WO2018154649A1

WO2018154649A1 - 回転体荷重測定装置

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Publication number: WO2018154649A1
Application number: PCT/JP2017/006555
Authority: WO
Inventors: 達也上田; 吾川　二郎; 拓実津村; 誠橘
Original assignee: 三菱重工機械システム株式会社
Priority date: 2017-02-22
Filing date: 2017-02-22
Publication date: 2018-08-30
Also published as: EP3572780A4; EP3572780A1; CN110612438A; JPWO2018154649A1; JP6877527B2; CN110612438B; US20200232868A1; US11243136B2

Abstract

本発明に係る回転体荷重測定装置（１００）は、円柱状に形成され端面の中心から突出する軸体（６０）の中心軸（Ｌ６０）回りに回転する回転体（３０）に、径方向の一方向となる主荷重方向（Ｐ）に主荷重を作用させた状態で、回転体（３０）に作用する力を検出し、測定中心（Ｃ７０）を有し、測定中心（Ｃ７０）を基準とする少なくとも３方向に作用する力を測定可能なロードセル（７０）を備え、ロードセル（７０）は、主荷重方向（Ｐ）視して、測定中心（Ｃ７０）と中心軸（Ｌ６０）とが重なるように配置され軸体（６０）と連結されている。

Description

回転体荷重測定装置

　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回転軸と、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、ロードホイールまたはタイヤを回転するモータと、ロードホイールまたはタイヤに作用する荷重を測定するロードセルとを備えている。そして、ロードホイールをタイヤに押し付けた状態で、ロードホイールまたはタイヤをモータで回転させ、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。

　近年、タイヤの評価として重視されるものに、トラクティブ・フォース・バリエーション（以下、ＴＦＶという）や転がり抵抗があり、これらはタイヤの径方向や幅方向の力の変動を測定するだけでは評価することができず、タイヤの接線方向に作用する力の測定により得られる。このため、通常、特にタイヤの転がり抵抗は、タイヤユニフォミティマシンとは別の転がり抵抗測定装置において異なる測定方法によって測定を行っていた。しかしながら、転がり抵抗測定装置では、その測定方法から時間がかかるために全数検査を行うことができない。このため、タイヤユニフォミティマシンにおいて、タイヤの接線方向の力を測定するため別のロードセルを設けることや、タイヤの接線方向の力を測定する機能を付与し、転がり抵抗の予測評価やＴＦＶの評価を可能とする技術が提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。

　特許文献１に記載されたタイヤユニフォミティマシンでは、走行路面を模擬した負荷ドラムをタイヤに圧着させた状態で、荷重計測センサによりタイヤへ加わる負荷荷重を測定するとともに、変位センサにより荷重方向に沿った負荷ドラムの位置を測定する。そして、負荷ドラムを前後方向に交互に移動させることにより、タイヤに作用する負荷荷重を変動させ、負荷ドラムの位置の変動と負荷荷重の変動との位相差を算出し、当該位相差に基づいて転がり抵抗に異常があるタイヤを選別する。

　また、特許文献２に記載されたタイヤユニフォミティマシンでは、タイヤを回転させる主軸に、ピンで連結されてタイヤの接線方向の振れを検出可能なロードセルと、同主軸にタイヤの幅方向の振れを検出可能なロードセルとが設けられている。そして、タイヤに負荷ドラムを押し付けた状態でタイヤを回転させ、上記二つのロードセルで荷重を測定することにより、タイヤの遠心力による変動力と、タイヤの接線方向の変動力とを合成した力を検出する。次に、負荷ドラムをタイヤから離した状態で同様の測定を行うことにより、タイヤの遠心力による変動力を検出する。そして、これらの検出結果を比較演算装置で比較演算することにより、タイヤの接線方向の変動力を測定することを可能としている。

特開２０１５－２３２５４５号公報特許第３１５４０１５号

しかしながら、特許文献１に記載されたタイヤユニフォミティマシンでは、荷重測定を行う回転体となる負荷ドラムを、負荷ドラムがトレッド面に圧着し主荷重が作用することとなる前後方向に交互に移動制御しながら測定を行い、負荷ドラムの径方向の位置の変動と負荷荷重の変動とから算出される位相差に基づいて、タイヤの接線方向の抵抗値である転がり抵抗を間接的に評価するものである。このため、真の接線方向の力を測定しておらず、かつ負荷ドラム制御誤差や計算誤差が含まれて正確に転がり抵抗を評価することができないという問題があった。

