JP7387023B2 - タイヤ摩耗測定装置、空気入りタイヤおよびタイヤ摩耗測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、空気入りタイヤに埋設された磁性体の磁界に基づいてトレッド部の摩耗を検出するタイヤ摩耗測定装置、空気入りタイヤおよびタイヤ摩耗測定方法に関する。

空気入りタイヤ（以下、適宜タイヤともいう）のトレッド部の摩耗が進行すると、路面を走行する際におけるグリップ性能や、濡れた路面を走行する際におけるタイヤと路面との間の水を排出する排水性能が低下する。そこで、運転者や車両管理者は、タイヤのトレッドの摩耗状態を目視で点検し、安全性を確保するために使用限度を超える前にタイヤを交換する。目視による点検にはタイヤの溝に設けられているスリップサインなどが用いられる。しかし、点検作業は煩雑であり、また、摩耗状態の評価を誤るおそれもある。ユーザーによっては点検を行わないことも考えられる。評価を誤った場合、性能が低下したタイヤが継続して使用されることになり、安全性の観点から好ましくない。

そこで、目視以外の方法によってトレッド部の摩耗の程度を測定するための装置が提案されている。たとえば、特許文献１には、トレッド部のタイヤ半径方向の磁界の磁束密度を検知する磁気センサを有し、磁気センサにより検知された磁束密度によりトレッド部の摩耗を測定するように構成されたタイヤ摩耗測定システムが記載されている。

特開２０１９－２０３８３１号公報

特許文献１に記載のシステムは、タイヤのトレッド部に埋設され、トレッド部とともに摩耗する磁性体が発する磁界の変化から、トレッド部の摩耗を検知する。トレッド部の摩耗を精度よく検知するためには、磁性体が発する磁界の磁束密度が磁性体の摩耗に伴って直線的に変化すること、すなわち磁性体の摩耗量と磁束密度の変化量との線形性が良いことが好ましい。

本発明は、磁性体の摩耗量と磁束密度の変化量との線形性が良く、トレッド部の摩耗を精度よく検出できるタイヤ摩耗測定装置、空気入りタイヤおよびタイヤ摩耗測定方法を提供することを目的としている。

本発明は、トレッド部に埋設され前記トレッド部の摩耗に伴い摩耗する磁性体と、タイヤの前記磁性体に対向する位置に配置された磁気センサと、を備え、前記磁気センサは、前記磁性体により形成される磁界の磁束密度の変化を検知するタイヤ摩耗測定装置において、前記磁性体の底面が前記トレッド部の接地面に現われ、前記底面の面積が前記トレッド部の摩耗に伴って小さくなることを特徴とするタイヤ摩耗測定装置を提供する。
上記の構成により、トレッド部の接地面に現われる底面の面積が一定である従来の磁性体と比較して、磁性体の摩耗量と磁束密度の変化量との間の線形性を向上させることができる。

前記磁性体の形状は、錐台が好ましく、円錐台がより好ましい。
磁性体を錘台とすることにより、トレッド部の接地面に現われる底面の面積がトレッド部の摩耗に伴って連続的かつ滑らかに変化する。したがって、磁性体の摩耗量と磁束密度の変化量との間の線形性が良好になる。磁性体における底面とは反対側の端が平面（上面）である錐台とすることで、トレッド部に埋設する際に磁性体の一部に破損が生じることを抑え、容易かつ安定的に磁性体を埋設できる。磁性体の形状を側面が滑らかな円錐台とすれば、タイヤ内部に配置する磁気センサとの位置ずれの影響による検出磁界のばらつきを低減できる。また、より円滑に磁性体をトレッド部に埋設することができる。

前記磁気センサは、第１センサと第２センサとを有し、前記タイヤの半径方向から平面視したときに、前記磁性体を挟んで、一方側に前記第１センサが配置され、他方側に前記第２センサが配置され、前記第１センサの出力と前記第２センサの出力とに基づいて前記トレッド部の摩耗を検知してもよい。

タイヤの半径方向からの平面視において、磁性体の一方側と他方側とでは磁界の向きが逆向きである。このため、第１センサの出力と第２センサの出力との差を用いることにより、一つの磁気センサよりも大きな出力を得ることができる。また、外部磁界のようなノイズの影響は第１センサと第２のセンサに等しく及ぶことから、両出力の差を用いることによりノイズを抑制できる。

前記磁気センサは、第１センサと第２センサとを有している場合、前記タイヤの半径方向から平面視したときに、前記磁性体が、前記第１センサと前記第２センサとを結んだ直線上に位置し、前記磁性体の中心からの前記第１センサまでの距離と、前記磁性体の中心からの前記第２センサまでの距離とが等しいことが好ましい。

