JP5511018B2

JP5511018B2 - タイヤ試験機用の路面部材及びその製造方法

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Publication number: JP5511018B2
Application number: JP2011170374A
Authority: JP
Inventors: 優住元; 正悟猿丸; 宗矩副島
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2011-08-03
Filing date: 2011-08-03
Publication date: 2014-06-04
Anticipated expiration: 2031-08-03
Also published as: CN102914439A; US8800358B2; KR101395351B1; CN102914439B; JP2013036750A; KR20130016098A; EP2554969A2; TWI485379B; EP2554969A3; US20130031968A1; EP2554969B1; TW201319541A

Description

本発明は、タイヤの性能試験を行うタイヤ試験機に用いられる路面部材及びその製造方法に関する。

タイヤの生産ラインにおいては、回転ドラムや平板を回転するタイヤに押し付けるタイヤ試験機により、各種の性能試験が行われている。

特許文献１には、鉄やアルミニウム製の回転ドラムや平板におけるタイヤとの接触面である路面をアスファルトに近い摩擦特性にするために、タングステンカーバイド、クロムカーバイド、チタニウムカーバイドなどの金属炭化物の溶射膜で路面を被覆したタイヤ試験機が開示されている。

特開平４−３５０５３６号公報

しかしながら、金属炭化物の溶射膜は、溶射膜厚の均一性、表面粗度の均一性の制御が難しく、回転ドラムの真円度あるいは平板の平面度を高めることが困難である。

というのも、金属炭化物の溶射膜を溶射した路面には、算術平均粗さがＲａ１６前後の凹凸ができる。そのため、路面状態が悪く、回転ドラムの真円度あるいは平板の平面度を正確に測定することができないばかりか、回転ドラムの振れや路面のうねりがタイヤ軸に設けられた計測器に上乗せされることで、正しい値を計測することができない場合がある。特にタイヤの回転速度が６０ｋｍ／ｈ以上の常用速度から高速域での走行試験においては、路面状態による試験結果への影響が大きくなる。

そこで、路面を加工することが考えられるが、金属炭化物の溶射膜は高硬度であるので、ダイヤモンド砥石を用いることになり、しかも、タイヤ試験機の回転ドラムや平板は物自体が大きいので、加工が困難でありコストも高くつく。よって、タイヤ試験機の回転ドラムや平板は、金属炭化物の溶射膜を溶射したままの状態で用いられているのが実情である。

また、複数のタイヤ試験機を用いる場合には、金属炭化物の溶射膜の状態がタイヤ試験機ごとに異なり、真円度や平面度の個体差が大きいため、同一ロットのタイヤであっても試験結果にばらつきが生じて、タイヤの特性を単純に比較することができない。

さらに、前述のように金属炭化物の溶射膜を溶射したままの路面は粗く凹凸が大きいため、高速試験や制駆動試験などの試験内容によっては、タイヤのゴムが凹部に溜り、摩擦係数が変化したり、真円度が更に大きく狂ったりする場合がある。また、凹部に溜まったゴムを取り除くのも非常に面倒である。

本発明の目的は、溶射膜で路面を被覆しても良好な試験結果を得ることが可能なタイヤ試験機用の路面部材及びその製造方法を提供することである。

本発明におけるタイヤ試験機用の路面部材は、タイヤ試験機に用いられてタイヤが当接される路面部材であって、前記タイヤが当接される路面を備えた路面基材を有し、前記路面が、前記路面基材よりも高硬度の鉄鋼系溶射膜で被覆され、且つ、研磨処理されていることを特徴とする。

上記の構成によれば、路面基材のタイヤが当接される路面をこの路面基材よりも高硬度の鉄鋼系溶射膜で被膜することで、路面の表面硬度を高くすることができて、タイヤによる磨耗を低減させることができる。また、鉄鋼系溶射膜で被膜された路面基材の路面を研磨処理することで、真円度あるいは平面度を高めることができて、路面状態による試験結果への影響を小さくすることができるとともに、凹部にゴムが溜まるのを抑えることができる。また、複数のタイヤ試験機を用いる場合であっても、路面基材の路面を鉄鋼系溶射膜で被覆して研磨処理することで、鉄鋼系溶射膜の状態をほぼ均一にすることができるから、タイヤ試験機間に生じる真円度や平面度のばらつきを小さくすることで、試験結果のばらつきを抑えることができる。これにより、溶射膜で路面を被覆しても良好な試験結果を得ることができる。

