KR20100110879A - 타이어 시험기 및 타이어의 시험 방법 - Google Patents

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가부시키가이샤 고베 세이코쇼
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Abstract

본 발명은 타이어에 발생하는 힘의 고정밀도에서의 계측이 가능한 타이어 시험기를 제공한다. 이 시험기는 타이어(T)를 보유 지지하는 스핀들축(20)과, 이 스핀들축(20)을 구름 베어링(25)을 통해 회전 가능하게 지지하는 하우징(22)과, 회전 구동에 의해 주회하는 면을 갖고, 이 면과 접촉하는 타이어에 회전력을 부여하는 주행 장치(10)와, 하우징(22)에 설치되어 타이어(T)의 주행 시에 스핀들축(20)에 발생한 힘 및 모멘트를 계측하는 계측 장치(4)를 구비한다. 또한, 스핀들축(20)의 회전 시에 이 스핀들축(20)이 그 회전에 수반하여 상기 하우징에 있어서 받은 회전 마찰에 의해 발생하는 회전 마찰 토크(My1)의 영향이 스핀들축(20)에 부여되는 것을 방지하는 토크 캔슬 장치(5)를 구비한다. 토크 캔슬 장치(5)는 회전 마찰 토크(My1)의 영향을 상쇄하는 토크를 스핀들축(20)에 부여하는 스핀들축용 전동기(30)를 구비한다.

Description

타이어 시험기 및 타이어의 시험 방법 {TIRE TESTING MACHINE AND METHOD FOR TESTING TIRE}
본 발명은, 예를 들어 타이어의 구름 저항으로 대표되는, 타이어에 발생하는 힘을 계측하기 위한 타이어 시험기 및 타이어 시험 방법에 관한 것이다.
종래, 타이어의 구름 저항을 계측하기 위한 타이어 시험기로서, 타이어를 보유 지지하는 스핀들축과, 이 스핀들축을 베어링을 통해 회전 가능하게 지지하는 하우징과, 회전 구동됨으로써 타이어를 주행시키는 주행 드럼과, 상기 하우징에 설치되어 타이어에 발생하는 힘을 계측하는 로드셀을 구비한 것이 알려져 있다. 그러나, 이와 같은 타이어 시험기에서는, 스핀들축이 베어링 등의 베어링을 통해 회전 가능하게 하우징 등에 지지되어 있으므로, 스핀들축의 회전 시(타이어의 주행 시)에는 베어링의 회전 마찰에 의해 스핀들축에 회전 마찰 토크가 발생해 버리는 것이 실정이다. 이와 같은 타이어 시험기에서는, 타이어의 중심에 상기 스핀들축을 통해 상기 회전 마찰 토크에 준한 토크가 부가된 상태로 구름 저항이 계측되므로, 그 계측값은 본래의 자유 구름 이동 상태에서의 타이어 구름 저항과는 다르다고 하는 문제가 있다.
이 문제에 대한 시도는 선행 문헌에 기재되어 있다. 예를 들어, 특허 문헌 1에는 로드셀이 계측한 값을 이론적으로 보정함으로써 베어링에 의한 회전 마찰 토크의 영향을 제거하려고 하는 타이어의 구름 저항 계측 방법이 개시되어 있다. 구체적으로, 이 특허 문헌 1에 기재되는 방법은 로드셀이 계측한 계측값을 보정하기 위한 매트릭스(변환 행렬)를 계산 등에 의해 미리 규정해 두는 것과, 그 매트릭스에 기초하여 로드셀로 계측한 계측값을 보정함으로써 회전 마찰 토크(외란)를 제거하는 것을 포함한다.
그러나, 이 방법은 타이어가 본래의 자유 구름 이동 상태가 아니라고 하는 문제를 해결하는 것은 아니다. 즉, 이 방법과 같이 로드셀의 계측값을 보정하여 구름 저항을 구해도, 그 보정은 이론에 의한 것이므로, 실제의 타이어의 구름 저항과는 다르다. 또한, 특허 문헌 1에는 구체적인 보정 방법이 전혀 개시되어 있지 않아, 정밀도 좋은 타이어의 구름 저항을 계측하는 것은 매우 곤란하다.
일본 특허 출원 공개 제2003-4598호 공보
본 발명은 타이어에 발생하는 힘을 고정밀도로 계측할 수 있는 타이어 시험기 및 타이어 시험 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
이 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 관한 타이어 시험기는 타이어를 보유 지지하는 스핀들축과, 이 스핀들축을 베어링을 통해 회전 가능하게 지지하는 하우징과, 주회(周回)하는 주행면을 갖고, 그 주행면과 접촉하는 타이어에 회전력을 부여하는 주행 장치와, 상기 하우징에 설치되어 상기 스핀들축에 발생한 힘 및 모멘트를 계측하는 계측 장치와, 상기 스핀들축이 그 회전에 수반하여 상기 하우징으로부터 받은 회전 마찰 토크의 상기 계측으로의 영향을 상쇄하는 토크 캔슬 장치를 구비한다. 이 토크 캔슬 장치는 상기 주행 장치와 별도로 설치되어, 상기 회전 마찰 토크의 영향을 상쇄하는 토크를 상기 스핀들축에 부여하는 스핀들축용 토크 부여기를 포함한다.
