(57)【要約】      （修正有）【課題】界面活性剤含有水を用いて、ゴム材料の粘着摩擦を高精度で評価する方法を提供する。【解決手段】ゴム材料を摩擦面Ｍに摩擦させたときの粘着摩擦を評価するための方法である。ゴム材料を、摩擦面Ｍに界面活性剤含有水を散水した第１の散水面上で摩擦させたときの摩擦係数を計測する第１ステップ、ゴム材料を、摩擦面Ｍに界面活性剤非含有水を散水した第２の散水面上で摩擦させたときのゴム材料に作用する摩擦係数を計測する第２ステップ、及び、第１ステップで計測された摩擦係数と第２ステップで計測された摩擦係数との差を算出する第３ステップを含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ゴム材料を摩擦面に摩擦させたときの粘着摩擦を評価するための方法であって、
前記ゴム材料を、水に界面活性剤を含有させた界面活性剤含有水を前記摩擦面に散水した第１の散水面上で摩擦させたときの前記ゴム材料に作用する摩擦係数を計測する第１ステップ、
前記ゴム材料を、前記水に前記界面活性剤を含有させない界面活性剤非含有水を前記摩擦面に散水した第２の散水面上で摩擦させたときの前記ゴム材料に作用する摩擦係数を計測する第２ステップ、及び、
前記第１ステップで計測された摩擦係数と前記第２ステップで計測された摩擦係数との差を算出する第３ステップを含むことを特徴とするゴム材料の粘着摩擦評価方法。
【請求項２】
前記摩擦面に対する前記ゴム材料の相対速度は、３〜２０Km/hである請求項１記載のゴム材料の粘着摩擦評価方法。
【請求項３】
前記界面活性剤は、ノニオン界面活性剤、アニオン界面活性剤、カチオン界面活性剤、又は、両性界面活性剤のうち少なくとも一つを含む請求項１又は２に記載のゴム材料の粘着摩擦評価方法。
【請求項４】
前記界面活性剤含有水は、前記界面活性剤を１質量％〜６０質量％含む請求項１乃至３のいずれかに記載のゴム材料の粘着摩擦評価方法。
【請求項５】
前記摩擦面は、車両が走行するアスファルト路面である請求項１乃至４のいずれかに記載のゴム材料の粘着摩擦評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ゴム材料の粘着摩擦を高精度で評価しうるゴム材料の粘着摩擦評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ゴム材料の摩擦係数には、ゴム材料の変形に伴う復元力によるヒステリシス摩擦が大きな影響を与えることが知られている。このため、従来では、ゴム材料の摩擦係数は、ヒステリシス摩擦のみを測定することで評価されてきた。
【０００３】
しかしながら、発明者らの種々の研究の結果、ゴム材料の摩擦係数には、ヒステリシス摩擦に加えて、ゴムの粘着摩擦も影響を及ぼすことが判明した。従って、ゴム材料の摩擦係数を精度良く評価するには、ゴム材料の粘着摩擦についても精度良く評価する必要があるが、ゴム材料の粘着摩擦の評価手法が確立されていないという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−９３１０８号公報
【特許文献２】特開２００７−１６３１４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、以上のような問題点に鑑み案出なされたもので、摩擦面に界面活性剤含有水を散水することを基本として、ゴム材料の粘着摩擦を高精度で評価することができる評価方法を提供することを主たる目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、ゴム材料を摩擦面に摩擦させたときの粘着摩擦を評価するための方法であって、前記ゴム材料を、水に界面活性剤を含有させた界面活性剤含有水を前記摩擦面に散水した第１の散水面上で摩擦させたときの前記ゴム材料に作用する摩擦係数を計測する第１ステップ、前記ゴム材料を、前記水に前記界面活性剤を含有させない界面活性剤非含有水を前記摩擦面に散水した第２の散水面上で摩擦させたときの前記ゴム材料に作用する摩擦係数を計測する第２ステップ、及び、前記第１ステップで計測された摩擦係数と前記第２ステップで計測された摩擦係数との差を算出する第３ステップを含むことを特徴とする。
