JP2019137217A - 電子装置及びタイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】モジュール及び台座の重量の増加を防ぎつつ機能部品を台座に対して安定的に維持可能な電子装置及びタイヤを提供する。【解決手段】円盤状の電池及びセンサを有するモジュールと、タイヤ内面に取り付けられ、モジュールを収容する台座とからなる電子装置であって、モジュールは、平面視において、円形部と、円形部の中心を通る直線上に角部を備える形状を有し、台座は、平面視において、モジュールの平面視における形状に合致する形状の収容部を備えるようにした。【選択図】図２

Description

本発明は、タイヤ内面に設置される電子装置及び該電子装置を備えたタイヤに関する。

従来、圧力センサ、温度センサ、電池又は発電素子、無線機等を一体化した機能部品（モジュール）をタイヤ内に設け、タイヤの状態を検出する技術が知られている。
モジュールは、タイヤ内面に取り付けられた台座を介してタイヤ内に装着されるものの、タイヤは、路面との接地によって変形するため、台座から脱落したり、台座内で回転したりすることが予測される。これらの不具合を防止するように、例えば、台座における機能部品の収容部の底部に凹凸部を設け、この凹凸部に嵌合する凹凸部を機能部品に設けたモジュール及び台座の取付構造が知られている（特許文献１）。

特開２０１５−１６０５１２号公報

しかしながら、このような取付構造は、モジュール及び台座双方の凹凸部の形成により体積が増加してしまい、モジュール及び台座の重量の増加によるタイヤへの影響、また、モジュール及び台座の製造時の資源の増加等の懸念を生じさせる。
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、モジュール及び台座の重量の増加を防ぎつつ機能部品を台座に対して安定的に維持可能な電子装置及びタイヤを提供することを目的とする。

上記課題を解決するための電子装置の構成として、円盤状の電池及びセンサを有するモジュールと、タイヤ内面に取り付けられ、モジュールを収容する台座とからなる電子装置であって、モジュールは、平面視において、円形部と、円形部の中心を通る直線上に角部を備える形状を有し、台座は、平面視において、モジュールの平面視における形状に合致する形状の収容部を備える構成とした。
本構成によれば、収容部内におけるモジュールの回転を防止することができる。
また、電子装置の他の構成として、角部は、円形部の中心を挟んで対向する位置に設けられたり、１箇所設けられたり、するようにしても良い。
また、請求項１乃至請求項３何れかに記載された電子装置をタイヤが備えたことにより、該タイヤの状態を安定して取得できる。

タイヤに取り付けられた電子装置を示す図である。 タイヤに取り付けられた電子装置の平面図である。 モジュールの外観斜視図及び平面図である。 モジュールの平面形状の設定方法の一例を示す図である。 モジュールの断面図である。 台座の斜視図、平面図及び断面図である。 モジュールの回転防止の機構を示す図である。 モジュールの平面形状の他の形態を示す図である。

以下、発明の実施形態を通じて本発明を詳説するが、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明される特徴の組み合わせのすべてが発明の解決手段に必須であるとは限らず、選択的に採用される構成を含むものである。

図１は、タイヤ１０に取り付けられた電子装置１の取付状態を示す図である。図１に示すように、タイヤ１０は、ホイールリム１５に組み付けられて使用される。ホイールリム１５に組み付けられたタイヤ１０の内側空間には、空気などの気体が充填される。

電子装置１は、タイヤ１０の路面と接するトレッド１１の裏側である内周面１０ｓの幅方向中央に取り付けられる。電子装置１は、モジュール２と、台座３とで構成され、モジュール２は、タイヤ１０に対して所定の向きとなるように台座３を介してタイヤ１０に取り付けられる。なお、電子装置１が装着されるタイヤ１０の種類は、特に限定されないが、主に通常の舗装路（一般道及び高速道）を走行する乗用自動車、トラック、バスなどの自動車、航空機等のタイヤに装着される。

