JP2005335384A - 電子装置をタイヤ内に組み込むための方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】集積回路などタイヤに電子装置を配置する方法。
【解決手段】集積化電子装置を有して、タイヤ構造体内に配置されたパッチ２０が提供される。このパッチ２０は、タイヤ表面に載せるのではく、タイヤ構造体内に配置する。また、パッチ２０は、接着剤を使用してタイヤ構造体内に貼り付けることも、硬化処理によってタイヤ構造体内に接合することもできる。
【選択図】図３

Description

本発明は、一般的言うならば、集積回路などの集積化電子装置を有して、タイヤ構造体内に配置されたパッチ、及びそのようなパッチをタイヤ内に一体化する方法に関するものである。かかるパッチは、タイヤ表面に載せるのではなく、タイヤ構造体内に配置される。そのパッチは、接着剤によってタイヤ構造体内に貼り付けることもでき、又は、硬化処理によってタイヤ構造体内に接合することもできる。

様々な有用な分野においてタイヤと一緒に電子装置を使用できる。例えば、温度、圧力、運動その他の状態のようなタイヤの物理的な状態を監視して、その状態についての情報を送信するために電子装置を使用することができる。また、例えば監視プログラム又は在庫管理システムの一部として、タイヤを識別するように回路を構成することもできる。

しかし、タイヤに電子装置を結合する場合に様々な難しさがある。典型的には、タイヤ装着時及びタイヤ使用時に、タイヤは様々な力やその他の物理的な状態を受ける。そのため、タイヤと電気回路とを結合する際に遭遇する複雑さの１つは、製造時及び使用時において回路を損傷から保護することである。更に、或る用途では、改変や販売後の変更から回路を保護することが望ましい場合もある。

回路の用途によっては、タイヤが回転しているときに繰り返し変形を起こすタイヤの部分に回路を配置しなければならない場合もある。例えば、タイヤ性能についての重要情報は、動作中の内部の力、歪み及び温度を測定することによって得ることができる。或る用途では、そのような測定のためには、測定すべきタイヤ構造体内に電子装置を物理的に配置する必要がある。これは、製造時及び使用時において損傷から回路を保護するようなそしてタイヤ完成品内において回路の適正な方向を維持するような製造上の問題を生じる。

上記した様々な難しさに鑑みて、本発明は或る利点を提供する。更に、本発明の他の目的及び利点は、以下の記載において一部説明し、以下の記載から明らかになり、又は本発明の実施からわかるであろう。

本発明は、集積化電子装置を有するタイヤを実現するためのパッチ及びそのようなパッチをタイヤ内でタイヤと一体化する方法を提供するものである。詳述するならば、本発明は、タイヤ構造体内に電気回路を一体化するための使用されるパッチを提供するものである。製造者は、用途、使用状態その他の要因のような考慮すべき事柄に基づいて、所望の電子装置及びタイヤ内のパッチの位置を決定できる。所望の電子装置は、パッチ内に埋込み、又はパッチの表面に貼り付け、又はパッチ内に埋込み且つパッチの表面に貼り付けることもできる。本発明のパッチは、実際には、タイヤ構造体内に組み込まれ、タイヤの表面には配置されない。

本発明は、その用途において沢山の利点を奏する。例えば、パッチはタイヤ構造体内に一体化されるので、パッチに支持されている電子装置は、タイヤを壊すことなく取り出すことはできず、従って、タイヤ構造体自体が出荷時及び使用時に追加的な保護をしている。電子装置がパッチ内に埋込めれる実施例においては、本発明は製造工程中において電子装置を保護する。パッチがタイヤ内に埋込まれるので、本発明は、タイヤ使用時に力、歪み、温度その他の物理的なパラメータが測定できるタイヤ内の場所に電子装置を配置する。別の例として、或る実施例においては、本発明は、タイヤの成型及び硬化中に所定の形状を維持するように構成できる電子装置パッチを提供する。これは、回路の適正な動作のためには或る方向や形状が必要される場合に望ましい。或る実施例のおいては電子装置はパッチ内に埋込むことができるので、タイヤ構造体に使用されている他の導電性材料とパッチ内の電子装置との間の必要な電気絶縁を確保するためにパッチの厚さを精密に調整できる。当業者は、ここに開示した技術を使用することによって、本発明を適用して上記した利点及び他の利点を実現することができることは理解されよう。

