JPWO2007086390A1 - 圧力センサ取り付け方法、圧力センサを取り付けたタイヤ及びホイール、及びタイヤ圧力検知装置 - Google Patents

Abstract

走行時の遠心力や慣性力により、タイヤ圧力検知装置の測定値の精度が低下する。圧力センサ（３０）は圧力に応じてダイヤフラム（２０）をその垂直方向（３２）に変位させる。この垂直方向（３２）をタイヤ（２）の周方向や径方向ではなく、回転軸（３４）に平行な方向に向けて、圧力センサ（３０）をタイヤ内に配置する。圧力センサ（３０）をそのダイヤフラム（２０）の垂直方向（３２）を基板面に平行にして基板に取り付け、この基板をタイヤ（２）のトレッド部やホイールのリム部に貼り付ける。その際、ダイヤフラム（２０）の垂直方向（３２）を回転軸（３４）の方向に合わせる。

Description

本発明は、自動車等のタイヤ空気圧を検知する圧力センサの取り付け方法、圧力センサを取り付けたタイヤ及びホイール、及びタイヤ圧力検知装置に関し、特に、検知される圧力の精度向上に関する。

米国において、自動車にタイヤ空気圧警報装置の取り付けを義務づける法律が施行された。このタイヤ空気圧の監視（ＴＰＭＳ：Tire Pressure Monitoring System）には、ＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）技術を用いるシステムが提案されている。このＲＦＩＤを用いたＴＰＭＳは、タイヤに取り付けられ空気圧を検出する機能を有したトランスポンダ（タイヤ圧力検知装置）と車体側のリーダ（制御ユニット）とがＲＦＩＤ技術を利用して無線通信を行う。

圧力センサで取得した計測値等はトランスポンダにてデジタル符号化され、得られたデジタル符号がＲＦＩＤ技術により車体側のリーダへ伝送される。リーダは、受信した当該デジタル符号から気圧の計測値等のデータを取得することができる。

圧力センサは、ダイヤフラム等の機械的に変位する変位部と、その変位を電気抵抗や静電容量の変化に変換する構造とを備え、圧力による変位を電気信号に変換して検知する。

ＴＰＭＳではタイヤ空気圧を検知する圧力センサはタイヤ内に取り付けられ、もっぱら車両走行時、すなわちタイヤ回転時における空気圧の監視が目的とされる。そのため、圧力センサの変位部には、タイヤの回転に伴う遠心力や回転速度の変化時の慣性力も作用し、これらが圧力測定の精度を低下させ得るという問題があった。

本発明は上記問題点を解決し、精度が向上したタイヤ内空気圧の測定を可能とするＴＰＭＳの実現を目的とする。

本発明に係る圧力センサ取り付け方法は、気圧に応じて変位する変位部を有した圧力センサを車両のタイヤ内に取り付ける方法であって、前記変位部の変位方向を前記タイヤの回転軸に平行とする。本発明によれば、変位部の変位方向が遠心力の方向及び慣性力の方向に直角となる。

本発明に係るタイヤは、気圧に応じて変位する変位部を有した圧力センサを取り付けたものであって、前記変位部の変位方向を前記タイヤの回転軸に平行としたものである。

本発明に係るホイールは、気圧に応じて変位する変位部を有した圧力センサを取り付けたものであって、前記変位部の変位方向を前記ホイールの回転軸に平行としたものである。

本発明に係るタイヤ圧力検知装置は、車両のタイヤ内に取り付けられ当該タイヤ内の気圧を検出するものであって、前記気圧に応じて変位する変位部を用いて前記気圧を測定する圧力センサと、外部から与えられる供給電磁場と相互作用し、前記圧力センサの測定データを外部へ伝達する応答回路が基板面に形成された回路基板と、を有し、前記圧力センサが、前記変位部の変位方向を前記基板面に平行にして前記回路基板に取り付けられるものである。

上記タイヤ圧力検知装置は、前記回路基板を、前記変位部の変位方向を前記タイヤの回転軸に平行にして、前記タイヤのトレッド部又は前記タイヤが取り付けられるホイールのリム部に貼り付けることができる。

変位部の変位方向を遠心力の方向及び慣性力の方向に対し直角とすることで、遠心力及び慣性力によって変位部が変位しにくくなる。すなわち、圧力センサが遠心力及び慣性力の影響を受けにくくなり、圧力測定の精度が向上する。

