JP2011169737A - タイヤ用ｃｔ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】十分な強度を有してタイヤに負荷を与える負荷部材によりＸ線が吸収され難く、負荷状態にあるタイヤの鮮明な断面画像を得ることができるタイヤ用ＣＴ装置を供する。
【解決手段】タイヤＴを保持するタイヤ保持装置10と、タイヤ保持装置10により保持されたタイヤＴの外周踏面に負荷部材21を押圧するタイヤ負荷装置20と、タイヤＴにＸ線を照射し透過Ｘ線を検出してタイヤＴの断面画像を得るＸ線ＣＴ装置30とを備えるタイヤ用ＣＴ装置において、負荷部材21は、タイヤＴの外周踏面に対向して接する木板からなる踏面板22がアルミニウム製またはカーボン複合材からなる薄い板材26を加工して形成された薄板構造体25に固着されて構成されるタイヤ用ＣＴ装置。
【選択図】図１

Description

本発明は負荷状態にあるタイヤのＸ線による断面画像を得るタイヤ用ＣＴ（Computed Tomography）装置に関する。

かかるタイヤ用ＣＴ装置は、回転軸に保持されたタイヤに負荷装置の負荷板が押圧されて負荷状態にあるタイヤに、Ｘ線管から射出されたＸ線を照射して吸収されながら透過したＸ線をＸ線検出器で検出して透過画像を、全方位に亘って取得して画像処理してタイヤの断面画像を再構成するものである。
この種のタイヤ用ＣＴ装置としては、先に特許出願された例（特許文献１参照）がある。

特開平０６−２１８８４４号公報（段落［００３０］、図面図１７）

特許文献１に開示されたタイヤ用ＣＴ装置は、市販のホイールが取り付けられたタイヤのホイール中央部がホルダの円錐状に突出した支持部の端面に固着され、ホルダとともにタイヤが回転自在に保持されるタイヤ保持装置が設けられている。
そして、タイヤの側方にタイヤに負荷を与える矩形の加圧板がタイヤに接離自在に両側部を支持されてタイヤ負荷装置が設けられている。

タイヤ保持装置とタイヤ負荷装置は、回転テーブル上に設けられて一緒に回転する。
この回転するタイヤ保持装置とタイヤ負荷装置を間にしてその外側に、Ｘ線管とＸ線検出器が互いに対向して設置されている。

Ｘ線管から射出するＸ線ビームのファン角をなす水平面にタイヤの所望の断面が一致するようにタイヤを位置決めして負荷装置により加圧板をタイヤの外周踏面に押圧して実路を模した負荷状態としてタイヤ保持装置とタイヤ負荷装置を回転してＸ線照射による透過画像を収集し画像処理してタイヤの断面画像を再構成する。

特許文献１において、タイヤを押圧する加圧板は、Ｘ線の透過をよくするために、加圧板の断層面における材料厚を小さくすることが必要であるとして、薄い矩形板が使用されており、矩形加圧板の両側部に動力が作用して中央部がタイヤを押圧する構造であることから、薄板で押圧により破損しない強度と剛性を備えるものとして加圧板は鋼板製であろうと考えられる。

さらに、加圧板は薄いだけでなく、強度を低下させないでよりＸ線の透過厚を小さくする必要から、板表面に溝加工や穴加工やハニカム加工のいずれかを施していることが開示されており、このような加工を施して強度および剛性を確保することができる加圧板は略鋼板製であると推察される。
鋼板製でないとすればある程度以上に厚さがある金属製ということになる。

タイヤの外周踏面に押圧される加圧板が鋼板製または厚さのある金属製であると、加圧板でＸ線が吸収されてＸ線透過率を低減しているので、タイヤを押圧する加圧板の押圧面とタイヤとの界面が不鮮明となり、タイヤの変形を詳細に考察する妨げとなる。
なお、タイヤに取り付けられたホイールの中央部がホルダの円錐状に突出した支持部に固着されてタイヤは保持されているので、タイヤの中央部に金属製のホルダの支持部があることも、Ｘ線透過率を低減しており、断面画像の鮮明度を低下させている。

