JP4694792B2 - フォースバリエーション測定機でタイヤのバランスを測定する装置と方法 - Google Patents

Description

本発明は、回転する物体のバランスとフォースバリエーションとを測定する装置と方法に関し、特に、空気タイヤ用のフォースバリエーション測定機での、これら２種類の測定の組み合わせに関する。

空気タイヤの製造技術では、タイヤのモールド内のゴムの流動や、ベルト、ビード、ライナ、トレッド、ゴム引きされたコードのプライなどの寸法のわずかな差違により、製造されたタイヤに不均一性が発生することがある。不均一性があまりに大きくなると、道路などのタイヤが転がる表面上で振動や騒音を発生させるフォースバリエーションの原因となる。このようなフォースバリエーションが許容可能な最大レベルを超えると、このようなタイヤを使用している乗物の乗り心地と操舵性が悪影響を受ける。フォースバリエーションの大きさは、タイヤの回転速度と共に、一般的には（ただし常にではない）速度と共に増加するので、乗物の運転者のタイヤの品質（と乗物の乗り心地）に対する認識は、たとえば時速１００キロメートル（ｋｍ／ｈ）以上の「高速道路の速度」など、高速で発生するフォースバリエーションにもっとも大きく影響される。したがって、タイヤの購入者、とりわけ乗物の製造業者（「ＯＥＭ」）などの大口の購入者は、購入したタイヤの高速でのフォースバリエーションの最大値を知りたがり、また指定することを望んでいる。しかし、残念ながら高速でのタイヤのフォースバリエーションを直接測定することは困難で費用もかかるため、業界は、統計的なサンプリングと、主に「低速」でのタイヤのユニフォーミティの測定を含み、可能であればタイヤのバランスの測定も含む、より簡単な測定法とに基づく、高速でのタイヤの性能（ユニフォーミティ、フォースバリエーション）を予測する様々な装置や方法を考案している。また、購入者がタイヤのバランスの情報を要求することもますます一般化している。したがって、様々な理由により、空気タイヤの製造ラインで、空気タイヤのフォースバリエーションとバランスの両者を測定することが必要になってきている。

典型的なタイヤの製造工程では、タイヤの生産工程の品質の監視に使用され、タイヤのバランスとユニフォーミティとを改善するため研削などの修正手段を誘導したり内蔵することも可能な、タイヤユニフォーミティ測定機（ＴＵＭ）とも呼ばれるフォースバリエーション測定機（ＦＶＭ）によって、工場でタイヤユニフォーミティの測定が行われている。生産されている工場用ＦＶＭは、典型的な乗用車用タイヤに対し、通常わずか約１０ｋｍ／ｈ（時速約６マイル）にしか相当しない６０ｒｐｍ（回転毎分）で動作する、低速の装置である。一般的に、タイヤユニフォーミティ測定機は、通常の条件でタイヤを取り付け、膨張させ、フォースバリエーションの測定データ、場合によってはさらにランアウトや角速度の測定データを収集しながら、通常の条件で負荷を与え、（低速で）回転させる。フォースバリエーション測定機は、通常、試験されるタイヤを、自由に回転する負荷用車輪に押し当てて回転させるアセンブリを有している。このような装置では、負荷用車輪は、回転するタイヤから加えられる力に依存して動作し、それらの力は、負荷用車輪の支持構造に接続され、適切に配置されている測定装置によって測定される。生産されているフォースバリエーション測定機の多くは研削装置を装備しており、試験されたタイヤが許容できない測定結果となった場合には、測定装置によって検出された不均一部が存在する正確な位置から少量のタイヤトレッドを除去するため、ショルダー部とセンターリブ部にある研削装置が用いられる。タイヤは、回転させられながら、測定と研削とが同時に行われる。オハイオ州アクロンのアクロン・スタンダード社（Ａｋｒｏｎ Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｃｏ.）が販売するモデル番号Ｄ７０ＬＴＸなどの、洗練された、低速の、生産モデルのタイヤユニフォーミティ測定機では、力の測定値はコンピュータにより分析され、そのコンピュータにより制御される研削装置を用いて、ゴムがタイヤトレッドから取り除かれる。近代的で自動化された生産設備では、タイヤは、フォースバリエーションの測定を約３０秒で完了できる完全に自動化されたフォースバリエーション測定機に搬送され、同測定機から搬出される。

バランスの測定が必要な場合、タイヤは、ＦＶＭあるいはＴＵＭでのフォースバリエーションの測定と、任意に実施されるフォースバリエーションの修正の後、ＦＶＭから取り外され、タイヤのアンバランス量を測定する別のバランス測定機内に取り付けられなければならない。通常、タイヤは、タイヤユニフォーミティ測定機の場合と同様の方法でバランス測定機に取り付けられ、あらかじめ設定された圧力まで膨張させられる。次に、静的（１平面）アンバランスと偶力（２平面）アンバランスが、さまざまな周知の方法のいずれかによって測定される。バランスは、タイヤの回転中心となるスピンドルに取り付けられたセンサにより測定されるため、別のバランス測定機が使用される。負荷用の車輪はなく、タイヤは、たとえば３８０ｒｐｍの高速で回転する。

生産時に、フォースバリエーションが測定されたすべてのタイヤのバランスを測定するには、何百ものバランス測定機を追加するための多大な出資が必要となろう。さらに、バランスの測定は、人員や、コンベアや、工場の床スペースや、エネルギーの増加を要し、重要なことは、ＦＶＭ上のタイヤを減速し、停止し、収縮し、リムから取外し、バランス測定機まで搬送し、リムに再度取り付け、再度膨張し、測定速度まで加速させることによる生産時間の増加を必要とすることである。それだけではなく、フォースバリエーションの測定値とバランスの測定値との相関が必要な場合、タイヤには、回のゼロ度の点を示すインデックスマークが付けられなければならず、ＦＶＭとバランス測定機の両者が、そのインデックスマークを検出できなければならない。

