JP2007003379A - タイヤ内部故障の検出方法、及び、タイヤ内部故障の検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ドラム耐久試験でタイヤの初期故障を精度良く検出できるタイヤ内部故障の検出方法、及び、タイヤ内部故障の検出装置を提供することを課題とする。
【解決手段】 タイヤ内部故障検出装置１０は、内圧充填した空気入りタイヤ１２を回転ドラムに押しつけて空気入りタイヤ１２を回転させるタイヤ耐久性評価試験に用いる検出装置である。このタイヤ内部故障検出装置１０は、タイヤ回転中のクラウン部１２Ｃの全面の三次元座標を光学的に測定する測定部１６と、測定部１６によって得られた三次元座標からクラウン部１２Ｃの周方向及び幅方向への膨れ長さを計算する演算部１８と、演算部１８で求められた膨れ長さに基づいて、内部故障の発生の有無を判断する判断部２０と、を有する。これにより、測定部１６によって得られた三次元座標からクラウン部の周方向及び幅方向の膨れ長さをタイヤが回転したままの状態で精度良く得ることができる。従って、ドラム耐久試験でタイヤの初期故障を精度良く検出できる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ドラム式で回転させることによるタイヤ耐久性評価試験におけるタイヤ内部故障の検出方法、及び、タイヤ内部故障の検出装置に関する。

空気入りタイヤの開発のためにはタイヤの耐久評価試験、特にクラウン部の耐久評価試験は、ベルト補強材がクラウン部の内部に設けられているため、絶対的に必要な試験である。

耐久ドラム試験は、タイヤを回転させタイヤ内部の故障が検出されるまでの走行時間で比較する試験である。この試験では、検出の精度が悪いと走行時間がばらつくことになるし、また故障の検出が遅れてタイヤの故障が進んでしまうと、タイヤの改良のヒントになる初期故障核が摩滅してしまい改良検討が遅れてしまう。従って、耐久ドラム試験では、タイヤ内部の故障をいかに精度良く検出するかが重要である。

この耐久ドラム試験では、種々の方法が提案されている（例えば特許文献１〜４参照）。

特許文献１に開示された内容は、ドラム耐久試験において破損の始まりを検出する方法であり、タイヤのたわみの増加を検出して破損が始まったものと判断する方法である。この試験方法では、タイヤに生じたたわみの変化を測定している。

しかし、破損箇所がサイド部などである場合にはこの破損をはっきり検出できるものの、ベルトとトレッドゴムとの間で剥離故障が発生した場合、故障してもたわみ自体の変化が少ないため検出が困難である。

特許文献２に開示された内容は、ドラム耐久試験においてタイヤ故障を検出する装置および方法である。ここでは、回転させるタイヤのまわりにタイヤを囲むようなＵ字型に張った細線状のセンサーを予め設置しておく。タイヤの回転に伴ってタイヤに内部故障が生じると内部に亀裂が発生しタイヤ表面が膨れる。そして、膨れた部位がセンサーに接触すると、タイヤ故障が検出される。

しかし、タイヤの外径膨張分（タイヤ回転に伴う発熱による内部空気の膨張によるもの）やタイヤ自体の半径方向への寸度のバラツキ量を見積もったうえでタイヤとセンサーとの隙間を設定しなければならない。通常、誤検出を防ぐためにこの隙間を大きくとる必要がある。このため、精度は悪く、故障末期に生じるかなり大きな膨れでないと検出できない。また、重荷重用タイヤのようにクラウン部のトレッドゴムが厚い場合、膨れ量自体が少ないので検出が更に難しくなる。

特許文献３に開示された内容は、ドラム耐久試験においてタイヤ故障を精度良く検出する方法であって、タイヤを回転させながらタイヤ表面各部の外径変化量を非接触変位計により測定し、時間をおいて測定した外径変化量の差の最大値が閾値を超えた場合に故障が発生したと判定する方法である。この方法では、非接触式のセンサーを使うため、膨れを精度良く検出することができる。

しかし、クラウン部での最大値、つまり１点での膨れ量だけで故障の判断を行っているため、故障とする判断が最適でなく誤判断しやすい。特にトレッドゴムが分厚い場合、膨れが小さいため検出の閾値を小さくせねばならず、この場合、たとえばタイヤの回転に伴ってタイヤ表面が溶けて一部ちぎれたゴムがタイヤ表面に付着した場合に膨れとして検出される可能性がある。また判定に使う閾値が最適でないと、タイヤの遠心力による外径成長と区別がつかずに誤検出する。

