(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第２の表面に相対する第１の表面を有するトレッド試験片のトレッド剛性を測定する装置であって、
表面を備えたプラターを有する回転テーブルであって、該回転テーブルは所定の角度増分で回転することが出来、トレッド試験片の該第１表面が該回転テーブルの該表面の上に置かれる回転テーブル、
前記回転テーブルの該表面の反対側に位置する荷重用プレートであって、該荷重用プレートは該トレッド試験片の該第２の表面と組み合わせられ、該荷重用プレートは、さらに、該トレッド試験片の該第２の表面に対する垂直方向及び該トレッド試験片の該第２の表面に対する横方向に力をかけられるようになっている荷重用プレート、
前記荷重用プレートによりかけられる力の大きさを決定する手段、
前記荷重用プレートが動かされたときにトレッド試験片への変位の量を測定する手段、
及び
前記回転テーブルの1つ又は2つ以上の角度増分に関連して複数の方向でトレッド試験片の剛性を決定するために前記力の大きさ及び前記変位の量を処理するための手段であって、該荷重用プレートの移動を制御する手段、
を備えるトレッド剛性を測定する装置。
【請求項２】
トレッド試験片の第１の表面が置かれる表面を有する回転テーブルであって、該トレッド試験片は第１の表面に相対する第２に表面を有しており、該回転テーブルは所定の角度増分でトレッド試験片を回転することができる回転テーブル、
試験片の該第２の表面に同時に横方向荷重及び垂直方向荷重をかけるための手段であって、該回転テーブルは該荷重をかけるための手段の反対側に位置している手段、
前記試験片に前記横方向荷重をかける間に試験片の動きを測定する手段、及び
試験片の横方向剛性を決定するために試験片の動きと前記横方向荷重の大きさを処理する処理手段であって、前記回転テーブルを回転することと前記垂直方向及び横方向荷重を加えることとを交互に行う処理主段
を備える、試験片の横方向剛性を決定する装置。
【請求項３】
第２の表面に相対する第１の表面を有するタイヤトレッド試験片を準備し、
回転テーブルの試験片支持表面に該タイヤトレッド試験片の該第１の表面を取り付け、
前記回転テーブルの反対側に荷重用プレートを設け、前記回転テーブルは該荷重用プレートに対して所定の角度増分でトレッド試験片を回転することができ、
前記タイヤトレッド試験片の第２の表面に該荷重用プレートにより垂直方向の荷重をかけ、
前記タイヤトレッド試験片の第２の表面に該荷重用プレートにより横方向の荷重をかけ、
試験片の前記横方向荷重がかけられたときの試験片の横方向の動きの量を測定し、そして
トレッド試験片の横方向剛性値を計算する
諸段階を含む、タイヤトレッド試験片の横方向剛性を決定する方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は一般にタイヤ試験装置に関する。より特別には、本発明は、タイヤのトレッド及びその構成要素の剛性の測定装置及び関連した方法に関する。特に、本発明は、タイヤのトレッドに、多くの角度間隔で順に垂直方向の力をかけ次いで横方向の力をかけるることによりタイヤのトレッドの剛性を測定する装置及び関連の方法に関する。
【０００２】
【従来技術及びその課題】
タイヤの性能又はタイヤの「乗心地」は、少しばかり挙げれば、タイヤ形状、空気圧、タイヤの構成、及びタイヤ製造に使用される材料のような多くの要因によることが一般に知られている。タイヤは、振動が最小でかつタイヤが取り付けられた自動車の方向を制御するように運転者が加える力を最小の状態で極めて滑らかで静粛な乗心地を与えるように設計される。これら乗心地特性は、トレッドデザイン及びタイヤの製造に使用される材料に直接的に依存する。トレッドのデザインの解析を支援するために、トレッドリブの撓みと摩耗速度との相関性を調べるため及びタイヤの共通領域におけるタイヤの力とタイヤトレッドの運動を測定するためにに種々の試験装置が開発されてきた。
【０００３】
