JP2022052205A - タイヤおよび摩耗度検出システム - Google Patents

Abstract

【課題】タイヤの摩耗検知の精度向上【解決手段】タイヤ１０は、トレッド部３４の予め定められた位置に配置された第１磁性体６１と、第１磁性体６１よりも内径側に配置された磁気センサ６３と、第１磁性体６１よりも磁気センサ６３の近くに配置された第２磁性体６２とを備えている。そして、磁気センサ６３が配置された位置において、第１磁性体６１によって発せられる磁力線６１ａの向きと、第２磁性体６２によって発せられる磁力線６２ａの向きとが異なっている。【選択図】図２

Description

本発明は、タイヤおよび摩耗度検出システムに関する。

特開２０１９－２０３８３１号公報には、空気入りタイヤの摩耗測定技術が開示されている。ここで開示されている空気入りタイヤでは、トレッド部に磁性体が内包されている。さらに、磁性体によって形成される磁場の磁束密度を検知する磁気センサが、磁性体に対応した径方向内包の位置に配置されている。磁性体は、硬磁性材料の粉粒体が高分子材料中に分散されて形成されると共に一方向に着磁されている。磁性体の着磁方向とタイヤ半径方向とが一致するようにトレッド部に内包されている。かかる空気入りタイヤよれば、摩耗により変化する磁場の強さが測定されることによって、タイヤの摩耗状態を把握することができる、とされている。

特開２０１９－２０３８３１号公報

ところで、磁束密度を検知する磁気センサは、温度依存性を有している。また、磁場も温度に依存する。このため、温度が変わると、磁気センサの出力が変化する。このため、磁気センサの出力を温度補正する必要がある。温度補正が適切に行なわれないと、摩耗によって磁束密度が減少したのか、温度変化によって磁束密度が減少したのかが分からず、タイヤの摩耗の程度を見誤ってしまう。トレッド部に磁性体が内包された空気入りタイヤに関して、摩耗により変化する磁場の強さが、より精度良く測定できることが好ましい。

ここで開示されるタイヤは、外周面に沿って周方向に連続した接地面を有するトレッド部と、トレッド部の予め定められた位置に配置された第１磁性体と、第１磁性体よりも内径側に配置された磁気センサと、第１磁性体よりも前記磁気センサの近くに配置された第２磁性体とを備えている。磁気センサが配置された位置において、第１磁性体によって発せられる磁力線の向きと、第２磁性体によって発せられる磁力線の向きとが異なっている。ここで開示されるタイヤによれば、トレッド部が摩耗すると、第１磁性体が摩耗する。第１磁性体が摩耗すればするほど、第１磁性体から発せられる磁力線の磁束密度が小さくなる。これに対して、第２磁性体から発せられる磁力線の磁束密度は変化しない。このため、磁気センサが配置された位置で検知される磁力線に基づいて、タイヤの摩耗の程度を検知することができる。また、第１磁性体から発せられる磁力線の磁束密度と、第２磁性体から発せられる磁力線の磁束密度は、磁気センサで検知される際に、同様に温度に依存する。このように、第１磁性体に加えて第２磁性体が設けられていることによって、温度などの外乱要因の影響が小さく抑えられる。

ここで開示される摩耗度検出システムは、かかるタイヤと、磁気センサによって検知された初期の磁力線の向きを記憶した記憶部と、磁気センサによって検知された磁力線の向きと、初期の磁力線の向きとに基づいて、トレッド部の摩耗度を得るように構成された摩耗度取得部とを備えている。ここで開示される摩耗度検出システムによれば、新品のタイヤからどの程度トレッド部が摩耗したかが把握されうる。

図１は、タイヤ１０の断面図である。 図２は、磁気センサ６３の配置を示す模式図である。 図３は、磁気センサ６３が配置された位置Ｐ１で検知される磁力線を示す模式図である。 図４は、磁気センサ６３が配置された位置Ｐ１で検知される磁力線を示す模式図である。 図５は、タイヤ１０の変形例を示す模式図である。 図６は、タイヤ１０の変形例を示す模式図である。 図７は、タイヤ１０の変形例を示す模式図である。 図８は、センサモジュール１００を示す模式図である。

以下、ここで開示されるタイヤおよび摩耗度検出システムを図面に基づいて説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されない。各図面は模式的に描かれており、必ずしも実物を反映していない。例えば、各図面における寸法関係（長さ、幅、厚さなど）は必ずしも実際の寸法関係を反映するものではない。また、各図面は、一例を示すのみであり、特に言及されない限りにおいて本発明を限定しない。また、同一の作用を奏する部材・部位には、適宜に同一の符号を付し、重複する説明を省略する。本明細書において数値範囲を示す「Ｘ～Ｙ」などの表記は、特に言及されない限りにおいて「Ｘ以上Ｙ以下」を意味する。

《タイヤ１０》
図１は、タイヤ１０の断面図である。図１では、ホイールリム１１に装着されたタイヤ１０の径方向に沿った断面が示されている。タイヤ１０は、いわゆる空気入りタイヤである。タイヤ１０は、図１に示されているように、ホイールリム１１の外周を覆うようにホイールリム１１に装着される。タイヤ１０とホイールリム１１とで囲われた空間には、空気が充填され、保持される。

〈タイヤ１０の各部位〉
タイヤ１０は、図１に示されているように、ビード部３１と、サイドウォール部３２と、ショルダー部３３と、トレッド部３４とを備えている。

ビード部３１は、ホイールに組み合わせる部分で、ホイールリム１１に全周に渡って装着され、タイヤ１０とホイールリム１１を固定させる部位である。サイドウォール部３２は、タイヤ１０の側面で径方向に沿った部位である。サイドウォール部３２は、タイヤが最もたわむ部分である。

