JP4015095B2 - タイヤ試験装置 - Google Patents

Description

本発明は、タイヤ試験装置に関するものである。

この種のタイヤ試験装置として、タイヤが発生する力のバラツキを測定するユニフォーミティ試験装置が知られている。
ユニフォーミティ試験は、タイヤを回転ドラムに回転可能な状態で押し当てた状態で、何らかの方法でタイヤを回転させ、タイヤの径方向と前後方向並びにタイヤの回転軸方向の何れか、若しくは同時に複数方向の力変動を計測するように構成されている。
また、タイヤの不釣り合い量を計測する動的釣り合い試験もよく知られており、これは回転ドラムに押し付けない状態でタイヤを回転可能とする機構と、不釣り合いによりタイヤあるいはタイヤを取り付けたスピンドルに作用する回転遠心力を検出する機構が必要となるが、前記と同様な機器で構成されることがある。

このユニフォーミティ試験や動的釣り合い試験を行うためのタイヤ試験装置として、例えば特開平１１−２２３５７１号公報（特許文献１）や特開２００２−３５０２９３号公報（特許文献２）に記載のものが公知である。
これら従来の試験装置は、何らかのハウジング支持構造によって支持されたスピンドルハウジング内に軸受けが納められ、その軸受け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、所定の回転数で回転させるものであった。
ユニフォーミティ試験時においては、通常タイヤは回転ドラムに規定の力で押し付けられており、したがってこの時、タイヤと回転ドラムの間で生じる力は、前記の規定の押し付け力と、タイヤが発生する力の変動を合算したものである。

ユニフォーミティ試験装置は、タイヤと回転ドラムの間で生じるこうした力の変動を、スピンドルハウジング側か或いは回転ドラム側の何れかに取り付けた、力検出装置により計測し、規定の押し付け力を差し引いてタイヤが発生する力の変動を求めるものである。
また、動的釣り合い試験においては、通常タイヤは回転ドラムに押し付けられておらず、したがってこの時、不釣り合いによりタイヤ或いはタイヤを取り付けたスピンドルに作用する回転遠心力を、スピンドルハウジング側に取り付けた力検出装置により計測し残留不釣り合い量（ＪＩＳ Ｂ０９０５参照）を演算で求めるものである。

ユニフォーミティ試験においては、通常、タイヤの回転数が６０ｒｐｍ程度、すなわち１Ｈｚ程度の低速で実施される。タイヤの発生する力の変動の内、タイヤや回転数の高次成分周波数まで計測する必要がある場合、計測が必要な周波数範囲は精々１０Ｈｚ程度以下である。
動的釣り合い試験においては、通常、タイヤの回転数が数十から１５００ｒｐｍの範囲、すなわち数Ｈｚから２０Ｈｚ程度とユニフォーミティ試験と比較して高速になると考えられるが、タイヤの回転数同期成分のみを計測すれば良いので、計測が必要な周波数範囲は、精々２０Ｈｚ程度以下と考えられる。

さて、前述のような構成の装置を用いて力を計測する場合、計測すべき周波数帯域内或いはその近傍に、スピンドルを支持する軸受けや軸受けを納めるハウジング並びにハウジングを支持する支持構造などの剛性と、それらの重量から決定される機械系固有振動数が存在する場合、共振の影響を受け、力検出精度が低下する問題があった。
機械系固有振動数での共振の影響を排除するには、機械系固有振動数を、測定すべき最高周波数の、望ましくは３乃至４倍以上にしておく必要がある。
従って、ユニフォーミティ試験或いは動的釣り合い試験においては、前述の測定が必要な周波数範囲から考えて、機械系固有振動数は、例えば、３０から６０Ｈｚ以上にしておく必要があるが、機械系固有振動数をその周波数以上に保つことは、従来技術の範囲では比較的容易に達成可能と考えられる。

しかし、近年、実際タイヤが使用される場合と同様に、タイヤを高速回転した状態でのユニフォーミティを精度良く検出する試験装置、所謂、高速ユニフォーミティ試験装置が望まれている。
高速ユニフォーミティ試験で必要とされるタイヤの回転数は、最高で２０００ｒｐｍ程度すなわち３５Ｈｚ程度と考えられる。したがって、タイヤの発生する力の変動の内、タイヤ回転数の高次成分周波数まで計測する必要があるとすると、計測が必要な最高周波数は高くなる。

