JP2005315594A - 摩擦係数測定方法及び測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 スリップ比を変化させながら摩擦係数を測定する場合に、路面状態を一定に保ちながらウエット路面での摩擦係数を精度良く測定することを可能にした摩擦係数測定方法及び測定装置を提供する。
【解決手段】 路面Ｒ上に回転自在に設置される回転体１と、回転体１を駆動する駆動モータ４と、回転体１から突出してゴム試験片Ｓを転動自在に支持する試料支持軸８と、回転体１に搭載されて試料支持軸８を駆動する駆動モータ１０と、駆動モータ１０と試料支持軸８との間に介在するトルク検出器１２とを備え、ゴム試験片Ｓを円形の軌道Ｘに沿って路面Ｒ上で転動させながら摩擦係数を測定する装置において、ゴム試験片Ｓの軌道後方側で該ゴム試験片Ｓが通過した軌跡上の水を除去するタイヤ１６からなる除水手段と、ゴム試験片Ｓの軌道前方側で路面に散水する散水口１８を含む散水手段とを回転体１に搭載すると共に、散水手段に水を供給する水タンク３２を含む給水手段を付設する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ゴム試験片と路面との間の摩擦係数を測定する方法及び装置に関し、更に詳しくは、スリップ比を変化させながら摩擦係数を測定する場合に、路面状態を一定に保ちながらウエット路面での摩擦係数を精度良く測定することを可能にした摩擦係数測定方法及び測定装置に関する。

従来、可搬式の摩擦係数測定装置として、例えば、振り子式の測定装置がある。この測定装置は振り子の下端にゴム試験片を取り付け、該振り子を振らせた際にゴム試験片が試験面を擦って移動した時の高さから摩擦係数を求めるものである。また、回転体にゴム試験片を固定し、それを試験面に押し付けて摩擦係数を求めるようにした測定装置も提案されている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。しかしながら、これら測定装置では、スリップ比が一定の状態（ロック状態）での摩擦係数を測定することが可能であるものの、スリップ比を変化させながら摩擦係数を測定することができない。

これに対して、スリップ比を変化させながら摩擦係数を測定する装置が提案されている（例えば、特許文献３参照）。この測定装置は、円盤状の回転体を路面上で回転させる一方で、該回転体の放射方向に延長しつつ該回転体の外側に突出する試料支持軸にゴム試験片を転動自在に支持し、ゴム試験片の移動速度と回転速度に基づいてスリップ比を変化させながらゴム試験片と路面との間の摩擦係数を測定するものである。しかしながら、上記測定装置においては、ゴム試験片を円形の軌道に沿って路面上で転動させながら摩擦係数を測定するため、ウエット路面で測定を行う場合、水膜厚さ等の路面状態が周回毎に変化してしまう。そのため、路面状態の変化が摩擦係数の測定値に影響を与え、ウエット路面での摩擦係数を精度良く測定することができないという問題がある。
特公平３−１００６２号公報 実開平５−６６５４４号公報 特開平１１−２１１６５２号公報

本発明の目的は、スリップ比を変化させながら摩擦係数を測定する場合に、路面状態を一定に保ちながらウエット路面での摩擦係数を精度良く測定することを可能にした摩擦係数測定方法及び測定装置を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明の摩擦係数測定方法は、ゴム試験片を円形の軌道に沿って路面上で転動させながら前記ゴム試験片と前記路面との間の摩擦係数を測定する方法において、前記ゴム試験片の軌道後方側で該ゴム試験片が通過した軌跡上の水を除去する一方で、除水後の路面に散水することを特徴とするものである。

また、上記目的を達成するための本発明の摩擦係数測定装置は、路面上に該路面の法線方向を回転軸として回転自在に設置される回転体と、該回転体を駆動する第１駆動装置と、前記回転体の放射方向に延長しつつ該回転体の外側に突出してゴム試験片を転動自在に支持する試料支持軸と、前記回転体に搭載されて前記試料支持軸を駆動する第２駆動装置と、該第２駆動装置と前記試料支持軸との間に介在するトルク検出器とを備え、ゴム試験片を円形の軌道に沿って路面上で転動させながら前記ゴム試験片と前記路面との間の摩擦係数を測定する装置において、前記ゴム試験片の軌道後方側で該ゴム試験片が通過した軌跡上の水を除去する除水手段と、前記ゴム試験片の軌道前方側で路面に散水する散水手段とを前記回転体に搭載すると共に、前記散水手段に水を供給する給水手段を付設したことを特徴とするものである。

