特開 2024-162634 ゴム部材の接触面の観察方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024162634

(43)【公開日】2024-11-21

(54)【発明の名称】ゴム部材の接触面の観察方法

(51)【国際特許分類】

   G01L 5/00 20060101AFI20241114BHJP

【ＦＩ】

G01L5/00 101Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023078350

(22)【出願日】2023-05-11

(71)【出願人】

【識別番号】000003148

【氏名又は名称】ＴＯＹＯ ＴＩＲＥ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110003395

【氏名又は名称】弁理士法人蔦田特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】諫山 直生

(72)【発明者】

【氏名】石神 直大

【テーマコード（参考）】

2F051

【Ｆターム（参考）】

2F051AA01

2F051AB03

2F051BA07

(57)【要約】

【課題】ゴム部材の接触面におけるより正確な接触圧分布を取得できる方法を提供する。
【解決手段】透明体１１の上に紙１５を配置するステップと、紙１５の上から複数水準の圧力を負荷し、それぞれの圧力を負荷されたときの輝度分布のある画像である第１画像を透明体１１の下から撮影するステップと、それぞれの圧力についての第１画像に基づき、撮影範囲の１ピクセルごとの圧力と輝度との関係式を求めるステップと、紙１５の上からゴム部材１６を押圧し、輝度分布のある画像である第２画像を透明体１１の下から撮影するステップと、圧力と輝度との関係式に基づき、第２画像の輝度を１ピクセルごとに圧力に変換することにより、ゴム部材１６と紙１５との接触面における接触圧分布を表す画像である圧力分布画像を取得するステップとを有する、ゴム部材１６の接触面の観察方法。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ゴム部材を接触部材に対して押圧し、前記ゴム部材と前記接触部材との接触面についての画像を撮影する、ゴム部材の接触面の観察方法において、
透明体の上に前記接触部材を配置するステップと、
圧力負荷治具を用いて前記接触部材の上から複数水準の圧力を負荷し、それぞれの圧力を負荷されたときの輝度分布のある画像である第１画像を前記透明体の下から撮影するステップと、
それぞれの圧力についての前記第１画像に基づき、撮影範囲の１ピクセルごとの圧力と輝度との関係式を求めるステップと、
前記接触部材の上から前記ゴム部材を押圧し、輝度分布のある画像である第２画像を前記透明体の下から撮影するステップと、
圧力と輝度との前記関係式に基づき、前記第２画像の輝度を１ピクセルごとに圧力に変換することにより、前記ゴム部材と前記接触部材との接触面における接触圧分布を表す画像である圧力分布画像を取得するステップと、
を有する、ゴム部材の接触面の観察方法。

【請求項2】

それぞれの前記第１画像に対してメディアンフィルタをかけてそれぞれの補正後第１画像とし、それぞれの圧力についての前記補正後第１画像に基づき、撮影範囲の１ピクセルごとの圧力と輝度との前記関係式を求める、請求項１に記載のゴム部材の接触面の観察方法。

【請求項3】

前記メディアンフィルタのサイズが３×３ピクセルである、請求項２に記載のゴム部材の接触面の観察方法。

【請求項4】

前記圧力分布画像に対してメディアンフィルタをかける、請求項１に記載のゴム部材の接触面の観察方法。

【請求項5】

前記メディアンフィルタのサイズが３×３ピクセル、５×５ピクセル又は７×７ピクセルである、請求項４に記載のゴム部材の接触面の観察方法。

【請求項6】

前記透明体に光を入射して前記透明体の内部において全反射させ、
前記接触部材の上から圧力を負荷して前記接触部材を前記透明体に対して押し付けることにより、押し付けた場所において光が全反射しないようにして、前記第１画像を撮影し、
前記接触部材の上から前記ゴム部材を押圧して前記接触部材を前記透明体に対して押し付けることにより、押し付けた場所において光が全反射しないようにして、前記第２画像を撮影する、
請求項１～５のいずれか１項に記載のゴム部材の接触面の観察方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明はゴム部材の接触面の観察方法に関する。

【背景技術】

【0002】

空気入りタイヤ（以下「タイヤ」とする）の設計等の分野において、タイヤから切り出したゴム部材等とガラス板等との接触面の観察が行われている。例えば、温度条件を変えながらガラス板の上でゴム部材等を滑らせ、それぞれの温度でのゴム部材等の接触面形状、接触面積又は接触圧分布を取得し、接触面形状等の温度依存性を調べて設計に活かすことが行われている。

【0003】

従来、ゴム部材等の接触面の観察方法として、例えば特許文献１、２に記載されているような方法が知られていた。

【0004】

特許文献１の方法は、表面に凹凸のある梨地シートを透明板の上に配置し、梨地シートの上からタイヤを押し付けてタイヤと梨地シートの凹凸とを密着させ、タイヤと凹凸との密着部分とその他の部分とで光の反射率を異ならせてタイヤ接地面の形状がわかるようにし、透明板の下のカメラでその形状を撮影する方法である。

【0005】

また、特許文献２の方法は、透明体の内部に光を入射して透明体の上面で全反射させ、透明体の上面にゴムサンプルが接触したときにその接触部分で全反射しなくなるようにし、撮影装置で透明体を撮影したときに接触部分がわかるようにした方法である。