本発明の目的は、以上およびその他の問題を解決し、生産性を改善し、コストを減少させるために、１台の機械で、好ましくは既存のＦＶＭあるいはＴＵＭ設備を改造することによって、バランスとフォースバリエーションの両方を自動的に測定できる方法と装置とを提供することである。

本発明により、空気タイヤのフォースバリエーションとバランスの両者を測定する機械が開示される。本機械は、上部スピンドルハウジング内に回転可能に保持されている上部スピンドルと、上部スピンドルの底部に固定されている上部フランジ、および、下部スピンドルの頂部に位置している下部フランジであって、空気タイヤが両フランジ間に密閉して取り付けられながら、両フランジが互いに固定するように嵌め合わせ可能な上部フランジおよび下部フランジとを有している。タイヤをフォースバリエーションの測定のために低速で回転させ、バランスの測定のために高速で回転させるために、上部スピンドルを回転させる回転手段が設けられている。また、上部スピンドルが自由に回転できるように、回転手段を上部スピンドルから切り離す手段が設けられている。さらに、下部フランジが自由に回転できるように、下部フランジを下部スピンドルから切り離すアセンブリ手段が設けられている。負荷用車輪に取り付けられた複数の第１のセンサは、タイヤが負荷用車輪によって負荷を加えられながら回転させられているときに、フォースバリエーションを測定する。上部スピンドルハウジングに取り付けられた複数の第２のセンサは、タイヤが、負荷用車輪によって負荷が加えられず、自由に回転している上部スピンドルと自由に回転している下部フランジとに支持されて回転しているときに、タイヤバランスを測定する。

また、本発明によると、アセンブリ手段は、下部スピンドルの上部を取り囲んで、下部スピンドルの上部に取り付けられた環状のスピンドル用円錐リングと、スピンドル用円錐リングを囲んで、下部フランジに取り付けられた環状のフランジ用円錐リングとを有している円錐状アセンブリである。スピンドル用円錐リングは、底部から頂部に向かって半径方向内向きに傾斜している円錐台状の半径方向外向きの表面を有し、当該表面は、スピンドル用円錐リングの外向きの表面と同じ角度で底部から頂部に向かって半径方向内向きに傾斜しているフランジ用円錐リングの円錐台状の半径方向内向きの表面と嵌め合わされている。

また、本発明によると、上部から円周方向外向きに延びるかぎ状円形リップを有し、下部フランジを下方にタイヤを外すように引くための取り外しリングが、下部スピンドルのスピンドル用円錐リングの上方に取り付けられている。

さらに、本発明によると、下部スピンドルを、下部フランジが円錐状アセンブリによって下部スピンドルから切り離されている測定位置に保持するために、固定機構が用いられている。

またさらに、本発明によると、エンコーダによりタイヤの回転角度が求められる。

また、本発明によると、コントローラが、タイヤバランスを計算し、タイヤバランスのデータとフォースバリエーションのデータとを相関させ、タイヤのユニフォーミティの修正を制御するためにタイヤバランスのデータとフォースバリエーションのデータの組み合わせを使用するようにプログラムされている。コントローラは、バランスとフォースバリエーションの測定中に円錐状アセンブリを切り離すように、下部スピンドルの高さ方向位置を制御する手段と、タイヤの回転を高速まで加速するように回転手段を制御し、その後タイヤバランスの測定のために回転手段を上部スピンドルから切り離す手段と、タイヤバランスの測定後回転手段の上部スピンドルへの再結合を制御し、その後タイヤの回転を減速する手段と、タイヤバランスを計算する手段とを有している。

またさらに、本発明によると、上部スピンドルの回転を停止するブレーキ機構が設けられている。

さらに、本発明によると、第２のセンサは、２つのセンサが上部スピンドルハウジングの上部のいずれかの側に取り付けられ、他の２つのセンサが上部スピンドルハウジングの下部のいずれかの側に取り付けられている、４つの単一軸のロードセルを有している。

本発明によると、空気タイヤのフォースバリエーション測定機に、バランスを測定する機能を追加する改造キットが提供される。フォースバリエーション測定機は、垂直に取り付けられ、その底部に上部フランジが固定されている上部スピンドルと、垂直に取り付けられ、その頂部に下部フランジが位置している下部スピンドルを有している。両フランジは、空気タイヤが両フランジ間に密閉して取り付けられた状態で、両フランジが互いに固定するように嵌め合わせが可能である。また、タイヤが負荷用車輪によって負荷を加えられながら回転させられているときに、フォースバリエーションを測定する複数の第１のセンサを有する負荷用車輪と、上部スピンドルを回転させるために接続されているタイヤの回転手段とを有する。

改造キットは、上部スピンドルを回転可能に保持し、タイヤバランスを測定する複数の第２のセンサを有する上部スピンドルハウジングと、下部フランジを下部スピンドルから切り離すアセンブリとを有している。

さらに、本発明によると、改造キットは、上部スピンドルと上部スピンドルハウジングとの間に、第２のセンサによるバランスの測定に適した複数の軸受を有する。アセンブリは、下部スピンドルの上部を取り囲んで、下部スピンドルの上部に取り付けられた環状のスピンドル用円錐リングと、スピンドル用円錐リングを囲んで、下部フランジに取り付けられた環状のフランジ用円錐リングとを有する円錐状アセンブリである。スピンドル用円錐リングは、底部から頂部に向かって半径方向内向きに傾斜している円錐台状の半径方向外向きの表面を有し、当該表面は、スピンドル用円錐リングの外向きの表面と同じ角度で底部から頂部に向かって半径方向内向きに傾斜しているフランジ用円錐リングの円錐台状の半径方向内向きの表面と嵌め合わされている。また、改造キットは、タイヤをフォースバリエーションの測定のために低速で回転させ、タイヤをバランス測定のために高速で回転させるために上部スピンドルを回転させるモータと、モータを上部スピンドルから切り離すクラッチと、回転しない空気ラインを下部フランジに接続する空気用回転継手とを有している。

