JP2009166745A

JP2009166745A - センサ付きタイヤ及びセンサの取付方法

Info

Publication number: JP2009166745A
Application number: JP2008008631A
Authority: JP
Inventors: Atsuro Uchiumi; 敦郎内海
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2008-01-18
Filing date: 2008-01-18
Publication date: 2009-07-30

Abstract

【課題】ゴム台座のタイヤ内面からの剥離やゴム台座からのセンサの剥離を防止するとともに、ゴム台座の損傷を防止することのできるセンサの取付方法と、耐久性に優れたセンサ付きタイヤを提供する。
【解決手段】タイヤのインナーライナー部１３の内面側にゴム台座を介してセンサ１５を取付ける際に、上記ゴム台座として、タイヤ転動時に踏み込み側となる前面１４ｆ側の厚さが、蹴り出し側となる後面１４ｒ側の厚さよりも厚く形成されたゴム台座１４を用いて、上記センサ１５への入力を減少させて、上記ゴム台座１４の踏み込み側に発生する局所的な歪みを緩和するようにした。
【選択図】図３

Description

本発明は、タイヤの内面側にセンサが取付けられているセンサ付きタイヤと、タイヤにセンサを取付ける方法に関するものである。

一般に、タイヤの変形量を計測する際には、歪ゲージや圧電素子などのセンサ本体を電源部やアンプ等が搭載された基板に取付け、これを筐体等で保護したセンサを、上記センサ本体の変形部がインナーライナー部のタイヤ気室側のような、タイヤ内面側に接触するように、タイヤ表面に接着剤にて貼り付けるようにしている（例えば、特許文献１，２参照）。
また、上記センサとタイヤ内面側のゴム部材との接着性を向上させるため、上記センサとタイヤ内面側のゴム部材との間にゴム台座を介挿させた構成も多く用いられている（例えば、特許文献３，４参照）。
特開平９−２３７３９８号公報特開２００６−１９３１１９号公報特開２００６−０２４６９５号公報特開２００７−１６１０３１号公報

しかしながら、上記センサを接着剤で直接タイヤ内面側に固定する方法では、タイヤのように、ゴムの歪が大きくかつ曲げモードが含まれている入力に対しては剥離接着強度がないため、長距離の走行で剥れてしまうといった問題点があった。
一方、センサとタイヤ内面側のゴム部材との間にゴム台座を介挿させた場合には、センサ装置とゴム台座との間の接着層に作用する曲げモードを含む入力は緩和されるものの、上記ゴム台座はセンサに作用する応力変化を受けるため、ゴム台座に局所的な繰り返し歪みが生じてしまう。この局所的な歪みは、特にゴム台座の踏み込み側となる側（タイヤ転動時において先に接地する側）で大きく、そのため、ゴム台座が発熱して溶解、変質したり、センサがゴム台座から剥離してしまったり、更には、ゴム台座がタイヤ内面側から剥離してしまうなどして、センサの耐久性が低下してしまうといった問題点があった。

本発明は、上記従来の問題点を解決するためになされたもので、センサが取付けられたゴム台座の踏み込み側の局所的な歪みを緩和して、ゴム台座のタイヤ内面からの剥離やゴム台座からのセンサの剥離を防止するとともに、ゴム台座の損傷を防止することのできるセンサの取付方法と、耐久性に優れたセンサ付きタイヤを提供することを目的とする。

