WO2022172499A1 - タイヤ用センサ - Google Patents

Abstract

本開示は、タイヤの温度を含む物理量を測定可能なタイヤ用センサを提供する。本開示の一態様は、タイヤＴの内側に固定されてタイヤＴに接触するベース部５と、そのベース部５を介してタイヤＴの温度を検知するタイヤ温度検知部を含むセンサチップ７と、を備えるタイヤ用センサである。

Description

タイヤ用センサ

　本開示は、タイヤ用センサに関する。

　従来からタイヤ内の情報を取得可能な電子部品が収容され、タイヤの内周面に取り付け可能な機能部品に関する発明が知られている（下記特許文献１）。この従来の機能部品は、前記電子部品の収容部と、前記タイヤの内周面と対向する底面を有する筐体と、前記底面の周縁から前記内周面に向けて延長する筒状部と、を備えている（特許文献１、請求項１）。

　このような構成によれば、筐体と、筐体の底面の周縁からタイヤの内周面に向けて延長する筒状部で形成される一方開口の容器に接着剤を充填することができる。そして、筒状体側をタイヤ表面に置いた後、接着剤を硬化させることにより、接着剤の厚みを確保しつつ機能部品をタイヤ内面に接着することができる（同第０００５段落）。

　また、上記筐体は、モジュールの収容空間を有する収容ケースと、収容ケースに対する蓋体として機能するキャップとを備えている（同第００１１段落、図２）。収容ケースの収容空間に収容されるモジュールは、電子部品が実装された回路基板を備えている。回路基板は、タイヤ内の状態を取得する状態取得手段として機能する温度センサ、圧力センサおよび加速度センサ等の複数のセンサを備えている（同第００２２段落、図５等）。

特開２０２０－０５５４０２号公報

　上記従来の機能部品は、温度センサおよび圧力センサのそれぞれの計測部がキャップに設けられた孔を介してタイヤ気室内と連通することで、タイヤ気室内の温度および圧力を計測する（同第００２５段落）。しかしながら、この従来の機能部品は、タイヤそのものの温度等を計測することはできない。

　本開示は、タイヤの温度を含む物理量を測定可能なタイヤ用センサを提供する。

　本開示の一態様は、タイヤの内側に固定されて前記タイヤに接触するベース部と、該ベース部を介して前記タイヤの温度を検知するタイヤ温度検知部と、を備えることを特徴とするタイヤ用センサである。

　本開示によれば、タイヤの温度を含む物理量を測定可能なタイヤ用センサを提供することができる。

本開示に係るタイヤ用センサの実施形態１を示す模式図。 図１に示すタイヤ用センサの一部の拡大図。 図２に示すタイヤ用センサのベース部の上面図。 図２に示すタイヤ用センサのベース部の底面図。 図４の変形例を示すベース部の底面図。 図４の変形例を示すベース部の底面図。 図２の変形例を示すタイヤ用センサの一部の拡大図。 図２の変形例を示すタイヤ用センサの一部の拡大図。 図２の変形例を示すタイヤ用センサの一部の拡大図。 図２の変形例を示すタイヤ用センサの一部の拡大図。 本開示に係るタイヤ用センサの実施形態２を示す図２に対応する拡大図。

　以下、図面を参照して本開示に係るタイヤ用センサの実施形態を説明する。

［実施形態１］
　図１は、本開示に係るタイヤ用センサの実施形態１を示す模式図である。図２は、図１に示すタイヤ用センサ１の一部の拡大図である。なお、図１の模式図では、タイヤＴに対してタイヤ用センサ１を拡大して表している。

　本実施形態のタイヤ用センサ１は、たとえば、車両のタイヤＴの内側に設置され、タイヤＴの温度を含むタイヤＴの物理量を検知する。より具体的には、タイヤ用センサ１は、たとえば、タイヤＴのトレッド部の内表面Ｔ１に露出したインナーライナーに固定される。タイヤ用センサ１は、たとえば、筐体２と、回路基板３と、電池４と、ベース部５と、接着剤６と、センサチップ７と、封止部８と、を備えている。

　筐体２は、たとえば、樹脂製であり、内部にベース部５、接着剤６、およびセンサチップ７を収容している。筐体２は、たとえば、タイヤＴに接する端部が開放され、接着剤６を介してタイヤＴのインナーライナーに固定されている。筐体２のタイヤＴに固定された端部とは反対側の端部には、回路基板３が取り付けられている。

