JP2013195372A - タイヤの試験方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ゴムの熱劣化及びトレッド部の摩耗を考慮し、実走行に用いられて破壊されるタイヤの破壊強度を高精度に評価することができるタイヤの試験方法を提供する。
【解決手段】タイヤの内部に流体を充填して内圧充填タイヤＴとする内圧充填工程と、下端に突起５を有する重錘３を設定する設定工程と、前記内圧充填タイヤＴのトレッド部にＴａ、重錘３を高さｈから落下させて突起５を衝合させ、かつ高さｈを順次大とし、内圧充填タイヤＴが破損したときの重錘３の計測位置Ｐまでの破損落下高さＨを計測する計測工程と、破損落下高さＨと質量Ｍとに基づいて求められる落下エネルギーＥによって破壊強度を評価する評価工程とを含むタイヤの試験方法であって、計測工程に先立ち、タイヤを６０〜８０℃で５〜２０日間保温して熱劣化させる熱劣化工程と、トレッド部Ｔａに設けられた溝の深さを３〜７ｍｍに切削加工して擬似摩耗タイヤとする擬似摩耗工程とを含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、タイヤの破壊強度を評価するタイヤの試験方法に関し、特に、タイヤが実走行に用いられて破壊される破壊強度を高精度に評価しうるタイヤの試験方法に関する。

タイヤの破壊強度を評価する試験方法として、ＭＦＶＳＳ１１９やＪＩＳＤ４２３０には、プランジャーテストが規定されている。この試験方法では、試験リムに装着されたタイヤのトレッド部に、先端が半球状のプランジャーが押し付けられ、タイヤが破壊される直前のプランジャーの押込み力と移動距離とが測定される。そして、得られた測定値に基づいてタイヤの破壊強度が算出される。

また、他の試験方法として、例えば、図８に示されるように、外周面に複数の突起ｂ、ｂが形成されたドラム試験機ａと、このドラム試験機ａの外周面に接して回転自在なタイヤｃとを用い、ドラム試験機ａとともに回転するタイヤｃに対し、突起ｂが継続的な衝撃を与え、タイヤｃの破壊を促して、タイヤｃの動的な破壊強度を評価する試験方法が提案されている（下記特許文献１を参照）。

特開２００５−１８８９７５号公報

ところで、一般的な走行時のタイヤｃの破壊は、タイヤｃが継続して走行に用いられ、発熱によるゴムの熱劣化とトレッド部の摩耗とが生じた状態で起こり易い。しかしながら、上記２つの試験方法では、いずれもタイヤの熱劣化や摩耗に関して何ら考慮されていない。従って、上記試験方法では、実走行時のタイヤｃの破壊が再現されず、実走行時において破壊されるタイヤｃの正確な破壊強度を得ることができなかった。

本発明は、上記問題点に鑑みなされたもので、ゴムの熱劣化及びトレッド部の摩耗を考慮し、実走行に用いられて破壊されるタイヤの破壊強度を高精度に評価することができるタイヤの試験方法を提供することにある。

本発明のうち請求項１記載の発明は、リム組みしたタイヤの内部に試験内圧の流体を充填して内圧充填タイヤとする内圧充填工程と、下端に曲率半径Ｒの突起を有する質量Ｍの重錘を設定する設定工程と、前記内圧充填タイヤのトレッド部に、前記重錘を高さｈから垂直に落下させて前記突起を衝合させ、かつ前記高さｈを順次大とすることによってこの衝合により前記内圧充填タイヤが破損したときの前記重錘の計測位置までの破損落下高さＨを計測する計測工程と、前記破損落下高さＨと前記質量Ｍとに基づいて求められる落下エネルギーＥによってタイヤの破壊強度を評価する評価工程とを含むタイヤの試験方法であって、前記計測工程に先立ち、前記タイヤを６０〜８０℃で５〜２０日間保温して熱劣化させる熱劣化工程と、前記トレッド部に設けられた溝の深さを３〜７ｍｍに切削加工して擬似摩耗タイヤとする擬似摩耗工程とを含むことを特徴とする。

また請求項２記載の発明は、前記設定工程は、前記突起の曲率半径Ｒが１０〜２０ｍｍの範囲から設定され、かつ前記重錘の質量Ｍが２００〜３００ｋｇの範囲から設定される請求項１記載のタイヤの試験方法である。

