JP2016008950A - 弾性材料の変形の観察方法及び投影像撮影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スリップ角の付与されたゴム等の弾性材料の変形を観察可能とする観察方法を提供する。【解決手段】投影像撮影装置１は、連続的に移動可能な走行面３ｓを有する走行面手段３と、外周面が円形状をなす弾性材料２を回転可能に支持し、弾性材料２を走行面３ｓ上で転動させる支持手段４と、走行面３ｓを転動している弾性材料２の投影像を、任意の軸線周りの複数の撮影位置で撮影する撮影手段５とを備える。支持手段４は、弾性材料２にスリップ角を付与して走行面３ｓ上を転動させるスリップ角設定手段６と、弾性材料２を回転駆動して走行面３ｓ上を転動させる第１回転手段７とを含む。【選択図】図１

Description

本発明は、弾性材料の変形の観察方法及びそれに好適に用いられる投影像撮影装置に関する。

従来から、摩擦材の投影像を撮影し、摩擦材の構成を正確に分析する試みが提案されている。例えば、下記特許文献１では、摩擦材の内部に放射光を透過させて、摩擦材の内部に関する影像を取得する観察方法が開示されている。

特開２００９−８５７３２号公報

ところで、タイヤにおいても、スリップ角を持った状態で走行中のトレッドゴムが、路面の凹凸に対してどのように変形しているかを観察することは、トレッドゴムの研究開発にあたって有用である。

しかしながら、上記特許文献１に記載されている観察方法を用いても、スリップ角の付与されたゴムの変形を観察できない。

本発明は、以上のような実状に鑑み案出されたもので、スリップ角の付与されたゴム等の弾性材料の変形を観察できる観察方法及びそれに好適に用いられる投影像撮影装置を提供することを主たる目的としている。

本発明の第１発明は、ゴム又はエラストマーを含む弾性材料の変形を観察するための方法であって、外周面が円形状をなす前記弾性材料を準備する工程と、前記円形状の前記弾性材料を、スリップ角を持った状態で、走行面上を転動させる変形工程と、前記弾性材料の任意の軸線と直交する方向から、前記走行面と前記弾性材料との接触部の少なくとも一部を含む投影像を、前記軸線周りの複数の撮影位置で撮影する投影像取得工程と、前記投影像から、少なくとも、転動中の前記弾性材料の前記接触部の三次元像を構成する工程とを含むことを特徴とする。

本発明に係る前記観察方法において、前記投影像取得工程は、前記弾性材料の転動中の特定位置を検出する工程と、前記各撮影位置において、前記特定位置で前記投影像を撮影する撮影工程とを含むことが望ましい。

本発明の第２発明は、ゴム又はエラストマーを含む弾性材料を変形させて、その投影像を撮影する投影像撮影装置であって、連続的に移動可能な走行面を有する走行面手段と、外周面が円形状をなす前記弾性材料を回転可能に支持し、前記弾性材料を前記走行面上で転動させる支持手段と、前記走行面を転動している前記弾性材料の任意の軸線と直交する方向から、前記走行面と前記弾性材料との接触部の少なくとも一部を含む投影像を、前記軸線周りの複数の撮影位置で撮影する撮影手段とを備え、前記支持手段は、前記弾性材料にスリップ角を付与して前記走行面上を転動させるスリップ角設定手段と、前記弾性材料を回転駆動して前記走行面上を転動させる第１回転手段とを含むことを特徴とする。

本発明に係る前記投影像撮影装置において、前記第１回転手段は、前記弾性材料の回転中の特定位置を検出して第１信号を出力する第１回転位置検出手段を含むことが望ましい。

本発明に係る前記投影像撮影装置において、前記撮影手段は、シャッター手段を有するＸ線カメラを含み、前記シャッター手段は、前記第１信号に基づいて開閉することが望ましい。

本発明に係る前記投影像撮影装置において、前記支持手段は、前記走行面と前記弾性材料との距離を調整する調整手段をさらに含むことが望ましい。

本発明に係る前記投影像撮影装置において、前記走行面には、疑似路面が形成されていることが望ましい。

本発明に係る前記投影像撮影装置において、前記走行面手段は、前記走行面を移動させる第２回転手段をさらに有することが望ましい。

本発明に係る前記投影像撮影装置において、前記第２回転手段は、前記走行面の移動中の特定位置を検出して第２信号を出力する第２回転位置検出手段を有することが望ましい。

本発明に係る前記投影像撮影装置において、前記撮影手段は、シャッター手段を有するＸ線カメラを含み、前記シャッター手段は、前記第２信号に基づいて開閉することが望ましい。

本発明に係る前記投影像撮影装置において、前記弾性材料には、標識粒子が配合されていることが望ましい。

本発明に係る前記投影像撮影装置において、前記弾性材料と前記走行面との接触部に、流体を供給する流体供給手段をさらに含むことが望ましい。

本発明の第１発明は、外周面が円形状をなす弾性材料を準備する工程と、円形状の弾性材料を、スリップ角を持った状態で、走行面上を転動させる変形工程とを含む。これにより、スリップ角が付与された走行中のタイヤのトレッドゴムの変形が擬似的に再現される。さらに、第１発明は、走行面と弾性材料との接触部の少なくとも一部を含む投影像を、複数の撮影位置で撮影する投影像取得工程と、投影像から、少なくとも、転動中の弾性材料の接触部の三次元像を構成する工程とを含む。従って、第１発明によれば、スリップ角が付与された走行中のタイヤに近似した状態にある弾性材料の三次元像を、詳細に観察できるようになる。

