(57)【要約】【課題】タイヤ内部の所要部分の温度を直接計測して、タイヤの故障に繋がる温度異常の早期発見を可能にするとともに、温度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の温度測定方法およびこの方法に用いられるタイヤを提供する。【解決手段】タイヤ内部の所要部分に埋設され、温度によって磁気特性の変化する可撓性磁石によって形成される磁界を、タイヤ外部に設けられた磁気センサで検知し、検知される磁界の変化から前記所定位置における温度を求める。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
タイヤの内部の温度を測定する方法において、
タイヤ内部の所要部分に埋設され、温度によって磁気特性の変化する可撓性磁石によって形成される磁界を、タイヤ外部に設けられた磁気センサで検知し、検知される磁界の変化から前記所定位置における温度を求めるタイヤの温度測定方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法に用いられるタイヤであって、
所要部分に埋設された可撓性磁石を具え、この可撓性磁石は所定の温度近傍において温度が上昇すると磁力が低下する特性を有してなるタイヤ。
【請求項３】
前記可撓性磁石は、少なくとも一の永久磁石と、この永久磁石の磁極に連結された少なくとも一の感温磁性体とを具え、この感温磁性体は、所定の温度近傍において温度が上昇すると透磁率が低下する特性を有してなる請求項２に記載のタイヤ。
【請求項４】
前記可撓性磁石のいずれかの磁極に、高透磁率磁性体よりなるヨークを連結して磁気発生体を構成し、ヨークの、可撓性磁石に連結されていない側の端をタイヤ表面に露出させてなる請求項２もしくは３に記載のタイヤ。
【請求項５】
前記磁気発生体を棒状に形成し、磁気発生体の直径を３〜８ｍｍとしてなる請求項４に記載のタイヤ。
【請求項６】
前記可撓性磁石の硬度を、この可撓性磁石を囲繞するタイヤのゴム部分の硬度と同等にしてなる請求項２〜５のいずれかに記載のタイヤ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、タイヤの内部の所要部分における温度を監視して、タイヤのこの部分の温度の異常を運転者に通知するためのタイヤの温度測定方法およびこの方法に用いられるタイヤに関する。
【０００２】
【従来の技術】
タイヤの温度を検知する方法として、リムに取り付けられるタイヤ内圧警報装置に内蔵された温度センサで検知する方法が従来から知られていて、この方法に用いられる温度センサは、半導体の電気特性が温度に依存して変化することを利用して、この電気特性の変化から温度を検知するものである。そして、温度センサで検出された温度データは、車体側に設けられた受信機に送信され、送信された温度データが設定した所定温度を超えると異常と判断され、その結果が運転者に通知される。（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
しかしながら、このタイヤ内圧警報装置に内蔵された温度センサは、タイヤとリムとに囲まれたタイヤ内圧部の空気温度を測定しているに過ぎず、例えば、タイヤの内部のある部分が異常に発熱してセパレーションを起こしたりバーストしたりする可能性を予知するためには、発熱した部分の温度を直接測定する必要があり、従来のタイヤ内圧警報装置に内蔵された温度センサをこの用途に用いようとしても、発熱部分とタイヤ内圧部の空気温度とは十分な相関がなく、実用上、有効なものではなかった。
【０００４】
さらに、従来の温度センサは、温度を検出するための電源が必要であり、しかも、この温度センサを内蔵するタイヤ内圧警報装置は回転するリムに取り付けられていて車体側から電源を供給することが難しいため、タイヤ内圧警報装置は、その内部に電池を内蔵して電源を供給するよう構成されているが、この電池の早期消耗も問題となっていた。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−３５５２０３号公報（図１）
