JP3718800B2 - 部品の状態を検出するための装置および方法 - Google Patents
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Description
本発明は、部品(item)の状態を検出するための装置および方法に関し、詳細には、限定はしないが、自動車両タイヤの特定の状態を検出するための装置および方法に関する。
【0002】
自動車両のブレーキ・パッドなどの部品の状態の不良は適切な電気的手段により検出されることはよく知られている。通常、ブレーキ・パッドに過剰な摩耗が生じていることは、単純な回路が閉じることでわかる。ブレーキ・パッドが所定のレベルまで摩耗した場合、1つまたは複数のパッド内に埋め込まれている離間した1対のワイヤが露出する。ブレーキ系が作動しているとき、露出したワイヤが金属製ブレーキ・ディスクに押しつけられ、その結果、電気回路が閉じる。その後、自動車両の運転者に警告を発する適当な手段が作動する。
【0003】
部品の特定の状態を検出する前述の手段は多くのアプリケーションに適しているが、当該部品を電気回路に接続することが問題になるような状況には都合良く適応させることができない。部品を大きな角速度で回転させる必要があるケース、例えば、自動車両タイヤなどがあてはまる。
【0004】
自動車両タイヤが動作する過酷な状態のせいで、以前には、特定レベルのタイヤ摩耗を都合良く、信頼度高く、しかも安価に検出するための手段を車両に備えることができなかった。過剰なタイヤ摩耗を示す自動的な手段が自動車両に装備できなかったため、従来は、自動車両の各タイヤのトレッドを頻繁に目視点検することでのみ、摩耗しすぎのタイヤをうっかり使用し非常に危険な状態になるのを回避してきた。しかし、このタイプの点検は時間がかかり不便なため、従来から自動車両の利用者、特に個人所有自動車両の利用者がこのタイプの点検を適切に完了することはなかった。そのため、多くの自動車両は運転者が知ることなく危険な状態で運転されている。
【0005】
部品、特に遠隔環境に置かれている、あるいは過酷な状態に晒されている部品(例えば、自動車両タイヤ)の特定の状態を検出するための装置を実現することが本発明の目的である。
【0006】
また、便利で、信頼高く、安価な方法で部品の特定の状態を検出するための装置を実現することも本発明の目的である。
【0007】
メンテナンスを必要としない検出装置を実現することも本発明の他の目的である。
【0008】
部品、特に遠隔環境に置かれている、あるいは過酷な状態に晒されている部品(例えば、自動車両タイヤ)の特定の状態を検出する方法を実現することも本発明の目的である。
【0009】
さらに、便利で、信頼高く、安価な方法で部品の特定の状態を検出する方法を実現することも本発明の目的である。
【0010】
本発明の第1の態様では、部品の特定の状態を検出するための装置を実現し、前記装置は、高周波エネルギーを放射するための構造であって、高周波エネルギーの受信に応答して放射するための構造を備え、前記構造は、使用時に、前記部品が前記特定の状態に達したことに応答して第2の構成に変更される第1の構成を有し、前記構成の変更により、前記構造から放射された高周波エネルギーの検出可能な差を発生する。
【0011】
本発明による装置を適切に使用することで特定のレベルのタイヤ摩耗を検出できる。例えば、高周波エネルギーを放射するための構造をタイヤ製造工程でゴムタイヤのトレッドに埋め込むことができる。構造が配置されるトレッドの深さにより、検出が行われるまでに許容されるタイヤ摩耗のレベルが決まる。タイヤのトレッドが十分摩耗し本発明の前記構造が露出した後、さらに使用してタイヤが摩耗すると前記構造が路面に繰り返し当たり、それ自体が摩耗する。そのため、特定のタイヤ状態(例えば、過剰な摩耗)になると前記構造は第1の構成から第2の構成に変わる。前記構造の構成変更の結果、高周波エネルギーの受信に対する前記構造の特性応答も変わる。こうして、本発明による装置が装備されているタイヤが過剰な摩耗を生じるかどうかは、高周波エネルギーを前記タイヤに定期的に照射し、タイヤのトレッドに埋め込まれた前記構造からの応答で放射される高周波エネルギーを監視することにより判別できる。
