JP4737727B2 - タイヤ状態取得装置及びタイヤ状態監視システム - Google Patents

Description

本発明は、タイヤパンク修理剤による誤動作や使用不能を回避できるタイヤ状態センサユニット及びタイヤ状態監視システムに関するものである。

従来、車両においてはタイヤの空気圧の点検管理が重要であり、タイヤ空気圧が異常値になると事故を引き起こす原因となることが多々ある。このため、車輪のタイヤ内の空気圧を検出してその情報を送信するタイヤ情報取得装置を各車輪に設けるとともに、各タイヤ情報取得装置から送信されたタイヤ空気圧の情報を取得して各タイヤの空気圧を監視するとともに空気圧に異常が生じたときに警報を発する監視装置とを備えたタイヤ状態監視システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。

このタイヤ状態監視システムのタイヤ情報取得装置はタイヤとホイールとの間に形成された内部空間に配置される。このタイヤ情報取得装置は、タイヤ内の空気圧を検出する圧力検出素子からなる空気圧センサや、空気圧センサの検出結果を電気信号に変換して無線で監視装置へ送信する送信機等をケースに収容して構成される。ケースには、タイヤとホイール間に形成された上記内部空間の空気を内部の空気圧センサに導入するための通気孔が設けられている。監視装置は運転席近傍に配置されており、タイヤ情報取得装置から送信されたタイヤの空気圧情報を受信し、タイヤの空気圧が予め設定された基準圧力よりも低い場合に、運転者に対して所定の警報を発生する。

しかしながら、上記のようにタイヤ情報取得装置が装着されているタイヤがパンクした際に、タイヤパンク修理剤を用いてタイヤの修理を行うと、パンク修理剤によってタイヤ情報取得装置が機能しなくなるという問題があった。すなわち、パンク修理剤がタイヤ情報取得装置の通気孔に付着すると、タイヤ内部空間と空気圧センサとの間が遮蔽されてしまうため空気圧の検出ができなくなってしまう。

このような問題に対処するため、例えば特許文献２に開示されるタイヤ空気圧監視システムや特許文献３に開示される車輪状態検出装置などが提案されている。

特許文献２に開示されるタイヤ空気圧監視システムでは、パンク修理剤を使用してパンクを修理した場合、その後、タイヤ空気圧が低下する可能性があることを乗員に知らせるようにしている。すなわち、車両の各タイヤのパンクを判定するパンク判定手段を設けるとともに、パンクと判定された後、パンク修理剤を使用してパンクを修理したか否かを判定するパンク修理剤使用判定手段とを設け、パンクしたタイヤがパンク修理剤を使用して修理したと判定されると、空気圧センサからのタイヤ空気圧値が正常値であっても警報を発するようにしている。

また、引用文献３に開示される車輪状態検出装置では、ＴＰＭＳバルブに、ケースに設けられた連通孔を開閉する連通部開閉機構が設けられており、パンク修理の際にそのパンク修理剤が連通孔を介して検出空間に侵入するのが規制される。この連通部開閉機構は、蓋体およびねじりコイルばねを含むメカ的機構により構成され、車輪に作用する遠心力により連通孔が自動的に開閉されるようになっている。これにより、検出用の連通部からの異物の侵入を防止して、正常な検出状態を保持することができるようにしている。

特許第３９６２０７３号公報 特開２００７−１９６８３４号公報 特開２００８−０６２７３０号公報

しかしながら、上記引用文献２に開示されているタイヤ空気圧監視システムでは、パンク判定手段やパンク修理剤使用判定手段を設ける必要があるため構造が複雑になり製造コスト高になるとともに、パンク修理剤を使用して修理した後はタイヤ空気圧値が正常値であっても警報を発するので、運転者にとってタイヤ空気圧が正常か否かを判断し辛いという問題がある。

