JP2006145530A - 不釣合いおよびノンユニフォーミティを検出する装置用の軸受装置ならびに不釣合いおよびノンユニフォーミティ検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】不釣合いおよびノンユニフォーミティ測定用の軸受装置を提供する。
【解決手段】回転体の不釣合いおよびノンユニフォーミティ検出装置用の軸受装置のステイは、サポート構造体（１５、１５’、１６、１６’）に取り付けられ、また軸受けスピンドルの回転軸（７）と直交する回転軸（２８）を軸として振動できるようになっている。ノンユニフォーミティを検出するため、回転軸と直角な検出面内において、ラジアル振動および／または回転軸を軸とするねじり振動という形で振動を捕捉し、ノンユニフォーミティに起因する、検出面に直角なｚ方向の力を捕捉する。サポート構造体は、互いに平行な二枚の板バネ（１８、１８’）を介して、固定されている基礎プレートサポート（１１、１２、１３）と連結している。サポート構造体と板バネは、検出面内の可動性およびステイの力を測定するｚ方向の剛性に影響を与える。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転体を回転できる状態に保持する軸受けスピンドルを備えた、回転体の不釣合いおよびノンユニフォーミティを検出する装置用の軸受装置に係わる。さらに本発明は、回転体の不釣合いおよびノンユニフォーミティを検出する装置ならびに方法にも係わる。

下記特許文献１では、不釣合いおよびノンユニフォーミティの測定装置が既に公開されている。この文献１で公開されている測定装置では、ノンユニフォーミティを検出するために、回転できるように保持された圧力ホイールを、測定するタイヤの軸と直角な方向に、一定の力で前記測定するタイヤに押し付け、回転するタイヤが圧力ホイールと接触する面で反作用力を測定する構造になっており、またその場合、前記圧力ホイールの保持装置は、一平面内に前後して配置した二つの板バネを介して、固定されているフレームと連結している。さらに、タイヤが回転することによって発生する遠心力が引き起こす振動を測定する。この場合、圧力ホイールの力の方向は、回転軸と垂直な面内では、事前に板バネによって定められた振動方向と平行になる。そのため、ノンユニフォーミティを引き起こす力と不釣合いを引き起こす力は切り離せなくなっている。特許文献１で公開されているさらに別の実施例では、回転体の回転保持装置は、ねじれ軸を軸として振動し、かつ回転保持装置軸と該ねじれ軸によって定まる面に対し直角に振動できるように保持されている。この場合、ねじれ軸は、ほぼ中心を板バネの最大面と平行に延伸し、かつ回転軸に対し直角になっている。板バネを使用した該保持装置の回転軸は定まらず不釣合いの位置によって変化する。そのため不釣合いの測定が不正確になる。

下記特許文献２でも不釣合い測定装置が公開されているが、この装置の場合、回転軸の保持装置は、一枚の板バネを介してスタンドもしくは機械的基礎部分と連結している。板バネによって回転体は、回転軸に対し直角な方向に振動でき、また回転軸および振動方向に対し直角な方向へのねじれ運動も可能になっている。
下記特許文献３でも不釣合い測定装置が公開されており、この装置の場合、回転体は、ブリッジを介して外側のフレーム部分と連結した、プレート状部品のステイ内に設置されている。この場合、ブリッジは二つ一組で構成され、ステイプレートが回転軸に対し直角なプレート面内で振動し、かつ回転軸と直角な振動軸を軸として動かせる構造になっている。

しかし特許文献２、３は、ともに、ノンユニフォーミティを検出する方法については、公開していない。
下記特許文献４でも、回転体の不釣合いおよびノンユニフォーミティ測定装置が公開されており、この装置の場合、回転体は、回転軸に対して横方向に振動でき、かつ、振動軸および回転軸に対して直角な軸を回転軸として回転できるように保持されている。しかし、この振動と回転の双方が可能な保持構造は、不釣合い測定用に限定されている。回転体のノンユニフォーミティを測定する場合には、回転体の、回転軸に対して直角な面の方向の振動を阻止する付属装置を取り付ける。こうした付属装置を必要とするため、コスト面でも材料面でも余分な出費が伴う。
独国特許出願公開第１９７ ３４ ９０４号明細書 米国特許第４，４４５，３７２号明細書 欧州特許出願公開第１ ０７６ ２３１号明細書 欧州特許出願公開第１ １４３ ２３３号明細書