本発明者は、タイヤ転動時においてセンサに発生する応力変化を解析した。具体的には、図６（ａ）に示すように、タイヤの内面側であるインナーライナー部１３のタイヤ気室側に、従来用いられている厚みが均一な直方体状のゴム台座５１を介してセンサ５２を取付け、上記タイヤを転動させる。上記センサ５２のタイヤ回転方向の前側（車体が前進するときのタイヤ転動時において先に接地する側；以下、踏み込み側という）５２ａと後側（後に接地する側；以下、蹴り出し側という）５２ｂとにはそれぞれ、加速度センサなどの応力センサ５２Ａ，５２Ｂが取付けられており、これらの応力センサ５２Ａ，５２Ｂにより、タイヤ転動時に上記ゴム台座５１の踏み込み側５２ａと蹴り出し側５２ｂとに作用する応力の時間変化をそれぞれ測定した。その結果を図６（ｂ）のグラフに示す。グラフの横軸は時間（単位；msec.）、縦軸は上記応力センサ５２Ａ，５２Ｂで測定された上記ゴム台座５１の蹴り出し側に作用する応力と踏み込み側に作用する応力の大きさ（単位；ＧＰａ）で、同図の実線が踏み込み側で破線が蹴り出し側である。なお、応力の符号は（＋）が引張応力、（−）が圧縮応力である。
図７（ａ）に示すように、センサ付きタイヤ１０のセンサ５２が取付けてある部分のタイヤ径方向外側に位置するトレッド部（以下、センサ対応部という）１０Ｓが接地する前の状態では、上記センサ５２に発生する応力は圧縮応力（図６（ｂ）のForce １）で、その方向はタイヤ径方向である。センサ付きタイヤ１０が更に回転して、上記センサ対応部１０Ｓが路面に踏み込んだ直後には、図７（ｂ）に示すように、上記センサ対応部１０Ｓでは遠心力は消失し、代わりに慣性力（図６（ｂ）のForce ２）が発生するとともに、路面６０からの振動Ｖが入力する。上記慣性力は路面６０に平行な方向に作用し、センサ５２には引張応力が発生する。上記引張応力は、はじめはセンサ５２の踏み込み側５２ａにのみ働き、上記センサ対応部１０Ｓが全て接地したときには、踏み込み側５２ａと蹴り出し側５２ｂの両方に作用する。そして、図７（ｃ）に示すように、上記センサ対応部１０Ｓが接地中心近傍まで進むと、上記引張応力は減少する。センサ付きタイヤ１０が更に回転して、上記センサ対応部１０Ｓが路面から離れると、図７（ｄ）に示すように、慣性力が消失して再び遠心力（図６（ｂ）のForce １）が作用する。このとき、上記センサ対応部１０Ｓが路面６０から離れる前後では、慣性力により踏み込み側を圧縮する作用が生じるため、上記センサ５２の踏み込み側５２ａに大きな圧縮応力（図６（ｂ）のForce ３）が発生する。したがって、図６（ｂ）のグラフに示すように、センサ５２の踏み込み側５２ａでは、蹴り出し側５２ｂに比べて、接地時に作用する圧縮応力の大きさが大きいだけでなく、応力の変動差（引張応力−圧縮応力）も大きくなる。

本発明者は、上記の解析結果において、タイヤ転動時の踏み込み側となる側の路面から離れる際の応力変化が、蹴り出し端側となる側の応力変化よりも大きいことに着目し、ゴム台座のセンサ取付面を、ゴム台座の踏み込み側となる側の厚さが厚く蹴り出し側となる側の厚さが薄い傾斜面とすれば、上記応力変化を抑制してゴム台座の踏み込み側の局所歪を緩和することができることを見出し本発明に到ったものである。
すなわち、本願の請求項１に記載の発明は、タイヤの内面側にゴム製の台座を介して取付けられたセンサを備えたセンサ付きタイヤであって、上記ゴム台座の踏み込み側の厚さが蹴り出し側の厚さよりも厚いことを特徴とするものである。
なお、上記「センサ」は圧力センサ、温度センサ、加速度センサなどのセンサだけでなく、温度監視装置やトランスポンダなどのセンサと増幅器や通信機などの電子部品とが一体に組み込まれた電子部品や電子機器も含んだものを指すものとする。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のセンサ付きタイヤであって、上記ゴム台座のセンサ取付面とタイヤ内面への取付面との成す角度が５°〜４５°の範囲にあることを特徴とするものである。
また、請求項３に記載の発明は、タイヤの内面側にセンサを取付ける方法であって、上記センサを、踏み込み側の厚さが蹴り出し側の厚さよりも厚く形成されたゴム製の台座を介してタイヤ内面側に取付けることを特徴とする。

