(57)【要約】【課題】雪の圧縮特性を、剪断特性とは分離して簡便にかつ高精度で測定できる。【解決手段】基台２に、サンプリングされた雪を収納しうる直筒状のサンプル容器６と、サンプル容器６の内腔と摺動しうるピストン７を荷重付加具２０で押し下げることにより雪を圧縮させる押し具８と、前記押し具８の押し下げの距離を測定する距離測定器１０とからなる雪の圧縮特性測定手段３を設けた。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
雪を圧縮させたときの圧縮力と体積変化とを計測して雪の圧縮特性を測定する雪特性測定装置であって、
基台に、
サンプリングされた雪を収納しうる直筒状のサンプル容器と、
前記サンプル容器の内腔と摺動しうるピストンを具え、かつ該ピストンを荷重付加具により押し下げることにより前記内腔の雪を圧縮させる押し具と、
前記ピストンの押し下げの距離を測定する距離測定器とからなる雪の圧縮特性測定手段を設けるとともに、
前記サンプル容器は、その下端に、雪に含まれる空気及び水を排出する小径な排出口を設けたことを特徴とする雪特性測定装置。
【請求項２】
前記荷重付加具は、圧縮空気供給源から圧力調整器を介して供給される圧縮空気が使用されることを特徴とする請求項１記載の雪特性測定装置。
【請求項３】
前記圧縮空気供給源は、携行式の圧縮空気収納ボンベであることを特徴とする請求項２記載の雪特性測定装置。
【請求項４】
前記押し具は、前記ピストンを上向きに付勢するバネ手段を具えることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の雪特性測定装置。
【請求項５】
前記排出口は、この排出口から排出される空気及び水の体積を測定する空気・水測定器が接続されることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の雪特性測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、雪を圧縮させたときの圧縮力と体積変化とを計測して雪の圧縮特性を測定する雪特性測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えばスノータイヤ、スタッドレスタイヤなどの冬用タイヤの雪上走行性能は、雪質に依存してその性能が大きく影響される。従って、冬用タイヤの研究開発においてタイヤの雪上走行性能を正確に評価する場合、雪質を如何に的確に捉えて数値化するかが重要となる。
【０００３】
従来、この雪質を数値化するものとして、スミサスＣＴＩスノーコンパクションゲージ（ＳＭＩＴＨＥＲＳ’  ＣＴＩ  ＳＮＯＷ  ＣＯＭＰＡＣＴＩＯＮ  ＧＡＵＧ、以下ＣＴＩゲージという）が広く用いられている。
【０００４】
このＣＴＩゲージは、試験タイヤが通った氷雪路上に、図５に示すように、先端部を円錐状とした六角柱片からなる重さ２２０±１ｇの金属製の測定片ａを、高さ２１８．９５±０．２５ｍｍ（８．６２±０．０１インチ）から落下させ、測定片ａが氷雪路面ｂから雪内に沈み込んだ深さｃをコンパクション値に換算して求めるものであり、例えば乾いた氷のコンパクション値は９３〜９８，ハードパック雪（圧雪）では８４〜９３、ミディムパック雪では７０〜８４，ソフトパック雪（新雪）では５０〜７０となっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＣＴＩゲージは前述のように、円錐状の測定片ａを落下させてなる衝撃的な沈込み量によるものであるため、雪上走行性能に関係する雪の「圧縮特性」と「剪断特性」との双方が組み合わされた複合値として表される。従って、例えばＣＴＩゲージの値が同じでも雪質が相違する場合が生じるなど、雪質を的確に数値化しているとは言い難く、近年、タイヤの雪上走行性能をより正確に評価するために、雪の「圧縮特性」と「剪断特性」とを分離して簡便に測定しうる測定装置の出現が望まれている。
【０００６】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、雪の「圧縮特性」を「剪断特性」とは分離して簡便にかつ高精度で測定できるなど、タイヤの雪上走行性能をより正確に評価することが可能となり、冬用タイヤの研究開発に大きく貢献しうる雪特性測定装置の提供を目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、請求項１の発明は、雪を圧縮させたときの圧縮力と体積変化とを計測して雪の圧縮特性を測定する雪特性測定装置であって、
基台に、
サンプリングされた雪を収納しうる直筒状のサンプル容器と、
