(57)【要約】【目的】小型軽量化が可能なタイヤ空気圧調整装置を提供する【構成】ホイール側１には、タイヤ内の気体を加圧するポンプユニット４１とタイヤ内の圧力（空気圧）を検出する半導体ダイアフラム式圧力センサ４２等からなるホイール側ユニット４が配置される。本発明のタイヤ空気圧調整装置では、ポンプユニット４１が、固体電解質体から構成されるポンプセル、或いは、圧電ポンプである。そのため、タイヤ空気圧調整装置の小型軽量化が達成できる。【選択図】          図１
2004299645.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タイヤが装着されたホイールに、
上記タイヤ内に気体を充填して、上記タイヤ内の気体を加圧又は減圧するポンプ手段と、
上記タイヤ内の圧力を検出する圧力検出手段と、
が設けられ、
上記圧力検出手段からの出力信号に基づいて、上記ポンプ手段の作動を制御する制御手段と、
を備えたタイヤ空気圧調整装置であって、
上記ポンプ手段は、固体電解質体の表裏両面に電極が形成されたポンプセルであることを特徴とするタイヤ空気圧調整装置。
【請求項２】
タイヤが装着されたホイールに、
上記タイヤ内に気体を充填又は上記タイヤ内の気体を放出して、上記タイヤ内の気体を加圧するポンプ手段と、
上記タイヤ内の圧力を検出する圧力検出手段と、
が設けられ、
上記圧力検出手段からの出力信号に基づいて、上記ポンプ手段の作動を制御する制御手段と、
を備えたタイヤ空気圧調整装置であって、
上記ポンプ手段は、圧電ポンプであることを特徴とするタイヤ空気圧調整装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車等のタイヤ空気圧調整装置に関し、小型軽量化が可能なタイヤ圧調整装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用タイヤの空気圧の管理は、走行の安全を確保する上で非常に重要である。タイヤ空気圧の点検は使用者が運転前に行うことになっているが、多くの使用者は一定の期間を置いての点検しか行っておらず、空気圧が減って危険な状態で走行してしまう場合がある。また、点検するにしても、空気圧を外観だけで点検することは難しく、適正な点検を行うためには、タイヤ一本ごとにエアゲージを用いて測定しなければならず煩雑である。更に、このエアゲージによる測定で空気圧不足が判明した場合には、コンプレッサなどの加圧手段を用いて規定圧力まで気体（空気）を補充填しなければならず、これらを運転前毎に行うことは非常に大変である。
【０００３】
そこで、タイヤが装着されたホイールに加圧ボンベを設置するとともに、この加圧ボンベから供給される加圧気体をタイヤに送るための給気経路と、給気経路の途中に設けられた電磁バルブと、タイヤの空気圧を検出する圧力センサを備え、この圧力センサの検出出力に基づいて電磁バルブの作動を制御することにより空気圧を自動的に最適化させるタイヤ空気圧調整装置（タイヤ空気圧管理装置）が提案されている（特許文献１）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平９−１５０６１２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
