JP2005326314A - タイヤ試験機 - Google Patents

Abstract

【課題】供試タイヤＴを回転自在に保持するスピンドル装置２を有し、このスピンドル装置２に対して供試タイヤＴから発生される荷重を測定可能な検出器２９が設けられたタイヤ試験機において、高精度の測定結果を得ることができるようにする。
【解決手段】検出器２９は、その中央部を貫通して設けられた取付孔３０にプリロードボルト２３が挿通されることによってスピンドル装置２へ固定されており、このプリロードボルト２３には少なくとも検出器２９の取付孔３０内を通る対応領域を中空とさせた冷媒通路４０が設けられ、この冷媒通路４０に冷媒が供給可能とされている。
【選択図】図１

Description

本発明は、タイヤユニフォミティの測定に使用されるタイヤ試験機に関するものである。

タイヤユニフォミティ（タイヤの静的又は動的な特性）を測定するために使用されるタイヤ試験機は、供試タイヤを所定内圧で膨らませた状態で回転自在に保持するスピンドル装置と、このスピンドル装置で保持される供試タイヤの外周面にドラムを当接させて回転力を伝えるドラム装置とを有している（例えば、特許文献１等参照）。
スピンドル装置は、供試タイヤの両側ビード部に各別に当接される一対のリムと、これら各リムをそれらの各回転中心部で支持する一対のスピンドルとを有している。多くの場合、これらスピンドルは上下に振り分けられた配置となっており、このうち例えば下スピンドルは筒状をしたベアリングハウジングによって回転自在に保持され、このベアリングハウジングが更に径大な筒状部分を有したスピンドルベースによって外嵌状に保持されている。

ベアリングハウジングにはスピンドルベースの上面に張り出すようにフランジが設けられ、このフランジからスピンドルベース上面に向けて、供試タイヤの回転軸心に平行するようにプリロードボルトが締め付けられることで、ベアリングハウジングとスピンドルベースとが固定されるようになっている。そしてスピンドルベースの上面には、プリロードボルトによって串刺し状に貫通されるかたちでドーナツ形をした検出器（圧電素子等の荷重検出器）が設けられ、この検出器により、供試タイヤからそのラジアル方向、アキシャル方向、接線方向の３方向へ発生される荷重が、それぞれベアリングハウジングを介すかたちで測定されるようになっている。
実公平６−４５２３９号公報

スピンドルが高速で回転すると、このスピンドルの回転を支えるベアリングハウジングでは軸受け部分からの摩擦熱や潤滑油による攪拌熱などが発生し、この熱影響が検出器及びプリロードボルトの双方に派生することになる。
しかし、これら検出器とプリロードボルトとでは熱膨張係数や縦弾性係数などが異なるため、熱影響に伴う伸縮長さに差が生じ、これが検出器の測定値に温度ドリフトとしての測定誤差をもたらすことになる。このような温度ドリフトは、検出器のチャージアンプ側で誤差補正する（即ち、温度ドリフトを起こした状態を初期値「０」と設定する）ことでその後の変化量測定には対処できるものの、ドラムの押し付け力に対する供試タイヤ側でのバネ力の偏差値を求める場合のように、絶対値からの真値が要求されるときには対処の手段がなく、そのまま測定精度の悪さとなってしまう不具合があった。

なお上記した従来のタイヤ試験機（特許文献１）では、ベアリングハウジングの内部であって軸受け部分の近傍となる位置に冷媒通路が設けられ、この冷媒通路内へ冷媒となる水が供給されるようになってはいるが、この冷媒に比べてベアリングハウジングの方が比熱及び質量が遙かに大きいために、経時と共にベアリングハウジングが昇温の傾向となり、これに伴って冷媒自体も昇温してしまうということがあった。
そのため、冷媒通路の周辺や潤滑油の供給路周辺では部分的な冷却作用は期待されるものの、これら冷媒通路や潤滑油供給路から離れた部分ではベアリングハウジングの外部へ向かう流熱が起こり、その結果、温度分布が一様でなくなって検出器に対する温度コントロールが困難になるという事態に陥っていた。

