JPH06221990A

JPH06221990A - 摩擦試験装置

Info

Publication number: JPH06221990A
Application number: JP1290693A
Authority: JP
Inventors: Kenhachi Mihashi; 健八三橋; Jiro Harada; 次郎原田
Original assignee: NIPPON APPLIED TEKUNOROJI KK; Yokohama Rubber Co Ltd
Current assignee: NIPPON APPLIED TEKUNOROJI KK; Yokohama Rubber Co Ltd
Priority date: 1993-01-28
Filing date: 1993-01-28
Publication date: 1994-08-12
Anticipated expiration: 2017-11-05
Also published as: JP3340168B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】粘弾性材料の摩擦試験を行う場合、実際に使
用する製品の試作品を一々製作することなく多品種の製
品の試料片を用いて摩擦試験をシュミレートさせて容易
に行うことが出来る摩擦試験装置を提供すること。【構成】回転ドラム３内に、先端に試料Ｗを着脱可能
に取付ける試料ホルダー１５を設け、かつ前記回転ドラ
ムの軸線方向及び径方向に移動可能なホルダー支持アー
ム１４の先端部を挿入し、前記試料ホルダー１５は、前
記ホルダー支持アーム１４と直交する向きに摺動かつ回
転可能に配設されたスプラインシャフト２４の先端に取
付けられると共に、試料Ｗを着脱可能に保持し、前記ス
プラインシャフト２４に、試料ホルダー１５に取付けら
れた試料Ｗを、回転ドラム３の内壁面側に圧着させる附
勢手段４２と、試料Ｗを回転ドラム３の内壁面側から離
反させる解除手段４３とを設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ゴム等の粘弾性材料
の摩擦試験装置に係わり、更に詳しくは試作用の種々の
タイヤを製作することなく、タイヤ構成材料としての試
料片を用いて摩擦試験を行うことで、試作タイヤの摩擦
試験をした場合と同様な効果を得ることが出来る摩擦試
験装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、タイヤ等の粘弾性材料の摩擦試験
装置は、粘弾性材料から成る試料を、摩擦面に対して滑
らして摩擦試験を行う滑り抵抗型の摩擦試験装置、また
は特公平３−１００６２号に開示されているように、ピ
ンオンデスク型の摩擦試験装置が主流であり、また特公
平３−６３０１２号に開示されているように、回転型と
して道路での摩擦試験装置が提案されている。

【０００３】更に、最近の摩擦試験装置としては、円筒
状の回転ドラムの内壁面に試料を接触させて摩擦試験を
行う装置も提案されている（Kautsch und Gummi Vol 2
2,P373,(1969)) 。

【０００４】

【発明が解決しようとする問題点】然しながら、このよ
うな従来の摩擦試験装置は、いずれも試料を摩擦面に対
して滑らしながら測定する滑り抵抗を主体としたもので
あり、例えば、タイヤの摩擦試験を行う場合には、転が
り抵抗であるにも係わらず、滑り抵抗による摩擦試験の
摩擦データを使用しなければならず、実際の使用条件と
は異なるものであった。

【０００５】また、スタッドレスタイヤ及びオールシー
ズンタイヤの評価ロードテスト，テストコースでのテス
ト等は、室内の雪氷路用タイヤ試験装置を利用してお
り、この室内の雪氷路用タイヤ試験装置は、恒温槽内に
設置された回転ドラムの内壁面に所定の厚さの氷層を形
成し、この回転ドラムの内面側に、実際に使用する雪氷
路用タイヤの試作品を取付けて回転ドラムを回転させな
がら試作品の摩擦試験を行うようにした装置である（自
動車技術会論文集Ｎ０３８，Ｐ７１，（１９８
８））。

