JP4014822B2 - タイヤのユニフォーミティ及び動釣合複合試験装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、タイヤのユニフォーミティ及び動釣合複合試験装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、回転しているタイヤが発生する力のばらつきを測定するユニフォーミティ試験が知られている。ユニフォーミティ試験は、タイヤの外周面に回転ドラムを押し当てた状態でタイヤを回転させ、タイヤの径方向とスラスト方向の負荷変動を測定するよう構成されている。
【０００３】
このユニフォーミティ試験や動釣合試験を行う試験装置としては、たとえば特開平１１−１８３２９８号記載のタイヤのユニフォーミティ及び動釣合複合試験装置がある。上記公報記載の試験装置は、スピンドルハウジング内で玉軸受を介して回転可能に支持されているスピンドルにタイヤを取り付けて所定の回転数で回転させる。
【０００４】
ここで、円盤状の部材である上部リムと下部リムとでタイヤの回転軸方向にタイヤを挟み込むことにより、タイヤはスピンドルに取り付けられる。
【０００５】
ユニフォーミティ試験時においてはタイヤの外周面に回転ドラムを数百ｋｇｆ以上の力で押し付けた状態でスピンドルごとタイヤを回転させ、そのときの負荷の変動を回転ドラム内に設置されたロードセルによって測定している。
【０００６】
なお、通常ユニフォーミティ試験は自動車規格「ＪＡＳＯ（日本自動車規格会議） Ｃ６０７」に基づいて実施される。規格「ＪＡＳＯ Ｃ６０７」においては、タイヤの回転数は６０ｒｐｍとされている。
【０００７】
しかしながら、タイヤの回転数６０ｒｐｍは自動車の速度に換算すると時速７ｋｍ程度であるので、上記規格によるユニフォーミティ試験は運転時のタイヤの挙動を必ずしも反映しているとはいえない。そこで、より速い回転数でタイヤを回転させて前述の負荷変動を測定する、いわゆる高速ユニフォーミティ試験が望まれている。
【０００８】
特にタイヤの高速回転時には、上記規格によるユニフォーミティ試験では検出されにくいタイヤの円周方向の力の変動、すなわちトラクティブ・フォース・バリエーション（ＴＦＶ）による不具合が生じやすい。従って高速ユニフォーミティ試験においてはＴＦＶを正確に測定可能であることが望まれている。
【０００９】
また、タイヤの試験工程の簡素化の為、ユニフォーミティ試験装置は、ユニフォーミティ試験と、タイヤの偏心状態を測定する動釣合試験との双方を実施可能であることが望ましい。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記公報記載の試験装置は、回転ドラム側に取り付けられたひずみゲージによって負荷の変動を計測しているために、特にＴＦＶの負荷の変動幅が大きくなりがちな高速ユニフォーミティ試験時には、回転ドラム自身のひずみによる誤差が無視できないレベルまで高くなるため、上記公報記載の試験装置によって高速ユニフォーミティを正確に測定することはできなかった。
【００１１】
また、上記公報記載の試験装置を用いて高速ユニフォーミティ試験を行おうとすると、ユニフォーミティ試験時にタイヤを挟み込んで固定する上部リム及び下部リムの重量アンバランスによってＴＦＶに測定誤差が生じるという問題があった。
【００１２】
また、上記公報記載の試験装置は、ユニフォーミティ試験時と動釣合試験時とでは異なる荷重センサを使用するため、装置構成が大掛かりかつ複雑なものとなっていた。
【００１３】
【発明の目的】
上述した事情に鑑み、本発明は高速で回転するタイヤのユニフォーミティ及び動釣り合いを正確に測定可能なユニフォーミティ及び動釣合複合試験装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明のタイヤのユニフォーミティ及び動釣合複合試験装置は、スピンドルを回転自在に支持するスピンドルハウジングと、圧電素子固定部材と、スピンドルハウジング側面と圧電素子固定部材との間に挟持される複数の３成分圧電素子と、スピンドルと平行な回転軸を有し、外周面がタイヤと離接可能に構成された回転ドラムと、複数の３成分圧電素子によって計測されたタイヤの受ける負荷変動からタイヤのユニフォーミティを計算する手段と、複数の３成分圧電素子によって計測されたタイヤの回転によって発生する加振力からタイヤの偏心状態を計算する手段とを有している。本装置においては、圧電素子固定部材が剛体支持されることによって、スピンドルハウジングは剛体支持されている。また、スピンドル及び回転ドラムのいずれによってもタイヤを回転駆動可能となっている。さらに、複数の３成分圧電素子は任意の方向に作用する力を直交３成分力として計測可能な素子である。
【００１５】
圧電素子はほとんどひずまずに荷重を測定可能であるため、剛体支持されたスピンドルにこの圧電素子を取り付けてユニフォーミティ試験時にタイヤの受ける負荷変動を測定することが可能となる。従って、回転ドラムやひずみゲージのひずみの影響による測定誤差を除去して、高速ユニフォーミティ試験時であっても正確にタイヤの受ける負荷変動を測定することが可能となる。
【００１６】
また、本発明の試験装置によればスピンドルハウジングに荷重センサを取り付けているので、スピンドルに取り付けられたタイヤを高速で空転させ、そのときのタイヤの周方向の負荷変動から、上部リム及び下部リム等のタイヤをスピンドルに固定する部材の重量アンバランスをあらかじめ計測することが可能となる。従って、この重量アンバランスをもとにＴＦＶを較正することにより、高速ユニフォーミティ試験時においても正確なユニフォーミティの測定が実現できる。
【００１７】
また、スピンドル自身が高速で回転駆動されると、スピンドルからタイヤにタイヤの周方向の力が加えられる。このような力はユニフォーミティ測定における外乱成分であり正確なユニフォーミティの測定を阻害するものである。従ってこのような構成の試験装置において、回転ドラムを駆動させてユニフォーミティ試験を行うことにより、上記外乱成分の発生が防止され、特に高速ユニフォーミティ試験時により正確なユニフォーミティの測定が可能となる。
【００１８】
また、本発明の試験装置は、スピンドル及び回転ドラムのいずれによってもタイヤを回転駆動可能な構成を有するため、一台の装置でユニフォーミティ試験と動釣合試験の両方を実施可能となっている。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施の形態のユニフォーミティ及び動釣合複合試験装置１（以下、複合試験装置１とする）の基本構成を示す側面図である。なお、以下の説明では、図１に示すように「上」と「下」を定義するが、複合試験装置１の構成は上下逆であっても良く、あるいは横置きであっても良い。
【００２０】
複合試験装置１の装置フレームは、ベース５０と、ベース５０から鉛直上方に延びる支柱５２と、支柱５２に支えられた天板５４とから成っている。ベース５０には、タイヤＴを保持して回転させるスピンドル１２０が取り付けられている。
【００２１】
複合試験装置１は、タイヤＴを下部リム１０と上部リム２０とで上下に挟みこんで保持するよう構成されている。まず、このタイヤＴを支持するための構成について説明する。
【００２２】
図２は、スピンドル１２０を示す側断面図である。スピンドル１２０は、中空部１２０ａとブラケット部１２０ｂからなる。また、スピンドル１２０のブラケット部１２０ｂの上端は水平方向に突出してフランジ部１２０ｅを成す。スピンドル１２０はスピンドルハウジング１１０によって（複列円筒ころ軸受１１２ａ及び１１２ｂ、及び組合せアンギュラ玉軸受１１３を介して）回転可能に支持されている。ここで、複列円筒ころ軸受１１２ａ及び１１２ｂはラジアル方向よりスピンドル軸を支持し、また組合せアンギュラ玉軸受１１３はラジアル方向とスラスト方向の双方よりスピンドル軸を支持する。
【００２３】
スピンドル１２０のフランジ部１２０ｅには中空シャフト１７０が同軸に（中心軸が一直線上に並ぶように）固定されている。さらに、中空シャフト１７０の上端部は下部リム１０に嵌入されている。上端部に上部リム２０が固定されたロックシャフト３００を、中空シャフト１７０を貫通してブラケット部１２０ｂに挿入することにより、下部リム１０と上部リム２０との間でタイヤＴを挟み込んで保持することができる。
【００２４】
ここで、ブラケット部１２０ｂのロックシャフト３００が挿入される空洞部の中途はくびれている。ブラケット部１２０ｂにロックシャフト３００が挿入されると、このくびれた部分である嵌合部はロックシャフト３００の側面と密着する。すなわち、ユニフォーミティ試験時においては、回転ドラムからロックシャフト３００に加えられる曲げ荷重をブラケット部１２０ｂの嵌合部は中空シャフト１７０と共に支持する。
【００２５】
また、この嵌合部は複列円筒ころ軸受１１２ａと組合せアンギュラ玉軸受１１３との間に形成されているのでロックシャフト３００からブラケット部１２０ｂの嵌合部に印加されるラジアル方向の荷重は、複列円筒ころ軸受１１２ａと組合せアンギュラ玉軸受１１３の双方によって強固に支持される。