米国特許４０２８９３７号「タイヤ摩耗の非破壊試験」は、空気入りタイヤのタイヤ摩耗の定性的な決定の方法及び装置を明らかにする。この特許は、少なくも１個の歪ゲージが取り付けられた撓み要素を有するタイヤのショルダーリブ及びタイヤトレッドの隣接リブに静的に荷重をかけることを明らかにする。歪ゲージは撓み値を作り、より大きな撓み値はより大きい摩耗速度に対応する。この発明はその述べられた目的には有効であるが、これは１方向における撓みを監視するだけであり、その他の方向に加えられる別の力を考えない。
【０００４】
タイヤ特性試験用の別の装置が米国特許４９８６１１８号「タイヤトレッドの力及び運動の測定方法」に明らかにされる。この発明の装置は、試験下のタイヤの共通領域におけるタイヤの力とタイヤトレッドの運動を測定する。タイヤはタイヤ試験ブロック上で転動し、このブロックは、特性を測定しタイヤの力とトレッドの運動を表示する歪ゲージに取り付けられた多数のセンサーを持つ。この発明はその述べられた目的には有効であるが、タイヤトレッド及びその組み合わせられたラグの形状の総合効果の考えを提供しない。
【０００５】
以上の特許及びその他の試験装置は、自動車の乗心地におけるトレッド形状の効果、特にトレッド剛性及びタイヤのコーナリングフォース又はアライニングフォースに対するトレッド形状の影響については認識しない。言い換えると、公知のタイヤ試験装置は、主題のタイヤを付けた自動車を運転するときにドリフト又はプルを生ずるトレッド及びラグを考えるには十分でない。
【０００６】
以上に基づき、本技術においては、トレッド及びラグのデザインの影響の試験データを提供するタイヤ試験装置及びその使用方法についての要求があることは明らかである。更に、本技術においては、トレッド及びラグのデザインの横方向剛性を解析する試験装置及びこれの使用方法についての要求がある。また、多くの角度増分におけるトレッド及びラグの横方向剛性を測定する試験装置に対する要求もある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
以上に鑑み、タイヤトレッドの剛性を決定する装置及び方法を提供することが本発明の第１の態様である。
【０００８】
本発明の別の態様は、タイヤトレッド及びこれと組み合わせられたトレッドラグデザインの横方向剛性を決定する装置を提供することである。
【０００９】
本発明の更なる態様は、上述のように、トレッド試験片を取り付けて予定の角度増分で回転できる回転テーブルを有する試験装置を提供することである。
【００１０】
本発明の別の態様は、上述のように、タイヤトレッド試験片に垂直方向及び横方向の力をかける荷重プレートを提供することである。
【００１１】
本発明のなお別の態様は、上述のように、タイヤトレッド試験片に横方向の力がかけられたときの荷重プレートの横方向の動きを検知する測定装置を提供することである。
【００１２】
本発明の更なる態様は、上述のように、荷重プレートの横方向運動中にかけられる横方向の力及び垂直方向の力の両者を監視するロードセルを提供することである。
【００１３】
本発明の別の態様は、上述のように、トレッド剛性値を誘導するためにタイヤトレッド試験片にかけられる横方向の力と横方向の動きの測定値との相関性を調べるプロセッサーを提供することである。
【００１４】
本発明のなお別の態様は、上述のように、約１ヘルツから約１０ヘルツの範囲の振動数でかつ約５％から約１０％の横方向剪断歪で振動している横方向の力をかける２軸荷重フレームを提供することである。
【００１５】
説明の進行とともに明らかになるであろう本発明の以上及びその他の目的は、トレッド試験片を支持するためのテーブル、トレッド試験片と結合され少なくも２方向に動き得る荷重プレート、荷重プレートによりかけられる力の大きさを決定するための手段、及び荷重プレートが動かされたときのトレッド試験片の変位の大きさを測定するための手段を備えたトレッド剛性の測定装置により達成される。
【００１６】
