JP2011089992A - タイヤ内の圧力を測定する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電子タグを利用して、加圧された物品内の圧力を検知する。
【解決手段】ゴムを含む可撓性の導電性感圧材で少なくとも部分的に構成された、可撓性のアンテナのインピーダンスを算出し、アンテナに加えられる圧力の変化の結果として生じるアンテナのインピーダンスの変化を測定し、アンテナのインピーダンスの変化の結果として生じるタグ送信信号の強度の変化を算出し、電子タグを、キャビティの少なくとも一部を形成する物品の壁部の中に少なくとも部分的に埋め込み、キャビティ内の空気圧の大きさによって決まる大きさの圧縮力をアンテナに加え、アンテナが壁部からの圧力を受けている状態でタグ送信信号の強度を測定し、測定されたタグ送信信号の強度を得るのに十分な、壁部によるアンテナへの圧縮力を生じさせるのに必要なキャビティ内の空気圧の大きさを求める。
【選択図】図６

Description

本発明は、概して、タイヤなどの完成品に組み込まれるＲＦＩＤ電子タグに関し、特に、圧力センサのようなタグを用いる方法に関する。

ＲＦＩＤ電子タグは、タイヤなどの様々な完成した物品または製品に組み込まれている。そのようなタグは、製品識別番号などのデータを記憶する電子デバイスを含む。タグのメモリに記憶されたデータは、製品のライフサイクルの間に問い合わせ信号を受信した時にタグからリモートリーダに送信され、製品に関する有用な情報を提供する。タグは、タイヤキャビティ内の空気圧にさらされる圧力検知デバイスを組み込んでいてもよい。測定された圧力のデータは、必要に応じてタグからリモートリーダに送信することができる。

本発明の一態様における、加圧された物品内の圧力を検知する方法は、電子タグを利用するものであり、ゴムを含む可撓性の導電性感圧材で少なくとも部分的に構成された、可撓性のアンテナのインピーダンスを算出することと、タグアンテナに加えられる圧力の変化の結果として生じるアンテナのインピーダンスの変化を測定することと、アンテナのインピーダンスの変化の結果として生じるタグ送信信号の強度の変化を算出することと、電子タグを、物品のキャビティの少なくとも一部を形成する物品の壁部の中に少なくとも部分的に埋め込み、キャビティ内の空気圧の大きさによって決まる大きさの圧縮力をタグアンテナに加えることと、タグアンテナが物品の壁部からの圧力を受けている状態でタグ送信信号の強度を測定することと、測定されたタグ送信信号の強度を得るのに十分な、物品の壁部によるタグアンテナへの圧縮力を生じさせるのに必要なキャビティ内の空気圧の大きさを求めることと、を含む。

他の態様では、この方法は、二極アンテナ構造を形成するように、アンテナを含む第１および第２のアンテナアームを電子デバイスの両側に接続することと、少なくとも部分的に、可撓性の非導電ゴムで構成されたセパレータ構成部材によって、第２のアンテナアームから第１のアンテナアームの内側端部を分離することを含む。

さらに他の態様では、この方法は、電子デバイスをセパレータ構成部材によって包囲しつつ、タグの全体を物品の壁部の中に埋め込むことと、セパレータ構成部材と電子デバイスと第１および第２のアンテナアームとを物品の壁部の中で同一直線上に揃えることと、を含む。

従来技術の代表的なＲＦＩＤタグの斜視図である。 本発明によるＲＦＩＤタグの電子デバイスの斜視図である。 説明のために非導電性の中間セパレータ構成部材を取り外した、本発明の一実施形態であるＲＦＩＤタグの長手方向断面図である。 セパレータ構成部材が所定の位置に配置されたＲＦＩＤタグの長手方向断面図である。 電子デバイスを構成する集積回路チップおよび接点アレイがケーシングに入れられていない、他の構成の電子デバイスの斜視図である。 セパレータ構成部材によってアンテナアームの内側端部を包囲した状態を示す他の構成のタグの長手方向断面図である。 タグを圧力センサデバイスとして構成して利用する手順のフローチャートである。

本発明の実施形態を、添付の図面を参照して説明する。

まず図１を参照すると、縁部接点アレイ１６，１８を有するＩＣ（集積回路）パッケージ１４を支持する基板１２を含む従来のＲＦＩＤタグ１０が示されている。剛性の高い一対の金属製導電コイル状アンテナアーム２０，２２が、ＩＣパッケージ１４の接点アレイ１６，１８にそれぞれ電気的に接続されている。ＩＣパッケージ１４は、データメモリ機能およびデータ送信機能を実行する従来の構成のＩＣチップ（不図示）を含んでいる。接点１６，１８は、概ね、ＩＣチップから延びて、基板１２によって支持されている遠い端部まで下向きに曲がる屈曲構造を有している。これらの端部に、はんだ付けまたは他の公知の技術によってコイルアンテナアーム２０，２２が連結されている。

