(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一定の温度Ｔ℃において標準ゴムと標準氷との間の、標準氷の表面粗さと摩擦係数μとの関係が求められており、
表面粗さが評価される試験氷を準備するステップと、
上記温度Ｔ℃において標準ゴムと試験氷との摩擦係数μが測定されるステップと、
試験氷の表面粗さが決定されるステップと
を備えており、
試験氷の表面粗さが決定されるステップでは、試験氷の摩擦係数μに基づいて、標準ゴムと標準氷との間の標準氷の表面粗さと摩擦係数μとの関係から、試験氷の表面粗さが決定されている氷表面の粗さ評価方法。
【請求項２】
上記標準ゴムと標準氷との間の、標準氷の表面粗さと摩擦係数μとの関係が、十点平均粗さ（Ｒｚ）で２０μｍ以上３００μｍ以下の範囲で求められている請求項１に記載の粗さ評価方法。
【請求項３】
上記標準ゴムと標準氷との間の、標準氷の表面粗さと摩擦係数μとの関係が、算術平均粗さ（Ｒａ）で３μｍ以上５０μｍ以下の範囲で求められている請求項１に記載の粗さ評価方法。
【請求項４】
上記温度Ｔ℃が−１０℃以上−１℃以下の範囲の一定温度である請求項１から３のいずれかに記載の粗さ評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、氷表面の粗さを評価する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
タイヤの性能評価の一つとして、氷上でのタイヤのグリップ性能が評価されている。氷上でのタイヤのグリップ性能を評価する際に、氷表面の粗さは摩擦力に影響を与える重要なパラメータである。このため、タイヤのグリップ性能を評価する際に、氷表面の粗さを把握する必要がある。
【０００３】
この氷表面の粗さを評価する方法として、例えば、接触式粗さ計が用いられる。接触式粗さ計では、触針の先端が氷表面をなぞることにより、氷表面の粗さが評価される。その先端径が大きい触針では、細かい凹凸形状をなぞることができない。先端径が大きい触針では、測定精度に劣る。また、その先端径が小さい触針を用いても、その押圧力や摩擦熱で氷表面が破壊されてしまう。先端径が小さい触針でも、氷表面の粗さを精度良く評価することは困難である。
【０００４】
特開２００５−１４７７５２公報には、氷の表面に液体を拡散させて、粗さを評価する方法が提案されている。この方法では、液体の拡散面積から氷の粗さが評価されている。また、実開平６−４７８１０公報には、レザー光を氷表面に反射させて、粗さを評価する方法が提案されている。この方法では、反射光の量が解析されて氷の粗さが評価されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−１４７７５２公報
【特許文献２】実開平６−４７８１０公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
液体の拡散面積から粗さが評価される方法では、氷の表面に亀裂があると評価が困難である。また、傾斜した表面では、傾斜方向に液体が流れ易く、正確な評価が困難である。また、レザー光の反射光から粗さが評価される方法では、氷の透明度により反射光の量が変化する。また、氷内部からの反射光が検出されることもある。反射光による粗さの評価では、氷の状態により反射光の量が変化する。反射光による粗さの評価では、高精度の評価が困難である。
【０００７】
本発明の目的は、簡易にかつ高精度に氷の粗さを評価しうる方法の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る氷表面の粗さ評価方法は、一定の温度Ｔ℃において標準ゴムと標準氷との間の、標準氷の表面粗さと摩擦係数μとの関係が求められている。
この評価方法は、
表面粗さが評価される試験氷を準備するステップと、
上記温度Ｔ℃において標準ゴムと試験氷との摩擦係数μが測定されるステップと、
試験氷の表面粗さが決定されるステップと
を備えている。
この試験氷の表面粗さが決定されるステップでは、試験氷の摩擦係数μに基づいて、標準ゴムと標準氷との間の標準氷の表面粗さと摩擦係数μとの関係から、試験氷の表面粗さが決定されている。
【０００９】