本発明は、試験片の横方向剛性を決定する装置であって、試験片を保持する手段、試験片に横方向の力をかける手段、試験片に横方向の力をかけながら試験片の横方向の動きを測定する手段、及び試験片の横方向剛性を決定するために試験片の動きと横方向荷重の大きさとを処理する手段を備えた装置も提供する。
【００１７】
本発明のその他の目的は、テーブルにタイヤトレッド試験片を取り付け、タイヤトレッド試験片に垂直方向の力をかけ、タイヤトレッド試験片に横方向の力をかけ、試験片に横方向の力がかけられたときの試験片の横方向の変位の大きさを測定し、更にタイヤトレッド試験片の横方向剛性値を算出する諸段階を含んだタイヤトレッド試験片の横方向剛性を決定する方法を提供することである。
【００１８】
【本発明を実行する好ましい実施例】
本発明の目的技術及び構想の完全な理解のために、以下の詳細な説明及び付属図面を参照すべきである。
【００１９】
図面、特に図１を参照すれば、タイヤトレッド剛性を決定する装置が一般に番号１０で示される。一般に、装置１０は、試験片の横方向の剛性値を決定できるようにタイヤトレッド試験片１２に垂直方向の力及び横方向の力をかける。タイヤトレッド試験片１２の最大寸法は約２０３.２mm×２７９.４mm（８インチ×１１インチ）である。タイヤトレッド試験片１２は、トレッド要素の剛性を決定すべきタイヤトレッドの一部分を含んだサイピングあり又はなしのトレッドラグ、或いは一連のトレッドラグ、或いは適宜形状の試験片となし得ることが認められるであろう。試験片１２は、ベルト及びコード補強プライのようなタイヤの下層構造を含むことができる。
【００２０】
保持用取付け具１４がトレッド試験片１２を支持し、一方、荷重用装置１６がこれに組み合わせられる。保持用取付け具１４は実質的に静止した装置であり、一方、荷重用装置１６はタイヤトレッド試験片１２に垂直方向及び横方向の荷重を与える。荷重用装置１６は、タイヤトレッド試験片１２にまず垂直方向荷重をかけ、次いで横方向又は剪断荷重をかけるように機能する。好ましい実施例においては、荷重用装置１６は、約１５８８kg（３５００ポンド）までの垂直方向荷重と約６３５kg（１４００ポンド）までの横方向荷重をかけることができる。
【００２１】
保持用取付け具１４はフレーム２０を有し、これは荷重用装置１６により作られた荷重の力に耐え得る静止した固定物である。ベース２４を有する回転テーブル２２がフレーム２０に固定される。ベース２４にモーター２６が取り付けられ、このモーターはプラター２８を予定の角度増分で回転させるように機能する。以下詳細に説明されるであろうように、プラター２８の回転は、横方向の力がかけれたときのトレッド試験片１２に異なった方向配置を許す。
【００２２】
装置１０の運転を制御するために必要なハードウエア、ソフトウエア、及びメモリーを有するプロセッサー３０がモーター２６に接続され、プラッター２８の作動を制御する。図１に見られるように、プロセッサー３０は大文字Ａで示された導線によりモーター２６に接続される。プロセッサー３０と装置１０内のその他の構成要素との間の接続が同様に大文字で示される。プロセッサー３０には表示モニター３２も接続され、これは、装置１０及びオペレーターが装置１０に指示入力を与え得るキーボード３４の作動状態の視覚的表示を与える。プロセッサー３０が荷重用装置１６により与えられる力の適用を制御し、かつタイヤトレッド試験片１２を解析するために、装置１０により作られた試験データ出力を管理し記憶することが認められるであろう。
【００２３】
フレーム２０とベース２４との間に取り付けることのできる変位監視装置３６がプロセッサー３０に接続され、荷重用装置１６に置かれた基準点の動きを測定する。好ましい実施例においては、監視装置３６は、レーザー光を投射しその反射を数量化可能な距離に相関させる。物差し、超音波センサー及び同等品のようなその他の公知の測定装置を監視装置３６のために使用し得ることは当然である。
【００２４】
試験片用プレート３８がネジボルト又はその他のかかる取付け固定用具によりプラッター２８にしっかりと固定される。タイヤトレッド試験片１２は試験片用プレート３８に接着され、この方法により、これにかけられる垂直方向の力及び横方向の力のためにプラッター３８がタイヤトレッド試験片１２から緩むことはない。