本発明は、かかる点に鑑みなされたもので、その目的とする処は、十分な強度を有してタイヤに負荷を与える負荷部材によりＸ線が吸収され難く、負荷状態にあるタイヤの鮮明な断面画像を得ることができるタイヤ用ＣＴ装置を供する点にある。

上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、タイヤを保持するタイヤ保持装置と、前記タイヤ保持装置により保持されたタイヤの外周踏面に負荷部材を押圧するタイヤ負荷装置と、タイヤにＸ線を照射し透過Ｘ線を検出してタイヤの断面画像を得るＸ線ＣＴ装置とを備えるタイヤ用ＣＴ装置において、前記負荷部材は、タイヤの外周踏面に対向して接する木板からなる踏面板がアルミニウム製またはカーボン複合材からなる薄い板材を加工して形成された薄板構造体に固着されて構成されることを特徴とするタイヤ用ＣＴ装置である。

請求項２記載の発明は、請求項１記載のタイヤ用ＣＴ装置において、前記薄板構造体は前記薄い板材を断面が矩形Ｃ形に屈曲加工して形成され、前記薄板構造体の内部空洞の開口が対向する中央板部の外面に前記踏面板が固着されて前記負荷部材が構成されることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１または請求項２記載のタイヤ用ＣＴ装置において、前記タイヤ保持装置は、筒状の中空シャフトに環状のハブ板が嵌着されて構成され、前記タイヤは装着されたリムが前記ハブ板に固着されて保持されることを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれかの項記載のタイヤ用ＣＴ装置において、前記Ｘ線ＣＴ装置は450KeV近傍のＸ線エネルギでＸ線を照射することを特徴とする。

請求項１記載のタイヤ用ＣＴ装置によれば、タイヤに接する木板からなる踏面板がアルミニウム製またはカーボン複合材からなる薄い板材を加工して形成された薄板構造体に固着されて構成された負荷部材が、タイヤ保持装置により保持されたタイヤの外周踏面に押圧されるので、負荷部材のタイヤに接してタイヤを押圧する踏面板は木板でＸ線が吸収され難くＸ線透過率が高いため、X線断面画像はタイヤを押圧する踏面板の押圧面とタイヤの踏面との界面が鮮明となり、タイヤの変形を詳細に考察することができる。
踏面板を固着支持する薄板構造体は、薄い板材を用いることでＸ線透過率を高く維持しながら、加工して構造的に踏面板をタイヤに押圧しても変形や破損を生じない強度および剛性を確保することができる。

請求項２記載のタイヤ用ＣＴ装置によれば、薄い板材を断面が矩形Ｃ形に屈曲加工して形成された薄板構造体の中央の板部の外面に踏面板が固着されて負荷部材が構成されるので、強度および剛性が高い薄板構造体と木製の踏面板とからなる負荷部材自体がＸ線を吸収し難くＸ線透過率が高いため、負荷状態にあるタイヤの鮮明な断面画像を得ることができる。

請求項３記載のタイヤ用ＣＴ装置によれば、タイヤ保持装置が筒状の中空シャフトに環状のハブ板を嵌着して構成され、タイヤは装着されたリムがハブ板に固着されて保持されるので、タイヤの中心部の支持軸が中空シャフトでＸ線透過率が高く、よってタイヤの全体の鮮明な断面画像を得ることができる。
タイヤはリムを装着した状態でハブに固着されて保持されるので、ハブにより市販のリムを使用することができる。

請求項４記載のタイヤ用ＣＴ装置によれば、Ｘ線ＣＴ装置が照射するＸ線が450KeV近傍という低エネルギX線であっても、負荷状態にあるタイヤの鮮明な断面画像を得ることができる。

本発明に係る一実施の形態に係るタイヤ用ＣＴ装置の概略全体図である。 タイヤを保持する中空シャフトとハブの分解斜視図である。 中空シャフトとハブがタイヤを保持した状態の一部断面とした側面図である。 負荷部材の斜視図である。 中空シャフトに支持されたタイヤと踏面板（および負荷部材）の相対位置関係を示す斜視図である。 タイヤと負荷部材に対するX線管とＸ線検出器の相対位置関係を示す上面図である。 Ｘ線ＣＴ装置により得られた断面画像の例を示す図である。 図７の断面画像の要部を拡大した断面画像を示す図である。

