(57)【要約】【課題】圧縮又は伸長時の歪等を検出でき、その検出に必要な応力を好適に素子に伝達することができるセンサ取付構造、及び当該センサ取付構造を有するタイヤ状態の検出装置を提供する。【解決手段】タイヤに一端１５ａが接着された一対の脚部１５と、その脚部１５の間に跨設され、曲げ力による歪によって入力信号に対する応答信号を変化させる弾性表面波素子１１とを備え、前記弾性表面波素子１１又はその支持体１６に対して、前記脚部１５の他端１５ｂが固定端支持されているセンサ取付構造。【選択図】図１
2007256080.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タイヤに一端が接着された一対の脚部と、その脚部の間に跨設され、曲げ力による歪によって入力信号に対する応答信号を変化させる弾性表面波素子とを備え、前記弾性表面波素子又はその支持体に対して、前記脚部の他端が固定端支持されているセンサ取付構造。
【請求項２】
前記脚部の高さは前記脚部の他端の間隔の０．５〜３倍であり、前記脚部の他端の幅は前記弾性表面波素子の幅の０．５〜３倍である請求項１記載のセンサ取付構造。
【請求項３】
前記弾性表面波素子がその支持体に一体化されており、前記弾性表面波素子に接続されるアンテナを前記支持体に設けてある請求項１又は２に記載のセンサ取付構造。
【請求項４】
弾性表面波素子及びこれに接続されるアンテナを有しタイヤ側に設置された応答器と、その応答器に対して駆動信号を発信するとともに応答器からの応答信号を受信して信号の処理を行うべく車体側に設置された送受信手段とを備えるタイヤ状態の検出装置において、
前記弾性表面波素子は、曲げ力による歪によって入力信号に対する応答信号を変化させるものであり、この弾性表面波素子が、前記請求項１〜３いずれかに記載のセンサ取付構造によってタイヤに取付けられていることを特徴とするタイヤ状態の検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弾性表面波素子（ＳＡＷ）センサをタイヤへ取り付けるためのセンサ取付構造、及び当該センサ取付構造を有し、タイヤの歪や応力等を検出するタイヤ状態の検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
タイヤの操縦安定性は非常に重要な特性であるが、一般的には専門的な教育を受けたテストドライバーの感覚で評価されることが多い。このため、操縦安定性をより客観的にかつ再現性良く評価する方法が望まれており、当該評価方法において、トレッドやサイドウォールの歪や応力の計測が重要となる。
【０００３】
従来、加速度センサを用いて無線により検出信号を発信する方法なども存在したが、加速度センサでは間接的な情報しか得られず、また発信機や電源などによって、操縦安定性に大きく影響する、所謂バネ下重量が重たくなるため、実質的な評価ができているとは言い難い。
【０００４】
一方、受動素子（パッシブ）である弾性表面波素子（ＳＡＷ）センサは、電源が不要で小型、軽量という利点があり、トレッドやサイドウォールの歪や応力を直接的に検出すれば、実質的に操縦安定性評価が可能となる。このため、ＳＡＷセンサのタイヤへの応用として、タイヤの接地状態の検出（例えば、特許文献１参照）、センサの一部品としての使用例（例えば、特許文献２参照）などが提案されている。
【０００５】
しかし、前者は、接地状態を検出するものであり、操縦安定性を評価するための情報としては不十分である。後者は、センサ装置そのものが大きく、質量も大きく操縦安定性評価には適当ではない。
【０００６】
また、類似のセンサとして、内圧警報装置のセンサがあり、タイヤへの埋め込みの例として、比較的動きの少ないビード部やサイドウォール部への埋設の特許がある（例えば、特許文献３〜４参照）。なお、歪の少ない部位への埋設のため、接着力については考慮されていない。
【０００７】
更に、ＳＡＷセンサ、整合回路、及びアンテナからなる応答器をタイヤに取り付けて、応答器に対して駆動信号を発信すると共に応答器からの信号を受信する送受信器を車両に設置し、空気圧等のタイヤ情報を検出するタイヤ情報検出装置が知られている（例えば、特許文献５参照）。この装置では、タイヤの空気圧等を検出するためのセンサ構造として、ＳＡＷセンサ素子をダイヤフラムと複合化して閉じた空間を形成し、センサ素子の他方側の空間をタイヤ内部に連通させることで、タイヤ内部の圧力に応じてセンサ素子が曲げ変形するセンサ構造が開示されている。