【０００７】
本発明に係るゴム材料の粘着摩擦評価方法は、前記摩擦面に対する前記ゴム材料の相対速度が、３〜２０Km/hであるのが望ましい。
【０００８】
本発明に係るゴム材料の粘着摩擦評価方法は、前記界面活性剤が、ノニオン界面活性剤、アニオン界面活性剤、カチオン界面活性剤、又は、両性界面活性剤のうち少なくとも一つを含むのが望ましい。
【０００９】
本発明に係るゴム材料の粘着摩擦評価方法は、前記界面活性剤含有水が、前記界面活性剤を１質量％〜６０質量％含むのが望ましい。
【００１０】
本発明に係るゴム材料の粘着摩擦評価方法は、前記摩擦面が、車両が走行するアスファルト路面であるのが望ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のゴム材料の粘着摩擦評価方法は、ゴム材料を、摩擦面に界面活性剤含有水を散水した第１の散水面上で摩擦させたときのゴム材料に作用する摩擦係数を計測する第１ステップ、ゴム材料を、摩擦面に界面活性剤非含有水を散水した第２の散水面上で摩擦させたときのゴム材料に作用する摩擦係数を計測する第２ステップ、及び、第１ステップで計測された摩擦係数と第２ステップで計測された摩擦係数との差を算出する第３ステップを含んでいる。第１ステップでは、界面活性剤含有水によって、粘着摩擦の発生が抑えられるので、ヒステリシス摩擦を起因とする摩擦係数が計測される。第２ステップでは、界面活性剤非含有水によって、ヒステリシス摩擦と粘着摩擦とを起因とする摩擦係数が計測される。このため、第３ステップでは、粘着摩擦成分が算出される。従って、本発明のゴム材料の粘着摩擦評価方法では、高精度でゴム材料の粘着摩擦を評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明のゴム材料の粘着摩擦の評価方法を実施するための摩擦試験機の斜視図である。
【図２】図１の摩擦試験機の底面図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）は、摩擦試験機の側面図である。
【図４】（ａ）は、界面活性剤が６質量％のときのゴム材料の摩擦係数−損失正接を表すグラフ、（ｂ）は、界面活性剤が１質量％のときのゴム材料の摩擦係数−損失正接を表すグラフである。
【図５】（ａ）は、界面活性剤が６０質量％のときのゴム材料の摩擦係数−損失正接を表すグラフ、（ｂ）は、界面活性剤が７０質量％のときのゴム材料の摩擦係数−損失正接を表すグラフである。
【図６】界面活性剤非含有水を用いたときのゴム材料の摩擦係数−損失正接を表すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の一形態が図面に基づき説明される。
本発明のゴム材料の粘着摩擦を評価する方法（以下、単に「評価方法」ということがある。）は、屋外又は室内のいずれにおいても用いることができる。粘着摩擦とは、本明細書では、ゴム材料を摩擦させたときにゴム材料から剥離される粘着物による摩擦をいう。
【００１４】
図１に示されるように、評価方法が屋外で行われる場合、ゴム材料Ｇを摩擦する摩擦面Ｍには、例えば、車両が走行可能なアスファルト材料やコンクリート材料で形成された路面が採用される。評価方法が屋内で行われる場合、摩擦面Ｍには、例えば、アスファルト材料やコンクリート材料で形成された擬似路面を採用することができる。
【００１５】
本実施形態の評価方法は、ゴム材料Ｇを摩擦面Ｍに摩擦させる摩擦試験機１（以下、単に「試験機」１という場合がある。）を準備する準備工程Ｋ１と、摩擦試験機１を用いてゴム材料Ｇの粘着摩擦を評価する評価工程Ｋ２とを含んでいる。
【００１６】
本実施形態の準備工程Ｋ１では、周知の試験機１が準備される。試験機１としては、例えば、ＡＳＴＭ（アメリカ材料試験協会）標準試験方法1911Eとして規格されている路面などのすべり抵抗試験などを行うことが可能なものであれば種々のものを採用できる。本実施形態では、日邦産業株式会社製のＤＦテスターに準じたものが採用される。
【００１７】
摩擦試験機１は、例えば、ゴム材料Ｇを摩擦面Ｍで摩擦させる試験機本体３と、摩擦面Ｍをウェット状態にする散水装置４とを含んでいる。
