JP2021038956A

JP2021038956A - タイヤ用ゴムの摩耗特性試験方法および摩耗特性試験機

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Publication number: JP2021038956A
Application number: JP2019159090A
Authority: JP
Inventors: 賢司山根; Kenji Yamane
Original assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Current assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Priority date: 2019-08-30
Filing date: 2019-08-30
Publication date: 2021-03-11
Anticipated expiration: 2039-08-30
Also published as: JP7348493B2

Abstract

【課題】試験片を用いた摩耗試験の試験精度を向上しつつ試験時間を短縮できるタイヤ用ゴムの摩耗特性試験方法および摩擦特性試験機を提供すること。【解決手段】このタイヤ用ゴムの摩耗特性試験方法は、実タイヤのトレッドゴムの試験片Ｓを作成する試験片作成ステップと、所定の実路面を再現した模擬路面を有する回転体を作成する回転体作成ステップと、所定の試験条件下にて試験片を回転体の模擬路面に接地させる摩耗試験ステップと、を備える。また、回転体作成ステップは、実路面の路面データを取得する路面データ取得ステップＳＴ２１と、路面データから実路面のミクロ粗さおよびマクロ粗さを算出する路面粗さ算出ステップＳＴ２２と、試験片と実タイヤとの外径比あるいは接地長比を用いて実路面のマクロ粗さを縮小補正するマクロ粗さ補正ステップＳＴ２３と、実路面のミクロ粗さおよび補正後のマクロ粗さを有する模擬路面を作成する模擬路面作成ステップＳＴ２４と、を有する。【選択図】図４

Description

この発明は、タイヤ用ゴムの摩耗特性試験方法および摩耗特性試験機に関し、さらに詳しくは、試験片を用いた摩耗試験の試験精度を向上しつつ試験時間を短縮できるタイヤ用ゴムの摩耗特性試験方法および摩耗特性試験機に関する。

近年のタイヤ用ゴムの摩耗特性試験方法では、実タイヤのトレッドゴムの試験片を作成し、所定の実路面を再現した模擬路面を有する回転体を作成し、所定の試験条件下にて試験片を回転体の模擬路面に接地させる摩耗試験が行われている。かかる従来の摩耗特性試験方法として、特許文献１に記載される技術が知られている。

特許第６４４４７２０号公報

一方で、タイヤ用ゴムの摩耗特性試験方法では、その試験精度を向上しつつ試験時間を短縮すべき課題がある。

そこで、この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、試験片を用いた摩耗試験の試験精度を向上しつつ試験時間を短縮できるタイヤ用ゴムの摩耗特性試験方法および摩耗特性試験機を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、この発明にかかるタイヤ用ゴムの摩耗特性試験方法は、実タイヤのトレッドゴムの試験片を作成する試験片作成ステップと、所定の実路面を再現した模擬路面を有する回転体を作成する回転体作成ステップと、所定の試験条件下にて前記試験片を前記回転体の前記模擬路面に接地させる摩耗試験ステップと、を備えるタイヤ用ゴムの摩耗特性試験方法であって、前記回転体作成ステップは、前記実路面の路面データを取得する路面データ取得ステップと、前記路面データから前記実路面のミクロ粗さおよびマクロ粗さを算出する路面粗さ算出ステップと、前記試験片と前記実タイヤとの外径比あるいは接地長比を用いて前記実路面の前記マクロ粗さを縮小補正するマクロ粗さ補正ステップと、前記実路面の前記ミクロ粗さおよび前記補正後のマクロ粗さを有する前記模擬路面を作成する模擬路面作成ステップと、を有することを特徴とする。

また、この発明にかかるタイヤ用ゴムの摩耗特性試験機は、所定の実路面を再現した模擬路面を有する回転体と、実タイヤのトレッドゴムの試験片を前記回転体の前記模擬路面に接地させて保持する試験片保持装置とを備えるタイヤ用ゴムの摩耗特性試験機であって、前記回転体の前記模擬路面が、前記実路面のミクロ粗さと、前記試験片および前記実タイヤの外径比あるいは接地長比を用いて縮小補正された前記実路面のマクロ粗さとを有することを特徴とする。