以下、本発明に係る一実施の形態について図１ないし図８に基づいて説明する。
本実施の形態に係るタイヤ用ＣＴ装置１の概略全体図を図１に示す。
中央にタイヤ保持装置10とタイヤ負荷装置20が配置され、タイヤ保持装置10とタイヤ負荷装置20を間に挟んで前後両側にＸ線ＣＴ装置30のX線管31とＸ線検出器35が配設されている。

なお、本実施の形態において、X線管31から見てＸ線検出器35のある方を前方、その反対方向を後方とし、前方を向いて右手方向を右方、左手方向を左方と決めておくこととする。

X線管31とＸ線検出器35の間の床面に左右方向に指向して一対のレール11，11が敷設され、タイヤ保持装置10は同レール11，11上を左右に水平移動する移動台12の上に回転自在に取り付けられたターンテーブル13の上に支持台14を介して搭載されている。
支持台14の上には互いに対向して側壁15，16が立設されている。

側壁15，16は、内部が空洞をなす殻体であり、上辺部と下辺部が幅広に広がって中央部15ｃ，16ｃに向かって徐々に幅が狭くなり、中央部15ｃ，16ｃは幅狭に形成されている。
側壁15，16の中央部15ｃ，16ｃ間に中空シャフト17が架設され、中空シャフト17に嵌着されたハブ18にタイヤＴに装着されたリム５が固着されてタイヤＴが鉛直姿勢で保持される。
ハブ18に取り付けるようにしているので、リム５は市販のものを用いることができる。

図２に示すように、中空シャフト17は円筒状をして軸方向に小孔17ｈが配列されている。
一方、ハブ18は中空円板部18ａの内周縁と外周縁から内筒部18ｉと外筒部18ｏがそれぞれ延出した形状をしており、内筒部18ｉには小孔18ｈが穿孔されている。
中空円板部18ａの中心に関し対称な位置に雄ねじ18ｐ，18ｐが突設されている。

図３に示すように、ハブ18の内筒部18ｉに中空シャフト17が貫入して所定位置で小孔17ｈ，18ｈを合致させてピン等を挿入して固定する。
タイヤＴに装着されたリム５をハブ18の中空円板部18ａに対向させ、リム５の取付孔を雄ねじ18ｐ，18ｐに合わせて当接してナット19，19を雄ねじ18ｐ，18ｐに螺合して緊締しタイヤＴを保持する。

なお、タイヤＴの取付けの際は、中空シャフト17は一方の側壁15に片持ち支持させた状態とし、タイヤＴをリム５を介してハブ18に保持した後に軸方向に移動して中空シャフト17を側壁16にも支持させて両持ち支持とする。

したがって、タイヤ保持装置10に鉛直姿勢で保持されたタイヤＴは、ターンテーブル13の回転でタイヤＴの略中心を通る鉛直線を回転中心軸Ｌとして回転し（図３参照）、移動台12の直線移動で左右方向に水平移動することができる。

側壁15，16の間でタイヤＴの側方に、負荷部材21をタイヤＴの外周踏面に押圧して負荷を与えるタイヤ負荷装置20が設けられている。
負荷部材21は、タイヤＴに接する木板からなる踏面板22がアルミニウム製の肉厚の薄い薄板材26を加工して形成された薄板構造体25に固着されて構成されている（図４参照）。

図４に示すように、木板からなる踏面板22は矩形板であり、薄板構造体25はアルミニウム製の薄板材26を断面が矩形Ｃ形に屈曲加工した上下に長尺な構造体であり、内側の空洞の上部と下部には、それぞれ２枚の矩形の補強板27が介装されて補強されている。
なお、薄板構造体25はカーボン複合材からなる薄い板材を屈曲加工して構成してもよい。
断面が矩形Ｃ形に屈曲加工し上下に長尺な薄板構造体25は、内部空洞が開いた上下に長尺の開口28に対向する中央板部26ｐをタイヤＴに向けて配置される。

この薄板構造体25のタイヤＴに向いた中央板部26ｐの外面の上下中間位置に踏面板22が固着される。
したがって、薄板構造体25の中央板部26ｐに固着された踏面板22が、タイヤ保持装置10に鉛直姿勢で保持されたタイヤＴの外周踏面に対向する。
薄板構造体25は、アルミニウム製の薄板材26からなるが、断面が矩形Ｃ形に屈曲加工した構造体なので、構造的に強度および剛性が高く、上下に介装された補強板27によって強度および剛性が十分確保されている。

