JP2006023311A - タイヤ組立体内の電気機械変換器素子のためのブリッジパッチ - Google Patents

Abstract

【課題】 タイヤに使用するためのブリッジパッチを提供する。
【解決手段】ブリッジパッチに取り付けられている電気機械変換器素子を動作させるための所望な応力−歪み関係を得るためにタイヤのインナーライナから与えられる機械的な力、特に応力−歪み関係の大きさ又は方向又はそれらの両方をブリッジパッチが変更する。このブリッジパッチは、タイヤのインナーライナに取り付けられるように構成された少なくとも１つのパッドと、そのパッドに取り付けられてタイヤに接触しないように離されているブリッジ部材とを有している。或る実施例では、ブリッジパッチは、弓なりに湾曲したブリッジ部材を有し、ブリッジ部材のそれぞれの端部が２つのパッド上に位置して取り付けられている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電気機械変換器素子を有する電気回路を支持して、タイヤのインナーライナーの取り付けられるブリッジパッチに関するものである。そのブリッジパッチは、タイヤが変形を受けたときに所定の態様で電気機械変換器素子に機械的な力を与えるように構成されている。

タイヤ組立体に電気回路を組込むことにより、圧力監視、温度監視、識別データ及び他の情報の追跡を含む様々な機能が実現できる。その電気回路に電力を供給するために、圧電素子のような電気機械変換器素子を使用することができる。電気機械変換器素子は、それに与えられた力を、電気回路を動作させるために使用する電力に変換する。

電気機械変換器素子に力を与える方法の一つは、車両走行中のタイヤの変形を利用することである。タイヤの変形は、例えば、電気エネルギーに変換可能な５００００マイクロストレイン（microstrain）までの歪みを発生する。しかし、この量の歪みを電気機械変換器素子に受けさせると、例えば電気機械変換器素子の最適ピーク歪みが３０００マイクロストレインであった場合には、電気機械変換器素子を破壊する可能性がある。更には、タイヤ動作中のタイヤ内の変形は一般に量及び方向とも一様ではなく、変形によるエネルギーを効果的に利用できるように電気機械変換器素子の方向を的確に方向づけることが困難である。従って、電気機械変換器素子を支持する一方、タイヤが歪みを受けたときに機械的な力を所定の態様で（すなわち、所望の応力−歪み関係で）電気機械変換器素子に与える装置が望まれている。

本発明の様々な特徴及び利点は、以下にその一部を詳細に説明すると共に、以下の説明から自明であろう。本発明は、電気機械変換器素子を含む電子装置をタイヤ内に支持するためのブリッジパッチを提供するものである。包括的に言うならば、１つ又は複数のパッドが、タイヤのインナーライナに取り付けられ又はタイヤのインナーライナと一体化されて、ブリッジ部材のための支持体を形成するように構成されており、そのブリッジ部材は、パッドに取り付けられる一方で、タイヤのインナーライナから離されている。タイヤ動作中に電気機械変換器素子に対して所望の具体的な応力−歪み関係を与えるように、ブリッジ部材とパッドの構成上の様々なパラメータを変えることができる。従って、電気機械変換器素子に加えられる力の量と方向は、付属の電子装置に電力を供給するために必要な量を与える一方で、電気機械変換器素子を過剰な力から保護するように調整乃至制御される。

本発明のブリッジパッチは様々な形態をとることができる。例えば、ブリッジ部材は、実質的に直線状又は平坦でも、弓なりに湾曲してもよい。弓なり形状の場合、ブリッジ部材は、タイヤのインナーライナに対して凸状になるようにも凹状になるようにも配置することができる。望ましい場合には、ブリッジ部材の剛性を高めためにブリッジ部材に１つ以上の支持レールを設けることもできる。一方、応力集中を軽減するために、ブリッジ部材の１つ又は複数の端部の形状を円筒形状にして、パッドへの接続点の表面積を大きくすることもできる。