この発明にかかるタイヤ用ゴムの摩耗特性試験方法および摩耗特性試験機では、模擬路面が実路面のミクロ粗さと補正により縮小補正されたマクロ粗さとを有するので、模擬路面が実路面のミクロ粗さおよびマクロ粗さをそのまま再現した構成と比較して、摩耗試験時における試験片の接地荷重の変動が抑制される。これにより、摩耗試験の再現精度が向上する利点がある。また、縮小補正されたマクロ粗さを有する模擬路面を使用することにより、実路面のミクロ粗さおよびマクロ粗さをそのまま再現した疑似路面を使用する構成と比較して、試験片の摩耗が促進される。これにより、試験時間を短縮できる利点がある。

図１は、この発明の実施の形態にかかるタイヤ用ゴムの摩耗特性試験機を示す平面図である。図２は、この発明の実施の形態にかかるタイヤ用ゴムの摩耗特性試験機を示す正面図である。図３は、この発明の実施の形態にかかるタイヤ用ゴムの摩耗特性試験方法を示すフローチャートである。図４は、図３に記載した摩耗特性試験方法における回転体作成ステップを示すフローチャートである。図５は、この発明の実施の形態にかかる摩耗試験の結果を示す図表である。

以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、この実施の形態の構成要素には、発明の同一性を維持しつつ置換可能かつ置換自明なものが含まれる。また、この実施の形態に記載された複数の変形例は、当業者自明の範囲内にて任意に組み合わせが可能である。

［摩耗特性試験機］
図１および図２は、この発明の実施の形態にかかるタイヤ用ゴムの摩耗特性試験機を示す平面図（図１）および正面図（図２）である。これらの図は、一例として、ターンテーブル型の摩耗特性試験機１を模式的に示している。

図１に示すように、摩耗特性試験機１は、回転体２と、試験片保持装置３と、温度制御装置４とを備える。

回転体２は、いわゆるターンテーブルであり、駆動装置（図示省略）により駆動されて、後述する所定の回転速度で回転する。また、回転体２は、その上面に所定の実路面を再現した模擬路面２１を有し、この模擬路面２１を水平にして回転する。また、模擬路面２１が後述する作成方法により別部材に形成され、この部材が回転体２の上面に貼り付けられる。

試験片保持装置３は、後述する円柱形状の試験片Ｓを保持して、試験片Ｓの周面を回転体２の模擬路面２１に接地させて保持する。具体的には、図２に示すように、試験片保持装置３が保持部３１を備え、保持部３１が、円柱形状の試験片Ｓを回転可能に保持する。また、保持部３１が回転体２の軸方向に進退することにより、試験片Ｓと模擬路面２１との接地状態が切り替えられる。また、保持部３１が模擬路面２１に対する試験片Ｓの押圧力を制御することにより、試験片Ｓの接地荷重が制御される。

温度制御装置４は、回転体２の模擬路面２１の表面温度を後述する所定温度に制御する。例えば、図２に示すように、回転体２が内部に冷媒流路Ｒを備え、温度制御装置４が、回転体２の回転軸を介して回転体の内部に所定温度の冷媒を供給することにより、模擬路面２１の表面温度が制御される。

［摩耗特性試験方法］
図３は、この発明の実施の形態にかかるタイヤ用ゴムの摩耗特性試験方法を示すフローチャートである。図４は、図３に記載した摩耗特性試験方法における回転体作成ステップＳＴ２を示すフローチャートである。

この摩耗特性試験方法は、実タイヤのトレッドゴムの試験片Ｓを所定の実路面を再現した模擬路面２１に接地させて試験片Ｓの摩耗特性データを取得する試験であり、以下のように行われる。

試験片作成ステップＳＴ１では、試験片Ｓが作成される。試験片Ｓは、実タイヤ（図示省略）のトレッドゴムと同一のゴム材料から成り、円柱形状に成形される。また、その円柱形状の側面が、タイヤのトレッド踏面に相当する。また、試験片Ｓの円柱形状の外径が、実タイヤの外径に対して１／１２以上１／６以下の範囲にあることが好ましい。また、試験片Ｓの円柱形状の高さが、実タイヤの接地幅に対して１／２０以上１／９以下の範囲にあることが好ましい。

