JP2006514800A - 多周波数アンテナを有するタイヤ電子装置組立体 - Google Patents

Abstract

電子装置組立体（３０）が一体化されたタイヤ組立体（１０）は、タイヤ構造体（１２）と電子装置組立体（３０）とを具備している。その電子装置組立体（３０）は、無線（ＲＦ）装置（３２）と、少なくとも第１及び第２の共振周波数バンドで無線通信を可能する多周波数アンテナとを少なくとも有していることが好ましい。かかる多周波数アンテナは更に、無線装置に接続された第１及び第２のアンテナワイヤを少なくとも有しており、タイヤ識別情報又はタイヤ温度、圧力及び他の特性のような測定した状態情報のような情報を含むことができる無線信号の送信を容易にする。第１及び第２のアンテナワイヤは協働して、少なくとも２つのダイポールアンテナ、例えば、２つの半波長アンテナ又は１つの半波長アンテナと１つの三半波長アンテナとして機能することが好ましい。

Description

本発明は、一般的に言うならば、タイヤの識別及び／又はタイヤの選択した物理的な状態の測定値に係る様々な情報を通信するタイヤ電子装置組立体に関するものである。更に詳細には、本発明によるタイヤ電子装置組立体は、異なる周波数レベルで効果的に信号を伝送できる改良したアンテナ構造を利用する。かかる多周波数アンテナ構造は、機械的な頑丈さの改善及び通信能力の自在性のために構成される。

電子デバイスを空気タイヤ構造体中に組み込むことで多く実用的利点が得られる。タイヤ電子デバイスは、タイヤ識別パラメータを中継し、更には、タイヤの各種物理的パラメータ、例えば温度、圧力、タイヤ回転数、車両速度などの情報を得るために、センサその他の部品を含む場合もある。これら性能情報は、タイヤの監視・警報システムにおいて有用であり、さらに、適正なタイヤ圧力レベルに調整するためのフィードバックシステムで使用できる可能性がある。

下記の特許文献１には、タイヤの偏倚、タイヤ速度、タイヤ回転数等の情報を測定できるタイヤ監視システムおよび方法が開示されている。
米国特許第5,749,984号明細書（Frey他）

下記の特許文献２には、タイヤ異常警報システムに係る別のタイヤ電子システムの例が記載されている。
米国特許第4,510,484号明細書（Snyder）

下記の特許文献３も、タイヤ電子装置に係るものであり、更に具体的には、自動車およびトラックのタイヤに関連して用いる回転計を開示している。
米国特許第4,862,486号明細書（Wing他）

下記の特許文献４、特許文献５、特許文献６、特許文献７にも、タイヤ圧力監視システムが開示されている。
米国特許第4,004,271号明細書（Haven他） 米国特許第4,742,857号明細書（Gandhi） 米国特許第5,616,196号明細書（Loewe） 米国特許第5,928,444号明細書（Loewe他）

タイヤ構造体と一体化された電子システムによって得られる更に他の可能性は、商業車両分野において財産追跡および性能評価ができる点にある。商業用トラック、航空機および土木車両／採鉱車両は全て、タイヤ電子システムとそれに関連する情報送信の利点が利用できる工業分野である。車両の各タイヤの走行距離をタイヤセンサによって測定することができ、上記した商業システムのメンテナンス計画の助けとなる。採鉱装置等のコストのかかる用途では車両の配置および性能を最適化させることができる。車両群全体を無線タグ送信を利用して追跡することができる。この例は下記の特許文献８に開示されている。
米国特許第5,457,447号明細書（Ghaem他）

典型的には、タイヤ内の電子装置は、情報を無線中継するので、かかる電子装置は、１つ以上のアンテナが装備された無線（ＲＦ）装置を多くの場合具備している。タイヤ監視のためにトランスポンダ型式の装置と使用するアンテナの例が下記の特許文献９に開示されている。
米国特許第5,196,845号明細書（Myatt）

このような無線装置が動作することが好ましい周波数（従って、アンテナが動作することが好ましい対応する周波数）は、地理的な場所に依存して変わる。その理由の一つは、無線規則及び基準が、全世界的に統一されていないためである。すなわち、無線装置の認可された動作周波数、デューティサイクル、パワーレベルなどが、大陸及び／又は国の間でしばしば相違している。そのため、単一の電子装置及びその対応するアンテナが、関係する複数の周波数で無線信号情報を実際に送受信できることが望ましい場合もある。

電気的な性能特性以外の設計上の特徴も、タイヤの環境で具体的に使用される電子装置及びアンテナにとって重要である場合もある。かかる電子装置及びアンテナは、常時動き且つ撓む場所に設けられるので、電子装置及びアンテナは、過剰な熱や張力並びに他の動的な力を受ける。このような力は、電子装置及びその付属アンテナ構造を損傷する可能性がある。このような望ましくない損傷の具体的な例は、アンテナがその付属電子装置及び／又は無線装置から外れることである。そのため、タイヤ内に使用する電子装置及び対応アンテナ構造は、実際上の問題及び機械的な頑丈さを配慮して構成される。

上記した米国特許の全ての開示をここに引用して本明細書に組み入れるものである。様々なタイヤ電子装置及びタイヤ電子装置のための様々なアンテナ構造が提案されているが、本発明により本明細書において開示する望ましい特徴の全てを包括的に具備する構成は従来全くない。

上記した従来技術に鑑みて、本発明は、複数の異なる周波数レベルで無線通信することができるアンテナを有する、タイヤ構造体内に一体化される改良した電子装置を提供せんとするものである。

本発明の実施例の利点は、少なくとも２つの異なる周波数バンドで無線信号を送受信して、電子装置が、既に確立している無線通信基準の応じて国際的に使用できることである。ここに開示するアンテナ構成の特徴は、関係する沢山の異なる具体的な周波数バンドに適用できる。そのような周波数の例には、860MHzから930MHz及び2450MHzを含むＲＦＩＤ通信に使用されるようなＵＨＦバンド内の周波数がある。

