JP2006015793A - 空気圧センサユニットおよびタイヤ空気圧監視システム - Google Patents

Abstract

【課題】 バッテリを容易かつ短時間で交換可能とした空気圧センサユニットと、この空気圧センサユニットを用いたタイヤ空気圧監視システムとを提供する。
【解決手段】 バルブキャップ４４には、センサケーシング４２に電力を供給するためのバッテリ４４ｂと、センサＩＤを記録したＩＣチップ４４ｃとがモールドされている。バルブキャップ４４には、第１導電環４３ｂの環状接点４３ｄに弾力的に接する第１端子４４ｆと、バルブステム４１ａの端面に弾力的に接する第３端子４４ｈとがモールドされている。第１端子４４ｆはバッテリ４４ｂのマイナス極に接続され、第３端子４４ｈはバッテリ４４ｂのプラス極に接続されている。バルブキャップ４４をタイヤバルブ４１に取り付けると、第１導電環４３ｂの環状接点４３ｄに第１端子４４ｆが弾力的に接し、センサケーシング４２内の各センサ４２ａ〜４２ｃやＣＰＵ４２ｄ、送信器４２ｅに規定電圧の電力が供給される。
【選択図】 図３

Description

本発明は、空気圧センサユニットと、この空気圧センサユニットを用いたタイヤ空気圧監視システムとに関する。

自動車のタイヤ空気圧監視システムとしては、タイヤバルブと一体の空気圧センサユニットを各ホイールのリムに取り付け、これら空気圧センサユニットから送信されてきた検出信号に基づき、監視装置本体が各ホイールに装着されたタイヤの空気圧を監視するセンサ式が主流である（例えば、特許文献１参照）。空気圧センサユニットのケーシング（センサケーシング）は、通常、アクリル樹脂等の射出成形品であり、タイヤバルブの基端側（すなわち、リムの内側）に形成されている。センサケーシングには、圧力センサや温度センサ、送信回路等の電気素子が実装された回路基板の他、回路基板に電力を供給するバッテリ等がモールドされている（例えば、特許文献２参照）。
特開平８−２２７４９２号公報（段落００３４〜０００３７、図１） 特開２００３−１１８３３６号公報（段落００１０〜００１２、図１）

前記の空気圧センサユニットには、リムの内側に装着されるケーシングにバッテリが埋設されていることに起因して、以下に述べるような種々の問題点があった。例えば、長期間の使用によってバッテリが放電した場合、バッテリがケーシングに埋設されているため、高価な空気圧センサユニットを交換しなければならなかった。そして、空気圧センサユニットの交換作業は、自動車からホイールを取り外したうえ、更にホイールに対してタイヤを脱着する大掛かりなものとなっていた。また、空気圧センサユニットの作動を自由に停止させられないため、製造後の自動車をモータプール等で保管する場合や、海外等へ長距離輸送する場合等にも、検出信号の不要な送信やバッテリの放電を抑制することができなかった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、バッテリを容易かつ短時間で交換可能とした空気圧センサユニットと、この空気圧センサユニットを用いたタイヤ空気圧監視システムとを提供することを目的とする。

本発明は、前記の目的を達成するために創案されたものであり、請求項１に記載の空気圧センサユニットは、車両のホイールに装着されるタイヤバルブが一体化された空気圧センサユニットであって、前記タイヤバルブの基端側に設けられ、前記ホイールに装着されたタイヤの空気圧を検出する圧力センサと、この圧力センサの検出結果を送信する送信手段とを収納したセンサケーシングと、前記タイヤバルブの先端に装着され、当該タイヤバルブの空気充填孔を閉塞するとともに、前記圧力センサおよび前記送信手段を駆動するためのバッテリを内蔵したバルブキャップとを備えたことを特徴とする。
請求項１の発明では、長期間の使用によって空気圧センサユニットのバッテリが放電した場合には、整備作業者等がバルブキャップのみを交換する。また、自動車の保管時や輸送時には、タイヤバルブに対してバルブキャップを緩める、あるいは、取り外すことにより、空気圧センサユニットの作動を一時停止させる。