好ましくは、上記標準ゴムと標準氷との間の、標準氷の表面粗さと摩擦係数μとの関係は、十点平均粗さ（Ｒｚ）で２０μｍ以上３００μｍ以下の範囲で求められている。
【００１０】
好ましくは、上記標準ゴムと標準氷との間の、標準氷の表面粗さと摩擦係数μとの関係は、算術平均粗さ（Ｒａ）で３μｍ以上５０μｍ以下の範囲で求められている。
【００１１】
好ましくは、上記温度Ｔ℃は、−１０℃以上−１℃以下の範囲の一定温度である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る氷表面の粗さ評価方法では、ゴムと氷との摩擦力との観点から、氷の表面粗さが高精度に評価されている。この高精度の表面粗さの評価結果が、容易に得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る氷表面の粗さ評価方法が示されたフローチャートである。
【図２】図２は、図１の評価方法に用いる、標準氷の表面の粗さと摩擦係数μとの関係を求める方法が示されたフローチャートである。
【図３】図３（ａ）は、図２の標準氷とその容器とが示された説明図であり、図３（ｂ）は、その標準氷が示された説明図である。
【図４】図４は、図２の方法における、標準氷の摩擦係数μの測定方法の説明図である。
【図５】図５は、図２の方法で求められた、標準氷の表面の粗さＲｚと摩擦係数μとの関係が示されたグラフである。
【図６】図６は、実施例に係る標準氷の表面の粗さＲｚと摩擦係数μとの関係が示されたグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、適宜図面が参照されつつ、好ましい実施形態に基づいて本発明が詳細に説明される。
【００１５】
図１に示される様に、この氷表面の粗さ評価方法は、試験氷が準備されるステップと、摩擦係数μが測定されるステップと、表面粗さが決定されるステップとを備えている。
【００１６】
試験氷が準備されるステップでは、その表面の粗さが評価される試験氷が準備される。摩擦係数μが測定されるステップでは、この試験氷の摩擦係数μが測定される。表面粗さが決定されるステップでは、測定された摩擦係数μから試験氷の表面粗さが決定される。この摩擦係数μから試験氷の表面粗さを決定する際に、後述する標準氷の表面粗さと摩擦係数μとの関係に基づいて、試験氷の表面粗さが決定されている。
【００１７】
図２のフローチャートには、前述の標準氷の表面粗さと摩擦係数μとの関係を求める方法が示されている。この方法は、標準氷が準備されるステップと、摩擦係数μが測定されるステップと、標準氷の表面粗さと摩擦係数μとの関係を決定するステップとをを備えている。この方法で求められた、標準氷の表面粗さと摩擦係数μとの関係から、図１の試験氷の表面の粗さが決定されている。
【００１８】
この図２が参照されつつ、標準氷の表面粗さと摩擦係数μとの関係を求める方法が説明される。
【００１９】
この標準氷が準備されるステップでは、その表面粗さが特定された標準氷が準備される。
【００２０】
図３（ａ）及び図３（ｂ）が参照されつつ、この標準氷を準備する方法が説明される。図３（ａ）の容器２が準備される。この容器２は、略平面からなる底面４を備えている。この容器２は、例えば金属からなる。この底面４が、ショットブラスト処理されている。このショットブラスト処理により、底面４の粗さが調整される。この処理により、例えば、この底面４が十点平均粗さ（Ｒｚ）で１０μｍの粗さに調整される。
【００２１】
図３（ａ）に示される様に、この容器２を用いて、氷６が造られる。この氷６の表面８には、容器２の底面４の形状が転写されている。図３（ｂ）に示される様に、この氷６が容器２から取り出される。この様にして、表面８に十点平均粗さ（Ｒｚ）で１０μｍの粗さの形状が転写された氷６が造られる。この氷６は、その表面８が１０μｍに調整された氷である。同様にして、十点平均粗さ（Ｒｚ）で、例えばその表面が２０μｍ、３０μｍ、５０μｍ及び１００μｍに調整された氷が造られる。この発明では、このように、その表面が特定の粗さに調整された氷を標準氷と称する。氷６と、表面が２０μｍ、３０μｍ、５０μｍ及び１００μｍに調整された氷とは、いずれも標準氷である。
【００２２】
