(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
骨材を含んで実路面を模擬してなる平坦な試験路面に、前方側エッジ部の側面と平坦面とが鈍角をなすゴム試験片の前記平坦面を押し当て、前記試験路面上に水膜を形成し、水膜を形成した前記試験路面上で前記ゴム試験片をすべらせながら直進移動させたときの荷重を計測し、前記試験路面と前記ゴム試験片との間の摩擦係数を測定し、前記ゴム試験片の前方側エッジ部の側面の高さが前記水膜の厚みよりも大きいゴム摩擦試験方法。
【請求項２】
前記ゴム試験片の前方側エッジ部の側面が傾斜面または湾曲面により形成されている請
求項１に記載のゴム摩擦試験方法。
【請求項３】
前記平坦面が、直径２０ｍｍの円形を内包した大きさを有する請求項１または２に記載のゴム摩擦試験方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、実路面を模擬してなる試験路面とゴム試験片との間の摩擦係数を測定するためのゴム摩擦試験方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、屋内に設置された試験路面とゴム試験片を用いて、自動車用タイヤに採用するゴム材料の摩擦特性を評価する試験が行われている。このような試験において、試験路面とゴム試験片との間の摩擦係数を精度良く測定するには、試験路面の性状を実路面に近付けることが重要であるが、それに加え、試験路面上でのゴム試験片の接地面積の変化を抑えながら、そのゴム試験片の接地圧の均一化を図ることも重要である。
【０００３】
特許文献１には、実路面を模擬してなる試験路面をドラムに形成し、その上で転動させたタイヤの摩耗形態を観察する試験が開示されている。しかし、タイヤの踏面は外周側に突出した湾曲面であるため、ゴム硬度などの物性に応じて接地面積が変化しやすい。しかも、最も突出した部位で接地圧が相対的に高くなるので、接地圧が不均一になる。また、曲率を有するドラムに試験路面が形成されることも、接地圧の不均一化の原因になりうる。これらの理由から、かかる手法は摩擦係数の測定には適していない。
【０００４】
特許文献２には、粉砕石などで形成される円板状の試験路面の外周面に、円板状のゴム試験片の外周面を押し当て、それらを相互独立に回転させて摩擦速度を測定するランボーン摩耗試験機が記載されている。しかし、試験路面とゴム試験片とが湾曲面同士を接触させて接地圧が不均一になりやすいため、この手法も摩擦係数の測定には適していない。特許文献１，２に記載の従来方法は、所定の荷重条件下での摩擦特性の評価に用いられるものであり、所定の圧力条件下での摩擦係数の測定には不向きと考えられる。
【０００５】
ターンテーブルの回転面に試験路面を形成し、その上でゴム試験片を転動または摺動させる手法もまた、摩擦係数の測定には不向きである。この場合、ゴム試験片は、ターンテーブルの周方向に沿った環状経路を通って、試験路面上を旋回移動（カーブ）することになる。それ故、ゴム試験片の接地面のうちターンテーブルの回転中心から近い領域では、回転中心から遠い領域に比べて、移動速度が相対的に大きくなり、そのような速度差の発生によって正確な測定が困難になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平７−２００３０号公報
【特許文献２】特開２０１０−２１０３９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、試験路面とゴム試験片との間の摩擦係数を精度良く測定できるゴム摩擦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】
【０００８】
上記目的は、下記の如き本発明により達成することができる。即ち、本発明に係るゴム摩擦試験方法は、骨材を含んで実路面を模擬してなる試験路面にゴム試験片の平坦面を押し当て、平坦な前記試験路面上で前記ゴム試験片をすべらせながら直進移動させたときの荷重を計測し、前記試験路面と前記ゴム試験片との間の摩擦係数を測定するものである。
【０００９】