また、請求項２に記載の空気圧センサユニットは、請求項１に記載の空気圧センサユニットにおいて、前記タイヤバルブが前記ホイールのリムに設けられたバルブ取付孔にシール部材を介して装着され、前記バルブキャップと前記センサケーシングとの電気的な接続に供され、当該バルブキャップ側に環状接点を有する導電部材が前記シール部材に内装されたことを特徴とする。
請求項２の発明では、タイヤバルブにバルブキャップを取り付けると、バルブキャップ側の接点がシール部材に内装された導電部材の環状接点に摺接し、例えば、バッテリの電力が圧力センサや送信手段に供給される。

また、請求項３に記載のタイヤ空気圧監視システムは、車両のホイールに設けられ、当該ホイールに装着されたタイヤの空気圧を検出し、その検出結果を外部に送信する空気圧センサユニットと、前記車両の車体に設けられ、前記検出結果を受信する受信手段と、前記車両の車体に設けられ、前記受信手段により受信された検出結果が所定の空気圧低下判定閾値以下となった場合に、前記タイヤの空気圧が低下したと判定する空気圧判定手段と、前記車両の車体に設けられ、前記空気圧判定手段の判定結果に基づき、前記車両の乗員に報知を行う報知手段とを備えたタイヤ空気圧監視システムであって、前記空気圧センサユニットが、請求項１または請求項２に記載の空気圧センサユニットであることを特徴とする。
請求項３の発明では、長期間の使用によって空気圧センサユニットのバッテリが放電した場合、空気圧センサユニット全体の付け替えは行わず、タイヤバルブのバルブキャップのみを付け替える。

請求項１の発明によれば、空気圧センサユニットのバッテリが容易かつ短時間で交換可能となる。また、請求項２の発明によれば、バルブキャップを取り外すだけで、空気圧センサユニットへの電力供給を停止できる。また、請求項３の発明によれば、空気圧センサユニットのバッテリ交換が極めて容易かつ短時間に行え、ユーザや整備作業者の負担が大幅に軽減される。

まず、本発明におけるタイヤ空気圧監視システムの概要について説明する。本発明のタイヤ空気圧監視システムでは、４輪自動車の各ホイールに取り付けられた空気圧センサユニットがタイヤ空気圧とタイヤ温度とを検出して検出結果を電波信号として出力する。電波信号（検出結果）は、車体下面中央に設置されたアンテナにより受信された後、車室内に設置された監視装置本体に送られる。監視装置本体は、検出結果に基づき各タイヤの空気圧を判定し、空気圧の低下したホイールが存在した場合にはインストルメントパネル等に設置された警告ランプの点灯と警告ブザーの吹鳴とにより乗員に警告を行う。

以下、図１〜図６を参照して、本発明の４輪乗用車に搭載されたタイヤ空気圧監視システムに適用した一実施形態を説明する。

≪実施形態の構成≫
＜車両の装置構成＞
先ず、図１（実施形態に係る車両の装置構成を示す平面図）を参照して、車両の装置構成について説明する。この説明にあたり、４本のホイールやそれらに対応して配置された部材、すなわち、タイヤおよび空気圧センサユニットについては、それぞれ数字の符号に前後左右を示す添字を付して、例えば、ホイール３ｆｌ（左前）、ホイール３ｆｒ（右前）、ホイール３ｒｌ（左後）、ホイール３ｒｒ（右後）と記す一方、総称する場合には、例えば、ホイール３と記す。

図１に示すように、車両（本実施形態では乗用車）１はタイヤ２が装着された４本のホイール３を備えており、各ホイール３にはタイヤ空気圧およびタイヤ内温度を測定する空気圧センサユニット４が装着されている。車両１には、車体１１の下面中央に受信アンテナ６が設置され、車室内に監視装置本体７および警告機器８（警告灯８１および警告ブザー８２）が設置されている。

