(57)【要約】【課題】タイヤの内部の気体圧力を測定する圧力センサと、タイヤ外部へ無線を利用してデータを送信する送信回路を有するタイヤ内の気体圧力測定装置の小型化、部品点数の低減、軽量化、低消費電力化を課題とする。【解決手段】タイヤ内の気体圧力測定装置は、圧力検出回路と、タイヤの運動による加速度を測定する加速度検出回路などを１つの集積回路チップとして構成されている。圧力検出回路の圧力検出手段、加速度検出回路の加速度検出手段は、ともに可動電極と固定電極との静電容量によるものであり、圧力検出手段で検出した静電容量と加速度検出手段で検出した静電容量は容量電圧変換回路で電圧に変換される。圧力検出回路と加速度検出回路内の容量電圧変換回路は、集積回路チップの外部から共通の１端子に入力される駆動用クロック信号によって静電容量を電圧に変換する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
タイヤ内の気体圧力を測定する圧力検出回路と、タイヤの運動による加速度を測定する加速度検出回路とを1チップの半導体基板上に形成した集積回路チップで構成したことを特徴とするタイヤ内の気体圧力測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載のタイヤ内の気体圧力測定装置において、前記集積回路チップは容量電圧変換回路を備え、前記圧力検出回路は可動電極と固定電極との静電容量により気体圧力を検出し、前記加速度検出回路は可動電極と固定電極との静電容量により加速度を検出し、前記圧力検出回路で検出した静電容量と加速度検出回路で検出した静電容量を容量電圧変換回路で電圧に変換することを特徴とするタイヤ内の気体圧力測定装置。
【請求項３】
請求項２に記載のタイヤ内の気体圧力測定装置において、前記集積回路チップは前記集積回路チップの外部からのクロック信号入力端子を１つ備え、前記圧力検出回路と前記加速度検出回路は、各々が前記容量電圧変換回路を有し、かつ前記各々の容量電圧変換回路の駆動用クロック信号は、前記クロック信号入力端子から入力されること特徴とするタイヤ内の気体圧力測定装置。
【請求項４】
タイヤ内の気体圧力を容量値に変換する圧力検出容量素子と、タイヤの運動による加速度を容量値に変換する加速度検出容量素子と、静電容量を電圧に変換する容量電圧変換回路とを備え、前記容量電圧変換回路は切替スイッチにより圧力検出容量素子あるいは加速度検出容量素子に接続されるように構成され、前記容量電圧変換回路は、圧力検出容量素子と接続されることにより圧力検出回路となり、加速度検出容量素子に接続されることにより加速度検出回路となるように構成されていることを特徴とするタイヤ内の気体圧力測定装置。
【請求項５】
請求項４に記載のタイヤ内の気体圧力測定装置において、前記圧力検出容量素子、前記加速度検出容量素子及び前記容量電圧変換回路は、1チップの半導体基板上に形成した集積回路チップで構成されていることを特徴とするタイヤ内の気体圧力測定装置。
【請求項６】
請求項１または５に記載のタイヤ内の気体圧力測定装置において、前記集積回路チップ上にタイヤ内の温度を測定する温度検出回路が配置されていることを特徴とするタイヤ内の気体圧力測定装置。
【請求項７】
請求項１、５または６のいずれかに記載のタイヤ内の気体圧力測定装置において、前記集積回路チップ上に定電圧出力回路が配置されていることを特徴とするタイヤ内の気体圧力測定装置。
【請求項８】
請求項１または５に記載のタイヤ内の気体圧力測定装置において、前記集積回路チップ上に、パルス信号が入力される制御入力端子を有する制御回路が配置されており、前記圧力検出回路と加速度検出回路は、前記制御回路からのパルス信号のカウント数に対応して動作または非動作が切り替わる手段を有することを特徴とするタイヤ内の気体圧力測定装置。
【請求項９】
請求項６に記載のタイヤ内の気体圧力測定装置において、前記集積回路チップ上に、パルス信号が入力される制御入力端子を有する制御回路が配置されており、前記圧力検出回路、加速度検出回路及び温度検出回路は、前記制御回路からのパルス信号のカウント数に対応して動作または非動作が切り替わる手段を有することを特徴とするタイヤ内の気体圧力測定装置。
【請求項１０】
請求項７に記載のタイヤ内の気体圧力測定装置において、前記集積回路チップ上に、パルス信号が入力される制御入力端子を有する制御回路が配置されており、前記圧力検出回路、加速度検出回路、温度検出回路及び定電圧出力回路は、前記制御回路からのパルス信号のカウント数に対応して動作または非動作が切り替わる手段を有することを特徴とするタイヤ内の気体圧力測定装置。
【請求項１１】
請求項８から１０のいずれかに記載のタイヤ内の気体圧力測定装置において、前記集積回路チップ上に、第１出力端子を有する出力回路が配置されており、該出力回路は、動作中の前記回路に切り替える切替手段を有し、動作中の前記回路からの出力電圧を第１出力端子から出力することを特徴とするタイヤ内の気体圧力測定装置。
【請求項１２】
請求項８から１０のいずれかに記載のタイヤ内の気体圧力測定装置において、前記集積回路チップは、第２出力端子を有し、該第２出力端子から前記集積回路チップの外部に設けられた無線送信用回路に動作信号を出力することを特徴とするタイヤ内の気体圧力測定装置。