また、特許文献２に記載されたタイヤユニフォミティマシンでは、荷重測定を行う回転体となるタイヤの幅方向の振れを検出するためのロードセルと、タイヤの接線方向の振れを検出可能なロードセルの２つのロードセルをそれぞれ設けることが必要である。さらに、タイヤユニフォミティマシンとして必要な測定項目であるＲＦＶを測定するためには、さらにタイヤにおける負荷ドラムが押し付けられて主荷重が発生する方向の振れを検出するためのロードセルを設ける必要があるため、３つのロードセルが必要となり装置が複雑化、大型化してしまうことに加え、それぞれのロードセルの校正の煩雑化という問題があった。

そこで本発明は、コンパクトな装置構成で正確に、回転体の径方向の一方向となり主荷重が作用する主荷重方向と、中心軸方向と、主荷重方向及び中心軸方向と直交する接線方向に作用する荷重を精度よく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主荷重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、測定中心を有し、前記測定中心を基準とする少なくとも３方向に作用する力を測定可能なロードセルを備え、前記ロードセルは、前記主荷重方向視して、前記測定中心と前記中心軸とが重なるように配置され前記軸体と連結されている。

上記の回転体荷重測定装置では、少なくとも３方向に作用する力を測定可能なロードセルによって回転体に作用する荷重を測定することができる。このため、１つのロードセルで、回転体に作用する径方向の一方向となる主荷重方向と、中心軸方向と、主荷重方向及び中心軸方向に直交する接線方向の３つの方向の力を直接的に測定することができる。ここで、回転体に径方向の一方向となる主荷重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するため、軸体からロードセルに作用する上記３つの方向の力のうち、主荷重方向に作用する力が最も大きな値となる。ロードセルは、主荷重方向視して測定中心と中心軸とが重なるように配置され軸体と連結されているため、主荷重方向の力は、モーメントを発生させることなくロードセルに作用することとなる。このため、主荷重方向の力に対して相対的に小さな値となる他の方向の力、すなわち中心軸方向の力及び接線方向に作用する力の測定値に、主荷重方向の力によるモーメントが影響を与えることを最小限に抑えることができ、正確に３つの方向の力を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、前記ロードセルは、前記測定中心を前記中心軸が通るように配置されているものとしてもよい。

　上記の回転体荷重測定装置では、測定中心を回転体の中心軸が通っていることで、主荷重方向以外の力、すなわち中心軸方向の力及び接線方向の力も、モーメントを発生させることなくロードセルの測定中心に作用することとなる。このため、３つの方向にロードセルに作用する力が、それぞれによって発生するモーメントによって相互に影響を与えることを最小限に抑えることができ、より正確に３つの方向の力を測定することができる。

　また、本発明の第三の態様に係る回転体荷重測定装置は、円柱状に形成され端面の中心から突出する軸体の中心軸回り回転する回転体に、径方向の一方向となる主荷重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、前記回転体と連結され前記回転体からの荷重が作用する負荷面を有し、前記負荷面に直交するＸ方向及び前記負荷面に沿い互い直交するＹ方向及びＺ方向の少なくとも３方向で前記負荷面に作用する力を測定可能なロードセルを備え、前記ロードセルは、前記主荷重方向視して、前記負荷面と前記中心軸とが重なるように配置され前記軸体と連結されている。

上記の回転体荷重測定装置では、同様に主荷重方向と、中心軸方向と、接線方向の３つの方向の力を直接的に測定することができる。そして、ロードセルは、主荷重方向視して回転体と連結されて回転体からの荷重が作用することとなる負荷面と中心軸とが重なるように配置され軸体と連結されているため、主荷重方向の力は、モーメントの発生が抑制されつつロードセルに作用することとなる。このため、主荷重方向の力に対して相対的に小さな値となる他の方向の力、すなわち中心軸方向の力及び接線方向に作用する力の測定値に、主荷重方向の力によるモーメントが影響を与えることを抑えることができ、正確に３つの方向の力を測定することができる。

