(57)【要約】タイヤ表面部のゴム部材１５にタイヤの変形を検出するためのセンサ１４が取付けられているセンサ付きタイヤ１０において、上記センサ１４を、アクリル変成シリコーン樹脂などを主成分とする常温湿気接着剤から成る弾性接着剤を用いて接着して、上記センサ１４と上記ゴム部材１５との間に上記接着剤を硬化させて成る弾性接着層１６を形成し、タイヤ表面部のゴム部材１５の変形を精度よく上記センサ１４に伝達することができるようにするとともに、上記センサ１４の耐久性を向上させるようにした。
2008059838.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タイヤの振動あるいはタイヤの変形量を計測するセンサがタイヤ表面部に配置されているセンサ付きタイヤであって、タイヤ表面部のゴム部材と上記センサとの間に、硬化後に弾性体となる弾性接着剤を硬化させた接着層が設けられていることを特徴とするセンサ付きタイヤ。
【請求項２】
上記センサの検知面を含む面及び上記検知面を含む面とは反対側の面のいずれか一方または両方の面側に、上記検知面を含む面もしくは上記反対側の全面を覆う、その剛性が上記センサの剛性よりも高い、厚みが一定のフィルム状の部材もしくはフィルム状の部材を積層した厚みが一定の積層部材から成る補強部材が配置されていることを特徴とする請求項１に記載のセンサ付きタイヤ。
【請求項３】
上記弾性接着剤を常温湿気硬化型の接着剤としたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のセンサ付きタイヤ。
【請求項４】
上記弾性接着剤をアクリル変成シリコーン樹脂、エポキシ変成シリコーン樹脂、クロロプレン合成ゴム、シリウル化ウレタン樹脂のいずれかの樹脂を主成分とする接着剤としたことを特徴とする請求項３に記載のセンサ付きタイヤ。
【請求項５】
上記接着層が当該センサの変形部と接触する接触面の面積を、上記変形部の面積の６０％以上としたことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載のセンサ付きタイヤ。
【請求項６】
上記接着層の厚みを３．０ｍｍ以下としたことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載のセンサ付きタイヤ。
【請求項７】
上記接着層の弾性率を０．１〜１００ＭＰａとし、かつｔａｎδを０．１未満としたことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかに記載のセンサ付きタイヤ。
【請求項８】
圧電素子から成る検知部と電極部とを備えた圧電素子センサをタイヤ表面部またはタイヤ内部に配置して成るセンサ付きタイヤであって、上記圧電素子センサの検知面を含む面及び上記検知面を含む面とは反対側の面のいずれか一方または両方の面側に、上記検知面を含む面もしくは上記反対側の全面を覆う、その剛性が上記圧電素子の剛性よりも高い補強部材が配置されていることを特徴とするセンサ付きタイヤ。
【請求項９】
上記補強部材を厚みが一定のフィルム状の部材としたことを特徴とする請求項８に記載のセンサ付きタイヤ。
【請求項１０】
上記補強部材としてフィルム状の部材を積層した厚みが一定の積層部材を用いたことを特徴とする請求項８または請求項９に記載のセンサ付きタイヤ。
【請求項１１】
上記積層部材を構成するフィルム状の部材の剛性を、圧電素子に近い側ほど高くしたことを特徴とする請求項１０に記載の圧電素子センサ付きタイヤ。
【請求項１２】
上記補強部材をアラミド、ポリエステル、ポリイミド、ナイロン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ＥＶＡ、ポリウレタン、塩化ビニルのいずれかから選択された１種または複数種の樹脂から構成したことを特徴とする請求項８〜請求項１１のいずれかに記載のセンサ付きタイヤ。
【請求項１３】
上記補強部材を備えた圧電素子センサとタイヤ部材とを、硬化後に弾性体となる弾性接着剤を用いて接着したことを特徴とする請求項８〜請求項１２のいずれかに記載のセンサ付きタイヤ。
【請求項１４】
上記補強部材を少なくとも上記圧電素子センサの検知面を含む面とは反対側に設けるとともに、上記補強部材上にアンテナを含む無線通信用の電子デバイスを形成したことを特徴とする請求項８〜請求項１３のいずれかに記載のセンサ付きタイヤ。
【請求項１５】
請求項１に記載のセンサ付きタイヤのセンサを用いてタイヤの歪み量を検出するとともに、上記検出されたタイヤの歪み量を、接着層、タイヤのゴム部材、及び、センサのそれぞれの弾性率と厚みとに基づいて補正するようにしたことを特徴とするタイヤ歪み量の計測方法。
【請求項１６】
請求項１３に記載のセンサ付きタイヤのセンサを用いてタイヤの歪み量を検出するとともに、上記検出されたタイヤの歪み量を、接着層、タイヤのゴム部材、及び、補強部材のそれぞれの弾性率と厚みとに基づいて補正するようにしたことを特徴とするタイヤ歪み量の計測方法。
【請求項１７】
