JP6322852B2 - タイヤまたはタイヤ付ホイールの試験装置 - Google Patents

Description

この発明は、タイヤまたはタイヤ付ホイール（以下では「回転体」と総称することがある）のユニフォーミテイ試験および動釣合い試験を行うための試験装置に関する。

ユニフォーミテイ試験は、所定の荷重を受けた状態で回転中の回転体が発生する力のばらつき（不均一性）を測定する試験である。動釣合い試験は、無荷重状態で回転中の回転体の偏心状態を測定する試験である。
下記特許文献１では、ユニフォーミテイ試験および動釣合い試験の両方を実施できる複合試験装置が開示されている。複合試験装置の装置フレームを構成するベースには、スピンドルハウジングが、棒ばねを介して取り付けられている。スピンドルハウジングは、タイヤを保持して回転させるスピンドルを、回転可能に支持している。ベースには、振動規制シリンダによって駆動される押圧部材が設けられ、スピンドルハウジングには、押圧部材を受ける凹部が形成されている。

ユニフォーミテイ試験時には、スピンドルに保持されたタイヤに所定の荷重が正確にかかるようにスピンドルハウジングを押さえる必要があるため、振動規制シリンダがオンになって、押圧部材が凹部に押し当てられる。一方、動釣合い試験時には、スピンドルハウジングが振動できるように、振動規制シリンダがオフになって、押圧部材が凹部から離れる。

特許第３９７７５００号公報

特許文献１の複合試験装置では、ユニフォーミテイ試験および動釣合い試験のそれぞれを実施するために、振動規制シリンダをオンまたはオフにして、押圧部材を凹部に押し当てたり、押圧部材を凹部から離したりする必要がある。そのため、複合試験装置の構成が複雑である。
この発明は、かかる問題を解決するためになされたもので、シンプルな構成でユニフォーミテイ試験および動釣合い試験を行える試験装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための請求項１記載の発明は、タイヤ（２）またはタイヤ付ホイール（４）を水平方向（Ｈ）に取り付けるための取付装置（３２）と、前記取付装置から垂直下方に延びた回転軸（３３）と、前記回転軸を振動可能に保持するための保持手段（３６）とを含み、前記保持手段は、前記回転軸を垂直方向（Ｚ）に保った状態で保持する第１の保持フレーム（５１）と、第１のばね（５４）を介して、前記第１の保持フレームを、水平なＸ方向（Ｘ）へ振動可能に保持する第２の保持フレーム（５２）と、前記Ｘ方向と直交する水平なＹ方向（Ｙ）の剛性が前記第１のばねよりも高い第２のばね（５６）を介して、前記第２の保持フレームを、前記Ｙ方向（Ｙ）へ振動可能に保持する第３の保持フレーム（５３）とを有し、前記取付装置に取り付けられたタイヤを、荷重を受けずに回転する状態と、前記Ｙ方向の荷重を受けながら回転する状態とに切り換え可能な負荷装置（５）と、前記第１の保持フレームの前記Ｘ方向の振動を検出する第１のセンサ（６１）と、前記第１の保持フレームのねじり振動を検出する第２のセンサ（６２、９８）と、前記第２の保持フレームの前記Ｙ方向の振動を検出する第３のセンサ（６３）と、前記第１、第２および第３のセンサの出力に基づいて、タイヤまたはタイヤ付ホイールのユニフォーミテイおよび動不釣合いを算出する手段（７０）とを含むことを特徴とする、タイヤまたはタイヤ付ホイールの試験装置（１）である。

なお、括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素などを表す。以下、この項において同じ。
この試験装置では、回転体（タイヤまたはタイヤ付ホイール）が水平方向に取り付けられた取付装置から垂直下方に延びた回転軸が、保持手段によって振動可能に保持されている。保持手段は、第１の保持フレームと、第２の保持フレームと、第３の保持フレームとを有する。

第１の保持フレームは、回転軸を垂直方向に保った状態で保持する。第２の保持フレームは、第１のばねを介して、第１の保持フレームを、水平なＸ方向へ振動可能に保持する。第３の保持フレームは、第２のばねを介して、第２の保持フレームを、Ｘ方向と直交する水平なＹ方向へ振動可能に保持する。
第１の保持フレームのＸ方向の振動は、第１のセンサによって検出され、第１の保持フレームのねじり振動は、第２のセンサによって検出され、第２の保持フレームのＹ方向の振動は、第３のセンサによって検出される。

回転体が荷重を受けずに回転する状態で動釣合い試験が行われ、回転体を支持した回転軸がＸ方向やＹ方向に振動したり、ねじり振動したりする。これらの振動を検出した第１、第２および第３のセンサの出力に基づいて、回転体の動不釣合いが算出される。
回転体がＹ方向の荷重を受けながら回転する状態でユニフォーミテイ試験が行われ、第１、第２および第３のセンサの出力に基づいて回転体のユニフォーミテイが算出される。Ｙ方向へ振動可能な第２の保持フレームと第３の保持フレームとをつなぐ第２のばねは、第１のばねよりも剛性が高いので、ユニフォーミテイ試験中においてＹ方向に変位せずに、Ｙ方向の荷重を支える。よって、ユニフォーミテイ試験中において、Ｙ方向の所定の荷重が回転体に正確にかかるので、ユニフォーミテイ試験を正確に実施できる。

