JP2005081864A - トランスポンダ付きタイヤおよびトランスポンダ付きタイヤリム組立体 - Google Patents

Abstract

【課題】外部からの交番磁界により起電力を誘導するコイルと、コイルに誘導された起電力を電源として外部からの質問信号に対する回答信号を送信するトランスポンダとを一体的に取り付けたタイヤにおいて、トランスポンダが外部からエネルギーを受け取る際のエネルギー変換効率を向上させ、外部の交番磁界発生装置の小型化を可能にし、あるいは、この交番磁界発生装置をタイヤから離して設けることを可能にする、トランスポンダ付きのタイヤもしくはタイヤリム組立体を提供する。
【解決手段】トランスポンダ付きタイヤもしくはタイヤリム組立体において、コイルの半径方向内側領域に、交番磁界の磁束を集める軟質磁性ゴムもしくは軟質磁性体を設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、外部からの交番磁界により起電力を誘導するコイルと、コイルに誘導された起電力を電源として外部からの要求信号に対する回答信号を送信するトランスポンダとを一体的に取り付けたタイヤもしくはタイヤリム組立体に関し、特に、外部から電源エネルギーを受け取る際の効率を高めたものに関する。

従来から、トランスポンダを取り付けたタイヤを車両に装着して、外部からの質問信号に対する回答信号として、タイヤの自己識別情報を含む情報を外部に送信することが提案されており、さらには、タイヤ内圧やタイヤの温度を検知するセンサをトランスポンダと一体的に設け、検出したこれらのセンサからのデータを回答信号として送信するものも知られている。

そして、このようなトランスポンダの電源として、タイヤ内部に電池を設けて用いることもできるが、電池の交換は大変な作業となるので、配線を用いることなく外部から電源を供給する方法が種々提案されていて、その中で、外部から交番磁界を印加してタイヤに設けられたコイルに起電力を誘導し、コイルに誘導された起電力を電源とする方法は、簡便に電源を構成することができ、有利な電源供給方法の一つとして知られている。（例えば、特許文献１参照。）。
特開平５−１６９９３１号公報

しかしながら、十分な起電力を得るためには、強い交番磁界を外部から加える必要があり、そのため、交番磁界の発生装置を大きなものにしたり、この発生装置をタイヤの極めて近くに設けなければならなかったりという制約があった。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、タイヤに取り付けられたトランスポンダが外部からエネルギーを受け取る際のエネルギー変換効率を向上させ、外部の交番磁界発生装置の小型化を可能にし、あるいは、この交番磁界発生装置をタイヤから離して設けることを可能にする、トランスポンダ付きのタイヤもしくはタイヤリム組立体を提供することにある。

＜１＞は、外部からの交番磁界により起電力を誘導するコイルと、コイルに誘導された起電力を電源として外部からの質問信号に対する回答信号を送信するトランスポンダとを一体的に取り付けたタイヤにおいて、
コイルの少なくとも半径方向内側領域に、交番磁界の磁束を集める軟質磁性ゴムを設けてなるトランスポンダ付きタイヤである。

ここで、軟質磁性ゴムとは、軟質磁性すなわち高い透磁率を有するゴムをいう。

＜２＞は、＜１＞において、前記軟質磁性ゴムの一部を、コイルに当接させてなるトランスポンダ付きタイヤである。
＜３＞は、＜１＞もしくは＜２＞において、コイルを、タイヤ中心軸を中心にして配置してなるトランスポンダ付きタイヤである。

＜４＞は、＜３＞において、コイルを、トレッド部の内周面に取り付けてなるトランスポンダ付きタイヤである。

＜５＞は、＜１＞もしくは＜２＞において、コイルを、タイヤ周方向の一部の領域に限定して配置してなるトランスポンダ付きタイヤである。

＜６＞は、＜１＞〜＜５＞のいずれかにおいて、コイルを細い導線を編み上げた編み上げ線で構成し、編み上げ線を弛ませて延在させてなるトランスポンダ付きタイヤである。

＜７＞は、＜１＞〜＜６＞のいずれかにおいて、前記軟質磁性ゴムは、ゴム組成物中に軟質磁性材料よりなる磁粉を混合分散して形成されてなり、この軟質磁性体材料、透磁率が１００〜２００００の範囲にあり、鉄、ニッケル、パーマロイ、センダスト、もしくは、アモルファス金属の中から選択されたものであるトランスポンダ付きタイヤである。

