(57)【要約】【課題】  本発明は、タイヤ空気圧計を機能させるための電池を充電または交換する必要がなく、長期間にわたり継続して使用できるタイヤ空気圧計を提供することを目的とする。【解決手段】  本発明は、タイヤ内の空気圧を測定する空気圧センサであって、熱エネルギーを受けて発電を行う発電素子からの電力で機能する、タイヤ空気圧計に関する。本発明は、さらに、発電素子において発電された電力を蓄電する蓄電池を備え、蓄電池からの電力で機能する、タイヤ空気圧計であることが好ましい。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
タイヤ内の空気圧を測定する空気圧センサであって、熱エネルギーを受けて発電を行う発電素子からの電力で機能する、タイヤ空気圧計。
【請求項２】
発電素子において発電された電力を蓄電する蓄電池を備え、
蓄電池からの電力で機能する、請求項１に記載のタイヤ空気圧計。
【請求項３】
タイヤ内の温度を測定する温度センサを備え、
温度センサが算出した温度情報と、空気圧センサが算出した空気圧情報とから、タイヤ内の空気圧の異常を検出する、請求項１または２に記載のタイヤ空気圧計。
【請求項４】
発電素子における発電量を測定する発電量センサを備え、
発電量センサが算出した発電量情報と、空気圧センサが算出した空気圧情報とから、タイヤ内の空気圧の異常を検出する、請求項１または２に記載のタイヤ空気圧計。
【請求項５】
空気圧の異常に係る異常情報を警告信号として送信する無線送信機を備える、請求項１〜４のいずれかに記載のタイヤ空気圧計。
【請求項６】
無線通信機による警告信号の送信動作が、連続的に、または所定時間毎に実行される構成であることを特徴とする、請求項５に記載のタイヤ空気圧計。
【請求項７】
発電素子をタイヤ内に設置した、請求項１〜６のいずれかに記載のタイヤ空気圧計。
【請求項８】
発電素子が、正極と負極との間に、ｐ型半導体およびｎ型半導体を有する、請求項１〜７のいずれかに記載のタイヤ空気圧計。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかに記載のタイヤ空気圧計をリムに設置したホイール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電素子を備えたタイヤ空気圧計に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車やバイクなどに用いるタイヤにおいて、タイヤの空気圧が低下してしまうと、タイヤのショルダー部が摩耗したり、タイヤのショルダー部が発熱したりして、バースト、すなわちパンクの原因となる。
【０００３】
また、バーストを引き起こすまでに至らない場合であっても、タイヤの空気圧が低下することにより、操縦の安定性が低下したり、燃費が悪化したり、雨天時にアクアプレーニング現象を引き起こしたりして、重大な事故につながる危険性がある。
【０００４】
したがって、タイヤの空気圧を常時監視することは、自動車やバイクの走行上の安全性を確保したり、他のドライバーの安全性を確保したりする観点から、非常に重要なことである。
【０００５】
そのため、タイヤの空気圧の状態を把握し、走行上の安全性を確保するために、タイヤ内にタイヤ空気圧計を取り付け、タイヤの圧力および温度などを測定し、その測定数値をドライバーに提供することが一般的となっており、それを実現するための技術開発が進んでいる。
【０００６】
例えば、特許文献１には、タイヤバルブと一体となるように成形したタイヤ空気圧検知手段が示されている。また、特許文献２にはタイヤのインナーライナーにアンテナを設置し、これに空気圧監視装置を接続して、車両との信号伝達を行う手段が示されている。
【０００７】
しかし、上記のような従来型のタイヤ空気圧計は、タイヤ空気圧計を機能させるための蓄電池を、定期的に充電したり交換したりしなければならないという問題があった。
【０００８】
タイヤ空気圧計の蓄電池を充電または交換するためには、車両からタイヤを取り外し、取り外したタイヤからタイヤ空気圧計を回収して、蓄電池の充電または交換を行い、タイヤ空気圧計をタイヤに再び取り付けて、タイヤを車両に再び取り付けるという作業が必要となるため、タイヤ空気圧計の蓄電池を充電または交換するためだけに、大きな労力が必要となっていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００５−１８６６５８号公報
