JP7429564B2

JP7429564B2 - 空気入りタイヤ及びタイヤ組立体

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Publication number: JP7429564B2
Application number: JP2020035588A
Authority: JP
Inventors: 雅彦山本
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2020-03-03
Filing date: 2020-03-03
Publication date: 2024-02-08
Anticipated expiration: 2040-03-03
Also published as: JP2021138200A

Description

本発明は、空気入りタイヤ及びタイヤ組立体に関する。

従来から空気入りタイヤの異常（内圧低下、パンク等）を検知する技術が種々提案されている。

例えば、タイヤ側に共振回路等を設け、インピーダンスの変化に基づいて、タイヤの内圧低下、パンク等の異常を検知する技術が知られている（特許文献１）。

特開２０１９－１３４２号公報

しかしながら、上述した従来技術では、各タイヤごとに共振回路（二次共振回路）等を設ける必要がある。

そのため、二次共振回路の構成部材としてコンデンサやコイル等の電子部品が必須となり、部品点数が増えてコストが嵩むという問題があった。

そこで、本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、比較的簡易な構成により低コストで異常を検知可能な空気入りタイヤ及びタイヤ組立体を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る空気入りタイヤは、路面と接するトレッド部（４０）と、ホイール（Ｗ）に係止される一対のビード部（１０）と、前記トレッド部と前記ビード部との間に設けられるタイヤサイド部（５０）と、を備える空気入りタイヤ（Ｔ１）であって、タイヤ内面の周方向の全面または一部に形成された可撓性を有する導電性ポリマー層（１００ａ）と、該導電性ポリマー層に通電するための電極（１５０）とを備えることを要旨とする。

また、本発明の他の態様に係るタイヤ組立体（４００）は、本発明の一態様に係る空気入りタイヤと、当該空気入りタイヤが組付けられるホイールとを備えることを要旨とする。

このような構成によれば、電極を介して通電される導電性ポリマー層の抵抗値の変化に基づいて、タイヤの内圧低下、パンク等の異常検知を低コストで実現することができる。

本発明によれば、比較的簡易な構成により低コストで異常を検知可能な空気入りタイヤ及びタイヤ組立体を提供することができる。

第１の実施形態に係る空気入りタイヤの概略構成を示すトレッド幅方向断面図である。第１の実施形態に係る空気入りタイヤを適用したタイヤ組立体の構成例を示す側方断面図（ａ）および正面図（ｂ）である。第１の実施形態に係る空気入りタイヤを適用したタイヤ異常検知システムの構成例を示す概略説明図である。タイヤ異常検知システムで実行されるタイヤ異常検知処理の処理手順の例を示すフローチャートである。第１の実施形態に係る空気入りタイヤに適用される導電性ポリマー層を不連続とした場合の構成例を示す概略説明図である。第１の実施形態に係る空気入りタイヤに適用される導電性ポリマー層を不連続とした場合の他の構成例を示す概略説明図である。第２の実施形態に係る空気入りタイヤの概略構成を示すトレッド幅方向断面図である。第３の実施形態に係る空気入りタイヤの概略構成を示すトレッド幅方向断面図である。

図１～図８を参照して、本発明の実施の形態に係る空気入りタイヤＴ１（Ｔ２、Ｔ３）及びタイヤ組立体４００ａ（４００ｂ、４００ｃ）について説明する。

なお、以下の図面の記載において、同一または類似の部分には、同一または類似の符号を付している。但し、図面は模式的なものであり、各寸法の比率などは現実のものとは異なることに留意すべきである。

したがって、具体的な寸法などは以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。

［第１の実施の形態］
図１～図６を参照して、本発明の第１の実施の形態に係る空気入りタイヤＴ１及びタイヤ組立体４００について説明する。

（空気入りタイヤＴ１の構成例）
図１を参照して空気入りタイヤＴ１の構成例について説明する。

ここで、図１は、第１の実施形態に係る空気入りタイヤＴ１の概略構成を示すトレッド幅方向断面図である。

空気入りタイヤＴ１は、ホイールＷに接するビード部１０と、空気入りタイヤＴ１の骨格を形成するカーカス層２０と、カーカス層２０のタイヤ径方向外側に配設される複数のベルト層３０と、ベルト層３０のタイヤ径方向外側に配設され、路面と接するトレッド部４０とを備える。また、トレッド部４０とビード部１０との間には、タイヤサイド部５０が形成されている。

