JP2012051499A - タイヤセンサ及びタイヤ状態監視装置 - Google Patents

Abstract

【課題】部材点数が増えることを抑えつつ、タイヤの回転を検出して、この検出されたタイヤの回転に応じてタイヤ状態の無線送信頻度を変更することのできるタイヤセンサ、及び当該タイヤセンサを用いるタイヤ状態監視装置を提供すること。
【解決手段】タイヤセンサとしてのセンサユニット３は、車両のホイールに装着されたタイヤの状態を計測するセンサユニットコントローラ１３と、センサユニットコントローラ１３が計測したタイヤの状態を示すデータを無線送信する送信回路１４とを備える。センサユニット３は、センサユニットコントローラ１３と送信回路１４のいずれか一方が、大地及びホイールから電気的に絶縁された導体を有し、大地と導体との距離の変化に応じて変化する導体の電気的状態に基づいてタイヤセンサの装着されているホイールの回転を検出し、検出されたホイールの回転に基づいて前記無線送信の頻度を変化させる。
【選択図】図３

Description

本発明は、タイヤ状態を計測するために車両用ホイールに装着されるタイヤセンサ及び、当該タイヤセンサを用いるタイヤ状態監視装置に関する。

従来より、車両に装着された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用いられている。このような無線方式のタイヤ状態監視装置は、各タイヤのホイールに装着された送信機を有するタイヤセンサと、車両の車体に搭載される受信機とから構成されている。上記タイヤセンサは、それに対応するタイヤの空気圧やタイヤの温度等の値を計測して、計測値を示すデータを送信機から無線送信する。一方、受信機は、送信機からのデータをアンテナで受信して、各タイヤの状態を、例えば車両の運転席に設けられた表示器に表示する。

ところで、上述したタイヤの状態は、通常、運転者が車両を運転している車両の走行時には把握する必要があるが、運転者が車両に搭乗していない車両の停止時には把握する必要がない。そのため、上述した監視装置の送信機は、タイヤの状態を示すデータを、車両の走行時に定期的に送信する一方、車両の停止中には送信しないようにしている。

例えば、特許文献１に記載のタイヤ状態監視装置は、車輪（タイヤ）のホイールに設けられたタイヤセンサと、タイヤに設けられた接地状態検出部とを備える。接地状態検出部は、大地からの接地力が所定の部位に作用しているか否かに基づきタイヤが回転しているか否かを検出する。タイヤセンサは、接地状態検出部により接地力が検出されたとき、タイヤの状態を示すデータを送信機から送信する。これにより、タイヤが回転していないときには、タイヤ状態を示すデータを送信機から送信しないようにしている。

また、他のタイヤ状態監視装置としては、図８に示されるように、タイヤのホイールに設けられたタイヤセンサ５０が加速度センサ５１によりタイヤの回転を検出するものもある。このタイヤセンサ５０は、一次電池１６が供給する電力により駆動されるようになっている。そして、センサユニットコントローラ１３は、圧力センサ１１や温度センサ１２により計測された計測値を示すデータを、加速度センサ５１により検出されたタイヤの回転に基づいて所定の頻度で送信回路１４から送信する。これにより、タイヤの回転状態に応じてデータの送信頻度を調整するようにしている。

特開２００５−１８６７４９号公報

上述したそれぞれのタイヤ状態監視装置における送信機によれば、データを送信する頻度をタイヤの回転に応じて変更することが可能である。そのため、タイヤが回転していないときには、データを送信機から送信しないようにすることが可能になる。

しかしながら、特許文献１に記載の装置では、送信機とは別部材である接地状態検出部が新たな構成部材として加わるため、タイヤ状態監視装置を構成する部材の点数が自ずと増える。それゆえに、同接地状態検出部をタイヤへ設置するという手間も別途必要になる。また、図８に示される他の装置でも同様に、加速度センサの分だけ、部材点数が増える
ことになる。そのうえ、同加速度センサが比較的衝撃に弱いセンサであるため、計測結果の精度が低いことや完成品において同加速度センサの動作試験に手間が掛かる。

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、部材点数が増えることを抑えつつ、タイヤの回転を検出して、この検出されたタイヤの回転に応じてタイヤ状態の無線送信頻度を変更することのできるタイヤセンサ、及び当該タイヤセンサを用いるタイヤ状態監視装置を提供する。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、車両のホイールに装着されたタイヤの状態を計測する計測部と、前記計測部が計測したタイヤの状態を示すデータを無線送信する送信部とを備え、該ホイールに装着されるタイヤセンサであって、前記計測部と前記送信部のいずれか一方が、大地及び前記ホイールから電気的に絶縁された導体を有し、前記大地と前記導体との距離の変化に応じて変化する前記導体の電気的状態に基づいて該タイヤセンサの装着されているホイールの回転を検出し、前記検出されたホイールの回転に基づいて前記無線送信の頻度を変化させる制御部を備えることを要旨とする。

このような構成によれば、計測部と送信部のいずれか一方が、大地及びホイールから電気的に絶縁された導体を備え、該導体の電気的状態に基づいてホイールの回転が検出される。そのため、ホイールの回転を検出するため専用のセンサを設けなくともホイールの回転が検出されるようになる。これにより無線送信の頻度を変化させる場合であれ、タイヤセンサにはホイールの回転を検出するためのセンサが不要とされ、タイヤセンサを構成する部品の増加や設置の手間などが抑えられるとともに、信頼性が維持されるようにもなる。