【特許文献２】特開２００１−０１３０４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記の問題を解決するために、本発明は、タイヤ空気圧計を機能させるための電池を充電または交換する必要がなく、長期間にわたり継続して使用できるタイヤ空気圧計を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、タイヤ内の空気圧を測定する空気圧センサであって、熱エネルギーを受けて発電を行う発電素子からの電力で機能する、タイヤ空気圧計に関する。
【００１２】
本発明は、さらに、発電素子において発電された電力を蓄電する蓄電池を備え、蓄電池からの電力で機能する、タイヤ空気圧計であることが好ましい。
【００１３】
本発明は、さらに、タイヤ内の温度を測定する温度センサを備え、温度センサが算出した温度情報と、空気圧センサが算出した空気圧情報とから、タイヤ内の空気圧の異常を検出する、タイヤ空気圧計であることが好ましい。
【００１４】
本発明は、さらに、発電素子における発電量を測定する発電量センサを備え、発電量センサが算出した発電量情報と、空気圧センサが算出した空気圧情報とから、タイヤ内の空気圧の異常を検出する、タイヤ空気圧計であることが好ましい。
【００１５】
本発明は、さらに、空気圧の異常に係る異常情報を警告信号として送信する無線送信機を備える、タイヤ空気圧計であることが好ましい。
【００１６】
本発明は、さらに、無線通信機による警告信号の送信動作が、連続的に、または所定時間毎に実行される構成であることを特徴とする、タイヤ空気圧計であることが好ましい。
【００１７】
本発明は、さらに、発電素子をタイヤ内に設置した、タイヤ空気圧計であることが好ましい。
【００１８】
本発明は、さらに、発電素子が、正極と負極との間に、ｐ型半導体およびｎ型半導体を有する、タイヤ空気圧計であることが好ましい。
【００１９】
本発明は、上記のタイヤ空気圧計をリムに設置したホイールに関する。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、タイヤ空気圧計を機能させるための電池を充電または交換する必要をなくすことができ、長期間にわたり継続してタイヤ空気圧計を使用できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施形態に係るタイヤ空気圧計を示す構成図である。
【図２】本発明の実施形態に係るタイヤ空気圧計をタイヤに設置した場合のタイヤ断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係るタイヤ空気圧計に用いる発電素子の構成図の一例である。
【図４】本発明の実施形態に係るタイヤ空気圧計に用いる発電素子の構成図の一例である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明のタイヤ空気圧計の実施形態について、図面を用いて説明するが、本発明はこれに限定されない。
【００２３】
図１には、本発明の実施形態に係るタイヤ空気圧計１０を示している。このタイヤ空気圧計１０は、自動車やバイクなど、タイヤによって駆動するものに広く適用できる。
【００２４】
本発明の実施形態に係るタイヤ空気圧計１０は、例えば、本体１１、発電素子１２ａ、発電素子１２ｂ、充電回路２１、蓄電池２２、空気圧センサ２３、温度センサ２４、異常判定部２５、無線送信機２６を備えて構成することができる。
【００２５】
本体１１は、充電回路２１、蓄電池２２、空気圧センサ２３、温度センサ２４、異常判定部２５、無線送信機２６を内包する構造となっている。空気圧センサ２３および温度センサ２４は、それぞれタイヤ内の空気圧および温度を測定するために、センサ部が本体１１の外部に露出した構造となっている。なお、本願明細書において、タイヤ内とは、タイヤとリムによって囲まれた空間のことをいう。
【００２６】
