特開 2024-119430 摩擦試験装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024119430

(43)【公開日】2024-09-03

(54)【発明の名称】摩擦試験装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 19/02 20060101AFI20240827BHJP

【ＦＩ】

G01N19/02 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023026320

(22)【出願日】2023-02-22

(71)【出願人】

【識別番号】000003148

【氏名又は名称】ＴＯＹＯ ＴＩＲＥ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110003395

【氏名又は名称】弁理士法人蔦田特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】布野 宏樹

(57)【要約】

【課題】ゴム試験片における試験路面との接触面の温度を正確に検出することができる摩擦試験装置を提供する。
【解決手段】本発明の摩擦試験装置１０は、試験路面１と、ゴム試験片２を保持して試験路面１上に押し当てるホルダー３と、ゴム試験片２の温度を検出する温度検出部２０と、試験路面１上でゴム試験片２を滑らせてゴム試験片２の摩擦特性を測定する測定部と、を備える。ホルダー３は、ゴム試験片２との接触面３ａと、接触面３ａに開口する収納穴３ｂとを備え、収納穴３ｂの内部に温度検出部２０が収納されている。
【選択図】 図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

試験路面と、
ゴム試験片を保持して前記試験路面上に押し当てるホルダーと、
前記ゴム試験片の温度を検出する温度検出部と、
前記試験路面上で前記ゴム試験片を滑らせて前記ゴム試験片の摩擦特性を測定する測定部と、を備えた摩擦試験装置において、
前記ホルダーは、前記ゴム試験片との接触面と、前記接触面に開口する収納穴とを備え、前記収納穴の内部に前記温度検出部が収納されている、摩擦試験装置。

【請求項2】

前記温度検出部は前記ゴム試験片に接触して設けられ、
前記温度検出部における前記ゴム試験片との接触部分は、前記ホルダーよりも熱伝導率の高い材料からなる、請求項１に記載の摩擦試験装置。

【請求項3】

前記収納穴に収納され、前記ゴム試験片と前記温度検出部とで挟まれた伝熱部材を備え、
前記伝熱部材は前記ホルダーよりも熱伝導率の高い材料からなる、請求項１に記載の摩擦試験装置。

【請求項4】

前記温度検出部を前記伝熱部材に押し付ける押圧部を備える、請求項３に記載の摩擦試験装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、摩擦試験装置に関する。

【背景技術】

【0002】

タイヤなどのゴム製品に採用するゴム材料の摩擦特性を評価するため、摩擦試験装置を用いて、骨材と樹脂等から形成した試験路面の上でゴム試験片を押し付けながら滑らせるゴムの摩擦試験が行われている。

【0003】

このようなゴムの摩擦試験において温度依存性の高いゴム材料の摩耗特性を評価する場合、摩擦試験中のゴム試験片の温度を非接触型の温度センサによって検出している（特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第６３３０４６２号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかし、非接触型の温度センサでは、外側に向いたゴム試験片の表面温度しか検出できず、ゴム試験片における試験路面との接触面の温度（ゴム試験片の内部温度）を精度良く検出することが困難である。

【0006】

本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであり、ゴム試験片における試験路面との接触面の温度を正確に検出することができる摩擦試験装置を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本実施形態の摩擦試験装置は、試験路面と、ゴム試験片を保持して前記試験路面上に押し当てるホルダーと、前記ゴム試験片の温度を検出する温度検出部と、前記試験路面上で前記ゴム試験片を滑らせて前記ゴム試験片の摩擦特性を測定する測定部と、を備えた摩擦試験装置において、前記ホルダーは、前記ゴム試験片との接触面と、前記接触面に開口する収納穴とを備え、前記収納穴の内部に前記温度検出部が収納されている装置である。

【発明の効果】

【0008】

上記の摩擦試験装置では、摩擦特性の評価に影響を及ぼすようなゴム試験片の変形を生じさせることなく、温度検出部をゴム試験片と熱交換可能な状態に設け、ゴム試験片における試験路面との接触面の温度を非接触型の温度センサよりも正確に検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の一実施形態に係る摩擦試験装置を概略的に示す図