本発明の課題は、不釣合いおよびノンユニフォーミティを測定するため、回転可能な状態で保持されている回転体用の軸受けスピンドルを受け止める軸受装置で、専用に設置した特殊な装置によって剛性を変更できると同時に、不釣合いの測定からノンユニフォーミティの測定へと移行する必要がなく、しかも二つの面の不釣合いおよびノンユニフォーミティを、互いに独立し測定値の影響を受けることなく高い精度で検出できる軸受装置を創出することにある。不釣合いおよびノンユニフォーミティ測定装置に関しては、対応する装置を創出することを課題としている。不釣合いおよびノンユニフォーミティの検出方法に関しては、簡素かつ正確な方法を提示することが課題となっている。

本発明ではこの課題を、サポート構造体に設置された、軸受けスピンドルの回転軸と直交する回転軸を軸として回転する、軸受けスピンドル用のステイを備えた軸受装置によって解決しており、この場合、ノンユニフォーミティを検出するため、回転軸と直交する検出面の振動を、回転軸を軸としたラジアル振動および／またはねじり振動として捕捉できるようになっている。また、ノンユニフォーミティに起因する、検出面に対して直角なｚ方向の力も検出でき、さらにサポート構造体は、互いに平行な二枚の板バネを介して、固定した基礎プレートに連結し、サポート構造体と板バネは、検出面内の可動性およびステイの力を測定する、ｚ方向の剛性に影響を与えるようになっている。

また、当該軸受装置を備え、不釣合いに起因する検出面内の振動とノンユニフォーミティに起因する力を捕捉できる不釣合いおよびノンユニフォーミティ検出装置によっても、この課題を解決している。
また本課題は、当該軸受装置を備えた測定装置を用い、回転体の不釣合いおよびノンユニフォーミティを検出する方法、すなわち、最初に不釣合いに起因する検出面の振動を捕捉し、次にノンユニフォーミティによって生じる力を捕捉する方法によっても解決している。

本軸受装置ならびに回転体の不釣合いおよびノンユニフォーミティを検出する本装置では、ノンユニフォーミティを測定する場合、力が作用する方向の剛性を確保するために付属装置を必要としないという長所がある。不釣合いおよびノンユニフォーミティを検出する測定量は影響を受けず、しかも不釣合いとノンユニフォーミティを個別に、かつ高精度で捕捉できる点も長所となる。本発明の方法は極めて容易に実施でき、精度も高いという利点がある。

好適かつ簡素な実施形状は、ステイにステイプレートを取り付けることによって実現している。サポート構造体の材料使用量は特に少ないが、これは、互いに平行で、検出面と平行な二枚のサイドプレートから成る第一サイドプレートペアと、検出面に対しては直角で回転軸とは平行の、第一サイドプレートペアと連結した互いに平行な二枚のサイドプレートから成る第二サイドプレートペアでサポート構造体を構成し、その場合、第一サイドプレートペアの各サイドプレートは、ラジアル振動を前記各サイドプレートに伝達し回転軸を形成するため、ステイ開口部の両側に取り付けた各ブリッジを介してステイと連結し、また、第二サイドプレートペアの各サイドプレートは、前記の各サイドプレートと平行な板バネを介して本装置の基礎プレートと連結した構造になっているからである。ここで、第二サイドプレートペアを構成する各サイドプレートの、連結ブリッジの下方かつステイとサイドプレート間に、ｚ軸と平行に延伸するスプリング機能を有する要素を設けると、ステイプレートの可動性が特に増大するという長所が得られる。