【０００６】
【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、タイヤ内部の所要部分における温度を直接測定することにより、タイヤの故障に繋がる可能性のある異常の早期発見を可能にし、しかも、電池の早期消耗の憂いのないタイヤの温度測定方法およびこの方法に用いられるタイヤを提供することを目的とするものである。
【０００７】
【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、その要旨構成ならびに作用を以下に示す。
【０００８】
請求項１に記載のタイヤの温度測定方法は、タイヤの内部の温度を測定する方法において、
タイヤ内部の所要部分に埋設され、温度によって磁気特性の変化する可撓性磁石によって形成される磁界を、タイヤ外部に設けられた磁気センサで検知し、検知される磁界の変化から前記所定位置における温度を求めるものである。
【０００９】
このタイヤの温度測定方法は、温度を測定したいタイヤの所要部分、例えばベルト端部に可撓性磁石を埋設しておき、ベルト端部分の温度がタイヤの走行にともなって変化したときこの可撓性磁石そのものの温度も変化し、この温度変化は可撓性磁石の磁気特性の変化をもたらすので、この可撓性磁石によって形成される磁界を検知する磁気センサの測定値から可撓性磁石の温度すなわち、例えばタイヤのベルト端部分の温度を逆算して測定する方法である。
【００１０】
この方法によれば、磁気センサの測定値は、可撓性磁石が埋設された部分の温度を表わすので、故障発生の原因となるタイヤ内部の温度を直接正確に測定することができ、タイヤの故障を予知するための温度計測が可能となり、しかも、タイヤが設けられている車輪側は電源を必要としないので、電池の寿命等の心配もなくまた車輪側から信号を取り出すための配線も不要となる。
【００１１】
請求項２に記載のタイヤは、請求項１に記載の方法に用いられるタイヤであって、所要部分に埋設された可撓性磁石を具え、この可撓性磁石は所定の温度近傍において温度が上昇すると磁力が低下する特性を有してなるものである。
【００１２】
本発明に係るこのタイヤは、所要部分に埋設され、温度によって磁力の変化するた可撓性磁石を具えているので、可撓性磁石からの磁界の変化をタイヤの外部に設けた磁気センサで検知することにより、前述の通り、タイヤ内部の所要部分の温度を正確に測定してタイヤの故障につながりうるこの部分の温度の異常上昇を予知することができ、しかも、電源供給の問題も排除することができる。
【００１３】
また、一般的に、異常を検知するセンサが故障したときの出力は、このセンサが異常を検知したときの出力と同じものとするのがフェールセーフの点で好ましく、これは、もしセンサが故障したときも正常時と同じ出力を出すものとしたならば、センサが故障中に異常が発生していてもこれを検出できないからである。このタイヤによれば、温度が異常に上昇した場合には磁気センサで検知する磁束密度は小さいので、このときの磁気センサからの出力は磁気センサが故障した場合と同様ゼロとなり、フェールセーフの点で好ましい。
【００１４】
請求項３に記載のタイヤは、請求項２に記載するところにおいて、前記可撓性磁石は、少なくとも一の永久磁石と、この永久磁石の磁極に連結された少なくとも一の感温磁性体とを具え、この感温磁性体は、所定の温度近傍において温度が上昇すると透磁率が低下する特性を有してなるものである。
【００１５】
このタイヤによれば、このような感温磁性体と永久磁石とで可撓性磁石を構成したので、可撓性磁石が設けられているタイヤの部分の温度が上昇して所定の温度に近づくと感温磁性体の透磁率は低下して可撓性磁石の磁力が低下し、可撓性磁石に前記特性を簡易に具備させることができるともに、これを永久磁石だけで構成するのに対比して、温度の変化に対して磁力を高感度で変化させることのできるものとすることができる。
【００１６】
請求項４に記載のタイヤは、請求項２もしくは３に記載するところにおいて、前記可撓性磁石のいずれかの磁極に、高透磁率磁性体よりなるヨークを連結して磁気発生体を構成し、ヨークの、可撓性磁石に連結されていない側の端をタイヤ表面に露出させてなるものである。