図３は、モジュール２の外観斜視図及び平面図である。
図３（ａ）に示すように、モジュール２は、外観視において下面部５８と、側面部５１と、上面部５６とを備える。本実施形態では、下面部５８と上面部５６とは同一形状に設定される。モジュール２の内部には、タイヤ１０の状態を検出するための複数のセンサ３２；３４；３６、送信装置３８、制御装置４０及びボタン電池４６（図５参照）等の機能部品が収容される。なお、機能部品の詳細については後述する。

図３（ｂ）に示すように、本実施形態に係るモジュール２は、平面視したときの形状（以下、平面形状という）、即ち、下面部５８及び上面部５６の形状が、円形の円形部５０と、円形部５０の外周から突出する角部６０とを有するように形状が設定される。ここでいう平面視とは、図２に示すように、タイヤ内周に取り付けられた電子装置１をタイヤ中心側から半径方向に見たときの形状である。

図４は、モジュール２の平面形状の設定方法の一例を示す図である。上記平面形状は、例えば、次のように設定できる。まず、図４（ａ）に示すように、電池４６の平面形状である円形を基本とする円形部５０となる仮想円Ｃ１を設定する。即ち、円形部５０は、部品の中で最も大きい電池４６の形状を基本として設定される。仮想円Ｃ１の大きさは、電池４６の直径に加え、収容空間Ｓを形成する側壁までの厚みを考慮して設定する。仮想円Ｃ１から収容空間Ｓの側壁までの厚みは、外力が加わったときに破壊されない強度を維持できるように設定される。次に、図４（ｂ）に示すように、仮想円Ｃ１に外接する仮想の矩形（仮想正方形）Ｋ１を設定する。そして、図４（ｃ）に示すように、仮想円Ｃ１の中心ｏを挟む一組の仮想正方形Ｋ１の頂部（角部６０；６０）を残すように仮想円Ｃ１からはみ出る領域を残し、他の仮想正方形Ｋ１の頂部をなくすように仮想円Ｃ１から除去することで、円形部５０と、一対の角部６０；６０とを有する角丸菱形状の図３（ｂ）に示す平面形状に設定される。

したがって、平面視における上面部５６及び下面部５８の輪郭は、円形部５０を形成する弧部Ａと、弧部Ａと角部６０とを結び、該角部６０を形成する直線部Ｌとで構成される。直線部Ｌは、弧部Ａに接する接線であり、本実施形態では、互いに交差（本例では直交）して角部６０を形成する。角部６０；６０は、仮想円Ｃ１（円形部５０）の中心ｏを通る直線ｘ上の２箇所に中心ｏを挟んで対向するように位置する。そして、この平面形状に奥行きを設定することで、モジュール２の外形形状が設定される。図３（ａ）に示すように、モジュール２の側面部５１には、弧部Ａに対応する曲面部５１ａと、直線部Ｌに対応する平面部５１ｂとで構成される。
なお、図３，図４等において角部６０；６０は、円形部５０から延長する直線Ｌが交差して形成されるエッジ状であるが、角丸であっても良い。

図５は、図３（ｂ）に示すＡ−Ａ矢視におけるモジュール２の断面図である。以下、同図を用いてモジュール２について説明する。
モジュール２は、上述のように、タイヤ１０の状態を検出するための複数のセンサ３２；３４；３６、送信装置３８、制御装置４０及び電池４６等の機能部品をケース２０に収容して構成される。

ケース２０は、例えば、機能部品を収容するための主空間を形成する下ケース２０Ａと、下ケース２０Ａに対する蓋体として機能する上ケース２０Ｂとを組み合わせることで構成される。ケース２０の素材としては、例えば、モジュール２の軽量化及び強度の観点から合成樹脂等が用いられる。下ケース２０Ａ及び上ケース２０Ｂは、平面視における形状が同一形状に形成され、下ケース２０Ａと上ケース２０Ｂとを組み合わせて一体化した場合であってもその形状が維持される。即ち、モジュール２の外形形状は、ケース２０の外形形状に一致する。