特許文献４に開示された内容は、ドラム耐久試験においてタイヤ故障を精度良く検出する方法であって、タイヤを回転させながらタイヤ表面各部の温度を非接触温度計により測定し、時間をおいて測定した外径変化量の差の最大値が閾値を超えた場合に故障が発生したと判定する方法である。この方法では、温度センサーを使っており、乗用車等の小型タイヤではトレッドゴムが薄いため内部故障による表面の温度上昇がはっきり現れる。

しかし、重荷重用タイヤではトレッドゴムが分厚いためタイヤ表面の温度上昇がはっきりとは現れず、表面温度の測定だけでは内部故障の検出は困難である。
特開２００４−１３２８４７Ａ号公報 特開２００４−７７４６４Ａ号公報 特開２００４−１７７２４０Ａ 特開２００４−２３９７２４Ａ

本発明は、上記事実を考慮して、ドラム耐久試験でタイヤの初期故障を精度良く検出できるタイヤ内部故障の検出方法、及び、タイヤ内部故障の検出装置を提供することを課題とする。

本発明者は、タイヤの内部故障が発生する際、一般的にタイヤ内部に故障核が発生し放射状に進展しタイヤが膨れることに着目した。そして、従来の故障判定値は走行開始時を起点にしてタイヤ半径の膨らみ量を設定しているため、タイヤ発熱による空気圧アップ、及び速度アップによるタイヤ外径成長を考慮する必要があり故障検出精度にばらつきがあることにも着目した。そして、鋭意検討の結果、走行を開始してからの各測定時における部分的な膨れ量を検出して故障の有無を判断することによりこれらのばらつきを排除できることを見い出した。そして、更に検討を重ね、本発明を完成するに至った。

請求項１に記載の発明は、内圧充填した空気入りタイヤを回転ドラムに押しつけて前記空気入りタイヤを回転させるタイヤ耐久性評価試験におけるタイヤ内部故障の検出方法であって、光学的測定により回転中の前記空気入りタイヤのクラウン部全面の三次元座標を読み取って前記クラウン部に形成された膨れ部を検出し、該膨れ部の大きさに基づいて、前記クラウン部における内部故障の発生の有無を判断することを特徴とする。

このように、請求項１に記載の発明では、タイヤの構成部位のうち特に検出が難しいクラウン部の内部故障を検出する際、光学的な検出方法を使用している。これにより、クラウン部の三次元位置の絶対値、すなわちタイヤ回転軸からの距離をタイヤが回転したままの状態で精度良く測定できる。従って、ドラム耐久試験でタイヤの初期故障を精度良く検出できる。また、各測定時での部分的な膨れ部の大きさを検出することができ、検出精度を著しく高めることができる。また、試験開始初期（タイヤ回転初期）における測定データ（膨れ部の大きさ）と、試験開始後で所定時間が経過した時における測定データ（膨れ部の大きさ）との差を演算することで、例えばタイヤの真円度が悪くとも、クラウン部表面各部の膨れ量の絶対値を正確に計算できる。

請求項２に記載の発明は、前記クラウン部の面積に対する前記膨れ部の面積の割合が、予め設定した面積規定値を超えると内部故障が発生したと判断することを特徴とする。

このように、故障の判定に膨れ部の面積の割合を使うことにより、クラウン部表面に付着したゴミ等によるイレギュラーな要素を排除できる。従って、クラウン部の内部故障（破壊など）が存在しているか否かを正確に判定できる。

請求項３に記載の発明は、前記クラウン部にレーザー光を照射して前記クラウン部の表面の変位を測定する変位計を用い、前記変位計をタイヤ軸方向に移動させて前記レーザー光の照射位置をタイヤ軸方向に移動させることにより前記三次元座標を読み取り、読み取った前記三次元座標に基づいて前記膨れ部の面積を算出することを特徴とする。

このように、回転するタイヤのクラウン部にレーザー光線を照射する変位計を用いることで、精度良くしかも連続的に、膨れ部の発生の有無のための測定ができる。

請求項４に記載の発明は、タイヤ幅に対する前記膨れ部の最大幅の割合、又は、タイヤ周方向長さに対する前記膨れ部の最大長さの割合、が予め規定した長さ規定値を超えると内部故障が発生したと判断することを特徴とする。

クラウン部の面積に対する膨れ部の面積の割合が面積規定値を超えていなくても実際には内部故障を起こしている場合があり得る。請求項４に記載の発明により、このような場合であっても、内部故障を精度良く検出できる。例えば、ベルト端部のところで破壊が起こった場合、幅は狭いが周方向に半周以上連続的に膨れる場合があり、請求項４に記載の発明により、このような場合であっても内部故障を精度良く検出することが可能になる。

