JP5839579B2 - タイヤバランス測定装置 - Google Patents

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Description

本発明は、タイヤのダイナミックバランスを測定するタイヤバランス測定装置に関する。
タイヤのダイナミックバランス(動的釣合)を測定する装置として、上下に配置された2つのリムの間にタイヤを挟み込んで回転させる構成のものがある。その構成のものでは、ダイナミックバランス測定時において、タイヤ内に供給された空気の圧力により上部リムが外れることのないように、タイヤの着脱の際には下部リムから上部リムが完全に離間される必要がある。そのため、このタイヤバランス測定装置では、上部リムが取り付けられたロックシャフトが、下部リムが取り付けられたスピンドルに形成された嵌合穴の中に所定の深さだけ挿入されて、当該スピンドルに係合されて固定される(例えば、特許文献1参照)。
このような装置では、スピンドルへのロックシャフトの挿入・スピンドルからのロックシャフトの抜取が円滑に行えるように、ロックシャフトとスピンドルの嵌合穴との間には所定の嵌合公差が設けられる。ダイナミックバランス測定時にタイヤ内に空気を供給して膨らませると、スピンドルの嵌合穴に対してロックシャフトが嵌合公差分で傾き、その結果、上部リムが下部リムに対して傾く。特許文献1に記載の装置では、この傾きが生じることにより、ダイナミックバランスの測定値に誤差が生じるという問題がある。なお、この傾きは、タイヤへの空気供給の都度、全く不規則な方向に生じるため、傾き方向に応じて測定値を補正することは困難である。
これに対して、特許文献2に記載のタイヤバランス測定装置では、嵌合軸(ロックシャフト)の外周面に三箇所以上の当接部位が突設されている。この構造により、嵌合軸の嵌合穴に対する傾き方向を規制することができ、これによって測定値の補正が可能となる、と特許文献2には記載されている。
特許第3904319号公報 特許第3133465号公報
しかしながら、特許文献2に記載の構造によっても、嵌合軸と嵌合穴との間の嵌合公差に起因して発生する上部リムの不規則な傾きを十分に規制することはできない。例えば特許文献2に記載のタイヤバランス測定装置において嵌合軸の外周面に三箇所の当接部位が設けられているとする。この場合、嵌合軸の傾く方向は、隣り合う当接部位の間の中央に向かう方向であり、すなわち計3方向存在する。タイヤ内に空気を供給した際に、これら3方向のうちのいずれの方向に嵌合軸が傾くかは、タイヤ内に空気を供給してみなければわからない。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、タイヤへの空気供給の都度、嵌合軸(ロックシャフト)が不規則な方向に嵌合公差分、傾いたとしても、その傾いたことによる測定値への影響を極小にし得るタイヤバランス測定装置を提供することである。
本発明は、軸受けを介して鉛直且つ回転自在にハウジングに支持されたリム回転支持軸と、前記リム回転支持軸に装着された下部リムと、前記リム回転支持軸の嵌合穴に挿入されたロック軸と、前記ロック軸に装着され、前記下部リムの上方に配置された上部リムと、前記リム回転支持軸に対して前記ロック軸を任意の高さで係合させて固定するロック手段と、を備える、タイヤのダイナミックバランスを測定するタイヤバランス測定装置である。
このタイヤバランス測定装置は、前記ロック軸の傾きを計測する、少なくとも2つのセンサと、タイヤへのガス供給後の前記センサの出力値からタイヤの動バランス変化量を算出し、算出した当該動バランス変化量を用いてタイヤのダイナミックバランス計測結果を補正する補正手段と、をさらに備えることを特徴とする。
本発明によれば、上記した少なくとも2つのセンサ、および補正手段により、タイヤへの空気供給の都度、ロック軸が不規則な方向に嵌合公差分、傾いたとしても、その傾いたことによる測定値への影響を補正により極小にすることが可能となる。これにより、タイヤのダイナミックバランスが従来よりも精度良く測定可能となる。