【０００８】
しかしながら、この特許文献５には、ＳＡＷセンサを用いて歪を計測する方法については、具体的に開示されていない。このため、例えばＳＡＷセンサをタイヤ表面に接着して、直接的にトレッド部やサイドウォール部の歪を計測しようとすると、タイヤにはトレッドパターンやサイド部のデザイン、内面の空気抜き溝など複雑な凹凸があり、局部的に複雑な歪によって、本来生じる歪を正確に計測するのが困難となる。
【０００９】
また、ＳＡＷセンサ素子（弾性率：２００ＧＰａ程度）は、小型でゴム（弾性率：１０ＭＰａ程度）に比べて非常に硬いため、歪がかかると局部的な歪や応力は大きくなるものの、ＳＡＷセンサによる検出に必要な応力が素子全体に十分伝達されないために、センサの検出能力が極めて小さくなるという問題があった。
【００１０】
更に、サイドウォール部のように、タイヤの変形モードが屈曲の場合には、ＳＡＷセンサによる屈曲歪の検出がそのまま行えるが、変形モードが圧縮又は伸長の場合には、ＳＡＷセンサによる歪の検出が直接行い難いという問題があった。
【００１１】
【特許文献１】特表２００３−５２６５６０号公報
【特許文献２】特開２００３−２８５６１２号公報
【特許文献３】特開２００４−５８９９７号公報
【特許文献４】特開２００４−８２７７５号公報
【特許文献５】特開２００４−２０３１６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
そこで、本発明の目的は、圧縮又は伸長時の歪等を検出でき、その検出に必要な応力を好適に素子に伝達することができるセンサ取付構造、及び当該センサ取付構造を有するタイヤ状態の検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的は、下記の如き本発明により達成できる。      
即ち、本発明のセンサ取付構造は、タイヤに一端が接着された一対の脚部と、その脚部の間に跨設され、曲げ力による歪によって入力信号に対する応答信号を変化させる弾性表面波素子とを備え、前記弾性表面波素子又はその支持体に対して、前記脚部の他端が固定端支持されている。ここで、固定端支持とは、変位および回転を拘束する端部の支持を指す。
【００１４】
本発明のセンサ取付構造によると、タイヤに圧縮歪又は伸長歪が生じた際に、タイヤに一端が接着された一対の脚部が閉脚又は開脚し、脚部が弾性表面波素子又はその支持体に固定端支持されているため、弾性表面波素子に曲げ変形が生じることで、圧縮又は伸長時の歪等を弾性表面波素子により検出できるようになる。その際、脚部の高さの調整によって、素子に対する変位や応力を調整することができるため、検出に必要な応力を好適に素子に伝達することができる。
【００１５】
上記において、前記脚部の高さは前記脚部の他端の間隔の０．５〜３倍であり、前記脚部の他端の幅は前記弾性表面波素子の幅の０．５〜３倍であることが好ましい。脚部の高さおよび幅がこの範囲内であると、より好適に検出に必要な応力を素子に伝達することができる。
【００１６】
また、前記弾性表面波素子がその支持体に一体化されており、前記弾性表面波素子に接続されるアンテナを前記支持体に設けてあることが好ましい。これによって、アンテナの配線が不要になり、また、配線を介した外力の入力によって、検出ノイズが生じるのを防止することができる。
【００１７】
一方、本発明のタイヤ状態の検出装置は、弾性表面波素子及びこれに接続されるアンテナを有しタイヤ側に設置された応答器と、その応答器に対して駆動信号を発信するとともに応答器からの応答信号を受信して信号の処理を行うべく車体側に設置された送受信手段とを備えるタイヤ状態の検出装置において、前記弾性表面波素子は、曲げ力による歪によって入力信号に対する応答信号を変化させるものであり、この弾性表面波素子が、本発明のセンサ取付構造によってタイヤに取付られていることを特徴とする。
【００１８】