【0012】
前記構造は、使用中に前記部品が前記特定の状態に達したときに融除されるように適合された部材を備えるのが好ましい。さらに、前記構造は融除されるように適合された前記部材により互いに接続されている離間した2つの部材を備えるのが好ましい。前記構造は、使用中に融除されるように適合された複数の部材を備えることができる。特に、前記複数の部材のうちの少なくとも1つは、前記部品が前記複数の部材のうちの別の部材が使用中に融除されたときに達する状態とは異なる状態に達したときに使用中に融除されるように適合することが望ましい。前記構造は単一の構成要素とすることができる。
【0013】
さらに、前記構造は2つの細長い要素を備え、要素の第1の端部は互いに接続され、要素の第2の端部は互いに接続され、各要素は融除されるように適合された部材により他方に接続されている離間した2つの部材を備えることが好ましい。部材は、前記構造の残部から突き出ている前記部材によって削摩されるように適合できる。別法として、部材は、前記構造の残部のとは異なる材料の前記部材によって削摩されるようにも適合できる。削摩されるように適合された部材は、バイメタル・ストリップでよい。
【0014】
前記構造は、少なくとも1つの細長いスロットを備えるのが好ましい。さらに、前記構造は細長い形状が好ましい。第1の構成では、前記構造は、少なくとも1つのスロットの一方の側から他方の側へ延びる1つまたは複数のブリッジ要素を備えるのが理想的である。各ブリッジ要素は突き出て、スロットを画定するスペースを空きにするのが好ましい。削摩されるように適合されたブリッジ要素または部材は、バイメタル・ストリップでよい。線形または非線形ミキサによって、少なくとも1つのスロットの一方の側を他方の側に接続することができる。
【0015】
本発明の第2の態様では、部品の特定の状態を検出する方法を提供し、前記方法は、部品の特定の部品状態を検出するために上で定義した装置を前記部品に備えるステップと、高周波エネルギーを前記装置に送信し、前記装置から放射された高周波エネルギーを受信するステップと、前記特定状態に達したことに対応して放射された高周波エネルギーを監視するステップを含む。
【0016】
そのため、本発明の装置および方法は、注目する部品が遠隔環境に置かれていたり、過酷な状態に晒されている場合であっても、特定の部品状態を自動検出できる従来技術に勝っている。本発明の装置は、単純で受動的な方法で機能する。したがって、前記装置は製造するのに費用がかからず、監視対象の部品内に簡単に組み込める。前記装置の動作は単純であるため、信頼性も高い。
【0017】
さらに、本発明の装置は受動モードで動作するため、前記装置はメンテナンスを必要としない。他の感知手段とは異なり、本発明の装置では、バッテリを装着して定期的に交換する必要もない。
【0018】
添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
【0019】
本発明の第1の実施形態4を備える自動車両のホイール・アッセンブリ2は添付図面の図1に示されている。ホイール・アッセンブリ2は、車体10のホイール・アーチ8の下に配置されているホイール6を備える従来型のものであり、ホイール6はアクスル12および適切なサスペンション・システム(図示せず)により車体10に取り付けられている。第1の実施形態4は、ホイール6に装備されているタイヤ16の過剰な摩耗を検出するのに適したデバイスである。
【0020】
本発明の第1の実施形態4は、タイヤ16のトレッドが付いているゴム部分14内に配置されている。タイヤ16内に配置された第1の実施形態4の拡大断面図を図2に示す。第1の実施形態4はタイヤ16の全幅にわたって延び、タイヤ・トレッドのいくつかの間隔のあいている領域内のタイヤ状態を検出することができることがわかる。タイヤ16が使用中のとき、タイヤ・トレッドの前記領域は路面に接触し、特に過剰な摩耗を生じやすい。それとは別に、第1の実施形態4はタイヤ16内で円周状に延びるように配列することができる。
【0021】