また、本発明におけるタイヤ試験機用の路面部材においては、軽合金製の回転ドラムであってよい。上記の構成によれば、路面部材を軽合金製の回転ドラムにすることで、鉄製ドラムに比べて慣性が小さくなる。そのため、軽合金製の回転ドラムは、鉄製ドラムに比べてモータによる加減速時のエネルギーを抑えることができるとともに、速度制御がしやすい。また、軽合金製の回転ドラムは、鉄製ドラムに比べてドラム軸にかかるねじりトルクが小さくなるので、トルクメータなどの計測器をドラム軸に配置しても精度良く計測することができる。また、軽合金製の回転ドラムは、鉄製ドラムに比べて熱伝導率がよいので、試験終了後にタイヤの発熱によって温まった路面をすばやく冷却することができて、少ない時間ロスで次のタイヤの試験に移行することができる。

また、本発明におけるタイヤ試験機用の路面部材において、前記路面は、前記鉄鋼系溶射膜で被覆される前に、ショットブラスト処理されていてよい。上記の構成によれば、路面基材の路面を鉄鋼系溶射膜で被覆する前に、路面をショットブラスト処理して路面を粗くすることで、鉄鋼系溶射膜の密着度を上げることができる。

また、本発明におけるタイヤ試験機用の路面部材において、前記路面基材はアルミニウム合金製であり、前記路面は、前記鉄鋼系溶射膜で被覆される前に、ニッケル−アルミニウム合金の溶射膜で被覆されていてよい。上記の構成によれば、アルミニウム合金製の路面基材の路面を鉄鋼系溶射膜で被覆する前に、鉄鋼系溶射膜との密着性が高いニッケル−アルミニウム合金の溶射膜で路面を被覆することで、鉄鋼系溶射膜の密着度を上げることができる。

また、本発明におけるタイヤ試験機用の路面部材の製造方法は、タイヤ試験機に用いられてタイヤが当接される路面部材の製造方法であって、前記タイヤが当接される路面を備えた路面基材の当該路面を、当該路面基材よりも高硬度の鉄鋼系溶射膜で被覆した後に、研磨処理することを特徴とする。

また、本発明におけるタイヤ試験機用の路面部材の製造方法においては、前記路面を前記鉄鋼系溶射膜で被覆する前に、前記路面をショットブラスト処理してよい。上記の構成によれば、路面基材の路面を鉄鋼系溶射膜で被覆する前に、路面をショットブラスト処理して路面を粗くすることで、鉄鋼系溶射膜の密着度を上げることができる。

また、本発明におけるタイヤ試験機用の路面部材の製造方法においては、アルミニウム合金製の前記路面基材の前記路面を前記鉄鋼系溶射膜で被覆する前に、前記路面をニッケル−アルミニウム合金の溶射膜で被覆してよい。上記の構成によれば、アルミニウム合金製の路面基材の路面を鉄鋼系溶射膜で被覆する前に、鉄鋼系溶射膜との密着性が高いニッケル−アルミニウム合金の溶射膜で路面を被覆することで、鉄鋼系溶射膜の密着度を上げることができる。

本発明のタイヤ試験機用の路面部材及びその製造方法によると、タイヤによる磨耗を低減させ、路面状態による試験結果への影響を小さくすることができる。また、複数のタイヤ試験機を用いる場合であっても、タイヤ試験機間に生じる試験結果のばらつきを抑えることができる。これにより、溶射膜で路面を被覆しても良好な試験結果を得ることができる。

タイヤ試験機を示す斜視図である。

以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。

（タイヤ試験機の構成）
本実施形態によるタイヤ試験機用の路面部材（回転ドラム）１は、タイヤ試験機１０に用いられる。タイヤ試験機１０は、図１に示すように、回転ドラム１、ドラム駆動モータ３、トルクメータ４、スピンドル５、および、計測器６を有している。

回転ドラム１は、アルミニウム合金製溶接構造であって、円筒状または円柱状に形成されており、ドラム径が２０００ｍｍ、ドラム幅が４５０ｍｍである。図示するように、回転ドラム１にはタイヤ１１が当接される。回転ドラム１は、タイヤ１１が当接される外周面である路面２ａを備えたアルミニウム合金製の路面基材２を有している。なお、回転ドラム１や路面基材２の材料はアルミニウム合金に限定されず、マグネシウム合金などの他の軽合金であっても、鉄等であってもよい。