更に、本発明は、電子装置をタイヤ内に一体化する方法を提供する。タイヤ内に配置されるように構成されたパッチが用意される。そのパッチは、パッチをつくるために組合される１つ以上の材料片を有することができる。パッチは、シリカ強化エラストマー、ゴム、アラミド、ポリエステル、ポリイミド、レーヨン、ナイロン、発泡ゴム、鋼、ステンレス鋼、ガラスファイバ、商品名「テフロン」で販売されているポリテトラフルオロエチレンを含む様々な材料から構成できる。なお、鋼又はステンレス鋼を使用する場合にはパッチの一部として使用され、鋼又はステンレス鋼は他の硬化性材料と一緒に使用される。更に、タイヤに使用するための電気回路が用意される。上述したように様々な異なる回路を選択して使用することができる。その回路は、電力を供給するための電気機械変換素子を含む場合もある。そのような電気回路がパッチと組み合わされる。例えば、電気回路はパッチ内に埋込むことも、又は、パッチの表面の全体又は一部に載せることもできる。その後、パッチは少なくとも部分的に硬化される。それは、パッチに形を持たせるように、及び／又はパッチの複数の部片を１つの部片に一体化するように機能することができる。次いで、例えば、組み込まれている電子装置の用途又は使用目的によって決定されるタイヤ構造体内の場所にパッチを埋込む。例示のためだけであるが、パッチは、タイヤのインナーライナーとその他の部分との間に配置することができる。又は、トレッド領域に近接するタイヤクラウン領域内に配置することもできる。その後、タイヤを硬化して、タイヤとパッチとの両方を含む一体構造を形成する。使用する材料に応じて、この硬化工程により、パッチを、パッチの周囲のタイヤ構造体の材料に接合することもできる。

本発明の別の実施例において、タイヤ構造体内に電子装置を設ける本発明による方法は、タイヤ構造体内に配置するためのパッチを用意する工程、電気回路を用意する工程、タイヤ構造体内に配置するためのパッチでその電気回路を処理する工程、そのパッチに接着剤を塗布する工程、そのパッチがタイヤ構造体内に封じ込まれるようにタイヤ内にパッチを配置する工程、タイヤを硬化する工程を具備している。

上述したように、タイヤ内に電子装置付きパッチを設ける方法を提供する他に、本発明によるならば、タイヤ内に埋込むための電子装置が組み込まれたパッチが提供される。例えば、本発明の典型的な実施例においては、一対のサイドウォール部分とクラウン部分とトレッド部分とを有するタイヤ構造体内に集積化電子装置を有するタイヤが提供される。パッチは、タイヤ構造体の一部分内に封じ込まれ、電気回路はそのパッチに組み込まれる。その電気回路は、所望の用途に従って構成される。更に、その電気回路は、電気回路に電力を供給するように機械エネルギーを電気エネルギーに変換する電気機械変換素子を含むこともできる。パッチはタイヤ内に様々な位置に配置することができる。例えば、パッチは、タイヤのクラウン部分に配置することも、又は一対のサイドウォール部分の一方の中にに配置することもできる。その位置を確保するために、パッチは、接着剤を使用して、又は硬化処理を使用して、又は接着剤と硬化処理の両方を使用して、タイヤに接合することができる。更に、パッチは、上述したように、ゴム、シリカ強化エラストマー、アラミド、ポリエステル、ポリイミド、レーヨン、ナイロン、発泡ゴム、鋼、ステンレス鋼、ガラスファイバ、商品名「テフロン」で販売されているポリテトラフルオロエチレンを含む様々な材料から構成できる。なお、鋼又はステンレス鋼を使用する場合にはパッチの一部として使用され、鋼又はステンレス鋼は他の硬化性材料と一緒に使用される。

