プレッシャゲージ

本発明は、タイヤの空気圧を測定するプレッシャゲージに関する。

従来、車両や航空機等のタイヤの空気圧を測定するための装置として、プレッシャゲージが知られる。

一般に、プレッシャゲージには、その測定精度、現場で取り扱われる際の耐衝撃性および耐久性等の信頼性の高さから、バネの弾性を利用した機械的な圧力測定方式が採用される場合が多い。

しかしながら、上述のようなバネ式の圧力測定方式を採用する従来のプレッシャゲージでは、機械的な測定方式を採用しているため、その使用を繰り返すことにより摩耗、バネのへたり、機械的なガタ等が増大してゆく。

このような摩耗や機械的なガタの増大は、バネ式の圧力測定方式を採用するプレッシャゲージにおいては物理的に避けられない現象である。

上記のような繰り返し使用等に起因する機械的な問題は、結果として圧力測定における測定誤差の発生につながるおそれがある。

上記事情から、プレッシャゲージの製造元によっては、圧力測定値の信頼性の担保のため、検査機器による定期的な点検を薦める場合もある。しかしながら、このような方法による信頼性担保では、ユーザによってプレッシャゲージが定期点検に出されない限り、その測定誤差の有無を確認することはできない。

本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、特別な検査機器等による点検等を行わずとも、測定誤差の有無を容易に確認することのできるプレッシャゲージを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の一態様は、ピストンと、前記ピストンを所定方向にスライド可能にガイドする内部空間を有し、圧力測定対象からの圧力を前記内部空間に伝達させるための開口を有するシリンダと、前記ピストンの前記内部空間内における前記開口へ向けたスライドを所定位置までとするように規制するストッパと、前記ピストンを前記開口へ向けて付勢し、前記ピストンを前記ストッパに押し当てるバネと、前記測定対象から前記開口を介して前記内部空間に伝達される圧力による前記ピストンの前記バネの弾性力に抗した直線運動を、第1の回転軸回りの回転運動に変換する第1の変換機構と、前記第1の回転軸の一端側に固定される指針と、前記第1の回転軸回りに回転する指針により指し示される測定値が表示された文字盤と、前記ピストンの移動量を示す運動量を検知する運動量検知手段と、前記シリンダの内部空間に加わる圧力の圧力値を測定する圧力センサと、前記運動量検知手段により検知される運動量から推定される前記指針が前記文字盤上で示す第1の測定値と、前記圧力センサにより測定される第2の測定値との差が、所定値を上回るか否かを判定する判定手段と、前記判定手段において前記第1の測定値と前記第2の測定値との差が、所定値を上回ると判定される場合に、ユーザに通知する通知手段と、を備えるプレッシャゲージに関する。

以上に詳述したように、本発明によれば特別な検査機器等による点検等を行わずとも、測定誤差の有無を容易に確認することのできるプレッシャゲージを提供することができる。

第1の実施の形態によるプレッシャゲージの全体の概観を示す全体概観図である。

第1の実施の形態によるプレッシャゲージ1の駆動原理について説明するための概略図である。

第1の実施の形態によるプレッシャゲージ1の駆動原理について説明するための概略図である。

第1の実施の形態によるプレッシャゲージ1の駆動原理について説明するための概略図である。

実施形態によるプレッシャゲージ1の制御ブロックの一例を示す図である。

「第1の測定値」のゼロ点Omと、「第2の測定値」の理論上のゼロ点Osとの関係を示す図である。

実施形態によるプレッシャゲージ1における処理の流れについて説明するためのフローチャートである。

第2の実施の形態によるプレッシャゲージの駆動原理について説明するための概略図である。

第3の実施の形態によるプレッシャゲージの駆動原理について説明するための概略図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。

(第1の実施の形態) まず、本発明の第1の実施の形態について説明する。

<装置構成> 図1は、第1の実施の形態によるプレッシャゲージの全体の概観を示す全体概観図である。本実施の形態によるプレッシャゲージは、圧力測定の対象である車両や航空機等のタイヤの空気圧を測定する。