請求項５に記載の発明は、内圧充填した空気入りタイヤを回転ドラムに押しつけて前記空気入りタイヤを回転させるタイヤ耐久性評価試験に用いるタイヤ内部故障の検出装置であって、タイヤ回転中のクラウン部全面の三次元座標を光学的に測定する測定部と、前記測定部によって得られた前記三次元座標から前記クラウン部の周方向及び幅方向の膨れ長さを計算する演算部と、前記演算部で求められた膨れ長さに基づいて、前記クラウン部における内部故障の発生の有無を判断する判断部と、を有することを特徴とする。

このように、請求項５に記載の発明では、タイヤ回転中のクラウン部全面の三次元座標を光学的に測定する測定部を備えている。これにより、この測定部によって得られた三次元座標からクラウン部の周方向及び幅方向の膨れ長さをタイヤが回転したままの状態で精度良く得ることができる。従って、ドラム耐久試験でタイヤの初期故障を精度良く検出可能なタイヤ内部故障の検出装置が実現される。

請求項６に記載の発明は、前記演算部は、前記クラウン部の周方向及び幅方向の膨れ長さの分布に基づいて前記膨れ部の面積を算出し、前記クラウン部の面積に対する前記膨れ部の面積の割合が予め規定した面積規定値を超えると、前記判断部は内部故障が発生したと判断することを特徴とする。

このように、故障の判定に膨れ部の面積の割合を用いることにより、クラウン部表面に付着したゴミ等によるイレギュラーな要素を排除できるので、クラウン部の内部故障（破壊など）が存在しているか否かを正確に判定できる。

請求項７に記載の発明は、前記演算部は、膨れ高さが予め規定した高さ規定値を超えている領域を前記膨れ部の面積として算出することを特徴とする。

これにより、膨れ部の面積を正確に計算し易い。

本発明によれば、ドラム耐久試験でタイヤの初期故障を精度良く検出できるタイヤ内部故障の検出方法、及び、タイヤ内部故障の検出装置が実現される。

以下、実施形態を挙げ、本発明の実施の形態について説明する。なお、第２実施形態以下では、既に説明した構成要素と同様のものには同じ符号を付してその説明を省略する。

［第１実施形態］
まず、第１実施形態について説明する。図１に示すように、本実施形態に係るタイヤ内部故障検出装置１０は、内圧充填した空気入りタイヤ１２を回転ドラム（図示せず）に押しつけて空気入りタイヤ１２を回転させるタイヤ耐久性評価試験に用いる検出装置である。このタイヤ内部故障検出装置１０は、ドラム耐久試験装置１４に取付けられた回転中の空気入りタイヤ１２のクラウン部１２Ｃを全面にわたって三次元座標を光学的に測定する測定部１６と、測定部１６によって得られたこの三次元座標からクラウン部１２Ｃの周方向及び幅方向の膨れ長さの分布を計算する演算部１８と、演算部１８で求められた膨れ長さの分布に基づいて、内部故障の発生の有無を判断する判断部２０と、を有する。演算部１８と判断部２０とは、後述の変位計２２に電気接続されたデータ処理装置２１に内蔵されている。

測定部１６は、クラウン部１２Ｃにレーザー光を照射してクラウン部１２Ｃの表面の変位を測定する変位計２２と、この変位計２２を搭載したトラバーサ（移動装置）２４と、を備えており、変位計２２をタイヤ軸方向Ｚに移動させることによりレーザー光の照射位置をタイヤ軸方向Ｚに移動させて、クラウン部１２Ｃの全面形状を三次元的に測定することが可能になっている。クラウン部１２Ｃに発生した膨れ部２８の形状は、タイヤ周方向断面では例えば図２に示すようになっており、タイヤ幅方向では例えば図３に示すようになっている。

演算部１８は、測定部１６から受信した測定データ（三次元座標）からクラウン部１２Ｃのタイヤ周方向膨れ長さ及びタイヤ幅方向膨れ長さの分布を計算するようになっている。また、演算部１８には、タイヤ半径の１〜３％の範囲内の何れかの値が高さ規定値（膨れ判定値）ｈ₂として予め規定されている。そして、演算部１８は、測定時毎に、各測定点におけるタイヤ半径方向高さの平均値を算出し、この平均値と高さ規定値とを加算した値よりも膨れ高さが高い領域を膨れ部２８の面積（膨れ面積Ｓ）として算出するようになっている。更に、演算部１８は、クラウン部１２Ｃの面積に対する膨れ部２８の面積の割合を算出するようになっている。