本発明の摩擦係数測定方法によれば、ゴム試験片の軌道後方側で該ゴム試験片の軌跡上の水を除去し、除水後の路面に散水するので、水膜厚さ等の路面状態を一定に保つことができ、その一定に保たれた路面状態でスリップ比を変化させながらウエット路面での摩擦係数を精度良く測定することができる。特に、ゴム試験片の軌道上での移動速度に応じて散水量を調整し、該散水量に基づいてゴム試験片が通過するときの水膜厚さを調整することが好ましい。これにより、ゴム試験片の軌道上での移動速度に拘らず水膜厚さを一定にすることができる。

一方、本発明の摩擦係数測定装置では、回転体に設置された試料支持軸にゴム試験片を取り付け、ゴム試験片を円形の軌道に沿って路面上で転動させ、ゴム試験片の移動速度と回転速度に基づいてスリップ比を変化させながら、トルク検知器の検知結果に基づいてゴム試験片と路面との間の摩擦係数を測定することができる。その際、除水手段がゴム試験片の軌道後方側で該ゴム試験片が通過した軌跡上の水を除去する一方で、散水手段がゴム試験片の軌道前方側で路面に散水するので、ゴム試験片が通過する際の水膜厚さ等の路面状態を一定に保つことができる。従って、一定に保たれた路面状態でスリップ比を変化させながらウエット路面での摩擦係数を精度良く測定することができる。

上記摩擦係数測定装置において、給水手段の配管に流量調整弁を設け、該流量調整弁の開閉状態をゴム試験片の軌道上での移動速度に応じて制御する制御手段を設けることが好ましい。これにより、ゴム試験片の軌道上での移動速度に拘らず水膜厚さを一定にすることができる。

除水手段としては、ゴム試験片の軌道に沿って路面上を転動するタイヤを用いることができる。特に、タイヤの外周面にタイヤ周方向に対して傾斜する複数本の斜め溝を設けたり、タイヤのトレッドセンター部での接地圧をショルダー部での接地圧よりも高くした場合、余分な水をゴム試験片の軌跡上から効率良く排除することができる。

以下、本発明の構成について添付の図面を参照しながら詳細に説明する。

図１及び図２は本発明の実施形態からなる摩擦係数測定装置を示すものである。図１及び図２に示すように、本実施形態の摩擦係数測定装置において、回転体１は中心に円形の開口部を有する円盤状をなし、環状の回転テーブル２の上に固定され、路面Ｒ上において路面Ｒの法線方向（鉛直方向）が回転軸となるように回転自在に設置されている。回転体１の内側には支持フレーム３によって駆動モータ４（第１駆動手段）が支持されている。この駆動モータ４は歯車５を備えた駆動軸が下向きになるように設置されている。一方、回転体１の内周縁には内歯車６が形成されており、これら歯車５と内歯車６との間に両者に対して噛合する歯車７が回転自在に挿入されている。これにより、駆動モータ４の動力は歯車５、内歯車６及び歯車７を介して回転体１に伝達され、回転体１が回転テーブル２上で回転するようになっている。

上記回転体１の上には、回転体１の放射方向に延長しつつ該回転体１の外側に突出してゴム試験片Ｓを転動自在に支持する試料支持軸８がブラケット９を介して取り付けられている。試料支持軸８に取り付けられたゴム試験片Ｓは、回転体１が回転する際に円形の軌道Ｘに沿って路面Ｒ上を転動する。回転体１の上には駆動モータ１０が搭載され、該駆動モータ１０の駆動軸がカップリング部材１１を介して試料支持軸８に連結されている。駆動モータ１０の駆動軸と試料支持軸８との間にはトルク検出器１２が挿入され、このトルク検出器１２がゴム試験片Ｓに発生するトルクを検出するようになっている。駆動モータ１０を駆動するためのバッテリー１３は回転体１上に搭載されているが、このバッテリー１３はバランサーとして兼用可能である。

回転体１において、ゴム試験片Ｓの軌道後方側であって試料支持軸８と対向する位置には、回転体１の放射方向に延長しつつ該回転体１の外側に突出する車軸１４が支持部１５により取り付けられている。車軸１４の先端側にはゴム試験片Ｓの軌道Ｘに沿って路面Ｒ上を転動する水膜除去用のタイヤ１６（除水手段）が回転自在に取り付けられている。水膜除去用タイヤ１６の外周面には、タイヤ周方向に対して傾斜する複数本の斜め溝１７が形成されている。この斜め溝１７は除去すべき水をゴム試験片Ｓの円形軌道の外側へ案内するものである。

