(57)【要約】【課題】タイヤの異常を容易に検出することが可能なタイヤの異常検出方法及び異常検出装置を提供する。【解決手段】タイヤ側回路２０に設けられた二次共振回路２１を有し、二次共振回路２１のインピーダンスの変化に基づいて、タイヤ３０の異常を検出する。タイヤ３０の強度を高めるための繊維補強層３６、及びタイヤ３０を支持する荷重支持構造体３９の少なくとも一方に配置された電極を用いてコンデンサＣ２を形成する。検出したタイヤ３０の異常を電気信号または電磁波で車体側回路１０に伝送する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
タイヤ側に設けられた二次共振回路を有し、前記二次共振回路のインピーダンスの変化に基づいて、タイヤの異常を検出するタイヤの異常検出方法であって、
前記タイヤの強度を高めるための繊維補強層、及び前記タイヤを支持する荷重支持構造体の少なくとも一方に配置された電極を用いて前記二次共振回路のコンデンサを形成し、
検出したタイヤの異常を電気信号または電磁波で車体側に伝送すること
を特徴とするタイヤの異常検出方法。
【請求項２】
請求項１に記載のタイヤの異常検出方法において、
前記二次共振回路に交流信号を供給し、前記二次共振回路に生じる電流、または電圧に基づいて、前記二次共振回路のインピーダンスの変化を検出すること
を特徴とするタイヤの異常検出方法。
【請求項３】
請求項１に記載のタイヤの異常検出方法であって、
車体側に設けられ、前記二次共振回路と電磁界結合した一次共振回路に交流信号を供給し、前記一次共振回路に生じる電流、または電圧に基づいて、前記二次共振回路のインピーダンスの変化を検出すること
を特徴とするタイヤの異常検出方法。
【請求項４】
請求項３に記載のタイヤの異常検出方法において、
前記一次共振回路と前記二次共振回路の共振周波数を一致させ、前記交流信号は、前記共振周波数の交流信号であること
を特徴とするタイヤの異常検出方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載のタイヤの異常検出方法において、
前記二次共振回路のコンデンサの静電容量、及びコイルのインダクタンスのうちの、少なくとも一方の変化に基づいて、前記二次共振回路のインピーダンスの変化を検出すること
を特徴とするタイヤの異常検出方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載のタイヤの異常検出方法において、
前記二次共振回路のコンデンサは、前記繊維補強層と、前記荷重支持構造体の外周面に形成した導電体層と、で構成されること
を特徴とするタイヤの異常検出方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載のタイヤの異常検出方法であって、
前記繊維補強層は、前記タイヤの接地面の端部側に、前記タイヤの周方向に沿って配置される環状導体にて電気的に接続されていること
を特徴とするタイヤの異常検出方法。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載のタイヤの異常検出方法であって、
前記タイヤの側面に平行な方向に、前記タイヤの回転中心を囲むように前記荷重支持構造体に導電線を配索して、前記二次共振回路のコイルとすること
を特徴とするタイヤの異常検出方法。
【請求項９】
請求項８に記載のタイヤの異常検出方法において、
前記二次共振回路のコイルは、前記荷重支持構造体の両側面に設けられていること
を特徴とするタイヤの異常検出方法。
【請求項１０】
タイヤ側に設けられた二次共振回路を有し、前記二次共振回路のインピーダンスの変化に基づいて、タイヤの異常を検出するタイヤの異常検出装置であって、
前記タイヤの強度を高めるための繊維補強層、及び前記タイヤを支持する荷重支持構造体の少なくとも一方に配置された電極を用いて前記二次共振回路のコンデンサを形成し、
検出したタイヤの異常を電気信号または電磁波で車体側に伝送する通信回路