또한, 본 발명에 관한 타이어의 시험 방법은 타이어를 보유 지지하는 스핀들축과, 이 스핀들축을 베어링을 통해 회전 가능하게 지지하는 하우징과, 회전 구동에 의해 주회하는 면을 갖고, 이 면과 접촉시킨 타이어에 회전력을 부여하는 주행 장치와, 상기 하우징에 설치되어 상기 스핀들축에 발생한 힘 및 모멘트를 계측하는 계측 장치를 구비한 타이어 시험기로, 타이어가 발생하는 힘을 계측하는 것이며, 상기 스핀들축이 그 회전에 수반하여 상기 하우징에 있어서 받은 회전 마찰 토크의 영향을 상쇄하도록, 상기 주행 장치와는 별도로 상기 스핀들축에 토크를 부여하면서 타이어가 발생하는 힘을 계측하는 것을 특징으로 한다.
도 1은 제1 실시 형태에 있어서의 타이어 시험기의 전체 정면도이다.
도 2는 제1 실시 형태에 있어서의 타이어 시험기의 전체 평면도이다.
도 3은 제1 실시 형태에 있어서의 타이어 보유 지지 장치의 단면도이다.
도 4의 (a)는 제1 실시 형태에 있어서의 스핀들축의 회전 시에 당해 스핀들축에 가해지는 회전 마찰 토크를 나타내는 도면이고, 도 4의 (b)는 당해 회전 마찰 토크와 발생 토크와 검출 토크의 관계를 나타내는 도면이다.
도 5는 제1 실시 형태에 있어서의 타이어를 시험하기 위한 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 6은 제2 실시 형태에 있어서의 타이어 시험기의 전체 평면도이다.
도 7의 (a)는 제2 실시 형태에 있어서의 스핀들축의 회전 시에 당해 스핀들축에 가해지는 회전 마찰 토크를 나타내는 도면이고, 도 7의 (b)는 당해 회전 마찰 토크와 발생 토크와 검출 토크의 관계를 나타내는 도면이다.
도 8은 제2 실시 형태에 있어서의 타이어를 시험하기 위한 방법을 설명하는 흐름도이다.
이하, 본 발명의 실시 형태를 도면을 참조하여 설명한다.
[제1 실시 형태]
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 타이어 시험기(1)의 전체 정면도이고, 도 2는 상기 타이어 시험기(1)의 평면도이다. 이하의 설명에서는, 도 1의 종이면의 상하 방향을 상하 방향, 종이면의 좌우 방향을 좌우 방향으로 하고, 종이면의 관통 방향을 전후 방향으로 한다. 또한, 도 2의 종이면의 상하 방향을 전후 방향, 종이면의 좌우 방향을 좌우 방향, 종이면의 관통 방향을 상하 방향으로 한다.
도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 상기 타이어 시험기(1)는, 예를 들어 타이어(T)의 구름 저항을 계측하는 장치이며, 타이어(T)를 주행시키는 주행 장치(2)와, 타이어(T)를 회전 가능하게 지지하는 타이어 보유 지지 장치(3)와, 계측 장치(4)(도 2)와, 토크 캔슬 장치(5)를 구비하고 있다. 본 실시 형태에 관한 타이어 시험기(1)는 1개의 주행 장치(2)와, 2개의 타이어 보유 지지 장치(3, 3)를 구비한다.
주행 장치(2)는 설치면(F) 상에 설치된 메인 프레임(6)의 중앙부에 설치되고, 각 타이어 보유 지지 장치(3, 3)는 주행 장치(2)의 좌우 양측에 위치하도록 메인 프레임(6)의 좌우측에 설치되어 있다. 상세하게는, 상기 메인 프레임(6)이 중앙 프레임(8)과 그 좌우에 위치하는 좌우 프레임(7, 7)으로 분할되어, 상기 중앙 프레임(8)에 주행 장치(2)가 지지되고, 상기 좌우 프레임(7, 7)에 각 타이어 보유 지지 장치(3, 3)가 각각 지지되어 있다.
주행 장치(2)는 원통 형상의 의사 노면(R)(타이어 접촉면)을 갖고, 이 의사 노면(R)에 타이어(T)가 접촉하는 상태에서 당해 의사 노면(R)을 주회 이동시킴으로써 상기 타이어(T)에 구름 이동력(회전력)을 부여한다. 즉, 당해 구름 이동력(회전력)이 부여된 타이어(T)를 상기 의사 노면(R) 상에서 주행(회전)시킨다. 또한, 이 주행 장치(2)는 타이어(T)가 의사 노면(R)으로부터 이격된 후에 회전(자유 회전)하도록 당해 타이어(T)에 구름 이동력(회전력)을 부여할 수도 있다.
본 실시 형태에 관한 주행 장치(2)는 전후를 향하는 수평축 주위로 회전 가능해지도록 상기 중앙 프레임(8)에 지지된 주행 드럼(10)과, 상기 중앙 프레임(8)의 상부에 설치되어 벨트 부재(11)를 통해 주행 드럼(10)으로 동력을 전달하는 드럼용 전동기(12)(구동원)를 구비하고, 상기 주행 드럼(10)의 외주면이 상기 의사 노면(R)을 구성한다. 상기 드럼용 전동기(12)는 상기 주행 드럼(10)을 회전시킴으로써 상기 의사 노면(R)을 주회시킨다.
