JP5442514B2 - 多分力ロードセルおよびこれを用いたタイヤ試験機 - Google Patents

Description

本発明は、複数方向の力と偶力とを同時に測定する多分力ロードセルと、これを利用したタイヤ試験機に関する。

多分力ロードセルを利用したタイヤ試験機用としては、例えば、特許文献１に示されているように、多分力ロードセルから延出されたスピンドルに測定対象のタイヤを遊転自在に装着し、このタイヤを駆動回転される走行ドラムに接触させて所望の速度で回転させ、この時にスピンドルに作用する負荷によってもたらされる各軸方向の分力や偶力を多分力ロードセルで測定するよう構成したものが知られている。

特開２００３−４５９８号公報

多分力ロードセルは、負荷を受ける部材の一部に応力が集中する測定部位を形成し、この測定部位の歪み変形を歪ゲージで検出することで、負荷に基づく各方向の力を演算するように構成されているのであるが、応力が集中する部位の剛性から、測定できる負荷の範囲に限りがある。例えば、乗用車などに利用される小径のタイヤを測定対象とした試験機は許容負荷が比較的小さいので、バスやトラックなどに利用される大径のタイヤを装着して大きい負荷で試験することは、機械的な耐久性の面で不適となる。また、大径タイヤの試験に好適な大負荷対応の試験機に小径タイヤを装着すると、小径タイヤによってもたらされる負荷が小さいために測定部位での歪み変形が微小となり、精度の低い測定結果しか得られなくなる。

そこで、従来では、負荷容量の異なる多分力ロードセルを組み込んだ複数種のタイヤ試験機を製作し、測定対象となるタイヤの仕様に応じて試験機を使い分けるようにしていたために、複数種のタイヤ試験機を準備するための設備コストが嵩むという課題があった。

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであって、連結した小さい負荷、あるいは、大きい負荷によってもたらされる複数方向の力と偶力とをそれぞれ適切に測定することができる多分力ロードセル、および、これを利用して小径と大径のタイヤを好適に試験することができるタイヤ試験機を提供することを課題としている。

前記目的を達成するために、本発明では、次のように構成している。

本発明の多分力ロードセルは、基部の外周から直交する四方に向けて４本の第１アームを突設し、各第１アーム先端を前記基部の外周に間隔をあけて配置した第１枠体の内周側に各々形成した第１アーム連結部位に連結し、前記第１枠体の外周から直交する四方に向けて４本の第２アームを突設し、各第２アーム先端を前記第１枠体の外周に間隔をあけて配置した第２枠体の内周側に各々形成した第２アーム連結部位に連結し、前記第１アーム連結部位は、第１アーム先端からさらに外方へ伸延する捩れが生じ易い第１の部分と、前記第１枠体内周に前記第１の部分と共にＴ字形をなして形成され前記第１の部分の伸延方向に撓み易い第２の部分とで構成し、前記第２アーム連結部位は、第２アーム先端からさらに外方へ伸延する捩れが生じ易い第３の部分と、前記第２枠体内周に前記第３の部分と共にＴ字形をなして形成され前記第３の部分の伸延方向に撓み易い第４の部分とで構成し、前記各第１アームおよび前記各第２アームの外面に歪ゲージを付設している。

本発明の多分力ロードセルによると、負荷が小さい場合には、基部に負荷を連結して、小さい負荷でも所望の撓み変形をもたらす第１アームを用いて測定を行い、また、負荷が大きい場合には、第１枠体に負荷を連結して、大きい負荷で所望の撓み変形をもたらす第２アームを用いて測定を行うことができ、負荷を連結する部分を負荷の大きさに応じて使い分けることで、機械的な損傷をもたらすことなく、かつ精度の高い適切な測定を行うことができる。

また、各第１アームおよび各第２アームの歪ゲージを所定の組み合わせでブリッジ回路に結線することで、これらブリッジ回路の抵抗値変化から直交する３軸方向の分力と、各軸周りの偶力を測定することが可能となる。

本発明では、前記各第１アームおよび前記各第２アームを四角柱状に形成し、その四周外面にそれぞれ一対ずつ歪ゲージを付設してもよい。

本発明では、前記各第２アームは前記第１枠体の外周から前記各第１アームの突設方向に一致して直交する四方に向けて突設してもよい。

本発明では、基部が軸状で、第１枠体が前記基部外周を囲むリング状で、前記第２枠体が前記第１枠体外周を囲むリング状で互いに同心上に外方へ間隔をあけて配備してもよい。

本発明のタイヤ試験機は、本発明の多分力ロードセルを備え、小径のタイヤが連結される第１スピンドルを前記基部に対して遊転自在に支持するとともに、大径のタイヤが連結される第２スピンドルを前記第１枠体に対して遊転自在に支持し、前記第１スピンドルあるいは前記第２スピンドルに装着したタイヤを走行ドラムによって接触回転させるよう構成している。

