JP7460378B2 - 摩耗状態検知装置 - Google Patents

Description

本発明は、摩耗状態検知装置に関し、更に詳しくは、空気入りタイヤのトレッド部における摩耗の進行状態を正確に検知することを可能にした摩耗状態検知装置に関する。

空気入りタイヤに対して加速度センサを設置して加速度を測定し、その測定結果に基づいてタイヤの摩耗状態を評価することが行われている（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、このような加速度センサに基づく測定結果にはノイズ（電気信号の乱れ等）が多く含まれることから、タイヤの摩耗状態を正確に評価するにあたって、測定データの補正やマスキング等の付加作業が増え、評価方法が煩雑になるという問題がある。

特開２００９－１８６６７号公報

本発明の目的は、空気入りタイヤのトレッド部における摩耗の進行状態を正確に検知することを可能にした摩耗状態検知装置を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明の摩耗状態検知装置は、タイヤ回転中のトレッド部の変形に基づいて電圧を発生させる素子と、該素子により生じた電圧を検出する電圧検出部と、車両速度又はタイヤ回転速度を検出する速度検出部と、該速度検出部により検出された車両速度又はタイヤ回転速度と前記電圧検出部により検出された電圧の経時的な波形データとを紐付けて一体的に記憶する記憶領域と、該記憶領域に記憶された所定の速度範囲における前記波形データから電圧変化の指標値を演算する演算部と、該演算部により演算された指標値を前記所定の速度範囲に対応する参照情報と比較して前記トレッド部の摩耗の進行状態を判定する判定部とを備え、前記所定の速度範囲が３０ｋｍ／ｈ～６０ｋｍ／ｈの範囲内の任意の速度から±５ｋｍ／ｈの範囲であり、前記参照情報が新品時の電圧変化の指標値に対する任意の変化率であり、少なくとも前記素子及び前記電圧検出部を含むセンサモジュールは該センサモジュールが挿入されるコンテナを介してタイヤ内表面に固定され、前記コンテナの開口部の幅Ｌｃ１と前記センサモジュールの最大幅Ｌｓｍとが０．１５≦Ｌｃ１／Ｌｓｍ≦０．９０の関係を満たすことを特徴とするものである。

本発明者は、タイヤ回転中のトレッド部の変形に基づいて素子が発生させる電圧はノイズが少なく、計測及び解析が可能であると共に、そのような電圧はトレッド部における摩耗状態を判断するための有効な指標になることを知見し、本発明に至ったのである。

即ち、本発明では、タイヤ回転中のトレッド部の変形に基づいて電圧を発生させる素子と、素子により生じた電圧を検出する電圧検出部と、電圧検出部により検出された電圧の経時的な波形データを記憶する記憶領域と、記憶領域に記憶された波形データから電圧変化の指標値を演算する演算部と、演算部により演算された指標値を参照情報と比較してトレッド部の摩耗の進行状態を判定する判定部とを備えているので、トレッド部における摩耗の進行状態を正確に検知することができる。

本発明の摩耗状態検知装置において、車両速度又はタイヤ回転速度を検出する速度検出部を有し、記憶領域は速度検出部により検出された車両速度又はタイヤ回転速度と共に電圧検出部により検出された電圧の経時的な波形データを記憶し、演算部は記憶領域に記憶された所定の速度範囲における波形データから電圧変化の指標値を演算し、判定部は演算部により演算された指標値を所定の速度範囲に対応する参照情報と比較してトレッド部の摩耗の進行状態を判定することが好ましい。これにより、トレッド部における摩耗の進行状態の判定精度を高めることができる。

タイヤ内部の空気圧を検出する空気圧検出部を有し、演算部は空気圧検出部により検出された空気圧に基づいて波形データ又は波形データから得られた指標値を補正することが好ましい。これにより、トレッド部における摩耗の進行状態の判定精度を高められる。

演算部は電圧変化の指標値として波形データにおける最大値と最小値との間のピーク振幅値を算出することが好ましい。これにより、トレッド部における摩耗の進行状態の判定精度を高めることができる。

判定部は少なくとも２回の判定作業を実行し、これら判定作業の結果に基づいてトレッド部の摩耗の進行状態を最終的に判定することが好ましい。これにより、最終的な判定結果における突発的なエラーの発生を抑制することができ、トレッド部における摩耗の進行状態の判定精度を高めることができる。

少なくとも素子及び電圧検出部を含むセンサモジュールはセンサモジュールが挿入されるコンテナを介してタイヤ内表面に固定されていると良い。

コンテナはタイヤ内表面に対して接着層を介して接合され、タイヤ内表面の粗さとして、算術平均高さＳａが０．３μｍ～１５．０μｍの範囲であると共に、最大高さＳｚが２．５μｍ～６０．０μｍの範囲であることが好ましい。これにより、タイヤ内表面と接着層との接着面積を大きくすることができ、タイヤ内表面とコンテナとの接着性を効果的に改善することができる。タイヤ内表面の粗さは、ＩＳＯ２５１７８に準拠して測定されるものである。算術平均高さＳａは、表面の平均面に対して各点の高さの差の絶対値の平均であり、最大高さＳｚは、表面の最も高い点から最も低い点までの高さ方向の距離である。

コンテナの開口部の幅Ｌｃ１とコンテナの底面の内幅Ｌｃ２とはＬｃ１＜Ｌｃ２の関係を満たすことが好ましい。これにより、開口部の幅Ｌｃ１が相対的に小さくなるので、コンテナに収容されたセンサモジュールの脱落を防止することができ、センサモジュールの挿入時の作業性とコンテナの保持性を両立することができる。