なお、空気入りタイヤＴ１には、空気ではなく、窒素ガスなどの不活性ガスが充填されてもよい。

そして、図１に示すように、本実施の形態に係る空気入りタイヤＴ１は、タイヤ内面６０の周方向の全面に、可撓性を有する導電性ポリマー層１００ａと、導電性ポリマー層１００ａに通電する電極１５０が設けられている。

ここで、導電性ポリマー層１００ａは、ヤング率が例えば１．０～１０．０ＭＰａ、電気抵抗が例えば１．０～５．０×１０^－４Ω、厚さが例えば０．０１ｍｍ～０．５ｍｍとすることが好ましい。

導電性ポリマー層１００ａは、例えばポリマー（アクリル樹脂等）中に導電性材料（カーボンナノチューブ、銀ペースト等）を分散させた柔軟な導電材料で構成することができる。

より具体的には、国際公開番号：ＷＯ２０１８／０５５８９０に開示の（メタ）アクリル系導電性材料等を適用可能である。

導電性ポリマー層１００ａの形成方法は、特には限定されないが、例えば上述の導電性材料をタイヤ内面６０に対して、スプレー方式や各種印刷方式（例えば、スクリーン印刷方式等）を適用して塗布するようにできる。

また、上述の導電性材料を薄いシート状に成形し、接着剤によりタイヤ内面６０に貼付するようにしてもよい。

なお、図１に示す構成例では、タイヤ内面６０の周方向の全面に連続的に導電性ポリマー層１００ａを設けているが、導電性ポリマー層１００ａを周方向に不連続的に複数に亘って設け、各導電性ポリマー層１００ａを電気的に接続する構成としてもよい。具体例については図５，図６を参照して後述する。

電極１５０は、後述するホイールＷ側の電源（バッテリ）Ｂに接続されて導電性ポリマー層１００ａに直流電流を通電する部材である。

より具体的には、電極１５０は、アルミや銅などで構成される＋電極１０２、－電極１０３を備える。各電極１０２、１０３は、ビード部１０とホイールＷのリム２５０とが対向する位置に設けられる。

各電極１０２、１０３は、可撓性を有するフレキシブルコネクタ１０１を介して導電性ポリマー層１００ａに電気的に接続される。

一方、ホイールＷのリム２５０にも、タイヤ側の各電極１０２、１０３と対向する位置に電極２０２、２０３が設けられ、導線７０１ａ、７０１ｂを介して後述する電源Ｂに電気的に接続される。

このような構成によれば、電極１５０によって通電される導電性ポリマー層１００ａの抵抗値の変化に基づいて、タイヤの内圧低下、パンク等の異常検知を低コストで実現することができる。

なお、図１では、＋電極１０２、－電極１０３が、対向するビード部１０の双方（図１上のビード部１０の左右双方）に設けられている例を示したが、これに限らず、一方のビード部１０側（例えば、図１上の右側のみ）に＋電極１０２、－電極１０３を配置するようにしてもよい。この場合には、他方側（図１上の左側）の導電性ポリマー層１００ａの端部からフレキシブルコネクタ１０１を延設して－電極１０３と接続する構成とする。

