JP2004274754A - 環状アンテナ及びトランスポンダ装置の組立て方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 タイヤ製造工程中の任意の工程で、トランスポンダ・モジュールを空気入りタイヤ中に搭載する。
【解決手段】 アンテナ・ループが電気的にトランスポンダに結合されている。アンテナとトランスポンダは、ユニット構成で持ち運びできるように環状組立体に形成するために、少なくとも部分的に非導電性の担体ストリップ中に埋め込まれている。環状組立体は、タイヤ製造後の取付け工程において、歪みと金属性のホイール・リムからの電磁干渉に曝されることを最小にする位置で、タイヤに取り付けられる。組立体は、絶縁被覆で覆われたアンテナ線を形成し、アンテナ線を適切な長さに切断してその両端部をむき出し、トランスポンダを貫通してアンテナ線の一方の端部を差し込み、アンテナ線の両端部を接合し、トランスポンダ・タグと接合されたアンテナ端部の周囲に絶縁構造を注入することによって組立てられる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、概して、タイヤまたはホイールのデータを送信する目的のためにタイヤの中で使用される、アンテナ及びトランスポンダを有する環状装置に関し、さらに詳しくは、その環状装置の組み立て方法に関する。

タイヤまたはホイールの識別データまたはその他のデータを無線周波数で電子的に送信するために、アンテナを含む環状装置を使用することは、通常行われていることである。その装置は、タイヤまたはホイールに対する識別情報を保持するために少なくとも充分なデータ容量を有する集積回路チップを有する無線周波トランスポンダを備えている。タイヤの空気圧、またはトランスポンダの位置におけるタイヤまたはホイールの温度のような、その他のデータは、識別情報とともにトランスポンダによって送信することができる。

タイヤ、または、タイヤとホイール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ために環状アンテナを使用することが、この従来技術で知られている。アンテナとトランスポンダは、「プレキュア(pre-cure)」製造過程の間にタイヤの中に組み込まれる。しかし、実際には、これを実行することは大変難しい。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、製造過程において直径がかなり拡大する。バイアスプライタイヤが硬化プレス(curing press)の中に挿入されるとき、硬化プレスは、通常、グリーンタイヤを入れるモールドの環状（トロイダル）形状にグリーンタイヤを強制するブラダー(bladder)を持っているので、バイアスプライタイヤの直径は拡大される。ラジアルプライタイヤは、タイヤの構成または成形工程の間に直径の拡張を受け、さらに硬化中に直径の拡張を受ける。タイヤに組み込まれている環状アンテナとそれに関連する電子回路は、それがどのようなものであれ、タイヤの製造工程の間におけるタイヤ直径の拡張の間に、構造的な一体性と、アンテナとトランスポンダ・パッケージとの間の機械的結合を維持することができなければならない。ひとたびタイヤに組み立てられれば、アンテナ、トランスポンダ、またはアンテナからトランスポンダへの接続における修理することができない故障が検出されると、その検出された故障がどのようなものであれ、その故障によってタイヤの有用性が壊滅し、タイヤの廃棄が必要になるであろう。したがって、環状アンテナ・トランスポンダ組立体をタイヤの製造工程中においてそのタイヤ内に配置することは、その後に生じた組立体部品の故障または破壊によって、もしそのような故障または破壊がなければ適切なホストタイヤとなるタイヤを破壊することが必要になる、という危険を伴う。

タイヤの製造工程中にタイヤに環状アンテナ・トランスポンダ・システムを組み込む際にその環状アンテナ・トランスポンダ・システムに損傷を与える危険が存在するばかりでなく、そのようなシステムへの損傷は、乗り物に取り付けられているタイヤの運転から生じることが稀ではない。公知のタイヤ圧監視システム中のループアンテナは、従来、硬化工程中に、タイヤのクラウン、タイヤのビード、またはサイドウォールの位置でタイヤ中に配置されていた。クラウンに設置されたアンテナとトランスポンダは、かなりの圧縮歪みを受け、サイドウォールにおいては、アンテナとトランスポンダは高い歪み振幅を受ける。そのような位置は、タイヤの高い荷重と変形の区域に相当する。その結果、そのような位置におけるアンテナ、トランスポンダおよびそれらの間の接続は、破損や機械的または電気的損傷を生じやすい。

したがって、タイヤの製造中またはその後においてトランスポンダが都合よく挿入され、除去され、置き換えられ、及び／または維持されるように、トランスポンダ・モジュールを空気入りタイヤ中に搭載する方法と装置に対する要求がある。しかも、その環状装置またはその装置を用いる方法は、正確な測定を容易にするように、トランスポンダ・センサをタイヤキャビティ（タイヤ中空部）内に最適に位置づけるように動作するであろう装置または方法である。

さらに、トランスポンダとトランスポンダ用のアンテナとを空気入りタイヤ内に搭載する方法及び装置を提供する必要性、及びトランスポンダとアンテナの間の高信頼性の磁気結合を提供する必要性が存在する。

さらに、タイヤの仕様にできるだけ影響を与えないで、トランスポンダ・モジュールをタイヤ製造工程の任意の点で空気入りタイヤ中に搭載する方法を提供する必要性が存在する。

