JP5047112B2 - タイヤ試験機及びタイヤ試験方法 - Google Patents

Description

本発明は、タイヤのユニフォミティと動バランスとを同じ装置で測定できるタイヤ試験機及びタイヤ試験方法に関するものである。

タイヤの生産ラインにおける検査には、タイヤの動バランス測定やユニフォミティ測定がある。これらの検査には動バランス試験機やユニフォミティ試験機が用いられており、それぞれ別の試験機を用いて試験が実施されている。しかしながら、装置コストの削減や生産性（スループット）の向上に鑑みれば、当然これらの検査を同じ装置で行う方が良い。そこで、従来のタイヤ試験機には、タイヤの動バランス測定とユニフォミティ測定とを１つの装置で行えるようにしたものが開発されている。
例えば、特許文献１には、タイヤのユニフォミティと動バランスとを１つの装置で測定可能なユニフォミティ・バランサ複合機が開示されている。この複合機は、動バランスを測定できるようにユニフォミティ試験機を改造したものであり、タイヤを保持するスピンドル軸を低速と高速とに切替可能に駆動回転させる回転手段を備えている。

この特許文献１の複合機は、タイヤのユニフォミティを測定する際は、スピンドル軸に保持されたタイヤを低速回転させ、路面が形成された回転ドラムをタイヤに押し付けてタイヤのユニフォミティを求める構成となっている。一方、タイヤの動バランスを測定する際は、タイヤから回転ドラムを離間させ、タイヤを高速回転させ、タイヤの動バランスを測定する構成となっている。
特開２００４−２９９６７３号公報

特許文献１の複合機では、ユニフォミティ測定が終わっても動バランス測定のためにタイヤをつけ替える必要がないので、タイヤの脱着に必要な手間や時間は短縮できる。しかし、ユニフォミティ測定に引き続いて動バランス測定を連続して行う構成となっているため、タイヤの回転数をユニフォミティ測定用の低速回転から動バランス測定用の高速回転に切り替えなくてはならない。ところが、ユニフォミティ測定時に比べて動バランス測定時の回転数は非常に大きく、スピンドル軸の増速にはある程度の時間が必要となる。それゆえ、このようなユニフォミティ測定と動バランス測定とを連続して行う構成では、トータルでの試験時間の短縮には限度がある。

本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、スピンドル軸を２つ設けて一方でユニフォミティ測定を行うのに合わせて他方で動バランス測定を行い、２つの試験を並列して行うことで従来のものに比べて試験効率を一層向上させることができるタイヤ試験機及びタイヤ試験方法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、タイヤをその軸心回りに駆動回転し且つ互いに距離をあけて設けられた２つのスピンドル軸と、前記２つのスピンドル軸の間に配備されると共に２つのスピンドル軸に取り付けられたそれぞれのタイヤに対して近接離間自在に設けられた回転ドラムと、前記回転ドラムと接触している一方のタイヤのユニフォミティを測定するユニフォミティ測定部と、前記ユニフォミティ測定部で一方のタイヤのユニフォミティを測定するのに合わせて、前記回転ドラムから離間している他方のタイヤの動バランスを測定する動バランス測定部とを有し、前記ユニフォミティ測定部は、前記一方のスピンドル軸に取り付けられてＸ（ｒｐｍ）で回転しているタイヤのユニフォミティを測定するように構成されており、前記動バランス測定部は、前記他方のスピンドル軸に取り付けられて、以下の式（１）を満足する回転数Ｙ（ｒｐｍ）で回転している当該他方のタイヤに発生する動バランスを測定するように構成されていることを特徴とするものである。

発明者らは、タイヤを保持するスピンドル軸を２つ設けると共に回転ドラムが２つのタイヤ間を行き来するようにすれば、回転ドラムに接触している方のタイヤでユニフォミティ測定を行うのに合わせて、回転ドラムから離間している方のタイヤで動バランス測定が行えるのではないかと考えた。
そして、一方のタイヤのユニフォミティを測定するユニフォミティ測定部と、一方のタイヤのユニフォミティ測定に合わせて他方のタイヤの動バランスを測定する動バランス測定部とを設けることで、ユニフォミティ測定と動バランス測定とを効率良く行えることを知見して、本発明を完成するに至ったのである。

