計測装置
【課題】本発明の目的は、被検査体の回転時の状態を測定する際、測定誤差の小さい計測装置を提供することにある。
【解決手段】計測装置１０は、固定フレーム１２、被供試体１４を挟み込むリム１６、リム１６の中心に取り付けられた主軸１８、主軸１８を回転させるモータ２０、主軸１８を回転可能に保持する軸受け２２、固定フレーム１２に対して軸受け２２をつり下げる２種類の異方向性の弾性体２４ａ，２４ｂ、各異方向性の弾性体２４ａ，２４ｂの変位を測定するセンサ２６、測定された変位から被供試体１４のバランスを求める演算部２８を備える。
【解決手段】計測装置１０は、固定フレーム１２、被供試体１４を挟み込むリム１６、リム１６の中心に取り付けられた主軸１８、主軸１８を回転させるモータ２０、主軸１８を回転可能に保持する軸受け２２、固定フレーム１２に対して軸受け２２をつり下げる２種類の異方向性の弾性体２４ａ，２４ｂ、各異方向性の弾性体２４ａ，２４ｂの変位を測定するセンサ２６、測定された変位から被供試体１４のバランスを求める演算部２８を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被供試体の回転時の状態を測定する装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、車輪の製造後にバランスを測定している（下記の特許文献１参照）。バランスが所定の範囲内に入っていない被供試体は廃棄されたり、補修されたりする。
【０００３】
バランスの測定は、車輪を回転させ、これと同時に回転する主軸の振れを検出することにより、バランスが取れているか否かを測定する。主軸の振れを検出するために、特許文献１では、固定された柱と軸受けとを平板状の板バネで取り付けている。主軸が振れると軸受けも振れ、その振れが板バネに伝達される。板バネの変位を変位（振動）センサ等によって検出し、変位から車輪のアンバランス量を求めている。
【０００４】
しかし、平板状の板バネを使用した場合、周囲温度分布の変化による主軸、軸受けおよび軸受け箱と機械を構成するフレームの伸縮によって、板バネに張力が働き、変位センサが検出する振動に誤差が生じる。弾性力学や材料力学での張力の項は、微小たわみの場合に影響を無視できる項としている。しかし、当該機械ではその影響を受け、振動を解析して回転時のバランスを求めても、誤差が生じる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特公昭５６−８２８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、被供試体の回転時の状態を測定する際、測定誤差の小さい計測装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の計測装置は、固定フレームと、被供試体を保持する手段と、前記保持する手段の中心に取り付けられた主軸と、前記主軸を回転させるモータと、前記主軸を回転可能に保持する軸受けと、前記固定フレームに対して軸受けを取り付けるための、平板状、帯状または線状の第１の異方向性のある弾性材と、前記固定フレームに対して軸受けを取り付けるための、折れ曲がった第２の異方向性のある弾性材と、前記第１の異方向性のある弾性材と第２の異方向性のある弾性材の変位、加速度または速度を測定するセンサと、前記センサで測定された変位、加速度または速度から被供試体のバランスを求める演算部とを備える。
【０００８】
リムが被検査体を挟み込む。モータが駆動すると、モータの動力が主軸を介してリムに伝えられる。固定フレームに第１の異方向性の弾性体および第２の異方向性の弾性体がつり下げられており、各異方向性の弾性体に軸受けがつり下げられている。リムおよび被検査体が回転したとき、被検査体のバランスが取れていないと、主軸が振れる。主軸の振れに合わせて軸受けも振れ、第１の異方向性の弾性体および第２の異方向性の弾性体の位置が変位する。この変位をセンサで測定し、演算部が被検査体のバランスを求める。
【０００９】
複数の異方向性の弾性体が第１の異方向性の弾性体と第２の異方向性の弾性体である以外に、全ての異方向性の弾性体を第２の異方向性の弾性体にしても良い。第２の異方向性の弾性体の変位をセンサで測定する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によると、正確に不釣合い量（アンバランス量）を演算する為には振動成分に含まれる傾斜（アングル）振動成分と併進（シフト）振動成分に対して一体一応（直線的な比例）の関係が得られる。平板状の第１の異方向性の弾性体以外に折れ曲がった第２の異方向性の弾性体を使用している。第２の異方向性の弾性体の折れ曲がった部分が、周囲温度分布による主軸、軸受け及び軸受け箱と機械を構成する固定フレームの伸縮によって異方向性の弾性体（板バネ）に働く張力小さくすることができる。異方向性の弾性体の曲げに対する反発力に加振力が比例した振幅を計測することが可能となる。第２の異方向性の弾性体と固定フレーム、第２の異方向性の弾性体と軸受けの固定位置が変化しにくく、機械の回転による内部発熱および周囲温度変化等による影響を受けにくい構造となり、誤差が生じにくい。測定誤差の小さい計測装置である。センサを非接触式にすることにより、機械的な摩擦などの影響を受けず、安定的に測定できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の計測装置の構成を示す図である。
【図２】図１の計測装置の軸受け、異方向性の弾性体、およびセンサの拡大図である。
【図３】防振パッドを示す図である。
【図４】被供試体を搬送するコンベヤを示す図である。
【図５】モータの動力の伝達を示す図である。
【図６】異方向性の弾性体を示す図であり、（ａ）は第１の異方向性の弾性体示す図であり、（ｂ）は第２の異方向性の弾性体を示す図である。
【図７】異方向性の弾性体の変位を示す図であり、（ａ）はバランスの取れた被供試体の変位であり、（ｂ）はアンバランスな被供試体の変位である。
【図８】（ａ）はスリットを設けた第１の異方向性の弾性体の図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図であり、（ｃ）はスリットの代わりに溝を設けた図である。
【図９】帯状の第１の異方向性の弾性体を使用した図である。
【図１０】（ａ）は端部を曲面にした異方向性の弾性体の断面図であり、（ｂ）は端部を面取りした異方向性の弾性体の断面図であり、（ｃ）は膨らみを持たせた異方向性の弾性体の断面図である。
【図１１】第２の異方向性の弾性体の他の図であり、（ａ）は折り曲げ部分を三角形にした図であり、（ｂ）は折り曲げ部分を曲線にした図であり、（ｃ）は折り曲げ部分が２方向に折り曲げられた図である。
【図１２】折り曲げ回数を２回にした第２の異方向性の弾性体の図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の計測装置について図面を使用して説明する。バランスを測定される被供試体は、円形体またはリング体であり、材料が金属材料、ゴムまたはプラスチックであったり、内部に空洞が形成されていたりしても良い。以下、被供試体１４はリング体を例に説明する。
【００１３】
図１、図２の計測装置１０は、固定フレーム１２、被供試体１４を挟み込んで保持するリム１６、リム１６の中心に取り付けられた主軸１８、主軸１８を回転させるモータ２０、主軸１８を回転可能に保持する軸受け２２、固定フレーム１２に対して軸受け２２をつり下げる２種類の異方向性のある弾性材２４ａ，２４ｂ、各異方向性のある弾性材２４ａ，２４ｂの変位を測定するセンサ２６、測定された変位から被供試体１４のバランスを求める演算部２８を備える。
