車輪検査装置および車輪検査方法
【課題】車輪を取り外すことなく、ボルトの固定状態を正確に診断することができ、車輪の脱落を未然に防止することができる車輪検査装置および車輪検査方法を提供する。
【解決手段】自動車の車輪を車体のホイールハブに対して螺設するためのホイールボルトと、ナットとを備えた固定手段における固定状態を検査する車輪検査装置であって、ホイールボルトに螺合されたナットを加振するインパルスハンマ１１と、インパルスハンマ１１に配設され、当該インパルスハンマのナットに対する加振によって生じた力の時間波形を検出する時間波形センサ１１ａと、時間波形センサ１１ａによって検出された信号の歪度を分析する歪度分析手段１２と、歪度分析手段１２によって算出された歪度の特性に基づいて、ホイールボルトに折損が生じているか否かを判定する判定部１３と、判定部１３における判定結果を報知するための表示部１４とを備えるようにした。
【解決手段】自動車の車輪を車体のホイールハブに対して螺設するためのホイールボルトと、ナットとを備えた固定手段における固定状態を検査する車輪検査装置であって、ホイールボルトに螺合されたナットを加振するインパルスハンマ１１と、インパルスハンマ１１に配設され、当該インパルスハンマのナットに対する加振によって生じた力の時間波形を検出する時間波形センサ１１ａと、時間波形センサ１１ａによって検出された信号の歪度を分析する歪度分析手段１２と、歪度分析手段１２によって算出された歪度の特性に基づいて、ホイールボルトに折損が生じているか否かを判定する判定部１３と、判定部１３における判定結果を報知するための表示部１４とを備えるようにした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は車輪検査装置および車輪検査方法に関し、とりわけ大型車両の複輪用ホイールボルトの固定異常を検知する車輪検査装置および車輪検査方法に好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、ボルトは、複数の部材に貫設された取付孔に挿通された後、ナットが螺合されることにより、かかる複数の部材同士を締め付けて固定するものである。従って、この締付力が不十分だったり、ボルトやナットに折損が発生したりすると、これらボルトとナットを用いて固定した構造物が分解するなどの重大事故が発生するおそれがある。このため、ボルトとナットとによって複数の部材を固定した構造物において、かかる固定部分の締付力（固定状態）を測定（検査）する方法として、種々のものが知られている。
【０００３】
例えば、ボルト頭部に一定方向の外部磁界を作用させると同時に交流励振用コイルにより渦電流を発生させると、外部磁界と渦電流との相互作用によってボルト内部に交流励振用コイルの周波数に応じた振動が発生し、ボルトの締付力に応じて振動数が変化することが知られている。これを利用し、ボルトとナットの締付力を判断する方法の一つとして、交流励振用コイルの周波数を変化させ、ボルトに発生した振動数を測定し、その共振周波数を測定することで、ボルトの締付力を非破壊的に検査するボルト締付力検査装置が開発されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、最も広く知られている手法の一つとして、ボルトの頭部または他端部をハンマなどで打撃し、その打撃力により生ずる振動・音を作業員の耳または手の触覚で感知して締付けの緩みを診断し、または目視により折損を見つけるという方法もある。
【０００５】
ところで、近年、自動車などの車両（とりわけ、大型車両）において、車輪（タイヤが組まれたディスクホイール）を車体に対して取付ける部位（すなわち、ホイールハブ）に設けられるホイールボルトの折損に起因して、車輪が脱落する問題が発生している。
【０００６】
従って、このような車輪の脱落が再発することを防止する観点から、従来では日常点検において、ディスクホイールの取付状態を目視によって確認すると共に、ホイールボルトに固定されたホイールナットを点検ハンマ等によって打撃することにより、当該ホイールボルトが折損しているか否かを診断するよう注意喚起している（例えば、非特許文献１参照）。
【０００７】
かかる非特許文献１では、ディスクホイールの取付状態の目視確認として、ホイールボルトおよびナットが全て取り付けられているかを点検する項目と、ディスクホイールやホイールボルトまたはホイールナットから錆汁が出ていないか点検する項目と、ディスクホイールに亀裂や損傷がないか点検する項目と、ホイールナットから露出しているホイールボルトの突出量（出っ張り量）に不揃いがないか（車輪によって突出量が異なっていないか）点検する項目などを行うよう開示している。
【０００８】
また、点検ハンマ等を使用する点検としては、ホイールナットの下側に指を添えた状態で、点検ハンマ（または、小型ハンマなど）によってホイールナットの上側面を打撃し、このときに指に伝わる振動が他のホイールナットと異なっていたり、濁った音がしたりしていないかを点検することにより、ホイールナットの緩みや、ホイールボルトの折損を診断するよう開示している。この点検は、上述した手法の一つを用いたものである。
【０００９】
このような診断が可能な理由としては、打撃音や振動にその経路（すなわち、固定されたホイールボルトとホイールナット）の物性的・幾何形状的な特性を示す内部情報が含まれているからである。
【００１０】
そして、これら目視確認による点検や、点検ハンマを用いた点検において異常が認められれば、ホイールナットに緩みが生じていたり、ホイールボルトが折損していたりするおそれがあるため、ディスクホイールを取り外すなどして、より詳細な点検を行う必要がある。
【００１１】
ここで、大型車両の車輪の構造について詳細に説明する。大型車両における車輪、とりわけ、後輪側にはダブルタイヤと称される複輪による取付構造（以下、これを単に複輪構造と称する）が適用される場合が多い。かかるダブルタイヤの場合、ディスクホイールを平座面で締付けるＩＳＯ（国際標準化機構）方式と、ディスクホイールを球座面で締付けるＪＩＳ（日本工業規格）方式との２つの方式において、取付構造（固定構造）が異なっている。
【００１２】
車体側のホイールハブには、一端側をドラムボルトによって固定されたホイールボルトが、当該ホイールハブにおけるホイール取付面の円周方向に所定間隔で突設されている。なお、ＩＳＯ方式ではホイールボルトを１０本、ＪＩＳ方式ではホイールボルトを６本または８本使用する既定となっている。
【００１３】
そして、ＩＳＯ方式の場合、ハブ側に内輪が、外側に外輪が順次ホイールボルトを挿通させてセットされる。この後、ホイールボルトの他端側に一つのホイールナットを螺合させることによって、ホイールハブ（つまり、車体側）に対し、内輪と外輪とを共締めするようになっている。
【００１４】
これに対して、ＪＩＳ方式の場合、ハブ側に配置される内輪が、ホイールボルトにインナーナットを螺合させることによって、ホイールハブに対して固定される。この後、当該ホイールハブに固定された内輪の外側に配置される外輪が、インナーナットにアウターナットを螺合させることにより、前記内輪の外側に更に固定される構造となっている。すなわち、このＪＩＳ方式の場合、ホイールボルトに対してインナーナットとアウターナットとが螺合され、外輪においては、ホイールボルトに固定されたインナーナットに対し、アウターナットを螺合させることでホイールハブ（つまり、車体）に締め付けられる構造となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開平１１−１４８８７６号公報
【非特許文献】
【００１６】
【非特許文献１】社団法人 日本自動車工業会、"車輪脱落防止のための正しい取扱いについて"、２００７年９月版、［２０１０年３月１１日検索］、インターネット＜URL: http://www.jama.or.jp/user/fall_off_wheel/pdf/fall_off_wheel2007.pdf＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
しかしながら、上述したＪＩＳ方式によるダブルタイヤの固定構造の場合、車体に外輪が取り付けられた状態では、ホイールボルトにインナーナットとアウターナットとが順次螺合されているため、外輪における車体よりも外側において、当該ホイールボルトは露出している部分（箇所）がない。このため、かかる特許文献１に記載のボルト締付力検査装置では、ホイールボルトに対し直接的に検査を施すことが困難であり、当該折損の有無を確認すべきホイールボルトの締付力を測定することが不可能であるという欠点があった。
【００１８】
従って、インナーナットの緩み検知方法として、直接、ホイールボルトにセンサを取り付け、非破壊検査で通常用いられている音響センシング方法や、磁歪式センシング方法等の有効で且つ簡便な手法が開発されているものの、ＪＩＳ方式のダブルタイヤの固定構造の場合、直接、ホイールボルトにセンサを取り付けることが困難であるため、上述のような音響センシング方法や、磁歪式センシング方法等を採用することが困難な問題があった。
【００１９】