またさらに、本発明によると、改造キットは、下部スピンドルのスピンドル用円錐リングの上方に取り付けられ、上部から円周方向外向きに延びるかぎ状円形リップを有し、下部フランジを下方にタイヤを外すように引くための取り外しリングを有している。

またさらに、本発明によると、改造キットは、タイヤの回転角度を求めるエンコーダと、バランスとフォースバリエーションの測定中に円錐状アセンブリを切り離すように、下部スピンドルの高さ方向位置を制御する制御手段と、モータが、タイヤの回転を高速まで加速するために上部スピンドルに接続され、タイヤバランスの測定のために上部スピンドルから切り離されることのできるモータとクラッチの制御手段と、モータが、タイヤバランスの測定後タイヤの回転を減速するために上部スピンドルに接続されることのできるモータとクラッチの制御手段と、タイヤバランスを計算する手段とを有している。

本発明によると、空気タイヤのフォースバリエーションとバランスの両者を１台の機械で求める方法が提供される。本方法は、空気タイヤを、機械の上部スピンドルに設けられた上部フランジと、機械の下部スピンドルに設けられた下部フランジとの間に取り付けるステップと、下部フランジと上部フランジとを嵌め合わせ、そして、下部フランジを下部スピンドルから切り離すステップと、タイヤを膨張させるステップと、タイヤを負荷用車輪に接触させるステップと、タイヤのフォースバリエーションを求めるために、上部スピンドルを第１の速度で回転させ、負荷用車輪上での力を測定するステップと、負荷用車輪がタイヤから切り離されているときにタイヤバランスを求めるために、上部スピンドルを第２の速度で回転させ、上部スピンドル上での力を測定するステップとを有している。

またさらに、本発明によると、上部スピンドルを第２の速度で回転させるステップは、タイヤの回転が高速に到達した後、上部スピンドル上での力を測定する前に、回転手段を上部スピンドルから切り離すことを有する方法が提供される。

また、本発明によると、本方法は、下部フランジを圧縮力により下部スピンドルに接続するステップと、下部フランジを引張り力により下部スピンドルから切り離すステップと、下部フランジを、下部スピンドルを動かすことにより、上部フランジから引き離すステップとをさらに有している。

さらに、本発明によると、第１の速度は２０ｒｐｍから１３０ｒｐｍの間であり、第２の速度は２００ｒｐｍから６００ｒｐｍの間である。

またさらに、本発明によると、第１の速度は５０ｒｐｍから７０ｒｐｍの間にあることが好ましく、第２の速度は３５０ｒｐｍから４００ｒｐｍの間にあることが好ましい。

また、本発明によると、本方法は、タイヤバランスのデータとフォースバリエーションのデータとを相関させるステップをさらに有している。

またさらに、本発明によると、本方法は、タイヤバランスのデータとフォースバリエーションのデータとの組み合わせを使用して、タイヤのユニフォーミティを管理するステップを有している。

本発明の他の目的、特徴、および利点は、以下の本発明の説明に照らし、より明確になろう。

添付の図面に例示された本発明の好ましい実施形態を詳細に述べる。図面は説明の便宜上のものであり、発明の限定を意図するものではない。本発明は、おおむね、これらの好ましい実施形態との関連において説明されるが、本発明の趣旨と範囲をこれらの特定の実施形態に限定する意図のないことを理解されたい。

これらの図面のうちの選択された図面において、特定の構成要素は、説明をわかりやすくするために、正確な比率で描かれていないこともある。断面図がある場合、提示される断面図は、説明をわかりやすくするために、実際の断面図では表示されるであろう一定の背景線を省略した、「薄切り」または「近視」断面図の形態の場合がある。図面の構成要素については、単一の図面内で、類似の（同一の場合を含む）構成要素には類似の番号が参照されるように、番号が付されることがある。たとえば、集合的に１９９として参照される複数の構成要素の各々は、個別に１９９ａ、１９９ｂ、１９９ｃ等として参照されることがある。または、関連するが修正されている構成要素は、同一の番号を持つこともあるが、プライム符号により区別される。たとえば、１０９、１０９′、１０９″は、何らかの点で類似し、または関連している３つの異なる構成要素であるが、重要な修正点を有し、たとえば、タイヤ１０９は静的アンバランスがあるのに対して、他のタイヤ１０９′は同一の構造であるが、偶力アンバランスがある。同一の、または異なる図面内の類似の要素間にこのような関係があれば、それらは、当てはまる場合には請求の範囲や要約書を含め、本明細書を通して明確になることであろう。

本発明の以下の好ましい実施形態の構造、動作、および利点は、添付の図面と併せて以下の説明を考慮することで、さらに明確になることであろう。

空気タイヤのバランスとフォースバリエーションの両者の測定の生産性の改善を達成するために、本発明は、空気タイヤの生産における、工場での使用に適した、バランスとフォースバリエーションとを測定する新規の機械（Ｂ／ＦＶＭ）を有している。図１、２は各々、既存の生産モデルであるフォースバリエーション測定機（たとえば、ＧＹＶＳＦＶＭモデルＫＬ９８６９）が、同一の機械で、したがってタイヤの製造における同一の段階で、フォースバリエーションの測定（ユニフォーミティの修正は実施する場合としない場合とがある）に加えてバランスの測定が可能になるように、本発明に基づいて改造されたバランス／フォースバリエーション測定機１０の、好ましい実施形態の簡略化された側面図と平面図を示している。本発明のバランス／フォースバリエーション測定機１０は、フォースバリエーションの測定の精度や速度を低下させることなく、頂部の動的アンバランス（大きさと位置）、底部の動的アンバランス（大きさと位置）、静的アンバランス（大きさと位置）、偶力アンバランス（大きさ）などのバランスデータを測定する機能が追加されている。プロトタイプの試験では、バランス／フォースバリエーション測定機１０は、元のフォースバリエーション測定機の３０秒のサイクル時間（ユニフォーミティの修正なし）に対して、約４０秒のサイクル時間を有している。１０秒増加したサイクル時間は、別の機械でバランスを測定する場合に必要となるサイクル時間と比べてかなり良好である。本発明のバランス／フォースバリエーション測定機１０は、労働力が節約され、資産コストが節約され（フォースバリエーション測定機の改造コストは、必要な床面積とタイヤ取扱い設備の追加を伴ってバランス測定機を追加することに比べるとかなり少ない）、タイヤの品質の改善が可能になる（回転角度の共通のゼロ基準を中心とした、バランスの測定値とフォースバリエーションの測定値との相関による品質の改善や、バランスとフォースバリエーションの両者の測定後に修正が可能となることによる品質の改善）などの、他の利点もある。