更に、回転体１において、ゴム試験片Ｓの軌道前方側には路面Ｒに散水するための散水口１８が配置されている。この散水口１８には回転体１の中心側から延長する配管１９の先端部が接続され、該配管１９が支持部２０により回転体１に固定されている。配管１９の後端部はフレキシブルホース２１を介して後述する継ぎ手３４に対して回動自在に接続されている。これら継ぎ手３４から散水口１８までの経路が散水手段に相当する。

路面Ｒ上には、上記回転体１の他に、該回転体１の上方を横切って軌道Ｘの外側に着座する枠体３１が配置されている。この枠体３１上には水タンク３２が搭載され、該水タンク３２から延出する配管３３が枠体３１を貫通する継ぎ手３４に接続されている。つまり、フレキシブルホース２１と配管３３とは継ぎ手３４を介して互いに接続されている。ここで、継ぎ手３４の中心軸は回転体１の中心軸と一致するように配置されている。配管３３の途中にはポンプ３５と流量調整弁３６が設けられている。流量調整弁３６の開閉状態は駆動モータ４の回転速度から算出されるゴム試験片Ｓの軌道上での移動速度に応じて制御され、その制御は枠体３１に搭載された制御盤３７（制御手段）からの指示に基づいて行われるようになっている。これら水タンク３２から継ぎ手３４までの経路が給水手段に相当する。なお、散水手段と給水手段とは厳密に区分される必要はない。

次に、上述した摩擦係数測定装置の動作について説明する。先ず、所望のゴムからなる円盤状のゴム試験片Ｓを用意し、これを試料支持軸８に取り付ける一方で、上記摩擦係数測定装置を図１及び図２の如く測定対象となる路面Ｒ上に設置する。そして、駆動モータ４の駆動力によりゴム試験片Ｓを搭載した回転体１を回転させ、かつ駆動モータ１０の駆動力により試料支持軸８に取り付けたゴム試験片Ｓを回転させる。このとき、駆動モータ４，１０の回転速度を調節することにより、ゴム試験片Ｓに所望の滑りを発生させながら路面Ｒ上を転動させることができる。従って、トルク検出器１２で検出されたトルクを用いて、スリップ比を変化させながらゴム試験片Ｓを測定することができる。

即ち、ゴム試験片Ｓの抵抗力Ｆは、ゴム試験片Ｓの半径ｒとトルク検出器１２で検出されたトルクＴとを用いて、Ｔ＝Ｆ×ｒの式から求められる。そして、摩擦係数μはμ＝（Ｆ−ＲＲ）／Ｗの式から求められる。但し、ＲＲはゴム試験片Ｓの転がり抵抗、Ｗは試料支持軸８に装着した状態でのゴム試験片Ｓの重量である。この重量Ｗは摩擦試験前に路面と同じ位置に設置した台秤などで測定することができる。一方、スリップ比はゴム試験片Ｓの回転速度をＶｔ、ゴム試験片Ｓの軌道上での移動速度をＶｒとすると、（Ｖｒ−Ｖｔ）／Ｖｒの式から求められる。つまり、Ｖｔ＝Ｖｒのときスリップ比は０となり、Ｖｔ＝０のときスリップ比は１となる。従って、スリップ比とそれに対応した抵抗力Ｆを求めるようにすれば、上記の式から各スリップ比における摩擦係数がそれぞれ算出され、スリップ比と摩擦係数との関係を求めることができる。

上記摩擦係数をウエット路面において測定する場合、単に摩耗試験前に路面を濡らしただけでは水膜厚さ等の路面状態がゴム試験片の周回毎に変化することになる。そこで、ウエット路面において、ゴム試験片Ｓを円形の軌道Ｘに沿って路面Ｒ上で転動させながらゴム試験片Ｓと路面Ｒとの間の摩擦係数を測定するにあたって、ゴム試験片Ｓの軌道後方側でゴム試験片Ｓが通過した軌跡上の水を除去する一方で、ゴム試験片Ｓの軌道前方側で除水後の路面に散水する。これにより、水膜厚さ等の路面状態を一定に保つことができ、その一定に保たれた路面状態でスリップ比を変化させながら摩擦係数を精度良く測定することができる。