【0006】

しかし、特許文献１のように梨地シートを利用する方法では、梨地シートの表面にある凹凸が比較的大きなものであるため、タイヤと凹凸面との密着部分の形状が本来のタイヤ接地面の形状と一致せず、接地面の精密な形状を観察することが困難であった。

【0007】

また、特許文献２のように透明体の上面にゴムサンプルを接触させる方法では、透明体の上面に付着した汚れ等が、撮影装置で撮影される画像に写り込んでしまい、接触部分と汚れ等との区別を付けることが難しくなるという問題があった。またこの方法では、透明体の上面より上から来る光も撮影装置に入ってしまうため、撮影される画像においてゴムサンプルの接触部分とその周囲の部分との輝度の差が小さく、ゴムサンプルの接触部分を明確に区別できないという問題もあった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開２００３－１４４２８号公報

【特許文献2】特開２０１６－１８８７６７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

最近、出願人は、ゴム部材の接触面の新たな観察方法で、特に接触面における接触圧分布を求める方法を検討している。具体的には、ガラス板等の透明体の上に紙等の接触部材を配置し、接触部材の上からゴム部材を押圧し、その押圧部分の画像を透明体の下から撮影し、撮影された画像の輝度分布を接触圧分布に変換する方法である。接触圧分布からは、接触面形状や接触面積等もわかる。

【0010】

しかし、この方法では、接触部材に凹凸があったり、透明体と接触部材との間に異物があったりした場合に、撮影される画像の輝度分布に影響が出て、正しい接触圧分布が取得できない可能性がある。

【0011】

本発明は以上の実情に鑑みてなされたものであり、ゴム部材の接触面におけるより正確な接触圧分布を取得できる方法を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0012】

本発明は以下に示される実施形態を含む。

【0013】

［１］ゴム部材を接触部材に対して押圧し、前記ゴム部材と前記接触部材との接触面についての画像を撮影する、ゴム部材の接触面の観察方法において、透明体の上に前記接触部材を配置するステップと、圧力負荷治具を用いて前記接触部材の上から複数水準の圧力を負荷し、それぞれの圧力を負荷されたときの輝度分布のある画像である第１画像を前記透明体の下から撮影するステップと、それぞれの圧力についての前記第１画像に基づき、撮影範囲の１ピクセルごとの圧力と輝度との関係式を求めるステップと、前記接触部材の上から前記ゴム部材を押圧し、輝度分布のある画像である第２画像を前記透明体の下から撮影するステップと、圧力と輝度との前記関係式に基づき、前記第２画像の輝度を１ピクセルごとに圧力に変換することにより、前記ゴム部材と前記接触部材との接触面における接触圧分布を表す画像である圧力分布画像を取得するステップと、を有する、ゴム部材の接触面の観察方法。

【0014】

［２］それぞれの前記第１画像に対してメディアンフィルタをかけてそれぞれの補正後第１画像とし、それぞれの圧力についての前記補正後第１画像に基づき、撮影範囲の１ピクセルごとの圧力と輝度との前記関係式を求める、［１］に記載のゴム部材の接触面の観察方法。

【0015】

［３］前記メディアンフィルタのサイズが３×３ピクセルである、［２］に記載のゴム部材の接触面の観察方法。

【0016】

［４］前記圧力分布画像に対してメディアンフィルタをかける、［１］に記載のゴム部材の接触面の観察方法。

【0017】

［５］前記メディアンフィルタのサイズが３×３ピクセル、５×５ピクセル又は７×７ピクセルである、［４］に記載のゴム部材の接触面の観察方法。

【0018】

［６］前記透明体に光を入射して前記透明体の内部において全反射させ、前記接触部材の上から圧力を負荷して前記接触部材を前記透明体に対して押し付けることにより、押し付けた場所において光が全反射しないようにして、前記第１画像を撮影し、前記接触部材の上から前記ゴム部材を押圧して前記接触部材を前記透明体に対して押し付けることにより、押し付けた場所において光が全反射しないようにして、前記第２画像を撮影する、［１］～［５］のいずれかに記載のゴム部材の接触面の観察方法。

【発明の効果】

【0019】

上記の方法によれば、ゴム部材の接触面におけるより正確な接触圧分布を取得することができる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】撮影装置の正面図。

【図2】ガラス板及びライトガイドを上から見た図。

【図3】ライトガイドをガラス板側から見た図。

【図4】圧力負荷治具を斜め下から見た斜視図。

【図5】事前試験において撮影された写真。（ａ）は負荷された圧力が１００ｋＰａのときの写真。（ｂ）は負荷された圧力が２００ｋＰａのときの写真。（ｃ）は負荷された圧力が３００ｋＰａのときの写真。

【図6】事前試験のときの圧力負荷治具の配置を上から見た図。（ａ）は円形の圧力負荷治具を用いて複数の場所に圧力を負荷する様子を示す図。（ｂ）は長方形の圧力負荷治具を用いて複数の場所に圧力を負荷する様子を示す図。（ｃ）は円形の圧力負荷治具を用いて１つの場所に圧力を負荷する様子を示す図。（ｄ）は長方形の圧力負荷治具を用いて１つの場所に圧力を負荷する様子を示す図。

