(57)【要約】【課題】ゴムと測定面との接触状態を精度よく解析する方法の提供。【解決手段】本発明に係るゴムと測定面との接触状態解析方法は、ゴム組成物からなる試験片２と測定面４との間に高分子膜６を挟み込む工程、上記試験片２に測定面４側に向けて荷重を負荷する工程、上記試験片２と高分子膜６とを冷却する工程、上記試験片２を取り外す工程及び上記高分子膜６の表面を観察する工程を有する。好ましくは、試験片２と高分子膜６とを冷却する工程におけるこれらの冷却温度は、−３０℃以上０℃以下である。好ましくは、上記高分子膜６の厚みは、０．５μｍ以上５μｍ以下である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ゴム組成物からなる試験片と測定面との間に高分子膜を挟み込む工程、
上記試験片に、測定面側に向けて荷重を負荷する工程、
上記試験片と高分子膜とを冷却する工程、
上記試験片を取り外す工程
及び
上記高分子膜の表面を観察する工程
を有するゴム組成物と測定面との接触状態解析方法。
【請求項２】
上記試験片と高分子膜とを冷却する工程におけるこれらの冷却温度が、−３０℃以上０℃以下である請求項１に記載の解析方法。
【請求項３】
上記高分子膜の厚みが、０．５μｍ以上５μｍ以下である請求項１又は２に記載の解析方法。
【請求項４】
ゴム及び高分子化合物を２倍の長さに引っ張ったときの弾性率がＭ１００弾性率とされたとき、上記高分子膜のＭ１００弾性率Ｍｐの、上記試験片のＭ１００弾性率Ｍｓに対する比（Ｍｐ／Ｍｓ）が、８以下である請求項１から３のいずれかに記載の解析方法。
【請求項５】
上記高分子膜の圧縮強さが７０ＭＰａ以上である請求項１から４のいずれかに記載の解析方法。
【請求項６】
上記高分子膜が透明である請求項１から５のいずれかに記載の解析方法。
【請求項７】
上記高分子膜の主たる材質が、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタラート、ポリスチレン又はポリメタクリル酸メチルである請求項１から６のいずれかに記載の解析方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ゴムと測定面との接触状態の解析方法に関する。本発明は、詳細にはタイヤ用のゴムと、路面等のタイヤが接触する測定面との接触状態の解析方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
タイヤと路面との接触状態は、タイヤと路面との摩擦係数に影響を与える。これは、タイヤの操縦安定性や制動力、転がり抵抗に影響を与える。タイヤの開発において、タイヤ用のゴムと路面等の測定面との接触状態を、精度よく解析することは重要である。
【０００３】
これまで、ゴムと測定面との接触状態を解析する方法は、発明者らの知る限り提案されていない。以下の非特許文献１には、金属等の硬い固体同士が接触したときの接触面積の測定方法が開示されている。この方法では、固体間にＰＥＴ薄膜が挟み込まれる。ＰＥＴ薄膜を外した後、この薄膜上の押しつぶされた部分の面積が測定される。これにより、固体間の接触面積が求められている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】トライボロジスト第４４巻第二号（１９９９年）Ｐ４６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ゴムと測定面との接触状態を解析するために、非特許文献１の方法を応用して、ゴムと測定面との間にＰＥＴ薄膜を挟み込む方法が考えられる。しかし、ゴムは接着性が高い。ゴムと測定面との間にＰＥＴ薄膜を挟み込むことにより、ＰＥＴ薄膜がゴムに貼り付く。ＰＥＴ薄膜をゴムから剥がすとき、ＰＥＴ薄膜上の押しつぶされた部分が変形する。この方法では、ゴムと測定面との接触状態が精度よく解析できない。
【０００６】
本発明の目的は、ゴムと測定面との接触状態を精度よく解析する方法の提供である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るゴムと測定面との接触状態解析方法は、ゴム組成物からなる試験片と測定面との間に高分子膜を挟み込む工程、上記試験片に測定面側に向けて荷重を負荷する工程、上記試験片と高分子膜とを冷却する工程、上記試験片を取り外す工程及び上記高分子膜の表面を観察する工程を有する。