一方、本発明のタイヤ試験方法は、タイヤをその軸心回りに駆動回転し且つ互いに距離をあけて設けられた２つのスピンドル軸を有するタイヤ試験機を用いて、一方のスピンドル軸に取り付けられたタイヤのユニフォミティを、他方のスピンドル軸に取り付けられたタイヤの動バランスの測定に合わせて測定するタイヤ試験方法であって、前記一方のスピンドル軸に取り付けられたタイヤをＸ（ｒｐｍ）で回転させて、前記一方のユニフォミティを測定すると共に、前記他方のスピンドル軸に取り付けられたタイヤを、以下の式（１）を満足する回転数Ｙ（ｒｐｍ）で回転させて、当該他方のタイヤに発生する動バランスを測定することを特徴とするものである。

なお、好ましくは、前記他方のスピンドル軸に取り付けられたタイヤを、以下の式（２）を満足する回転数Ｙ（ｒｐｍ）で回転させて、前記他方のタイヤに発生する動バランスを測定するのが良い。

また、前記一方のタイヤの回転周波数Ｘを６０（ｒｐｍ）、回転周波数の最大測定次数Ｍを１０次とし、前記タイヤのユニフォミティ及び動バランスを測定することもできる。

本発明のタイヤ試験機及びタイヤ試験方法によれば、スピンドル軸を２つ設けて一方でユニフォミティ測定を行うのに合わせて他方で動バランス測定を行い、２つの試験を並列して行うことで従来のものに比べて試験効率を一層向上させることができる。

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）とタイヤＴの動バランス（動的釣合）とを測定する複合試験装置である。タイヤ試験機１は、タイヤＴを鉛直方向の軸線回りに駆動回転するスピンドル軸３を左右に距離をあけて２つ備えている。２つのスピンドル軸３は、それぞれスピンドルハウジング６に回転自在に支持されており、タイヤＴをそれぞれ異なる回転数で駆動回転できるようになっている。そして、これら２つのスピンドル軸３の間には回転ドラム４がそれぞれのタイヤＴに対して近接離間自在に設けられている。

以降の説明において、図１の紙面の左右をタイヤ試験機１を説明する際の左右とする。また、図１の紙面の上下をタイヤ試験機１を説明する際の上下とする。これらの方向は、オペレータがタイヤ試験機１を図１のように見た際の方向と一致する。
スピンドル軸３は、回転ドラム４の左方に左側のスピンドル軸３が、また回転ドラム４の右方に右側のスピンドル軸３が設けられている。これらのスピンドル軸３は、鉛直方向を向く軸線回りに円筒状に形成されており、その上部にはタイヤＴを装着するリム５が設けられている。

なお、２つのスピンドル軸３及びスピンドルハウジング６は、配置が左右対称となっている点を除けば、互いに同じ構成となっている。そこで、以降の説明では、左側のスピンドル軸３を代表にとして説明を行う。
スピンドル軸３の外周側には上端側と下端側とに軸受部（図示略）が２つ設けられており、この軸受部によりスピンドル軸３はスピンドルハウジング６に対して相対回転自在に支持されている。スピンドル軸３の下端側にはタイミングプーリ８が備えられており、このタイミングプーリ８に巻き回されたタイミングベルト９を介してスピンドル軸３は鉛直方向を向く軸線回りに回転可能となっている。