本発明を、図示した好ましい実施形態を参照して説明する。図面は、本発明の重要な要素を一般的に示すことを意図された、簡略化された概略表現であることを理解されたい。本明細書で説明するバランス／フォースバリエーション測定機１０の多くの部分は、既存のフォースバリエーション測定機と同一であるが、本発明にしたがって変更または追加された要素はそのように示されている。

図１と２を参照すると、バランス／フォースバリエーション測定機１０が、タイヤ２が搭載され、タイヤ２が負荷用車輪６に押し付けられながら回転させられることによってフォースバリエーションが測定される所定位置にある状態で示されている。本技術分野で周知の負荷用車輪６は、負荷用車輪６に押し付けられてモータ３６により回転しているタイヤ２の不均一性に応じて負荷用車輪６に加えられるフォースバリエーション（半径方向、横方向、接線方向など）の測定に適したセンサ９を間に有する、支持構造３２に固定された軸８の周りを回転する。支持構造３２は、負荷用車輪６が数千〜数万Ｎ（数千ポンド）にもなり得る負荷をタイヤ２に加えるように負荷用車輪６を動かしてタイヤ２に結合させるように、また、負荷用車輪６をタイヤ２から切り離すように、移動可能である。

Ｃフレーム４（つまり、タイヤの来る位置がＣ形状に切り出された機械フレーム）が、バランス／フォースバリエーション測定機１０のほとんどの要素を支持している。タイヤ２は、上部フランジ２２と下部フランジ２４とを有する分割リムに取り付けられており、下部フランジ２４は、下部フランジ２４が昇降装置２６によって下げられたときに、タイヤ２が上部フランジ２２と下部フランジ２４との間に搭載され、取外されることができるように、昇降装置２６によって上下に動かされる。タイヤのバランス／フォースバリエーション測定機１０への搬入と搬出（たとえば、コンベアベルトやロボットによる搬入と搬出）は周知であり、説明は省略する。上部フランジ２２は、回転軸ＡＲの周りを回転し新規の上部スピンドル用ハウジング１８内に保持されている新規の上部スピンドル３８に取り付けられている。下部フランジ２４も新規であり、上部スピンドル３８と同一の回転軸ＡＲを中心軸とする下部スピンドル３０の周りを回転するように、本発明にしたがって結合されている。下部スピンドル３０は、ハウジング（図示せず）内に収容されることもある複数の下部スピンドル軸受２８内を上下に動く。下部スピンドル３０は、膨張用の空気をタイヤ２に供給し、タイヤ２から排出させる新規の空気ライン３１が内部を通過できるように、中空となっている。

上部スピンドル用ハウジング１８は、４つの追加センサ、つまり、図１に示す右上のロードセル２０ａと右下のロードセル２０ｂ、図２に示す右上のロードセル２０ａと左上のロードセル２０ｃを含むロードセル２０によって、Ｃフレーム４にしっかりと固定されている。第４の左下のロードセル２０ｄは図示されていないが、右下のロードセル２０ｂが取り付けられている右下の位置に対応した左下の位置に取り付けられている。４つのロードセル２０は、たとえば、キスラー（Ｋｉｓｔｌｅｒ）タイプ９３４１Ｂの単軸水晶式フォースリンク（圧電式）であり、前述したバランスデータの測定に適している。図示されていないが、キスラーチャージアンプ（タイプ５０３８）などの、ロードセル用の適切な補助電子装置も、バランス／フォースバリエーション測定機１０に追加されている。ロードセルとセンサという用語は、本明細書では同じ意味で用いられる。

タイヤ２の正確な回転角度のデータを得るために、上部スピンドル３８に取り付けられたエンコーダ用ディスク１５の回転角度を読み取るエンコーダ１４が追加されており、これによって、フォースバリエーションのデータ、バランスのデータ、ユニフォーミティの修正動作（存在する場合）の相関を得ることが可能となり、また、正確な回転速度の測定も可能となる。

データ収集ボードと、ラダーロジック制御プログラムの変更や工場の情報システム（図示せず）と通信するソフトウェアの変更を含むソフトウェアとを備えた新規のパーソナルコンピュータが、バランス／フォースバリエーション測定機１０に設けられている。コントローラ６２は、測定器１０の新旧両方の要素を制御し、測定器１０の新旧両方のセンサ（負荷用車輪用のセンサ９、ロードセル２０、エンコーダ１４など）からデータを収集し、センサの測定データからフォースバリエーションとバランスの統計量を計算し、ユニフォーミティの修正のための適切な動作を制御し（図示しない研削装置がある場合など）、工場の情報システムと適切に通信するのに適している。

シリンダ１２が、上部スピンドル３８の軸の中心に沿って垂直に摺動する円筒状のプッシュロッド３９の位置を上下に動かす。プッシュロッド３９は、シリンダ１２とプッシュロッド３９との間の公知の連結方法（図示せず）によって、シリンダ１２と実質的に干渉することなく、上部スピンドル３８と共に回転することができる。