【図7】１ピクセルごとに圧力と輝度との関係式を求めるイメージを示す図。

【図8】（ａ）はゴム部材が紙に押圧されている様子を示す図。（ｂ）は（ａ）の押圧時に取得される画像。

【図9】（ａ）は第２画像。（ｂ）は（ａ）の輝度を圧力に変換して得られた圧力分布画像。

【図10】（ａ）は第１画像。（ｂ）は第１画像の一部の拡大図。（ｃ）は（ｂ）の画像に３×３ピクセルのメディアンフィルタをかけた画像。（ｄ）は（ｂ）の画像に７×７ピクセルのメディアンフィルタをかけた画像。

【図11】（ａ）は圧力分布画像。（ｂ）は（ａ）に３×３ピクセルのメディアンフィルタをかけた画像。（ｃ）は（ａ）に７×７ピクセルのメディアンフィルタをかけた画像。

【発明を実施するための形態】

【0021】

実施形態について図面に基づき説明する。なお、以下で説明する実施形態は一例に過ぎず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更されたものについては、本発明の範囲に含まれるものとする。

【0022】

図１に示す本実施形態の撮影装置１０は、透明体としてのガラス板１１と、ガラス板１１より上においてゴム部材１６を保持する保持部１２と、ガラス板１１より下に配置されたカメラ１３と、ガラス板１１の左右両側（横方向両側）に設けられた照明装置としてのライトガイド１４と、カメラ１３に接続された解析装置１７を備えている。撮影装置１０は、ガラス板１１の上に紙１５を配置し、紙１５の上にゴム部材１６を押圧したときの、ゴム部材１６と紙１５との接触状態を下からカメラ１３で撮影する装置である。

【0023】

ガラス板１１は無色透明なガラスの板である。ガラス板１１は、上から見て長方形で、厚みが一定のガラスの板である。ガラス板１１の上面１１ｂ及び下面１１ｃは平面である。ガラス板１１は、その上でゴム部材１６を滑らせるために必要な面積と、ゴム部材１６を押圧しても割れない厚み（上下方向の長さ）を有している。ガラス板１１の具体的な大きさは、限定されないが、例えば奥行（図１における奥行方向の長さ、図２における上下方向の長さ）３２０ｍｍ～４００ｍｍ、横（図１及び図２における左右方向の長さ）９０ｍｍ～１１０ｍｍ、厚み１０ｍｍ～３０ｍｍである。なお、ガラス板１１は１枚のガラスからなる板でも良いが、２枚のガラスが重なって上記のような厚みとなった板でも良い。

【0024】

ガラス板１１の上面１１ｂ、下面１１ｃ及び側面１１ａの表面粗さは、算術平均粗さＲａで０．０１μｍ～０．１２μｍが好ましい。算術平均粗さＲａの測定方法は、ＪＩＳＢ０６０１：２０１３（ＩＳＯ４２８７：１８７, Ａｍｄ．１：２００９）による。

【0025】

保持部１２は、ゴム部材１６が取り付けられた治具２１を保持する。保持部１２は、不図示の制御部からの指示に基づき、ガラス板１１の奥行方向、横方向及び上下方向に移動できる。ガラス板１１上に配置された紙１５へのゴム部材１６の押圧は、保持部１２が下降することによって行われる。保持部１２の下降量によってゴム部材１６への負荷の大きさが調整される。また、ゴム部材１６のすべり試験は、保持部１２が奥行方向へ移動することによって行われる。ゴム部材１６の移動速度でもある保持部１２の移動速度は制御可能である。

【0026】

カメラ１３は、例えば、連続して複数枚の写真を撮影できるＣＣＤカメラである。カメラ１３の撮影する写真（画像）は、例えば、白を２５５、黒を０とする２５６階調の輝度からなるデジタル画像である。カメラ１３は、ガラス板１１を下から撮影する向きで設けられている。カメラ１３の撮影方向は、図１のようにガラス板１１の下面１１ｃに直交する方向である。ただし、カメラ１３の撮影方向は、ガラス板１１の下面１１ｃに直交する方向に対して若干傾斜した方向でも良い。

【0027】

解析装置１７は、所定の解析プログラムがインストールされたＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）からなる。図示省略するが、解析装置１７は、解析等を行う処理装置、作業者が入力を行う入力装置、解析結果を表示する表示装置等から構成されている。解析装置１７は、カメラ１３の撮影した写真（画像）について所定の解析を行う。

【0028】

図２及び図３に示すように、ライトガイド１４は、多数本の光ファイバーが結束された結束ファイバー２２と、結束ファイバー２２の一端を収納する筐体２３とを有している。ライトガイド１４は、ＬＥＤ等の光源（不図示）から発せられた光を、結束ファイバー２２を通して筐体２３の内部へ到達させ、筐体２３に形成されたスリット２４から外部へ発する照明装置である。ライトガイド１４から発せられる光は例えば白色光である。また、スリット２４の全体から、均一な明るさの光が発せられる。

