JP2013257190A - タイヤの耐久試験方法及び試験装置 - Google Patents

Abstract

【課題】タイヤの加熱部位を調節することによってタイヤの狙いの損傷形態を従来より短時間で再現しうる試験装置１を提供すること。
【解決手段】この試験装置１は、供試タイヤ１０が装着される試験用のリム１１を回転可能に支持するリム支持装置３と、上記タイヤ１０を回転駆動する駆動ドラム４と、ヒータ６と、このヒータ６を、回転する上記リム１１及びタイヤ１０から独立した状態で支持するヒータ支持装置７と、上記リム１１にその外側から取り付けられた温度センサ８とを備えており、上記ヒータ支持装置７が、ヒータ６の位置を調節しうるように構成されている。
【選択図】図２

Description

本発明はタイヤの耐久試験方法及び試験装置に関する。さらに詳しくは、本発明は、タイヤの耐久性を評価するために当該タイヤを走行させるタイヤの耐久試験方法、及び、タイヤの試験装置に関する。

重荷重用タイヤの耐久性を評価する方法としては、タイヤを駆動ドラムによって走行させる台上試験が採用されている。タイヤのビードについての耐久試験は、例えば、ＪＡＴＭＡに規定された最大荷重より高い加重が負荷された状態で実施されている。この試験では、ビードに損傷が発生するまでの走向時間によって供試タイヤの耐久性の評価が行われている。

一方で、近時の重荷重用タイヤは、そのビードの耐久性向上が図られている。従って、上記試験方法では、耐久性の評価時間が長期化するようになっている。かかる問題を解消せんとして、特開２００９−２９１８０号公報では、供試タイヤのビードを一定条件で昇温した状態で走行させる試験方法が提案されている。ビードを昇温することにより、試験中のビードの劣化の促進を狙っている。

この試験方法では、ヒータが装着された試験用リムが用いられる。このヒータは、リムのビードシート面に固定されている。このヒータとしては、フィルム状発熱体が採用されている。また、ヒータ自体に温度センサが取り付けられている。この温度センサが検知する温度が所定値となるように、ヒータに供給する発熱用電力を調整する制御部が設けられている。

しかしながら、ヒータはリムのビードシート面に固定されている。このため、ヒータの供試タイヤに対する位置調節をすることができない。試験目的に適応するように、タイヤの加熱部位を調節することができない。ヒータ用のリード線は、ヒータから、タイヤのビードとリムのビードシート面との間を通過するか、又は、リムのビードシート部に形成された貫通孔を通り、外部へ導かれる。温度センサ用のリード線も、温度センサから、上記リード線と同じルートで外部へ導かれる。従って、この配線に沿ってタイヤの空気漏れの生じるおそれがある。また、リム組み時に、リード線が断線するリスクもある。この特開２００９−２９１８０号公報においては、上記空気漏れを回避するために、組み合わせ式のリムが提案されている。この場合、特別なリムの製造が必要であり、市販のリムは採用され得ない。

特開２００９−２９１８０号公報

本発明は、かかる現状に鑑みてなされたものであり、試験目的に適応するようにタイヤの加熱部位を調節することが可能であり、リム組みも容易なタイヤの試験装置、及び、タイヤの耐久試験方法を提供することを目的としている。

本発明に係るタイヤの試験装置は、
供試タイヤが装着される試験用のリムを回転可能に支持するリム支持装置と、
供試タイヤを回転駆動する駆動ドラムと、
ヒータと、
このヒータを、回転する上記リム及びタイヤから独立した状態で支持するヒータ支持装置と
上記リムに、その外側から取り付けられた温度センサとを備えており、
上記ヒータ支持装置が、ヒータの位置を調節しうるように構成されている。

