KR101680999B1 - 타이어 시험 장치의 공기압 회로 - Google Patents

타이어 시험 장치의 공기압 회로 Download PDF

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Abstract

타이어 시험 장치의 공기압 회로이며, 공기 공급원으로부터의 공기를 타이어까지 안내하는 배관과, 목표 지령압을 출력하는 제어부와, 압력 비례 제어 밸브부와, 정량 배기부를 구비한다. 압력 비례 제어 밸브부는, 배관에 설치되고, 타이어의 내압이 목표 지령압으로 되도록, 상기 내압과 목표 지령압의 차압에 비례한 유량의 공기를 급배기하고, 차압이 0을 포함하는 소정 범위 내에서 급배기를 행하지 않는 불감대 d를 갖는다. 정량 배기부는, 압력 비례 제어 밸브부와 타이어 사이에 설치되어 배관 내의 공기를 일정한 유량으로 외부에 배기 가능하게 한다.

Description

타이어 시험 장치의 공기압 회로 {AIR PRESSURE CIRCUIT FOR TIRE TESTING DEVICE}
본 발명은 예를 들어 타이어 유니포미티 머신 등의 타이어 시험 장치의 공기압 회로에 관한 것이다.
종래부터 특허문헌 1에 개시되는 타이어 시험 장치가 알려져 있다. 이 타이어 시험 장치는, 림에 설치된 상태의 타이어를 회전시킨 때의 당해 타이어의 균일성(유니포미티)을 측정한다. 이 타이어 시험 장치는, 도 5에 도시되는 바와 같이, 상기 균일성을 측정할 때에 타이어(550)의 내압을 조정하는 테스트 계통(520)을 갖는 공기압 회로(510)를 구비한다. 이 공기압 회로(510)의 테스트 계통(520)은, 공기 공급 배관(521)과, 컨트롤러(523)와, 압력 레귤레이터(압력 비례 제어 밸브)(525)를 갖는다.
공기 공급 배관(521)은, 컴프레서 등의 공기원(530)과 타이어(550)를 접속하고, 공기원(530)으로부터의 압축 공기를 타이어(550)로 안내한다. 컨트롤러(523)는, 상기 균일성의 측정 시에 목표로 하는 타이어(550)의 내압(목표 지령압)을 압력 레귤레이터(525)에 출력한다. 압력 레귤레이터(525)는, 공기 공급 배관(521)에 설치되고, 타이어(550)의 내압이 목표 지령압으로 되도록 공기 공급 배관(521) 내의 공기의 유량을 조정한다. 구체적으로, 압력 레귤레이터(525)는, 컨트롤러(523)로부터의 목표 지령압과 타이어(550)의 내압의 차압(이하, 단순히 「차압」이라고도 칭함)에 비례한 유량으로 되도록, 공기원(530)으로부터의 공기를 타이어(550)에 급배기함으로써, 타이어(550)의 내압을 목표 지령압으로 유지한다.
이상의 타이어 시험 장치(500)는, 공기압 회로(510)의 테스트 계통(520)이 타이어(550)의 내압을 목표 지령압으로 유지한 상태에서, 타이어(550)에 도시 생략의 드럼을 압박하여 타이어(550)를 회전시키고, 상기 드럼에 설치된 도시 생략의 하중 계측기 등에 의해 타이어(550)에 발생하는 반발력을 계측함으로써, 타이어(550)의 균일성을 측정한다.
일본 특허 공고 평6-95057호 공보
타이어(550)의 균일성을 측정하는 타이어 시험에서는, 타이어(550)에 드럼을 압박한 상태에서 타이어(550)를 회전시킨 때의 타이어(550)의 반발력의 변화를 측정하는 것이므로, 상기 반발력의 측정 시에 타이어(550)의 내압을 소정의 압력(목표 지령압)으로 일정하게 유지하는 것이 중요해진다.
그런데, 상술한 타이어 시험 장치(500)에서는, 타이어 시험 중에 타이어(550)의 내압이 저하 또는 상승하는 경우가 있다. 이러한 경우, 상기 내압의 변화가 균일성의 측정 결과에 영향을 미치므로, 타이어 시험의 계측 타이밍에 의해 측정 결과가 달라지게 되고, 타이어 시험 장치(500)에 있어서의 측정 정밀도가 저하된다. 이 타이어 시험 중에 있어서의 타이어(550)의 내압의 변동은, 이하와 같이 하여 발생한다.
압력 레귤레이터(525)는, 도 6에 도시되는 바와 같이, 목표 지령압과 타이어(550)의 내압의 차압이 0을 포함하는 소정의 범위(불감대)에 있어서 급배기를 행하지 않으므로, 타이어 시험을 위해 타이어(550)의 내압이 목표 지령압으로 조정되면, 급배기를 정지한다. 이 상태에서 타이어(550)의 균일성의 측정이 행해진다. 이때, 타이어(550) 내의 공기 온도와 타이어(550) 자체나 림 등의 주위의 온도 사이에 온도차가 발생하고 있는 경우가 있고, 이 경우, 타이어 시험 중에 타이어(550)의 공기 온도가 변화하지만, 상기 차압이 불감대에 있으므로 압력 레귤레이터(525)가 급배기를 행하지 않고, 이에 의해, 상기 공기 온도의 변화에 수반하여 타이어(550)의 내압이 변화한다.
또한, 이 타이어(550) 내의 공기 온도의 변화에 의해 상기 차압이 불감대를 통과하여 타이어(550)의 내압이 안정되는 것을 기다려 균일성의 측정을 행하는 것도 생각할 수 있지만, 균일성의 측정에 시간이 걸려, 검사 효율이 저하된다.
