(57)【要約】      （修正有）【課題】タイヤのアンバランス状態の位置および量を適切に特定できるダイナミックバランサを提供する。【解決手段】支持フレーム１２と、フレームプレート１８とを備え、少なくとも１つのフォースセンサ１２０が、センサプレート１８とスピンドルアセンブリ３０との間に連結され、スピンドルシャフト５８が回転するとそれらの間の力の変動を検出する。タイヤのバランス状態を検出するための関連する方法において、複数のフォースセンサ１２０をタイヤの回転に対して略水平面に維持して設け、タイヤをチャックして膨らませ、タイヤを所定の速度まで回転させ、複数のフォースセンサ１２０からフォースデータを生成し、フォースデータからアンバランス状態を算出し、アンバランス状態がしきい値を超えると、タイヤのアンバランス箇所にマーキングする。【選択図】図１
2018077216.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持フレームと、
前記支持フレームに保持され、スピンドル孔が貫通して設けられたフレームプレートと、
回転可能なスピンドルシャフトを有し、前記支持フレームに受け入れられ、前記スピンドル孔を通って延伸するスピンドルアセンブリと、
少なくとも前記支持フレームに連結されたセンサプレートと、
前記センサプレートと前記スピンドルアセンブリとの間に連結され、前記回転可能なスピンドルシャフトが回転すると、前記センサプレートと前記スピンドルアセンブリとの間の力の変動を検出する少なくとも１つのフォースセンサと、
を備えるダイナミックバランサ。
【請求項２】
複数の横方向調整機構をさらに備え、前記複数の横方向調整機構は、前記フレームプレートに固定された調整プレートをそれぞれ有し、前記センサプレートと係合可能である調節可能なねじが前記調整プレートに通された、請求項１に記載のダイナミックバランサ。
【請求項３】
前記スピンドルアセンブリから半径方向に延伸する外側ハウジングプレートをさらに備え、前記外側ハウジングプレートと前記センサプレートとの間に、前記少なくとも１つのフォースセンサが配置される、請求項１に記載のダイナミックバランサ。
【請求項４】
前記回転可能なスピンドルシャフトに連結され、前記回転可能なスピンドルシャフトの角度位置を検出するエンコーダをさらに備える、請求項３に記載のダイナミックバランサ。
【請求項５】
中空構造を有する前記回転可能なスピンドルシャフトに連結された空気供給部をさらに備え、タイヤが、前記回転可能なスピンドルシャフトに取り付けられ、かつ、前記空気供給部を介して前記回転可能なスピンドルシャフトを通して膨らませられる、請求項４に記載のダイナミックバランサ。
【請求項６】
前記タイヤの回転中に前記タイヤのバランス特性を決定するために、前記少なくとも１つのフォースセンサ、前記エンコーダおよび前記空気供給部から信号を受信するコントローラをさらに備える、請求項５に記載のダイナミックバランサ。
【請求項７】
複数の前記フォースセンサは、前記回転可能なスピンドルの回転軸を中心に互いに約９０°間隔で位置づけられ、少なくとも２つの力成分をそれぞれ検出する、請求項６に記載のダイナミックバランサ。
【請求項８】
前記複数のフォースセンサは、前記回転可能なスピンドルの回転軸に対して等距離の位置に設けられる、請求項７に記載のダイナミックバランサ。
【請求項９】
前記複数のフォースセンサは、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸の力成分をそれぞれ検出する、請求項７に記載のダイナミックバランサ。
【請求項１０】
支持フレームと、
タイヤを回転させる回転可能なシャフトを有し、前記支持フレームに受け入れられるスピンドルアセンブリと、
前記支持フレームと前記スピンドルアセンブリとの間で略水平面上に配置され、前記タイヤのバランス状態を決定するためにフォース信号をそれぞれが生成する複数のフォースセンサと、
を備えるダイナミックバランサ。
【請求項１１】
前記複数のフォースセンサは、３方向の力をそれぞれ測定し、前記複数のフォースセンサがそれぞれ有する３つの測定対象軸がそれぞれ同じ方向を向くように、前記複数のフォースセンサは互いに位置の調整がなされている、請求項１０に記載のダイナミックバランサ。
【請求項１２】
前記複数のフォースセンサのそれぞれからＹ軸方向の信号を受信して加算信号を生成する加算モジュールと、
前記加算信号を受信するとともに、前記複数のフォースセンサのそれぞれからＺ軸方向の信号を受信し、それぞれに対応する増幅信号を生成するチャージアンプと、
