JP2009085621A

JP2009085621A - タイヤの接地部測定具

Info

Publication number: JP2009085621A
Application number: JP2007252184A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Nagase; 隆行永瀬
Original assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Priority date: 2007-09-27
Filing date: 2007-09-27
Publication date: 2009-04-23

Abstract

【課題】高速域、旋回状態、制動状態等の種々な状況におけるタイヤの接地面形状や接地圧分布を測定する。
【解決手段】タイヤ踏面Ｔｓを接地させる表面１４ｓを裏面側から透視しうる光透過可能な接地板１４と、合成樹脂１００重量部に対して応力発光体微粒子を１０〜１００重量部含有させた応力発光組成物からなりかつ前記接地板１４の前記表面１４ｓに形成される応力発光層１５とからなる。
【選択図】図４

Description

本発明は、タイヤ踏面が接地するときの接地面形状及び／又は接地圧分布を含む接地状態を測定するタイヤの接地部測定具に関する。

タイヤの接地面形状や接地圧分布を測定し、その測定結果に基づいてタイヤの諸性能を評価、改良することが行なわれている。

そしてこれらの測定方法としては、従来、圧力センサ部を格子状に配置したフィルム状の面圧センサを用い、この面圧センサ上でタイヤを接地させることにより接地面形状や接地圧分布を測定している。なお前記面圧センサとしては、例えば図７に示すように、縦横に配置した行電極ａと列電極ｂとの各交点が前記圧力センサ部ｃを構成し、各交点における電極ａ、ｂ間の電気抵抗値、静電容量等の変化を測定することによって、各交点に作用する圧力を検出している。

しかしこのような従来の面圧センサは、電極を用いるものであるため強度や耐久性が不充分であり、従って、静止や速度１０ｋｍ／ｈ以下程度の低速域では問題ないものの、例えば速度１０ｋｍ／ｈを超える高速域、タイヤを回転させながらスリップ角を付けた時の状態（旋回状態）、或いはタイヤが回転せずに路面とスリップする状態（制動状態）等におけるタイヤの接地面形状や接地圧分布を測定することができないという問題がある。

なお前記高速域、旋回状態、制動状態等におけるタイヤ接地状態を測定するものとして、下記の特許文献１に記載のタイヤ接地面解析装置が提案されている。この装置では、ガラス板などの透明な接地板にタイヤを接地させ、その接地面を接地板の裏面側から撮影している。しかしこの装置では、接地面形状を正確に測定しうるものの、接地圧分布に関しては、接地面を画像解析するとはいえ高精度でうることは難しい。

そこで本発明は、接地板の表面に、合成樹脂中に応力発光体微粒子を含有させた応力発光組成物からなる応力発光層を形成することを基本として、高速域、旋回状態、制動状態等の種々な状況におけるタイヤの接地面形状や接地圧分布を、構成簡易にかつ高精度で測定しうるタイヤの接地部測定具の提供を目的としている。

特開２００１−２２１７１６号公報

前記目的を達成するために、本願請求項１の発明は、タイヤ踏面が接地するときの接地面形状及び／又は接地圧分布を含む接地状態を測定するタイヤの接地部測定具であって、
タイヤ踏面を接地させる表面を裏面側から透視しうる光透過可能な接地板と、
合成樹脂１００重量部に対して応力発光体微粒子を１０〜１００重量部含有させた応力発光組成物からなりかつ前記接地板の前記表面に形成される応力発光層とからなることを特徴としている。

又請求項２の発明では、前記応力発光体微粒子は、応力に応じて発光強度が変化することを特徴ととしている。

又請求項３の発明では、前記応力発光体微粒子は、粒径が１００μｍ以下であることを特徴としている。

又請求項４の発明では、前記応力発光層は、前記接地板の表面に、前記応力発光組成物を吹き付け、塗布、又は蒸着によって直接形成されたことを特徴としている。

又請求項５の発明では、前記応力発光層は、前記接地板の表面に、前記応力発光組成物からなる応力発光シートを接着剤を用いて接着することにより形成されたことを特徴としている。

又請求項６の発明では、前記応力発光層は、厚さが０．１〜５．０ｍｍであることを特徴としている。

叙上の如く、本発明のタイヤの接地部測定具は、接地板の表面に応力発光層を形成している。この応力発光層に含まれる応力発光体微粒子は、該微粒子に作用する応力に応じてそれ自体が発光する特性を有するため、タイヤが応力発光層に接地した時、前記応力発光体微粒子は、接地圧力に応じてその発光強度を違えて発光する。従って、その発光状態（発光の強弱を含む）を接地板の裏面側から検知することで、タイヤの接地面形状および接地圧分布を可視的に測定することができる。なお前記発光状態の検知、記録は、カメラなどの撮影機により簡便に行うことができる。