つまり、この試験装置では、第２のばねを第１のばねよりも剛性を高くするというシンプルな構成でユニフォーミテイ試験および動釣合い試験を行える。
ちなみに、タイヤやタイヤ付ホイールのユニフォーミティ試験では、タイヤ接地面におけるラジアルフォースバリエーション（ＲＦＶ）、ラテラルフォースデビエーション（ＬＦＤ）、ラテラルフォースバリエーション（ＬＦＶ）、トラクティブフォースバリエーション（ＴＦＶ）、ステアトルクデビエーション（ＳＴＤ）、ステアトルクバリエーション（ＳＴＶ）という６つの値が主に検査される。ＲＦＶは、タイヤの半径方向の力の変動の大きさであり、ＬＦＤは、タイヤの厚み方向の力の変動の平均値であり、ＬＦＶは、タイヤの幅方向の力の変動の大きさである。ＴＦＶは、タイヤの進行方向の力の変動の大きさであり、ＳＴＤは、操舵トルク（タイヤ接地面の回転トルク）の平均値であり、ＳＴＶは、操舵トルクの変動の大きさである。

請求項２記載の発明は、前記第１、第２および第３のセンサの少なくともいずれかは、動電型の振動センサを含むことを特徴とする、請求項１記載のタイヤまたはタイヤ付ホイールの試験装置である。
この構成によれば、動電型の振動センサによって、検出対象となる振動を、容易かつ精度よく検出することができる。これに対し、圧電素子やひずみゲージを用いたセンサの場合には、センサにプリロードを正確にかけるための調整が困難であったり、温度や湿度の影響によって検出精度が低下したり、センサの取付誤差に起因して検出精度が不安定になったりする問題がある。しかし、動電型の振動センサでは、このような問題を排除できる。

請求項３記載の発明は、前記第１、第２および第３のセンサの少なくともいずれかのセンサに取り付けられ、検出対象となる振動の振幅を拡大させる振幅拡大装置（７４）を含むことを特徴とする、請求項２記載のタイヤまたはタイヤ付ホイールの試験装置である。
この構成によれば、検出対象となる振動の振幅が小さくても、振幅拡大装置によって拡大されるので、センサでは、小さな振動も正確に検出できる。

請求項４記載の発明は、前記振幅拡大装置は、前記第１、第２および第３のセンサにおけるいずれかのセンサが取り付けられるケース部（７５）と、前記ケース部に固定された基端部（７６Ｂ）と、前記基端部とは反対側の遊端部（７６Ａ）とを有するスプリング（７６）と、前記ケース部に非接触であり、検出対象となる振動が直接伝達されるロッド（７７）と、前記スプリングの遊端部および前記ロッドのそれぞれが連結される一端部（７８Ａ）と、前記いずれかのセンサにおいて前記ロッドと平行に延びる検出部（９７）が連結される他端部（７８Ｂ）とを有し、前記スプリングにおける所定位置を支点（Ｃ）として振動可能なビーム（７８）とを含み、前記ロッドに伝達された振動は、前記ロッドに直交する方向（Ｚ）における前記支点から前記ロッドまでの第１の距離（Ｌ１）と、前記検出部に直交する方向（Ｚ）における前記支点から前記検出部までの第２の距離（Ｌ２）との比に応じて拡大されてから前記検出部に伝達されることを特徴とする、請求項３記載のタイヤまたはタイヤ付ホイールの試験装置である。

このような簡易な構造の振幅拡大装置によって、検出対象となる振動の振幅を、第１の距離と第２の距離との比に応じて、機械的に拡大することができる。

図１は、この発明の一実施形態に係る試験装置の全体図である。 図２は、試験装置における保持フレームを上方から見た斜視図である。 図３は、保持フレームの平面図である。 図４は、振幅拡大装置の側面図である。 図５は、振幅拡大装置の分解斜視図である。 図６は、振幅拡大装置におけるスプリングを上方から見た斜視図である。

以下では、この発明の実施形態について詳細に説明をする。
図１は、この発明の一実施形態に係る試験装置１の全体図である。
図１において、図１の紙面に直交する方向をＸ方向といい、図１の左右方向をＹ方向といい、図１の上下方向をＺ方向という。Ｘ方向とＹ方向とは、水平方向Ｈに含まれ、互いに直交している。Ｚ方向は、水平方向Ｈに直交する垂直方向である。

図１を参照して、試験装置１は、タイヤ２、または、タイヤ２が装着されたホイール３（タイヤ付ホイール４）のユニフォーミテイ試験および動釣合い試験を行うための装置である。試験装置１は、負荷装置５と、計測装置６とを含む。
計測装置６は、タイヤ２またはタイヤ付ホイール４（この実施形態ではタイヤ付ホイール４）を保持した状態で、タイヤ付ホイール４のユニフォーミテイや動不釣合いを測定する装置である。負荷装置５は、計測装置６によって保持されたタイヤ付ホイール４にＹ方向の荷重（接地荷重）を与える装置である。負荷装置５と計測装置６とは、Ｙ方向に並んで配置されている。

