WO2022044665A1

WO2022044665A1 - タイヤ摩耗測定装置および発電装置

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Publication number: WO2022044665A1
Application number: PCT/JP2021/027841
Authority: WO
Inventors: 佑貴今井; 徳男中村; 貴史野口; 博之戸張; 真哉市瀬; 亮介鈴木; 利恵黒澤; 平四郎不藤; 英司篠原; 学田村; 信彦末松
Original assignee: アルプスアルパイン株式会社
Priority date: 2020-08-25
Filing date: 2021-07-28
Publication date: 2022-03-03
Also published as: CN116325448A; JP7492590B2; DE112021004471T5; JPWO2022044665A1; US20230158837A1

Abstract

タイヤ２０に埋設された磁性体３０の磁界に基づいてタイヤ２０の摩耗を検知する本発明に係るタイヤ摩耗測定装置１０は、磁気センサ１２Ａ・１２Ｂと電池１１とを備え、電池１１は、磁性体３０の磁界を伝達可能であり、かつその外周端１１ｅから磁性体３０の磁界を放出磁界として放出し、磁気センサ１２Ａ・１２Ｂは放出磁界を検知可能な位置に配置されているため、タイヤの摩耗を精度よく検出でき、小型・軽量化に適する。

Description

タイヤ摩耗測定装置および発電装置

　本発明は、タイヤに埋設された磁石の磁界に基づいてタイヤの摩耗を検出するタイヤ摩耗測定装置および発電装置に関する。

　タイヤの摩耗が進行すると、路面を走行する際におけるグリップ性能や、濡れた路面を走行する際におけるタイヤと路面との間の水を排出する排水性能が低下する。そこで、運転者や車両管理者は、タイヤのトレッドの摩耗状態を目視で点検し、安全性を確保するために使用限度を超える前にタイヤを交換する。目視による点検にはタイヤの溝に設けられているスリップサインなどが用いられる。しかし、点検作業は煩雑であり、また、摩耗状態の評価を誤るおそれもある。ユーザーによっては点検を行わないことも考えられる。評価を誤った場合、性能が低下したタイヤが継続して使用されることになり、安全性の観点から好ましくない。
　そこで、目視以外の方法によってタイヤの摩耗の程度を測定するためのセンサモジュールが提案されている。たとえば、特許文献１には、トレッド部のタイヤ半径方向の磁場の磁束密度を検知する磁気センサを有し、磁気センサにより検知された磁束密度によりトレッド部の摩耗を測定するように構成されたセンサモジュールが記載されている。
　また、特許文献２には、タイヤ内のデバイスに電力を供給するための、振り子に磁石が配置され、振り子を支持する本体側にコイルが配置され、タイヤの回動とともに磁石が回動し発電するタイヤ内発電装置が開示されている。

特開２０１９－２０３８３１号公報特開２０１１－２３９５１０号公報

　しかし、特許文献１に記載のセンサモジュールは、摩耗により変化する磁場の強さを測定し、タイヤの摩耗状態を常時正確に把握することを目的としている。このため、同文献には、センサモジュールの小型・軽量化のための構成は記載されていない。また、センサモジュールはタイヤに取り付けて用いられるため、大型であったり・重量が大きかったりすると、タイヤが回転する時のバランスを悪くする原因となるおそれがある。したがって、センサモジュールは、できるだけ小型・軽量であることも求められている。また、特許文献２に記載の装置は、発電システムとして大掛かりであるから、重量が大きくなりやすく、この装置を取り付けたタイヤでは回転時のバランスが悪くなることも考えられる。
　本発明は、タイヤの摩耗を精度よく検出でき、小型・軽量化に適したタイヤ摩耗測定装置およびタイヤ内へ設置可能な発電装置を提供することを目的としている。

　本発明は、磁気センサと集磁部材とを備え、タイヤに埋設された磁石の磁界に基づいて前記タイヤの摩耗を検知するタイヤ摩耗測定装置において、前記集磁部材は、前記磁石の磁界を伝達可能であり、かつ外周端から前記磁石の磁界を放出磁界として放出し、前記磁気センサは、前記放出磁界を検知可能な位置に配置されていることを特徴とするタイヤ摩耗測定装置を提供する。
　上記の構成により、集磁部材から放出される放出磁界を検知することにより、磁気センサをタイヤに埋設された磁石の近傍に配置する必要がなくなる。したがって、磁気センサの設計における自由度が高くなり、タイヤ摩耗測定装置の構造を簡略化して小型・軽量化するとともに、検知精度を良好にすることができる。

　タイヤ摩耗測定装置は、前記放出磁界を誘導する磁界誘導部材を備えていることが好ましい。この場合、前記集磁部材がコイン型電池であり、前記コイン型電池の電極面の法線方向から平面視した場合に、前記磁界誘導部材の前記磁気センサ側の端部が、前記コイン型電池の前記外周端の外側に配置され、前記磁気センサが、前記コイン型電池と前記磁界誘導部材の端部との間に配置されていることが好ましい。
　上記の構成により、磁界誘導部材に誘導された放出磁界を磁気センサによって効率よく検知することができるから、磁気センサの検出精度が向上する。すなわち、コイン型電池と磁界誘導部材の端部との間に磁界誘導部材に誘導された放出磁界が形成される。この放出磁界を磁界誘導部材で誘導することにより、磁束密度を高くできる。したがって、コイン型電池と磁界誘導部材の端部との間に磁気センサを配置することにより、磁気センサは放出磁界を精度良く検知できる。

　前記コイン型電池は、その電極面が前記磁石に臨む向きに配置されていることが好ましい。この構成により、コイン型電池の外周端全体から放出磁界が放出されるから、外周端の近傍に磁気センサを配置することにより放出磁界を検知できる。

