(57)【要約】【課題】タイヤ内圧を直接計測して、タイヤの故障に繋がる内圧異常の早期発見を可能にするとともに、内圧検知のための電池の早期消耗の問題を回避することのできるタイヤ内圧センサを提供する。【解決手段】タイヤ内圧センサ１は、トレッド部３に貼り付けられ永久磁石と磁気連結ヨークを含む磁気回路エレメント４と、磁気回路エレメント４からの漏洩磁界を検知する磁気センサ１４とで構成され、磁気回路エレメント４の磁気連結ヨークはタイヤ内圧に依存する接地部分のトレッド部の周方向伸縮量に応じて透磁率を変化させる。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
リムに装着されて回転するタイヤのトレッド部の接地部分のタイヤ周方向の伸縮量を測定し、測定されたトレッド部のタイヤ周方向の伸縮量からタイヤの内圧を検知するタイヤ内圧の検知方法であって、
トレッド部のタイヤ周方向の伸縮量を測定するに際し、トレッド部に設けられトレッド部のタイヤ周方向の伸縮量に応じて磁束が変化する磁気回路からの漏洩磁界を磁気センサで検出し、検出された磁界の磁束密度の時間変化から、トレッド部のタイヤ周方向の伸縮量を逆算して求めるタイヤ内圧の検知方法。
【請求項２】
請求項１に記載のタイヤ内圧の検出方法に用いるタイヤ内圧センサであって、
タイヤのトレッド部に設けられ前記磁気回路を構成する磁気回路エレメントと、この磁気回路からの漏洩磁界を検出する磁気センサとを具えてなり、
この磁気回路エレメントを、永久磁石と、この永久磁石の両極を磁気的に連結する磁気連結ヨークとを含んで構成し、この磁気連結ヨークを、その透磁率がトレッド部のタイヤ周方向短縮時に増加するよう形成するとともに、
磁気センサをこのタイヤに対応する車軸のほぼ軸直下の非回転部分に設けてなるタイヤ内圧センサ。
【請求項３】
前記磁気連結ヨークに、ほぼタイヤ周方向に延在しトレッド部の周方向の変形に追従してタイヤ周方向に伸縮するタイヤ周方向延在部を設け、このタイヤ周方向延在部を、高透磁率磁性材料の粉末を可撓性のバインダ中に混合分散してなりタイヤ周方向短縮時に透磁率を増加させる前記磁気連結ヨークを含んで構成してなる請求項２に記載のタイヤ内圧センサ。
【請求項４】
永久磁石を形成する磁性材料として、希土類磁性材料を用いてなる請求項２〜３のいずれかに記載のタイヤ内圧センサ。
【請求項５】
磁気連結ヨークを形成する材料として、透磁率が１００〜２００００であり、鉄、ニッケル、パーマロイ、センダスト、もしくはアモルファス金属を用いてなる請求項２〜４のいずれかに記載のタイヤ内圧センサ。
【請求項６】
磁気回路エレメントを構成する永久磁石を、磁性粉をゴムに混合分散してなるボンド磁石より形成してなる請求項２〜５のいずれかに記載のタイヤ内圧センサ。
【請求項７】
磁気回路エレメントをタイヤの周上に複数個設けてなる請求項２〜６のいずれかに記載のタイヤ内圧センサ。
【請求項８】
請求項２〜７のいずれかに記載のタイヤ内圧センサを構成する磁気回路エレメントを具えてなるタイヤ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両におけるタイヤ内圧の状態を監視して、その異常を運転者に通知するシステムにおける、タイヤ内圧の検知方法およびタイヤ内圧センサならびにタイヤに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
空気圧の異常を運転者に知らせるため、従来から、車両のリムに取り付けられ、圧力センサでタイヤの空気圧を検出し、空気圧に関する情報を電波により車両側に設けた受信機に送信するタイヤ内圧警報装置は知られている。このタイヤ内圧警報装置は車輪の回転部分に取り付けられているため、車体の非回転部分に電源を設けて、ここから、圧力センサを駆動するための電力や、電波を送信するための電力を供給することは難しいため、電池がタイヤ内圧警報装置に内蔵され、この電池で電力の供給が行われている。
【０００３】