しかしながら、前述の如く、精度良く計測可能な周波数範囲の上限は、機械系固有振動数で決まってしまう。
従って、機械系固有振動数を可能な限り高く保つことは、高速ユニフォーミティ試験装置にとって、測定可能な周波数の上限を決める重要な技術と言える。
特開平１１−２２３５７１号公報 特開２００２−３５０２９３号公報（図１）

機械系固有振動数を高く保つ方法として、例えば、前記特許文献１又は２に記載のものでは、軸受けや力検出器に剛性の高いものを使用するなどの工夫が見られるが、ハウジング支持構造については、実際には機械系固有振動数を高く保つために重要な要素にもかかわらず、特に明記されていない。
一般には、ハウジング支持構造を構成する要素の板厚を上げるか、あるいは構成する部材を増やす等の対策が有効と考えられるが、闇雲に実施すると重量と製作コストの増大を招く。

以上の事情に鑑み、本発明は、高周波帯域にわたり、高精度な計測を行うために必須となる、高い固有振動数を有するハウジング支持構造を、可能な限り低い重量と製造コストで実現することができるタイヤ試験装置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、次の手段を講じた。即ち、本発明の特徴とするところは、タイヤを着脱自在に装着し且つ回転軸芯が上下方向を向くスピンドル装置を回転自在に支持するスピンドルハウジング装置と、該ハウジング装置を固定側に支持する支持装置とを有するタイヤ試験装置において、前記支持装置は、固定側に固定される底板と、底板上に立設されて上部が前記スピンドルハウジング装置に固定される支脚部とを有し、前記支脚部は複数個の柱で構成されており、前記各柱は、その水平面内における断面積が上方に行くに従って減少する形状に形成されて下端から上端にかけて前記スピンドル装置の回転軸芯に向けて延設され、各柱の下端側は前記底板に固定され、各柱の上端側は前記スピンドルハウジング装置に固定されている点にある。

前記構成の本発明によれば、底板を有するので、支持構造の断面変化を少なくでき、構造全体の剛性を向上できる。
すなわち、支脚部を個別に基礎にアンカーボルト等で固定する方法では、下記のような幾つかの問題点があり、高い剛性を確保しづらい。
（１）基礎と接する箇所の面積を大きく取ることができないので、剛性確保上不利となる。
（２）スペースなどの制約により、アンカーボルトサイズ（即ち断面積）が小さくならざるを得ず、結果として剛性確保上不利となる。
（３）実際の施工の際に個々の支脚部間のレベル出し等の作業が非常に難しい。レベル出しを完全に行わない状態だと、基礎と支脚接地箇所の間に隙間が生じることになり、局所的な変形を生じるなどしてその箇所の剛性が極端に下がることがある。すなわち、現場での施工状況、技量、基礎の状況に大きく左右されることになる。

しかし、本発明では、上記の問題を避けるため、まず強固な底板を用意し、溶接などの工法により底板上に支脚部を直接接合し、底板を基礎上にアンカーボルト等で強固に固定することにした。このようにすれば、前記のような各問題点を回避することが可能となると共に、強固な底板があるので、前記（３）のように、基礎などの施工状況（接地部平面度等）に大きく左右されることなく、結果として安定して高い剛性を確保することができる。
一般的に機械系の動剛性の向上策は、重量（特に固定部から離れた部分）の低減、或いは、剛性の増加によるが、本発明によれば、上に向かって断面積を減らすと、剛性を大きく損なわず、重量を減らして、結果、動剛性（周波数応答関数の一つで、加振力と変位の比（力／変位）を周波数の関数として示したもの）の向上に寄与する。

このような柱構造とすることにより、下部のスペースが空き、機械のメンテナンスや調整がし易くなる。
前記スピンドルハウジング装置及びスピンドル装置は、平面視で矩形状の一の底板の中心部に配置され、前記一の底板上に、当該底板の四隅から前記スピンドル装置の回転軸芯に向けて延設される少なくとも４本の柱が配置されており、当該４本の各柱の下端側が前記一の底板に固定され、上端側が前記スピンドルハウジング装置に固定されているのが好ましい。

