CN103025545A - 具有信息取得装置的轮胎 - Google Patents

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Abstract

信息取得装置设置成：在包括卷绕状天线（450）的卷绕轴（C）且具有与轮胎的旋转轴（x）正交的垂线（P）的假想平面内，天线（450）的卷绕轴（C）相对于轮胎旋转轴（x）所成的角度在0度～40度的范围内。由此，能够降低从天线（450）向轮胎外部放射的电波的衰减量。

Description

具有信息取得装置的轮胎
技术领域
本发明涉及具有利用卷绕状（コイル状）天线、用电波发送信息的信息取得装置的轮胎，尤其涉及使来自信息取得装置的发送电波的衰减降低的轮胎。
背景技术
以往，在车辆中，轮胎的空气压的检查管理很重要，若轮胎空气压成为异常值，则大多导致引起事故。因此，已知一种轮胎状态监视系统：在各车轮设置检测车轮的轮胎内的空气压并发送该信息的轮胎信息取得装置，并且具备监视装置，该监视装置取得从各轮胎信息取得装置发送的轮胎空气压的信息而监视各轮胎的空气压，在空气压发生异常时发出警报（例如参照专利文献1）。
该轮胎状态监视系统中的轮胎信息取得装置配置于在轮胎和轮体（ホイ一ル）之间形成的内部空间。该轮胎信息取得装置将由检测轮胎内的空气压的压力检测元件构成的空气压传感器、将空气压传感器的检测结果转换成电信号并以无线方式向监视装置发送的发送机等收容于壳内而构成。在壳设置有用于将形成于轮胎和轮体之间的上述内部空间的空气导入到内部的空气压传感器的通气孔。监视装置配置于驾驶席附近。监视装置接收从轮胎信息取得装置发送的轮胎的空气压信息，在轮胎的空气压低于预先设定的基准压力的情况下，向驾驶员发出预定的警报。
专利文献1:日本专利第3962073号公报
发明内容
但是，在将上述信息取得装置设于例如大型轮胎的内部空间的情况下，有时电波会被为了增加轮胎的强度而埋设于轮胎内的金属部材（钢胎体等）所屏蔽，向轮胎的外部放射（辐射）的发送电波被大幅衰减。
本发明的目的在于提供一种在轮胎内部空间信息取得装置设置成降低向轮胎外部放射的发送电波的衰减的轮胎。
为了实现上述目的，本发明提出了如下的轮胎：具有信息取得装置，该信息取得装置具有：检测预定的物理信息的传感器，发送由该传感器所检测到的物理信息的发送电路，以及与上述发送电路连接、将包括上述物理信息的信号作为预定频率的电波放射的卷绕状的天线，其特征在于，以使得上述天线的卷绕轴相对于上述轮胎的旋转轴所成的角度在0度到40度的范围内的方式，上述信息取得装置设置于上述轮胎的内部空间。
在例如大型车辆用的轮胎那样将钢胎体埋设于轮胎内的情况下，埋设于轮胎侧面的钢胎体仅在轮胎半径方向延伸地配置。因此，在将本发明应用于大型车辆用的轮胎的情况下，利用相邻的钢胎体之间的间隙，能够提高从天线放射的电波向轮胎外放射的放射性。即，通过将天线配置成来自天线的放射电场的方向与沿轮胎半径方向延伸的钢胎体的方向尽量正交，能够降低钢胎体对电波的屏蔽，抑制向轮胎外部放射的发送电波的衰减程度。
根据本发明，能够提高从天线向轮胎外部放射的电波的放射效率，能够降低发送电波的衰减。
附图说明
图1是表示本发明的一实施方式中的安装了轮胎信息取得装置的轮胎的图。
图2是表示本发明的一实施方式中的轮胎结构的图。
图3是表示本发明的一实施方式中的信息取得装置的外观立体图。
图4是表示本发明的一实施方式中的信息取得装置的俯视图。
图5是表示本发明的一实施方式中的信息取得装置的侧面剖面图。
图6是表示本发明的一实施方式中的装置本体的外观立体图。
图7是表示本发明的一实施方式中的装置本体的外观立体图。
图8是表示本发明的一实施方式中的装置本体的要部的外观立体图。
图9是概略表示本发明的一实施方式中的设置于装置本体的第一印刷配线的俯视图。
图10是概略表示本发明的一实施方式中的设置于装置本体的第二印刷配线的俯视图。