請求項１または請求項１３に記載のセンサ付きタイヤのセンサのセンサを用いてタイヤの歪み量を検出するとともに、上記検出される歪み量であるセンサ歪みεと上記センサが取付けられたゴム部材の歪み量であるタイヤの歪みε0との関係を予め求めておき、上記関係に基づいて上記検出されたセンサ歪みεを補正するようにしたことを特徴とするタイヤ歪み量の計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タイヤ表面部またはタイヤ内部のゴム部材に歪ゲージや圧電素子などのセンサが取付けられているセンサ付きタイヤに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＰＺＴなどの圧電素子に電極部を形成して成る圧電素子センサをタイヤ表面部に接着もしくは埋め込み等により取付けて、タイヤの変形量を測定したり、上記圧電素子に加えられる応力あるいは圧力を電気エネルギーに変換し、タイヤ内面側に装着された加速度センサなどの他のセンサの駆動電源とする技術が知られている。
また、圧電素子や歪ゲージなどのセンサは、一般には、上記センサの出力を増幅するアンプや電源部等が搭載された基板に取付けられて筐体等で保護されているが、上記センサの変形部についてはタイヤ表面のゴム部材に密着するように、上記ゴム部材に接着剤にて貼り付けるようにしている（例えば、特許文献１〜３参照）。
【特許文献１】特開平９−２３７３９８号公報
【特許文献２】特開２００２−２４０５２０号公報
【特許文献３】特開平２００６−１９３１１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
このような、タイヤ表面のゴム部材とセンサ（もしくはセンサモジュール）とを接着する接着剤としては、一般に、接着層の厚さが薄く、かつ、作業性が容易なシアノクリエート系の瞬間接着剤が多く用いられている。
しかしながら、上記従来の方法では、いずれも、接着性にある程度の改善は見られるものの、十分な初期接着性能と接着耐久性能とをともに満足できるものではなかった。
また、車両の走行時においては、タイヤ歪が±数％と大きいため、上記センサが、例えば、圧電素子センサのような場合には、その歪が圧電素子センサに直接入力すると、当該圧電素子の耐久回数を超えてしまうため、長期間の計測もしくは発電を行うことが困難であった。また、センサがセラミック系圧電素子センサである場合には、タイヤに高周波（短波長）の入力があると、上記圧電素子センサに局所的な歪が生じ、このため、クラックが入って圧電素子センサが破壊される場合があった。【０００４】
本発明は、上記従来の問題点を解決するためになされたもので、タイヤ表面部のゴム部材にセンサが取付けられているセンサ付きタイヤにおいて、タイヤ表面のゴム部材の変形を精度よくセンサに伝達することができるとともに、センサの耐久性を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本願の請求項１に記載の発明は、例えば、タイヤのインナーライナ部やタイヤトレッド、あるいは、サイド部のようなタイヤの表面部に、タイヤの振動あるいはタイヤの変形量を計測するセンサが配置されているセンサ付きタイヤであって、タイヤ表面部のゴム部材と上記センサとの間に、硬化後に弾性体となる弾性接着剤を硬化させた接着層が設けられていることを特徴とするものである。
なお、上記センサは、センサ素子、センサ基板、センサ筐体等の検出部を補強する部材やセンサ素子や基板をコーティングするフィルム等を含むものとする。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のセンサ付きタイヤにおいて、上記センサの検知面を含む面及び上記検知面を含む面とは反対側の面のいずれか一方または両方の面側に、上記検知面を含む面もしくは上記反対側の全面を覆う、その剛性が上記センサの剛性よりも高い、厚みが一定のフィルム状の部材もしくはフィルム状の部材を積層した厚みが一定の積層部材から成る補強部材が配置されていることを特徴とするものである。
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載のセンサ付きタイヤにおいて、上記弾性接着剤を常温湿気硬化型の接着剤としたものである。
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載のセンサ付きタイヤにおいて、上記弾性接着剤をアクリル変成シリコーン樹脂、エポキシ変成シリコーン樹脂、クロロプレン合成ゴム、シリウル化ウレタン樹脂のいずれかの樹脂を主成分とする接着剤としたものである。
請求項５に記載の発明は、請求項１〜請求項４のいずれかに記載のセンサ付きタイヤにおいて、上記接着層が当該センサの変形部と接触する接触面の面積を、上記変形部の面積の６０％以上としたものである。
請求項６に記載の発明は、請求項１〜請求項５のいずれかに記載のセンサ付きタイヤにおいて、上記接着層の厚みを３．０ｍｍ以下としたものである。
請求項７に記載の発明は、請求項１〜請求項６のいずれかに記載のセンサ付きタイヤにおいて、上記接着層の弾性率を０．１〜１００ＭＰａとし、かつｔａｎδを０．１未満としたものである。【０００６】
また、請求項８に記載の発明は、圧電素子から成る検知部と電極部とを備えた圧電素子センサを、例えば、タイヤのインナーライナ部やタイヤトレッド、あるいは、サイド部のようなタイヤ表面部、もしくは、トレッドブロックの内部などのタイヤ内部に配置して成るセンサ付きタイヤであって、上記圧電素子センサの検知面を含む面及び上記検知面を含む面とは反対側の面のいずれか一方または両方の面側に、上記検知面を含む面もしくは上記反対側の全面を覆う、その剛性が上記圧電素子の剛性よりも高い補強部材が配置されていることを特徴とするものである。
