JP2005096726A - タイヤ状態測定用ｒｆｉｄシステム及びｒｆｉｄタグ並びに該ｒｆｉｄタグを備えるタイヤバルブ - Google Patents

Abstract

【課題】タイヤの圧力等のタイヤ状態を確実に測定することができるタイヤ状態測定用ＲＦＩＤシステム及びＲＦＩＤタグ並びに該ＲＦＩＤタグを備えるタイヤバルブの提供。
【解決手段】タイヤに空気を導入するタイヤバルブ８を構成する構造体（バルブステム８ａやバルブスパッド）のタイヤ内部側端部に磁性材料９を介してアンテナコイル３ａを取り付けると共に、タグのＩＣ３ｃや圧力検知器４などの電子回路１０も構造体に密着して配置する。これによりアンテナコイル３ａが疲労により破損することがなく、電子回路１０が熱により破壊されることもない。また、回転軸からの距離を近くすることにより遠心力の影響も小さくできる。更に、タイヤがパンク等により破損した場合でも電子回路１０やアンテナコイル３ａはそのまま利用することができると共に、取り付け作業を容易にすることができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、電磁誘導又は電磁結合を利用して非接触でデータの交信を行うＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）システム及びＲＦＩＤタグに関し、特に、自動車のタイヤの空気圧、温度等のタイヤ状態を測定するためのタイヤ状態測定用ＲＦＩＤシステム及びＲＦＩＤタグ並びに該ＲＦＩＤタグを備えるタイヤバルブに関する。

自動車の安全な運行にはタイヤ圧力が正常であることが必要であり、従来は随時自動車が静止した状態でバルブにタイヤ圧力測定器を取り付けてタイヤの圧力を測定していた。しかしながらタイヤの圧力測定は煩わしく必ずしも励行されておらず、タイヤの空気が抜けた状態で運転してタイヤが破損する事故が発生している。このため、近時タイヤ自体にタイヤ圧力測定器等を取り付けて無線でその情報を送り、運転中でもタイヤの圧力をモニタできるようにし、タイヤ圧力が異常になると音、点灯等により警報を発するシステムが検討されている。

上記タイヤ圧力測定器で測定したタイヤの圧力情報を無線で送信するためには送信機が必要であり、送信機には信号処理回路や電池等の多数の部品が必要である。そのため測定器の構造が複雑となり、タイヤ内部に収納することが困難となる。そこで、タイヤ圧力測定器として、電池を必要とせず回路構成が簡単なＲＦＩＤタグ（トランスポンダ又は応答器とも呼ばれる。）が利用されるようになってきている。

例えば、下記特許文献１には、少なくとも一対の平行な環状ビードと、そのビードの周囲を包む少なくとも一対のカーカスプライと、タイヤのクラウン領域にそのカーカスプライの上に配置されているトレッドと、そのトレッドのビードとの間に配置されているサードウォールとを備える空気タイヤのクラウン領域に、その周囲を取り巻いて配置されるように一連のループとして配置された連続するワイヤを備えたタグが開示されている。
特表２００１−５２５２８４号公報（第１１−１６頁、第１図）

上記公報記載のタイヤ状態測定システムは、タグの回路やアンテナをタイヤに埋め込む構造であるため、以下に示すような問題がある。

第１の問題はアンテナが疲労により破損してしまうということである。すなわち、タイヤは走路の凹凸等による振動を自身が変形することにより吸収する役割を担うことから、自動車の動きによりタイヤは膨張、収縮等の変形を繰り返す。ここで、タグのアンテナは銅、アルミ等の良導電性の金属の導線により形成されているため、アンテナをタイヤに埋め込む構造では、タイヤの変形に応じて導線も繰り返し変形し、その結果、疲労により破損してしまう。この問題に対して、タイヤコードに用いる強靱な鋼線を用いてアンテナを製作する方法も考えられるが、タイヤコードの鋼線は導電性が良くなく、また強磁性であるためアンテナの材料として適当ではない。また、タイヤコードはタイヤの強度を向上させるために設けられるものであり、多数のタイヤコードの中の一ヶ所が断線したとしても使用上差し支えないが、アンテナでは一ヶ所でも断線すれば完全に機能しなくなるため、タイヤコード用の鋼線を用いても必ずしも疲労による破損の問題を解決することはできない。従って、アンテナをタイヤに埋め込む構造では、アンテナの性能を維持し、かつ、疲労による破損を防止することはできない。

第２の問題はタグを構成する電子回路、特にＩＣが熱により破壊されてしまうということである。例えば、タイヤの圧力は圧電素子とダイヤフラム等により測定し、温度は抵抗温度計等により測定し、電子回路で変換しアンテナに送るが、この電子回路にはＩＣが含まれる。ここで、タイヤは自動車の運転時の振動を吸収して高温になるため、タイヤの内部又はタイヤに接近してＩＣを含む電子回路を配置するとＩＣが熱により破壊されてしまう。また、タイヤ内部にタグの回路やアンテナを埋め込む工程も高温状態で行われるため、埋め込みの際にＩＣが熱により破壊されてしまう場合もある。

また、第３の問題はタグを構成する電子回路や配線が遠心力により機能しなくなる場合があるということである。すなわち、タイヤは高速で回転するため、タグの電子回路を回転軸から離れたタイヤに設置すると大きな遠心力が加わり、この遠心力によって電子回路の部品が破壊されたり配線が外れてしてしまう等の不具合が発生する場合がある。

