(57)【要約】【課題】摩擦摩耗試験中の試験片の摩擦摩耗される表面の温度をより正確に測定して、その摩擦摩耗特性の温度依存性の測定精度を向上させる。【解決手段】摩擦摩耗試験装置１の摩擦部材２に、摩擦面２１上を往復摺動する試験片１０の表面温度を測定するための測定窓２３を設ける。測定窓２３の一端側を摩擦面２１の試験片１０が接触する範囲に開口させ、その他端側に温度測定手段４を配置し、試験片１０が測定窓２３の開口部を通過する際に、その摩擦摩耗される表面の温度を温度測定手段４により測定窓２３を通して測定する。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試験片と摩擦部材の摩擦面とを接触させた状態で相対運動させて前記試験片を前記摩擦面により摩擦摩耗させる摩擦摩耗試験装置であって、
前記摩擦部材は、前記試験片に接触する前記摩擦面に一端側が開口する測定窓を有し、
該測定窓の他端側に配置され、前記試験片の表面温度を前記測定窓を通して測定する温度測定手段を備えたことを特徴とする摩擦摩耗試験装置。
【請求項２】
請求項１に記載された摩擦摩耗試験装置において、
前記温度測定手段が、非接触で前記試験片の表面温度を測定する非接触温度計であることを特徴とする摩擦摩耗試験装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載された摩擦摩耗試験装置において、
前記測定窓が、孔状に又はスリット状に形成されていることを特徴とする摩擦摩耗試験装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載された摩擦摩耗試験装置において、
前記測定窓を封止して前記試験片の摩耗粉の侵入を防止する熱線透過性の封止部材を前記測定窓に設けたことを特徴とする摩擦摩耗試験装置。
【請求項５】
請求項１ないし３のいずれかに記載された摩擦摩耗試験装置において、
前記測定窓に気体を吹き込むブロー装置を備えたことを特徴とする摩擦摩耗試験装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ゴム等の摩擦摩耗特性を測定する摩擦摩耗試験装置に関し、特に、試験片の表面温度を正確に測定して、摩擦摩耗特性の温度依存性を精度よく測定できる摩擦摩耗試験装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば空気入りタイヤに用いられるゴムの摩擦摩耗の態様は、それらが使用される環境、特に使用温度によっても大きく左右されるため、その摩擦摩耗特性を測定する際には試験温度についても考慮する必要がある。そこで、従来、恒温槽を設置してその内部で摩擦摩耗試験を行い、一定温度で各特性を測定できるようにした摩擦摩耗試験装置が知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
この従来の試験装置では、恒温槽内にゴム試験片と、ゴム試験片を押し付けて摩擦摩耗させるための摩擦部材を含む装置の一部を配置しているため、恒温槽の温度を変化させて各温度で試験を行うことができ、従って、ゴムの摩擦摩耗特性の温度依存性を測定することができる。しかしながら、摩擦部材の摩擦面と接するゴム試験片の表面温度は、試験に伴う摩擦エネルギー（摩擦熱）で上昇して周囲の温度よりも高くなるが、この従来の装置では、試験片の表面温度を測定せずに恒温槽の温度で温度依存性を評価しているため、測定結果の正確性が劣るという問題がある。
【０００４】
また、試験片表面の温度変化に影響する摩擦による発熱や熱伝導による熱の拡散等の挙動は、ゴムの配合剤の種類や、摩擦部材の材質及び表面性状、又は摩擦速度や試験片の摩擦面への押圧力等の試験条件等によっても異なるため、各特性の温度依存性を正確に測定するためには、前記摩擦面に接する試験片の表面温度を正確に測定する必要がある。そこで、従来、円盤状のゴム試験片の外周面を摩擦部材の摩擦面に回転させながら接触させ、ゴム試験片の表面温度を非接触で測定する摩擦摩耗試験装置が提案されている（特許文献２参照）。
【０００５】
図２は、この従来の摩擦摩耗試験装置８０の構成を示す模式図である。
この試験装置８０は、図示のように、軸線Ｃ周りに回転可能な回転テーブル８１と、ゴム試験片Ｗの外周面を回転テーブル８１上面の摩擦面８２に当接させた状態で保持する回転可能なホルダ８３と、摩擦面８２及びゴム試験片Ｗの表面温度を測定する温度センサ８４、８５等を備える。また、この装置８０は、摩擦面８２の温度を調節する温度調節手段８６を備え、温度センサ８４による測定温度に基づいて摩擦面８２の温度を一定温度に維持し、かつ摩擦面８２に回転しながら接触する試験片Ｗの表面温度を温度センサ８５で連続測定しながら摩擦摩耗試験を行うようになっている。
【０００６】
