WO2024079993A1

WO2024079993A1 - 多機能タイヤ及びその製造方法

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Publication number: WO2024079993A1
Application number: PCT/JP2023/030171
Authority: WO
Inventors: 忠義高橋; 智博植田
Original assignee: パナソニックＩｐマネジメント株式会社
Priority date: 2022-10-11
Filing date: 2023-08-22
Publication date: 2024-04-18

Abstract

多機能タイヤは、タイヤと、タイヤに固定された装置とを備える。その装置は、基板と、端子を介して基板に接続された扁平形二次電池とを含む。二次電池は樹脂埋めされている。二次電池は、外装体と、外装体内に配置された正極と負極とを含む。負極は、負極活物質として遷移金属酸化物を含む。外装体は、有底円筒状の正極缶と有底円筒状の負極缶とを含む。基板には負極缶が対向している。二次電池は、タイヤの回転中心から見て基板よりも外側に配置されている。

Description

多機能タイヤ及びその製造方法

　本開示は、扁平形二次電池を含む装置が固定された多機能タイヤ、ならびにその製造方法に関する。

　近年、タイヤの状態（例えば空気圧）などをモニタするための装置がタイヤに取り付けられている。そのような装置は、電源となる電池を含む。そのような装置に用いられる電池の取り付け方法について、様々な提案がなされている。

　特許文献１（特開２０１１－０１４４５２号公報）の請求項１には、「基板を備えタイヤに取り付けられる装置に用いる扁平形電池の取り付け方法であって、前記タイヤの回転中心から見て、前記扁平形電池を前記基板より内側に配置することを特徴とする扁平形電池の取り付け方法」が記載されている。

　特許文献２（特開２０１４－１６０６６０号公報）の請求項１には、「基板を備え回転部分に取り付けられる装置に用いる扁平形電池の取り付け方法であって、前記扁平形電池は、正極缶と負極缶とを対向させて組み合わせたものであり、前記基板と前記扁平形電池とを対向させ、かつ端子を介して接続し、前記正極缶及び前記負極缶のうち前記基板に対向させる側を、前記扁平形電池の膨張時の膨らみによる変形量の小さい側とし、前記基板及び前記扁平形電池を樹脂に埋設させることを特徴とする扁平形電池の取り付け方法」が記載されている。

　特許文献３（国際公開第２０１７／１５５０３５号）の請求項１には、「タイヤ内に配置されるタイヤ空気圧検出システムであって、前記タイヤ内の空気圧を検出する空気圧検出装置と、前記空気圧検出装置に電力を供給する二次電池とを備え、前記二次電池は、リチウム合金を活物質とする負極と、正極とを備えたリチウム二次電池である、タイヤ空気圧検出システム」が記載されている。

特開２０１１－０１４４５２号公報特開２０１４－１６０６６０号公報国際公開第２０１７／１５５０３５号

　現在、自動運転化に向けて、タイヤの空気圧の検出だけでなく、加速度、摩耗、温度など、様々な情報をセンシングする次世代タイヤモニタイリングシステム（ＴＭＳ）が検討されている。次世代タイヤモニタイリングシステム（ＴＭＳ）では情報量や通信頻度が著しく増えるため、一次電池では容量不足となる。先行文献１では、衝撃、振動による電池内部部品の破損防止として、タイヤに取り付けられる装置で、基板への電池の取り付け法が提案されている。先行文献２では、電池の膨れによる端子の基板からのハズレや基板の割れへの影響と遠心力による電池特性低下抑制として、回転部に取り付けられる装置で、基板への電池の取り付け法が提案されている。先行文献３では、タイヤ空気圧計用にリチウム合金を負極活物質に用いたリチウム二次電池が提案されている。従来よりセンサ等も増える為、二次電池の取り付け位置は重要となる。また、二次電池の充放電による特性変化等も加味しなければならない。

　本開示に係る多機能タイヤは、電池交換不要で、タイヤの状態のモニタリングに適して長期信頼性が高い。

　本開示に係る多機能タイヤは、回転中心について回転するタイヤと、タイヤに固定された装置とを備える。その装置は、基板と、端子を介して前記基板に接続された扁平形二次電池とを含む。前記扁平形二次電池が樹脂で埋められている。前記扁平形二次電池は、外装体と、前記外装体内に配置された正極と負極とを含む。前記負極は、負極活物質として遷移金属酸化物を含む。前記外装体は、有底円筒状の正極缶と有底円筒状の負極缶とを含む。前記基板には前記負極缶が対向している。前記扁平形二次電池は、前記タイヤの前記回転中心から見て前記基板よりも外側に配置されるように構成されている。

