JP2018030561A - タイヤ空気圧測定用センサおよびタイヤ空気圧測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アンテナ素子、電子部品または回路パターンなどから生じる電磁波によるセンサへの悪影響を回避し得るタイヤ空気圧測定用センサおよびタイヤ空気圧測定装置を提供する。【解決手段】タイヤのホイールに設けられた、空気導入管を含むタイヤバルブに組み込まれるタイヤ空気圧測定用センサであって、ホイールの内側に突出している、タイヤの空気圧を検出する圧力センサを備える内側部位と、ホイールの外側から露出している、検出された前記空気圧を表すデータを通信機器に送信する無線通信回路を備える外側部位と、圧力センサと前記無線通信回路とを接続する導体配線と、を含む。【選択図】図２

Description

本発明は、タイヤ空気圧測定用センサおよびタイヤ空気圧測定装置に関する。

近年、圧力センサまたは温度センサなどの各種センサを搭載した電子デバイスをタイヤバルブまたはタイヤ内に取り付け、タイヤの空気圧を測定するＴＰＭＳ（Tire Pressure Monitoring System）の開発が進展している（たとえば、特許文献１および特許文献２を参照）。

また、ＴＰＭＳ技術を応用し、貨物等の積載に伴うタイヤ空気圧の変化を検知して積載荷重を測定するシステムが提案されている（たとえば、特許文献３を参照）。

実用新案登録第３１７８８２６号公報 特開２０１５−８９７１６号公報 特開平１１−２５８０２９号公報

一般に、積載荷重によるタイヤの空気圧の変化量は小さいので、高精度の圧力測定が要求される。また、タイヤの空気圧は、気温によって変化するため、空気圧の補正を高精度に行うためには、高精度の温度測定が要求される。

しかしながら、従来のＴＰＭＳでは、同一の基板上に各種センサおよび電子部品が配置されているため、アンテナ素子および電子部品などから生じる電磁波が各センサに影響し、高精度な測定の弊害となっていた。

本発明の目的は、アンテナ素子、電子部品などから生じる電磁波によるセンサへの悪影響を回避し得るタイヤ空気圧測定用センサおよびタイヤ空気圧測定装置を提供することである。

本発明の実施形態に係るタイヤ空気圧測定用センサは、タイヤのホイールに設けられた、空気導入管を含むタイヤバルブに、一体化してなるタイヤ空気圧測定用センサであって、前記ホイールの内側に突出している、前記タイヤの空気圧を検出する圧力センサを備える内側部位と、前記ホイールの外側から露出している、検出された前記空気圧を表すデータを通信機器に送信する無線通信回路を備える外側部位と、前記圧力センサと前記無線通信回路とを接続する導体配線と、を含むことを特徴とする。

また、本発明の実施形態に係るタイヤ空気圧測定用センサの前記外側部位が、前記無線通信回路に電力を供給するバッテリを備えることを特徴とする。

また、本発明の実施形態に係るタイヤ空気圧測定用センサの前記内側部位が、前記圧力センサの周囲に配設された軟性樹脂を備えることを特徴とする。

さらに、本発明の実施形態に係るタイヤ空気圧測定装置は、上記のタイヤ空気圧測定用センサと、送信された前記空気圧を表すデータを受信する通信機器と、を有することを特徴とする。

本発明の実施形態に係るタイヤ空気圧測定用センサによれば、無線通信回路−圧力センサ間に位置するホイールが電磁シールドとして機能するので、アンテナ素子および装置基板などから放射される電磁波の各種センサへの影響を軽減することが可能となる。

また、本発明の実施形態に係るタイヤ空気圧測定用センサによれば、バッテリを外側部位に備えたので、バッテリ交換を容易に行うことが可能となる。

また、本発明の実施形態に係るタイヤ空気圧測定用センサによれば、圧力センサの周囲を軟性樹脂で固定して車両の振動が圧力センサに伝達してしまうことを軽減したので、圧力センサの振動によるノイズの発生を抑制することができる。

