JPWO2018154646A1 - 回転体荷重測定装置 - Google Patents

Abstract

本発明に係る回転体荷重測定装置（１００）は、回転体（３０）の一端面から突出する軸体（６０）の一端部を、第一の方向（Ｐ）及び中心軸（Ｌ６０）に沿う第二の方向（Ｑ）に移動不能に支持する第一支持部（５５）と、回転体（３０）の他端面から突出する軸体（６０）の他端部を、第一の方向（Ｐ）に移動不能かつ第二の方向（Ｑ）に移動可能に支持する第二支持部（５６）と、軸体（６０）から第一支持部（５５）及び第二支持部（５６）の少なくとも一方に対して第一の方向Ｐに作用する力を測定可能であるとともに、軸体（６０）から第一支持部（５５）に対して第二の方向（Ｑ）に作用する力を測定可能な測定部（７０）を備える。

Description

本発明は、円柱状の回転体に、径方向に主荷重を作用させた状態で、回転体に作用する力を検出する回転体荷重測定装置に関する。

加硫工程などを経て製造されたタイヤは、不均一性などの品質基準を満たしているか否か検査された上で品質基準を満たしたものが製品として出荷される。タイヤの不均一性を評価する装置としては、タイヤユニフォミティマシンがある。タイヤユニフォミティマシンは、タイヤが取り付けられるタイヤ回転軸と、フレームと、ホイール回転軸回りに回転可能にフレームに支持され、タイヤ回転軸に取り付けられたタイヤのトレッドに対して周面が押し付けられるロードホイールと、タイヤを回転するモータと、ロードホイールに作用する荷重を測定するロードセルとを備えている（例えば、特許文献１、２参照）。ここでロードセルは、ホイール回転軸とフレームとの間に固定されており、これによりホイールからタイヤに作用する荷重ならびにタイヤからホイールへの荷重反力の変動を測定することが可能となっている。

そして、ロードホイールをタイヤに押し付けた状態で、モータによってタイヤを回転させ、ロードセルで荷重を測定することでタイヤの不均一性を評価することができる。従来、タイヤユニフォミティマシンでは、主に不均一性を評価する測定項目として、タイヤの径方向の荷重の変動であるラジアル・フォース・バリエーション（以下、ＲＦＶという）と、タイヤの幅方向の荷重の変動であるラテラル・フォース・バリエーション（以下、ＬＦＶという）とを測定している。そして、このようなＲＦＶやＬＦＶ等を測定することにより、タイヤの不均一さを評価することができる。

特開２０１５−２３２５４５号公報 特開昭６１−２３１４３１号公報

ところで、上記のような回転体荷重測定装置であるタイヤユニフォミティマシンにおけるロードセルには、回転体であるロードホイールに作用する荷重によって生じる力が作用するだけでなく、温度変化に起因するロードセル及びホイール回転軸の変形によっても力が作用する。具体的には、温度が変化すると、ロードホイール及びホイール回転軸は、ホイールの径方向およびホイール回転軸に沿う方向に伸縮する。このうち、ホイール回転軸に沿う方向については、ロードセルがホイール回転軸及びフレームに固定されていることから、伸縮により変位しようとするホイール回転軸を拘束する。このため、ロードセルにはロードホイールに荷重が作用しなくても、温度変化による変形によってあたかもホイール回転軸に沿う方向に荷重が作用したかのような測定値が測定されてしまう。このため、温度変化が生じてしまうと、回転体であるロードホイールに作用する荷重を正確に測定できず、正確にタイヤの不均一性を評価することができないという問題があった。

そこで本発明は、温度変化の影響を受けることなく正確に回転体に作用する荷重を測定することが可能な回転体荷重測定装置を提供する。

本発明の第一の態様に係る回転体荷重測定装置は、円柱状に形成され両端面の中心から突出する軸体の中心軸回りに回転する回転体に、径方向の一方向となる第一の方向に主荷重を作用させた状態で、前記回転体に作用する力を検出する回転体荷重測定装置であって、前記回転体の一端面から突出する前記軸体の一端部を、前記第一の方向及び前記中心軸に沿う第二の方向に移動不能に支持する第一支持部と、前記回転体の他端面から突出する前記軸体の他端部を、前記第一の方向に移動不能かつ前記第二の方向に移動可能に支持する第二支持部と、前記軸体から前記第一支持部及び前記第二支持部の少なくとも一方に対して前記第一の方向に作用する力を測定可能であるとともに、前記軸体から前記第一支持部に対して前記第二の方向に作用する力を測定可能な測定部を備える。

