(57)【要約】【課題】空気入りタイヤの耐空気漏れ性能の試験に要する時間を低減すること。【解決手段】空気入りタイヤの耐空気漏れ性能シミュレーション試験方法は、空気入りタイヤを複数の要素に分割して表現する有限要素モデルを作成し、有限要素モデルの各要素を空気が透過しようとする際の各要素に対する空気の透過のしやすさを示す空気透過係数に基づいて、各要素のそれぞれを透過する単位時間あたりの空気量を算出し、各要素のそれぞれを透過する単位時間あたりの空気量の情報群の中から、空気入りタイヤの有限要素モデルの外表面に位置する複数の要素ＥＬｏのそれぞれを透過する単位時間あたりの空気透過量ＡＦＬｉを抽出し、単位時間あたりの空気透過量ＡＦＬｉを、外表面に位置するすべての要素ＥＬｏで総和して、外表面から漏れ出る単位時間あたりの空気透過量ＡＦＬを算出することを特徴とする。【選択図】図５
2011133272.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気入りタイヤの耐空気漏れ性能を試験する空気入りタイヤの耐空気漏れ性能シミュレーション試験方法であって、
前記空気入りタイヤを複数の要素に分割して表現する有限要素モデルを作成し、
前記有限要素モデルの各要素を空気が透過しようとする際の前記各要素に対する空気の透過のしやすさを示す空気透過係数に基づいて、前記各要素のそれぞれを透過する単位時間あたりの空気量を算出し、
前記各要素のそれぞれを透過する単位時間あたりの空気量の情報群の中から、前記空気入りタイヤの前記有限要素モデルの外表面に位置する複数の要素のそれぞれを透過する単位時間あたりの空気量を抽出し、
前記外表面に位置する複数の要素のそれぞれを透過する単位時間あたりの空気量を、前記外表面に位置するすべての要素で総和して、前記外表面から漏れ出る単位時間あたりの空気量を算出することを特徴とする空気入りタイヤの耐空気漏れ性能シミュレーション試験方法。
【請求項２】
前記空気入りタイヤの内部の気圧を前記空気入りタイヤの外部の気圧で除した値に、前記外表面から漏れ出る単位時間あたりの空気量を乗算し、その値を前記空気入りタイヤの内部の体積で除すことで、単位時間あたりの空気漏れ率を算出することを特徴とする請求項１に記載の空気入りタイヤの耐空気漏れ性能シミュレーション試験方法。
【請求項３】
前記空気入りタイヤは、複数の材料が組み合わされて構成される複合材料を有し、
複数の材料のそれぞれの前記空気透過係数から算出された前記複合材料全体での等価空気透過係数に基づいて、前記複合材料を表現する要素を透過する単位時間あたりの空気量を算出することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の空気入りタイヤの耐空気漏れ性能シミュレーション試験方法。
【請求項４】
前記等価空気透過係数は、並列型複合則によって算出された値であることを特徴とする請求項３に記載の空気入りタイヤの耐空気漏れ性能シミュレーション試験方法。
【請求項５】
前記複合材料は、空気が透過しようとする方向が異なると、空気が透過しようとする方向毎に前記等価空気透過係数が異なるものがあり、
空気が透過しようとする方向毎に算出された前記等価空気透過係数に基づいて、前記複合材料を表現する要素を透過する単位時間あたりの空気量を算出することを特徴とする請求項３または請求項４に記載の空気入りタイヤの耐空気漏れ性能シミュレーション試験方法。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の空気入りタイヤの耐空気漏れ性能シミュレーション試験方法をコンピュータに実行させることを特徴とする空気入りタイヤの耐空気漏れ性能シミュレーション用コンピュータプログラム。
【請求項７】
複数の要素に分割されて表現された空気入りタイヤの有限要素モデルを用いて、空気入りタイヤの耐空気漏れ性能を試験する空気入りタイヤの耐空気漏れ性能シミュレーション試験機であって、
前記有限要素モデルの各要素を空気が透過しようとする際の前記各要素に対する空気の透過のしやすさを示す空気透過係数に基づいて、前記各要素のそれぞれを透過する単位時間あたりの空気量を算出し、
前記各要素のそれぞれを透過する単位時間あたりの空気量の情報群の中から、前記空気入りタイヤの前記有限要素モデルの外表面に位置する複数の要素のそれぞれを透過する単位時間あたりの空気量を抽出し、
前記外表面に位置する複数の要素のそれぞれを透過する単位時間あたりの空気量を、前記外表面に位置するすべての要素で総和して、前記外表面から漏れ出る単位時間あたりの空気量を算出することを特徴とする空気入りタイヤの耐空気漏れ性能シミュレーション試験機。
【請求項８】
前記空気入りタイヤの内部の気圧を前記空気入りタイヤの外部の気圧で除した値に、前記外表面から漏れ出る単位時間あたりの空気量を乗算し、その値を前記空気入りタイヤの内部の体積で除すことで、単位時間あたりの空気漏れ率を算出することを特徴とする請求項７に記載の空気入りタイヤの耐空気漏れ性能シミュレーション試験機。
【請求項９】
前記空気入りタイヤは、複数の材料が組み合わされて構成される複合材料を有し、
