JPH07149121A - 回転体用圧力センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 空気タイヤのような高速回転する圧力部の内
部圧力を遠心力の影響を除去して高精度で検出できかつ
シンプルで安価な圧力センサを得る。 【構成】 圧力センサ５は、取付部材６と中空ケース７
の外側二面に感圧素子として電極板８を設けた容量型の
素子から成る。取付部材６により感圧素子の一軸を回転
半径方向に一致させ、これと直交する二面の感圧素子に
より遠心力の影響を除去して空気タイヤの内部圧力を検
出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、空気タイヤのような
回転する圧力部の圧力を検出するための回転体用圧力セ
ンサ。

【０００２】

【従来の技術】自動車等の空気タイヤのような拘束回転
する圧力部を有する回転体中の圧力を検出する手段とし
て、空気タイヤの中に圧力センサが設けられ、このセン
サで感知した圧力を電気信号又は超音波信号に変換して
圧力を検知する装置が知られている。

【０００３】かかる圧力検知装置に用いられる圧力セン
サは、静電容量の変化を利用する形式のもの、ループの
導体と共振回路を構成する形式のもの、タイヤ空気圧が
所定圧より高い時と低い時とでは異なったパルス信号を
発する圧力スイッチ方式のもの、あるいはタイヤ空気圧
をゴム風船又はベローズ、ダイヤフラムで感知しその感
知した圧力変化を超音波信号に変換して検出する超音波
方式のものなどがある。

【０００４】さらに、上記高速回転する回転体から得ら
れた圧力信号を車体側で受信して圧力を検知し表示し得
る圧力検知手段として、例えば電気信号を電磁結合方式
で回転部から非回転部に伝達する方式、電気信号を電波
により無線信号として送り出しこれを受信して非回転部
に伝達する方式、あるいは感知した圧力を超音波信号と
して送受信して非回転部に伝達する方式のものがある。

【０００５】上記静電容量の変化を利用した圧力センサ
の一例として、特開平３−２０４３１７号公報のものが
ある。この先行技術では、圧力センサとして静電容量型
の圧力トランスジューサ又は圧電素子による抵抗ブリッ
ジ型圧力トランスジューサが高速回転する空気タイヤに
設けられ、この圧力センサで感知した電気信号を車輪の
回転軸を利用して同軸的に配置した内筒と外筒に１次巻
線と２次巻線を設けて成る磁気結合装置を介して非回転
部へ伝達するようにしている。

【０００６】ループ上の導体と共振回路による圧力セン
サの一例として、特開昭６３−３０６９０５号公報のも
のがある。この公報では、タイヤの内周方向に沿ってル
ープ状に形成した導体をタイヤ空気圧に応じて共振周波
数が変化する共振回路に接続し、ループ導体に電磁結合
を介して周波数制御された電流を供給し、このループ導
体を流れる検出電流値とそのときの誘導電流周波数によ
りタイヤ空気圧を検出する装置が開示されている。

【０００７】さらに、圧力スイッチ方式の圧力センサの
例が実開平２−７４２０４号公報により開示されてい
る。圧力スイッチはタイヤ空気圧に応動するベローズと
これを反対方向に押圧するばねとの間に設けた可動リン
グに接点を設け、接点が固定リングと接触したり離れた
りしてスイッチ信号を生じるものであり、タイヤ空気圧
が所定値よも高い場合には接点が開、低い場合には閉と
なる。

【０００８】超音波方式の圧力センサの例は、特開平２
−２９６５１０号公報に開示されている。この圧力セン
サは、タイヤ空気圧に連通するゴム風船の膨張収縮の変
化をＴ字状の断面を有するばね受部と超音波笛部を有す
る笛付きロッドから成る。超音波笛部の穴部形状により
決定される一定周波数の超音波は非回転部に設けたマイ
クロフォンで受信され、さらに電気信号に変換される。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、静電容
量型の圧力センサは、空気タイヤを取り付ける車輪のリ
ムに対し任意の方向に向けて取り付けられており、タイ
ヤ空気圧を測定する際に測定圧力による感圧部の変形の
他に、回転体の高速回転により遠心力が作用して感圧部
が変形して出力が変化し、測定圧が正確に測定できない
という問題がある。