タイヤ２を回転させるシステムの重要な変更が実施されている。元のフォースバリエーション測定機では、駆動モータが、負荷用車輪６の抵抗に抗して、タイヤ２を一定の低速（たとえば６０ｒｐｍ）で回転させていた。そのため、駆動モータは、上部スピンドル３８に直接接続されるか、または、好ましくはプーリとベルトによって接続された、低速で高トルクのモータであった。モータの振動と軸受の騒音は、負荷用車輪６のセンサ９によって行われる力の測定にとって、大きな問題ではなかった。バランス／フォースバリエーション測定機１０では、バランスの測定は、タイヤ２が負荷用車輪６から負荷を加えられず、はるかに高速（たとえば３８０ｒｐｍ）で回転しているときに行われる。このため、ロードセル２０が、上部スピンドル３８上に、タイヤのアンバランス力を直接測定するために追加されている。新規のモータ３６は、適切な加減速に加えて、上部スピンドル３８の低速回転と高速回転の双方を実現するために使用されている。

ロードセル２０は、タイヤのアンバランスによるフォースバリエーション（所望の測定値）だけではなく、タイヤ２に接続されたあらゆるものからの「ノイズ」振動も含めて、上部スピンドル３８の振動に対して非常に敏感である。上部スピンドル上にあった元のプーリは、モータ３６からの雑音を除去するために、新規の上部スピンドル３８に取り付けられたクラッチ／ブレーキアセンブリ１６に置き換えられている。クラッチ／ブレーキアセンブリ１６は、モータ３６とベルト３４とによって回転させられるプーリと上部スピンドル３８との間のクラッチ（コントローラ６２により電気的に操作される）を実現しており、これによって、モータ３６が上部スピンドル３８（とタイヤ２）をバランス測定用の（高速の）回転速度まで加速させ、次に、クラッチ／ブレーキアセンブリ１６が、上部スピンドル３８が自由に回転できるように、モータ３６を切り離すことができる。モータ３６は、したがってベルト３４も、バランス測定中に切り離された上部スピンドル３８とタイヤ２が自由に回転しているときは、止められてもよい（必須ではない）。クラッチ／ブレーキアセンブリ１６は、オプションとして、上部スピンドル３８（とタイヤ２）の回転を緊急に、あるいはフェイルセーフで止めることに使用できるブレーキ機構を有してもよい。

図３から図７は、バランス／フォースバリエーション測定機１０の上部フランジ２２と下部フランジ２４部の側面断面図を、上部スピンドル３８、上部スピンドル用ハウジング１８、下部スピンドル３０、およびタイヤ２の切断された隣接部と共に示している。図３から図６は、本発明のバランス／フォースバリエーション測定機１０によって可能となったバランスとフォースバリエーションの測定過程における様々な段階での、これらの要素の相対的な位置関係を示している。図７は、新規の下部フランジ２４の重要な特徴である、円錐状アセンブリ５４の詳細を示している。

図３〜６を参照すると、回転可能な上部スピンドル３８と静止した上部スピンドル用ハウジング１８との間に設けられた複数の新規の上部スピンドル用軸受３７（ＳＫＦ型のスピンドル軸受）の下側の１つが示されている。複数の上部スピンドル用軸受３７は、許容できない大きさの機械的騒音を発生していた元の複数のティムケン（Ｔｉｍｋｅｎ）型の軸受を置き換えたものである。

上部フランジ２２において、プッシュロッド３９と固定用フィンガ４２のアセンブリは公知のものであり、固定用フィンガばね４４によって内側に向けて偏向されている固定用フィンガ４２ａ、４２ｂ（併せて４２と呼ぶ）のカムの表面に作用して、プッシュロッド３９がシリンダ１２によって下向きに押されたときには、固定用フィンガ４２を半径方向外向きに押し、プッシュロッド３９がシリンダ１２によって上向きに引き上げられたときには、固定用フィンガ４２が半径方向内向きに弾性力で戻ることができるようにするプッシュディスク４０を有している。公知の環状の位置合わせ用リング４８と、公知の環状の上部リム用ビード座４６ａが、回転軸ＡＲと同軸に、固定用フィンガ４２を囲んで設けられている。固定用フィンガ４２は、上部フランジ２２にピボット運動可能に取り付けられており、位置合わせ用リング４８と上部リム用ビード座４６ａとは、上部フランジ２２に固定されており、それらのすべてが上部フランジ２２の要素となっている。

下部フランジ２４は、本発明のバランス／フォースバリエーション測定機１０で使用するために、実質的に設計し直されている。元の下部フランジは、下部フランジと下部スピンドルとの間に設けられた、機械的騒音の大きな複数の軸受上で回転していた。新規の下部フランジ２４は、回転する下部フランジ２４を、固定された下部スピンドル３０の軸芯を通過する固定された空気ライン３１に接続する、機械的に静粛な空気用回転継手５６だけを連結部として、下部フランジ２４が下部スピンドル３０の周りを自由に回転できるようにする、本発明による円錐状アセンブリ５４を有している。空気用回転継手５６は、空気ライン３１と、気密な方法で下部フランジ板５２に固定されている密閉用フランジ６０との間に気密軸受５８を有している。公知の環状の固定用リング５０と、公知の環状の下部リム用ビード座４６ｂとが、回転軸ＡＲと同軸に、空気用回転継手５６を囲んで設けられている。密閉用フランジ６０、固定用リング５０、および下部リム用ビード座４６ｂは下部フランジ２４に固定されており、それらのすべてが下部フランジ２４の要素となっている。上部リム用ビード座４６ａと下部リム用ビード座４６ｂは、「分割リム」を構成しており、所定のビード／リムの直径を有するタイヤ２のビード領域３ａ、３ｂ（併せてビード領域３と呼ぶ）を気密に受け入れるように、適切に寸法が設定されている。