また、タイヤ試験機での運転状況は、高速運転や低速運転、或いは長時間運転や短時間運転等々といったように一様ではないために、温度上昇も一定ではなく予測が困難であるという事情もあって、検出器に対する温度コントロールは甚だ困難であった。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、供試タイヤの各種タイヤユニフォミティ測定を行うにあたり、運転（供試タイヤの回転）によって生ずるベアリングハウジング等の昇温を原因とした温度影響を受け難くして、高精度の測定結果を得ることができるようにしたタイヤ試験機を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明は次の手段を講じた。
即ち、本発明に係るタイヤ試験機は、タイヤを所定内圧で膨らませた状態で回転自在に保持するスピンドル装置と、このスピンドル装置で保持される供試タイヤの外周面にドラムを当接させて回転力を伝えるドラム装置とを有している。また、スピンドル装置に対して供試タイヤから発生される荷重を測定可能な検出器が設けられている。
そして、この検出器は、その中央部を貫通して設けられた取付孔にプリロードボルトが挿通されることによってスピンドル装置へ固定されている。またこのプリロードボルトには、少なくとも検出器の取付孔内を通る部分を中空とさせた冷媒通路が設けられ、この冷媒通路に冷媒が供給可能とされている。

このように検出器をスピンドル装置に取り付けるためのプリロードボルトを中空にして、この中空部分を冷媒通路として使用する（即ち、この中空部分へ冷媒を供給する）ことで、プリロードボルト自体を直接的に冷却させることができる。プリロードボルト自体はベアリングハウジング等に比べれば質量が小さく、従って熱容量が小さいために温度コントロールも比較的容易にできる。そして、ベアリングハウジング等の温度影響を殆ど受けることなく、このプリロードボルトを介して検出器を温度コントロール（温度補正）することができる。

プリロードボルトの冷媒通路内に温度センサを設けておくのが好適である。この温度センサは、プリロードボルトの冷媒通路へ供給される冷媒に対し、その温度を制御することのできる温度制御部に電気的に接続しておく。これにより、この温度センサによって検出された冷媒温度でこの冷媒自体をフィードバック制御できることになり、結果、温度コントロールが直接的となってその精度を一層高めることができる。
なお、スピンドル装置には、軸受け部分の近傍を通るようにして装置側の冷媒通路を設けることが提案され、公知とされている（特許文献１等参照）。そこで、この装置側の冷媒通路を設けるような場合には、検出器の近傍に装置側温度センサを設けておき、この装置側温度センサをも上記した温度制御部に電気的に接続されておくと好適である。

このようにすればこの温度制御部では、プリロードボルト内の温度センサによって得られる温度データと、装置側温度センサによって得られる温度データとの差を元にして、プリロードボルト内の冷媒通路への冷媒又は装置側冷媒通路への冷媒のうち、少なくとも一方を温度制御するといったことができる。このようにすることで、温度コントロールの精度を一層高めることができる。
プリロードボルト内の冷媒通路へ供給する冷媒は気体とすることができ、この場合、冷媒通路にはその下流側に大気開放部を設けておけばよい。一方、この冷媒は液体とすることも可能であり、この場合、冷媒通路はその下流側を適宜冷媒回収通路に連通させると共に、この冷媒回収通路を冷媒通路の上流側へ連通させることで、全体として循環路を形成させるようにすればよい。

本発明に係るタイヤ試験機では、運転（供試タイヤの回転）によって生ずるベアリングハウジング等の昇温を原因とした温度影響を受け難くなり、その結果、高精度の測定結果を得ることができるようになる。

以下、本発明の実施の形態を、図面に基づき説明する。
図１乃至図４は、本発明に係るタイヤ試験機１の一実施形態を示している。このタイヤ試験機１は、供試タイヤＴを所定内圧で膨らませた状態で回転自在に保持するスピンドル装置２を有している。このスピンドル装置２によって保持される供試タイヤＴは、その外周面（トレッド面）に対し、ドラム装置（図示略）によって回転駆動されるドラムが当接されて回転力が伝えられるようになっている。
図例のスピンドル装置２は上下一対のリム４，５を有したもので、これら両リム４，５が供試タイヤＴの両側のビード部に当接され、その状態で供試タイヤＴ内に加圧気体（空気）が充填されることにより、膨らんだ供試タイヤＴが両リム４，５間で挟持されるようになっている。各リム４，５は、それらの回転中心部が上下の各スピンドル６，７により支持されるが、これら各リム４，５は、供試タイヤＴのタイヤサイズに合わせて複数種類のサイズのものが準備され、この中から測定ごとに適用サイズのものに交換される。