また、上記引用文献３に開示されている車輪状態検出装置では、連通部開閉機構が複雑であるため製造の手間及びコストがかかるという問題がある。

本願発明の目的は、タイヤパンク修理剤を用いてパンク修理を行ってもタイヤ状態取得装置の誤動作や機能停止を低減できるタイヤ状態取得装置及び及びタイヤ状態監視システムを提供することである。

本発明は、通気孔のみを介して外気を内部に取り入れる筐体と、該筐体の内部に配置されて前記通気孔から取り入れられた空気の空気圧を検出し且つ検出した空気圧を電気信号に変換して出力する空気圧検出素子と、前記筐体の内部に配置されて前記空気圧検出素子から出力される電気信号に基づいて、検出した空気圧の情報を電波によって送信する送信回路とを備え、タイヤ内に配置されて少なくともタイヤ内の空気圧の情報を送信するタイヤ状態取得装置において、前記通気孔と通気孔周辺部の筐体表面が、撥水性を発現する微細な凹凸形状に形成されていることを最も主要な特徴とする。

本発明は、タイヤパンク修理剤を用いてタイヤのパンク修理を行っても、タイヤ修理剤の液体が通気孔を塞ぎ難くなるので、タイヤ状態取得装置の誤動作や機能停止を従来に比べて低減することができるという利点がある。

本発明の一実施形態におけるタイヤ状態監視システムの全体を示す構成図 本発明の一実施形態におけるタイヤ状態取得装置の装着状態を示す図 本発明の一実施形態におけるタイヤ状態取得装置の装着状態を示す図 本発明の一実施形態におけるタイヤ状態取得装置の装着状態を示す図 本発明の一実施形態におけるタイヤ状態取得装置を示す外観図 図５におけるＡ−Ａ線矢視方向の断面図 本発明の一実施形態におけるタイヤ状態取得装置の電気系回路を示すブロック図 本発明の一実施形態における監視装置の電気系回路を示すブロック図 本発明に係る参考例１におけるタイヤ状態取得装置を示す外観図 図９におけるＢ−Ｂ線矢視方向の断面図 本発明の実施例３におけるタイヤ状態取得装置を示す外観図 本発明の実施例３における筐体表面形状の一例であるフラクタル図形を説明する図 本発明の実施例３における筐体表面形状の一例であるフラクタル図形を説明する図 本発明の実施例３における筐体表面形状の一例であるフラクタル図形を説明する図 本発明の実施例３における筐体表面形状の一例であるフラクタル図形を説明する図

以下、図面に基づいて本発明の一実施形態を説明する。

図１は本発明の一実施形態におけるタイヤ状態監視システムの全体を示す構成図、図２乃至図４は本発明の一実施形態におけるタイヤ状態取得装置の装着状態を示す図である。

図１において、１は車両であり、例えば４輪の普通乗用車で、４つのタイヤ２のそれぞれにはタイヤの状態を検知してこの検知結果を電波によって送信するタイヤ状態取得装置100が設けられている。

また、運転席近傍にはコントローラと表示パネルとを含み、タイヤ状態取得装置100から送信された電波を受信して前記検知結果を表示パネルに表示する監視装置200が設置されている。

尚、本実施形態では、タイヤ状態取得装置100としてタイヤ２の空気圧を検出して、その検知結果を監視装置200の表示パネルに表示するタイヤ状態監視システムを構成しているが、タイヤ空気圧以外のタイヤの状態を検出して表示するタイヤ状態監視システムであっても良い。

また、図２乃至図４において、２はタイヤ、３は車軸、100はタイヤ状態取得装置、４０はドラムブレーキ機構部、４１はブレーキドラム、４２はブレーキシュー、４３はホイールシリンダー、４４はバックプレート、５０は軸受け機構部、６１はロワーアーム、６２はダンパ、６３はトランスバースヨーク、６４はナックルである。タイヤ２は、タイヤ本体２１とリム３１を含むホイール３０から構成されている。ドラムブレーキ機構部４０は、ホイール３０に覆われるようにその内部に配置されている。また、バックプレート４４は軸受け機構部５０に固定され、ブレーキドラム４１はホイール３０と共に車軸３に固定されている。

