JP6206307B2

JP6206307B2 - タイヤ構造体

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Publication number: JP6206307B2
Application number: JP2014081892A
Authority: JP
Inventors: 智之原田; 牧野　泰明; 牧野　　泰明; 英二杉立; 陽介近藤; 悟町田; 友美齊藤
Original assignee: Denso Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Denso Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 2014-04-11
Filing date: 2014-04-11
Publication date: 2017-10-04
Anticipated expiration: 2034-04-11
Also published as: JP2015202723A

Description

本発明は、中空構造のタイヤの接地長を検出するセンサを備えたタイヤ構造体に関する。

従来、中空構造のタイヤのうち地面と接している部分の長さを検出するセンサを備えたタイヤ構造体が知られている（以下、タイヤのうち、地面と接している部分を「接地部分」、接していない部分を「非接地部分」、接地部分のうちのタイヤ回転方向の長さを「接地長」という）。この種のタイヤ構造体としては、特許文献１に記載のタイヤ構造体が提案されている。このタイヤ構造体には、タイヤの接地長を検出するセンサとして、複数の圧電素子がマトリクス状に配置されたシート状の面圧センサが設けられている。この面圧センサは、タイヤのトレッド部の全周、全幅に亘ってトレッド部内に埋め込まれている。このような構成とされることで、このタイヤ構造体では、トレッド部の全周、全幅に亘って、外部から車輪中心に向かってトレッド部の外周面に作用する力（面圧）を検出可能とされている。そして、このタイヤ構造体では、圧力がかけられたときの圧電素子の電圧変化を利用して、タイヤの接地部分が変形させられたときの各圧電素子の電圧変化から、タイヤの接地部分に位置する複数の圧電素子を特定する。そして、この複数の圧電素子のうち両端に配置された圧電素子間の間隔を算出することでタイヤの接地長を検出する。

特開２００４−３５９２０３号公報

特許文献１に記載のタイヤ構造体では、上記したように、タイヤの接地長を検出するためのセンサが圧電素子で構成されている。圧電素子は一般にシリコンやセラミックなどの無機系素子で構成され、これら無機系素子などは割れ易い。しかも、このため、特許文献１に記載のタイヤ構造体では、センサが壊れ易いという欠点がある。

また、特許文献１に記載のタイヤ構造体では、上記したように、複数の圧電素子がマトリクス状に配置されたシート状の面圧センサを、タイヤのトレッド部の全周、全幅に亘って、タイヤに埋め込んだ構成とされている。このため、特許文献１に記載のタイヤ構造体では、複雑な構成となり、多くの部材が必要となると共に製造が困難となるという欠点があった。また、圧電素子を用いる場合、剛性の高い圧電素子の伸縮を発電に利用するため、経年劣化等により圧電素子が応力割れを生ずるおそれがあった。

本発明は上記点に鑑みて、中空構造のタイヤの接地長を検出するセンサを備えたタイヤ構造体において、センサが壊れ難く、簡素な構成のタイヤ構造体を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１〜３に記載の発明では、車輪の外周に組み付けられる中空構造のタイヤ（２）と、タイヤのうち地面と接している部分の長さである接地長（Ｌ）を検出するためにタイヤの内側に備えられ、タイヤの変形によって電圧の変化を生じる発電型センサ（３）と、発電型センサの出力に基づいて接地長を算出するための演算処理を行って電気信号を出力する処理回路（６）と、処理回路が出力した電気信号を外部に送信するための送信手段（６１）と、を有するタイヤ構造体であって、以下の特徴を有する。

すなわち、発電型センサは、導電性金属で構成された第１電極（３１ａ）を有する第１電極構造体（３１）および導電性金属で構成された第２電極（３２ａ）を有する第２電極構造体（３２）が互いに対向するように重ね合わされて配置された一対の電極構造体（３１、３２）と、第１電極における第２電極との対向面側に静電気を生じるために第１電極構造体および第２電極構造体の少なくとも一方に設けられ、タイヤよりも柔らかい材料で構成された帯電体（３１ｂ、３２ｂ）と、第１電極構造体および第２電極構造体の互いの対向距離が可変となるように、第１電極構造体および第２電極構造体を固定する固定部（３３）と、を有し、第１電極構造体は、タイヤに固定されると共に、第２電極構造体は、第１電極構造体に対して可動するようにされ、タイヤの変形に応じて、帯電体が、帯電体に対向する電極構造体と接触することにより静電気を生じると共に、タイヤの変形に応じて、第１電極構造体と第２電極構造体との間の対向距離が変化することにより、第１電極および第２電極の間に電圧を生じる構成とされており、一対の電極構造体は、少なくともタイヤのうち地面と接している部分と地面と接していない部分との境界の部分の変形によって、発電型センサにおける第１電極構造体と第２電極構造体との間の対向距離が変化する構成とされていることを特徴とする。