この方法では、骨材を含んで実路面を模擬してなる試験路面が用いられ、その平坦な試験路面にゴム試験片の平坦面が押し当てられる。このため、接地面積の変化が小さく安定するとともに、接地圧の不均一化を抑制できる。しかも、試験路面上でゴム試験片をすべらせながら直進移動させるので、接地面内での速度差の発生が抑えられる。したがって、この方法によれば、試験路面とゴム試験片との間の摩擦係数を精度良く測定することができる。
【００１０】
前記ゴム試験片の前方側エッジ部の側面と前記平坦面とが鈍角をなすことが好ましい。この場合、前記ゴム試験片の前方側エッジ部の側面が傾斜面または湾曲面により形成されているものが例示される。前方側エッジ部の側面と平坦面とが鈍角をなすことにより、ゴム試験片をすべらせながら直進移動させた際に、前方側エッジ部が試験路面に引っ掛かりにくくなり、その結果、すべり状態における接地面積の低下や接地圧の不均一化が抑制される。これに対して、例えばゴム試験片が完全な直方体形状をなす場合には、直角に形成された前方側エッジ部が試験路面に引っ掛かって測定が不安定になりやすい。
【００１１】
濡れた路面での摩擦係数を測定する場合には、前記試験路面上に水膜を形成し、濡れた前記試験路面と前記ゴム試験片との間の摩擦係数を測定する。その際、前記ゴム試験片の前方側エッジ部の側面の高さを前記水膜の厚みよりも大きくすることが好ましい。これにより、高速すべり条件における水膜の抵抗を減らし、測定精度を高めることができる。
【００１２】
前記平坦面が、直径２０ｍｍの円形を内包した大きさを有することが好ましい。試験路面に用いられる骨材の大きさはせいぜい１５ｍｍ程度であるため、このような大きさを平坦面が有することにより、試験路面上を移動するゴム試験片の平坦面内（即ち、接地面内）に適度な数の骨材が含まれ、摩擦係数を精度良く測定できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】ゴム摩擦試験機の一例を概略的に示す図
【図２】ゴム試験片の移動経路を説明する図
【図３】好ましい形状を有するゴム試験片の三面図
【図４】ゴム試験片の前方側エッジ部の側面の例を示す図
【図５】ゴム試験片の別形状を示す三面図
【図６】別実施形態の別形状を示す三面図
【図７】摩擦係数の測定結果を示すグラフ
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００１５】
本実施形態では、図１に示したゴム摩擦試験機１０を用いて、試験路面１とゴム試験片２との間の摩擦係数を測定する例を示す。但し、本発明に係るゴム摩擦試験方法は、かかるゴム摩擦試験機を用いて実施されるものに限られない。このゴム摩擦試験機１０は、骨材９０を含んで実路面を模擬してなる試験路面１と、ゴム試験片２を保持するホルダー３と、試験路面１にゴム試験片２を押し当てる荷重装置４と、試験路面１に対してゴム試験片２を相対移動させるための駆動装置５と、ゴム試験片２に作用する荷重を計測する荷重センサ６と、試験に必要な動作の制御を行う制御装置７とを備える。
【００１６】
試験路面１は、アスファルト路面やコンクリート路面などの実路面を模擬してなる。試験路面１は、道路で実際に使用される骨材、またはそれと同等の性状を持つ硬質な骨材を接着剤で固着することにより形成される。或いは、試験路面１は、実際の道路から路面を切り出し、それを測定用に加工することにより形成される。試験路面１を形成する方法は、これら以外でもよく、特に限定されない。試験路面１の表面は、骨材９０による多少の凹凸はあるものの、全体として平坦に形成されている。
【００１７】
ゴム試験片２は、加硫ゴムにより作製され、試験路面１に押し当てられる平坦面を有する。図１の例では、ゴム試験片２が完全な直方体形状をなし、その上面が板状のホルダー３に接着されている。したがって、試験路面１と対面するゴム試験片２の下面が、試験路面１に押し当てられる平坦面となる。
【００１８】
ホルダー３は荷重装置４に接続されている。荷重装置４は、試験路面１に対して垂直なＺ方向（図１の上下方向）に沿ってホルダー３を往復動可能に構成されている。このホルダー３の位置（ホルダー３と試験路面１との間隔）を適宜に設定することで、ゴム試験片２に入力されるＺ方向の荷重を調整でき、延いては所定の圧力条件下でゴム試験片２を試験路面１に押し当てることができる。荷重装置４は、サーボモータにより構成されているが、他のアクチュエータ機構を利用しても構わない。