本発明の或る実施例の利点は、簡単に作ることができる装置を実現することである。無線装置に最小数のワイヤを接続することにより、簡単な方法で多周波数アンテナ構成を実現できる一方で、機械的な頑丈さを改善した装置構成を実現できる。或る例では、２ワイヤ式アンテナ構成により、無線装置とその無線装置に接続するアンテナワイヤとの接続部での機械的なストレスを軽減できる。従って、このような装置をエラストマーケーシング内に一体化する場合、アンテナが可撓性である必要性を軽減又は解消できる。

本発明の特徴は、様々な構成上の選択肢を可能にする。本発明による電子装置及びその電子装置のためのアンテナが、複数の異なる周波数で動作するように構成できるだけではなく、異なる装置構成も実現できる。例えば、アンテナリード線は、比較的真っ直ぐな又は湾曲した部分を有するように形成されて、タイヤ構造体内への無線装置の取付又は一体化を容易にする。湾曲した端部を有するアンテナリード線は、安定性を高めることができる。互いに隣接するアンテナリード線の間の角度は、ここに開示する本発明に従って変えることもできる。

本発明の１つの例示的な実施例では、電子装置が一体化されたタイヤ組立体は、タイヤ構造体と、無線装置と、多周波数アンテナとを具備している。無線装置は、タイヤ構造体の識別に対応する情報又は温度や圧力のようなタイヤ状態の測定値に対応する情報を含むことができる無線信号を送信又は中継するように構成されていることが好ましい。多周波数アンテナは、無線装置に接続されていることが好ましく、第１及び第２の共振周波数（又は周波数バンド）で無線信号を送受信することを容易にしている。無線装置及び多周波数アンテナ（これらが協働して本発明による典型的な電子装置を構成している）は、タイヤ構造体内に直接一体化することも、又は可撓性誘電体ケーシング内に埋込んでそのケーシングをタイヤ構造体内に一体化することも可能である。

本発明の具体的な実施例では、電子装置の多周波数アンテナは、無線装置に接続された少なくとも第１及び第２のアンテナワイヤを具備している。かかる第１及び第２のアンテナワイヤはそれぞれ、第１の共振周波数で半波長（λ／２）ダイポールとして協働して機能すると共に、同時に第２の共振周波数で三半波長（３λ／２）ダイポールアンテナとして協働して機能する第１及び第２のアンテナリードを形成することができる。他の実施例では、第１及び第２のアンテナワイヤは、第１及び第２の長いアンテナリードと、第１及び第２の短いアンテナリードを形成する。長いアンテナリード対は、第１の共振周波数でダイポールアンテナとして動作するように構成でき、短いアンテナリード対は、第２の共振周波数でダイポールアンテナとして動作するように構成できる。或る実施例では、各ダイポールアンテナは、半波長ダイポールアンテナに対応する。別の実施例では、２つの長いアンテナリードと２つの短いアンテナリードは、４つの別々のアンテナワイヤによって集合的に形成できる。

本発明の上記した実施例にその他の特徴を組合せることもできる。例えば、多周波数アンテナを形成する各アンテナの選択した部分（例えば、端部）を曲げて、具体的なタイヤの構成に合せ、又は更に安定したアンテナ構成を実現することができる。アンテナリードは、真っ直ぐでもいいし、又は波型又は鋸歯状のように曲がった形に形成してもいい。更に、アンテナリードは、互いに対して選択した角度に配置して、所望の性能特性を実現し、更には、個々のアンテナリード間の物理的な接触を避けることもできる。本発明の或る実施例では、電子装置の内の選択した部分に接した支持基板を具備して、アンテナリードと無線装置との間の接続のための機械的な支持を付加することができる。

本発明のその他の目的及び利点は、以下の詳細な説明において説明すると共に、以下の詳細な説明から当業者には明らかになる筈である。更に、以下に詳細に図示し参照し検討する本発明の特徴や要素に対する変更や修正は、本発明の技術思想の範囲から離れることなく、本発明の様々な実施例や使用方法において実現可能であることも理解される筈である。変更には、限定するものではないが、図示し参照し検討した様々な手段、特徴、工程などの均等手段への置換並びに図示し参照し検討した様々な要素、特徴、工程などの機能上、動作上、位置上の逆転も含まれる。
更に、本発明の様々な実施例や様々な現在好ましい実施例は、ここに開示する特徴や工程や要素やそれらの均等物の様々な組合せや配置（図面に明確に示されていない又は図面を参照しての詳細な説明に記載さていない特徴や部品や工程や配置の組合せも含む）を含むものである。本明細書の「課題を解決するための手段」において必ずしも説明していない本発明の他の実施例は、本明細書の「課題を解決するための手段」において言及した特徴や部品や工程、及び／又は本明細書において別に検討している他の特徴や部品や工程の様々の組合せも含むこともできる。本明細書の他の部分を検討することにより、当業者は、上記した実施例及びほかの特徴を更に良く理解できるであろう。

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。

「課題を解決するための手段」の項で述べたように、本発明は特に、タイヤ識別及び／又はタイヤの選択した物理状態の測定値に係る様々な情報を中継するタイヤ電子装置組立体に関するものである。図１及び図２は、タイヤ構造体内部に配置された電子装置組立体を含むタイヤ組立体の例を図解している。本発明によるタイヤ電子装置組立体は、多周波数レベルで効果的な信号伝搬を可能にする改良したアンテナ形態を利用する。かかる多周波数アンテナ形態は、機械的な頑丈さを改善し、通信能力に自在性を持たせるのために構成される。かかる電子装置組立体の例示的な実施例を、図３Ａ、図３Ｂ及び図６Ａから図９にそれぞれ図解する。

ここに開示する本発明の特徴の選択的な組合せが、本発明の複数の異なる実施例となる。本明細書に開示する例示的な実施例の各々は、本発明を限定するものではない。１つの実施例の一部として図解し又は説明する特徴又は工程は、別の実施例の特徴と組合せて、更に別の実施例を構成することもできる。更に、或る特徴は、同一又は類似の機能を果たす明記していない同様な装置及び特徴と置換することもできる。

