JP4677740B2 - タイヤ用ホイール及びタイヤ気室内温度検知装置 - Google Patents
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Description
本発明は、タイヤ気室内温度の検知に好適なタイヤ用ホイール及びタイヤ気室内温度検知装置に関し、更に詳しくは、ホイールのセンサー部に電源を必要とせず、センサー部を小型化しながら、タイヤ気室内温度を容易に測定することを可能にしたタイヤ用ホイール及びタイヤ気室内温度検知装置に関する。
タイヤ気室内の温度を計測する技術は多数提案されているが、その殆どがホイール又はタイヤに搭載されたセンサー部に電池等の電源を必要とするものであり、電池の寿命や装置の小型化に課題を持つものが多い。
例えば、ホイールのリムに貫通孔を設け、その貫通孔を通してタイヤ気室内に熱電対等の温度センサを挿入することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、このような装置では、熱電対の起電力が小さいため、タイヤ気室内温度を検知するためにホイールのセンサー部に電池等の電源を設ける必要がある。また、温度センサに繋がるケーブルを保護するためのケーブル保護管がタイヤ気室内に突出するため、装置の小型化が困難で、タイヤをリムに組み付ける際にケーブル保護管を破損する可能性もある。
特開２００３−２２７７６１号公報
本発明の目的は、ホイールのセンサー部に電源を必要とせず、センサー部を小型化しながら、タイヤ気室内温度を容易に測定することを可能にしたタイヤ用ホイール及びタイヤ気室内温度検知装置を提供することにある。
上記目的を達成するための本発明のタイヤ用ホイールは、タイヤ気室内温度と大気温度との差を電気エネルギーに変換する熱電素子を備えたタイヤ用ホイールであって、前記熱電素子としてペルチェ素子を用いると共に、リム部に設けた貫通孔内に断熱材を介して前記熱電素子を配置し、該熱電素子の表裏の感熱面にそれぞれ熱伝導板を積層し、これら熱伝導板を前記断熱材を介して前記リム部に固定したことを特徴とするものである。
また、上記目的を達成するための本発明のタイヤ気室内温度検知装置は、タイヤ気室内温度と大気温度との差を電気エネルギーに変換する熱電素子と、該熱電素子に生じた起電力の大きさを送信する送信機とをタイヤ用ホイールに設ける一方で、前記送信機からの電波を受信する受信機と、大気温度を測定する温度測定装置と、該温度測定装置で測定された大気温度及び前記熱電素子に生じた起電力の大きさに基づいてタイヤ気室内温度を演算する演算装置とを車両に搭載したタイヤ気室内温度検知装置であって、前記熱電素子としてペルチェ素子を用いると共に、前記タイヤ用ホイールのリム部に設けた貫通孔内に断熱材を介して前記熱電素子を配置し、該熱電素子の表裏の感熱面にそれぞれ熱伝導板を積層し、これら熱伝導板を前記断熱材を介して前記リム部に固定したことを特徴とするものである。
本発明では、タイヤ気室内温度を検出するために、タイヤ気室内温度と大気温度との差を電気エネルギーに変換する熱電素子を使用する。熱電素子としては、ペルチェ素子を用いる。ペルチェ素子は、２種類の導体（又は半導体）を電極間に接合して閉回路を形成したものである。ペルチェ素子の表裏の感熱面を互いに異なる温度に保つと、ゼーベック効果（熱電発電の原理）により、電極間の物質の性質によって決まる物性値（ゼーベック係数）に基づいて温度差に比例した起電力が発生する。従って、上記熱電素子に生じた起電力の大きさからタイヤ気室内温度と大気温度との差を求め、更には他の手段で測定された大気温度を参照することでタイヤ気室内温度を容易に求めることができる。
上述した熱電素子は、タイヤ気室内温度と大気温度とが伝わるようにリム部に埋設することができる。そのため、従来のように熱電対等の温度センサをタイヤ気室内に突出させる場合とは異なって、ホイールのセンサー部を小型化することができる。また、熱電素子の場合、ゼーベック係数が大きいものを用いたり、単位素子を直列に繋ぐことで大きな起電力を得ることができる。そのため、熱電素子の起電力を送信機の電源としても利用することができる。従って、ホイールのセンサー部に電池等の電源を設ける必要もない。
本発明において、熱電素子はリム部に設けた貫通孔内に断熱材を介して配置する。これにより、熱電素子がホイール自体の温度に影響されるのを回避することができる。一方、熱電素子の感熱面には銅板等の熱伝導板を積層する。また、熱伝導板に複数のフィンを形成することが好ましい。これにより、タイヤ気室内温度と大気温度との差を的確に検出することができる。