【００１９】
駆動装置５は、荷重装置４を支持するテーブル８をＸ方向（図１の左右方向）に沿って往復動可能に構成されている。このテーブル８の移動によってホルダー３が移動し、試験路面１上でゴム試験片２をすべらせながら移動させることができる。アクチュエータ９は、Ｘ方向とＺ方向の両方に垂直なＹ方向（図１の紙面に垂直な方向）に沿ってテーブル８を往復動可能に構成されていて、Ｙ方向におけるゴム試験片２と試験路面１との位置合わせに利用される。本実施形態では、駆動装置５とアクチュエータ９が、それぞれサーボモータにより構成されているが、これに限定されない。
【００２０】
荷重センサ６は、垂直成分及び水平二成分の計三成分の荷重を計測可能であり、ゴム試験片２に作用するＺ方向の荷重（垂直力）、Ｘ方向の荷重（前後力）及びＹ方向の荷重（横力）を計測することができる。荷重センサ６は、例えばロードセルによって構成される。本実施形態では、ホルダー３の上側（ゴム試験片２とは反対側）に荷重センサ６が取り付けられている。
【００２１】
制御装置７は、摩擦係数の測定に必要な計算を行う演算部７ａと、荷重装置４や駆動装置５などの作動を制御する作動制御部７ｂと、試験作業者からの入力を受け付ける入力部７ｃと、試験機１０の操作や設定などに関する各種情報を画面上に表示する表示部７ｄとを備える。荷重センサ６による計測値は制御装置７に送られ、それに基づいて演算部７ａが摩擦係数を計算する。
【００２２】
ゴム摩擦試験では、実路面を模擬した試験路面１にゴム試験片２の平坦面を押し当て、その平坦な試験路面１上でゴム試験片２をすべらせながら直進移動させたときの荷重を計測し、試験路面１とゴム試験片２との間の摩擦係数を測定する。静止摩擦係数と動摩擦係数のどちらもが測定可能である。試験路面１に押し当てられるゴム試験片２の圧力条件、並びに、速度や経路などの直進移動に関する条件は、制御装置７によって制御される。移動速度は、ゴム試験片２が所定の区間を一様な速度ですべるように設定されうる。
【００２３】
このように、平坦な試験路面１にゴム試験片２の平坦面が押し当てられることにより、ゴム試験片２をすべらせながら直進移動させる際に、接地面積の変化が小さく安定するとともに、接地圧の不均一化を抑制できる。なお、この接地面積は、路面の凹凸に対する真実接触面積ではなく、平板上に押し付けた際に観察される、言わば見かけの接地面積となる。また、試験路面１上でゴム試験片２を旋回移動ではなく直進移動させるので、接地面内での速度差の発生が抑えられる。したがって、この方法によれば、試験路面１とゴム試験片２との間の摩擦係数を精度良く測定することができる。
【００２４】
ゴム試験片２の直進移動は、直線状経路ＳＲに沿ってゴム試験片２が移動するものであればよく、例えば図２に示した態様が挙げられる。（ａ）では、ゴム試験片２が直線的に移動し、その移動経路が直線状経路ＳＲと合致する。（ｂ）及び（ｃ）では、ゴム試験片２を加振しており、いずれもゴム試験片２がＹ方向に振動しながら直線状経路ＳＲに沿って移動する。微視的に観察すると、（ｂ）は三角波に沿った移動、（ｃ）は正弦波に沿った移動であるが、それらの振動の幅の中心は直線状経路ＳＲと合致しており、かかる移動も直進移動に含まれる。
【００２５】
上記のようなＹ方向の加振に限らず、Ｘ方向の加振やＺ方向の加振を適用することも可能であり、これらも直進移動に含まれる。Ｘ方向に加振する場合は、直線状経路ＳＲに沿った往復動となり、例えば三角波または正弦波による加振が採用される。Ｚ方向に加振する場合は、上下方向に沿った加振となり、例えば三角波、正弦波、パルス波または台形波による加振が採用される。
【００２６】
これに対し、特許文献１，２に記載の従来方法のように試験路面が曲率を有する場合、あるいはゴム試験片の接地面が曲率を有する場合（通常、ゴム試験片を転動させる場合）には、ゴム試験片の接地圧が不均一になる傾向にあり、摩擦係数を測定するのに都合が悪い。また、ターンテーブルの回転面上でゴム試験片を移動させる場合には、ゴム試験片が環状経路を通って旋回移動することになるため、接地面内に生じる速度差に起因して正確な測定が難しくなる。