　前記磁界誘導部材が、導波路となり電磁波の放射・受信を行うアンテナであってもよい。通信用のアンテナを磁界誘導部材として用いることにより、タイヤ摩耗測定装置を小型・軽量化できる。

　前記磁気センサの検知可能方向は前記コイン型電池の電極面に平行な方向であり、前記コイン型電池の電極面に平行な同一平面上に、前記磁界誘導部材の前記端部と前記磁気センサとが配置されていてもよい。
　この構成により、磁気センサに検知される放出磁界には、コイン型電池の電極面に平行な成分がより多く含まれることとなるから、効率よく放出磁界を検知できる。

　前記磁気センサは、第１センサと第２センサとを有し、前記コイン型電池の前記電極面に平行な方向において、前記コイン型電池を挟んで、一方側に前記第１センサが配置され、他方側に前記第２センサが配置され、第１センサの出力と第２センサの出力とに基づいてタイヤの摩耗を検知してもよい。
　この場合、前記コイン型電池の前記電極面の法線方向から平面視したときに、前記コイン型電池の前記電極面の中心が、タイヤに埋設された前記磁石と重なり、かつ、前記第１センサと前記第２センサとを結んだ直線上に位置することが好ましい。
　第１センサの出力および第２センサの出力を用いることにより、外部磁界のようなノイズの影響をキャンセルできる。また、コイン型電池を挟んで一方側と他方側とでは磁界の向きが逆向きである。このため、例えば、両者の出力差を用いることによって１個の磁気センサの出力に比べて約２倍の出力が得られるから、検知精度が向上する。

　タイヤ摩耗測定装置が前記放出磁界を誘導する磁界誘導部材を備えている場合、前記磁気センサは、第１センサと第２センサとを有し、前記磁界誘導部材は、前記磁気センサ側の端部として、第１端部と第２端部とを有し、前記集磁部材がコイン型電池であり、前記コイン型電池の電極面に平行な方向において、前記コイン型電池を挟んで、一方側に前記第１センサおよび第１端部が配置され、他方側に前記第２センサおよび前記第２端部が配置され、前記第１センサの出力と前記第２センサの出力とに基づいてタイヤの摩耗を検知してもよい。
　磁界誘導部材に誘導された放出磁界を磁気センサによって効率よく検知することができるから、タイヤの摩耗測定における精度が向上する。

　タイヤ摩耗測定装置は、前記磁石の磁界の範囲内に配置されたコイルを備え、前記コイルに発生した誘導電流を動作用電源として利用可能であってもよい。この場合、前記コイルが、前記集磁部材と前記磁石との間に配置されていることが好ましい。
　タイヤの回転に伴う磁石とコイルとの相対位置の変化により、コイルにおける磁束密度が変化する。集磁部材と磁石との間にコイルを配置することでコイルを通過する磁束密度が大きくなるから、発電効率が向上する。したがって、外形（サイズ）を小さく維持したままコイルにより発電した電力をタイヤ摩耗測定装置の動作に利用することができる。

　本発明は、タイヤに埋設された磁石と、前記磁石の磁界の範囲内に配置されたコイルと、を備え、前記磁石と前記コイルとの相対位置が、前記タイヤの回転に伴って変化し、前記相対位置の変化に起因する前記コイルを通過する磁束密度の変化により発電する発電装置を提供する。発電装置は、磁性部材を備え、前記磁性部材と前記磁石との間にコイルが配置されていることが好ましい。
　上記の構成により、タイヤの回転に伴うコイルにおける磁束密度の変化によって生じる誘導電流を用いて発電することができる。

　本発明のタイヤ摩耗測定装置は、集磁部材から放出される放出磁界を検知することで、磁気センサの配置における自由度が高くなり、小型、軽量化を実現しつつ、タイヤの摩耗を精度よく測定することができる。また、コイルを配置することにより、装置を大型化することなく、タイヤの回転に伴ってコイルを通過する磁界の磁束密度の変化によって生じる誘導電流を用いて発電することができる。

本発明の実施形態に係るタイヤ摩耗測定装置の構成を模式的に示す断面図（ａ）図１のタイヤ摩耗測定装置における磁界を示すベクトルマップ、（ｂ）図１のタイヤ摩耗測定装置における磁界のセンサ検知成分を示すコンターマップ（ａ）図１のタイヤ摩耗測定装置における磁界のセンサ検知成分を示すコンターマップ、（ｂ）図８のタイヤ摩耗測定装置における磁界のセンサ検知成分を示すコンターマップ図１のタイヤ摩耗測定装置における、磁石と、コイン型電池と、磁気センサと、アンテナ端部との位置関係を模式的に示す説明図タイヤ摩耗測定装置の変形例の構成を模式的に示す断面図（ａ）図５のタイヤ摩耗測定装置における磁界を示すベクトルマップ、（ｂ）図５のタイヤ摩耗測定装置における磁界のセンサ検知成分を示すコンターマップタイヤ摩耗測定装置がタイヤに取り付けられた状態を模式的に示す断面図従来のタイヤ摩耗測定装置の構成を模式的に示す断面図（ａ）図８のタイヤ摩耗測定装置における磁界を示すベクトルマップ、（ｂ）図８のタイヤ摩耗測定装置における磁界のセンサ検知成分を示すコンターマップタイヤ摩耗測定装置の他の変形例の構成を模式的に示す断面図本発明の実施形態に係る発電装置の構成を模式的に示す断面図（ａ）実施例１および実施例２のタイヤ摩耗測定装置の形状を示す斜視図、（ｂ）比較例１のタイヤ摩耗測定装置の形状を示す斜視図実施例１、２および比較例１の出力比を示すグラフ