また、上述した非特許文献１による点検ハンマを用いた検査方法では、ホイールナットを打撃し（振動を加え）、そのときの音や、指に伝わる振動などによって、ホイールナットの緩みや、ホイールボルトの折損を診断する際、打撃音や振動を伝搬する媒体となるホイールナットやホイールボルトの品質や幾何形状特性が、構造物（すなわち、車体に取り付けられた車輪）ごとに大きく異なっているため、打撃音や振動から的確な判断を下すことは容易ではない。これは、熟練した作業員（検査員）であっても、その診断が主観的になりがちで再現性に乏しい（すなわち、個人差が生じ易い）ため、信頼性において不十分な問題があった。
【００２０】
特に、上述したＪＩＳ方式によるダブルタイヤの固定構造においては、ホイールハブのホイールボルトにインナーナットを螺合させることによって、内輪（内側ディスクホイール）をホイールハブに固定した後、該インナーナットにアウターナットを螺合させることによって、内側ディスクホイールと外輪（外側ディスクホイール）とを固定しており、車体の外側にホイールボルトが露出していない。このため、従来の目視による確認や、上述したような点検ハンマを用いた点検では、ホイールナットの緩みや、ホイールボルトの折損の有無を正確に診断し難い場合があった。
【００２１】
そこで、本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、車輪を取り外すことなく、ボルトの固定状態を正確に診断することができ、車輪の脱落を未然に防止することができる車輪検査装置および車輪検査方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
（１）本発明は、自動車の車輪を、車体のホイールハブに対して螺設するための固定手段における固定状態を検査する車輪検査装置であって、前記固定手段が、少なくとも前記ホイールハブに固定されたホイールボルトと、前記ホイールボルトに螺合されるナットと、を備え、前記ホイールボルトに螺合された前記ナットを加振するインパルスハンマと、前記インパルスハンマに配設され、当該インパルスハンマの前記ナットに対する加振によって生じた力の時間波形を検出する時間波形センサと、前記時間波形センサによって検出された信号の歪度を分析する歪度分析手段と、前記歪度分析手段によって算出された歪度の特性に基づいて、前記ホイールボルトに折損が生じているか否かを判定する判定部と、前記判定部における判定結果を報知するための表示部と、を備えることを特徴とする車輪検査装置である。
【００２３】
（２）本発明はさらに、前記ナットが、前記ホイールボルトと螺合するインナーナットと、前記インナーナットと螺合するアウターナットと、を有し、前記車輪が、前記車体のハブ側に配設される内輪を、前記ホイールボルトに対して前記インナーナットを螺合することにより、前記ホイールハブに固定すると共に、当該内輪の前記ホイールハブ側とは反対の外方に配設される外輪を、前記インナーナットに対して前記アウターナットを螺合することにより、前記ホイールハブに前記内輪を介在して固定する複輪構造で構成されたことを特徴とする前記（１）に記載の車輪検査装置である。
【００２４】
（３）本発明はさらに、前記判定部が、前記ホイールボルトの折損を判定する前記歪度における第１の閾値と、前記ホイールボルトの正常を判定する前記歪度における前記第１の閾値よりも小さい第２の閾値と、を有することを特徴とする前記（１）または（２）に記載の車輪検査装置である。
【００２５】
（４）本発明はまた、自動車の車輪を、車体のホイールハブに対して螺設するための少なくとも前記ホイールハブに固定されたホイールボルトと、前記ホイールボルトに螺合されるナットと、を備えた固定手段における固定状態を検査する車輪検査方法であって、前記ホイールボルトに螺合された前記ナットをインパルスハンマによって加振し、当該インパルスハンマの前記ナットに対する加振により生じた力の時間波形を検出し、検出された前記時間波形の信号の歪度を分析し、算出された歪度の特性に基づいて、前記ホイールボルトに折損が生じているか否かを判定することを特徴とする車輪検査方法である。
【００２６】
（５）本発明はさらに、前記ナットが、前記ホイールボルトと螺合するインナーナットと、前記インナーナットと螺合するアウターナットと、を有し、前記車輪が、前記車体のホイールハブ側に配設される内輪を、前記ホイールボルトに対して前記インナーナットを螺合することにより、前記ホイールハブに固定すると共に、当該内輪の前記ホイールハブ側とは反対の外方に配設される外輪を、前記インナーナットに対して前記アウターナットを螺合することにより、前記ホイールハブに前記内輪を介在して固定する複輪構造で構成されたことを特徴とする前記（４）に記載の車輪検査方法である。
【００２７】
（６）本発明はさらに、前記算出された歪度が、前記ホイールボルトの折損を判定する第１の閾値と、前記ホイールボルトの正常を判定する前記第１の閾値よりも小さい第２の閾値と、の特性を有することを特徴とする前記（４）または（５）に記載の車輪検査方法である。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、車輪を取り外すことなく、ボルトの固定状態を正確に診断することができ、ホイールナットの緩みやホイールボルトの折損を確実に検知することができる。かくして、車輪の脱落を未然に防止することができる車輪検査装置および車輪検査方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】（ａ）本発明を適用する複輪構造を示す斜視図であり、（ｂ）本発明を適用する複輪構造を示す断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る車輪検査装置の構成を概略的に示すブロック図である。
【図３】（ａ）インパルスハンマにてインナーナットを加振する様子を概略的に示す斜視図である。（ｂ）インパルスハンマによる加振の基本概念を概略的に示す概念図である。
【図４】インパルスハンマの加振により生じた力の時間波形を示し、（ａ）バネ定数が低い場合の事象を示すグラフである。（ｂ）バネ定数が高い場合の事象を示すグラフである。
【図５】図４の時間波形を評価指標として歪度を用いて示すグラフである。
【図６】本発明の一実施形態に係る車輪検査方法を概略的に示すフローチャートである。
【図７】インパルスハンマの加振により生じた力の時間波形を示し、（ａ）折損したホイールボルトの場合を示すグラフである。（ｂ）正常なホイールボルトの場合を示すグラフである。
【図８】スチールホイールを用いたＪＩＳ方式８本タイプの複輪構造における（ａ）ホイールボルト折損検知の評価指標における箱髭図である。（ｂ）歪度とインナーナット変位の固有振動数の関係を示すグラフである。
【図９】アルミホイールを用いたＪＩＳ方式８本タイプの複輪構造における（ａ）ホイールボルト折損検知の評価指標における箱髭図である。（ｂ）歪度とインナーナット変位の固有振動数の関係を示すグラフである。
【図１０】（ａ）スチールホイールを用いたＪＩＳ方式６本タイプの複輪構造におけるホイールボルト折損検知の評価指標における箱髭図である。（ｂ）スチールホイールを用いたＪＩＳ方式６本タイプの単輪構造におけるホイールボルト折損検知の評価指標における箱髭図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明を実施するための形態について、添付図面を参照しながら実施例を挙げて説明する。なお、以下の説明において、周知の手法、周知の手順、周知の構造、周知の基本思想等（以下、これらを総じて周知事項と称す）については、その細部にわたる説明を割愛するが、これは説明を簡潔にするためであって、これら周知事項の全てまたは一部を意図的に排除するものではない。かかる周知事項は、本発明の出願時点で当業者の知り得るところであるので、以下の説明に当然含まれている。
【００３１】
まず、図１を用いて、本発明を適用する大型車両（例えば、大型トラック）などにおける複輪構造（とりわけ、ＪＩＳ方式の複輪構造）について説明する。図１（ａ）は、本発明を適用する複輪構造を示す斜視図である。図１（ｂ）は、本発明を適用する複輪構造を示す断面図である。
【００３２】
図１（ａ）および（ｂ）に示すように、かかる大型トラック等では、車体のホイールハブ１から突出するようにホイールボルト２が当該ホイールハブ１に固定されている。そして、かかるホイールボルト２にインナーナット３を螺合させることにより、内輪４をホイールハブ１に対して固定する。このとき、ホイールボルト２は、内輪４のホイール合わせ面４ａにおいて、ホイールボルト２の配設位置に対応した位置に貫設された貫通孔４ｂを挿通させた後、インナーナット３と螺合される。因みに、インナーナット３は、内側（内周側）にホイールボルト２と螺合するためのネジ溝が刻設されると共に、外側（外周側）にアウターナット５と螺合するためのネジ溝が刻設されている。
【００３３】
続いて、インナーナット３とアウターナット５を螺合させることにより、外輪６を、そのホイール合わせ面６ａと、内輪４のホイール合わせ面４ａとを当接させた状態で、ホイールハブ１に対して固定する。つまり、外輪６は、内輪４を介在した状態でホイールハブ１に対して固定される。このとき、インナーナット３は、内輪４のホイール合わせ面４ａにおける貫通孔４ｂと同様に、外輪６のホイール合わせ面６ａに貫設された貫通孔６ｂを挿通させた後、アウターナット５と螺合される。
【００３４】
