(57)【要約】【課題】タイヤ内空気圧の異常に対して即時的に検知することができ、長期間の使用に対しても高い信頼性を得ることができるタイヤ内空気圧検知装置を提供する。【解決手段】タイヤ内の空気圧に応じて電気信号を出力するタイヤ内空気圧検知装置であって、検出光を発生する発光素子１３と、検出光を受光する受光素子１４とをタイヤ１１内に有する構成とする。また、タイヤ１１の内面の少なくとも一部分に検出光を反射する反射膜１５を有し、受光素子１４は、反射膜１５により反射した検出光を受光する構成とする。そして、受光素子１４をフォトダイオードとする。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
タイヤ内の空気圧に応じて電気信号を出力するタイヤ内空気圧検知装置であって、
検出光を発生する発光素子と、前記検出光を受光する受光素子とを前記タイヤ内に有することを特徴とするタイヤ内空気圧検知装置。
【請求項２】
前記タイヤの内面の少なくとも一部分に前記検出光を反射する反射膜を有し、前記受光素子は、前記反射膜により反射した前記検出光を受光することを特徴とする請求項１に記載のタイヤ内空気圧検知装置。
【請求項３】
前記受光素子は、フォトダイオードであることを特徴とする請求項１または２に記載のタイヤ内空気圧検知装置。
【請求項４】
前記受光素子は、ホイールの表面に固定されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のタイヤ内空気圧検知装置。
【請求項５】
前記発光素子と前記受光素子とが実装された基板がホイールの表面に固定されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のタイヤ内空気圧検知装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車等の車両に装着されたタイヤ内空気圧を検知するとともに、空気圧に異常が生じた場合には、速やかに運転者にタイヤの状態に関する情報を与えるタイヤ内空気圧検知装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車等の車両を安全、かつ正常に走行させる重要な要因の一つとして、タイヤ内空気圧を適度な圧力に設定、保持することがあげられる。タイヤ内空気圧が低下すると車両の操縦性や安定性が低下するばかりでなく、燃費やタイヤの寿命に悪影響を与える場合がある。さらに、タイヤ内空気圧の低下はパンクの発生や、高速走行時にタイヤバーストを生じるなど、事故の原因となることもある。
【０００３】
このため、自動車等の車両の運転者は、常にタイヤ内空気圧を点検確認する必要がある。このようなタイヤ内空気圧の点検確認は、目視により行うこともできるが、目視のみでは正確な空気圧の確認は難しく、空気圧異常を見落とす危険性も高かった。このため、タイヤ内空気圧の点検は、空気圧を直接測定することが必要であった。タイヤ内空気圧の直接測定は、一般に、タイヤのホイールに設けられたエアバルブに外部から圧力測定器を連結することにより行われていた。このような手段によるタイヤ内空気圧の点検確認作業は、正確ではあるが、点検の度に外部から圧力測定器をつなぐという手間がかかるために定期的に行うことは困難であった。
【０００４】
一方、タイヤ内空気圧の点検の度に外部から圧力測定器をつなぐことなく、車両にあらかじめ圧力センサを装着しておくことにより、常にタイヤ内空気圧を検知する装置が実用化されている。例えば、アンチロックブレーキシステム（ＡＢＳ）により計測される車軸の回転数の情報を利用し、車軸の回転数と走行距離とからタイヤ内空気圧を推定するタイヤ内空気圧検出装置が実用化されている。さらに、この車軸の回転数とＧＰＳなどの車両外部から基準情報である位置情報とを比較してタイヤ内空気圧の異常を検知する装置が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
このような車軸の回転数の情報を利用した、タイヤ内空気圧検出装置では、車軸の回転数と走行距離とを比較して、空気圧低下にともなうタイヤの実効的な径の変化を求めている。すなわち、タイヤ内空気圧を車軸の回転数から間接的に推定している。このため、車軸の回転数からタイヤ内空気圧を推定するタイヤ内空気圧検出装置では、空気圧の異常を検出するために、車両は、一定の距離を走行する必要があり、パンクなどの突発的な圧力異常を検出することには適していなかった。
【０００６】
