WO2020129953A1 - 複合圧電素子、タイヤ状態測定装置、タイヤセンサモジュール、タイヤセンサ装置、および圧電センサ - Google Patents

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piezoelectric
sensor
piezoelectric element
sensor module
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平四郎 不藤
篠原　英司
山本　秋人
真哉 市瀬
裕樹 大野
小松　寿
博之 戸張
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アルプスアルパイン株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a composite piezoelectric element used for various sensors, a tire condition measuring device using the composite piezoelectric element, a tire sensor module having a sheet-shaped piezoelectric sensor for detecting tire deformation, and a tire sensor device including the same. , And a piezoelectric sensor.
  • Piezoelectric element has the function of converting electrical energy and mechanical energy, and is used as various actuators and sensors.
  • a flexible film-shaped piezoelectric element may be used to measure the state of a tire using electric energy generated by deformation.
  • Patent Document 1 describes a method of arranging a piezoelectric film in a tire and estimating the posture angle and the road surface condition of the tire. Further, the document describes a road surface state estimation device in which a piezoelectric sensor is arranged on the inner surface of the tread of the tire as a device for estimating the installation state of the tire by detecting the deformation of the tire.
  • a device for detecting the road surface condition and the tire condition, a device including a container provided on the inner surface of the tread of the tire and a tire sensor module attachable to the container is proposed.
  • the tire sensor device detects the vibration transmitted to the tire using an acceleration sensor provided in the tire sensor module, and detects the road surface state by analyzing the vibration waveform.
  • Patent Document 2 describes a mount sensor (tire sensor module) in which a protrusion is provided on a mold resin portion that seals an acceleration sensor, a circuit board, and an antenna to facilitate recognition of an acceleration detection direction. ..
  • a sheet-type piezoelectric sensor piezoelectric element
  • Detection sensitivity decreases. That is, when a sheet-shaped piezoelectric sensor is incorporated in a part of the tire sensor module, if it is sealed with a mold resin portion like the acceleration sensor, the detection sensitivity of the piezoelectric sensor is lowered.
  • the present invention provides a composite piezoelectric element capable of accurately measuring the deformation occurring in a specific direction with high sensitivity, a tire condition measuring device including the composite piezoelectric element, and a tire sensor including a piezoelectric film having good tire deformation detection sensitivity.
  • An object of the present invention is to provide a module, a tire sensor device including the module, and a piezoelectric sensor.
  • the composite piezoelectric element of the present invention is a composite piezoelectric element including a first electrode layer, a piezoelectric layer arranged on the first electrode layer, and a second electrode layer arranged on the piezoelectric layer,
  • the measuring unit is provided with the first electrode layer, the piezoelectric layer, and the second electrode layer, and a buffer unit without the piezoelectric layer.
  • the buffer section not provided with the piezoelectric layer, the measurement sensitivity of the measurement section is given anisotropy, and the deformation generated in the specific direction can be measured with high sensitivity and accuracy.
  • the piezoelectric layer has a plurality of strip portions in a plan view.
  • the aspect ratio of the strip portion may be, for example, 1000:1 to 10:5. It is preferable that the plurality of strip-shaped portions are arranged such that their longitudinal directions are substantially parallel to each other.
  • the buffer portion is formed between the adjacent strip-shaped portions along the longitudinal direction of the strip-shaped portions.
  • the buffer section includes a cutout section provided along a longitudinal direction of the measurement section in a plan view. The cutout portion is preferably a slit that is continuous along the longitudinal direction of the strip-shaped portion in a plan view.
  • the composite piezoelectric element of the present invention may include a base film, and the first electrode layer may be arranged on the base film.
  • the base film By using the base film, it becomes easy to dispose the composite piezoelectric element on a measurement target such as a tire while maintaining the shape of the composite piezoelectric element.
  • the base film is formed in the measurement section and the buffer section in a plan view, and the Young's modulus of the buffer section is smaller than the Young's modulus of the measurement section. With this configuration, the anisotropy of the measurement sensitivity of the composite piezoelectric element can be increased.
  • the tire condition measuring device of the present invention includes the composite piezoelectric element of the present invention.
  • the tire sensor module of the present invention includes a sheet-shaped piezoelectric sensor capable of measuring tire deformation, and a control unit capable of performing arithmetic processing on the measurement result of the piezoelectric sensor, and the piezoelectric sensor and the control unit. It is characterized in that a buffer portion is provided between the two. By providing the cushioning section between the piezoelectric sensor and the control section, it is possible to prevent the deformation of the sheet-shaped piezoelectric sensor that follows the tire from being hindered by the control section, that is, the sheet-shaped piezoelectric sensor is The tire sensor module can be incorporated into the tire sensor module in a state of being easily bent.
  • the buffer section may include a flexible section having a Young's modulus smaller than that of the control section, and the flexible section may be in contact with the piezoelectric sensor and the control section.
  • the Young's modulus of the flexible portion may be 10 to 1000 MPa. Since the flexible portion that absorbs the deformation of the piezoelectric sensor is in contact with both the piezoelectric sensor and the control portion, the positional relationship between the both can be maintained. As a result, the measurement conditions become constant and the measurement accuracy of the piezoelectric sensor improves.
  • the buffer portion may include the flexible portion and a void portion, and the flexible portion may include a slit.
  • the flexible section may include a slit
  • the control section may include an anchor
  • the anchor may be inserted into the slit.
  • the control unit may include a communication unit. Further, the control unit may include a magnetic sensor, an acceleration sensor, or a magnet.
  • a tire sensor device of the present invention is characterized by including the above-mentioned tire sensor module and an elastically deformable container that can include the tire sensor module and is fixed to the inside of the tire.
  • the container may include a container-side anchor for holding the piezoelectric sensor of the tire sensor module in a predetermined position.
  • the buffer section may include a flexible section having a Young's modulus smaller than that of the control section, and the flexible section may be in contact with the piezoelectric sensor and the control section.
  • the piezoelectric sensor of the present invention is a sheet-shaped piezoelectric sensor, and is characterized in that it is circular in a plan view from the normal direction of the sheet, and detects deformation of the tire. With the circular shape, the measurement can be performed under the same condition regardless of the direction in which the piezoelectric sensor is installed, so that the work of installing the piezoelectric sensor on the tire becomes easy.
  • the composite piezoelectric element of the present invention can buffer the influence on the piezoelectric layer due to the deformation of the measurement target that occurs in a direction other than the specific direction by the buffer section. Therefore, it is possible to measure the deformation in the specific direction with high sensitivity and accuracy.
  • the tire sensor module of the present invention is provided with the cushioning section between the sheet-shaped piezoelectric sensor and the control section, the sheet-shaped piezoelectric sensor easily deforms following the deformation of the tire. Deformation of the tire can be detected with sensitivity. Therefore, it is possible to provide the tire sensor module and the tire sensor device having good detection sensitivity.
  • FIG. 1A is a plan view schematically showing the structure of the composite piezoelectric element according to the first embodiment
  • FIG. 1B is a sectional view taken along the line AA of FIG. 1A
  • FIG. Sectional view taken along arrow B A plan view schematically showing the configuration of a composite piezoelectric element according to a modification of the first embodiment
  • (b) a sectional view taken along the line AA of FIG. 2(a),
  • BB cross-sectional view 3A is a plan view schematically showing the structure of the composite piezoelectric element according to the second embodiment
  • FIG. 3B is a sectional view taken along the line AA of FIG. 3A
  • Sectional view taken along arrow B A plan view schematically showing the configuration of a composite piezoelectric element according to a modification of the second embodiment, (b) a sectional view taken along the line AA of FIG. 4(a), and (c) FIG. 4(a).
  • BB cross-sectional view The tire condition measuring apparatus concerning 3rd Embodiment is shown typically, (a) The top view of the state in which the tire is not rotating during parking/stopping, (b) The tire is rotating during running Plan view (A) Sectional drawing which shows the tire sensor module and tire sensor apparatus of 4th Embodiment, (b) BB arrow sectional drawing of FIG. 6 (a). Sectional drawing which shows the modification of the tire sensor module and tire sensor device of 4th Embodiment.
  • FIG. 13A is a plan view showing the piezoelectric sensor
  • FIG. 13B is a sectional view taken along the line CC of FIG. 13A.
  • FIG. 3 is a perspective view showing a state in which a tire sensor module and a container that constitute the tire sensor device are separated from each other. Partial cross-sectional perspective view showing a state in which the tire sensor device is attached to a tire.
  • FIG. 1A is a plan view schematically showing the configuration of the composite piezoelectric element 10 of the present embodiment
  • FIG. 1B is a sectional view taken along the line AA of FIG. 1(c) is a sectional view taken along the line BB of FIG. 1(a).
  • the composite piezoelectric element 10 includes a base film 11, a first electrode layer 12 arranged on the base film 11, a piezoelectric layer 13 arranged on the first electrode layer, and a piezoelectric body.
  • a second electrode layer 14 disposed on the layer 13.
  • the composite piezoelectric element 10 is provided with a first electrode layer 12, a piezoelectric layer 13 and a second electrode layer 14 which are laminated in this order in the Z direction.
  • the measuring unit 15 and the buffer unit 16 not provided with the piezoelectric layer 13 are provided.
  • the measurement unit 15 Since the measurement unit 15 is continuously provided in the X direction, when the measurement target is deformed in the X direction, the deformation is directly transmitted to the piezoelectric layer 13 of the measurement unit 15.
  • the measurement unit 15 and the buffer unit 16 are alternately provided in the Y direction. That is, since the buffer unit 16 is provided between the measuring units 15, when the measurement target is deformed in the Y direction, the buffer unit 16 between the measuring units 15 is deformed first, so that the deformation is buffered and measured. It is transmitted to the piezoelectric layer 13 of the portion 15. Therefore, it is possible to increase the measurement sensitivity to the deformation in the X direction and decrease the measurement sensitivity to the deformation in the Y direction. Therefore, by providing the buffer portion 16 in the composite piezoelectric element 10, it is possible to vary the sensitivity depending on the direction on the XY plane and accurately measure the deformation of the measurement target that has occurred in the specific direction.
  • the measuring section 15 of the composite piezoelectric element 10 includes a piezoelectric layer 13 having a plurality of strip-shaped portions 13a, 13b, 13c (hereinafter, appropriately referred to as strip-shaped portions 13a to 13c) formed in a substantially rectangular shape in a plan view. It is sandwiched between the first electrode layer 12 and the second electrode layer 14 formed in a comb shape. As shown in FIG. 1A, the plurality of strip portions 13a to 13c are arranged such that their longitudinal directions are substantially parallel to each other.
  • the strip-shaped portions 13a to 13c may have different widths in the orthogonal direction, that is, shapes having anisotropy.
  • the piezoelectric layer 13 does not have an integral shape in a plan view, but has a shape divided into three strip-shaped portions 13a to 13c arranged at predetermined intervals in the lateral direction (Y direction). With this configuration, the composite piezoelectric element 10 improves the measurement sensitivity in the longitudinal direction (X direction), buffers the influence of deformation in the lateral direction (Y direction) on the longitudinal direction (X direction), and reduces the longitudinal direction. It is possible to measure the deformation in the (X direction) with high sensitivity and accuracy. Note that the piezoelectric layer 13 may have a shape having a partially continuous portion as long as the buffer portion 16 can buffer the influence of deformation in the lateral direction (Y direction).
  • Buffer portions 16 are formed along the longitudinal direction of the strip-shaped portions 13a to 13c between the strip-shaped portions 13a and 13b adjacent to each other and between the strip-shaped portions 13b and 13c adjacent to each other, respectively.
  • a notch portion 17 is formed in each buffer portion 16.
  • the notch 17 can be formed, for example, by forming the composite piezoelectric element 10 and then removing the base film 11 between the strip portions 13a to 13c by using a laser.
  • the cutout portion 17 is a portion where none of the base film 11, the first electrode layer 12, the piezoelectric layer 13 and the second electrode layer 14 is formed. Therefore, when a measurement target such as a tire is deformed in the lateral direction of the belt-shaped portions 13a to 13c, the cutout portion 17 is deformed before the belt-shaped portions 13a to 13c.
  • the composite piezoelectric element 10 has low measurement sensitivity to deformation in the lateral direction of the strip portions 13a to 13c.
  • Each cutout portion 17 is provided in a continuous slit shape along the longitudinal direction (X direction) of the strip portions 13a to 13c in a plan view.
  • the notches 17 effectively buffer the influence on the piezoelectric layer 13. be able to. That is, when the deformation of the measurement target occurs in the lateral direction of the strip portions 13a to 13c, the deformation is absorbed by the slit-shaped notch portion 17 and transmitted to the piezoelectric layer 13.
  • the cutout portion 17 does not buffer the influence on the piezoelectric layer 13. That is, when the deformation of the measurement target occurs in the longitudinal direction of the strip-shaped portions 13a to 13c, the deformation is transmitted to the piezoelectric layer 13 without being absorbed by the slit-shaped notch portion 17. Therefore, the composite piezoelectric element 10 can buffer the influence of the deformation in the lateral direction in the measurement of the deformation in the longitudinal direction of the strip portions 13a to 13c and measure the deformation in the longitudinal direction with high sensitivity and accuracy.