【００１８】
図１乃至図３に示されるように、試験機本体３は、本実施形態では、ゴム材料Ｇを回転移動させる移動手段５と、移動手段５を駆動させる駆動手段６とを含んでいる。移動手段５、及び、駆動手段６は、これらを保護する筐体７で覆われている。
【００１９】
移動手段５は、例えば、円形かつ板状の円板部８を含んでいる。円板部８は、摩擦面Ｍ側を向く下側面８ａと、下側面８ａとは反対向きの上側面８ｂとを有している。円板部８の下側面８ａには、ゴム材料Ｇを取替え可能に保持する周知構造のゴムホルダー１０が設けられている。本実施形態では、ゴムホルダー１０は、周方向に等ピッチで３個設けられている。
【００２０】
駆動手段６は、例えば、円板部８を回転可能に支持する支持軸９を含んでいる。本実施形態の支持軸９は、円板部８の上側面８ｂから上方にのびている。
【００２１】
支持軸９には、例えば、円板部８を昇降させる昇降装置（図示省略）と、円板部８を周方向に回転させる回転機構１１とが接続されている。昇降装置による円板部８の下降によって、ゴム材料Ｇが摩擦面Ｍ上に押し付けされる。これにより、ゴム材料Ｇには、所要の接地荷重が与えられる。回転機構１１による円板部８の回転によって、ゴム材料Ｇには、連続して摩擦力が与えられる。昇降装置としては、例えば、シリンダ機構を含む周知構造のものが好ましい。
【００２２】
回転機構１１は、例えば、支持軸９を回転自在に支承する軸受（図示省略）を介して円板部８を回転駆動する電動機１３を含んでいる。また、回転機構１１は、この電動機１３の回転速度、ひいては円板部８の周速度を制御する、例えばインバータなどの速度制御手段（図示省略）を含んでいるのが望ましい。
【００２３】
ゴム材料Ｇに作用する摩擦係数を計測には、周知構造の測定器（図示省略）が用いられる。本実施形態の測定器は、円板部８の回転移動対して相対変位する弾性体を含んでいる。弾性体の変位量やゴム材料Ｇに作用する荷重に関するデータ等が、例えば、演算処理装置１５に入力されて、摩擦係数等が算出される。弾性体としては、例えば、バネ状のものが望ましい。なお、演算処理装置１５としては、例えば、パーソナルコンピュータ等が望ましい。また、測定器としては、ロードセル等の種々のものが採用されても良い。
【００２４】
筐体７は、例えば、平面視、矩形状に形成され、円板部８の上方を覆う上板部７ａと、円板部８の側方を覆う側板部７ｂと、円板部８の下方側でゴム材料Ｇと摩擦面Ｍとを接触させるための開口部７ｃとを含んでいる。
【００２５】
筐体７の側板部７ｂの底部には、試験機１を摩擦面Ｍに安定してセットするための、例えば、ゴム座１６が設けられている。
【００２６】
散水装置４は、例えば、水溶液を保持するタンク４ａ、前記水溶液を摩擦面Ｍに散水する散水ノズル４ｂ、及び、タンク４ａと散水ノズル４ｂとをバルブ４ｄを介して接続する接続管４ｃとを含んでいる。
【００２７】
タンク４ａは、本実施形態では、筐体７の上板部７ａの上面に設けられている。タンク４ａは、このような態様に限定されるものではなく、例えば、摩擦面Ｍ上に設けられても良い。また、散水ノズル４ｂは、本実施形態では、筐体７の側板部７ｂに取り付けられている。
【００２８】
また、散水装置４は、散水量、即ち、摩擦面Ｍの水深を調節する水量調節器（図示省略）を含んでいるのが望ましい。水量調節器は、周知構造のものが採用され、例えば、演算処理装置１５によって制御されている。
【００２９】
評価工程Ｋ２は、第１ステップＳ１乃至第３ステップＳ３を含んでいる。第１ステップＳ１は、第１の散水面２０ａ（図３（ｂ）に示す）上でゴム材料Ｇを摩擦させたときのゴム材料Ｇに作用する摩擦係数を計測するステップである。第２ステップＳ２は、第２の散水面２０ｂ上でゴム材料Ｇを摩擦させたときのゴム材料Ｇに作用する摩擦係数を計測するステップである。第３ステップＳ３は、第１ステップＳ１で計測された摩擦係数と、第２ステップＳ２で計測された摩擦係数との差を算出するステップである。第１の散水面２０ａとは、界面活性剤を水に含有させた界面活性剤含有水が摩擦面Ｍに散水された状態である。また、第２の散水面２０ｂとは、界面活性剤を水に含有させない界面活性剤非含有水が摩擦面Ｍに散水された状態である。