好ましくは、上記ヒータ支持装置によるヒータの位置調節の方向が、少なくとも、供試タイヤの半径方向成分及び軸方向成分を有している。

好ましくは、上記試験装置が、上記温度センサによる検出温度に基づいて、この検出温度が所定の範囲となるように、ヒータの発熱レベルを調節する温度制御装置を備えている。

好ましくは、上記温度センサが、リムの放射方向に間隔をおいて複数個取り付けられており、上記温度制御装置において、温度制御対象の温度センサを切り替えられるように構成されている。なお、この「放射方向に間隔をおいて」とは、放射方向の一仮想直線に沿って取り付けられていることに限定する趣旨ではない。放射方向に間隔をおいてさえいれば、周方向に間隔をおいていてもよい。

好ましくは、上記検出温度の所定範囲が、１００℃以上１５０°以下である。

好ましくは、上記温度センサの検出端が、リムの外周面に形成された凹所に挿入された状態で取り付けられている。

本発明に係るタイヤの耐久試験方法は、
供試タイヤを回転させて行う試験方法であって、
リム組みされた上記供試タイヤを回転させる走行ステップと、
回転する供試タイヤにおける試験対象部位に対応したリムの加熱対象部位をヒータによって加熱する加熱ステップとを含んでおり、
上記ヒータが、回転する上記リム及びタイヤから独立した状態で設置され、上記加熱対象部位に対応するように位置調節可能にされている。

好ましくは、上記加熱ステップにおいて、加熱対象部位の温度が所定範囲となるように制御される。

好ましくは、上記温度の所定範囲が、１００℃以上１５０°以下である。

本発明に係るタイヤの耐久試験方法及び試験装置によれば、タイヤの加熱部位を調節することが可能であるから、市場におけるタイヤの損傷部位、損傷形態等を再現することが可能となる。

図１は、本発明の一実施形態に係るタイヤの耐久試験方法の実行に用いられる試験装置の一例を概略的に示す正面図である。 図２は、図１の試験装置における供試タイヤの加熱機構の一例を、供試タイヤと共に示す正面図である。 図３は、図２の加熱機構におけるヒータの配置の一例を示す、ＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿って見た側面図である。 図４は、図２のＩＶ部を拡大して示す一部断面図である。

以下、適宜図面が参照されつつ、好ましい実施形態に基づいて本発明が詳細に説明される。

図１には、本実施形態に係るタイヤの耐久試験方法の実行に用いられる試験装置１が概略的に示されている。図２には、この試験装置１における供試タイヤ（以下、単にタイヤともいう）１０の加熱機構２が示されている。この試験装置１は、タイヤ１０が装着される試験用のリム１１と、このリム１１を回転可能に支持するリム支持装置３と、供試タイヤ１０を回転駆動する駆動ドラム４とを備えている。この駆動ドラム４は、図示しない電動モータによって回転させられる。駆動ドラム４は、回転可能であるとともに、自己のブレーキ機構により減速及び回転停止することも可能である。

リム１１は、リム支持装置３の回転軸５に、回転可能に支持される。この回転軸５は、図示しない電動モータによって回転させられる。従ってタイヤ１０は、駆動ドラム４によらなくても回転可能である。リム支持装置３は、この回転軸５を回転自在にすること、及び、拘束すること（ブレーキをかける）ことが可能である。これにより、タイヤ１０は、減速することも回転停止することも可能となる。リム支持装置３は、駆動ドラム４に対してタイヤ１０を離間及び接近させることができる。リム１１に装着されたタイヤ１０は、所定荷重を負荷されて駆動ドラム４に押圧させられる。タイヤ１０は、この状態で、駆動ドラム４によって回転駆動される。

図２に示される加熱機構２は、ヒータ６と、ヒータ支持装置７と、温度センサ８と、加熱温度を制御する温度制御装置９とを備えている。このヒータ支持装置７は、リム支持装置３の非回転の本体部分（リム支持本体）１３に取り付けられている。リム支持本体１３は、試験装置１の図示しない架台に取り付けられている。このリム支持本体１３の内部に、上記リム支持装置３の回転軸５を回転駆動する電動モータが収容されてもよい。上記回転軸５には、スリップリング１４が装着されている。図２において、リム支持装置３及びその回転軸５は自軸回りに回転しうるが、リム支持本体１３及びスリップリング１４は非回転とされている。