トレッド部３４は、直接路面と接する部分であり、タイヤ１０の外周面に設けられており、外周面に沿って周方向に連続した接地面を有している。トレッド部３４は、路面との摩擦によって徐々に摩耗していく部位である。トレッド部３４は、所要の厚さを有しており、予め定められたパターンの溝３４ａが形成されている。かかる溝３４ａは、トレッドパターンとも称される。

トレッド部３４には、周方向において予め定められた複数箇所にスリップサイン３５が設けられている。スリップサイン３５として、トレッド部３４の溝３４ａの底に所定の高さで盛り上がった部分が設けられている。トレッド部３４の摩耗が進み、タイヤ１０の交換時期になると、トレッド部３４の溝３４ａに当該盛り上がった部分が現れる。スリップサイン３５は、タイヤ１０の交換時期を示すが、トレッド部３４の溝３４ａがどの程度減ってきているかは、直接的には分からない。トレッド部３４の溝３４ａがどの程度減ってきているかは、溝３４ａの深さを実測することによって把握されうる。

ショルダー部３３は、サイドウォール部３２とトレッド部３４とを繋ぐ部分である。ショルダー部３３は、路面と摩擦によって走行時に発生するトレッド部３４や内部の熱を発散する役目がある。

〈タイヤ１０の構造〉
また、タイヤ１０は、ゴム４１の成形品である。ゴム４１には、タイヤ１０の骨格を形成するカーカス４２やベルト４３やビードワイヤー４４などと称されるタイヤコードが内蔵されている。カーカス４２には、例えば、ポリエステル、ナイロン、レーヨンなどの高分子材料からなる樹脂性コード等が使用されうる。ベルト４３には、例えば、高炭素鋼が束ねられたスチールワイヤーが用いられる。ビードワイヤー４４には、例えば、高炭素鋼が束ねられたスチールワイヤーが用いられる。このようにカーカス４２やベルト４３やビードワイヤー４４などのタイヤコードは、タイヤ１０に所要の機械強度を付与する部材である。タイヤコードは、それぞれ所要の機械強度を有する材料で構成されている。

カーカス４２は、トレッド部３４、タイヤ１０の両側のショルダー部３３、サイドウォール部３２、ビード部３１の内部において連続したコード層である。ベルト４３は、トレッド部３４においてカーカス４２の外径側に配置され、周方向に連続したコード層である。ビードワイヤー４４は、スチールワイヤーを束ねてゴムで被覆したリング状の補強部材である。ビードワイヤー４４は、タイヤ１０の両側のビード部３１にそれぞれ配置されている。ビードワイヤー４４には、カーカス４２の端部が折り返されている。ビードワイヤー４４は、カーカス４２の端部を保持している。ビードワイヤー４４は、カーカス４２に掛かるテンションを受け止めてリムに固定する役目を担っている。このようにタイヤコードが内蔵されていることによって、荷重、衝撃、充填空気圧などに耐える機械的な強度が確保されている。また、タイヤ１０の内周面、タイヤコードの内側には、インナーライナーと称されるゴム層が形成されており、気密性が確保されている。タイヤコードの内側には、オーバーレイヤーと称されるゴム層が形成されており、オーバーレイヤーの表面部（外側部）にトレッド部３４が形成されている。

なお、ここでは、いわゆるラジアル構造の空気入りタイヤが例示されているが、タイヤは、特に言及されない限りにおいて、ラジアル構造に限定されない。ここで開示されるタイヤは、上述のようなトレッド部の摩耗を検知することができる。タイヤは、外周面に沿って周方向に連続した接地面を有するトレッド部を備えているとよい。かかる観点において、タイヤの構造は、特段言及されない。タイヤは、いわゆるバイアス構造でもよい。また、タイヤはチューブを有するチューブタイヤでもよい。タイヤは、トレッド部３４だけを張り替えることができるリドレッドタイヤでもよい。

〈摩耗測定構造〉
タイヤ１０は、図１に示されているように、第１磁性体６１と、第２磁性体６２と、磁気センサ６３とを備えている。

〈第１磁性体６１〉
第１磁性体６１は、トレッド部３４の予め定められた位置に配置されている。この実施形態では、トレッド部３４の凸部の予め定められた位置に埋め込まれている。第１磁性体６１は、例えば、硬磁性材料からなる粉粒体（磁性粉）が高分子材料中に分散されているとよい。そして、分散された磁性粉は、予め定められた方向に着磁されているとよい。

トレッド部３４に第１磁性体６１を設ける方法としては、例えば、以下の方法が採用されうる。トレッド部３４の凸部の予め定められた位置に、第１磁性体６１を埋め込むための穴を形成しておく。別途、当該穴に合う形状に、硬磁性材料からなる粉粒体（磁性粉）が高分子材料中に分散され成形された第１磁性体６１を成形する。成形された第１磁性体６１を予め定められた方向に着磁する。そして、トレッド部３４の凸部に形成された穴に、着磁された第１磁性体６１を装着し接着する。

トレッド部３４に第１磁性体６１を設ける他の方法としては、例えば、予め定められた方向に着磁した第１磁性体６１を用意する。用意された第１磁性体６１をトレッド部３４の凸部に形成された穴に合わせて成形する。トレッド部３４の凸部に形成された穴に成形された第１磁性体６１を装着し接着する。このように、着磁は、第１磁性体６１がトレッド部３４に埋設される前に施されてもよく、第１磁性体６１がトレッド部３４に埋設した後に施されてもよい。トレッド部３４に第１磁性体６１を設ける方法を例示したが、ここで例示される方法に限定されない。第１磁性体６１の着時方法や、磁性粉の材料については、種々の方法や材料が採用されうる。