タイヤ16内の場所の前の第1の実施形態4の2つの図面は図3と図4に示されている。これらの図は、第1の実施形態4の一般に平坦で細長いという性質を示している。第1の実施形態4は、薄くて細い材料のストリップの形を取る物体18によって定義される。物体18は、高周波エネルギーを受信、放射するのに適した材料(例えば、金属材料)から製造できる。物体18には、3つの細長いスロット20、22、24が備わっている。3つの細長いスロット20、22、24は互いに同一であり、物体18の厚みを通って延びる。細長いスロット22の1つは、物体18の長さに沿う中央部に配置されるが、残り2つの細長いスロット20、24は物体18の反対側の端部部分に配置されている。スロット20、22、24はそれぞれ、矩形をしている。細長いスロット20、22、24の縦方向の軸は互いに一列に並び、また物体18の縦軸と一列に並んでいる。
【0022】
各細長いスロット20、22、24の幅には、2つの縦方向に間隔のあけてあるブリッジ26、28が差し渡されている。この配列は、図4に最も明確に示されている。ブリッジ26、28はそれぞれ、図3の断面図からわかるように物体18から突き出ている。この図は、物体18の縦軸に沿って描かれており、物体18の上面30の上に延びる各細長いスロット20、22、24のブリッジ26、28を明確に示している。ブリッジ26、28はそれぞれ、前記ブリッジ26、28が路面と繰り返し接触するときに容易に摩耗する十分に柔らない材料のもので製造されている。ブリッジ26、28の材料は、物体18から放射される高周波エネルギーに影響を与える種類のものでもある。
【0023】
第1の実施形態4は、タイヤ16のトレッドが付いているゴム部分14内に完全にカプセル化されており、図2に示されているとおりである。第1の実施形態4は、タイヤ16の成形時にこの位置に配置される。第1の実施形態4は、その物体18の縦軸がトレッドの付いている部分14の幅にわたって置かれ、ブリッジ26、28および物体18の上面30がアクスル12から放射状に外を向くように配列されている。物体18の上面30は、タイヤ・トレッドの最小許容可能深さに対応する位置に置かれる。
【0024】
タイヤ16が摩耗し、トレッドの付いているゴム部分14の厚さが減少すると、浮き上がっているブリッジ26、28が露出する。この段階で、トレッド部分14の摩耗状態は許容可能な範囲に保たれる。しかし、タイヤ16をさらに使用すると、タイヤがさらに摩耗するだけでなく、ブリッジ26、28の1つまたは複数も摩耗する。タイヤ16がトレッドの最小許容可能深さまで(つまり、物体18の上面30の深さまで)摩耗したら、この摩耗領域に置かれているブリッジ26、28は完全に崩壊し、一部または全部ブリッジがなくなっている細長いスロットを1つまたは複数残すだけである。過剰に摩耗したタイヤを使用した後の第1の実施形態4の平面図を図5に示す。この図は、完全にブリッジがなくなっている中央部の細長いスロット22を示している。そのような構成は、空気圧が高すぎるタイヤが過剰に摩耗することで生じることがある。
【0025】
第1の実施形態4に装備されるタイヤの状態は、遠隔地から第1の実施形態4に問い合わせを行い、ブリッジ26、28が崩壊したかどうかを評価することで決定できる。ブリッジ26、28が存在すると高周波エネルギーの受信および放射を物体18が行い得るかどうかに影響が出、前述の問い合わせは適切な高周波エネルギーを送信し、第1の実施形態4による応答として放射される高周波エネルギーを監視することで容易に実行できる。これは、適切なアンテナと送信機/受信機回路を組み込んでいる問い合わせデバイス32を使用して実現できる。問い合わせデバイス32は、タイヤ16の上のホイール・アーチ8内に取り付けられている(図1を参照)。類似の問い合わせデバイスを路面内に取り付けることもできる(例えば、ガソリン・スタンドのフォアコート)。問い合わせデバイス32の他の適当な設置場所も、当業者には明白であろう。
【0026】