  • the direction in which the measurement object is deformed is either the lateral direction or the longitudinal direction of the strip-shaped portions 13a to 13c.
  • the measurement sensitivity can be greatly changed. Therefore, the composite piezoelectric element 10 can measure the force applied in the specific direction with high sensitivity and accuracy. In other words, it is possible to make it difficult to pick up noise (a component other than the specific direction) by making the detection sensitivity to a force applied in a direction other than the specific direction (for example, a direction orthogonal to the specific direction) dull.
  • the base film 11 is provided with the first electrode layer 12 and is formed of a flexible synthetic resin film.
  • the synthetic resin include polyimide (PI, PolyImide), polyethylene terephthalate (PET, PolyEthylene Terephthalate), polyethylene naphthalate (PEN, PolyEthylene Naphthalate), polyphenylene sulfide (PPS, PolyPhenylene Sulfide), polyethylene (PE, PolyEthylene), Examples include aramid resin (aromatic polyamide, Aromatic polyamid) and the like.
  • the synthetic resin described above may contain an additive such as a curing agent, an inorganic filler, or the like, or may be an insulating film having an insulating property.
  • the thickness of the base film 11 may be, for example, about 25 to 125 ⁇ m.
  • the first electrode layer 12 is provided by being laminated on one surface side of the base film 11, and a conductive powder is dispersed in a matrix of synthetic resin.
  • synthetic resin include phenol resin, polyurethane resin, epoxy resin, polyester resin, acrylic resin and the like.
  • conductive powder include metal powders such as silver, copper and nickel, carbon powders such as graphite and nano carbon, and the like.
  • the conductive powder is dispersed in the synthetic resin at, for example, about 5 to 70 (volume %).
  • the thickness of the first electrode layer 12 is, for example, about 5 to 15 ⁇ m.
  • the second electrode layer 14 is provided on one surface side of the base film 11 between the first electrode layer 12 and the second electrode layer 14, and the piezoelectric layer 13 is provided between the first electrode layer 12 and the second electrode layer 14. Are formed so as to be sandwiched between the piezoelectric layers 13 and.
  • the second electrode layer 14, like the first electrode layer 12, is a conductive resin powder dispersed in a matrix of synthetic resin, and has a thickness of, for example, about 5 to 20 ⁇ m.
  • a curing agent is added to a synthetic resin such as a phenol resin, and a solvent such as carbitol acetate and a conductive powder are mixed to form a conductive paste, It can be formed using a technique such as screen printing.
  • the first electrode layer 12 can be formed by applying the conductive paste to the base film 11, heating, drying and curing.
  • the second electrode layer 14 can be formed by applying the conductive paste to the piezoelectric layer 13, heating, drying, and curing.
  • the first electrode layer 12 and the second electrode layer 14 include a terminal portion 121 and a terminal portion 141, respectively. Since the terminal portion 121 and the terminal portion 141 are formed so as to be pulled out to the end portion of the base film 11, it is easy to supply the voltage and take out the measurement result.
  • the piezoelectric layer 13 is provided on one side of the base film 11 and is laminated on the first electrode layer 12.
  • the position of the piezoelectric layer 13 (the band-shaped portions 13a, 13b, 13c, and the measurement portion 15) is shown by using a thick broken line to show the position in plan view.
  • an insulating layer or the like is provided to prevent conduction between the first electrode layer 12 and the second electrode layer 14. It may be formed.
  • the aspect ratio (length L: width W1) of the strip portions 13a to 13c is preferably 1000:1 or more and 10:5 or less, and more preferably 100:1 or more and 10:4 or less. It is more preferably 10:1 or more and 10:3 or less.
  • the aspect ratio (length L: width W2) of the contour shape (hereinafter, appropriately referred to as “shape of the piezoelectric layer 13”) in which the piezoelectric layer 13 and the buffer section 16 are integrated is added to the specific direction.
  • 10:1 or more and 10:10 or less are preferable, 10:3 or more and 10:8 or less are more preferable, and 10:4 or more and 10:6. The following are more preferable.
  • the length L of the piezoelectric layer 13 in the longitudinal direction is preferably about 10 to 20 mm.
  • a preferable shape (length L ⁇ width W2) of the piezoelectric layer 13 is, for example, 15 mm ⁇ 7 mm or 10 mm ⁇ 5 mm.
  • the piezoelectric layer 13 including the three strip portions 13a to 13c and the two buffer portions 16 has been described, but the number of the strip portions 13a to 13c and the buffer portions 16 is not limited to this.
  • the width W1 of the strip portions 13a to 13c it is preferable that the width W1 of the strip portions 13a to 13c be 1 mm or more. Therefore, normally, the number of strip-shaped portions 13a to 13c is about 2 to 4 and the number of buffer portions 16 is about 1 to 3.
  • the piezoelectric layer 13 is made of piezoelectric particles dispersed in a synthetic resin matrix. From the viewpoint of improving the piezoelectric performance of the piezoelectric layer 13 to form the composite piezoelectric element 10 having excellent output performance, the piezoelectric particles are preferably ferroelectric particles having a crystal structure of a perovskite structure. As the ferroelectric particles, potassium niobate (KNbO 3 ), sodium potassium niobate, and barium titanate are suitable.
  • Potassium niobate has, for example, an average particle diameter (median diameter, D50) of 400 to 500 nm, an orthorhombic-tetragonal transition temperature of 223° C. to 228° C., and a tetragonal-cubic transition temperature. Is preferably 420° C. or higher and 430° C. or lower.
  • the piezoelectric layer 13 is a composite material of synthetic resin and piezoelectric particles and has flexibility. From the viewpoint of suppressing the occurrence of cracks or the like due to the deformation of the piezoelectric layer 13, a synthetic resin having appropriate flexibility at room temperature is preferable. As such a synthetic resin, an amorphous polyester resin or a polyurethane resin is preferable. Further, the amorphous polyester resin and the polyurethane resin are generally widely used, and are preferable in that they can be easily and inexpensively obtained.
  • the piezoelectric layer 13 may be composed of a plurality of layers.
  • the volume percent concentration of the piezoelectric particles in the two first piezoelectric layers is preferably higher than the volume percent concentration of the piezoelectric particles in the second piezoelectric layer between them.
  • the volume percent concentration of the piezoelectric particles in the first piezoelectric layer is preferably 50 to 65 vol %.
  • the volume percent concentration of the piezoelectric particles in the second piezoelectric layer is preferably 0.01 to 60 vol%, more preferably 10 to 50 vol%.
  • the bending resistance of the piezoelectric layer 13 as a whole becomes higher than that in the case where the second piezoelectric layer is composed of a single layer of piezoelectric material having a high volume percent concentration of piezoelectric particles.
  • the performance of the first piezoelectric layer is prioritized, and the piezoelectric performance of the piezoelectric layer 13 as a whole is large.
  • the composite piezoelectric element 10 having improved bending resistance against bending while maintaining piezoelectric performance. Further, by sandwiching the second piezoelectric layer having a low volume percent concentration of the piezoelectric particles, it is possible to configure the piezoelectric layer 13 that maintains the piezoelectric performance while reducing the amount of expensive piezoelectric particles used.
  • the piezoelectric layer 13 can be manufactured, for example, as follows. First, an amorphous polyester resin or polyurethane resin which is soluble in a solvent is used, and this binder resin, a solvent such as carbitol acetate, and granules of potassium niobate are mixed at a desired mixing ratio, and a three-roll or the like Disperse each uniformly with a mixer to produce a dielectric paste.
  • a dielectric paste is applied so as to cover the first electrode layer 12 on one side of the base film 11 so as to overlap in a plan view, dried and cured to form a piezoelectric layer. 13 is formed.
  • FIG. 1A as shown by a broken line, an example in which the strip-shaped portions 13a to 13c are formed in the three tooth portions of the first electrode layer 12 formed in a comb tooth shape in a plan view is shown.
  • the piezoelectric layer 13 may be formed so as to overlap the entire first electrode layer 12 including the portion that connects the three tooth portions.
  • the thickness of the piezoelectric layer 13 after curing is preferably 5 to 100 ⁇ m, more preferably 15 to 50 ⁇ m.
  • a small amount of a curing agent may be appropriately used in the above-mentioned dielectric paste, or a defoaming agent may be added. Further, the surface of the granules of potassium niobate may be treated with a silane coupling agent. In particular, by adding an antifoaming agent or treating with a silane coupling agent, it is possible to prevent defects such as bubbles from occurring in the piezoelectric layer 13 and reduce conduction defects in the piezoelectric layer 13 in the thickness direction. be able to.
  • the formed piezoelectric layer 13 is polarized.
  • the formed piezoelectric layer 13 is heated to a temperature near the Curie point, and the terminal portion 121 of the first electrode layer 12 and the terminal portion 141 of the second electrode layer 14 shown in FIG.
  • a DC voltage corresponding to the thickness of the piezoelectric layer 13 is applied to the piezoelectric layer 13 at about 1 to 10 (V/ ⁇ m).
  • the DC voltage is preferably 4 to 6 (V/ ⁇ m). In this way, the piezoelectric layer 13 can be easily processed from the initial state to the polarized state.
  • the composite piezoelectric element 10 is entirely As a result, it has flexibility.
  • the composite piezoelectric element 10 of FIG. 1 does not include an overcoat member, but an overcoat member that protects from the external environment may be provided.
  • an overcoat member for example, an insulating paste based on an insulating polyurethane resin containing a pigment is used, and a method such as screen printing is used to cover the entire second electrode layer 14 to form the insulating paste. Coating, laminating, heating, drying and curing. The thickness of the overcoat member after curing is about 10 to 100 ⁇ m.
  • acrylic resin, polyester resin, epoxy resin or the like may be used.
  • the composite piezoelectric element 10 is formed by using the easy and inexpensive screen printing method, it can be easily and inexpensively manufactured.
  • FIG. 2A is a plan view schematically showing the configuration of a composite piezoelectric element 20 that is a modified example of the present embodiment
  • FIG. 2B is a sectional view taken along the line AA of FIG. 2A
  • 2(c) is a sectional view taken along the line BB of FIG. 2(a).
  • the buffer portion 16 of the composite piezoelectric element 20 has a plurality of cutout portions 17 along the longitudinal direction of the strip portions 13a to 13c.
  • the configuration in which the buffer portion 16 is provided with the plurality of notches 17 intermittently makes it possible to impart anisotropy to the measurement sensitivity of the measurement unit 15. Therefore, like the composite piezoelectric element 10, the composite piezoelectric element 20 can measure the deformation of the strip portions 13a to 13c in the longitudinal direction with high sensitivity and accuracy.
  • FIG. 3A is a plan view schematically showing the structure of the composite piezoelectric element 30 of the present embodiment
  • FIG. 3B is a sectional view taken along the line AA of FIG. 3A
  • FIG. FIG. 4 is a sectional view taken along the line BB of FIG.
  • the composite piezoelectric element 30 of the present embodiment has a configuration in which the base film 11 is formed on the entire composite piezoelectric element 30 including the buffer portion 16 in a plan view, and thus the composite piezoelectric element 30 of the first embodiment is formed. It is different from the piezoelectric element 10.
  • the buffer portion 16 is provided with the cutout portion 17 in order to increase the difference in measurement sensitivity between the lateral direction and the longitudinal direction of the strip portions 13a to 13c. ..
  • the buffer portion 16 has a Young's modulus relatively smaller than that of the measurement portion 15, and the strip portions 13a... It has a configuration that is easily deformed in the lateral direction of c.
  • the composite piezoelectric element 30 can measure the deformation of the strip portions 13a to 13c in the longitudinal direction with high sensitivity and accuracy.
  • the Young's modulus of the buffer section 16 is preferably smaller than the Young's modulus of the measurement section 15, and 1/2 or less of the Young's modulus of the measurement section 15 is preferable. It is more preferably 1/10 or less of the Young's modulus of the measuring unit 15.
  • the Young's modulus of the measurement unit 15 and the buffer unit 16 refers to the Young's modulus on the XY plane in FIG.
  • the Young's modulus of the measuring unit 15 is the Young's modulus of the laminate including the base film 11, the first electrode layer 12, the piezoelectric layer 13, and the second electrode layer 14, and the Young's modulus of the buffer unit 16 is the base film. Young's modulus of 11.
  • FIG. 4A is a plan view schematically showing the configuration of the composite piezoelectric element 40 according to the modified example of the present embodiment
  • FIG. 4B is a sectional view taken along the line AA of FIG. 4A
  • FIG. 4C is a sectional view taken along the line BB of FIG. 4A.
  • the first electrode layer 12 is formed in addition to the base film 11 on the entire composite piezoelectric element 40 including the buffer portion 16 in a plan view. Therefore, the buffer portion 16 is composed of the base film 11, the first electrode layer 12, and the laminated body.
  • the cushioning portion 16 is preferentially prior to the measuring portion 15 by setting the Young's modulus of the cushioning portion 16 lower than that of the measuring portion 15. Deform. Therefore, the short-side force of the strip-shaped portions 13a to 13c applied to the measurement unit 15 can be buffered. Therefore, the composite piezoelectric element 40 can measure the deformation of the strip portions 13a to 13c in the longitudinal direction with high sensitivity and accuracy.