　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。
　図７は、本発明の実施形態に係るタイヤ摩耗測定装置がタイヤに取り付けられた状態を模式的に示す断面図である。同図に示すように、タイヤ摩耗測定装置１０は、タイヤ２０の内側面２１に設けられており、外側面２２のトレッド部２３に磁性体３０が埋設されている。トレッド部２３とともに磁性体３０が摩耗することに伴って、図中に破線で示す磁性体３０からの磁界Ｍが変化する。このため、タイヤ摩耗測定装置１０は、磁界Ｍを測定することにより、トレッド部２３の摩耗状態を検知できる。例えば、磁性体３０の摩耗に伴う磁界Ｍの変化をあらかじめ記憶したテーブルと磁界Ｍの測定値とに基づいて、タイヤ２０の摩耗状態を測定することができる。

　図８は、従来のタイヤ摩耗測定装置の構成を模式的に示す断面図である。同図に示すように、タイヤ摩耗測定装置１００はコイン型電池１０１を備えている。コイン型電池１０１のパッケージは透磁率の高い軟磁性材料でできているから、タイヤ２０のトレッド部２３に埋設された磁性体３０が形成する磁界はコイン型電池１０１に誘導されやすい。このため、従来、コイン型電池１０１は、磁性体３０と磁気センサ１０２Ａ・１０２Ｂとの間に配置されていなかった。磁気センサ１０２Ａ・１０２Ｂは、コイン型電池１０１よりも磁性体３０に近く、かつコイン型電池１０１から十分に離れた位置に配置されていた。すなわち、磁気センサ１０２Ａ・１０２Ｂによる磁気検出に対して影響しないように、磁性体３０からコイン型電池１０１までの距離Ｄ１が、磁性体３０から磁気センサ１０２Ａ・１０２Ｂまでの距離Ｄ２よりも大きくなるように配置されていた。コイン型電池１０１と磁気センサ１０２Ａ・１０２Ｂとを図８に示すように配置する構成は、タイヤ摩耗測定装置１００の構造が複雑化し、サイズが大きくなる原因であった。

　図９（ａ）は、図８のタイヤ摩耗測定装置における磁界を示すベクトルマップであり、図９（ｂ）は図８のタイヤ摩耗測定装置における磁界のセンサ検知成分を示すコンターマップである。ベクトルマップは、ベクトルを用いて磁界の方向および磁束密度を示したものである。コンターマップは、磁界におけるＸ軸方向の成分の磁束密度を濃淡で示したものであり、磁束密度が大きいほど濃い色で示される。

　図９（ａ）に示すように、従来のタイヤ摩耗測定装置１００は、磁性体３０の近傍に磁束密度が高い領域が形成されるから、この領域に磁気センサ１０２Ａ・１０２Ｂを配置して磁性体３０からの磁束を検知していた。しかし、図９（ｂ）に示すように、磁性体３０とは反対側のコイン型電池１０１の外周端１０１ｅの近傍に、Ｘ軸方向の成分の磁束密度が高い領域が形成されることが分かった。この領域の磁界は、コイン型電池１０１へ誘導された磁性体３０からの磁界がコイン型電池１０１を介して放出された放出磁界であって、磁性体３０からの磁界の変化に伴って変化する。したがって、当該放出磁界を測定することにより、磁性体３０の磁界の変化を検知することが可能である。

　すなわち、コイン型電池１０１を磁気センサ１０２Ａ・１０２Ｂよりも磁性体３０に近い位置に配置するとともに、磁気センサ１０２Ａ・１０２Ｂをコイン型電池１０１の外周端１０１ｅから放出される放出磁界を検知可能な位置に配置する構成により、磁性体３０からの磁界の変化を測定することができる。この構成により、コイン型電池１０１を集磁部材（疑似ヨーク）として用いることができるから、構造を簡略化して、タイヤ摩耗測定装置１００を小型化・軽量化することが可能になる。以下、本発明の実施形態について説明する。

　図１は、本発明の実施形態に係るタイヤ摩耗測定装置の構成を模式的に示す断面図である。同図に示すように、本実施形態のタイヤ摩耗測定装置１０は、磁気センサ１２Ａ・１２Ｂとコイン型電池１１とを備えており、タイヤ２０に埋設された磁性体３０の磁界を検知してタイヤ２０の摩耗を測定する。

　コイン型電池１１は、磁性体３０の磁界を伝達可能な位置に配置されており、その外周端１１ｅから磁性体３０からの磁界を放出磁界として放出する。本実施形態では、タイヤ摩耗測定装置１０の電源として一般的に用いられているコイン型（ボタン型）の電池を用いた態様について説明する。しかし、コイン型電池１１に限られず、磁性体３０の磁界を伝達可能な集磁部材を用いることができる。ここで、「磁界を伝達可能な集磁部材」とは、磁性体３０からの磁界を放出磁界として放出できる、透磁率の高い軟磁性材料からなる部分を備えた電池等の部材をいう。コイン型電池１１は、その電極面１１ｄから外周端１１ｅまで連続するパッケージ（外装）に軟磁性材料が用いられているから、磁性体３０の磁界の影響を受ける位置に配することにより、磁性体３０の磁界を伝達して、磁性体３０から遠い側の外周端１１ｅから放出磁界として放出することができる。