本体１１には、上述のような電子機器類が内蔵されているため、電子機器類がタイヤ内の熱によって故障したり劣化したりしないような構成とすることが好ましい。そのため、本体１１は、遮熱部材で構成されていることが好ましい。遮熱部材の種類は、特に限定されず、公知のものを用いることができる。
【００２７】
本発明に用いる発電素子１２ａおよび／または発電素子１２ｂ（以下、発電素子１２ａ／ｂという。）は、熱エネルギーを受けて発電を行うことができる発電素子であり、本体１１の外面を略被覆するようにして設置することができる。発電素子１２ａ／ｂの設置態様は、空気圧センサ２３および温度センサ２４のセンサ部を被覆しない態様であれば特に限定されない。
【００２８】
本実施形態のタイヤ空気圧計１０の本体１１においては、設置面１４の反対側となる位置に発電素子１２ａを設置し、設置面１４側となる位置に発電素子１２ｂを設置する態様を示している。
【００２９】
発電素子１２ａ／ｂは、本体１１の外面または内面のいずれに設置してもよい。発電素子１２ａ／ｂを本体１１の外面に設置する場合は、発電素子１２ａ／ｂに与えられる熱エネルギーが、本体１１によって遮られることがないため、発電素子１２ａ／ｂにおける発電量が向上する。発電素子１２ａ／ｂを本体１１の内面に設置する場合は、発電素子１２ａ／ｂと充電回路２１を結ぶ配線を通す孔を本体１１に設ける必要がなくなり、全ての配線を本体１１の内部に収めることができる。
【００３０】
発電素子１２ａ／ｂの発電に用いる熱エネルギーとしては、車両走行時にタイヤと路面との摩擦によって生じる熱や、走行中の車両からリムを介して伝わってくる熱などが利用される。そのため、発電素子において発電を行うための熱エネルギーが、車両走行中に持続的に供給されることにより、タイヤ空気圧計１０が機能する構成となっている。
【００３１】
本発明に用いる発電素子１２ａ／ｂは、熱エネルギーを受けて発電を行うことができるものであるが、得られる熱エネルギー量に応じて発電量も異なってくる。そのため、蓄電池２２に一定の電力を供給するために充電回路２１を設けることが好ましい。
【００３２】
充電回路２１としては、ＤＣ／ＤＣコンバータなどを用いることができる。
【００３３】
蓄電池２２は、充電回路２１において変圧された電力を蓄電する。蓄電池２２において蓄電された電力は、必要に応じて、空気圧センサ２３、温度センサ２４、異常判定部２５、および無線送信機２６に供給される。
【００３４】
蓄電池２２には、タイヤ空気圧計１０を最初に使用する際に、一定量以上の電力が蓄電されていることが好ましく、蓄電池２２の消費電力分を発電素子１２ａ／ｂにおいて発電した電力で補填する態様とすることが好ましい。
【００３５】
空気圧センサ２３は、タイヤ内の空気圧を測定する。測定されたタイヤ内の空気圧をもとに、空気圧センサ２３が空気圧情報を算出し、異常判定部２５に出力する。
【００３６】
タイヤ内の空気圧を測定する方法については、特に限定されず、歪ゲージ抵抗式、半導体ピエゾ抵抗式、静電容量式、またはシリコンレゾナント式など、公知の方式を用いることができる。
【００３７】
温度センサ２４は、タイヤ内の温度を測定する。測定されたタイヤ内の温度をもとに、温度センサ２４が温度情報を算出し、異常判定部２５に出力する。
【００３８】
タイヤ内の温度を測定する方法については、特に限定されず、測温抵抗体、熱電対、赤外線温度計、ＩＣ温度センサ、またはサーミスタなど、公知の方法を用いることができる。
【００３９】
タイヤ内の空気圧は、タイヤ内の温度によって変化するため、測定された空気圧を所定温度における空気圧に換算して、タイヤ内の空気圧の異常判定を行うことが好ましい。
【００４０】
異常判定部２５は、空気圧センサ２３から入力した空気圧情報と、温度センサ２４から入力した温度情報とをもとに、上記のような圧力換算を行い、換算圧力が予め設定していた空気圧の閾値以上であるか否かの判定を行うことで、タイヤ内の空気圧の異常を検出する。検出された空気圧の異常に係る異常情報は、無線送信機２６に出力される。
【００４１】
なお、温度センサ２４を設けずに、空気圧センサ２３から入力した空気圧情報のみをもとにして、異常判定部２５が、タイヤ内の空気圧の異常を検出する態様としてもよい。
【００４２】
