JP7390968B2 - タイヤの剛性測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、タイヤの剛性測定方法に関する。

空気入りタイヤのサイド部における剛性を正確に測定するための剛性測定装置が特許文献１に提案されている。特許文献１に記載の剛性測定装置は、タイヤが取り付けられるタイヤ支持軸と、タイヤ支持軸に取り付けられたタイヤを外側から拘束するクランプ手段とを備える。クランプ手段は、タイヤ周方向に等間隔で配置されて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、センタークランプのタイヤ幅方向両側に配置されて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を備える。そして、タイヤ支持軸に取り付けられたタイヤに対して、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するとともに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し、その状態でタイヤ支持軸とクランプ手段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。

この剛性測定装置であると、センタークランプとショルダークランプにより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。そのため、トレッド部の剛性の影響をほとんど受けることなく、サイド部の剛性を評価することができる。

特開２０１７－０７５８３７号公報

上記剛性測定装置を用いてタイヤ剛性を測定する場合、荷重やトルクなどの負荷と変位量との関係を表す負荷－変位線図から剛性値を算出する。詳細には、タイヤ支持軸とクランプ手段とを変位量ゼロを基準として正方向及び負方向に相対変位させ、それにより得られる負荷－変位線図において、図９に示すように、正方向への変位時の折り返し点Ｐ１と負方向への変位時の折り返し点Ｐ２とを直線Ｌ１で結び、その傾きを剛性値として算出する。すなわち、折り返し点Ｐ１と折り返し点Ｐ２との間の変位量をＤ０、その間の負荷の大きさをＦ０として、剛性値＝Ｆ０／Ｄ０にて算出される。

しかしながら、変位量の絶対値が減少する区間Ｓ２，Ｓ４（即ち、折り返し点Ｐ１，Ｐ２から変位量ゼロまで戻る区間）においてヒステリシスの影響を受けるため、上記の測定方法では、ヒステリシスの影響を含む剛性値が算出されてしまい、精度の高い剛性値が算出されるとはいえない。

本発明の実施形態は、以上の点に鑑み、ヒステリシスの影響を受けずに精度のよい剛性値を求めることができるタイヤの剛性測定方法を提供することを目的とする。

本発明の実施形態に係るタイヤの剛性測定方法は、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と前記センタークランプのタイヤ幅方向両側に配置されたショルダークランプとを備えるクランプ手段により、トレッド面をタイヤ径方向に拘束するとともに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前記クランプ手段とを相対変位させて前記タイヤを変形させてタイヤの剛性を測定する工程と、を含み、前記剛性を測定する工程において、前記相対変位の変位量の絶対値が増加する区間及び減少する区間のうち増加する区間の測定値を用いてタイヤの剛性値を算出するものである。

本発明の実施形態に係るタイヤの剛性測定方法においては、前記タイヤ支持軸と前記クランプ手段とを変位量ゼロを基準として正方向及び負方向に相対変位させてもよい。

本発明の実施形態に係るタイヤの剛性測定方法においては、前記タイヤ支持軸と前記クランプ手段との相対変位を複数サイクル実施し、複数サイクルにおける変位量の絶対値が増加する区間の測定値を用いて前記剛性値を算出してもよい。

本発明の実施形態に係るタイヤの剛性測定方法においては、前記剛性値を算出するための測定値を得る前記相対変位を行う前に、前記剛性値の算出に用いない相対変位を１サイクル以上実施してもよい。

本発明の実施形態に係るタイヤの剛性測定方法においては、前記タイヤ支持軸と前記クランプ手段との前記相対変位を、設定変位量による折り返し制御で行ってもよい。その場合、前記設定変位量をリム径の大きいタイヤほど小さい値に設定してもよい。

本発明の実施形態によれば、タイヤのサイド部の剛性を測定する際に、ヒステリシスの影響を受けずに精度のよい剛性値を求めることができる。

タイヤの剛性測定装置の側面図 拘束状態におけるタイヤの正面模式図 拘束状態におけるタイヤの側面模式図 偏心剛性の測定を説明するための模式図 横剛性の測定を説明するための模式図 面内ねじり剛性の測定を説明するための模式図 面外ねじり剛性の測定を説明するための模式図 実施形態に係る負荷－変位線図から剛性値を算出する方法を説明するためのグラフ 比較例に係る負荷－変位線図から剛性値を算出する方法を説明するためのグラフ

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。

図１は一実施形態に係るタイヤの剛性測定装置１０の側面図であり、装置１０の一部を切断して示している。剛性測定装置１０の基本構成は上記特許文献１に記載のものと同じであり、タイヤ支持部１２とタイヤ拘束部１４とを備える。