本発明の更に別の実施例によれば、タイヤ内に電子装置を組み込むために使用される装置が提供される。その装置は、薄い形状のすなわち縦断面が細いパッチを有している。そのパッチは、実質的に電気絶縁性材料から形成され、タイヤの内部に埋込むような形状に作られる。そのパッチに電気回路が支持される。その電気回路は、パッチ内に埋込むことも、パッチの表面の全体又は一部上に配置することもできる。電気回路は、遠隔位置と通信するように構成され、１つ以上のアンテナを有することもできる。パッチを構成する材料を含むパッチの構成により、パッチがタイヤ内部に埋込まれたときに電気回路とタイヤとの間でのエネルギー消散を減少することができる。

本発明の上記した及びその他の特徴、性質及び効果は、以下の説明及び請求項からより良く理解できよう。添付図面は、本明細書に組み合わされ、本明細書の一部を構成しており、本発明の実施例を図示しており、以下の説明と共に本発明を説明するものである。

添付図面を参照した本明細書において、当業者に向けた最良態様を含めて本発明を十分且つ実施可能に説明する。
本発明の同一又は同様な特徴又は要素を指示するために、本明細書全体及び全添付図面において同一の参照番号を使用する。

本発明によるならば、タイヤ構造体内に配置された電子装置パッチを有するタイヤが提供され、更に、タイヤ内に電子装置パッチを組み込む方法が提供される。以下、本発明の複数の実施例を詳細に参照するが、その実施例の内の１つ以上の例を添付図面に図示した。各例共、本発明を説明するためのものであり、本発明を限定することを意味するものではない。例えば、１つの実施例の一部として図示又は記載した特徴を他の実施例と組合せて使用して、更に別に実施例を構成することもできる。本発明は、このような変更や修正及びその他の変更や修正も含むものである。

図１Ａ及び図１Ｂは、本発明による電子装置パッチ20の典型的な実施例を図示している。図示するように、パッチ20は、タイヤ構造体内に一体化するに適した薄い形状にすなわち縦断面が細くつくられている。例えば、区画境界部22及び24では滑らかに変化して、応力集中を軽減するように構成されている。滑らかに変化していない場合には応力集中が生じる恐れがある。パッチ20の薄い形状により、後述するように、タイヤ構造体内の様々な層や構造部の下や間にパッチ20を容易に配置できる。

パッチ20内に電気回路26が埋込まれており、その電気回路は、上述したように様々な用途に応じて構成することができる。電気回路26は、測定素子、識別素子、アンテナ、電源、及びその他の構成要素をそれぞれ１つ以上有することができる。図１Ａ及び図１Ｂに図示するように、パッチ20は、タイヤ内の物理的な状態を測定するセンサ27をパッチ20近くに有している。

１つ以上のアンテナを電気回路26に使用する場合、パッチ20を構成するために使用する材料は、電子装置の有効通信範囲を拡げるように選択することができる。
本件出願の出願人に譲渡されている2004年３月24日に出願した先願米国出願並びにその対応日本出願：特願2005-84493（ここにその先願の全てを引用して本明細書に組み入れる）

上記出願において、無線周波数エネルギーがアンテナの表面に沿って伝搬することを説明した。アンテナをタイヤに使用する場合、アンテナは、そのアンテナの周囲を囲んでいる、タイヤを一般に構成しているエラストマー材料を通って無線周波数を放射しなければならない。しかし、このエラストマー材料は普通、導電性があり、そして一般には３以上の比較的高い比誘電率を有している。アンテナと接触している導電材料は、アンテナ表面上を伝播する無線周波数エネルギーを消費する傾向がある。更に、アンテナと接触している導電性誘電材料は、アンテナの互いに隣接した２つの給電点間に無線周波数電流を流して、同様に無線周波数エネルギーを消費する。このエネルギー消費の問題は周波数が高くなるにつれ大きくなり、ＶＨＦ周波数（１３０ＭＨｚ）以上で動作する場合には特に問題になる。

更に、タイヤゴムのような誘電材料中にアンテナを配置する場合、アンテナの共振周波数及びインピーダンスが大きく変化し、その結果、電気的な観点からは、アンテナが自由空間にあるときに比べてアンテナが長くなる。上記した問題は、低比誘電率を有する電気絶縁性材料から構成されるパッチ20内にアンテナ20を埋込むことによって、回避又は最小化することができる。例示のためだけであるが、ゴムのようなシリカ強化エラストマーから構成されたパッチ20を使用することにより、送信レンジが実質的に改善する。

