JP2009300171A - タイヤ試験機及びタイヤ試験方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 タイヤ試験機においてタイヤの動バランスを正確且つ容易に計測する。
【解決手段】本発明のタイヤ試験機1は、タイヤTを鉛直方向の軸線回りに駆動回転するスピンドル軸7と、スピンドル軸7を回転自在に支持するスピンドルハウジング8と、スピンドル軸7の軸線と平行な軸線回りに回転自在とされ且つタイヤTに近接離反自在とされた回転ドラム19とを備え、タイヤTのユニフォミティと動バランスとをそれぞれ測定可能とされており、スピンドルハウジング8は、回転ドラム19からの押し付け力を支持できるように圧電センサ24を介してベース2に固定されており、圧電センサ24は、スピンドル軸7の軸線を含むと共に押し付け力に対して垂直とされた面内に設けられていることを特徴とするものである。
【選択図】図1
【解決手段】本発明のタイヤ試験機1は、タイヤTを鉛直方向の軸線回りに駆動回転するスピンドル軸7と、スピンドル軸7を回転自在に支持するスピンドルハウジング8と、スピンドル軸7の軸線と平行な軸線回りに回転自在とされ且つタイヤTに近接離反自在とされた回転ドラム19とを備え、タイヤTのユニフォミティと動バランスとをそれぞれ測定可能とされており、スピンドルハウジング8は、回転ドラム19からの押し付け力を支持できるように圧電センサ24を介してベース2に固定されており、圧電センサ24は、スピンドル軸7の軸線を含むと共に押し付け力に対して垂直とされた面内に設けられていることを特徴とするものである。
【選択図】図1
Description
本発明は、タイヤのユニフォミティと動バランスとを同一の装置にて測定できるタイヤ試験機及びタイヤ試験方法に関するものである。
従来より、タイヤのユニフォミティと動バランス(動的釣合)とを測定できるタイヤ試験機としては、特許文献1に示すようなタイヤ試験機が知られている。特許文献1のタイヤ試験機には、タイヤを支持するスピンドル軸と、このスピンドル軸を回転可能に支持しているスピンドルハウジングとが備えられている。そして、スピンドルハウジングの側方には、その回転軸心がスピンドル軸の回転軸心と平行とされた回転ドラムが設けられている。この回転ドラムには2方向成分の荷重を計測可能なロードセルが設けられ、またスピンドルハウジングには回転ドラムから加わる荷重に対してスピンドルハウジングをベースに対して固定(剛体支持)する固定部材が設けられている。
それゆえ、タイヤのユニフォミティを測定する際には、タイヤに回転ドラムから加わる力を支える必要があるため、固定部材によりスピンドルハウジングをベースに固定する。そして、回転ドラムをタイヤに接触させて、ロードセルで検出された荷重からタイヤのユニフォミティが測定される。
一方、タイヤの動バランスを測定する際には、固定部材を解除してスピンドルハウジングを振動可能な状態にする。そして、スピンドル軸をユニフォミティ測定時よりさらに高回転に回転させる。動バランスに異常があるタイヤを高回転させると、タイヤが偏心回転し、スピンドルハウジングもベースに対してぶれて回転する。スピンドルハウジングとベースとの間にはロードセルが設けられており、タイヤの偏心回転に起因するスピンドルハウジングのぶれを計測することで動バランスが測定される。
一方、タイヤの動バランスを測定する際には、固定部材を解除してスピンドルハウジングを振動可能な状態にする。そして、スピンドル軸をユニフォミティ測定時よりさらに高回転に回転させる。動バランスに異常があるタイヤを高回転させると、タイヤが偏心回転し、スピンドルハウジングもベースに対してぶれて回転する。スピンドルハウジングとベースとの間にはロードセルが設けられており、タイヤの偏心回転に起因するスピンドルハウジングのぶれを計測することで動バランスが測定される。
ところで、特許文献1のタイヤ試験機では、動バランス試験時とユニフォミティ試験時ではスピンドルの固定方法が全く違うため、上述のような固定部材を設けなくてはならない。このような固定部材は、重量のあるスピンドルハウジングをベースに固定する必要があるため、大型化しやすく装置の構成を複雑化してしまう。また、固定部材を用いて固定操作を行わなくてはならないため、試験時間も長くなってしてしまう。また、測定のたびに固定部材の係脱を行うため、測定の再現性にも難があった。
そこで、例えば特許文献2の図2に示すように、スピンドルハウジングの外周面であって回転ドラムの反対側に固定部材を設け、この固定部材により3成分圧電素子を介してスピンドルハウジングをベースに剛体支持するようにしたタイヤ試験機が知られている。
特開平11−183298号公報
特開2002−350293号公報(図2)
そこで、例えば特許文献2の図2に示すように、スピンドルハウジングの外周面であって回転ドラムの反対側に固定部材を設け、この固定部材により3成分圧電素子を介してスピンドルハウジングをベースに剛体支持するようにしたタイヤ試験機が知られている。
ところで、特許文献2のタイヤ試験機では、3成分圧電素子は、スピンドル軸の軸線から回転ドラムからの押し付け力の方向に沿ってスピンドルハウジングの外径分の距離をおいて設置されている。それゆえ、この3成分圧電素子で動バランス試験ないしユニフォミティ試験の荷重を計測すると、計測される荷重にはこの距離に起因するモーメントが誤差成分として加わることになり、特にバランスの評価精度を低下させる一因となっていた。
また、特許文献2のタイヤ試験機は、4つの3成分圧電素子を設置するものであり、感応方向の位置決めが難しいものであった。
また、特許文献2のタイヤ試験機は、4つの3成分圧電素子を設置するものであり、感応方向の位置決めが難しいものであった。