以下、本発明のタイヤ電子装置組立体及び対応する多周波数アンテナ形態の現在の好ましい実施例を詳細に参照する。図面を参照するならば、図１及び図２はそれぞれ、本発明によるタイヤ組立体の図面を図示している。タイヤ組立体１０は、ホイール１４のリム部分１６に装着するために通常形成されている空気タイヤ構造体１２を有している。タイヤ構造体１２は、外部トレッド部分２０を支持するクラウン１８と、ビード部分２４まで延びるサイドウォール２２とで通常特徴付けられる。タイヤ構造体１２が、ホイール１４のリム部分１６に形成されたビード着床部に効果的に着床できるようにタイヤのビード部分は一般的に設けられている。空気不透過性材料のインナーライナーが、クラウンの内面１８とサイドウォールの内面２６を含むタイヤの内面を形成している。タイヤ構造体１２の内部にはカーカスが設けられており、サイドウォール部分２２とクラウン１８とを横切ってビード２４の間に延在しており、膨張圧力下で、タイヤの形を規定し、牽引力及び操舵力を伝達する。

図１及び図２に図解するように、電子装置組立体３０は、タイヤ構造体１２のサイドウォール内面２６に取り付けることができる。タイヤの正常な使用状態ではタイヤビード２４に近い部分は普通撓みを殆ど受けないので、サイドウォール内面２６に沿った位置、特にホイール組立体１４の回転軸に近い位置が、一般に適している。しかし、本発明による電子装置組立体３０が、タイヤ構造体１２の内面に沿ったどのような位置に配置できることは理解されたい。電子装置組立体３０は、タイヤ構造体１２の内面に直接取り付けることもでき、又は、誘電体ケーシング内に埋込んで、その誘電体ケーシングをタイヤ構造体１２の内面に取り付けることもできる。電子装置組立体を含み込むに適した誘電体材料の例としては、可撓性エラストマーがある。更に、電子装置組立体３０は、実際のタイヤ構造体１２内、例えば、カーカスとインナーライナーとの間に埋め込んで硬化することもできる。電子装置組立体３０は様々な配置が可能性であるので、用語「一体化」とは、タイヤ構造体上への取付け又はタイヤ構造体内への埋込み又は誘電体ケーシング上への取付け又は誘電体ケーシング内への埋込みを含む、可能性のある全ての配置を包括的に含むものであると理解されたい。

本発明による電子装置組立体３０は、タイヤ構造体１２に組込みようになされており、タイヤ製造者、タイヤ販売者、最終使用者にとって多くの利点をもたらす。かかる利点の多くは、タイヤ構造体１２内に一体化された場所と、遠隔の場所との間の信号の無線通信によって実現され、従って、電子装置組立体３０は、無線識別（ＲＦＩＤ）トランスポンダのような無線（ＲＦ）装置を有していることが好ましい。関係する無線信号は、資産追跡及びその他の用途に利用できるタイヤ製造日並びに車両への装着の日及び／又は位置を表すような、タイヤについて予めプログラムされた識別（ＩＤ）情報を含むことができる。電子装置組立体３０から発信される無線信号に含めることができる他の情報には、温度、圧力、タイヤ回転数、車両速度などの物理的なタイヤパラメータの測定値がある。そのような物理的パラメータを測定する検出手段は、無線装置内に含めることも、又は無線装置に接続される別体のセンサ素子（例えば、温度センサ、圧力センサ、回転カウンタなど）でもいい。或る実施例では、表面弾性波（ＳＡＷ）装置が、所与の環境での温度と圧力の両方を測定するために使用できる。そして、電子装置組立体３０は、車両の外の情報システムと無線通信できる。例えば、改良型の電子装置組立体３０は、車両を走らせたまま通信可能なインタロゲータ又は手持ち式のインタロゲータと通信可能である。更に、改良型の電子装置組立体３０は、車載コンピュータのような車載装置と通信することも可能であり、運転者がタイヤの様々なパラメータを監視することができる。

電子装置組立体３０が発信する無線信号の周波数は、好ましくは、その地理的な位置に応じて異なっていてもよい。この理由の一部は、無線規則及び基準が世界的には統一されていないためである。例えば、世界的なタイヤ市場は普通、北アメリカ、ヨーロッパ、アジアを含んでいるが、それらの各々が、ＲＦＩＤ通信のために異なる周波数範囲を利用可能にしている。共通するＲＦＩＤ周波数基準は、北アメリカでは９１５ＭＨｚであり、ヨーロッパでは８６８ＭＨｚであり、日本では２．４５ＧＨｚである。従って、本発明による電子装置組立体は、複数の異なる周波数レベルでの信号伝搬に最適化されたアンテナ構成を有している。かくして、タイヤとその付属の電子装置組立体は、多くの異なる国々で使用可能であり、全世界の異なるＲＦＩＤ周波数規則に適合して効果的な動作及び通信が可能である。便宜上、上述したＲＦＩＤ周波数バンド（ヨーロッパでは８６８ＭＨｚ、北アメリカでは９１５ＭＨｚ、日本では２．４５ＧＨｚ）での動作に従って本発明の典型的な形態を提示する。しかし、本発明による電子装置組立体が、関係する異なる具体的な周波数で動作できることも理解されたい。一般的に言って、本発明の電子装置組立体と多周波数アンテナ構成は、ＶＨＦ帯内又は特に３００ＭＨｚから３０００ＭＨｚ（３ＧＨｚ）までの範囲を含むＵＨＦ帯内の任意の周波数で動作可能であることを理解されたい。ＲＦＩＤ周波数基準は変わるので、関係する他の周波数バンドで有効に動作するように本発明の技術を対応して変更することも、本発明の技術思想の範囲内であることも理解されたい。