【００２６】
ロックシャフト３００の中部の外周にはロック溝３０２が多段状に形成されている。また、中空シャフト１７０の側面には貫通孔が穿孔されている。この貫通孔にはロック部材１６０が挿置されており、ロック部材１６０はロック用シリンダ１６５によって前記貫通孔内を、ロックシャフト３００の外周面に近接／離間する方向に駆動される。
【００２７】
なお、中空シャフト１７０の上下方向の長さは、中空シャフト１７０の側面に穿孔された貫通孔の上下方向の幅よりもわずかに大きい程度に抑えられている。従って、ブラケット部１２０ｂの嵌合部の位置における曲げモーメントは最低限に抑えられるのでロックシャフト３００および中空シャフト１７０のラジアル方向の変形が抑えられ、より正確なユニフォーミティの測定が可能となる。
【００２８】
図３にスピンドル１２０およびロックシャフト３００の、ロック部材１６０周辺の拡大断面図を示す。ロック部材１６０とロック用シリンダ１６５は、ロックシャフト３００の中心軸に対して放射状に９０°おきに４組設けられている（図３では２組のみ示す）。ロック部材１６０のロックシャフト３００の外周面に対向する先端部にはロック爪１６２が形成されている。ロック爪１６２は縦に６段配列されており、このロック爪１６２がロックシャフト３００のロック溝３０２に係合する。
【００２９】
ロック部材１６０はロック用シリンダ１６５のプランジャー１６６の先端部に取り付けられている。このロック用シリンダ１６５にエアを供給することによって、プランジャー１６６およびロック爪１６２はロックシャフト３００に向かって押圧される。なお、ロック用シリンダ１６５へのエアの供給については後述する。また、プランジャー１６６は、ロック用シリンダ１６５の本体に設けられたばね１６８によってロックシャフト３００から離れる方向に付勢されている。即ち、ロック部材１６０はロックシャフト３００から離れる方向に付勢されている。かくして、ロック用シリンダ１６５がオン（ロック用シリンダ１６５にエアが供給された状態）の時にはロック部材１６０がロックシャフト３００に係合し、ロック用シリンダ１６５がオフ（ロック用シリンダ１６５にエアが供給されていない状態）の時にはロック部材１６０がロックシャフト３００を解放する。
【００３０】
以上のように構成されているため、ロックシャフト３００をスピンドル１２０のブラケット部１２０ｂに挿入してロック用シリンダ１６５をオンすることによって、下部リム１０と上部リム２０の間でタイヤＴを挟んで確実に保持することができる。また、ロック用シリンダ１６５をオフしてロックを解除すると共にロックシャフト３００をスピンドル１２０から引き抜くことにより、下部リム１０と上部リム２０の間からタイヤＴを外すことができる。なお、ロックシャフト３００を駆動するための構成は後述する。
【００３１】
なお、ロック用シリンダ１６５のそれぞれに近接した位置には図示しない近接センサが備えられている。この近接センサはスピンドルハウジング１１０上に固定されており、ロック用シリンダ１６５と近接センサとの距離が１ｍｍ以内であるかどうかを検知可能である。ロック用シリンダ１６５がオフであるときロック用シリンダ１６５と近接センサとの距離が１ｍｍ以内となり、それ以外のときはロック用シリンダ１６５と近接センサとの距離が１ｍｍを越えるような位置に近接センサは設置されている。従って近接センサをモニタリングすることにより、ロック部材１６０がロックシャフト３００に係合する位置（ロック位置）にあるか、ロックシャフト３００から離れた位置（ロック解除位置）にあるかを確認することができる。
【００３２】
複列円筒ころ軸受１１２ａをスピンドル１２０に嵌入する方法を図４を用いて説明する。スピンドル１２０のブラケット部１２０ｂには方形断面のカラー１２１ａが嵌入されている。ここでカラー１２１ａの上面はブラケット部１２０ｂの上端に形成されたフランジ部の下面に当接する。
【００３３】
ここで、ブラケット部１２０ｂの、複列円筒ころ軸受１１２ａと係合する部分の外周は上方に向かって太くなるテーパ面１２０ｄを形成している。また、複列円筒ころ軸受１１２ａの内周は、テーパ面１２０ｄと同一勾配の、上方に向かって太くなるテーパ状に形成されている。また、テーパ面１２０ｄの上端部の径は複列円筒ころ軸受１１２ａの内周の径よりもわずかに大きい。
【００３４】
さらに、複列円筒ころ軸受１１２ａと組合せアンギュラ玉軸受１１３との間には方形断面のカラー１２１ｂが嵌入されている。ここでカラー１２１ｂの上面は複列円筒ころ軸受１１２ａの下端に当接する。同様に、カラー１２１ｂの下面は組合せアンギュラ玉軸受１１３の上端に当接する。さらに、ブラケット部１２０ｂには方形断面のカラー１２１ｃが嵌入されている。ここで、カラー１２１ｃの上面は組合せアンギュラ玉軸受１１３の下端に当接する。
【００３５】
さらに、ブラケット部１２０ｂにはおねじ部１２０ｃが螺設されている。なお、おねじ部１２０ｃはカラー１２１ａ、複列円筒ころ軸受１１２ａ、カラー１２１ｂ、組合せアンギュラ玉軸受１１３およびカラー１２１ｃをブラケット部１２０ｂに嵌入したときのカラー１２１ｃの下面より下方に螺接されている。
【００３６】
ここで、カラー１２１ａ、複列円筒ころ軸受１１２ａ、カラー１２１ｂ、組合せアンギュラ玉軸受１１３およびカラー１２１ｃをブラケット部１２０ｂに順次嵌入する。なお、このとき複列円筒ころ軸受１１２ａはブラケット部１２０ｂに嵌入される。
【００３７】
次いで、おねじ部１２０ｃと螺接可能なめねじ部が内周に形成された付勢ナット１１４ａをおねじ部１２０ｃに螺着し、さらに所定のトルクで締め付けることにより、複列円筒ころ軸受１１２ａは上方に押し込まれる。次いで、付勢ナット１１４ａのゆるみを防止するため、おねじ部１２０ｃにゆるみ止めナット１１４ｂを螺着し、ゆるみ止めナット１１４ｂの上面を付勢ナット１１４ａの下面に対して付勢させる。
【００３８】
前述のようにテーパ面１２０ｄの上端部の径は複列円筒ころ軸受１１２ａの内周の径よりもわずかに大きいので、この結果、テーパ面１２０ｄと複列円筒ころ軸受１１２ａの内周は密着する。よって、スピンドル１２０と複列円筒ころ軸受１１２ａの内輪が完全に一体化されるのでスピンドル１２０と複列円筒ころ軸受１１２ａとの間のガタツキが防止される。さらに、組合せアンギュラ玉軸受１１３の内輪と鋼球、および鋼球と外輪とのクリアランスが最小限に抑えられるため、組合せアンギュラ玉軸受１１３の内輪と鋼球、および鋼球と外輪との間のガタツキが防止される。
【００３９】
なお、複列円筒ころ軸受１１２ｂをスピンドル１２０に嵌入する方法は複列円筒ころ軸受１１２ａをスピンドル１２０に嵌入する方法と同様である。ここで、複列円筒ころ軸受１１２ｂにかかるラジアル方向の荷重は複列円筒ころ軸受１１２ａにかかるラジアル方向の荷重と比べて小さいので、付勢ナットが直接複列円筒ころ軸受１１２ｂを付勢するようにすればよく、ゆるみ止めナットは使用しない。すなわち、複列円筒ころ軸受１１２ｂをスピンドル１２０の中空部１２０ａに嵌入した後、中空部１２０ａの外周に螺接されたおねじ部に付勢ナット１１４ｃを螺着する。
【００４０】
スピンドルハウジング１１０は、角柱形状の部材であり、その中央部スラスト方向に複列円筒ころ軸受１１２ａ及び１１２ｂ、及び組合せアンギュラ玉軸受１１３を装着可能な貫通孔が穿孔されている。また、図１に示されるように、複合試験装置１の装置フレームから略水平方向に延出する支持軸によって、スピンドルハウジング１１０は後述する圧電素子固定プレート１０２を介してベース５０に剛体支持されている。
【００４１】
ユニフォーミティ試験では、スピンドル１２０の側方に設けられた回転ドラム３０を用いる。回転ドラム３０は、タイヤＴに対して近接／離間する方向に延びるレール３１の上をスライド可能な可動ハウジング３２に搭載され、図示しないモータにより駆動されるラックピニオン機構３５（ピニオン３６・ラック３８）によってタイヤＴに対して近接／離間方向に移動する。また、回転ドラム３０は図示しないモータによって任意の回転数で回転可能である。
【００４２】
ユニフォーミティ試験を実施する際には、ラックピニオン機構３５によってこの回転ドラム３０をタイヤＴに当接させ、さらに回転ドラム３０をタイヤＴに数百ｋｇｆ以上の力で押し付ける。次いで、この状態で回転ドラム３０を回転させ（従って回転ドラム３０に当接しているタイヤＴも回転ドラム３０に伴って回転する）、そのときの負荷の変動から回転しているタイヤが発生する力のばらつきを測定する試験である。
【００４３】
一方、動釣合試験は回転ドラム３０をタイヤＴから離間させた状態でスピンドル１２０ごとタイヤＴを回転させ、そのときにタイヤＴの不釣合いから生じる加振力からタイヤの偏心状態を測定する試験である。
【００４４】
本発明の実施の形態においては、ユニフォーミティ試験における上記負荷の変動および動釣合試験における上記加振力はスピンドルハウジング１１０の一側面の４箇所に設置された３軸圧電素子１８５によって計測される。
【００４５】