さらに、本発明の実施形態に係るタイヤ空気圧測定装置によれば、上記のタイヤ空気圧測定用センサと通信機器とを有しているので、アンテナ素子および装置基板などから放射される電磁波の各種センサへの影響が軽減された、高精度で測定されたタイヤ空気圧のデータを外部の通信機器で利用することができる。

図１（ａ）は、本実施形態に係るタイヤ空気圧測定装置の一例の概略を示す構成図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）の切断面線Ａ−Ａ’における断面図の一部である。 本実施形態に係るタイヤ空気圧測定用センサの一例について模式的に示した断面図である。 図３（ａ）は、本実施形態に係るタイヤ空気圧測定用センサの上パーツについて模式的に示した断面図である。図３（ｂ）は、本実施形態に係るタイヤ空気圧測定用センサの中パーツについて模式的に示した断面図である。図３（ｃ）は、本実施形態に係るタイヤ空気圧測定用センサの下パーツについて模式的に示した断面図である。 図２の切断面線Ｂ−Ｂ’における断面図である。 図５（ａ）は、図３（ａ）に示す上パーツの平面図である。図５（ｂ）は、図３（ａ）に示す上パーツの下面図である。 図３（ｂ）の切断面線Ｃ−Ｃ’における、中パーツの断面図である。 図７（ａ）は、図３（ｃ）に示す下パーツの上面図である。図７（ｂ）は、図３（ｃ）に示す下パーツの下面図である。 本実施形態に係るタイヤ空気圧測定装置の機能構成を示すブロック図である。

以下、本実施形態に係るタイヤ空気圧測定用センサおよびタイヤ空気圧測定装置について、図面を参照しながら説明する。ただし、以下で参照する各図には、本実施形態に係るタイヤ空気圧測定用センサおよびタイヤ空気圧測定装置の構成部材のうち、本実施形態の特徴を説明するための主な構成部材を示している。したがって、本実施形態に係るタイヤ空気圧測定用センサおよびタイヤ空気圧測定装置は、各図に示されていない周知の構成部材を備えていてもよい。

図１（ａ）は、本実施形態に係るタイヤ空気圧測定装置の一例の概略を示す構成図である。図１（ａ）に示すタイヤ空気圧測定装置１００は、タイヤ空気圧測定用センサ１０と通信機器５０とを有している。

タイヤ空気圧測定用センサ１０は、タイヤ４０のホイール３０のタイヤバルブに組み込まれるセンサであり、少なくとも圧力センサを備え、タイヤ４０内の空気の圧力（以下「空気圧」と称する。）を検出し、その空気圧を表すデータを外部の通信機器５０に無線で送信する。このように、タイヤ空気圧測定用センサ１０は、バルブ機能、センサ機能および通信機能を備えている。

通信機器５０は、スマートフォンなどの携帯型の通信端末、または自動車に搭載される通信ユニットなどであり、タイヤ空気圧測定用センサ１０から送信された空気圧を表すデータなどを受信し、その空気圧を表すデータに基づいて、ゴミ収集車またはトラックなどの車両における積載荷重の算出などを行い、必要な情報を表示する。

図１（ｂ）は、図１（ａ）の切断面線Ａ−Ａ’における断面図の一部である。図１（ｂ）に示されるように、タイヤ空気圧測定用センサ１０は、空気導入管を含むタイヤバルブに一体化させたセンサであり、ホイール３０から露出している外側の部位と（以下「外側部位」と称する。）、ホイール３０の内側に突出している内側の部位（以下「内側部位」と称する。）とを含む。

なお、ホイール３０にタイヤ空気圧測定用センサ１０を組み込む時期としては、タイヤ４０にホイール３０を装着する際に一緒に組み込む場合、ホイール３０の装着後に車両のユーザなどによって事後的にタイヤ空気圧測定用センサ１０を組み込む場合、ホイール３０にタイヤ空気圧測定用センサ１０を予め組み込んでおき、そのホイール３０を販売する場合などが考えられる。

