JP2005530181A - 過熱したタイヤを検出する装置 - Google Patents

Abstract

タイヤ監視装置は、タイヤ部品が過熱された際に発生する浮遊分子を検出するよう構成されたセンサー（２０）を含む。センサーは、タイヤの外面に近接するリーダー（１０）内に配置させてもよい。また、センサーは、加圧されたタイヤ空洞部内部の空気に露出させてもよい。センサーは、タイヤ材料が過熱された際に発生する種々の分子又は成分のいずれかを検出するように調整されてもよい。

Description

（関連出願の相互参照）
この出願は、２００２年６月２０日に出願された、米国仮特許出願第６０／３９０，５９２号からの優先権を主張するものであり、この出願の開示内容を参照によりここに組み入れる。

この発明は、概して監視装置に関し、特に、過熱タイヤ状態に反応して指示信号を発生するよう適合されたタイヤ監視装置に関する。具体的には、この発明は、タイヤゴムが過熱された際に発生する浮遊分子を認識するよう適合されたセンサーを有するタイヤ監視装置に関する。

当業において、種々のタイヤ監視装置が公知である。種々の監視装置は、タイヤ空気圧、温度、回転数及び踏面形状等の異なるタイヤ状態を感知するよう構成される。監視装置の一形式は、タイヤバルブに取り付けられ、ホイールの外部に配置される。監視装置の他の形式は、ホイール内に保持され、タイヤ又はリムに取り付けられる。公知のタイヤ監視装置の他の形式は、ホイール内に柔軟に配置される。これらの装置の欠点は、過熱タイヤ状態の始期に応じて早期警告信号を発生するように構成することが困難な点にある。

場合によっては、故障の始まったタイヤは、互いに対して摩擦的に動く部品を含む。摩擦は熱を発生し、タイヤの内部温度を上昇させる。過熱したタイヤ部品は破損して、タイヤを弱くする。温度を感知するよう構成された監視装置は、過熱タイヤ状態がタイヤ又はタイヤ空洞部を一定のレベルにまで昇温した場合に警告信号を発するが、これらの装置は、一般に過熱タイヤ状態の始期には信号を発生しない。公知のタイヤ監視装置は、摩擦を生じる部品の近くに監視装置の温度センサーが配置されていない場合には、過熱タイヤ状態の始期に警告信号を発しないであろう。幾つかの従来技術のタイヤ監視装置では、過熱状態が温度センサーに隣接したタイヤ領域又はタイヤの内側空洞部を昇温するまでは、監視装置はアラーム信号を発しないであろう。かかる警告は時間を要し、これは検出されるより前に過熱状態を悪化させる可能性がある。したがって、当業では過熱タイヤ状態の始期を検知するよう構成された監視装置が望まれている。

無人トラックへの移行が採鉱業における最近の傾向である。現在のＧＰＳシステム及び遠隔監視によって可能となる正確な制御水準により、人間の操作者を必要とすることなく、牽引車上の機器を送ることが可能である。この配列下で、車両は、車上の系の種々の作動パラメーターを監視し、車上の系の状態を電波を介して定期的に中央派遣所に伝達する。監視された系は、種々の温度、液体レベル及び圧力を含むことができる。これらの監視されたパラメーターのいずれかが限度外レベルに達した場合はいつでも、直ちに是正措置を取る、例えば車両を適当な保守設備に向かわせることができる。

車両の移動はタイヤに依存するので、タイヤの性能を綿密に監視しなければならない。典型的な採鉱用途は、設計負荷及び運転容量の限界にある車両の操作を伴う。このような状態は、タイヤを連続的な応力下に置く。これらの状態に必要な圧力となるまで適当に膨張されなかったタイヤは、過熱し、最後には熱関連故障及び使用からの早期の除去を受ける。

過熱したタイヤは、ポリマーが分解し、構造的な完全性を失うので、全体として損傷を受け始める。ポリマーが劣化するにつれて、ポリマー鎖内で微小破壊が成長を始め、より大きな亀裂を招く。そして、これらの亀裂は摩擦を発生させ、これがさらなる熱と損傷を生み出す。この過程が連続し、加速するので、タイヤの使用を止めるか、又は動作環境が苛酷でないところにタイヤを配置しなければ、最終的にはタイヤの構造的な完全性を失うことになる。