ドラム駆動モータ３は、床などに固定された図示しない支持台に取り付けられており、回転ドラム１を回転させる。回転ドラム１およびドラム駆動モータ３は、図示しない移動手段により、ドラム駆動モータ３の回転軸の軸方向に直交する方向から、スピンドル５に対して近接・離隔するように移動される。試験中には、図示するように、回転ドラム１およびドラム駆動モータ３が移動手段によりスピンドル５に近接するように移動され、路面基材２の路面２ａとタイヤ１１の外周面とが当接された後に、ドラム駆動モータ３により回転ドラム１が回転されることとなる。

トルクメータ４は、ドラム駆動モータ３の回転軸に設けられており、回転ドラム１の回転トルクを計測する。これにより、タイヤ１１のころがり抵抗力を測定して、タイヤ１１のユニフォーミティを評価することが可能となっている。

スピンドル５は、ドラム駆動モータ３の回転軸の軸方向に対して平行に設けられており、図示しないハウジングにより回転可能に支持されている。そして、スピンドル５は、タイヤ１１の外周面が路面基材２の路面２ａに対向するようにタイヤ１１を支持している。試験中には、タイヤ１１の外周面に当接した回転ドラム１の回転により、タイヤ１１およびスピンドル５が回転することとなる。

計測器６は、スピンドル５の軸線方向に沿って、図示しないハウジングに設けられており、タイヤ１１の荷重やモーメントを測定する。これにより、タイヤ１１の動バランスを評価することが可能となっている。

ここで、アルミニウム合金製の路面基材２は硬度が低く、ゴムにシリカなどを含むタイヤ１１の試験により、直ぐに路面２ａが磨耗してしまう。そこで、タングステンカーバイドなどの高硬度の金属炭化物の溶射膜で路面２ａを被覆することが考えられる。しかしながら、金属炭化物の溶射膜は、溶射膜厚の均一性、表面粗度の均一性の制御が難しく、回転ドラム１の真円度を高めることが困難である。というのも、金属炭化物の溶射膜を溶射した路面には、算術平均粗さがＲａ１６前後の凹凸ができる。そのため、路面状態が悪く、回転ドラム１の真円度を正確に測定することができないばかりか、回転ドラム１の振れや路面のうねりが計測器６に上乗せされることで、正しい値を計測することができない場合がある。特にタイヤ１１の回転速度が６０ｋｍ／ｈ以上の常用速度から高速域での走行試験においては、路面状態による試験結果への影響が大きくなる。そこで、路面を加工することが考えられるが、金属炭化物の溶射膜は高硬度であるので、ダイヤモンド砥石を用いることになり、しかも、タイヤ試験機１０の回転ドラム１は物自体が大きいので、加工が困難でありコストも高くつく。

そこで、本実施形態においては、路面基材２の路面２ａは、アルミニウム合金よりも高硬度であるＳＵＳ３１６Ｌからなる鉄鋼系溶射膜７で被覆されている。アルミニウム地金の表面硬度は、ビッカース硬さがＨｖ８０〜９０であり、鉄地金、例えばＳＳ４００の表面硬度はＨｖ１１５であるのに対して、ＳＵＳ３１６Ｌアーク溶射の表面硬度はＨｖ３０６である。これにより、路面２ａの表面硬度を高くすることができて、タイヤ１１による磨耗を低減させることができるから、路面基材２を長寿命化することができる。なお、本実施形態では、良好な機械加工性質を持つＳＵＳ３１６Ｌを鉄鋼系溶射膜７として選定しているが、鉄鋼系溶射膜７はこれに限定されず、ＳＵＳ３０８やＳＵＳ４１０等であってもよい。また、溶射でなく蒸着法やメッキ加工であってもよい。

さらに、路面基材２の路面２ａは、鉄鋼系溶射膜７で被覆された後に研磨処理されている。タングステンカーバイドの表面硬度はＨｖ９００であるのに対し、ＳＵＳ３１６Ｌアーク溶射の表面硬度はＨｖ３０６であるので、一般的な砥石による研磨処理により、路面基材２の路面２ａを任意の表面粗度に仕上げることができる。なお、金属炭化物の溶射膜を溶射した路面の算術平均粗さはＲａ１６前後であるので、研磨処理により、路面基材２の路面２ａの算術平均粗さをＲａ０．４〜１６未満にすることが好ましい。これにより、回転ドラム１の真円度を高めることができて、路面状態による試験結果への影響を小さくすることができるとともに、凹部にゴムが溜まるのを抑えることができる。

また、複数のタイヤ試験機１０を用いる場合であっても、路面基材２の路面２ａを鉄鋼系溶射膜７で被覆して研磨処理することで、鉄鋼系溶射膜７の状態をほぼ均一にすることができるから、タイヤ試験機１０間に生じる真円度のばらつきを小さくすることで、試験結果のばらつきを抑えることができる。

