JP2014178268A

JP2014178268A - タイヤ摩耗検出装置

Info

Publication number: JP2014178268A
Application number: JP2013053623A
Authority: JP
Inventors: Yasuhisa Tsujita; 泰久辻田
Original assignee: Pacific Industrial Co Ltd
Current assignee: Pacific Industrial Co Ltd
Priority date: 2013-03-15
Filing date: 2013-03-15
Publication date: 2014-09-25
Anticipated expiration: 2033-03-15
Also published as: JP5933472B2

Abstract

【課題】摩耗検出用の装置を埋設した専用のタイヤを用いずにトレッド部の摩耗検出を行うことができるタイヤ摩耗検出装置を提供すること。
【解決手段】タイヤ摩耗検出装置は、電源１８と、タイヤ６の軸方向に離間し、かつ互いに絶縁された状態でタイヤ６の内周面に接合された一対の電極１９と、電源１８から一対の電極１９に電圧を印加したときの電極１９間の静電容量を計測する計測回路１７を有する。また、タイヤ摩耗検出装置は、計測回路１７によって計測された電圧に基づきトレッド部７の摩耗を検出するセンサユニットコントローラ１４を有する。
【選択図】図５

Description

本発明は、タイヤのトレッド部の摩耗を検出するためのタイヤ摩耗検出装置に関する。

従来より、タイヤ（詳しくはトレッド部）の摩耗を検出するためのタイヤ摩耗検出装置として各種の装置が提案されている。例えば、特許文献１に開示のタイヤ摩耗検出装置は、図７に示すように、タイヤ８０のトレッド部８１に埋設される摩耗検出器８２と、ホイール８３に設けられるセンサユニット８４と、車体に設置される受信機ユニット（図示せず）とを備える。摩耗検出器８２は、圧電素子と、同圧電素子で発生した電圧信号から電波信号を生成する共振回路とを有する。摩耗検出器８２では、トレッド部８１の摩耗が進行するに従い、圧電素子が路面から受ける衝撃が大きくなり、圧電素子が発生する電圧信号のレベルも大きくなる。そのため、共振回路で生成される電波信号のレベル（強度）も大きくなる。

センサユニット８４は、タイヤ８０の内部空気圧を示す圧力データ信号を無線送信するとともに、摩耗検出器８２が生成した電波信号を受信し、受信した電波信号に基づきタイヤ８０の摩耗状態を示す摩耗データ信号を生成して同摩耗データ信号を無線送信する。そして、受信機ユニットは、センサユニット８４から圧力データ信号及び摩耗データ信号を受信し、受信した摩耗データ信号に基づいてタイヤ８０の摩耗状態を判定する。

特開２０１１−１８９７９５号公報

しかし、特許文献１のように、摩耗検出用の装置を埋設した専用のタイヤを用いると、タイヤを交換するときには、以降の摩耗検出を可能にするために専用のタイヤに交換しなければならず、車両ユーザの負担が大きくなってしまう。

本発明の目的は、摩耗検出用の装置を埋設した専用のタイヤを用いずにトレッド部の摩耗検出を行うことができるタイヤ摩耗検出装置を提供することにある。

上記問題点を解決するために、請求項１に記載のタイヤ摩耗検出装置は、車両のタイヤ内側に装着され、前記タイヤのトレッド部の摩耗を検出するためのタイヤ摩耗検出装置であって、電源と、互いに離間し、かつ絶縁された状態で前記タイヤの内周面に接合された一対の電極と、前記電源から前記一対の電極に電圧を印加したときの前記電極の静電容量を計測する計測回路と、前記計測回路によって計測された静電容量に基づき前記トレッド部の摩耗を検出する摩耗検出部と、を有することを要旨とする。

