JP2013190358A - タイヤの台上試験装置及びこれを用いたタイヤ性能試験方法 - Google Patents

タイヤの台上試験装置及びこれを用いたタイヤ性能試験方法 Download PDF

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Abstract

【課題】屋外で行うタイヤの性能試験結果と相関性の高い試験結果を室内で得る。
【解決手段】タイヤTを接触させて走行させる回転可能なドラム2と、前記タイヤTをリムJに装着して回転可能に片持ち保持する支持軸4Aとを含み、室内でタイヤの性能試験を行うタイヤの台上試験装置1である。前記ドラム2は、タイヤTが走行する擬似路面7を具えた外周面2Gを有する。該外周面2Gは、ドラム回転軸3Aを含む断面において、ドラム半径方向外側に凸となる滑らかな円弧状面2Mを有する。
【選択図】図1

Description

本発明は、屋外で行うタイヤの性能試験結果と相関性の高い試験結果を室内で得ることができるタイヤの台上試験装置に関する。
タイヤの走行性能の一つであるタイヤの騒音に関する試験評価方法は、JASO C606−81で実車惰行試験及び単体台上試験が規格化されている。
前記JASO規格で定められた実車惰行試験は、屋外で行われるもので、図6(a)に示されるように、所定の位置に騒音測定具bが取り付けられる。そして、車両aを進行させ、エンジンを停止させた後、騒音測定具bを中心にその前後の路面hを惰行走行させたときの騒音レベルのピーク値が測定される。
一方、JASO規格で定められた単体台上試験では、室内で行われるもので、図6(b)及び(c)に示すように、タイヤtを台上試験装置のドラムd上に接触回転させ、所定の位置に設けられた騒音測定具bによってタイヤから発生する騒音レベルのピーク値が測定される。
しかしながら、JASOで定める単体台上試験によって得られる結果は、実車惰行試験結果との相関があまりよくないという問題があった。発明者らは、種々実験を行った結果、このような相関関係の低さは、実車走行路面とドラム路面の形状(周方向に曲率を有する)の差異に基づき、ドラム上を走行するタイヤの接地形状と路面を走行するタイヤの接地形状とが大きく異なり、このため、タイヤのトレッド部に設けられた横溝と、路面との離接時に生じるピッチ音が大きく相違すること等が原因であることを知見した。タイヤの騒音に関する試験評価方法に関連する技術として、下記特許文献がある。
特開平07−55649号公報 特開平11−218470号公報
本発明は、以上のような問題点に鑑み案出なされたもので、室内で行うタイヤの台上試験装置のドラムの外周面を、ドラム回転軸を含む断面において、ドラム半径方向外側に凸となる滑らかな円弧状面とすることを基本として、台上試験におけるタイヤの接地形状を、実車による走行試験時のタイヤの接地形状に近似させることにより、実車で行うタイヤの性能試験結果と相関性の高い試験結果を得ることができるタイヤの台上試験装置を提供することを主たる目的としている。
本発明のうち請求項1記載の発明は、タイヤを接触させて走行させる回転可能なドラムと、前記タイヤをリムに装着して回転可能に片持ち保持する支持軸とを含み、室内でタイヤの性能試験を行うタイヤの台上試験装置であって、前記ドラムは、タイヤが走行する擬似路面を具えた外周面を有し、該外周面は、ドラム回転軸を含む断面において、ドラム半径方向外側に凸となる滑らかな円弧状面を有することを特徴とする。
また請求項2記載の発明は、前記円弧状面の曲率半径Raは、ドラム回転軸の中心から前記円弧状面のドラム半径方向の最外点までの半径であるドラム半径Rbの1.5〜2.5倍である請求項1記載のタイヤの台上試験装置である。
また請求項3記載の発明は、前記擬似路面は、骨材と、該骨材を結合する樹脂からなる結合材とを含み、前記骨材は、最大粒径が8mmの第1骨材を含む請求項1又は2記載のタイヤの台上試験装置である。