【請求項１３】
請求項８から１０のいずれかに記載のタイヤ内の気体圧力測定装置において、前記集積回路チップは、第３出力端子を有し、該第３出力端子から前記集積回路チップの外部に設けられた無線受信用回路に動作信号を出力することを特徴とするタイヤ内の気体圧力測定装置。
【請求項１４】
請求項１１に記載のタイヤ内の気体圧力測定装置において、前記集積回路チップは、第３出力端子を有するとともに受信端子を有し、前記制御回路は、前記第３出力端子から前記集積回路チップの外部に設けられた無線受信用回路に動作信号を出力し、前記無線受信用回路の受信信号を前記受信端子から入力して前記第１出力端子から出力することを特徴とするタイヤ内の気体圧力測定装置。
【請求項１５】
請求項１１に記載のタイヤ内の気体圧力測定装置において、前記集積回路チップは、前記制御入力端子に入力されたパルス信号のカウント数に対応してあらかじめ定めた電圧を前記第１出力端子から出力する手段を有することを特徴とするタイヤ内の気体圧力測定装置。
【請求項１６】
請求項１５に記載のタイヤ内の気体圧力測定装置において、前記あらかじめ定めた電圧は、電源電圧またはＧＮＤ電圧であることを特徴とするタイヤ内の気体圧力測定装置。
【請求項１７】
請求項１または４に記載のタイヤ内の気体圧力測定装置において、前記加速度検出回路で測定された加速度があらかじめ定めた閾値以下のときは、圧力度検出回路による圧力測定を中止する手段を有することを特徴とするタイヤ内の気体圧力測定装置。
【請求項１８】
請求項１７に記載のタイヤ内の気体圧力測定装置において、あらかじめ定めた一定時間ごとに信号を出力する手段を有し、前記加速度検出回路は前記手段からの信号により加速度を測定することを特徴とするタイヤ内の気体圧力測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車などに使用されるタイヤの内部の気体圧力を測定するタイヤ内の気体圧力測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車に使用されるタイヤ内部の気体圧力を測定し、圧力の低下時に警告を通知するシステムに注目が集まっている。このシステムに注目が集まっている理由として、タイヤ内の気体圧力は乗用車であれば常温において２２０ｋＰａ程度に保っておく必要があるが、タイヤ内の気体圧力が低下すると乗り心地や燃費が悪化するだけでなく、条件によってはタイヤの破裂につながることもあるからである。また、米国では、法規制により自動車にタイヤ内の気体圧力を監視するシステムの搭載が義務付けられている。
【０００３】
ところで、タイヤ空気圧測定モジュールは回転体であるタイヤ内に設置される。このことから外部から電源供給を受けることが難しいため、電池を内蔵していることが多い。しかしながら、電池で供給できる電力量は限られているにもかかわらず、自動車は長期（例えば１０年）にわたって使用されるため、タイヤ空気圧測定モジュールは低消費電力化が必要不可欠となっている。
【０００４】
また、タイヤにタイヤ空気圧測定モジュールを装着することによるホイールバランスの崩れを小さくするため、タイヤ空気圧測定モジュールの軽量、小型化も必要不可欠となっている。このタイヤ空気圧測定モジュールとして、例えば、特許文献１（特開平１１−２０２４７号公報）や特許文献２（特開平１１−３２６０９９号公報）に記載されているタイヤ空気圧測定モジュールが知られている。
【０００５】
特許文献１に記載されているものは、空気圧センサと、車輪の回転に応答する遠心力スイッチと、制御部及び送信部を有する無線送信装置とでタイヤ空気圧測定装置を構成し、制御部は遠心力スイッチがオン状態になり車輌が走行状態にある場合に定期的に空気圧センサを動作させてタイヤ空気圧を検出し、また送信部を動作させて車輪側より車体側へタイヤ空気圧を示す信号を無線送信している。また、特許文献２に記載されているタイヤ空気圧警報装置は、低消費電流モードを具備した制御部を、通常は低消費電流モードとし、一定時間ごとに信号を出力するタイマ回路または、強制出力手段の出力によって前記制御部の低消費電流モードを解除して通常の動作モードとし、タイヤ空気圧異常検出手段に電源を供給するとともにタイヤ空気圧異常検出手段を制御してタイヤの空気圧の異常をチェックしている。
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−２０２４７号公報
【特許文献２】特開平１１−３２６０９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載のタイヤ空気圧測定装置では、遠心力スイッチにより車輌が走行状態にある場合に定期的に空気圧センサを動作させることにより消費電力を低減することができるが、タイヤ空気圧測定装置を小型化することについては配慮されておらず、遠心力スイッチを空気圧センサとは別途設ける必要があるため、タイヤ空気圧測定装置が大型化する。特許文献２に記載のタイヤ空気圧警報装置では、タイヤ空気圧異常検出手段の構成が明らかでなく、タイヤ空気圧警報装置を小型化することについて配慮されておらず、また、強制出力手段に入力される信号は、不特定なタイミングで入力される可能性があり、常に強制出力手段の回路を動作させておく必要があるため、電力を常に消費する。