をさらに備える請求項１１に記載のダイナミックバランサ。
【請求項１３】
前記回転可能なシャフトに連結され、角度位置信号を生成するデータエンコーダと、
静アンバランス量と、偶アンバランス量と、前記静アンバランス量および前記偶アンバランス量の修正量とを決定するために、前記増幅信号と前記角度位置信号とを受信するデータ取得モジュールとを備える、請求項１２に記載のダイナミックバランサ。
【請求項１４】
タイヤのバランス状態の検出方法であって、
複数のフォースセンサを前記タイヤの回転に対して略水平面に維持して設け、
前記タイヤをチャックして膨らませ、
前記タイヤを所定の速度まで回転させ、
前記複数のフォースセンサからフォースデータを生成し、
前記フォースデータからアンバランス状態を算出し、
前記アンバランス状態がしきい値を超えると、前記タイヤのアンバランス箇所にマーキングする、
ことを含む、タイヤのバランス状態の検出方法。
【請求項１５】
前記所定の速度に達すると、前記タイヤを回転させているモータとの係合を解除し、
前記タイヤが第２の所定の速度に達すると、前記複数のフォースセンサからフォースデータを生成する、
ことをさらに含む、請求項１４に記載のタイヤのバランス状態の検出方法。
【請求項１６】
前記複数のフォースセンサがそれぞれ有する３つの測定対象軸がそれぞれ同じ方向を向くように、前記複数のフォースセンサの位置をそれぞれ調整する、
ことをさらに含む、請求項１４に記載のタイヤのバランス状態の検出方法。
【請求項１７】
前記タイヤの回転中に角度位置信号を生成し、
前記複数のフォースセンサのそれぞれからのＹ軸方向の信号を加算して、加算信号を生成し、
前記角度位置信号、前記加算信号および前記複数のフォースセンサのそれぞれからのＺ軸方向の信号から、静アンバランス量と、偶アンバランス量と、前記静アンバランス量および前記偶アンバランス量の修正量とを算出する、
ことをさらに含む、請求項１６に記載のタイヤのバランス状態の検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ダイナミックバランサに関する。特に、本発明は、ダイナミックバランサによって回転させたタイヤのバランス状態（balance condition）を判定するためのダイナミックバランサに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、製造されたタイヤは、市場に流通させる前に一定の検査にかけられる。このような検査には、タイヤを高速回転させてタイヤのバランスを測定する検査がある。タイヤのバランス測定に用いるマシンでは、タイヤを所定位置に固定して膨らませた後、タイヤを高速回転させながらタイヤの回転中の力を検出する必要がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
通常、従来の装置では、タイヤの回転に対して軸方向の関係にある力を検出するロードセルが利用されている。これらは上述した目的に有効ではあるが、より高精度のバランス状態判定値を得ることが可能であると考えられている。したがって、当該技術分野において、タイヤの回転に対して水平面の力を検出する改良されたタイヤバランサが必要とされている。また、有意な方法で検出された力を収集、処理して、タイヤのアンバランス状態の位置および量を適切に特定することも必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記に鑑み、本発明の第１の態様は、ダイナミックバランサを提供することである。
【０００５】
本発明のさらなる態様は、支持フレームと、支持フレームに保持され、スピンドル孔が貫通して設けられたフレームプレートと、回転可能なスピンドルシャフトを有し、支持フレームに受け入れられ、スピンドル孔を通って延伸するスピンドルアセンブリと、少なくとも支持フレームに連結されたセンサプレートと、センサプレートとスピンドルアセンブリとの間に連結され、回転可能なスピンドルシャフトが回転すると、センサプレートとスピンドルアセンブリとの間の力の変動を検出する少なくとも１つのフォースセンサとを備えるダイナミックバランサを提供することである。
【０００６】
本発明のさらなる態様は、支持フレームと、タイヤを回転させる回転可能なシャフトを有し、支持フレームに受け入れられるスピンドルアセンブリと、支持フレームとスピンドルアセンブリとの間で略水平面上に配置され、タイヤのバランス状態を決定するためにフォース信号をそれぞれが生成する複数のフォースセンサとを備えるダイナミックバランサを提供することである。