また、タイヤセンサに予め設けられている導体を用いてホイールの回転を検出するため、タイヤセンサはその構造が従来と同様に維持され、ことさら複雑になるようなこともない。すなわち、タイヤセンサにおけるホイールの回転検出のための構成を簡易なものとすることができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のタイヤセンサにおいて、前記導体は、前記送信部が有する無線送信用のアンテナであることを要旨とする。
このような構成によれば、アンテナに生じる電気的状態の変化に基づいてホイールの回転が検出されるため、ホイールの回転検出に専用のセンサが不要である。これにより、タイヤセンサは、部品の増加や設置の手間の増加が抑制されるとともに、信頼性が維持されるようにもなる。

また、タイヤセンサにおいて比較的大きな導体であるアンテナを用いることで、電気的状態の変化をより的確に検出することができるようにもなる。
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載のタイヤセンサにおいて、前記タイヤセンサには、前記ホイールに電気的に絶縁されたバルブステムを有するタイヤバルブが接続されており、前記導体は、前記計測部に電気的に結合された前記バルブステムであることを要旨とする。

このような構成によれば、計測部を構成するバルブステムに生じる電気的状態の変化に基づいてホイールの回転が検出されるため、ホイールの回転検出に専用のセンサが不要である。これにより、タイヤセンサは、部品の増加や設置の手間の増加が抑制されるとともに、信頼性が維持されるようにもなる。

また、タイヤセンサに接続される比較的大きな導体であるバルブステムを用いることで
、電気的状態の変化をより的確に検出することができるようにもなる。なお一般的に、バルブステムはホイールとの間に絶縁体（ゴム）を有していることからホイールとの絶縁についても好適維持される。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載のタイヤセンサにおいて、前記電気的状態の変化は、前記導体に生じる静電容量の変化であることを要旨とする。
このような構成によれば、静電容量の変化が導体と大地との間の距離の変化に基づいて生じるため、静電容量が変化することにより導体と大地との間の距離が変化していること、すなわちホイールが回転していることが検出される。これにより、タイヤセンサを簡易な構成とすることができるようになる。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載のタイヤセンサにおいて、前記電気的状態の変化は、前記導体に生じる誘導電圧の変化であることを要旨とする。
このような構成によれば、誘導電圧の変化が導体と大地との間の距離の変化に基づいて生じるため、誘導電圧が変化することにより導体と大地との間の距離が変化していること、すなわちホイールが回転していることが検出される。これにより、タイヤセンサを簡易な構成とすることができるようになる。

請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載のタイヤセンサにおいて、前記制御部は、前記ホイールの回転が検出されないとき、前記無線送信の頻度を減少させるものであることを要旨とする。

このような構成によれば、ホイールの回転が検出されないとき送信部からの無線送信の頻度が減少するので、タイヤセンサの電力消費量が減少する。これにより、タイヤセンサに設けられている電源の寿命を延ばすことができるようになる。

請求項７に記載の発明は、請求項１〜６のいずれか一項に記載のタイヤセンサにおいて、前記制御部は、前記ホイールの回転が検出されたとき、前記無線送信の頻度を増加させるものであることを要旨とする。

このような構成によれば、ホイールの回転が検出されるとき送信部からの無線送信の頻度が増加するので、タイヤセンサが計測したタイヤ状態をより高い頻度や精度で、例えば監視装置等に提供することができるようになる。

上記課題を解決するため、請求項８に記載の発明は、車両のタイヤに設けられるとともに該タイヤの状態を取得して同取得されたタイヤ状態を示すデータを無線送信するタイヤセンサと、前記車両の車体に設けられるとともに前記タイヤセンサの送信した前記データを受信する受信装置とを備えるタイヤ状態監視装置であって、前記タイヤセンサは、請求項１〜７のいずれか一項に記載のタイヤセンサからなるものであることを要旨とする。

このような構成によれば、ホイールの回転に応じてタイヤの状態を示すデータを送信することができるようになるので、タイヤの状態監視精度をホイールの回転状態に応じた適切なものに維持することができるようになる。すなわち、例えば不要な無線通信を抑制するようにすることも可能になる。これにより、タイヤセンサとしては、不要な無線通信を抑制して電源の寿命を延ばすようにすることができるようになるとともに、このタイヤセンサを用いるタイヤ状態監視装置としても、タイヤ状態を好適に監視できる期間が延びるためにその利便性が向上するようになる。

従って、上記記載の発明によれば、部材点数が増えることを抑えつつ、タイヤの回転を
検出して、この検出されたタイヤの回転に応じてタイヤ状態の無線送信頻度を変更することのできるタイヤセンサ、及び当該タイヤセンサを用いるタイヤ状態監視装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係るタイヤ状態監視装置が搭載された車両を示す概略構成図。 同実施形態のタイヤ状態監視装置に用いるセンサユニットが設けられたホイール及びタイヤの断面図。 同実施形態のセンサユニットの回路構成を示すブロック図。 同実施形態のセンサユニットコントローラの概略構成を示すブロック図。 同実施形態のセンサユニットのアンテナと大地との間の静電容量について説明する模式図であって、（ａ）はタイヤの角度が０度のときを示す模式図、（ｂ）はタイヤの角度が９０度のときを示す模式図、（ｃ）はタイヤの角度が１８０度のときを示す模式図。 同実施形態のセンサユニットのアンテナと大地との間の誘導電圧を説明する模式図であって、（ａ）はタイヤの角度が０度のときを示す模式図、（ｂ）はタイヤの角度が９０度のときを示す模式図、（ｃ）はタイヤの角度が１８０度のときを示す模式図。 本発明の他の実施形態に係るタイヤ状態監視装置の回路構成を示すブロック図。 従来のタイヤ状態監視装置の回路構成を示すブロック図。