따라서, 본 발명은 상기 문제에 비추어, 타이어의 내압을 단시간에 또한 고정밀도로 조정할 수 있는 타이어 시험 장치의 공기압 회로를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해소하기 위해, 본 발명은 타이어의 균일성을 측정하는 타이어 시험 장치의 공기압 회로이며, 공기 공급원으로부터의 공기를 상기 타이어까지 안내하는 배관과, 소정의 공기압의 값인 목표 지령압을 출력하는 제어부와, 상기 배관에 설치되고, 상기 타이어의 내압이 상기 목표 지령압으로 되도록, 상기 내압과 상기 목표 지령압의 차압에 비례한 유량의 공기를 급배기하고, 상기 차압이 0을 포함하는 소정 범위 내에서 급배기를 행하지 않는 불감대를 갖는 압력 비례 제어 밸브부와, 상기 배관에 있어서의 상기 압력 비례 제어 밸브부와 상기 타이어 사이에 설치되고, 상기 배관 내의 공기를 일정한 유량으로 외부에 배기 가능한 정량 배기부를 구비한다.
이러한 구성에 따르면, 정량 배기부로부터 배관 내의 공기를 일정한 유량으로 외부에 배기함으로써, 배관계 전체에 있어서의 상기 차압에 기초하는 급배기의 특성 곡선(이하, 단순히 「특성 곡선」이라고도 칭함)을 상기 일정한 유량분만큼 배기측으로 시프트시킬 수 있고(도 2a 참조), 이에 의해, 당해 특성 곡선에 포함되는 불감대도 상기 배기측으로 시프트되고, 타이어의 내압을 단시간에 또한 고정밀도로 조정할 수 있다. 구체적으로는, 이하와 같다.
불감대를 배기측으로 시프트시킴으로써, 압력 비례 제어 밸브가 급배기를 행하지 않는 불감대에 있어서도 정량 배기부로부터의 배기에 의해 타이어 내압이 계속해서 감소하고, 목표 지령압과 타이어의 내압의 차압(이하, 단순히 「차압」이라고도 칭함)이, 도 2a에 나타나는 특성 곡선에 있어서의 불감대보다도 마이너스측으로 되면 압력 비례 제어 밸브부의 급기 동작이 개시되고, 소정값(A점)으로 유지된다. 이에 의해, 불감대에 의해 차압이 유지되는 종래의 공기 회로에 비해, 타이어의 내압을 단시간에 또한 고정밀도로 조정하는 것이 가능해진다.
본 발명에 관한 타이어 시험 장치의 공기압 회로에 있어서는, 상기 정량 배기부는, 상기 균일성의 측정 시에 상기 타이어 내의 공기 온도가 상승할 때에 있어서도 상기 불감대가 배기측에 위치하는 유량으로 외부에 공기를 배기하는 것이 바람직하다.
불감대를 포함하는 특성 곡선은, 타이어 내의 공기 온도의 상승에 의해 급기측으로 시프트한다(도 2b 참조). 이로 인해, 이 특성 곡선이 급기측으로 시프트한 상태에서 불감대가 배기측에 위치하도록 정량 배기부로부터 배기되는 공기의 유량이 설정됨으로써, 타이어의 내압을, 보다 확실하게, 단시간에 또한 고정밀도로 조정할 수 있다.
이 경우, 예를 들어 구체적으로는, 상기 정량 배기부가 외부에 배기하는 공기의 질량 유량 Q(㎏/s)는, 이하의 (1)식으로 나타내어지는 값보다도 큰 것에 의해, 특성 곡선에 있어서의 불감대가 확실하게 배기측으로 된다.
Figure 112015094308970-pct00001
여기서, V는, 상기 타이어의 내부, 및 상기 타이어로부터 상기 압력 비례 제어 밸브부까지의 상기 배관 내부의 체적(㎥)이며, T는, 상기 배관 내의 공기의 절대 온도(K)이며, R은, 건조 공기의 기체 상수(J/㎏/K)이며, γ는 상기 타이어의 내압이, 상기 균일성의 측정 시에 있어서의 테스트압의 상태에서 상기 압력 비례 제어 밸브부 및 상기 정량 배기부의 동작을 정지시킨 때의 당해 타이어의 내압에 있어서의 1초간당의 증가량(㎩/s)이다.
또한, 상기 정량 배기부가 외부에 배기하는 공기의 질량 유량 Q(㎏/s)는, 이하의 (2)식으로 나타내어지는 것이 보다 바람직하다.
Figure 112015094308970-pct00002
여기서, α는, 상기 압력 비례 제어 밸브부의 상기 특성 곡선에 있어서의 급기측의 차압 변화에 대한 급기 질량의 변화의 비(㎏/㎩)이며, ΔPh는, 상기 불감대의 차압의 범위(㎩)이다.
이러한 구성에 따르면, 특성 곡선에 있어서 불감대를 포함하는 배기측의 차압의 조정을, 급기측의 차압의 조정과 동일한 정도의 시간으로 조정할 수 있으므로, 타이어의 내압을 조정하는 시간의 단축화를 도모하면서, 공기의 사용량을 억제할 수 있다.
이상으로부터, 본 발명에 따르면, 타이어의 내압을 단시간에 또한 고정밀도로 조정할 수 있는 타이어 시험 장치의 공기압 회로를 제공할 수 있다.
도 1은 본 실시 형태에 관한 타이어 시험 장치의 개략 구성도이다.
도 2a는 상기 타이어 시험 장치의 공기압 회로에 있어서의 압력 비례 제어 밸브부의 급배기의 특성 곡선에 있어서, 정량 배기부에 의한 공기의 배기에 의해 배관계 전체의 상기 특성 곡선이 배기측으로 시프트하는 것을 나타내는 설명도이다.
도 2b는 상기 타이어 시험 장치의 공기압 회로에 있어서의 압력 비례 제어 밸브부의 급배기의 특성 곡선에 있어서, 타이어 내의 공기 온도가 상승 또는 저하된 때에 배관계 전체의 상기 특성 곡선이 배기측 또는 급기측으로 시프트하는 것을 나타내는 설명도이다.
도 2c는 상기 타이어 시험 장치의 공기압 회로에 있어서의 압력 비례 제어 밸브부의 급배기의 특성 곡선에 있어서, 불감대의 차압 범위에 대해, 압력 비례 제어 밸브부가 작동하였다고 생각한 경우와 동등한 속도로 정량 배기부로부터 배기하는 공기 유량을 나타내는 설명도이다.