その上、結合した環状アンテナ及びトランスポンダを含む環状装置を費用効率が高く、効率が高い態様で組み立てる方法を提供する必要性が存在する。

本発明は、環状アンテナをトランスポンダのような電気装置へ結合するための公知のシステムと方法の欠陥を克服する。環状アンテナは、直接または間接に、トランスポンダに結合される。本発明の１つの実施態様によると、高い電磁透過率(electromagentic permeability)を有する材料からなるトロイド状（トロイダル）本体が、巻き線によって、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、トロイド(toroid)の中心開口を直接通って、巻き線または機械的結合を使用することなく、トロイド状本体と磁気的に、直接、結合する。電気的結合が、ループとトロイドとの間に起こり、トランシーバーの磁界からループアンテナ内に誘起された電流がそのループの近傍に磁界を作るので、その電気的結合は、巻き線に入ってトランスデューサに伝達される。このようにしてその磁界は、アンテナループの線のすぐ近くを取り巻いているトロイド状本体に直接的に誘導される。このような結合は、以下においては、直接磁気結合（Direct Magnetic Coupling (DMC)）として表される。ＤＭＣ方式によると、機械的結合なしに、アンテナループがトランスポンダ・パッケージを通過することができるので、その結果、アンテナループの線とトランスポンダ・パッケージとの間の機械的結合を作りそしてそれを保持することに関する問題が解消される。トロイドをトランスポンダ・パッケージに結合する巻き線は、最適のインピーダンス整合に適合するように、変化させることができる。その結果、アンテナループとトランスポンダとの間の機械的結合が回避されるので、ＤＭＣ技術は、破壊に対する高い抵抗性を有する高エネルギー結合を提供する。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単化され、線束またはケーブルとトランスポンダとの間の遠隔結合(remote coupling)が容易になる。その上、ＤＭＣ技術を用いる環状アンテナとトランスポンダとの間の磁気結合は、連続的に３６０度の範囲で維持され、呼び出し領域に読取りゾーンと不感ゾーンとが存在することが回避される。

本発明の一様相によると、アンテナとトランスポンダ・パッケージをユニットとして輸送することができるようにリング組立体を形成するために、アンテナとトランスポンダは、少なくとも部分的に非導電性の担体（キャリア）ストリップの中に埋め込まれる。そのような組立体は、タイヤの製造工程の間にタイヤの中に組み込むことができるが、製造後の取り付け工程において接着剤またはその他の公知の方法でタイヤに取り付けることが望ましい。担体ストリップは、少なくとも四重の目的に役立つ。第１に、担体ストリップは、その担体ストリップのなかに封入されているアンテナ線とトランスポンダとの一体性を保護する。第２に、担体ストリップは、都合よく持ち運び、在庫として貯蔵し、監視システムを有する現存のタイヤに後から取り付け、または必要に応じて欠陥のある部品と交換するために配置することができる一体型の組立体を作成する。第３に、担体ストリップは、それが貫通するトランスポンダのトロイド状本体に対して意図されている最適な位置にアンテナを維持する。最後に、担体ストリップは、タイヤキャビティに対してトランスポンダの最適の方位を維持する働きをする。

本発明のさらに他の様相によると、ループアンテナをトランスポンダのような電気装置に結合し、タイヤの運転によって誘起される歪みとホイール・リムからの電磁的干渉とからアンテナ−トランスポンダ組立体が保護される位置で、その組立体をタイヤ上に位置づける方法が提供される。本方法は、さらに、直接に、または、変圧器（トランス）のようなトロイド状本体を介するような間接的な方法で、ループアンテナを電子装置に結合する工程を有する。さらになる工程は、アンテナとトランスポンダ・パッケージをユニットとして輸送可能にし、かつ、アンテナとトランスポンダの相対位置をそれぞれ最適な方位に固定するように、アンテナと電子装置のパッケージを非導電性の担体ストリップ材料中に少なくとも部分的に封入することを含んでいる。

本発明のさらに他の様相によると、アンテナとゴム被覆とを押し出して硬化し、アンテナ線とゴム被覆を所定の長さに切断し、アンテナ線の端部をむき出し、トロイド状本体を介してアンテナ線とトランスポンダとの間の電磁気的結合を構築するように、高い電磁透過率のトランスポンダ体を通過してアンテナ線の一方の端部を送り、アンテナ線の両端部を接合して無端のループを形成し、トランスポンダ・タグとアンテナ線のむき出された両端部の周囲にゴムを射出する工程を有する、環状アンテナ及びトランスポンダ装置を組み立てる方法が提供される。

当業者に対して明らかになるであろう本発明の利点が、以下に詳細に記載され、添付の図面によって図示される望ましい実施例と、それに代わる態様の実施例によって達成される。

まず、本明細書で用いる用語を定義する。

「軸方向」及び「軸方向に」は、タイヤの回転軸に平行な直線または方向を意味する。

「ビード」または「ビード・コア」は、一般に、タイヤをリムに保持することに関連する半径方向内方のビードの、環状の張力部材でなるタイヤの部分を意味し、このビードは、他の補強要素を用いまたは用いないで、プライコードが巻かれて成形されている。

「円周方向」は、ほとんどの場合、軸方向に垂直な環状トレッドの表面の周囲に沿って伸びる円形の曲線または方向を意味する。またそれは、断面で見て、トレッドの軸方向の曲率を定義する半径を有する隣接した円形曲線の組の方向のことであることもある。

「内方」はタイヤの内側へ向かうことを意味し、「外方」はその外側に向かうことを意味する。

「横方向（ラテラル）」は、軸方向に平行な方向を意味する。

「ラジアル（半径方向）」および「半径方向に」は、タイヤの回転軸を中心にして該回転軸に向かうか、または該回転軸から離れる方向を意味する。

「ショルダー」は、トレッドの縁部のすぐ下の、サイドウォールの上部のことである。

「サイドウォール」は、トレッドとビード間のタイヤの部分を意味する。

本発明で用いられる「トランスポンダ」は、空気圧のような、空気入りタイヤ内の状態を監視し、つぎにその情報を外部機器に送信する機能を有する電子装置（機器）である。その外部機器は、ＲＦ（無線周波数）読取り／呼び出し機(reader/interrogator)か、または、単にＲＦ受信機であることができる。トランスポンダが「能動(active)」でそれ自身の電源を備えているときには、簡単な受信機を使用することができる。トランスポンダが「受動(passive)」であるときには、通常は、読取り／呼び出し機が用いられ、トランスポンダは、読取り／呼び出し機からのＲＦ信号によって電力を供給される。どちらの場合においても、トランスポンダは、外部機器と協調して、タイヤ状態監視／警告システム全体の１つの構成要素を形成する。高電磁透過率の材料からなるトロイド状本体は、巻き線によってトランスポンダに結合している。従来のシステムにおいては、アンテナが１次巻線を介してトロイド状本体に結合し、トランスポンダは２次巻線を介してトロイド状本体に結合している。後に説明するように、本発明の実施に基づくと１次巻線は除去される。したがって、トランスポンダをトロイド状本体に結合する「２次」巻線をここでは単に「巻き線」と記す。対象としている開示のために、そして本発明の目的のために、環状システムはトランスポンダ毎に特有のものではない。すなわち、通常入手できる広範囲のトランスポンダ、センサ、およびこれらに関連する電子部品をパッケージにして本発明に使用することができる。