【００１４】
固定フレーム１２は、床や地面に計測装置１０を設置するためのフレームである。固定フレーム１２は、鋼材で形成されたフレームを縦、横、奥行き方向に組み合わせられている。計測装置１０を構成する部品が固定フレーム１２に取り付けられる。
【００１５】
固定フレーム１２と床または地面の間に、ゴムなどの柔軟材料からなる防振パッド３０を配置する（図３）。防振パッド３０が、リム１６の回転時の固定フレーム１２の振動を吸収する。固定フレーム１２の位置は変化しない。防振パッド３０は、シート３２に２種類の突起３４ａ，３４ｂを配列させている。突起３４ａ，３４ｂは直径および高さの異なる円柱であり、方向性の無い非線形のバネ特性を有し、固有振動数が分散して振幅のピークが抑えられ、固定フレーム１２を床または地面に設置するための基礎工事が不要となる。
【００１６】
リム１６は、円形の上リム３６ａ、円形の下リム３６ｂ、および上リム３６ａと下リム３６ｂのロック機構３８を備える。上リム３６ａと下リム３６ｂは同じ形状であり、対向するように配置される。上リム３６ａと下リム３６ｂは、直径の大きいリムから小さいリムになるように積み重ねられ、階段状になっている。被供試体１４の大きさが異なっても、リム１６を変更する必要はない。
【００１７】
上リム３６ａと下リム３６ｂが被供試体１４の内周部分（ビード部分）を押さえ込むようにして挟む。上リム３６ａと下リム３６ｂがロック機構３８によって一体になり、通常の車両のホイールリムと同じ機能を果たす。上リム３６ａ、下リム３６ｂ、および被供試体１４によって密閉空間が形成され、被供試体１４に空気を入れることも可能になる。
【００１８】
上リム３６ａと下リム３６ｂで被供試体１４を挟み込んだ後、リム１６の空気注入排出口から被供試体１４の中に空気を入れるポンプを備える。空気の注入は被供試体１４の種類によって決められた圧力になるようにする。被供試体１４のバランスの測定後に、被供試体１４の内周部分またはその付近を押さえ、リム１６から被供試体１４を外すビードブレーカーを備える。
【００１９】
また、上リム３６ａを上下動させるために、上リム上下駆動サーボモータ４０、上リム上下駆動サーボモータ４０の駆動によって上下動するアーム４２、アーム４２の先端に設けられたチャック４４を備える。チャック４４としてエアチャックが挙げられる。チャック４４を介してアーム４２に上リム３６ａが保持されている。上リム上下駆動サーボモータ４０が駆動すると、上リム３６ａが上昇または降下する。
【００２０】
バランスを測定する前に、上リム３６ａが降下して被供試体１４を挟み込む。バランスを測定する際、チャック４４から上リム３６ａが放される。バランスの測定が終了すると、チャック４４が上リム３６ａを保持し、アーム４２が上昇することによって、上リム３６ａが上昇する。
【００２１】
リム１６は円形になっており、その中心に主軸１８が取り付けられている。主軸１８が取り付けられているのは、下リム３６ｂである。主軸１８がモータ２０によって回転させられると、下リム１６ｂも回転する。被供試体１４を挟み込んでロック機構３８によって上リム３６ａと下リム３６ｂが一体になると、下リム３６ｂの回転によって、上リム３６ａ、下リム３６ｂ、および被供試体１４は一体となって回転する。
【００２２】
リム１６のある位置まで被供試体１４を搬送、リム１６のある位置から被供試体１４を搬出するコンベヤ４６を備える（図４）。コンベヤ４６の種類は、ローラーコンベヤが挙げられる。コンベヤ４６は搬送方向に沿ってローラー４８が２列に並べられている。列同士の間隔を変化させる装置を設け、被供試体１４の大きさに合わせて、各列の間隔が変更できるようにする。
【００２３】
被供試体１４の内周部分がリム１６の配置された位置まで搬送されたことを検出するセンサを備える。例えば、非接触に光センサなどで被供試体１４を検出する。センサで被供試体１４を検出したとき、コンベヤ４６を停止させる。２列に並べられたローラー４８の中心にリム１６が配置されており、被供試体１４を中央に移動させるためのアームを備える。
【００２４】
リム１６の周囲にあるローラー４８の表面は、摩擦低減加工が施されている。図４ではハッチングで低摩擦加工が施されたローラー４８を示している。例えば、フッ素樹脂や超高分子量ポリエチレンを基材としたテープをローラー４８の表面に貼り付けたり、ローラー４８の表面にフッ素樹脂や超高分子量ポリエチレンを塗布および乾燥させて、ローラー４８の表面で発生する摩擦を低減させる。２列に並べられたローラー４８の中心にリム１６が配置されており、リム１６の回転軸と被供試体１４の芯を合わせやすくするためである。また、低摩擦にすることによって、ローラー４８の長寿命化も可能になる。ローラー４８の表面以外の材料は限定されない。
【００２５】
また、摩擦低減加工は、リム１６へ搬送する前に被供試体１４の位置を中心に移動させたり、リム１６から搬出後に被供試体１４にアンバランスな位置をマークするために、被供試体１４の位置を中心に移動させたりするローラー４８にも施す。図４では両側にハッチングで示したローラー４８である。
【００２６】
コンベヤ４６を上昇および降下させるための装置を備える。被供試体１４のバランスを測定する際、コンベヤ４６は降下して、バランス測定の邪魔にならないようにする。バランス測定後に、被供試体１４を搬出するためにコンベヤ４６は上昇する。
【００２７】
モータ２０は固定フレーム１２に固定されている。モータ２０が駆動することによって、主軸１８が中心軸５０を軸として回転する。モータ２０の動力を主軸１８に伝達するために、主軸１８に取り付けられたタイミングプーリー５２、モータ２０の回転軸５４に取り付けられたタイミングプーリー５６、およびタイミングプーリー５２からタイミングプーリー５６まで張られたタイミングベルト５８を備える（図５）。タイミングプーリー５２の中心と主軸の中心軸５０が一致し、モータ２０の回転軸５４とタイミングプーリー５６の中心が一致する。
【００２８】
タイミングベルト５８は無端状であり、タイミングプーリー５２とタイミングプーリー５６の間を周回する。モータ２０が駆動することによって、タイミングプーリー５６からタイミングベルト５８を介してタイミングプーリー５２に動力が伝達され、主軸１８が回転する。
【００２９】
タイミングベルト５８は、テンションローラ６０によってテンションがかけられる。周囲温度分布の変化によってタイミングベルト５８が伸縮しても、主軸１８への負荷を一定に保つことができる。タイミングベルト５８の周回時にドリフトが生じることも防止できる。タイミングプーリー５６の歯数よりもタイミングプーリー５２の歯数が多く、モータ２０の回転速度に比べて主軸１８の回転速度が減速される。各歯数は被供試体１４の回転速度に合わせて適宜変更しても良い。
【００３０】
タイミングプーリー５２とタイミングプーリー５６の回転数の比は、整数倍にする。タイミングプーリー５２が１回転したとき、タイミングプーリー５６はその整数倍の回転がなされている。バランス測定の際、モータ系２０の駆動によるノイズをキャンセルすることができる。
【００３１】
軸受け２２は筒状であり、その中に主軸１８の一部が収納されている。主軸１８および軸受け２２は地球の重力方向を向いている。軸受け２２の両端にはベアリング６２が設けられている。軸受け２２と主軸１８との間にはベアリング６２が配置され、軸受け２２によって主軸１８の回転を阻害することはない。すなわち、軸受け２２とベアリング６２とによって主軸１８を回転可能に保持する。被供試体１４の回転時に主軸１８が振れると、主軸１８の振れに合わせて軸受け２２も振れる。