도 3a는 상기 타이어 시험 장치에서의 타이어의 내압의 변화 특성을 나타내는 도면이며, 타이어 내의 공기 온도 저하 시에 있어서의 변화 특성을 나타내는 그래프이다.
도 3b는 상기 타이어 시험 장치에서의 타이어의 내압의 변화 특성을 나타내는 도면이며, 타이어 내의 공기 온도 상승 시에 있어서의 변화 특성을 나타내는 그래프이다.
도 4a는 종래의 타이어 시험 장치에서의 타이어의 내압의 변화 특성을 나타내는 도면이며, 타이어 내의 공기 온도 저하 시에 있어서의 변화 특성을 나타내는 그래프이다.
도 4b는 종래의 타이어 시험 장치에서의 타이어의 내압의 변화 특성을 나타내는 도면이며, 타이어 내의 공기 온도 상승 시에 있어서의 변화 특성을 나타내는 그래프이다.
도 5는 종래의 타이어 시험 장치의 개략 구성도이다.
도 6은 종래의 타이어 시험 장치의 공기압 회로에 있어서의 압력 레귤레이터의 급배기의 특성 곡선을 나타내는 그래프이다.
이하, 본 발명의 일 실시 형태에 대해, 도 1, 도 2a, 도 2b, 도 2c를 참조하면서 설명한다. 도 1은 본 실시 형태에 관한 타이어 시험 장치의 개략 구성도이다. 도 2a는 상기 타이어 시험 장치의 공기압 회로에 있어서의 압력 비례 제어 밸브부의 급배기의 특성 곡선에 있어서, 정량 배기부에 의한 공기의 배기에 의해 배관계 전체의 상기 특성 곡선이 배기측으로 시프트하는 것을 나타내는 도면이다. 도 2b는 타이어 내의 공기 온도가 상승 또는 저하된 때에 배관계 전체의 상기 특성 곡선이 배기측 또는 급기측으로 시프트하는 것을 나타내는 도면이다. 도 2c는 불감대의 차압 범위에 대해, 압력 비례 제어 밸브부가 작동하였다고 생각한 경우와 동등한 속도로 정량 배기부로부터 배기하는 공기 유량을 설명하기 위한 도면이다.
본 실시 형태의 타이어 시험 장치의 공기압 회로는, 예를 들어 제품 완성된 타이어에 대해 유니포미티(균일성)의 제품 검사를 행하는 유니포미티 머신에 사용되고, 압축 공기(이하, 단순히 「공기」라고도 칭함)를 타이어에 급배기하여 타이어의 내압(공기압)을 조정한다. 이 공기압 회로는, 도 1에 도시되는 바와 같이, 공기 공급원(12)과, 공기 공급원(12)으로부터 타이어(50)에 이르는 공기의 경로로서의 2계통의 배관 계통[비드 시트 계통(20) 및 테스트 계통(30)]과, 컨트롤러(제어부)(14)를 구비한다. 본 실시 형태의 비드 시트 계통(20)과 테스트 계통(30)은, 배관의 일부를 공유하고 있다. 즉, 비드 시트 계통(20)과 테스트 계통(30)은, 공기 공급원(12)으로부터 타이어(50)에 이르는 도중에 분기하고, 하류측에서 다시 하나의 배관으로 합류한 후, 타이어(50)에 접속되어 있다. 또한, 비드 시트 계통(20)과 테스트 계통(30)이, 공기 공급원(12)으로부터 타이어(50)까지, 각각 배치되어 있어도 된다. 또한, 공기압 회로(10)는, 외부의 공기 공급원을 이용하는 구성[즉, 공기 공급원(12)을 구비하고 있지 않은 구성]이어도 된다.
공기 공급원(12)은, 예를 들어 공장 에어로 공기가 축적되는 에어 탱크나, 에어 컴프레서 등이며, 비드 시트 계통(20)을 통해 타이어(50)를 팽창시킬 때의 공기압과 동일한 압력의 공기를 공급한다. 이 공기 공급원(12)의 하류측[본 실시 형태의 예에서는 제1 배관(201)]에는, 도시 생략의 에어 필터, 및 공기 공급원(12)으로부터 공급되는 공기(압축 공기)의 압력(공기압)을 관측하기 위한 압력계(16)가 설치되어 있다.
비드 시트 계통(20)은, 공기 공급원(12)으로부터 타이어(50)까지 공기를 안내하는 배관(201)과, 제1 차단 밸브(205)를 갖고, 타이어(50)를 단시간에 팽창시켜 타이어(50)의 비드부를 유니포미티 머신(1)에 설치된 림(2)에 압박하기 위해, 소정의 압력(비드 시트압)의 공기를 타이어(50)에 공급한다. 본 실시 형태의 비드 시트압은, 예를 들어 0.4㎫ 정도이다.
배관(200)은, 공기 공급원(12)에 접속되는 제1 배관(201)과, 타이어(50)에 접속되는 제2 배관(202)과, 테스트 계통(30)과 분기한 상태에서 제1 배관(201)과 제2 배관(202)을 접속하는 비드 시트측 배관(203)을 갖는다. 또한, 제1 배관(201)과 제2 배관(202)은, 테스트 계통(30)의 배관(300)의 일부도 구성하고 있다.
제1 차단 밸브(205)는, 비드 시트측 배관(203)에 설치되고, 컨트롤러(14)로부터의 지시 신호에 기초하여 밸브의 위치를 전환하고, 비드 시트측 배관(203)[즉, 비드 시트 계통(20)의 배관(200)]의 개폐를 행한다.
테스트 계통(30)은, 공기 공급원(12)으로부터 타이어(50)까지 공기를 안내하는 배관(300)과, 제2 차단 밸브(305)와, 압력 센서(압력 측정부)(306)와, 압력 비례 제어 밸브부(310)와, 급배 밸브(307)와, 정량 배기부(320)를 갖는다. 이 테스트 계통(30)은, 타이어(50)의 유니포미티를 테스트할(측정할) 때의 타이어(50)의 내압이 비드 시트압보다 낮은 소정의 압력(테스트압)으로 되도록 조정한다. 본 실시 형태의 테스트압은, 예를 들어 0.2㎫ 정도이다.
