JP2018119929A

JP2018119929A - 氷上の水の厚さの計測方法

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Publication number: JP2018119929A
Application number: JP2017013671A
Authority: JP
Inventors: 慎太郎畠中; Shintaro Hatanaka; 大澤　靖雄; Yasuo Osawa; 靖雄大澤
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2017-01-27
Filing date: 2017-01-27
Publication date: 2018-08-02
Anticipated expiration: 2037-01-27
Also published as: JP6940953B2; EP3575743B1; EP3575743A1; EP3575743A4; CN110226077B; WO2018139413A1; US20190346365A1; US10900893B2; CN110226077A

Abstract

【課題】簡易な手法により、氷上の水の厚さを計測することができる、氷上の水の厚さの計測方法を提供する。【解決手段】氷上の水の厚さの計測方法は、氷の一方の面に向けて、１０ＴＨｚ以下の周波数を有するテラヘルツ波を照射し、テラヘルツ波の透過波又は反射波を計測し、計測結果から氷上の水の厚さを計測する。【選択図】図１

Description

本発明は、氷上の水の厚さの計測方法に関するものである。

路面上の水の厚さを計測する手法として、路面に向けて電磁波を照射し、反射した電磁波の減衰量によって、路面上の水の厚さを判別する方法がある（例えば、特許文献１参照）。

特許第４１７６５８６号

しかしながら、上記の手法では、例えば氷と水のように誘電率が近い物質同士の判別が困難であり、路面上に氷と水とが存在する場合、氷と水とを区別して水を検出することは困難であった。また、氷と水とでは、光の屈折率も近いため、可視光でも両者の違いを判別することは困難である。さらに、氷上の水膜が薄い場合は超音波で判別することも困難である。

このような事情に鑑みて、本発明は、簡易な手法により、氷上の水の厚さを計測することができる、氷上の水の厚さの計測方法を提供することを目的とする。

本発明の要旨構成は、以下の通りである。
本発明の氷上の水の厚さの計測方法は、前記氷の一方の面に向けて、１０ＴＨｚ以下の周波数を有するテラヘルツ波を照射し、該テラヘルツ波の透過波又は反射波を計測し、該計測結果から前記氷上の水の厚さを計測することを特徴とする。
本発明の氷上の水の厚さの計測方法によれば、簡易な手法により、氷上の水の厚さを計測することができる。
本明細書において、「氷上の水の厚さの計測」とは、水が存在しない場合に、水の厚さが０であることを計測結果として得ることも含み、また、厚さの値を得ることのみならず、厚さの相対関係を得ることも含み、さらに、氷上の水の有無自体を検知することも含む。

本発明の氷上の水の厚さの計測方法では、前記氷の他方の面側の外側から前記氷の一方の面に向けて前記テラヘルツ波を照射し、又は、前記氷の内部から前記一方の面に前記テラヘルツ波を照射して、該テラヘルツ波の透過波又は反射波を計測し、該計測結果から前記氷の前記一方の面上の前記水の厚さを計測することが好ましい。

本発明の氷上の水の厚さの計測方法では、前記氷の前記一方の面上に物体を載せた状態で、前記氷の他方の面側の外側から前記氷の他方の面に向けて前記テラヘルツ波を照射し、又は、前記氷の内部から前記一方の面に前記テラヘルツ波を照射して、
前記物体からの前記テラヘルツ波の反射波を計測し、該計測結果から前記氷と前記物体との間の前記水の厚さを計測することが好ましい。
この方法によれば、氷と物体との間に存在する水の厚さを計測することができる。

本発明の氷上の水の厚さの計測方法では、前記物体は、ゴムからなることが好ましい。
この方法によれば、氷とゴムとの間に存在する水の厚さを計測することができる。

本発明の氷上の水の厚さの計測方法では、前記物体は、タイヤ、ゴムブロック、ゴムシートのいずれかであることが好ましい。
この方法によれば、氷とタイヤ、ゴムブロック、ゴムシートのいずれかとの間に存在する水の厚さを計測することができる。