前記空気入りタイヤの耐空気漏れ性能シミュレーション試験機は、複数の材料のそれぞれの前記空気透過係数から算出された前記複合材料全体での等価空気透過係数に基づいて、前記複合材料を表現する要素を透過する単位時間あたりの空気量を算出することを特徴とする請求項７または請求項８に記載の空気入りタイヤの耐空気漏れ性能シミュレーション試験機。
【請求項１０】
前記等価空気透過係数は、並列型複合則によって算出された値であることを特徴とする請求項９に記載の空気入りタイヤの耐空気漏れ性能シミュレーション試験機。
【請求項１１】
前記複合材料は、空気が透過しようとする方向が異なると、空気が透過しようとする方向毎に前記等価空気透過係数が異なるものがあり、
前記空気入りタイヤの耐空気漏れ性能シミュレーション試験機は、空気が透過しようとする方向毎に算出された前記等価空気透過係数に基づいて、前記複合材料を表現する要素を透過する単位時間あたりの空気量を算出することを特徴とする請求項９または請求項１０に記載の空気入りタイヤの耐空気漏れ性能シミュレーション試験機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気入りタイヤの耐空気漏れ性能をシミュレーションする試験方法及びその試験方法をコンピュータに実行させるコンピュータプログラム並びに空気入りタイヤの耐空気漏れ性能をシミュレーションする試験機に関する。
【背景技術】
【０００２】
空気入りタイヤは、内部の空気圧が適正に保たれることが好ましい。しかしながら、空気入りタイヤは、内部の空気が外部に漏れ出すことがあるため、時間が経過すると、内部の空気圧を適正に保てないことがある。この課題を解決するための技術として、例えば、特許文献１には、アルゴンガスと窒素ガスとからなる不活性の２種混合ガスを用いることで、ガス漏れを低減する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−５５５５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示されている技術は、空気に比べれば、タイヤの内部から外部へのガス漏れを低減できる。しかしながら、タイヤの内部から外部へ漏れ出すガスは、実際は０にはならない。また、タイヤの内部に充填される気体は、空気が一般的である。よって、空気入りタイヤは、自身（空気入りタイヤ）の構造が改良されることにより、空気入りタイヤの内部から外部へと漏れ出る空気が低減されることが好ましい。
【０００５】
空気入りタイヤの構造を改良するためには、新たに設計された空気入りタイヤが、空気入りタイヤの内部から外部へと漏れ出る空気量をどの程度低減できるかを試験する必要がある。以下、空気入りタイヤの空気圧保持能力を示す性能を、空気入りタイヤの耐空気漏れ性能という。空気入りタイヤの耐空気漏れ性能は、例えば、実際に試作された試験体を用いて、月当たりの空気入りタイヤの充填空気圧の低下量を実測する事により求められる。
【０００６】
この試験方法の場合、設計した空気入りタイヤの試験体を試作する必要があるため、試験体の試作に要する時間が増加する。また、実際の試験体を用いて、空気入りタイヤの内部から外部へ漏れ出た空気量の実測にも時間を要する。結果として、空気入りタイヤの耐空気漏れ性能の試験は、膨大な時間を要する。なお、空気入りタイヤの構造の改良には、試作と試験の繰り返しの作業が含まれる。よって、空気入りタイヤの耐空気漏れ性能の試験に要する時間が増大すると、空気入りタイヤの構造の改良は、さらに膨大な時間を要することになる。
【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、空気入りタイヤの耐空気漏れ性能の試験に要する時間を低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る空気入りタイヤの耐空気漏れ性能シミュレーション試験方法は、空気入りタイヤの耐空気漏れ性能を試験する空気入りタイヤの耐空気漏れ性能シミュレーション試験方法であって、前記空気入りタイヤを複数の要素に分割して表現する有限要素モデルを作成し、前記有限要素モデルの各要素を空気が透過しようとする際の前記各要素に対する空気の透過のしやすさを示す空気透過係数に基づいて、前記各要素のそれぞれを透過する単位時間あたりの空気量を算出し、前記各要素のそれぞれを透過する単位時間あたりの空気量の情報群の中から、前記空気入りタイヤの前記有限要素モデルの外表面に位置する複数の要素のそれぞれを透過する単位時間あたりの空気量を抽出し、前記外表面に位置する複数の要素のそれぞれを透過する単位時間あたりの空気量を、前記外表面に位置するすべての要素で総和して、前記外表面から漏れ出る単位時間あたりの空気量を算出することを特徴とする。
【０００９】
本発明の好ましい態様としては、前記空気入りタイヤの内部の気圧を前記空気入りタイヤの外部の気圧で除した値に、前記外表面から漏れ出る単位時間あたりの空気量を乗算し、その値を前記空気入りタイヤの内部の体積で除すことで、単位時間あたりの空気漏れ率を算出することが望ましい。
【００１０】