また、上記構成とした場合には、ホイールＷのリム２５０側の電極２０２、２０３も＋電極１０２、－電極１０３と対向する位置に設けられることは云うまでもない。

このような構成によれば、ホイールＷの手前側（図上、右側）から電極同士の接触状態等を確認し易くなり、組立性やメンテナンス性が向上する。

なお、空気入りタイヤＴ１の異常検知の方法、タイヤの状況により導電性ポリマー層１００ａの抵抗値が変化する例等については後述する。

（タイヤ組立体の構成例）
図２を参照して、本実施の形態に係る空気入りタイヤＴ１とホイールＷを用いたタイヤ組立体４００の構成例について説明する。

ここで、図２（ａ）は、第１の実施形態に係る空気入りタイヤＴ１を適用したタイヤ組立体４００の構成例を示す側方断面図、図２（ｂ）はその正面図である。

図２に示すように、ホイールＷの中央部には円筒状の凹部２０５が設けられ、この凹部２０５内に電源（バッテリ）Ｂが収容されている。

また、電源Ｂの近傍には、導電性ポリマー層１００ａに通電した際の電圧を測定する電圧測定部、測定した電圧情報を外部に送信する送信部を備える集積回路（ＩＣ等）３０１が設けられている。

電源ＢとホイールＷ側の電極２０２、２０３とは、導線７０１ａ、７０１ｂを介して電気的に接続されている。

なお、導線７０１ａ、７０１ｂは、電源（バッテリ）Ｂの＋端子、－端子にそれぞれ接続されている。

そして、ホイールＷのリム２５０に、本実施の形態に係る空気入りタイヤＴ１が嵌め込まれて、タイヤ組立体４００が構成される。

なお、リム２５０に空気入りタイヤＴ１を嵌め込む際には、タイヤ側の＋電極１０２、－電極１０３と、ホイールＷ側の電極２０２、２０３とが対向して接触するように嵌め込む。

これにより、電源Ｂから空気入りタイヤＴ１が備える導電性ポリマー層１００ａに対して給電され、導電性ポリマー層１００ａには微弱な電流が常時流れる状態となる。

そして、車両の走行中等に、空気入りタイヤＴ１の表面側から異物が刺さったり、道路の凹凸等により強い衝撃が加わると、導電性ポリマー層１００ａの弾性変形や、一部の損傷により、導電性ポリマー層１００ａの電気抵抗が変化する。

この導電性ポリマー層１００ａの電気抵抗の変化は、ホイールＷ側の集積回路３０１の電圧測定部により電圧の変化として検知される。測定された電圧情報は、集積回路３０１の送信部により外部装置（ＥＣＵ（Electronic Control Unit）等）に送信される。

そして、外部装置によって、各空気入りタイヤＴ１（車両が４輪車の場合にはＴ１ａ～Ｔ１ｄの計４つのタイヤ）の電圧情報の収集処理、判定処理等を行うことによって、空気入りタイヤＴ１の異常（内圧低下、パンク等）を検知することができる。

（タイヤ異常検知システムの構成例）
図３を参照して、空気入りタイヤＴ１を適用したタイヤ異常検知システムＳ１の構成例について説明する。

ここで、図３は、第１の実施形態に係る空気入りタイヤＴ１を適用したタイヤ異常検知システムＳ１の構成例を示す概略説明図である。

図３に示す構成例では、車両Ｖの４輪に、第１の実施形態に係る空気入りタイヤＴ１ａ～Ｔ１ｄおよびホイールＷを用いたタイヤ組立体４００を装着している。

車両Ｖは、各空気入りタイヤＴ１ａ～Ｔ１ｄの導電性ポリマー層１００ａの電圧情報Ｄ１ａ～Ｄ１ｄを受信する外部装置としてのＥＣＵ（Electronic Control Unit）３５０を備える。

このＥＣＵ３５０は、各空気入りタイヤＴ１ａ～Ｔ１ｄの電圧情報Ｄ１ａ～Ｄ１ｄの収集処理、判定処理等を行う。

なお、電圧情報Ｄ１ａ～Ｄ１ｄの送受信は、ブルートゥース（登録商標）や、ＣＡＮ（Controller Area Network）等を介して行うことができる。

車両Ｖの外部には、ＥＣＵ３５０によるタイヤ異常に関する判定情報（判定結果）Ｄ２を受信するクラウドコンピューティングシステム５０１が配置されている。

また、クラウドコンピューティングシステム５０１で収集、分析されたデータやアラーム信号Ｄ３を受信する管理センタ５０２が設置されている。

さらに、管理センタ５０２からの指示情報等Ｄ４を受信するロードサービスやタイヤショップ等５０３が配置されている。

そして、例えば車両Ｖにおいて、空気入りタイヤＴ１ａ～Ｔ１ｄの何れかで、電圧情報Ｄ１ａ～Ｄ１ｄに基づく電圧変化値が予め設定された閾値を超えた場合には、異常（内圧低下、パンク等）が発生したと判定される。