鉄鋼系溶射膜７は、耐摩耗性を考慮すると、ビッカース硬さがＨｖ２００以上であることが望ましく、路面基材２の材料でアルミニウム合金（軽合金）と比較して硬度が十分に大きくなるＨｖ３００以上がより望ましい。なお、鉄鋼系溶射膜７は、一般的な砥石での研削が可能で研磨処理が容易なＨｖ７００までの材料とすることが望ましい。よって、鉄鋼系溶射膜７は、耐摩耗性と加工性とを考慮して、ビッカース硬さがＨｖ３００〜７００が望ましい。

ここで、タイヤ試験機１０においては、常用速度から高速域での試験における速度制御が難しい。特に、慣性が大きい鉄製の回転ドラム（鉄製ドラム）などを低慣性のモータで速度制御するのは、慣性の差から非常に難しく、また、モータの回転軸に大きな捻りトルクがかかる。そのため、トルクメータ４や計測器６による計測値が大きく波打ち変動するほか、最悪の場合には、トルクメータ４や計測器６が破損する。

そこで、本実施形態では、回転ドラム１の材料にアルミニウム合金を用いている。アルミニウム合金製の回転ドラム１は、鉄製ドラムと比べて慣性が小さい。そのため、回転ドラム１は、鉄製ドラムに比べてドラム駆動モータ３による加減速時のエネルギーを抑えることができるとともに、速度制御がしやすい。また、回転ドラム１は、鉄製ドラムに比べてドラム駆動モータ３の回転軸にかかるねじりトルクが小さくなるので、トルクメータ４などの計測器をドラム駆動モータ３の回転軸に配置しても精度良く計測することができる。また、回転ドラム１は、鉄製ドラムに比べて熱伝導率がよいので、試験終了後にタイヤ１１の発熱によって温まった路面をすばやく冷却することができて、少ない時間ロスで次のタイヤの試験に移行することができる。

（回転ドラムの製造方法）
次に、回転ドラム１の製造方法について説明する。まず、路面基材２やその他の部材を組み合わせて回転ドラム１を形成する。そして、路面基材２の路面２ａをショットブラスト処理する。具体的には、投射材と呼ばれる粒体を路面基材２の路面２ａに衝突させることで、路面基材２の路面２ａを粗くする。これにより、後に路面２ａに溶射される鉄鋼系溶射膜７の密着度を上げることができる。その後、路面基材２の路面２ａを、鉄鋼系溶射膜７との密着性が高いニッケル−アルミニウム合金の溶射膜で被覆する。これにより、後に路面２ａに溶射される鉄鋼系溶射膜７の密着度を更に上げることができる。その後、路面基材２の路面２ａをＳＵＳ３１６Ｌからなる鉄鋼系溶射膜７で被覆する。なお、ショットブラスト処理と、ニッケル−アルミニウム合金の溶射膜による被覆とは、順番が逆であってもよい。

鉄鋼系溶射膜７で路面基材２の路面２ａを被覆するにあたり、溶解した金属を路面基材２の路面２ａに噴射するため、鉄鋼系溶射膜７で被覆した後の路面基材２の路面２ａには凹凸があり、その算術平均粗さはＲａ１６程度である。そこで、路面基材２の路面２ａを鉄鋼系溶射膜７で被覆した後に、路面基材２の路面２ａを研磨処理する。具体的には、機械研削盤で鉄鋼系溶射膜７を研磨することにより、路面基材２の路面２ａから凹凸を取り除く。これにより、路面基材２の路面２ａが適当な表面粗度に仕上げられる。

なお、本実施形態において研磨後に路面基材２の路面２ａの表面粗度を検査したところ、Ｒａ０．６程度であった。また、溶解した金属を溶射した際に鉄鋼系溶射膜７の厚さが不均等になり、回転ドラム１自体の真円度が崩れる場合があるが、本実施形態においては、研磨後の最大外径と最小外径との差は０．０１ｍｍであった。そのため、計測器６でタイヤ１１の荷重やモーメントを測定する際に、回転ドラム１の振れによる測定結果への影響は問題ないものであった。