本実施の形態によるプレッシャゲージは、ゲージ本体と、導圧管106と、接続部107と、を備える。もちろん、この構成はあくまで一例であり、例えば、ゲージ本体に接続部が設けられている構成を採用することもできることは言うまでもない。

接続部107が、圧力測定の対象であるタイヤ等のバルブに接続されると、タイヤ内の空気圧は接続部107を介して導圧管106を通ってゲージ本体の後述のピストン103Pに伝達される。ゲージ本体に伝達された圧力の圧力値は、ゲージ本体にて文字盤104上で示される。

図2〜図4は、第1の実施の形態によるプレッシャゲージ1の駆動原理について説明するための概略図である。なお、図2〜図4で示す各構成部品の形状はあくまで一例であり、図示している形状、位置関係およびデザインに限られるものではい。

ゲージ本体(図1を参照)は、例えば、ケーシング190と、ピストン103Pと、シリンダ108と、ストッパ108Sと、バネ112と、第1の変換機構と、指針101と、文字盤104と、運動量検知手段と、圧力センサSpと、LED105(通知手段)などを備えることができる。

なお、ここでのピストン103P、シリンダ108、ストッパ108S、バネ112、「第1の変換機構」、「運動量検知手段」、圧力センサSpおよびLED105等をユニットとして一体的に構成することにより、様々な形状や大きさのケーシングに共通して組み込むことのできる「コアゲージ」を実現することができる。

ケーシング190は、箱型の形状となっており、上述のコアゲージを収容する。ここでは、例えばケーシング190が、文字盤104を支持することができる(例えば図2を参照)。もちろん、これに限られるものではなく、例えば、文字盤104を、上記コアゲージに取り付ける構成とすることもできる。

ピストン103Pは、円柱状の外形を有しており、その受圧面103Pf(図2および図3を参照)にて測定対象の圧力を受ける。ピストン103Pの、スライド方向における受圧面103Pfが形成されていない側には、バネ112によるピストン103Pのヘタリ等を防止するため、円環状の金属部材等を設けてもよい。ピストン103Pからは、突き出し部103Kが、ピストン103Pのスライド方向に延び、シリンダ108に形成された孔108Hからシリンダ108外へと突き出している。

シリンダ108は、ピストン103Pを所定方向(図2に示すスライド方向)にスライド可能にガイドする内部空間を有し、圧力測定対象であるタイヤ等からの圧力をシリンダ108の内部空間に伝達させるための開口108Wを有する。また、上述のように、シリンダ108における開口108Wとは反対側の壁面には、突き出し部103Kを挿通させるための孔108Hが形成されている。

ストッパ108Sは、後述のようにバネ112により付勢されているシリンダ108の内部空間内におけるピストン103Pの開口108Wへ向けたスライドを所定位置までとするように規制する。

バネ112は、ピストン103Pを開口108Wへ向けて付勢し、ピストン103Pをストッパ108Sに押し当てる。

「第1の変換機構」は、測定対象から開口108Wを介して内部空間に伝達される圧力によるピストン103Pのバネ112の弾性力に抗した直線運動を、第1の回転軸102回りの回転運動に変換する。

具体的には、「第1の変換機構」は、例えば、ラックギア103Lと、ピニオンギア102Gと、を備えることができる。

ラックギア103Lは、ピストン103Pから延出する突き出し部103Kに連結されており、ピストン103Pと一体的にスライド可能となっている。

ピニオンギア102Gは、第1の回転軸102に固定され、ラックギア103Lに噛合し、ラックギア103Lのスライドに伴って第1の回転軸102を中心に回転する(図4を参照)。

指針101は、文字盤104を挿通される第1の回転軸102の一端側に、文字盤104よりも上(文字盤104のシリンダ108と対向しない側)に位置するように固定される。