　本開示の他の一側面に係る多機能タイヤの製造方法では、基板と扁平形二次電池とを含む装置を準備する。回転中心について回転するように構成されたタイヤを準備する。前記装置を前記タイヤに固定する。前記扁平形二次電池は端子を介して前記基板に接続されており、更に樹脂によって前記扁平形二次電池が埋められている。前記扁平形二次電池は、外装体と、前記外装体内に配置された正極と負極とを含む。前記負極は、負極活物質として遷移金属酸化物を含む。前記外装体は、有底円筒状の正極缶と有底円筒状の負極缶とを含む。前記基板には前記負極缶が対向している。前記扁平形二次電池が、前記タイヤの前記回転中心から見て前記基板よりも外側に配置されるように前記装置を前記タイヤに固定する。

　本開示によれば、扁平形二次電池を用いた装置が固定された多機能タイヤであって、タイヤの状態のモニタリングに適した長期信頼性の高い装置が得られる。

図１は、実施形態１に係る装置とタイヤを模式的に示す図である。図２Ａは、実施形態１に係る装置で用いられる扁平形二次電池の一例を模式的に示す上面図である。図２Ｂは、図２Ａの扁平形二次電池の線IIＢ－IIＢに沿った断面を模式的に示す。図３は、実施形態１の装置の構成および配置を模式的に示す。

　以下では、本開示に係る実施形態について例を挙げて説明するが、本開示は以下で説明する例に限定されない。以下の説明では、具体的な数値や材料を例示する場合があるが、本開示の効果が得られる限り、他の数値や材料を適用してもよい。以下の説明において、構成要素の例や方法の例を列挙する場合、特に記載がない限り、列挙された例のうちの１つのみを用いてもよいし、列挙された例のうちの複数を併用してもよい。

　（タイヤに取り付けられる装置）
　本実施形態に係る装置は、タイヤに取り付けられる装置である。当該装置を以下では、「装置（Ｄ）」と称する場合がある。装置（Ｄ）は、基板と、端子を介して前記基板に接続された扁平形二次電池とを含み、前記扁平形二次電池が樹脂埋めされている。扁平形二次電池は、外装体と、外装体内に配置された正極と負極とを含む。負極は、負極活物質として遷移金属酸化物を含む。外装体は、有底円筒状の正極缶と有底円筒状の負極缶とを含む。上記基板には負極缶が対向している。扁平形二次電池は、タイヤの回転中心から見て基板よりも外側に配置されている。

　次世代タイヤモニタイリングシステム（ＴＭＳ）では一次電池は容量不足となる為、二次電池化が必要となる。また、次世代タイヤモニタイリングシステム（ＴＭＳ）でタイヤに取り付けられる装置には、従来のバルブへの装着などと異なり、直接タイヤの地面と接するトレッド面の内面や側面のサイドフォール面の内面、ホイルに設置される為、遠心力に加えて衝撃や振動などが加わる。従来よりもより大きな物理的な外力によって二次電池の端子と基板の接続がはずれるなどの問題が生じやすくなる。また、電池内部の構成部品の破損による特性低下も起こりやすくなる。さらに、当該装置はタイヤからの路面温度と走行時の摩擦などの熱影響を受けやすく、従来よりも温度変化衝撃の影響を受けやすい。例えば、低温側は－４０℃、高温側は１０５℃、１２５℃、１５０℃までの範囲で激しく温度変化する。特に、温度上昇によって高温に曝されやすくなり、電池が劣化しやすくなる。次世代タイヤモニタイリングシステム（ＴＭＳ）では、従来に比べて物理的な外力と高温などの温度の影響が大きくなる。

　リチウム合金を負極活物質に用いた二次電池では、充放電時の負極活物質の膨張・収縮によって負極活物質が微粉化し、負極からの負極活物質の脱離や集電性の低下により放電容量が低下する。リチウム合金を負極活物質に用いた二次電池を含む装置をタイヤに取り付けると、充放電サイクルを繰り返しながら、遠心力に加えて衝撃や振動などの物理的な外力と、低温から高温までの温度変化衝撃とが複合的に掛かる。それによって、負極活物質のリチウム合金の微粉化が急激に進行し、二次電池が急激に容量低下する。その為、二次電池の劣化により、装置自身に要求される性能を長期間維持できず、一次電池と同様に定期的に交換しなければならない。