又発光強度と応力（接地圧力）との相関関係を実験などにより予め求めておくことにより、接地圧の強弱だけでなく、各部位における接地圧力の値自体を、発光強度から換算して測定することもできる。

又接地部測定具は、従来の面圧センサの如き電極を有することがなく、応力発光体微粒子自体の発光を利用するものであるため、強度や耐久性に優れる。特に前記応力発光体微粒子が、合成樹脂材と強固に結合して接地板に一体付着している。そのため、高速域、旋回状態、或いは制動状態等においてタイヤが応力発光層に接地した場合、即ち、接地時、接地部測定具とタイヤとの間に剪断方向の力が強く作用した場合にも、接地部測定具が損傷することなく、的確に接地面形状および接地圧分布を測定することができる。

又従来の面圧センサの如き電気配線、電気信号増幅器（アンプ）などが不要であり、測定作業の作業性向上、及び測定設備の簡素化にも貢献できる。

以下、本発明の実施の一形態を、図示例とともに説明する。図１は本発明のタイヤの接地部測定具を用いたタイヤの接地部測定装置の一例を示す正面図である。

図１に示すように、前記接地部測定装置１は、タイヤＴを回転自在に支持するタイヤ支持機２と、タイヤＴが接地するための路面部３を有し前記タイヤ支持機２に支持されたタイヤＴを前記路面部３上で転動させるタイヤ転動機４とを具える。

前記タイヤ支持機２は、リム組みされたタイヤＴを遊輪状態にて回転自在に支持する支持軸５を有するタイヤ保持部６と、支持された前記タイヤＴを、路面部３に対して所定の荷重で押し付けて負荷させる荷重負荷手段（図示しない）とを具える。本例ではさらに、前記タイヤＴにスリップ角α及び／又はキャンバ角θを付与する姿勢角調整手段（図示しない）を設けている。

前記荷重負荷手段では、前記タイヤ保持部６を昇降移動でき、かつ下降によってタイヤＴに例えば正規荷重等に相当する所定のタイヤ荷重を負荷できる。又前記姿勢角調整手段は、前記支持軸５の支持角度を変化でき、タイヤを上方から見た図３（Ａ）に略示するように、タイヤ進行方向Ａ（即ち路面進行方向）とタイヤの回転方向Ｂ（即ちタイヤ中心面Ｃの方向）とのずれ角であるスリップ角（横滑り角）αを調整しうるとともに、タイヤを側方から見た図３（Ｂ）に略示するように、路面部３に対するタイヤＴの傾き角度であるキャンバー角θを調整しうる。

次に、前記タイヤ転動機４は、本例では、円筒状の回転ドラム７と、この回転ドラム７をその水平な軸心廻りで回転駆動させる駆動部８とを具える。この駆動部８は、モータ及び変速機等を含み前記回転ドラム７を、路面速度が１０ｋｍ／ｈ以上の高速域を含む自在な速度で回転駆動しうる。又前記回転ドラム７は、円筒状のドラム本体９を有し、その巾方向中央に、内周面が接地路面をなしかつ周方向に連続してのびる路面部３を形成している。なお前記ドラム本体９の一側縁側は、ドラム側板９Ａを介して前記駆動部８に連結されるとともに、ドラム本体９の他側縁側は、タイヤＴを出し入れするために開放されている。なお前記路面部３は、実際の道路での接地状態と近似させるため前記路面部３の曲率半径、即ち回転ドラム７の内周面の曲率半径Ｒは、１．５ｍ以上であるのが好ましい。

そして本実施形態では、前記路面部３の少なくとも一部を、タイヤ踏面Tｓが接地するときの接地面形状及び／又は接地圧分布を含む接地状態を測定する板状の接地部測定具１０によって形成している。本例では、図２に示すように、前記路面部３が、周方向に隔置される複数の接地部測定具１０と、各接地部測定具１０の周囲を支持して固定するフレーム１１とで形成した場合を例示している。

次に、前記接地部測定具１０は、図４に示すように、前記タイヤ踏面Ｔｓを接地させるための表面１４ｓを裏面側から透視しうる光透過可能な接地板１４と、この接地板１４の前記表面１４ｓに形成される応力発光層１５とから構成される。前記接地板１４は、例えばアクリル、ポリカーボネート等の合成樹脂、及びガラスなどの光透過可能な透明ないし半透明材料からなり、前記タイヤ荷重を支承しうる厚さを有して形成される。

