タイヤ状態監視装置の送信機

【課題】送信性能に優れ且つ送信機の小型化を可能とするアンテナを備えたタイヤ状態監視装置の送信機を提供すること。
【解決手段】タイヤ状態監視装置の送信機３０は、タイヤの内部空気圧を検出する圧力センサ３２と、送信信号を生成する送信回路３３と、送信信号を電波として放射する送信アンテナ３４とを備えている。送信アンテナ３４は平面アンテナであり、電波を放射する平板状の放射導体９１を有している。送信アンテナ３４は、放射導体９１から放射される電波が円偏波とな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、タイヤ状態監視装置の送信機に関し、詳しくは送信機に設けられる送信アンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、車両に装着された複数のタイヤの状態を車室内で確認するために、無線方式のタイヤ状態監視装置が提案されている。そのタイヤ状態監視装置は、タイヤの内部に配置されるように車両ホイールにそれぞれ装着される複数の送信機と、車両の車体に設けられる受信機とを備えている。各送信機は、対応するタイヤの状態、即ち内部空気圧や内部温度等を検出し、検出されたタイヤ状態を示すデータを含む信号を、送信アンテナを通じて電波として放射する。受信機は、送信機から放射された電波を、受信アンテナを通じて受信して、タイヤ状態に関する情報を、車室内に設けられた表示器に必要に応じて表示させる。
【０００３】
前記送信機は、一般的に、電子回路を備えた回路基板と、その回路基板を収容するケーシングとを備えている。電子回路は、回路基板上に実装された圧力センサや信号処理素子等の複数の電子部品を含んでいる（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−１１２５０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
送信アンテナの送信性能を高めるためには、できる限り電波放射面の大きい大型の送信アンテナを使用するのが望ましい。しかし、上記従来技術に開示されたような送信機においては、電波放射面の比較的小さいワイヤ状アンテナが、送信アンテナとして回路基板の表面又は裏面に取り付けられるのが一般的である。このワイヤ状アンテナの電波放射面を大きくするためには、同アンテナを長くしたり、或いは同アンテナの径を大きくしたりする必要がある。これは、送信アンテナ自体の大型化を招くだけではなく、回路基板及びケーシングの大型化をも招く。そのため、送信機の小型化とアンテナの送信性能の向上とを両立させることは困難である。
【０００５】
本発明の目的は、送信性能に優れ且つ送信機の小型化を可能とするアンテナを備えたタイヤ状態監視装置の送信機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するために、本願発明は、車両のタイヤの状態を監視するためのタイヤ状態監視装置の送信機であって、タイヤの状態を検出するタイヤ状態センサと、検出されたタイヤの状態を示すデータを含む送信信号を生成する送信回路と、送信信号を電波として放射する送信アンテナとを備え、送信アンテナは、電波を放射する平板状の放射導体を有する平面アンテナである送信機を提供する。
【０００７】
好ましくは、前記送信アンテナは、前記放射導体から放射される電波が円偏波となるように構成される。
好適な例では、前記送信アンテナは、第１面及びその第１面とは反対側の第２面を有するアンテナ基板と、前記アンテナ基板の第１面上に設けられる前記放射導体と、前記アンテナ基板の第２面上に設けられる接地導体とを有する。
【０００８】
この場合、前記アンテナ基板は誘電体よりなることが好ましい。
前記送信機は、前記タイヤ状態センサ及び前記送信回路が実装される回路基板をさらに備えていてもよい。この場合、前記送信アンテナは回路基板に対して平行に配置されるのが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、送信性能に優れ且つ送信機の小型化を可能とするアンテナを備えた送信機を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下に、本発明を具体化した一実施形態について、図面を参照して説明する。
図１に示すように、タイヤ状態監視装置１は、車両１０の４つのタイヤ２０にそれぞれ設けられた４つの送信機３０と、車両１０の車体１１に設けられた１つの受信機４０とを備えている。
【００１１】
各送信機３０は、対応するタイヤ２０の内部に配置されるように、同タイヤ２０が装着されたホイール２１に固定されている。各送信機３０は、対応するタイヤ２０の状態、即ち対応するタイヤ２０の内部空気圧を計測して、その計測によって得られた空気圧データを含む信号を無線送信する。
【００１２】