スピンドルハウジング６はスピンドル軸３を内側に収容可能な円筒状に形成されており、スピンドル軸３を回転可能に支持している。スピンドルハウジング６の外周面にはスピンドルハウジング６をベース１０に固定するハウジング支持部材１１が形成されており、このハウジング支持部材１１は鉛直方向及び左右方向の双方に向かって伸びる板状に形成されている。
ハウジング支持部材１１から左右方向に離れた位置には、ベース１０から上方に向かって突出したリブ状の位置決め部材１２が配備されている。位置決め部材１２の上端側にはハウジング支持部材１１から回転ドラム４側に距離をあけると共にハウジング支持部材１１と対向する対向面１３が備えられており、この対向面１３には動バランス測定部１４が取り付けられている。ハウジング支持部材１１と位置決め部材１２とは動バランス測定部１４を挟んで締結具（図示略）を用いて固定状態となっており、スピンドルハウジング６はこの締結具を用いてベース１０に対してスピンドルハウジング６を固定（剛体支持）している。なお、動バランス測定部１４については後述する。

ベース１０はタイヤ試験機１を下方から支える土台であり、このベース１０の左側と右側とにはタイミングベルト９を駆動回転させるモータ１５が１基ずつ配設されている。左右のモータ１５にはそれぞれタイミングベルト９が巻き回されており、左右のスピンドル軸３のタイミングプーリ８にそれぞれタイミングベルト９を介して駆動力を付与できるようになっている。
制御部１６は、左側のモータ１５と右側のモータ１５とを個別に駆動しており、左側のスピンドル軸３に支持されたタイヤＴと右側のスピンドル軸３に支持されたタイヤＴとを異なる回転数で回転できるようになっている。

回転ドラム４は、外形が円筒状に形成されたドラム部１７と、このドラム部１７を回転自在に支持するドラム支持体１８とを備えている。ドラム部１７は、その外周面はタイヤＴが接地する路面となっており、上下方向に沿った軸部１９回りに回転可能となっている。回転ドラム４の軸部１９は上方と下方とに向かって突出しており、軸部１９の突出した部分はドラム支持体１８に回転自在に支持されている。このドラム支持体１８はベース１０に対して左右方向に移動可能に配設されており、ドラム部１７はスピンドル軸３に設けられたタイヤＴに対して近接離間可能となっている。また、回転ドラム４とドラム支持体１８との間には、ユニフォミティを測定するユニフォミティ測定部２０が設けられている。

本発明のタイヤ試験機１は、回転ドラム４と接触している一方のタイヤＴのユニフォミティを測定するユニフォミティ測定部２０と、ユニフォミティ測定部２０で一方のタイヤＴのユニフォミティを測定するのに合わせて、回転ドラム４から離間している他方のタイヤＴの動バランスを測定する動バランス測定部１４とを有していることを特徴とするものである。
図２に示すように、ユニフォミティ測定部２０は、上述のように回転ドラム４におけるドラム部１７とドラム支持体１８との間に設けられており、タイヤＴに接触したドラム部１７からドラム支持体１８に加わる力を測定することで、一方のタイヤＴに発生するユニフォミティ力を測定している。本実施形態のユニフォミティ測定部２０は、例えば上下方向と左右方向との２方向成分の力を測定可能なロードセルである。ユニフォミティ測定部２０で測定されたユニフォミティ力は、解析部２１に送られる。

動バランス測定部１４は、左右のスピンドル軸３のそれぞれに設けられて、それぞれのスピンドル軸３に取り付けられたタイヤＴのアンバランス力を測定可能となっている。動バランス測定部１４は、ロードセルで構成され、スピンドルハウジング６のハウジング支持部材１１と位置決め部材１２の対向面１３との間に設けられており、ハウジング支持部材１１から位置決め部材１２に加わる左右方向の力を他方のタイヤＴに発生するアンバランス力として測定している。動バランス測定部１４で測定されたアンバランス力も、ユニフォミティ力と同じように解析部２１に送られる。

解析部２１は、ユニフォミティ測定部２０で測定されたユニフォミティ力から一方のタイヤＴのユニフォミティを評価すると共に、動バランス測定部１４で測定されたアンバランス力から他方のタイヤＴの動バランスを評価している。解析部２１におけるユニフォミティの評価は、ユニフォミティ測定部２０からの振動波形を１次から高次までの振動成分に分け、各振幅でユニフォミティを評価するものである。また、解析部２１における動バランスの評価は、動バランス測定部１４からの振動波形を用い、振動波形の振幅や周波数分析結果をもとに評価を行う。