コンテナの開口部の幅Ｌｃ１とセンサモジュールの最大幅Ｌｓｍとは０．１０≦Ｌｃ１／Ｌｓｍ≦０．９５の関係を満たすことが好ましい。センサモジュールの最大幅Ｌｓｍに対する開口部の幅Ｌｃ１の比を適度に設定することで、センサモジュールの脱落を効果的に防止することができ、センサモジュールの挿入時の作業性とコンテナの保持性を改善することができる。

コンテナの開口部の幅Ｌｃ１とコンテナの底面の内幅Ｌｃ２とセンサモジュールの上面の幅Ｌｓ１とセンサモジュールの下面の幅Ｌｓ２とはＬｃ１＜Ｌｓ１≦Ｌｓ２≦Ｌｃ２の関係を満たすことが好ましい。コンテナとセンサモジュールの各幅を適度に設定することで、センサモジュールの脱落を効果的に防止することができる。

コンテナの平均厚さは０．５ｍｍ～５．０ｍｍであることが好ましい。これにより、センサモジュールの挿入時の作業性とコンテナの保持性とコンテナの耐破断性とをバランス良く改善することができる。

センサモジュールの高さＨｓに対するセンサモジュールが挿入された状態におけるコンテナの高さＨｃの比は０．５～１．５の範囲であることが好ましい。これにより、センサモジュールの脱落を効果的に防止することができる。

コンテナを構成するゴムの破断伸びＥＢは５０％～９００％であり、コンテナを構成するゴムの３００％伸張時のモジュラスは２ＭＰａ～１５ＭＰａであることが好ましい。これにより、センサモジュールの挿入時の作業性及びコンテナの保持性とコンテナの耐破断性とをバランス良く改善することができる。なお、コンテナを構成するゴムの破断伸び及び３００％伸張時のモジュラスは、ＪＩＳ－Ｋ６２５１に準拠して測定したものである。

コンテナは接地端よりタイヤ幅方向内側に配置されていることが好ましい。これにより、コンテナに挿入されたセンサモジュールがタイヤ情報を正確に取得することができる。

上記素子は圧電素子であることが好ましい。圧電素子はタイヤ回転中のトレッド部の変形に基づいて電圧を発生させる構造であるので、加速度センサ等に比べて、ノイズが入りにくくなり、精密な検知が可能である。

本発明において、接地端とは、タイヤを正規リムにリム組みして正規内圧を充填した状態で平面上に垂直に置いて正規荷重を加えたときのタイヤ軸方向の端部である。「正規リム」とは、タイヤが基づいている規格を含む規格体系において、当該規格がタイヤ毎に定めるリムであり、例えば、ＪＡＴＭＡであれば標準リム、ＴＲＡであれば“Ｄｅｓｉｇｎ Ｒｉｍ”、或いはＥＴＲＴＯであれば“Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ Ｒｉｍ”とする。「正規内圧」とは、タイヤが基づいている規格を含む規格体系において、各規格がタイヤ毎に定めている空気圧であり、ＪＡＴＭＡであれば最高空気圧、ＴＲＡであれば表“ＴＩＲＥ ＬＯＡＤ ＬＩＭＩＴＳ ＡＴ ＶＡＲＩＯＵＳ ＣＯＬＤ ＩＮＦＬＡＴＩＯＮ ＰＲＥＳＳＵＲＥＳ”に記載の最大値、ＥＴＲＴＯであれば“ＩＮＦＬＡＴＩＯＮ ＰＲＥＳＳＵＲＥ”であるが、タイヤが乗用車である場合には２５０ｋＰａとする。「正規荷重」は、タイヤが基づいている規格を含む規格体系において、各規格がタイヤ毎に定めている荷重であり、ＪＡＴＭＡであれば最大負荷能力、ＴＲＡであれば表“ＴＩＲＥ ＬＯＡＤ ＬＩＭＩＴＳ ＡＴ ＶＡＲＩＯＵＳ ＣＯＬＤ ＩＮＦＬＡＴＩＯＮ ＰＲＥＳＳＵＲＥＳ”に記載の最大値、ＥＴＲＴＯであれば“ＬＯＡＤ ＣＡＰＡＣＩＴＹ”であるが、タイヤが乗用車である場合には前記荷重の８０％に相当する荷重とする。

本発明の実施形態からなる摩耗状態検知装置の一例を示す説明図である。 本発明の実施形態からなる摩耗状態検知装置の記憶領域に記憶された波形データの一例を示すグラフである。 本発明の実施形態からなる摩耗状態検知装置を用いた検知方法の手順の一例を示すフローチャートである。 （ａ），（ｂ）はそれぞれ図２の波形データの説明図である。 本発明の実施形態からなる摩耗状態検知装置を用いた検知方法の手順の変形例を示すフローチャートである。 本発明の実施形態からなる摩耗状態検知装置により摩耗状態が判定される空気入りタイヤを示す子午線断面図である。 図６の空気入りタイヤに取り付けられたコンテナを示す平面図である。 図６のコンテナにセンサモジュールが挿入された状態を示す斜視断面図である。 図６のコンテナにセンサモジュールが挿入された状態を示す断面図である。 実施例１の空気入りタイヤにおける複数の時点での波形データを示すグラフである。

以下、本発明の構成について添付の図面を参照しながら詳細に説明する。図１は本発明の実施形態からなる摩耗状態検知装置を示すものである。

摩耗状態検知装置１０は、タイヤＴ（例えば、図６参照）のトレッド部１における摩耗の進行状態を検知するにあたり、タイヤ回転中のトレッド部１の変形に基づく電圧を検出し、検出された電圧の経時的な波形データから電圧変化の指標値を演算する。そして、摩耗状態検知装置１０は、演算された指標値と参照情報を比較し、タイヤＴのトレッド部１における摩耗の進行状態を判定する。これにより、検知対象となるタイヤＴのトレッド部１における摩耗の進行状態を検知することができる。

