タイヤ内圧測定システム
【課題】タイヤの内圧を検出する検出器の構造を簡素化し、コスト並びにタイヤの使用状態への影響を抑える。
【解決手段】タイヤ内圧測定システム１は、タイヤの内圧を検出する検出器４０と、検出器４０によって検出されたタイヤの内圧に関するデータを取得する取得装置２０と、検出器４０に設けられた検出側アンテナ部と取得装置に設けられた取得側アンテナ部との相対位置を調整可能な位置調整機構と、を備えている。検出側アンテナ部は、前記検出側アンテナ部と前記取得側アンテナ部との相互インダクタンスに基づいて、前記取得側アンテナ部との相対位置を調整されるように構成されている。
【解決手段】タイヤ内圧測定システム１は、タイヤの内圧を検出する検出器４０と、検出器４０によって検出されたタイヤの内圧に関するデータを取得する取得装置２０と、検出器４０に設けられた検出側アンテナ部と取得装置に設けられた取得側アンテナ部との相対位置を調整可能な位置調整機構と、を備えている。検出側アンテナ部は、前記検出側アンテナ部と前記取得側アンテナ部との相互インダクタンスに基づいて、前記取得側アンテナ部との相対位置を調整されるように構成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タイヤの内圧を検出する圧力センサと、圧力センサによって検出されたタイヤ内圧に関するデータを取得する取得装置とを有するタイヤ内圧測定システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、タイヤの内圧を検査する方法として、タイヤが組み付けられたリムホイールに設けられた圧力センサによって測定された内圧データを、車両に設けられたリーダ部において非接触で検出するタイヤ内圧測定システムが提案されている（特許文献１参照）。
【０００３】
上述のタイヤ内圧測定システムにおいて、圧力センサを含む検出器及び検出器から内圧データを取得するリーダ部は、コイルからなるアンテナ部をそれぞれ有する。検出器は、互いのアンテナ部間に起こる電磁誘導作用によって生じた誘導起電力をコンデンサによって蓄えて、構成回路が駆動するように構成されている。
【０００４】
また、圧力センサによって検出した内圧データに応じた圧力信号を制御回路によってデジタル信号に変換した後、電波による送信に適したアナログ信号に変換する。そして、アナログ信号をコイルから構成されるアンテナ部によって、リーダ部に対して出力する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−１３６３８３号公報 図１など
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上述のタイヤ内圧測定システムには、以下の問題があった。
【０００７】
検出器のアンテナ部は、コンデンサとコイルとからなる共振回路によって構成されておいる。このような共振回路を用いて内圧データを送受信すると、ノイズの影響によってデータの検出精度が低下するおそれがある。
【０００８】
更に、検出器のアンテナ部は、コンデンサとコイルからなるシンプルな構成であるため、製造誤差による構成のバラツキが生じやすい。例えば、複数のタイヤに対して検出器を装着し、この検出器によって複数のタイヤの内圧データを取得するように構成された空気圧測定システムにおいては、製造誤差がよってアンテナ部の構成が一定でない場合には、検出器毎に内圧データのばらつきが生じるおそれがある。
【０００９】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、共振回路を有する検出器と、この共振回路の共振波形を取得してタイヤの内圧データを取得する取得装置と、を備えるタイヤ内圧測定システムにおいて、タイヤ内圧の検出精度を高めることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した課題を解決するため、本発明の特徴は、タイヤの内圧を検出する検出器（検出器４０）と、前記検出器によって検出されたタイヤ（タイヤ１０）の内圧に関するデータを取得する取得装置（取得装置２０）とを有するタイヤ内圧測定システム（タイヤ内圧測定システム１）であって、前記検出器は、前記タイヤの内圧によって電極間距離が変化することによって静電容量が変化する静電容量センサ（静電容量センサ４１）と、コア材に導線が巻回されたコイルによって形成されており、前記静電容量センサに接続された検出側アンテナ部（検出側アンテナ部４２）とからなる共振回路を備え、前記取得装置は、コア材に導線が巻回されたコイルによって形成されており、前記検出側アンテナ部に電磁誘導によって起電力を発生させるとともに前記起電力によって充電された前記静電容量センサと前記検出側アンテナ部とからなる共振回路の共振波形を取得する取得側アンテナ部（取得側アンテナ部５１）と、前記検出側アンテナ部に起電力を与える駆動部（パルス発振部５２、スイッチング回路５３）と、前記共振波形を増幅する信号増幅部（増幅回路５４）と、前記増幅された共振波形のうち所定数の波形を分周する分周部（分周回路５５）と、前記分周して得られた波形の立ち上がりから立ち下がりまでの期間を電圧値に変換する変換部（変換部５６，５７）と、前記変換部によって変換された電圧値に基づいて前記タイヤの内圧を算出する圧力算出部（圧力算出部５８）と、を備えている。タイヤ内圧測定システムは、検出側アンテナ部と取得側アンテナ部との相対位置を調整可能な位置調整機構（雄ねじ部４３ａ、雌ねじ部３３ａ）を備えており、検出側アンテナ部は、検出側アンテナ部と取得側アンテナ部との相互インダクタンスに基づいて、取得側アンテナ部との相対位置を調整されるように構成されていることを要旨とする。
【００１１】
本発明によれば、取得装置は、検出器において発生した共振波形の共振周波数の変化量をタイヤの内圧の変化量に直接対応させるのではなく、共振波形を分周して得られた波形の立ち上がりから立ち下がりまでの期間を電圧値に変換する。具体的には、取得装置は、起電力によって充電された静電容量センサと検出側アンテナ部とからなる共振回路の共振波形を取得し、この共振波形の立ち上がりから立ち下がりまでの期間に対応付けられるタイヤ内圧を測定できるように構成されている。よって、検出器において発生した共振波形の共振周波数の変化量をタイヤの内圧の変化量に直接対応させないため、ノイズの影響による精度の低下を抑制することができる。
【００１２】
また、検出側アンテナ部は、検出側アンテナ部と取得側アンテナ部との相互インダクタンスに基づいて、取得側アンテナ部との相対位置を調整可能に構成されている。静電容量センサとコイルからなる共振回路は、比較的シンプルな構成であり、製造誤差等によって、静電容量センサとコイルの構成や検出側アンテナと取得側アンテナとの距離等が変化すると、共振波形に影響し、検出精度が低下してしまうおそれがある。しかし、検出側アンテナ部と取得側アンテナ部との相互インダクタンスに基づいて、検出側アンテナ部の位置を調整するように構成されているため、検出側アンテナ部と取得側アンテナ部との相互インダクタンスを一定値にすることができる。よって、検出器等の製造誤差による内圧データの検出精度の低下を抑制することができる。
【００１３】
なお、相互インダクタンスとコイル間の距離とは、反比例の関係にあり、コイル間の距離を調整することにより相互インダクタンスを調整することができる。また、検出側アンテナの位置調整は、検出側アンテナのみの位置を調整するように構成してもよいし、検出器全体の位置を調整するように構成してもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、共振回路を有する検出器と、この検出器の共振波形を取得してタイヤの内圧データを取得する取得装置とを備えるタイヤ内圧測定システムにおいて、検出側アンテナと取得側アンテナの相互インダクタンスに基づいて検出側アンテナと取得側アンテナとの距離を調整することができる。相互インダクタンスを調整することによって、共振回路の共振周波数を調整することができる。よって、検出器等の製造誤差による内圧データの誤差を低減し、タイヤ内圧の検出精度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施形態に係るタイヤ内圧測定システムの概略構成を説明する図である。
【図２】検出器の概略構成と検出器が配置される位置を説明する図である。
【図３】静電容量センサの構成を説明する図である。
【図４】検出器の位置調整機構を説明する図である。
【図５】タイヤ内圧測定システムの回路構成を説明する図である。