上記の回転体荷重測定装置では、回転体に径方向の一方向となる第一の方向に主荷重を作用させた状態で回転体に作用する力を測定部よって測定する。ここで、測定部は、軸体から第一支持部及び第二支持部に力が作用すると、そのうちの第一の方向成分について測定することができるとともに、第二の方向成分についても第一支持部に作用した力に基づいて測定することができる。また、回転体及び軸体が温度変化により中心軸に沿う第二の方向に伸縮したとしても、軸体は、第一の方向及び第二の方向に移動不能に第一支持部によって支持された一端部を基端として、第二の方向に移動可能に支持された他端部を第二の方向に移動させることができる。このため、温度変化によって第一支持部及び第二支持部に軸体が拘束されて測定部で第二の方向の力が検出されてしまうことを防止することができる。その一方で、測定部は、第二の方向に作用する力を第二の方向に移動不能に支持する第一支持部側で測定することで、第二の方向に作用する力も正確に測定することができる。

また、本発明の第二の態様に係る回転体荷重測定装置は、上記第一の態様において、前記測定部は、前記第一の方向及び前記第二の方向の少なくとも２方向に作用する力を測定可能で、前記第一支持部及び前記軸体の前記一端部に前記第一の方向及び前記第二の方向に移動不能に連結された第一ロードセルと、前記第一の方向の少なくとも１方向に作用する力を測定可能で、前記軸体の前記他端部に連結された第二ロードセルとを備え、前記第二支持部は、前記第二ロードセルが前記第一の方向及び前記第二の方向に移動不能に連結された本体部と、前記軸体及び前記第二ロードセルの一方に前記第一の方向及び前記第二の方向に移動不能に連結され、前記第二の方向に沿って配されたガイドと、前記軸体及び前記第二ロードセルの他方に前記第一の方向及び前記第二の方向に移動不能に連結されるとともに、前記ガイドに前記第二の方向に移動可能に支持されたスライダとを備えるものとしてもよい。

上記の回転体荷重測定装置では、対応する第一支持部及び第二支持部に、第一の方向に移動不能に支持された第一ロードセル及び第二ロードセルによって第一の方向に作用する力を測定することができる。また、第一支持部に、第二の方向に移動不能に支持された第一ロードセルによって第二の方向に作用する力を測定することができる。ここで、ロードホイール及び軸体に温度変化によって第二の方向に伸縮が生じたとしても、スライダに対してガイドが第二の方向に移動することで、ロードホイール及び軸体の変形が拘束されてしまうことを防止することができる。

また、本発明の第三の態様に係る回転体荷重測定装置は、上記第二の態様において、前記ガイドは、前記第二の方向と直交する方向に互いに異なる向きとしてそれぞれ前記第二の方向に沿って配された一対のガイド面を備え、前記スライダは、一対の前記ガイド面のそれぞれに前記第二の方向に移動可能に支持されるように対をなして設けられている

上記の回転体荷重測定装置では、対をなすスライダが、第二の方向と直交する方向に互いに異なる向きとした一対のガイド面のそれぞれに第二の方向に移動可能に支持されていることで、第二の方向に確実に案内することができる。

また、本発明の第四の態様に係る回転体荷重測定装置は、上記第二または第三の態様において、前記第一ロードセル及び前記第二ロードセルの測定結果に基づいて前記回転体に作用する荷重を演算する制御部を備え、前記制御部は、前記第一ロードセル及び前記第二ロードセルによって測定された前記第一の方向の力に基づいて前記回転体に前記第一の方向に作用する荷重を演算するとともに、前記第一ロードセルによって測定された前記第二の方向の力に基づいて前記回転体に前記第二の方向に作用する荷重を演算するものとしてもよい。

上記の回転体荷重測定装置では、第一ロードセル及び第二ロードセルによる測定結果に基づいて制御部によって回転体に作用する荷重を演算することができる。

また、本発明の第五の態様に係る回転体荷重測定装置は、上記第一から第四のいずれかの態様において、タイヤ中心軸回りに回転可能に支持された被検体であるタイヤと、タイヤの周面と当接可能に、前記タイヤ中心軸と平行な軸回りに回転可能に支持された円柱状のロードホイールと、タイヤまたはロードホイールのいずれかを回転駆動する回転駆動部とを備え、前記タイヤまたは前記ロードホイールの一方を前記回転体として、前記タイヤまたは前記ロードホイールの他方から作用する荷重を前記主荷重として、径方向の一方向となる第一の方向の主荷重を前記測定部で測定される力に基づいて前記タイヤの不均一さを測定するタイヤユニフォミティマシンであるものとしてもよい。

上記の回転体荷重測定装置では、タイヤユニフォミティマシンとして、ロードホイールからタイヤに伝達される荷重を主荷重として、温度変化の影響を受けることなくロードホイールとタイヤとの接点に作用する荷重を正確に測定し、タイヤの不均一性を正確に評価することができる。