その判定情報Ｄ２のデータ等は、クラウドコンピューティングシステム５０１、管理センタ５０２を介してロードサービス等５０３に送信される。

判定情報Ｄ２のデータ等を受信したロードサービス等５０３は、車両Ｖに対して「タイヤに異常が発生している」旨を連絡し、状況に応じてタイヤ交換等の対処を行うことができる。

また、アラーム信号等Ｄ３を受信した管理センタ５０２は、各空気入りタイヤＴ１ａ～Ｔ１ｄの内圧をＴＰＭＳ（Tire Pressure Monitoring System）でチェックすると共に、車両Ｖが停車した際に画像によって各空気入りタイヤＴ１ａ～Ｔ１ｄの異常発生の有無等をチェックするようにしてもよい。

（タイヤ異常検知処理について）
図４を参照して、タイヤ異常検知システムＳ１で実行されるタイヤ異常検知処理について説明する。

ここで、図４は、タイヤ異常検知システムＳ１で実行されるタイヤ異常検知処理の処理手順の例を示すフローチャートである。

図４に示すタイヤ異常検知処理が開始されると、ステップＳ１で、ＥＣＵ３５０は空気入りタイヤＴ１ａ～Ｔ１ｄを備えるタイヤ組立体４００から、導電性ポリマー層１００ａの電圧情報Ｄ１ａ～Ｄ１ｄを受信してステップＳ１１に移行する。

ステップＳ１１では、電圧情報Ｄ１ａ～Ｄ１ｄに基づく電圧変化値が予め設定された閾値を超えたか否かが判定される。

判定結果が「Ｎｏ」の場合にはステップＳ１０に戻り、「Ｙｅｓ」の場合にはステップＳ１２に移行する。

ステップＳ１２では、空気入りタイヤＴ１に異常が発生したと判定してステップＳ１３に移行する。

ステップＳ１３では、判定結果をクラウドコンピューティングシステム５０１を介して管理センタ５０２に送信して処理を終了する。

なお、上述のタイヤ異常検知処理において、電圧情報は、タイヤの直近１０回転の信号を平均化して使用するようにできる。また、次の１回転の信号強度が平均値よりも３０％以上乖離した場合に異常発生と判定するようにしてもよい。

また、導電性ポリマー層１００ａから得られる伸びの情報が１０％～１３％の際、或いは１３％以上の際に、異常発生と判定するようにしてもよい。

ここで、人為的に用意した状況において、空気入りタイヤＴ１の導電性ポリマー層１００ａの抵抗値の変化状態を検証した実験結果について簡単に説明する。

本実験においては、便宜上、空気入りタイヤＴ１の一部を切断し、その断片の内側に導電性ポリマー層１００ａを構成するシート状体を貼付したものを用いた。

そして、第１の状況では、上記断片を折り曲げた状態で抵抗値を測定したところ、平静時に比して比較的大きな抵抗値の上昇が検出された。

第２の状況では、上記断片に荷重を加えて抵抗値を測定したところ、平静時に比して比較的微弱な抵抗値の上昇が検出された。

第３の状況では、タイヤがバウンドした状態に近似させて上記断片を所定の高さから落下させて抵抗値を測定したところ、平静時に比して比較的微弱な抵抗値の上昇が検出された。

第４の状況では、タイヤがパンクした状態に近似させて上記断片に釘を刺して穴を開けて抵抗値を測定したところ、平静時に比して比較的大きな抵抗値の上昇が検出された。

なお、第４の状況における抵抗値の変化は、上述の第１から第３の状況の何れよりも大きかった。

以上の実験結果から、タイヤ異常検知処理において、適切な閾値を設定することにより空気入りタイヤＴ１の異常（内圧低下、パンク等）を検出できることを確認できた。

（導電性ポリマー層の他の構成例）
図５および図６を参照して、空気入りタイヤＴ１に適用可能な導電性ポリマー層の他の構成例について説明する。

ここで、図５は、第１の実施形態に係る空気入りタイヤＴ１に適用される導電性ポリマー層を不連続とした場合の構成例を示す概略説明図、図６は、導電性ポリマー層を不連続とした場合の他の構成例を示す概略説明図である。

