JP2009222639A - タイヤ試験装置及びタイヤ試験方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 転がり抵抗の計測時にスピンドル軸に発生するねじれトルクに基づいて転がり抵抗を補正し高精度に計測する。
【解決手段】本発明のタイヤ試験機１は、タイヤＴが装着されるスピンドル軸４と、スピンドル軸４を軸受を介して回転自在に支持する軸受ハウジング１５と、軸受ハウジング１５を支持する外ハウジング１６と、軸受ハウジング１５と外ハウジング１６との間に設けられたロードセル１７と、を備えたタイヤ試験機１において、スピンドル軸４の軸心回りに設けられて、軸受の抵抗に起因してスピンドル軸４に発生するねじりトルクを計測するトルク検出部２４と、トルク検出部２４で検出されたねじりトルクに基づいて、ロードセル１７で計測された転がり抵抗を補正する補正部２５と、が備えられていることを特徴とするものである。
【選択図】図２

Description

本発明は、転がり抵抗などのタイヤ特性を高精度に測定できるタイヤ試験機に関するものである。

従来より、転がり抵抗などのタイヤ特性（ユニフォミティ）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のタイヤ試験機は、メインフレーム内に上下方向の軸回りに回転自在に保持されたスピンドル軸を備えており、このスピンドル軸に設けられたリムにタイヤを装着可能となっている。そして、スピンドル軸に装着されたタイヤに回転しているドラムを押し当てて、回転するタイヤに発生する接線方向や法線方向の力などを測定する構成となっている。
これらの力の中でも、タイヤの接線方向に向かって発生する転がり抵抗（トラクティブ荷重）は最も重要なタイヤ特性の一つである。この転がり抵抗は、タイヤ試験機のメインフレームに設けられたロードセルでスピンドル軸に発生する力を計測して求めている。
特開２００４−２８７００号公報

ところが、特許文献１のタイヤ試験機では、スピンドル軸は軸受によって回転自在に支持されている。それゆえ、タイヤを回転させた際には、軸受の回転抵抗に起因してねじれトルクがスピンドル軸に発生してしまう。その結果、特許文献１のタイヤ試験機では、求められた転がり抵抗にねじれトルクに起因する力が含まれることになり、正確な転がり抵抗を計測することができないという問題がある。
また、ねじれトルクだけを予め計測したり計算で求めたりして転がり抵抗を補正することも考えられるが、ねじれトルクは軸受にかかる荷重、回転速度、温度、或いは潤滑状態などによって変化するため、ねじれトルクを正確に予測して転がり抵抗を補正することも現実的には難しいという問題もある。

本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、転がり抵抗の計測時にスピンドル軸に発生するねじれトルクを正確に計測することができ、計測したねじれトルクに基づいて転がり抵抗を補正し高精度に算出することができる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、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、タイヤが装着されるスピンドル軸と、該スピンドル軸を軸受を介して回転自在に支持する軸受ハウジングと、該軸受ハウジングを支持する外ハウジングと、前記軸受ハウジングと外ハウジングとの間に設けられたロードセルと、を備えたタイヤ試験機において、
前記スピンドル軸の軸心回りに設けられて、前記軸受の抵抗に起因して前記スピンドル軸に発生するねじりトルクを計測するトルク検出部と、前記トルク検出部で検出されたねじりトルクに基づいて、前記ロードセルで計測された転がり抵抗を補正する補正部と、が備えられていることを特徴とするものである。

発明者らは、軸受の抵抗に起因してスピンドル軸に発生するねじりトルクを転がり抵抗の測定に合わせて同時に検出できないかと考えた。そして、スピンドル軸の軸心回りにトルク検出部を設ければ、スピンドル軸のねじりトルクを正確に検出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。
それゆえ、本発明のタイヤ試験機では、転がり抵抗の計測時にスピンドル軸に発生するねじれトルクを正確に計測することができ、計測したねじれトルクに基づいて転がり抵抗を補正し高精度に算出することができる。

なお、前記軸受ハウジングは、前記スピンドル軸と同軸状に形成された円筒体と、当該円筒体から径内方向へ突出する複数のアーム部とを有しているのが好ましく、前記アーム部は、当該アーム部の突端側に設けられた軸受部を介してスピンドル軸を支持すると共に、前記円筒体側から軸受部側に向かう中途に前記トルク検出部を有しているのが好ましい。そして、この場合のトルク検出部は、前記アーム部の曲げ歪みから前記スピンドル軸のねじりトルクを算出する構成となっているのがより好ましい。
このようにすれば、アーム部の曲げ歪みから歪みゲージなどを用いてスピンドル軸のねじりトルクを容易に求めることができ、簡単な構造で転がり抵抗を容易に算出することが可能となる。

