(57)【要約】【課題】アイス路面に対するタイヤ接地形状の輪郭を精度良く撮影して、好ましくは実走行に近い速度で計測することができるタイヤ接地面計測装置及びタイヤ接地面計測方法を提供する。【解決手段】氷層２を表面に形成した透明板１と、その透明板１及び／又は前記氷層２の内部にこれと略平行な光を照射する光照射手段５と、前記氷層２の反対側からタイヤ接地面を撮影する撮影手段６とを備えるタイヤ接地面計測装置。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
氷層を表面に形成した透明板と、その透明板及び／又は前記氷層の内部にこれと略平行な光を照射する光照射手段と、前記氷層の反対側からタイヤ接地面を撮影する撮影手段とを備えるタイヤ接地面計測装置。
【請求項２】
前記透明板が円筒部の少なくとも一部をなし回転駆動が可能な回転式ドラムと、その円筒部の内面側にタイヤを回転状態で接地可能なタイヤ接地手段とを更に備える請求項１記載のタイヤ接地面計測装置。
【請求項３】
前記透明板が円筒部の少なくとも一部をなし回転駆動が可能な回転式ドラムと、その円筒部の内面にタイヤのトレッドサンプルを接地状態で支持可能なサンプル接地手段とを更に備える請求項１記載のタイヤ接地面計測装置。
【請求項４】
前記透明板は前記円筒部の周方向の一部に設けられると共に、前記撮影手段は送られた信号に応じて静止画を撮影するものであり、
更に、前記回転式ドラムの回転位置を検出して前記撮影手段に対して撮影のタイミングを決める信号を送る位置検出手段を備える請求項２又は３に記載のタイヤ接地面計測装置。
【請求項５】
氷層が表面に形成される透明板と、その透明板及び／又は前記氷層の内部にこれと略平行な光を照射する光照射手段と、前記氷層の反対側からタイヤ接地面を撮影する撮影手段と、前記透明板が円筒部の少なくとも一部をなして回転駆動が可能な回転式ドラムと、その円筒部の内面側にタイヤを回転状態で接地可能なタイヤ接地手段とを備えるタイヤ接地面計測装置を用いて、前記回転式ドラムの円筒部の内周面に氷層を形成した後、前記光照射手段により光を照射しつつ、前記回転式ドラムを回転駆動しながら、前記撮影手段で透明板を介してタイヤ接地面を撮影するタイヤ接地面計測方法。
【請求項６】
前記タイヤ接地手段により、タイヤに制動力又は駆動力を負荷しながら、前記タイヤ接地面の撮影を行う請求項５記載のタイヤ接地面計測方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アイス路面に対するタイヤの接地面を撮影することができるタイヤ接地面計測装置及びタイヤ接地面計測方法に関し、特にスタッドレスタイヤの接地形状の計測に有用である。
【０００２】
【従来の技術】
タイヤの接地形状は、操縦安定性、騒音、乗心地等のタイヤ性能に大きな影響を及ぼすため、接地形状の計測やその数値化が重要視されている。しかし、スタッドレスタイヤは、使用条件として、通常の路面よりも摩擦係数が大幅に低いアイス路面が想定されるため、その開発を行う際に、実際の使用状況を再現したアイス路面での接地形状の把握が必要となる。
【０００３】
一方、タイヤの接地形状を観察する方法としては、タイヤを回転させながら観察を行う方法と、タイヤを静止して観察を行う方法とがあり、実際の使用状況を再現する観点から、前者の方法が有効であるとされている。更に、タイヤを回転さる方法には、実車を使用してコース内の路面下方のピットから観察する方法や、タイヤを自由回転させながら平板路面を移動させる方法などが知られている。
【０００４】
具体的には、実車を使用する方法としては、透明板上に顔料の水溶液の水膜を形成しておき、透明板上を実車のタイヤが通過する際に路面下方からタイヤ接地形状を撮影する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。この方法によると、顔料を使用するため、タイヤ接地形状の輪郭が明瞭になるという利点がある。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−２０８６５３号公報（第２頁、図１）