問い合わせデバイス32は、工業科学医療(ISM)周波数(つまり、868MHzまたは2.45GHz)で動作するように適合されている。細長いスロット20、22、24の長さは、問い合わせデバイス32で採用している問い合わせ周波数に整合している。この方法では、ブリッジが外されているスロットは強力な信号を放射するが、ブリッジが架けられているスロットは弱い信号しか放射しない(か、またはまったく信号を放射しない)。したがって、細長いスロット20、22、24の1つまたは複数からブリッジ26、28が摩耗したとき、第1の実施形態4は効率よいスロット・アンテナとして機能する。第1の実施形態4から放射される高周波エネルギーの振幅は、ホイールの回転と同期して変化するが、ブリッジが外されているスロットまたはそのそれぞれから放射される信号は、問い合わせデバイス32により容易に検出でき、自動車両の利用者はタイヤ摩耗の適切な指標を目にすることができる。
【0027】
必要と考えられる場合には、タイヤに、タイヤ状態によって変化しない基準信号を出す手段を組み込むこともできる。このような手段は、タイヤの使用中に構成変化を受けないようにタイヤに取り付けられた図3および4に示されている装置とすることができる。この方法では、ブリッジが架けられたスロットのリターン信号は常に、ブリッジが外されているスロットのリターン信号との比較に使用できる。
【0028】
トレッド部分14の幅にわたる特定の場所のタイヤ摩耗またはトレッド部分14の特定の深さまでのタイヤ摩耗は、長さの異なる細長いスロットを使用することで検出できる。問い合わせデバイス32で異なる高周波を使用することにより個々のスロット(および、したがってスロットに隣接するタイヤの状態)について問い合わせることができる。所定の送信周波数の適切なリターン信号を送るのに必要なスロットの形態は当業者でれば明白であろう。
【0029】
本発明の第1の実施形態4は、トレッドの摩耗以外のタイヤの特定の状態を検出するように適合することができる。例えば、ブリッジ26、28は、特定の温度で溶解する材料のものとし、前記特定の温度をタイヤ構造を安全に露出できる最高温度に等しくすることができる。この方法で、特定のタイヤ温度に達したときに、ブリッジ26、28の1つまたは複数が融解してきれいな細長いスロットを残し、適切な問い合わせ信号を効率よく戻せるように設計できる。これにより自動車両の利用者に対し、望ましくないタイヤ温度に達したことを示すことができる。その後、適切な改善措置を講じることができる。
【0030】
本発明のさらに4つの実施形態は、添付図面の図6から10にその概略が示されている。図解されている第2の実施形態40(一部図6に示されている)は、図解されている第1の実施形態4(図1から5に示されている)に似ている。第1の実施形態4の場合と同様、第2の実施形態40は3つの細長いスロット20、22、24を持つ物体18を備える(図6には中央のスロット22のみが示されている)。しかし、第1の実施形態4とは対照的に、第2の実施形態40はダイオード42を備え、ショート電線44が各細長いスロット20、22、24の幅に張られている。ブリッジ26、28は含まれない。そのため第2の実施形態40はダイオード・ミキサとして動作する。
【0031】
第2の実施形態40の初期構成では、電線44によりダイオード42がショートし、適切な高周波エネルギーでの問い合わせ後スロット20、22、24は強力な信号を放射する。しかし、電線44は、タイヤ摩耗または温度の特定の状態に達した後、破れてもはやダイオード42をショートすることができなくなるような位置に配置されるか、またはそのような材料から製造される。第2の実施形態40のこの第2の構成では、1つまたは複数のスロット20、22、24の幅にダイオード42のみが差し渡されている。よく知られているダイオードの電流対電圧の非線形特性の結果から、第2の実施形態40は第1の構成で放射されたのとは異なる高周波を第2の構成で放射する。第2の構成で放射された高周波エネルギーは、適切な問い合わせデバイス32によって容易に検出できる。このため、自動車両の利用者に対し、特定のタイヤ状態になったことを示すことができる。
【0032】