微小破壊のこれらの小ポケットが熱を発生し、ゴム化合物中のポリマー及び他の化学物質及び添加剤の分解を引き起こす破損温度レベルに達する可能性がある。浮遊化学物質が放出され、「焼けたゴムの臭い」と呼ばれることの多い臭気を招く。多くの場合、過熱タイヤは、この独特な臭気により初めて認識される。初期には、微小破壊のこれらのポケットは比較的小さいので、発生する熱は、タイヤ全体の温度又はタイヤ空洞部内に含まれる空気の温度を顕著に上昇させるには不十分である。したがって、単純な温度検出器では、タイヤの損傷が比較的激しくなるまで、過熱したタイヤを認識しないであろう。

この発明は、過熱タイヤ状態の始期に信号を発するよう構成されたタイヤ監視装置を提供する。監視装置は、過熱したタイヤゴムから発せられた浮遊分子を感知するよう適合される。

この発明は、供試タイヤに接近させられるリーダーに装着される監視装置の一実施態様を提供する。リーダーは、携帯リーダー、ゲート型リーダー又はオンボードリーダーとすることができる。タイヤがリーダーに接近している間に、タイヤの直ぐ近くの空気を分析して、過熱したタイヤゴムから発生する分子を感知させる。感知された空気中の標的分子の濃度が最小レベルを超えている場合には、監視装置が警告信号を発する。この発明は、監視装置がタイヤとリムの組立体内に装着されており、監視装置がタイヤの加圧された空洞部内の空気を監視するという他の実施態様を提供する。

さらに、この発明は、タイヤに隣接する空気又はタイヤ内の空気を感知するステップと、センサーが、過熱したタイヤゴムにより生ずる分子を検出した場合に、指示信号を発生するステップとを含む、過熱したタイヤの検出方法を提供する。

図１は、車両の正面図であり、人間が、車両のタイヤの１つに近接した携帯リーダーを持っている。図２は、ゲート型リーダーの正面図であり、車両がリーダーを通過している。図３は、車両の各タイヤに隣接して配置されたオンボードリーダーを有する車両の正面図である。図４は、この発明の他の実施態様の断面図であり、センサーがタイヤの加圧された空間部内の空気に露出されている。この明細書を通じて、類似の参照番号は類似の要素を示す。

この発明の監視装置の第１実施態様は、図１において全体として参照番号１０で表されている。この発明のこの実施態様において、監視装置１０は携帯リーダーの形態であり、車両１４のタイヤ１２の近くを通して、タイヤ１２が過熱したタイヤ部品を有しているかどうかを判別する。

監視装置１０は、過熱したタイヤ部品により発生する分子を検出するよう調整されたセンサー２０を含む。監視装置１０は開口部を有する本体部を含んでおり、この開口部は、本体部を包囲する空気がセンサー２０に接触できるようにしている。一実施態様において、開口部は本体部全体を貫通しているので、空気が容易にセンサー２０を通過する。ファン等の適当な機構を用いて、センサー２０を通して空気を吸ったり、センサー２０に空気を送ったりしてもよい。他の実施態様において、センサー２０は、監視装置１０の本体部の外部に配置される。

センサー２０は、所定の基準で指示信号を発生するよう調整される。所定の基準は、センサーに隣接して配置された標的分子の所定の濃度とすることができる。所定の濃度は、誤信号を防止するのに十分な程度に高くし、タイヤ１２を検査して、壊滅的なタイヤ損傷を避けることができるかどうかを判別させるのに十分な程度に低くする。正確な基準は、センサーとともに用いられるタイヤの種類及びタイヤが使用される環境によって決まるであろう。また、タイヤの構造もセンサー２０の正確な設定に影響を及ぼし得る。また、所定の濃度は、センサー２０がタイヤから離して配置される距離に基づいても設定される。第一の実施態様において、ユーザーは、正確な読みが得られるような距離まで、監視装置１０をタイヤ１２に接近させるよう指導されている。この距離は、センサー２０の較正に応じて、０．５ｍとしてもよく、２ｍ以内としてもよい。他の実施態様において、センサー２０は５ｍ以内で機能するよう較正されてもよい。下記の実施態様において、距離を固定し、センサー２０を既知の距離に較正することができる。この発明の他の実施態様において、所定の基準は、単に、加熱タイヤ状態で空気中に存在する特定の分子の存在とすることができる。