本発明のタイヤ状態の検出装置において、曲げ力による歪によって入力信号に対する応答信号を変化させる弾性表面波素子を有する応答器に対し、送受信手段から駆動信号が発信されると、アンテナからの入力信号に対し、曲げ力による歪によって応答信号が変化し、これを送受信手段で受信して信号の処理を行うことで、弾性表面波素子に生じる歪を検出することができる。その際、弾性表面波素子が、本発明のセンサ取付構造によってタイヤに取付られているため、タイヤに圧縮歪又は伸長歪が生じた際に、タイヤに一端が接着された一対の脚部が閉脚又は開脚し、脚部が弾性表面波素子又はその支持体に固定端支持されているため、弾性表面波素子に曲げ変形が生じることで、圧縮又は伸長時の歪等を弾性表面波素子により検出できるようになる。その際、脚部の高さの調整によって、素子に対する変位や応力を調整することができるため、検出に必要な応力を好適に素子に伝達することができる。従って、圧縮又は伸長時の歪等を検出でき、その検出に必要な応力を好適に素子に伝達することができるタイヤ状態の検出装置となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明のセンサ取付構造の一例を示す斜視図であり、図２は、本発明のタイヤ状態の検出装置の一例を示す概略構成図であり、（ａ）はタイヤ子午線方向の断面図、（ｂ）はタイヤ赤道線方向の断面図である。また、図３は、本発明のセンサ取付構造の作用を示す説明図である。
【００２０】
まず、本発明のタイヤ状態の検出装置について説明する。本発明のタイヤ状態の検出装置は、図２（ａ）に示すように、弾性表面波素子１１及びこれに接続されるアンテナ１２を有しタイヤ側に設置された応答器１０と、その応答器１０に対して駆動信号を発信するとともに応答器１０からの応答信号を受信して信号の処理を行うべく車体側に設置された送受信手段２０とを備えるものである。
【００２１】
応答器１０には、弾性表面波素子１１とアンテナ１２とのインピーダンス整合をとるための整合回路部１３を設けてもよい。弾性表面波素子１１は後述するように、タイヤに生じる歪や応力を弾性表面波の伝搬特性の変化として検出する部分であり、アンテナ１２は電波信号の送受信を行う部分である。
【００２２】
また、整合回路部はインピーダンス整合をとるべく、抵抗、コンデンサ、コイル等の素子等より構成されるが、インピーダンス整合がとれている場合には、この整合回路部は不要である。
【００２３】
一方、本実施形態の送受信手段２０は、送受信回路、演算回路等及びアンテナ２１により構成されている。送受信回路は、発生させた駆動信号を応答器１０へ送信し、及び応答器１０からの受信を行う部分である。また、演算回路等は応答器１０からの応答信号を処理してタイヤ状態を決定するための演算を行う部分である。
【００２４】
これら応答器１０と送受信手段２０との信号の授受は、それぞれのアンテナ１２，２１間における送受信が無線通信によってなされるようになっている。送受信手段２０は、車体側の信号の授受が可能な位置に設けられ、例えばフェンダーの付近やブレーキディスク付近に設けることが可能である。特に、タイヤの接地状態における歪等を検出する場合には、フェンダー内の最も地面に近い位置に、送受信手段２０を設けるのが好ましい。
【００２５】
弾性表面波素子１１は、圧電基板１１ｂとその表面に形成された櫛形電極１１ａ及び反射器１１ｃからなり、櫛形電極１１ａはアンテナ１２又は整合回路へ接続される。櫛形電極１１ａと反射器１１ｃとは一定間隔をおいてパターニングされている。これにより、各反射器１１ｃで反射された弾性表面波を櫛形電極１１ａで信号に変換できるようになっている。
【００２６】
圧電基板１１ｂとして用いられる圧電材料としては、測定対象の状態変化に応じて所定の物性係数を有するものが適用される。例えば、歪センサとする場合、例えばニオブ酸リチウム単結晶１２８°回転Ｙカット基板や、水晶、タンタル酸リチウム、四ホウ酸リチウム、ランガサイト等を使用することができる。
【００２７】
また、弾性表面波素子１１を構成する櫛形電極１１ａ及び反射器１１ｃの構成材料としては、電気抵抗が小さく、軽量であり、パターニングが容易であることからアルミニウムが好適な例として挙げられるが、これに限定されるものではなく、銅、チタン、クロム、金等を適用してもよく、更にはこれら金属同士を混ぜ合わせたり、各種金属を添加したり、あるいは積層構造としてもよい。
【００２８】
櫛形電極１１ａ及び反射器１１ｃは、設計に応じたインダクタンス、キャパシタンス等が得られるように、薄膜の材質、幅、厚さを調整するのが好ましい。薄膜形成方法としてはスパッタ法のほか蒸着等の真空薄膜形成技術や、めっき法、ペースト印刷法等も適用することができる。
【００２９】
次に、弾性表面波素子１１によってタイヤの歪等を検出する原理について説明する。弾性表面波素子１１の圧電基板が外的環境の変化を受けると、その表面を伝搬する弾性表面波の位相速度、周波数等の伝搬特性が変化する。これら信号の例えば位相を比較することで、外的環境の情報を得ることができる。
【００３０】