又前記応力発光層１５は、合成樹脂１００重量部に対して応力発光体微粒子を１０〜１００重量部含有させた応力発光組成物から形成される。

ここで、前記「応力発光体微粒子」は、機械的応力の印加によってそれ自体が可逆的に発光する物質、所謂（応力発光体）の微粒子であり、この応力発光体として、
（ア）無機母体材料中に、機械的エネルギーによって励起された電子が基底状態に戻る際に発光する希土類又は遷移金属の１種類以上からなる発光中心をドープしてなる応力発光物質（応力発光体）、あるいは
（イ）非化学量論的組成を有するアルミン酸塩の少なくとも１種からなり、かつ機械的エネルギーによって励起された電子が基底状態に戻る際に発光する格子欠陥をもつ応力発光物質（応力発光体）が挙げられる。これら応力発光体微粒子は、印加される応力に応じて発光強度が変化する。

前記（ア）における無機母体材料としては、メリライト構造、FeS_２構造、ウルツ構造、スピネル構造、コランダム構造又はβ−アルミナ構造を有する酸化物、硫化物、炭化物又は窒化物が挙げられる。このうち、メリライト構造、FeS_２構造、ウルツ構造、スピネル構造、コランダム構造又はβ−アルミナ構造を有する酸化物が好ましい。前記メリライト構造を有するものとしては、CaYAl_３O_７、Ca_２Al_２SiO_７、Ca_２(Mg,Fe)Si_２O_７、Ca_２B_２SiO_７、CaNaAlSi_２O_７、Ca_２MgSi_２O_７、 (Ca,Na)_２(Al,Mg)(Si,Al)_２O_７、Ca_２(Mg,Al)(Al,Si)SiO_７等が挙げられる。FeS_２構造を有するものとしては、 Sr_３Al_２O_６、Ca_３Al_２O_６、CaC_２、CoS_２、MnS_２、NiS_２、RuS_２、NiSe_２等が挙げられる。ウルツ構造を有するものとしては、BeO、ZnO、ZnS、CdS、MnS、AlN、GaN、InN、TaN、NbN、α−SiCが挙げられる。スピネル構造を有するものとしては、SrAl_２O_４、MgAl_２O_４、CaAl_２O_４、コランダム構造を有するものとしては Al_２O_３、β−アルミナ構造を有するものとしては SrMgAl_１０O_１７などが挙げられる。また、無機母体材料としては非化学量論的組成を有するアルミン酸塩も用いることができる。なお前記無機母体材料のうちで、発光強度の面から、特にZnS、MAl_２O_４系（ここで Mは、Sr、Ca、Ba、Mg等を示す）が好ましい。

又前記無機母体材料にドープされる発光中心としては、Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Luの希土類イオン、およびTi、Zr、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Nb、Mo、Ta、W の遷移金属イオンのうちの１種類またはそれ以上を用いることが好ましい。

又前記（イ）の応力発光体としての非化学量論的組成を有するアルミン酸塩、又は前記（ア）の無機母体材料としての非化学量論的組成を有するアルミン酸塩としては、アルカリ土類金属酸化物とアルミニウム酸化物とから構成され、かつこの中のアルカリ土類金属イオンの組成比を欠損させたアルカリ土類金属欠損型のものが好ましい。具体的には、式M_ＸAl_２O_３＋Ｘ、M_ＸQAl_１０O_１６＋Ｘ、M_Ｘ１Q_Ｘ２Al_２O_{３＋Ｘ１＋Ｘ２}又はM_Ｘ１Q_Ｘ２LAl_１０O_{１６＋Ｘ１＋Ｘ２}（式中のM、Q及びLは、それぞれMg、Ca、Sr又はBaであり、xは0.8＜x＜1、x1及びx2は0.8＜(x1＋x2)＜1 を満たす数である）で表わされるものが挙げられる。これらの中で、Sr_ＸAl_２O_３＋Ｘ又はSr_ＸMgAl_１０O_１６＋Ｘが適している。

このような応力発光体の微粒子は、合成樹脂１００重量部に対して１０〜１００重量部含有させることが必要であり、１０重量部未満では、応力発光層１５として充分な発光が見込めなくなる。逆に含有量が１００重量部を超えると、応力発光体微粒子を合成樹脂中で充分に分散させることが難しくなり、応力発光層１５の強度を損ねる他、分散が不均一すなわち発光が不均一となって測定精度を損ねるという結果を招く。このような観点から、応力発光体微粒子の含有量の下限値は１０重量部以上、さらには２０重量部以上が好ましく、又上限値は１００重量部以下、さらには８０重量部以下が好ましい。