本発明の好ましい態様としては、前記空気入りタイヤは、複数の材料が組み合わされて構成される複合材料を有し、複数の材料のそれぞれの前記空気透過係数から算出された前記複合材料全体での等価空気透過係数に基づいて、前記複合材料を表現する要素を透過する単位時間あたりの空気量を算出することが望ましい。
【００１１】
本発明の好ましい態様としては、前記等価空気透過係数は、並列型複合則によって算出された値であることが望ましい。
【００１２】
本発明の好ましい態様としては、前記複合材料は、空気が透過しようとする方向が異なると、空気が透過しようとする方向毎に前記等価空気透過係数が異なるものがあり、空気が透過しようとする方向毎に算出された前記等価空気透過係数に基づいて、前記複合材料を表現する要素を透過する単位時間あたりの空気量を算出することが望ましい。
【００１３】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る空気入りタイヤの耐空気漏れ性能シミュレーション用コンピュータプログラムは、請求項１から５のいずれか一項に記載の空気入りタイヤの耐空気漏れ性能シミュレーション試験方法をコンピュータに実行させることを特徴とする。
【００１４】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る空気入りタイヤの耐空気漏れ性能シミュレーション試験機は、複数の要素に分割されて表現された空気入りタイヤの有限要素モデルを用いて、空気入りタイヤの耐空気漏れ性能を試験する空気入りタイヤの耐空気漏れ性能シミュレーション試験機であって、前記有限要素モデルの各要素を空気が透過しようとする際の前記各要素に対する空気の透過のしやすさを示す空気透過係数に基づいて、前記各要素のそれぞれを透過する単位時間あたりの空気量を算出し、前記各要素のそれぞれを透過する単位時間あたりの空気量の情報群の中から、前記空気入りタイヤの前記有限要素モデルの外表面に位置する複数の要素のそれぞれを透過する単位時間あたりの空気量を抽出し、前記外表面に位置する複数の要素のそれぞれを透過する単位時間あたりの空気量を、前記外表面に位置するすべての要素で総和して、前記外表面から漏れ出る単位時間あたりの空気量を算出することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、空気入りタイヤの耐空気漏れ性能の試験に要する時間を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、線対称に形成される空気入りタイヤの片側を示す断面図である。
【図２】図２は、タイヤ内部の空気がタイヤ外部に漏れる経路を示す説明図である。
【図３】図３は、耐空気漏れ性能シミュレーション試験機の全体の構成及び演算装置が有する機能を示す説明図である。
【図４】図４は、要素分割された空気入りタイヤの有限要素モデルを示す断面図である。
【図５】図５は、耐空気漏れ性能シミュレーション試験で演算装置が実行する手順を示すフローチャートである。
【図６】図６は、空気漏れ解析の解析結果を示す説明図である。
【図７】図７は、耐空気漏れ性能シミュレーション試験機の精度を示すための図表である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、下記の実施の形態により、本発明が限定されるものではない。また、下記実施の形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるものまたは実質的に同一のものが含まれる。
【００１８】
（実施形態）
図１は、線対称に形成される空気入りタイヤの片側を示す断面図である。まずは、空気入りタイヤ１の構造を説明する。本実施形態では、空気入りタイヤの構造の一例として、乗用車用タイヤの構造を説明する。空気入りタイヤ１は、図１に示すように、トレッド部１０と、ビード部１１と、サイドウォール部１２とを含む。トレッド部１０は、地面と接触する部分である。ビード部１１は、ホイールに組み付けられる部分である。サイドウォール部１２は、トレッド部１０とビード部１１との間の部分である。空気入りタイヤ１は、カーカス１３を備える。カーカス１３は、コードがゴムで被覆されて形成される。カーカス１３は、空気入りタイヤ１の骨格を形成する。カーカス１３は、トレッド部１０からサイドウォール部１２を介してビード部１１に掛け渡される。
【００１９】
トレッド部１０は、カーカス１３以外に、ベルト層１４と、トレッド１７とを含む。ベルト層１４は、カーカス１３よりもタイヤ径方向の外周に設けられる。ベルト層１４は、カーカス１３に沿って周方向に設けられて、トレッド部１０を補強する。トレッド１７は、ベルト層１４よりもタイヤ径方向の外周に設けられる。すなわち、トレッド１７は、タイヤ径方向の外周であって、タイヤ径方向の最も外側に設けられる。
【００２０】