【図６】変更例に係る検出器の位置調整機構を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明に係るタイヤ内圧測定システム１の実施形態について、図面を参照しながら説明する。具体的には、（１）タイヤ内圧測定システムの概略構成の説明、（２）検出器の構成及び検出器の配置位置の説明、（３）タイヤ内圧測定システムの回路構成、（４）作用・効果、（５）その他の実施形態、について説明する。
【００１７】
なお、以下の図面の記載において、同一または類似の部分には、同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なのものであり、各寸法の比率などは現実のものとは異なることを留意すべきである。従って、具体的な寸法などは以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれる。
【００１８】
（１）タイヤ内圧測定システムの概略構成の説明
図１は、実施形態に係るタイヤ内圧測定システム１の概略構成を説明する図である。図１には、タイヤ１０と、タイヤ１０が組み付けられたリムホイール１１が描かれている。リムホイール１１には、タイヤ１０とリムホイール１１との間に形成された気室ＡＲに空気を注入するバルブ３０が取り付けられている。
【００１９】
バルブ３０は、バルブコア３１と、バルブステム３２と、バルブキャップ３３とを有する。バルブコア３１は、タイヤ１０とリムホイール１１との間に形成される気室ＡＲに連通された気室側端部３１ｅと空気を注入する注入口３１ａとを有する。バルブコア３１は、バルブステム３２に挿入され、リムホイール１１に取り付けられる。バルブキャップ３３は、バルブコア３１の注入口３１ａを覆うようにバルブステム３２に装着される。
【００２０】
実施形態のタイヤ内圧測定システム１は、タイヤの内圧を検出する検出器４０（図１には不図示）と、検出器４０によって検出されたタイヤの内圧に関するデータを取得する取得装置２０とを有する。取得装置２０は、後述するアンテナ部等を収容する保持部２１、使用者からの入力を受け付ける入力部２２（一部のみ図示）などを有し、検出器４０によって検出されたタイヤ１０の内圧に関するデータを非接触により取得する。実施形態では、検出器４０は、バルブ３０に装着されており、該バルブ３０はタイヤ装着部材に相当する。
【００２１】
（２）検出器の構成及び検出器の配置位置の説明
図２は、検出器４０の概略構成と検出器４０が配置される位置を説明する図である。検出器４０は、静電容量センサ４１と、検出側アンテナ部４２と、収容部４３（図４参照）とを有する。静電容量センサ４１は、電極間距離が変化することによって静電容量が変化するコンデンサである。図３は、静電容量センサの内部構成を示す断面図であり、図４は、バルブキャップの内部構成及び検出器を示す模式断面図である。
【００２２】
検出側アンテナ部４２は、コア材（不図示）に導線４２ａが巻回されたコイルによって形成されている。すなわち、静電容量センサ４１と検出側アンテナ部４２とは、ＬＣ共振回路を構成している。静電容量センサ４１と検出側アンテナ部４２は、収容部４３に収容されている。収容部４３は、静電容量センサ４１と検出側アンテナ部４２とを収容可能な内部空間を有する中空状である。
【００２３】
静電容量センサ４１は、圧力を検出する検知面４１ａを有する。図２に示す実施形態では、検知面４１ａが注入口３１ａに対向するように静電容量センサ４１がバルブキャップ３３の内部に配置される。また、検出側アンテナ部４２もバルブキャップ３３の内部に配置される。
【００２４】
図２に示す実施形態では、バルブキャップ３３がバルブステム３２に取り付けられると収容部４３の底面４３ｂ（図４参照）が注入口３１ａを押し込み、タイヤの内圧が検知面４１ａにかかるようになっている。なお、図２では、バルブステム３２は省略されている。
【００２５】
静電容量センサ４１は、図３に示すように、センサ筐体４１１と、密閉された空間（気密部という）Ｒが形成されるようにセンサ筐体４１１に取り付けられるダイヤフラム部４１２とを有する。
【００２６】
気密部Ｒを形成するセンサ筐体４１１の底部４１１ｂには、筐体側電極４１３が配置される。また、ダイヤフラム部４１２の内側には、ダイヤフラム電極４１４が配置される。筐体側電極４１３とダイヤフラム電極４１４とは、コンデンサを構成する。
【００２７】
検出器４０では、ダイヤフラム部４１２に外側から加わる力（図３に示す矢印Ｆ）が増えると、ダイヤフラム部４１２は、気密部Ｒの容量を減少させる方向に変形する。また、減少すると、ダイヤフラム部４１２は、気密部Ｒの容量を増加させる方向に変形する。コンデンサでは、電極間隔が狭くなるほど静電容量が増加するため、ダイヤフラム部４１２にかかる圧力が高いほど、静電容量が増加する。
【００２８】
検出器４０の収容部４３は、バルブ３０を構成するバルブキャップ３３内に固定されている。検出器４０の収容部４３は、円柱状であって、その外周面には、円周方向に沿った螺旋状の雄ねじ部４３ａが形成されている。バルブキャップ３３は、検出器４０の収容部４３が挿入可能な空間を有する中空状であって、その内周面には、円周方向に沿って螺旋状に延び、かつ雄ねじ部４３ａに螺合する雌ねじ部３３ａが形成されている。この雄ねじ部４３ａと雌ねじ部３３ａとは、位置調整機構を構成している。
【００２９】
収容部４３をバルブキャップ３３に対して回転させることにより、収容部４３は、検出側アンテナ部４２を構成するコイルの軸方向に沿って移動される。具体的には、収容部４３をバルブキャップ３３に対して回転させることにより、雄ねじ部４３ａが雌ねじ部３３ａに沿って移動し、検出側アンテナ部４２を構成するコイルの軸方向に沿って収容部４３が移動される。収容部４３には検出器４０が固定されており、検出側アンテナ部４２は、検出器４０の移動に伴ってコイルの軸方向に沿って移動する。検出側アンテナ部４２が軸方向に沿って移動させることにより、検出側アンテナ部４２と取得側アンテナ部５１との距離Ｄを調整することができる。
【００３０】
バルブキャップ３３の先端（取得側の先端）には、取得装置２０の保持部２１が当接する段差部３３ｂが形成されている。段差部３３ｂには、保持部２１の先端部２１ａが当接する。段差部３３ｂ及び先端部２１ａは、位置決め部を構成する。取得装置２０の先端部２１ａとバルブキャップ３３の段差部３３ｂとが当接した状態では、取得装置２０とバルブキャップ３３とが嵌合して、バルブ３０内の検出器４０と取得装置２０との相対位置を一定に保つことができるように構成されている。
【００３１】
取得装置２０の保持部２１は、検出器４０を内包するバルブキャップ３３と別体であって、バルブキャップに対して着脱自在に設けられている。例えば、取得装置２０によってタイヤの内圧データを複数回取得する際に、取得装置２０とバルブキャップ３３との相対位置が一定に維持されないと、取得装置２０と検出器４０との距離が一定に保たれず、タイヤの内圧データを正確に取得できないおそれがある。しかし、バルブキャップ３３と取得装置２０との移動を規制する位置決め部を備えることにより、バルブキャップ３３と取得装置２０との距離を一定に保つことができ、取得装置２０と検出器４０との相対位置を一定に保ち易くなる。
【００３２】
（３）タイヤ内圧測定システムの回路構成
次に、タイヤ内圧測定システム１の回路構成について説明する。図４は、タイヤ内圧測定システムの回路構成を説明する図である。タイヤ内圧測定システム１は、タイヤ１０の内圧を検出する検出器４０と、検出器によって検出されたタイヤ１０の内圧に関するデータを取得する取得装置２０とを有する。
【００３３】
検出器４０は、静電容量センサ４１と検出側アンテナ部４２とからなるＬＣ共振回路を構成している。
【００３４】
ＬＣ共振回路では、静電容量の増加によって、共振周波数の減衰特性が変わる。このため、実施形態では、コンデンサである静電容量センサ４１と、検出側アンテナ部４２を構成するコイルとの間の共振周波数の共振波形を検出し、予め決められた数の波形を分周して得られる波形の立ち上がりから立ち下がりまでの期間を電圧値に変換している。
【００３５】
取得装置２０は、取得側アンテナ部５１と、パルス発振部５２と、スイッチング回路５３と、増幅回路５４と、分周回路５５と、変換部５６と、圧力算出部５８とを有し、図示しない制御部によって制御されている。
【００３６】
取得側アンテナ部５１は、図１に示す保持部２１に内蔵されている。取得側アンテナ部５１は、コア材に導線５１ａが巻回されたコイルによって形成されており、検出器４０の検出側アンテナ部４２に、電磁誘導によって誘導起電力を発生させる。また、取得側アンテナ部５１は、検出器４０の検出側アンテナ部４２に発生させられた起電力によって充電された静電容量センサ４１と検出側アンテナ部４２とからなるＬＣ共振回路の共振に同調して、共振波形を取得する。