【００３２】
軸受け２２は、板状の異方向性のある弾性材２４ａ，２４ｂによって固定フレーム１２に取り付けられている。異方向性のある弾性材２４ａ，２４ｂの一端部が固定フレーム１２に取り付けられ、固定フレーム１２につり下げられている。異方向性のある弾性材２４ａ，２４ｂの他端部に軸受け２２が取り付けられている。軸受け２２に対して垂直方向を向いた板状の取り付け部６４が軸受け２２に設けられており、この取り付け部６４と異方向性のある弾性材２４ａ，２４ｂとが固定される。すなわち、軸受け２２は、異方向性のある弾性材２４ａ，２４ｂによって固定フレーム１２につり下げられている。取り付け部６４は、軸受け２２を中心として左右対象となる位置に設ける。異方向性のある弾性材２４ａ，２４ｂの固定は、ボルトとナットなどの締結部材によっておこなう。
【００３３】
異方向性のある弾性材２４ａ，２４ｂは２種類である。異方向性の弾性体は、平板状の第１の異方向性のある弾性材２４ａと平板状にコの字型（Ω型）に折れ曲がった部分を設けた第２の異方向性のある弾性材２４ｂである（図６）。各異方向性のある弾性材２４ａ，２４ｂは板バネが使用できる。
【００３４】
各異方向性のある弾性材２４ａ，２４ｂは２枚である。複数の板体６４が軸受け２２に設けられており、板体６４に異方向性のある弾性材２４ａ，２４ｂが取り付けられる。同じ種類の異方向性のある弾性材２４ａ，２４ｂが軸受け２２に対して同じ高さに取り付けられる。第１の異方向性のある弾性材２４ａの位置と第２の異方向性のある弾性材２４ｂの位置は入れ替えられても良い。第２の異方向性のある弾性材２４ｂは、コの字型の折れ曲がり部分６６以外の平面６７は同一平面に配置され、軸受け２２をつり下げたときに、軸受け２２が地球の重力方向を向くようにする。異方向性のある弾性材２４ａ，２４ｂをつり下げているため、異方向性のある弾性材２４ａ，２４ｂの平面に対する垂直方向の振れ以外に、平面がねじれる振れを検出することができる。
【００３５】
図１では第１の異方向性のある弾性材２４ａと第２の異方向性のある弾性材２４ｂの合計数は４枚である。第２の異方向性のある弾性材２４ｂが使用されるのであれば、第１の異方向性のある弾性材２４ａと第２の異方向性の弾性体２４ｂの合計数は４枚に限定されない。異方向性のある弾性材２４ａ，２４ｂの数は、軸受け２２の大きさに合わせて適宜変更される。
【００３６】
被供試体１４の回転時に被供試体１４のバランスが不均一であれば、主軸１８が中心軸５０の垂直方向に振れる。主軸１８の振れにあわせて軸受け２２が振れ、異方向性のある弾性材２４ａ，２４ｂが振動する。従来、平板状の第１の異方向性のある弾性材２４ａのみで振動を検出したが、本発明では第２の異方向性のある弾性材２４ｂも使用している。第２の異方向性のある弾性材２４ｂはコの字型に折れ曲がっており、周囲温度分布の変化によって第２の異方向性のある弾性材２４ｂが伸縮しても折れ曲がり部分６６で主軸１８、軸受け２２および固定フレーム１２の伸縮によって異方向性の弾性体に働く張力小さくすることができる。第２の異方向性のある弾性材２４ｂが伸縮しても、第２の異方向性のある弾性材２４ｂと固定フレーム１２の取り付け位置、第２の異方向性のある弾性材２４ｂと板体６４の取り付け位置は変化しない。周囲温度分布の変化による測定誤差を無くすことができる。
【００３７】
また、折れ曲がり部分６６で吸収できる伸縮は、第２の異方向性のある弾性材２４ｂ自体だけでなく、軸受け２２の伸縮も吸収できる。
【００３８】
センサ２６は、各異方向性のある弾性材２４ａ，２４ｂの変位、すなわちセンサ２６から異方向性のある弾性材２４ａ，２４ｂまでの位置の変化を測定する。各異方向性のある弾性材２４ａ，２４ｂが２枚有るが、その２枚の変位を測定しても良いし、１枚の変位を測定しても良い。センサ２６は固定フレーム１２に取り付けられており、被供試体１４の回転時にセンサ２６の位置は変化しない。センサ２６は非接触のセンサを使用してもよい。非接触のセンサとしては、レーザーまたは超音波によって変位を計測する装置が挙げられる。非接触で測定するため、物理的な故障や破壊が生じず、安定して測定できる。
【００３９】
各異方向性のある弾性材２４ａ，２４ｂに鏡面加工を施し、その部分の変位を計測する。鏡面加工を施すのは、各異方向性のある弾性材２４ａ，２４ｂの板体６４に取り付けた部分の裏面側である。なお、第２の異方向性のある弾性材２４ｂの折れ曲がり部分６６の変位を測定しない。折れ曲がり部分６６が第２の異方向性のある弾性材２４ｂの伸縮を吸収しているためである。
【００４０】
演算部２８は、センサ２６で測定された変位のデータを受信して、被供試体１４のバランスを求める。コンピュータに所望の演算をおこなうプログラムを記憶し、演算させることによって、コンピュータを演算部２８として機能させる。演算部２８は、センサ２６で計測された変位が一定であるか、または変位が規則的に変化するか否かを求める。変位が一定でなかったり、不規則に変化したりすれば、被供試体１４のバランスが均一でないことが分かる。例えば、図７（ａ）のように通常は変位が一定である場合に、図７（ｂ）のように変位が変化すれば、被供試体１４のバランスは均一でない。２種類の異方向性のある弾性材２４ａ，２４ｂを使用して変位を測定しているが、それらの平均から被供試体１４のバランスを求めても良い。
【００４１】
なお、コンベヤ４６で被供試体１４を搬送するときに被供試体１４の方向（軽点マークの位置の方向など）を一定にしておけば、変位が不規則に変化した位置から被供試体１４のアンバランスになっている位置を求めることもできる。この場合、リム１６の回転角度を検出するセンサを設ける。リム１６の回転角度と異方向性のある弾性材２４ａ，２４ｂの変位からアンバランスになっている位置を求める。被供試体１４を搬送するときに被供試体１４の方向が不規則であれば、単にアンバランスであることが分かる。
【００４２】
計測装置１０を使用したバランスの測定は以下の（１）〜（７）の順番でおこなわれる。（１）コンベヤ４６によって被供試体１４を搬送し、下リム３６ｂの位置で停止させる。（２）上リム３６ａを降下させ、上リム３６ａと下リム３６ｂで被供試体１４を挟み込む。（３）被供試体１４に空気を入れ、コンベヤ４６を降下させる。（３）モータ２０を駆動させ、主軸１８を介してリム１６を回転させる。リム１６に被供試体１４が挟み込まれて固定されており、被供試体１４も同時に回転する。（４）被供試体１４の回転時に、センサ２６が各異方向性のある弾性材２４ａ，２４ｂの変位を測定し、演算部２８が変位から被供試体１４のバランスを求める。（５）バランスを求めた後、モータ２０を停止させる。（６）ビードブレーカーでリム１６から被供試体１４を取り外し、上リム３６ａを上昇させ、コンベヤ４６も上昇させる。（７）コンベヤ４６で被供試体１４を搬出する。複数の被供試体１４のバランスを測定する場合、１本の被供試体１４のバランスが求められるたびに、（１）〜（７）の工程が繰り返される。
【００４３】
以上のように、２種類の異方向性のある弾性材２４ａ，２４ｂを使用しており、周囲温度分布の変化の影響を受けにくい。ノイズも小さく、測定誤差を小さくできる。従来に比べて信頼性の高いバランス測定が可能である。
【００４４】