なお、ホイールボルト２は、インナーナット３やアウターナット５と螺合される一端側とは反対の他端側が、ホイールハブ１の車体側に配設されるブレーキドラム７を介して、ドラムナット８が螺合されることにより、ホイールハブ１に固定されている。
【００３５】
さて、このように構成されたＪＩＳ方式の複輪構造では、上述したように、ホイールボルト２に対しインナーナット３が螺合されることによって、ホイールボルト２がインナーナット３に覆われる。このため、当該ホイールボルト２には、単輪構造やＩＳＯ方式の複輪構造の場合と異なって、車体の外側に露出する部分（箇所）がない。そこで、本発明者は、かかるＪＩＳ方式の複輪構造において、ホイールボルト２の折損を正確に検知すべく、以下のような車輪検査装置および方法を用いて、ホイールボルトの折損の検知が可能であるか否かを実験した。
【００３６】
以下、図２〜図６を参照して本発明の一実施形態に係る車輪検査装置および車輪検査方法について説明する。なお、図２は、本発明の一実施形態に係る車輪検査装置の構成を概略的に示すブロック図である。図３（ａ）は、インパルスハンマにてインナーナットを加振する様子を概略的に示す斜視図である。図３（ｂ）は、インパルスハンマによる加振の基本概念を概略的に示す概念図である。
【００３７】
また、図４は、インパルスハンマの加振により生じた力の時間波形を示し、（ａ）バネ定数が低い場合の事象を示すグラフである。（ｂ）バネ定数が高い場合の事象を示すグラフである。図５は、図４の時間波形を評価指標として歪度を用いて示すグラフである。図６は、本発明の一実施形態に係る車輪検査方法を概略的に示すフローチャートである。
【００３８】
図２において、本発明の一実施形態による車輪検査装置１０は、ホイールボルト２に螺合されたインナーナット３を加振するためのインパルスハンマ１１を備えている。このインパルスハンマ１１には、当該インパルスハンマ１１のインナーナット３に対する加振によって生じた力（反力）の時間波形を検出する時間波形センサ１１ａが設けられている。
【００３９】
また、車輪検査装置１０は、時間波形センサ１１ａによって検出された信号の歪度を分析する歪度分析手段１２を備えている。さらに、車輪検査装置１０は、歪度分析手段１２によって算出された歪度の特性に基づいて、ホイールボルト２に折損が生じているか否かを判定する判定部１３と、該判定部１３における判定結果を報知するための表示部１４とを備えている。
【００４０】
かかる歪度分析手段１２は、例えば、時間波形センサ１１ａによって検出された信号を増幅するアンプ等の増幅部１５と、当該信号をアナログ／ディジタル変換するデータローガ等のＡ／Ｄ変換部１６と、当該信号に基づいて歪度を算出する演算部１７とを有している。ここで、演算部１７はＰＣ（Personal Computer）のプログラムなどによって実現することができる。
【００４１】
ここで、一般的に、インパルスハンマ１１は、構造物の周波数伝達関数を取得するための入力手段として使用されている。これは、インパルスハンマ１１によって構造物等の検査対象を加振することで三角関数の半波分の力波形を生成することができ、これにより、周波数領域で入力がフラットなゲイン特性を出すことができるためである。
【００４２】
そこで、かかるＪＩＳ方式の複輪構造において、図３（ａ）に示すようなインパルスハンマ１１を用いてインナーナット３を加振し、ホイールボルト２（図１参照）が正常の場合と、折損している場合とで、当該加振による打撃力波形に違いが生じるか否かを、図３（ｂ）に示すような簡易な打撃モデルでシミュレーション実験し検討した。なお、図３（ｂ）において、ｋ１はインパルスハンマ１１とインナーナット３間の打撃地点付近におけるバネ定数に相当し、Ｍはインナーナット３とその周辺の質量に相当し、ｋ２はインナーナット３と地上固定系（ボルト取付部）間のバネ定数に相当する。また、バネ定数ｋ１、ｋ２および質量Ｍの数値は、簡易シミュレーション用の仮定の値であり、次式（１）〜（３）
【数１】
【数２】
【数３】
によって表すことができる。
【００４３】
このとき、インパルスハンマ１１の動きに相当する変位を入力として見た場合を考慮し、位置ｘ1＝−０．１ｍから片振幅０．１ｍの三角関数の一波長分を２秒で動く(後述する図４（ａ）、（ｂ）のｘ1)と仮定した変位入力とした。この入力に対してバネ定数ｋ1の力Ｆ1(打撃力)および、質量Ｍの変位ｘ2を数値計算した。この結果の一部を図４（ａ）、（ｂ）に示す。
【００４４】
図４（ａ）、（ｂ）に示す時間波形のグラフにおいて、それぞれバネ定数ｋ2の数値が低い５０Ｎ／ｍ（図４（ａ）参照）であるか、高い１５０Ｎ／ｍ（図４（ｂ）参照）であるかの違いのみで、バネ定数ｋ1が４０Ｎ／ｍ、質量Ｍが２ｋｇであり、インパルスハンマ１１の動きに相当する変位入力ｘ１の時間波形（図中、実線で示す）はほぼ同一であるにも拘わらず、打撃力Ｆ1の時間波形（図中、一点鎖線で示す）は大きな違いを見せていることがわかる。従って、この簡易シミュレーションによる実験の解析では、同一のストロークタイミングで構造体（すなわち、ホイールボルト２に螺合されたインナーナット３）を打撃しても、ある特定のバネ定数(ｋ2)の違いで打撃力の時間波形が変化することがわかった。
【００４５】
そこで、バネ定数ｋ2の数値の大小によって、打撃力Ｆ1の時間波形に、どの程度変化が生じるか検討した。このとき、評価関数（評価指標）としては、統計解析で使用されている歪度を用いた。かかる歪度は、平均値まわりの３次モーメントの期待値を標準偏差の３乗で除した値であり、時間波形が左右で非対称の場合に大きな値となる。図５は、図４の時間波形に関し、評価指標として歪度を用いて計算した場合の計算結果を示すグラフである。これにより、仮に、折損したホイールボルト２（図１参照）を使用する場合が事象Ａとなり、正常なホイールボルト２を使用する場合が事象Ｂとなるとき、歪度を評価関数とすればホイールボルト２の折損が検知可能となることがわかった。
【００４６】
特に、歪度が０．５以上（好ましくは、０．７以上）となる場合は、グラフが急峻となり、事象Ａに該当する可能性も大きくなると推測できる。
【００４７】
このように、本発明者は上述の簡易シミュレーションによる実験を行った結果、ホイールボルト２（図１参照）の正常時と折損時とにおいて、インナーナット３（図３参照）をインパルスハンマ１１で加振した際の力の時間波形に違いが表れることを発見し、この波形をディジタル形式に記録し、歪度を計算することにより、ボルトが折損しているか否かを判別することが可能であることを発見した。
【００４８】
そこで、本発明者が開発した車輪検査装置１０を用いて、インパルスハンマ１１によりインナーナット３を加振し、該加振した際の打撃反力から時間波形を抽出し、抽出された時間波形の違いに基づいてホイールボルト２の折損を検知することができることを、以下の模擬実験により検証した。
【００４９】
すなわち、本発明者は、模擬車軸装置（図示省略する）を用いて、かかる車輪検査装置１０により、模擬車軸装置のホイールハブに固定した大型車複輪用のスチールホイール（ＪＩＳ方式のホイールボルト８本仕様）を用いた車輪のホイールハブ１に対する取付状態（固定状態）を検査し、ホイールボルト２における折損の有無を検知する実験を行った。
【００５０】
なお、この場合、ホイールボルト２として、正常なホイールボルト、および、折損したホイールボルトを交互に１本ずつ使用し、タイヤ付きのスチールホイール(サイズ：２２．５×７．５Ｊ、ＰＣＤ：２８５、８穴)をインナーナット３およびアウターナット５で模擬車軸装置のホイールハブ１に固定した。
【００５１】
また、この場合、注目しているホイールボルト２（すなわち、折損したホイールボルト）以外のホイールボルト２は、正規の締付けトルクで締付けられている。言い換えれば、全てのホイールボルト２は、正規の締付けトルクで締付けられているものの、折損したホイールボルト２については折損していることにより、結果として正規の締付けトルクに対し、１００パーセントの締付けトルクに至っていないことになる。
【００５２】
具体的に車輪検査装置１０は、図６に示す車輪検査方法としての車輪検査処理手順ＲＴ１に基づいて、ホイールハブ１（車体）に対する車輪の取付状態（固定状態）を検査することにより、ホイールボルト２における折損の有無を検知する。
【００５３】
すなわち、かかる車輪検査処理手順ＲＴ１は、まず、ステップＳＰ１において、ホイールボルト２に螺合されたインナーナット３を、インパルスハンマ１１により２０００Ｎ以内のレンジで加振（打撃）する。そして、この加振により生じた力（つまり、インパルスハンマ１１によって与えられた加振力に対する反力）の時間波形を時間波形センサ１１ａによって検出する。次いで、当該時間波形センサ１１ａが検出した信号を増幅部１５によって増幅し、Ａ／Ｄ変換部１６にてアナログ／ディジタル変換した後、ステップＳＰ２に移行する。
【００５４】
ここで、図７は、インパルスハンマの加振により生じた力の時間波形を示し、（ａ）は折損したホイールボルト２(歪度：１．３７４)の場合を示すグラフである。（ｂ）は正常なホイールボルト２(インナーナット３およびアウターナット５の締付１００％・１００％、歪度：０．１２６)の場合を示すグラフである。図７（ａ）、（ｂ）から、打撃反力波形に違いがあることがわかる。
【００５５】