タイヤ状態取得装置100は、タイヤ２の空気室２２内部においてリム３１の所定位置に固定されており、このタイヤ状態取得装置100内に設けられている後述する圧力検出素子によって各タイヤ２の空気室２２内の圧力を検出し、この検出結果をディジタル値に変換する。また、タイヤ状態取得装置100はこれらのディジタル値を含むディジタル情報を生成して送信する。このディジタル情報には、上記検出結果のディジタル値の他に各タイヤ状態取得装置100に固有の識別情報が含まれる。

尚、本実施形態では、図４及び図５に示すように、タイヤ状態取得装置100はリム３１に固定されているバルブステム７０のタイヤ内部側の端部に固定して設けられリム３１の表面に沿って配置されている。また、図５及び図６に示すように、タイヤ状態取得装置100の筐体には筐体内部に設けられた内部空間102に連通する通気孔101が設けられいる。さらに、筐体の内部空間102には空気圧センサ111が搭載された回路基板103が固定されている。また、タイヤ状態取得装置100の筐体には、少なくとも通気孔101とその周辺部に撥水処理が施されている。この撥水処理に関しては追って詳細に説明する。

タイヤ状態取得装置100は、タイヤ２内に設けられており、タイヤ２の空気圧を検出してその検出結果をワイヤレスでモニタ装置200に送信する。

図７に示すように、タイヤ状態取得装置100の電気系回路は、センサ部110と、中央処理部120、発振部130、アンテナ140、電池150とから構成されている。

センサ部110は、空気圧センサ111とＡ／Ｄ変換回路112から構成されている。

空気圧センサ111は、タイヤ２内に充填されている空気の圧力を検出し、この検出結果をアナログ電気信号として出力する。空気圧センサ111としては、一般的に市販されているデバイスを使用することができる。

Ａ／Ｄ変換回路112は、空気圧センサ111から出力されたアナログ電気信号をディジタル信号に変換してＣＰＵ121に出力する。このディジタル信号はタイヤ２内の空気圧の値に対応する。

中央処理部120は、周知のＣＰＵ121と、記憶部122から構成されている。

ＣＰＵ121は、記憶部122の半導体メモリに格納されているプログラムに基づいて動作し、電気エネルギーが供給されて駆動すると、センサ部110による検知データを所定時間（例えば５分）おきに監視装置200に対して送信する処理を行う。また、記憶部122にはタイヤ状態取得装置100に固有の識別情報が予め記憶されており、ＣＰＵ121は検知データと共にこの識別情報を監視装置200に送信する。

記憶部122は、ＣＰＵ121を動作させるプログラムが記録されたＲＯＭと、例えばＥＥＰＲＯＭ（electrically erasable programmable read-only memory）等の電気的に書き換え可能な不揮発性の半導体メモリとからなり、個々のタイヤ状態取得装置100に固有の識別情報が、製造時に記憶部122内の書き換え不可に指定された領域に予め記憶されている。

発信部130は、発振回路131、変調回路132及び高周波増幅回路133から構成され、周知のＰＬＬ回路などを用いて構成され発振回路131によって発振された搬送波、例えば３１５ＭＨｚ帯の周波数の搬送波を変調回路132で変調し、これを高周波増幅回路133を介して３１５ＭＨｚ帯の所定の周波数の高周波電流としてアンテナ140に供給する。

また、変調回路132は、送信データに基づいて搬送波を変調して高周波増幅回路133に出力する。

尚、本実施形態では前記周波数を３１５ＭＨｚ帯の周波数に設定しているが、これとは異なる周波数であっても良い。また、変調回路132における変調方式としては、振幅偏移変調（ＡＳＫ）や、周波数変調（ＦＭ）、周波数偏移変調（ＦＳＫ）、位相変調（ＰＭ）、位相偏移変調（ＰＳＫ）等の変調方式を用いることが可能である。