以上、本発明について実施形態を説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。センサ２６は非接触のセンサに限定されない。各異方向性のある弾性材２４ａ，２４ｂの変位を測定できるのであれば、ロードセル、圧電素子、歪みゲージなどであっても良い。または静電容量や渦電流などで測定する装置であっても良い。
【００４５】
変位の測定以外に、各異方向性の弾性体２４ｂ、２４ｂが振れたときの加速度を検出しても良い。センサ２６は加速度を検出するセンサを使用する。または、加速度を時間で積分することによって速度を求め、速度の変化から主軸１８の振れを求めるようにしても良い。上述した変位の代わりに加速度または速度の変化を使用して主軸１８の振れを求める。主軸１８を測定するためのセンサ２６の種類は、設計・製作時に最適な機器が適宜選択できる。
【００４６】
第１の異方向性のある弾性材２４ａと第２の異方向性のある弾性材２４ｂの両方を使用する以外に、全ての異方向性の弾性体が第２の異方向性のある弾性材２４ｂであってもよい。図１では４枚の異方向性のある弾性材２４ａ，２４ｂで軸受け２２をつり下げているが、４枚の第２の異方向性のある弾性材２４ｂで軸受け２２をつり下げる。また、２枚の第２の異方向性のある弾性材２４ｂのみで軸受け２２をつり下げても良い。１枚の第２の異方向性のある弾性材２４ｂの変位をセンサ２６で測定しても良いし、複数の第２の異方向性のある弾性材２４ｂの変位をセンサ２６で測定しても良い。
【００４７】
コンベヤ４６で被供試体１４を搬送および搬出する以外に、ロボットアームで被供試体１４をリム１６まで搬送および搬出してもよい。また、コンベヤ４６やロボットアームの無い態様で実施し、手作業で被供試体１４をリム１６まで搬送および搬出しても良い。
【００４８】
第１の異方向性の弾性体２４ａは単なる板状に限定されない。複数のスリット８０を設けても良い（図８（ａ）、（ｂ））。また、スリット８０ではなく、溝８２であってもよい（図８（ｃ））。溝８２は、第１の異方向性の弾性体２４ａの一面または両面に設けられる。スリット８０の長さ、幅、数は任意である。また、溝８２の長さ、幅、深さ、数は任意である。
【００４９】
第１の異方向性の弾性体２４ａは板状に限定されず、帯状または線状であってもよい。帯状または線状になった複数の第１の異方向性の弾性体２４ａを並べ、軸受け２２をつり下げる（図９）。
【００５０】
第１の異方向性の弾性体２４ａと同様に第２の異方向性の弾性体２４ｂにもスリット８０を設けたり、溝８２を設けたりしても良い。さらに、第２の異方向性の弾性体２４ｂも帯状または線状であっても良く、その場合、帯状または線状に折れ曲がり部分６６を設ける。
【００５１】
各異方向性の弾性体２４ａ、２４ｂは、その断面が完全な矩形になるのではなく、端部を曲面にしたり、面取りを施したりしても良い（図１０（ａ）、（ｂ））。また、各異方向性の弾性体２４ａ、２４ｂは厚みが一定でなくても良い。図１０（ｃ）に示すように、断面が楕円形などの膨らみを持たせた形状であっても良い。
【００５２】
図６（ｂ）に示す第２の異方向性のある弾性材２４ｂの折れ曲がり部分６６は、コの字型に限定されない。第２の異方向性のある弾性材２４ｂは、少なくとも２箇所で折れ曲がり、折れ曲がり部分６６以外で軸受け２２をつり下げ、折れ曲がり部分６６以外の変位が検出されれば、その形状は限定されない。例えば、図１１（ａ）、（ｂ）の折れ曲がり部分６６ｂ、６６ｃように、三角形に折れ曲がったり、曲線にしたりしても良い。また、図１１（ｃ）の折れ曲がり部分６６ｄのように、一方向だけでなく二方向に突き出るように折れ曲がっても良い。さらに、種々の形状を組み合わせた折れ曲がりであってもよい。
【００５３】
図１２に示すように、第２の異方向性の弾性体２４ｂは、折り曲げ回数が２回であってもよい。各折り曲げ角度は９０度になっている。折れ曲がり部分６６は、直線部分６６ｅとなる。固定フレーム１２と取り付け部６４の位置も直線部分６６ｅの長さと同じ距離をずらすようにする。
【００５４】
第２の異方向性の弾性体２４ｂは、折り曲げた角が、図６（ｂ）などのように曲面になっても良いし、尖っていても良い。
【００５５】
各異方向性の弾性体２４ａ、２４ｂは、複数の板状体を重ね合わせた物であっても良い。熱膨張の異なる２種以上の板状体を重ね合わせても良い。
【００５６】
各異方向性の弾性体２４ａ，２４ｂは、軸受け２２をつり下げたが、いずれか一方または両方の異方向性の弾性体２４ａ，２４ｂが、軸受け２２を下方から支える構成であっても良い。板状の取り付け部６４が固定フレーム１２よりも上方に配置されるようにする。片方吊り下げもう片方は押し上げ方式を採用した場合機械の回転による内部発熱および周囲温度変化等による熱膨張の影響は多くの場合異方向性の弾性体２４ａ，２４ｂの軸方向には圧縮力が加わる。軸受け２２を下から支える異方向性の弾性体２４ａ，２４ｂは、座屈方向の加重を受けるが、張力を受けて振幅が減少するよりも誤差の影響は受けにくい。なお、第２の異方向性の弾性体２４ｂのみを使用した場合も、同様に軸受け２２を支えても良い。
【００５７】
その他、本発明は、その主旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づき種々の改良、修正、変更を加えた態様で実施できるものである。
【符号の説明】
【００５８】
１０：計測装置
１２：固定フレーム
１４：被供試体（車輪、車軸またはタイヤ）
１６：リム
１８：主軸
２０：モータ
２２：軸受け
２４ａ，２４ｂ：異方向性のある弾性材
２６：センサ
２８：演算部
５２、５６：タイミングプーリー
５８：タイミングベルト
６０：テンションローラ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被供試体の回転時の状態を測定する装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、車輪の製造後にバランスを測定している（下記の特許文献１参照）。バランスが所定の範囲内に入っていない被供試体は廃棄されたり、補修されたりする。
【０００３】
バランスの測定は、車輪を回転させ、これと同時に回転する主軸の振れを検出することにより、バランスが取れているか否かを測定する。主軸の振れを検出するために、特許文献１では、固定された柱と軸受けとを平板状の板バネで取り付けている。主軸が振れると軸受けも振れ、その振れが板バネに伝達される。板バネの変位を変位（振動）センサ等によって検出し、変位から車輪のアンバランス量を求めている。
【０００４】
しかし、平板状の板バネを使用した場合、周囲温度分布の変化による主軸、軸受けおよび軸受け箱と機械を構成するフレームの伸縮によって、板バネに張力が働き、変位センサが検出する振動に誤差が生じる。弾性力学や材料力学での張力の項は、微小たわみの場合に影響を無視できる項としている。しかし、当該機械ではその影響を受け、振動を解析して回転時のバランスを求めても、誤差が生じる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特公昭５６−８２８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、被供試体の回転時の状態を測定する際、測定誤差の小さい計測装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の計測装置は、固定フレームと、被供試体を保持する手段と、前記保持する手段の中心に取り付けられた主軸と、前記主軸を回転させるモータと、前記主軸を回転可能に保持する軸受けと、前記固定フレームに対して軸受けを取り付けるための、平板状、帯状または線状の第１の異方向性のある弾性材と、前記固定フレームに対して軸受けを取り付けるための、折れ曲がった第２の異方向性のある弾性材と、前記第１の異方向性のある弾性材と第２の異方向性のある弾性材の変位、加速度または速度を測定するセンサと、前記センサで測定された変位、加速度または速度から被供試体のバランスを求める演算部とを備える。