試験片Ｓの接地長は、所定の接地領域における円柱形状の側面の接地長の平均値として算出される。実タイヤの外径は、タイヤを所定リムに装着して所定内圧を付与したときのタイヤ外径として算出される。実タイヤの接地長は、タイヤを所定リムに装着して所定内圧を付与すると共に所定荷重を付与したときの、所定の接地領域におけるタイヤ接地長の平均値として算出される。上記した所定リム、所定内圧、所定荷重および所定の接地領域は、試験目的および試験条件に応じて適宜選択される。

回転体作成ステップＳＴ２では、所定の実路面を再現した模擬路面２１を有する回転体２が作成される。具体的には、回転体作成ステップＳＴ２が次のように行われる（図４参照）。

路面データ取得ステップＳＴ２１では、所定の実路面の路面データが取得される。例えば、実路面の三次元データがレーザースキャナを用いて取得されて、実路面の路面データとして用いられる。実路面の路面データは、実路面の所定領域における位置データおよび深さデータ（すなわち、実路面の凹凸部の高さ方向のデータ）を含む。

路面粗さ算出ステップＳＴ２２では、上記路面データから実路面のミクロ粗さおよびマクロ粗さが算出される。具体的には、路面データが、ＦＦＴ（fast Fourier transform）解析されて、相互に異なる波長をもつ複数の波形データに分類される。そして、これらの波形データが、所定の閾値よりも短い波長を有する第一波形データ群と、長い波長を有する第二波形データ群とに分類される。例えば実路面が一般舗装路である場合には、波長の閾値が０．５ｍｍ以上１．０ｍｍ以下の範囲から選択される。次に、第一および第二の波形データ群の合成波がそれぞれ算出されて、各波形データ群の表面粗さがそれぞれ算出される。そして、短い波長をもつ第一波形データ群の表面粗さが実路面のミクロ粗さとして定義され、長い波長をもつ第二波形データ群の表面粗さが実路面のマクロ粗さとして定義される。なお、ミクロ粗さは、相対的に細かい凹凸部のみを抽出した実路面の表面粗さに相当し、マクロ粗さは、相対的に粗い凹凸部のみを抽出した実路面の表面粗さに相当する。また、表面粗さは、例えば、算術平均粗さ、十点平均粗さなどから選択される。

マクロ粗さ補正ステップＳＴ２３では、試験片Ｓと実タイヤとの外径比あるいは接地長比が用いられて、上記した実路面のマクロ粗さが補正される。具体的には、まず、円柱形状を有する試験片Ｓの外径あるいは接地長が測定される。次に、実タイヤの外径あるいは接地長が測定される。次に、算出された実タイヤの外径あるいは接地長と、円柱形状を有する試験片Ｓの外径あるいは接地長との比が算出される。そして、上記した実路面のマクロ粗さと、上記した試験片Ｓおよび実タイヤの外径比あるいは接地長比との積が算出されて、補正後のマクロ粗さとして用いられる。概念的には、試験片Ｓの外径および接地長が実タイヤの外径および接地長よりも小さいので、上記閾値で定義された長い波長をもつ第二波形データ群の表面粗さが補正により縮小される。また、波形データ群の波長は、補正されずに使用される。

一方で、上記した実路面のミクロ粗さは、補正されない。すなわち、上記閾値で定義された短い波長をもつ波形データ群の表面粗さおよび波長は、補正されずに使用される。ただし、後述する模擬路面２１の作成にあたり、実路面のミクロ粗さに製造誤差が生じ得る。この場合には、製造誤差が±１０［％］の範囲にあることが好ましい。

模擬路面作成ステップＳＴ２４では、実路面のミクロ粗さおよび上記補正後のマクロ粗さを有する模擬路面２１が作成される。すなわち、実路面の表面粗さが、部分的に補正されて模擬路面２１上に再現される。模擬路面２１の作成方法としては、公知の手法を採用できる。例えば、実路面のミクロ粗さおよび上記補正後のマクロ粗さを再現できる骨材（例えばセラミックス骨材）を接着材（例えばエポキシ樹脂）で転圧して固める方法が採用され得る。そして、上記作成された模擬路面２１が回転体２の上面に貼り付けられて、回転体２が作成される。