本発明の第２発明は、連続的に移動可能な走行面を有する走行面手段と、外周面が円形状をなす弾性材料を回転可能に支持し、弾性材料を走行面上で転動させる支持手段とを備える。支持手段は、弾性材料にスリップ角を付与して走行面上を転動させるスリップ角設定手段と、弾性材料を回転駆動して走行面上を転動させる第１回転手段とを含む。これにより、スリップ角が付与された走行中のタイヤのトレッドゴムの変形が擬似的に再現される。さらに、第２発明は、走行面と弾性材料との接触部の少なくとも一部を含む投影像を、任意の軸線周りの複数の撮影位置で撮影する撮影手段を備える。従って、第２発明によれば、スリップ角が付与された走行中のタイヤに近似した状態にある弾性材料の三次元像を構成するために必要な複数の投影像を取得できる。

本実施形態に係る投影像撮影装置を示す斜視図である。 本実施形態の弾性材料を示す斜視図である。 図１の支持手段の一部を拡大して示す斜視図である。 図１のスリップ角設定手段を拡大して示す斜視図である。 図４のスリップ角設定手段によって、弾性材料にスリップ角が付与された状態を示す斜視図である。 本実施形態の観察方法の処理手順の一例を示すフローチャートである。 弾性材料の撮影位置を示す平面図である。 本実施形態の投影像取得工程の処理手順の一例を示すフローチャートである。 本実施形態の変形工程の処理手順の一例を示すフローチャートである。 標識粒子が配合された弾性材料の三次元像である。 流体供給手段を示す斜視図である。 本実施形態に係る観察方法によって構成された三次元像の一断面である。 本実施形態に係る観察方法によって構成された三次元像の別の断面である。

以下、本発明の実施の一形態が図面に基づき説明される。
本実施形態の弾性材料の変形の観察方法（以下、単に「観察方法」ということがある）は、ゴム又はエラストマーを含む弾性材料の変形を観察するための方法である。

図１は、本実施形態に係る投影像撮影装置１の斜視図である。図２は、本実施形態の弾性材料を示す斜視図である。この弾性材料２は、例えば、その外周面２ｓが円形状に形成された円筒状のゴム材として構成されている。弾性材料２の中央には、厚さ方向（軸方向）に貫通する孔部２１が設けられている。弾性材料２は、例えば、その外径Ｄ１が５０〜１００mm程度、幅Ｗ１が１５〜３０mm程度に設定されている。

投影像撮影装置１は、弾性材料２を変形させて、その投影像を撮影する。投影像撮影装置１は、走行面手段３と、支持手段４と、撮影手段５とを備えている。

走行面手段３は、連続的に移動可能な走行面３ｓを有する。本実施形態では、走行面手段３は、回転可能に支持された円筒状のドラム３１を有する。ドラム３１の外周面が走行面３ｓを構成する。弾性材料の変形を詳細に観察しうるように、走行面３ｓには、例えば、アスファルト路面の凹凸が再現された疑似路面が形成されていることが望ましい。

ドラム３１の外径Ｄ３は、例えば、弾性材料２の外径Ｄ１の整数倍が望ましい。このような、ドラム３１は、弾性材料２がドラム３１の走行面３ｓ上をスリップ率が零で転動する場合、常に弾性材料２の特定位置をドラム３１の特定位置に接触させることができる。弾性材料２にスリップ角が付与されることに伴い、ドラム３１の幅は、弾性材料２の幅Ｗ１よりも大きく設定されるのが望ましい。

走行面手段３は、ドラム３１の替わりに、例えば、フラットベルトを有していてもよい。このような走行面手段３によれば、弾性材料２と走行面３ｓとの接触部の形状が平面状となり、走行中のタイヤをより正確に再現できる。

支持手段４は、弾性材料２を回転可能に支持し、弾性材料２を走行面３ｓ上で転動させる。支持手段４は、スリップ角設定手段６と、第１回転手段７とを含む。

スリップ角設定手段６は、弾性材料２にスリップ角を付与して走行面３ｓ上を転動させる。本実施形態では、弾性材料２の外周面２ｓの進行方向は固定されている。一方、スリップ角設定手段６によって、ドラム３１が垂直軸周りの矢印Ｚ方向に回転されることにより、走行面３ｓの進行方向が変更される。これにより、走行面３ｓの進行方向と外周面２ｓの進行方向とのなす角であるスリップ角が設定される。ドラム３１の走行面３ｓの進行方向が固定され、弾性材料２の外周面２ｓの進行方向が変更されるように構成されていてもよい。

第１回転手段７は、弾性材料２を回転駆動して走行面３ｓ上を転動させる。本実施形態では、第１回転手段７は、例えば、交流又は直流の第１モーター７１を含んで構成されている。

弾性材料２、走行面手段３及び支持手段４により、スリップ角が付与された走行中のタイヤのトレッドゴムの変形が擬似的に再現される。

撮影手段５は、ドラム３１の走行面３ｓと弾性材料２の外周面２ｓとの接触部の少なくとも一部を含む投影像を撮影する。撮影手段５は、走行面３ｓを転動している弾性材料２の任意の軸線と直交する方向から、軸線周りの複数の撮影位置で、上記投影像を撮影する。

以上の構成を有する投影像撮影装置１によれば、スリップ角が付与された走行中のタイヤに近似した状態にある弾性材料２の三次元像を構成するために必要な複数の投影像を取得できる。