ビード部１１は、カーカス１３以外に、ビードコア１５を含む。ビードコア１５は、例えば、スチールのワイヤであるビードワイヤ１５ｂがリング状に巻かれることにより形成される。ビード部１１は、カーカス１３とビードコア１５とによって形成される空間にビードフィラ１５ａが配置される。ビードフィラ１５ａは、カーカス１３をビードコア１５に固定すると共にビード部１１の形状を整える。さらに、ビードフィラ１５ａは、ビード部１１の剛性を高める。サイドウォール部１２は、カーカス１３以外に、サイドトレッド１８を含む。サイドトレッド１８は、サイドウォール部１２に生じた外傷がカーカス１３に達するおそれを低減する。
【００２１】
図２は、タイヤ内部の空気がタイヤ外部に漏れる経路を示す説明図である。図２に示す空気入りタイヤ１のうちタイヤ径方向内側の面をタイヤ内表面といい、空気入りタイヤ１のうちタイヤ径方向外側の面をタイヤ外表面という。また、タイヤ内表面よりもタイヤ径方向の内側の空間をタイヤ内部といい、タイヤ外表面よりもタイヤ径方向の外側の空間をタイヤ外部という。また、タイヤ内部の空気の圧力を内圧Ｐｉｎとし、タイヤ外部の空気の圧力を大気圧Ｐｏｕｔとする。
【００２２】
空気入りタイヤ１が使用される際、内圧Ｐｉｎは、大気圧Ｐｏｕｔよりも大きい。よって、タイヤ内部の空気は、例えば図２の各矢印で示す経路でタイヤ外部に向かって漏れ出そうとする。具体的には、タイヤ内部の空気は、矢印Ｄで示すようにビード部１１とホイール１９ａとの隙間から漏れ出したり、矢印Ｅで示すようにタイヤ内部に空気を充填するためのバルブ１９ｂから漏れたりすることがある。この他に、タイヤ内部の空気は、矢印Ａが示すようにタイヤ径方向外側に向かってトレッド部１０を透過したり、矢印Ｂが示すようにサイドウォール部１２の厚み方向に向かってサイドウォール部１２から透過したりすることがある。
【００２３】
また、タイヤ内部の空気は、矢印Ｃが示すようにビード部１１を透過することがある。ビード部１１を透過する空気は、ビード部１１の厚み方向にビード部１１を透過するものもあるが、カーカス１３のコード方向に沿ってビードコア１５側に向かい、図１に示すビードコア１５で折り返すように透過するものもある。このように、ビード部１１は、空気が透過しようとする部材に対する空気の透過のしやすさが透過する方向によって異なる。本実施形態の空気入りタイヤの耐空気漏れ性能シミュレーション試験機は、図２の矢印Ａから矢印Ｃで示す経路でトレッド部１０と、ビード部１１と、サイドウォール部１２とを透過してタイヤ内部からタイヤ外部に漏れ出す空気量を算出し、最終的に月あたりの空気漏れ率を算出する。なお、以下、空気入りタイヤの耐空気漏れ性能シミュレーション試験機を単に耐空気漏れ性能シミュレーション試験機という。
【００２４】
図３は、耐空気漏れ性能シミュレーション試験機の全体の構成及び演算装置が有する機能を示す説明図である。耐空気漏れ性能シミュレーション試験機２０は、演算装置３０と、表示装置２１と、入力装置２２とを備える。演算装置３０は、コンピュータである。表示装置２１は、演算装置３０と電気的に接続されて、ユーザーによる指令の入力を補助するための画像や、試験結果を示すための画像を表示する装置である。入力装置２２は、演算装置３０と電気的に接続されて、ユーザーが演算装置３０に指令を信号として入力するための装置である。入力装置２２は、例えば、キーボードやマウスである。
【００２５】
次に、演算装置３０が有する各機能を説明する。演算装置３０は、１つの装置が図３に示す各機能を実現してもよいし、図３に示す各機能をそれぞれ別個に実現する複数の装置が電気的に接続されることで各機能を実現してもよい。または、演算装置３０は、図３に示す各機能をそれぞれ別個に実現する複数の装置間で、フレキシブルディスクや、コンパクトディスクのような記録媒体を介して情報がやり取りされることで各機能を実現してもよい。なお、計算量によっては手動により以下の各手順を実行してもよいが、各手順に含まれる計算量は膨大になる傾向がある。よって、より迅速に試験結果を導き出すために、以下では、各手順に含まれる演算を演算装置３０が実行する態様を説明する。
【００２６】
演算装置３０は、入出力部（Input/Output）３７と、記憶部３８と、処理部３１とを含む。入出力部３７は、表示装置２１と、入力装置２２とに電気的に接続される。記憶部３８は、耐空気漏れ性能シミュレーション試験に必要な情報を記憶する。記憶部３８は、例えば、ハードディスクである。処理部３１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）である。処理部３１は、情報取得部３２と、モデル作成部３３と、要素分割部３４と、演算部３５と、表示装置制御部３６との各機能を有する。情報取得部３２は、入出力部３７を介して入力装置２２からユーザーの指令を信号として取得する。また、情報取得部３２は、記憶部３８から耐空気漏れ性能シミュレーション試験に必要な情報を取得する。モデル作成部３３は、空気入りタイヤ１のモデルを作成する。本実施形態では、モデル作成部３３は、空気入りタイヤ１の子午断面の二元モデルを作成する。モデル作成部３３は、例えば、入出力部３７に記憶されているＣＡＤ（Computer Aided Design）のプログラムを用いることで、空気入りタイヤ１のモデルを作成する。
【００２７】
