JP2004136866A - トランスポンダとアンテナの結合方法 - Google Patents

Abstract

【課題】　タイヤ内に配置されるトランスポンダモジュールの環状のアンテナをトランスポンダに対して機械的には分離しつつ、磁気結合させる。
【解決手段】　ループアンテナ３２を、トランスポンダモジュール３４の環状体の貫通穴を貫通して突出するように配置し、環状体に対して非接触で機械結合されていない関係に保つ。ループアンテナ３２を環状体に対して直接磁気結合させる。トランスポンダモジュール３４を、環状体を通してループアンテナ３２に結合させる。そして、ループアンテナ３２とトランスポンダモジュール３４を、ループアンテナ３２および環状体を所定の向きに維持するように、非導電性の密封材料のストリップ内に埋め込む。
【選択図】　図３

Description

　本発明は、概して、トランスポンダなどの電子装置とアンテナの結合に関し、特に、空気入りタイヤで使用されるトランスポンダとアンテナの直接磁気結合に関する。

　本発明は、タイヤまたは車輪に関する識別データまたは他のデータを無線周波数で電子的に送信する、アンテナを含む環状の装置に関するが一般に使用されている。この装置は、少なくともタイヤまたは車輪についての識別情報を保持するのに十分なデータ容量を有する集積回路チップを備えた無線周波数トランスポンダを有している。タイヤの膨張圧やトランスポンダの位置でのタイヤまたは車輪の温度のようなその他のデータを、トランスポンダによって識別データとともに送信することができる。本発明は、特に、空気入りタイヤで使用されるトランスポンダのアンテナへの直接磁気結合に関するが、本発明はそれに限定されない。ここで説明する原理は、一連の電気装置を環状のアンテナに磁気結合させるという用途を示しているが、その他の無数の用途も当業者には明らかである。

　後述の文献によって明示されているように、環状のアンテナを用いて、タイヤまたはタイヤと車輪の組立体の構造内に収容されているトランスポンダからデータを無線周波数で送信することが、当該技術分野において公知である。しかし、それを、タイヤの製造工程中にタイヤに組み込まれたアンテナを用いて行うのは実際には非常に困難である。ラジアルプライタイヤとバイアスプライタイヤはいずれも、製造工程中に直径方向にかなり広げられる。バイアスプライタイヤは、グリーンタイヤを収容している金型の円環状部内にグリーンタイヤを押し込むブラダーを通常有する硬化プレス内に挿入されたときに、直径方向に広げられる。ラジアルプライタイヤは、タイヤの組立工程または成形工程中に直径方向に広げられ、硬化工程中に直径方向にさらに広げられる。タイヤに組み込まれている環状のアンテナとそれに関連する電子回路は全て、製造中にタイヤが直径方向に広げられる間、構造的に完全な状態を維持可能なものでなければならない。さらに、環状のアンテナは、タイヤの使用中に繰り返し生じる変形と、再生前のタイヤに課せられる試験工程によってもたらされる過酷な条件に耐えられなければならない。したがって、環状の装置および方法には、組立工程中および効果工程中にタイヤが直径方向に広げられる間、トランスポンダとアンテナのループ接続部が機械的かつ構造的に完全な状態を維持するのに十分なものでなければならないという必要条件が存在する。さらに、アンテナと、トランスポンダとアンテナのループ接続部は耐久性がなければならず、性能の低下や、ワイヤすなわち電気接続部の破損による動作不良を生じることなく、タイヤの動作およびタイヤ再生工程の過酷な環境の間じゅう構造的に完全な状態を維持可能でなければならない。

　上述したような機械的かつ構造的に完全な状態を維持する必要があるだけでなく、アンテナとトランスポンダとの接続は、高エネルギー伝達が可能であることが重要である。受動型トランスポンダには、離れた（非接触の）エネルギー源からエネルギーを供給する必要がある。このエネルギー結合は一般に、読取装置のアンテナコイル内に（たとえば１２５ｋＨｚから１３５ｋＨｚの）ＬＦ交流電流を発生させることによって行われる。読取装置のアンテナコイルは、必ずしもそうである必要はないが、通常、直列共振誘導容量（ＬＣ）回路である。読取装置のアンテナコイル内の電流によってその近傍に磁界が発生する。この磁界内の受動型トランスポンダは、必ずしもそうである必要はないが通常は並列同調共振ＬＣ回路に組み込まれているトランスポンダのアンテナコイルと磁界の誘導結合によってエネルギーを取り込む。

　トランスポンダのアンテナコイルの一形態は、１回またはごく少数の巻き数から成る、直径の大きなワイヤループである。このようなアンテナは、たとえば、ループをタイヤクラウンまたはサイドウォール内に、３６０度の回転にわたって連続的に結合するように配置可能なタイヤにおいて非常に有用である。１つまたは少数の巻き数である大きなループは、読取装置のアンテナコイルの磁界からエネルギーを取り込む大きな領域を形成するが、インダクタンスが非常に小さい。その結果、共振ＬＣ回路の品質が悪くなると共に、トランスポンダ電子機器とのインピーダンス整合が悪くなる。インピーダンス整合の悪さを解消するには、ループアンテナと直列である巻数の少ない一次巻線と、トランスポンダ電子機器の入力部に接続された巻数の多い二次巻線とから成る変成器を使用することができる。この変成器は、一次側の方がインダクタンスが大きく、したがって、高品質の同調ＬＣ回路と、トランスポンダ入力における高い電圧レベルと、トランスポンダ電子機器との良好なインピーダンス整合を可能にする。このような変成器を作製する最も効率的な手段は、通常は環状の形状のフェライト材料を用いることによって、小体積で高効率および高い結合係数をもたらす。