前記受信機４０は、車体１１の所定箇所に設置され、例えば車両１０のバッテリ（図示略）からの電力によって動作する。受信機４０には、４つのタイヤ２０にそれぞれ対応する４つの受信アンテナ４１がケーブル４２を介して接続されている。各受信アンテナ４１は、対応するタイヤ２０の近傍の車体１１部分、例えば車両１０のホイールハウスに装着される。受信機４０は、各送信機３０から無線送信された信号を、対応する受信アンテナ４１を通じて受信する。
【００１３】
表示器５０は、車室内等、車両１０の運転者の視認範囲に配置される。この表示器５０は、ケーブル４３を介して受信機４０に接続されている。
図２に示すように、各送信機３０は、マイクロコンピュータ等よりなるコントローラ３１を備えている。コントローラ３１は、例えば、中央処理装置（ＣＰＵ）、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）及びランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）を備えている。コントローラ３１の内部メモリ、例えばＲＯＭには、予め固有のＩＤコードが登録されている。このＩＤコードは、車両１０に設けられる４つの送信機３０を識別するために利用される。
【００１４】
タイヤ状態センサとしての圧力センサ３２は、タイヤ２０の内部空気圧を検出し、検出によって得られた空気圧データをコントローラ３１に出力する。コントローラ３１は、入力された空気圧データと内部メモリに登録されているＩＤコードとを含むデータを、送信回路３３に出力する。送信回路３３は、コントローラ３１から受け取ったデータを符号化及び変調して送信信号を生成する。送信アンテナ３４は、前記送信信号を電波として放射する。送信機３０は電池３５を備えている。送信機３０は、その電池３５からの電力によって動作する。
【００１５】
図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、前記送信機３０は、開口を有するケーシング７０と、そのケーシング７０から延びるバルブステム６０とを備えている。ケーシング７０はタイヤ２０の内部に配置され、バルブステム６０はホイール２１を貫通してタイヤ２０の外側に延びる。バルブステム６０は内部空気通路（図示せず）を有し、その内部空気通路を通じて空気がタイヤ２０の内部に注入される。
【００１６】
前記ケーシング７０には、回路ユニット８０と、その回路ユニット８０に電力を供給する前記電池３５と、前記送信アンテナ３４とが収容されている。電池３５は一対の端子板３６，３７を介して回路ユニット８０に接続されている。回路ユニット８０は、回路基板８１と、その回路基板８１上に実装された複数の電子部品、即ちそれぞれチップとして構成された前記コントローラ３１、前記圧力センサ３２及び前記送信回路３３とを含む。
【００１７】
図３及び図４に示すように、前記送信アンテナ３４は、前記回路基板８１において、前記電子部品が実装された面とは反対側の面と所定間隔を隔てて対峙するように設けられている。送信アンテナ３４は、回路基板８１に対して平行に配置される。なお、回路基板８１から延びる支持脚等の支持部材によって、送信アンテナ３４を回路基板８１に対して固定的に支持するのが好ましい。すなわち、送信アンテナ３４を回路ユニット８０の一部として構成するのが好ましい。
【００１８】
前記送信アンテナ３４は平面アンテナ（パッチアンテナとも呼ばれる）であり、放射される電波が円偏波となるように構成されている。なお、送信アンテナ３４に合わせて、受信アンテナ４１は円偏波を受信可能なものが用いられる。この場合、受信アンテナ４１として、送信アンテナ３４とほぼ同様の構成を有するものを用いることができる。
【００１９】
送信アンテナ３４は、アンテナ基板９０、前記電波を放射する放射導体（放射電極）９１、及び接地導体（接地電極）９２を有している。アンテナ基板９０は四角板状をなし、回路基板８１とは反対側を向く第１面と、回路基板８１に対峙する第２面とを有している。放射導体９１は円形の平板状をなしており、アンテナ基板９０の第１面上に設けられている。接地導体９２は、アンテナ基板９０の第２面上に、同第２面の全体に亘って設けられている。
【００２０】
前記アンテナ基板９０は誘電体（高誘電体）、すなわち比較的誘電率の高い材料によって形成されている。誘電体は、電波の波長を短縮する性質を有している。誘電体の誘電率をεとした場合、誘電体中では電波の波長が１／√εだけ短くなる。よって、適切な誘電率を有する誘電体をアンテナ基板９０の材料として用いることにより、放射導体９１の小型化を図ることができる。
【００２１】
前記放射導体９１から円偏波の電波を放射させるべく、本実施形態では２点給電方式が採用されている。すなわち、図４及び図５に示すように、一対の給電端子（マイクロストリップライン）９１ａ，９１ｂが、前記放射導体９１の外周から径方向外側に向かって延びている。両給電端子９１ａ，９１ｂは互いに９０度の角度を隔てて配置されている。これらの給電端子９１ａ，９１ｂは前記送信回路３３に接続されている。送信回路３３は、両給電端子９１ａ，９１ｂを介して放射導体９１に給電を行って、すなわち両給電端子９１ａ，９１ｂを介して放射導体９１に送信信号を供給して、放射導体９１から電波を放射させる。前述のように、この放射電波は円偏波である。円偏波は、互いに９０度位相のずれた垂直偏波と水平偏波とを合成したものであり、電波の進行とともに偏波面が回転する。このような円偏波を発生させるために、前記送信回路３３は、両給電端子９１ａ，９１ｂにそれぞれ供給される送信信号間の位相を調整する位相調整回路（図示せず）を備えている。