本発明の第1実施形態に係るタイヤバランス測定装置の正面図である。 図1のA矢視図である。 図1に示したタイヤバランス測定装置の上半分部分の断面図である。 本発明の第2実施形態に係るタイヤバランス測定装置の正面図である。 図4のB矢視図である。
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しつつ説明する。
(第1実施形態)
(タイヤバランス測定装置の構成)
図1〜3は第1実施形態を示す図である。タイヤバランス測定装置1は、環状の下部リム4と環状の上部リム5との間にタイヤを挟み込んで保持し、タイヤ内に空気を供給して膨らませ、その後タイヤを鉛直軸まわりに回転させるように構成されている。
タイヤバランス測定装置1は、上端部に下部リム4が装着されたスピンドル2と、上端部に上部リム5が装着されたロックシャフト3と、を備えている。スピンドル2およびロックシャフト3は、それぞれ、本発明におけるリム回転支持軸およびロック軸に相当する。上端部に上部リム5が装着されたロックシャフト3を、スピンドル2の嵌合穴12aに挿入することにより、下部リム4と上部リム5との間にタイヤを挟み込んで保持することができる。
ロックシャフト3をスピンドル2の嵌合穴12aに挿入した後、複数のロックピース9を介してスピンドル2とロックシャフト3とを係合して固定することで、下部リム4と上部リム5との間にタイヤが挟み込まれて、保持(挟持)される。ロックピース9は、本発明におけるロック手段に相当する。
(スピンドル)
スピンドル2は、筒状の下部スピンドル軸11と、中空の上部スピンドル軸12とを同軸に結合し、固定してなるものである。下から順に、下部スピンドル軸11、上部スピンドル軸12が配置される。
<下部スピンドル軸>
下部スピンドル軸11は、スピンドルハウジング19によって軸受け(不図示)を介して鉛直且つ回転自在に支持されている。スピンドルハウジング19は、本発明におけるハウジングに相当する。下部スピンドル軸11は、駆動モータ(不図示)によって回転させられる。上記軸受けは、下部スピンドル軸11とスピンドルハウジング19との間に設置される。この下部スピンドル軸11の中心部にはタイヤに空気を供給するためのエア通路11aが形成され、エア通路11aの外側の下部スピンドル軸11内には空圧シリンダ17に空気を供給するためのエア通路11bが形成されている。
下部スピンドル軸11の下端部にはロータリージョイント18が設けられている。このロータリージョイント18を介して空気は供給・排出される。なお、空気の供給・排出は、ロータリージョイント18を介するものに限定されることはない。また、空気以外のガスをタイヤの中に供給してもよいし、空圧シリンダ17は、空気以外のガスにより駆動されるものであってもよい。
<上部スピンドル軸>
上部スピンドル軸12の中心にはロックシャフト3が挿入される嵌合穴12aがあけられている。上部スピンドル軸12の軸方向の中途部にロックピース9が保持される。
(ロックシャフト)
ロックシャフト3は、ロックピース9を介して上部スピンドル軸12に係合されて固定される部材である。ロックシャフト3には、下部リム4と上部リム5との間隔(タイヤの幅)が調整可能となるよう複数段の溝を有するロック部3bがその外周面に形成されている。下部リム4と上部リム5との間隔は、溝のピッチ単位で任意の間隔に調整可能である。また、ロックシャフト3の中心部にはタイヤに空気を供給するためのエア通路3aが形成されている。
(ロックピース)
ロックピース9は、スピンドル2に対してロックシャフト3を任意の高さで(ロック部3bの溝のピッチ単位で)係合させて固定するための部材である。ロックピース9は、スピンドル2の径方向には進退可能、スピンドル2の鉛直方向および回転方向には当該スピンドル2に対して固定されている。
ロックピース9は、流体圧シリンダ(本実施形態においては空圧シリンダ17)、連結部材16、リードピース15、およびコイルばね14を有するロックピース駆動手段によって、スピンドル2の径方向に進退させられる。