【０００８】
好ましくは、試験片と高分子膜とを冷却する工程におけるこれらの冷却温度は、−３０℃以上０℃以下である。
【０００９】
好ましくは、上記高分子膜の厚みは、０．５μｍ以上５μｍ以下である。
【００１０】
好ましくは、ゴム及び高分子化合物を２倍の長さに引っ張ったときの弾性率がＭ１００弾性率とされたとき、上記高分子膜のＭ１００弾性率Ｍｐの、上記試験片のＭ１００弾性率Ｍｓに対する比（Ｍｐ／Ｍｓ）は、８以下である。
【００１１】
好ましくは、上記高分子膜の圧縮強さは７０ＭＰ以上である。
【００１２】
好ましくは、上記高分子膜は透明である。
【００１３】
好ましくは、上記高分子膜の主たる材質は、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタラート、ポリスチレン又はポリメタクリル酸メチルである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係るゴムと測定面との接触状態解析方法では、ゴム組成物からなる試験片と測定面との間に高分子膜が挟み込まれる。試験片に、測定面に向けて荷重が負荷される。高分子膜を介して試験片と測定面とが接触している部分において、高分子膜が押しつぶされる。この高分子膜を取り外す前に、この試験片及び高分子膜は、冷却される。この冷却により、高分子膜は硬化する。この冷却により、試験片と高分子膜との接着力が低下する。試験片を高分子膜から取り外すときに、高分子膜の押しつぶされた部分の変形が抑えられる。この方法では、この高分子膜の表面を観察することにより、精度よくゴムと測定面との接触状態が解析できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係るゴムと測定面との接触状態の解析方法が示されたフロー図である。
【図２】図２は、図１の方法による解析途中の状態が示された模式図である。
【図３】図３（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、図１の方法による高分子膜の観測結果である。
【図４】図４（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、従来の方法を応用した方法による高分子膜の観測結果である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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。
【００１７】
図１は、本発明の一実施形態に係るゴムと測定面との接触状態の解析方法のフロー図である。図２は、図１の方法による解析途中の状態が示された模式図である。図１で示されるように、この解析方法は、次のＳ１からＳ５の工程を備えている。
（Ｓ１）試験片２と測定面４との間に高分子膜６を挟み込む工程
（Ｓ２）試験片２に荷重を負荷する工程
（Ｓ３）試験片２及び高分子膜６を冷却する工程
（Ｓ４）試験片２を取り外す工程
（Ｓ５）高分子膜６を観測する工程
【００１８】
この解析の準備として、試験片２、測定面４及び高分子膜６が用意される。試験片２は、ゴム組成物からなる。このゴム組成物は、タイヤ用である。測定面４は、この試験片２との接触状態が解析される、相手となる面である。測定面４は、例えばアスファルトよりなる模擬路面である。測定面４が、通常の路面でもよい。図２で示されるように、測定面４には、通常、凹凸が存在する。高分子膜６は透明である。高分子膜６の主たる材質として、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）、ポリスチレン又はポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）が例示される。
【００１９】
工程Ｓ１では、図２で示されるように、測定面４の上に、高分子膜６が配置される。この高分子膜６の上に、試験片２が配置される。この工程では、高分子膜６が、試験片２と測定面４との間に挟み込まれる。
【００２０】
工程Ｓ２では、試験片２に、測定面４に向けて荷重が負荷される。図２の実施形態では、試験片２の上に重り８が載せられる。試験片２が、測定面４に押しつけられる。これにより、高分子膜６を介して試験片２と測定面４とが接触している部分において、高分子膜６が押しつぶされる。この部分において、高分子膜６が変形する。この変形した部分は、試験片２と測定面４との接触痕と称される。この工程では、試験片２と測定面４との接触痕が、高分子膜６に形成される。