また、第４の問題は、アンテナのインダクタンスが変化してしまうということである。タイヤには鋼線を含む場合があり、この鋼線が相互に接すると交点が磨耗により切断することから、通常、鋼線はすだれ状に配置され全体としての導電性はないため、アンテナをタイヤの内部に配置しても情報のやり取りは可能である。しかしながら鋼線にアンテナが近接すると鋼線との相対的位置によりアンテナのインダクタンスが変化する、損失が増す等の問題が生じる。

また、第５の問題は、タグの電子回路やアンテナが無駄になってしまうということである。すなわち、タイヤは消耗品であり、 場合も多く、タイヤにタグの電子回路やアンテナを埋め込む構造ではタイヤの交換に度にタグの電子回路やアンテナを新たに設置しなければならない。

更に、第６の問題は、タグの電子回路やアンテナの取り付けが容易ではないということである。すなわち、タグの電子回路やアンテナをタイヤに設置又は埋設するために、タイヤの製造段階で取り付けを行わなければならないからである。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、その主たる目的は、タイヤの圧力等のタイヤ状態を確実に測定することができるタイヤ状態測定用ＲＦＩＤシステム及びＲＦＩＤタグ並びに該ＲＦＩＤタグを備えるタイヤバルブを提供することにある。また、本発明の他の目的は、タイヤ状態測定用ＲＦＩＤシステムを無駄にすることなく、かつ、簡単に取り付け可能な構造を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明のＲＦＩＤタグは、リーダ又はリーダ／ライタと交信するＲＦＩＤタグであって、前記タグのアンテナが、車両のタイヤに空気を導入するためのタイヤバルブを構成する構造体に設置されているものである。

本発明においては、前記アンテナは、前記構造体の前記タイヤ内部側端部の周囲を囲むように配設された環状の磁性材料の上に、導線が螺旋状に巻回されたものとすることができる。

また、本発明においては、前記アンテナは、前記構造体の前記タイヤ内部側端面に配設された板状の磁性材料の上に、導線又は導体パターンが渦巻状に巻回されたものとすることもできる。

また、本発明においては、前記アンテナは、板状の磁性材料に導線が螺旋状に巻回され、前記構造体の前記タイヤ内部側端面に、その磁性軸が前記構造体の端面に略平行になるように設置されたものとすることもできる。

また、本発明においては、前記磁性材料が、磁性粉末又は磁性フレークと、ゴム又はプラスチックとの複合材である構成、又は、前記磁性材料が、金属箔又はその積層材である構成とすることができ、前記金属箔又はその積層材の厚さが略１５μｍ乃至８０μｍ、固有抵抗が略５０×１０^−８Ωｍ乃至１５０×１０^−８Ωｍであることが好ましい。

また、本発明においては、前記構造体は、空気導入孔を備えるバルブステム又は該バルブステムを支持するバルブスパッドであることが好ましい。

また、本発明のタイヤ状態測定システムは、上記記載の構造のアンテナとＩ／Ｏ端子を有するＩＣとを少なくとも備えるタグと、前記タイヤの状態を測定する検知器と、前記車両本体の前記タイヤバルブ近傍に設置されるリーダ又はリーダ／ライタ用アンテナと、前記車両を制御する制御部に接続されるリーダ又はリーダ／ライタ回路部とを少なくとも備えるものである。

本発明においては、前記車両の各々の車輪の前記バルブに、前記タグと前記検知器とが設置され、各々の前記タグに近接して前記リーダ又はリーダ／ライタ用アンテナが設置され、各々の前記リーダ又はリーダ／ライタ用アンテナは所定の時間間隔で切り替え動作を行う切り替え手段を介して前記リーダ又はリーダ／ライタ回路部に接続され、前記切り替え手段で選択された前記リーダ又はリーダ／ライタ用アンテナで受信した前記タイヤの圧力情報が前記リーダ又はリーダ／ライタ回路部に送信される構成、又は、前記車両の各々の車輪の前記バルブに、前記タグと前記検知器とが設置され、前後又は左右の２つの車輪の間に前記リーダ又はリーダ／ライタ用アンテナが設置され、各々の前記リーダ又はリーダ／ライタ用アンテナは所定の時間間隔で切り替え動作を行う切り替え手段を介して前記リーダ又はリーダ／ライタ回路部に接続され、前記切り替え手段で選択された前記リーダ又はリーダ／ライタ用アンテナで受信した前記タイヤの圧力情報が前記リーダ又はリーダ／ライタ回路部に送信される構成、又は、前記車両の各々の車輪の前記バルブに、前記タグと前記検知器とが設置され、前記車両の略中央部分に前記リーダ又はリーダ／ライタ用アンテナが設置され、前記リーダ又はリーダ／ライタ用アンテナで受信した前記タイヤの圧力情報が前記リーダ又はリーダ／ライタ回路部に送信される構成とすることができ、前記タグには、前記検知器で測定された前記タイヤの圧力情報に該タグを識別するためのＩＤ情報を付加した情報を作成する手段を備え、前記リーダ又はリーダ／ライタ回路部には、前記リーダ又はリーダ／ライタ用アンテナで受信した前記情報から前記ＩＤ情報を抽出し、該ＩＤ情報を参照して前記タグを判別する手段を備える構成とすることもできる。