前記サンプル容器の内腔と摺動しうるピストンを具え、かつ該ピストンを荷重付加具により押し下げることにより前記内腔の雪を圧縮させる押し具と、
前記ピストンの押し下げの距離を測定する距離測定器とからなる雪の圧縮特性測定手段を設けるとともに、
前記サンプル容器は、その下端に、雪に含まれる空気及び水を排出する小径な排出口を設けたことを特徴としている。
【０００８】
又請求項２の発明では、前記荷重付加具は、圧縮空気供給源から圧力調整器を介して供給される圧縮空気が使用されることを特徴としている。
【０００９】
又請求項３の発明では、前記圧縮空気供給源は、携行式の圧縮空気収納ボンベであることを特徴としている。
【００１０】
又請求項４の発明では、前記押し具は、前記ピストンを上向きに付勢するバネ手段を具えることを特徴としている。
【００１１】
又請求項５の発明では、前記排出口は、この排出口から排出される空気及び水の体積を測定する空気・水測定器が接続されることを特徴としている。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の一形態を、図示例とともに説明する。図１は本発明の雪特性測定装置を示す正面図、図２はその一部を拡大して示す断面図である。
【００１３】
図１、２において、本実施形態の雪特性測定装置１は、基台２に、雪の圧縮特性測定手段３を設けることにより構成され、これによって、雪の圧縮特性を剪断特性とは分離して測定する。
【００１４】
前記基台２は、例えば四隅に設ける脚部５によって高さ調整自在に水平支持される板状の基台部２Ａと、この基台部２Ａ上に立設される支柱部２Ｂとを具え、測定現場における屋外での装置の据え付けを可能としている。なお本例では、前記支柱部２Ｂが、基台部２Ａから立ち上がる一対の側の枠板３０と、この側の枠板３０、３０間に架け渡される上下の枠板３１Ｕ、３１Ｌとで枠組みされた場合を例示しているが、例えば側の枠板３０に代えて複数本（例えば４本）の支柱を用いうるなど種々の構造が採用できる。
【００１５】
又前記圧縮特性測定手段３は、サンプリングされた雪Ｗを収納しうる直筒状のサンプル容器６と、このサンプル容器６の内腔と摺動しうるピストン７を有しかつ該ピストン７を押し下げることにより前記内腔内の雪Ｗを圧縮させる押し具８と、前記ピストン７の押し下げの距離を測定する距離測定器１０とから構成される。
【００１６】
前記サンプル容器６は、注射器状をなし、図２に示すように、サンプリングされた雪Ｗを収納する直円筒状の胴部６Ａと、その下端を閉じる底部６Ｂとを一体に具えるとともに、前記底部６Ｂには、収納した雪Ｗに含まれる空気及び水を外部に排出する小径な排出口１１Ａを有するノズル部１１を突設している。なお前記サンプル容器６は、内部の雪Ｗの圧縮状態を透視可能とするために、透明な材料、例えばガラス、又はアクリル樹脂、ポリカーボネ−ト樹脂等のプラスチックで形成している。
【００１７】
又前記サンプル容器６は、前記基台２に、支持手段１４を介して垂直にかつ着脱自在に支持される。
【００１８】
前記支持手段１４は、本例では、前記下の枠板３１Ｌに穿設される支持孔１５を含み、前記サンプル容器６は、その胴部６Ａが前記支持孔１５を挿通するとともに、該胴部６Ａ上端のフランジ部分６Ａ１が前記支持孔１５に抜け止め状に係止される。従って、サンプル容器６は、吊下げ状態で垂直に支持されるとともに、支持孔１５から上方に容易に取り出すことができる。なお前記基台部２Ａには、サンプル容器６の前記ノズル部１１を露出させる孔部１６が設けられており、特に、この孔部１６は、サンプル容器６下端との衝合を防ぐ目的で、前記胴部６Ａよりも大径に形成するのが好ましい。
【００１９】
又前記支持手段１４は、本例では、前記サンプル容器６を支持状態で安定して保持する、或いは保護する目的で、前記胴部６Ａを覆う外筒１７を設けている。この外筒１７は、前記支持孔１５と同芯をなし、その上端、下端を前記下の枠板３１Ｌ及び基台部２Ａに固定している。
【００２０】
次に、前記押し具８は、サンプル容器６の内腔と摺動しうるピストン７と、該ピストン７に荷重を付加して押し下げることにより内腔内の雪Ｗを圧縮させる荷重付加具２０とを具え、この荷重付加具２０は、付加する荷重を変化可能に構成される。
【００２１】
前記ピストン７は、前記サンプル容器６の内腔面と摺動しうる例えば棒軸状のピストン本体７Ａを有し、その上端には例えばフランジ状の鍔部７Ｂを張り出している。
【００２２】
又前記荷重付加具２０は、本例では、図１に示すように、エアシリンダ２１を含み、その作動空気として、圧縮空気供給源２２から圧力調整器２３を介して供給される圧縮空気が使用され場合を例示している。なお前記エアシリンダ２１は、そのロッド下端２１Ａを前記ピストン上端の鍔部７Ｂに対向させて、前記上の枠板３１Ｕにフランジ止めされる。