　回路基板３は、たとえば、図示を省略する電源ＩＣおよび無線通信ＬＳＩを備えている。電池４は、回路基板３に取り付けられ、電源ＩＣに接続されている。回路基板３の電源ＩＣは、たとえば、無線通信ＬＳＩおよびセンサチップ７に接続され、電池に蓄えられた電力を無線通信ＬＳＩおよびセンサチップ７へ供給する。回路基板３の無線通信ＬＳＩは、センサチップ７に接続され、センサチップ７による物理量の検知結果を無線通信により外部へ送信する。

　タイヤＴの外部に配置された受信部１０は、たとえば、無線通信ＬＳＩを備え、タイヤ用センサ１から送信されたタイヤＴの物理量の検知結果を受信する。受信部１０は、たとえば、受信したタイヤＴの物理量の検知結果を、外部の情報処理装置ＩＴＥへ出力する。また、受信部１０は、たとえば、タイヤＴを備えた車両に搭載され、その車両の電子制御装置（ＥＣＵ）に対して、タイヤＴの物理量の検知結果を出力する。

　図３は、図２に示すベース部５の上面図である。図４は、図２に示すベース部５の底面図である。ベース部５は、たとえば、金属製の板状の部材である。ベース部５の材料は、シリコン（Ｓｉ）などの半導体材料との間の線膨張係数の差が小さい金属を使用することができる。たとえば、ベース部５の材料として、線膨張係数が約５［ｐｐｍ／℃］である４２アロイを用いることで、線膨張係数が約４［ｐｐｍ／℃］であるシリコン（Ｓｉ）との間の線膨張係数の差を約１［ｐｐｍ／℃］程度にすることができる。

　このように、ベース部５の材料として、半導体材料との間の線膨張係数の差が小さい金属を使用することで、センサチップ７を搭載したベース部５の反りを減少させることができる。その結果、センサチップ７がタイヤひずみ検知部を含む場合に、タイヤ用センサ１によるタイヤＴのひずみの検知精度を向上させることができる。また、ベース部５の材料として、タイヤＴから発生する硫黄ガスに対する耐腐食性の観点から、ステンレス、アルミ、銅、および鉄系合金、または、卑金属に金、ニッケル、錫などをめっきした材料を使用してもよい。

　ベース部５は、たとえば、タイヤＴの内側に固定されてタイヤＴに接触している。ベース部５は、たとえば、タイヤＴの内表面Ｔ１に対向する底面５１と、その底面５１からタイヤＴの内表面Ｔ１へ向けて突出する複数の突起部５２と、を有している。ベース部５の底面５１は、接着剤６を介してタイヤＴの内表面Ｔ１に固定されている。ベース部５の複数の突起部５２は、タイヤＴに接している。図２に示す例では、突起部５２の先端部がタイヤＴの内表面Ｔ１に接している。

　ベース部５は、たとえば、矩形の底面５１および上面５３を有している。なお、ベース部５の形状は、特に限定されず、円形、楕円形、その他の多角形であってもよい。ベース部５の上面５３には、接合材９を介してセンサチップ７が配置されている。さらに、ベース部５の上面５３には、センサチップ７および接合材９を覆う封止部８が配置されている。ベース部５の底面５１から突出する複数の突起部５２は、たとえば、金属製のベース部５を絞り加工することで形成することができる。

　特に限定はされないが、たとえば、ベース部５の厚さが０．２［ｍｍ］、短手方向の寸法が５［ｍｍ］である場合、円筒形の突起部５２の外径は、０．４［ｍｍ］以上とすることができる。突起部５２の形状は、円筒形に限定されず、楕円筒形および多角筒形、または、中実の円柱形、楕円柱形、および多角柱形など、任意の形状を選択することができる。

　また、ベース部５とタイヤＴとの接触面積を確保する観点から、突起部５２の外径は、たとえば、１［ｍｍ］前後にすることができる。また、ベース部５の厚さが０．２［ｍｍ］、短手方向の寸法が５［ｍｍ］である場合、突起部５２のピッチは、たとえば、０．４［ｍｍ］以上とすることができる。また、ベース部５とタイヤＴとの接触面積を確保する観点から、突起部５２のピッチは、たとえば、１［ｍｍ］以下の範囲にすることができる