図解されている第3の実施形態50が図7に示されている。第3の実施形態50は、特定の波長の高周波エネルギーを反射するのに適した材料の2つの細長いストリップ52、54を備える。2つの細長いストリップ52、54は、接続部材56により接続されている。2つのストリップ52、54および接続部材56が真っ直ぐな細長い部材を形成するよう配列されている。使用時に、第3の実施形態50は、第1と第2の実施形態4、40に関して説明したのと類似の方法でタイヤなどの部品に固定されている。特定の部品状態に達したときに、接続部材56が除去される。この除去は、接続部材56の磨損または融解の結果生じることがある。第3の実施形態50の構成はそこで、前記実施形態50が単一の細長い要素を備える構成から前記実施形態50が2つの短く離間した細長い要素(つまり、2つの細長いストリップ52、54)を備える構成に変化する。第3の実施形態50から放射される高周波エネルギーの波長はその長さに依存するため、放射エネルギーの検出可能な変化は接続部材56が除去されたときに発生する。したがって、適切な問い合わせデバイス32で監視することで、第3の実施形態50の構成(したがって、部品の状態)を判別し、利用者に知らせることができる。
【0033】
第4および第5の図解されている実施形態60、70を図8〜10に示す。これら2つの実施形態60、70は、第3の実施形態50を一部修正したものであり、同じ原理に従って機能する。第4の実施形態60は、中央に配置された盛り上がっている融除可能ななこぶまたはブリッジ部材62で形成されるように曲げられた材料の単一の細長いストリップを備える。融除ブリッジ部材62は、第3の実施形態50の接続部材56に対応する。ブリッジ部材62は、2つの細長いストリップ部材64、66の間に接続され配置されている。2つの細長いストリップ部材64、66およびブリッジ部材62は、同じ細長い材料の一体になっているストリップから形成される。第3の実施形態50について説明したように、第4の実施形態60の構成は、使用時に前記第4の実施形態60が単一の細長い要素を備える構成から前記第4の実施形態60が2つの短く離間した細長い要素(つまり、2つの細長いストリップ64、66)を備える構成に変化することができる。
【0034】
第5の実施形態70は、互いに平行になるように配列され、横材76、78で互いに端部のところで接続される2つの細長い要素72、74を備える。2つの細長い要素72、74は、それぞれ、第4の実施形態60と同じ構造のものである。したがって、各要素72、74は融除可能なブリッジ部材で接続された2つの細長いストリップを備える一体構成要素である。第5の実施形態70は、適当な材料の板材から細長いストリップを打ち抜き、そうして形成された細長いストリップから細長い穴を打ち抜き、細長いスロットの残部を曲げて2つの融除可能なブリッジ部材を形成することで容易に製造できる。使用中、ブリッジ部材は磨損の結果除去される。
【0035】
本発明による装置をセンサ・ネットワークに組み込むことができる。このようなシステムでは、本発明の装置に送信される高周波エネルギーをさらに使用して、自動車両用途においてタイヤ圧または温度を測定するための手段となる1つまたは複数の高周波タグを照射することもできる。本発明の装置は一般に部品状態の1回の変化しか検出しないため(例えば、安全レベルの摩耗から危険なレベルの摩耗へのタイヤ状態の変化)、前記装置に送信される高周波エネルギーを他の機器の問い合わせ(およびそれとの一般的な通信)で利用することが望ましい。
【0036】
本発明は、上で説明した特定の実施形態または方法に限られるわけではない。他の配列および適当な材料も、当業者には明白であろう。例えば、検出対象の部品状態が温度に依存する場合、ショート電線44、接続部材56、またはブリッジ26、28の代わりにバイメタル・ストリップを使用することもできる。バイメタル・ストリップを特定の温度で曲がるように配列し、それによりその温度で必要な構成変化を引き起こすことができる。さらに、本発明の実施形態では図6に関して上述した非線形ミキサとは反対の線形ミキサを組み込むこともできる。また、複数の周波数(例えば868MHzと2.45GHz)をミキサに同時に適用することも可能である。周波数の組合せ/混合により、検出可能な「差周波数」の放射をミキサから行う。他の変形形態も、当業者には明白であろう。
【図面の簡単な説明】
【図1】 自動車両タイヤ内に装備された本発明の第1の実施形態の概略図である。
【図2】 図1に示されているタイヤの概略部分断面図である。
【図3】 図1および2に示されている本発明の第1の実施形態の概略断面図である。