　しかし、直径の大きなアンテナループと、環状変成器の一次巻線に使用される微細なワイヤの接続は、トランスポンダパッケージにおいて問題を引き起こすことがある。アンテナループは、タイヤのような特定の用途の要件を満たすために、高剛性で強い材料であることが多い。高剛性のワイヤと微細なワイヤの間の電気接続は、信頼性および工程上の問題を生じる。ループアンテナの材料組成ははんだ付けが不可能なものであることがあり、そして、利用可能な空間が小さいため、強力な機械接続を確立することが困難な場合がある。さらに、高剛性のワイヤの末端部を、トランスポンダパッケージ内で利用可能な小さな体積の中に位置させると、脆弱で耐久性の低い端末連結部が生じる。その結果、ループアンテナの撓みまたはその他の運動のために接続部に加えられる応力によって接続部が破壊される可能性がある。さらに、通常のトランスポンダパッケージでは、少量のエポキシまたは他の密封材料だけが、このような応力に抵抗するのに役立つ。

　当該技術分野では、巻線が巻かれたフェライトロッドを有するトランスポンダを長いワイヤループの近くに位置させることが公知である。読取り装置からのループで生じる電流によって、ロッドに結合されたループの近くに磁界が発生する。他の公知の実施態様では、長いループの一部が取り出されて巻かれて、面積の小さな「集信装置」巻線になっている。集信装置巻線は、磁界を集中させ、巻線の近くに配置された、フェライトロッドのトランスポンダアンテナとのより強力な誘導結合を生じさせる。電気的には、このような接続部は、集信装置巻線が変成器の一次巻線でありフェライトロッド上の巻線が二次巻線である、緩やかな結合の変成器に相当する。

　このような公知のアンテナ−トランスポンダ組立体をタイヤの基本のシステムに組み込むことに伴う固有の問題の１つは、トランスポンダ変成器が、１回転ごとに読取装置のアンテナのすぐ下を通過するときに起こる。フェライトロッドの場合のように変成器の一次巻線が磁気的に開いている場合には、読取り装置からの磁界によって二次巻線内に直接電流が発生し、アンテナループによって発生した電流を打ち消す。この直接結合は、ループ結合と逆の位相を有する。したがって、各回転中の２つの点で２つの磁界が正確に打ち消し合い、結合を無効にする。このため、好ましい３６０度の読取りが行われなくなり、車輪の速度が速いときにトランスポンダを読み取ることができなくなる。したがって、３６０度に亘る連続的な読取りを可能にし、高い結合係数をもたらし、読取装置の磁界によって発生する電流と、アンテナループによって発生する電流との干渉を最小限に抑える、タイヤシステム用のアンテナ−トランスポンダ組立体を提供する必要がある。

　米国特許第５１８１９７５号は、集積回路（ＩＣ）トランスポンダおよび圧力トランスデューサを有する空気入りタイヤを開示している。この特許に記載されているように、トランスポンダは、タイヤの継ぎ当て部材または同様の材料あるいは装置によって、タイヤの内表面に取り付けることができる。米国特許第５５４１５７４号は、チューブの周りを延びる溝内に収容された環状のアンテナを開示している。米国特許第４３１９２２０号は、タイヤ内の車輪ユニットと共通の受信機とを有する、タイヤ圧を監視するシステムを開示している。各車輪ユニットは、信号を送信し電力を受け取るようにタイヤの内周に接して配置された、開放した環状体に埋め込まれた連続的なワイヤループを含むアンテナを有している。米国特許第６１４７６５９号は、タイヤ内の金属製の構成部材を、トランスポンダに直接接続されているアンテナとして使用することを開示している。米国特許第４０７４２２７号は、タイヤ用のタイヤ圧インジケータを開示しており、タイヤの周りに円形ループとして配置されている信号コイルに接続されたトランスポンダを含んでいる。米国特許第５４９１４８３号は、インピーダンス変成器を介してトランスポンダに機械的かつ磁気的に結合された環状の単一のループアンテナを開示している。
米国特許第５１８１９７５号 米国特許第５５４１５７４号 米国特許第４３１９２２０号 米国特許第６１４７６５９号 米国特許第４０７４２２７号 米国特許第５４９１４８３号 米国特許第５４７９１７１号

　上に列記した従来技術はうまく機能し、当該産業界の要求を満たすための、実施可能ないくつかの手法を表しているが、各手法に固有の、ある欠点によって、ここにまとめられた従来技術では、環状のアンテナをトランスポンダに磁気結合するのに十分なシステム、組立体、および方法は実現されない。従来技術では、満足できる結合係数が得られず、トランスポンダとループの接続部が耐久性に乏しく、アンテナループをトランスポンダに取り付ける方法が面倒で、また、システムのコストが比較的高い。したがって、当該産業界では、アンテナをトランスポンダから機械的には分離しつつ、環状のアンテナのトランスポンダへの高度の磁気結合を達成するシステム、組立体、および方法が依然として必要とされている。従来、トランスポンダに磁気的に結合されるが機械的には結合されない環状のアンテナを提供するシステムは実現されていない。また、満足のいくシステムとは、容易で安価な製造および組立を可能にする比較的廉価な構成部材を有するものである。さらに、満足のいくシステムとは、耐久性が高く、タイヤを含むシステムの多くの用途に伴う上述した応力に耐えることができるものである。