次に、解析部２１で行われる振動解析の内容、つまり上述のタイヤ試験機１を用いたタイヤ試験方法について詳しく説明する。
本発明のタイヤ試験方法は、回転ドラム４と接触している一方のタイヤＴのユニフォミティを測定するのに合わせて、回転ドラム４から離間している他方のタイヤＴの動バランスを測定するものである。具体的には、制御部１６により、左右のタイヤＴのうち一方のタイヤＴを低回転数で回転させてユニフォミティ測定を行うと共に他方のタイヤＴを高回転数で回転させて動バランスを測定するものである。

これらのユニフォミティ測定と動バランス測定とは、回転ドラム４の移動時間やスピンドル軸３が所定の回転数まで増減速する時間などの関係で、一方の測定が行われている際に他方の測定が行われていない場合もある。しかし、ユニフォミティ測定と動バランス測定とが同時に測定されている場合は、動バランス測定系の振動がスピンドルハウジング６やベース１０を伝わってユニフォミティ測定系に外乱として伝わり、ユニフォミティの評価が精度良く行えなくなる可能性がある。
すなわち、ユニフォミティ測定時のタイヤＴの回転数は動バランス測定に比べて小さいものの、ユニフォミティ測定の振動波形の解析は例えば１０次成分のような高次成分にまで振動波形を分解して解析するものとなっている。それゆえ、動バランス測定系のタイヤＴの回転数とユニフォミティ測定系のタイヤＴの回転数とが大きく異なるものであっても、振動波形を解析する際の測定周波数帯域や基本波形の周波数によっては、動バランス測定系の振動がユニフォミティ測定系に影響し、ユニフォミティの評価精度が悪くなる可能性がある。

そこで、本発明では、動バランス測定の振動成分がユニフォミティ測定系に外乱として加わっても、ユニフォミティの評価結果に影響を及ぼさないように、一方のスピンドル軸３に取り付けられたタイヤＴをＸ（ｒｐｍ）で回転させてユニフォミティを測定する際には、他方のスピンドル軸３に取り付けられたタイヤＴを、以下の式（１）を満足する回転数Ｙ（ｒｐｍ）で回転させて、動バランスを測定している。

例えば、ＪＩＳ Ｄ４２３３に規定されるように、一方のスピンドル軸３に取り付けられたタイヤＴをＸ＝６０ｒｐｍで回転させ、そのＭ＝１０次成分までの測定周波数帯域でユニフォミティを測定する際には、他方のスピンドル軸３に取り付けられたタイヤＴを、Ｙ＝６００ｒｐｍを超える回転数で回転させて、他方のタイヤＴに発生する動バランスを測定すると良い。
このようにすれば、ユニフォミティ測定の際に振動波形をＭ次成分まで分解して評価する場合であっても、動バランス測定系の振動の周波数がユニフォミティ測定系のＭ次高調波より高くなっているので、ユニフォミティ測定系の測定周波数帯域と動バランス測定系の外乱振動周波数帯域とを分離することができ、動バランス測定系の振動がユニフォミティ測定系に外乱として加わっても振動波形の解析結果にあらわれることがない。それゆえ、動バランス測定系からの外乱の影響を排除して、ユニフォミティの評価を精度良く行うことができる。

なお、上述の方法でタイヤＴ試験を行う場合であっても、ユニフォミティ測定における振動波形の解析に例えばＦＦＴ（高速フーリエ変換）のような周波数解析を適用する場合には、解析方法に由来する誤差を生じる場合がある。
例えば、通常ユニフォミティ測定においては、タイヤＴ１回転分（２π）の振動波形を採取し、この振動波形に対してＦＦＴ解析を行っている。ところが、ＦＦＴ解析においては、解析時間内において振動波形が周期的に繰り返されることが解析のための前提条件となっている。それゆえ、動バランス測定の回転周波数がユニフォミティ測定の回転周波数の整数倍からずれていると、動バランス測定系の振動波形が重畳したユニフォミティ測定に用いられる振動波形が周期的に繋がらず、分析波形の最初と最後とがなめらかに連続していないものとなってしまう。このような振動波形に対してＦＦＴを行うと、「漏れ成分」と呼ばれる誤差成分（偽りの成分）が高次成分にまで加わり、ユニフォミティの評価が精度良く行えなくなる可能性がある。