【０００７】
本発明のさらなる態様は、複数のフォースセンサをタイヤの回転に対して略水平面に維持して設け、タイヤをチャックして（chuck）膨らませ、タイヤを所定の速度まで回転させ、複数のフォースセンサからフォースデータを生成し、フォースデータからアンバランス状態を算出し、アンバランス状態がしきい値を超えると、タイヤのアンバランス箇所にマーキングする、タイヤのバランス状態の検出方法を提供することである。 
【０００８】
本発明の上記および他の特徴および利点は、以下の記載、添付の特許請求の範囲および添付の図面からさらに深く理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の概念によるダイナミックバランサの斜視図である。
【図２】本発明の概念によるダイナミックバランサの側面図である。
【図３】本発明の概念によるダイナミックバランスの平面図である。
【図４】本発明の概念によるダイナミックバランサにおいて利用されるセンサプレートの平面図である。
【図５】本発明の概念によるダイナミックバランサの動作に利用される制御システムの概略図である。
【図６】本発明の概念によるダイナミックバランサにおいて利用され、センサプレートとフォースプレートとの間に配置される複数のフォースセンサの概略図である。
【図７】本発明の概念によるダイナミックバランサの動作において利用される制御システムの詳細を示す概略図である。
【図８】本発明の概念によるダイナミックバランサを利用してタイヤ重量を取得する工程を示す動作フローチャートである。
【図９】本発明の概念による、モータによるタイヤの回転に伴い、静アンバランス量、偶アンバランス量および修正量を取得するダイナミックバランサの動作工程を示す動作フローチャートである。
【図１０】本発明の概念による、タイヤの所定速度での自由回転に伴い、静アンバランス量、偶アンバランス量および修正量を取得するダイナミックバランサの動作工程を示す動作フローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
タイヤやその他の環状体のバランスを測定するためのダイナミックバランサが、図１から図４に参照番号１０で概して示されている。以下に詳細に記載するように、ダイナミックバランサ１０は、アンバランスの位置、アンバランス量（weight of imbalance）、アンバランス偶力（coupling force of imbalance）および関連するデータ等のアンバランス特性を求めるためにタイヤ等の環状体の検査を行う。一般には、タイヤをバランサに載せ、ロック機構によってバランサに固定する。そして、タイヤを膨らませ、比較的速い速度、例えば４００ｒｐｍの速度で回転させる。また、力測定用にタイヤの回転に対して水平面にフォースセンサが設けられてもよい。フォースセンサからのデータや他の入力値がコントローラに送られて、アンバランス特性を決定し、被検査タイヤへのマーキングやさらなる処理を施すための報告や機械命令を生成するようにしてもよい。
【００１１】
ダイナミックバランサは、床やその他の静止表面に固定された支持フレーム１２を含む。支持フレーム１２は、直立脚部１４を含んでもよく、直立脚部１４は、フレーム横材１６によって上端部および下端部またはそれらの付近で相互接続されてもよい。必要に応じて、さらなるフレーム横材が採用されてもよい。上側フレーム横材によってフレームプレート１８が支持されてもよい。図２および図５に最良に示すように、フレームプレート１８にはスピンドル孔２２が貫通して設けられており、このスピンドル孔２２は、フレームプレート１８の概して中央に位置づけられるものであってもよい。複数のロックダウン孔２４がフレームプレート１８を貫通し、スピンドル孔２２の外周の周りに位置づけられる。図示した実施形態では、４つのロックダウン孔２４が設けられ、スピンドル孔２２を中心にそれぞれ実質的に等しい角度間隔を空けて配置される。なお、他の実施形態では、異なる数のロックダウン孔２４が採用されてもよい。また、ロックダウン孔２４の周囲に設けられるスピンドル孔２２の角度間隔は、一定のものであっても異なるものであってもよい。本実施形態において、ロックダウン孔２４は、固定用ボルト等を受け入れるように雌ねじが形成されている。以下の記載から分かるように、他の固定機構がロックダウン孔２４に受け入れられてもよい。
【００１２】