また請求項4記載の発明は、前記擬似路面は、ISO10844で定義されるきめ深さが0.40〜0.80mmである請求項1乃至3のいずれかに記載のタイヤの台上試験装置である。
また請求項5記載の発明は、前記ドラムは、前記外周面を除いて吸音材で覆われる請求項1乃至4のいずれかに記載のタイヤの台上試験装置である。
また請求項6記載の発明は、前記ドラムを囲うとともに、前記外周面を露出させる開口を有した囲い部が設けられ、該囲い部の少なくとも前記開口の周りが、前記擬似路面と同じ材料で覆われる請求項1乃至5のいずれかに記載のタイヤの台上試験装置である。
また請求項7記載の発明は、前記タイヤの騒音を測定する騒音測定具を含む請求項1乃至6のいずれかに記載のタイヤの台上試験装置である。
また請求項8記載の発明は、請求項1乃至7のいずれかに記載のタイヤの台上試験装置を用いて室内でタイヤの性能試験を行うタイヤ性能試験方法であって、擬似路面を外周面に具えた回転可能なドラム上に、支持軸で片持ち保持されたリムに装着されたタイヤを接触させて走行させる工程と、前記タイヤの走行中の性能を測定する測定工程とを含み、前記ドラムは、タイヤが走行する擬似路面を具えた外周面を有し、該外周面は、ドラム回転軸を含む断面において、ドラム半径方向外側に凸となる滑らかな円弧状面を有することを特徴とする。
また請求項9記載の発明は、前記円弧状面の曲率半径Raは、ドラム回転軸の中心から前記円弧状面のドラム半径方向の最外点までの半径であるドラム半径Rbの1.5〜2.5倍である請求項8記載のタイヤ性能試験方法である。
また請求項10記載の発明は、前記測定工程は、騒音測定具によって騒音を測定する騒音測定工程である請求項8又は9記載のタイヤ性能試験方法である。
本発明のタイヤの台上試験装置は、タイヤを接触させて走行させる回転可能なドラムと、前記タイヤをリムに装着して回転可能に片持ち保持する支持軸とを含む。前記ドラムは、タイヤが走行する擬似路面を具えた外周面を有し、該外周面は、ドラム回転軸を含む断面において、ドラム半径方向外側に凸となる滑らかな円弧状面を有する。このような台上試験装置を利用した台上試験では、ドラム上を走行するタイヤの接地形状が、実車惰行試験での路面を走行するタイヤの接地形状に近似するため、例えば、台上試験のピッチ音と実車惰行試験でのピッチ音とが近似する。従って、本発明のタイヤの台上試験装置では、屋外で行う実車によるタイヤの騒音試験結果と相関性が高い結果が得られる。
本発明の一実施形態のタイヤの騒音試験方法を示す斜視図である。 (a)は、図1の部分側面図、(b)は、その正面図である。 ドラムの拡大断面図である。 (a)は、曲率半径Raが、ドラム半径Rbの1.0倍の接地形状を表す図、(b)は、曲率半径Raが、ドラム半径Rbの3.0倍の接地形状を表す図である。 実車惰行試験での路面を走行するタイヤの接地形状を表す図である。 (a)は、JASO規格の実車惰行試験を説明する平面図、(b)は、JASO規格の単体台上試験を説明する部分側面図、(c)は、同じく部分正面図である。
以下、本発明の実施の一形態が図面に基づき説明される。
図1及び2に示されるように、本発明のタイヤの台上試験装置(以下、単に「装置」ということがある。)1は、室内で乗用車用、自動二輪車用及びSUV(Sports Utility Viechle)などと称される多目的自動車に使用される四輪駆動用等の種々のタイヤ(以下、単に「タイヤ」ということがある。)Tの走行性能を試験するための装置である。
本実施形態のタイヤTのトレッド面T1には、タイヤ周方向にのびる縦溝T2とタイヤ軸方向にのびる横溝T3とが設けられている。