本発明による第１の実施例の電子装置組立体３０ａを図３Ａに図示する。その電子装置組立体は、無線（ＲＦ）装置３２を具備しており、その無線装置は、１つの実施例では、Intermec Technologies Corporationから販売されているIntellitagブランドのＲＦＩＤトランスポンダのようなＲＦＩＤトランスポンダ（またはＲＦＩＤタグ）とすることができる。無線装置３２は、無線信号を遠隔の場所に中継するために少なくともシリコンチップと通信構成要素とから構成することができる。本発明による無線装置は、信号を遠隔の場所に直接送信するアクティブ装置でも、別体のインタロゲータ又はリーダ装置からの送信を受けて反射するか送り返すパッシブ装置でもいい。或る実施例では、無線装置３２によって中継される無線信号は、３００ＭＨｚから３０００ＭＨｚのＵＨＦバンド内の選択した周波数レベルにすることができる。このような無線信号は、上述したようにタイヤ構造体のための様々な予めプログラムされた識別情報を含む所定の様々な情報を含むことができる。無線装置３２は、使用者が利用可能な識別情報を更に特別処理をするために特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）を具備することができる。更に、タイヤ内の温度、圧力、その他の状態を監視するに適したセンサ素子のような追加センサ素子を、無線装置３２に組込み又は接続して、タイヤの物理的な状態の測定値を、無線装置３２が通信する無線信号に含めることもできる。

更に、図３Ａを参照するならば、例示的な実施例の電子装置組立体３０ａは更に、第１のアンテナワイヤ３４と第２のアンテナワイヤ３６を具備している。それら第１のアンテナワイヤ３４と第２のアンテナワイヤ３６は、電気接続部３８及び４０を介して無線装置３２の互いに反対側に位置する側部に取り付けられている。アンテナワイヤ３４及び３６に適した材料の例は、約０．４ｍｍから０．５ｍｍの間の直径を有する真鍮被覆鋼である。電気接続部３８及び４０は、それぞれのアンテナワイヤ３４及び３６を無線装置３２に実際に物理的に接続もしている。かかる接続部は様々な方法で実現できる。例えば、アンテナワイヤ３４及び３６は、無線装置３２上のそれぞれのパッドにハンダ付けすることもでき、又は、電子装置パッケージにピン挿入形式で差し込むこもとでき、更に又は、クランプ、ネジ、導電性接着剤、又は当業者の知識の範囲の他の手段によって取り付けることもできる。図３Ａに示すように、アンテナワイヤ３４及び３６は、互いに反対方向に且つ互いに平行に延在している。これらアームにたとえることができるアンテナワイヤは、タイヤ構造体内への取り付け及び／又は無線結合を容易にするために異なる角度又は様々な湾曲形状に配置することもできることを理解されたい。例えば、図３Ｂに示す実施例の電子装置３０ｂのように、アンテナワイヤ３４及び３６の無線装置３２から遠い方の端部に湾曲部３５及び３７を形成することもできる。これら湾曲部３５及び３７は、電子装置組立体３０ｂをタイヤ構造体に一体化したときの電子装置組立体３０ｂの安定化機構を構成する。電子装置組立体をタイヤ構造体又は誘電体ケーシング内に実際に埋め込んだ場合、これら湾曲部は、アンテナワイヤ３４及び３６がそれぞれの埋め込み場所から突き出ることを防止する。

アンテナワイヤ３４及び３５は協働して、ダイポールアンテナとして機能し、無線装置３２から遠隔の場所へ無線信号を送信し易くしている。アンテナワイヤ３４及び３５の長さは、本発明に従って有効な多周波数動作を実現するように特に意図されている。ダイポールアンテナは、アンテナ長がλ／２の倍数であるとき所与の共振周波数で機能する。ここで、λは、アンテナから放射する電磁界の波長（ｍ：メートル）である。所与の周波数（ｆ）で自由空間に放射するアンテナが望ましい場合、対応する波長（λ）は以下の式から決定される。

従って、北アメリカ、ヨーロッパ及び日本でのＲＦＩＤ動作に関して上述した関係する３つの典型的な周波数の場合、以下の表１に表す情報が直ちに決定される。

８６８ＭＨｚと９１５ＭＨｚの半波長がそれぞれ１７３ｍｍと１６３ｍｍであり、他方、２４５０ＭＨｚの三半波長が１８３ｍｍであることが表１からわかる。これら３つの代表的な値は、自由空間での動作の場合である。これは、図４のグラフからもわかるであろう。図４は、上記した３つの典型的な周波数での自由空間でアンテナが共振する場合の放射電圧レベルを表している。曲線４２は、８６８ＭＨｚでの放射電圧を表しており、曲線４４は、９１５ＭＨｚでの放射電圧を表しており、曲線４６は、２４５０ＭＨｚでの放射電圧を表している。グラフからわかるように、各ダイポールアンテナからの放射電圧レベルは、送信エレメント内でλ／２の倍数ごとの長さで最大ピークとなる。半波長ダイポールアンテナとして動作する８６８ＭＨｚアンテナと９１５ＭＨｚアンテナのピーク電圧レベルと、三半波長ダイポールアンテナとして動作する２４５０ＭＨｚアンテナのピーク電圧レベルをみると、１８３ｍｍでの放射電圧レベルがすべてそれぞれのピーク値の比較的近いことがわかろう。この理由の一部は、８６８ＭＨｚと９１５ＭＨｚとで動作する半波長ダイポールアンテナの場合にはQファクタが比較的低いためである。従って、アンテナワイヤ３４及び３５の長さは、１８３ｍｍのダイポールアンテナに基づいて始めるように構成できる。従って、この特定な実施例ではアンテナワイヤ３４の端からアンテナワイヤ３５の端までの距離４８は約１８３ｍｍが好ましい。