【００２１】
工程Ｓ３では、試験片２と高分子膜６とが冷却される。図２に示されるとおり、この実施形態では、ガス冷却装置１０が使用される。図で示されるように、ガス冷却装置１０は、冷却ガス発生部１２とノズル１４とからなる。この装置では、冷却ガス発生部１２で発生した低温のガスが、ノズル１４から噴射される。冷却ガスが、この装置から試験片２と高分子膜６とに吹き付けられる。試験片２と高分子膜６との接触部分が冷却される。試験片２及び高分子膜６の冷却に使用される装置は、ガス冷却装置１０に限られない。他の冷却装置が使用されてもよい。試験片２と高分子膜６とが冷却できればよい。例えば、試験片２、測定面４及び高分子膜６を、冷却庫に入れて冷却してもよい。
【００２２】
工程Ｓ４では、試験片２が取り外される。この工程では、まず図２の状態から、重り８が下ろされる。試験片２が高分子膜６から剥がされ、試験片２が取り外される。
【００２３】
工程Ｓ５では、高分子膜６の表面が観察される。この観察は、高分子膜６が測定面４上に配置された状態で行われる。高分子膜６を測定面４から剥がした後で、高分子膜６が観察されてもよい。図示されないが、この観察には、顕微鏡が使用される。具体的には、この実施形態では、マイクロスコープが用いられる。マイクロスコープにて、表面が拡大撮影される。撮影された画像は、ディスプレイ上で表示されか、あるいは、プリントアウトされる。これらの画像が、肉眼にて観察される。例えば、これらの画像から接触部分の大きさが計測される。これらの画像が、画像データとしてデータ処理装置に送られ、この装置によって接触面積が計算されてもよい。
【００２４】
以下、本発明の作用効果が説明される。
【００２５】
本発明に係るゴムと測定面との接触状態解析方法では、ゴム組成物からなる試験片２と測定面４との間に高分子膜６が挟み込まれる。試験片２に、測定面４に向けて荷重が負荷される。高分子膜６を介して試験片２と測定面４とが接触している部分において、高分子膜６が押しつぶされる。試験片２と測定面４との接触痕が、高分子膜６に形成される。この高分子膜６を取り外す前に、この試験片２及び高分子膜６は、冷却される。この冷却により、高分子膜６が硬化する。この冷却により、試験片２と高分子膜６との接着力が低下する。試験片２を高分子膜６から取り外すときに、高分子膜６の変形が抑えられる。試験片２と測定面４との接触痕の変形が抑えられる。この接触痕は、試験片２と測定面４とが高分子膜６を介して接触していた部分を、精度よく表す。この高分子膜６の表面を観察することにより、精度よくゴムと測定面との接触状態が解析できる。
【００２６】
高分子膜６の厚みは、５μｍ以下が好ましい。弾性率の小さなゴム組成物からなる試験片２が測定面４と接触したとき、試験片２が微小に変形する。高分子膜６の厚みを５μｍ以下とすることで、この試験片２の微小な変形を反映した試験片２と測定面４との接触痕が、高分子膜６に形成されうる。この方法では、試験片２と測定面４との接触状態が精度よく解析できる。この観点から、高分子膜６の厚みは、３μｍ以下がより好ましい。高分子膜６の厚みは、０．５μｍ以上が好ましい。厚みが０．５μｍ以上の高分子膜６は、破損しにくい。高分子膜６の厚みを０．５μｍ以上とすることで、試験中に高分子膜６が破損することが防止されている。この観点から、高分子膜６の厚みは、０．７μｍ以上がより好ましい。
【００２７】
ここでは、ゴム及び高分子化合物について、その長さを２倍に引っ張ったときの弾性率が「Ｍ１００弾性率」と称される。高分子膜６のＭ１００弾性率がＭｐとされ、試験片２のＭ１００弾性率がＭｓとされたとき、Ｍ１００弾性率ＭｐのＭ１００弾性率Ｍｓに対する比（Ｍｐ／Ｍｓ）は１０以下が好ましい。比（Ｍｐ／Ｍｓ）を１０以下とすることで、試験片２の微小な変形を反映した試験片２と測定面４との接触痕が、高分子膜６に形成されうる。この方法では、試験片２と測定面４との接触状態が精度よく解析できる。この観点から、比（Ｍｐ／Ｍｓ）は８以下がより好ましい。本願において、Ｍ１００弾性率は、ＪＩＳ  Ｋ６２５１「加硫ゴム及び可塑性ゴム−引張特性の求め方」の規定に準拠した引っ張り試験により、測定される。本願の試験片２のＭ１００弾性率の測定に際し、試験片２と同じ材質の試験体が作成される。高分子膜６のＭ１００弾性率の測定に際し、高分子膜６と同じ材質の試験体が作成される。測定は、２３℃の温度下でなされる。