＜８＞は、外部からの交番磁界により起電力を誘導するコイルと、コイルに誘導された起電力を電源として外部からの要求に応じた信号を送信するトランスポンダとを一体的に取り付けたタイヤ、および、このタイヤを装着するリムよりなり、
前記コイルを、タイヤ中心軸を中心にして配置するとともに、リムの外周上に、前記交番磁界の磁束を集める環状の軟質磁性体を取り付けてなるトランスポンダ付きタイヤリム組立体である。

＜９＞は、＜８＞において、コイルを細い導線を編み上げた編み上げ線で構成し、編み上げ線を弛ませて延在させてなるトランスポンダ付きタイヤリム組立体である。

＜１０＞は、＜８＞もしくは＜９＞において、前記軟質磁性体は、透磁率が１００〜２００００の範囲にあり、鉄、ニッケル、パーマロイ、センダスト、もしくは、アモルファス金属の中から選択された軟質磁性材料よりなるトランスポンダ付きタイヤリム組立体である。

＜１＞のトランスポンダ付きタイヤによれば、コイルの少なくとも半径方向内側領域に、交番磁界の磁束を集める軟質磁性ゴムを設けたので、軟質磁性の作用により、より多くの磁束をコイルの内側領域に集め、コイルを横切る磁束に依存して誘起される起電力を高めることができ、トランスポンダが外部からエネルギーを受け取る際のエネルギー変換効率を向上させることができる。また、この軟質磁性を有する部材をゴムにより形成したので、タイヤの大変形に追従して柔軟に変形させることができ、タイヤの損傷を防止するとともに、この軟質磁性の物質の耐久性を確保することができる。

さらに、＜２＞のトランスポンダ付きタイヤによれば、軟質磁性ゴムを、コイルの半径方向内側領域の中でもこの領域の最外側に設けることにより、半径方向外側領域を通過する磁束を効率よく半径方向内側領域に移動させてコイルを横切る磁束を増加させることができ、したがって、軟質磁性ゴムを、その一部がコイルに当接する位置に配置すれば、コイルに誘起される起電力を効果的に高めることが可能となる。

＜３＞のトランスポンダ付きタイヤによれば、コイルは、タイヤ中心軸を中心に配置され、コイルの中心が、タイヤの回転に伴って周回することはないので、タイヤの回転位置に拘らず、常にエネルギーを供給することができ、エネルギー変換効率をさらに高めることができる。
＜４＞のトランスポンダ付きタイヤによれば、なかでも、コイルを、径のもっとも大きいトレッド部の半径方向内側に取り付け取り付けることにより、磁束がコイルを横切る範囲を最大にすることができ、エネルギー変換効率を一層高めることができる。

一方、＜５＞のトランスポンダ付きタイヤによれば、コイルは、タイヤ周方向の一部の領域に限定して配置され、タイヤに付加する部分を最小にすることができ、トランスポンダ付きタイヤを軽量で簡易なものにすることができる。

また、＜６＞のトランスポンダ付きタイヤによれば、コイルを、細い導線を編み上げた編み上げ線で構成しこれを弛ませて延在させることにより、回転や負荷によって大きく変形するタイヤに設けられたコイルは、この変形に追従して柔軟に変形することができ、コイルの耐久性を確保することができる。

＜７＞のトランスポンダ付きタイヤによれば、前記軟質磁性ゴムを、ゴム組成物中に軟質磁性体よりなる磁粉を混合分散して形成し、この軟質磁性体を、透磁率が１００〜２００００の範囲で、鉄、ニッケル、パーマロイ、センダスト、もしくは、アモルファス金属の中から選択されたもので構成したので、軟質磁性ゴムの柔軟性を損なわせることなく、高い透磁率を得ることができ、磁束を効果的に集めることができる。

＜８＞のトランスポンダ付きタイヤリム組立体によれば、タイヤ中心軸を中心にするコイルを有するトランスポンダ付きタイヤにおいて、軟質磁性を有する部材をタイヤに取り付ける代わりに、これをリムに取り付けても同様の効果を得ることができ、このように構成された＜８＞に記載のトランスポンダ付きタイヤリム組立体によれば、トランスポンダが外部からエネルギーを受け取る際のエネルギー変換効率を向上させることができ、そして、軟質磁性体がリムに取り付けられるので、これがタイヤに取り付けられた場合に必要となる可撓性を具備する必要はなく、そのため、軟質磁性体をほとんど、純粋な軟質磁性材料だけで構成することができ、軟質磁性体の透磁率を高めてより多くの磁束を集めることができ、前記エネルギー変換効率を高めることができる。