そこで、本発明では、他方のスピンドル軸３に取り付けられたタイヤＴを、以下の式（２）を満足する回転数Ｙ（ｒｐｍ）で回転させて動バランスを測定している。

例えば、上述のようにＪＩＳ Ｄ４２３３に規定される試験条件の場合は、一方のスピンドル軸３に取り付けられたタイヤＴをＸ＝６０ｒｐｍで回転させ、そのＭ＝１０次成分までの測定周波数帯域でユニフォミティを測定する際には、他方のスピンドル軸３に取り付けられたタイヤＴを、Ｙ＝６６０ｒｐｍ以上で６０ｒｐｍの整数倍の回転数で回転させて、他方のタイヤＴに発生する動バランスを測定すると良い。
このようにすれば、動バランス測定系のタイヤＴの回転数がユニフォミティ測定系のタイヤＴの回転数と整数倍の関係となっているので、ユニフォミティ測定に用いられる振動波形は２πで周期的に繋がり、分析波形の最初と最後とがなめらかに連続したものとなる。それゆえ、漏れ成分のような誤差成分が発生しなくなり、ユニフォミティの評価がより精度良く行える。

次に、解析部２１における分析波形の解析結果を示して本発明のタイヤ試験方法を説明する。
図３は、一方のタイヤＴの回転周波数が６０ｒｐｍ、他方のタイヤＴの回転周波数が７２０ｒｐｍの場合に、解析部２１で測定されるユニフォミティ力の振動波形を示したものである。
この実験例では、ユニフォミティ力の振動波形に対して最大１０次までの測定周波数帯域でＦＦＴ解析を行うため、Ｘ＝６０ｒｐｍ、Ｙ＝７２０ｒｐｍ、Ｍ＝１０なので、式（１）及び式（２）の関係を満足している。

一方、解析部２１で測定されるユニフォミティ力の振動波形は、図３に示すように、６０ｒｐｍの正弦波を基本波形とする１次成分に、７２０ｒｐｍの高周波が重畳したものである。この振動波形の最初と最後とを比較すると、振動波形の最初と最後とがなめらかに連続しており、解析時間内において振動波形が周期的に繰り返されていることが分かる。
図４に示すように、このユニフォミティ力の振動波形に対して最大１０次までの測定周波数帯域でＦＦＴ解析を行うと、１次成分の振動成分のみが測定され、２次から１０次までの高次の振動成分は測定されない。このことから、上述した式（１）及び式（２）の関係を満足する場合には、各次数成分に漏れ成分などの誤差成分が発生せず、ユニフォミティをより精度良く評価できることが分かる。

一方、図５は、一方のタイヤＴの回転周波数が６０ｒｐｍ、他方のタイヤＴの回転周波数が６９０ｒｐｍの場合に、解析部２１で測定されるユニフォミティ力の振動波形を示したものである。それゆえ、上述した式（１）の関係は満足するが、式（２）の関係は満足しない。
このとき、図５に示すように、解析部２１で測定されるユニフォミティ力の振動波形において分析波形の最初と最後とを比較すると、振動波形の最初と最後とがなめらかに連続しておらず、解析時間内において振動波形が周期的に繰り返されていないことがわかる。

