JP2017075837A - タイヤの剛性測定装置及び剛性測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】サイド部の剛性を正確に測定することができるタイヤの剛性測定装置及び剛性測定方法を提供する。
【解決手段】先端にタイヤＴが取り付けられるタイヤ支持軸１１と、タイヤ周方向に等間隔で配置され、タイヤ支持軸１１に取り付けられたタイヤＴのトレッド面をタイヤ径方向に拘束する複数のセンタークランプ２１と、センタークランプ２１のタイヤ幅方向両側にそれぞれ配置され、タイヤ支持軸１１に取り付けられたタイヤＴのショルダー部をタイヤ幅方向に拘束するショルダークランプ２２と、タイヤ支持軸１１と拘束されたトレッド面及びショルダー部とを相対変位させてタイヤＴを変形させてタイヤＴの剛性を測定する剛性測定手段と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、タイヤの剛性を測定するための剛性測定装置及び剛性測定方法に関する。

近年、乗り心地、操縦安定性、低燃費性等の性能を向上させた空気入りタイヤを開発するために、空気入りタイヤの剛性、特にサイド部の剛性を正確に測定したいという要望が高まっている。

下記特許文献１には、フレーム上に敷設された水平なスライドレール上に、該スライドレールに沿って摺動可能でかつ回転可能なタイヤ支持軸を載置し、前記タイヤ支持軸に、ねじり剛性を測定する検出手段を備えた回転駆動装置と、横剛性を測定する検出手段を備えた駆動装置とに接続し、前記フレームの一側部に、タイヤ支持軸に取り付けられるタイヤの外周面をクランプするクランプ手段を設け、このクランプ手段に、タイヤの縦剛性を測定する検出手段を備えた駆動装置を連結したことを特徴とするタイヤの剛性測定装置が記載されている。この剛性測定装置では、タイヤ回転軸回りのねじり剛性（面内ねじり剛性とも呼ばれる）、横剛性、及び縦剛性を測定することができるが、タイヤ回転軸に直交する軸回りの剛性（面外ねじり剛性とも呼ばれる）を測定することができない。

下記特許文献２には、水平方向に配設される片持ち式のタイヤ支持軸と、ホイールのリムに装着されてリムハブ面を介して前記タイヤ支持軸に支持されたタイヤの外周面を挟持するクランプ装置と、を備え、ホイールの中心と前記クランプ装置によって挟持されたタイヤ外周面とを相対変位させてタイヤを変形させてタイヤの剛性を測定するタイヤの剛性測定装置が記載されている。この剛性測定装置では、クランプ装置とホイールとをホイールの回転軸と直交する軸回りに相対回転させてクランプ装置にクランプされたタイヤをホイールの回転軸と直交する軸回りに変形させる変形手段と、タイヤの回転軸方向とは直交する軸回りの変形量を検出するセンサとを有するため、面外ねじり剛性を測定することができる。

しかしながら、特許文献２の剛性測定装置では、４つの円弧板状セグメントによって測定タイヤの外周面（トレッド面）をクランプしているのみであり、測定タイヤのショルダー部の拘束が不十分のため、例えば、サイド部の横剛性を測定する場合にトレッド部の剛性の影響が入ってしまい、サイド部の横剛性を正確に測定することが困難である。

特開平１−１５６６３５号公報 特開平６−１２９９５３号公報

そこで、本発明の目的は、サイド部の剛性を正確に測定することができるタイヤの剛性測定装置及び剛性測定方法を提供することにある。

上記目的は、下記の如き本発明により達成できる。
即ち、本発明のタイヤの剛性測定装置は、
先端にタイヤが取り付けられるタイヤ支持軸と、
タイヤ周方向に等間隔で配置され、前記タイヤ支持軸に取り付けられたタイヤのトレッド面をタイヤ径方向に拘束する複数のセンタークランプと、
前記センタークランプのタイヤ幅方向両側にそれぞれ配置され、前記タイヤ支持軸に取り付けられたタイヤのショルダー部をタイヤ幅方向に拘束するショルダークランプと、
前記タイヤ支持軸と拘束された前記トレッド面及び前記ショルダー部とを相対変位させてタイヤを変形させてタイヤの剛性を測定する剛性測定手段と、を備えることを特徴とする。