【００１０】ループ導体と共振回路による圧力センサ
は、構成が複雑であり従ってコストが高く、かつ電磁結
合による電流変化がきわめて小さいため測定精度が悪い
という不利がある。

【００１１】圧力スイッチ方式の圧力センサは、所定の
圧力値より高いか低いかの情報しか得られず、連続した
圧力変化を検出することができないし、又高速回転時の
遠心力により接点が正常に作動しない可能性がある。

【００１２】超音波方式の圧力センサは、高速回転時の
遠心力の影響を受けないように感圧部である超音波笛部
を回転軸の軸心と平行に設けるようにしているが、高速
回転時には遠心力の作用で笛付きロッドを指示する部分
に摺動抵抗が増大し、やはり測定精度が低下するという
問題がある。

【００１３】この発明は、上述した従来の各種方式の圧
力センサに高速回転時に作用する遠心力の影響による測
定精度の低下に留意して、高速回転時の圧力部の内部圧
力を圧力センサの取付方向を遠心力の影響を除去できる
ようにして少なくとも２面で影響を除去した高精度で圧
力検出できかつシンプルで安価な圧力センサを提供する
ことを課題とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する手段
としてこの発明は、内部を気密又は液密状とした中空構
造のケースと、被測定対象の圧力部を有する回転体の回
転中心からの半径方向に上記中空ケースの一軸を一致し
て取り付ける取付手段と、上記一軸と直交する中空ケー
スの２面に感圧素子を設けて成る回転体用圧力センサと
したのである。

【００１５】上記構成の圧力センサの具体例として、前
記中空ケースの２面に互いに絶縁して感圧素子として電
極板を対向し近接させて設け、中空ケースの内部に所定
圧力の圧力流体を封入し、２枚の電極板の間の静電容量
の変化から回転体圧力部の圧力を検出するように構成す
ることができる。

【００１６】あるいは別の具体例として、前記中空ケー
スの２面に感圧素子として感歪素子を対向して設け、中
空ケースの内部に所定圧力の圧力流体を封入し、２つの
感歪素子の歪量の変化から回転体圧力部の圧力を検出す
るように構成してもよい。

【００１７】この場合、さらに、前記中空ケースの内側
の２面に感歪素子を対向して設け、４つの感歪素子を差
動回路として構成してもよい。

【００１８】

【作用】上記の構成とした第一の発明の圧力センサは、
その一軸が回転半径方向に一致し、これと直交する中空
ケースの２面に感圧素子を設けているから非回転時は勿
論高速回転時であっても遠心力の影響を除去して高精度
な内部圧力の測定ができる。

【００１９】第二の発明では感圧素子として２つの電極
板から成る容量型の素子によって第一の発明を実現して
いる。高速回転時に作用する遠心力は回転半径方向に作
用するが、感圧素子に対しては直交軸方向に作用し、従
って２面の感圧素子は同じ方向に変形する。これによっ
て遠心力の影響が除去され、回転体の内部圧力に対して
は互いに内側に変形するから、通常通りに内部圧力を検
出する。

【００２０】第三の発明では感圧素子として２つの感歪
素子によって第一の発明を実現している。従ってその場
合も遠心力の影響を除去して安価でシンプルな構成のも
のとすることができる。

【００２１】第四の発明では、４つの感歪素子を設けて
差動出力回路とし、これによってさらに高精度な圧力検
出を可能としている。

【００２２】

【実施例】以下この発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図１は、自動車の空気タイヤの空気圧を検
出する実施例の圧力センサの概略構成図である。１は空
気タイヤ、２はリム、３は空気バルブである。この実施
例の圧力センサ５は、図１の（ａ）に示すように、空気
タイヤ１内部でリム２に取付部材６を介して取り付けら
れており、中空構造の中空ケース７の外側２面に電極板
８を対向して設けたものである。電極板８からの出力信
号は、出力線９ｃをリード部材９を介して外部へ導き、
リム２に固定された送信器１０へ送られる。