例えば、１つの代表的な実施例では、本発明は、インナーライナを有するタイヤを含むタイヤ組立体を提供する。タイヤのインナーライナに第１のパッドと第２のパッドとが、所定の距離互いに離されて取り付けられる。少なくとも２つの端部を有するブリッジ部材が用意される。ブリッジ部材の第１の端部が第１のパッドに取り付けられ、ブリッジ部材の第２の端部が第２のパッドに取り付けられる。ブリッジ部材は、タイヤに接触しないように離されている。電気機械変換器素子がブリッジ部材に取り付けられて、機械的なエネルギーを電気的なエネルギーに変換するために構成される。かくして、タイヤの動作中のインナーライナの変形の結果として電気機械変換器素子に加えられる機械的なエネルギーを制御するように、ブリッジ部材と第１のパッドと第２のパッドとは構成される。

もう１つの実施例では、本発明は、インナーライナを有するタイヤに使用するためのブリッジパッチを提供する。このブリッジパッチは、タイヤのインナーライナ上の配置するように構成された少なくとも１つのパッドを有している。そのパッドにブリッジ部材が取り付けられ、パッドがタイヤに取り付けられたときにタイヤに接触しないように離されるようにブリッジ部材は構成されている。そのブリッジ部材の上に電気機械変換器素子が配置される。その電気機械変換器素子は、タイヤの変形による機械的なエネルギーを電気的なエネルギーに変換するように構成されている。パッドは、ブリッジ部材が取り付けらている単一のパッドから構成してもいい。又は、第１のパッドと第２のパッドと第３のパッドとを含む３つのパッドを設けることもできる。かかる場合、第３のパッドは、第１のパッドと第２のパッドとの間に実質的に配置される。ブリッジ部材は、第１のパッドと第２のパッドとに取り付けられ、少なくとも１つの接続素子が、第３のパッドとブリッジ部材に取り付けられて、タイヤにブリッジパッチを使用しているときに、ブリッジ部材の動きを更に規制する。

更に又は、単一のパッドが使用される場合、ブリッジパッチはタイヤのインナーライナに取り付けて、ブリッジ部材と単一のパッドとタイヤのインナーライナとによって形成される内部空間を有するチャンバーが形成することもできる。その内部空間は、タイヤの残りの内部空間に対して、流体（例えば空気）が漏れないようにシールすることも、又は、穴を開けて、タイヤの残りの内部空間と流体（例えば空気）が流通するようにすることもできる。ブリッジ部材は、弓なりに湾曲しても、実質的に平坦でもよく、又他の形状を採用することもできる。弓なりの場合、ブリッジ部材は、タイヤのインナーライナに対して向かう弓なりでも又は離れる弓なりでもいい。応力集中を軽減するために、ブリッジ部材のパッドに接続される端部を丸くすなわち円筒形状とすることもできる。ブリッジ部材の剛性を高めるためにブリッジ部材に１つ以上のレールを設けることもできる。

更に、本発明は、電気機械変換器素子に対して所望な応力−歪み関係を得る方法を提供する。１つの代表的な実施例では、本発明の方法は、タイヤのインナーライナに配置された一対のパッドを有するタイヤを用意し、ブリッジ部材がタイヤのインナーライナに接触しないように離して一対のパッドの間にブリッジ部材を架け渡し、ブリッジ部材に電気機械変換器素子を取り付ける。更に、タイヤ動作中、電気機械変換器素子に対して所望の応力−歪み関係を実現するようにブリッジ部材の厚さを調整することを追加することもできる。同様に、本発明の方法は、タイヤ動作中、電気機械変換器素子に対して所望の応力−歪み関係を実現するようにブリッジ部材の幅を調整することを追加することもできる。更に又は、タイヤ動作中、電気機械変換器素子に対して所望の応力−歪み関係を実現するようにタイヤのインナーライナからブリッジ部材を離すことを追加することもできる。更には、タイヤ動作中、電気機械変換器素子に対して所望の応力−歪み関係を実現するに効果のある弾性率を有する材料から、ブリッジ部材の材料を選択することを追加することもできる。

本発明のその他の特徴及び効果は、以下の詳細な説明並びに請求の範囲から更によく理解される筈である。本明細書に組み入れられて本明細書の一部を構成する添付図面は、本発明の実施例を図示して、以下の詳細な説明を共に本発明を説明するものである。

以下、本発明の実施例を詳細に説明すると共に、実施例の内のいくつかを図面に図示する。ここに開示して説明する例示的な実施例の各々は、本発明を説明するためのものであり、本発明を限定するものではない。例えば、１つの実施例の一部として図解し又は説明する特徴は、他の実施例と組合せて、更に別の実施例を実現できる。従って、本発明は、そのような変形及び変更並びにそのほかの変形及び変更を含むものである。