この構成に係るタイヤの剛性測定装置によれば、タイヤのトレッド面をタイヤ径方向に拘束するセンタークランプの他に、タイヤのショルダー部をタイヤ幅方向に拘束するショルダークランプを備えるため、トレッド部を完全に拘束した状態に近い条件にてタイヤの剛性を測定できる。これにより、トレッド部の剛性の影響をほとんど受けることなく、サイド部の剛性を正確に測定することができる。

本発明のタイヤの剛性測定装置において、タイヤのショルダー部を押圧する前記ショルダークランプのショルダー部押圧面は、前記センタークランプのタイヤ幅方向中央の外表面からの高さが１０〜３０ｍｍであることが好ましい。

この構成によれば、ショルダークランプによってショルダー部を適切に拘束でき、かつショルダークランプがサイド部に当たってサイド部の剛性測定に悪影響を及ぼすことがない。

また、本発明のタイヤの剛性測定方法は、
タイヤ支持軸の先端にタイヤを取り付ける工程と、
前記タイヤ支持軸に取り付けられたタイヤに対して、タイヤ周方向に等間隔で配置された複数のセンタークランプによりトレッド面をタイヤ径方向に拘束し、かつ前記センタークランプのタイヤ幅方向両側にそれぞれ配置されたショルダークランプによりショルダー部をタイヤ幅方向に拘束する工程と、
前記タイヤ支持軸と拘束された前記トレッド面及び前記ショルダー部とを相対変位させてタイヤを変形させてタイヤの剛性を測定する工程と、を備えることを特徴とする。

この構成に係るタイヤの剛性測定方法によれば、センタークランプによりタイヤのトレッド面をタイヤ径方向に拘束する他に、ショルダークランプによりタイヤのショルダー部をタイヤ幅方向に拘束するため、トレッド部を完全に拘束した状態に近い条件にてタイヤの剛性を測定できる。これにより、トレッド部の剛性の影響をほとんど受けることなく、サイド部の剛性を正確に測定することができる。

本発明のタイヤの剛性測定方法において、前記センタークランプをトレッド面に対して外周側から接近させていき、トレッド面からの反力が第１の所定値となるまでタイヤ径方向内側に向かって移動させることでトレッド面を拘束し、
トレッド面を拘束した後、前記ショルダークランプをショルダー部に対してタイヤ幅方向外側から接近させていき、ショルダー部からの反力が第２の所定値となるまでタイヤ幅方向内側に向かって移動させることでショルダー部を拘束することが好ましい。

この構成によれば、センタークランプによってタイヤのトレッド面をタイヤ径方向に確実に拘束でき、かつショルダークランプによってタイヤのショルダー部をタイヤ幅方向に確実に拘束できる。

タイヤの剛性測定装置の側面図 タイヤの剛性測定装置の正面図 図１の剛性測定装置の部分拡大図 タイヤを拘束する工程を模式的に示す図

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図１はタイヤの剛性測定装置の側面図である（なお、説明のために一部を切断した図で示している。）。図２は図１に示すタイヤの剛性測定装置の正面図である。図３は、図１の一部を拡大して示す拡大図である。

図１に示すように、タイヤの剛性測定装置は、タイヤ支持部１とタイヤ拘束部２とを備えている。

タイヤ支持部１には、先端にタイヤＴが取り付けられるタイヤ支持軸１１が設けられている。タイヤＴは、ホイール１１ａを介してタイヤ支持軸１１に取り付けられる。タイヤ支持軸１１の先端部にはタイヤ力用ロードセル１２（剛性測定手段の一部）が取り付けられている。タイヤ力用ロードセル１２は、具体的には６分力計であり、３軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）方向の力、及び３軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）回りのトルクを測定できる。なお、本実施形態では、タイヤ軸方向をＹ軸、Ｙ軸に直交する横方向をＺ軸、Ｙ軸に直交する縦方向をＸ軸とする。