なお、前記アーム部は、前記軸受ハウジングの軸心回りに等間隔をあけて少なくとも２つ以上設けられているのが良い。
このようにすれば、アーム部の剛性をひいては軸受スピンドルの剛性を確保することができ、アーム部の破断やスピンドル軸の回転のブレなどを防止することができる。
本発明のタイヤ試験方法は、タイヤが装着されるスピンドル軸と、該スピンドル軸を軸受を介して回転自在に支持する軸受ハウジングと、該軸受ハウジングを支持する外ハウジングと、前記軸受ハウジングと外ハウジングとの間に設けられたロードセルと、を備えたタイヤ試験機を用いて、タイヤの転がり抵抗を計測する試験方法であって、
前記スピンドル軸の軸心回りに設けられたトルク検出部で、前記軸受の抵抗に起因して前記スピンドル軸に発生するねじりトルクを計測し、前記トルク検出部で検出されたねじりトルクに基づいて、前記ロードセルで計測された転がり抵抗を補正することを特徴とするものである。

この試験方法によれば、転がり抵抗の計測時にスピンドル軸に発生するねじれトルクを正確に計測することができ、計測したねじれトルクに基づいて転がり抵抗を補正し高精度に算出することができる。

本発明のタイヤ試験機及びタイヤ試験方法では、転がり抵抗の計測時にスピンドル軸に発生するねじれトルクを正確に計測することができ、計測したねじれトルクに基づいて転がり抵抗を補正し高精度に算出することができる。

［第１実施形態］
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）を測定する装置である。タイヤ試験機１は、櫓状に立設されたメインフレーム２と、このメインフレーム２に設けられて回転可能に形成されたドラム３と、ドラム３に接触するタイヤＴが装着されたスピンドル軸４とを備えている。スピンドル軸４はメインフレーム２に上下に離れて上スピンドル軸５と下スピンドル軸６とを一対備えている。

なお、以降の説明においては、図１における紙面の上下方向をタイヤ試験機１を説明する際の上下方向と定義する。また、図１におけるスピンドル軸４の軸心に対して半径方向に離れる方向をタイヤ試験機１を説明する際の径外方向と、半径方向にスピンドル軸４の軸心に近づく方向をタイヤ試験機１を説明する際の径内方向とする。さらに、図１におけるスピンドル軸４の軸心回りの方向を周方向とする。なお、これらの方向はタイヤ試験機１を実使用する際の方向と一致する。
メインフレーム２は立設された門型フレームであって、上方にはガイドフレーム８が、また下方にはユニフォミティを測定するタイヤＴが載せられたタイヤ載せ台９が昇降自在に設けられている。

ドラム３は、円筒状に形成されており、メインフレーム２の下側に、垂直な回転軸Ｏ回りに回転自在に取り付けられている。ドラム３は、図示を省略するモータにより回転自在とされており、外周面にはタイヤＴが転動する路面が形成されている。
ガイドフレーム８には昇降シリンダ１０が固定されており、この昇降シリンダ１０によって上下方向に昇降ロッド１１が伸縮するようになっている。昇降ロッド１１は、下端に上スピンドル軸５が昇降シリンダ１０側から切り離し自在に連結されている。上スピンドル軸５は下端が下方向かって突出する棒状に形成されており、上下方向の中途側にはタイヤＴを上方から挟み込む上リム１２が設けられている。

下スピンドル軸６は、メインフレーム２の下側に上スピンドル軸５と同軸状に設けられており、上スピンドル軸５から下方に距離をあけて設けられている。下スピンドル軸６の中央には上スピンドル軸５の下端を挿入可能な軸孔１３が形成されており、上下方向の中途側には下リム１４が形成されている。
下スピンドル軸６の軸孔１３に上スピンドル軸５の下端を上方より挿入することにより、上下リム１２、１４でタイヤＴを把持すると共に上スピンドル軸５と下スピンドル軸６とが一体回転可能に連結される。

次に、スピンドル軸４の支持構造について、図２を用いて詳しく説明する。
図２及び図３は上下スピンドル軸６を連結させてタイヤＴを把持した状態でのスピンドル軸４の断面図である。スピンドル軸４の支持構造は、スピンドル軸４と、このスピンドル軸４を軸受を介して回転自在に支持する軸受ハウジング１５と、軸受ハウジング１５を支持する外ハウジング１６と、軸受ハウジング１５と外ハウジング１６との間に設けられたロードセル１７と、で構成されている。
軸受ハウジング１５は、スピンドル軸４と同軸状に形成された円筒体１８と、円筒体１８から径内方向へ突出する複数のアーム部１９とを有している。