　本実施形態において、磁性体３０の磁界の影響が及ぶ位置とは、磁性体３０からの磁界の磁束密度を検知可能な領域をいう。０ｍＴでなければ磁束密度を検知することができるが、磁束密度が小さい場合ノイズの影響を受けやすいから、例えば、複数の検知結果の差分をとりノイズの影響を打ち消すことが好ましい。また、磁性体３０の磁界の影響が及ぶ位置に配置されているとは、磁界を伝達する軟磁性材料からなる部分が、磁界の影響が及ぶ位置に配置されていることをいう。なお、コイン型電池１１は、電極面１１ｄの軟磁性材料からなる部分が磁界の影響が及ぶ位置にあれば磁界を伝達して外周端１１ｅから放出磁界を放出することができる。このため、軟磁性材料からなる部分の全体が磁性体３０の磁界の影響が及ぶ位置に配置されていなくてもよい。

　コイン型電池１１は、電極面１１ｄが磁性体３０に臨む向きに配置されている。すなわち、電極面１１ｄの法線１１Ｌの方向（法線方向）がＹ軸方向を向くように、電極面１１ｄがタイヤ２０の内側面２１に対向して配置されている。このため、コイン型電池１１は、磁性体３０からの磁界を効率よく伝達し、外周端１１ｅから放出磁界として放出することができる。

　磁気センサ１２Ａ・１２Ｂは、コイン型電池１１を挟んで磁性体３０とは反対の面１１ｆ側における、外周端１１ｅから放出された放出磁界を検知可能な位置に配置されている。そして、磁気センサ１２Ａと磁気センサ１２Ｂとは、同一平面上に配置されている。なお、放出磁界は外周端１１ｅから図１における斜め上方向へ放出され、外周端１１ｅの近傍にその周辺に比べて磁束密度が高くなっている領域が形成される。すなわち、磁気センサ１２Ａ・１２Ｂを、外周端１１ｅから放出された放出磁界を検知可能な位置に配置することで、磁界の変化を精度よく検知することができる。磁気センサ１２Ａ・１２Ｂにより放出磁界を検知するためには、例えば、磁気センサ１２Ａ・１２Ｂの位置における検知可能方向の磁束密度が０．４ｍＴ以上であることが好ましい。なお、本実施形態における磁束密度は、使用前の新しいタイヤ２０にタイヤ摩耗測定装置１０を配置した場合に検知される磁束密度をいう。

　例えば、表面磁束密度として２６ｍＴの磁界を発生する磁性体３０を用いた場合、磁性体３０から電極面１１ｄまでの距離Ｄ１が１０～２０ｍｍ程度となる位置にコイン型電池１１を配置すれば、コイン型電池１１により磁界を伝達可能である。磁気センサ１２Ａ・１２Ｂによって外周端１１ｅからの放出磁界を精度よく検知する観点から、コイン型電池１１の外周端１１ｅからのＸ軸方向の距離（ＬＸ）が２．８ｍｍ以下、好ましくは２．５ｍｍ以下、より好ましくは２．３ｍｍ以下となるように磁気センサ１２Ａ・１２Ｂを配置する。また同様の観点から、コイン型電池１１の外周端１１ｅからのＹ軸方向の距離（ＬＹ）が３．２ｍｍ以下、好ましくは２．９ｍｍ以下、より好ましくは２．７ｍｍ以下となるように磁気センサ１２Ａ・１２Ｂを配置する。

　図１に示すように、磁気センサ１２Ａ・１２Ｂと磁性体３０とのＹ軸方向の距離Ｄ２は、コイン型電池１１と磁性体３０との距離Ｄ１よりも大きい。このため、磁気センサ１２Ａ・１２Ｂは、磁性体３０からの磁界を直接検知するのではなく、コイン型電池１１により伝達され、その外周端１１ｅから放出された放出磁界として検知する。なお、本実施形態において、部材間の距離とは、部材同士の最も近接する部分間の距離をいう。

　磁気センサ１２Ａ・１２Ｂは、外周端１１ｅからの放出磁界を測定するものであり、磁界の方向、強さによって抵抗が変化する磁気抵抗効果素子が用いられる。磁気抵抗効果素子としては、ＧＭＲ素子、ＴＭＲ素子等が挙げられる。磁気センサ１２Ａ・１２Ｂによる測定は、リアルタイムで連続的に行われる必要はなく、一定の時間毎に断続的に行われてもよい。あるいは、図示しない無線通信手段を介して受信した外部からの指示に応じて測定してもよい。一定の時間毎、あるいは指示に応じて測定を行うことにより、連続的に測定するよりも電力消費を抑制できる。磁気センサ１２Ａ・１２Ｂである磁気抵抗効果素子の代わりにホール素子を使用し、磁束の強さの変化を計測してもよい。また磁気インピーダンス効果素子を磁気センサ１２Ａ・１２Ｂとして用いて、磁界の変化によるインピーダンスの変化を計測してもよい。

　磁気センサ１２Ａ・１２Ｂは、Ｘ軸方向の磁束密度を検知可能に構成されているから、外周端１１ｅからの放出磁界を精度よく検知することができる。ただし、Ｘ軸方向のみでなく、それぞれ、互いに直交する３軸方向（Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸）の磁界を検知可能に構成されていてもよい、この場合、磁気センサ１２Ａ・１２Ｂは、１軸検出のセンサ３つを用いて構成されてもよい。なお、本実施形態においては、磁気センサ１２Ａ・１２ＢはモールドパッケージにＧＭＲ素子が内蔵されたＧＭＲセンサを用いている。

　タイヤ摩耗測定装置１０は、磁気センサ１２Ａ・１２Ｂによる磁界の測定に基づいたタイヤ２０の摩耗に関する情報を、無線通信手段などを介して車両側装置などに出力してもよい。無線通信手段を介して、車両側装置に磁気センサ１２Ａ・１２Ｂによる測定結果の情報を送信したり、車両側装置からの情報を受信したりすることができる。タイヤ摩耗測定装置１０と外部の装置との通信による情報の送受は図示しないＣＰＵによって制御される。