図１に示すように、摩耗状態検知装置１０は、タイヤ回転中のトレッド部１の変形に基づいて電圧を発生させる素子１１と、この素子１１により生じた電圧を検出する電圧検出部１２と、電圧検出部１２により検出された電圧の経時的な波形データを記憶する記憶領域１３と、記憶領域１３に記憶された波形データから電圧変化の指標値を演算する演算部１４と、演算部１４により演算された指標値を参照情報と比較してトレッド部１の摩耗の進行状態を判定する判定部１５とを備える。

摩耗状態検知装置１０は、電圧検出部１２の他に、車両速度又はタイヤ回転速度を検出する速度検出部１６、タイヤ内部の空気圧を検出する空気圧検出部１７又はタイヤ内部の温度を検出する温度検出部１８を有していても良い。また、摩耗状態検知装置１０には、他にも入力装置や出力装置、ディスプレイ等の装置を適宜付加することができる。

摩耗状態検知装置１０において、記憶領域１３、演算部１４及び判定部１５は、データ処理装置１９として機能する。このデータ処理装置１９は、電圧検出部１２を代表とする検出部から入力されるデータを処理する。データ処理装置１９へのデータ入力は有線又は無線のいずれによるものであっても良い。

また、摩耗状態検知装置１０において、少なくとも素子１１と電圧検出部１２とを含むものとしてタイヤ情報を取得するためのセンサモジュール２０を用いることができる。センサモジュール２０は、素子１１及び電圧検出部１２と共に、空気圧検出部１７と温度検出部１８とを適宜含むようにセンサ類を搭載することができる。

素子１１は、電圧検出部１２の構成部品であり、電圧検出部１２に含まれる。素子１１は、タイヤ回転中におけるトレッド部１の変形量（変形エネルギー）に比例して電圧を発生させるものであれば、特に限定されるものではない。このような素子１１として、例えば、圧電素子を用いることができる。この圧電素子は、素子がタイヤ内表面に直接的又は間接的に当接するように配置され、該素子によりトレッド部１の変形を検知できるように構成されている。素子がタイヤ内表面に間接的に当接するとは、例えば、素子がセンサモジュール２０の筐体を介してタイヤ内表面に当接する、或いは、素子がゴム等からなる保護層に覆われていて該素子が保護層を介してタイヤ内表面に当接する等、素子とタイヤ内表面との間に他の部材が介在していてもトレッド部１の変形を検知可能であることを意味する。このように圧電素子はタイヤ回転中のトレッド部１の変形に基づいて電圧を発生させる構造であるので、ノイズが入りにくく、精密な検知が可能である。

電圧検出部１２は、帯電した素子１１における電位差を検出する電位センサである。電圧検出部１２は、タイヤ回転中のトレッド部１の変形に基づいて電圧を発生させる素子１１を含むので、ひずみを検知するひずみセンサとは異なるものである。また、速度検出部１６は、車両側の速度計による測定データ（車両速度）を検出しても良く、或いはタイヤ回転速度を検出可能なセンサを用いてタイヤ回転速度を検出しても良い。更に、空気圧検出部１７として圧力センサ、温度検出部１８として温度センサを用いることができる。

記憶領域１３には、電圧検出部１２により検出された電圧の経時的な波形データが記憶される。ここで、記憶領域１３は、ハードディスク等の外部記憶装置やＲＡＭ等の内部記憶装置、或いはこれらの組み合わせにより構成することができる。図２は、記憶領域１３に記憶された波形データを示すものである。図２において、縦軸は電圧［Ｖ］であり、横軸は経過時間［μｓ］であり、タイヤＴの１回転分の波形データが示されている。タイヤＴが１回転する間に、タイヤＴの周上の点が接地前端に位置したとき及び接地後端に位置したときに波形（電圧）がピーク（最大値又は最小値）を迎える。また、波形データｄ１はタイヤＴの新品時のデータであり、波形データｄ２はタイヤＴのトレッド部１の摩耗が進行した状態（摩耗後期）のデータである。即ち、タイヤＴのトレッド部１の摩耗が進行すると、接地前端に位置したとき及び接地後端に位置したときの電圧のピーク値が大きくなる傾向がある。なお、図２に示す波形データでは代表的な例を示すものであり、これに限定されるものではない。

また、記憶領域１３は、摩耗状態検知装置１０が速度検出部１６を有する場合、速度検出部１６により検出された車両速度又はタイヤ回転速度と共に電圧検出部１２により検出された電圧の波形データを記憶する。即ち、記憶領域１３には、車両速度又はタイヤ回転速度と電圧の波形データとが紐付けられて一体的に記憶される。更に、摩耗状態検知装置１０が空気圧検出部１７及び温度検出部１８を有する場合、記憶領域１３は、空気圧検出部１７及び温度検出部１８により検出された空気圧及び温度と共に電圧検出部１２により検出された電圧の波形データを記憶する。即ち、記憶領域１３には、空気圧及び温度と電圧の波形データとが紐付けられて一体的に記憶される。

演算部１４は、記憶領域１３に記憶された波形データから電圧変化の指標値を演算する。その際、演算部１４は、記憶領域１３に演算後の指標値を格納し、また格納した指標値を読み出して演算を実行することができる。ここで、電圧変化の指標値として、波形データにおける最大値と最小値との間のピーク振幅値や波形データの面積を用いることができる。また、演算部１４は、記憶領域１３から２つの電圧変化の指標値を読み出し、一方の電圧変化の指標値に対する他方の電圧変化の指標値の変化率を算出することもできる。演算部１４は、例えば、メモリ又はＣＰＵにより構成することができる。