上記ホイールは熱電素子に生じた起電力の大きさを送信する送信機を備えることが好ましい。この送信機は、熱電素子に生じた起電力の大きさを常時送信する必要はなく、例えば、起電力が大きい時（タイヤ気室内温度と大気温度との差が大きい時）だけ送信を実行するように設定しても良い。また、送信機は、温度検知用の熱電素子で得られた起電力を利用して該起電力の大きさを送信することが可能であるが、温度検知用の熱電素子の他に、送信機駆動用の熱電素子を別途設けるようにしても良い。熱電素子はエアーバルブに対して動的バランスが吊り合う位置に配置することが好ましい。
以下、本発明の構成について添付の図面を参照しながら詳細に説明する。
図１はペルチェ素子の基本構成を示すものである。図１に示すように、例えば、低温側（ＴC ）の電極１と高温側（ＴH ）の２枚の電極２，２との間にそれぞれＰ型半導体素子３とＮ型半導体素子４を接合し、これら電極２，２をリード線５で互いに接続して閉回路を構成した場合、この閉回路にはゼーベック係数と温度差に応じて起電力が生じて電流Ｉが流れる。これがペルチェ素子の基本原理である。
ここで、ペルチェ素子に生じる起電力の電圧をＶとし、ゼーベック係数をαとし、低温側の温度をＴC とし、高温側の温度をＴH としたとき、Ｖ＝α（ＴH −ＴC ）の関係が成り立つ。例えば、Ｎ型半導体素子としてＢｉ2 Ｔｅ2.85Ｓｅ0.51を採用し、Ｐ型半導体素子としてＢｉ0.5 Ｓｂ1.5 Ｔｅ3 を採用した場合、２００μＶ／Ｋ程度のゼーベック係数を持つことになる。起電力を大きくするには、ゼーベック係数が大きい材料を選択するか、温度差を大きくするか、単位素子を直列に接続すれば良い。
図２はペルチェ素子の具体的な構成を示すものである。このペルチェ素子は、複数の単位素子を直列に接続しつつ２枚のセラミック基板６，６の間に配置したものである。つまり、低温側の電極１、Ｐ型半導体素子３、高温側の電極２、Ｎ型半導体素子４が順次接合され、その回路の両端部にリード線５が接続されている。このように単位素子を直列に接続した場合、より大きな起電力が得られる。
図３及び図４は本発明を説明するためのタイヤ用ホイールと空気入りタイヤの組立体を示し、図５は図３のＡ部を拡大して示すものである。図３及び図４において、１０はホイール、２０は空気入りタイヤである。ホイール１０は、空気入りタイヤ２０のビード部に嵌合するリム部１１と、該リム部１１と不図示の車軸とを連結するディスク部１２とを備えている。リム部１１にはエアーバルブ１３が設けられている。そして、ホイール１０のリム部１１と空気入りタイヤ２０との間にはタイヤ気室２１が形成されている。
図５に示すように、ホイール１０のリム部１１には貫通孔１４が形成され、該貫通孔１４にペルチェ素子（熱電素子）１５が嵌め込まれている。また、ペルチェ素子１５の近傍には送信機１６が配設されている。送信機１６はペルチェ素子１５に生じた起電力によって駆動し、その起電力の大きさ（電位差の情報）を無線送信するようになっている。
図４に示すように、ペルチェ素子１５及びこれに付随する送信機１６は、ホイール１０の中心軸を挟んでエアーバルブ１３と対向する位置に配置されている。これにより、ホイール１０の動的バランスを吊り合わせている。勿論、温度検知用のペルチェ素子と、送信機駆動用のペルチェ素子とを別個に設ける場合には、それら全ての配置を適正化することでホイール１０の動的バランスが吊り合わせれば良い。
上述のように構成されるタイヤ用ホイールにおいては、タイヤ気室内温度と大気温度との間に差が生じると、ペルチェ素子１５に起電力が発生し、その起電力の大きさが送信機１６から送信される。従って、ペルチェ素子１５に生じた起電力の大きさに基づいてタイヤ気室内温度と大気温度との差を求めることができる。また、他の手段で測定された大気温度を参照することでタイヤ気室内温度を容易に求めることができる。
ペルチェ素子１５は、タイヤ気室内温度と大気温度とが伝わるようにリム部１１に埋設されている。そのため、従来のように熱電対等の温度センサを用いる場合とは異なって、ケーブル保護管等を設置する必要がなく、ホイール１０のセンサー部を小型化することができる。また、ペルチェ素子１５によれば、大きな起電力を得ることが可能であるので、その起電力を送信機１６の電源としても利用することができる。従って、ホイール１０のセンサー部に電池等の電源を設ける必要もない。
図６及び図７はそれぞれ本発明の実施形態からなるタイヤ用ホイールの要部を示すものである。図６に示すように、ホイール１０のリム部１１には貫通孔１４が形成され、該貫通孔１４内には断熱材１７を介してペルチェ素子１５が配置されている。このペルチェ素子１５の表裏の感熱面にはそれぞれ熱伝導性に優れた材料からなる熱伝導板１８が積層されている。熱伝導板１８としては、例えば、銅板を用いることができる。また、ペルチェ素子１５の近傍であってリム部１１の外側には送信機１６が配設されている。送信機１６は不図示のリード線によりペルチェ素子１５に接続されていて、ペルチェ素子１５に生じた起電力によって駆動し、その起電力の大きさ（電位差の情報）を無線送信するようになっている。