上スピンドル６は昇降シリンダ（図示略）などによって昇降可能とされ、また下スピンドル７は下位置で待機するものとなっており、上スピンドル６の上昇で上リム４が下リム５から離反したとき下リム５上へ供試タイヤＴを載せたり取り出したりが可能になり、また上スピンドル６の下降で上リム４が下リム５に近接したとき下リム５上に載せられた供試タイヤＴが上記のように上下リム４，５間で挟持されるようになっている。
上スピンドル６には下方へ突出する雄側嵌合部１０が設けられ、下スピンドル７にはこの雄側嵌合部１０を外嵌する雌側嵌合部１１が設けられているため、これら上下スピンドル６，７の上下摺動は互いの雄雌嵌合によってガタツキなく円滑に案内される。またこの雄雌嵌合部には相対的な上下動を必要に応じて阻止する係合手段１２が設けられているため、供試タイヤＴが加圧気体で膨らむ際及びその後の測定中における上下リム４，５間の相対離反は制限される。

下スピンドル７は筒状に形成されたベアリングハウジング１５に嵌められ、このベアリングハウジング１５に内蔵されたベアリング１６によって回転自在に保持されている。このベアリングハウジング１５は、更に径大な筒状部分を有したスピンドルベース１７によって外嵌状に保持されている。
ベアリングハウジング１５にはその上周部に径方向外方へ張り出すフランジ２０が設けられており、このフランジ２０がスピンドルベース１７の上面に被さるようになっている。このフランジ２０には、その周方向の複数箇所（図例では４箇所）にボルト通孔２１が設けられており、これらボルト通孔２１に対してプリロードボルト２３を挿通させることができる。図４から明らかなようにプリロードボルト２３は頭部２４が円盤形に形成され、その上面に回転工具を係合させるための工具係合凹部２５が形成されたものとなっている。そのためベアリングハウジング１５のフランジ２０に設けられたボルト通孔２１は、プリロードボルト２３の頭部２４を所定深さまで埋め込ませるザグリ２６（図３参照）が形成されたものとなっている。

スピンドルベース１７の上面には、センサーベース２８を介して検出器２９が設けられている。検出器２９はドーナツ形に形成されており、中央にプリロードボルト２３を挿通させることのできる取付孔３０が貫通して設けられている。またセンサーベース２８にはプリロードボルト２３を受ける雌ねじ孔３２が設けられている。この検出器２９は例えば水晶式圧電素子であって、ラジアル方向、アキシャル方向、接線方向の３方向へ発生される荷重（３分力）を検出可能である。
従って、スピンドルベース１７の上面にセンサーベース２８及び検出器２９を設け、その上からベアリングハウジング１５のフランジ２０を被せた状態にして、このフランジ２０のボルト通孔２１から検出器２９の取付孔３０へプリロードボルト２３を串刺し状に差し込み、更にこのプリロードボルト２３をセンサーベース２８の雌ねじ孔３２へ螺合方向へ締め付けてゆくことで、ベアリングハウジング１５とスピンドルベース１７とを固定させ、またこれら両者間で検出器２９に対して所定の予圧（縦方向の圧縮力）をかけることができる。

プリロードボルト２３はその軸心部が中空とされている。これに対し、スピンドルベース１７にはベアリングハウジング１５の雌ねじ孔３２と合致する位置付けで下方へ延びる下流通路３５が設けられ、この下流通路３５がスピンドルベース１７の下部寄りで径方向外方へ向きを変え、外面へ抜け出るように形成されている。
またベアリングハウジング１５には、ボルト通孔２１のザグリ２６へその横から連通する上流通路３６が設けられ、この上流通路３６がベアリングハウジング１５の周壁内部を下方へ延びた後、上記下流通路３５の外面抜け位置とは別位置で、スピンドルベース１７の径方向外方へと向きを変え、このスピンドルベース１７の周壁を貫通して外面へ抜け出るように形成されている。ボルト通孔２１のザグリ２６はその上部が蓋３７によって塞がれている。この蓋３７は、ザグリ２６内と上流通路３６との連通を邪魔しない程度に薄型に形成されている。