本発明の氷上の水の厚さの計測方法では、前記氷の一方の面又は前記氷の他方の面に向けて、１０ＴＨｚ以下の周波数を有するテラヘルツ波を照射し、該テラヘルツ波の反射波を計測し、該反射波の強度を計測し、該計測結果から前記氷上の前記水の厚さを計測することが好ましい。
この方法によれば、さらに簡易に氷上の水の厚さを計測することができる。

本発明の氷上の水の厚さの計測方法では、既知の厚さの水にテラヘルツ波を照射し、該テラヘルツ波の透過波又は反射波の強度を計測して、水の厚さと前記テラヘルツ波の透過波又は反射波の強度との関係を予め取得し、前記予め取得した前記関係を用いて、前記氷上の水の厚さを計測することが好ましい。
この方法によれば、氷上の水の厚さの絶対値を算出することができる。

本発明の氷上の水の厚さの計測方法では、前記反射波の到達時間を計測し、前記テラヘルツ波の速度と計測した前記到達時間とにより、前記氷上の水の厚さを計測することが好ましい。
この方法によっても、さらに簡易に氷上の水の厚さを計測することができる。

本発明の氷上の水の厚さの計測方法では、前記テラヘルツ波の周波数を変更して前記計測を行い、前記計測結果は、異なる周波数の前記テラヘルツ波での計測結果からなることが好ましい。
この方法によれば、より精度良く氷上の水の厚さを計測することができる。

本発明によれば、簡易な手法により、氷上の水の厚さを計測することができる、氷上の水の厚さの計測方法を提供することができる。

本発明の第１の実施形態にかかる氷上の水の厚さの計測方法に用いることができる、氷上の水の厚さの計測装置を模式的に示す図である。電磁波の波長と、氷及び水の電磁波の吸収特性との関係を示す図である。本発明の第２の実施形態にかかる氷上の水の厚さの計測方法に用いることができる、氷上の水の厚さの計測装置を模式的に示す図である。本発明の第３の実施形態にかかる氷上の水の厚さの計測方法に用いることができる、氷上の水の厚さの計測装置を模式的に示す図である。本発明の第４の実施形態にかかる氷上の水の厚さの計測方法に用いることができる、氷上の水の厚さの計測装置を用いて、氷上の水の厚さを計測する場合を説明するための模式図である。（ａ）（ｂ）本発明の第４の実施形態にかかる氷上の水の厚さの計測方法に用いることができる、氷上の水の厚さの計測装置を模式的に示す図である。水の厚さとテラヘルツ波の透過波の強度との関係を予め取得する方法について説明するための模式図である。水の厚さとテラヘルツ波の透過波の強度との関係を予め取得する方法について説明するための模式図である。水の厚さとテラヘルツ波の透過波の強度の低下率との関係を示す図である。水の厚さとテラヘルツ波の反射波の強度との関係を予め取得する方法について説明するための模式図である。水の厚さとテラヘルツ波の反射波の強度との関係を予め取得する方法について説明するための模式図である。本発明の実施例について説明するための図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に例示説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態にかかる氷上の水の厚さの計測方法に用いることができる、氷上の水の厚さの計測装置を模式的に示す図である。この氷上の水の厚さの計測装置１は、１０ＴＨｚ以下の周波数（好ましくは、０．１ＴＨｚ以上１０ＴＨｚ以下の周波数）を有するテラヘルツ波を照射する照射装置２と、該テラヘルツ波の透過波を検出・計測する透過波計測装置３とを有している。図１に示す実施形態では、一方の面４ａと、該一方の面４ａに対向する他方の面４ｂとを有する氷４を挟むようにして、照射装置２及び透過波計測装置３が対向して設置されている。すなわち、図１に示す実施形態では、照射装置２は、氷４の一方の面４ａ側の外側（図１で氷４の上方）に配置され、透過波計測装置３は、氷４の他方の面４ｂ側の外側（図１で氷４の下方）に配置されている。第１の実施形態の方法では、照射装置２により、１０ＴＨｚ以下の周波数（好ましくは、０．１ＴＨｚ以上１０ＴＨｚ以下の周波数）を有するテラヘルツ波を、一方の面４ａに向けて照射する。テラヘルツ波は、最初に（存在する場合は）水５、次いで氷４の順に通過する。そして、透過波計測装置３により、該テラヘルツ波の透過波を計測する。照射装置２によるテラヘルツ波の照射及び透過波計測装置３による透過波の計測は、図示例では、線（平面視では点）で行っているが、共に、面や点で行うこともできる。このことは、以下の第２〜第４の実施形態においても同様である（なお、第２の実施形態では、透過波計測装置３により計測を行うが、第３〜第４の実施形態では、テラヘルツ波の反射波を検出・計測する反射波計測装置６により計測を行う）。なお、線、面で計測を行った場合には、全体として計測することもできるし、局所的に計測することもできる。例えば、全体としての厚さを計測する場合には、平均値、最大値、又は最小値を取るなど適宜の算出処理を行うことができる。