支持フレーム１２にはスピンドルアセンブリ３０が固定されずに受け入れられ、スピンドルアセンブリ３０の外側部分が、支持フレームによって支持され保持されて、以下に記載するスピンドルが外側部分内で回転可能となる。なお、以下に続く詳細な説明から分かるように、スピンドルアセンブリ内で回転可能なスピンドルによってタイヤが回転している間に観察される力がスピンドルアセンブリの支持態様に影響を受けることがないようにスピンドルアセンブリが支持される。
【００１３】
モータアセンブリ３４がスピンドルアセンブリ３０によって保持されてもよく、モータアセンブリ３４は、スピンドルアセンブリに装着されたタイヤを適切な速度で回転させるために適切な構成の変速機３５に連結される。モータアセンブリ３４は、スピンドルアセンブリ３０の回転可能な部分に連結された接続ベルト３６を変速機３５を介して回転させる。モータアセンブリ３４は、以下に記載するように、システムコントローラから、大文字Ａで示すモータ信号３８を受信する。なお、当業者であれば、システムコントローラが、信号線３８を介してフィードバックおよび／またはモータアセンブリの動作性能を受信するものであってもよいことは明らかであろう。
【００１４】
スピンドルアセンブリ３０は、スピンドル孔２２を通って延伸する主ハウジング４４（または外側部分）を含む。主ハウジング４４から半径方向に、複数のガセット４８によって互いに接続されたものであってもよい外側ハウジングプレート４６が延伸する。スピンドルアセンブリを支持フレーム１２内に維持しやすいように、フレームプレート１８の下側および／またはフレーム横材１６および／または脚部１４と、主ハウジング４４とにカウンタバランスブラケット５０が取り付けられてもよい。カウンタバランスブラケット５０は、スピンドルアセンブリを支持フレーム１２に対して支持しやすいようにするために、圧縮ばねを介してねじ付きボルトを受け入れるようにしてもよい。換言すれば、カウンタバランスブラケット５０は、モータアセンブリ３４、変速機３５および関連する構成部品の重さの釣り合いをとり、支持フレーム１２に対するスピンドルアセンブリの最適な角度配向を確保するために用いられてもよい。また、主ハウジング４４の部分を変速機３５および／またはモータアセンブリ３４に連結するために取付ブラケット５１が採用されてもよい。
【００１５】
ベルト３６によって主ハウジング内において回転させられる回転可能なスピンドルシャフト５８が、主ハウジング４４の両端から延伸する。本実施形態において、スピンドルシャフトは、装着されたタイヤへの空気の出し入れを行いやすいように、中空構造のものか、少なくとも空気の通路が貫通して設けられたものである。なお、当業者であれば、スピンドルシャフトを所望の速度で回転させることができるように、回転可能なスピンドルシャフト５８と主ハウジング４４との間に適切な軸受が設けられることは明らかであろう。スピンドルシャフト５８にはエンコーダ６０が連結され、本実施形態では、エンコーダは、ベルト３６の下方に取り付けられる。エンコーダは、スピンドルシャフトの角度位置をモニタしてエンコーダ信号６２を生成し、ここでは大文字Ｂで示されているエンコーダ信号６２は、以下に記載するようにシステムコントローラに送信される。一実施形態において、エンコーダは、スピンドルシャフトの角度位置に基づいて位置０〜１９９９の値を報告する２０００位置タイプのリニアインクリメンタルエンコーダである。もちろん、必要に応じて採用する位置の個数は異なるものであってもよい。
【００１６】
ロータリユニオン６４がエンコーダの下方に位置づけられ、スピンドルシャフト５８に連結される。ロータリユニオン６４は、必要に応じて装着したタイヤを膨らませる加圧空気供給部６６にさらに接続され、加圧空気供給部６６は、システムコントローラによって受信される大文字Ｃで示した圧力信号６８を生成する。圧力信号６８は、タイヤがスピンドルアセンブリ３０に固定されると、タイヤの膨張圧をモニタするために利用される。
【００１７】
スピンドルシャフト５８の上端部には下側タイヤリム７０が固定され、下側タイヤリム７０は、さまざまな直径サイズのタイヤを受け入れるように構成され、特に、大文字Ｔで示すタイヤのビードを受け入れるように構成される。タイヤがダイナミックバランサに装着されると、対応する上側タイヤリム７６を有するロック部材７４がスピンドルシャフト５８に受け入れられる。ロック部材７４は、釣り合い試験の間、タイヤを適所に保持するように機能する。例示的なバランサに係る例示的なロック機構の詳細な動作については、２０１６年５月２７日に出願された「Apparatus For Holding A Tire In A Tire Balancing Machine」という発明の名称の米国特許出願第１５／１６６，４５６号明細書に開示されており、同明細書の内容全体は、参照により本明細書に援用されたものとする。もちろん、タイヤの固定および回転についての他の実施形態が、本願に開示された本発明の概念とともに採用されてもよい。当業者であれば、空気供給やそれに伴う加圧空気が、検査前や検査中に、ロータリユニオン６４、スピンドル５８の中空シャフトを通って、タイヤ内に入ることは明らかであろう。