【００２５】
荷重用装置１６は２方向荷重フレーム４０を有し、これはプロセッサー３０により制御され油圧で作動させられる。図１は２方向荷重フレーム４０を部分的にしか表していないが、熟練技術者は、これが荷重用装置１６を保持用取付け具１４に組み合わせるに必要な機能を行うことを認めるであろう。２方向荷重フレーム４０は、横方向荷重用アーム４２と垂直方向荷重用アーム４４とを備える。少なくも２方向で動き得る荷重用プレート４６が垂直方向荷重用アーム４４から伸びる。特に、横方向荷重用アーム４２は、荷重用プレート４６をタイヤトレッド試験片１２に関して横方向に動かすように機能する。垂直方向荷重用アーム４４は、荷重用プレートを垂直方向に動かしてタイヤトレッド試験片１２に垂直方向の荷重をかけるように機能する。荷重用プレート４６と垂直方向荷重用アーム４４との間にロードセル４８が配置され、タイヤトレッド試験片１２にかけられる垂直方向の力と横方向の力との両者を検知しかつ監視する。ロードセル４８はプロセッサー３０に接続され、プロセッサーは２方向荷重用フレーム４０によりタイヤトレッド試験片１２にかけられた力の値を収集する。
【００２６】
変位バー５０が監視装置３６と並んで荷重用プレート４６に取り付けられる。熟練技術者に認められるであろうように、変位バー５０の横方向の動きは、タイヤトレッド試験片１２に横方向の荷重がかけられたときの荷重用プレート４６の横方向の動きと相関する。このため、監視装置３６は、タイヤトレッド試験片１２に横方向の力がかけられたときのこれの横方向の変位を監視する。変位バー５０は、荷重用装置１６上の適宜な位置に取り付けられ、横方向荷重下におけるタイヤトレッド試験片１２の横方向撓みの確実な表示を提供する。更に、監視装置３６が変位バー５０又はその他の固定基準点に関するそれ自体の動きを監視するように、変位バー５０及び監視装置３６の取付け位置を入れ替え得ることが認められるであろう。この入れ替えを行った場合でも、荷重下のタイヤトレッド試験片１２の横方向の撓みの表示が提供される。
【００２７】
さて、図２及び３を参照すれば、タイヤトレッド試験片１２に横方向の力Ｆがかけられたとき、タイヤトレッド試験片の力定数を誘導できることを見ることができる。特に、定数Ｋは、力（Ｆ）の伸び（δ）に対する比から誘導される。ここに、δは横方向荷重下のトレッド試験片の横方向変位と等しい。定数Ｋは、タイヤトレッド試験片の製造に使用された材料の剛性の指標であり、より重要なことはタイヤトレッド形状の剛性の指標であることが熟練技術者に認められるであろう。トレッド試験片１２を回転させ次いで横方向荷重をかけることにより、図３及び５に見られるように異なった方向の剛性を誘導することができる。異なった方向の剛性の決定により、タイヤの残留アライニングトルク及びタイヤのコーナリング諸係数についてのタイヤラグのデザインの影響を評価するように検査することができる。換言すれば、トルクデザインがタイヤの方向性プルにいかに影響するかを見るために異なった方向の剛性値を解析することができる。
【００２８】
上の変数のための値を作るため、オペレーターは、試験片プレート３８にタイヤトレッド試験片１２を接着又はその他の手段により固定する。次いで、オペレーターは、回転テーブル２２のプラッター２８に試験片プレート３８を固定する。プロセッサー３０は、保持用取付け具１４に荷重用装置１６を組み合わせるより前にプラッター２８に設定された特別の角度を記憶する。荷重用装置１６が作動させられると、垂直方向荷重用アーム４４がタイヤトレッド試験片１２に垂直方向荷重をかけ、試験片に荷重をかける車両又はその他の装置の重量を模擬する。タイヤトレッド試験片１２に垂直方向荷重をかけた後に、横方向荷重用アーム４２がタイヤトレッド試験片１２に約３％から２０％、典型的には５％から１０％の間の横方向剪断歪を与える。横方向荷重用アーム４２は約０.１ヘルツから約１０ヘルツの選定された周波数で振動させられ、これが図４にグラフで示されたような、かけられた横方向の力に対する伸び又は横方向変位の値を作る。