JP6353321B2 - ゴム・コード複合体の機械的特性の評価方法 - Google Patents

Description

本発明は、金属コードとその表面に接着されるゴムとの間の界面における剛性を考慮したゴム・コード複合体の機械的特性の評価方法に関する。

近年、コンピュータを用いて、タイヤの走行状態を解析するシミュレーション方法が種々提案されている（例えば、特許文献１参照）。このシミュレーション方法では、シミュレーション用のタイヤモデルを如何に実際のタイヤに近づけて作成するかが重要であり、そのためにはタイヤの構成要素となるゴム・コード複合体の機械的特性を把握しておくことが必要となる。

例えばタイヤのトレッド部には、コーナリングパワーを高めて操縦安定性を向上させるために、複数枚（例えば２枚）のベルトプライを重ね合わせたベルト層が配されている。このベルトプライは、並列する複数本のベルトコード（金属コード）からなるコード配列体と、該コード配列体を被覆するトッピングゴムとが互いに加硫接着されたシート状のゴム・コード複合体として形成されている。

他方、コーナリングパワーに影響する因子として、前記ベルト層の引張り剛性Ａと、ベルトプライ間のせん断剛性Ｂとがあり、各剛性Ａ、Ｂが高い方が、コーナリングパワーが大きくなる。ここで、前記引張り剛性Ａは、ベルトコードの引張り弾性に起因し、またベルトプライ間のせん断剛性Ｂは、トッピングゴムのせん断弾性に起因すると考えられている。そのため従来においては、前記ベルトコードの引張り弾性およびゴムのせん断弾性によりベルト層の機械的特性が把握され、これに基づいてタイヤモデルが作成されている。

しかし本発明者の研究の結果、前記プライ間のせん断剛性Ｂは、ゴムのせん断弾性だけでなく、ゴムとコードとの間の界面の形状が大きく影響していることが判明した。

具体的に説明すると、以下の通りである。図７（Ａ）は、撚り構造１×４のベルトコードａ１を有するベルト層ｂ１の概念図であり、図７（Ｂ）は、撚り構造２／７のベルトコードａ２を有するベルト層ｂ２の概念図である。同図に誇張して示されるように、ベルトコードａ１、ａ２の各表面には、撚りによって凹凸が生じ、この凹凸は撚り構造によって相違する。

そして、ベルトプライｃ、ｃ間にせん断力ｑが発生した場合、この凹凸が抵抗となって作用し、凹凸の状態に応じてプライ間のせん断歪みを減少させる。即ち、せん断剛性Ｂを増加させる。本例の場合、ベルト層ａ１よりベルト層ａ２の方が、せん断剛性Ｂが大きい。

このように、プライ間のせん断剛性Ｂは、ゴムとコードとの間の界面の形状に影響を受ける。従って、タイヤモデルを作成する場合、前記界面の形状に起因する剛性（以下、「界面剛性」という場合がある。）を考慮することが重要であり、そのためには、界面剛性を考慮したせん断剛性を評価する方法が望まれる。

特開２０１３−０７５６３４号公報

本発明は、シミュレーション方法におけるタイヤモデルの作成に好適に採用でき、金属コードとその表面に接着されるゴムとの間の界面剛性を考慮したせん断剛性を簡易に評価しうるゴム・コード複合体の機械的特性の評価方法を提供することを課題としている。

本発明は、並列する複数本の金属コードからなるコード配列体と、このコード配列体を被覆するゴムとが互いに接着されたゴム・コード複合体の機械的特性の評価方法であって、
前記ゴム・コード複合体のサンプル片を用い、該サンプル片内で隣り合う金属コードのうちの一方である第１の金属コードを長さ方向一方側に、かつ他方である第２の金属コードを長さ方向他方側に引っ張り、そのときの第１、第２の金属コード間のせん断方向の歪みγと、せん断方向の応力τとを測定する引張り試験工程、
及び前記歪みγと、応力τとに基づき、金属コード間のせん断方向の剛性を評価する評価工程とを含むことを特徴としている。

本発明に係る前記ゴム・コード複合体の機械的特性の評価方法では、前記評価工程は、前記応力τと歪みγとからなる応力・歪み曲線の傾き（τ／γ）を指標とすることが好ましい。

本発明に係る前記ゴム・コード複合体の機械的特性の評価方法では、前記指標は、歪みが１０％〜２０％の範囲における応力・歪み曲線の傾き（τ／γ）であることが好ましい。

本発明に係る前記ゴム・コード複合体の機械的特性の評価方法では、前記引張り試験工程では、第１の金属コードが長さ方向一方側に引っ張られ、かつその両側で隣り合う２本の第２の金属コードが長さ方向他方側に引っ張られることが好ましい。

本発明は叙上の如く、ゴム・コード複合体において、互いに隣り合う第１、第２の金属コードを、それぞれ長さ方向一方側、他方側に引っ張り、そのときの第１、第２の金属コード間のせん断方向の歪みγと、せん断方向の応力τとを測定している。そしてこの歪みγと応力τとに基づき、金属コード間のせん断方向の剛性を評価している。