　本発明は、環状のアンテナをトランスポンダなどの電気装置に結合する公知のシステムおよび方法の欠点を解消する。環状体は、高い電磁透過率を有する材料から形成されている。環状装置と共に、または環状装置の一部として使用される一次巻線はない。その代わり、アンテナループは、環状体の中央開口部を直接貫通して通過し、一次巻線なしで環状体に磁気結合している。トランシーバの磁界のためにループアンテナに生じる電流によってループの近くに磁気が発生するため、ループと環状体の間、したがって二次巻線内で磁気結合が生じる。磁界は、ループワイヤを緊密に囲むフェライトの環状体内に直接生じる。このような結合を以下では直接磁気結合（ＤＭＣ）と呼ぶ。ＤＭＣの手法によって、アンテナループは、機械接続することなくトランスポンダパッケージを通過することができ、したがって、前記したようにループワイヤとトランスポンダパッケージを接続してそれを維持することに関する問題が解消される。二次巻線の比は、最適なインピーダンス整合に適合させるために変更可能である。したがって、ＤＭＣ技術では、アンテナループと環状体の外側の接続部がないため、高エネルギー結合と高耐久性が得られる。さらに、アンテナループをトランスポンダに取り付ける工程が簡略化され、ワイヤ束すなわちケーブルとトランスポンダの間の遠隔結合が非常に容易になる。さらに、ＤＭＣ技術を用いた、環状のアンテナとトランスポンダの間の磁気結合は、連続的な３６０度の読取りの間維持され、呼掛領域内の不感域が無くなる。

　本発明のさらに他の態様によれば、アンテナおよびトランスポンダは、アンテナとトランスポンダパッケージを一体的に搬送させる非導電性の密封材料に、少なくとも部分的に埋め込まれている。このような組立体では、タイヤの製造工程中または製造後の取付工程で組立体をタイヤに組み込むのが容易になる。さらに、密封材料は、アンテナと環状体を、機械的には結合されないにもかかわらず電磁的に結合された有利な関係に維持する働きをする。

　本発明の他の態様によれば、中央開口部を有する環状体を通して、ループアンテナをトランスポンダなどの電子装置に連結する方法が提供される。この方法は、ループアンテナを、環状体に対して非接触の関係で、中央開口部を貫通して突出するように配置するステップと、ループアンテナと環状体の間に直接磁気結合を生じさせるステップと、電子装置を、環状体を通してアンテナに結合させるステップとを含む。本発明の他の態様は、アンテナおよび電子装置パッケージを一体的に搬送できるようにし、かつアンテナと電子装置の相対位置を特定の向きに固定するために、アンテナおよび電子装置パッケージを、非導電性材料内に少なくとも部分的に封入する工程をさらに含む。

　本発明の利点は、当業者には明らかであり、以下に詳しく記載され添付の図面によって示されている好ましい実施形態および他の実施形態によって実現される。

　以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

　本明細書中で「トランスポンダ」は、空気入りタイヤ内の空気圧などの条件を監視し、次にその情報を外部装置に送信することのできる電子装置である。外部装置は、ＲＦ（無線周波数）読取り装置／呼掛器であってもよく、単なるＲＦ受信機であってもよい。トランスポンダが「能動型」トランスポンダであり、それ自体の電源を有するときには、単なるＲＦ受信機を使用することができる。トランスポンダが「受動型」トランスポンダであり、読取り装置／呼掛器からのＲＦ信号によって電力を供給されるときには、読取り装置／呼掛器が使用される。いずれの場合も、トランスポンダは、外部装置と共に、タイヤ条件の監視／警告システム全体の中の一構成部材を形成する。「フェライトの環状体」は二次巻線によってトランスポンダに結合させられている。

　本明細書では、「フェライトの環状体」は、強磁性材料からなり、連続する曲面によって形成された物体であり、中央の貫通穴を含んでいる。環状体は、本明細書に記載された発明から逸脱しなければ、円筒状であっても、楕円形であっても、対称形であっても、非対称形であってもよい。トランスポンダは、ＲＦ信号を送信または受信するために、アンテナを有していなければならない。このアンテナは環状の形状を有し、製造中にタイヤに組み込んでもよく、また製造後の処理によってタイヤに取り付けてもよい。アンテナは、１本のワイヤから構成されていてもよく、または複数の撚り線から構成されていてもよい。様々な市販のトランスポンダと、センサと、環状のアンテナと組み合わせて配置されるその他の電気装置は、本発明の原理に従って使用するのに適している。

　アンテナワイヤの、許容される材料は、スチール、アルミニウム、銅、または他の導電ワイヤを含む。この特許明細書で開示されるように、ワイヤの直径は一般に、トランスポンダ用のアンテナとしての作用にとって重要であるとは考えられていない。耐久性のために、微細なワイヤの複数の撚り線が撚られて形成されているスチールワイヤが好ましい。利用可能なその他のワイヤとして選択できるものには、リボンケーブル、可撓性の回路、導電性フィルム、導電性ゴムなどが含まれる。

　まず、図１を参照すると、本発明の好ましい実施形態の装置１０がタイヤ１２内に配置されているのが示されている。タイヤ１２は、従来の手段によって、ゴムやゴム複合材料のような従来の材料から形成され、ラジアルプライ構成またはバイアスプライ構成を有している。一般的なタイヤ１２は、トレッド１４、ショルダ１６、環状のサイドウォール１８、および末端のビード２０を有する構成である。インナーライナ２２が形成されて、タイヤの空洞２４を形成している。タイヤ１２は、周縁部のリムフランジ２８とリムフランジ外表面３０を有する環状のリム２６上の位置に取り付けられるようになっている。リム２６は、スチールのような適度に強い金属からなり、従来通りの構成である。