固定用リング５０が、下部フランジ２４が上部フランジ２２と嵌め合わされるように持ち上げられたときに、位置合わせ用リング４８内にしまり嵌めされるように（図４参照）、また、固定用フィンガ４２が、固定用リング５０のリップ５１の下で固定されるように半径方向外向きに押され（図５参照）、それにより、膨張されたタイヤの測定中に、下部フランジ２４と上部フランジ２２との嵌め合わせが外れるのを防止するように、固定用フィンガ４２、固定用リング５０、および位置合わせ用リング４８の寸法と位置を設定することは公知である。

図３〜７を参照すると、図７は、下部フランジ２４の本発明による円錐状アセンブリ５４部の重要な要素の拡大断面図を示している。スピンドル用円錐リング７４が、下部スピンドル３０の上部を囲んで、その上部に取り付けられており、スピンドル用円錐リング７４の上方の取り外しリング７０により、下部スピンドル３０上の所定の位置に保持されていることが好ましい。フランジ用円錐リング７２がスピンドル用円錐リング７４を囲んでおり、下部フランジ板５２に取り付けられている。取り外しリング７０は、取り外しリング７０の上部から半径方向外向きに延び、下部フランジ板５２の中心穴６８の内径よりもわずかに短い外径を有し、これによって取り外しリング７０と下部フランジ板５２との間に少なくとも０．５ｍｍの取り外しリングの隙間７８を形成する、かぎ状円形リップ７１を有している。スピンドル用円錐リング７４は環状であり、下部から上部に向けて半径方向内向きに傾斜する、円錐台状の半径方向外向きの表面７５を有する。フランジ用円錐リング７２は環状であり、スピンドル用円錐リングの外向きの表面７５と同じ角度で、下部から上部に向けて半径方向内向きに傾斜する、円錐台状の半径方向内向きの表面７３を有しており、このため、円錐台状表面７３、７５は互いに嵌め合わされる。

したがって、下部スピンドル３０の下部フランジ板５２に対する上下移動により、円錐状アセンブリ５４の動作上重要な、以下の３つの位置が生じる。

ａ）搭載位置が図３と４とに示されている。下部フランジ板５２は、昇降装置２６が、搭載されたタイヤ２の重量に抗して下部フランジ２４を上向きに動かしているときなどには、下部スピンドル３０上に下向きに押し付けられている（図３参照）。スピンドル用円錐リング７４は、フランジ用円錐リング７２内にくさび状に上方に向けて挿入されており、これによって、下部フランジ２４が回転しない下部スピンドル３０により一定の回転角度に保持されるように、嵌め合わされた円錐台状表面７３、７５を一体で押し付けていることがわかるであろう。

ｂ）測定位置が図５と７に示されている。下部フランジ板５２は、固定用フィンガ４２によって上部フランジ２２に固定され、下向きの移動が防止されている。しかし、下部スピンドル３０は、スピンドル用円錐リング７４がフランジ用円錐リング７２に対して下向きに移動し（たとえば相対距離が８〜１２ｍｍ、好ましくは約１０ｍｍ）、それによって嵌め合わされた円錐台状表面７３、７５が分離されて、好ましくは約１．０〜１．５ｍｍの円錐リング間の隙間７６が生じる位置まで、昇降装置２６によって下げられている。取り外しリング７０は、かぎ状リップ７１がフランジ用円錐リング７２と接触しないように寸法が設定されている。円錐リング間の隙間７６と取り外しリングの隙間７８は、合わせて、下部フランジ板５２に取り付けられた要素と下部スピンドル３０に取り付けられた要素との間に、接触のない空間を形成することがわかるであろう。したがって、上部フランジ２２に固定されている下部フランジ板５２は、下部スピンドル３０の周りを自由に回転することができる。前述のように、この状態で存在している連結部分は、機械的に静粛な空気用回転継手５６だけである。

ｃ）取り外し位置が図６に示されている。下部スピンドル３０は、かぎ状リップ７１がフランジ用円錐リング７２を引っ掛けて、下部フランジ２４を下方に引いてタイヤ２から外すように、つまり、上下のビード領域３の少なくとも一方を上下のリム用ビード座４６の少なくとも一方から分離するように、昇降装置２６によって下げられ、取り外しリング７０を下向きに引いている。公知の下部タイヤ保持部（図示せず）が、下部スピンドル３０と下部フランジ２４とが昇降装置２６によって下向きに引かれる際に、タイヤ２がこれらに合せて下がることを防止するため、タイヤ２の下に配置されている。取り外しリング７０は、下部フランジ２４がタイヤ２から外されたときに、下部フランジ板５２が下部スピンドル３０から完全に分離するのを防いでいることがわかるであろう。公知のビード押し外しシステム（図示せず）を、タイヤ２を上部フランジ２２から取り外す操作の補助に使用することが好ましい。ビード押し外しシステムがある場合、それは、上部スピンドル用ハウジング１８ではなく、Ｃフレーム４に取り付けなければならない。

再び図７を参照すると、取り外しリング７０のうちかぎ状リップ７１の下方にある部分は、スピンドル用円錐リング７４の外向きの表面７５に連続するように、円錐台状で、かぎ状リップ７１に向けて半径方向内向きに傾斜していることが好ましい、半径方向外向きの表面６９を有することに注意されたい。これにより、円錐状アセンブリ５４が測定位置にあるときに、円錐リング間の所望の隙間７６がフランジ用円錐リング７２と取り外しリング７０との間に生ずることがわかるであろう。本発明の範囲内に含まれることが明らかな別の実施形態の例としては、取り外しリング７０を、外径が少なくとも円錐リング間の隙間７６の寸法だけフランジ用円錐リング７２の最小内径よりも小さい、円柱状の外向きの表面６９を有するように単純化することが挙げられる。

昇降装置２６は、測定位置で停止しているときには中間点にある。バランスの測定中に昇降装置２６がその測定位置を維持するように、昇降装置２６（つまり下部スピンドル３０）のあらゆる下向きの移動を制限する固定機構２７が追加されている。固定機構２７は空気圧シリンダにより作動する。