円筒体１８は、スピンドル軸４と同軸であって、スピンドル軸４より径大な円筒状に形成されている。円筒体１８は上端に径外側に向かってひさし状に形成されたフランジ部２０を有しており、フランジ部２０には後述する締結具２１を挿通できる挿通孔２２がスピンドル軸４の軸心回りに複数（本実施形態では４箇所）形成されている。
アーム部１９は、円筒体１８の内周面から径内方向へ突出する棒状に形成されている。アーム部１９は、周方向に沿った厚みが上下方向の厚みより薄くなるように形成されており、スピンドル軸４にねじれトルクが作用した際に周方向に撓みやすいようになっている。

アーム部１９は、突端側に、スピンドル軸４の軸心回りに環状に形成された軸受部２３が設けられており、軸受部２３を介してスピンドル軸４を回転自在に支持している。
アーム部１９は、軸受ハウジング１５（スピンドル軸４）の軸心回りに等間隔をあけて少なくとも２つ以上（本実施形態では４箇所）設けられている。アーム部１９を軸受ハウジング１５（スピンドル軸４）の軸心回りに等間隔に複数設けることで、アーム部１９の剛性ひいてはスピンドル軸４の剛性を確保することができ、アーム部１９の破断やスピンドル軸４の偏心回転を防止することができる。

外ハウジング１６は、スピンドル軸４と同軸の円筒状に形成されており、軸受ハウジング１５より径大に形成されて軸受ハウジング１５を径外側から支持している。外ハウジング１６は軸受ハウジング１５のフランジ部２０の下方に配置されており、外ハウジング１６と軸受ハウジング１５とはロードセル１７を介して締結具２１で接続されている。
ロードセル１７は、外ハウジング１６と軸受ハウジング１５のフランジ部２０との間に配置されており、軸受ハウジング１５を介してスピンドル軸４から外ハウジング１６に作用する力を計測している。本実施形態のロードセル１７は、タイヤＴに対してラジアル方向に働く力、ラテラル方向に働く力、トラクティブ方向に働く力（転がり抵抗）などを計測する６分力計である。

さらに、本発明のタイヤＴ試験機１は、スピンドル軸４の軸心回りには軸受部２３の抵抗に起因してスピンドル軸４に発生するねじりトルクを計測するトルク検出部２４と、トルク検出部２４で検出されたねじりトルクに基づいて、ロードセル１７で計測された転がり抵抗を補正する補正部２５とを備えている。
トルク検出部２４は、アーム部１９の径方向の中途側に取り付けられて、スピンドル軸４のねじれトルクを計測している。本実施形態のトルク検出部２４は、アーム部１９の側面に貼り付けられた歪みゲージである。スピンドル軸４を回転させると、スピンドル軸４に引っ張られてアーム部１９には図４の点線で示すようなねじれがスピンドル軸４の回転方向に沿って発生する。歪みゲージは、このアーム部１９に発生するねじれを計測しており、アーム部のねじれ量に応じた信号（電圧）を補正部２５に出力している。

補正部２５には、トルク検出部２４で検出されたねじりトルクとロードセル１７で計測された転がり抵抗とが入力されている。そして、補正部２５は、入力されたねじりトルクに基づいて、ロードセル１７で計測された転がり抵抗を補正し、補正された転がり抵抗を出力している。補正部２５は、具体的にはコンピュータから構成されている。
次に、本発明のタイヤ試験方法について説明する。
タイヤＴ試験機１でタイヤＴのユニフォミティを測定する際には、まずタイヤ載せ台９を下スピンドル軸６側に下降させ、下スピンドル軸６の下リム１４にタイヤＴを装着する。そして、上スピンドル軸５を昇降シリンダ１０で下降させて上下リム１２、１４でタイヤＴを把持する。その後、上スピンドル軸５及び上リム１２を昇降ロッド１１側から切り離し、タイヤＴにメインフレーム２内に配置されたドラム３を押し当ててドラム３を回転させる。

このとき、ドラム３に接触して回転するタイヤＴに発生した力は、スピンドル軸４を介して軸受ハウジング１５に伝わり、軸受ハウジング１５と外ハウジング１６との間に設けられたロードセル１７によりタイヤＴに加わるトラクティブ荷重Ｆｚが計測される。ロードセル１７で計測されたトラクティブ荷重Ｆｚは補正部２５に出力される。
一方、スピンドル軸４には軸受部２３の抵抗に起因して図４の点線で示すようなねじりトルクＭｓがスピンドル軸４の回転方向に沿って発生する。このねじりトルクＭｓは、アーム部１９に対するスピンドル軸４の回転方向に沿った曲げモーメントとして計測することができる。トルク検出部２４で検出されたねじりトルクＭ_sは、補正部２５に出力される。