【００２２】
特に図示しないが、前記接地導体９２は、前記回路基板８１に設けられる接地導体、或いは前記回路ユニット８０に対する給電線の接地側に接続されている。
図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、前記ケーシング７０内にはポッティング材７２が充填され、ケーシング７０内の電池３５、回路ユニット８０及び送信アンテナ３４は、圧力検知面である圧力センサ３２の上面を除いて、このポッティング材７２によって覆われる。ケーシング７０の開口は蓋７３によって塞がれる。蓋７３には、或いは蓋７３とケーシング７０との間には、タイヤ２０の内部空気を圧力センサ３２の圧力検知面に導くための通気口（図示せず）が設けられる。なお、図３（ａ）では、蓋７３が取り外されるとともに、ポッティング材７２が省略されている。
【００２３】
ポッティング材７２を使用せず、代わりにケーシング７０内の部品の表面を、防湿性に優れたコーティング材で被覆するようにしてもよい。
特に図示はしないが、送信機３０がホイール２１に対して取り付けられた状態においては、前記電子部品３１，３２，３３が実装された回路基板８１の面が、ホイール２１の外周面と対向する。前記送信アンテナ３４は、回路ユニット８０よりもホイール２１の径方向外側に位置する。送信アンテナ３４の放射導体９１、具体的には放射導体９１の電波放射面は、ホイール２１の径方向外側を向いている。誘電体よりなる前記アンテナ基板９０は、ホイール２１と放射導体９１との間に位置する。
【００２４】
以上詳述した本実施形態は、下記の利点を有する。
（１）前記送信アンテナ３４は平面アンテナであり、電波放射面の比較的大きい平板状の放射導体９１を有する。平面アンテナは、従来技術として言及したワイヤ状アンテナと比較して、サイズの割に大きな電波放射面を確保することを可能にする。よって、送信アンテナ３４の送信性能を向上させつつ、送信機３０の小型化を図ることが可能となる。
【００２５】
（２）前記送信アンテナ３４は前記回路基板８１に対して平行に配置される。送信アンテナ３４及び回路基板８１の何れも、比較的厚みの小さい平板状をなしている。そのような平板状部材（３４，８１）が互いに平行に配置されているので、送信アンテナ３４及び回路基板８１のための配置スペースを極力小さくすることができる。これは、ケーシング７０、すなわち送信機３０の小型化を可能にする。
【００２６】
（３）前記送信アンテナ３４は、放射導体９１から放射される電波が円偏波となるように構成されている。円偏波は、互いに９０度位相のずれた垂直偏波と水平偏波とを合成したものであり、電波の進行とともに偏波面が回転する。このような円偏波を発生する送信アンテナ３４を、タイヤ状態監視装置における送信機３０に適用することは、極めて有利である。
【００２７】
すなわち、受信アンテナ４１は車体１１の所定箇所に固定されるのに対し、車両ホイール２１に装着された送信機３０の送信アンテナ３４は同ホイール２１と共に回転する。よって、受信アンテナ４１に対する送信アンテナ３４の姿勢（向き）は、ホイール２１の回転に伴い変化する。
【００２８】
従来技術として言及したワイヤ状アンテナは、放射される電波が直線偏波（水平偏波又は垂直偏波）となるアンテナ、すなわち直線偏波アンテナであり、電波の偏波面の向きは常に一定である。このような直線偏波アンテナを送信アンテナとして使用した場合には、ホイールの回転に伴う送信アンテナの姿勢変化に応じて、受信アンテナで受信される電波の偏波面の向きが変化してしまう。その結果、常にホイールの特定の回転角度位置において、受信アンテナで受信される電波の強度が極端に低下し、確実な受信が行い得ない。
【００２９】
これに対し、本実施形態の送信アンテナ３４は円偏波を放射する円偏波アンテナであり、放射される電波の偏波面の向きが常に変化するように、同偏波面が回転する。そのため、ホイール２１がある回転角度位置に回転したときに、送信側と受信側との間での偏波面のずれに起因して受信電波の強度が低下するといった事態が生じても、ホイール２１が次にその回転角度位置に回転したときには、受信アンテナ４１で受信される電波の偏波面の向きが変化している。よって、ホイール２１の特定の回転角度位置において受信電波の強度が低下することが回避される。つまり、ホイール２１がある回転角度位置に回転したときに受信電波の強度が不十分となる事態が生じても、ホイール２１が次にその回転角度位置に回転したときには受信電波の強度が十分となる可能性が高く、よって確実に受信を行うことのできる確率が高まる。従って、ホイール２１の回転に伴う送信アンテナ３４の姿勢変化に関係なく、安定した受信を行い得る。