また、異常判定部２５を設けずに、空気圧情報および／または温度情報を無線送信機２６に出力して、空気圧情報および／または温度情報をドライバー等に認識させる態様としてもよい。
【００４３】
本発明に用いる発電素子１２ａ／ｂは、タイヤ内の温度に応じて発電量が変化するため、温度センサ２４に代えて発電量センサを設け、発電量センサにおいて測定した発電量と、発電素子の発電性能とをもとに、タイヤ内の温度を逆算することもできる。このようにして算出されたタイヤ内の温度情報と、空気圧センサ２３が算出した空気圧情報とから、タイヤ内の空気圧の異常を検出する構成とすることができる。
【００４４】
また、タイヤ内の測定温度についての閾値を設け、測定温度が閾値以上となった場合にも異常を警告する態様としてもよい。同様に、発電素子における発電量についての閾値を設け、発電量が閾値以上となった場合には、タイヤ内の温度が閾値以上となったものと見做して、異常を警告する態様としてもよい。
【００４５】
無線送信機２６は、異常判定部２５から入力された異常情報を警告信号として無線送信する。無線送信された警告信号をドライバー等が認知することにより、タイヤ空気圧の異常が認識される。
【００４６】
警告信号の送信先としては、ドライバーにタイヤ空気圧の異常を認識させるためには、車両に搭載されたカーナビゲーションシステムやドライバーの有するスマートフォンなどに警告信号を送信する態様が挙げられる。また、ドライバー以外の第三者にタイヤ空気圧の異常を認識させるためには、車両管理会社の管理センターなどに警告信号を送信する態様が挙げられる。
【００４７】
なお、無線送信機２６における警告信号の送信動作は、必要に応じて連続的に、または所定時間毎に間欠的に（例えば、数分〜数時間に１回程度）、実行するような構成とすることができる。すなわち、タイヤ空気圧のモニタリング形態を、連続的なモニタリング形態または間欠的なモニタリング形態に任意に設定することができる。
【００４８】
警告信号の送信動作を連続的に実行することで、タイヤ空気圧の変化状態を継続的にモニタリングすることができる。また、警告信号の送信動作を所定時間毎に実行すれば、送信動作を連続的に実行する場合に比べて、送信動作に要する消費電力を抑えることができ、蓄電池の電力消費等を軽減することができる。
【００４９】
上記以外に蓄電池の電力消費等を軽減させる方法としては、空気圧情報および／または温度情報もしくは警告信号等のデータを、無線送信によって能動的に発信せずに、ＲＦ−ＩＤ等によって受動的に外部から取り出す方法が挙げられる。この場合は、無線送信機２６に代えてＦｌａｓｈメモリ等の不揮発メモリを設けた上で、上記データを一旦不揮発メモリに蓄えておけば、外部から電波で不揮発メモリにアクセスして上記データを取り出すことができるようになる。
【００５０】
図２には、本発明の実施形態に係るタイヤ空気圧計をタイヤに設置した場合のタイヤ断面図を示している。図２におけるタイヤ断面図は、タイヤ空気圧計３０、タイヤ４０、リム５０によって構成されている。
【００５１】
タイヤ空気圧計３０は、その本体の外面または内面に発電素子を備えている。発電素子が熱エネルギーを受けて発電を行い、その電力がタイヤ空気圧計３０に供給されることで、タイヤ空気圧計３０は機能する。
【００５２】
タイヤ４０は、ゴム層４１、インナーライナー４２、カーカス４３、ビードワイヤー４４、ベルト４５によって構成されている。また、タイヤ４０の各部位は、図２に示す通り、リム５０の側から、ビード部５１、サイドウォール部５２、ショルダー部５３、トレッド部５４の４つに区分することができる。
【００５３】
リム５０は、ホイールの一部を構成しており、通常アルミニウムなどの金属で構成されている。リム５０とタイヤ４０によって囲まれたタイヤ内の空間に発電素子を備えたタイヤ空気圧計３０を設置することにより、タイヤ空気圧計３０を機能させるための蓄電池を充電または交換する必要がなくなり、長期間にわたり継続してタイヤ空気圧計３０を使用できるようになる。
【００５４】
タイヤ空気圧計３０に設置した発電素子の発電に用いる熱エネルギーとしては、車両走行時にタイヤと路面との摩擦によって生じる熱や、走行中の車両からリムを介して伝わってくる熱などを利用できる。
【００５５】