　また、本発明の第四の態様に係る回転体荷重測定装置は、上記第三の態様において、前記ロードセルは、前記主荷重方向視して、前記負荷面の図心と前記中心軸が一致するように配置されているものとしてもよい。

上記の回転体荷重測定装置では、負荷面の図心と中心軸が一致するようにロードセルを配置し軸体と連結することで、主荷重方向の力によるモーメントの発生をより効果的に抑制することができる。したがって、中心軸方向の力と、接線方向に作用する力の測定値に影響を与えることをより効果的に抑えることができ、より正確に３つの方向の力を測定することができる。

　また、本発明の第五の態様に係る回転体荷重測定装置は、上記第三又は第四の態様において、前記ロードセルは、前記負荷面に前記中心軸が含まれるように配置されているものとしてもよい。

　上記の回転体荷重測定装置では、負荷面に回転体の中心軸が含まれるようにロードセルが配置され軸体と連結されていることで、主荷重方向以外の力、すなわち中心軸方向の力及び接線方向の力でも、モーメントの発生を抑制させることができる。このため、３つの方向にロードセルに作用する力が、それぞれによって発生するモーメントによって相互に影響を与えることを最小限に抑えることができ、より正確に３つの方向の力を測定することができる。

　また、本発明の第六の態様に係る回転体荷重測定装置は、上記第一から第五のいずれかの態様において、前記ロードセルは、前記３方向のうち測定可能な最大荷重が最も大きい最大荷重測定方向を有し、前記主荷重方向と前記最大荷重測定方向が一致するように配置されているものとしてもよい。

上記の回転体荷重測定装置では、主荷重方向が最大荷重測定方向と一致するようにロードセルが配置されていることで、主荷重方向に作用する力を確実に測定することができるとともに、中心軸方向の力及び接線方向の力を高い感度で測定することができる。

また、本発明の第七の態様に係る回転体荷重測定装置は、上記第一から第六のいずれかの態様において、前記軸体に、前記中心軸と直交する取付軸回りに回転可能に取り付けられ、前記ロードセルが固定された固定治具を備えるものとしてものとしてもよい。

上記の回転体荷重測定装置では、ロードセルが固定治具を介して取付軸回りに回転可能に軸体に連結されている。このため、ロードセルを固定する面の傾きや、中心軸方向に回転体及び軸体の寸法変化により、回転体及び軸体に中心軸と直交する軸回りのモーメントが発生し、主荷重方向の力及び接線方向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。

また、本発明の第八の態様に係る回転体荷重測定装置は、上記第一から第七のいずれかの態様において、前記軸体と前記固定治具との一方は、前記中心軸を挟んで配された一対の第一取付部を備え、前記軸体と前記固定治具の他方は、前記一対の第一取付部の間で前記中心軸を含む面内に配され前記一対の第一取付部に対して前記取付軸回りに回転可能に取り付けられた第二取付部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、一対の第一取付部に対して、一対の第一取付部の間に配された第二取付部が中心軸を含む面内に一対の第一の取付部に対して取付軸回りに回転可能に取り付けられているので、中心軸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からロードセルに力を伝達させることができる。

また、本発明の第九の態様に係る回転体荷重測定装置は、上記第一から第八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、タイヤ及び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、前記タイヤ及び前記ロードホイールの一方を前記回転体として、前記タイヤ及び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、前記ロードセル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、ロードホイールとタイヤとの接点に接線方向に作用する力を正確に測定し、ＴＦＶや転がり抵抗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、コンパクトな装置構成で正確に、回転体の径方向の一方向となり主荷重が作用する主荷重方向と、中心軸方向と、主荷重方向及び中心軸方向と直交する接線方向に作用する荷重を精度よく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詳細を示す上方視した部分断面図である。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において、ロードセル部分の詳細を示す主荷重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において、ロードセル部分の詳細を示す斜視図である。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のロードセル部分の詳細を示す平面図である。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のロードセル部分の詳細を示す側面図である。本発明の第２の実施形態の変形例に係るタイヤユニフォミティマシンのロードセル部分の詳細を示す斜視図である。