上記の構成により、第１センサと第２センサとが検知する反対向きの磁界の磁束密度の大きさが同程度になる。このため、いずれか一方の出力のみに基づいて磁性体の摩耗量を検知することができるから、磁気センサの冗長性が向上する。

本発明は、本発明のタイヤ摩耗測定装置を備えており、前記磁性体は、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ともに一方向に着磁されて成り、着磁方向とタイヤ半径方向とが一致するように前記トレッド部に埋設されていることを特徴とする空気入りタイヤを提供する。

本発明は、本発明のタイヤ摩耗測定装置により前記タイヤの摩耗状態を測定するタイヤ摩耗測定方法であって、前記磁性体の摩耗により変化する磁界の磁束密度を前記磁気センサにより測定し、測定された磁束密度の変化に基づいて前記タイヤの前記トレッド部の摩耗状態を測定することを特徴とするタイヤ摩耗測定方法を提供する。

本発明は、トレッド部の接地面に現われる底面の面積がトレッド部の摩耗に伴って小さくなる磁性体をトレッド部に埋設することによって、トレッド部の摩耗に伴い摩耗する磁性体の摩耗量と磁束密度の変化量との間の線形性が向上する。すなわち、トレッド部の摩耗量と磁束密度の変化量との間の線形性が向上すると言える。したがって、検知精度が良好なタイヤ摩耗測定装置、空気入りタイヤおよびタイヤ摩耗測定方法を提供することができる。

（ａ）本発明の実施形態に係るタイヤ摩耗測定装置を模式的に示す断面図、（ｂ）タイヤ摩耗測定装置における磁性体の形状を模式的に示す断面図 図１（ａ）のタイヤ摩耗測定装置の要部を模式的に示す断面図 （ａ）本発明のタイヤ摩耗測定装置における磁性体の摩耗に伴う形状、磁界および反磁界の変化を模式的に示す斜視図、（ｂ）従来のタイヤ摩耗測定装置における磁性体の摩耗に伴う形状、磁界および反磁界の変化を模式的に示す斜視図 図１（ａ）のタイヤ摩耗測定装置における、磁性体と磁気センサとの位置関係を模式的に示す説明図 形状の異なる実施例の磁性体について、（ａ）磁性体の高さと磁界の磁束密度との関係を示すグラフ、（ｂ）磁性体の底面の直径Ｂ／磁性体の上面の直径Ａ（Ｂ／Ａ比）と直線性（線形性）とを示すグラフ

本発明の実施形態について、以下、図を参照しつつ説明する。各図において、同一の部材には同じ番号を付して、適宜、説明を省略する。

図１（ａ）は本実施形態に係るタイヤ摩耗測定装置１０を模式的に示す断面図であり、図１（ｂ）はタイヤ摩耗測定装置１０における磁性体１３の形状を模式的に示す断面図である。
図２は図１（ａ）のタイヤ摩耗測定装置１０の要部を模式的に示す断面図である。
図１（ａ）および図２はタイヤ（空気入りタイヤ）２０の要部を示す断面図でもある。
これらの図に示すように、タイヤ摩耗測定装置１０は、トレッド部２３に埋設された磁性体１３と、タイヤ２０内における磁性体１３に対向する位置に配置された磁気センサ１２と、を備えている。すなわち、タイヤ２０の内側面２１に配置された磁気センサ１２と、外側面２２のトレッド部２３に埋設された磁性体１３とが、タイヤ２０の半径方向（Ｙ軸方向）から平面視したときに重なるように配置されている。

磁性体１３は、路面とタイヤ２０との接地面となる外側面２２のトレッド部２３に埋設されており、タイヤ２０が使用されトレッド部２３とともに磁性体１３が摩耗することに伴って、図中に一点鎖線で示す磁性体１３から生じる磁界Ｍが変化する。タイヤ２０の内側面２１に設けられた磁気センサ１２は、磁性体１３により形成される磁界Ｍの磁束密度を検知する。以下では、磁界Ｍの磁束密度を検知することを、適宜、磁界Ｍを検知するとも記す。タイヤ摩耗測定装置１０は、磁気センサ１２で磁界Ｍを検知することにより、トレッド部２３の摩耗状態を測定できる。例えば、磁性体１３の摩耗に伴う磁界Ｍの変化をあらかじめ記憶したテーブルと磁界Ｍの測定値とに基づいて、タイヤ２０におけるトレッド部２３の摩耗状態を測定することができる。本実施形態において、トレッド部２３とは、タイヤ２０の地面に接するタイヤ２０表面の凸出した部分をいう。