センサー２０は、タイヤが過熱された際に発生することが知られている種々の成分のいずれかを検知するようにすることができる。これらの成分は、種々の硫黄化合物、タイヤゴム中に存在するポリマーのモノマー、又はタイヤゴムが過熱された際に発生する他の化合物を含むことができる。センサー２０を調整して、熱タイヤ部品により発生する分子のみを検知し、誤信号を防止する。センサー２０は、熱せられたゴムからの選択された成分を有するガスに露出された場合に信号を発生する種々のセンサー形式のいずれかとすることができる。この発明に使用可能な公知のセンサーの例は、ＬＥＤセンサー、触媒（熱線）センサー、電気化学センサー、金属酸化物半導体（ＭＯＳ）センサーを用いるものを含む。また、この発明の概念を離れることなく、他の形式のセンサーを用いることもできる。

したがって、センサー２０は、過熱タイヤ状態が十分な熱を発生して、温度センサーを始動させるよりもずっと以前に、警告信号を発するであろう。この発明の早期警報の性質により、壊滅的な損傷が起きる前にタイヤを救うことが可能となる。センサー２０により発生する指示信号は、可視光、音響信号又は指数の形態とすることができる。

この発明の第２実施態様は、図２において、全体として参照番号１１０により示されている。この実施態様において、監視装置１１０は、タイヤ１１４の高さに配置された１つ又は１対のセンサー１１２を有するゲート型リーダーの形態である。車両１１６が監視装置１１０を通過すると、タイヤ１１４がセンサー１１２の近くを通る。タイヤ１１４のうちの１つが過熱されると、過熱されたタイヤゴムにより発生する分子がセンサー１１２のうちの１つにより感知され、警告信号が発せられる。ゲート型リーダーは、車両１１６が既知の頻度で通過する必要のある、作業現場の戦略的地点に配置することができる。

この発明の第３実施態様は、図３において、全体として参照番号１５０により示されている。この実施態様において、監視装置１５２は、タイヤ１５４に隣接して車両１５６上に保持されるオンボードリーダーの形態である。車両１５６は、前記の車両１１６と同様の、車両の運転手なしに操作される自動化車両とすることができる。図３に示したこの発明の実施態様において、監視装置１５２は車両１５６の各タイヤ１５４に隣接して配置される。一実施態様において、各タイヤ１５４は、タイヤの内側及び外側に監視装置１５２を有することができる。他の実施態様において、監視装置１５２を、タイヤ１５４の直上に配置することができる。タイヤ１５４のうちの１つが過熱されると、過熱されたタイヤゴムにより発生する分子が監視装置１５２のうちの１つのセンサーのうちの１つにより感知され、警告信号が発せられる。

この発明の第４実施態様は、図４において、全体として参照番号２１０により示されている。この実施態様において、監視装置２１０はタイヤ２１２の内部に配置され、化学的センサーがタイヤ空洞部２１４内に配置されたガスに露出される。一実施態様において、監視装置２１０はリム２１６に接続される。他の実施態様において、監視装置２１０はタイヤのサイドウォール部に接続される。

この実施態様において、過熱されたタイヤ要素は、空洞部２１４内の空気中に分散される分子を発生する。化学的センサーは、これらの分子を感知し、適当な伝達装置によってタイヤ２１２の外部に送信される警告信号を発生するように構成される。

前記の説明において、特定の用語が簡潔、明瞭及び理解のために用いられている。かかる用語は記述的目的のために用いられ、かつ広く解釈されるべきことを意図しているので、従来技術の必要性を超えて、これらの用語から不必要な限定をすべきではない。

また、発明の説明及び図面は例示であって、この発明は図示又は説明した通りの内容に限定されない。前記の実施態様の全てにおいて、センサー２０、１１２、１５２、２１０と組み合わせて、温度センサー及び圧力センサーを、一緒に又は単独で用いることができる。さらに、種々の保護体及び／又は支持体を監視装置とともに用いることができる。