＜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５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。第一本実施形態では、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主荷重方向Ｐといい、この主荷重方向Ｐと、上下方向となるロードホイール３０及びタイヤＴの中心軸方向Ｑとに直交する方向を接線方向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、ホイール側フレーム５０に固定されたロードセル７０と、ロードセル７０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、主荷重方向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を主荷重方向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を主荷重方向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を挟んで接線方向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。

（ロードセル）
図１に示すように、本実施形態のロードセル７０は、軸体６０の上下それぞれに連結されている。ロードセル７０は、測定中心Ｃ７０を基準として、後述する負荷面に直交するＸ方向、Ｘ方向と直交するとともに互いに直交するＹ方向及びＺ方向の３方向の力を計測可能なものである。さらに本実施形態のロードセル７０は、Ｘ方向を、測定可能な最大荷重が最も大きい測定方向としており、Ｙ方向及びＺ方向に作用する力よりも大きな力を測定可能に構成されている。図２から図４に示すように、ロードセル７０は、セル本体７１と、セル本体７１に固定された第一固定部７２と、セル本体７１において第一固定部７２と反対側に設けられた第二固定部７３とを備える。

第一固定部７２は、セル本体７１にフランジ状に設けられ固定面を有し、当該固定面が当接した状態でボルト等によりホイール側フレーム５０に固定されている。また、第二固定部７３は、セル本体７１の外面に形成された平面状の負荷面７３ａと、負荷面７３ａに開口し雌ネジが形成された複数のボルト孔７３ｂとを備える。そして、各ボルト孔７３ｂに螺合されたボルト７３ｃにより固定治具８０に固定されている。負荷面７３ａは、略円形に形成されており、最大荷重方向視して負荷面７３ａの図心と測定中心Ｃ７０とが略一致している。

（固定治具）
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で負荷面７３ａと対応するセル取付面８２ａを有するセル取付部８２とを備える。セル取付部８２にはロードセル７０における負荷面７３ａに形成されたボルト孔７３ｂと対応する挿通孔８２ｂが形成されている。そして、この挿通孔８２ｂに挿通させたボルト７３ｃをロードセル７０側のボルト孔７３ｂに螺合させることで、セル取付面８２ａと負荷面７３ａとを当接させて、ロードセル７０と固定治具８０とが固定されている。

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、主荷重方向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に固定されたロードセル７０は、軸体６０に対して中心軸方向Ｑ及び主荷重方向Ｐに直交する接線方向Ｒに沿う軸回りに回転可能に連結されている。

　また、このような取付関係において、ロードセル７０は、負荷面７３ａを中心軸方向Ｑ及び接線方向Ｒに平行とし、主荷重方向Ｐに直交する向きとし、これにより主荷重方向Ｐと最大荷重測定方向とが一致するように配置されている。さらに、ロードセル７０は、主荷重方向Ｐ視して、ロードホイール３０及び軸体６０の中心軸Ｌ３０、Ｌ６０が負荷面７３ａに含まれ、さらには中心軸Ｌ３０、Ｌ６０が負荷面７３ａの図心及び測定中心Ｃ７０と一致するように配置されている。

（制御部）
図１及び図５に示すように、制御部９０は、荷重設定値およびロードセル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、上側のロードセル７０の出力値を取得し当該ロードセル７０に作用するＸ方向の力、Ｙ方向及びＺ方向の力を演算する第一演算部９１と、下側のロードセル７０の出力値を取得し当該ロードセル７０に作用するＸ方向の力、Ｙ方向及びＺ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に作用する主荷重方向Ｐの荷重、中心軸方向Ｑの荷重及び接線方向Ｒ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、上側のロードセル７０からＸ方向成分の出力とＹ方向成分の出力とＺ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方向の力を演算し、Ｚ方向成分の出力からＺ方向の力を演算する。第二演算部９２は、下側のロードセル７０からＸ方向成分の出力とＹ方向成分の出力とＺ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方向の力を演算し、Ｙ方向成分の出力からＹ方向の力を演算し、Ｚ方向成分の出力からＺ方向の力を演算する。なお、Ｘ方向の力、Ｙ方向の力及びＺ方向の力の測定値にＸ方向、Ｙ方向及びＺ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方向成分及びＺ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方向成分及びＺ方向成分の出力値により、Ｚ方向の力を演算する場合にはＸ方向成分及びＹ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に作用する主荷重方向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主荷重方向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方向の力と第二演算部９２で演算されたＹ方向の力に基づいてロードホイール３０に作用する中心軸方向Ｑ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Ｚ方向の力と第二演算部９２で演算されたＺ方向の力に基づいてロードホイール３０に作用する接線方向Ｒの荷重を演算する。

