JP4190431B2 - 回転体の静的バランス測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、ホイールなどの回転体の軸心に対する偏心量を測定する回転体の静的バランス測定装置に関する。

従来、回転体の静的バランス測定装置としては、装置本体と、フローティング状態に支持された振り子体と、この振り子体のＸ・Ｙ方向の変位量又は荷重を検出する２つのロードセルからなり、振り子体は、装置本体に接続する弾性体と、回転体をその軸心が鉛直方向になるように保持する保持部と、下方に延設するシャフトを備え、このシャフトはワイヤーを介して前記２つのロードセルと連結され、回転体の偏心量に起因する力によりロードセルに対してモーメントが発生し、このモーメントを測定して回転体の偏心量と軽点（偏心の位置を示す点）を算出するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３−１０６９２２号公報

しかし、特許文献１に開示された回転体の静的バランス測定装置においては、種類の異なる回転体の偏心量を測定する場合、いずれの回転体であるかを判別していないため、偏心量を正確に把握することができなかった。
例えば、重量が異なる１２インチのホイールと１８インチのホイールでは、荷重に対する弾性体の変位量に差が生じるため、１２インチのホイールにおけるロードセルが検出した荷重とホイールの偏心量との関係式と、１８インチのホイールにおけるロードセルが検出した荷重とホイールの偏心量との関係式とが必ずしも一致していない。
従って、単にホイールの偏心量に起因する力を測定しても、いずれの関係式を適用するかを判断してホイールの偏心量を算出しなければ、正確なホイールの偏心量を知ることができない。

また、同一種類のホイールを測定対象とする場合であっても、弾性体の経年変化により弾性体の性状が変化するため、測定結果に誤差が生じるという不具合があった。

本発明は、従来の技術が有するこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、複数種類の回転体の偏心量を正確に且つ迅速に測定することができる回転体の静的バランス測定装置を提供しようとするものである。

上記課題を解決すべく請求項１に係る発明は、回転体の軸心に対する偏心量を測定する回転体の静的バランス測定装置であって、箱状のベース部材の天板に回転体の重量を検出するロードセルを介して支持される弾性体と、この弾性体の下端にフローティング状態に支持され、保持部に回転体を保持すると共に下端に設けた略円盤状の検出プレートにより回転体の軸心の変位を検出する振り子体と、この振り子体の変位に伴うモーメントを検出するために前記検出プレートの平面検出部に当接するように１２０度の等間隔で前記ベース部材の床板に配設したロードセルと、これらのロードセルによる測定結果を記憶すると共に演算処理する制御部を備え、基準となる回転体の測定結果を参照して測定対象となる回転体の測定値を補正し、前記測定対象となる回転体の軸心に対する偏心量を算出するものである。

以上説明したように本発明によれば、基準となる複数種類の回転体の重量及び軸心に対する偏心による荷重を測定して基準値（マスタデータ）として記憶し、この基準値に基づいて測定対象となる回転体の測定値を補正して測定対象となる回転体の軸心に対する偏心量を算出するので、複数種類の回転体のアンバランス重量とアンバランスの方向性を正確に求めることができる。
また、基準となる複数種類の回転体について測定し、これらの測定値を基準値（マスタデータ）として記憶し、これらの基準値を用いて測定対象となる回転体の測定値を補正するので、本測定装置を設置する場所は、定盤などの水平が保証されている場所に限定されない。

また、振り子体の下端に略円盤状の検出プレートを設け、その平面検出部に１２０度の等間隔で当接するようにロードセルを配設しているので、振り子体の揺動を減衰させるための特別な手段を必要とせず、迅速に振り子体の揺動を減衰させるこができる。

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。ここで、図１は本発明に係る回転体の静的バランス測定装置の一部断面正面図、図２は図１のＡ―Ａ線断面矢視図、図３は測定値を処理するブロック構成図、図４は振り子の一部断面正面図、図５は測定手順を示すフローチャート、図６は偏心量によりロードセルに荷重が加わる様子を示す模式図である。

図１乃至図３に示すように、本発明に係る回転体の静的バランス測定装置は、箱状のベース１２と、ホイール１４を保持する振り子体１６と、ホイール１４を載置する円環状の載置台１８と、載置台１８を昇降させる昇降装置２０と、振り子体１６に加わる荷重を検出するロードセル２，３ａ，３ｂ，３ｃ（図１では３ａのみ示す）と、ロードセル２，３ａ，３ｂ，３ｃによる測定値を記憶したり、測定値を演算処理したりして偏心量を求める制御部６と、制御部６で求めた結果を表示する表示部７から構成されている。