これによれば、一対の電極に電圧を印加すると、一対の電極の間に電気力線が生じる。一対の電極の面積及び距離は一定であることから、トレッド部の摩耗が進行していない程、一対の電極間の誘電体としてのタイヤから漏れる電気力線の数は少なく、また、タイヤの比誘電率が大きくなるため、一対の電極間の静電容量は大きくなる。一方、タイヤの摩耗が進行する程、タイヤから漏れる電気力線の量は多くなり、タイヤの比誘電率が小さくなるため、一対の電極間の静電容量は小さくなる。そして、一対の電極間の静電容量は計測回路で計測され、この計測された静電容量が小さくなれば、摩耗検出部はトレッド部の摩耗を検出することができる。したがって、一対の電極をタイヤの内周面に接合し、電源、計測回路及び摩耗検出部もタイヤ内に設けるだけでトレッド部の摩耗を検出でき、摩耗検出用の装置をタイヤ内に埋設したような専用のタイヤでなくてもトレッド部の摩耗を検出することができる。

そして、トレッド部の摩耗が進行し、タイヤを交換する場合には、タイヤ摩耗検出装置をタイヤから取り外し、新しいタイヤに設置すればよいため、車両ユーザの負担が増えることもない。

また、タイヤ摩耗検出装置において、前記電極に発生した結露を除去する結露除去部を備えているのが好ましい。
これによれば、結露除去部により、電極に発生した結露を除去することで、一対の電極間に持たせる静電容量が結露によって小さくなることを抑制することができ、摩耗検出が行いにくくなることが回避しやすくなる。

また、タイヤ摩耗検出装置において、前記結露除去部は、前記電極の露出面に設けられた撥水加工層であってもよい。
これによれば、撥水加工層により、電極に発生した結露を除去することができ、タイヤ摩耗検出装置の部品点数を増やすことなく、一対の電極間に持たせる静電容量が結露によって小さくなることを抑制することができる。

また、タイヤ摩耗検出装置において、前記結露除去部は、前記電極において前記タイヤへの接合面と反対側の面に設けられた溝であってもよい。
これによれば、電極に発生した結露を溝を伝わせて電極外に除去することができ、タイヤ摩耗検出装置の部品点数を増やすことなく、一対の電極間に持たせる静電容量が結露によって小さくなることを抑制することができる。

また、タイヤ摩耗検出装置において、前記溝は、前記タイヤの回転方向に沿って延びているのが好ましい。
これによれば、タイヤの回転によって溝内の水分を、溝に沿って電極外へ飛ばすことができる。

また、タイヤ摩耗検出装置において、前記タイヤ内には複数本のスチールワイヤが埋設され、前記一対の電極は、一方の電極に交錯する前記スチールワイヤが他方の電極に交錯しないように間隔を空けて配設されている。

これによれば、一対の電極がスチールワイヤによって導通してしまうことを防止して、一対の電極間に確実に電気力線を生じさせることができる。
また、タイヤ摩耗検出装置において、前記タイヤ内側に設置され、前記タイヤの状態を検出する状態検出器及び該状態検出器で検出されたタイヤ情報を送信する送信部を有するタイヤセンサユニットと、前記車両の車体に設置され、前記タイヤセンサユニットの送信したタイヤ情報を受信する受信部を備える受信機ユニットとを備えるタイヤ状態監視装置を前記車両に有し、前記タイヤ摩耗検出装置のうち前記電源、前記計測回路及び前記摩耗検出部は、前記タイヤセンサユニットが備えていてもよい。

これによれば、一対の電極をタイヤの内周面に接合し、タイヤセンサユニットをタイヤ内に設置するだけで、タイヤ摩耗検出装置をタイヤ内に設けることができる。

本発明によれば、摩耗検出用の装置を埋設した専用のタイヤを用いずにトレッド部の摩耗検出を行うことができる。

実施形態のタイヤ状態監視装置が搭載された車両を示す概略構成図。タイヤ内の電極及びタイヤセンサユニットを示す部分破断斜視図。タイヤセンサユニット及びタイヤ摩耗検出装置の回路構成を示す図。一対の電極とタイヤ内のスチールワイヤとの位置関係を示す部分平面図。トレッド部の摩耗を検出するタイヤ摩耗検出装置を示す図。（ａ）は電極に溝を設けた状態を示す部分破断斜視図、（ｂ）は電極及び溝を示す部分拡大断面図。背景技術を示す図。