を備えたことを特徴とするタイヤの異常検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タイヤの異常を検出するタイヤの異常検出方法、及び異常検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
タイヤに生じる亀裂、ひび割れ、剥離、傷等の異常を検出する方法として、例えば特許文献１に開示されたものが知られている。該特許文献１では、タイヤの表面に所定のピッチで磁性体を設け、更に車体側適所の、各磁性体と対向する位置に環状磁路を形成する磁石を設けている。そして、タイヤの回転に伴って環状磁路に生じる磁束密度の変化を検出し、磁束密度の変化に基づいてタイヤの異常を検出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４１９８４１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した特許文献１に開示された従来例は、磁束密度の変化に基づいてタイヤの異常を検出するので、タイヤが回転していることが必須の要件となり、タイヤが停止している状況下での異常検出が難しいという問題があった。
【０００５】
本発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、タイヤの異常を容易に検出することが可能なタイヤの異常検出方法及び異常検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明は、タイヤ側に設けられた二次共振回路を有し、二次共振回路のインピーダンスの変化に基づいて、タイヤの異常を検出するタイヤの異常検出方法であり、タイヤの繊維補強層、及び荷重支持構造体の少なくとも一方に配置された電極を用いて二次共振回路のコンデンサを形成し、検出したタイヤの異常を電気信号または電磁波で車体側に伝達する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、タイヤの異常を容易に検出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態に係るタイヤの異常検出装置の構成を示すブロック図である。
【図２Ａ】図２Ａは、非空気式タイヤの側面方向の断面図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、図２Ａに示した「α」部の拡大図である。
【図３】図３は、非空気式タイヤの一部破断斜視図である。
【図４】図４は、コートゴムの外周部に繊維補強層が設けられている様子を示す斜視図である。
【図５】図５は、荷重支持構造体の側面に導電線を設けて二次共振回路のコイルが形成される様子を示す斜視図である。
【図６】図６は、荷重支持構造体に設けられるコイルと一次共振回路に設けられるコイルを電磁界結合する様子を示す説明図である。
【図７】図７は、本発明の第１実施形態の係るタイヤの異常検出装置の等価回路図である。
【図８】図８は、本発明の第２実施形態に係るタイヤの異常検出装置の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係るタイヤの異常検出装置の構成を示すブロック図である。図１に示すように、本実施形態に係る異常検出装置は、車体側に設けられる車体側回路１０とタイヤ側に設けられるタイヤ側回路２０を備えている。
【００１０】
タイヤ側回路２０は、コイルとコンデンサを含む二次共振回路２１を備えている。また、車体側回路１０は、コイルとコンデンサを含む一次共振回路１１と、該一次共振回路１１に交流信号を供給する交流信号発生回路１２と、一次共振回路１１に流れる電流または電圧を検出し、電流または電圧の変化に基づいてタイヤに生じる亀裂、ひび割れ、剥離等の異常を検出するタイヤ異常検出回路１３を備えている。
【００１１】
図２Ａは、異常検出の対象となる非空気式タイヤ３０（以下、「タイヤ３０」と略す）の側面方向の断面図、図２Ｂは、図２Ａに示した「α」部の拡大図、図３は、タイヤ３０の一部破断斜視図である。
【００１２】
