JP4819738B2 - タイヤ性能試験用回転ドラムとタイヤ性能試験装置 - Google Patents

Description

本発明は、タイヤ性能試験用の繊維強化プラスチック製回転ドラムとこの回転ドラムを備えたタイヤ性能試験装置に関する。

自動車用のタイヤの走行性能は、自由回転するタイヤを、タイヤ性能試験装置の回転するドラムに押付け、所定荷重を付加した状態で一定時間ドラムを回転させることによって評価している。その際、タイヤの空気圧、付加する荷重、ドラムの回転速度、回転時間などを変えることにより、タイヤの走行性能を評価する。
かかるタイヤ性能試験装置は、例えば、特許文献１、特許文献２に開示されている。

特開昭５７−１６１６３４号公報、「タイヤ耐久試験方法及び装置」 特開２００５−１８０９５３号公報、「タイヤ耐久試験装置」

タイヤ性能試験用の回転ドラムは、従来、スチール、アルミニウムなどの金属製であり、直径が１７０ｃｍ位、幅が５０ｃｍ位であるので、中空であるとはいえ、きわめて重い。そのため回転し始めてから最高速度、例えば３００ｋｍ／ｈに到達するのに３〜４分を要するという問題がある。
また、慣性モーメントが大きいので急発進や急ブレーキの試験が困難であるいう問題がある。また、駆動用モータ及び支持構造物も大きくなり、エネルギー及びコストが高くなる。
さらには、金属表面はつるつるであるので、研磨して粗面にする必要があるが、研磨が容易でないとともに、使用中に研磨面が次第に削れ、平滑になる問題がある。
また回転ドラムの外周部の研磨状態を変更して試験しようにも、研磨状態を容易に変更できない問題がある。

本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものである。すなわち、本発明の目的は、軽量であり、慣性モーメントが小さく、最高速度到達時間が短く、急発進や急ブレーキの試験が可能であるタイヤ性能試験用回転ドラムとタイヤ性能試験装置を提供することにある。また、本発明の別の目的は、回転ドラムの外周部の研磨状態を変更容易かつ、研磨状態の再生可能なタイヤ性能試験用回転ドラムとタイヤ性能試験装置を提供することにある。

本発明では、タイヤ性能試験用回転ドラムにおいて、回転ドラムが繊維強化プラスチック製であり、外周部内に金属製リング状ハニカムコアが埋設されている、ことを特徴とするタイヤ性能試験用回転ドラムが提供される。

本発明の好ましい実施形態によれば、金属製リング状ハニカムコアの外周側に補強用リング状キャップが装着されており、さらに該補強用リング状キャップの外周側に高摩擦材が積層されている。

また、前記繊維強化プラスチックは、炭素繊維強化プラスチック等である。

また、前記高摩擦材は、骨材入り材料である。

また、前記高摩擦材は、接着剤により前記補強用リング状キャップ上に固着されている。

また本発明によれば、上述したタイヤ性能試験用回転ドラムを具備する、ことを特徴とするタイヤ性能試験装置が提供される。

上記本発明の構成によれば、タイヤ性能試験用回転ドラムが、従来の金属製回転ドラムに比較して軽量であるので、慣性モーメントが小さくなり、最高速度到達時間が短く、急発進や急ブレーキの試験が可能になる。
またこのタイヤ性能試験用回転ドラムは、従来の金属製回転ドラムに較べて軽量であるが、強度的にひけをとらず、最高速度到達時間が短く、慣性モーメントが小さく急発進や急ブレーキの試験が可能である。また、駆動用モータ及び支持構造物も小さくなり、エネルギー及びコストが小さくなる。
さらに、このタイヤ性能試験用回転ドラムは、繊維強化プラスチックが炭素繊維強化プラスチック等であり、高摩擦材が骨材入り材料であり、接着剤により前記補強用リング状キャップ上に鉄板等を介さずに直接固着されているので、機械的強度が金属製回転ドラムにひけをとらず、軽量かつ、回転ドラムの外周部の研磨状態を変更容易である。
また、砥石の表面が削れても、下から同じ材料が現われるため、研磨状態の再生が可能である。
なお、高摩擦材は路面の摩擦状態を模擬したものである。

また、本発明の構成によれば、タイヤ性能試験装置は、上述したタイヤ性能試験用回転ドラムを具備しているので、同様の効果を奏する。

本発明のタイヤ性能試験用回転ドラムは、回転ドラムが繊維強化プラスチック製であり、外周部内に耐荷重を増すため金属製リング状ハニカムコアが埋設されている。回転ドラムの外周部と両側壁が繊維強化プラスチック製である。