【００３７】
パルス発振部５２は、検出側アンテナ部４２に与える起動パルスを生成する。スイッチング回路５３は、パルス発振部５２によって発生させた起動パルスを取得側アンテナ部５１に送る起動モードと、検出側アンテナ部４２から共振波形を取得する取得モードとを、図示しない制御部から送られる切替信号に応じて切り替える。
【００３８】
増幅回路５４は、検出器４０のＬＣ共振回路の共振に同調して取得側アンテナ部５１から取得した共振波形を増幅する。これによりノイズ成分と信号成分とを分離することができる。
【００３９】
分周回路５５は、増幅された共振波形のうち所定数の波形を１つのパルスに分周する。
【００４０】
例えば、取得された共振周波数が減衰するまでの期間内に得られた１０波形分のパルスを１パルスに分周する。
【００４１】
取得直後の共振波形には、起動パルスの影響によるノイズ成分が含まれる。また、共振周波数は時間とともに減衰し微弱になるためノイズ成分との分離が難しくなる。そのため、取得開始直後の波形は採用せず、起動パルスに起因するノイズ成分が無視できる程度になったときから、ノイズ成分を分離することが不可能になる直前までの期間の共振波形を抽出する。実施形態では、この共振波形が１０波形分程度である。
【００４２】
本実施の形態の回路構成では、変換部５６は、ＣＲ充電回路５６１を備える。ＣＲ充電回路５６１は、分周して得られた波形の立ち上がりから立ち下がりまでの期間、コンデンサＣに充電する。充電された電圧値は、Ａ／Ｄ変換器５６２においてデジタル信号に変換される。第１の回路構成では、ＣＲ充電回路５６１の時定数は、静電容量センサ４１において検出された圧力変化が電圧変化として明確になるように設定される。
【００４３】
圧力算出部５８は、電圧値のデジタル信号をタイヤ内圧に対応付ける。電圧値とタイヤ内圧との対応テーブルを予め計測して得られた結果をメモリなどに格納して用意しておくことができる。圧力算出部５８は、対応テーブルを参照して、電圧値に対応するタイヤ内圧を決定する。
【００４４】
実施形態のタイヤ内圧測定システム１によれば、以上のようにして、タイヤ内圧を測定できる。
【００４５】
上述した回路構成を有するタイヤ内圧測定システム１は、次のように動作する。使用者によって入力部２２から測定開始の指示が入力されると、制御部から送られた切替信号によって、スイッチング回路５３は、パルス発振部５２によって発生させた起動パルスを取得側アンテナ部５１に送る側に切り替えられる。
【００４６】
パルス発振部５２によって発生された起動パルスは、取得側アンテナ部５１に送られる。起動パルスが送られた後、スイッチング回路５３は、検出側アンテナ部４２から共振波形を取得する側に切り替えられる。
【００４７】
取得側アンテナ部５１は、検出側アンテナ部４２に電磁誘導によって誘導起電力を発生させる。検出側アンテナ部４２に発生させられた起電力によって静電容量センサ４１が充電される。静電容量センサ４１は、タイヤの内圧に応じた静電容量を有する。静電容量センサ４１と検出側アンテナ部４２とからなるＬＣ共振回路には、静電容量に応じた共振周波数を有する共振が発生する。
【００４８】
取得側アンテナ部５１は、検出側アンテナ部４２に同調して、静電容量センサ４１と検出側アンテナ部４２とからなるＬＣ共振回路の共振波形を取得する。
【００４９】
次に、増幅回路５４は、取得側アンテナ部５１から取得した共振波形を増幅する。増幅された信号からノイズ成分と信号成分とが分離される。信号成分として、受信から所定の時間以降の１０波形分が取り出される。
【００５０】
続いて、分周回路５５は、増幅された共振波形のうち所定数の波形を１つのパルスに分周する。ＣＲ充電回路５６１は、分周して得られた１パルスの立ち上がりから立ち下がりまでの期間、コンデンサＣを充電する。充電された電圧値は、Ａ／Ｄ変換器５６２においてデジタル信号に変換される。
【００５１】
圧力算出部５８は、対応テーブルを参照して、電圧値に対応するタイヤ内圧を決定する。実施形態のタイヤ内圧測定システム１によれば、以上のようにして、タイヤ内圧が測定される。
【００５２】
（４）作用・効果
実施形態のタイヤ内圧測定システム１によれば、検出器４０は、静電容量センサ４１と、コア材に導線が巻回されたコイルによって形成された検出側アンテナ部４２とから構成されている。このように検出器４０の構造を簡素化できる。このため、検出器４０は小型化が容易であり、検出器４０は、バルブキャップ３３に配置することができる。検出器４０は、従来の検出器よりも軽量化でき、ホイールバランスへの影響を低減するとともにタイヤへの負荷を低減できる。また、製造コストを低減できるため、検出器４０の交換にかかる維持費を抑えることができる。
【００５３】
検出側アンテナ部４２は、検出側アンテナ部４２と取得側アンテナ部５１との相互インダクタンスに基づいて、取得側アンテナ部５１との相対位置を調整可能に構成されている。コンデンサとコイルからなる共振回路は、比較的シンプルな構成であり、製造誤差等によって、コンデンサやコイルの構成や検出側アンテナと取得側アンテナとの距離等が変化すると、共振波形に影響し、検出精度が低下してしまうおそれがある。しかし、検出側アンテナ部と取得側アンテナ部との相互インダクタンスに基づいて、検出側アンテナ部の位置を調整するように構成されているため、検出側アンテナ部と取得側アンテナ部との相互インダクタンスを一定値にすることができる。よって、検出器等の製造誤差による内圧データの検出精度の低下を抑制することができる。
【００５４】
例えば、タイヤに対して検出器を装着する際に、取得装置内に設けられた取得側アンテナ部と検出側アンテナ部との相互インダクタンスが所定の初期値になるように調整する。この相互インダクタンスの調整は、位置調整機構を介して検出側アンテナ部と取得側アンテナ部と距離を調整して行うことができる。このように、検出器を装着する際に、取得側アンテナ部と検出側アンテナ部との相互インダクタンスを一定にすることにより、検出器の製造誤差による共振周波数のバラツキを抑制し、内圧の検出精度を向上させることができる。また、検出器の共振回路において調整回路を設ける構成に比べて、回路構成を簡略化することができる。
【００５５】
また、取得装置２０は、検出器４０において発生した共振波形を分周して得られた１パルスの立ち上がりから立ち下がりまでの期間を電圧値に変換する変換部５６（変換部５７）と、変換部５６によって変換された電圧値に基づいてタイヤの内圧を算出する。
【００５６】
例えば、静電容量センサの静電容量の違いによる共振周波数の変化を直接検出することを試みるとする。このとき、インダクタンス：Ｌ＝１０００μＨのコイルに静電容量の変化が１０ｐＦ程度である静電容量センサを組み合わせると、発生する共振周波数は、１．６ＭＨｚ前後になる。この共振周波数を増幅し、ノイズ成分を除去し、１０波形分の共振波形を１波形に分周して得られたパルスの立ち上がりから立ち下がりまでの時間は、およそ６．２５μｓ程度になる。
【００５７】
静電容量センサの静電容量は、圧力変化によって、通常、２倍程度しか変化しないため、圧力変化による静電容量の変化は、共振波形を分周したパルスにおいて、６．２５μｓ±数μｓ程度の差として現れる。
【００５８】
このため、静電容量センサの静電容量の違いによる共振周波数の変化量をタイヤの内圧の変化量に直接対応付け可能にするには、取得装置には、数μｓを０．００１μｓ程度の分解能で測定できる性能が求められ、取得装置には、ＧＨｚオーダの周波数でサンプリングが可能なＣＰＵが必要になる。
【００５９】
すなわち、静電容量センサの静電容量の違いによる共振周波数変化をタイヤの内圧の変化量に直接対応付けようとすると、取得装置が高価になり、検出器の構成を極めて簡素にできるという利点を生かせなくなる。
【００６０】
そこで、実施形態では、共振周波数の変化量をタイヤの内圧の変化量に直接対応させるのではなく、検出側アンテナ部４２から得た共振波形を電圧値に変換している。共振波形を電圧値に変換することにより、取得装置２０をＧＨｚオーダの周波数でサンプリングが可能なＣＰＵよりも廉価な構成で実現できる。
【００６１】
また、実施形態で示したように、バルブキャップ３３の内部に配置可能な静電容量センサ４１の静電容量の変化は、数ｐＦ〜２０ｐＦ程度である。
【００６２】