アンテナ150は、監視装置200との間で電磁波を用いて通信するためのもので、本実施形態では前述した３１５ＭＨｚ帯の所定周波数に整合されている。

電池150は、例えば２次電池などからなり、タイヤ状態取得装置100を駆動するに必要な電気エネルギを各部に供給する。

尚、タイヤ状態取得装置100を、タイヤ２の製造時においてタイヤ２内に埋設する場合には、加硫時の熱に十分耐え得るようにＩＣチップやその他の構成部分が設計されていることは言うまでもない。

監視装置200の電気系回路は、図８に示すように、アンテナ201と、受信部202、受信バッファ203、中央処理部204、メモリ205、操作部206、スイッチ207、表示制御部208、表示器209、電源部210とから構成されている。また、監視装置200は、車両の運転席近傍などに配置されている。

アンテナ201は、タイヤ状態取得装置100の送信周波数と同じ周波数に整合され、受信部202の入力側に接続されている。

受信部202は、タイヤ状態取得装置100から送信された３１５ＭＨｚ帯の所定周波数の電磁波をアンテナ201を介して受信し、受信した信号を復調してバイナリのシリアルディジタルデータに変換し、この受信データを受信バッファ203に出力する。

受信バッファ203は、受信部202から出力されたシリアルディジタルデータを一時的に格納し、これを中央処理部204からの指示に従って中央処理部204に出力する。

中央処理部204は、周知のＣＰＵを主体として構成され、メモリ205に格納されているプログラムに基づいて動作し、電気エネルギーが供給されて駆動すると、タイヤ状態取得装置100から受信した検知データを解析して表示制御部208を介して表示器209に表示する処理を行う。

さらに、中央処理部204は、操作部206とスイッチ207からの情報や信号を入力し、タイヤ状態取得装置100との間の通信方式の初期設定を行い、初期設定した通信方式を用いて各タイヤ状態取得装置100との間の通信を行う。

メモリ205は、中央処理部204のＣＰＵを動作させるプログラムが記録されたＲＯＭと、例えばＥＥＰＲＯＭ（electrically erasable programmable read-only memory）等の電気的に書き換え可能な不揮発性の半導体メモリとからなり、書換可能な半導体メモリには、製造時において予め所定の通信方式テーブルが記憶されている。

この通信方式テーブルには、個々のタイヤ状態取得装置100に固有の上記識別情報に対応して、通信プロトコルと、転送ビットレート、データフォーマットなどの情報が表されている。

尚、通信方式テーブルは、操作部206を介して変更や追加、削除などのデータ更新が可能である。

操作部206は、例えば複数のスイッチによって構成されたキーボードを含み、初期設定時の情報やタイヤ状態取得装置100の識別情報などを入力するためのものである。

スイッチ207は、初期設定の開始を中央処理部204に指示するためのものである。

表示制御部208は、中央処理部204から入力したデータに基づいて、各タイヤ２の装着位置に対応させて、各タイヤ２の空気圧の値を表示器209に表示する。

電源部210は車両に搭載されている蓄電池から電力供給を受けて、これを監視装置200を構成する各部に適合した電圧値に変換し、各部に供給する。

従って、前述したタイヤ状態監視システムによれば、少なくともタイヤ状態取得装置100の通気孔101及びその周辺部に撥水処理が施されているので、タイヤパンク修理剤を用いてタイヤのパンク修理を行っても、タイヤ修理剤の液体が通気孔101を塞ぎ難くなるので、タイヤ状態取得装置100の誤動作や機能停止を従来に比べて低減することができる。

次に、タイヤ状態取得装置100の通気孔101及びその周辺部に施された撥水処理の実施例について説明する。

（実施例１）
実施例１のタイヤ状態取得装置100では、図４に示すように、通気孔101は、タイヤ状態取得装置100の筐体がタイヤ２内のリム３１に装着されたときにタイヤ２の回転による遠心力が働く方向の側に開口するように設けられており、且つ通気孔101の直径が０．５ｍｍ以下に設定されている。