前記装置1は、JASO規格で定められる単体台上試験装置に準拠して構成され、例えば、周方向に回転可能なドラム2、該ドラム2を回転するためのドラム回転軸3Aと該ドラム回転軸3Aを駆動する電動機等(図示せず)とを含む駆動具3、前記ドラム2の外周面上にタイヤTのトレッド面T1を接触させて回転可能かつ片持ちでタイヤTを保持する支持軸4Aを具える保持具4とを含んで構成される。なお、例えば、騒音性能を測定する場合には、ドラム2上を回転するタイヤTの騒音を測定する騒音測定具5がさらに含まれる。
図3に示されるように、本実施形態のドラム2は、実車惰行試験で使用される路面を模した擬似路面7を具えた外周面2Gと、前記ドラム回転軸3Aが取り付けられる面及びこの面とは反対の面からなる側面2Sとを含む。
前記外周面2Gは、ドラム回転軸3Aの中心3cを含む断面において、ドラム半径方向外側に凸となる滑らかな円弧状面2Mを有する。これにより、ドラム上を走行するタイヤの接地形状が、実車惰行試験での路面を走行するタイヤの接地形状に近似するため、例えば、台上試験のピッチ音と実車惰行試験でのピッチ音とが近似する。従って、本発明のタイヤの台上試験装置では、屋外で行う実車によるタイヤの騒音試験結果と相関性が高い結果が得られる。
本実施形態の円弧状面2Mは、ドラム赤道Ca上にドラム半径方向の最外点Pが実質的に設けられるとともに、擬似路面7の全幅に亘って形成される。前記「実質的に」とは、前記最外点Pが、ドラム赤道Ca上に設けられる場合はもちろん、ドラム赤道Caから、ドラム軸方向両側に、擬似路面7のドラム軸方向長さWdの5%の範囲に設けられる場合を含む。
また、円弧状面2Mの曲率半径Raは、ドラム回転軸3Aの中心3cから前記最外点Pまでの半径であるドラム半径Rbの1.5〜2.5倍であるのが望ましい。即ち、円弧状面2Mの前記曲率半径Raが、ドラム半径Rbの1.5倍未満になると、図4(a)(本図は、曲率半径Raが、ドラム半径Rbの1.0倍の接地形状を示す図である)に示されるように、タイヤ軸方向両側の接地面積が小さくなり、実車惰行試験での路面と接地させた接地形状(図5に示す)と大きく異なるおそれがある。逆に、円弧状面2Mの前記曲率半径Raが、ドラム半径Rbの2.5倍を超えると、図4(b)(本図は、曲率半径Raが、ドラム半径Rbの3.0倍の接地形状を示す図である)に示されるように、円弧状面2Mを設けた効果が発揮されず、路面と接地させた接地形状(図5に示す)よりもタイヤ周方向の長さが小さい接地形状になるおそれがある。従って、いずれの場合も、例えば、騒音性能試験の場合、実車惰行試験で発生するピッチ音とは、大きく異なるピッチ音が発生して、相関性が高い結果を得ることができないおそれがある。このような観点より、前記曲率半径Raは、ドラム半径Rbの好ましくは1.8倍以上が望ましく、また、好ましくは2.2倍未満が望ましい。
図3に示されるように、本実施形態では、前記擬似路面7は、ISO路面規格の粒度曲線(ISO10844の付属書C設計のガイドラインに記載のアスファルト混合物の粒度曲線許容範囲参照)に合わせて骨材8と、該骨材8を結合する樹脂からなる結合材9とを調合して形成される。
骨材8は、例えば、河川産の玉石を破砕した玉砕、原石山で採取し破砕した山砕などからなり、その最大粒径が8mmであって、質量百分率では、粒径が0.60〜4.75mmのものが50〜55%含有される第1骨材8aと、例えば、該第1骨材8aよりも粒径が小さい川砂、山砂等の砂からなる第2骨材(図示せず)とを含む。
また、本実施形態の結合材9は、特に限定されるものではないが、骨材8の結合強度やドラム2の外周面2Gと擬似路面7との結合強度を確保する観点からエポキシ系樹脂が使用される。
