JP5443605B2 - ゴム材料またはエラストマー性材料中における金属形体の深さを決定するための方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、タイヤ内における金属ケーブル等の、ゴム材料またはエラストマー性材料中における金属形体の深さを決定するための方法および装置に関する。本発明は、金属形体の範囲内に配置される際に状態を変えるセンサを用い、当該材料中におけるこのような形体の深さを決定する。

現代のタイヤ構造物は、タイヤの一定部分において強度および耐久性を提供するための金属要素を頻繁に含む。例えば、タイヤの両側上におけるビードコアは、その周りに骨組みが巻き付けられる金属コードを含むことがある。金属補強部材を有するベルトを、タイヤのトレッド領域より下に設置することができる。典型的にタイヤの側面間に延在するカーカスは、金属ケーブル等の金属補強材を含むこともある。各場合において、こうした金属要素は通常ゴム材料またはエラストマー性材料で包み込まれ、タイヤの構造内におけるいくらかの所定の深さにて設置される。

一定のタイヤの点検作業または修理作業において、タイヤの構造内における金属要素の場所を知ることは重要であり得る。例えば、穿刺またはそうでなければ損傷されたタイヤを修理するためには、パッチまたは他の材料を当該修理に適用することができるように、タイヤの側面から表面の一部を除去することが必要であることがある。タイヤの内側表面にパッチを適用する場合では、タイヤの内側表面からの一定深さの材料の除去が必要とされることがある。このような除去を、例えば、タイヤの表面に適用される研磨機を用いて達成することができる。しかしながら、一般的には、タイヤ内の金属構成部に対する損傷は、ゴム材料を除去しながら避けられることになる。例えば、特定のタイヤの構造物内における金属ケーブルの場所は、場合によっては既知であることがあるものの、典型的には、タイヤ内のケーブル等の金属形体の正確な場所は不明であり、それは当該金属形体またはその近くにある材料を除去する工程を複雑にする。

従って、ゴム材料またはエラストマー性材料中における金属形体の深さを決定するための機器および方法は、恐らく有利かつ有用となるだろう。例えば、金属形体（例えば、タイヤ内における金属ケーブル等）の深さを決定するのに用いることができる機器および方法も、恐らく有利かつ有用となるだろう。特定のタイヤの大きさまたは種類への較正なしに用いることができるような方法および装置も、恐らく特に有用となるだろう。本発明のこれらおよび他の利点は、続く記載から明白となるだろう。

発明の概要
本発明の目的および利点は、以下の記載にて部分的に明記されることになるか、あるいは当該記載から自明であり得るか、あるいは本発明の実施を通じて学習され得る。

本発明の１つの例示的な態様では、対向する側面を有するゴム材料またはエラストマー性材料中における金属形体の深さを決定するための方法が提供されている。当該方法は、材料の一方の側面に沿って開始位置にセンサを配置することと、センサが仕上げ位置にて状態を変えるまで、材料に対してセンサを移動させることと、材料の一方の側面に垂直な方向に沿って、開始位置およびセンサが状態を変える仕上げ位置の間における距離を決定することと、前記材料の他方の側面に沿って、前記配置するステップ、前記移動させるステップ、および前記決定するステップを繰り返すことと、法線方向に沿って材料の厚さを決定することと、上記のステップからの測定値を用いて金属形体の深さを計算することと、を含む。本発明のこの例示的な実施形態を用いて、例えば、タイヤの構造物内における金属ケーブルまたは他の金属要素の深さを決定することができる。

本発明のこの例示的な方法の変形も、本発明および続く請求の範囲の範囲内にある。例えば、開始位置を材料の表面に設置することができる。このような場合では、移動させるステップは、材料の表面からセンサを撤去すること、または材料の表面から離れてセンサを移動させることを恐らく含むだろう。センサが材料の表面から離れて移動される際に、オンからオフに状態を変えるようにセンサを構成することができ、その逆も同じく用いることができる。センサの開始位置は、金属形体がセンサの範囲の外側にある場所にあり得る。その時、移動させるステップは材料の表面に向かってセンサを移動させることを含み、このような場合では、センサが材料の表面に向かって移動される際に、オンからオフに状態を変えるようにセンサを構成することができる。