　装置（Ｄ）は、本発明の負極活物質として遷移金属酸化物を含む負極からなる二次電池を用いている。遷移金属酸化物は充放電サイクル時の膨張・収縮が小さい為、微粉化が起こらず、活物質の脱離や集電性の低下も無く、優れた充放電サイクル性能を維持することができる。また、物理的な外力と温度変化衝撃による影響を受けにくい。その為、本発明の二次電池では、電池の交換が不要であり、充分な電池容量を長期間確保することが可能である。さらに、装置（Ｄ）では、二次電池が樹脂によって埋められているため、物理的な外力が直接電池に影響しなくなり、電池端子と基板との接続のはずれや、電池内部の構成の損傷などの不具合の発生を抑制できる。また、装置（Ｄ）では、負極缶が正極缶よりもタイヤの回転中心側に配置されている。タイヤの温度上昇に伴う影響を負極側について軽減している。周囲温度と充電状態の組合せで実際の電池にかかる負荷は大きく変化し、温度上昇に伴い電池の充電時の劣化が加速される。電池の設計上、負極容量が正極容量よりも小さい負極容量規制になっており、正極よりも負極の遷移金属酸化物の方が影響を受けやすい。その為、高温充電状態では負極と電解質との反応による劣化影響が大きくなる。本発明の負極缶の配置により、タイヤの温度上昇の影響を軽減することができ、電池の劣化が抑制される。以上のように、装置（Ｄ）によれば、タイヤに取り付けられる過酷な環境下でも、充分な電池容量を維持することができる。また、正極に比べて負極の方が充放電時の体積変化が大きいので強度の点では負極の方が弱く、電池配置の効果として負極の物理的な破損も軽減される。そのため、装置（Ｄ）は、電池交換不要で長期間メンテナンスフリーの高い信頼性を有する。すなわち、装置（Ｄ）は、タイヤの状態のモニタリングに適しており、且つ、高い信頼性を有する。多機能タイヤは、タイヤと、それに固定された装置（Ｄ）とを備え、タイヤ本来の機能に加えてタイヤの状態を外部からモニタリングできる等の別の機能をさらに有する。

　装置（Ｄ）は、タイヤ内の圧力、温度、加速度などのモニタリングに用いることが可能である。すなわち、装置（Ｄ）は、タイヤモニタリングシステム（ＴＭＳ）に用いることが可能である。また、それら目的に応じて、装置（Ｄ）は取得する情報に応じて必要なセンサなどの電子部品を含む。

　装置（Ｄ）では、扁平形二次電池は、タイヤの回転中心から見て基板よりも外側に配置されている。そのため、装置（Ｄ）では、電子部品の少なくとも一部または全部を、タイヤの回転中心から見て基板よりも内側（扁平形二次電池が配置されていない側）に配置することが可能である。そのため、装置（Ｄ）は、小型化および軽量化が可能である。タイヤの状態をモニタするための装置をタイヤに取り付ける場合、タイヤのバランスや燃費などの観点から、装置の小型化、軽量化が特に重要となる。また、上記配置によれば、二次電池以外の電子部品に対するタイヤからの遠心力、衝撃や振動などの物理的な外力と熱衝撃変化の影響を軽減できる。もちろん、電子部品の少なくとも一部または全部を、扁平形二次電池と同じ側に配置してもよい。本発明の配置により、扁平形二次電池以外の電子部品のタイヤに取り付けられる過酷な環境下での耐性も併せて向上することができる。

　装置（Ｄ）は、タイヤの内側の面（使用時に外気に曝されない面）に固定される。例えば、装置（Ｄ）は、タイヤの地面に接するトレッド部または側面のサイドフォール部に固定されてもよい。装置（Ｄ）をタイヤに固定する方法は限定されない。装置（Ｄ）は、タイヤ内面に装置が固定できるホルダーに入れるか、直接接着剤を用いてタイヤに固定してもよい。または、タイヤ内側の面でホイルの外面に固定されてもよい。

　遷移金属酸化物は、遷移金属を含有する酸化物である。遷移金属酸化物は、リチウムと遷移金属とを含有する複合酸化物であってもよく、例えば、リチウムとチタンとを含有する複合酸化物であってもよい。そのような複合酸化物（例えばチタン酸リチウム）は、リチウムに対する電位が１．０～２．０Ｖの範囲で、１Ｖ未満の合金系や他のケイ素系やスズ系などの遷移酸化物に比べて電解液や電解質に対する還元分解耐性が優れているので、温度上昇による非水電解液や固体電解質などの電解質との劣化が小さい。且つ、充放電時の膨張・収縮が小さく負極自身の劣化がほとんどない為、特に好ましい。そのような複合酸化物の例については後述する。

　（タイヤ）
　本実施形態に係るタイヤは、本実施形態に係る装置（Ｄ）が取り付けられたタイヤである。タイヤは特に限定されず、公知のタイヤであってもよい。タイヤは、各種の輸送機械に用いられるタイヤであってもよいし、それ以外のタイヤであってもよい。輸送機械の例には、自動車（自動四輪車、自動三輪車、自動二輪車、およびその他の自動車）などが含まれる。

　（扁平形二次電池の取り付け方法）
　本実施形態に係る取り付け方法は、基板を含みタイヤに取り付けられる装置に用いられる扁平形二次電池の取り付け方法である。当該取り付け方法を、以下では、「取り付け方法（Ｍ）」と称する場合がある。多機能タイヤは、タイヤと、タイヤに固定された装置（Ｄ）とを備える。装置（Ｄ）を準備し、タイヤを準備し、装置（Ｄ）をタイヤに固定することにより多機能タイヤを製造する。扁平形二次電池は、端子を介して前記基板に接続され、更に樹脂によって扁平形二次電池が埋められている。扁平形二次電池は、外装体と、外装体内に配置された正極と負極とを含む。負極は、負極活物質として遷移金属酸化物を含む。外装体は、有底円筒状の正極缶と有底円筒状の負極缶とを含む。上記基板には負極缶が対向している。正極缶は負極缶について基板の反対側に位置する。扁平形二次電池は、タイヤの回転中心から見て基板よりも外側に配置される。すなわち、扁平形二次電池は、基板よりも回転中心から遠くに位置する。