負荷装置５は、マシンベース１０上に設置された基台１１を含む。基台１１は、Ｙ方向に長手のブロックであり、その上面には、Ｘ方向に並んだ状態でＹ方向に延びる一対のガイドレール１２が固定されている。
負荷装置５は、摺動機構１３を含む。摺動機構１３は、ガイドレール１２の上方で水平方向Ｈに延びる載置板１４と、載置板１４の下面に設けられてガイドレール１２に上から係合する複数のスライド脚１５とを含む。摺動機構１３は、載置板１４に固定された送りナット１６と、送りナット１６に組み付けられた送りネジ１７と、送りネジ１７に連結されたモータ１８とをさらに含む。モータ１８は、取付部材１９によって基台１１に固定されている。モータ１８が駆動されると、送りネジ１７が回転するので、送りナット１６が、載置板１４を伴って、ガイドレール１２に沿ってＹ方向にスライドする。

載置板１４には、Ｚ方向に沿って延びるスピンドル２０が固定されている。スピンドル２０において載置板１４から上方にはみ出た部分の上端部には、回転ドラム２１が搭載されている。回転ドラム２１は、スピンドル２０を円中心とする円筒状であり、その外周面は、タイヤ付ホイール４に接地荷重をかけるための代用路面として機能する。回転ドラム２１は、載置板１４とともにＹ方向にスライドする。

負荷装置５は、モータ２２をさらに含む。モータ２２の出力軸２３は、Ｚ方向へ延びていて、出力軸２３には、プーリ２４が固定されている。スピンドル２０にもプーリ２５が固定されていて、プーリ２４とプーリ２５とは、ベルト２６によって連結されている。モータ２２が駆動されて出力軸２３が回転すると、出力軸２３の回転がベルト２６を介してスピンドル２０に伝達される。これにより、スピンドル２０が回転するので、回転ドラム２１は、所定の回転速度で回転する。

計測装置６は、タイヤ付ホイール４が水平方向Ｈに寝た状態で取り付けられる取付装置３２と、取付装置３２からＺ方向に沿って垂直下方に延びた回転軸３３とを含む。回転軸３３には、プーリ３４が同軸状で外嵌されている。
計測装置６は、マシンベース１０に固定された基台３５と、基台３５の上端部に固定され、回転軸３３を振動可能に保持するための保持手段としての保持フレーム３６と、マシンベース１０に固定された駆動装置３７とをさらに含む。駆動装置３７は、モータ３８を含み、モータ３８の出力軸３９は、Ｚ方向に沿って上方へ突出している。出力軸３９には、プーリ４０が固定されていて、プーリ４０と回転軸３３のプーリ３４とは、ベルト４１によって連結されている。モータ３８が駆動されて出力軸３９が回転すると、出力軸３９の回転がベルト４１を介して回転軸３３に伝達される。これにより、回転軸３３が回転するので、タイヤ付ホイール４は、所定の回転速度で回転される。

ユニフォーミテイ試験を行う場合には、回転ドラム２１がＹ方向に所定距離だけスライドし、回転ドラム２１の外周面が、取付装置３２に取り付けられたタイヤ付ホイール４のタイヤ２の外周面にＹ方向（タイヤ２の半径方向でもある）から圧接する。この状態で回転ドラム２１が回転することによって、タイヤ付ホイール４が所定の回転数で従動回転する。つまり、タイヤ付ホイール４は、Ｙ方向の所定の荷重（たとえば、約５０００Ｎ〜１００００Ｎ）を受けながら定常回転する。この状態におけるタイヤ付ホイール４の振動が計測装置６に検出されることによって、ユニフォーミテイ試験が実施される。回転ドラム２１がタイヤ付ホイール４に与えるＹ方向の荷重は、送りナット１６と載置板１４との間に設けられたセンサ２７によって検出される。

ユニフォーミテイ試験後には、回転ドラム２１がＹ方向にスライドしてタイヤ付ホイール４から離れる。そのため、タイヤ付ホイール４は、荷重を受けずに回転する状態に切り換えられる。その後、計測装置６のモータ３８が、ブレーキとして機能することによって、タイヤ付ホイール４の回転を減速させる。
動釣合い試験を行う場合には、回転ドラム２１がタイヤ付ホイール４から離れていて、荷重を受けていない状態のタイヤ付ホイール４が、モータ３８によって所定速度で回転駆動される。この状態におけるタイヤ付ホイール４の振動が計測装置６に検出されることによって、動釣合い試験が実施される。

次に、保持フレーム３６について詳しく説明する。
図２は、保持フレーム３６を上方から見た斜視図である。図３は、保持フレーム３６の平面図である。
主に図２を参照して、保持フレーム３６は、第１の保持フレーム５１と、第２の保持フレーム５２と、第３の保持フレーム５３とを有する。第１の保持フレーム５１、第２の保持フレーム５２および第３の保持フレーム５３のそれぞれは、Ｚ方向から見た平面視において、Ｘ方向に沿う二辺とＹ方向に沿う二辺とを有する四角形状である。