また、擬似路面7は、ISO 10844の「体積法による舗装面のマクロのきめ深さの測定」で定義されるきめ深さが0.40〜0.80mmであるのが望ましい。即ち、きめ深さが0.4mm未満になると、縦溝気柱共鳴音の加振力が小さくなり、例えば、騒音試験の場合には、実車惰行試験の騒音試験結果との相関性が低くなるおそれがある。逆に、きめ深さが0.8mmを越えると、縦溝気柱共鳴音の周波数が励起されず実車惰行試験の騒音試験結果との相関性が低くなる傾向があるため、好ましくない。
なお、このような擬似路面7は、例えば、前記骨材8と結合材9とを調合した組成物をドラム本体に直接塗布して硬化させる方法や、帯状に成形された擬似路面7をドラム本体に貼り付けても良い。
また、ドラム2は、擬似路面7のタイヤTと接触する部分(即ち、ドラム2の外周面2G)を除くドラム2の側面2Sを吸音材11で覆われているのが望ましい。本実施形態では、前記ドラム回転軸3Aが取り付けられる部分を除く側面2Sに吸音材11が貼り付けられている。これにより、例えば、騒音試験の場合、前記駆動装置3自体による騒音(電動機やドラム回転軸3Aの音)が側面2Sに反射する反射騒音を低減できるため、精度良くタイヤの騒音が測定できる。
このような吸音材11としては、例えば、フェルト、グラスウール、ロックウール及び発泡ウレタンなどがコスト削減と吸音効果とを両立させる点で好適である。
また、図1の1点鎖線で示されるように、ドラム2を囲う囲い部Zが設けられてもよい。該囲い部Zは、本実施形態では、擬似路面7のタイヤTと接触する部分に外周面2Gを露出させる第1の開口O1が設けられた上面Za、及びドラム回転軸3Aが貫通する部分に第2の開口O2が設けられた側面Zbを含む直方体状で形成される。
このような囲い部Zは、前記上面Zaの外側に、擬似路面7と同じ材料が配されるのが望ましい。これにより、タイヤTから発生するピッチ音が、上面Zaに反射して騒音測定具5で計測されるため、さらに屋外で行われる実車惰行試験と相関性の高い試験結果が得られる。なお、上面Zaは、取り外し可能な構成にすると、ドラム2のメンテナンス等に有効である。
また、本実施形態の保持具4は、タイヤTを回転自在に支持する支持軸4Aと、該支持軸4Aを保持しかつドラム2の外周面2GとタイヤTとを離間及び押圧させる図示しない昇降装置を具えた基台4Bとを含んで構成される。
本実施形態の基台4Bは、例えば、直方体状をなし、支持軸4Aを上下に移動させるための開口が設けられている。
また、本実施形態の騒音測定具5は、JASO規格で規定されたJIS C 1505(精密騒音計)による騒音計、又はこれに準ずる騒音計が用いられる。
次に、このように構成された装置1を用いて、タイヤの走行性能を測定する方法、本実施形態では、タイヤの騒音を測定する方法が説明される。本実施形態の測定方法は、ドラム2の外周面2Gの形状を除いて、JASO C606−8に規定される単体台上試験方法に準拠して行われる。本発明のタイヤの騒音測定方法は、前記擬似路面7を外周面2Gに具えた回転可能なドラム2上を、リムJが装着されたタイヤTを接触させて走行させる工程K1と、タイヤTのドラム2上の走行中の騒音を、騒音測定具5で測定する測定工程K2とを含む。
図1及び2に示されるように、前記工程K1では、タイヤTを、正規荷重負荷状態でドラム2の擬似路面7上に接地させる。このとき、タイヤTの赤道Cをドラム2の赤道Ca上に配する。なお、前記「正規荷重負荷状態」とは、正規リムにリム組みしかつ正規内圧を充填したタイヤに、正規荷重を負荷した状態を意味する。なお前記「正規リム」とは、タイヤが基づいている規格を含む規格体系において、当該規格がタイヤ毎に定めるリムであり、例えばJATMAであれば標準リム、TRAであれば "Design Rim"、或いはETRTOであれば "Measuring Rim"を意味する。前記「正規内圧」とは、前記規格がタイヤ毎に定めている空気圧であり、JATMAであれば最高空気圧、TRAであれば表 "TIRE LOAD LIMITS AT VARIOUS COLD INFLATION PRESSURES" に記載の最大値、ETRTOであれば "INFLATION PRESSURE" を意味するが、乗用車用タイヤの場合には200kPaとする。前記「正規荷重」とは、前記規格がタイヤ毎に定めている荷重であり、JATMAであれば最大負荷能力、TRAであれば表 "TIRE LOAD LIMITS AT VARIOUS COLD INFLATION PRESSURES" に記載の最大値、ETRTOであれば "LOAD CAPACITY"である。