図４は、要素分割された空気入りタイヤの有限要素モデルを示す断面図である。図３に示す要素分割部３４は、図４に示すように、空気入りタイヤ１の有限要素モデル２を作成する。有限要素モデル２とは、モデル作成部３３が作成した空気入りタイヤ１のモデルが、図４に示すように複数の要素（メッシュ）ＥＬで分割されて表現されたものである。各要素ＥＬは、三角形または四角形である。本実施形態では、各要素ＥＬは、四角形である。要素分割部３４は、例えば、記憶部３８に記憶されている有限要素法プリポストプロセッサのプログラムを用いることで、モデル作成部３３が作成した空気入りタイヤ１のモデルを、複数の要素ＥＬに分割して表現する。図３に示す演算部３５は、記憶部３８に記憶されている数式を用いて演算をする。表示装置制御部３６は、表示装置２１に表示させようとする画像を信号として送信する。表示装置制御部３６は、入出力部３７を介してこの信号を表示装置２１へ信号を送信することで、表示装置２１にユーザーの入力を補助するための画像や、試験結果を示すための画像を表示させる。次に、演算装置３０が実行する一連の手順を説明する。
【００２８】
図５は、耐空気漏れ性能シミュレーション試験で演算装置が実行する手順を示すフローチャートである。ステップＳＴ０１で、モデル作成部３３は、空気入りタイヤ１のモデルを作成する。具体的には、まず、情報取得部３２が記憶部３８に記憶されているＣＡＤのプログラムを取得する。次に、モデル作成部３３が、ＣＡＤのプログラムを実行する。ＣＡＤのプログラムを実行中、情報取得部３２は、ユーザーが入力装置２２へ入力した指令としての信号を受け付ける。当該指令は、空気入りタイヤ１の形状や、部分毎の材料を指定するための指令である。そして、モデル作成部３３は、情報取得部３２が取得した指令としての信号に基づいて、空気入りタイヤ１のモデルを作成する。モデル作成部３３が作成した空気入りタイヤ１のモデルは、記憶部３８に記憶される。
【００２９】
次に、ステップＳＴ０２で、要素分割部３４は、図４に示すような有限要素モデル２を作成する。具体的には、要素分割部３４は、ステップＳＴ０１で作成された空気入りタイヤ１のモデルを、図４に示すように複数の要素ＥＬに分割して表現する。詳しくは、まず、図３に示す情報取得部３２が記憶部３８に記憶されている有限要素法プリポストプロセッサのプログラムを取得する。さらに、情報取得部３２は、記憶部３８から空気入りタイヤ１のモデルを取得する。そして、要素分割部３４は、有限要素法プリポストプロセッサのプログラムを実行することで、ステップＳＴ０１で作成された空気入りタイヤ１のモデルを複数の要素ＥＬに分割して表現する。要素分割部３４が作成した有限要素モデル２は、記憶部３８に記憶される。次に、図５に示すステップＳＴ０３で、情報取得部３２は、初期の内圧Ｐｉｎの値と、大気圧Ｐｏｕｔの値とを、信号として入力装置２２から取得する。初期の内圧Ｐｉｎの値及び大気圧Ｐｏｕｔは、ユーザーによって入力装置２２に入力される。
【００３０】
次に、ステップＳＴ０４で、情報取得部３２は、各要素ＥＬの空気透過係数を取得する。空気透過係数は、図４に示す有限要素モデル２の各要素ＥＬを空気が透過しようとする際、各要素ＥＬに対する空気の透過のしやすさを示す値である。空気透過係数は、各要素ＥＬの材料の種類によって変化する値である。記憶部３８は、材料毎の空気透過係数をデータベースとして記憶する。情報取得部３２は、記憶部３８から各要素ＥＬに対応する空気透過係数を取得する。各材料の空気透過係数は、試験によって実測される。例えば、ゴムの気体透過係数は、例えば、ＪＩＳ  Ｋ  ７１２６のプラスチック―フィルム及びシート―ガス透過度試験方法に準じた試験で求められる。空気入りタイヤ１は、ゴムや、コードなどの複数の材料から構成される。
【００３１】
空気入りタイヤ１を構成する数ある材料の中には、単一の材料ではなく、複数の材料が組み合わされた複合材料も有する。複合材料の空気透過係数は、複合材料を構成する各材料の空気透過係数に基づいて算出される。このようにして算出された複合材料の空気透過係数を等価空気透過係数Ｐｅという。等価空気透過係数Ｐｅは、例えば、下記の式（１）に示す並列型複合則で算出される。なお、下記の式（１）に含まれるＰ１は、複合材料を構成する第１材料の空気透過係数である。Ｖ１は、複合材料の全体積に対する第１材料の体積の比率（体積分率）である。Ｐ２は、複合材料を構成する第２材料の空気透過係数である。Ｖ２は、複合材料の全体積に対する第２材料の体積の比率（体積分率）である。
Ｐｅ＝Ｐ１×Ｖ１＋Ｐ２×Ｖ２  ・・・（１）
【００３２】
さらに、空気入りタイヤ１に含まれる材料には、空気が透過しようとする方向によって、空気透過係数が異なるものもある。例えば、図１に示すカーカス１３やベルト層１４は、空気が透過しようとする方向によって、空気透過係数が異なる。カーカス１３を例に説明すると、カーカス１３は、コード（ファイバー）とゴムの複合材料である。ゴムは、空気が透過しようとする方向が異なっても空気透過係数の変化量が０または無視できる程度に微量である。しかしながら、コードは、空気が透過しようとする方向が異なると空気透過係数も異なる。具体的には、コードは、コードに沿う方向の空気透過係数が、コードに直交する方向の空気透過係数よりも大きい場合がある。そのような場合、カーカス１３全体の空気透過係数も、空気が透過しようとする方向によって変化する。