本明細書で使用されている「トロイド(toroid)」とは、高電磁透過率をもつ材料から連続的に湾曲した表面によって形成されている物体であって、中心貫通孔を有する。トロイド状本体は、ここで説明されている本発明から逸脱することなく、円筒形、楕円形、対称または非対称であることができる。したがって、ここで使用されている「トロイド状本体」は、１つまたはそれ以上の巻き線を有する変圧器を含む。

ＲＦ信号を送信し、または受信するために、トランスポンダはアンテナを備えなければならない。アンテナは、本発明においては、形状が環状であって、製造工程の間にタイヤ内に組み込まれるか、または、製造後の工程によってタイヤに貼り付けることができる。ここで用いられている「環状アンテナ」は、本発明の原理から逸脱することなく、円形、楕円形、対称または非対称であることができる。しかしアンテナの望ましい形状は、円形であって、かつ、それが取り付けられるタイヤのサイドウォールの区域と重なり合うように寸法が決められるものである。アンテナは、単線からなっても、複数のストランド（素線）からなってもよい。従来型の電導性材料から形成された環状アンテナと結合して配置される種々の市販されているトランスポンダ、センサ、及びその他の電気機器が、本発明の原理に基づいて、使用されるのに適している。

アンテナ線としての条件を満たしている材料には、鋼（スチール）、アルミニウム、銅、その他の電気的な導線がある。この明細書に開示されているように、線の直径は、トランスポンダ用のアンテナとして動作するためには重要であるとは、通常、考えられていない。耐久性のために、細い線の多数のストランドからなるスチール撚り線が望ましい。その他の使用可能な線の選択肢は、リボンケーブル、フレキシブル回路、導電性フィルム、導電性ゴム等である。

始めに図１を参照すると、本発明の望ましい実施形態１０は、タイヤ１２の中に展開されて示されている。タイヤ１２は、ゴムまたはゴム組成物のような従来から使用されている材料から、従来の手段によって形成され、ラジアルプライ構造またはバイアスプライ構造を有することができる。標準的なタイヤ１２は、トレッド１４、ショルダー１６、環状サイドウォール１８および終端ビード(terminal bead)２０を有して構成されている。インナーライナー２２は、タイヤの中空部（キャビティ）２４を形成し、その境界を定める。タイヤ１２は、周縁リムフランジと外部リムフランジ面３０を有する環状リム２６上の取り付け位置に取り付けられるように設計されている。リム２６は、慣習的な態様で設計されており、鋼のような適切に強い金属で構成されている。

環状アンテナ３２が設けられており、望ましい実施形態においては、正弦曲線の形状を具現する。またはアンテナ３２は、前記の形状に代わるパターンに形成されることができ、または、必要に応じて、直線状のワイヤからなっていてもよい。またアンテナ３２は、フィラメント線、コードまたは撚り線でもよい。アンテナ線としての条件を満たす材料には、鋼、アルミニウム、銅または他の電気伝導性の線が含まれる。前に述べたように、線の直径は、アンテナとしての動作には、一般には重要であると考えられていない。細い線の多数のストランドが望ましい。アンテナ３２の曲線をなす形状は、可撓性を与え、後に説明するように、製造中および使用中における破損のおそれを最小限に抑える。

さらに続いて図１を参照すると、上述した一般型のトランスポンダ・モジュール３４が設けられていて、トランスポンダ・モジュール３４は、圧力および温度のようなタイヤ・パラメータを感知する手段を含んでいる。図示されているように環状の形状に形成された材料の担体（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。担体ストリップ３６は、ゴムまたはプラスチックのような、産業界で一般的な電気絶縁性の、好ましくは半剛性のエラストマー材料によって形成されている。担体ストリップ３６は、以下に述べる様式によって、環状アンテナ３２のアンテナ線と、トランスポンダ・モジュール３４の少なくとも一部分とを実質的に封入するように形成されている。したがって、製造工程後の状態において装置１０は、環状アンテナ３２、トランスポンダ・モジュール３４及び担体ストリップ３６を、タイヤへの取り付けのために容易に持ち運びが可能で、かつ、容易に取り扱われる一体構造の、全体として円形で半剛性の組立体の形で備えている。装置組立体１０の直径は、タイヤ１２のサイズと、タイヤ１２上における望ましい取り付け位置とに依存して定まる。

図２は、タイヤ上における、本発明の環状装置１０のための望ましい位置を図示している。タイヤ１２は、従来型の方法で、リム２６へ取り付けられている。タイヤ１２のビード２０は、フランジ２８に押しつけられてリム２６の中に配置されている。フランジ２８の上面３０は、タイヤビード２０の下方縁部の上方に位置付けられている。よく分かるように、フランジ２８は、ビード２０を含むタイヤ１２の下部を遮蔽し、タイヤの「ＲＦ干渉」区域３８の範囲を規定する。サイドウォール１８において、区域３８の上方にあるタイヤ１２の区域４０は、さらに、「高歪み振幅」区域と定義されている。乗り物に取り付けられているタイヤが運転している間にサイドウォール１８が曲がると、区域４０は高いレベルの歪みを受ける。タイヤのトレッド部分に位置している区域４２は、ここでは説明のために、「圧縮歪み」区域と記す。タイヤが動作状態で使用されているとき、タイヤが高レベルの圧縮歪みを受けるのは区域４２である。