磁性体１３は、トレッド部２３が摩耗するのに伴って摩耗する。また、磁性体１３は、摩耗が進むにつれてタイヤ２０のトレッド部２３の接地面に現われる底面１３Ｂの面積が小さくなる形状に形成されている。磁性体１３の底面１３Ｂの面積が摩耗に伴って小さくなる形状とすることで、磁性体１３の摩耗に伴って反磁界ＭＲが大きくなることを抑えることができる。

磁気センサ１２は、反磁界ＭＲの影響を受けた磁界Ｍを検知する。このため、摩耗の進行に伴って反磁界ＭＲの影響が大きくなることを抑えることにより、磁性体１３の摩耗量と磁界Ｍの磁束密度の変化量との間の線形性が向上する。本発明において線形性が良いとは、グラフ化した場合にグラフが直線に近くなる関係をいう。磁性体１３の形状と、反磁界ＭＲと、線形性との関係について、図３（ａ）および図３（ｂ）を参照して以下に説明する。

図３（ａ）は本実施形態のタイヤ摩耗測定装置１０における磁性体１３を底面１３Ｂ側から見た斜視図であり、磁性体１３の摩耗に伴う形状、磁界Ｍおよび反磁界ＭＲの変化を模式的に示している。同図では摩耗前における初期状態の磁性体１３を向かって左側に示し、摩耗が進行した時点における摩耗状態の磁性体１３を向かって右側に示している。

図３（ｂ）は従来のタイヤ摩耗測定装置における磁性体５３の摩耗に伴う形状、磁界Ｍおよび反磁界ＭＲの変化を模式的に示す斜視図である。同図では摩耗前の時点における初期状態の磁性体５３を向かって左側に示し、摩耗が進行した時点における摩耗状態の磁性体５３を向かって右側に示している。

図３（ｂ）に示すように、従来のタイヤ摩耗測定装置の磁性体５３の形状は、伸長方向に切断した断面形状が等しい円柱形である。このため、タイヤ２０の外側面２２におけるトレッド部２３の接地面に現われる底面５３Ｂの直径ＬＢｎは、磁性体５３の摩耗によって変化しない。このように、底面５３Ｂの直径ＬＢｎおよび面積は、摩耗が進行しても変化せず、初期状態と摩耗状態とで同じである。また、上面５３Ａの直径ＬＡｎおよび面積も摩耗の進行に伴って変化しない。

円柱状の磁性体５３の場合、高さ／断面積の比が小さいほど反磁界ＭＲが大きくなる。断面積は摩耗の進行に伴って変わらないため、摩耗状態では、高さＨｎが初期状態の高さＨｓよりも小さくなった分だけ、高さ／断面積の比が小さくなる。したがって、摩耗状態における反磁界ＭＲｎは、初期状態における反磁界ＭＲｓよりも大きくなる（ＭＲｓ＜ＭＲｎ）。対して、摩耗状態における磁性体５３の外側の磁界Ｍｎは、磁性体５３の摩耗に伴ってその高さが初期状態のＨｓよりも小さい摩耗状態のＨｎになることで（Ｈｓ＞Ｈｎ）、初期状態における磁界Ｍｓよりも小さくなる（Ｍｓ＞Ｍｎ）。このため、磁性体５３の場合、その内部に生じる反磁界ＭＲが磁界Ｍへ及ぼす影響は、摩耗に伴って大きくなる（ＭＲｓ／Ｍｓ＜ＭＲｎ／Ｍｎ）。磁気センサは、反磁界ＭＲｎの影響を受けた磁界Ｍｎを検知する。このため、磁気センサにより検知される磁界Ｍの変化量は、磁性体５３の摩耗量よりも大きくなる。

反磁界とは、Ｎ極からＳ極への磁界（磁束）の流れのうち、磁性体の外部に出る磁界とは別の磁性体の内部における磁界をいう。この反磁界は、磁性体の一端において外部から戻ってくる磁界の向きとは逆向きとなるから、磁性体の磁界の磁束密度を弱める減磁力として作用する。棒状の磁性体（磁石）の場合、寸法比（高さ／断面積）が小さいほど、反磁界が磁性体の磁界を弱める影響が大きくなる。

上述のとおり、磁性体５３の内部の反磁界ＭＲは外側の磁界Ｍを弱める。従来の磁性体５３は、摩耗の進行に伴って、磁性体５３外部の磁界Ｍが小さくなるのに対し、反磁界ＭＲが大きくなる。このため、摩耗状態では、初期状態よりも、外部の磁界Ｍに対する反磁界ＭＲの相対的な大きさ（割合）が大きくなる。したがって、磁性体５３の磁界Ｍは、摩耗の進行に伴って、反磁界ＭＲの影響を強く受けることとなる。このことが、磁性体５３の摩耗量と磁界Ｍの磁束密度との線形性を低下させる一因であることを見出した。