ＬＣ共振回路の共振周波数は、ｆ＝π／２（ＬＣ）１／２で表されるため、コイルのインダクタンスが大きくなると、共振周波数の値は小さくなる。また、共振用のコイルのインダクタンスが大きくなると、コイルの容量成分が静電容量センサ４１の静電容量に対して無視できない程度の値になる。また、共振用のコイルのインダクタンスが大きくなると、抵抗成分が大きくなり、共振周波数の減衰が大きくなる。このように、共振用のコイルのインダクタンスが大きくなると、共振波形の信号が検出しにくくなるという問題がある。
【００６３】
このことから、実施形態では、バルブキャップ３３の内部に配置可能な程度の静電容量センサ４１に組み合わせて用いる共振用のコイルのインダクタンスは、１０００μＨ程度、若しくは１０００μＨ以下に設定することが好ましい。
【００６４】
（５）その他の実施形態
上述したように、本発明の実施形態を通じて本発明の内容を開示したが、この開示の一部をなす論述及び図面は、本発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例が明らかとなる。例えば、本発明の実施形態は、次のように変更することができる。
【００６５】
例えば、位置調整機構は、変形例を概念することができる。図６は、変形例に係る位置調整機構を説明する図である。変形例に係る位置調整機構は、収容部４３の外周に突設された突起部４３ｃと、バルブキャップ３３の内周面に形成された溝部３３ｃとを有する。突起部４３ｃは、弾性変形する弾性部材によって構成されている。
【００６６】
検出側アンテナ部４２を構成するコイルの軸方向（図示する長手方向Ｌ）において収容部が押圧されると、収容部４３の突起部４３ｃは、バルブキャップ３３の内周面に形成された溝部３３ｃによって内側に押圧されて弾性変形する。検出部４０を内包する収容部４３が長手方向Ｌに移動可能となり、検出側アンテナ部４２と取得側アンテナ部５１との距離Ｄが調整可能となる。また、一旦検出部４０の位置を調整した後は、突起部４３ｃと溝部と３３ｃとが噛み合うため、収容部４３の移動を規制することができる。
【００６７】
なお、本実施の形態では、収容部の突起部が弾性部材によって構成されており、弾性変形するように構成されているが、例えば、バルブキャップの溝部が弾性変形可能に構成されており、この溝部が変形することによってバルブキャップ内で収容部が移動可能に構成されていてもよい。また、長手方向に移動可能なラチェット機構によって位置調整部材を構成し、長手方向に沿って検出器の位置を調整するように構成してもよい。
【００６８】
また、タイヤ内圧測定システム１が適用可能なタイヤは、限定されない。乗用車用タイヤ、トラック・バス用タイヤ、航空機用タイヤなどが挙げられる。
【００６９】
本実施形態では、静電容量センサの静電容量を測定対象であるタイヤの標準内圧に合わせて設定する。静電容量センサが変わると、アンテナ部のコイルサイズ（巻回数、径サイズ）などが変わる。このため、取得装置２０において、検出器４０に与える起動パルスを変更する機能を搭載することによって、複数の静電容量センサ（すなわち、種類の異なるタイヤの内圧測定）に対応させることができる。
【００７０】
検出器４０を構成する静電容量センサ４１，検出側アンテナ部４２の取付位置は、上述した例に限定されない。バルブコア３１における注入口３１ａと気室側端部３１ｅとの間に配置されていてもよい。なお、静電容量センサ４１と検出側アンテナ部４２との距離は短いほどよく、静電容量センサ４１は、温度変化が少ない部分に配置されることが好ましい。
【００７１】
また、回路を構成する変換部は、上述の実施形態に限定されず、異なる構成であってもよい。例えば、変換部は、ＣＲ充電回路に代えて、積分回路を備えていてもよい。積分回路は、分周して得られた波形の立ち上がりから立ち下がりまでの期間、入力をＨｉ電圧状態からＬｏ電圧状態にする。積分回路の出力電圧値をＡ／Ｄ変換器においてデジタル信号に変換することができる。
【００７２】
このように、本発明は、ここでは記載していない様々な実施の形態などを含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は、上述の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【符号の説明】
【００７３】
ＡＲ…気室、 Ｃ…コンデンサ、 Ｄ…距離、 Ｆ…矢印、 Ｌ…長手方向、 Ｒ…気密部、 １…タイヤ内圧測定システム、 １０…タイヤ、 １１…リムホイール、 ２０…取得装置、 ２１…保持部、 ２１ａ…先端部、 ２２…入力部、 ３０…バルブ、 ３１…バルブコア、 ３１ａ…注入口、 ３１ｅ…気室側端部、 ３２…バルブステム、 ３３…バルブキャップ、 ３３ａ…雌ねじ部、 ３３ｂ…段差部、 ３３ｃ…溝部、 ４０…検出器、 ４１…静電容量センサ、 ４１，…静電容量センサ、 ４１ａ…検知面、 ４２…アンテナ部、 ４２…検出側アンテナ部、 ４２…検出側アンテナ部、 ４２ａ…導線、 ４３…収容部、 ４３ａ…雄ねじ部、 ４３ｃ…突起部、 ５１…取得側アンテナ部、 ５１ａ…導線、 ５２…パルス発振部、 ５３…スイッチング回路、 ５４…増幅回路、 ５５…分周回路、 ５６…変換部、 ５７…変換部、 ５８…圧力算出部、 ４１１…センサ筐体、 ４１１ｂ…底部、 ４１２…ダイヤフラム部、 ４１３…筐体側電極、 ４１４…ダイヤフラム電極、 ５６１…ＣＲ充電回路、 ５６２…変換器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タイヤの内圧を検出する圧力センサと、圧力センサによって検出されたタイヤ内圧に関するデータを取得する取得装置とを有するタイヤ内圧測定システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、タイヤの内圧を検査する方法として、タイヤが組み付けられたリムホイールに設けられた圧力センサによって測定された内圧データを、車両に設けられたリーダ部において非接触で検出するタイヤ内圧測定システムが提案されている（特許文献１参照）。
【０００３】
上述のタイヤ内圧測定システムにおいて、圧力センサを含む検出器及び検出器から内圧データを取得するリーダ部は、コイルからなるアンテナ部をそれぞれ有する。検出器は、互いのアンテナ部間に起こる電磁誘導作用によって生じた誘導起電力をコンデンサによって蓄えて、構成回路が駆動するように構成されている。
【０００４】
また、圧力センサによって検出した内圧データに応じた圧力信号を制御回路によってデジタル信号に変換した後、電波による送信に適したアナログ信号に変換する。そして、アナログ信号をコイルから構成されるアンテナ部によって、リーダ部に対して出力する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−１３６３８３号公報 図１など
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上述のタイヤ内圧測定システムには、以下の問題があった。
【０００７】
検出器のアンテナ部は、コンデンサとコイルとからなる共振回路によって構成されておいる。このような共振回路を用いて内圧データを送受信すると、ノイズの影響によってデータの検出精度が低下するおそれがある。
【０００８】
更に、検出器のアンテナ部は、コンデンサとコイルからなるシンプルな構成であるため、製造誤差による構成のバラツキが生じやすい。例えば、複数のタイヤに対して検出器を装着し、この検出器によって複数のタイヤの内圧データを取得するように構成された空気圧測定システムにおいては、製造誤差がよってアンテナ部の構成が一定でない場合には、検出器毎に内圧データのばらつきが生じるおそれがある。