文字盤104には、第1の回転軸102回りに回転する指針101により指し示されるべき測定値が目盛表示されている。ここでは、文字盤104に示される測定値は、一例として0〜600[kPa]の範囲となっている。

「運動量検知手段」は、ピストン103Pの移動量を示す運動量を検知する。ここで、ピストン103Pの移動量は、その直線移動量を直接検出してもよいし、その直線移動量を他の運動量に変換して検出してもよい。

なお、ここでは、一例として、「運動量検知手段」が、磁石102mと、磁気センサ110とを備えている場合を例示する。

磁石102mは、第1の回転軸102の他端側に固定されており、第1の回転軸102と一体的に回転する。

磁気センサ110(いわゆる、AMRセンサ)は、第1の回転軸102と一体的に回転する磁石102mによる磁界の変化を検知する。

CPU701(判定手段)は、磁気センサ110により検知される磁界の変化に基づいて求められる角度位置に対応する「第1の測定値」を求める。

このように、1つの回転軸に指針と運動量検知のための磁石とを一体的に設けることにより、指針の回転量を直接的に検知することが可能となる。指針の回転運動を、伝達機構を介することなく直接検知することができるため、機械的誤差等の影響を受けることがなく、検知精度の向上にも寄与することができる。

圧力センサSpは、シリンダ108の内部空間に加わる圧力の圧力値を電気的に測定する。ここでの圧力センサSpは、一例としてシリンダ108の内壁上にシリンダ108外部から内部空間を臨むように配置されている。圧力センサSpは、このような構成により、「第二の測定値」を測定する。

LED105(通知手段)は、ケーシング109内から文字盤104に設けられた孔を介して装置外部から視認可能なように発光する。LED105は、CPU701による発光制御により、所望の発光パターンでの点灯、点滅、消灯等が可能となっている。

このように、バネ式とは異なる計測方式である圧力センサSpによる測定値と、バネ式の計測方式により結果としてユーザが視認する測定値とを比較し、その差が所定値を上回る場合には許容限度を超えた誤差が生じているとしてユーザに通知する構成としている。

これにより、ユーザは、文字盤104上で視認できる測定値に誤差が生じているかどうかを、通常の測定操作の中で容易に把握することができる。このように、測定値の信頼性の判断を容易に行える構成とすることにより、当該測定値に基づく作業の信頼性の向上にも寄与することができる。

なお、本実施の形態では、バネ112がシリンダ108内に収容されている構成を例示したが、これに限られるものではなく、結果としてピストン103Pを開口側へ向けて付勢することができればよい。したがって、例えばピストン103Pの、スライド方向における開口108Wに対向しない側からシリンダ108外へと延びる部材を設け、シリンダ108外に配置されたバネの弾性力をこの部材を介してシリンダ108内のピストン103Pに伝達するようにしてもよい。

また本実施の形態では、プレッシャゲージ1における測定誤差の発生を、LEDの発光によってユーザに知らせる構成を採用したが、必ずしもこれに限られるものではない。例えば、プレッシャゲージ1にスピーカを備え、音声によって測定誤差の発生を知らせたり、液晶パネル等の他の表示素子を用いて誤差発生を表示させて知らせたり、バイブレータを用いて振動によって測定誤差の発生を知らせたりすることもできる。

<制御ブロック> 図5は、実施形態によるプレッシャゲージ1の制御ブロックの一例を示す図である。

図5に示すように、プレッシャゲージ1は、一部を説明すると、例えば、CPU701、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)702、MEMORY703、STRAGE704、磁気センサ(AMR)110、LED105、圧力センサSp、などを備えている。

磁気センサ(AMR)110、LED105、圧力センサSp等のプレッシャゲージ1に備わる各種センサ類等は、パラレルバスやシリアルバス等の通信線を介してCPU701と通信可能に接続されている。