また、センサ内外の圧力差により物理的な変位を生じるダイヤフラムやベローズを用いた圧力センサも知られている（例えば、特許文献２参照。）。特許文献２に開示された圧力センサでは、ダイヤフラム内外の圧力差によりダイヤフラムに生じる変位を圧電素子の静電容量の変化として、電気的に検出している。そのほか、ダイヤフラムやベローズに生じる変位を、ピエゾ抵抗素子やストレインゲージなどを配設して、電気抵抗の変化として検出する圧力センサも知られている。このような圧力センサでは、圧力差により生じる変位を検出しているため、パンクなどの突発的な圧力異常であっても即時的に検出することが可能である。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１０−２９７２２８号公報（特許請求の範囲）
【０００８】
【特許文献２】
特開昭５４ー１２４７７１号公報（特許請求の範囲）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このようなダイヤフラムやベローズを用いた圧力センサにおいては、圧力を物理的な変位に変換している。このため、ダイヤフラムやベローズといった圧力の変化に対して物理的な変位を生じる可動部分を含む素子を有することが必要であった。このような可動部分を含む素子は、長期間にわたって連続的な使用した場合、可動部分に歪みなどの欠陥を生じ、信頼性が低下していた。特に、走行中のタイヤ内という過酷な環境、すなわち、温度の変化や振動、さらにタイヤの回転にともなう遠心力を受けるなどといった環境下では、信頼性の低下は、著しいものであった。
【００１０】
本発明の目的は、上記の問題点に鑑み、タイヤ内空気圧の異常に対して即時的に検知することができ、長期間の使用に対しても高い信頼性を得ることができるタイヤ内空気圧検知装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決する本発明のタイヤ内空気圧検知装置は、タイヤ内の空気圧に応じて電気信号を出力するタイヤ内空気圧検知装置であって、検出光を発生する発光素子と、前記検出光を受光する受光素子とを前記タイヤ内に有することを特徴とする。このような構成により、タイヤ内空気圧の異常に対して即時的に検知することができる。また、長期間の使用に対しても高い信頼性を得ることができる。
【００１２】
また、前記タイヤの内面の少なくとも一部分に前記検出光を反射する反射膜を有し、前記受光素子は、前記反射膜により反射した前記検出光を受光する構成としても良い。
【００１３】
前記受光素子は、フォトダイオードであることが好ましい。フォトダイオードは、環境温度に変化がある場合であっても、入射光の強度に対する出力電流が安定している点と、カドミニウムなどの環境に影響を与えるおそれのある元素を含有しない点で好適である。
【００１４】
前記受光素子は、ホイールの表面に固定されている構成としても良い。
【００１５】
また、前記発光素子と前記受光素子とが実装された基板がホイールの表面上に固定されている構成としても良い。このような構成とすることで、発光素子および受光素子をホイールに簡便に固定することができるとともに、検出光が受光素子に入射するように容易に調整することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１７】
本発明の実施の形態の一例として、図１に自動車車両に用いられるタイヤ内空気圧検知装置の構成図を示す。図１（ａ）はタイヤが適正な空気圧を維持している状態を示す。ホイール１２に装着されたタイヤ１１に空気が充填されている。ホイール１２には検出光を発生する発光素子１３と検出光を受光する受光素子１４とが設けられている。発光素子１３から照射される検出光はタイヤ内面に設けられた反射膜１５により反射された後、ホイール１２上に設けられた受光素子１４に入射される。受光素子１４は、入射する検出光の強度に応じて抵抗変化あるいは起電力を生じることにより電気信号を出力する。そして、タイヤの空気圧が低い場合、図１（ｂ）に示すように受光素子１４に入射する検出光の入射位置が変化する。従って、タイヤ内空気圧の変化に応じて、受光素子１４から出力される電気信号は変化する。
【００１８】
タイヤ１１およびホイール１２の形状等には、特に制限はなく、一般の自動車に装着されているものを、そのまま用いることができる。発光素子１３は、各種のＬＥＤや半導体レーザーダイオードなどを用いることができるが、半導体レーザーダイオードは、検出光の集光性から好適である。受光素子１４は、フォトダイオードやフォトトランジスタ、ＣｄＳ（硫化カドミニウム）セルなどの各種の素子を用いることができる。特に、フォトダイオードは、環境温度に変化がある場合であっても、入射光の強度に対する出力電流が安定している点と、カドミニウムなどの環境に影響を与えるおそれのある元素を含有しない点で好適である。また、受光素子は単独の素子から構成しても良く、複数の素子を組み合わせて構成した複合素子としても良い。
【００１９】