請求項９に記載の発明は、請求項８に記載のセンサ付きタイヤにおいて、上記補強部材を厚みが一定のフィルム状の部材としたものである。
請求項１０に記載の発明は、請求項８または請求項９に記載のセンサ付きタイヤにおいて、上記補強部材としてフィルム状の部材を積層した厚みが一定の積層部材を用いたものである。
請求項１１に記載の発明は、請求項１０に記載のセンサ付きタイヤにおいて、上記積層部材を構成するフィルム状の部材の剛性を、圧電素子に近い側ほど高くしたものである。
請求項１２に記載の発明は、請求項８〜請求項１１に記載のセンサ付きタイヤにおいて、上記補強部材をアラミド、ポリエステル、ポリイミド、ナイロン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ＥＶＡ、ポリウレタン、塩化ビニルのいずれかから選択された１種または複数種の樹脂から構成したものである。
請求項１３に記載の発明は、請求項８〜請求項１２に記載のセンサ付きタイヤにおいて、上記補強部材を備えた圧電素子センサとタイヤ部材とを、硬化後に弾性体となる弾性接着剤を用いて接着したものである。
請求項１４に記載の発明は、請求項８〜請求項１３に記載のセンサ付きタイヤにおいて、上記補強部材を少なくとも上記圧電素子センサの検知面を含む面とは反対側に設けるとともに、上記補強部材上にアンテナを含む無線通信用の電子デバイスを形成したものである。【０００７】
また、請求項１５に記載の発明は、タイヤの歪み量を計測する方法であって、請求項１に記載のセンサ付きタイヤのセンサを用いてタイヤの歪み量を計測するとともに、上記検出されたタイヤの歪み量を、接着層、タイヤのゴム部材、及び、センサのそれぞれの弾性率と厚みとに基づいて補正するようにしたことを特徴とするものである。
請求項１６に記載の発明は、タイヤの歪み量を計測する方法であって、請求項１３に記載のセンサ付きタイヤのセンサを用いてタイヤの歪み量を計測するとともに、上記検出されたタイヤの歪み量を、接着層、タイヤのゴム部材、及び、補強部材のそれぞれの弾性率と厚みとに基づいて補正するようにしたことを特徴とするものである。
請求項１７に記載の発明は、タイヤの歪み量を計測する方法であって、請求項１または請求項１３に記載のセンサ付きタイヤのセンサを用いて検出するとともに、上記検出される歪み量であるセンサ歪みεと上記センサの取付けられたゴム部材の歪み量であるタイヤの歪みε0との関係を予め求めておき、上記関係に基づいて上記検出されたセンサ歪みεを補正するようにしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、タイヤ表面部のゴム部材とタイヤの振動あるいはタイヤの変形量を計測するセンサとの間に、例えば、硬化後に弾性体となる、アクリル変成シリコーン樹脂、エポキシ変成シリコーン樹脂、クロロプレン合成ゴム、シリウル化ウレタン樹脂のいずれかの樹脂を主成分とする常温湿気接着剤から成る弾性接着剤を硬化させた接着層を形成し、この接着層を介して、タイヤ表面部のゴム部材の変形をセンサに伝達するようにしたので、上記ゴム部材の変形を精度よくセンサに伝達することができるとともに、ゴムの歪が大きくかつ曲げモードが含まれている入力に対しても高い剥離接着強度を確保することができる。したがって、タイヤの振動あるいはタイヤの変形量を精度良く検出することができるとともに、耐久性にもすぐれたセンサ付きタイヤを得ることができる。
このとき、上記接着層がセンサの変形部と接触する接触面の面積を、上記変形部の面積の６０％以上とすれば、上記ゴム部材の変形を確実にセンサに伝達することができる。
また、上記ゴム部材の変形を確実にセンサに伝達するためには、接着層の厚みとしては３．０ｍｍ以下とすることが好ましく、接着層の弾性率としては、０．１〜１００ＭＰａ（−４０℃〜１２０℃）で、かつ、ｔａｎδ＜０．１（−４０℃〜１２０℃）であることが好ましい。【０００９】
また、タイヤ表面部またはタイヤ内部に、圧電素子から成る検知部と電極部とを備えた圧電素子センサを配置する際に、上記圧電素子センサの検知面を含む面及び上記検知面を含む面とは反対側の面のいずれか一方または両方の面側に、上記検知面を含む面及び上記検知面を含む面とは反対側の面の全面を覆う、アラミド、ポリエステル、ポリイミド、などの樹脂から構成される、厚みが一定のフィルム状の部材、あるいは、フィルム状の部材を積層した厚みが一定の積層部材であって、その剛性が上記圧電素子の剛性よりも高い補強部材を配置したので、大きな入力あるいは高周波の入力に対する走行耐久性を大幅に向上させたセンサ付きタイヤを得ることができる。
また、上記圧電素子センサの検知面を含む面、及び上記検知面を含む面とは反対側の面のいずれか一方または両方の面側に配置された補強部材を備えた圧電素子センサとタイヤ部材とを、硬化後に弾性体となる弾性接着剤を用いて接着するようにすれば、圧電素子センサの耐久性を更に向上させることができるとともに、タイヤの変形を確実に圧電素子に伝達することができる。