また請求項３記載の発明は、前記内圧充填工程は、前記流体である液体が、規格内圧の１．７±０．５倍の範囲で充填される請求項１又は２に記載のタイヤの試験方法である。

また請求項４記載の発明は、前記タイヤは、重荷重用タイヤである請求項１乃至３のいずれかに記載のタイヤの試験方法である。

また請求項５記載の発明は、前記計測工程は、前記落下高さｈを大とする毎に、前記重錘を衝合させる位置がタイヤ周方向に変更される請求項１乃至４のいずれかに記載のタイヤの試験方法である。

本発明によれば、計測工程に先立ち、タイヤを高温雰囲気中で熱劣化させる熱劣化工程と、トレッド部を切削加工して擬似摩耗タイヤとする擬似摩耗工程とを含み、ゴムの熱劣化及びトレッド部の摩耗が擬似的に試験タイヤに再現される。従って、実走行に用いられて破壊されるタイヤの破壊強度を高精度に評価することができる。また、予め試験タイヤを熱劣化させておくことで、計測工程に係る試験期間を短縮でき、かつ計測工程で使用される試験機に掛かる費用も低減できる。

本発明の実施形態を示す試験装置の正面図である。 図１の試験装置の要部拡大斜視図である。 図１の試験装置を用いた試験方法説明する説明図である。 重錘の突起を示す斜視図である。 本実施形態の試験方法の手順を示すフローチャートである。 本実施形態の擬似摩耗工程におけるタイヤの断面図である。 同試験装置により破損されたタイヤの要部拡大図である。 従来の試験装置の概略断面図である。

以下、本発明の実施の一形態が、図面に基づき説明される。
本実施形態のタイヤの試験装置（以下、単に「試験装置」と記載する場合がある。）１は、図１に示されるように、内圧充填タイヤＴを取付ける試験台２と、下端に突起５を有する質量Ｍの重錘３と、前記重錘３を高さｈから解放して垂直に落下させる重錘落下案内枠４とを具える。

前記「内圧充填タイヤＴ」とは、リム組みしたタイヤの内部に試験内圧の流体を充填する内圧充填工程により形成されるタイヤである。このタイヤとして、本実施形態では、重荷重用タイヤが好適に用いられる。また、前記試験内圧としては、タイヤが基づいている規格体系においてタイヤ毎に規定される正規内圧の１．７±０．５倍の範囲が用いられる。ここで、正規内圧とは、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" 、が好適に採用できる。

上記充填する流体としては、空気が一般的であるが、強度試験によりタイヤを破壊させるとき、タイヤがバースト状に破裂してその破片が爆風で飛び散る危険がある。従って、この危険を回避して安全性を確保するため、流体として水を採用することが好ましい。特に試験内圧が３００ｋＰａ以上の高圧の場合には、水を採用することが必要である。

前記試験装置１は、タイヤの破壊強度試験において、内圧充填タイヤTの計測位置Ｐに、重錘３を高さｈから垂直に落下させてその突起５を衝合させるとともに、重錘３の高さｈを順次大とする。これによって、前記内圧充填タイヤＴが破損したときの重錘３の計測位置までの破損落下高さＨが計測される（計測工程）。

前記試験装置１の試験台２は、前記内圧充填タイヤＴを、計測位置Ｐが上となるように向けて固定するものであって、本実施形態では、前記計測位置Ｐがトレッド部Ｔａである場合が示される。この試験台２は、内圧充填タイヤＴを垂直な縦向き状態で固定する固定手段６を含んでいる。なお、前記内圧充填タイヤＴの計測位置Ｐに突起５を衝合させるために、試験台２と重錘落下案内枠４とは、相対的に移動可能に設けられている。

前記固定手段６は、本実施形態では、リム組みされた前記内圧充填タイヤＴが装着される装着具９と、前記内圧充填タイヤＴの軸方向両側から前記装着具９を支持する一対の側板７、７とを有している。

前記重錘落下案内枠４は、固定手段６が取り付けられる取付台８と、この取付台８から立ち上がる一対の枠部材１０と、この枠部材１０、１０の対向する面に形成されるとともに、各枠部材１０に沿って上下にのびる、例えば、突片状の案内レール１０Ａとを含む。なお、前記枠部材１０は、枠部材１０の外側に立設されたフレーム１１、１１によって強固にかつ垂直に支持される。

前記重錘３は、図２に示されるように、ブロック状の重錘本体１４と、この重錘本体１４の側面にホルダー１５を介して枢支され、かつ案内レール１０Ａに沿って転動する上下のガイドローラ１６と、重錘本体１４の下面に取り付く衝撃付与用の突起金具１７とを含む。