【００２７】
ゴム試験片２の接地面積は、所定の圧力条件において、静止時とすべり移動時とで変化しないことが望ましい。この圧力条件は、乗用車用タイヤに採用するゴム材料の場合では５００〜６００ｋＰａ程度であるが、トラック・バス用タイヤではそれ以上である。また、接地面積の変化を伴うとしても、その面積低下率は２０％以下であることが好ましく、１０％以下であることがより好ましく、５％以下であることが更に好ましい。接地面積の低下を抑えるには、後述するようにゴム試験片の形状を工夫することが有効である。
【００２８】
ゴム試験片の面積低下率は（Ｓ１−Ｓ２）／Ｓ１で表され、Ｓ１は静止時の接地面積、Ｓ２はすべり移動時の接地面積である。この面積低下率は、例えば、試験路面のうち摩擦係数の測定に必要となるメイン区間以外のサブ区間に透明なガラス板またはプリズムを取り付け、その上を通るゴム試験片の接地面を撮影して得られた画像により測定することができる。或いは、メイン区間やサブ区間に取り付けた圧力計測装置を用いて測定することもできる。
【００２９】
図３に、ゴム試験片２の好ましい形状を示す。（ａ）は、図１と同じ方向から見た正面図であり、この右方向をゴム試験片２のすべり移動の前方とする。（ｂ）は下面図、（ｃ）は右側面図である。ゴム試験片２は、試験路面１に押し当てられる平坦面２ｆを有する。前方側エッジ部の側面２ｓは、その平坦面２ｆから立ち上がっている。この例のように、前方側エッジ部の側面２ｓと平坦面２ｆとが鈍角をなすことが好ましい。これにより、ゴム試験片２をすべらせながら直進移動させた際に、前方側エッジ部が試験路面１に引っ掛かりにくくなり、接地面積の低下や接地圧の不均一化が抑制される。
【００３０】
上述のように、角度θ１は９０度を超えることが好ましく、それによって前方側エッジ部の引っ掛かりを抑制できる。この効果を高める観点から、角度θ１は、１００度以上であることが好ましく、１２０度以上であることがより好ましい。また、前方側エッジ部の側面２ｓが試験路面１に接地しないように、角度θ１は１７０度以下であることが好ましく、１５０度以下であることがより好ましい。後方側エッジ部の形状は特に限定されるものではなく、図３では直角に形成されているが、これを前方側エッジ部と同じ形状にしても構わない。
【００３１】
角度θ１が鈍角である場合、前方側エッジ部の側面２ｓには、図４のような種々の形状を採用できる。このうち（ａ）〜（ｃ）では、それぞれ平坦面２ｆに対して傾斜した傾斜面により側面２ｓが形成されている。（ａ）は図３と同じ形状であり、側面２ｓが角面型の面取り形状をなす。（ｄ）と（ｅ）では、それぞれ湾曲面により側面２ｓが形成されている。（ｄ）の側面２ｓは丸面型の面取り形状をなし、その曲率半径は例えば０．５〜５ｍｍに設定される。（ｅ）の側面２ｓは匙面型の面取り形状をなし、その曲率半径は例えば０．５〜１０ｍｍに設定される。
【００３２】
図５は、ゴム試験片２の別形状を示す。このゴム試験片２は、半球体の下部を平らにカットした形状をなし、円形の平坦面２ｆを有する。また、このゴム試験片２の側面は全体的に湾曲しており、それに含まれる前方側エッジ部の側面２ｓは湾曲面によって形成されている。図示しないが、下方に向かって先細りする円錐台形状のゴム試験片は、図５に類似した形状を有する。但し、そのゴム試験片の側面は、図４（ｂ）のように全体的に傾斜し、それに含まれる前方側エッジ部の側面は傾斜面によって形成される。
【００３３】
図６は、ゴム試験片２の別形状を示す。このゴム試験片２には、試験路面１に接触しない厚みを有するブロック２０が連ねられている。かかる形状によれば、ブロック２０がゴム試験片２の動きを抑制し、すべり移動時の接地面積の変化や接地圧の不均一化が良好に抑制される。ブロック２０はＸ方向に連ねられているが、これに代えて、ブロックをＹ方向に連ねても構わない。或いは、ゴム試験片２の周囲を取り囲むように、Ｘ，Ｙ方向を含む全方位的にブロックを連ねることも可能である。ブロック２０の材質は、ゴム試験片２の材質と同じでもよく、違っていてもよい。
【００３４】