また、上記補強部材を少なくとも上記圧電素子センサの検知面を含む面とは反対側に設けるとともに、上記補強部材上にアンテナを含む無線通信用の電子デバイスを、例えば、スクリーン印刷などにより形成するようにすれば、小型のセンサ−無線一体モジュールを備えたセンサ付きタイヤを容易に作製することができる。【００１０】
また、請求項１に記載のセンサ付きタイヤのセンサで検出されたタイヤの歪み量を、接着層、タイヤのゴム部材、及び、センサのそれぞれの弾性率と厚みとに基づいて補正したので、タイヤの歪量を正確に計測することができる。
また、請求項１３に記載のセンサ付きタイヤのセンサで検出されたタイヤの歪み量を、接着層、タイヤのゴム部材、及び、補強部材のそれぞれの弾性率と厚みとに基づいて補正したので、タイヤの歪み量を正確に計測することができる。
また、請求項１または請求項１３に記載のセンサ付きタイヤのセンサで検出されたタイヤの歪み量を、上記センサで検出した歪み量であるセンサ歪みεと上記センサの取付けられたゴム部材の歪み量であるタイヤの歪みε0との関係を予め求めておき、上記関係に基づいて上記センサ歪みεを補正するようにしても、タイヤ歪ε0を正確に計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の最良の形態１に係るセンサ付きタイヤの基本構成を示す図である。
【図２】本発明による弾性接着層の形成方法を示す図である。
【図３】本発明の実施例に使用した試験サンプルの概要を示す図である。
【図４】試験サンプルに引張試験機にて振動を与えたときのタイヤ歪とセンサ歪との関係を示す図である。
【図５】本発明の最良の形態２に係るセンサ付きタイヤの基本構成を示す図である。
【図６】センサ補強部材の作用を説明するための図である。
【図７】本発明によるセンサ補強部材の他の配置例を示す図である。
【図８】本発明によるセンサモジュールの一例を示す図である。
【図９】耐久試験の結果を示す図である。
【図１０】耐久試験後の圧電素子センサの電極部の状態を示す図である。
【符号の説明】
【００１２】
１０，１０Ｐ  センサ付きタイヤ、１１  タイヤトレッド、１２  ベルト層、
１３  インナーライナ部、１４  センサ、１５  タイヤ表面部のゴム部材、
１６，３６  弾性接着剤を硬化させた弾性接着層、１７  フレーム、１８  ピット、
３４  圧電素子センサ、３５  センサ補強部材、３７  電子デバイス。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の最良の形態について、図面に基づき説明する。
最良の形態１．
図１は、本最良の形態１に係るセンサ付きタイヤ１０を示す図である。同図において、１１はタイヤトレッド、１２はベルト層、１３はタイヤのインナーライナ部、１４はこのインナーライナ部１３のゴム部材であるタイヤ表面部のゴム部材１５に取付けられたセンサ、１６は上記センサ１４と上記タイヤ表面部のゴム部材（以下、ゴム部材という）１５とを接着する弾性接着層である。この弾性接着層１６は、硬化後に弾性体となる弾性接着剤を硬化させて形成される。また、上記センサ１４は、歪みゲージや圧電素子などのセンサ素子、上記センサ素子の電源やアンプ等が搭載された基板、上記センサ素子及び上記基板を収納して保護する筐体、及び、これらを補強する補強部材やセンサ素子をコーティングするフィルム等も含まれているものとする。
上記弾性接着剤としては、例えば、アクリル変成シリコーン樹脂、エポキシ変成シリコーン樹脂、クロロプレン合成ゴム、シリウル化ウレタン樹脂のいずれかの樹脂を主成分とする常温湿気接着剤から成る弾性接着剤が好適に用いられる。
このとき、上記ゴム部材１５の変形をセンサ１４に精度よく伝達するためには、上記弾性接着層１６の弾性率は０．１〜１００ＭＰａで、かつ、損失係数（ｔａｎδ）が０．１未満であることが好ましい。すなわち、弾性率が０．１ＭＰａ未満である場合、もしくは、ｔａｎδが０．１を超えた場合には、振動や衝撃を十分に吸収することはできるが、自身の変形が大きくなり、ゴム部材１５の変形をセンサ１４に精度よく伝達することが困難である。逆に、弾性率が１００ＭＰａを超えると、弾性接着層１６の剛性とゴム部材１５の剛性との差が大きくなるため、タイヤゴム−弾性接着層間が剥離してしまうといった問題が発生する。なお、上記弾性率については、使用温度範囲である−４０℃〜１２０℃において温度依存性が少ない弾性接着剤を用いる必要があることはいうまでもない。また、ｔａｎδについても、温度依存性が少ないことが望ましい。【００１４】
また、上記弾性接着層１６の厚みは３ｍｍ以下とすることが好ましい。すなわち、上記接着層１６の厚みが３ｍｍを超えると、弾性接着層１６自身の変形が大きくなり、ゴム部材１５の変形をセンサ１４に精度よく伝達することが困難である。一方、上記接着層１６の厚みは、上記接着層１６が歪により破断しない厚み以上とする必要があるが、その最小値δは、センサ長ｌや上記弾性接着剤の限界伸びｄやタイヤにかかる最大歪εにも関係することが分かっている。したがって、上記最小値δについては、弾性接着剤の限界伸びｄに対して安全率αを設定し、以下の式を満たすような値に設定することが望ましい。
【数１】
2008059838.tif 000003
例えば、ε＝０．０５、ｌ＝１０ｍｍ、α＝０．１、ｄ＝１．５とすると、接着層の最小厚みは、δ＝０．８８ｍｍとなる。