　タイヤ摩耗測定装置１０は外部との通信用のアンテナ１３を備えており、その両側の端部１３ａ・１３ｂが、それぞれ磁気センサ１２Ａ・１２Ｂの近傍の外周端１１ｅからの放出磁界を誘導可能な位置に配置されている。アンテナ１３は、導波路となり電磁波の放射・受信を行うものであり、コイン型電池１１の外周端１１ｅからの放出磁界を誘導する磁界誘導部材（ヨーク）として機能する。アンテナ１３の端部１３ａ、１３ｂは、コイン型電池１１の外周端１１ｅの近傍に配置され、放出磁界を誘導する磁界誘導部材（ヨーク）として機能する。磁気センサ１２Ａ・１２Ｂは、外周端１１ｅと端部１３ａ、１３ｂとの間に配置されている。

　図２（ａ）は、図１のタイヤ摩耗測定装置における磁界を示すベクトルマップであり、図２（ｂ）は図１のタイヤ摩耗測定装置における磁界のセンサ検知成分を示すコンターマップである。これらに示すように、タイヤ摩耗測定装置１０は、磁性体３０の磁界を伝達可能な位置にコイン型電池１１が配置され、磁気センサ１２Ａ・１２Ｂがコイン型電池１１の外周端１１ｅからの放出磁界を検知可能な位置に配置されている。この構成により、コイン型電池１１を疑似ヨークとして機能させ、外周端１１ｅからの放出磁界を磁気センサ１２Ａ・１２Ｂにより検知することができる。このように、磁性体３０と磁気センサ１２Ａ・１２Ｂとの間にコイン型電池１１を配置することにより、タイヤ摩耗測定装置１０を小型・軽量化するとともに、磁性体３０の磁界を精度よく測定することが可能になる。

　図３（ａ）は図１のタイヤ摩耗測定装置における磁界のセンサ検知成分を示すコンターマップであり、図３（ｂ）は図８のタイヤ摩耗測定装置における磁界のセンサ検知成分を示すコンターマップである。

　図３（ａ）に示すように、本実施形態のタイヤ摩耗測定装置１０では、コイン型電池１１の外周端１１ｅとアンテナ１３の端部１３ａ・１３ｂとの間に、Ｘ軸方向の成分の磁束密度が高い領域が形成されている。これはコイン型電池１１の外周端１１ｅからアンテナ１３の端部１３ａ・１３ｂへ誘導された放出磁界により形成されたものである。そこで、この領域に、Ｘ軸方向に検知軸を備えた磁気センサ１２Ａ・１２Ｂを配置することにより、磁性体３０からの磁界を精度よく検知することができる。また、コイン型電池１１の外周端１１ｅとアンテナ１３の端部１３ａ・１３ｂとの間に磁気センサ１２Ａ・１２Ｂを配置することで、磁気センサ１２Ａ・１２Ｂは放出磁界を検知可能な位置に確実に配置される。

　図３（ｂ）に示すように、従来のタイヤ摩耗測定装置１００は、コイン型電池１１よりも磁気センサ１０２Ａ・１０２Ｂを磁性体３０の近くに配置して、磁性体３０からの磁界を直接検知するため、小型・軽量化することが困難である。

　図４は、図１のタイヤ摩耗測定装置における、磁性体３０と、コイン型電池１１と、磁気センサ１２Ａ・１２Ｂと、アンテナ１３の端部１３ａ・１３ｂとの位置関係を模式的に示した説明図である。図４は、コイン型電池１１の電極面１１ｄの法線１１Ｌ（図１参照）の方向であるＹ軸方向から、平面視した場合における位置関係を模式的に示している。すなわち図４では、図面奥側が電極面１１ｄ側である。同図に示すように、アンテナ１３の磁気センサ１２Ａ側の端部１３ａおよび磁気センサ１２Ｂ側の端部１３ｂがそれぞれ、コイン型電池１１の外周端１１ｅの外側すなわちコイン型電池１１と重ならない位置に配置されている。そして、磁気センサ１２Ａ・１２Ｂがそれぞれ、コイン型電池１１の外周端１１ｅとアンテナ１３の端部１３ａ・１３ｂとの間に配置されている。

　図４では、Ｙ軸方向から平面視した場合に、コイン型電池１１の外周端１１ｅ、磁気センサ１２Ａおよびアンテナ１３の端部１３ａ、ならびにコイン型電池１１の外周端１１ｅ、磁気センサ１２Ｂおよびアンテナ１３の端部１３ｂが重ならないように配置されている。しかし、同図の配置は一例であり、磁気センサ１２Ａ・１２Ｂは、コイン型電池１１の外周端１１ｅとアンテナ１３の端部１３ａ・１３ｂとの間に配置されていればよい。例えば、Ｙ軸方向から平面視した場合に、磁気センサ１２Ａ、外周端１１ｅおよび端部１３ａの一部または全部、磁気センサ１２Ｂ、外周端１１ｅおよび端部１３ｂの一部または全部が、重なるように配置されてもよい。

　タイヤ摩耗測定装置１０は、磁気センサ１２Ａと磁気センサ１２Ｂとを有し、コイン型電池１１の電極面１１ｄに平行なＸ軸方向において、コイン型電池１１を挟んで、一方側に磁気センサ１２Ａが配置され、他方側に磁気センサ１２Ｂが配置されている。本実施形態では、図４に示すように、コイン型電池１１の電極面１１ｄの中心Ｏが、タイヤ２０に埋設された磁性体３０と重なり、かつ、磁気センサ１２Ａと磁気センサ１２Ｂとを結んだ直線Ｌ上に位置している。