第二サイドプレートペアを構成する両サイドプレートの両ブリッジが、回転軸を横断する軸上に来るようにすると、特に優れた効果が得られる。また、ステイを第一および第二サイドプレートペアのサイドプレートに連結する場合、前記ステイが回転軸と平行になる構造にすると優れた効果が得られる。
さらに別な長所として、板バネが、第二サイドプレートペアの各サイドプレートの幅全体にｚ方向へ広がっているため、ステイプレートの可動性だけでなく、ｚ方向の剛性も極めて高くなっている点が挙げられる。

不釣合いに起因する検出面内の振動を、サポート構造体へ伝達されるラジアル振動と、回転軸を軸としたステイのねじり振動によって捕捉することにより、回転体の不釣合いおよびノンユニフォーミティを検出する特に優れた装置が実現する。その結果、不釣合いに起因する振動を直接測定できるようになっている。
さらに、第一サイドプレートペアの各サイドプレートに設けた延長部に、振動測定用または振動センサ設置用の第一測定面を設け、その場合、第一測定面を、サイドプレートに対しては直角で回転軸には平行にし、サイドプレートに伝達されたラジアル振動を捕捉するために使用し、さらに、ステイプレートの、回転軸から離れた端部にある延長部に、ねじり振動測定用もしくは振動センサ設置用の第二測定面を設け、第二測定面をステイプレートと平行にし、ねじり振動を捕捉するために使用すれば、不釣合いに起因する振動を一層効果的に捕捉することが可能である。

不釣合いおよびノンユニフォーミティ検出装置の実施形態は、ステイのラジアル振動とねじり振動を測定することによって、不釣合いに起因する検出面内の振動を捕捉し、ｚ方向のノンユニフォーミティ測定値の力を捕捉するという好適な方法と結び付いている。ステイのラジアル振動は第一サイドプレートペアの一つのサイドプレートに伝達されるｘ方向の振動で測定し、ねじり振動はステイが傾斜した結果発生する回転軸を軸としたステイの振動によって測定すると、極めて高い精度が得られる。

次に、図１で示した実施例を用いて本発明を詳説する。
図１で示した軸受装置は、ステイプレート３として形成されているステイ内に保持用の開口部を備え、該保持用開口部の中には、軸受けスピンドル５が設置されている。軸受けスピンドル５は、図では示されていないタイヤなどの回転体を保持し、不釣合いおよびノンユニフォーミティを検出するための装置で、この場合、軸受けスピンドル５は、ステイプレート３の保持用開口部内に、回転軸７を軸として回転できるように保持されている。ステイプレート３は、サポート装置９を介して、基礎プレートサポート１１および互いに向き合って設置されている二枚のプレート１２、１３という三つの部分で構成されている固定された基礎プレートと連結している。互いに向き合うプレート１２、１３は基礎プレートサポート１１と堅固に連結し、かつ基礎プレートサポート１１と直角になっている。

軸受けスピンドル５上に取り付けられたタイヤの不釣合いは、ｘ方向沿いに回転軸７と平行に延伸する検出面で捕捉する。そのためステイプレート３は、回転軸２８を軸として回転できるように保持され、さらにｘ方向に沿って振動できる構造にもなっている。ノンユニフォーミティの測定はｚ沿いに行い、ｚ方向に負荷を加え、その時の力を測定して行う。

サポート装置９はステイプレート３の下に設置され、ステイプレート３とはブリッジで連結され、互いに向き合う第一サイドプレートペア１５、１５’および同じく互いに向き合う第二サイドプレートペア１６、１６’を備えている。ここで、第一サイドプレートペア１５、１５’を構成する各サイドプレートは、第二サイドプレートペア１６、１６’を構成する各サイドプレートとそれぞれ連結している。第一サイドプレートペア１５、１５’と第二サイドプレートペア１６、１６’で構成された全体を、これ以降サポート構造体と呼ぶ。第二サイドプレートペアの各サイドプレート１６、１６’はそれぞれ、同じくサポート装置９の一部を構成している一対の板バネ１８、１８’を介して、固定基礎プレートの各サイドプレート１２、１３に連結している。この場合、個々の板バネ１８、１８’は、第二サイドプレートペアの各サイドプレート１６、１６’の幅全体に延伸している。