図３において、摩耗試験ステップＳＴ３では、所定の試験条件下にて、試験片Ｓが回転体２の模擬路面２１に押しつけられて接地し、回転体２が回転することにより、試験片Ｓの摩耗が進行する。具体的には、試験片保持装置３が、試験片Ｓを回転可能に保持しつつ試験片Ｓの周面を回転体２の模擬路面２１に押し当てて接地させる（図２参照）。このとき、試験片保持装置３が試験片Ｓの押し当て力を制御することにより、試験片Ｓの接地荷重が制御される。そして、試験片Ｓの摩耗状態が観察されて、試験片Ｓの摩耗特性データが取得される。上記試験条件として、例えば、試験片Ｓの接地荷重、模擬路面２１の表面温度、回転体の回転速度、試験片Ｓのスリップ角が設定される。

試験片Ｓの接地荷重は、上記した試験片保持装置３の保持部３１（図２参照）を介して試験片Ｓに付与される。また、試験片Ｓの接地荷重は、試験片Ｓの接地圧が、実タイヤを所定リムに装着して所定内圧を付与すると共に所定荷重を付与したときの、所定の接地領域における実タイヤの接地圧と同等になるように、設定される。試験片Ｓの接地圧は、試験片Ｓが回転体２の模擬路面２１に押しつけられたときの試験片Ｓの周面と模擬路面２１との接触圧力として定義される。試験片Ｓの接地荷重の算出方法は、公知の手法が採用され得る。

模擬路面２１の表面温度は、上記した温度制御装置４により所定温度に制御される。また、模擬路面２１の表面温度が、試験片Ｓの摩耗進行を促進するために、試験室の室温よりも低く設定される。具体的には、模擬路面２１の表面温度が０［℃］以上２３［℃］以下の範囲に設定されることが好ましく、５［℃］以上１５［℃］以下の範囲に設定されることがより好ましい。上記下限により、模擬路面２１の凍結が防止され、上記上限により、試験片Ｓの摩耗進行が適正に促進される。

回転体２の回転速度は、上記した回転体２の駆動制御により制御される。また、回転体２の回転速度は、模擬路面２１における試験片Ｓの走行速度が所定の実車平均速度よりも速くなるように、設定される。具体的には、上記した試験片Ｓと実タイヤとの外径比あるいは接地長比が用いられて、実車平均速度が試験片Ｓの走行速度に換算され、この換算値が用いられて回転体２の回転速度が設定される。また、実車平均速度としては、対象となる実路面における通行車両の平均速度（例えば、道路の制限速度）が選択される。また、試験片Ｓと模擬路面２１との相対速度が上記実車平均速度に対して１．０５倍以上５．０倍以下の範囲にあることが好ましい。

［効果］
以上説明したように、このタイヤ用ゴムの摩耗特性試験方法は、実タイヤのトレッドゴムの試験片Ｓを作成する試験片作成ステップＳＴ１と、所定の実路面を再現した模擬路面２１を有する回転体２（図１および図２参照）を作成する回転体作成ステップＳＴ２と、所定の試験条件下にて試験片Ｓを回転体２の模擬路面２１に接地させる摩耗試験ステップＳＴ３と、を備える（図３参照）。また、回転体作成ステップＳＴ２は、実路面の路面データを取得する路面データ取得ステップＳＴ２１と、路面データから実路面のミクロ粗さおよびマクロ粗さを算出する路面粗さ算出ステップＳＴ２２と、試験片Ｓと実タイヤとの外径比あるいは接地長比を用いて実路面のマクロ粗さを縮小補正するマクロ粗さ補正ステップＳＴ２３と、実路面のミクロ粗さおよび補正後のマクロ粗さを有する模擬路面２１を作成する模擬路面作成ステップＳＴ２４と、を有する（図４参照）。

かかる構成では、（１）試験片Ｓおよび模擬路面２１が使用されて摩耗試験が行われるので、実タイヤを用いた摩耗試験と比較して、トレッドゴムの摩耗特性を取得するための試験時間を短縮できる利点がある。また、（２）模擬路面２１が実路面のミクロ粗さと補正により縮小補正されたマクロ粗さとを有するので、模擬路面２１が実路面のミクロ粗さおよびマクロ粗さをそのまま再現した構成と比較して、摩耗試験時における試験片Ｓの接地荷重の変動が抑制される。これにより、摩耗試験の再現精度が向上する利点がある。また、（３）縮小補正されたマクロ粗さを有する模擬路面２１を使用することにより、実路面のミクロ粗さおよびマクロ粗さをそのまま再現した疑似路面を使用する構成と比較して、試験片Ｓの摩耗が促進される。これにより、試験時間を短縮できる利点がある。