かかるステップＳＰ２において、車輪検査装置１０は、Ａ／Ｄ変換部１６がアナログ／ディジタル変換したパルス信号を演算部１７に入力し、パルス時間波形を抽出する。そして、車輪検査装置１０は続くステップＳＰ３に移行して、当該抽出したパルス時間波形の歪度（Ｓｅ）を算出した後、この算出結果を判定部１３へ入力する（ステップＳＰ４）。
【００５６】
一方、このとき、車輪検査装置１０は、ホイールボルト２の折損閾値（Ｓｔ）が予め演算部１７に入力されており（ステップＳＰ５）、かかるホイールボルト２の折損閾値（Ｓｔ）を判定部１３へ入力する（ステップＳＰ４）。
【００５７】
これにより、車輪検査装置１０は、ステップＳＰ４において、判定部１３が入力されたパルス時間波形の歪度（Ｓｅ）と、ホイールボルト２の折損閾値（Ｓｔ）とに基づいて、ホイールボルト２に折損が生じているか否かを判定する。このとき、パルス時間波形の歪度（Ｓｅ）よりも、ホイールボルト２の折損閾値（Ｓｔ）の方が大きければ、ホイールボルト２に折損は生じていないと判定し、該判定部１３における判定結果（例えば、折損無し）をモニタなどの表示部１４に表示することにより報知して（ステップＳＰ６）、この車輪検査処理手順ＲＴ１を終了する。
【００５８】
一方、パルス時間波形の歪度（Ｓｅ）よりも、ホイールボルト２の折損閾値（Ｓｔ）の方が小さければ、ホイールボルト２に折損が生じていると判定し（ステップＳＰ４）、該判定部１３における判定結果（例えば、折損有り）をモニタなどの表示部１４に表示することにより報知して（ステップＳＰ６）、この車輪検査処理手順ＲＴ１を終了する。なお、かかるステップＳＰ６において、判定部１３における判定結果の報知方法としては、単にランプの点灯やブザーの出音で報知してもよい。
【００５９】
ここで、図８は、スチールホイールを用いたＪＩＳ方式のホイールボルト８本仕様の複輪構造における（ａ）ホイールボルト２の折損検知の評価指標における箱髭図である。（ｂ）歪度とインナーナット３における変位の固有振動数の関係を示すグラフである。かかる図８（ａ）は、歪度に関する全データ(Ｎ＝１８２)の箱髭図であり、同図から類推すると、歪度が第１の閾値となる約０．７以上であれば折損ボルトの可能性が高く、歪度が第２の閾値となる約０．２５以下であれば正常に締め付けられているボルトの可能性が高くなる傾向が見て取れる。なお、これ以外の０．２５〜０．７の間の値は、インナーナット３の緩みの可能性があり、数値が大きいほどインナーナット３の緩みが多くなる傾向が見て取れる。
【００６０】
なお、本発明者は、かかる模擬車軸装置を用いて、車輪検査装置１０により、模擬車軸装置のホイールハブに固定した大型車複輪用のアルミホイール（ＪＩＳ方式のホイールボルト８本仕様）を用いた車輪のホイールハブ１に対する取付状態についても同様に模擬実験を行った。図９は、アルミホイールを用いたＪＩＳ方式のホイールボルト８本仕様の複輪構造における（ａ）ホイールボルト２の折損検知の評価指標における箱髭図である。（ｂ）歪度とインナーナット３における変位の固有振動数の関係を示すグラフである。
【００６１】
さらに、本発明者は参考として、かかる模擬車軸装置を用いて、車輪検査装置１０により、模擬車軸装置のホイールハブに固定した中型車複輪用のスチールホイール（ＪＩＳ方式のホイールボルト６本仕様）を用いた複輪構造の車輪と、スチールホイール（ＪＩＳ方式のホイールボルト６本仕様）を用いた単輪構造の車輪とのホイールハブ１に対する取付状態についても同様に模擬実験を行った。図１０（ａ）は、スチールホイールを用いたＪＩＳ方式のホイールボルト６本仕様の複輪構造におけるホイールボルト２の折損検知の評価指標における箱髭図である。（ｂ）は、スチールホイールを用いたＪＩＳ方式のホイールボルト６本仕様の単輪構造におけるホイールボルト２の折損検知の評価指標における箱髭図である。
【００６２】
これら、図９〜図１０から類推しても上述とほぼ同様に、歪度が約０．７以上（単輪構造においては、約０．４以上）であれば折損ボルトの可能性が高く、歪度が約０．２５以下であれば正常に締め付けられているボルトの可能性が高くなる傾向が見て取れる。なお、これ以外の約０．２５〜０．７程度の間の値は、インナーナット３の緩みの可能性があり、数値が大きいほどインナーナット３の緩みが多くなる傾向が見て取れる。
【００６３】
このように、上述した車輪検査装置１０では、インパルスハンマ１１で車体（ホイールハブ１）に取り付けられたＪＩＳ方式（例えば、ホイールボルト８本仕様）の複輪構造の車輪におけるインナーナット３を加振（打撃）し、その力波形の違いを歪度で評価した場合には、その数値からホイールボルト２に生じた折損を検知可能であることがわかった。
【００６４】
以上、説明したように、本発明の車輪検査装置１０および車輪検査方法（車輪検査処理手順ＲＴ１）によれば、ホイールボルト２の固定状態を正確に診断することができ、インナーナット３（ホイールナット）の緩みや、ホイールボルト２の折損の有無を簡便に、且つ、確実に検知することができる。かくして、車輪の脱落を未然に防止することができる車輪検査装置１０および車輪検査方法（車輪検査処理手順ＲＴ１）を実現することができる。
【００６５】
なお、本発明の車輪検査装置１０および車輪検査方法を実施するための形態について上述した実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変形及び置換を加えることができる。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明は、ボルトとナットとの螺合により取り付けられる（固定される）構造物において、その取付構造（固定構造）を検査する技術に利用可能である。とりわけ、本発明は、自動車などの車両の車輪における取付構造（固定構造）を検査する技術に好適である。
【符号の説明】
【００６７】
１…ホイールハブ
２…ホイールボルト
３…インナーナット
４…内輪
４ａ…ホイール合わせ面
５…アウターナット
６…外輪
６ａ…ホイール合わせ面
７…ブレーキドラム
８…ドラムナット
１０…車輪検査装置
１１…インパルスハンマ
１１ａ…時間波形センサ
１２…歪度分析手段
１３…判定部
１４…表示部
１５…増幅部
１６…Ａ／Ｄ変換部
１７…演算部
【技術分野】
【０００１】
本発明は車輪検査装置および車輪検査方法に関し、とりわけ大型車両の複輪用ホイールボルトの固定異常を検知する車輪検査装置および車輪検査方法に好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、ボルトは、複数の部材に貫設された取付孔に挿通された後、ナットが螺合されることにより、かかる複数の部材同士を締め付けて固定するものである。従って、この締付力が不十分だったり、ボルトやナットに折損が発生したりすると、これらボルトとナットを用いて固定した構造物が分解するなどの重大事故が発生するおそれがある。このため、ボルトとナットとによって複数の部材を固定した構造物において、かかる固定部分の締付力（固定状態）を測定（検査）する方法として、種々のものが知られている。
【０００３】
例えば、ボルト頭部に一定方向の外部磁界を作用させると同時に交流励振用コイルにより渦電流を発生させると、外部磁界と渦電流との相互作用によってボルト内部に交流励振用コイルの周波数に応じた振動が発生し、ボルトの締付力に応じて振動数が変化することが知られている。これを利用し、ボルトとナットの締付力を判断する方法の一つとして、交流励振用コイルの周波数を変化させ、ボルトに発生した振動数を測定し、その共振周波数を測定することで、ボルトの締付力を非破壊的に検査するボルト締付力検査装置が開発されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、最も広く知られている手法の一つとして、ボルトの頭部または他端部をハンマなどで打撃し、その打撃力により生ずる振動・音を作業員の耳または手の触覚で感知して締付けの緩みを診断し、または目視により折損を見つけるという方法もある。
【０００５】
ところで、近年、自動車などの車両（とりわけ、大型車両）において、車輪（タイヤが組まれたディスクホイール）を車体に対して取付ける部位（すなわち、ホイールハブ）に設けられるホイールボルトの折損に起因して、車輪が脱落する問題が発生している。
【０００６】
従って、このような車輪の脱落が再発することを防止する観点から、従来では日常点検において、ディスクホイールの取付状態を目視によって確認すると共に、ホイールボルトに固定されたホイールナットを点検ハンマ等によって打撃することにより、当該ホイールボルトが折損しているか否かを診断するよう注意喚起している（例えば、非特許文献１参照）。
【０００７】
かかる非特許文献１では、ディスクホイールの取付状態の目視確認として、ホイールボルトおよびナットが全て取り付けられているかを点検する項目と、ディスクホイールやホイールボルトまたはホイールナットから錆汁が出ていないか点検する項目と、ディスクホイールに亀裂や損傷がないか点検する項目と、ホイールナットから露出しているホイールボルトの突出量（出っ張り量）に不揃いがないか（車輪によって突出量が異なっていないか）点検する項目などを行うよう開示している。
【０００８】
