JP3581876B2 - タイヤトレッドの磨耗測定用のハンドヘルド式プローブ - Google Patents

Description

【０００１】
１．優先権主張：
本出願は、ここに参照により組み込まれた１９９９年１月１４日出願の米国特許仮出願第６０／１１５９１５号のに基づく権利を主張する。
【０００２】
２．発明の分野：
本発明はタイヤトレッドの磨耗を測定する装置に関する。特に、本発明はトレッド磨耗の定量化を可能にするために、電子光学式測定によりトレッドプロフィールを測定するための装置である。
【０００３】
３．発明の背景：
タイヤトレッドはタイヤの外周部分に切り込まれたいくつかの溝とチャネルによって画定される。トレッドとは路面に接触する外周の部分である。
【０００４】
タイヤトレッドは、コーナリングや停止をする際にタイヤにトラクションを発生させる。しかしながらタイヤトレッドは使用中に磨耗する。最後には、トレッドのトラクション生成能力が損なわれ、タイヤの交換または再生（ｒｅｃａｐ）が必要になる程度までトレッドが磨耗する。
【０００５】
タイヤトレッドの磨耗はゆっくりと進行し、日ごと、週ごとの磨耗量はごくわずかであるので、頻繁に点検する必要はない。しかし、ある適切な間隔でタイヤのトレッドの深さを点検しなければ、過度に磨耗したタイヤを見逃す可能性がある。タイヤのトレッド深さを時おり点検することによって、いつタイヤの交換が必要かを合理的に予測することができる。さらに、測定を行わなければ、このような予測は不可能であり、また実際のところ残りのトレッド量を定量することも難しい場合がある。
【０００６】
多くの州が、タイヤのトレッド状態についての要件を定めており、タイヤが過度に磨耗したときにはその交換を義務づけている。車両管理者が、磨耗したタイヤの交換について、トレッド深さや走行マイル数に基づきそれぞれ独自の内部要件を定めていることもある。簡単なゲージや物差しでは精度はまったく不十分である。タイヤを取り外して専用の電子光学式測定器によりトレッドを測定しない限り、タイヤのトレッド深さを正確に測定することは困難である。例えば、１９９３年９月２１日発行のＳｕｂｅ他の米国特許第５２４５８６７号明細書および１９９３年１０月５日発行のＤｏｒｙ他の米国特許第５２４９４６０号明細書を参照のこと。正確な測定を行うために、タイヤはある表面と係合しないように吊り下げられる。これらの装置は、高価であると共にタイヤ１本のトレッドの深さを検査するのに多大の時間と労力を要する。しかしながら、前記従来技術の欠点がなくかつタイヤトレッドのプロフィールを測定してトレッドの深さの定量化を可能にする正確なタイヤトレッド深さ測定に対する要請は依然として取り残されている。
【０００７】
（発明の概要）
本発明の主要態様に従って簡潔に説明すると、本発明はタイヤトレッドのプロフィールを測定するためのハンドヘルド式プローブである。タイヤトレッドのプロフィールとは、タイヤの端から端に横方向に延びている１本の固定基準線上の各点から、タイヤ表面上の最短地点までの距離を２次元プロット(two-dimensional plot)したものである。このプロットは、トレッドとチャネルとの基準線までの距離の差を、従ってトレッドの磨耗量を示すことになる。ハンドヘルド式プローブは、その主軸に平行に形成したスリットを備えるとともに、横断面形状が弓形をした凹状部両端の縁部でタイヤを支持する支持部を有するハウジングと、ハウジングの近端に取り付けたハンドルと、ハウジング内に取り付けたレンジファインダ（レーザー距離測定手段）であって、レーザーからスリット上に取り付けたウィンドウを経て光を向ける際に管（ハウジング）の長さの大部分を横切ることができるレンジファインダと、ユーザーがプローブをタイヤに対して定位置に保持できるように、管の近端において支持されたブラケット（タイヤ係合手段）とを備える。装置からの出力は、ハンドルに近いコンピュータのポートを経由するか、またはハンドルの端部からＩＲまたはＲＦ送信機を経由する。電力はハンドル内のバッテリから装置に供給される。
【０００８】