以下、本発明を具体化した一実施形態について、図に従って説明する。
図１には、タイヤ状態監視装置を搭載した車両１が示されている。タイヤ状態監視装置は、車両１の４つのホイール５にそれぞれ取り付けられる４つのタイヤセンサとしてのセンサユニット３と、車両１の車体に設置される受信装置としての受信機ユニット４とを備えている。センサユニット３及び受信機ユニット４はタイヤ状態監視装置としてのタイヤ空気圧監視装置を構成している。

図１及び図２に示すように、各センサユニット３は、タイヤ６の内部空間に配置されるように、そのタイヤ６が装着されたホイール５に対して固定されている。各センサユニット３は、対応するタイヤ６の状態（内部空気圧及び内部温度等）を検出して、検出されたタイヤ状態を示すデータを含む信号、すなわちタイヤ状態データ信号を無線送信する。

図２に示すように、センサユニット３には、ホイール５を貫通するタイヤバルブ３ａが一体に設けられている。タイヤバルブ３ａは、タイヤ６の内部空間としてのホイール５の内側から同ホイール５を貫通して外側に延びる筒状弾性部材３ｃと、同筒状弾性部材３ｃの筒内を貫通するバルブステム３ｂとを有している。筒状弾性部材３ｃは、電気的な絶縁性を有するゴム部材や樹脂部材などからなる絶縁体である。バルブステム３ｂは、導電性を有する金属部材から構成され、ホイール５の内側の端部がセンサユニット３に接続される一方、ホイール５の外側にはホイール５の内側の端部とは異なる外側の端部が筒状弾性部材３ｃから突出されるとともに、同外側の端部にはバルブキャップ３ｄが取り付けられている。これにより、タイヤバルブ３ａは、筒状弾性部材３ｃがホイール５に貫通されることにより同ホイール５に嵌合されることで該ホイール５との間に高い気密性を維持しつつ取り付けられる。

図３に示すように、各センサユニット３は、計測部を構成する圧力センサ１１、計測部を構成する温度センサ１２、計測部及び制御部を構成するセンサユニットコントローラ１３、送信部を構成する送信回路１４、及び送信部を構成するとともに導体としてのアンテ
ナ１７を備えている。各センサユニット３は、そのセンサユニット３に内蔵された電源である一次電池１６から供給される電力によって動作する。アンテナ１７は、大地Ｅ及びホイール５から電気的に絶縁されている。

圧力センサ１１は、対応するタイヤ６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に応じた電気信号Ｓｐをセンサユニットコントローラ１３に出力する。また温度センサ１２は、対応するタイヤ６の内部温度を計測して、その計測によって得られた温度に応じた電気信号Ｓｔをセンサユニットコントローラ１３に出力する。なお本実施形態では、センサユニットコントローラ１３にはアンテナ１７が接続されているため、アンテナ１７の電気的状態として静電容量、又は電圧などに応じた電気信号Ｓａがセンサユニットコントローラ１３に入力される。

センサユニットコントローラ１３は、ＣＰＵ、ＲＡＭ及びＲＯＭを含むマイクロコンピュータ等から構成されて、ＲＯＭには固有の識別情報であるＩＤコード（識別コード）が登録されている。このＩＤコードは、センサユニット３を車体に設置される受信機ユニット４において識別するために使用される情報である。

センサユニットコントローラ１３には、送信回路１４が接続されている。センサユニットコントローラ１３は、空気圧データ、温度データ及びＩＤコードを含むタイヤ状態データ信号を生成して、同タイヤ状態データ信号を送信回路１４に出力する。送信回路１４には、アンテナ１７への接続・非接続を切り換える切り換え回路１４Ａが設けられている。切り換え回路１４Ａは、無線送信時には「接続」に切り換えられてアンテナ１７を送信回路１４に接続させる一方、送信時以外には「非接続」に切り換えられてアンテナ１７をセンサユニットコントローラ１３に対して高インピーダンスに維持させる。送信回路１４は、センサユニットコントローラ１３からのタイヤ状態データ信号を所定の搬送周波数を有するＲＦ信号（高周波信号）に変調するとともに、切り換え回路１４Ａを「接続」に切り換えて、同ＲＦ信号をアンテナ１７から無線送信させる。

図４に示すように、センサユニットコントローラ１３には、センサインターフェース２０、回転検出部２１、及び送信コントローラ２２が設けられている。センサインターフェース２０は、各種センサや測定対象から入力される電圧や静電容量などからなる各種の電気信号を、必要に応じて、センサユニットコントローラ１３にて処理することに適したデータに変換するものである。センサインターフェース２０には、入力される各種の電気信号からデータ変換処理をする電気信号を選択する切換器２０Ａが設けられているため、センサインターフェース２０では、切換器２０Ａにより選択された電気信号がデータ変換処理される。切換器２０Ａは、センサユニットコントローラ１３からの信号に基づいて接続先のセンサを切り換えるようになっている。このことからセンサユニットコントローラ１３は、切換器２０Ａの接続先のセンサを切換選択することにより、必要とされるセンサの電気信号がセンサインターフェース２０に入力されるようにしている。なお、センサユニットコントローラ１３は、予め設定された条件、例えば一定周期や一定間隔、ホイール５の回転の有無などに関する条件に基づいて接続するセンサを切り換えるようにしている。また、センサインターフェース２０は、そこに接続される各種センサや測定対象に対する電気的影響を小さくしたり、効率的にセンサからの電気信号を受け取ることができる。