図１及び図２を組み合わせて参照すると、装置１０は、タイヤの製造中か、あるいは、好ましくは製造後の組立工程において、タイヤ１２のライナー２２へ取り付けられる。取り付けは接着剤によってもよいし、または、装置１０を製造中にタイヤそれ自体の中に埋め込んでもよい。タイヤの継ぎ（パッチ）または修繕のためにこの業界で通常使用される接着剤を使用することができる。装置１０が本発明に従って取り付けられるタイヤ上の位置は、ＲＦ干渉区域３８と高歪み振幅区域４０との間の位置にある図２の区域４４である。タイヤ区域３８は、比較的に固く、リムフランジ２８によって保護されていて、タイヤの動作中に比較的低いレベルの歪みを受けるから、機械的観点からして区域３８が理に適っていることは、明らかである。しかし、電気的観点からは、タイヤ１２の区域３８はリムフランジ２８によって遮蔽（シールド）されているので、トランスポンダ３４のための位置としては、不適当である。

タイヤ・サイドウォール１８の区域４０内における装置１０の位置は、１つの選択肢である。そのような位置は、リムによって生じるＲＦ干渉を回避するであろう。しかし、タイヤ・サイドウォール１８は、タイヤの動作期間中、高いレベルの歪みを受ける。その結果、サイドウォールに貼り付けられている構成要素へのダメージまたはその破損が起こるおそれがある。同様に、装置１０をタイヤ１２のトレッド区域４２に位置付けることは、リムからのＲＦ干渉を回避するであろうけれど、そのトレッド区域は、タイヤの動作中、高い圧縮歪みを受ける。したがって、タイヤ監視システムの機器をそのような位置に位置付けることは、機械的な観点から望ましくはないであろう。

その結果、装置１０は、本発明にしたがって、好ましくは、タイヤ１２の区域４４内に位置付けられる。区域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の上方にほぼ１０ないし３０ｍｍの間に位置している環状の区域である。区域４４内では、装置は、リム２６のフランジ２８からのＲＦ干渉を受けない。その上、区域４４は、タイヤ１２の比較的低い歪み振幅の区域である。したがって、タイヤ１２の区域４４は、ＲＦ干渉をできるだけ小さくするという必要を、タイヤの運転中にタイヤに導入される応力に起因する損傷が起こらないように装置１０を機械的に防護することと釣り合わせる、装置１０の最適の位置に相当する。

図３は本発明の装置１０の代替実施形態を図示していて、この代替実施形態においては、担体ストリップ３６は除去されていて、アンテナ３２とトランスポンダ３４は、タイヤ１２の製造中に直接にタイヤ１２の中に埋め込まれている。アンテナ３２の位置は、この場合においても、上記の段落において最適として記述された区域４４内、すなわち、タイヤ１２がリム２６に取り付けられているときにリムフランジ面３０の上方の約１０〜３０ｍｍである。装置１０をタイヤ１２の製造中にタイヤ１２に取り付けることは、本発明によって可能であるが、そのような方法は、タイヤが成形されるときに、ダメージを与える可能性のある力にトランスポンダ３４とアンテナとをどうしても曝すおそれがあるので、好ましくない。また、露出された環状アンテナ３２とトランスポンダ３４を埋め込むことは、ダメージと破壊の際における組立体の交換と修繕とを厄介なものにする。したがって、製造後の工程で、接着剤等によって装置１０をタイヤ１２に取り付けることが好ましい。製造後の組立ての利点は、装置１０がタイヤ製造工程の応力を免れるとともに、破壊の際には装置１０を容易に取り外して交換することができることである。

さらに、図１に示されているユニットに構成された装置１０は、前もって製造されたタイヤまたは中古タイヤに、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、環状装置は、ユニット構成の組立体であって、種々のサイズの予め製造されているタイヤに適合するように、一連の直径サイズの範囲内で都合よく在庫を用意することができる。

図４は、タイヤ１４上の好ましい位置に位置付けされ、タイヤ中空部２４に露出されているトランスポンダ３４を示している。トランスポンダは、中空部２４の状態を監視するための圧力センサおよび温度センサを有し、そのような情報を乗り物のフレーム４６に取り付けられた遠隔のトランシーバー４８に通信することができる。トランシーバー４８は、装置１０のアンテナに向かい合って配置され、タイヤ１４の全３６０度回転を通してアンテナと連続的な通信状態にある。トランシーバー４８は、この業界で市販されているタイプのもので、リード線５０によって、乗り物（図示せず）の従来型の論理、処理及び表示電子回路に電気的に接続されている。前述したように、トランスポンダ・モジュール３４の位置は、トランスポンダとトランシーバー４８との間のＲＦ通信が損なわれないように、リムフランジ２８の上方にある。

図５〜１２を一括して参照して、環状装置１０の構成をさらに詳細に説明する。トランスポンダ・モジュールは、一般に、従来型の手段によってゴムまたはプラスチック材料から形成されたベース筐体５２を有する。筐体５２は、相互に向かい合った鉛直方向の端部壁５８、６０に対し曲率をつけられた底面５５に沿ってつながっている、相互に対向した側壁５４、５６を有する。壁５４、５５、５６、５８、６０は、中央の仕切り室６２を画定する。貫通孔６４は、仕切り室６２に連通して、端部壁５８、６０の下方部分を通って延びている。

筐体５２は、さらに、射出成形のような従来型の手段によって同様に在来のゴムまたはプラスチック材料によって形成されたキャップ部材６８を有する。キャップ部材６８は、水平な上面７４で終端される鉛直な側壁７２を有する上部突出部、すなわち「スナウト(snout)」７０を有する。センサ・ポートまたはセンサ開口７６は、表面７４の中央に配置され、それを貫通して延びている。フランジ７８は、キャップ６８の下部境界を周囲で画定し、鉛直な側壁７２と直角に交差する水平棚状面８０を有する。フランジ７８は、当然のことながら、モジュールのベース筐体５２の上端部上に坐るように、寸法が決められている。キャップ６８の水平棚状面８０は、フランジ７８と鉛直な側壁７２との間に配置される。上部の側壁部分８１は、上面７４に向かって内方にテーパが付けられるように設けられる。キャップ６８のテーパ付けされた外形によって、装置１０の都合よく確実な製造が助長される。