図２（出展：一般社団法人日本光学会会誌「光学」４８５−４８６３６巻８号（２００７）光科学及び光技術調査委員会）は、電磁波の波長と、氷及び水の電磁波の吸収特性との関係を示す図である。図２の縦軸のα^−１は、氷及び水の電磁波の吸収率を示す。図２に示すように、可視光の波長である３６０〜８３０ｎｍの波長領域では吸収特性にほとんど差異はないものの、テラヘルツ波（周波数０．１〜１０ＴＨｚ、すなわち波長３０μｍ〜３ｍｍ）あるいは、それより大きい波長の場合は、氷と水とで電磁波の吸収特性に差が生じることがわかる。すなわち、氷上の水の厚さが厚いほどテラヘルツ波の透過波の強度は小さくなる。従って、第１の実施形態によれば、上記透過波の計測結果（強度の低下等）から氷４上の水５の厚さを計測することができる。例えば、氷４上の水５が存在しない状態から開始して、所定の時間経過後に、本実施形態の方法で計測を行い、計測されたテラヘルツ波に強度の低下が計測された場合には、（例えば、所定時間経過による氷４の融解等による）所定の厚さの水膜が発生したと考えることができる。さらに所定時間経過後に、同様の計測を行い、計測されたテラヘルツ波に強度のさらなる低下が計測された場合には、上記水膜の厚さが（さらなる融解等により）増大したものと考えることができる。一方で、例えば、所定時間経過後にも、計測されたテラヘルツ波に強度の低下が生じない場合には、水膜が発生していない（水の厚さが０である）と考えることができる。このように、本実施形態の氷上の水の厚さの計測方法によれば、簡易な手法により、氷上の水の厚さを計測することができる。

図３は、本発明の第２の実施形態にかかる、氷上の水の厚さの計測方法に用いることができる、氷上の水の厚さの計測装置を模式的に示す図である。第２の実施形態に用いられているこの計測装置では、照射装置２が、氷４の他方の面４ｂ側の外側（図１で氷４の下方）に配置され、透過波計測装置３が、氷４の一方の面４ａ側の外側（図１で氷４の上方）に配置されている点で、第１の実施形態と異なっている。第２の実施形態では、照射装置２により、１０ＴＨｚ以下の周波数（好ましくは、０．１ＴＨｚ以上１０ＴＨｚ以下の周波数）を有するテラヘルツ波を、他方の面４ｂに向けて照射する。そして、透過波計測装置３により、該テラヘルツ波の透過波を計測する。第２の実施形態によっても、テラヘルツ波が透過する順序が最初に氷４、次に（存在する場合は）水５という順に変わるだけであり、水５の厚さが厚いほどテラヘルツ波の透過波の強度が小さくなることに変わりがないため、第１の実施形態と同様に、簡易な手法により、氷上の水の厚さを計測することができる。