图11是将本发明的一实施方式的图9和图10重叠表示的图。
图12是表示本发明的一实施方式中的设置于装置本体的柱状连接导体的配置的图。
图13是表示本发明的一实施方式中的信息取得装置的电系统电路的框图。
图14是表示本发明的一实施方式中的平面导体板和保持部件的外观立体图。
图15是表示本发明的一实施方式中的保持部件的外观立体图。
图16是表示本发明的一实施方式中的天线相对于轮胎旋转轴的配置的立体图。
图17是表示本发明的一实施方式中的天线相对于轮胎旋转轴的配置的俯视图。
图18是表示本发明的一实施方式中的天线相对于轮胎旋转轴的配置的俯视图。
图19是表示本发明的一实施方式中的卷绕状天线的放射电场和钢胎体的关系的图。
图20是表示本发明的一实施方式中的表示放射变化量的特性曲线的图。
图21是表示卷绕状天线的其它构成例的图。
图22是表示卷绕状天线的其它构成例的图。
图23是表示本发明的一实施方式中的表示放射变化量的特性曲线的图。
具体实施方式
下面参照附图对本发明的一实施方式进行说明。
图1是表示本发明的一实施方式中的安装了信息取得装置的轮胎的图，图2是表示本发明的一实施方式中的轮胎结构的图。
如图1所示，本实施方式的轮胎1具有轮胎本体2、轮辋4、轮体5和信息取得装置100。信息取得装置100固定于轮辋4的外周面，在轮胎1的空气室3的内部设置信息取得装置100。信息取得装置100如后所述包括具有压力检测元件和温度检测元件的传感器部，传感器部检测空气室3内的压力和温度。信息取得装置100将该温度和压力的检测结果转换成数字值，并且生成包含这些数字值的数字信息并发送出去。在该数字信息中，除了空气室3内的温度和压力的检测结果的数字值之外，还包括信息取得装置100所固有的识别信息。
本实施方式的轮胎1通常用于大型卡车、客车、建设车辆等大型车辆。轮胎1是例如公知的无内胎子午线轮胎。如图2所示，轮胎1内（轮胎本体2内）埋设有钢制的带束层23A、23B（钢带束层）和钢制的胎体24（钢胎体）。轮胎本体2由公知的上胎面（キヤツプトレツド）21、底胎面（アンダ一トレツド）22、带束层23A、23B、胎体24等构成。
图3是信息取得装置100的外观立体图，图4是信息取得装置100的俯视图，图5是信息取得装置100的侧面剖面图（图4V-V线剖面图）。下面，为了便于说明，将信息取得装置100的相互正交的长度方向、宽度方向及高度方向分别定义为前后方向、左右方向及上下方向，并按照该定义对各部的构成进行说明。前后方向例如与轮胎1的行进方向一致，左右方向例如与轮胎1的旋转轴的方向一致。
如图3所示，信息取得装置100在其最外部具有沿前后方向延伸的大致长方体形状的壳130。大致长方体形状是指长方体形状或者大致长方体形状，包括与长方体实质相同的形状。如图3、4所示，壳130由上面开放的壳本体131、以及安装于壳本体131的上面的盖体132构成。壳本体131在前后两端部分别具有螺纹止动（ねじ止め）用的突起部131a，与之对应地，盖体132也在前后两端部分别具有突起部132a。
如图5所示，在壳本体131的内部形成用于收容装置本体300的收容空间134。在壳本体131的突起部131a设有螺纹孔131b，贯通了盖体132的突起部132a的螺钉141螺纹结合于螺纹孔131b，从而将盖体132固定于壳本体131的上面。由此封闭收容空间134的上面的开口。在壳本体131的底面131c形成信息取得装置100的安装部。使底面131c的安装部与轮辋4的外周面接触、信息取得装置100安装于轮辋4。信息取得装置100通过粘接剂、安装带等安装于轮辋4，或者安装于轮辋4的轮胎气门。
如图4所示，在盖体132的前端部（比突起部132a靠后方）开设有通气孔133。由此，在将盖体132固定于壳本体131的状态下，空气经由通气孔133在壳130的内部与外部之间流通，能够检测轮胎室3的空气的温度和压力。