상기 타이어 보유 지지 장치(3)는 타이어(T)를, 전후를 향하는 수평축 주위로 회전 가능하게 보유 지지하는 것이며, 좌우 프레임(7, 7)으로 이동 가능하게 설치되어 있다. 상세하게는, 타이어 보유 지지 장치(3)는, 도 3에 도시된 바와 같이 타이어(T)가 장착되는 림(28)과, 이 림(28)과 일체로 회전하는 스핀들축(수평축)(20)과, 이 스핀들축(20)을 회전 가능하게 지지하는 통 형상의 하우징(22)과, 이 하우징(22)을 보유 지지하는 통 형상의 하우징 보유 지지 부재(23)를 구비하고 있다.
타이어 보유 지지 장치(3)를 지지하는 좌우 프레임(7, 7)은, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 상하 한 쌍의 제1 횡부재(14)와, 상하의 제1 횡부재(14)끼리의 사이에서 상하 2단에 걸쳐서 설치된 좌우의 제2 횡부재(18)와, 제1 횡부재(14) 및 제2 횡부재(18)의 좌측 외측 단부끼리 및 우측 외측 단부끼리를 각각 상하로 연결하는 좌우의 종부재(15)와, 서로 상하 방향으로 이웃하는 제2 횡부재(18)끼리의 사이에 설치되어 당해 제2 횡부재(18)에 대해 좌우 방향으로 이동 가능한 좌우 한 쌍의 슬라이드 부재(16)를 각각 구비한다. 이들 슬라이드 부재(16)에 각각 상기 각 타이어 보유 지지 장치(3)가 설치되는 동시에, 당해 슬라이드 부재(16)를 슬라이드시키기 위한 좌우 한 쌍의 액추에이터(17)가 각 종부재(15)에 고정되고, 또한 상기 각 슬라이드 부재(16)에 연결되어 있다. 각 액추에이터(17)는 좌우 방향으로 신축 가능하고, 그 신축에 의해 슬라이드 부재(16) 및 이것에 지지되는 타이어 보유 지지 장치(3)를 제2 횡부재(18)에 대해 좌우 방향으로 이동시킨다.
도 2 및 도 3에 도시되는 하우징 보유 지지 부재(23)는 상기 각 슬라이드 부재(16)에 고정되어 있고, 통 형상의 하우징(22)을 보유 지지하고 있다. 본 실시 형태에서는 하우징(22)의 축심과 하우징 보유 지지 부재(23)의 축심이 일치하고, 또한 당해 하우징(22) 및 당해 하우징 보유 지지 부재(23)는 서로 대략 동등한 축 방향 길이를 갖는다.
도 3에 도시한 바와 같이, 상기 스핀들축(20)은 상기 하우징(22)에 삽입 관통되어, 당해 스핀들축(20)의 외주면과 당해 하우징(22)의 내주면 사이에, 서로 전후 방향으로 이격하여 스핀들축(20)을 회전 가능하게 지지하는 베어링(구름 베어링)(25a, 25b)이 설치되어 있다. 상기 베어링(25a, 25b) 중, 스핀들축(20)의 선단[타이어(T)의 장착측]측에 설치된 베어링(25a)은 롤러 베어링이고, 스핀들축(20)의 기단부측에 설치된 베어링(25b)은 구 베어링이다. 이들 베어링(25a, 25b)의 내륜은 스핀들축(20)에 고정되고, 외륜은 하우징(22)에 고정되어 있다.
계측 장치(4)는 상기 하우징(22)과 상기 하우징 보유 지지 부재(23) 사이에 작용하는 힘과 모멘트를 계측 가능한 2조의 로드셀(4a, 4b)(6분력계)을 갖는다. 한쪽의 로드셀(4a)(6분력계)은 하우징(22)의 타이어 장착측의 측면에 설치되고, 다른 쪽의 로드셀(4b)(6분력계)은 타이어 장착측과는 반대측의 하우징(22)의 측면에 설치되고, 이들 2개의 로드셀(4a, 4b)이, 상기와 같이 스핀들축(20)을 회전 가능하게 보유 지지하는 구름 베어링(25)을 전후 양측으로부터 끼워 넣는다. 이 구조에 의해, 계측 장치(4)는 스핀들축에 발생한 힘 및 모멘트를 계측할 수 있다.
