JP4743754B2 - タイヤの耐久試験方法 - Google Patents

Description

本発明は、タイヤが経時劣化した状態を短時間で精度良く再現させうる劣化促進工程を含むタイヤの耐久試験方法に関する。

タイヤは、長期に亘って使用されることにより、例えば紫外線、酸素、水分及び／又は温度等の様々な要因によってゴムないしタイヤコード等に経時劣化が生じる。従来、空気入りタイヤの耐久性を評価する場合、上述のような経時劣化を考慮に入れるために、該劣化したタイヤで耐久試験が行われる（例えば下記特許文献１ないし２参照）。しかし、実際に長い時間をかけてタイヤを劣化させることは効率が悪く、タイヤの開発にも長期間を要するという欠点がある。

特開２００４−１３２８４７号公報 特開２００４−２３３２１８号公報

本発明は、以上のような実情に鑑み案出なされたもので、空気入りタイヤとリムとが囲むタイヤ内腔に、酸素濃度が３０％以上である高酸素空気と、１０〜３０００ccの水とが充填されたタイヤ組立体を準備する第１の工程と、前記タイヤ組立体を、温度５０〜１００℃及び湿度７０〜１００％の高温高湿雰囲気中に少なくとも３日間放置する第２の工程とを含ませることにより、タイヤの経時劣化した状態を短時間で再現し、さらに精度の高い性能試験等を行うのに役立つタイヤの耐久試験方法を提供することを目的としている。

本発明のうち請求項１記載の発明は、空気入りタイヤの劣化を促進させる劣化促進工程を含む空気入りタイヤの耐久試験方法であって、前記劣化促進工程は、空気入りタイヤとリムとが囲むタイヤ内腔に、酸素濃度が３０％以上である高酸素空気と、１０〜３０００ccの水とが充填されたタイヤ組立体を準備する第１の工程と、前記タイヤ組立体を、温度５０〜１００℃及び湿度７０〜１００％の高温高湿雰囲気中に少なくとも３日間放置する第２の工程とを含み、前記第２の工程の後、前記空気入りタイヤに規格最大荷重の１００％以上の負荷をかけて速度２０km／ｈ以上で走行させる耐久試験を行うことを特徴とする空気入りタイヤの耐久試験方法である。

ここで、空気（ガス）の酸素濃度は、下記式（１）によって計算される。
酸素濃度（％）＝（Ｐｏ／Ｐｔ）×１００ …（１）
上記”Ｐｔ”は対象となる空気の全圧（Ｐａ）であり、”Ｐｏ”は前記全圧に対する酸素分圧（Ｐａ）である。

また請求項２記載の発明は、前記第２の工程において、前記タイヤ組立体は、前記高温高湿雰囲気中に３〜７０日間放置される請求項１記載の空気入りタイヤの耐久試験方法である。

本発明では、タイヤ組立体のタイヤ内腔に高酸素空気と水とが充填されるとともに、該組立体は、高温高湿雰囲気中に少なくとも３日間放置される。このため、タイヤを、短期間で内側及び外側から十分に劣化させ得る。

以下、本発明の実施の一形態を図面に基づき説明する。
本発明のタイヤの試験方法は、酸素及び水を用いて空気入りタイヤの劣化を促進させる劣化促進工程を含む。この劣化促進工程を行うことにより、実際に長い時間をかけて空気入りタイヤを走行させて経時劣化させなくとも、それに近い劣化が生じた空気入りタイヤを比較的短時間で得ることができる。そして、劣化させられた空気入りタイヤについて、耐久性試験が行われる。これにより、経時劣化後のタイヤ耐久性能を能率良く短時間で解析することができる。

また、本発明では、前記劣化促進工程は、第１の工程及び第２の工程を含む。

前記第１の工程では、図１に示されるように、該空気入りタイヤ１とリム２とが囲むタイヤ内腔ｉに、酸素濃度が３０％以上である高酸素空気と、１０〜３０００ccの水とが充填されたタイヤ組立体３が準備される。