　取り付け方法（Ｍ）は、装置（Ｄ）について説明したように扁平形二次電池を取り付けることによって行うことができる。装置（Ｄ）について説明した事項は取り付け方法（Ｍ）に適用できるため、重複する説明を省略する場合がある。取り付け方法（Ｍ）によれば、装置（Ｄ）について説明した効果が得られる。

　上述したように、負極活物質として用いられる遷移金属酸化物は、リチウムとチタンとを含有する複合酸化物であってもよい。

　本実施形態に係る装置（Ｄ）の構成および構成要素の例について、以下に説明する。ただし、装置（Ｄ）の構成および構成要素は、以下の説明に限定されない。上述したように、以下の説明は取り付け方法（Ｍ）にも適用できる。

　（扁平形二次電池）
　扁平形二次電池の例には、平面形状が円形である電池であり、コイン形およびボタン形の二次電池が含まれる。扁平形二次電池には、負極活物質として遷移金属酸化物を含むリチウムイオン二次電池を用いることができる。リチウムイオン二次電池は特に限定されず、公知のリチウムイオン二次電池を用いてもよい。扁平形二次電池の製造方法は限定されず、公知の方法で製造してもよい。

　扁平形二次電池は、正極、負極、電解質、および外装体を含む。正極と負極との間にはセパレータが配置されうる。本開示の実施形態に必須の事項以外の事項は特に限定されず、公知の構成および構成要素を適用してもよい。

　正極は、正極合剤を含み、正極合剤は正極活物質を含む。正極活物質には、リチウムイオンを可逆的に吸蔵および放出可能な物質を用いることができる。正極活物質の例には、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎ、ＦｅおよびＡｌからなる群より選択される少なくとも１種とリチウムとを含有する複合酸化物が含まれ、例えば、コバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、マンガン酸リチウム、３元系のニッケル・マンガン・コバルトリチウム複合酸化物、オリビン型リン酸鉄リチウム、リン酸コバルトリチウムが含まれる。正極合剤は、正極活物質に加えて、各種の添加剤（結着剤、導電材など）を含んでもよい。または、各種の添加剤がなく、正極活物質だけからなる正極合剤を焼結させて正極として用いてもよい。負極は、負極合剤を含み、負極合剤は負極活物質を含む。負極合剤は、負極活物質に加えて、各種の添加剤（結着剤、導電材など）を含んでもよい。または、各種の添加剤がなく、負極活物質だけからなる負極合剤を焼結させて負極として用いてもよい。正極および負極はそれぞれ、円柱状に成形されていてもよい。また、従来のリチウム金属を用いた一次電池では、遠心力による電解液の分布の偏りの影響もあったが、正極および負極を円柱状に成形させたものを用いており、その影響はほとんどない。

　負極活物質として、リチウムイオンを可逆的に吸蔵および放出可能な酸化物（例えば遷移金属酸化物）を用いることができる。遷移金属酸化物は、少なくとも遷移金属を含み、遷移金属以外の元素を含んでもよい。負極活物質の酸化物（例えば遷移金属酸化物）の例には、ＳｉＯ、ＳｎＯ、ＣｕＯ、Ｃｕ_２Ｏ、Ｆｅ_２Ｏ_３、Ｆｅ_３Ｏ_４、ＺｎＯ、ＰｂＯ、ＭｏＯ、ＭｏＯ_２、ＴｉＯ_２、Ｎｂ_２Ｏ_５、ＴｉＮｂ_２Ｏ_７、Ｌｉ_４Ｔｉ_５Ｏ_１２、Ｌｉ_２ＴｉＯ_３、Ｌｉ_１．４Ａ_ｌ０．４Ｔｉ_１．６（ＰＯ_４）_３などである。前記酸化物に添加されてもよい元素として、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｓｃ、Ｙ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｐｂ、Ｓｂ、Ｍｇ、およびＢからなる群より選択される少なくとも１種が挙げられる。好ましくは、金属リチウムに対する電位が１Ｖ以上で非水電解液や固体電解質の還元分解しにくい、ＭｏＯ、ＭｏＯ_２、ＴｉＯ_２、Ｎｂ_２Ｏ_５、ＴｉＮｂ_２Ｏ_７、Ｌｉ_４Ｔｉ_５Ｏ_１２、Ｌｉ_２ＴｉＯ_３、Ｌｉ_１．４Ａ_ｌ０．４Ｔｉ_１．６（ＰＯ_４）_３が好ましい。さらに、充放電時の膨張収縮（体積変化）が非常に小さいリチウムとチタンとを含有する複合酸化物であってもよい。当該複合酸化物の例には、チタン酸リチウムが含まれ、具体的には、初期状態がＬｉ_４Ｔｉ_５Ｏ_１２で表されるチタン酸リチウムが含まれる。Ｔｉの一部は他の元素で置換されてもよいが、他の元素の含有率はＴｉの含有率に比べて小さい。他の元素の例には、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｓｃ、Ｙ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｐｂ、Ｓｂ、Ｍｇ、およびＢからなる群より選択される少なくとも１種が挙げられる。