【非特許文献１】
鵜木崇ら「自動車用タイヤのモデル化に関する研究」自動車技術会、学術講演会前刷集、１９９７年５月発行（第６頁、図１２〜１４）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１の方法では、アイス路面上に顔料水溶液を使用すると、アイス路面（通常、殆ど水分が存在しない）が適切に再現できず、このためアイス路面を再現して接地形状を観察することはできなかった。また、顔料水溶液を使用せずに、透明板上に氷層を形成して観察した場合、タイヤ接地形状の輪郭が不明瞭になるという問題があった。
【０００７】
一方、非特許文献１には、タイヤを自由回転させながら平板路面を移動させ、平板路面に設けたアクリル板の下方から、タイヤ接地形状を撮影する方法が記載されている。このとき、アクリル板の側面から光を入射させることで、接地面圧によって輝度が変化し、これによって接地面圧の分布を知ることができる旨が記載されている。
【０００８】
しかし、この方法では、長尺の平板路面を移動させるため、タイヤ接地形状の観察を超低速でしか行えないという問題がある。また、アイス路面を想定したタイヤ接地形状の観察については何ら言及されていない。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、アイス路面に対するタイヤ接地形状の輪郭を精度良く撮影して、好ましくは実走行に近い速度で計測することができるタイヤ接地面計測装置及びタイヤ接地面計測方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、下記の如き本発明により達成できる。
即ち、本発明のタイヤ接地面計測装置は、氷層を表面に形成した透明板と、その透明板及び／又は前記氷層の内部にこれと略平行な光を照射する光照射手段と、前記氷層の反対側からタイヤ接地面を撮影する撮影手段とを備えることを特徴とする。
【００１１】
本発明のタイヤ接地面計測装置によると、氷層を表面に形成した透明板を備えるため、透明板を介してアイス路面に対するタイヤ接地形状を撮影手段で撮影することができる。このとき、透明板及び／又は前記氷層の内部にこれと略平行な光を照射する光照射手段を備えるため、氷層等の内部を全反射する光が、タイヤが接地した界面だけで透過する現象により、タイヤ接地形状の輪郭を精度良く撮影することができる。この現象を、図１（ａ）〜（ｂ）に基づいて、説明する。従来、図１（ｂ）に示すように、撮影手段６を配置する側から光照射手段５で光を照射していたが、この方法では照射した光が透明板１と氷層２を透過し、透過光がタイヤ３で反射し、再び透明板１と氷層２を透過して撮影手段６に到達するため、タイヤ３の接地界面３ａだけでなくその周辺で反射した光も光量が変わらずに撮影され、このため接地形状の輪郭が明確に撮影できなかった。これに対して、本発明では、図１（ａ）に示すように、光照射手段５を用いて氷層２の内部にこれと略平行な光を照射するため、空気と氷の屈折率の違いによって氷層２の内部で光が全反射し、タイヤ３の接地界面３ａ以外では光が外部に出ない。このとき、タイヤ３の接地界面３ａでは、ゴムの屈折率と氷の屈折率が近いため光がタイヤ側に透過する。これがタイヤ３で反射し、再び透明板１と氷層２を透過して撮影手段６に到達するため、タイヤ３の接地界面３ａとその周辺とで光量が異なって撮影され、このため接地形状の輪郭が明確に撮影できる。図３には、本発明のタイヤ接地面計測装置（光照射は氷層の内部）により撮影したタイヤ接地面の静止写真を示しているが、接地形状の輪郭が明確になっている。
【００１２】
また、透明板１と氷層２との界面では、空気が介在しないので全反射が起こりにくいため、透明板又は透明板及び氷層の内部にこれと略平行な光を照射する場合にも、上記と同様の作用効果が得られる。
【００１３】