前記プローブのハウジングは、タイヤに対してスリットとそのウィンドウがトレッドに面するように配置する。ハウジングはその中に、ウィンドウのどちらかの側においてタイヤに載せるための支持部として機能可能なハウジングの２つの縁部を画定するように形成された、横断面形状が弓形の凹状部を有している。装置がタイヤに近いその側面に向かって横向きにタイヤに係合するまで押された時、これによって装置は安定し測定を行うための定位置となる。このようにしてハウジングを定位置につけることによって、タイヤに対する基準線が設定される。装置は「オン」ボタンを押すことにより作動し、これにより、レンジファインダは、レンジファインダがハウジングの長手方向をゆっくりと横切って動くにしたがいレンジファインダからタイヤまでの距離を測定する。距離データは、ｘｙ座標で、ハウジングの近端上のコンピュータポートまたはハンドル端部上のＩＲもしくはＲＦウィンドウのどちらかを介してコンピュータに入力される。コンピュータはトレッドまでの距離およびトレッド間のチャネルまでの距離を出力として表示することができ、これによりタイヤのプロフィールを表示できる。ローカルなトレッド要件をコンピュータに適切にプログラムしておけば、そのタイヤが許容できるかどうかを判断することもできる。
【０００９】
本発明による装置の利点はその使用の簡単さにある。前記ブラケットと弓形のハウジングによって、容易に、装置が安定するようにタイヤに対して位置決めされる。コンピュータへのデータ伝送をサポートするコンピュータポートによって、どのようなコンピュータを経由しても測定結果がユーザーに迅速に利用可能となる。
【００１０】
本発明の他の利点は、一連の単独距離測定の結果ではなくタイヤのトレッドのプロフィールを提供することにある。タイヤのプロフィールは、どのような単独測定よりも多くの情報を提供し、一連の単独測定よりもトレッド磨耗についてのより信頼できる指標であると共にその取得も迅速である。
【００１１】
ハンドルの基部内のＩＲまたはＲＦのウィンドウもまた本発明の他の特徴である。このウィンドウによって、本発明のハンドヘルド式タイヤトレッドプロファイラを操作する時にはケーブルを使う必要をなくすことができる。
【００１２】
その他の特徴とその利点は、「好ましい実施形態の詳細な説明」と以下の図面を精読すれば、トレッド深さ測定技術における当業者には明らかであろう。
【００１３】
（好ましい実施形態の詳細な説明）
本発明は、タイヤトレッドの深さを測定するハンドヘルド式のプローブである。タイヤトレッドは、狭いギャップまたはチャネルにより相互に隔てられた車両用タイヤの外周の周囲における一体化した径方向の突出部である。図１に、トレッド１４を備えるタイヤ１２に対する測定のための定位置にあり参照番号１０で示した本発明のプローブを図示している。トレッド１４の間にギャップ１６がある。プローブ１０は、ギャップ１６の底部とトレッド１４の頂部の間の径方向の距離の差を測定するとともに、この差が、ユーザーまたは他の専門家が課した予め選択したどんな要件でも満たすどうかを決定する。
【００１４】
プローブ１０は、通常、近端２２と遠端２４を有する概ね円筒形のハウジング２０を備える。ハウジング２０はアルミニウム、スチール、ナイロンなどのプラスチック、または複合材料などの軽量の管材料でできている。ハンドル３０は、近端２２およびオン／オフボタン３６上に取り付けられる。ハンドルの近くには、ケーブル２６を介してディスプレイ４２と制御装置４４を備える小型コンピュータ４０に接続するためのシリアルポート３２がある。コンピュータ４０は、ＰＡＬＭ ＰＩＬＯＴ、ＣＡＳＳＩＯＰＥＩＡ、またはＰＳＩＯＮなどのブランド名で市販されているパームトップ型コンピュータのサイズであることが好ましい。この種のコンピュータは、当技術分野で周知の方法でデータをメモリに受け取りかつ処理をして次いで表示と記憶ができる。記憶されたデータは後で必要に応じて別のコンピュータにダウンロードすることができる。
【００１５】
近端２２の近くにブラケット５０があり、このブラケットは安定化の目的でタイヤ１２の側面と係合させることによりプローブ１０の位置合わせを助ける。これについて以下により詳細に示す。ハウジング２０の主軸に沿ってウィンドウ６０があり、このウィンドウはフレーム６２を有し、このフレームは塵やごみをハウジング２０から締め出すための光学ガラス６６で覆ったスリット６４を有する。スリット６４の長さはあてがわれるべきタイヤの最大幅に等しくする必要がある。
【００１６】