【0029】

ガラス板１１の左右両側のライトガイド１４は、それぞれガラス板１１に向かって光を照射するように配置されている。すなわち、筐体２３のスリット２４から発せられた光がガラス板１１へ入射するように配置されている。入射方向（光の光軸の方向）はガラス板１１の側面１１ａに垂直な方向で、ガラス板１１の上面１１ｂ及び下面１１ｃに平行な方向である。左右両側のライトガイド１４からガラス板１１に入射した光は、ガラス板１１の表面で全反射する。ただし、光が全反射するのは、ガラス板１１の表面が空気と接している場合である。全反射している領域では、ガラス板１１に入射した光は、ガラス板１１の上面１１ｂより上へ透過したり、ガラス板１１の下面１１ｃより下に透過したりしない。図１においてガラス板１１の中に描かれている二点鎖線は、全反射する光を表している。

【0030】

左右それぞれのライトガイド１４のスリット２４は、ガラス板１１の左右の側面１１ａに平行に奥行方向（図１の奥行方向、図２の上下方向）に延びている。スリット２４とガラス板１１の側面１１ａとの間には一定の隙間が設けられている。その隙間の左右方向の長さＬ１（図１、図２参照）は一定であり、０．１ｍｍ～１．０ｍｍである。

【0031】

スリット２４の厚みＬ２（上下方向の長さ、図１、図３参照）は、ガラス板１１の厚みより薄く、例えばガラス板１１の厚みの１０％以下である。スリット２４の厚みは、具体的数値としては例えば０．２ｍｍ～１．０ｍｍである。スリット２４の厚み方向（上下方向）の中心位置は、ガラス板１１の厚み方向（上下方向）の中心位置と一致していることが好ましい。

【0032】

また、スリット２４の奥行方向の長さＬ３（図２参照）は、ガラス板１１の奥行方向の長さＬ４（図２参照）より短い。また、スリット２４の奥行方向の長さの下限は、限定されないが、例えばガラス板１１の奥行方向の長さの半分である。スリット２４の奥行方向の長さの具体的数値は、例えば１８０ｍｍ～２２０ｍｍである。

【0033】

ガラス板１１の上に配置される紙１５は、ゴム部材１６が接触する部材（接触部材）である。紙１５は、植物等の天然繊維を膠着させて製造したシート状のものであり、具体例としては写真印画紙である。紙１５は、表面が滑らかで、反射率が高く、白色で、適度な強度が保証される範囲でできるだけ薄く、全体が均質なものが好ましい。具体的には、紙１５の表面の算術平均粗さＲａは０．１μｍ～２．０μｍが好ましい。また、紙１５の表面の白色度は８５～１０２％が好ましい。ここで、白色度とは、国際規格ＩＳＯ白色度（ＩＳＯ１２４７０）に準拠した拡散照明方式（ＪＩＳＰ８１４８）によって定まる値である。また、紙１５の厚みは０．２ｍｍ～０．５ｍｍが好ましく、０．２ｍｍ～０．３ｍｍがより好ましい。

【0034】

このような紙１５が、ガラス板１１と同じ形状及び大きさにカットされる。そして、ガラス板１１の四辺において、カット後の紙１５とガラス板１１の上面１１ｂとが両面テープで貼り付けられる。なお、両面テープには、ゴム部材１６が紙１５の上を摺動したときに紙１５がガラス板１１に対してずれることを防ぐことのできるだけの接着力がある。ガラス板１１に貼り付けられた紙１５は、ガラス板１１の上面１１ｂに対して少し浮く。そのため、ガラス板１１の上面１１ｂとそこに貼り付けられた紙１５との間には薄い空気層が形成される。

【0035】

上記の通り、ガラス板１１に入射した光は、ガラス板１１の表面が空気と接している場所に置いては、その表面で全反射する。しかし、紙１５の上からゴム部材１６が押し付けられると、ゴム部材１６と紙１５との接触面の下において、ガラス板１１と紙１５との間の空気層が非常に薄くなったり、ガラス板１１と紙１５とが密着したりする。その結果、ゴム部材１６が押し付けられた部分（押圧部分）において、ガラス板１１の表面での光の反射条件が変わり、光が全反射しなくなる。そのため、ガラス板１１の下のカメラ１３の位置においては、押圧部分が明るく見え、それ以外の部分がほぼ黒に見える。また、押圧の圧力が大きくガラス板１１と紙１５との間の空気層が薄い部分ほど明るく見え、ガラス板１１と紙１５が密着した部分は一番明るく見える。

【0036】

なお、ガラス板１１と空気の境界で全反射し、ガラス板１１と紙１５の境界で全反射しないのは、ガラスの屈折率が約１．５２、空気の屈折率が約１．００、紙の屈折率が約１．５０という違いがあり、それによってガラスと空気との境界と、ガラスと紙との境界とで臨界角が異なるからである。

【0037】

また、ゴム部材１６の押圧部分において当然ゴム部材１６と紙１５とが接触するので、ゴム部材１６の押圧部分として明るく見える部分の形状及び大きさは、ゴム部材１６と紙１５との接触面の形状及び大きさと一致する。また、ゴム部材１６と紙１５との接触面の形状及び大きさは、ゴム部材１６をガラス板１１に直接押し付けたと仮定したときのゴム部材１６とガラス板１１との接触面の形状及び大きさとほぼ同じとみなすことができる。