上記の回転体荷重測定装置によれば、温度変化の影響を受けることなく正確に回転体に作用する荷重を測定することができる。

本発明の第１の実施形態に係るタイヤユニフォミティマシンを示す側方視した概略構成図である。 本発明の第１の実施形態に係るタイヤユニフォミティマシンの第一ロードセル部分の詳細を示す側面図である。 本発明の第１の実施形態に係るタイヤユニフォミティマシンの第二ロードセル部分の詳細を示す側面図である。 本発明の第１の実施形態に係るタイヤユニフォミティマシンの第二ロードセル部分の詳細を示す上方視した断面図である。 本発明の第１の実施形態に係るタイヤユニフォミティマシンの第二ロードセル部分の詳細を示す第一の方向視した正面図である。 本発明の第１の実施形態に係るタイヤユニフォミティマシンの制御部の詳細を示すブロック図である。 本発明の第２の実施形態に係るタイヤユニフォミティマシンを示す側方視した概略構成図である。 本発明の第３の実施形態に係るタイヤユニフォミティマシンを示す斜視図である。 本発明の第３の実施形態に係るタイヤユニフォミティマシンの第二ロードセル部分の詳細を示す側面図である。 図７におけるＡ−Ａ´断面図である。 図７におけるＢ−Ｂ´断面図である。 本発明の第３の実施形態に係るタイヤユニフォミティマシンにおける軸体とガイドとの分解斜視図である。

＜第１の実施形態＞
［タイヤユニフォミティマシンの構成］
以下、図１から図６を参照し、本発明の実施の形態について説明する。
まず、本発明の実施形態に係る回転体荷重測定装置の構成について説明する。本実施形態では、本発明に係る回転体荷重測定装置の一例としてタイヤユニフォミティマシンを例に説明する。

（全体構成）
図１は、第１の実施形態のタイヤユニフォミティマシン１００を示しており、回転体荷重測定装置として、タイヤＴとロードホイール３０とを所望の荷重で押し付けあった状態で一方を回転駆動させ、他方を従動回転させながら、発生する力を測定しタイヤＴの均一性を評価する装置である。図１に示すように、本実施形態のタイヤユニフォミティマシン１００は、タイヤＴを支持するタイヤ支持部２０と、タイヤ支持部２０に支持されたタイヤＴに押し付けられる回転体であるロードホイール３０と、ロードホイール３０を支持するロードホイール支持部４０と、制御部９０とを備える。

（タイヤ支持部）
タイヤ支持部２０は、タイヤ側フレーム２１と、タイヤＴの幅方向Ｍの一方側Ｍ１に配されてタイヤ側フレーム２１に支持された第一支持部２２と、タイヤＴの他方側Ｍ２に配されてタイヤ側フレーム２１に支持された第二支持部２３と、回転駆動部２４とを備える。本実施形態では、タイヤ支持部２０は、タイヤＴの幅方向Ｍを上下方向、すなわちタイヤＴの中心軸Ｔ１を上下方向に向くようにして支持し、第一支持部２２がタイヤＴの下側、第二支持部２３がタイヤＴの上側を支持している。以下では、タイヤＴ幅方向Ｍを上下方向とし、タイヤＴ幅方向Ｍの一方側Ｍ１を下側、他方側Ｍ２を上側として説明する場合がある。

第一支持部２２は、タイヤＴの幅方向Ｍに沿って配されてタイヤ側フレーム２１に回転可能に支持された第一回転軸２２ａと、第一回転軸２２ａに取り付けられてタイヤＴの下側のビードを支持する第一リム２２ｂとを備える。第二支持部２３は、タイヤＴの幅方向Ｍに沿って配されてタイヤ側フレーム２１に回転可能に支持された第二回転軸２３ａと、第二回転軸２３ａに取り付けられてタイヤＴの上側のビードを支持する第二リム２３ｂとを備える。また、回転駆動部２４は、図示しないモータにより第一回転軸２２ａを回転させることが可能となっている。

すなわち、タイヤＴは、タイヤ支持部２０の第一リム２２ｂ及び第二リム２３ｂにより上下方向両側から挟み込まれて支持されており、この状態で回転駆動部２４により第一回転軸２２ａを回転させてタイヤＴの中心軸Ｔ１回りにタイヤＴを回転することが可能となっている。なお、タイヤ支持部２０の第二回転軸２３ａは図示しない移動機構により第二リム２３ｂがタイヤＴを支持する支持位置から、タイヤＴから離間した退避位置まで移動可能であり、退避位置まで移動することで、測定済みのタイヤＴを取り出し、また、未測定のタイヤＴを取り付けることが可能である。

（ロードホイール）
ロードホイール３０は、円柱状に形成されたホイール本体３１と、ホイール本体３１に取り付けられた軸受部３２とを備える。ホイール本体３１と軸受部３２とには、ホイール本体３１の中心軸Ｌ３０と同軸で貫通孔３０ａが形成されている。ここで、円柱状とは、ロードホイール３０やタイヤＴなどの直径に対して高さ寸法が小さい扁平状のものに限られるものではなく、直径と高さ寸法が同一のものや、直径に対して高さ寸法が大きいものも含み、内部が空洞である円筒状も含む概念である。そして、ホイール本体３１は、中心軸Ｌ３０を上下方向に沿うようにして、両端面３１ａ、３１ｂを上下方向両側に向け、周面３１ｃをタイヤＴに向けるようにして配されている。ここで、ロードホイール３０及びタイヤＴの径方向のうち、ロードホイール３０とタイヤＴとが相対する方向を第一の方向Ｐといい、上下方向となるロードホイール３０及びタイヤＴの中心軸に沿う方向を第二の方向Ｑといい、第一の方向Ｐ及び第二の方向Ｑに直交する方向を第三の方向Ｒという。