第１の保持フレーム５１は、Ｚ方向に薄い平板状であって、平面視における中央に貫通穴５１Ａが形成されている。貫通穴５１Ａに回転軸３３が嵌め込まれていて、これによって、第１の保持フレーム５１は、回転軸３３をＺ方向に保った状態で保持している。なお、保持された回転軸３３は、保持フレーム３６において第１の保持フレーム５１以外の部分には非接触である。

第２の保持フレーム５２は、平面視において、第１の保持フレーム５１を非接触で取り囲む額縁形状であって、Ｚ方向において第１の保持フレーム５１と同じ位置にある。平面視における第１の保持フレーム５１の四隅からＹ方向に１つずつ突出した合計４つの第１のばね５４が、第２の保持フレーム５２に連結されている。それぞれの第１のばね５４は、Ｙ方向に延びる板ばねであり、そのばね定数は、Ｘ方向に小さく、Ｙ方向に大きい。よって、第１のばね５４は、主にＸ方向に撓むことができる。そのため、第２の保持フレーム５２は、第１のばね５４を介して、第１の保持フレーム５１を、Ｘ方向へ振動可能に保持している。また、第１の保持フレーム５１は、Ｘ方向へ振動するだけでなく、Ｙ方向に延びる軸まわりにねじれ振動することもできる。

第３の保持フレーム５３は、平面視において、第２の保持フレーム５２を非接触で取り囲む額縁形状である。実際には、第３の保持フレーム５３は、第２の保持フレーム５２よりも下方に位置する。第３の保持フレーム５３は、その外側周縁部から下方へ延びる脚部５５を有し、脚部５５において、基台３５（図１参照）の上端部に固定されている。
第２のばね５６が、Ｘ方向における第２の保持フレーム５２の両側に同数ずつ（この実施形態では２つずつ）配置されている。それぞれの第２のばね５６は、第２の保持フレーム５２および第３の保持フレーム５３においてＸ方向の同じ側の端部同士の間に架設されている。それぞれの第２のばね５６は、Ｚ方向に延びる板ばねであり、主にＹ方向に撓むことができる。そのため、第３の保持フレーム５３は、第２のばね５６を介して、第２の保持フレーム５２を、Ｙ方向へ振動可能に保持している。

以上により、第１の保持フレーム５１によって保持された回転軸３３と、回転軸３３の上端の取付装置３２に取り付けられたタイヤ付ホイール４（図１参照）とは、Ｘ方向およびＹ方向と、Ｙ方向に延びる軸まわりのねじれ方向Ｎという合計３つの方向に振動可能である。
計測装置６は、第３の保持フレーム５３に固定された第１のセンサ６１、第２のセンサ６２および第３のセンサ６３を含む。

第１のセンサ６１は、第１のセンサ６１からＸ方向に延びて第１の保持フレーム５１に接触した換振棒６４を介して、第１の保持フレーム５１のＸ方向の振動を検出する。換振棒６４は、必要に応じて第２の保持フレーム５２を貫通してもよく、その場合には、第２の保持フレーム５２の振動を邪魔しないように、第２の保持フレーム５２に対して非接触である。

第２のセンサ６２に関連して、第１の保持フレーム５１には、第１の保持フレーム５１からＸ方向に延び出た振動伝達ロッド６５の一端部６５Ａが固定されている。第２のセンサ６２は、第２のセンサ６２からＺ方向に沿って上方に延びて振動伝達ロッド６５の他端部６５Ｂに接触した換振棒６６を介して、第１の保持フレーム５１のねじり振動を検出する。なお、このねじり振動と、第１のセンサ６１によって検出されたＸ方向の振動とに基づいて、第１の保持フレーム５１のＺ方向の振動を算出できる。

第３のセンサ６３は、第３のセンサ６３からＹ方向に延びて第２の保持フレーム５２に接触した換振棒６７を介して、第２の保持フレーム５２のＹ方向の振動を検出する。
このように、第１のセンサ６１、第２のセンサ６２および第３のセンサ６３のそれぞれは、回転軸３３が振動できる３つの方向のいずれかの振動を独立して検出する。そのため、第１のセンサ６１、第２のセンサ６２および第３のセンサ６３のそれぞれの検出結果は、他の方向の振動の影響を受けにくいので、高精度の検出結果を得られる。

計測装置６は、ＣＰＵやＲＯＭやＲＡＭ等によって構成された演算装置７０を含む（図１参照）。
ユニフォーミテイ試験において、演算装置７０は、第１のセンサ６１、第２のセンサ６２および第３のセンサ６３の出力に基づいて、タイヤ付ホイール４のユニフォーミテイを算出する。ユニフォーミテイの算出方法は、公知なので、その説明を省略する。