監視装置本体７は、種々の演算処理を行うＣＰＵ（Central Processing Unit）７ａの他、プログラムやデータ等を記憶した不揮発性メモリであるＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）７ｂ、空気圧センサユニット４からの検出信号を受信してＣＰＵ７ａに送る受信器７ｃ、ＣＰＵ７ａと警告機器８等との間で信号の受け渡しを行う入出力インタフェース７ｄ等から構成されている。監視装置本体７は、入出力インタフェース７ｄを介して警告灯８１や警告ブザー８２と接続されている。また、受信アンテナ６と受信器７ｃとで受信手段が構成されている。なお、本実施形態の場合、警告灯８１は、前後左右に計４個のランプを有しており、タイヤ空気圧の低下したタイヤ２の位置を示すことができる。

＜空気圧センサユニットの構成＞
次に、図２〜図６を参照して、空気圧センサユニットの構成を説明する。
なお、図２はホイールへの空気圧センサユニットの装着状態を示す図であり、図３はバルブキャップを外した状態の空気圧センサユニットの断面図であり、図４は図３中のＡ矢視図であり、図５はバルブキャップ単体の斜視図であり、図６はバルブキャップを装着した状態の空気圧センサユニットの断面図である。

＜空気圧センサユニットの装着形態＞
図２に示すように、ホイール３のリム３１には、その外周にタイヤ２とともに空気室２１を形成する環状壁３２が形成され、側壁にはバルブ取付孔３３が穿設されている。バルブ取付孔３３には空気圧センサユニット４がスナップイン方式で取り付けられている。

＜空気圧センサユニットの構成＞
図３に示すように、空気圧センサユニット４は、タイヤ２へのエア充填に供されるタイヤバルブ４１と、タイヤバルブ４１の基端に設けられたセンサケーシング４２と、タイヤバルブ４１に外嵌・固着されたシール部材であるグロメット４３と、タイヤバルブ４１の先端に装着されるバルブキャップ４４とから構成されている。

タイヤバルブ４１は、金属を素材とする円筒形状のバルブステム４１ａと、バルブステム４１ａの先端内側にねじ込まれたバルブ本体（逆止弁）４１ｂと、バルブステム４１ａとバルブ本体４１ｂとの間のシールを行うＯリング４１ｃとからなっている。

センサケーシング４２は、アクリル樹脂等を素材としており、バルブステム４１ａの外周に射出成形等により一体成形されている。センサケーシング４２には、タイヤ空気圧を検出する圧力センサ４２ａと、タイヤ温度（タイヤ２の空気室２１の温度）を検出する温度センサ４２ｂと、ホイール３の加速度を検出するＧセンサ４２ｃと、種々の演算処理を行うＣＰＵ４２ｄと、検出信号等を外部に送信する送信器（送信手段）４２ｅとがモールドされている。各センサ４２ａ〜４２ｃと、ＣＰＵ４２ｄと、送信器４２ｅとは、互いに電気的に接続されるとともに、バルブステム４１ａに結線されている。また、圧力センサ４２ａおよび温度センサ４２ｂは、どちらもその一部が空気室２１に露出している。

グロメット４３は、ゴム等の弾性体を素材としており、図３に示すように、ホイール３のリム３１（バルブ取付孔３３の縁）が外嵌する環状溝４３ａを外周に備えた円筒形状を呈している。グロメット４３には、図３，図４に示すように、導電性ゴム等の導電体を素材とする大小の第１、第２導電環（導電部材）４３ｂ、４３ｃが同心状に埋設されている。第１，第２導電環４３ｂ，４３ｃは、その両端部がグロメット４３の両端面に露出している。第１導電環４３ｂは、そのセンサケーシング４２側の端部が各センサ４２ａ〜４２ｃ、ＣＰＵ４２ｄ、および送信器４２ｅの各アース端子（図示せず）に接続される一方、バルブキャップ４４側の端部が環状接点４３ｄとなっている。また、第２導電環４３ｃのセンサケーシング４２側の端部は、ＣＰＵ４２ｄのＩＤ信号入力ポート（図示せず）に接続される一方、バルブキャップ４４側の端部が環状接点４３ｅとなっている。