タイヤ支持軸１１の中間部には、面内ねじり用モータ１３が取り付けられている。面内ねじり用モータ１３は、タイヤ支持軸１１を回転駆動させてタイヤＴを回転するためのモータである。タイヤ支持軸１１の基端部は、軸受部１４に固定されている。

軸受部１４は、横変位用モータ１５の駆動によってＹ軸方向に移動することができる。これにより、軸受部１４に固定されたタイヤ支持軸１１をＹ軸方向に移動することができる。横変位用モータ１５は、フレーム１６の上部に取り付けられている。フレーム１６は、面外ねじり用モータ１７の駆動によってＺ軸方向に移動することができる。

タイヤ拘束部２には、タイヤ支持軸１１に取り付けられたタイヤＴを外側から拘束するクランプ手段が設けられている。

クランプ手段は、タイヤＴのトレッド面をタイヤ径方向に拘束するセンタークランプ２１と、タイヤＴのショルダー部をタイヤ幅方向に拘束するショルダークランプ２２とを備えている。

センタークランプ２１は、タイヤ周方向に等間隔で複数配置されている。本実施形態では、１２個のセンタークランプ２１が配置されているが、これに限定されない。センタークランプ２１は、タイヤＴの外周面の曲率に応じた曲率を有する円弧板状をしている。

センタークランプ２１は、センタークランプ駆動用モータ２３の駆動によってタイヤ径方向の内側及び外側に移動できる。すなわち、センタークランプ駆動用モータ２３が回転駆動すると、各センタークランプ２１がタイヤ径方向の内側又は外側に移動し、タイヤ支持軸１１に取り付けられたタイヤＴのトレッド面を拘束又は解放する。

センタークランプ２１は、ロッド２４の先端に取り付けられており、ロッド２４がセンタークランプ駆動用モータ２３の駆動によって移動する。ロッド２４の一部とセンタークランプ駆動用モータ２３は、円環状のケース２５に収容されている。円環状ケース２５の下部には、偏心変位用モータ２６が設けられており、円環状ケース２５はＺ軸方向に移動することができる。円環状ケース２５をＺ軸方向に動かすことで、拘束したタイヤＴのトレッド面及びショルダー部をＺ軸方向に動かすことができる。

センタークランプ２１の背面には、センタークランプ用ロードセル２７が設けられており、センタークランプ２１に加えられるタイヤ径方向の荷重を計測できる。

ショルダークランプ２２は、各センタークランプ２１のタイヤ幅方向両側にそれぞれ配置されている。ショルダークランプ２２は、センタークランプ２１と略同じ曲率を有する円弧板状をしている。ショルダークランプ２２は、ショルダークランプ駆動用モータ２８の駆動によってセンタークランプ２１の表面に沿ってタイヤ幅方向に移動できる。

ショルダークランプ２２のタイヤ幅方向外方には、ショルダークランプ用ロードセル２９が設けられており、ショルダークランプ２２に加えられるタイヤ幅方向の荷重を計測できる。

ショルダークランプ２２のタイヤ幅方向内側端は、タイヤＴのショルダー部を押圧するショルダー部押圧面２２ａが形成されている。ショルダー部押圧面２２ａは、センタークランプ２１の外表面に対して傾斜しており、センタークランプ２１の外表面に対する傾斜角度θは、４０〜５０°が好ましい。ショルダー部押圧面２２ａの傾斜角度θが４０°より小さいと、ショルダー部を適切に拘束できず、５０°より大きいと、サイド部に当たってサイド部の剛性を正確に測定できなくなる。