移動させるステップは、材料の一方の側面上の表面に垂直な方向に沿ってセンサを移動させることを含むことがある。しかしながら、材料の表面に対してある角度に沿ってセンサを移動させることができる。このような場合では、三角関数を用いて材料の深さを計算することができる。可変感度を有するセンサが利用される場合では、当該センサが材料の表面に配置される際に金属形体に応答し、金属形体から離れて撤去される際に固定範囲にて状態を変えるように、感度を調節することができる。当該センサは、例えば、近接スイッチであってよい。

本発明の別の例示的な態様では、対向する側面を有するゴム材料またはエラストマー性材料中における金属形体の深さを決定するための装置が提供されている。当該装置は、金属または金属物質の範囲内に入る際に作動するセンサを含む。ハウジングが、当該センサの受け入れのために構成される。位置決め要素が、ゴム材料またはエラストマー性材料の表面に対して当該センサを設置するために設けられる。当該装置は、センサおよびゴム材料またはエラストマー性材料の表面の間における距離を測定するための手段を含む。当該装置は、ゴム材料またはエラストマー性材料の厚さを測定するための手段も含む。

本発明のこれらおよび他の特徴、態様および利点は、以下の記載および添付の請求の範囲を参照してより良好に理解されるようになるだろう。本明細書の一部に組み込まれかつ構成する添付図面は、本発明の実施形態を例解しており、かつ、本記載とともに、本発明の原理を説明するのに役立つ。

図面の簡単な記載
当該技術分野における通常の技能を有する者を対象とする、その最良の形態を含む、本発明の完全でかつ授権する開示が本明細書中に明記され、それが添付の図への言及を行う。

センサが金属形体を含有する材料の表面上に配置される、本発明の例示的な一実施形態の側面図を示す。材料は横断面にて示されており、金属形体の厚さは、本発明を記載する際の明瞭性の目的のために僅かに誇張されている。 図１におけるセンサの別の側面図を示し、材料の表面に向かうセンサの移動を描写する。 図１におけるセンサの別の側面図を示し、センサ内における状態の変化、つまり、材料中における金属形体の範囲内に移動される際のセンサの作動を描写する。 後述する、ある実験データの図表を提供している。

本発明は、ゴム材料またはエラストマー性材料中における金属形体の深さを決定するための方法および装置に関する。例えば、本発明を用いて、タイヤの構造物中における金属ケーブルの場所を決定することができる。本発明を記載する目的のために、ここで本発明の実施形態および方法に詳細に言及が行われることになり、そのうち１つ以上の例が図面内で例解されている。各例は、本発明の限定ではなく、本発明の説明のために提供されている。実際には、本発明の範囲または精神から逸脱することなく、様々な修正および変形を本発明に行うことができることが、当業者にとって明白になるだろう。例えば、１つの実施形態の一部として例示または記載されている特徴を別の実施形態と共に用い、なおさらなる一実施形態をもたらすことができる。そのため、本発明が、添付の請求の範囲およびその均等物の範囲内に入るような修正および変形を包含することが意図されている。

図１は、本発明と共に用いることができるような、深さ測定装置１００の例示的な一実施形態の斜視図を提供している。より具体的には、深さ測定装置１００は、金属の一定範囲内に配置される際に作動されるセンサ１０５から構築される。例として、コネチカット州、オールド・セイブルックのＣｏｎｔｒｉｎｅｘ（商標）により提供されるＣｏｎｔｒｉｎｅｘ（商標）ＤＷ−ＡＳ−５２３−Ｍ１２の近接スイッチを、本発明と共に用いることができる。本明細書に開示されている教示を用いて当該技術分野における通常の技能を有する者により理解されることになるように、他の近接スイッチつまりセンサを、このようなセンサが作動されるか、あるいは、目標とされる金属形体の範囲内に配置されるか、または取り出される際に状態を変えるという条件で、本発明と共に同じく用いることができる。