以下、タイヤ摩耗検出装置を具体化した一実施形態について、図１〜図５を用いて説明する。
図１に示すように、タイヤ状態監視装置は、車両１の４つの車輪２にそれぞれ取り付けられる４つのタイヤセンサユニット３と、車両１の車体に設置される受信機ユニット４とを備えている。各車輪２は、ホイール部５と、このホイール部５に装着されるタイヤ６とを含む。そして、タイヤ６の内側には、タイヤ摩耗検出装置が装着されている。なお、タイヤ６の中心軸の延びる方向をタイヤ６の軸方向とし、車輪２の回転方向をタイヤ６の回転方向とする。

図２及び図３に示すように、タイヤ６は、回転方向に延びるトレッド溝８を軸方向に複数備えるとともに、軸方向に隣り合うトレッド溝８の間に路面に接するトレッド部７を備える。各タイヤセンサユニット３は、タイヤ６の内部空間に配置されるように、そのタイヤ６の内周面に設置されている。各タイヤセンサユニット３は、対応するタイヤ６の状態（タイヤ内圧力）、及びトレッド部７の摩耗を検出して、検出されたタイヤ状態及び摩耗状態を示すデータを含む信号を無線送信する。

各タイヤセンサユニット３は、圧力センサ１１、センサユニットコントローラ１４、送信回路１６、計測回路１７、及び電源１８をケース３ａ内に備えるとともに、一対の電極１９をケース３ａ外に備える。一対の電極１９は、同じ大きさの矩形板状であり、タイヤ６の軸方向に沿って間隔を空けて互いに絶縁された状態でタイヤ６の内周面に接合されている。また、ケース３ａは、一対の電極１９に跨る状態でタイヤ６の内周面に接合されている。さらに、各電極１９は、タイヤ６の内周面への接合面以外は、タイヤ６内への露出面となっており、この露出面は、結露除去部としての撥水加工層１９ａによって覆われている。

図４に示すように、タイヤ６内には、ブレーカーコードやカーカスコードといったスチールワイヤＷが複数本埋設されている。
図３に示すように、タイヤセンサユニット３は、電源１８からの電力供給によって動作する。状態検出器としての圧力センサ１１は、対応するタイヤ６内の圧力（タイヤ内圧力）を検出して、その検出によって得られたタイヤ内圧力データをセンサユニットコントローラ１４に出力する。

センサユニットコントローラ１４は、ＣＰＵ及び記憶部（ＲＡＭやＲＯＭ等）を含むマイクロコンピュータ等よりなり、記憶部には各タイヤセンサユニット３に固有の識別情報としてのＩＤコードが登録されている。このＩＤコードは、各タイヤセンサユニット３を受信機ユニット４において識別するために使用される情報である。センサユニットコントローラ１４は、タイヤ内圧力データを、送信回路１６に出力する。送信部としての送信回路１６は、データを変調してＲＦ信号を生成し、このＲＦ信号を送信アンテナ２１から無線送信する。

一対の電極１９は、計測回路１７を介して電源１８と電気的に接続され、一対の電極１９には電源１８によって電圧が印加される。一対の電極１９に電圧が印加されると、一対の電極１９の間には電気力線Ｆが生じ、一対の電極１９の間を電子が移動する。なお、タイヤ６内にはスチールワイヤＷが多数本埋設されているが、それぞれの電極１９に交錯するスチールワイヤＷが他方の電極１９に交錯しないように、電極１９間に間隔を空けることにより、電気力線Ｆは一対の電極１９の間に生じる。