タイヤ支持部１２は、先端にタイヤＴが取り付けられるタイヤ支持軸１６を備える。タイヤＴは、ホイールＷを介してタイヤ支持軸１６に取り付けられる。

タイヤ支持軸１６には剛性測定手段としてのロードセル１８が設けられている。ロードセル１８は、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することができる６分力計である。この例では、タイヤ軸方向をＹ軸、Ｙ軸に直交する横方向（水平方向）をＸ軸（図２参照）、Ｙ軸に直交する縦方向（上下方向）をＺ軸とする。

タイヤ支持軸１６には、面内ねじり用モータ２０が設けられており、面内ねじり用モータ２０によりタイヤ支持軸１６を回転駆動してタイヤＴに回転方向の変位を与えるように構成されている。タイヤ支持軸１６は、その後端が軸受部２２に回転可能に支持されている。

軸受部２２は、横変位用モータ２４を介して支持部側フレーム２６の上部に取り付けられており、横変位用モータ２４の駆動によって軸受部２２がＹ軸方向に移動することにより、タイヤ支持軸１６がＹ軸方向に移動可能に構成されている。

支持部側フレーム２６には面外ねじり用モータ２８が設けられており、面外ねじり用モータ２８の駆動によって支持部側フレーム２６がＸ軸方向に移動し、これによりタイヤ支持軸１６をＺ軸回りに回転可能に構成されている。

タイヤ拘束部１４は、タイヤ支持軸１６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３０を備える。クランプ手段３０は、センタークランプ３２とショルダークランプ３４とを備える。

センタークランプ３２は、図２に示されるようにタイヤ周方向に等間隔で複数配置されて、タイヤ支持軸１６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。センタークランプ３２は、タイヤＴのトレッド面に当接する内周側の当接面が、トレッド面の曲率に応じた曲率を有する湾曲面状をなしている。

センタークランプ３２は、タイヤＴの外周を取り込む円環状ケース３６から内向きに突出するロッド３８の先端に取り付けられ、駆動用モータ４０によってタイヤ径方向の内側及び外側に移動し、これによりタイヤＴのトレッド面に対する拘束と解放とを切り替え可能に構成されている。

円環状ケース３６の下部には、偏心変位用モータ４２が設けられており、偏心変位用モータ４２により円環状ケース３６をＸ軸方向に移動させることにより、タイヤＴを拘束したクランプ手段３０をＸ軸方向に移動可能に構成されている。

ショルダークランプ３４は、各センタークランプ３２のタイヤ幅方向両側にそれぞれ配置され、図３に示すようにトレッド面が拘束されたタイヤＴのショルダー部をタイヤ幅方向に拘束する。ここで、ショルダー部とは、トレッドとサイドウォールとの間の部分であり、トレッド面からタイヤ径方向内側に傾斜して設けられている。

ショルダークランプ３４は、センタークランプ３２の上記当接面に沿う円弧板状をなし、駆動用モータ４４によって当該当接面上をタイヤ幅方向に移動可能に構成されている。ショルダークランプ３４のタイヤ幅方向内側端は、センタークランプ３２の上記当接面に対して傾斜した傾斜面に形成されており、当該傾斜面によりタイヤＴのショルダー部を押圧する。

符号４６は、センタークランプ３２の背面に設けられたセンタークランプ用ロードセルであり、センタークランプ３２に加えられるタイヤ径方向の荷重を計測する。

符号４８は、ショルダークランプ３４のタイヤ幅方向外方に設けられたショルダークランプ用ロードセルであり、ショルダークランプ３４に加えられるタイヤ幅方向の荷重を計測する。

次に、上記剛性測定装置１０を用いたタイヤの剛性測定方法について説明する。該剛性測定方法は、
（１）タイヤ支持軸１６にタイヤＴを取り付ける工程と、
（２）タイヤ支持軸１６に取り付けられたタイヤＴをクランプ手段３０により拘束する工程と、
（３）タイヤＴを拘束した状態でタイヤ支持軸１６とクランプ手段３０を相対変位させてタイヤＴを変形させてタイヤＴの剛性を測定する工程と、を含む。

詳細には、まず、工程（１）において、タイヤ支持軸１６の先端にホイールＷを介してタイヤＴを取り付ける。これにより、タイヤＴは、そのビード部がホイールＷのリムに対して固定される。

次いで、工程（２）において、図１に示すように、タイヤＴの周りにタイヤ拘束部１４のクランプ手段３０を配置させる。このとき、両側のショルダークランプ３４の間隔はタイヤＴの幅よりも広くなっている。