圧電素子１８５は、例えばＫＩＳＴＬＥＲ社製水晶式圧電式力センサ９０６７のような円筒形状のセンサであり、任意の方向に印加された荷重を直交３成分力として検出し、電気信号に変換する。なお、圧電素子１８５の測定範囲はその円筒軸方向（すなわち、ユニフォーミティ試験時に回転ドラムがタイヤを押圧する方向）成分がおよそ０〜２００００ｋｇｆ、他の２成分がおよそ−２０００〜２０００ｋｇｆである。また、スピンドル１２０が受ける荷重を正確に計測するため、圧電素子１８５はスピンドルハウジング１１０と一体化されている。
【００４６】
すなわち、圧電素子１８５をスピンドルハウジング１１０と一体化させるために、圧電素子固定プレート１０２とスピンドルハウジング１１０の一側面との間に圧電素子１８５は挟持されている。圧電素子固定プレート１０２の圧電素子１８５が当接している箇所には、圧電素子固定プレート１０２の板厚方向に圧電素子１８５の穴部と略同径の貫通孔１０２ａが穿孔されている。同様に、スピンドルハウジング１１０の圧電素子１８５が当接している箇所には、圧電素子１８５が取り付けられるスピンドルハウジング１１０の一側面の板厚方向に圧電素子１８５の穴部と略同径の貫通孔１１０ａが穿孔されている。なお、スピンドルハウジング１１０の貫通孔１１０ａの内周にはめねじが螺刻されている。
【００４７】
また、スピンドルハウジング１１０の貫通孔１１０ａのめねじと螺接可能なするおねじが全側面にわたって螺刻された円柱形上のバー１８６が、圧電素子固定プレート１０２の貫通孔１０２ａおよび圧電素子１８５に挿通されている。さらにバー１８６はスピンドルハウジング１１０の貫通孔１１０ａに螺嵌されている。なお、バー１８６の先端部は複列円筒ころ軸受１１２ａまたは１１２ｂと当接している。
【００４８】
ここで、バー１８６の圧電素子固定プレート１０２より突出している部分（図２中左側）はナット１８７が螺着されている。ナット１８７は所定のトルクで締め上げられており、その結果ナット１８７は約５０００ｋｇｆの軸力で圧電素子固定プレート１０２を押圧する。従って、圧電素子１８５は、圧電素子固定プレート１０２とスピンドルハウジング１１０の一側面との間に約５０００ｋｇｆの力で挟持され、圧電素子固定プレート１０２及びスピンドルハウジング１１０と一体化する。
【００４９】
スピンドル１２０の下端には、動釣合試験時にスピンドル１２０を回転駆動するためのプーリ１４０が取り付けられている。また、ベース５０には図示しないラックピニオン機構によってスピンドルに向かって水平に進退可能なスピンドル駆動モータ１３０が設置されている。スピンドル駆動モータ１３０の回転軸には駆動プーリ１４４がスピンドル１２０のプーリ１４０と同じ高さに取り付けられている。また、駆動プーリ１４４およびスピンドル１２０のプーリ１４０と同一平面上に一対の従動プーリ１４３が回転可能に設置されている。なお、従動プーリ１４３は上記の図示しないラックピニオン機構によってスピンドル駆動モータ１３０と共に進退する。ここで無端ベルト１４２が駆動プーリ１４４および従動プーリ１４３に掛け渡されており、スピンドル駆動モータ１３０により無端ベルト１４２を所定速度で進行させることができる。
【００５０】
スピンドル駆動モータ１３０により（無端ベルト１４２を介して）スピンドル１２０のプーリ１４０を回転駆動する方法を図６に示す。スピンドル駆動モータ１３０によって駆動プーリ１４４は所定方向（図６中では反時計回り）に所定回転数で回転している。
【００５１】
スピンドル駆動モータ１３０によってスピンドル１２０のプーリ１４０を回転駆動しないときは、スピンドル駆動モータ１３０、駆動プーリ１４４、従動プーリ１４３および無端ベルト１４２は、無端ベルト１４２がスピンドル１２０のプーリ１４０に当接しないように退避している（図６中破線部分）。この状態からスピンドル駆動モータ１３０、駆動プーリ１４４、従動プーリ１４３および無端ベルト１４２を上記の図示しないラックピニオン機構によりスピンドル１２０に向かって移動させ、無端ベルト１４２がスピンドル１２０のプーリ１４０を付勢するようにする。無端ベルト１４２はスピンドル駆動モータ１３０、駆動プーリ１４４および従動プーリ１４３によって所定方向（図中矢印方向）に進行しているので、無端ベルト１４２と当接するスピンドル１２０のプーリ１４０は駆動プーリ１４４の回転方向と反対方向（図６中では時計回り）に回転する。従って、下部リム１０と上部リム２０の間でタイヤＴを保持したままスピンドル１２０が回転する。
【００５２】
スピンドル１２０は、その中空部１２０ａの下端に設けられたロータリージョイント１４５から空気をタイヤＴに送り込む（インフレートする）よう構成されている。そのため、スピンドル１２０の中空部１２０ａには、この中空部１２０ａを上下に貫通するエアパイプ１１５が設けられている。エアパイプ１１５の上端部はフランジ１１６によりエアパイプ１１５に固定され、下端部はロータリージョイント１４５に連結されている。
【００５３】
ロータリージョイント１４５には、エアパイプ１１５に空気を送り込むためのエアホース１３２が連結されている。エアホース１３２からロータリージョイント１４５を経由して送り込まれた空気は、エアパイプ１１５を上方に抜け、ブラケット部１２０ｂ内に形成されたエア通路１３８にさらに抜け、切換弁１３１に到達する。切換弁１３１はエア通路１３８に抜けた空気をブラケット部１２０ｂか中空シャフト１７０のエア通路１７２に向かうエア通路１３５のどちらに送るかを切り替えるものである。なお、ホイール未装着のタイヤＴを試験する場合は、エア通路１３８に抜けた空気はエア通路１３５に向かうよう設定されている。従って、エアホース１３２からロータリージョイント１４５を経由して送り込まれた空気は、中空シャフト１７０のエア通路１７２を通ってタイヤＴの内部に送り込まれる。
【００５４】
かくして、ロータリージョイント１４５からエア通路１７２までの部分が、タイヤＴにエアをインフレートするためのエア供給系を構成する。また、エア通路１３５からは、前述のロック用シリンダ１６５にエアを供給するためのエア通路１３６が分岐している。エア通路１３６の中途には開閉弁１３３が設置されている。すなわち、ロック用シリンダ１６５をオンにする場合は開閉弁１３３を開いてロック用シリンダ１６５にエアを供給する。
【００５５】
なお、上部リム２０をロックシャフト３００に取り付けるための取付部材３１０の先端には、後述のチャック爪２１０に外側から係合される係合フランジ部３２０が設けられている。
【００５６】
ロックシャフト３００を上下に駆動してスピンドル１２０に挿入する（あるいは引き抜く）インサーターユニット２００は、図１に示す天板５４のさらに上方に配置された昇降ハウジング６０に取り付けられている。昇降ハウジング６０は、４組の鉛直方向に延びるリニアガイド６１によって上下動可能に支持されている。また、昇降ハウジング６０はサーボモータ６６によって駆動されるボールねじ６５と、昇降ハウジング６０外面に設けられたボールねじ６５に螺合するねじ孔が穿孔されたアーム部６７によって上下に駆動される。
【００５７】
図５は、インサーターユニット２００の構造を示す側面図である。インサーターユニット２００は、略円筒形状のユニット本体２４０を有している。ユニット本体２４０は、略円筒形状のユニット本体２４０とスピンドル１２０とが同軸に（中心軸が一直線上に並ぶように）なるように昇降ハウジング６０に取り付けられている。
【００５８】
ユニット本体２４０の下部にはロックシャフト３００の係合フランジ部３２０に外側から係合する３本（図５中では２本のみ記載）のチャック爪２１０が設けられている。チャック爪２１０は図示しないバネ部材によってユニット本体２４０のラジアル方向外側に向けて付勢されている。
【００５９】
また、チャック爪２１０はエア圧によりユニット本体２４０のラジアル方向に駆動される。すなわち、ユニット本体２４０内に備えられた図示しないエア供給口にエアを供給すると、このエアはチャック爪２１０をユニット本体２４０のラジアル方向内側に向けて付勢する。従ってユニット本体２４０にエアを供給することにより、チャック爪２１０がユニット本体２４０のラジアル方向内側に移動し、ロックシャフト３００の係合フランジ部３２０をチャックする。一方この状態からユニット本体２４０よりエアを抜くと、バネ部材の付勢力によってチャック爪２１０はユニット本体２４０のラジアル方向外側に移動し、チャックが解除される。
【００６０】
以上のように構成された複合試験装置１によるタイヤＴの保持は以下のようにして行われる。まずインサーターユニット２００のユニット本体２４０にエアを供給してチャック爪２１０でロックシャフト３００をチャックし、ボールねじ６５を駆動して昇降ハウジング６０を上昇させてロックシャフト３００をスピンドル１２０から引き抜く。次いで、下部リム１０にタイヤＴをセットした後、ボールねじ６５を再び駆動して昇降ハウジング６０をタイヤＴのリム幅に応じた適切な位置に下降させる。次いで、ロック用シリンダ１６５をオンして、ロック部材１６０をロックシャフト３００に係合させる。さらに、インサーターユニット２００のユニット本体２４０からエアを抜いてチャック爪２１０によるチャックを解除し、上部リムがスピンドル１２０に伴って回転できるようにする。