そして、発光素子１３および受光素子１４は、ホイール１２に接着等の方法によりそれぞれ固定される。発光素子１３および受光素子１４は、このように、個別に固定しても良いが、発光素子１３および受光素子１４を、図示していない基板上にそれぞれ個別に表面実装した後、基板をホイール１２上に固定しても良い。このような構成とすることで、発光素子１３および受光素子１４をホイール１２に簡便に固定することができるとともに、検出光が受光素子１４に入射するように容易に調整することができる。また、発光素子および受光素子を一つのチップ状のパッケージとして集積しても良い。
【００２０】
反射膜１５は、材質、形状に制限はなく、検出光を反射するものであれば良い。例えば、アルミ箔を粘着テープや接着剤により、固定したものなどを反射膜として用いることができる。あるいは、タイヤ１１の内壁にあらかじめ反射膜を印刷しても良い。また、タイヤの内面に発光素子を配置し、ホイール上に配置した受光素子が検出光を直接受光する構成としても良い。このような構成とした場合、反射膜を省略することもできる。
【００２１】
発光素子を動作させる電源は、電池などをタイヤ内部に内蔵しても良いし、導入端子を用いることによりタイヤ外部から電力を供給しても良い。あるいは、タイヤの回転や走行にともない生じる熱などにより発電を行い、電力を供給しても良い。また、電源からの電力を節約するため、タイヤの回転を検知する加速度センサなどを組み合わせて、走行時のみ発光素子に電力を供給し、タイヤ内空気圧検知装置を動作させるようにしても良い。
【００２２】
そして、受光素子１４から出力される電気信号は、電気的あるいは光学的など手段により直接タイヤ外部の制御装置に入力される構成としても良いが、タイヤ内部に送信機を設けて、車内などタイヤ外部に配置された制御装置に送信しても良い。
【００２３】
次に、タイヤ内空気圧の検知方法について説明する。図２に受光素子に入射する検出光の位置を示す。タイヤが適正な圧力を保持している場合、図２（ａ）に示すように受光素子２１に入射する検出光２２の入射強度が最大となるように、発光素子および受光素子の位置は、調整されている。このような調整は、タイヤの交換時に車両をジャッキアップし、タイヤに車両の重量が加えられていない状態で実施されている。
【００２４】
そして、タイヤ内空気圧が低下して圧力異常を生じた場合、図２（ｂ）に示すように検出光２２は、受光素子に対してずれを生じる。従って、受光素子に入射する検出光の強度は、圧力が適正時に比べて減少する。例えば、受光素子をフォトダイオードで構成した場合、受光素子は入射する検出光の強度に応じて出力電流を生じることになる。このように受光素子に入射する検出光の強度の違いにより圧力の異常を電気信号として検出することができる。
【００２５】
さらに、走行時における本発明のタイヤ内空気圧検知装置の出力信号について説明する。タイヤは車両の自重により、接地面にたわみを生じる。従って、タイヤの接地面およびそれ以外の位置ではタイヤの径に変化が生じる。本発明のタイヤ内空気圧検知装置は、タイヤの径の変化に対し即時的に反応する。このため、走行時においては、このようなタイヤの径の変化にも受光素子からの出力信号は即時に変化を生じる。
【００２６】
図３に本発明によるタイヤ内空気圧検知装置の出力信号の一例を示す。この例では、受光素子をフォトダイオードとし、出力電流の時間に対する変化を示す。前述のように、タイヤは接地面でたわみを生じる。このため、受光素子が接地面の方向、すなわち、真下の位置（Ａ）にあるとき、出力電流は、極小ＩＡとなり、接地面に対し直上となる位置（Ｂ）にあるとき、出力電流は、極大ＩＢとなる。従って、受光素子からの出力信号は、タイヤの回転数に応じた周期τと出力電流の振幅ΔＩを有する周期信号として出力される。
【００２７】
次に、タイヤの空気圧による出力信号波形の違いを説明する。図４にタイヤが適正空気圧と減圧空気圧である場合の走行時における受光素子の出力電流を示す。タイヤが適正空気圧である場合、上述のように、受光素子の接地面に対する位置により、出力電流Ｉは変化し、タイヤの回転に対応した周期信号が観測される。そして、タイヤ内空気圧が低下している場合、適正出力電流（ＩＡ’、ＩＢ’）は、圧力時の出力電流（ＩＡ、ＩＢ）に比べて低下するとともに、接地面でのたわみが大きくなり、出力電流の振幅Δｉ’は、出力電流の振幅Δｉに比べて大きくなる。そして、減圧時はタイヤの実効径が小さくなることから周期信号である出力電流の周期τ’は、適正圧力時の周期τに比べて短くなる。
【００２８】
このように、タイヤ内空気圧の低下を出力信号波形の違いとして検出することができる。
【００２９】
なお、本実施の形態では、例として受光素子にフォトダイオードを用い、圧力変化による出力電流の変化を説明したが、フォトダイオードにＩ−Ｖ変換器を接続し、圧力変化を出力電圧の変化として検出しても良い。また、受光素子として他の素子を用いた場合、圧力変化を電気抵抗変化やインピーダンス変化として検出することもできる。