図示の実施形態において、トランスポンダ・モジュール３４は、さらに、フェライトのような、高い電磁透過率を有する材料からなるトロイド状本体（トロイド）８２を有する。本体８２は、一般に、楕円形の断面形状をもつシリンダを有する。本体８２の楕円形の断面形状は、鉛直方向の寸法を減少させるのに役立ち、その楕円形の断面形状によって、本体８２をトランスポンダ・モジュール内にさらにコンパクトにまとめ込むことができる。本体８２は、図示されているように、導体のリード線８６に終端される巻き線８４を有する。中央の貫通孔８８は、本体８２を通って軸方向すなわち長手方向に突き出ている。

さらに、保護スリーブ部材９０が、本体８２の貫通孔８８内に受け入れられてそこに常置されるように寸法決めされて、設けられている。スリーブ９０は、全体として、楕円形断面をもつ細長いシリンダを有する。スリーブ９０は、さらに、周囲の側壁９２と、軸方向または長手方向の貫通孔９４を有する。貫通孔９４は、スリーブ９０の外側で壁部９５の厚さが増加するように、スリーブ９０の長手方向の軸に対してずれた位置にある。図示されるように、外方に開いた長手方向の溝９６が、壁部９５内に形成されている。スリーブ９０は、本体８２の貫通孔８８内にぴったりと収容され、巻き線８４は、スリーブ９０の溝９６のなかに収容される。

続けて図５〜１２を参照して、回路基板９８が、トランスポンダのベース筐体５２の中央仕切り室６２内に実装されている。回路基板９８は、一般に、上面１０２に取り付けられた電子部品パッケージ１００を備えるように構成され、また、下側１０４に取り付けられた電子部品パッケージ１０６を有することができる。電子部品パッケージ１００、１０６は、図５〜１２には包括的に描かれていて、タイヤ中空部の監視動作を実行するために必要なトランスポンダ・センサ、論理回路及びＲＦ伝送システムを備えている。本発明はトランスポンダの設計に特化したものではなく、多数の従来型トランスポンダ・システム中の任意のものを用いて回路基板９８の一方または両方の表面１０２、１０４に搭載することができる。基板９８は、さらに、基板側部内に作られたリード収容溝１０８を有する。

トランスポンダ・モジュールの組立ては、概して、次のように行われる。スリーブ９０がトロイド状本体８２の貫通孔８８内に挿入され、つぎに、トロイド状本体８２がベース筐体５２の仕切り室６２のなかに挿入される。仕切り室６２の内部においては、スリーブ９０の貫通孔９４と本体８２の貫通孔８８が、筐体の貫通孔６４と同軸に整列して位置付けられている。本体８２の巻き線８４はスリーブ９０の溝９６内に収容され、リード線８６が上方に引き回されている。巻き線８４の巻き数は、従来の方法で、トランスポンダの電子回路とインピーダンス整合するように設計されている。基板９８は、好ましい実施形態においては、通路を通って、筐体５２内においてスリーブ９０とトロイド状本体８２の上方に水平に取り付けられる。巻き線８４からのリード線８６は、収容溝１０８内に引き回され、回路基板９８上の電子部品１００、１０６に電気的に接続される。その後、キャップ６８の周縁フランジ７８が、筐体５２の上面６６の上に配置され、接触面は適切な接着剤の塗布によって封止される。

組立てられた状態において、トランスポンダ・モジュール３４は、図７に示されているようになる。トランスポンダ・モジュールの筐体、内部組立体、および構成要素の方位は、発明の実施の際に必要に応じて変更することができる。このようにしてトランスポンダ・モジュール３４は、圧力や温度のようなタイヤ中空部のパラメータを監視するための回路基板とトランスポンダ電子部品を有する、封止された自己内蔵型のユニットをもつ。トランスポンダ・モジュール３４の電子部品は、さらにタイヤ識別情報を含むことができる。トロイド状本体８２は、巻き線８４を介して電磁気的にかつ機械的にトランスポンダ・パッケージ２４に結合されている。または、本体８２が除去され、アンテナ３２が直接にトランスポンダに電気的に結合される。その結果として得られる環状組立体も、同様に、タイヤ内の上述した最適な位置に配置されるであろう。さらに、他の実施態様として、アンテナ３２を１次および２次巻線をもつ従来型構造の変圧器を経由してトランスポンダに結合することが考えられる。

アンテナ３２は、図５から最もよく分かるように、トランスポンダ・モジュール３４を通過して引き回され、連続するループを構成する。好ましい実施形態において、アンテナ３２は、正弦曲線(sinusoidal)の形状に形成され、正弦曲線の形状は、タイヤの稼動中にタイヤの中の歪み力に対抗するための伸長機能をアンテナに与える働きをする。アンテナ３２は、スリーブ９０の貫通孔９４、本体８２の孔８８、および筐体５２の貫通孔６４を非接触で突き抜ける。このようにして、アンテナ３２は、機械的にはトランスポンダ・モジュール３４から分離している。なお、トロイド状本体８２は、１次巻線が除去された変圧器（トランス）として機能する。アンテナ・ループ３２はトロイド８２の貫通孔８８を直接的に通って１次巻線がない本体８と磁気的に結合する。電気的結合がループ３２とトロイド状本体８２との間に起こり、したがって、その電気的結合は巻き線８４に伝達される。その理由は、トランシーバー４８の磁界からループアンテナ３２に誘起された電流は、そのループの近傍に磁界を作るからである。その磁界は、アンテナ・ループ３２の巻き線のすぐ近くを取り巻いているトロイド状本体８２に直接的に誘導される。