本発明によれば、タイヤの内面側にセンサを取付ける際に、上記センサを、踏み込み側の厚さが蹴り出し側の厚さよりも厚く形成されたゴム製の台座を介してタイヤ内面側に取付けることにより、タイヤ転動時に上記ゴム台座の踏み込み側に発生する局所的な歪みを緩和することができるようにしたので、ゴム台座のタイヤ内面からの剥離やゴム台座からのセンサの剥離を防止できるだけでなく、ゴム台座の損傷を防止することができる。
このとき、上記ゴム台座のセンサ取付面と上記ゴム台座のタイヤ内面への取付面との成す角度を５°以上とすれば、上記局所的な歪みを確実に緩和することができる。また、上記角度を４５°以下とすれば、台座の体積増加による重量増加を抑制できるとともに、振動による発熱を小さくできる。

以下、本発明の最良の形態について、図面に基づき説明する。
図１（ａ），（ｂ）は、本最良の形態に係わるセンサ付きタイヤ１０の構成を示す模式図で、１１はタイヤトレッド、１２はベルト層、１３はタイヤのインナーライナー部、１４はゴム台座、１５は上記ゴム台座１４に取付けられた、センサ本体と増幅器などが装着された基板と筐体とから成るセンサである。本例では、上記センサ１５を上記ゴム台座１４に、クロロプレン系接着剤などのゴム用接着剤を用いて接着して固定するとともに、上記ゴム台座１４を上記インナーライナー部１３に同じ接着剤を用いて接着し固定した。なお、図１（ｂ）において、符号６０は路面を示す。
図２（ａ），（ｂ）は上記ゴム台座１４の一例を示す図である。このゴム台座１４は直方体Ｖを当該直方体Ｖの底面１４ｂと交差する平面Ｓで切ってできた六面体である。以下、切り口面である上記底面に対向する面１４ａを上面と呼ぶ。また、上記上面１４ａと上記底面１４ｂとの距離が大きい側の側面１４ｆを前面、この前面１４ｆに対向する、上記上面１４ａと上記底面１４ｂとの距離が小さい側の側面１４ｆを後面と呼び、残りの互いに対向する側面１４ｃ，１４ｄを横面と呼ぶ。なお、後述するように、上記上面１４ａはセンサ１５を取付けるためのセンサ取付面となり、上記底面１４ｂは当該ゴム台座１４をタイヤのインナーライナー部１３に取り付けるためのタイヤ取付面となる。また、前面１４ｆ、後面１４ｒ、横面１４ｃ，１４ｄは、いずれも上記底面１４ｂと直交している。
上記ゴム台座１４の上記上面１４ａと上記底面１４ｂとの距離は上記ゴム台座１４の厚さに相当する。ここで、上記ゴム台座１４の前面１４ｆ側の厚さをＨ、後面１４ｒ側の厚さをｈ（ｈ＜Ｈ）とし、上記上面１４ａと上記横面１４ｃとにより形成される辺の長さをＬとすると、上面１４ａと上記底面１４ｂとの成す角θは、上記Ｈと上記ｈとの差（Ｈ−ｈ）と上記辺の長さＬとにより決定される。