【００１８】
複数の横方向調整機構８０が、フレームプレート１８に取り付けられてもよく、以下に記載するように、フォースセンサの位置を高精度に定めるために使用される。図示した実施形態において、各横方向調整機構は、フレームプレートの両側であってフレームプレートの各側の両角付近に取り付けられる。各横方向調整機構８０は、一対のねじ付き固定具８４によってフレームプレートの各側に固定された調整プレート８２を含んでもよい。もちろん、調整プレートをフレームプレートに固定する方法については、必要に応じて他の方法が採用されてもよい。各調整プレートは、調節可能なソケットヘッドキャップねじ８６等が調整プレート８２に対して軸方向に移動できるようにしてもよい。
【００１９】
図３および図４に最良に示すように、フレームプレート１８にセンサプレート１００が位置づけられてもよい。また、センサプレート１００にはセンサプレート孔１０１が設けられ、センサプレート孔１０１を貫通してスピンドルアセンブリ３０が受け入れられる。センサプレート１００は、それぞれ接続された外縁部１０２と、フレームプレート１８の反対側にある上面１０４とを有する。センサプレート１００は、センサプレート１００を貫通して延伸する複数のボルト孔１０５を有し、各ボルト孔１０５は、フレームプレート１８を貫通するそれぞれに対応するロックダウン孔２４と概して整列した位置にある。少なくとも各ボルト孔１０５にロックダウンワッシャ１０６が対応付けられてもよい。ボルト孔１０５にはロックダウンボルト１１０が受け入れ可能であり、ロックダウンボルト１１０は、ロックダウンワッシャとともにセンサプレート１００をフレームプレート１８に固定するように機能する。なお、当業者であれば、各ロックダウンボルト１１０の外径は、受け入れられるボルト孔１０５の直径より小さいものであることは明らかであろう。このように、センサプレート１００は、横方向調整機構８０と関連させてソケットヘッドキャップねじ８６を動かし調整することでセンサプレートの横方向の位置を定めることができるようにフレームプレート上を移動可能である。具体的には、センサプレート１００の外縁部は、ねじ８６により移動可能であり、所望の位置が取得されれば、センサプレート１００が地面に固定されるか、またはフレームプレート１８に対して固定されるように、ロックダウンボルト１１０および関連するロックダウンワッシャ１０６がフレームプレートの下方にある適切な固定具に締め付けられる。
【００２０】
それぞれ異なるアルファベットＡ、Ｂ、…の接尾文字を参照符号に付した複数のフォースセンサ１２０がセンサプレート１００、特に、上面１０４に取り付けられる。また、フォースセンサ１２０は、外側ハウジングプレート４６の下面と接触する。換言すれば、フォースセンサは、センサプレート１００と外側ハウジングプレート４６との間に設けられる。その結果、スピンドルアセンブリの全重量がフォースセンサによって支持される。このようにして、タイヤの回転によりかかる力やその力に生じた変化はすべて、スピンドルアセンブリ３０および外側ハウジングプレートを通じてフォースセンサ１２０によって検出される。当業者であれば、ロードセルとも呼ばれるこのようなフォースセンサは、印加された力や力の変化を検出して対応する電気信号を生成する任意のタイプのものであってもよいことは明らかであろう。フォースセンサは、ひずみゲージや圧電型素子の形態のものであってもよい。各フォースセンサ１２０は、それぞれ対応するアルファベットの接尾文字を参照符号に付したセンサ信号１２２を生成し、これらのセンサ信号１２２はさらに、大文字Ｄと対応する下付き文字（１，２，３，ｘ）で示されている。このように、各「センサ信号」１２２は、多分力値のすべてを表す複数の信号を含むものであってもよい。センサ信号１２２はすべて、以下に記載するシステムコントローラによって受信される。各フォースセンサは、ｘ方向、ｙ方向およびｚ方向の分力値を含む信号を生成するものであってもよい。