本実施形態においては、反射波の位相差から歪等を検出することができる。なお、本例では位相比較により検出する方法を用いたが、これ以外に、反射波の遅延時間を比較する方法や、基準周波数からのずれを比較する方法等が適用できる。
【００３１】
弾性表面波素子１１を複数用いて検出を行う場合、各々の素子１１を判別する必要がある。その場合、通常は、反射がある場合を１、無い場合を０として識別するので、Ｎビットの情報を入れ込むために最大２のＮ乗通りの反射器の配列が可能となる。
【００３２】
次に、以上のように構成される本実施形態の作用について説明する。送受信手段２０は、送受信回路で生成したパルス状の駆動信号を及びアンテナ２１を介して応答器１０へ送信する。この駆動信号は応答器１０のアンテナ１２（及び整合回路部）を介して弾性表面波素子１１へ供給される。弾性表面波素子１１は送受信電極である櫛形電極１１ａに駆動信号が入力されることにより、櫛形電極１１ａのパターン間隔に対応した波長の弾性表面波（ＳＡＷ）を発生させる。圧電基板１１ｂの中央で発生した弾性表面波は、圧電基板１１ｂの一端側へ伝搬して反射器１１ｃで反射し、送受信電極へ戻る。送受信電極は、反射器で反射された弾性表面波を検知して電気信号に変換し、当該変換された電気信号が応答信号としてアンテナ１２を介して送受信手段２０へ送り返される。送受信手段２０は、受信した応答信号を演算回路部へ供給し、この演算回路部にて応答信号の位相差などから歪等の大きさなどの情報を算出する。
【００３３】
本発明のタイヤ状態の検出装置は、このような装置に、本発明のセンサ取付構造を採用したものである。即ち、本発明のセンサ取付構造は、図１に示すように、タイヤＴに一端１５ａが接着された一対の脚部１５と、その脚部１５の間に跨設され、曲げ力による歪によって入力信号に対する応答信号を変化させる弾性表面波素子１１とを備え、前記弾性表面波素子１１又はその支持体１６に対して、前記脚部１５の他端１５ｂが固定端支持されているセンサ取付構造である。
【００３４】
本実施形態では、弾性表面波素子１１がその支持体１６に一体化されており、弾性表面波素子１１に接続されるアンテナ１２を支持体１６に設けてある例を示す。この例では、支持体１６に対して、脚部１５の他端１５ｂが固定端支持されて、ブリッジ構造体Ｂが構成されている。
【００３５】
弾性表面波素子１１は、例えば図２に示す方向に、タイヤＴの内面に取付けられ、その場合、タイヤ周方向の圧縮又は伸長時の歪等を検出できる。また、例えば図２に示す方向に対して９０°ずらした角度で弾性表面波素子１１を取付けると、タイヤ幅方向の圧縮又は伸長時の歪等を検出できる。本発明によると、このように、任意の方向に対して、圧縮又は伸長時の歪や応力を検出することができる。
【００３６】
これを更に説明すると、図３（ａ）に示すように、タイヤに圧縮歪が生じた際に、タイヤに一端１５ａが接着された一対の脚部１５が閉脚し、脚部１５が弾性表面波素子１１の支持体１６に固定端支持されているため、弾性表面波素子１１に曲げ変形が生じることで、圧縮時の歪等を弾性表面波素子１１により検出できる。
【００３７】
また、図３（ｂ）に示すように、タイヤに伸長歪が生じた際に、タイヤに一端１５ａが接着された一対の脚部１５が開脚し、脚部１５が弾性表面波素子１１の支持体１６に固定端支持されているため、弾性表面波素子１１に曲げ変形が生じることで、伸長時の歪等を弾性表面波素子１１により検出できる。
【００３８】
ブリッジ構造体Ｂの脚部１５は、弾性表面波素子１１より曲げ剛性が高いものが好ましく、脚部１５の材質としては、金属、セラミックス、ガラス、樹脂などが使用できる。また、弾性表面波素子１１の圧電基板１１ｂと同じ材質であってもよい。脚部１５の厚みは、その材質にもよるが１〜３ｍｍとするのが好ましい。
【００３９】
脚部１５の高さは脚部１５の他端１５ｂの間隔の０．５〜３倍であることが好ましい。具体的には、脚部１５の高さは３〜１８ｍｍが好ましい。また、脚部１５の他端１５ｂの幅は弾性表面波素子１１の幅の０．５〜３倍であることが好ましい。具体的には、脚部１５の他端１５ｂの幅は１．５〜９ｍｍが好ましい。
【００４０】
ブリッジ構造体Ｂを構成する支持体１６は、弾性表面波素子１１と同程度の曲げ剛性を有するものが好ましく、支持体１６の厚みは、０．５〜２ｍｍが好ましい。このため、支持体１６の材質としては、金属、セラミックス、ガラスなどが好ましい。
【００４１】
ブリッジ構造体Ｂを構成する支持体１６と脚部１５とは、接着や接合などによって一体化されていてもよいが、最初から一体成形されているのが好ましい。これによって、支持体１６と脚部１５との境界部での破損や応力伝達ロスを効果的に防止することができる。