上記摩擦係数測定装置では、水膜除去用タイヤ１６からなる除水手段がゴム試験片Ｓの軌道後方側で該ゴム試験片Ｓの軌跡上の水を除去する。特に、水膜除去用タイヤ１６は外周面にタイヤ周方向に対して傾斜する複数本の斜め溝１７を備えているので、ゴム試験片Ｓの軌跡上から水を効率良く除去することができる。

また、上記摩擦係数測定装置では、散水口１８を含む散水手段がゴム試験片Ｓの軌道前方側で路面Ｒに散水する。ゴム試験片Ｓの軌道上での移動速度が一定である場合、散水手段からの散水量も一定にすれば良い。しかしながら、ゴム試験片Ｓの軌道上での移動速度を変化させる場合には、ゴム試験片Ｓの移動速度に応じて散水量を調整し、その散水量に基づいてゴム試験片Ｓが通過するときの水膜厚さが一定となるように調整すると良い。つまり、ゴム試験片Ｓの移動速度と散水量とは比例の関係にし、ゴム試験片Ｓの移動速度が速くなるほど散水量を増やせば良い。これにより、ゴム試験片の移動速度に拘らず水膜厚さを一定にすることができる。

上記実施形態では、除水手段として外周面に斜め溝を設けたタイヤを用いた場合について説明したが、それ以外にも、トレッドセンター部での接地圧をショルダー部での接地圧よりも高くしたタイヤを用いることができる。ここで言うタイヤとは、少なくともゴム試験片の軌跡よりも広い接地面を有する回転部材を意味し、ローラ状のものを包含する。ゴム試験片の軌道上には、少なくとも１つの除水手段を設置することが必要であるが、除水能力や回転体のバランス等を考慮して複数の除水手段を設置しても良い。

本発明の実施形態からなる摩擦係数測定装置を一部切り欠いて示す側面図である。 図１のＡ−Ａ矢視断面図である。

符号の説明

１ 回転体
４ 駆動モータ（第１駆動手段）
８ 試料支持軸
１０ 駆動モータ（第２駆動手段）
１２ トルク検出器
１６ タイヤ（除水手段）
１７ 斜め溝
１８ 散水口（散水手段）
３２ 水タンク（給水手段）
３６ 流量調整弁
３７ 制御盤（制御手段）
Ｒ 路面
Ｓ ゴム試験片
Ｘ 軌道

Claims (7)

1. ゴム試験片を円形の軌道に沿って路面上で転動させながら前記ゴム試験片と前記路面との間の摩擦係数を測定する方法において、前記ゴム試験片の軌道後方側で該ゴム試験片が通過した軌跡上の水を除去する一方で、除水後の路面に散水することを特徴とする摩擦係数測定方法。
2. 前記ゴム試験片の軌道上での移動速度に応じて散水量を調整し、該散水量に基づいて前記ゴム試験片が通過するときの水膜厚さを調整する請求項１に記載の摩擦係数測定方法。
3. 路面上に該路面の法線方向を回転軸として回転自在に設置される回転体と、該回転体を駆動する第１駆動装置と、前記回転体の放射方向に延長しつつ該回転体の外側に突出してゴム試験片を転動自在に支持する試料支持軸と、前記回転体に搭載されて前記試料支持軸を駆動する第２駆動装置と、該第２駆動装置と前記試料支持軸との間に介在するトルク検出器とを備え、ゴム試験片を円形の軌道に沿って路面上で転動させながら前記ゴム試験片と前記路面との間の摩擦係数を測定する装置において、前記ゴム試験片の軌道後方側で該ゴム試験片が通過した軌跡上の水を除去する除水手段と、前記ゴム試験片の軌道前方側で路面に散水する散水手段とを前記回転体に搭載すると共に、前記散水手段に水を供給する給水手段を付設したことを特徴とする摩擦係数測定装置。
4. 前記給水手段の配管に流量調整弁を設け、該流量調整弁の開閉状態を前記ゴム試験片の軌道上での移動速度に応じて制御する制御手段を設けた請求項３に記載の摩擦係数測定装置。
5. 前記除水手段が前記軌道に沿って路面上を転動するタイヤである請求項３又は請求項４に記載の摩擦係数測定装置。
6. 前記タイヤの外周面にタイヤ周方向に対して傾斜する複数本の斜め溝を設けた請求項５に記載の摩擦係数測定装置。
7. 前記タイヤのトレッドセンター部での接地圧をショルダー部での接地圧よりも高くした請求項５に記載の摩擦係数測定装置。
   

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