又応力発光体微粒子の粒径が大きすぎると、タイヤとの強い接触によって、この応力発光体微粒子自体が応力発光層１５から剥がれ落ちたり、又応力発光層１５と接地板１４との付着力（接着力）の低下、或いは応力発光層１５の強度低下を起こして、応力発光層１５の接地板１４からの剥離、或いは応力発光層１５自体の損傷を招くという問題が生じる。従って、前記応力発光体微粒子の粒径としては、１００μｍ以下、さらには５０μｍ以下が好ましい。なお粒径の下限値としては、特に規制することがなく、技術的に製造可能な最小粒径のものも使用可能である。

又前記応力発光組成物に用いる合成樹脂としては、前記応力発光体微粒子の発光状態（発光の強弱を含む）を検知しうるよう、少なくとも固化状態において光透過可能な透明ないし半透明をなすことが必要であり、例えば、エポキシ樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリカーボート樹脂、ポリエチレン樹脂などが使用できる。又前記合成樹脂においては、タイヤとの接触に対して充分な耐久性を有することも必要である。そのために、引張強度が３０Ｍｐａ以上、かつ引張弾性率が１０００Ｍｐａ以上、かつ圧縮強さが３５Ｍｐａ以上、かつ曲げ強さが４０Ｍｐａ以上であることが好ましく、それぞれ下限値を下回るとき、高速域、旋回状態、制動状態等におけるタイヤ接地状態を測定する際の耐久性を確保することが難しく、早期に破損を招く傾向となる。なお前記「引張強度」、「引張弾性率」、「圧縮強さ」、「曲げ強さ」は、それぞれＪＩＳＫ７１１３の「プラスチックの引張試験方法」、ＪＩＳＫ７１８１の「プラスチック−圧縮特性の試験方法」、ＪＩＳＫ７１７１の「プラスチック−曲げ特性の試験方法」に準拠して測定した値である。

又前記応力発光層１５は、前記合成樹脂に応力発光体微粒子を含有させた応力発光組成物を、前記接地板１４の表面１４ｓに、吹き付ける、塗布する、又は蒸着することによって、接地板１４上に直接形成することができる。このように直接形成する場合、エポキシ樹脂、アクリル樹脂等の２液混合硬化型の樹脂が取り扱い性等の観点から好ましく、特にエポキシ樹脂は、接着強度及び耐久強度の観点から特に好適に使用しうる。

又前記応力発光層１５としては、前記応力発光組成物を用いていったん応力発光シートを形成し、しかる後この応力発光シートを接着剤を用いて前記接地板１４の表面１４ｓに接着することにより形成することもできる。係る場合には、応力発光組成物に用いる合成樹脂として、熱可塑性樹脂であるポリプロピレン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリカーボート樹脂等が、応力発光シートへの成形のために好ましい。

又応力発光シートを接地板１４に接着する接着剤としては接着強度及び耐久強度の観点からエポキシ樹脂が好適に採用しうる。

このように、本実施形態のタイヤの接地部測定具１０は、光透過可能な接地板１４の表面１４ｓに応力発光層１５を形成している。そのため、タイヤＴが応力発光層１５に接地した時、前記応力発光体微粒子が、接地圧力に応じてその発光強度を違えて発光する。従って、その発光状態（発光の強弱を含む）を接地板１４の裏面側から観測することで、タイヤの接地面形状および接地圧分布を可視的に測定することができる。なお観測した接地面形状および接地圧分布等は、カメラなどの撮影機２０によって簡便に記録することができる。このとき、前記発光強度と応力（接地圧力）との相関関係を実験などにより予め求めておくことにより、接地圧の強弱だけでなく、各部位における接地圧力の値自体を、前記発光強度から換算して正確に測定することもできる。

又接地部測定具１０は、応力発光体微粒子自体の発光を利用するものであり、しかもこの応力発光体微粒子を、合成樹脂材と強固に結合して接地板１４に一体付着させている。従って、高速域、旋回状態、或いは制動状態等においてタイヤが応力発光層１５に接地した場合、即ち、タイヤＴとの間に剪断方向の力が強く作用した場合にも、接地部測定具１０の破壊、損傷を防止することができる。