【０００６】また、一般にタイヤの摩擦試験を行う場
合、タイヤ構成材料自体の評価は、タイヤ試作前の選別
試験として重要であるが、上記のような試験装置の場合
には、いずれも試作されたタイヤを用いて行うもので、
タイヤ構成材料自身の評価だけではなく、従って、構成
材料の選別試験としての評価では高価な試験となり、ま
た上記のような従来装置の場合には、上述したように滑
り抵抗を主体としたものであって、実車タイヤの走行を
シュミレートする回転型ではなく、タイヤの試作品を多
品種製作して行わなければならないために、多くの手間
と時間を要し、また多大な費用も必要とする問題があっ
た。

【０００７】この発明は、かかる従来の課題に着目して
案出されたもので、粘弾性材料の摩擦試験を行う場合、
実際に使用する製品の試作品を一々製作することなく多
品種の製品の試料片を用いて摩擦試験をシュミレートさ
せて容易に行うことが出来、製品試作の手間や時間を大
幅に省略することが出来る上に、経費の節減も図ること
が出来る摩擦試験装置を提供することを目的とするもの
である。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明は上記目的を達
成するため、恒温槽の内部に、駆動装置を介して透明な
材料に形成された中空筒状の回転ドラムを回転自在に内
装し、前記回転ドラム内に、先端に円板状の試料を着脱
可能に取付ける試料ホルダーを設け、前記試料ホルダー
に取付けられた試料を、回転ドラムの内壁面側に圧着さ
せる附勢手段と、試料を回転ドラムの内壁面側から離反
させる解除手段とを設け、前記試料ホルダーに、試料を
回転ドラムの内壁面に接触させた状態で回転させる回転
駆動装置を設けたことを要旨とするものである。また、
前記試料ホルダーに、回転ドラムの内壁面に対する試料
の接触傾斜角及びスリップ角を調整する調整手段とを接
続させることも可能である。

【０００９】

【発明の作用】この発明は上記のように構成され、製品
タイヤとなる材料の試料片を装置にセットして、回転ド
ラムの内壁面に試料を圧着させた状態で、回転ドラムと
試料を回転させ、更に試料の接触傾斜角を任意に調整さ
せることで、試料片のスリップ率，スリップ角，キャン
バー角の変化による製品の摩擦試験を行っている場合と
全く同様な条件で摩擦試験を行うことが出来、製品試作
の手間や時間を大幅に省略することが出来る上に、経費
の節減も図ることが出来るものである。

【００１０】

【発明の実施例】以下、添付図面に基づき、この発明の
実施例を説明する。図１は、この発明の第１実施例を示
す摩擦試験装置の要部斜視図、図２は摩擦試験装置の平
面図、図３は図２のＡーＡ矢視拡大断面図を示し、前記
摩擦試験装置は、温度調整可能（−２０℃〜４０℃）な
恒温槽１の略中央内部に、複数の軸受２を介して中空筒
状の回転ドラム３が回転自在に内装されている。

【００１１】前記円筒状の回転ドラム３は、ガラス等の
透明な材料により形成されると共に、その内面には一定
厚さ（約１０mm程度）の均一な厚さの氷層または水層を
形成することも可能であり、またその一端側の外周面に
は、回転伝達用のプーリ４が取付けられ、この回転伝達
用のプーリ４と、前記恒温槽１の外部に設置された回転
駆動用のモータ等の駆動装置５の回転軸に取付けられた
タイミングプーリ６とには、タイミングベルト７が掛け
回され、駆動装置５の回転駆動力が回転ドラム３に伝達
されるように構成されている。

【００１２】また、前記恒温槽１の一側面には、内部の
回転ドラム３を透視できるような二重構造のガラス窓部
８を設けた開閉扉９が設けられ、ガラス窓部８の内部に
は、前記回転ドラム３に光を投光させる複数の光ファイ
バー１０が内装されている。また、開閉扉９の外側に
は、前記ガラス窓部８を通して内部を観察し得るテレビ
カメラ等の画像読み取り装置１１が設置され、その外側
はカバー１２により覆われている。この画像読み取り装
置１１は、後述する図６の制御装置６０の画像解析装置
６１に接続し、試料Ｗのスリップ状態やキャンバー状態
に於ける試料と回転ドラム３の内壁面との接地状況を解
析するように構成されている。