　環状のアンテナ３２が設けられており、好ましい実施形態では、正弦曲線状の形状になっている。あるいは、アンテナ３２は、他のパターンに構成されていてもよく、また、必要に応じて直線状のワイヤからなっていてもよく、フィラメントワイヤ、あるいはコードすなわち撚られたワイヤであってもよい。許容されるワイヤの材料にはスチール、アルミニウム、銅、またはその他の導電線が含まれる。前述したように、ワイヤの直径は、一般に、アンテナとしての作用にとって重要であるとは考えられておらず、微細なワイヤの複数の撚り線であるのが好ましい。アンテナ３２は曲線形状であるため可撓性を有し、後述するように製造中および使用中に破損する可能性が最小限に抑えられる。

　引き続き図１を参照すると、上述した一般的な種類のトランスポンダモジュール３４が設けられており、このトランスポンダモジュール３４は、圧力や温度などのタイヤのパラメータを検知する手段を含んでいてもよい。図示するように環状の形状に形成された材料のキャリアストリップ３６が、装置１０の一部として含まれている。キャリアストリップ３６は、ゴムや合成樹脂のような、工業で一般に使用されている、電気絶縁性で、好ましくは半剛性の弾性材料から形成されている。キャリアストリップ３６は、アンテナワイヤ３２およびトランスポンダモジュール３４の少なくとも一部を、後述する方法で実質的に封入するように形成されている。したがって、製造後の状態では、アンテナ３２、トランスポンダモジュール３４、およびキャリアストリップ３６を有する装置１０は、容易に移送可能でありタイヤ１２に取り付けるための取り扱いが容易な、一体になっている概ね円形で半剛性の組立体である。装置組立体１０の直径は、タイヤ１２のサイズとタイヤ１２上の好ましい取付け位置の関数である。

　図２は、本発明による環状の装置１０の、タイヤ１２上の好ましい位置を示している。タイヤ１２は、従来通りのやり方でリム２６に取り付けられている。タイヤ１２のビード２０は、リム２６内に、フランジ２８に接するように配置されている。フランジ２８の上面３０は、タイヤのビード２０の下縁部の上方に位置している。理解されるように、フランジ２８は、ビード２０を有するタイヤ１２の下部を遮蔽し、タイヤの「ＲＦ干渉」領域３８を形成している。さらに、タイヤ１２の、ＲＦ干渉領域３８の上方のサイドウォール１８の領域４０は「高ひずみ振幅」領域として形成されている。乗物のタイヤの動作時にサイドウォール１８が撓むと、領域４０は高レベルのひずみを受ける。タイヤ１２のトレッド部に位置する領域４２を、本明細書では説明のために「圧縮ひずみ」領域と呼ぶ。タイヤ１２は、タイヤ１２が動作可能な状態で用いられると、領域４２において高レベルの圧縮ひずみを受ける。

　図１と図２を共に参照すると、装置１０は、タイヤ１２の製造中に、または好ましくは製造後の組立て工程で、タイヤ１２のライナ２２に取り付けられる。接着剤によって取付けを行ってもよく、または製造中に装置１０をタイヤ１２自体に埋め込んでもよい。タイヤ業界でタイヤに継ぎをあてたり修理するのに一般に利用されている接着剤を使用することができる。タイヤ１２上の、本発明によって装置１０が取り付けられる位置は、図２の、ＲＦ干渉領域３８と高ひずみ振幅領域４０との間に位置する領域４４である。ＲＦ干渉領域３８は、比較的剛性があり、リムフランジ２８によって保護されており、タイヤ１２の動作中に受けるひずみが比較的低レベルであるので、機械的な観点からは理にかなっていることが理解されるであろう。しかし、リムフランジ２８によって遮蔽されている、タイヤ１２のＲＦ干渉領域３８は、電気的な観点からはトランスポンダモジュール３４用の位置として適していない。

　タイヤサイドウォール１８の高ひずみ振幅領域４０内の装置１０の位置は任意に決められる。このような位置では、リム２６によって生じるＲＦ干渉が回避される。しかし、タイヤサイドウォール１８は、タイヤの動作中に高レベルのひずみを受ける。その結果、タイヤサイドウォール１８に取り付けられている構成部材の損傷や破損が起こるおそれがある。同様に、タイヤ１２のトレッド領域４２における装置１０の位置は、リム２６からのＲＦ干渉を回避する位置であるが、トレッド領域４２は、タイヤ１２の動作中に高レベルの圧縮ひずみを受ける。したがって、タイヤ監視システムの装置がこのような位置にあるのは、機械的な観点から望ましくない。

　その結果、本発明によると、装置１０はタイヤ１２の領域４４内に位置することが好ましい。領域４４は、一般に、タイヤ１２がリム２６に取り付けられたときにリムフランジ２８の上面３０より上方の実質的に１０ミリメートルから３０ミリメートルの間に位置する環状の領域である。装置１０は、領域４４内では、リム２６のリムフランジ２８からＲＦ干渉を受けない。さらに、領域４４は、タイヤ１２の比較的低ひずみ振幅の領域である。したがって、タイヤ１２の領域４４は、タイヤ１２の動作中にタイヤ１２に加わるひずみ力による損傷から装置１０を機械的に保護しつつ、リム２６からのＲＦ干渉を最小限に抑えるという要件のバランスを取る、装置１０のための最適な位置に相当する。