【００６１】
なお、ロックシャフト３００の多段のロック溝３０２のどの段に（ロック部材１６０の）ロック爪１６２を係合させるかによって、上部リム１０と下部リム２０との間隔をタイヤ幅に合わせて調節することができる。この調節については、説明を省略する。
【００６２】
次に、複合試験装置１を用いたユニフォーミティ試験と動釣合試験について説明する。本発明の実施の形態においては、１つのタイヤについて、ＪＡＳＯ Ｃ６０７規格によるユニフォーミティ試験、高速ユニフォーミティ試験、動釣合試験を連続して実施する。
【００６３】
まず最初にインサーターユニット２００を用いて下部リム１０と上部リム２０の間にタイヤＴを保持し、次いでタイヤＴの内部に空気をインフレートする。このときスピンドル駆動モータ１３０、駆動プーリ１４４、従動プーリ１４３および無端ベルト１４２はスピンドル１２０側にあり、無端ベルト１４２はスピンドル１２０のプーリ１４０を付勢している。スピンドル駆動モータ１３０は停止しているので無端ベルト１４２とスピンドル１２０のプーリ１４０との摩擦力によりスピンドルが回転するのを防止している。
【００６４】
次いで、ＪＡＳＯ Ｃ６０７規格によるユニフォーミティ試験を実施する。ここで、ユニフォーミティ試験の実施に先立って、スピンドル駆動モータ１３０、駆動プーリ１４４、従動プーリ１４３および無端ベルト１４２は、無端ベルト１４２がスピンドル１２０のプーリ１４０に当接しないように退避する。次いで、複合試験装置１の制御部（図示せず）は、ラックピニオン機構３５により回転ドラム３０を所定の荷重でタイヤＴに押し付ける。なお、回転ドラム３０がタイヤＴを押圧する荷重はタイヤの種類によって異なり、例えば乗用車用タイヤであれば約１トンである。
【００６５】
次いで、回転ドラム３０を回転駆動し、タイヤＴを６０ｒｐｍで回転させる。そして、圧電素子１８５によりタイヤＴが受ける負荷変動を検出する。検出された負荷変動に基づいてユニフォーミティを計算する方法は公知であるため、説明は省略する。
【００６６】
次いで、回転ドラム３０の回転数を上げて高速ユニフォーミティ試験を行う。高速ユニフォーミティ試験時のタイヤＴの回転数はタイヤの外径によって異なるが、例えば外径６００ｍｍの乗用車用タイヤを試験する場合は、タイヤＴの周速が１４０ｋｍ／ｈとなるように、回転ドラム３０によってタイヤＴは１２３８．５ｒｐｍで回転駆動される。そして、圧電素子１８５によりタイヤＴが受ける負荷変動を検出する。検出された負荷変動に基づいてユニフォーミティを計算する方法は公知であるため、説明は省略する。なお、このとき、無端ベルト１４２の進行速度がスピンドル１２０と共に回転するプーリ１４０の周速と同一となるように、スピンドル駆動モータ１３０は駆動プーリ１４４を駆動している。
【００６７】
さらに引き続いて、動釣合試験が実施される。すなわち、スピンドル駆動モータ１３０、駆動プーリ１４４、従動プーリ１４３および無端ベルト１４２を前記ラックピニオン機構によりスピンドル１２０に向かって移動させるとともにラックピニオン機構３５により回転ドラム３０をタイヤＴから離間させる。このスピンドル駆動モータ１３０、駆動プーリ１４４、従動プーリ１４３および無端ベルト１４２の移動、及び回転ドラム３０の離間はきわめて短時間のうちに行われるので、タイヤＴの駆動源は（タイヤＴは減速されることなく）スムースにスピンドル駆動モータ１３０に切り替わる。
【００６８】
次いで、スピンドル１２０の回転中に圧電素子１８５にかかる負荷の変動を検出する。検出された負荷変動に基づいて動釣合を計算する方法は公知であるため、説明は省略する。また、このとき検出された負荷変動から上部リム及び下部リムのアンバランスを算出し、このアンバランスからユニフォーミティのＴＦＶを較正する。
【００６９】
複合試験装置１は、ＪＡＳＯ Ｃ６０７規格によるユニフォーミティの計算結果および高速ユニフォーミティの計算結果に基づいてタイヤＴのどの部分をどれだけ削るかを算出し、図示しない切削装置によってタイヤＴの切削を行う。同様に、複合試験装置１は、動釣合の計算結果に基づいてタイヤＴのどの部分にバランスウエイトを載せるべきかを算出し、図示しないマーキング装置によって、当該箇所にマーキングを施す。
【００７０】
なお、本発明の実施の形態においては、高速ユニフォーミティ試験時にタイヤＴを周速１４０ｋｍ／ｈ相当の回転数で回転させているが、より高い回転数でタイヤＴを回転させる構成としても構わない。例えば、外径６００ｍｍのタイヤＴを周速３４０ｋｍ／ｈ相当の周速で回転させるように３０００ｒｐｍ程度の回転数でタイヤＴを回転させて高速ユニフォーミティ試験を行ってもよい。
【００７１】
また、この実施形態の複合測定装置１は上記のようなホイール装着前のタイヤのみにとどまらず、ホイール装着後のタイヤに対してもユニフォーミティと動釣合の両方を測定することができる。ホイール装着後のタイヤに対して試験を行う場合は、上部リム２０が固定されたロックシャフト３００の代わりにホイールを上から押圧するトップアダプタを、また下部リム１０が固定された中空シャフト１７０の代わりに、タイヤのホイールを下方より支持すると共に前記トップアダプタを下方に引き込む引き込みユニットを用いている。すなわち、ホイールつきのタイヤはそのホイール部分を前記トップアダプタと前記引き込みユニットとに挟持される。
【００７２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のタイヤのユニフォーミティ及び動釣合複合試験装置によれば、高速回転するタイヤのユニフォーミティをより正確に測定可能となるとともに、より簡素な構成でユニフォーミティ試験と動釣合試験とを実施可能な装置が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態のユニフォーミティ及び動釣合複合試験装置の基本構成を示す側面図である。
【図２】 本発明の実施の形態のスピンドルを示す側断面図である。
【図３】 本発明の実施の形態のスピンドルおよびロックシャフトの、ロック部材周辺の拡大断面図である。
【図４】 本発明の実施の形態のスピンドルおよびロックシャフトの、ロック部材周辺における一部切断した斜視図である。
【図５】 本発明の実施の形態のインサーターユニットの内部構造を示す側面図である。
【図６】 本発明の実施の形態において、スピンドル駆動モータによりスピンドルを回転駆動する方法を模式的に示したものである。
【符号の説明】
１ 複合試験装置
１０ 下部リム
２０ 上部リム
３０ 回転ドラム
５０ ベース
６０ 昇降ハウジング
６５ ボールねじ
６６ サーボモータ
６７ アーム部
１０２ 圧電素子固定プレート
１１０ スピンドルハウジング
１１２ａ 複列円筒ころ軸受
１１２ｂ 複列円筒ころ軸受
１１３ 組合せアンギュラ玉軸受
１１４ カラー
１２０ スピンドル
１２０ｂ ブラケット部
１２０ｃ おねじ部
１２０ｄ テーパ面
１３０ スピンドル駆動モータ
１４０ プーリ
１４２ 無端ベルト
１４３ 従動プーリ
１４４ 駆動プーリ
１６０ ロック部材
１６２ ロック爪
１８５ 圧電素子
１８７ ナット
２００ インサーターユニット
２４０ ユニット本体
２１０ チャック爪
３００ ロックシャフト
３０２ ロック溝
３２０ 係合フランジ部
【発明の属する技術分野】
本発明は、タイヤのユニフォーミティ及び動釣合複合試験装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、回転しているタイヤが発生する力のばらつきを測定するユニフォーミティ試験が知られている。ユニフォーミティ試験は、タイヤの外周面に回転ドラムを押し当てた状態でタイヤを回転させ、タイヤの径方向とスラスト方向の負荷変動を測定するよう構成されている。
【０００３】
このユニフォーミティ試験や動釣合試験を行う試験装置としては、たとえば特開平１１−１８３２９８号記載のタイヤのユニフォーミティ及び動釣合複合試験装置がある。上記公報記載の試験装置は、スピンドルハウジング内で玉軸受を介して回転可能に支持されているスピンドルにタイヤを取り付けて所定の回転数で回転させる。
【０００４】
ここで、円盤状の部材である上部リムと下部リムとでタイヤの回転軸方向にタイヤを挟み込むことにより、タイヤはスピンドルに取り付けられる。
【０００５】
ユニフォーミティ試験時においてはタイヤの外周面に回転ドラムを数百ｋｇｆ以上の力で押し付けた状態でスピンドルごとタイヤを回転させ、そのときの負荷の変動を回転ドラム内に設置されたロードセルによって測定している。
【０００６】
なお、通常ユニフォーミティ試験は自動車規格「ＪＡＳＯ（日本自動車規格会議） Ｃ６０７」に基づいて実施される。規格「ＪＡＳＯ Ｃ６０７」においては、タイヤの回転数は６０ｒｐｍとされている。
【０００７】
