JP2004007663A - 対象物の表面の内に、または上に組み込むためのトランスポンダー - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、基本的に弾性ゴム製品から成る対象物の表面の内に、または上に組み込むためのトランスポンダー、特にタイヤ内に組み込むためのトランスポンダーに関し、その際、このトランスポンダーが、ダイポールアンテナを有しており、且つ、アンテナ長さＬ_Ｌｕｆｔ−このアンテナ長さの場合、専ら空気が伝送媒体として存在する−　が、Ｌ_Ｌｕｆｔ＝０．５×ｃ／ｆの式から算出され、この式内において、ｃが光速度、およびｆが伝送周波数である。本発明の課題は、可能な限り高い伝送到達距離を、この弾性ゴム製品の外側に配設された送信および受信装置に対して備えている、弾性ゴム製品内に組み込むためのトランスポンダーを提供することである。
【解決手段】高い伝送到達距離を得るために、弾性ゴム製品内におけるトランスポンダー１が、０．４５×Ｌ_Ｌｕｆｔと０．９０×Ｌ_Ｌｕｆｔの間の、有利には約０．６１×Ｌ_Ｌｕｆｔから０．７１×Ｌ_Ｌｕｆｔまでの長さ領域におけるアンテナ長さＬ_ｋｐを有していることが提案される。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基本的に弾性ゴム製品から成る対象物の表面の内に、または上に組み込むためのトランスポンダー、特にタイヤ内に組み込むためのトランスポンダーに関し、その際、このトランスポンダーが、ダイポールアンテナを有しており、且つ、アンテナ長さＬ_Ｌｕｆｔ−このアンテナ長さの場合、専ら空気が伝送媒体として存在する−　が、Ｌ_Ｌｕｆｔ＝０．５×ｃ／ｆの式から算出され、この式内において、ｃが光速度、およびｆが伝送周波数である。
【０００２】
【従来の技術】
このような様式のトランスポンダーは、ドイツ連邦共和国特許公開第１９５３２９１４号明細書、および米国特許第５２８９１６０号明細書から公知である。トランスポンダーは、タイヤ内において、異なる課題のために使用される。この課題に関して、特にタイヤの同定（Ｒｅｉｆｅｎｉｄｅｎｔｉｆｉｋａｔｉｏｎ）があげられ、このタイヤの同定でもって、自動車製造業者およびその他の人々は、どのタイヤ工場からどのようなタイヤが提供されたか、迅速に並びに自動化された状態で確認可能である。他の課題は、空気圧力監視、温度測定、このタイヤ内における機械的な応力状態の測定、または、このタイヤの既に経過した走行率の測定を含んでいる。最新式のトランスポンダーは、その内部にセンサー部材が配設された電子機器構造部材もしくは電子機器部材チップ、並びに、この電子機器構造部材と接続されたアンテナから成っている。
【０００３】
ダイポールアンテナを有するトランスポンダーと、タイヤの外側に配設さられた送信および受信装置との間の最適な伝送到達距離のために、これらアンテナが、所定の長さを備えていることは必要である。そのアンテナ長さにおいて伝送が専ら空気媒体を介して行われる、最適なアンテナ長さは、良好な近似状態において、次の式を介して算出される。
ｃ＝ｆ×λ　　　　　　　・・・（１）
この記号ｃは、近似で３×１０^８ｍ／ｓの値である光速度を示している。記号ｆでもって、例えば９１５ＭＨｚの値である伝送周波数が提示されている。式（１）を介して、波長λのために、０．３２８ｍの値が算出される。
【０００４】
最適なアンテナ長さは、一般的に公知の従来技術により、良好な近似状態において、この値の半分である：
アンテナ長さＬ_Ｌｕｆｔ＝０．５×λ　　　　　・・・（２）