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、圧電センサで計測された荷重に対し簡単でありながら特にタイヤの動バランスを精度良く測定することができるタイヤ試験機及びタイヤ試験方法を提供することを目的とする。
前記目的を達成するため、本発明は次の技術的手段を講じている。
即ち、本発明のタイヤ試験機は、タイヤを鉛直方向の軸線回りに駆動回転するスピンドル軸と、当該スピンドル軸を回転自在に支持するスピンドルハウジングと、前記スピンドル軸の軸線と平行な軸線回りに回転自在とされ且つ前記タイヤに近接離反自在とされた回転ドラムとを備え、前記タイヤのユニフォミティと動バランスとをそれぞれ測定可能とされたタイヤ試験機において、
前記スピンドルハウジングは前記回転ドラムからの押し付け力を支持できるように圧電センサを介してベースに固定されており、前記圧電センサは前記スピンドル軸の軸線を含むと共に前記押し付け力に対して垂直とされた面内に設けられていることを特徴とするものである。
即ち、本発明のタイヤ試験機は、タイヤを鉛直方向の軸線回りに駆動回転するスピンドル軸と、当該スピンドル軸を回転自在に支持するスピンドルハウジングと、前記スピンドル軸の軸線と平行な軸線回りに回転自在とされ且つ前記タイヤに近接離反自在とされた回転ドラムとを備え、前記タイヤのユニフォミティと動バランスとをそれぞれ測定可能とされたタイヤ試験機において、
前記スピンドルハウジングは前記回転ドラムからの押し付け力を支持できるように圧電センサを介してベースに固定されており、前記圧電センサは前記スピンドル軸の軸線を含むと共に前記押し付け力に対して垂直とされた面内に設けられていることを特徴とするものである。
また、本発明のタイヤ試験機は、タイヤを鉛直方向の軸線回りに駆動回転するスピンドル軸と、当該スピンドル軸を回転自在に支持するスピンドルハウジングと、前記スピンドル軸の軸線と平行な軸線回りに回転自在とされ且つ前記タイヤに近接離反自在とされた回転ドラムとを備え、前記タイヤのユニフォミティと動バランスとをそれぞれ測定可能とされたタイヤ試験機において、
前記スピンドルハウジングは前記回転ドラムからの押し付け力を支持できるように圧電センサを介してベースに固定されており、前記圧電センサは、前記ユニフォミティ測定のための力成分を計測するものとは別の前記動バランス測定のための力成分を計測するものであって、前記スピンドル軸の軸線を含むと共に前記押し付け力に対して垂直とされた面内に設けられていることを特徴とすることもできる。
前記スピンドルハウジングは前記回転ドラムからの押し付け力を支持できるように圧電センサを介してベースに固定されており、前記圧電センサは、前記ユニフォミティ測定のための力成分を計測するものとは別の前記動バランス測定のための力成分を計測するものであって、前記スピンドル軸の軸線を含むと共に前記押し付け力に対して垂直とされた面内に設けられていることを特徴とすることもできる。
発明者らは、圧電センサの設置位置とスピンドル軸の軸線との間の距離に起因した誤差成分がタイヤの遠心力に対して加わるのであれば、圧電センサの取付位置を変更することでその誤差成分の発生を防止できるのではないかと考えた。また、特に動バランス測定のための力成分を計測する圧電センサをスピンドル軸の軸線を含むと共に回転ドラムからの押し付け力に対して垂直とされた面内に設け、ユニフォミティ測定のための力成分を計測する圧電センサと分ければ、各圧電センサの位置決めが容易に行え、且つタイヤ試験の評価精度を高めることができることを知見して、本発明を完成するに至ったのである。
なお、前記スピンドルハウジングには前記スピンドルハウジングの外周面から径外側に向かって突出すると共に前記回転ドラムからの押し付け力と垂直な方向に向かって平坦に形成された押付面を有する位置決め部材を設けるのが好ましく、前記ベースには前記位置決め部材の押付面に平行且つ対面するように形成された取付面を有するハウジング支持部材を設けるのが好ましい。そして、前記圧電センサを前記押付面と取付面との間に挟持するのが好ましい。
また、前記圧電センサは前記回転ドラムからの押し付け力に沿った力成分のみを計測するものであるのが良い。
また、前記圧電センサは前記回転ドラムからの押し付け力に沿った力成分のみを計測するものであるのが良い。
さらに、前記ユニフォミティ測定のための力成分を計測する歪ゲージ式力センサが、前記回転ドラムを挟んだ両側であって当該回転ドラムの軸部に設けられていると良い。
また、本発明のタイヤ試験方法は、タイヤを鉛直方向の軸線周りに駆動回転するスピンドル軸と、当該スピンドル軸を回転自在に支持するスピンドルハウジングと、前記スピンドル軸の軸線と平行な軸線周りに回転自在とされ且つ前記タイヤに近接離反自在とされた回転ドラムと、を備えたタイヤ試験機で、タイヤのユニフォミティと動バランスとをそれぞれ測定するタイヤ試験方法において、
前記スピンドル軸の軸線周りに前記タイヤを駆動回転する工程と、前記タイヤのユニフォミティを測定する際に前記回転ドラムをタイヤに押し付ける工程と、前記タイヤの動バランスを測定する際に前記回転ドラムを前記タイヤから離反させる工程と、前記回転ドラムからの押し付け力を前記スピンドルハウジングで支持することができるように当該スピンドルハウジングをベースに固定するべく当該スピンドルハウジングとベースとの間に介装され、且つ前記スピンドル軸の軸線を含んで前記回転ドラムを前記タイヤに押し付ける方向に対して垂直とされた面内に位置するように設けられている圧電センサで、少なくとも動バランスを測定するための力成分を計測する工程と、を有していることを特徴とするものである。
また、本発明のタイヤ試験方法は、タイヤを鉛直方向の軸線周りに駆動回転するスピンドル軸と、当該スピンドル軸を回転自在に支持するスピンドルハウジングと、前記スピンドル軸の軸線と平行な軸線周りに回転自在とされ且つ前記タイヤに近接離反自在とされた回転ドラムと、を備えたタイヤ試験機で、タイヤのユニフォミティと動バランスとをそれぞれ測定するタイヤ試験方法において、