【００２８】
高分子膜６の圧縮強さは、７０ＭＰａ以上が好ましい。圧縮強さが７０ＭＰａ以上である高分子膜６を使用することで、試験中に高分子膜６が破損することが防止されている。この観点から、高分子膜６の圧縮強さは、８０ＭＰａ以上がより好ましい。高分子膜６の圧縮強さの測定に際し、高分子膜６と同じ材質の試験体が作成される。高分子膜６の圧縮強さは、この試験体について、「ＪＩＳ  Ｋ７１８１」の記載に準じて、圧縮試験機にて測定される。
【００２９】
高分子膜６のロックウェル硬さは、Ｍ１００以下が好ましい。ロックウェル硬さがＭ１００以下である高分子膜６を使用することで、試験片２の微小な変形を反映した試験片２と測定面４との接触痕が、高分子膜６に形成されうる。この方法では、試験片２と測定面４との接触状態が精度よく解析できる。この観点から、高分子膜６のロックウェル硬さは、Ｍ８０以下がより好ましい。高分子膜６のロックウェル硬さの測定に際し、高分子膜６と同じ材質の試験体が作成される。ロックウェル硬さは、この試験体について、「ＪＩＳ  Ｋ７２０２」の記載に準じて、ロックウェル硬さ測定器にて測定される。
【００３０】
高分子膜６は透明であることが好ましい。透明な高分子膜６では、その表面を顕微鏡で観察する際に、接触痕の部分では光が乱反射し、接触痕以外の部分では光が透過する。この高分子膜６は、顕微鏡による接触痕の観察が容易である。透明な高分子膜６を用いることで、精度の良い試験片２と測定面４との接触状態の解析が、効率良くできる。
【００３１】
高分子膜６の全光線透過率は、７０％以上が好ましい。全光線透過率が７０％以上高分子膜６は、顕微鏡による接触痕の観察が容易である。この高分子膜６を用いることで、精度の良い試験片２と測定面４との接触状態の解析が、効率良くできる。全光線透過率は、高分子膜６について、「ＪＩＳ  Ｋ７３７５」の記載に準じて、分光ヘーズメータにて測定される。
【００３２】
前述のとおり、高分子膜６の主たる材質は、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタラート、ポリスチレン又はポリメタクリル酸メチルが好ましい。これらを主たる材質とする高分子膜６の圧縮強さは大きい。これらを主たる材質とする高分子膜６は、破損しにくい。これらを高分子膜６の主たる材質とすることで、試験中に高分子膜６が破損することが防止されている。これらを主たる材質とする高分子膜６の硬さは低い。これらを主たる材質とする高分子膜６は、軟質である。これらを高分子膜６の主たる材質とすることで、試験片２と測定面４との接触痕が、精度よく高分子膜６に形成されうる。この方法では、試験片２と測定面４との接触状態が精度よく解析できる。さらに、これらを主たる材質とする高分子膜６は、透明である。これらを高分子膜６の主たる材質とすることで、精度の良い試験片２と測定面４との接触状態の解析が、効率良くできる。
【００３３】
試験片２に荷重を負荷する際の、試験片２と測定面４との接触圧は、０．１ＭＰａ以上５ＭＰａが好ましい。接触圧を０．１ＭＰａ以上５ＭＰａ以下とすることで、実際のタイヤと路面とが接触するのと近い状態で、試験片２と測定面４との接触状態の解析ができる。この方法では、実際のタイヤと路面との接触状態を反映した解析ができる。この観点から、接触圧は０．２ＭＰａ以上２ＭＰａ以下がより好ましい。
【００３４】
試験片２に荷重を負荷する時間は、０．５分以上が好ましい。試験片２に荷重を０．５分以上負荷することにより、試験片２と測定面４との接触痕が、精度よく高分子膜６に形成されうる。この観点から、この時間は１分以上がより好ましい。効率的に解析を実施するとの観点から、試験片２に荷重を負荷する時間は、１０分以下が好ましい。
【００３５】
試験片２と高分子膜６とが冷却されたときのこれらの温度（冷却温度）は、０℃以下が好ましい。冷却温度を０℃以下とすることで、高分子膜６が十分に硬化する。冷却温度を０℃以下とすることで、高分子膜６と試験片２との接着力が効果的に低下する。この方法では、高分子膜６を試験片２から取り外すときに、高分子膜６の変形が抑えられる。この方法では、精度よくゴムと測定面４との接触状態が解析できる。この観点から、冷却温度は、−５℃以下がより好ましい。容易に効率よく冷却できるとの観点から、冷却温度は、−３０℃以上が好ましく、−２０℃以上がより好ましい。