CPU701は、例えばSTRAGE704や装置外からダウンロードされるプログラムをMEMORY703にロードさせて実行することにより、各種判定処理等を行う。

本実施の形態によるプレッシャゲージ1において、CPU701は、プレッシャゲージ1における各種処理を行う役割を有しており、またMEMORY703、STRAGE704等に格納されているプログラムを実行することにより種々の機能を実現する役割も有している。なお、CPU701は、同等の演算処理を実行可能なMPU(Micro Processing Unit)により代替することも可能であることは言うまでもない。また、STRAGE704についても同様に、例えばフラッシュメモリ等の記憶装置により代替可能である。

MEMORY703は、例えば、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、DRAM(Dynamic Random Access Memory)、SRAM(Static Random Access Memory)、VRAM(Video RAM)、フラッシュメモリ等から構成されることができ、プレッシャゲージ1において利用される種々の情報やプログラムを格納する役割を有している。

<ゼロ点の設定> 本実施の形態において、ピストン103Pは、バネ112により所定の与圧をかけてストッパ108Sに押し当てられており、圧力センサSpにより測定される「第2の測定値」は、少なくとも所定の与圧の圧力値を超えるまでは、「第1の測定値」よりも高い値となる。以下、その詳細について説明する。

ピストン103Pへの接触部分の座りの悪さや、部品間での寸法誤差に起因する測定誤差の発生を回避するため、ピストン103Pはストッパ108Sに対して微力ではあるがバネ112による力で僅かに押し付けられた状態で製造される。これは、文字盤104上で指針が「ゼロ」を示している状態においても、すでにピストン103Pにはバネ112による僅かな与圧がかかっていることを意味する。

したがって、このような与圧がかけられているピストン103Pは、当該与圧を超える圧力が開口108Wを介して伝達されて初めて、バネ112の弾性力に抗した内部空間内でのスライドを開始する。

つまり、バネ式の測定方式による「第1の測定値」は、上記与圧以下の圧力がシリンダ108の内部空間内に伝達されてもゼロのままである。

一方、電気的に圧力検知を行う圧力センサSpは、与圧等の概念が存在せず、上記与圧以下の僅かな圧力も測定値として測定することができる。

このように、圧力センサSpにより測定される「第2の測定値」は、少なくとも所定の与圧の圧力値を超えるまでは、「第1の測定値」よりも高くなるように設定されている(つまり、「第2の測定値」のゼロ点(図6に示すゼロ点Os)は、「第1の測定値」のゼロ点(図6に示すゼロ点Om)からみてマイナス側の位置にある)。測定対象の圧力が所定の与圧の圧力値を超えている場合の測定値は、測定誤差が発生していない限り、「第1の測定値」と「第2の測定値」とは大きく異なることはない。

<動作説明> 図7は、実施形態によるプレッシャゲージ1における処理の流れについて説明するためのフローチャートである。

まず、CPU701(判定手段)は、磁石102mおよび磁気センサ110等を備える「運動量検知手段」により検知される運動量から推定される指針が文字盤上で示す「第1の測定値」と、圧力センサSpにより測定される「第2の測定値」と、をそれぞれ取得する(ACT101およびACT102)。なお、ここでの「第1の測定値」および「第2の測定値」の取得は、後述のACT103における判定処理を行う際に結果として両者の値が取得できていればよく、その取得の順序はいずれが先であってもよいし、同時でもよい。なお、ここでの「第1の測定値」の推定は、例えば磁気センサ110における検出値と「第1の測定値」との対応関係を示すデータテーブルや関数に基づいて行う。

続いて、CPU701は、上述のようにして取得される「第1の測定値」と「第2の測定値」に基づいて、両者の差が、所定値(許容誤差値)を上回るか否かの判定を行う(ACT103)。

LED105(通知手段)は、CPU701(判定手段)において「第1の測定値」と「第2の測定値」との差が、上記「所定値」を上回ると判定される場合に、任意の発光パターンによるユーザへの通知を行う。ここで、誤差の発生を知らせる通知は、必ずしも発光によるものに限らず、正常時に常時点灯等させておき、誤差発生時に消灯させるようにすることもできる。