タイヤ空気圧調整装置はホイールに直接設置されるため、小型軽量のものが求められている。しかしながら、従来のタイヤ空気圧調整装置では、加圧ボンベや電磁バルブ等のサイズ及び重量の大きい部品が使用されていた。そのため、タイヤ全体の重量が増加して、自動車の運動性能低下、燃費低下を引き起こすおそれがある。また、それらが取り付けられる位置によっては、ホイールバランス（タイヤとホイールとの重心のバランス）がずれてしまう可能性がある。ホイールバランスにずれが生じると、走行時の自動車に振動が発生し、乗り心地が悪くなってしまう。そのため、ホイールバランスを考慮してタイヤ空気圧調整装置を取り付ける必要があり、その取り付け位置の自由度が制限される。また、タイヤ空気圧調整装置の重量が大きい場合、タイヤが回転したときにタイヤ空気圧調整装置に加わる遠心力が大きくなるため、遠心力によるタイヤ空気圧調整装置の位置ずれが発生したり、更には、ホイールから脱落する可能性が高くなる。そこで、位置ずれ等が発生しないように、ホイールに対して強固に取り付けることも考えられるが、強固に取り付けるために、重量が更に増加してしまう可能性がある。
【０００６】
本発明は、上述した従来の問題点を解決するものであり、小型軽量化が可能なタイヤ空気圧調整装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するためになされた本発明のタイヤ空気圧調整装置は、タイヤが装着されたホイールに、上記タイヤ内に気体を充填して、上記タイヤ内の気体を加圧又は減圧するポンプ手段と、上記タイヤ内の圧力を検出する圧力検出手段と、が設けられ、上記圧力検出手段からの出力信号に基づいて、上記ポンプ手段の作動を制御する制御手段と、を備えたタイヤ空気圧調整装置であって、上記ポンプ手段は、固体電解質体の表裏両面に電極が形成されたポンプセルであることを特徴とする。
【０００８】
また、上記課題を解決するためになされた別の本発明のタイヤ空気圧調整装置は、タイヤが装着されたホイールに、上記タイヤ内に気体を充填して、上記タイヤ内の気体を加圧するポンプ手段と、上記タイヤ内の圧力を検出する圧力検出手段と、が設けられ、上記圧力検出手段からの出力信号に基づいて、上記ポンプ手段の作動を制御する制御手段と、を備えたタイヤ空気圧調整装置であって、上記ポンプ手段は、圧電ポンプであることを特徴とする。
【０００９】
本発明のタイヤ空気圧調整装置では、タイヤ内の気体を加圧するポンプ手段と、タイヤ内の圧力を検出する圧力検出手段と、がホイールに設けられると共に、圧力検出手段からの出力信号に基づいてポンプ手段の作動を制御する制御手段を備えている。そして、ポンプ手段が、固体電解質体の表裏両面に電極が形成されたポンプセル、又は、圧電ポンプとなっている。従って、加圧ボンベや電磁バルブ等が使用されていた従来のタイヤ空気圧調整装置に比べ、小型軽量化が可能となる。そのため、タイヤ全体の重量の増加を低減でき、自動車の運動性能低下、燃費低下を抑制することができる。また、タイヤ空気圧調整装置をホイールに取り付けた際の、タイヤの重量増加量を抑えることができる。更に、タイヤ空気圧調整装置の取り付け位置の自由度も増す。また、タイヤ空気圧調整装置に働く遠心力も小さくなり、タイヤ空気圧調整装置の位置ずれ、脱落等を防ぐことができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
本発明の実施形態であるタイヤ空気圧調整装置について、図面を参照しつつ説明する。
【００１１】
図１は、本実施形態のタイヤ空気圧調整装置の構成を示す概略図である。１はホイール側、２は車体側を示す。ホイール側１と車体側２との間には、両者間にて電気的な信号のやり取りを媒介する可動コネクタ部６が設けられている。ホイール側１には、タイヤ内の気体を加圧するポンプユニット４１とタイヤ内の圧力（空気圧）を検出する半導体ダイアフラム式圧力センサ４２等からなるホイール側ユニット４が配置される。ホイール側ユニット４は、タイヤ３１が装着されたホイール３２のリム部に取り付けられる。
【００１２】
車体側２には、マイクロプロセッサを用いた制御部５が設けられている。この制御部５は可動コネクタ部６を介してポンプユニット４１及び圧力センサ４２に電気的に接続されるようになっている。
【００１３】