また、前記リーダ又はリーダ／ライタ回路部は前記タイヤの圧力情報を前記車両を制御する前記制御部に送信し、前記制御部は該圧力情報を前記車両の計器盤に表示する構成とすることもでき、前記制御部は、前記リーダ又はリーダ／ライタ回路部から送信される前記圧力情報を履歴情報として記憶し、該履歴情報を参照して前記タイヤの圧力の変化を予測するようにしてもよい。

また、本発明のタイヤバルブは、車両のタイヤに空気を導入するためのタイヤバルブであって、該タイヤバルブを構成する構造体にＲＦＩＤタグのアンテナが取り付けられているものである。

このように、本発明は、タグのアンテナや電子回路をタイヤに近接して設置又はタイヤ内部に埋め込むのではなく、タイヤ内に空気を導入するためのタイヤバルブに取り付けることを特徴としている。このタイヤバルブは金属のブロックであり変形しないため、タイヤバルブに設置されたアンテナコイルが疲労により破損することはない。また、タイヤバルブは外気に接し温度の低いホイールに固定され、また材料が熱伝導性のよい銅合金などで製造されているためタイヤのように温度は上がらず、電子回路を構成するＩＣ等が熱により破壊されることもない。また、電子回路やアンテナはタイヤに比べて回転軸からの距離が近い位置に設置されるため、遠心力の影響も小さくすることができ、電子回路の破壊や配線の切断等を防止することができる。また、 場合でもタイヤバルブに設置した電子回路やアンテナはそのまま利用することができるため、部品の無駄を削減することができる。更に、電子回路やアンテナをタイヤバルブに取り付けるため、取り付け作業を容易にすることができる。

本発明のタイヤ状態測定用ＲＦＩＤシステム及びＲＦＩＤタグ並びに該ＲＦＩＤタグを備えるタイヤバルブによれば下記記載の効果を奏する。

本発明の第１の効果は、走行時のタイヤの伸縮に伴う疲労によるアンテナの破損や、タイヤの摩擦に伴う熱による電子回路の破壊、回転の遠心力による電子回路の破壊や配線の切断を防止することができるということである。

その理由は、アンテナコイルや電子回路をタイヤに近接して設置又はタイヤ内部に埋め込むのではなく、タイヤバルブに設置しているため、走行時のタイヤの伸縮の影響を受けないからである。また、タグの電子回路や圧力検知器などもタイヤバルブに設置することにより、摩擦に伴うタイヤの温度上昇の影響も抑制することができ、また、回転軸からの距離を短くすることにより遠心力を小さくすることができるからである。

また、本発明の第２の効果は、アンテナコイルや電子回路を無駄にすることなく、又、取り付け作業を容易にすることができるということである。

その理由は、タイヤにアンテナコイルや電子回路を設置又は埋め込む構造では専用のタイヤを製作しなければならないのに対して、本発明では、タイヤバルブにアンテナコイルや電子回路を設置するだけであるため、取り付けが簡単であるからである。また、既存のタイヤやホイールを使用することができ、 場合でもアンテナコイルや電子回路をそのまま利用することができるからである。

従来技術で示したように、自動車のタイヤ圧力をリアルタイムで測定するためにＲＦＩＤシステムが用いられているが、従来のシステムは、自動車のタイヤにタグの電子回路やアンテナコイルを埋め込む構造であったため、タイヤの伸縮により導線が疲労して破損したり、走行中の温度や埋め込み時の温度により電子回路に含まれるＩＣが破壊されてしまったり、走行中の遠心力によって電子回路が破壊又は配線が切断されてしまうという問題や、 場合にタグの電子回路やアンテナ、圧力検知器などが無駄になってしまうという問題や、タグや圧力検知器を容易に取り付けることができないという問題があった。

これらの問題を解決するためには、アンテナコイルや電子回路をタイヤ以外の部分、すなわち、タイヤバルブに設置すればよいが、アンテナを良導電材である金属製のタイヤバルブに配置するとタイヤバルブ中にアンテナの電流を相殺する渦電流が流れ、アンテナは正常に作動しなくなる。そこで、本発明ではタイヤバルブの影響を防止するため磁性材料を用い、以下のような構造でアンテナコイルや電子回路を設置する。

第１は、タイヤバルブを構成するバルブステムの外径に環状の磁性材料を配置し、その外側にアンテナコイルを巻く構造である。この構造ではアンテナコイルで発生する磁束は磁性材料の中を通過するため、タイヤバルブの影響を抑制することができる。この磁性材料は複合材の射出成形材を用いれば容易に寸法精度が良好な環状の磁性材料を得ることができる。また、タグのＩＣや検知器などの電子回路をバルブステムの端面に配置すれば、取り付けが容易になると共にタイヤバルブによりタイヤ側から流入する熱を排出し温度上昇を最小とすることが可能となる。

第２は、タイヤバルブを構成するバルブステムやバルブスパッドの端面に電子回路を配置し、さらにその上に板状の磁性材料を介して、渦巻き状の平板コイルを配置する構造である。この構造でもアンテナコイルで発生する磁束は磁性材料の中を通過するため、タイヤバルブの影響を抑制することができる。

第３は、板状の磁性材料に板の面に平行な面が軸となる様にアンテナコイルを巻き、バルブステムやバルブスパッド端面に配置した電子回路の上に配置する構造である。この構造ではアンテナコイルで発生する磁束がタイヤバルブの長手方向に略直交する方向を向くため、タイヤバルブの影響を抑制することができる。以下、上記構造の具体例について、図面を参照して説明する。