　磁気センサ１２Ａと磁気センサ１２Ｂとを結んだ直線ＬはＸ軸に平行であり、アンテナ１３の端部１３ａおよびアンテナ１３の端部１３ｂはいずれも、直線Ｌ上に位置している。また、磁気センサ１２Ａと磁気センサ１２Ｂとは、コイン型電池１１の電極面１１ｄの中心Ｏに対して対称に配置されている。また、アンテナ１３の端部１３ａと端部１３ｂとは、コイン型電池１１の電極面１１ｄの中心Ｏに対して対称に配置されている。

　そして、コイン型電池１１を挟んで一方側に、磁気センサ１２Ａおよび端部１３ａが配置され、他方側に磁気センサ１２Ｂおよび端部１３ｂが配置されている。コイン型電池１１は、Ｙ軸方向から見て磁性体３０と重なる位置に配置されている。

　上述した構成により、磁気センサ１２Ａにより検知される放出磁界Ｍａと、磁気センサ１２Ｂにより検知される放出磁界Ｍｂとは、磁束密度が同じで磁界の向きが逆になる。したがって、磁気センサ１２Ａの出力と、磁気センサ１２Ｂの出力とに基づいて、タイヤ２０の摩耗を検知することにより、タイヤ摩耗測定装置１０の冗長性が向上する。

　また、測定のノイズとなる外部磁界は、磁気センサ１２Ａと磁気センサ１２Ｂとに同様に影響を及ぼす。このため、これらの二つのセンサからの出力の差を用いて、外部磁界の影響を取り除くことができる。二つのセンサからの出力は磁界の向きが逆であるから、両出力の差を用いることにより、ノイズの影響を取り除きながら、一つのセンサからの出力の二倍の大きさの出力が得られる。したがって、外部磁界のようなノイズの影響を取り除くとともに出力を大きくして、タイヤ２０の摩耗を精度よく測定することが可能になる。

　磁性体３０は、硬磁性材料の粉粒体（磁性粉）が、高分子材料中に分散されて形成され、一方向に着磁されて構成され、その着磁方向がタイヤ半径方向と一致するような姿勢でトレッド部に埋設される。高分子材料としては、トレッド部に用いられるトレッドゴム組成物と同じ配合のゴム材料などが好ましい。

　磁性体３０は、磁性体表面において１ｍＴ以上の磁束密度を有するように構成されていることが好ましい。また、地磁気に影響されず確実に磁性体の磁束密度の測定ができるという観点から磁気センサ１２Ａ・１２Ｂが配置されている測定位置において、０．０５ｍＴ以上の磁束密度を有するように構成されていることが好ましく、０．５ｍＴ以上の磁束密度を有するように構成されていることがより好ましい。

　一方、磁性体３０の磁力によって、車載される他の電子機器などに悪影響を与えないようにするという観点から、磁性体３０の表面磁束密度は６００ｍＴ以下であることが好ましく、道路走行時に路面に落ちている釘などの金属片を吸着しないようにするという観点から、磁性体３０の表面磁束密度は６０ｍＴ以下であるとより好ましい。なお、磁性体の表面磁束密度は、着磁された磁性体３０の表面にテスラメーターを直接接触させることにより測定される値である。

＜変形例＞
　図５は、本実施形態のタイヤ摩耗測定装置の変形例の構成を模式的に示す断面図である。同図に示すタイヤ摩耗測定装置５０は、基板５１のコイン型電池１１側の表面５１ｄ上に、磁気センサ１２Ａ・１２Ｂおよびアンテナ１３の端部１３ａ・１３ｂが配置されている構成において、上述したタイヤ摩耗測定装置１０とは異なっている。すなわち、タイヤ摩耗測定装置５０は、コイン型電池１１の電極面１１ｄに平行な基板５１の同一平面上に、磁気センサ１２Ａ・１２Ｂおよびアンテナ１３の端部１３ａ・１３ｂが設けられている。

　図６（ａ）は、図５のタイヤ摩耗測定装置における磁界を示すベクトルマップである。図６（ｂ）は、図５のタイヤ摩耗測定装置における磁界のセンサ検知成分を示すコンターマップである。これらの図に示すように、同一平面上に、磁気センサ１２Ａ・１２Ｂおよびアンテナ１３の端部１３ａ・１３ｂが設けられた構成により、コイン型電池１１の外周端１１ｅからの放出磁界をアンテナ１３の端部１３ａ・１３ｂに誘導して、基板５１上の磁気センサ１２Ａ・１２Ｂの検知可能方向であるＸ軸に沿った方向とすることができる。したがって、タイヤ摩耗測定装置５０の検知精度が良好になる。

　図１０は、本発明のタイヤ摩耗測定装置の他の変形例の構成を模式的に示す断面図である。同図に示すように、タイヤ摩耗測定装置６０は、磁性体３０の磁界の範囲内に配置されたコイル６１を備えており、タイヤ２０の回転によってコイル６１に発生した誘導電流を動作用電源として利用可能である点において、タイヤ摩耗測定装置１０（図１参照）とは異なっている。タイヤ摩耗測定装置６０は、回転に伴うタイヤ２０の変形によって、タイヤ２０のトレッド部２３に埋設された磁性体３０の位置が変動することを、発電に利用するものである。