　図３は、キャリアストリップ３６が取り除かれ、アンテナ３２およびトランスポンダモジュール３４がタイヤ１２の製造中にタイヤ１２内に直接埋め込まれている、本発明の装置１０の他の実施形態を示している。この場合も、アンテナ３２の位置は、前段落で最適な位置として説明した領域４４内にあり、すなわち、タイヤ１２がリム２６に取り付けられたときにリムフランジ面３０の上方の約１０ミリメートルから３０ミリメートルの位置である。本発明によるとタイヤ１２の製造中に装置１０をタイヤ１２内に取り付けることが可能であるが、このような方法は、タイヤ１２が形成されるときにトランスポンダモジュール３４およびアンテナ３２が、損傷を与えるおそれのある力に必ずさらされるため好ましくない。さらに、このような力にさらされる環状のアンテナ３２およびトランスポンダモジュール３４が埋め込まれていると、損傷や破損が起こった場合の組立体の交換および修理に問題が生じる。したがって、製造後の工程で接着剤などによって装置１０をタイヤ１２に取り付けるのが好ましい。製造後に組立てることの利点は、装置１０がタイヤ製造工程の応力を受けず、破損が起こった場合に装置１０を容易に取り外して交換できることである。さらに、図１に示されている単体の装置１０は、製造前のタイヤまたは使用済みのタイヤに、接着剤によって容易に後から取り付けることができる。最後に、環状の装置１０は単一の組立体であり、様々なサイズの製造前のタイヤ１２に適合するように、一連の直径の大きさのものを簡便に在庫として保管することができる。

　図４は、タイヤ１２上の好ましい位置にありタイヤの空洞２４に露出しているトランスポンダモジュール３４を示している。トランスポンダモジュール３４は、空洞２４の状態を監視する圧力センサおよび温度センサを含んでいてもよく、乗物のフレーム４６に取り付けられた遠隔トランシーバ４８にこのような情報を送信することができる。トランシーバ４８は、装置１０のアンテナ３２と向かい合って位置しており、タイヤ１４の３６０度の回転の間じゅうアンテナ３２と連続的に通信する。トランシーバ４８は、当該産業界で市販されている種類のトランシーバであり、リード線５０によって、乗物の従来の論理電子機器、処理用電子機器、および表示用電子機器（不図示）に電気接続されている。前述したように、トランスポンダモジュール３４の位置は、トランスポンダモジュール３４とトランシーバ４８との間のＲＦ通信を損なわないように、リムフランジ２８よりも上方である。

　図５〜１２を全て参照して、環状の装置１０の構成について詳しく説明する。トランスポンダモジュール３４は、一般に、従来の手段によってゴムまたは合成樹脂の材料で形成されたベースハウジング５２を有している。ベースハウジング５２は、丸み付けられた底面５５に沿って、互いに向かい合う垂直方向の端部壁５８、６０に連結されている、互いに向かい合う側壁５４、５６を含んでいる。壁５４、５５、５６、５８、および６０は中央室６２を形成している。貫通穴６４は、端部壁５８、６０の下部を貫通して延び、中央室６２と連通している。

　ベースハウジング５２は、射出成形のような従来の手段によって従来のゴム材料または合成樹脂材料で従来同様に形成されたキャップ部材６８をさらに含んでいる。キャップ部材６８は、水平方向の上面７４で終わる垂直方向の側壁７２を有する上部の突出部すなわち「鼻状部」７０を含んでいる。センサポートすなわち開口７６は、上面７４の中央に位置し、その上面７４を貫通して延びている。フランジ７８は、周縁でキャップ部材６８の下側の境界を形成し、垂直方向の側壁７２と直角に交わる水平方向の棚状面８０を備えている。フランジ７８は、理解されるように、トランスポンダモジュール３４のベースハウジング５２の上端部に当たるような寸法になっている。キャップ６８の水平方向の棚状面８０は、フランジ７８と垂直方向の側壁７２との間に配置されている。側壁上部８１が、上面７４に向かって内側に先細に設けられている。キャップ６８の先細形状によって、装置１０をうまい具合に確実に製造するのが容易になる。

　図示されている実施形態では、トランスポンダモジュール３４は、高い電磁透過率を有する、フェライトなどの材料からなる環状体（トロイド）８２をさらに含んでいる。環状体８２は、一般に、楕円形の断面形状を有する円筒を有している。環状体８２が楕円形の断面形状であることによって、その垂直方向の寸法が小さくなり、環状体８２をトランスポンダモジュール３４内に、よりコンパクトにパッケージ可能になる。環状体８２は、図示されているように、導電リード線８６を終端とする巻線８４を含んでいる。中央の貫通穴８８は、環状体８２を貫通して軸線方向すなわち長手方向に延びている。

　さらに、保護スリーブ部材９０が、環状体８２の貫通穴８８に受け入れられ保持されるような大きさに形成されている。保護スリーブ部材９０は、楕円形の断面を有する概ね細長い円筒形を有している。保護スリーブ部材９０は、外周部の側壁９２と、軸線方向すなわち長手方向の貫通穴９４とをさらに含んでいる。貫通穴９４は、保護スリーブ部材９０の外側に、より厚い壁９５を形成するように、保護スリーブ部材９０の長手方向の中心軸に対してずれている。図示するように、外側に開放された長手方向の溝９６が壁９５内に形成されている。保護スリーブ部材９０は、環状体８２の貫通穴８８内に密に受け入れられ、巻線８４は、保護スリーブ部材９０の溝９６内に受け入れられる。