［実施形態１］
まず、本発明の第１の実施形態に係るタイヤ状態測定用ＲＦＩＤシステム及びＲＦＩＤタグ並びに該ＲＦＩＤタグを備えるタイヤバルブについて、図１乃至図４を参照して説明する。図１は、本発明のタイヤ状態測定システムの構成を模式的に示す図であり、図２は、タグ及びリーダ又はリーダ／ライタ（以下、リーダ／ライタとする。）の構成を模式的に示す図である。また、図３は、本発明のタイヤ状態測定部付きタイヤバルブの設置位置を示す図であり、図４は、本実施形態に係るタイヤ状態測定部付きタイヤバルブの具体的構造を示す断面図である。なお、以下では、４つの車輪を備える自動車を例にして説明するが、２つの車輪を備える自動２輪車や４つ以上の車輪を備えるトラック、トレーラー等に対しても同様に適用することができる。

図１（ａ）に示すように、本実施形態のタイヤ状態測定システム１は、車両７の各々の車輪６（本明細書では、タイヤとホイールとを合わせたものを車輪と呼ぶ。）のタイヤバルブ８にタイヤ状態測定部２が取り付けられている。また、車両７本体の車輪６近傍にはリーダ／ライタ用アンテナ５ａが設置され、各々のリーダ／ライタ用アンテナ５ａはスイッチ、リレー等の切り替え手段１５を介して車体７本体に取り付けられたリーダ／ライタ回路部５ｂに接続されている。なお、図示していないが、このリーダ／ライタ回路部５ｂは車両７を制御する制御部に接続されており、タイヤ状態測定部２で検出したタイヤの圧力や温度などの情報は制御部に送られ、制御部により計器盤などに表示されるようになっている。

また、図２に示すように、リーダ／ライタ５は、リーダ／ライタ用アンテナ５ａとリーダ／ライタ回路部５ｂとからなり、リーダ／ライタ回路部５ｂは送受信信号を変換するための通信回路部５ｃと、送受信信号をデコードするための演算処理部５ｄとを備えている。また、タイヤ状態測定部２は、タグ３と、ダイヤフラム及び圧電素子などからなる圧力検知器や抵抗温度計などからなる温度検知器（以下では圧力検知器４として説明する。）とからなり、タグ３は、共振回路を構成するアンテナコイル３ａ及びコンデンサ３ｂ（ＩＣ３ｃに容量が内蔵されている場合は必ずしも必要ではない。）と、圧力検知器４等の外部機器を接続可能なＩ／Ｏ端子を備えるＩＣ３ｃとを備え、内蔵する電源又はリーダ／ライタ５から供給される電源を用いて駆動される。そして、タグ３及びリーダ／ライタ用アンテナ５ａの共振周波数をキャリア周波数に合わせ、切り替え手段１５を順次切り替えて時間差を設けてリーダ／ライタ用アンテナ５ａを作動させることにより、圧力検知器４で検知したタイヤ圧力などのタイヤ状態に関する情報が切り替え手段１５で設定した順番でリーダ／ライタ回路部５ｂに送られる。

なお、図１（ａ）では、各々の車輪６にタグ３及びリーダ／ライタ用アンテナ５ａの対を設置する構成としているが、１つのリーダ／ライタ用アンテナ５ａで複数のタグ３から送信される情報を読み取ることもできる。例えば、図１（ｂ）に示すように、前輪の間及び後輪の間に一対のリーダ／ライタ用アンテナ５ａを設けたり、図１（ｃ）に示すように、右側の車輪６の間及び左側の車輪６の間に一対のリーダ／ライタ用アンテナ５ａを設け、各々のリーダ／ライタ用アンテナ５ａで２つの車輪６に設置したタグ３の情報を読み取ることもできるし、図１（ｄ）に示すように、４つの車輪６の中央部にリーダ／ライタ用アンテナ５ａを１つ設け、１つのリーダ／ライタ用アンテナ５ａで４つの車輪６に設置したタグ３の情報を読み取ることもできる。この場合は、どのタグ３の情報であるかを判別する必要があるため、例えば、タグ３ではタイヤ圧力測定手段４で検出したタイヤの圧力情報に、タグ３を識別するためのＩＤ情報を付加し、リーダ／ライタ回路部５ｂでは、リーダ／ライタ用アンテナ５ａを介して受信した情報の中からＩＤ情報を抽出し、このＩＤ情報を参照してどの車輪６に設置されたタグ３からの情報であるかを判別することもできる。また、図１（ａ）の構成の場合も、リーダ／ライタ用アンテナ５ａは近接して設置されたタグ３以外のタグ３からの情報も受信する可能性があるため、その場合は、リーダ／ライタ回路部５ｂを最も近接したタグ３の情報のみを読み取るように感度を調整したり、図１（ｂ）乃至（ｄ）と同様に、タイヤの圧力情報にタグ３のＩＤ情報を付加することもできる。また、タイヤの圧力情報は上述したように計器盤などに表示されるが、その際、以前に測定したタイヤの圧力情報を履歴情報として制御部に記憶しておき、その履歴情報を表示できるようにしたり、履歴情報を参照してタイヤの圧力の変化を演算し、タイヤの圧力が徐々に低下している場合などには警告を発する等の制御を行うこともできる。更に、図１（ａ）乃至（ｄ）では、全ての車輪６にタイヤ圧力測定部２を設置しているが、少なくとも一つの車輪６にタイヤ圧力測定部２が設置されていればよく、また、図１（ａ）乃至（ｄ）では１つのリーダ／ライタ回路部５ｂに全てのリーダ／ライタ用アンテナ５ａを接続しているが、各々のリーダ／ライタ用アンテナ５ａに別々のリーダ／ライタ回路部５ｂに接続する構成としてもよい。

