JP5281865B2 - タイヤ性能の予測方法 - Google Patents

Description

本発明は、タイヤ性能の予測方法に関する。

転がり抵抗、グリップ性能等のようなタイヤ性能の予測には、トレッドを構成する架橋ゴムの粘弾性特性の把握が不可欠である。予測精度の向上の観点から、この粘弾性特性の測定装置及び測定方法について様々な検討がなされている。この検討の一例が、特開２００６−１７７７３４公報に開示されている。

タイヤのトレッドは、路面の凹凸に起因した振動を受ける。この振動は、高周波である。したがって、グリップ性能の予測には、高い周波数における粘弾性特性の把握が必要とされる。

上記測定装置では、試料に所定の歪みを与えて粘弾性特性は測定される。このような測定装置は、動的粘弾性測定装置と称される。この測定装置では、その仕様上、高周波の振動を試料に与えることはできない。そこで、上記グリップ性能の予測には、温度−時間換算則に基づいて、低温域（例えば、０℃）で計測される粘弾性特性が高い周波数における粘弾性特性に置き換えて用いられる。

架橋ゴムの摩擦特性を把握しうる装置についても、様々な検討がなされている。特開２００１−３０５０４４公報に、コピー用紙等の搬送に用いられるゴムローラの摩擦特性を測定しうる装置が開示されている。
特開２００６−１７７７３４公報 特開２００１−３０５０４４公報

前述したように、従来の、グリップ性能の予測方法では、温度−時間換算則に基づいて、低温域（例えば、０℃）で計測される粘弾性特性が高い周波数における粘弾性特性に置き換えて用いられる。この従来の予測方法では、直接的に計測された粘弾性特性を用いることなく、グリップ性能が予測されている。

図４は、摩擦特性と粘弾性特性との相関関係が示されたグラフである。この相関関係を得るために、充填剤の配合量が異なる架橋ゴムからなる板状サンプルについて、摩擦特性としての最大摩擦係数と粘弾性特性としての損失正接とが測定されている。なお、図４（ａ）には、充填材としてカーボン（Ｎ２２０）を用いた場合の相関関係が示されている。図４（ｂ）には、充填材としてシリカ（ローディア社製の商品名「Ｚ１１５Ｇｒ」）を用いた場合の相関関係が示されている。

図４において、縦軸は最大摩擦係数である。この最大摩擦係数は、上島製作所製の商品名「フラットベルト摩擦試験機ＦＲ−５０１０」を用いて、湿潤状態の路面が再現されて測定されている。横軸は、損失正接である。この損失正接は、上記動的粘弾性測定装置を用いて、周波数が１０Ｈｚであり、温度が０℃である条件下で測定されている。この損失正接は、上記温度−時間換算則により、メガヘルツレベルの高周波数（温度：２５℃）における損失正接に相当する。換言すれば、この図４の横軸は高い周波数における損失正接を示している。

図示されているように、最大摩擦係数は損失正接に対してばらついているのが認められる。この図４において、最大摩擦係数と損失正接との相関係数は、カーボンの場合が０．７０８７であり、シリカの場合が０．６８８２である。このため、この相関関係を用いて予測されたグリップ性能の信頼性は十分に高いとは言えない。従来の予測方法では、タイヤ性能を高精度で予測するには限界がある。

本発明の目的は、タイヤ性能を高精度で予測しうるタイヤ性能の予測方法の提供にある。

本発明に係るタイヤ性能の予測方法は、
（１）充填剤の配合量が異なる複数の基準ゴム組成物を準備する工程と、
（２）これら基準ゴム組成物のそれぞれに関し、タイヤのトレッドが路面から受ける振動の周波数と同等の周波数を有する音波に基づいて、粘弾性特性を測定する工程と、
（３）これら基準ゴム組成物のそれぞれに関し、タイヤ特性値を測定する工程と、
（４）測定された粘弾性特性及びタイヤ特性値に基づいて、両者の相関関係を解析する工程と、
（５）上記音波を評価試料に伝搬させ、この評価試料の粘弾性特性を測定する工程と、
（６）この評価試料の粘弾性特性及び上記相関関係に基づいて、この評価試料のタイヤ特性値を予測する工程とを含む。