前記スピンドル軸の軸線周りに前記タイヤを駆動回転する工程と、前記タイヤのユニフォミティを測定する際に前記回転ドラムをタイヤに押し付ける工程と、前記タイヤの動バランスを測定する際に前記回転ドラムを前記タイヤから離反させる工程と、前記回転ドラムからの押し付け力を前記スピンドルハウジングで支持することができるように当該スピンドルハウジングをベースに固定するべく当該スピンドルハウジングとベースとの間に介装され、且つ前記スピンドル軸の軸線を含んで前記回転ドラムを前記タイヤに押し付ける方向に対して垂直とされた面内に位置するように設けられている圧電センサで、少なくとも動バランスを測定するための力成分を計測する工程と、を有していることを特徴とするものである。
また、タイヤを鉛直方向の軸線周りに駆動回転するスピンドル軸と、当該スピンドル軸を回転自在に支持するスピンドルハウジングと、前記スピンドル軸の軸線と平行な軸線周りに回転自在とされ且つ前記タイヤに近接離反自在とされた回転ドラムと、を備えたタイヤ試験機で、タイヤのユニフォミティと動バランスとをそれぞれ測定するタイヤ試験方法において、前記スピンドル軸の軸線周りに前記タイヤを駆動回転する工程と、前記タイヤのユニフォミティを測定する際に前記回転ドラムをタイヤに押し付ける工程と、前記回転ドラムを挟んだ両側であって当該回転ドラムの軸部に設けられている歪ゲージ式力センサでユニフォミティを測定するための力成分を計測する工程と、前記タイヤの動バランスを測定する際に前記回転ドラムを前記タイヤから離反させる工程と、前記タイヤのユニフォミティを測定する際の前記回転ドラムからの押し付け力を前記スピンドルハウジングで支持することができるように当該スピンドルハウジングをベースに固定するべく当該スピンドルハウジングとベースとの間に介装され、且つ前記スピンドル軸の軸線を含んで前記回転ドラムを前記タイヤに押し付ける方向に対して垂直とされた面内に位置するように設けられている圧電センサで、動バランスを測定するための力成分を計測する工程と、を有していることを特徴とすることもできる。
本発明のタイヤ試験機及びタイヤ試験方法では、タイヤの動バランスを精度良く測定することができる。
本発明のタイヤ試験機1を、図面に基づき以降に説明する。
図1に模式的に示されるように、本実施形態のタイヤ試験機1は、タイヤTのユニフォミティ(タイヤTの均一性)とタイヤTの動バランス(動的釣合)とを測定する複合試験装置である。タイヤ試験機1は、床面の上に櫓状に立設されたメインフレーム3を備えている。メインフレーム3には、図示しない昇降機構により上下に伸縮自在とされた上シャフト4と、上シャフト4の下端に着脱自在に設けられた上リム5とを備えている。上リム5の下方には上リム5と協働してタイヤTを保持する下リム6が設けられている。この下リム6は、スピンドル軸7に固定されており、鉛直方向を向く軸線回りに回転するスピンドル軸7と一体に回転するようになっている。スピンドル軸7は、メインフレーム3に固定されたスピンドルハウジング8に回転自在に支持されており、モータ9の駆動によりスピンドルハウジング8に対して相対回転可能となっている。スピンドル軸7の側方には、スピンドル軸7に保持されたタイヤTに接触可能な回転ドラム19が従動回転自在に設けられている。
図1に模式的に示されるように、本実施形態のタイヤ試験機1は、タイヤTのユニフォミティ(タイヤTの均一性)とタイヤTの動バランス(動的釣合)とを測定する複合試験装置である。タイヤ試験機1は、床面の上に櫓状に立設されたメインフレーム3を備えている。メインフレーム3には、図示しない昇降機構により上下に伸縮自在とされた上シャフト4と、上シャフト4の下端に着脱自在に設けられた上リム5とを備えている。上リム5の下方には上リム5と協働してタイヤTを保持する下リム6が設けられている。この下リム6は、スピンドル軸7に固定されており、鉛直方向を向く軸線回りに回転するスピンドル軸7と一体に回転するようになっている。スピンドル軸7は、メインフレーム3に固定されたスピンドルハウジング8に回転自在に支持されており、モータ9の駆動によりスピンドルハウジング8に対して相対回転可能となっている。スピンドル軸7の側方には、スピンドル軸7に保持されたタイヤTに接触可能な回転ドラム19が従動回転自在に設けられている。
図1の紙面の上下をタイヤ試験機1を説明する際の上下とする。図1の紙面の左右をタイヤ試験機1を説明する際の左右とする。さらに、図3の紙面上方をタイヤ試験機1を説明する際の後方、下側を前方と呼ぶ。これらの方向は、オペレータがタイヤ試験機1を図1のように見た際の方向と一致する。
図1及び図2に示すように、上シャフト4は、上下方向に沿って伸び、その下端側は下方に向かってテーパーコーン状に形成されており、上リム5の上面に形成された凹部に嵌合可能となっている。上シャフト4の下端側には上リム5を係合するロック部材10が設けられており、このロック部材10で上シャフト4と上リム5とを係合することで上リム5は上シャフト4に合わせて上下に移動(昇降)可能となっている。
図1及び図2に示すように、上シャフト4は、上下方向に沿って伸び、その下端側は下方に向かってテーパーコーン状に形成されており、上リム5の上面に形成された凹部に嵌合可能となっている。上シャフト4の下端側には上リム5を係合するロック部材10が設けられており、このロック部材10で上シャフト4と上リム5とを係合することで上リム5は上シャフト4に合わせて上下に移動(昇降)可能となっている。
上リム5は、上下方向の中途部がタイヤTの内径サイズに合わせた外径を備える円盤状に形成されており、この中途部をタイヤTの内側に対して上方から挿し込めるようになっている。上リム5は、上端の外周縁にフランジ状に突出形成された上フランジ部11を備えており、この上フランジ部11によりタイヤTを上方から押さえ込めるようになっている。