このように、上記接着層１６の厚み、弾性率、ｔａｎδを設定すれば、上記接着層１６はゴム部材１５の変形をセンサ１４に精度よく伝達することができるとともに、外的な振動や衝撃を吸収することができる。したがって、接着界面に応力が集中しにくいだけでなく、曲げモードを含む入力に対しても高い剥離接着強度を発揮することができるので、センサの耐久性を大幅に向上させることができる。【００１５】
次に、上記弾性接着層１６の形成方法について説明する。
センサの検出精度を保つためには、弾性接着層１６の厚みを均一にすることが重要である。これを実現するため、本例では、図２（ａ）に示すように、タイヤ表面部のゴム部材１５上に、例えば、非接着性の樹脂などにより、開口部の面積がセンサ１４の接着面よりも大きな面積を有する仮止め用のフレーム１７を設けて、このフレーム１７内に弾性接着剤を当該フレーム１７の面位置まで流し込み、その上にセンサ１４を載せて上記接着剤を硬化させることにより、均一な厚みを有する弾性接着層１６を形成するようにしている。
なお、タイヤ加硫時にモールド、ブラダーに予めパターンを形成し、加硫時に上記フレーム１７を形成してもよい。あるいは、上記フレーム１７に代えて、図２（ｂ）に示すような、ピット１８を設けてもよい。
このように、加硫と同時にフレーム１７またはピット１８を形成すると、弾性接着層１６を形成する位置が正確になるので、センサ１４の位置決めを簡単にかつ精度よく行うことができる。また、上記フレーム１７またはピット１８をゴム部材で形成した場合には、弾性接着剤の弾性率をタイヤ表面部のゴム部材１５と等しくなるようにすれば、センサ１４の検出精度を更に向上させることができる。【００１６】
ところで、上記接着層１６は弾性体であるので、センサ入力は実際のタイヤ入力よりも緩和されたものになる。そのため、弾性接着剤の弾性率とセンサの弾性率とを用いて上記緩和された入力からタイヤ入力を求める必要がある。
ここで、タイヤ歪をε0、センサ歪をεとすると、センサ歪εは補正係数Ｃを用いて、ε0＝Ｃ・εと表わせる。この補正係数Ｃは、接着層の厚みをｔ、弾性率をＥ、その剪断弾性率をＧとし、タイヤのゴム部材の厚みをｔ1、弾性率をＥ1、センサの厚みをｔ2、センサ幅をｗ、センサ長をｌ、弾性率をＥ2とし、
Ｋ1＝（Ｅ1ｔ1＋Ｅｔ）ｗ/ｌ、Ｋ2＝（Ｅ2ｔ2＋Ｅｔ）ｗ/ｌ、ｋ＝Ｇｌｗ/ｔとおくと、以下の式で表わせる。
なお、接着層の幅及び長さは、それぞれ、センサ幅ｗ及びセンサ長ｌに等しくした。
【数２】
2008059838.tif 000004
但し、弾性接着剤の塗布量や図２（ａ），（ｂ）のようにフレームやピットを設けた場合には、その形状に合わせて補正係数を算出する。
また、弾性接着剤またはセンサ基板の弾性率の温度変化が顕著な場合には、センサ付近に温度センサを設けて、弾性接着剤またはセンサ基板の弾性率の温度変化を計測し、それらの弾性率の変化により緩和補正係数を算出するようにすればよい。
また、上記弾性率に周波数依存性がある場合（弾性接着剤のｔａｎδが大きい場合）には、センサ入力周波数に対して周波数補正を合わせて用いることができる。【００１７】
このように、本最良の形態１では、タイヤ１０のインナーライナ部１３のゴム部材であるタイヤ表面部のゴム部材１５に上記タイヤ１０の変形を検出するためのセンサ１４を、アクリル変成シリコーン樹脂などを主成分とする常温湿気接着剤から成る弾性接着剤を用いて接着し、上記センサ１４と上記ゴム部材１５との間に上記接着剤を硬化させた弾性接着層１６を設けるようにしたので、上記タイヤ１０の変形を精度よくセンサ１４に伝達することができるとともに、センサ１４の耐久性を大幅に向上させることができる。
このとき、上記弾性接着層１６の厚みを３ｍｍ以下とするとともに、弾性率を０．１〜１００ＭＰａ、損失係数（ｔａｎδ）を０．１未満となるような弾性接着剤を用いれば、タイヤ１０の変形を確実にセンサ１４に伝達することができるとともに、センサ１４の耐久性を大幅に向上させることができる。
また、タイヤ表面部のゴム部材１５に、フレーム１７もしくはピット１８を設けて、このフレーム１７もしくはピット１８内に弾性接着剤を流し込み、その上にセンサ１４を載せて上記接着剤を硬化させるようにすれば、弾性接着層１６の厚みを確実に均一にできるので、タイヤ１０の変形を更に精度よくセンサ１４に伝達することができる。【００１８】
なお、上記最良の形態１では、タイヤのインナーライナ部１３のゴム部材１５にセンサ１４を取付けた場合について説明したが、本発明はこのようなタイヤ内面側のゴム部材の表面部にセンサ１４を取付ける場合のみに限定されるものではなく、タイヤトレッド部やサイド部のような、タイヤ外面側のゴム部材の表面部にセンサ１４を取付ける場合にも適用可能である。
また、上記例では、図１に示すように、弾性接着層１６の幅と長さを当該センサ１４の幅と長さに等しくなるように、すなわち、センサ１４の全面に亘って弾性接着層１６を設けているが、上記接着層１６の幅と長さとしては、センサ１４の変形部と接触する接触面の面積を、上記変形部の面積の６０％以上とすれば、十分にゴム部材１５の変形をセンサ１４に精度よく伝達することができる。
また、センサ全体をゴムシートで覆うことにより、センサとタイヤとの接着力を補強したり、センサと外部との接触を防止することができる。