图6、图7分别是收容于壳130内的装置本体300的外观立体图，图8是表示装置本体300的要部（前侧部分）的外观立体图。图6是从斜上方看装置本体300的图，图7是从斜下方看的图。
如图6～图8所示，装置本体300具有：与收容空间134的俯视形状相对应的大致长方形状的第一印刷配线基板351；大致长方形状的第二印刷配线基板352，与第一印刷配线基板351隔开预定间隔地配置于第一印刷配线基板351上方且相对于第一印刷配线基板351大致平行地配置；第3印刷配线基板353，在装置本体300的后端部沿上下方向延伸，连接第一印刷配线基板351的后端部和第二印刷配线基板352的后端部；以及多个柱状的连接导体354，在装置本体300的前侧部分沿上下方向延伸，连接第一印刷配线基板351和第二印刷配线基板352。在此，大致长方形状是指长方形状或者大致长方形状，包括与长方形实质上相同的形状。大致平行是指平行或者大致平行，包括实质上平行。第3印刷配线基板353及连接导体354通过软钎焊分别连接于第一印刷配线基板351和第二印刷配线基板352。
在第一印刷配线基板351，形成包括沿前后方向延伸的多个第一印刷配线351a在内的预定的导体图案。在第二印刷配线基板352，形成包括沿前后方向延伸的多个第二印刷配线352a在内的预定的导体图案。图9是概略表示第一印刷配线351a的俯视图，图10是概略表示第二印刷配线352a的俯视图，图11是概略表示第一印刷配线351a和第二印刷配线352a的位置关系的俯视图（是将图9和图10重叠表示的图）。在图9～图11中，第一印刷配线351a和第二印刷配线352a的数量分别为4根，但印刷配线351a，352a的数量不限于此。
如图9所示，在第一印刷配线基板351的前端部，左右方向等间隔地设有多个（在此为4个）连接部C11～C14。而且，在第一印刷配线基板351，在从连接部C11～C14向后方离开预定距离L0的位置，左右方向等间隔地设有多个（在此为5个）连接部C15～C19。第一印刷配线351a分别从C11到C15、从C12到C16、从C13到C17、从C14到C18地延伸设置。由此，各第一印刷配线351a彼此在左右方向等间隔且平行地配置。
如图10所示，在第二印刷配线基板352的前端部，左右方向等间隔地设有多个（在此为4个）连接部C21～C24。而且，在第二印刷配线基板352，在从连接部C21～C24向后方离开预定距离L0的位置，左右方向等间隔地设有多个（在此为4个）连接部C25～C28。第二印刷配线352a分别从C21到C25、从C22到C26、从C23到C27、从C24到C28地延伸设置。由此，各第二印刷配线352a彼此在左右方向等间隔且平行地配置。
如图11所示，第一印刷配线基板351的连接部C11～C14和第二印刷配线基板352的连接部C21～C24俯视看设置在彼此相同的位置。第一印刷配线基板351的连接部C16～C19和第二印刷配线基板352的连接部C25～C28俯视看也设置在彼此相同的位置。第一印刷配线351a和第二印刷配线352a经由连接部C11～C19、C21～C28而连续，整体形成曲折形状。
如图6～图8所示，多个柱状连接导体354，与连接部C11～C19、C21～C28的位置对应地前后分开配置。图12是从前方看装置本体300的图，主要表示柱状连接导体354的配置。在图12中，前侧的连接导体354（称为第一连接导体354a）的左右方向位置和后侧的连接导体354（称为第二连接导体354b）的左右方向位置彼此错开，但也可以以两者的左右方向位置重叠的方式形成印刷配线351a、352a。各连接导体354的长度等于第一印刷配线基板351和第二印刷配线基板352之间的距离H0。第一连接导体354a及第二连接导体354b分别设有4根，连接导体354一共设有8根。连接导体354的根数根据第一印刷配线351a和第二印刷配线352a的数量来决定，不限于8根。