しかしながら、タイヤの回転数６０ｒｐｍは自動車の速度に換算すると時速７ｋｍ程度であるので、上記規格によるユニフォーミティ試験は運転時のタイヤの挙動を必ずしも反映しているとはいえない。そこで、より速い回転数でタイヤを回転させて前述の負荷変動を測定する、いわゆる高速ユニフォーミティ試験が望まれている。
【０００８】
特にタイヤの高速回転時には、上記規格によるユニフォーミティ試験では検出されにくいタイヤの円周方向の力の変動、すなわちトラクティブ・フォース・バリエーション（ＴＦＶ）による不具合が生じやすい。従って高速ユニフォーミティ試験においてはＴＦＶを正確に測定可能であることが望まれている。
【０００９】
また、タイヤの試験工程の簡素化の為、ユニフォーミティ試験装置は、ユニフォーミティ試験と、タイヤの偏心状態を測定する動釣合試験との双方を実施可能であることが望ましい。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記公報記載の試験装置は、回転ドラム側に取り付けられたひずみゲージによって負荷の変動を計測しているために、特にＴＦＶの負荷の変動幅が大きくなりがちな高速ユニフォーミティ試験時には、回転ドラム自身のひずみによる誤差が無視できないレベルまで高くなるため、上記公報記載の試験装置によって高速ユニフォーミティを正確に測定することはできなかった。
【００１１】
また、上記公報記載の試験装置を用いて高速ユニフォーミティ試験を行おうとすると、ユニフォーミティ試験時にタイヤを挟み込んで固定する上部リム及び下部リムの重量アンバランスによってＴＦＶに測定誤差が生じるという問題があった。
【００１２】
また、上記公報記載の試験装置は、ユニフォーミティ試験時と動釣合試験時とでは異なる荷重センサを使用するため、装置構成が大掛かりかつ複雑なものとなっていた。
【００１３】
【発明の目的】
上述した事情に鑑み、本発明は高速で回転するタイヤのユニフォーミティ及び動釣り合いを正確に測定可能なユニフォーミティ及び動釣合複合試験装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明のタイヤのユニフォーミティ及び動釣合複合試験装置は、スピンドルを回転自在に支持するスピンドルハウジングと、圧電素子固定部材と、スピンドルハウジング側面と圧電素子固定部材との間に挟持される複数の３成分圧電素子と、スピンドルと平行な回転軸を有し、外周面がタイヤと離接可能に構成された回転ドラムと、複数の３成分圧電素子によって計測されたタイヤの受ける負荷変動からタイヤのユニフォーミティを計算する手段と、複数の３成分圧電素子によって計測されたタイヤの回転によって発生する加振力からタイヤの偏心状態を計算する手段とを有している。本装置においては、圧電素子固定部材が剛体支持されることによって、スピンドルハウジングは剛体支持されている。また、スピンドル及び回転ドラムのいずれによってもタイヤを回転駆動可能となっている。さらに、複数の３成分圧電素子は任意の方向に作用する力を直交３成分力として計測可能な素子である。
【００１５】
圧電素子はほとんどひずまずに荷重を測定可能であるため、剛体支持されたスピンドルにこの圧電素子を取り付けてユニフォーミティ試験時にタイヤの受ける負荷変動を測定することが可能となる。従って、回転ドラムやひずみゲージのひずみの影響による測定誤差を除去して、高速ユニフォーミティ試験時であっても正確にタイヤの受ける負荷変動を測定することが可能となる。
【００１６】
また、本発明の試験装置によればスピンドルハウジングに荷重センサを取り付けているので、スピンドルに取り付けられたタイヤを高速で空転させ、そのときのタイヤの周方向の負荷変動から、上部リム及び下部リム等のタイヤをスピンドルに固定する部材の重量アンバランスをあらかじめ計測することが可能となる。従って、この重量アンバランスをもとにＴＦＶを較正することにより、高速ユニフォーミティ試験時においても正確なユニフォーミティの測定が実現できる。
【００１７】
また、スピンドル自身が高速で回転駆動されると、スピンドルからタイヤにタイヤの周方向の力が加えられる。このような力はユニフォーミティ測定における外乱成分であり正確なユニフォーミティの測定を阻害するものである。従ってこのような構成の試験装置において、回転ドラムを駆動させてユニフォーミティ試験を行うことにより、上記外乱成分の発生が防止され、特に高速ユニフォーミティ試験時により正確なユニフォーミティの測定が可能となる。
【００１８】
また、本発明の試験装置は、スピンドル及び回転ドラムのいずれによってもタイヤを回転駆動可能な構成を有するため、一台の装置でユニフォーミティ試験と動釣合試験の両方を実施可能となっている。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施の形態のユニフォーミティ及び動釣合複合試験装置１（以下、複合試験装置１とする）の基本構成を示す側面図である。なお、以下の説明では、図１に示すように「上」と「下」を定義するが、複合試験装置１の構成は上下逆であっても良く、あるいは横置きであっても良い。
【００２０】
複合試験装置１の装置フレームは、ベース５０と、ベース５０から鉛直上方に延びる支柱５２と、支柱５２に支えられた天板５４とから成っている。ベース５０には、タイヤＴを保持して回転させるスピンドル１２０が取り付けられている。
【００２１】
複合試験装置１は、タイヤＴを下部リム１０と上部リム２０とで上下に挟みこんで保持するよう構成されている。まず、このタイヤＴを支持するための構成について説明する。
【００２２】
図２は、スピンドル１２０を示す側断面図である。スピンドル１２０は、中空部１２０ａとブラケット部１２０ｂからなる。また、スピンドル１２０のブラケット部１２０ｂの上端は水平方向に突出してフランジ部１２０ｅを成す。スピンドル１２０はスピンドルハウジング１１０によって（複列円筒ころ軸受１１２ａ及び１１２ｂ、及び組合せアンギュラ玉軸受１１３を介して）回転可能に支持されている。ここで、複列円筒ころ軸受１１２ａ及び１１２ｂはラジアル方向よりスピンドル軸を支持し、また組合せアンギュラ玉軸受１１３はラジアル方向とスラスト方向の双方よりスピンドル軸を支持する。
【００２３】
スピンドル１２０のフランジ部１２０ｅには中空シャフト１７０が同軸に（中心軸が一直線上に並ぶように）固定されている。さらに、中空シャフト１７０の上端部は下部リム１０に嵌入されている。上端部に上部リム２０が固定されたロックシャフト３００を、中空シャフト１７０を貫通してブラケット部１２０ｂに挿入することにより、下部リム１０と上部リム２０との間でタイヤＴを挟み込んで保持することができる。
【００２４】
ここで、ブラケット部１２０ｂのロックシャフト３００が挿入される空洞部の中途はくびれている。ブラケット部１２０ｂにロックシャフト３００が挿入されると、このくびれた部分である嵌合部はロックシャフト３００の側面と密着する。すなわち、ユニフォーミティ試験時においては、回転ドラムからロックシャフト３００に加えられる曲げ荷重をブラケット部１２０ｂの嵌合部は中空シャフト１７０と共に支持する。
【００２５】
また、この嵌合部は複列円筒ころ軸受１１２ａと組合せアンギュラ玉軸受１１３との間に形成されているのでロックシャフト３００からブラケット部１２０ｂの嵌合部に印加されるラジアル方向の荷重は、複列円筒ころ軸受１１２ａと組合せアンギュラ玉軸受１１３の双方によって強固に支持される。
【００２６】
ロックシャフト３００の中部の外周にはロック溝３０２が多段状に形成されている。また、中空シャフト１７０の側面には貫通孔が穿孔されている。この貫通孔にはロック部材１６０が挿置されており、ロック部材１６０はロック用シリンダ１６５によって前記貫通孔内を、ロックシャフト３００の外周面に近接／離間する方向に駆動される。
【００２７】
なお、中空シャフト１７０の上下方向の長さは、中空シャフト１７０の側面に穿孔された貫通孔の上下方向の幅よりもわずかに大きい程度に抑えられている。従って、ブラケット部１２０ｂの嵌合部の位置における曲げモーメントは最低限に抑えられるのでロックシャフト３００および中空シャフト１７０のラジアル方向の変形が抑えられ、より正確なユニフォーミティの測定が可能となる。
【００２８】
図３にスピンドル１２０およびロックシャフト３００の、ロック部材１６０周辺の拡大断面図を示す。ロック部材１６０とロック用シリンダ１６５は、ロックシャフト３００の中心軸に対して放射状に９０°おきに４組設けられている（図３では２組のみ示す）。ロック部材１６０のロックシャフト３００の外周面に対向する先端部にはロック爪１６２が形成されている。ロック爪１６２は縦に６段配列されており、このロック爪１６２がロックシャフト３００のロック溝３０２に係合する。
【００２９】
