JP2005254900A - タイヤ状態監視装置の送信機 - Google Patents

Abstract

【課題】 送信アンテナから放射される電波に対する車両ホイールの影響を減少させて、送信アンテナから電波を良好に放射する。
【解決手段】 タイヤ状態監視装置の送信機３０は、圧力センサ及び送信回路を実装した回路基板８１と、その回路基板８１上から延びる送信アンテナ３４とを備えている。回路基板８１と送信アンテナ３４との間にはフェライト板９０が配置されている。送信機３０がホイール２１に対して取り付けられた状態において、フェライト板９０がホイール２１と送信アンテナ３４との間に配置される。フェライト板９０は、送信アンテナ３４から車両ホイール２１に到達する無線電波の成分を減少させるように、送信アンテナ３４から放射される無線電波の指向性を制御する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、タイヤ状態監視装置の送信機に関し、詳しくは送信機に設けられるアンテナから放射される無線電波の指向性を改善する技術に関する。

近年、車両に装着された複数のタイヤの状態を車室内で確認するために、無線方式のタイヤ状態監視装置が提案されている。そのタイヤ状態監視装置は、タイヤの内部に配置されるように車両ホイールにそれぞれ装着される複数の送信機と、車両の車体に設けられる受信機とを備えている。各送信機は、対応するタイヤの状態、即ち内部空気圧や内部温度等を検出し、検出されたタイヤ状態を示すデータを含む信号を、送信アンテナを通じて無線電波として放射する。受信機は、送信機から放射された電波を、受信アンテナを通じて受信して、タイヤ状態に関する情報を、車室内に設けられた表示器に必要に応じて表示させる。

上記のようなタイヤ状態監視装置は、無線電波に悪影響を与え易い金属製の車両に搭載される。そこで、特許文献１に開示されたタイヤ状態監視装置では、送信機から放射される電波を受信アンテナで安定して受信するために、受信アンテナがタイヤ近傍の車両の非金属部位に設置されている。
特開２００３−１６５３１３号公報

しかしながら、上記特許文献１を始めとする従来技術では、車両ホイールが送信アンテナから放射される電波に与える影響が何ら考慮されていない。即ち、送信機はアルミニウム合金等の金属材料よりなるホイールに対して取り付けられており、同送信機に内蔵された送信アンテナはホイールに近接した位置に配置される。この金属製のホイールは、送信アンテナから放射される電波の指向性や強度に影響を与える。具体的には、送信アンテナから放射された電波の多くは金属製のホイールに引き寄せられ、電波が送信アンテナからホイールの径方向外側に向かって十分に放射されない。そのため、ホイールの径方向外側に位置する受信アンテナで受信される電波の強度が低下する。

本発明の目的は、送信アンテナから電波を良好に放射することのできるタイヤ状態監視装置の送信機を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本願発明は、車両のホイールに装着されるタイヤの状態を監視するためのタイヤ状態監視装置の送信機であって、タイヤの状態を検出するタイヤ状態センサと、検出されたタイヤの状態を示すデータを含む送信信号を生成する送信回路と、送信信号を無線電波として放射するアンテナと、アンテナからホイールに到達する無線電波の成分を減少させるように、アンテナから放射される無線電波の指向性を制御する指向性制御部材とを備える送信機を提供する。

好ましくは、前記指向性制御部材が前記ホイールと前記アンテナとの間に位置するように、前記送信機がホイールに対して取り付けられる。
前記タイヤ状態センサ及び前記送信回路は回路基板上に実装され、前記アンテナは回路基板に対して所定間隔を隔てて配置されるように該回路基板上から延びていてもよい。この場合、前記指向性制御部材はアンテナと回路基板との間に配置されるのが好ましい。

好ましくは、前記指向性制御部材は、磁性体又は誘電体よりなる。
また、前記指向性制御部材は、少なくとも前記ホイールよりも高い透磁率を有する材料より形成されてもよい。特に、指向性制御部材はフェライトよりなるのが好ましい。