如图12所示，各第一连接导体354a的上端部及下端部分别通过软钎焊而连接于第二印刷配线基板352的连接部C21～C24及第一印刷配线基板351的连接部C11～C14。各第二连接导体354b的上端部及下端部分别通过软钎焊而连接于第二印刷配线基板352的连接部C25～C28及第一印刷配线基板351的连接部C16～C19。
由此，如图6～图8所示，第一印刷配线351a和第二印刷配线352a经由连接导体354而连接，由第一印刷配线351a、第二印刷配线352a和连接导体354形成卷绕成螺旋状的天线450。即，各连接导体354的上下端部与第一印刷配线351a和第二印刷配线352a连接，整体形成卷绕状的天线450。在此，卷绕状不仅是指导体沿着圆筒面卷绕而成的，也包括本实施方式那样沿着长方体的侧面卷绕而成的。即，依次连接第一印刷配线351a、第一连接导体354a、第二印刷配线351B和第二连接导体354b而成的螺旋状的天线450可以是由曲线形成的，也可以是由折弯的直线形成的。
由第一印刷配线351a、第二印刷配线352a和连接导体354构成的天线450的螺旋起点是第一印刷配线基板351的右后端侧的连接部C15，终点是第一印刷配线基板351的左后端侧的连接部C19。这些连接部C15、C19与第一印刷配线基板351的导体图案（电源电路等）连接，电流经由连接部C15、C19流向天线450。通过由第一印刷配线351a、第二印刷配线352a、第一连接导体354a和第二连接导体354b所包围的长方体空间的中心的轴线、即通过卷绕状的天线450的中心的卷绕轴（コイル軸）C，如图11所示在左右方向（信息取得装置100的宽度方向）延伸。
如图6～图8所示，天线450形成于装置本体300的前端部，在装置本体300的后端侧安装传感器部410及电池420等电子零部件。这些传感器部410及电池420构成电子电路。
图13是表示信息取得装置100的电系统电路的框图。如图13所示，装置本体300具有检测/收发电路400。检测/收发电路400包括传感器部410、电池420、主控制部430、收发部440和天线450。
如图7所示，传感器部410安装于装置本体300的表面（第一印刷配线基板351的下面）。如图13所示，传感器部410由空气压检测元件411、温度检测元件412和模拟/数字转换电路413构成。传感器部410例如利用空气压检测元件411和温度检测元件41来分别检测空气式挡泥板（防舷材）的空气室内的空气压和温度，利用模拟/数字转换电路413将该检测结果转换成数字值而向主控制部430输出。
电池420利用未图示的连接导体连接于装置本体300，向装置本体300的检测/收发电路400供电。
主控制部430由公知的CPU和存储器等构成。主控制部430以数字值接受传感器部410的检测结果，生成包括该数字值的数字信息而向收发部440输出。在该数字信息中，除了上述检测结果的数字值以外，还包括预先设定的装置本体300所固有的识别信息（被预先写入存储器或由双列直插式开关设定）。
收发部440基于来自主控制部430的指示切换发送和接收。收发部440在发送时由预定频率例如315MHz的电波从天线450发送从主控制部430输入的数字信息。收发部440在接收时从经由天线450接收的预定频率（315MHz）的电波检测数字信号，从检测到的数字信号提取数字信息并向主控制部430输出。收发部440的发送频率和接收频率被设定为同一频率。
天线450是共振频率被设定为收发部440的收发频率的卷绕状天线。天线450如上所述由设置于第一印刷配线基板351的第一印刷配线351a、设置于第二印刷配线基板352的第二印刷配线352a、以及导电连接第一印刷配线351a和第二印刷配线352a并将印刷配线基板351、352相互固定的柱状连接导体354构成。