  • FIG. 5A and FIG. 5B are plan views schematically showing the state of the tire 60 measured by the tire state measuring device 50 of the present embodiment including the composite piezoelectric element 10.
  • FIG. 5A shows a state in which the tire 60 attached to an automobile or the like is not rotating. As shown in the figure, while the vehicle is parked or stopped, the tire 60 does not rotate, and the weight of the vehicle causes the contact portion 61 of the tire 60, that is, the portion in contact with the road surface 70, to extend in the circumferential direction of the tire.
  • FIG. 5B shows a state in which the tire 60 attached to an automobile or the like is rotating in the direction indicated by the arrow.
  • an extension occurs in the ground contact portion 61 that is in contact with the road surface 70, and an upstream portion near the ground contact portion 61 is generated.
  • Shrinkage occurs in 62 and the downstream portion 63. The speed at which the tire 60 deforms due to the periodic expansion and contraction accompanying this rotation changes according to the state of the tire 60.
  • the tire condition measuring device 50 measures the condition of the tire 60 by measuring the deformation speed using the composite piezoelectric element 10.
  • Examples of the state of the tire 60 to be measured using the composite piezoelectric element 10 include wear, hardness of the tire tread, friction (grip state), and the like. Further, the condition of the road surface 70 can be measured through the condition of the tire 60. Since the deformation speed of the tire 60 can be directly obtained using the composite piezoelectric element 10, the state of the tire 60 can be easily evaluated.
  • the composite piezoelectric element 10 of the present invention can measure with high sensitivity and high accuracy in a specific direction, deformation (expansion/contraction) in a specific direction such as a rotation direction (circumferential direction) of the tire 60 or a direction orthogonal to the rotation direction. Suitable for measuring.
  • a specific direction such as a rotation direction (circumferential direction) of the tire 60 or a direction orthogonal to the rotation direction.
  • Suitable for measuring for example, when the composite piezoelectric element 10 is arranged such that the longitudinal direction (X direction, see FIG. 1) of the strip-shaped portions 13a to 13c of the piezoelectric layer 13 is the circumferential direction of the tire 60, deformation of the tire 60 in the rotation direction is prevented. Highly sensitive and accurate measurement is possible.
  • the condition of the tire 60 can be measured by mounting the composite piezoelectric element 10 of the tire condition measuring device 50 on the back side of the tire 60 (the side opposite to the ground contact surface with the road surface 70).
  • the composite piezoelectric element 10 may be attached to the tire 60 using an adhesive such as epoxy, and the tire condition measuring device 50 may be attached.
  • the information on the condition of the tire 60 obtained by the tire condition measuring device 50 may be used alone or in combination with the information obtained from other devices.
  • Other devices include devices such as a TPMS (Tire Pressure Monitoring System) that monitors the tire pressure of a vehicle.
  • TPMS Transire Pressure Monitoring System
  • FIG. 14 is a perspective view showing the tire sensor device in a separated state
  • FIG. 15 is a partial sectional perspective view showing a state in which the tire sensor device is attached to the tire.
  • the tire sensor device 100 includes a tire sensor module 80 and a container 85 capable of containing the tire sensor module 80.
  • the tire sensor device 100 measures the state of the tire 60 in a state in which the tire sensor module 80 is contained in the container 85 attached to the inner surface 64 of the tire 60.
  • the container 85 can be deformed according to the deformation of the tire 60, and is made of, for example, a resin whose Young's modulus is about 10 to 1000 MPa, which is the same as that of the tire 60.
  • the method of attaching the container 85 to the inner surface 64 of the tire 60 is not limited, and examples thereof include a method of attaching the container 85 with an adhesive such as an epoxy adhesive or a cyanoacrylate instant adhesive.
  • FIG. 6A is a cross-sectional view showing the structure of the tire sensor module of the present embodiment, in which the tire sensor device 100 of FIG. 14 is cut at a portion indicated by an alternate long and short dash line and seen in the direction of arrow AA.
  • -A schematically shows the structure of a cross section taken along arrow A.
  • FIG. 6B is a sectional view taken along the line BB of FIG. 6A.
  • the tire sensor module 80 includes a sheet-shaped piezoelectric sensor 81, a control unit 82, and a buffer unit 83.
  • the piezoelectric sensor 81 electrically detects the deformation of the tire 60 (see FIG. 15) by converting the deformation (deformation speed) of the tire 60 into a voltage.
  • the piezoelectric sensor 81 may be configured by sandwiching a piezoelectric body between two electrodes, and may have the same configuration as the composite piezoelectric element shown in FIGS. 1 to 4 as the piezoelectric sensor 81.
  • the piezoelectric sensor 81 detects the deformation of the tire 60 via the container 85 which can be deformed following the tire 60.
  • the piezoelectric sensor 81 is electrically connected to the control unit 82 of the tire sensor module 80 and is controlled by the control unit 82.
  • the piezoelectric sensor 81 can detect the state of the tire 60 directly by deforming following the tire 60. Examples of the object detected (measured) by the piezoelectric sensor 81 include wear of the tire 60, hardness of the tire tread, friction (grip state), and the like. The piezoelectric sensor 81 can also measure the condition of the road surface 70 (see FIG. 5) via the condition of the tire 60.
  • the substrate 821, the communication unit 822, and the power source 823 are sealed with the hard resin 824. Since the Young's modulus of the control unit 82 refers to the Young's modulus of the portion forming the outer shell of the control unit 82, the Young's modulus of the hard resin 824 is the Young's modulus of the control unit 82. When the controller 82 is not sealed with the hard resin 824, the Young's modulus of the member having the largest Young's modulus among the members provided in the piezoelectric sensor 81 is set as the Young's modulus of the controller 82. However, the substrate 821, the communication unit 822, and the power source 823 that form the control unit 82 are usually designed to have a Young's modulus that is approximately the same as that of the hard resin 824.
  • the substrate 821 includes an arithmetic processing unit, a storage unit, and the like, and performs various arithmetic operations such as arithmetic processing of the measurement result of the piezoelectric sensor 81 and controls the tire sensor module 80.
  • the substrate 821 may be provided with a sensor such as a magnetic sensor or an acceleration sensor other than the sheet-type piezoelectric sensor 81, a magnet, or the like.
  • the communication unit 822 transmits the measurement result of the tire sensor module 80 to an external device or receives an input from the external device to the arithmetic processing unit of the board 821 via wireless communication.
  • the external device is connected to, for example, an electronic control unit (ECU) that is a device (unit) of an electronic circuit that controls various systems related to an automobile, a portable electronic device such as a smartphone in the automobile, and a wireless communication line.
  • ECU electronice control unit
  • a server device or the like can be used.
  • the power source 823 is a battery or the like that supplies power to the tire sensor module 80.
  • the hard resin 824 protects the substrate 821 of the control unit 82, the communication unit 822, the power supply 823, and the like, and is harder than the container 85 (has a large Young's modulus), for example, a resin having a Young's modulus of about 1 to 5 GPa. Used. Therefore, if the piezoelectric sensor 81 is provided in the control unit 82 and is sealed with the hard resin 824, the deformation of the piezoelectric sensor 81 is hindered by the hard resin 824. That is, when the sheet-shaped piezoelectric sensor 81 is sealed with the hard resin 824 together with the substrate 821, the communication unit 822, the power source 823, etc., the deformation following the tire 60 is restricted by the hard resin 824. It is difficult to detect the deformation of the with high sensitivity.
  • the tire sensor module 80 is provided with the buffer section 83 between the piezoelectric sensor 81 and the control section 82.
  • the buffer portion 83 By providing the buffer portion 83, the piezoelectric sensor 81 can be easily deformed following the deformation of the tire 60.
  • the control section 82 includes a holding section 82R projecting in an annular shape along the outer peripheral surface in contact with the container 85.
  • the sheet-shaped piezoelectric sensor 81 is provided so that the end portion 82E of the holding portion 82R contacts the vicinity of the circumference of the circular piezoelectric sensor 81 and surrounds the piezoelectric sensor 81.
  • the space that occupies most of the area between the piezoelectric sensor 81 and the control section 82 functions as the buffer section 83, so that the piezoelectric sensor 81 can easily follow the tire 60 and deform.
  • the holding portion 82R surrounds the piezoelectric sensor 81, the piezoelectric sensor 81 can be stably held at a predetermined position.
  • the holding portion 82R may have any shape as long as it can hold the piezoelectric sensor 81.
  • the holding portion 82R has a rod shape, and a plurality of holding portions are arranged along the circle formed by the holding portion 82R shown in FIG. 6B. The ends 82E may be in contact with the piezoelectric sensor 81.
  • the piezoelectric sensor 81 does not interfere with the control section 82 and does not interfere with the tire as shown by the broken line in FIG. It becomes possible to deform following the deformation of 60 (see FIG. 15). That is, in the tire sensor module 80, the buffer section 83 is provided between the piezoelectric sensor 81 and the control section 82, whereby the deformation of the piezoelectric sensor 81 is facilitated and the deformation of the tire 60 can be detected with high sensitivity. it can.
  • the piezoelectric sensor 81 measures the cyclic deformation associated with the rotation of the tire 60 (see FIGS. 5A and 5B), but when the tire 60 steps on a foreign substance, A situation may occur in which excessive force is momentarily applied. In such a case, if an excessive force is applied to the control unit 82 of the tire sensor module 80, it may cause a failure.
  • the buffer section 83 provided between the piezoelectric sensor 81 and the control section 82 suppresses an excessive force from being applied to the control section 82. For example, if the deformation of the tire 60 when the tire 60 steps on a foreign object falls within the range of the buffer portion 83, an excessive force is not applied to the control portion 82. Further, even when the deformation of the tire 60 exceeds the range of the cushioning portion 83, the cushioning portion 83 can weaken the force applied to the control portion 82. In this way, the buffer section 83 facilitates the deformation of the piezoelectric sensor 81, suppresses an excessive force from the tire 60 being applied to the control section 82, and prevents a failure of the control section 82. It also has the effect of improving the reliability of the module 80.
  • the height h of the buffer portion 83 is preferably 2 mm or more, more preferably 5 mm or more. Further, from the viewpoint of miniaturizing the tire sensor module 80, the height h of the buffer portion 83 is preferably 5 mm or less, more preferably 3 mm or less. Therefore, in order to achieve both reliability and downsizing, it is preferable that the height h of the buffer portion 83 be approximately 2 to 3 mm. It should be noted that the height h of the buffer portion 83 refers to the distance between the piezoelectric sensor 81 and the control portion 82, as shown in FIG. 6A, and if the distance between the two is not constant, the distance of the closest portion. Say.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing a modified example of the tire sensor module and the tire sensor device.
  • the tire sensor device 100 may include a container-side anchor 87 that holds the piezoelectric sensor 81 on the inner bottom surface 86 of the container 85 that is in contact with the piezoelectric sensor 81.
  • the container-side anchor 87 can more stably hold the state in which the piezoelectric sensor 81 is in contact with the bottom inner surface 86 of the container 85. Therefore, the piezoelectric sensor 81 can accurately detect the deformation of the tire 60 while keeping the positional relationship between the piezoelectric sensor 81 and the bottom inner surface 86 constant.
  • an annular holding portion 82R see FIGS. 6A and 6B for holding the piezoelectric sensor 81 is unnecessary. Is.
  • FIG. 13(a) and 13(b) show a piezoelectric sensor of the present invention
  • FIG. 13(a) is a plan view
  • FIG. 13(b) is a sectional view taken along the line CC of FIG. 13(a). It is a figure.
  • the piezoelectric sensor 81 has a sheet shape, and as shown in FIG. 13A, has a circular shape in a plan view from a surface with respect to the tire 60, that is, a plan view from a normal direction of the sheet. When the shape in plan view is circular, the measurement conditions are the same regardless of the direction in which the piezoelectric sensor 81 is installed.
  • the output is Will be the same. Therefore, it becomes easy to confirm the mounting direction in the installation work on the tire 60 (see FIG. 15 ). That is, even if the tire sensor module 80 (piezoelectric sensor 81) is inserted/attached into the container 85, even if the orientation with respect to the tire 60 is slightly displaced, a large variation in output is unlikely to occur. If the piezoelectric sensor 81 has a rectangular shape, the sensitivity to deformation in the longitudinal direction of the rectangle is higher than the sensitivity to deformation in the lateral direction of the rectangle. Therefore, if the direction in which the tire sensor module 80 (piezoelectric sensor 81) is attached to the tire 60 is deviated, the output is likely to be affected.
  • the size of the piezoelectric sensor 81 is not particularly limited, but from the viewpoint of obtaining a high output, the diameter is preferably 5 mm or more, more preferably 8 mm or more. From the viewpoint of miniaturization, the diameter is preferably 20 mm or less, more preferably 15 mm or less.
  • the piezoelectric sensor that is circular in a plan view from the normal direction of the sheet is used has been described, but the shape of the piezoelectric sensor is not limited to this.
  • the composite piezoelectric element shown in FIGS. 1 to 4 used in the above-described embodiment can be used as a piezoelectric sensor.
  • the composite piezoelectric element including the buffer section it is possible to obtain a tire sensor module having good sensitivity in a predetermined direction.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view showing the tire sensor module and the tire sensor device of this embodiment.