【０００８】
本発明は、上記の問題を解決することを目的としてなされたものであり、圧力検出回路と加速度検出回路は１つの集積回路チップに一体化して構成して部品点数を低減するとともに、小型化、軽量化し、低消費電力化したタイヤ空気圧測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成するために、本発明によるタイヤ内の気体圧力測定装置は、タイヤ内の気体圧力を測定する圧力検出回路と、タイヤの運動による加速度を測定する加速度検出回路とを1チップの半導体基板上に形成した集積回路チップで構成したことを特徴としている。本発明では、圧力検出回路と加速度検出回路とを1チップの半導体基板上に形成した集積回路チップで構成したことにより、タイヤ内の気体圧力を測定するために必要な圧力検出回路と加速度検出回路とを部品点数を少なくして小型に構成することができ、軽量化を図るとともに、省電力化することができる。
【００１０】
本発明におけるタイヤ内の気体圧力測定装置は、具体的には、集積回路チップが容量電圧変換回路を備え、圧力検出回路が可動電極と固定電極との静電容量により気体圧力を検出し、加速度検出回路が可動電極と固定電極との静電容量により加速度を検出し、前記圧力検出回路で検出した静電容量と前記加速度検出回路で検出した静電容量を容量電圧変換回路で電圧に変換することにより、タイヤ内の圧力とタイヤの回転を検出している。
【００１１】
本発明におけるタイヤ内の気体圧力測定装置は、集積回路チップが集積回路チップの外部からのクロック信号入力端子を１つ備え、圧力検出回路と加速度検出回路は、各々が容量電圧変換回路を有し、かつ前記各々の容量電圧変換回路の駆動用クロック信号が前記クロック信号入力端子から入力されること特徴としている。本発明では、１つのクロック信号入力端子から各々の容量電圧変換回路に駆動用クロック信号が入力されるように構成したことにより、クロック信号入力端子を少なくすることができ、集積回路チップが小型化されることで気体圧力測定装置を小型化できる。
【００１２】
本発明におけるタイヤ内の気体圧力測定装置は、タイヤ内の気体圧力を容量値に変換する圧力検出容量素子と、タイヤの運動による加速度を容量値に変換する加速度検出容量素子と、静電容量を電圧に変換する容量電圧変換回路とを備え、前記容量電圧変換回路は切替スイッチにより圧力検出容量素子あるいは加速度検出容量素子に接続されるように構成され、前記容量電圧変換回路は、圧力検出容量素子と接続されることにより圧力検出回路となり、加速度検出容量素子に接続されることにより加速度検出回路となるように構成されていることを特徴としている。本発明では、容量電圧変換回路を圧力検出容量素子と加速度検出容量素子とに兼用できるように構成することにより、集積回路チップをより小型化できる。
【００１３】
本発明におけるタイヤ内の気体圧力測定装置は、好ましくは、集積回路チップ上にタイヤ内の温度を測定する温度検出回路が配置され、さらに、定電圧出力回路が配置されている。本発明では、タイヤ内の温度によりタイヤ内の圧力を補正することにより、常温における圧力を知ることができ、また、タイヤ内に配置した電池の残量を知ることができる。
【００１４】
本発明におけるタイヤ内の気体圧力測定装置は、集積回路チップ上に、パルス信号が入力される制御入力端子を有する制御回路が配置されており、圧力検出回路、加速度検出回路、温度検出回路及び定電圧出力回路は、前記制御回路からのパルス信号のカウント数に対応して動作または非動作が切り替わる手段を有することを特徴としている。本発明では、集積回路チップ上に配置されている制御回路の制御入力端子からパルス信号が入力され、制御回路から圧力検出回路、加速度検出回路、温度検出回路及び定電圧出力回路にパルス信号を出力しているので、集積回路チップの入力端子を少なくすることができ、気体圧力測定装置を小型化できる。
【００１５】
本発明におけるタイヤ内の気体圧力測定装置は、集積回路チップ上に、第１出力端子を有する出力回路が配置されており、該出力回路は、動作中の回路に切り替える切替手段を有し、動作中の前記回路からの出力電圧を第１出力端子から出力することを特徴としている。本発明では、集積回路チップ上に配置されている出力回路が切替手段によって動作中の圧力検出回路や加速度検出回路等の回路に接続され、出力回路の第１出力端子から動作中の回路からの出力電圧を出力するように構成されているので、出力端子を少なくすることができ、気体圧力測定装置を小型化できる。
【００１６】
本発明におけるタイヤ内の気体圧力測定装置は、具体的には、集積回路チップが、第２出力端子と第３出力端子を有するとともに受信端子を有し、該第２出力端子から前記集積回路チップの外部に設けられた無線送信用回路に動作信号を出力し、また、前記第３出力端子から前記集積回路チップの外部に設けられた無線受信用回路に動作信号を出力し、前記無線受信用回路から出力される受信信号を前記受信端子から入力して第１出力端子から出力するように構成されている。
【００１７】