図４は、本発明の第３の実施形態にかかる、氷上の水の厚さの計測方法に用いることができる、氷上の水の厚さの計測装置を模式的に示す図である。図４に示すように、第３の実施形態では、透過波計測装置３に替えて反射波計測装置６が用いられ、照射装置２と反射波計測装置６とが共に、氷４の一方の面４ａ側の外側（図１で氷４の上方）に配置されている点で、第１の実施形態と異なっている。第３の実施形態では、照射装置２により、１０ＴＨｚ以下の周波数（好ましくは、０．１ＴＨｚ以上１０ＴＨｚ以下の周波数）を有するテラヘルツ波を、一方の面４ａに向けて照射する。図４に示すように、照射されたテラヘルツ波は、（存在する場合は）水５を通過し、氷４に侵入し、氷４の他方の面４ｂで反射され、再び、（存在する場合は）氷４、水５を通過する。そして、反射波計測装置６により、該テラヘルツ波の反射波を計測する。第３の実施形態では、氷４及び（存在する場合は）水５をそれぞれ２回通過するが、水の厚さが厚いほどテラヘルツ波の反射波の強度が小さくなることに変わりがないため、第１の実施形態と同様に、簡易な手法により、氷上の水の厚さを計測することができる。

図５は、本発明の第４の実施形態にかかる、氷上の水の厚さの計測方法に用いることができる、氷上の水の厚さの計測装置を模式的に示す図である。図５に示すように、第４の実施形態では、照射装置２と反射波計測装置６とが共に、氷４の他方の面４ｂ側の外側（図１で氷４の下方）に配置されている点で、第３の実施形態と異なっている。第４の実施形態では、照射装置２により、１０ＴＨｚ以下の周波数（好ましくは、０．１ＴＨｚ以上１０ＴＨｚ以下の周波数）を有するテラヘルツ波を、他方の面４ｂに向けて照射する。図４に示すように、照射されたテラヘルツ波は、水５が存在する場合は、氷４から水５に侵入し、水５の一方の面で反射され、再び、水５、氷４を通過する。なお、水５が存在しない場合には、氷４内を通過して氷４の一方の面４ａで反射される。そして、反射波計測装置６により、該テラヘルツ波の反射波を計測する。第４の実施形態においても、第３の実施形態と、氷４及び（存在する場合は）水５の通過順序が変わるだけであるため、第３の実施形態と同様に、簡易な手法により、氷上の水の厚さを計測することができる。

第１〜第４の実施形態のように、氷４の一方の面４ａ又は他方の面４ｂに向けて、１０ＴＨｚ以下の周波数（好ましくは、０．１ＴＨｚ以上１０ＴＨｚ以下の周波数）を有するテラヘルツ波を照射し、該テラヘルツ波の透過波又は反射波を計測し、該計測結果から氷４上の水５の厚さを計測することで、簡易に氷４上の水５の厚さを計測することができる。

本発明では、氷４の他方の面４ｂ側の外側から氷４の一方の面４ａに向けてテラヘルツ波を照射し、又は、氷４の内部から一方の面４ａにテラヘルツ波を照射して、該テラヘルツ波の透過波又は反射波を計測し、該計測結果から氷４の一方の面４ａ上の水５の厚さを計測することが好ましい。

図６（ａ）（ｂ）は、本発明の第４の実施形態にかかる、氷上の水の厚さの計測方法に用いる氷上の水の厚さの計測装置を模式的に示す図である。図６（ａ）では、タイヤ７が氷４の一方の面４ａ上に載置されている。そして、図６（ａ）に示す実施形態では、氷４の一方の面４ａ上にタイヤ７を載せた状態で、照射装置２により、氷４の他方の面４ｂ側の外側（図６（ａ）の下方）から氷４の一方の面４ａに向けてテラヘルツ波を照射する。照射されたテラヘルツ波は、氷４を通過し、次いで、（存在する場合は）水５を通過し、タイヤ７で反射される。そして、テラヘルツ波の反射波は、（存在する場合は）水５、氷４の順に通過する。そして、反射波計測装置６により、タイヤ７からのテラヘルツ波の反射波を計測し、該計測結果から氷４とタイヤ７との間の水５の厚さを計測する。図６（ａ）に示す実施形態によれば、氷４とタイヤ７との間に存在する水５の厚さを計測することができる。

図６（ｂ）は、ゴムブロック８が氷４の一方の面４ａ上に載置されている点で、図６（ａ）の場合と異なっている。ゴムブロック８でも、図６（ａ）のタイヤ７の場合と同様の手法により、同様の作用効果を奏することができる。