図２に示す実施形態においては、タイヤ空気圧計３０をリム５０に設置している。タイヤ空気圧計３０をリム５０に設置する方法は、特に限定されないが、例えば、ネジ状の軸部を設けたタイヤ空気圧計３０と、ネジ受け孔を設けたリム５０とを螺合して設置する方法などが挙げられる。
【００５６】
また、タイヤ空気圧計３０を接着部材でリム５０に接着する態様としてもよい。タイヤ空気圧計３０を接着部材でリム５０に接着する場合、接着部材は耐熱性の高いものを用いることが好ましい。
【００５７】
その他、タイヤ空気圧計３０に略環状のバンドを設け、略環状のバンドをリム５０の周方向に沿って装着することにより、タイヤ空気圧計３０をリム５０に固定することも可能である。この場合、略環状のバンドは弾性を有するものであることが好ましい。
【００５８】
なお、チューブタイプタイヤのように、インナーライナー４２の代わりに、リム５０の表面を含むタイヤ内側面をチューブ構造が覆っている場合は、リム５０の表面を覆っているタイヤのチューブ部分にタイヤ空気圧計３０を設置する態様としてもよい。この場合、チューブタイプタイヤの製造時に、タイヤ空気圧計３０をチューブ部分に設置する必要がある。
【００５９】
なお、本発明のタイヤ空気圧計３０の設置場所は、リム５０の表面に限定されず、例えば、タイヤ４０の内側面に設置する態様としてもよい。タイヤ４０の内側面にタイヤ空気圧計３０を設置する場合は、ビード部５１またはトレッド部５４に設置することが好ましい。
【００６０】
ビード部５１は、鋼で構成された環状のビードワイヤー４４を束ね、束ねられたビードワイヤー４４をゴムで被覆したリング状の補強部を有する部位であり、タイヤ４０をリム５０に固定する役目をしている。また、ビード部５１においては、タイヤ４０の骨格を構成するためにゴムで被覆したコードを貼り合わせて層状にしたカーカス４３が二重に形成されている。以上のような理由から、ビード部５１は変形しにくい構造であるため、タイヤ空気圧計３０の設置場所として適している。
【００６１】
トレッド部５４は、タイヤ４０が路面と接触する部分であり、ゴム層４１が厚くなっている。また、トレッド部５４は、カーカス４３を強く締め付けてトレッド部５４の剛性を高めるためにベルト４５が設けられている。以上のような理由から、トレッド部５４は変形しにくい構造であるため、タイヤ空気圧計３０の設置場所として適している。
【００６２】
また、ランフラットタイヤのように、タイヤ４０内の空気圧が変化しても、タイヤ４０の形状が大きく変形しないようなものであれば、サイドウォール部５２やショルダー部５３などにタイヤ空気圧計３０を設置してもよい。
【００６３】
なお、本実施形態におけるタイヤ空気圧計３０は、予めタイヤ４０のゴム内部に組み込んだものとしてもよいし、予めホイールのリム５０と一体化させたものとしてもよい。
【００６４】
本発明のタイヤ空気圧計３０に用いる発電素子として、例えば、温度差によって発電を行う温度差発電素子を用いようとすると、温度差を設けるために温度差発電素子を冷却するための機構が必要となるため、現実的ではない。
【００６５】
また、本発明で用いている発電素子は、熱エネルギーを受けて発電を行う発電素子であるが、熱エネルギーを受けて発電を行う発電素子であっても、従来の発電素子では、発電のために１００℃以上の高温を必要とすることが多かったため、タイヤ内の熱源を用いて発電を行い、タイヤ空気圧計３０に電力を供給するという構成をとることはできなかった。したがって、本発明のタイヤ空気圧計３０は、以下のような構成の発電素子によって実現できるものとなっている。
【００６６】
本発明に用いる発電素子６は、図３または図４に示すように、正極１と負極５との間に、ｐ型半導体と、ｎ型半導体とを有するものであれば、特に限定されず、正極１と負極５との間に、さらに、強誘電体を有するものであってもよく、強誘電体を有さないものであってもよい。
【００６７】
発電素子６は、例えば、図３に示すように、正極１と、ｐ型半導体層２と、強誘電体層３と、ｎ型半導体層４と、負極５とがその順で配置された構造形態を有している。また、図４に示すように、ｐ型半導体層２と、強誘電体層３と、ｎ型半導体層４とは、接触界面を増やすために混合したヘテロジャンクション構造をとっていてもよい。こうした発電素子６は、従来の発電素子とは異なる新しい発電素子であり、高い電流を発生する発電現象を起こす。特に恒温槽中で常温（例えば２５℃）から昇温することにより実現できる。