【０００８】
リムが被検査体を挟み込む。モータが駆動すると、モータの動力が主軸を介してリムに伝えられる。固定フレームに第１の異方向性の弾性体および第２の異方向性の弾性体がつり下げられており、各異方向性の弾性体に軸受けがつり下げられている。リムおよび被検査体が回転したとき、被検査体のバランスが取れていないと、主軸が振れる。主軸の振れに合わせて軸受けも振れ、第１の異方向性の弾性体および第２の異方向性の弾性体の位置が変位する。この変位をセンサで測定し、演算部が被検査体のバランスを求める。
【０００９】
複数の異方向性の弾性体が第１の異方向性の弾性体と第２の異方向性の弾性体である以外に、全ての異方向性の弾性体を第２の異方向性の弾性体にしても良い。第２の異方向性の弾性体の変位をセンサで測定する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によると、正確に不釣合い量（アンバランス量）を演算する為には振動成分に含まれる傾斜（アングル）振動成分と併進（シフト）振動成分に対して一体一応（直線的な比例）の関係が得られる。平板状の第１の異方向性の弾性体以外に折れ曲がった第２の異方向性の弾性体を使用している。第２の異方向性の弾性体の折れ曲がった部分が、周囲温度分布による主軸、軸受け及び軸受け箱と機械を構成する固定フレームの伸縮によって異方向性の弾性体（板バネ）に働く張力小さくすることができる。異方向性の弾性体の曲げに対する反発力に加振力が比例した振幅を計測することが可能となる。第２の異方向性の弾性体と固定フレーム、第２の異方向性の弾性体と軸受けの固定位置が変化しにくく、機械の回転による内部発熱および周囲温度変化等による影響を受けにくい構造となり、誤差が生じにくい。測定誤差の小さい計測装置である。センサを非接触式にすることにより、機械的な摩擦などの影響を受けず、安定的に測定できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の計測装置の構成を示す図である。
【図２】図１の計測装置の軸受け、異方向性の弾性体、およびセンサの拡大図である。
【図３】防振パッドを示す図である。
【図４】被供試体を搬送するコンベヤを示す図である。
【図５】モータの動力の伝達を示す図である。
【図６】異方向性の弾性体を示す図であり、（ａ）は第１の異方向性の弾性体示す図であり、（ｂ）は第２の異方向性の弾性体を示す図である。
【図７】異方向性の弾性体の変位を示す図であり、（ａ）はバランスの取れた被供試体の変位であり、（ｂ）はアンバランスな被供試体の変位である。
【図８】（ａ）はスリットを設けた第１の異方向性の弾性体の図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図であり、（ｃ）はスリットの代わりに溝を設けた図である。
【図９】帯状の第１の異方向性の弾性体を使用した図である。
【図１０】（ａ）は端部を曲面にした異方向性の弾性体の断面図であり、（ｂ）は端部を面取りした異方向性の弾性体の断面図であり、（ｃ）は膨らみを持たせた異方向性の弾性体の断面図である。
【図１１】第２の異方向性の弾性体の他の図であり、（ａ）は折り曲げ部分を三角形にした図であり、（ｂ）は折り曲げ部分を曲線にした図であり、（ｃ）は折り曲げ部分が２方向に折り曲げられた図である。
【図１２】折り曲げ回数を２回にした第２の異方向性の弾性体の図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の計測装置について図面を使用して説明する。バランスを測定される被供試体は、円形体またはリング体であり、材料が金属材料、ゴムまたはプラスチックであったり、内部に空洞が形成されていたりしても良い。以下、被供試体１４はリング体を例に説明する。
【００１３】
図１、図２の計測装置１０は、固定フレーム１２、被供試体１４を挟み込んで保持するリム１６、リム１６の中心に取り付けられた主軸１８、主軸１８を回転させるモータ２０、主軸１８を回転可能に保持する軸受け２２、固定フレーム１２に対して軸受け２２をつり下げる２種類の異方向性のある弾性材２４ａ，２４ｂ、各異方向性のある弾性材２４ａ，２４ｂの変位を測定するセンサ２６、測定された変位から被供試体１４のバランスを求める演算部２８を備える。
【００１４】
固定フレーム１２は、床や地面に計測装置１０を設置するためのフレームである。固定フレーム１２は、鋼材で形成されたフレームを縦、横、奥行き方向に組み合わせられている。計測装置１０を構成する部品が固定フレーム１２に取り付けられる。
【００１５】
固定フレーム１２と床または地面の間に、ゴムなどの柔軟材料からなる防振パッド３０を配置する（図３）。防振パッド３０が、リム１６の回転時の固定フレーム１２の振動を吸収する。固定フレーム１２の位置は変化しない。防振パッド３０は、シート３２に２種類の突起３４ａ，３４ｂを配列させている。突起３４ａ，３４ｂは直径および高さの異なる円柱であり、方向性の無い非線形のバネ特性を有し、固有振動数が分散して振幅のピークが抑えられ、固定フレーム１２を床または地面に設置するための基礎工事が不要となる。
【００１６】
リム１６は、円形の上リム３６ａ、円形の下リム３６ｂ、および上リム３６ａと下リム３６ｂのロック機構３８を備える。上リム３６ａと下リム３６ｂは同じ形状であり、対向するように配置される。上リム３６ａと下リム３６ｂは、直径の大きいリムから小さいリムになるように積み重ねられ、階段状になっている。被供試体１４の大きさが異なっても、リム１６を変更する必要はない。
【００１７】
上リム３６ａと下リム３６ｂが被供試体１４の内周部分（ビード部分）を押さえ込むようにして挟む。上リム３６ａと下リム３６ｂがロック機構３８によって一体になり、通常の車両のホイールリムと同じ機能を果たす。上リム３６ａ、下リム３６ｂ、および被供試体１４によって密閉空間が形成され、被供試体１４に空気を入れることも可能になる。
【００１８】
上リム３６ａと下リム３６ｂで被供試体１４を挟み込んだ後、リム１６の空気注入排出口から被供試体１４の中に空気を入れるポンプを備える。空気の注入は被供試体１４の種類によって決められた圧力になるようにする。被供試体１４のバランスの測定後に、被供試体１４の内周部分またはその付近を押さえ、リム１６から被供試体１４を外すビードブレーカーを備える。
【００１９】
また、上リム３６ａを上下動させるために、上リム上下駆動サーボモータ４０、上リム上下駆動サーボモータ４０の駆動によって上下動するアーム４２、アーム４２の先端に設けられたチャック４４を備える。チャック４４としてエアチャックが挙げられる。チャック４４を介してアーム４２に上リム３６ａが保持されている。上リム上下駆動サーボモータ４０が駆動すると、上リム３６ａが上昇または降下する。
【００２０】
バランスを測定する前に、上リム３６ａが降下して被供試体１４を挟み込む。バランスを測定する際、チャック４４から上リム３６ａが放される。バランスの測定が終了すると、チャック４４が上リム３６ａを保持し、アーム４２が上昇することによって、上リム３６ａが上昇する。