  • the tire sensor module 90 of the tire sensor device 200 of the present embodiment has a configuration in which the buffer portion 83 is provided with the flexible portion 93 having a Young's modulus (soft) smaller than that of the hard resin 824 of the control portion 82. Is different from the tire sensor module 80 of the tire sensor device 100.
  • the softness of the material is evaluated by the Young's modulus, and the smaller the Young's modulus is, the softer (the larger the Young's modulus is).
  • the flexible portion 93 provided in the buffer portion 83 is softer than the hard resin 824. Therefore, the piezoelectric sensor 81 is more likely to be deformed as the tire 60 is deformed than when it is sealed with the hard resin 824. Further, by providing the buffer portion 83 with the flexible portion 93, the effect of protecting the control portion 82 is also improved. Further, since the flexible portion 93 is in contact with both the piezoelectric sensor 81 and the control portion 82, the relative positional relationship between the piezoelectric sensor 81 and the control portion 82 can be maintained, so that the measurement condition of the piezoelectric sensor 81 is measured in a predetermined state. The accuracy can be improved.
  • the material used for the flexible part 93 may be softer than the control part 82, but is preferably softer than the container 85.
  • urethane resin natural rubber, synthetic rubber, butadiene rubber, butyl rubber, ethylene propylene rubber, nitrile butadiene rubber. , Silicone rubber, acrylic rubber and the like.
  • the Young's modulus of the flexible portion 93 is preferably 10 to 1000 MPa, more preferably 10 to 500 MPa, and further preferably 10 to 100 MPa.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view showing a modified example of the tire sensor module and the tire sensor device of the present embodiment.
  • the tire sensor device 200 may include a container-side anchor 88 that holds the piezoelectric sensor 81 on the inner bottom surface 86 of the container 85 that is in contact with the piezoelectric sensor 81, as shown in FIG.
  • the container-side anchor 88 allows the piezoelectric sensor 81 to be kept in contact with the bottom inner surface 86 of the container 85. Therefore, the piezoelectric sensor 81 can detect the deformation of the tire 60 with high sensitivity via the bottom inner surface 86 of the container 85.
  • the container-side anchor 88 shown in FIG. 9 does not penetrate the piezoelectric sensor 81, but positions and holds the piezoelectric sensor 81 along the surface of the container-side anchor 88. It is a thing.
  • FIG. 10A and FIG. 10B are cross-sectional views showing modified examples of the structure of the tire sensor module of this embodiment.
  • the cushioning portion 83 of the tire sensor device 200 may include a void portion 94 in which the flexible portion 93 is not provided. Since the flexible portion 93 is more easily deformed in the buffer portion 83 by providing the void portion 94, the piezoelectric sensor 81 is easily deformed following the deformation of the tire 60, and the detection sensitivity of the tire sensor module 90 is improved. To do. Further, since the piezoelectric sensor 81 has a portion that is pressed by the flexible portion 93 and a portion that is not pressed by the flexible portion 93, the detection sensitivity of the tire sensor module 90 is improved.
  • the piezoelectric sensor 81 has a circular shape in a plan view, and is suitable for detecting the deformation of the tire 60 regardless of the direction. Further, as shown in the figure, the void portion 94 is provided with a uniform width so as to surround the outer peripheral surface of the flexible portion 93. With this configuration, similarly, the piezoelectric sensor 81 easily follows the deformation of the tire 60 in all directions, and the detection sensitivity of the tire sensor module 90 becomes good regardless of the deformation direction.
  • FIG. 11A is a cross-sectional view showing a modified example of the structure of the tire sensor module of this embodiment.
  • the flexible portion 93 of the tire sensor module 90 may include a slit 95.
  • the slit 95 is an elongated gap that divides the flexible portion 93.
  • the flexible portion 93 is likely to be deformed in the buffer portion 83, similarly to the void portion 94 (see FIGS. 10A and 10B), so that the detection sensitivity of the tire sensor device 200 is improved. To do.
  • the easiness of deforming the flexible portion 93 can be changed in relation to the direction in which the slits 95 are provided. it can. Therefore, even with the piezoelectric sensor 81 having a circular shape in plan view, the detection sensitivity can be adjusted depending on the direction in which the tire 60 is deformed. For example, if the tire sensor device 200 is installed so that the rotation direction of the tire 60 (see FIG. 5B) and the longitudinal direction of the slit 95 are orthogonal to each other, the flexible portion 93 expands and contracts in the rotation direction of the tire 60. It will be easier. Therefore, it is possible to provide the tire sensor module 90 having good detection sensitivity of the deformation of the tire 60 in the rotation direction.
  • the flexible portion 93 is further deformed in the buffer portion 83 by providing the void portion 94 and the slit 95. Easier to do. Therefore, the piezoelectric sensor 81 easily deforms following the tire 60, and the detection sensitivity of the piezoelectric sensor 81 is improved. Further, by the configuration of the void portion 94 and the slit 95, the detection sensitivity of the piezoelectric sensor 81 can be the same regardless of the direction in which the tire 60 is deformed, or can be changed depending on the direction of deformation.
  • the shape and number of the slits 95 included in the void portion 94 and the flexible portion 93 are not limited to the above examples.
  • the detection sensitivity of the piezoelectric sensor 81 is the same regardless of the deformation direction of the tire 60.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view showing a modified example of the tire sensor module and the tire sensor device of this embodiment.
  • the control unit 82 includes an anchor 84 on the buffer unit 83 side.
  • the present invention is useful as an apparatus for measuring the tire condition such as wear and the road condition.

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Abstract