本発明によるアンテナは、アンテナワイヤの所望の長さに影響を与える或る種の誘電材料の中に多くの場合埋め込むことができる。例えば、約３以上の誘電率を有するエラストマー又は他の材料の場合、アンテナワイヤ３４及び３６の長さは、約９４ｍｍに短くすることが好ましい。このような構成により、多周波数アンテナは、第１の共振周波数バンド（例えば、少なくとも８６２ＭＨｚから９２８ＭＨｚを含むもの）と第２の共振周波数バンド（例えば、少なくとも２．４４ＧＨｚから２．４６ＧＨｚを含むもの）で動作するようにできる。電子装置組立体３０が誘電体ケーシング内に埋め込まれるべき場合には、アンテナワイヤ３４及び３６の設計長はそれに応じてかわることも理解されたい。

更に、アンテナが半波長ダイポールアンテナ兼三半波長ダイポールアンテナとして動作する場合、図３Ａ及び図３Ｂの電子装置組立体３０ａ及び３０ｂのための多周波数アンテナのゲイン、パワーレベル、放射パターンに関する様々な動作上の差が存在することはわかろう。例えば、図５Ａは、半波長ダイポールアンテナの典型的な放射パターンを図示しており、図５Ｂは、三半波長ダイポールアンテナの典型的な放射パターンを図示している。２次元的に図解しているが、ダイポールアンテナの放射パターンは、図解するようなローブを有する全体的に３次元形態をとることは理解されたい。（図５Ｂに図解するような）三半波長ダイポールアンテナの放射パターンのローブが異なる方向に向いているために、リーダやインタロゲータは、図３Ａ及び図３Ｂの電子装置組立体３０ａ及び３０ｂの無線装置に対して、送信された無線信号を適切に受ける角度に配置する必要があろう。

図３Ａに示すアンテナは、１８３ｍｍのダイポール長を有するように作製し、異なる具体的な周波数レベルで動作するように構成されたＲＦＩＤリーダを使用して自由空間で試験をした。例えば、ＦＣＣ条件下で動作する２．４５ＧＨｚリーダは、電子装置組立体から約５ｃｍの距離で電子装置組立体からの無線信号を有効に受信することができた。同様に、９１５ＭＨｚリーダは、電子装置組立体から約２３０ｃｍの距離で無線信号を有効に受信した。８６８ＭＨｚリーダについて具体的に試験はしていないが、読み取り距離は、９１５ＭＨｚリーダの場合と同様である筈である。

本発明によるもう１つの実施例の電子装置組立体３０ｃを図６Ａに図示する。電子装置組立体３０ｃは無線装置３２を具備しており、その無線装置３２には、第１のアンテナワイヤ５０と第２のアンテナワイヤ５２とが電気接続部５４及び５６を介して接続されている。アンテナワイヤ５０は、第１の短いアンテナリード５８ａと第１の長いアンテナリード６０ａを形成するように構成することが好ましい。同様に、第２のアンテナワイヤ５２は、第２の短いアンテナリード５８ｂと第２の長いアンテナリード６０ｂを形成するように構成される。両方の長いアンテナリード６０ａ及び６０ｂはそれぞれ第１の長さに形成することができ、アンテナリード６０ａ及び６０ｂが協働して、第１の共振周波数でのダイポールアンテナとして機能する。両方の短いアンテナリード５８ａ及び５８ｂはそれぞれ第２の長さに形成することができ、短いアンテナリード５８ａ及び５８ｂが協働して、第２の共振周波数でのダイポールアンテナとして機能する。別の実施例として、アンテナリード５８ａ、５８ｂ、６０ａ、６０ｂを各々別々のアンテナワイヤで構成できることも理解されたい。

上述した代表的な周波数例を考えるならば、関係する複数の周波数で無線信号を中継することが望ましい。典型的な電子装置組立体３０ｃによって励振されるダイポールアンテナの一方は、約８６０ＭＨｚから約９３０ＭＨｚの範囲内の第１の共振周波数で動作するように構成され、他方は、約２４５０ＭＨｚの第２の共振周波数で動作するように構成されると考えられたい。両方のダイポールアンテナが共に半波長ダイポールアンテナとして動作することを選択する場合には、表１のデータからそのような動作に対応するリード長を決定する。半波長ダイポールアンテナが２４５０ＭＨｚで動作する場合には、長さ６２は自由空間動作では６１ｍｍとすべきである。かかる場合、短いリード５８ａ及び５８ｂの各々は約３０ｍｍの長さを有することが好ましい。半波長ダイポールアンテナが８６８ＭＨｚと９１５ＭＨｚを含む範囲で動作する場合には、長さ６４は、自由空間動作では約１６３ｍｍと約１７３ｍｍの間にすべきである。従って、長いリード６０ａ及び６０ｂは各々、約８４ｍｍの長さを有する。又は、両ダイポールアンテナが、半波長ダイポールアンテナ以外のダイポールアンテナ（例えば、三半波長ダイポールアンテナ）として動作させることもできることも理解されたい。

上述したように、誘電体ケーシング内に電子装置組立体３０ｃを埋め込んだ場合、有効動作のためにはアンテナワイヤ５０及び５２は短くする必要があろう。従って、このような変更を考慮して、電子装置組立体を埋め込む前のアンテナワイヤの長さを規定することができる。例えば、誘電率が約３以上のエラストマ又は他の材料の場合、短いリード５８ａ及び５８ｂの長さは約１６ｍｍが好ましく、長いリード６０ａ及び６０ｂの長さは約４７ｍｍが好ましい。