踏面板22が固着された薄板構造体25は、タイヤ保持装置10に保持されたタイヤＴに対して相対的に移動および姿勢を変えることができる。
いま、図５を参照して、タイヤＴの中心軸方向をX軸方向、タイヤＴに踏面板22が近づいたり離れたりする方向をＹ軸方向、上下鉛直方向をＺ軸方向とすると、薄板構造体25はX軸方向，Ｙ軸方向，Ｚ軸方向のいずれにも移動することができる。

薄板構造体25がＹ軸方向に移動することで、踏面板22がタイヤＴに接して押圧し、車体を支えるタイヤＴが路面に接して変形している状態をシミュレートすることができる。
踏面板22がタイヤＴを押圧した状態でＸ軸方向に踏面板22が移動することで、コーナリング時のタイヤＴの状態をシミュレートし、踏面板22がタイヤＴを押圧した状態でＺ軸方向に踏面板22が移動することで、ブレーキング時またはスタート時のタイヤＴの状態をシミュレートすることができる。

また、Ｚ軸を中心に薄板構造体25を回動して踏面板22のタイヤTに対する姿勢を変えることができる。
すなわち、踏面板22がＺ軸を中心に回動することで、タイヤＴが踏面板22に接するキャンバ角を変えることができ、各キャンバ角での上記各種走行時のタイヤＴの状態をシミュレートすることができる。
このように踏面板22とともに薄板構造体25を、X軸，Ｙ軸，Ｚ軸の３軸方向へ移動したり、回動する駆動機構は、図１において省略するが、支持台14上に設けられている。

以上のタイヤ保持装置10とタイヤ負荷装置10の後方には、左右の支柱32，32に回転自在に起立された左右一対のねじ棒33，33に両端のナット部材34ｎ，34ｎを螺合させて昇降部材34が架設されており、同昇降部材34にX線管31が取り付けられている。
したがって、ねじ棒33，33が回転することでナット部材34ｎ，34ｎを介して昇降部材34がX線管31とともに上下に昇降する。

他方、タイヤ保持装置10とタイヤ負荷装置10の前方には、左右の支柱36，36に回転自在に起立された左右一対のねじ棒37，37に両端のナット部材38ｎ，38ｎを螺合させて昇降部材38が架設されており、同昇降部材38にＸ線検出器35が取り付けられている。
したがって、ねじ棒37，37が回転することでナット部材38ｎ，38ｎを介して昇降部材38がＸ線検出器35とともに上下に昇降する。

X線管31とＸ線検出器35は、同期して昇降して常に同じ高さ位置に保たれ、X線管31から射出したＸ線をＸ線検出器35が受けて検出することができる。
図６は、X線管31とＸ線検出器35がタイヤＴの中心軸（中空シャフト17）と同じ高さ位置にあって、ターンテーブル13によるタイヤＴの略中心を通る回転中心軸ＬがX線管31からＸ線検出器35への垂直線と交わる左右移動位置にタイヤＴが位置している場合におけるタイヤＴと負荷部材21に対するX線管31とＸ線検出器35の相対位置関係を上面視で示している。

X線管31から射出するX線のファン角α内に回転中心軸Ｌを中心に回転するタイヤＴが略含まれており、スキャンニングエリアＡ内にはタイヤＴとその周辺が含まれている。
したがって、タイヤＴとともにタイヤＴを押圧する踏面板22も断面画像として映し出される。

Ｘ線ＣＴ装置30は、回転中心軸Ｌを中心に回転するタイヤＴに向けてX線管31から450KeVのＸ線エネルギでＸ線をファン角αで照射する。
このようにしてタイヤＴの１回転で多数の透過画像データを取得してデータ処理して再構成して得た断面画像を、図７および図８に示す。
図８は、図７の全体の断面画像のうち要部を拡大したものである。

図７および図８に示すように、タイヤＴの断面形状が明りょうに分かる鮮明な断面画像が得られている。
図７に示された全体の断面画像には、略対称位置に示されたタイヤＴの２つの断面画像のうち一方が踏面板22により押圧されて他方より偏平に変形しているのが明りょうに視認され、図８に示された要部拡大断面画像では、タイヤＴの踏面と踏面板22の押圧面との界面が鮮明に示されている。