本発明によれば、送信アンテナから放射される電波に対する車両ホイールの影響が減少し、送信アンテナから電波を良好に放射することができる。

以下に、本発明を具体化した一実施形態について、図面を参照して説明する。
図１に示すように、タイヤ状態監視装置１は、車両１０の４つのタイヤ２０にそれぞれ設けられた４つの送信機３０と、車両１０の車体１１に設けられた１つの受信機４０とを備えている。

各送信機３０は、対応するタイヤ２０の内部に配置されるように、同タイヤ２０が装着されたホイール２１に固定されている。ホイール２１はアルミニウム合金や鉄等の金属材料よりなる。各送信機３０は、対応するタイヤ２０の状態、即ち対応するタイヤ２０の内部空気圧を計測して、その計測によって得られた空気圧データを含む信号を無線送信する。

前記受信機４０は、車体１１の所定箇所に設置され、例えば車両１０のバッテリ（図示略）からの電力によって動作する。受信機４０には、４つのタイヤ２０にそれぞれ対応する４つの受信アンテナ４１がケーブル４２を介して接続されている。各受信アンテナ４１は、対応するタイヤ２０の近傍の車体１１部分、例えば車両１０のホイールハウスに装着される。受信機４０は、各送信機３０から無線送信された信号を、対応する受信アンテナ４１を通じて受信する。

表示器５０は、車室内等、車両１０の運転者の視認範囲に配置される。この表示器５０は、ケーブル４３を介して受信機４０に接続されている。
図２に示すように、各送信機３０は、マイクロコンピュータ等よりなるコントローラ３１を備えている。コントローラ３１は、例えば、中央処理装置（ＣＰＵ）、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）及びランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）を備えている。コントローラ３１の内部メモリ、例えばＲＯＭには、予め固有のＩＤコードが登録されている。このＩＤコードは、車両１０に設けられる４つの送信機３０を識別するために利用される。

タイヤ状態センサとしての圧力センサ３２は、タイヤ２０の内部空気圧を検出し、検出によって得られた空気圧データをコントローラ３１に出力する。コントローラ３１は、入力された空気圧データと内部メモリに登録されているＩＤコードとを含むデータを、送信回路３３に出力する。送信回路３３は、コントローラ３１から受け取ったデータを符号化及び変調して送信信号を生成する。送信アンテナ３４は、前記送信信号を無線電波として放射する。送信機３０は電池３５を備えている。送信機３０は、その電池３５からの電力によって動作する。

図３及び図４に示すように、前記送信機３０は、開口を有するケーシング７０と、そのケーシング７０から延びるバルブステム６０とを備えている。ケーシング７０はタイヤ２０の内部に配置され、バルブステム６０はホイール２１のリム２１ａを貫通してタイヤ２０の外部に延びる。バルブステム６０は内部空気通路（図示せず）を有し、その内部空気通路を通じて空気がタイヤ２０の内部に注入される。

前記ケーシング７０には、回路ユニット８０と、その回路ユニット８０に電力を供給する前記電池３５とが収容されている。電池３５は一対の端子板３６，３７を介して回路ユニット８０に接続されている。回路ユニット８０は、回路基板８１と、その回路基板８１上に実装された複数の電子部品、即ちそれぞれチップとして構成された前記コントローラ３１、前記圧力センサ３２及び前記送信回路３３とを含む。なお、これら電子部品が実装された回路基板８１の面を第１面とし、その第１面と反対側の回路基板８１の面を第２面とする。

図３〜図５に示すように、前記送信アンテナ３４は、前記回路基板８１の第２面上に設けられている。送信アンテナ３４はワイヤ状をなしており、その両端が回路基板８１に固定されている。送信アンテナ３４はその両端付近において折り曲げられており、両端以外の送信アンテナ３４の部分は、回路基板８１と平行で且つ所定間隔を隔てた面内を、同回路基板８１の外周縁に沿って延びている。送信アンテナ３４は回路基板８１のほぼ半周に亘って延びている。