【００６８】
正極１及び負極５は、導電性材料であり、正極１の仕事関数が負極５の仕事関数と同じか高い材料を用いる。正極１の仕事関数が負極５の仕事関数より高い方が望ましい。正極１としては、銅、銅合金、ＳＵＳ４３０等のステンレス鋼、錫めっき銅、銀、白金、金等を一例として挙げることができるが、これらの材料は、仕事関数を考慮して決定することができ、列記した正極材料に限定されない。負極５は、正極１とは異なる材料であればよく、例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金、Ｍｇ−Ａｌ等のマグネシウム合金等の金属材料や、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）等の導電性酸化物材料等を挙げることができるが、これらの材料は、仕事関数を考慮して決定することができ、列記した負極材料に限定されない。
【００６９】
正極１及び負極５の形状も特に限定されず、発電素子６の形状に応じた形状に加工することができる。例えば、発電素子６が、平面配置型用の発電素子６である場合には、正極１と負極５とを、ｐ型半導体層２、強誘電体層３及びｎ型半導体層４を挟んで対向配置して構成できる。なお、この平面配置型の発電素子６は、正極１と負極５とを順次直列接続して直列配置型の発電素子複合体にしたり、正極１と負極５とを順次並列接続して並列配置型の発電素子複合体にしたりすることができる。また、発電素子６を、乾電池型用の発電素子としてもよく、その場合は、中心を負極棒とし、周りを正極管として構成できる。
【００７０】
ｐ型半導体層２は、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）−ポリ（スチレンスルホン酸）、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）−ポリ（ビニルスルホン酸）、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリ（ｐ−フェニレン）、ポリフルオレン、ポリ（ｐ−フェニレンビニレン）、ポリチエニレンビニレン、グラフェン、ＣｕＡｌＯ２、ＣｕＧａＯ２、ＬｉＮｉＯ２から選ばれるｐ型半導性高分子であることが好ましい。なお、ホール伝導が観測されれば、列記したｐ型半導体材料に限定されない。
【００７１】
ｐ型半導体層２の厚さは、発電素子６の作製方法によって異なり、特に限定されないが、例えば１０μｍ以上、１０００μｍ以下の範囲内であることが好ましい。なお、発電素子６中でのｐ型半導体層２の境界は、そのｐ型半導体特性を奏する限り、図３に示すようにはっきり区分けされていてもよいし、図４に示すように、ｐ型半導体層２が強誘電体層３とｎ型半導体層４ともに、接触界面を増やすために混合したヘテロジャンクション構造をとっていてもよい。したがって、上記の厚さ範囲も、ｐ型半導体層２の作用を奏する範囲での厚さとして表すことができる。
【００７２】
強誘電体層３は、チタン酸バリウム、チタン酸ジルコン酸鉛、チタン酸鉛、ジルコン酸鉛、チタン酸ビスマスランタン、チタン酸カドミウム、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、ビスマスフェライト、及びリチウムドープ酸化亜鉛から選ばれるいずれかの粒子を含むことが好ましい。なお、強誘電性が観測されれば、列記した強誘電性材料に限定されない。強誘電体層３は、材料の１種を単独で用いてもよいし、２種以上を用いてもよい。この強誘電体層３は、強誘電性を有する層であり、強誘電性を有するので発電をし、また、その強誘電体層３がさらにｎ型半導性を有する場合には電子（キャリア）の移動も容易であり、発電素子の構成要素として極めて望ましい。
【００７３】