フォースセンサ１２０は、センサプレートに対して、それぞれ等間隔に、スピンドルアセンブリ３０の主ハウジング４４を中心にした位置関係で配置される。図示した実施形態において、フォースセンサは、スピンドルシャフトの回転軸を中心に互いに約９０°間隔で位置づけられる。そして、図４から分かるように、各フォースセンサからのｘ成分の力およびｙ成分の力はそれぞれ同じ方向を向いている。ｚ成分の力は紙面奥側に向かう方向を向いている。各フォースセンサは、さらなる解析のためにそれぞれのフォースセンサによって生成された少なくとも１つ以上の力を検出する。いずれにせよ、複数のフォースセンサのうち他に比べてスピンドルアセンブリの中心からの距離が長いものがないように、スピンドルアセンブリの中心軸から等距離に各フォースセンサが位置づけられればよい。これは、センサプレートをフレームプレートに対して適切に位置づけて、横方向調整機構について上述したように、センサプレートを適所にロックすることで達成される。このようにして、各フォースセンサは、釣り合い試験中、タイヤが回転されるとタイヤのアンバランス部分を適切に検出するように同様の信号を生成する。
【００２１】
ここで、図５を参照すると、ダイナミックバランサの制御システムが概して参照番号１５０で示されていることが分かる。制御システム１５０は、ダイナミックバランサ１０の構成部品からの種々の入力およびユーザからの入力を受信するとともに、被検査タイヤのバランス状態の判定についての作業者支援となる出力を生成するために必要なハードウェア、ソフトウェアおよびメモリを備えるシステムコントローラ１５２を含む。
【００２２】
システムコントローラ１５２は、回転中のタイヤの圧力を示す、加圧空気供給部６６からの入力、検査中のタイヤの角度位置を判定するエンコーダ６０からの入力、スピンドルシャフト５８によるタイヤの回転に伴い生成される力および／または力の変化をそれぞれが検出する複数のフォースセンサからの入力を受信する。換言すれば、タイヤが回転すると、タイヤは、スピンドルシャフト、スピンドルシャフト５８と主ハウジング４４との間にある軸受を通って、外側ハウジングプレート４６へと伝達される力を生じる。その結果、力は、スピンドルアセンブリによってフレームプレートへとそれらの間にあるフォースセンサ１２０を通って伝達され、タイヤのバランス状態を示すものとなる。そして、システムコントローラ１５２は、フォースセンサから受信した信号を処理し、タイヤのバランス読取値１５６を生成する。なお、システムコントローラ１５２が受信するデータ信号の解析に関するフィルタリングおよび／または調整を行えるように、システムコントローラ１５２にユーザ入力１５４が供給されてもよい。バランス読取値の報告を利用することで、被検査タイヤに対し、使用可能な合格品としてのマーキングやその他のマーキングを適切に施すことができる。
【００２３】
ここで、図６を参照すると、ダイナミックバランサ１０において利用されるフォースセンサのレイアウトの一例が示されている。図から分かるように、フォースセンサは、水平面上において、スピンドル軸の中心点周りに９０°間隔でそれぞれ中心から等距離の位置に配置される。フォースセンサは、ＬＣ１２、ＬＣ３、ＬＣ６およびＬＣ９として識別しているが、これらの数字は、時計の文字盤の数字を表したものであり、フォースセンサ１２０Ａ〜Ｄに相当する。当業者であれば、各フォースセンサが、３方向、すなわち、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向の力を測定することは明らかであろう。各軸の値には、特定の方向におけるフォースセンサの伸縮のいずれかを表す正値および負値がある。また、各フォースセンサは互いに位置の調整がなされていることで、測定される３軸のそれぞれがすべて同じ方向を向いたものとなる。図２を参照すると分かるように、被検査タイヤＴが、一組のリム７０および７６にチャックされ、リム７０および７６は、フォースプレートとセンサプレートとの間に設けられたフォースセンサを含む水平面から一定距離上方に位置している。また、タイヤの重量により、４つのロードセルすべてに正の（＋Ｚ）方向の荷重がかかる。このようにして、任意の３つの測定値を与えると、軸に対するモーメントを算出することができる。このような式では、ロードセル間の所与の軸上の距離に相当する定数ａおよびｂを考慮する。定数ｃは、被検査タイヤとロードセルとの間の高さの負数である。
【００２４】