【００２１】
リム１６は円形になっており、その中心に主軸１８が取り付けられている。主軸１８が取り付けられているのは、下リム３６ｂである。主軸１８がモータ２０によって回転させられると、下リム１６ｂも回転する。被供試体１４を挟み込んでロック機構３８によって上リム３６ａと下リム３６ｂが一体になると、下リム３６ｂの回転によって、上リム３６ａ、下リム３６ｂ、および被供試体１４は一体となって回転する。
【００２２】
リム１６のある位置まで被供試体１４を搬送、リム１６のある位置から被供試体１４を搬出するコンベヤ４６を備える（図４）。コンベヤ４６の種類は、ローラーコンベヤが挙げられる。コンベヤ４６は搬送方向に沿ってローラー４８が２列に並べられている。列同士の間隔を変化させる装置を設け、被供試体１４の大きさに合わせて、各列の間隔が変更できるようにする。
【００２３】
被供試体１４の内周部分がリム１６の配置された位置まで搬送されたことを検出するセンサを備える。例えば、非接触に光センサなどで被供試体１４を検出する。センサで被供試体１４を検出したとき、コンベヤ４６を停止させる。２列に並べられたローラー４８の中心にリム１６が配置されており、被供試体１４を中央に移動させるためのアームを備える。
【００２４】
リム１６の周囲にあるローラー４８の表面は、摩擦低減加工が施されている。図４ではハッチングで低摩擦加工が施されたローラー４８を示している。例えば、フッ素樹脂や超高分子量ポリエチレンを基材としたテープをローラー４８の表面に貼り付けたり、ローラー４８の表面にフッ素樹脂や超高分子量ポリエチレンを塗布および乾燥させて、ローラー４８の表面で発生する摩擦を低減させる。２列に並べられたローラー４８の中心にリム１６が配置されており、リム１６の回転軸と被供試体１４の芯を合わせやすくするためである。また、低摩擦にすることによって、ローラー４８の長寿命化も可能になる。ローラー４８の表面以外の材料は限定されない。
【００２５】
また、摩擦低減加工は、リム１６へ搬送する前に被供試体１４の位置を中心に移動させたり、リム１６から搬出後に被供試体１４にアンバランスな位置をマークするために、被供試体１４の位置を中心に移動させたりするローラー４８にも施す。図４では両側にハッチングで示したローラー４８である。
【００２６】
コンベヤ４６を上昇および降下させるための装置を備える。被供試体１４のバランスを測定する際、コンベヤ４６は降下して、バランス測定の邪魔にならないようにする。バランス測定後に、被供試体１４を搬出するためにコンベヤ４６は上昇する。
【００２７】
モータ２０は固定フレーム１２に固定されている。モータ２０が駆動することによって、主軸１８が中心軸５０を軸として回転する。モータ２０の動力を主軸１８に伝達するために、主軸１８に取り付けられたタイミングプーリー５２、モータ２０の回転軸５４に取り付けられたタイミングプーリー５６、およびタイミングプーリー５２からタイミングプーリー５６まで張られたタイミングベルト５８を備える（図５）。タイミングプーリー５２の中心と主軸の中心軸５０が一致し、モータ２０の回転軸５４とタイミングプーリー５６の中心が一致する。
【００２８】
タイミングベルト５８は無端状であり、タイミングプーリー５２とタイミングプーリー５６の間を周回する。モータ２０が駆動することによって、タイミングプーリー５６からタイミングベルト５８を介してタイミングプーリー５２に動力が伝達され、主軸１８が回転する。
【００２９】
タイミングベルト５８は、テンションローラ６０によってテンションがかけられる。周囲温度分布の変化によってタイミングベルト５８が伸縮しても、主軸１８への負荷を一定に保つことができる。タイミングベルト５８の周回時にドリフトが生じることも防止できる。タイミングプーリー５６の歯数よりもタイミングプーリー５２の歯数が多く、モータ２０の回転速度に比べて主軸１８の回転速度が減速される。各歯数は被供試体１４の回転速度に合わせて適宜変更しても良い。
【００３０】
タイミングプーリー５２とタイミングプーリー５６の回転数の比は、整数倍にする。タイミングプーリー５２が１回転したとき、タイミングプーリー５６はその整数倍の回転がなされている。バランス測定の際、モータ系２０の駆動によるノイズをキャンセルすることができる。
【００３１】
軸受け２２は筒状であり、その中に主軸１８の一部が収納されている。主軸１８および軸受け２２は地球の重力方向を向いている。軸受け２２の両端にはベアリング６２が設けられている。軸受け２２と主軸１８との間にはベアリング６２が配置され、軸受け２２によって主軸１８の回転を阻害することはない。すなわち、軸受け２２とベアリング６２とによって主軸１８を回転可能に保持する。被供試体１４の回転時に主軸１８が振れると、主軸１８の振れに合わせて軸受け２２も振れる。
【００３２】
軸受け２２は、板状の異方向性のある弾性材２４ａ，２４ｂによって固定フレーム１２に取り付けられている。異方向性のある弾性材２４ａ，２４ｂの一端部が固定フレーム１２に取り付けられ、固定フレーム１２につり下げられている。異方向性のある弾性材２４ａ，２４ｂの他端部に軸受け２２が取り付けられている。軸受け２２に対して垂直方向を向いた板状の取り付け部６４が軸受け２２に設けられており、この取り付け部６４と異方向性のある弾性材２４ａ，２４ｂとが固定される。すなわち、軸受け２２は、異方向性のある弾性材２４ａ，２４ｂによって固定フレーム１２につり下げられている。取り付け部６４は、軸受け２２を中心として左右対象となる位置に設ける。異方向性のある弾性材２４ａ，２４ｂの固定は、ボルトとナットなどの締結部材によっておこなう。
【００３３】
異方向性のある弾性材２４ａ，２４ｂは２種類である。異方向性の弾性体は、平板状の第１の異方向性のある弾性材２４ａと平板状にコの字型（Ω型）に折れ曲がった部分を設けた第２の異方向性のある弾性材２４ｂである（図６）。各異方向性のある弾性材２４ａ，２４ｂは板バネが使用できる。
【００３４】
各異方向性のある弾性材２４ａ，２４ｂは２枚である。複数の板体６４が軸受け２２に設けられており、板体６４に異方向性のある弾性材２４ａ，２４ｂが取り付けられる。同じ種類の異方向性のある弾性材２４ａ，２４ｂが軸受け２２に対して同じ高さに取り付けられる。第１の異方向性のある弾性材２４ａの位置と第２の異方向性のある弾性材２４ｂの位置は入れ替えられても良い。第２の異方向性のある弾性材２４ｂは、コの字型の折れ曲がり部分６６以外の平面６７は同一平面に配置され、軸受け２２をつり下げたときに、軸受け２２が地球の重力方向を向くようにする。異方向性のある弾性材２４ａ，２４ｂをつり下げているため、異方向性のある弾性材２４ａ，２４ｂの平面に対する垂直方向の振れ以外に、平面がねじれる振れを検出することができる。
【００３５】
図１では第１の異方向性のある弾性材２４ａと第２の異方向性のある弾性材２４ｂの合計数は４枚である。第２の異方向性のある弾性材２４ｂが使用されるのであれば、第１の異方向性のある弾性材２４ａと第２の異方向性の弾性体２４ｂの合計数は４枚に限定されない。異方向性のある弾性材２４ａ，２４ｂの数は、軸受け２２の大きさに合わせて適宜変更される。
【００３６】