【００１７】
このタイヤによれば、可撓性磁石からタイヤ表面までの間に高透磁率磁性体よりなるヨークを延在させるので、可撓性磁石で形成された磁束を、漏洩させることなくタイヤ表面に露出したヨーク先端に導くことができ、磁気発生部分と磁気センサとの間隔を最小のものとすることにより磁気センサで検知するに十分な磁界を形成させることができる。
【００１８】
請求項５に記載のタイヤは、請求項４に記載するところにおいて、前記磁気発生体を棒状に形成し、磁気発生体の径を３〜８ｍｍとしてなるものである。
【００１９】
本発明のタイヤによれば、磁気発生体をタイヤの本来の性能に影響を及ぼさない寸法、形状で構成するとともに、磁気発生体に磁気センサで検知可能な磁力を担持することができる。
【００２０】
請求項６に記載のタイヤは、請求項２〜５のいずれかに記載するところにおいて、前記可撓性磁石の硬度を、この可撓性磁石を囲繞するタイヤのゴム部分の硬度と同等にしてなるものである。
【００２１】
このタイヤによれば、可撓性磁石の硬度を周囲のタイヤのゴム部分の硬度と同等としたので、タイヤの繰り返しの変形に際しても周囲のゴムとの相対変位を発生させることなく可撓性磁石近傍がタイヤの故障の核となることを防止することができる。
【００２２】
【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１をリム１１に取り付けた状態で示す断面図、図２はタイヤ１の側面図、図３は、図１のａ部の詳細を示す断面図である。車軸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１を装着するリム１１はハブ１２に固定される。タイヤ１のトレッド部３の幅方向両側に位置するショルダ部２の、ベルト５の幅方向一方の側の端部の近傍には、磁気発生体４が設けられ、一方、アクスルケース１３に取り付けられアクスルケース１３の上方に延在するステー１９の先端には、磁気発生体４の一方の端に対向する姿勢で磁気センサ１４が取り付けられる。
【００２３】
磁気発生体４は棒状をなし、タイヤ１の周方向に沿って一個もしくは複数個設けられ、図２に示す例においては、４５度ずつ８個等間隔に配置され、かつ一個ずつ磁極が反転するよう配置されているが、もちろん、磁極を全部同じ向きに揃えて配置してもかまわない。磁気発生体４は、ベルト５の幅方向端の近傍に埋設され、一の永久磁石１５およびこの永久磁石１５の一方の磁極に連結された一の感温磁性体１６とよりなる可撓性磁石１８と、この可撓性磁石の一方の磁極に連結されたヨーク１７とで構成され、ヨーク１７の、可撓性磁石１８に連結されていない側の端はタイヤ表面に露出されている。
【００２４】
そして、永久磁石１５、感温磁性体１６およびヨーク１７は、それぞれ磁石材料もしくは軟質磁性材料よりなる磁性粉を配合ゴムに分散混合してできたボンド磁性体を柱状にして形成され、棒状磁気発生体４はこれらの柱状体を貼り合わせてできていて、そのため、高い柔軟性を担持し、タイヤ１の大きな変形にも追従して変形することができる。
【００２５】
永久磁石１５を構成するボンド磁性体の磁性粉は、安価なフェライトを用いることもできるが、ネオジウム鉄ボロン、サマリウムコバルトあるいはサマリウム鉄窒素などの希土類磁石や、アルニコ磁石などを用いることにより、強い磁界を形成することができ有利である。
【００２６】
また、感温磁性体１６は、タイヤ１のショルダ部の許容温度範囲の上限付近にキュリー点を有する軟質磁性材料で形成されていて、この感温磁性体１６は、キュリー点よりずっと低い温度では高い透磁率を有するが、キュリー点を超える温度においては磁化を喪失する結果、透磁率も極めて小さくなる特性を有している。可撓性磁石１８が埋設されているタイヤ部分の温度をＴｘとしたとき、Ｔｘがキュリー点よりずっと低い正常範囲の温度であるときは、感温磁性体１６の透磁率は高いので可撓性磁石１８の磁力は大きいが、Ｔｘがキュリー点を超えると感温磁性体１６は非磁性体となり可撓性磁石１８の磁力はなくなる。そしてこの磁力の変化はこの可撓性磁石１８から出る磁力線の数を変化させる。