また、本実施形態では、ガイドローラ１６の外周面には、案内レール１０Ａと係合し、案内レール１０Ａとの位置ズレ及び脱線を防止する係合溝１６Ａが凹設されている。前記重錘３は、ガイドローラ１６が案内レール１０Ａに係合状態で案内されることにより、重錘落下案内枠４から脱線することなく上下移動自在に、即ち、高さｈに引き上げ自在に保持される。また、重錘３は、高さｈでの保持を解放することによって、案内レール１０Ａに沿って垂直に落下し、図３に示されるように、その下方に位置する内圧充填タイヤＴの計測位置Ｐにその突起５を衝合することができる。ここで、前記「垂直」とは、垂直に対して５°以下の角度範囲を含んだものとする。

前記突起金具１７は、図４に示されるように、重錘本体１４にボルト止めするフランジ部１７Ａと、フランジ部１７Ａの下面から、ボス部を介して下方にのびる小径の突起５を含む。この突起金具１７は、計測位置Ｐに応じて突起５の先端形状が最良のものが選択されて使用される。本実施形態の突起５は、例えば、円柱状の胴部５Ｂと、その下端に形成された半球状の先端部５Ａとを有するが、トレッドパターンの形状に応じて、胴部が円錐状をなすものであってもよい。

前記重錘３の引き上げは、本実施形態では、引き上げ手段１８によって行う。該引き上げ手段１８は、重錘本体１４を着脱自在に吸着保持する吸着装置１８Ａと、この吸着装置１８Ａを重錘３とともに自在の高さｈまで引き上げる引き上げ装置１８Ｂとを含む。

前記吸着装置１８Ａは、本実施形態では、例えば、電磁石が好適に用いられ、重錘本体１４を鉄などの磁性体から形成することにより、この重錘本体１４を自在に着脱することができる。また、前記引き上げ装置１８Ｂは、本実施形態では、例えば、フレーム１１の上板に固定されたホイスト等の巻き上げ装置であって、前記吸着装置１８Ａに連なるロープ等の吊り下げ紐を巻き上げることにより、重錘３を自在な高さｈまで引き上げるとともに、前記吸着装置１８Ａが重錘３を開放するまでの間、重錘３を保持することができる。

次に、上記試験装置１を用いたタイヤの試験方法が詳細に説明される。
本実施形態のタイヤの試験方法は、図５に示される手順で行われる。なお、本実施形態のタイヤの試験方法の説明では、前記タイヤとして、例えば、重荷重タイヤが用いられた場合について説明される。

本実施形態では、まず、擬似摩耗工程が実施される（ステップ−１）。重荷重用タイヤのトレッド部Ｔａには、図６に示されるように、一般に１５〜３０ｍｍ程度の深さＤを有する溝Ｇが設けられている。実走行においてトレッド部Ｔａが摩耗した状態を短時間で擬似的に再現するために、本実施形態の擬似摩耗工程では、タイヤのトレッド部Ｔａに設けられた溝Ｇの深さｄが３〜７ｍｍとなるまで切削加工される。なお、前記溝Ｇの深さｄが７ｍｍより大きい場合、トレッドゴムの影響により正確な強度評価が得られないおそれがあり、前記溝Ｇの深さｄが３ｍｍより小さい場合、単に、重荷重用タイヤが有するベルト層の強度評価となるおそれがある。

次に、前記擬似摩耗工程を終えたタイヤに対し、タイヤを６０〜８０℃で５〜２０日間保温して熱劣化させる熱劣化工程が実施される（ステップ−２）。実走行に用いられたタイヤのゴムは、走行時に路面との間での摩耗や内部摩擦の熱により、熱劣化して寿命末期には熱硬化される。そのため、この熱硬化を擬似的に短時間で再現するために、本実施形態では、擬似摩耗工程を終えたタイヤに対し、熱劣化工程が実施される。なお、この熱劣化工程は、例えば、オーブン内に、タイヤを放置することで実施され、放置期間中は特に作業員による作業を要しない。

ここで、上記熱劣化工程にて、保温温度が６０℃より低いと、熱劣化されず、保温温度が８０℃より高いと、タイヤの表面のみ熱劣化され、タイヤ内部とタイヤ表面とに硬度差が生じ、実走行に用いられたタイヤを再現できないおそれがある。

次に、前記内圧充填工程が実施される（ステップ−３）。この工程では、擬似摩耗及び熱劣化されたタイヤをリム組みし、その内部に、流体を充填して試験内圧を付加する。この時、前記流体が水の場合には、タイヤのサイドウォール部に空気抜き針を突き刺した後、ポンプを用いてタイヤバルブから水を注入し、タイヤ内に空気が残らないように満水させる。なお満水状態のタイヤから空気抜き針を取外した後は、タイヤが試験内圧に馴染むように一定時間放置させるのが好ましい。