（ロードホイール支持部）
ロードホイール支持部４０は、ホイール側フレーム５０と、ロードホイール３０を回転可能に支持する軸体６０と、第一ロードセル７１及び第二ロードセル７２を有しロードホイール３０からタイヤＴに作用する荷重ならびにタイヤＴからホイールへの荷重反力の変動を測定可能な測定部７０と、第一ロードセル７１側及び第二ロードセル７２側のそれぞれと軸体６０とを連結する固定治具８０とを備える。ホイール側フレーム５０は、床面Ｆ上に、第一の方向Ｐに沿って配されたレール５１と、レール５１に移動可能に支持されたフレーム本体５２と、床面Ｆに固定された基部５３と、基部５３に設けられフレーム本体５２を第一の方向Ｐに移動させる進退駆動部５４とを備える。進退駆動部５４は、例えば油圧や電磁アクチュエータなどの駆動源によりシリンダやスクリュなどを進退させることにより、ホイール側フレーム５０を第一の方向Ｐに沿ってタイヤＴに対して進退させることが可能である。

（軸体）
軸体６０は、ロードホイール３０の貫通孔３０ａ内に、中心軸Ｌ６０がホイール本体３１の中心軸Ｌ３０と同軸となるように配され、ロードホイール３０の軸受部３２に相対回転可能に支持されている。そして、軸体６０は、両端を、ホイール本体３１の両端面３１ａ、３１ｂの中心から上下方向両側に突出させている。図２から図４に示すように、軸体６０は、上下両端部に固定治具８０を取り付けるための第一取付部６１を備えている。第一取付部６１は、対をなして、ロードホイール３０の中心軸Ｌ３０を挟んで第三の方向Ｒに間隔を有して配されている。また、これら一対の第一取付部６１には、同軸となるように互い連通する連通孔６１ａが形成されている。

図１に示すように、第一ロードセル７１は、ロードホイール３０の一方側となる下側に配置されている。また、第二ロードセル７２は、ロードホイール３０の他方側となる上側に配置されている。本実施形態の第一ロードセル７１及び第二ロードセル７２は、Ｘ方向の力及びＸ方向と直交するＹ方向の力の計２分力が測定可能なものである。第一ロードセル７１及び第二ロードセル７２は、それぞれＸ方向を第一の方向Ｐとし、Ｙ方向を第二の方向Ｑとするように配置されている。

フレーム本体５２は、レール５１に移動可能に支持され第一ロードセル７１が連結された第一支持部５５と、第二ロードセル７２が連結された第二支持部５６と、第一支持部５５及び第二支持部５６が固定された第三支持部５７とを備える。本実施形態では、フレーム本体５２は、第二の方向Ｑとなる上下方向に沿って配された第三支持部５７の下端に第一支持部５５が固定されて第一の方向Ｐに延びるとともに、第三支持部５７の上端に第二支持部５６が固定されて第一の方向Ｐに延びて、全体として横向きＵ字状に形成されている。

第一支持部５５は、第三支持部５７に固定されるとともに第一ロードセル７１が連結された本体部５５ａと、本体部５５ａに固定されレール５１上を第一の方向Ｐに移動可能な移動ブロック５５ｂとを備える。図２に示すように、本体部５５ａと第一ロードセル７１は、ボルト５５ｃにより第一の方向Ｐ及び第二の方向Ｑに移動不能に連結されている。また、第一ロードセル７１と軸体６０に連結された固定治具８０とはボルト５５ｄにより第一の方向Ｐ及び第二の方向Ｑに移動不能に連結されている。以上により、第一支持部５５は、第一ロードセル７１及び固定治具８０を介して第一の方向Ｐ及び第二の方向Ｑに移動不能に軸体６０の一端部を支持している。

また、図１及び図３に示すように、第二支持部５６は、第三支持部５７に固定されるとともに第二ロードセル７２が連結された本体部５６ａと、第二ロードセル７２が連結され第二の方向Ｑの延びるガイド５６ｂと、ガイド５６ｂに第二の方向Ｑに移動可能に支持されたスライダ５６ｃとを備える。本実施形態では、ガイド５６ｂ及びスライダ５６ｃにより軸体６０を第二の方向Ｑに移動可能に支持する移動部５６ｄが構成されている。本体部５６ａと第二ロードセル７２は、ボルト５６ｅにより第一の方向Ｐ及び第二の方向Ｑに移動不能に連結されている。また、第二ロードセル７２とガイド５６ｂとはボルト５６ｆにより第一の方向Ｐ及び第二の方向Ｑに移動不能に連結されている。さらに、スライダ５６ｃと軸体６０に連結された固定治具８０とはボルト５６ｇにより第一の方向Ｐ及び第二の方向Ｑに移動不能に連結されている。以上により、第二支持部５６は、本体部５６ａと第二の方向Ｑへ移動可能とする移動部５６ｄとの間に第二ロードセル７２を配するとともに、固定治具８０を介して、第一の方向Ｐに移動不能としつつ第二の方向Ｑに移動可能に軸体６０の他端部を支持している。なお、上記の第一支持部５５及び第二支持部５６などの説明において、第一の方向Ｐ及び第二の方向Ｑに移動不能に連結する手段としてはボルトに限られず、クランプ機構や溶接など公知の手段が選択される。