ハウジング２０は中空で、１つの側面２８に沿って凹状の弓形形状を有すると共に、距離レンジファインダ７０とキャリアアセンブリ８０とを収容するような内部寸法とされており、このキャリアアセンブリ８０は、距離ファインダ７０をウィンドウ６０に沿って動かすためのものであって、また同時に、これにより、プローブ１０が正しくタイヤ１２に対して位置決めされると、距離ファインダ７０は、それがハウジング２０に沿って（Ｘ軸）移動するにつれてそれからタイヤ１２までの距離（Ｙ軸）を測定することができる。レンジファインダ７０は、測定結果を計算して表示するために、内部ケーブル７２を用いて、ハンドル３０の基部にあるシリアルポート３２、或いはＩＲ（赤外線）またはＲＦ（無線）伝送用のウィンドウ３４のいずれかを介してコンピュータ４０に測定データを送る。基準線は距離ファインダ７０がハウジング２０を横断する時の位置により定義されるが、この基準線とタイヤ１２上の最短地点との間の距離を測定することによって、タイヤのプロフィールを転がり面に沿って端から端まで測定できると共に、基準値からの引き算によってトレッド１４の頂部とギャップ１６の底部との間の距離の差を計算できる。この差は、コンピュータ４０に記憶可能な所定の基準を満たす場合と、満たさない場合がある。コンピュータ４０は、ローカルな基準を距離測定に適用するようにプログラムすることができ、これによって図３に示すように距離９２とプロフィール９４と共に「ＯＫ」もしくは「ＮＯＴ ＯＫ」を示す。
【００１７】
操作中は、ウィンドウ６０の面をタイヤ１２の接平面（ｔａｎｇｅｎｔ）に平行にして、プローブ１０をタイヤ１２に、ハウジング２０の２つの縁部５２、５４をタイヤ１２表面に、及びブラケット５０をタイヤ１２の側面に当てて保持する。この「３点」接触によってプローブ１０はトレッド１４の断面全体を視野に入れることができると共に測定のために安定し得る。安定性は、レンジファインダ７０の動きにより決まるタイヤに対する基準線の完全性（ｉｎｔｅｇｒｉｔｙ）を保つ上で重要である。
【００１８】
レンジファインダ７０は、ハウジング２０の内部に取り付けられており、ある基準点から、レンジファインダの直前にある種々の不透明体までの距離を測定することができる。レンジファインダ７０は、前方１インチ以上、装置から２インチ以下の作動範囲を有する必要がある；すなわち、これは、近くは１インチまで、遠くは２インチまでの物体の距離を測定可能でなければならないということである。この範囲によって、レンジファインダ７０はガラス６４の厚さを貫通して機能することができるとともになおトラック用タイヤのトレッド間の深いギャップの底部にまで達するのに十分な範囲を有する。レンジファインダ７０には、トレッド１４の縁を正確に感知できるように及び、一部がトレッド１４の頂部で一部がギャップ１６の中で計られて示度が不正確になることがないように、非常に狭い視野角を持たせる必要がある。
【００１９】
レンジファインダ７０は、プローブ１０をタイヤ１２に対して正しく位置決めした時にタイヤ１２までの距離を測定できるように配置されたダイオードレーザー光源７４と２つのリニアポジションセンサー７６を用いている。光源７４には、細く焦点を絞った光のスポットをタイヤ１２上に生成するための光学系を装着している。光は、タイヤ１２に対してタイヤの径方向ベクトルと平行な直線に沿って投射される。タイヤ１２上のスポットのイメージは次にリニアポジションセンサー７６上に集束される。リニアポジションセンサー７６は、センサー表面のスポットの位置に比例した電気信号を生成する。前記センサーは、センサー上に集束させたスポットの位置がレーザーによる三角測量式距離測定装置として機能するようにレーザーに対してある角度で配置されている。
【００２０】
ギャップ１６の深さはその幅に比べて大きい可能性がある。ギャップ１６の形状が狭い場合に、レーザースポットがギャップ１６の底部にある時、単一のリニアポジションセンサーではその視界が遮られる可能性がある。この問題はトレッド１４の端面がポジションセンサーと同じ側にある状態でスポットがギャップ１６中に落ち込んだ時に顕著になる。ギャップ１６中での測定を改善するために、本発明のレンジファインダ７０は２つのポジションセンサー７６を使用する。センサー７６は、レーザー光源７４のどちらか一方の側に相補的な角度をつけて取り付けられる。これによって、ギャップ１６の底部の幅における測定できる部分の割合が大きくなる。