【００４２】
弾性表面波素子１１と支持体１６の一体化は、接着や接合などによって行うことができる。接着は、例えばエポキシ樹脂、フェノール樹脂などの熱硬化性樹脂や、溶剤型接着剤などを用いて行うことができる。接合は、セラミックス用の焼結剤などを用いて行うことができる。
【００４３】
脚部１５をタイヤＴに接着する方法としては、市販のゴム用接着剤が使用でき、接着面を予めバフ研磨、ヤスリがけ等で粗面化又は更新しておくのが好ましい。また、脚部１５を部分的にタイヤＴに埋め込んで接着・固定してもよい。
【００４４】
［他の実施形態］
（１）前述の実施形態では、弾性表面波素子がその支持体に一体化されている例を示したが、本発明では、図４に示すように、支持体１６を用いずに、弾性表面波素子１１に対して、脚部１５の他端１５ｂが固定端支持されているものでもよい。この構成によると、脚部１５の変位が直接的に弾性表面波素子１１へと伝達されるため、検出感度や検出精度をより高めることができる。
【００４５】
上記において、弾性表面波素子１１と脚部１５の一体化は、接着や接合などによって行うことができる。接着は、例えばエポキシ樹脂、フェノール樹脂などの熱硬化性樹脂や、溶剤型接着剤などを用いて行うことができる。接合は、セラミックス用の焼結剤などを用いて行うことができる。
【００４６】
支持体１６を用いない場合、アンテナ１２は、弾性表面波素子１１の圧電基板１１ｂに設けたり、脚部１５に設けることが可能である。
【００４７】
（２）前述の実施形態では、脚部を弾性表面波素子又はその支持体に接着等する例を示したが、本発明では、図５に示すように、脚部１５を弾性表面波素子１１と一体成形したり、脚部１５を弾性表面波素子１１の支持体１６と一体成形してもよい。
【００４８】
上記の場合、例えば弾性表面波素子１１の圧電基板１１ｂを成形する際に、脚部１５を有する形状に成形したり、あるいは、厚みのある圧電基板１１ｂの中間部を切削加工等して脚部１５を残した形状にした後、櫛形電極１１ａ及び反射器１１ｃをパターニング等で形成すればよい。
【００４９】
（３）前述の実施形態では、弾性表面波素子の電極パターン形成面が上側に配置される例を示したが、本発明では、弾性表面波素子の電極パターン形成面を下側に配置するようにしてもよい。これによって、外傷やよごれを防止し易くなる。
【００５０】
（４）前述の実施形態では、弾性表面波素子を１個だけ使用したタイヤ状態の検出装置の例を示したが、本発明では、複数の弾性表面波素子を複数の方向に接着して、複数方向の歪や応力を同時に検出するようにしてもよい。
【００５１】
その場合、応答器側のアンテナの位置をタイヤ周方向にズラすことで、各々の応答信号を区別するのが容易になる。また、各々の弾性表面波素子からの応答信号を識別するために、反射器の形成位置やパターンを変えるなどして、応答信号自体に識別情報を含ませるようにしてもよい。
【００５２】
（５）前述の実施形態では、アンテナをブロック構造体又は弾性表面波素子に設ける例を示したが、本発明では、これらとは別にアンテナを設けて、必要により整合回路を介して配線することも可能である。
【００５３】
また、弾性表面波素子はタイヤの外側のサイドウォール部などに取付けることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明のセンサ取付構造の一例を示す斜視図
【図２】本発明のタイヤ状態の検出装置の一例を示す概略構成図であり、（ａ）はタイヤ子午線方向の断面図、（ｂ）はタイヤ赤道線方向の断面図
【図３】本発明のセンサ取付構造の作用を示す説明図
【図４】本発明のセンサ取付構造の他の例を示す斜視図
【図５】本発明のセンサ取付構造の他の例を示す斜視図
【符号の説明】
【００５５】
１０        応答器
１１        弾性表面波素子
１２        アンテナ
１５        脚部
１５ａ      脚部の一端
１５ｂ      脚部の他端
１６        支持体
２０        送受信手段
２１        アンテナ
Ｔ          タイヤ
【図１】
2007256080.tif 000003
【図２】
2007256080.tif 000004
【図３】
2007256080.tif 000005
【図４】
2007256080.tif 000006
【図５】
2007256080.tif 000007