従って、この従来の装置８０では、試験片Ｗの測定温度に基づいて摩擦摩耗特性の温度依存性を評価できるため、その精度を向上させることができる。しかしながら、試験片Ｗの外周面の温度は、摩擦面８２との摩擦で上昇した後、回転に伴い大気中で空冷される等して低下するが、この従来の装置８０では、温度センサ８５を試験片Ｗの反摩擦面８２側（図では上方側）に配置して、摩擦面８２と接触した後、１８０度回転して温度が低下した後の試験片Ｗの表面温度を測定しているため、その測定精度はなお十分とは言い難い。
【０００７】
以上のように、従来の摩擦摩耗試験装置では、実際の表面温度と異なる温度を代用して、ゴムの摩擦摩耗特性の温度依存性を評価するのが一般的である。しかしながら、実際のゴム部材、例えば空気入りタイヤは、転動時や車両の発進、停止時に路面との間で滑り等を生じて発熱するが、その滑り挙動やタイヤの使用条件、路面性状等によりタイヤ踏面の温度変化の程度が異なり、従って、グリップ性能や耐久性能等のタイヤ性能をより正確に評価するためには、試験片の表面温度を正確に測定して、より精度の高い摩擦摩耗特性を把握する必要がある。
【０００８】
【特許文献１】特開平０６−２４１９７１号公報
【特許文献２】特開２００５−２３３７９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、前記従来の問題に鑑みなされたものであって、その目的は、摩擦摩耗試験中の試験片の摩擦摩耗される表面の温度をより正確に測定して、その摩擦摩耗特性の温度依存性の測定精度を向上させることである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１の発明は、試験片と摩擦部材の摩擦面とを接触させた状態で相対運動させて前記試験片を前記摩擦面により摩擦摩耗させる摩擦摩耗試験装置であって、前記摩擦部材は、前記試験片に接触する前記摩擦面に一端側が開口する測定窓を有し、該測定窓の他端側に配置され、前記試験片の表面温度を前記測定窓を通して測定する温度測定手段を備えたことを特徴とする。
請求項２の発明は、請求項１に記載された摩擦摩耗試験装置において、前記温度測定手段が、非接触で前記試験片の表面温度を測定する非接触温度計であることを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項１又は２に記載された摩擦摩耗試験装置において、前記測定窓が、孔状に又はスリット状に形成されていることを特徴とする。
請求項４の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載された摩擦摩耗試験装置において、前記測定窓を封止して前記試験片の摩耗粉の侵入を防止する熱線透過性の封止部材を前記測定窓に設けたことを特徴とする。
請求項５の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載された摩擦摩耗試験装置において、前記測定窓に気体を吹き込むブロー装置を備えたことを特徴とする。
【００１１】
（作用）
摩擦摩耗試験装置の摩擦部材に、試験片の表面温度を測定するための測定窓を設ける。この測定窓の一端側を摩擦部材の試験片に接触する摩擦面に開口させ、その他端側に温度測定手段を配置し、試験片が測定窓の開口部を通過する際に、その摩擦摩耗される表面の温度を温度測定手段により測定窓を通して測定する。従って、試験に伴う摩擦熱により上昇した試験片の前記表面温度をリアルタイムで、即ち、空冷や熱伝導等により低下する前に測定して測定温度の正確性を向上させ、この測定温度に基づいて試験片の摩擦摩耗特性を評価する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、摩擦摩耗試験中の試験片の摩擦摩耗される表面の温度をより正確に測定でき、その摩擦摩耗特性の温度依存性の測定精度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。
本実施形態の摩擦摩耗試験装置は、例えば空気入りタイヤ等に使用されるゴム材料を摩擦摩耗試験して、その摩擦摩耗特性等を測定するための装置であり、ゴム以外に、例えば合成樹脂や金属、セラミック、或いはそれらの複合材料等、他の材料を試験することもできる。
【００１４】
図１は、本実施形態の摩擦摩耗試験装置の概略構成を示す模式図である。
この摩擦摩耗試験装置１は、図示のように、短冊形の試験片１０を摩擦摩耗させるための摩擦部材２と、摩擦部材２の摩擦面２１側（図では上側）に配置された試験片１０の保持等を行うホルダ３と、摩擦部材２の底面２２側（図では下側）に配置された試験片１０の表面温度を測定する温度測定手段４と、温度測定手段４等に接続されたデータ処理手段５等を備える。
【００１５】
