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

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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。
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に記載のタイヤ試験方法。
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