ＲＦＩＤを用いたＴＰＭＳが取り付けられる自動車のタイヤ及びホイールハウスに関する部分の模式図である。 トランスポンダに設けられる圧力センサの模式的な断面図である。 圧力センサの取り付け方向の典型的な３つの場合を示す模式的な説明図である。 トランスポンダの模式的な斜視図である。 トレッド部の内側面にトランスポンダが取り付けられたタイヤを示す模式図である。 トランスポンダが取り付けられたホイールのリム部を示す模式図である。

以下、本発明の実施の形態（以下実施形態という）について、図面に基づいて説明する。

図１は、ＲＦＩＤを用いたＴＰＭＳが取り付けられる自動車のタイヤ２及びホイールハウス４に関する部分の模式図であり、車両の側方から見た図である。タイヤ圧力検知装置であるトランスポンダ６は、ホイール８に装着されたタイヤ２の内面に取り付けられる。この図では一例として、トランスポンダ６はタイヤのトレッド部（底面）の内側に貼り付けられる場合を示している。車体１０にはリーダ１２がタイヤ２の近傍位置、例えば、ホイールハウス４の頂部に取り付けられる。

トランスポンダ６とリーダ１０との間はワイヤレス接続される。トランスポンダ６は、取り付けられたタイヤ内の空気圧を検知し、そのデータを発信する。一方、リーダ１０は、トランスポンダ６が発信するデータを検知する。検知された圧力情報を表すデータは、例えば、ＥＣＵ等の車両制御ユニットへ通知され、タイヤ空気圧に応じた車両の運行制御やドライバへの警告に利用される。

例えば、トランスポンダ６を構成する回路はフレキシブル基板上に形成することができる。例えば、ＲＦＩＤのアンテナとなるコイルは、フレキシブル基板上の配線パターンとして形成することができる。これにより、トレッド部に貼り付けたトランスポンダ６のコイルアンテナは、その開口面をタイヤの径方向に向け、トランスポンダ６は当該径方向を極大方向とするダイポール型の指向性を有する。一方、ホイールハウス４の頂部に設けられたリーダ１２のコイルアンテナは、その開口面を上下方向に向けて配置され、当該方向を極大方向とするダイポール型の指向性を有する。これらトランスポンダ６とセンサ制御ユニット１０とは、トランスポンダ６が頂部近傍に存在するとき互いに電磁的に結合し、通信を行う。

図２は、トランスポンダ６に設けられる圧力センサの模式的な断面図である。図に示す圧力センサは静電容量型のものであり、例えば、シリコン半導体で形成されたダイヤフラム２０を受圧部として備え、ダイヤフラム２０の上下には隙間を置いて、ガラス板等の基体２２上に形成された電極２４が対向配置される。ダイヤフラム２０の一方面側には密閉された空気室２６が設けられ、この空気室２６に封入された空気の圧力が基体２２に設けられた孔を介してダイヤフラム２０の一方面に作用する。ダイヤフラム２０の他方面側は基体２２に設けられた孔を介してタイヤ内の空間につながり、このタイヤ内の空気圧がダイヤフラム２０の他方面に作用する。ダイヤフラム２０はその両面に作用する圧力の差に応じて撓んでダイヤフラム２０の面に垂直な方向の変位を生じる。その結果、ダイヤフラム２０と上下の電極２４との間の静電容量が変化し、この静電容量の変化が電気的に読み出され、タイヤ内の空気圧の圧力情報として利用することができる。なお、圧力センサにはここで示した静電容量式の他に、ダイヤフラムの変位をピエゾ抵抗体の歪抵抗の変化により検出する方式などもあり、そのような圧力センサを用いることもできる。

圧力センサをタイヤ内に取り付ける際の向きに関しては、三次元の自由度がある。図３は、圧力センサの取り付け方向の典型的な３つの場合を示す模式的な説明図である。図３（ａ）に示す圧力センサ３０の取り付け方向は、圧力検知方向に対応するダイヤフラム２０の垂直方向３２がタイヤ２の径方向に一致するものである。図３（ｂ）に示す圧力センサ３０の取り付け方向は、ダイヤフラム２０の垂直方向３２がタイヤ２の周方向に一致するものである。また、図３（ｃ）に示す圧力センサ３０の取り付け方向は、ダイヤフラム２０の垂直方向３２がタイヤ２の回転軸３４の方向に一致するものである。ここで本ＴＰＭＳでは圧力センサ３０は図３（ｃ）に示す向きでタイヤ内に配置される。これは図３（ａ）に示す方向に圧力センサを取り付けると、ダイヤフラム２０に、タイヤ２の回転に伴う遠心力が作用し、タイヤ内の気圧測定に誤差を生じ、また図３（ｂ）に示す方向に圧力センサを取り付けると、ダイヤフラム２０に、タイヤ２の回転に伴う慣性力が作用し、タイヤ内の気圧測定に誤差を生じ得るからである。