次に、図２〜図７を参照しながら、本実施形態に係るタイヤ空気圧測定用センサの構成について説明する。

図２は、本実施形態に係るタイヤ空気圧測定用センサの一例について模式的に示した断面図である。図２に示されるように、タイヤ空気圧測定用センサ１０は、その中心軸に沿って空気導入管１２およびバルブ機構部材１３を備え、ホイール３０を境として、内側部位に圧力センサ１および温度センサ２を備え、外側部位に無線通信回路３およびバッテリ４などを備えている。

圧力センサには、ピエゾ抵抗式、静電容量式、シリコン振動式等のものを使用し、特にシリコン振動式は外乱因子に強く再現性が高いため高精度に測定できる。また温度センサには測温抵抗体、サーミスタ等を使用し、特に白金測温抵抗体は温度変化による抵抗値変化（感度）が大きく、安定性があるため高精度に測定できる。また、筐体７ａ、７ｂの材質としては、ゴム状及び硬質樹脂等を使用できる。

材質としてゴム状とした場合は、緩衝材６との接合性が向上し、より密封性を確保することができる。また材質として硬質樹脂とした場合は、筐体７ａ、７ｂにタイヤ空気圧測定用センサ１０の外部から応力がかかった場合にも圧力センサ１および温度センサ２等を応力から保護することができ、より信頼性を確保することができる。

ゴム状の材質としては、ブタジエンゴム、イソブチレンゴム、天然ゴム等を使用することが出来る。また、硬質樹脂の材質としてはエポキシ樹脂、ポリアミド等を使用することができる。また、筐体７ａ、７ｂの材質としては同じものを使用してもよいし、異なる材質を使用してもよい。

またホイール３０と筐体７ａ、７ｂの間に金属板（図示せず）を挿入することで、ホイール３０と空気導入管１２の間を通過する短波長のノイズに対してもシールド効果を発揮させることができ、測定精度が向上する。

さらに、タイヤ空気圧測定用センサ１０においては、無線通信回路３およびバッテリ４が配設される装置基板５ｃと、圧力センサ１が配設される装置基板５ａ、および温度センサ２が配設される装置基板５ｂとは、導体配線１１を介して接続されている。また、圧力センサ１および温度センサ２は、それぞれ軟性樹脂１４ａおよび１４ｂで固定されている。軟性樹脂１４ａおよび１４ｂは、たとえば弾性率が０．１〜５．０ＭＰａとなるシリコンゴムやウレタン樹脂等である。

図３（ａ）〜（ｃ）は、本実施形態に係るタイヤ空気圧測定用センサを分解した場合の各パーツの構成を模式的に示した断面図である。タイヤ空気圧測定用センサ１０は３つのパーツ、すなわち、図３（ａ）の上パーツ１０ａ、図３（ｂ）の中パーツ１０ｂおよび図３（ｃ）の下パーツ１０ｃを有している。なお、上記の３つのパーツに基づく構成は、製造および装着の観点に基づく構成例であり、上記の構成例に限定するものではない。

図３（ａ）に示す上パーツ１０ａは、中空の同心状のパーツであり、主に、無線通信回路３、バッテリ４および装置基板５ｃを備え、上記の中パーツ１０ｂと嵌合し、固定する。

図３（ｂ）に示す中パーツ１０ｂは、同心状のパーツであり、主に空気導入管１２、バルブ機構部材１３、導体配線１１および緩衝材６を備え、上記の上パーツ１０ａおよび下パーツ１０ｃに嵌合し、固定する。

図３（ｃ）に示す下パーツ１０ｃは、中空の同心状のパーツであり、主に、圧力センサ１、温度センサ２を備え、上記の中パーツ１０ｂに嵌合し、固定する。

図４は、図２の切断面線Ｂ−Ｂ’における断面図である。図４では、タイヤ空気圧測定用センサ１０の無線通信回路３と圧力センサ１との間が、ホイール３０によって電磁的にシールドされるように配設されていることが確認できる。