前記回路基板８１と前記送信アンテナ３４との間には、フェライトよりなる板、即ちフェライト板９０が配置されている。フェライト板９０と回路基板８１との間、及びフェライト板９０と送信アンテナ３４との間には、それぞれ隙間が設けられている。フェライトは磁性体であるとともに高透磁率材料である。フェライト板９０は、送信アンテナ３４から放射される電波の指向性を制御するための指向性制御部材として機能する。本実施形態において、フェライト板９０はソフトフェライトによって形成され、車両ホイール２１の透磁率よりも高い透磁率を有する。フェライト板９０の透磁率μを、実数部μ'と虚数部μ"とよりなる複素数として表した場合、実数部μ'は大きい程よく、実用上は３〜２０［Ｈ／ｍ］の範囲であれば好適な効果が得られる。虚数部μ"は電波の送信周波数が高いほど、透磁率の損失分として増大する。よって、フェライト板９０の材料としては、適用される送信周波数での虚数部μ"が極力小さくなるものを使用するのが好ましい。例えば、本実施形態における送信周波数を３１５ＭＨｚとした場合、虚数部μ"が０．０１〜０．３［Ｈ／ｍ］となるフェライト板９０を使用するのが好ましい。また、フェライト板９０の材料としては、例えばニッケル−亜鉛系フェライトを好適に用いることができる。

図３に示すように、前記ケーシング７０の内面には少なくとも一つの固定ボス７１が立設され、前記回路基板８１及びフェライト板９０はこの固定ボス７１に対して固定される。固定ボス７１がフェライト板９０に形成された孔９１及び回路基板８１に形成された孔８７に挿通された後、同固定ボス７１の先端が熱かしめされる。

ケーシング７０内にはポッティング材７２が充填され、ケーシング７０内の電池３５、回路ユニット８０及びフェライト板９０は、圧力検知面である圧力センサ３２の上面を除いて、このポッティング材７２によって覆われる。ケーシング７０の開口は蓋７３によって塞がれる。蓋７３には、或いは蓋７３とケーシング７０との間には、タイヤ２０の内部空気を圧力センサ３２の圧力検知面に導くための通気口（図示せず）が設けられる。なお、図３（ａ）では、蓋７３が取り外されるとともに、ポッティング材７２が省略されている。

図４に示すように、送信機３０がホイール２１に対して取り付けられた状態において、回路基板８１の第１面、即ち前記電子部品３１，３２，３３が実装された回路基板８１の面がホイール２１の外周面と対向する。回路基板８１の第２面、即ち前記送信アンテナ３４が設けられた回路基板８１の面は、ホイール２１と反対側、言い換えればホイール２１の径方向外側を向いている。よって、送信機３０がホイール２１に対して取り付けられた状態においては、前記フェライト板９０はホイール２１と送信アンテナ３４との間に位置する。

図４には、送信アンテナ３４から放射される電波の磁界が模式的に示されている。電波が送信アンテナ３４から放射されたとき、同送信アンテナ３４からホイール２１に向かう電波の磁界が、高い透磁率を有するフェライト板９０に引き寄せられると共に、同フェライト板９０を通ってホイール２１から離れる方向に回り込む。そのため、送信アンテナ３４からホイール２１に到達する電波の成分が減少し、その分、送信アンテナ３４からホイール２１の反対側（径方向外側）に向かう電波の成分が増大する。このように、フェライト板９０は、送信アンテナ３４からホイール２１に到達する電波の成分を減少させるように、言い換えれば、送信アンテナ３４からホイール２１の反対側に向かう電波の成分を増大させるように、送信アンテナ３４から放射される電波の指向性を制御する。