【００３０】
なお、本発明のタイヤ内空気圧検出装置は、自動車のみならず２輪車、自転車やその他の車両においても用いることができる。
【００３１】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。
【００３２】
本実施例では、市販のタイヤが装着された自動車車両に本発明の本発明のタイヤ内空気圧検知装置を装着した。発光素子として、市販の半導体レーザーダイオードを用い、また、受光素子として、アモルファスシリコン・フォトダイオードを用いた。また、フォトダイオードによる出力を電圧出力に変換するため、Ｉ−Ｖ変換器を設けた。そして、発光素子と受光素子とをそれぞれ回路基板に表面実装した。次に、車両がジャッキアップされた状態で、発光素子および受光素子が実装された基板をホイール上に接着固定した。その際、あらかじめタイヤの内側の面にアルミ箔を粘着テープにより固定し、検出光を反射する反射膜とした。そして、タイヤが適正空気圧である場合に、受光素子に入射する検出光が最大強度となるように基板の位置を調整した。すなわち、発光素子および受光素子が実装された基板は、接地面に対し直上となる位置にある状態で極大の出力である基準出力（Ｖ０）が得られるように調整した。
【００３３】
また、発光素子および受光素子が実装された基板上に、電池を装着し、発光素子に電力を供給する電源とした。さらに、この基板上に、受光素子からの信号を送信する送信機を構成し、車内に設置した受信機により信号を受信した。このとき、送信機の電源は、上述の発光素子に電力を供給する電池を共用した。
【００３４】
そして、本実施例のタイヤ内空気圧検知装置をタイヤに装着した自動車車両の走行試験を行った。走行試験は、先ず、タイヤを適正空気圧とする条件で行った。適正空気圧における走行試験ではタイヤの回転に対応した周期信号が観測された。次に、空気圧を適正空気圧の８０％に減圧したところ、受光素子からの出力は、すぐに反応し、出力信号Ｖ０’は、Ｖ０の約７０％を示した。そして、タイヤ内空気圧が減圧された条件で走行試験を行った。受光素子からの出力は、タイヤの回転に対応した周期信号が得られたものの、振幅ΔＶ’は、適正空気圧による走行試験の振幅ΔＶの約１２０％となった。このような振幅の変化はタイヤ内の空気圧が減少したことにより、タイヤのたわみが大きくなったことによると考えられる。
【００３５】
また、得られた周期信号の周期が短くなることも観測された。このことは、タイヤの空気圧が減圧されたためにタイヤの実効的な径が減少したことによると考えられる。
【００３６】
さらに、本実施例のタイヤ内空気圧検知装置の耐久性試験を行った。耐久性試験は、本実施例のタイヤ内空気圧検知装置をタイヤに装着した自動車車両の１０００ｋｍ走行試験を行った。この耐久性試験では、タイヤ内空気圧は、適正空気圧とした。
【００３７】
この耐久性試験においても本実施例のタイヤ内空気圧検知装置は、常に正常に動作し、高い信頼性が得られることが確認された。
【００３８】
以上、本発明の好適な実施の形態と実施例について説明したが、本発明はこれらの例に限定されない。いわゆる当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範囲内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲内に属している。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のタイヤ内空気圧検知装置の効果は明らかである。本発明のタイヤ内空気圧検知装置は、タイヤ内空気圧の異常に対して即時的に検知することができる。また、本発明のタイヤ内空気圧検知装置は、可動部分を含まないことから長期間の使用に対しても欠陥を生じることなく、高い信頼性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のタイヤ内空気圧検知装置の構成図である。
【図２】本発明のタイヤ内空気圧検知装置に用いられる受光素子に入射する検出光の位置を示す図である。
【図３】本発明のタイヤ内空気圧検知装置の出力信号を示す図である。
【図４】本発明のタイヤ内空気圧検知装置の走行試験における出力信号を示す図である。
【符号の説明】
１１　タイヤ
１２　ホイール
１３　発光素子
１４　受光素子
１５　反射膜
２１　受光素子
２２　検出光
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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