本発明におけるタイヤ内の気体圧力測定装置は、集積回路チップが、制御入力端子に入力されたパルス信号のカウント数に対応してあらかじめ定めた電圧を第１出力端子から出力する手段を有することを特徴とし、具体的には、あらかじめ定めた電圧として、電源電圧またはＧＮＤ電圧を出力する。本発明では、電源電圧またはＧＮＤ電圧が出力されるのを確認することにより、マイコンから出力した制御パルス信号が集積回路チップに正常に受け付けられたかを確認することができる。
【００１８】
本発明におけるタイヤ内の気体圧力測定装置は、加速度検出回路で測定された加速度があらかじめ定めた閾値以下のときは、圧力検出回路による圧力測定を中止する手段を有することを特徴としている。本発明では、タイヤが回転していない、つまり車両が停止しているときには、圧力検出回路による圧力測定を中止するので、電池の消耗を少なくして長期間のタイヤ内圧力の測定を可能にする。
【００１９】
本発明におけるタイヤ内の気体圧力測定装置は、あらかじめ定めた一定時間ごとに信号を出力する手段を有し、加速度検出回路は前記手段からの信号により加速度を測定することを特徴としている。本発明では、加速度検出回路があらかじめ定めた一定時間ごとにタイヤの回転速度を測定するので、タイヤ内の気体圧力を測定するための電力を省力化でき、電池の消耗を一層少なくできる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、圧力検出回路と加速度検出回路を１つの集積回路チップに一体化したことにより、部品点数を低減できるとともに小型化でき、軽量化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図１から図９を用いて、第１の実施形態におけるタイヤ内の気体圧力監視システムの構成及び動作について説明する。
【００２２】
最初に、図１から図３を用いて、本実施形態によるタイヤ内の気体圧力監視システムの全体構成について説明する。図１はタイヤ内の気体圧力測定装置１のブロック図、図２は車両搭載機８００のブロック図である。また、図３は自動車の車両底面から見たタイヤ内の気体圧力監視システムの構成を示したものであり、車両７００、前後左右に配されたタイヤ７０１ａ〜７０１ｄ、タイヤ７０１ａ〜７０１ｄのそれぞれの内部に設置されたタイヤ内の気体圧力測定装置１ａ〜１ｄ、車両搭載機８００により構成される。
【００２３】
図１において、タイヤ内の気体圧力測定装置１は、大きく分けて、センサチップ２、マイコン１２、送信回路１３、受信回路１１、タイヤ内の気体圧力測定装置１全体に電力を供給する電圧ＶＢＡＴの電池１０から構成されている。
【００２４】
センサチップ２は、タイヤ内の気体圧力を測定する圧力検出回路３、タイヤが回転をしているかどうか遠心力により検出する加速度検出回路４、温度を測定する温度検出回路５、電圧ＶＢＡＴが変化しても一定電圧を出力する定電圧出力回路６、制御回路７、マルチプレクサ９から構成され、気体圧力測定装置として機能する。センサチップ２は、前記圧力検出回路３、加速度検出回路４、温度検出回路５、定電圧出力回路６、制御回路７及びマルチプレクサ９等が１チップの半導体基板上に形成されて集積回路チップとして構成されている。
【００２５】
センサチップ２内の制御回路７は、制御入力端子である制御パルス入力端子２４を有し、マイコン１２のデジタル出力端子１２２から制御パルス入力端子２４にパルス信号が入力される。制御回路７は、パルス信号のカウント数に応じて制御線３１，４１，５１，６１，８１を介してＯＮ／ＯＦＦ信号を出力するとともに、マルチプレクサ９に制御線９８を介してスイッチを切り替えるための信号を出力する。センサチップ２内部の圧力検出回路３、加速度検出回路４、温度検出回路５、定電圧出力回路６およびコンパレータ８は制御回路７からのＯＮ／ＯＦＦ信号により電源のＯＮ／ＯＦＦの制御が可能な構成となっている。また、制御回路７は、制御線７１，８１と出力端子（第３出力端子）２１、出力端子（第２出力端子）２５を介して出力するＯＮ／ＯＦＦ信号により、センサチップ２外部の受信回路１１および送信回路１３の電源のＯＮ／ＯＦＦの制御が可能な構成としている。さらに、制御回路７はマイコン１２のデジタル出力端子１２１からリセット信号入力端子２３に入力されたパルスでリセット可能な構成となっている。
【００２６】
圧力検出回路３は圧力検出静電容量素子３２、比較用の固定容量３３および容量−電圧変換回路３４で構成され、圧力検出静電容量素子３２が検出した静電容量値は容量−電圧変換回路３４にて電圧に変換される。加速度検出回路４は加速度検出静電容量素子４２、比較用の固定容量４３および容量−電圧変換回路４４で構成され、加速度検出静電容量素子４２が検出した静電容量値は容量−電圧変換回路４４にて電圧に変換される。また、容量−電圧変換回路３４，４４はマイコン１２のデジタル出力端子１２３からクロック信号入力端子２６に入力されたパルス信号（駆動用クロック信号）で駆動される。
【００２７】
さらに、６入力１出力のマルチプレクサ９は、出力回路として機能し、圧力検出回路３、加速度検出回路４、温度検出回路５、定電圧出力回路６、制御回路７及びコンパレータ８からの出力信号が、信号線３５，４５，５５，６５，７５，８５を介して６つの入力端子に入力されている。マルチプレクサ９は、制御回路７から制御線９８を介して入力される信号により、切替手段であるスイッチが切り替わる構成となっており、前記回路等から入力された出力信号を第１出力端子であるマルチプレクサ出力端子２７から出力する。センサチップ２には、コンパレータ８が設けられており、センサチップ２外部の受信回路１１の受信強度出力端子１１２から出力される電圧をコンパレータ入力端子２２を介して比較電圧８２のコンパレータ８に入力される構成としている。