このため、簡素な構成によって、タイヤの接地境界部分に対応する位置に配置された発電型センサの電圧の変化を利用することで、タイヤの接地長を検出することができる。また、この発電型センサでは、第１電極構造体に対して相対的に可変の第２電極構造体を有する構成であるため、応力割れ等が生じ難い。このため、発電型センサの耐久性を向上させることができる。

本発明の第１実施形態におけるタイヤ構造体の概略構成を示す断面図である。図１におけるII領域を拡大して示す断面図である。図２におけるIII-III断面（タイヤが変形して空隙を生じた状態）を示す図である。図２におけるIII-III断面（空隙が消失した状態）を示す図である。発電型センサおよび自律発電システムの概略構成を示す図である。図１に示すタイヤ構造体において、タイヤ回転中の各所での発電型センサの状態を示す図である。タイヤの回転したときの発電型センサの出力信号の推移を示した図である。発電型センサおよび処理回路の出入力関係を示す図である。本発明の第２実施形態におけるタイヤ構造体の概略構成を示す断面図である。図９におけるX領域を拡大して示す断面図である。図１０におけるXI領域（タイヤが変形して空隙を生じた状態）を拡大して示す断面図である。図１０におけるXI領域（空隙が消失した状態）を拡大して示す断面図である。図９に示すタイヤ構造体において、タイヤ回転中の各所での発電型センサの状態を示す図である。図９に示すタイヤ構造体（タイヤの接地長が図１３の場合よりも長い場合）において、タイヤ回転中の各所での発電型センサの状態を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図１〜図１４に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に係るタイヤ構造体１について図１〜図８を参照して説明する。図１に示すように、第１実施形態に係るタイヤ構造体１は、タイヤ２と、タイヤ２の接地長（図６の符号Ｌを参照）を検出するため発電型センサ３とを有する構成とされている。このタイヤ構造体１は、例えば、自動車などの車両の車輪の外周に組みつけられるタイヤとして機能するものである。

タイヤ２は、車輪の外周に組み付けられる中空構造の一般的に用いられるものである。図１に示すように、タイヤ２は、車輪のホイールリム４を丸く囲い込むようにホイールリム４に固定されている。図２に示すように、タイヤ２は、トレッド部２ａ、ショルダ部２ｂ、サイドウォール部２ｃ、およびビード部２ｄを有する構成とされている。トレッド部２ａは、路面と接触する部分であり、後述するタイヤ樹脂体２１の厚さが最も厚くなっている。ショルダ部２ｂは、トレッド部２ａに隣接する部分であり、車両が旋回運動を行う際に路面と接触する。サイドウォール部２ｃは、ショルダ部２ｂに隣接する部分であり、路面には接触しないが、路面から受ける衝撃を緩和する目的で屈曲する部分である。ビード部２ｄは、サイドウォール部２ｃに隣接する部分であり、タイヤ２をホイールリム４に固定する部分である。

図２に示すように、タイヤ２は、弾性変形可能なタイヤ樹脂体２１と、タイヤ樹脂体２１を補強して剛性を向上させるベルト２２と、タイヤ樹脂体２１を保持すると共に、タイヤ２が受ける荷重や衝撃に対する耐久性を向上させるカーカス２３とを有する。

タイヤ樹脂体２１は、合成ゴムや天然ゴムを主成分とし、カーボンや硫黄などの配合剤が混合された混合物で構成され、弾性変形可能とされている。タイヤ樹脂体２１は、ホイールリム４との間に空気を充填するための中空部５が形成されるように、ビード部２ｄにおいてホイールリム４に固定されている。

ベルト２２は、金属のワイヤー、例えば鋼のワイヤーを編んで帯状に形成され、タイヤ樹脂体２１の内部に埋設されている。ベルト２２は、トレッド部２ａからショルダ部２ｂを経てサイドウォール部２ｃの一部に至る部分に、タイヤ２の回転方向（周方向）に張られている。