上記において、前記透明板が円筒部の少なくとも一部をなし、回転駆動が可能な回転式ドラムと、その円筒部の内面側にタイヤを回転状態で接地可能なタイヤ接地手段とを更に備えることが好ましい。この装置によると、タイヤ接地手段により回転式ドラムの円筒部の内面側にタイヤを接地させながら、円筒部を回転させることによって、車両走行時におけるタイヤの接地状態が再現できる。このとき、円筒部の一部をなす透明板を介して、その表面に形成した氷層に接地するタイヤの接地面を撮影することができる。
【００１４】
また、前記透明板が円筒部の少なくとも一部をなし、回転駆動が可能な回転式ドラムと、その円筒部の内面にタイヤのトレッドサンプルを接地状態で支持可能なサンプル接地手段とを更に備えるものであってもよい。この装置によると、回転式ドラムの円筒部を回転させながら、サンプル接地手段によりトレッドサンプルを円筒部の内面に接地状態で支持することにより、スリップ状態におけるタイヤの接地状態が再現できる。このとき、円筒部の一部をなす透明板を介して、その表面に形成した氷層に接地するタイヤの接地面を撮影することができる。
【００１５】
前記透明板は前記円筒部の周方向の一部に設けられると共に、前記撮影手段は送られた信号に応じて静止画を撮影するものであり、更に、前記回転式ドラムの回転位置を検出して前記撮影手段に対して撮影のタイミングを決める信号を送る位置検出手段を備えることが好ましい。
【００１６】
回転式ドラムの強度や耐久性を考慮すると、前記透明板は円筒部の周方向の一部に設けることが望ましいが、静止画を撮影する場合には、タイミング良く撮影を行う必要がある。従って、上記のように回転位置を検出して撮影のタイミングを決める信号を送る位置検出手段を備えることにより、タイミング良く静止画を撮影することができる。
【００１７】
一方、本発明のタイヤ接地面計測方法は、氷層が表面に形成される透明板と、その透明板及び／又は前記氷層の内部にこれと略平行な光を照射する光照射手段と、前記氷層の反対側からタイヤ接地面を撮影する撮影手段と、前記透明板が円筒部の少なくとも一部をなして回転駆動が可能な回転式ドラムと、その円筒部の内面側にタイヤを回転状態で接地可能なタイヤ接地手段とを備えるタイヤ接地面計測装置を用いて、前記回転式ドラムの円筒部の内周面に氷層を形成した後、前記光照射手段により光を照射しつつ、前記回転式ドラムを回転駆動しながら、前記撮影手段で透明板を介してタイヤ接地面を撮影することを特徴とする。
【００１８】
このタイヤ接地面計測方法によると、回転式ドラムの円筒部の内周面に氷層が形成されるため、透明板を介してアイス路面に対するタイヤ接地形状を撮影することができる。このとき、透明板及び／又は前記氷層の内部にこれと略平行な光を照射する光照射手段を備えるため、氷層等の内部を全反射する光が、タイヤが接地した界面だけで透過する現象により、タイヤ接地形状の輪郭を精度良く撮影することができる。その際、タイヤ接地手段により回転式ドラムの円筒部の内面側にタイヤを接地させながら、円筒部を回転させることによって、車両走行時におけるタイヤの接地状態が再現できる。
【００１９】
上記において、前記タイヤ接地手段により、タイヤに制動力又は駆動力を負荷しながら、前記タイヤ接地面の撮影を行うことが好ましい。これにより、車両の制動状態や駆動状態におけるタイヤの接地状態が再現でき、その際のタイヤ接地形状の輪郭を精度良く撮影することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図１（ａ）は、本発明のタイヤ接地面計測装置の要部を示す図であり、図２は、本発明のタイヤ接地面計測装置の一例を示す概略構成図である。
【００２１】
本発明のタイヤ接地面計測装置は、図１（ａ）に示すように、氷層２を表面に形成した透明板１と、その透明板１及び／又は前記氷層２の内部にこれと略平行な光を照射する光照射手段５と、前記氷層２の反対側からタイヤ接地面を撮影する撮影手段６とを備える。本実施形態では、図２に示すように、円筒部１１を有し回転駆動が可能な回転式ドラム１０と、その円筒部１１の内面側にタイヤを回転状態で接地可能なタイヤ接地手段２０とを更に備える装置の例を示す。