車両の正面図であり、人間が、車両のタイヤの１つに近接した携帯リーダーを持っている。 ゲート型リーダーの正面図であり、車両がリーダーを通過している。 車両の各タイヤに隣接して配置されたオンボードリーダーを有する車両の正面図である。 この発明の他の実施態様の断面図であり、センサーがタイヤの加圧された空間部内の空気に露出されている。

Claims (16)

1. 過熱した空気入りタイヤを検出する監視装置において、
   該監視装置が、少なくも部分的にタイヤ材料から作られた空気入りタイヤに隣接して配置可能な本体部と、該本体部に保持されたセンサーとを具え、
   該センサーが、空気入りタイヤのタイヤ材料が過熱された際に発生する浮遊分子を検出するよう構成されている、
   監視装置。
2. 本体部が開口部を画定しており、センサーが該開口部と流体的に連通している、請求項１に記載の監視装置。
3. 本体部が外面を有しており、センサーが本体部の該外面に配置されている、請求項１に記載の監視装置。
4. センサーが、ユーザーにより携帯されて空気入りタイヤに近接して移動されるように適合された本体部に保持される、請求項１に記載の監視装置。
5. センサーを保持する本体部が、ユーザーにより携帯されて空気入りタイヤに近接して移動されるように適合される、請求項１に記載の監視装置。
6. センサーを保持する本体部が、ゲート型リーダーとなるように適合される、請求項１に記載の監視装置。
7. センサーを保持する本体部が、オンボードリーダーとなるように適合される、請求項１に記載の監視装置。
8. 空気入りタイヤが内側空洞部を有しており、センサーが空気入りタイヤの該内側空洞部に露出される、請求項１に記載の監視装置。
9. センサーが、ＬＥＤ型センサー、触媒型センサー、電気化学型センサー及び金属酸化物半導体型センサーのいずれかひとつである、請求項１に記載の監視装置。
10. 加圧されるように適合された空洞部を有する空気入りタイヤと監視装置の組合せにおいて、
    空気入りタイヤは、タイヤ材料から作られており、
    監視装置は、空気入りタイヤの空洞部に露出されるセンサーを有しており、
    センサーは、空気入りタイヤのタイヤ材料が過熱された際に発生する浮遊分子を検出するよう構成されている、
    空気入りタイヤと監視装置の組合せ。
11. さらにリムを具え、空気入りタイヤがリムに装着されており、監視装置がリムに保持されている、請求項１０に記載の組合せ。
12. 車両と監視装置の組合せにおいて、
    車両は、複数の空気入りタイヤを有しており、
    各空気入りタイヤは、タイヤ材料から作られており、
    監視装置は、少なくとも１つのタイヤに隣接して車両に保持され、
    監視装置は、空気入りタイヤのタイヤ材料が過熱された際に発生する浮遊分子を検出するよう構成されたセンサーを有する、
    車両と監視装置の組合せ。
13. 各タイヤに隣接して車両に保持された監視装置をさらに具える、請求項１２に記載の組合せ。
14. 車両ゲートと監視装置の組合せにおいて、
    車両ゲートは、対象車両がゲートを通過できるように適合されており、
    対象車両は、複数の空気入りタイヤを有しており、
    各空気入りタイヤは、タイヤ材料から作られており、
    監視装置は、感知位置にある車両ゲートに保持されたセンサーを有しており、
    感知位置は、対象車両が車両ゲートを通過する際に、対象車両の空気入りタイヤの少なくとも一部がセンサーに近接して通過するよう適合されており、
    センサーは、空気入りタイヤのタイヤ材料が過熱された際に発生する浮遊分子を検出するよう構成されている、
    車両ゲートと監視装置の組合せ。
15. タイヤ材料から作られたタイヤの過熱を検出する方法において、該方法が、
    空気入りタイヤのタイヤ材料が過熱された際に発生する浮遊分子を検出するよう構成されているセンサーを与えるステップと、
    センサーを用いて、タイヤに隣接する空気を感知するステップと、
    センサーが、所定の基準に適合する浮遊分子の状態を検出した場合に、指示信号を発生するステップとを含む方法。
16. 空気入りタイヤのタイヤ材料が過熱された際に発生する浮遊分子の濃度を感知するステップと、センサーが、所定の限度に適合する浮遊分子の濃度を検出した場合に、指示信号を発生するステップとをさらに含む、請求項１５に記載の方法。

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