そのような結合は、ここでは直接磁気結合（ＤＭＣ：Direct Magnetic Coupling）として表され、いくつかの独特の利点を提供する。ＤＭＣ方式によると、機械的結合なしにアンテナ・ループがトランスポンダ・パッケージを通過することができるので、ループの線とトランスポンダ・パッケージとを接続してそれを保持することに関する上述した問題点が解消される。巻き線８４の巻き線比は、最適のインピーダンス整合に適合するように変化させることができる。第２に、ＤＭＣ技術は、高エネルギー結合を提供する。さらに、線束またはケーブルとトランスポンダとの間の遠隔結合が実質的に難しくなくなるので、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単化される。その上、ＤＭＣ技術を用いた環状アンテナとトランスポンダとの間の磁気結合は、連続的に３６０度の範囲に維持され、呼び出し領域に読取りゾーンと不感ゾーンが存在することが回避される。

好ましい実施態様ではないが、前述したように、図５の組立体は、タイヤの製造中にタイヤ中に埋め込まれることができ、その結果、図３に示されているタイヤ組立体を得ることができる。タイヤを構成する際に環状装置を組み込むことは、タイヤ監視要素に実質的な歪みを強いることになり、その結果、構成要素の破壊が生じるおそれがある。硬化後の状態では、環状組立体またはその中のどのような構成要素でも、それを除去することは困難であるかまたは不可能の場合がある。したがって、この環状組立体は、タイヤ構成後の作業としてタイヤに取り付けられることが好ましい。

そのようにするために、アンテナ３２とトランスポンダ・モジュールとの部分組立体は、初めに、図１及び図６に示されている剛性または半剛性の担体ストリップ３６の中に埋め込まれる。ストリップ３６は、ゴムまたはプラスチックのような非導電性のカプセル化材料から形成され、その結果、一体型（ユニット構成）で、持ち運び、貯蔵、取り扱いが容易な環状組立体が作られる。アンテナ、トランスポンダおよび担体ストリップをユニットに結合したユニット結合の作成によって、タイヤ構成後の工程において環状組立体をタイヤの中へ組み込む作業の容易性が助長される。その環状組立体は、上述した最適の区域４４内の位置において、タイヤ・ライナー２２に当接して配置される。ストリップ３６は、普通に入手できる接着剤の塗布によってタイヤに接着される。もし、アンテナ・トランスポンダ・モジュールが輸送中に壊れ、または正常に動作をしないならば、装置１０は、タイヤにダメージを与えることなく取り外されて交換されることができる。その上、カプセル化材料は、さらにアンテナとトロイド状本体とを意図された相対方位に維持するように働く。

トランスポンダ・モジュール３４を担体ストリップ３６のなかに敏速に組み込むことを容易にするために、キャップ６８とベース筐体５２とからなるトランスポンダ・モジュール３４の筐体は、一意に段が形成されかつテーパ付けされた形状を有する。キャップは、上端部に、内方にテーパづけされた表面８１によって形状が規定されたテーパ付きスナウト７０を有する。キャップ６８は、下部周縁のフランジ７８の位置で外方に段をつけられている。図７と図１１から最もよく見えるように、筐体のスナウト７０は、モールド・ブロック内の空洞１１２の中に収容される。テーパ付けされた外形によって、トランスポンダ筐体が自律的に位置合わせされ、担体ストリップ材料の導入に先立って空洞１１２の内部で筐体が中心合わせされる。キャップ６８のスナウト７０をモールドの空洞１１２内に隔離して保護するために、中心合わせされた位置において、モールド・ブロック１１０の側壁１１４はキャップの表面７２にきっちりと当接し、ブロック１１０の下面１１５は、キャップ要素のフランジ７８の上面８０に当接する。モールド・ブロックの下半分（図１１には不図示）は、ブロック１１０の下面１１５を閉鎖し、担体ストリップ３６を形成するための材料が、モールド空洞内に導入される。モールド・ブロック１１０の面１１４、１１５とキャップの表面７２、８０とを封止するように当接させることによって、担体材料が空洞１１２に入って、その際にトランスポンダのセンサ開口７６に侵入することが防止される。担体ストリップ３６を形成する材料は、アンテナ３２の全体を封入しトランスポンダ・モジュール３４のベース５２を一部分封入しながら、フランジ７８の表面８０まで充填されることが分かる。

モールドの２つの半分は分離されて、一体に取り込まれたアンテナとトランスポンダ・パッケージとともに、環状の担体ストリップがモールドから取り外される。その後、この環状組立体は、上述した、かつ図１及び図６に示されている態様で、タイヤ１２のインナーライナー２２に取り付けられる。トランスポンダ・モジュール３４は、図４に示されているように、担体ストリップにぴったりと接する方位に方向付けられてもよいし、または、３４’の位置に点線で示されているように、端部に方向付けられてもよい。どちらの方位が用いられてもストリップ３６の材料は、トランスポンダ・モジュールとアンテナとを好ましい最適の相対方位に維持し、かつ、トランスポンダ・モジュール３４をタイヤ中空部に対する最適の方位に維持する働きをする。キャップ６８の上面７４のポート７６は、担体ストリップ３６なしにタイヤ中空部２４に露出されている。したがって、タイヤ中空部２４と回路基板９８に搭載されたセンサとの間の直接の情報交換は、ポート７６を介して容易に行われる。トランスポンダ・モジュール３４の段が設けられかつテーパ付けされた形状は、そのモジュールをモールドのなかに自動心合わせさせるため、及び、モールドとトランスポンダ・モジュールの外表面との間に封止が構築されるために、好ましい形状である。キャップ６８の棚状面８０及び鉛直表面の間と、キャップ６８の側壁７２とモールド・ブロックの側壁１１４の内方に面する表面との間に形成される環状経路は、担体材料がモールドの空洞１１２に流れ込むことを阻止する。仮に担体ストリップの材料の流れ込みが阻止されないとするならば、その材料は空洞１１２内に入り、ポート７６を経由して回路基板９８まで達することができるであろう。このようにして、回路基板９８上に搭載されている電子部品とセンサは、トランスポンダ・モジュールの筐体５２の周りに担体ストリップ３６をモールドする工程の期間中、トランスポンダ筐体の段をつけられた形状によって保護される。