また、点検ハンマ等を使用する点検としては、ホイールナットの下側に指を添えた状態で、点検ハンマ（または、小型ハンマなど）によってホイールナットの上側面を打撃し、このときに指に伝わる振動が他のホイールナットと異なっていたり、濁った音がしたりしていないかを点検することにより、ホイールナットの緩みや、ホイールボルトの折損を診断するよう開示している。この点検は、上述した手法の一つを用いたものである。
【０００９】
このような診断が可能な理由としては、打撃音や振動にその経路（すなわち、固定されたホイールボルトとホイールナット）の物性的・幾何形状的な特性を示す内部情報が含まれているからである。
【００１０】
そして、これら目視確認による点検や、点検ハンマを用いた点検において異常が認められれば、ホイールナットに緩みが生じていたり、ホイールボルトが折損していたりするおそれがあるため、ディスクホイールを取り外すなどして、より詳細な点検を行う必要がある。
【００１１】
ここで、大型車両の車輪の構造について詳細に説明する。大型車両における車輪、とりわけ、後輪側にはダブルタイヤと称される複輪による取付構造（以下、これを単に複輪構造と称する）が適用される場合が多い。かかるダブルタイヤの場合、ディスクホイールを平座面で締付けるＩＳＯ（国際標準化機構）方式と、ディスクホイールを球座面で締付けるＪＩＳ（日本工業規格）方式との２つの方式において、取付構造（固定構造）が異なっている。
【００１２】
車体側のホイールハブには、一端側をドラムボルトによって固定されたホイールボルトが、当該ホイールハブにおけるホイール取付面の円周方向に所定間隔で突設されている。なお、ＩＳＯ方式ではホイールボルトを１０本、ＪＩＳ方式ではホイールボルトを６本または８本使用する既定となっている。
【００１３】
そして、ＩＳＯ方式の場合、ハブ側に内輪が、外側に外輪が順次ホイールボルトを挿通させてセットされる。この後、ホイールボルトの他端側に一つのホイールナットを螺合させることによって、ホイールハブ（つまり、車体側）に対し、内輪と外輪とを共締めするようになっている。
【００１４】
これに対して、ＪＩＳ方式の場合、ハブ側に配置される内輪が、ホイールボルトにインナーナットを螺合させることによって、ホイールハブに対して固定される。この後、当該ホイールハブに固定された内輪の外側に配置される外輪が、インナーナットにアウターナットを螺合させることにより、前記内輪の外側に更に固定される構造となっている。すなわち、このＪＩＳ方式の場合、ホイールボルトに対してインナーナットとアウターナットとが螺合され、外輪においては、ホイールボルトに固定されたインナーナットに対し、アウターナットを螺合させることでホイールハブ（つまり、車体）に締め付けられる構造となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開平１１−１４８８７６号公報
【非特許文献】
【００１６】
【非特許文献１】社団法人 日本自動車工業会、"車輪脱落防止のための正しい取扱いについて"、２００７年９月版、［２０１０年３月１１日検索］、インターネット＜URL: http://www.jama.or.jp/user/fall_off_wheel/pdf/fall_off_wheel2007.pdf＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
しかしながら、上述したＪＩＳ方式によるダブルタイヤの固定構造の場合、車体に外輪が取り付けられた状態では、ホイールボルトにインナーナットとアウターナットとが順次螺合されているため、外輪における車体よりも外側において、当該ホイールボルトは露出している部分（箇所）がない。このため、かかる特許文献１に記載のボルト締付力検査装置では、ホイールボルトに対し直接的に検査を施すことが困難であり、当該折損の有無を確認すべきホイールボルトの締付力を測定することが不可能であるという欠点があった。
【００１８】
従って、インナーナットの緩み検知方法として、直接、ホイールボルトにセンサを取り付け、非破壊検査で通常用いられている音響センシング方法や、磁歪式センシング方法等の有効で且つ簡便な手法が開発されているものの、ＪＩＳ方式のダブルタイヤの固定構造の場合、直接、ホイールボルトにセンサを取り付けることが困難であるため、上述のような音響センシング方法や、磁歪式センシング方法等を採用することが困難な問題があった。
【００１９】
また、上述した非特許文献１による点検ハンマを用いた検査方法では、ホイールナットを打撃し（振動を加え）、そのときの音や、指に伝わる振動などによって、ホイールナットの緩みや、ホイールボルトの折損を診断する際、打撃音や振動を伝搬する媒体となるホイールナットやホイールボルトの品質や幾何形状特性が、構造物（すなわち、車体に取り付けられた車輪）ごとに大きく異なっているため、打撃音や振動から的確な判断を下すことは容易ではない。これは、熟練した作業員（検査員）であっても、その診断が主観的になりがちで再現性に乏しい（すなわち、個人差が生じ易い）ため、信頼性において不十分な問題があった。
【００２０】
特に、上述したＪＩＳ方式によるダブルタイヤの固定構造においては、ホイールハブのホイールボルトにインナーナットを螺合させることによって、内輪（内側ディスクホイール）をホイールハブに固定した後、該インナーナットにアウターナットを螺合させることによって、内側ディスクホイールと外輪（外側ディスクホイール）とを固定しており、車体の外側にホイールボルトが露出していない。このため、従来の目視による確認や、上述したような点検ハンマを用いた点検では、ホイールナットの緩みや、ホイールボルトの折損の有無を正確に診断し難い場合があった。
【００２１】
そこで、本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、車輪を取り外すことなく、ボルトの固定状態を正確に診断することができ、車輪の脱落を未然に防止することができる車輪検査装置および車輪検査方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
（１）本発明は、自動車の車輪を、車体のホイールハブに対して螺設するための固定手段における固定状態を検査する車輪検査装置であって、前記固定手段が、少なくとも前記ホイールハブに固定されたホイールボルトと、前記ホイールボルトに螺合されるナットと、を備え、前記ホイールボルトに螺合された前記ナットを加振するインパルスハンマと、前記インパルスハンマに配設され、当該インパルスハンマの前記ナットに対する加振によって生じた力の時間波形を検出する時間波形センサと、前記時間波形センサによって検出された信号の歪度を分析する歪度分析手段と、前記歪度分析手段によって算出された歪度の特性に基づいて、前記ホイールボルトに折損が生じているか否かを判定する判定部と、前記判定部における判定結果を報知するための表示部と、を備えることを特徴とする車輪検査装置である。
【００２３】
（２）本発明はさらに、前記ナットが、前記ホイールボルトと螺合するインナーナットと、前記インナーナットと螺合するアウターナットと、を有し、前記車輪が、前記車体のハブ側に配設される内輪を、前記ホイールボルトに対して前記インナーナットを螺合することにより、前記ホイールハブに固定すると共に、当該内輪の前記ホイールハブ側とは反対の外方に配設される外輪を、前記インナーナットに対して前記アウターナットを螺合することにより、前記ホイールハブに前記内輪を介在して固定する複輪構造で構成されたことを特徴とする前記（１）に記載の車輪検査装置である。
【００２４】
（３）本発明はさらに、前記判定部が、前記ホイールボルトの折損を判定する前記歪度における第１の閾値と、前記ホイールボルトの正常を判定する前記歪度における前記第１の閾値よりも小さい第２の閾値と、を有することを特徴とする前記（１）または（２）に記載の車輪検査装置である。
【００２５】
（４）本発明はまた、自動車の車輪を、車体のホイールハブに対して螺設するための少なくとも前記ホイールハブに固定されたホイールボルトと、前記ホイールボルトに螺合されるナットと、を備えた固定手段における固定状態を検査する車輪検査方法であって、前記ホイールボルトに螺合された前記ナットをインパルスハンマによって加振し、当該インパルスハンマの前記ナットに対する加振により生じた力の時間波形を検出し、検出された前記時間波形の信号の歪度を分析し、算出された歪度の特性に基づいて、前記ホイールボルトに折損が生じているか否かを判定することを特徴とする車輪検査方法である。
【００２６】
（５）本発明はさらに、前記ナットが、前記ホイールボルトと螺合するインナーナットと、前記インナーナットと螺合するアウターナットと、を有し、前記車輪が、前記車体のホイールハブ側に配設される内輪を、前記ホイールボルトに対して前記インナーナットを螺合することにより、前記ホイールハブに固定すると共に、当該内輪の前記ホイールハブ側とは反対の外方に配設される外輪を、前記インナーナットに対して前記アウターナットを螺合することにより、前記ホイールハブに前記内輪を介在して固定する複輪構造で構成されたことを特徴とする前記（４）に記載の車輪検査方法である。
【００２７】