【００２３】図１の（ｂ）に示すように、圧力センサ５
は、取付部材６を介して中空ケース７の中心軸線が車輪
の回転中心Ｏを中心とする半径方向に一致するように取
付けられる。従って、中空ケース７の外側２面は上記中
心軸線を直交するように形成され、かつその外側２面に
設けられる電極板８と８の間に所定の電気容量を有する
ように所定の間隔に接近して設けられる。

【００２４】中空ケース７は、絶縁材、例えばガラス基
板あるいはセラミックスその他のものが用いられ、その
内部に適当な圧力の流体（液体又は気体）が封入され、
液密又は気密状に形成されている。圧力センサ５で得ら
れた検出信号は、送信器１０の内部の信号処理回路１１
で波形整形などの処理をした後、送信部１２で変調して
電波信号としてアンテナ１３から送り出す。

【００２５】受信器１５は車体側の適宜位置に設置さ
れ、アンテナ１４で上記送信信号を受信し、受信部１６
で元の信号に復調し、その信号に基づいて演算部１７で
圧力値を演算して求める。得られた圧力値の信号は図示
省略の表示部へ送られて圧力値が読み取られる。なお、
上記実施例では感圧信号を車体側へ送る方式として無線
電波方式の例を挙げているが、この伝送方法はこれに限
らず、例えば従来技術で行われているように電磁結合装
置による方法を用いてもよい。

【００２６】又、中空ケース７は外側２面が互いに平行
に形成されているが、この外側２面は必ずしも平行であ
る必要はなく、例えば図２に示すように、中空ケース７
を金属ダイヤフラムを用いた薄い円盤状で外側２面が湾
曲したものとして形成し、その上にセラミックス絶縁材
７Ｘを被せ、さらに電極板８、８を所定の間隔に接近し
て設けたものとしてもよい。内部には勿論所定圧の圧力
流体が封入されて密封されている。

【００２７】上記の構成とした実施例の圧力センサによ
り次のように圧力が感知される。上記圧力センサは、前
述のように、空気タイヤの内側に設置されるが、例えば
圧力センサを通常の大気圧下で製作する際に中空ケース
７の外側２面が図１の例では平行であるとすると、これ
を空気タイヤの内側に設置して空気タイヤに所要の圧力
例えば３〜４ｋｇｆ／ｃｍ² の空気を圧入すると、空気
タイヤの圧力に応じて、図３の（ａ）に示すように圧力
センサの外側２面は電極板８、８と共に互いに内側に湾
曲する。

【００２８】この湾曲の度合いによって電極板８の間隔
が変化し、その間に保有する電気容量が変化する。これ
に基づいて基本的には圧力が感知される。感知された圧
力信号は前述の送信器１０と受信器１５によって車体側
へ送られ、圧力値が読み取られる。

【００２９】このとき、空気タイヤが高速回転している
場合、圧力センサ５は当然遠心力の作用を受ける。しか
し、この実施例の圧力センサでは、遠心力のみの作用を
受けたときの状態を図示すると、図３の（ｂ）のように
なる。この図から分かるように、中空ケース７の外側２
面とこれに接合されている電極板８、８は共に車輪の回
転中心Ｏから外向きの方向に湾曲するが、電極板８と８
の間の距離は変化しないから、遠心力によって電気容量
の変化に影響を与えることはない。即ち、中空ケース７
の外側２面に設けた２つの電極板８、８は回転中心Ｏか
らの半径方向と直交する方向に設けることによって遠心
力の影響を相殺するのである。従って、高速回転時であ
っても圧力センサ５は遠心力の影響を受けずに空気タイ
ヤの内圧を正確に感知する。

【００３０】図４は圧力センサの他の実施例の概略図で
ある。この実施例の圧力センサ５’には、電極板８、８
に変えて感歪ゲージ８’、８’を中空ケース７’の対向
する外側２面にセラミックスの絶縁板７Ｘを介して接合
してある。