【００２２】
透明板１は円筒部１１の周方向の少なくとも一部に設けられていればよいが、全体の強度や耐久性を考慮すると、円筒部１１の周方向の一部に設けるのが好ましい。透明板１を設ける幅は、タイヤ３の接地界面３ａの幅より大きければよい。
【００２３】
透明板１は、無色透明または有色透明の何れでもよいが、無色透明のものを使用するのが好ましい。また、ある程度の強度を有し、透明板１の屈折率ｎＤ  が、氷の屈折率ｎＤ  （約１．３）に近いものが好ましく、屈折率ｎＤ  が１．３〜１．５５のものが好ましい。透明板１としては、強化ガラス等の無機ガラス板、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、アクリル系樹脂、ポリカーボネート等のプラスチック板、無機結晶板などが挙げられる。透明板１の厚みは、ある程度の強度を確保しつつ全反射を行う上で、２０〜５０ｍｍが好ましい。
【００２４】
氷層２は、透明板１の表面に空気を介在させずに形成するのが好ましい。また、氷層２の表面は凹凸のないフラットな表面にするのが好ましい。このような表面を形成するには、回転式ドラム１０の円筒部１１をゆっくりと回転させながら、氷層２を形成するのが効果的である。円筒部１１の両側には内周側に立設された環状壁が設けられており、この環状壁によって氷になる前の水が円筒部１１の内面に溜まるようになっている。
【００２５】
また、回転式ドラム１０を回転しながらタイヤ接地面の撮影を行うと、氷層２の表面が削れて凹凸が生じる。このため、続けて別のタイヤのタイヤ接地面を撮影する場合、表面の氷を切削して平坦にすることが望ましい。従って、本発明のタイヤ接地面計測装置は、回転式ドラム１０の円筒部１１の内周面に形成された氷層２を平坦化する切削手段（図示省略）を更に備えることが好ましい。切削手段は、回転式の切削刃、研磨ベルト、研磨布などを備え、好ましくは切削した氷片を吸引する吸引装置を有している。
【００２６】
本実施形態では、透明板１の内面に位置する氷層部分２ａの側面に対向して配置した光照射手段５（図２では図示省略）を用いて、その内部に氷層部分２ａと略平行な光を照射する。本発明では、透明板１又は氷層２の少なくとも何れかに照射を行えばよい。光照射手段５としては、出射方向を制御する反射板５ａやレンズなどを備えた、蛍光灯、ＬＥＤ、電球などが使用できる。
【００２７】
氷層部分２ａの側面には、前記のような環状壁が設けられるが、その少なくとも一部を透明体で形成しておくことで、氷層部分２ａの側面から光を照射することができる。本発明においては、光照射手段５からの光の一部が、直接タイヤ３を照射するようにしてもよい。この場合、タイヤ３で反射した光が撮影手段６で撮影されるが、側面からの光によるタイヤ３からの反射は白色（輝度が高い）になり、氷層２との接地界面３ａからの反射と明確に異なるため、接地形状の輪郭は、明確に判別できる。
【００２８】
撮影手段６は、氷層２の反対側から透明板１を介してタイヤ接地面を撮影できる位置に配置される。撮影手段６としては、ＣＣＤカメラ、ビデオカメラ、高速度カメラなどが使用できるが、静止画を撮影する場合には、ＣＣＤカメラ（デジタルカメラを含む）が有効である。ＣＣＤカメラは、一般に画像入力ボードを介して、パーソナルコンピュータ８に接続され、そこからの信号によって、直接、静止画の撮影時期を制御することができる。この形態では、ＣＣＤカメラとパーソナルコンピュータ８とによって撮影手段が構成される。
【００２９】
撮影手段６は、連続的に動画の撮影を行うものでもよいが、本実施形態では、撮影手段６として、送られた信号に応じて静止画を撮影する例を示す。撮影した画像データは、必要により画像入力ボードなどを介して、パーソナルコンピュータ８に取り込まれ、この画像データに基づいて、接地形状の輪郭、面積などを数値化することが可能となる。
【００３０】