（６）本発明はさらに、前記算出された歪度が、前記ホイールボルトの折損を判定する第１の閾値と、前記ホイールボルトの正常を判定する前記第１の閾値よりも小さい第２の閾値と、の特性を有することを特徴とする前記（４）または（５）に記載の車輪検査方法である。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、車輪を取り外すことなく、ボルトの固定状態を正確に診断することができ、ホイールナットの緩みやホイールボルトの折損を確実に検知することができる。かくして、車輪の脱落を未然に防止することができる車輪検査装置および車輪検査方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】（ａ）本発明を適用する複輪構造を示す斜視図であり、（ｂ）本発明を適用する複輪構造を示す断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る車輪検査装置の構成を概略的に示すブロック図である。
【図３】（ａ）インパルスハンマにてインナーナットを加振する様子を概略的に示す斜視図である。（ｂ）インパルスハンマによる加振の基本概念を概略的に示す概念図である。
【図４】インパルスハンマの加振により生じた力の時間波形を示し、（ａ）バネ定数が低い場合の事象を示すグラフである。（ｂ）バネ定数が高い場合の事象を示すグラフである。
【図５】図４の時間波形を評価指標として歪度を用いて示すグラフである。
【図６】本発明の一実施形態に係る車輪検査方法を概略的に示すフローチャートである。
【図７】インパルスハンマの加振により生じた力の時間波形を示し、（ａ）折損したホイールボルトの場合を示すグラフである。（ｂ）正常なホイールボルトの場合を示すグラフである。
【図８】スチールホイールを用いたＪＩＳ方式８本タイプの複輪構造における（ａ）ホイールボルト折損検知の評価指標における箱髭図である。（ｂ）歪度とインナーナット変位の固有振動数の関係を示すグラフである。
【図９】アルミホイールを用いたＪＩＳ方式８本タイプの複輪構造における（ａ）ホイールボルト折損検知の評価指標における箱髭図である。（ｂ）歪度とインナーナット変位の固有振動数の関係を示すグラフである。
【図１０】（ａ）スチールホイールを用いたＪＩＳ方式６本タイプの複輪構造におけるホイールボルト折損検知の評価指標における箱髭図である。（ｂ）スチールホイールを用いたＪＩＳ方式６本タイプの単輪構造におけるホイールボルト折損検知の評価指標における箱髭図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明を実施するための形態について、添付図面を参照しながら実施例を挙げて説明する。なお、以下の説明において、周知の手法、周知の手順、周知の構造、周知の基本思想等（以下、これらを総じて周知事項と称す）については、その細部にわたる説明を割愛するが、これは説明を簡潔にするためであって、これら周知事項の全てまたは一部を意図的に排除するものではない。かかる周知事項は、本発明の出願時点で当業者の知り得るところであるので、以下の説明に当然含まれている。
【００３１】
まず、図１を用いて、本発明を適用する大型車両（例えば、大型トラック）などにおける複輪構造（とりわけ、ＪＩＳ方式の複輪構造）について説明する。図１（ａ）は、本発明を適用する複輪構造を示す斜視図である。図１（ｂ）は、本発明を適用する複輪構造を示す断面図である。
【００３２】
図１（ａ）および（ｂ）に示すように、かかる大型トラック等では、車体のホイールハブ１から突出するようにホイールボルト２が当該ホイールハブ１に固定されている。そして、かかるホイールボルト２にインナーナット３を螺合させることにより、内輪４をホイールハブ１に対して固定する。このとき、ホイールボルト２は、内輪４のホイール合わせ面４ａにおいて、ホイールボルト２の配設位置に対応した位置に貫設された貫通孔４ｂを挿通させた後、インナーナット３と螺合される。因みに、インナーナット３は、内側（内周側）にホイールボルト２と螺合するためのネジ溝が刻設されると共に、外側（外周側）にアウターナット５と螺合するためのネジ溝が刻設されている。
【００３３】
続いて、インナーナット３とアウターナット５を螺合させることにより、外輪６を、そのホイール合わせ面６ａと、内輪４のホイール合わせ面４ａとを当接させた状態で、ホイールハブ１に対して固定する。つまり、外輪６は、内輪４を介在した状態でホイールハブ１に対して固定される。このとき、インナーナット３は、内輪４のホイール合わせ面４ａにおける貫通孔４ｂと同様に、外輪６のホイール合わせ面６ａに貫設された貫通孔６ｂを挿通させた後、アウターナット５と螺合される。
【００３４】
なお、ホイールボルト２は、インナーナット３やアウターナット５と螺合される一端側とは反対の他端側が、ホイールハブ１の車体側に配設されるブレーキドラム７を介して、ドラムナット８が螺合されることにより、ホイールハブ１に固定されている。
【００３５】
さて、このように構成されたＪＩＳ方式の複輪構造では、上述したように、ホイールボルト２に対しインナーナット３が螺合されることによって、ホイールボルト２がインナーナット３に覆われる。このため、当該ホイールボルト２には、単輪構造やＩＳＯ方式の複輪構造の場合と異なって、車体の外側に露出する部分（箇所）がない。そこで、本発明者は、かかるＪＩＳ方式の複輪構造において、ホイールボルト２の折損を正確に検知すべく、以下のような車輪検査装置および方法を用いて、ホイールボルトの折損の検知が可能であるか否かを実験した。
【００３６】
以下、図２〜図６を参照して本発明の一実施形態に係る車輪検査装置および車輪検査方法について説明する。なお、図２は、本発明の一実施形態に係る車輪検査装置の構成を概略的に示すブロック図である。図３（ａ）は、インパルスハンマにてインナーナットを加振する様子を概略的に示す斜視図である。図３（ｂ）は、インパルスハンマによる加振の基本概念を概略的に示す概念図である。
【００３７】
また、図４は、インパルスハンマの加振により生じた力の時間波形を示し、（ａ）バネ定数が低い場合の事象を示すグラフである。（ｂ）バネ定数が高い場合の事象を示すグラフである。図５は、図４の時間波形を評価指標として歪度を用いて示すグラフである。図６は、本発明の一実施形態に係る車輪検査方法を概略的に示すフローチャートである。
【００３８】
図２において、本発明の一実施形態による車輪検査装置１０は、ホイールボルト２に螺合されたインナーナット３を加振するためのインパルスハンマ１１を備えている。このインパルスハンマ１１には、当該インパルスハンマ１１のインナーナット３に対する加振によって生じた力（反力）の時間波形を検出する時間波形センサ１１ａが設けられている。
【００３９】
また、車輪検査装置１０は、時間波形センサ１１ａによって検出された信号の歪度を分析する歪度分析手段１２を備えている。さらに、車輪検査装置１０は、歪度分析手段１２によって算出された歪度の特性に基づいて、ホイールボルト２に折損が生じているか否かを判定する判定部１３と、該判定部１３における判定結果を報知するための表示部１４とを備えている。
【００４０】
かかる歪度分析手段１２は、例えば、時間波形センサ１１ａによって検出された信号を増幅するアンプ等の増幅部１５と、当該信号をアナログ／ディジタル変換するデータローガ等のＡ／Ｄ変換部１６と、当該信号に基づいて歪度を算出する演算部１７とを有している。ここで、演算部１７はＰＣ（Personal Computer）のプログラムなどによって実現することができる。
【００４１】
ここで、一般的に、インパルスハンマ１１は、構造物の周波数伝達関数を取得するための入力手段として使用されている。これは、インパルスハンマ１１によって構造物等の検査対象を加振することで三角関数の半波分の力波形を生成することができ、これにより、周波数領域で入力がフラットなゲイン特性を出すことができるためである。
【００４２】
そこで、かかるＪＩＳ方式の複輪構造において、図３（ａ）に示すようなインパルスハンマ１１を用いてインナーナット３を加振し、ホイールボルト２（図１参照）が正常の場合と、折損している場合とで、当該加振による打撃力波形に違いが生じるか否かを、図３（ｂ）に示すような簡易な打撃モデルでシミュレーション実験し検討した。なお、図３（ｂ）において、ｋ１はインパルスハンマ１１とインナーナット３間の打撃地点付近におけるバネ定数に相当し、Ｍはインナーナット３とその周辺の質量に相当し、ｋ２はインナーナット３と地上固定系（ボルト取付部）間のバネ定数に相当する。また、バネ定数ｋ１、ｋ２および質量Ｍの数値は、簡易シミュレーション用の仮定の値であり、次式（１）〜（３）
【数１】
【数２】
【数３】
によって表すことができる。
【００４３】
このとき、インパルスハンマ１１の動きに相当する変位を入力として見た場合を考慮し、位置ｘ1＝−０．１ｍから片振幅０．１ｍの三角関数の一波長分を２秒で動く(後述する図４（ａ）、（ｂ）のｘ1)と仮定した変位入力とした。この入力に対してバネ定数ｋ1の力Ｆ1(打撃力)および、質量Ｍの変位ｘ2を数値計算した。この結果の一部を図４（ａ）、（ｂ）に示す。
【００４４】
図４（ａ）、（ｂ）に示す時間波形のグラフにおいて、それぞれバネ定数ｋ2の数値が低い５０Ｎ／ｍ（図４（ａ）参照）であるか、高い１５０Ｎ／ｍ（図４（ｂ）参照）であるかの違いのみで、バネ定数ｋ1が４０Ｎ／ｍ、質量Ｍが２ｋｇであり、インパルスハンマ１１の動きに相当する変位入力ｘ１の時間波形（図中、実線で示す）はほぼ同一であるにも拘わらず、打撃力Ｆ1の時間波形（図中、一点鎖線で示す）は大きな違いを見せていることがわかる。従って、この簡易シミュレーションによる実験の解析では、同一のストロークタイミングで構造体（すなわち、ホイールボルト２に螺合されたインナーナット３）を打撃しても、ある特定のバネ定数(ｋ2)の違いで打撃力の時間波形が変化することがわかった。