アンバランスの位置および量を取得するために、バランサマシン１０は、静アンバランス量（static imbalance）と、偶アンバランス量（couple imbalance）と、静アンバランス量および偶アンバランス量のそれぞれの修正量とを算出する。静アンバランス量とその修正量を求めるには、Ｙ方向の力の総和（Ｆｙ＝Ｆｙ１２＋Ｆｙ３＋Ｆｙ６＋Ｆｙ９）が必要となる。偶アンバランス量とその修正量を求めるには、以下の式、
【数１】
2018077216.tif 000003
で与えられるＸ軸に対するモーメント（Ｍｘ）が必要となる。式中、Ｆｚ１２は、フォースセンサＬＣ１２によって検出されるＺ軸方向の力を表し、以下同様である。したがって、ここで図７を参照すると、システムコントローラ１５２は、複数成分に分かれたセンサ信号１２２Ａ〜Ｄを受信する。詳細には、フォースセンサ１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃおよび１２０Ｄは、チャージアンプ１８０と、加算モジュール１８２および１８６とに接続される。本実施形態において、チャージアンプ１８０は、フォースセンサにおいて維持されるものである圧電素子（一般には石英等）の電荷を維持する役割を担うものである。このような圧電素子が伸縮すると、電荷に微量の変化が生じる。このような変化はチャージアンプによってピコクローン単位で測定される。チャージアンプは、この測定値を、アナログ回路を介して±１０Ｖの範囲の電圧に変換する。一定時間が経過すると、フォースセンサに残る電荷がフォースセンサへの物理的変化を検知できなくなるレベルまで消失する。したがって、各フォースセンサは周期的に充電される必要がある。また、充電毎に測定レベルがゼロ調整される。このように、バランサマシンは、タイヤをバランサにチャックして膨らませて回転させた後にフォースセンサを充電するため、タイヤの回転によりフォースセンサにかかる力の変動のみが測定されることになる。
【００２５】
チャージアンプは、フォースセンサ１２０Ａ〜ＤからＺ軸方向のフォース信号をすべて直接受信する。加算モジュールＹ１８２は、フォースセンサ１２０Ａ〜ＤからＹ軸方向のフォース信号をすべて受信する。同様に、加算モジュールＸ１８６は、フォースセンサ１２０Ａ〜ＤからＸ軸方向のフォース信号をすべて受信する。加算モジュールＹ１８２は、チャージアンプ１８０によって受信される加算信号１８４を生成し、同様に、加算モジュールＸ１８６は、チャージアンプ１８０によって受信される加算信号１８８を生成する。チャージアンプ１８０には、データ取得モジュール１９０が接続される。データ取得モジュール１９０は、エンコーダ６０によって生成されたエンコーダ信号６２も受信する。
【００２６】
動作中、データ取得モジュール１９０は、チャージアンプ１８０で発生された電圧をサンプリングする。一実施形態において、データ取得モジュール１９０は、チャージアンプ１８０から１３，３３３回／秒のレートで受信したすべての信号をサンプリングする。そして、このデータレートで、データ取得モジュール１９０は、エンコーダ６０の状態を２，０００回サンプリングする。このように、タイヤがバランサマシンにおいて、例えば４００ＲＰＭの回転速度で回転しているとき、およそ２，０００データ点／回転を得ることができる（１３３３３Ｈｚ÷（４００ＲＰＭ／６０秒）＝２０００サンプル数／回転）。そして、システムコントローラは、着目する信号のそれぞれから回転毎に２，０００データ点をサンプリングし、これらのサンプリングデータを個別の波形に変換する。本実施形態では、波形の各データ点についてＸ軸に対するモーメントを求める式を計算する。各波形に離散フーリエ変換を施し、その波形の基本波ハイポイント角度を求める。Ｙ軸方向信号（Ｆｙ）の総和の基本波ハイポイント角度を用いて、静アンバランス量とその修正量とを算出する。同様に、Ｘ軸に対するモーメント（Ｍｘ）の基本波ハイポイント角度を用いて、偶アンバランス量とその修正量とを算出する。
【００２７】
ここで、図８から図１０を参照すると、タイヤ重量と、種々のアンバランス値およびそれらの修正量を取得する動作ステップが図示されている。
【００２８】
図８には、タイヤの重量を取得するために利用される方法が示されているが、このタイヤ重量取得方法については、他の目的のために利用されることもあれば、完全に省略されることもある。このタイヤ計量方法は、概して、参照番号２００で表されている。最初のステップとして、ステップ２０２において、（前述したように）チャージアンプ１８０によってフォースセンサを充電する。次に、ステップ２０４において、タイヤをバランサマシンに載せてチャックする。所定の待機時間、例えば１秒経過後、データ取得モジュール１９０は、Ｚ軸方向のフォース信号（Ｆｚ）をすべて加算して、タイヤの全重量を取得する。そして、上記方法は、ステップ２０８において、図９または図１０のいずれかに示すようなタイヤアンバランス値の取得を開始してもよい。