本発明のタイヤ試験機によると、小さい負荷をもたらす小径のタイヤを検査する場合には、タイヤを第１スピンドルに装着し、もたらされる負荷を、基部を介して比較的剛性の低い第１アームに作用させ、過不足のない撓みを発生させて、制度の高い測定を行うことができる。また、大きい負荷をもたらす大径のタイヤを検査する場合には、タイヤを第２スピンドルに装着し、もたらされる負荷を、第１枠体を介して比較的剛性の高い第２アームに作用させ、過不足のない適切な撓みを発生させて、耐久性高く測定を行うことができる。

本発明では、前記基部に連結した第１支軸に前記第１スピンドルを遊転自在に装着するとともに、前記第１枠体に連結した第２支軸に前記第２スピンドルを遊転自在に装着するのが好ましい。

この構成によると、第１スピンドルに作用する負荷を第１支軸を介して確実に基部に伝えることができるとともに、第２スピンドルに作用する負荷を第２支軸を介して確実に第１枠体に伝えることができ、当該試験機の機能を好適に発揮させることができる。

本発明によると、連結した小さい負荷、あるいは、大きい負荷によってもたらされる複数方向の分力と偶力とを1台の多分力ロードセルでそれぞれ適切に測定することができる。また、この多分力ロードセルを利用することで、小径のタイヤおよび大径のタイヤを１台の試験機でそれぞれ好適に試験することができる。

図１は本発明の実施形態に係る多分力ロードセルの正面図である。 図２は図１の多分力ロードセルの要部を拡大した正面図である。 図３は図１の多分力ロードセルの一部を切欠いた斜視図である。 図４は図１の多分力ロードセルにおける応力検出用のブリッジ回路図である。 図５は本発明の実施形態に係る多分力ロードセルを適用したタイヤ試験機の要部を示す縦断側面図である。 図６は図５のタイヤ試験機の要部を示す斜視図である。 図７は図５のタイヤ試験機の小径タイヤの検査形態を示す縦断側面図である。 図８は図５のタイヤ試験機の小径タイヤの検査形態を示す斜視図である。 図９は図５のタイヤ試験機の大径タイヤの検査形態を示す縦断側面図である。 図１０は図５のタイヤ試験機の大径タイヤの検査形態を示す斜視図である。 図１１は別実施形態におけるタイヤ試験機の要部を示す縦断側面図である。

以下、添付した図面を参照して本発明の実施形態に係る多分力ロードセルを詳細に説明する。

図１ないし図３に、本発明の実施形態に係る多分力ロードセル１を示す。この多分力ロードセル１は、軸状の基部２、リング状の第１枠体３、および、装置固定部４（図５参照）に連結されるリング状の第２枠体としての固定枠体５が同心上に互いに外方へ間隔をあけて順次に配備された構造となっている。

基部２の中心から直交する四方（Ｘ軸両方向およびＹ軸両方向）に向けて基部２の外周から突設された４本の断面積が小さい第１アーム６が第１枠体３の内周側の対応する各第１アーム連結部位に連結される。

第１枠体３の外周から前記各第１アームの突設方向に一致して直交する四方に向けて突設された４本の断面積が大きい第２アーム７が固定枠体５の内周側の対応する各第２アーム連結部位に連結されている。Ｘ軸およびＹ軸は直交二次元座標の座標軸であり、この両軸の交点は基部２の中心である。

前記各第１アーム連結部位は、第１アーム６先端からさらに外方へ伸延する捩れが生じ易いように断面積を小さくされた第１の部分８と、第１枠体３内周に前記第１の部分８と共にＴ字形をなして形成され前記第１の部分８の伸延方向に撓み易いように薄肉に形成された第２の部分９とで構成している。第２の部分９は、第１枠体３の内周部で第１アーム６の突出方向と直交して形成されたスリット１０により、前記撓み変形可能な薄肉に形成されている。

前記各第２アーム連結部位は、第２アーム７先端からさらに外方へ伸延する捩れが生じ易いように断面積を小さくされた第３の部分１１と、固定枠体５内周に第３の部分１１と共にＴ字形をなして形成され前記第３の部分１１の伸延方向に撓み易いように薄肉に形成された第４の部分１２とで構成している。第４の部分１２は、固定枠体５の内周部で第２アーム７の突出方向と直交して形成されたスリット１３により、前記撓み変形可能な薄肉に形成されている。