【００３３】
そこで、記憶部３８は、空気が透過しようとする方向によって空気透過係数が変化する材料の場合、異なる方向毎の空気透過係数を記憶する。例えば、記憶部３８は、コードに沿う方向のカーカス１３の等価空気透過係数Ｐｅと、コードに直交する方向のカーカス１３の等価空気透過係数Ｐｅとを記憶する。コードに沿う方向のカーカス１３の等価空気透過係数Ｐｅは、式（１）のＰ１にゴムの空気透過係数が代入され、Ｖ１にカーカス１３の体積に対するゴムの体積分率が代入され、Ｐ２にコードに沿う方向のコードの空気透過係数が代入され、Ｖ２にカーカス１３の体積に対するコードの体積分率が代入されることで算出される。コードに沿う方向のコードの空気透過係数は、専用の試験機によって実測される。
【００３４】
一方、コードに直交する方向のカーカス１３の等価空気透過係数Ｐｅは、Ｐ２にコードに直交する方向のコードの空気透過係数が代入されることで算出される。Ｐ２は、試験によって実測される。なお、コードに直交する方向のカーカス１３の等価空気透過係数Ｐｅを算出するために式（１）に代入されるＰ１と、Ｖ１と、Ｖ２とは、コードに沿う方向のカーカス１３の等価空気透過係数Ｐｅを算出するために式（１）に代入されるＰ１と、Ｖ１と、Ｖ２と同一である。記憶部３８は、このようにして算出されたカーカス１３の複数の等価空気透過係数Ｐｅを記憶する。図５に示すステップＳＴ０４では、図３に示す情報取得部３２は、各要素ＥＬの材料や、形状に対応した空気透過係数または等価空気透過係数Ｐｅを記憶部３８から取得する。
【００３５】
次に、ステップＳＴ０５で、図３に示す演算部３５は、有限要素法を用いて空気漏れ解析を行う。より具体的には、演算部３５は、有限要素法による伝熱解析を応用することで空気漏れ解析を行う。空気漏れ解析では、伝熱解析での温度が空気圧（内圧Ｐｉｎ、大気圧Ｐｏｕｔ）に相当する。演算部３５は、空気漏れ解析を行うことで、少なくとも各要素ＥＬの単位時間あたりの空気透過量を算出する。空気透過量とは、各要素ＥＬのそれぞれを透過する単位時間あたりの空気量である。なお、演算部３５によって算出された解析結果（各要素ＥＬのそれぞれを透過する単位時間あたりの空気量の情報群）は、記憶部３８に記憶される。
【００３６】
次に、ステップＳＴ０６で、情報取得部３２は、ステップＳＴ０５で算出した解析結果（各要素ＥＬのそれぞれを透過する単位時間あたりの空気量の情報群）の中から、図４に示すタイヤ外表面の各要素ＥＬｏの単位時間あたりの空気透過量ＡＦＬｉを抽出する。すわなち、情報取得部３２は、記憶部３８に記憶されている解析結果の中から、タイヤ外表面の各要素ＥＬｏの単位時間あたりの空気透過量ＡＦＬｉのみを取得する。本実施形態では、単位時間を例えば１秒とする。タイヤ外表面の各要素ＥＬｏは、図４に示す複数の要素ＥＬのうち、有限要素モデル２のタイヤ径方向外側に配置された要素であり、タイヤ外部に面した要素である。次に、ステップＳＴ０７で、演算部３５は、タイヤ外表面の各要素ＥＬｏの各表面積ＡＥｉを算出する。より具体的には、まず情報取得部３２が記憶部３８からタイヤ外表面の各要素ＥＬｏの接点の座標に関する情報を取得する。そして、情報取得部３２が取得した情報に基づいて演算部３５が表面積ＡＥｉを算出する。表面積ＡＥｉは、各要素ＥＬｏの断面面積である。なお、ここでいう断面とは、空気入りタイヤの回転中心軸を含む仮想平面で有限要素モデル２を切った断面である。図４では、四角形の要素ＥＬｏの面積が表面積ＡＥｉに相当する。記憶部３８によって算出されたタイヤ外表面の各要素ＥＬｏの各表面積ＡＥｉは、記憶部３８に記憶される。
【００３７】
次に、ステップＳＴ０８で、演算部３５は、下記の式（２）を用いて、単位時間あたりのタイヤ外表面の空気透過量ＡＦＬを算出する。具体的には、まず、情報取得部３２が下記の式（２）を記憶部３８から取得する。また、情報取得部３２は、記憶部３８からタイヤ外表面の各要素ＥＬｏの単位時間あたりの空気透過量ＡＦＬｉ及び表面積ＡＥｉを取得する。そして、演算部３５は、下記の式（２）にタイヤ外表面の各要素ＥＬｏの単位時間あたりの空気透過量ＡＦＬｉ及び表面積ＡＥｉを代入する。各要素ＥＬｏの単位時間あたりの空気透過量ＡＦＬｉは、各要素ＥＬｏの一点を単位時間あたりに透過する空気量である。よって、ステップＳＴ０８では、演算部３５は、各要素ＥＬｏの単位時間あたりの空気透過量ＡＦＬｉと、各要素ＥＬｏの各表面積ＡＥｉとを乗算することで、各要素ＥＬｏ全体で単位時間あたりに各要素ＥＬｏを透過する空気量を算出し、その値をすべての要素ＥＬｏで総和することで単位時間あたりのタイヤ外表面の空気透過量ＡＦＬを算出する。記憶部３８によって算出された単位時間あたりのタイヤ外表面の空気透過量ＡＦＬは、記憶部３８に記憶される。
ＡＦＬ＝Σ（ＡＦＬｉ×ＡＥｉ）・・・（２）
【００３８】