【００３０】
（４）波長短縮効果を奏する誘電体をアンテナ基板９０の材料として用いることにより、放射導体９１、ひいては送信アンテナ３４の小型化を図ることができる。よって、送信機３０のさらなる小型化が可能となる。
【００３１】
（５）誘電体は、前述のように波長短縮効果を奏すると共に、電波を反射したり屈折させたりする性質をも有する。本実施形態では、このような誘電体を材料とするアンテナ基板９０が、金属材料よりなるホイール２１と放射導体９１との間に配置されている。これは、放射導体９１からホイール２１に到達する電波の成分を減少させて、放射導体９１からホイール２１の反対側（径方向外側）に向かう電波の成分を増大させることを可能とする。すなわち、アンテナ基板９０の誘電率、形状、或いは大きさ等を適切に設定することにより、放射導体９１から放射される電波に対する金属製ホイール２１の影響を極力排除することが可能となる。
【００３２】
なお、前記実施形態は、次のように変更して具体化することも可能である。
図６に示すように、放射導体９１を方形としてもよい。この図６の変更例においても、図５の実施形態と同様、２点給電方式が採用されている。
【００３３】
図７〜図９に示すように、円偏波を発生させる給電方式として、１点給電方式を採用してもよい。図７の変更例では、１つの給電端子（マイクロストリップライン）９１ｃを有する方形の放射導体９１が用いられ、その放射導体９１の対角の部分に切欠部９１ｄが形成されている。
【００３４】
図８の変更例では、円形の放射導体９１が用いられ、その放射導体９１の外周部には、一対の切欠部９１ｅが１８０度の角度を隔てて形成されている。
図９の変更例では、図８と同じく円形の放射導体９１が用いられ、その放射導体９１の外周には、径方向外側に向かって延びる一対の突状部９１ｆが１８０度の角度を隔てて形成されている。
【００３５】
１点給電方式を採用した場合には、送信回路３３に位相調整回路を設ける必要がなくなり、よって回路構成が簡単になる。
図示された例は何れも、アンテナ基板９０上に形成された導体パターンであるマイクロストリップラインを通じて、放射導体９１に給電が行われる。しかし、これに限らず、アンテナ基板９０を貫通する給電ラインを通じて、放射導体９１に給電が行われてもよい。
【００３６】
複数の受信アンテナ４１をタイヤ２０にそれぞれ対応して設ける必要はなく、少なくとも１つの受信アンテナ４１を設ければよい。
タイヤ状態センサとして、圧力センサ３２に加えて或いは代えて、タイヤ２０の内部温度を検出する温度センサを設けてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の一実施形態におけるタイヤ状態監視装置を示す概略図。
【図２】図１のタイヤ状態監視装置における送信機を示すブロック図。
【図３】（ａ）は図２の送信機の機械的構造を示す正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図。
【図４】送信アンテナ及び回路ユニットを示す斜視図。
【図５】送信アンテナを示す平面図。
【図６】変更例における送信アンテナを示す平面図。
【図７】変更例における送信アンテナを示す平面図。
【図８】変更例における送信アンテナを示す平面図。
【図９】変更例における送信アンテナを示す平面図。
【符号の説明】
【００３８】
１…タイヤ状態監視装置、１０…車両、２０…タイヤ、３０…送信機、３２…タイヤ状態センサとしての圧力センサ、３３…送信回路、３４…送信アンテナ、８１…回路基板、９０…アンテナ基板、９１…放射導体、９２…接地導体。

【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両のタイヤの状態を監視するためのタイヤ状態監視装置の送信機であって、
前記タイヤの状態を検出するタイヤ状態センサと、
検出されたタイヤの状態を示すデータを含む送信信号を生成する送信回路と、
前記送信信号を電波として放射する送信アンテナと
を備え、前記送信アンテナは、前記電波を放射する平板状の放射導体を有する平面アンテナであることを特徴とする送信機。
【請求項２】
前記送信アンテナは、前記放射導体から放射される電波が円偏波となるように構成されることを特徴とする請求項１に記載の送信機。
【請求項３】
前記送信アンテナは、
第１面及びその第１面とは反対側の第２面を有するアンテナ基板と、
前記アンテナ基板の第１面上に設けられる前記放射導体と、
前記アンテナ基板の第２面上に設けられる接地導体と
を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の送信機。
【請求項４】
前記アンテナ基板は誘電体よりなることを特徴とする請求項３に記載の送信機。
【請求項５】
前記タイヤ状態センサ及び前記送信回路が実装される回路基板をさらに備え、前記送信アンテナは前記回路基板に対して平行に配置されることを特徴とする請求項３又は４に記載の送信機。

【図１】