図１及び図２は、タイヤ１４のインナーライナ３４に取り付けられた本発明のブリッジパッチ１２の代表的な実施例を図示している。図１は、ブリッジパッチの横断面図を示し、図２は、ブリッジパッチ１２がタイヤ１４のインナーライナ３４に取り付けられたタイヤ組立体１０を図示している。ブリッジパッチ１２がタイヤ１４のクラウン部分に向かい合うように取り付けられ、ブリッジ部材２２の長さ方向がタイヤ１４の軸に対して直角な方向に向けられているように図示しているが、ブリッジパッチ１２は。タイヤ１４に対して様々な位置及び向きに配置することができる。

図１を参照するならば、一対のパッド１６及び１８が、インナーライナ３４に取り付けられており、弓なりに湾曲したブリッジ部材２２は、その両端がパッド１６及び１８に取り付けられている。圧電素子のような電気機械変換器素子２６を含む電気回路２４が、ブリッジ部材２２に取り付けらている。従って、ブリッジ部材２２は、インナーライナ３４の上に浮かされており、インナーライナ３４には接触しない。上述したように、正しく機能するためには、電気機械変換器素子２６は、タイヤ１４の動作中、インナーライナ３４に作用する応力−歪み関係とは異なる応力−歪み関係を必要とする場合がある。電気機械変換器素子２６にとって望ましい応力−歪み関係は、ブリッジパッチ１２に電気機械変換器素子２６を配置するによって得ることができる。詳述するならば、ブリッジパッチ１２とパッド１６及び１８は、インナーライナ３４の変形によて与えられる応力−歪み関係を、電気機械変換器素子２６にとって望ましい応力−歪み関係に変換するように構成することができる。

例えば、図１の実施例に示すように、ブリッジ部材２２は、パッド１６と１８との間に弓なりに湾曲している。この形状は、インナーライナ３４に直接取り付けた場合に受けるであろう電気機械変換器素子２６の応力−歪み関係の大きさを軽減することができる。更に、パッド１６と１８を構成するために使用する材料によって、インナーライナ３４の変形により発生する応力−歪みの一部を吸収又は逸らすように働くことによって電気機械変換器素子２６が受ける応力−歪みを軽減することができる。

図１と図２とは、本発明を例示するものある。後述するように、ブリッジパッチ１２は、電気機械変換器素子２６に対する応力−歪み関係を所望の方向するように、応力−歪み関係の方向を変えることができる。更に、ブリッジパッチ１２は、応力−歪み関係の大きさと方向とがブリッジ部材２２全体に対して一様になるように構成することができる。又は、応力−歪み関係の大きさと方向がブリッジ部材２２の様々な場所で異なるようにも構成することができる。

ブリッジ部材２２に対する所望の応力−歪み関係を得るために、所望の結果を得るようにブリッジパッチ１２を構成する様々な素子を変えることもできる。例えば、電気機械変換器素子２６に対する所望の応力−歪み関係を得るために、ブリッジ部材２２又はパッド１６及び１８の幅、厚さ、形状及び／又は弾性率を変えることができる。更に、所望の応力−歪み関係を得るために、ブリッジ部材２２からインナーライナ３４までの離隔距離を変えることができる。従って、ここに開示する技術を利用して、インナーライナ３４の応力−歪み関係をブリッジパッチ１２のための所望な応力−歪み関係に変換するために様々なパラメータを調整できることは当業者には理解されよう。ブリッジパッチ１２の様々な代表的な実施例を以下に詳細に説明する。

例えば、図４を参照するならば、ブリッジ部材２２がインナーライナ３４に向かって弓なりに湾曲しているようにブリッジパッチ１２を構成することもできる。電気機械変換器素子２６は、タイヤの動作中の所望な応力−歪み関係に従ってブリッジ部材２２の何れの側に取り付けることもできる。

又は、ブリッジ部材１２は図５に示すように構成することもできる。ここでは、追加のパッド２０が、パッド１６と１８との間に位置するように、インナーライナ３４に取り付けらている。１つ以上の接続素子２８が、パッド２０とブリッジ部材２２との間に取り付けることができる。接続素子２８は、ブリッジ部材２２を補強し、所望の応力−歪み関係を得るために役立っている。