前記柱は、前記スピンドルハウジング装置を周方向等間隔で支持するように配置され、且つ、柱の断面図心が下広がりの傾斜状となるように配置されているのが好ましい。
このような構成とすることにより、更に固有振動数を高くすることができる。すなわち、支脚部を中心に向かって傾斜状に配置することで、単に断面積を減らした場合に対し、特に支持構造の横揺れ振動に関し、大きな剛性を得ることが可能になり、結果、固有振動数の向上に寄与する。

本発明によれば、高周波帯域にわたり、高精度な計測を行うために必須となる、高い固有振動数を有するハウジング支持構造を、可能な限り低い重量と製造コストで実現することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
図１に示すものは、タイヤ試験装置の全体図である。この試験装置は、タイヤ１（図１では省略しているので図２参照）を着脱自在に装着するスピンドル装置２を回転自在に支持するスピンドルハウジング装置３と、該ハウジング装置３を固定側に支持する支持装置４とを有する。この実施の形態では、固定側とは基礎フロアを指す。更にこの試験装置は、スピンドルハウジング装置３に装着されたタイヤに回転と負荷を付与するドラム装置５を有する。

前記スピンドル装置２は、同一垂直軸心上に配置された上部スピンドル６と下部スピンドル７とを上下方向分離自在に有する。上部スピンドル６は、昇降ロッド８の下端に回転自在に設けられ、該昇降ロッド８は昇降シリンダ９に上下動自在に設けられている。昇降シリンダ９は、固定側である基礎に立設されたフレーム１０に固定されている。
前記下部スピンドル７は、前記スピンドルハウジング装置３に回転自在に支持されている。この下部スピンドル７を回転駆動する駆動装置（図示省略）が設けられている。なお、下部スピンドル７は、この駆動装置より縁が切られて遊転自在となるよう構成されている。

前記上部スピンドル６の下端に上部リム１１が設けられ、下部スピンドル７の上端に下部リム１２が設けられ、これら上下部リム１１，１２間にタイヤを挟持するよう構成されている。
前記スピンドルハウジング装置３は、筒状に形成され、ベアリング（図示省略）等により前記下部スピンドル７を回転自在に支持する。このスピンドルハウジング装置３に、タイヤのユニフォーミティを測定するための三軸ロードセル等よりなる荷重センサ（図示省略）が設けられている。

前記支持装置４は、固定側である基礎フロアに固定される底板１３と、底板１３上に立設されて上部が前記スピンドルハウジング装置３に固定される支脚部１４とを有する。この支脚部１４は、その水平面内における断面積が、上方に行くに従って減少する形状に形成されている（その詳細は、後述の図２〜５で説明する。）。
前記ドラム装置５は、前記支持装置４の側方に配置され、固定側である基礎に固定される架台１５と、該架台１５上に水平方向移動自在に設けられたドラムハウジング１６を有する。ドラムハウジング１６には、ドラム１７が垂直軸姿勢で回転自在に支持されている。また、ドラムハウジング１６には、ドラム１７を回転駆動する駆動装置１８が設けられている。

前記ドラムハウジング１６と架台１５との間に、進退機構１９が設けられ、該進退機構１９により、前記ドラム１７外周面がスピンドル装置２に装着されたタイヤ外周面に所定の力で押し付けられるよう構成されている。この進退機構１９は、流体圧シリンダにより構成されている。ドラムハウジング１６には、ドラム１７の移動位置を検出するためのドラムセンサ２０が設けられている。
図２〜５に、前記支持装置４の詳細を示す。支持装置４の底板１３は、厚板であり、その周囲をボルトなどの締結手段２１により固定側の基礎に強固に固定されている。この実施の形態では、底板１３は四角形の鋼板でその厚みは１００ｍｍとされその中心部に丸孔２２が設けられている。外周一辺当たり四本、内周４本の計１６本のボルトで基礎に固定されている。

前記支脚部１４は複数個の柱２３で構成されている。この実施の形態では、底板１３の四隅より立設された四本の柱２３からなる。この柱２３は、断面中空四角形に形成されている。すなわち、四辺を板厚３８〜５０ｍｍの鋼板で溶接して断面中空四角形に形成されている。柱２３の下端は、底板１３に溶接で固定されている。
柱２３の上端には、四本の柱２３を連結するように固定フレーム２４が溶接で固定されている。固定フレーム２４は、底板１３よりも小さな相似形の四角形に形成され、その中心部に前記スピンドルハウジング装置３が固定されている。