カーカス２３は、例えばポリアミド系やポリエステル系の繊維で構成され、タイヤ樹脂体２１の内部のうち、ベルト２２と中空部５の間に埋設されている。図２に示すように、カーカス２３は、車両の進行方向に対して左側のビード部２ｄから、図示しない右側のビード部まで延びて形成されて、タイヤ２の骨格として機能している。

また、図２に示すように、タイヤ２は、ビード部２ｄにビード２１ｄを有している。ビード２１ｄは、高炭素鋼を束ねた構造とされている。このビード２１ｄは、タイヤ樹脂体２１をホイールリム４に固定すると共に、カーカス２３の両端を固定している。

発電型センサ３は、車両が走行してタイヤ２が回転運動を行う際のタイヤ２の変形による機械的エネルギーを電力に変換し、また、タイヤ２の接地長を検出するために、タイヤ２の変形によって電圧を生じるものである。

図１に示すように、発電型センサ３は、タイヤ２の内側、すなわちタイヤ２のうちタイヤ２とホイールリム４とに囲まれて形成される中空部５に面した部分において、タイヤ２の回転方向に複数備えられている。本実施形態では、発電型センサ３が、タイヤ２におけるトレッド部２ａに固定されている。

図３に示すように、発電型センサ３は、平板状の第１電極３１ａと、第１電極３１ａと対向する第２電極３２ａとを有する。第１電極３１ａおよび第２電極３２ａは、導電性金属で構成されている。第１電極３１ａにおける第２電極３２ａとの対向面には、該対向面側に静電気を生じさせるための第１帯電体３１ｂが形成されている。また、第２電極３２ａにおける第１電極３１ａとの対向面には、対向面側に静電気を生じさせるための第２帯電体３２ｂが形成されている。すなわち、第１帯電体３１ｂと第２帯電体３２ｂは互いに対向して配置されている。この第１帯電体３１ｂと第２帯電体３２ｂは、それぞれ、タイヤ２よりも柔らかい材料で構成されている。

第１電極３１ａと第１帯電体３１ｂは接合されて一体の第１電極構造体３１を構成している。同様に、第２電極３２ａと第２帯電体３２ｂは接合されて一体の第２電極構造体３２を構成している。第１電極構造体３１と第２電極構造体３２は、互いの端部同士が固定部３３によって固定されている。第１電極構造体３１は、固定部３３と共にタイヤ２に固定されている。より具体的には、第１電極構造体３１の第１電極３１ａが図示しない接着剤を介してタイヤ樹脂体２１に固定されている。第２電極構造体３２は、固定部３３により固定された部分を固定端として、自由に変形可能な膜状となっている。このため、第２電極構造体３２は、固定部３３により固定された部分を除いて、第１電極構造体３１に対する対向距離がタイヤ２の変形に応じて可変となっている。

第１電極構造体３１は、例えば、第１帯電体３１ｂとしてのポリエチレン膜上に、第１電極３１ａとしてＡｕ（金）もしくはＡｌ（アルミニウム）が蒸着されて形成されている。一方、第２電極構造体３２は、第２帯電体３２ｂとしてのナイロン膜上に、第２電極３２ａとしてＡｕもしくはＡｌが蒸着されて形成されている。本実施形態では、第１電極構造体３１および第２電極構造体３２は、互いに合同な平板形状の膜である。

固定部３３は、例えば、シリコン系の接着剤である。固定部３３は、第１電極構造体３１および第２電極構造体３２の縁部同士を互いに接着しつつ、発電型センサ３をタイヤ２に固定している。本実施形態では、第１電極構造体３１および第２電極構造体３２それぞれのうち、タイヤ２の回転方向における一端側の部分および該一端側とは反対側の他端側の部分が、固定部３３によって、互いに接着されつつ、タイヤ２に固定されている。なお、第１電極構造体３１および第２電極構造体３２それぞれのうち、上記一端側の部分および他端側の部分以外の部分は、互いに接着されていない。このため、本実施形態では、第２電極構造体３２が第１電極構造体３１に対して可動となる。

このように、本実施形態に係るタイヤ構造体１は、第１電極構造体３１および第２電極構造体３２が互いに対向するように重ね合わされて配置された構成の一対の電極構造体３１、３２を有する。