摩擦係数μが測定されるステップでは、標準氷の表面の摩擦係数μが測定される。この摩擦係数μの測定は、一定の温度Ｔ℃の恒温室でされる。この温度Ｔ℃は、例えば−１０℃から−１℃までの範囲で設定される、一定の温度である。この測定には、摩擦係数測定装置が用いられる。
【００２３】
図４は、摩擦係数μの測定の様子が示されている。このステップでは、標準ゴム１０が準備される。この標準ゴム１０は、氷表面を滑らせて摩擦係数μを測定するためのゴム片である。この標準ゴム１０は、例えば、タイヤのトレッド面を構成する架橋ゴムからなる。
【００２４】
標準ゴム１０が荷重Ｗで、氷６の表面８に押しつけられる。この標準ゴム１０が、一定の速度Ｖで表面８を滑る。この滑る標準ゴム１０の摩擦力Ｆが測定される。この摩擦力Ｆが荷重Ｗで除されて、摩擦係数μが算出される。この様にして、氷６の表面８の摩擦係数μが測定される。
【００２５】
氷６と同様にして、２０μｍ、３０μｍ、５０μｍ及び１００μｍに調整された標準氷でも、その表面の摩擦係数μが測定される。この様にして、その表面が１０μｍ、２０μｍ、３０μｍ、５０μｍ及び１００μｍにそれぞれ調整された標準氷において、摩擦係数μが測定される。
【００２６】
標準氷の表面粗さと摩擦係数μとの関係を決定するステップでは、特定された摩擦係数μに対応して、表面の粗さが特定される関係が決定されている。
【００２７】
図５は、標準氷の表面粗さと摩擦係数μとの関係を決定する一例が示されている。図５の横軸は、標準氷の表面の粗さが十点平均粗さ（Ｒｚ）で示されている。縦軸は、標準ゴムと標準氷と間の摩擦係数μが示されている。図５には、温度Ｔ℃における、標準氷の表面粗さ（Ｒｚ）と摩擦係数μとの関係式が二次近似式で示されている。この例では、標準氷の表面粗さと摩擦係数μとの関係を決定することは、一定の温度における、二次近似式などの関係式を求めることを意味する。この関係式は、二次近似式に限られない。この関係式は、例えば、三次近似式でもよく、更に高次の近似式でも良い。
【００２８】
図５に示された二次近似式を例に用いて、図１の氷表面の粗さ評価方法が説明される。
【００２９】
試験氷が準備されるステップでは、この評価方法で、表面の粗さが評価される氷が準備される。
【００３０】
摩擦係数μが測定されるステップでは、一定の温度Ｔ℃の恒温室で、摩擦係数μが測定される。図４に示された様に、標準氷と同様にして、試験氷の表面を標準ゴムが滑る。このときの摩擦係数μが測定される。
【００３１】
表面粗さが決定されるステップでは、この試験氷で求められた摩擦係数μから、図５の二次近似式に基づいて、対応する十点平均粗さ（Ｒｚ）が決定される。この十点平均粗さ（Ｒｚ）が、この試験氷の表面の粗さに決定される。
【００３２】
図５に示す二次近似式では、粗さ（Ｒｚ）が小さい範囲では、摩擦係数μの変化量に対する粗さ（Ｒｚ）の変化量が小さい。粗さ（Ｒｚ）の評価精度が低下する。この観点から、十点平均粗さ（Ｒｚ）の範囲は、好ましくは、粗さ（Ｒｚ）が２０μｍ以上である。一方で、摩擦係数μが大きい範囲では、摩擦係数μの変化量の変化に対する粗さ（Ｒｚ）の変化量が大きい。この摩擦係数μが大きくなりすぎると、粗さ（Ｒｚ）の評価精度が低下する。この観点から、十点平均粗さ（Ｒｚ）の範囲は、好ましくは、３００μｍ以下である。
【００３３】
氷の表面とゴムとの摩擦力は、温度により変化する。この方法では、一定の温度Ｔ℃において評価することで、摩擦力の変化が抑制されている。一定の温度Ｔ℃において評価されることで、氷表面の粗さが高精度に評価されている。
【００３４】
氷の表面の摩擦力を測定する観点から、この一定の温度Ｔ℃は、−１℃以下であることが好ましい。この方法によれば、この温度Ｔ℃が例えば−４０℃以上や−３０℃以上で設定されても、氷表面の粗さが評価されうる。この温度Ｔ℃が−１０℃以上で設定されることで、特別な耐寒仕様の装置を用いることなく、容易に氷の表面粗さが評価されうる。
【００３５】
更に、所定の温度範囲で、例えば−１０℃から−１℃までの範囲で、１℃毎の一定温度において、標準氷の表面粗さと摩擦係数μとの関係式が、予め求められていても良い。これにより、この所定の温度範囲内で、１℃毎のいずれかの任意の温度で、試験氷の摩擦係数μを測定すれば、その試験氷の表面粗さを評価しうる。
【００３６】