前記空気入りタイヤ１は、トレッド部１ａと、その両側からタイヤ半径方向内方にのびるサイドウォール部１ｂ、１ｂと、該サイドウォール部１ｂの内方端に設けられかつリム３に装着されるビード部１ｃとを有し、本実施形態ではトラック、バス用のラジアルタイヤが例示される。

また空気入りタイヤ１には、トロイド状のカーカス４と、該カーカス４のタイヤ半径方向外側かつトレッド部１ａの内部に配されたベルト層５とが設けられる。前記カーカス４は、本実施形態では、１枚のカーカスプライ４Ａから構成される。該カーカスプライ４Ａは、例えば有機繊維コード又はスチールコードからなり、ビード部１ｃ、１ｃ間をトロイド状にのびる本体部４ａと、該本体部４ａの両端部に連なりかつ前記ビードコア１ｄの回りをタイヤ軸方向内側から外側に折り返された折返し部４ｂとを有する。また、本実施形態のベルト層５は、金属コードからなる複数枚のベルトプライ５Ａ〜５Ｄが重ね合わされて構成される。

前記リム２は、本実施形態では正規リムであり、かつ、タイヤ内腔に充填される空気圧は正規内圧に設定されるのが望ましい。これは、実際にタイヤが使用される環境により近い状態で、前記空気入りタイヤ１の劣化を行うのに役立つ。本明細書において前記「正規リム」とは、タイヤが基づいている規格を含む規格体系において、当該規格がタイヤ毎に定めるリムであり、例えばＪＡＴＭＡであれば標準リム、ＴＲＡであれば "Design Rim" 、ＥＴＲＴＯであれば "Measuring Rim"とする。また「正規内圧」とは、タイヤが基づいている規格を含む規格体系において、各規格がタイヤ毎に定めている空気圧であり、ＪＡＴＭＡであれば最高空気圧、ＴＲＡであれば表 "TIRE LOAD LIMITS AT VARIOUS COLD INFLATION PRESSURES" に記載の最大値、ＥＴＲＴＯであれば "INFLATION PRESSURE" であるが、タイヤが乗用車用である場合は一律に２００ＫＰａとする。

タイヤ内腔ｉに充填される高酸素空気及び水は、空気入りタイヤ１を内側から劣化させる。このため、前記酸素濃度が３０％未満の場合、空気入りタイヤ１の内側からの劣化を短期間で促進させることができない。また、前記高酸素空気は、その酸素濃度は３０％以上であれば特に限定はされないが、該濃度を大とすることにより、酸素をタイヤ１の内部により迅速に拡散させ、劣化促進工程時間を削減できる。このような観点より、前記高酸素空気の酸素濃度は、好ましくは４０％以上、さらに好ましくは５０％以上が望ましい。他方、高酸素空気の酸素濃度が高すぎても、その維持や調整が困難になるため、前記酸素濃度は、例えば９５％以下、より好ましくは９０％以下が望ましい。このような高酸素空気は、例えば図２に示されるように、例えば所定の空気ボンベ６からタイヤバルブ７を介してタイヤ内腔ｉに充填される。

また、タイヤ内腔ｉには、１０〜３０００ccの水が充填される。タイヤ内腔ｉに空気中の水分を超える量の水を含ませることによって、タイヤの内部構造材、とりわけベルトプライ５Ａ、５Ｂ等の金属コードの腐食を促進させ、より短期間でタイヤの劣化を再現できる。ここで、タイヤ内腔に注入される水が１０cc未満の場合と、前記金属コード等の腐食促進効果が十分に得られない傾向があり、逆に３０００ccを超えると、タイヤから漏らさずにリム組みするのが困難な傾向がある。このような観点より、タイヤ内腔ｉに充填される水の量は、特に好ましくは５０cc以上、より好ましくは１００cc以上、さらに好ましくは３００cc以上が望ましく、また上限については、好ましくは２０００cc以下、さらに好ましくは１０００cc以下が望ましい。