각 로드셀(4a, 4b)은 복수의 원판 형상의 판 부재(27)와, 도시 생략된 복수의 변형 게이지를 갖는다. 상기 각 판 부재(27)는 각각 하우징(22) 및 하우징 보유 지지 부재(23)의 길이 방향 측면에 설치되어, 상기 하우징(22)과 상기 하우징 보유 지지 부재(23) 사이에 작용하는 힘에 의해 국소적으로 변형이 집중되도록 가공되어 있다. 상기 각 변형 게이지는 상기 각 판 부재(27) 중 상기와 같이 변형이 집중되는 부위의 표면에 부착되는 동시에, 도시 생략된 변형계에 전기적으로 접속된다. 이 변형계는 상기 각 변형 게이지의 출력 신호에 기초하여, 하우징(22)과 하우징 보유 지지부(23) 사이에 작용하는 X, Y, Z방향의 하중(힘)이나 모멘트를 당업자에게 자명한 방법에 의해 산출한다. 상기 X, Y, Z방향은 타이어(T)의 회전 중심(O)을 기준으로 한 3차원의 좌표축의 방향에 각각 해당하는 것으로, 도 3에 있어서의 종이면 관통 방향이 X방향(도 1, 도 2에 있어서의 좌우 방향), 종이면 좌우 방향이 Y방향(도 1, 도 2에 있어서의 전후 방향), 종이면 상하 방향이 Z방향(도 1, 도 2에 있어서의 상하 방향)이다.
이들 타이어 보유 지지 장치(3) 및 계측 장치(4)에 따르면, 상기 스핀들축(20)에 작용하는 힘이 하우징(22)으로 전달되고, 또한 이 하우징(22)과 슬라이드 부재(16)에 고정된 하우징 보유 지지 부재(23) 사이에 끼워진 판 부재(27)로 전달된다. 이와 같이 하여, 타이어에 발생하는 힘은 스핀들축(20), 베어링(25) 및 하우징(22)을 거쳐서 로드셀(4a, 4b)의 변형 집중부로 전달되어, 변형 게이지의 신호로서 취출되어 계측된다.
도 4의 (a)에 도시한 바와 같이, 타이어(T)가 주행 장치(2)의 주행 드럼(10)의 의사 노면(R)에 접지하여 당해 주행 드럼(10)의 회전력에 의해 회전되고 있는 상태에서는, 마찬가지로 스핀들축(20)도 회전한다[타이어(T)의 회전에 추종함]. 이때, 스핀들축(20)과 하우징(22) 사이에 개재하는 베어링(25), 축 시일 부재, 윤활유 등의 영향(하우징에 있어서의 회전 마찰의 영향)을 받음으로써, 스핀들축(22)에는 Y축 주위의 모멘트가 발생한다. 이 모멘트는 하우징(22)을 통해 계측 장치(4)에서 상기 좌표축의 Y축 주위의 모멘트(My)[이후, 회전 마찰 토크(My1)라고 하는 경우가 있음]로서 계측된다.
그런데, 타이어의 구름 저항 등의 특성 계측을 행하는 타이어 시험에 있어서는, 타이어의 중심에 회전 토크가 부가되지 않는, 소위 자유 구름 이동 상태에 있는 것을 전제하고 있는 것은 전술한 바와 같다. 이에 대해, 상술한 바와 같은 베어링(25), 축 시일 부재 및 윤활유 등의 영향에 의해 스핀들축(20)의 회전 시에 발생하는 회전 마찰 토크(My1)가 부가되는 상태는 본래의 자유 구름 이동 상태가 아니다. 즉, 스핀들축(20)의 회전에 수반하여 하우징(22)으로부터 받은 회전 마찰 토크(My1)는 계측 오차의 발생 요인이 된다.
따라서, 본 발명에서는, 도 2, 도 4의 (b)에 도시한 바와 같이, 스핀들축(20)이 그 회전에 수반하여 하우징(22) 등으로부터 받은 회전 마찰 토크(My1)의 영향을 상쇄하기 위한 토크 캔슬 장치(5)를 더 구비하고 있다. 이 토크 캔슬 장치(5)는 상기 회전 마찰 토크(My1)에 상당하는 Y축 주위의 모멘트를 계측하는 회전 마찰 토크 계측부와, 스핀들축용 전동기(30)와, 제어부(32)를 구비하고, 본 실시 형태에서는 상기 계측 장치(4)가 상기 회전 마찰 토크 계측부를 겸하고 있다.
상기 스핀들축용 전동기(30)는 동기 전동기로 구성되어, 타이어 시험 시에 스핀들축(20)에 대해 소정의 토크(My2)를 부여하는 것이다. 상세하게는, 스핀들축용 전동기(30)는 스핀들축(20)의 기단부에 연결되어, 구름 베어링(25a, 25b)의 회전 저항 등에 기인하는 회전 마찰 토크(My1)에 대항하기 위한 토크를 당해 스핀들축(20)에 가하는 것이다. 바꿔 말하면, 스핀들축용 전동기(30)는 상기 회전 마찰 토크(My1)와 동일한 크기로 역방향의 토크(My2)[하우징(22)에 있어서의 회전 마찰 토크(My1)의 영향을 상쇄하기 위한 토크]를 스핀들축(20)에 부여한다.
상기 계측 장치(4)는 타이어 시험 시에, 하우징(22)과 하우징 보유 지지 부재(23) 사이에 작용하는 힘과 모멘트를 계측하여, 그 계측값을 제어부(32)에 출력한다. 회전 마찰 토크(My1)에 대응하는 Y축 주위의 모멘트도 다른 계측 결과와 함께 제어부(32)에 출력된다.