次に、設定工程が実施される（ステップ−４）。この工程では、重錘３の半球状の突起５の曲率半径Ｒが、例えば、トレッド部Ｔａの形状に応じて、１０〜２０ｍｍの範囲から設定される。また、これとともに、重錘本体１４の質量Ｍが、例えば、タイヤの種類やトレッド部Ｔａの厚さに応じて、例えば、２００〜３００ｋｇの範囲から設定される。これにより、強度試験においてタイヤＴに掛かる負荷を、実走行時に掛かる衝撃に近づけ、トレッド部Ｔａに形成される傷の状態を、実走行で破損されたタイヤに形成された傷と類似させることができる。なお、設定工程は、内圧充填工程の先に実施されてもよい。

次に、計測工程が実施される（ステップ−５）。この工程では、内圧充填工程にて形成された内圧充填タイヤＴが前記試験装置１の試験台２に、計測位置Ｐ（本例ではトレッド部Ｔａ）を真上に向けて取付けられる。そして、引き上げ手段１８によって前記重錘３が高さｈ１まで引き上げられた後、吸着装置１８Ａの電磁石への通電を遮断することにより、重錘３が解放されて前記高さｈ１から垂直に落下し、重錘３下端の突起５が計測位置Ｐに衝合される。

また、図３に示されるように、高さｈ１からの落下によって内圧充填タイヤＴが破損しないときには、落下高さをｈ１からｈ２、ｈ３・・・ｈｎに順次増大し、内圧充填タイヤＴが破損するまで落下が繰り返される。このとき、落下高さｈをｈ１からｈ２、ｈ３・・・ｈｎに増大する毎に、計測位置Ｐをタイヤ周方向に、Ｐ１からＰ２、Ｐ３・・・に位置替えすることが必要である。これは、破損しない場合にも、一度落下した位置には衝撃によるダメージが残存されるからで、衝撃を受けていない位置でテストすることにより、高精度の測定結果が得られる。

なお、落下高さｈの一回の増加量は、特に規定されないが、例えば１０ｃｍ程度が好ましい。また、計測位置Ｐのタイヤ周方向への一回の位置替えは、１０ｃｍ以上の距離を隔てるのが好ましい。

この計測工程では、内圧充填タイヤＴが破損したとき、計測位置Ｐまでの破損落下高さＨが計測される。この破損落下高さＨ及び各落下高さｈは、本実施形態では、図２に示されるように、前記重錘落下案内枠４に設けられる高さ表示目盛り２１を用いて計測される。なお、タイヤＴの破損は、充填した流体が勢い良く漏出することにより、容易に判断することができる。

次に、評価工程が実施される（ステップ−６）。この工程では、計測した前記破損落下高さＨ（単位ｍ）と重錘３の質量Ｍ（単位ｋｇ）により、落下エネルギーＥ（単位Ｊ）が、次式（１）を用いて求められ、この落下エネルギーＥによってタイヤの破壊強度が評価される。
Ｅ＝Ｍ×ｇ×Ｈ −−−（１）
（式中、ｇは重力加速度）

前記落下エネルギーＥは、重錘３を垂直に落下させて計測位置Ｐに直角に衝合させるものであるため、落下途中や衝合時においてエネルギーロスが実質的に発生せず、その全てが衝撃エネルギーとして作用される。その結果、この落下エネルギーＥをタイヤの破壊強度の指標として用いることができる。また、落下エネルギーＥは、落下高さＨという簡単な計測によって得られ、演算の簡易化、装置構造の簡略化にも役立つ。

また、本発明のように、計測工程に先立ち、タイヤを高温雰囲気中で熱劣化させる熱劣化工程と、トレッド部Ｔａを切削加工して擬似摩耗タイヤとする擬似摩耗工程とを含み、ゴムの熱劣化及びトレッド部の摩耗が擬似的に考慮される。従って、実走行に用いられて破壊されるタイヤの破壊強度を高精度に評価することができる。また、予め試験タイヤを熱劣化させておくことで、計測工程に係る試験期間を短縮でき、かつ計測工程で使用される試験機に掛かる費用も低減できる。

また、タイヤに流体が充填され、タイヤの破損が流体の漏出により容易に判断することができる等、損傷の見極めが容易であり、高精度の評価を得ることができる。さらに、流体として水を採用した場合には、タイヤが破損する際にバースト状に破裂するのを防止でき、作業の安全性を確保できる。