このタイヤ内圧警報装置は、タイヤの空気圧をチェックして正常であることを確認するという本来の機能からして、圧力測定や測定結果の送信は、常に所定時間以下の間隔で行う必要があり、その電力消費を抑制することが難しいことに加え、車輪の回転のバランスを崩さないため、タイヤ内圧警報装置は軽量でなければならず、そのため電池の大きさや容量にも限度があり、電池の早期消耗が問題となっている。かといって、電池がその寿命に到達する度に、タイヤとリムとに囲繞されたタイヤ内空部に取り付けられているタイヤ内圧警報装置の電池を交換するために、わざわざ、タイヤをリムから取り外すことは実用的ではない。この問題を解決するため電池の高寿命化、あるいは、タイヤ内圧警報装置の省電力化の開発が進められてきているが、いまだに十分満足するものは得られていない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、従来のタイヤ内圧警報装置を部分的に、あるいは、全面的に代替することができ、しかも、車輪の回転部分に電池を必要としない、タイヤ内圧の検知方法およびタイヤ内圧センサならびにタイヤを提供することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明はなされたものであり、その要旨構成を以下に示す。
【０００６】
第一の発明は、リムに装着されて回転するタイヤのトレッド部の接地部分のタイヤ周方向の伸縮量を測定し、測定されたトレッド部のタイヤ周方向の伸縮量からタイヤの内圧を検知するタイヤ内圧の検知方法であって、
トレッド部のタイヤ周方向の伸縮量を測定するに際し、トレッド部に設けられトレッド部のタイヤ周方向の伸縮量に応じて磁束が変化する磁気回路からの漏洩磁界を磁気センサで検出し、検出された磁界の磁束密度の時間変化から、トレッド部のタイヤ周方向の伸縮量を逆算して求めるタイヤ内圧の検知方法である。
【０００７】
第二の発明は、第一の発明に係るタイヤ内圧の検出方法に用いるタイヤ内圧センサであって、
タイヤのトレッド部に設けられ前記磁気回路を構成する磁気回路エレメントと、この磁気回路からの漏洩磁界を検出する磁気センサとを具えてなり、
この磁気回路エレメントを、永久磁石と、この永久磁石の両極を磁気的に連結する磁気連結ヨークとを含んで構成し、この磁気連結ヨークを、その透磁率がトレッド部のタイヤ周方向短縮時に増加するよう形成するとともに、
磁気センサをこのタイヤに対応する車軸のほぼ軸直下の非回転部分に設けてなるタイヤ内圧センサである。
【０００８】
第三の発明は、第二の発明において、前記磁気連結ヨークに、ほぼタイヤ周方向に延在しトレッド部の周方向の変形に追従してタイヤ周方向に伸縮するタイヤ周方向延在部を設け、このタイヤ周方向延在部を、高透磁率磁性材料の粉末を可撓性のバインダ中に混合分散してなりタイヤ周方向短縮時に透磁率を増加させる前記磁気連結ヨークを含んで構成してなるタイヤ内圧センサである。
【０００９】
第四の発明は、第二〜第三の発明のいずれかにおいて、永久磁石を形成する磁性材料として、希土類磁性材料を用いてなるタイヤ内圧センサである。
【００１０】
第五の発明は、第二〜第四の発明のいずれかにおいて、磁気連結ヨークを形成する材料として、透磁率が１００〜２００００であり、鉄、ニッケル、パーマロイ、センダスト、もしくはアモルファス金属を用いてなるタイヤ内圧センサである。
【００１１】
第六の発明は、第二〜第五の発明のいずれかにおいて、磁気回路エレメントを構成する永久磁石を、磁性粉をゴムに混合分散してなるボンド磁石より形成してなるタイヤ内圧センサである。
【００１２】
第七の発明は、第二〜第六の発明のいずれかにおいて、磁気回路エレメントをタイヤの周上に複数個設けてなるタイヤ内圧センサである。
【００１３】
第八の発明は、第二〜第七の発明のいずれかに係るタイヤ内圧センサを構成する磁気回路エレメントを具えてなるタイヤである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図１ないし図４に基づいて説明する。図１は、この実施形態のタイヤ内圧センサ１を取り付けた、車両の車軸部分を示す断面図である。車軸１０の非回転部分を構成するアクスルケース１３には、ハブ１２が軸支され、タイヤ２を装着するリム１１はハブ１２に固定されている。タイヤ２のトレッド部３のタイヤ半径方向内側表面Ｓ１には、トレッド部３のタイヤ周方向の変形に応じて磁気特性を変化させる磁気回路エレメント４が貼り付けられ、一方、アクスルケース１３の軸心の直下部分に磁気センサ１４が取り付けられていて、磁気回路エレメント４と磁気センサ１４とは、タイヤ内圧センサ１を構成している。なお、磁気エレメント４は周上に複数個設けることも可能であるがこの実施形態では、磁気エレメント４は周上に一個だけ配設されている。また、もしリム１１が磁性材料よりなるものとした場合、磁気回路エレメント４からの漏洩磁界はリム１１により磁気シールドされ磁気センサ１４によって検知されなくなるので、リム１１はアルミニウム等の非磁性の材料より形成する必要がある。