摩擦部材２は、例えば１０ｍｍ程度の板状をなし、一方の面（図では上面）に試験片１０が押し付けられる摩擦面２１が形成されている。この摩擦部材２は、試験装置１に着脱可能に固定され、試験条件に合わせて、アスファルトや、ガラス、金属、砥石、やすり等の任意の材質のものに交換可能となっている。なお、本実施形態では、摩擦部材２を一般道路と同様の路面骨材を含むアスファルト等により形成しているため、摩擦面２１に路面骨材による小さな凹凸が形成されているが、摩擦面２１は、全体として平面状をなすとともに、その材質や試験条件等に合わせた表面性状に形成される。
【００１６】
また、摩擦部材２には、試験片１０の温度測定に用いられる所定の大きさの測定窓２３が、摩擦面２１の試験片１０と接触する範囲内の所定位置から他方側（図では下側）の底面２２まで貫通して形成されている。ここで、測定窓２３は、一端側が摩擦面２１の前記所定位置に開口する単なる空所であり、本実施形態では略円形の孔を摩擦部材２に形成して測定窓２３としているが、例えば略矩形や三角形等の他の形状の孔状に、又は所定幅のスリット状に形成してもよく、或いは摩擦部材２を分割して所定幅を開けて配置して、その隙間を測定窓２３として使用してもよい。
【００１７】
ホルダ３は、摩擦面２１に対向して配置された台座３１と、台座３１を固定する台座クランプ３２等からなり、試験片１０を台座３１の下面に接着剤や締結手段等により固定して、その下面を摩擦面２１と略平行な状態に保持する。また、台座クランプ３２には、図示しない負荷手段及び駆動手段が取り付けられている。負荷手段は、ホルダ３を摩擦面２１に垂直な方向（図では上下方向）に移動させて、試験片１０を摩擦面２１に接近及び離間させ、かつ試験片１０の下面を摩擦面２１に接触させて所定の荷重で押し付けるためのもので、例えばアクチュエータ等からなる。駆動手段は、ホルダ３を摩擦面２１と平行な方向（図では矢印Ｓで示す水平方向）に、かつ測定窓２３の開口部を含む摩擦面２１内の所定の範囲を所定速度で往復動させるためのもので、例えば油圧式のピストン・シリンダ機構やラック・ピニオン機構等からなり、前記負荷手段により押し付けられた試験片１０を摩擦面２１上で往復摺動させるために用いられる。
【００１８】
ここで、各種条件での摩擦摩耗試験を可能とするため、負荷手段は、試験片１０へ負荷する荷重が変更自在に構成され、かつ駆動手段は、試験片１０を往復動させる範囲やその移動速度が変更自在に構成されている。また、これら負荷手段や駆動手段の動力伝達経路には、データ処理装置５に接続された図示しないロードセル（荷重検出手段）が設置され、試験片１０に負荷される荷重や、試験時に発生する試験片１０と摩擦面２１との間の摩擦力（摩擦抵抗）を検出して、検出結果をデータ処理装置５に出力するようになっている。
【００１９】
温度測定手段４は、赤外線放射温度計等の非接触温度計であり、摩擦部材２に形成された測定窓２３の底面２２側に、摩擦面２１及び底面２２から所定の距離を隔てて配置されている。この温度測定手段４は、摺動する試験片１０が測定窓２３の開口部を通過するときに、測定窓２３を通して試験片１０の摩擦摩耗される下面の表面温度を非接触で連続的に測定し、測定結果をデータ処理装置５に出力するようになっている。従って、測定窓２３は、温度測定手段４による温度測定が可能な大きさに、例えば放射温度計の場合にはセンサヘッドが露出する大きさに形成される。また、温度測定手段４は、その種類や性能等に応じて、摩擦面２１（試験片１０の下面）との間の距離（温度測定距離）が、試験片１０下面の温度測定が可能な長さになるように配置される。
【００２０】
なお、試験装置１は、以上の摩擦部材２、ホルダ３、温度測定手段４等を収容する恒温槽や、摩擦部材２を一定温度に保持する温度調節手段等の、所定の温度条件下での摩擦摩耗試験を可能とする公知の試験温度制御手段を有しており、試験温度を変化させて各温度での摩擦摩耗特性を測定できるようになっている。
【００２１】
データ処理手段５には、例えばパーソナルコンピュータを使用することができ、入力される試験片１０下面の測定温度や、上記した試験片１０にかかる荷重及び摩擦力の他に、試験温度や試験片１０の摺動速度等の各試験条件等を互いに関連づけて記録し、それら各データ等に基づいて試験片１０の摩擦摩耗特性を解析する。また、データ処理手段５に上記したホルダ３の負荷手段や駆動手段、温度制御手段等を接続して、試験装置１全体の制御を行わせてもよい。
【００２２】
本実施形態の摩擦摩耗試験装置１は、以上のように構成され、試験片１０と摩擦部材２の摩擦面２１とを所定の荷重で接触させた状態で、試験片１０を測定窓２３の開口部を含む所定範囲内で往復摺動させて摩擦面２１により摩擦摩耗させ、その摩擦摩耗特性を測定する。また、試験片１０が測定窓２３の開口部を通過する際に、摩擦摩耗される試験片１０の下面の表面温度を温度測定手段４により測定窓２３を通して測定する。従って、この試験装置１では、試験に伴う摩擦熱により上昇した試験片１０下面の表面温度をリアルタイムで、即ち、空冷や熱伝導等により低下する前に測定できるため、測定温度の正確性を従来よりも向上させることができ、その測定温度に基づいて試験片１０の摩擦摩耗特性を評価するので、各特性の温度依存性の測定精度を向上させることができる。