図３は、支持手段４の一部を拡大して示している。支持手段４は、上記第１モーター７１、弾性材料２を保持するホルダー４１及び走行面３ｓと弾性材料２との距離を調整する調整手段４２を含んで構成されている。さらに、支持手段４は、上下方向にのびる基部４３を含んでいる。

ホルダー４１は、水平板４１ａと、一対の垂直板４１ｂ、４１ｂとを含み、正面視略コ字状に形成されている。また、水平板４１ａの上端は、ロードセル４４を介して、基部４３の下端に連結されている。基部４３は、例えば、上下方向にのびる直方体状に形成されている。ロードセル４４は、弾性材料２に付与される荷重を検出するために設けられている。垂直板４１ｂ、４１ｂは、弾性材料２の両側から弾性材料２の支持軸２２を支持する。

この実施形態の第１モーター７１は、基部４３に固着されるフレーム７２に支持されている。第１モーター７１には、水平軸周りに回転可能な第１出力軸７１ａが設けられている。

本実施形態では、弾性材料２の支持軸２２と第１モーター７１の第１出力軸７１ａとが一体に形成されているが、支持軸２２と第１出力軸７１ａとは互いに独立した軸によって構成されていてもよい。この場合、第１出力軸７１ａと支持軸２２との間には、ギヤ等の駆動伝達手段が設けられる。

第１出力軸７１ａは、ホルダー４１の一対の垂直板４１ｂ、４１ｂ間を、水平方向に貫通して、水平軸周りに回転可能に軸受けされている。また、第１出力軸７１ａは、弾性材料２の孔部２１に固着されている。これにより、第１モーター７１は、第１出力軸７１ａを回転させることにより、弾性材料２を水平軸周りに回転させることができる。また、第１出力軸７１ａには、第１出力軸７１ａのトルクを測定するトルク計７３が設けられてもよい。

調整手段４２は、レール部４５と、基部４３を上下方向に移動させる移動手段４６とを含んで構成されている。基部４３の側面には、レール部４５に係合するスライド機構４３ａが設けられている。

レール部４５は、基部４３の一側面側で上下にのびている。また、レール部４５の上端は、支持枠４７に固定されている。このレール部４５は、基部４３のスライド機構４３ａに係合されている。このようなレール部４５は、基部４３を上下方向へ案内することができる。

移動手段４６は、上下方向にのびるネジ軸４６ａを含んで構成されている。ネジ軸４６ａは、支持枠４７に螺合されている。また、ネジ軸４６ａの下端は、内輪が垂直軸周りに回転可能な回転ジョイント４８を介して、基部４３の上端に取り付けられている。さらに、ネジ軸４６ａの上端には、ネジ軸４６ａを垂直軸周りに回転させるハンドル部４９が設けられている。

このような移動手段４６は、ネジ軸４６ａを垂直軸周りに回転させて、ネジ軸４６ａを支持枠４７に対して上下方向に移動させることにより、基部４３を上下方向に移動させることができる。さらに、基部４３の上下方向の移動により、基部４３に固着されるホルダー４１を上下方向に移動させることができる。これにより、移動手段４６は、ホルダー４１と走行面３ｓとの距離（ホルダー４１に保持される弾性材料２と走行面３ｓとの距離）を変化させることができる。また、基部４３の上下方向の移動とともに、フレーム７２を上下方向に移動させることができるため、フレーム７２に固着される第１モーター７１、及び、第１回転位置検出手段７４の第１フレーム７４ｂ等を上下方向に移動させることができる。

支持枠４７は、支持手段４を支持している。図１に示されるように、本実施形態では、支持枠４７を介して、支持手段４を垂直軸周りに回転させる回転手段５５が設けられている。このような回転手段５５は、撮影手段５に対して、弾性材料２を相対移動させることができる。これにより、複数の撮影位置で、弾性材料２の投影像を撮影することが可能となる。

本実施形態の第１回転手段７は、弾性材料２の回転中の特定位置を検出して第１信号Ｓｇ１を出力する第１回転位置検出手段７４を含んで構成されている。第１回転位置検出手段７４としては、例えば、透過型又は反射型のフォトインタラプタ等が適用されうる。

第１回転位置検出手段７４は、第１出力軸７１ａから半径方向外側に突出する第１突起部７４ａと、第１フレーム７４ｂと、第１突起部７４ａを検出する第１センサー７４ｃとを含んでいる。

第１突起部７４ａは、第１出力軸７１ａの軸方向と交わる面を有する立方体として形成されている。この第１突起部７４ａは、第１出力軸７１ａの外周面に少なくとも一つ（本実施形態では一つ）配置されている。このような第１突起部７４ａは、第１出力軸７１ａの回転により、水平軸周りに回転される。

第１フレーム７４ｂは、水平にのびる水平板と、水平板の両端から下方にのびる一対の垂直板とを含み、正面視略コ字状に形成されている。この第１フレーム７４ｂは、その上方に配置されるフレーム７２に固着されている。さらに、第１フレーム７４ｂは、水平板と一対の垂直板とで囲まれる空間７４ｄ内に、回転する第１突起部７４ａを通過させるように配置されている。