また、この発明にかかるタイヤ用ゴムの摩耗特性試験方法では、試験片Ｓと実タイヤとの外径比あるいは接地長比が、１／１２以上１／６以下の範囲にある。これにより、試験片Ｓのスケールが適正化されて、試験時間を短縮しつつ摩耗試験の再現精度を向上できる利点がある。

また、この発明にかかるタイヤ用ゴムの摩耗特性試験方法では、摩耗試験ステップＳＴ３にて、模擬路面２１の表面温度が所定温度に制御される。これにより、模擬路面２１と試験片Ｓとの接触面の温度が適正化されて、摩耗試験の再現精度が向上する利点がある。特に、実タイヤを用いた摩耗試験では、タイヤの接地面積が大きいため、模擬路面の表面温度を安定的に制御することが難しい。この点において、小さい試験片Ｓを用いた摩耗試験は、模擬路面の表面温度を適正に制御できる点で有益である。

また、この発明にかかるタイヤ用ゴムの摩耗特性試験方法では、模擬路面２１の表面温度が室温よりも低い温度に制御される。これにより、試験片Ｓの摩耗が促進されて、試験時間を短縮できる利点がある。

また、この発明にかかるタイヤ用ゴムの摩耗特性試験方法では、摩耗試験ステップＳＴ３にて、試験片Ｓと模擬路面２１との相対速度が所定の実車平均速度よりも速くなるように、回転体２の回転速度が制御される。これにより、試験片Ｓの摩耗が促進されて、試験時間を短縮できる利点がある。

また、この発明にかかるタイヤ用ゴムの摩耗特性試験機１は、所定の実路面を再現した模擬路面２１を有する回転体２と、実タイヤのトレッドゴムの試験片Ｓを回転体２の模擬路面２１に接地させて保持する試験片保持装置３とを備える（図１および図２参照）。また、回転体２の模擬路面２１が、実路面のミクロ粗さと、試験片Ｓおよび実タイヤの外径比あるいは接地長比を用いて縮小補正（図４のステップＳＴ２３）された実路面のマクロ粗さとを有する。

また、この発明にかかるタイヤ用ゴムの摩耗特性試験機１は、模擬路面２１の表面温度を制御する温度制御装置４を備える。かかる構成では、模擬路面２１と試験片Ｓとの接触面の温度が適正化されて、摩耗試験の再現精度が向上する利点がある。特に、実タイヤを用いた摩耗試験では、タイヤの接地面積が大きいため、模擬路面の表面温度を安定的に制御することが難しい。この点において、小さい試験片Ｓを用いた摩耗試験は、模擬路面の表面温度を適正に制御できる点で有益である。

図５は、この発明の実施の形態にかかる摩耗試験の結果を示す図表である。

まず、実タイヤの摩耗試験として、タイヤサイズ２１５／６０Ｒ１６の実タイヤがリムサイズ１６×６．５Ｊのリムに組み付けられ、この実タイヤに２３０［ｋＰａ］の空気圧が付与される。また、実タイヤが、試験車両である四輪セダンに装着される。そして、試験車両が所定のテストコースを１６［ｋｍ／ｈ］の平均速度で走行して、実タイヤが所定の摩耗量まで摩耗したときの摩耗状態が観察される。

次に、試験片を用いた摩耗試験として、上記実タイヤのトレッドゴムと同一のゴム材料から成る円柱状の試験片が作成される。また、試験片の外径が、実タイヤの外径に対して１／７．９の寸法に設定される。また、上記テストコースの実路面の表面粗さを再現した模擬路面が作成される。また、模擬路面のマクロ粗さおよびミクロ粗さが、０．５［ｍｍ］の波長を閾値として定義される。試験片が回転体の模擬路面に押し当てられて、実タイヤの摩耗試験におけるタイヤ接地圧と同一の接地圧が試験片に付与される。