また、演算部１４は、摩耗状態検知装置１０が速度検出部１６を有する場合、記憶領域１３に記憶された所定の速度範囲の波形データから電圧変化の指標値を演算する。ここで、所定の速度範囲とは、任意の速度［ｋｍ／ｈ］から－５ｋｍ／ｈを下限とし、任意の速度から＋５ｋｍ／ｈを上限とする速度範囲である。任意の速度としては、例えば、３０ｋｍ／ｈ～６０ｋｍ／ｈの範囲内で設定することができる。

更に、演算部１４は、摩耗状態検知装置１０が空気圧検出部１７及び温度検出部１８を有する場合、空気圧検出部１７により検出された空気圧及び温度検出部１８により検出された温度に基づいて、波形データ又は波形データから得られた指標値を補正することができる。その際、演算部１４は、記憶領域１３に記憶された波形データ又は指標値を読み出して補正を実行し、補正後の波形データ又は指標値を記憶領域１３に格納する。

判定部１５は、演算部１４により演算された電圧変化の指標値と参照情報とを比較し、トレッド部１の摩耗の進行状態を判定する。その際、判定部１５は、記憶領域１３から電圧変化の指標値を読み出して判定を実行する。電圧変化の指標値と比較する参照情報は、トレッド部１が摩耗していると判断するための基準である。参照情報として、新品時の電圧変化の指標値に対する比率を用いても良く、或いは予め設定された閾値を用いても良い。具体例には、新品時の電圧変化の指標値に対する任意の変化率［％］を設定する、或いは特定の電圧変化の指標値について事前に検証された閾値を設定することができる。なお、判定部１５による判定結果は、例えば、車両に設けられたディスプレイに表示することができる。

また、判定部１５は、摩耗状態検知装置１０が速度検出部１６を有する場合、演算部１４により演算された指標値を所定の速度範囲に対応する参照情報と比較し、トレッド部１の摩耗の進行状態を判定する。

図３は本発明の実施形態からなる摩耗状態検知装置を用いた検知方法の手順を示すものである。タイヤＴのトレッド部１における摩耗の進行状態を検知するにあたり、ステップＳ１において、摩耗状態検知装置１０の電圧検出部１２は、タイヤＴの回転中におけるトレッド部１の変形に基づいて発生した電圧を検出する。その際、記憶領域１３は、電圧検出部１２により検出された電圧の経時的な波形データを記憶する。

更に、ステップＳ１において、速度検出部１６は車両速度又はタイヤ回転速度を検出し、記憶領域１３は、速度検出部１６により検出された車両速度又はタイヤ回転速度と共に電圧検出部１２により検出された電圧の波形データを記憶する。また、空気圧検出部１７及び温度検出部１８はそれぞれ空気圧及び温度を検出し、記憶領域１３は、空気圧検出部１７及び温度検出部１８により検出された空気圧及び温度と共に電圧検出部１２により検出された電圧の波形データを記憶する。

次にステップＳ２へ進み、摩耗状態検知装置１０の演算部１４は、空気圧検出部１７及び温度検出部１８により検出された空気圧及び温度に基づいて、電圧の波形データを補正する。その際、演算部１４の補正作業として、例えば、空気圧検出部１７により検出された空気圧が比較的低い場合、タイヤ全体の変化量が増える傾向にあるため、結果的に波形データも全体的に大きくなる傾向がある。そのため、演算部１４は電圧の波形データを所定の比率で減じるように補正する。このように演算部１４が補正することにより、トレッド部１における摩耗の進行状態の判定精度を高めることができる。そして、演算部１４は補正後の指標値を記憶領域１３に格納する。なお、タイヤ内部の空気圧はタイヤ内部の温度に応じて変動するので、温度検出部１８により検出された温度は空気圧に対する補正に用いられる。

次にステップＳ３へ進み、摩耗状態検知装置１０の演算部１４は、記憶領域１３に記憶された所定の速度範囲における波形データから電圧変化の指標値を演算する。その際、演算部１４は、電圧変化の指標値として波形データにおける最大値と最小値との間のピーク振幅値を算出しても良く（図４（ａ）参照）、波形データの面積を算出しても良い（図４（ｂ）参照）。より具体的には、演算部１４は、図４（ａ）に示すように波形データｄ１のピーク振幅値Ｐ１［Ｖ］を算出する、或いは、図４（ｂ）に示すように波形データｄ１の面積（図示の斜線部の面積）を算出する。そして、演算部１４は演算後の指標値を記憶領域１３に格納する。なお、演算部１４により算出されたピーク振幅値Ｐ１はタイヤＴの新品時の値を示す。

次にステップＳ４へ進み、摩耗状態検知装置１０の判定部１５は、演算部１４により演算された指標値を参照情報と比較してトレッド部１の摩耗の進行状態を判定する。例えば、電圧変化の指標値をピーク振幅値とし、比較する参照情報を新品時のピーク振幅値に対する変化率とし、その変化率を１５０％に設定した場合、判定部１５は、演算部１４により演算されたピーク振幅値に基づく変化率と上記予め設定した変化率（１５０％）とを比較して大小関係を判定し、上記予め設定した変化率を超えた際に判定基準を満たすという結論を導く。このようにして判定基準を満たす場合は判定作業を終了する。一方、判定基準を満たさない場合はステップＳ１に戻る。

なお、図３の実施形態では、ステップＳ２で演算部１４による補正を行い、ステップＳ３で演算部１４による演算を行った例を示したが、特に限定されるものではなく、補正と演算の順序を入れ替えることができる。即ち、ステップＳ２で演算部１４による演算を行い、ステップＳ３で演算部１４による補正をしても良い。その場合、演算部１４は、ステップ２において記憶領域１３に記憶された波形データから電圧変化の指標値を演算し、ステップ３において波形データから得られた指標値（演算後の指標値）を補正する。