【００３１】中空ケース７’は、第一実施例のように所
要の電気容量を保持するために電極板８と８の間を接近
して設ける必要がないから、互いに適宜間隔に側面が離
れて形成される点が若干異なるが、その内部を中空と
し、所要の圧力流体を封入して密封される点では基本的
には第一実施例のものと同じである。その他同一部材に
ついては同一符号を付してある。

【００３２】図４の（ｂ）に示すように、圧力センサ
５’は感歪ゲージ８’、８’を外側２面に設けると共に
内側２面にさらに感歪ゲージ８Ｘ’、８Ｘ’を設け、
（ｃ）のようにブリッジ回路による差動検出回路を構成
するようにしてもよい。

【００３３】上記いずれの例も作用は第一実施例とほぼ
同様であり、空気タイヤの内部圧力を感歪ゲージ８’、
８’又は８’、８’と８Ｘ’、８Ｘ’により検出する
（歪ゲージの抵抗変化による電流又は電圧変化によ
り）。

【００３４】この実施例でも高速回転時の遠心力による
影響は互いに対向して設けた感歪ゲージ８’、８’の出
力を加算点で加えると＋側の信号と−側の信号により打
消されてゼロになる。

【００３５】

【効果】以上詳細に説明したように、この発明の圧力セ
ンサは中空ケースの一軸を取付手段により回転半径方向
に一致するように設け、上記一時と直交する二面に感圧
素子を設けた構成としたから、感圧素子により空気タイ
ヤのような回転体の圧力部の内圧を検出することがで
き、かつ高速回転時の遠心力による影響を回転半径方向
に直交する二面に設けた感圧素子が同一方向に変形する
ことを利用して打消すことができ、従って高速回転時で
あっても高精度な圧力検出がシンプルで安価な構成の圧
力センサにより実現できる。

【００３６】第二の発明では感圧素子を２枚の電極板か
ら成る容量型のものとして第一の発明を実現している。
第三の発明では感圧素子として感歪素子を用いている。
従っていずれの場合も圧力センサは安価でシンプルな構
成となり、かつ高精度な圧力検出が可能である。

【００３７】第四の発明では４つの感歪素子を差動回路
構成とすることによって、さらに圧力検出精度を高める
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第一実施例の圧力センサの概略構成図

【図２】一部変形した実施例の概略構成図

【図３】作用の説明図

【図４】第二実施例の圧力センサの概略構成図

【符号の説明】

１ 空気タイヤ ２ リム ３ 空気バルブ ５、５’、５” 圧力センサ ６ 取付部材 ７ 中空ケース ８ 電極 ８’、８Ｘ’ 感歪素子 ９ リード部材 １０ 送信器 １５ 受信器

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内部を気密又は液密状とした中空構造の
   ケースと、被測定対象の圧力部を有する回転体の回転中
   心からの半径方向に上記中空ケースの一軸を一致して取
   り付ける取付手段と、上記一軸と直交する中空ケースの
   ２面に感圧素子を設けて成る回転体用圧力センサ。
2. 【請求項２】 前記中空ケースの２面に互いに絶縁して
   感圧素子として電極板を対向し近接させて設け、中空ケ
   ースの内部に所定圧力の圧力流体を封入し、２枚の電極
   板の間の静電容量の変化から回転体圧力部の圧力を検出
   することを特徴とする請求項１に記載の回転体用圧力セ
   ンサ。
3. 【請求項３】 前記中空ケースの２面に感圧素子として
   感歪素子を対向して設け、中空ケースの内部に所定圧力
   の圧力流体を封入し、２つの感歪素子の歪量の変化から
   回転体圧力部の圧力を検出することを特徴とする請求項
   １に記載の回転体用圧力センサ。
4. 【請求項４】 さらに、前記中空ケースの内側の２面に
   感歪素子を対向して設け、４つの感歪素子を差動回路と
   して構成したことを特徴とする請求項３に記載の回転体
   用圧力センサ。