センサインターフェース２０は、圧力センサ１１からの空気圧に応じた電気信号Ｓｐが切換器２０Ａにより選択されると同電気信号Ｓｐを受け取るため、必要に応じて、この受け取った電気信号Ｓｐに基づく空気圧データを生成する。また、センサインターフェース２０は、温度センサ１２からの温度に応じた電気信号Ｓｔが切換器２０Ａにより選択されると同電気信号Ｓｔを受け取るため、必要に応じて、この受け取った電気信号Ｓｔに基づく温度データを生成する。さらに、センサインターフェース２０は、アンテナ１７からの
静電容量などに応じた電気信号Ｓａが切換器２０Ａにより選択されると同電気信号Ｓａを受け取るため、必要に応じて、この受け取った電気信号Ｓａに基づく静電容量を測定して静電容量データを生成する。または例えば、センサインターフェース２０は、アンテナ１７から受け取った電気信号Ｓａに基づく電圧を測定して誘導電圧データを生成してもよい。なお、切換器２０Ａはアンテナ１７からの電気信号Ｓａを必要時に選択するが、センサインターフェース２０は、無線送信時にはアンテナ１７には送信電力が供給されていることから、同アンテナ１７から入力される電気信号Ｓａを静電容量データに変換しないようにしている。センサインターフェース２０により生成されたデータのうち、空気圧データと温度データは送信コントローラ２２に入力され、静電容量データは回転検出部２１に入力される。

ところで、アンテナ１７の静電容量は、センサユニットコントローラ１３やアンテナ１７のホイール５に対する設置状態に応じて規定され、またホイール５の動きに応じた所定の変化を示す。そこで本実施形態では、ホイール５の回転を判別可能な変化が静電容量データに生じるように、センサユニットコントローラ１３やアンテナ１７がホイール５に設置されている。

なお、センサユニットコントローラ１３やアンテナ１７のホイール５への設置状態のうち、本実施形態において好適な静電容量データを取得することのできる設置状態は、予め実施した実験やシミュレーション、実車両への搭載などにより定めるようにしている。

回転検出部２１は、静電容量データに基づいてタイヤ６（ホイール５）の回転を検出する処理を行うものであるため、センサインターフェース２０から入力される静電容量データに基づいてタイヤ６（ホイール５）の回転を検出する。回転検出部２１では、センサユニットコントローラ１３のＲＯＭ等に記憶された回転検出プログラムが同センサユニットコントローラ１３のＣＰＵにより実行されることによってタイヤ６の回転検出処理が行われる。回転検出処理では、静電容量データに生じる変化などを、予め設定された回転検出条件と比べることなどに基づいてタイヤ６が回転しているか否かが検出される。なお、タイヤ６が回転している場合、回転検出部２１は、さらにその回転速度を検出するようにしてもよい。そして、回転検出部２１による回転検出処理の結果として得られるタイヤ６が回転しているか否かの情報は送信コントローラ２２に入力される。

なお、本実施形態における回転検出条件は、以下のようにして設定されている。すなわち、ホイール５に搭載されるセンサユニットコントローラ１３やアンテナ１７について、予めの実験やシミュレーション、実車両における静電容量の測定に基づいて回転検出条件設定用の静電容量データとしての比較データが生成される。そして、ホイール５の回転を検出するために必要な特徴的な値や変化などの各種条件が同比較データから抽出されるとともに、この抽出された条件が回転検出条件として設定される。このような回転検出条件は、ホイール５の回転が検出できるのであれば、１つもしくは複数の閾値であったり、マップデータであったり、演算式などであってよい。

送信コントローラ２２は、送信回路１４に出力する空気圧データ、温度データ、及びＩＤコードを含むタイヤ状態データ信号を生成するとともに、送信回路１４によるタイヤ状態データ信号の無線送信の頻度を調整（制御）する。センサインターフェース２０には、空気圧データと温度データとが入力される一方、回転検出部２１から回転検出処理の結果が入力される。これにより、送信コントローラ２２は、空気圧データや温度データを含むタイヤ状態データ信号を生成するとともに、回転検出処理の結果に基づいて送信回路１４に無線送信をさせるようにする。例えば、回転検出処理によりタイヤ６が回転していないという結果が得られた場合、送信コントローラ２２は、送信回路１４にタイヤ状態データ信号を無線送信させないようにすることで無線送信の頻度を低くする。一方、回転検出処
理によりタイヤ６が回転しているという結果が得られた場合、送信コントローラ２２は、送信回路１４にタイヤ状態データ信号を無線送信させるようにすることで無線送信の頻度を高くする。この場合、タイヤ状態データ信号は、所定時間間隔、例えば１分間隔毎に定期的に送信される。これにより、タイヤ６が回転していないためタイヤ状態の監視が不要な場合、送信コントローラ２２は、電力消費量の多い無線送信を抑制して一次電池１６の消費を抑え、同一次電池１６の寿命の延長を図るようにする。一方、タイヤ６が回転しているためタイヤ状態の監視が必要な場合、送信コントローラ２２は、タイヤ状態データ信号を適切に無線送信するようにして、タイヤ状態監視装置としてタイヤ状態の監視が好適に行われるようにしている。