ここで、従来のタイヤ圧力測定器のタグ３やアンテナコイル３ａはタイヤに近接して設置又はタイヤ内部に埋め込んでいたため、タイヤの伸縮に伴う疲労によるアンテナコイル３ａの破損、摩擦に伴う温度上昇による電子回路の破壊、回転に伴う遠心力による電子回路の破壊や配線の切断などによって動作不良を起こしていたが、本実施形態では、図３に示すようにタイヤ６ａを保持するホイール６ｂ（より正確にはリム）に設置され、タイヤ内部に空気を供給するタイヤバルブ８にタグ３のアンテナコイル３ａや電子回路を設置する構成としている。

このタイヤバルブ８は一般的に使用されているものを用いることができる。例えば、チューブレスタイヤ用のクランプインタイプのタイヤバルブ８は、図４に示すように、タイヤ６ａに空気を導入するための穴を備えるバルブステム８ａと、バルブステム８ａとホイール６ｂとの気密性を保持するための弾性体で形成されるバルブグロメット８ｂと、バルブステム８ａをホイール６ｂに固定するためのワッシャ８ｃ及びナット８ｄと、バルブステム８ａに装着し圧縮空気を制御するための逆止め弁となるバルブコア８ｅと、キャップ８ｆとを主な構成要素としており、タイヤバルブ８のタイヤ６ａ内部側（図の上側）端部の周囲に所定の径、所定の巻き数のアンテナコイル３ａを取り付ける。また、タイヤバルブ８は外気に接し温度の低いホイール６ｂに固定され、また材料が熱伝導性の良い銅合金であることからタイヤ６ａより低温であるため、コンデンサ３ｂ、ＩＣ３ｃなどの電子回路はタイヤバルブ８に密着して配置することが適当である。また、タイヤ６ａの圧力は外圧との差により測定するが、外圧はタイヤバルブ８より取り入れる。このため圧力検知器４もタイヤバルブ８近辺に配置することが適当である。

ここで、タイヤバルブ８は通常、良導電性の金属で製作されているため、単にタイヤバルブ８（バルブステム８ａ）の外周に沿ってアンテナコイル３ａを巻回しただけでは磁束１１がタイヤバルブ８を通過することができず、リーダ／ライタ用アンテナ５ａと交信することができない。そこで、本実施形態では、バルブステム８ａとアンテナコイル３ａとの間に磁性材料９を介在させ、磁性材料９の中を磁束１１が通過できるようにしている。

この磁性材料９として各種材料が考えられるが、フェライトは脆く透磁率の温度係数が大であるため適当ではない。これに対して、複合材は強靭な材料を製造でき、透磁率の温度係数は小であり、また、金属箔は複合材よりも透磁率の温度係数は大きいものの製造、加工が容易であるため好ましい材料といえる。

上記複合材は、金属粉、カーボニル鉄粉、還元鉄粉、アトマイズ粉（純鉄、Ｓｉ、Ｃｒ、Ａｌ等を含む鉄、パーマロイ、Ｃｏ−Ｆｅ等）、アモルファス粉（Ｂ、Ｐ、Ｓｉ、Ｃｒ等を含む鉄、コバルト、ニッケルを水またはガスアトマイズして製造したもの）等の粒状の粉体若しくはフレークとプラスチック、ゴム等の有機物のバインダーとを用いて製造される。特に、タイヤ６ａの内部は高温であるためゴム又は高温に耐える熱硬化性樹脂、ＰＰＳ等結晶性の樹脂、ポリイミド等の高温に耐えるバインダーと磁性粉末又は磁性フレークとを用いて射出成形により製作するのが適当である。このような複合材を用いれば数１０ＭＨｚの周波数でも使用することができる。

又、上記金属箔はスーパーマロイ、アモルファスなどの固有抵抗の高い金属を用いることが好ましく、周波数が２００ｋＨｚ以下の場合に使用することができる。また金属箔を積層する場合は熱硬化性樹脂、無機接着剤等の高温に耐える接着材を用いて積層するのが適当である。なお、磁性材料９を金属箔又はその積層材とする場合、厚さが約１５μｍ以下のものは入手困難であり、約８０μｍ以上となると渦電流が増して使用できなくなることから、厚さは約１５〜８０μｍとすることが好ましく、固有抵抗が約５０×１０^−８Ωｍ以下では渦電流が増して使用できなくなり、約１５０×１０^−８Ωｍ以上のものは入手困難であることから、固有抵抗は約５０×１０^−８〜１５０×１０^−８Ωｍとすることが好ましい。

なお、図４の構成は第１の実施形態の一例であり、タイヤバルブ８のタイヤ内部側端部の周囲に磁性材料９を介してアンテナコイル３ａが巻回されていればよく、アンテナコイル３ａの巻き数、磁性材料９の厚さ、電子回路１０の設置位置などは適宜調整することができる。また、リーダ／ライタ用アンテナ５ａが前後又は左右の車輪の間や車両７の中央部にされる場合など、タグ３とリーダ／ライタ用アンテナ５ａとが離れて設置される場合には、タイヤバルブ８のアンテナ設置部にスペーサなどを設けて径を太くし、アンテナ３ａの面積を大きくして作動距離をのばすようにしてもよい。