第１センサー７４ｃは、例えば、レーザーセンサーとして構成されている。この第１センサー７４ｃは、第１フレーム７４ｂの一対の垂直板間において、第１出力軸７１ａの軸方向と平行に、レーザーを照射させる。このような第１センサー７４ｃは、第１フレーム７４ｂの空間７４ｄ内を通過する第１突起部７４ａを検出することができる。第１センサー７４ｃが、第１突起部７４ａの通過を検知すると、第１回転位置検出手段７４の出力部（図示省略）から第１信号Ｓｇ１が出力され、第１信号Ｓｇ１がパルス発生器７６に伝達される。

第１出力軸７１ａの回転により、弾性材料２の外周面２ｓ及び第１突起部７４ａは、同一周期で回転する。従って、第１回転位置検出手段７４は、第１突起部７４ａを検出することにより、転動中の弾性材料２において、弾性材料２の外周面の特定位置を検出することができる。なお、弾性材料２の転動中の特定位置は、第１突起部７４ａの固着位置を変更することで、適宜変更することができる。

パルス発生器７６は、第１回転位置検出手段７４の第１信号Ｓｇ１に基づいて、パルス信号Ｓｇ２を出力するためのものである。本実施形態のパルス発生器７６は、第１回転位置検出手段７４の第１信号Ｓｇ１を受信して、少なくとも一つ（本実施形態では、一つ）のパルス信号を出力している。上述したように、第１信号Ｓｇ１は、第１回転位置検出手段７４が、弾性材料２の転動中の特定位置を検出することによって出力される。従って、パルス発生器７６は、弾性材料２の転動中の特定位置（１周期中の特定のタイミング）において、パルス信号Ｓｇ２を出力することができる。出力されたパルス信号Ｓｇ２は、撮影信号Ｓｇ３として、撮影手段５に伝達される。

なお、本実施形態のパルス信号Ｓｇ２としては、ＴＴＬ（５Ｖ−０Ｖ）が採用されるが、これに限定されるわけではない。他のパルス信号Ｓｇ２としては、例えば、単パルスや、連続パルスでもよい。また、本実施形態では、第１回転位置検出手段７４の第１信号Ｓｇ１を受信して、一つのパルス信号Ｓｇ２を出力するものが例示されたが、これに限定されるわけではない。例えば、第１回転位置検出手段７４の第１信号Ｓｇ１を受けていない間に、パルス信号Ｓｇ２を出力するものでもよい。

本実施形態では、撮影手段５として、Ｘ線カメラ５１が適用されている。Ｘ線カメラ５１は、従来のＣＴ（ Computed Tomography ）装置として構成されている。Ｘ線カメラ５１は、Ｘ線を弾性材料２に照射するＸ線管５２、弾性材料２を透過したＸ線を検知する検出器５３、及び、Ｘ線管５２に設けられたシャッター手段５４を含んで構成されている。Ｘ線管５２及び検出器５３は、ドラム３１の走行面３ｓと弾性材料２の外周面２ｓとの接触部を挟んで、一直線上に配置されている。また、本実施形態では、弾性材料２及びドラム３１に、Ｘ線が照射されるように、Ｘ線管５２及び検出器５３の高さが調整される。

また、本実施形態のＸ線管５２及び検出器５３は、支持手段４に対して、移動不能に固着されている。検出器５３は、従来の検出器と同様に、Ｘ線を光電子に変換する変換部（図示省略）と、光電子を可視光線に変換する蛍光体（図示省略）と、可視光線を撮影するＣＣＤカメラ（図示省略）とを含んでいる。シャッター手段５４は、パルス発生器７６から出力されるパルス信号Ｓｇ２に基づいて開閉することにより、例えば、０．１ミリ秒〜１００ミリ秒の間、Ｘ線管５２からＸ線を照射させる。これにより、弾性材料２の特定位置の投影像が繰り返し取得されうる。

図４は、スリップ角設定手段６を拡大して示している。スリップ角設定手段６は、例えば、ドラム３１を垂直軸線周りに回転可能に支持する支持軸６１と、支持軸６１の両端部を支持する支持台６２と、支持枠４７に対して支持台６２を回転可能に支持する支持軸６３を含んで構成されている。図４では、スリップ角が零である状態が示されている。

図５では、弾性材料２にスリップ角ＳＡが付与された状態が示されている。本実施形態では、支持枠４７に対する弾性材料２の姿勢は固定されている。従って、支持枠４７を基準として、支持軸６３の周りの矢印Ｚ方向に支持台６２を回転させることにより、ドラム３１に姿勢角が付与され、弾性材料２とドラム３１との間で相対的なスリップ角ＳＡが付与される。

図４、５に示されるように、本実施形態では、走行面手段３は、ドラム３１を回転駆動する第２回転手段８をさらに有している。第２回転手段８は、支持台６２の一端側に設けられている。第２回転手段８がドラム３１を回転駆動することにより、走行面３ｓが移動する。第２回転手段８は、例えば、交流又は直流の第２モーター８１を含んで構成されている。

この実施形態の第２モーター８１は、支持台６２に支持されている。第２モーター８１には、水平軸周りに回転可能な第２出力軸８１ａが設けられている。

本実施形態では、ドラム３１の支持軸６１と第２モーター８１の第２出力軸８１ａとが一体に形成されているが、支持軸６１と第２出力軸８１ａとは互いに独立した軸によって構成されていてもよい。この場合、第２出力軸８１ａと支持軸６１との間には、ギヤ等の駆動伝達手段が設けられる。