図３に示されるように、複数個のヒータ６が用いられている。本実施形態では７個のヒータ６が採用されているが、７個には限定されない。単一のヒータが取り付けられてもよい。ヒータの形状も、図３に示されるものには限定されない。例えば、円環状のヒータであってもよい。本実施形態では、ヒータとしては、低中温加熱分野において幅広く用いられている遠赤外線ヒータ（インフラスタインヒータ等）が用いられている。各ヒータ６は、ヒータ支持アーム１５によってリム支持本体１３に連結されている。後述するように、このヒータ支持アーム１５により、各ヒータ６は、上記タイヤ１０及びリム１１に対する位置調節が可能である。複数個のヒータ６は、加熱対象のリム１１と略同心円状に配列されている。タイヤ１０及びリム１１が回転しているときでも、ヒータ６は固定されているので、リムフランジ１２を含むリム１１の加熱対象部位は、周方向に均一に昇温させられる。

前述のとおり、ヒータ支持アーム１５により、タイヤ１０及びリム１１に対する各ヒータ６の位置調節が可能である。ヒータ６の位置調節の方向は、少なくとも、タイヤ１０及びリム１１の半径方向成分及び軸方向成分を有している。

図４に示されるように、ヒータ支持アーム１５は、ヒータ６が取り付けられた摺動アーム部１６と、リム支持本体１３側に揺動可能に取り付けられた揺動アーム部１７とを有している。

摺動アーム部１６と揺動アーム部１７とは、一部重なり合わさった状態で、互いに連結されている。摺動アーム部１６は、揺動アーム部１７に対して、リム１１の半径方向成分と軸方向成分とを含む調節方向（図中の矢印Ａ）、に摺動可能にされている。摺動アーム部１６が調節方向に摺動しうるように、図示しないガイドが形成されている。摺動アーム部１６及び揺動アーム部１７のいずれか一方に、上記摺動方向に沿った長孔１８が形成されている。この長孔１８に挿通されたボルト１９とナット２０とにより、摺動アーム部１６が揺動アーム部１７に対して任意位置で固定される。その結果、各ヒータ６は、リム１１に対して、その半径方向と軸方向とが合成された方向における任意の位置に調節されうる。

揺動アーム部１７は、その先端側がリム１１に離間接近しうるように、リム支持本体１３に対してボルト２１によって取り付けられている。ボルト２１を緩めると、揺動アーム部１７がリム１１に離間接近する方向（図中の矢印Ｂ）に揺動可能となる。このように、揺動アーム部１７は、ボルト２１により、リム支持本体１３に対して任意傾斜位置に調節固定されうる。その結果、各ヒータ６は、リム１１から任意の離間距離の位置に調節されうる。

以上の位置調節機構により、ヒータ６は、加熱対象部位の範囲として、リムフランジ１２の半径方向外端から、リム１１のビードシート部２２の半径方向内端に至るまでを十分にカバーしうる。また、この位置調節機構により、供試タイヤのサイズ、及び、リムのサイズが変更された場合でも、簡単に対応することができる。本実施形態における加熱対象部位は、ビード２３のうち、種々のビード損傷が発生する可能性の高いそれぞれの部位に対応している。加熱対象部位の説明の前に、タイヤ１０のビード２３の構造の一例が以下に説明される。

ビード２３は、コア２４と、このコア２４から半径方向外向きに延びるエイペックス２５と、このエイペックス２５から半径方向外向きに延びるパッキングゴム２６とを備えている。コア２４はリング状である。コア２４は複数本の非伸縮性ワイヤー（典型的にはスチール製ワイヤー）を含む。エイペックス２５は半径方向外向きに先細りである。エイペックス２５は高硬度な架橋ゴムからなる。パッキングゴム２６は半径方向外向きに先細りである。パッキングゴム２６は軟質である。パッキングゴム２６はカーカスプライ２７の折り返し部２７ａの端部における応力集中を緩和する。