　コイル６１は、集磁部材としても機能するコイン型電池１１と、タイヤ２０のトレッド部２３に埋設された磁性体３０との間に配置されている。タイヤ２０の回転に伴う変形や振動により、コイル６１を通過する磁性体３０からの磁界の磁束密度が変化する。図１０に中抜き両側矢印で示すＹ軸方向の磁束密度の変化によって、コイル６１に生じる誘導電流により起電力が発生する。そこで、この起電力を、例えば、タイヤ摩耗測定装置６０の起動時や通信時などに、タイヤ摩耗測定装置６０の電源として用いる。

　タイヤ摩耗測定装置６０は、タイヤ２０の回転や振動に伴って磁性体３０からの磁界の磁束密度の変化を用いて、コイル６１に誘導電流を生じさせることによって発電する。したがって、タイヤ摩耗測定装置６０を小型・軽量としたまま、発電した電気を種々の用途に用いることができる。このように、タイヤ２０の回転によって生じる、磁性体３０とコイル６１との相対的な位置変化を電気的なエネルギーに変換して用いることによりコイン型電池１１の電力消費の負担が抑えられる。

　磁性体３０とコイン型電池１１との間の磁界は、コイン型電池１１の表面が集磁することにより、Ｙ軸方向成分が大きくなる。一般的に、コイルを通過する磁束におけるコイルに対して直交する成分（図１０におけるＹ軸方向成分）が大きい方がコイルを通過する磁束の変化が大きくなるので、コイルにはより大きな誘導電流が発生する。そこで、コイル６１を磁性体３０からみて、コイン型電池１１側で、かつ磁性体３０に近い位置に配置する。これにより、タイヤ２０の回転に伴ってコイル６１に生じる誘導電流を大きくして、効率よく発電することができる。

　磁性体３０からの磁界の磁束密度の大きさや変化の程度によって、コイル６１に生じる起電力が異なる。すなわち、コイル６１に生じる起電力はタイヤ２０の状態を反映するから、コイル６１に生じる起電力をタイヤ２０の状態を検出するために用いてもよい。例えば、タイヤ２０の摩耗に伴ってトレッド部２３に埋設された磁性体３０が小さくなると、磁性体３０からの磁界の磁束密度が小さくなるから、タイヤ２０の回転に伴って磁性体３０からの磁界の磁束密度の変化も小さくなる。したがって、コイル６１に生じる起電力（誘導電流）は、タイヤ２０の摩耗の進行度合いに応じて変化する。このため、コイル６１に生じる起電力に基づいて、タイヤ２０の摩耗を検知することもできる。この場合、図１０から磁気センサ１２Ａ・１２Ｂを除いた態様として、タイヤ摩耗測定装置６０を実施してもよい。

　コイル６１は、図示しない蓄電部に電気的に接続されている。蓄電部は、整流回路と充電回路とを備えており、磁束密度の変化によって生じた誘導電流をコンデンサに充電することができる。整流回路は、例えば、コイル６１で生じた誘導電流(交流電流)を整流する回路を備えた整流素子を用いることができる。充電回路は、例えば、誘導電流の電荷を蓄積する静電容量タイプのコンデンサを用いることができる。コンデンサに保持された電力を、タイヤ摩耗測定装置６０の起動時や通信時に使用することにより、コイン型電池１１の負荷を減らして、タイヤ摩耗測定装置６０を連続使用できる期間（寿命）を長くする。なお、コイン型電池１１が二次電池である場合には、蓄電部としてコイン型電池１１を用いて、上記のコンデンサを省略することができる場合がある。この場合には、蓄電部は充電回路に代えて充放電回路を備える。

　なお、図１０には、タイヤ２０の変形に連動して磁性体３０が変形する態様を示した。しかし、この態様に限らず、タイヤ２０の変形によってコイル６１における磁性体３０からの磁束密度が変化する構成であればよい。例えば、タイヤ２０の変形に伴って、磁性体３０ではなくコイル６１が変形することにより、コイル６１における磁性体３０からの磁界の磁束密度が変化する構成としてもよい。

　図１１は、本発明の実施形態に係る発電装置の構成を模式的に示す断面図である。同図に示すように、発電装置７０は、タイヤ２０に埋設された磁性体３０と、磁性体３０の磁界の範囲内に配置されたコイル６１と、を備え、磁性体３０とコイル６１との相対位置が、タイヤ２０の回転に伴って変化し記相対位置の変化に起因するコイル６１を通過する磁束密度の変化により発電する。

　また、発電装置７０は、磁性部材としての二次電池型のコイン型電池１１を備えており、コイン型電池１１と磁性体３０との間にコイル６１が配置されている。したがって、タイヤ２０の回転に伴ってコイル６１に生じる誘導電流を大きくして、効率よく発電することができる。

　なお、図１１においては、アンテナ１３を図示しているが、不要であれば構成から外してもかまわない。例えば、発電装置７０とは別体に設けられたセンサに発電装置７０から給電する構成で、センサ側にアンテナを備えて通信可能な場合などが考えられる。

　以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。例えば、図１１に示される発電装置７０は、コイル６１で生じた起電力の振幅や周波数の変化を計測する計測部を有し、計測部で得られた信号に基づいて、摩耗状態を含むタイヤの状態を検出してもよい。コイル６１で生じた起電力が計測部で測定される信号源となる場合には、発電装置７０はタイヤの状態に関する情報を出力する検出装置として位置づけられうる。また、発電装置７０ではコイン型電池１１が磁性部材として機能しているが、コイン型電池１１とは別に磁性部材が設けられていてもよく、発電装置７０が検出装置として機能する場合には、コイン型電池１１は設けられていなくてもよい。

　図１に示す構造を備えた本発明のタイヤ摩耗測定装置１０および当該タイヤ摩耗測定装置からアンテナ１３を除いたものについて、図８に示す従来のタイヤ摩耗測定装置１００と比較してどの程度の出力が大きくなるかを測定した。いずれも、表面磁束密度が２６ｍＴである磁性体３０を用いた。