（固定治具）
図４及び図５は、第二ロードセル７２側において、固定治具８０が移動部５６ｄを介して第二ロードセル７２と連結されている様子を示している。なお、第一ロードセル７１側では、固定治具８０に直接第一ロードセル７１が固定されていることを除いて固定治具８０の構造は同様であるので説明を省略する。図４及び図５に示すように、固定治具８０は、軸体６０の第一取付部６１に取り付けられた第二取付部８１と、第二取付部８１と固定されたフランジ状に形成され第二ロードセル７２が移動部５６ｄを介して取り付けられるセル取付部８２とを備える。また、第二取付部８１は、板状に形成されていて、軸体６０の一対の第一取付部６１の間に挿入されている。また、第二取付部８１には第一取付部６１の連通孔６１ａと対応して連通孔８１ａが形成されている。そして、一対の第一取付部６１の連通孔６１ａと、第二取付部８１の連通孔８１ａに、ロードホイール３０及び軸体６０の中心軸Ｌ３０、Ｌ６０と直交し、第一の方向Ｐと直交する方向に配された取付軸８３が貫通することにより、第一取付部６１と第二取付部８１とは相対回転可能に連結されている。これにより固定治具８０及び固定治具８０に移動部５６ｄを介して連結された第二ロードセル７２は、軸体６０に対して第一の方向Ｐ及び第二の方向Ｑに直交する第三の方向Ｒに沿う軸回りに回転可能に連結されている。

（制御部）
図１及び図６に示すように、制御部９０は、荷重設定値および測定部７０による実荷重検出結果に基づいて進退駆動部５４を駆動させる。具体的には、図６に示すように、制御部９０は、第一ロードセル７１の出力値を取得し第一ロードセル７１に作用するＸ方向の力及びＹ方向の力を演算する第一演算部９１と、第二ロードセル７２の出力値を取得し第二ロードセル７２に作用するＸ方向の力を演算する第二演算部９２と、第一演算部９１及び第二演算部９２の演算結果に基づいてロードホイール３０に作用する第一の方向Ｐの荷重及び第二の方向Ｑの荷重を演算する荷重演算部９３と、荷重演算部９３による演算結果に基づいてタイヤＴの不均一性を評価する評価部９４と、進退駆動部５４を駆動させる駆動制御部９５とを備える。第一演算部９１は、第一ロードセル７１からＸ方向成分の出力とＹ方向成分の出力を取得する。そして、第一演算部９１は、Ｘ方向成分の出力からＸ方向の力を演算し、Ｙ方向成分の出力からＹ方向の力を演算する。第二演算部９２は、第二ロードセル７２からＸ方向成分の出力とＹ方向成分の出力を取得する。そして、第二演算部９２は、Ｘ方向成分の出力からＸ方向の力を演算する。なお、Ｘ方向の力及びＹ方向の力の測定値にＸ方向及びＹ方向の成分が相互に影響する場合には、Ｘ方向の力を演算する場合にはＹ方向成分の出力値により、また、Ｙ方向の力を演算する場合にはＸ方向成分の出力値により補正を行うものとしてもよい。

荷重演算部９３は、第一演算部９１で演算されたＸ方向の力と第二演算部９２で演算されたＸ方向の力に基づいてロードホイール３０に作用する第一の方向Ｐの荷重を演算する。具体的には、第一演算部９１及び第二演算部９２で演算されたＸ方向の力の合力により第一の方向Ｐの荷重を演算する。また、荷重演算部９３は、第一演算部９１で演算されたＹ方向の力に基づいてロードホイール３０に作用する第二の方向Ｑの荷重を演算する。

評価部９４は、荷重演算部９３で演算された第一の方向Ｐの荷重及び第二の方向Ｑの荷重と、対応して回転駆動部２４から取得されるタイヤＴの位相情報とに基づいて不均一性を評価する。タイヤＴの不均一性の評価においては、第一の方向Ｐの荷重に基づくＲＦＶ、第二の方向Ｑの荷重に基づくＬＦＶを評価することができる。駆動制御部９５は、試験開始に関する情報を受け付けると、荷重演算部９３で演算された第一の方向Ｐの荷重を監視しながら、進退駆動部５４を駆動させてロードホイール３０をの、回転駆動しているタイヤＴへの押し込み量を調整する。そして、駆動制御部９５は、あらかじめ設定された設定値に第一の方向Ｐの荷重が達すると、進退駆動部５４によるロードホイール３０の進出を停止させる。この状態で、タイヤＴを回転させながら各荷重を検出することで、タイヤＴの不均一性を評価することができる。