図５（ａ）は、図３（ａ）に示す上パーツの平面図である。図５（ａ）に示されるように、上パーツ１０ａにおける無線通信回路３の一部が外部に露出しており、通信機器５０との通信を可能とする。なお、無線通信回路３は、アンテナ素子（図示せず）を含むものとする。

図５（ｂ）は、図３（ａ）に示す上パーツの下面図である。図５（ｂ）に示されるように、上パーツ１０ａを下方から見ると、中パーツ１０ｂの導体配線１１と接続する接続端子が確認できる。

図６は、図３（ｂ）の切断面線Ｃ−Ｃ’における、中パーツ１０ｂの断面図である。図６に示されるように、中パーツ１０ｂは、同心状に、内側から順に、空気導入管１２、絶縁体９、導体配線１１、磁性体８および緩衝材６を備える。緩衝材６は、たとえば天然ゴムまたはシリコンゴムなどである。ここで、天然ゴムまたはシリコンゴムの比誘電率は、２．５〜４．０である。より具体的に説明すると、導体配線１１上にフェライトシートなどの磁性体８層を形成することで、ノイズを熱に変換する。また、導体配線１１とホイール３０との間に磁性体８および緩衝材６（ゴム）を挟むことで、導体配線１１とホイール３０の間に容量が発生し、導体配線１１内のノイズを低減させる。

図７（ａ）は、図３（ｃ）に示す下パーツの上面図である。図７（ａ）に示されるように、下パーツ１０ｃを上方から見ると、中パーツ１０ｂの導体配線１１と接続する６個の接続端子が確認できる。

図７（ｂ）は、図３（ｃ）に示す下パーツの下面図である。図７（ｂ）に示されるように、下パーツ１０ｃを下方からみると、圧力センサ１の周囲に軟性樹脂１４ａが配設され、温度センサ２の周囲に軟性樹脂１４ｂが配設されている様子が確認できる。

以下では、図８を参照しながら、本実施形態に係るタイヤ空気圧測定装置の機能について説明する。図８は、本実施形態に係るタイヤ空気圧測定装置の機能構成を示すブロック図である。

図８に示されるように、タイヤ空気圧測定装置１００におけるタイヤ空気圧測定用センサ１０は、制御部１０１、圧力検出部１０２、温度検出部１０３、圧力補正部１０４および無線通信部１０５を備える。また、通信機器５０は、制御部５０１、表示部５０２、演算部５０３および無線通信部５０４を備える。

制御部１０１は、タイヤ空気圧測定用センサ１０の全体の制御を行う。制御部１０１は、たとえば、ＲＯＭ（Read Only Memory）を内蔵するマイクロコンピュータであり、ＲＯＭに記憶している制御プログラムに基づいて、タイヤ空気圧測定用センサ１０の動作全体を制御する。

圧力検出部１０２は、タイヤ空気圧測定用センサ１０の内側部位に備える圧力センサであり、タイヤの空気圧を検出する。

温度検出部１０３は、タイヤ空気圧測定用センサ１０の内側部位に備える温度センサであり、タイヤ内の空気の温度を検出する。

圧力補正部１０４は、温度検出部１０３において検出された温度に基づいて、圧力検出部１０２において検出されたタイヤの空気圧を補正する。

無線通信部１０５は、制御部１０１の指示に従い、圧力検出部１０２において検出されたタイヤの空気圧を表すデータ、温度検出部１０３において検出されたタイヤ内の空気の温度を表すデータまたは補正されたタイヤの空気圧を表すデータなどを送信する。

また、図８に示される通信機器５０は、制御部５０１、表示部５０２、演算部５０３および無線通信部５０４を備える。

制御部５０１は、通信機器５０の全体の制御を行う。制御部５０１は、たとえば、ＲＯＭ（Read Only Memory）を内蔵するマイクロコンピュータであり、ＲＯＭに記憶している制御プログラムに基づいて、通信機器５０の動作全体を制御する。