なお、タイヤTは、前記支持軸4Aを図示しない前記保持具4の昇降装置によってタイヤTを降下させることにより荷重が負荷される。
そして、本発明では、騒音測定具5は、JASO規格で定められた位置に配される。即ち、前記支持軸4Aの中心4cを通る垂線n上かつタイヤ赤道Cの側方1mの距離L1であってドラム2の外周面2Gの前記最外点Pから0.25m離間した距離H1に設けられる。
これにより、本発明のタイヤの騒音試験方法による騒音テスト結果は、実車惰行試験で行う騒音テスト結果と相関性が非常に高くなることが発明者らの検証によって判明した(この点については、後の実施例で詳しく述べる。)。従って、屋外の実車惰行試験を行うことなく、タイヤTの騒音試験を正しく評価することができる。
以上、本発明の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得る。また、本実施形態の台上試験装置1により、タイヤの騒音性能の他に、高速耐久性能、転がり抵抗性能、摩耗性能など種々の走行性能について、実車走行性能と相関性が高い結果が得られる。
本発明の効果を確認するために、JASO規格に準拠した本願発明の単体台上騒音試験装置を用い、トレッドパターンの異なる(即ち、騒音結果の異なる)タイヤの騒音のオーバーオール値、ピッチ音(1次)及び接地形状比を測定するテストが行われた。表1及び表2には、異なるタイヤサイズのテスト結果が示される。
<擬似路面の仕様>
比較例、実施例の擬似路面:骨材と結合材との調合
比較例、実施例の擬似路面のきめ深さ:0.6mm
従来例の擬似路面:セーフティウォーク
<表1>
乗用車用タイヤ
タイヤサイズ:235/45R18
リム:8.0J×18
内圧:176kPa
荷重:4.60kN
速度:70〜90km/h(騒音計に最も近い位置)
ドラム半径Rb:1.5m
実車惰行試験によるオーバーオール値のタイヤ間序列:(良)A<B<E<C<D(悪)
実車惰行試験によるピッチ音(1次)のタイヤ間序列:(良)A≒B<C≒E<D(悪)
<表2>
重荷重用タイヤ
タイヤサイズ:275/80R22.5
リム:7.60×22.5
内圧:900kPa
荷重:23.7kN
速度:40km/h
ドラム半径Rb:1.5m
実車惰行試験によるオーバーオール値のタイヤ間序列:(良)F<G<H<I<J(悪)
実車惰行試験によるピッチ音(1次)のタイヤ間序列:(良)F≒G<H<I<J(悪)
<タイヤの騒音のオーバーオール値>
本願発明の単体台上騒音試験によるオーバーオール値の各タイヤ間の序列と、JASO規格の実車惰行騒音試験によるオーバーオール値のタイヤ間の序列との相関関性を比較するとともに、単体台上騒音試験と実車惰行騒音試験による相関係数を算出し比較した。
<タイヤの騒音のピッチ音(1次)>
本願発明の単体台上騒音試験によるピッチ音(1次)の各タイヤ間の序列と、JASO規格の実車惰行騒音試験によるピッチ音(1次)のタイヤ間の序列との相関関性を比較するとともに、単体台上騒音試験と実車惰行騒音試験による相関係数を算出し比較した。
<接地形状比>