被供試体１４の回転時に被供試体１４のバランスが不均一であれば、主軸１８が中心軸５０の垂直方向に振れる。主軸１８の振れにあわせて軸受け２２が振れ、異方向性のある弾性材２４ａ，２４ｂが振動する。従来、平板状の第１の異方向性のある弾性材２４ａのみで振動を検出したが、本発明では第２の異方向性のある弾性材２４ｂも使用している。第２の異方向性のある弾性材２４ｂはコの字型に折れ曲がっており、周囲温度分布の変化によって第２の異方向性のある弾性材２４ｂが伸縮しても折れ曲がり部分６６で主軸１８、軸受け２２および固定フレーム１２の伸縮によって異方向性の弾性体に働く張力小さくすることができる。第２の異方向性のある弾性材２４ｂが伸縮しても、第２の異方向性のある弾性材２４ｂと固定フレーム１２の取り付け位置、第２の異方向性のある弾性材２４ｂと板体６４の取り付け位置は変化しない。周囲温度分布の変化による測定誤差を無くすことができる。
【００３７】
また、折れ曲がり部分６６で吸収できる伸縮は、第２の異方向性のある弾性材２４ｂ自体だけでなく、軸受け２２の伸縮も吸収できる。
【００３８】
センサ２６は、各異方向性のある弾性材２４ａ，２４ｂの変位、すなわちセンサ２６から異方向性のある弾性材２４ａ，２４ｂまでの位置の変化を測定する。各異方向性のある弾性材２４ａ，２４ｂが２枚有るが、その２枚の変位を測定しても良いし、１枚の変位を測定しても良い。センサ２６は固定フレーム１２に取り付けられており、被供試体１４の回転時にセンサ２６の位置は変化しない。センサ２６は非接触のセンサを使用してもよい。非接触のセンサとしては、レーザーまたは超音波によって変位を計測する装置が挙げられる。非接触で測定するため、物理的な故障や破壊が生じず、安定して測定できる。
【００３９】
各異方向性のある弾性材２４ａ，２４ｂに鏡面加工を施し、その部分の変位を計測する。鏡面加工を施すのは、各異方向性のある弾性材２４ａ，２４ｂの板体６４に取り付けた部分の裏面側である。なお、第２の異方向性のある弾性材２４ｂの折れ曲がり部分６６の変位を測定しない。折れ曲がり部分６６が第２の異方向性のある弾性材２４ｂの伸縮を吸収しているためである。
【００４０】
演算部２８は、センサ２６で測定された変位のデータを受信して、被供試体１４のバランスを求める。コンピュータに所望の演算をおこなうプログラムを記憶し、演算させることによって、コンピュータを演算部２８として機能させる。演算部２８は、センサ２６で計測された変位が一定であるか、または変位が規則的に変化するか否かを求める。変位が一定でなかったり、不規則に変化したりすれば、被供試体１４のバランスが均一でないことが分かる。例えば、図７（ａ）のように通常は変位が一定である場合に、図７（ｂ）のように変位が変化すれば、被供試体１４のバランスは均一でない。２種類の異方向性のある弾性材２４ａ，２４ｂを使用して変位を測定しているが、それらの平均から被供試体１４のバランスを求めても良い。
【００４１】
なお、コンベヤ４６で被供試体１４を搬送するときに被供試体１４の方向（軽点マークの位置の方向など）を一定にしておけば、変位が不規則に変化した位置から被供試体１４のアンバランスになっている位置を求めることもできる。この場合、リム１６の回転角度を検出するセンサを設ける。リム１６の回転角度と異方向性のある弾性材２４ａ，２４ｂの変位からアンバランスになっている位置を求める。被供試体１４を搬送するときに被供試体１４の方向が不規則であれば、単にアンバランスであることが分かる。
【００４２】
計測装置１０を使用したバランスの測定は以下の（１）〜（７）の順番でおこなわれる。（１）コンベヤ４６によって被供試体１４を搬送し、下リム３６ｂの位置で停止させる。（２）上リム３６ａを降下させ、上リム３６ａと下リム３６ｂで被供試体１４を挟み込む。（３）被供試体１４に空気を入れ、コンベヤ４６を降下させる。（３）モータ２０を駆動させ、主軸１８を介してリム１６を回転させる。リム１６に被供試体１４が挟み込まれて固定されており、被供試体１４も同時に回転する。（４）被供試体１４の回転時に、センサ２６が各異方向性のある弾性材２４ａ，２４ｂの変位を測定し、演算部２８が変位から被供試体１４のバランスを求める。（５）バランスを求めた後、モータ２０を停止させる。（６）ビードブレーカーでリム１６から被供試体１４を取り外し、上リム３６ａを上昇させ、コンベヤ４６も上昇させる。（７）コンベヤ４６で被供試体１４を搬出する。複数の被供試体１４のバランスを測定する場合、１本の被供試体１４のバランスが求められるたびに、（１）〜（７）の工程が繰り返される。
【００４３】
以上のように、２種類の異方向性のある弾性材２４ａ，２４ｂを使用しており、周囲温度分布の変化の影響を受けにくい。ノイズも小さく、測定誤差を小さくできる。従来に比べて信頼性の高いバランス測定が可能である。
【００４４】
以上、本発明について実施形態を説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。センサ２６は非接触のセンサに限定されない。各異方向性のある弾性材２４ａ，２４ｂの変位を測定できるのであれば、ロードセル、圧電素子、歪みゲージなどであっても良い。または静電容量や渦電流などで測定する装置であっても良い。
【００４５】
変位の測定以外に、各異方向性の弾性体２４ｂ、２４ｂが振れたときの加速度を検出しても良い。センサ２６は加速度を検出するセンサを使用する。または、加速度を時間で積分することによって速度を求め、速度の変化から主軸１８の振れを求めるようにしても良い。上述した変位の代わりに加速度または速度の変化を使用して主軸１８の振れを求める。主軸１８を測定するためのセンサ２６の種類は、設計・製作時に最適な機器が適宜選択できる。
【００４６】
第１の異方向性のある弾性材２４ａと第２の異方向性のある弾性材２４ｂの両方を使用する以外に、全ての異方向性の弾性体が第２の異方向性のある弾性材２４ｂであってもよい。図１では４枚の異方向性のある弾性材２４ａ，２４ｂで軸受け２２をつり下げているが、４枚の第２の異方向性のある弾性材２４ｂで軸受け２２をつり下げる。また、２枚の第２の異方向性のある弾性材２４ｂのみで軸受け２２をつり下げても良い。１枚の第２の異方向性のある弾性材２４ｂの変位をセンサ２６で測定しても良いし、複数の第２の異方向性のある弾性材２４ｂの変位をセンサ２６で測定しても良い。
【００４７】
コンベヤ４６で被供試体１４を搬送および搬出する以外に、ロボットアームで被供試体１４をリム１６まで搬送および搬出してもよい。また、コンベヤ４６やロボットアームの無い態様で実施し、手作業で被供試体１４をリム１６まで搬送および搬出しても良い。
【００４８】
第１の異方向性の弾性体２４ａは単なる板状に限定されない。複数のスリット８０を設けても良い（図８（ａ）、（ｂ））。また、スリット８０ではなく、溝８２であってもよい（図８（ｃ））。溝８２は、第１の異方向性の弾性体２４ａの一面または両面に設けられる。スリット８０の長さ、幅、数は任意である。また、溝８２の長さ、幅、深さ、数は任意である。
【００４９】
第１の異方向性の弾性体２４ａは板状に限定されず、帯状または線状であってもよい。帯状または線状になった複数の第１の異方向性の弾性体２４ａを並べ、軸受け２２をつり下げる（図９）。
【００５０】
第１の異方向性の弾性体２４ａと同様に第２の異方向性の弾性体２４ｂにもスリット８０を設けたり、溝８２を設けたりしても良い。さらに、第２の異方向性の弾性体２４ｂも帯状または線状であっても良く、その場合、帯状または線状に折れ曲がり部分６６を設ける。
【００５１】
各異方向性の弾性体２４ａ、２４ｂは、その断面が完全な矩形になるのではなく、端部を曲面にしたり、面取りを施したりしても良い（図１０（ａ）、（ｂ））。また、各異方向性の弾性体２４ａ、２４ｂは厚みが一定でなくても良い。図１０（ｃ）に示すように、断面が楕円形などの膨らみを持たせた形状であっても良い。
【００５２】