濡れた路面での摩擦係数を測定する場合には、給水を行って試験路面１上に水膜を形成する。水膜の厚みは、例えば０．１〜３ｍｍに設定される。そして、その試験路面１にゴム試験片２の平坦面２ｆを押し当て、濡れた試験路面１上でゴム試験片２をすべらせながら直進移動させたときの荷重を計測し、濡れた試験路面１とゴム試験片２との間の摩擦係数を測定する。その際、ゴム試験片２の前方側エッジ部の側面２ｓの高さ（図３のｈ寸法）を水膜の厚みよりも大きくすることが好ましい。これにより、高速すべり条件における水膜の抵抗を減らし、測定精度を高めることができる。
【００３５】
ゴム試験片２の平坦面２ｆは、直径２０ｍｍの円形を内包した大きさを有することが好ましい。これにより、試験路面１上を移動するゴム試験片２の平坦面内（即ち、接地面内）に適度な数の骨材９０が含まれ、摩擦係数を精度良く測定できる。したがって、図５のような円形の平坦面２ｆにおいて、その直径は２０ｍｍかそれ以上が好ましい。また、図３のような矩形の平坦面２ｆであれば、２０ｍｍ×２０ｍｍの正方形か、それを内包する大きさの矩形をなすことが好ましい。その場合、平坦面２ｆの面積は４００ｍｍ２以上となる。
【００３６】
本実施形態では、試験路面１を固定してゴム試験片２を動かすことで、ゴム試験片２をすべり移動させているが、これに限定されない。ゴム試験片２のすべり移動は、試験路面１に対するゴム試験片２の相対移動を伴うものであればよく、例えばゴム試験片２を固定して試験路面１を動かすことで、ゴム試験片２をすべり移動させてもよい。
【００３７】
このような摩擦係数の測定を繰り返して実施するに際し、圧力条件や移動速度を種々に異ならせることで、摩擦係数のマップデータを取得することができる。得られたマップデータは、例えばタイヤのシミュレーションに利用することができ、これによって解析精度を向上できる。また、タイヤの摩擦係数の簡易評価にも利用することができる。
【００３８】
本発明は上述した実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変更が可能である。
【実施例】
【００３９】
本発明の構成と効果を具体的に示すために摩擦係数の測定を行ったので、以下に説明する。試験路面には厚み１ｍｍの水膜を形成し、その濡れた路面に対するゴム試験片の摩擦係数を測定した。表１に示した項目を除き、各例における試験条件は共通である。ゴム試験片は、２８×２８×８（ｍｍ）の直方体形状である。但し、実施例２では、図３で示したように、その前方側エッジ部の側面が角面型の面取り形状（Ｃ１．５）をなし、その側面と平坦面とがなす角度（θ１）は１３５度である。
【００４０】
【表１】
0006594715.tif 000002
【００４１】
図７は、摩擦係数の測定結果を示すグラフである。横軸は、ゴム試験片の変位を示し、縦軸との交点はゴム試験片の開始位置（静止状態）である。縦軸は、摩擦係数の測定値を示す。このゴム材料を採用したタイヤの濡れた実路面に対する動摩擦係数は別途に測定済みであり、そのオーダーを破線枠ＢＦで示している。したがって、この破線枠ＢＦにグラフの波形が近付いているほど、摩擦係数が精度良く測定されていることを示す。
【００４２】
図７より、比較例１に比べて、実施例１，２では摩擦係数が精度良く測定されていることが分かる。また、測定後のゴム試験片を観察したところ、実施例１では前方側エッジ部に摩滅が確認されたのに対し、実施例２では確認されなかった。これは、実施例１において、ゴム試験片の前方側エッジ部が試験路面に引っ掛かったか、そうなりかけたことによるものと考えられ、その点において実施例１よりも実施例２の方が好ましいと言える。
【符号の説明】
【００４３】
１    試験路面
２    ゴム試験片
２ｆ  平坦面
２ｓ  前方側エッジ部の側面
３    ホルダー
４    荷重装置
５    駆動装置
６    荷重センサ
７    制御装置
１０  ゴム摩擦試験機
９０  骨材
【図１】
0006594715.tif 000003
【図２】
0006594715.tif 000004
【図３】
0006594715.tif 000005
【図４】
0006594715.tif 000006
【図５】
0006594715.tif 000007
【図６】
0006594715.tif 000008
【図７】
0006594715.tif 000009