　電解質には、非水溶媒にリチウム塩を溶解させた非水電解液、または、リチウムを含有する硫化物系、酸化物系、塩化物系などの無機固体電解質やリチウム塩を含有する高分子固体電解質などの固体電解質や、イオン液体を用いることができる。固体電解質を用いると、遠心力による電解液の分布の偏りの影響を完全に無視することができ、より好ましい。セパレータには、ポリプロピレン、ポリエチレンなどのオレフィン系材料や、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトンなどのエンジニアリングプラスチック材料、セルロース系材料、ガラスなどの無機材料などの絶縁性の材料（例えば絶縁性の樹脂）からなる不織布や微多孔膜を用いてもよい。

　外装体は、有底円筒状の正極缶と有底円筒状の負極缶とを含む。正極缶と負極缶とがガスケットを介して対向するように配置され、コイン形またはボタン形の外装体を構成する。正極は正極缶側に配置され、負極は負極缶側に配置される。正極缶、負極缶、およびガスケットのそれぞれの材質は特に限定されず、それぞれに用いられる公知の材質を用いてもよい。ガスケットの材質は、樹脂埋め時の熱硬化に耐えうるものが好ましい。例えば、ポリフィレサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、テトラフルオロエチレンとペルフルオロエーテルの共重合体（ＰＦＡ）などのエンジニアリングプラスチックや、オレフィン系の材料などである。また、前記材料にガラスやフィラーを添加したものも使用可能である。

　正極缶の材質および負極缶の材質は、鉄、ステンレス、アルミニウムと鉄、アルミニウムとステンレス、鉄と銅、ステンレスと銅などのクラッド材、または、表面にニッケルメッキを施された鉄、ステンレス、クラッドを用いる。また、正極缶の材質および負極缶の材質は、それぞれ独立に、オーステナイト系ステンレス、オーステナイト系ステンレスとフェライト系ステンレスとからなる２相ステンレス、およびニッケル合金からなる群より選択される少なくとも一種であってもよい。正極缶の材質および負極缶の材質は互に同じであっても異なっていてもよい。これらの材質は他材料に比べて磁性が弱い。磁界共鳴や磁界結合などの電磁誘導を利用した無線給電によって二次電池を充電する場合、磁性が弱い材料からなる外装缶（正極缶および負極缶）を用いることによって、外装缶が、無線給電のために供給される磁束によって加熱されることを抑制できる。その結果、加熱の温度上昇による扁平形二次電池の劣化を抑制できる。

　正極缶は正極端子として機能することができ、負極缶は負極端子として機能することができる。正極合剤と正極缶との間には、導電層（カーボン層、集電体など）が配置されていてもよい。負極合剤と負極缶との間には、導電層（カーボン層、集電体など）が配置されていてもよい。

　負極缶は基板に対向するように配置される。負極缶の底面は、通常、基板と略平行になるように配置されるが、基板と略平行の状態からある程度（例えば３０°以下の角度）傾いていてもよい。

　（基板）
　基板は特に限定されず、扁平形二次電池を安定に保持できる基板であればよい。基板には、公知の基板を用いてもよい。基板の例には、プリント基板として用いられている公知の基板が含まれる。基板の材料の例には、紙、エポキシなどの樹脂、ガラス、およびセラミクスなどが含まれる。これらの材料の少なくとも１種で基板が構成されていてもよい。基板は電気配線を含む。

　基板のサイズは特に限定されないが、通常、扁平形二次電池の平面形状よりも大きいサイズである。タイヤのバランスへの影響から、小さい方が好ましい。例えば、基板の平面形状が矩形状である場合、その辺の長さは、扁平形二次電池の平面形状の円形の直径Ｄの１～２倍の範囲（例えば１．１～１．８倍の範囲）にあってもよい。基板の平面形状の面積は、扁平形二次電池の平面形状の面積の１～２倍の範囲（例えば１．１～１．８倍の範囲）にあってもよい。

　（樹脂）
　扁平形二次電池を埋める樹脂は特に限定されない。特許文献２では、耐水性や耐湿性を確保するものを用いているが、本発明では、振動などの衝撃吸収性の高い材料を用いることが好ましい。樹脂には、電子部品の封止に用いられる樹脂を用いてもよい。樹脂の例には、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂が含まれる。樹脂は、無機粒子などのフィラーを含んでもよい。