【０００９】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、共振回路を有する検出器と、この共振回路の共振波形を取得してタイヤの内圧データを取得する取得装置と、を備えるタイヤ内圧測定システムにおいて、タイヤ内圧の検出精度を高めることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した課題を解決するため、本発明の特徴は、タイヤの内圧を検出する検出器（検出器４０）と、前記検出器によって検出されたタイヤ（タイヤ１０）の内圧に関するデータを取得する取得装置（取得装置２０）とを有するタイヤ内圧測定システム（タイヤ内圧測定システム１）であって、前記検出器は、前記タイヤの内圧によって電極間距離が変化することによって静電容量が変化する静電容量センサ（静電容量センサ４１）と、コア材に導線が巻回されたコイルによって形成されており、前記静電容量センサに接続された検出側アンテナ部（検出側アンテナ部４２）とからなる共振回路を備え、前記取得装置は、コア材に導線が巻回されたコイルによって形成されており、前記検出側アンテナ部に電磁誘導によって起電力を発生させるとともに前記起電力によって充電された前記静電容量センサと前記検出側アンテナ部とからなる共振回路の共振波形を取得する取得側アンテナ部（取得側アンテナ部５１）と、前記検出側アンテナ部に起電力を与える駆動部（パルス発振部５２、スイッチング回路５３）と、前記共振波形を増幅する信号増幅部（増幅回路５４）と、前記増幅された共振波形のうち所定数の波形を分周する分周部（分周回路５５）と、前記分周して得られた波形の立ち上がりから立ち下がりまでの期間を電圧値に変換する変換部（変換部５６，５７）と、前記変換部によって変換された電圧値に基づいて前記タイヤの内圧を算出する圧力算出部（圧力算出部５８）と、を備えている。タイヤ内圧測定システムは、検出側アンテナ部と取得側アンテナ部との相対位置を調整可能な位置調整機構（雄ねじ部４３ａ、雌ねじ部３３ａ）を備えており、検出側アンテナ部は、検出側アンテナ部と取得側アンテナ部との相互インダクタンスに基づいて、取得側アンテナ部との相対位置を調整されるように構成されていることを要旨とする。
【００１１】
本発明によれば、取得装置は、検出器において発生した共振波形の共振周波数の変化量をタイヤの内圧の変化量に直接対応させるのではなく、共振波形を分周して得られた波形の立ち上がりから立ち下がりまでの期間を電圧値に変換する。具体的には、取得装置は、起電力によって充電された静電容量センサと検出側アンテナ部とからなる共振回路の共振波形を取得し、この共振波形の立ち上がりから立ち下がりまでの期間に対応付けられるタイヤ内圧を測定できるように構成されている。よって、検出器において発生した共振波形の共振周波数の変化量をタイヤの内圧の変化量に直接対応させないため、ノイズの影響による精度の低下を抑制することができる。
【００１２】
また、検出側アンテナ部は、検出側アンテナ部と取得側アンテナ部との相互インダクタンスに基づいて、取得側アンテナ部との相対位置を調整可能に構成されている。静電容量センサとコイルからなる共振回路は、比較的シンプルな構成であり、製造誤差等によって、静電容量センサとコイルの構成や検出側アンテナと取得側アンテナとの距離等が変化すると、共振波形に影響し、検出精度が低下してしまうおそれがある。しかし、検出側アンテナ部と取得側アンテナ部との相互インダクタンスに基づいて、検出側アンテナ部の位置を調整するように構成されているため、検出側アンテナ部と取得側アンテナ部との相互インダクタンスを一定値にすることができる。よって、検出器等の製造誤差による内圧データの検出精度の低下を抑制することができる。
【００１３】
なお、相互インダクタンスとコイル間の距離とは、反比例の関係にあり、コイル間の距離を調整することにより相互インダクタンスを調整することができる。また、検出側アンテナの位置調整は、検出側アンテナのみの位置を調整するように構成してもよいし、検出器全体の位置を調整するように構成してもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、共振回路を有する検出器と、この検出器の共振波形を取得してタイヤの内圧データを取得する取得装置とを備えるタイヤ内圧測定システムにおいて、検出側アンテナと取得側アンテナの相互インダクタンスに基づいて検出側アンテナと取得側アンテナとの距離を調整することができる。相互インダクタンスを調整することによって、共振回路の共振周波数を調整することができる。よって、検出器等の製造誤差による内圧データの誤差を低減し、タイヤ内圧の検出精度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施形態に係るタイヤ内圧測定システムの概略構成を説明する図である。
【図２】検出器の概略構成と検出器が配置される位置を説明する図である。
【図３】静電容量センサの構成を説明する図である。
【図４】検出器の位置調整機構を説明する図である。
【図５】タイヤ内圧測定システムの回路構成を説明する図である。
【図６】変更例に係る検出器の位置調整機構を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明に係るタイヤ内圧測定システム１の実施形態について、図面を参照しながら説明する。具体的には、（１）タイヤ内圧測定システムの概略構成の説明、（２）検出器の構成及び検出器の配置位置の説明、（３）タイヤ内圧測定システムの回路構成、（４）作用・効果、（５）その他の実施形態、について説明する。
【００１７】
なお、以下の図面の記載において、同一または類似の部分には、同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なのものであり、各寸法の比率などは現実のものとは異なることを留意すべきである。従って、具体的な寸法などは以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれる。
【００１８】
（１）タイヤ内圧測定システムの概略構成の説明
図１は、実施形態に係るタイヤ内圧測定システム１の概略構成を説明する図である。図１には、タイヤ１０と、タイヤ１０が組み付けられたリムホイール１１が描かれている。リムホイール１１には、タイヤ１０とリムホイール１１との間に形成された気室ＡＲに空気を注入するバルブ３０が取り付けられている。
【００１９】
バルブ３０は、バルブコア３１と、バルブステム３２と、バルブキャップ３３とを有する。バルブコア３１は、タイヤ１０とリムホイール１１との間に形成される気室ＡＲに連通された気室側端部３１ｅと空気を注入する注入口３１ａとを有する。バルブコア３１は、バルブステム３２に挿入され、リムホイール１１に取り付けられる。バルブキャップ３３は、バルブコア３１の注入口３１ａを覆うようにバルブステム３２に装着される。
【００２０】
実施形態のタイヤ内圧測定システム１は、タイヤの内圧を検出する検出器４０（図１には不図示）と、検出器４０によって検出されたタイヤの内圧に関するデータを取得する取得装置２０とを有する。取得装置２０は、後述するアンテナ部等を収容する保持部２１、使用者からの入力を受け付ける入力部２２（一部のみ図示）などを有し、検出器４０によって検出されたタイヤ１０の内圧に関するデータを非接触により取得する。実施形態では、検出器４０は、バルブ３０に装着されており、該バルブ３０はタイヤ装着部材に相当する。
【００２１】
（２）検出器の構成及び検出器の配置位置の説明
図２は、検出器４０の概略構成と検出器４０が配置される位置を説明する図である。検出器４０は、静電容量センサ４１と、検出側アンテナ部４２と、収容部４３（図４参照）とを有する。静電容量センサ４１は、電極間距離が変化することによって静電容量が変化するコンデンサである。図３は、静電容量センサの内部構成を示す断面図であり、図４は、バルブキャップの内部構成及び検出器を示す模式断面図である。
【００２２】
検出側アンテナ部４２は、コア材（不図示）に導線４２ａが巻回されたコイルによって形成されている。すなわち、静電容量センサ４１と検出側アンテナ部４２とは、ＬＣ共振回路を構成している。静電容量センサ４１と検出側アンテナ部４２は、収容部４３に収容されている。収容部４３は、静電容量センサ４１と検出側アンテナ部４２とを収容可能な内部空間を有する中空状である。
【００２３】
静電容量センサ４１は、圧力を検出する検知面４１ａを有する。図２に示す実施形態では、検知面４１ａが注入口３１ａに対向するように静電容量センサ４１がバルブキャップ３３の内部に配置される。また、検出側アンテナ部４２もバルブキャップ３３の内部に配置される。
【００２４】
図２に示す実施形態では、バルブキャップ３３がバルブステム３２に取り付けられると収容部４３の底面４３ｂ（図４参照）が注入口３１ａを押し込み、タイヤの内圧が検知面４１ａにかかるようになっている。なお、図２では、バルブステム３２は省略されている。
【００２５】
静電容量センサ４１は、図３に示すように、センサ筐体４１１と、密閉された空間（気密部という）Ｒが形成されるようにセンサ筐体４１１に取り付けられるダイヤフラム部４１２とを有する。
【００２６】
気密部Ｒを形成するセンサ筐体４１１の底部４１１ｂには、筐体側電極４１３が配置される。また、ダイヤフラム部４１２の内側には、ダイヤフラム電極４１４が配置される。筐体側電極４１３とダイヤフラム電極４１４とは、コンデンサを構成する。
【００２７】