特定方向に生じた変形を高感度で精度良く測定することができる複合圧電素子および複合圧電素子を備えたタイヤ状態測定装置を提供するために、複合圧電素子１０は、第１電極層１２と、第１電極層１２に配された圧電体層１３と、圧電体層１３に配された第２電極層１４と、を備えており、平面視において、第１電極層１２、圧電体層１３および第２電極層１４が設けられた測定部１５と、圧電体層１３が設けられていない緩衝部１６と、を備えている。

Description

複合圧電素子、タイヤ状態測定装置、タイヤセンサモジュール、タイヤセンサ装置、および圧電センサ
　本発明は、種々のセンサ等に用いられる複合圧電素子、複合圧電素子を用いたタイヤ状態測定装置、タイヤの変形を検出するシート状の圧電センサを有するタイヤセンサモジュール、それを備えたタイヤセンサ装置、および圧電センサに関する。
　圧電素子は、電気エネルギーと機械エネルギーとを変換する機能を有しており、種々のアクチュエータやセンサとして用いられる。例えば、変形により生じる電気エネルギーを用いてタイヤの状態を測定するために、可撓性を備えたフィルム状の圧電素子が用いられることがある。特許文献１には、タイヤ内に圧電フィルムを配置して、タイヤの姿勢角や路面状態を推定する方法が記載されている。また、同文献には、タイヤの変形を検知することでタイヤの設置状態を推定する装置として、タイヤのトレッドの内側面に圧電センサが配置された路面状態推定装置が記載されている。
　路面状態やタイヤの状態を検知するためのタイヤセンサ装置として、タイヤのトレッドの内側面に設けられたコンテナと当該コンテナに取り付け可能なタイヤセンサモジュールとからなるものが提案されている。タイヤセンサ装置は、タイヤセンサモジュールに設けられた加速度センサを用いてタイヤに伝わる振動を検出し、その振動波形を解析することにより路面状態を検出する。例えば、特許文献２には、加速度センサ、回路基板およびアンテナを封止するモールド樹脂部に突起部を設けて、加速度検出方向の認識を容易にしたマウントセンサ（タイヤセンサモジュール）が記載されている。しかし、その一部にシート型の圧電センサ（圧電素子）が組み込まれたタイヤセンサモジュールは提案されていない。
特開２０１４－２３４０３８号公報 特開２０１７－１１４４３８号公報
　特許文献１に記載の方法では、異なる方向の変形を測定するために、長短のある形状の圧電フィルムを、方向を変えてタイヤ内に複数配置する。しかし、圧電フィルムを構成する圧電素子が一体として形成されているから、測定対象が変形した場合に圧電素子が全体として変形する。このため、圧電フィルムが特定方向の変形を測定するときに、特定方向以外の方向の変形の影響を受ける。したがって、特定方向に生じた変形を高感度で精度良く測定することが困難であった。
　また、タイヤセンサモジュールにおける加速度センサ等のように、シート状の圧電センサがモールド樹脂部に封止されると、硬いモールド樹脂部によって圧電センサの変形が阻害されて、タイヤの変形に対する圧電センサの検知感度が低下する。すなわち、タイヤセンサモジュールの一部にシート状の圧電センサを組み込む場合、加速度センサと同様にモールド樹脂部で封止すると、圧電センサの検知感度が低下するという問題がある。
　そこで、本発明は、特定方向に生じた変形を高感度で精度良く測定できる複合圧電素子、複合圧電素子を備えたタイヤ状態測定装置、タイヤ変形の検知感度が良好な圧電フィルムを備えたタイヤセンサモジュール、それを備えたタイヤセンサ装置、および圧電センサを提供することを目的としている。
　本発明の複合圧電素子は、第１電極層と、前記第１電極層に配された圧電体層と、前記圧電体層に配された第２電極層と、を備えた複合圧電素子において、平面視において、前記第１電極層、前記圧電体層および前記第２電極層が設けられた測定部と、前記圧電体層が設けられていない緩衝部と、を備えている。前記圧電体層が設けられていない緩衝部を設けることにより測定部の測定感度に異方性を付与し、特定方向に生じた変形を高感度で精度良く測定することができる。
　前記圧電体層が、平面視において、帯状部を複数有していることが好ましい。前記帯状部のアスペクト比は、例えば、１０００：１～１０：５とすればよい。複数の前記帯状部は、長手方向が略平行になるように配置されていることが好ましい。前記緩衝部が、隣接する前記帯状部の間に、前記帯状部の長手方向に沿って形成されていることが好ましい。また、前記緩衝部は、平面視において、前記測定部の長手方向に沿って設けられた切欠き部を備えていることが好ましい。前記切欠き部は、平面視において、前記帯状部の長手方向に沿って連続するスリットであることが好ましい。これらの構成により、複合圧電素子の測定感度の異方性を大きくすることができる。
　本発明の複合圧電素子は、ベースフィルムを備えており、前記第１電極層が前記ベースフィルムに配されていてもよい。ベースフィルムを用いることにより、複合圧電素子の形状を保持した状態で、タイヤなどの測定対象に配することが容易になる。この場合、前記ベースフィルムが、平面視において、前記測定部および前記緩衝部に形成されており、前記緩衝部のヤング率が前記測定部のヤング率よりも小さいことが好ましい。この構成により、複合圧電素子の測定感度の異方性を大きくすることができる。
　本発明のタイヤ状態測定装置は、本発明の複合圧電素子を備えている。
　本発明のタイヤセンサモジュールは、タイヤの変形を計測可能なシート状の圧電センサと、前記圧電センサの計測結果を演算処理可能な制御部と、を備えており、前記圧電センサと前記制御部との間に緩衝部を備えていることを特徴とする。
　圧電センサと制御部との間に緩衝部を設けることで、タイヤに追従したシート状の圧電センサの変形が制御部によって妨げられることを抑制できる、すなわち、シート状の圧電センサは、タイヤの変形に追従して撓みやすい状態でタイヤセンサモジュールに組み込まれることが可能になる。
　前記緩衝部は、前記制御部よりもヤング率が小さい柔軟部を備えており、前記柔軟部が前記圧電センサおよび前記制御部と接触していてもよい。前記柔軟部のヤング率が１０～１０００ＭＰａであってもよい。
　圧電センサの変形を吸収する柔軟部が圧電センサと制御部との両方に接することにより、両者の位置関係を維持できる。これにより、測定条件が一定になり、圧電センサの測定精度が向上する。
　前記緩衝部は、前記柔軟部と空隙部とを備えていてもよく、前記柔軟部がスリットを備えていてもよい。
　緩衝部に柔軟部が設けられていない空隙部を設けたり、柔軟部にスリットを設けたりすることで、緩衝部において柔軟部が変形しやすくなるから、圧電センサがより変形しやすくなる。
　前記柔軟部がスリットを備えているとともに、前記制御部がアンカーを備えており、前記アンカーが前記スリットに挿入されていてもよい。
　スリットを設けることにより柔軟部が変形し易くなるとともに、アンカーによって柔軟部と制御部との位置関係を安定的に維持することができる。これにより、測定条件が一定になり、圧電センサの測定精度が向上する。
　前記制御部は、通信部を備えていてもよい。また、前記制御部は、磁気センサ、加速度センサまたは磁石を備えていてもよい。
　本発明のタイヤセンサ装置は、上記のタイヤセンサモジュールと、前記タイヤセンサモジュールを内包可能であり、タイヤの内側に固定される弾性変形可能なコンテナと、を備えていることを特徴とする。
　前記コンテナは、前記タイヤセンサモジュールの前記圧電センサを所定の位置に保持するためのコンテナ側アンカーを備えていてもよい。
　上記のタイヤセンサモジュールは、前記緩衝部が、前記制御部よりもヤング率が小さい柔軟部を備えており、前記柔軟部が、前記圧電センサおよび前記制御部と接触していてもよい。
　本発明の圧電センサは、シート状の圧電センサであり、シートの法線方向からの平面視で円形であることと特徴としており、タイヤの変形を検知するものである。
　円形とすることにより、圧電センサを設置する方向によらず、同一条件で測定することができるから、圧電センサをタイヤに設置する作業が容易になる。
　本発明の複合圧電素子は、特定方向以外に生じた測定対象の変形による圧電体層への影響を、緩衝部によって緩衝することができる。したがって、特定方向の変形を高感度で精度良く測定することが可能である。
　本発明のタイヤセンサモジュールは、シート状の圧電センサと制御部との間に緩衝部が設けられていることによって、シート状の圧電センサがタイヤの変形に追従して変形し易くなるから、高感度でタイヤの変形を検知することができる。したがって、検知感度が良好なタイヤセンサモジュール、およびタイヤセンサ装置を提供することができる。
（ａ）第１実施形態にかかる複合圧電素子の構成を模式的に示す平面図、（ｂ）図１（ａ）のＡ－Ａ矢視断面図、（ｃ）図１（ａ）のＢ－Ｂ矢視断面図 （ａ）第１実施形態の変形例にかかる複合圧電素子の構成を模式的に示す平面図、（ｂ）図２（ａ）のＡ－Ａ矢視断面図、（ｃ）図２（ａ）のＢ－Ｂ矢視断面図 （ａ）第２実施形態にかかる複合圧電素子の構成を模式的に示す平面図、（ｂ）図３（ａ）のＡ－Ａ矢視断面図、（ｃ）図３（ａ）のＢ－Ｂ矢視断面図 （ａ）第２実施形態の変形例にかかる複合圧電素子の構成を模式的に示す平面図、（ｂ）図４（ａ）のＡ－Ａ矢視断面図、（ｃ）図４（ａ）のＢ－Ｂ矢視断面図 第３実施形態にかかるタイヤ状態測定装置によるタイヤ状態の測定を模式的に示す、（ａ）駐停車中でタイヤが回転していない状態の平面図、（ｂ）走行中でタイヤが回転している状態の平面図 （ａ）第４実施形態のタイヤセンサモジュールおよびタイヤセンサ装置を示す断面図、（ｂ）図６（ａ）のＢ－Ｂ矢視断面図 第４実施形態のタイヤセンサモジュールおよびタイヤセンサ装置の変形例を示す断面図 第５実施形態のタイヤセンサモジュールおよびタイヤセンサ装置を示す断面図 第５実施形態のタイヤセンサモジュールおよびタイヤセンサ装置の変形例を示す断面図 （ａ）第５実施形態のタイヤセンサモジュールおよびタイヤセンサ装置の変形例を示す断面図、（ｂ）図１０（ａ）のＢ－Ｂ矢視断面図 （ａ）第５実施形態のタイヤセンサモジュールおよびタイヤセンサ装置の変形例を示す断面図、（ｂ）図１１（ａ）のＢ－Ｂ矢視断面図 第５実施形態のタイヤセンサモジュールおよびタイヤセンサ装置の変形例を示す断面図 圧電センサを示す（ａ）平面図、（ｂ）図１３（ａ）のＣ－Ｃ矢視断面図 タイヤセンサ装置を構成する、タイヤセンサモジュールとコンテナとが分離された状態を示す斜視図 タイヤセンサ装置がタイヤに取り付けられた状態を示す一部断面斜視図
　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。
（第１実施形態）
　図１（ａ）は、本実施形態の複合圧電素子１０の構成を模式的に示す平面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ－Ａ矢視断面図であり、図１（ｃ）は図１（ａ）のＢ－Ｂ矢視断面図である。これらの図に示すように、複合圧電素子１０は、ベースフィルム１１と、ベースフィルム１１に配された第１電極層１２と、前記第１電極層に配された圧電体層１３と、圧電体層１３に配された第２電極層１４と、を備えている。
　まず、平面視における、複合圧電素子１０の各部材の配置や形状について説明する。図１（ａ）～図１（ｃ）に示すように、複合圧電素子１０は、第１電極層１２、圧電体層１３および第２電極層１４がこの順にＺ方向に積層して設けられた測定部１５と、圧電体層１３が設けられていない緩衝部１６とを備えている。複合圧電素子１０の略全体を測定部１５とするのではなく、その一部に緩衝部１６を設けることで、測定部１５の圧電体層１３に加わる力を測定対象が変形する方向により変化させて、複合圧電素子１０の測定感度に異方性を付与することができる。
　Ｘ方向には、測定部１５が連続して設けられているから、測定対象がＸ方向に変形した場合、当該変形はそのまま測定部１５の圧電体層１３に伝わる。対して、Ｙ方向には、測定部１５と緩衝部１６とが交互に設けられている。すなわち測定部１５の間に緩衝部１６が設けられているから、測定対象がＹ方向に変形した場合、測定部１５間の緩衝部１６が先に変形することによって、当該変形が緩衝されて測定部１５の圧電体層１３に伝わる。このため、Ｘ方向の変形に対する測定感度を高くし、Ｙ方向の変形に対する測定感度を低くすることができる。したがって、複合圧電素子１０に緩衝部１６を設けることにより、ＸＹ平面における方向によって感度を異ならせて、特定方向に生じた測定対象の変形を高感度で精度良く測定することができる。
　複合圧電素子１０の測定部１５は、平面視において、略矩形状に形成された複数の帯状部１３ａ・１３ｂ・１３ｃ（以下、適宜、帯状部１３ａ～ｃと記す）を有する圧電体層１３が、櫛歯状に形成された第１電極層１２および第２電極層１４に挟まれて構成されている。図１（ａ）に示すように、複数の帯状部１３ａ～ｃは、その長手方向が略平行になるように配されている。なお、帯状部１３ａ～ｃは、直交する方向の幅が異なる形状すなわち異方性を備えた形状であればよい。
　圧電体層１３は、平面視において、一体の形状ではなく、短手方向（Ｙ方向）に所定の間隔を空けて離れて配置された３つの帯状部１３ａ～ｃに分かれた形状としている。この構成によって、複合圧電素子１０は、長手方向（Ｘ方向）の測定感度を向上させるとともに、短手方向（Ｙ方向）の変形が長手方向（Ｘ方向）に及ぼす影響を緩衝して、長手方向（Ｘ方向）の変形を高感度で精度良く測定することが可能になる。なお、短手方向（Ｙ方向）の変形の影響を緩衝部１６によって緩衝できればよいから、圧電体層１３は一部が連続した部分を有する形状であっても良い。
　隣接する帯状部１３ａと帯状部１３ｂとの間、および隣接する帯状部１３ｂと帯状部１３ｃとの間のそれぞれに、帯状部１３ａ～ｃの長手方向に沿って緩衝部１６が形成されており、各緩衝部１６には切欠き部１７が形成されている。
　切欠き部１７は、例えば、複合圧電素子１０を形成した後、レーザを用いて帯状部１３ａ～ｃ間のベースフィルム１１を取り除くことにより形成できる。切欠き部１７は、ベースフィルム１１、第１電極層１２、圧電体層１３および第２電極層１４のいずれも形成されていない部分である。このため、タイヤなどの測定対象が帯状部１３ａ～ｃの短手方向に変形した場合、帯状部１３ａ～ｃよりも先に切欠き部１７が変形する。先に切欠き部１７が変形することで、圧電体層１３への影響を緩衝し、圧電体層１３の変形を抑えることができる。したがって、複合圧電素子１０は、帯状部１３ａ～ｃの短手方向の変形に対する測定感度が低くなる。
　各切欠き部１７は、平面視において、帯状部１３ａ～ｃの長手方向（Ｘ方向）に沿って連続するスリット状に設けられている。切欠き部１７をそれぞれ連続するスリット状とすることにより、帯状部１３ａ～ｃの短手方向に測定対象が変形した場合、圧電体層１３への影響を切欠き部１７によって効果的に緩衝することができる。すなわち、測定対象の変形は、帯状部１３ａ～ｃの短手方向に生じた場合、スリット状の切欠き部１７に吸収されて、圧電体層１３に伝わる。対して、帯状部１３ａ～ｃの長手方向に測定対象が変形した場合、切欠き部１７は圧電体層１３への影響を緩衝しない。すなわち、測定対象の変形は、帯状部１３ａ～ｃの長手方向に生じた場合、スリット状の切欠き部１７に吸収されることなく、圧電体層１３に伝わる。したがって、複合圧電素子１０は、帯状部１３ａ～ｃの長手方向の変形の測定における短手方向の変形の影響を緩衝して、長手方向の変形を高感度で精度良く測定することができる。