図５に示すように、本実施形態に係るタイヤ構造体１には、処理回路６が設けられている。処理回路６は、発電型センサ３の出力に基づいて接地長Ｌを算出するための演算処理・増幅処理などを行い、その結果である電気信号を外部へ出力する等の機能を有する制御回路などである。本実施形態における処理回路６は、タイヤ２の変形によって生じる発電型センサ３における電圧の変化に基づいて接地長Ｌを算出するための演算処理・増幅処理などを行う。処理回路６は、発電型センサ３および後述する送信手段６１と電気的に接続されている。

送信手段６１は、処理回路６が出力した電気信号を外部に送信するためのものであり、例えば、信号送信用アンテナを有する無線機によって構成される。本実施形態に係るタイヤ構造体１では、この送信手段６１によって、タイヤの空気圧を検出するためのデータなどとしてタイヤ２の接地長についての情報が車体側に送信される。

以上、本実施形態に係るタイヤ構造体１の構成について説明した。次に、本実施形態における発電型センサ３の動作について図３〜図６を参照して説明する。なお、図６中の発電型センサ３の状態を示す複数の断面図は全て、発電型センサ３を、図中のタイヤ２を紙面に対する法線方向に見たときの断面図である。

図３に示すように、タイヤ２に対してタイヤ２の回転方向における接線の方向（図中の矢印Ａを参照）に外力が加えられると、タイヤ２が潰れるように変形する。このようにタイヤ２が変形した状態では、トレッド部２ａがタイヤ２の回転軸に垂直な方向に凸になるように変形する。これにより、第２電極構造体３２が撓むように変形し、第１電極構造体３１との間に空隙ＡＧが形成される。

一方、タイヤ２が受けていた外力が減少すると、トレッド部２ａは伸びるように変形する。このため、図４に示すように、撓んでいた第２電極構造体３２が張るように変形する。これにより、空隙ＡＧは消失する。言い換えれば、第１電極構造体３１と第２電極構造体３２が接触する。より詳しくは、第１帯電体３１ｂと第２帯電体３２ｂとが接触する。

図６に示すように、トレッド部２ａにおいては、タイヤ２のうち接地部分と非接地部分との境界の部分（以下、この部分を接地境界部分という）はタイヤ２の回転方向における接線の方向の外力を受けて変形し、接地境界部分以外の部分は変形しない。このため、本実施形態のように発電型センサ３がトレッド部２ａに固定されている場合には、複数の発電型センサ３のうちタイヤ２の接地境界部分に対応する位置に配置された発電型センサ３において、第１電極構造体３１と第２電極構造体３２との間の対向距離が広がる。また、接地境界部分以外の部分に対応する位置に配置された発電型センサ３においては、第１電極構造体３１と第２電極構造体３２が接触する。このように、本実施形態に係るタイヤ構造体１では、走行中の車両におけるタイヤ２の回転に伴い、トレッド部が伸縮を繰り返し、これにより、第１帯電体３１ｂおよび第２帯電体３２ｂは、周期的に接触と離間を繰り返す。

次に、発電型センサ３における発電原理について図５を参照して説明する。なお、以下の説明では、説明の簡便性を考慮し、第１電極３１ａおよび第２電極３２ａが、互いに平行を維持する平行平板であると仮定する。

上記したように、第１帯電体３１ｂと第２帯電体３２ｂは、接触と離間を繰り返す。第１帯電体３１ｂと第２帯電体３２ｂが接触すると静電気を生じる。これにより生じた電荷の面密度（以下、電荷密度という）をσとすると、第１電極３１ａと第２電極３２ａとの間に生じる電場ＥはＥ＝σ／εである。ここでεは第１帯電体３１ｂ、第２帯電体３２ｂおよび空隙ＡＧの各誘電率を考慮に入れた全体としての誘電率である。

一方、第１電極３１ａと第２電極３２ａとの間の電位差Ｖは、電場Ｅが一定であるから、Ｖ＝Ｅｄである。ここで、図５に示すように、ｄは、第１帯電体３１ｂと第２帯電体３２ｂとが離間したときの対向距離である。したがって、この対向距離が変化することにより、第１電極３１ａおよび第２電極３２ａの間に電圧を生じる。また、第１帯電体３１ｂと第２帯電体３２ｂとが互いに接触して電荷密度σをもって帯電した状態から、互いの対向距離がｄになるまで離間した際に各帯電体３１ｂ、３２ｂに蓄積されるエネルギーＵは、数式１により表される。