【実施例１】
【００１９】
精度検証試験
図３に示すような厚さ２ｍｍのゴム片２１上に設けられたフレーム２２内に、エポキシ・変性シリコーン弾性接着剤をディスペンサを用いて注入し、その上にセンサ長が２ｍｍの精度検証用の歪ゲージ２３がパターンニングされた、ｔ＝０．０５ｍｍ、１０ｍｍ□のＰＥＴフィルム２４を接着して、これを２３℃×７日硬化させて、上記歪ゲージ２３とゴム片２１との間に弾性接着層２５を形成した試験サンプル２０を作製した。なお、同図において、符号２６は基板で、２７は検出回路、通信回路等を含む回路部である。
この試験サンプル２０のゴム片２１に、引張試験機にて様々な振動を与え、そのときの入力と歪ゲージ２３の出力信号との関係を調べた結果を図４のグラフに示す。同図において、横軸はゴム片２１に与えた入力歪（％）で、この入力歪（％）は走行中のタイヤの歪に相当するので、同図ではタイヤ歪（％）としている。また、縦軸は入力に対する歪ゲージの出力信号の比であるセンサ歪（％）である。
同図から明らかなように、センサ歪（％）の大きさはタイヤ歪（％）の約１/６と、歪の大きさそのものは緩和されているものの、タイヤ歪（％）とセンサ歪（％）とは高い相関を示していることがわかる。これにより、本願発明の弾性接剤を硬化させた接着層はゴム部材の変形をセンサに精度よく伝達することができることが確認された。
接着性検証試験
タイヤ内面に、図２（ａ）に示すようなフレームを設け、上記精度検証試験と同様の条件で歪ゲージがパターンニングされたＰＥＴフィルムを弾性接着剤で接着したタイヤを試験車両に搭載し、１０００ｋｍの実車試験を行いその接着性を検証した。また、比較のため、上記ＰＥＴフィルムを瞬間接着剤であるシアノアクリレートを用いて接着したタイヤについても同様の試験を行った。このとき、シアノアクリレートは通常の使用方法と同様に、ごく薄く塗布した。その結果、シアノアクリレートで接着したＰＥＴフィルムが１００ｋｍ走行時において接着剥離が見られたのに対し、本発明のＰＥＴフィルムを弾性接着剤で接着したタイヤでは、１０００ｋｍ完走後も接着剥離はなかった。これにより、本発明の弾性接着剤は耐久性にも優れていることが確認された。
また、上記精度検証試験で用いたサンプルに、疲労試験機にて、５０Ｈｚ、２．５％歪を与えた。その結果、５０００万回（走行距離換算で１０万ｋｍ）の振動付与後も出力信号が検出されたことから、本発明の接着層は疲労破壊に対しても高い耐久性を備えていることが確認された。【００２０】
最良の形態２．
図５（ａ）〜（ｃ）は、本最良の形態２に係わるセンサ付きタイヤ１０Ｐと圧電素子センサをタイヤに装着する方法の概要を示す模式図である。同図において、１１はタイヤトレッド、１２はベルト層、１３はタイヤのインナーライナ部、３４はこのインナーライナ部１３のゴム部材であるタイヤ表面部のゴム部材１５に取付けられた圧電素子センサ、３５は上記圧電素子センサ３４の検知面であるタイヤとの接触面に、上記接触面の全面を覆うように取付けられるセンサ補強部材、３６は上記圧電素子センサ３４と上記ゴム部材１５とを接着する弾性接着層である。上記圧電素子センサ３４は、圧電素子とこの圧電素子に設けられた電極部とを備え、タイヤの変形量を検出する。また、上記弾性接着層３６は上記最良の形態１の弾性接着層１６と同様の接着層で、硬化後に弾性体となる弾性接着剤を硬化させて形成される。
本例では、上記センサ補強部材３５として、その剛性が上記圧電素子センサ３４の剛性よりも高い、厚みが一定のフィルム状部材を用いるとともに、上記センサ補強部材３５の剛性を、上記圧電素子センサ３４とセンサ補強部材３５とを合わせたセンサ全体の剛性が一様になるように設定している。
上記圧電素子センサ３４とセンサ補強部材３５の剛性は、それぞれの部材の厚みＤとヤング率Ｙとの積で表わされる。ここで、添え字１を圧電素子センサ、添え字２をセンサ補強部材とすると、圧電素子センサ３４とセンサ補強部材３５とを合わせたセンサ全体の剛性を一様にするためには、剛性比＝（Ｄ2・Ｙ2）/（Ｄ1・Ｙ1）を１０以上とすることが望ましい。
このように、圧電素子センサ３４の検知面であるタイヤとの接触面側の全面を、その剛性が上記圧電素子センサ３４の剛性よりも高いセンサ補強部材３５で覆い、圧電素子センサ３４とセンサ補強部材３５とを合わせたセンサ全体の剛性が一様になるようにすれば、上記センサ補強部材３５により、圧電素子センサ３４への入力が緩和されるので、圧電素子センサ３４の耐久性、すなわち、センサ付きタイヤ１０Ｐの耐久性を向上させることができる。
また、タイヤ入力が高周波である（波長が短い）場合、図６（ａ）に示すように、センサ補強部材３５がない場合には、圧電素子センサ３４に局所的な歪が入り、その大きさによっては圧電素子センサ３４が破壊してしまう場合があった。これに対して、本例では、図６（ｂ）に示すように、センサ補強部材３５を設けて、圧電素子センサ３４とセンサ補強部材３５とを合わせたセンサ全体の剛性が一様になるようにしたので、上記圧電素子センサ３４には局所的な歪が発生することはない。したがって、圧電素子センサ３４の耐久性を大幅に向上させることができる。【００２１】