ロードセル２はホイール１４の重量を測定し、他のロードセル３ａ，３ｂ，３ｃはホイール１４の軸心に対する偏心による荷重を測定する。なお、図１ではホイール１４の軸心に対する偏心による荷重を測定するロードセル３ａのみ示し、載置台１８が下降端の状態を示す。

箱状のベース１２は、床板２４と、四方を囲む４枚の壁板２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄと、天板２８からなる。壁板２６ｃ，２６ｄは開閉自在に構成され、ベース１２の内部を保守点検することができるようになっている。

天板２８の中央部には、ロードセル２が固定部３０を介して固定され、ロードセル２にブラケット３０ａを介して弾性体２２の上端部が固定されている。固定部３０の四方には、振り子体１６の一部が貫通する４つの孔３２が形成されている。また、天板２８には複数のガイドロッド２９が立設され、これらのガイドロッド２９は載置台１８に係合している。

昇降装置２０は、シリンダピストン機構で構成され、通路７１，７２に選択的に圧縮空気が送られることにより、ピストン（不図示）が圧力を受け、この圧力によりピストンロッド６９が上昇および下降を行う。

ピストンロッド６９の上端部は載置台１８の下面に接続されており、ピストンロッド６９の昇降にともなって載置台１８も昇降する。この時、載置台１８は複数のガイドロッド２９に案内されながらスムーズに昇降可能である。この場合、ピストンロッド６９が最も上昇した上死点は、ホイール１４を載置台１８に載置したとき、ホイール１４の孔１４ａが、後述するチャック３６ａ〜３６ｄの突起部３７と同じ高さになるように位置が調整されている。

振り子体１６は、図４に示すように、その中央部に前記した弾性体２２を有し、弾性体２２はゴムまたはばね鋼などの弾性部材により形成されている。従って、振り子体１６は、この弾性体２２にモーメントが加わることによりベース１２に対して傾斜可能である。

振り子体１６は、更にピストンロッド４０と、上部筐体４２と、上部筐体４２から下方に延在し上部筐体４２とブラケット４４とを連結する４本（図１ではこのうち２本を示す。）の連結部材４６と、ブラケット４４から鉛直方向下方に延在するシャフト４８とを有する。

上部筐体４２は、ホイール１４を保持する保持部である４つのチャック爪３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄ（３６ｂ、３６ｄは不図示）と、チャック爪３６ａ〜３６ｄを摺動自在に収納する保持部材４７と、ピストンロッド４０の下端部に設けられたピストン５４を昇降可能に収納するシリンダチューブ５５を有する。

ピストンロッド４０には、ホイール１４の孔１４ａよりやや小径である円柱状のガイドロッド５２が上端部に一体的に設けられると共に、チャック爪３６ａ〜３６ｄを径方向に動作させるテーパ部３８が中央部に設けられている。

ピストン５４は、シリンダチューブ５５内の空間のうち、ピストン５４より下側のシリンダ室５６または上側のシリンダ室５８から圧縮空気の圧力を受けることにより上方または下方へ移動する力を受けて昇降する。なお、図１及び図４ではピストンロッド４０が下降端の状態を示している。

そこで、シリンダ室５６およびシリンダ室５８に圧縮空気を送るために、それぞれ通路６０，６２が設けられている。圧縮空気は不図示のコンプレッサを介して不図示の切換弁によって切り換えられ、通路６０または通路６２に送られる。

チャック爪３６ａ〜３６ｄは、保持部材４７の内部に摺動自在に設けられており、それぞれの上部には突起部３７が設けられると共に、水平方向に延在したガイド孔３９が形成されている。

チャック爪３６ａ〜３６ｄは、比較的弱いばね力を有するばね６４によって振り子体１６の内径方向に向かって押圧され、チャック爪３６ａ〜３６ｄの内面側のピストンロッド４０と当接する面は、テーパ部３８のテーパ面と同じ傾斜面に設定されている。従って、ピストンロッド４０が上方へ移動すると、当接する面同士は摺動しながらチャック爪３６ａ〜３６ｄが外径方向へ移動するように押圧力を受ける。

このピストンロッド４０の上昇によって得られる押圧力は、ばね６４の力より大きいのでチャック爪３６ａ〜３６ｄを外径方向へ押し出す。このとき、径方向に設けられたチャック爪３６ａ〜３６ｄのガイド孔３９がガイドピン６８と嵌合状態にあるので、チャック３６ａ〜３６ｄはガイドピン６８に案内されながら外径方向へ移動する。この場合、ガイド孔３９内部の空気はガイド孔３９に形成された貫通孔４１を通じて外部に対して通気可能なので、空気を圧縮または膨張させることがなく、チャック爪３６ａ〜３６ｄはスムーズに移動可能である。