なお、Ｃは、第１電極３１ａと第２電極３２ａとを電極とみなしたときのコンデンサの静電容量であり、Ｓは第１電極３１ａおよび第２電極３２ａの面積である。

図２〜図４においては、電子装置およびバッテリの図示を省略したが、本来、発電型センサ３には、図５に示すように、処理回路６が接続されている。処理回路６は、電子装置としての圧力センサ６２、圧力センサ６２から出力される出力信号を外部に送信する送信手段６１としての無線機、バッテリ６３、および全波整流用のダイオード６４を有している。各帯電体３１ｂ、３２ｂに蓄積されるエネルギーＵは、バッテリ６３に蓄積される、もしくは、圧力センサ６２に供給される電力となる。このように、本実施形態では、発電型センサ３と処理回路６とによって、自律発電システムが構築されている。

数式１によれば、エネルギーＵは、第１帯電体３１ｂと第２帯電体３２ｂの対向距離に比例する。よって、この発電型センサ３は、タイヤ２の変形に起因する第１帯電体３１ｂと第２帯電体３２ｂとの接触と離間の繰り返しによって発電を行うことができる。この発電型センサ３は、一対の電極構造体３１、３２を重ね合わせただけの簡素な構成であって、高コストの主な原因である圧電素子を用いる必要がないため、製造コストを抑制することができる。また、従来のように圧電素子を用いる場合、剛性の高い圧電素子の伸縮を発電に利用するため、経年劣化等により圧電素子が応力割れを生ずるおそれがあった。一方、この発電型センサ３では、第１電極構造体３１に対して相対的に可変の第２電極構造体３２を有する構成であるため、応力割れ等が生じ難い。このため、本実施形態では、発電型センサ３の耐久性を向上させることができる。

また、数式１によれば、エネルギーＵは、第１電極３１ａおよび第２電極３２ａの面積Ｓに比例する。従来でも、圧電素子の大きさを大きくすることで発電量を大きくすることは可能であったが、コストが増大する等の問題があった。これに対して、本実施形態に係るタイヤ構造体１では、高コストの主な原因である圧電素子を用いないため、コストを抑制しつつ、各電極３１ａ、３２ａ、ひいては、各電極構造体３１、３２の面積の増大を容易に行うことができる。

次に、本実施形態に係るタイヤ構造体１におけるタイヤの接地長の検出について図７、図８を参照して説明する。

上記で説明したように、各発電型センサ３のうち、タイヤ２の接地境界部分に対応する位置に配置された発電型センサ３には、第１電極構造体３１と第２電極構造体３２との間の対向距離が広がることにより、電圧の変化が生じる。回転方向に複数備えられた複数の発電型センサ３それぞれを識別するために、各発電型センサ３には例えばＩＤが割り振られ、本実施形態では、図７に示すように、発電型センサ３に生じた電圧の変化に基づいた電気信号が用いられる。図７では、ＩＤが「Ｎ」の発電型センサ３およびＩＤが「Ｎ＋４」の発電型センサ３において電圧の変化が生じており、この２つの発電型センサ３がタイヤ２の接地境界部分に対応する位置に配置された発電型センサ３として認識された例を示している。このとき、図８に示すように、まず、処理回路６によって、上記した発電型センサ３の電圧の変化に基づいて演算処理・増幅処理などが行なわれた後に、タイヤ２の接地長を示す電気信号が図示しない送信手段６１に出力される。このとき、タイヤ２の接地境界部分に対応する位置に配置された２つの発電型センサ３の固定位置に基づいて、タイヤの接地長が算出される。そして、処理回路６が出力した電気信号が送信手段６１によって外部（車両内のＣＰＵなど）に送信される。こうして、本実施形態に係るタイヤ構造体１におけるタイヤの接地長の検出が完了する。

以上のように、本実施形態に係るタイヤ構造体１は、以下の構成とされた発電型センサ３を有する構成とされている。すなわち、発電型センサ３は、導電性金属で構成された第１電極３１ａを有する第１電極構造体３１および導電性金属で構成された第２電極３２ａを有する第２電極構造体３２が互いに対向するように重ね合わされて配置された一対の電極構造体３１、３２を有する。また、発電型センサ３は、対向面側に静電気を生じるために第１電極構造体３１および第２電極構造体３２の少なくとも一方に設けられ、タイヤ２よりも柔らかい材料で構成された帯電体３１ｂ、３２ｂを有する。また、発電型センサ３は、第１電極構造体３１および第２電極構造体３２の互いの対向距離が可変となるように、第１電極構造体３１および第２電極構造体３２を固定する固定部３３を有する。そして、第１電極構造体３１は、タイヤ２に固定されると共に、第２電極構造体３２は、第１電極構造体３１に対して可動するようにされ、タイヤ２の変形に応じて、帯電体３１ｂ、３２ｂが、帯電体３１ｂ、３２ｂに対向する電極構造体３１、３２と接触することにより静電気を生じる。また、タイヤ２の変形に応じて、第１電極構造体３１と第２電極構造体３２との間の対向距離が変化することにより、第１電極３１ａおよび第２電極３２ａの間に電圧を生じる。一対の電極構造体３１、３２は、タイヤ２のうち接地境界部分の変形によって、発電型センサ３における第１電極構造体３１と第２電極構造体３２との間の対向距離が変化する構成とされている。