【００２７】
このような特性を有する感温磁性体１６を構成するボンド磁性体の磁性粉は、ＮｉＣｕ、ＮｉＡｌ、ＮｉＣｒ、ＮｉＶ、ＮｉＳｉ，ＮｉＴｉ、ＮｉＭｏ，ＮｉＳｂ，ＮｉＺｎを含むＮｉ系合金、Ｍｎ−Ｃｕ系合金、Ｎｉ−Ｚｎ−Ｆｅ２Ｏ４系合金、Ｍｎ−Ｚｎ−Ｆｅ２Ｏ３系合金、Ｆｅ−Ｎｉ系合金、Ｎｉ−Ｃｕ系合金、もしくは、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｓｉ系合金などのうちから、検知したい温度の領域に応じて、適宜選択して用いることができる。
【００２８】
また、ヨーク１７を構成するボンド磁性体の磁性粉は、パーマロイ等の高透磁率磁性体の粉体とするのがよく、このことにより、可撓性磁石１８の磁束を損失なくタイヤ表面に導くことができる。
【００２９】
さらに、上述の種々の磁性分を混合分散させる配合ゴムの例としてはシリコンゴムやブチルゴム等をベースに用いるのが好ましく、これらのゴムを用いることにより、磁気発生体１４の硬度をこの周囲のタイヤのゴム部分の硬度と同等にして、タイヤ変形時のこの部分からの故障の発生を防止するとともに、磁性粉との混合分散をよくして高い磁力をえることができる。また、磁気発生体１４の硬度の代りに、磁気発生体１４のモジュラス、ヤング率、あるいはポアソン比等の物理定数を周囲のゴム部分と同等なものとすることによっても同様の効果をえることができる。
【００３０】
棒状をなす可撓性磁石１８は、その直径ｄφを３〜８ｍｍとするのがよく、これが３ｍｍ未満だと十分な磁力を担持させることがむつかしく、また、これが８ｍｍを越えるとタイヤの諸性能に影響を及ぼす。
【００３１】
永久磁石１５の長さｌ１は５〜３０ｍｍとするのがよく、これが５ｍｍ未満だと磁力が低下して磁気を検知する際のＳ／Ｎ比が低下し、３０ｍｍを越えるとタイヤに埋設するには長すぎてタイヤの本来の性能を阻害するという問題を生じる。
【００３２】
また、感温磁性体１６の長さｌ２は３〜１５ｍｍとするのがよく、これが３ｍｍ未満だと感温性能が低下し、１５ｍｍを越えると磁力が低下するという問題を生じる。また、ヨーク１７の長さｌ３は可撓性磁石１８の位置によって変化させる。
【００３３】
図３の例においては、可撓性磁石１８を構成する永久磁石１５を感温磁性体１６よりもタイヤ表面から遠い側に配置させたが、これを逆にして、感温磁性体１６を永久磁石１５よりもタイヤ表面から遠い側に配置させ、永久磁石１５にヨーク１７を連結しても同様な効果を得ることができる。
【００３４】
図３において、可撓性磁石１８が埋設されたタイヤの部分の温度Ｔｘが正常な範囲にある状態において、この磁気発生体４の両極から放射される磁力線を矢印で模式的に示すが、この磁力線は温度Ｔｘが異常に上昇すると磁気発生体４の磁力が低下して、磁力線の本数はほとんどゼロとなる。
【００３５】
なお、磁気センサ１４が取り付けられる位置は、車軸の軸心直上部分に限定されるものではないが、タイヤの回転に伴って回転する磁気発生体４がタイヤの接地部分から離れて少なくとも接地変形の影響を受けない回転角度位置に来たときにこれからの磁界を検知するよう磁気センサ１４を取り付けるのが好ましく、このことにより、磁界を検知する際の磁気センサ１４と磁気発生体４との相対位置の変化を最小に抑制してタイヤの温度測定値を精度の高いものものとすることができる。
【００３６】
図４は、タイヤ１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。図５にはまた、タイヤ１の回転に伴って、車軸の回転部分の周上の一箇所が車軸の非回転部分の所定位置を通過するときに発信するパルスＳを、時間軸を合わせて示しているが、パルスＳの発生タイミングはタイヤ各一回転の位相原点となる。
【００３７】
前述のように磁気センサ１４は車軸の軸心直上部分からの磁界をもっとも強く検知するので、タイヤ１が回転して、ショルダ部２に配置された磁気発生体４が軸直上に位置したとき、磁気センサ１４が検出する磁束密度はピークＰＡ１〜ＰＡ４、ＰＢ１〜ＰＢ４を現す。そして、温度Ｔｘが正常なときは可撓性磁石の磁力は大きいので、ピークの磁束密度は大きくその絶対値は閾値を超えるが、温度Ｔｘが異常範囲に達し可撓性磁石の磁力が小さくなると、ピークＰＡ２のようにその磁束密度の大きさの絶対値はは所定の閾値ＳＨ以下となる。