図６Ａに示すアンテナを、約８５ｍｍの長いリード６０ａ及び６０ｂと約３０ｍｍの短いリード５８ａ及び５８ｂを有するように作製し、異なる具体的な周波数レベルで動作するように構成されたＲＦＩＤリーダを使用して自由空間で試験をした。例えば、ＦＣＣ条件下で動作する２．４５ＧＨｚリーダは、電子装置組立体から約２６ｃｍの距離で電子装置組立体３０ｃからの無線信号を有効に受信することができた。同様に、９１５ＭＨｚリーダは、電子装置組立体から約９３ｃｍの距離で無線信号を有効に受信した。８６８ＭＨｚリーダについて具体的に試験はしていないが、読み取り距離は、９１５ＭＨｚリーダの場合と同様である筈である。
例示的な実施例の電子装置組立体３０ｃのアンテナ構成には或る利点がある。電子装置組立体３０ｃは、複数の異なる周波数レベルで動作できることだけでなく、簡単に製造できる装置である。具体的には、電子装置組立体３０ｃは、２つのアンテナワイヤ５０と５２を無線装置３２に取り付けるだけで十分である。従って、１つの連続したワイヤ５０が、短いリード５８ａ及び長いリード６０ａの両方を形成し、他方、ワイヤ５２が、短いリード５８ｂ及び長いリード６０ｂの両方を形成する。かかる構成の更に別の利点は、電子装置組立体３０ｃが誘電体ケーシング又はタイヤ構造体内に埋め込まれた場合、短いリード５８ａは長いリード６０ａに対する引張力に対して反対方向の引張力を作用し、短いリード５８ｂは長いリード６０ｂに対する引張力に対して反対方向の引張力を作用する。これにより、特に使用時タイヤ構造体が撓んだときに、無線装置６２とアンテナワイヤ５０及び５２との間の各接続部５４及び５６に集中する動的な力が大幅に削減される。かかる引張力の削減により、アンテナワイヤが無線装置から外れることが防止され、機械的な頑丈さが改善された電子装置組立体構成が実現される。

本発明によるならば、典型的な電子装置組立体３０ａとその対応するアンテナ形態の様々な変更が可能である。例えば、アンテナリード５８ａ、５８ｂ、６０ａ及び６０ｂのそれぞれの選択した端部には、図６Ｂの更に別の実施例の電子装置組立体３０ｄに示すように、湾曲部６６ａ、６６ｂ、６８ａ及び６８ｂを設けることができる。かかる湾曲部６６ａ、６６ｂ、６８ａ及び６８ｂは、電子装置組立体３０ｄをタイヤ構造体と一体化したときの電子装置組立体３０ｄの安定化機構を構成する。電子装置組立体をタイヤ構造体又は誘電体ケーシング内に実際に埋め込んだ場合、これら湾曲部は、アンテナリード５８ａ、５８ｂ、６０ａ及び６０ｂの端部がそれぞれの埋め込み場所から突き出ることを防止する。

本発明の電子装置組立体の更に別の実施例は、図６Ａ及び図６Ｂに示すような電子装置組立体３０ｃ及び３０ｄに対する更なる変更を含む。図７に示す実施例の電子装置組立体３０ｅは、図６Ｂに示す実施例の電子装置組立体３０ｄに類似しているが、アンテナリードが真っ直ぐには形成されていない。第１及び第２の短いアンテナリード７０ａ及び７０ｂ並びに第１及び第２の長いアンテナリード７２ａ及び７２ｂは、波形形状に形成されている。本発明によるならば、アンテナリードを鋸歯状パターンに形成するような他に非線形アンテナ形状も採用することができることは理解されたい。上部及び下部のアンテナリードは、物理的な接触を避けるために同相である必要があるかも知れない。図７の電子装置組立体３０ｅのアンテナリード７０ａ、７０ｂ、７２ａ及び７２ｂの選択した端部にも、それぞれ湾曲部７４ａ、７４ｂ、７６ａ及び７６ｂを設けて、タイヤ構造体又は可撓性エラストマケーシング内に埋め込んだときの安定化機構を構成することもできる。

本発明の更に別の実施例を図８に図示する。図８は、アンテナリード間の間隔を拡大した例示的な実施例の電子装置組立体３０ｆを図示している。第１及び第２の短いアンテナリード７８ａ及び７８ｂ並びに第１及び第２の長いアンテナリード８０ａ及び８０ｂは、最初、無線装置３２から離れる方向に互いに反対方向に延びている。次いで、それらリードは、図６Ａ及び図６Ｂの形状と同様に互いに平行な方向に向きを変えている。少なくとも約３ｍｍから５ｍｍが好ましい拡大した間隔により、個々のアンテナリードが互いに接触しなくなり、アンテナの動作が改善する。この随意の構成上の特徴は、ここに開示する他の実施例の何れかに組込んで、間隔を拡大し且つアンテナ動作を改善することもできる。

電子装置組立体３０ｆ又は本発明の他の実施例に採用できる他の特徴は、支持基板８２である。無線装置３２及びアンテナリード７８ａ、７８ｂ、８０ａ及び８０ｂの選択した部分を、既知の方法の内の任意の方法で支持基板８２に接着することができる。支持基板８２を利用することにより、無線装置３２とアンテナリードとの間の電気接続部が機械的に更に支持される。支持基板８２を形成するに適した材料の具体例は、ファイバガラス他の印刷回路板（ＰＣＢ）材料である。支持基板８２を形成するに適した材料の他の例は、高モジュラスゴムコンパウンドである。
本発明の更に別の実施例を図９に図示している。図９は、例示的な実施例の電子装置組立体３０ｇを図示している。この実施例では、無線装置３２に接続された２つの短いアンテナリード８４ａ及び８４ｂが、第１の共振周波数で動作する第１のダイポールアンテナを形成しており、無線装置３２に接続された２つの長いアンテナリード８６ａ及び８６ｂが、第２の共振周波数で動作する第２のダイポールアンテナを形成している。電子装置組立体３０ｇは、４つの別体のアンテナワイヤを有するように形成できる。アンテナリード８４ａ、８４ｂ、８６ａ及び８６ｂの選択した端部には、湾曲部を設けることができ、タイヤ構造体との無線結合又は一体化を容易にする。更に、図９にはアンテナリードが互いにほぼ直角に描かれているが、実施例の電子装置組立体３０ｇではアンテナリード間の具体的な角度は任意である。例えば、隣接するアンテナリード間のそれぞれの角度は、好ましい放射レンジを実現するように決定できる。