表示部５０２は、たとえばタッチパネル機能を備える液晶画面であり、制御部５０１の指示に基づいて、タイヤ内の空気圧、タイヤ内の温度および積載荷重などを表示する。

演算部５０３は、制御部５０１の指示に従い、空気圧を表すデータおよび温度を表すデータから空気圧を表すデータの補正を行ったり、空気圧を表すデータから積載荷重を算出したりする。より具体的には、タイヤ内の空気圧の増加量から車両の積載荷重を算出する。

無線通信部５０４は、上記無線通信部１０５と同等の機能を有しており、タイヤ空気圧測定用センサ１０から送信された、タイヤの空気圧を表すデータ、タイヤの温度を表すデータおよび補正されたタイヤの空気圧を表すデータなどを受信する。

またタイヤ温度とタイヤ空気圧の関係を利用することで、タイヤ空気圧の測定時のタイヤ温度に基づいて、補正されたタイヤ空気圧を算出することができる。

以上、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更等が可能である。さらに、特許請求の範囲に属する変更等は全て本発明の範囲内のものである。

１ 圧力センサ
２ 温度センサ
３ 無線通信回路
４ バッテリ
５ａ，５ｂ，５ｃ 装置基板
６ 緩衝材
７ａ，７ｂ 筐体
８ 磁性体
９ 絶縁体
１０ タイヤ空気圧測定用センサ
１０ａ 上パーツ
１０ｂ 中パーツ
１０ｃ 下パーツ
１１、１１ａ，１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ 導体配線
１２ 空気導入管
１３ バルブ機構部材
１４ａ，１４ｂ 軟性樹脂
３０ ホイール
４０ タイヤ
５０ 通信機器
１００ タイヤ空気圧測定装置
１０１ 制御部
１０２ 圧力検出部
１０３ 温度検出部
１０４ 圧力補正部
１０５ 無線通信部
５０１ 制御部
５０２ 表示部
５０３ 演算部
５０４ 無線通信部

Claims (7)

1. タイヤのホイールに設けられた、空気導入管を含むタイヤバルブに組み込まれるタイヤ空気圧測定用センサであって、
   前記ホイールの内側に突出している、前記タイヤの空気圧を検出する圧力センサを備える内側部位と、
   前記ホイールの外側から露出している、検出された前記空気圧を表すデータを通信機器に送信する無線通信回路を備える外側部位と、
   前記圧力センサと前記無線通信回路とを接続する導体配線と、を含むことを特徴とするタイヤ空気圧測定センサ。
2. 前記外側部位が、
   前記無線通信回路に電力を供給するバッテリを備えることを特徴とする請求項１に記載のタイヤ空気圧測定用センサ。
3. 前記内側部位が、
   前記圧力センサの周囲に配設された軟性樹脂を備えることを特徴とする請求項１乃至２のいずれか１項に記載のタイヤ空気圧測定用センサ。
4. 前記内側部位が、
   前記タイヤの内側の温度を検出する温度センサと、
   検出された前記温度に基づいて、前記空気圧を表すデータを補正する圧力補正部と、を備え、
   前記無線通信回路は、補正された前記空気圧を表すデータを前記通信機器に送信することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のタイヤ空気圧測定用センサ。
5. 前記内側部位が、
   前記温度センサの周囲に配設された軟性樹脂を備えることを特徴とする請求項４に記載のタイヤ空気圧測定用センサ。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載のタイヤ空気圧測定用センサと、
   送信された前記空気圧を表すデータを受信する通信機器と、を有することを特徴とするタイヤ空気圧測定装置。
7. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載のタイヤ空気圧測定用センサと、
   送信された前記空気圧を表すデータを受信する通信機器と、を有するタイヤ空気圧測定装置であって、
   前記タイヤ空気圧測定用センサの前記内側部位が、前記タイヤの内側の温度を検出する温度センサを備え、
   前記タイヤ空気圧測定用センサの無線通信回路は、検出された前記空気圧を表すデータと、検出された前記温度を表すデータとを前記通信機器に送信し、
   前記通信機器は、
   受信した前記温度を表すデータに基づいて、受信した前記空気圧を表すデータを補正する圧力補正部を含むことを特徴とするタイヤ空気圧測定装置。