センサ１０５はハウジング１１０内に受け入れられ、かつハウジング１１０の内および外の移動のために構成される。図１の実施形態に関しては、ハウジング１１０は、センサ１０５に誤示を提供しないようにプラスチックの筒または管から構築される。センサ１０５は、この例示的な実施形態に関しては、一連のネジ山１２０およびナット１２５を含む位置付け要素１１５によりハウジング１１０に接続される。ナット１２５はハウジング１１０に接続され、ハウジング１１０に対して自由に回転する。コード１３０はセンサ１０５に電力を提供し、例えば、センサ１０５の作動つまり状態の変化等の情報の伝送のために用いることもできる。

ここで図２に目を向けると、ナット１２５が回転される際に（矢印Ｒにより表示されている）、センサ１０５はハウジング１１０に引き込まれ、すなわち、ナット１２５がネジ山１２０上で作動する際に、矢印Ａの方向に移動することになる。逆に、ナット１２５を反対方向に回すことにより、センサ１０５はハウジング１１０の外に移動されることになる。従って、センサ１０５の位置を、ナット１２５の回転により所望されるとおりに決定することができる。位置決め要素１１５は、例としてのみ提供される。本明細書に開示されている教示を用いて当該技術分野における通常の技能を有する者により理解されることになるように、他の構造物をセンサ１０５の移動および位置付けのために用いることができる。例として、センサ１０５は、ハウジング１１０に沿って凹部または案内具に嵌入する突起部または他の形体を含むことができるだろう。

図のそれぞれに示されているように、ハウジング１１０は、タイヤの壁１４０の一方の側面に沿って表面１３５に接して配置される。本発明を記載する目的のために、壁１４０は、一方の側面に沿うあるゴム層１４５、および壁１４０の他方の側面に沿う別のゴム層１５０で構築されるものとして例解されている。ゴム層１４５および１５０の間に設置されるのは金属ケーブル１５５等の金属形体であり、その厚さは本発明を記載する際の明瞭性の目的のために誇張されている。上述したように、本発明を他の物体を伴って使用することもでき、タイヤを伴う使用に限定されない。例えば、本発明を用いて、例えば、ベルト、ホース、および他のものを含む、他のゴム物体またはエラストマー物体内における金属形体の深さを決定することができる。

例えば、タイヤ壁１４０に修理を行う目的のためには、金属ケーブル１５５が壁１４０内に設置される深さを知ることが望ましい。例えば、層１４５または１５０の一部を除去してタイヤ修理を行うことが必要であることがある。従って、ケーブル１５５を損傷することを避けることを支援するには、壁１４０内におけるケーブル１５５の位置が望まれる。測定装置１００を用いてケーブル１５５の深さを決定する例示的な方法が、ここで記載されることになる。

再び図１に戻ると、センサ１０５が作動範囲外の場所にてここに示されている。より具体的には、図１では、センサ１０５の端部１６０は金属ケーブル１５５を検出するのに壁１４０に十分に近くない。説明の目的のために、測定値ｚが、センサ１０５が金属ケーブル１５５の存在に起因して作動することになる表面１３５からの距離を表すことを想定されたい。そして、「＞＞ｚ」およびセンサ端部１６０への引き出し線により示されているように、センサ１０５は、金属ケーブル１５５の存在により作動されることになる範囲の外側にある。

ここで図２に目を向けると、センサ１０５をハウジング１１０内に移動させ（矢印Ａ）、従って、端部１６０を金属ケーブル１５５により近く移動させるために、ナット１２５は以前に記載されたように回転される（矢印Ｒ）。図２に示されており、かつ「＞ｚ」および端部１６０への引き出し線により示されているように、センサ１０５は金属ケーブル１５５の存在を検出するのに依然として十分に近くない。従って、ナット１２５の矢印Ｒの方向における回転が継続する。