　図１２（ａ）は実施例１および実施例２のタイヤ摩耗測定装置の外形および内部構造の概要を示す斜視図であり、図１２（ｂ）は比較例１のタイヤ摩耗測定装置の外形および内部構造の概要を示す斜視図である。これらタイヤ摩耗測定装置について、出力を測定した結果を表１および図１３に示す。

　表１および図１３に示すように、磁性体の磁界をコイン型電池で伝達し、コイン型電池の外周端から放出される放出磁界を磁気センサにより検知することにより、従来よりも容量および重量を大きく減少させるとともに、高出力化による検知精度の向上を実現することができた。

　本発明は、タイヤの摩耗状態を目視によらず測定可能なタイヤ摩耗測定装置に適用することができる。

１０、５０、６０　　：タイヤ摩耗測定装置
１１　　　　：コイン型電池（電池、集磁部材、磁性部材）
１１Ｌ　　　：法線
１１ｄ　　　：電極面
１１ｅ　　　：外周端
１１ｆ　　　：面
１２Ａ　　　：磁気センサ（第１センサ）
１２Ｂ　　　：磁気センサ（第２センサ）
１３　　　　：アンテナ
１３ａ　　　：端部（第１端部、磁気センサ側の端部）
１３ｂ　　　：端部（第２端部、磁気センサ側の端部）
２０　　　　：タイヤ
２１　　　　：内側面
２２　　　　：外側面
２３　　　　：トレッド部
３０　　　　：磁性体（磁石）
５１　　　　：基板
５１ｄ　　　：表面
６１　　　　：コイル
７０　　　　：発電装置
１００　　　：タイヤ摩耗測定装置
１０１　　　：コイン型電池
１０１ｅ　　：外周端
１０２Ａ、１０２Ｂ：磁気センサ
Ｍ　　　　　：磁界
Ｍａ、Ｍｂ　：放出磁界
Ｏ　　　　　：中心
Ｄ１、Ｄ２　：距離

Claims

　磁気センサと集磁部材とを備え、タイヤに埋設された磁石の磁界に基づいて前記タイヤの摩耗を検知するタイヤ摩耗測定装置において、
　前記集磁部材は、前記磁石の磁界を伝達可能であり、かつ外周端から前記磁石の磁界を放出磁界として放出し、
　前記磁気センサは、前記放出磁界を検知可能な位置に配置されていることを特徴とするタイヤ摩耗測定装置。
　前記放出磁界を誘導する磁界誘導部材を備えている、請求項１に記載のタイヤ摩耗測定装置。
　前記集磁部材がコイン型電池であり、前記コイン型電池の電極面の法線方向から平面視した場合に、
　　前記磁界誘導部材の前記磁気センサ側の端部が、前記コイン型電池の前記外周端の外側に配置され、
　　前記磁気センサが、前記コイン型電池と前記磁界誘導部材の端部との間に配置されている、請求項２に記載のタイヤ摩耗測定装置。
　前記コイン型電池は、その電極面が前記磁石に臨む向きに配置されている、請求項３に記載のタイヤ摩耗測定装置。
　前記磁界誘導部材が、導波路となり電磁波の放射・受信を行うアンテナである、請求項２または３に記載のタイヤ摩耗測定装置。
　前記磁気センサの検知可能方向は前記コイン型電池の電極面に平行な方向であり、
　前記コイン型電池の電極面に平行な同一平面上に、前記磁界誘導部材の前記端部と前記磁気センサとが配置されている請求項３または４に記載のタイヤ摩耗測定装置。
　前記磁気センサは、第１センサと第２センサとを有し、
　前記コイン型電池の前記電極面に平行な方向において、前記コイン型電池を挟んで、一方側に前記第１センサが配置され、他方側に前記第２センサが配置され、
　前記第１センサの出力と前記第２センサの出力とに基づいてタイヤの摩耗を検知する、請求項３に記載のタイヤ摩耗測定装置。
　前記コイン型電池の前記電極面の法線方向から平面視したときに、前記コイン型電池の前記電極面の中心が、タイヤに埋設された前記磁石と重なり、かつ、前記第１センサと前記第２センサとを結んだ直線上に位置する、請求項７に記載のタイヤ摩耗測定装置。
　前記磁気センサは、第１センサと第２センサとを有し、
　　前記磁界誘導部材は、前記磁気センサ側の端部として、第１端部と第２端部とを有し、
　前記集磁部材がコイン型電池であり、前記コイン型電池の電極面に平行な方向において、前記コイン型電池を挟んで、一方側に前記第１センサおよび前記第１端部が配置され、他方側に前記第２センサおよび前記第２端部が配置され、
　前記第１センサの出力と前記第２センサの出力とに基づいてタイヤの摩耗を検知する、請求項２に記載のタイヤ摩耗測定装置。
　前記磁石の磁界の範囲内に配置されたコイルを備え、前記タイヤの回転によって前記コイルに発生した誘導電流を動作用電源として利用可能である、請求項１に記載のタイヤ摩耗測定装置。
　前記コイルが、前記集磁部材と前記磁石との間に配置されている、請求項１０に記載のタイヤ摩耗測定装置。
　タイヤに埋設された磁石と、前記磁石の磁界の範囲内に配置されたコイルと、を備え、
　前記磁石と前記コイルとの相対位置が、前記タイヤの回転に伴って変化し、
　前記相対位置の変化に起因する前記コイルを通過する磁束密度の変化により発電する発電装置。
　磁性部材を備え、
　前記磁性部材と前記磁石との間にコイルが配置されている、請求項１２に記載の発電装置。