＜９＞のトランスポンダ付きタイヤリム組立体によれば、この場合にも、コイルを、細い導線を編み上げた編み上げ線で構成しこれを弛ませて延在させることにより、コイルの耐久性を確保することができる。
また、＜１０＞のトランスポンダ付きタイヤリム組立体によれば、軟質磁性体を、透磁率が１００〜２００００の範囲で、鉄、ニッケル、パーマロイ、センダスト、もしくは、アモルファス金属の中から選択された軟質磁性材料で構成したので、透磁率を高めて、磁束を集める効果を一層高めることができる。

本発明の実施形態について、図に基づいて説明する。図１は、第一の実施形態のトランスポンダ付きタイヤを、タイヤ中心軸を通る面で示す断面図である。リム２に装着されたトランスポンダ付きタイヤ１は、外部からの要求信号に対する回答信号を送信するトランスポンダ３と、トレッド部Ｔの内周面に全周にわたって接着された薄肉の軟質磁性ゴム５と、軟質磁性ゴム５の外周側に埋設されて一周以上周回するコイル４とを具えて構成される。

コイル４には、車両の車体側Ｂに設けられた交番磁界発生装置Ｇにて発生された交番磁界により起電力が誘導され、この起電力はトランスポンダ３の電源として用いられる。なお、図１および後述の説明に用いる図において、図示の都合上、コイルのターン数を５として示すが、コイルのターン数は、実際には、磁界の強さの他、タイヤの種類等に応じて決定されるものであり、例えば、１０〜１００ターン程度とすることができる。

図２は、トランスポンダ３の構成を示すブロック線図であり、トランスポンダ３は、例えば車体側Ｂに設けられた発信器等、外部から発信される質問信号に対して回答信号を送信する信号制御部４０と、コイル４の起電力を利用して信号制御部４０に電源を供給する電源回路部５０とよりなる。

信号制御部４０には、タイヤ内圧を検出するタイヤ内圧センサ４１、温度を測定する温度センサ４２、タイヤの自己識別符号を格納するタイヤＩＤ格納ＲＯＭ４３、外部から質問信号に対応してこれら４１、４２、４３を制御してデータを集め回答信号を生成するＣＰＵ４４、および、送受信アンテナ４６を介して外部から受信した質問信号をＣＰＵに伝達するとともにＣＰＵ４４からの回答信号を送受信アンテナ４６を介して外部に送信するトランスミッタ４５が設けられる。ここで、タイヤ内圧センサ４１、温度センサ４２、タイヤＩＤ格納ＲＯＭ４３の各々は、トランスポンダ３が回答信号として送信すべき情報に応じて設けられるものであり、これらがすべて必要でもないし、また、これら以外のセンサを設けることもできる。
ここで、送受信アンテナ４６は、コイル４で兼用させることができ、この場合、トランスミッタ４５は、コイル４に接続される。

一方、電源回路部５０には、コイル４の起電力によって生成された交番電流を整流する整流回路５１と、整流された電流を平滑化する平滑化回路５２、平滑化された電流をコンデンサ等により蓄電する蓄電回路５３とよりなり、この構成により、信号制御部４０が必要とする仕様の電源を安定して供給することができる。なお、必要に応じて、入力される交番電流の最大値を制限して、上述の回路５１、５２、５３を大電流による破壊から保護するリミッタ５４を設けることができる。

図３はコイル４とこれを横切る磁束Ｆの分布を示す模式図であり、図３を参照して、軟質磁性ゴム５の作用について説明する。図３（ａ）は、軟質磁性ゴム５を設けない場合の磁束の分布を示し、この場合、かなりの磁束がコイル４を横切らないで、コイルの半径方向外側を通過していて、これらの磁束は、コイル４に誘起される起電力に寄与することはない。これに対して、図３（ｂ）は、軟質磁性ゴム５をコイル４の半径方向内側に設けた本発明の磁束の分布を示し、この場合、磁束は、他のタイヤ部分より透磁率の高い軟質磁性ゴム５を通過するよう分布を変化させるので、その結果、コイル４を横切る磁束を大幅に増加させることができ、コイル４に誘導される起電力を高めることができる。

そして、図３（ｂ）から明らかなように、軟質磁性ゴム５をコイル４の半径方向内側に配置した上で、コイル４の近傍に位置させるのが好ましく、さらには、軟質磁性ゴム５の一部がコイル４に当接させる位置にもうけるのがさらに好ましい。

ここで、軟質磁性ゴム５は、ゴム組成物中に軟質磁性材料よりなる磁粉を混合分散して形成され、例えば、これを長尺に押し出しタイヤ一周分に成型したものを、未加硫のタイヤのトレッド部内周面に、コイル４を挟んで貼り付け、タイヤと一体的に加硫して形成することができ、この場合、タイヤとの高い接着力を担持させることができる。また、簡易な方法としては、製品タイヤに後から接着剤を用いて加硫済の軟質磁性ゴムシートをコイル４を挟んで貼り付けることもできる。