弓なり湾曲形状として上述したが、ブリッジ部材２２は図６及び図７に示すように実質的に真っ直ぐ乃至平坦に構成することもできる。ブリッジ部材２２を補強し、従って所望の応力−歪み関係を生成するようにブリッジ部材２２に１つ以上の支持レール３２を設けることもできる。ブリッジ部材の所望の剛性を達成するために役立つために、任意の数、厚さ、断面形状又は寸法の支持レール３２を設けることができる。

この代表的な実施例において、本発明の全ての実施例にも当てはまるが、パッド１６及び１８は、所望の応力−歪み関係を得るために役立つように構成することができる。例えば、ブリッジ部材２２で所望の応力−歪み関係を得るために、パッド１６及び１８のために選択する厚さ、形状、構成材料は変えることもできる。例えば、図８は、他の実施例に示すようにパッドの平面形状を単に矩形にする代わりに、パッド１６及び１８の平面形状をアーチ状にした例を図示している。

複数のパッド１６及び１８を設けると上述したが、ブリッジ部材１２は、単一パッド１６しかないようにも構成することができる。図９は、ブリッジ部材２２の周縁が単一のパッド１６に取り付けられている１つのそのような実施例を図示している。このブリッジパッチ１２の実施例では、図１０に図示するように、タイヤ１４とパッド１６とブリッジ部材２２とが内部空間３６を形成している。この内部空間３６は、タイヤ１４がホイールに装着されたときに、タイヤ１４内の残りの空気から流体漏れ（例えば空気漏れ）がないようにシールされてもよい。内部空間３６とタイヤ１４内の残りの空気との空気圧の差により、電気機械変換器素子２６に実質的に伝達される所望の応力−歪み関係をブリッジ部材２２に作用させるために利用できる。又は、図１１に図示するように、パッド１６を貫通して開口３８を形成して、内部空間３６の空気圧とタイヤ１４内の残りの空気の空気圧とを等しくすることもできる。

全ての代表的な実施例について添付図面に示したように、パッド１６と１８とは、別々の部品として設けて、インナーライナ３４に取り付けることができる。しかし、パッド１６と１８とは、タイヤ１４の成型プロセスにおいてインナーライナ３４上に成型することもできる。パッド１６及び１８並びにブリッジ部材１８は、様々な異なる材料から形成することができる。例えば、パッド１６及び１８はゴムで形成することができ、ブリッジ部材２２は、鋼、ポリマー、ガラスファイバ強化樹脂、複合材料などから形成することができる。ブリッジ部材２２は、疲労破断を起こすことなく反復変形を受けることができる材料から形成することが好ましい。また、電気機械変換器素子２６の性能発揮の上でプレストレスをかけることが有益である場合には、圧縮力又は引っ張り力のいずれかのプレストレスを電気機械変換器素子２６にかけるようにパッド１６及び１８をインナーライナ３４に固定してもよい。

電気機械変換器素子２６を含む電気回路２４は、当業者に周知の方法でブリッジ部材２２に取り付けられる。例示としてのみであるが、電気回路２４を取り付けるために接着剤を使用できる。電気機械変換器素子２６は電気回路２６内に組込むこともできるし、電気回路２４とは別にブリッジ部材２２に取り付けることもできる。図１ではブリッジ部材２２のインナーライナ３４とは反対側に取り付けられているように図示されているが、電気機械変換器素子２６は、ブリッジ部材２２の何れか一方の側に取り付けてもよい。

更に、ブリッジ部材２２とパッド１６及び１８との間の取り付け点に集中する応力集中を軽減又は除去するようにブリッジ部材１２を構成することもできる。図３に示すブリッジ部材２２は、パッド１６及び１８にそれぞれ取り付けられた一対の円筒形状端部３０及び３１を有している。円筒形状端部３０及び３１の増大した表面積により、ブリッジ部材２２とパッド１６及び１８との間の取り付け点に集中する応力を分散して、その取り付け点での応力集中を軽減又は除去する。円筒形状端部３０及び３１は、様々な方法でブリッジ部材２２に形成することができる。例えば、ブリッジ部材２２が金属で形成されている場合には、両縁を単に丸めて円筒形状にして、一対の円筒形状端部３０及び３１を形成できる。ブリッジ部材２２が剛性ポリマーから形成されている場合には、両縁部に円筒形状部を有するようにブリッジ部材２２を成型するか、又は、円筒体を両縁部に接着して一対の円筒形状端部３０及び３１を形成できる。必要ならば、この応力軽減特徴は、上述した代表的な実施例のどれにも使用することができる。