　また、ベース部５の厚さが０．２［ｍｍ］、短手方向の寸法が５［ｍｍ］、突起部５２の外径が１［ｍｍ］、突起部５２のピッチが０．５［ｍｍ］である場合、突起部５２は、短手方向に３つ、長手方向に４つの３×４の長方形の配置にすることができる。この例では、突起部５２の先端とタイヤＴの内表面Ｔ１との接触面積が、ベース部５におけるセンサチップ７の設置面積の約１．５倍になる。なお、複数の突起部５２とタイヤＴとの接触面積は、たとえば、ベース部５におけるセンサチップ７の設置面積と等しいか、または、センサチップ７の設置面積よりも大きくすることができる。

　複数の突起部５２は、たとえば、ベース部５の中央部に配置された複数の第１突起部５２１と、ベース部５の周縁部に配置された複数の第２突起部５２２とを含む。図４に示す例において、複数の第１突起部５２１は、長方形のベース部５の長手方向において中央部に配置され、ベース部５の短手方向において中央部から周縁部まで配置されている。また、図４に示す例において、複数の第２突起部５２２は、ベース部５の長手方向の両端部において、ベース部５の短手方向の両端部に配置されている。第１突起部５２１の密度は、たとえば、第２突起部５２２の密度よりも高い。

　接着剤６は、ベース部５をタイヤＴの内表面Ｔ１に接着して固定する。接着剤６は、たとえば、弾性接着剤を用いることができる。弾性接着剤は、たとえば、硬化後にタイヤＴと同様の弾性体となるゴム系の接着剤である。たとえば、タイヤＴに対する接着性や、タイヤＴの硬度に対する近似性などの観点から、接着剤６として、シリコーン系またはウレタン系の接着剤を使用することができる。接着剤６の熱抵抗は、たとえば、ベース部５の熱抵抗や、ベース部５とセンサチップ７を接合する接合材９の熱抵抗よりも高い。すなわち、接着剤６の熱伝導率は、たとえば、ベース部５の熱伝導率や、接合材９の熱伝導率よりも低い。

　センサチップ７は、たとえば、半導体プロセスによって製造されるＩＣチップであり、ベース部５を介してタイヤＴの温度を検知するタイヤ温度検知部を含んでいる。また、センサチップ７は、たとえば、ベース部５を介してタイヤＴのひずみを検知するタイヤひずみ検知部を含んでいる。また、センサチップ７は、たとえば、加速度検知部、湿度検知部、または回転検知部などを含んでもよい。センサチップ７は、たとえば、最大で５［ｍｍ］×５［ｍｍ］程度の大きさの矩形のＭＯＳＦＥＴ型センサチップである。センサチップ７はベース部５の上面５３の中央部に配置され、接合材９によってベース部５の上面５３に接合されている。

　センサチップ７のタイヤ温度検知部は、ＣＭＯＳプロセスによって形成したＳｉダイオードの温度依存性（温度計数）を利用して温度を検知する。なお、センサチップ７がタイヤ温度検知部のみを含む場合、タイヤ温度検知部は、たとえば、負特性（ＮＴＣ）サーミスタまたは正特性（ＰＣＴ）サーミスタである。センサチップ７のタイヤひずみ検知部は、たとえば、ＣＭＯＳプロセスによって形成された半導体と、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）によって構成されている。

　接合材９は、ベース部５の上面５３にセンサチップ７を接合する。接合材９としては、たとえば、硬度の高いエポキシ系の接着剤を使用することができる。接合材９の熱抵抗を低減してセンサチップ７のタイヤ温度検知部の温度検知精度を向上させる観点から、接合材９は、可能な限り薄く塗布することが好ましい。

　封止部８は、ベース部５の上面５３に配置され、センサチップ７および接合材９を覆っている。より詳細には、封止部８は、センサチップ７に接続されたボンディングワイヤを封止して、外部環境から保護している。封止部８の材料としては、たとえば、エポキシ、ウレタン、シリコーンなどを使用することができる。多くの場合、ボンディングワイヤの形状保護の観点から、封止部８としてエポキシ樹脂が使用される。