また、軟質磁性体磁粉に用いる材料としては、鉄、ニッケル、パーマロイ、センダスト、もしくは、アモルファス金属の中から選択するのがよく、これらの透磁率は、１００〜２００００の範囲にあり、磁束を効率よく集束することができる。また、高透磁率の金属材料の場合の粉体化に際しては、金属を溶融状態で滴下したものに不活性ガスや水等をぶつけて霧化するアトマイズ処理によって磁粉を得ることができる。

図４（ａ）は、タイヤを、一周以上周回するコイル４をタイヤ半径方向内側からみた矢視図であり、コイル４は周方向に弛んで設けられ、外力に対応して容易に変形することができ、さらに、コイル４自体が、図４（ｂ）に斜視図で示すように、細い導線４ａを編み上げた編み上げ線で構成されるので、一層容易に変形して、耐久性を向上させることができる。

図５は、第一の実施形態の変形例を示すトランスポンダ付きタイヤの断面図であり、リム２に装着されたトランスポンダ付きタイヤ１１は、トランスポンダ３と、コイル１４と、薄肉の軟質磁性ゴム１５とを具え、コイル１４は、例えば安全タイヤのサイドウォール部に設けられるサイド補強ゴムＲＳに埋設されるとともに、タイヤ中心軸の周りに、図の場合には３周、周回して設けられ、軟質磁性ゴム１５は、タイヤ中心軸の周りに周回して配置され、サイド補強ゴムＲＳのタイヤ軸方向内側に接着される。この例においても、軟質磁性ゴム１５は、コイル１４を横切る磁束を増加させ、コイル１４に誘導される起電力を増加させるべく作用する。なお、コイル１４の材料や配置の仕方、軟質磁性ゴム１５の材料やタイヤへの接着方法、および、トランスポンダ３の構成は前述した通りであり、詳細の説明は省略する。
なお、この変形例においては、コイル１４をサイド補強ゴムＲＳ内に配置したが、これを他のタイヤ構成部材中に配設することもでき、例えば、安全タイヤ以外のタイヤにおいて、サイドウォールＳ内に配設することもできる。

図６は、第二の実施形態を示すトランスポンダ付きタイヤを示す図であり、図６（ａ）は、タイヤ中心軸を通る平面における断面図、図６（ｂ）は、図６（ａ）のｂ−ｂ矢視に対応する矢視図である。リム２に装着されたトランスポンダ付きタイヤ２１は、トランスポンダ３と、コイル２４と、軟質磁性ゴム２５とを具え、コイル２４は、例えば安全タイヤのサイドウォール部に設けられるサイド補強ゴムＲＳ中に、タイヤ周方向の一部の限定した領域に埋設されるとともに、１周以上周回して配設され、軟質磁性ゴム２５は、コイル２４の半径方向内側に、サイド補強ゴムＲＳと置換されて配置される。この実施形態においても、軟質磁性ゴム２５は、コイル２４を横切る磁束を増加させ、コイル２４に誘導される起電力を増加させるべく作用する。なお、コイル２４の材料や配置の仕方、軟質磁性ゴム２５の材料やタイヤへの接着方法、および、トランスポンダ３の構成は前述した通りであり、詳細の説明は省略する。
また、コイル２４の配設位置は、図示のサイド補強ゴムＲＳ内に限定されるものでなく、例えば、サイドウォールＳ内に設けてもよい。

図７は、第三の実施形態を示すトランスポンダ付きタイヤリム組立体３０を示す中心軸線を通る面における断面図ある。トランスポンダ付きタイヤリム組立体３０は、リム２と、リム２装着されたタイヤ３１よりなり、タイヤ３１は、トランスポンダ３と、コイル３４とを具え、コイル３４は、例えば安全タイヤのサイドウォール部に設けられるサイド補強ゴムＲＳ中に埋設されるとともにタイヤ中心軸の周りに周回して設けられる。一方、リム２の外周上には、環状の軟質磁性体３５が、取り付けられる。
ここで、コイル３４を構成する材料や配置の仕方、および、トランスポンダ３の構成は、第一の実施形態の変形例と全く同じであり、詳細の説明は省略する。そして、この実施形態においても同様に、コイル３４の配設位置は、図示のサイド補強ゴムＲＳ内に限定されることなく、例えば、サイドウォールＳ内に設けてもよい。