【００１３】前記回転ドラム３の内部には、図１〜図３
に示すように、前記恒温槽１の側面に形成された開口部
１３を通して回転ドラム３の軸線方向（Ｘ方向）及び径
方向（Ｙ方向）に移動可能なホルダー支持アーム１４が
挿入され、このホルダー支持アーム１４の先端部には、
先端に試料Ｗを着脱可能に取付ける試料ホルダー１５が
設けられている。

【００１４】また、ホルダー支持アーム１４の後端側
は、前記恒温槽１の外部で、回転ドラム３の径方向（Ｙ
方向）に敷設された二本の平行なガイドレール１６上に
ベースプレート１７を介して摺動可能に載置され、ベー
スプレート１７は、二本のガイドレール１６間に配設さ
れた送りネジ棒１８にナット１９を介して螺嵌され、送
りネジ棒１８の一端に設けられた試料交換用の駆動モー
タ２０により送りネジ棒１８が回転すると、ベースプレ
ート１７は、ナット１９を介して二本のガイドレール１
６に沿って回転ドラム３の径方向（Ｙ方向）に移動する
ように構成されている。

【００１５】前記回転ドラム３の径方向（Ｙ方向）に敷
設された二本の平行なガイドレール１６は、恒温槽１の
外部で、回転ドラム３の軸線方向（Ｘ方向）に敷設され
た二本のガイドレール２１上に、支持プレート２２を介
して載置され、この支持プレート２２は、二本のガイド
レール２１間に配設された走行用送りネジ棒２３に図示
しないナットを介して螺嵌されている。そして、走行用
送りネジ棒２３の一端に設けられた走行用駆動モータ２
３ａにより走行用送りネジ棒２３が回転すると、支持プ
レート２２，その上に敷設された二本のガイドレール１
６，このガイドレール１６上に載置されたベースプレー
ト１７上に設置されたホルダー支持アーム１４及び試料
ホルダー１５は、回転ドラム３の軸線方向（Ｘ方向）に
沿って移動するものである。

【００１６】次に、ホルダー支持アーム１４の先端部に
設けられた試料ホルダー１５は、図４及び図５に示すよ
うに、前記ホルダー支持アーム１４を貫通して直交する
向きに摺動かつ回転可能に配設されたスプラインシャフ
ト２４の先端に取付けられ、該スプラインシャフト２４
は、支持プレート２５に支持された外筒２６にスプライ
ン嵌合し、外筒２６は軸受部材２７に回転可能に支持さ
れている。なお、スプラインシャフト２４として、ボー
ルスプラインシャフトを使用することも可能である。

【００１７】前記外筒２６には、スリップ角調整用のウ
ォームホイール２８が一体的に設けられ、このウォーム
ホイール２８には、図２に示すようなスリップ角調整用
の駆動モータ２９と接続するウォームギャ３０が噛合し
ている。前記スプラインシャフト２４の先端に取付けら
れた試料ホルダー１５は、断面コ字状の支持枠３１内
に、試料Ｗを取付ける断面コ字状の試料保持枠３２が軸
３３を介して取付けられ、試料保持枠３２の中央部に
は、試料Ｗを保持軸３４とナット３５とで挾持して締付
け固定出来るように構成されている。

【００１８】また、支持枠３１内に試料保持枠３２を支
持させる軸３３の上端には、主として図１，図３及び図
４に示すように、キャンバー角調整用のウォームホイー
ル３６が取付けられ、このウォームホイール３６には、
キャンバー角調整用の駆動モータ３７と接続するウォー
ムギャ３８が噛合している。また、前記試料Ｗを挾持し
て保持する保持軸３４は、図２及び図３に示すように、
例えば、スプラインシャフト，ボールスプラインシャフ
ト，フレキシブルシャフト等の自在継手から成る継手部
材３９及び３９ａを介して試料回転用の駆動モータ４０
に接続され、前記継手部材３９の途中には、試料回転に
要する摩擦力をトルク値として検出するトルクメータ４
１が取付けられている。