　樹脂は、少なくとも基板と端子付きの扁平形二次電池を覆うように配置される。この構成によれば、扁平形二次電池端子と基板との接続がはずれることを抑制できる。また、物理的な外力が直接電池に影響することを抑制できる。装置（Ｄ）が、扁平形二次電池を囲む筐体を含む場合、筐体の内部が樹脂で充填されていてもよい。

　（扁平形二次電池以外の電子部品など）
　装置（Ｄ）は、その目的に応じて、扁平形二次電池以外の電子部品として、センサ、受電部、発電素子、送信部、処理部などを含みうる。これらの電子部品には、必要に応じて扁平形二次電池から電力が供給される。

　センサの例には、圧力センサ、加速度センサ、および温度センサなどが含まれる。送信部は、各種の情報（例えばセンサによって得られた情報など）を受信部に送信するための素子であり、アンテナなどを含む。処理部は、各種の処理や制御を行う。例えば、処理部は、センサから出力された情報をアンテナを介して送信する。処理部には、集積回路（ＩＣ）などを用いてもよい。

　送信部から送信された情報は、例えば、車体に配置された受信部によって受信される。受信された情報は、例えば、車体などに配置された制御装置によって処理されて利用される。

　装置（Ｄ）の扁平形二次電池は、無線給電によって充電されてもよい。例えば、装置（Ｄ）の扁平形二次電池は、磁界共鳴や磁界結合などの電磁誘導を利用した無線給電によって充電されてもよい。その場合、無線給電のための送電部（コイル、アンテナなど）が車体などに配置され、装置（Ｄ）は受電部を含む。受電部は、電磁誘導によって電力を生じる部分である。受電部の例には、コイルおよびアンテナが含まれる。装置（Ｄ）の扁平形二次電池は、発電素子によって充電されてもよい。発電素子の例には、振動によって発電する圧電素子や、温度差によって発電するペルチェ素子などが含まれる。二次電池の充電は、ほぼ連続になる場合、ある程度の容量を放電すると充電される場合（充放電サイクル）などがある。例えば、容量１％放電すると充電、容量５０％放電すると充電、容量１００％放電すると充電などの場合がある。特に、満充電に近い状態で例えば８５℃、１０５℃、１２５℃などの高温側になるほど、負極と電解質との反応が進むため、電池の抵抗上昇などによる容量低下が起こる。特許文献３のリチウム合金を活物質とする負極では、充放電サイクルを繰り返すことで、活物質の膨張・収縮により微粉化が進むことで、反応面積が大きくなるので、高温での充電劣化がより進む。また、タイヤの外部からの物理的な力による微粉化も起こる為、活物質の脱離などによる容量低下や集電性の低下などにより、更に電池の特性劣化が加速されてしまう。

　（端子）
　正極缶および負極缶のそれぞれには、端子（リード端子）の一端が接続されうる。端子の他端は、基板の配線に接続されうる。端子の形状は特に限定されず、電気的な接続が可能なものであればよい。例えば、端子には、ステンレスなどの金属からなる端子を用いることができる。磁界共鳴や磁界結合などの電磁誘導を利用した無線給電で行われる場合は、特に磁性が弱い材料が好ましい。材質は、それぞれ独立に、オーステナイト系ステンレス、オーステナイト系ステンレスとフェライト系ステンレスとからなる２相ステンレス、およびニッケル合金からなる群より選択される少なくとも一種であってもよい。正極缶および負極缶の材質は互いに同じでもよく異なっていてもよい。端子は、例えば、扁平形二次電池の外装缶に抵抗溶接又はレーザ溶接にて接続されている。また、基板と端子との電気接続は、例えば、端子と基板がハンダ付けされている。

　（筐体）
　装置（Ｄ）は、扁平形二次電池を囲む筐体を含んでもよい。当該筐体は、装置（Ｄ）の全体を囲んでもよい。ただし、無線給電によって扁平形二次電池を充電する場合には、筐体は、無線給電が可能なように選択される。筐体は特に限定されず、金属および／または樹脂からなる筐体を用いてもよい。

　以下では、本開示に係る実施形態の例について、図面を参照して具体的に説明する。以下で説明する実施形態は、上述した記載に基づいて変更できる。また、以下で説明する事項を、上記の実施形態に適用してもよい。また、以下で説明する実施形態において、本開示に係る発明に必須ではない事項は省略してもよい。

　（実施形態１）
　実施形態１では、装置（Ｄ）およびそれが取り付けられたタイヤ、ならびに取り付け方法（Ｍ）の例について説明する。図１に、装置１００が取り付けられたタイヤ１０の一部の断面図を示す。多機能タイヤ５０は、タイヤ１０と、タイヤ１０に固定された装置１００とを備える。