このため、本実施形態に係るタイヤ構造体１では、簡素な構成によって、タイヤ２の接地境界部分に対応する位置に配置された発電型センサ３の電圧の変化を利用することで、タイヤの接地長を検出することができる。また、この発電型センサ３では、第１電極構造体３１に対して相対的に可変の第２電極構造体３２を有する構成であるため、応力割れ等が生じ難い。このため、本実施形態では、発電型センサ３の耐久性を向上させることができる。

特に、本実施形態に係るタイヤ構造体１では、発電型センサ３が、タイヤ２のトレッド部２ａにおいて、タイヤ２の回転方向に複数備えられている。また、第１電極構造体３１および第２電極構造体３２それぞれのうち、タイヤ２の回転方向における一端側の部分および一端側とは反対側の他端側の部分が、固定部３３によって、互いに接着されつつタイヤ２に固定されている。また、一対の電極構造体３１、３２が、タイヤ２のうち接地境界部分の変形によって、タイヤ２のうち接地境界部分に対応する位置に配置された発電型センサ３における第１電極構造体３１と第２電極構造体３２との間の対向距離が広がる構成とされている
このため、本実施形態では、タイヤ２のうち２つの接地境界部分それぞれに対応する位置に配置された発電型センサ３の両方についての電圧の変化を同時に検知することができる。よって、本実施形態では、車両の走行時間や車輪の回転数などに基づいてタイヤ２の接地長を検出する場合に比べて、検出精度が高く、処理回路６への負担も小さくなる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について図９〜図１４を参照して説明する。本実施形態に係るタイヤ構造体１は、第１実施形態のタイヤ構造体１に対して、発電型センサ３の構成などを変更したものであり、その他に関しては基本的には第１実施形態と同様である。したがって、ここでは第１実施形態と異なる部分のみについて説明する。

第１実施形態では、発電型センサ３は、トレッド部２ａに固定されており、タイヤ２の回転方向に複数備えられていた構成とされていた。しかしながら、図９〜図１３に示すように、本実施形態では、発電型センサ３は、サイドウォール部２ｃに固定されると共に、タイヤ２の回転方向の全周に亘って繋がった構成とされている。

また、第１実施形態では、第１電極構造体３１および第２電極構造体３２それぞれのうち、タイヤ２の回転方向における一端側の部分および他端側の部分が、固定部３３によって、互いに接着されつつ、タイヤ２に固定されていた。しかしながら、図１０〜図１２に示すように、本実施形態では、第１電極構造体３１および第２電極構造体３２それぞれのうち、タイヤ２の回転軸に垂直な方向における一端側の部分および他端側の部分が、固定部３３によって、互いに接着されつつ、タイヤ２に固定されている。なお、第１電極構造体３１および第２電極構造体３２それぞれのうち、上記一端側の部分および他端側の部分以外の部分は、互いに接着されていない。このため、本実施形態においても、第２電極構造体３２が第１電極構造体３１に対して可動となる。

図１３に示すように、サイドウォール部２ｃにおいては、タイヤ２のうち接地部分がタイヤ２の回転軸に垂直な直線の方向（図１１の矢印Ｂを参照）の外力を受けて変形し、非接地部分は変形しない。このため、本実施形態のように発電型センサ３がサイドウォール部２ｃに固定されている場合には、タイヤ２の回転方向の全周に亘って繋がった構成の発電型センサ３のうちタイヤ２の接地部分に対応する位置における部分において、第１電極構造体３１と第２電極構造体３２との間の対向距離が広がる。また、非接地部分に対応する位置における部分においては、第１電極構造体３１と第２電極構造体３２が接触する。このように、本実施形態に係るタイヤ構造体１では、走行中の車両におけるタイヤ２の回転に伴い、サイドウォール部２ｃが伸縮を繰り返し、これにより、第１帯電体３１ｂおよび第２帯電体３２ｂは、周期的に接触と離間を繰り返す。