【００２８】
マイコン１２は、予め定められたプログラムに従って、外部とのデータの入出力と計算を行なう計算処理・制御装置であり、出力端子としてはデジタル出力端子１２１〜１２４を有し、入力端子としては入力されるアナログ電圧値をデジタル値に変換するアナログデジタル変換回路入力端子１２５を有している。また、例えば１０秒ごとにパルスを出力する起動回路１２６も有している。
【００２９】
送信回路１３は、マイコン１２で補正計算された測定値などのデータを図２に示す車両搭載機８００に対し無線にて送信する回路であり、制御回路７からの動作信号であるＯＮ／ＯＦＦ信号を入力する入力端子１３２が設けられている。送信回路１３の無線周波数にはＵＨＦ帯、例えば３１５ＭＨｚが用いられ、搬送波に対しマイコン１２のデジタル出力端子１２４から変調入力端子１３１に入力されたデータ信号によりＡＳＫ変調やＦＳＫ変調を行なって通信を行なう。一方、受信回路１１は、車両搭載機８００からの制御信号などのデータを無線にて受信し、センサチップ２を経由してマイコン１２に伝達する回路であり、制御回路７からの動作信号であるＯＮ／ＯＦＦ信号を入力する入力端子１１１が設けられている。受信回路１１の無線周波数にはＬＦ帯、例えば１２５ｋＨｚが用いられ、搬送波に対し送信データによりＡＳＫ変調を行って通信を行なう。なお、送信回路１３、受信回路１１はそれぞれにアンテナが内蔵されている。タイヤ内の気体圧力測定装置１を駆動する電池１０はコイン形リチウム電池（公称電圧３Ｖ）を用いる。
【００３０】
図２は車両搭載機８００のブロック図であり、車両搭載機８００は、データの入出力と計算を行なう計算処理・制御部８０１、受信回路８０２、送信回路８０４、受信回路８０２と送信回路８０４のそれぞれに接続されたアンテナ８０３，８０５、測定値や警告を表示する表示部８０６から構成される。計算処理・制御部８０１は、図１に示すタイヤ内の気体圧力測定装置１から無線送信されたデータが受信回路８０２を介して入力され、入力されたデータに基づいて計算し、圧力測定値や圧力低下などの注意、警告を表示部８０６に出力する回路である。さらに、計算処理・制御部８０１は、タイヤ内の気体圧力測定装置１に対して、送信回路８０４を介して、制御データを送信する。なお、車両搭載機８００の動作に必要な電力は、図示しない自動車に搭載されているバッテリーから供給される。
【００３１】
図４に圧力検出部と加速度検出部の断面の概略図を示す。本実施形態では、静電容量を用いた圧力検出静電容量素子３２、加速度検出静電容量素子４２を例にとり説明する。
【００３２】
圧力検出静電容量素子３２はシリコンの単結晶基板２８上に、固定電極３２４を形成し、この上に空隙３２３を介してダイヤフラム３２１が配置されている。ダイヤフラム３２１内に固定電極３２４と向かい合わせて可動電極３２２が設けられている。可動電極３２２と固定電極３２４間の静電容量信号（電気信号）はアルミニウム配線等で取り出される。この可動電極３２２と固定電極３２４との対向する面積をＳ、可動電極３２２と固定電極３２４との間の空隙の距離をｄ、真空中の誘電率をε０とすると、この圧力を静電容量に変換する圧力検出容量変換素子３２の静電容量ＣＳは（式１）で表される。
【００３３】
【数１】
2008267862.tif 000003
【００３４】
ここで、圧力がダイヤフラム３２１に加わると、ダイヤフラム３２１がたわんで可動電極３２２が固定電極３２４に近接し、可動電極３２２と固定電極３２４間との空隙ｄが変化し、容量ＣＳが変化する。
【００３５】
加速度検出静電容量素子４２は、圧力検出静電素子３２と同じシリコンの単結晶基板２８上に形成され、固定電極４２５と対向するように可動電極４２２が設けられている。可動電極４２２はキャップ４２１内の空隙４２４内にばね４２３を介して、空隙４２４内に浮いた状態で配置されている。ここで、加速度が可動電極４２２に加わると、可動電極４２２、固定電極４２５間の空隙ｄが変化し、圧力検出静電容量素子３２と同様に容量ＣＳが変化する。この加速度を静電容量に変換する加速度検出静電容量素子４２の静電容量ＣＳは前記（式１）で表される。
【００３６】
図５には、圧力検出静電容量素子３２の静電容量値ＣＳを電圧信号に変換する容量−電圧変換回路３４を含む圧力検出回路３が示されている。ここで、３３は参照（基準）用容量素子でその容量ＣＲは固定されている。また、３２は図４に示した圧力検出静電容量素子、３４１はオペアンプ、３４６は電圧ＶＢ２の基準電圧源、３４５ａ、３４５ｂは切替スイッチ、３４８はゼロ・スパン調整回路である。
【００３７】
参照用容量素子３３は、オペアンプ３４１の反転入力端子に接続される。また、この反転入力端子とオペアンプ出力端子との間の帰還回路に圧力検出静電容量素子３２が接続される。非反転入力端子は、基準電圧源の電圧ＶＢ２とする。つまり、反転入力端子の電圧は常に電圧ＶＢ２に保たれる。スイッチ３４５ａ、３４５ｂは、圧力検出静電容量素子３２と参照用容量素子３３を充、放電させるための回路要素であり、タイミングφ１の時に実線位置に切り替わり、タイミングφ１Ｂの時には破線位置に切り換わる。これらのスイッチ３４５ａ、３４５ｂの切り替えは、マイコン１２のデジタル出力端子１２３からクロック信号入力端子２６に入力されたパルス信号（駆動用クロック信号）により制御される。