【００１５】
ラジアルタイヤにおいては、一般的にタイヤ２の内圧が低下すると、トレッド部３の、路面に接地している部分はタイヤ周方向に短縮し、このときのタイヤ周方向の短縮量は内圧が決まれば一義的に特定されることが知られている。このことは、トレッド部３の内面Ｓ１に貼り付けられた磁気回路エレメント４の貼り付け面には、タイヤ内圧が低下したとき、これをタイヤ周方向に縮める力が作用することを意味する。
【００１６】
図２（ａ）は、磁気回路エレメント４が車軸１０の軸直下に来たタイヤ回転位置においてタイヤ内圧が正常な状態における磁気回路エレメント４を図１のＩＩ−ＩＩ矢視に対応する平面図であり、図中、Ｗはタイヤ２の幅方向を示し、Ｃはタイヤ２の周方向を示す。図２（ｂ）は、図２（ａ）のｂ−ｂ断面を示す磁気回路エレメント４の断面図であり、図２（ｃ）は、磁気回路エレメント４が軸直下に来たタイヤ回転位置においてタイヤ内圧が異常に低下した状態における磁気回路エレメント４の、図２（ａ）のｂ−ｂ断面に対応する断面図である。
【００１７】
磁気回路エレメント４は、トレッド部３のタイヤ半径方向内側表面Ｓ１に貼り付けられたシート状の床部材３４、床部材３４のタイヤ周方向両端のそれぞれに固着された壁部材３２、３３、これらの壁部材３２、３３の間に延在して床部材３４に固着されて積層された中間部材３５、および中間部材３５の上に積層されタイヤ周方向両端に磁極を有するシート状の永久磁石３１を具えていて、これらの部材は互いに固着されている。ここで、中間部材３５は非磁性材料よりなり、磁気回路Ｆ内での磁気的な短絡を防止している。
【００１８】
以上の構成よりなる磁気回路エレメント４において、壁部材３２、３３および床部材３４は、ともに高透磁率の磁性材料よりなり、これらの部材は永久磁石３１の両極間を磁気的に連結する磁気連結ヨークを構成するとともに、これらの部材と永久磁石３１とで磁気回路Ｆを形成する。また、これらの部材のうち、床部材３４はほぼタイヤ周方向に延在してトレッド部の変形に追従して変形するタイヤ周方向延在部を構成する。
【００１９】
また、中間部材３５は非磁性材料よりなり、磁気回路Ｆ内での磁気的な短絡を防止している。そして、永久磁石３１、壁部材３２、３３、床部材３４および中間部材３５はすべて可撓性を有していて、タイヤ２の転動の際、これらの部材はトレッド部３の変形に応じて変形することができる。
【００２０】
可撓性を有する永久磁石３１は、これをゴム等の可撓性バインダ中にネオジウム鉄ボロン、サマリウムコバルト、サマリウム鉄窒素などの希土類磁石やアルニコ磁石、あるいはフェライトなどの磁粉を混合分散して形成することができる。また、壁部材３２、３３と床部材３４とは、透磁率が１００〜２００００の範囲にあり、鉄、ニッケル、パーマロイ、センダスト、もしくはアモルファス金属などの高透磁率磁性材料を粉体化したものを同様にゴム等の可撓性バインダ中に混合分散して形成することができ、中間材料３５については、ゴム等の可撓性材料をそのまま用いることによって形成することができる。なお、金属高透磁率磁性材料の場合の粉体化に際しては、金属を溶融状態で滴下したものに不活性ガスや水等をぶつけて霧化するアトマイズ処理によって磁粉を得ることができる。
【００２１】
このように形成された床部材３４は、これが短縮されると、可撓性バインダ中に分散された高透磁率粉体間の間隔が狭くなり透磁率が増加し、逆にこれが伸長されると透磁率が減少するという特性を有する。
【００２２】
さて、図２（ｂ）に示すように、タイヤ内圧が十分高く正常範囲にあるときは、トレッド部３の接地部分のタイヤ周方向の短縮量が小さいので床部材３４の透磁率は低くその結果磁気回路Ｆ内を循環する磁束数は少なく、このため永久磁石３１から発生する磁束は、漏洩磁束となって壁部材３２、３３の先端から、タイヤ半径方向内側に向かって放射され、この漏洩磁束はタイヤ半径方向内側に設けられた磁気センサ１４によって検知される。