その後、クランプ手段３０をタイヤ径方向内側に移動させることによって、複数のセンタークランプ３２によりタイヤＴのトレッド面をタイヤ径方向に拘束する。その際、トレッド面からの反力、即ちセンタークランプ用ロードセル４６で計測された荷重が所定値となるまでセンタークランプ３２をタイヤ径方向内側に向かって移動させる。

次いで、両側のショルダークランプ３４の間隔を狭めるようにショルダークランプ３４をタイヤ幅方向内側に移動させることによって、両側のショルダー部をショルダークランプ３４によりタイヤ幅方向に拘束する。その際、ショルダー部からの反力、即ちショルダークランプ用ロードセル４８で計測された荷重が所定値となるまでショルダークランプ３４をタイヤ幅方向内側に向かって移動させる。

その後、工程（３）において、クランプ手段３０によりタイヤＴの外周側を拘束した状態で、タイヤ支持軸１６とクランプ手段３０とを相対変位させることでタイヤＴを変形させて、タイヤ剛性を測定する。

具体的には、面内ねじり用モータ２０、横変位用モータ２４、面外ねじり用モータ２８又は偏心変位用モータ４２によって、タイヤ支持軸１６又はクランプ手段３０を移動させることにより、タイヤ支持軸１６側に固定されたタイヤＴのビード部と、クランプ手段３０により拘束されたトレッド面及びショルダー部とが相対変位して、タイヤＴが変形する。

タイヤ剛性としては、偏心剛性と、横剛性と、面内ねじり剛性と、面外ねじり剛性が挙げられる。

偏心剛性は、図４において矢印で示すタイヤ径方向の剛性である。偏心変位用モータ４２の駆動によりクランプ手段３０をＸ軸方向（タイヤ前後方向）に移動させ、このときのタイヤＴのＸ軸方向の変位量（ｍｍ）と、ロードセル１８によって計測されたタイヤＴに作用するＸ軸方向の力（Ｎ）によって、偏心剛性（Ｎ／ｍｍ）を求めることができる。

横剛性は、図５において矢印で示すタイヤ幅方向の剛性である。横変位用モータ２４の駆動によりタイヤ支持軸１６をＹ軸方向（タイヤ幅方向）に移動させ、このときのタイヤＴのＹ軸方向の変位量（ｍｍ）と、ロードセル１８によって計測されたタイヤＴに作用するＹ軸方向の力（Ｎ）によって、横剛性（Ｎ／ｍｍ）を求めることができる。

面内ねじり剛性は、図６において矢印で示すタイヤ回転方向のねじり剛性である。面内ねじり用モータ２０の駆動によってタイヤ支持軸１６を回転させ、このときのタイヤＴのＹ軸回りのねじれ角（°）と、ロードセル１８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（Ｎｍ）によって、面内ねじり剛性（Ｎｍ／°）を求めることができる。

面外ねじり剛性は、図７において矢印で示すタイヤ回転軸に直交する軸回りのねじり剛性である。面外ねじり用モータ２８の駆動によって支持部側フレーム２６をＸ軸方向（タイヤ前後方向）に移動させて、タイヤ支持軸１６をＺ軸回り（鉛直軸回り）に回転させる。このときのタイヤＴのＺ軸回りのねじれ角（°）と、ロードセル１８によって計測されたタイヤＴに作用するＺ軸回りのトルク（Ｎｍ）によって、面外ねじり剛性（Ｎｍ／°）を求めることができる。

工程（３）におけるタイヤ支持軸１６とクランプ手段３０との相対変位は、タイヤ支持軸１６とクランプ手段３０とを変位量ゼロを基準として正方向及び負方向のいずれか一方向のみとしてもよいが、この例では、正方向及び負方向に相対変位させることにより行う。すなわち、この例では、未変位状態でのタイヤ支持軸１６とクランプ手段３０との相対的位置を原点（変位量＝０）として、タイヤ支持軸１６又はクランプ手段３０を一方向に移動させることで正方向に相対変位させ、当該一方向とは逆向きに移動させることで負方向に相対変位させる。

かかる相対変位の制御は、設定負荷量による折り返し制御としてもよいが、この例では設定変位量による折り返し制御で行う。

ここで、設定負荷量による折り返し制御とは、タイヤＴに作用する荷重（力）やトルクなどの負荷について予め所定の負荷量（設定負荷量）を定めておき、タイヤ支持軸１６とクランプ手段３０を正方向及び負方向に相対変位させるときに、この設定負荷量に到達するまで相対変位させ、設定負荷量に到達した時点で相対変位の方向が折り返されるように制御することをいう。