図４は、トランスポンダ６の模式的な斜視図である。基板４０の表面には、圧力センサ３０が配置され、また、リーダ１２から与えられる供給電磁場と相互作用し、圧力センサ３０の測定データをリーダ１２へ伝達する応答回路が形成される。図４においては、応答回路の一部として、ＩＣ（Integrated Circuit）４２が表されているが、さらに例えば、基板４０の反対面に、応答回路を構成するコイルアンテナのプリントパターンが形成される。ＩＣ４２はコイルアンテナの他、圧力センサ３０の端子（電極２４及びシリコンダイヤフラム２０）に接続される。ＩＣ４２は例えば、圧力センサ３０の端子間の容量Ｃを用いてＬＣ共振回路を構成し、容量Ｃの変化に応じた共振電流を生成する。そしてＩＣ４２は、当該共振電流をデジタル符号化し、当該デジタル符号に応じてリーダ１２の供給電磁場に変調を与えることにより、圧力情報をリーダ１２へ伝達することができる。

さて、図４に示すように圧力センサ３０は、変位部であるダイヤフラム２０の変位方向を基板面に平行にして基板４０に取り付けられる。タイヤ内における基板４０は、タイヤ２のトレッド部の他、ホイール８のリム部にも、基板面をタイヤの回転軸に平行にして貼り付けることができる。これらの位置はタイヤ２のショルダー部、サイドウォール部といった他の位置に比べ、比較的平坦であり、また走行時の変形が比較的少ない点で、基板４０の取り付けに都合が良いからである。これらの位置に取り付ける際に、図４に示すトランスポンダ６は、圧力センサ３０のダイヤフラム２０の垂直方向３２をタイヤの回転軸に平行にして配置することが可能である。これに対し、もし圧力センサ３０の垂直方向３２を基板面に垂直にして基板４０に取り付けると、上述のように基板４０は基板面をタイヤの回転軸に平行にしてトレッド部やリム部に貼り付けられるため、垂直方向３２は図３（ａ）に示すようにタイヤ２の径方向に向いてしまい、垂直方向３２をタイヤの回転軸に平行な方向に向けることが困難である。

図５は、トレッド部の内側面にトランスポンダ６が取り付けられたタイヤ２を示す模式図である。図６は、トランスポンダ６がリム部６０に取り付けられたホイール８を示す模式図である。いずれの場合も、トランスポンダ６は圧力センサ３０のダイヤフラム２０の垂直方向３２がタイヤ（又はホイール）の回転軸に平行な方向を向くように取り付けられる。

Claims (5)

1. 気圧に応じて変位する変位部を有した圧力センサを車両のタイヤ内に取り付ける圧力センサ取り付け方法であって、
   前記変位部の変位方向を前記タイヤの回転軸に平行とすること、を特徴とする圧力センサ取り付け方法。
2. 気圧に応じて変位する変位部を有した圧力センサを取り付けたタイヤであって、
   前記変位部の変位方向は前記タイヤの回転軸に平行であること、を特徴とするタイヤ。
3. 気圧に応じて変位する変位部を有した圧力センサを取り付けたホイールであって、
   前記変位部の変位方向は前記ホイールの回転軸に平行であること、を特徴とするホイール。
4. 車両のタイヤ内に取り付けられ当該タイヤ内の気圧を検出するタイヤ圧力検知装置において、
   前記気圧に応じて変位する変位部を用いて前記気圧を測定する圧力センサと、
   外部から与えられる供給電磁場と相互作用し、前記圧力センサの測定データを外部へ伝達する応答回路が基板面に形成された回路基板と、
   を有し、
   前記圧力センサは、前記変位部の変位方向を前記基板面に平行にして前記回路基板に取り付けられること、
   を特徴とするタイヤ圧力検知装置。
5. 請求の範囲第４項に記載のタイヤ圧力検知装置において、
   前記回路基板は、前記変位部の変位方向を前記タイヤの回転軸に平行にして、前記タイヤのトレッド部、又は前記タイヤが取り付けられるホイールのリム部に貼り付けられること、を特徴とするタイヤ圧力検知装置。

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