［作用効果］
本実施形態のタイヤユニフォミティマシン１００は、ロードホイール３０からタイヤＴに径方向の一方向となる第一の方向Ｐに主荷重を作用させ、当該反力によりタイヤＴからロードホイール３０にも主荷重が作用した状態で、ロードホイール３０に作用する荷重の変動を測定部７０によって測定する。ここで、測定部７０は、軸体６０から第一ロードセル７１及び第二ロードセル７２に力が作用すると、そのうちの第一の方向Ｐ成分について測定することができる。さらに、測定部７０は、第二の方向Ｑ成分についても、第一ロードセル７１に作用した力に基づいて測定することができる。また、ロードホイール３０及び軸体６０が温度変化により中心軸Ｌ３０、Ｌ６０に沿う第二の方向Ｑに伸縮したとしても、ガイドに５６ｂに対してスライダ５６ｃが移動することで、軸体６０は、第一の方向Ｐ及び第二の方向Ｑに移動不能に第一支持部５５によって支持された一端部を基端として、第二の方向Ｑに移動可能に支持された他端部を第二の方向Ｑに移動することができる。このため、温度変化によって第一支持部５５及び第二支持部５６に軸体６０が拘束されて測定部７０で第二の方向Ｑの力が検出されてしまうことを防止することができる。その一方で、測定部７０は、第二の方向Ｑに作用する力を第二の方向Ｑに移動不能に支持する第一支持部５５側の第一ロードセル７１で測定することで、第二の方向Ｑに作用する力も正確に測定することができる。

また、本実施形態のタイヤユニフォミティマシン１００では、第一ロードセル７１及び第二ロードセル７２が固定治具８０を介して取付軸８３回りに回転可能に軸体６０に連結されている。このため、第一ロードセル７１及び第二ロードセル７２を固定する面の傾きや、中心軸方向Ｑにロードホイール３０及び軸体６０の寸法変化により、ロードホイール３０及び軸体６０に中心軸Ｌ３０、Ｌ６０と直交する軸回りのモーメントが発生し、主荷重方向Ｐの力及び接線方向Ｒの力に影響を与えてしまうことを抑制することができる。そして、このような取付軸８３による構造としては、一対の第一取付部６１に対して、一対の第一取付部６１の間に配された第二取付部８１が中心軸Ｌ３０、Ｌ６０を含む面内に配されるように一対の第一の取付部に対して取付軸８３回りに回転可能に取り付けられている。このため、中心軸Ｌ３０、Ｌ６０に対して対称となる構造として偏心することなくモーメントの発生を抑制して軸体６０から第一ロードセル７１及び第二ロードセル７２に力を伝達させることができる。なお、上記では、軸体６０に一対の第一取付部６１が設けられ、固定治具８０に第二取付部８１が設けられるものとしたがこれに限るものではなく、軸体６０に第二取付部８１が設けられ、固定治具８０に一対の第一取付部６１が設けられる構成としても同様の作用効果を得ることができる。

なお、上記実施形態では、第二ロードセル７２と固定治具８０との間に移動部５６ｄが設けられるのに際して、第二ロードセル７２にガイド５６ｂが連結され、固定治具８０にスライダ５６ｃが連結されるものとしたが、第二ロードセル７２にスライダ５６ｃが連結され、固定治具８０にガイド５６ｂが連結される構成としても良い。さらに、移動部５６ｄは第二ロードセル７２と固定治具８０の間に設けられるものとしたがこれに限るものではない。例えば、第二ロードセル７２と本体部５６ａとの間に設けるものとしても良い。また、本体部５６ａの中間部分や、固定治具８０の中間部分に設けられるものとしても良い。少なくともフレーム本体５２のいずれかの箇所において第二の方向Ｑに移動可能とし、軸体６０よりもフレーム本体５２側に移動部５６ｄが設けられていることで、第二ロードセル７２に対して軸体６０の第二の方向Ｑへの変位に起因する力が作用せず同様の作用効果を奏する。

＜第２の実施形態＞
図７は、第２の実施形態のタイヤユニフォミティマシン２００を示している。本実施形態のタイヤユニフォミティマシン２００は、第１の実施形態のタイヤユニフォミティマシン１００と比較して、ロードセルの配置が異なっている。また、この実施形態において、前述した実施形態で用いた部材と共通の部材には同一の符号を付して、その説明を省略する。

図７に示すように、本実施形態のタイヤユニフォミティマシン２００において、第二ロードセル７２は、第三支持部５７と進退駆動部５４との間に設けられている。このため、第二ロードセル７２には、軸体６０から第一支持部５５及び第二支持部５６を経由した第一の方向Ｐの力が作用する。

本実施形態のタイヤユニフォミティマシン２００では、第一の方向Ｐの荷重を第二ロードセル７２から検出されるＸ方向の力から演算し、また、第二の方向Ｑの荷重を第一ロードセル７１で検出されるＹ方向の力から演算することで同様にタイヤＴの不均一性を評価することができる。