一般に、タイヤトレッド試験片１２により大きい横方向剪断歪が加えられるときは、より低い周波数が選ばれる。周波数と剪断歪とは、歪速度を制御しかつトレッド要素の滑りの可能性を無くすために、一方が大きくされたときは他方が小さくされるような逆の関係に調整される。図４に示されるグラフは試供のタイヤトレッド試験片１２についての歪・応力曲線であることが熟練技術者により認められるであろう。この曲線はヒステリシスループにも関係する。プロセッサー３０は、かけられる力、及び各横方向の力についての変位の値を監視し、これらの値を記憶する。予定回数の横方向の力のサイクルがかけられた後で、横方向の力と垂直方向の力の適用が中止される。このとき、プロセッサー３０はプラッター２８に指令して予定の角度増分（好ましい実施例では約１５゜）だけ回転させる。プロセッサー３０は２方向荷重用フレーム４０に指令して、上述のように垂直方向の力と横方向の力とを再びかけさせて、得られたデータを収集する。これが、所望のデータが集められるまで、又はプラッター２８が完全に１回転するまで続けられる。次いで、集められたデータを、ポンド／インチで計算された得られたトレッド剛性とタイヤトレッド試験片１２の角度とを比較する図５に示されるようにグラフにプロットする。図５は、タイヤトレッド試験片１２が回転テーブル２２により回されたときのトレッド剛性値の変動を示す実質的なサイン曲線を表す。次いで、ラグデザイン及び材料の選択を通る最大及び最小のトレッド剛性の値を操作することによりタイヤ性能を変えることができる。
【００２９】
従来のタイヤ試験装置に伴う諸問題が克服されたことは、装置１０の作動及び使用方法についての以上の説明より明らかである。特に、装置１０は、これまで得られなかった方法でトレッド形状を回転させる装置を提供する。装置１０は、特定のトレッド形状デザインを有する異なった材料がトレッド剛性にどのように影響するかの決定も可能である。この試験データは、タイヤ設計者に対し、タイヤトレッドデザインの残留アライニングトルクの予測とコーナリングの予測の決定を容易にさせる。装置１０により得られた諸データは、有限要素解析その他のトレッド剛性計算の確認のためにも使用することができる。そこで、装置１０は、タイヤ設計者により、一般大衆にとってより取り扱いよくかつより安全なタイヤを作るための追加の情報を提供する。
【００３０】
従って、本発明の諸目的は上に挙げられた構造物により満足されたことを知ることができる。装置１０は垂直方向及び横方向の荷重を受けるいかなる試験片の解析についての使用にも適している。
【００３１】
本発明の好ましい実施例が与えられ詳細に説明されたが、本発明は、これだけに又はこれにより限定されないことが理解されたであろう。従って、本発明の真の範囲及び広さについては、以下の実施態様を参照すべきである。
【００３２】
本発明の実施態様は次の通りである。
【００３３】
１．トレッド試験片を支持しているテーブル、
トレッド試験片と組み合わせられ少なくも２方向で動き得る荷重用プレート、
前記荷重用プレートによりかけられる力の大きさを決定する手段、及び
前記荷重用プレートが動かされたときにトレッド試験片への変位の量を測定する手段
を備える、トレッド剛性を測定する装置。
【００３４】
２．トレッド試験片の剛性を決定するために前記力の大きさと前記変位の量とを処理する手段であって、前記荷重用プレートの動きを制御する前記処理手段
を更に備えた実施態様１による装置。
【００３５】
３．前記テーブルが取り付けられたフレームであって、前記テーブルが前記フレームに関して回転可能である前記フレーム
を更に備えた実施態様２による装置。
【００３６】
４．前記測定手段が、
前記荷重用プレート及び前記フレームの一方に取り付けられた距離モニター、及び
前記荷重用プレート及び前記フレームの他方に取り付けられた変位バーであって、トレッド試験片の変位と相関する前記変位バーの動きを測定する前記距離モニター
を備える実施態様３による装置。