　以上のように、帯状部１３ａ～ｃの間に切欠き部１７を有する緩衝部１６を設けることにより、測定対象が変形する方向が帯状部１３ａ～ｃの短手方向と長手方向のいずれであるかによって、測定感度を大きく異ならせることができる。したがって、複合圧電素子１０は、特定方向に加えられた力を高感度で精度良く測定することが可能になる。いいかえると、特定方向以外の方向（例えば、特定方向に直交する方向）に加えられた力に対する検出感度を鈍くすることで、ノイズ（特定方向以外の成分）を拾い難くすることができる。
　ベースフィルム１１は、第１電極層１２を配するものであり、可撓性を有する合成樹脂のフィルムで形成される。合成樹脂としては、例えば、ポリイミド（ＰＩ、PolyImide）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ、PolyEthylene Terephthalate）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ、PolyEthylene Naphthalate）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ、Poly Phenylene Sulfide）、ポリエチレン（ＰＥ、PolyEthylene）、アラミド樹脂（芳香族ポリアミド、Aromatic polyamid）等が挙げられる。上述した合成樹脂は、硬化剤などの添加剤や、無機フィラー等を含むものであってもよく、絶縁性を備えた絶縁性フィルムであってもよい。ベースフィルム１１の厚みは、例えば、２５～１２５μｍ程度とすればよい。
　第１電極層１２は、図１（ａ）～図１（ｃ）に示すように、ベースフィルム１１の片面側に積層して設けられ、合成樹脂のマトリックス中に導電性紛体が分散されたものが用いられる。合成樹脂としては、例えば、フェノール樹脂、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂等、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂等が挙げられる。また、導電性紛体としては、例えば、銀、銅、ニッケル等の金属粉、黒鉛、ナノカーボン等のカーボン粉、等が挙げられる。導電性紛体は、例えば、５～７０（体積％）程度で合成樹脂中に分散される。第１電極層１２の厚みは、例えば、５～１５μｍ程度である。
　第２電極層１４は、図１（ａ）～図１（ｃ）に示すように、ベースフィルム１１の片面側に、第１電極層１２と第２電極層１４との間に圧電体層１３を挟むようにして、圧電体層１３に積層して形成される。また、第２電極層１４は、第１電極層１２同様、合成樹脂のマトリックス中に導電性紛体が分散されたものであり、その厚みは、例えば、５～２０μｍ程度である。
　第１電極層１２および第２電極層１４は、例えば、フェノール樹脂等の合成樹脂に硬化剤を添加し、カルビトールアセテート等の溶剤と、導電性の紛体とを混合して導電性ペーストとし、スクリーン印刷等の手法を用いて形成することができる。第１電極層１２は、この導電性ペーストをベースフィルム１１に塗布し、加熱を行い、乾燥及び硬化させて形成することができる。また、第２電極層１４は、この導電性ペーストを圧電体層１３に塗布し、加熱を行い、乾燥及び硬化させて形成することができる。
　第１電極層１２および第２電極層１４はそれぞれ、端子部１２１および端子部１４１を備えている。これら端子部１２１および端子部１４１がベースフィルム１１の端部まで引き出されるように形成されていることから、電圧の供給や測定結果の取り出しが容易である。
　圧電体層１３は、図１（ａ）～図１（ｃ）に示すように、ベースフィルム１１の片面側に設けられ、第１電極層１２に積層して形成されている。図１（ａ）では、平面視における位置を示すために、太い破線を用いて圧電体層１３（帯状部１３ａ・１３ｂ・１３ｃ、測定部１５）の位置を示している。なお、第１電極層１２と第２電極層１４との間の圧電体層１３が無い部分には、第１電極層１２と第２電極層１４との導通を防ぐため、絶縁体層等が形成されてもよい。
　長手方向の感度を良くする観点から、帯状部１３ａ～ｃのアスペクト比（長さＬ：幅Ｗ１）は、１０００：１以上１０：５以下が好ましく、１００：１以上１０：４以下がより好ましく、１０：１以上１０：３以下がさらに好ましい。
　平面視において、圧電体層１３と緩衝部１６とを一体とした輪郭形状（以下、適宜「圧電体層１３の形状」という）のアスペクト比（長さＬ：幅Ｗ２）は、特定方向に加えられた力を高感度で精度良く測定するとともに、出力を大きくするために、１０：１以上１０：１０以下が好ましく、１０：３以上１０：８以下がより好ましく、１０：４以上１０：６以下がさらに好ましい。
　複合圧電素子１０をタイヤに取り付ける場合、圧電体層１３の長手方向の長さＬは１０～２０ｍｍ程度が好適である。このため、好ましい圧電体層１３の形状（長さＬ×幅Ｗ２）として、例えば１５ｍｍ×７ｍｍや１０ｍｍ×５ｍｍ等が挙げられる。
　本実施形態では、３つの帯状部１３ａ～ｃと２つの緩衝部１６とを備えた圧電体層１３について説明したが、帯状部１３ａ～ｃおよび緩衝部１６の数はこれに限られない。ただし、製造効率の観点から、帯状部１３ａ～ｃの幅Ｗ１を１ｍｍ以上とすることが好ましい。このため、通常、帯状部１３ａ～ｃの数は２～４程度、緩衝部１６の数は１～３程度になる。
　圧電体層１３は、合成樹脂のマトリックス中に圧電粒子が分散されてなるものである。圧電体層１３の圧電性能を向上させて、出力性能が優れた複合圧電素子１０とする観点から、圧電粒子としては、ペロブスカイト構造の結晶構造である強誘電体粒子が好ましい。強誘電体粒子としては、ニオブ酸カリウム（ＫＮｂＯ3）、ニオブ酸ナトリウムカリウム、チタン酸バリウムが好適である。
　ニオブ酸カリウムは、例えば、平均粒子径（メジアン径、Ｄ５０）が４００～５００ｎｍで、斜方晶－正方晶の転移点温度が２２３℃以上２２８℃以下で、正方晶－立方晶の転移点温度が４２０℃以上４３０℃以下のものが好ましい。これにより、圧電体層１３の圧電性能をより向上し、出力性能がより優れた複合圧電素子１０を提供することができる。
　圧電体層１３は、合成樹脂と圧電粒子との複合材であり、可撓性を有している。圧電体層１３の変形によるクラック等の発生を抑える観点から、常温で、適度な柔軟性を有した合成樹脂が好ましい。このような合成樹脂としては、非晶性ポリエステル樹脂またはポリウレタン樹脂が好ましい。また、非晶性ポリエステル樹脂及びポリウレタン樹脂は、一般に広く使用され、容易にしかも安価に入手することができる点においても好ましい。
　図１（ｂ）および図１（ｃ）には、圧電体層１３を単層で構成した例を示したが、圧電体層１３を複数層で構成してもよい。例えば、２つの第１圧電体層と、２つの第１圧電体層の間に配された第２圧電体層と、で圧電体層１３を構成してもよい。この場合、２つの第１圧電体層における圧電粒子の体積パーセント濃度が、その間の第２圧電体層における圧電粒子の体積パーセント濃度よりも高いことが好ましい。例えば、圧電粒子としてニオブ酸カリウムを用いる場合、第１圧電体層における圧電粒子の体積パーセント濃度は５０～６５ｖｏｌ％が好ましい。第２圧電体層における圧電粒子の体積パーセント濃度は、０．０１～６０ｖｏｌ％が好ましく、１０～５０ｖｏｌ％がより好ましい。
　第２圧電体層の圧電粒子の体積パーセント濃度を低くすることにより、曲げに対する耐性すなわち曲げ耐性が向上する。この第２圧電体層の曲げ耐性の向上により、圧電粒子の体積パーセント濃度が高い圧電体の単層で構成した場合よりも、圧電体層１３全体としての曲げ耐性が高くなる。しかも圧電粒子の体積パーセント濃度が高い第１圧電体層で第２圧電体層を挟んだ構造とすることで、第１圧電体層による性能が優先され、圧電体層１３全体として圧電性能が大きく低下することがない。このことにより、圧電性能を維持しつつ、曲げに対する曲げ耐性が向上した複合圧電素子１０を提供することができる。また、圧電粒子の体積パーセント濃度が低い第２圧電体層を挟むことで、高価な圧電粒子の使用量を低減しつつ、圧電性能を維持した圧電体層１３を構成することができる。
　圧電体層１３は例えば、以下のようにして製造することができる。
　先ず、溶剤に可溶な非晶性ポリエステル樹脂またはポリウレタン樹脂を用い、このバインダー樹脂とカルビトールアセテート等の溶剤とニオブ酸カリウムの粒体とを所望の配合比で混合し、３本ロール等の混合機でそれぞれを均一に分散させ、誘電体ペーストを作製する。
　次に、スクリーン印刷等の手法を用いて、誘電体ペーストをベースフィルム１１の片面側の第１電極層１２を覆うように、平面視において重なるように塗布し、乾燥及び硬化させて圧電体層１３を形成する。図１（ａ）では、破線で示したように、平面視において、櫛歯状に形成された第１電極層１２の３つの歯の部分に帯状部１３ａ～ｃを形成した例を示したが、３つの歯の部分を連結する部分を含めて第１電極層１２全体に重なるように、圧電体層１３を形成してもよい。硬化後の圧電体層１３の厚みは、５～１００μｍが好ましく、１５～５０μｍがより好ましい。
　なお、上述した誘電体ペーストには、少量の硬化剤を適宜用いても良いし、消泡剤を添加しても良い。また、ニオブ酸カリウムの粒体の表面にシランカップリング剤を担時させる処理を行っても良い。特に、消泡剤の添加やシランカップリング剤処理を行うことで、圧電体層１３に気泡等の欠陥が生じるのを防止することができ、圧電体層１３の厚み方向の導通不良を低減することができる。
　最後に、形成された圧電体層１３に分極処理を行う。分極処理は、形成された圧電体層１３をキュリー点近傍の温度に加熱して、図１（ａ）に示す第１電極層１２の端子部１２１および第２電極層１４の端子部１４１から、圧電体層１３の厚みに応じた直流電圧を圧電体層１３に１～１０（Ｖ／μｍ）程度、印加する。そして、常温に戻した後、第１電極層１２と第２電極層１４との間を短絡させて余分な容量を除去して終了する。なお、直流電圧の印加は、４～６（Ｖ／μｍ）が好適である。このようにして、圧電体層１３は、初期状態から分極された状態へと、簡単に処理を行うことができる。
　以上のように、ベースフィルム１１表面に設けられた、第１電極層１２、圧電体層１３および第２電極層１４が合成樹脂にフィラーが分散されたものであるから、複合圧電素子１０は全体として可撓性を有するものとなる。
　なお、図１の複合圧電素子１０はオーバーコート部材を備えていないが、外部環境から保護するオーバーコート部材を設けても良い。オーバーコート部材は、例えば、顔料が含有された絶縁性のポリウレタン樹脂をベースとした絶縁性ペーストを用い、スクリーン印刷等の手法を用い、第２電極層１４全体を覆うようにして絶縁性ペーストを塗布、積層し、加熱を行い、乾燥及び硬化させる。この硬化後のオーバーコート部材の厚みは、１０～１００μｍ程度である。なお、ポリウレタン樹脂以外に、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂等を用いても良い。
　以上のように、複合圧電素子１０は、安易で安価なスクリーン印刷法を用いて形成しているので、容易かつ安価に作製することができる。
　図２（ａ）は、本実施形態の変形例である複合圧電素子２０の構成を模式的に示す平面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ－Ａ矢視断面図であり、図２（ｃ）は図２（ａ）のＢ－Ｂ矢視断面図である。図２（ａ）に示すように、複合圧電素子２０の緩衝部１６は、帯状部１３ａ～ｃの長手方向に沿って複数の切欠き部１７を有している。このように、緩衝部１６に切欠き部１７が断続的に複数設けられた構成により、測定部１５の測定感度に異方性を付与することができる。したがって、複合圧電素子２０は、複合圧電素子１０同様、帯状部１３ａ～ｃの長手方向の変形を高感度で精度良く測定することができる。
（第２実施形態）
　図３（ａ）は、本実施形態の複合圧電素子３０の構成を模式的に示す平面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ－Ａ矢視断面図、図３（ｃ）は図３（ａ）のＢ－Ｂ矢視断面図、である。これらの図に示すように、本実施形態の複合圧電素子３０は、平面視において、緩衝部１６を含む複合圧電素子３０全体にベースフィルム１１が形成されている構成において、第１実施形態の複合圧電素子１０と異なっている。
　上述した第１実施形態の複合圧電素子１０では、帯状部１３ａ～ｃの短手方向と長手方向との測定感度の差を大きくするために、緩衝部１６に切欠き部１７が設けられている。対して、本実施形態の複合圧電素子３０では、緩衝部１６には切欠き部１７が設けられていないものの、緩衝部１６が測定部１５よりも相対的にヤング率が小さく、帯状部１３ａ～ｃの短手方向に変形しやすい構成となっている。このため、測定対象が短手方向に変形した場合、測定部１５よりも先に緩衝部１６が優先的に変形することで、測定部１５に加わる短手方向の力を緩衝できる。したがって、複合圧電素子３０は、帯状部１３ａ～ｃの長手方向の変形を高感度で精度良く測定することができる。
　特定方向に生じた変形を高感度で精度良く測定する観点から、緩衝部１６のヤング率は、測定部１５のヤング率よりも小さいことが好ましく、測定部１５のヤング率の１／２以下がより好ましく、測定部１５のヤング率の１／１０以下がさらに好ましい。測定部１５および緩衝部１６のヤング率は、図３（ａ）におけるＸＹ平面におけるヤング率をいう。また、測定部１５のヤング率はベースフィルム１１、第１電極層１２、圧電体層１３および第２電極層１４からなる積層体としてのヤング率であり、緩衝部１６のヤング率は、ベースフィルム１１のヤング率である。
　図４（ａ）は本実施形態の変形例にかかる複合圧電素子４０の構成を模式的に示す平面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）のＡ－Ａ矢視断面図であり、図４（ｃ）は図４（ａ）のＢ－Ｂ矢視断面図である。これらの図に示すように、複合圧電素子４０は、平面視において、緩衝部１６を含む複合圧電素子４０全体にベースフィルム１１に加えて第１電極層１２が形成されている。このため、緩衝部１６はベースフィルム１１と第１電極層１２と積層体により構成されている。
　緩衝部１６にベースフィルム１１以外が形成されている場合も、緩衝部１６のヤング率を測定部１５のヤング率よりも低くすることで、緩衝部１６が測定部１５よりも先に優先的に変形する。このため、測定部１５に加わる帯状部１３ａ～ｃの短手方向の力を緩衝することができる。したがって、複合圧電素子４０は、帯状部１３ａ～ｃの長手方向の変形を高感度で精度良く測定することができる。