図１４は、代替例として構成された、ピラミッド形のキャップ１１８とベース１２０とを有するトランスポンダ・モジュール１１６を図示している。ベース筐体１２０は、上述した好ましい実施形態と同様の形態で、貫通孔１２４を備えている。キャップ１１８の側部は、中央アクセス・ポート１２６を有する上面１２８に行くにしたがって内方にテーパが形成されている。ここに説明されている教示を使用するトランスポンダ・モジュール筐体の構成に対する他の変更は、本発明の範囲内にあることを意図して行われる。

前述のことから、本発明は、環状アンテナをトランスポンダのような電気装置に結合するための公知のシステムおよび方法における欠陥を克服することは、明らかであろう。本発明によると、高い電磁透過率をもつトロイド状本体が、巻き線数が可変の巻き線を介してトランスポンダ装置に結合される。アンテナ・ループは、巻き線による結合または機械的結合を用いないでそのトロイドの中央開口を直接通過し、そのトロイド状本体と磁気的に直接結合する。高い磁気結合がアンテナ・ループとトロイドとの間に発生し、トランシーバーからループアンテナに誘起された電流に起因して、その磁気結合は、トランスデューサへの巻き線に伝達される。アンテナとトランスポンダとの間の機械的結合を取り除いたことによって、アンテナ・ループの導線とトランスポンダ・パッケージとの間の機械的接続を作って維持することに関する問題を回避する。それによって、破壊のおそれが最も少ない高エネルギー結合が達成される。さらに、本発明のもう１つの様相にしたがって、環状組立体は、歪みを受けにくく、かつ、金属製のホイール・リムからの電磁気的な影響を受けにくい位置においてタイヤに取り付けられることができる。好ましい実施形態においては、アンテナとトランスポンダ・パッケージをユニットとして輸送することができるようにリング組立体を形成するために、アンテナとトランスポンダは、少なくとも部分的に非導電性の担体ストリップの中に埋め込まれる。さらに担体ストリップは、アンテナ・ループとトランスポンダの構成要素との一体性を保護するように働く。そのような組立体は、タイヤの製造工程の間にタイヤの中に組み込むことができるけれど、好ましくは、製造後の取り付け工程において接着剤またはその他の公知の方法でタイヤに取り付けられる。担体ストリップは、アンテナ線と、その担体ストリップのなかに封入されているトランスポンダとの一体性を保護し、都合よく持ち運ばれ、在庫として貯蔵され、かつ、監視システムを有する既存のタイヤに後から取り付けられ、または必要に応じて欠陥のある部品と交換するために配置することができる一体型の組立体を作成し、アンテナを、それが貫通するトランスポンダのトロイド状本体に対して相対的に最適な関係に維持し、そうして、タイヤの中空部に対してトランスポンダを最適の方位に維持する働きをする。

図１６〜２０を参照すると、本発明の環状装置を組立てる方法は、次の記述から理解されるであろう。図１６は、ゴム材料の被覆１３２がアンテナ線１３４を取り巻いている環状アンテナ１３０の一部を示している。線１３４は、この従来技術で公知の従来型の押出し技術によって、ゴムの被覆１３２の中に封入されている。被覆されたアンテナ１３０は、巻き枠（スプール）（不図示）のような都合のよい方法で蓄えられることができる。本実施形態の環状装置の組立体においては、適切な長さのアンテナ線１３０がロールから引き出されて裁断される。アンテナ線１３４は、波形または（好ましい実施形態において図示されているように）曲線形であってもよいし、または、必要に応じて線形またはその他の幾何学的形状でもよい。

組立て前工程の次段階においては、図１６、１７に示されているように、ゴムの被覆１３２が、アンテナ線１３４の端部１３６、１３８からむき取られる。一方のむき出された端部１３８は、反対側のむき出された端部１３６よりも長い。むき出された端部１３８と１３６の長さは、トランスポンダの幅寸法に依存するようにされる。例えば、長い方のむき出された端部１３８は、２．２５インチ（５７．１５ｍｍ）のオーダーであり、短い方のむき出された端部は、０．７５インチ（１９．０５ｍｍ）のオーダーである。その後、接合に備えて、むき出された端部１３６、１３８の、遠端は切り取られる。長い方のむき出された線端部１３８は、前述したように、トランスポンダ１４０を通り抜けて送られ、つぎに、接合作業によって短い方の端部１３６と再結合される。端部１３６、１３８を接合するための、その他の種々の方法が従来技術において公知である。例えば、そのような他の手段の中には、これらによって限定されるものではないが、溶接（超音波溶接その他）または圧着がある。アンテナ線の端部１３６、１３８を接続するための、市販されているタイプの接合（スプライス）コネクタ１４２が図１７に示されている。アンテナ線の先端が切り取られた２つの端部は圧着槽(crimp barrel)のなかに送られ、つぎに圧着されて充分に強い機械的および電気的接合を形成する。それによって、上述したように、端部１３８のむき出された部分がトランスポンダ１４０と磁気的には直接的に結合しているけれど機械的には分離した関係を保ちながらトランスポンダ１４０を通り抜けて延びている、連続的な無端のアンテナ・ループが形成される。

あるいは、アンテナのむき出された２つの端部を接合するために、超音波溶接を使用することができる。そのような溶接を実施するために充分な装置は、業界において普及しており、例えば、STAPLA Ultrasonics Corporation, 375 Ballardvale St. Wilmington, MA., 101887によって製造され市販されている装置がある。

それによって、図１７に示されている一部が組立てられた環状装置は、タグ１４０の周りと接合されたアンテナ線のむき出された端部１３６、１３８の周りとにゴムが射出成形される最終工程のために、用意が調った状態にある。環状装置の最後の形状は、図１８に示されている。タグ１４０の周りの外被成形物の領域は、平面の底面１４４と、底面１４４から上方に延びながら内方にテーパをもつ側壁１４２とを有する、全体として台形ピラミッドの形状である。底面１４４は、アンテナ線の平面状の底面とほぼ共平面関係にあり、そして、このようにして、環状リングが、上述したようにタイヤのインナーライナーに接着される滑らかで平らな表面を与える。