【００４５】
そこで、バネ定数ｋ2の数値の大小によって、打撃力Ｆ1の時間波形に、どの程度変化が生じるか検討した。このとき、評価関数（評価指標）としては、統計解析で使用されている歪度を用いた。かかる歪度は、平均値まわりの３次モーメントの期待値を標準偏差の３乗で除した値であり、時間波形が左右で非対称の場合に大きな値となる。図５は、図４の時間波形に関し、評価指標として歪度を用いて計算した場合の計算結果を示すグラフである。これにより、仮に、折損したホイールボルト２（図１参照）を使用する場合が事象Ａとなり、正常なホイールボルト２を使用する場合が事象Ｂとなるとき、歪度を評価関数とすればホイールボルト２の折損が検知可能となることがわかった。
【００４６】
特に、歪度が０．５以上（好ましくは、０．７以上）となる場合は、グラフが急峻となり、事象Ａに該当する可能性も大きくなると推測できる。
【００４７】
このように、本発明者は上述の簡易シミュレーションによる実験を行った結果、ホイールボルト２（図１参照）の正常時と折損時とにおいて、インナーナット３（図３参照）をインパルスハンマ１１で加振した際の力の時間波形に違いが表れることを発見し、この波形をディジタル形式に記録し、歪度を計算することにより、ボルトが折損しているか否かを判別することが可能であることを発見した。
【００４８】
そこで、本発明者が開発した車輪検査装置１０を用いて、インパルスハンマ１１によりインナーナット３を加振し、該加振した際の打撃反力から時間波形を抽出し、抽出された時間波形の違いに基づいてホイールボルト２の折損を検知することができることを、以下の模擬実験により検証した。
【００４９】
すなわち、本発明者は、模擬車軸装置（図示省略する）を用いて、かかる車輪検査装置１０により、模擬車軸装置のホイールハブに固定した大型車複輪用のスチールホイール（ＪＩＳ方式のホイールボルト８本仕様）を用いた車輪のホイールハブ１に対する取付状態（固定状態）を検査し、ホイールボルト２における折損の有無を検知する実験を行った。
【００５０】
なお、この場合、ホイールボルト２として、正常なホイールボルト、および、折損したホイールボルトを交互に１本ずつ使用し、タイヤ付きのスチールホイール(サイズ：２２．５×７．５Ｊ、ＰＣＤ：２８５、８穴)をインナーナット３およびアウターナット５で模擬車軸装置のホイールハブ１に固定した。
【００５１】
また、この場合、注目しているホイールボルト２（すなわち、折損したホイールボルト）以外のホイールボルト２は、正規の締付けトルクで締付けられている。言い換えれば、全てのホイールボルト２は、正規の締付けトルクで締付けられているものの、折損したホイールボルト２については折損していることにより、結果として正規の締付けトルクに対し、１００パーセントの締付けトルクに至っていないことになる。
【００５２】
具体的に車輪検査装置１０は、図６に示す車輪検査方法としての車輪検査処理手順ＲＴ１に基づいて、ホイールハブ１（車体）に対する車輪の取付状態（固定状態）を検査することにより、ホイールボルト２における折損の有無を検知する。
【００５３】
すなわち、かかる車輪検査処理手順ＲＴ１は、まず、ステップＳＰ１において、ホイールボルト２に螺合されたインナーナット３を、インパルスハンマ１１により２０００Ｎ以内のレンジで加振（打撃）する。そして、この加振により生じた力（つまり、インパルスハンマ１１によって与えられた加振力に対する反力）の時間波形を時間波形センサ１１ａによって検出する。次いで、当該時間波形センサ１１ａが検出した信号を増幅部１５によって増幅し、Ａ／Ｄ変換部１６にてアナログ／ディジタル変換した後、ステップＳＰ２に移行する。
【００５４】
ここで、図７は、インパルスハンマの加振により生じた力の時間波形を示し、（ａ）は折損したホイールボルト２(歪度：１．３７４)の場合を示すグラフである。（ｂ）は正常なホイールボルト２(インナーナット３およびアウターナット５の締付１００％・１００％、歪度：０．１２６)の場合を示すグラフである。図７（ａ）、（ｂ）から、打撃反力波形に違いがあることがわかる。
【００５５】
かかるステップＳＰ２において、車輪検査装置１０は、Ａ／Ｄ変換部１６がアナログ／ディジタル変換したパルス信号を演算部１７に入力し、パルス時間波形を抽出する。そして、車輪検査装置１０は続くステップＳＰ３に移行して、当該抽出したパルス時間波形の歪度（Ｓｅ）を算出した後、この算出結果を判定部１３へ入力する（ステップＳＰ４）。
【００５６】
一方、このとき、車輪検査装置１０は、ホイールボルト２の折損閾値（Ｓｔ）が予め演算部１７に入力されており（ステップＳＰ５）、かかるホイールボルト２の折損閾値（Ｓｔ）を判定部１３へ入力する（ステップＳＰ４）。
【００５７】
これにより、車輪検査装置１０は、ステップＳＰ４において、判定部１３が入力されたパルス時間波形の歪度（Ｓｅ）と、ホイールボルト２の折損閾値（Ｓｔ）とに基づいて、ホイールボルト２に折損が生じているか否かを判定する。このとき、パルス時間波形の歪度（Ｓｅ）よりも、ホイールボルト２の折損閾値（Ｓｔ）の方が大きければ、ホイールボルト２に折損は生じていないと判定し、該判定部１３における判定結果（例えば、折損無し）をモニタなどの表示部１４に表示することにより報知して（ステップＳＰ６）、この車輪検査処理手順ＲＴ１を終了する。
【００５８】
一方、パルス時間波形の歪度（Ｓｅ）よりも、ホイールボルト２の折損閾値（Ｓｔ）の方が小さければ、ホイールボルト２に折損が生じていると判定し（ステップＳＰ４）、該判定部１３における判定結果（例えば、折損有り）をモニタなどの表示部１４に表示することにより報知して（ステップＳＰ６）、この車輪検査処理手順ＲＴ１を終了する。なお、かかるステップＳＰ６において、判定部１３における判定結果の報知方法としては、単にランプの点灯やブザーの出音で報知してもよい。
【００５９】
ここで、図８は、スチールホイールを用いたＪＩＳ方式のホイールボルト８本仕様の複輪構造における（ａ）ホイールボルト２の折損検知の評価指標における箱髭図である。（ｂ）歪度とインナーナット３における変位の固有振動数の関係を示すグラフである。かかる図８（ａ）は、歪度に関する全データ(Ｎ＝１８２)の箱髭図であり、同図から類推すると、歪度が第１の閾値となる約０．７以上であれば折損ボルトの可能性が高く、歪度が第２の閾値となる約０．２５以下であれば正常に締め付けられているボルトの可能性が高くなる傾向が見て取れる。なお、これ以外の０．２５〜０．７の間の値は、インナーナット３の緩みの可能性があり、数値が大きいほどインナーナット３の緩みが多くなる傾向が見て取れる。
【００６０】
なお、本発明者は、かかる模擬車軸装置を用いて、車輪検査装置１０により、模擬車軸装置のホイールハブに固定した大型車複輪用のアルミホイール（ＪＩＳ方式のホイールボルト８本仕様）を用いた車輪のホイールハブ１に対する取付状態についても同様に模擬実験を行った。図９は、アルミホイールを用いたＪＩＳ方式のホイールボルト８本仕様の複輪構造における（ａ）ホイールボルト２の折損検知の評価指標における箱髭図である。（ｂ）歪度とインナーナット３における変位の固有振動数の関係を示すグラフである。
【００６１】
さらに、本発明者は参考として、かかる模擬車軸装置を用いて、車輪検査装置１０により、模擬車軸装置のホイールハブに固定した中型車複輪用のスチールホイール（ＪＩＳ方式のホイールボルト６本仕様）を用いた複輪構造の車輪と、スチールホイール（ＪＩＳ方式のホイールボルト６本仕様）を用いた単輪構造の車輪とのホイールハブ１に対する取付状態についても同様に模擬実験を行った。図１０（ａ）は、スチールホイールを用いたＪＩＳ方式のホイールボルト６本仕様の複輪構造におけるホイールボルト２の折損検知の評価指標における箱髭図である。（ｂ）は、スチールホイールを用いたＪＩＳ方式のホイールボルト６本仕様の単輪構造におけるホイールボルト２の折損検知の評価指標における箱髭図である。
【００６２】
これら、図９〜図１０から類推しても上述とほぼ同様に、歪度が約０．７以上（単輪構造においては、約０．４以上）であれば折損ボルトの可能性が高く、歪度が約０．２５以下であれば正常に締め付けられているボルトの可能性が高くなる傾向が見て取れる。なお、これ以外の約０．２５〜０．７程度の間の値は、インナーナット３の緩みの可能性があり、数値が大きいほどインナーナット３の緩みが多くなる傾向が見て取れる。
【００６３】
このように、上述した車輪検査装置１０では、インパルスハンマ１１で車体（ホイールハブ１）に取り付けられたＪＩＳ方式（例えば、ホイールボルト８本仕様）の複輪構造の車輪におけるインナーナット３を加振（打撃）し、その力波形の違いを歪度で評価した場合には、その数値からホイールボルト２に生じた折損を検知可能であることがわかった。
【００６４】
以上、説明したように、本発明の車輪検査装置１０および車輪検査方法（車輪検査処理手順ＲＴ１）によれば、ホイールボルト２の固定状態を正確に診断することができ、インナーナット３（ホイールナット）の緩みや、ホイールボルト２の折損の有無を簡便に、且つ、確実に検知することができる。かくして、車輪の脱落を未然に防止することができる車輪検査装置１０および車輪検査方法（車輪検査処理手順ＲＴ１）を実現することができる。