バルブキャップ４４は、アクリル樹脂等を素材とする射出成形品であり、図３，図５に示すように、バルブステム４１ａの先端外周に螺合する雌ねじ部４４ａを有した円筒形状を呈している。バルブキャップ４４には、センサケーシング４２に電力を供給するためのバッテリ４４ｂと、センサＩＤを記録したＩＣチップ（識別情報記憶手段）４４ｃとがモールドされている。バッテリ４４ｂは、ボタン型のリチウム電池等であり、比較的長期間（例えば、２〜３年）に亘って空気圧センサユニット４を駆動できる量の電力を蓄えている。バルブキャップ４４において、バッテリ４４ｂを収納した部位は円弧状に突出した指掛け部４４ｄとなっており、この指掛け部４４ｄの側面に位置記号（図５では、ＦＲ）４４ｅが陰刻または陽刻されている。位置記号４４ｅは、車両１におけるホイール３の位置（図１参照）を示すもので、ＦＬ（左前）とＦＲ（右前）とＲＬ（左後）とＲＲ（右後）との４種類が存在する。

バルブキャップ４４には、図６に示すバルブステム４１ａへの装着時において、第１導電環４３ｂの環状接点４３ｄに弾性力で接する第１端子４４ｆと、第２導電環４３ｃの環状接点４３ｅに弾性力で接する第２端子４４ｇと、バルブステム４１ａの端面に弾接する第３端子４４ｈとがモールドされている。各端子４４ｆ〜４４ｈは燐青銅等を素材とするプレス成形品の板端子であり、第１端子４４ｆはバッテリ４４ｂのマイナス極に接続され、第２端子４４ｇはＩＣチップ４４ｃに接続され、第３端子４４ｈはバッテリ４４ｂのプラス極に接続されている。

≪実施形態の作用≫
＜タイヤ空気圧監視システム＞
本実施形態のタイヤ空気圧監視システムにおいて、各ホイール３に装着された空気圧センサユニット４では、所定の検出インターバルで、圧力センサ４２ａがタイヤ空気圧を検出し、温度センサ４２ｂがタイヤ温度を検出し、Ｇセンサ４２ｃがホイール３の加速度を検出する。各センサ４２ａ〜４２ｃの検出結果は、ＣＰＵ４２ｄに送られた後、ＣＰＵ４２ｄ内でバッテリ４４ｂの電圧信号やセンサＩＤと結合されて検出信号となる。検出信号は、ＣＰＵ４２ｄから送信器４２ｅに伝達され、送信器４２ｅから外部に送信される。

空気圧センサユニット４の送信器４２ｅから送信された検出信号は、車体１１の下面中央の受信アンテナ６を介して監視装置本体７の受信器７ｃにより受信された後、受信器７ｃからＣＰＵ７ａに入力される。ＣＰＵ７ａは、先ず、検出信号からセンサＩＤを抽出し、このセンサＩＤをＥＥＰＲＯＭ７ｂから読み出した位置テーブル（ホイール３の装着位置とセンサＩＤとを対応づけた情報）と照合し、検出信号がどのホイール３のものであるかを認識する。

次に、ＣＰＵ７ａは、検出信号からタイヤ空気圧とタイヤ温度とを抽出した後、タイヤ温度で補正したタイヤ空気圧を所定の空気圧低下判定閾値と比較する。そして、タイヤ２のパンクやスローリークにより、タイヤ空気圧が空気圧低下判定閾値より小さくなった場合、ＣＰＵ７ａは、入出力インタフェース７ｄを介して警告機器８にタイヤ空気圧低下時の警告信号を出力する。これにより、警告灯８１が点灯するとともに警告ブザー８２が吹鳴し、乗員がタイヤ空気圧の低下を認識する。尚、本実施形態の場合、警告灯８１は、前後左右に計４個のランプを有しており、タイヤ空気圧の低下したホイール３の位置が示される。

＜タイヤのローテーション＞
自宅車庫やガソリンスタンド等でタイヤのローテーションを行う場合、ユーザや整備作業者（ユーザで代表させる）は、先ず車体１１から複数（前後各１輪、あるいは４輪すべて）のホイール３を取り外す。次に、ユーザは、決められた手順に従って、前後および左右を入れ替えたうえで車体１１にホイール３を再び装着し、タイヤのローテーションを完了する。この際、バルブキャップ４４に位置記号４４ｅが付されているため、ユーザは、取り外したホイール３の元の装着位置を容易に判別できる。