ケース２０のモジュール２の円形部５０に対応する部分には、機能部品を収容する収容空間Ｓが設けられる。収容空間Ｓは、円形部５０の設定時と同様に、円盤状のボタン電池４６の形状である円形に倣い円筒状に形成される。収容空間Ｓは、円筒状の側壁Ｓ１の軸線が、円形部５０の中心ｏと同心となるように形成される。

機能部品である温度センサ３２、圧力センサ３４及び加速度センサ３６等の複数のセンサ３２；３４；３６や、各センサ３２；３４；３６により検出された検出値を送信するための送信装置３８、複数のセンサ３２；３４；３６の動作及び送信装置３８の動作等を制御する制御装置４０は、例えば、回路基板３０上に実装される。
なお、回路基板３０の構成については、これに限定されない。

温度センサ３２、圧力センサ３４及び加速度センサ３６は、例えば、回路基板３０の同一面側に配置され、他面側には、送信器として機能する送信装置３８と制御装置４０とが配置される。また、回路基板３０の他面側には、電池４６の電極に接続される端子４２Ａ；４２Ｂが設けられている。回路基板３０は、例えば、電池４６の直径よりもやや小径の円形に形成され、モジュール２をタイヤ内周面１０ｓに取り付けたときに、一面側をタイヤ中心（他面側をタイヤ内面）に向けてケース２０内に収容される。

温度センサ３２は、計測部３２Ａを囲み、該計測部３２Ａにタイヤ内の空気を導入する導入筒３２Ｂを備え、圧力センサ３４は、感圧面３４Ａを囲み、該感圧面３４Ａへとタイヤ内の空気を導入する導入筒３４Ｂをそれぞれ備える。

温度センサ３２の導入筒３２Ｂ及び圧力センサ３４の導入筒３４Ｂは、それぞれ回路基板３０に対して垂直方向に延長し、回路基板３０をケース２０内の所定の位置に収容したときに、上ケース２０Ｂに設けられた貫通孔２２；２４に挿入される。これにより、回路基板３０をケース２０内に収容した状態であっても、タイヤ内の空気に対して計測部３２Ａや感圧面３４Ａが露出することになり、タイヤ気室内の状態を正確に計測することができる。

加速度センサ３６は、例えば、タイヤ幅方向、半径方向及び周方向（回転接線方向）の３軸方向の加速度を測定可能とするセンサであって、回路基板３０に設けられた位置決め部を基準にして所定の向きに取り付けられる。本実施形態では、モジュール２は、角部６０；６０がタイヤ幅方向の延長上に位置するものとし、これに対応して、ケース２０における加速度センサ３６の測定方向が設定される。即ち、回路基板３０をケース２０内に収容し、モジュール２としてタイヤ１０に装着したときに、加速度センサ３６の測定軸が、タイヤ幅方向、タイヤ前後方向、タイヤ半径方向に一致するように回路基板３０に配設される。

送信装置３８は、送信回路として回路基板に実装され、図外のアンテナを備える。送信装置３８は、例えば、加速度センサ３６がタイヤ１０の回転（遠心力）を検出したことに基づいて所定のプログラムを実行し、温度センサ３２、圧力センサ３４及び加速度センサ３６によって検出されたタイヤ１０内の温度、圧力、加速度を無線通信によりタイヤ外に送信する。送信装置３８から無線により送信された温度、圧力及び加速度等の信号は、図外の車両に設けられた本体ユニットの無線回路により受信され、例えば、車内に設けられた表示器にタイヤの状態（温度、圧力、又は、異常の有り・無し）に関する情報を表示する。

電池４６は、いわゆる円盤状のボタン電池であって、回路基板３０から延長する金属製の端子４２Ａ；４２Ｂを各電極に接触させながら端子４２Ａ；４２Ｂ間で挟むことにより回路基板３０に取り付けられる。なお、電池４６は、同図ではボタン電池で示してあるが、ボタン電池に限らず筒状の電池であっても良く、その形態は特に限定されない。