【００３８】
連続して現れる磁束密度のピークのそれぞれを、タイヤ１上の周方向に配置されたそれぞれの磁気発生体４に対応させる方法について、ピークＰＡ２を例にとって以下に説明する。位相原点のパルスＳを検出してからピークＰＡ２を検出するまでの時間をｔ、相前後するパルスＳの間の時間をＴとすると、ピークＰＡ２の位相θＡ２は、比例計算により式（１）に基づいて求めることができる。そして、パルスＳを発生させるタイヤの回転位置は分かっているので、この回転位置からθＡ２だけタイヤがさらに回転したときに軸直上に位置する磁気発生体４が、磁束密度のピークＰＡ２に対応するものとして関係させることができる。
θＡ２＝（ｔ／Ｔ）ｘ３６０                （１）
【００３９】
このように、上述の方法により、タイヤ１の内部の所要部分が異常な温度に上昇したことを検知することができ、しかも、どの磁気発生体４からの磁界が異常かをチェックすることができるので、温度が異常に上昇したタイヤの周方向位置を特定することができる。さらに、温度の異常判定のみならず、予め、検知する磁束密度のピークの大きさと温度Ｔｘとの関係と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大きさから温度をＴｘを逆算してリアルタイムに求めることができ、測定された温度の値そのものも運転者に伝達することができる。
【００４０】
以上の実施形態では、可撓性磁石１８をショルダ部２に配置して設けたが、これを、温度情報を検知したいタイヤの部分に応じて、トレッド部３、サイドウォール部、あるいはビード部等に設けることができ、さらにこれらの部分から選び出された個所を組み合わせた複数の個所に可撓性磁石１８を配置して、これらの個所からの温度情報を同時に検知することも可能であり、この場合、可撓性磁石１８が配置されたそれぞれの個所を識別するには、それぞれの可撓性磁石１８の周方向位置を互いに異ならせたり、同じ周方向位置に置かれた可撓性磁石１８であっても、これらの磁極の向きを正逆に異ならせたりすればよいことは前述の説明の通りである。
【００４１】
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、要求される感度によっては、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。
【００４２】
【発明の効果】
以上述べたところから明らかなように、本発明によれば、タイヤ内部の所要部分に埋設され、温度によって磁気特性の変化する可撓性磁石によって形成される磁界を、タイヤ外部に設けられた磁気センサで検知し、検知される磁界の変化から前記所定位置における温度を求めるので、タイヤの内部の所要部分の温度を正確に測定することができ、しかもこの測定にあたって車輪側では電源を必要としないため電池の早期消耗とうの電源に関わる問題を排除することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る実施形態のタイヤをリムに取り付けた状態で示す断面図である。
【図２】タイヤの側面図である。
【図３】図１のａ部の詳細を示す断面図である。
【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
２  ショルダ部
３  トレッド部
４  磁気発生体
５  ベルト
１１  リム
１２  ハブ
１３  アクスルケース
１４  磁気センサ
１５  永久磁石
１６  感温磁性体
１７  可撓性磁石
１８  永久磁石
１９  ステー
【図１】
2004279044.tif 000003
【図２】
2004279044.tif 000004
【図３】
2004279044.tif 000005
【図４】
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