第２、第４の実施形態においては、氷４の内部に照射装置２を配置するなどして、氷４の内部から氷４の一方の面４ａにテラヘルツ波を照射しても、同様の作用効果を奏することができる。

図６（ａ）（ｂ）に示した実施形態のように、本発明では、物体と氷との間の水の厚さを計測する場合、氷４の一方の面４ａ上に物体を載せた状態で、氷４の他方の面４ｂ側の外側から氷４の一方の面４ａに向けてテラヘルツ波を照射し、又は、氷４の内部から一方の面４ａに向けてテラヘルツ波を照射して、物体からのテラヘルツ波の反射波を計測し、該計測結果から氷４と物体との間の水５の厚さを計測することが好ましい。氷４と物体との間に存在する水５の厚さを計測することができるからである。本発明では、物体は、ゴムからなることが好ましい。氷４とゴムとの間に存在する水５の厚さを計測することができるからである。さらに、本発明では、物体は、タイヤ、ゴムブロック、ゴムシートのいずれかであることが好ましい。氷４とタイヤ７、ゴムブロック８、ゴムシートのいずれかとの間に存在する水５の厚さを計測することができるからである。

図６（ａ）に示す実施形態においては、タイヤ７を氷４に対して相対移動させることができる。例えば、タイヤ７をタイヤ軸周りに回転可能に静止させたまま、氷４を移動させながら、上記の計測を行ってもよい。これにより、タイヤ７が氷４上を転動する際の水膜の厚さを計測することができる。もちろん、氷４を静止させて、その氷４上をタイヤ７が転がるようにタイヤ７を回転・移動させても良い。さらに、氷４を移動させつつ、タイヤ７も回転・移動させてもよい。いずれも場合も、照射装置２及び反射波計測装置６を固定してもよいし、移動させてもよい。これらの場合の、タイヤ７、氷４、照射装置２、及び反射波計測装置６の移動や回転は、既知の任意の装置を用いることができる。図６（ｂ）に示す実施形態においては、ゴムブロック８を氷４に対して相対移動させることができる。例えば、ゴムブロック８を静止させたまま、氷４を移動させながら、上記の計測を行ってもよい。これにより、ゴムブロック８が氷４上を移動する際の水膜の厚さを計測することができる。もちろん、氷４を静止させて、ゴムブロック８を移動させても良い。さらに、氷４を移動させつつ、ゴムブロックも移動させてもよい。いずれも場合も、照射装置２及び反射波計測装置６を固定してもよいし、移動させてもよい。これらの場合の、ゴムブロック８、氷４、照射装置２、及び反射波計測装置６の移動は、既知の任意の装置を用いることができる。このことは、ゴムシートや他の物体でも同様である。

図７、図８は、水の厚さとテラヘルツ波の透過波の強度との関係を予め取得する方法について説明するための模式図である。図７に示すように、テラヘルツ波に対して透明な、対向して配置された透明板９ａ、９ｂを、スペーサ１０を介して配置する。透明板９ａ、９ｂは、例えば、ガラス、アクリル、ポリカーボネート製の板、板状の氷などを用いることができる。透明板９ａ、９ｂ、スペーサ１０で囲まれた空間には空気１１が存在する。図示例では、テラヘルツ波の照射装置２が透明板９ｂ側の外側に配置され、透過波計測装置３が透明板９ａ側の外側に配置されている。なお、照射装置２を透明板９ａ側の外側に配置し、透過波計測装置３を透明板９ｂ側の外側に配置することもできる。そして、照射装置２によりテラヘルツ波を照射し、透過波計測装置３により水が存在しない場合のテラヘルツ波の透過波の強度を計測しておく。