補正部２５では、入力されたトラクティブ荷重Ｆ_zとねじりトルクＭ_sとに基づいて、以下のような計算を行っている。
まず、式（１）によって、ねじりトルクＭ_s及びタイヤＴの半径ｒから、ねじりトルクＭ_sに起因してタイヤＴの接線方向に働く力Ｆ_Mを計算する。

次に、式（２）によって、式（１）で求められた力Ｆ_Mを入力されたトラクティブ荷重Ｆ_zから引いて転がり抵抗Ｒを求める。

このようにして求められた転がり抵抗Ｒは、スピンドル軸４に発生するねじれトルクを正確に計測した上で、この計測されたねじれトルクに基づく補正を行っている。それゆえ、軸受部２３の影響が排除された真の転がり抵抗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、タイヤＴのユニフォミティを測定するタイヤ試験機１を例示した。しかし、本発明のタイヤ試験機１はユニフォミティ以外のタイヤ特性を測定するタイヤ試験機１にも用いることができる。

上記実施形態では、円筒体１８の内周面から径内方向へ突出する棒状のアーム部１９を例示したが、円筒体１８の外周面に上下方向に沿って形成されたリブ状のアーム部１９を用いることもできる。
上記実施形態では、ロードセル１７は軸受ハウジング１５と外ハウジング１６との間に設けられているタイヤ試験機１を例示したが、ロードセル１７をドラム３側に設けることもできる。

タイヤ試験機の正面図である。 タイヤ試験機の要部断面図である。 図２のＡーＡ線断面図である。 アーム部に発生するねじれを模式的に示した説明図である。

符号の説明

１ タイヤ試験機
２ メインフレーム
３ ドラム
４ スピンドル軸
５ 上スピンドル軸
６ 下スピンドル軸
８ ガイドフレーム
９ タイヤ載せ台
１０ 昇降シリンダ
１１ 昇降ロッド
１２ 上リム
１３ 軸孔
１４ 下リム
１５ 軸受ハウジング
１６ 外ハウジング
１７ ロードセル
１８ 円筒体
１９ アーム部
２０ フランジ部
２１ 締結具
２２ 挿通孔
２３ 軸受部
２４ トルク検出部
２５ 補正部
Ｏ 回転軸
Ｔ タイヤ

Claims (5)

1. タイヤが装着されるスピンドル軸と、該スピンドル軸を軸受を介して回転自在に支持する軸受ハウジングと、該軸受ハウジングを支持する外ハウジングと、前記軸受ハウジングと外ハウジングとの間に設けられたロードセルと、を備えたタイヤ試験機において、
   前記スピンドル軸の軸心回りに設けられて、前記軸受の抵抗に起因して前記スピンドル軸に発生するねじりトルクを計測するトルク検出部と、
   前記トルク検出部で検出されたねじりトルクに基づいて、前記ロードセルで計測された転がり抵抗を補正する補正部と、
   が備えられていることを特徴とするタイヤ試験機。
2. 前記軸受ハウジングは、前記スピンドル軸と同軸状に形成された円筒体と、当該円筒体から径内方向へ突出する複数のアーム部とを有しており、
   前記アーム部は、当該アーム部の突端側に設けられた軸受部を介してスピンドル軸を支持すると共に、前記円筒体側から軸受部側に向かう中途に前記トルク検出部を有していることを特徴とする請求項１に記載のタイヤ試験機。
3. 前記トルク検出部は、前記アーム部の曲げ歪みから前記スピンドル軸のねじりトルクを算出する構成となっていることを特徴とする請求項２に記載のタイヤ試験機。
4. 前記アーム部は、前記軸受ハウジングの軸心回りに等間隔をあけて少なくとも２つ以上設けられていることを特徴とする請求項２又は３に記載のタイヤ試験機。
5. タイヤが装着されるスピンドル軸と、該スピンドル軸を軸受を介して回転自在に支持する軸受ハウジングと、該軸受ハウジングを支持する外ハウジングと、前記軸受ハウジングと外ハウジングとの間に設けられたロードセルと、を備えたタイヤ試験機を用いて、タイヤの転がり抵抗を計測する試験方法であって、
   前記スピンドル軸の軸心回りに設けられたトルク検出部で、前記軸受の抵抗に起因して前記スピンドル軸に発生するねじりトルクを計測し、
   前記トルク検出部で検出されたねじりトルクに基づいて、前記ロードセルで計測された転がり抵抗を補正することを特徴とするタイヤ試験方法。

Images