　引き続き図５〜１２を参照すると、回路板９８が、トランスポンダモジュール３４のベースハウジング５２の中央室６２内に取り付けられている。回路板９８は、通常、上表面１０２に取り付けられた電子部品パッケージ１００を有する構成であり、下面１０４に取り付けられた電子部品パッケージ１０６を含んでいてもよい。電子部品パッケージ１００、１０６は、図５〜１２に概略的に示されており、タイヤの空洞の監視活動を行うのに必要なトランスポンダセンサシステム、論理システム、およびＲＦ送信システムを含んでいる。本発明は、トランスポンダの構成に特有のものではなく、多数の従来のトランスポンダシステムのうちの任意のシステムが利用でき、それを回路板９８の表面１０２、１０４の一方または両方に取り付けることができる。回路板９８は、回路板９８の側面に形成されている、リード線を受け入れる溝１０８をさらに含んでいる。

　トランスポンダモジュール３４の組立は一般に以下のように進行する。保護スリーブ部材９０を環状体８２の貫通穴８８内に挿入し、次に、環状体８２をベースハウジング５２の中央室６２内に挿入する。中央室６２内に置かれると、保護スリーブ部材９０の貫通穴９４と環状体８２の貫通穴８８は、貫通穴６４を通ってベースハウジング５２と同軸に整列する。環状体８２の巻線８４は保護スリーブ部材９０の溝９６内に受け入れられ、リード線８６は上方に向けられる。巻線８４は、従来通りのやり方でトランスポンダ電子機器のインピーダンスを整合させるような巻数に構成されている。好ましい実施形態では、回路板９８を、ベースハウジング５２内に、通路を貫通する保護スリーブ部材９０および環状体８２の上方に水平に取り付ける。巻線８４からのリード線８６を溝１０８内を通し、回路板９８上の電子部品パッケージ１００、１０６と電気接続する。その後、キャップ部材６８の周縁のフランジ７８をベースハウジング５２の上面６６上に位置させ、適切な接着剤を塗布することによって接合面を封止する。

　組立状態では、トランスポンダモジュール３４は図７に示されている状態になる。トランスポンダモジュール３４のハウジング、内部組立体、および構成部材の向きは、本発明を実施する際に望まれるならば変えることができる。したがって、トランスポンダモジュール３４は、回路板９８と、圧力や温度などのタイヤ空洞のパラメータを監視するトランスポンダ電子機器とを含む、密封された、必要なものを全て内蔵したユニットからなる。トランスポンダモジュール３４の電子機器は、さらにタイヤ識別情報を含んでいてもよい。環状体８２は、巻線８４によって、トランスポンダモジュール３４に電磁的かつ機械的に結合している。あるいは、環状体８２を取り除いて、アンテナ３２を直接トランスポンダモジュール３４に電気結合させてもよい。結果として形成される環状の組立体は、同様に、タイヤ１２内の、上述した最適な位置にある。さらに他の方法では、一次巻線および二次巻線を有する従来の構成の変成器を通して、アンテナ３２をトランスポンダモジュール３４に結合する。

　アンテナ３２は、図５から最も良く分かるようにトランスポンダモジュール３４を貫通して延び、連続的なループを構成する。好ましい実施形態のアンテナ３２は正弦曲線形状に形成されており、この正弦曲線形状は、タイヤ１２の動作によるタイヤ１２内のひずみ力に対抗するようにアンテナ３２を伸ばすことができるようにするために役立つ。アンテナ３２は、保護スリーブ部材９０の貫通穴９４、環状体８２の貫通穴８８、およびハウジング５２の貫通穴６４を、接触しないように貫通して突出している。したがって、アンテナ３２はトランスポンダモジュール３４に機械結合されていない。環状体８２は、一次巻線が取り除かれた変成器として働くことに留意されたい。アンテナループ３２は、環状体８２の貫通穴８８を直接貫通して通過し、一次巻線のない環状体８２に磁気結合されている。トランシーバ４８の磁界のためにアンテナループ３２に生じる電流によってアンテナループ３２の近くに磁気が発生するため、アンテナループ３２と環状体８２の間、したがって巻線８４内に電気結合が生じる。磁界は、アンテナループ３２のワイヤを密に取り囲む環状体８２内に直接発生する。

　本明細書で直接磁気結合（ＤＭＣ）と呼ばれるこのような結合は、いくつかの異なる利点をもたらす。ＤＭＣ手法は、アンテナループ３２が機械的に接続されることなく、トランスポンダパッケージを通過できるようにし、したがって、ループワイヤとトランスポンダパッケージを接続しその接続を維持することに伴う前述した問題を解消する。巻線８４の巻数比は、最適なインピーダンス整合に適合するように変えることができる。第２に、ＤＭＣ技術は高エネルギー結合をもたらす。さらに、アンテナループ３２をトランスポンダモジュール３４に取り付ける工程が簡略化され、ワイヤ束すなわちケーブルとトランスポンダモジュール３４を離れた状態で結合することがかなり容易になる。さらに、ＤＭＣ技術を用いた環状のアンテナ３２とトランスポンダモジュール３４との磁気結合は、３６０度に亘る連続的な読取りのあいだ維持され、呼び掛け領域内の不感域が回避される。

　前述したように、好ましくはないが、図５の組立体はタイヤ１２の製造中にタイヤ１２に埋め込むことができ、その結果、図３に示されているタイヤ組立体が得られる。タイヤ１２の組立中に環状の装置１０を組み込むと、タイヤ１２を監視する部材にかなり大きなひずみが加えられ、その部材が破損するおそれがある。硬化後の状態では、環状の組立体または組立体内の任意の構成部材を取り外すことは困難であるかまたは不可能である。したがって、本発明の環状の組立体は、タイヤ組立後の工程でタイヤ１２に取り付けるのが好ましい。