回路基板３０は、電池４６が取り付けられた状態で電池４６の電極面を下ケース２０Ａの内底部に向けて収容される。回路基板３０の収容空間Ｓへの収容は、回路基板３０が、ケース２０に対して所定の位置を向き、位置決めされるように収容空間Ｓに収容される。回路基板３０をケース２０に対する位置を設定する方法としては、例えば、収容空間Ｓを形成する内壁に突起を設け、回路基板３０に突起に対応する切欠きを設けておくことで、回路基板３０がケース２０に対して位置決めされる。これにより、加速度センサ３６やアンテナの向きがケース２０に対して設定されるとともに、円盤状の電池４６中心が収容空間Ｓの軸線上に配置される。

ケース２０の内部には、上記回路基板３０及び電池４６を収容した状態でポッティング材４８が充填される。これにより、圧力センサ３４の感圧面３４Ａ及び温度センサ３２の計測部３２Ａを除く回路基板３０の全体及び電池４６がポッティング材４８により覆われた状態にある。ポッティング材４８の素材としては、ウレタン系樹脂、或いは、エポキシ系樹脂が好ましい。タイヤ１０の回転時、特に高速回転したときであってもポッティング材４８が電池４６や回路基板３０から受ける力に対して十分な耐性を得ることができる。

図６は、台座３の斜視図、平面図及び断面図である。
台座３は、タイヤ内周面１０ｓに対して貼付される貼付面１３０ａを有する貼付部１３０と、当該貼付部１３０から上方に向けて立ち上がり、モジュール２の収容空間である収容部１５０ｓを形成する収容壁部１５０とを備える。台座３は、タイヤ１０の変形に追従するように、ゴム部材によって形成されている。ゴム部材は、特に限定されず、天然ゴムやジエン系ゴムまたは非ジエン系ゴムなどの合成ゴム等の弾性素材（エラストマー）等により一体的に構成される。貼付部１３０は、断面円形状に形成された板状部材であって、その下面がタイヤ内周面Ｔｓと接して貼付される貼付面１３０ａとして形成される。貼付面１３０ａは、例えば、タイヤ内周面１０ｓへの貼付前において平坦面、或いはタイヤタイヤ内周面１０ｓの曲率に沿う曲面として形成される。

収容壁部１５０は、モジュール２の周囲を包み、モジュール２の外形形状にぴったりフィットするように、モジュール２の外形形状に倣って形成される。収容壁部１５０は、モジュール２の側面部５１に対応する包囲壁部１５２と、モジュール２の上面部２３０に対応する上壁部１５４とを備える。

図６（ｂ）に示すように、包囲壁部１５２は、平面視したときの外周側の形状が、モジュール２を平面視したときの形状と相似形状となるように貼付部１３０から所定の肉厚で立ち上がるように形成される。また、平面視したときの内周側の内側側面１５１は、モジュール２を平面視したときの側面部５１の形状に合致する形状に形成される。合致するとは、収容部１５０ｓにモジュール２を嵌め込んだときに、モジュール２の外周全体に亘り密着するように相似形に形成されていることをいう。内側側面１５１は、モジュール２の側面部５１の各曲面部５１ａに密着する曲面壁部１５１ａと、各平面部５１ｂに密着する平面壁部１５１ｂとを有するように形成される。

上壁部１５４は、包囲壁部１５２で囲まれる空間を覆うように、包囲壁部１５２の上端において包囲壁部１５２の延長方向に沿って収容部１５０ｓ側に向けて鍔状に突出するように形成される。上壁部１５４の中央には、モジュール２を収容部１５０ｓに挿入できるように、開口部１５６が形成されている。開口部１５６は、例えば、モジュール２を平面視したときの形状よりも小さい相似形状で形成される。なお、開口部１５６の形状は、モジュール２を台座３から着脱可能であれば特に限定されない。