ユニフォーミテイ試験では、前述したように、タイヤ付ホイール４が回転ドラム２１からＹ方向の所定の荷重を受けながら回転する。タイヤ付ホイール４を支持する回転軸３３を保持した保持フレーム３６において第１の保持フレーム５１と第２の保持フレーム５２とをつなぐ第１のばね５４は、Ｙ方向に延びているので、Ｙ方向の剛性が高い。また、Ｙ方向へ振動可能な第２の保持フレーム５２と第３の保持フレーム５３とをつなぐ第２のばね５６は、第１のばね５４よりも剛性が高い。具体的には、第２のばね５６は、タイヤ付ホイール４が回転ドラム２１から受けるＹ方向の荷重に耐える程度の剛性を有するように、Ｙ方向において第１のばね５４よりも大きなばね定数を有する。第２のばね５６は、第１のばね５４よりも剛性が高くなるように、第１のばね５４よりも太いことが好ましい。

このように剛性の高い第２のばね５６は、ユニフォーミテイ試験中においてＹ方向に変位せずに、Ｙ方向の荷重を支える。よって、ユニフォーミテイ試験中において、回転軸３３と回転ドラム２１のスピンドル２０とのＹ方向の軸間距離が保持されることにより、Ｙ方向の所定の荷重がタイヤ付ホイール４に正確にかかる。そのため、ユニフォーミテイ試験を正確に実施できる。

動釣合い試験において、タイヤ付ホイール４が荷重を受けずに回転し、回転軸３３がＸ方向やＹ方向に振動したり、ねじり振動したりする。演算装置７０は、これらの振動を検出した第１のセンサ６１、第２のセンサ６２および第３のセンサ６３の出力に基づいて、タイヤ付ホイール４の動不釣合いを算出する。動不釣合いの算出方法は、公知なので、その説明を省略する。

このように、この試験装置１では、ユニフォーミテイ試験において保持フレーム３６のＹ方向の剛性を高めるための複雑な機構を備えなくても、第２のばね５６を第１のばね５４よりも剛性を高くするというシンプルな構成でユニフォーミテイ試験および動釣合い試験の両方を行える。
動釣合い試験中において、動不釣合いによる第１の保持フレーム５１の振動が小さくても、Ｘ方向のばね定数が小さい第１のばね５４は、Ｘ方向に大きく振動したり、大きくねじり振動したりする。そのため、第１の保持フレーム５１の振動は、第１のセンサ６１および第２のセンサ６２によって高精度に検出される。

一方、第２のばね５６は、前述したように剛性が高いので、動釣合い試験中における第２の保持フレーム５２のＹ方向の振動の振幅は、比較的小さい。そこで、第３のセンサ６３が第２の保持フレーム５２の振動を高精度に検出できるように、第３のセンサ６３には、検出対象となる振動の振幅を拡大させる振幅拡大装置７４（図２および図３には図示せず）が取り付けられている。

図４は、振幅拡大装置７４の側面図である。図５は、振幅拡大装置７４の分解斜視図である。
振幅拡大装置７４は、ケース部７５と、スプリング７６と、ロッド７７と、ビーム７８とを含む。なお、以下では、前述したＸ〜Ｚ方向を用いて各部品を説明する。
図５を参照して、ケース部７５は、Ｘ方向に扁平なボックス状であり、その上端部においてＹ方向における一方側には、上方へ延びる一対の支持部８０が、Ｘ方向に間隔を隔てて形成されている。それぞれの支持部８０の上端面には、複数（ここでは２つ）のねじ穴８１がＹ方向に並んで形成されている。ケース部７５の上端面において支持部８０に対してＹ方向から並ぶ領域には、ケース部７５の内部空間を上方へ露出させる開口８２が形成されている。ケース部７５において、Ｙ方向で支持部８０とは反対側の側壁７５Ａには、ケース部７５の内部空間にＹ方向から連通する貫通穴８３が形成されている。ケース部７５において、Ｘ方向における両側の側壁７５Ｂには、ケース部７５の内部空間をＸ方向に露出させる開口８４が形成されている。

スプリング７６は、第１スプリング８５と第２スプリング８６とを含む。
第１スプリング８５は、Ｚ方向に薄い板ばねで構成され、平面視でＹ方向に長手の長方形状である。第１スプリング８５では、Ｙ方向における一方側端部が基端部８５Ａであり、Ｙ方向における他方側端部が遊端部８５Ｂである。第１スプリング８５において基端部８５Ａと遊端部８５Ｂとの間の中間領域には、当該中間領域をＺ方向に貫通する開口８５Ｃが形成されている。基端部８５Ａには、Ｙ方向に延びて基端部８５ＡをＸ方向に二分するスリット８５Ｄが形成されている。スリット８５Ｄは、開口８５Ｃにつながっている。第１スプリング８５をＺ方向に貫通する挿通穴８５Ｅが、基端部８５Ａでは、Ｘ方向におけるスリット８５Ｄの両側に２つずつＹ方向に並んで形成され、遊端部８５Ｂでは、Ｘ方向およびＹ方向のそれぞれに２つずつ並ぶように合計４つ形成されている。

第２スプリング８６は、Ｚ方向に薄い板ばねで構成され、基端部８６Ａと、遊端部８６Ｂと、連結部８６Ｃとを含む。基端部８６Ａおよび遊端部８６Ｂは、平面視で四角形状であり、遊端部８６Ｂは、基端部８６ＡよりもＹ方向に離れ、基端部８６Ａよりも下方にずれて配置されている。連結部８６Ｃは、水平方向Ｈに傾斜していて、基端部８６Ａと遊端部８６Ｂとの間に架設されている。第２スプリング８６をＺ方向に貫通する挿通穴８６Ｄが、基端部８６Ａおよび遊端部８６Ｂのそれぞれにおいて、Ｘ方向およびＹ方向のそれぞれに２つずつ並ぶように合計４つ形成されている。