ここに開示する典型的な電子装置組立体３０ａから３０ｇ及び対応するアンテナ構造体は、複数の異なる周波数で動作するように構成されており、ここに開示する具体的な実施例では、第１の共振周波数及び第２の共振周波数で動作するように構成されている。本発明の電子装置組立体及び多周波数アンテナ構成は、上記した共振周波数の内の選択した１つが所与の共振周波数を中心とする所与のバンド幅に実際に対応することを理解されたい。この構成により、互い近い周波数レベルで動作する複数の個々のリーダ／インタロゲータが、単一のアンテナ構成から発せられた無線信号を受信することができる。それは、リーダ／インタロゲータが８６８ＭＨｚ及び９１５ＭＨｚで動作する場合に相当するからである。これらの具体的な周波数は、比較的小さなバンド幅しか離れていない。従って、第１及び第２のそれぞれの共振周波数でアンテナが動作するとの本明細書での説明は、実際には、第１及び第２のそれぞれの周波数バンドでのアンテナ動作に対応する。

以上、特定な実施例を参照して本発明を詳細に説明したが、上記した記載を理解した上で、当業者が上記実施例を変更し修正し又は上記実施例の均等物を容易に実現できることは理解できるであろう。従って、上記実施例の開示は、例示に過ぎず、限定を意味するものではない。また、上記実施例の開示は、当業者にとって容易に実現できる変更、修正、追加を除外するものではない。

本発明による、電子装置が一体化されたタイヤ組立体の斜視図である。 本発明による、電子装置がタイヤのビード部に対して配置されて一体化されたタイヤ組立体の部分横断面図である。 図３Ａ及び図３Ｂは、本発明による、多周波数アンテナを有する電子装置組立体の例示的な実施例の全体平面図である。 図３Ａ及び図３Ｂの実施例の多周波数アンテナの動作による様々な周波数での放射電圧レベル対波長の関係を表すグラフである。 図５Ａ及び図５Ｂは、図３Ａ及び図３Ｂに示した実施例の多周波数アンテナの２つの異なる動作モードでの放射パターンを表すグラフである。 図６Ａ及び図６Ｂは、本発明による多周波数アンテナを有する電子装置組立体の別の例示的な実施例の全体平面図である。 本発明による多周波数アンテナを有する電子装置組立体の更に別の例示的な実施例の全体平面図である。 本発明による多周波数アンテナを有する電子装置組立体の更に別の例示的な実施例の全体平面図である。 本発明による多周波数アンテナを有する電子装置組立体の更に別の例示的な実施例の全体平面図である。

符号の説明

１０・・・タイヤ組立体
１２・・・タイヤ構造体
３０、３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ、３０ｅ、３０ｆ、３０ｇ・・・電子装置組立体
３２・・・無線装置
３４、３６、５０、５２・・・アンテナワイヤ

Claims (35)