ここで、本実施形態に係るタイヤ構造体１におけるタイヤの接地長の検出について図１３、図１４を参照して説明する。なお、図１３、図１４中の発電型センサ３の状態を示す３つの断面図は、紙面の左右に位置する２つの図については、発電型センサ３を、図中のタイヤ２を紙面における上から下に見たときの断面図である。また、紙面の下に位置する図については、発電型センサ３を、図中のタイヤ２を紙面における右から左に見たときの断面図である。

上記で説明したように、発電型センサ３のうち、タイヤ２の接地部分に対応する位置における部分においては、第１電極構造体３１と第２電極構造体３２との間の対向距離が広がる。また、非接地部分に対応する位置における部分においては、第１電極構造体３１と第２電極構造体３２が接触する。よって、本実施形態では、タイヤ２の非接地部分が長くて接地部分が短い、すなわちタイヤの接地長が短いほど、タイヤ２における第１電極構造体３１と第２電極構造体３２が接触する部分が長くなる。このため、タイヤの接地長が短いほど、第１帯電体３１ｂと第２帯電体３２ｂとが互いに接触して帯電した後に離間した際に各帯電体３１ｂ、３２ｂに蓄積されるエネルギーＵが大きくなる。例えば、図１４に示す場合よりも図１３に示す場合の方が、各帯電体３１ｂ、３２ｂに蓄積されるエネルギーＵが大きくなる。よって、本実施形態に係るタイヤ構造体１では、このことを利用し、発電型センサ３に蓄積されたエネルギーＵを電気信号として用いる。具体的には、まず、処理回路６によって、上記した発電型センサ３のエネルギーＵの大きさに基づいて演算処理・増幅処理などが行なわれた後に、タイヤ２の接地長を示す電気信号が図示しない送信手段６１に出力される。このとき、エネルギーＵ、車両の走行時間や車輪の回転数などに基づいて、タイヤの接地長が算出される。そして、処理回路６が出力した電気信号が送信手段６１によって外部（車両内のＣＰＵなど）に送信される。こうして、本実施形態に係るタイヤ構造体１におけるタイヤの接地長の検出が完了する。

このため、本実施形態に係るタイヤ構造体１では、簡素な構成によって、発電型センサ３に蓄積されたエネルギーＵの変化を利用することで、タイヤの接地長を検出することができる。

（他の実施形態）
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。

例えば、第１、２実施形態のタイヤ構造体１において、発電型センサ３の一部を、タイヤ２の構成要素で兼用とする構成としてもよい。例えば、タイヤ２におけるベルト２２を、発電型センサ３における第１電極３１ａに兼用することができる。このような構成においては、発電型センサ３、ひいてはタイヤ構造体１の製造において省材料化を実現することができる。また、この場合において、第１帯電体３１ｂもしくは第２帯電体３２ｂとして、タイヤ２の構成要素であるタイヤ樹脂体２１を用いること等も可能である。

また、第１、２実施形態では、第２帯電体３２ｂを有する構成について示したが、第１電極構造体３１が第１帯電体３１ｂを有する構成であれば、必ずしも第２帯電体３２ｂが形成されている必要は無い。第２帯電体３２ｂが形成されない構成では、第１帯電体３１ｂと第２電極３２ａとが互いに接触と離間を繰り返すようにすればよい。また、第２電極構造体３２が第２帯電体３２ｂを有する構成であれば、第１帯電体３２ａが形成されない構成とされてもよい。

また、第１実施形態では、発電型センサ３をトレッド部２ａに固定させた構成としていたが、この構成に限られない。すなわち、タイヤ２のうち接地境界部分に対応する位置に配置された発電型センサ３における第１電極構造体３１と第２電極構造体３２との間の対向距離が変化する構成であれば、発電型センサ３がトレッド部２ａ以外の部分に固定されてもよい。同様に、第２実施形態では、発電型センサ３をサイドウォール部２ｃに固定させた構成としていたが、この構成に限られない。すなわち、発電型センサ３のうちタイヤ２の接地部分に対応する位置の部分において第１電極構造体３１と第２電極構造体３２との間の対向距離が変化する構成であれば、発電型センサ３がサイドウォール部２ｃ以外の部分に固定されてもよい。