制御部５は、圧力センサ４２の検出出力に基づいてポンプユニット４１の作動をフィードバック制御する空気圧制御手段５１、圧力センサ４２にて検出されるタイヤ空気圧の単位時間当たりの低下量を算出する圧力低下量算出手段５２、圧力低下量算出手段５２により算出された圧力低下量に基づいてパンク又はその危険性を判定するパンク判定手段５３を備えている。パンク判定手段５３は、圧力低下量算出手段５２により算出された単位時間当たりの空気圧の低下量が所定値を超えたときに警報部７を作動させる。また、空気圧制御手段５１は、圧力センサ４２の検出出力が基準値よりも小さいときにポンプユニット４１を加圧作動させ、空気圧を自動的に最適化させる。警報部７は発光ダイオードの点滅及びブザー等の音響表示によりパンクの警報を行う。
【００１４】
図２は、図１におけるホイール側１の構成を示す概略図である。同図において、ホイール３２のリブ部には、ホイール側ユニット４（ポンプユニット４１、圧力センサ４２）が取り付けられている。
【００１５】
図３は、ホイール側ユニット４の構成を示す断面概略図である。ホイール側ユニット４は、タイヤ内部と連通する連通管４６が接続されたポンプユニット４１と、連通管４６の一部と連通する圧力検知用管４７が接続された圧力センサ４２と、ポンプユニット４１及び圧力センサ４２を収納するケース４５とを備えている。ケース４５は、ケース本体４３及びカバー４４からなり、ケース本体４３の収納部４３ａにポンプユニット４１及び圧力センサ４２が収納される。カバー４４は収納部４３ａを覆って、ケース本体４３に固定されている。カバー４４には、ケース外部から気体を取り入れるための通気孔４４ａが設けられている。また、ポンプユニット４１及び圧力センサ４２には、可動コネクタ部６と電気的に接続するための図示しない信号線が備えられている。
【００１６】
本実施形態では、上記ポンプユニット４１として固体電解質体から構成されるポンプセルを用いている。図４に、固体電解質体として、酸素イオン伝導体であるジルコニア焼結体を用いたポンプセル１００の断面概略図を示す。ポンプセル１００は、板状のジルコニア固体電解質体１０１の表裏両面に白金からなる第１電極１０２及び第２電極１０３が形成された構成をなしている。このポンプセル１０１は、絶縁性材料からなる第１支持体１０４及び第２支持体１０５により、両電極１０２、１０３を覆うように狭持されている。また、両電極１０２、１０３はそれぞれリード部１０６を介して回路に接続されており、電源１０７によって第１電極１０２と第２電極１０３との間に電圧を印加できるようになっている。第１支持体１０４には、ポンプセル１００（ポンプユニット４１）外部と連通する空孔１０８が設けられ、第２支持体１０５には、上記連通孔４６（図３参照）に接続された空孔１０９が設けられている。尚、ポンプセル１００は図示しないヒータを備えており、このヒータによって加熱することでジルコニア固体電解質体１０１を活性化している。また、電源１０７は車体側２に配置され、電圧は車体側２から可動コネクタ部６を介して供給される。
【００１７】
次に、本実施形態のタイヤ空気圧調整装置の動作について図１を参照しながら説明する。タイヤ内部と連通している圧力検知用管４７に接続された圧力センサ４２によりタイヤ内の圧力（空気圧）が検出される。この検出信号は信号線及び可動コネクタ部６を介して制御部５に入力される。制御部５に入力された検出信号に基づいて、空気圧制御手段５１では、正規のタイヤ空気圧（基準空気圧）の範囲内であるか判定される。基準空気圧の範囲内である場合は、再び圧力センサ４２にて空気圧の測定が行われる。基準空気圧の範囲外である場合は、ポンプユニット４１にタイヤ内の気体を加圧するためのポンプ制御信号（加圧信号）が可動コネクタ部６を介して送られる。これにより、制御部６（空気圧制御手段５１）から送られたポンプ制御信号に基づいて、ポンプユニット４１によりタイヤ内の気体の加圧が行われる。
【００１８】