モジュール２は、開口部１５６から台座３に押し込まれることによって台座３に収容されてタイヤ１０に装着される。収容部１５０ｓに収容されたモジュール２は、側面部５１を形成する曲面部５１ａ及び平面部５１ｂが、台座３の内側側面１５１の曲面壁部１５１ａ及び平面壁部１５１ｂにそれぞれ密着し、上面部５６の周縁部を上壁部１５４が押し下げるように保持することで、下面部５８が収容部底面１５８に密着した状態となる。

台座３は、包囲壁部１５２に形成された角受部１６０が、タイヤ幅方向の延長上に位置するようにタイヤ内周面１０ｓに取り付けられる。台座３のタイヤ内周面１０ｓへの固定方法は、特に限定されない。接着剤で接着されてもよいし、可能であれば、タイヤ１０の加硫時に一体として成形されてもよい。

上述のように、電子装置１を構成するモジュール２の形状を設定し、このモジュール２の形状に対応する形状の収容部１５０ｓを台座３に形成しておくことにより、台座３内におけるモジュール２の回転を防止することができる。即ち、図７に示すように、モジュール２が外力によって図中矢印Ｍで示すように、回転する力が作用しても、モジュール２において角部６０；６０を形成する側面部５１の平面部５１ｂと、台座３に設けられた包囲壁部１５２の平面壁部１１０ｂとが接触するとともに、モジュール２の角部６０が、台座３の角受部１６０によって係止されるため、モジュール２の回転が防止される。したがって、タイヤ１０の寿命や電池４６の寿命に達するまで、モジュール２をタイヤ１０に対して所定の向きに位置決めしておくことが可能となり、計測値の誤差の発生等のトラブルを防ぐことができる。

図８は、モジュール２の平面形状の他の形態を示す図である。
上記実施形態では、モジュール２に２箇所の角部を設けるものとして説明したが、例えば、図８（ａ）に示すように、角部６０を１箇所としても良く、また、図８（ｂ）に示すように、角部６０を３箇所等としても良い。

また、上記実施形態では、モジュール２の平面形状の設定において、電池４６の形状を踏襲して設定した仮想円に矩形形状を外接するものとして説明したが、矩形に限定されず、他の多角形状を仮想円に外接させ、これに基づいてモジュール２の平面形状を設定しても良い。

また、上記実施形態では、モジュール２の平面形状の設定において、基準とした仮想円に多角形状を外接させて角部６０を設定するときに、仮想円からはみ出た設定した角部を含む仮想多角形状の領域を残すものとしたが、これに限定されない。即ち、角部６０から仮想円に延長する直線を曲線としても良い。このようにモジュール２の平面形状を設定し、これに対応する収容部５２を台座３に形成しておくことで、台座３に対するモジュール２の回転を防ぐことができる。

２ モニタリング装置、３ 取付台座、１０ タイヤ、３０ 回路基板、４６ 電池、４８ ポッティング材、５０ 円形部、６０ 角部、１３０ａ 貼付面、
１５０ｓ 収容部、ｚ 直線。

Claims (4)

1. 円盤状の電池及びセンサを有するモジュールと、タイヤ内面に取り付けられ、前記モジュールを収容する台座とからなる電子装置であって、
   前記モジュールは、平面視において、円形部と、前記円形部の中心を通る直線上に角部を備える形状を有し、
   前記台座は、平面視において、前記モジュールの平面視における形状に合致する形状の収容部を備えることを特徴とする電子装置。
2. 前記角部は、前記円形部の中心を挟んで対向する位置に設けられたことを特徴とする請求項１に記載の電子装置。
3. 前記角部は、１箇所設けられたことを特徴とする請求項１に記載の電子装置。
4. 前記請求項１乃至請求項３いずれかに記載の電子装置を備えたタイヤ。

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