従って、９１５ＭＨｚの伝送周波数の場合、空気内において、最適なアンテナ長さは、約１６．４ｃｍの値である。いわゆるエッジ効果（Ｒａｎｄｅｆｆｅｋｔｅ）によって、この最適なダイポール長さは、僅かに、この半波長から外れる。タイヤ内において、このようなアンテナ長さを有するトランスポンダーを配設する場合、囲繞するタイヤ材料が、このトランスポンダーの伝送到達距離を、著しく低減するという欠点が生じる。このトランスポンダーの伝送到達距離の低減は、囲繞するゴム材料、および、タイヤの異なる層内において配設されている、異なる剛性担持体に原因が帰されねばならない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の根底をなす課題は、可能な限り高い伝送到達距離を、この弾性ゴム製品の外側に配設された送信および受信装置に対して備えている、弾性ゴム製品内に組み込むためのトランスポンダーを提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この課題は請求項１の典型的な特徴に従い、トランスポンダーが、０．４５×Ｌ_Ｌｕｆｔと０．９０×Ｌ_Ｌｕｆｔの間の、有利には約０．６１×Ｌ_Ｌｕｆｔから０．７１×Ｌ_Ｌｕｆｔまでの長さ領域におけるアンテナ長さＬ_ｋｐを有していることによって解決される。
【０００７】
本発明の利点は、特に、短縮されたアンテナ長さによって、弾性ゴム製品内に組み込まれるトランスポンダーの伝送到達距離が著しく改善、即ち増大される点にある。大規模な諸測定は、最適な伝送レートが、予想外に、弾性ゴム製品内におけるトランスポンダーにおいて、０．６１×Ｌ_Ｌｕｆｔと０．７１×Ｌ_Ｌｕｆｔの間の、有利には約０．６６×Ｌ_Ｌｕｆｔのアンテナ長さの場合に得られることを明らかにした。このようなアンテナ長さの場合、伝送レートは、著しく、弾性ゴム製品内において配設された、短縮されていないアンテナ長さを有するトランスポンダーに比して増大される。逓減する、もしくは逓増するアンテナ長さによって、この伝送到達距離は、連続的に逓減する。それにも拘らず、諸調査は、０．４５×Ｌ_Ｌｕｆｔから０．９０×Ｌ_Ｌｕｆｔまでの全長さ領域において、空気における参照値に比してより高い伝送到達距離が達せられることを示した。
【０００８】
本発明の有利な他の構成において、伝送周波数ｆは、８６８〜９２８ＭＨｚの範囲内に存在する。この伝送周波数範囲は、短縮されたアンテナ長さに対して、特に良好に適合されている。
【０００９】
本発明の更に別の有利な他の構成において、ダイポールアンテナは、鋼または鋼合金から成る。トランスポンダーは、タイヤ内において、例えば銅アンテナの折損を誘起する高い機械的な交番応力に曝される。鋼は、アンテナ材料として、高い交番曲げ強さを備えており、タイヤ内におけるスチールベルトの材料として有用であることが実証されており、且つタイヤ内における諸負荷に良好に耐えることの利点を与える。
【００１０】
本発明の更に別の有利な他の構成において、ダイポールアンテナは、ベリリウム−銅−合金から成る。この材料は、同様に高い交番曲げ強さを、不変の伝送到達距離の条件のもとで有している。
【００１１】
本発明の更に別の有利な他の構成において、ダイポールアンテナの表面は、黄銅でもって被覆されている。トランスポンダーと囲繞するゴム材料との間で、良好な付着性が存在すべきである。黄銅を被覆することは、タイヤのトランスポンダーと囲繞するゴム材料との間の最適な付着をもたらす。
【００１２】
更に別の有利な他の構成において、鋼と黄銅被覆との間に、有利には、１０μｍと１００μｍとの間の厚さの銀被覆が設けられている。この被覆は、アンテナの実質的な抵抗を低下し（表皮効果）、且つ従って、品質の良さの改善を誘起し、このことから、自体、到達距離増大を結果として生じる。
【００１３】
本発明の更に別の有利な他の構成において、ダイポールアンテナは、溶接結合を介して、トランスポンダーチップと結合されている。市販のトランスポンダーの場合、このダイポールアンテナは、半田結合を介してトランスポンダーチップと結合される。タイヤ内において、この結合位置は、機械的な諸応力に基づいて、互いに離間するように破断する可能性がある。この溶接結合は、これに反して、基本的に比較的に高い負荷に耐える。
【００１４】
本発明の更に別の有利な他の構成において、トランスポンダーチップおよびこのトランスポンダーチップのダイポールアンテナに対する結合部は、ケーシング、または保護する材料内において配設されている。このケーシングは、トランスポンダーチップに対する結合位置を囲繞し、且つ、このことによって、この弱い位置を、高い機械的な負荷に対して保護する。
【００１５】
