JP2019049442A - ゴムの粘着試験方法及びゴムの粘着試験システム - Google Patents

Abstract

【課題】真実接触面積の変化も考慮したゴムの粘着試験方法を提供する。【解決手段】試験方法は、ゴム試験部材Ｗを所定路面１２に対して所定の接触時間押し付けてから引き剥がし、引き剥がし時に作用する引力の計測を、接触時間を異ならせて複数回実行するステップ（ＳＴ２、ＳＴ４）と、複数の計測結果に基づき、引力に対応する粘着力と接触時間との関係式を算出するステップ（ＳＴ５）と、を有する。【選択図】図２

Description

本発明は、ゴムの粘着試験方法、及びゴムの粘着試験システムに関する。

タイヤなどに用いられるゴムの摩擦は、凝着（粘着）摩擦（アドヒージョン）と変形損失摩擦（ヒステリシスロス）に主に分類される。変形損失摩擦は、路面との接触に起因するゴムの変形によるエネルギー損失であり、ｔａｎδで評価可能である。凝着摩擦力は、ゴムと路面が接触することで結合し、それを引きはがすために必要なせん断力であり、真実接触面積と、粘着力とに依存すると考えられる。摩擦性能を向上するためには、ゴムのヒステリシスロスだけでなく、凝着摩擦を適切に評価することが必要である。

ゴムの凝着摩擦を評価する方法として、特許文献１には、試験対象のゴム試験部材の表面に対して小さな接触子を押しつけ引きはがし、引きはがすときの最大引力を測定し、最大引力を単位面積当たりの粘着力に換算して、粘着力を凝着摩擦の評価値として算出している。

特開２０１６−１７０１３８号公報

しかしながら、上記特許文献１の方法では、小さな接触子を用いているため、ミクロなオーダーでの粘着力評価しかできず、部位毎の差異が大きく、精度が低いと考えられる。また、粘着力は、真実接触面積の変化の影響を受けるが、上記計測方法では、真実接触面積の変化が考慮されていない。さらには、接触子の押しつけ時間が変化するとゴムの緩和特性により真実接触面積が変化するため、押しつけ時間を正確に管理する必要がある。

本発明は、このような課題に着目してなされたものであって、その目的では、真実接触面積の変化も考慮したゴムの粘着試験方法、及びゴムの粘着試験システムを提供することである。

本発明は、上記目的を達成するために、次のような手段を講じている。

すなわち、本発明のゴムの粘着試験方法は、ゴム試験部材を所定路面に対して所定の接触時間押し付けてから引き剥がし、引き剥がし時に作用する引力の計測を、前記接触時間を異ならせて複数回実行するステップと、複数の計測結果に基づき、前記引力に対応する粘着力と接触時間との関係式を算出するステップと、を有する。

このように、試験対象のゴム試験部材を路面に押し付け引き剥がすので、ゴム試験部材よりも小さい接触子を用いる場合に比べて、ゴム試験部材全体での粘着力の評価が可能となり、精度の高い粘着力評価が可能となる。
さらに、接触時間を異ならせて複数回計測し、引力に対応する粘着力と接触時間との関係式を算出するので、接触時間による真実接触面積の変化を考慮した凝着摩擦の評価が可能となる。

本発明のゴム試験方法及び試験システムを示す概念図。 本発明のゴム粘着試験方法を示すフローチャート。 ゴム試験部材の押し付け及び引き剥がし時に計測される圧力を示す図。 引力の最大値と接触時間との関係を示す図。 引力の時間積分値と接触時間との関係を示す図。 ゴム粘着試験方法の変形例を示すフローチャート。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。

ゴム粘着試験方法は、ゴム試験装置を使用する。ゴム試験装置は、ブロック状のゴム試験部材Ｗと、平板状の模擬路面１２と、を少なくとも２方向（Ｘ方向、Ｚ方向）に相対移動可能に構成されている。そのために、ゴム試験部材Ｗを模擬路面１２に押し付けてから引き離す粘着計測動作、及び、ゴム試験部材Ｗを路面１０に押し付けた状態で路面方向（Ｘ方向）に沿ってスライド移動させる摩擦動作を実行することが可能である。ゴム試験部材Ｗは、土台１１に取り付けられており、土台１１には３方向の力を検出するためのロードセル等の圧力センサが取り付けられている。本実施形態では、模擬路面１２が固定され、土台１１が動作するように構成されているが、逆に模擬路面１２が動作するようにしてもよい。