上述したタイヤ組立体１０とブリッジパッチ１２の様々な代表的な実施例に対する、請求項の記載の範囲内並びに均等な範囲内に入る様々な変更も本発明は含むものである。

図２の線１−１に沿って見た、ブリッジパッチの代表的な実施例の横断面図。 図１の代表的な実施例を組込んだタイヤ組立体の斜視図。 一対の円筒形状端部を有するブリッジパッチの代表的な実施例の横断面図。 タイヤ表面に向かって弓なりに湾曲しているブリッジパッチの１つの代表的な実施例の横断面図。 複数の接続素子と第３のパッドとを有するブリッジパッチの代表的な実施例の横断面図。 図７の線６−６に沿って見た横断面図。 弓なりに湾曲していないブリッジパッチの代表的な実施例の斜視図。 アーチ状パッドを有するブリッジパッチの代表的な実施例の平面図。 単一パッドを有するブリッジパッチの代表的な実施例の平面図。 図９の線１０−１０に沿って見た横断面図。 連通路が設けられた単一パッドを有するブリッジパッチの代表的な実施例の平面図。

符号の説明

１０ タイヤ組立体
１２ ブリッジパッチ
１４ タイヤ
１６、１８、２０ パッド
２２ ブリッジ部材
２４ 電気回路
２６ 電気機械変換器素子
２８ 接続素子
３０、３１ 円筒形状端部
３２ 支持レール
３４ タイヤのインナーライナ
３６ 内部空間
３８ 開口

Claims (24)