上リム5は、下端側に鉛直方向に沿って下方に突出した円柱状の係合部12が形成されており、この係合部12を下リム6の被係合部13に嵌入させることにより下リム6に係合して下リム6と一体回転可能となっている。
上リム5は、下端側に鉛直方向に沿って下方に突出した円柱状の係合部12が形成されており、この係合部12を下リム6の被係合部13に嵌入させることにより下リム6に係合して下リム6と一体回転可能となっている。
下リム6は、上リム5が上下に反転したような形状に形成されており、スピンドル軸7に取り付けられている。また、下リム6は、上リム5同様に上下方向の中途部はタイヤTの内径サイズに合わせて円盤状に形成されてタイヤTの内側に対して下方から挿し込めるようになっている。下リム6は、下端の外周縁がフランジ状に突出形成された下フランジ部14を備えており、この下フランジ部14でタイヤTを下方から支えられるようになっている。
スピンドル軸7は、鉛直方向を向く軸線回りに円筒状に形成されている。スピンドル軸7は、上部に上リム5の係合部12と係合可能な被係合部13を有している。被係合部13は、スピンドル軸7の軸線に沿って下方に向かって縦穴状に形成されており、上リム5の係合部12を嵌入できるようになっている。スピンドル軸7の上部には下リム6が固定されてスピンドル軸7と下リム6とが一体回転可能となっている。スピンドル軸7は、下端側にタイミングプーリ15を備えており、このタイミングプーリ15にはタイミングベルト16が巻き回されている。
スピンドル軸7は、鉛直方向を向く軸線回りに円筒状に形成されている。スピンドル軸7は、上部に上リム5の係合部12と係合可能な被係合部13を有している。被係合部13は、スピンドル軸7の軸線に沿って下方に向かって縦穴状に形成されており、上リム5の係合部12を嵌入できるようになっている。スピンドル軸7の上部には下リム6が固定されてスピンドル軸7と下リム6とが一体回転可能となっている。スピンドル軸7は、下端側にタイミングプーリ15を備えており、このタイミングプーリ15にはタイミングベルト16が巻き回されている。
スピンドル軸7は、外周側に軸受部17を有している。軸受部17は、スピンドル軸7の上端側と下端側とに離間して設けられており、スピンドル軸7をスピンドルハウジング8に対して相対回転自在に支持している。
スピンドルハウジング8は、スピンドル軸7の軸線回りに円筒状に形成されており、筒内側にはスピンドル軸7が回転自在に収容されている。スピンドルハウジング8は、ハウジング支持部材26を介してベース2に固定(剛体支持)されている。
モータ9は、スピンドルハウジング8の左方のメインフレーム3に取り付けられている。モータ9は下方に向かって駆動軸18を備えており、駆動軸18にはモータプーリ30が取り付けられている。モータプーリ30にはタイミングベルト16が巻き回されており、タイミングベルト16を介してモータ9の動力をスピンドル軸7に伝達可能となっている。
スピンドルハウジング8は、スピンドル軸7の軸線回りに円筒状に形成されており、筒内側にはスピンドル軸7が回転自在に収容されている。スピンドルハウジング8は、ハウジング支持部材26を介してベース2に固定(剛体支持)されている。
モータ9は、スピンドルハウジング8の左方のメインフレーム3に取り付けられている。モータ9は下方に向かって駆動軸18を備えており、駆動軸18にはモータプーリ30が取り付けられている。モータプーリ30にはタイミングベルト16が巻き回されており、タイミングベルト16を介してモータ9の動力をスピンドル軸7に伝達可能となっている。
回転ドラム19は外形が円筒状に形成されており、その外周面にはタイヤTが接地する路面が形成されている。回転ドラム19は鉛直方向を向く軸線回りに回転自在とされている。回転ドラム19の軸線は、スピンドル軸7の軸線から右方に距離をあけて設けられている。
回転ドラム19の下方には、回転ドラム19を支持する上下一対のリニアガイド20、21が設けられている。上側のリニアガイド20には回転ドラム19が固定されており、下側のリニアガイド21はベース2に固定されている。上側のリニアガイド20は下側のリニアガイド21に対して左右方向にスライド自在とされており、上側のリニアガイド20に載置された回転ドラム19をタイヤTに対して近接離反自在に案内している。
回転ドラム19の下方には、回転ドラム19を支持する上下一対のリニアガイド20、21が設けられている。上側のリニアガイド20には回転ドラム19が固定されており、下側のリニアガイド21はベース2に固定されている。上側のリニアガイド20は下側のリニアガイド21に対して左右方向にスライド自在とされており、上側のリニアガイド20に載置された回転ドラム19をタイヤTに対して近接離反自在に案内している。
回転ドラム19はその上方と下方とに延設された軸部22に回転自在に支持されており、軸部22は上側のリニアガイド20に支持されている。軸部22には、タイヤTから回転ドラム19を介して伝わる力を計測する2方向歪ゲージ式力センサ23が設けられている。
次に、上述のタイヤ試験機1を用いたタイヤTのユニフォミティ試験について説明する。
下リム6の上にタイヤTを載置して、上シャフト4を伸長させて上リム5を下リム6に近づけると、上下フランジ部11、14の間でタイヤTが挟持される。ロック部材10の係合を解除して上シャフトを上昇させた後、回転ドラム19をタイヤTに対して近接させ、タイヤTに回転ドラム19を押し付ける。その後、モータ9を回転させ、モータプーリ30、タイミングベルト16、及びタイミングプーリ15を介して、モータ9の動力をスピンドル軸7に伝達してスピンドル軸7を回転させる。
次に、上述のタイヤ試験機1を用いたタイヤTのユニフォミティ試験について説明する。