転動画像の撮影を行う場合、回転式ドラム１０の回転位置を検出して撮影手段６に対して撮影のタイミングを決める信号を送る位置検出手段７を備えることが好ましい。本実施形態では、位置検出手段７からの信号が、直接パーソナルコンピュータ８に送られる例を示しているが、ＣＣＤカメラの中継ボックス（図示省略）に撮影のタイミングを決める信号（トリガー信号）を送ることで、ＣＣＤカメラによる撮影を行ってもよい。また、光照射手段５による光の照射を、撮影のタイミングに合わせて行ってもよい。
【００３１】
位置検出手段７としては、回転式ドラム１０の回転位置を検出できればよく、光学式センサ、磁気センサ、接触式センサなど利用した装置が何れも使用できる。例えば、回転式ドラム１０の円筒部１１の外周面の１箇所に遮光板を設けて、これがフォトインタラプタ（フォトカップラ）を通過することで、回転式ドラム１０の回転位置を検出することができる。
【００３２】
このような信号によって、パーソナルコンピュータ８からの信号で、転動画像の撮影時期を制御することができる。
【００３３】
回転式ドラム１０は、円筒部１１の回転駆動が可能な支持機構と駆動機構とを備えていれば、何れの装置形態でもよい。図示した例では、円筒部１１の回転軸１２が片持ち支持されており、基台１４上に設けた駆動機構１３によって、円筒部１１の回転駆動が行われる。
【００３４】
タイヤ接地手段２０は、タイヤ３又はホイルの取付部を有し、円筒部１１の内面側にタイヤ３を回転状態で接地できればよく、単にタイヤ３を従動支持できるものでもよい。本発明では、タイヤ３に制動力又は駆動力を負荷できるように、タイヤ接地手段２０が駆動機構や制動機構を有することが好ましい。駆動機構としては電動モータ等が挙げられ、制動機構としては、電動モータを用いて制動トルクをかける方法や各種のブレーキ手段が挙げられる。
【００３５】
また、タイヤ接地手段２０は、所定の負荷が係るように接地面に対して垂直に力をかける荷重負荷機構を有することが好ましい。この機構としては、油圧装置や弾性復元力を利用した装置などが挙げられる。また、荷重を計測するための計測器を設けてもよい。
【００３６】
更に、タイヤ接地手段２０には、スリップ角、キャンバー角などを付与できるようにしてもよい。その場合、スリップ角やキャンバー角が生じるように、ホイル軸を傾斜させる機構をタイヤ接地手段２０が備えればよい。
【００３７】
次に、以上のようなタイヤ接地面計測装置を用いた本発明の計測方法について説明する。本発明の計測方法は、回転式ドラム１０の円筒部１１の内周面に氷層２を形成した後、光照射手段５により光を照射しつつ、回転式ドラム１０を回転駆動しながら、撮影手段６で透明板１を介してタイヤ接地面を撮影するものである。但し、本発明の計測装置は、回転式ドラム１０を回転させずに、静止した状態でタイヤ接地面を撮影する場合にも使用できる。
【００３８】
回転式ドラム１０を回転駆動させて定常走行を再現する場合、タイヤ接地手段２０で接地させたタイヤ３は、回転式ドラム１０と同じ速度で回転駆動させるか、または自由回転させるのが好ましい。また、駆動時走行を再現する場合、接地させたタイヤ３を回転式ドラム１０より速く回転駆動し、制動時走行を再現する場合、接地させたタイヤ３に対して、電動モータを用いて制動トルクをかければよい。
【００３９】
本発明のタイヤ接地面計測装置を用いると、スリップ率と接地形状の関係を調べるための制動試験を行うことができる。その場合、図６に示すように、回転式ドラム１０の速度（内周面を回転周速）を一定にしておき、電動モータを制御してタイヤ３の速度（周速）を徐々に低下させる。これによって、スリップ率を例えば０〜１まで変化させることができ、任意のスリップ率での接地形状を計測することができる。
【００４０】
本発明では、回転式ドラム１０を使用することにより、実走行に近い条件でタイヤ接地面を計測することができる。例えば、回転式ドラム１０の内周面を回転周速４０ｋｍ／ｈｒ以上で回転させ、その状態でのタイヤ接地面を撮影することが可能である。また、内周面の回転周速を５ｋｍ／ｈｒ程度の低速に制御することも可能であり、幅広い速度でタイヤ接地面を撮影することができる。
【００４１】