チャック爪３６ａ〜３６ｄの移動にともない、上端の突起部３７が孔１４ａを形成する周壁を内側から外側へ押圧してホイール１４を保持する。
一方、４本の連結部材４６は、孔３２の断面形状よりその直径が小さく設定されており、それぞれ孔３２を貫通した状態で、上部筐体４２とブラケット４４を連結している。ブラケット４４の下部にはシャフト４８が下方に延在している。

ブラケット４４の上部には、弾性体２２の下端部を固定する固定部５０が設けられている。固定部５０にはねじが形成され、このねじは弾性体２２の一端部に挿入される。従って、この固定部５０により弾性体２２とブラケット４４が接続されるので、ベース１２と振り子体１６は弾性体２２を介して接続されていることになる。

一方、一端部がブラケット４４に連結されているシャフト４８の中央部には外径方向に延びる腕部７３が固定具７５により固定されており、腕部７３の先端部近傍にはウエイト７４が装着されている。シャフト４８に対する腕部７３の向きと高さ、および腕部７３におけるウエイト７４の横方向位置は調整可能な機構になっており、後述するロードセル３ａ，３ｂ，３ｃに対してバイアス荷重を与えるように調整されている。

また、シャフト４８の先端には検出プレート１０が配設されている。検出プレート１０は平面視で略円盤状に形成され、その外周面には１２０度の等間隔で平面検出部１０ａ，１０ｂ，１０ｃが形成されている。平面検出部１０ａ，１０ｂ，１０ｃには、床板２４にブラケット５を介して設置したロードセル３ａ，３ｂ，３ｃの測定子４ａ，４ｂ，４ｃが当接している。

以上のように構成された回転体の静的バランス測定装置を用いて、ホイール１４の偏心量を測定する手順を、図５を参照しながら説明する。
先ず、ステップＳＰ１において、本装置を初期状態に設定する。即ち、ピストンロッド４０を下降端まで下降させ、昇降装置２０を作動させて載置台１８を上昇端まで上昇させる。

次いで、ステップＳＰ２において、基準となるのマスタホイール（例えば、１２インチや１８インチなど）をホイールの孔にガイドロッド５２を挿入して載置台１８に載置する。ここで、マスタホイールとは、基準となる所定重量で偏心を起こしていないホイールをいう。

次いで、ステップＳＰ３において、ピストンロッド４０を上昇させて４つのチャック爪３６ａ〜３６ｄにマスタホイールの孔を保持させる。この時、４つのチャック爪３６ａ〜３６ｄは、ばね６４の弾発力に抗してテーパ部３８により外径方向に押し出される。

次いで、ステップＳＰ４において、昇降装置２０を作動させることによりピストンロッド６９を後退させる。すると、載置台１８はマスタホイールから離間するので、マスタホイールは振り子体１６の上面部をなす保持部材４７により保持される。

次いで、ステップＳＰ５において、マスタホイールが保持部材４７により保持された状態で、ロードセル２によりマスタホイールの重量を測定し、これと同時に３つのロードセル３ａ，３ｂ，３ｃの荷重を測定する。

通常、弾性部材２２は、加わった荷重の大きさによって微妙に偏心するため、偏心していないマスタホイールであってもロードセル３ａ，３ｂ，３ｃには偏心状態を示す測定値が現れる。また、本測定装置が定盤などの水平が保証されている場所に設置されていない場合でも、ロードセル３ａ，３ｂ，３ｃには偏心状態を示す測定値が現れる。

ステップＳＰ６において、マスタホイールのロードセル２，３ａ，３ｂ，３ｃによる測定値を記憶したり、それらの測定値を演算処理したりしてマスタホイールのアンバランス重量とアンバランスの方向性（偏心量）を求め、その結果をマスタデータとして制御部６に記憶する。このようなステップＳＰ１〜ステップＳＰ６の作業をサイズが異なるマスタホイールについて行う。

次いで、ステップＳＰ７において、本装置を初期状態に設定する。即ち、ピストンロッド４０を下降端まで下降させ、昇降装置２０を作動させて載置台１８を上昇端まで上昇させる。そして、ステップＳＰ８において、実際に測定したい任意のサイズのホイール１４を、ホイール１４の孔１４ａにガイドロッド５２を挿入して載置台１８に載置する。

次いで、ステップＳＰ９において、ピストンロッド４０を上昇させて４つのチャック爪３６ａ〜３６ｄにホイール１４の孔１４ａを保持させる。この時、４つのチャック爪３６ａ〜３６ｄは、ばね６４の弾発力に抗してテーパ部３８により外径方向に押し出される。

次いで、ステップＳＰ１０において、昇降装置２０を作動させることによりピストンロッド６９を後退させる。すると、載置台１８はホイール１４から離間するので、ホイール１４は振り子体１６の上面部をなす保持部材４７により保持される。