そして、実タイヤの摩耗状態と試験片の摩耗状態とが比較されて、試験片を用いた摩耗試験の試験精度が評価される。この評価は、相関係数を用いて算出され、数値が１．００に近いほど好ましい。また、試験片が所定の摩耗量まで摩耗するまでの試験時間が測定される。この評価は、比較例１を基準（１００）とした指数評価により行われ、数値が小さいほど試験時間が短く好ましい。

また、図５において、比較例１では、模擬路面のマクロ粗さおよびミクロ粗さが実路面と同一（１／１）に設定される。また、模擬路面の温度が室温（２４［℃］）であり、制御されていない。また、模擬路面における試験片の走行速度が実車平均速度（１６［ｋｍ／ｈ］）の換算値（２．１）になるように、回転体の回転速度が設定される。比較例２は、比較例１と比較して、模擬路面のミクロ粗さのみが実路面と同一に設定され、マクロ粗さが０に設定される点で相異する。

また、実施例１は、比較例１と比較して、模擬路面のミクロ粗さのみが実路面と同一に設定され、マクロ粗さが実路面のマクロ粗さを１／７．９（試験片および実タイヤの外径比と同じ。）に縮小した値に設定される点で相異する。実施例２は、実施例１と比較して、模擬路面の温度が室温よりも低い温度（１０［℃］）に設定される点で相異する。実施例３は、実施例２と比較して、模擬路面における試験片の走行速度が、実車平均速度１００［ｋｍ／ｈ］である場合の換算値（１３）に設定される点で相異する。

試験結果が示すように、実施例１〜３の試験方法では、試験片を用いた摩耗試験の試験精度を向上しつつ試験時間を短縮できることが分かる。

１摩耗特性試験機；２回転体；２１模擬路面；３試験片保持装置；３１保持部；４温度制御装置

Claims

実タイヤのトレッドゴムの試験片を作成する試験片作成ステップと、所定の実路面を再現した模擬路面を有する回転体を作成する回転体作成ステップと、所定の試験条件下にて前記試験片を前記回転体の前記模擬路面に接地させる摩耗試験ステップと、を備えるタイヤ用ゴムの摩耗特性試験方法であって、
前記回転体作成ステップは、
前記実路面の路面データを取得する路面データ取得ステップと、
前記路面データから前記実路面のミクロ粗さおよびマクロ粗さを算出する路面粗さ算出ステップと、
前記試験片と前記実タイヤとの外径比あるいは接地長比を用いて前記実路面の前記マクロ粗さを縮小補正するマクロ粗さ補正ステップと、
前記実路面の前記ミクロ粗さおよび前記補正後のマクロ粗さを有する前記模擬路面を作成する模擬路面作成ステップと、を有することを特徴とするタイヤ用ゴムの摩耗特性試験方法。
前記試験片と前記実タイヤとの前記外径比あるいは前記接地長比が、１／１２以上１／６以下の範囲にある請求項１に記載のタイヤ用ゴムの摩耗特性試験方法。
前記摩耗試験ステップにて、前記模擬路面の表面温度が所定温度に制御される請求項１または２に記載のタイヤ用ゴムの摩耗特性試験方法。
前記模擬路面の前記表面温度が室温よりも低い温度に制御される請求項３に記載のタイヤ用ゴムの摩耗特性試験方法。
前記摩耗試験ステップにて、前記試験片と前記模擬路面との相対速度が所定の実車平均速度よりも速くなるように、前記回転体の回転速度が制御される請求項１〜４のいずれか一つに記載のタイヤ用ゴムの摩耗特性試験方法。
所定の実路面を再現した模擬路面を有する回転体と、実タイヤのトレッドゴムの試験片を前記回転体の前記模擬路面に接地させて保持する試験片保持装置とを備えるタイヤ用ゴムの摩耗特性試験機であって、
前記回転体の前記模擬路面が、前記実路面のミクロ粗さと、前記試験片および前記実タイヤの外径比あるいは接地長比を用いて縮小補正された前記実路面のマクロ粗さとを有することを特徴とするタイヤ用ゴムの摩耗特性試験機。
前記模擬路面の表面温度を制御する温度制御装置を備える請求項６に記載のタイヤ用ゴムの摩耗特性試験機。