次に、図８に示すように、透明板９ａ、９ｂ、スペーサ１０で囲まれた空間に水５を充填する。水５の厚さはスペーサ１０の厚さと同じであるため、スペーサ１０の厚さによって水５の厚さを調整することができる。そして、照射装置２によりテラヘルツ波を照射し、透過波計測装置３により既知の厚さ（スペーサ１０と同じ厚さ）の水が存在する場合のテラヘルツ波の透過波の強度を計測する。そして、図７、図８の２つの場合のテラヘルツ波の透過波の強度の差分を取ることにより、既知の厚さの水５が存在する場合のテラヘルツ波の透過波の強度の低下量を求めることができる。なお、スペーサ１０の厚さを様々に変更して、様々な水５の厚さでのテラヘルツ波の透過波の強度の低下量を求めておくことが、水５の厚さの計測の精度を高める観点から好ましい。

図９は、水の厚さとテラヘルツ波の透過波の強度の低下率との関係を示す図である。図７、図８に示す手法により、一例として、図９に示すような、水の厚さとテラヘルツ波の透過波の強度の低下率との関係を得ることができる。そして、第１、第３の実施形態において、計測したテラヘルツ波の透過波の強度と、このような関係と、に基づいて、氷４上の水５の厚さの絶対値を算出することができる。

図１０、図１１は、水の厚さとテラヘルツ波の反射波の強度との関係を予め取得する方法について説明するための模式図である。図１０に示すように、テラヘルツ波に対して透明な、対向して配置された透明板９ａ、９ｂを、スペーサ１０を介して配置する。透明板９ａ、９ｂ、スペーサ１０で囲まれた空間には空気１１が存在する。一方の透明板９ａ上には、物体１２が載置されている。図示例では、テラヘルツ波の照射装置２及び反射波計測装置６が共に、透明板９ｂ側の外側に配置されている。そして、照射装置２によりテラヘルツ波を照射し、反射波計測装置６により水が存在しない場合のテラヘルツ波の反射波の強度を計測しておく。

次に、図１１に示すように、透明板９ａ、９ｂ、スペーサ１０で囲まれた空間に水５を充填する。水５の厚さはスペーサ１０の厚さと同じであるため、スペーサ１０の厚さによって水５の厚さを調整することができる。そして、照射装置２によりテラヘルツ波を照射し、反射波計測装置６により既知の厚さ（スペーサ１０と同じ厚さ）の水が存在する場合のテラヘルツ波の反射波の強度を計測する。そして、図１０、図１１の２つの場合のテラヘルツ波の反射波の強度の差分を取ることにより、既知の厚さの水５が存在する場合の、物体１２により反射されるテラヘルツ波の反射波の強度の低下量を求めることができる。なお、スペーサ１０の厚さを様々に変更して、様々な水５の厚さでのテラヘルツ波の反射波の強度の低下量を求めておくことが、水５の厚さの計測の精度を高める観点から好ましい。物体１２は、例えば第４の実施形態のタイヤ７、ゴムブロック８のように、実際に計測するのに用いるものと同じものを用いることが好ましく、表面粗さも同じにするのが好ましい（図７、図８の例でも同様である）。なお、この手法は、物体１２がなくても行うことができる。また、透明板９ａ、９ｂとして、板状の氷を用いる場合は、透明板９ａ、９ｂの合計の厚さを、計測に実際に用いる氷４と同じ厚さにすることが好ましい。透明板９ａ、９ｂに氷以外のものを用いる場合は、板の厚さは、氷４及び透明板９ａ、９ｂの透過率を求め、下記の式で決定される値とするのが良い。なお、図２に示されるように、氷及び水のテラヘルツ波の吸収率は、周波数により異なるため、テラヘルツ波の周波数は、実際の計測に用いるのと同じ周波数とすることが好ましい。同様に、テラヘルツ波の強度も、実際の計測に用いるのと同じ強度とすることが好ましい。
（式１）
（透明板の合計厚さ）＝（計測に用いる氷の厚さ）×（氷の場合の透過率）／（透明板の場合の透過率）

このようにして、水の厚さとテラヘルツ波の反射波の強度の低下率との関係を得ることができる。そして、第２、第４、第５の実施形態において、計測したテラヘルツ波の反射波の強度と、このような関係と、に基づいて、より簡易に、氷４上の水５の厚さの絶対値を算出することができる。