補強層（フィラー）２８は、コア４２の周りに巻かれている。補強層２８はカーカスプライ２７に積層されている。補強層２８は、並列された多数のコードとトッピングゴムとからなる。各コードはスチールからなる。この補強層２８はスチールフィラーとも称される。補強層２８はタイヤ２の耐久性に寄与する。カバーゴム２９は、パッキングゴム２６の軸方向外側に位置している。カバーゴム２９は、カーカスプライ２７に積層されている。カーカスプライ２７の折り返し部２７ａの端部（図４中のＰＥ）は、カバーゴム２９に覆われている。カバーゴム２９により、カーカスプライ２７の折り返し部２７ａの端部への応力集中が緩和される。補強層２８の一端も、カバーゴム２９に覆われている。カバーゴム２９により、この一端への応力集中が緩和される。

以下に、上記ビード２３における加熱対象部位を例示する。想定される損傷形態と、この損傷が発生する可能性の高い部位とを対応させて示す。この部位が加熱対象部位である。なお、実際にヒータ６によって加熱するのは、この加熱対象部位に対応したリムの部位である。これをも「加熱対象部位」と呼ぶ。

加熱対象部位の一つとして、カーカスプライ２７の折り返し部２７ａの端部（プライエッジともいう）ＰＥが挙げられる。このプライエッジＰＥの近傍では、条件によって、破壊が発生しやすい。この損傷はＰＴＬ（Ply Turn Up Looseness ）とも呼ばれる。加熱対象部位の二つ目として、補強層２８の端部（フィラーエッジともいう）ＦＥが挙げられる。このフィラーエッジＦＥの近傍では、条件によって、フィラー２８の巻き上げ端２８に亀裂が発生しやすい。この損傷はＦＥＬ（Filler Edge Looseness ）とも呼ばれる。加熱対象部位の三つ目として、ビード２３とリムフランジ１２とが面接してエアシールする部位（ビードシート部）ＢＳが挙げられる。このビードシート部ＢＳでは、条件によって、カーカスプライ２７の折り返し部２７ａがビード２３のコア２４から外れ、ビード２３部分からバーストが発生することがある。この損傷は吹き抜けとも呼ばれる。

上記プライエッジＰＥ、フィラーエッジＦＥ及びビードシート部ＢＳは、全て周方向に連続して存在する。一体で回転するリム１１及びタイヤ１０に対し、固定されたヒータ６により、上記いずれの部位ＰＥ、ＦＥ、ＢＳも別々に漏れなく均一に加熱される。

上記温度センサ８は、リム１１の上記加熱対象部位の温度を検出するために、リムの外側から取り付けられている。温度センサ８は、リム１１の放射方向に間隔をおいて複数箇所に取り付けられている。もちろん、複数個のセンサ８の取り付け位置は、放射方向の同一仮想直線上に配置される必要はなく、想定される損傷形態が生じうる部位に対応した位置であれば、周方向に間隔をおいた位置でもよい。温度センサ８の取り付け位置は、ヒータ６が遠赤外線を照射しうるリム１１上の部位であり、且つ、ビード２３上で想定される損傷形態が生じうる部位に対応したリム６上の部位である。損傷形態の例示、及び、この損傷が生じうる部位については前述したとおりである。すなわち、プライエッジＰＥにおけるＰＴＬ、フィラーエッジＦＥにおけるＦＥＬ、及び、ビードシート部ＢＳにおける吹き抜けである。