検出器４０では、ダイヤフラム部４１２に外側から加わる力（図３に示す矢印Ｆ）が増えると、ダイヤフラム部４１２は、気密部Ｒの容量を減少させる方向に変形する。また、減少すると、ダイヤフラム部４１２は、気密部Ｒの容量を増加させる方向に変形する。コンデンサでは、電極間隔が狭くなるほど静電容量が増加するため、ダイヤフラム部４１２にかかる圧力が高いほど、静電容量が増加する。
【００２８】
検出器４０の収容部４３は、バルブ３０を構成するバルブキャップ３３内に固定されている。検出器４０の収容部４３は、円柱状であって、その外周面には、円周方向に沿った螺旋状の雄ねじ部４３ａが形成されている。バルブキャップ３３は、検出器４０の収容部４３が挿入可能な空間を有する中空状であって、その内周面には、円周方向に沿って螺旋状に延び、かつ雄ねじ部４３ａに螺合する雌ねじ部３３ａが形成されている。この雄ねじ部４３ａと雌ねじ部３３ａとは、位置調整機構を構成している。
【００２９】
収容部４３をバルブキャップ３３に対して回転させることにより、収容部４３は、検出側アンテナ部４２を構成するコイルの軸方向に沿って移動される。具体的には、収容部４３をバルブキャップ３３に対して回転させることにより、雄ねじ部４３ａが雌ねじ部３３ａに沿って移動し、検出側アンテナ部４２を構成するコイルの軸方向に沿って収容部４３が移動される。収容部４３には検出器４０が固定されており、検出側アンテナ部４２は、検出器４０の移動に伴ってコイルの軸方向に沿って移動する。検出側アンテナ部４２が軸方向に沿って移動させることにより、検出側アンテナ部４２と取得側アンテナ部５１との距離Ｄを調整することができる。
【００３０】
バルブキャップ３３の先端（取得側の先端）には、取得装置２０の保持部２１が当接する段差部３３ｂが形成されている。段差部３３ｂには、保持部２１の先端部２１ａが当接する。段差部３３ｂ及び先端部２１ａは、位置決め部を構成する。取得装置２０の先端部２１ａとバルブキャップ３３の段差部３３ｂとが当接した状態では、取得装置２０とバルブキャップ３３とが嵌合して、バルブ３０内の検出器４０と取得装置２０との相対位置を一定に保つことができるように構成されている。
【００３１】
取得装置２０の保持部２１は、検出器４０を内包するバルブキャップ３３と別体であって、バルブキャップに対して着脱自在に設けられている。例えば、取得装置２０によってタイヤの内圧データを複数回取得する際に、取得装置２０とバルブキャップ３３との相対位置が一定に維持されないと、取得装置２０と検出器４０との距離が一定に保たれず、タイヤの内圧データを正確に取得できないおそれがある。しかし、バルブキャップ３３と取得装置２０との移動を規制する位置決め部を備えることにより、バルブキャップ３３と取得装置２０との距離を一定に保つことができ、取得装置２０と検出器４０との相対位置を一定に保ち易くなる。
【００３２】
（３）タイヤ内圧測定システムの回路構成
次に、タイヤ内圧測定システム１の回路構成について説明する。図４は、タイヤ内圧測定システムの回路構成を説明する図である。タイヤ内圧測定システム１は、タイヤ１０の内圧を検出する検出器４０と、検出器によって検出されたタイヤ１０の内圧に関するデータを取得する取得装置２０とを有する。
【００３３】
検出器４０は、静電容量センサ４１と検出側アンテナ部４２とからなるＬＣ共振回路を構成している。
【００３４】
ＬＣ共振回路では、静電容量の増加によって、共振周波数の減衰特性が変わる。このため、実施形態では、コンデンサである静電容量センサ４１と、検出側アンテナ部４２を構成するコイルとの間の共振周波数の共振波形を検出し、予め決められた数の波形を分周して得られる波形の立ち上がりから立ち下がりまでの期間を電圧値に変換している。
【００３５】
取得装置２０は、取得側アンテナ部５１と、パルス発振部５２と、スイッチング回路５３と、増幅回路５４と、分周回路５５と、変換部５６と、圧力算出部５８とを有し、図示しない制御部によって制御されている。
【００３６】
取得側アンテナ部５１は、図１に示す保持部２１に内蔵されている。取得側アンテナ部５１は、コア材に導線５１ａが巻回されたコイルによって形成されており、検出器４０の検出側アンテナ部４２に、電磁誘導によって誘導起電力を発生させる。また、取得側アンテナ部５１は、検出器４０の検出側アンテナ部４２に発生させられた起電力によって充電された静電容量センサ４１と検出側アンテナ部４２とからなるＬＣ共振回路の共振に同調して、共振波形を取得する。
【００３７】
パルス発振部５２は、検出側アンテナ部４２に与える起動パルスを生成する。スイッチング回路５３は、パルス発振部５２によって発生させた起動パルスを取得側アンテナ部５１に送る起動モードと、検出側アンテナ部４２から共振波形を取得する取得モードとを、図示しない制御部から送られる切替信号に応じて切り替える。
【００３８】
増幅回路５４は、検出器４０のＬＣ共振回路の共振に同調して取得側アンテナ部５１から取得した共振波形を増幅する。これによりノイズ成分と信号成分とを分離することができる。
【００３９】
分周回路５５は、増幅された共振波形のうち所定数の波形を１つのパルスに分周する。
【００４０】
例えば、取得された共振周波数が減衰するまでの期間内に得られた１０波形分のパルスを１パルスに分周する。
【００４１】
取得直後の共振波形には、起動パルスの影響によるノイズ成分が含まれる。また、共振周波数は時間とともに減衰し微弱になるためノイズ成分との分離が難しくなる。そのため、取得開始直後の波形は採用せず、起動パルスに起因するノイズ成分が無視できる程度になったときから、ノイズ成分を分離することが不可能になる直前までの期間の共振波形を抽出する。実施形態では、この共振波形が１０波形分程度である。
【００４２】
本実施の形態の回路構成では、変換部５６は、ＣＲ充電回路５６１を備える。ＣＲ充電回路５６１は、分周して得られた波形の立ち上がりから立ち下がりまでの期間、コンデンサＣに充電する。充電された電圧値は、Ａ／Ｄ変換器５６２においてデジタル信号に変換される。第１の回路構成では、ＣＲ充電回路５６１の時定数は、静電容量センサ４１において検出された圧力変化が電圧変化として明確になるように設定される。
【００４３】
圧力算出部５８は、電圧値のデジタル信号をタイヤ内圧に対応付ける。電圧値とタイヤ内圧との対応テーブルを予め計測して得られた結果をメモリなどに格納して用意しておくことができる。圧力算出部５８は、対応テーブルを参照して、電圧値に対応するタイヤ内圧を決定する。
【００４４】
実施形態のタイヤ内圧測定システム１によれば、以上のようにして、タイヤ内圧を測定できる。
【００４５】
上述した回路構成を有するタイヤ内圧測定システム１は、次のように動作する。使用者によって入力部２２から測定開始の指示が入力されると、制御部から送られた切替信号によって、スイッチング回路５３は、パルス発振部５２によって発生させた起動パルスを取得側アンテナ部５１に送る側に切り替えられる。
【００４６】
パルス発振部５２によって発生された起動パルスは、取得側アンテナ部５１に送られる。起動パルスが送られた後、スイッチング回路５３は、検出側アンテナ部４２から共振波形を取得する側に切り替えられる。
【００４７】
取得側アンテナ部５１は、検出側アンテナ部４２に電磁誘導によって誘導起電力を発生させる。検出側アンテナ部４２に発生させられた起電力によって静電容量センサ４１が充電される。静電容量センサ４１は、タイヤの内圧に応じた静電容量を有する。静電容量センサ４１と検出側アンテナ部４２とからなるＬＣ共振回路には、静電容量に応じた共振周波数を有する共振が発生する。
【００４８】
取得側アンテナ部５１は、検出側アンテナ部４２に同調して、静電容量センサ４１と検出側アンテナ部４２とからなるＬＣ共振回路の共振波形を取得する。
【００４９】
次に、増幅回路５４は、取得側アンテナ部５１から取得した共振波形を増幅する。増幅された信号からノイズ成分と信号成分とが分離される。信号成分として、受信から所定の時間以降の１０波形分が取り出される。
【００５０】
続いて、分周回路５５は、増幅された共振波形のうち所定数の波形を１つのパルスに分周する。ＣＲ充電回路５６１は、分周して得られた１パルスの立ち上がりから立ち下がりまでの期間、コンデンサＣを充電する。充電された電圧値は、Ａ／Ｄ変換器５６２においてデジタル信号に変換される。
【００５１】
圧力算出部５８は、対応テーブルを参照して、電圧値に対応するタイヤ内圧を決定する。実施形態のタイヤ内圧測定システム１によれば、以上のようにして、タイヤ内圧が測定される。
【００５２】
（４）作用・効果