【図2】図１の摩擦試験装置の要部拡大図

【図3】図２のＡ－Ａ断面図

【図4】本発明の変更例１に係る摩擦試験装置の要部拡大図

【図5】本発明の変更例２に係る摩擦試験装置の要部拡大図

【図6】本発明の変更例３に係る摩擦試験装置の要部拡大図

【発明を実施するための形態】

【0010】

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。なお、以下で説明する実施形態は一例に過ぎず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更されたものについては、本発明の範囲に含まれるものとする。

【0011】

図１に示す本実施形態の摩擦試験装置１０は、試験路面１と、ゴム試験片２を保持するホルダー３と、ホルダー３を試験路面１に対して近接及び離隔するように移動させる荷重装置４と、試験路面１に対してゴム試験片２を相対移動させるための駆動装置５と、ゴム試験片２に作用する荷重を計測する荷重センサ６と、試験に必要な動作の制御を行う制御装置７と、ゴム試験片２の温度を測定する温度検出部２０と、を備える。

【0012】

試験路面１は、アスファルト路面や氷路面等の路面を模擬してなる。試験路面１は、実際の道路から路面を切り出し、それを測定用に加工することにより形成される。試験路面１を形成する方法は、これ以外でもよく、特に限定されない。

【0013】

ゴム試験片２は、加硫ゴムにより作製され、試験路面１に押し当てられる平坦面を有する。図１の例では、ゴム試験片２が直方体形状をなしており、その上面がホルダー３に接着されている。したがって、試験路面１と対面するゴム試験片２の下面が、試験路面１に押し当てられる平坦面となる。

【0014】

図２及び図３に示すように、ホルダー３は合成樹脂やセラミックスを直方体状に成形した部材からなり、荷重装置４にボルトなどによって固定されている。ホルダー３はその下面にゴム試験片２が接着剤や両面テープなどによって面接触状態で固定される。ホルダー３は、下面にゴム試験片２が固定された状態で荷重装置４によって試験路面１に向かって下方へ移動することで、ゴム試験片２を試験路面１に押し当てる。

【0015】

ホルダー３は、ゴム試験片２との接触面３ａに下方へ開口する収納穴３ｂが設けられ、収納穴３ｂ内に温度検出部２０が収納されている。本実施形態において収納穴３ｂは、接触面３ａから上方へ陥没する凹部であってホルダー３を上下方向（図１のＺ方向）に貫通していない。図３に示すように、収納穴３ｂはホルダー３の一側面に開口する導入口３ｃと繋がっている。

【0016】

ホルダー３に設けられた収納穴３ｂには、温度検出部２０がホルダー３の下面に固定されたゴム試験片２の上面と熱交換可能な状態で収納されている。本実施形態では、図２に示すように、温度検出部２０をゴム試験片２の上面に接触させて取り付けられている。温度検出部２０のリード線（補償導線）２１は、収納穴３ｂから導入口３ｃを通ってホルダー３の外部へ引き出され、制御装置７に接続されている。

【0017】

なお、収納穴３ｂに温度検出部２０とともに樹脂やエラストマー等からなる押圧部２２を設けてもよい。押圧部２２は、収納穴３ｂに収納された温度検出部２０と収納穴３ｂの底面とで挟み込むように配置され、収納穴３ｂや温度検出部２０の上下方向の寸法誤差を吸収しつつ、ゴム試験片２の上面に温度検出部２０を密着させる。

【0018】

温度検出部２０は、熱電対やサーミスター等を備え、ゴム試験片２の温度を検出する。温度検出部２０は、ゴム試験片２の上面との接触部分２０ａがアルミニウムやアルミニウム合金やステンレス等の金属材で形成され、ホルダー３を構成する材料より熱伝導率の高い材料で形成されていることが好ましい。なお、本明細書において合成樹脂やセラミックスの熱伝導率についてはＪＩＳＡ １４１２－２：１９９９に記載のＨＦＭ法が用いられる。また、アルミニウムやステンレスなどの金属の熱伝導率についてはレーザフラッシュ法によって測定される。熱伝導率の具体的数値の一例を挙げると、ホルダー３の熱伝導率が１０W/(m・K)以下であることが好ましい。温度検出部２０におけるゴム試験片２との接触部分２０ａの熱伝導率が３０W/(m・K)以上であることが好ましい。