〈磁性粉〉
例えば、磁性粉としては、着磁後の保磁力が大きく容易に減磁することがないという観点から、アルミニウム、ニッケル、コバルト、鉄を主成分とするアルニコ系磁石、酸化鉄を主成分とするフェライト系磁石、サマリウム、鉄を主成分とするサマリウム系磁石、ネオジム、鉄、ホウ素を主成分とするネオジム系磁石作製用の磁性粉を好ましく挙げることができる。

そして、具体的なアルニコ系磁石としては、Ａｌ－Ｎｉ－Ｃｏ－Ｆｅ－Ｃｕなどが、フェライト系磁石としては、Ｆｅ_２Ｏ_３－ＳｒＯなどが、サマリウム系磁石としては、Ｓｍ－Ｃｏ－Ｆｅ－Ｃｕ、Ｓｍ－Ｆｅ－Ｎなどが、ネオジム系磁石としては、Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ－Ｄｙ、Ｎｄ－Ｆｅ－Ｎｂ－Ｂ、Ｎｄ－Ｐｒ－Ｆｅ－Ｎｂ－Ｂなどが挙げられる。

また、上記した各磁性粉は２種以上を選択して用いてもよく、例えば、フェライト系の磁性粉とサマリウム系の磁性粉との混合、サマリウム系の磁性粉とネオジム系の磁性粉との混合により、それぞれ、サマリウム・フェライト系の磁性体、サマリウム・ネオジム系の磁性体を形成させることができる。

磁性粉の粒径としては、第１磁性体６１の形成に際しての高分子材料への分散性と、金属粒子であることに伴う摩耗性を考慮すると、４００μｍ以下であることが好ましく、２５０μｍ以下であるとより好ましい。

〈第１磁性体６１に用いられる高分子材料〉
第１磁性体６１に用いられる高分子材料としては、タイヤとしての特性を十分に発揮させるという観点から、硬化した状態において弾性を発揮することができる樹脂材料またはゴム材料が好ましく、また、磁性粉を分散させて成る磁性体がトレッドゴムと同じように摩耗して安定した乗り心地を提供するという観点から、硬化後はトレッドゴム組成物と同等の摩耗特性を発揮することができる樹脂材料またはゴム材料が好ましい。

上記した高分子材料の内でも、第１磁性体６１が設けられる箇所がトレッド部であることを考慮すると、第１磁性体６１に用いられる高分子材料には、トレッド部３４に用いられるトレッドゴム組成物と同じ配合のゴム材料が用いられてもよい。例えば、第１磁性体６１は、トレッド部３４に用いられるトレッドゴム組成物と同じ配合のゴム材料に磁性粉を分散させてもよい。また、例えば、トレッドゴム組成物の配合における一部の充填材を磁性粉に置換してもよい。第１磁性体６１中に占める磁性粉の配合量としては、１０質量％～７０質量％が好ましく、より好ましくは３０質量％～７０質量％であり、さらに好ましくは４０質量％～７０質量％である。

〈第１磁性体６１の磁性〉
第１磁性体６１としては、地磁気に影響されず確実に磁性体の磁束密度の測定ができるという観点から磁気センサ６３が配置されている測定位置で０．０５ｍＴ以上の磁束密度を有するように構成されていることが好ましい。また、タイヤ内部に設けられているスチールコードによる帯磁や減衰の影響下でも第１磁性体６１の磁束密度が磁気センサ６３によって測定できるとの観点から、磁気センサ６３の測定位置で０．５ｍＴ以上の磁束密度を有するように構成されていることがより好ましい。このような観点を考慮して、第１磁性体６１の表面では、第１磁性体６１は１ｍＴ以上の磁束密度を有するように構成されていることが好ましい。

一方、第１磁性体６１の磁力によって車載される他の電子機器などに悪影響を与えないようにするという観点から、磁性体の表面磁束密度は、例えば、大凡６００ｍＴ以下であることが好ましい。道路走行時に路面に落ちている釘などの金属片を吸着しないようにするという観点から、トレッド部３４の表面で測定される第１磁性体６１の磁束密度は、例えば、大凡６０ｍＴ以下であるとより好ましい。第１磁性体６１の磁束密度は、テスラメーターで測定されうる。例えば、第１磁性体６１の表面磁束密度は、着磁された第１磁性体６１の表面にテスラメーターを直接接触させることにより測定される値であってもよい。第１磁性体６１への着磁には、公知の着磁装置、例えば、コンデンサー式着磁電源装置、着磁コイル、着磁ヨークなどが用いられうる。

〈磁気センサ６３〉
磁気センサ６３は、第１磁性体６１よりも内径側に配置されている。この実施形態では、磁気センサ６３は、第１磁性体６１がトレッド部３４に埋め込まれた部位の内径側において、タイヤ１０の内周面に配置されている。

磁気センサ６３は、磁気センサが配置された位置での磁力線の向きを検知するセンサが用いられうる。磁気センサ６３に用いられるセンサ素子には、磁場の向きと強さが検知できるセンサ素子が用いられうる。かかるセンサ素子には、例えば、ＳＭＲ素子、ＡＭＲ素子、ＧＭＲ素子、ＴＭＲ素子などの磁気抵抗素子(MR: Magneto Resistive)が用いられうる。また、磁気センサに用いられるセンサ素子には、ホール素子が用いられてもよい。また、磁気センサに用いられるセンサ素子には、磁気インピーダンス素子が用いられてもよい。なお、磁気センサ６３には、ここで挙げられるセンサ素子の他、磁場の強さを検知しうる種々のセンサ素子が採用されうる。磁気センサ６３における磁束密度の有効測定レンジは、例えば、１ｍＴ以上であるとよい。