如图8所述，在第一印刷配线基板351的下面，由4个保持部件371固定有长方形的平面导体板361。平面导体板361在天线450的下方配置成在将装置本体300收容于壳130内时与位于壳本体131的底面侧的第一印刷配线基板351平行。在平面导体板361和第一印刷配线基板351之间，由保持部件371维持预定的间隔D。平面导体板361与第一印刷配线基板351的预定的导体图案（与电池420的负极连接的导体图案）导电连接而被设定为基准电位。
图14是从斜上方看平面导体板361的立体图，图15是保持部件371的立体图。如图14所示，各保持部件371分别固定设置于平面导体板361的上面的四个角。如图15所示，保持部件371具有圆柱形状的本体371a、和从本体371a的两端面突出设置的直径比本体371a小的圆柱形状的一对突起部371b。一个突起部371b嵌合于在平面导体板361的四个角设置的凹部或者贯通孔，由此将平面导体板361和保持部件371一体化。另一个突起部371b嵌合于在第一印刷配线基板351设置的凹部或者贯通孔，由此将平面导体板361经由保持部件371固定于第一印刷配线基板351。
在将平面导体板361固定于第一印刷配线基板351的状态下，天线450的共振频率例如为315MHz。该315MHz下的天线阻抗为50欧姆。此时的第一印刷配线基板351和平面导体板361的间隔D（图8）利用保持部件371被设定为例如1.5mm。
对上述那样构成的信息取得装置100向轮胎1内的配置进行说明。图16是三维表示本实施方式的天线450的配置的图，图17、图18是表示天线450的配置的俯视图。图19是三维表示卷绕状天线450的放射电场与轮胎1内的钢胎体24的关系的图。
若如图16所示，将包括天线450的卷绕轴C且具有与轮胎1的旋转轴x正交的垂线P的平面定义为假想平面PL，则图17、图18示出了假想平面PL上的天线450的配置。如图16～图18所示，信息取得装置100在轮胎1内配置成：在假想平面PL内，卷绕轴C相对于轮胎旋转轴x所成的角度在0度～±40度的范围内。此时，如图19所示，来自天线450的放射电场（Eφ）沿以卷绕轴C为中心的圆周方向生成。图19示出了配置成卷绕轴C与轮胎旋转轴x平行的天线作为450a，配置成卷绕轴C与轮胎旋转轴x正交的天线作为450b。
如图17、图19所示，若将卷绕轴C相对于轮胎1的旋转轴x设定为0度（平行）（图19的450a），则存在与钢胎体24正交的电场（Eφ）。该正交成分不受钢胎体24的存在影响而向轮胎外放射。而与之相对地，若将卷绕轴C相对于轮胎1的旋转轴x设定为90度（图19的450b），则所有的电场（Eφ）与钢胎体24平行，因此，向轮胎外的电场放射大幅降低。
图20是表示实际测定到的放射变化量的特性的图。在图20中，纵轴表示放射变化量（dB），横轴表示埋设于轮胎侧面的胎体24的根数。例如在以天线450的卷绕轴C相对于轮胎旋转轴x平行的方式配置信息取得装置100时，测定到图20的曲线A所示那样的放射变化量。而与之相对地，在以天线450的卷绕轴C相对于轮胎旋转轴x成90度的角度的方式配置信息取得装置100时，测定到图20的曲线B所示那样的放射变化量。这样，在以卷绕轴C相对于轮胎旋转轴x平行的方式配置信息取得装置100时，与以卷绕轴C相对于轮胎旋转轴x成90度的角度的方式配置时相比，放射变化量能够改善6dB左右。
如上可知，卷绕轴C相对于轮胎旋转轴x所成的角度优选接近0度。但是，只要卷绕轴C相对于轮胎旋转轴x所成的角度在±40度的范围内，则虽然放射变化量比曲线A降低，但能够将其降低量抑制在2dB以内。因此，即使在如图18所示卷绕轴C相对于轮胎旋转轴x所成的角度为±40度的情况下，与图20的曲线B相比，也能够大幅降低放射变化量。
如上所述，在具有本实施方式的信息取得装置100的轮胎1中，在轮胎1内信息取得装置100配置成天线450的卷绕轴C相对于轮胎旋转轴x所成的角度在±40度以内。例如在大型车辆用的轮胎1那样将钢胎体24埋设于轮胎1内的轮胎中，埋设于轮胎侧面的钢胎体24通常沿轮胎半径方向延伸配置。即，配置于包括轮胎旋转轴x的平面上。因此，与埋设了钢带束层23A、23B和钢胎体24的胎面部（上胎面21）相比，轮胎侧面很少妨碍作为磁场型天线的卷绕状天线450中的形成磁场的磁流。结果，能够降低钢胎体24对从天线450放射的电波的屏蔽，降低向轮胎1的外部放射的发送电波的衰减。由此，能够延长信息取得装置100和轮胎外部的具有通信功能的装置之间的电波的收发距离。