【００２３】
ここで、前記圧縮空気供給源２２として、携行式の圧縮空気収納ボンベ（所謂エアタンク）が好適であり、特に最大圧力が１〜５０００ｋＰａ（例えば約１０００ｋＰａ）、かつ内容量が１〜５０リッタのものが好ましく採用しうる。又前記圧力調整器２３としては、精密減圧弁が使用でき、前記圧縮空気収納ボンベからの圧縮空気を、少なくとも０〜１０００ｋＰａの設定圧力範囲で自在な圧力値に調整する。なお前記エアシリンダ２１と圧力調整器２３との間には、空気流路を手動操作によって入切りする切替え弁２５（所謂ハンドバルブ）を配し、エアシリンダ２１への圧縮空気の供給と、エアシリンダ２１からの排気とを切替えている。
【００２４】
従って前記荷重付加具２０は、圧縮空気供給源２２からの高圧の圧縮空気を、圧力調整器２３によって所定圧力に調整しながらエアシリンダ２１に供給でき、そのロッドの伸張により前記ピストン７を押し下げうる。なおピストン７への負荷荷重は、前記圧縮空気への圧力調整によって自在にかつ容易に変化させることができ、又そのときの負荷荷重の値は、例えば圧力調整器２３に付属の圧力計によって計測することができる。
【００２５】
このように本例では、負荷荷重に圧縮空気を利用しているため、荷重付加具２０を小型軽量かつ構造簡易に構成することができ、かつその操作性を大巾に高めることが可能となる。特に圧縮空気供給源２２として携行式の圧縮空気収納ボンベを使用しているため、バッテリや発動機などの動力源を不要とし、前記利点をいっそう高めることができる。
【００２６】
又前記雪Ｗの圧縮による体積変化は、前記押し具８の押し下げの距離を測定する距離測定器１０（図１に示す）によって測定される。この距離測定器１０として、本例では、サンプル容器６の外表面に形成された目盛り１８からなる場合を例示しており、前記サンプル容器６が透明であることにより、雪Ｗの上面の位置を読み取ることが可能となる。なおこの読み取りを可能とするために、前記外筒１７に切り欠き部１７Ａを形設する。又前記目盛り１８は、ピストン７の外表面に形成しても良く、このとき、サンプル容器６から上方にはみ出すピストン７のはみ出し長さを計測することにより、押し下げ距離を得ることができる。
【００２７】
又前記雪特性測定装置１においては、前記押し具８に、前記ピストン７を上向きに付勢するバネ手段２６（図２に示す）を具備させることが好ましい。本例では、該バネ手段２６がコイルバネからなり、前記サンプル容器６のフランジ部分６Ａ１とピストン７の鍔部７Ｂとの間に介在する場合を例示している。このバネ手段２６は、前記押し具８による荷重負荷を解除したとき、圧縮状態の雪Ｗ上面からピストン７を離間させうる大きさの付勢力を有する。
【００２８】
ここで雪Ｗは、弾塑性的な性質を有し、負荷荷重を加えて圧縮させたとき、その体積は負荷荷重の上昇に伴い減少していくが、この圧縮過程で負荷荷重を解除した際には、体積は一定の比率（体積弾性率という）である程度回復する。従って、前記雪特性測定装置１は、前記バネ手段２６を具えることにより、圧縮状態の雪が体積を回復させるときの障害をなくすことができ、雪の体積弾性率の測定をも行うことができる。
【００２９】
なおバネ手段２６を設ける場合、その付勢力を考慮して雪への実際の負荷荷重を求めることが好ましい。しかし、付勢力が負荷荷重の例えば１．０％以下と充分小さい場合には、この付勢力を無視することもできる。
【００３０】
又前記雪特性測定装置１では、サンプル容器６の前記排出口１１Ａに、この排出口１１Ａから排出される空気及び水の体積を測定する空気・水測定器２７を接続するのも好ましい。この空気・水測定器２７として、本例では、水を収容した水槽３５と、側面に目盛を設けたメスシリンダー３６とからなる場合を例示しており、前記排出口１１Ａとメスシリンダー３６とは、柔軟なホース３７によって接続される。従って、雪Ｗを圧縮する際、この雪Ｗに含まれる空気を、ホース３７を介してメスシリンダー３６内に捕獲するとともに、その体積を前記目盛りによって測定することができる。又雪Ｗに含まれる水は、ホース３７を介して水槽３５内に貯留され、該水槽３５内の水の容積増加或いは重量増加によってその体積を測定することができる。なお雪Ｗに含まれる水の割合により、ベタ雪の度合いが数値化でき、又空気の割合により新雪の度合いが数値化できる。
【００３１】
又図３に、雪特性測定装置１の他の実施例を示す。図３において、サンプル容器６は、前記外筒１７の内腔内に挿入され吊下げ状態で保持される。従って、本例では、前記外筒１７が支持手段１４を構成するとともに、該外筒１７は、その下端が基台部２Ａに固定され垂直に立設する。