【0019】

荷重装置４は、試験路面１の法線方向（Ｚ方向）に沿ってホルダー３を往復動可能に構成されている。荷重装置４は、ホルダー３のＺ方向の位置（ホルダー３と試験路面１との間隔）を適宜に設定することで、ゴム試験片２に入力されるＺ方向の荷重が調整され、所定の圧力条件下でゴム試験片２を試験路面１に押し当てることができる。荷重装置４は、サーボモータにより構成されているが、他のアクチュエータ機構を利用してもよい。

【0020】

駆動装置５は、荷重装置４を支持するテーブル８をＸ方向（図１の左右方向）に沿って往復動させるように構成されている。このテーブル８の移動によってホルダー３が移動し、試験路面１上でゴム試験片２を滑らせながら移動させることができる。

【0021】

また、テーブル８はアクチュエータ９に接続されている。アクチュエータ９は、Ｘ方向とＺ方向の両方に垂直なＹ方向（図１の紙面に垂直な方向）に沿ってテーブル８を往復動可能させるように構成されている。アクチュエータ９は、Ｙ方向におけるゴム試験片２と試験路面１との位置合わせに利用される。本実施形態では、駆動装置５とアクチュエータ９が、それぞれサーボモータにより構成されているが、これに限定されない。

【0022】

荷重センサ６は、垂直成分及び水平二成分の計三成分の荷重を計測可能なセンサを有している。荷重センサ６は、ホルダー３と荷重装置４との間に設けられ、ゴム試験片２に作用するＺ方向の荷重（垂直力）、Ｘ方向の荷重（前後力）及びＹ方向の荷重（横力）を計測することができる。荷重センサ６は、例えばロードセルによって構成される。本実施形態では、ホルダー３の上側（ゴム試験片２とは反対側）に荷重センサ６が取り付けられている。

【0023】

制御装置７は、摩擦係数等の摩擦特性の測定に必要な計算を行う演算部７ａと、荷重装置４や駆動装置５などの作動を制御する作動制御部７ｂと、試験作業者からの入力や、温度検出部２０が検出したゴム試験片２の温度を受け付ける入力部７ｃと、摩擦試験装置１０の操作や設定などに関する各種情報を画面上に表示する表示部７ｄとを備える。荷重センサ６による計測値は制御装置７に送られ、それに基づいて演算部７ａが摩擦係数等の摩擦特性を計算する。つまり、本実施形態では、荷重センサ６及び制御装置７によって、試験路面１とゴム試験片２との間の摩擦特性を測定する測定部を実現している。

【0024】

以上のような摩擦試験装置１０では、ホルダー３を試験路面１の上方に配置した後、試験路面１にゴム試験片２の平坦面を押し当て、試験路面１上でゴム試験片２をすべらせながら直進移動させたときの荷重を計測するとともに、温度検出部２０によってゴム試験片２の温度を検出し、試験路面１とゴム試験片２との間の静止摩擦係数や動摩擦係数摩擦等の摩擦特性を測定する。

【0025】

なお、摩擦試験装置１０において、試験路面１に押し当てられるゴム試験片２の圧力条件、並びに、速度や経路などの直進移動に関する条件は、制御装置７によって制御され、移動速度は、ゴム試験片２が所定の区間を一様な速度で滑るように設定される。

【0026】

本実施形態では、ゴム試験片２と熱交換可能な温度検出部２０がホルダー３の接触面３ａに開口する収納穴３ｂに収納されているため、ゴム試験片２の形状を変更することなく、ホルダー３とゴム試験片２との間に温度検出部２０をゴム試験片２と熱交換可能な状態で配置することができ、摩擦特性の評価に影響を及ぼすことなくゴム試験片２の温度を正確に検出することができる。