本発明の更に別の有利な他の構成において、ダイポールアンテナは、多数の弾性的に、または／及び可塑的に変形可能なフィラメントから成る。これらアンテナは、この方法で、高可撓性の特性を有し、且つこのことによって、発生する機械的な諸応力を、より良好に補償可能である。
【００１６】
本発明の更に別の有利な他の構成において、フィラメントは、導電性のゴム混合物を介して、互いに結合状態にある。このことによって、フィラメント破壊の際、破壊位置は、導電性のゴム混合物を介して架橋される。
【００１７】
本発明の更に別の有利な他の構成において、全トランスポンダーは、電気的に絶縁性の材料の中へ埋設されている。この絶縁性の材料、例えばカーボンブラックを含有しないゴム混合物は、囲繞するゴム材料に対して絶縁体として作用する。経験的な諸調査は、このような埋設によって、伝送到達距離が、同様に約５０％だけ増大されることを示している。この到達距離増大は、主として、ダイポールアンテナの電磁的な特性の改善に起因する。
【００１８】
本発明の更に別の有利な他の構成において、絶縁性の材料は、絶縁性のゴム混合物または／及び熱可塑性のエラストマーである。絶縁性のゴム混合物として、例えば、シリコン混合物、または簡単に製造することができるカーボンブラックを含有しないゴム混合物が該当する。熱可塑性のエラストマーは、これに反して、簡単な処理性の利点を与える。トランスポンダーは、簡単な構造およびやり方で、このような材料の中へ埋設され得る。
【００１９】
本発明の更に別の有利な他の構成において、ダイポールアンテナの表面は、絶縁性の塗料でもって被覆されている。この方法で、囲繞するゴム材料に対する絶縁は、再度増大され、且つ、このことによって、伝送到達距離を改善する。
【００２０】
本発明の更に別の有利な他の構成において、トランスポンダーは、タイヤ内において、タイヤビートの領域に配設される。このタイヤビート内における配設は、このタイヤ領域において、ただ比較的に僅かの、このトランスポンダーの損傷を誘起する可能性のある諸応力だけを生じることの利点を与える。
【００２１】
本発明の更に別の有利な他の構成において、トランスポンダーは、タイヤ生産の際、エイペックス処理機械（Ａｐｅｘｉｅｒｍａｓｃｈｉｎｅ）において、エイペックスの内に、または沿って配設される。このエイペックス処理機械は、タイヤ構築機械（Ｒｅｉｆｅｎａｕｆｂａｕｍａｓｃｈｉｎｅ）に依存しない方法工程である。このことによって、このタイヤ構築機械におけるサイクルタイムは、この機械において、更に付加的な構造部材が載置されねばならないことによって低減されない。
【００２２】
次に、複数の実施例に基づいて、本発明を詳しく説明する。
【００２３】
【発明の実施の形態】
図１は、ダイポールアンテナを有するトランスポンダー１を示しており、このダイポールアンテナが、２つの、相対して位置しているアンテナ２および３から構成されている。ダイポールアンテナのこれら両方のアンテナ２および３は、有利には、領域４および５内における高力（ｈｏｃｈｆｅｓｔｅ）の溶接結合を介して、図示されていないトランスポンダーチップの接点と結合されている。長さＬ_ｋｐは、このダイポールアンテナの最適な、タイヤ内において配設されるべき長さを、明らかにしている。この実施例において、９１５ＭＨｚの伝送周波数ｆ、および約３００×１０^６ｍ／ｓの光速度ｃを基礎としている。専ら周囲空気が伝送媒体として存在する場合、これらの値から、従来技術より、約１６．４ｃｍの最適なアンテナ長さが算出される。大規模な調査は、伝送到達距離を増大するため、もしくは、他方また、専ら周囲空気が伝送媒体として存在する場合に得られる出力値に導くために、このトランスポンダーのアンテナ長さＬ_ｋｐが、このタイヤ内において著しく短縮されねばならないことを明らかにした。これら調査は、伝送到達距離の最大が、約１０．０から１１．５ｃｍのアンテナ長さの場合に得られることを示している。より小さな、またはより大きな値の場合、伝送到達距離は、連続的に減少する。
【００２４】