繊維強化プラスチックに使用される繊維には、カーボン繊維、ガラス繊維、芳香族ポリアミド繊維などがあるが、強度、耐久性及びコストの点でカーボン繊維が好ましい。
繊維強化プラスチックに使用されるプラスチックには、熱可塑性プラスチックと熱硬化性プラスチックがある。熱可塑性プラスチックとして、硬質かつ強靭なものが好ましく、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリメチルメタクリレート樹脂が例示される。熱硬化性プラスチックとして不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂が例示される。

本発明の回転ドラムの外周部内には、金属製リング状ハニカムコアが埋設されている。
この金属製リング状ハニカムコアを埋設することにより、重量の増加を抑えながらタイヤの押付に対する剛性を増している。
そのための金属は強度、耐久性の点でステンレススチール、アルミニウム、ジュラルミンが好ましいが、軽量性の点で、アルミニウム、ジュラルミン等がより好ましい。
金属製リング状ハニカムコアは、各穴が該回転ドラムの外周面に直交する方向に貫通しており、その上に補強用リング状キャップが装着されている。金属製リング状ハニカムコアの裏面はリング状バックアップ（ハニカムコアバックアップ）により支持されている。

補強用リング状キャップは、強度、耐久性の点でアルミニウム、ジュラルミンが好ましいが、軽量性の点で、カーボン繊維、ガラス繊維がより好ましい。キャップ表面は通常平滑であるので、タイヤを押付け回転させて走行試験すると、スリップしかねない。そのため表面加工して凹凸を設けることにより摩擦係数を増加させてもよいが、摩擦係数を変更は、非常に難しい。

そこで、このキャップ表面上に高摩擦材、すなわち、適度な摩擦係数を有する固体材料を積層することが好ましい。
かかる固体材料として、例えば骨材または砥石粒子を含有し、その一部が表面から突き出ている合成樹脂板ないしタイルがある。かかる合成樹脂板ないしタイルは、接着力と強度が優れた合成樹脂製接着剤、例えばエポキシ樹脂接着剤により前記キャップ表面に接着するとよい。
あるいは、骨材または砥石粒子を含有する合成樹脂コーテイング剤をキャップ表面上に均一に塗布し、硬化させてもよい。そのための合成樹脂は熱硬化性樹脂が好ましく、尿素樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、アルキド樹脂、メラミン樹脂が例示される。
骨材または砥石粒子の形状、粒径、含有量などを変えることにより摩擦係数を変えることができる。高摩擦材の摩擦係数を変えたいときは、キャップ表面上に接着している高摩擦材を剥ぎ取り、異なる摩擦係数の高摩擦材を接着させればよい。

本発明の回転ドラムは、外周部と両側壁とからなり、両側壁間には貫通穴がある。回転ドラムの断面形状は、支持剛性を高めるために、閉じた矩形断面であるのが好ましい。しかし、後述するように、外周部に接する箇所から貫通穴に近づくにしたがって両側壁間が狭まり、ついで、狭い一定間隔となり、貫通穴に至る断面形状でもよい。また、従来のアルミホイールのような構造にして軽量化してもよい。
この貫通穴は、好ましくは有壁かつ円筒状であり、回転ドラムを側面視したときに、外周部の輪郭線により形成される円の中心点から円周方向に位置する。貫通穴は、回転の動力源である駆動モータから突出した回転軸または計測センサ（六分力計等）を挿入するのに有用である。両側壁の狭い一定間隔の箇所は、貫通穴を取り囲むように多数のボルトを貫通させ、モータ等の回転軸途中から延出した鍔部側面にねじ込むことにより、固定するのに有用である。

両側壁間には、両側壁間を連結する補強リングを取り付けることが好ましい。この補強リングは、両側壁間が狭まりつつある箇所に取り付けると効果的である。補強リングは、２個所取り付けてもよい、補強リングを取り付けることにより、回転ドラムの機械的強度が向上し、タイヤ走行試験時に歪みにくくなる。
後述する実施例では、図２，３に示すように、補強リングからバックアップリング側に支持プレートを取り付け、負荷に対し支持強度を高めている。

回転の動力源である駆動モータから突出した回転軸等を前記貫通穴に密接するように挿入し、貫通穴を取り囲むように多数のボルトを貫通させ、モータの回転軸途中から延出した鍔部側面にねじ込むことにより、回転ドラムは、モータ等と連結して回転可能となる。
あるいは、モータと連結した回転ドラムの反対側面に別の駆動モータを配置して、同様の方法で回転ドラムに連結することにより、回転ドラムを２台の駆動モータと連結しても回転可能である。
もちろん、駆動モータは床面あるいはタイヤ性能試験装置の架台などに固定しておくことが必要である。