実施形態のタイヤ内圧測定システム１によれば、検出器４０は、静電容量センサ４１と、コア材に導線が巻回されたコイルによって形成された検出側アンテナ部４２とから構成されている。このように検出器４０の構造を簡素化できる。このため、検出器４０は小型化が容易であり、検出器４０は、バルブキャップ３３に配置することができる。検出器４０は、従来の検出器よりも軽量化でき、ホイールバランスへの影響を低減するとともにタイヤへの負荷を低減できる。また、製造コストを低減できるため、検出器４０の交換にかかる維持費を抑えることができる。
【００５３】
検出側アンテナ部４２は、検出側アンテナ部４２と取得側アンテナ部５１との相互インダクタンスに基づいて、取得側アンテナ部５１との相対位置を調整可能に構成されている。コンデンサとコイルからなる共振回路は、比較的シンプルな構成であり、製造誤差等によって、コンデンサやコイルの構成や検出側アンテナと取得側アンテナとの距離等が変化すると、共振波形に影響し、検出精度が低下してしまうおそれがある。しかし、検出側アンテナ部と取得側アンテナ部との相互インダクタンスに基づいて、検出側アンテナ部の位置を調整するように構成されているため、検出側アンテナ部と取得側アンテナ部との相互インダクタンスを一定値にすることができる。よって、検出器等の製造誤差による内圧データの検出精度の低下を抑制することができる。
【００５４】
例えば、タイヤに対して検出器を装着する際に、取得装置内に設けられた取得側アンテナ部と検出側アンテナ部との相互インダクタンスが所定の初期値になるように調整する。この相互インダクタンスの調整は、位置調整機構を介して検出側アンテナ部と取得側アンテナ部と距離を調整して行うことができる。このように、検出器を装着する際に、取得側アンテナ部と検出側アンテナ部との相互インダクタンスを一定にすることにより、検出器の製造誤差による共振周波数のバラツキを抑制し、内圧の検出精度を向上させることができる。また、検出器の共振回路において調整回路を設ける構成に比べて、回路構成を簡略化することができる。
【００５５】
また、取得装置２０は、検出器４０において発生した共振波形を分周して得られた１パルスの立ち上がりから立ち下がりまでの期間を電圧値に変換する変換部５６（変換部５７）と、変換部５６によって変換された電圧値に基づいてタイヤの内圧を算出する。
【００５６】
例えば、静電容量センサの静電容量の違いによる共振周波数の変化を直接検出することを試みるとする。このとき、インダクタンス：Ｌ＝１０００μＨのコイルに静電容量の変化が１０ｐＦ程度である静電容量センサを組み合わせると、発生する共振周波数は、１．６ＭＨｚ前後になる。この共振周波数を増幅し、ノイズ成分を除去し、１０波形分の共振波形を１波形に分周して得られたパルスの立ち上がりから立ち下がりまでの時間は、およそ６．２５μｓ程度になる。
【００５７】
静電容量センサの静電容量は、圧力変化によって、通常、２倍程度しか変化しないため、圧力変化による静電容量の変化は、共振波形を分周したパルスにおいて、６．２５μｓ±数μｓ程度の差として現れる。
【００５８】
このため、静電容量センサの静電容量の違いによる共振周波数の変化量をタイヤの内圧の変化量に直接対応付け可能にするには、取得装置には、数μｓを０．００１μｓ程度の分解能で測定できる性能が求められ、取得装置には、ＧＨｚオーダの周波数でサンプリングが可能なＣＰＵが必要になる。
【００５９】
すなわち、静電容量センサの静電容量の違いによる共振周波数変化をタイヤの内圧の変化量に直接対応付けようとすると、取得装置が高価になり、検出器の構成を極めて簡素にできるという利点を生かせなくなる。
【００６０】
そこで、実施形態では、共振周波数の変化量をタイヤの内圧の変化量に直接対応させるのではなく、検出側アンテナ部４２から得た共振波形を電圧値に変換している。共振波形を電圧値に変換することにより、取得装置２０をＧＨｚオーダの周波数でサンプリングが可能なＣＰＵよりも廉価な構成で実現できる。
【００６１】
また、実施形態で示したように、バルブキャップ３３の内部に配置可能な静電容量センサ４１の静電容量の変化は、数ｐＦ〜２０ｐＦ程度である。
【００６２】
ＬＣ共振回路の共振周波数は、ｆ＝π／２（ＬＣ）１／２で表されるため、コイルのインダクタンスが大きくなると、共振周波数の値は小さくなる。また、共振用のコイルのインダクタンスが大きくなると、コイルの容量成分が静電容量センサ４１の静電容量に対して無視できない程度の値になる。また、共振用のコイルのインダクタンスが大きくなると、抵抗成分が大きくなり、共振周波数の減衰が大きくなる。このように、共振用のコイルのインダクタンスが大きくなると、共振波形の信号が検出しにくくなるという問題がある。
【００６３】
このことから、実施形態では、バルブキャップ３３の内部に配置可能な程度の静電容量センサ４１に組み合わせて用いる共振用のコイルのインダクタンスは、１０００μＨ程度、若しくは１０００μＨ以下に設定することが好ましい。
【００６４】
（５）その他の実施形態
上述したように、本発明の実施形態を通じて本発明の内容を開示したが、この開示の一部をなす論述及び図面は、本発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例が明らかとなる。例えば、本発明の実施形態は、次のように変更することができる。
【００６５】
例えば、位置調整機構は、変形例を概念することができる。図６は、変形例に係る位置調整機構を説明する図である。変形例に係る位置調整機構は、収容部４３の外周に突設された突起部４３ｃと、バルブキャップ３３の内周面に形成された溝部３３ｃとを有する。突起部４３ｃは、弾性変形する弾性部材によって構成されている。
【００６６】
検出側アンテナ部４２を構成するコイルの軸方向（図示する長手方向Ｌ）において収容部が押圧されると、収容部４３の突起部４３ｃは、バルブキャップ３３の内周面に形成された溝部３３ｃによって内側に押圧されて弾性変形する。検出部４０を内包する収容部４３が長手方向Ｌに移動可能となり、検出側アンテナ部４２と取得側アンテナ部５１との距離Ｄが調整可能となる。また、一旦検出部４０の位置を調整した後は、突起部４３ｃと溝部と３３ｃとが噛み合うため、収容部４３の移動を規制することができる。
【００６７】
なお、本実施の形態では、収容部の突起部が弾性部材によって構成されており、弾性変形するように構成されているが、例えば、バルブキャップの溝部が弾性変形可能に構成されており、この溝部が変形することによってバルブキャップ内で収容部が移動可能に構成されていてもよい。また、長手方向に移動可能なラチェット機構によって位置調整部材を構成し、長手方向に沿って検出器の位置を調整するように構成してもよい。
【００６８】
また、タイヤ内圧測定システム１が適用可能なタイヤは、限定されない。乗用車用タイヤ、トラック・バス用タイヤ、航空機用タイヤなどが挙げられる。
【００６９】
本実施形態では、静電容量センサの静電容量を測定対象であるタイヤの標準内圧に合わせて設定する。静電容量センサが変わると、アンテナ部のコイルサイズ（巻回数、径サイズ）などが変わる。このため、取得装置２０において、検出器４０に与える起動パルスを変更する機能を搭載することによって、複数の静電容量センサ（すなわち、種類の異なるタイヤの内圧測定）に対応させることができる。
【００７０】
検出器４０を構成する静電容量センサ４１，検出側アンテナ部４２の取付位置は、上述した例に限定されない。バルブコア３１における注入口３１ａと気室側端部３１ｅとの間に配置されていてもよい。なお、静電容量センサ４１と検出側アンテナ部４２との距離は短いほどよく、静電容量センサ４１は、温度変化が少ない部分に配置されることが好ましい。
【００７１】
また、回路を構成する変換部は、上述の実施形態に限定されず、異なる構成であってもよい。例えば、変換部は、ＣＲ充電回路に代えて、積分回路を備えていてもよい。積分回路は、分周して得られた波形の立ち上がりから立ち下がりまでの期間、入力をＨｉ電圧状態からＬｏ電圧状態にする。積分回路の出力電圧値をＡ／Ｄ変換器においてデジタル信号に変換することができる。
【００７２】
このように、本発明は、ここでは記載していない様々な実施の形態などを含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は、上述の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【符号の説明】
【００７３】