上述した摩耗状態検知装置１０では、タイヤ回転中のトレッド部１の変形に基づいて電圧を発生させる素子１１と、素子１１により生じた電圧を検出する電圧検出部１２と、電圧検出部１２により検出された電圧の経時的な波形データを記憶する記憶領域１３と、記憶領域１３に記憶された波形データから電圧変化の指標値を演算する演算部１４と、演算部１４により演算された指標値を参照情報と比較してトレッド部１の摩耗の進行状態を判定する判定部１５とを備えているので、トレッド部１における摩耗の進行状態を正確に検知することができる。

図５は本発明の実施形態からなる摩耗状態検知装置を用いた検知方法の手順の変形例を示すものである。図５において、摩耗状態検知装置１０の判定部１５は、少なくとも２回の判定作業を実行し、これら判定作業の結果に基づいてトレッド部１の摩耗の進行状態を最終的に判定する。図５に示す手順は図３に示す手順とステップＳ４まで同じである。ステップＳ４に次いでステップＳ５へ進み、電圧検出部１２は素子１１により発生した電圧を検出する。次にステップＳ６へ進み、演算部１４は、空気圧検出部１７及び温度検出部１８により検出された空気圧及び温度に基づいて波形データを補正する。そして、演算部１４は補正後の波形データを記憶領域１３に格納する。次にステップＳ７へ進み、演算部１４は、記憶領域１３に記憶された所定の速度範囲における波形データから電圧変化の指標値を演算する。そして、演算部１４は演算後の指標値を記憶領域１３に格納する。次にステップＳ８へ進み、判定部１５は、２回目の判定作業を実行する。その際、任意の判定基準を満たす場合は判定作業を終了する。一方、判定基準を満たさない場合はステップＳ５に戻る。ここで、判定部１５が２回目の判定作業を実行するにあたって、１回目の判定作業（ステップＳ１～Ｓ４）と２回目の判定作業（ステップＳ５～Ｓ８）を同日に実行しても良く、或いは１回目の判定作業と２回目の判定作業を別日にして実行しても良い。

上述したように判定部１５が少なくとも２回の判定作業を実行することで、最終的な判定結果における突発的なエラーの発生を抑制することができ、トレッド部１における摩耗の進行状態の判定精度を高めることができる。

なお、図５の実施形態では、判定部１５による判定回数を２回とした例を示したが、特に限定されるものではなく、複数回であれば任意の回数に設定することができる。また、図５の実施形態では、ステップＳ８において判定基準を満たさない場合はステップＳ５に戻る例を示したが、ステップＳ８において判定基準を満たさない場合はステップＳ１に戻るように構成しても良い。

図６は本発明の実施形態からなる摩耗状態検知装置１０により判定される空気入りタイヤ（タイヤＴ）を示すものである。図７～図９はタイヤＴに取り付けられたセンサモジュール２０又はコンテナ３０を示すものである。なお、図７及び図９において、矢印Ｔｃはタイヤ周方向、矢印Ｔｗはタイヤ幅方向を示している。

図６に示すように、タイヤＴは、タイヤ周方向に延在して環状をなすトレッド部１と、該トレッド部１の両側に配置された一対のサイドウォール部２，２と、これらサイドウォール部２のタイヤ径方向内側に配置された一対のビード部３，３とを備えている。

一対のビード部３，３間にはカーカス層４が装架されている。このカーカス層４は、タイヤ径方向に延びる複数本の補強コードを含み、各ビード部３に配置されたビードコア５の廻りにタイヤ内側から外側へ折り返されている。ビードコア５の外周上には断面三角形状のゴム組成物からなるビードフィラー６が配置されている。そして、タイヤ内表面Ｔｓにおける一対のビード部３，３間の領域にはインナーライナー層９が配置されている。このインナーライナー層９はタイヤ内表面Ｔｓをなす。

一方、トレッド部１におけるカーカス層４の外周側には複数層のベルト層７が埋設されている。これらベルト層７はタイヤ周方向に対して傾斜する複数本の補強コードを含み、かつ層間で補強コードが互いに交差するように配置されている。ベルト層７において、補強コードのタイヤ周方向に対する傾斜角度は例えば１０°～４０°の範囲に設定されている。ベルト層７の補強コードとしては、スチールコードが好ましく使用される。ベルト層７の外周側には、高速耐久性の向上を目的として、補強コードをタイヤ周方向に対して例えば５°以下の角度で配列してなる少なくとも１層のベルトカバー層８が配置されている。ベルトカバー層８の補強コードとしては、ナイロンやアラミド等の有機繊維コードが好ましく使用される。

なお、上述したタイヤ内部構造は空気入りタイヤにおける代表的な例を示すものであるが、これに限定されるものではない。

タイヤＴのタイヤ内表面Ｔｓのトレッド部１に対応する領域には、少なくとも１つのゴム製のコンテナ３０が固定されている。コンテナ３０にはセンサモジュール２０が挿入される。コンテナ３０は、センサモジュール２０が挿入される開口部３１を有しており、接着層３２を介してタイヤ内表面Ｔｓに接合されている。センサモジュール２０はコンテナ３０に対して収容自在に構成されているので、センサモジュール２０の交換時期や故障時等に適宜交換することができる。また、コンテナ３０がゴム製であることで、開口部３１からセンサモジュール２０を出し入れする際に伸び縮みするので好適である。

コンテナ３０の材料として、クロロプレンゴム（ＣＲ）、ブチルゴム（ＩＩＲ）、天然ゴム（ＮＲ）、アクリロニトリル－ブタジエン共重合ゴム（ＮＢＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、スチレン－ブタジエンゴム（ＳＢＲ）等を例示することができ、単独又は二種以上を混合したブレンド体を用いることができる。これらの材料はタイヤ内表面Ｔｓを構成するブチルゴムとの接着性に優れているので、コンテナ３０が上記材料から構成された場合、コンテナ３０とタイヤ内表面Ｔｓとの十分な接着性を確保することができる。