図２Ａに示すように、タイヤ３０は、中央に側面視円形状のホイール３１が設けられており、更に、その周囲にタイヤ３０を支持する荷重支持構造体３９が設けられている。荷重支持構造体３９は、ホイール３１から外周側に向けて複数（図では８個）設けられたスポーク３２と、各スポーク３２の先端に設けられた側面視円形状の外周リング３３を有している。外周リング３３は、例えば、シリコーン系、ウレタン系、エポキシ系等の樹脂で構成されている。
【００１３】
図２Ｂ、図３に示すように、外周リング３３の外周部には導電体層３４が設けられている。導電体層３４は、導電材料のメッシュ、或いは板材等で構成されている。
導電体層３４の外周部には、外周ゴム部３８が形成されている。外周ゴム部３８は、導電体層３４に接するコートゴム３５と、該コートゴム３５の外周部に形成される繊維補強層３６と、該繊維補強層３６の外周部に形成されるトレッド部３７、を備えている。
【００１４】
繊維補強層３６は、外周ゴム部３８の強度を向上させる層であり、導電性を有する電線をメッシュ状に配設して構成されている。
図４は、コートゴム３５の外周部に繊維補強層３６が設けられている様子を示す斜視図である。繊維補強層３６を形成する各電線は被覆されており、更に、タイヤ３０の側部において被覆が剥離されている。そして、本実施形態では、繊維補強層３６の端部を一周するように環状導体４０を配索して、繊維補強層３６を形成する各電線を電気的に導通させている。
【００１５】
上記の構成により、導電性を有する導電体層３４と、やはり導電性を有する繊維補強層３６がコートゴム３５を介して対向配置されるので、静電容量を有するコンデンサとして機能する。これをコンデンサＣ２とする。即ち、該コンデンサＣ２が、前述した図１の二次共振回路２１に設けられるコンデンサ（後述の図７に示すＣ２）である。
【００１６】
図５は、タイヤ３０の荷重支持構造体３９に配索される導電線を示す説明図である。図５では、荷重支持構造体３９の外周に設けられる導電体層３４及び外周ゴム部３８の記載を省略している。
【００１７】
図５に示すように、荷重支持構造体３９を形成するホイール３１、スポーク３２、外周リング３３の、一方の側面及び他方の側面（即ち、両側面）に沿ってループ状を成す導電線４１ａ、４１ｂが配索されている。更に、荷重支持構造体３９内部には、ループ状を成す導電線４１ｃが配索されている。即ち、タイヤの側面に平行な方向に、タイヤの回転中心を囲むように、荷重支持構造体３９に導電線４１ａ、４１ｂ、４１ｃが配索されている。そして、各導電線４１ａ、４１ｂ、４１ｃは連結され、３周のループ状のコイルを形成している。これをコイルＬ２とする。即ち、該コイルＬ２が図１に示した二次共振回路２１に設けられるコイルである。
【００１８】
コイルＬ２とコンデンサＣ２が電気的に接続されて、図１に示した二次共振回路２１を構成する。
そして、タイヤ３０の表面或いは側面が劣化或いは損傷した場合には、上記したコンデンサＣ２の静電容量、或いはコイルＬ２のインダクタンスが変化する。以下、詳細に説明する。
【００１９】
コンデンサＣ２の静電容量を同一の符号Ｃ２で示すと、電極面積をＳ、電極間距離をｄ、電極間の誘電体の比誘電率をε、真空の誘電率をε０としたとき、静電容量Ｃ２は、次の（１）式で示すことができる。
Ｃ２＝ε・ε０・（Ｓ／ｄ）        …（１）
【００２０】
つまり、静電容量Ｃ２は、電極面積Ｓに応じて変化する。従って、タイヤ３０の表面が劣化或いは損傷する等の理由により、繊維補強層３６の面積や導電率に変化が生じた場合には、静電容量Ｃ２が変化することになる。
【００２１】
一方、タイヤ３０の側面が劣化或いは損傷すると、これに起因して導電線４１ａ、４１ｂ、４１ｃのいずれかが損傷し、コイルＬ２のインダクタンスが変化する。即ち、タイヤ３０の表面、或いは側面が劣化或いは損傷すると、コンデンサＣ２とコイルＬ２を含む二次共振回路２１のインピーダンスが変化することになる。後述するように、本実施形態では、二次共振回路２１のインピーダンスの変化に基づいて、タイヤ３０の異常を検出する。
【００２２】
図７は、一次共振回路１１及び二次共振回路２１の等価回路図である。図７に示すように、二次共振回路２１は、コンデンサＣ２と、コイルＬ２、及び抵抗Ｒ２の直列接続回路として構成されている。
【００２３】