図３に示されているように、センサ１０５の端部１６０は、金属ケーブル１５５がここで検出される位置に移動している。この位置において、センサ１０５は、範囲内における金属ケーブル１５５の存在に起因して状態を変えるか、または作動する。図３の例示的な実施形態に関しては、ＬＥＤ１６５等の信号機器が、センサ１０５の作動および端部１６０が金属ケーブル１５５の範囲内に位置することを表示するために、図３に示されているように点灯する、つまりオンになる。代替的には、金属ケーブル１５５の範囲内に端部１６０が位置する際に点灯するのを止める、つまりオフになるようにＬＥＤ１６５を構成することができるだろう。何れの場合でも、センサ１０５は、金属ケーブル１５５が感知範囲に入っていることを表示するために、作動または停止させるか、オンになるまたはオフになる等の何れかにより状態を変える。金属ケーブル１５５の検出を信号伝達するこのような場合において、ナット１２５の回転、従ってセンサ１０５の移動が終結される。その後、センサ１０５の端部１６０からの距離ｚが、測定および記録される。例として、定規を用いて手動で距離ｚを測定することができるだろう。代替的に、ハウジング１１０および／またはセンサ１０５の表面上に測定証拠を提供することができるだろう。さらなる例として、ハウジング１１０内におけるセンサ１０５の位置に基づいて距離ｚを自動的に決定するための電子機器を、測定装置１００に設けることができるだろう。

次に、こうした同じまたは同様のステップが、タイヤ壁１４０の他方の側面に対して繰り返される。より具体的には、端部１６０が金属ケーブル１５５の範囲の外側の距離にあるまで、ナット１２５はハウジング１１０からセンサ１０５を撤去するように回転される。その後、ハウジング１１０は、タイヤ壁１４０の他方の側面に沿ってゴム層１５０に接して配置される。センサ１０５は、端部１６０が金属ケーブル１５５の範囲内に移動する場所を決定するために、ハウジング１１０内および表面１７０に向かって移動される。図３に示されているように、測定値ｂは、金属ケーブル１５５がセンサ１０５の範囲内に入り、センサを作動させるかまたは状態を変えさせる地点において、表面１７０およびセンサ１０５の端部１６０の間における距離を表す。

ここで図３を参照すると、測定値ｃは、ハウジング１１０が測定値ｚおよびｂを決定するために位置付けられた場所において、壁１４０の全体の厚さを表す。例えば、測定値ｚおよびｂが取られる場所で適用されたか、またはそこに近い測径器を用いることにより、測定値ｃを決定することができる。他の機器を用いて、壁１４０の全体の厚さを同じく測定することもできる。

測定値ｚ、ｂ、およびｃを用いて、金属ケーブル１５５の深さを以下のように決定することができる。図３に示されているように、ｘは表面１３５およびケーブル１５５の中心の間における未知の距離を表し、ｙは表面１７０およびケーブル１５５の中心の間における同様に未知の距離を表す。従って、ｘおよびｙの合計が測定値ｃ（壁１４０の全体の厚さ）に等しいことを知っていれば、ｘおよびｙを計算することができる。例えば、以下の等式を用いてｘを計算することができる：
（１） ｘ＝（ｂ−ｚ＋ｃ）／２
式中：
ｘは、表面１３５から金属ケーブル１５５の中心までの距離であり、
ｂは、表面１７０からセンサ１０５の端部１６０までの測定距離であり、
ｚは、表面１３５からセンサ１０５の端部１６０までの測定距離であり、
ｃは、測定値ｂおよびｚの地点における壁１４０の厚さである。
等式（１）は、距離ｂおよびｚが金属ケーブル１５５の中心から決定され、表面１３５および１７０の任意の湾曲または非金属性物質の存在により影響されないという想定に基づく。