コイル２０，２２によって構成されたダイポールアンテナは、ＩＣパッケージ１４から外部リーダまでデータを伝達する。タグ１０を物品内に埋め込むこと、あるいはタグ１０を接着または他の公知の技術によって物品に貼ることによって、様々な物品または製品にタグ１０を組み込むことができる。タグ１０を物品または製品に組み込むことによって、製品のライフサイクルの全期間に亘って、ＩＣパッケージ内に記憶された製品識別データなどの情報にアクセスすることができる。

いくつかの最終用途では、製品は通常の使用時に強い応力および歪みを受ける。このような力は、アンテナアーム２０，２２をＣＩ接点１６，１８から離れさせ、不具合を生じさせることがある。さらに、金属製コイルアンテナアーム２０，２２、基板１２、およびＩＣパッケージ１４の材料組成は、タグが組み込まれる物品本体の材料組成と異なっていてもよい。このような場合、タグは「非透過（non-transparent）」であるとみなされ、タグを物品または製品の一部に付着させることにより問題が生じる可能性がある。付着不良があると、使用中にタグ全体が物品または製品から分離するおそれがある。

図２は、本発明によって構成された１つのＩＣパッケージ２４を示している。このパッケージはＩＣチップ（不図示）を囲む外側ケーシング２６を含み、このＩＣチップから、接点アーム２８，３０のアレイが同一平面内を直線状に延びている。接点２８，３０のアレイは、図示されているようにケーシング２６の両側部を通って延びている。接点アーム２８，３０の各々は細長く、必須ではないが好ましくは、図１に示されているデバイス１４の接点１６，１８とは異なり直線状で曲がっていない構造を有する。本明細書では、「電子デバイス」は、「ＩＣパッケージ」と同じ意味で使用され、識別データの記憶や送信などのタグの機能を実行する際に使用されるＩＣ電気回路および接点を指す。電子デバイスは、図２に示されているように外側ケーシング２６を含んでいてもよく、あるいは後述する通り図４に示されているようにケーシング無しで構成されていてもよい。

図３Ａを参照すると、当該のタグ３２が示されている。ＩＣパッケージ、すなわちデバイス２４は、一対のアンテナアーム３４，３６と一列に位置している。アンテナアーム３４，３６は、（テネシー州ノックスビルに所在のXILOR, Inc.によって製造され販売されている）Zoflexのような市販の固体または液体の導電ゴム製品（Zoflexに限定されるわけではない）からなる導電ゴム化合物またはマトリックスで構成されている。アンテナ３４，３６は、各接点アレイ２８，３０においてＲＦＩＤ電子機器に接続されている。接点２８，３０をそれぞれアーム３４，３６の内側端部３８，４０内に包囲することによって接続が確立されている。アーム３４，３６は、接点２８，３０を包囲しかつ電子デバイスすなわちＩＣパッケージ２４の両端部にそれぞれ重なるのに十分な、内側端部３８，４０の厚さすなわち幅Ｄを有する可撓性の導電ゴム構造を有している。すなわち、深さ、幅ＤはＩＣパッケージ２４よりも広く、それによって、図３Ａを見るとわかるように、アンテナアームの内側端部３８，４０がＩＣパッケージ２４の両側面および両縁部上を延びることができる。

図３Ｂは、ＩＣパッケージ２４の周りのセパレータ構成部材４２の配置を示している。構成部材４２は、ＩＣパッケージ２４を包囲しており、非導電ゴムなどの非導電材で構成されている。したがって、構成部材４２は、アンテナアーム３４，３６を電気的に分離し、さらにＩＣパッケージ２４を保護する働きをする。必須ではないが好ましくは、セパレータ構成部材４２の端部４４，４６は、アーム３４，３６の端部３８，４０に重なり、それにより、タグ組立体全体のゴムベースの完全なケーシングを形成する。すなわち、主としてゴムで構成されたタイヤなどの物品または製品に埋め込まれたときに透過的（transparent）になるゴム基材でタグ３２全体が覆われている。そのため、ＲＦＩＤタグ３２は、導電アーム３４、ＩＣデバイス２４、非導電性セパレータ構成部材４２、および導電アーム３６が順番に押し出し成形されて完成品のタグが得られる押し出し成形プロセスのような低コストの生産方法に適する。結果として得られるタグは、可撓性であり、タイヤなどのゴム製品内により良好かつより容易に付着する。さらに、構成部材がゴム材料からなるため、タグは、壁などのタイヤ部分内でより目立たなくなり、タイヤへのタグの付着がより強力になり、不具合の可能性がより低くなる。それによって、タグがタイヤから分離する危険性は最小限に抑えられる。