ロック部材１６０はロック用シリンダ１６５のプランジャー１６６の先端部に取り付けられている。このロック用シリンダ１６５にエアを供給することによって、プランジャー１６６およびロック爪１６２はロックシャフト３００に向かって押圧される。なお、ロック用シリンダ１６５へのエアの供給については後述する。また、プランジャー１６６は、ロック用シリンダ１６５の本体に設けられたばね１６８によってロックシャフト３００から離れる方向に付勢されている。即ち、ロック部材１６０はロックシャフト３００から離れる方向に付勢されている。かくして、ロック用シリンダ１６５がオン（ロック用シリンダ１６５にエアが供給された状態）の時にはロック部材１６０がロックシャフト３００に係合し、ロック用シリンダ１６５がオフ（ロック用シリンダ１６５にエアが供給されていない状態）の時にはロック部材１６０がロックシャフト３００を解放する。
【００３０】
以上のように構成されているため、ロックシャフト３００をスピンドル１２０のブラケット部１２０ｂに挿入してロック用シリンダ１６５をオンすることによって、下部リム１０と上部リム２０の間でタイヤＴを挟んで確実に保持することができる。また、ロック用シリンダ１６５をオフしてロックを解除すると共にロックシャフト３００をスピンドル１２０から引き抜くことにより、下部リム１０と上部リム２０の間からタイヤＴを外すことができる。なお、ロックシャフト３００を駆動するための構成は後述する。
【００３１】
なお、ロック用シリンダ１６５のそれぞれに近接した位置には図示しない近接センサが備えられている。この近接センサはスピンドルハウジング１１０上に固定されており、ロック用シリンダ１６５と近接センサとの距離が１ｍｍ以内であるかどうかを検知可能である。ロック用シリンダ１６５がオフであるときロック用シリンダ１６５と近接センサとの距離が１ｍｍ以内となり、それ以外のときはロック用シリンダ１６５と近接センサとの距離が１ｍｍを越えるような位置に近接センサは設置されている。従って近接センサをモニタリングすることにより、ロック部材１６０がロックシャフト３００に係合する位置（ロック位置）にあるか、ロックシャフト３００から離れた位置（ロック解除位置）にあるかを確認することができる。
【００３２】
複列円筒ころ軸受１１２ａをスピンドル１２０に嵌入する方法を図４を用いて説明する。スピンドル１２０のブラケット部１２０ｂには方形断面のカラー１２１ａが嵌入されている。ここでカラー１２１ａの上面はブラケット部１２０ｂの上端に形成されたフランジ部の下面に当接する。
【００３３】
ここで、ブラケット部１２０ｂの、複列円筒ころ軸受１１２ａと係合する部分の外周は上方に向かって太くなるテーパ面１２０ｄを形成している。また、複列円筒ころ軸受１１２ａの内周は、テーパ面１２０ｄと同一勾配の、上方に向かって太くなるテーパ状に形成されている。また、テーパ面１２０ｄの上端部の径は複列円筒ころ軸受１１２ａの内周の径よりもわずかに大きい。
【００３４】
さらに、複列円筒ころ軸受１１２ａと組合せアンギュラ玉軸受１１３との間には方形断面のカラー１２１ｂが嵌入されている。ここでカラー１２１ｂの上面は複列円筒ころ軸受１１２ａの下端に当接する。同様に、カラー１２１ｂの下面は組合せアンギュラ玉軸受１１３の上端に当接する。さらに、ブラケット部１２０ｂには方形断面のカラー１２１ｃが嵌入されている。ここで、カラー１２１ｃの上面は組合せアンギュラ玉軸受１１３の下端に当接する。
【００３５】
さらに、ブラケット部１２０ｂにはおねじ部１２０ｃが螺設されている。なお、おねじ部１２０ｃはカラー１２１ａ、複列円筒ころ軸受１１２ａ、カラー１２１ｂ、組合せアンギュラ玉軸受１１３およびカラー１２１ｃをブラケット部１２０ｂに嵌入したときのカラー１２１ｃの下面より下方に螺接されている。
【００３６】
ここで、カラー１２１ａ、複列円筒ころ軸受１１２ａ、カラー１２１ｂ、組合せアンギュラ玉軸受１１３およびカラー１２１ｃをブラケット部１２０ｂに順次嵌入する。なお、このとき複列円筒ころ軸受１１２ａはブラケット部１２０ｂに嵌入される。
【００３７】
次いで、おねじ部１２０ｃと螺接可能なめねじ部が内周に形成された付勢ナット１１４ａをおねじ部１２０ｃに螺着し、さらに所定のトルクで締め付けることにより、複列円筒ころ軸受１１２ａは上方に押し込まれる。次いで、付勢ナット１１４ａのゆるみを防止するため、おねじ部１２０ｃにゆるみ止めナット１１４ｂを螺着し、ゆるみ止めナット１１４ｂの上面を付勢ナット１１４ａの下面に対して付勢させる。
【００３８】
前述のようにテーパ面１２０ｄの上端部の径は複列円筒ころ軸受１１２ａの内周の径よりもわずかに大きいので、この結果、テーパ面１２０ｄと複列円筒ころ軸受１１２ａの内周は密着する。よって、スピンドル１２０と複列円筒ころ軸受１１２ａの内輪が完全に一体化されるのでスピンドル１２０と複列円筒ころ軸受１１２ａとの間のガタツキが防止される。さらに、組合せアンギュラ玉軸受１１３の内輪と鋼球、および鋼球と外輪とのクリアランスが最小限に抑えられるため、組合せアンギュラ玉軸受１１３の内輪と鋼球、および鋼球と外輪との間のガタツキが防止される。
【００３９】
なお、複列円筒ころ軸受１１２ｂをスピンドル１２０に嵌入する方法は複列円筒ころ軸受１１２ａをスピンドル１２０に嵌入する方法と同様である。ここで、複列円筒ころ軸受１１２ｂにかかるラジアル方向の荷重は複列円筒ころ軸受１１２ａにかかるラジアル方向の荷重と比べて小さいので、付勢ナットが直接複列円筒ころ軸受１１２ｂを付勢するようにすればよく、ゆるみ止めナットは使用しない。すなわち、複列円筒ころ軸受１１２ｂをスピンドル１２０の中空部１２０ａに嵌入した後、中空部１２０ａの外周に螺接されたおねじ部に付勢ナット１１４ｃを螺着する。
【００４０】
スピンドルハウジング１１０は、角柱形状の部材であり、その中央部スラスト方向に複列円筒ころ軸受１１２ａ及び１１２ｂ、及び組合せアンギュラ玉軸受１１３を装着可能な貫通孔が穿孔されている。また、図１に示されるように、複合試験装置１の装置フレームから略水平方向に延出する支持軸によって、スピンドルハウジング１１０は後述する圧電素子固定プレート１０２を介してベース５０に剛体支持されている。
【００４１】
ユニフォーミティ試験では、スピンドル１２０の側方に設けられた回転ドラム３０を用いる。回転ドラム３０は、タイヤＴに対して近接／離間する方向に延びるレール３１の上をスライド可能な可動ハウジング３２に搭載され、図示しないモータにより駆動されるラックピニオン機構３５（ピニオン３６・ラック３８）によってタイヤＴに対して近接／離間方向に移動する。また、回転ドラム３０は図示しないモータによって任意の回転数で回転可能である。
【００４２】
ユニフォーミティ試験を実施する際には、ラックピニオン機構３５によってこの回転ドラム３０をタイヤＴに当接させ、さらに回転ドラム３０をタイヤＴに数百ｋｇｆ以上の力で押し付ける。次いで、この状態で回転ドラム３０を回転させ（従って回転ドラム３０に当接しているタイヤＴも回転ドラム３０に伴って回転する）、そのときの負荷の変動から回転しているタイヤが発生する力のばらつきを測定する試験である。
【００４３】
一方、動釣合試験は回転ドラム３０をタイヤＴから離間させた状態でスピンドル１２０ごとタイヤＴを回転させ、そのときにタイヤＴの不釣合いから生じる加振力からタイヤの偏心状態を測定する試験である。
【００４４】
本発明の実施の形態においては、ユニフォーミティ試験における上記負荷の変動および動釣合試験における上記加振力はスピンドルハウジング１１０の一側面の４箇所に設置された３軸圧電素子１８５によって計測される。
【００４５】
圧電素子１８５は、例えばＫＩＳＴＬＥＲ社製水晶式圧電式力センサ９０６７のような円筒形状のセンサであり、任意の方向に印加された荷重を直交３成分力として検出し、電気信号に変換する。なお、圧電素子１８５の測定範囲はその円筒軸方向（すなわち、ユニフォーミティ試験時に回転ドラムがタイヤを押圧する方向）成分がおよそ０〜２００００ｋｇｆ、他の２成分がおよそ−２０００〜２０００ｋｇｆである。また、スピンドル１２０が受ける荷重を正確に計測するため、圧電素子１８５はスピンドルハウジング１１０と一体化されている。
【００４６】
すなわち、圧電素子１８５をスピンドルハウジング１１０と一体化させるために、圧電素子固定プレート１０２とスピンドルハウジング１１０の一側面との間に圧電素子１８５は挟持されている。圧電素子固定プレート１０２の圧電素子１８５が当接している箇所には、圧電素子固定プレート１０２の板厚方向に圧電素子１８５の穴部と略同径の貫通孔１０２ａが穿孔されている。同様に、スピンドルハウジング１１０の圧電素子１８５が当接している箇所には、圧電素子１８５が取り付けられるスピンドルハウジング１１０の一側面の板厚方向に圧電素子１８５の穴部と略同径の貫通孔１１０ａが穿孔されている。なお、スピンドルハウジング１１０の貫通孔１１０ａの内周にはめねじが螺刻されている。
【００４７】
また、スピンドルハウジング１１０の貫通孔１１０ａのめねじと螺接可能なするおねじが全側面にわたって螺刻された円柱形上のバー１８６が、圧電素子固定プレート１０２の貫通孔１０２ａおよび圧電素子１８５に挿通されている。さらにバー１８６はスピンドルハウジング１１０の貫通孔１１０ａに螺嵌されている。なお、バー１８６の先端部は複列円筒ころ軸受１１２ａまたは１１２ｂと当接している。
【００４８】