本例では、当該ゴム台座１４をインナーライナー部１３の内面側であるタイヤ気室１７側に取付ける際に、図３（ａ），（ｂ）に示すように、上記底面１４ｂをタイヤ取付面とし、上記前面１４ｆが車両が前進するときのタイヤ回転方向である前側に、後面１４ｒが後ろ側になるように接着剤を用いて取付ける。なお、センサ１５は、上記ゴム台座１４の底面１４ｂをインナーライナー部１３に接着する前に、上記ゴム台座１４の上面１４ａに予め接着剤で接着しておくとよい。なお、同図において、１６ａはセンサ１５とゴム台座１４との間の接着層、１６ｂはゴム台座１４とインナーライナー部１３との間の接着層である。
本発明のゴム台座１４の特徴は、インナーライナー部１３に接着された状態で、前面１４ｆ側、すなわち、踏み込み側の厚さＨが、後面１４ｒ側、すなわち、蹴り出し側の厚さｈよりも厚くなるように形成されていることである。換言すれば、上面であるセンサ取付面１４ａと底面であるタイヤ取付面１４ｂとは平行でなく角度θで交差している。すなわち、本発明によるゴム台座１４は踏み込み側のゴムの厚さが厚いので、その分センサ１５への入力を減少させることができる。その結果、センサ付きタイヤ１０の転動時に上記ゴム台座１４の踏み込み側に発生する局所的な歪みを緩和できるので、ゴム台座１４とセンサ１５との間の接着層１６ａやゴム台座１４とインナーライナー部１３との間の接着層１６ｂに接着界面の剥離によるゴム台座１４からのセンサ１５の脱落や剥離、更には、ゴム台座１４のインナーライナー部１３からの脱落や剥離を防止することができる。また、センサ１５への入力が小さい分だけゴム台座１４の歪みも小さくなるので、ゴム台座１４の損傷についても防止することができる。

上記ゴム台座１４のセンサ取付面である上面１４ａとタイヤ取付面である底面１４ｂとの成す角度θとしては、５°〜４５°の範囲とすることが好ましい。上記角度θが５°未満である場合には、当該ゴム台座１４の蹴り出し側の体積増加が少ないので、上記局所的な歪みを十分に緩和できない。一方、上記角度θが４５°を超えた場合には、ゴム台座１４の体積が大きくなり、重量が増加してしまうだけでなく、振動による発熱が大きくなるので、ゴムがブローする（溶ける）恐れがあるので、上記角度θとしては、５°〜４５°の範囲が適当である。

このように、本最良の形態では、タイヤのインナーライナー部１３の内面側にゴム台座を介してセンサ１５を取付ける際に、上記ゴム台座として、タイヤ転動時に踏み込み側となる前面１４ｆ側の厚さＨが、蹴り出し側となる後面１４ｒ側の厚さｈよりも厚く形成されたゴム台座１４を用いたので、上記センサ１５への入力を減少させることができる。したがって、上記ゴム台座１４の踏み込み側に発生する局所的な歪みを緩和することができるので、ゴム台座１４とセンサ１５との間の接着界面及びゴム台座１４とインナーライナー部１３との間の接着界面の剥離を防止することができるとともに、ゴム台座１４の損傷についても防止することができる。
また、上記ゴム台座１４のセンサ取付面である上面１４ａとタイヤ取付面である底面１４ｂとの成す角度θを５°〜４５°の範囲としたので、上記局所的な歪みを十分に緩和することができる。また、振動による発熱を小さくできるので、ゴム台座１４の損傷を抑制することができる。

なお、上記最良の形態では、センサ１５を、センサ本体、増幅器などが装着された基板、筐体から成るセンサとしたが、上記センサ１５としては、圧力センサ、温度センサ、加速度センサなどのセンサ単体であってもよいし、温度監視装置やトランスポンダなどのセンサと増幅器に加えて通信機などの電子部品とが一体に組み込まれた電子機器であってもよい。
また、上記例では、センサ１５とゴム台座１４、及び、ゴム台座１４とインナーライナー部１３とを接着する接着剤として、クロロプレン系接着剤を用いたが、パンク修理用のセメントなどの他の接着剤を用いてもよい。また、ゴム台座１４とインナーライナー部１３とを接着する接着剤を、センサ１５とゴム台座１４とを接着する接着剤と異なる接着剤としてもよい。あるいは、センサ１５とゴム台座１４とを接着剤で接着し、ゴム台座１４とインナーライナー部１３とを加硫接着するようにしてもよい。
また、上記例では、前面１４ｆ、後面１４ｒ、横面１４ｃ，１４ｄが底面１４ｂと直交しているゴム台座１４を用いたが、図４に示すように、底面１４ｂを前後方向に引き伸ばして、前面１４ｆと後面１４ｒとをそれぞれ、タイヤ取付面である底面１４ｂに対して傾斜させるようにしてもよい。これにより、インナーライナー部１３との接着面積を大きくすることができるので、ゴム台座１４とインナーライナー部１３との間の接着界面の剥離防止効果を更に向上させることができる。
また、横面１４ｃ，１４ｄについても、上記前面１４ｆと後面１４ｒと同様に、底面１４ｂに対して傾斜させてもよい。