一方、一次共振回路１１は、コンデンサＣ１とコイルＬ１の直列接続回路として構成され、交流信号発生回路１２に接続されている。そして、図６に示すように、コイルＬ２はコイルＬ１に近接して対向配置されており、電磁界結合されている。
【００２４】
また、一次共振回路１１の共振周波数と、二次共振回路２１の共振周波数が一致するように各素子の数値が設定されている。即ち、前述した導電体層３４と繊維補強層３６で構成されるコンデンサＣ２の静電容量、及びループ状に配索された導電線４１ａ、４１ｂ、４１ｃで構成されるコイルＬ２のインダクタンスは、既知の数値であるので、これらの共振周波数と一致するように、一次共振回路１１のコンデンサＣ１の静電容量、及びコイルＬ１のインダクタンスを設定する。
従って、交流信号発生回路１２により共振周波数の交流信号が出力され、一次共振回路１１に電流が流れると、電磁界結合により、二次共振回路２１に電流が流れることになる。
【００２５】
次に、上述のように構成された本実施形態の作用について説明する。上述したように、一次共振回路１１の共振周波数と、二次共振回路２１の共振周波数は一致しており、交流信号発生回路１２より、この共振周波数の交流信号を出力すると、コイルＬ１とＬ２が電磁界結合しているので、一次共振回路１１及び二次共振回路２１に電流が流れる。タイヤ３０が損傷していないときに一次共振回路１１に流れる電流を「基準電流」とする。
【００２６】
タイヤ３０の表面、或いは側面が損傷した場合には、コンデンサＣ２の静電容量、或いはコイルＬ２のインダクタンスが変化し、二次共振回路のインピーダンスが変化する。従って、一次共振回路１１に流れる電流は変化する。
【００２７】
タイヤ異常検出回路１３は、一次共振回路１１で検出される電流と、上記の基準電流との差分を演算し、差分が予め設定した閾値よりも大きいと判定される場合には、タイヤ３０に故障が発生しているものと判断する。換言すれば、二次共振回路２１のインピーダンスが変化した場合には、このインピーダンスの変化に伴って、一次共振回路１１に流れる電流が変化する。この変化分、即ち基準電流との差分が閾値以上となった場合に、タイヤ３０に、亀裂、ひび割れ、或いは剥離等の異常が発生しているものと判断する。
【００２８】
即ち、二次共振回路２１のインピーダンスが変化すると、このインピーダンスの変化によるタイヤ３０の異常が電気信号（或いは、電磁波）として一次共振回路１１に伝送される。即ち、一次共振回路１１と二次共振回路２１の電磁界結合は、通信回路として機能している。こうして、タイヤ３０に生じる異常を検出することができるのである。
【００２９】
このようにして、第１実施形態に係るタイヤ検出装置では、導電体層３４と繊維補強層３６により二次共振回路２１のコンデンサＣ２を形成している。従って、タイヤ３０に異常が発生して、コンデンサＣ２の静電容量が変化すると、二次共振回路２１のインピーダンスが変化する。そして、このインピーダンスの変化に基づいてタイヤの異常を検出するので、タイヤ３０の回転時（車両走行時）、停止時（車両停車時）に関わらずタイヤ３０に生じる異常を高精度に検出することが可能になる。
【００３０】
また、車体側回路１０に二次共振回路２１と電磁界結合した一次共振回路１１を設け、一次共振回路１１に流れる電流が変化を検出してタイヤ３０の異常を検出するので、タイヤ３０の異常を高精度に検出することが可能になる。
【００３１】
また、二次共振回路２１のインピーダンスの変化に基づいて、コンデンサＣ２、コイルＬ２のうち、少なくとも一方の異常を検出するので、タイヤ３０の表面、或いは側面に生じる劣化、損傷を検出することが可能となる。
【００３２】
更に、一次共振回路１１と二次共振回路２１の共振周波数を一致させ、交流信号発生回路１２よりこの共振周波数の交流信号を出力するので、タイヤ３０の異常に起因して生じる二次共振回路２１のインピーダンス変化による電流、電圧の変化分が大きくなり、異常の検出精度を向上させることができる。
【００３３】
また、導電性の繊維補強層３６と、荷重支持構造体３９の外周面に設けた導電体層３４により二次共振回路２１のコンデンサＣ２を形成するので、コンデンサＣ２を容易に形成することができ、更に、タイヤ３０の全ての外周面にて生じる亀裂、剥離、ひび割れ等の異常を検出することが可能となる。