評価部９４は、荷重演算部９３で演算された主荷重方向Ｐの荷重、中心軸方向Ｑの荷重及び接線方向Ｒ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、主荷重方向Ｐの荷重に基づくＲＦＶ、中心軸方向Ｑの荷重に基づくＬＦＶ及び接線方向Ｒの荷重に基づくＴＦＶや転がり抵抗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で演算された主荷重方向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主荷重方向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、主荷重方向Ｐの荷重、中心軸方向Ｑの荷重及び接線方向Ｒの荷重を測定するにあたって、少なくとも３方向に作用する力を測定可能なロードセル７０によって回転体であるロードホイール３０に作用する荷重を測定する。このため、１つのロードセル７０で、ロードホイール３０に作用する主荷重方向Ｐと、中心軸方向Ｑと、主荷重方向Ｐ及び中心軸方向Ｑに直交する接線方向Ｒの３つの方向の力を直接的に測定することができる。ここで、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主荷重方向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に作用する力を測定する。このため、軸体６０からロードセル７０に作用する上記３つの方向の力のうち、主荷重方向Ｐに作用する力が最も大きな値となる。ロードセル７０は、主荷重方向Ｐ視して測定中心Ｃ７０と中心軸とが重なるように配置され軸体６０と連結されているため、主荷重方向Ｐの力は、ロードセル７０に対しモーメントを発生させることなく正確に力を伝えることとなる。このため、主荷重方向Ｐの力に対して相対的に小さな値となる他の方向の力、すなわち中心軸方向Ｑの力と、接線方向Ｒに作用する力の測定値に、主荷重方向Ｐの力によるモーメントが影響を与えることを最小限に抑えることができ、正確に３つの方向の力を測定することができる。

このように本実施形態のタイヤユニフォミティマシン１００では、複数のロードセル７０を設けることなくコンパクトな装置構成で、かつロードセル７０の配置構成によって正確に、回転体の径方向に一方向となり主荷重が作用する主荷重方向Ｐと、中心軸方向Ｑと、主荷重方向Ｐ及び中心軸方向Ｑと直交する接線方向Ｒに作用する荷重を測定することができる。これにより、ロードホイール３０からタイヤＴに伝達される荷重を主荷重として、ＲＦＶ、ＬＦＶ、ＴＦＶないし転がり抵抗を正確に評価することができる。また、タイヤユニフォミティマシン１００での転がり抵抗評価を実現することができることで、簡易に全数でタイヤＴの転がり抵抗評価を可能とすることができる。