固定フレーム２４は、四角形の下部板２５と該下部板２５よりも小さな四角形をした上部板２６とを有し、上下部板２５，２６間を中空の四角筒２７で溶接固定されている。この四角筒２７の外周囲面と下部板２５との間にリブ２８が設けられている。
而して、前記柱２３は、前記スピンドルハウジング装置３を周方向等間隔で支持するように配置されたものとなっている。そして、柱２３の断面図心が下広がりの傾斜状となるように配置されている。支持装置４に支持されたスピンドルハウジング装置３の下端と基礎フロア間には、メンテナンス用スペースが形成されている。

更に、図４に示すように、支脚部１４は、その水平面内における断面積が、上方に行くに従って減少する形状に形成されている
前記構成の実施の形態によれば、支持装置４は、鉛直上方に行くに従って、断面積を減らすことにより、固有振動数低下の要因の一つとなる、上部支持構造の固定点となる基礎から離れた部分の重量を低減する効果がある。
また、支脚部１４を閉断面を有し、且つ断面の図心が鉛直上方に行くに従い、スピンドルハウジング装置中心側に傾斜する４本の柱２３で支持する構造を採用しているので、高い固有振動数を保ったまま、スピンドルハウジング装置３の下部に空間を設けることができ、装置のメンテナンスなどの面で有利となる。

また、支持装置４は、比較的厚い板厚を有する底板１３上に溶接などで連結され、その底板１３を基礎上に基礎ボルト２１などで連結する構造を採るので、これらの支持構造の変形を抑えて構造全体の剛性を高めると共に、基礎の施工状況などに大きく左右されることなく、高い固有振動数を保つことができる。

図６に示す支持装置に対し、ＦＥＭ解析モデルを作成し、固有振動数を求めた。その結果、最低次の振動モード（横揺れ）に対する固有振動数は約２７５Ｈｚとなり、実用上十分の数値が得られた。

本発明は、タイヤのユニフォーミティや動的釣り合いを試験するタイヤ試験装置の製造産業に利用できる。

図１は、本発明のタイヤ試験装置の全体図。 図２は、本発明のタイヤ試験装置の要部正面図 図３は、本発明のタイヤ試験装置の支持装置の平面図。 図４は、図２のＡ−Ａ線断面図。 図５は、図２のＢ−Ｂ線断面図。 図６は、固有振動数を求めるためのＦＥＭ解析モデル図

符号の説明

１ タイヤ
２ スピンドル装置
３ スピンドルハウジング装置
４ 支持装置
１３ 底板
１４ 支脚部
２３ 柱

Claims (3)

1. タイヤを着脱自在に装着し且つ回転軸芯が上下方向を向くスピンドル装置を回転自在に支持するスピンドルハウジング装置と、該ハウジング装置を固定側に支持する支持装置とを有するタイヤ試験装置において、
   前記支持装置は、固定側に固定される底板と、底板上に立設されて上部が前記スピンドルハウジング装置に固定される支脚部とを有し、前記支脚部は複数個の柱で構成されており、
   前記各柱は、その水平面内における断面積が上方に行くに従って減少する形状に形成されて下端から上端にかけて前記スピンドル装置の回転軸芯に向けて延設され、各柱の下端側は前記底板に固定され、各柱の上端側は前記スピンドルハウジング装置に固定されていることを特徴とするタイヤ試験装置。
2. 前記スピンドルハウジング装置及びスピンドル装置は、平面視で矩形状の一の底板の中心部に配置され、前記一の底板上に、当該底板の四隅から前記スピンドル装置の回転軸芯に向けて延設される少なくとも４本の柱が配置されており、当該４本の各柱の下端側が前記一の底板に固定され、上端側が前記スピンドルハウジング装置に固定されていることを特徴とする請求項１記載のタイヤ試験装置。
3. 前記柱は、前記スピンドルハウジング装置を周方向等間隔で支持するように配置され、且つ、柱の断面図心が下広がりの傾斜状となるように配置されていることを特徴とする請求項１記載のタイヤ試験装置。

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