なお、経験的に、タイヤの破壊強度が大きく、大きな落下エネルギーＥが予想される場合には、予め質量Ｍが大な重錘３を準備したり、または、半球状の突起５の曲率半径Ｒを小さくしたり、初回の落下高さｈ１を高く設定するのも好ましい。

以上、本発明の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。

タイヤサイズが１１Ｒ２２．５ １４ＰＲ、正規内圧が７００ｋＰａの重荷重用タイヤを表１の仕様にて複数種類試作し、それらのタイヤの破壊強度試験における傷の状態と、実走行に用いられて破損したタイヤの傷の状態とを比較した。各タイヤは、いずれも４枚のスチール製ベルト層及び１枚のスチール製カーカスを有する。

テストの要領は、上記試験方法にて説明したように、擬似摩耗工程、熱劣化工程、内圧充填工程、設定工程及び計測工程の順に実施した。そして、図７に示されるように、タイヤに形成された傷について、タイヤの傷の位置、大きさ及びスチールコードに対する傷の角度を計測した。

＜傷の大きさ＞
上記タイヤの傷の大きさは、タイヤのトレッド部に形成された傷の最大幅Ｌを計測し、この最大幅Ｌが、実走行時に破損されたタイヤの傷の最大幅Ｌの範囲内であれば、合格とした。

＜スチールコードに対する傷の角度＞
スチールコードに対する傷の角度は、トレッド部にタイヤ周方向に沿って設けられたスチールコードに対する傷の最大幅Ｌの傾斜角θを計測し、この傾斜角θの値が、実走行時に破損されたタイヤの傷の傾斜角θの範囲内であれば、合格とした。
なお、比較例１として、実走行時に破損されたタイヤの傷について評価し、比較例２として、他のタイヤの破壊強度試験、例えば、ＦＭＶＳＳ１１９に記載される破壊強度試験を実施し、この破壊強度試験にて形成されたタイヤの傷について評価した。また、比較例９は、擬似摩耗工程が実施されなかったタイヤ、比較例１０は、熱劣化工程が実施されなかったタイヤの傷について評価した。

テストの結果より、各実施例のタイヤの傷は、比較例１の実走行時に破損されたタイヤの傷と同様な評価を得られることが確認できる。

１ 強度試験装置
２ 試験台
３ 重錘
４ 重錘落下案内枠
５ 突起
５Ａ 先端部
５Ｂ 胴部
６ 固定手段
１０ 枠部材
１０Ａ 案内レール
１４ 重錘本体
１８ 引き上げ手段
１８Ａ 吸着装置
ｈ 落下高さ
Ｈ 破損落下高さ
Ｅ 落下エネルギー
Ｍ 質量
Ｐ 計測位置
Ｒ 曲率半径
Ｔ 内圧充填タイヤ
Ｔａ トレッド部

Claims (5)

1. リム組みしたタイヤの内部に試験内圧の流体を充填して内圧充填タイヤとする内圧充填工程と、
   下端に曲率半径Ｒの突起を有する質量Ｍの重錘を設定する設定工程と、
   前記内圧充填タイヤのトレッド部に、前記重錘を高さｈから垂直に落下させて前記突起を衝合させ、かつ前記高さｈを順次大とすることによってこの衝合により前記内圧充填タイヤが破損したときの前記重錘の計測位置までの破損落下高さＨを計測する計測工程と、
   前記破損落下高さＨと前記質量Ｍとに基づいて求められる落下エネルギーＥによってタイヤの破壊強度を評価する評価工程とを含むタイヤの試験方法であって、
   前記計測工程に先立ち、前記タイヤを６０〜８０℃で５〜２０日間保温して熱劣化させる熱劣化工程と、
   前記トレッド部に設けられた溝の深さを３〜７ｍｍに切削加工して擬似摩耗タイヤとする擬似摩耗工程とを含むことを特徴とするタイヤの試験方法。
2. 前記設定工程は、前記突起の曲率半径Ｒが１０〜２０ｍｍの範囲から設定され、かつ前記重錘の質量Ｍが２００〜３００ｋｇの範囲から設定されることを特徴とする請求項１に記載のタイヤの試験方法。
3. 前記内圧充填工程は、前記流体である液体が、規格内圧の１．７±０．５倍の範囲で充填されることを特徴とする請求項１又は２に記載のタイヤの試験方法。
4. 前記タイヤは、重荷重用タイヤであることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載のタイヤの試験方法。
5. 前記計測工程は、前記落下高さｈを大とする毎に、前記重錘を衝合させる位置がタイヤ周方向に変更されることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載のタイヤの試験方法。

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