（第３実施形態）
　複合圧電素子を備えたタイヤ状態測定装置として本発明を実施する場合について、以下に説明する。
　図５（ａ）および図５（ｂ）は、複合圧電素子１０を備えた本実施形態のタイヤ状態測定装置５０により測定されるタイヤ６０の状態を模式的に示す平面図である。
　図５（ａ）は、自動車などに取り付けられたタイヤ６０が回転していない状態を示している。同図に示すように、タイヤ６０が回転しない自動車の駐停車中には、自動車の重量によってタイヤ６０の接地部６１すなわち路面７０と接触する部分がタイヤの周方向において伸びる。
　図５（ｂ）は、自動車などに取り付けられたタイヤ６０が矢印で示す方向に回転している状態を示している。同図に示すように、自動車の走行中における回転しているタイヤ６０では、タイヤ６０の周方向において、路面７０と接触している接地部６１に伸びが発生し、接地部６１近傍の上流部６２および下流部６３に縮みが発生する。この回転に伴う周期的な伸び縮みに伴ってタイヤ６０が変形する速度は、タイヤ６０の状態に応じて変化する。
　そこで、タイヤ状態測定装置５０は、複合圧電素子１０を用いてこの変形速度を測定することによって、タイヤ６０の状態を測定する。複合圧電素子１０を用いて測定する対象となるタイヤ６０の状態としては、例えば、摩耗、タイヤトレッドの硬さ、摩擦（グリップ状態）等が挙げられる。また、タイヤ６０の状態を介して、路面７０の状態を測定することもできる。複合圧電素子１０を用いてタイヤ６０の変形速度を直接求めることができるので、タイヤ６０の状態を容易に評価することができる。
　また、本発明の複合圧電素子１０は、特定方向に高感度で精度良く測定可能であるから、タイヤ６０の回転方向（周方向）や回転方向に直交する方向等、特定方向の変形（伸縮）の測定に適している。例えば、圧電体層１３の帯状部１３ａ～ｃの長手方向（Ｘ方向、図１参照）が、タイヤ６０の周方向となるように複合圧電素子１０を配すると、タイヤ６０の回転方向の変形を高感度で精度良く測定することができる。
　タイヤ状態測定装置５０の複合圧電素子１０をタイヤ６０の裏側（路面７０との接地面の反対側）に取り付けることにより、タイヤ６０の状態を測定できる。例えば、エポキシ等の接着剤を用いて、複合圧電素子１０をタイヤ６０に貼り付けて、タイヤ状態測定装置５０を取り付けることができる。
　タイヤ状態測定装置５０によって得られたタイヤ６０の状態に関する情報は、単独で用いても、他の装置から得られた情報と組み合わせて用いてもよい。他の装置としては、自動車のタイヤ空気圧を監視するＴＰＭＳ（Tire Pressure Monitoring System）等の装置が挙げられる。
（第４実施形態）
　複合圧電素子を備えたタイヤ状態測定装置を、タイヤセンサモジュールとコンテナとを備えたタイヤセンサ装置として実施する態様について、以下に説明する。
　図１４は、分離された状態のタイヤセンサ装置を示す斜視図であり、図１５は、タイヤセンサ装置がタイヤに取り付けられた状態を示す一部断面斜視図である。図１４に示すように、タイヤセンサ装置１００は、タイヤセンサモジュール８０と、タイヤセンサモジュール８０を内包可能なコンテナ８５とを備えている。図１５に示すように、タイヤセンサ装置１００は、タイヤ６０の内側面６４に取り付けられたコンテナ８５にタイヤセンサモジュール８０が内包された状態で、タイヤ６０の状態を測定する。
　コンテナ８５は、タイヤ６０の変形に応じて変形可能であり、例えば、ヤング率がタイヤ６０と同じ１０～１０００ＭＰａ程度の樹脂を用いて構成される。コンテナ８５をタイヤ６０の内側面６４に取り付ける方法は限定されないが、例えば、エポキシ接着剤やシアノアクリレート瞬間接着剤などの接着剤を用いて貼り付ける方法が挙げられる。
　図６（ａ）は、本実施形態のタイヤセンサモジュールの構造を示す断面図であり、図１４のタイヤセンサ装置１００を一点鎖線で示す部分で切断してＡ－Ａ矢視方向に見たＡ－Ａ矢視断面の構造を模式的に示している。図６（ｂ）は、図６（ａ）のＢ－Ｂ矢視断面図である。
　タイヤセンサモジュール８０は、シート状の圧電センサ８１と、制御部８２と、緩衝部８３とを備えている。圧電センサ８１は、タイヤ６０に生じる変形（変形速度）を電圧に変換することにより、タイヤ６０（図１５参照）の変形を電気的に検出するものである。例えば、二枚の電極に圧電体が挟まれて構成されており、図１～４に示す複合圧電素子と同様の構成を備えたものを圧電センサ８１として用いることができる。圧電センサ８１は、タイヤ６０に追従して変形可能なコンテナ８５を介してタイヤ６０の変形を検知する。圧電センサ８１は、タイヤセンサモジュール８０の制御部８２と電気的に接続されており、制御部８２によって制御される。
　圧電センサ８１は、タイヤ６０に追従して変形することにより、タイヤ６０の状態を直接的に検知することができる。圧電センサ８１が検知（測定）する対象としては、例えば、タイヤ６０の摩耗、タイヤトレッドの硬さ、摩擦（グリップ状態）等が挙げられる。また、圧電センサ８１は、タイヤ６０の状態を介して路面７０（図５参照）の状態を測定することもできる。
　制御部８２は、基板８２１、通信部８２２および電源８２３が硬質樹脂８２４によって封止されている。制御部８２のヤング率は、制御部８２の外殻を構成する部分のヤング率をいうから、硬質樹脂８２４のヤング率が制御部８２のヤング率である。なお、制御部８２が硬質樹脂８２４により封止されていない場合、圧電センサ８１に設けられた部材のうち、最もヤング率の大きな部材のヤング率を制御部８２のヤング率とする。ただし、制御部８２を構成する基板８２１、通信部８２２および電源８２３は、通常、硬質樹脂８２４と同等程度のヤング率となるように設計される。
　基板８２１は、演算処理部や記憶部等を備えており、圧電センサ８１の計測結果の演算処理等の種々の演算およびタイヤセンサモジュール８０の制御を行う。基板８２１には、磁気センサ、加速度センサ等のような、シート型の圧電センサ８１以外のセンサや磁石等が設けられていてもよい。
　通信部８２２は、無線通信を介して、タイヤセンサモジュール８０の測定結果を外部の装置に発信したり、外部の装置から基板８２１における演算処理部への入力を受信したりする。外部の装置としては、例えば、自動車に関する種々のシステムを制御する電子回路の装置（ユニット）であるＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｕｎｉｔ）、自動車内にあるスマートフォンなどの携帯電子機器、無線通信回線を通じて接続されるサーバ装置等が挙げられる。
　電源８２３は、タイヤセンサモジュール８０に電力を供給する電池等である。
　硬質樹脂８２４は、制御部８２の基板８２１、通信部８２２および電源８２３などを保護するものであり、コンテナ８５よりも硬い（ヤング率が大きい）、例えば、ヤング率が１～５ＧＰａ程度の樹脂が用いられる。このため、制御部８２に圧電センサ８１を設けて硬質樹脂８２４で封止すると、圧電センサ８１の変形が硬質樹脂８２４によって阻害されることとなる。すなわち、シート状の圧電センサ８１は、基板８２１、通信部８２２および電源８２３などとともに、硬質樹脂８２４で封止されると、タイヤ６０に追従した変形が硬質樹脂８２４によって制約されるから、タイヤ６０の変形を感度良く検知することが困難である。
　そこで、タイヤセンサモジュール８０は、圧電センサ８１と制御部８２との間に緩衝部８３を設けている。緩衝部８３を設けることにより、圧電センサ８１はタイヤ６０の変形に追従して変形することが容易になる。図６（ａ）および図６（ｂ）に示す実施態様では、制御部８２がコンテナ８５と接する外周面に沿って円環状に突出する保持部８２Ｒを備えている。そして、保持部８２Ｒの端部８２Ｅが、円形の圧電センサ８１における円周の近傍に接して、圧電センサ８１を取り囲むようにシート状の圧電センサ８１が設けられている。これにより、圧電センサ８１と制御部８２との間の大部分を占める空間が緩衝部８３として機能するから、圧電センサ８１はタイヤ６０に追従して変形することが容易になる。また、保持部８２Ｒが圧電センサ８１を取り囲んでいるから、安定的に圧電センサ８１を所定位置に保持することができる。ただし、保持部８２Ｒは、圧電センサ８１を保持可能な形状であればよく、例えば、保持部８２Ｒを棒状とし、図６（ｂ）に示す保持部８２Ｒが形成する円形に沿って複数本配置し、その各端部８２Ｅが圧電センサ８１と接する構成としてもよい。
　このように、圧電センサ８１と制御部８２との間に緩衝部８３を設けることにより、図６（ａ）に破線で示すように、圧電センサ８１は、制御部８２と干渉することなく、タイヤ６０（図１５参照）の変形に追従して変形することが可能になる。すなわち、タイヤセンサモジュール８０は、圧電センサ８１と制御部８２との間に緩衝部８３が設けられた構成により、圧電センサ８１の変形が容易になり、タイヤ６０の変形を感度良く検知することができる。
　圧電センサ８１は、タイヤ６０の回転に伴う周期的は変形を測定対象としているが（図５（ａ）、図５（ｂ）参照）、タイヤ６０が異物を踏んだとき等に、タイヤ６０から瞬間的に過大な力が加わる事態も生じ得る。このような場合、タイヤセンサモジュール８０の制御部８２に過大な力が加わると、故障の原因となるおそれがある。
　タイヤセンサモジュール８０では、圧電センサ８１と制御部８２との間に設けられている緩衝部８３が、制御部８２に過大な力が加わることを抑制している。例えば、タイヤ６０が異物を踏んだときのタイヤ６０の変形が緩衝部８３の範囲内に収まれば、制御部８２に過大な力が加わることはない。また、タイヤ６０の変形が緩衝部８３の範囲を超える場合でも、緩衝部８３によって制御部８２に加わる力を弱めることができる。このように、緩衝部８３は、圧電センサ８１の変形を容易にするとともに、タイヤ６０から過大な力が制御部８２に加わることを抑制して、制御部８２の故障を防ぐことにより、タイヤセンサモジュール８０の信頼性を向上させる効果をも奏する。
　タイヤ６０の変形を感度良く検知するとともにタイヤセンサモジュール８０の信頼性を向上させる観点から、緩衝部８３の高さｈは、２ｍｍ以上が好ましく、５ｍｍ以上がより好ましい。また、タイヤセンサモジュール８０を小型化する観点から、緩衝部８３の高さｈは、５ｍｍ以下が好ましく、３ｍｍ以下がより好ましい。したがって、信頼性と小型化とを両立するためには、緩衝部８３の高さｈを２～３ｍｍ程度とすることが好ましい。なお、緩衝部８３の高さｈとは、図６（ａ）に示すように、圧電センサ８１と制御部８２との間の距離をいい、両者の距離が一定でない場合は最も近い部分の距離をいう。
　図７は、タイヤセンサモジュールおよびタイヤセンサ装置の変形例を示す断面図である。タイヤセンサ装置１００は、同図に示すように、圧電センサ８１と接するコンテナ８５の底内側面８６に、圧電センサ８１を保持するコンテナ側アンカー８７を備えていてもよい。コンテナ側アンカー８７によって、圧電センサ８１がコンテナ８５の底内側面８６に接した状態をより安定的に保持できる。したがって、圧電センサ８１と底内側面８６との位置関係を一定に維持して、圧電センサ８１がタイヤ６０の変形を精度良く検知することができる。図７に示すように、コンテナ側アンカー８７により圧電センサ８１を保持する場合、圧電センサ８１を保持するための円環状の保持部８２Ｒ（図６（ａ）、図６（ｂ）参照）は不要である。
　図１３（ａ）および図１３（ｂ）は、本発明の圧電センサを示しており、図１３（ａ）が平面図、図１３（ｂ）が図１３（ａ）のＣ－Ｃ矢視断面図である。圧電センサ８１は、シート状であり、図１３（ａ）に示すように、タイヤ６０に対する面からの平面視すなわちシートの法線方向からの平面視で円形である。平面視の形状を円形とすることで、圧電センサ８１を設置する方向によらず測定条件が同じになるから、圧電センサ８１が変形する方向によらず、変形速度および大きさが同じなら出力が同じになる。したがって、タイヤ６０への設置作業における取り付け方向の確認が容易になる（図１５参照）。すなわち、コンテナ８５内へタイヤセンサモジュール８０（圧電センサ８１）を挿入・取り付けするときのタイヤ６０に対する向きが多少ずれたとしても、出力に大きなバラツキが発生しにくい。仮に圧電センサ８１が長方形状であった場合、長方形の短手方向の変形に対する感度よりも、長方形の長手方向の変形に対する感度の方が高い。そのため、タイヤセンサモジュール８０（圧電センサ８１）をタイヤ６０に対して取り付ける向きがずれると、出力にも影響が出やすい。
　圧電センサ８１のサイズは特に限定されないが、高い出力を得る観点から、直径は５ｍｍ以上が好ましく、８ｍｍ以上がより好ましい。小型化の観点から、直径は２０ｍｍ以下が好ましく、１５ｍｍ以下がより好ましい。
　本実施形態では、シートの法線方向からの平面視で円形である圧電センサを用いた場合について説明したが、圧電センサの形状はこれに限られない。例えば、上述した実施形態で用いた図１～図４に示す複合圧電素子を圧電センサとして用いることもできる。緩衝部を備えた複合圧電素子を用いることにより、所定方向の感度が良好なタイヤセンサモジュールとすることができる。
（第５実施形態）
　図８は、本実施形態のタイヤセンサモジュールおよびタイヤセンサ装置を示す断面図である。本実施形態のタイヤセンサ装置２００のタイヤセンサモジュール９０は、制御部８２の硬質樹脂８２４よりもヤング率が小さい（柔らかい）柔軟部９３が緩衝部８３に設けられている構成において、第１実施形態のタイヤセンサ装置１００のタイヤセンサモジュール８０と異なっている。本発明において、素材の柔らかさはヤング率により評価し、ヤング率が小さいほど柔らかい（大きいほど硬い）という。
　緩衝部８３に設けられた柔軟部９３は、硬質樹脂８２４よりも柔らかい。このため、圧電センサ８１は、硬質樹脂８２４に封止された場合よりも、タイヤ６０の変形に伴って変形しやすい。また、緩衝部８３に柔軟部９３を設けることにより、制御部８２を保護する効果も向上する。さらに、柔軟部９３が圧電センサ８１と制御部８２の両方に接することにより、圧電センサ８１と制御部８２と相対的な位置関係を維持できるから、圧電センサ８１の測定条件を所定の状態として測定精度を向上させることができる。
　柔軟部９３に用いる素材は、制御部８２より柔らかければよいが、コンテナ８５より柔らかいものよりが好ましく、例えば、ウレタン樹脂、天然ゴム、合成ゴム、ブタジエンゴム、ブチルゴム、エチレンプロピレンゴム、ニトリルブタジエンゴム、シリコーンゴム、アクリルゴムなどが挙げられる。柔軟部９３のヤング率は、１０～１０００ＭＰａが好ましく、１０～５００ＭＰａがより好ましく、１０～１００ＭＰａがさらに好ましい。