【００２３】
タイヤ内圧が所定の値以下に低下すると、図２（ｃ）に示すように、トレッド部３の接地部分はタイヤ周方向の短縮量が大きくなりこれに伴って床部材３４がＣの方向に短縮されて床部材３４の透磁率が増加し磁気回路Ｆ内の磁束が増加して、その結果壁部材３２、３３の先端からタイヤ半径方向に放射される漏洩磁束は減少することとなり、磁気センサ１４によって検知される磁束は減少する。
【００２４】
図３（ａ）、図３（ｂ）は、磁気回路エレメントから漏洩する磁界による磁力線とこれを検出する磁気センサ１４とをタイヤ回転軸心に直交する面ＰＬ上で示す配置図である。図３（ａ）は、タイヤ内圧が正常な範囲にある状態での磁力線を示すものであり、図３（ｂ）は、タイヤ内圧が異常に低下した状態での磁力線を示すものである。磁気センサ１４は、タイヤ回転軸心に直交する面ＰＬ内に延在する磁力線を検知するような姿勢で車軸１０の非回転部分に取り付けられている。タイヤ内圧が正常な状態においては、磁気回路エレメント４からタイヤ半径方向内方に向いて面ＰＬ内に放射される磁力線は多いが、タイヤの内圧が異常に低下すると、前述の説明の通り、磁気回路エレメント４からの漏洩磁束が少なくなるので、この磁力線は減少し磁気センサ１４で検知する磁束密度も小さくなる。
【００２５】
図４は、タイヤ２を回転させたとき磁気センサ１４が検出する磁束密度の時間変化を、縦軸に磁束密度の大きさ、横軸に経過時間をとって示すグラフである。Ｔａ１〜Ｔａ４はそれぞれタイヤ一回転分に対応する時間でありタイヤの回転速度に応じて変化する。
【００２６】
タイヤ２が回転して、磁気エレメント４が磁気センサ１４に最接近する周方向位置に来たとき、磁気エレメント４からの漏洩磁界は、時間Ｔａ１〜Ｔａ４のそれぞれの間で一つの磁束密度ピークＰ１〜Ｐ４を出現させる。タイヤの内圧が十分高く正常なときは、磁気エレメント４の磁気回路Ｆからの漏洩磁界が大きいため、ピークＰ１〜Ｐ３のように、ピークの磁束密度の最大値は大きいが、タイヤ内圧が所定の値より低くなるとピークＰ４に示すように、ピークの磁束密度の最大値Ｆｐは小さくなり、Ｆｐがタイヤ内圧の正常範囲下限に対応する磁束密度の値Ｆｔ以下になったとき、これをタイヤ内圧の異常と判定することができる。
【００２７】
このように構成された磁気回路エレメント４においては、タイヤ内圧が低下するとトレッド部の接地部分のタイヤ周方向の短縮量が増加して磁気回路Ｆ内の磁束が増加しその分だけ磁気回路エレメント４から放射される漏洩磁界が減少するので、タイヤ内圧と、磁気センサ１４で検出されるピークの最大磁束密度とは一義的に関係付けることができ、予め、検知される磁束密度のピーク値とタイヤ内圧との関係を示す関係式を準備しておくことにより、検出されたピーク磁束密度の値からタイヤ内圧を逆算してこれをリアルタイムに求めることができ、測定されたタイヤ内圧の値そのものを運転者に伝達することができる。
【００２８】
以上の実施形態では、磁気回路エレメント４を周上の一箇所だけに設置したが、これを複数個、周方向に十分離隔して設けることにより、磁気センサはタイヤ一回転に対して磁気回路エレメントの数と同じ数の磁束密度のピークを得ることができ、よって、これらのピークからの情報を総合することにより全体として信頼性のより高いタイヤ内圧に関する情報をリアルタイムに得ることができる。なお、磁気センサ１４には、弱い磁界であっても感度よく検出することのできるＭＩセンサ（磁気インピーダンスセンサ）を用いるのが好ましい。また、必要感度によっては、ＭＲセンサ（磁気抵抗センサ）でもよく、さらには、磁界の大きさによって接点が断接するリードスイッチを用いてリードスイッチの断接により磁界の大きさを検知してもよく、この場合、互いに異なるレベルの磁界により断接を行う複数個のリードスイッチを設けてそれぞれのリードスイッチの断接状態を知ることによって、磁界の強さがどのレベルにあるかを特定することができる。
【００２９】
【発明の効果】