上記フェライト板９０が送信アンテナ３４から放射される電波に好影響を及ぼすことが、図６に示すような実験により確かめられた。図６に示すように、同実験では、前記回路ユニット８０上の送信アンテナ３４に対して、３１５ＭＨｚの送信信号を生成する発振器１００が接続されると共に、その発振器１００に対して駆動源である電池１０１が接続された。これら回路ユニット８０、発振器１００及び電池１０１は、支持台１０３上に垂直状態で設置されたアルミ板１０２上に取り付けられた。なお、アルミ板１０２のサイズは、長さ：２３０ｍｍ、幅：１５０ｍｍ、厚さ：１ｍｍである。また、回路ユニット８０、発振器１００及び電池１０１を取り付けるための取付部材として、アルミ板１０２以外に、電波に影響を及ぼさない樹脂部材も準備された。

一方、支持台１０３から４ｍ離れた位置には、回路ユニット８０上の送信アンテナ３４から放射された電波を受信するための受信アンテナ１０４が設置された。この受信アンテナ１０４としては、半波長ダイポールアンテナが用いられた。そして、支持台１０３上のアルミ板１０２又は樹脂部材を水平面内で１回転させつつ、受信アンテナ１０４で生じる受信電力がスペクトラムアナライザによって測定された。

先ず、アルミ板１０２が送信アンテナ３４から放射される電波に及ぼす影響を確認するために、回路ユニット８０からフェライト板９０を取り外した状態で、アルミ板１０２を用いた場合と用いない場合とのそれぞれについて、実験が行われた。アルミ板１０２を用いない場合には、回路ユニット８０、発振器１００及び電池１０１が、前記樹脂部材上に取り付けられた。実験結果を図７（ａ）のグラフに示す。なお、グラフでは、発振器１００の出力電力を基準の０［ｄＢｍ］（＝１［ｍＷ］）として、受信アンテナ１０４での受信電力が示されている。従って、受信電力の値はマイナス値で表され、その絶対値が大きくなるほど受信電力がより小さいことを示している。なお、Ｐ［ｄＢｍ］は１０^P/10［ｍＷ］で表すことができる。

図７（ａ）に示すように、送信アンテナ３４が受信アンテナ１０４に対して何れの向きであっても、アルミ板１０２を設けた場合の受信電力は、アルミ板１０２を設けない場合の受信電力と比較して大幅に低下している。これは、車両ホイール２１が送信機３０の送信アンテナ３４から放射される電波に悪影響を及ぼすことを示している。

次に、回路ユニット８０にフェライト板９０を装着し且つアルミ板１０２を取付部材として用いて実験を行った。実験に用いられたフェライト板９０の透磁率μを複素数として表した場合、その実数部μ'は７［Ｈ／ｍ］となり、３１５ＭＨｚの送信周波数での虚数部μ"は０．１［Ｈ／ｍ］となる。また、フェライト板９０に代えて、１９０［Ｆ／ｍ］という比較的大きな誘電率を有する誘電体を用いて、図６と同様な実験を行った。但し、フェライト板９０を回路基板８１と送信アンテナ３４との間に配置したのとは異なり、誘電体は回路基板８１とアルミ板１０２との間に配置された。実験結果を図７（ｂ）のグラフに示す。なお、この図７（ｂ）のグラフには、フェライト板９０及び誘電体の何れも無しで且つアルミ板１０２を用いた場合の上記実験結果（図７（ａ）参照）が、比較例として示されている。

図７（ｂ）に示すように、送信アンテナ３４の一部の方向を除いて、フェライト板９０を設けた場合の受信電力は、フェライト板９０や誘電体を設けない場合の受信電力と比較して向上している。従って、フェライト板９０の形状、サイズ又は透磁率や、回路ユニット８０に対するフェライト板９０の配置を適正に設定することにより、送信アンテナ３４から放射される電波に対する車両ホイール２１の影響を極力排除することが可能となる。