【図4】 図3に示されている第1の実施形態の概略平面図であり、第1の実施形態は第1の構成で配列されている。
【図5】 図3と4に示されている第1の実施形態の概略平面図であり、第1の実施形態は第2の構成で配列されている。
【図6】 本発明の第2の実施形態の概略部分平面図である。
【図7】 本発明の第3の実施形態の概略側面図である。
【図8】 本発明の第4の実施形態の概略平面図である。
【図9】 第4の実施形態の概略側面図である。
【図10】 本発明の第5の実施形態の概略平面図である。
Claims (4)
- 乗り物用タイヤ(16)の所定範囲までの摩耗を検出するための装置であって、
高周波エネルギーの受信に応答して高周波エネルギーを放射する構造(4)を有し、
該構造(4)は帯状部材(18)と、該帯状部材に離間して設けられた複数のスロット(20、22、24)と、該スロットから突出した複数の融除可能な突出部分(26、28)とを有し、
該突出部分が、摩耗したときに高周波エネルギーの受信に応答して前記構造(4)から放射される高周波エネルギーの変化を出力し、
前記乗り物用タイヤが前記所定範囲まで摩耗したときに前記融除可能な部分(26、28)が摩耗しているように乗り物タイヤ上に前記構造(4)を取り付ける手段を有し、
前記融除可能な部分が摩耗したときに前記構造(4)から放射される高周波エネルギーの変化を検出する手段(32)を有することを特徴とする検出装置。 - 乗り物用タイヤ(16)の所定範囲までの摩耗を検出するための装置であって、
高周波エネルギーの受信に応答して高周波エネルギーを放射する構造(4)を有し、
該構造(4)は帯状部材(18)と、該帯状部材に離間して設けられた複数のスロット(20、22、24)と、該スロットに設けられたダイオード(42)と、該スロットの幅方向に延在するショート電線(44)とを有し、
該ダイオード及びショート電線が、乗り物タイヤが所定範囲摩耗したときに高周波エネルギーの受信に応答して前記構造(4)から放射される高周波エネルギーの変化を出力し、
前記乗り物用タイヤが前記所定範囲まで摩耗したときに前記ショート電線が摩耗して切断されているように乗り物タイヤ上に前記構造(4)を取り付ける手段を有し、
前記ショート電線が摩耗したときに前記構造(4)から放射される高周波エネルギーの変化を検出する手段(32)を有することを特徴とする検出装置。 - 乗り物用タイヤ(16)の所定範囲までの摩耗を検出するための装置であって、
高周波エネルギーの受信に応答して高周波エネルギーを放射する構造(4)を有し、
該構造(4)は帯状部材を有し、該帯状部材は、特定の波長の高周波エネルギーを反射するのに適した材料の複数の細長いストリップ部材(52、54)と、該ストリップ部材を接続する接続部材(56)とを有し、
該接続部材(56)が、摩耗ないし融解したときに高周波エネルギーの受信に応答して前記構造(4)から放射される高周波エネルギーの変化を出力し、
前記乗り物用タイヤが前記所定範囲まで摩耗したときに前記接続部材(56)が摩耗ないし融解しているように乗り物タイヤ上に前記構造(4)を取り付ける手段を有し、
前記接続部材(56)が摩耗ないし融解したときに前記構造(4)から放射される高周波エネルギーの変化を検出する手段(32)を有することを特徴とする検出装置。 - 乗り物用タイヤ(16)の所定範囲までの摩耗を検出するための装置であって、
高周波エネルギーの受信に応答して高周波エネルギーを放射する構造(4)を有し、
該構造(4)は単一の帯状部材を有し、
該帯状部材には、中央に配置された融除可能な突出したブリッジ部(62)が設けられ、該ブリッジ部の両端には平坦なストリップ部(64、66)が一体的に設けられており、
該ブリッジ部が、摩耗したときに高周波エネルギーの受信に応答して前記構造(4)から放射される高周波エネルギーの変化を出力し、
前記乗り物用タイヤが前記所定範囲まで摩耗したときに前記ブリッジ部が摩耗しているように乗り物タイヤ上に前記構造(4)を取り付ける手段を有し、
前記ブリッジ部が摩耗したときに前記構造(4)から放射される高周波エネルギーの変化を検出する手段(32)を有することを特徴とする検出装置。
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