Ｘ線ＣＴ装置30が450KeVという低いＸ線エネルギでＸ線を照射しているにもかかわらず、このように断面画像の鮮明度が高いのは、タイヤＴを押圧する負荷部材21の踏面板22が木製であり、かつ薄板構造体25がアルミニウム製の薄板材26を断面矩形Ｃ形に屈曲加工して形成され、負荷部材21自体がＸ線を吸収し難くＸ線透過率が高いためである。
なお、薄板構造体25を補強する補強板27はＸ線が照射されるタイヤＴの高さ位置より上下に外れているので、Ｘ線透過率を低減させることはない。

さらに、タイヤＴを支持する中心部の支持軸が円筒状の中空シャフト17であることもＸ線透過率を高めている。
なお、側壁15，16が中空の殻体で中空シャフト17を支持する中央部15ｃ，16ｃが幅狭に形成されていることもＸ線透過率を高めるのに寄与している。

特に、タイヤＴに接して押圧する踏面板22がＸ線透過率が極めて高い木製であるので、図８の要部拡大断面画像に示されるように、タイヤＴの踏面と踏面板22の押圧面との界面が鮮明であり、タイヤの変形を明りょうに視認することができる。
したがって、各種走行時をシミュレートしたときのタイヤＴの形状を詳細に考察することができる。

本タイヤ用ＣＴ装置１では、タイヤＴの断面形状が明りょうに分かる鮮明な断面画像を得ることができるＸ線エネルギとしては450KeV程度あればよく、従来タイヤ保持装置にタイヤ負荷装置を載せるタイヤ用ＣＴ装置では３MeV以上という高Ｘ線エネルギを必要としていたものに比べて大幅にＸ線エネルギを小さくでき、コストも低減できる。

踏面板22を固着支持する薄板構造体25は、薄板材26を用いることでＸ線透過率を高く維持しながら、加工して構造的にタイヤＴに押圧しても変形や破損を生じない強度および剛性を確保している。

Ｔ…タイヤ、Ａ…スキャンニングエリア、
１…タイヤ用ＣＴ装置、５…リム、
10…タイヤ保持装置、11…レール、12…移動台、13…ターンテーブル、14…支持台、15，16…側壁、17…中空シャフト、18…ハブ、19…ナット、
20…タイヤ負荷装置、21…負荷部材、22…踏面板、25…薄板構造体、26…薄板材、26ｐ…中央板部、27…補強板、28…開口、
30…Ｘ線ＣＴ装置、31…X線管、32…支柱、33…ねじ棒、34…昇降部材、35…Ｘ線検出器、36…支柱、37…ねじ棒、38…昇降部材。

Claims (4)

1. タイヤを保持するタイヤ保持装置と、前記タイヤ保持装置により保持されたタイヤの外周踏面に負荷部材を押圧するタイヤ負荷装置と、タイヤにＸ線を照射し透過Ｘ線を検出してタイヤの断面画像を得るＸ線ＣＴ装置とを備えるタイヤ用ＣＴ装置において、
   前記負荷部材は、タイヤの外周踏面に対向して接する木板からなる踏面板がアルミニウム製またはカーボン複合材からなる薄い板材を加工して形成された薄板構造体に固着されて構成されることを特徴とするタイヤ用ＣＴ装置。
2. 前記薄板構造体は前記薄い板材を断面が矩形Ｃ形に屈曲加工して形成され、
   前記薄板構造体の内部空洞の開口が対向する中央板部の外面に前記踏面板が固着されて前記負荷部材が構成されることを特徴とする請求項１記載のタイヤ用ＣＴ装置。
3. 前記タイヤ保持装置は、筒状の中空シャフトに環状のハブ板が嵌着されて構成され、
   前記タイヤは装着されたリムが前記ハブ板に固着されて保持されることを特徴とする請求項１または請求項２記載のタイヤ用ＣＴ装置。
4. 前記Ｘ線ＣＴ装置は450KeV近傍のＸ線エネルギでＸ線を照射することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかの項記載のタイヤ用ＣＴ装置。

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