このように、通気孔101を遠心力が働く方向の側に設けることにより、パンク修理液が通気孔101に入り込み難くなり、かつ通気孔101の直径を０．５ｍｍ以下に小さくすることで表面張力によりパンク修理液が通気孔101に入り込み難くなる。このため、タイヤ状態取得装置100の誤動作や機能停止を従来に比べて低減することができる。

（参考例）
参考例のタイヤ状態取得装置100では、図９及び図１０に示すように、通気孔101を覆うように、撥水性と通気性とを兼ね備えた遮蔽部材300が貼り付けられている。このように、通気孔101を撥水処理した遮蔽部材300で塞ぐことにより、パンク修理液が通気孔101に入り込み難くなるので、タイヤ状態取得装置100の誤動作や機能停止を従来に比べて低減することができる。

尚、遮蔽部材300としては、通気性を有する部材が必須であり、通気性部材に撥水剤を染み込ませたものでも良いし、微細に起毛された布でも良い。

また、遮蔽部材300として、通気泡を有するスポンジ或いは織布或いは不織布などを用いても同様にパンク修理液が通気孔101に入り込み難くなる。

さらに、遮蔽部材300は、その表面の水接触角が８０度以上となるように撥水処理されていることが好ましい。

（実施例２）
実施例２では、タイヤ状態取得装置100の筐体を撥水性を有する部材によって構成した。このように、タイヤ状態取得装置100の筐体を撥水性を有する部材によって構成することによっても、パンク修理液が通気孔101に入り込み難くなるので、タイヤ状態取得装置100の誤動作や機能停止を従来に比べて低減することができる。

尚、タイヤ状態取得装置100の筐体を構成する部材の撥水性を有する材質としては、シリコン系樹脂、フッ素系樹脂、及び有機シリル基、フルオロアルキル基等をグラフトさせた変性樹脂等があげられる。さらに、前述したと同様に部材表面の水接触角が８０度以上となるような材料が好ましい。また、通気孔101の内面にも撥水処理を施すことが好ましい。

（実施例３）
実施例３では、図１１に示すように、タイヤ状態取得装置100の筐体における通気孔101と通気孔101の周辺部の筐体表面105が、撥水性を発現する微細な凹凸形状に形成されている。このように、タイヤ状態取得装置100の筐体における通気孔101と通気孔101の周辺部の筐体表面を、撥水性を発現する微細な凹凸形状に形成することによって、パンク修理液が通気孔101に入り込み難くなるので、タイヤ状態取得装置100の誤動作や機能停止を従来に比べて低減することができる。

尚、微細凹凸パターンの形状は特に限定しないが、図１２乃至図１５に示すようなフラクタル形状、若しくは規則的なパターンが好ましい。

ここで、フラクタルとは一部の形が全体に対して「自己相似性」を示すような図形のことで、海岸線の形、山の形、枝分かれした樹木の形、雲の形など自然界に広く観察される。例えば、海岸線は巨視的に見ると複雑に入り組んだ形状をしているが、これを拡大するとさらに細かい形状が見えてくるようになり、結果として拡大しても同じように複雑に入り組んだ形状をしている。これに対して、一般的な図形は、拡大するに従って、その細部は変化が少なくなり、なめらかな形状になっていく。海岸線の長さを測ろうとする場合、より小さいものさしで測れば図るほど、大きなものさしでは無視されていた微細な凹凸が測定されるようになり、その測定値は長くなっていく。したがって、このような図形の長さは無限であると考えられる。