ステイプレート３の最大面はｘ−ｚ面（水平面）と平行で、かつ回転軸７に対し直角になっている。ステイプレート３は、それぞれ１つの第一ブリッジペアの各ブリッジ２０、２０’を介して、第一サイドプレートペア１５、１５’の各サイドプレートと連結している。ブリッジ２０、２０’は軸受けスピンドル５用のステイの両側から回転軸７の方向に延伸し、ステイプレート３の下に設置されている。ブリッジは、ステイプレート３と第一サイドプレートペアの各サイドプレート１５、１５’の間を堅固に連結している。このように堅固に連結されることにより、軸受けスピンドル上のｘ−ｚ面で回転できるように保持された回転体の不釣合いによって発生する振動は、ステイプレート３からｘ方向沿いにブリッジ２０、２０’を経てサポート構造体へ伝達される。これらの振動はラジアル振動とも呼ばれている。この場合、第一サイドプレートペア１５、１５’の側面と、第二サイドプレートペア１６、１６’沿いに、一組の板バネ１８、１８’が取り付けらており、しかも各板バネ１８、１８’の最短面はｘ方向に延伸しているため、振動の可能性が確保されている。

ラジアル振動は、第一サイドプレートペアのサイドプレート１５から、回転軸７に対して互いに平行に延伸する、サイドプレート１５の延長部２５へ伝達される。該延長部は側面２６を備え、この側面２６は、振動測定する第一測定面もしくは振動センサ２７を設置する面として形成されている。側面２６はｘ方向と直角な方向に延伸している。図示した実施例の場合、側面２６に対向して、ｘ方向の不釣合いによって回転体の振動（ラジアル振動）を検出する振動センサ２７が取り付けられている。

ブリッジ２０、２０’はさらに、ステイプレート３が、固定された基礎プレートと連結したサポート装置９に対して相対的に回転する際のｚ方向の回転軸にもなっている。図１ではこの回転軸は番号２８で示されており、ｚ方向と平行に延伸し、回転軸７およびｘ方向と直角になっている。回転体の不釣合いによって引き起こされる、回転軸２８を軸とするステイプレート３の運動を以後はねじり振動と呼ぶことにするが、このステイプレート３の運動は、ステイプレート３の延長部３１の面３０を介して捕捉される。この場合、延長部３１は、回転軸２８と平行な、ステイプレート３のサイドエッジに取り付けられている。ステイプレート３の振動運動を捕捉する面３０は、ステイプレート３の最大面と平行になっている。面３０によって形成されている第二測定面に対向して、ステイプレート３の不釣合いに起因するねじり振動の、回転軸７方向の成分を検知する振動センサ３２が設置されている。図示していない他の実施例の場合には、第二測定面も直接振動を測定できる構造にすることも可能である。

図１を用いて説明した実施例の場合、第一サイドプレートペア１５，１５’のサイドプレート１５には、ほぼｚ方向に延伸する穴部２２、２２’が左右並んで設けられている。これらの両穴部によって形成されているブリッジ２３は、ステイプレート３とサイドプレート１５の間を回転軸７方向に繋ぐ連結ブリッジ２０の延長部分となっている。穴部２２、２２’は、回転軸２８を軸とするねじり振動運動を容易にするためのものであるが、この場合、サイドプレート１５、１５’のｘ方向の剛性はこれらの穴部２２，２２’によって影響を受けることはない。同様の穴部は、サイドプレート１５だけでなく、前記サイドプレートと向き合うもう一つのサイドプレート１５’にも設けられている。