好ましくは、この予測方法では、上記音波の周波数は０．０１ＭＨｚ以上１００ＭＨｚ以下である。

好ましくは、この予測方法では、上記評価試料は板状サンプル又はタイヤのトレッドである。

好ましくは、この予測方法では、上記タイヤ特性値は摩擦係数である。

好ましくは、この予測方法では、上記基準ゴム組成物に関する粘弾性特性はこの基準ゴム組成物から形成される板状サンプルで測定される。

本発明に係る他のタイヤ性能の予測方法は、
（１）組成が異なる複数の基準ゴム組成物を準備する工程と、
（２）これら基準ゴム組成物から形成された板状サンプルのそれぞれに、タイヤのトレッドが路面から受ける振動の周波数と同等の周波数を有する音波を伝搬させ、この板状サンプルの粘弾性特性を測定する工程と、
（３）これら基準ゴム組成物のそれぞれに関し、タイヤ特性値を測定する工程と、
測定された粘弾性特性及びタイヤ特性値に基づいて、両者の相関関係を解析する工程と、
（４）上記音波を評価試料に伝搬させ、この評価試料の粘弾性特性を測定する工程と、
（５）この評価試料の粘弾性特性及び上記相関関係に基づいて、この評価試料のタイヤ特性値を予測する工程とを含む。

この予測方法では、タイヤのトレッドが路面から受ける振動の周波数と同等の周波数を有する音波を伝搬させて粘弾性特性が測定される。充填剤の配合量が異なる複数の基準ゴム組成物に関し直接的に測定された粘弾性特性が用いられるから、この粘弾性特性とタイヤ特性値とは良好に相関する。この予測方法では、良好な相関関係に基づいてタイヤ性能が予測されるから、その予測精度は高い。換言すれば、この予測方法は、タイヤ性能を高精度で予測しうる。この予測方法により得られる知見は、タイヤ開発に効果的に寄与しうる。

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は、本発明の一実施形態に係るタイヤ性能の予測方法が示されたフロー図である。この予測方法は、タイヤ性能としてのグリップ性能を予測するための方法である。この予測方法は、基準ゴム組成物を準備し、この基準ゴム組成物から基準試料を形成する工程（ＳＴＥＰ１）、基準試料の粘弾性特性を測定する工程（ＳＴＥＰ２）、基準試料のタイヤ特性値を測定する工程（ＳＴＥＰ３）、粘弾性特性及びタイヤ特性値の相関関係を解析する工程（ＳＴＥＰ４）、評価試料を準備する工程（ＳＴＥＰ５）、評価試料の粘弾性特性を測定する工程（ＳＴＥＰ６）及び評価試料のタイヤ特性値を予測する工程（ＳＴＥＰ７）を含む。

上記準備工程（ＳＴＥＰ１）では、ニーダー、ロール等の混練機を用いて、基材ゴム及び充填剤を含む基準ゴム組成物が準備される。次いで、この基準ゴム組成物が架橋され、基準試料が形成される。この予測方法では、基準試料は板状サンプルである。この基準試料がタイヤとされてもよい。基準試料がタイヤとされる場合、このタイヤのトレッドがこの基準ゴム組成物で形成される。上記粘弾性特性を板状サンプルで測定し、上記タイヤ特性値をタイヤで測定するために、基準試料として、板状サンプルと、この板状サンプルが形成された基準ゴム組成物と同じ基準ゴム組成物から形成されたトレッドを有するタイヤとが準備されてもよい。