下リム6の上にタイヤTを載置して、上シャフト4を伸長させて上リム5を下リム6に近づけると、上下フランジ部11、14の間でタイヤTが挟持される。ロック部材10の係合を解除して上シャフトを上昇させた後、回転ドラム19をタイヤTに対して近接させ、タイヤTに回転ドラム19を押し付ける。その後、モータ9を回転させ、モータプーリ30、タイミングベルト16、及びタイミングプーリ15を介して、モータ9の動力をスピンドル軸7に伝達してスピンドル軸7を回転させる。
回転ドラム19の軸部22の上下には、板厚方向とそれに直交する方向の2方向の力に感応する2方向歪ゲージ式力センサ23がそれぞれ設けられており、従動回転中の回転ドラム19に発生する鉛直方向及び近接離反方向(左右方向)の力が計測される。この2方向歪ゲージ式力センサ23で計測された鉛直方向及び近接離反方向の力からタイヤTのユニフォミティが評価される。
本発明のタイヤ試験機1は、スピンドルハウジング8が回転ドラム19からの押し付け力を支持できるように圧電センサ24を介してベース2に固定されている。この圧電センサ24は、スピンドルハウジング8に設けられた位置決め部材25と、ベース2のハウジング支持部材26との間に挟持されており、回転ドラム19の押し付け方向の力を計測してタイヤTの動バランスを測定するために用いられている。タイヤ試験機1は、特に動バランスを高精度に測定できるように、圧電センサ24がスピンドル軸7の軸線を含むと共に押し付け力に対して垂直とされた面内に設けられている。
本発明のタイヤ試験機1は、スピンドルハウジング8が回転ドラム19からの押し付け力を支持できるように圧電センサ24を介してベース2に固定されている。この圧電センサ24は、スピンドルハウジング8に設けられた位置決め部材25と、ベース2のハウジング支持部材26との間に挟持されており、回転ドラム19の押し付け方向の力を計測してタイヤTの動バランスを測定するために用いられている。タイヤ試験機1は、特に動バランスを高精度に測定できるように、圧電センサ24がスピンドル軸7の軸線を含むと共に押し付け力に対して垂直とされた面内に設けられている。
図2に示すように、位置決め部材25は、スピンドルハウジング8の外周面から径外側に向かって板状に突出形成されており、スピンドルハウジング8の前側と後側とに一組設けられている。位置決め部材25は上下方向及び前後方向に沿って平坦な押付面27を備えており、この押付面27は回転ドラム19のタイヤTへの押し付け方向と垂直な方向に向かって形成されており、押付面27に圧電センサ24を設置することで圧電センサ24をスピンドル軸7の軸線を含むと共に回転ドラム19の押し付け方向に対して垂直な面内に位置させることができるようになっている。
ハウジング支持部材26は、ベース2から上方に向かって突出すると共に前後方向に沿って伸びる板状に形成されており、位置決め部材25に対応してスピンドルハウジング8の前側と後側とに一組設けられている。ハウジング支持部材26には補強用リブ28が設けられており、この補強用リブ28によりベース2に対して強固に固定されている。ハウジング支持部材26の左端はスピンドルハウジング8から離れる方向に垂直に折り曲げられており、この折れ曲がった部分には取付面29が形成されている。
取付面29は、上下前後の方向に向かって平坦に形成されており、回転ドラム19からの押し付け力と垂直な方向に面している。取付面29は、位置決め部材25の押付面27に対して平行に配置されている。ハウジング支持部材26の取付面29と位置決め部材25の押付面27との間に圧電センサ24が挟持されている。
取付面29は、上下前後の方向に向かって平坦に形成されており、回転ドラム19からの押し付け力と垂直な方向に面している。取付面29は、位置決め部材25の押付面27に対して平行に配置されている。ハウジング支持部材26の取付面29と位置決め部材25の押付面27との間に圧電センサ24が挟持されている。
本発明における圧電センサは、一般に圧電式力センサと呼ばれており、高い剛性を備えているものである。本実施形態では、圧電センサとして、内部に板厚方向の圧縮力に感応する測定素子を有し、板厚方向に加わる荷重を計測可能である圧電センサ24を用いている。圧電センサ24は、その板面が位置決め部材25の押付面27(ハウジング支持部材26の取付面29)と平行になるように取り付けられており、回転ドラム19のタイヤTへの押し付け方向と平行な力成分のみを計測できるようになっている。
圧電センサ24は、位置決め部材25の押付面27とハウジング支持部材26の取付面29との間に設けられて、ベース2に対してスピンドルハウジング8を剛体支持している。すなわち、圧電センサ24は荷重を計測するセンサのみならず、ベース2に対するスピンドルハウジング8の取付用支持部材にもなっている。
圧電センサ24は、位置決め部材25の押付面27とハウジング支持部材26の取付面29との間に設けられて、ベース2に対してスピンドルハウジング8を剛体支持している。すなわち、圧電センサ24は荷重を計測するセンサのみならず、ベース2に対するスピンドルハウジング8の取付用支持部材にもなっている。
圧電センサ24は、前後一組の位置決め部材25(ハウジング支持部材26)に対してそれぞれの上下に一組ずつ設けられている。つまり、圧電センサ24は、スピンドル軸7の軸線を挟んだ両側のそれぞれにおいて鉛直方向に複数個備えられている。なお、本実施形態では、鉛直方向に2箇所、合計で4箇所設けられている。
次に、上述のタイヤ試験機1を用いたタイヤTの動バランス試験について説明する。ここでは、ユニフォミティ試験の終了後に動バランス試験を行う場合について考える。
まず、ユニフォミティ試験が終了すると、上側のリニアガイド20を下側のリニアガイド21に対して摺動させて回転ドラム19をタイヤTから離反させる。
次に、上述のタイヤ試験機1を用いたタイヤTの動バランス試験について説明する。ここでは、ユニフォミティ試験の終了後に動バランス試験を行う場合について考える。