次に、バランス／フォースバリエーション測定機１０の製造サイクルの例について説明する。

１．搭載：負荷用車輪６は（図１中の左側に）退避され、昇降装置２６は下部の停止位置まで下げられ、円錐状アセンブリ５４は搭載位置にある（図３）。未測定のタイヤ２が、ビード領域３の中心を回転軸ＡＲに合わせて、上部フランジ２２と下部フランジ２４との間の搭載位置に搬送される。

２．取り付け：昇降装置２６は下部フランジ２４をタイヤ２の中に向けて持ち上げ、下部ビード領域３ｂを下部リム用ビード座４６ｂに着座させ（図３）、下部フランジ２４を上部フランジ２２に嵌め合わせながら、上部ビード領域３ａを上部リム用ビード座４６ａ内に押し込むようにタイヤ２を持ち上げる。固定用リング５０が十分に上昇すると、固定用フィンガ４２は、固定用リング５０のリップ５１の下で固定するように、プッシュロッド３９とプッシュディスク４０とによって、半径方向外向きに押されることができる（図４）。

３．膨張：タイヤ２を指定された圧力まで膨張させる空気が、空気ライン３１を介して供給される。この膨張により、上下のビード領域３が上下のリム用ビード座４６に完全に着座し、また、昇降装置２６が下降しつつ、下部フランジ２４が上部フランジ２２から離れるように押し下げられる。固定用フィンガ４２が固定用リングのリップ５１を引掛け、その下で固定すると、下部フランジ２４は下方への移動を停止するが、昇降装置２６は引き続き下に動き、昇降装置２６が測定位置で停止したときに円錐リング間の隙間７６を生じるように円錐状アセンブリ５４を引き離すことによって、下部スピンドル３０を引き下ろし、下部フランジ２４から解放する（図５と図７）。固定機構２７が、昇降装置２６と下部スピンドル３０とを測定位置で保持するように作動する。

４．バランスの測定：固定機構２７が、昇降装置２６と下部スピンドル３０とを測定位置で保持するように作動する。モータ３６が起動され、タイヤ２を指定された高速の回転速度（たとえば２００〜６００ｒｐｍ、より好ましくは約３５０〜４５０ｒｐｍ、もっとも好ましくは約３８０ｒｐｍ）まで加速するのに使用され、クラッチ１６が開かれる（上部スピンドル３８をモータ３６から切り離す）。タイヤ２が自由回転しているときには、モータ３６を停止することが可能であり（必須ではない）、コントローラ６２は、バランスの測定データをロードセル２０とエンコーダ１４とから取得する。

５．フォースバリエーションの測定：バランスのデータ取得が完了した後、モータ３６が再起動され（バランスデータの取得中に停止していた場合）、クラッチ１６が閉じられ、モータ３６は、タイヤの回転速度を指定された低回転速度（約２０から１３０ｒｐｍが好ましく、約５５から６５ｒｐｍがより好ましく、約６０ｒｐｍがもっとも好ましい）まで減速する。その間に、負荷用車輪６はタイヤ２に接触するまで突き出され、指定された負荷力（たとえば、約４，４００Ｎ（１，０００ポンド））に達して停止する。コントローラ６２が負荷用車輪のセンサ９とエンコーダ１４から測定データを取得しながら、通常のフォースバリエーションの測定サイクルが行われる。コントローラ６２は、フォースバリエーションの測定値をバランスデータに相関させることを含む、すべての測定データの処理を実行し、その処理結果を工場の情報システムに送信する。研削装置（図示せず）が任意で装備されている場合は、その研削装置がタイヤ２に接触して、必要に応じてユニフォーミティおよび／またはバランスを修正する。

６．取り外し：モータ３６は、タイヤ２を減速して止め、負荷用車輪６が後退して、タイヤ２と切り離される。モータ３６は、オプションとして、上部スピンドル３８、上部フランジ２２、および下部フランジ２４を指定した回転角度で停止し、保持することで、各タイヤ２を、常に同じ回転位置で両フランジ２２、２４に搭載できるようにする適切な駆動制御装置を備えていてもよい。それにより、下部フランジ２４が常に同一の相対位置で下部スピンドル３０に再接続されることも保証され、さらに、上部フランジ２２と下部フランジ２４とが常に同一の相対位置で嵌め合わされることも保証される。空気ライン３１は、タイヤ２の空気を抜くため開放される。固定用フィンガ４２が解放され（プッシュロッド３９がシリンダ１２により引き上げられる）、固定機構２７は、昇降装置２６が解放され、それにより下部スピンドル３０が下降するように、作動解除される。下部スピンドル３０は、下降しながら、かぎ状リップ７１がフランジ用円錐リング７２を引掛けるように、取り外しリング７０を下向きに引き、それによって下部フランジ２４を下に引いて、下部フランジ２４の上部フランジ２２との嵌め合わせを切り離し（図６）、最終的に、下部フランジ２４をタイヤ２から切り離す。すなわち、上下のビード領域３の少なくとも一方は、上下のリム用ビード座４６の少なくとも一方から分離される。公知の下部タイヤ保持部（図示せず）が、下部スピンドル３０と下部フランジ２４とが昇降装置２６によって下向きに引かれる際に、タイヤ２がこれらに合せて下がることを防止するため、タイヤ２の下に配置されている。公知のビード押し外しシステム（図示せず）を、タイヤ２を上部フランジ２２から取り外す操作の補助に使用することが好ましい。下部フランジ２４がタイヤ２から外れて引下げられると、下部フランジ２４は重力で下部スピンドル３０の上に着座し、それによって、円錐状アセンブリ５４は搭載位置に戻ることがわかるであろう。タイヤ２は、測定が終了し、製造サイクルを完了するために搬出できる状態にある。工場の情報システムは、バランスとフォースバリエーションの測定の結果により、品質による分類、補修、または廃棄の可能性も含めて、測定されたタイヤ２をどこに搬送するかを決定する。