【0038】

撮影装置１０による観察方法に使用されるゴム部材１６は、タイヤからプライやベルト等を剥がしたうえトレッドゴムの一部を切り出すことにより作製される。例えば、１つのゴム部材１６は、タイヤから１つのブロックを切り出したものや、複数のブロックのまとまりを切り出したものである。

【0039】

撮影装置１０による観察方法の実施の際、作業者は、紙１５をガラス板１１の上面１１ｂに両面テープで貼り付けて固定する。次に、作業者は、撮影装置１０が配置されている試験室の照明を消灯する。また、作業者は、太陽光等の光が試験室に入り込まないようにし、試験室の中にある機器等ができるだけ発光しないようにする。その状態で、作業者は、左右両側のライトガイド１４を点灯させる。ライトガイド１４のスリット２４から発せられた光は、ガラス板１１へ入射し、ガラス板１１の内部で全反射する。

【0040】

次に、作業者は、カメラ１３により撮影される写真（画像）における輝度と圧力との関係を求めるための事前試験を行う。事前試験においては、作業者は、紙１５の上から複数水準の圧力を負荷し、それぞれの圧力を負荷したときにカメラ１３による撮影を行う。

【0041】

事前試験のために、作業者は、圧力を負荷するための圧力負荷治具２５（図６参照）を準備する。圧力負荷治具２５は、上から見て円形又は長方形のものであり、その円形又は長方形の圧力負荷範囲に、一定の圧力を負荷するものである。詳細には、図４に示すように、圧力負荷治具２５の下面２６にはその縁に沿って円形又は長方形（図４の場合は円形）のゴムパッキン２７が設けられている。さらに、圧力負荷治具２５には、ゴムパッキン２７の内側へ空気を導入するための不図示の流路と、その流路に接続された不図示のエアーコンプレッサーとが設けられている。また、圧力負荷治具２５を上から押さえ付けるための重りや機構等の押さえ付け具が、圧力負荷治具２５に付属している。この構造により、エアーコンプレッサーからゴムパッキン２７の内側へ空気が送られ、ゴムパッキン２７の内側の圧力負荷範囲において圧力が高まることとなる。圧力負荷範囲は、限定されないが、円形の場合は直径が例えば６０ｍｍ～７０ｍｍ程度であり、長方形の場合は例えば奥行２６０ｍｍ～２７０ｍｍ×横２５ｍｍ～３５ｍｍである。圧力負荷範囲の圧力が高まっても、押さえ付け具の作用により、圧力負荷治具２５は浮き上がらない。

【0042】

作業者は、押さえ付け具を利用してこの圧力負荷治具２５を紙１５の上から押し付けることでゴムパッキン２７の内側を密閉し、ゴムパッキン２７の内側に空気を導入することで圧力負荷範囲の圧力を高め、それにより紙１５の上から圧力を負荷する。作業者は、このようにして紙１５の上から圧力を負荷している間に、カメラ１３によりガラス板１１の下から写真を撮影する。圧力負荷範囲では光の全反射が阻害される（つまり、光が全反射しなくなりガラス板１１の上面１１ｂを透過して紙１５に当たる）ので、カメラ１３の撮影する写真においては、圧力負荷範囲が明るく写り、それ以外の部分はほぼ黒に見える。また、図５（ａ）～（ｃ）に示すように、負荷された圧力が大きいほど、ガラス板１１と紙１５との間の空気層が薄くなり、圧力負荷範囲がより明るく見える。また、紙１５の表面には小さな凹凸があり、時にはガラス板１１と紙１５との間に異物があるため、撮影される写真においては、圧力負荷範囲全体が均一な輝度になるのではなく、１ピクセルごとに異なる輝度となる。

【0043】

作業者は、紙１５の上から複数水準の圧力を負荷し、それぞれの圧力の負荷中にカメラ１３で写真を撮影する。圧力の大きさは、後述する本試験におけるゴム部材１６による押圧の圧力を含むように設定される。圧力の水準は、少なくとも３水準以上、好ましくは８水準以上である。例えば、作業者は、負荷する圧力を１００ｋＰａ、２００ｋＰａ、３００ｋＰａ、と徐々に増加させ、圧力を変えるごとにカメラ１３で写真を撮影する。

【0044】

負荷する圧力が変わっても、紙１５及びカメラ１３の位置は変わらない。そのため、常に紙１５の同じ範囲が写真（画像）に写る。

【0045】

カメラ１３により撮影されたそれぞれの圧力での写真（画像）は、解析装置１７に取得される。このようにして取得されるそれぞれの圧力についての写真（画像）を、それぞれ第１画像とする。