また、第１実施形態では、発電型センサ３が複数設けられた構成としていたが、発電型センサ３は一つであってもよい。例えば、第１実施形態において発電型センサ３を一つのみ設けた構成とし、タイヤ２の回転中において、該発電型センサ３がタイヤ２の接地部分に対応する位置にある場合に、第１電極構造体３１と第２電極構造体３２との間の対向距離が広がるようにしてもよい。この場合においても、第２実施形態の場合のように、エネルギーＵ、車両の走行時間や車輪の回転数などに基づいて、タイヤの接地長を算出することができる。

２タイヤ
２ａトレッド部
２ｃサイドウォール部
３発電型センサ
３１第１電極構造体
３１ａ第１電極
３１ｂ第１帯電体
３２第２電極構造体
３２ａ第２電極
３２ｂ第２帯電体
６処理回路
６１送信手段

Claims

車輪の外周に組み付けられる中空構造のタイヤ（２）と、
前記タイヤのうち地面と接している部分の長さである接地長（Ｌ）を検出するために前記タイヤの内側に備えられ、前記タイヤの変形によって電圧の変化を生じる発電型センサ（３）と、
前記発電型センサの出力に基づいて前記接地長を算出するための演算処理を行って電気信号を出力する処理回路（６）と、
前記処理回路が出力した電気信号を外部に送信するための送信手段（６１）と、を有するタイヤ構造体であって、
前記発電型センサは、
導電性金属で構成された第１電極（３１ａ）を有する第１電極構造体（３１）および導電性金属で構成された第２電極（３２ａ）を有する第２電極構造体（３２）が互いに対向するように重ね合わされて配置された一対の電極構造体（３１、３２）と、
前記第１電極における前記第２電極との対向面側に静電気を生じるために前記第１電極構造体および前記第２電極構造体の少なくとも一方に設けられ、前記タイヤよりも柔らかい材料で構成された帯電体（３１ｂ、３２ｂ）と、
前記第１電極構造体および前記第２電極構造体の互いの対向距離が可変となるように、前記第１電極構造体および前記第２電極構造体を固定する固定部（３３）と、を有し、
前記第１電極構造体は、前記タイヤに固定されると共に、
前記第２電極構造体は、前記第１電極構造体に対して可動するようにされ、
前記タイヤの変形に応じて、前記帯電体が、前記帯電体に対向する前記電極構造体と接触することにより静電気を生じると共に、
前記タイヤの変形に応じて、前記第１電極構造体と前記第２電極構造体との間の対向距離が変化することにより、前記第１電極および前記第２電極の間に電圧を生じる構成とされており、
前記一対の電極構造体は、少なくとも前記タイヤのうち地面と接している部分と地面と接していない部分との境界の部分の変形によって、前記発電型センサにおける前記第１電極構造体と前記第２電極構造体との間の対向距離が変化する構成とされていることを特徴とするタイヤ構造体。
前記発電型センサは、前記タイヤのトレッド部（２ａ）において、前記タイヤの回転方向に複数備えられ、
前記第１電極構造体および前記第２電極構造体それぞれのうち、前記タイヤの回転方向における一端側の部分および該一端側とは反対側の他端側の部分が、前記固定部によって、互いに接着されつつ前記タイヤに固定されており、
前記一対の電極構造体が、前記タイヤのうち前記境界の部分の変形によって、複数備えられた前記発電型センサのうち前記タイヤの前記境界の部分に対応する位置に配置された前記発電型センサにおける前記第１電極構造体と前記第２電極構造体との間の対向距離が広がる構成とされていることを特徴とする請求項１に記載のタイヤ構造体。
前記発電型センサは、前記タイヤのサイドウォール部（２ｃ）に固定されると共に、前記タイヤの回転方向の全周に亘って繋がった構成とされており、
前記第１電極構造体および前記第２電極構造体それぞれのうち、前記タイヤの回転軸に垂直な方向における一端側の部分および該一端側とは反対側の他端側の部分が、前記固定部によって、互いに接着されつつ、前記タイヤに固定されており、
前記一対の電極構造体が、前記タイヤのうち地面と接している部分の変形によって、前記発電型センサのうち前記タイヤのうち地面と接している部分に対応する位置における部分において、前記第１電極構造体と前記第２電極構造体との間の対向距離が広がる構成とされていることを特徴とする請求項１に記載のタイヤ構造体。