このように本発明では、金属コードに引張り荷重を加え、この金属コードを介してコード間のゴムにせん断変形を与えている。従って、前記せん断変形による歪みγは、金属コードとゴムとの間の界面の凹凸の影響を受けた歪みとして測定される。即ち、前記歪みγと応力τとに基づいて得られる金属コード間のせん断方向の剛性は、金属コードとゴムとの間の界面剛性が考慮された剛性として評価することができる。

この剛性は、例えばベルトプライ間のせん断剛性に適用しうる。即ち、この評価方法によって得た結果は、シミュレーションで使用されるタイヤモデルのベルト層を規定するための値として好適に採用しうる。そしてこれにより、タイヤモデルを実際のタイヤにより近づけて作成することが可能となり、シミュレーションによる解析精度を向上させることができる。

なお本発明の評価方法は、ゴム・コード複合体を具えるタイヤ以外の種々なゴム・コード構造体のシミュレーション方法にも好適に適用しうる。

本発明の評価方法によって評価されるゴム・コード複合体のサンプル片の斜視図である。 （Ａ）はサンプル片のコード長さ方向に沿った断面図、（Ｂ）はコード長さ方向と直角な方向の断面図である。 引張り試験によるせん断変形状態におけるサンプル片の断面図である。 評価方法に用いる引張り試験機の一例を概念的に示す斜視図である。 応力・歪み曲線を示すグラフである。 引張り試験によって測定された実施例１、２における応力・歪み曲線を示すグラフである。 （Ａ）、（Ｂ）は、ベルトプライ間のせん断剛性を説明する概念図である。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
図１は、本発明の評価方法によって評価させるゴム・コード複合体１のサンプル片２を示す斜視図である。図１に示されるように、ゴム・コード複合体１は、並列する複数本の金属コード３からなるコード配列体３Ｒと、このコード配列体３Ｒを被覆するゴム４とを具えるシート状をなし、金属コード３とゴム４とは加硫によって接着されている。

本例のゴム・コード複合体１は、タイヤのシミュレーション方法においてベルト層をモデル化するために用いられる。そのため、前記金属コード３としてベルトコードが採用され、かつゴム４としてベルト層のトッピングゴムが採用されるとともに、金属コード３、３のコード中心間距離Ｐとして、ベルトプライ間におけるコード中心間距離が適用される。

前記サンプル片２は、本例では、ゴム４中に３本の金属コード３が埋設された矩形状の切断片として形成される。詳しくは、本例のサンプル片２では、中央の金属コード３である第１の金属コード３Ａは、その長さ方向一端側に、ゴム４からの露出長さが大なチャック用の長露出部分３Ａ１を具える。また第１の金属コード３Ａの両側で隣り合う金属コード３である第２の金属コード３Ｂ、３Ｂは、その長さ方向他端側に、ゴム４からの露出長さが大なチャック用の長露出部分３Ｂ１を具える。特に限定されないが、本例のサンプル片２は、厚さＴが約１．２mm程度、長さＬが５．０mm程度に設定されている。

このようなサンプル片２は、予め加硫成形されたシート状のゴム・コード複合体１から切り出して形成することができる。しかし、３本の金属コード３からなるコード配列体３Ｒの表裏に未加硫のゴムシートを重ね合わせ、しかる後それを加圧加熱することで直接サンプル片２を形成することもできる。

次に、本発明の評価方法では、前記サンプル片２を用いた引張り試験工程、及びそのとき測定される歪みγと応力τとに基づき金属コード３、３間のせん断方向の剛性を評価する評価工程とを含む。

前記引張り試験工程では、図２（Ａ）、（Ｂ）に示されるように、第１の金属コード３Ａを長さ方向一方側に、かつ第２の金属コード３Ｂを長さ方向他方側に引っ張る引張り試験を行う。そしてこの引張り試験において、第１、第２の金属コード３Ａ、３Ｂ間のせん断方向の歪みγ（図３に示す）と、せん断方向の応力τとを測定する。

前記歪みγは、次式（１）で定義される。図３に示すように、式中のΔＬはゴム４の引張り方向（長さ方向）の変位量を意味し、Ｗはコード３、３間のゴム４の巾を意味する。巾Ｗは厳密には、図２（Ｂ）に示すように、金属コード３を囲む外接円間の距離で示される。
γ＝ΔＬ／Ｗ −−−（１）

また前記応力τは、次式（２）で定義される。式中のＱは、引張り荷重を意味し、Ｔはサンプル片２の厚さを意味し、Ｌはサンプル片２の長さを意味する。
τ＝Ｑ／（Ｔ×Ｌ） −−−（２）

従って、引張り試験において、前記変位量ΔＬ及び引張り荷重Ｑを測定することにより、そのときの歪みγと応力τとを求めることができる。なお本例の如く、１本の第１の金属コード３Ａと、その両側の２本の第２の金属コード３Ｂとを引っ張ることで、モーメントの発生を抑制でき、変位量ΔＬ及び引張り荷重Ｑの測定精度を高めることができる。