まず、ユニフォミティ試験が終了すると、上側のリニアガイド20を下側のリニアガイド21に対して摺動させて回転ドラム19をタイヤTから離反させる。
回転ドラム19がタイヤTから離反したら、モータ9の回転数を上げてタイヤTを動バランス用の回転数にする。動バランスのタイヤTの回転数は、ユニフォミティ試験の場合(JASO C607では60rpmの回転数とされている)よりはるかに高回転とされており、本実施形態の場合は800rpmとされている。
図3に示すように、タイヤTには一部に組成の密度が高い偏心量mが存在している。このようなタイヤTをスピンドル軸7の軸心O回りに800rpmで高回転させると、偏心量mには予期しない遠心力Fが発生することになる。この遠心力Fはスピンドルハウジング8の軸(スピンドル軸7の軸心O)に作用している。
図3に示すように、タイヤTには一部に組成の密度が高い偏心量mが存在している。このようなタイヤTをスピンドル軸7の軸心O回りに800rpmで高回転させると、偏心量mには予期しない遠心力Fが発生することになる。この遠心力Fはスピンドルハウジング8の軸(スピンドル軸7の軸心O)に作用している。
ここで、偏心量mがスピンドル軸7の軸心から左右方向に対して角度θの位置にある場合を考える。遠心力Fは、回転ドラム19からの押し付け力に沿った力成分Fcosθと垂直な力成分Fsinθとに分けることができる。そして、回転ドラム19からの押し付け力に沿った力成分Fcosθは、スピンドル軸7の軸線を含むと共に回転ドラム19からの押し付け力に対して垂直とされた面内に設けられたn個の圧電センサ24で計測される。すなわち、1つの圧電センサ24で計測される力fは、圧電センサ24の設置数をnとした場合に、以下の式(1)で示される。
角度θが0°又は180°のとき、圧電センサ24で計測される力fは最大値fmax又は最小値fminになる。圧電センサ24で計測される力の最大値fmax及び最小値fminは、以下の式(2)で示される。
つまり、圧電センサ24で回転ドラム19からの押し付け力に沿った力成分Fcosθを経時的に計測することで、圧電センサ24で計測される力成分の最大値fmax又は最小値fminを求めることができる。一方、圧電センサ24の設置数は分かっているため最大値fmax又は最小値fminから式(2)により遠心力Fを求めることができ、この遠心力Fを評価することでタイヤTの動バランスが評価される。
本発明を明確に理解するために、比較例を挙げる。
図4に示すように、比較例では、スピンドルハウジング8の外周面であって、スピンドル軸7の軸線を挟んで回転ドラム19とは反対側に圧電センサ24が設けられている。圧電センサ24は、スピンドル軸7の軸心から左右方向にL、前後方向lだけ離れた位置に設けられている。比較例の圧電センサには実施例と同じ圧電センサ24が実施例と同数用いられ、これらの圧電センサ24がスピンドルハウジング8の外周面であって回転ドラム19の反対側の外周面に沿って上下前後に合計n箇所配備されている。
図4に示すように、比較例では、スピンドルハウジング8の外周面であって、スピンドル軸7の軸線を挟んで回転ドラム19とは反対側に圧電センサ24が設けられている。圧電センサ24は、スピンドル軸7の軸心から左右方向にL、前後方向lだけ離れた位置に設けられている。比較例の圧電センサには実施例と同じ圧電センサ24が実施例と同数用いられ、これらの圧電センサ24がスピンドルハウジング8の外周面であって回転ドラム19の反対側の外周面に沿って上下前後に合計n箇所配備されている。
ここで、比較例におけるそれぞれの圧電センサ24で計測される力について考える。
比較例の場合でも、スピンドル軸7の軸心から左右方向に対して角度θの位置に偏心量mがあった場合には、回転ドラム19からの押し付け力に沿った力成分Fcosθと垂直な力成分Fsinθとに遠心力Fを分けることができる。
そして、回転ドラム19からの押し付け力に沿った力成分Fcosθは、4個の圧電センサ24で計測される。しかし、比較例の場合は、圧電センサ24に加わる力は押し付け方向に沿った力成分だけでなく、押し付け方向と垂直な力成分に起因するモーメントに由来する力を誤差成分fmとして含んでいる。
比較例の場合でも、スピンドル軸7の軸心から左右方向に対して角度θの位置に偏心量mがあった場合には、回転ドラム19からの押し付け力に沿った力成分Fcosθと垂直な力成分Fsinθとに遠心力Fを分けることができる。
そして、回転ドラム19からの押し付け力に沿った力成分Fcosθは、4個の圧電センサ24で計測される。しかし、比較例の場合は、圧電センサ24に加わる力は押し付け方向に沿った力成分だけでなく、押し付け方向と垂直な力成分に起因するモーメントに由来する力を誤差成分fmとして含んでいる。
この誤差成分fmの原因となるモーメントMは、軸心Oから圧電センサ24の設置位置までの押出方向に沿った距離Lを用いて、以下の式(3)のように示される。
すなわち、モーメントMに由来する誤差成分fmは、軸心Oから圧電センサ24までの押し付け方向に垂直な距離l(モーメントMの力点と作用点との間の距離l)を用いて、以下の式(4)のように示される。
それゆえ、誤差成分fmを加味した圧電センサ24で検出される力f’は、以下の式(5)のように示される。
つまり、比較例では、圧電センサ24で計測される力f’に実施例では存在しなかった誤差成分fmが含まれることになり、遠心力Fを精度良く計測することができない。
次に、圧電センサ24で力を計測した際の理想波形(図5)を用いて、実施例と比較例との比較説明を行う。
次に、圧電センサ24で力を計測した際の理想波形(図5)を用いて、実施例と比較例との比較説明を行う。