判断部２０は、面積規定値が予め規定されており、演算部１８が算出した上記割合がこの面積規定値を超えると内部故障が発生したと判断するロジック機能を有している。このため、クラウン部１２Ｃの表面に付着したゴミ等によるイレギュラーな要素を排除できて、クラウン部１２Ｃに内部故障（破壊など）が発生したか否かを正確に判断できるようになっている。

なお、判断部２０は、図２に示すように、膨れ高さｈ₁が高さ規定値ｈ₂を超えた部位は膨れ部２８であると判断するロジック機能を有していて、判断部２０によって、膨れ部２８が発生しているか否かを容易に判断することが可能になっていてもよい。

本実施形態では、クラウン部１２Ｃの形状測定を行う際には以下のようにして測定する。まず、タイヤ径方向のクラウン部形状が上記の非接触式の変位計２２で精度良く測定され得るようなタイヤ幅方向測定間隔を予め設定する。この結果、例えば図４（Ａ）に示すような良好なタイヤ径方向形状が得られる。また、この測定間隔の設定により、タイヤ幅方向に等間隔となる測定点が決定される。そして、各測定点についてタイヤ一周における測定を行う。この結果、例えば図４（Ｂ）に示すような良好なタイヤ周方向形状が得られる。

この後、タイヤ内部故障検出装置１０でクラウン部１２Ｃに膨れ部２８が検出されるまで空気入りタイヤ１２を回転させる。クラウン部１２Ｃを測定するタイミングとしては、以下の（１）、（２）に留意する。
（１）ドラム耐久試験中では上記のようにしてクラウン部１２Ｃの形状を定期的に測定する。
（２）タイヤに発生する故障の成長はタイヤグループ、構造等により異なり、また、ドラム耐久試験条件も多種存在する。このため、上記タイミングとしては一概に設定できないが、なるべく測定頻度を増やす。そして、膨れ部２８が成長してタイヤ内部故障が検出されるまで、規定した頻度で測定を繰り返す（例えば、トラック用タイヤで２４時間毎のステップロード条件の場合、２時間毎に測定する）。

以上説明したように、本実施形態では、タイヤ回転中のクラウン部全面の三次元座標を光学的に測定する測定部１６を備えており、この測定部１６によって得られた三次元座標からクラウン部１２Ｃの周方向及び幅方向の膨れ長さの分布をタイヤが回転したままの状態で精度良く連続して測定できる。そして、測定部１６で測定する測定点のタイヤ幅方向間隔を上記のように予め設定している。従って、ドラム耐久試験でタイヤの初期故障を精度良く検出できる。

また、判断部２０は、膨れ高さｈ₁が高さ規定値ｈ₂を超えている部位では膨れ部２８が発生していると判断し、更に、クラウン部１２Ｃの面積に対する膨れ部２８の面積の割合が面積規定値を超えると内部故障が発生したと判断している。これにより、膨れ部２８が発生しているか否かを容易に判断することができる。また、故障の判定に膨れ部２８の面積の割合を用いることにより、クラウン部１２Ｃの表面に付着したゴミ等によるイレギュラーな要素を排除できるので、クラウン部１２Ｃの内部故障（破壊など）が存在しているか否かを正確に判定できる。

更に、回転するタイヤのクラウン部１２Ｃにレーザー光線を照射する変位計２２を用いているので、精度良くしかも連続的に、内部故障の発生の有無のための測定ができる。

＜実験例＞
本発明の効果を確かめるために、本発明者は、第１実施形態で説明したドラム耐久試験装置１４に空気入りタイヤ１２を取付け、タイヤ内部故障検出装置１０でクラウン部１２Ｃにおける内部故障の発生の有無の判断を行いながら、クラウン部１２Ｃに故障が実際に発生するまでタイヤの走行試験を行った。空気入りタイヤ１２としては、１１Ｒ２２．５（タイヤ幅は２８５ｍｍ）を用いた。リム寸法は７．５０である。ドラム耐久条件はステップロードとした。

本実験例では、クラウン部１２Ｃの形状測定を行うにあたり、タイヤ径方向のクラウン部形状が上記の非接触式の変位計２２で精度良く測定され得るようなタイヤ幅方向測定間隔を設定した。この結果、図４（Ａ）に示すような良好なタイヤ径方向形状を得るには、タイヤ幅方向測定間隔は１ｍｍとなった。

更に、本発明者は、タイヤ幅方向に等間隔となる測定点（測定点の数は３００）を決めた。そして、各測定点についてタイヤ一周における測定（サンプリング数は３６００個／周）を行った。この結果、図４（Ｂ）に示すような良好なタイヤ周方向形状を得た。