＜第３の実施形態＞
図８から図１２は、第３の実施形態のタイヤユニフォミティマシン３００を示している。本実施形態のタイヤユニフォミティマシン３００は、第１の実施形態のタイヤユニフォミティマシン１００と比較して、移動部の構造が異なっている。また、この実施形態において、前述した実施形態で用いた部材と共通の部材には同一の符号を付して、その説明を省略する。

図８から図１１に示すように、本実施形態のタイヤユニフォミティマシン３００において、ロードホイール支持部３００Ａは、軸体６０に回転可能に連結されたガイド３０１と、ガイド３０１に第二の方向Ｑに移動可能に支持された一対のスライダ３０２、３０２と、一対のスライダ３０２が固定されるととともに第二ロードセル７２が固定された支持体３０３とを備える。本実施形態では、ガイド３０１と一対のスライダ３０２、３０２とにより軸体６０を第二の方向Ｑに移動可能に支持する移動部３０４が構成されている。

図１２に示すように、ガイド３０１は、第一の方向Ｐ及び第二の方向Ｑに平行な面に沿った板状の部材である。ガイド３０１は、軸体６０の一対の第一取付部６１の間に配されている。図９から図１１に示すように、ガイド３０１には連通孔８１ａが形成され、連通孔６１ａ及び連通孔８１ａに取付軸８３が貫通することにより、第一取付部６１とガイド３０１とは相対回転可能に連結されている。また、ガイド３０１の第一の方向Ｐ両側において第二の方向Ｑに沿って配された両縁部は、第一の方向Ｐに互いに異なる向きとされた一対のガイド面３０１ａ、３０１ａを構成している。一対のガイド面３０１ａ、３０１ａは、第二の方向Ｑ断面視して、それぞれ第一の方向Ｐ反対側に向かって凸となる断面凸曲面状に形成されている。

一対のスライダ３０２、３０２は、一対のガイド面３０１ａ、３０１ａと対応して設けられ、それぞれガイド面３０１ａと対応する凹曲面状のスライド面３０２ａを有している。そして、各スライダ３０２は、対応するガイド面３０１ａにスライド面３０２ａを当接して第二の方向Ｑへ摺動可能とされている。ここで、一対のガイド面３０１ａ、３０１ａは互いに第一の方向Ｐに向きを異なるものとしていることから、一対のスライダ３０２と一対のガイド面３０１ａを有するガイド３０１とは第一の方向Ｐへの相対移動が拘束されている。また、一対のガイド面３０１ａ、３０１ａが上記のように断面凸曲面状に形成され、ガイド面３０１ａに当接するスライダ３０２のスライド面３０２ａも対応する凹曲面状に形成されていることから、一対のスライダ３０２と一対のガイド面３０１ａを有するガイド３０１とは第三の方向Ｒへの相対移動も拘束されている。

支持体３０３は、一方のスライダ３０２が固定された第一支持部材３１０と、他方のスライダ３０２が固定された第二支持部材３１１と、第一支持部材３１０と第二支持部材３１１の間に配される側板部材３１２と、第一支持部材３１０及び第二支持部材３１１を連結する連結部材３１３とを備える。第一支持部材３１０及び第二支持部材３１１と、それぞれに対応するスライダ３０２とは、連結ピン３０２ｂが互いに嵌合されることにより、第一の方向Ｐ及び第二の方向Ｑに移動不能に連結されている。第二支持部材３１１と第二ロードセル７２とはボルト３１１ａにより第一の方向Ｐ及び第二の方向Ｑに移動不能に連結されている。また、連結部材３１３は第一支持部材３１０及び側板部材３１２に挿通されて第二支持部材３１１に螺合されているボルトであり、当該連結部材３１３を締め付けることで、第一支持部材３１０、第二支持部材３１１、側板部材３１２及び一対のスライダ３０２が第一の方向Ｐ及び第二の方向Ｑに移動不能に一体となっている。

上記のようなタイヤユニフォミティマシン３００では、対をなすスライダ３０２が、第二の方向Ｑと直交する第一の方向Ｐに互いに異なる向きとした一対のガイド面３０１ａのそれぞれに、第二の方向Ｑに移動可能に支持されていることで、第二の方向Ｑに確実に案内することができる。また、本実施形態においても、軸体６０の一対の第一取付部６１に対して、ガイド３０１が取付軸８３回りに回転可能に連結されていることで、モーメントの発生を抑制して軸体６０から第一ロードセル７１及び第二ロードセル７２に力を伝達させることができる。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこれら実施形態に限られるものではなく、また、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

例えば、上記実施形態では第一ロードセル７１及び第二ロードセル７２は互いに直交するＸ方向及びＹ方向の２分力を測定可能なものとしたが、これに限るものではない。ロードセルとしては、さらにＸ方向及びＹ方向と直交するＺ方向を含めた３分力を測定可能なものや、さらに各方向に沿う軸回りのモーメントを含めた６分力を測定可能なものとしても良い。また、１分力を測定可能なロードセルを、第一の方向Ｐを測定可能に配置するとともに、第二の方向Ｑを測定可能に配置しても良い。