【００３８】
この回路構成によれば、タイミングφ１の時、スイッチ３４５ａは実線位置にあってＧＮＤに接続され、参照用容量素子３３の電極間の電位差がＶＢ２となるので、参照用容量素子３３に充電される。一方、圧力検出静電容量素子３２の電極間の電位差は、スイッチ３４５ｂが実線位置にあり閉じているので、ゼロとなる。タイミングφ１Ｂの時、スイッチ３４５ａは破線位置にあり、基準電圧源の電圧ＶＢ２側に接続され参照用容量素子３３の電極間の電位差はゼロとなり、充電された電荷が放電される。この放電された電荷は、スイッチ３４５ｂが開いているので、すべて圧力検出静電容量素子３２に充電される。この２つのモードを繰り返すことによって出力端子３４７にパルス的に出力信号が得られる。
本回路構成のタイミングφ１Ｂにおける出力Ｖｏｕｔは、（式２）で表される。
【００３９】
【数２】
2008267862.tif 000004
【００４０】
従って、圧力検出回路３は、圧力を静電容量に変換する圧力検出静電容量素子３２の容量ＣＳの逆数に比例して、即ち空隙ｄの変化に比例して出力電圧Ｖｏｕｔが変化するよう構成されている。空隙ｄは圧力Ｐに比例して変化するので、圧力Ｐと電圧出力Ｖｏｕｔの間では、原理的には良好な線形特性となる。この出力Ｖｏｕｔをゼロ・スパン調整回路３４８にてオフセット調整や増幅を行なって電圧変換を行ない、出力Ｖｐを得る。ここで、図６に、図５の圧力検出回路３における圧力Ｐと出力電圧Ｖｐの特性の一例を示す。圧力の検出範囲が１００〜７００ｋＰａにおいて、出力電圧Ｖｐは０．２ＶＢＡＴ〜０．８ＶＢＡＴとなる。なお、圧力検出範囲や電圧出力範囲はこれに限ったものでなくてよい。また、加速度検出回路４については、加速度検出静電容量素子４２、参照用容量素子４３及び容量−電圧変換回路４４で構成される回路が、圧力検出回路３と同じ構成回路であるので、説明を省略する。
【００４１】
次に図７から図９を用いて、タイヤ内の気体圧力測定装置１及び車両搭載機８００における動作の概略を示す。タイヤ内の気体圧力測定装置１と車両搭載機８００は、マイコン１２と計算処理・制御部８０１のそれぞれのメモリ（図示せず）にあらかじめ書き込まれたプログラムに従って動作する。
【００４２】
図７にはタイヤ内の気体圧力測定装置１における信号のタイミングの概略が示されており、まず、この図を利用して、タイヤ内の気体圧力測定装置１の動作を説明する。なお、本例では、制御回路７内のカウンタは４ビットとし、１６カウントで１周する構成とした。また、タイヤ内の気体圧力測定装置１は、通常は、ほとんどの回路が非動作状態となっているスリープ状態となっており、消費電流が最も小さい状態となっている。
【００４３】
はじめに、起動回路１２６から出力されるパルス信号によりマイコン１２が起動され、プログラムが開始される。まず、マイコン１２はデジタル出力端子１２１を介して立ち下がりパルスを出力する。センサチップ２では、リセット信号入力端子２３に入力された立ち下がりパルスで制御回路７内のカウンタがリセットされ、カウンタ値が０となる。
【００４４】
続いて、マイコン１２からセンサチップ２の制御パルス入力端子２４にパルスが入力され、センサチップ２の制御回路７内のカウンタでカウントされる。マイコン１２は制御入力端子に出力した１パルス目から３パルス目までで、センサチップ２の制御回路７が正常に動作しているか確認する作業を行なう。具体的には、センサチップ２はマルチプレクサ出力端子２７より１カウント目と３カウント目ではＶＢＡＴ電圧を、２カウント目ではＧＮＤ電圧を出力する。このＶＢＡＴ電圧とＧＮＤ電圧はマイコン１２のアナログデジタル変換回路入力端子１２５に入力されアナログデジタル変換される。マイコン１２において変換された電圧が、１パルス目と３パルス目においてある閾値（例えば０．９５ＶＢＡＴ）以上、２パルス目においてある閾値（例えば０．０５ＶＢＡＴ）以下であれば、制御回路７に対しパルスが正常に受け付けられたと判断する。
【００４５】
続いて、センサチップ２は４カウント目では何も行なわない。制御回路７は、５カウント目において制御線５１を介するＯＮ／ＯＦＦ信号により温度検出回路５を動作させ、温度検出回路５から出力される温度に対応した電圧がマルチプレクサ出力端子２７から出力される。この電圧はマイコン１２のアナログデジタル変換回路入力端子１２５に入力されアナログデジタル変換される。
【００４６】
次に、制御回路７は、６カウント目において制御線４１を介してＯＮ／ＯＦＦ信号を加速度検出回路４に入力し、加速度検出回路４を動作させる。このとき、加速度検出回路４には、マイコン１２からクロック信号入力端子２６にパルスが入力され、容量−電圧変換回路４４が駆動され、容量−電圧変換回路４４は加速度に対応した電圧を出力する。この加速度に対応した電圧はマルチプレクサ出力端子２７より出力され、マイコン１２のアナログデジタル変換回路入力端子１２５に入力されアナログデジタル変換される。なお、クロック信号入力端子２６に入力するパルス数は複数回でもよく、このパルスに同期してアナログデジタル変換を行ない、積分平均をとってもよい。７カウント目では何も行なわない。