第１アーム６は断面積の小さい四角柱に、また、第２アーム７は第１アーム６よりも断面積の大きい四角柱に構成されている。なお、ここでは、左右の第１アーム６および第２アーム７が、左右に向かうＸ軸上に位置するとともに、上下の第１アーム６および第２アーム７が、上下に向かうＹ軸上に位置し、かつ、これらＸ軸とＹ軸の交点において直交するＺ軸に基部２の軸心が一致する。

このように、各第１アーム６および各第２アーム７それぞれの先端部が、第１枠体３の内周部および固定枠体５の内周部にそれぞれ弾性的かつピンポイント状に支持されることで、各第１アーム６および各第２アーム７は四方への撓み変形および捻り変形に制約を受け難い片持ち梁の形態となる。

各第１アーム６の四方の外面には一対ずつ歪ゲージＧａ（１〜８,９〜１６，１７〜２４，２５〜３２）が付設されるとともに、各第２アーム７の四方の外面にも２枚づつ歪ゲージＧｂ（1〜８,９〜１６，１７〜２４，２５〜３２）が付設されている。なお、上向きの第１アーム６と第２アーム７を拡大して示す図２において、各第１アーム６の図示されていない裏側の外面にも歪ゲージＧａ３，Ｇａ４（図示せず）が付設されるとともに、第２アーム７の図示されていない裏側の外面にも歪ゲージＧｂ３，Ｇｂ４（図示せず）が付設されている。また、拡大して図示されていない下方向きの第１アーム６と第２アーム７、および、左右向きの各第１アーム６と各第２アーム７における四方の外面に付設される歪ゲージＧａ（９〜１６，１７〜２４，２５〜３２），Ｇｂ（９〜１６，１７〜２４，２５〜３２）の配置順序（補助番号の順序）は、図２に示す上記配置順序と同様である。

図４（ａ）〜（ｆ）は、各第１アーム６に係わる３２個の歪ゲージＧａ（１〜３２）の測定用ブリッジ回路を示すものであり、（ａ）の回路における抵抗値でＸ軸方向の力が、（ｂ）の回路でＹ軸方向の力が、（ｃ）の回路における抵抗値でＺ軸方向の力が、（ｄ）の回路における抵抗値でＸ軸周りの偶力が、（ｅ）の回路における抵抗値でＹ軸周りの偶力が、さらに、（ｆ）の回路における抵抗値でＺ軸周りの偶力がそれぞれ測定される。なお、図示されていないが、各第２アーム７に係わる３２個のＧｂ（１〜３２）も上記と同様に結線されて、各軸方向の力と各軸周りの偶力が測定されるようになっている。

本実施形態の多分力ロードセル１は以上のように構成されており、小さい負荷が作用する場合には、基部２に負荷を連結して断面積の小さい各第１アーム６を歪み変形させ、また、大きい負荷が作用する場合には、第１枠体３に負荷を連結して断面積の大きい各第２アーム７を歪み変形させることで、各軸方向の力と各軸周りの偶力を測定することになる。

以上の構成によると、基部２に負荷を連結した場合、基部２に作用する負荷によって各第１アーム６が撓み、あるいは、捻り変形し、これが歪ゲージＧａ（１〜３２）の歪として検出され、これら歪ゲージＧａ（１〜３２）の歪み変形に伴う抵抗値変化に基づいて、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の力、および、各軸周りの偶力が測定されることになる。この場合、負荷が作用しない第１枠体３は固定枠として機能する。

また、第１枠体３に負荷を連結した場合、第１枠体３に作用する負荷によって各第２アーム７が撓み、あるいは、捻り変形し、これが歪ゲージＧｂ（１〜３２）の歪として検出され、これら歪ゲージＧｂ（１〜３２）の歪み変形に伴う抵抗値変化に基づいて、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の力、および、各軸周りの偶力が測定されることになる。この場合、負荷が作用しない基部２は、第２アーム７の変形には関与することがない。

以上のように構成された多分力ロードセル１を利用したタイヤ試験機の要部が図５〜図１０に示されている。

図５，図６に示すように、このタイヤ試験機では、多分力ロードセル１の前端部にタイヤ装着用スピンドル１５が連結される。タイヤ装着用スピンドル１５は、前記基部２の端部に同心状に連結される第１支軸１６、これに軸受１７を介して遊転自在に外嵌装着される第１スピンドル１８、前記第１枠体３の端部に同心状に連結される筒軸状の第２支軸１９、および、これに軸受２０を介して遊転自在に外嵌装着される第２スピンドル２１とで構成されており、これら第１スピンドル１８と第２スピンドル２１に検査対象のタイヤを装着するようになっている。