なお、ロードセル７０が、主荷重方向Ｐ視して測定中心Ｃ７０と中心軸Ｌ３０、Ｌ６０とが重なるように配置されていなかったとしても、上記のとおりロードセル７０が、主荷重方向Ｐ視してロードホイール３０と固定されてロードホイール３０からの荷重が作用することとなる負荷面７３ａと中心軸Ｌ３０、Ｌ６０とが重なるように配置されているため、主荷重方向Ｐの力は、モーメントの発生が抑制されつつロードセル７０に作用することとなる。このため、主荷重方向Ｐの力に対して相対的に小さな値となる他の方向の力、すなわち中心軸方向Ｑの力と、接線方向Ｒに作用する力の測定値に、主荷重方向Ｐの力によるモーメントが影響を与えることを抑えることができ、正確に３つの方向の力を測定することができる。また、ロードセル７０は、主荷重方向Ｐ視して、負荷面７３ａの図心を前記中心軸が通るように配置されていることで、主荷重方向Ｐの力によるモーメントの発生をより効果的に抑制することができる。したがって、中心軸方向Ｑの力と、接線方向Ｒに作用する力の測定値に影響を与えることをより効果的に抑えることができ、より正確に３つの方向の力を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、主荷重方向Ｐが最大荷重測定方向と一致するようにロードセル７０が配置されている。このため、主荷重方向Ｐに作用する力を閾値を超えることなく確実に測定することができるとともに、中心軸方向Ｑの力及び接線方向Ｒの力を高い感度で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、ロードセル７０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、ロードセル７０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からロードセル７０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、本実施形態では、ロードセル７０は、負荷面７３ａを主荷重方向Ｐに直交する向きとして配置されているが、これに限るものではない。特に、ロードセル７０が、Ｘ方向以外、すなわちＹ方向またはＺ方向が最大荷重測定方向の場合には、最大荷重測定方向と主荷重方向Ｐが一致するようにロードセルを配置することが望ましい。
　また、ロードセル７０の測定中心Ｃ７０を中心軸Ｌ３０、Ｌ６０が通るようにロードセル７０を軸体６０に対して連結しても良い。このようにすることで、主荷重方向Ｐ以外の力、すなわち中心軸方向Ｑの力及び接線方向Ｒの力も、モーメントを発生させることなくロードセル７０の測定中心Ｌ７０に作用することとなる。このため、３つの方向にロードセル７０に作用する力が、それぞれによって発生するモーメントによって相互に影響を与えることを最小限に抑えることができ、より正確に３つの方向の力を測定することができる。

＜第２の実施形態＞
　図６から図８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７０の配置及び取付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６から図８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、軸体２１０にロードセル７０を連結させる固定治具２２０は、板状に形成されている。固定治具２２０は、軸体２１０に取り付けられる第一取付面２２１と、第一取付面２２１と反対側を向き平行に配されロードセル７０の負荷面７３ａが取り付けられる第二取付面２２２とを備える。

また、軸体２１０は、上下両端部に取付部２１１を備える。取付部２１１は、主荷重方向Ｐに直交する支持面２１１ａを備える。支持面２１１ａは、ロードホイール３０及び軸体２１０の中心軸Ｌ３０、Ｌ２１０よりも固定治具２２０の板厚分だけセットバックしている。そして、固定治具２２０は、この支持面２１１ａにボルト等の固定手段により、支持面２１１ａと第一取付面２２１とが当接した状態で固定されている。これにより、軸体２１０に固定された固定治具２２０の第二取付面２２２は中心軸Ｌ３０、Ｌ２１０を含む平面として配されている。そして、当該第二取付面２２２には、ボルト等の固定手段によりロードセル７０の負荷面７３ａが当接した状態で固定されている。このため、ロードセル７０は、負荷面７３ａが主荷重方向Ｐに直交するとともに中心軸Ｌ３０、Ｌ２１０を含む平面として配されている。さらに、本実施形態では、負荷面７３ａは円形に形成されていて、中心軸Ｌ３０、Ｌ２１０は負荷面７３ａの中心Ｃ７３ａ、すなわち図心を通っている。

　本実施形態のタイヤユニフォミティマシン２００では、上記のとおり負荷面７３ａにロードホイール３０及び軸体２１０の中心軸Ｌ３０、Ｌ６０が含まれるようにロードセル７０が配置され軸体２１０と連結されていることで、主荷重方向Ｐ以外の力、すなわち中心軸方向Ｑの力及び接線方向Ｒの力でも、モーメントの発生を抑制させることができる。このため、３つの方向にロードセル７０に作用する力が、それぞれによって発生するモーメントによって相互に影響を与えることを最小限に抑えることができ、より正確に３つの方向の力を測定することができ、より正確に、タイヤＴのＲＦＶ、ＬＦＶ、ＴＦＶないし転がり抵抗を評価することができる。