強誘電体粒子の形状や粒径は特に限定されないが、全体的な形状が球形状又は略球形状、楕円形状又は略楕円形状であればよく、その表面がなめらかでも凹凸であってもよい。強誘電体粒子の平均粒径は、入手の容易さや素子作製上の問題がない範囲で各種の大きさのものを選択することができるが、平均粒径の大きいものほど誘電率も高いので好ましく用いることができる。また、強誘電体粒子の平均粒径を所望の値に設定することにより、表面積をコントロールできるという利点がある。強誘電体粒子の平均粒径は、原料の段階では走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）によって測定することができ、強誘電体層３を構成した後も走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）によって測定することができる。
【００７４】
強誘電体層３は、強誘電体粒子で構成されているが、本発明の効果を阻害しない範囲で、強誘電性を有する他の無機物を含んでいてもよい。また、本発明の効果を阻害しない範囲で、導電性やｎ型半導性を有する他の無機物を含んでいてもよい。
【００７５】
ｎ型半導体層４は、酸化スズ、アンチモンドープ酸化スズ、フッ素ドープ酸化スズ、ガリウムドープ酸化亜鉛、アルミドープ酸化亜鉛、ニオブドープチタン酸ストロンチウム、及び酸化カルシウムドープ酸化ジルコニウムから選ばれるいずれかの粒子を含むことが好ましい。なお、電子伝導が観測されれば、列記したｎ型半導体材料に限定されない。この粒子は、ｎ型半導体粒子であり、１種を単独で用いてもよいし、２種以上を用いてもよい。
【００７６】
ｎ型半導体粒子の粒子形状や粒径は特に限定されないが、全体的な形状が球形状又は略球形状、楕円形状又は略楕円形状であればよく、その表面がなめらかでも凹凸であってもよい。ｎ型半導体粒子の平均粒径は、入手の容易さや素子作製上の問題がない範囲で各種の大きさのものを選択することができるが、平均粒径の大きいものほど導電率が高いので好ましく用いることができる。また、ｎ型半導体粒子の平均粒径を所望の値に設定することにより、表面積をコントロールできるという利点がある。ｎ型半導体粒子の平均粒径は、原料の段階では走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）によって測定することができ、ｎ型半導体層４を構成した後も走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）によって測定することができる。
【００７７】
ｎ型半導体層４は、ｎ型半導体粒子で構成されているが、本発明の効果を阻害しない範囲で、ｎ型になり得る他の無機物を含んでいてもよい。
【００７８】
ｎ型半導体層４の抵抗は特に限定されないが、例えば２Ω以上、７Ω以下程度の範囲内が好ましい。ｎ型半導体層４をこうした範囲の抵抗にすることによって、内部インピーダンスを下げて電流を取り出しやすくするという利点がある。ｎ型半導体層４の抵抗は、ＬＣＲハイテスタによって測定することができる。ｎ型半導体層４の抵抗が２ｋΩ未満の場合、より具体的には例えば１ｋΩ未満や１００ｋΩ未満の場合は、そのｎ型半導体層４上に設けられる導電性のｐ型半導体層２がｎ型半導体層４中に浸入してショート状態になってしまい、発電素子として作動しないことがある。
【００７９】
発電素子６は、上記構成を備えるものであれば、各種の方法で作製することができる。図３に示す発電素子６は、正極１と、ｐ型半導体層２と、強誘電体層３と、ｎ型半導体層４と、負極５とがその順で配置された構造形態であり、図４に示す発電素子６は、正極１と負極５とが、ｐ型半導体層２と強誘電体層３とｎ型半導体層４とが混合したヘテロジャンクション構造である。
【００８０】
この発電素子６の作製は特に限定されないが、正極１上に、ｎ型半導体層４、強誘電体層３、ｐ型半導体層２を順に形成する。ｐ型半導体層２は、ｐ型半導性高分子を例えば滴下又は塗布して形成することができる。強誘電体層３とｎ型半導体層４は、それぞれの粒子を例えば加圧成形して形成することができる。
【００８１】
こうして作製された発電素子部材は、平面的な直列構造又は並列構造になるように接続することができる。発電素子部材を直列接続して発電素子複合体を構成する場合、隣り合う発電素子部材の正極１と負極５とを、カシメ、圧接、ロウ付け等で接続して直列構造にすることができる。また、発電素子部材を並列接続して発電素子複合体を構成する場合、長く延びる電極に、発電素子部材の正極１と負極５をそれぞれ、カシメ、圧接、ロウ付け等で接続して並列構造にすることができる。