【００２１】
タイヤ１２の全断面を測定するために、レンジファインダ７０は、キャリアアセンブリにより搬送されタイヤ１２を幅方向に端から端までスキャンする。レンジファインダ７０は、リニアベアリング８２上に取り付けられ、ハウジング２０の中心軸と平行に取り付けたロッド８４により案内される。ロッド８４の各端にプーリ８６、８８を取り付け、モータ駆動される歯つきベルト９０をプーリ８６、８８の間に装着する。モータ駆動ベルト９０を用いてレンジファインダ７０をロッド８４に沿って動かしその間に測定が行われる。この形式のメカニズムはプリンタのヘッドキャリアのものと類似しており当業者には周知であるので、モータはここには示していない。例えば、米国特許第５１６２９１６号明細書を参照のこと。レンジファインダ用のモータに給電するためのバッテリ９８はハンドル３０中に配置される。
【００２２】
ロッド８４に沿うレンジファインダ７０の位置は、変位トランスデューサ（図示せず）を用いて測定するか、またはベルト９０上のステッパモータ（図示せず）を用いて追跡することができる。
【００２３】
トレッドのプロフィールは、レンジファインダ７０のガイドロッド８４上の位置であるＸ座標と、レンジファインダ７０からタイヤ１２の表面までの距離であるＹ座標とを含むポイントからなるデータセットである。これらの座標値は、ケーブル７２のような従来型の適切なデータリンクを用いてコンピュータ４０に伝送される。
【００２４】
コンピュータ４０は、前記データポイントの図（ｐｌｏｔ）を作成して、ユニットが正常に機能していることをユーザーが確かめられるようにすることができる。ディスプレイ４２は、タイヤ１２までの実際の距離を示す第１プロット９２と、トレッド１４上の基準点とタイヤ１２までの実際の距離との間の距離の差を示す第２プロット９４と、所定の基準に従ってトレッド深さが十分かどうかの表示とを示している。ここで、平均及び中間トレッド深さ、最小トレッド深さなどのさまざまな出力が受け取ったデータから表示可能なことは明らかである。ローカルの高速道路管理者が設定した特定の基準を適用してタイヤがパスできるかどうかを判定することもできる。測定結果を用いて、タイヤ交換がいつ必要となるか、あるいは特定のタイヤまたは一般のタイヤについて記憶されたデータとの比較に基づいて、タイヤ交換までの走行マイル数を予測することもできる。
【００２５】
使用の際には、ブラケット５０がタイヤ１２の側面と係合すると共にプローブ１０の縁部５２、５４がタイヤ１２に接触する場所においてウィンドウ６０がタイヤ１２の接平面と平行になるように、プローブ１０はタイヤ１２の転がり面に当てて置くと共にタイヤ１２に押し付ける。レンジファインダ７０とキャリアアセンブリは、オン／オフボタン３６を押して作動させる。レンジファインダ７０の光源７４はよく焦点を絞った光ビームをウィンドウ６０からタイヤ１２上に送り、レンジファインダ７０上の光源７４に隣接するポジションセンサー７６がレンジファインダ７０からタイヤ１２までの距離を感知する。その距離を反映するデータは、ケーブル７２を介してコンピュータ４０に伝送され、そこでデータが解析されてオペレータのためにディスプレイ４２上に表示される。
【００２６】
トレッド深さ測定技術における当業者にとって、添付の請求項により定義された本発明の精神と範囲を逸脱することなく、前述の好ましい実施形態についての変更や代替が可能なことは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図１】タイヤに対して配置された本発明の好ましい実施形態によるプローブの透視図である。
【図２】図１に示すプローブのハウジングの詳細を示す横断面図である。
【図３】図１に示すプローブのコンピュータ上のディスプレイにサンプルを表示した図である。

Claims (16)

1. トレッドの深さを測定するためのハンドヘルド式プローブであって、
   ウィンドウが内部に形成され、近端と遠端とを有し、該近端と遠端との間に形成され、横断面形状が弓形をした凹状部両端の縁部で前記タイヤを支持する支持部を有するハウジングと；
   前記ハウジング内において支持され、前記ウィンドウを介して光ビームを向けるように方向付けられたレーザー距離測定手段と；
   前記レーザー距離測定手段を前記ウィンドウに平行に移動させる手段と；