すなわち、従来のタイヤ摩耗測定装置の磁性体５３は、摩耗が進むにつれて、上面５３Ａおよび底面５３Ｂの断面形状が一定であるのに対して、高さＨが変化する。このため、磁性体５３の摩耗の進行に伴って、寸法比（高さＨｎ／直径ＬＢｎ）の変化が大きくなり、磁性体５３外部の磁界Ｍｎに対する内部の反磁界ＭＲｎの影響が強くなる。したがって、磁界Ｍｎの磁束密度の変化量が磁性体５３の摩耗に伴う高さＨｎの変化量よりも小さくなり、両者の線形性が低下する。

以上のように、摩耗量と磁束密度の変化量との線形性が良くないという従来のタイヤ摩耗測定装置の問題の一因は、トレッド部に埋設された磁性体５３の形状にある。
そこで、本発明のタイヤ摩耗測定装置１０では、磁性体１３の形状を円錐台としている。これにより、トレッド部２３の表面に現われる磁性体１３の底面１３Ｂの面積がトレッド部２３の摩耗に伴い摩耗する磁性体１３の摩耗に伴って小さくなるため、寸法比（高さＨ／断面積）が磁性体１３の摩耗に伴って小さくなることを抑えられる。したがって、磁界Ｍｎに対する反磁界ＭＲｎの影響が摩耗の進行とともに大きくなることを抑えて、磁性体１３の摩耗量と磁界Ｍｎの磁束密度の変化量との間の線形性を向上させることができる。なお、磁性体１３の断面積とは、磁性体１３の上面１３Ａと底面１３Ｂとの面積の平均をいう。

線形性を良好にする観点から、磁性体１３の形状を円錐とすることが好ましい。しかし、磁性体１３を円錐とすると、トレッド部２３に磁性体１３を埋設する際に頂部に破損が生じるおそれがある。そこで、タイヤ摩耗測定装置１０は、破損を防止しながら線形性を良好にするために、磁性体１３の形状を上面１３Ａのある円錐台としている。

トレッド部２３への安定な埋設と線形性とを両立させる観点から、タイヤ２０を使用する前の時点（初期状態、新品の状態）における、磁性体１３の底面１３Ｂの直径ＬＢｓと上面１３Ａの直径ＬＡｓとの比（ＬＢｓ／ＬＡｓ）は、１．０以上２．５以下が好ましく、１．２以上２．３以下がより好ましく、１．５以上２．０以下がさらに好ましい。磁性体１３の底面１３Ｂと上面１３Ａとの面積比（底面１３Ｂ／上面１３Ａ）は、１．０以上６．３以下が好ましく、１．４以上５．３以下がより好ましく、２．３以上４以下がさらに好ましい。なお、タイヤ２０を使用する前の時点における磁性体１３の高さＨｓは、トレッド部２３の形状によるが、例えば１５ｍｍ～２０ｍｍ程度である。

タイヤ２０内部に配置する磁気センサ１２との位置ずれの影響による検出磁界のばらつきを低減でき、トレッド部２３への埋設が容易であるから、磁性体１３の形状は円錐台が好ましい。ただし、磁性体１３の形状は円錐台に限られず、摩耗に伴ってトレッド部２３の接地面に現れる面積が小さくなる形状であれば良い。このような形状として、三角錐台、四角錐台などの錐台等が挙げられる。

磁性体１３は、図１（ａ）および図２に示すように、タイヤ２０の半径方向（Ｙ軸方向）の一端である底面１３Ｂがトレッド部２３の接地面に露出し、他端である上面１３Ａが安全上の摩耗限度（例えば、乗用車タイヤでは、溝の深さ１．６ｍｍとなる位置）よりも内側面２１側に位置するようにトレッド部２３に埋設される。

図１（ａ）および図２は、初期状態の一例であり、磁性体１３はこれ以外の状態で埋設されてもよい。例えば、初期状態では、底面１３Ｂがトレッド部２３の接地面に露出せず、トレッド部２３の内部に位置してもよい。この場合、トレッド部２３の接地面が底面１３Ｂの位置まで摩耗することによって、底面１３Ｂがタイヤ２０の外側面２２におけるトレッド部２３の接地面に露出し、それ以降、トレッド部２３ともに磁性体１３が摩耗し、磁界Ｍが変化する。また、上面１３Ａは、安全上の摩耗限度の位置と略一致、または摩耗限度の位置よりも外側面２２側に位置するように埋設されてもよい。この場合、トレッド部２３が安全上の摩耗限度に達したとき、または、それよりも前に磁性体１３の磁界Ｍが０になる。