タイヤ生産の間に、タイヤ内にトランスポンダーを合体する際、タイヤ材料が、可塑的な変形に曝され、これら変形が、場合によってはこのトランスポンダーのアンテナ長さに伝達されることは、考慮に入れられるべきである。この事情は、特に、伸長性のあるアンテナ構造の場合に顧慮されるべきである。この場合には、タイヤ生産の後に、このトランスポンダーのアンテナ長さは、相応してより短く寸法を設定されねばならず、従って、このアンテナ長さが、値Ｌ_ｋｐを有している。この実施例の場合、従って、このアンテナ長さは、タイヤ生産の後、約１０．８ｃｍの長さである。破線で描かれた矩形は、ケーシング７の可能な配設を示しており、このケーシングが、アンテナ２および３と、トランスポンダーチップ６との間の結合領域４および５を、機械的な負荷から保護する。同様に、このようなケーシングを、このカプセルに入れられたトランスポンダーチップ６と、これら結合領域４および５が、エポキシ樹脂の中へ埋設されることによって置換することは可能である。これらアンテナの接点位置が、ケーシングによって保護されている場合、コストの理由から、チップをカプセル（ハウジング）に入れることは必要とされず、従って、これらアンテナは、直接的に、シリコンでもって接触される。
【００２５】
図２は、ダイポールアンテナのアンテナ２または３の、更に別の実施例を示している。この実施例の場合、このアンテナは、個別のフィラメント８から成り、これらフィラメントが互いに絡み合わされており、且つ相対的に相互に移動可能に摺動可能に配設されている。更に別の実施形態の変形は、図２において図示されたアンテナが、図示されていない電気的に高伝導性のゴム混合物を混入されていることにある。１つのフィラメントを真っ二つに切断する場合、このことによって、通常は非常に小さな亀裂位置が、囲繞された導電性のゴム材料を介して、電気的に架橋される。高導電性のゴム混合物としては、例えば、高カーボンブラック含有率を有する混合物が可能である。
【００２６】
図３は、１つの実施例を示しており、この実施例の場合、全トランスポンダー１が、絶縁性の材料の中へ埋設されている。このような埋設は、このトランスポンダー１が、両方の側面から、例えばシリコンゴム混合物から成る絶縁性の材料条片１２でもって包まれることによって実現される。その代わりに、または付加的な構成として、このトランスポンダー１を、熱可塑性のエラストマーから成る条片内に包むことは可能である。同様に、これらアンテナを、予め付加的に絶縁性の塗料でもって塗布することも可能である。
【００２７】
図４は、タイヤ９の半径方向断面を示している。トランスポンダー１は、タイヤビート内において、タイヤ内側１０に配設されている。このトランスポンダー１は、同様に、有利には、頂点領域１１内におけるタイヤ内側、またはこのタイヤ９の側壁領域１３内において配設され得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】ダイポールアンテナを有するトランスポンダーの図である。
【図２】フィラメントから成るダイポールアンテナの図である。
【図３】絶縁性の材料内において配設された状態のトランスポンダーの図である。
【図４】タイヤビート内において配設された状態のトランスポンダーの図である。
【符号の説明】
１　　トランスポンダー
２　　ダイポールの左側のアンテナ
３　　ダイポールの右側のアンテナ
４　　アンテナとトランスポンダーチップとの間の、左側の結合領域
５　　アンテナとトランスポンダーチップとの間の、右側の結合領域
６　　トランスポンダーチップ
７　　ケーシング
８　　フィラメント
９　　タイヤ
１０　タイヤ内側
１１　タイヤの頂点領域
１２　絶縁性の材料条片
１３　タイヤの側壁領域
ｃ　　光速度
ｆ　　伝送周波数
λ　　波長
Ｌ_Ｌｕｆｔ専ら伝送媒体として空気の場合のアンテナ長さ
Ｌ_ｋｐ弾性ゴム製品内におけるアンテナ長さ

Claims (16)

1. 基本的に弾性ゴム製品から成る対象物の表面の内に、または上に組み込むためのトランスポンダー、特にタイヤ内に組み込むためのトランスポンダーであって、
   その際、このトランスポンダーが、ダイポールアンテナを有しており、
   このダイポールアンテナのアンテナ長さＬ_Ｌｕｆｔが、専ら空気が伝送媒体として存在する場合に関して、Ｌ_Ｌｕｆｔ＝０．５×ｃ／ｆの式から算出され、
   この式内において、ｃが光速度、およびｆが伝送周波数である様式の、上記トランスポンダーにおいて、