배관(300)은, 공기 공급원(12)에 접속되는 제1 배관(201)과, 타이어(50)에 접속되는 제2 배관(202)과, 비드 시트 계통(20)과 분기한 상태에서 제1 배관(201)과 제2 배관(202)을 접속하는 테스트측 배관(303)을 갖는다.
제2 차단 밸브(305)는, 테스트측 배관(303)에 설치되고, 컨트롤러(14)로부터의 지시 신호에 기초하여 밸브의 위치를 전환하고, 테스트측 배관(303)[즉, 테스트 계통(30)의 배관(300)]의 개폐를 행한다.
압력 센서(306)는, 제2 배관(202)에 설치되고, 제2 배관(202) 내의 공기의 압력, 즉, 타이어(50)의 내압을 측정한다. 이 압력 센서(306)는, 측정한 타이어(50)의 내압에 따른 압력 신호를 컨트롤러(14)에 출력한다.
압력 비례 제어 밸브부(310)는, 테스트 계통(30)의 테스트측 배관(303)에 설치되고, 입력된 목표 지령압(소정의 공기압의 값)을 목표로 타이어(50)의 내압, 즉, 당해 압력 비례 제어 밸브부(310)의 하류측의 배관(300) 내에 있어서의 공기압을 조정한다. 본 실시 형태의 압력 비례 제어 밸브부(310)는, 전공 레귤레이터(312)와, 볼륨 부스터(314)와, 테스트측 배관(303)으로부터 분기하여 볼륨 부스터(314)까지 연장되는 레귤레이터용 배관(316)을 갖는다.
전공 레귤레이터(312)는, 레귤레이터용 배관(316)에 설치되고, 컨트롤러(14)로부터의 전기 신호(목표 지령압)에 따라, 레귤레이터용 배관(316)을 통해 볼륨 부스터(314)에 공급되는 공기의 압력을 조정한다. 즉, 전공 레귤레이터(312)는, 컨트롤러(14)로부터의 전기 신호에 의해 목표 압력이 설정되고, 이 목표 압력(파일럿압)의 공기를 볼륨 부스터(314)의 파일럿압 입력 포트(315)에 공급한다.
또한, 본 실시 형태의 목표 지령압은, 정량 배기부(320)로부터 배기되는 공기의 유량과, 테스트압에 기초하여 설정되어 있다. 즉, 목표 지령압은, 제2 배관(202) 내의 공기가 소정의 유량(후술하는 질량 유량 Q)으로 정량 배기부(320)로부터 외부에 배기되고 있는 상태에 있어서, 타이어(50)의 내압이 테스트압으로 되도록 설정된 압력값이다.
볼륨 부스터(314)는, 테스트측 배관(303)에 있어서 레귤레이터용 배관(316)의 분기 위치보다도 하류측에 설치된다. 볼륨 부스터(314)는, 테스트측 배관(303)에 있어서의 볼륨 부스터(314)의 하류측의 부위 내의 압력(라인 압력)이 파일럿압 입력 포트(315)에 입력된 목표 압력과 동일해지도록 조정한다. 구체적으로는, 볼륨 부스터(314)는, 라인 압력이 목표 압력보다 상승하면, 테스트측 배관(303)에 있어서의 상기 하류측의 부위 내의 공기를 외부에 배기하고, 라인 압력이 목표 압력보다 저하되면, 테스트측 배관(303)의 상기 하류측의 부위 내에 공기 공급원(12)으로부터의 공기를 공급하도록 구성되어 있다.
이러한 전공 레귤레이터(312)와 볼륨 부스터(314)를 갖는 압력 비례 제어 밸브부(310)에서는, 도 6에 나타내어지는 바와 같은 종래의 공기압 회로에 있어서의 압력 레귤레이터의 급배기의 특성 곡선과 마찬가지로, 급배기의 특성 곡선 c(이하, 단순히 「특성 곡선 c」라고도 칭함)가 불감대 d를 갖는다. 이 특성 곡선 c는, 횡축을, 목표 지령압과 압력 비례 제어 밸브부[본 실시 형태의 예에서는 볼륨 부스터(314)]의 출구측의 압력(라인 압력, 타이어의 내압)의 차압(이하, 단순히 「차압」이라고도 칭함)으로 하고, 종축을, 외부에 타이어(50) 내의 공기를 배기할 때(이하에서는, 단순히 「배기측」이라고도 칭함)의 유량 및 공기 공급원(12)으로부터의 공기를 타이어에 급기(공급)할 때(이하에서는, 단순히 「급기측」이라고도 칭함)의 유량으로 한 때의, 압력 비례 제어 밸브부(310)의 급배기 특성을 나타내는 곡선이다. 또한, 상기 종축에 있어서의 상기 횡축과의 교차 위치에서의 유량은 0(즉, 급기도 배기도 행해지지 않는 상태)이다.
여기서, 불감대 d라 함은, 특성 곡선 c에 있어서, 차압 0을 포함하고 또한 압력 비례 제어 밸브부(310)가 급배기를 행하지 않는 차압의 범위를 말한다.
또한, 본 실시 형태의 압력 비례 제어 밸브부(310)는, 전공 레귤레이터(312)와 볼륨 부스터(314)에 의해 구성되어 있지만, 이 구성에 한정되지 않고, 1개의 압력 비례 제어 밸브에 의해 구성되어 있어도 된다.
급배 밸브(307)는, 제2 배관(202)에 설치되고, 컨트롤러(14)로부터의 지시 신호에 기초하는 밸브의 위치의 전환에 의해, 공기압 회로(10)에 있어서의 공기 공급원(12)으로부터 타이어(50)에의 급기와 타이어(50) 내로부터 외부에의 배기의 전환을 행한다. 급배 밸브(307)가 배기측으로 전환됨으로써, 비드 시트압까지 상승시켜진 타이어(50)의 내압을, 테스트압 혹은 테스트압 근방까지 단시간에 저하시킬 수 있다.
