３７】
比較例３は破断時の歪み付与回数をゴムの耐疲労性の指標とするものであり、その評価結果は実車試験による評価結果と概ね一致しているが、試験終了までに１２０時間要するものであった。また、比較例４は比較例３よりも歪みを大きくすることで破断までの試験時間を短縮したものであるが、この場合、破断時の歪み付与回数に基づく評価結果が実車試験による評価結果に対して不一致となっていた。
【００３８】
比較例５は引張応力の経時変化をゴムの耐疲労性の指標とするものであり、その評価結果は実車試験による評価結果と概ね一致していた。但し、比較例５よりも歪みを大きくすることで破断までの試験時間を短縮した場合（比較例６）、引張応力の経時変化に基づく評価結果が実車試験による評価結果に対して不一致となっていた。従って、引張応力の経時変化をゴムの耐疲労性の指標とする疲労試験方法は、ゴム試験片に与える歪みを大きくした場合に有効ではない。
【００３９】
実施例１は仮想の引張応力Ｍ100*と実際の引張応力Ｍ100 とから求めた引張応力差Ｙの経時変化をゴムの耐疲労性の指標とするものであり、その評価結果は実車試験による評価結果と概ね一致していた。また、実施例１よりも歪みを大きくすることで破断までの試験時間を短縮した場合（実施例２）においても、引張応力差Ｙの経時変化に基づく評価結果が実車試験による評価結果と概ね一致していた。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明のゴムの疲労試験方法を実施するための装置の一例を示す概略側面図である。
【図２】ゴムの破断伸長比λｂと引張応力Ｍ100 との関係を示すグラフである。
【図３】引張応力差Ｙと経過時間Ｔとの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４１】
１  ゴム試験片
２  上チャック
３  下チャック
【図１】
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【図２】
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【図３】
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