センサモジュール２０は、図９に示すように、筐体２１と電子部品２２とを含むものである。筐体２１は中空構造を有し、その内部に電子部品２２を収容する。電子部品２２は、タイヤＴにおける上述した電圧や速度、空気圧、温度等のタイヤ情報を取得するためのセンサ２３と共に、送信機、受信機、制御回路及びバッテリー等を適宜含むように構成することができる。センサ２３として、例えば、圧電センサ（素子１１及び電圧検出部１２）と共に、速度センサ（速度検出部１６）、圧力センサ（空気圧検出部１７）又は温度センサ（温度検出部１８）を用いることができる。特に、圧電センサには、タイヤ回転中のトレッド部１の変形に基づいて電圧を発生させる素子１１が含まれる。この圧電センサは、圧電型の加速度センサとは異なるものである。上述した各種センサ以外に、加速度センサや磁気センサを用いることも可能である。また、センサモジュール２０は、センサ２３により取得されたタイヤ情報を記憶領域１３に送信可能に構成されている。更に、センサモジュール２０を把持し易くするため、筐体２１から突出したつまみ部２４を設けても良く、このつまみ部２４にアンテナの機能を担持させることができる。なお、図９に示すセンサモジュール２０の内部構造はセンサモジュールの一例を示すものであり、これに限定されるものではない。

コンテナ３０は、接着層３２を介してタイヤ内表面Ｔｓに接合されている。コンテナ３０は、タイヤ内表面Ｔｓに対して接合された板状の基部３３と、基部３３から突出した円筒状の筒部３４と、筒部３４内に形成された収容部３５とを有している。この収容部３５は円形の開口部３１に連通している。このように収容部３５は、基部３３を底面とし、開口部３１を上面とした略四角形の断面形状を有している。収容部３５には、上面がテーパ状に形成された円柱状のセンサモジュール２０が収容されている。なお、基部３３、筒部３４及び収容部３５の形状は、特に限定されるものではなく、コンテナ３０に挿入されるセンサモジュール２０の形状に応じて適宜変更することができる。

接着層３２は、特に限定されるものではなく、ゴム組成物を接着することができるものであれば良い。例えば、接着剤や粘着テープ、自然加硫する（常温で加硫可能な）加硫接着剤、空気入りタイヤがパンクした場合の応急処置として用いられるパンク修理剤を例示することができる。特に、接着層３２として加硫接着剤を用いることが好ましく、粘着テープ等を用いてコンテナを固定する場合に必要なプライマー処理を行わずに済み、生産性を向上させることができる。なお、プライマー処理（下塗り処理）とは、タイヤ内表面に対して接着性を向上させるために予め施すものである。

上述した空気入りタイヤでは、タイヤ内表面Ｔｓに、センサモジュール２０を挿入するための少なくとも一つのゴム製のコンテナ３０を備え、コンテナ３０は、タイヤ内表面Ｔｓに対して接着層３２を介して接合された板状の基部３３と、基部３３から突出した筒部３４と、筒部３４内に形成された収容部３５と、収容部３５に連通する開口部３１とを有しているので、センサモジュール２０をコンテナ３０に挿入する際の作業が容易であると共に、コンテナ３０の締め付けによりセンサモジュール２０を確実に保持し、センサモジュール２０の脱落を防止することができる。

上記空気入りタイヤにおいて、コンテナ３０はタイヤ内表面Ｔｓに対して接着層３２を介して接合され、タイヤ内表面Ｔｓの粗さとして、算術平均高さＳａが０．３μｍ～１５．０μｍの範囲であると共に、最大高さＳｚが２．５μｍ～６０．０μｍの範囲であることが好ましい。このようにタイヤ内表面Ｔｓの粗さとして算術平均高さＳａと最大高さＳｚを適度に設定することで、タイヤ内表面Ｔｓと接着層３２との接着面積を大きくすることができ、タイヤ内表面Ｔｓとコンテナ３０との接着性を効果的に改善することができる。算術平均高さＳａが１５．０μｍを超えると共に、最大高さＳｚが６０．０μｍを超えると、接着層３２がタイヤ内表面Ｔｓの凹凸に追従することができず、接着性が低下する傾向がある。なお、算術平均高さＳａ及び最大高さＳｚは、ＩＳＯ２５１７８に準拠して測定される値であり、市販の表面性状測定機（例えば、形状解析レーザー顕微鏡や３Ｄ形状測定機）を利用して測定することができる。測定方法は接触式と非接触式のいずれであっても良い。

図６及び図８において、コンテナ３０は接地端よりタイヤ幅方向内側に配置されている。コンテナ３０に挿入されたセンサモジュール２０内のセンサ２３がタイヤ情報を正確に取得することができる。

上記空気入りタイヤにおいて、コンテナ３０は以下のような寸法に設定すると良い。コンテナ３０の開口部３１の幅Ｌｃ１と、コンテナ３０の底面の内幅Ｌｃ２とはＬｃ１＜Ｌｃ２の関係を満たすことが好ましい。このようにコンテナ３０の底面の内幅Ｌｃ２より開口部３１の幅Ｌｃ１を狭くすることで、コンテナ３０の上面側の拘束力を強くし、コンテナ３０に挿入されたセンサモジュール２０の脱落を効果的に防止することができる。これにより、センサモジュール２０の挿入時の作業性とコンテナ３０の保持性を両立することができる。なお、コンテナ３０における開口部３１の幅Ｌｃ１及び底面の内幅Ｌｃ２は、いずれもコンテナ３０にセンサモジュール２０が挿入されていない状態で測定されたものである。