このように、本発明では、氷４の一方の面４ａ又は氷４の他方の面４ｂに向けて、１０ＴＨｚ以下の周波数（好ましくは、０．１ＴＨｚ〜１０ＴＨｚの周波数）を有するテラヘルツ波を照射し、該テラヘルツ波の反射波を計測し、該反射波の強度を計測し、該計測結果から氷４上の水５の厚さを計測することが好ましい。より簡易に氷上の水の厚さの算出することができるからである。

また、本発明では、既知の厚さの水５にテラヘルツ波を照射し、該テラヘルツ波の透過波又は反射波の強度を計測して、水５の厚さとテラヘルツ波の透過波又は反射波の強度との関係を予め取得し、予め取得した関係を用いて、氷４上の水５の厚さを計測することが好ましい。氷上の水の厚さの絶対値を算出することができるからである。

一方では、本発明では、反射波の到達時間を計測し、テラヘルツ波の速度と計測した到達時間とにより、氷４上の水５の厚さを計測することが好ましい。この方法によっても、さらに簡易に氷上の水の厚さを計測することができるからである。例えば、図６（ａ）に示す例において、タイヤ７からの反射波と、氷４の一方の面４ａからの反射波との到達時間の差を求めることで、水５の厚さを計測することができる。行程距離に差が生じるため、到達時間（反射波を受光するまでの時間）に差が生じるからである。

また、本発明では、テラヘルツ波の周波数を変更して計測を行い、計測結果は、異なる周波数のテラヘルツ波での計測結果からなることが好ましい。複数の周波数での結果を用いることで、より精度良く氷上の水の厚さを計測することができるからである。

ここで、厚さの計測が可能な最小の厚みは、テラヘルツ波の波長が大きいほど大きくなる。一方で、図２に示されるように、テラヘルツ波の波長が大きいと、氷と水とのテラヘルツ波の吸収率の差が大きくなる。従って、本発明の方法では、厚さを計測する水のサイズに応じて、テラヘルツ波の波長を選択することが好ましい。例えば、サイズを０．３ｍｍ程度で計測を行う場合には、テラヘルツ波の波長を１ＴＨｚ程度とすることができる。そして、これより小さいサイズまで計測を行う場合には、テラヘルツ波をより高周波とすることができる。例えば、面全体での傾向を観察する際には、テラヘルツ波の周波数を小さくし、細部を観察する際には、テラヘルツ波の周波数を大きくして、解像度を高くすることができる。例えば、図６（ａ）に示す例において、タイヤ７のトレッド踏面におけるブロックのサイプやブロックエッジ近傍、サイプで区分された小さい領域等での水膜の厚さを計測する場合には、テラヘルツ波の周波数を高くすることができる。

図１２は、本発明の実施例について説明するための図である。タイヤサイズＰＳＲ１９５／６５Ｒ１５のスタッドレスタイヤを作製した。このスタッドレスタイヤのトレッド踏面におけるブロックは、上面視で幅２０ｍｍ、長さ２５ｍｍであり、溝深さ９ｍｍ、サイプ深さ５ｍｍ、サイプ幅０．５ｍｍであり、サイプ本数は４本で、６．２５ｍｍ間隔で均等配置されている。そして、溝深さまでを１つのサイプ付きブロック１３として切り出した。サイプ付きブロック１３を厚さ２０ｍｍの板状の氷４上に載置し、室温、氷温共に−２℃とし、サイプ付きブロック１３に１００Ｎの荷重を負荷した。最初はサイプ付きブロック１３を板状の氷４上に押し付け、その後、サイプ付きブロック１３を静止させつつ、板状の氷４を１０ｋｍ／ｈで移動させ、１０秒間、サイプ付きブロック１３を板状の氷４上で滑らせた。

比較例として、板状の氷４の下方から可視光を照射して反射光をビデオカメラで撮影した。発明例１として、１ＴＨｚのテラヘルツ波を照射装置２により点で照射して、反射波計測装置６により、テラヘルツ波の反射波を点で計測した。発明例２として、０．５ＴＨｚのテラヘルツ波を照射装置２により点で照射して、反射波計測装置６により、テラヘルツ波の反射波を点で計測した。発明例３として、１ＴＨｚのテラヘルツ波を照射装置２により面で照射して、反射波計測装置６により、テラヘルツ波の反射波を面で計測した。発明例１〜３においては、テラヘルツ波の反射波の強度を計測した。