上記温度センサ８としては熱電対が採用されうる。熱電対以外のセンサを採用することも可能である。温度センサ８の検出端は、リム１１の外周面に形成された小凹所（装着穴）３０に挿入されている。検出端は、装着穴３０に挿入された状態で樹脂等によって固着されている。温度センサ８はリム１１の外表面に固着されてもよい。複数個の温度センサ８のうち、加熱対象部位に対応した位置のセンサ８が適宜選択されて制御対象となる。この場合、「加熱対象部位」は、試験において再現しようとする損傷形態が発生しやすいとされる部位（上記ＰＥ、ＦＥ、ＢＳに対応した部位）である。

図２に示されるように、温度センサ８と温度制御装置９とをつなぐリード線３１は、温度センサ８からリム１１の外部を通ってリム外面に固定されたターミナル３２まで配線され、このターミナル３２から上記スリップリング１４の回転部まで配線され、及び、スナップリング１４の非回転部から温度制御装置９まで配線されている。また、ヒータ６と温度制御装置９とをつなぐ図示しないリード線も、ヒータ６からリム１１の外部を通って温度制御装置９まで配線されている。従って、リード線３１がタイヤ１０の空気漏れを引き起こすおそれはない。

本実施形態では、３個の温度センサ８が用いられているが、かかる個数には限定されない。温度センサ８の個数は、想定される損傷形態が生じやすい箇所に応じて定められてもよい。また、単一の温度センサが用いられてもよい。この単一の温度センサは、リム１１の一箇所に固定されるものでもよい。この単一の温度センサは、所定の複数箇所又は任意の複数箇所に取り付け変更が可能なものであってもよい。すなわち、単一の温度センサの取り付け位置の調節が可能なものであってもよい。

ヒータ６は、所定の加熱対象部位（上記ＰＥ、ＦＥ、ＢＳに対応した部位）に位置合わせされる。上記温度制御装置９において、複数個の温度センサ８のうち、上記所定の加熱対象部位に取り付けられた温度センサ８のうちの一つが制御対象として選択される。温度制御装置９は、制御対象の温度センサ８による検出温度が所定の温度範囲となるように、ヒータ６への発熱電力の供給量を調整する。

上記所定の温度範囲は、１００℃以上１５０℃以下とされている。１００℃未満では、いずれの損傷の発生も困難となる。また、ＰＴＬ及びＦＥＬの発生の時短効果が小さくなる。一方、１５０℃を超えておれば、いずれの損傷もその発生時期が早くなる。その結果、タイヤの耐久性能の良否の差が小さくなり、性能評価が難しくなる。

上記観点から、前述の１００℃以上１５０℃以下の範囲内においても、ビードシート部の吹き抜け、ＰＴＬ及びＦＥＬそれぞれに適した温度範囲が設定される。ビードシート部の吹き抜けに対しては、１２０℃以上１５０℃以下が好ましい。ＰＴＬ及びＦＥＬに対してはいずれも、１００℃以上１２０℃以下が好ましい。再現しようとする損傷形態に応じた上記温度範囲が、上記温度制御装置９において設定される。上記した適切な設定温度範囲は、評価時間を短縮しつつ狙いの損傷形態が再現できる温度範囲であり、予備実験によって把握可能である。この予備実験は、加熱対象部位の温度を種々に変えて設定し、温度と、その部位の損傷形態及び損傷発生までの時間との関係を把握するものである。

耐久試験において、供試タイヤ１０がリム支持装置３に装着される。リム支持装置３によってこのタイヤ１０が駆動ドラム４に押圧される。ヒータ６が、リム１１における再現対象である損傷形態の対応位置に位置合わせされる。複数個の温度センサ８のうち、この目的とする損傷形態対応位置に設置されたセンサ８を、温度制御装置９による制御対象に設定する。駆動ドラム４の駆動によりタイヤ１０が回転する。ヒータ６が作動する。温度制御装置９は、制御対象の温度センサ８の検出温度が１００℃以上１５０℃以下の範囲内となるように、例えばオンオフ制御する。検出温度が上記所定温度範囲に達してから、損傷が発生するまでの時間が測定され、記録される。この時間の長短によってタイヤ１０の耐久性が評価される。上記装置１を使用したこの試験方法により、短時間（約７０時間から１６０時間の範囲）で目的とする損傷形態の発生を確認することができた。この時間は、供試タイヤを加熱しない場合の約１／５から１／４程度の時間である。