なお、前記水は純水でも良いし、例えば食塩水などが用いられても良い。食塩水を用いた場合、タイヤの内部の金属コードの腐食をより一層促進させることができる。食塩水の塩分濃度は特に定めないが、好ましくは５〜２０％程度が望ましい。また、前記水は、リム組み前に、空気入りタイヤ１の内腔面に予め注入しておくことができる。

また第２の工程では、第１の工程で準備されたタイヤ組立体３を、温度５０〜１００℃及び湿度７０〜１００％の高温高湿雰囲気中に少なくとも３日間放置することにより行われる。該第２の工程は、温度及び湿度管理が可能なスチームオーブン室などで行われるのが望ましい。これにより、高温高湿雰囲気下の温度及び湿度を自在にコントロールすることができる。

発明者らは、図１に示したような空気入りタイヤ１を例えばドラム試験器を用いて耐久テストを行うと、新品時と、経時劣化時とでは異なる結果が得られることを知見した。

先ず、新品タイヤについて耐久テストを行うと、タイヤに最初に生じる損傷は、カーカスプライ４Ａの折返し部４ｂの端部を起点とした剥離又はトレッドゴム８とベルト層５との間の界面剥離が殆どである。これに対し、実際に経時劣化したタイヤについて耐久テストを行うと、ビード部ではなくトレッド部に損傷が集中する。また、その内訳は、概ね以下のイないしハの損傷に大別される。
イ）カーカス４のサイドウォール１ｂでの損傷
ロ）ベルトプライ５Ａ、５Ｂ間の界面剥離
ハ）カーカス４とベルト層５との間の界面剥離

従って、劣化促進工程によりタイヤの経時劣化を精度良く再現するためには、前記イ〜ハの界面における接着強度を短期間に低下させることが必要になる。発明者らは、条件を種々異ならせて劣化促進工程を行った。その結果、空気入りタイヤ１の内部に高酸素空気及び水を充填したタイヤ組立体は、高湿雰囲気下に放置されることによって、前記イ〜ハの損傷を短期間で再現しうることをを見出した。

即ち、例えば雰囲気温度を５０〜１００℃の高温に維持した場合でも、その湿度が７０％未満の場合には、前記イないしハの損傷が空気入りタイヤ１に十分に再現できない。しかし、前記湿度を７０％以上とすることにより、空気入りタイヤ１をその外部から劣化させ、とりわけトレッド部１ａないしサイドウォール部１ｂの内部に配された金属コードの腐食乃至劣化を効率的に促進させ得る。特に、前記湿度が高いほどタイヤ１がより効率的に劣化されるため、好ましくは８０％以上、より好ましくは９０％以上の湿度が特に望ましい。

また、タイヤ組立体１が放置される雰囲気の前記温度が５０℃未満の場合、空気入りタイヤ１を短期間で劣化させることができない。特に好ましくは前記高温高湿雰囲気下の温度は、とりわけ６０℃以上、より好ましくは７０℃以上、さらに好ましくは８０℃以上が特に望ましい。なお前記温度が１００℃を超えると、空気入りタイヤ１のゴム層（トレッドゴム８、サイドウォール部１ｂ）において、ゴム焼け等が生じる。従って、次のテストを行うことができない。

前記タイヤ組立体３は、高温高湿雰囲気中に少なくとも３日間放置されるが、好ましくは７日以上、より好ましくは１０日以上、さらに好ましくは２０日以上が望ましい。前記放置時間が３日（即ち、７２時間）未満の場合、タイヤ１の劣化が不十分となる。逆に前記放置期間が長すぎても、タイヤの試験効率が低下するため、好ましくは７０日以内、より好ましくは６０日以内、さらに好ましくは５０日以内が望ましい。