また、コンテナ３０の平均厚さは０．５ｍｍ～５．０ｍｍであることが好ましい。このようにコンテナ３０の平均厚さを適度に設定することで、センサモジュール２０の挿入時の作業性とコンテナ３０の保持性とコンテナ３０の耐破断性とをバランス良く改善することができる。ここで、コンテナ３０の平均厚さが０．５ｍｍより薄くなるとセンサモジュール２０の挿入時にコンテナ３０が破断し易くなり、コンテナ３０の平均厚さが５．０ｍｍより厚くなるとコンテナ３０の剛性が過度に大きくなり、センサモジュール２０を容易に挿入することができない。なお、コンテナ３０の平均厚さは、コンテナ３０を構成するゴムの厚さを測定したものである。

特に、コンテナ３０とセンサモジュール２０とは以下の寸法の関係を満たすことが望ましい。コンテナ３０の開口部３１の幅Ｌｃ１と、コンテナ３０に挿入されるセンサモジュール２０の最大幅Ｌｓｍとは０．１０≦Ｌｃ１／Ｌｓｍ≦０．９５の関係を満たすことが好ましく、０．１５≦Ｌｃ１／Ｌｓｍ≦０．８０の関係を満たすことがより好ましく、０．１５≦Ｌｃ１／Ｌｓｍ≦０．６５の関係を満たすことが最も好ましい。このようにセンサモジュール２０の最大幅Ｌｓｍに対するコンテナ３０の開口部３１の幅Ｌｃ１の比を適度に設定することで、センサモジュール２０の脱落を効果的に防止することができ、センサモジュール２０の挿入時の作業性とコンテナ３０の保持性を改善することができる。なお、図９のセンサモジュール２０において、最大幅Ｌｓｍは下面の幅Ｌｓ２に相当する。

また、コンテナ３０の開口部３１の幅Ｌｃ１とコンテナ３０の底面の内幅Ｌｃ２とセンサモジュール２０の上面の幅Ｌｓ１とセンサモジュール２０の下面の幅Ｌｓ２とはＬｃ１＜Ｌｓ１≦Ｌｓ２≦Ｌｃ２の関係を満たすことが好ましい。更に、センサモジュール２０の上面がテーパ状に形成されていて、Ｌｓ１＜Ｌｓ２の関係を満たすことがより好ましい。このようにコンテナ３０とセンサモジュール２０の各幅を適度に設定することで、センサモジュール２０の脱落を効果的に防止することができる。また、センサモジュール２０において、その上面から下面に向かって徐々に径が小さくなる形態を採用することもできる。この場合、Ｌｓ２＜Ｌｓ１かつＬｓ２≦Ｌｃ２かつＬｃ１＜Ｌｓ１の関係を満たすことが好ましい。

更に、センサモジュール２０の高さ（最大高さ）Ｈｓに対するセンサモジュール２０が挿入された状態におけるコンテナ３０の高さＨｃの比は、０．５～１．５の範囲であることが好ましく、０．６～１．３の範囲であることがより好ましく、０．７～１．０の範囲であることが最も好ましい。このようにセンサモジュール２０の高さＨｓに対するコンテナ３０の高さＨｃの比を適度に設定することで、センサモジュール２０の脱落を効果的に防止することができる。なお、センサモジュール２０の高さＨｓは、センサモジュール２０につまみ部２４が設けられている場合、つまみ部２４を含む高さである（図９参照）。また、コンテナ３０の高さＨｃは、基部３３の高さを含まず、筒部３４の高さである（図９参照）。

上記空気入りタイヤにおいて、コンテナ３０を構成するゴムは以下の物性を有すると良い。破断伸びＥＢは５０％～９００％であり、３００％伸張時のモジュラス（Ｍ３００）は２ＭＰａ～１５ＭＰａであることが好ましい。このように破断伸びＥＢ及びモジュラス（Ｍ３００）を適度に設定することで、センサモジュール２０の挿入時の作業性及びコンテナ３０の保持性とコンテナ３０の耐破断性とをバランス良く改善することができる。

タイヤサイズ２７５／４０Ｒ２１で、タイヤ回転中のトレッド部の変形に基づいて電圧を発生させる素子と、素子により生じた電圧を検出する電圧検出部と、電圧検出部により検出された電圧の経時的な波形データを記憶する記憶領域と、記憶領域に記憶された波形データから電圧変化の指標値を演算する演算部と、演算部により演算された指標値を参照情報と比較してトレッド部の摩耗の進行状態を判定する判定部とを備え、素子及び電圧検出部を含むセンサモジュールがセンサモジュールを収容するコンテナを介してタイヤ内表面に固定され、コンテナはセンサモジュールが挿入される開口部を有しており、センサモジュールの最大幅Ｌｓｍに対する開口部の幅Ｌｃ１の比（Ｌｃ１／Ｌｓｍ）を表１のように設定した実施例１～６のタイヤを製作した。本明細書において、実施例１，２，６は参考例である。

これら試験タイヤについて、下記試験方法により、摩耗検知性能、センサモジュールの挿入時の作業性及び耐久性を評価し、その結果を表１に併せて示した。

摩耗検知性能：
各試験タイヤについて、摩耗状態検知装置によりトレッド部の摩耗の進行状態を判定した。例えば、実施例１のタイヤにおいて、図１０に示すような波形データが得られた。図示のように、新品時Ａから摩耗後期Ｄまで、トレッド部の摩耗が進行する（新品時の溝深さに対する各時点での溝深さの比率が低くなる）につれて、各時点の波形データのピーク振幅値が徐々に増加することが確認できた。即ち、波形データのピーク振幅値は電圧変化の指標値として有用であり、電圧と溝深さとの間に相関性が認められた。実施例２～６についても電圧と溝深さとの間に相関性があった場合、表１に「良好」として示した。