図１に示す構成例では、タイヤ内面６０の周方向の全面に連続的に導電性ポリマー層１００ａを設けていた。

これに対して、図５に示す構成例では、タイヤ内面６０の周方向に沿って短冊状の導電性ポリマー層１００ａ１～１００ａ４等を不連続的に複数に亘って設けている。なお、各導電性ポリマー層１００ａ１～１００ａ４等の間は、導線６０１によって電気的に接続されている。

また、導電性ポリマー層１００ａ１～１００ａ４等の少なくとも１つ（図５上では導電性ポリマー層１００ａは＋電極１０２、－電極１０３に接続されている。

図６に示す構成例では、タイヤ内面６０の周方向および幅方向に沿って矩形状の導電性ポリマー層１００ａ１～１００ａ９等を不連続的に複数に亘って設けている。なお、各導電性ポリマー層１００ａ１～１００ａ９等の間は、導線６０１、６０２によって電気的に接続されている。

また、図５に示す例では、導電性ポリマー層１００ａ４、１００ａ６が＋電極１０２、－電極１０３に接続されている。

図５、図６に示す構成例によっても、タイヤ異常検知処理において、適切な閾値を設定することにより空気入りタイヤＴ１の異常（内圧低下、パンク等）を検出できる。

また、図５、図６に示す構成例では、導電性ポリマー層の面積を低減することができ、材料費を低減してコストをより低廉化することができる。

（作用・効果）
上述した実施形態によれば、以下の作用効果が得られる。

即ち、空気入りタイヤＴ１は、路面と接するトレッド部４０と、ホイールＷに係止される一対のビード部１０と、トレッド部４０とビード部１０との間に設けられるタイヤサイド部５０とを備え、タイヤ内面６０の周方向の全面または一部に形成された可撓性を有する導電性ポリマー層１００ａと、この導電性ポリマー層１００ａに通電するための電極１５０とを備える。これにより、電極１５０によって通電される導電性ポリマー層１００ａの抵抗値の変化に基づいて、タイヤの内圧低下、パンク等の異常検知を低コストで実現することができるという効果が得られる。

また、導電性ポリマー層１００ａは、ヤング率が１．０～１０．０ＭＰａ、電気抵抗が１．０～５．０×１０^－４Ω、厚さが０．０１ｍｍ～０．５ｍｍに設定されるので、可撓性を担保できると共に、タイヤの内圧低下、パンク等の異常検知を正確に検知することができる。

また、電極１５０（＋電極１０２、－電極１０３）は、ビード部１０とホイールＷのリム２５０とが対向する位置に設けられている。これにより、簡易な構成で、導電性ポリマー層１００ａに通電することができる。

また、空気入りタイヤＴ１が組付けられるホイールＷは、タイヤ側の電極に給電する電源を備えるので、タイヤの回転性能を損なうことなく、簡易な構成で、導電性ポリマー層１００ａに通電することができる。

［第２の実施の形態］
図７を参照して、本発明の第２の実施の形態に係る空気入りタイヤＴ２について説明する。

なお、第１の実施の形態に係る空気入りタイヤＴ１と同様の構成については同一符号を付して重複した説明は省略する。

第２の実施の形態に係る空気入りタイヤＴ２において、第１の実施の形態に係る空気入りタイヤＴ１と異なる点は、図８に示すように、導電性ポリマー層１００ｂが、タイヤ内面６０の周方向のトレッド部４０と対向する位置に形成されている点である。