図７，図８に示すように、検査対象のタイヤが普通車などに用いる小径のタイヤＴ1の場合、すなわち、作用する負荷が小さい場合には、第１スピンドル１８の端部に第１ハブ２２を取り付けてタイヤＴ1を装着し、このタイヤＴ1に走行ドラム２３を接触させて所望の速度で回転駆動することで、第１支軸１６を介して基部２に作用する負荷における各軸方向の分力や各軸周りの偶力を測定することができる。

また、図９，図１０に示すように、検査対象のタイヤがトラックやバスなどに用いる大径のタイヤＴ2の場合、すなわち、作用する負荷が大きい場合には、第２スピンドル２１の端部に第２ハブ２４を取り付けてタイヤＴ2を装着し、このタイヤＴ2に前記走行ドラム２３を接触させて所望の速度で回転駆動することで、第２支軸１９を介して第１枠体３に作用する負荷における各軸方向の分力や各軸周りの偶力を測定することができる。

本発明は、以下のような形態で実施することもできる。

（１）多分力ロードセル１を構成する最外側の固定枠体５は必ずしもリング状である必要はなく、周方向に分断して、分断された各部を装置固定部に連結固定するようにしてもよい。

（２）図１１に示すように、タイヤ装着用スピンドル１５における第１支軸１６を第２支軸１９より大きく突出させておくと、第２支軸１９に第２ハブ２４を取り付けたままでも、第１ハブ２２に小径のタイヤＴ1を取り付けることができる。

（３）多分力ロードセル１における基部２を軸方向に延長して前記第１支軸１６を一体形成することもできる。また、第１枠体３を軸方向に延長して前記第２支軸１９を一体形成することも可能である。

本発明は、多分力ロードセル及びタイヤ試験機などに有用である。

２ 基部
３ 第１枠体
５ 固定枠部（第２枠体）
６ 第１アーム
７ 第２アーム
８ 第１の部分
９ 第２の部分
１０ スリット
１１ 第３の部分
１２ 第４の部分
１３ スリット
１５ タイヤ装着用スピンドル
１６ 第１支軸
１８ 第１スピンドル
１９ 第２支軸
２１ 第２スピンドル
２３ 走行ドラム
Ｔ１ タイヤ
Ｔ２ タイヤ
Ｇａ 歪ゲージ
Ｇｂ 歪ゲージ

Claims (6)

1. 基部の外周から直交する四方に向けて４本の第１アームを突設し、
   各第１アーム先端を前記基部の外周に間隔をあけて配置した第１枠体の内周側に各々形成した第１アーム連結部位に連結し、
   前記第１枠体の外周から直交する四方に向けて４本の第２アームを突設し、
   各第２アーム先端を前記第１枠体の外周に間隔をあけて配置した第２枠体の内周側に各々形成した第２アーム連結部位に連結し、
   前記第１アーム連結部位は、第１アーム先端からさらに外方へ伸延する捩れが生じ易い第１の部分と、前記第１枠体内周に前記第１の部分と共にＴ字形をなして形成され前記第１の部分の伸延方向に撓み易い第２の部分とで構成し、
   前記第２アーム連結部位は、第２アーム先端からさらに外方へ伸延する捩れが生じ易い第３の部分と、前記第２枠体内周に前記第３の部分と共にＴ字形をなして形成され前記第３の部分の伸延方向に撓み易い第４の部分とで構成し、
   前記各第１アームおよび前記各第２アームの外面に歪ゲージを付設した、
   ことを特徴とする多分力ロードセル。
2. 前記各第１アームおよび前記各第２アームを四角柱状に形成し、その四周外面にそれぞれ一対ずつ歪ゲージを付設した、請求項１に記載の多分力ロードセル。
3. 前記各第２アームは前記第１枠体の外周から前記各第１アームの突設方向に一致して直交する四方に向けて突設している、請求項１または２に記載の多分力ロードセル。
4. 前記基部が軸状で、前記第１枠体が前記基部外周を囲むリング状で、前記第２枠体が前記第１枠体外周を囲むリング状で、互いに同心上に外方へ間隔をあけて配備されている、請求項１ないし３のいずれかに記載の多分力ロードセル。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載の多分力ロードセルを備え、小径のタイヤが連結される第１スピンドルを前記基部に対して遊転自在に支持するとともに、大径のタイヤが連結される第２スピンドルを前記第１枠体に対して遊転自在に支持し、前記第１スピンドルあるいは前記第２スピンドルに装着したタイヤを走行ドラムによって接触回転させるよう構成していることを特徴とするタイヤ試験機。
6. 前記基部に連結した第１支軸に前記第１スピンドルを遊転自在に装着するとともに、前記第１枠体に連結した第２支軸に前記第２スピンドルを遊転自在に装着している請求項５記載のタイヤ試験機。

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