정량 배기부(320)는, 배관(300)에 있어서의 압력 비례 제어 밸브부(310)[상세하게는 볼륨 부스터(314)]와 타이어(50) 사이에 설치되고, 배관(300) 내의 공기를 일정한 유량으로 외부에 배기 가능하게 구성된다. 본 실시 형태의 정량 배기부(320)는, 제2 배관(202)에 있어서의 급배 밸브(307)와 압력 센서(306) 사이에 설치되어 있다. 이 정량 배기부(320)는, 배기용 배관(321)과, 이 배기용 배관(321)에 설치되는 니들 밸브(322), 배기부 차단 밸브(323) 및 머플러(324)를 구비한다. 이 정량 배기부(320)가, 제2 배관(202) 내의 공기를 외부에 일정한 유량으로 배기함으로써, 특성 곡선 c를 상기 일정한 유량분만큼 배기측으로 시프트시킬 수 있다(도 2a 참조). 이에 의해, 차압이 압력 비례 제어 밸브부(310)에 의해 불감대 d보다도 마이너스측의 소정값(수렴값:도 2a의 점 A 참조)으로 유지된다. 그 결과, 압력 비례 제어 밸브가 급배기를 행하지 않는 불감대 d 내에서 차압이 유지되는 종래의 공기 회로에 비해, 단시간에 타이어(50)의 내압을 조정하는 것이 가능해진다. 즉, 제2 배관(202) 내의 공기가 일정한 유량으로 배기됨으로써, 차압이 고압측으로부터 수렴값을 향하는 경우에, 압력 비례 제어 밸브부(310)가 급배기를 행하지 않는 불감대를 차압이 단시간(상기 일정한 유량에 따른 시간)에 통과하도록 변화한다. 이로 인해, 차압을 단시간에 수렴값에 수렴시키는, 즉, 타이어(50)의 내압을 테스트압으로 단시간에 조정할 수 있다.
배기용 배관(321)은, 제2 배관(202)에 있어서의 급배 밸브(307)와 압력 센서(306) 사이로부터 분기하고, 제2 배관(202) 내와 외부를 연통한다.
니들 밸브(322)는, 개방도를 변경함으로써, 배기용 배관(321)을 통해 외부에 배기되는 공기의 유량을 조정할 수 있다. 이 니들 밸브(322)는, 배기용 배관(321)을 통해 외부에 배기되는 공기의 질량 유량 Q(㎏/s)가, 이하의 (3)식으로 나타내어지는 값보다 커지도록 개방도가 조정되어 있다.
Figure 112015094308970-pct00003
여기서, V는, 타이어(50)의 내부 및 타이어(50)로부터 압력 비례 제어 밸브부(310)까지의 배관(300) 내부의 체적(㎥)이며, T는, 배관(300) 내의 공기의 절대 온도(K)이며, R은, 건조 공기의 기체 상수(J/㎏/K)이며, γ는, 타이어(50)의 내압이 테스트압의 상태에서 압력 비례 제어 밸브부(310) 및 정량 배기부(320)의 동작을 정지시킨 때의 타이어(50)의 내압에 있어서의 1초간당의 증가량(㎩/s)이며, α는, 압력 비례 제어 밸브부(310)의 급기측의 차압 변화에 대한 급기 질량의 변화의 비(㎏/㎩)이며, ΔPh는, 불감대 d의 차압의 범위(㎩)이다. 또한, γ는, 다양한 타이어에 있어서 상정되는 각종 운전 상태에서 관측되는 정(正)측의 최댓값이며, 실험 등에 의해 미리 구해 둔 값이다.
이러한 니들 밸브(322)의 개방도, 즉, 정량 배기부(320)로부터 외부에 배기되는 공기의 유량은, 이하와 같이 하여 설정된다.
타이어(50) 내의 공기 온도의 변화에 의해 타이어(50)의 내압이 변동한 때에, 이 내압의 변동과, 타이어(50) 내의 공기가 배기 또는 급기되는 것과는 등가이다. 이로 인해, 타이어(50) 내의 공기 온도의 저하에 의해 내압이 저하될 때에는, 도 2b에 도시되는 바와 같이, 특성 곡선 c는 배기측으로 시프트하고, 공기 온도의 상승에 의해 내압이 상승할 때에는, 특성 곡선 c가 급기측으로 시프트한다. 따라서, 타이어(50) 내의 공기 온도의 상승 시에는, 특성 곡선 c의 불감대 d가 종축의 유량 0에 근접한다. 본 실시 형태의 공기압 회로(10)에서는, 불감대 d를 유량 0보다도 배기측에 위치시킴으로써, 타이어(50)의 내압을 단시간에 또한 고정밀도로 조정하는 것을 실현하고 있다. 이로 인해, 이 공기 온도의 상승 시에 있어서도, 특성 곡선 c의 불감대 d가 배기측에 위치하고 있을 필요가 있다. 따라서, 이하와 같이 하여, 타이어(50) 내의 공기 온도의 상승 시에 불감대 d가 유량 0으로 되는 공기의 질량 유량 Q1을 구하고, 니들 밸브(322)로부터 배기되는 공기의 질량 유량 Q를 이 질량 유량 Q1보다도 커지도록 설정하였다.
니들 밸브(322)로부터 배기되는 공기의 질량 유량을 Q1(㎏/s)로 하면 t초간에 변화하는 공기 질량 Δm(㎏)은, Q1t로 된다. 또한, 타이어(50) 내의 공기 온도의 변화에 의한 내압의 변화에 있어서의 시간당 변화율을 γ(㎩/s)라 해 두면, t초간에 변화하는 내압 ΔP(㎩)는, γt로 된다. 여기서, 공기의 상태 방정식은, PV＝mRT라 해 둘 수 있으므로, P 및 m을 그 변화율 ΔP, Δm으로 치환하면, ΔPV＝ΔmRT로 된다. 이 식에, 상술한 Δm＝Q1t, ΔP＝γt를 대입하면, γV＝Q1RT가 얻어진다. 이 식으로부터, 타이어(50) 내의 공기 온도의 상승 시에 불감대 d가 유량 0으로 되는 공기의 질량 유량 Q1＝(V/RT)γ가 구해진다.