　また、上記実施形態では、ロードセル７０は、測定中心Ｃ７０がセル本体７１の内部に設定されている例としているが、これに限らず、負荷面７３ａに測定中心が設定されていても構わない。このように負荷面７３ａに測定中心が設定されている場合には、本実施形態のようにロードセル７０の負荷面７３ａに中心軸Ｌ３０、Ｌ２１が含まれるようにロードセルを配置することがより好ましい。さらに、負荷面上の測定中心に中心軸Ｌ３０、Ｌ２１０を通すようにロードセルを配置することがさらに好ましい。

また、本実施形態においても、負荷面７３ａが主荷重方向Ｐに直交するようにロードセル７０を配置したが、これに限るものではない。例えば図９に示すように、負荷面７３ａが主荷重方向Ｐに平行となるようにロードセル７０を配置しても良い。ロードセルの最大荷重測定方向が負荷面７３ａと平行な方向となる場合には、当該最大荷重測定方向と主荷重方向Ｐとを一致させることができ、より好ましい。

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、ロードセルとしては互いに直交する３分力を測定可能なものとし、そのうちの一方向の分力を最大荷重測定方向として他の方向の分力よりも大きな荷重を測定可能なものとしたが、これに限られるものではない。３分力それぞれの測定可能な荷重の最大値が等しいものとしても良い。また、さらに互いに直交する３軸回りのモーメントを含めて６分力を測定可能なものとしても良い。

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互いに直交する主荷重方向、中心軸方向及び接線方向の３方向の力を測定する対象であれば適用可能である。

３０　ロードホイール（回転体）
６０　軸体
６１　第一取付部
７０　ロードセル
７３ａ　負荷面
８０　固定治具
８１　第二取付部
８３　取付軸
１００，２００　タイヤユニフォミティマシン（回転体荷重測定装置）
Ｃ７０　測定中心
Ｌ６０、Ｌ２１０　中心軸
Ｐ　主荷重方向

Claims

円柱状に形成され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主荷重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、
測定中心を有し、前記測定中心を基準とする少なくとも３方向に作用する力を測定可能なロードセルを備え、
前記ロードセルは、前記主荷重方向視して、前記測定中心と前記中心軸とが重なるように配置され前記軸体と連結されている回転体荷重測定装置。
　請求項１に記載の回転体荷重測定装置において、
　前記ロードセルは、前記測定中心を前記中心軸が通るように配置されている回転体荷重測定装置。
円柱状に形成され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主荷重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、
前記回転体と連結され前記回転体からの荷重が作用する負荷面を有し、前記負荷面に直交するＸ方向及び前記負荷面に沿い互い直交するＹ方向及びＺ方向の少なくとも３方向で前記負荷面に作用する力を測定可能なロードセルを備え、
前記ロードセルは、前記主荷重方向視して、前記負荷面と前記中心軸とが重なるように配置され前記軸体と連結されている回転体荷重測定装置。
請求項３に記載の回転体荷重測定装置において、
前記ロードセルは、前記主荷重方向視して、前記負荷面の図心と前記中心軸が一致するように配置されている回転体荷重測定装置。
　請求項３または請求項４に記載の回転体荷重測定装置において、
　前記ロードセルは、前記負荷面に前記中心軸が含まれるように配置されている回転体荷重測定装置。
　請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の回転体荷重測定装置において、
前記ロードセルは、前記３方向のうち測定可能な最大荷重が最も大きい最大荷重測定方向を有し、前記主荷重方向と前記最大荷重測定方向が一致するように配置されている回転体荷重測定装置。
　請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の回転体荷重測定装置において、
　前記軸体に、前記中心軸と直交する取付軸回りに回転可能に取り付けられ、前記ロードセルが固定された固定治具を備える回転体荷重測定装置。
　請求項７に記載の回転体荷重測定装置において、
　前記軸体と前記固定治具との一方は、前記中心軸を挟んで配された一対の第一取付部を備え、
　前記軸体と前記固定治具の他方は、前記一対の第一取付部の間で前記中心軸を含む面内に配され前記一対の第一取付部に対して前記取付軸回りに回転可能に取り付けられた第二取付部を備える回転体荷重測定装置。
　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、
タイヤ及び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、
　前記タイヤ及び前記ロードホイールの一方を前記回転体として、前記タイヤ及び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、前記ロードセル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８のいずれか一項に記載の回転体荷重測定装置。