本実施形態において、タイヤのローテーションを終えたユーザは、次に各ホイール３のタイヤバルブ４１からバルブキャップ４４を一旦取り外し、しかる後にバルブキャップ４４をその位置記号４４ｅに対応する位置に装着されたホイール３のタイヤバルブ４１に取り付ける。これにより、センサケーシング４２内のＣＰＵ４２ｄには、バルブキャップ４４内のＩＣチップ４４ｃからホイール３の装着位置に対応したセンサＩＤが伝達され、位置テーブルとセンサＩＤとが整合することになる。

＜空気圧センサユニットの一時停止＞
メーカで製造された自動車は、販売会社等に運ばれる前にモータプール等で保管されることや、自動車運搬船に積載されて海外等へ長距離輸送されることがある。また、販売後の自動車においても、ユーザが遠隔地に出張する場合等には、自宅車庫等に長期間駐車されることがある。

このような場合、車両管理者やユーザは、各ホイール３のタイヤバルブ４１に対してバルブキャップ４４を所定の回数（例えば、２回転）緩める。すると、本実施形態の空気圧センサユニット４では、バルブキャップ４４とグロメット４３およびタイヤバルブ４１との間に間隙が生じ、第１端子４４ｆと第１導電環４３ｂの環状接点４３ｄとの接触が断たれ、第２端子４４ｇと第２導電環４３ｃの環状接点４３ｅとの接触が断たれ、更に第３端子４４ｈとバルブステム４１ａの端面との接触も断たれる。これにより、センサケーシング４２内の各センサ４２ａ〜４２ｃやＣＰＵ４２ｄ、送信器４２ｅへの電力供給が一時的に停止され、送信器４２ｅからの電波の送信やバッテリ４４ｂの放電が起こらなくなる。なお、バルブキャップ４４を取り外しても、同様の結果が得られるが、その場合にはタイヤバルブ４１内への異物の侵入を防止する必要がある。

＜バッテリの放電時＞
製造後に長期間（例えば、３年程度）に亘って車両１が運行されると、空気圧センサユニット４のバッテリ４４ｂが限度近くまで放電する。監視装置本体７は、検出信号に含まれた電圧信号からバッテリ４４ｂの残量が少ないことを認識すると、入出力インタフェース７ｄを介して警告機器８にバッテリ放電時の警告信号を出力する。これにより、例えば、バッテリ４４ｂが放電した位置のホイール３に対応する警告灯８１のランプが点滅する。これにより、車両１の乗員は、空気圧センサユニット４のバッテリ４４ｂが放電したことを、その空気圧センサユニット４が装着されたホイール３の位置とともに認識できる。

本実施形態では、空気圧センサユニット４のバッテリ４４ｂが放電した場合、整備工場において、その空気圧センサユニット４のタイヤバルブ４１からバルブキャップ４４が取り外され、同一の位置記号４４ｅを有する新たなバルブキャップ４４が取り付けられる。これにより、センサケーシング４２内の各センサ４２ａ〜４２ｃやＣＰＵ４２ｄ、送信器４２ｅに規定電圧の電力が再び供給されることになる。

バルブキャップ４４が交換されると、バルブキャップ４４のＩＣチップ４４ｃに記録された新たなセンサＩＤが空気圧センサユニット４のＣＰＵ７ａに伝達され、送信器４２ｅから送信される検出信号中のセンサＩＤが変わってしまう。そのため、整備工場の作業者は、バルブキャップ４４を交換した後に、専用機器を用いてバルブキャップ４４が交換された空気圧センサユニット４から新たなセンサＩＤを読み取り、これを監視装置本体７に入力して、位置テーブルと各ホイール３のセンサＩＤとが整合するように位置テーブルを変更させる。なお、前記の４アンテナ方式のタイヤ空気圧監視システムや、各ホイール３に対応するイニシエータを備えた１アンテナ方式のタイヤ空気圧監視システム等で、監視装置本体が始動時に位置テーブルの書き換えを行う場合、上述した作業が不要となるため、バルブキャップ４４（すなわち、バッテリ４４ｂ）の交換をユーザ等が行うことが可能である。