　以下、本実施形態のタイヤ用センサ１の作用を説明する。

　本実施形態のタイヤ用センサ１は、前述のように、タイヤＴの内側に固定されてタイヤＴに接触するベース部５と、そのベース部５を介してタイヤＴの温度を検知するタイヤ温度検知部を含むセンサチップ７と、を備えている。

　このような構成により、タイヤ用センサ１は、センサチップ７のタイヤ温度検知部により、ベース部５を介してタイヤＴの温度を検知することができる。また、センサチップ７のタイヤ温度検知部は、接着剤６を介さずにタイヤＴの温度を検知することができるため、接着剤６を介してタイヤＴの温度を測定する場合と比較して、タイヤＴの温度をより正確に検知することが可能になる。その結果、タイヤ用センサ１によって計測されたタイヤＴの温度を用いて、タイヤＴがスリップしやすい氷点温度付近におけるタイヤＴの転がり抵抗係数をより精度よく補正することができる。

　また、本実施形態のタイヤ用センサ１において、ベース部５は、タイヤＴの内表面Ｔ１に対向する底面５１と、その底面５１からタイヤＴの内表面Ｔ１へ向けて突出する複数の突起部５２と、を有している。また、ベース部５の底面５１は、接着剤６を介してタイヤＴの内表面Ｔ１に固定され、複数の突起部５２は、タイヤＴに接している。

　このような構成により、タイヤ用センサ１は、タイヤＴに接した複数の突起部５２を有するベース部５を介してタイヤＴの温度を検知することができる。そのため、タイヤ用センサ１のタイヤ温度検知部は、ベース部５が接着剤６を介してタイヤＴに固定されていても、接着剤６を介することなく、ベース部５を介してタイヤＴの温度を検知することができる。したがって、接着剤６を介してタイヤＴの温度を測定する場合と比較して、タイヤＴの温度をより正確に検知することが可能になる。

　また、本実施形態のタイヤ用センサ１において、複数の突起部５２とタイヤＴとの接触面積は、ベース部５におけるタイヤ温度検知部としてのセンサチップ７の設置面積以上である。

　このような構成により、ベース部５とタイヤＴとの間の熱の移動を促進することができ、ベース部５の温度とタイヤＴの温度との相関性をより向上させることができる。したがって、タイヤ用センサ１は、センサチップ７のタイヤ温度検知部によって、ベース部５を介してタイヤＴの温度をより正確に検知することが可能になる。

　また、本実施形態のタイヤ用センサ１において、タイヤ温度検知部としてのセンサチップ７は、ベース部５の中央部に配置されている。また、ベース部５の複数の突起部５２は、ベース部５の中央部に配置された複数の第１突起部５２１と、ベース部５の周縁部に配置された複数の第２突起部５２２とを含んでいる。そして、第１突起部５２１の密度は、第２突起部５２２の密度よりも高い。

　このような構成により、タイヤ温度検知部としてのセンサチップ７が配置されたベース部５の中央部において、密度が高い第１突起部５２１により、タイヤＴとベース部５との熱の移動が促進される。そのため、センサチップ７の温度検知部によって、ベース部５を介してタイヤＴの温度をより正確に検知することができる。また、ベース部５の周縁部の第２突起部５２２がタイヤＴの内表面Ｔ１に接することによって、ベース部５の底面５１とタイヤＴの内表面Ｔ１との間隔が均一になり、接着剤６の厚さを均一にすることができる。

　また、本実施形態のタイヤ用センサ１において、センサチップ７は、ベース部５を介してタイヤＴのひずみを検知するタイヤひずみ検知部を含んでいる。

　このような構成により、タイヤ用センサ１は、タイヤＴの物理量であるタイヤＴのひずみをセンサチップ７のタイヤひずみ検知部によって検知することができる。さらにタイヤ用センサ１は、センサチップ７がタイヤ温度検知部を含んでいることで、検知したタイヤＴのひずみの温度補正を行うことができ、タイヤＴのひずみをより正確に検知することが可能になる。また、前述のように、タイヤ用センサ１は、接着剤６の厚さを均一にすることができる構成を採用することで、タイヤＴのひずみをより高精度に検知することが可能になる。また、複数の第１突起部５２１をベース部５の長手方向の寸法と短手方向の寸法の比率に応じた長方形の配置とすることで、タイヤＴの変形に応じてベース部５がバランスよく変形し、タイヤひずみ検知部の検知精度が向上する。