第２モーター８１の第２出力軸８１ａは、第１モーター７１の第１出力軸７１ａとは逆方向に、回転するように設定される。これにより、ドラム３１は、走行面３ｓにおいて、弾性材料２を転動させうる。なお、ドラム３１の外径Ｄ３は、任意に設定することができる。また、第２モーター８１の回転速度、及び、第１モーター７１の回転速度も、任意に設定することができる。例えば、ドラム３１の外径Ｄ３が、弾性材料２の外径Ｄ１よりも大きい場合、弾性材料２とドラム３１とのスリップ率をゼロにするために、第１モーター７１の回転速度を、第２モーター８１の回転速度よりも速くしてもよい。第１モーター７１の回転速度、及び、第２モーター８１の回転速度を適宜設定することにより、加速時又は減速時のタイヤのトレッドゴムの変形が擬似的に再現される。

本実施形態の第２回転手段８は、弾性材料２の回転中の特定位置を検出して第２信号を出力する第２回転位置検出手段８４を含んで構成されている。第２回転位置検出手段８４としては、例えば、透過型又は反射型のフォトインタラプタ等が適用されうる。

第２回転位置検出手段８４は、第２出力軸８１ａから半径方向外側に突出する第２突起部８４ａと、第２フレーム８４ｂと、第２突起部８４ａを検出する第２センサー８４ｃとを含んでいる。第２回転位置検出手段８４は、支持台６２に搭載され、ドラム３１及び第２出力軸８１ａと共に、支持軸６３の周りの矢印Ｚ方向に回転される。

第２突起部８４ａは、第２出力軸８１ａの軸方向と交わる面を有する立方体として形成されている。この第２突起部８４ａは、第２出力軸８１ａの外周面に少なくとも一つ（本実施形態では一つ）配置されている。このような第２突起部８４ａは、第２出力軸８１ａの回転により、水平軸周りに回転される。

第２フレーム８４ｂは、水平にのびる水平板と、水平板の両端から下方にのびる一対の垂直板とを含み、正面視略コ字状に形成されている。この第２フレーム８４ｂは、その上方に配置される支持台６２に固着されている。さらに、第２フレーム８４ｂは、水平板と一対の垂直板とで囲まれる空間８４ｄ内に、回転する第２突起部８４ａを通過させるように配置されている。

第２センサー８４ｃは、例えば、レーザーセンサーとして構成されている。この第２センサー８４ｃは、第２フレーム８４ｂの一対の垂直板間において、第２出力軸８１ａの軸方向と平行に、レーザーを照射させる。このような第２センサー８４ｃは、第２フレーム８４ｂの空間８４ｄ内を通過する第２突起部８４ａを検出することができる。第２センサー８４ｃが、第２突起部８４ａの通過を検知すると、出力部（図示省略）から第２信号Ｓｇ１’が出力され、第２信号Ｓｇ１’がパルス発生器７６に伝達される。

第２出力軸８１ａの回転により、ドラム３１の走行面３ｓ及び第２突起部８４ａは、同一周期で回転する。従って、第２回転位置検出手段８４は、第２突起部８４ａを検出することにより、転動中の弾性材料２において、ドラム３１の走行面３ｓの特定位置を検出することができる。なお、ドラム３１の転動中の特定位置は、第２突起部８４ａの固着位置を変更することで、適宜変更することができる。

この実施形態では、弾性材料２をドラム３１に当接させた初期状態において、第１突起部７４ａが、第１フレーム７４ｂの空間７４ｄ（図１３に示す）内に配置されるとともに、第２突起部８４ａが、第２フレーム８４ｂの空間８４ｄ内に配置されている。従って、この実施形態の第１回転位置検出手段７４及び第２回転位置検出手段８４は、弾性材料２の外径Ｄ１と、ドラム３１の外径Ｄ３とがそれぞれ異なっていても、転動中の弾性材料２において、弾性材料２の外周面の特定位置が、ドラム３１の外周面の特定位置に当接するタイミングを検知することができる。

パルス発生器７６は、第２回転位置検出手段８４の第２信号Ｓｇ１’に基づいて、パルス信号Ｓｇ２を出力する。出力されたパルス信号Ｓｇ２は、撮影信号Ｓｇ３として、Ｘ線カメラ５１に伝達される。パルス発生器７６及びＸ線カメラ５１の動作は、第１回転位置検出手段７４から第１信号Ｓｇ１が出力された場合と同様である。これにより、ドラム３１の走行面３ｓの特定位置に存在する凹凸及びそれによって変形する弾性材料２の投影像が繰り返し取得されうる。

図６は、本実施形態の観察方法の処理手順の一例を示すフローチャートである。
本実施形態の観察方法では、先ず、図２に示されるような外周面が円形状をなす弾性材料２が準備される（工程Ｓ０）。

次に、弾性材料２の投影像が撮影される（投影像取得工程Ｓ１）。この投影像取得工程Ｓ１では、弾性材料２の任意の軸線と直交する方向から、弾性材料２の少なくとも一部の投影像（本実施形態では、走行面３ｓ側の弾性材料２の投影像）が、軸線周りの複数の撮影位置で撮影される。

図７は、弾性材料２の撮影位置Ｐを示す平面図である。本実施形態の撮影位置Ｐは、弾性材料２の重心を垂直にのびる垂直軸線Ｌ３の周りにおいて、弾性材料２の一側面側の撮影開始位置Ｐｓと、弾性材料２の他側面側の撮影終了位置Ｐｅとの間を、予め定められた間隔で複数個設定される。本実施形態では、各撮影位置Ｐに、Ｘ線カメラ５１を直接移動させるのではなく、図１に示される回転手段５５を介して支持枠４７及び支持手段４を垂直軸線周りに回転させることにより、Ｘ線カメラ５１を複数の撮影位置Ｐに配置させている。なお、弾性材料２の垂直軸線Ｌ３を基準として、撮影開始位置Ｐｓと撮影終了位置Ｐｅとがなす角度（狭角）は、１８０°以下に設定されるのが望ましい。