［実施形態２］
次に、本発明の第２の実施形態に係るタイヤ状態測定用ＲＦＩＤシステム及びＲＦＩＤタグ並びに該ＲＦＩＤタグを備えるタイヤバルブについて、図５を参照して説明する。図５は、第２の実施形態に係るタイヤ状態測定部付きタイヤバルブの構造を示す断面図である。

前記した第１の実施形態では、タイヤバルブ８（バルブステム８ａ）の外周に磁性材料９を介してアンテナコイル３ａを巻回する構造としたが、バルブステム８ａの形状によっては磁性材料９を設置しにくかったり、アンテナコイル３ａを巻回しにくい場合もある。そこで、本実施形態では、既成のタイヤバルブ８にタイヤ状態測定部２を簡単に取り付けることができるように、タイヤバルブ８のタイヤ内部側端面にアンテナコイル３ａや電子回路１０を配置している。

具体的には、図５に示すように、バルブステム８ａの端面に圧力検知器４を設置し、その上に板状の磁性材料９を固定し、更にその上に銅箔等をエッチングして製造した所定の形状、巻き数の渦巻き状のアンテナコイル３ａと、コンデンサ３ｂやＩＣ３ｃなどを設置する。このような構造でも、アンテナコイル３ａで発生した磁束１１は磁性材料９内部を通過するため、金属からなるタイヤバルブ８の渦電流による損失を抑制することができ、確実にリーダ／ライタ用アンテナ５ａと交信することができる。

なお、図では、渦巻き状のアンテナコイル３ａの内側にコンデンサ３ｂやＩＣ３ｃを設置したが、アンテナコイル３ａ以外の電子回路を圧力検知器４と共にバルブステム８ａの端面に設置してもよい。また、図ではバルブステム８ａと電子回路１０と磁性材料９とを同じ外径寸法としたが、アンテナコイル３ａとバルブステム８ａとの間に確実に磁性材料９が介在する構成であればよく、これらの部品の形状、厚さ、設置位置等はタグ３に要求される性能を勘案して適宜設定することができる。

［実施形態３］
次に、本発明の第３の実施形態に係るタイヤ状態測定用ＲＦＩＤシステム及びＲＦＩＤタグ並びに該ＲＦＩＤタグを備えるタイヤバルブについて、図６を参照して説明する。図６は、第３の実施形態に係るタイヤ状態測定部付きタイヤバルブの構造を示す断面図である。

前記した第１及び第２の実施形態では、バルブステム８ａの長手方向に磁性軸が向くようにアンテナコイル３ａを巻回したが、リーダ／ライタ用アンテナ５ａの設置位置によっては、アンテナコイル３ａの磁性軸が車輪６の回転軸方向に向くようにした方が交信しやすい場合もある。

そこで、本実施形態では、図６に示すように、バルブステム８ａのタイヤ内部側端面に圧力検知器４などの電子回路１０を設置し、その上に平板状（又は棒状）の磁性材料９を磁芯とし、その周りに導線を巻回して製作したアンテナコイル３ａを、その磁性軸が車輪６の回転軸と略平行になるように設置する構成としている。このような構成にすれば、アンテナコイル３ａで発生する磁束１１は磁性材料９の中を通り、タイヤバルブ８やホイール６ｂには磁束１１が通過しないため、金属材料の影響を抑制することができる。

上記した実施形態のアンテナの効果を確認するために、図７に示す寸法、形状の黄銅製の実験用バルブステム１３を厚さ の軟鋼製の実験用ホイール１２に設置し、実験用バルブステム１３に周波数 で作動するＲＦＩＤタグを接続して以下に示す実験を行った。実施例１として、同様に図８に示すように、実験用バルブステム１３の外周に、粒状の鉄系合金よりなる磁性粉末を９０％含む複合材で製作した外径２０ｍｍφ、内径１５ｍｍφ、高さ１０ｍｍの円筒形の磁性材料９を被せ、その周りに径０．３ｍｍの被覆銅線を５回巻回してアンテナコイル３ａを製作し、そのアンテナコイル３ａにＩＣ３ｃを接続してタグ３を作成した。

また、比較例として、図８に示すように、実験用バルブステム１３の外周に、外径２０ｍｍφ、内径１５ｍｍφ、高さ１０ｍｍの円筒形のプラスチック１４を被せ、その周りに径０．３ｍｍの被覆銅線を２０回巻回してアンテナコイル３ａを製作し、そのアンテナコイル３ａにＩＣ３ｃを接続してタグ３を作成した。

実施例２として、図９に示すように、実験用バルブステム１３の上に、粒状の鉄系合金よりなる磁性粉末を９０％含む複合材で製作した直径１５ｍｍφ、厚さ５ｍｍの円板状の磁性材料９を配置し、その円板の上に厚さ３５μｍの銅箔をエッチングして製造した径１５ｍｍφ、巻き数１０回の渦巻状アンテナコイル３ａを製作し、そのアンテナコイル３ａにＩＣ３ｃを接続してタグ３を作成した。

実施例３として、図１０に示すように、実験用バルブステム１３の上に、粒状の鉄系合金よりなる磁性粉末を９０％含む複合材で製作した幅１０ｍｍ、長さ１０ｍｍ、厚さ５ｍｍの平板状の磁性材料９を配置し、その平板に径 の被服銅線を磁性軸が実験用バルブステム１３の面に平行になるように７回巻回してアンテナコイル３ａを製作し、そのアンテナコイル３ａにＩＣ３ｃを接続してタグ３を作成した。