또한, 본 실시 형태의 공기압 회로(10)에서는, 타이어(50)의 내압을 조정하는 시간과 공기의 소비량의 밸런스를 감안하여, 니들 밸브(322)로부터의 공기의 배기량을 조정함으로써, 공기의 질량 유량 Q가 설정된다. 구체적으로는, 이하와 같다.
니들 밸브(322)로부터의 공기의 배기량을 많게 할수록, 배기측에 있어서 차압이 불감대 d를 통과하는 시간이 짧아지는, 즉, 타이어(50)의 내압을 단시간에 조정할 수 있지만, 공기압 회로(10)에 있어서의 공기의 소비량이 증대된다. 따라서, 본 실시 형태의 공기압 회로(10)에서는, 특성 곡선 c에 있어서 불감대 d가 설정되어 있지 않은 급기측의 압력 제어(압력 변화)와 동등한 속도로, 배기측의 압력 제어가 행해지도록 니들 밸브(322)로부터 배기되는 공기의 질량 유량 Q를 설정하고 있다.
압력 비례 제어 밸브부(310)에서는, 급기 및 배기의 유량이 차압에 따라 조정된다. 그 감도[압력 비례 제어 밸브부(310)의 급기측의 차압 변화에 대한 급기 질량의 변화의 비]를 도 2c에 나타내는 바와 같이 α라 해 두면, 압력 비례 제어 밸브부(310)가 감도 α로 타이어(50)의 내압을 제어하고 있는 것과 동등한 속도로 니들 밸브(322)의 배기에 의해 불감대 d의 압력 영역 ΔPh에 있어서의 타이어(50)의 내압을 제어하는 경우에는, 도 2c에 있어서의 그들의 면적이 대략 일치할 때이다. 즉, 니들 밸브(322)로부터 배기되는 공기의 질량 유량 Q2가 αΔPh의 절반(αΔPh/2)으로 될 때이다.
따라서, 본 실시 형태의 공기압 회로(10)의 니들 밸브(322)는, 상술한 바와 같이 하여 타이어(50) 내의 공기 온도의 상승 시에 불감대 d가 유량 0보다도 배기측에 위치하는 질량 유량 Q1에, 타이어(50)의 내압의 조정 시간과 공기의 소비량을 감안한 질량 유량 Q2를 더한 질량 유량 Q(＝(V/RT)γ＋(αΔPh/2))로 공기를 배기하도록 설정되어 있다.
배기부 차단 밸브(323)는, 컨트롤러(14)로부터의 지시 신호에 기초하여 밸브의 위치를 전환함으로써, 배기용 배관(321)의 개폐를 행한다. 본 실시 형태의 배기부 차단 밸브(323)는, 배기용 배관(321)에 있어서의 니들 밸브(322)의 하류측에 배치되어 있지만, 상류측에 배치되어도 된다.
머플러(324)는, 배기용 배관(321)의 하류 단부에 설치되고, 배기용 배관(321)으로부터 외부에 공기가 배기될 때의 배기음을 소음한다.
컨트롤러(14)는, 유니포미티 머신(1)에 있어서 타이어(50)의 유니포미티를 측정하기 위해, 공기압 회로(10)의 각 밸브(205, 305, 307, 310, 323) 등을 각각 제어한다. 예를 들어, 컨트롤러(14)는, 압력 비례 제어 밸브부(310)에 목표 지령압을 출력하고, 제1 및 제2 차단 밸브(205, 305), 급배 밸브(307) 및 배기부 차단 밸브(323)에 지시 신호를 출력하거나 한다.
이러한 공기압 회로(10)를 구비한 타이어 시험 장치(1)에서는, 이하와 같이 하여 타이어(50)의 유니포미티의 테스트가 행해진다.
타이어(50)가 유니포미티 머신(1)의 림(2)에 장착되면, 컨트롤러(14)가, 제1 차단 밸브(205)를 개방하고, 제2 차단 밸브(305)를 폐쇄하고, 급배 밸브(307)를 급기로 하고, 배기부 차단 밸브(323)를 폐쇄한다. 이에 의해, 공기 공급원(12)으로부터 공급된 비드 시트압의 공기(본 실시 형태의 예에서는, 예를 들어, 0.4㎫ 정도의 압축 공기)가 비드 시트 계통(20)을 통해 타이어(50)에 공급되고, 타이어(50)의 내압이 상승하여 비드부가 림에 압박되어 밀착된다.
압력 센서(306)에 의해 검출되는 타이어(50)의 내압이 비드 시트압에 달하면, 비드 시트압에 달하고 나서 소정의 시간 경과 후, 컨트롤러(14)는, 제1 차단 밸브(205)를 폐쇄하고, 제2 차단 밸브(305)를 폐쇄한 상태에서 유지하고, 급배 밸브(307)를 배기로 하고, 배기부 차단 밸브(323)를 폐쇄한 상태에서 유지한다. 이에 의해, 타이어(50)에의 공기의 공급이 차단됨과 함께, 타이어(50) 내의 공기가 급배 밸브(307)로부터 외부에 배기된다.
이 배기에 의해, 타이어의 내압이 비드 시트압으로부터 테스트압(본 실시 형태의 예에서는 0.4㎫로부터 0.2㎫)을 향해 감소한다. 그리고, 압력 센서(306)에 의해 검출되는 타이어(50)의 내압이 테스트압에 근접하면, 컨트롤러(14)가, 제1 차단 밸브(205)를 폐쇄한 상태를 유지하고, 제2 차단 밸브(305)를 개방하고, 급배 밸브(307)를 급기로 하고, 배기부 차단 밸브(323)를 개방한다. 이에 의해, 정량 배기부(320)로부터 일정한 유량(질량 유량) Q로 공기가 배기되면서, 타이어(50)의 내압이 테스트압으로 되도록 테스트 계통(30)[압력 비례 제어 밸브부(310)]에 의해 조정된다. 구체적으로는, 압력 비례 제어 밸브부(310)가 급배기함으로써, 차압을 수렴값(도 2a의 A점 참조)에 수렴시킨다. 이에 의해, 타이어의 내압이 테스트압으로 조정된다.