第１スプリング８５と第２スプリング８６とを組み合わせる場合、第２スプリング８６の遊端部８６Ｂおよび連結部８６Ｃを、第１スプリング８５においてスリット８５Ｄに通して開口８５Ｃに挿入する。この状態で、第２スプリング８６の基端部８６Ａを、第１スプリング８５の基端部８５Ａに対して平行となるように真上から対向させ、第２スプリング８６の遊端部８６Ｂを、第１スプリング８５の遊端部８５Ｂに対して平行となるように真下から対向させる。すると、図６に示すように、第１スプリング８５と第２スプリング８６とが、Ｘ方向から見て交差するように組み合わさって、スプリング７６が完成する。

ロッド７７は、Ｙ方向に細長い軸である。ロッド７７では、Ｙ方向における一端部が第２の保持フレーム５２に接触し、Ｙ方向における他端部がビーム７８の上端部に連結されている。
ビーム７８は、ロッド７７の他端部から下方へ延びるレバーである。ビーム７８において、上端部が一端部７８Ａであり、下端部が他端部７８Ｂである。一端部７８Ａの上端面には、ねじ穴７８Ｃが、Ｘ方向およびＹ方向のそれぞれに２つずつ並ぶように合計４つ形成されている。他端部７８Ｂには、他端部７８ＢをＹ方向に貫通する連結穴７８Ｄが形成されている。ビーム７８において一端部７８Ａと他端部７８Ｂとの間には、肉抜き穴７８Ｅが形成されてもよい。

振幅拡大装置７４は、スペーサ９１、９２、９３および９４をさらに含む。スペーサ９１、９２、９３および９４のそれぞれは、平面視で四角形状であってＺ方向に薄い板状であり、平面視における四隅に、Ｚ方向に延びる貫通穴９５を有する。
振幅拡大装置７４の組み立て手順の一例として、まず、完成したスプリング７６における第２スプリング８６の遊端部８６Ｂをビーム７８の上端面に載せて、第１スプリング８５の遊端部８５Ｂと第２スプリング８６の遊端部８６Ｂとの間にスペーサ９１を差し込む。そして、第１スプリング８５の遊端部８５Ｂの上にスペーサ９２を載せる。この状態では、スペーサ９１およびスペーサ９２の貫通穴９５と、第１スプリング８５の遊端部８５Ｂの挿通穴８５Ｅと、第２スプリング８６の遊端部８６Ｂの挿通穴８６Ｄと、ビーム７８の上端面のねじ穴７８Ｃとが、１つずつＺ方向に連続している。これらの穴に上方からボルト９６を挿入してねじ穴７８Ｃに１つずつ組み付けると、第１スプリング８５の遊端部８５Ｂと第２スプリング８６の遊端部８６Ｂ（つまり、スプリング７６の遊端部７６Ａ）がビーム７８の一端部７８Ａに連結される。

次に、ビーム７８をケース部７５の上端面の開口８２に上方から挿入する。これにより、ビーム７８において一端部７８Ａ以外の部分が、ケース部７５の内部空間に配置され、ロッド７７が、ケース部７５の上端部における一対の支持部８０の間に配置される。この状態のロッド７７は、ケース部７５（支持部８０も含む）に対して非接触である。
その後、第１スプリング８５の基端部８５Ａを支持部８０の上端面に載せて、第１スプリング８５の基端部８５Ａと第２スプリング８６の基端部８６Ａとの間にスペーサ９３を差し込む。そして、第２スプリング８６の基端部８６Ａの上にスペーサ９４を載せる。この状態では、スペーサ９３およびスペーサ９４の貫通穴９５と、第１スプリング８５の基端部８５Ａの挿通穴８５Ｅと、第２スプリング８６の基端部８６Ａの挿通穴８６Ｄと、支持部８０の上端面のねじ穴８１が、１つずつＺ方向に連続している。これらの穴に上方からボルト９６を挿入してねじ穴８１に１つずつ組み付けると、第１スプリング８５の基端部８５Ａと第２スプリング８６の基端部８６Ａ（つまり、スプリング７６において遊端部７６Ａとは反対側の基端部７６Ｂ）が支持部８０の上端面に固定される。この状態は、図４に示される。

この状態のビーム７８は、ケース部７１の支持部８０によって片持ち支持されたスプリング７６の遊端部７６Ａによって弾性支持されている。そのため、ビーム７８は、スプリング７６における所定位置、詳しくは、Ｘ方向から見たときの第１スプリング８５と第２スプリング８６との交点を支点Ｃとして振動可能である。ロッド７７に直交するＺ方向における支点Ｃからロッド７７までの距離を、第１の距離Ｌ１という。