なお前記応力発光層１５は、その厚さが０．１〜５．０ｍｍであることが好ましく、０．１ｍｍ未満では、充分な強度が確保できず、逆に５．０ｍｍを超えると接地した際に応力が分散して発光強度が低下するという不都合がある。

又、図５に円筒状の回転ドラム７の他の実施例を示す。本例では、回転ドラム７は、円筒状のドラム本体９の巾方向中央に、外周面が接地路面をなす路面部３を形成するとともに、この路面部３の少なくとも一部を、板状の接地部測定具１０によって形成している。又図６に示すように、テーブル状支持台２１の天板部に、タイヤの接地部測定具１０を取り付けても良い。係る場合には、静的状態におけるタイヤの接地面形状、及び接地圧分布を測定することができる。

以上、本発明の特に好ましい実施形態について詳述したが、本発明は図示の実施形態に限定されることなく、種々の態様に変形して実施しうる。

２液混合硬化型のエポキシ樹脂１００重量部に対して、応力発光体微粒子５０重量部を含有させかつ均一に撹拌させて応力発光組成物を形成した。そしてこの液状の応力発光組成物を、刷毛を用いてガラス製の接地板１４の表面に均一に塗布して硬化させることにより、厚さ１．０ｍｍの応力発光層１５を形成した実施例品１（接地部測定具）を試作した。

次に、ポリプロピレン樹脂１００重量部に対して、応力発光体微粒子５０重量部を含有させかつプラストミル（混合機）を用いて１９０℃で１５分間均一に撹拌させて応力発光組成物を形成したのち、この液状の応力発光組成物を、ロール押出機にて押出成形することにより厚さ０．５ｍｍの応力発光シートを作成した。そして、この応力発光シートを、エポキシ樹脂系接着剤を用いてガラス製の接地板１４の表面に接着させることにより、応力発光層１５を形成した実施例品２（接地部測定具）を試作した。

なお実施例品１のエポキシ樹脂として、ナガセケムテックス(株）製のＡＹ１０３，ＨＹ９５６を使用した。又実施例品２のポリプロピレン樹脂として、住友化学（株）製の住友ノーブルを使用した。又実施例品１、２の応力発光体微粒子として、大光炉材（株）製のＴＡＩＫＯ−ＭＬ−１（粒径５〜１０μｍ）を使用した。

そして、実施例品１、２を、図１の接地部測定装置１の路面部３に装着し、速度５０ｋｍ／ｈの高速域にてタイヤ（サイズ２１５／４５ＲＺ１７）、荷重（４０ｋＮ）にて走行させるとともに、その時の接地状態を、接地板１４の裏面側から高感度カメラ（浜松フォトニクス（株）製のイメージインテンシフィア）を用いて撮影した。その結果、撮影映像から、高速域においても接地面形状、及び接地圧分布を正確に測定しうることが確認できた。

本発明のタイヤの接地部測定具を用いたタイヤの接地部測定装置の一例を示す正面図である。その回転ドラムを示す断面図である。（Ａ）、（Ｂ）は、タイヤのスリップ角、及びキャンバー角を説明する図面である。接地部測定具を拡大して示す断面図である。回転ドラムの他の実施例を示す断面図である。接地部測定具の他の使用例を示す断面図である。従来の面圧センサを説明する概念図である。

符号の説明

１０タイヤの接地部測定具
１４接地板
１４ｓ表面
１５応力発光層
Ｔｓタイヤ踏面

Claims

タイヤ踏面が接地するときの接地面形状及び／又は接地圧分布を含む接地状態を測定するタイヤの接地部測定具であって、
タイヤ踏面を接地させる表面を裏面側から透視しうる光透過可能な接地板と、
合成樹脂１００重量部に対して応力発光体微粒子を１０〜１００重量部含有させた応力発光組成物からなりかつ前記接地板の前記表面に形成される応力発光層とからなることを特徴とするタイヤの接地部測定具。
前記応力発光体微粒子は、応力に応じて発光強度が変化することを特徴とする請求項１記載のタイヤの接地部測定具。
前記応力発光体微粒子は、粒径が１００μｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２記載のタイヤの接地部測定具。
前記応力発光層は、前記接地板の表面に、前記応力発光組成物を吹き付け、塗布、又は蒸着によって直接形成されたことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のタイヤの接地部測定具。
前記応力発光層は、前記接地板の表面に、前記応力発光組成物からなる応力発光シートを接着剤を用いて接着することにより形成されたことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のタイヤの接地部測定具。
前記応力発光層は、厚さが０．１〜５．０ｍｍであることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載のタイヤの接地部測定具。