図８は、本実施形態の投影像取得工程Ｓ１の処理手順の一例を示すフローチャートである。本実施形態の投影像取得工程Ｓ１では、先ず、Ｘ線カメラ５１を、撮影開始位置Ｐｓ（図６に示す）に配置させる（工程Ｓ１１）。本実施形態の工程Ｓ１１では、図１に示される回転手段５５を操作して支持手段４を垂直軸線周りに回転させて、Ｘ線カメラ５１を、撮影開始位置Ｐｓに配置する。

次に、弾性材料２が、予め定められた周期で変形される（変形工程Ｓ１２）。この変形工程Ｓ１２では、スリップ角設定手段６及び第１回転手段７等が用いられる。

図９は、本実施形態の変形工程Ｓ１２の処理手順の一例を示すフローチャートである。本実施形態の変形工程Ｓ１２では、先ず、弾性材料２が走行面３ｓに押し付けられる（工程Ｓ１１１）。この工程Ｓ１１１では、図３及び図４に示されるように、第１突起部７４ａを、第１フレーム７４ｂの空間７４ｄ内に配置するとともに、第２突起部８４ａを、第２フレーム８４ｂの空間８４ｄ内に配置して、弾性材料２をドラム３１に当接させる。次に、調整手段４２の移動手段４６により、基部４３を昇降させて、弾性材料２への荷重が設定される。このとき弾性材料２に付与する荷重は、例えば、弾性材料２と走行面３ｓとの接触部にかかる圧力がタイヤの接地圧に等しくなるように定めることができる。

次に、図５に示されるように、支持枠４７を基準として、支持軸６３の周りに支持台６２を回転させることにより、弾性材料２にスリップ角ＳＡが設定される（工程Ｓ１１２）。

次に、第１モーター７１の第１出力軸７１ａ（図３に示す）、及び、第２モーター８１の第２出力軸８１ａ（図４に示す）を、互いに逆方向に回転させる（工程Ｓ１１３）。これにより、工程Ｓ１１３では、弾性材料２にスリップ角を付与した状態で、弾性材料２の外周面２ｓを走行面３ｓ上に押し付けながら、弾性材料２を転動（変形）させることができる。従って、変形工程Ｓ１２では、第１モーター７１及び第２モーター８１の回転に基づいて、弾性材料２を予め定められた周期で変形させることができる。

次に、図８に示されるように、弾性材料２の転動中の特定位置が検出され、撮影信号が出力される（工程Ｓ１３）。この工程Ｓ１３では、第１回転位置検出手段７４、第２回転位置検出手段８４及びパルス発生器７６が用いられる。

本実施形態では、上述したように、第１センサー７４ｃ及び第２センサー８４ｃが、第１突起部７４ａ及び第２突起部８４ａを同時に検出することにより、第１回転位置検出手段７４及び第２回転位置検出手段８４から第１信号Ｓｇ１及び第２信号Ｓｇ１’が出力される。従って、工程Ｓ１３では、弾性材料２が走行面３ｓを転動する１周期のうち、弾性材料２の外周面の特定位置が、ドラム３１の走行面３ｓの特定位置に当接するタイミング（１周期中の特定のタイミング）において、第１信号Ｓｇ１及び第２信号Ｓｇ１’が出力される。なお、第１信号Ｓｇ１及び第２信号Ｓｇ１’が出力されるタイミングは、第１突起部７４ａ及び第２突起部８４ａの位置を変更することにより、適宜調節することができる。

第１信号Ｓｇ１及び第２信号Ｓｇ１’は、パルス発生器７６に入力される。パルス発生器７６は、第１信号Ｓｇ１及び第２信号Ｓｇ１’が同時に入力されたタイミングで、パルス信号Ｓｇ２（撮影信号Ｓｇ３）を出力する。

第１回転位置検出手段７４及び第２回転位置検出手段８４のうち、いずれか一方から出力される第１信号Ｓｇ１又は第２信号Ｓｇ１’に基づいて、パルス発生器７６がパルス信号Ｓｇ２を出力するように構成されていてもよい。

次に、撮影信号に基づいて、弾性材料２の投影像が撮影される（撮影工程Ｓ１４）。図１に示されるように、撮影工程Ｓ１４では、撮影信号Ｓｇ３（パルス信号Ｓｇ２）が、Ｘ線カメラ５１のシャッター手段５４に入力されたタイミングで、Ｘ線管５２からＸ線が照射される。これにより、撮影工程Ｓ１４では、弾性材料２の転動中の特定位置において、弾性材料２の投影像が撮影される。この撮影工程Ｓ１４では、弾性材料２の転動中の特定位置（この実施形態では、弾性材料２の外周面２ｓの特定位置が、ドラム３１の走行面３ｓの特定位置に当接するタイミング）において、弾性材料２の投影像が撮影される。この弾性材料２の投影像は、例えば、Ｘ線カメラ５１に接続されたコンピュータ（図示省略）に記憶される。