斯かる設定負荷量による折り返し制御では、ヒステリシスの関係上、設定負荷量によって剛性値が変化することがある。これは設定負荷量の変化に対して測定される最大変位量の変化が比例関係でないためである。また、剛性の高いタイヤにおいて測定時の最大変位量が少なすぎると、十分な精度を保証できないおそれがある。そのため、各タイヤについて設定負荷量を複数水準設定して試験を実施することがあり、異種のタイヤ間での評価が必ずしも容易とはいえない。そこで、試験実施の水準設定を削減して異種のタイヤ間での評価を容易にするために、常に十分な変位量が確保し、測定精度を高めることができる、設定変位量による折り返し制御で試験を行うことが好ましい。

設定変位量による折り返し制御とは、タイヤ支持軸１６とクランプ手段３０との相対変位の大きさについて予め所定の変位量（絶対値としての変位の大きさ）を定めておき（この所定の変位量を「設定変位量」という。）、タイヤ支持軸１６とクランプ手段３０を正方向及び負方向に相対変位させるときに、この設定変位量に到達するまで相対変位させ、設定変位量に到達した時点で相対変位の方向が折り返されるように制御することをいう。すなわち、この場合、変位量の絶対値が増加する区間から減少する区間への折り返しが、タイヤＴに作用する負荷量に基づくのではなく、予め設定した変位量に基づいてなされる。そのため、測定精度を保証するための十分な変位量を確保することができ、異種のタイヤ間での評価精度が向上する。

設定変位量は、測定するタイヤ剛性の種類に応じて設定することができる。その際、各タイヤ剛性についての設定変位量は、タイヤの大きさによらず一定の値としてもよいが、リム径の大きいタイヤほど小さい値に設定することが好ましい。リム径の大きいタイヤは少ない変位で力が発生し、適正な力やトルクなどの負荷が得られるためである。また、剛性測定装置には負荷荷重範囲や負荷トルク範囲などのスペックがあるため、リム径の大きいタイヤほど設定変位量を小さい値とすることにより、上記スペック内でタイヤサイズに応じた適切な負荷がかかるように設定変位量を定めることができる。

より詳細には、タイヤのリム径を、例えば１６インチ以下の第１リム径と、１７インチ以上１８インチ以下の第２リム径と、１９インチ以上の第３リム径のように、複数のグループに分け、第１リム径のタイヤに対する設定変位量をａ、第２リム径のタイヤに対する設定変位量をｂ、第３リム径のタイヤに対する設定変位量をｃとして、リム径の大きいグループほど設定変位量の値が小さくなるように（ａ＞ｂ＞ｃ）、各グループに対する設定変位量を定めてもよい。

上記のように相対変位させながらロードセル１８によってタイヤＴに作用する荷重やトルクなどの負荷を測定することにより、変位量と負荷との関係を示す負荷－変位線図が得られる。図８は負荷－変位線図の一例として、偏心剛性の計測結果を示す変位－荷重曲線を示した図である。

本実施形態では、負荷－変位線図において、変位量の絶対値が増加する区間及び減少する区間のうち増加する区間の測定値を用いてタイヤの剛性値を算出する。

詳細には、図８に示すように、負荷－変位線図は、変位量＝０から正方向に変位量が増加して折り返し点Ｐ１に到達し、そこで折り返してから変位量が減少し、変位量＝０を通過した後、負方向に変位量の絶対値が増加して折り返し点Ｐ２に到達し、そこで折り返してから変位量の絶対値が減少して変位量＝０に戻る。

ここで、変位量＝０から折り返し点Ｐ１に到達するまでの、正側での変位量の絶対値が増加する区間をＳ１とし、折り返し点Ｐ１から変位量＝０に戻るまでの、正側での変位量の絶対値が減少する区間をＳ２とする。また、変位量＝０から折り返し点Ｐ２に到達するまでの、負側での変位量の絶対値が増加する区間をＳ３とし、折り返し点Ｐ２から変位量＝０に戻るまでの、負側での変位量の絶対値が減少する区間をＳ４とする。

本実施形態では、これら区間Ｓ１～Ｓ４のうち、変位量の絶対値が増加する区間Ｓ１及びＳ３のみの測定値を用いてタイヤの剛性値を算出する。変位量の絶対値が減少する区間Ｓ２及びＳ４ではヒステリシスの影響を受け、図８に示すように変位量の絶対値が増加する区間Ｓ１及びＳ３とは傾きが一致しない。本実施形態では、このようなヒステリシスの影響を受ける区間Ｓ２及びＳ４の測定値を用いることなく、上記区間Ｓ１及びＳ３のみの測定値を用いることにより、ヒステリシスの影響を受けずに精度の高い剛性値を算出することができる。