そして、上述のような第１及び第２の工程を経て空気入りタイヤ１の劣化を促進させることにより、実際の経年劣化と非常に相関性の良い劣化状態が短時間で得られる。

本実施形態において、前記第２の工程を終えると、例えばドラム試験器などを用いて空気入りタイヤ１の耐久試験が行われる。空気入りタイヤ１には、実際の経年劣化に近似した劣化ないし老化が生じている。従って、かかる空気入りタイヤ１を用いて耐久試験を行うことによって、経年劣化後の性能を精度良く、かつ、実際にタイヤを経年劣化させることなく評価できる。従って、短期間での評価が可能となる。耐久テストとしては、特に限定はされないが、例えばＪＩＳ−Ｄ４２３０の高速耐久性試験方法などを挙げることができる。

なお、空気入りタイヤ１としては、例えば上述のカテゴリーのタイヤに限定されるものではなく、乗用車用、トラック用又は自動二輪車用など種々のカテゴリーのタイヤを含ませることができる。また、本発明は、トレッド部に、金属コードからなるベルト層又はブレーカ層を具える空気入りタイヤに特に効果を発揮しうる。

本発明の効果を確認するために、表１の仕様に基づいて、それぞれ２０本づつ空気入りタイヤの劣化促進工程を行った。タイヤは、図１に示したトラック、バス用の空気入りラジアルタイヤ（サイズ：１１Ｒ２２．５）であり、金属コードからなるベルトプライ及びカーカスプライを具えている。また、リムは２２．５×８．２５とし、内圧は８００ｋＰａである。

また実際の経年劣化したタイヤとして、約１年間走行し、トレッド溝が完全摩耗した同じタイヤを用意した。そして、各タイヤ１０本づつを解体し、トレッドゴムとベルト層との間の界面（以下、「界面１」という。）、ベルトプライ間の界面（以下、「界面２」という。）及びベルト層とカーカスとの間の界面（以下、「界面３」という。）について、それぞれそれぞれ接着力を測定し、その平均値を示した。該接着力は、引っ張り試験機によって剥離巾２５mmの条件で測定された。

また残りの１０本については、ＪＩＳ−Ｄ４２３０の高速耐久性試験方法を行い、タイヤに生じた最初の損傷発生部位を調べた。
テスト結果などを表１に示す。

テストの結果、実施例のタイヤは、実際の経年劣化したタイヤと同様、界面２ないし３に損傷が集中しており、かつ、界面での接着力も非常に相関が強いことが確認できたた。他方、比較例のタイヤでは、損傷形態がいずれも新品時のタイヤのそれと近似しており、十分な経時劣化が再現されていないことが確認できる。

本実施形態の第１の工程を説明する略図である。 空気入りタイヤの断面図である。

符号の説明

１ 空気入りタイヤ
２ リム
３ タイヤ組立体

Claims (2)

1. 空気入りタイヤの劣化を促進させる劣化促進工程を含む空気入りタイヤの耐久試験方法であって、
   前記劣化促進工程は、空気入りタイヤとリムとが囲むタイヤ内腔に、酸素濃度が３０％以上である高酸素空気と、１０〜３０００ccの水とが充填されたタイヤ組立体を準備する第１の工程と、
   前記タイヤ組立体を、温度５０〜１００℃及び湿度７０〜１００％の高温高湿雰囲気中に少なくとも３日間放置する第２の工程とを含み、
   前記第２の工程の後、前記空気入りタイヤに規格最大荷重の１００％以上の負荷をかけて速度２０km／ｈ以上で走行させる耐久試験を行うことを特徴とする空気入りタイヤの耐久試験方法。
2. 前記第２の工程において、前記タイヤ組立体は、前記高温高湿雰囲気中に３〜７０日間放置される請求項１記載の空気入りタイヤの耐久試験方法。

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