図１及び図２では、ヒータ６及び温度センサ８は、タイヤ１０及びリム１１の軸方向一方の側面にのみ設けられているが、両側面に設けられてもよい。また、前述した試験方法の実施形態では、ビード２３に対応したリム１１のみが加熱され、リム１１の温度のみが検出される例を示したが、これらには限定されない。リムフランジ１２より半径方向外側のタイヤ部分が直接に加熱され、この部分の温度が検出されるようにしてもよい。

本発明に係るタイヤの耐久試験方法及び試験装置は、特にタイヤのビードの耐久性の評価に好適である。

１・・・試験装置
２・・・加熱機構
３・・・リム支持装置
４・・・駆動ドラム
５・・・（支持装置の）回転軸
６・・・ヒータ
７・・・ヒータ支持装置
８・・・温度センサ
９・・・温度制御装置
１０・・・（供試）タイヤ
１１・・・リム
１２・・・リムフランジ
１３・・・リム支持本体
１４・・・スリップリング
１５・・・ヒータ支持アーム
１６・・・摺動アーム部
１７・・・揺動アーム部
１８・・・長孔
１９、２１・・・ボルト
２０・・・ナット
２２・・・ビードシート部
２３・・・ビード
２４・・・コア
２５・・・エイペックス
２６・・・パッキングゴム
２７・・・カーカスプライ
２８・・・補強層
２９・・・カバーゴム
３０・・・装着穴
３１・・・リード線
３２・・・ターミナル
ＢＳ・・・ビードシート部
ＦＥ・・・フィラーエッジ
ＰＥ・・・プライエッジ

Claims (9)

1. 供試タイヤが装着される試験用のリムを回転可能に支持するリム支持装置と、
   供試タイヤを回転駆動する駆動ドラムと、
   ヒータと、
   このヒータを、回転する上記リム及びタイヤから独立した状態で支持するヒータ支持装置と
   上記リムに、その外側から取り付けられた温度センサとを備えており、
   上記ヒータ支持装置が、ヒータの位置を調節しうるように構成されているタイヤの試験装置。
2. 上記ヒータ支持装置によるヒータの位置調節の方向が、少なくとも、供試タイヤの半径方向成分及び軸方向成分を有している請求項１に記載のタイヤの試験装置。
3. 上記温度センサによる検出温度に基づいて、この検出温度が所定の範囲となるように、ヒータの発熱レベルを調節する温度制御装置を備えている請求項１又は２に記載のタイヤの試験装置。
4. 上記温度センサが、リムの放射方向に間隔をおいて複数個取り付けられており、上記温度制御装置において、温度制御対象の温度センサを切り替えられるように構成されている請求項３に記載のタイヤの試験装置。
5. 上記検出温度の所定範囲が、１００℃以上１５０°以下である請求項３又は４に記載のタイヤの試験装置。
6. 上記温度センサの検出端が、リムの外周面に形成された凹所に挿入された状態で取り付けられている請求項１から５のいずれかに記載のタイヤの試験装置。
7. 供試タイヤを回転させて行うタイヤの耐久試験方法であって、
   リム組みされた上記供試タイヤを回転させる走行ステップと、
   回転する供試タイヤにおける試験対象部位に対応したリムの加熱対象部位をヒータによって加熱する加熱ステップとを含んでおり、
   上記ヒータが、回転する上記リム及びタイヤから独立した状態で設置され、上記加熱対象部位に対応するように位置調節可能にされているタイヤの耐久試験方法。
8. 上記加熱ステップにおいて、加熱対象部位の温度が所定範囲となるように制御される請求項７に記載のタイヤの耐久試験方法。
9. 上記温度の所定範囲が、１００℃以上１５０°以下である請求項８に記載のタイヤの耐久試験方法。

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