この予測方法では、粘弾性特性とタイヤ特性値との相関関係を確認するために、組成が異なる複数の基準ゴム組成物が準備される。この予測方法では、充填剤の配合量が異なる複数の基準ゴム組成物が準備されてもよいし、充填剤の種類が異なる複数の基準ゴム組成物が準備されてもよいし、基材ゴムの種類が異なる複数の基準ゴム組成物が準備されてもよい。相関関係が得られやすいという観点から、この予測方法では、充填剤の配合量が異なる複数の基準ゴム組成物が準備される。その一例が、下記表１及び表２に示されている。この表１及び表２には、この予測方法で使用された基準ゴム組成物の配合（表中、ａ〜ｏ）が示されている。ここで、表１には、充填剤としてカーボン（Ｎ２２０）を含む基準ゴム組成物の配合が示されている。表２には、充填剤としてのシリカ（ローディア社製の商品名「Ｚ１１５Ｇｒ」）と、シランカップリング剤（デグッサ社製の商品名「Ｓｉ７５」）とを含む基準ゴム組成物の配合が示されている。なお、表１及び表２に示されているように、それぞれの基準ゴム組成物に含まれる基材ゴムとしてのスチレンブタジエンゴム（ＪＳＲ社製の商品名「ＳＢＲ１５０２」）、ステアリン酸、酸化亜鉛、硫黄、加硫促進剤ＮＳ（大内新興化学社製の商品名「ノクセラーＮＳ」）及び加硫促進剤ＤＰＧ（住友化学社製の商品名「ソクシノールＤ」）の配合量は同量に設定されている。

上記粘弾性特性の測定工程（ＳＴＥＰ２）では、上記基準試料に音波が伝搬させられ、この基準試料の粘弾性特性としての損失正接が測定される。

図２は、損失正接の測定状況が示された模式図である。この図２には、測定装置２と被測体としての基準試料４とが示されている。測定装置２は、計測部６と伝送部８と演算処理部１０とを備えている。図示されていないが、この計測部６は、センサを備えている。センサは、音波を発信するとともに被測体を伝搬した音波を受信する。このセンサで発信される音波は、タイヤのトレッドが路面から受ける振動の周波数と同等の周波数を有する。より詳細には、この周波数は、０．０１ＭＨｚ以上１００ＭＨｚ以下である。このセンサは、主にトランスデューサとパルサレシーバーとからなる。発信音波及び受信音波は、このセンサにおいて電気信号に変換され、伝送部８としてのケーブルを介して演算処理部１０に伝送される。この予測方法では、演算処理部１０はパーソナルコンピューターである。この演算処理部１０は、上記電気信号に基づいて損失正接を算出するように構成されている。図示されていないが、演算処理部１０の記憶部（例えば、ハードディスク）に、この算出された損失正接は記憶される。なお、このような測定装置２は、超音波粘弾性測定装置とも称される。

この予測方法では、次のようにして損失正接が測定される。上記計測部６が、基準試料４に密着される。密着後、計測部６からメガヘルツ領域の音波が発信され、発信音波と基準試料４を伝搬した音波とに基づいて、基準試料４の損失正接が上記演算処理部１０において算出される。この予測方法では、測定工程（ＳＴＥＰ２）において、上記損失正接の測定が上記複数の基準試料４のそれぞれについて繰り返し実施される。この測定工程（ＳＴＥＰ２）は、上記複数の基準ゴム組成物のそれぞれに関し、タイヤのトレッドが路面から受ける振動の周波数と同等の周波数を有する音波に基づいて、粘弾性特性を測定する工程である。