この説明では、十点平均粗さ（Ｒｚ）を例に説明がされたが、算術平均粗さ（Ｒａ）を用いても、氷の表面粗さが評価されうる。算術平均粗さ（Ｒａ）で評価される場合には、この粗さ（Ｒａ）の範囲は、好ましくは３μｍ以上である。この粗さ（Ｒａ）の範囲は、好ましくは５０μｍ以下である。
【実施例】
【００３７】
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。
【００３８】
［テスト１］
図２に示された方法で、標準氷の表面粗さと摩擦係数μとの関係が求められた。ＳＵＳ３０４製の６種類の容器が用意された。容器の底の粗さが十点平均粗さ（Ｒｚ）で、それぞれ２１μｍ、４８μｍ、１０３μｍ、１４８μｍ、２０２μｍ及び２７０μｍに、ショットブラスト処理されていた。これらの容器で、それぞれ表面粗さにされた標準氷が造られた。
【００３９】
この６種類の標準氷について、−５℃下で摩擦係数μが測定された。摩擦係数測定装置として、日邦産業製「Ｄ．Ｆ．テスター（ダイナミック・フリクション・テスター）」を用いて、摩擦係数μが測定された。その結果が表１に示されている。
【００４０】
【表１】
0006023008.tif 000002
【００４１】
これらの標準氷の表面粗さと摩擦係数μとの関係式が二次近似式で求められた。その結果が図６に示されている。
【００４２】
図１に示された氷表面の粗さ評価方法で、氷表面の粗さが評価された。
【００４３】
［試験氷１］
氷が準備されるステップでは、−５℃下で試験氷が造られた。この試験氷の表面が番手１００番の紙やすり（ナニワ研磨工業製）で研磨された。
【００４４】
摩擦係数μが測定されるステップでは、−５℃の温度下で、図３に示されるようにして、試験氷１の摩擦係数μが測定された。
【００４５】
表面粗さが決定されるステップでは、図６の二次近似式に基づいて、試験氷１の摩擦係数μから対応する粗さが求められた。その結果が表２に示されている。
【００４６】
［試験氷２］
研磨に使用した紙やすりが、番手４００番に変えられた他は、試験氷１と同様にして、試験氷２が得られた。試験氷２について、試験氷１と同様にして、図６の二次近似式に基づいて、表面の粗さが求められた。その結果が表２に示されている。
【００４７】
［試験氷３］
研磨に使用した紙やすりが、番手１２００番に変えられた他は、試験氷１と同様にして、試験氷３が得られた。試験氷３について、試験氷１と同様にして、図６の二次近似式に基づいて、表面の粗さが求められた。その結果が表２に示されている。
【００４８】
［比較テスト１］
テスト１と同様に、試験氷１−３が準備された。この試験氷１−３について、レーザー顕微鏡（オリンパス製「ＯＬＳ４０００」）を用いて、表面の粗さが測定された。その結果が表２に示されている。
【００４９】
［比較テスト２］
テスト１と同様に、試験氷１−３が準備された。この試験氷１−３について、接触式粗さ計（ミツトヨ製「ＳＪ−３１０」）を用いて、表面の粗さが測定された。その結果が表２に示されている。
【００５０】
【表２】
0006023008.tif 000003
【００５１】
表２に示されるように、比較テスト１では、粗さの小さい試験氷の粗さが測定できなかった。また、比較テスト２では、接触式の触針の先端により、氷表面が破壊されて、粗さが正確に測定できなかった。このテスト１の評価方法では、比較テスト１及び２の評価方法に比べて、粗さが高精度に評価できる。この結果から、本発明の優位性は明らかである。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
以上説明された方法は、ゴムとの摩擦力の関係において、氷表面の粗さを高精度に評価する方法として広く適用されうる。この方法で表面粗さが評価された氷を用いることで、氷上でのゴムのグリップ性能が高精度で評価しうる。
【符号の説明】
【００５３】
２・・・容器
４・・・底面
６・・・氷
８・・・表面
１０・・・ゴム
【図１】
0006023008.tif 000004
【図２】
0006023008.tif 000005
【図３】
0006023008.tif 000006
【図４】
0006023008.tif 000007
【図５】
0006023008.tif 000008
【図６】
0006023008.tif 000009