【0046】

なお、１つの圧力負荷治具２５による圧力負荷範囲は限られている。そのため、後述する本試験において広範囲にゴム部材１６を押圧する予定の場合は、作業者は、１つの圧力負荷治具２５を使用して図６（ａ）、（ｂ）に示すように複数の場所でそれぞれ同じ圧力を負荷し、それら複数の場所の写真を撮影する。そして、それら複数の場所の写真のデータを結合することにより、その圧力についての広範囲の第１画像を取得する。なお、写真のデータは輝度のマトリクスデータであり、例えばマトリクスの１～４００行目を１枚目の写真のデータとし４０１～１０００行目を２枚目の写真のデータとする等してデータを結合する。このようにして取得した第１画像の範囲内で、本試験の際にゴム部材１６を押圧する。もちろん、本試験においてゴム部材１６を押圧する範囲が狭い場合は、作業者は、それぞれの圧力において、図６（ｃ）、（ｄ）に示すように圧力負荷治具２５による圧力の負荷を１つの場所で行えば十分である。

【0047】

次に、解析装置１７は、事前試験で負荷されたそれぞれの圧力と、それぞれの圧力において取得された第１画像における１ピクセルごとの輝度とから、圧力と輝度との関係式を１ピクセルごとに求める。

【0048】

具体的には、解析装置１７は、事前試験で負荷されたそれぞれの圧力と、それぞれの圧力において取得された第１画像における輝度とのデータについて、一次関数や二次関数等の関数を使用してフィッティングを行う。解析装置１７は、このフィッティングを第１画像のそれぞれのピクセルについて行う。フィッティングの方法は、最小二乗法等の公知の方法である。その結果求まる関数を、それぞれのピクセルにおける圧力と輝度との関係式とする。

【0049】

図７に、それぞれのピクセルにおける圧力と輝度との関係式を求めるイメージを示す。この図のように、解析装置１７は、第１画像の１ピクセルごとに、圧力と輝度との関係を示すデータ（各グラフの中の点）を関数（各グラフの中の直線）でフィッティングし、その関数をそのピクセルにおける圧力と輝度との関係式とする。図７には３ピクセル分しか示されていないが、実際には、解析装置１７は全てのピクセルについてこのようにして関係式を求める。

【0050】

このように１ピクセルごとに関係式を求める理由は、実際に、１ピクセルごとに圧力と輝度との関係が異なるためである。詳細には、紙１５の表面の凹凸、紙１５とガラス板１１との間の異物（例えば、埃、ゴミ、汚れ等）、周囲の光の入り込み等の影響で、同じ圧力が負荷されても、撮影される写真における輝度は１ピクセルごとに異なる。そのため、圧力と輝度との関係が、１ピクセルごとに異なるためである。

【0051】

次に、作業者は本試験を行う。本試験は、事前試験のときにガラス板１１に貼り付けた紙１５をそのまま使用して行われる。事前試験と本試験では、ガラス板１１、紙１５、カメラ１３及びライトガイド１４の位置関係は変わらない。そのため、事前試験のときと同じ光の条件で、事前試験のときと同じ撮影範囲の写真が、本試験でも撮影される。

【0052】

本試験において、作業者は、ゴム部材１６を治具２１に取り付け、その治具２１を撮影装置１０の保持部１２に保持させる。保持部１２は、治具２１を介してゴム部材１６を保持すると、そのゴム部材１６をガラス板１１上の紙１５に押圧し、さらに、紙１５の上を一定の速度で移動させて滑らせる。滑りにより、ゴム部材１６はせん断変形する。

【0053】

このような保持部１２の動作の間、カメラ１３がガラス板１１の下から複数枚の写真を撮影する。撮影範囲は、ゴム部材１６の押圧部分を含む範囲である。ゴム部材１６の押圧部分では光の全反射が阻害される（つまり、光が全反射しなくなりガラス板１１の上面１１ｂを透過して紙１５に当たる）ので、カメラ１３の撮影する写真においては、押圧部分が明るく写り、それ以外の部分はほぼ黒に見える。また、写真には輝度分布がある。具体的には、押圧の圧力が大きくガラス板１１と紙１５との間の空気層が薄い部分ほど明るく見え、ガラス板１１と紙１５が密着した部分は一番明るく見える。

【0054】

一例として、図８（ａ）のようにゴム部材１６の左側の部分が紙１５に押圧されているときに取得される画像を、図８（ｂ）に示す。図８（ａ）、（ｂ）から、ゴム部材１６の押圧部分が明るく、その他の部分が黒い画像が取得されることがわかる。また、紙１５に強く押し付けられて圧力が大きい部分ほど明るいことがわかる。

【0055】

ゴム部材１６をガラス板１１上の紙１５に押圧してから、ゴム部材１６の滑りが終了しカメラ１３による複数枚の写真の撮影が完了するまでが、１回の滑り試験である。

【0056】

本試験においてカメラ１３により撮影された写真（画像）は、解析装置１７に取得される。本試験において取得されるそれぞれの写真（画像）を第２画像とする。解析装置１７に取得される第２画像には、その第２画像の撮影時刻が紐付けられている。

【0057】

次に、解析装置１７が、圧力と輝度との上記関係式を使用して、それぞれの第２画像の輝度を、１ピクセルごとに圧力に変換する。これにより、輝度分布画像であった第２画像が、ゴム部材１６と紙１５との接触面における接触圧分布を表す画像である圧力分布画像が取得される。

【0058】

参考として、第２画像の例を図９（ａ）に示し、その第２画像の輝度を圧力に変換して得られた圧力分布画像を図９（ｂ）に示す。図９（ａ）、（ｂ）からわかるように、第２画像に見られるまだら模様が、圧力分布画像では軽減される。