ＡＲ…気室、 Ｃ…コンデンサ、 Ｄ…距離、 Ｆ…矢印、 Ｌ…長手方向、 Ｒ…気密部、 １…タイヤ内圧測定システム、 １０…タイヤ、 １１…リムホイール、 ２０…取得装置、 ２１…保持部、 ２１ａ…先端部、 ２２…入力部、 ３０…バルブ、 ３１…バルブコア、 ３１ａ…注入口、 ３１ｅ…気室側端部、 ３２…バルブステム、 ３３…バルブキャップ、 ３３ａ…雌ねじ部、 ３３ｂ…段差部、 ３３ｃ…溝部、 ４０…検出器、 ４１…静電容量センサ、 ４１，…静電容量センサ、 ４１ａ…検知面、 ４２…アンテナ部、 ４２…検出側アンテナ部、 ４２…検出側アンテナ部、 ４２ａ…導線、 ４３…収容部、 ４３ａ…雄ねじ部、 ４３ｃ…突起部、 ５１…取得側アンテナ部、 ５１ａ…導線、 ５２…パルス発振部、 ５３…スイッチング回路、 ５４…増幅回路、 ５５…分周回路、 ５６…変換部、 ５７…変換部、 ５８…圧力算出部、 ４１１…センサ筐体、 ４１１ｂ…底部、 ４１２…ダイヤフラム部、 ４１３…筐体側電極、 ４１４…ダイヤフラム電極、 ５６１…ＣＲ充電回路、 ５６２…変換器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タイヤの内圧を検出する検出器と、前記検出器によって検出されたタイヤの内圧に関するデータを取得する取得装置を有するタイヤ内圧測定システムであって、
前記検出器は、
前記タイヤの内圧によって電極間距離が変化することによって静電容量が変化する静電容量センサと、コア材に導線が巻回されたコイルによって形成されており前記静電容量センサに接続された検出側アンテナ部と、からなる共振回路を備え、
前記取得装置は、
コア材に導線が巻回されたコイルによって形成されており、前記検出側アンテナ部に電磁誘導によって起電力を発生させるとともに、前記起電力によって充電された前記静電容量センサと前記検出側アンテナ部とからなる共振回路の共振波形を取得する取得側アンテナ部と、
前記検出側アンテナ部に起電力を与える駆動部と、
前記共振波形を増幅する信号増幅部と、
前記増幅された共振波形のうち所定数の波形を分周する分周部と、
前記分周して得られた波形の立ち上がりから立ち下がりまでの期間を電圧値に変換する変換部と、
前記変換部によって変換された電圧値に基づいて前記タイヤの内圧を算出する圧力算出部と、を備えており、
前記検出側アンテナ部と前記取得側アンテナ部との相対位置を調整可能な位置調整機構を備えており、
前記検出側アンテナ部は、前記検出側アンテナ部と前記取得側アンテナ部との相互インダクタンスに基づいて、前記取得側アンテナ部との相対位置を調整されるように構成されている、タイヤ内圧測定システム。
【請求項２】
前記検出器は、前記タイヤに固定されたタイヤ装着部材を介して前記タイヤに装着されており、
前記検出器は、前記タイヤ装着部材に対して相対移動可能に構成されており、
前記タイヤ装着部材と前記取得装置とのうち、少なくともいずれか一方には、前記タイヤ装着部材と前記取得装置との相対位置を規定するための位置決め部が形成されている、請求項１に記載のタイヤ内圧測定システム。
【請求項３】
前記タイヤ装着部材及び前記検出器のうちいずれか一方は、円柱状であり、
前記タイヤ装着部材及び前記検出器の他方は、前記タイヤ装着部材及び前記検出器の前記一方が挿入可能な空間を有する中空状であって、
前記位置調整機構は、前記タイヤ装着部材及び前記検出器の前記一方の外周面に形成された雄ねじ部と、前記タイヤ装着部材及び前記検出器の前記他方の内周面に形成され、かつ前記雄ねじ部と螺合する雌ねじ部と、を備え、かつ前記雄ねじ部と前記雌ねじ部との相対移動によって、前記検出側アンテナ部を構成するコイルの軸方向に沿って前記検出側アンテナ部を移動するように構成されている、請求項２に記載のタイヤ内圧測定システム。
【請求項４】
前記タイヤ装着部材及び前記検出器のうちいずれか一方は、円柱状であり、
前記タイヤ装着部材及び前記検出器の他方は、前記タイヤ装着部材及び前記検出器の前記一方が挿入可能な空間を有する中空状であって、
前記位置調整機構は、前記タイヤ装着部材及び前記検出器の前記一方の外周面に形成された突起部と、前記タイヤ装着部材及び前記検出器の前記他方の内周面に形成され、かつ前記突起部と噛み合う溝部と、を備え、
前記突起部及び前記溝部は、前記検出側アンテナ部を構成するコイルの軸方向に沿って複数隣接してそれぞれ形成されており、
前記位置調整機構は、前記突起部と前記溝部とが噛み合うことにより、前記コイルの軸方向に沿った前記検出側アンテナ部の移動を規制するように構成されている、請求項２に記載のタイヤ内圧測定システム。
【請求項１】
タイヤの内圧を検出する検出器と、前記検出器によって検出されたタイヤの内圧に関するデータを取得する取得装置を有するタイヤ内圧測定システムであって、
前記検出器は、
前記タイヤの内圧によって電極間距離が変化することによって静電容量が変化する静電容量センサと、コア材に導線が巻回されたコイルによって形成されており前記静電容量センサに接続された検出側アンテナ部と、からなる共振回路を備え、
前記取得装置は、
コア材に導線が巻回されたコイルによって形成されており、前記検出側アンテナ部に電磁誘導によって起電力を発生させるとともに、前記起電力によって充電された前記静電容量センサと前記検出側アンテナ部とからなる共振回路の共振波形を取得する取得側アンテナ部と、
前記検出側アンテナ部に起電力を与える駆動部と、
前記共振波形を増幅する信号増幅部と、
前記増幅された共振波形のうち所定数の波形を分周する分周部と、
前記分周して得られた波形の立ち上がりから立ち下がりまでの期間を電圧値に変換する変換部と、
前記変換部によって変換された電圧値に基づいて前記タイヤの内圧を算出する圧力算出部と、を備えており、
前記検出側アンテナ部と前記取得側アンテナ部との相対位置を調整可能な位置調整機構を備えており、
前記検出側アンテナ部は、前記検出側アンテナ部と前記取得側アンテナ部との相互インダクタンスに基づいて、前記取得側アンテナ部との相対位置を調整されるように構成されている、タイヤ内圧測定システム。
【請求項２】
前記検出器は、前記タイヤに固定されたタイヤ装着部材を介して前記タイヤに装着されており、
前記検出器は、前記タイヤ装着部材に対して相対移動可能に構成されており、
前記タイヤ装着部材と前記取得装置とのうち、少なくともいずれか一方には、前記タイヤ装着部材と前記取得装置との相対位置を規定するための位置決め部が形成されている、請求項１に記載のタイヤ内圧測定システム。
【請求項３】
前記タイヤ装着部材及び前記検出器のうちいずれか一方は、円柱状であり、
前記タイヤ装着部材及び前記検出器の他方は、前記タイヤ装着部材及び前記検出器の前記一方が挿入可能な空間を有する中空状であって、
前記位置調整機構は、前記タイヤ装着部材及び前記検出器の前記一方の外周面に形成された雄ねじ部と、前記タイヤ装着部材及び前記検出器の前記他方の内周面に形成され、かつ前記雄ねじ部と螺合する雌ねじ部と、を備え、かつ前記雄ねじ部と前記雌ねじ部との相対移動によって、前記検出側アンテナ部を構成するコイルの軸方向に沿って前記検出側アンテナ部を移動するように構成されている、請求項２に記載のタイヤ内圧測定システム。
【請求項４】
前記タイヤ装着部材及び前記検出器のうちいずれか一方は、円柱状であり、
前記タイヤ装着部材及び前記検出器の他方は、前記タイヤ装着部材及び前記検出器の前記一方が挿入可能な空間を有する中空状であって、
前記位置調整機構は、前記タイヤ装着部材及び前記検出器の前記一方の外周面に形成された突起部と、前記タイヤ装着部材及び前記検出器の前記他方の内周面に形成され、かつ前記突起部と噛み合う溝部と、を備え、
前記突起部及び前記溝部は、前記検出側アンテナ部を構成するコイルの軸方向に沿って複数隣接してそれぞれ形成されており、
前記位置調整機構は、前記突起部と前記溝部とが噛み合うことにより、前記コイルの軸方向に沿った前記検出側アンテナ部の移動を規制するように構成されている、請求項２に記載のタイヤ内圧測定システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−２５５６９９（Ｐ２０１２−２５５６９９Ａ）
【公開日】平成２４年１２月２７日（２０１２．１２．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１２８４８３（Ｐ２０１１−１２８４８３）
【出願日】平成２３年６月８日（２０１１．６．８）
【出願人】（０００００５２７８）株式会社ブリヂストン (11,469)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月２７日（２０１２．１２．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月８日（２０１１．６．８）
【出願人】（０００００５２７８）株式会社ブリヂストン (11,469)
【Ｆターム（参考）】
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