以前に特定されたとおりのセンサ１０５用の近接スイッチを用いて、ゴム試料中における金属ケーブルの深さが上述の方法に基づいて決定され、かつ直接の物理的測定によっても決定された、一連の実験を実施した。図４は、横座標がケーブル深さの直接の物理的測定を表し、縦座標が本発明を用いて決定されたとおりの深さを表す、結果として得られたデータの図表を提供している。図４により例解されているように、本発明は、ゴム材料またはエラストマー性材料中における金属物体の深さを、このような材料を解体するか、または、例えば、異なるタイヤの種類に基づいて計器を較正する必要なしに決定する正確かつ信頼できる方法を提供している。

本明細書に開示されている教示を用いて、当該技術分野における通常の技能を有する者は、本発明の範囲内で同じく他の方法を用いることができることを理解するだろう。例えば、上記に記載されている例示的な方法は、壁１４０に向かって検出範囲の外にある位置から金属ケーブル１５５の検出地点にある位置にセンサ１０５を移動させることによる、センサ１０５の作動に依存する。しかしながら、センサ１０５を用いて、最初に金属ケーブル１５５の検出範囲内にセンサ１０５を配置し、その後壁１４０から離れてセンサ１０５がもはや金属ケーブル１５５を検出しない地点にセンサ１０５を移動させることにより、距離ｂおよびｚを決定することもできるだろう。壁１４０に向かうかまたはそこから離れてセンサ１０５を移動させることの組み合わせを、本発明の範囲とともに用いることもできる。各場合において、金属ケーブル１５５等の金属に対する一貫した検出範囲に基づく検出器１０５の作動または停止は、上記に記載されているとおりのケーブル１５５の深さの決定を可能にする。

本発明は、壁１４０または表面１３５および１７０に垂直な経路に沿ってセンサ１０５を移動させることに基づいて記載されてきた。しかしながら、本明細書に開示されている教示を用いれば、センサ１０５の移動に対する、特に、センサ１０５の所与の移動範囲にわたり直線または実質的に直線である金属層を有する物体に対する他の角度を同じく用いることができることが理解されるだろう。例えば、比較的直線または平坦な金属ケーブル１５５に関しては、表面１３５および１７０に対して鋭角にセンサ１０５を移動させることができるだろう。このような場合では、三角関数を用いて距離ｚおよびｂを計算することができる。

最後に、上記の例示的な実施形態が単一のセンサ１０５を用いて記載された。しかしながら、本発明の別の例示的な実施形態では、例えば、以前に記載されたとおりの、材料の一方の側面から他方に単一のセンサを移動させるステップを除くために、２つのセンサを材料の対向する側面に沿って用いることができるだろう。２つのセンサが用いられる場合には、距離、材料、および幾何学性に対するそれらの応答（それらの応答における任意の非線形性を含む）が同一であるように、当該センサを整合するべきである。加えて、測定値に影響しないように、一方のセンサを他方のセンサを適用する間に電源を切ることができる。

本主要部は具体的な例示的な実施形態およびその方法に関して詳細に記載されてきたものの、当業者が、前述のものの理解に到達する際に、このような実施形態に対する変更、その変形、およびそれに対する均等物を容易に生み出すことができることを理解されたい。従って、本開示の範囲は限定としてではなく例としてのものであり、主要な開示は、本明細書に開示されている教示を用いて当該技術分野における通常の技能を有する者にとって恐らく容易に明白となるだろうような、本主要部に対する修正、変形および／または付加の包含を排除しない。

Claims (16)