【0059】

解析装置１７は、圧力分布画像を利用して様々な解析を行うことができる。例えば、第２画像と同様に、圧力分布画像も撮影時刻と紐付けられている。そのため、所定長さの時間に撮影された複数の圧力分布画像に基づき、滑り中のゴム部材１６における接触圧分布の時系列変化を明らかにすることができる。また、異なる複数の温度条件下でそれぞれ本試験を行い、温度の違いによる接触圧分布の違いを明らかにすることもできる。また、圧力分布画像からゴム部材１６と紙１５との接触面積を求め、接触面積に時系列変化を明らかにすることもできる。

【0060】

以上のように、本実施形態の観察方法は、事前試験として、ガラス板１１の上に紙１５を配置し、紙１５の上から複数水準の圧力を負荷し、それぞれの圧力を負荷されたときの輝度分布のある画像である第１画像をガラス板１１の下から撮影するステップと、それぞれの圧力についての第１画像に基づき撮影範囲の１ピクセルごとの圧力と輝度との関係式を求めるステップとを含んでいる。これにより、紙１５の表面の凹凸、紙１５とガラス板１１との間の異物（例えば、埃、ゴミ、汚れ等）、周囲の光の入り込み等が存在することにより１ピクセルごとに圧力と輝度との関係が異なるとしても、その１ピクセルごとの関係を式として把握することができる。

【0061】

さらに、本実施形態の観察方法は、本試験として、紙１５の上からゴム部材１６を押圧し、紙１５についての輝度分布のある画像である第２画像をガラス板１１の下から撮影するステップを含んでいる。このとき取得される第２画像には、紙１５の表面の凹凸、紙１５とガラス板１１との間の異物、周囲の光の入り込み等によるムラがある。

【0062】

しかし、本実施形態の観察方法は、上記関係式に基づき、第２画像の輝度を１ピクセルごとに圧力に変換し、それによりゴム部材１６と紙１５との接触面における接触圧分布を表す圧力分布画像を取得するステップを含んでいる。このように、上記関係式を利用して１ピクセルごとに第２画像の輝度を圧力に変換することにより、第２画像に含まれる紙１５の表面の凹凸等によるムラを除去した形で、接触圧分布を取得することができる。従って、ゴム部材１６の接触面におけるより正確な接触圧分布を取得することができる。

【0063】

また、本実施形態の観察方法においては、作業者がガラス板１１に光を入射してガラス板１１の内部において全反射させる。また、作業者がガラス板１１の上に紙１５を配置する。その上で、保持部１２が紙１５の上からゴム部材１６を押圧することにより、ゴム部材１６と紙１５との接触面を生じさせるとともに、その接触面の下において光が全反射しないようにする（つまり、光がガラス板１１の上面１１ｂを透過して紙１５に当たるようにする）。その押圧部分をカメラ１３がガラス板１１の下から撮影することにより、ゴム部材１６と紙１５の表面との接触面の画像を取得する。

【0064】

この方法により、上記のように、押圧部分が明るくそれ以外の部分が黒い画像を取得することができ、ゴム部材１６の接触面をより正確に観察することができる。また、画像における明るい部分は、ゴム部材１６とガラス板１１とが接触した場合の両者の接触面の形状及び大きさとほぼ同じとみなすことができる。

【0065】

また、ガラス板１１の上に紙１５が配置されるため、試験室に太陽光が差し込んでいたり試験室内で照明が点いていたりしても、その光がガラス板１１を通過してカメラ１３に入り込むことを防ぐことができる。つまり、紙１５が太陽光等の外乱光を遮断する。そのため、カメラ１３に入り込む光をライトガイド１４からの間接照明のみとすることができる。また、ガラス板１１の上に紙１５が配置されるため、紙１５より上にあるゴム部材１６や治具２１等がカメラ１３で撮影する画像に入り込むことを防ぐことができる。このような紙１５の効果により、画像において押圧部分のみが明るく写ることになり、ゴム部材１６の接触面をより正確に観察することができる。

【0066】

以上の実施形態に対し様々な変更を行うことができる。以下で説明する変更例のいずれか１つを上記実施形態に適用しても良いし、いずれか２つ以上を選択して組み合わせて上記実施形態に適用しても良い。例えば、メディアンフィルタに関して、次の変更例１と変更例２の両方を適用しても良いし、変更例１を適用せず変更例２を適用しても良いし、変更例２を適用せず変更例１を適用しても良い。

【0067】

＜変更例１＞
事前試験で取得される第１画像には、ノイズが含まれる場合がある。そのような場合には第１画像に対してメディアンフィルタ（Ｍｅｄｉａｎ Ｆｉｌｔｅｒ）をかけることが有効である。メディアンフィルタは、あるピクセルの輝度を、その周りのピクセルの輝度の中央値に変換するものである。第１画像にかけるメディアンフィルタのサイズは、３×３ピクセル（つまり、変換対象のピクセルを中心とする正方形で、縦３ピクセル、横３ピクセル）が好ましい。