なお、クラウン部１２Ｃの全面について得られた図を図４（Ｃ）に示す。

この後、タイヤ内部故障検出装置１０で膨れ部２８が検出されるまで空気入りタイヤ１２を回転走行させた。本実験例では、高さ規定値をタイヤ半径の２％とした。この結果、標準荷重の１８０％荷重で、クラウン部１２Ｃの面積に対する膨れ部２８の面積の割合が５％としたところ、クラウン部１２Ｃに故障（初期故障）が発生したことが確認された。

［第２実施形態］
次に、第２実施形態について説明する。本実施形態では、タイヤ幅に対する膨れ部２８のタイヤ幅方向に沿った最大幅の割合、又は、タイヤ周方向長さに対する膨れ部２８のタイヤ周方向に沿った最大長さの割合、が予め設定した長さ規定値を超えると、判断部２０は内部故障が発生したと判断する。

クラウン部１２Ｃの面積に対する膨れ部の面積の割合が規定値を超えていなくても実際には内部故障を起こしている場合があり得る。本実施形態により、このような場合であっても、クラウン部１２Ｃにおける内部故障を精度良く検出できる。

以上、実施形態を挙げて本発明の実施の形態を説明したが、これらの実施形態は一例であり、要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施できる。また、本発明の権利範囲が上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。

第１実施形態に係るタイヤ内部故障検出装置の構成を示す平面図である。 実験例で得られた、クラウン部の模式的なタイヤ径方向部分断面図である。 実験例で得られた、クラウン部の模式的な部分斜視図である。 図４（Ａ）から（Ｃ）は、それぞれ、実験例で得られたチャート図である。

符号の説明

１０ タイヤ内部故障検出装置（タイヤ内部故障の検出装置）
１２ 空気入りタイヤ
１２Ｃ クラウン部
１６ 測定部
１８ 演算部
２０ 判断部
２２ 変位計
２８ 膨れ部

Claims (7)

1. 内圧充填した空気入りタイヤを回転ドラムに押しつけて前記空気入りタイヤを回転させるタイヤ耐久性評価試験におけるタイヤ内部故障の検出方法であって、
   光学的測定により回転中の前記空気入りタイヤのクラウン部全面の三次元座標を読み取って前記クラウン部に形成された膨れ部を検出し、
   該膨れ部の大きさに基づいて、前記クラウン部における内部故障の発生の有無を判断することを特徴とするタイヤ内部故障の検出方法。
2. 前記クラウン部の面積に対する前記膨れ部の面積の割合が、予め設定した面積規定値を超えると内部故障が発生したと判断することを特徴とする請求項１に記載のタイヤ内部故障の検出方法。
3. 前記クラウン部にレーザー光を照射して前記クラウン部の表面の変位を測定する変位計を用い、
   前記変位計をタイヤ軸方向に移動させて前記レーザー光の照射位置をタイヤ軸方向に移動させることにより前記三次元座標を読み取り、
   読み取った前記三次元座標に基づいて前記膨れ部の面積を算出することを特徴とする請求項２に記載のタイヤ内部故障の検出方法。
4. タイヤ幅に対する前記膨れ部の最大幅の割合、又は、タイヤ周方向長さに対する前記膨れ部の最大長さの割合、が予め規定した長さ規定値を超えると内部故障が発生したと判断することを特徴とする請求項１に記載のタイヤ内部故障の検出方法。
5. 内圧充填した空気入りタイヤを回転ドラムに押しつけて前記空気入りタイヤを回転させるタイヤ耐久性評価試験に用いるタイヤ内部故障の検出装置であって、
   タイヤ回転中のクラウン部全面の三次元座標を光学的に測定する測定部と、
   前記測定部によって得られた前記三次元座標から前記クラウン部の周方向及び幅方向の膨れ長さを計算する演算部と、
   前記演算部で求められた膨れ長さに基づいて、前記クラウン部における内部故障の発生の有無を判断する判断部と、
   を有することを特徴とするタイヤ内部故障の検出装置。
6. 前記演算部は、前記クラウン部の周方向及び幅方向の膨れ長さの分布に基づいて前記膨れ部の面積を算出し、
   前記クラウン部の面積に対する前記膨れ部の面積の割合が予め規定した面積規定値を超えると、前記判断部は内部故障が発生したと判断することを特徴とする請求項５に記載のタイヤ内部故障の検出装置。
7. 前記演算部は、膨れ高さが予め規定した高さ規定値を超えている領域を前記膨れ部の面積として算出することを特徴とする請求項６に記載のタイヤ内部故障の検出装置。

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