さらにステイプレート３は、ステイプレート３の保持用開口部の両側面の、ほぼセンター部分に取り付けられているブリッジ３４、３４’を介して、第二サイドプレートペア１６、１６’の各サイドプレートに連結している。第二サイドプレートペア１６、１６’の各サイドプレートは、回転軸７の方向に延伸しステイプレート３の下に設置されている各ブリッジ３４、３４’の下方に、ほぼｚ方向へ延伸するスリット部３６を備えており、該スリット部３６によってステイプレート３の振動運動は、第二サイドプレートペアの各サイドプレート１６、１６’に伝達できるようになっている。

軸受装置１は、ノンユニフォーミティを測定するために加えるｚ方向の力に耐える構造になっている。これは主に、第一サイドプレートペア１５、１５’および第二サイドプレートペア１６、１６’から成るサポート構造体とステイプレート３の間にあって力を伝達するブリッジ２０、２０’および３４、３４’の剛性、サポート構造体自体の構造、そして特に板バネ１８、１８’のｚ方向の力に抗する剛性によって得られる。板バネ１８、１８’がｚ方向の力に対し高い剛性を備えているのは、力が加わった際にせん断力が作用する部分が、ｚ方向にある板バネの最長の、したがって最も剛性が高いサイドエッジになっているからである。

図示していないさらに別の実施例では、サポート構造体のサイドプレート、特に第一サイドプレートペア１５、１５’の各サイドプレートは、一部が円弧構造になっている。この場合、前記円弧構造はｘ−ｚ面と平行になっている。
回転体の不釣合いおよびノンユニフォーミティを測定するには、先ず回転体を軸受けスピンドル上に固定する。その後、スピンドル５を、電動モーターなどの動力で回転軸７を軸として回転させる。回転速度に応じて変動する不釣合いを検知するため一定の速度に設定し、回転体のラジアル振動をｘ方向の第一振動記録装置２７で、また回転軸２８を軸としたねじり振動の主に回転軸７の方向の成分を第二振動記録装置３２で捕捉する。そこから角度によって変化する回転体の不釣合いを従来の方法で算出する。

引き続きノンユニフォーミティを測定する場合は、スピンドル５の上に取り付けた回転体に対してｚ方向の反対方向に、圧力ホイールなどを用いて負荷をかける。負荷をかけるには、上に圧力ホイールを取り付けた往復台などを、ｚ方向にスピンドルの方へスライドさせることにより行われる。回転体のノンユニフォーミティによって生じたｚ方向の反作用力を、図１では示されていない、圧力ホイールの保持装置に設置した力測定装置によって捕捉し、そこから既存の方法で回転体のノンユニフォーミティを検出する。

回転体の不釣合いおよびノンユニフォーミティ検出装置の、横から見た透視略図である。

符号の説明

３ ステイプレート
５ 軸受けスピンドル
７ 回転軸
９ サポート装置
１１、１２、１３ 基礎プレート

Claims (2)

1. 回転体を回転可能に取り付けるための軸受けスピンドル（５）と前記軸受けスピンドル（５）の受け部（３）とを備える回転体の不釣合いおよびノンユニフォーミティ測定装置のための軸受装置において、
   前記受け部（３）は前記軸受けスピンドルの回転軸（７）と直交する回転軸（２８）を中心に回転可能にサポート装置（９）上に取り付けられており、前記回転軸に対して垂直である検出面（２６、３０）における振動がラジアル振動および／または前記回転軸（２８）を中心とするねじり振動の形で検出され、ノンユニフォーミティにより生じる力が、前記検出面（２６、３０）に対して垂直であるｚ方向において検出され、前記サポート装置（９）は互いに平行に配置される２つの板バネ（１８、１８’）によって固定基部（１１、１２、１３）に結合され、前記キャリア構造（９）および前記２つの板バネ（１８、１８’）によって、前記検出面（２６、３０）における可動性と、力測定のためのｚ方向における前記受け部の剛性とが得られるように構成された軸受装置。
2. 請求項１に記載の軸受装置を有する測定装置を用い、前記検出面（２６、３０）における不釣合いにより生じる振動がまず検出され、ノンユニフォーミティにより生じる力が次に検出されることを特徴とする、回転体の不釣合いおよびノンユニフォーミティの測定方法。

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