上記測定工程（ＳＴＥＰ３）では、上記複数の基準ゴム組成物のそれぞれに関し、タイヤ特性値としての最大摩擦係数が摩擦試験機（図示されず）を用いて測定される。この摩擦試験機は、上島製作所製の商品名「フラットベルト摩擦試験機ＦＲ−５０１０」である。この予測方法では、温度が２５℃である水を路面に供給し湿潤路面が再現されて計測された最大摩擦係数がタイヤ特性値として用いられている。この測定工程（ＳＴＥＰ３）では、この最大摩擦係数の測定が上記複数の基準ゴム組成物から形成された試料のそれぞれについて繰り返し実施される。なお、タイヤ特性値として、水を供給することなく乾燥路面が再現されて計測された最大摩擦係数が採用されてもよいし、この摩擦試験機とは別の試験機を用いて得られるタイヤ性能を表す指標値がタイヤ特性値として採用されてもよい。

上記相関関係の解析工程（ＳＴＥＰ４）では、上記ＳＴＥＰ３で測定された最大摩擦係数が入力部としてのキーボードを用いて上記演算処理部１０に入力される。この最大摩擦係数と、上記ＳＴＥＰ２で測定されこの演算処理部１０に記憶されている損失正接とに基づいて、両者の相関関係が解析される。この解析により得られた相関関係は、演算処理部１０の記憶部に記憶される。

上記評価試料の準備工程（ＳＴＥＰ５）では、性能が予測される評価試料が準備される。この予測方法では、タイヤのトレッド用に開発されたゴム組成物から形成される板状サンプルが評価試料として上記基準試料４と同様にして準備される。なお、この評価試料として、このゴム組成物から形成されたトレッドを有するタイヤが準備されてもよいし、走行試験が実施されたタイヤが準備されてもよい。

上記評価試料の測定工程（ＳＴＥＰ６）では、図１に示された測定装置２を用いて評価試料の損失正接が、上記測定工程（ＳＴＥＰ２）と同様にして測定される。なお、評価試料がタイヤである場合には、この測定装置２の計測部６は被測体としてのタイヤのトレッドに密着される。

上記摩擦特性の予測工程（ＳＴＥＰ７）では、上記評価試料の損失正接及び上記解析工程（ＳＴＥＰ４）で得られた相関関係に基づいて、この評価試料の最大摩擦係数が予測される。このようにして、この予測方法では、タイヤのグリップ性能が予測される。

この予測方法では、タイヤのトレッドが路面から受ける振動の周波数と同等の周波数を有する音波で損失正接が計測されるから、このタイヤ性能の予測に、低温域（例えば、０℃）で計測される粘弾性特性を、温度−時間換算則に基づいて高周波における粘弾性特性に置き換えて用いる必要はない。この予測方法では、このグリップ性能の予測に、直接的に計測された粘弾性特性が用いられるから、その予測が高精度で実施されうる。

図３は、直接的に計測された損失正接と最大摩擦係数との相関関係が示されたグラフである。横軸が損失正接を表しており、縦軸が最大摩擦係数を表している。図３（ａ）には、充填剤としてカーボンが使用された場合の相関関係が示されている。図３（ｂ）には、充填剤としてシリカが使用された場合の相関関係が示されている。それぞれのグラフには、上記基準ゴム組成物を表す記号（表１及び表２のａ〜ｏ）がそれぞれのプロットに付されている。

図示されているように、損失正接に対する最大摩擦係数のバラツキは小さい。この予測方法では、損失正接と最大摩擦係数とは良好に相関する。この予測方法では、損失正接と最大摩擦係数との相関関係が一次関数で近似されることにより、直接的に測定された損失正接に基づいて最大摩擦係数が予測される。この予測は、容易である。

図３（ａ）において（充填剤にカーボンが用いられた場合）、損失正接と最大摩擦係数との相関係数は０．９３７７であった。この相関係数と、従来の予測方法で得られた相関係数（０．７０８７）との対比から明らかなように、この予測方法では、損失正接と最大摩擦係数との間に良好な相関関係が実現されている。

図３（ｂ）において（充填剤にシリカが用いられた場合）、損失正接と最大摩擦係数との相関係数は０．９８１であった。この相関係数と、従来の予測方法で得られた相関係数（０．６８８２）との対比から明らかなように、この予測方法では、充填剤にシリカを用いた場合においても損失正接と最大摩擦係数との間に良好な相関関係が実現されている。