【００２３】
ここで、温度測定手段４に熱電対やサーミスタ等の接触式のものを用い、そのプローブが試験片１０の下面に接触するように測定窓２３を通して配置して、その表面温度を測定するようにしてもよい。しかしながら、接触式の温度測定手段４では、プローブが試験片１０の表面に接触したときに、熱伝導等により試験片１０の表面温度を僅かに変化させる恐れがある。加えて、凹凸を有する摩擦面２１上を往復摺動して摩耗する試験片１０の下面とプローブとを接触可能な状態に常に維持するのは難しく、従って、温度測定手段４には非接触式のものを用いるのがより好ましい。この場合には、試験片１０の表面温度の変化や温度の測定ミスが防止でき、温度の測定精度をより向上させることができる。更に、本実施形態では、非接触式の温度測定手段４を摩擦部材２から離間させて配置しているため、試験に伴う振動等が温度測定手段４に伝達して測定ミス等が生じるのも防止でき、温度の測定精度をより向上させることもできる。
【００２４】
また、試験に伴い試験片１０が摩耗して摩耗粉が発生するが、この摩耗粉が測定窓２３に侵入して測定窓２３内や温度測定手段４上に堆積したり、或いは測定窓２３が塞がれたりした場合には、温度測定手段４の測定精度の低下や測定ミスが生じる恐れがある。従って、それらを防止するための手段を試験装置１に設けるのがより好ましい。その手段としては、例えば、測定窓２３を封止する封止部材を測定窓２３内の摩擦面２１側に設けて摩耗粉の侵入を防止してもよく、又は測定窓２３に空気等の気体を下側又は上側等から吹き込むブロー装置を設け、定期的に気体を吹き込んで摩耗粉を測定窓２３内やその周辺、又は温度測定手段４上から吹き飛ばすようにしてもよい。但し、封止部材を設ける場合には、温度測定手段４の測定に影響のない材質、例えばサファイアや石英等の熱線透過性の材料で封止部材を形成し、ブロー装置を設ける場合には、試験片１０の表面を冷却しないように、試験片１０が測定窓２３から離れたときに気体の吹き込みを行う。
【００２５】
なお、本実施形態では、試験片１０に短冊形状のものを用いたが、試験条件等に合わせて、例えば直方体や円柱、環状等の他の形状の試験片１０を試験することもできる。
また、この試験装置１では、孔状の測定窓２３を１箇所に形成したが、測定窓２３を試験片１０の摺動方向と直交する方向等に所定の間隔で複数形成し、試験片１０の各部の表面温度を測定できるようにしてもよく、同様に、測定窓２３を試験片１０の摺動方向と直交する方向等に延びる所定幅のスリット状に形成し、その任意の１以上の位置に温度測定手段４を配置して、試験片１０の温度を測定するようにしてもよい。
【００２６】
以上の実施形態では、摩擦部材２を固定して試験片１０を往復摺動させる場合について説明したが、本発明はこれに限らず、環状又は円盤状の試験片１０を一定位置で回転運動させて、その外周面を摩擦面２１に回転接触させる場合や、試験片１０を円盤状の摩擦部材２上で転動させる場合等にも適用でき、同様の測定窓２３を形成して試験片１０の摩擦摩耗される面の表面温度を測定することができる。また、逆に、温度測定手段４を摩擦部材２（測定窓２３）とともに移動可能にして摩擦部材２を運動させる場合、例えば、位置を固定した試験片１０に摩擦面２１を往復摺動させる場合や、円盤状の試験片１０を回転接触させる場合、又は摩擦部材２を円盤状の回転テーブルや円筒状の回転ドラムにし、回転させながら摩擦面２１を試験片１０に接触させる場合等にも同様である。このように、本発明は、試験片１０及び摩擦部材２の形状や、それらの運動及び接触の態様により限定されず、試験片１０と摩擦部材２の摩擦面２１が接触した状態で相対運動する場合に広く適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本実施形態の摩擦摩耗試験装置の概略構成を示す模式図である。
【図２】従来の摩擦摩耗試験装置の構成を示す模式図である。
【符号の説明】
【００２８】
１・・・摩擦摩耗試験装置、２・・・摩擦部材、３・・・ホルダ、４・・・温度測定手段、５・・・データ処理手段、１０・・・試験片、２１・・・摩擦面、２２・・・底面、２３・・・測定窓、３１・・・台座、３２・・・台座クランプ。
【図１】
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【図２】
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