1. タイヤ構造体と、
   前記タイヤ構造体のための所定の識別情報を含む無線信号を通信するように構成された無線装置と、
   前記無線装置に接続されており、第１の周波数レンジ及び当該第１の周波数レンジと異なる第２の周波数レンジでの前記無線信号の通信を容易にする多周波数アンテナと
   を具備すること特徴とする、電子装置が一体化されたタイヤ組立体。
2. 前記多周波数アンテナは、前記第１の周波数レンジで半波長第ポールアンテナとして機能し、前記第２の周波数レンジで三半波長第ポールアンテナとして機能することを特徴とする請求項１に記載のタイヤ組立体。
3. 前記無線装置は、約３００ＭＨｚから約３０００ＭＨｚの周波数レンジ内で選択した少なくとも１つの周波数レベルの無線信号で通信することを特徴とする請求項１に記載のタイヤ組立体。
4. 前記多周波数アンテナは、前記無線装置に接続された少なくとも第１及び第２のアンテナワイヤを具備することを特徴とする請求項１に記載のタイヤ組立体。
5. 前記第１及び第２のアンテナワイヤの全長は、自由空間長での約１８３ｍｍに相当することを特徴とする請求項４に記載のタイヤ組立体。
6. 前記第１の周波数レンジが約８６０ＭＨｚから約９３０ＭＨｚであり、前記第２の周波数レンジは、約２．４０ＧＨｚから約２．５０ＧＨｚであることを特徴とする請求項１に記載のタイヤ組立体。
7. 前記無線装置及び前記多周波数アンテナが埋め込まれた誘電体ケーシングを更に具備しており、前記誘電体ケーシングは、前記タイヤ構造体の選択した部分に接着されるようになされていることを特徴とする請求項１に記載のタイヤ組立体。
8. 前記誘電体ケーシングが少なくとも約３の誘電率を有しており、前記第１及び第２のアンテナワイヤの全長は約９４ｍｍであることを特徴とする請求項７に記載のタイヤ組立体。
9. 少なくとも１つの所定のタイヤ状態に係る情報を得るように構成された少なくとも１つのセンサを更に具備しており、前記無線装置から送信される前記無線信号は、前記少なくとも１つのセンサで得られた前記情報を更に含むことを特徴とする請求項１に記載のタイヤ組立体。
10. 前記少なくとも１つのセンサは、前記タイヤ構造体内の温度について情報を得ることを特徴とする請求項９に記載のタイヤ組立体。
11. 前記少なくとも１つのセンサは、前記タイヤ構造体内の圧力について情報を得ることを特徴とする請求項９に記載のタイヤ組立体。
12. 前記無線装置と前記多周波数アンテナの選択した部分に接して設けられた支持基板を更に具備することを特徴とする請求項１に記載のタイヤ組立体。
13. タイヤ構造体と、
    前記タイヤ構造体のための少なくとも１つの情報を含む無線信号を通信するように構成された無線装置と、
    前記無線装置に接続されており、複数の異なる周波数での前記無線信号の通信を容易にする少なくとも第１及び第２のアンテナワイヤと
    を具備すること特徴とする、電子装置が一体化されたタイヤ組立体。
14. 前記複数の異なる周波数は、約８６８ＭＨｚの第１の周波数と、約９１５ＭＨｚの第２の周波数と、約２４５０ＭＨｚの第３の周波数を含むことを特徴とする請求項１２に記載のタイヤ組立体。
15. 前記少なくとも第１及び第２のアンテナワイヤは、前記無線装置から延びており、第１及び第２の短いアンテナリードと第１及び第２の長いアンテナリードとをそれぞれ構成しており、前記第１及び第２の短いアンテナリードは協働して機能して、第１の共振周波数で動作するように構成された第１のダイポールアンテナを形成しており、前記第１及び第２の長いアンテナリードは協働して機能して、第２の共振周波数で動作するように構成された第２のダイポールアンテナを形成していることを特徴とする請求項１３に記載のタイヤ組立体。
16. 前記第１及び第２のダイポールアンテナは半波長ダイポールアンテナとして機能することを特徴とする請求項１５に記載のタイヤ組立体。
17. 前記第１及び第２のアンテナワイヤの選択した自由端がそれぞれ湾曲した形状に形成されていることを特徴とする請求項１５に記載のタイヤ組立体。
18. 前記無線装置は、約３００ＭＨｚから約３０００ＭＨｚの周波数レンジ内で選択した少なくとも１つの周波数レベルの無線信号で通信することを特徴とする請求項１５に記載のタイヤ組立体。
19. 前記第１及び第２の短いアンテナリードは各々、自由空間長での約３０ｍｍに構成されており、前記第１及び第２の長いアンテナリードは各々、自由空間長での約８５ｍｍに構成されていることを特徴とする請求項１５に記載のタイヤ組立体。
20. 前記無線装置及び前記第１及び第２のアンテナワイヤが、少なくとも約３の誘電率を有している誘電体材料内に埋め込まれており、前記第１及び第２の短いアンテナリードは約１６ｍｍの長さを有しており、前記第１及び第２の長いアンテナリードは約４７ｍｍの長さを有していることを特徴とする請求項１５に記載のタイヤ組立体。
21. 前記第１及び第２の短いアンテナリード及び前記第１及び第２の長いアンテナリードの選択した部分がそれぞれ湾曲形状に形成されていることを特徴とする請求項１５に記載のタイヤ組立体。
22. 前記第１及び第２のアンテナワイヤは、第１の共振周波数で半波長ダイポールアンテナとして協働して機能し、第２の共振周波数で三半波長ダイポールアンテナとして協働して機能することを特徴とする請求項１３に記載のタイヤ組立体。
23. 前記無線装置は、約３００ＭＨｚから約３０００ＭＨｚの周波数レンジ内で選択した少なくとも１つの周波数レベルの無線信号で通信し、前記第１及び第２の共振周波数は、前記周波数レンジ内の２つの異なる周波数であることを特徴とする請求項２２に記載のタイヤ組立体。
24. 前記第１及び第２のアンテナワイヤの全長は、自由空間長での約１８３ｍｍに相当することを特徴とする請求項２２に記載のタイヤ組立体。
25. 前記無線装置及び前記第１及び第２のアンテナワイヤが、少なくとも約３の誘電率を有している誘電体材料内に埋め込まれており、前記第１及び第２のアンテナワイヤの全長は約９４ｍｍであることを特徴とする請求項２２に記載のタイヤ組立体。
26. 所定の識別変数を含む無線信号を遠隔の場所に無線通信するように構成されている無線装置と、
    前記無線信号の第１の共振周波数及び第２の共振周波数での送信を容易にするために前記無線装置に接続された少なくとも第１及び第２のアンテナワイヤと
    を具備することを特徴とする、タイヤ構造体と一体化される電子装置組立体。
27. 前記無線装置と前記アンテナワイヤとが埋め込まれたエラストマケーシングを更に具備することを特徴とする請求項２６に記載の電子装置組立体。
28. 前記無線装置と前記少なくとも第１及び第２のアンテナワイヤの選択した部分に接して設けられた支持基板を更に具備することを特徴とする請求項２６に記載の電子装置組立体。
29. 少なくとも１つのセンサを更に具備しており、当該少なくとも１つのセンサは、当該少なくとも１つのセンサが受けた温度及び圧力に対応する情報を得るように構成されており、更に、前記無線装置から送信される前記無線信号は、前記少なくとも１つのセンサによって得られた温度及び圧力の情報を含んでいることを特徴とする請求項２６に記載の電子装置組立体。
30. 前記無線装置は、約３００ＭＨｚから約３０００ＭＨｚまでの周波数レンジ内で選択された２以上の周波数レベルで無線信号を通信するＲＦＩＤトランスポンダを具備していることを特徴とする請求項２６に記載の電子装置組立体。
31. 第３及び第４のアンテナワイヤを更に具備しており、前記第１及び第２のアンテナワイヤは共に第１の長さを有しており、前記第３及び第４のアンテナワイヤは共に第２の長さを有しており、前記第１の長さと前記第２の長さは、異なる値であることを特徴とする請求項２６に記載の電子装置組立体。
32. 前記第１及び第２のアンテナワイヤは協働して、第１の共振周波数で動作する第１のダイポールアンテナとして機能し、前記第３及び第４のアンテナワイヤは協働して、第２の共振周波数で動作する第２のダイポールアンテナとして機能することを特徴とする請求項３１に記載の電子装置組立体。
33. 前記第１及び第２のアンテナワイヤは各々、自由空間長での約３０ｍｍに構成されており、前記第３及び第４のアンテナワイヤは各々、自由空間長での約８５ｍｍに構成されていることを特徴とする請求項３１に記載の電子装置組立体。
34. 前記第１及び第２のアンテナワイヤは、前記第１の共振周波数で半波長ダイポールアンテナとして協働して機能し、前記第２の共振周波数で三半波長ダイポールアンテナとして協働して機能することを特徴とする請求項２６に記載の電子装置組立体。
35. 前記無線装置は、約３００ＭＨｚから約３０００ＭＨｚの周波数レンジ内に選択した少なくとも１つの周波数レベルの無線信号で通信するＲＦＩＤトランスポンダを具備することを特徴とする請求項３４に記載の電子装置組立体。

Images