【００４７】
制御回路７は、８カウント目において、制御線３１を介してＯＮ／ＯＦＦ信号を圧力検出回路３に入力し、圧力検出回路３を動作させる。このとき、圧力検出回路３には、マイコン１２からクロック信号入力端子２６にパルスが入力され、容量−電圧変換回路３４が駆動され、容量−電圧変換回路３４は圧力に対応した電圧を出力する。この圧力に対応した電圧はマルチプレクサ出力端子２７より出力され、マイコン１２のアナログデジタル変換回路入力端子１２５に入力されアナログデジタル変換される。なお、クロック信号入力端子２６に入力するパルス数は加速度検出回路４と同様に複数回でもよく、このパルスに同期してアナログデジタル変換を行ない、積分平均をとってもよい。
【００４８】
制御回路７は、９カウント目において、定電圧出力回路６を動作させ、マルチプレクサ出力端子２７よりある一定の電圧ＶＣを出力する。この電圧ＶＣはマイコン１２でアナログデジタル変換される。変換されたデジタル値ＮＡＤＣから、アナログデジタル変換回路の分解能をＮｒｅｓとおくと、電池の電圧ＶＢＡＴは次の（式３）で求められる。
【００４９】
【数３】
2008267862.tif 000005
【００５０】
この式により電池１０の電圧低下、つまり寿命が分かる。１０カウント目では何も行なわない。制御回路７は、１１カウント目において、タイヤ内の気体圧力測定装置１個々に割り当てられたＩＤ、測定した圧力、加速度、温度、電圧に応じたデジタル値、チェックデータなどを送信回路１３に出力して、車両搭載機８００に送信する。
【００５１】
ここで、車両搭載機８００は、図８に示すように、まず、データ受信ＳＣ１においてデータを受信する。車両搭載機８００の計算処理・制御部８０１は受信したＩＤが自車に取り付けられているタイヤのものか判断し、同時にチェックデータを利用して、正常にデータを受信したか判断する。次に、図８の表示・警告ＳＣ２に移行し、計算処理・制御部８０１は、圧力測定値の信号、圧力低下などの場合には注意・警告する旨の信号を表示部８０６に送信し、表示部８０６は圧力測定値または注意・警告等を表示する。
【００５２】
次に、タイヤ内の気体圧力測定装置１は図７に示す制御パルス入力端子２４に入力されたパルスのカウント値が１２カウントとなって、受信回路１１へデータが送信されてくるのを一定時間（例えば１０ｍｓ）待つ。同時に、車両搭載機８００では、タイヤ内の気体圧力測定装置１に対して制御する必要があれば、図８に示すデータ送信ＳＣ３に移行して、送信回路８０４を介して、制御データをタイヤ内の気体圧力測定装置１に送信する。なお、制御データの送信後や制御データを送信する必要がない場合には、再びデータ受信モードＳＣ１に戻る。続いて、タイヤ内の気体圧力測定装置１は図７に示す制御パルス入力端子２４に入力されたパルスのカウント値が１３カウントから１５カウントとなり、１カウント目から３カウント目と同様に制御回路が正常に動作しているか確認する作業を行なう。
【００５３】
マルチプレクサ出力端子２７より１３カウント目と１５カウント目ではＶＢＡＴ電圧を、１４カウント目ではＧＮＤ電圧を出力する。マイコンでは１カウント目から３カウント目と同様に制御パルスが正常に受け付けられたか判断する。続いて、カウント値が１６カウントとなり、センサチップ２がスリープ状態に移行する。
【００５４】
なお、マイコン１２で、６カウント目において加速度測定回路４で測定した加速度の測定値がある閾値以上か未満かにより車両が走行中か停止中か判断し、加速度の測定値がある閾値未満である場合には、図９に示すように圧力検出回路３による圧力測定を行なわないようにする。車両が停止中では、圧力検出回路３による圧力測定を行なわないので、圧力測定装置の消費電力をさらに省電力化できる。これは、図７に示す制御パルス入力端子２４に入力されたパルスの８カウント目において、マイコン１２から容量−電圧変換回路３４駆動用のクロック信号入力端子２６へのパルスの入力を中止し、さらにアナログデジタル変換を行なわないことで実現できる。
【００５５】
つぎに、図１０と図１１を用いて、第２の実施形態におけるタイヤ内の気体圧力監視システムの構成及び動作について説明する。基本的な構成は、第１の実施形態の構成と同様であるので、ここでは異なる構成についてのみ説明する。
【００５６】
構成が異なる点は、第１の実施形態では図１に示すように圧力検出回路３と加速度検出回路４とにそれぞれ容量−電圧変換回路３４，４４を有しているが、本実施形態では、図１０に示すように、圧力検出部３０と加速度検出部４０との容量−電圧変換回路を、１つの容量−電圧変換回路９２で兼用して圧力・加速度検出回路９１を構成したことである。第１の実施形態と同様に、容量−電圧変換回路９２には、制御回路７から制御線９３を介してＯＮ／ＯＦＦ信号が入力されて容量−電圧変換回路９２の電源のＯＮ／ＯＦＦが制御される。また、圧力検出静電容量素子３２による圧力検出と加速度検出静電容量素子４２による加速度検出の動作を切り替えるための制御線９４が追加されている。容量−電圧変換回路９２からの圧力と加速度に対応する電圧信号は信号線９５に出力され、マルチプレクサ９に入力される。なお、マルチプレクサ９は５入力１出力に変更した。本実施形態では、圧力検出部３０と加速度検出部４０との容量−電圧変換回路を、１つの容量−電圧変換回路９２で兼用しているので、センサチップ２を小型化できる。