　図１の断面図は、タイヤ１０の回転中心Ｃを含む面（図１に示される面）におけるタイヤ１０の一部の断面を示す。タイヤ１０は、自動車などに用いられるゴム製のタイヤであり、回転中心Ｃについて回転するように構成されている。装置１００は、上述した装置（Ｄ）である。装置１００は、タイヤ１０のトレッド部の接地面（外側）１０ａとは反対側（内面）の内面１０ｂに取り付けられている。装置１００は、内面１０ｂに接着剤で固定されている。

　装置１００は、扁平形の二次電池２００を含む。二次電池２００の上面図を図２Ａに示し、図２Ａの線IIＢ－IIＢにおける断面図を図２Ｂに示す。図２Ａおよび図２Ｂに示すように、二次電池２００は、コイン形（低い円柱状）の形状を有する。

　二次電池２００は、外装体２１０、正極２２１、負極２２２、セパレータ２２３、および非水電解質を含む。外装体２１０は、有底円筒状の正極缶２１１、有底円筒状の負極缶２１２、およびガスケット２１３を含む。正極缶２１１と負極缶２１２とをガスケットを介して対向させることによって、コイン形の外装体２１０が形成されている。

　正極缶２１１は、円形の底面２１１ｂと底面２１１ｂの外縁部から立ち上がる円筒状の部分とを含む。負極缶２１２は、円形の底面２１２ｂと底面２１２ｂの外縁部から立ち上がる円筒状の部分とを含む。図２Ｂに示す一例では、負極缶２１２の円筒状の部分の少なくとも一部は、正極缶２１１の円筒状の部分の内側に配置されている。正極缶２１１と負極缶２１２の材質はオーステナイト系ステンレスのＳＵＳ３１６Ｌからなる。

　正極２２１および負極２２２はそれぞれ、正極合剤および負極合剤を円柱状に成形することによって形成されている。その後、１００℃以上の高温化で乾燥されている。正極合剤は、活物質のコバルト酸リチウム、導電剤のアセチレンブラック、結着剤にはフッ素系樹脂からなる。負極合剤は、活物質のチタン酸リチウム、導電剤のアセチレンブラック、結着剤にはゴム系材料からなる。充電された状態で電池電圧が２．６Ｖである。常温での正極の電位は金属リチウムに対して約４．０Ｖである。常温での負極の電位は金属リチウムに対して約１．４Ｖである。正極２２１は正極缶２１１側に配置されており正極缶２１１に対向し当接している。負極２２２は負極缶２１２側に配置されており負極缶２１２に対向し当接している。正極２２１と負極２２２との間にはセパレータ２２３が配置されている。セパレータ２２３、正極２２１、負極２２２には非水電解液が充填されている。

　装置１００の構成を図３に模式的に示す。なお、図３では、図面を見やすくするために一部のハッチングを省略する。図３を参照して、装置１００は、基板１１０、樹脂１３０、筐体１４０、および端子（リード端子）１２１および１２２を介して基板１１０に接続された扁平形の二次電池２００を含む。

　二次電池２００は、正極缶２１１に接続された端子１２１と負極缶２１２に接続された端子１２２とによって基板１１０の電気配線にハンダ付けされている。樹脂１３０は、二次電池２００と端子１２１および１２２を囲むように配置されている。樹脂１３０は、基板１１０と二次電池２００との間に配置されており、二次電池２００を樹脂１３０に埋めることで基板１１０に固定している。筐体１４０は、二次電池２００を囲んでおり、装置１００の外装体として機能する。

　二次電池２００は、タイヤ１０の回転中心Ｃから見て基板１１０よりも外側に配置されている。すなわち、二次電池２００は、基板１１０よりもタイヤ１０の回転中心Ｃの遠くに配置されている。二次電池２００は、負極缶２１２が基板１１０に対向するように配置されている。正極缶２１１は負極缶２１２について基板１１０の反対側に位置する。すなわち、負極缶２１２の底面は、正極缶２１１の底面よりも回転中心側すなわち回転中心Ｃの近くに配置されている。すなわち、負極は、正極よりも回転中心側すなわち回転中心Ｃの近くに配置されている。実施形態１の構成によれば、上述した効果が得られる。

　装置１００は、遠心力に加えて、路面からの振動や衝撃や、低温から高温までの温度変化の影響を強く受ける。樹脂１３０によって端子付きの二次電池２００が埋没されていない場合、路面からの振動や衝撃によって、二次電池２００の端子１２１および１２２と基板の接続がはずれやすくなったりする。また、正極缶２１１が基板１１０に対向するように二次電池２００を配置した場合、温度上昇の影響を受けやすい負極と電解質との反応（高温充電時）による抵抗上昇が大きくなり、二次電池の劣化の進行が速くなる。加えて、負極に、外部からの衝撃などの物理的な力の影響を受けやすく、二次電池の劣化の進行が速くなる。リチウム合金負極を負極活物質に用いた場合は顕著である。また、従来例では、電池の高温での膨れにより基板からのハズレ抑制で電池の膨れる側の配置と樹脂埋めで対策していたが、二次電池の充放電に由来する問題は考慮されていなかった。一方、本開示に係る装置１００では、これらの問題の発生を抑制できる。