上述のプレッシャゲージでの処理における各動作は、MEMORY703に格納されている測定誤差発生検知プログラムをCPU701に実行させることにより実現されるものである。

(第2の実施の形態) 次に、本発明の第2の実施の形態について説明する。

本実施の形態は、上述の第1の実施の形態の変形例である。第2の実施の形態は、例えば運動検知手段の構成が、第1の実施の形態とは異なっている。第1の実施の形態と以下、本実施の形態において、上述の第1の実施の形態においてすでに述べた部分と同様な機能を有する部分については、同一符号を付し、説明は省略する。

図8は、第2の実施の形態によるプレッシャゲージの駆動原理について説明するための概略図である。なお、図8で示す各構成部品の形状はあくまで一例であり、図示しているデザインに限られるものではい。

第2の実施の形態では、第1の回転軸102の回転は指針101の回転に利用される。また、第2の実施の形態では、第2の回転軸120が第1の回転軸102と平行となるように配置され、且つ第1の回転軸102と第2の回転軸120の間にシリンダ108が配置される。

第2の実施の形態によるプレッシャゲージは、運動量検知手段として、「第2の変換機構」と、「回転量検知手段」とを備えている。

具体的に、ここでの「第2の変換機構」は、例えば、測定対象から開口108Wを介してシリンダ108の内部空間に伝達される圧力によるピストン103Pのバネ112の弾性力に抗した直線運動を、第2の回転軸120回りの回転運動に変換する。具体的には、第2の実施の形態においては、「第2の変換機構」は、例えば、ラックギア103L’と、ピニオンギア120Gと、を備えることができる。ラックギア103L’は、指針101の回転軸102に固定されるピニオンギア102Gと噛み合うラックギア(第1の実施の形態におけるラックギア103Lに相当)を有するとともに、ピニオンギア102Gと噛み合うラックギアが形成される側とは反対側の面に形成され、ピニオンギア120Gと噛み合うラックギアを更に有している。ピニオンギア120Gは、第2の回転軸120に固定され、ラックギア103L’に噛合し、ラックギア103L’のスライドに伴って第2の回転軸120を中心に回転する(図8を参照)。すなわち、ラックギア103L’の移動は、ピニオンギア102Gおよびピニオンギア120Gの双方を回転させる。

また、「回転量検知手段」は、例えば、第2の回転軸120に固定される磁石120mと、第2の回転軸120と一体的に回転する磁石120mによる磁界の変化を検知する磁気センサ110と、を備える。

このような構成において、CPU701(判定手段)は、磁気センサ110により検知される磁界の変化に基づいて求められる角度位置に対応する「第1の測定値」を求める。

以下、第2の回転軸を設けて、ピストン103Pのバネ112の弾性力に抗した直線運動の回転運動への変換を行う構成とした利点について説明する。

プレッシャゲージでは、指針101が回転運動する関係上、ゲ−ジ本体の輪郭は通常略円形に形成されている。したがって、装置の小型化を行う上でのスペース効率を考慮すると、略円形の輪郭の中心部分を通る位置にシリンダ108を設置するのが合理的であると言える。

これは、以下の例えば以下の(1)〜(4)等の理由による。 (1)シリンダ108をゲージ本体に対して上記のように配置することで、シリンダ108をもっとも長く設定することができる。換言すれば、同じシリンダ長に対して、ゲ−ジ本体の外径を最小にすることができる。(2)シリンダ長を最大にすることのできる配置とすることにより、バネ112の伸縮のストロ−クを最大限に活用することができる。圧力測定において、バネのストロークを最大限に活用できることは、プレッシャゲージとしての精度の向上に寄与する。(3)装置全体としてのスペース効率を考慮すると、指針は円形の輪郭を有するゲ−ジ本体の中央付近に配置することが合理的である。(4)したがって上記を考慮すると、指針はゲージ本体におけるシリンダのほぼ真上に配置することが合理的であると言える。しかし、シリンダの周辺は文字盤や電子部品等の他の構成部品との関係からスペース的な制約が厳しく、磁気センサの配置が困難となる場合がある。特に、直線運動を回転運動に変換し、その回転運動の回転量を磁気センサによって検知する構成の場合、磁気センサは回転軸における指針が配置される側とは反対側の端部に配置することが望ましい。