軟質磁性体３５は、前述の通り、コイル３４を横切る磁束を増加させるべく作用するが、第一および第二の実施形態における軟質磁性ゴム５、１５、２５と異なる点は、これが剛体であるリム２に直接取り付けられているため、可撓性を具える必要がなく、そのため金属片、ワイヤ等の形態で、ほとんど、純粋な軟質磁性材料だけで形成することができ、その結果、高い透磁率のもので構成して、磁束の集束をより効率的に行うことができる。そして、この軟質磁性体３５は、透磁率が１００〜２００００の範囲にあり、鉄、ニッケル、パーマロイ、センダスト、もしくはアモルファス金属などの高透磁率磁性材料から選択するのが好ましい。

本発明に係る第一の実施形態のトランスポンダ付きタイヤを、タイヤ中心軸を通る面で示す断面図である。 トランスポンダの構成を示すブロック線図である。 コイルとこれを横切る磁束の分布を示す模式図である。 コイルを示す正面図および斜視図である。 第一に実施形態の変形例を示すトランスポンダ付きタイヤの断面図である。 第二の実施形態を示すトランスポンダ付きタイヤの断面図および矢視図である。 第三の実施形態を示すトランスポンダ付きタイヤリム組立体３０を示す中心軸線を通る面における断面図ある。

符号の説明

１ トランスポンダ付きタイヤ
２ リム
３ トランスポンダ
４ コイル
４ａ 細い導線
５ 軟質磁性ゴム
１１、２１ トランスポンダ付きタイヤ
１４、２４ コイル
１５、２５ 軟質磁性ゴム
３０ トランスポンダ付きタイヤリム組立体
３１ タイヤ
３４ コイル
３５ 軟質磁性体
４０ 信号制御部
４１ タイヤ内圧センサ
４２ 温度センサ
４３ タイヤＩＤ格納ＲＯＭ
４４ ＣＰＵ
４５ トランスミッタ
４６ 送受信アンテナ
５０ 電源回路部
５１ 整流回
５２ 平滑化回路
５３ 蓄電回路
５４ リミッタ
Ｂ 車体側
Ｆ 磁束
Ｇ 交番磁界発生装置
Ｔ トレッド部
ＲＳ サイド補強ゴム
Ｓ サイドウォール

Claims (10)

1. 外部からの交番磁界により起電力を誘導するコイルと、コイルに誘導された起電力を電源とし外部からの質問信号に対する回答信号を送信するトランスポンダとを一体的に取り付けたタイヤにおいて、
   コイルの少なくとも半径方向内側領域に、交番磁界の磁束を集める軟質磁性ゴムを設けてなるトランスポンダ付きタイヤ。
2. 前記軟質磁性ゴムの一部を、コイルに当接させてなる請求項１に記載のトランスポンダ付きタイヤ。
3. コイルを、タイヤ中心軸を中心にして配置してなる請求項１もしくは２に記載のトランスポンダ付きタイヤ。
4. コイルを、トレッド部の内周面に取り付けてなる請求項３に記載のトランスポンダ付きタイヤ。
5. コイルを、タイヤ周方向の一部の領域に限定して配置してなる請求項１もしくは２に記載のトランスポンダ付きタイヤ。
6. コイルを細い導線を編み上げた編み上げ線で構成し、編み上げ線を弛ませて延在させてなる請求項１〜５のいずれかに記載のトランスポンダ付きタイヤ。
7. 前記軟質磁性ゴムは、ゴム組成物中に軟質磁性材料よりなる磁粉を混合分散して形成されてなり、この軟質磁性材料は、透磁率が１００〜２００００の範囲にあり、鉄、ニッケル、パーマロイ、センダスト、もしくは、アモルファス金属の中から選択されたものである請求項１〜６のいずれかに記載のトランスポンダ付きタイヤ。
8. 外部からの交番磁界により起電力を誘導するコイルと、コイルに誘導された起電力を電源として外部からの要求に応じた信号を送信するトランスポンダとを一体的に取り付けたタイヤ、および、このタイヤを装着するリムよりなり、
   前記コイルを、タイヤ中心軸を中心にして配置するとともに、リムの外周上に、前記交番磁界の磁束を集める環状の軟質磁性体を取り付けてなるトランスポンダ付きタイヤリム組立体。
9. コイルを細い導線を編み上げた編み上げ線で構成し、編み上げ線を弛ませて延在させてなる請求項８に記載のトランスポンダ付きタイヤリム組立体。
10. 前記軟質磁性体は、透磁率が１００〜２００００の範囲にあり、鉄、ニッケル、パーマロイ、センダスト、もしくは、アモルファス金属の中から選択された軟質磁性材料よりなる請求項８もしくは９に記載のトランスポンダ付きタイヤリム組立体。

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