　なお、本開示に係るタイヤ用センサの構成は、前述のタイヤ用センサ１の構成に限定されない。以下、図５から図１０を参照して、本実施形態のタイヤ用センサ１の変形例を説明する。図５および図６は、図４の突起部５２の配置の変形例を示すベース部５の底面図である。また、図７から図１０は、図２の突起部５２の変形例を示すタイヤ用センサ１の一部の拡大図である。

　図５に示す例において、タイヤ用センサ１のベース部５の複数の第１突起部５２１は、長方形のベース部５の長手方向および短手方向の中央を中心とする円形の領域に放射状に配置されている。また、複数の第２突起部５２２は、長方形のベース部５の四隅に、長手方向および短手方向に並んで配置されている。このような突起部５２の配置においても、図４に示す突起部５２の配置と同様の効果を奏することができる。さらに、ベース部５の底面５１の中心から複数の第１突起部５２１を放射状に配置することで、タイヤＴのひずみによって複数の第１突起部５２１に作用する応力を分散させて均一化することができる。これにより、第１突起部５２１の損傷を防止するとともに、センサチップ７のタイヤひずみ検知部によるタイヤＴのひずみの検知精度を向上させることができる。

　図６に示す例において、タイヤ用センサ１のベース部５の複数の第１突起部５２１は、長方形のベース部５の長手方向における中央部に、短手方向の一端から他端まで千鳥状に配置されている。また、複数の第２突起部５２２は、長方形のベース部５の四隅の矩形の領域に配置されている。このような突起部５２の配置においても、図４に示す突起部５２の配置と同様の効果を奏することができる。さらに、複数の第１突起部５２１を千鳥状に配置することで、第１突起部５２１の数を増加させ、ベース部５とタイヤＴとの接触面積を増加させ、センサチップ７のタイヤ温度検知部によるタイヤＴの温度の検知精度を向上させることができる。

　図７に示す例において、タイヤ用センサ１のベース部５は、突起部５２の先端がタイヤＴの内表面Ｔ１に押し付けられてタイヤＴを厚さ方向に圧縮して弾性変形させた状態で、接着剤６を介してタイヤＴの内表面Ｔ１に固定されている。突起部５２の先端は、たとえば、半球状または凸曲面状の形状を有している。このような突起部５２によれば、図２に示す突起部５２と同様の効果を奏することができるだけでなく、突起部５２とタイヤＴとをより確実に接触させ、突起部５２とタイヤＴとの接触面積を増加させることが可能になる。

　図８に示す例において、タイヤ用センサ１のベース部５は、タイヤＴの内表面Ｔ１に差し込まれる複数の突起部５２を有し、突起部５２および接着剤６を介してタイヤＴの内表面Ｔ１に固定されている。このような構成により、突起部５２とタイヤＴとの接触面積を増加させ、ベース部５の温度をタイヤＴの温度により近づけることが可能になり、センサチップ７のタイヤ温度検知部によるベース部５を介したタイヤＴの温度の検知精度をより向上させることができる。

　図９に示す例において、タイヤ用センサ１のベース部５は、タイヤＴの内表面Ｔ１に差し込まれる複数の突起部５２を有し、底面５１と突起部５２が、接着剤６を介することなく、直接、タイヤＴに接している。このような構成により、接着剤６を用いることなくベース部５をタイヤＴの内表面Ｔ１に固定することができ、ベース部５とタイヤＴとの接触面積を増加させ、センサチップ７によりベース部５を介してタイヤＴの温度やひずみを含む物理量を検知することができる。なお、図９に示す例において、突起部５２は、タイヤＴに差し込む先端部に返しを有することで、タイヤＴからの脱落が防止されていてもよい。

　図１０に示す例において、タイヤ用センサ１のベース部５は、タイヤ温度検知部を含むセンサチップ７が実装されていない部分の少なくとも一部が、タイヤＴに埋設されている。より具体的には、ベース部５は、たとえば、上面５３の接合材９が配置される領域を除いて、タイヤＴのインナーライナーに埋設されている。また、ベース部５は、突起部５２を有しなくてもよい。ベース部５は、たとえば、インサート成形によってタイヤＴのインナーライナーに埋め込むことができる。このような構成により、ベース部５の温度とタイヤＴの温度がほぼ等しくなり、センサチップ７のタイヤ温度検知部によってベース部５を介してタイヤＴの温度をより高精度に検知することができる。