トレッド部２３に磁性体１３を埋設する方法は特に限定されないが、例えば、タイヤ２０の製造後において、磁性体１３をトレッド部２３に打ち込むことにより埋設することができる。タイヤ２０の成形時に磁性体１３をトレッド部２３に埋設する場合に比べて、成形金型内で磁性体１３を保持する必要がなくなるため、タイヤ２０を従来の実績ある製造方法とほぼ同一の方法で製造することができるなどのメリットがある。なお、磁性体１３の打ち込みは、スパイクタイヤ（studded tire）の滑り止めの鋲を打ち込むのと同様の技術を用いて行うことができる。トレッド部２３に磁性体１３を埋設する際、磁性体１３は、その着磁方向とタイヤ２０の半径方向とが一致するように、タイヤ２０に埋設する。

磁気センサ１２は、タイヤ２０に埋設された磁性体１３の磁界を検知してタイヤ２０の摩耗を測定する。磁気センサ１２は、磁気センサ（第１センサ）１２Ａと磁気センサ（第２センサ）１２Ｂとを有している。

磁気センサ１２Ａ・１２Ｂは、磁性体１３からの放出された磁界Ｍを測定するものであり、磁界Ｍの方向、強さによって抵抗が変化する磁気抵抗効果素子が用いられる。磁気抵抗効果素子としては、ＧＭＲ素子、ＴＭＲ素子等が挙げられる。磁気センサ１２Ａ・１２Ｂによる測定は、リアルタイムで連続的に行われる必要はなく、一定の時間毎に断続的に行われてもよい。あるいは、図示しない無線通信手段を介して受信した外部からの指示に応じて測定してもよい。一定の時間毎、あるいは指示に応じて測定を行うことにより、連続的に測定するよりも電力消費を抑制できる。磁気センサ１２Ａ・１２Ｂである磁気抵抗効果素子の代わりにホール素子を使用し、磁束の強さの変化を計測してもよい。また磁気インピーダンス効果素子を磁気センサ１２Ａ・１２Ｂとして用いて、磁界の変化によるインピーダンスの変化を計測してもよい。

本実施形態の磁気センサ１２Ａ・１２Ｂは、例えば、Ｘ軸方向の磁束密度を検知可能に構成されている。ただし、Ｘ軸方向のみでなく、それぞれ、互いに直交する３軸方向（Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸）の磁界を検知可能に構成されていてもよい、この場合、磁気センサ１２Ａ・１２Ｂは、１軸検出のセンサ３つを用いて構成されてもよい。なお、本実施形態においては、磁気センサ１２Ａ・１２ＢはモールドパッケージにＧＭＲ素子が内蔵されたＧＭＲセンサを用いている。

タイヤ摩耗測定装置１０は、磁気センサ１２Ａ・１２Ｂによる磁界の測定に基づいたタイヤ２０の摩耗に関する情報を、無線通信手段などを介して車両側装置、携帯端末装置、外部サーバなどに出力してもよい。無線通信手段を介して、車両側装置に磁気センサ１２Ａ・１２Ｂによる測定結果の情報を送信したり、外部の車両側装置等からの情報を受信したりすることができる。タイヤ摩耗測定装置１０と外部の装置との通信による情報の送受は図示しない演算装置（ＣＰＵ）によって制御される。

図４は、図１のタイヤ摩耗測定装置１０における、磁性体１３と、磁気センサ１２Ａおよび磁気センサ１２Ｂとの位置関係を模式的に示す説明図である。同図はタイヤ２０の半径方向（Ｙ軸方向）から平面視した場合における位置関係を模式的に示している。すなわち同図では、図面奥側が底面１３Ｂ側であり、図面手前側が上面１３Ａ側である。タイヤ摩耗測定装置１０の磁気センサ１２は、磁気センサ１２Ａと磁気センサ１２Ｂとを有し、タイヤ２０の半径方向から平面視したときに、磁性体１３を挟んで、一方側に磁気センサ１２Ａが配置され、他方側に磁気センサ１２Ｂが配置されている。そして、磁気センサ１２は、磁気センサ１２Ａの出力と磁気センサ１２Ｂの出力とに基づいてトレッド部２３の摩耗を検知する。