ケース部７５において貫通穴８３が形成された側壁７５Ａには、第３のセンサ６３が取り付けられている。第３のセンサ６３は、Ｙ方向に沿って延びて貫通穴８３を通ってケース部７５内に配置される軸状の検出部９７を含む。検出部９７は、ロッド７７と平行に延びた状態で、ケース部７５内のビーム７８の連結穴７８Ｄに挿通されて、ビーム７８の他端部７８Ｂに連結されている。検出部９７に直交するＺ方向における支点Ｃから検出部９７までの距離を、第２の距離Ｌ２という。第２の距離Ｌ２は、第１の距離Ｌ１よりも大きい。

このようにつながったロッド７７、ビーム７８および検出部９７が、前述した換振棒６７（図２参照）として機能する。
ロッド７７には、検出対象となる第２の保持フレーム５２の振動が直接伝達される。これにより、ロッド７７は、主にＹ方向に振動する。ロッド７７の振動は、ビーム７８の一端部７８Ａに伝達され、ビーム７８は、支点Ｃを基準として振動する。支点Ｃの位置がスプリング７６の途中にあって固定されていないので、第２の保持フレーム５２からロッド７７にＹ方向以外から様々な力が入力されても、支点Ｃが弾性的にずれることによって、この力が適宜吸収される。これにより、ロッド７７が受ける負担を減らすことができる。

ビーム７８では、支点Ｃから離れた他端部７８Ｂが、ロッド７７に連結された一端部７８ＡよりもＹ方向に大きく振動する。他端部７８Ｂの振動は、第２の距離Ｌ２と第１の距離Ｌ１の比に応じた分だけ一端部７８Ａの振動よりも大きい。他端部７８Ｂの振動は、検出部９７に伝達され、検出部９７は、ロッド７７よりも大きくＹ方向に振動する。つまり、ロッド７７に伝達された振動は、第１の距離Ｌ１と第２の距離Ｌ２との比に応じて拡大されてから検出部９７に伝達される。検出部９７の振動は、第３のセンサ６３によって検出される。

このように、検出対象となる第２の保持フレーム５２の振動の振幅が小さくても、この振幅は、振幅拡大装置７４によって拡大されるので、第３のセンサ６３では、小さな振動も正確に検出できる。特に、このような簡易な構造の振幅拡大装置７４によって、検出対象となる振動の振幅を、第１の距離Ｌ１と第２の距離Ｌ２との比に応じて、機械的に拡大することができる。たとえば、第１の距離Ｌ１と第２の距離Ｌ２との比（＝Ｌ２／Ｌ１）が２０であれば、振動の振幅は２０倍に拡大される。

以上の結果、正確なユニフォーミテイ試験ができるように剛性の高い第２のばね５６を採用した試験装置１において、Ｙ方向の振動が第２のばね５６に起因して小さくても、この振動を振幅拡大装置７４で増幅することによって、正確に検出できる。
もちろん、振幅拡大装置７４は、第３のセンサ６３だけに限らず、第１のセンサ６１や第２のセンサ６２に取り付けられてもよい。第１のセンサ６１や第２のセンサ６２に取り付けられる際の振幅拡大装置７４の姿勢は、適宜変更される。

第１のセンサ６１、第２のセンサ６２および第３のセンサ６３の少なくともいずれかは、動電型の振動センサを含むことが好ましい。動電型の振動センサは、永久磁石やコイル等によって構成された振動ピックアップであり、検出対象となる振動を電気信号に変換する。動電型の振動センサによって、検出対象となる振動を、容易かつ精度よく検出することができる。これに対し、圧電素子やひずみゲージを用いたセンサの場合には、センサにプリロードを正確にかけるための調整が困難であったり、温度や湿度の影響によって検出精度が低下したり、センサの取付誤差に起因して検出精度が不安定になったりする問題がある。しかし、調整が容易で高い検出精度を安定して維持できる動電型の振動センサでは、このような問題を排除できる。

この発明は、以上に説明した実施形態に限定されるものではなく、請求項記載の範囲内において種々の変更が可能である。
たとえば、前述した実施形態では、試験装置１は、タイヤ付ホイール４のユニフォーミテイ試験および動釣合い試験を行う。これに代え、ホイール３に相当する構成を取付装置３２に予め設けることによって、試験装置１において、タイヤ２を単体で取付装置３２に水平方向Ｈに取り付けて、タイヤ２の単体についてのユニフォーミテイ試験および動釣合い試験を行えるようにしてもよい。

また、前述した実施形態で定義したＸ方向およびＹ方向の向きが、互いに逆であってもよい。
また、図２を参照して、第１の保持フレーム５１は、Ｘ方向へ振動したり、Ｙ方向に延びる軸まわりにねじれ振動したりするだけでなく、Ｘ方向に延びる軸まわりにねじれ振動できてもよい。この場合、第１の保持フレーム５１によって保持された回転軸３３と、回転軸３３の上端の取付装置３２に取り付けられたタイヤ付ホイール４（図１参照）とは、Ｘ方向およびＹ方向と、Ｘ方向に延びる軸まわりのねじれ方向Ｍと、Ｙ方向に延びる軸まわりのねじれ方向Ｎという合計４つの方向に振動可能である。計測装置６は、ねじれ方向Ｎにおける第１の保持フレーム５１のねじり振動を検出する第２のセンサ６２の他に、ねじれ方向Ｍにおける第１の保持フレーム５１のねじり振動を検出する第２のセンサ９８（図３参照）も含む。