これらのことから、上流通路３６に対して水やクーラントオイルなどの冷媒を供給すると、この冷媒は上流通路３６に沿ってボルト通孔２１のザグリ２６内を経てプリロードボルト２３の中空部分へ流入し、次に下流通路３５を介してスピンドルベース１７の外面へ抜け出るようになる。従ってこのとき、プリロードボルト２３の中空部分では冷媒通路４０が形成されることになる。
なお、冷媒は液体でも気体でもよいが、気体にする場合には下流通路３５の外面抜け位置を大気開放部とすればよい。また冷媒を液体とする場合には、下流通路３５の外面抜け位置を適宜の冷媒回収通路に連通させ、この冷媒回収通路で上流通路３６へ連通させることによって循環路として形成させればよい。

このプリロードボルト２３の冷媒通路４０内には温度センサ４１が設けられ、この温度センサ４１は温度制御部４２に電気的に接続されている。そのためプリロードボルト２３の冷媒通路４０内を通る冷媒の温度が温度制御部４２によって監視され、必要に応じて処理されるようになっている。
この温度制御部４２にはスピンドル装置２に対して設けられた装置側温度センサ４３をも電気的に接続しておくのが好適とされる。すなわち、この装置側温度センサ４３により検出器２９の近傍温度を検出させるようにする。このようにすることで、プリロードボルト２３内の温度センサ４１によって得られる温度データと、装置側温度センサ４３によって得られる温度データとの差を求めることができ、この差値を元にした温度制御が可能になる。温度制御の対象とするのは、プリロードボルト２３の冷媒通路４０へ供給する冷媒だけでなく、装置側に冷媒通路が設けられている場合であればこの装置側冷媒通路へ供給する冷媒としてもよい。

以上説明したところから明らかなように、本発明に係るタイヤ試験機１では、検出器２９をスピンドル装置２に取り付けるためのプリロードボルト２３を中空にして、この中空部分を冷媒通路４０として使用する。この冷媒通路４０へ供給する冷媒は、適宜ポンプによって供給圧及び流量を調整し、また温度制御部４２にて温度管理を施す。この温度制御部４２による温度管理は、所定温度を一定に維持させるような制御でもよいが、冷媒通路４０内に設けた温度センサ４１によって検出される冷媒温度を元にして、この冷媒自体をフィードバック制御させるようにするのが好適である。

例えば、検出器２９の出力信号の平均値と初期基準値との差を求め、そこで温度制御部４２が温度ドリフトの有無及び発生量に基づいてこの温度ドリフトを解消すべき指令信号を出力し、冷媒を温度調整するための温度コントロール弁を制御する。このように温度制御された冷媒がプリロードボルト２３の冷媒通路４０内へ供給されれば、プリロードボルト２３自体はベアリングハウジング１５等に比べれば質量が小さく従って熱容量が小さいために、温度コントロールも比較的容易なものであるから、このプリロードボルト２３を介して検出器２９が直接的且つ迅速に温度コントロールされ、その後の測定精度を高めるものとなる。

なおスピンドル装置２には、例えばスピンドルベース１７に対して、検出器２９の取付位置周辺を通るようにして装置側にも冷媒通路が設けられていることがある。この場合、装置側の冷媒通路には、冷媒として例えば冷却されたドライエアーを吹き込むようにする。従って検出器２９は、スピンドルベース１７からベアリングハウジング１５を介して周囲からも冷却されることになる。
この装置側の冷媒通路へ供給される冷媒は、検出器２９をある程度冷却する作用を奏するばかりでなく、プリロードボルト３２の冷媒通路４０と連通した上流通路３６や下流通路３５に対しその内部へ供給される冷媒をも冷却する作用を奏する。これらのことから、検出器２９の昇温は可及的に防止されるものとなる。

上記のようにスピンドルベース１７やベアリングハウジング１５が装置側の冷媒通路へ供給される冷媒によって冷却されることから、プリロードボルト２３内の温度センサ４１によって得られる温度データと、装置側温度センサ４３（検出器２９の近傍に設けられたもの）によって得られる温度データとの差は狭められる傾向となる。このような差をも温度制御部４２が温度コントロールの要素として採り入れ、例えば冷媒供給用のポンプ内に設けられた熱交換器（加熱器又は冷却器）を制御する構成とすることで、検出器２９自体の熱歪みとプリロードボルト２３自体の熱歪みとの差を微少にでき、それだけ冷媒によるドリフト補正を正確且つ迅速に行うことができる。