【００６５】
なお、本発明の車輪検査装置１０および車輪検査方法を実施するための形態について上述した実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変形及び置換を加えることができる。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明は、ボルトとナットとの螺合により取り付けられる（固定される）構造物において、その取付構造（固定構造）を検査する技術に利用可能である。とりわけ、本発明は、自動車などの車両の車輪における取付構造（固定構造）を検査する技術に好適である。
【符号の説明】
【００６７】
１…ホイールハブ
２…ホイールボルト
３…インナーナット
４…内輪
４ａ…ホイール合わせ面
５…アウターナット
６…外輪
６ａ…ホイール合わせ面
７…ブレーキドラム
８…ドラムナット
１０…車輪検査装置
１１…インパルスハンマ
１１ａ…時間波形センサ
１２…歪度分析手段
１３…判定部
１４…表示部
１５…増幅部
１６…Ａ／Ｄ変換部
１７…演算部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車の車輪を、車体のホイールハブに対して螺設するための固定手段における固定状態を検査する車輪検査装置であって、
前記固定手段が、少なくとも前記ホイールハブに固定されたホイールボルトと、
前記ホイールボルトに螺合されるナットと、を備え、
前記ホイールボルトに螺合された前記ナットを加振するインパルスハンマと、
前記インパルスハンマに配設され、当該インパルスハンマの前記ナットに対する加振によって生じた力の時間波形を検出する時間波形センサと、
前記時間波形センサによって検出された信号の歪度を分析する歪度分析手段と、
前記歪度分析手段によって算出された歪度の特性に基づいて、前記ホイールボルトに折損が生じているか否かを判定する判定部と、
前記判定部における判定結果を報知するための表示部と、を備える
ことを特徴とする車輪検査装置。
【請求項２】
前記ナットが、
前記ホイールボルトと螺合するインナーナットと、
前記インナーナットと螺合するアウターナットと、を有し、
前記車輪が、
前記車体のホイールハブ側に配設される内輪を、前記ホイールボルトに対して前記インナーナットを螺合することにより、前記ホイールハブに固定すると共に、
当該内輪の前記ホイールハブ側とは反対の外方に配設される外輪を、前記インナーナットに対して前記アウターナットを螺合することにより、前記ホイールハブに前記内輪を介在して固定する複輪構造で構成された
ことを特徴とする請求項１に記載の車輪検査装置。
【請求項３】
前記判定部が、
前記ホイールボルトの折損を判定する前記歪度における第１の閾値と、
前記ホイールボルトの正常を判定する前記歪度における前記第１の閾値よりも小さい第２の閾値と、を有する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の車輪検査装置。
【請求項４】
自動車の車輪を、車体のホイールハブに対して螺設するための少なくとも前記ホイールハブに固定されたホイールボルトと、前記ホイールボルトに螺合されるナットと、を備えた固定手段における固定状態を検査する車輪検査方法であって、
前記ホイールボルトに螺合された前記ナットをインパルスハンマによって加振し、
当該インパルスハンマの前記ナットに対する加振により生じた力の時間波形を検出し、
検出された前記時間波形の信号の歪度を分析し、
算出された歪度の特性に基づいて、前記ホイールボルトに折損が生じているか否かを判定する
ことを特徴とする車輪検査方法。
【請求項５】
前記ナットが、
前記ホイールボルトと螺合するインナーナットと、
前記インナーナットと螺合するアウターナットと、を有し、
前記車輪が、
前記車体のホイールハブ側に配設される内輪を、前記ホイールボルトに対して前記インナーナットを螺合することにより、前記ホイールハブに固定すると共に、
当該内輪の前記ホイールハブ側とは反対の外方に配設される外輪を、前記インナーナットに対して前記アウターナットを螺合することにより、前記ハブに前記内輪を介在して固定する複輪構造で構成された
ことを特徴とする請求項４に記載の車輪検査方法。
【請求項６】
前記算出された歪度が、
前記ホイールボルトの折損を判定する第１の閾値と、
前記ホイールボルトの正常を判定する前記第１の閾値よりも小さい第２の閾値と、の特性を有する
ことを特徴とする請求項４または５に記載の車輪検査方法。
【請求項１】
自動車の車輪を、車体のホイールハブに対して螺設するための固定手段における固定状態を検査する車輪検査装置であって、
前記固定手段が、少なくとも前記ホイールハブに固定されたホイールボルトと、
前記ホイールボルトに螺合されるナットと、を備え、
前記ホイールボルトに螺合された前記ナットを加振するインパルスハンマと、
前記インパルスハンマに配設され、当該インパルスハンマの前記ナットに対する加振によって生じた力の時間波形を検出する時間波形センサと、
前記時間波形センサによって検出された信号の歪度を分析する歪度分析手段と、
前記歪度分析手段によって算出された歪度の特性に基づいて、前記ホイールボルトに折損が生じているか否かを判定する判定部と、
前記判定部における判定結果を報知するための表示部と、を備える
ことを特徴とする車輪検査装置。
【請求項２】
前記ナットが、
前記ホイールボルトと螺合するインナーナットと、
前記インナーナットと螺合するアウターナットと、を有し、
前記車輪が、
前記車体のホイールハブ側に配設される内輪を、前記ホイールボルトに対して前記インナーナットを螺合することにより、前記ホイールハブに固定すると共に、
当該内輪の前記ホイールハブ側とは反対の外方に配設される外輪を、前記インナーナットに対して前記アウターナットを螺合することにより、前記ホイールハブに前記内輪を介在して固定する複輪構造で構成された
ことを特徴とする請求項１に記載の車輪検査装置。
【請求項３】
前記判定部が、
前記ホイールボルトの折損を判定する前記歪度における第１の閾値と、
前記ホイールボルトの正常を判定する前記歪度における前記第１の閾値よりも小さい第２の閾値と、を有する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の車輪検査装置。
【請求項４】
自動車の車輪を、車体のホイールハブに対して螺設するための少なくとも前記ホイールハブに固定されたホイールボルトと、前記ホイールボルトに螺合されるナットと、を備えた固定手段における固定状態を検査する車輪検査方法であって、
前記ホイールボルトに螺合された前記ナットをインパルスハンマによって加振し、
当該インパルスハンマの前記ナットに対する加振により生じた力の時間波形を検出し、
検出された前記時間波形の信号の歪度を分析し、
算出された歪度の特性に基づいて、前記ホイールボルトに折損が生じているか否かを判定する
ことを特徴とする車輪検査方法。
【請求項５】
前記ナットが、
前記ホイールボルトと螺合するインナーナットと、
前記インナーナットと螺合するアウターナットと、を有し、
前記車輪が、
前記車体のホイールハブ側に配設される内輪を、前記ホイールボルトに対して前記インナーナットを螺合することにより、前記ホイールハブに固定すると共に、
当該内輪の前記ホイールハブ側とは反対の外方に配設される外輪を、前記インナーナットに対して前記アウターナットを螺合することにより、前記ハブに前記内輪を介在して固定する複輪構造で構成された
ことを特徴とする請求項４に記載の車輪検査方法。
【請求項６】
前記算出された歪度が、
前記ホイールボルトの折損を判定する第１の閾値と、
前記ホイールボルトの正常を判定する前記第１の閾値よりも小さい第２の閾値と、の特性を有する
ことを特徴とする請求項４または５に記載の車輪検査方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１１−２２０７０３（Ｐ２０１１−２２０７０３Ａ）
【公開日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−８６７２０（Ｐ２０１０−８６７２０）
【出願日】平成２２年４月５日（２０１０．４．５）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 平成２１年度 交通安全環境研究所フォーラム２００９、独立行政法人交通安全環境研究所、平成２１年１１月１９日〜平成２１年１１月２０日
【出願人】（３０１０２８７６１）独立行政法人交通安全環境研究所 (55)
【公開日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月５日（２０１０．４．５）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 平成２１年度 交通安全環境研究所フォーラム２００９、独立行政法人交通安全環境研究所、平成２１年１１月１９日〜平成２１年１１月２０日
【出願人】（３０１０２８７６１）独立行政法人交通安全環境研究所 (55)
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