1. 対向する側面を有するゴム材料またはエラストマー性材料中における金属形体の深さを決定するための方法であって、前記方法は、
   前記材料の一方の側面に沿って、前記材料の表面に設置された開始位置にセンサを配置するステップと、
   前記センサが最終位置にて状態を変えるまで、前記材料に対して前記センサを移動させるステップと、
   前記材料の一方の側面に垂直な方向に沿って、前記開始位置および前記センサが状態を変える前記最終位置の間における距離を決定するステップと、
   前記材料の他方の側面に沿って、前記配置するステップ、前記移動させるステップ、および前記決定するステップを繰り返すステップと、
   法線方向に沿って前記材料の厚さを決定するステップと、
   上記のステップからの測定値を用いて前記金属形体の深さを計算するステップと、
   を備える、方法。
2. 前記移動させるステップが、前記材料の表面から前記センサを退行させることを備える、請求項１に記載の対向する側面を有するゴム材料またはエラストマー性材料中における金属形体の深さを決定するための方法。
3. 前記センサが前記材料の表面から離れて移動される際に、前記センサがオンからオフに状態を変える、請求項２に記載の対向する側面を有するゴム材料またはエラストマー性材料中における金属形体の深さを決定するための方法。
4. 前記開始位置が、前記金属形体が前記センサの検知範囲外の位置にある、請求項１に記載の対向する側面を有するゴム材料またはエラストマー性材料中における金属形体の深さを決定するための方法。
5. 前記移動させるステップが、前記材料の表面に向かって前記センサを移動させることを備える、請求項４に記載の対向する側面を有するゴム材料またはエラストマー性材料中における金属形体の深さを決定するための方法。
6. 前記センサが前記材料の表面に向かって移動される際に、前記センサがオフからオンに状態を変える、請求項５に記載の対向する側面を有するゴム材料またはエラストマー性材料中における金属形体の深さを決定するための方法。
7. 前記移動させるステップが、前記材料の一方の側面上の表面に垂直な方向に沿って前記センサを移動させることをさらに備える、請求項１に記載の対向する側面を有するゴム材料またはエラストマー性材料中における金属形体の深さを決定するための方法。
8. 前記センサが前記材料の表面に配置される際に前記金属形体に反応し、前記金属形体が前記センサの範囲外側にあるように前記金属形体から離れて撤去される際に状態を変えるように、前記センサの感度を調節するステップをさらに備える、請求項１に記載の対向する側面を有するゴム材料またはエラストマー性材料中における金属形体の深さを決定するための方法。
9. 前記金属形体が、タイヤ内に設置された金属コードまたは金属ケーブルである、請求項１に記載の対向する側面を有するゴム材料またはエラストマー性材料中における金属形体の深さを決定するための方法。
10. 前記センサが近接スイッチである、請求項１に記載の対向する側面を有するゴム材料またはエラストマー性材料中における金属形体の深さを決定するための方法。
11. 対向する側面を有するゴム材料またはエラストマー性材料中における金属形体の深さを決定するための装置であって、
    金属または金属性物質が検知範囲内に入ると作動するセンサと、
    前記センサを受け入れ、かつ、前記センサを前記ゴム材料またはエラストマー性材料から離間させることを可能にするように前記ゴム材料またはエラストマー性材料を係合するように構成されたハウジングと、
    前記ゴム材料またはエラストマー性材料の表面に対して前記センサを配置するための位置決め要素と、
    センサおよび前記ゴム材料またはエラストマー性材料の表面の間における距離を測定するための手段と、
    前記ゴム材料またはエラストマー性材料の厚さを測定するための手段と、
    を備える、装置。
12. 前記位置決め要素が、前記ハウジングに取り付けられかつ前記センサにネジ山により接続されたナットである、請求項１１に記載の対向する側面を有するゴム材料またはエラストマー性材料中における金属形体の深さを決定するための装置。
13. 前記ゴム材料の厚さを測定するための手段が、一対の測径器を備える、請求項１１に記載の対向する側面を有するゴム材料またはエラストマー性材料中における金属形体の深さを決定するための装置。
14. 前記センサが前記金属形体の存在をいつ検出したかを表示するための信号灯をさらに備える、請求項１１に記載の対向する側面を有するゴム材料またはエラストマー性材料中における金属形体の深さを決定するための装置。
15. 請前記センサが近接スイッチを備える、請求項１１に記載の対向する側面を有するゴム材料またはエラストマー性材料中における金属形体の深さを決定するための装置。
16. 前記金属形体が、タイヤ内における金属または金属性要素を備える、請求項１５に記載の対向する側面を有するゴム材料またはエラストマー性材料中における金属形体の深さを決定するための装置。

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