図６（ｂ）に示す第２の異方向性のある弾性材２４ｂの折れ曲がり部分６６は、コの字型に限定されない。第２の異方向性のある弾性材２４ｂは、少なくとも２箇所で折れ曲がり、折れ曲がり部分６６以外で軸受け２２をつり下げ、折れ曲がり部分６６以外の変位が検出されれば、その形状は限定されない。例えば、図１１（ａ）、（ｂ）の折れ曲がり部分６６ｂ、６６ｃように、三角形に折れ曲がったり、曲線にしたりしても良い。また、図１１（ｃ）の折れ曲がり部分６６ｄのように、一方向だけでなく二方向に突き出るように折れ曲がっても良い。さらに、種々の形状を組み合わせた折れ曲がりであってもよい。
【００５３】
図１２に示すように、第２の異方向性の弾性体２４ｂは、折り曲げ回数が２回であってもよい。各折り曲げ角度は９０度になっている。折れ曲がり部分６６は、直線部分６６ｅとなる。固定フレーム１２と取り付け部６４の位置も直線部分６６ｅの長さと同じ距離をずらすようにする。
【００５４】
第２の異方向性の弾性体２４ｂは、折り曲げた角が、図６（ｂ）などのように曲面になっても良いし、尖っていても良い。
【００５５】
各異方向性の弾性体２４ａ、２４ｂは、複数の板状体を重ね合わせた物であっても良い。熱膨張の異なる２種以上の板状体を重ね合わせても良い。
【００５６】
各異方向性の弾性体２４ａ，２４ｂは、軸受け２２をつり下げたが、いずれか一方または両方の異方向性の弾性体２４ａ，２４ｂが、軸受け２２を下方から支える構成であっても良い。板状の取り付け部６４が固定フレーム１２よりも上方に配置されるようにする。片方吊り下げもう片方は押し上げ方式を採用した場合機械の回転による内部発熱および周囲温度変化等による熱膨張の影響は多くの場合異方向性の弾性体２４ａ，２４ｂの軸方向には圧縮力が加わる。軸受け２２を下から支える異方向性の弾性体２４ａ，２４ｂは、座屈方向の加重を受けるが、張力を受けて振幅が減少するよりも誤差の影響は受けにくい。なお、第２の異方向性の弾性体２４ｂのみを使用した場合も、同様に軸受け２２を支えても良い。
【００５７】
その他、本発明は、その主旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づき種々の改良、修正、変更を加えた態様で実施できるものである。
【符号の説明】
【００５８】
１０：計測装置
１２：固定フレーム
１４：被供試体（車輪、車軸またはタイヤ）
１６：リム
１８：主軸
２０：モータ
２２：軸受け
２４ａ，２４ｂ：異方向性のある弾性材
２６：センサ
２８：演算部
５２、５６：タイミングプーリー
５８：タイミングベルト
６０：テンションローラ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定フレームと、
被供試体を保持する手段と、
前記保持する手段の中心に取り付けられた主軸と、
前記主軸を回転させるモータと、
前記主軸を回転可能に保持する軸受けと、
前記固定フレームに対して軸受けを取り付けるための、平板状、帯状または線状の第１の異方向性のある弾性材と、
前記固定フレームに対して軸受けを取り付けるための、折れ曲がった第２の異方向性のある弾性材と、
前記第１の異方向性のある弾性材と第２の異方向性のある弾性材の変位、加速度または速度を測定するセンサと、
前記センサで測定された変位、加速度または速度から被供試体のバランスを求める演算部と、
を備えた計測装置。
【請求項２】
固定フレームと、
被供試体を保持する手段と、
前記保持する手段の中心に取り付けられた主軸と、
前記主軸を回転させるモータと、
前記主軸を回転可能に保持する軸受けと、
前記固定フレームに対して軸受けを取り付けるための、折れ曲がった異方向性のある弾性材と、
前記異方向性のある弾性材の変位、加速度または速度を測定するセンサと、
前記センサで測定された変位、加速度または速度から被供試体のバランスを求める演算部と、
を備えた計測装置。
【請求項３】
前記センサが非接触式のセンサである請求項１または２の計測装置。
【請求項４】
前記主軸に取り付けられたタイミングプーリーと、
前記モータの回転軸に取り付けられたタイミングプーリーと、
前記主軸のタイミングプーリーからモータのタイミングプーリーまで張られ、モータの動力をタイミングプーリーに伝達するタイミングベルトと、
を備え、
前記主軸のタイミングプーリーとモータのタイミングプーリーの回転数の比が整数倍である請求項１から３のいずれかの計測装置。
【請求項５】
前記被供試体を保持する手段まで搬送し、搬出するコンベヤを備え、保持する手段の周囲のローラーに対して低摩擦処理を施した請求項１から４のいずれかの計測装置。
【請求項６】
前記ローラーが２列に並んでおり、列同士の間隔を変更する装置を備えた請求項５の計測装置。
【請求項１】
固定フレームと、
被供試体を保持する手段と、
前記保持する手段の中心に取り付けられた主軸と、
前記主軸を回転させるモータと、
前記主軸を回転可能に保持する軸受けと、
前記固定フレームに対して軸受けを取り付けるための、平板状、帯状または線状の第１の異方向性のある弾性材と、
前記固定フレームに対して軸受けを取り付けるための、折れ曲がった第２の異方向性のある弾性材と、
前記第１の異方向性のある弾性材と第２の異方向性のある弾性材の変位、加速度または速度を測定するセンサと、
前記センサで測定された変位、加速度または速度から被供試体のバランスを求める演算部と、
を備えた計測装置。
【請求項２】
固定フレームと、
被供試体を保持する手段と、
前記保持する手段の中心に取り付けられた主軸と、
前記主軸を回転させるモータと、
前記主軸を回転可能に保持する軸受けと、
前記固定フレームに対して軸受けを取り付けるための、折れ曲がった異方向性のある弾性材と、
前記異方向性のある弾性材の変位、加速度または速度を測定するセンサと、
前記センサで測定された変位、加速度または速度から被供試体のバランスを求める演算部と、
を備えた計測装置。
【請求項３】
前記センサが非接触式のセンサである請求項１または２の計測装置。
【請求項４】
前記主軸に取り付けられたタイミングプーリーと、
前記モータの回転軸に取り付けられたタイミングプーリーと、
前記主軸のタイミングプーリーからモータのタイミングプーリーまで張られ、モータの動力をタイミングプーリーに伝達するタイミングベルトと、
を備え、
前記主軸のタイミングプーリーとモータのタイミングプーリーの回転数の比が整数倍である請求項１から３のいずれかの計測装置。
【請求項５】
前記被供試体を保持する手段まで搬送し、搬出するコンベヤを備え、保持する手段の周囲のローラーに対して低摩擦処理を施した請求項１から４のいずれかの計測装置。
【請求項６】
前記ローラーが２列に並んでおり、列同士の間隔を変更する装置を備えた請求項５の計測装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１３−２４７１４（Ｐ２０１３−２４７１４Ａ）
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５９４９５（Ｐ２０１１−１５９４９５）
【出願日】平成２３年７月２１日（２０１１．７．２１）
【出願人】（５１１１７７２５９）株式会社テクノオーミ (1)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月２１日（２０１１．７．２１）
【出願人】（５１１１７７２５９）株式会社テクノオーミ (1)
【Ｆターム（参考）】
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