以上述べたところから明らかなように、第一の発明に係るタイヤ内圧の検知方法によれば、タイヤ内圧と相関のあるトレッド部周方向接地長さを測定するに際し、トレッド部に設けられトレッド部の周方向接地長さに応じて磁束が変化する磁気回路からの漏洩磁界を車軸の非回転部に取り付けられた磁気センサで検出し、検出された磁界の磁束密度の時間変化から、トレッド部接地長さを逆算して求めるので、車軸の回転側に取り付けられる磁気エレメント４は電源を必要せず、また磁気信号を受け取る磁気センサは車軸の非回転部に取り付けられていて、従来のタイヤ内圧センサにおいて問題となる、電池の早期消耗等の問題を回避することができる。
【００３０】
第二の発明に係るタイヤ内圧センサよれば、磁気回路エレメント４は、永久磁石と、透磁率がトレッド部３のタイヤ周方向短縮時に増加するよう形成された磁気連結ヨークとよりなり、その磁気回路Ｆの透磁率を、タイヤ内圧の増減に依存して変化するトレッド部３のタイヤ周方向の伸縮に応じて増減させて、その分だけ磁気回路Ｆからの漏洩磁界の大きさを変化させることができ、また、磁気センサ１４は漏洩磁界を検出するよう構成されているので、この漏洩磁界の時間変化からタイヤ内圧の異常低下を検知したり、タイヤ内圧を測定したりすることができる。そして、このタイヤ内圧センサにおいては、磁気センサ１４をこのタイヤ２に対応する車軸のほぼ軸直下の非回転部分に設けたので、磁気センサ１４の電源は、車体側の主電源より容易に導くことができ、磁気回路エレメント４とともに磁気センサ１４についても電池の早期消耗等の電源に関する問題を回避することができる。
【００３１】
第三の発明のタイヤ内圧センサによれば、磁気回路エレメント４の磁気連結ヨークに、ほぼタイヤ周方向に延在してトレッド部３の変形に追従して変形するタイヤ周方向延在部をなす床部材３４を設け、このタイヤ幅方向延在部を、金属粉等を可撓性のバインダ中に混合分散してなり短縮時に透磁率を増加するもので形成したので、第二の発明の効果に加えて、磁気エレメント４を簡易にかつコンパクトに形成することができる。
【００３２】
第四の発明のタイヤ内圧センサによれば、永久磁石として希土類磁性材料を用いるので、磁気回路Ｆの磁束密度、あるいは磁気回路Ｆからの漏洩磁界の磁束密度を高いものとすることができ、感度のよいタイヤ内圧センサ１を提供することができる。
【００３３】
第五の発明によれば、磁気連結ヨークを形成する材料として、透磁率が１００〜２００００であり、鉄、ニッケル、パーマロイ、センダスト、もしくはアモルファス金属を用いたので、前述の効果に加えて、磁気回路Ｆの磁束密度をたかめることができ、よってタイヤ内圧センサ１の感度をさらに高いものとすることができる。
【００３４】
第六の発明によれば、磁気回路エレメントを構成する永久磁石を、磁性粉をゴムに混合分散してなるボンド磁石で構成したので、前述の効果に加えて、これらの部分をタイヤの変形に追従して変形できるものとすることができる。
【００３５】
第七の発明によれば、磁気回路エレメント４をタイヤ２上に複数個設けたので、前述の効果に加えて、それぞれの磁気回路エレメント４からの漏洩磁界を検出して、これらのデータを比較し、あるいは統計的に処理をすることにより、より正確なタイヤ内圧の異常検出や測定を行うことができる。
【００３６】
第八の発明のタイヤによれば、上記に説明したとおり、第二〜第七の発明のいずれかの効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る実施形態のタイヤ内圧センサを取り付けた、車両の車軸部分を示す断面図である。
【図２】磁気回路エレメントを示す平面図および断面図である。
【図３】磁気回路エレメントから漏洩する磁界による磁力線と磁気センサとの配置を示す配置図である。
【図４】磁気センサが検出する磁束密度の時間変化のグラフである。
【符号の説明】
１　タイヤ内圧センサ
２　タイヤ
３　トレッド部
４　磁気回路エレメント
１０　車軸
１１　リム
１１ａ　リムウェル
１２　ハブ
１３　アクスルケース
１４　磁気センサ
３１　永久磁石
３２、３３　壁部材
３４　床部材
３５　中間部材
Ｆ　磁気回路
Ｓ１　タイヤ半径方向内側表面
【図１】
2004025961.tif 000003
【図２】
2004025961.tif 000004
【図３】
2004025961.tif 000005
【図４】
2004025961.tif 000006