타이어(50)의 내압이 테스트압으로 되면, 도시 생략의 드럼이 타이어(50)에 압박되고, 그 상태에서 타이어(50)가 회전함으로써, 드럼 내에 설치된 도시 생략의 하중 계측기 등이 타이어(50)에 발생하는 반발력을 계측한다. 이와 같이 하여, 타이어(50)의 유니포미티가 테스트된다.
테스트 종료 후에는, 컨트롤러(14)가 제1 차단 밸브(205)를 폐쇄한 상태를 유지하고, 제2 차단 밸브(305)를 폐쇄하고, 급배 밸브(307)를 배기로 하고, 배기부 차단 밸브(323)를 폐쇄한다. 이에 의해, 타이어 내의 공기가 완전히 배기되고, 타이어(50)가 림(2)으로부터 제거 가능해진다.
이상의 공기압 회로(10)에 따르면, 정량 배기부(320)로부터 제2 배관(202) 내의 공기를 일정한 질량 유량 Q로 외부에 배기함으로써, 특성 곡선 c를 상기 질량 유량 Q분만큼 배기측으로 시프트시킬 수 있고(도 2a 참조), 이에 의해, 타이어(50)의 내압을 단시간에 또한 고정밀도로 조정할 수 있다. 구체적으로는, 이하와 같다.
특성 곡선 c를 배기측으로 시프트시킴으로써, 차압이 불감대 d의 마이너스측의 수렴값(도 2a의 A점 참조)으로 유지되므로, 압력 비례 제어 밸브가 급배기를 행하지 않는 불감대에 있어서 차압이 유지되는 종래의 공기 회로에 비해, 타이어(50)의 내압을 단시간에 또한 고정밀도로 조정하는 것이 가능해진다.
특성 곡선 c는, 타이어(50) 내의 공기 온도의 상승에 의해 급기측으로 시프트하므로(도 2b 참조), 본 실시 형태의 공기압 회로(10)에서는, 이 급기측으로 시프트한 상태에서 불감대 d가 유량 0보다도 배기측에 위치하도록 정량 배기부(320)로부터 배기되는 공기의 질량 유량 Q를 설정하고 있다. 이로 인해, 타이어(50)의 내압을 보다 확실하게 단시간에 또한 고정밀도로 조정할 수 있다.
또한, 본 실시 형태의 공기압 회로(10)에서는, 특성 곡선 c에 있어서 불감대 d를 포함하는 배기측에 있어서의 차압의 조정을, 급기측에 있어서의 차압의 조정과 동일한 정도의 시간으로 조정함으로써, 타이어(50)의 내압을 조정하는 시간의 단축화를 도모하면서, 사용하는 공기의 양을 억제하고 있다.
또한, 본 발명의 타이어 시험 장치의 공기압 회로는, 상기 실시 형태에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위 내에 있어서 다양하게 변경을 가할 수 있는 것은 물론이다.
정량 배기부(320)의 구체적 구성은 한정되지 않는다. 예를 들어, 정량 배기부(320)에 있어서 배기부 차단 밸브(323) 및／또는 머플러(324)가 설치되지 않아도 된다. 또한, 정량 배기부(320)는, 일정한 유량으로 공기를 외부에 배기할 수 있는 구성이면 되고, 예를 들어 제2 배관(202)에 오리피스를 설치한 구성 등이어도 된다.
또한, 타이어(50)의 유니포미티의 테스트 시에 있어서의 정량 배기부(320)로부터 배기되는 공기의 질량 유량 Q(㎏/s)는, 식 (3)(Q＝(V/RT)γ＋(αΔPh/2))에 의해 나타내어지는 값에 한정되지 않는다.
예를 들어, 상기 공기의 질량 유량 Q가, Q＝(V/RT)γ보다 크면 된다. 이러한 구성에 따르면, 타이어의 내압을 단시간에 또한 고정밀도로 조정할 수 있다. 또한, 상기 공기의 질량 유량 Q가, Q＝(V/RT)γ＋(αΔPh/2)보다 커도 된다. 이러한 구성에 따르면, 공기의 소비량이 증대되지만, 보다 단시간에 타이어(50)의 내압을 조정할 수 있다.
실시예
여기서, 상기 실시 형태의 공기압 회로의 효과를 확인하기 위해, 상기 실시 형태의 공기압 회로(10)와, 정량 배기부가 없는 것 이외는 상기 공기압 회로(10)와 동일한 구성의 공기압 회로(종래의 공기압 회로)를 사용하여 타이어(50)의 내압을 조정하는 실험을 행하였다.
구체적으로는, 이하와 같다.
타이어(50)의 내압을 비드 시트압까지 상승시키면, 단열 압축에 의해 타이어(50) 내의 공기 온도는 크게 상승한다. 이로 인해, 타이어(50)의 내압을 비드 시트압까지 상승시킨 후, 즉시 테스트압까지 감압하면, 타이어(50) 내의 공기 온도는, 주위의 온도보다도 높은 상태로 된다. 한편, 타이어(50)의 내압을 비드 시트압까지 상승시킨 후, 타이어(50) 내의 공기 온도가 주위에 전해져 내려갈 때까지 이 압력을 유지하고, 타이어(50) 내의 공기 온도가 내려가고 나서 테스트압까지 감압하면, 타이어(50) 내의 공기 온도는, 주위의 온도보다도 낮은 상태로 된다. 이와 같이 하여, 타이어(50)의 내압을 비드 시트압까지 상승시킨 후에 테스트압까지 강하시킬 때에, 비드 시트압의 유지 시간을 조정함으로써, 타이어(50) 내의 기압 온도를 변화시켜 실험을 행하였다.