そして、一対の電極１９の間には、誘電体であるタイヤ６が介在しているため、一対の電極１９の間に静電容量を持たせることができる。この静電容量は、タイヤ６を通過する電気力線Ｆの量に依存し、トレッド部７の摩耗が進行していない程タイヤ６から漏れる電気力線Ｆの量が少なく、タイヤ６の比誘電率が大きくなるため、一対の電極１９間の静電容量は大きくなる。一方、トレッド部７の摩耗が進行する程タイヤ６から漏れる電気力線Ｆの量は多くなり、タイヤ６の比誘電率が小さくなるため、一対の電極１９間の静電容量は小さくなる。

計測回路１７は、一対の電極１９に電気的に接続され、計測回路１７は、一対の電極１９間の持つ静電容量を電圧として検出するようになっている。計測回路１７は、センサユニットコントローラ１４に信号接続され、計測回路１７の計測した電圧信号はセンサユニットコントローラ１４に出力されるようになっている。

センサユニットコントローラ１４の記憶部には、タイヤセンサユニット３の動作を統括的に制御する統括プログラムが記憶されている。また、センサユニットコントローラ１４の記憶部には、計測回路１７の計測した電圧（静電容量）と比較するための閾値が予め記憶されている。閾値は、トレッド部７の摩耗が過度に進行したときに検出される電圧（静電容量）よりも余裕を持って設定されている。センサユニットコントローラ１４は、計測回路１７によって検出された電圧が閾値を超えた場合には、警報信号を生成し、送信回路１６から送信させる。一方、センサユニットコントローラ１４は、計測回路１７によって検出された電圧が閾値を超えていない場合には、警報信号を生成しない。よって、本実施形態では、センサユニットコントローラ１４が、トレッド部７の摩耗を検出する摩耗検出部を構成する。また、本実施形態では、タイヤ摩耗検出装置は、タイヤセンサユニット３のケース３ａ内に設けられた電源１８と、計測回路１７と、センサユニットコントローラ１４（摩耗検出部）と、ケース３ａ外の一対の電極１９とを備えている。

図１に示すように、受信機ユニット４は、受信機ユニットコントローラ３３を備えるとともに、受信部としてのＲＦ受信回路３５を備えている。受信機ユニット４の受信機ユニットコントローラ３３には、表示器３８が接続されている。受信機ユニットコントローラ３３はＣＰＵ及び記憶部（ＲＯＭやＲＡＭ等）を含むマイクロコンピュータ等よりなり、記憶部には受信機ユニット４の動作を統括的に制御するプログラムが記憶されている。ＲＦ受信回路３５は、各タイヤセンサユニット３からＲＦ受信アンテナ３２を通じて受信されたＲＦ信号を復調して、受信機ユニットコントローラ３３に送る。

受信機ユニットコントローラ３３は、ＲＦ受信回路３５からのＲＦ信号及びＩＤコードに基づき、送信元のタイヤセンサユニット３に対応するタイヤ６のタイヤ内圧力を把握する。受信機ユニットコントローラ３３は、タイヤ内圧力に関する情報等を表示器３８に表示させる。表示器３８は、車室内等、車両１の搭乗者の視認範囲に配置され、受信機ユニットコントローラ３３により表示器３８にはタイヤ内圧力の異常が表示（報知）される。また、受信機ユニットコントローラ３３は、タイヤセンサユニット３からの警報信号を受信した場合には、タイヤ６の摩耗に関する警報を表示器３８に表示させる。

次に、タイヤ摩耗検出装置の作用を記載する。
さて、図３に示すように、電源１８から一対の電極１９に電圧が印加されると、一対の電極１９の間に電気力線Ｆが生じるとともに、一対の電極１９の間に静電容量を持たせることができる。そして、計測回路１７は静電容量を電圧として計測し、計測した電圧をセンサユニットコントローラ１４に出力する。センサユニットコントローラ１４では、入力した電圧を閾値と比較し、閾値を超えていない場合は、上述の警報信号を生成せず、送信回路１６による送信動作も行わない。