表１に示すように、従来例では、照射光と反射光との間で強度に差がなく、水の発生を確認することができなかった。一方で、発明例１では、反射波の強度が低下したため、水の厚さが増大したことがわかる。また、発明例２では、発明例１よりさらに反射波の強度が低下したため、水の厚さが発明例１の場合よりさらに増大したことがわかる。また、発明例３では、照射するテラヘルツ波を１Ｈｚとし、面で観察した結果、「ブロック進行方向後方」という特定の位置で、反射波の強度が低下しており、当該位置で水の厚さが増大したことがわかる。発明例１〜３では、初期には、氷４の上に水５が発生していない条件であったため、サイプ付きブロック１３が氷４上を滑ったことにより氷４とサイプ付きブロック１３との間に水膜が発生したと考えられる。

本発明は、一例として、氷上挙動試験での水膜の厚さを確認するのに用いることができる。本発明は、他の例として、実際の氷上路面上の水膜の厚さを確認するのに用いることができる。

１：氷上の水の厚さの計測装置、２：照射装置、３：透過波計測装置、
４：氷、４ａ：氷の一方の面、４ｂ：氷の他方の面、
５：水、６：反射波計測装置、７：タイヤ、８：ゴムブロック、
９ａ、９ｂ：透明板、１０：スペーサ、１１：空気、
１２：物体、１３：サイプ付きブロック

Claims

氷上の水の厚さの計測方法であって、
前記氷の一方の面に向けて、１０ＴＨｚ以下の周波数を有するテラヘルツ波を照射し、該テラヘルツ波の透過波又は反射波を計測し、該計測結果から前記氷上の水の厚さを計測することを特徴とする、氷上の水の厚さの計測方法。
前記氷の他方の面側の外側から前記氷の一方の面に向けて前記テラヘルツ波を照射し、又は、前記氷の内部から前記一方の面に前記テラヘルツ波を照射して、
該テラヘルツ波の透過波又は反射波を計測し、該計測結果から前記氷の前記一方の面上の前記水の厚さを計測する、請求項１に記載の氷上の水の厚さの計測方法。
前記氷の前記一方の面上に物体を載せた状態で、前記氷の他方の面側の外側から前記氷の他方の面に向けて前記テラヘルツ波を照射し、又は、前記氷の内部から前記一方の面に前記テラヘルツ波を照射して、
前記物体からの前記テラヘルツ波の反射波を計測し、該計測結果から前記氷と前記物体との間の前記水の厚さを計測する、請求項２に記載の氷上の水の厚さの計測方法。
前記物体は、ゴムからなる、請求項３に記載の氷上の水の厚さの計測方法。
前記物体は、タイヤ、ゴムブロック、ゴムシートのいずれかである、請求項４に記載の氷上の水の厚さの計測方法。
前記氷の一方の面又は前記氷の他方の面に向けて、１０ＴＨｚ以下の周波数を有するテラヘルツ波を照射し、該テラヘルツ波の反射波を計測し、該反射波の強度を計測し、該計測結果から前記氷上の前記水の厚さを計測する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の氷上の水の厚さの計測方法。
既知の厚さの水にテラヘルツ波を照射し、該テラヘルツ波の透過波又は反射波の強度を計測して、水の厚さと前記テラヘルツ波の透過波又は反射波の強度との関係を予め取得し、
前記予め取得した前記関係を用いて、前記氷上の水の厚さを計測する、請求項１〜６のいずれか一項に記載の氷上の水の厚さの計測方法。
前記反射波の到達時間を計測し、前記テラヘルツ波の速度と計測した前記到達時間とにより、前記氷上の水の厚さを計測する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の氷上の水の厚さの計測方法。
前記テラヘルツ波の周波数を変更して前記計測を行い、
前記計測結果は、異なる周波数の前記テラヘルツ波での計測結果からなる、請求項１〜８のいずれか一項に記載の氷上の水の厚さの計測方法。