図１に示すように、受信機ユニット４は、車体の所定箇所に設置され、例えば車両１のバッテリ（図示せず）からの電力によって動作する。受信機ユニット４は、少なくとも１つのアンテナ３２、受信機ユニットコントローラ３３、受信回路３５、警報器３７、及び表示器３８を備えている。受信機ユニットコントローラ３３はＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭを含むマイクロコンピュータ等よりなる。

受信回路３５は、各センサユニット３からアンテナ３２を通じて受信された信号（タイヤ状態データ信号）を復調して、受信機ユニットコントローラ３３に送る。受信機ユニットコントローラ３３は、受信回路３５からのタイヤ状態データ信号に基づき、発信元のセンサユニット３に対応するタイヤ６の内部空気圧及び内部温度を把握する。

受信機ユニットコントローラ３３はまた、タイヤ６の内部空気圧及び内部温度に関する情報等を表示器３８に表示させる。表示器３８は、車室内等、車両１の搭乗者の視認範囲に配置される。受信機ユニットコントローラ３３はさらに、タイヤ６の内部空気圧及び内部温度の異常を警報器（報知器）３７にて報知させる。警報器３７としては、例えば、異常を音によって報知する装置や、異常を光によって報知する装置が適用される。なお、内部空気圧及び内部温度の異常を、報知器としての表示器３８に表示させてもよい。

次に、本実施形態のセンサユニット３にて行われるタイヤ６（ホイール５）の回転検出処理を実施例に基づいてより具体的に説明する。実施例１では、アンテナ１７から計測される静電容量に基づいてホイール５の回転を検出する場合について説明する。また、実施例２では、アンテナ１７から、静電容量ではなく、電圧を計測するようにした例について、同アンテナ１７から計測される電圧に基づいてホイール５の回転を検出する場合について説明する。

（実施例１）
図３に示すように、センサユニット３とアンテナ１７は、大地Ｅに対して接地されていないため、いわゆる大地Ｅに対して電気的に浮いている。このためセンサユニット３は、同センサユニット３が取り付けられているホイール５との間に静電容量Ｃｏを有する。アンテナ１７は、無線送信していないとき、センサユニットコントローラ１３（センサインターフェース２０及び送信コントロータ２２）に対して高インピーダンスに維持されているため、センサユニットコントローラ１３の有する静電容量Ｃｏとは異なる静電容量Ｃｉを大地Ｅとの間に有する。これにより、センサユニットコントローラ１３がアンテナ１７の静電容量を測定すると、アンテナ１７の静電容量としてセンサユニットコントローラ１３に対する相対的な静電容量（Ｃｉ−Ｃｏ）を得ることができる。

ところで一般に、静電容量Ｃは、電荷Ｑと電圧Ｖｔとを用いて下記の式（１）のように示される。また、電圧Ｖｔは、電界Ｅｆと電極間距離ｄとを用いて下記の式（２）のように示される。このことから、静電容量Ｃは、その値が電極間距離ｄに反比例するように変化することが下記の式（３）により得られる。他方、静電容量Ｃは、誘電率εと電極の面
積Ｓと電極間距離ｄとの関係が下記の式（４）のように示されることからも、静電容量Ｃは、その値が電極間距離ｄに反比例するように変化する。

Ｃ＝Ｑ／Ｖｔ ・・・（１）
Ｖｔ＝Ｅｆ・ｄ ・・・（２）
Ｃ＝Ｑ／（Ｅｆ・ｄ）・・・（３）
Ｃ＝ε・Ｓ／ｄ ・・・（４）
式（３）や式（４）に示すように、アンテナ１７の静電容量Ｃｉは、大地Ｅとの間の電極間距離ｄによりそれぞれ変化する。このため、静電容量Ｃｉが変化することに基づいて、アンテナ１７と大地Ｅとの間の距離に変化が生じたこと、すなわちホイール５（タイヤ６）が回転したことを検出することができる。なお、センサユニット３はホイール５との間に静電容量Ｃｏを有するが、ホイール５は大地Ｅに対する距離が略一定であることや比較的大きいことから電気的に安定しているため、そのホイール５に対して近い距離に配置されているセンサユニット３の静電容量Ｃｏは略一定となる。

図５は、センサユニット３と大地Ｅとの間の距離を、ホイール５の回転角度が０度、９０度、及び１８０度の場合のそれぞれについて模式的に示す図である。図５（ａ）は、ホイール５の角度が０度であることからセンサユニット３が大地Ｅに最も近い距離ｄ１であるときを示す図である。図５（ｂ）は、ホイール５の角度が９０度であることからセンサユニット３が大地に中程度の距離ｄ２であるときを示す図である。図５（ｃ）は、ホイール５の角度が１８０度であることからセンサユニット３が大地から最も遠い距離ｄ３であるときを示す図である。