このようにリム部１１の貫通孔１４内に断熱材１７を介してペルチェ素子１５を配置することにより、ペルチェ素子１５がホイール１０の温度に影響されるのを回避することができる。また、ペルチェ素子１５の感熱面に熱伝導板１８を積層することにより、タイヤ気室内温度と大気温度との差を的確に検出することができる。勿論、熱伝導板１８はリム部１１に貫通孔１４を設けたことに起因する強度低下を補う役割も果たす。更に、図７に示すように、熱伝導板１８に複数のフィン１９を形成した場合、タイヤ気室内温度と大気温度との差をより的確に検出することができる。
上述した各実施形態においては、ホイール１０のリム部１１に貫通孔１４を形成し、この貫通孔１４内にペルチェ素子１５等の部材を配置しているが、貫通孔１４と他の部材との隙間にはシール材を充填し、貫通孔１４を気密的に封止することが望ましい。
図８は本発明の実施形態からなるタイヤ気室内温度検知装置を示すものである。即ち、車両３１は空気入りタイヤ２０を組み付けた複数のタイヤ用ホイール１０を備えている。これらホイール１０は、タイヤ気室内温度と大気温度との差を電気エネルギーに変換するペルチェ素子１５と、ペルチェ素子１５に生じた起電力の大きさを送信する送信機１６とを備えている。
一方、車両３１には、送信機１６からの電波をアンテナ３２ａを介して受信する受信機３２と、大気温度を測定する温度測定装置３３と、該温度測定装置３３で測定された大気温度及び受信機３２で受信されたペルチェ素子１５の起電力の大きさに基づいてタイヤ気室内温度を演算する演算装置３４と、該演算装置３４の演算結果（タイヤ気室内温度）を表示する表示装置３５とが搭載されている。表示装置３５は各ホイール１０のタイヤ気室内温度を適宜表示するようになっている。
このように構成されるタイヤ気室内温度検知装置においては、タイヤ気室内温度と大気温度との差によってペルチェ素子１５に起電力が生じると、その起電力の大きさ（電位差の情報）が送信機１６から受信機３２に送信される。演算装置３４は、温度測定装置３３で測定された大気温度及び受信機３２で受信されたペルチェ素子１５の起電力の大きさに基づいてタイヤ気室内温度を演算し、これを表示装置３５に表示する。つまり、演算装置３４は、ペルチェ素子１５の起電力の大きさと該ペルチェ素子１５のゼーベック係数とからタイヤ気室内温度と大気温度との差を求め、その温度差と大気温度とからタイヤ気室内温度を演算するのである。このようにタイヤ気室内温度と大気温度との差を利用することで、タイヤ気室内温度を容易に測定することができる。
１０ ホイール
１１ リム部
１２ ディスク部
１３ エアーバルブ
１４ 貫通孔
１５ ペルチェ素子
１６ 送信機
１７ 断熱材
１８ 熱伝導板
１９ フィン
２０ 空気入りタイヤ
２１ タイヤ気室
３１ 車両
３２ 受信機
３３ 温度測定装置
３４ 演算装置
３５ 表示装置
１１ リム部
１２ ディスク部
１３ エアーバルブ
１４ 貫通孔
１５ ペルチェ素子
１６ 送信機
１７ 断熱材
１８ 熱伝導板
１９ フィン
２０ 空気入りタイヤ
２１ タイヤ気室
３１ 車両
３２ 受信機
３３ 温度測定装置
３４ 演算装置
３５ 表示装置
Claims (5)
- タイヤ気室内温度と大気温度との差を電気エネルギーに変換する熱電素子を備えたタイヤ用ホイールであって、前記熱電素子としてペルチェ素子を用いると共に、リム部に設けた貫通孔内に断熱材を介して前記熱電素子を配置し、該熱電素子の表裏の感熱面にそれぞれ熱伝導板を積層し、これら熱伝導板を前記断熱材を介して前記リム部に固定したタイヤ用ホイール。
- 前記熱伝導板に複数のフィンを形成した請求項１に記載のタイヤ用ホイール。
- 前記熱電素子に生じた起電力の大きさを送信する送信機を備えた請求項１〜２のいずれかに記載のタイヤ用ホイール。
- 前記熱電素子をエアーバルブに対して動的バランスが吊り合う位置に配置した請求項１〜３のいずれかに記載のタイヤ用ホイール。
- タイヤ気室内温度と大気温度との差を電気エネルギーに変換する熱電素子と、該熱電素子に生じた起電力の大きさを送信する送信機とをタイヤ用ホイールに設ける一方で、前記送信機からの電波を受信する受信機と、大気温度を測定する温度測定装置と、該温度測定装置で測定された大気温度及び前記熱電素子に生じた起電力の大きさに基づいてタイヤ気室内温度を演算する演算装置とを車両に搭載したタイヤ気室内温度検知装置であって、前記熱電素子としてペルチェ素子を用いると共に、前記タイヤ用ホイールのリム部に設けた貫通孔内に断熱材を介して前記熱電素子を配置し、該熱電素子の表裏の感熱面にそれぞれ熱伝導板を積層し、これら熱伝導板を前記断熱材を介して前記リム部に固定したタイヤ気室内温度検知装置。
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