図5に示されるように、実施例及び比較例の圧電センサ24で計測された力f、f’の変化は、正弦波となって計測される。ここで、実施例の圧電センサ24で計測された力fの変化(図5の実線)は、最大値fmaxと最小値fminとの絶対値はF/nとなっており、圧電センサ24の設置数が分かれば容易に遠心力Fを求めることができる。
一方、比較例の圧電センサ24で計測された力f’の変化(図5の点線及び1点鎖線)は、圧電センサ24で計測された力f’の最大値や最小値がF/nとはならず、実施例よりも大きな出力値として表れる。これは、比較例の圧電センサ24で計測された力f’にはモーメントMに起因する力の分だけ誤差成分fmが加わっているためであると考えられる。ここで、圧電センサの出力値は、絶対値が大きい程誤差が大きくなる特性がある。それゆえ、比較例では、出力値が大きくなる分、より大きな誤差を含んでいるうえに、スピンドル軸の前後に設けられている圧電センサにおける出力波形のピークの位相ずれにより、同位相では誤差が大きく異なっており、仮に演算で出力値を足し合わせる補正を行っても大きな誤差が残ってしまうことになる。従って、比較例では、精度良く遠心力Fを求めることはできない。
一方、比較例の圧電センサ24で計測された力f’の変化(図5の点線及び1点鎖線)は、圧電センサ24で計測された力f’の最大値や最小値がF/nとはならず、実施例よりも大きな出力値として表れる。これは、比較例の圧電センサ24で計測された力f’にはモーメントMに起因する力の分だけ誤差成分fmが加わっているためであると考えられる。ここで、圧電センサの出力値は、絶対値が大きい程誤差が大きくなる特性がある。それゆえ、比較例では、出力値が大きくなる分、より大きな誤差を含んでいるうえに、スピンドル軸の前後に設けられている圧電センサにおける出力波形のピークの位相ずれにより、同位相では誤差が大きく異なっており、仮に演算で出力値を足し合わせる補正を行っても大きな誤差が残ってしまうことになる。従って、比較例では、精度良く遠心力Fを求めることはできない。
これに対して、実施例では、圧電センサ24で計測された力fの出力値の最大値fmaxあるいは最小値fminは比較例よりも小さく、誤差も小さくなるため、より精度良く遠心力Fを求めることができる。
本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、発明の本質を変更しない範囲で各部材の形状、構造、材質、組み合わせなどを適宜変更可能である。
上記実施形態では、圧電センサ24はスピンドル軸7の軸線を挟んだ両側の上下4箇所に設けられていた。しかし、圧電センサ24の設置数は、4個に限定されない。
本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、発明の本質を変更しない範囲で各部材の形状、構造、材質、組み合わせなどを適宜変更可能である。
上記実施形態では、圧電センサ24はスピンドル軸7の軸線を挟んだ両側の上下4箇所に設けられていた。しかし、圧電センサ24の設置数は、4個に限定されない。
上記実施形態では、スピンドルハウジング8は円筒状に形成されていたが、その形状は角筒状であっても良い。
上記実施形態では、圧電センサ24には回転ドラム19の押し付け方向の力成分のみを計測する測定素子を有する圧電センサを用いたが、少なくとも回転ドラム19の押し付け方向の力成分を計測して動バランスを測定することができるものであれば複数方向の力成分を計測できるものを用いてもよい。圧電センサ24で複数方向の力成分を計測する場合には、回転ドラムの軸部22に設けられる2方向歪ゲージ式力センサ23の代わりに圧電センサ24でユニフォミティを測定するための力成分を計測することもできる。しかし、圧電センサ24で動バランス測定のための力を測定し、2方向歪ゲージ式力センサ23でユニフォミティ測定のための力を測定するように機能を分担した構成とすることにより、動バランスとユニフォミティのどちらも精度よく測定することができ且つ安価にできるため好ましい。このとき圧電センサ24に回転ドラムの押し付け方向の力成分のみを計測するものを用いると圧電センサのコストが更に安くなり最も好ましい。
上記実施形態では、圧電センサ24には回転ドラム19の押し付け方向の力成分のみを計測する測定素子を有する圧電センサを用いたが、少なくとも回転ドラム19の押し付け方向の力成分を計測して動バランスを測定することができるものであれば複数方向の力成分を計測できるものを用いてもよい。圧電センサ24で複数方向の力成分を計測する場合には、回転ドラムの軸部22に設けられる2方向歪ゲージ式力センサ23の代わりに圧電センサ24でユニフォミティを測定するための力成分を計測することもできる。しかし、圧電センサ24で動バランス測定のための力を測定し、2方向歪ゲージ式力センサ23でユニフォミティ測定のための力を測定するように機能を分担した構成とすることにより、動バランスとユニフォミティのどちらも精度よく測定することができ且つ安価にできるため好ましい。このとき圧電センサ24に回転ドラムの押し付け方向の力成分のみを計測するものを用いると圧電センサのコストが更に安くなり最も好ましい。
1 タイヤ試験機
2 ベース
3 メインフレーム
4 上シャフト
5 上リム
6 下リム
7 スピンドル軸
8 スピンドルハウジング
9 モータ
10 ロック部材
11 上フランジ部
12 係合部
13 被係合部
14 下フランジ部
15 タイミングプーリ
16 タイミングベルト
17 軸受部
18 駆動軸
19 回転ドラム
20 上側のリニアガイド
21 下側のリニアガイド
22 軸部
23 2方向歪ゲージ式力センサ
24 圧電センサ
25 位置決め部材
26 ハウジング支持部材
27 押付面
28 補強用リブ
29 取付面
30 モータプーリ
θ 角度
F 遠心力
T タイヤ
2 ベース
3 メインフレーム
4 上シャフト
5 上リム
6 下リム
7 スピンドル軸
8 スピンドルハウジング
9 モータ
10 ロック部材
11 上フランジ部