比較例及び実施例１乃至３のアンテナコイル３ａのインダクタンスはいずれもほぼ等しく５μＨ〜６μＨの範囲であった。また、比較例ではタグ３は作動しないのに対して、実施例１乃至３ではタグ３は全て作動した。以上の結果より、金属製のバルブステムの外周に単に被覆銅線を巻回する（比較例）だけではタグ３が動作しないのに対して、バルブステムの外周に磁性材料９を被せてその上から被覆銅線を巻回したり（実施例１）、板状の磁性材料９上に渦巻状コイルを配置したり（実施例２）、板状の磁性材料９を磁芯として被覆銅線を巻回する（実施例３）ことによりタグ３を動作させることができ、本発明の効果を確認することができた。

なお、以上では、本発明のタイヤ状態測定部２（タグ３及び圧力検知器４）をチューブレスタイヤ用のクランプインタイプのタイヤバルブ８に取り付ける場合について示したが、チューブレスタイヤ用のスナップインタイプのタイヤバルブ（バルブステムをホイール（リム）のバルブ穴に挿入し、ゴム座部分の圧縮によってリムとバルブとの間の気密性を保持する構造）や、チューブタイヤ用のラバーベースタイプのタイヤバルブ（下部だけにゴム座を持つバルブステムを用いる構造）、ラバーカバードタイプのタイヤバルブ（キャップ取り付け部以外の全てがゴム座で覆われたバルブステムを用いる構造）、スクリューオンタイプのタイヤバルブ（ゴム座をもつバルブスパッドに長さなどが異なるバルブステムを取り付けることができる構造）に対しても同様に本発明の構造を適用することができ、バルブステム又はバルブステムを支持するバルブスパッドにタイヤ状態測定部２を取り付ければよい。

また、以上の説明では、本発明のＲＦＩＤシステムをタイヤの圧力を測定するシステムとして説明したが、本発明は上記実施形態及び実施例に限定されるものではなく、タイヤの状態を測定するシステム、例えば、タイヤの温度を測定するシステム、タイヤの摩耗を測定するシステムなどにも同様に適用することができる。

本発明のタイヤ状態測定システムの構成を模式的に示す図である。 本発明のタイヤ状態測定システムの他の構成を模式的に示す図である。 本発明のタイヤ状態測定システムの他の構成を模式的に示す図である。 本発明のタイヤ状態測定システムの他の構成を模式的に示す図である。 本発明のＲＦＩＤタグ及びリーダ／ライタの構成を模式的に示す図である。 本発明のタイヤ状態測定部付きタイヤバルブの設置位置を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係るタイヤ状態測定部付きタイヤバルブの構造を模式的に示す断面図である。 本発明の第２の実施形態に係るタイヤ状態測定部付きタイヤバルブの構造を模式的に示す断面図である。 本発明の第３の実施形態に係るタイヤ状態測定部付きタイヤバルブの構造を模式的に示す断面図である。 本発明の実施例における実験で使用する部材の構造を示す断面図である。 本発明の実施例１及び比較例の実験の構成を示す断面図である。 本発明の実施例２の実験の構成を示す断面図である。 本発明の実施例３の実験の構成を示す断面図である。

符号の説明

１ タイヤ状態測定システム
２ タイヤ圧力測定部
３ タグ
３ａ アンテナコイル
３ｂ コンデンサ
３ｃ ＩＣ
４ 圧力検知器
５ リーダ／ライタ
５ａ リーダ／ライタ用アンテナ
５ｂ リーダ／ライタ回路部
５ｃ 通信回路部
５ｄ 演算処理部
６ 車輪
６ａ タイヤ
６ｂ ホイール
７ 車両
８ タイヤバルブ
８ａ バルブステム
８ｂ バルブグロメット
８ｃ ワッシャ
８ｄ ナット
８ｅ バルブコア
８ｆ キャップ
９ 磁性材料
１０ 電子回路
１１ 磁束
１２ 実験用ホイール（軟鋼）
１３ 実験用バルブステム（黄銅）
１４ プラスチック
１５ 切り替え手段

Claims (23)