割れ耐性があって弾性率が低い材料からパッチ20を構成することが好ましい。そして、このようなパッチ構成は、例えばタイヤ内のパッチ所望配置場所によっては好ましい又は必要とされる場合がある。又は、電気回路26のためにより剛性が高い保護体となる必要がある場合には、パッチ20は弾性率が高い材料から構成することもできる。例示のためだけであるが、図２Ａ及び図２Ｂは、パッチ20がガラスファイバで構成されており電気回路26がパッチ20の表面28に配置された実施例を図示している。ガラスファイバのような弾性率が高い材料を使用することは、パッチ20上で電気回路26の形を維持する必要がある場合に好ましい。例えば、圧電素子のような電気機械変換素子を電気回路26が含んでいる場合には、タイヤ構造体内においてパッチ20が特定の方向に整列していること又は向いていることが必要とされる場合もある。簡単に言うならば、用途に応じて、電気回路26が埋込まれ又は表面28に配置されるパッチ20を構成するために様々な材料を使用することができる。他の材料には、アラミド、ポリエステル、ポリイミド、レーヨン、ナイロン、発泡ゴム、鋼、ステンレス鋼、商品名「テフロン」で販売されているポリテトラフルオロエチレンなどがある。上述したように、鋼又はステンレス鋼を使用する場合にはパッチの一部として使用され、鋼又はステンレス鋼は他の硬化性材料と一緒に使用される。

図３は、パッチ20がタイヤ32のサイドウォール部分30内に組み込まれている本発明の１つの典型的な実施例を図示する。タイヤ32の構造体は、サイドウォール部分30の他に、クラウン部分36にトレッド部分34を有している。図示するように、パッチ20は、インナーライナー38の下に配置されている。この位置は、例えば、インナーライナー38を通して直接タイヤ空気圧を測定するために有効である。サイドウォール部分30内へのパッチ20の固定は、本明細書において開示する技術を使用して当業者に理解できる様々な態様で実現できる。例えば、パッチ20は、感熱接着剤又は感圧接着剤で接着できる。例示のためだけであるが、そのような接着剤として、アメリカ合衆国、ペンシルベニア州、エリー、ウェストグランドヴューブルバード2000のロード社（Lord Corporation）の化学製品部門より商品名CHEMLOCKで入手可能である。又は。パッチ20の材料は、硬化前に一部架橋して（予備硬化）、そのあと、タイヤ硬化工程において周囲のタイヤ構造体に完全に接合することもできる。

本発明の典型的なもう１つの典型的な実施例を図４に図示する。ここで、タイヤ32のクラウン部分36内の、インナーライナー38とトレッド部分34との間の位置にパッチ20が配置される。そのパッチ20は、トレッド部分34内へ伸びるセンサ40を有している。そのセンサ40は、タイヤ32の温度、力、歪みその他の物理的な状態を測定するために使用することができる。又は、圧力を測定するためにセンサ40をタイヤ32の空気室42内に露出させることもできる。図３の実施例に関して説明したように様々な方法を利用してパッチ20を図４に示す位置に固定することができる。

更に、本発明は、タイヤ32内にパッチ20を組み込むための方法を提供する。１つの典型的な実施例において、タイヤ32を構成する本発明による方法は、タイヤ32内に配置するために構成されたパッチ20を用意する工程を含む。この工程の一部としてそして上述したように、パッチ20は、応力集中の場所をなくすような形状にでき、構成材料は、意図する用途のために必要とされる弾性率に基づいて選択することができ、そして、パッチ20の厚さと形状は、用途、タイヤ内の配置位置、電気回路26のために必要される絶縁の程度に基づいて決定することができる。