図６に示すように、このユニフォミティ力の振動波形に対して最大１０次までの測定周波数帯域でＦＦＴ解析を行うと、２次から１０次までの高次の振動成分に漏れ成分が測定される。このことから、上述した式（２）の関係を満足しない実験例では、各次数の振動成分に漏れ成分などの誤差成分が発生し、ユニフォミティをより精度良く評価できないと判断される。
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、スピンドル軸３が２軸のものを例示した。しかし、スピンドル軸３を３軸以上設けることもできる。
上記実施形態では、ユニフォミティ測定部２０としてドラム部１７とドラム支持体１８との間に設けられた２方向成分の力を測定可能なロードセルを例示すると共に、動バランス測定部１４としてスピンドルハウジング６のハウジング支持部材１１と位置決め部材１２の対向面１３との間に設けられた１方向成分の力を測定可能なロードセルを例示した。しかし、ユニフォミティ測定部２０や動バランス測定部１４は例示した位置以外の場所に設けることもできる。例えば、ユニフォミティ測定部２０をスピンドルハウジング６側に設けることもできる。また、これらの測定部には３方向成分を計測可能なロードセルや圧力センサなどを用いても良い。

タイヤ試験機の正面図である。 タイヤＴ試験時のタイヤ試験機の正面図である。 実施例の振動波形を示すグラフである。 実施例の振動波形のＦＦＴ解析結果を示すグラフである。 比較例の振動波形を示すグラフである。 比較例の振動波形のＦＦＴ解析結果を示すグラフである。

符号の説明

１ タイヤ試験機
３ スピンドル軸
４ 回転ドラム
５ リム
６ スピンドルハウジング
７ 軸受部
８ タイミングプーリ
９ タイミングベルト
１０ ベース
１１ ハウジング支持部材
１２ 位置決め部材部材
１３ 対向面
１４ 動バランス測定部
１５ モータ
１６ 制御部
１７ ドラム部
１８ ドラム支持体
１９ 軸部
２０ ユニフォミティ測定部
２１ 解析部
Ｔ タイヤ

Claims (4)

1. タイヤをその軸心回りに駆動回転し且つ互いに距離をあけて設けられた２つのスピンドル軸と、
   前記２つのスピンドル軸の間に配備されると共に２つのスピンドル軸に取り付けられたそれぞれのタイヤに対して近接離間自在に設けられた回転ドラムと、
   前記回転ドラムと接触している一方のタイヤのユニフォミティを測定するユニフォミティ測定部と、
   前記ユニフォミティ測定部で一方のタイヤのユニフォミティを測定するのに合わせて、前記回転ドラムから離間している他方のタイヤの動バランスを測定する動バランス測定部とを有し、
   前記ユニフォミティ測定部は、前記一方のスピンドル軸に取り付けられてＸ（ｒｐｍ）で回転しているタイヤのユニフォミティを測定するように構成されており、
   前記動バランス測定部は、前記他方のスピンドル軸に取り付けられて、以下の式（１）を満足する回転数Ｙ（ｒｐｍ）で回転している当該他方のタイヤに発生する動バランスを測定するように構成されていることを特徴とするタイヤ試験機。
   
2. タイヤをその軸心回りに駆動回転し且つ互いに距離をあけて設けられた２つのスピンドル軸を有するタイヤ試験機を用いて、一方のスピンドル軸に取り付けられたタイヤのユニフォミティを、他方のスピンドル軸に取り付けられたタイヤの動バランスの測定に合わせて測定するタイヤ試験方法であって、
   前記一方のスピンドル軸に取り付けられたタイヤをＸ（ｒｐｍ）で回転させて、前記一方のユニフォミティを測定すると共に、前記他方のスピンドル軸に取り付けられたタイヤ
   を、以下の式（１）を満足する回転数Ｙ（ｒｐｍ）で回転させて、当該他方のタイヤに発生する動バランスを測定することを特徴とするタイヤ試験方法。
   
3. 前記他方のスピンドル軸に取り付けられたタイヤを、以下の式（２）を満足する回転数Ｙ（ｒｐｍ）で回転させて、前記他方のタイヤに発生する動バランスを測定することを特徴とする請求項２に記載のタイヤ試験方法。
   
4. 前記一方のタイヤの回転周波数Ｘを６０（ｒｐｍ）、回転周波数の最大測定次数Ｍを１０次とし、前記タイヤのユニフォミティ及び動バランスを測定することを特徴とする請求項３に記載のタイヤ試験方法。