【００３４】
更に、繊維補強層３６の、タイヤ接地面の端部側に、タイヤの周方向に沿って配置された環状導体４０により、繊維補強層３６の電線の端部を接続する。即ち、通常は絶縁体でコーティングされている繊維補強層３６における導電性の電線において、導体部分が露出している導体端部どうしを環状導体４０により連続的に接続するので、コンデンサＣ２の電極面積が増大する。よって、繊維補強層３６の導電率を均一にすることができ、タイヤ３０の一周にわたる表面に生じる損傷、劣化に対して安定したインピーダンス変化を発生させることができる。
【００３５】
更に、タイヤ３０の側面に平行な方向に、タイヤ３０の回転中心を囲むように荷重支持構造体３９に導電線４１ａ、４１ｂ、４１ｃを配索して二次共振回路２１のコイルとしているので、荷重支持構造体３９のどの部分が破損した場合でも、導電性が破損する。従って、軽微で局所的な破損の段階でいち早くタイヤ３０の側面に生じる異常を検出することが可能になる。
【００３６】
また、荷重支持構造体３９の両側面に導電線を配索することにより、二次共振回路２１のコイルを容易に構成することが可能となる。一般に、一様な材質の荷重支持構造体３９の応力集中は構造体の表面に生じる。そのため、荷重支持構造体３９の疲労破壊は、通常表面から生じることが知られている。荷重支持構造体３９の両面に導電線を配索することにより、構造体表面から生じる疲労破壊を、局所的で軽微な破壊の段階で漏れなく検知することができる。
【００３７】
一方、構造体内部にボイドや異物が存在し、荷重支持構造体３９が一様な材質で構成されていない場合に、は内部から破壊が生じる場合がある。構造体内部に導電線を配索することにより、内部から疲労破壊が生じた場合でも局所的で軽微な破壊の段階で検出することが可能となる。
【００３８】
また、上記した実施形態では、一次共振回路１１に流れる電流に基づいてタイヤ３０の異常を検出する例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、一次共振回路１１に生じる電圧の変化を検出してタイヤ３０の異常を検出することも可能である。
【００３９】
更に、上記した実施形態では、車両に搭載されるタイヤの異常を検出する例について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、他のタイヤについても適用することが可能である。
【００４０】
また、非空気式タイヤに限定されるものではなく、空気式タイヤについても採用することが可能である。また、本実施形態では、荷重支持構造体３９にスポーク３２を有するタイヤを例に説明したが、ハニカム構造や、その他の構造を持つ荷重支持構造体を適用しても良い。
【００４１】
［第２実施形態の説明］
次に、本発明に係るタイヤの異常検出装置の第２実施形態について説明する。図８は、第２実施形態に係るタイヤの異常検出装置の構成を示すブロック図である。図８に示すように、第２実施形態に係るタイヤの異常検出装置は、車体側回路１０ａ、及びタイヤ側回路２０ａを備えている。
【００４２】
車体側回路１０ａは、タイヤ異常報知回路１５を備えている。一方、タイヤ側回路２０ａは、二次共振回路２１と、タイヤ異常検出回路２２と、交流信号発生回路２３を備えている。二次共振回路２１は、前述した第１実施形態で示した図１と同様であるので構成説明を省略する。交流信号発生回路２３は、二次共振回路２１に交流信号を供給する。
また、車体側回路１０ａとタイヤ側回路２０ａとの間で信号の通信を行う通信回路５１を備えている。
【００４３】
タイヤ異常検出回路２２は、タイヤ３０に劣化や損傷が生じていないときに二次共振回路２１に流れる電流を基準電流として設定する。そして、タイヤ３０の故障検出時において、二次共振回路２１に流れる電流を検出し、検出された電流と基準電流との差分が所定の閾値を超えたときに、タイヤ３０に異常が発生しているものと判断する。そして、異常発生信号を出力する。
【００４４】