【００３２】
又サンプル容器６の上方には、例えばこのサンプル容器６の上端部に連結する筒状のシリンダ容器４０が配される。このシリンダ容器４０は、本例では、支柱部２Ｂの上端に配する上の枠板３１Ｕにより支持される。又シリンダ容器４０は、ピストン７を外挿するとともに、該ピストン７の鍔部７Ｂとの間は、例えばゴム状のパッキン材４１を介して気密に保持される。又前記鍔部７Ｂよりも上方位置には、前記圧縮空気供給源２２からの調圧された圧縮空気を流入しうるバルブ部４０Ａを設けている。従って、本例では、圧縮空気によってピストン７を直接押し下げており、装置１をより小型軽量に構成しうる。
【００３３】
次に、本実施形態の雪特性測定装置１を用いて、雪の圧縮特性を測定する場合を説明する。
【００３４】
測定対象となる雪が存在している場所（測定現場）に装置１を持ち込んで設置する。又この測定現場で、前記サンプル容器６の内径と略等しい外径を有する円柱状の雪サンプルを採取し、サンプル容器６内に収納する。このとき、雪サンプルの重量及び体積を測定し、雪サンプルの比重（重量／体積）を求めておく。
【００３５】
又このサンプル容器６、及びピストン７を順次装置１にセットする。しかる後、荷重付加具２０を操作し、圧縮空気供給源２２からの高圧の圧縮空気を、圧力調整器２３によって所定圧力に調整する。そして、切替え弁２５を開き、調圧された圧縮空気をエアシリンダ２１に供給することにより、そのロッドの伸張によるピストン７の押下げによって内部の雪Ｗを圧縮する。このとき、前記圧縮空気の圧力と、ピストン７の押下げ距離とを記録する。
【００３６】
又圧力調整器２３によって圧縮空気の圧力を、例えば１０ｋＰａ毎にステップアップして雪Ｗを段階的に圧縮していき、各ステップごとにその圧力と押下げ距離とを順次記録する。
【００３７】
そして、この圧力と押下げ距離との関係から、図４（Ａ）、（Ｂ）に示す如き雪の圧縮特性をうることができる。なお同図は、北海道の異なる２位置において、雪温（−０．５℃）、気温（−９．１℃）、湿度（５２．５％）の環境下で採取した雪サンプルＡ、Ｂの圧縮特性を示しており、横軸を圧縮空気の圧力、縦軸を雪サンプルの全長に対する押下げ距離の比である圧縮率（コンプレッション）として、測定結果をプロットしている。又図中の直線Ｌは、測定結果を回帰分析して得た回帰直線であり、この直線Ｌの傾きから、下記の如く、雪の圧縮特性（単位；％／ｋＰａ）を数値化することができる。
（１）  雪サンプルＡ
・比重：０．２９ｇ／ｃｍ３  
・圧縮特性：０．１１２５％／ｋＰａ
（２）  雪サンプルＢ
・比重：０．４０ｇ／ｃｍ３  
・圧縮特性：０．１８９２％／ｋＰａ
【００３８】
なお前記装置１は、サンプル容器６の下端に、小径な排出口１１Ａを設けているため、空気の含有率の高い新雪状態の雪、及び水の含有率の高いベタ雪状態の雪に対しても、前記圧縮特性を高精度で数値化することができる。又ピストン７を上向きに付勢するバネ手段２６を設けた場合には、雪の体積弾性率の測定にも利用することが可能となる。
【００３９】
以上、本発明の特に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うる。
【００４０】
【発明の効果】
本発明は叙上の如く構成しているため、雪の圧縮特性を、剪断特性とは分離して簡便にかつ高精度で測定できる。従って、タイヤの雪上走行性能をより正確に評価することが可能となり、冬用タイヤの研究開発に大きく貢献しうる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の雪特性測定装置の一実施例を示す正面図である。
【図２】その一部を拡大して示す断面図である。
【図３】雪特性測定装置の他の実施例を示す正面図である。
【図４】（Ａ）、（Ｂ）は、本装置によって測定した二つ雪サンプルにおける圧縮特性を示す線図である。
【図５】従来技術を説明するスミサスＣＴＩスノーコンパクションゲージの側面図である。
【符号の説明】
１      雪特性測定装置
２      基台
３      圧縮特性測定手段
６      サンプル容器
７      ピストン
８      押し具
１０    距離測定器
１１Ａ  排出口
２０    荷重付加具
２２    圧縮空気供給源
２３    圧力調整器
２６    バネ手段
２７    空気・水測定器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2004257891.tif 000006
【図５】
2004257891.tif 000007