センサモジュールの挿入時の作業性：
各試験タイヤについて、タイヤ内表面に設けられたコンテナにセンサモジュールを挿入する作業の所要時間を測定した。評価結果は、測定値の逆数を用い、実施例１を１００とする指数にて示した。この指数値が大きいほどセンサモジュールの挿入作業が容易であることを意味する。

耐久性：
各試験タイヤをそれぞれリムサイズ２１×９．５Ｊのホイールに組み付け、空気圧１２０ｋＰａ、最大負荷荷重に対して１０２％、走行速度８１ｋｍ、走行距離１００００ｋｍの条件でドラム試験機にて走行試験を実施した後、コンテナの破損又はセンサモジュールの脱落の発生を目視で確認した。評価結果は、コンテナの破損の有無及びセンサモジュールの脱落の有無を示した。

この表１から判るように、実施例１～６の摩耗状態検知装置は、いずれも摩耗検知性能が良好であった。実施例２～６の空気入りタイヤは、実施例１に比して、センサモジュールの挿入時の作業性が改善されていた。実施例３～５の空気入りタイヤは、コンテナの破損及びセンサモジュールの脱落がなかった。

１ トレッド部
２ サイドウォール部
３ ビード部
１０ 摩耗状態検知装置
１１ 素子
１２ 電圧検出部
１３ 記憶領域
１４ 演算部
１５ 判定部
１６ 速度検出部
１７ 空気圧検出部
１８ 温度検出部
２０ センサモジュール
３０ コンテナ
Ｔｓ タイヤ内表面
ＣＬ タイヤ中心線

Claims (12)

1. タイヤ回転中のトレッド部の変形に基づいて電圧を発生させる素子と、該素子により生じた電圧を検出する電圧検出部と、車両速度又はタイヤ回転速度を検出する速度検出部と、該速度検出部により検出された車両速度又はタイヤ回転速度と前記電圧検出部により検出された電圧の経時的な波形データとを紐付けて一体的に記憶する記憶領域と、該記憶領域に記憶された所定の速度範囲における前記波形データから電圧変化の指標値を演算する演算部と、該演算部により演算された指標値を前記所定の速度範囲に対応する参照情報と比較して前記トレッド部の摩耗の進行状態を判定する判定部とを備え、
   前記所定の速度範囲が３０ｋｍ／ｈ～６０ｋｍ／ｈの範囲内の任意の速度から±５ｋｍ／ｈの範囲であり、前記参照情報が新品時の電圧変化の指標値に対する任意の変化率であり、
   少なくとも前記素子及び前記電圧検出部を含むセンサモジュールは該センサモジュールが挿入されるコンテナを介してタイヤ内表面に固定され、前記コンテナの開口部の幅Ｌｃ１と前記センサモジュールの最大幅Ｌｓｍとが０．１５≦Ｌｃ１／Ｌｓｍ≦０．９０の関係を満たすことを特徴とする摩耗状態検知装置。
2. タイヤ内部の空気圧を検出する空気圧検出部を有し、前記演算部が該空気圧検出部により検出された空気圧に基づいて前記波形データ又は前記波形データから得られた指標値を補正することを特徴とする請求項１に記載の摩耗状態検知装置。
3. 前記演算部が前記電圧変化の指標値として前記波形データにおける最大値と最小値との間のピーク振幅値を算出することを特徴とする請求項１又は２に記載の摩耗状態検知装置。
4. 前記判定部が少なくとも２回の判定作業を実行し、これら判定作業の結果に基づいて前記トレッド部の摩耗の進行状態を最終的に判定することを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載の摩耗状態検知装置。
5. 前記コンテナが前記タイヤ内表面に対して接着層を介して接合され、前記タイヤ内表面の粗さとして、算術平均高さＳａが０．３μｍ～１５．０μｍの範囲であると共に、最大高さＳｚが２．５μｍ～６０．０μｍの範囲であることを特徴とする請求項１～４のいずれかに記載の摩耗状態検知装置。
6. 前記コンテナの開口部の幅Ｌｃ１と前記コンテナの底面の内幅Ｌｃ２とがＬｃ１＜Ｌｃ２の関係を満たすことを特徴とする請求項１～５のいずれかに記載の摩耗状態検知装置。
7. 前記コンテナの開口部の幅Ｌｃ１と前記コンテナの底面の内幅Ｌｃ２と前記センサモジュールの上面の幅Ｌｓ１と前記センサモジュールの下面の幅Ｌｓ２とがＬｃ１＜Ｌｓ１≦Ｌｓ２≦Ｌｃ２の関係を満たすことを特徴とする請求項１～６のいずれかに記載の摩耗状態検知装置。
8. 前記コンテナの平均厚さが０．５ｍｍ～５．０ｍｍであることを特徴とする請求項１～７のいずれかに記載の摩耗状態検知装置。
9. 前記センサモジュールの高さＨｓに対する該センサモジュールが挿入された状態における前記コンテナの高さＨｃの比が０．５～１．５の範囲であることを特徴とする請求項１～８のいずれかに記載の摩耗状態検知装置。
10. 前記コンテナを構成するゴムの破断伸びＥＢが５０％～９００％であり、前記コンテナを構成するゴムの３００％伸張時のモジュラスが２ＭＰａ～１５ＭＰａであることを特徴とする請求項１～９のいずれかに記載の摩耗状態検知装置。
11. 前記センサモジュールが接地端よりタイヤ幅方向内側に配置されていることを特徴とする請求項１～１０のいずれかに記載の摩耗状態検知装置。
12. 前記素子が圧電素子であることを特徴とする請求項１～１１のいずれかに記載の摩耗状態検知装置。

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