本発明のタイヤ性能試験装置は、上述した回転ドラムを具備することを特徴とする。
タイヤ性能試験装置は、空気入りタイヤを装着した自動車などの車両を積載し、固定する架台と、回転ドラムを回転させるための駆動モータと、駆動モータと連結した回転ドラムとからなる。駆動モータと回転ドラムは、床などに固定された支持台に取り付けられている。
回転ドラムは、空気入りタイヤの真下等（側面から押付ける機構もある）に位置し、空気入りタイヤ位置を下方向等に所定距離移動したとき、あるいは、回転ドラム位置を上方向に所定距離移動したときに、空気入りタイヤの外周面が回転ドラムの外周面、特には高摩擦材に接触可能な位置に配置される。
回転ドラムの回転に伴って、空気入りタイヤが回転ドラム上を回転走行する。所定時間、あるいは、空気入りタイヤが損傷するまで回転させた後、空気入りタイヤ位置を上方向に所定距離移動させ、あるいは、回転ドラム位置を下方向に所定距離移動させて、空気入りタイヤを該回転ドラムの外周面から離間させて試験を終了する。
自動車などの車両を積載し、固定する架台は、自動車などの車両の位置を上下方向に所定距離調節可能なことが好ましい。

本発明のタイヤ性能試験装置は、特開２００５−１８０９５３号公報（特許文献２）に記載されているタイプであってもよい。このタイプのタイヤ性能試験装置では、回転ドラムは、ベース上に立設した一対の支持体間に回転自在に支持された回転軸に固定され、両側に位置する駆動モータの作動により回転する回転軸を介して回転するようになっている。
空気入りタイヤは、キャリッジにより回転自在に支持され、ベース上に配置した支持台上で回転ドラムから離間する方向と回転ドラムに近接する方向に移動可能に設置されている。回転ドラムから離間した待機位置でキャリッジに空気入りタイヤを取り付けた後、そのキャリッジを回転ドラムに近接する方向に所定距離移動させることで、空気入りタイヤを所定の負荷を付与した状態で回転ドラムの外周面に圧接可能にしている。
回転ドラムの回転に伴って、空気入りタイヤが回転ドラム上を回転走行し、回転ドラムの回転速度、空気入りタイヤを回転ドラムの外周面に圧接する力（キャリッジの移動距離で調整）を徐々に高くしてゆき、空気入りタイヤが故障するまで回転走行できるようになっている。

以下、本発明のタイヤ性能試験用回転ドラムの具体例を図面に基づいて説明する。
図１は本発明のタイヤ性能試験装置用回転ドラムの斜視図であり、図２はその縦断面図、図３は図２の部分拡大図、図４は側面図である。

図１〜図４に示す回転ドラムＡは、外周部１、両側壁２ともにＣＦＲＰ製（炭素繊維強化プラスチック製等）であり、外周部１と両側壁２は一体成形されている。
回転ドラムの外周部内には、リング状ハニカムコア３が埋設されている。リング状ハニカムコア３は、各セル穴３ａが回転ドラムＡの外周面に直交する方向に貫通している。リング状ハニカムコア３、特にはハニカムコアの各セル穴３ａを覆うように補強用リング状キャップ４が装着されている。リング状ハニカムコア３はＣＦＲＰ製リング状バックアップ材５によりバックアップ（裏打ち）されている。このＣＦＲＰ製リング状バックアップ材５は、外周部の一部であり、両側壁２の外周部に接する箇所２ａと連結している。

キャップ４の表面上に高摩擦材４ａが積層されている。高摩擦材は骨材を含有する材料であり、接着剤によりキャップ４表面に接着されている。この骨材を含有する材料の小板表面の摩擦係数は１であるが、もちろん、試験目的に応じて骨材の材質や粒径、粒子形状などを変えて摩擦係数を変えてもよい。

両側壁２，２間には中心部に貫通穴６がある。両側壁２，２は、外周部に接する箇所２ａから貫通穴６に近づくにしたがって間隔が狭まり、貫通穴６の手前で、狭い一定間隔、すなわち、平行な箇所２ｃとなっている。両側壁の間隔が狭まりつつある箇所２ｂには、ＦＲＰ製リング状補強部材７が内設されている。ＦＲＰ製リング状補強部材７は、多数のリベットＲにより、両側壁の間隔が狭まりつつある箇所２ｂに固定されている。

貫通穴６は、ＦＲＰ製内周部８により囲まれ、円筒状であり、回転ドラムＡを側面視したときに、外周部１の輪郭線により形成される円の中心点から円周方向に位置する。すなわち、貫通穴６の中心線と回転ドラムＡの中心線が同一箇所に所在する。
貫通穴６は、回転の動力源である駆動モータから突出した回転軸を挿入するのに有用である。両側壁の間隔が狭まった箇所２ｃには、３６個の***９が開いており、ボルトが貫通可能になっている。
この構成により、６分力計を内周部８に取り付けることにより、回転ドラムのｘ、ｙ、ｚ変位と慣性モーメントを測定することができる。