【００８２】
このような発電素子複合体は、複数の発電素子部材を接続して１次元的（直列配置）又は二次元的（並列配置）に作製することができるが、厚さ方向に積層して三次元的な立体構造にすることもできる。
【００８３】
なお、乾電池型用の発電素子としてもよく、その場合、底のある正極管の中に、ｎ型半導体粒子や強誘電体粒子の投入と、ｐ型半導性高分子材料の滴下又は塗布とを繰り返し、それらを層状に形成することができる。なお、負極棒は、ｎ型半導体層４と強誘電体層３とｐ型半導体層２との層状構造の形成前又は形成後に、正極管の中央に、その正極管に接触しないようにして挿入すればよい。
【００８４】
本発明に用いる発電素子では、例えば、正極１は、厚さ０．２ｍｍ、縦１０ｍｍ、横１０ｍｍの平板状の銅部材とし、負極５は、厚さ０．２ｍｍ、縦１０ｍｍ、横１０ｍｍの平板状のアルミニウム部材とすることができる。負極５の上に、ニオブ酸リチウム粒子からなる厚さ２ｍｍのｎ型半導体層４を形成し、この強誘電性を有するｎ型半導体層４の上から、液状のｐ型半導性高分子であるポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）−ポリ（スチレンスルホナート））を滴下し、ｎ型半導体層４上にｐ型半導体層２を設け、その上から負極５を載せて発電素子６を作製することができる。以上のようにして、電極間抵抗が２５ｋΩとなる発電素子６を得ることができる。
【００８５】
発電素子６を恒温糟に入れ、負荷抵抗１０Ωを接続し、恒温層中の温度を変化させながら、発電素子６の性能を評価すると、表１および表２に示すような結果を得ることができる。
【００８６】
【表１】
2017001556.tif 000003
【００８７】
【表２】
2017001556.tif 000004
【００８８】
本発明に用いる発電素子としては、高い電流を発生する発電現象を起こすことができ、特に恒温槽中で常温（例えば２５℃）から昇温した場合であっても発電することが可能な発電素子を用いることができる。
【００８９】
発電素子は、ｐ型半導体と強誘電体とｎ型半導体とを混合した粉末を、銅などの正極板とアルミニウムなどの負極板とでラミネートして封止したバルク型の態様として、タイヤ空気圧計に設置することができる。また、ｐ型半導体と強誘電体とｎ型半導体とを混合してペースト状にしたものを、銅などの正極板とアルミニウムなどの負極板とでラミネートして封止したフィルム型の態様として、タイヤ空気圧計に設置することもできる。
【００９０】
上記のようなバルク型またはフィルム型の発電素子は、数ｍｍ角のものを直列または並列に連結して用いてもよいし、数ｃｍ角のものを直列または並列に連結して用いてもよい。また、本発明に用いる発電素子は、任意の形状に成形できるため、発電素子を設置する基材の表面は、平坦である必要はなく、曲面状であってもよいし、凹凸を有するものであってもよい。
【符号の説明】
【００９１】
１    正極
２    ｐ型半導体層
３    強誘電体層
４    ｎ型半導体層
５    負極
６    発電素子
１０    タイヤ空気圧計
１１    本体
１２ａ  発電素子
１２ｂ  発電素子
１４    設置面
２１    充電回路
２２    蓄電池
２３    空気圧センサ
２４    温度センサ
２５    異常判定部
２６    無線送信機
３０    タイヤ空気圧計
４０    タイヤ
４１    ゴム層
４２    インナーライナー
４３    カーカス
４４    ビードワイヤー
４５    ベルト
５０    リム
５１    ビード部
５２    サイドウォール部
５３    ショルダー部
５４    トレッド部
【図１】
2017001556.tif 000005
【図２】
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【図３】
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【図４】
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