上述のように、第2の実施の形態の構成によれば、ピストンの直線運動を回転運動に変換する構成において、その回転運動量を検知する磁気センサ等の検知手段を配置する場合に、指針の配置による制約を受けることなく、回転運動量検知のための独立した運動量伝達経路を設けることができ、設計上の自由度の向上にも寄与することができる。また、必要であれば、第1の回転軸と第2の回転軸が平行でない構成を採用することも可能である。

また、このように、シリンダ108内でスライドするピストン103Pの直線運動を、シリンダ108を挟む二つの軸に伝達する構成とすることにより、ピストン103Pから回転軸側に力を伝達する際に生ずる反力を2つの回転軸によって受けることで相殺することができ、力学的に安定な機構とすることができる。

(第3の実施の形態) 次に、本発明の第3の実施の形態について説明する。図9は、第3の実施の形態によるプレッシャゲージの駆動原理について説明するための概略図である。

上述の第1の実施の形態では、ストッパ108Sがシリンダ108の内周面に形成されている構成を例示したが、これに限られるものではなく、結果としてピストン103Pのスライドを規制することができればよい。

したがって、例えばピストン103Pの、スライド方向における開口108Wに対向しない側からシリンダ108外へと延びる部材を設け、シリンダ108外に設けるストッパ108S’を当該部材に係合等させることによってピストン103Pの動きを規制してもよい(図9を参照)。

また、上述の各実施の形態において、回転軸の回転量を検知するための手段として、磁気センサを採用する構成を例示しているが、これに限られるものではなく、例えば、反射式または透過式の光センサ等を利用して回転軸の回転量を検知することもできる。すなわち、結果として、検知対象となる回転軸の回転運動量を任意の物理量に変換することのできる手段であれば採用可能である。

更に、プレッシャゲージを構成するコンピュータにおいて上述した各動作を実行させるプログラムを、測定誤差発生検知プログラムとして提供することができる。本実施の形態では、発明を実施する機能を実現するための当該プログラムが、装置内部に設けられた記憶領域に予め記録されている場合を例示したが、これに限らず同様のプログラムをネットワークから装置にダウンロードしても良いし、同様のプログラムをコンピュータ読取可能な記録媒体に記憶させたものを装置にインストールしてもよい。記録媒体としては、プログラムを記憶でき、かつコンピュータが読み取り可能な記録媒体であれば、その形態は何れの形態であっても良い。具体的に、記録媒体としては、例えば、ROMやRAM等のコンピュータに内部実装される内部記憶装置、CD−ROMやフレキシブルディスク、DVDディスク、光磁気ディスク、ICカード等の可搬型記憶媒体、コンピュータプログラムを保持するデータベース、或いは、他のコンピュータ並びにそのデータベースや、回線上の伝送媒体などが挙げられる。

また、上述の各実施の形態にてプログラムをCPUやMPUに実行させることにより実現される各種処理は、その少なくとも一部を、ASIC702にて回路的に実行させることも可能であることは言うまでもない。

このように、上述した各実施の形態は、互いに任意の実施の形態同士を、技術的矛盾が生じない範囲において自由に組み合わせることができる。

本発明は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他の様々な形で実施することができる。そのため、前述の実施の形態はあらゆる点で理解を助けるための説明の例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には、なんら拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する全ての変形、様々な改良、代替および改質は、すべて本発明の範囲内のものである。

190 ケーシング 103P ピストン 108 シリンダ108S ストッパ 112 バネ 101 指針104 文字盤 Sp 圧力センサ 105 LED