図５（ａ）に示すように、センサユニットコントローラ１３は静電容量Ｃｏを有するとともに、ホイール５の角度が０度のとき、センサユニット３と大地Ｅとの間の距離がｄ１であることから、アンテナ１７は静電容量Ｃｉ１を有する。これにより、センサユニットコントローラ１３は、アンテナ１７の静電容量として相対的な静電容量（Ｃｉ１−Ｃｏ）を得る。また、図５（ｂ）に示すように、センサユニットコントローラ１３は静電容量Ｃｏを有するとともに、ホイール５の角度が９０度のとき、センサユニット３と大地Ｅとの間の距離がｄ２であることから、アンテナ１７は静電容量Ｃｉ２を有する。これにより、センサユニットコントローラ１３は、アンテナ１７の静電容量として相対的な静電容量（Ｃｉ２−Ｃｏ）を得る。さらに、図５（ｃ）に示すように、センサユニットコントローラ１３は静電容量Ｃｏを有するとともに、ホイール５の角度が１８０度のとき、センサユニット３と大地Ｅとの間の距離がｄ３であることから、アンテナ１７は静電容量Ｃｉ３を有する。これにより、センサユニットコントローラ１３は、アンテナ１７の静電容量として相対的な静電容量（Ｃｉ３−Ｃｏ）を得る。

このようなことから、センサユニットコントローラ１３の回転検出部２１では、センサユニットコントローラ１３により測定したアンテナ１７の静電容量（相対的な静電容量）が変化することに基づいて、アンテナ１７と大地Ｅとの間の距離が変動していること、すなわちホイール５（タイヤ６）が回転していることを検出することができる。

このように、ホイール５の回転をセンサユニット３に予め設けられているアンテナ１７に生じる電気的状態である静電容量の変化に基づいて検出するため、他にセンサを設けなくともホイール５の回転を検出することができる。

（実施例２）
図３に示すように、及び上記の実施例１にて説明したように、センサユニット３とアンテナ１７は、大地Ｅに対して接地されていないため、いわゆる大地Ｅに対して電気的に浮いている。またセンサユニット３は、自然界の雑音や、生活雑音などに基づく磁界や電界
に取り囲まれている。ここで、アンテナ１７はセンサユニットコントローラ１３に対して高インピーダンスに維持されていることから、それを取り囲む磁界や電界の影響などを受けて、誘導電圧Ｖｉを大地Ｅとの間に有する。これにより、センサユニットコントローラ１３がアンテナ１７の電圧を測定すると、センサユニットコントローラ１３に対するアンテナ１７の電圧として誘導電圧Ｖｉを得ることができる。

ところで一般に、電圧Ｖｔは、電界Ｅｆと電極間距離ｄとにより上記の式（２）のように示される。このことから、電極間距離ｄの変化により、センサユニットコントローラ１３やアンテナ１７の誘導電圧が変化する。他方、電圧Ｖｔは、電流ｉとインピーダンス（静電容量Ｃ）との関係が下記の式（５）のよう示されることからも、実施例１に示したように、電極間距離ｄにより静電容量Ｃが変化するとき、電圧Ｖｔは静電容量Ｃの変化に応じて変化する。

Ｖｔ＝ｉ・１／（ｊω・Ｃ）・・・（５）
式（２）や式（５）に示すように、アンテナ１７の誘導電圧Ｖｉは、大地Ｅとの間の電極間距離ｄによりそれぞれ変化する。このため、誘導電圧Ｖｉが変化することに基づいて、アンテナ１７と大地Ｅとの間の距離に変化が生じたこと、すなわちホイール５（タイヤ６）が回転したことを検出することができる。なお、センサユニット３はホイール５との間に電圧Ｖｏを有するが、ホイール５は大地Ｅに対する距離が略一定であることや比較的大きいことから電気的に安定しているため、そのホイール５に対して近い距離に配置されているセンサユニット３の電圧Ｖｏは略一定となる。

図６は、センサユニット３と大地Ｅとの間の距離を、ホイール５の回転角度が０度、９０度、及び１８０度の場合のそれぞれについて模式的に示す図である。図６（ａ）は、ホイール５の角度が０度であることからセンサユニット３が大地に最も近い距離ｄ１であるときを示す図である。図６（ｂ）は、ホイール５の角度が９０度であることからセンサユニット３が大地から中程度の距離ｄ２であるときを示す図である。図６（ｃ）は、ホイール５の角度が１８０度であることからセンサユニット３が大地から最も遠い距離ｄ３であるときを示す図である。

図６（ａ）に示すように、ホイール５の角度が０度のとき、センサユニット３と大地Ｅとの間の距離がｄ１であることから、アンテナ１７は誘導電圧Ｖｉ１を有する。これにより、センサユニットコントローラ１３は、アンテナ１７の電圧として誘導電圧Ｖｉ１を得る。また、図６（ｂ）に示すように、ホイール５の角度が９０度のとき、センサユニット３と大地Ｅとの間の距離がｄ２であることから、アンテナ１７は誘導電圧Ｖｉ２を有する。これにより、センサユニットコントローラ１３は、アンテナ１７の電圧として誘導電圧Ｖｉ２を得る。さらに、図６（ｃ）に示すように、ホイール５の角度が１８０度のとき、センサユニット３と大地Ｅとの間の距離がｄ３であることから、アンテナ１７は誘導電圧Ｖｉ３を有する。これにより、センサユニットコントローラ１３は、アンテナ１７の電圧として誘導電圧Ｖｉ３を得る。

このようなことから、センサユニットコントローラ１３の回転検出部２１では、センサユニットコントローラ１３により測定したアンテナ１７の電圧（誘導電圧）が変化することに基づいて、アンテナ１７と大地Ｅとの間の距離が変動していること、すなわちホイール５（タイヤ６）が回転していることを検出することができる。