一方、図５に示すように、トレッド部７の摩耗が進行し、タイヤ６の厚みが薄くなると、タイヤ６から漏れる電気力線Ｆの量が多くなり、一対の電極１９間の静電容量が小さくなるとともに、計測回路１７で計測される電圧も低下する。そして、センサユニットコントローラ１４に入力された電圧が閾値を超えている場合は、センサユニットコントローラ１４は警報信号を生成し、警報信号を送信回路１６から送信させる。受信機ユニット４では、警報信号がＲＦ受信アンテナ３２を通じてＲＦ受信回路３５で受信される。ＲＦ受信回路３５で受信した警報信号は、受信機ユニットコントローラ３３に出力され、受信機ユニットコントローラ３３は、表示器３８にタイヤ摩耗に関する警報を表示させる。

上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）タイヤ摩耗検出装置は、一対の電極１９をタイヤ６の内周面に接合し、その一対の電極１９に電圧を印加したときの静電容量の変化に基づいてトレッド部７の摩耗を検出することができる。したがって、タイヤ６内に摩耗検出用の装置を埋設することなく、トレッド部７の摩耗を検出することができる。

（２）一対の電極１９は、タイヤ６内への露出面が撥水加工層１９ａによって覆われている。このため、電極１９に結露が生じても、撥水加工層１９ａの撥水機能により、電極１９に水分が付着したままとなりにくく、タイヤ６が回転すれば、水分を速やかに電極１９から除去することができる。よって、電極１９に水分が付着することによって、一対の電極１９間の静電容量が小さくなってしまうことを回避して、トレッド部７の摩耗検出を確実に行うことができる。

（３）タイヤ６内には多数のスチールワイヤＷが埋設されているが、一対の電極１９の間に生じる電気力線Ｆは、スチールワイヤＷ間の隙間を通過する。このため、電気力線ＦがスチールワイヤＷに遮られることを無くして、一対の電極１９間に静電容量を持たせることができる。

（４）タイヤ摩耗検出装置のうち、計測回路１７、電源１８、及びセンサユニットコントローラ１４はタイヤセンサユニット３のケース３ａ内に設けられ、電極１９のみがケース３ａ外に設けられている。そして、一対の電極１９をタイヤ６の内周面に接合し、タイヤセンサユニット３をタイヤ６内側に設置するだけで、タイヤ摩耗検出装置をタイヤ６内側に簡単に装着することができる。また、タイヤ摩耗検出装置と、タイヤセンサユニット３とを別々にタイヤ６内に設ける場合と異なり、タイヤ６内の部品点数が増加し、タイヤ６が増量することを回避することができる。

（５）一対の電極１９は、一方の電極１９に交錯するスチールワイヤＷが他方の電極１９に交錯しないように間隔を空けて配設されている。このため、一対の電極１９がスチールワイヤＷによって導通することが防止でき、一対の電極１９の間に電気力線Ｆを確実に生じさせることができる。

なお、本実施形態は、以下のように変更してもよい。
○ 図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、一対の電極１９において、タイヤ６への接合面と反対側の面に、結露除去部として複数の溝１９ｂを凹設してもよい。各溝１９ｂは、タイヤ６の回転方向に直線状に延びている。また、各溝１９ｂは、タイヤ６の回転方向に沿った両端が、電極１９におけるタイヤ６の回転方向に沿った両端で開放されている。

このように構成すると、電極１９に発生した結露が溝１９ｂに入り込むと、結露（水分）を溝１９ｂを伝わせて電極１９外に除去することができる。さらには、タイヤ６の回転によって溝１９ｂ内の水分を、溝１９ｂに沿って電極１９外へ飛ばすことができる。よって、タイヤ摩耗検出装置の部品点数を増やすことなく、一対の電極１９間に持たせる静電容量が結露によって小さくなることを抑制することができる。

○ また、結露除去部としての溝１９ｂは、タイヤ６の回転方向ではなく、タイヤ６の軸方向に延びるものであったり、電極１９の中心から電極１９の面に沿って放射状に延びるものであってもよく、溝１９ｂの形状、配置、深さ等は特に限定されない。