次に、電気回路26をパッチ20に組み込む。この工程は、パッチ20内に電気回路26を埋込むことを含む場合もある。これは、２枚の材料片の間に電気回路26を置いて、そのあと接着又は接合してパッチ20を作ることによって達成できる。又は、例えば接着剤又は他の接合方法を使用して電気回路26をパッチ20の表面に貼り付けることもできる。
パッチ20を１つ以上のエラストマーから構成する場合には、パッチ20をタイヤ32の構造体内に挿入する前に部分的に又は完全にパッチ20を硬化してもよい。例えば、パッチ20が特定の形状を有していることが望ましい場合には、パッチ20をタイヤ構造体内に組み込んだ後のタイヤの成型及び硬化の過程において、上記した工程を行うこともできる。又は、上述したように、予備硬化工程を必要としない材料からパッチ20を構成することもできる。

その後、タイヤ32の構造体内の、所望の用途又は測定で決定される場所にパッチ20を配置する。上述したように、パッチ20はタイヤ32の構造体内に実際に一体化される。上記した実施例は、パッチ20がインナーライナー38の下にインナーライナー38に近接して配置されている例を示しているが、タイヤ構造体内のインナーライナー38の間近に必ずしも位置しない他の場所にパッチ20を配置する例も本発明が含むことは理解されよう。例示のためだけであるが、図３を参照するならば、パッチ20は、カーカス43とトレッド部分34との間に、又はカーカス43とサイドウォール44との間に配置することもできる。

上述したようにパッチ20を配置した後、当業者に理解できるようにタイヤ32を硬化する。この硬化工程により、パッチ20の位置を固定する。パッチ20の構造体に使用されている材料に従って、硬化は、パッチ20をタイヤ32に更に接着するように機能することができる。

請求項の範囲及びその均等技術に含まれる、上述したようなタイヤ組立体とホイールの実施例に適用できる様々な変更も本発明に含まれることも理解できよう。

図１Ａ及び図１Ｂは、本発明によるパッチの１つの典型的な実施例の平面図及び側面図である。 図２Ａ及び図２Ｂは、本発明によるパッチのもう１つの典型的な実施例の平面図及び側面図である。 タイヤのサイドウォール部分にパッチが組み込まれた本発明によるタイヤの１つの典型的な実施例を図示する部分断面図である。 タイヤのクラウン部分にパッチが組み込まれた本発明によるタイヤのもう１つの典型的な実施例を図示する部分断面図である。

符号の説明

20 パッチ
26 電気回路
27 センサ

Claims (30)