(センサ)
本実施形態のタイヤバランス測定装置1は、ロックシャフト3の傾きを計測するための第1センサ6および第2センサ7、ならびにタイヤのダイナミックバランス計測結果を補正するための演算装置8(補正手段)を具備している。センサ6・7は、例えばレーザセンサである(後述する第2実施形態におけるセンサも同様)。なお、タイヤのダイナミックバランスを測定するための計器は図示していない。以下の説明では、レーザセンサを用いていることとして説明している。
第1センサ6は、上部リム5の半径方向の位置(変位)を検出するためのセンサであり、上部リム5の近傍に設置される。ここで、タイヤの幅に合わせて上部リム5の鉛直方向位置は決定される。そして、上部リム5が装着されたロックシャフト3はロックピース9によってスピンドル2に対して係合されて固定される。例えばそのときの上部リム5が位置する近傍に第1センサ6は設置される。
なお、第1センサ6が上部リム5の近傍に設置されるとは、詳細には、第1センサ6のセンサヘッド(発光素子および受光素子を収容する部分)が上部リム5の近傍に設置されることを意味する(以下の説明において、センサの位置・センサ同士間の距離などに言及している部分は全て同様である)。
第2センサ7も上部リム5の半径方向の位置(変位)を検出するためのセンサである。第2センサ7は、第1センサ6との間に所定の間隔をあけて第1センサ6の上方に設置される。すなわち、上部リム5の回転方向においては、第2センサ7は、第1センサ6と略同一の角度の位置に設置される。本実施形態では、第2センサ7を第1センサ6と同一の角度の位置、かつ第1センサ6と径方向において同一の位置に設置していることとしているため、図2では、第1センサ6は第2センサ7の下に隠れるため図示されていない。なお、第1センサ6と第2センサ7とを完全に同一の角度・同一の径方向位置にする必要はない。
(補正手段)
センサ6・7からの出力信号(出力値)は、センサ内で変換された後、またはそのまま、演算装置8(補正手段)に取り込まれる。演算装置8は、タイヤへの空気供給後のセンサ6・7の出力値からタイヤの動バランス変化量を算出し、算出した当該動バランス変化量を用いてタイヤのダイナミックバランス計測結果を補正するためのものである。
(タイヤバランス測定装置の動作)
タイヤバランス測定装置1の動作について記載しつつ、タイヤのダイナミックバランス計測結果の補正について説明する。なお、タイヤバランス測定装置1は、図示しない制御部によりその動作が制御されている。
まず、スピンドル2に装着された下部リム4の上にタイヤが載置される。その後、上部リム5と下部リム4とでタイヤを挟持する所定の高さまで、上部リム5が装着されたロックシャフト3が、スピンドル2の嵌合穴12aに挿入されながら降下していく。
上部リム5が所定の高さまで降下したら、空圧シリンダ17が作動される。空圧シリンダ17は、連結部材16・リードピース15を介してロックピース9を径方向内側に移動させ、ロックシャフト3とスピンドル2とを係合させる(スピンドル2に対してロックシャフト3を固定する)。
その後、ロータリージョイント18を介してタイヤの中に空気が供給される。タイヤに空気が供給されると、タイヤが膨らみ、ロックシャフト3は上方へ少し持ち上がる。これにより、ロックシャフト3はスピンドル2に対して完全に固定(ロック)される。タイヤの中に空気が供給されて、タイヤが膨らむと、スピンドル2の嵌合穴12aに対してロックシャフト3は嵌合公差分で傾く(ロック部3bの嵌合公差分で傾く)。この傾きは、タイヤへの空気供給の都度全く不規則な方向に生じる。また、ロックシャフト3が傾く量の最大値は、ロック部3bの嵌合公差の大きさ・スピンドル2の嵌合穴12aとロックシャフト3の外径との公差の大きさなどにより決まるが、その傾く量は様々である。
タイヤの空気圧が所定の圧力に達したらタイヤへの空気の供給が停止される。次いで、タイヤが回転され、タイヤのダイナミックバランスが測定(計測)される。