上述した本発明の回転ドラムＡは、図１に示すｘ，ｙ、ｚ方向に１輪荷重３００ｋｇ×４Ｇ＝１２００ｋｇｆで試験し、周速度１００ｋｍ／ｈで長時間使用できることが確認された。

図５は、本発明のタイヤ性能試験装置の側面図である。
図５に示すタイヤ性能試験装置Ｂは、空気入りタイヤ１０を装着した自動車１１を積載し、固定する架台１２と、回転ドラムを回転させるための駆動モータ１３と、駆動モータの支持台１４と、駆動モータ１３と連結した回転ドラムＡなどからなる。床面に立設している８本の角柱上端には、自動車を積載し、固定する水平台１５が載置されている。
試験対象となる空気入りタイヤ１０の真下付近の床面に駆動モータ１３の支持台１４が固設されており、駆動モータ１３が支持台１４上部に固設されている。

回転ドラムＡは、試験対象となる空気入りタイヤ１０の真下に位置し、駆動モータ１３に連結している。支持台１４に取付けられた駆動モータ１３と回転ドラムＡは、上下方向に移動可能である。
回転ドラムＡは、上方向に移動したときに、試験対象となる空気入りタイヤ１０の外周面１０ａに、回転ドラムＡの外周部１の高摩擦材４ａが接触可能な位置に配置されている。回転ドラムＡの上下位置を変更することにより、空気入りタイヤ１０の接触圧と歪を調整することができる。

従来のスチール製回転ドラムと本発明のＣＦＲＰ製回転ドラムの仕様と性能を表１に示す。

本発明のＣＦＲＰ製回転ドラムが、従来のスチール製回転ドラムに比較して、極めて軽量であり、慣性モーメントが小さく、最高周速到達時間が短いことが、表１よりわかる。

本発明のタイヤ性能試験装置用回転ドラムは、自動車、例えば、乗用車、トラック、バス、フォークリフト、作業用車、トラクター、スポーツカーなどのタイヤ、自転車用タイヤ、遊戯用車タイヤなどのタイヤの走行性能試験装置に具備するのに有用である。特に摩擦係数や回転速度、接触圧を変えて試験する走行性能試験装置に具備するのに有用である。
本発明のタイヤ性能試験装置は、自動車、例えば、乗用車、トラック、バス、フォークリフト、作業用車、トラクター、スポーツカーなどのタイヤ、自転車用タイヤ、遊戯用車タイヤなどのタイヤの走行性能試験に有用である。特に摩擦係数や回転速度、接触圧を変えて試験するのに有用である。
その他、回転ドラムの動バランス調整は、ドラム側面におもりを取り付けて調整する。

本発明のタイヤ性能試験装置用回転ドラムの斜視図である。 本発明のタイヤ性能試験装置用回転ドラムの縦断面図である。 図２の部分拡大図である。 本発明のタイヤ性能試験装置用回転ドラムの側面図である。 本発明のタイヤ性能試験装置の側面図である。

符号の説明

Ａ タイヤ性能試験装置用回転ドラム
Ｂ タイヤ性能試験装置
１ 外周部
２ 両側壁
３ アルミ製リング状ハニカムコア
３ａ アルミ製リング状ハニカムコアの各セル穴
４ 補強用リング状キャップ、４ａ 高摩擦材
５ リング状バックアップ（ハニカムコアバックアップ）
６ 貫通穴
７ リング状補強部材
８ 内周部
９ ***
１０ 空気入りタイヤ
１１ 自動車
１２ 架台
１３ 駆動モータ
１４ 駆動モータの支持台
１５ 水平台
Ｒ リベット

Claims (6)

1. タイヤ性能試験用回転ドラムにおいて、回転ドラムが繊維強化プラスチック製であり、外周部内に金属製リング状ハニカムコアが埋設されている、ことを特徴とするタイヤ性能試験用回転ドラム。
2. 金属製リング状ハニカムコアの外周側に補強用リング状キャップが装着されており、さらに該補強用リング状キャップの外周側に高摩擦材が積層されている、ことを特徴とする請求項１記載のタイヤ性能試験用回転ドラム。
3. 前記繊維強化プラスチックは、炭素繊維強化プラスチック等である、ことを特徴とする請求項１記載のタイヤ性能試験用回転ドラム。
4. 前記高摩擦材は、骨材入り材料である、ことを特徴とする請求項２記載のタイヤ性能試験用回転ドラム。
5. 前記高摩擦材は、接着剤等により前記補強用リング状キャップ上に固着されている、ことを特徴とする請求項４記載のタイヤ性能試験用回転ドラム。
6. 請求項１〜請求項５のいずれかに記載のタイヤ性能試験用回転ドラムを具備する、ことを特徴とするタイヤ性能試験装置。

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