【００５７】
図１１に第２の実施形態における圧力・加速度検出回路９１の具体的な回路構成を示す。オペアンプ３４１の反転入力端子には、圧力検出静電容量素子３２用の参照容量３３と加速度検出静電容量素子４２用の参照容量４３が並列に接続され、参照容量３３と参照容量４３は切替スイッチ９６ａを介して電源と接続するように構成されている。また、この反転入力端子とオペアンプ３４１の出力端子３４７との間の帰還回路に、圧力検出静電容量素子３２と加速度検出静電容量素子４２が並列に設けられており、圧力検出静電容量素子３２と加速度検出静電容量素子４２とは切替スイッチ９６ｂを介して出力端子３４７と接続されるように構成されている。
【００５８】
切替スイッチ９６ａと切替スイッチ９６ｂは、制御線９４からの信号により切り替えられ、切替スイッチ９６ａが参照容量３３に接続され、切替スイッチ９６ｂが圧力検出静電容量素子３２に接続されているときは、圧力検出回路が構成されることになり、圧力検出静電容量素子３２によって検出された圧力に応じた電圧が容量−電圧変換回路９２から出力される。
【００５９】
切替スイッチ９６ａが参照容量４３に接続され、切替スイッチ９６ｂが加速度検出静電容量素子４２に接続されているときは、加速度検出回路が構成されることになり、加速度検出静電容量素子４２によって検出され加速度に応じた電圧が容量−電圧変換回路９２から出力される。
【００６０】
以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の特徴的な機能を損なわない限り、各構成要素は上記構成に限定されるものではない。
【００６１】
上述の実施形態では、起動回路１２６をマイコン２に内蔵したが、起動回路１２６は必ずしもマイコン２に内蔵させる必要はなく、外部にあってもよい。例えば図１２のように、起動回路３５をセンサチップ２に搭載させて、リセット信号出力端子２９から出力されるパルス出力をマイコン１２のリセット信号入力端子１２７に入力させて起動する構成であっても良い。このとき、センサチップ２内の制御回路７のリセットは起動回路３５から出力されるパルス信号を用いても良い。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の第１の実施例に関わるタイヤ圧測定モジュールのブロック図。
【図２】車両搭載機のブロック図。
【図３】自動車の車両底面からみたタイヤ内の気体圧力監視システムの構成を示す図。
【図４】本発明の第１の実施例に関わる圧力検出静電容量素子と加速度検出静電容量素子の断面の概略図。
【図５】静電容量値ＣＳを電圧信号に変換する容量−電圧変換回路を含む圧力検出回路の構成を示す図。
【図６】図５の回路構成における圧力Ｐと出力Ｖｐの特性の一例を示す図。
【図７】本発明の第１の実施形態に関わるタイヤ圧測定モジュールにおける信号のタイミングの概略を示す図。
【図８】車両搭載機における一部の動作の概略を示す図。
【図９】本発明の第１の実施形態におけるタイヤ圧測定モジュールにおける一部の動作の概略を示す図。
【図１０】本発明の第２の実施形態におけるタイヤ圧測定モジュールのブロック図。
【図１１】本発明の第２の実施形態における静電容量値ＣＳを電圧信号に変換する容量−電圧変換回路を含む圧力検出回路と加速度検出回路の構成を示す図。
【図１２】本発明のタイヤ圧測定モジュールの変形例を示すブロック図。
【符号の説明】
【００６３】
１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ  タイヤ圧測定モジュール
２            センサチップ
３            圧力検出回路
４            加速度検出回路
５            温度検出回路
６            定電圧出力回路
７            制御回路
８            コンパレータ
９            マルチプレクサ
１０          電池
１１          受信回路
１２          マイコン
１３          送信回路
７００        車両
７０１ａ〜ｄ  タイヤ
８００        車両搭載機
【図１】
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【図２】
2008267862.tif 000007
【図３】
2008267862.tif 000008
【図４】
2008267862.tif 000009
【図５】
2008267862.tif 000010
【図６】
2008267862.tif 000011
【図７】
2008267862.tif 000012
【図８】
2008267862.tif 000013
【図９】
2008267862.tif 000014
【図１０】
2008267862.tif 000015
【図１１】
2008267862.tif 000016
【図１２】
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