次に、予め定められた複数の撮影位置Ｐ（図７に示す）において、弾性材料２の撮影が完了したか否かが判断される（工程Ｓ１５）。この工程Ｓ１５は、弾性材料２の撮影が完了した判断された場合（工程Ｓ１５で「Ｙ」）、次の工程Ｓ２（図６に示す）が実施される。一方、弾性材料２の撮影が完了していないと判断された場合は、次の撮影位置ＰにＸ線カメラ５１を配置して（工程Ｓ１６）、変形工程Ｓ１２〜工程Ｓ１５が再度実施される。これにより、投影像取得工程Ｓ１では、弾性材料２が周期的に変形している場合であっても、各撮影位置Ｐにおいて、常に特定の変形状態（変形瞬間）の投影像を得ることができる。

なお、複数の撮影位置Ｐ（図７に示す）において、特定の変形状態の投影像を確実に撮影するために、検出器５３の蛍光体（図示省略）の減衰時間は、１００ms以下に設定されるのが望ましい。なお、蛍光体の減衰時間が１００msを超えると、前回撮影した投影像の残像が残るため、複数の撮影位置Ｐにおいて、投影像を撮影するのが難しいおそれがある。逆に、蛍光体の減衰時間が小さすぎても、光電子の可視光線への変換効率が低下するおそれがある。このような観点より、蛍光体の減衰時間は、好ましくは５０ms以下、さらに好ましくは１０ms以下が望ましく、また、好ましくは０．１ms以上が望ましい。

同様の観点より、Ｘ線の輝度（photons/s/mrad²/mm²/0.1%bw ）は、好ましくは１０¹⁰以上、さらに好ましくは１０¹²以上が望ましい。

次に、図６に示されるように、弾性材料２の複数の投影像から弾性材料２の三次元像が構成される（工程Ｓ２）。

工程Ｓ２では、従来と同様に、例えば、Convolution Back Projection法に基づいて、複数の撮影位置Ｐで撮影された弾性材料２の投影像を逆投影することにより、弾性材料２の三次元像を構築することができる。

次に、弾性材料２の三次元像が観察される（工程Ｓ３）。本実施形態では、三次元像を観察することにより、スリップ角が付与された走行中のタイヤに近似した状態にある弾性材料の三次元像を詳細に観察できるため、弾性材料２の性能を正確に評価することができる。また、このような弾性材料２の変形状態に基づいて、例えば、有限要素法に基づくシミュレーションで用いられるゴムモデルの作成や、境界条件を設定することができるため、シミュレーション精度を向上させるのに役立つ。

弾性材料２には、標識粒子が配合されているのが望ましい。図１０は、標識粒子２５が配合された弾性材料２の三次元像２６である。

本実施形態の標識粒子２５としては、例えば、直径４０μm程度のアルミナ粒子が採用される。このような標識粒子２５は、三次元像２６に強調して表示されるため、弾性材料２の変形形状を正確に測定するのに役立つ。さらに、標識粒子２５は、例えば、デジタル画像相関法に基づいて、標識粒子２５の位置情報から、弾性材料２の歪み分布を得るのに役立つ。なお、標識粒子２５としては、アルミナ粒子に限定されるわけではなく、例えば、ゴムよりも密度が大きいもの（例えば、硫酸バリウム等）であれば、適宜採用することができる。

また、標識粒子２５の配合量は、１質量部〜１００質量部が望ましい。なお、標識粒子２５の配合量は、１質量部未満であると、弾性材料２の特定の変形状態（変形瞬間）を正確に観察できないおそれがある。逆に、標識粒子２５の配合量が、１００質量部を超えると、弾性材料２の物性が著しく変化し、弾性材料２の性能を正確に評価できないおそれがある。このような観点より、標識粒子２５の配合量は、好ましくは５質量部以上、さらに好ましくは１０質量部以上が望ましく、また、好ましくは７０質量部以下、さらに好ましくは５０質量部以下が望ましい。

上記投影像撮影装置１では、乾燥した走行面３ｓに、弾性材料２が押し付けられるものが例示されたが、これに限定されるわけではない。例えば、弾性材料２と走行面３ｓとの接触部に、流体を供給する流体供給手段がさらに含まれてもよい。

図１１は、弾性材料２と走行面３ｓとの接触部に、流体を供給する流体供給手段を示している。

流体供給手段９は、流体９１が蓄えられた水槽９２を有している。水槽９２は、ドラム３１の走行面３ｓの少なくとも一部が、流体９１に浸されるように、ドラム３１の下方に配置されている。設けられている。これより、ドラム３１は、第２モーター８１（図４に示す）によって回転されることにより、ドラム３１の走行面３ｓに流体９１が供給される。

従って、流体供給手段９を含む投影像撮影装置１では、走行面３ｓとの間に流体９１が介在する弾性材料２の投影像を撮影することができ、流体９１が供給された走行面３ｓ及び弾性材料２の三次元像を構成することができる。このような三次元像は、例えば、タイヤのウエット性能を評価するのに役立つ。流体９１としては、例えば、水、油、又は、バリウムやヨウ素等の物質からなる造影剤を含む溶液を採用することができる。

なお、この実施形態では、流体９１を蓄える水槽９２によって、流体９１が供給される場合が例示されたが、これに限定されるわけではない。例えば、流体９１を供給するチューブ（図示省略）によって、流体９１が図１等に示される走行面３ｓに供給されるものでもよい。