通信回路５１として、電磁波や光を用いて送信する方法や、スリップリングを介して有線で送信する方法を用いることができる。また、ＬＥＤ等の光源と光ファイバを用いた光伝送を用いることも可能である。
【００４５】
タイヤ異常報知回路１５は、タイヤ異常検出回路２２でタイヤ３０の異常が検出され、異常検出信号が受信された際に、例えば警報信号を発することにより、タイヤ３０に異常が発生していることを車両の乗員、作業者などに報知する。
【００４６】
次に、第２実施形態に係るタイヤの異常検出装置の作用について説明する。図８に示す交流信号発生回路１２より、二次共振回路２１の共振周波数の交流信号を出力すると、二次共振回路２１には電流が流れる。タイヤ３０が損傷していないときに二次共振回路２１に流れる電流を「基準電流」とする。
【００４７】
タイヤ３０の表面、或いは側面が損傷した場合には、コンデンサＣ２の静電容量、或いはコイルＬ２のインダクタンスが変化し、二次共振回路２１のインピーダンスが変化する。従って、二次共振回路２１に流れる電流は変化する。
【００４８】
タイヤ異常検出回路２２は、二次共振回路２１で検出される電流と、上記の基準電流との差分を演算し、差分が予め設定した閾値よりも大きいと判定される場合には、タイヤ３０に故障が発生しているものと判断する。換言すれば、二次共振回路２１のインピーダンスが変化した場合には、二次共振回路２１に流れる電流が変化するので、この変化分、即ち基準電流との差分が閾値以上となった場合に、タイヤ３０に、亀裂、ひび割れ、或いは剥離等の異常が発生しているものと判断する。
【００４９】
そして、タイヤの異常が検出された場合には、検出したタイヤの異常を通信回路５１を介し、電気信号或いは電磁波で車体側回路１０ａのタイヤ異常報知回路１５に送信する。その結果、タイヤ３０に異常が発生していることを車両の乗員、作業者等に報知することができるのである。
【００５０】
このようにして、第２実施形態に係るタイヤの異常検出装置では、タイヤ側回路２０ａに二次共振回路２１及び交流信号発生回路２３を設け、二次共振回路２１に、該二次共振回路の共振周波数の交流信号を供給する。そして、タイヤ３０に異常が発生した場合には、二次共振回路２１のインピーダンスが変化し、該二次共振回路２１に流れる電流が変化するので、異常の発生を検出することが可能となる。
【００５１】
また、第２実施形態では、タイヤ側回路２０ａに交流信号発生回路２３を設けており、タイヤ側回路２０ａでタイヤ３０の異常を検出するので、車体側回路１０ａに設ける部品点数を低減することが可能となる。更に、タイヤ３０が回転していないときでもタイヤ３０の異常を検出することが可能となる。
【００５２】
以上、本発明のタイヤの異常検出方法、タイヤの異常検出装置を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置き換えることができる。
【符号の説明】
【００５３】
１０、１０ａ  車体側回路
１１  一次共振回路
１２  交流信号発生回路
１３  タイヤ異常検出回路
１５  タイヤ異常報知回路
２０、２０ａ  タイヤ側回路
２１  二次共振回路
２２  タイヤ異常検出回路
２３  交流信号発生回路
３０  非空気式タイヤ
３１  ホイール
３２  スポーク
３３  外周リング
３４  導電体層
３５  コートゴム
３６  繊維補強層
３７  トレッド部
３８  外周ゴム部
３９  荷重支持構造体
４０  環状導体
４１ａ  導電線
４１ｂ  導電線
４１ｃ  導電線
５１  通信回路
【図１】
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【図２Ａ】
2019001342.tif 000004
【図２Ｂ】
2019001342.tif 000005
【図３】
2019001342.tif 000006
【図４】
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【図５】
2019001342.tif 000008
【図６】
2019001342.tif 000009
【図７】
2019001342.tif 000010
【図８】
2019001342.tif 000011