ＳＭＲ素子は、半導体磁気抵抗素子(SMR：Semiconductor Magneto Resistive)である。ＳＭＲ素子は、ローレンツ力によって生じた抵抗値の変化を利用したセンサである。

ＡＭＲ素子は、異方性磁気抵抗素子（AMR: Anisotropic-Magneto-Resistive）である。ＡＭＲ素子は、例えば、Ｓｉ若しくはガラス基板と、その上に形成されたＮｉ，Ｆｅなどの強磁性金属を主成分とする合金の薄膜で構成されている。ＡＭＲ素子は、パターニングすることにより長手方向に磁壁（磁区と磁区の境界）が揃い、形状異方性を示す。ＡＭＲ素子は、強磁性薄膜金属に電流を流し、磁界が電流方向に対して垂直方向に印加された場合に、磁界の強さに応じて抵抗値が下がる特性を有している。

ＧＭＲ素子は、巨大磁気抵抗効果を利用した巨大磁気抵抗素子（GMR: Giant Magneto Resistive）である。ＧＭＲ素子は、強磁性体(ピン層)-非磁性体金属-強磁性体(フリー層)の積層膜で、ピン層とフリー層の磁化が反平行の場合と、ピン層とフリー層の磁化の向きを揃えた場合とで、電子の散乱度合いが変化し抵抗値が変化する。

ＴＭＲ素子は、トンネル磁気抵抗素子(TMR：Tunnel Magneto Resistive)である。ＴＭＲ素子は、強磁性体(ピン層)-絶縁体-強磁性体(フリー層)の積層膜で、ピン層とフリー層の磁化が反平行の場合と、ピン層とフリー層の磁化の向きを揃えた場合とで、トンネル効果により絶縁体を通過する電子の割合が変化し抵抗値が変化する。

ホール素子は、ホール効果を用いて磁気を検出する素子である。ホール素子によれば、半導体薄膜などに電流を流すと、ホール効果によって磁束密度や向きに応じた電圧が出力される。

磁気インピーダンス素子（MI：magneto-impedance element）は、磁気インピーダンス効果を利用して外部磁界を検出する素子である。

磁気センサ６３には、１つのセンサ素子が含まれているものでもよいし、複数のセンサ素子が含まれているものでもよい。例えば、磁気センサ６３を構成する１つのセンサパッケージの中に２つ以上のセンサ素子が配置されていてもよい。

例えば、磁気センサ６３に用いられるセンサ素子の感度方向に指向性がある場合、直交３軸方向にセンサの感度方向が向けられた３つのセンサ素子が１つのセンサパッケージに含められているとよい。このことによって、磁気センサ６３が配置された位置での、磁力密度の大きさと向きを求めうる磁気センサ６３を得ることができる。

また、磁気センサ６３は、第１センサ素子と、第２センサ素子とを備えていてもよい。ここで第１センサ素子は、磁気センサ６３が配置された位置における、第１磁性体６１の磁力線の向きに合わせて感度方向が向けられているとよい。第２センサ素子は、第２磁性体６２の磁力線の向きに合わせて感度方向が向けられているとよい。この場合、第１センサ素子によって、第１磁性体６１の磁力線の向きに応じた磁束密度の大きさが検知できる。また、第２センサ素子によって、第２磁性体６２の磁力線の向きに応じた磁束密度の大きさが検知できる。第１センサ素子で得られた磁束密度の大きさと、第２センサ素子で得られた磁束密度の大きさとによって、磁気センサ６３が配置された位置での、磁力密度の大きさと向きを求められうる。

このように磁気センサ６３を構成する、１つのセンサパッケージには、複数のセンサ素子が組み込まれていてもよい。また、１つのセンサパッケージに組み込まれるセンサ素子には、同じ種類の素子が用いられてもよい。また、１つのセンサパッケージに組み込まれるセンサ素子には、ホール素子と、磁気抵抗素子など、異なる種類の素子が組み合わされてもよい。磁気センサは、いろいろな機能を備えた磁気センサが市場において入手可能であり、磁気センサ６３として適当な機能を奏する磁気センサが適宜に採用されるとよい。

〈第２磁性体６２〉
第２磁性体６２は、第１磁性体６１よりも磁気センサ６３の近くに配置されている。この実施形態では、第２磁性体６２は、タイヤ１０の径方向内側において磁気センサ６３に重ねられている。第２磁性体６２には、予め着磁された硬磁性体が用いられうる。第２磁性体６２は、硬磁性体で構成されているとよい。また、第２磁性体６２の表面磁束密度は、第１磁性体６１よりも小さくてもよい。

タイヤ１０は、磁気センサ６３が配置された位置において、第１磁性体６１によって発せられる磁力線の向きと、第２磁性体６２によって発せられる磁力線の向きとが異なっている。図２は、磁気センサ６３の配置を示す模式図である。図２では、磁気センサ６３と第１磁性体６１と第２磁性体６２との配置が示されている。また、図２では、磁気センサ６３が配置された位置での、第１磁性体６１の磁力線６１ａと、第２磁性体６２の磁力線６２ａとが示されている。図２に示された形態では、第１磁性体６１の磁力線６１ａは、磁気センサ６３が配置された位置において、タイヤ１０の厚さ方向に向けられている。第２磁性体６２の磁力線６２ａは、磁気センサ６３が配置された位置において、タイヤ１０の厚さ方向に直交する面に沿って向けられている。このように、第２磁性体６２の磁力線６２ａは、磁気センサ６３が配置された位置において、第１磁性体６１の磁力線６１ａとは異なる向きに向けられているとよい。