【００１９】一方、前記スプラインシャフト２４の後端
側には、試料ホルダー１５に取付けられた試料Ｗを、回
転ドラム３の内壁面３ａ側に圧着させる附勢手段４２
と、試料Ｗを回転ドラム３の内壁面３ａ側から離反させ
る解除手段４３とが設けてあり、附勢手段４２は、図１
〜図３及び図５に示すように、スプラインシャフト２４
の後端側に負荷用アーム４４の一端を固定し、他端側に
は、金具４５を介して負荷用錘４６と連結されたワイヤ
ー４７が接続されている。このワイヤー４７は、ホルダ
ー支持アーム１４の先端側と後端側とに立設されたワイ
ヤーガイド用の滑車４８ａ，４８ｂに係合して支持さ
れ、滑車４８ｂから吊設されたワイヤー４７の先端に
は、試料Ｗを回転ドラム３の内壁面３ａ側に圧着させる
ための上述した負荷用錘４６が着脱可能に取付けられ、
更にこの負荷用錘４６の下部には、負荷解除用のシリン
ダー４９が設けられている。

【００２０】また、試料Ｗを回転ドラム３の内壁面３ａ
側から離反させる解除手段４３は、図１及び図４に示す
ように、前記スプラインシャフト２４の後端側に負荷用
アーム４４を固定するためのナット５０の中心に、ワイ
ヤー５１の一端が連結固定され、このワイヤー５１は支
持プレート２５上に立設されたワイヤーガイド用の滑車
５２に掛け回されて、その先端に試料戻し用錘５３が着
脱可能に取付けられている。

【００２１】次に、上記第１実施例における摩擦試験装
置の制御回路６０を図６を参照しながら説明する。摩擦
試験装置の制御回路６０は、図６に示すように、中央演
算制御装置６２に接続された試料Ｗのキャンバー角制御
回路６３と、試料Ｗのスリップ角制御回路６４と、スリ
ップ率制御回路６５とで構成され、前記試料Ｗのキャン
バー角制御回路６３は、回転ドラム３の側面に設置され
たビカメラ等の画像読み取り装置１１が中央演算制御装
置６２に接続された画像解析装置６１に接続されてい
る。

【００２２】また試料Ｗのキャンバー角αの設定は、中
央演算制御装置６２にプログラムされた信号を駆動制御
装置６６に出力し、キャンバー角調整用の駆動モータ３
７を介して試料Ｗを所定のキャンバー角に設定すると共
に、その設定されたキャンバー角をロータリエンコーダ
６８ａ及びパルスカウンター６８ｂにより検出し、予め
キャンバー角度設定器６９に設定されたキャンバー角と
比較するようにして一定のキャンバー角に設定制御する
ようにしている。

【００２３】また、試料Ｗの回転ドラム３の軸線方向
（Ｘ方向）の速度設定は、中央演算制御装置６２にプロ
グラムされた信号をサーボ増幅器７０に出力し、サーボ
モータ７１を介して試料Ｗ及びホルダー支持アーム１４
を一定の速度で移動させ、その時にタコジェネレータ７
２で回転速度を検出し、予め速度設定器７３に設定され
た回転速度と比較するようにして一定の回転数に設定制
御するようにしている。

【００２４】このように、試料Ｗのキャンバー角αを設
定した状態で、所定の回転速度で回転している回転ドラ
ム３の内壁面に圧着させた状態を回転ドラム３の外側か
ら画像読み取り装置１１で撮像し、更にこの映像を中央
演算制御装置６２からの指令に基づき画像解析装置６１
で画像解析を行うようにしたものである。また、前記試
料Ｗのスリップ角制御回路６４におけるスリップ角度α
_xの設定は、中央演算制御装置６２にプログラムされた
信号を駆動制御装置７４に出力し、スリップ角調整用の
駆動モータ７５を介して試料Ｗを所定のスリップ角に設
定すると共に、その設定されたスリップ角をロータリエ
ンコーダ７６及びパルスカウンター７７により検出し、
予めスリップ角度設定器７８に設定されたスリップ角と
比較するようにして一定のスリップ角に設定制御するよ
うにしている。