このように、本実施形態では、空気圧センサユニットのバッテリ交換が極めて容易かつ短時間行えるとともに、交換部品のコストも低くなり、ユーザや整備作業者の負担が大幅に軽減された。また、車両が長期間運転されないときには、バルブキャップをタイヤバルブに対して緩めること等で空気圧センサユニットの作動を一時的に停止させれば、送信器からの電波の送信やバッテリの放電が起こらなくなった。また、車体から不用意に複数のホイールを取り外しても、バッテリ４４ｂの位置記号により、バルブキャップを装着すべき位置が容易かつ明確に認識できるようになった。

以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施形態に限られるものではない。例えば、実施形態ではセンサＩＤを記録したＩＣチップとバッテリとをバルブキャップにモールドしたが、バルブキャップからＩＣチップあるいはバッテリを着脱できるようにしてもよいし、バルブキャップにはバッテリのみを収納し、センサケーシング側でセンサＩＤを記憶するようにしてもよい。また、本実施形態は１アンテナ方式のタイヤ空気圧監視システムに本発明を適用したものであるが、４アンテナ方式のタイヤ空気圧監視システムや、各ホイールに対応するイニシエータを備えた１アンテナ方式にも適用できる。その他、空気圧センサユニットの具体的構造やタイヤ空気圧監視システムの具体的構成についても、本発明の主旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

実施形態に係る車両の装置構成を示す平面図である。 ホイールへの空気圧センサユニットの装着状態を示す図である。 バルブキャップを外した状態の空気圧センサユニットの断面図である。 図３中のＡ矢視図である。 バルブキャップ単体の斜視図である。 バルブキャップを装着した状態の空気圧センサユニットの断面図である。

符号の説明

１ 車両
２ タイヤ
３ ホイール
４ 空気圧センサユニット
４２ａ 圧力センサ
６ 受信アンテナ（受信手段）
７ 監視装置本体（空気圧判定手段）
７ｃ 受信器（受信手段）
７ｄ 入出力インタフェース
１１ 車体
３１ リム
３３ バルブ取付孔
４１ タイヤバルブ
４２ センサケーシング
４２ａ 圧力センサ
４２ｅ 送信器（送信手段）
４３ グロメット（シール部材）
４３ｂ 第１導電環（導電部材）
４３ｃ 第２導電環（導電部材）
４３ｄ 環状接点
４３ｅ 環状接点
４４ バルブキャップ
４４ｂ バッテリ
８１ 警告灯（報知手段）
８２ 警告ブザー（報知手段）

Claims (3)

1. 車両のホイールに取り付けられるタイヤバルブ一体型の空気圧センサユニットであって、
   タイヤバルブの基端側に設けられ、前記ホイールに装着されたタイヤの空気圧を検出する圧力センサと、この圧力センサの検出結果を送信する送信手段とを収納したセンサケーシングと、
   前記タイヤバルブを閉塞すべく当該タイヤバルブの先端に装着されるとともに、前記圧力センサおよび前記送信手段を駆動するためのバッテリを内蔵したバルブキャップと
   を備えたことを特徴とする空気圧センサユニット。
2. 前記タイヤバルブが前記ホイールのリムに設けられたバルブ取付孔にシール部材を介して装着され、
   前記バルブキャップと前記センサケーシングとの電気的な接続に供され、当該バルブキャップ側に環状接点を有する導電部材が前記シール部材に内装されたことを特徴とする、請求項１に記載の空気圧センサユニット。
3. 車両のホイールに設けられ、当該ホイールに装着されたタイヤの空気圧を検出し、その検出結果を外部に送信する空気圧センサユニットと、
   前記車両の車体に設けられ、前記検出結果を受信する受信手段と、
   前記車両の車体に設けられ、前記受信手段により受信された検出結果が所定の空気圧低下判定閾値以下となった場合に、前記タイヤの空気圧が低下したと判定する空気圧判定手段と、
   前記車両の車体に設けられ、前記空気圧判定手段の判定結果に基づき、前記車両の乗員に報知を行う報知手段と
   を備えたタイヤ空気圧監視システムであって、
   前記空気圧センサユニットが、請求項１または請求項２に記載の空気圧センサユニットであることを特徴とするタイヤ空気圧監視システム。

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