　以上説明したように、本実施形態およびその変形例によれば、タイヤＴの温度を含む物理量を測定可能なタイヤ用センサ１を提供することができる。

［実施形態２］
　次に、図１を援用し、図１１を参照して、本開示に係るタイヤ用センサの実施形態２を説明する。図１１は、本実施形態のタイヤ用センサ１の図２に相当する拡大図である。本実施形態のタイヤ用センサ１は、ベース部５と、そのベース部５をタイヤＴの内側に接着する接着剤６と、を備えている。また、本実施形態のタイヤ用センサ１は、接着剤６よりも熱伝導率が高いフィラー６１と、ベース部５に支持されて接着剤６を介してタイヤＴの温度を検知するタイヤ温度検知部を含むセンサチップ７と、を備えている。接着剤６は、フィラー６１が配合されることで１［Ｗ／ｍＫ］以上の熱伝導率を有している。

　このような構成により、タイヤ用センサ１は、センサチップ７のタイヤ温度検知部により、フィラー６１が配合された接着剤６を介して、タイヤＴの温度を高精度に検知することが可能になる。フィラー６１としては、接着剤６よりも熱伝導率が高い窒化ホウ素（ＢＮ）や窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などの無機材料の粒子を使用することができる。

　以上、図面を用いて本開示に係るタイヤ用センサの実施形態を詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本開示に含まれるものである。

１　　　タイヤ用センサ
５　　　ベース部
５１　　底面
５２　　突起部
５２１　第１突起部
５２２　第２突起部
６　　　接着剤
６１　　フィラー
７　　　センサチップ（タイヤ温度検知部、タイヤひずみ検知部）
Ｔ　　　タイヤ
Ｔ１　　内表面

Claims (8)

1. 　タイヤの内側に固定されて前記タイヤに接触するベース部と、該ベース部を介して前記タイヤの温度を検知するタイヤ温度検知部と、を備えることを特徴とするタイヤ用センサ。
2. 　前記ベース部は、前記タイヤの内表面に対向する底面と、該底面から前記タイヤの前記内表面へ向けて突出する複数の突起部と、を有し、
   　前記底面は、接着剤を介して前記タイヤの前記内表面に固定され、
   　前記複数の突起部は、前記タイヤに接していることを特徴とする請求項１に記載のタイヤ用センサ。
3. 　前記複数の突起部と前記タイヤとの接触面積は、前記ベース部における前記タイヤ温度検知部の設置面積以上であることを特徴とする請求項２に記載のタイヤ用センサ。
4. 　前記タイヤ温度検知部は、前記ベース部の中央部に配置され、
   　前記複数の突起部は、前記ベース部の前記中央部に配置された複数の第１突起部と、前記ベース部の周縁部に配置された複数の第２突起部とを含み、
   　前記第１突起部の密度は、前記第２突起部の密度よりも高いことを特徴とする請求項３に記載のタイヤ用センサ。
5. 　前記ベース部は、前記タイヤの内表面に差し込まれる複数の突起部を有することを特徴とする請求項１に記載のタイヤ用センサ。
6. 　前記ベース部は、前記タイヤ温度検知部が実装されていない部分の少なくとも一部が、前記タイヤに埋設されていることを特徴とする請求項１に記載のタイヤ用センサ。
7. 　ベース部と、該ベース部をタイヤの内側に接着する接着剤と、該接着剤よりも熱伝導率が高いフィラーと、前記ベース部に支持されて前記接着剤を介して前記タイヤの温度を検知するタイヤ温度検知部と、を備え、
   　前記接着剤は、前記フィラーが配合されることで１［Ｗ／ｍＫ］以上の熱伝導率を有していることを特徴とするタイヤ用センサ。
8. 　前記ベース部を介して前記タイヤのひずみを検知するタイヤひずみ検知部をさらに備えることを特徴とする請求項１または請求項７に記載のタイヤ用センサ。

Images