1. リーダ又はリーダ／ライタと交信するＲＦＩＤタグであって、
   前記タグのアンテナが、車両のタイヤに空気を導入するためのタイヤバルブを構成する構造体に設置されていることを特徴とするＲＦＩＤタグ。
2. 前記アンテナは、前記構造体の前記タイヤ内部側端部の周囲を囲むように配設された環状の磁性材料の上に、導線が螺旋状に巻回されたものであることを特徴とする請求項１記載のＲＦＩＤタグ。
3. 前記アンテナは、前記構造体の前記タイヤ内部側端面に配設された板状の磁性材料の上に、導線又は導体パターンが渦巻状に巻回されたものであることを特徴とする請求項１記載のＲＦＩＤタグ。
4. 前記アンテナは、板状の磁性材料に導線が螺旋状に巻回され、前記構造体の前記タイヤ内部側端面に、その磁性軸が前記構造体の端面に略平行になるように設置されたものであることを特徴とする請求項１記載のＲＦＩＤタグ。
5. 前記磁性材料が、磁性粉末又は磁性フレークと、ゴム又はプラスチックとの複合材であることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか一に記載のＲＦＩＤタグ。
6. 前記磁性材料が、金属箔又はその積層材であることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか一に記載のＲＦＩＤタグ。
7. 前記金属箔又はその積層材の厚さが略１５μｍ乃至８０μｍ、固有抵抗が略５０×１０^−８Ωｍ乃至１５０×１０^−８Ωｍであることを特徴とする請求項６記載のＲＦＩＤタグ。
8. 前記構造体は、空気導入孔を備えるバルブステム又は該バルブステムを支持するバルブスパッドであることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一に記載のＲＦＩＤタグ。
9. 請求項１乃至８のいずれか一に記載の構造のアンテナとＩ／Ｏ端子を有するＩＣとを少なくとも備えるタグと、前記タイヤの状態を測定する検知器と、前記車両本体の前記タイヤバルブ近傍に設置されるリーダ又はリーダ／ライタ用アンテナと、前記車両を制御する制御部に接続されるリーダ又はリーダ／ライタ回路部とを少なくとも備えることを特徴とするタイヤ状態測定システム。
10. 前記車両の各々の車輪の前記バルブに、前記タグと前記検知器とが設置され、各々の前記タグに近接して前記リーダ又はリーダ／ライタ用アンテナが設置され、各々の前記リーダ又はリーダ／ライタ用アンテナは所定の時間間隔で切り替え動作を行う切り替え手段を介して前記リーダ又はリーダ／ライタ回路部に接続され、前記切り替え手段で選択された前記リーダ又はリーダ／ライタ用アンテナで受信した前記タイヤの圧力情報が前記リーダ又はリーダ／ライタ回路部に送信されることを特徴とする請求項９記載のタイヤ状態測定システム。
11. 前記車両の各々の車輪の前記バルブに、前記タグと前記検知器とが設置され、前後又は左右の２つの車輪の間に前記リーダ又はリーダ／ライタ用アンテナが設置され、各々の前記リーダ又はリーダ／ライタ用アンテナは所定の時間間隔で切り替え動作を行う切り替え手段を介して前記リーダ又はリーダ／ライタ回路部に接続され、前記切り替え手段で選択された前記リーダ又はリーダ／ライタ用アンテナで受信した前記タイヤの圧力情報が前記リーダ又はリーダ／ライタ回路部に送信されることを特徴とする請求項９記載のタイヤ状態測定システム。
12. 前記車両の各々の車輪の前記バルブに、前記タグと前記検知器とが設置され、前記車両の略中央部分に前記リーダ又はリーダ／ライタ用アンテナが設置され、前記リーダ又はリーダ／ライタ用アンテナで受信した前記タイヤの圧力情報が前記リーダ又はリーダ／ライタ回路部に送信されることを特徴とする請求項９記載のタイヤ状態測定システム。
13. 前記タグには、前記検知器で測定された前記タイヤの圧力情報に該タグを識別するためのＩＤ情報を付加した情報を作成する手段を備え、前記リーダ又はリーダ／ライタ回路部には、前記リーダ又はリーダ／ライタ用アンテナで受信した前記情報から前記ＩＤ情報を抽出し、該ＩＤ情報を参照して前記タグを判別する手段を備えることを特徴とする請求項１０乃至１２のいずれか一に記載のタイヤ状態測定システム。
14. 前記リーダ又はリーダ／ライタ回路部は前記タイヤの圧力情報を前記車両を制御する前記制御部に送信し、前記制御部は該圧力情報を前記車両の計器盤に表示することを特徴とする請求項９乃至１３のいずれか一に記載のタイヤ状態測定システム。
15. 前記制御部は、前記リーダ又はリーダ／ライタ回路部から送信される前記圧力情報を履歴情報として記憶し、該履歴情報を参照して前記タイヤの圧力の変化を予測することを特徴とする請求項１４記載のタイヤ状態測定システム。
16. 車両のタイヤに空気を導入するためのタイヤバルブであって、
    該タイヤバルブを構成する構造体にＲＦＩＤタグのアンテナが取り付けられていることを特徴とするタイヤバルブ。
17. 前記アンテナは、前記構造体の前記タイヤ内部側端部の周囲を囲むように配設された環状の磁性材料の上に、導線が螺旋状に巻回されたものであることを特徴とする請求項１６記載のタイヤバルブ。
18. 前記アンテナは、前記構造体の前記タイヤ内部側端面に配設された板状の磁性材料の上に、導線又は導体パターンが渦巻状に巻回されたものであることを特徴とする請求項１６記載のタイヤバルブ。
19. 前記アンテナは、板状の磁性材料に導線が螺旋状に巻回され、前記構造体の前記タイヤ内部側端面に、その磁性軸が前記構造体の端面に略平行になるように設置されたものであるであることを特徴とする請求項１６記載のタイヤバルブ。
20. 前記磁性材料が、磁性粉末又は磁性フレークと、ゴム又はプラスチックとの複合材であることを特徴とする請求項１７乃至１９のいずれか一に記載のタイヤバルブ。
21. 前記磁性材料が、金属箔又はその積層材であることを特徴とする請求項１７乃至１９のいずれか一に記載のタイヤバルブ。
22. 前記金属箔又はその積層材の厚さが略１５μｍ乃至８０μｍ、固有抵抗が略５０×１０^−８Ωｍ乃至１５０×１０^−８Ωｍであることを特徴とする請求項２１記載のタイヤバルブ。
23. 前記構造体は、空気導入孔を備えるバルブステム又は該バルブステムを支持するバルブスパッドであることを特徴とする請求項１６乃至２２のいずれか一に記載のタイヤバルブ。

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