　そうするために、まず、アンテナ３２とトランスポンダモジュール３４の半組立体を、図１および６に示されている剛性または半剛性のキャリアストリップ３６内に埋め込む。キャリアストリップ３６は、ゴムや合成樹脂のような非導電性の密封材料から形成されており、その結果、単体で、移送、保管、および取り扱いが容易な環状の組立体が得られる。アンテナ３２とトランスポンダモジュール３４とキャリアストリップ３６を一体に組合せたものを形成することによって、タイヤ組立後の工程で環状の組立体をタイヤに組み込むのが容易になる。環状の組立体を、前述した最適な領域４４内の位置でタイヤのライナ２２に接するように配置する。市販の接着剤を塗布することによってキャリアストリップ３６をタイヤに接着する。万一、搬送時または誤動作時にアンテナ３２とトランスポンダモジュール３４が破損した場合には、タイヤ１２を損傷させずに組立体１０を取り外して交換することができる。さらに、密封材料は、アンテナ３２および環状体の互いの向きを所望の向きに維持する働きをする。

　トランスポンダモジュール３４をキャリアストリップ３６に前もって容易に組み込めるように、キャップ部材６８およびベースハウジング５２を含むトランスポンダモジュール３４のハウジングは、階段状で先細の特有の形状を有している。キャップ部材６８は、内側に先細の表面８１によって形成された上端部に、先細の鼻状部７０を有している。キャップ部材６８は、下方の周縁部のフランジ７８で、外側に階段状になっている。図７および１１を見ると最も良く分かるように、ハウジングの鼻状部７０は、金型ブロック１１０内のキャビティ１１２内に受け入れられる。この先細形状によって、トランスポンダモジュール３４のハウジングは自ら位置合わせし、キャリアストリップ３６の材料が導入される前に、ハウジングはキャビティ１１２内で中心合わせされる。金型ブロック１１０の側壁１１４は、中心合わせされた位置でキャップ表面７２に密に当接し、金型ブロック１１０の下面１１５はキャップフランジ７８の上面８０に当接して、キャップ部材６８の鼻状部７０を金型のキャビティ１１２内で非接触状態にして保護する。金型ブロック１１０の下半分（図１１には示されていない）は、金型ブロック１１０の下面１１５に対して近接し、キャリアストリップ３６を形成する材料が金型のキャビティ１１２に導入される。金型ブロックの表面１１４、１１５とキャップ表面７２、８０が当接して封止することによって、キャリアストリップ３６の材料がキャビティ１１２に進入し、次にトランスポンダの開口７６に進入するのが防止される。理解されるように、キャリアストリップ３６を形成する材料は、フランジ７８の表面８０まで充填され、アンテナ３２を完全に封入するとともに、トランスポンダモジュール３４のベースハウジング５２を部分的に封入する。

　金型の２つの半分部を分離し、一体的に取り込まれたアンテナ３２およびトランスポンダモジュール３４とともに環状のキャリアストリップ３６を金型から取り外す。その後、本発明の環状の組立体を、すでに説明したやり方で、図１および６に示すようにタイヤ１２のインナーライナ２２に取り付ける。トランスポンダモジュール３４は、図３に示されているようにキャリアストリップ３６に対して平らな向きにしても、符号３４’を付与され破線で示されているように直立する向きにしてもよい。どちらの向きを採用しても、ストリップ材料３６は、トランスポンダモジュール３４およびアンテナ３２を好ましい最適な相互の向きに維持し、トランスポンダモジュール３４をタイヤ１２の空洞２４に対して最適な向きに維持する働きをする。キャップ部材６８の上面７４のポート７６は、キャリアストリップ３６の制約を受けずに空洞２４に露出している。それによって、タイヤ１２の空洞２４と、回路板９８に取り付けられたセンサは、ポート７６を通して容易に直接連通する。トランスポンダモジュール３４の階段状で先細の形状は、トランスポンダモジュール３４が自ら中心合わせし、金型とトランスポンダモジュール３４の外面との間を確実に封止できるようにするために好ましい。棚状面８０および垂直方向の表面と、キャップ部材６８の側壁７２と、金型の側壁の内側を向いた面１１４との間に形成されている環状の経路は、キャリアストリップ３６の材料がキャビティ１１２内へ流れるのを妨げる。材料の流れが抑止されない場合、その材料は、キャビティ１１２に入りポート７６を通って回路板９０まで流れる可能性がある。したがって、回路板９８上に取り付けられた電子機器およびセンサは、トランスポンダモジュール３４のベースハウジング５２の周りにキャリアストリップ３６を成形する工程の間、トランスポンダモジュール３４のハウジングの階段状の形状によって保護される。

　図１４は、角錐状のキャップ１１８およびベースハウジング１２０を有する、他の構成のトランスポンダモジュール１１６を示している。ベースハウジング１２０は、前述した好ましい実施形態と同様に貫通穴１２４を備えている。キャップ１１８の側面は、中央のアクセスポート１２６を有する上面１２８まで内側に先細になっている。本明細書に記載された教示内容を利用するトランスポンダモジュールのハウジングの構成の、他の変形例は、本発明の範囲内とみなされる。