また、本実施形態のタイヤユニフォミティマシンでは、回転体としてロードホイールに取り付けられた軸体にロードセルを連結させる構成としたが、これに限られるものではない。タイヤに取り付けられた軸体にロードセルを配置し、回転駆動部がロードホイールを回転させる構成としても良い。また、タイヤ及びロードホイールの中心軸は上下方向に配されるものとしたが、これに限られるものではない。例えば水平方向に配されるものとしても良い。また、回転体荷重測定装置としては、タイヤユニフォミティマシンに限られるものではなく、円柱状の回転体に対して主荷重を与えながら第一の方向Ｐ及び第二の方向Ｑの少なくとも２方向の力を測定する対象であれば適用可能である。

また、本実施形態では第一のロードセルをロードホイールの下側に配置し、第二ロのードセルをロードホイールの他方側となる上側に配置したが、第一のロードセルをロードホイールの上側に配置し、第二のロードセルをロードホイールの他方側となる下側に配置しても良い。

上記の回転体荷重測定装置によれば、温度変化の影響を受けることなく正確に回転体に作用する荷重を測定することができる。

３０ ロードホイール（回転体）
５５ 第一支持部
５６ 第二支持部
５６ａ 本体部
５６ｂ、３０１ ガイド
５６ｃ、３０２ スライダ
６０ 軸体
７０ 測定部
７１ 第一ロードセル
７２ 第二ロードセル
９０ 制御部
１００，２００、３００ タイヤユニフォミティマシン（回転体荷重測定装置）
３０１ａ ガイド面
Ｌ６０ 中心軸
Ｐ 第一の方向
Ｑ 第二の方向

Claims (5)

1. 円柱状に形成され両端面の中心から突出する軸体の中心軸回りに回転する回転体に、径方向の一方向となる第一の方向に主荷重を作用させた状態で、前記回転体に作用する力を検出する回転体荷重測定装置であって、
   前記回転体の一端面から突出する前記軸体の一端部を、前記第一の方向及び前記中心軸に沿う第二の方向に移動不能に支持する第一支持部と、
   前記回転体の他端面から突出する前記軸体の他端部を、前記第一の方向に移動不能かつ前記第二の方向に移動可能に支持する第二支持部と、
   前記軸体から前記第一支持部及び前記第二支持部の少なくとも一方に対して前記第一の方向に作用する力を測定可能であるとともに、前記軸体から前記第一支持部に対して前記第二の方向に作用する力を測定可能な測定部を備える回転体荷重測定装置。
2. 請求項１の回転体荷重測定装置において、
   前記測定部は、前記第一の方向及び前記第二の方向の少なくとも２方向に作用する力を測定可能で、前記第一支持部及び前記軸体の前記一端部に前記第一の方向及び前記第二の方向に移動不能に連結された第一ロードセルと、
   前記第一の方向の少なくとも１方向に作用する力を測定可能で、前記軸体の前記他端部に連結された第二ロードセルとを備え、
   前記第二支持部は、
   前記第二ロードセルが前記第一の方向及び前記第二の方向に移動不能に連結された本体部と、
   前記軸体及び前記第二ロードセルの一方に前記第一の方向及び前記第二の方向に移動不能に連結され、前記第二の方向に沿って配されたガイドと、
   前記軸体及び前記第二ロードセルの他方に前記第一の方向及び前記第二の方向に移動不能に連結されるとともに、前記ガイドに前記第二の方向に移動可能に支持されたスライダとを備える回転体荷重測定装置。
3. 請求項２の回転体荷重測定装置において、
   前記ガイドは、前記第二の方向と直交する方向に互いに異なる向きとしてそれぞれ前記第二の方向に沿って配された一対のガイド面を備え、
   前記スライダは、一対の前記ガイド面のそれぞれに前記第二の方向に移動可能に支持されるように対をなして設けられている回転体荷重測定装置。
4. 請求項２または請求項３の回転体荷重測定装置において、
   前記第一ロードセル及び前記第二ロードセルの測定結果に基づいて前記回転体に作用する荷重を演算する制御部を備え、
   前記制御部は、前記第一ロードセル及び前記第二ロードセルによって測定された前記第一の方向の力に基づいて前記回転体に前記第一の方向に作用する荷重を演算するとともに、前記第一ロードセルによって測定された前記第二の方向の力に基づいて前記回転体に前記第二の方向に作用する荷重を演算する回転体荷重測定装置。
5. タイヤ中心軸回りに回転可能に支持された被検体であるタイヤと、
   タイヤの周面と当接可能に、前記タイヤ中心軸と平行な軸回りに回転可能に支持された円柱状のロードホイールと、
   タイヤまたはロードホイールのいずれかを回転駆動する回転駆動部とを備え、
   前記タイヤまたは前記ロードホイールの一方を前記回転体として、前記タイヤまたは前記ロードホイールの他方から作用する荷重を前記主荷重として、前記測定部で測定される力に基づいて前記タイヤの不均一さを測定するタイヤユニフォミティマシンである請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の回転体荷重測定装置。

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