ここで、ポンプセル１００の動作について図４を参照しながら説明する。ポンプセル１００に加圧信号が送られると、第１電極１０２に対して第２電極１０３が高電位となるように、例えば、第２電極１０３が正、第１電極１０２が負となるように電源１０７から電圧が印加され、固体電解質１０１に強制的に電流を流す。すると、第１電極１０２表面付近の酸素は、電極に含まれている白金の触媒作用により、酸素イオンに解離される。発生した酸素イオンは、固体電解質１０１を介して第２電極１０３に汲み出され、再び酸素となる。第２電極１０３側に汲み出された酸素は、ポンプセル１００（ポンプユニット４１）に接続された連通管４６（図３参照）を通ってタイヤ内に拡散する。こうして、空気圧の加圧が行われる。
【００１９】
タイヤ空気調整装置の動作説明に戻り、圧力センサ４２により検出された空気圧の検出信号は、空気圧制御手段５１に入力されると同時に圧力低下量算出手段５２にも入力される。圧力低下量算出手段５２では、圧力センサ４２により検出された検出信号に基づいて、空気圧の単位時間当たりの低下量を算出する。具体的には、検出信号を一定時間毎にサンプリングし、隣接する２つのサンプリング値の差を求めることで圧力低下量を算出する。その後、圧力低下量算出手段５２で算出された圧力低下量信号は、パンク判定手段５３に送られる。パンク判定手段５３では、入力された圧力低下量と予め定められた所定値とを比較する。そして、圧力低下量が所定値を超える場合は、パンク又はその危険性が高いと判断し、警報部７に警報信号が入力され、警報部７にてパンクの警報が行われる。
【００２０】
本実施形態のタイヤ空気圧調整装置では、ポンプユニット４１として固体電解質体から構成されるポンプセル１０１に用いている。従って、加圧ボンベや電磁バルブ等が使用されていた従来のタイヤ空気圧調整装置に比べ、小型軽量化が可能となる。そのため、タイヤ全体の重量の増加を低減でき、自動車の運動性能低下、燃費低下を抑制することができる。また、タイヤ空気圧調整装置をホイールに取り付けた際の、タイヤの重量増加量を抑えることができる。更に、タイヤ空気圧調整装置の取り付け位置の自由度も増す。また、タイヤ空気圧調整装置に働く遠心力も小さくなり、タイヤ空気圧調整装置の位置ずれ、脱落等を防ぐことができる。
【００２１】
尚、本発明のタイヤ空気圧調整装置では、ポンプセル１００の両電極１０２、１０３に印加される電圧の極性を上記した極性とは反対（具体的には、第１電極１０２が正、第２電極１０３が負）にすることで、タイヤ内の酸素をタイヤ外部に放出して、空気圧の減圧を行うことができる。
【００２２】
（実施形態２）
次に、本発明の第２の実施形態について図面を参照しつつ説明する。本実施形態２のタイヤ空気圧調整装置は、上記実施形態１のタイヤ空気圧調整装置と比較して、ポンプユニットが異なるのみで、その他については同様である。従って、実施形態２のポンプユニットについて説明し、その他については説明を省略する。
【００２３】
図５は、本実施形態２に用いられるポンプユニットである圧電ポンプ２００の断面概略図を示している。圧電ポンプ２００は、筐体２０１と、筐体２０１内に気体を流入させる流入路２０２と、筐体２０１内から気体を流出する流出路２０３と、筐体２０１内に流入口及び流出口を有する隔室として配設され、図示しない電源により往復振動を行うダイアフラム２０５を内部に有して気体の流入及び流出を行うポンプ室２０４と、から構成されている。流入口には流入路２０２に連通し気体の逆流を防止する流入側逆止弁２０６が設けられ、流出口には流出路２０３に連通し気体の逆流を防止する流出側逆止弁２０７が設けられている。ダイアフラム２０５の外周部は、ポンプ室２０４内周側面に設けた図示しない固定用パッキンを介して密封支持されている。また、ダイアフラム２０５は、薄い金属板に圧電振動子が貼り合わされた構造になっている。
【００２４】