　図９は、本実施形態のタイヤセンサモジュールおよびタイヤセンサ装置の変形例を示す断面図である。タイヤセンサ装置２００は、同図に示すように、圧電センサ８１と接するコンテナ８５の底内側面８６に、圧電センサ８１を保持するコンテナ側アンカー８８を備えていてもよい。コンテナ側アンカー８８により、圧電センサ８１がコンテナ８５の底内側面８６に接した状態を維持することができる。したがって、圧電センサ８１は、コンテナ８５の底内側面８６を介して、タイヤ６０の変形を感度良く検知することができる。なお、図９に示すコンテナ側アンカー８８は、図７のコンテナ側アンカー８７とは異なり、圧電センサ８１を貫くものではなく、コンテナ側アンカー８８の表面に沿って圧電センサ８１を位置させて保持するものである。
　図１０（ａ）および図１０（ｂ）は、本実施形態のタイヤセンサモジュールの構造の変形例を示す断面図である。同図に示すように、タイヤセンサ装置２００の緩衝部８３は、柔軟部９３が設けられていない空隙部９４を備えていてもよい。空隙部９４を備えることにより、柔軟部９３が緩衝部８３内においてより変形しやすくなるから、圧電センサ８１がタイヤ６０の変形に追従して変形しやすくなり、タイヤセンサモジュール９０の検知感度が向上する。また、圧電センサ８１に、柔軟部９３により押圧される箇所と押圧されない箇所ができることでタイヤセンサモジュール９０の検知感度が向上する。
　図１０（ｂ）に示すように、圧電センサ８１は平面視で円形であり、方向を問わずにタイヤ６０の変形を検知するのに適している。また、同図に示すように、空隙部９４は、柔軟部９３の外周面を取り囲むように均一な幅で設けられている。この構成によってすべての方向へのタイヤ６０の変形に対して同様に圧電センサ８１が追従しやすくなり、変形方向によらずタイヤセンサモジュール９０の検知感度が良好になる。
　図１１（ａ）は、本実施形態のタイヤセンサモジュールの構造の変形例を示す断面図である。同図に示すように、タイヤセンサモジュール９０の柔軟部９３はスリット９５を備えていてもよい。スリット９５は、柔軟部９３を分断する細長い隙間をいう。スリット９５を備えることにより、空隙部９４（図１０（ａ）、図１０（ｂ）参照）同様、柔軟部９３が緩衝部８３内で変形しやすくなるから、タイヤセンサ装置２００の検知感度が向上する。
　図１１（ｂ）に示すように、複数のスリット９５を一方向に沿って平行に設けることで、スリット９５が設けられる方向との関係で、柔軟部９３の変形しやすさを異ならせることができる。このため、平面視で円形の圧電センサ８１であっても、タイヤ６０が変形する方向により検知感度を調整することが可能である。例えば、タイヤ６０の回転方向（図５（ｂ）参照）と、スリット９５の長手方向とが直交するように、タイヤセンサ装置２００を設置すれば、柔軟部９３はタイヤ６０の回転方向に伸縮しやすくなる。したがって、タイヤ６０の回転方向の変形の検知感度が良好なタイヤセンサモジュール９０とすることができる。
　図１０（ａ）、図１０（ｂ）、図１１（ａ）および図１１（ｂ）に示すように、空隙部９４やスリット９５を設けることにより、緩衝部８３内において柔軟部９３がより変形しやすくなる。したがって、圧電センサ８１がタイヤ６０に追随してより変形しやすくなり、圧電センサ８１の検知感度が向上する。また、空隙部９４やスリット９５の構成によって、圧電センサ８１の検知感度を、タイヤ６０が変形する方向によらず同じにしたり、変形する方向によって変えたりすることができる。なお、空隙部９４や柔軟部９３が備えるスリット９５の形状や数は上述の例に限定されない。例えば、柔軟部９３を平行な複数のスリット９５が直交するように格子状に設けられた構成とすれば、圧電センサ８１の検知感度はタイヤ６０の変形方向によらず同じになる。
　図１２は、本実施形態のタイヤセンサモジュールおよびタイヤセンサ装置の変形例を示す断面図である。同図に示すように、タイヤセンサモジュール９０は、制御部８２が緩衝部８３側にアンカー８４を備えている。アンカー８４を柔軟部９３のスリット９５に挿入することにより、柔軟部９３および圧電センサ８１と制御部８２との位置関係の変化を抑制することができる。したがって、圧電センサ８１の測定条件を一定に維持して、タイヤ６０の変形を精度良く検知することが可能である。
　本発明は、摩耗などのタイヤの状態や路面の状態を測定する装置、として有用である。
１０、２０、３０、４０　：複合圧電素子
１１　　：ベースフィルム
１２、１４　：第１電極層
１２１、１４１　：端子部
１３　　：圧電体層
１３ａ、１３ｂ、１３ｃ　：帯状部
１５　　：測定部
１６　　：緩衝部
１７　　：切欠き部
５０　　：タイヤ状態測定装置
６０　　：タイヤ
６１　　：接地部
６２　　：上流部
６３　　：下流部
６４　　：内側面
７０　　：路面
８０、９０：タイヤセンサモジュール
８１　　：圧電センサ
８２　　：制御部
８２Ｒ　：保持部
８２Ｅ　：端部
８２１　：基板
８２２　：通信部
８２３　：電源
８２４　：硬質樹脂
８３　　：緩衝部
８４　　：アンカー
８５　　：コンテナ
８６　　：底内側面
８７、８８：コンテナ側アンカー
９３　　：柔軟部
９４　　：空隙部
９５　　：スリット
１００、２００　：タイヤセンサ装置（タイヤ状態測定装置）
ｈ　　　：高さ
Ｌ：　　長さ
Ｗ１、Ｗ２：　幅

Claims (22)

  1. 　第１電極層と、前記第１電極層に配された圧電体層と、前記圧電体層に配された第２電極層と、を備えた複合圧電素子において、
    　平面視において、前記第１電極層、前記圧電体層および前記第２電極層が設けられた測定部と、前記圧電体層が設けられていない緩衝部と、を備えていることを特徴とする、複合圧電素子。
  2. 　前記圧電体層が、平面視において、帯状部を複数有する、請求項１に記載の複合圧電素子。
  3. 　前記帯状部のアスペクト比が、１０００：１～１０：５である、請求項２に記載の複合圧電素子。
  4. 　複数の前記帯状部は、長手方向が略平行になるように配置されている、請求項２に記載の複合圧電素子。
  5. 　前記緩衝部が、隣接する前記帯状部の間に、前記帯状部の長手方向に沿って形成されている、請求項４に記載の複合圧電素子。
  6. 　前記緩衝部は、平面視において、前記帯状部の長手方向に沿って設けられた切欠き部を備えている、請求項５に記載の複合圧電素子。
  7. 　前記切欠き部は、平面視において、前記帯状部の長手方向に沿って連続するスリットである、請求項６に記載の複合圧電素子。
  8. 　ベースフィルムを備えており、
    　前記第１電極層が前記ベースフィルムに配されている、請求項１に記載の複合圧電素子。
  9. 　前記ベースフィルムが、平面視において、前記測定部および前記緩衝部に形成されており、
    　前記緩衝部のヤング率が前記測定部のヤング率よりも小さい、請求項８に記載の複合圧電素子。
  10. 　請求項１～９のいずれか一項に記載の複合圧電素子を備えたタイヤ状態測定装置。
  11. 　タイヤの変形を計測可能なシート状の圧電センサと、
    　前記圧電センサの計測結果を演算処理可能な制御部と、を備えたタイヤセンサモジュールにおいて、
    　前記圧電センサと前記制御部との間に緩衝部を備えていることを特徴とするタイヤセンサモジュール。
  12. 　前記緩衝部は、前記制御部よりもヤング率が小さい柔軟部を備えており、
    　前記柔軟部が前記圧電センサおよび前記制御部と接触している、請求項１１に記載のタイヤセンサモジュール。
  13. 　前記柔軟部のヤング率が１０～１０００ＭＰａである、請求項１２に記載のタイヤセンサモジュール。
  14. 　前記緩衝部は、前記柔軟部と空隙部とを備えている、請求項１２に記載のタイヤセンサモジュール。
  15. 　前記柔軟部にスリットを備えている、請求項１２に記載のタイヤセンサモジュール。
  16. 　前記制御部がアンカーを備えており、
    　前記アンカーが前記スリットに挿入されている、請求項１５に記載のタイヤセンサモジュール。
  17. 　前記制御部が、通信部を備えている、請求項１１に記載のタイヤセンサモジュール。
  18. 　前記制御部が、磁気センサ、加速度センサまたは磁石を備えている、請求項１１に記載のタイヤセンサモジュール。
  19. 　請求項１１に記載のタイヤセンサモジュールと、
    　前記タイヤセンサモジュールを内包可能であり、タイヤの内側に固定される弾性変形可能なコンテナと、を備えていることを特徴とするタイヤセンサ装置。
  20. 　前記コンテナは、前記タイヤセンサモジュールの前記圧電センサを所定の位置に保持するためのコンテナ側アンカーを備えている、請求項１９に記載のタイヤセンサ装置。
  21. 　前記タイヤセンサモジュールは、
    　　前記緩衝部が、前記制御部よりもヤング率が小さい柔軟部を備えており、
    　　前記柔軟部が、前記圧電センサおよび前記制御部と接触している、請求項２０に記載のタイヤセンサ装置。
  22. 　シート状の圧電センサであり、シートの法線方向からの平面視で円形であることを特徴とする、タイヤの変形を検知する圧電センサ。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023182143A1 (ja) * 2022-03-23 2023-09-28 横浜ゴム株式会社 機能部品付き収容体及びタイヤ
WO2023182144A1 (ja) * 2022-03-23 2023-09-28 横浜ゴム株式会社 機能部品付き収容体及びタイヤ

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11248725A (ja) * 1997-12-17 1999-09-17 Sumitomo Rubber Ind Ltd タイヤ回転センサ
JP2003262501A (ja) * 2002-03-07 2003-09-19 Canon Inc 歪み計測装置、歪み抑制装置、及び露光装置、並びにデバイス製造方法
WO2010005081A1 (ja) * 2008-07-10 2010-01-14 株式会社ニコン 変形計測装置、露光装置、変形計測装置用治具、位置計測方法、及びデバイス製造方法
JP2010101842A (ja) * 2008-10-27 2010-05-06 Kyoraku Sangyo Kk 振動検出装置
JP2014234038A (ja) 2013-05-31 2014-12-15 国立大学法人 東京大学 タイヤ内センサーの変形状態検知方法、タイヤ接地状態推定方法、及び、タイヤ接地状態推定装置
JP2017114438A (ja) 2015-12-25 2017-06-29 株式会社デンソー タイヤマウントセンサ
KR101925775B1 (ko) * 2017-11-30 2018-12-06 한국타이어 주식회사 타이어에 센서를 부착하기 위한 컨테이너구조

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7343787B2 (en) * 2005-05-19 2008-03-18 Oguzhan Oflaz Piezoelectric tire sensor and method
JP2007331293A (ja) 2006-06-16 2007-12-27 Bridgestone Corp 空気入りタイヤの製造方法
WO2008059838A1 (fr) 2006-11-14 2008-05-22 Kabushiki Kaisha Bridgestone Pneu avec capteur et procédé pour mesurer le niveau de distorsion du pneu
DE102008035498A1 (de) * 2007-08-31 2009-03-05 Continental Teves Ag & Co. Ohg Reifenmodul mit piezosensitivem Sensor
JP5928935B2 (ja) 2008-08-29 2016-06-01 カンパニー ジェネラレ デ エスタブリシュメンツ ミシュラン １‐ｄタイヤ用装置
BR112013016890A8 (pt) * 2010-12-30 2018-01-02 Michelin & Cie Sistema a base de piezoeléctrico e método para determinação de carga de pneu
JP6206307B2 (ja) * 2014-04-11 2017-10-04 株式会社デンソー タイヤ構造体
WO2016002262A1 (ja) 2014-07-04 2016-01-07 株式会社村田製作所 圧電センサおよび圧電素子
JP2016088473A (ja) * 2014-11-11 2016-05-23 株式会社デンソー タイヤ組立体
CN107208999B (zh) * 2015-02-18 2019-07-23 株式会社村田制作所 压电传感器
JP5797866B1 (ja) * 2015-07-14 2015-10-21 日本写真印刷株式会社 圧電センサおよび圧力検出装置
JP2018173344A (ja) * 2017-03-31 2018-11-08 セイコーエプソン株式会社 センサーデバイス、力検出装置およびロボット

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11248725A (ja) * 1997-12-17 1999-09-17 Sumitomo Rubber Ind Ltd タイヤ回転センサ
JP2003262501A (ja) * 2002-03-07 2003-09-19 Canon Inc 歪み計測装置、歪み抑制装置、及び露光装置、並びにデバイス製造方法
WO2010005081A1 (ja) * 2008-07-10 2010-01-14 株式会社ニコン 変形計測装置、露光装置、変形計測装置用治具、位置計測方法、及びデバイス製造方法
JP2010101842A (ja) * 2008-10-27 2010-05-06 Kyoraku Sangyo Kk 振動検出装置
JP2014234038A (ja) 2013-05-31 2014-12-15 国立大学法人 東京大学 タイヤ内センサーの変形状態検知方法、タイヤ接地状態推定方法、及び、タイヤ接地状態推定装置
JP2017114438A (ja) 2015-12-25 2017-06-29 株式会社デンソー タイヤマウントセンサ
KR101925775B1 (ko) * 2017-11-30 2018-12-06 한국타이어 주식회사 타이어에 센서를 부착하기 위한 컨테이너구조

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023182143A1 (ja) * 2022-03-23 2023-09-28 横浜ゴム株式会社 機能部品付き収容体及びタイヤ
WO2023182144A1 (ja) * 2022-03-23 2023-09-28 横浜ゴム株式会社 機能部品付き収容体及びタイヤ

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