本実施形態に示すように、センサユニットコントローラ１３の回転検出部２１が、アンテナ１７の静電容量や誘導電圧が変化することに基づいてホイール５（タイヤ６）の回転を検出するため、ホイール５の回転を検出する専用のセンサの設置が不要となる。また、ホイール５の回転に応じて無線送信の頻度を変化させることができるようにもなる。さら
に、センサユニット３に予め設けられているアンテナ１７を用いることから、センサユニット３としての部品の増加や設置の手間などが抑制されるとともに、信頼性も維持され、かつ、構造がことさら複雑になるようなこともない。すなわち、センサユニット３におけるホイール５の回転検出のための構成を部材点数を抑えた簡易なものとすることができる。

以上説明したように、本実施形態のタイヤバルブユニットによれば、以下に列記するような効果が得られるようになる。
（１）送信回路１４が、大地Ｅ及びホイール５から電気的に絶縁されたアンテナ１７を備え、該アンテナ１７の電気的状態（静電容量や電圧）に基づいてホイール５の回転が検出される。そのため、ホイール５の回転を検出するため専用のセンサを設けなくともホイール５の回転が検出されるようになる。これにより無線送信の頻度を変化させる場合であれ、センサユニット３にはホイール５の回転を検出するためのセンサが不要とされ、センサユニット３を構成する部品の増加や設置の手間などが抑えられるとともに、信頼性が維持されるようにもなる。

（２）センサユニット３に予め設けられているアンテナ１７を用いてホイール５の回転を検出するため、センサユニット３はその構造が従来と同様に維持され、ことさら複雑になるようなこともない。すなわち、センサユニット３におけるホイール５の回転検出のための構成を簡易なものとすることができる。

（３）ホイール５の回転をアンテナ１７に生じる電気的状態の変化に基づいて検出するため、ホイール５の回転検出に専用のセンサが不要である。これにより、センサユニット３は、部品の増加や設置の手間の増加が抑制されるとともに、信頼性が維持されるようにもなる。また、センサユニット３において比較的大きな導体であるアンテナ１７を用いることで、電気的状態の変化をより的確に検出することができるようにもなる。

（４）静電容量の変化がアンテナ１７と大地Ｅとの間の電極間距離ｄの変化に基づいて生じるため、静電容量が変化することによりアンテナ１７と大地Ｅとの間の距離が変化していること、すなわちホイール５が回転していることが検出される。これにより、センサユニット３を簡易な構成とすることができるようになる。

（５）誘導電圧の変化がアンテナ１７と大地Ｅとの間の電極間距離ｄの変化に基づいて生じるため、誘導電圧が変化することによりアンテナ１７と大地Ｅとの間の距離が変化していること、すなわちホイール５が回転していることが検出される。これにより、センサユニット３を簡易な構成とすることができるようになる。

（６）ホイール５の回転が検出されないとき送信回路１４からの無線送信の頻度を減少させるので、センサユニット３による電力の消費量が減少する。これにより、センサユニット３に設けられている電源である一次電池１６の寿命を延ばすことができるようになる。

（７）ホイール５の回転が検出されるとき送信回路１４からの無線送信の頻度を増加させるので、センサユニット３が計測したタイヤ状態をより高い精度で、例えば受信機ユニット４を介してタイヤ空気圧監視装置が取得することができるようになる。

なお、上記実施形態は、例えば以下のような態様にて実施することもできる。
・上記実施形態では、導体としてアンテナ１７を用いる場合について例示した。しかしこれに限らず、センサユニットにＬＦ受信回路が設けられている場合、ＬＦ受信回路のアンテナを導体として用いるようにしてもよい。なお、ＬＦ受信回路は、指令信号としての
ＬＦ信号を受信するためのものであって、ＬＦ送信回路を有する外部装置から送信されたＬＦ信号をこのＬＦ受信回路で受信することに応じて、センサユニットはこのＬＦ信号によって示される指令内容に応じた動作を行う。この際、受信機ユニットにＬＦ送信回路が設けられていてもよい。これにより、タイヤ状態監視装置として、設計自由度が高められるようになる。

・上記実施形態では、バルブステム３ｂが導電性を有する金属部材より構成される場合について例示したが、これに限らず、アンテナが導体として用いられる場合、バルブステムは、硬質部材から構成されているのであれば、導電性を有していなくてもよい。これにより、センサユニットの構成の自由度が高められる。

・上記実施形態では、ホイール５の回転が検出されないときに無線送信の頻度が低くなる。これに限らず、ホイール５の回転が検出されなくなってから所定の期間は、以前の無線送信の頻度が維持される構成であってもよい。また上記実施形態では、ホイール５の回転が検出されたときに無線送信の頻度が高くなる。これに限らず、ホイール５の回転が検出されたときから所定の期間は、以前の無線送信の頻度が維持される構成であってもよい。

・上記実施形態では、送信部を構成する導体としてアンテナ１７を用いる場合について例示した。しかしこれに限らず、送信部を構成する導体としては、大地及びホイールに対して絶縁されているとともに、センサユニットに連結（電気的に結合）され、かつセンサユニットコントローラに対して高インピーダンスとなる金属部材などであってもよい。例えば、図７に示すように、センサユニット３に接続されている比較的大きな導電体であるバルブステム３ｂを導体として用いるようにしてもよい。すなわちセンサユニット３が、大地及びホイールから電気的に絶縁されたバルブステム３ｂを備え、バルブステム３ｂの電気的状態に基づいてホイール５の回転が検出される。これにより、センサユニット３は、電気的に結合されたバルブステム３ｂから計測された同バルブステム３ｂの静電容量Ｃｉや誘導電圧Ｖｉの変動に基づいてホイールの回転を検出することができるようになる。そのため、ホイール５の回転を検出するため専用のセンサを設けなくともホイール５の回転が検出されるようになる。その結果、センサユニットとして、より一層の設計自由度、及び計測精度が高められるようになる。