【0068】

上記の通り、第１画像は複数水準の圧力についてそれぞれ取得されるので、解析装置１７が、それら複数の第１画像にそれぞれメディアンフィルタをかける。第１画像にメディアンフィルタをかけたものを、補正後第１画像とする。このようにして、複数の圧力についてのそれぞれの補正後第１画像が取得される。

【0069】

解析装置１７は、複数の圧力についてのそれぞれの補正後第１画像に基づき、撮影範囲の１ピクセルごとの圧力と輝度との関係式を求める。解析装置１７は、その関係式を使用して、本試験で取得した第２画像の輝度を１ピクセルごとに圧力に変換し、ゴム部材１６と紙１５との接触面における接触圧分布を表す画像である圧力分布画像を取得する。これにより、第１画像にノイズが含まれていても、その影響を軽減することができ、接触圧分布の精度向上が見込める。

【0070】

第１画像に対してメディアンフィルタをかけることは、第１画像にノイズがある場合だけでなく、事前試験と本試験の間で紙１５がガラス板１１に対して僅かにずれることが懸念される場合にも有効である。そのような僅かなずれがあっても、第１画像に対してメディアンフィルタをかけることにより第１画像の輝度分布を平滑化することができ、１ピクセルごとに求まる圧力と輝度との関係式へのずれの影響を小さくすることができるためである。

【0071】

ただし、メディアンフィルタをかけることにより、紙１５の表面の小さな凹凸等の第１画像への影響が失われてしまう可能性もある。そのため、第１画像にノイズが少ない場合や紙１５のずれの可能性がない場合等、メディアンフィルタをかける必要性が低い場合は、第１画像に対してメディアンフィルタをかけない方が良い。

【0072】

この変更例の実施例として、第１画像の例を図１０（ａ）に示し、図１０（ａ）の四角枠の部分を拡大して図１０（ｂ）に示す。そして、図１０（ｂ）の画像に３×３ピクセルのメディアンフィルタをかけた画像を図１０（ｃ）に、７×７ピクセルのメディアンフィルタをかけた画像を図１０（ｄ）に、それぞれ示す。これらの図から、メディアンフィルタのサイズが大きくなるほど、画像が平滑化される一方で、細かい情報が失われることがわかる。

【0073】

＜変更例２＞
一般に、圧力分布画像における微小な斑点は、圧力分布画像を使用した各種の解析において不要な情報として取り扱われる場合が多い。そこで、圧力分布画像に微小な斑点がある場合はそれをノイズとみなし、その圧力分布画像に対してメディアンフィルタをかけて微小な斑点を除去することが好ましい。圧力分布画像に対してかけるメディアンフィルタのサイズは、３×３ピクセル、５×５ピクセル又は７×７ピクセルが好ましい。

【0074】

また、事前試験のときになかった異物が、本試験のときに紙１５とガラス板１１の間に入り込んだ場合には、圧力分布画像にその異物の影響が出てしまう。そのような場合には、圧力分布画像に対してメディアンフィルタをかけることが有効である。

【0075】

この変更例の実施例として、圧力分布画像の例を図１１（ａ）に示す。そして、この圧力分布画像に３×３ピクセルのメディアンフィルタをかけた画像を図１１（ｂ）に、７×７ピクセルのメディアンフィルタをかけた画像を図１１（ｃ）に、それぞれ示す。これらの図から、メディアンフィルタのサイズが大きくなるほど画像が平滑化されることがわかる。

【0076】

＜変更例３＞
撮影装置１０の構造は上記実施形態のものに限定されない。例えば、透明体として、ガラス板１１の代わりにアクリル板等が使用されても良い。また、カメラ１３として動画を撮影できるものが使用され、動画の中から画像が取得されても良い。

【0077】

＜変更例４＞
ゴム部材１６は、タイヤから切り出したものではなく、サンプルモールドによってサンプルとして作製されたものでも良い。

【0078】

＜変更例５＞
事前試験において紙１５の上から圧力を負荷するために使用する圧力負荷治具は、上記実施形態のものに限定されない。圧力負荷治具は、紙１５の上から圧力を負荷できるものであれば良い。ただし、圧力負荷治具は、上記実施形態の圧力負荷治具２５のように、空気等の流体を、紙１５と圧力負荷治具との間に形成される密閉空間に導入することにより、紙１５に均等な圧力を負荷するものが好ましい。

【0079】

＜変更例６＞
植物等の天然繊維からなる紙１５の代わりに、他のシート状のものを接触部材として使用することができる。例えば、繊維状高分子材料又は繊維状無機材料からなる紙や、繊維状ではなくシート状のものとして成形された合成樹脂シート等を、接触部材として使用することができる。

【0080】

いずれの接触部材も、表面の算術平均粗さ、表面の白色度及び厚みの好ましい範囲は、上記実施形態における紙１５と同じである。

【符号の説明】

【0081】

１０…撮影装置、１１…ガラス板、１１ａ…側面、１１ｂ…上面、１１ｃ…下面、１２…保持部、１３…カメラ、１４…ライトガイド、１５…紙、１６…ゴム部材、１７…解析装置、２１…治具、２２…結束ファイバー、２３…筐体、２４…スリット、２５…圧力負荷治具、２６…下面、２７…ゴムパッキン

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】