第１磁性体６１は、トレッド部３４に埋められている。第１磁性体６１は、トレッド部３４の厚さ方向において、内径側がＮ極、外径側（表面側）がＳ極となるように着磁されている。このため、第１磁性体６１の磁力線６１ａは、磁気センサ６３が配置された位置において、タイヤ１０の厚さ方向に向いている。第２磁性体６２は、磁気センサ６３の内径側に重ねて配置されている。そして、タイヤ１０の幅方向に沿って一方がＮ極、他方がＳ極になるように着磁されている。この結果、第２磁性体６２の磁力線６２ａは、磁気センサ６３が配置された位置において、タイヤ１０の厚さ方向に直交するレベル面に沿って向けられている。この実施形態では、第２磁性体６２の磁力線６２ａは、磁気センサ６３が配置された位置においてタイヤ１０の幅方向に沿った方向に向けられる。つまり、磁気センサ６３が配置された位置で、第１磁性体６１の磁力線６１ａと、第２磁性体６２の磁力線６２ａとは、直交している。

図３と図４は、それぞれ磁気センサ６３が配置された位置Ｐ１で検知される磁力線を示す模式図である。図３と図４では、磁気センサ６３が配置された位置Ｐ１で検知される磁力線のうち、第１磁性体６１の磁力線６１ａの向きと磁束密度の大きさに応じた第１ベクトル７１と、第２磁性体６２の磁力線６２ａの向きと磁束密度の大きさに応じた第２ベクトル７２とが抽出され、その合成ベクトル７０がそれぞれ示されている。図３では、タイヤ１０（図２参照）について新品の状態が示されている。図４では、トレッド部３４（図２参照）が摩耗した状態が示されている。

磁気センサ６３は、例えば、磁気センサ６３が配置された位置における磁束密度の大きさおよび向き検知できるものでもよい。他の外乱となる外部磁界を考慮しなければ、合成ベクトル７０に応じた、磁束密度の大きさおよび向きが磁気センサ６３によって検知される。また、磁気センサ６３は、第１磁性体６１の磁力線６１ａの向きに合わせて感度方向が向けられた第１センサ素子と、第２磁性体６２の磁力線６２ａの向きに合わせて感度方向が向けられた第２センサ素子とを備えているものでもよい。この場合には、第１ベクトル７１と、第２ベクトル７２が検知され、その合成ベクトル７０が演算によって得られうる。磁気センサ６３が配置された位置での磁力線の向きは、例えば、磁気センサ６３において予め定められた基準面に対する傾きθとして求められうる。基準面に対する傾きは、イニシャライズやキャリブレーションによって予め調整されてもよい。

図２に示された形態では、トレッド部３４が摩耗すると、第１磁性体６１が摩耗する。図４に示されているように、第１磁性体６１が摩耗すればするほど、第１磁性体６１から発せられる磁力線６１ａの磁束密度が小さくなる。これに応じて、第１磁性体６１の磁力線６１ａの向きに沿った第１ベクトル７１が小さくなる。これに対して、第２磁性体６２から発せられる磁力線６２ａの磁束密度は変化しない。このため、タイヤ１０の摩耗が進行し、第１磁性体６１から発せられる磁力線６１ａの磁束密度が小さくなればなるほど、合成ベクトル７０は、第１ベクトル７１の影響が小さくなり、第２ベクトル７２の影響が大きくなる。このため、合成ベクトル７０の向きは、第２ベクトル７２の方に近づいていく。

タイヤ１０は、トレッド部３４の予め定められた位置に配置された第１磁性体６１と、第１磁性体６１よりも内径側に配置された磁気センサ６３と、第１磁性体６１よりも磁気センサ６３の近くに配置された第２磁性体６２とを備えている。そして、磁気センサ６３が配置された位置において、第１磁性体６１によって発せられる磁力線６１ａの向きと、第２磁性体６２によって発せられる磁力線６２ａの向きとが異なっている。

磁気センサ６３に用いられるセンサ素子の出力値は、温度依存性を有する場合がある。磁気センサ６３が配置された位置での磁力線の向きθは、第１磁性体６１と第２磁性体６２とによって生じる磁場に起因している。磁気センサ６３に用いられるセンサ素子の出力値は、温度依存性を有する場合がある場合では、温度変化によって、第１磁性体６１から発せられる磁力線６１ａの磁束密度が小さくなると、第２磁性体６２から発せられる磁力線６２ａの磁束密度も同様に小さくなる。このため、磁気センサ６３によって検知される磁力線の向きθは、温度に依存せず、第１磁性体６１の摩耗の程度に依存する。

このタイヤ１０は、磁気センサ６３が配置された位置において、第１磁性体６１によって発せされる磁力線６１ａの向きと、第２磁性体６２によって発せられる磁力線６２ａの向きが異なっている。このため、磁気センサ６３が配置された位置で検知される磁力線の向きに基づいて、第１磁性体６１の摩耗の程度、換言すれば、トレッド部３４の摩耗の程度が検出できる。かかる観点において、磁気センサ６３は、磁気センサ６３が配置された位置での磁力線の向きを少なくとも検知しうるものであるとよい。かかる磁気センサ６３によれば、配置された位置での磁力線の向きが検知される。検知された磁力線の向きに基づいて、第１磁性体６１と第２磁性体６２とによって生じる磁場の変化が得られ、さらにはトレッド部３４の摩耗の程度を検知することができる。磁気センサ６３で検知される磁束密度の大きさが温度の影響を受ける場合であっても、磁気センサ６３によって検知される磁力線の向きとトレッド部３４の摩耗の程度とには、相関関係がある。このため、磁気センサ６３によって検知される磁力線の向きに基づいて、トレッド部３４の摩耗の程度が得られる。このように、磁気センサ６３で検知される磁束密度の大きさが温度の影響を受ける場合であっても、トレッド部３４の摩耗の程度が精度良く得られる。