図４に示すように、タイヤ２０の半径方向から平面視したときに、磁性体１３が、磁気センサ１２Ａと磁気センサ１２Ｂとを結んだ直線Ｌ上に位置し、磁性体１３の中心Ｏからの磁気センサ１２Ａのまでの距離ＤＡと、磁性体１３の中心Ｏからの磁気センサ１２Ｂまでの距離ＤＢとが等しい。このように、磁気センサ１２Ａと磁気センサ１２Ｂとは、磁性体１３の中心Ｏに対して対称に配置されている。磁性体１３の中心Ｏとは、円錐台の中心軸の位置をいう。

図４に示す構成により、磁気センサ１２Ａにより検知される磁界Ｍａと、磁気センサ１２Ｂにより検知される磁界Ｍｂとは、磁束密度が同じで磁界の向きが逆になる。このため、タイヤ摩耗測定装置１０は、磁気センサ１２Ａまたは磁気センサ１２Ｂの一方に問題が生じた場合でも他方の出力に基づいて、タイヤ２０の摩耗量を検知することが可能である。したがって、タイヤ摩耗測定装置１０の冗長性が向上する。

そして、磁性体１３の磁界Ｍを測定する際にノイズとなる外部磁界は、磁気センサ１２Ａと磁気センサ１２Ｂとに同様に影響を及ぼす。このため、これらの二つのセンサからの出力の差を用いて、外部磁界の影響を取り除くことまたは抑制することができる。また、二つのセンサからの出力は磁界の向きが逆であるため、両出力の差を用いることによりノイズの影響を取り除きながら、一つのセンサからの出力の二倍の大きさの出力が得られる。したがって、外部磁界のようなノイズの影響を取り除くとともに出力を大きくして、タイヤ２０の摩耗を精度よく測定することが可能になる。

図４に示す態様では、タイヤ摩耗測定装置１０における磁気センサ１２Ａおよび磁気センサ１２Ｂがそれぞれ、磁性体１３と重ならない位置に配置されている。しかし、これは一例であり、Ｙ軸方向から平面視した場合に、磁気センサ１２Ａおよび磁気センサ１２Ｂの一部または全部が、磁性体１３と重なるように配置されてもよい。また、磁気センサ１２が備えるセンサは二つに限らず、一つまたは三つ以上でもよい。

タイヤ２０の磁性体１３に対向する位置に磁気センサ１２を取り付ける態様としては、例えば、内側面２１に設けられたソケットへの装着、内側面２１への直接接着、タイヤ２０の内側面２１への埋め込み等が挙げられる。取り付け、交換が容易であることから、ソケットへの装着が好ましい。なお、ソケットとは、交換可能な状態で磁気センサ１２を保持するものであり、タイヤ２０の内側面２１に接着などにより固定され、磁気センサ１２を保持可能な保持部を備えている。ソケットは、ゴム材などの収縮性のある材質からなり、走行時のタイヤの変形に追従できるとともに、保持部はその収縮性を利用して磁気センサ１２を保持する。

なお、タイヤ２０の摩耗を精度よく測定するためには、トレッド部２３に埋設された磁性体１３に対して、磁気センサ１２をタイヤ２０内の所定の位置（例えば、センサを二つ有する場合、図４に示すような位置関係となる位置）に取り付ける必要がある。しかしながら、磁性体１３はタイヤ２０の外側面２２に配置されているのに対して、磁気センサ１２はタイヤ２０の内側面２１に配置されるため、磁気センサ１２を所定の位置に配置することは困難である。そこで、タイヤ２０内の所定の位置に磁気センサ１２を取り付ける方法としては、例えば、磁界分布を観測可能な磁界分布観測装置（マグネットビューア）を用いて、磁気センサ１２をタイヤ２０の内側面２１に取り付ける方法が挙げられる。

磁界分布観測装置を用いることで、タイヤ２０の外側面２２に配置されている磁性体１３が発生する磁界分布を内側面２１側から観測することができる。よって、タイヤ２０の内側から磁性体１３が埋設されている場所を特定し、磁気センサ１２をタイヤ２０の内面に取り付けることができる。磁界分布観測装置を用いることにより、Ｙ軸方向から平面視した場合に、磁性体１３との相対的な位置が所定の関係となるように磁気センサ１２を取り付けることが容易になる。また、磁性体１３の配置位置に対して、適切な位置に磁気センサ１２を配置できるから、測定精度の良好なタイヤ摩耗測定装置１０となる。なお、上述の方法で前述したソケットを所定の位置に配置し、そのソケットに磁気センサ１２を取り付けても同様の効果が得られる。

磁性体１３は、硬磁性材料の粉粒体（磁性粉）が、高分子材料中に分散されて形成され、一方向に着磁されて構成され、その着磁方向がタイヤ半径方向と一致するような姿勢でトレッド部に埋設される。磁性体１３は着磁によって、永久磁石となるため、その周囲に所定の磁束密度の磁界を形成し、着磁後は容易に消磁することがない。