1. インナーライナを有するタイヤと、
   前記タイヤの前記インナーライナに取り付けられて、所定の距離互いに離されている第１のパッド及び第２のパッドと、
   少なくとも２つの端部を有しており、第１の端部が前記第１のパッドに取り付けられ、第２の端部が前記第２のパッドに取り付けられて、前記タイヤには接触しないように離されているブリッジ部材と、
   前記ブリッジ部材に取り付けられて、前記タイヤからの機械的なエネルギーを電気的なエネルギーに変換するように構成されている電気機械変換器素子と
   を具備しており、前記ブリッジ部材と前記第１のパッドと前記第２のパッドとは、前記タイヤの動作中に前記インナーライナの変形の結果として前記電気機械変換器素子に与えられる機械的なエネルギーを調整するように構成されていることを特徴とするタイヤ組立体。
2. 前記第１のパッドと前記第２のパッドとの間に位置して、前記タイヤの前記インナーライナに取り付けられている第３のパッドと、
   前記第３のパッドを前記ブリッジ部材に接続している少なくとも１つの接続素子と
   を更に具備することを特徴とする請求項１に記載のタイヤ組立体。
3. 前記ブリッジ部材の前記端部は、前記タイヤの動作中の応力集中を軽減するように円筒形状であることを特徴とする請求項１に記載のタイヤ組立体。
4. 前記ブリッジ部材上に配置されて、前記電気機械変換器素子に電気的に接続されている電気回路を更に具備することを特徴とする請求項１に記載のタイヤ組立体。
5. 前記電気回路と前記電気機械変換器素子は、前記ブリッジ部材と前記インナーライナとの間に配置されていることを特徴とする請求項４に記載のタイヤ組立体。
6. 前記第１のパッドと前記第２のパッドとはアーチ状であることを特徴とする請求項１に記載のタイヤ組立体。
7. 前記ブリッジ部材は、当該ブリッジ部材の剛性を高めるために当該ブリッジ部材に配置された少なくとも１つの支持レールを有していることを特徴とする請求項１に記載のタイヤ組立体。
8. 前記ブリッジ部材は、前記第１のパッドと前記第２のパッドとの間において前記タイヤの前記インナーライナに向かって弓なりに湾曲していることを特徴とする請求項１に記載のタイヤ組立体。
9. 前記ブリッジ部材は、前記第１のパッドと前記第２のパッドとの間において前記タイヤの前記インナーライナから離れるように弓なりに湾曲していることを特徴とする請求項１に記載のタイヤ組立体。
10. インナーライナを有するタイヤに使用するためのブリッジパッチであって、
    前記タイヤの前記インナーライナ上に配置されるように構成された少なくとも１つのパッドと、
    前記少なくとも１つのパッドが前記タイヤに取り付けらたときに前記タイヤに接触しないように離されるように形成されて前記少なくとも１つのパッドに取り付けられたブリッジ部材と、
    前記ブリッジ部材上に配置されて、前記タイヤの変形による機械的なエネルギーを電気的なエネルギーに変換するように構成された電気機械変換器素子と
    を具備していることを特徴とするブリッジパッチ。
11. 前記少なくとも１つのパッドは、前記ブリッジ部材が取り付けられている単一のパッドであることを特徴とする請求項１０に記載のブリッジパッチ。
12. インナーライナを有するタイヤを更に具備しており、
    前記ブリッジ部材と前記単一のパッドと前記タイヤの前記インナーライナとによって形成される内部空間を有するチャンバーを形成するように前記単一のパッドは前記インナーライナに取り付けられていることを特徴とする請求項１１に記載のブリッジパッチ。
13. 前記内部空間は流体が漏れないようにシールされていることを特徴とする請求項１２に記載のブリッジパッチ。
14. 前記単一のパッドは、前記内部空間と流体が流通する開口を有していることを特徴とする請求項１２に記載のブリッジパッチ。
15. 前記ブリッジ部材は実質的に平坦であることを特徴とする請求項１０に記載のブリッジパッチ。
16. 前記ブリッジ部材は弓なりに湾曲していることを特徴とする請求項１０に記載のブリッジパッチ。
17. 前記少なくとも１つのパッドは、第１のパッドと第２のパッドと第３のパッドとを有しており、前記第３のパッドは、前記第１のパッドと前記第２のパッドとの間に実質的に位置しており、前記ブリッジ部材は、前記第１のパッドと前記第２のパッドとに取り付けられており、
    少なくとも１つの接続素子が、前記第３のパッドを前記ブリッジ部材に接続しており、タイヤにブリッジパッチを使用している状態において前記ブリッジ部材の動きを更に制限する
    ことを特徴とする請求項１０に記載のブリッジパッチ。
18. 前記ブリッジ部材は、前記少なくとも１つのパッドに取り付けられる円筒形状の少なくとも１つの端部を更に有していることを特徴とする請求項１０に記載のブリッジパッチ。
19. 前記ブリッジ部材は、当該ブリッジ部材の剛性を高めるために当該ブリッジ部材に設けられた少なくとも１つの支持レールを有していることを特徴とする請求項１０に記載のブリッジパッチ。
20. 電気機械変換器素子で所望な応力−歪み関係を得るための方法であって、
    タイヤのインナーライナに配置された一対のパッドを有するタイヤを用意し、
    前記パッドの間に、前記タイヤの前記インナーライナに接触しないように離して、ブリッジ部材を架け渡し、
    前記ブリッジ部材に電気機械変換器素子を取り付ける
    ことを特徴とする方法。
21. タイヤ動作中に、前記電気機械変換器素子に対して所望の応力−歪み関係を与えるために前記ブリッジ部材の厚さを調整することを更に含むことを特徴とする請求項２０に記載の方法。
22. タイヤ動作中に、前記電気機械変換器素子に対して所望の応力−歪み関係を与えるために前記ブリッジ部材の幅を調整することを更に含むことを特徴とする請求項２０に記載の方法。
23. タイヤ動作中に、前記電気機械変換器素子に対して所望の応力−歪み関係を与えるために前記タイヤの前記インナーライナから前記ブリッジ部材を離すことを更に含むことを特徴とする請求項２０に記載の方法。
24. タイヤ動作中に、前記電気機械変換器素子に対して所望の応力−歪み関係を実現するに効果のある弾性率を有する材料から、前記ブリッジ部材の材料を選択することを更に含むことを特徴とする請求項２０に記載の方法。

Images