○ 電極１９に撥水加工層１９ａを設けるとともに、溝１９ｂも設けてもよい。
○ 実施形態では、タイヤセンサユニット３のケース３ａ内にタイヤ摩耗検出装置の一部を設け、一対の電極１９とタイヤセンサユニット３を一体化して、タイヤ摩耗検出装置とタイヤセンサユニット３を一体化したが、これに限らない。タイヤセンサユニット３とタイヤ摩耗検出装置を別々にタイヤ６内に設けてもよい。

○ 結露除去部は、撥水加工層１９ａや溝１９ｂではなく、タイヤ６内に設けた加熱器であってもよい。このように構成すると、電極１９に結露が生じても、加熱器によって電極１９の水分を加熱し、蒸発させることができ、電極１９から水分を除去することができる。

○ 一対の電極１９は、同じ大きさ、同じ形状でなくてもよい。
○ タイヤ摩耗検出装置は、４輪の車両１におけるタイヤ６への適用に限定されるものではなく、２輪の車両におけるタイヤに適用してもよい。

○ タイヤセンサユニット３の送信部は、ＲＦ信号を生成する送信回路１６ではなく、ＬＦ信号を生成する送信回路であってもよい。
○ 受信機ユニット４の受信部は、ＲＦ受信回路３５ではなく低周波の受信回路であってもよい。

○ 状態検出器は、圧力センサ１１の他に温度センサや湿度センサであってもよい。

Ｗ…スチールワイヤ、１…車両、３…タイヤセンサユニット、４…受信機ユニット、６…タイヤ、７…トレッド部、１１…状態検出器としての圧力センサ、１４…摩耗検出部としてのセンサユニットコントローラ、１６…送信部としての送信回路、１７…計測回路、１８…電源、１９…電極、１９ａ…結露除去部としての撥水加工層、１９ｂ…結露除去部としての溝、３５…受信部としてのＲＦ受信回路。

Claims

車両のタイヤ内側に装着され、前記タイヤのトレッド部の摩耗を検出するためのタイヤ摩耗検出装置であって、
電源と、
互いに離間し、かつ絶縁された状態で前記タイヤの内周面に接合された一対の電極と、
前記電源から前記一対の電極に電圧を印加したときの前記電極の静電容量を計測する計測回路と、
前記計測回路によって計測された静電容量に基づき前記トレッド部の摩耗を検出する摩耗検出部と、を有するタイヤ摩耗検出装置。
前記電極に発生した結露を除去する結露除去部を備える請求項１に記載のタイヤ摩耗検出装置。
前記結露除去部は、前記電極の露出面に設けられた撥水加工層である請求項２に記載のタイヤ摩耗検出装置。
前記結露除去部は、前記電極において前記タイヤへの接合面と反対側の面に設けられた溝である請求項２又は請求項３に記載のタイヤ摩耗検出装置。
前記溝は、前記タイヤの回転方向に沿って延びている請求項４に記載のタイヤ摩耗検出装置。
前記タイヤ内には複数本のスチールワイヤが埋設され、前記一対の電極は、一方の電極に交錯する前記スチールワイヤが他方の電極に交錯しないように間隔を空けて配設されている請求項１〜請求項５のうちいずれか一項に記載のタイヤ摩耗検出装置。
前記タイヤ内側に設置され、前記タイヤの状態を検出する状態検出器及び該状態検出器で検出されたタイヤ情報を送信する送信部を有するタイヤセンサユニットと、前記車両の車体に設置され、前記タイヤセンサユニットの送信したタイヤ情報を受信する受信部を備える受信機ユニットとを備えるタイヤ状態監視装置を前記車両に有し、前記タイヤ摩耗検出装置のうち前記電源、前記計測回路及び前記摩耗検出部は、前記タイヤセンサユニットが備える請求項１〜請求項６のうちいずれか一項に記載のタイヤ摩耗検出装置。