【００２５】更に、前記スリップ率制御回路６５は、回
転ドラム３の回転速度と、試料Ｗの回転速度とを、中央
演算制御装置６２にプログラムされた信号に基づき、サ
ーボ増幅器７９，８０及びサーボモータ８１，８２を介
して一定の回転速度に制御し、このそれぞれの回転速度
をタコジェネレータ８３，８４でそれぞれ検出し、予め
速度設定器８５，８６に設定された回転速度と比較する
ようにして一定の回転数に設定制御するようにしてい
る。

【００２６】また、回転ドラム３の設定速度は、中央演
算制御装置６２にプログラムされた信号をサーボ増幅器
７９に出力し、サーボモータ８１を介して回転ドラム３
を一定の回転速度で回転させ、その時にタコジェネレー
タ８３で回転速度を検出し、予め速度設定器８５に設定
された回転速度と比較するようにして一定の回転数に設
定制御するようにしている。

【００２７】この時に回転ドラム３と試料Ｗとの回転速
度を回転センサー８７，８８で検出し、この検出した値
を周速計８９，９０を介してスリップ率計９１に出力し
てスリップ率を計測するものである。また、試料Ｗの摩
擦力は、トルクセンサー９２で検出し、増幅器９３を介
してトルク表示器９４に出力して表示させるように構成
している。

【００２８】以上のような摩擦試験装置の制御回路６０
により、試料Ｗを回転ドラム３の内壁面３ａに所定の負
荷を与えた状態で圧着させると共に、回転及び移動さ
せ、また試料Ｗの接触角度（キャンバー角，スリップ
角）を適宜変化させることで、試料Ｗの摩擦試験を行う
ことが出来るものである。このようにタイヤ構成材料で
ある試料Ｗを用いて摩擦試験を行うことで、実際のタイ
ヤの摩擦試験を行ったと同様な条件での試験を行うこと
が可能となり、しかもタイヤの走行条件、例えば氷上ま
たは水中における場合には、回転ドラム３の内面に一定
の厚さの氷層または水層を形成し、また通常のロードテ
ストでは回転ドラム３の内壁面に試料Ｗを圧着させるこ
とで、実車をシュミレートする条件での試料Ｗ自身の摩
擦係数を計測することが出来るものである。

【００２９】また、このような摩擦試験での試料Ｗの接
地状況は、上述したように画像読み取り装置１１で撮像
し、更にこの映像を中央演算制御装置６２からの指令に
基づき画像解析装置６１で画像解析することで、精度の
高い摩擦試験を行うことが出来るものである。また、上
記の実施例においては、試料Ｗ（試験片）は、外径約６
０mm，厚さ約１０〜２０mmの円板状のものを使用し、ま
た回転ドラム３は、ガラス製で径が約７００mm，長さ５
００mm，厚さ１０mmのものを使用し、試料Ｗとは、独立
して回転駆動すると共に、回転速度はそれぞれ０〜１０
０Km/Hで駆動するものである。

【００３０】また、試料Ｗのスリップ率は、０〜１００
％，スリップ角は±１０°，キャンバー角±２５°，荷
重は氷上では１〜６Kg，水層上では１〜３０Kgを加え、
回転ドラム３内を移動させながら、前記試料Ｗの接地状
況を画像読み取り装置１１で撮像し、画像解析装置６１
で画像解析することで摩擦試験を行うものである。次
に、図７〜図９は、この発明の摩擦試験における第２実
施例を示し、この実施例は、試料Ｗにかける負荷（附勢
手段）を、図７及び図８に示すように回転ドラム３の内
壁面３ａに対して垂直に作用させ、手動操作により荷重
調整するようにしたものである。