本発明のバランス／フォースバリエーション測定機の側面図である。 本発明のバランス／フォースバリエーション測定機の部分破断平面図である。 下部フランジが、タイヤの搭載後に、上部フランジと結合するために上昇中の、本発明のバランス／フォースバリエーション測定機の上部フランジと下部フランジの側面断面図である。 下部フランジが上部フランジと結合されたがまだ測定位置まで下降していない状態の、本発明のバランス／フォースバリエーション測定機の上部フランジと下部フランジの側面断面図である。 下部フランジがフォースバリエーションとバランスの測定位置で上部フランジと結合された状態の、本発明のバランス／フォースバリエーション測定機の上部フランジと下部フランジの側面断面図である。 下部フランジが、タイヤをはずすために、上部フランジから離れて下降中の、本発明のバランス／フォースバリエーション測定機の上部フランジと下部フランジの側面断面図である。 円錐状アセンブリの詳細を示す、本発明のバランス／フォースバリエーション測定機の下部フランジの側面断面図である。

符号の説明

２ タイヤ
３ ビード領域
３ａ 上部ビード領域
３ｂ 下部ビード領域
４ Ｃフレーム
６ 負荷用車輪
８ 軸
９ 負荷用車輪に取り付けられたセンサ
１０ バランス／フォースバリエーション測定機
１２ シリンダ
１４ エンコーダ
１５ エンコーダ用ディスク
１６ クラッチ／ブレーキアセンブリ
１８ 上部スピンドルハウジング
２０ ロードセル
２０ａ 右上のロードセル
２０ｂ 右下のロードセル
２０ｃ 左上のロードセル
２０ｄ 左下のロードセル
２２ 上部フランジ
２４ 下部フランジ
２６ 昇降装置
２７ 固定機構
２８ 軸受
３０ 下部スピンドル
３１ 空気ライン
３２ 支持構造
３４ ベルト
３６ モータ
３７ 上部スピンドル用軸受
３８ 上部スピンドル
３９ プッシュロッド
４０ プッシュディスク
４２ 固定用フィンガ
４２ａ 固定用フィンガ
４２ｂ 固定用フィンガ
４４ 固定用フィンガばね
４６ リム用ビード座
４６ａ 上部リム用ビード座
４６ｂ 下部リム用ビード座
４８ 位置合わせ用リング
５０ 固定用リング
５１ リップ
５２ 下部フランジ板
５４ 円錐状アセンブリ
５６ 空気用回転継手
５８ 気密軸受
６０ 密閉用フランジ
６２ コントローラ
６８ 中心穴
６９ 外向きの表面
７０ 取り外しリング
７１ かぎ状リップ
７２ フランジ用円錐リング
７３ 円錐台状表面
７４ スピンドル用円錐リング
７５ 円錐台状表面
７６ 円錐リング間の隙間
７８ 取り外しリングの隙間
ＡＲ 回転軸

Claims (2)

1. 上部スピンドルハウジング内に回転可能に保持されている上部スピンドルと、
   前記上部スピンドルの底部に固定されている上部フランジ、および、下部スピンドルの頂部に位置している下部フランジであって、タイヤが該両フランジ間に密閉して取り付けられながら、該両フランジが互いに固定するように嵌め合わせ可能な上部フランジおよび下部フランジと、
   前記タイヤの搭載位置まで前記下部スピンドル及び前記下部フランジを下降させ、前記タイヤが前記上部フランジと前記下部フランジとの間に着座するように前記下部フランジを前記上部フランジに向けて上昇させ、前記上部フランジと前記下部フランジとを互いに固定させるように前記下部フランジを下降させ、その後前記下部スピンドルが前記下部フランジから解放されて前記下部フランジが自由に回転できるように前記下部スピンドルを下降させる昇降装置と、
   密閉して取り付けられた前記タイヤをフォースバリエーションの測定のために低速で回転させ、バランスの測定のために高速で回転させるために、前記上部スピンドルを回転させる回転手段と、
   負荷用車輪に取り付けられ、前記タイヤが該負荷用車輪によって負荷を加えられながら前記低速で回転させられているときに、フォースバリエーションを測定する複数の第１のセンサと、
   前記上部スピンドルが自由に回転できるように、前記回転手段を前記上部スピンドルから切り離す手段と、
   前記タイヤが、自由に回転している前記上部スピンドルと自由に回転している前記下部フランジとに支持されて回転しているときに、タイヤバランスを測定する複数の第２のセンサと、
   を有する、空気タイヤのフォースバリエーションとバランスの両者を測定する機械。
2. 空気タイヤのフォースバリエーションとバランスの両者を１台の機械で測定する方法であって、
   回転可能な上部スピンドルに固定された上部フランジを用意するステップと、
   下部スピンドル上に位置する下部フランジを用意するステップと、
   タイヤの搭載位置まで前記下部スピンドル及び前記下部フランジを下降させ、前記タイヤが前記上部フランジと前記下部フランジとの間に着座するように前記下部フランジを上昇させるステップと、
   前記下部フランジを下降させ、それによって、前記タイヤが前記上部フランジと前記下部フランジとの間に密閉して取り付けられながら前記上部フランジと前記下部フランジとを互いに固定するステップと、
   前記下部スピンドルが前記下部フランジから解放されて前記下部フランジが自由に回転できるように前記下部スピンドルを下降させるステップと、
   前記上部スピンドルと前記上部フランジと前記下部フランジとを、フォースバリエーションの測定のために、回転手段によって低速で回転させるステップと、
   前記上部スピンドルと前記上部フランジと前記下部フランジとを、前記回転手段によって高速で回転させるステップと、
   前記上部スピンドルを前記回転手段から切り離し、前記上部スピンドルと自由に回転している前記下部フランジとをタイヤバランスの測定のために高速で自由回転させるステップと、
   を有する方法。
   

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