在上述实施方式中，信息取得装置100构成为检测轮胎1内的空气压和温度双方，但也可以将信息取得装置构成为检测空气压或温度的任一方。还可以将信息取得装置构成为检测具有与轮胎1内的空气压或温度相关关系的其他物理量，即表示轮胎1内、轮胎1自身的状态的其他物理量，例如轮胎自身的温度、轮胎的变形量、加速度等。
在上述实施方式中，采用印刷配线基板的印刷图案来形成信息取得装置100的天线450，但天线450的构成不限于此。例如，采用图21所示那样将导线卷绕于磁性体而形成的棒状天线460、或者图22所示那样的仅将电线卷成空心卷绕状的卷绕天线470，也能够得到同样的效果。也就是说，只要信息取得装置设置成在包括天线的卷绕轴C且具有与轮胎1的旋转轴x正交的垂线的假想平面PL内、卷绕轴C相对于轮胎旋转轴x所成的角度在0度~40度的范围内，则可以是任何结构的天线。
图23是表示信息取得装置100的设置角（卷绕轴C相对于轮胎旋转轴x所成的角度）和放射变化量（dB）的关系的图。如图23所示，随着信息取得装置100的设置角变大，放射变化量变大。放射变化量从实用方面来说，优选为2dB以下，只要设置角在0度~40度的范围内，则满足该要件。
在上述实施方式中，将信息取得装置100安装于轮辋4，但信息取得装置100的安装位置不限于此。也可以将信息取得装置100安装于轮辋4以外的场所，例如安装于轮胎本体2的内侧面等，在该情况下也能够得到与上述同样的效果。
产业上的可利用性
本发明是将具有卷绕状天线和发送电路的信息取得装置配置于内部空间的轮胎，能够构筑降低了电波从天线向轮胎外部的放射变化量的轮胎，能够延长电波在信息取得装置和轮胎外部的装置之间的收发距离。
附图标记说明
1…轮胎、2…轮胎本体、3…空气室、4…轮辋、100…信息取得装置、130…壳、131…壳本体、132…盖体、133…通气孔、134…收容空间、141…螺钉、300…装置本体、351…第一印刷配线基板、351a…第一印刷配线、352…第二印刷配线基板、352a…第二印刷配线、353…第3印刷配线基板、354…柱状连接导体、361…平面导体板、371…保持部件、400…检测/收发电路、410…传感器部、411…空气压检测元件、412…温度检测元件、413…模拟/数字转换电路、420…电池、430…主控制部、440…收发部、450…天线。

Claims (6)

1.一种轮胎，具有信息取得装置，该信息取得装置具有：检测预定的物理信息的传感器，发送由该传感器所检测到的物理信息的发送电路，以及与上述发送电路连接、将包括上述物理信息的信号作为预定频率的电波放射的卷绕状的天线，其特征在于，
以使得上述天线的卷绕轴相对于上述轮胎的旋转轴所成的角度在0度到40度的范围内的方式，上述信息取得装置设置于上述轮胎的内部空间。
2.如权利要求1所述的轮胎，其特征在于，上述信息取得装置被设置于包含上述天线的卷绕轴且具有与上述轮胎的旋转轴正交的垂线的假想平面内。
3.如权利要求1或2所述的轮胎，其特征在于，上述信息取得装置设置成上述天线的卷绕轴相对于上述轮胎旋转轴平行。
4.如权利要求1~3中任一项所述的轮胎，其特征在于，上述信息取得装置被固定于上述轮胎的轮辋上。
5.如权利要求1~4中任一项所述的轮胎，其特征在于，上述轮胎具有钢胎体。
6.如权利要求1~5中任一项所述的轮胎，其特征在于，在上述轮胎的侧面，上述钢胎体仅在以上述轮胎的旋转轴为中心的半径方向上延伸而埋设于轮胎内。
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