제어부(32)는 스핀들축용 전동기(30)로부터 출력하는 발생 토크(출력 토크)(My2)를 제어하는 것이다. 예를 들어, 제어부(32)는 상기 계측 장치(4)에 의해 계측된 값 중 Y축 주위의 모멘트인 회전 마찰 토크(My1)에 기초하여, 스핀들축용 전동기(30)의 발생 토크(My2)를 제어한다. 상세하게는, 제어부(32)는 타이어 시험의 실시 중에 계측된 회전 마찰 토크(My1)와 발생 토크(My2)가 일치하도록(즉, My1 － My2 ＝ 0으로 됨), 스핀들축용 전동기(30)의 발생 토크(My2)의 조정을 행한다. 이 조정은, 예를 들어 스핀들축용 전동기(30)의 전압 및 주파수 등을 변화시키는 인버터 제어(예를 들어, VVVF 제어)에 의해 행해진다.
다음에, 본 발명의 타이어의 시험 방법을 타이어 시험기의 동작과 더불어 설명한다. 여기서는, 타이어의 구름 저항의 계측을 예로 들어, 도 5의 흐름도를 참조하면서 설명한다.
우선, 도 3에 도시되는 타이어 보유 지지 장치(3)의 림(28)에, 구름 저항을 계측하는 대상인 타이어(T)가 장착된다(도 5의 스텝 S1). 이와 같이 타이어(T)가 장착된 상태에서 액추에이터(17)가 작동하여 타이어 보유 지지 장치(3)를 상기 장치(3)가 주행 드럼(10)에 근접하는 방향으로 이동시킨다. 이 주행 드럼(10)의 의사 노면(R)에 타이어(T)가 압박됨으로써, 당해 타이어(T)에 소정의 하중이 부여된다(스텝 S2). 이와 같이 하여 하중이 부여된 채 드럼용 전동기(12)가 작동하여, 상기 주행 드럼(10)을 소정의 회전 속도로 회전시킨다(스텝 S3).
다음에, 상기 드럼용 전동기(12)의 동력, 즉 주행 드럼(10)의 회전력에 의해 타이어(T)가 회전 구동되어 있는 상태에서, 스핀들축(20)에 부가되어 있는 회전 마찰 토크(My1)를 계측 장치(4)가 계측한다(스텝 S4). 이 상태에서는 타이어(T)의 중심에 회전 마찰 토크(My1)가 부여되어 있다. 그리고, 스핀들축용 전동기(30)가 작동하는 동시에, 제어부(32)가, 계측 장치(4)로 계측된 회전 마찰 토크(My1)와 발생 토크(My2)가 일치하도록(즉, My1 － My2 ＝ 0으로 됨) 스핀들축용 전동기(30)의 발생 토크(My2)를 제어한다(스텝 S5).
스핀들축용 전동기(30) 및 드럼용 전동기(12)가 구동하고 있는 타이어(T)의 주행 시에 있어서, 계측 장치(4)(다분력계)는 타이어(T)가 의사 노면(R)에 접촉하고 있는 상태에서의 연직 하중(하중 반력)(Fz)이나, 타이어 진행 방향으로 작용하는 힘(Fx)을 구할 수 있다. 이들 계측값과 타이어(T)가 주행하고 있는 상태에서의 구름 반경 등을 사용하여 타이어(T)의 구름 저항이 구해진다(S6). 이 타이어(T)의 구름 저항을 구하는 방법은 종래와 동일하며 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 로드셀로 계측한 X, Y, Z방향의 하중(힘)이나 모멘트, 구름 반경 등의 각종 데이터를, 제어부(32)나 도시하지 않은 컴퓨터 등의 계산 장치에 입력하여, 각종 데이터로부터 계산 장치에 의해 타이어(T)의 구름 저항을 구하는 방법이라도 좋고, 다른 방법이라도 좋다.
상기 타이어 시험기(1)에서는 타이어 시험을 행할 때[예를 들어, 타이어(T)의 구름 저항을 계측하는 시험을 행할 때]에, 회전 마찰 토크(My1)와 발생 토크(My2)가 일치하도록(양자의 차가 0으로 되도록), 스핀들축용 전동기(30)의 발생 토크(My2)의 조정을 수반하면서 스핀들축(20)에 토크가 부여되므로, 타이어 주행 시에 구름 베어링(25a, 25b)의 회전 저항 등에 기인하여 발생하는 회전 마찰 토크(My1)가 계측값에 미치는 영향은 상기 발생 토크(My2)에 의해 상쇄된다. 바꿔 말하면, 스핀들축용 전동기(30)가 스핀들축(20)에 회전 마찰 토크(My1)의 영향을 상쇄하는 크기 및 방향의 토크를 부여하는 것이, 회전 마찰 토크(My1)를 보상하고, 스핀들축(20)이 회전 마찰 토크(My1)의 영향을 받고 있지 않은 자유 구름 이동 상태[타이어(T)의 중심에 회전 마찰 토크(My1)가 부여되어 있지 않은 상태]로 회전하는 것을 가능하게 한다.