次に、ステップＳＴ０９で、演算部３５は、下記の式（３）を用いて月あたりのタイヤ外表面の空気透過量Ａｏｕｔを算出する。具体的には、まず、情報取得部３２が下記の式（３）を記憶部３８から取得する。また、情報取得部３２は、記憶部３８から単位時間あたりのタイヤ外表面の空気透過量ＡＦＬを取得する。そして、演算部３５は、下記の式（３）に単位時間あたりのタイヤ外表面の空気透過量ＡＦＬを代入する。記憶部３８によって算出された単位時間あたりのタイヤ外表面の空気透過量ＡＦＬは、記憶部３８に記憶される。なお、本実施形態では、演算部３５は、月あたりにタイヤ外表面から漏れ出る空気量を算出するが、例えば、演算部３５は、一日や、一時間や、一分や、一秒あたりにタイヤ外表面から漏れ出る空気量を算出してもよい。
Ａｏｕｔ＝ＡＦＬ×３０（ｄａｙｓ）×２４（ｈ）×６０（ｍｉｎ）×６０（ｓｅｃ）・・・（３）
【００３９】
次に、ステップＳＴ１０で、演算部３５は、タイヤ内容積ＴＬを算出する。タイヤ内容積ＴＬは、タイヤ内部の総容積であって、タイヤ内表面とホイールとで囲まれる空間の体積である。具体的には、まず、ステップＳＴ０１でモデル作成部３３が作成したモデルを情報取得部３２が記憶部３８から取得する。演算部３５は、取得したモデルの情報に基づいて、タイヤ内容積ＴＬを算出する。記憶部３８によって算出されたタイヤ内容積ＴＬは、記憶部３８に記憶される。次に、ステップＳＴ１１で、演算部３５は、下記の式（４）を用いて、月あたりの空気漏れ率Ａｏｕｔｒを算出する。具体的には、まず、情報取得部３２が下記の式（４）を記憶部３８から取得する。また、情報取得部３２は、記憶部３８から月あたりのタイヤ外表面の空気透過量Ａｏｕｔと、内圧Ｐｉｎと、大気圧Ｐｏｕｔと、タイヤ内容積ＴＬとを取得する。そして、演算部３５は、下記の式（４）に月あたりのタイヤ外表面の空気透過量Ａｏｕｔと、内圧Ｐｉｎと、大気圧Ｐｏｕｔと、タイヤ内容積ＴＬとを代入する。記憶部３８によって算出された月あたりの空気漏れ率Ａｏｕｔｒは、記憶部３８に記憶される。
Ａｏｕｔｒ＝Ａｏｕｔ×（Ｐｉｎ／Ｐｏｕｔ）／ＴＬ×１００・・・（４）
【００４０】
次に、ステップＳＴ１２で、図３に示す表示装置制御部３６は、試験結果を示すための画像を表示装置２１に表示させる。具体的には、情報取得部３２が記憶部３８から試験結果を取得する。そして、表示装置制御部３６が、表示装置２１にその試験結果を示す画像を表示させる。試験結果は、ステップＳＴ０８で演算部３５が算出した単位時間あたりのタイヤ外表面の空気透過量ＡＦＬと、ステップＳＴ０９で演算部３５が算出した月あたりのタイヤ外表面の空気透過量Ａｏｕｔと、ステップＳＴ１１で演算部３５が算出した月あたりの空気漏れ率Ａｏｕｔｒとのうちの少なくとも１つである。本実施形態では、例えば、表示装置制御部３６は、単位時間あたりのタイヤ外表面の空気透過量ＡＦＬと、月あたりのタイヤ外表面の空気透過量Ａｏｕｔと、月あたりの空気漏れ率Ａｏｕｔｒとの３つを表示装置２１に表示させる。ステップＳＴ１２を実行すると、演算装置３０は、一連の手順の実行を終了する。
【００４１】
ステップＳＴ０８で演算部３５が算出した単位時間あたりのタイヤ外表面の空気透過量ＡＦＬのみを表示装置制御部３６が表示装置２１に表示する場合、演算部３５は、ステップＳＴ０９〜ステップＳＴ１１の手順を省略できる。よって、表示装置制御部３６は、より迅速に表示装置２１に試験結果を表示できる。ステップＳＴ０９で演算部３５が算出した月あたりのタイヤ外表面の空気透過量Ａｏｕｔのみ、または、月あたりのタイヤ外表面の空気透過量Ａｏｕｔ及び単位時間あたりのタイヤ外表面の空気透過量ＡＦＬを表示装置制御部３６が表示装置２１に表示する場合、演算部３５は、ステップＳＴ１０及びステップＳＴ１１の手順を省略できる。よって、表示装置制御部３６は、迅速に表示装置２１に試験結果を表示できる。一方、ステップＳＴ１１で演算部３５が算出した月あたりの空気漏れ率Ａｏｕｔｒは、空気入りタイヤ１の耐空気漏れ性能の指標として一般的である。よって、月あたりの空気漏れ率Ａｏｕｔｒを表示装置制御部３６が表示装置２１に表示する場合、表示装置制御部３６は、空気入りタイヤ１の耐空気漏れ性能の指標として一般的な試験結果を表示装置２１に表示できる。
【００４２】
図６は、空気漏れ解析の解析結果を示す説明図である。また、表示装置制御部３６は、上述の試験結果（単位時間あたりのタイヤ外表面の空気透過量ＡＦＬと、月あたりのタイヤ外表面の空気透過量Ａｏｕｔと、月あたりの空気漏れ率Ａｏｕｔｒとのうちの少なくとも１つ）に加えて、例えば図６に示す空気漏れ解析の解析結果を示す画像を表示装置２１に表示させてもよい。図６に示す画像は、各要素ＥＬの単位時間あたりの空気透過量ＡＦＬｉを色で示す画像である。表示装置制御部３６が図６に示す画像を表示装置２１に表示させることにより、耐空気漏れ性能シミュレーション試験機２０は、空気入りタイヤ１のどこの部分から空気が漏れやすいかをユーザーに図示できる。なお、図６に示す画像は、静止画でもよいし、各要素ＥＬの単位時間あたりの空気透過量ＡＦＬｉの時間による変化を示すための動画（アニメーション）でもよい。
【００４３】