このように、この予測方法では、粘弾性特性とタイヤ特性値との間に良好な相関関係が実現されるから、この相関関係と評価試料の粘弾性特性とから、タイヤ特性値が高精度で予測されうる。この予測方法は、従来の予測方法に比して、高精度でタイヤ性能を予測できる。この予測方法で予測されたタイヤ性能の信頼性は、従来の予測方法で予測されたタイヤ性能のそれよりも高い。この予測方法により得られる知見は、タイヤ開発に効果的に寄与しうる。

この予測方法では、良好な相関関係が得られるという観点から、相関関係の解析に用いられる粘弾性特性は、上記基準ゴム組成物で形成された基準試料４としての板状サンプルで測定されるのが好ましい。

本発明に係る予測方法は、種々のタイヤの性能予測に適用されうる。

図１は、本発明の一実施形態に係るタイヤ性能の予測方法が示されたフロー図である。 図２は、損失正接の測定状況が示された模式図である。 図３は、直接的に計測された損失正接と最大摩擦係数との相関関係が示されたグラフである。 図４は、摩擦特性と粘弾性特性との相関関係が示されたグラフである。

符号の説明

２・・・測定装置
４・・・基準試料
６・・・計測部
８・・・伝送部
１０・・・演算処理部

Claims (5)

1. 充填剤の配合量が異なる複数の基準ゴム組成物を準備する工程と、
   これら基準ゴム組成物のそれぞれに関し、タイヤのトレッドが路面から受ける振動の周波数と同等の周波数を有する音波に基づいて、粘弾性特性を測定する工程と、
   これら基準ゴム組成物のそれぞれに関し、タイヤ特性値を測定する工程と、
   測定された粘弾性特性及びタイヤ特性値に基づいて、両者の相関関係を解析する工程と、
   上記音波を評価試料に伝搬させ、この評価試料の粘弾性特性を測定する工程と、
   この評価試料の粘弾性特性及び上記相関関係に基づいて、この評価試料のタイヤ特性値を予測する工程とを含んでおり、
   上記粘弾性特性が損失正接であり、
   上記タイヤ特性値が最大摩擦係数であり、
   上記相関関係を解析する工程では、上記複数の基準ゴム組成物から得られた損失正接及び最大摩擦係数の相関関係が一次関数で近似される、タイヤ性能の予測方法。
2. 上記音波の周波数が、０．０１ＭＨｚ以上１００ＭＨｚ以下である請求項１に記載の予測方法。
3. 上記評価試料が、板状サンプル又はタイヤのトレッドである請求項１又は２に記載の予測方法。
4. 上記基準ゴム組成物に関する粘弾性特性が、この基準ゴム組成物から形成される板状サンプルで測定される請求項１から３のいずれかに記載の予測方法。
5. 組成が異なる複数の基準ゴム組成物を準備する工程と、
   これら基準ゴム組成物から形成された板状サンプルのそれぞれに、タイヤのトレッドが路面から受ける振動の周波数と同等の周波数を有する音波を伝搬させ、この板状サンプルの粘弾性特性を測定する工程と、
   これら基準ゴム組成物のそれぞれに関し、タイヤ特性値を測定する工程と、
   測定された粘弾性特性及びタイヤ特性値に基づいて、両者の相関関係を解析する工程と、
   上記音波を評価試料に伝搬させ、この評価試料の粘弾性特性を測定する工程と、
   この評価試料の粘弾性特性及び上記相関関係に基づいて、この評価試料のタイヤ特性値を予測する工程とを含んでおり、
   上記粘弾性特性が損失正接であり、
   上記タイヤ特性値が最大摩擦係数であり、
   上記相関関係を解析する工程では、上記複数の基準ゴム組成物から得られた損失正接及び最大摩擦係数の相関関係が一次関数で近似される、タイヤ性能の予測方法。

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