また、フェライト板９０を設けた場合ほどではないが、誘電体を設けた場合の受信電力も、フェライト板９０や誘電体を設けない場合の受信電力と比較して向上している。これは、電波を反射したり屈折させたりする誘電体の働きによるものと思われる。従って、フェライト板９０と同様、誘電体を、送信アンテナ３４からホイール２１に到達する電波の成分を減少させるべく送信アンテナ３４から放射される電波の指向性を制御するための指向性制御部材として利用することができる。誘電体の形状、サイズ又は誘電率や、回路ユニット８０に対する誘電体の配置を適正に設定することにより、送信アンテナ３４から放射される電波に対する車両ホイール２１の影響を極力排除することが可能となる。

以上詳述した本実施形態は、下記の利点を有する。
（１）送信機３０がホイール２１に対して取り付けられた状態において、フェライト板９０がホイール２１と送信アンテナ３４との間に配置される。このフェライト板９０の働きによって、送信アンテナ３４からホイール２１に到達する電波の成分が減少し、その分、送信アンテナ３４からホイール２１の径方向外側に向かう電波の成分が増大する。即ち、送信アンテナ３４から放射される電波に対するホイール２１の影響が減少し、送信アンテナ３４から受信アンテナ４１に向かって電波が良好に放射される。その結果、ホイール２１の径方向外側に配置された受信アンテナ４１で受信される電波の強度が向上する。

（２）前記フェライト板９０は、回路基板８１と送信アンテナ３４との間の隙間に配置される。そのため、回路ユニット８０にフェライト板９０を装着しても、ケーシング７０内における回路ユニット８０の占有スペースは実質的に拡大しない。よって、フェライト板９０の追加に起因して送信機３０が大型化することは回避される。

なお、前記実施形態は、次のように変更して具体化することも可能である。
図８（ａ）に示すように、送信アンテナ３４と対応するフェライト板９０の部分に溝９０ａを形成して、その溝９０ａ内に送信アンテナ３４を収容するようにしてもよい。送信アンテナ３４は、溝９０ａの内面に接触してもよいし接触しなくともよい。但し、送信アンテナ３４が溝９０ａ内に完全に埋まらないように、溝９０ａの大きさや溝９０ａに対する送信アンテナ３４の配置を設定するのが望ましい。この場合、図５のフェライト板９０と比較して、送信アンテナ３４から放射された電波を回路基板８１から離間する方向へ一層向かわせ易くなり、より効果的である。

また、図８（ｂ）に示すように、送信アンテナ３４に沿って延びる細長のフェライト部材９５を設け、そのフェライト部材９５に形成された溝９５ａ内に送信アンテナ３４を収容するようにしてもよい。フェライト部材９５は、例えば回路基板８１上に固定される。この場合、フェライト材料の使用量を最小限にすることができ、コストが低減される。

或いは、図８（ｃ）に示すように、回路基板８１上に、同回路基板８１の外周縁に沿って延びる細長のフェライト部材９６を固定し、このフェライト部材９６上に薄い帯状の導電体よりなる送信アンテナ３４を設けてもよい。この送信アンテナ３４は、例えば導電ペーストによる印刷パターンとしてフェライト部材９６上に形成されてもよいし、薄い帯状の導電体をフェライト部材９６上に貼り付けることによって形成されてもよい。なお、送信アンテナ３４の両端には、回路基板８１上の配線パターン（図示せず）に接続されるリード端子３４ａを設けるのが好ましい。

フェライト板９０は回路基板８１と送信アンテナ３４との間に配置されなくともよく、例えば電子部品が実装された回路基板８１の面側に配置されてもよい。即ち、フェライト板９０がホイール２１と送信アンテナ３４との間に位置するのであれば、フェライト板９０の配置は適宜変更されてもよい。