また、これにより無線送信の頻度を変化させる場合であれ、センサユニット３にはホイール５の回転を検出するためのセンサが不要とされ、センサユニット３を構成する部品の増加や設置の手間などが抑えられるとともに、信頼性が維持されるようにもなる。さらに、センサユニット３に予め設けられているバルブステム３ｂを用いてホイール５の回転を検出するため、センサユニット３はその構造が従来と同様に維持され、ことさら複雑になるようなこともない。すなわち、センサユニット３におけるホイール５の回転検出のための構成を簡易なものとすることができる。

また、ホイール５の回転を、センサユニット３を構成するバルブステム３ｂに生じる電気的状態の変化に基づいて検出するため、ホイール５の回転検出に専用のセンサが不要である。これにより、センサユニット３は、部品の増加や設置の手間の増加が抑制されるとともに、信頼性が維持されるようにもなる。

さらに、センサユニット３に接続される比較的大きな導体であるバルブステム３ｂを用いることで、電気的状態の変化をより的確に検出することができるようにもなる。なお一般的に、バルブステム３ｂはホイール５との間に絶縁体（ゴム）を有していることからホイール５との絶縁についても好適に維持される。

・なお、導体としては、上記実施形態のアンテナ１７や、上記の態様であるバルブステム３ｂに限らず、センサユニットに設けられているとともに比較的広い面積を有する導体を採用することが可能である。例えば、センサユニットの一部に電磁波の遮蔽などのために設けられる導体や、ケースの蓋として設けられる導体などであってもよい。これにより、このようなセンサユニットの設計自由度が向上する。

・上実施形態では、センサユニット３には、圧力センサ１１と温度センサ１２とが設けられている場合について例示した。しかしこれに限らず、センサユニットには、圧力センサや温度センサ以外のセンサであって、タイヤ状態を計測するためのセンサなどが設けられていてもよい。これにより、センサユニットとしての性能が向上するようになる。

・上記実施形態では、センサユニット３に一次電池１６が設けられている場合について例示した。しかしこれに限らず、一次電池とともに二次電池が設けられていたり、又は一次電池の代わりに二次電池が設けられていてもよい。二次電池が設けられている場合、二次電池を充電するための発電装置等が設けられていればセンサユニットへの駆動電力の安定供給が図られるようになる。

１…車両、３…センサユニット、３ａ…タイヤバルブ、３ｂ…バルブステム、３ｃ…筒状弾性部材、３ｄ…バルブキャップ、４…受信機ユニット、５…ホイール、６…タイヤ、１１…圧力センサ、１２…温度センサ、１３…センサユニットコントローラ、１４…送信回路、１６…一次電池、１７…アンテナ、２０…センサインターフェース、２１…回転検出部、２２…送信コントローラ、３２…アンテナ、３３…受信機ユニットコントローラ、３５…受信回路、３７…警報器、３８…表示器、５０…タイヤセンサ、５１…加速度センサ、Ｅ…大地、Ｃｉ，Ｃｏ…静電容量、Ｖｉ…誘導電圧。

Claims (8)

1. 車両のホイールに装着されたタイヤの状態を計測する計測部と、
   前記計測部が計測したタイヤの状態を示すデータを無線送信する送信部とを備え、
   該ホイールに装着されるタイヤセンサであって、
   前記計測部と前記送信部のいずれか一方が、大地及び前記ホイールから電気的に絶縁された導体を有し、
   前記大地と前記導体との距離の変化に応じて変化する前記導体の電気的状態に基づいて該タイヤセンサの装着されているホイールの回転を検出し、前記検出されたホイールの回転に基づいて前記無線送信の頻度を変化させる制御部を備える
   ことを特徴とするタイヤセンサ。
2. 前記導体は、前記送信部が有する無線送信用のアンテナである
   請求項１に記載のタイヤセンサ。
3. 前記タイヤセンサには、前記ホイールに電気的に絶縁されたバルブステムを有するタイヤバルブが接続されており、
   前記導体は、前記計測部に電気的に結合された前記バルブステムである
   請求項１に記載のタイヤセンサ。
4. 前記電気的状態の変化は、前記導体に生じる静電容量の変化である
   請求項１〜３のいずれか一項に記載のタイヤセンサ。
5. 前記電気的状態の変化は、前記導体に生じる誘導電圧の変化である
   請求項１〜３のいずれか一項に記載のタイヤセンサ。
6. 前記制御部は、
   前記ホイールの回転が検出されないとき、前記無線送信の頻度を減少させるものである
   請求項１〜５のいずれか一項に記載のタイヤセンサ。
7. 前記制御部は、
   前記ホイールの回転が検出されたとき、前記無線送信の頻度を増加させるものである
   請求項１〜６のいずれか一項に記載のタイヤセンサ。
8. 車両のタイヤに設けられるとともに該タイヤの状態を取得して同取得されたタイヤの状態を示すデータを無線送信するタイヤセンサと、前記車両の車体に設けられるとともに前記タイヤセンサの送信した前記データを受信する受信装置とを備えるタイヤ状態監視装置であって、
   前記タイヤセンサは、請求項１〜７のいずれか一項に記載のタイヤセンサからなるものである
   ことを特徴とするタイヤ状態監視装置。

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