本例の圧電素子センサ３４に使用される圧電素子としては、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）、チタン酸バリウム、水晶、硫化カドミウム、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリ塩化ビニル等の周知の圧電素子が挙げられる。
また、電極部を構成する材料としては、金、銅などを用いることができるが、クラック防止のためには、金などの柔らかい材料を圧電素子上にスクリーン印刷して電極部を形成することが好ましい。なお、電極部を構成する材料として導電ゴムを使用してもよい。
一方、センサ補強部材３５としては、アラミド、ポリエステル、ポリイミド、ナイロン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ＥＶＡ、ポリウレタン、塩化ビニルなどの厚みが一定のフィルム状の樹脂を用いることが好ましい。
このとき、上記ゴム部材１５の変形を圧電素子センサ３４に精度よく伝達するためには、センサ補強部材３５の剛性を１ｋＮ/ｍ〜１００ｋＮ/ｍとし、かつ、損失係数（ｔａｎδ）を０．１未満とする必要がある。すなわち、剛性が１ｋＮ/ｍ未満、もしくは、ｔａｎδが０．１を超えると、振動や衝撃に対する緩和効果は大きいがゴム部材１５の変形を圧電素子センサ３４に精度よく伝達することが困難である。逆に、剛性が１００ｋＮ/ｍを超えると、入力に対するセンサ自身の変形が小さくなるため、精密な測定が困難になるといった問題が発生する。なお、上記剛性については、使用温度範囲である−４０℃〜１２０℃において温度依存性が少ない樹脂を用いる必要があることはいうまでもない。また、ｔａｎδについても、温度依存性が少ないことが望ましい。
なお、上記センサ補強部材３５に紫外線照射処理、コロナ放電処理、プラズマ処理などの物理処理や、薬剤を用いた化学処理、機械加工のいずれかの前処理を行うようにすれば、接着性を向上させることができる。【００２２】
上記接着層３６を形成するための弾性接着剤は上記最良の形態１と同じである。この接着層３６が振動や衝撃に対して十分な緩和効果を有するとともに、上記ゴム部材１５の変形を圧電素子センサ３４もしくはセンサ補強部材３５に精度よく伝達するためには、上記弾性接着剤の弾性率は０．１〜１００ＭＰａで、かつ、損失係数（ｔａｎδ）が０．１未満であることが好ましい。また、上記接着層３６の厚みは、本例の場合も上記最良の形態１と同じく、３ｍｍ以下とすることが好ましい。すなわち、上記接着層３６の厚みが３ｍｍを超えると、接着層３６自身の変形が大きくなり、ゴム部材１５の変形を圧電素子センサ３４に精度よく伝達することが困難である。
また、上記接着層３６の厚みは、上記接着層３６が歪により破断しない厚み以上とする必要がある。その最小値δは、弾性接着剤の限界伸びｄに対して安全率αを設定し、以下の式を満たすような値に設定することが望ましい。
【数３】
2008059838.tif 000005
例えば、ε＝０．０５、ｌ＝１０ｍｍ、α＝０．１、ｄ＝１．５とすると、接着層３６の最小厚みは、δ＝０．８８ｍｍとなる。
このように、上記接着層３６の厚み、弾性率、ｔａｎδを設定すれば、上記接着層３６はゴム部材１５の変形を圧電素子センサ３４もしくはセンサ補強部材３５に精度よく伝達することができるとともに、外的な振動や衝撃を吸収することができる。【００２３】
ところで、本例では、ゴム部材１５と圧電素子センサ３４との間にセンサ補強部材３５と接着層３６とを介挿してタイヤ入力を緩和するようにしているので、タイヤ入力を求める際には、上記センサ補強部材３５の弾性率と接着層３６の弾性率とを用いて上記緩和された入力からタイヤ入力を求める必要がある。
ここで、タイヤ歪をε0、センサ歪をεとすると、センサ歪εは補正係数Ｃ’を用いて、ε0＝Ｃ’・εと表わせる。この補正係数Ｃ’は、接着層の厚みをｔ、弾性率をＥ、その剪断弾性率をＧとし、タイヤのゴム部材の厚みをｔ1、弾性率をＥ1、補強部材３５の厚みをｔ３、センサ幅をｗ、センサ長をｌ、補強部材３５の弾性率をＥ３とし、
Ｋ1＝（Ｅ1ｔ1＋Ｅｔ）ｗ/ｌ、Ｋ３＝（Ｅ３ｔ３＋Ｅｔ）ｗ/ｌ、ｋ＝Ｇｌｗ/ｔとおくと、以下の式で表わせる。
【数４】
2008059838.tif 000006
なお、接着層及び補強部材の幅及び長さは、それぞれ、センサ幅ｗ及びセンサ長ｌに等しくした。また、この例では、センサ自身の入力緩和分は補強部材の入力緩和分に比べて小さいので無視した。
なお、センサ補強部材３５の弾性定数が温度依存性を有する場合には、別途温度センサを設けて緩和補正係数の温度補正を行うようにすればよい。【００２４】
このように、本最良の形態２では、タイヤ表面部またはタイヤ内部に配置される圧電素子センサ３４を備えたセンサ付きタイヤ１０Ｐにおいて、上記圧電素子センサ３４の検知面であるタイヤとの接触面側の全面を覆う、その剛性が上記圧電素子センサ３４の剛性よりも高い、例えば、ポリエステル樹脂から成るフィルム状の部材（センサ補強部材）３５を設けるとともに、上記センサ補強部材３５を、硬化後に弾性体となる弾性接着剤を用いてタイヤ表面部のゴム部材１５に接着することにより、上記圧電素子センサ３４と上記ゴム部材１５との間に上記センサ補強部材３５を介在させて、上記圧電素子センサ３４と上記センサ補強部材３５とから成るセンサ全体の剛性を一様に高くするようにしたので、圧電素子センサ３４への入力を効果的に緩和することができ、圧電素子センサ３４の耐久性を向上させることができる。したがって、耐久性に優れたセンサ付きタイヤ１０Ｐを提供することができる。