12 係合部
13 被係合部
14 下フランジ部
15 タイミングプーリ
16 タイミングベルト
17 軸受部
18 駆動軸
19 回転ドラム
20 上側のリニアガイド
21 下側のリニアガイド
22 軸部
23 2方向歪ゲージ式力センサ
24 圧電センサ
25 位置決め部材
26 ハウジング支持部材
27 押付面
28 補強用リブ
29 取付面
30 モータプーリ
θ 角度
F 遠心力
T タイヤ
Claims (8)
- タイヤを鉛直方向の軸線回りに駆動回転するスピンドル軸と、当該スピンドル軸を回転自在に支持するスピンドルハウジングと、前記スピンドル軸の軸線と平行な軸線回りに回転自在とされ且つ前記タイヤに近接離反自在とされた回転ドラムとを備え、前記タイヤのユニフォミティと動バランスとをそれぞれ測定可能とされたタイヤ試験機において、
前記スピンドルハウジングは、前記回転ドラムからの押し付け力を支持できるように圧電センサを介してベースに固定されており、
前記圧電センサは、前記スピンドル軸の軸線を含むと共に前記押し付け力に対して垂直とされた面内に設けられていることを特徴とするタイヤ試験機。 - タイヤを鉛直方向の軸線回りに駆動回転するスピンドル軸と、当該スピンドル軸を回転自在に支持するスピンドルハウジングと、前記スピンドル軸の軸線と平行な軸線回りに回転自在とされ且つ前記タイヤに近接離反自在とされた回転ドラムとを備え、前記タイヤのユニフォミティと動バランスとをそれぞれ測定可能とされたタイヤ試験機において、
前記スピンドルハウジングは、前記回転ドラムからの押し付け力を支持できるように圧電センサを介してベースに固定されており、
前記圧電センサは、前記ユニフォミティ測定のための力成分を計測するものとは別の前記動バランス測定のための力成分を計測するものであって、前記スピンドル軸の軸線を含むと共に前記押し付け力に対して垂直とされた面内に設けられていることを特徴とするタイヤ試験機。 - 前記スピンドルハウジングには、前記スピンドルハウジングの外周面から径外側に向かって突出すると共に前記回転ドラムからの押し付け力と垂直な方向に向かって平坦に形成された押付面を有する位置決め部材が設けられ、
前記ベースには、前記位置決め部材の押付面に平行且つ対面するように形成された取付面を有するハウジング支持部材が設けられ、
前記圧電センサは、前記押付面と取付面との間に挟持されていることを特徴とする請求項1又は2に記載のタイヤ試験機。 - 前記圧電センサは、前記回転ドラムからの押し付け力に沿った力成分のみを計測するものであることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のタイヤ試験機。
- 前記圧電センサは、前記スピンドル軸の軸線を挟んだ両側のそれぞれにおいて鉛直方向2箇所に備えられていることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のタイヤ試験機。
- 前記ユニフォミティ測定のための力成分を計測する歪ゲージ式力センサが、前記回転ドラムを挟んだ両側であって当該回転ドラムの軸部に設けられていることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載のタイヤ試験機。
- タイヤを鉛直方向の軸線周りに駆動回転するスピンドル軸と、当該スピンドル軸を回転自在に支持するスピンドルハウジングと、前記スピンドル軸の軸線と平行な軸線周りに回転自在とされ且つ前記タイヤに近接離反自在とされた回転ドラムと、を備えたタイヤ試験機で、タイヤのユニフォミティと動バランスとをそれぞれ測定するタイヤ試験方法において、
前記スピンドル軸の軸線周りに前記タイヤを駆動回転する工程と、
前記タイヤのユニフォミティを測定する際に前記回転ドラムをタイヤに押し付ける工程と、
前記タイヤの動バランスを測定する際に前記回転ドラムを前記タイヤから離反させる工程と、
前記回転ドラムからの押し付け力を前記スピンドルハウジングで支持することができるように当該スピンドルハウジングをベースに固定するべく当該スピンドルハウジングとベースとの間に介装され、且つ前記スピンドル軸の軸線を含んで前記回転ドラムを前記タイヤに押し付ける方向に対して垂直とされた面内に位置するように設けられている圧電センサで、少なくとも動バランスを測定するための力成分を計測する工程と、を有していることを特徴とするタイヤ試験方法。 - タイヤを鉛直方向の軸線周りに駆動回転するスピンドル軸と、当該スピンドル軸を回転自在に支持するスピンドルハウジングと、前記スピンドル軸の軸線と平行な軸線周りに回転自在とされ且つ前記タイヤに近接離反自在とされた回転ドラムと、を備えたタイヤ試験機で、タイヤのユニフォミティと動バランスとをそれぞれ測定するタイヤ試験方法において、
前記スピンドル軸の軸線周りに前記タイヤを駆動回転する工程と、
前記タイヤのユニフォミティを測定する際に前記回転ドラムをタイヤに押し付ける工程と、
前記回転ドラムを挟んだ両側であって当該回転ドラムの軸部に設けられている歪ゲージ式力センサでユニフォミティを測定するための力成分を計測する工程と、
前記タイヤの動バランスを測定する際に前記回転ドラムを前記タイヤから離反させる工程と、
前記タイヤのユニフォミティを測定する際の前記回転ドラムからの押し付け力を前記スピンドルハウジングで支持することができるように当該スピンドルハウジングをベースに固定するべく当該スピンドルハウジングとベースとの間に介装され、且つ前記スピンドル軸の軸線を含んで前記回転ドラムを前記タイヤに押し付ける方向に対して垂直とされた面内に位置するように設けられている圧電センサで、動バランスを測定するための力成分を計測する工程と、
を有していることを特徴とするタイヤ試験方法。
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