また、ベルト４３などのタイヤコードが磁化されることもあり得る。ベルト４３などのタイヤコードが磁化された場合でも、タイヤコードから発せられる磁力線の影響は、磁気センサ６３が配置された位置において一定である。磁気センサ６３によって検知される磁力線の向きは、タイヤコードから発せられる磁力線の影響によっても変化しにくい。このように、このタイヤ１０によれば、タイヤコードの磁化などの外乱の影響を受けにくく、第１磁性体６１の摩耗の程度が磁気センサ６３によって精度よく求められる。

図５は、タイヤ１０の変形例を示す模式図である。図５に示された形態では、第２磁性体６２は、タイヤ１０の内側面において磁気センサ６３の横に配置されている。第２磁性体６２は、Ｎ極を磁気センサ６３に向け、Ｓ極が磁気センサ６３とは反対側に向けられている。図５に示された形態では、磁気センサ６３が配置された位置で、第１磁性体６１の磁力線６１ａは、タイヤ１０の厚さ方向に向けられている。第２磁性体６２の磁力線６２ａは、タイヤ１０の厚さ方向に直交する面に沿って向けられている。この場合も、図５に示されているように、第１磁性体６１の磁力線６１ａに対して、第２磁性体６２の磁力線６２ａが直交する。このように、第２磁性体６２の配置や向きは、図２に示された形態に限定されず、適切に変更されうる。

図６は、タイヤ１０の変形例を示す模式図である。図６に示された形態では、第１磁性体６１の磁力線６１ａの向きは、磁気センサ６３が配置された位置において、タイヤ１０の厚さ方向に直交する面に沿って向けられている。この実施形態では、第１磁性体６１のＮ極とＳ極は、タイヤ１０のトレッド部３４において、タイヤ１０の幅方向にそれぞれ向けられている。この場合、第１磁性体６１の磁力線６１ａは、タイヤ１０の厚さ方向においてＮ極からＳ極に向けてループ状に形成されており、タイヤ１０の内周面では、大凡タイヤ１０の内周面に沿った向きに形成される。これに対して、第２磁性体６２の磁力線６２ａは、磁気センサ６３に厚さ方向に重ねられて磁気センサ６３が配置された位置において、タイヤ１０の厚さ方向に向けられている。

この場合、タイヤ１０の摩耗に応じて、第１磁性体６１も摩耗する。そして、タイヤ１０の摩耗に応じて、磁気センサ６３が配置された位置で観察される第１磁性体６１の磁力線６１ａの磁束密度は弱くなる。これに対して、磁気センサ６３が配置された位置で観察される第２磁性体６２の磁力線６２ａの磁束密度は変わらない。このため、磁気センサ６３が配置された位置で観察される磁束密度の向きは、第１磁性体６１の摩耗に応じて変化する。このため、磁気センサ６３で検知された磁束密度の向きに基づいて、タイヤ１０の摩耗の程度が検知できる。

図６に示されているように、第１磁性体６１の磁力線６１ａは、磁気センサ６３が配置された位置において、タイヤ１０の厚さ方向に直交する面に沿って向けられていてもよい。また、第２磁性体６２の磁力線６２ａは、タイヤ１０の厚さ方向に向けられていてもよい。ここでは、第１磁性体６１の磁力線６１ａと第２磁性体６２の磁力線６２ａは、磁気センサ６３が配置された位置で概ね直交している。かかる構成を実現するため、磁気センサ６３に対して第１磁性体６１と第２磁性体６２の姿勢や向きが予め定められている。

図７は、タイヤ１０の変形例を示す模式図である。図７に示されているように、第１磁性体６１は、トレッド部３４において、少し離れた２箇所にそれぞれ配置されていてもよい。この場合、２つの第１磁性体６１のうち一方の第１磁性体６１は、トレッド部３４の厚さ方向において内径側にＮ極が向けられているとよい。また、他方の第１磁性体６１は、内径側にＳ極が向けられているとよい。磁気センサ６３は、２つの第１磁性体６１の間において、タイヤ１０の内側面に配置されているとよい。第２磁性体６２は、タイヤ１０の内径側において、磁気センサ６３に重ねられており、磁気センサ６３に向けてＮ極が向けられているとよい。この場合、図７に示されているように、磁気センサ６３が配置された位置において、第１磁性体６１の磁力線６１ａと第２磁性体６２の磁力線６２ａが、磁気センサ６３が配置された位置で概ね直交する。磁気センサ６３が配置された位置で観察される磁束密度の向きは、第１磁性体６１の摩耗に応じて変化する。このため、磁気センサ６３で検知された磁束密度の向きに基づいて、タイヤ１０の摩耗の程度が検知できる。このように第１磁性体６１は、トレッド部３４に複数設けられていてもよい。

ここで開示されるタイヤ１０は、上述のように磁気センサ６３が配置された位置において、第１磁性体６１によって発せられる磁力線６１ａの向きと、第２磁性体６２によって発せられる磁力線６２ａの向きとが異なっている。タイヤ１０は、トレッド部３４の摩耗に応じて、トレッド部３４に配置された第１磁性体６１が摩耗する。そして、これに応じて第１磁性体６１の磁力線６１ａの磁束密度が弱まる。第１磁性体６１の磁力線６１ａの磁束密度が弱まることは、第２磁性体６２の磁力線６２ａの磁束密度に対して相対的に評価される。このため、磁気センサ６３が配置された位置で観察される磁束密度に基づいてタイヤ１０の摩耗の程度が検知できる。