なお、検出器２９のチャージアンプが持つ温度特性を補正するには、供試タイヤＴを装着する前の段階で試し錘又はキャリブレーション用ロードセルを用いてキャリブレーションを起こさせ、このときのラテラル荷重の直線特性を使用するものとして電圧を「０」にする初期設定を行っておくとよい。
ところで、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、実施の形態に応じて適宜変更可能である。
例えば、検出器２９は水晶式圧電素子に限定されない。またこの検出器２９の取付個数や取付位置などに関しての細部構成は、限定されない。

上記実施形態においてプリロードボルト３２の冷媒通路４０へ冷媒を供給する順路を上流通路３６から下流通路３５へ向けたものとして説明したが、これは逆方向流れとしてもよい。殊に、冷媒として気体（空気など）を使用する場合は、下流通路３５から冷媒通路４０へ向かう上昇流を起こさせるのが好適である。なお、このように冷媒として気体を用いる場合には、下流通路３５は形成させず、またベアリングハウジング１５のボルト通孔２１のザグリ２６を塞いでいる蓋３７をも除去して、ここに開放端を形成させるものとすればよい。

リム４，５は左右方向で対向配置されるものとしてもよい。その他、タイヤ試験機自体の細部構成は適宜変更可能である。

本発明に係るタイヤ試験機の一実施形態を示した正面断面図である。 図１のＡ−Ａ線矢視図（ベアリングハウジング及びスピンドルベースの平面図）である。 図１中の一部（検出器周辺）の拡大図である。 プリロードボルトを示した斜視図である。

符号の説明

Ｔ 供試タイヤ
１ タイヤ試験機
２ スピンドル装置
２３ プリロードボルト
２９ 検出器
３０ 取付孔
４０ 冷媒通路
４１ 温度センサ
４２ 温度制御部
４３ 装置側温度センサ

Claims (5)

1. 供試タイヤ（Ｔ）を所定内圧で膨らませた状態で回転自在に保持するスピンドル装置（２）と、このスピンドル装置（２）で保持される供試タイヤ（Ｔ）の外周面にドラムを当接させて回転力を伝えるドラム装置とを有し、スピンドル装置（２）に対して供試タイヤ（Ｔ）から発生される荷重を測定可能な検出器（２９）が設けられたタイヤ試験機において、前記検出器（２９）は、その中央部を貫通して設けられた取付孔（３０）にプリロードボルト（２３）が挿通されることによってスピンドル装置（２）へ固定されており、このプリロードボルト（２３）には少なくとも検出器（２９）の取付孔（３０）内を通る部分を中空とさせた冷媒通路（４０）が設けられ、この冷媒通路（４０）に冷媒が供給可能とされていることを特徴とするタイヤ試験機。
2. 前記プリロードボルト（２３）の冷媒通路（４０）内に温度センサ（４１）が設けられ、この温度センサ（４１）はプリロードボルト（２３）の冷媒通路（４０）へ供給される冷媒を温度制御可能な温度制御部（４２）に対して電気的に接続されていることを特徴とする請求項１記載のタイヤ試験機。
3. 前記スピンドル装置（２）には検出器（２９）の近傍に装置側温度センサ（４３）が設けられており、この装置側温度センサ（４３）は前記温度制御部（４２）に電気的に接続されており、この温度制御部（４２）はプリロードボルト（２３）の冷媒通路（４０）内に設けられた温度センサ（４１）と上記装置側温度センサ（４３）との温度データの差を元に、プリロードボルト（２３）内の冷媒通路（４０）又は装置側の適宜冷媒通路との少なくとも一方へ供給される冷媒の温度を制御可能になっていることを特徴とする請求項２記載のタイヤ試験機。
4. 前記プリロードボルト（２３）の冷媒通路（４０）に供給される冷媒が気体とされ、冷媒通路（４０）の下流側に大気開放部が設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のタイヤ試験機。
5. 前記プリロードボルト（２３）の冷媒通路（４０）に供給される冷媒が液体とされ、冷媒通路（４０）の下流側が冷媒回収通路を介して上記冷媒通路（４０）の上流側へ連通されることによって循環路が形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のタイヤ試験機。

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