또한, 비드 시트압으로부터 테스트압으로 이행할 때에, 압력 센서(306)의 측정값을 바탕으로 급배 밸브(307)를 배기(감압)로부터 급기(압력 조정 개시)로 전환하는 타이밍을 바꿈으로써, 타이어(50)의 내압이 목표 지령압에 대해 고압측으로부터 근접하는 경우와, 저압측으로부터 근접하는 경우의 실험을 행하였다.
이상의 실험의 결과를, 도 3a, 도 3b, 도 4a, 도 4b에 나타낸다. 도 3a는 상기 실시 형태의 공기압 회로(10)를 사용한 경우에 있어서, 타이어(50) 내의 공기 온도가 저하될 때의 타이어 내압의 변화 특성을 나타낸다. 도 3b는 상기 실시 형태의 공기압 회로(10)를 사용한 경우에 있어서, 타이어(50) 내의 공기 온도가 상승할 때의 타이어 내압의 변화 특성을 나타낸다. 도 4a는 종래의 공기압 회로를 사용한 경우에 있어서, 타이어(50) 내의 공기 온도가 저하될 때의 타이어 내압의 변화 특성을 나타낸다. 도 4b는 종래의 공기압 회로를 사용한 경우에 있어서, 타이어(50) 내의 공기 온도가 상승할 때의 타이어 내압의 변화 특성을 나타낸다.
이들 결과로부터, 상기 실시 형태의 공기압 회로(10)를 사용한 쪽이, 타이어(50)의 내압이 고압측으로부터 목표 지령압에 근접하는 경우에도, 저압측으로부터 목표 지령압에 근접하는 경우에도, 단시간에 타이어(50)의 내압이 일정값(테스트압)으로 안정되는 것을 확인할 수 있었다.
또한, 타이어(50) 내의 공기 온도가 주위의 온도보다 높은 경우라도, 낮은 경우라도, 상기 실시 형태의 공기압 회로(10)를 사용한 쪽이, 단시간에 타이어(50)의 내압이 일정값(테스트압)으로 안정되는 것을 확인할 수 있었다.
본 발명을 상세하게 또한 특정한 실시 형태를 참조하여 설명하였지만, 본 발명의 정신과 범위를 일탈하는 일 없이 다양한 변형이나 수정을 가할 수 있는 것은 당업자에 있어서 명백하다.
본 출원은 2013년 4월 3일 출원의 일본 특허 출원(특원 제2013-077410호)에 기초하는 것이고, 그 내용은 여기에 참조로서 포함된다.
1 : 유니포미티 머신(타이어 시험 장치)
10 : 공기압 회로
12 : 공기 공급원
14 : 컨트롤러(제어부)
20 : 비드 시트 계통
200 : 비드 시드 계통의 배관
30 : 테스트 계통
300 : 테스트 계통의 배관
306 : 압력 센서(압력 측정부)
310 : 압력 비례 제어 밸브부
312 : 전공 레귤레이터
314 : 볼륨 부스터
320 : 정량 배기부
322 : 니들 밸브
50 : 타이어
c : 압력 비례 제어 밸브부에 있어서의 급배기의 특성 곡선
d : 불감대

Claims (4)

  1. 타이어의 균일성을 측정하는 타이어 시험 장치의 공기압 회로이며,
    공기 공급원으로부터의 공기를 상기 타이어까지 안내하는 배관과,
    소정의 공기압의 값인 목표 지령압을 출력하는 제어부와,
    상기 배관에 설치되고, 상기 타이어의 내압이 상기 목표 지령압으로 되도록, 상기 내압과 상기 목표 지령압의 차압에 비례한 유량의 공기를 급배기하고, 상기 차압이 0을 포함하는 소정 범위 내에서 급배기를 행하지 않는 불감대를 갖는 압력 비례 제어 밸브부와,
    상기 배관에 있어서의 상기 압력 비례 제어 밸브부와 상기 타이어 사이에 설치되고, 상기 배관 내의 공기를 일정한 유량으로 외부에 배기 가능한 정량 배기부를 구비하는, 타이어 시험 장치의 공기압 회로.
  2. 제1항에 있어서, 상기 정량 배기부는, 상기 균일성의 측정 시에 상기 타이어 내의 공기 온도가 상승할 때에 있어서도 상기 불감대가 배기측에 위치하는 유량으로 외부에 공기를 배기하는, 타이어 시험 장치의 공기압 회로.
  3. 제1항에 있어서, 상기 정량 배기부가 외부에 배기하는 공기의 질량 유량 Q(㎏/s)는, 이하의 (1)식으로 나타내어지는 값보다도 큰, 타이어 시험 장치의 공기압 회로.
    Figure 112015094308970-pct00004

    여기서, V는, 상기 타이어의 내부, 및 상기 타이어로부터 상기 압력 비례 제어 밸브부까지의 상기 배관 내부의 체적(㎥)이며, T는, 상기 배관 내의 공기의 절대 온도(K)이며, R은, 건조 공기의 기체 상수(J/㎏/K)이며, γ는, 상기 타이어의 내압이, 상기 균일성의 측정 시에 있어서의 테스트압의 상태에서, 상기 압력 비례 제어 밸브부 및 상기 정량 배기부의 동작을 정지시킨 때의 당해 타이어의 내압에 있어서의 1초간당의 증가량(㎩/s)이다.
  4. 제3항에 있어서, 상기 정량 배기부가 외부에 배기하는 공기의 질량 유량 Q(㎏/s)는, 이하의 (2)식으로 나타내어지는, 타이어 시험 장치의 공기압 회로.
    Figure 112015094308970-pct00005

    여기서, α는, 상기 압력 비례 제어 밸브부의 급기측의 차압 변화에 대한 급기 질량의 변화의 비(㎏/㎩)이며, ΔPh는, 상기 불감대의 차압의 범위(㎩)이다.
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