【００２９】
図９は、概して参照番号２２０で示す、タイヤアンバランス値を取得するための一連のステップを示す。ステップ２２２において、タイヤをバランサに設置して適所にチャックした後、タイヤを膨らませる。次に、ステップ２２４において、タイヤをモータアセンブリによって所定の速度まで回転させる。本実施形態では回転速度を４００ＲＰＭに設定しているが、当業者であれば、他の速度が用いられてもよいことは明らかであろう。そして、ステップ２２６において、測定値をゼロ調整するようにフォースセンサが充電される。ステップ２２８において、フォースセンサからタイヤの一回転分のデータが収集される。必要に応じて、さらなる解析用にさらなる回転分のデータが収集されてもよい。次に、ステップ２３０において、ステップ２２８で収集されたデータを利用して、タイヤの静アンバランス量および偶アンバランス量と、それぞれの修正量とを算出する。そして、システムコントローラからのデータを利用して、アンバランスが最も大きな箇所をマーキングするための位置でモータアセンブリによってタイヤを停止させる。最後に、タイヤの空気を抜いてチャックから取り外した後、次のステップへと進み、所定のしきい値を超過していれば、タイヤへのマーキングを行ってもよい。
【００３０】
ここで、図１０を参照すると、自由回転法を利用して偶アンバランス量とその修正量とを求める手順が、概して参照番号２４０で表されている。本実施形態においても、ステップ２４２において、タイヤをチャックして膨らませる。次に、ステップ２４４において、タイヤを回転させ、回転速度を所定の速度にその速度の所定割合の速度を足した速度まで上げる。例えば、タイヤの回転速度を、前述した方法で提示した公称値より１０パーセント高い４４０ＰＲＭの回転速度まで上げてもよい。次に、ステップ２４６において、フォースセンサは、測定値をゼロ調整するように充電される。そして、ステップ２４８において、モータとスピンドルシャフトとの係合を解除し、タイヤをスピンドルシャフト上で自由回転状態にする。
【００３１】
タイヤの速度が落ち、所定の速度値、例えば４００ＲＰＭに差し掛かるタイミングで、データ取得モジュールは、その所定の速度値を跨いでタイヤの速度が落ちるときの１回転分のデータを収集する。次に、ステップ２５２において、静アンバランス量および偶アンバランス量と、それらの修正量とを算出する。そして、前述した実施形態と同様に、ステップ２５４において、アンバランスが最も大きな箇所をマーキングするための位置でタイヤを停止させ、ステップ２５６において、タイヤの空気を抜いてチャックから取り外した後、次のステップへと進み、所定のしきい値が超過されるとタイヤへのマーキングを行ってもよい。
【００３２】
なお、当業者であれば、上記で参照した静アンバランス値および偶アンバランス値から、タイヤの上面および下面の両方のダイナミックアンバランス測定量が算出されてもよいことは明らかであろう。ダイナミックアンバランス量は、静アンバランス量および偶アンバランス量を各バランス平面においてベクトル合成したものである。したがって、被検査タイヤの純静アンバランス量およびその対偶（または純動アンバランス量）を求めることによって、動アンバランス状態を求めることができる。
【００３３】
本明細書に開示したダイナミックバランサおよび関連するデータ収集方法は、ロードバランス状態をより正確に得ることができるという点で好ましいものであると考えられる。また、フォースセンサを、スピンドルの回転軸を中心にした半径方向の位置に配置するのではなく、タイヤの回転面に平行な水平面に配置することによって、タイヤのバランス状態の評価をより高い信頼性で求めることができると考えられる。
【００３４】
以上のことから、本発明の目的は、上述した構造およびその使用方法により満たされることが分かる。特許法に従い、最良の形態および好ましい実施形態のみを提示し詳細に記載してきたが、本発明はこれらに限定されるものではないことを理解されたい。したがって、本発明の真の趣旨および範囲を把握するためには、以下の特許請求の範囲を参照すべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【外国語明細書】
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