   トランスポンダー（１）が、０．４５×Ｌ_Ｌｕｆｔと０．９０×Ｌ_Ｌｕｆｔの間の、有利には約０．６１×Ｌ_Ｌｕｆｔから０．７１×Ｌ_Ｌｕｆｔまでの長さ領域におけるアンテナ長さＬ_ｋｐを有していることを特徴とするトランスポンダー。
2. 表面上に、またはタイヤの内において配設されているトランスポンダーを有するタイヤであって、
   その際、このトランスポンダーが、ダイポールアンテナを有しており、
   このダイポールアンテナのアンテナ長さＬ_Ｌｕｆｔが、専ら空気が伝送媒体として存在する場合に関して、Ｌ_Ｌｕｆｔ＝０．５×ｃ／ｆの式から算出され、
   この式内において、ｃが光速度、およびｆが伝送周波数である様式の、上記トランスポンダーを有するタイヤにおいて、
   トランスポンダー（１）が、０．４５×Ｌ_Ｌｕｆｔと０．９０×Ｌ_Ｌｕｆｔの間の、有利には約０．６１×Ｌ_Ｌｕｆｔから０．７１×Ｌ_Ｌｕｆｔまでの長さ領域におけるアンテナ長さＬ_ｋｐを有していることを特徴とするトランスポンダーを有するタイヤ。
3. 伝送周波数ｆは、８６８〜９２８ＭＨｚの範囲内に存在するように構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のトランスポンダーまたはタイヤ。
4. ダイポールアンテナは、鋼または鋼合金から成ることを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載のトランスポンダーまたはタイヤ。
5. ダイポールアンテナは、ベリリウム−銅−合金から成ることを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載のトランスポンダーまたはタイヤ。
6. ダイポールアンテナの表面は、黄銅でもって被覆されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一つに記載のトランスポンダーまたはタイヤ。
7. 鋼と黄銅被覆との間に、銀被覆が設けられていることを特徴とする請求項１から６のいずれか一つに記載のトランスポンダーまたはタイヤ。
8. ダイポールアンテナは、溶接結合を介して、トランスポンダーチップ（６）と結合されていることを特徴とする請求項１から７のいずれか一つに記載のトランスポンダーまたはタイヤ。
9. トランスポンダーチップ（６）およびこのトランスポンダーチップのダイポールアンテナに対する結合部は、ケーシング（７）、または保護する材料内において配設されていることを特徴とする請求項１から８のいずれか一つに記載のトランスポンダーまたはタイヤ。
10. ダイポールアンテナは、多数の弾性的に、または／及び可塑的に変形可能なフィラメント（８）から成ることを特徴とする請求項１から９のいずれか一つに記載のトランスポンダーまたはタイヤ。
11. フィラメント（８）は、導電性のゴム混合物、またはエラストマー混合物を介して、互いに結合状態にあることを特徴とする請求項１から１０のいずれか一つに記載のトランスポンダーまたはタイヤ。
12. 全トランスポンダー（１）は、電気的に絶縁性の材料（１２）の中へ埋設されていることを特徴とする請求項１から１１のいずれか一つに記載のトランスポンダーまたはタイヤ。
13. 絶縁性の材料は、絶縁性のゴム混合物または／及び熱可塑性のエラストマーであることを特徴とする請求項１から１２のいずれか一つに記載のトランスポンダーまたはタイヤ。
14. ダイポールアンテナの表面は、絶縁性の塗料でもって被覆されていることを特徴とする請求項１から１３のいずれか一つに記載のトランスポンダーまたはタイヤ。
15. トランスポンダー（１）は、タイヤ（９）内において、タイヤビートの領域に配設されることを特徴とする請求項１から１４のいずれか一つに記載のタイヤ。
16. トランスポンダー（１）は、タイヤ生産の際、エイペックス処理機械において、エイペックスの内に、または沿って配設されることを特徴とする請求項１から１５のいずれか一つに記載のタイヤ。

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