【００３１】即ち、試料ホルダー１５を回転ドラム３の
内壁面３ａに対して垂直に設け、この試料ホルダー１５
に設けられたスプラインシャフト２４ａの後端側に、着
脱可能な錘４６ａを取付けて、常に垂直方向に荷重をか
けるようにしたものである。また、図７においては、継
手部材としてフレキシブルシャフト３９ａを用いてい
る。なお、その他の構成及び作用は、上記第１実施例と
略同様なので、同一符号を付して説明は省略する。

【００３２】また、制御回路６０も、図９に示すよう
に、手動操作のための押圧荷重設定器９５を設け、中央
演算制御装置６２にプログラムされた信号に基づき、こ
の信号を駆動制御装置９６に出力し、リニアアクチュエ
ータ９７を介して試料Ｗにかける荷重を制御し、この荷
重をロードセル９８，増幅器９９を介して検出し、予め
押圧荷重設定器９５に設定された荷重と比較して、一定
の荷重が試料Ｗに作用するように制御することも可能で
ある。

【００３３】なお、図９ではリニアアクチュエータ９７
を用いる場合について説明したが、手動操作により荷重
を調整する場合は、押圧荷重設定器９５，駆動制御装置
９６，リニアアクチュエータ９７，ロードセル９８，増
幅器９９は省略する。なお、その他の構成は上記第１実
施例と同様なので、同一符号を付して説明は省略する。

【００３４】

【発明の効果】この発明は、上記のように恒温槽の内部
に、駆動装置を介して透明な材料に形成された中空筒状
の回転ドラムを回転自在に内装し、前記回転ドラム内
に、先端に円板状の試料を着脱可能に取付ける試料ホル
ダーを設け、前記試料ホルダーに取付けられた試料を、
回転ドラムの内壁面側に圧着させる附勢手段と、試料を
回転ドラムの内壁面側から離反させる解除手段とを設
け、前記試料ホルダーに、試料を回転ドラムの内壁面に
接触させた状態で回転させる回転駆動装置を設けたの
で、粘弾性材料の摩擦試験を行う場合、実際に使用する
製品の試作品を一々製作することなく多品種の製品の試
料片を用いて摩擦試験をシュミレートさせて容易に行う
ことが出来、製品試作の手間や時間を大幅に省略するこ
とが出来る上に、経費の節減も図ることが出来る効果が
ある。

【００３５】また、製品の構成材料自体を予め評価する
ので、製品の試作前の選別試験として極めて有効である
と言う効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１実施例を示す摩擦試験装置の要
部斜視図である。

【図２】この発明の第１実施例の摩擦試験装置の平面図
である。

【図３】図２のＡーＡ矢視拡大断面図である。

【図４】図２のＢーＢ矢視側面図である。

【図５】図４のスプラインシャフト部の一部断面図であ
る。

【図６】この発明にかかる摩擦試験装置の制御回路の説
明図である。

【図７】この発明の第２実施例の摩擦試験装置の正面図
である。

【図８】図７のＣーＣ矢視側面図である。

【図９】この発明の第２実施例における摩擦試験装置の
制御回路の説明図である。

【符号の説明】

１恒温槽３回転ドラム３ａ回転ドラムの内壁面５駆動装置１１画像読み取り装置１４ホルダー
支持アーム１５試料ホルダー２４スプライ
ンシャフト４０回転駆動装置４２附勢手段４３解除手段Ｗ試料

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】恒温槽の内部に、駆動装置を介して透明
な材料に形成された中空筒状の回転ドラムを回転自在に
内装し、前記回転ドラム内に、先端に円板状の試料を着
脱可能に取付ける試料ホルダーを設け、前記試料ホルダ
ーに取付けられた試料を、回転ドラムの内壁面側に圧着
させる附勢手段と、試料を回転ドラムの内壁面側から離
反させる解除手段とを設け、前記試料ホルダーに、試料
を回転ドラムの内壁面に接触させた状態で回転させる回
転駆動装置を設けたことを特徴とする摩擦試験装置。
【請求項２】前記試料ホルダーに、回転ドラムの内壁
面に対する試料の接触傾斜角及びスリップ角を調整する
調整手段とを接続させた請求項１に記載の摩擦試験装
置。