이상과 같이 하여, 스핀들축(20)이 베어링(25a, 25b), 축 시일 부재 및 윤활유 등으로부터의 영향을 받은 것에 기인하는 Y축 주위의 모멘트, 즉 스핀들축의 회전에 수반하여 하우징에 있어서 받은 모멘트가 해소된다. 즉, 회전 마찰 토크(My1)의 영향이 상쇄되어, 회전 마찰 토크(My1)에 의한 스핀들축(20)의 비틀림이 해소된다. 이것이, 타이어(T)의 구름 저항의 정확한 측정을 가능하게 한다. 또한, 타이어(T)에 발생하는 힘을 계측하기 위한 계측 장치(4)가 상기 회전 마찰 토크(My1)를 계측하는 회전 마찰 토크 계측부를 겸하므로, 회전 마찰 토크(My1)의 영향의 상쇄가 매우 간단한 구성 및 제어에 의해 실현된다.
[제2 실시 형태]
도 6 및 도 7은 본 발명의 제2 실시 형태로서, 타이어 시험기(1)의 토크 캔슬 장치(5)의 변형예를 도시하고 있다. 도 7의 (a)는 스핀들축에 가해지는 회전 마찰 토크를 도시하고, 도 7의 (b)는 회전 마찰 토크와 발생 토크와 검출 토크의 관계를 나타낸다.
이 제2 실시 형태에 있어서도 계측 장치(4)가 회전 마찰 토크 계측부를 겸하고 있고, 토크 캔슬 장치(5)는 상기 회전 마찰 토크 계측부와, 스핀들축용 전동기(30)와, 스핀들축 토크 검출부(31)와, 제어부(35)를 구비하고 있다. 계측 장치(4) 및 스핀들축용 전동기(30)는 제1 실시 형태와 마찬가지이므로 설명을 생략한다.
스핀들축 토크 검출부(토크 검출 미터)(31)는 스핀들축(20) 상[하우징(22)과 스핀들축용 전동기(30) 사이의 스핀들축(20) 상]에 배치되어, 이 스핀들축(20)에 가해지는 토크(My3)를 검출하여 제어부(32)에 출력한다. 설명의 편의상, 스핀들축 토크 검출부(31)로 검출한 스핀들축(20)의 토크를 검출 토크(My3)라고 하는 경우가 있다. 이 스핀들축 토크 검출부(31)는 스핀들축용 전동기(30)에 내장되어도 좋다.
제어부(35)는 주행 장치(2)로부터 부여된 회전력에 의해 타이어(T)가 회전하고 있을 때에 계측 장치(4)로 계측된 회전 마찰 토크(My1) 및 스핀들축 토크 검출부(31)로 검출된 검출 토크(My3)에 기초하여, 스핀들축용 전동기(30)의 발생 토크(My2)를 제어한다. 상세하게는, 제어부(35)는 타이어 시험의 실시 중에 회전 마찰 토크(My1)와 검출 토크(My3)가 일치하도록(My1 － My3 ＝ 0으로 됨), 스핀들축용 전동기(30)의 발생 토크(My2)의 조정을 행한다. 이 조정은, 예를 들어 스핀들축용 전동기(30)의 전압 및 주파수 등을 변화시키는 인버터 제어(예를 들어, VVVF 제어)에 의해 행한다.
도 8은 제2 실시 형태에 있어서의 타이어의 시험 방법을 도시한다. 도 8에 도시되는 스텝 S10 내지 S13 및 S17은 상기 제1 실시 형태의 타이어의 시험 방법에 관한 도 5의 스텝 S1 내지 S4 및 S6과 각각 동등하므로, 설명을 생략한다.
도 8의 스텝 S14에서는 스핀들축용 전동기(30)가 구동되어, 토크(My2)를 발생시키면서 회전한다. 이에 의해 스핀들축(20)이 축단부에서 받은 토크는 스핀들축 토크 검출부(31)에 의해 검출 토크(My3)로서 계측된다(스텝 S15). 제어부(32)는 이 검출 토크(My3)와 회전 마찰 토크(My1)가 일치하도록(My1 － My3 ＝ 0으로 됨), 스핀들축용 전동기(30)의 발생 토크(My2)를 제어한다(스텝 S16).
즉, 이 타이어 시험기(1)에 따르면, 타이어 시험을 행할 때에, 회전 마찰 토크(My1)와 검출 토크(My3)가 일치하도록, 스핀들축용 전동기(30)의 발생 토크(My2)의 조정을 수반하면서 스핀들축(20)에 토크가 부여되고, 이에 의해, 회전 마찰 토크(My1)의 영향이 상쇄된다.
또한, 토크 캔슬 장치(5)는 스핀들축(20)에 가해지는 토크를 검출하는 스핀들축 토크 검출부(31)와, 이 스핀들축 토크 검출부(31)로 검출된 토크(My3)와 계측 장치(4)에 의해 계측된 스핀들축(20)이 받고 있는 회전 마찰 토크(My1)에 기초하여 스핀들축용 전동기(30)를 제어하는 제어부(32)를 구비하고 있으므로, 타이어(T)의 시험 중에 스핀들축(20)에 가해지는 토크를 피드백 제어에 의해 조정하는 것이 가능해져, 회전 마찰 토크(My1)를 상쇄하기 위한 발생 토크(My2)의 정밀도를 향상시킬 수 있다.
본 발명은, 예를 들어 이하에 나타내는 바와 같이, 상기한 실시 형태로 한정되지 않는다.