本発明のゴムの粘着試験システムは、上記ゴム試験装置１と、ゴム試験装置１による計測結果を記憶する測定結果記憶部１４と、計測結果から粘着力を特定する粘着力特定部１５と、粘着力と接触時間との関係式を算出する関係式算出部１６と、を有する。ゴム試験装置１を制御するコントローラは、ゴム試験装置１の駆動を制御する駆動制御部１３が設けられている。本実施形態では、コントローラに、測定結果記憶部１４と、粘着力特定部１５と、関係式算出部１６とを設けているが、これに限定されない。測定結果記憶部１４、粘着力特定部１５、及び関係式算出部１６のうちの少なくとも１つが別の装置に実装されていてもよい。なお、本実施形態では、システム化しているが、人がゴム試験装置を操作して引力を計測し、粘着力特定部１５及び関係式算出部１６が実行する処理を人が行ってもよい。

上記システムを用いたゴム粘着試験方法の一例について、図１及び図２を参照しつつ説明する。

まず、ステップＳＴ１において、ゴム試験装置１が摩擦工程を実行する。摩擦工程は、ゴム試験部材Ｗの一面全体を路面１０に所定荷重にて押し付けた状態で路面方向（Ｘ方向）に沿って所定回数スライド移動させる。本実施形態では路面１０はドライであるが、ウエット路面にて摩擦を行っても良く、評価対象とする路面状態を再現することが好ましい。路面１０にてゴム試験部材Ｗを摩擦することで、熱によりゴム試験部材Ｗの接触面が性状変化し、粘着層が形成され、粘着力が向上する。本実施形態では、試験装置１が、ドライ路面にて３００ｋＰａにて１５回スライド動作させた。荷重やスライド移動させる回数は適宜変更可能である。なお、摩擦工程は省略することも可能である。路面としては、実路面、試験路面、平板、凹凸に加工された路面等が挙げられる。

次のステップＳＴ２において、ゴム試験装置１が粘着計測工程を実行する。粘着計測工程は、ゴム試験部材Ｗを所定路面１２に対して所定の接触時間押し付けてから引き剥がし、引き剥がし時に作用する引力を計測する。所定路面としては、実路面、試験路面、平板、凹凸に加工された路面等が挙げられる。条件としては、ドライ又はウエットのどちらも設定可能である。本実施形態では、金属板を用いた。粘着計測工程で用いる所定路面と、摩擦工程で用いる路面とは同一でも異なっていてもよい。

次のステップＳＴ３において、計測した引力データに基づき、引力に対応する粘着力を特定する。例えば、図３に示すように、引き剥がし時に作用する引力の最大値Ｆ_ｍａｘを粘着力としてもよい。このようにすれば、簡素な処理で粘着力を算出可能となる。
また、同図にて斜線で示すように、引き剥がし時に作用する引力を時間積分した値を粘着力としてもよい。計測した引力の値を０軸を基準に時間積分する。時間積分した値は図中にて斜線で示す面積に相当する。このようにすれば、引力の最大値Ｆ_ｍａｘだけではなく、時間変化も含まれるので、ノイズの影響を受けにくくなり精度が向上する。なお、ゴム試験部材Ｗを路面１２に押し付ける方向をＺ方向としており、検出された力Ｆｚが正である場合には押圧力であり、検出された力Ｆｚが負である場合には引力となる。

ステップＳＴ２の引力の計測は、接触時間を異ならせて複数回（Ｎ回）実行する。Ｎは２以上の自然数であればよいが、多い方が好ましい。本実施形態では、０〜１０秒で形成しているが、これに限定されず、種々変更可能である。なお、ステップＳＴ３の粘着力の特定は、引力を計測する毎に行ってもよいし、全ての計測が終了した後に一括して実行してもよい。