【００３０】
図３（ａ）に示されるように、第１ステップＳ１では、先ず、ゴム材料Ｇが、ゴムホルダー１０に取り付けられるとともに、試験機１が摩擦面Ｍ上に配置される。このとき、本実施形態では、円板部８が、前記昇降装置によって上方へ持ち上げられており、ゴム材料Ｇと摩擦面Ｍとが非接触状態に保たれている。また、第１ステップＳ１では、界面活性剤含有水がタンク４ａに給水されている。
【００３１】
ゴムホルダー１０に保持されるゴム材料Ｇとしては、種々のゴムの材料を用いることができる。例えば、タイヤの粘着摩擦を評価する場合、加硫されたタイヤのトレッドゴムからゴム材料Ｇを切り出して用いられるのが望ましい。ゴム材料Ｇの大きさは、円板部８の大きさに準じて作成されれば良いが、例えば、周方向の長さＬ（図２に示す）が５〜１５mm、半径方向の幅Ｗが５〜１５mm、厚さが２〜５mm程度のものが望ましい。なお、ゴム材料Ｇは、予め、シート状に加工された加硫ゴム等、種々のものを採用することができる。
【００３２】
次に、電動機１３の駆動によって、試験機１の円板部８が規定の速度で回転される。このとき、図３（ｂ）に示されるように、タンク４ａの界面活性剤含有水が散水ノズル４ｂから摩擦面Ｍに散水されて、摩擦面Ｍが第１の散水面２０ａとして形成される。界面活性剤含有水は、前記水量調節器によって予め定められた水量で散水されるのが望ましい。
【００３３】
次に、例えば、昇降装置によって円板部８が降下されて、ゴム材料Ｇと第１の散水面２０ａとが規定の接地圧で押圧されることにより、ゴム材料Ｇに摩擦力が発生する。次に、前記測定手段により、ゴム材料Ｇに作用する摩擦係数が計測される。
【００３４】
このような第１ステップＳ１では、界面活性剤含有水の粘性によって、摩擦によるゴム材料Ｇから剥離される粘着物（図示省略）がゴム材料Ｇと摩擦面Ｍとの間からスムーズに除去される。従って、第１ステップＳ１によって計測された摩擦係数は、粘着物による粘着摩擦が排除され、主にヒステリシス摩擦のみに起因した摩擦係数を計測することができる。
【００３５】
本実施形態の第１ステップＳ１では、ゴム材料Ｇと第１の散水面２０ａとの接触後、駆動手段６の電動機１３を停止させて、円板部８を慣性力で回転させている。摩擦係数の計測は、例えば、ゴム材料Ｇと第１の散水面２０ａとの接触の時点から摩擦力によってゴム材料Ｇが自然に回転を停止するまで間で行われる。
【００３６】
界面活性剤としては、種々のものを採用することができるが、上述の作用を効果的に発揮させるため、例えば、ノニオン界面活性剤、アニオン界面活性剤、カチオン界面活性剤、又は、両性界面活性剤のうち少なくとも一つを含んで構成されるのが望ましい。
【００３７】
界面活性剤含有水は、界面活性剤を１質量％〜６０質量％含むのが望ましい。界面活性剤が１質量％未満の場合、界面活性剤含有水の粘性が小さくなり、上記粘着物をゴム材料Ｇと摩擦面Ｍとの間からスムーズに除去できないおそれがある。界面活性剤が６０質量％を超える場合、界面活性剤含有水の粘性による抵抗が大きくなり、摩擦係数を精度良く測定できないおそれがある。
【００３８】
次に、第２ステップＳ２が行われる。第２ステップＳ２では、先ず、新規なゴム材料Ｇがゴムホルダー１０に取り付けられるとともに、タンク４ａ内に界面活性剤非含有水が充填される。なお、第１ステップＳ１で測定された摩擦面Ｍには、界面活性剤含有水が散水されているので、第２ステップＳ２は、第１ステップＳ１とは異なる場所で行われるのが望ましい。
【００３９】
界面活性剤非含有水としては、例えば、水道水が用いられる。このような界面活性剤非含有水が散水された第２の散水面２０ｂでは、ゴム材料Ｇの粘着物が、ゴム材料Ｇと摩擦面Ｍとの間から除去され難くなる。このため、第２ステップＳ２では、ヒステリシス摩擦と粘着摩擦とを起因とした摩擦係数が計測される。
【００４０】
第２ステップＳ２の摩擦係数の計測方法は、第１ステップＳ１の摩擦係数の計測方法と同じであるので、その説明が省略される。
【００４１】