상기한 실시 형태에서는 타이어에 발생하는 힘으로서 구름 저항이 계측되지만, 계측 대상은 한정되지 않는다. 스핀들축(20)이 받은 회전 마찰 토크의 영향을 없앰으로써 계측 정밀도가 향상되는 대상이면, 그 대상에 대해 본 발명에 관한 타이어 시험기나 타이어 시험 방법을 적용할 수 있다. 또한, 상기한 실시 형태에서는, 주행 장치로부터 부여되는 회전력으로 타이어(T)가 회전하고 있을 때에 당해 타이어(T)에 발생하는 힘이 계측되지만, 주행 장치가 타이어(T)와 접촉하여 상기 타이어(T)에 회전력을 부여한 후 당해 타이어(T)로부터 이격된 상태, 즉 타이어(T)가 자유 회전하고 있는 상태에서 타이어(T)에 발생하는 힘이 계측되어도 좋다.
타이어에 발생하는 힘을 계측하기 위한 구체적 수단(계측 장치)이나 방법에는 다양한 기지의 방법이 적용되면 좋다. 스핀들축이 받은 회전 마찰 토크를 계측할 수 있는 것이면 특별히 제한은 없다.
상기한 실시 형태에서는, 베어링(25a, 25b), 축 시일 부재 및 윤활유 등의 영향에 의해 스핀들축(22)에 발생하는 Y축 주위의 모멘트가 회전 마찰 토크(My1)로서 계측되지만, 그 중 베어링(25a, 25b)의 회전 마찰 저항에 기인하는 모멘트의 영향이 가장 크기 때문에, 회전 마찰 토크(My1)를 베어링의 회전 마찰 저항 자체로 간주해도 좋다. 예를 들어, 베어링(25a, 25b)의 회전 마찰 저항에 의해 발생하는 스핀들축(22)의 회전 마찰 토크(My1)가 미리 실험에 의해 구해져, 이 회전 마찰 토크(My1)에 대항하는 토크를 스핀들축용 전동기(30)가 스핀들축(22)에 부여해도 좋다. 혹은, 상기 계측 장치(4)와는 별도로, 회전 마찰 토크(My1)를 계측하기 위한 전용의 토크 계측기가 장비되어도 좋다.
이상과 같이, 본 발명은 타이어에 발생하는 힘을 고정밀도로 계측할 수 있는 타이어 시험기 및 타이어 시험 방법을 제공한다. 구체적으로, 본 발명에 관한 타이어 시험기는 타이어를 보유 지지하는 스핀들축과, 이 스핀들축을 베어링을 통해 회전 가능하게 지지하는 하우징과, 주회하는 주행면을 갖고, 그 주행면과 접촉하는 타이어에 회전력을 부여하는 주행 장치와, 상기 하우징에 설치되어 상기 스핀들축에 발생한 힘 및 모멘트를 계측하는 계측 장치와, 상기 스핀들축이 그 회전에 수반하여 상기 하우징으로부터 받은 회전 마찰 토크의 상기 계측으로의 영향을 상쇄하는 토크 캔슬 장치를 구비하고, 이 토크 캔슬 장치는 상기 주행 장치와 별도로 설치되어, 상기 회전 마찰 토크의 영향을 상쇄하는 토크를 상기 스핀들축에 부여하는 스핀들축용 토크 부여기를 포함한다. 이 토크 부여기는 상기 회전 마찰 토크의 상기 계측으로의 영향을 상쇄하기 위한 토크를 상기 주행 장치와는 별도로, 상기 스핀들축에 부여하는 것뿐인 간소한 구성으로, 당해 계측의 정밀도를 효과적으로 높일 수 있다.
구체적으로는, 상기 회전 마찰 토크를 계측하는 회전 마찰 토크 계측부와, 그 계측된 모멘트에 기초하여 상기 스핀들축용 전동기의 발생 토크를 제어하는 제어부를 포함하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 상기 제어부는 상기 회전 마찰 토크와 상기 스핀들축용 전동기의 발생 토크가 일치하도록, 상기 스핀들축용 전동기를 제어하는 것이라도 좋다. 여기서, 상기 계측 장치는 상기 회전 마찰 토크 계측부를 겸할 수 있고, 이에 의해 장치의 구성이 간소화된다.
상기 토크 캔슬 장치는 상기 스핀들축에 가해지는 토크를 검출하는 스핀들축 토크 검출부를 구비하고 있고, 그 제어부가, 상기 주행 장치에 의해 부여된 회전력에 의해 타이어가 회전하고 있을 때에, 상기 계측 장치가 계측하는 회전 마찰 토크에 대응하는 모멘트 및 상기 스핀들축 토크 검출부가 검출하는 토크에 기초하여 상기 스핀들축용 전동기의 발생 토크를 제어하는 것이 바람직하다.