この圧電ポンプ２００では、ダイアフラム２０５の往復運動は、圧電振動子により行う。圧電振動子は圧電体の撓み変化を応用するユニモルフ、バイモルフ等の素子が用いられる。圧電振動子は図示しない配線を介して図示しない交流電源が電気的に接続されており、圧電振動子に交流電源が印加されることによりダイアフラム２０５が駆動される。ここで、圧電ポンプ２００の動作について説明する。交流電源がダイアフラム２０５（圧電振動子）に印加されて、ダイアフラム２０５が流入口（流出口）とは反対方向に変位すると、圧電ポンプ２００外部の気体が流入路２０２、流入口を介して気体がポンプ室２０４に流入する。そして、交流電源の極性が変わると、ダイアフラム２０５は流出口（流入口）側に変位して、ポンプ室２０４に流入された気体は、流出口、流出路２０３を介して圧電ポンプ２００外部に流出される。流出路２０３は、タイヤ内部と連通する連通管４６（図３参照）に接続されており、ポンプ室２０４に流入された気体は連通管４６を介してタイヤ内に拡散する。こうして、空気圧の加圧が行われる。
【００２５】
本実施形態２のタイヤ空気圧調整装置では、ポンプユニット４１として圧電ポンプ２００を用いている。従って、上記実施形態１と同様、加圧ボンベや電磁バルブ等が使用されていた従来のタイヤ空気圧調整装置に比べ、小型軽量化が可能となる。そのため、タイヤ全体の重量の増加を低減でき、自動車の運動性能低下、燃費低下を抑制することができる。また、タイヤ空気圧調整装置をホイールに取り付けた際の、タイヤの重量増加量を抑えることができる。更に、タイヤ空気圧調整装置の取り付け位置の自由度も増す。また、タイヤ空気圧調整装置に働く遠心力も小さくなり、タイヤ空気圧調整装置の位置ずれ、脱落等を防ぐことができる。
【００２６】
以上において、本発明を実施の形態に即して説明したが、本発明は上記実施形態等に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることはいうまでもない。
例えば、実施形態等では、可動コネクタ部６を介して、ホイール側ユニット４と車体側２の制御部５との信号伝送を行っていたが、ホイール側ユニット４及び制御部５に無線送受信ユニットを取り付け、信号伝送を無線により実現するようにしても良い。
また、ポンプユニット４１への電源供給を、可動コネクタ部６を介して車体側２と直接結線した方式にて行っていたが、例えば、リチウム電池、又は、ホイールの回転を利用した発電機構などにより、ホイール側から独自に電源供給させても良い。更に、車体側２から非接触な電磁結合により給電される電源を使用しても良い。
更に、上記実施形態１では、ポンプセルとして、酸素イオン伝導体であるジルコニア固体電解質体を用いたが、固体電解質材料はこれに限られない。例えば、溶融炭酸塩からなる炭酸イオン伝導体を用い、タイヤ内に二酸化炭素を供給するようにしても良い。
また、上記実施形態２では、ポンプユニットとして１つの圧電ポンプを用いているが、ポンプ能力を高めるために、複数の圧電ポンプを直列に接続するようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のタイヤ空気圧調整装置の構成を示す概略図である。
【図２】図１におけるホイール側１の構成を示す概略図である。
【図３】ホイール側ユニット４１の構成を示す概略図である。
【図４】本発明の実施形態に用いられるポンプセル１００の断面概略図である。
【図５】本発明の変形形態に用いられる圧電ポンプ２００の断面概略図である。
【符号の説明】
１・・・ホイール側
２・・・車体側
４・・・ホイール側ユニット
５・・・制御部
６・・・可動コネクタ部
４１・・・ポンプユニット
４２・・・圧力センサ
１００・・・ポンプセル
２００・・・圧電ポンプ
【図１】
2004299645.tif 000003
【図２】
2004299645.tif 000004
【図３】
2004299645.tif 000005
【図４】
2004299645.tif 000006
【図５】
2004299645.tif 000007