また、ショルダー部押圧面２２ａは、センタークランプ２１のタイヤ幅方向中央の外表面からの高さｈが１０〜３０ｍｍであることが好ましい。なお、ショルダー部押圧面２２ａの高さｈは、センタークランプ２１の外表面からショルダー部押圧面２２ａの上端までの高さであり、ショルダー部押圧面２２ａの下端はセンタークランプ２１から離れていてもよい。ショルダー部押圧面２２ａの高さｈが１０ｍｍより低いと、ショルダー部を適切に拘束することができず、３０ｍｍより高いと、サイド部に当たってサイド部の剛性を正確に測定できなくなる。

タイヤの剛性は、タイヤ支持軸１１と拘束されたトレッド面及びショルダー部とを相対変位させてタイヤを変形させて測定される。具体的には、偏心変位用モータ２６、横変位用モータ１５、面内ねじり用モータ１３、及び面外ねじり用モータ１７によって、タイヤ支持軸１１又はクランプ手段（センタークランプ２１及びショルダークランプ２２）を移動させたときのタイヤＴの変位量と、タイヤ力用ロードセル１２で測定された力又はトルクとによってタイヤの剛性を求める。

次に、本実施形態のタイヤの剛性測定装置を用いた剛性測定方法を説明する。初めに、タイヤ支持軸１１の先端のホイール１１ａにタイヤＴを取り付ける。次いで、タイヤ拘束部２を図１及び図２の位置に移動させる。このとき、両側のショルダークランプ２２の間隔は、図４（ａ）に示すようにタイヤＴの幅よりも広くなっている。

次いで、センタークランプ２１とショルダークランプ２２を含むクランプ手段をタイヤＴに対して外周側から接近させる。クランプ手段をタイヤＴのトレッド面に対して外周側から接近させていくと、図４（ｂ）のように、初めにセンタークランプ２１のみがタイヤＴのトレッド面に接触する。トレッド面に接触後、トレッド面からの反力、すなわちセンタークランプ用ロードセル２７で計測された荷重が第１の所定値となるまでセンタークランプ２１をタイヤ径方向内側に向かって移動させる。これにより、センタークランプ２１によってタイヤＴのトレッド面をタイヤ径方向に確実に拘束できる。

トレッド面を拘束した後、図４（ｃ）のように、両側のショルダークランプ２２の間隔を狭めてショルダークランプ２２をショルダー部に対してタイヤ幅方向外側から接近させていくと、ショルダークランプ２２がタイヤＴのショルダー部に接触する。ショルダー部に接触後、ショルダー部からの反力、すなわち、ショルダークランプ用ロードセル２９で計測された荷重が第２の所定値となるまでショルダークランプ２２をタイヤ幅方向内側に向かって移動させる。これにより、ショルダークランプ２２によってタイヤＴのショルダー部をタイヤ幅方向に確実に拘束できる。

次いで、タイヤ支持軸１１と拘束されたトレッド面及びショルダー部とを相対変位させることでタイヤを変形させて、タイヤ剛性を測定する。例えば、偏心変位用モータ２６の駆動によってタイヤＴのトレッド面及びショルダー部をＺ軸方向に移動させる。このときのタイヤＴのＺ軸方向の変位量と、タイヤ力用ロードセル１２によって計測されたタイヤＴに作用するＺ軸方向の力によって、タイヤ径方向の偏心剛性を求めることができる。

また、横変位用モータ１５の駆動によってタイヤ支持軸１１をＹ軸方向に移動させる。このときのタイヤＴのＹ軸方向の変位量と、タイヤ力用ロードセル１２によって計測されたタイヤＴに作用するＹ軸方向の力によって、タイヤ幅方向の横剛性を求めることができる。