かかる観点で、上述した実施形態では、第１磁性体６１の磁力線６１ａと第２磁性体６２の磁力線６２ａが、磁気センサ６３が配置された位置で概ね直交している。この場合には、第１磁性体６１の磁力線６１ａの磁束密度が弱まったときに、磁気センサ６３が配置された位置で観察される磁力線の向きの変化が大きく現れる。このため、トレッド部３４の摩耗を評価しやすい。しかし、上述のように磁気センサ６３が配置された位置において、第１磁性体６１によって発せられる磁力線６１ａの向きと、第２磁性体６２によって発せられる磁力線６２ａの向きとが異なっているとよい。第１磁性体６１の磁力線６１ａと第２磁性体６２の磁力線６２ａが、磁気センサ６３が配置された位置で直交していることには、特段の言及がない限りにおいて、限定されない。

磁気センサ６３は、第１磁性体６１の磁力線６１ａと、第２磁性体６２の磁力線６２ａの両方に起因した磁束密度を検知できるとよい。かかる観点において、磁気センサ６３と第２磁性体６２は、第１磁性体６１が設けられた位置においてトレッド部３４の厚さ方向における内側部に設けられているとよい。また、磁気センサ６３が配置された位置で検知される磁束密度は、適宜に温度補正されてもよい。

図８は、センサモジュール１００を示す模式図である。センサモジュール１００は、図８に示されているように、第２磁性体６２と磁気センサ６３を備えている。図８に示された形態では、第２磁性体６２と磁気センサ６３は、１つのセンサモジュールに組み込まれていてもよい。センサモジュール１００は、例えば、第２磁性体６２と磁気センサ６３とが、１つの基板１０１の予め定められた位置に配置されていてもよい。この場合、磁気センサ６３と第２磁性体６２の位置関係が定まるので、磁気センサ６３が配置された位置における第２磁性体６２の磁力線６２ａの磁束密度が予測しやすい。

タイヤ１０は、図８に示されているように、磁気センサ６３に電力を供給するための電源８１を備えていてもよい。かかる電源８１としては、例えば、ボタン電池であってもよい。また、タイヤ１０は、磁気センサ６３に電力を供給するための発電素子８２を備えていてもよい。発電素子８２は、磁気センサ６３に電力を供給するための電源８１として機能しうる程度の性能を有するものが採用されうる。発電素子８２としては、圧電素子や、振動発電素子、電磁誘導、磁歪発電素子、摩擦帯電素子などが用いられうる。また、発電のエネルギ源としては、タイヤ内部で得られる振動や慣性力などの運動エネルギが利用されるとよい。なお、発電素子８２で発電された電気エネルギを貯える蓄電素子８３を備えていてもよい。

タイヤ１０は、図８に示されているように、温度センサ８４を備えていてもよい。温度センサ８４は、センサと温度検出回路を備えたサーモスタットＩＣなどが採用されうる。かかる温度センサ８４は、例えば、－４０℃～６０℃程度の動作温度を備えているとよい。温度センサ８４には、種々市販されており、タイヤ１０に取り付けられるものとして適当な性能を有するものが採用されうる。タイヤ１０は、図８に示されているように、磁気センサ６３の信号を、外部装置に出力するための送受信装置８５を備えていてもよい。送受信装置８５には、適当な無線通信回路が採用されうる。

タイヤ１０には、圧力センサ８６や、加速度センサ８７を備えていてもよい。例えば、圧力センサ８６は、タイヤ１０の圧力を検知するのに利用されうる。また、加速度センサ８７は、例えば、加速度を検知するセンサであるとよい。例えば、加速度センサ８７に基づいて、適当なタイミングにおいて磁気センサ６３で得られた磁束密度の検知結果に基づいて、トレッド部３４の摩耗の程度が判定されるとよい。

図８に示された例では、発電素子８２と、蓄電素子８３と、温度センサ８４と、送受信装置８５と、圧力センサ８６と、加速度センサ８７とが、第２磁性体６２と磁気センサ６３が実装されたセンサモジュール１００の１つの基板１０１の上に実装されている。このように、タイヤ１０に搭載されるセンサ類が、１つの基板１０１の上に実装されていてもよい。この場合、タイヤ１０の内側面にセンサモジュール１００を取り付けるための取付部が予め設けられているとよい。これにより、タイヤ１０の内側面の予め定められた位置に、予め定められた姿勢でセンサモジュール１００が取り付けられるように構成される。この場合、各種センサが、センサモジュール１００において纏められているので、タイヤ１０にセンサを取り付けるのが容易になる。なお、図８に示された形態に関わらず、特段、言及されない場合には、発電素子８２と、蓄電素子８３と、温度センサ８４と、送受信装置８５と、圧力センサ８６と、加速度センサ８７とは、それぞれ第２磁性体６２と磁気センサ６３とは、別のセンサモジュール１００に設けられていてもよい。

送受信装置８５は、例えば、タイヤ１０が取り付けられる車両に対応する送受信装置２０１が配置されているとよい。そして、車両の電子制御回路２０２（ＥＣＵ）に、各種センサから得られるデータが送られるとよい。そして、電子制御回路２０２において、車両においてタイヤ１０のトレッド部３４の摩耗データが記録されるように構成されているとよい。

車両の電子制御回路２０２は、例えば、記憶部２２１と、摩耗度取得部２２２とを備えている。記憶部２２１は、磁気センサ６３によって検知された初期の磁力線の向きを記憶している。初期の磁力線は、新品のタイヤ１０（図１参照）において、磁気センサ６３によって検知された磁力線の向きである。例えば、新しいタイヤ１０に交換された時に、磁気センサ６３によって検知された磁力線の向きが記憶部２２１に記憶されるとよい。また、摩耗度取得部２２２は、磁気センサ６３によって検知された磁力線の向きと、初期の磁力線の向きとに基づいて、トレッド部３４の摩耗度を得るように構成されているとよい。例えば、図３および図４に示されているように、初期のタイヤ１０と、その後、トレッド部３４の摩耗が進んだタイヤ１０とでは、磁気センサ６３によって検知された磁力線の向きが変化する。摩耗度取得部２２２は、例えば、かかる磁力線の向きの変化を基に、トレッド部３４の摩耗度で求められるように構成されているとよい。