着磁後の保磁力が大きく容易に減磁しないという観点から、好ましい粉粒体として、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などが挙げられる。また、高分子材料としては、トレッド部２３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などが好ましい。

磁性体１３は、磁性体表面において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。また、地磁気に影響されず確実に磁性体１３の磁束密度の測定ができるという観点から磁気センサ１２Ａ・１２Ｂが配置されている測定位置において、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く、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。

磁性体１３は、トレッド部２３が摩耗する前の新品状態（初期状態、未摩耗状態）で、磁気センサ１２によって検知される磁界Ｍ（磁束密度）と、トレッド部２３が摩耗限度まで摩耗したときの状態で、磁気センサ１２Ａ・１２Ｂによって検知される磁界Ｍとの差が１ｍＴ以上となるようにトレッド部２３内に埋設されていることが好ましい。

磁性体１３は、一つのトレッド部２３にのみ設けられてもよく、複数のトレッド部２３に設けられてもよい。さらに、磁性体１３は、トレッド部２３における、タイヤ２０の周方向に１つのみ設けられてもよく、例えば等間隔に、複数設けられてもよい。

磁性体１３への着磁は、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、着磁ヨークなどを用いて行うことができる。なお、着磁を行うタイミングとしては、トレッド部２３に埋設される前に実施してもよく、トレッド部２３に埋設した後に実施してもよい。

一方、磁性体１３の磁力によって、他の車載される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１３の表面磁束密度は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、磁性体１３の表面磁束密度は６０ｍＴ以下であるとより好ましい。なお、磁性体の表面磁束密度は、着磁された磁性体１３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る。

次に、本実施形態に係るタイヤ摩耗測定方法について説明する。
本実施形態のタイヤ摩耗測定装置１０は、本発明のタイヤ摩耗測定装置１０を備えたタイヤ２０に対して、以下の手順にしたがってその摩耗状態を測定する。
１．事前のデータ取得
測定に先立って、予め、測定対象と同じ種類のタイヤについて、磁性体の摩耗により変化する磁場の磁束密度を内腔部表面に設けられている磁気センサにより測定し、データを取得する。

具体的には、まず、製造直後の新品タイヤ（測定対象と同じ種類のタイヤ）における磁束密度を測定し、その後、このタイヤに対して、タイヤ摩耗ドラム試験機を用いて、摩耗限度を超えるまで、タイヤを摩耗させていく。そして、途中、所定時間毎に装置を停止させて、その時点での摩耗量と磁束密度とを測定する。もしくは、いくつかの摩耗量を設定し、設定した摩耗量に達する毎に装置を停止させて、設定した摩耗量の時の磁束密度を測定してもよい。

その後、測定された各時点での摩耗量と磁束密度とに基づいて摩耗量と磁束密度との関係を示す照合用のデータを作成し、作成されたデータを車両本体に設けられた摩耗状態の判定に用いる装置に記憶させる。

２．測定対象タイヤの実車への装着と走行
次に、測定対象のタイヤを実車に装着して走行する。走行することにより、トレッド部とともに磁性体が摩耗していくため、磁気センサにより検知される磁束密度が変化する。
そして、磁気センサにより測定されたこの磁束密度の変化を、磁気センサから受信した摩耗状態の判定に用いる装置において、予め記憶されている照合用のデータと照合することにより、測定対象のタイヤにおいて、どの程度まで摩耗が進行しているかを判定することができる。なお、タイヤ摩耗測定装置が摩耗状態を判定する機能を備えていてもよい。この場合、タイヤ摩耗測定装置の有する記憶手段が照合用のデータを記憶し、摩耗が進行に関する判定結果を車両本体に設けられた装置などに出力する。

以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。

以下、実施例に基づいて、本発明をより具体的に説明する。
１．シミュレーションの構成
トラックバス用タイヤ（重荷重空気入りタイヤ）のトレッド標準配合ゴム材料に、平均粒径約１７５μｍのネオジム粉末を混練した後、加硫成形することにより得られる、異なる形状を備えた磁性体について、摩耗の進行に伴う磁束密度の変化をシミュレーションにより評価した。
磁性体中に占めるネオジム粉末の配合量は、６５重量％とした。なお、着磁は、加硫成形後のタイミングで、高さ方向に２．５Ｔの磁場を掛けて飽和磁化させることにより行う設定とした。シミュレーションによる評価の対象とした磁性体の形状を表１に示す。