【００３６】
試験片２を顕微鏡で観察する際の倍率は、１０倍以上が好ましい。試験片２を顕微鏡で観察する際の倍率を１０倍以上とすることで、精度よく試験片２と測定面４との接触状態が解析できる。この観点から、試験片２を顕微鏡で観察する際の倍率は、１５倍以上がより好ましい。効率よく試験片２と測定面４との接触状態を解析するとの観点から、試験片２を顕微鏡で観察する際の倍率は、１００倍以下が好ましい。
【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】
［高分子膜、試験片及び測定面の準備］
ポリカーボネートを５ｗｔ％含むクロロホルム溶液を作成し、これを用いてスピンコート法で高分子膜を作成した。この高分子膜の厚みは、１μｍとされた。タイヤのトレッドに使用されるゴム組成物からなる箱型の試験片が用意された。測定面として、アスファルトからなる模擬路面が用意された。
【００３９】
［実施例１］
図１示されたフローで、試験片と測定面との接触状態が解析された。試験片に荷重を負荷する工程では、試験片には、０．８ＭＰａの荷重が１分間負荷された。試験片及び高分子膜を冷却する工程では、窒素ガスを噴出するガス冷却装置が用いられた。この冷却ガスを吹き付けることで、試験片及び高分子膜は、−２０℃に冷却された。高分子膜の観測工程では、キーエンス（株）製のマイクロスコープ「ＶＨＸ−１０００」が使用された。高分子膜の表面が、３０倍の倍率で拡大撮影された。
【００４０】
［比較例１］
試験片及び高分子膜を冷却する工程を有さないことの他は実施例１と同様にして、試験片と測定面との接触状態が解析された。
【００４１】
［高分子膜表面の観測結果］
図３（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）に、実施例１で観測した高分子膜の表面の一部が示されている。これらは、高分子膜の異なる部分の拡大写真である。試験片と測定面とが接触していた部分は、高分子膜が押しつぶされて変形する。この部分には、接触痕が形成される。この接触痕により光が乱反射するため、この部分は白く写っている。試験片と測定面とが接触していない部分は、光が透過するため、黒く写っている。すなわち、これらの写真において、白い部分は、試験片と測定面との接触部分、黒い部分は、試験片と測定面とが接触していない部分である。
【００４２】
図４（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）に、比較例１で観測した表面の一部が示されている。これらの写真において、図４（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）で写っている場所は、それぞれ図３（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）で写っている場所と同じである。
【００４３】
図３（ａ）と図４（ａ）との比較、図３（ｂ）と図４（ｂ）との比較及び図３（ｃ）と図４（ｃ）との比較のいずれにおいても、図４の方が図３より、白い部分が大きい。これは、比較例１の方法では高分子膜を試験片から引き剥がす際に、高分子膜の表面が変形したのに対し、実施例１の方法では高分子膜を試験片から引き剥がす際に、高分子膜の表面の変形が抑えられていることを示す。実施例１の方が比較例１よりも、精度よく試験片と測定面との接触痕が高分子膜に形成できている。
【００４４】
以上で示されたとおり、実施例の方法は比較例の方法より評価結果が優れている。このことから、本発明の優位性は明らかである。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
以上説明された方法は、種々のゴム組成物と測定面との接触部分の解析に用いられうる。
【符号の説明】
【００４６】
２・・・試験片
４・・・測定面
６・・・高分子膜
８・・・重り
１０・・・ガス冷却装置
１２・・・冷却ガス発生部
１４・・・ノズル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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