【0027】

また、本実施形態のように温度検出部２０におけるゴム試験片２との接触部分２０ａをホルダー３より熱伝導率の高い材料で形成した場合であると、ゴム試験片２の熱がホルダー３より温度検出部２０へ伝わりやすく、短時間で温度検出部２０とゴム試験片２とが熱平衡状態となり、ゴム試験片２の温度を精度良く検出することができる。

【0028】

以上の実施形態に対して、発明の要旨を逸脱しない範囲で、様々な変更を行うことができる。以下に変更例について説明する。

【0029】

（変更例１）
ゴム試験片２とホルダー３の収納穴３ｂに収納した温度検出部２０との間に伝熱部材３０を設けてもよい。

【0030】

すなわち、本変更例では、図４に示すように、温度検出部２０とゴム試験片２とで伝熱部材３０が挟まれるように、温度検出部２０と伝熱部材３０とが収納穴３ｂに収納されている。伝熱部材３０は、アルミニウムや銅等の金属を直方体状に成形した部材からなり、ホルダー３を構成する材料より熱伝導率の高い材料で形成されている。熱伝導率の具体的数値の一例を挙げると、ホルダー３の熱伝導率が１０W/(m・K)以下、伝熱部材３０の熱伝導率が３０W/(m・K)以上である。

【0031】

伝熱部材３０は、その下面３０ａがホルダー３の接触面３ａと面一になるように、収納穴３ｂの下方を向いた開口部に圧入あるいは接着によって固定されている。ホルダー３に固定された伝熱部材３０の下面３０ａは、接着剤や両面テープなどによってホルダー３の接触面３ａとともにゴム試験片２の上面に面接触状態で熱交換可能に固定されている。

【0032】

本変更例では、ゴム試験片２の熱が伝熱部材３０を介して温度検出部２０に伝わり温度検出部２０がゴム試験片２の温度を検出する。その際、伝熱部材３０がホルダー３より熱伝導率が高い材料で形成されているため、ゴム試験片２の熱がホルダー３より伝熱部材３０を介して温度検出部２０へ伝わりやすく、短時間で温度検出部２０とゴム試験片２とが熱平衡状態となり、ゴム試験片２の温度を精度良く検出することができる。

【0033】

また、本変更例では、ホルダー３の接触面３ａに開口する収納穴３ｂの開口部を伝熱部材３０が閉塞し、ホルダー３の接触面３ａだけでなく伝熱部材３０の下面にもゴム試験片２を固定することができる。そのため、荷重装置４に対するゴム試験片２の固定面積を大きく確保することができ、試験中のゴム試験片２の位置ずれを抑えることができる。

【0034】

（変更例２）
ホルダー３の収納穴３ｂは、図５に示すように、ホルダー３を上下に貫通する貫通穴であってもよい。収納穴３ｂが上下に貫通する貫通穴の場合、収納穴３ｂに収納した温度検出部２０のリード線２１を収納穴３ｂの上側開口部からホルダー３の外部へ引き出してもよい。

【0035】

（変更例３）
図６に示すように、ゴム試験片２とホルダー３の収納穴３ｂに収納した温度検出部２０との間に伝熱部材３０を設け、更に、押圧部４０を収納穴３ｂに設けてもよい。押圧部４０は、例えば、コイルバネ、板バネ、あるいは、樹脂やエラストマー等のゴム状弾性体を備え、伝熱部材３０に温度検出部２０を押し付ける。

【0036】

本変更例では、収納穴３ｂや温度検出部２０に上下方向の寸法誤差があっても押圧部４０が温度検出部２０を伝熱部材３０に押し付けて密着させることができ、ゴム試験片２の温度を精度良く検出することができる。

【符号の説明】

【0037】

１…試験路面、２…ゴム試験片、３…ホルダー、３ａ…接触面、３ｂ…収納穴、３ｃ…導入口、４…荷重装置、５…駆動装置、６…荷重センサ、７…制御装置、７ａ…演算部、７ｂ…作動制御部、７ｄ…表示部、１０…摩擦試験装置、２０…温度検出部、２０ａ…リード線

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】