（効果）
以上に述べたように、本実施形態に係る回転ドラム１によると、路面基材２のタイヤ１１が当接される路面２ａをこの路面基材２よりも高硬度の鉄鋼系溶射膜７で被膜することで、路面２ａの表面硬度を高くすることができて、タイヤ１１による磨耗を低減させることができる。また、鉄鋼系溶射膜７で被膜された路面基材２の路面２ａを研磨処理することで、真円度を高めることができて、路面状態による試験結果への影響を小さくすることができるとともに、凹部にゴムが溜まるのを抑えることができる。また、複数のタイヤ試験機１０を用いる場合であっても、路面基材２の路面２ａを鉄鋼系溶射膜７で被覆して研磨処理することで、鉄鋼系溶射膜７の状態をほぼ均一にすることができるから、タイヤ試験機１０間に生じる真円度のばらつきを小さくすることで、試験結果のばらつきを抑えることができる。これにより、溶射膜で路面を被覆しても良好な試験結果を得ることができる。

また、路面部材を軽合金製の回転ドラム１にすることで、鉄製ドラムに比べて慣性が小さくなる。そのため、軽合金製の回転ドラム１は、鉄製ドラムに比べてドラム駆動モータ３による加減速時のエネルギーを抑えることができるとともに、速度制御がしやすい。また、軽合金製の回転ドラム１は、鉄製ドラムに比べてドラム駆動モータ３の回転軸にかかるねじりトルクが小さくなるので、トルクメータ４などの計測器をドラム駆動モータ３の回転軸に配置しても精度良く計測することができる。また、軽合金製の回転ドラム１は、鉄製ドラムに比べて熱伝導率がよいので、試験終了後にタイヤ１１の発熱によって温まった路面をすばやく冷却することができて、少ない時間ロスで次のタイヤの試験に移行することができる。

また、路面基材２の路面２ａを鉄鋼系溶射膜７で被覆する前に、路面２ａをショットブラスト処理して路面２ａを粗くすることで、鉄鋼系溶射膜７の密着度を上げることができる。

また、アルミニウム合金製の路面基材２の路面２ａを鉄鋼系溶射膜７で被覆する前に、鉄鋼系溶射膜７との密着性が高いニッケル−アルミニウム合金の溶射膜で路面２ａを被覆することで、鉄鋼系溶射膜７の密着度を上げることができる。

（本実施形態の変形例）
以上、本発明の実施形態を説明したが、具体例を例示したに過ぎず、特に本発明を限定するものではなく、具体的構成などは、適宜設計変更可能である。また、発明の実施の形態に記載された、作用及び効果は、本発明から生じる最も好適な作用及び効果を列挙したに過ぎず、本発明による作用及び効果は、本発明の実施の形態に記載されたものに限定されるものではない。

例えば、回転ドラム１を路面部材として説明したが、路面部材は平板であってもよい。この場合においても、平板の表面である路面を、路面を備えた路面基材よりも高硬度の鉄鋼系溶射膜７で被膜することで、タイヤ１１による磨耗を低減させることができる。また、鉄鋼系溶射膜７で被膜した路面を研磨処理することで、平板の平面度を高めることができる。

１回転ドラム
２路面基材
２ａ路面
３ドラム駆動モータ
４トルクメータ
５スピンドル
６計測器
７鉄鋼系溶射膜
１０タイヤ試験機
１１タイヤ

Claims

タイヤ試験機に用いられてタイヤが当接される路面部材であって、
前記タイヤが当接される路面を備えた路面基材を有し、
前記路面が、前記路面基材よりも高硬度の鉄鋼系溶射膜で被覆され、且つ、研磨処理されていることを特徴とするタイヤ試験機用の路面部材。
軽合金製の回転ドラムであることを特徴とする請求項１に記載のタイヤ試験機用の路面部材。
前記路面は、前記鉄鋼系溶射膜で被覆される前に、ショットブラスト処理されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のタイヤ試験機用の路面部材。
前記路面基材はアルミニウム合金製であり、
前記路面は、前記鉄鋼系溶射膜で被覆される前に、ニッケル−アルミニウム合金の溶射膜で被覆されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のタイヤ試験機用の路面部材。
タイヤ試験機に用いられてタイヤが当接される路面部材の製造方法であって、
前記タイヤが当接される路面を備えた路面基材の当該路面を、当該路面基材よりも高硬度の鉄鋼系溶射膜で被覆した後に、研磨処理することを特徴とするタイヤ試験機用の路面部材の製造方法。
前記路面を前記鉄鋼系溶射膜で被覆する前に、前記路面をショットブラスト処理することを特徴とする請求項５に記載のタイヤ試験機用の路面部材の製造方法。
アルミニウム合金製の前記路面基材の前記路面を前記鉄鋼系溶射膜で被覆する前に、前記路面をニッケル−アルミニウム合金の溶射膜で被覆することを特徴とする請求項５又は６に記載のタイヤ試験機用の路面部材の製造方法。