この環状装置は、必要に応じて、図１９に示されているように、他の態様に構成することができる。トランスポンダ１４０とゴム被覆の環状アンテナのリング１４８は、低い外形を備えるために平坦にされている。上述したように、アンテナ線の波形または正弦曲線の形状は、タイヤに誘起された応力に応答して湾曲を生じさせ、破壊のおそれを低減させる。もし、そのような形状が用いられないならば、例えば、円形で直線状に延びる形状に形成されたアンテナ線を用いて、アンテナ線を取り巻くゴム被覆を小型化し材料の節約を実現することができる。

図２０は、本実施形態の環状装置の組立てにおいて以上に開示した工程を要約して示している。これらの工程は、アンテナ線とゴム被覆の押出しと硬化によって（ステップ１５６）、加工を開始し（ステップ１５４）、ゴムが被覆されたアンテナ線を適切の長さ（装置が取り付けられるべきタイヤによって定められる）に切断し（ステップ１５８）、アンテナ線の端部をむき出し（ステップ１６０）、一方のむき出されたアンテナの端部をトランスポンダ・タグのなかに通し（ステップ１６２）、アンテナ線の両端部を接合し（ステップ１６４）、ゴムをトランスポンダ・タグの周りに射出してむき出されたアンテナ線の端部を再被覆し（ステップ１６６）、加工を終了する（ステップ１６８）。この組立て方法は工程の数を最小化し、それによって製造効率を最適化する。さらに本方法は、出荷、貯蔵、タイヤ組立て、および乗り物に取り付けられた環状装置の稼動使用の間に破壊の危険性を最小限に抑えるために、ゴムの外側被覆によって保護された、最終的な装置を生じる。

絶縁材料は、図１８に示されているように、アンテナ導体とトランスポンダ筐体を少なくとも部分的に封入する。その絶縁材料は、少なくとも一部は、そして好ましくは、大部分がゴム材料によって構成されるゴム母材（マトリクス）であることが望ましい。その絶縁材料またはゴム被覆１３２は、上述したように、接合工程に先立って、アンテナ導体１３０の端部からむき取られる。その後、絶縁材料が、トランスポンダ筐体とむき出し状態の接合されたアンテナ端部の部分との周りに射出される。２番目の絶縁材料はゴム被覆材料１３２と類似でほぼ同様の組成であることが望ましいけれど、そのようなことは、本発明の実施には必ずしも必要なことではない。その他の材料が、もし望まれるならば、接合接点とトランスポンダ筐体の上に成型するために使用されることができる。

さらに、トランスポンダ筐体の底面とアンテナ１３０は、本発明の組み立て工程の完了時において共通の同一平面内の、すなわち、平らな方向付けで配置されることが望ましいが、しかし、このことは必須ではないということを指摘しておく。リング組立体の平らな底面によって、既に説明されているように、リングをタイヤの内壁、すなわち、ライナーにぴったりと当接させることができる。

説明のためにタイヤのいくつかの部分を取り除いて示した、タイヤと本発明の環状装置を示す斜視図である。 リムに取り付けられているタイヤの断面図であって、本発明の環状装置を取り付けるための選択可能の位置を説明している断面概略図である。 トランスポンダ・アンテナ組立体がタイヤのサイドウォール表面に当接して配置されている、タイヤ部分の拡大斜視図である。 乗り物のフレームに取り付けられたタイヤ・ホイール組立体の断面概略図である。 トランスポンダ・モジュールを通って突き出てい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分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。 直線１０−１０に沿った、図９のトランスポンダ・モジュールの縦断面図である。 直線１１−１１に沿った、トランスポンダ・モジュールの横断面図である。 モジュール回路基板の斜視図である。 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。 車両トランシーバーと監視システムのブロック図である。 トランスポンダの組み立てのためにむき出された端部を有する被覆された環状アンテナの部分の部分斜視図である。 組立て工程の中間段階における環状アンテナ及びトランスポンダの部分斜視図である。 組立て工程の完了時における環状アンテナ及びトランスポンダとの部分斜視図である。 組み立てられた環状アンテナ及びトランスポンダの他の実施形態を示す図である。 環状装置の組み立てを説明する概略的なブロック図である。

符号の説明

１０ 装置
１２ タイヤ
１４ トレッド
１６ ショルダ
２４ タイヤ中空部
３２ アンテナ
３４ トランスポンダ・モジュール
３６ 担体ストリップ
５２ ベース筐体
６８ キャップ
８２ トロイド状本体
９０ スリーブ
９８ 回路基板
１１０ モールドブロック
１３０ ループアンテナ
１３４ アンテナ線
１４０ トランスポンダ（タグ）

Claims (3)

1. ａ． 絶縁されたアンテナを作成するために、第１の絶縁材料の中に、導体の少なくとも一部分を埋め込む段階と、
   ｂ． 前記絶縁されたアンテナを、アンテナの第１の端部と第２の端部の間で延びる長さが所定の長さになるように切断する段階と、
   ｃ． 前記アンテナの第１の端部および第２の端部からある距離だけ、前記絶縁材料を取り除く段階と、
   ｄ． 前記アンテナの導体の前記第１の端部を、トランスポンダの筐体を通って突き出す段階と、
   ｅ． 前記アンテナの前記第１の端部および第２の端部を継ぎ合わせる段階と、
   を有する、環状アンテナ及びトランスポンダ装置の組立て方法。
2. 前記アンテナの第１の端部および第２の端部を継ぎ合わせる前に、前記アンテナを環状形状に形成する段階をさらに有する、請求項１に記載の方法。
3. 前記第１の絶縁材料が前記アンテナの第２の端部から取り除かれる距離よりも大きな距離だけ、前記アンテナの第１の端部から前記第１の絶縁材料を取り除かれる、請求項１に記載の方法。

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