２．摩耗状態における直線性（線形性）の検証
４種類の磁性体について、摩耗に伴って高さＨが段階的（１８ｍｍ→１５ｍｍ→１２ｍｍ→９ｍｍ→６ｍｍ→３ｍｍ）に変化した各状態における磁束密度のシミュレーションを実施した。
初期状態からの変化をみるため、磁性体の高さ毎の磁束密度のシミュレーション結果としての磁気センサの出力値を表２および図５（ａ）に示す。

図５（ａ）は、形状の異なる実施例の磁性体について、トレッド部の摩耗と磁束密度との直線性（線形性）を示すグラフであり、図５（ｂ）は、底面の直径／上面の直径（Ｂ／Ａ比）と直線性（線形性）とを示すグラフである。図５（ｂ）における直線性誤差（％）は、図５（ａ）の各実施例の測定結果について、最小二乗法を用いて求めた近似直線と実測値との誤差（近似直線の計算値に対する誤差の絶対値の割合（％））のうち、最も大きかった値である。

図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、磁性体の形状を円錐台とした実施例はいずれも、磁性体の形状を円柱した比較例よりもトレッド部の摩耗量に対応する磁性体の高さと、磁性体の磁界Ｍの磁束密度に対応するセンサ出力とのグラフの直線性（線形性）が向上した。グラフの直線性は、円錐台の磁性体の上面の直径に対する底面の直径の比（Ｂ／Ａ比）を大きくすることにより向上した。

本発明は、タイヤの摩耗状態を目視によらず測定可能なタイヤ摩耗測定装置に適用することができる。

１０ ：タイヤ摩耗測定装置
１２ ：磁気センサ
１２Ａ ：磁気センサ（第１センサ）
１２Ｂ ：磁気センサ（第２センサ）
１３ ：磁性体
１３Ａ ：上面
１３Ｂ ：底面
２０ ：タイヤ
２１ ：内側面
２２ ：外側面（接地面）
２３ ：トレッド部
５３ ：磁性体
５３Ａ ：上面
５３Ｂ ：底面
ＤＡ、ＤＢ：距離
Ｈ ：高さ
Ｈｓ ：高さ（初期状態）
Ｈｎ ：高さ（摩耗状態）
ＬＡｓ、ＬＢｓ：直径（初期状態）
ＬＡｎ、ＬＢｎ：直径（摩耗状態）
Ｍ、Ｍａ、Ｍｂ：磁界
Ｍｓ ：磁界（初期状態）
Ｍｎ ：磁界（摩耗状態）
ＭＲ ：反磁界
ＭＲｓ ：反磁界（初期状態）
ＭＲｎ ：反磁界（摩耗状態）
Ｏ ：中心
Ｌ ：直線

Claims (6)

1. トレッド部に埋設され前記トレッド部の摩耗に伴い摩耗する磁性体と、タイヤ内の前記磁性体に対向する位置に配置された磁気センサと、を備え、
   前記磁気センサは、前記磁性体により形成される磁界の磁束密度の変化を検知するタイヤ摩耗測定装置において、
   前記磁性体の底面が前記トレッド部の接地面に現われ、
   前記底面の面積が前記トレッド部の摩耗に伴って小さくなり、
   前記磁気センサは、第１センサと第２センサとを有し、
   前記タイヤの半径方向から平面視したときに、前記磁性体を挟んで、一方側に前記第１センサが配置され、他方側に前記第２センサが配置され、
   前記第１センサの出力と前記第２センサの出力とに基づいて前記トレッド部の摩耗を検知する
   ことを特徴とするタイヤ摩耗測定装置。
2. 前記磁性体の形状が錐台である、請求項１に記載のタイヤ摩耗測定装置。
3. 前記磁性体の形状が円錐台である、請求項１に記載のタイヤ摩耗測定装置。
4. 前記タイヤの半径方向から平面視したときに、前記磁性体が、前記第１センサと前記第２センサとを結んだ直線上に位置し、
   前記磁性体の中心からの前記第１センサまでの距離と、前記磁性体の中心からの前記第２センサまでの距離とが等しい、請求項１に記載のタイヤ摩耗測定装置。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のタイヤ摩耗測定装置を備えており、
   前記磁性体は、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ともに一方向に着磁されて成り、着磁方向とタイヤ半径方向とが一致するように前記トレッド部に埋設されていることを特徴とする空気入りタイヤ。
6. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のタイヤ摩耗測定装置により前記タイヤの摩耗状態を測定するタイヤ摩耗測定方法であって、
   前記磁性体の摩耗により変化する磁界の磁束密度を前記磁気センサにより測定し、測定された磁束密度の変化に基づいて前記タイヤの前記トレッド部の摩耗状態を測定することを特徴とするタイヤ摩耗測定方法。
   

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