<ダイナミックバランス計測結果の補正>
ここで、タイヤの空気圧が所定の圧力に達し、タイヤへの空気の供給が停止されたとき、タイヤが回転される前にロックシャフト3の変位がセンサ6・7にて測定される。直接的には、上部リム5の変位(変位後の上部リム5の半径方向の位置)がセンサ6・7にて測定される。
上側に設置した第2センサ7の測定値を(e、φ)とし、下側に設置した第1センサ6の測定値を(e、φ)とする。「e」は変位振幅であり、「φ」は位相角である。センサの測定値とは、センサの出力信号(出力値)を、センサ内または演算装置8内で変換して得られるものである。
センサ6・7の上記した測定値を複素数で表示すると下記のようになる。
=e(cosφ+isinφ
=e(cosφ+isinφ
:第2センサ7の測定値、Z:第1センサ6の測定値
ここで、Z、Zの基準となるデータZc0、Zd0は、予め取得されて演算装置8に入力されている。基準となるデータとは、例えば、鉛直配置されたスピンドル2に対してロックシャフト3が傾いていない(ロックシャフト3も鉛直配置となっている)ときの、被測定タイヤと同じタイヤのときのデータ(センサ7・6の測定データ)のことである。なお、ロックシャフト3が傾いていないときを基準とする必要は必ずしもない。すなわち、ロックシャフト3の基準となる傾きは、鉛直方向に対して0°の傾きだけではない。
ロックシャフト3の基準となる傾きからのロックシャフト3の傾き変化量をΔθとし、第2センサ7と第1センサ6との間の距離をlとすると、以下の関係式が成立する。lの値は予め演算装置8に入力されている。Δθは、この関係式から演算装置8内で算出される。
Δθ=(ΔZ−ΔZ)/l
ΔZ:第2センサ7の測定値変化量(Z−Zc0
ΔZ:第1センサ6の測定値変化量(Z−Zd0
ロックシャフト3の基準となる傾きからのロックシャフト3の重心G(重心位置)の偏芯変化量をΔZとし、第1センサ6と重心Gとの間の距離をlとすると、以下の関係式が成立する。lの値は予め演算装置8に入力されている。ΔZは、この関係式から演算装置8内で算出される。なお、重心Gは、上部リム5が装着されたロックシャフト3の重心、すなわち、上部リム5も含んだロックシャフト3の重心(ロックシャフト3に装着されている上部リム5などの部品を全て含んだ場合の重心)のことである。
ΔZ=ΔZ−l×Δθ
タイヤの静バランス変化量をΔUとし、タイヤの偶バランス変化量をΔUθとすると、以下の関係式が成立する。m、Iの値は予め演算装置8に入力されている。ΔU、ΔUθは、この関係式から演算装置8内で算出される。
ΔU=m×ΔZ
ΔUθ=I×Δθ
m:上部リム5が装着されたロックシャフト3の質量(ロックシャフト3に装着されている上部リム5などの部品を全て含んだ質量)
I:上部リム5が装着されたロックシャフト3の慣性モーメント(ロックシャフト3に装着されている上部リム5などの部品を全て含んだ慣性モーメント)
ロックシャフト3の重心Gと上側修正面との間の距離をlとし、ロックシャフト3の重心Gと下側修正面との間の距離をlとすると、上下修正位置での動バランス変化量ΔU、ΔUはそれぞれ以下の関係式から演算装置8内で算出される。l、lの値は予め演算装置8に入力されている。
ΔU=(ΔU×l+I×Δθ)/(l+l
ΔU=(ΔU×l−I×Δθ)/(l+l
タイヤのダイナミックバランスが測定されると、演算装置8は、ダイナミックバランスの測定結果(Ua0、Ub0)をΔU、ΔUを用いて補正する。これにより、タイヤへの空気供給の都度ロックシャフト3が不規則な方向に傾いたとしても、その傾いたことによる測定値への影響を極小にすることができる。なお、動バランス変化量ΔU、ΔUを求めるための上記した式は、上側修正面および下側修正面が任意の位置で成立する式となっている。上側修正面および下側修正面を例示すると、例えば、上部リム5の平坦部S1が上側修正面となり、下部リム4の平坦部S2が下側修正面となる(図3参照)。
(作用・効果)