   前記ハウジングの前記近端により支持されたハンドルと；
   前記近端により支持され、前記タイヤの１つの側面に係合するタイヤ係合手段と；
   前記レーザー距離測定手段から距離データを送信する手段であって、該手段は、
   前記ハウジングにより支持されると共に、前記レーザー距離測定手段および前記移動手段に作動可能に接続されており、前記レーザー距離測定手段が前記ウィンドウに平行に動くにつれて、前記レーザー距離測定手段から距離データを送信する前記手段とを備える前記プローブ。
2. 前記把持手段により支持され距離データをコンピュータに通信するための通信ポート手段をさらに備える請求項１に記載のプローブ。
3. 前記通信ポート手段は赤外線伝送を用いて距離データを伝送する請求項２に記載のプローブ。
4. 前記通信ポート手段は無線伝送を用いて測定データを伝送する請求項２に記載のプローブ。
5. ハンドヘルド型のコンピュータをさらに備え、該ハンドヘルド型のコンピュータは、前記距離測定手段と電気的に通信すると共にディスプレイ及び距離データをプロットする手段を備える請求項２に記載のプローブ。
6. トレッドの深さを測定するハンドヘルド式プローブであって、
   ウィンドウが内部に形成され、近端と遠端とを有し、該近端と遠端との間に形成され、横断面形状弓形をした凹状部両端の縁部で前記タイヤを支持する支持部を有するハウジングと；
   前記ハウジング内において支持され、前記ウィンドウを介して光ビームを向けるように方向付けられたレーザー距離測定手段と；
   前記レーザー距離測定手段を前記ウィンドウに平行に移動させる手段と；
   前記ハウジングの前記近端により支持されたハンドルと；
   前記近端により支持され、前記タイヤの１つの側面に係合するタイヤ係合手段と；
   前記レーザー距離測定手段から距離データを送信する手段であって、該手段は、前記ハウジングにより支持されると共に、前記距離測定手段および前記移動手段と作動可能に接続されており、前記レーザー距離測定手段が前記ウィンドウに平行に動くにつれて、前記レーザー距離測定手段から距離データを送信する前記手段と；
   前記ハンドルにより支持され距離データをコンピュータに通信するための通信ポート手段とを備えるプローブ。
7. 前記通信ポート手段は赤外線伝送を用いて測定データを伝送する請求項６に記載のプローブ。
8. 前記通信ポート手段は無線周波数伝送を用いて測定データを伝送する請求項６に記載のプローブ。
9. 前記ウィンドウは前記タイヤのトレッドと接触して位置決めされる請求項６に記載のプローブ。
10. ハンドヘルド型コンピュータをさらに備え、該ハンドヘルド型コンピュータは、前記距離測定手段と電気的に通信すると共にディスプレイと距離データをプロットする手段を備える請求項６に記載のプローブ。
11. 前記把持手段は前記ハウジングの近端により支持されているハンドルである請求項６に記載のプローブ。
12. 請求項１または請求項６に記載のプローブを用いて、タイヤのトレッドプロフィールを測定する方法であって、
    トレッドプロフィールを測定するためにタイヤの転がり面をスキャンするステップと；
    前記トレッドプロフィールを、ディスプレイを有するコンピュータに通信するステップと；
    前記ディスプレイに前記トレッドプロフィールのプロットを表示するステップとを含む、タイヤのトレッドプロフィールを測定する方法。
13. 前記スキャンステップおよび通信ステップはハンドルを有するプローブによって実行され、前記ハンドルは前記トレッドプロフィールを前記コンピュータに通信する通信ポートを備える請求項１２に記載の方法。
14. 赤外線と無線周波数からなるグループから選択した伝送を用いて、前記トレッドプロフィールを前記コンピュータに通信する請求項１２に記載の方法。
15. 前記トレッドプロフィールが政府規定に記載された許容最小トレッドプロフィールに適合するかどうかを判定するステップをさらに含む請求項１３に記載の方法。
16. 政府規定に記載された許容最小タイヤプロフィールに適合するように、いつタイヤ交換が必要かを予測するステップをさらに含む請求項１５に記載の方法。

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