図１２に示すコッホ曲線はフラクタル図形の１例であり、直線を３等分し、分割した２点を頂点とする正三角形を作図する行為を無限に繰り返すことによって得られる。

図１３乃至図１５に示すドラゴン曲線はフラクタル図形の１例であり、直線を中点で規定の方向に９０度折り曲げる（紙をｎ回折りたたんでそれを広げるように）行為を無限に（再帰的に）繰り返すと得られる。竜のような形からドラゴン曲線と呼ばれる。図１４は１０次のドラゴン曲線であり、図１５は１５次のドラゴン曲線である。なお、フラクタル形状については例示した図形に限定されるものではなく、また例示した形状を数学的に正しく形成することが必ずしも重要ではない。必要な要件は水の接触角が８０度以上になるように、表面積をできる限り大きくすることである。

（実施例４）
実施例４では、タイヤ状態取得装置100の筐体が樹脂で形成され、さらに実施例３と同様に通気孔101と通気孔101の周辺部の筐体表面105が、撥水性を発現する微細な凹凸形状に形成されている。この凹凸形状はタイヤ状態取得装置100の筐体を形成するときの金型によって形成されたものである。

尚、微細凹凸パターンはサンドブラスト処理によって形成しても良いし、微細な金網様の規則パターンでも良い。

１…車両、２…タイヤ、３…車軸、３０…ホイール、３１…リム、４０…ドラムブレーキ機構部、４１…ブレーキドラム、４２…ブレーキシュー、４３…ホイールシリンダー、４４…バックプレート、５０…軸受け機構部、６１…ロワーアーム、６２…ダンパ、６３…トランスバースヨーク、６４…ナックル、７０…バルブステム、100…タイヤ状態取得装置、101…通気孔、102…内部空間、103…回路基板、110…センサ部、111…空気圧センサ、112…Ａ／Ｄ変換回路、120…中央処理部、121…ＣＰＵ、122…記憶部、130…発信部、131…発振回路、132…変調回路、133…高周波増幅回路、140…アンテナ、150…電池、200…監視装置、201…アンテナ、202…受信部、203…受信バッファ、204…中央処理部、205…メモリ、206…操作部、207…スイッチ、208…表示制御部、209…表示器、210…電源部、300…遮蔽部材。

Claims (5)

1. 通気孔のみを介して外気を内部に取り入れる筐体と、該筐体の内部に配置されて前記通気孔から取り入れられた空気の空気圧を検出し且つ検出した空気圧を電気信号に変換して出力する空気圧検出素子と、前記筐体の内部に配置されて前記空気圧検出素子から出力される電気信号に基づいて、検出した空気圧の情報を電波によって送信する送信回路とを備え、タイヤ内に配置されて少なくともタイヤ内の空気圧の情報を送信するタイヤ状態取得装置において、
   前記通気孔と通気孔周辺部の筐体表面が、撥水性を発現する微細な凹凸形状に形成されている
   ことを特徴とするタイヤ状態取得装置。
2. 前記通気孔は、前記筐体がタイヤ内に装着されたときにタイヤの回転による遠心力が働く方向の側に開口するように設けられており、
   前記通気孔の直径が０．５ｍｍ以下に設定されている
   ことを特徴とする請求項１に記載のタイヤ状態取得装置。
3. 前記筐体が撥水性を有する樹脂からなることを特徴とする請求項１に記載のタイヤ状態取得装置。
4. 前記筐体が樹脂からなり、前記凹凸形状は前記筐体を形成するときの金型によって形成されたものである
   ことを特徴とする請求項１に記載のタイヤ状態取得装置。
5. タイヤ内に配置されて少なくともタイヤ内の空気圧の情報を送信するタイヤ状態取得装置と、該タイヤ状態取得装置から送信された空気圧の情報を受信し、受信した空気圧の情報に基づいて、タイヤ内空気圧の異常を報知する監視装置とからなるタイヤ状態監視システムにおいて、
   前記タイヤ状態取得装置として、請求項１乃至４の何れかに記載のタイヤ状態取得装置を備えている
   ことを特徴とするタイヤ状態監視システム。

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