図３を参照して、第２のセンサ９８は、第２のセンサ６２と同様に、第３の保持フレーム５３に固定される。第２のセンサ９８に関連して、第１の保持フレーム５１には、第１の保持フレーム５１からＹ方向に延び出た振動伝達ロッド９９の一端部９９Ａが固定されている。第２のセンサ９８は、第２のセンサ９８からＺ方向に沿って上方に延びて振動伝達ロッド９９の他端部９９Ｂに接触した換振棒１００を介して、ねじれ方向Ｍにおける第１の保持フレーム５１のねじり振動を検出する。

ユニフォーミテイ試験において、演算装置７０が、ねじれ方向Ｍにおけるねじれ振動も考慮して（第２のセンサ９８の出力にも基いて）ユニフォーミテイを算出することによって、たとえば、Ｚ方向におけるＬＦＶを正確に計測できる。
また、第２のセンサ９８は、第２のセンサ６２と同様の構成であってもよいので、たとえば、振幅拡大装置７４が取り付けられたり、動電型の振動センサを含んだりしてもよい。

なお、第２のばね５６の剛性を変更することによっても、回転軸３３およびタイヤ付ホイール４を、前述した合計４つの方向に振動させることができる。

１ 試験装置
２ タイヤ
４ タイヤ付ホイール
５ 負荷装置
３２ 取付装置
３３ 回転軸
３６ 保持フレーム
５１ 第１の保持フレーム
５２ 第２の保持フレーム
５３ 第３の保持フレーム
５４ 第１のばね
５６ 第２のばね
６１ 第１のセンサ
６２ 第２のセンサ
６３ 第３のセンサ
７０ 演算装置
７４ 振幅拡大装置
７５ ケース部
７６ スプリング
７６Ａ 遊端部
７６Ｂ 基端部
７７ ロッド
７８ ビーム
７８Ａ 一端部
７８Ｂ 他端部
９７ 検出部
９８ 第２のセンサ
Ｃ 支点
Ｈ 水平方向
Ｌ１ 第１の距離
Ｌ２ 第２の距離
Ｘ Ｘ方向
Ｙ Ｙ方向
Ｚ Ｚ方向

Claims (4)

1. タイヤまたはタイヤ付ホイールを水平方向に取り付けるための取付装置と、前記取付装置から垂直下方に延びた回転軸と、前記回転軸を振動可能に保持するための保持手段とを含み、
   前記保持手段は、
   前記回転軸を垂直方向に保った状態で保持する第１の保持フレームと、
   第１のばねを介して、前記第１の保持フレームを、水平なＸ方向へ振動可能に保持する第２の保持フレームと、
   前記Ｘ方向と直交する水平なＹ方向の剛性が前記第１のばねよりも高い第２のばねを介して、前記第２の保持フレームを、前記Ｙ方向へ振動可能に保持する第３の保持フレームとを有し、
   前記取付装置に取り付けられたタイヤを、荷重を受けずに回転する状態と、前記Ｙ方向の荷重を受けながら回転する状態とに切り換え可能な負荷装置と、
   前記第１の保持フレームの前記Ｘ方向の振動を検出する第１のセンサと、
   前記第１の保持フレームのねじり振動を検出する第２のセンサと、
   前記第２の保持フレームの前記Ｙ方向の振動を検出する第３のセンサと、
   前記第１、第２および第３のセンサの出力に基づいて、タイヤまたはタイヤ付ホイールのユニフォーミテイおよび動不釣合いを算出する手段とを含むことを特徴とする、タイヤまたはタイヤ付ホイールの試験装置。
2. 前記第１、第２および第３のセンサの少なくともいずれかは、動電型の振動センサを含むことを特徴とする、請求項１記載のタイヤまたはタイヤ付ホイールの試験装置。
3. 前記第１、第２および第３のセンサの少なくともいずれかのセンサに取り付けられ、検出対象となる振動の振幅を拡大させる振幅拡大装置を含むことを特徴とする、請求項２記載のタイヤまたはタイヤ付ホイールの試験装置。
4. 前記振幅拡大装置は、
   前記第１、第２および第３のセンサにおけるいずれかのセンサが取り付けられるケース部と、
   前記ケース部に固定された基端部と、前記基端部とは反対側の遊端部とを有するスプリングと、
   前記ケース部に非接触であり、検出対象となる振動が直接伝達されるロッドと、
   前記スプリングの遊端部および前記ロッドのそれぞれが連結される一端部と、前記いずれかのセンサにおいて前記ロッドと平行に延びる検出部が連結される他端部とを有し、前記スプリングにおける所定位置を支点として振動可能なビームとを含み、
   前記ロッドに伝達された振動は、前記ロッドに直交する方向における前記支点から前記ロッドまでの第１の距離と、前記検出部に直交する方向における前記支点から前記検出部までの第２の距離との比に応じて拡大されてから前記検出部に伝達されることを特徴とする、請求項３記載のタイヤまたはタイヤ付ホイールの試験装置。

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