さらに、図８に示されているように、タイヤ１０のトレッド部３４（図１参照）の摩耗データは、通信ネットワーク３００を通じてクラウドサーバ３０２に記録されるように構成されていてもよい。かかる構成において、車両のタイヤ１０のトレッド部３４の摩耗データがクラウドサーバ３０２に記録されるとよい。これによって、遠隔にて車両のタイヤ１０の摩耗を記録することができる。この場合、クラウドサーバ３０２は、タイヤ１０の摩耗度合を車両に通知したり、タイヤ１０の摩耗が進んだ車両にタイヤの交換時期を通知したりするように構成されていてもよい。複数の車両のタイヤの交換時期をクラウドサーバ３０２によって一括して管理することができる。また、タイヤ１０がリトレッドタイヤである場合には、複数の車両の複数のタイヤにおけるトレッド部の再生時期をクラウドサーバ３０２によって一括して管理することができる。

以上、ここで開示されるタイヤおよび摩耗度検出システムについて、種々説明したが、ここで開示されるタイヤおよび摩耗度検出システムは、特に言及されない限りにおいて、上述した実施形態や変形例に限定されない。また、種々言及した実施形態や変形例の各構成は、互いに阻害しない関係であれば、適宜に組み合わせることができる。

１０ タイヤ
１１ ホイールリム
３１ ビード部
３２ サイドウォール部
３３ ショルダー部
３４ トレッド部
３４ａ 溝
３５ スリップサイン
４１ ゴム
４２ カーカス
４３ ベルト
４４ ビードワイヤー
６１ 第１磁性体
６１ａ 第１磁性体６１の磁力線
６２ 第２磁性体
６２ａ 第２磁性体６２の磁力線
６３ 磁気センサ
７０ 合成ベクトル
７１ 第１ベクトル
７２ 第２ベクトル
８１ 電源
８２ 発電素子
８３ 蓄電素子
８４ 温度センサ
８５ 送受信装置
８６ 圧力センサ
８７ 加速度センサ
１００ センサモジュール
１０１ 基板
２０１ 送受信装置
２０２ 電子制御回路
２２１ 記憶部
２２２ 摩耗度取得部
３００ 通信ネットワーク
３０２ クラウドサーバ

Claims (15)

1. 外周面に沿って周方向に連続した接地面を有するトレッド部と、
   前記トレッド部の予め定められた位置に配置された第１磁性体と、
   前記第１磁性体よりも内径側に配置された磁気センサと、
   前記第１磁性体よりも前記磁気センサの近くに配置された第２磁性体と
   を備え、
   前記磁気センサが配置された位置において、前記第１磁性体によって発せられる磁力線の向きと、前記第２磁性体によって発せられる磁力線の向きとが異なっている、
   タイヤ。
2. 前記磁気センサは、当該磁気センサが配置された位置での磁力線の向きを検知する、請求項１に記載されたタイヤ。
3. 前記第１磁性体の磁力線は、前記磁気センサが配置された位置において、当該タイヤの厚さ方向に向けられている、請求項１または２に記載されたタイヤ。
4. 前記第２磁性体の磁力線は、前記磁気センサが配置された位置において、当該タイヤの厚さ方向に直交する面に沿って向けられている、請求項３に記載されたタイヤ。
5. 前記第１磁性体の磁力線は、前記磁気センサが配置された位置において、当該タイヤの厚さ方向に直交する面に沿って向けられている、請求項１または２に記載されたタイヤ。
6. 前記第２磁性体の磁力線は、前記磁気センサが配置された位置において、当該タイヤの厚さ方向に向けられている、請求項５に記載されたタイヤ。
7. 前記磁気センサと前記第２磁性体は、前記第１磁性体が設けられた位置においてトレッド部の厚さ方向における内側部に設けられた、請求項１から６までの何れか一項に記載されたタイヤ。
8. 前記磁気センサと前記第２磁性体は、１つの基板に予め定められた位置に配置されている、請求項１から７までの何れか一項に記載されたタイヤ。
9. 前記磁気センサは、ＳＭＲ素子と、ＡＭＲ素子と、ＧＭＲ素子と、ＴＭＲ素子と、ホール素子と、磁気インピーダンス素子とのうち少なくとも何れか１つである、請求項１から８までの何れか一項に記載されたタイヤ。
10. 前記磁気センサに電力を供給するための電源を備えた、請求項１から９までの何れか一項に記載されたタイヤ。
11. 前記磁気センサに電力を供給するための発電素子を備えた、請求項１から１０までの何れか一項に記載されたタイヤ。
12. 温度センサをさらに備えた、請求項１から１１までの何れか一項に記載されたタイヤ。
13. 磁気センサの信号を、外部装置に出力するための送受信装置を備えた、請求項１から１２までの何れか一項に記載されたタイヤ。
14. 加速度センサをさらに備えた、請求項１から１３までの何れか一項に記載されたタイヤ。
15. 請求項１から１４までの何れか一項に記載されたタイヤと、
    前記磁気センサによって検知された初期の磁力線の向きを記憶した記憶部と、
    前記磁気センサによって検知された磁力線の向きと、前記初期の磁力線の向きとに基づいて、前記トレッド部の摩耗度を得るように構成された摩耗度取得部と
    を備えた、摩耗度検出システム。

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