　（付記）
　上記の記載によって以下の技術が開示される。

　（技術１）
　回転中心について回転するタイヤと、
　前記タイヤに固定された装置と、
を備え、
　前記装置は、基板と、端子を介して前記基板に接続された扁平形二次電池とを含み、前記扁平形二次電池が樹脂で埋められており、
　前記扁平形二次電池は、外装体と、前記外装体内に配置された正極と負極とを含み、
　前記負極は、負極活物質として遷移金属酸化物を含み、
　前記外装体は、有底円筒状の正極缶と有底円筒状の負極缶とを含み、
　前記基板には前記負極缶が対向しており、
　前記扁平形二次電池は、前記タイヤの前記回転中心から見て前記基板よりも外側に配置されるように構成されている、多機能タイヤ。

　（技術２）
　前記遷移金属酸化物は、リチウムとチタンとを含有する複合酸化物である、技術１に記載の多機能タイヤ。

　（技術３）
　前記正極缶は、前記負極缶について前記基板の反対側に位置する、技術１または２に記載の多機能タイヤ。

　（技術４）
　多機能タイヤの製造方法であって、
　基板と扁平形二次電池とを含む装置を準備することと、
　回転中心について回転するように構成されたタイヤを準備することと、
　前記装置を前記タイヤに固定することと、
を含み、
　前記扁平形二次電池は端子を介して前記基板に接続されており、更に樹脂によって前記扁平形二次電池が埋められており、
　前記扁平形二次電池は、外装体と、前記外装体内に配置された正極と負極とを含み、
　前記負極は、負極活物質として遷移金属酸化物を含み、
　前記外装体は、有底円筒状の正極缶と有底円筒状の負極缶とを含み、
　前記基板には前記負極缶が対向しており、
　前記装置を前記タイヤに固定することは、前記扁平形二次電池が、前記タイヤの前記回転中心から見て前記基板よりも外側に配置されるように前記装置を前記タイヤに固定することを含む、製造方法。

　（技術５）
　前記遷移金属酸化物は、リチウムとチタンとを含有する複合酸化物である、技術４に記載の製造方法。

　（技術６）
　前記正極缶は、前記負極缶について前記基板の反対側に位置する、技術４または５に記載の製造方法。

　本開示は、タイヤと、タイヤに取り付けられる装置とを備えた多機能タイヤ、およびその製造方法に利用できる。

１０　　タイヤ
１０ａ　　接地面
５０　　多機能タイヤ
１００　　装置
１１０　　基板
１２１，１２２　　端子
１４０　　筐体
２００　　扁平形二次電池
２１０　　外装体
２１１　　正極缶
２１２　　負極缶
２１３　　ガスケット
２２１　　正極
２２２　　負極
２２３　　セパレータ
Ｃ　　回転中心

Claims

　回転中心について回転するタイヤと、
　前記タイヤに固定された装置と、
を備え、
　前記装置は、基板と、端子を介して前記基板に接続された扁平形二次電池とを含み、前記扁平形二次電池が樹脂で埋められており、
　前記扁平形二次電池は、外装体と、前記外装体内に配置された正極と負極とを含み、
　前記負極は、負極活物質として遷移金属酸化物を含み、
　前記外装体は、有底円筒状の正極缶と有底円筒状の負極缶とを含み、
　前記基板には前記負極缶が対向しており、
　前記扁平形二次電池は、前記タイヤの前記回転中心から見て前記基板よりも外側に配置されるように構成されている、多機能タイヤ。
　前記遷移金属酸化物は、リチウムとチタンとを含有する複合酸化物である、請求項１に記載の多機能タイヤ。
　前記正極缶は、前記負極缶について前記基板の反対側に位置する、請求項１または２に記載の多機能タイヤ。
多機能タイヤの製造方法であって、
　基板と扁平形二次電池とを含む装置を準備することと、
　回転中心について回転するように構成されたタイヤを準備することと、
　前記装置を前記タイヤに固定することと、
を含み、
　前記扁平形二次電池は端子を介して前記基板に接続されており、更に樹脂によって前記扁平形二次電池が埋められており、
　前記扁平形二次電池は、外装体と、前記外装体内に配置された正極と負極とを含み、
　前記負極は、負極活物質として遷移金属酸化物を含み、
　前記外装体は、有底円筒状の正極缶と有底円筒状の負極缶とを含み、
　前記基板には前記負極缶が対向しており、
　前記装置を前記タイヤに固定することは、前記扁平形二次電池が、前記タイヤの前記回転中心から見て前記基板よりも外側に配置されるように前記装置を前記タイヤに固定することを含む、製造方法。
　前記遷移金属酸化物は、リチウムとチタンとを含有する複合酸化物である、請求項４に記載の製造方法。
　前記正極缶は、前記負極缶について前記基板の反対側に位置する、請求項４または５に記載の製造方法。