ここで、バー１８６の圧電素子固定プレート１０２より突出している部分（図２中左側）はナット１８７が螺着されている。ナット１８７は所定のトルクで締め上げられており、その結果ナット１８７は約５０００ｋｇｆの軸力で圧電素子固定プレート１０２を押圧する。従って、圧電素子１８５は、圧電素子固定プレート１０２とスピンドルハウジング１１０の一側面との間に約５０００ｋｇｆの力で挟持され、圧電素子固定プレート１０２及びスピンドルハウジング１１０と一体化する。
【００４９】
スピンドル１２０の下端には、動釣合試験時にスピンドル１２０を回転駆動するためのプーリ１４０が取り付けられている。また、ベース５０には図示しないラックピニオン機構によってスピンドルに向かって水平に進退可能なスピンドル駆動モータ１３０が設置されている。スピンドル駆動モータ１３０の回転軸には駆動プーリ１４４がスピンドル１２０のプーリ１４０と同じ高さに取り付けられている。また、駆動プーリ１４４およびスピンドル１２０のプーリ１４０と同一平面上に一対の従動プーリ１４３が回転可能に設置されている。なお、従動プーリ１４３は上記の図示しないラックピニオン機構によってスピンドル駆動モータ１３０と共に進退する。ここで無端ベルト１４２が駆動プーリ１４４および従動プーリ１４３に掛け渡されており、スピンドル駆動モータ１３０により無端ベルト１４２を所定速度で進行させることができる。
【００５０】
スピンドル駆動モータ１３０により（無端ベルト１４２を介して）スピンドル１２０のプーリ１４０を回転駆動する方法を図６に示す。スピンドル駆動モータ１３０によって駆動プーリ１４４は所定方向（図６中では反時計回り）に所定回転数で回転している。
【００５１】
スピンドル駆動モータ１３０によってスピンドル１２０のプーリ１４０を回転駆動しないときは、スピンドル駆動モータ１３０、駆動プーリ１４４、従動プーリ１４３および無端ベルト１４２は、無端ベルト１４２がスピンドル１２０のプーリ１４０に当接しないように退避している（図６中破線部分）。この状態からスピンドル駆動モータ１３０、駆動プーリ１４４、従動プーリ１４３および無端ベルト１４２を上記の図示しないラックピニオン機構によりスピンドル１２０に向かって移動させ、無端ベルト１４２がスピンドル１２０のプーリ１４０を付勢するようにする。無端ベルト１４２はスピンドル駆動モータ１３０、駆動プーリ１４４および従動プーリ１４３によって所定方向（図中矢印方向）に進行しているので、無端ベルト１４２と当接するスピンドル１２０のプーリ１４０は駆動プーリ１４４の回転方向と反対方向（図６中では時計回り）に回転する。従って、下部リム１０と上部リム２０の間でタイヤＴを保持したままスピンドル１２０が回転する。
【００５２】
スピンドル１２０は、その中空部１２０ａの下端に設けられたロータリージョイント１４５から空気をタイヤＴに送り込む（インフレートする）よう構成されている。そのため、スピンドル１２０の中空部１２０ａには、この中空部１２０ａを上下に貫通するエアパイプ１１５が設けられている。エアパイプ１１５の上端部はフランジ１１６によりエアパイプ１１５に固定され、下端部はロータリージョイント１４５に連結されている。
【００５３】
ロータリージョイント１４５には、エアパイプ１１５に空気を送り込むためのエアホース１３２が連結されている。エアホース１３２からロータリージョイント１４５を経由して送り込まれた空気は、エアパイプ１１５を上方に抜け、ブラケット部１２０ｂ内に形成されたエア通路１３８にさらに抜け、切換弁１３１に到達する。切換弁１３１はエア通路１３８に抜けた空気をブラケット部１２０ｂか中空シャフト１７０のエア通路１７２に向かうエア通路１３５のどちらに送るかを切り替えるものである。なお、ホイール未装着のタイヤＴを試験する場合は、エア通路１３８に抜けた空気はエア通路１３５に向かうよう設定されている。従って、エアホース１３２からロータリージョイント１４５を経由して送り込まれた空気は、中空シャフト１７０のエア通路１７２を通ってタイヤＴの内部に送り込まれる。
【００５４】
かくして、ロータリージョイント１４５からエア通路１７２までの部分が、タイヤＴにエアをインフレートするためのエア供給系を構成する。また、エア通路１３５からは、前述のロック用シリンダ１６５にエアを供給するためのエア通路１３６が分岐している。エア通路１３６の中途には開閉弁１３３が設置されている。すなわち、ロック用シリンダ１６５をオンにする場合は開閉弁１３３を開いてロック用シリンダ１６５にエアを供給する。
【００５５】
なお、上部リム２０をロックシャフト３００に取り付けるための取付部材３１０の先端には、後述のチャック爪２１０に外側から係合される係合フランジ部３２０が設けられている。
【００５６】
ロックシャフト３００を上下に駆動してスピンドル１２０に挿入する（あるいは引き抜く）インサーターユニット２００は、図１に示す天板５４のさらに上方に配置された昇降ハウジング６０に取り付けられている。昇降ハウジング６０は、４組の鉛直方向に延びるリニアガイド６１によって上下動可能に支持されている。また、昇降ハウジング６０はサーボモータ６６によって駆動されるボールねじ６５と、昇降ハウジング６０外面に設けられたボールねじ６５に螺合するねじ孔が穿孔されたアーム部６７によって上下に駆動される。
【００５７】
図５は、インサーターユニット２００の構造を示す側面図である。インサーターユニット２００は、略円筒形状のユニット本体２４０を有している。ユニット本体２４０は、略円筒形状のユニット本体２４０とスピンドル１２０とが同軸に（中心軸が一直線上に並ぶように）なるように昇降ハウジング６０に取り付けられている。
【００５８】
ユニット本体２４０の下部にはロックシャフト３００の係合フランジ部３２０に外側から係合する３本（図５中では２本のみ記載）のチャック爪２１０が設けられている。チャック爪２１０は図示しないバネ部材によってユニット本体２４０のラジアル方向外側に向けて付勢されている。
【００５９】
また、チャック爪２１０はエア圧によりユニット本体２４０のラジアル方向に駆動される。すなわち、ユニット本体２４０内に備えられた図示しないエア供給口にエアを供給すると、このエアはチャック爪２１０をユニット本体２４０のラジアル方向内側に向けて付勢する。従ってユニット本体２４０にエアを供給することにより、チャック爪２１０がユニット本体２４０のラジアル方向内側に移動し、ロックシャフト３００の係合フランジ部３２０をチャックする。一方この状態からユニット本体２４０よりエアを抜くと、バネ部材の付勢力によってチャック爪２１０はユニット本体２４０のラジアル方向外側に移動し、チャックが解除される。
【００６０】
以上のように構成された複合試験装置１によるタイヤＴの保持は以下のようにして行われる。まずインサーターユニット２００のユニット本体２４０にエアを供給してチャック爪２１０でロックシャフト３００をチャックし、ボールねじ６５を駆動して昇降ハウジング６０を上昇させてロックシャフト３００をスピンドル１２０から引き抜く。次いで、下部リム１０にタイヤＴをセットした後、ボールねじ６５を再び駆動して昇降ハウジング６０をタイヤＴのリム幅に応じた適切な位置に下降させる。次いで、ロック用シリンダ１６５をオンして、ロック部材１６０をロックシャフト３００に係合させる。さらに、インサーターユニット２００のユニット本体２４０からエアを抜いてチャック爪２１０によるチャックを解除し、上部リムがスピンドル１２０に伴って回転できるようにする。
【００６１】
なお、ロックシャフト３００の多段のロック溝３０２のどの段に（ロック部材１６０の）ロック爪１６２を係合させるかによって、上部リム１０と下部リム２０との間隔をタイヤ幅に合わせて調節することができる。この調節については、説明を省略する。
【００６２】
次に、複合試験装置１を用いたユニフォーミティ試験と動釣合試験について説明する。本発明の実施の形態においては、１つのタイヤについて、ＪＡＳＯ Ｃ６０７規格によるユニフォーミティ試験、高速ユニフォーミティ試験、動釣合試験を連続して実施する。
【００６３】
まず最初にインサーターユニット２００を用いて下部リム１０と上部リム２０の間にタイヤＴを保持し、次いでタイヤＴの内部に空気をインフレートする。このときスピンドル駆動モータ１３０、駆動プーリ１４４、従動プーリ１４３および無端ベルト１４２はスピンドル１２０側にあり、無端ベルト１４２はスピンドル１２０のプーリ１４０を付勢している。スピンドル駆動モータ１３０は停止しているので無端ベルト１４２とスピンドル１２０のプーリ１４０との摩擦力によりスピンドルが回転するのを防止している。
【００６４】
次いで、ＪＡＳＯ Ｃ６０７規格によるユニフォーミティ試験を実施する。ここで、ユニフォーミティ試験の実施に先立って、スピンドル駆動モータ１３０、駆動プーリ１４４、従動プーリ１４３および無端ベルト１４２は、無端ベルト１４２がスピンドル１２０のプーリ１４０に当接しないように退避する。次いで、複合試験装置１の制御部（図示せず）は、ラックピニオン機構３５により回転ドラム３０を所定の荷重でタイヤＴに押し付ける。なお、回転ドラム３０がタイヤＴを押圧する荷重はタイヤの種類によって異なり、例えば乗用車用タイヤであれば約１トンである。