また、タイヤ表面部のゴム部材１５の変形を確実に圧電素子センサ３４に伝達することができるので、タイヤの変形量を精度よく検出することのできるセンサ付きタイヤ１０Ｐを得ることができる。【００２５】
なお、上記最良の形態２では、タイヤの変形量を検出する圧電素子センサ３４を備えたセンサ付きタイヤ１０Ｐについて説明したが、本発明は圧電素子センサが発電を行うための圧電素子センサである場合にも適用可能である。
また、上記例では、圧電素子センサ３４をタイヤのインナーライナ部１３に配置した場合について説明したが、本発明はこれに限るものではなく、タイヤトレッド部やサイド部のような、タイヤ外面側、もしくは、トレッドブロックの内部などのタイヤ内部に圧電素子センサ３４を配置して成るセンサ付きタイヤにも適用可能である。
なお、タイヤ内部に圧電素子センサ３４を配置する場合には、センサ補強部材３５のゴム部材と対向する面とタイヤ部材とを、硬化後に弾性体となる弾性接着剤を用いて接着すればよいが、この反対側の面とタイヤ部材とを同様の弾性接着剤で接着してもよいし、その両面を接着してもよい。
また、上記例では、上記圧電素子センサ３４の検知面であるタイヤとの接触面側の全面をセンサ補強部材３５で覆うようにしたが、図７（ａ）に示すように、上記圧電素子センサ３４のタイヤとの接触面とは反対側の面の全面をセンサ補強部材３５で覆うようにしてもよい。なお、この場合にも、センサ補強部材３５の剛性を上記圧電素子センサ３４の剛性よりも高くすることが肝要である。また、剛性比を１０以上とすれば、圧電素子センサ３４とセンサ補強部材３５とを合わせたセンサ全体の剛性がほぼ一様になるので、更に好ましい。また、図７(ａ)のように圧電素子センサ３４をゴム部材１５に直接接着する場合には、接着剤として硬化後に弾性体となる弾性接着剤を用いて接着し、圧電素子センサ３４とゴム部材１５との間に上記実施の形態１と同様の接着層３６を設けることが好ましい。
また、図７（ｂ）に示すように、上記圧電素子センサ３４のタイヤとの接触面とその反対側の面の両方の全面をそれぞれセンサ補強部材３５ｍ，３５ｎで覆うようにしても同様の効果を得ることができる。
また、図７（ｃ）に示すように、フィルム状の樹脂３５ａ，３５ｂ，３５ｃを積層したセンサ補強部材３５Ｌを用いてもよい。なお、この場合には、上記フィルム状の樹脂３５ａ，３５ｂ，３５ｃの剛性を、タイヤ表面部のゴム部材１５に近いほど低くすることが肝要で、これにより、タイヤ入力を更に効果的に緩和することができる。
また、図８に示すように、センサ補強部材３５（または、センサ補強部材３５Ｌ）を少なくとも圧電素子センサ３４の検知面とは反対側の面に設けるとともに、上記補強部材３５上にＡＤ変換器３７ａ，信号処理回路３７ｂ，無線回路３７ｃ，アンテナ３７ｄのような、無線通信用の電子デバイス３７を、例えば、スクリーン印刷などにより形成するようにすれば、小型のセンサ−無線一体の圧電素子モジュールを得ることができる。
【実施例２】
【００２６】
ＰＶＤＦを圧電素子とする圧電素子センサと片面がポリエステルラミネート（０．１ｍｍ厚）で覆われたＰＶＤＦを圧電素子とする圧電素子センサとをそれぞれ、ゴム片に弾性接着剤を用いて接着したサンプルを準備し、疲労試験機（島津製作所  ＭＭＴ−２５０）を用いて、±２．５％歪を５０Ｈｚのサイン波としてゴム片に入力し、５０００万回（走行距離換算で１０万ｋｍ）の耐久試験を行った。なお、接着剤は極力薄く塗布した。
その結果を図９のグラフに示す。横軸は入力回数（万回）、縦軸は圧電素子センサの生存率である。グラフから明らかなように、補強なしの圧電素子センサは１００万回以前に全て故障した。一方、本発明によるポリエステルラミネートで補強した圧電素子センサは５０００万回以上の耐久性を有していることから、本発明の圧電素子センサの装着方法を用いることにより、圧電素子センサの耐久性を大幅に向上させることができることが確認された。
また、図１０は、本発明による圧電素子センサ付きタイヤを室内試験機にて所定速度で走行させたときの、走行前と走行後の圧電素子センサの電極部の拡大写真で、補強なしの圧電素子センサの表面は、走行後には、多数のクラックが入っているのに対し、本発明の圧電素子センサは５０００万回以上のくり返し入力に対しても、故障の原因となるクラックがほとんど発生していないことが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
以上説明したように、本発明によれば、タイヤ表面部のゴム部材の変形を精度よくセンサに伝達することができるとともに、センサの耐久性を大幅に向上させることができる。したがって、タイヤの変形状態を安定して測定できるので、この情報に基づいて車両の走行制御を行えば、車両の走行安全性を更に高めることができる。
また、本発明を、例えば、タイヤに装着された加速度センサなどの駆動電源として用いられる圧電素子センサに適用した場合でも、長期にわたって安定して電力を供給することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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