1. タイヤ内に電子装置を一体化する方法であって、
   タイヤ内に配置するために構成されたパッチを用意する工程と、
   タイヤに使用するための電気回路を用意する工程と、
   前記電気回路を前記パッチに組合せる組合せ工程と、
   前記パッチを少なくとも部分的に硬化する工程と、
   タイヤ構造体内に前記パッチを埋込む埋込み工程と、
   前記タイヤを硬化して、前記パッチと前記タイヤとからなる一体構造をつくる工程と
   を具備することを特徴とする方法。
2. 前記組合せ工程は、前記パッチ内に前記電気回路を封じ込むことを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記パッチは、シリカ強化エラストマーからなることを含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 前記組合せ工程は、前記パッチの表面に前記電気回路を貼り付けることを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
5. 前記パッチは、ゴム、アラミド、ポリエステル、ポリイミド、レーヨン、ナイロン、発泡ゴム、鋼、ガラスファイバ、ポリテトラフルオロエチレンからなるグループから選ばれた１つ以上の材料からなることを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
6. 前記電気回路は電気機械変換素子を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
7. 前記タイヤはインナーライナーを含んでおり、前記埋込み工程は、前記インナーライナーの下に前記インナーライナーに近接して前記パッチを配置することを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
8. 前記タイヤは複数の層を有しており、前記埋込み工程は、前記複数の層の内の互いに隣接する層の間に前記パッチを配置することを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
9. 前記タイヤは、クラウン部分とトレッド部分とを有しており、前記埋込み工程は、前記クラウン部分内に前記トレッド部分に近接して前記パッチを配置することを特徴とする請求項１に記載の方法。
10. タイヤ構造体内に電子装置を設ける方法であって、
    タイヤ構造体内に配置するためのパッチを用意する工程と、
    電気回路を用意する工程と、
    タイヤ構造体内に配置するための前記パッチに前記電気回路を組合せる組合せ工程と、
    前記パッチに接着剤を塗布する塗布工程と、
    前記パッチが前記タイヤ構造体内に含まれるように前記タイヤ内に前記パッチを配置する配置工程と、
    前記タイヤを硬化する工程と
    を具備することを特徴とする方法。
11. 前記組合せ工程は、前記電気回路の少なくとも一部を前記パッチの表面に貼り付けることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
12. 前記組合せ工程は、前記電気回路の少なくとも一部を前記パッチ内に埋込むことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
13. 前記パッチは、シリカ強化エラストマーからなることを含むことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
14. 前記パッチは、ゴム、アラミド、ポリエステル、ポリイミド、レーヨン、ナイロン、発泡ゴム、鋼、ステンレス鋼、ガラスファイバ、ポリテトラフルオロエチレンからなるグループから選ばれた１つ以上の材料からなることを含むことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
15. 前記電気回路は電気機械変換素子を含むことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
16. 前記タイヤ構造体はインナーライナーを含んでおり、前記配置工程は、前記インナーライナーの下に前記インナーライナーに近接して前記パッチを配置することを含むことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
17. 前記タイヤは複数の層を有しており、前記配置工程は、前記複数の層の内の互いに隣接する層の間に前記パッチを配置することを含むことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
18. 前記タイヤは、クラウン部分とトレッド部分とを有しており、前記配置工程は、前記クラウン部分内に前記トレッド部分に近接して前記パッチを配置することを特徴とする請求項１０に記載の方法。
19. 前記配置工程の前に前記パッチを硬化することを特徴とする請求項１０に記載の方法。
20. 前記配置工程の前に前記パッチを予備硬化することを特徴とする請求項１０に記載の方法。
21. 一対のサイドウォール部分と、クラウン部分と、トレッド部分とを有するタイヤ構造体と、
    前記タイヤ構造体の一部の中に封じ込まれたパッチと、
    前記パッチと組み合わされた電気回路と
    を具備することを特徴とする、集積化電子装置を有するタイヤ。
22. 前記電気回路は、機械エネルギーを電気エネルギーに変換するための電気機械変換素子を有していることを特徴とする、請求項２１に記載された集積化電子装置を有するタイヤ。
23. 前記パッチは前記クラウン部分内に配置されていることを特徴とする、請求項２１に記載された集積化電子装置を有するタイヤ。
24. 前記パッチは、前記一対のサイドウォール部分の一方の中に配置されていることを特徴とする、請求項２１に記載された集積化電子装置を有するタイヤ。
25. 前記パッチは前記タイヤ構造体内に接着されていることを特徴とする、請求項２１に記載された集積化電子装置を有するタイヤ。
26. 前記パッチは、ゴム、シリカ強化エラストマー、アラミド、ポリエステル、ポリイミド、レーヨン、ナイロン、発泡ゴム、鋼、ステンレス鋼、ガラスファイバ、ポリテトラフルオロエチレンからなるグループから選ばれた１つ以上の材料からなることを含むことを特徴とする、請求項２１に記載された集積化電子装置を有するタイヤ。
27. 前記パッチは前記タイヤ構造体内に接着剤で貼り付けられていることを特徴とする、請求項２１に記載された集積化電子装置を有するタイヤ。
28. タイヤ内に電子装置を組み込むために使用する装置であって、
    実質的に電気絶縁性の材料から作られ、タイヤ内部に埋込められるように構成された薄い形状を有するパッチと、
    遠隔な場所と通信するように構成されており、前記パッチに支持されている電気回路と
    を具備しており、前記パッチは、前記電気回路と前記タイヤとの間でのエネルギー消散を減少するように前記タイヤ内部に埋込まれていることを特徴とする装置。
29. 前記パッチは、実質的に低い比誘電率を有する材料から作られていることを特徴とする請求項２８の装置。
30. 前記電気回路は、遠隔な場所と通信するために使用されるアンテナを有しており、前記電気回路は、タイヤ内の少なくとも１つの物理的な状態を測定するためのセンサを有していることを特徴とする請求項２８の装置。

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