상기 제어부는 상기 계측 장치가 계측하는 회전 마찰 토크에 대응하는 모멘트와 상기 스핀들축 토크 검출부가 검출하는 토크의 차가 0으로 되도록 상기 스핀들축용 전동기의 발생 토크를 제어하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명은 타이어를 보유 지지하는 스핀들축과, 이 스핀들축을 베어링을 통해 회전 가능하게 지지하는 하우징과, 회전 구동에 의해 주회하는 면을 갖는 동시에 면과 접촉시킨 타이어에 회전력을 부여하는 주행 장치와, 상기 하우징에 설치되어 상기 스핀들축에 발생한 힘 및 모멘트를 계측하는 계측 장치를 구비한 타이어 시험기이고, 타이어가 발생하는 힘을 계측하는 타이어 시험 방법을 제공한다. 이 방법은 상기 스핀들축이 그 회전에 수반하여 상기 하우징에 있어서 받은 회전 마찰 토크의 영향을 상쇄하도록, 상기 주행 장치와는 별도로 상기 스핀들축에 토크를 부여하면서 타이어가 발생하는 힘을 계측하는 것을 특징으로 한다. 타이어 시험에 있어서는, 상기 주행 장치에 의해 부여된 회전력에 의해 타이어가 회전하고 있을 때에, 상기 회전 마찰 토크에 대응하는 모멘트를 계측하는 동시에, 별도로 상기 스핀들축에 가해지는 토크를 검출하여, 당해 회전 마찰 토크에 대응하는 모멘트와 검출 토크의 차가 0으로 되도록 상기 스핀들에 부여하는 토크를 제어하는 것이 바람직하다.

Claims (8)

  1. 타이어를 보유 지지하는 스핀들축과, 이 스핀들축을 베어링을 통해 회전 가능하게 지지하는 하우징과, 회전 구동에 의해 주회하는 면을 갖는 동시에 상기 면과 접촉시킨 타이어에 회전력을 부여하는 주행 장치와, 상기 하우징에 설치되어 상기 스핀들축에 발생한 힘 및 모멘트를 계측하는 계측 장치와, 상기 스핀들축이 당해 스핀들축의 회전에 수반하여 상기 하우징에 있어서 받은 회전 마찰 토크의 영향을 상쇄하는 토크 캔슬 장치를 구비하고, 이 토크 캔슬 장치는 상기 회전 마찰 토크의 영향을 상쇄하는 토크를 상기 스핀들축에 부여하는 스핀들축용 전동기를 상기 주행 장치와는 별도로 구비하고 있는 것을 특징으로 하는, 타이어 시험기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 토크 캔슬 장치는 상기 회전 마찰 토크를 계측하는 회전 마찰 토크 계측부와, 상기 계측 장치로 계측된 회전 마찰 토크에 대응하는 모멘트에 기초하여 상기 스핀들축용 전동기의 발생 토크를 제어하는 제어부를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는, 타이어 시험기.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제어부는 상기 회전 마찰 토크에 대응하는 모멘트와 상기 스핀들축용 전동기의 발생 토크가 일치하도록, 상기 스핀들축용 전동기를 제어하는 것을 특징으로 하는, 타이어 시험기.
  4. 제2항에 있어서, 상기 토크 캔슬 장치는 상기 스핀들축에 가해지는 토크를 검출하는 스핀들축 토크 검출부를 더 구비하고 있고,
    상기 제어부는 상기 주행 장치에 의해 부여된 회전력에 의해 타이어가 회전하고 있을 때에, 상기 계측 장치가 계측하는 회전 마찰 토크에 대응하는 모멘트 및 상기 스핀들축 토크 검출부가 검출하는 토크에 기초하여 상기 스핀들축용 전동기의 발생 토크를 제어하는 것을 특징으로 하는, 타이어 시험기.
  5. 제2항에 있어서, 상기 계측 장치가 상기 토크 캔슬 장치의 회전 마찰 토크 계측부를 겸하는 것을 특징으로 하는, 타이어 시험기.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제어부는 상기 계측 장치가 계측하는 회전 마찰 토크에 대응하는 모멘트와 상기 스핀들축 토크 검출부가 검출하는 토크의 차가 0으로 되도록 상기 스핀들축용 전동기의 발생 토크를 제어하는 것을 특징으로 하는, 타이어 시험기.
  7. 타이어를 보유 지지하는 스핀들축과, 이 스핀들축을 베어링을 통해 회전 가능하게 지지하는 하우징과, 회전 구동에 의해 주회하는 면을 갖고, 이 면과 접촉시킨 타이어에 회전력을 부여하는 주행 장치와, 상기 하우징에 설치되어 상기 스핀들축에 발생한 힘 및 모멘트를 계측하는 계측 장치를 구비한 타이어 시험기로, 타이어가 발생하는 힘을 계측하는 타이어 시험 방법에 있어서,
    상기 스핀들축이 그 회전에 수반하여 상기 하우징에 있어서 받은 회전 마찰 토크의 영향을 상쇄하도록, 상기 주행 장치와는 별도로 상기 스핀들축에 토크를 부여하면서 타이어가 발생하는 힘을 계측하는, 타이어 시험 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 주행 장치에 의해 부여된 회전력에 의해 타이어가 회전하고 있을 때에, 상기 회전 마찰 토크에 대응하는 모멘트를 계측하는 동시에, 별도로 상기 스핀들축에 가해지는 토크를 검출하여, 당해 회전 마찰 토크에 대응하는 모멘트와 당해 스핀들축에 가해지는 토크의 차가 0으로 되도록 상기 스핀들에 부여하는 토크를 제어하는 것을 특징으로 하는, 타이어 시험 방법.
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