導電性ポリマー層１００ｂの形成方法は、第１の実施の形態における導電性ポリマー層１００ａと同様である。

導電性ポリマー層１００ｂは、フレキシブルコネクタ８０１ａ、８０１ｂを介して＋電極１０２、－電極１０３に電気的に接続されている。

なお、図２に示すタイヤ組立体４００の構成例、図３に示すタイヤ異常検知システムＳ１の構成例および図４に示すタイヤ異常検知処理は、第２の実施の形態に係る空気入りタイヤＴ２にも適用することができる。

そして、導電性ポリマー層１００ｂを備える空気入りタイヤＴ２によれば、トレッド部４０に発生したパンク等の異常を検知することができる。

なお、導電性ポリマー層１００ｂは、タイヤ内面６０の周方向に連続的に形成する場合に限らず、不連続に形成してもよい。

即ち、第１の実施の形態に係る空気入りタイヤＴ１と同様、前出の図５、図６に示すように、短冊状あるいは矩形状の導電性ポリマー層を不連続的に複数に亘って設け、導線によって互いを電気的に接続するようにしてもよい。

［第３の実施の形態］
図８を参照して、本発明の第３の実施の形態に係る空気入りタイヤＴ３について説明する。

第３の実施の形態に係る空気入りタイヤＴ３において、第１の実施の形態に係る空気入りタイヤＴ１と異なる点は、図８に示すように、導電性ポリマー層１００ｃが、タイヤ内面６０の周方向のタイヤサイド部５０と対向する位置に形成されている点である。

導電性ポリマー層１００ｃの形成方法は、第１の実施の形態における導電性ポリマー層１００ａと同様である。

導電性ポリマー層１００ｃ同士は、導線８０１ｃによって電気的に接続されている。

また、各導電性ポリマー層１００ｃは、フレキシブルコネクタ１０１を介して＋電極１０２、－電極１０３に電気的に接続されている。

そして、導電性ポリマー層１００ｃを備える空気入りタイヤＴ２によれば、タイヤサイド部５０に発生したパンク等の異常を検知することができる。

なお、各導電性ポリマー層１００ｃは、タイヤ内面６０の周方向に連続的に形成する場合に限らず、不連続に形成してもよい。

以上、本発明の空気入りタイヤ及びタイヤ組立体を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置き換えることができる。

例えば、ランフラットタイヤに本発明を適用し、導電性ポリマー層をサイド補強ゴムに沿って配置することで、ランフラット走行によるサイドゴムの破壊を検知するようにしてもよい。

Ｔ１～Ｔ３空気入りタイヤ
Ｂ電源
Ｗホイール
１０ビード部
２０カーカス層
３０ベルト層
４０トレッド部
５０タイヤサイド部
６０タイヤ内面
１００ａ～１００ｃ導電性ポリマー層
１０１フレキシブルコネクタ
１５０電極
４００タイヤ組立体

Claims

路面と接するトレッド部と、
ホイールに係止される一対のビード部と、
前記トレッド部と前記ビード部との間に設けられるタイヤサイド部と、
を備える空気入りタイヤであって、
タイヤ内面の周方向の全面または一部に形成された可撓性を有する導電性ポリマー層と、
該導電性ポリマー層に通電するための電極と、
を備え、
前記電極は、前記ビード部のタイヤ径方向における内側面において、前記ホイールのリム側の電極と対向する位置に設けられる空気入りタイヤ。
前記導電性ポリマー層は、ヤング率が１．０～１０．０ＭＰａ、電気抵抗が１．０～５．０×１０^－４Ω、厚さが０．０１ｍｍ～０．５ｍｍである請求項１に記載の空気入りタイヤ。
前記導電性ポリマー層は、前記タイヤ内面の周方向の前記トレッド部と対向する位置に形成される請求項１または２に記載の空気入りタイヤ。
前記導電性ポリマー層は、前記タイヤ内面の周方向の前記タイヤサイド部と対向する位置に形成される請求項１または２に記載の空気入りタイヤ。
前記請求項１から前記請求項４の何れか１項に記載された空気入りタイヤと、
当該空気入りタイヤが組付けられるホイールと、
を備えたタイヤ組立体。
前記ホイールは、前記タイヤ側の電極に給電する電源を備える請求項５に記載のタイヤ組立体。