　以上の説明から、本発明は、環状のアンテナをトランスポンダなどの電気装置に結合する公知のシステムおよび方法の欠点を克服することが理解されるであろう。本発明によれば、高い電磁透過率を有する環状体は、様々な巻き数の巻線によってトランスポンダ装置に結合されている。アンテナループは、環状体の中央開口部を直接貫通し、巻線や機械接続を利用せずに環状体に直接磁気結合されている。トランシーバからアンテナループに生じさせられる電流のために、アンテナループと環状体の間、したがって、トランスデューサへの巻線内で高度の磁気結合が起こる。アンテナとトランスポンダを機械接続しないことによって、アンテナループのワイヤとトランスポンダパッケージを機械接続してその接続を維持することに伴う問題が避けられる。それによって、破損の可能性を最小限に抑えた高エネルギー結合が達成される。さらに、本発明の他の形態によれば、環状の組立体を、タイヤの、ひずみをあまり受けず、金属製の車輪リムから電磁的な影響を受ける可能性が低い位置に取り付けることができる。好ましい実施形態では、アンテナとトランスポンダは、アンテナとトランスポンダパッケージを一体的に搬送できるようにリング状の組立体を形成する非導電性のキャリアストリップに少なくとも部分的に埋め込まれている。キャリアストリップはさらに、アンテナループおよびトランスポンダの構成部材を完全な状態に保つ働きをする。このような組立体は、タイヤの製造工程中にタイヤに組み込んでもよいが、好ましくは製造後の取付け工程において、接着剤または他の公知の方法によってタイヤに取り付けられる。キャリアストリップは、封入しているアンテナワイヤおよびトランスポンダを完全な状態に保ち、必要に応じて、既存のタイヤに監視システムを後から取り付けるか、または欠陥のある構成部材を交換するために、うまい具合に移送し、保管し、設置することのできる単一の組立体を形成し、アンテナを、それが貫通して延びるトランスポンダの環状体に対して最適な関係に維持し、トランスポンダをタイヤの空洞に対して最適な向きにするのを容易にするように働く。

タイヤの一部を除去して図示する、タイヤと本発明の環状の装置の斜視図である。 本発明の環状の装置を取り付ける他の位置を示す、リムに取り付けられたタイヤの概略断面図である。 タイヤのサイドウォールに接するように配置された、タイヤの、トランスポンダとアンテナの組立体を有する部分の拡大斜視図である。 乗物のフレームに取り付けられた、タイヤと車輪の組立体の概略断面図である。 トランスポンダモジュールを貫通して突出する本発明のアンテナの拡大斜視図である。 本発明の環状組立体の一部の拡大斜視図である。 本発明のトランスポンダモジュールの正面斜視図である。 本発明のトランスポンダモジュールの分解斜視図である。 本発明のトランスポンダモジュールの平面図である。 図９のトランスポンダモジュールの、線１０−１０に沿って切断した縦断面図である。 図９のトランスポンダモジュールの、線１１−１１に沿って切断した横断面図である。 トランスポンダモジュールの回路板の斜視図である。 受信機モジュールの斜視図である。 トランスポンダモジュールの他の実施形態の斜視図である。 車両のトランシーバとタイヤ監視システムのブロック図である。

符号の説明

１０　　環状の装置（組立体）
１２　　タイヤ
１４　　トレッド
１６　　ショルダ
１８　　サイドウォール
２０　　ビード
２２　　インナーライナ
２４　　空洞
２６　　リム
２８　　リムフランジ
３０　　外表面
３２　　アンテナ
３４　　トランスポンダモジュール
３６　　キャリアストリップ
３８　　ＲＦ干渉領域
４０　　高ひずみ振幅領域
４２　　圧縮ひずみ領域
４４　　領域
４６　　フレーム
４８　　トランシーバ
５０　　リード線
５２　　ベースハウジング
５４、５６　　側壁
５５　　底面
５８、６０　　壁
６２　　中央室
６８　　キャップ部材
７０　　鼻状部
７２　　側壁
７４　　上面
７６　　開口（ポート）
７８　　フランジ
８０　　棚状面
８１　　側壁上部
８２　　環状体
８４　　巻線
８６　　導電リード線
８８　　貫通穴
９０　　保護スリーブ部材
９２　　側壁
９４　　貫通穴
９５　　壁
９６　　溝
９８　　回路板
１００　電子部品パッケージ
１０２、１０４　表面
１０６　電子部品パッケージ
１１０　金型ブロック
１１２　キャビティ
１１４　側壁
１１５　下面

Claims (3)

1. 　高い電磁透過率を有する材料で構成され、貫通穴を有する環状体と、
   　前記環状体に結合されているトランスポンダと、
   　前記環状体と磁気結合し、かつ機械結合していない関係にある、前記貫通穴を通って延びるように配置されているループアンテナとを有する環状の装置。
2. 　高い電磁透過率を有する材料で構成され、貫通穴を有する環状体を通して、ループアンテナを電子装置に連結する方法であって、
   　前記ループアンテナを、前記環状体に対して非接触で、かつ機械結合されていない関係で、前記貫通穴を貫通して突出するように配置するステップと、
   　前記ループアンテナと前記環状体の間に直接磁気結合を生じさせるステップと、
   　前記電子装置を、前記環状体を通して前記アンテナに結合させるステップとを含む、ループアンテナを電子装置に連結する方法。
3. 　高い電磁透過率を有する材料で構成され、貫通穴を有する環状体を通して、ループアンテナを電子装置に連結する方法であって、
   　前記ループアンテナと前記環状体の間に磁気結合を生じさせるステップと、
   　前記電子装置を、前記環状体を通して前記アンテナに結合させるステップと、
   　前記ループアンテナの少なくとも一部と前記電子装置の少なくとも一部を、前記ループアンテナおよび前記環状体を所定の向きに維持するように、非導電性の密封材料内に埋め込むステップとを含む、ループアンテナを電子装置に連結する方法。
   

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