第１ステップＳ１及び第２ステップＳ２における、摩擦面Ｍに対するゴム材料Ｇの相対速度は、精度良く摩擦係数を摩耗させるため、３〜２０km／h程度が望ましい。ゴム材料Ｇの相対速度が３km／h未満の場合、摩擦面Ｍの凹凸部分にゴム材料Ｇが引っかかり易くなり、精度良く摩擦係数を計測できないおそれがある。ゴム材料Ｇの相対速度が２０km／hを超える場合、第２の散水面２０ｂ上でも、ゴム材料Ｇと摩擦面Ｍとの間から粘着物が除去されるので、粘着摩擦に起因する摩擦係数を計測できないおそれがある。
【００４２】
次に、第３ステップＳ３が行われる。第３ステップＳ３は、例えば、演算処理装置１５によって算出されるのが望ましい。本実施形態では、第１ステップＳ１では、ヒステリシス摩擦に起因とする摩擦係数が計測される。第２ステップＳ２では、ヒステリシス摩擦と粘着摩擦とに起因とする摩擦係数が計測される。このため、第３ステップＳ３では、粘着摩擦成分が精度良く算出される。従って、本発明のゴム材料の粘着摩擦評価方法では、高精度でゴム材料の粘着摩擦を評価することができる。
【００４３】
本実施形態の第１ステップＳ１による計測方法では、ヒステリシス摩擦に起因する摩擦係数が計測できることが、次に示される実験例によって証明される。即ち、第１ステップＳ１による計測方法を用いてゴム材料Ｇに作用する摩擦係数の計測結果と、このゴム材料Ｇの損失正接（tanδ）との計測結果とを比較することで証明される。なお、ヒステリシス摩擦は、損失正接（tanδ）に比例する。
【００４４】
＜摩擦試験機による摩擦試験＞
配合の異なるゴム材料が６種類（ゴムａ乃至ゴムｆ）準備され、日邦産業株式会社製のＤＦテスターを用いて、本発明の評価方法により摩擦係数が計測された。結果は、各界面活性剤の濃度におけるゴムａの摩擦係数を１００とする指数で表示されている。
界面活性剤（ノニオン界面活性剤及びアニオン界面活性剤）：花王株式会社製の食器用洗剤のキュキュット（登録商標）
ゴム材料の摩擦面に対する相対速度：７km/h
テストの結果を表１に示す。
【００４５】
【表１】
2016200563.tif 000003
【００４６】
＜ゴム材料の損失正接（tanδ）＞
上記摩擦試験に用いられたゴム材料（ゴムａ乃至ゴムｆ）の損失正接が、株式会社岩本製作所製の粘弾性スペクトロメータを用いて計測された。
初期歪１０％
動的歪２％
周波数１０Hz
テストの結果を表２に示す。
【００４７】
【表２】
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【００４８】
上記テスト結果を用いて、ゴム材料のゴム摩擦係数と損失性質との関係を表すグラフが図４（ａ）〜図６に示される。各図の横軸は、摩擦損失を示す。各図の縦軸は、摩擦係数（指数）を示す。界面活性剤が界面活性剤含有水に１質量％〜６０質量％含まれている図４（ａ）〜図５（ａ）は、界面活性剤が界面活性剤含有水に７０質量％含まれている図５（ｂ）、及び、界面活性剤非含有水の図６に比較して、損失正接とゴム摩擦との相関関係が、比例関係にあることを良く表している。このため、界面活性剤が１質量％〜６０質量％含まれた界面活性剤含有水を使用することで、精度良くヒステリシス摩擦を測定できることが理解される。なお、第２ステップＳ２で計測される摩擦係数は、ヒステリシス摩擦と粘着摩擦とを起因とする摩擦係数であると推測される。
【００４９】
また、ゴム配合の変更や、好ましい他の界面活性剤を使用して更に実験を行ったが、同様の傾向を示した。さらに、摩擦面に対するゴム材料の相対速度を３〜２０km/hで変化させたが、同じ結果であった。従って、本発明の評価方法を用いることにより、粘着摩擦が高い精度で計測できることが理解できる。
【００５０】
以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、上記実施形態に限定されることなく種々の態様に変更して実施することができる。
【符号の説明】
【００５１】
Ｇ    ゴム材料
Ｍ    摩擦面
２０ａ  第１の散水面
２０ｂ  第２の散水面
Ｓ１  第１のステップ
Ｓ２  第２のステップ
Ｓ３  第３のステップ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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