【００６５】
次いで、回転ドラム３０を回転駆動し、タイヤＴを６０ｒｐｍで回転させる。そして、圧電素子１８５によりタイヤＴが受ける負荷変動を検出する。検出された負荷変動に基づいてユニフォーミティを計算する方法は公知であるため、説明は省略する。
【００６６】
次いで、回転ドラム３０の回転数を上げて高速ユニフォーミティ試験を行う。高速ユニフォーミティ試験時のタイヤＴの回転数はタイヤの外径によって異なるが、例えば外径６００ｍｍの乗用車用タイヤを試験する場合は、タイヤＴの周速が１４０ｋｍ／ｈとなるように、回転ドラム３０によってタイヤＴは１２３８．５ｒｐｍで回転駆動される。そして、圧電素子１８５によりタイヤＴが受ける負荷変動を検出する。検出された負荷変動に基づいてユニフォーミティを計算する方法は公知であるため、説明は省略する。なお、このとき、無端ベルト１４２の進行速度がスピンドル１２０と共に回転するプーリ１４０の周速と同一となるように、スピンドル駆動モータ１３０は駆動プーリ１４４を駆動している。
【００６７】
さらに引き続いて、動釣合試験が実施される。すなわち、スピンドル駆動モータ１３０、駆動プーリ１４４、従動プーリ１４３および無端ベルト１４２を前記ラックピニオン機構によりスピンドル１２０に向かって移動させるとともにラックピニオン機構３５により回転ドラム３０をタイヤＴから離間させる。このスピンドル駆動モータ１３０、駆動プーリ１４４、従動プーリ１４３および無端ベルト１４２の移動、及び回転ドラム３０の離間はきわめて短時間のうちに行われるので、タイヤＴの駆動源は（タイヤＴは減速されることなく）スムースにスピンドル駆動モータ１３０に切り替わる。
【００６８】
次いで、スピンドル１２０の回転中に圧電素子１８５にかかる負荷の変動を検出する。検出された負荷変動に基づいて動釣合を計算する方法は公知であるため、説明は省略する。また、このとき検出された負荷変動から上部リム及び下部リムのアンバランスを算出し、このアンバランスからユニフォーミティのＴＦＶを較正する。
【００６９】
複合試験装置１は、ＪＡＳＯ Ｃ６０７規格によるユニフォーミティの計算結果および高速ユニフォーミティの計算結果に基づいてタイヤＴのどの部分をどれだけ削るかを算出し、図示しない切削装置によってタイヤＴの切削を行う。同様に、複合試験装置１は、動釣合の計算結果に基づいてタイヤＴのどの部分にバランスウエイトを載せるべきかを算出し、図示しないマーキング装置によって、当該箇所にマーキングを施す。
【００７０】
なお、本発明の実施の形態においては、高速ユニフォーミティ試験時にタイヤＴを周速１４０ｋｍ／ｈ相当の回転数で回転させているが、より高い回転数でタイヤＴを回転させる構成としても構わない。例えば、外径６００ｍｍのタイヤＴを周速３４０ｋｍ／ｈ相当の周速で回転させるように３０００ｒｐｍ程度の回転数でタイヤＴを回転させて高速ユニフォーミティ試験を行ってもよい。
【００７１】
また、この実施形態の複合測定装置１は上記のようなホイール装着前のタイヤのみにとどまらず、ホイール装着後のタイヤに対してもユニフォーミティと動釣合の両方を測定することができる。ホイール装着後のタイヤに対して試験を行う場合は、上部リム２０が固定されたロックシャフト３００の代わりにホイールを上から押圧するトップアダプタを、また下部リム１０が固定された中空シャフト１７０の代わりに、タイヤのホイールを下方より支持すると共に前記トップアダプタを下方に引き込む引き込みユニットを用いている。すなわち、ホイールつきのタイヤはそのホイール部分を前記トップアダプタと前記引き込みユニットとに挟持される。
【００７２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のタイヤのユニフォーミティ及び動釣合複合試験装置によれば、高速回転するタイヤのユニフォーミティをより正確に測定可能となるとともに、より簡素な構成でユニフォーミティ試験と動釣合試験とを実施可能な装置が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態のユニフォーミティ及び動釣合複合試験装置の基本構成を示す側面図である。
【図２】 本発明の実施の形態のスピンドルを示す側断面図である。
【図３】 本発明の実施の形態のスピンドルおよびロックシャフトの、ロック部材周辺の拡大断面図である。
【図４】 本発明の実施の形態のスピンドルおよびロックシャフトの、ロック部材周辺における一部切断した斜視図である。
【図５】 本発明の実施の形態のインサーターユニットの内部構造を示す側面図である。
【図６】 本発明の実施の形態において、スピンドル駆動モータによりスピンドルを回転駆動する方法を模式的に示したものである。
【符号の説明】
１ 複合試験装置
１０ 下部リム
２０ 上部リム
３０ 回転ドラム
５０ ベース
６０ 昇降ハウジング
６５ ボールねじ
６６ サーボモータ
６７ アーム部
１０２ 圧電素子固定プレート
１１０ スピンドルハウジング
１１２ａ 複列円筒ころ軸受
１１２ｂ 複列円筒ころ軸受
１１３ 組合せアンギュラ玉軸受
１１４ カラー
１２０ スピンドル
１２０ｂ ブラケット部
１２０ｃ おねじ部
１２０ｄ テーパ面
１３０ スピンドル駆動モータ
１４０ プーリ
１４２ 無端ベルト
１４３ 従動プーリ
１４４ 駆動プーリ
１６０ ロック部材
１６２ ロック爪
１８５ 圧電素子
１８７ ナット
２００ インサーターユニット
２４０ ユニット本体
２１０ チャック爪
３００ ロックシャフト
３０２ ロック溝
３２０ 係合フランジ部
Claims (6)
- 回転可能なスピンドルに取り付けられたタイヤのユニフォーミティ試験及び動釣合試験を行うよう構成された装置であって、
前記スピンドルを回転自在に支持するスピンドルハウジングと、
圧電素子固定部材と、
前記スピンドルハウジング側面と前記圧電素子固定部材との間に挟持される、任意の方向に作用する力を直交３成分力として計測可能な複数の３成分圧電素子と、
前記スピンドルと平行な回転軸を有し、外周面が前記タイヤと離接可能に構成された回転ドラムと、
前記複数の３成分圧電素子によって計測されたタイヤの受ける負荷変動からタイヤのユニフォーミティを計算する手段と、
前記複数の３成分圧電素子によって計測されたタイヤの回転によって発生する加振力からタイヤの偏心状態を計算する手段と、
を有し、
前記圧電素子固定部材が剛体支持されることによって、前記スピンドルハウジングは剛体支持されており、
前記スピンドル及び前記回転ドラムのいずれによってもタイヤを回転駆動可能である、
ことを特徴とする、タイヤのユニフォーミティ及び動釣合複合試験装置。 - 前記複数の３成分圧電素子は、前記スピンドルハウジング側面と前記圧電素子固定部材との間に挟持されることによって圧縮荷重を受け、前記圧縮荷重の方向は前記３成分圧電素子が測定する直交３成分のうちの１成分と同一方向である、ことを特徴とする、請求項１に記載のタイヤのユニフォーミティ及び動釣合複合試験装置。
- 前記スピンドルハウジングが、そのスラスト方向に前記スピンドルが挿通支持される穴部が形成された多角形柱状に形成され、前記複数の３成分圧電素子は前記スピンドルハウジングの側面の一つである第１の側面に配置され、前記圧電素子固定部材が平板状に形成され、前記圧電素子固定部材と前記第１の側面が平行であることを特徴とする、請求項１又は２に記載のタイヤのユニフォーミティ及び動釣合複合試験装置。
- 前記スピンドルハウジング側面と前記圧電素子固定部材との間に前記複数の３成分圧電素子がねじで夫々挟持されており、
複数の前記ねじの各々が前記複数の３成分圧電素子の各々に形成された筒内に挿通されていることを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載のタイヤのユニフォーミティ及び動釣合複合試験装置。 - ユニフォーミティ試験時にタイヤに接触させた前記回転ドラムを回転駆動することによってタイヤを回転させ、動釣合試験時に前記回転ドラムをタイヤから離間させて前記スピンドルを回転駆動することによってタイヤを回転させる、ことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のタイヤのユニフォーミティ及び動釣合複合試験装置。
- 前記ユニフォーミティ及び動釣合複合試験装置は、
前記回転ドラムを回転駆動する回転ドラム駆動手段と、
前記スピンドルを回転駆動するスピンドル駆動手段と、
ユニフォーミティ試験時に前記回転ドラムが回転駆動されるように前記回転ドラム駆動手段を制御すると共に、前記スピンドルが回転駆動されるよう前記スピンドル駆動手段を制御してタイヤの動釣合試験を実施可能とする駆動制御手段と、
をさらに有する、ことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のタイヤのユニフォーミティ及び動釣合複合試験装置。
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