図４に、前記引張り試験で使用する引張り試験機１０の一例が概念的に示される。引張り試験機１０は、前記第１の金属コード３Ａの長露出部分３Ａ１をクランプする第１のクランプ具１１Ａと、第２の金属コード３Ｂの長露出部分３Ｂ１をクランプする第２のクランプ具１１Ｂとを具え、第１のクランプ具１１Ａは、第２のクランプ具１１Ｂに対して、コードの長さ方向に相対移動可能に支持される。本例では、第２のクランプ具１１Ｂが支持台１２に固定され、かつ第１のクランプ具１１Ａが、昇降台１３に取り付く場合が示される。なお前記昇降台１３は、本例では、例えばボールネジ軸１４Ａ及び案内ガイド１４Ｂ等を含む周知の駆動手段１４を介して昇降移動しうる。また引張り試験機１０には、前記引張り荷重Ｑを検出するロードセル等の荷重センサ、及び長さ方向の変位量ΔＬを測定する変位センサが配される。引張り試験機１０として、種々の構造のものが好適に採用しうる。

次に、前記評価工程では、前記歪みγと応力τとに基づき、金属コード３、３間のせん断方向の剛性を評価する。具体的には、引張り荷重Ｑを徐々に変化させ、そのときの応力τと歪みγとのデータから、例えば図５に示すような応力・歪み曲線Ｋを求める。そしてこの応力・歪み曲線Ｋの傾き（τ／γ）を指標として、せん断方向の剛性を評価する。当然ではあるが、前記応力・歪み曲線Ｋを実際に描く必要はなく、本例には、例えばコンピュータ内の演算処理により応力τと歪みγとのデータから傾き（τ／γ）を直接的に得ることも含まれる。

前記指標は、歪みγが１０％〜２０％の範囲における応力・歪み曲線Ｋの傾き（τ／γ）であることが好ましい。上記範囲は、傾き（τ／γ）が安定する範囲であり、かつ実際のタイヤ走行状態においてベルトプライ間に発生しうる歪み範囲である。なお前記指標は、前記範囲内の任意の位置における傾きであっても良い。しかし、前記範囲における傾きの最大値と最小値との平均であることが好ましく、また歪みγが１０％における傾きと２０％における傾きとの平均であることも好ましい。

以上、本発明の特に好ましい実施形態について詳述したが、本発明は図示の実施形態に限定されることなく、種々の態様に変形して実施しうる。

図４に示す引張り試験機を用い、図１のサンプル片に対して引張り試験が実施された。実施例１のサンプル片では、撚り構造１×４の金属コードが用いられ、実施例２のサンプル片では、撚り構造２／７の金属コードが用いられている。実施例１、２ともに、金属コードの撚り構造以外は実質に同仕様であり、共通仕様は以下の通りである。
・コード中心間距離Ｐ（＝０．９mm）、
・厚さＴ（＝１．１mm）、
・長さＬ（＝５．０mm）、
・ゴムのせん断弾性率Ｇ（＝５．０MPa）

前記引張り試験では、引張り荷重Ｑが徐々に増加され、そのとき測定された引張り荷重Ｑと変位量ΔＬとのデータから、図６に示されるように、応力・歪み曲線が求められた。同図に示されるように、撚り構造の相違により、金属コードとゴムとの間の界面に剛性差が発生し、その結果、金属コード間のせん断方向の剛性に差異が生じているのが確認できる。

１ ゴム・コード複合体
２ サンプル片
３ 金属コード
３Ａ 第１の金属コード
３Ｂ 第２の金属コード
３Ｒ コード配列体
４ ゴム
Ｋ 応力・歪み曲線

Claims (4)

1. 並列する複数本の金属コードからなるコード配列体と、このコード配列体を被覆するゴムとが互いに接着されたゴム・コード複合体の機械的特性の評価方法であって、
   前記ゴム・コード複合体のサンプル片を用い、該サンプル片内で隣り合う金属コードのうちの一方である第１の金属コードを長さ方向一方側に、かつ他方である第２の金属コードを長さ方向他方側に引っ張り、そのときの第１、第２の金属コード間のせん断方向の歪みγと、せん断方向の応力τとを測定する引張り試験工程、
   及び前記歪みγと、応力τとに基づき、金属コード間のせん断方向の剛性を評価する評価工程とを含むことを特徴とするゴム・コード複合体の機械的特性の評価方法。
2. 前記評価工程は、前記応力τと歪みγとからなる応力・歪み曲線の傾き（τ／γ）を指標とすることを特徴とする請求項１記載のゴム・コード複合体の機械的特性の評価方法。
3. 前記指標は、歪みが１０％〜２０％の範囲における応力・歪み曲線の傾き（τ／γ）であることを特徴とする請求項２記載のゴム・コード複合体の機械的特性の評価方法。
4. 前記引張り試験工程では、第１の金属コードが長さ方向一方側に引っ張られ、かつその両側で隣り合う２本の第２の金属コードが長さ方向他方側に引っ張られることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のゴム・コード複合体の機械的特性の評価方法。

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