【００３７】
５．前記荷重用プレートが、一方の方向でトレッド試験片に垂直方向の力をかけ、そして他方の方向でトレッド試験片に横方向の力をかける実施態様４による装置。
【００３８】
６．前記荷重用プレートが一方の方向及び他方の方向の間で約０.１ヘルツから約１０ヘルツの周波数で振動させられる実施態様５による装置。
【００３９】
７．試験片を保持する手段、
試験片に横方向荷重をかける手段、
前記試験片に前記横方向荷重をかける間に試験片の動きを測定する手段、及び試験片の横方向剛性を決定するために試験片の動きと前記横方向荷重の大きさを処理する手段
を備える、試験片の横方向剛性を決定する装置。
【００４０】
８．前記保持手段が、
フレーム、
角度増分により回転可能でありかつ前記フレームにより支持される回転テーブル、
試験片を保持するために前記回転テーブルにより支持された取付け具
を備え、前記処理手段が前記回転テーブルと前記荷重をかける手段の作動を制御し、前記処理手段が前記回転テーブルを回転させることと前記横方向荷重をかけることとを交互に行う
実施態様７による装置。
【００４１】
９．前記荷重手段が
荷重用プレート、
前記荷重用プレートを第１の方向で動かすための第１の手段、及び
前記荷重用プレートを前記第１の方向と直角な第２の方向で動かすための第２の手段を備え、前記処理手段が、前記荷重用プレートを試験片と組み合わせるように前記第１及び第２の動かす手段の作動を制御する
実施態様７による装置。
【００４２】
１０．前記測定手段が
前記保持手段及び前記荷重をかける手段の一方に取り付けられた距離モニター、及び
前記保持手段及び前記荷重をかける手段の他方に取り付けられた変位バー
を備え、前記距離モニターが試験片の横方向剛性と相関する前記変位バーの動きを測定する
実施態様７による装置。
【００４３】
１１．テーブルにタイヤトレッド試験片を取り付け、
前記タイヤトレッド試験片に垂直方向の荷重をかけ、
前記タイヤトレッド試験片に横方向の荷重をかけ、
試験片の前記横方向荷重がかけられたときの試験片の横方向の動きの量を測定し、そして
トレッド試験片の横方向剛性値を計算する
諸段階を含む、タイヤトレッド試験片の横方向剛性を決定する方法。
【００４４】
１２．前記横方向荷重をかける段階が
前記横方向荷重を約０.１ヘルツから約１０ヘルツの周波数で振動させ、そして
タイヤトレッド試験片に約３％から約２０％の剪断歪を与える
諸段階を含み、実施態様１１による方法。
【００４５】
１３．ａ）前記テーブルを予定の角度増分で回転させ、
ｂ）タイヤトレッド試験片に前記垂直方向荷重をかけ、
ｃ）タイヤトレッド試験片に前記横方向荷重をかけ、
ｄ）前記横方向変位量を測定し、
ｅ）タイヤトレッド試験片から前記垂直方向荷重と前記横方向荷重とを除去し、そして
ｉ）前記テーブルがほぼ完全に１回転するまで段階ａ）からｅ）までを繰り返す
諸段階を更に含んだ実施態様１２による方法。
【００４６】
１４．前記測定段階が、
前記テーブルと前記横方向荷重の一方にモニター装置を取り付け、更に
前記テーブルと前記横方向荷重の他方にモニターされる装置を取り付ける諸段階を更に含んだ実施態様１３による方法。
【図面の簡単な説明】
【図１】タイヤトレッド剛性を決定する装置の図式的な平面図である。
【図２】横方向荷重を受けたタイヤラグの表示である。
【図３】トレッドの異方性剛性を決定するために使用されるタイヤラグの表示である。
【図４】タイヤトレッド試験片の荷重のグラフ表示である。そして、
【図５】トレッド剛性データのグラフ表示である。
【符号の説明】
１０  装置
１２  タイヤトレッド試験片
１４  保持用取付け具
１６  荷重用装置
２４  ベース
２６  モーター
３０  プロセッサ
３６  監視装置
【図１】
0004014264.tif 000002
【図２】
0004014264.tif 000003
【図３】
0004014264.tif 000004
【図４】
0004014264.tif 000005
【図５】
0004014264.tif 000006