フェライト以外の各種の高透磁率材料が用いられても良い。少なくともホイール２１より高い透磁率を有する材料であれば、指向性制御部材として用いることは可能である。
フェライト板９０のような磁性体に代えて、誘電体を指向性制御部材として用いてもよい。前述したように、誘電体を用いた場合にも、送信アンテナから放射される電波に対する車両ホイールの影響を減少させることができる。なお、誘電体の材料として各種の材料を用いることができるが、少なくともホイール２１より高い誘電率を有する材料であれば、指向性制御部材として用いることは可能である。この誘電体も、フェライト板９０の場合と同様、ホイール２１と送信アンテナ３４との間に位置するのであれば、その配置は適宜変更されてもよい。

複数の受信アンテナ４１をタイヤ２０にそれぞれ対応して設ける必要はなく、少なくとも１つの受信アンテナ４１を設ければよい。
タイヤ状態センサとして、圧力センサ３２に加えて或いは代えて、タイヤ２０の内部温度を検出する温度センサを設けてもよい。

上記実施形態から把握される技術的思想について、以下に記載する。
（１）請求項３において、前記回路基板は、前記タイヤ状態センサ及び前記送信回路が実装される第１面と、その第１面とは反対側の第２面とを有し、前記アンテナは第２面に設けられる。

（２）車両のホイールに装着されるタイヤの状態を監視するためのタイヤ状態監視装置の送信機であって、
前記タイヤの状態を検出するタイヤ状態センサと、
検出されたタイヤの状態を示すデータを含む送信信号を生成する送信回路と、
前記送信信号を無線電波として放射するアンテナと、
前記アンテナから前記ホイールとは反対側へ向かう無線電波の成分を増大させるように、前記アンテナから放射される無線電波の指向性を制御する指向性制御部材と
を備えることを特徴とする送信機。

本発明の一実施形態におけるタイヤ状態監視装置を示す概略図。 図１のタイヤ状態監視装置における送信機を示すブロック図。 （ａ）は図２の送信機の機械的構造を示す正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図。 図３（ａ）の送信機がホイールに取り付けられた状態を示す断面図。 フェライト板を備えた図３（ａ）の回路ユニットを示す斜視図。 図５の回路ユニット上の送信アンテナから放射される電波に関する実験を説明するための概略斜視図。 図６の実験により得られた結果を示すグラフ。 それぞれ図５の変更例を示す斜視図。

符号の説明

１…タイヤ状態監視装置、１０…車両、２０…タイヤ、３０…送信機、３２…タイヤ状態センサとしての圧力センサ、３３…送信回路、３４…送信アンテナ、８０…回路ユニット、８１…回路基板、９０…指向性制御部材としてのフェライト板。

Claims (6)

1. 車両のホイールに装着されるタイヤの状態を監視するためのタイヤ状態監視装置の送信機であって、
   前記タイヤの状態を検出するタイヤ状態センサと、
   検出されたタイヤの状態を示すデータを含む送信信号を生成する送信回路と、
   前記送信信号を無線電波として放射するアンテナと、
   前記アンテナから前記ホイールに到達する無線電波の成分を減少させるように、前記アンテナから放射される無線電波の指向性を制御する指向性制御部材と
   を備えることを特徴とする送信機。
2. 前記指向性制御部材が前記ホイールと前記アンテナとの間に位置するように、前記送信機が前記ホイールに対して取り付けられることを特徴とする請求項１に記載の送信機。
3. 前記タイヤ状態センサ及び前記送信回路は回路基板上に実装され、前記アンテナは前記回路基板に対して所定間隔を隔てて配置されるように該回路基板上から延びており、前記指向性制御部材は前記アンテナと前記回路基板との間に配置されることを特徴とする請求項２に記載の送信機。
4. 前記指向性制御部材は、磁性体又は誘電体よりなることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の送信機。
5. 前記指向性制御部材は、少なくとも前記ホイールよりも高い透磁率を有する材料よりなることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の送信機。
6. 前記指向性制御部材はフェライトよりなることを特徴とする請求項５に記載の送信機。

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