本実施形態では、演算部３５は、ステップＳＴ０５で、解析結果が収束するまで解析を継続する。すなわち、演算部３５は、各要素ＥＬの単位時間あたりの空気透過量ＡＦＬｉが定常となるまで、つまり、単位時間あたりの空気透過量ＡＦＬｉの時間変化量が０、または、所定値以内になるまで解析を継続する。ステップＳＴ０６で演算部３５が抽出する各要素ＥＬの単位時間あたりの空気透過量ＡＦＬｉは、定常となった時点での単位時間あたりの空気透過量ＡＦＬｉでもよいし、非定常の時点での単位時間あたりの空気透過量ＡＦＬｉでもよい。但し、演算部３５が非定常の時点での単位時間あたりの空気透過量ＡＦＬｉを抽出する場合、タイヤ外表面側の各要素ＥＬｏの単位時間あたりの空気透過量ＡＦＬｉが０である場合もある。よって、本実施形態では演算部３５は、ステップＳＴ０６で、定常となった時点での単位時間あたりの空気透過量ＡＦＬｉを抽出する。
【００４４】
または、演算部３５は、単位時間あたりの空気透過量ＡＦＬｉが非定常から定常となるまでの複数の時点での、単位時間あたりの空気透過量ＡＦＬｉを複数抽出してもよい。この場合、ステップＳＴ０８で、演算部３５は、各時点での単位時間あたりのタイヤ外表面の空気透過量ＡＦＬを算出する。そして、ステップＳＴ１２で、表示装置制御部３６は、各時点での単位時間あたりのタイヤ外表面の空気透過量ＡＦＬを示す画像を表示装置２１に表示させる。この場合、耐空気漏れ性能シミュレーション試験機２０は、単位時間あたりのタイヤ外表面の空気透過量ＡＦＬの時間変化をユーザーに示すことができる。次に、耐空気漏れ性能シミュレーション試験機の精度について説明する。
【００４５】
図７は、耐空気漏れ性能シミュレーション試験機の精度を示すための図表である。図７には、基準サンプル〜サンプル３の各空気入りタイヤ１のシミュレーション値と、サンプル２を除く基準サンプル〜サンプル３の各空気入りタイヤ１の実測値とが示されている。シミュレーション値は、耐空気漏れ性能シミュレーション試験機２０を用いて算出した月あたりの空気漏れ率Ａｏｕｔｒである。実測値は、実物の空気入りタイヤ１で測定した月あたりの空気漏れ率Ａｏｕｔｒである。基準サンプルのシミュレーション値をＸ（％）とし、基準サンプルの実測値をＹ（％）とする。
【００４６】
ＸとＹとは必ず一致するとは限らないが、図７に示すように、基準サンプルに対する各サンプルの比は、シミュレーション値と実測値とで近似する。仮に、ＸとＹとが一致しない場合であっても、ユーザーにとって大事な情報は、どのサンプル（空気入りタイヤ１）が、耐空気漏れ性能に優れるかである。よって、耐空気漏れ性能シミュレーション試験機２０は、実用に足る精度で空気入りタイヤ１の耐空気漏れ性能をシミュレーションできる。
【００４７】
以上のように、耐空気漏れ性能シミュレーション試験機２０は、試験体を実際に試作する必要もなく、また、試験体の内部から外部へ漏れ出る空気量を実測する必要もなく、空気入りタイヤ１の耐空気漏れ性能を試験できる。空気入りタイヤ１のモデルの作成に要する時間や、図４に示す空気入りタイヤ１の有限要素モデル２の作成に要する時間は、試験体を実際に試作するために要する時間よりも短い。また、各種演算に要する時間は、試験体の内部から外部へ漏れ出る空気量を実測する場合よりも短い。よって、耐空気漏れ性能シミュレーション試験機２０は、空気入りタイヤ１の耐空気漏れ性能の試験に要する時間を低減できる。結果として、耐空気漏れ性能シミュレーション試験機２０は、空気入りタイヤ１の構造の改良に要する時間を低減できる。また、耐空気漏れ性能シミュレーション試験機２０を用いれば、ユーザーは、試験体を試作する場合よりも、気軽に空気入りタイヤ１の構造を変更できる。よって、耐空気漏れ性能シミュレーション試験機２０を用いれば、ユーザーは、より積極的に空気入りタイヤ１の構造を変更できる。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
以上のように、本発明に係る空気入りタイヤの耐空気漏れ性能シミュレーション試験方法及び空気入りタイヤの耐空気漏れ性能シミュレーション用コンピュータプログラム並びに空気入りタイヤの耐空気漏れ性能シミュレーション試験機は、空気入りタイヤの耐空気漏れ性能の試験に有用であり、特に、空気入りタイヤの耐空気漏れ性能の試験に要する時間を低減することに適している。
【符号の説明】
【００４９】
１  空気入りタイヤ
２  有限要素モデル
１０  トレッド部
１１  ビード部
１２  サイドウォール部
１３  カーカス
１４  ベルト層
１５  ビードコア
１５ａ  ビードフィラ
１５ｂ  ビードワイヤ
１７  トレッド
１８  サイドトレッド
１９ａ  ホイール
１９ｂ  バルブ
２０  耐空気漏れ性能シミュレーション試験機
２１  表示装置
２２  入力装置
３０  演算装置
３１  処理部
３２  情報取得部
３３  モデル作成部
３４  要素分割部
３５  演算部
３６  表示装置制御部
３７  入出力部
３８  記憶部
ＥＬ  要素
ＥＬｏ  タイヤ外表面の要素
【図１】
2011133272.tif 000003
【図２】
2011133272.tif 000004
【図３】
2011133272.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
2011133272.tif 000008
【図７】
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