タイヤバランス測定装置1は、ロックシャフト3の傾きを計測するための第1センサ6および第2センサ7、ならびにタイヤのダイナミックバランス計測結果を補正するための演算装置8(補正手段)を具備している。例示として上記で説明したように、これら2つのセンサ6・7、および演算装置8により、ダイナミックバランスの測定結果を補正することで、タイヤへの空気供給の都度ロックシャフト3が不規則な方向に嵌合公差分傾いたとしても、その傾いたことによる測定値への影響を極小にすることが可能となる。これにより、タイヤのダイナミックバランスが従来よりも精度良く測定(算出)可能となる。
ここで、演算装置8は、基準となる傾きからのロックシャフト3の傾き変化量、および基準となる傾きからの上部リム5が装着されたロックシャフト3の重心位置の偏芯変化量を算出し、これらの算出結果を用いて動バランス変化量を算出する。この構成によると、上記と同様、タイヤへの空気供給の都度ロックシャフト3が不規則な方向に嵌合公差分傾いたとしても、その傾いたことによる測定値への影響を補正により極小にすることが可能となる。
また、本実施形態では、上部リム5の位置をセンサ6・7で検出し、この検出結果を用いてロックシャフト3の傾き変化量を算出している。ロックシャフト3が傾いたとき、ロックシャフト3の変位量よりも上部リム5の変位量のほうが大きくなる。よって、上部リム5の変位量からロックシャフト3の傾き変化量を算出したほうが精度は向上する。その結果、タイヤのダイナミックバランスをより精度良く測定(算出)可能となる(後述する第2実施形態においても同様)。
(第2実施形態)
図4、5は第2実施形態を示す図である。第1実施形態との違いは、センサの数・配置であり、その他の構成は第1実施形態と同じである。第1実施形態と同様の構成機器については同一の符号を付している。
本実施形態のタイヤバランス測定装置102は、3つのセンサ6・10・13を具備している。
第1センサ6は第1実施形態のものと同じ配置とされる。すなわち、第1センサ6は、上部リム5の半径方向の位置(変位)を検出するためのセンサであり、上部リム5の近傍に設置される。
第2センサ10は、上部リム5の軸方向の位置(変位)を検出するためのセンサである。第2センサ10は、上部リム5の回転方向において第1センサ6と略同一の角度に設置される。本実施形態では、上部リム5の縁部上方であって、第1センサ6と同一の角度に第2センサ10は設置されている(図5参照)。なお、第1センサ6と第2センサ10とを上部リム5の回転方向において同一の角度にする必要はない。
第3センサ13は、第2センサ10と同様、上部リム5の軸方向の位置(変位)を検出するためのセンサである。第3センサ13は、ロックシャフト3の第2センサ10が位置する側とは反対側に設置される。本実施形態では、第2センサ10と第3センサ13とはロックシャフト3の軸を中心とする対称位置に設置されている。
<ダイナミックバランス計測結果の補正>
第1センサ6、第2センサ10、第3センサ13の測定値を、それぞれ、(e、φ)、(e、φ)、(e、φ)とする。
第1センサ6〜第3センサ13の測定値を複素数表示すると下記のようになる。
=e(cosφ+isinφ
=e(cosφ+isinφ
=e(cosφ+isinφ
:第1センサ6の測定値、Z:第2センサ10の測定値、Z:第3センサ13の測定値
ロックシャフト3の基準となる傾きからのロックシャフト3の傾き変化量をΔθとし、第2センサ10と第3センサ13との間の距離をlとすると、以下の関係式が成立する。l、Zc0、Zd0の値は予め演算装置8に入力されている。Δθは、この関係式から演算装置8内で算出される。
Δθ=(ΔZ−ΔZ)/l
ΔZ:第2センサ10の測定値変化量(Z−Zc0
ΔZ:第3センサ13の測定値変化量(Z−Zd0
c0:第2センサ10の基準となる上部リム5の位置測定データ
d0:第3センサ13の基準となる上部リム5の位置測定データ