剛性値の算出方法は、特に限定されず、例えば、これら区間Ｓ１，Ｓ３の回帰直線を求めてその傾きから算出してもよく、あるいはまた、区間Ｓ１，Ｓ３における始点と終点を結ぶ直線の傾きから算出してもよい。好ましくは回帰直線の傾きから算出することであり、区間Ｓ１での回帰直線の傾きと区間Ｓ３での回帰直線の傾きをそれぞれ求めて両者を平均することにより、正負両側への変位の総合的な剛性値を算出することができる。

剛性値の算出に用いる上記相対変位のデータは１サイクル分のみとしてもよいが、好ましくは複数サイクル分のデータを用いて平均することである。すなわち、上記工程（３）においては、タイヤ支持軸１６とクランプ手段３０との正方向及び負方向への相対変位を複数サイクル実施し、複数サイクルにおける変位量の絶対値が増加する区間Ｓ１及びＳ３の測定値を用いて剛性値を算出することが好ましい。これにより測定バラツキを低減することができる。ここで、剛性値の算出に用いるサイクル数（即ち、サイクルの回数）としては、２～４サイクルであることが好ましく、より好ましくは３サイクルである。

詳細には、例えば、複数サイクルのそれぞれについて、区間Ｓ１での回帰直線の傾きと区間Ｓ３での回帰直線の傾きを求め両者を平均して各サイクルでの剛性値を算出し、得られた各サイクルの剛性値からそれらの平均値を算出することにより、複数サイクルのデータを用いた剛性値を算出することができる。

一実施形態において、上記工程（３）においては、剛性値を算出するための測定値を得る上記相対変位を行う前に、剛性値の算出に用いない正方向及び負方向への相対変位を１サイクル以上実施することが好ましい。工程（２）においてタイヤＴをクランプ手段３０により拘束した後、工程（３）においてタイヤ支持軸１６とクランプ手段３０とを相対変位させる際、未変位の初期状態から相対変位させる１サイクル目の変位－負荷線図は、ヒステリシスの影響により、２サイクル目以降の変位－負荷線図とは大きく異なる場合がある。そこで、剛性値の算出に利用しない相対変位を事前に１サイクル以上行うことが好ましい。これにより、変位－負荷線図をある程度一定化させてから測定を実施することができるため、更に精度よく剛性値を算出することができる。ここで、剛性値の算出に利用しない相対変位のサイクル数は、１サイクル以上であれば特に限定されないが、例えば１サイクル又は２サイクルでもよい。

好ましい実施形態において、剛性値の算出に用いる上記相対変位のデータは、２サイクル目から４サイクル目までの３サイクル分のデータを用いることである。

１０…剛性測定装置、１６…タイヤ支持軸、３０…クランプ手段、３２…センタークランプ、３４…ショルダークランプ、Ｔ…タイヤ

Claims (6)

1. 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と前記センタークランプのタイヤ幅方向両側に配置されたショルダークランプとを備えるクランプ手段により、トレッド面をタイヤ径方向に拘束するとともに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前記クランプ手段とを相対変位させて前記タイヤを変形させてタイヤの剛性を測定する工程と、を含み、
   前記剛性を測定する工程において、前記相対変位の変位量の絶対値が増加する区間及び減少する区間のうち増加する区間の測定値を用いてタイヤの剛性値を算出する、タイヤの剛性測定方法。
2. 前記タイヤ支持軸と前記クランプ手段とを変位量ゼロを基準として正方向及び負方向に相対変位させる、請求項１に記載のタイヤの剛性測定方法。
3. 前記タイヤ支持軸と前記クランプ手段との相対変位を複数サイクル実施し、複数サイクルにおける変位量の絶対値が増加する区間の測定値を用いて前記剛性値を算出する、請求項１又は２に記載のタイヤの剛性測定方法。
4. 前記剛性値を算出するための測定値を得る前記相対変位を行う前に、前記剛性値の算出に用いない相対変位を１サイクル以上実施する、請求項１～３のいずれか１項に記載のタイヤの剛性測定方法。
5. 前記タイヤ支持軸と前記クランプ手段との前記相対変位を、設定変位量による折り返し制御で行う、請求項１～４のいずれか１項に記載のタイヤの剛性測定方法。
6. 前記設定変位量をリム径の大きいタイヤほど小さい値に設定する、請求項５に記載のタイヤの剛性測定方法。