また、面内ねじり用モータ１３の駆動によってタイヤ支持軸１１を回転させる。このときのタイヤＴのＹ軸回りのねじれ角と、タイヤ力用ロードセル１２によって計測されたタイヤＴに作用するＹ軸回りのトルクによって、タイヤ回転方向の面内ねじり剛性を求めることができる。

また、面外ねじり用モータ１７の駆動によってフレーム１６をＺ軸方向に移動させる。これにより、タイヤ支持軸１１をＸ軸回りに回転できる。このときのタイヤＴのＸ軸回りのねじれ角と、タイヤ力用ロードセル１２によって計測されたタイヤＴに作用するＸ軸回りのトルクによって、タイヤ回転軸に直交する軸回りの面外ねじり剛性を求めることができる。

以下、本発明の構成と効果を具体的に示す実施例等について説明する。タイヤサイズ２１５／４５Ｒ１７ ８７Ｗのタイヤを用いて、剛性（面内ねじり剛性、面外ねじり剛性、偏心剛性、横剛性）を測定した。また、シミュレーションによりトレッド部及びショルダー部を静止させた状態を理想拘束状態として剛性を求めたものを参考例とし、参考例での剛性を１００としたときの指数で示し、この値が１００に近いほどサイド部の剛性のみを正確に測定できている。剛性の測定結果を表１に示す。

実施例
本発明の剛性測定装置及び剛性測定方法によってタイヤの剛性を測定したものを実施例とした。

比較例
ショルダークランプが無くセンタークランプのみで拘束したタイヤの剛性を測定したものを比較例とした。

表１の結果のように、ショルダークランプによりショルダー部を拘束することで、サイド部の剛性を正確に測定できた。

１ タイヤ支持部
２ タイヤ拘束部
１１ タイヤ支持軸
２１ センタークランプ
２２ ショルダークランプ
Ｔ タイヤ

Claims (4)

1. 先端にタイヤが取り付けられるタイヤ支持軸と、
   タイヤ周方向に等間隔で配置され、前記タイヤ支持軸に取り付けられたタイヤのトレッド面をタイヤ径方向に拘束する複数のセンタークランプと、
   前記センタークランプのタイヤ幅方向両側にそれぞれ配置され、前記タイヤ支持軸に取り付けられたタイヤのショルダー部をタイヤ幅方向に拘束するショルダークランプと、
   前記タイヤ支持軸と拘束された前記トレッド面及び前記ショルダー部とを相対変位させてタイヤを変形させてタイヤの剛性を測定する剛性測定手段と、を備えることを特徴とするタイヤの剛性測定装置。
2. タイヤのショルダー部を押圧する前記ショルダークランプのショルダー部押圧面は、前記センタークランプのタイヤ幅方向中央の外表面からの高さが１０〜３０ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載のタイヤの剛性測定装置。
3. タイヤ支持軸の先端にタイヤを取り付ける工程と、
   前記タイヤ支持軸に取り付けられたタイヤに対して、タイヤ周方向に等間隔で配置された複数のセンタークランプによりトレッド面をタイヤ径方向に拘束し、かつ前記センタークランプのタイヤ幅方向両側にそれぞれ配置されたショルダークランプによりショルダー部をタイヤ幅方向に拘束する工程と、
   前記タイヤ支持軸と拘束された前記トレッド面及び前記ショルダー部とを相対変位させてタイヤを変形させてタイヤの剛性を測定する工程と、を備えることを特徴とするタイヤの剛性測定方法。
4. 前記センタークランプをトレッド面に対して外周側から接近させていき、トレッド面からの反力が第１の所定値となるまでタイヤ径方向内側に向かって移動させることでトレッド面を拘束し、
   トレッド面を拘束した後、前記ショルダークランプをショルダー部に対してタイヤ幅方向外側から接近させていき、ショルダー部からの反力が第２の所定値となるまでタイヤ幅方向内側に向かって移動させることでショルダー部を拘束することを特徴とする請求項３に記載のタイヤの剛性測定方法。
   
   
   

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