次いで、ステップＳＰ１１において、ホイール１４が保持部材４７により保持された状態で、ロードセル２によりホイール１４の重量を測定し、これと同時に３つのロードセル３ａ，３ｂ，３ｃの荷重を測定する。

次いで、ステップＳＰ１２において、ロードセル２により測定した任意のホイール１４の重量をキーとして、制御部６に記憶されているマスタデータの中から対応する３つのロードセル３ａ，３ｂ，３ｃによる測定値を導き出し、これらのマスタデータを用いてホイール１４の測定値の補正を行う。そして、制御部６において、補正した測定値からホイール１４のアンバランス重量とアンバランスの方向性（偏心量）を求める。

図６に示すように、ホイール１４の重心Ｇが中心軸ＣからＸ方向に距離ｒだけずれている時には、ホイール１４の偏心量は重心Ｇにおける垂直方向の力をＦとすると、大きさがＦ×ｒのモーメントＭとして表される。このモーメントＭは弾性体２２を曲げ、振り子体１６を傾斜させるように作用する。ロードセル３ａ，３ｂ，３ｃの測定子４ａ，４ｂ，４ｃは検出プレート１０の平面検出部１０ａ，１０ｂ，１０ｃに常に当接しているので、この傾斜は極めて微少量である。

更に、モーメントＭにより弾性体２２を介してシャフト４８に接続されているロードセル３ａ，３ｂ，３ｃにも荷重Ｗが伝えられる。この荷重Ｗは、主にモーメントＭ、弾性体２２の曲げ方向のばね定数ｋおよび弾性体２２とロードセル３ａ，３ｂ，３ｃとの距離ｈにより決まる。ばね定数ｋおよび距離ｈは既知の値であることから、荷重Ｗを測定することによりモーメントＭを求めることができる。

図６では重心ＧがＸ方向にずれている状態を例に示しているが、Ｘ方向以外にずれているときには、１２０度の等間隔で配置されたロードセル３ａ，３ｂ，３ｃによる測定値をベクトル演算すれば、偏心量を求めることができる。

次いで、ステップＳＰ１３において、制御部６で求めた偏心量を表示部７に表示する。そして、ホイール１４を測定装置１から取り外し、ホイール１４の静的バランスの測定は終了する。

このように、マスタホイールの測定値を用いて任意のホイール１４の測定値を補正するので、弾性部材２２の特性に左右されないアンバランス重量とアンバランスの方向性（偏心量）を求めることができる。

また、本測定装置を設置する場所毎に、マスタホイールを測定し、これらの測定値を用いて測定対象となる任意のホイール１４の測定値を補正すれば、本測定装置の設置場所は、定盤などの水平が保証されている場所に限定されないため、例えばラインサイドなどでもよく、使い勝手がよい。

また、本測定装置においては、ロードセル３ａ，３ｂ，３ｃの測定子４ａ，４ｂ，４ｃが検出プレート１０の平面検出部１０ａ，１０ｂ，１０ｃに常に当接しているので、従来技術のようなシャフト４８の揺動を減衰させるための構造を必要とせず、迅速にシャフト４８の揺動を減衰させ、測定可能状態になる。

複数種類の回転体のアンバランス重量とアンバランスの方向性（偏心量）を正確に且つ迅速に測定することができる。

本発明に係る回転体の静的バランス測定装置の一部断面正面図 図１のＡ―Ａ線断面矢視図 測定値を処理するブロック構成図 振り子の一部断面正面図 測定手順を示すフローチャート 偏心量によりロードセルに荷重が加わる様子を示す模式図

符号の説明

２，３ａ，３ｂ，３ｃ…ロードセル、６…制御部、７…表示部、１０…検出プレート、１０ａ，１０ｂ，１０ｃ…平面検出部、１２…ベース、１４…ホイール、１６…振り子体、１８…載置台、２２…弾性部材。

Claims (1)

1. 回転体の軸心に対する偏心量を測定する回転体の静的バランス測定装置であって、箱状のベース部材の天板に回転体の重量を検出するロードセルを介して支持される弾性体と、この弾性体の下端にフローティング状態に支持され、保持部に回転体を保持すると共に下端に設けた略円盤状の検出プレートにより回転体の軸心の変位を検出する振り子体と、この振り子体の変位に伴うモーメントを検出するために前記検出プレートの平面検出部に当接するように１２０度の等間隔で前記ベース部材の床板に配設したロードセルと、これらのロードセルによる測定結果を記憶すると共に演算処理する制御部を備え、基準となる回転体の測定結果を参照して測定対象となる回転体の測定値を補正し、前記測定対象となる回転体の軸心に対する偏心量を算出することを特徴とする回転体の静的バランス測定装置。