全ての計測が終了した後（ステップＳＴ４：ＹＥＳ）、ステップＳＴ５において、複数の計測結果に基づき、引力に対応する粘着力と接触時間との関係式を算出する。具体的には、図４Ａ及び図４Ｂに示すように、一つの計測結果を、粘着力をｙ軸、接触時間をｘ軸としてプロットし、プロットされた各点を近似式を用いて近似することで、関係式を算出する。本実施形態では、対数近似して得られた近似式を関係式としている。ｙ＝αｌｎ（ｘ）−βである α、βは係数である。近似方法としては、最小二乗法を用いている。粘着力は接触時間に応じて対数的に変化するので、対数近似が好ましい。しかし、対数近似に限定されず、例えば線形や多項式で近似してもよい。

図４Ａは、引力の最大値Ｆ_ｍａｘを粘着力とし、粘着力と接触時間との関係を示す図である。図中の丸印が或る配合ゴムの計測結果であり、図中の菱形が別の配合ゴムの計測結果である。図中の線は対数近似式を示す。図４Ｂは、引力の時間積分値を粘着力とし、粘着力と接触時間との関係を示す図である。図４Ａと同じ傾向を示していることがわかる。

上記実施形態では、ゴム試験部材Ｗを路面１２に押し付けるとき、及び引き剥がすときの速度が全ての計測にて同一にしているが、これを種々変更してもよい。ゴム試験部材Ｗを押し付けるときの速度及び、引き剥がすときの速度を異ならせて引力の計測を複数回実行すれば、ゴムの接触時間を異ならせるのと同様の評価が可能となる。

＜変形例＞
図２の例では、ゴム試験部材Ｗが接触する路面は同一であるが、図５に示すようにしてもよい。すなわち、引力の計測を接触時間を異ならせて複数回実行するステップ（ＳＴ２、３、４）を、複数の異なる路面に対して実行し（ステップＳＴ４０）、接触面積と計測した引力とに基づき定まる単位面積あたりの粘着力の平均値を特定するステップ（ステップＳＴ４１）を更に含み、単位面積あたりの粘着力の平均値と接触時間との関係式を算出する（ステップＳＴ５）。

ステップＳＴ４０において、引力の計測を複数の異なる路面に対して実行するとは、路面全体を別の路面に変更することでもよいし、路面のうち接触領域を変更することでもよい。

ステップＳＴ４１において、単位面積あたりの粘着力の特定とは、或る接触時間且つ或る路面にて引力を計測し、そのときの接触面積と引力から単位面積当たりの引力（粘着力）を計測し、更に別の路面にて同じ接触時間のもとで引力を計測し、そのときの接触面積と引力から単位面積当たりの引力（粘着力）を計測することが挙げられる。その他の方法としては、横軸に接触面積、縦軸に粘着力をプロットし、傾きを算出することで傾きを、単位面積あたりの粘着力として特定することも可能である。

ステップＳＴ５において、粘着力の平均値と接触時間との関係式を算出している。これは、図２の例と同じである。

以上のように、本実施形態のゴムの粘着試験方法は、ゴム試験部材Ｗを所定路面１２に対して所定の接触時間押し付けてから引き剥がし、引き剥がし時に作用する引力の計測を、接触時間を異ならせて複数回実行するステップ（ＳＴ２、ＳＴ４）と、複数の計測結果に基づき、引力に対応する粘着力と接触時間との関係式を算出するステップ（ＳＴ５）と、を有する。

このように、試験対象のゴム試験部材Ｗを路面１２に押し付け引き剥がすので、ゴム試験部材Ｗよりも小さい接触子を用いる場合に比べて、ゴム試験部材Ｗ全体での粘着力の評価が可能となり、精度の高い粘着力評価が可能となる。
さらに、接触時間を異ならせて複数回計測し、引力に対応する粘着力と接触時間との関係式を算出するので、接触時間による真実接触面積の変化を考慮した凝着摩擦の評価が可能となる。

本実施形態では、関係式は、対数近似して得られた近似式である。
このようにすれば、粘着力は接触時間に応じて対数的に変化するので、粘着力と対応する接触時間との関係式の再現性を向上させることが可能となる。