ロックシャフト3の基準となる傾きからのロックシャフト3の重心G(重心位置)の偏芯変化量をΔZとし、第1センサ6と重心Gとの間の距離をlとすると、以下の関係式が成立する。l、Zb0の値は予め演算装置8に入力されている。ΔZは、この関係式から演算装置8内で算出される。
ΔZ=ΔZ−l×Δθ
ΔZ:第1センサ6の測定値変化量(Z−Zb0
b0:第1センサ6の基準となる上部リム5の位置測定データ
以降の計算は、第1実施形態のものと同じであるため記載を省略する。タイヤのダイナミックバランスが測定されると、第1実施形態のときと同様に、演算装置8により、ダイナミックバランスの測定結果(Ua0、Ub0)は、動バランス変化量ΔU、ΔUを用いて補正される。
(作用効果)
ここで、ロックシャフト3の軸方向に沿って(ロックシャフト3の側方に)配置できるセンサが、スペース上、1つだけである場合がある。また、ロックシャフト3の側方になんとか2つのセンサを配置することができるものの、これらセンサ間の距離(l)を十分に確保することができない場合がある。lを十分に確保できないと、タイヤの動バランス変化量の算出結果に、lの値の誤差の影響がでる。
第2実施形態では、ロックシャフト3の軸方向に沿って(ロックシャフト3の側方に)配置されるセンサは、第1センサ6、1つでよい。そのため、第2実施形態のタイヤバランス測定装置102によると、ロックシャフト3の側方に配置できるセンサが実質1つだけであったとしても、何ら問題なく、タイヤのダイナミックバランスを精度良く測定(算出)することができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々に変更して実施することが可能なものである。
1:タイヤバランス測定装置
2:スピンドル(リム回転支持軸)
3:ロックシャフト(ロック軸)
4:下部リム
5:上部リム
6:第1センサ
7:第2センサ
8:演算装置(補正手段)
9:ロックピース(ロック手段)

Claims (3)

  1. 軸受けを介して鉛直且つ回転自在にハウジングに支持されたリム回転支持軸と、
    前記リム回転支持軸に装着された下部リムと、
    前記リム回転支持軸の嵌合穴に挿入されたロック軸と、
    前記ロック軸に装着され、前記下部リムの上方に配置された上部リムと、
    前記リム回転支持軸に対して前記ロック軸を任意の高さで係合させて固定するロック手段と、
    を備える、タイヤのダイナミックバランスを測定するタイヤバランス測定装置において、
    前記ロック軸の傾きを計測する、少なくとも2つのセンサと、
    タイヤへのガス供給後の前記センサの出力値からタイヤの動バランス変化量を算出し、算出した当該動バランス変化量を用いてタイヤのダイナミックバランス計測結果を補正する補正手段と、
    をさらに備え
    前記補正手段は、前記ロック軸の基準となる傾きからの前記ロック軸の傾き変化量、および前記ロック軸の基準となる傾きからの前記上部リムが装着された前記ロック軸の重心位置の偏芯変化量を前記出力値から算出し、これらの算出結果を用いて前記動バランス変化量を算出することを特徴とする、タイヤバランス測定装置。
  2. 請求項に記載のタイヤバランス測定装置において、
    前記センサは、少なくとも、
    前記上部リムの半径方向の位置を検出する第1センサと、
    前記第1センサの上方に設置され、前記上部リムの半径方向の位置を検出する第2センサと、からなることを特徴とする、タイヤバランス測定装置。
  3. 請求項に記載のタイヤバランス測定装置において、
    前記センサは、少なくとも、
    前記上部リムの半径方向の位置を検出する第1センサと、
    前記上部リムの軸方向の位置を検出する第2センサと、
    前記ロック軸の前記第2センサが位置する側とは反対側に設置され、前記上部リムの軸方向の位置を検出する第3センサと、からなることを特徴とする、タイヤバランス測定装置。
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