センサを、図３（ａ），（ｂ）に示すような、踏み込み側の厚さが６ｍｍ、蹴り出し側の厚さが３ｍｍであるゴム台座を介してタイヤ内面側に取付けた、サイズが２０５／５５Ｒ１６の乗用車用タイヤを、６．５インチ幅のリムに装着し、直径１．７ｍのドラムに５ｋＮの力で押しつけ、時速２４０ｋｍの速度で走行させ、６０分走行後のセンサの保持状態を調べた。このときのタイヤの内圧は２９０ｋＰａである。なお、上記ゴム台座のセンサ取付面とタイヤ貼り付け面とのなす角は１５°で、センサ取付面以外の面がタイヤ貼り付け面とは直交している。また、センサとゴム台座、及び、ゴム台座とインナーライナー部とは、クロロプレン系接着剤を用いて接着した。
また、比較のため、ゴム台座として、図５に示すような、厚さＤが３ｍｍの直方体状のゴム台座１４Ｄを用いた場合について、同様の試験を行った。
本発明のゴム台座を用いたタイヤでは、ドラム走行後のセンサの破壊は完全に防止された。一方、直方体状のゴム台座を用いた場合には、踏み込み側において、センサとゴム台座とが約１ｍｍ剥離していた。また、剥離部分のゴムが一部溶けているのが確認された。これは、振動による熱の発生のためであると考えられる。
以上の結果から、センサを、踏み込み側の厚さが蹴り出し側の厚さよりも厚いゴム台座を介してタイヤ内面側に取付けることにより、センサとゴム台座との接着剥離を防止できることが確認された。

以上説明したように、本発明によれば、ゴム台座のタイヤ内面からの剥離やゴム台座からのセンサの剥離を防止するとともに、ゴム台座の損傷を防止することができるので、センサ付きタイヤにおけるセンサの耐久性を向上させることができる。

本発明の最良の形態に係るセンサ付きタイヤの構成を示す模式図である。本発明によるゴム台座の一例を示す図である。センサをゴム台座を介してインナーライナー部に取付けた状態を示す図である。本発明によるゴム台座の他の例を示す図である。従来のゴム台座を示す図である。タイヤ転動時にセンサに発生する応力の時間変化をそれぞれ測定した結果を示す図である。タイヤ転動時におけるセンサ位置とセンサに発生する応力との関係を示す図である。

符号の説明

１０センサ付きタイヤ、１１タイヤトレッド、１２ベルト層、
１３インナーライナー部、１４ゴム台座、１４ａ上面（センサ取付面）、
１４ｂ底面（タイヤ取付面）、１４ｆ前面、１４ｒ後面、
１４ｃ，１４ｄ横面、１５センサ、１６ａ，１６ｂ接着層、
１７タイヤ気室。

Claims

タイヤの内面側にゴム製の台座を介して取付けられたセンサを備えたセンサ付きタイヤであって、上記ゴム台座の踏み込み側の厚さが蹴り出し側の厚さよりも厚いことを特徴とするセンサ付きタイヤ。
上記ゴム台座のセンサ取付面とタイヤ内面への取付面との成す角度が５°〜４５°の範囲にあることを特徴とする請求項１に記載のセンサ付きタイヤ。
タイヤの内面側にセンサを取付ける方法であって、上記センサを、踏み込み側の厚さが蹴り出し側の厚さよりも厚く形成されたゴム製の台座を介してタイヤ内面側に取付けることを特徴とするセンサの取付方法。