本実施形態では、引き剥がし時に作用する引力の最大値Ｆ_ｍａｘを粘着力とする。
このようにすれば、簡素な処理で粘着力を算出可能となる。

本実施形態では、引き剥がし時に作用する引力を時間積分した値を粘着力とする。
このようにすれば、引力の最大値だけではなく、時間変化が含まれるので、ノイズの影響を受けにくくなり精度が向上する。

本実施形態では、ゴム試験部材Ｗを引き剥がすときの速度を異ならせて引力の計測を複数回実行する。
このようにすれば、ゴムの接触時間を異ならせるのと同様の評価が可能となる。

本実施形態では、引力の測定の前に、ゴム試験部材Ｗを路面１０に所定荷重にて押し付けた状態で路面方向に沿って所定回数スライド移動させる摩擦工程を実行する。
このようにすれば、実際のタイヤ走行時のゴム表面を再現でき、凝着摩擦の評価精度を向上させることができる。

図５の例では、引力の計測を接触時間を異ならせて複数回実行するステップ（ＳＴ２、３、４）を、複数の異なる路面に対して実行する（ＳＴ４０）。さらに、接触面積と計測した引力とに基づき定まる単位面積あたりの粘着力の平均値を特定するステップ（ＳＴ４１）を更に含む。関係式を算出するステップＳＴ５は、単位面積あたりの粘着力の平均値と接触時間との関係式を算出する。

例えば、ゴム試験部材Ｗのサイズが異なる場合は同じ路面の場所に接触させることが出来ず、凹凸のある路面では接触領域が異なり比較できないことがある。ところが、単位面積あたりの粘着力に換算することで、接触面積を考慮した粘着力により比較可能となる。

本実施形態のゴムの粘着試験システムは、ゴム試験部材Ｗを所定路面１２に対して所定の接触時間押し付けてから引き剥がし、引き剥がし時に作用する引力の計測を、接触時間を異ならせて複数回実行するように、試験装置１を制御する駆動制御部１３と、
複数の計測結果に基づき、引力に対応する粘着力と接触時間との関係式を算出する関係式算出部１６と、を有する。

このシステムを使用することによっても、上記方法の奏する作用効果を得ることが可能となる。

以上、本発明の実施形態について図面に基づいて説明したが、具体的な構成は、これらの実施形態に限定されるものでないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明だけではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

上記の各実施形態で採用している構造を他の任意の実施形態に採用することは可能である。各部の具体的な構成は、上述した実施形態のみに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で種々変形が可能である。

Ｗ…ゴム試験部材
１２…所定路面
１３…駆動制御部
１６…関係式算出部

Claims (8)

1. ゴム試験部材を所定路面に対して所定の接触時間押し付けてから引き剥がし、引き剥がし時に作用する引力の計測を、前記接触時間を異ならせて複数回実行するステップと、
   複数の計測結果に基づき、前記引力に対応する粘着力と接触時間との関係式を算出するステップと、を有する、ゴムの粘着試験方法。
2. 前記関係式は、対数近似して得られた近似式である、請求項１に記載の方法。
3. 引き剥がし時に作用する引力の最大値を粘着力とする、請求項１又は２に記載の方法。
4. 引き剥がし時に作用する引力を時間積分した値を粘着力とする、請求項１又は２に記載の方法。
5. 前記ゴム試験部材を押しつけるときの速度及び引き剥がすときの速度を異ならせて前記引力の計測を複数回実行する、請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
6. 前記引力の測定の前に、前記ゴム試験部材を路面に所定荷重にて押し付けた状態で路面方向に沿って所定回数スライド移動させる摩擦工程を実行する、請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
7. 前記引力の計測を前記接触時間を異ならせて複数回実行するステップを、複数の異なる路面に対して実行し、
   接触面積と計測した引力とに基づき定まる単位面積あたりの粘着力の平均値を特定するステップを更に含み、
   前記関係式を算出するステップは、前記単位面積あたりの粘着力の平均値と接触時間との関係式を算出する、請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
8. ゴム試験部材を所定路面に対して所定の接触時間押し付けてから引き剥がし、引き剥がし時に作用する引力の計測を、前記接触時間を異ならせて複数回実行するように、試験装置を制御する駆動制御部と、
   複数の計測結果に基づき、前記引力に対応する粘着力と接触時間との関係式を算出する関係式算出部と、を有する、ゴムの粘着試験システム。

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