［他の実施形態］
（１）前述の実施形態では、タイヤ接地手段により回転式ドラムの内面側にタイヤを接地する例を示したが、本発明では、タイヤ接地手段の代わりに、図４に示すように、回転式ドラム１０の円筒部１１の内面に、タイヤのトレッドサンプル２６を接地状態で支持可能なサンプル接地手段２５を備えるものでもよい。
【００４２】
サンプル接地手段２５は、油圧シリンダー２５ａおよびその可動部先端に着脱自在に設けられた支持板２６ａを備える。トレッドサンプル２６としては、トレッドのブロック単位、接地部の一部、接地部全体などが使用でき、これらが支持板２６ａに接着される。支持板２６ａはタイヤの外面形状に合わせて曲面で形成されていてもよく、また、トレッドサンプル２６との間に弾性体を介在させて、空気圧を再現できるようにしてもよい。
【００４３】
この装置を用いる場合、回転式ドラム１０の円筒部１１の内周面に氷層２を形成した後、光照射手段５により光を照射しつつ、回転式ドラム１１を静止又は回転駆動しながら、サンプル接地手段２５によりトレッドサンプル２６を接地させて、撮影手段６で透明板１を介してタイヤ接地面を撮影することができる。
【００４４】
（２）前述の実施形態では、図１（ａ）に示すように、光照射手段５を用いて氷層２の内部にこれと略平行な光を照射する例を示したが、本発明では、図５（ａ）〜（ｃ）に示すような方法で、光照射手段５から光を照射してもよい。
【００４５】
例えば、図５（ａ）に示すように、光照射手段５を用いて透明板１の内部にこれと略平行な光を照射したり、図５（ｂ）〜（ｃ）に示すように、氷層２の側に光照射手段５を配置すると共に、氷層２又は透明板１の内部に傾斜して配置した反射鏡５ｃで光を反射させて、内部に略平行な光を照射してもよい。反射鏡５ｃの傾斜角度としては３０〜６０°が好ましく、４５°付近が最も好ましい。反射鏡５ｃは、曲面タイプでもよい。
【００４６】
（３）前述の実施形態では、回転式ドラムを備えるタイヤ接地面計測装置の例を示したが、本発明では、回転式ドラムの代わりに円盤状又は長尺状の平板を用いてもよい。また、実車を使用してコース内の路面下方のピットから観察する際に、氷層を表面に形成した透明板を介して、氷層の反対側からタイヤ接地面を撮影する撮影手段と、その透明板及び／又は前記氷層の内部にこれと略平行な光を照射する光照射手段とを設けてもよい。
【００４７】
（４）前述の実施形態では、回転式ドラムの円筒部の内面の全体に氷層を形成する例を示したが、静止画像だけなら、透明板の部分だけでも良く、転動画像を撮る場合は、ドラム内面全周に氷層が形成されているのが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のタイヤ接地面計測装置（ａ）の作用を、従来装置（ｂ）と比較して説明するための説明図
【図２】本発明のタイヤ接地面計測装置の一例を示す概略構成図
【図３】本発明のタイヤ接地面計測装置により撮影したタイヤ接地面の一例を示す写真（接地境界付近の接地形状写真）
【図４】本発明のタイヤ接地面計測装置の他の例を示す概略構成図
【図５】本発明のタイヤ接地面計測装置の要部の他の例を示す要部拡大図
【図６】スリップ率と接地形状の関係を調べるための制動試験の概念図
【符号の説明】
１          透明板
２          氷層
３          タイヤ
３ａ        タイヤの接地界面
５          光照射手段
６          撮影手段
７          位置検出手段
１０          回転式ドラム
１１          円筒部
２０          タイヤ接地手段
２５          サンプル接地手段
【図１】
2005024365.tif 000003
【図２】
2005024365.tif 000004
【図３】
2005024365.tif 000005
【図４】
2005024365.tif 000006
【図５】
2005024365.tif 000007
【図６】
2005024365.tif 000008