また、上記実施形態では、弾性材料２が円筒状のゴム材である場合が例示されたが、これに限定されるわけではなく、例えば、自動車等に用いられるタイヤであってもよい。

以上、本発明の弾性材料の変形の観察方法及び投影像撮影装置が詳細に説明されたが、本発明は上記の具体的な実施形態に限定されることなく種々の態様に変更して実施される。

図１に示される投影像撮影装置を用いて、スリップ角が付与されて転動中の弾性材料の複数の投影像が撮影された。さらに、図６に示される観察方法に基づいて、弾性材料の三次元像が構成された。弾性材料の仕様は以下の通りである。
弾性材料の大きさ：
外径Ｄ１：６０mm
幅Ｗ１：１０mm
弾性材料の配合：
スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）：１００質量部
カーボンブラック：５０質量部
硫黄：２質量部
加硫促進剤：１．５質量部
識別粒子（アルミナ粒子）：２０質量部
弾性材料を構成する各材料の詳細は以下の通りである。
ゴム：日本ゼオン（株）製 Nipol IR2200
カーボンブラック：三菱化学（株）製 ISAFグレード
硫黄：鶴見化学工業（株）製 粉末硫黄
加硫促進剤：大内新興化学工業（株）製
N-tert-Butyl-2-benzothiazolesulfenamide
アルミナ粒子：昭和電工（株）製 CB-A40 平均粒子径：約40um
テスト条件は、以下の通りである。
ドラムの大きさ：
外径Ｄ３：１２０mm
幅：２０mm
弾性材料の荷重：２０Ｎ
弾性材料のスリップ角：１゜

図１２は、上記実施例によって構成された三次元像の一断面を示している。図１３は、上記実施例によって構成された三次元像の別の断面を示している。

図１２及び図１３から明らかなように、実施例の投影像撮影装置及び観察方法では、スリップ角が付与された走行中のタイヤに近似した状態にある弾性材料の鮮明な三次元像を取得することができ、弾性材料の性能を正確に評価することができた。

１ 投影像撮影装置
２ 弾性材料
２ｓ 外周面
３ 走行面手段
３ｓ 走行面
４ 支持手段
５ 撮影手段
６ スリップ角設定手段
７ 第１回転手段
８ 第２回転手段
９ 流体供給手段
２５ 標識粒子
４２ 調整手段
５１ Ｘ線カメラ
５４ シャッター手段
７４ 第１回転位置検出手段
８４ 第２回転位置検出手段

Claims (12)

1. ゴム又はエラストマーを含む弾性材料の変形を観察するための方法であって、
   外周面が円形状をなす前記弾性材料を準備する工程と、
   前記円形状の前記弾性材料を、スリップ角を持った状態で、走行面上を転動させる変形工程と、
   前記弾性材料の任意の軸線と直交する方向から、前記走行面と前記弾性材料との接触部の少なくとも一部を含む投影像を、前記軸線周りの複数の撮影位置で撮影する投影像取得工程と、
   前記投影像から、少なくとも、転動中の前記弾性材料の前記接触部の三次元像を構成する工程とを含むことを特徴とする弾性材料の変形の観察方法。
2. 前記投影像取得工程は、
   前記弾性材料の転動中の特定位置を検出する工程と、
   前記各撮影位置において、前記特定位置で前記投影像を撮影する撮影工程とを含む請求項１記載の弾性材料の変形の観察方法。
3. ゴム又はエラストマーを含む弾性材料を変形させて、その投影像を撮影する投影像撮影装置であって、
   連続的に移動可能な走行面を有する走行面手段と、
   外周面が円形状をなす前記弾性材料を回転可能に支持し、前記弾性材料を前記走行面上で転動させる支持手段と、
   前記走行面を転動している前記弾性材料の任意の軸線と直交する方向から、前記走行面と前記弾性材料との接触部の少なくとも一部を含む投影像を、前記軸線周りの複数の撮影位置で撮影する撮影手段とを備え、
   前記支持手段は、前記弾性材料にスリップ角を付与して前記走行面上を転動させるスリップ角設定手段と、
   前記弾性材料を回転駆動して前記走行面上を転動させる第１回転手段とを含むことを特徴とする投影像撮影装置。
4. 前記第１回転手段は、前記弾性材料の回転中の特定位置を検出して第１信号を出力する第１回転位置検出手段を含む請求項３記載の投影像撮影装置。
5. 前記撮影手段は、シャッター手段を有するＸ線カメラを含み、
   前記シャッター手段は、前記第１信号に基づいて開閉する請求項４記載の投影像撮影装置。
6. 前記支持手段は、前記走行面と前記弾性材料との距離を調整する調整手段をさらに含む請求項３乃至５のいずれかに記載の投影像撮影装置。
7. 前記走行面には、疑似路面が形成されている請求項３乃至６のいずれかに記載の投影像撮影装置。
8. 前記走行面手段は、前記走行面を移動させる第２回転手段をさらに有する請求項３乃至７のいずれかに記載の投影像撮影装置。
9. 前記第２回転手段は、前記走行面の移動中の特定位置を検出して第２信号を出力する第２回転位置検出手段を有する請求項８記載の投影像撮影装置。
10. 前記撮影手段は、シャッター手段を有するＸ線カメラを含み、
    前記シャッター手段は、前記第２信号に基づいて開閉する請求項９に記載の投影像撮影装置。
11. 前記弾性材料には、標識粒子が配合されている請求項３乃至１０のいずれかに記載の投影像撮影装置。
12. 前記弾性材料と前記走行面との接触部に、流体を供給する流体供給手段をさらに含む請求項３乃至１１のいずれかに記載の投影像撮影装置。