表1のAタイヤ及び表2のFタイヤについて、ドラムに接地させたときの接地形状値Saと、路面を走行させたときの接地形状値Sbとの比Sa/Sbを算出した。なお、接地形状値Sa、Sbとは、図5に示されるように、最もタイヤ赤道に近接したクラウン陸部のタイヤ軸方向の中間位置におけるタイヤ周方向長さLsと、最もタイヤ赤道から離間したショルダー陸部のタイヤ軸方向の中間位置におけるタイヤ周方向長さLsとの比Ls/Lcとで表される。また、前記比Sa/Sbが、95〜105%のもの(即ち、ドラムに接地させたときの接地形状と路面を走行させたときの接地形状とが近似するといえる)が、単体台上騒音試験と実車惰行騒音試験とのオーバーオール値や、とりわけピッチ音との相関関係が高くなり、良好である。
テストの結果を表1及び表2に示す。
Figure 2013190358
Figure 2013190358
テストの結果、実施例の騒音測定具の配設位置による騒音試験結果は、従来例及び比較例の配設位置によるものに比べて、実車惰行試験による騒音試験結果と相関性が高いことが確認できる。なお、さらに速度、タイヤサイズ、きめ深さを0.4mm又は0.8mmに変化させて騒音試験を行ったが、本発明の騒音測定具の配設位置では相関性が良かった。
T 空気入りタイヤ
2 ドラム
2G 外周面
5 騒音測定具
C タイヤ赤道
3A ドラム回転軸
3c ドラム回転軸の中心
J リム
H1 高さ位置
W1 タイヤ回転軸からの距離

Claims (10)

  1. タイヤを接触させて走行させる回転可能なドラムと、前記タイヤをリムに装着して回転可能に片持ち保持する支持軸とを含み、室内でタイヤの性能試験を行うタイヤの台上試験装置であって、
    前記ドラムは、タイヤが走行する擬似路面を具えた外周面を有し、
    該外周面は、ドラム回転軸を含む断面において、ドラム半径方向外側に凸となる滑らかな円弧状面を有することを特徴とするタイヤの台上試験装置。
  2. 前記円弧状面の曲率半径Raは、ドラム回転軸の中心から前記円弧状面のドラム半径方向の最外点までの半径であるドラム半径Rbの1.5〜2.5倍である請求項1記載のタイヤの台上試験装置。
  3. 前記擬似路面は、骨材と、該骨材を結合する樹脂からなる結合材とを含み、前記骨材は、最大粒径が8mmの第1骨材を含む請求項1又は2記載のタイヤの台上試験装置。
  4. 前記擬似路面は、ISO10844で定義されるきめ深さが0.40〜0.80mmである請求項1乃至3のいずれかに記載のタイヤの台上試験装置。
  5. 前記ドラムは、前記外周面を除いて吸音材で覆われる請求項1乃至4のいずれかに記載のタイヤの台上試験装置。
  6. 前記ドラムを囲うとともに、前記外周面を露出させる開口を有した囲い部が設けられ、
    該囲い部の少なくとも前記開口の周りが、前記擬似路面と同じ材料で覆われる請求項1乃至5のいずれかに記載のタイヤの台上試験装置。
  7. 前記タイヤの騒音を測定する騒音測定具を含む請求項1乃至6のいずれかに記載のタイヤの台上試験装置。
  8. 請求項1乃至7のいずれかに記載のタイヤの台上試験装置を用いて室内でタイヤの性能試験を行うタイヤ性能試験方法であって、
    擬似路面を外周面に具えた回転可能なドラム上に、支持軸で片持ち保持されたリムに装着されたタイヤを接触させて走行させる工程と、
    前記タイヤの走行中の性能を測定する測定工程とを含み、
    前記ドラムは、タイヤが走行する擬似路面を具えた外周面を有し、
    該外周面は、ドラム回転軸を含む断面において、ドラム半径方向外側に凸となる滑らかな円弧状面を有することを特徴とするタイヤ性能試験方法。
  9. 前記円弧状面の曲率半径Raは、ドラム回転軸の中心から前記円弧状面のドラム半径方向の最外点までの半径であるドラム半径Rbの1.5〜2.5倍である請求項8記載のタイヤ性能試験方法
  10. 前記測定工程は、騒音測定具によって騒音を測定する騒音測定工程である請求項8又は9記載のタイヤ性能試験方法。
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