図３Ａおよび図３Ｂは、電子機器が内包されるタグの実施形態を示している。図４および図５は、電子機器を包囲するパッケージが不要であり、可撓性の導電ゴムベースのアンテナアーム５６，５８をＩＣ５０の縁部の接点５２，５４に直接取り付ける、他の実施形態のタグ４８を示している。ＩＣ５０は、両縁部に沿って接点５２，５４のアレイを有している。アンテナアーム５６，５８は、上述したように可撓性の導電ゴムで構成されている。アーム５６，５８の内側端部６０，６２はＩＣの縁部上に取り付けられ、それによって電気的接続を確立している。アーム５６，５８の直径すなわち厚さは、ＩＣ５０の厚さよりも大きい。図５に示されているように、セパレータ６４は、ＩＣ５０を包囲しており、アーム５６、５８の内側端部６０，６２に重なるような寸法を有している。セパレータ構成部材６４はゴムなどの非導電材で形成されている。したがって、図５に示されている、結果として得られるタグは、タイヤなどのゴム物品本体の材料と適合し、かつ透過性を有する材料（ゴム）によって完全に包囲されている。ＩＣ５０は、アーム５６，５８およびセパレータ構成部材６４によって形成された可撓性の外装によってさらに保護されている。

タグ４８は、タイヤのサイドウォールのような物品または製品の壁の中に完全に挿入することができる。タイヤは主として、概ねタグアンテナアーム５６，５８と同じ機械的特性および材料特性を有するゴムで構成されているので、ＲＦＩＤタグは、タイヤ内に埋め込まれた時に透過的（transparent）になる。その結果、タグ４８が存在することによってタイヤの性能が劣化することはなく、タイヤを長時間にわたって使用するうちにタイヤのサイドウォール内のタグの接着が損なわれる可能性は低い。適合性（compatibility）という言葉は、本明細書では、同様な機械的特性および材料特性を有する材料を意味するものとして用いられる。したがって、タグ４８の組成と、タグが埋め込まれるタイヤ製品の本体部分の組成との適合性によって、タグとタイヤとの間に所望の透過性（transparency）が生じる。

タグ４８は、タイヤの壁に完全に埋め込んでもよく、部分的に埋め込んでもよく、接着または他の手段によって外部から貼り付けてもよい。完全に埋め込むと、タグの可撓性は周囲のタイヤの壁の可撓性とぴったり合う（すなわち透過的になる）。部分的に埋め込んだ場合、タグ４８の一部は露出したままになる。接着剤によって貼り付けた場合、タグは周囲の空気腔（air cavity）に露出する。一般に、ＲＦＩＤは、タイヤキャビティを形成するタイヤのサイドウォールに、またはキャビティを形成するタイヤトレッド部の下側に、内側から取り付けられる。タグ４８は、このように配置されると、タイヤが車輪に取り付けられたときに加圧されるタイヤキャビティに近接する。

タグは、構造３２を有していても構造４８を有していても、タイヤに取り付けられると、問い合わせ信号を受けたときに、ダイポールアンテナアーム３４，３６（図３Ａ，３Ｂ）または５６，６８（図４，５）によって、リモートリーダに製品識別データを送信するように機能するようになっている。必要に応じて、隣接する、加圧された周囲の空気塊（air mass）内の空気圧を検出する、低コストで耐久性の高い受動的な（内部電源を必要としない）圧力センサとして装備されるように、ＲＦＩＤタグの用途が拡張されてもよい。タイヤ内で、タグはタイヤキャビティ内の空気圧を測定する圧力センサとして働くことができる。タイヤ内の圧力センサとして使用する場合、タグアンテナアームは、導電ポリマーや感圧ポリマーのような可撓性で導電性の感圧材で構成される。このような材料は、XILOR, Inc.から市販されている。ＲＦＩＤタグが問い合わせを受けたときにＲＦＩＤタグから返される信号の強度は、タグアンテナアームに加えられる周囲の圧力に基づいて変化する。これは、ゴムのインピーダンスが圧力に応じて変化するからである。

ＲＦＩＤタグおよびそのアンテナアームを、物品または製品のゴムからなる壁の中に完全に埋め込んだ場合、ＲＦＩＤタグは、信号の強度の変化によって、タグに加わる壁内の圧力の変化を示す。タイヤキャビティの空気圧を測定する場合、タイヤキャビティの輪郭を形成するタイヤの壁の中にタグを埋め込むことができる。キャビティ内の空気圧が変化すると、タイヤを形成するタイヤの壁内の圧縮力が変化し、それによって、アンテナアームに加わる圧縮力が変化する。タグアンテナアームにかかる圧縮力の変化は、信号の強度の変動に反映され、それによってタイヤキャビティの空気圧を伝える働きをする。

アンテナアームの一部または全体がタイヤキャビティ内の周囲の空気塊にさらされたままになるように、ＲＦＩＤタグをタイヤの壁の中に部分的に埋め込むこともできる。このシステムでは、タイヤキャビティの空気圧の変化がタグアンテナアームに直接影響を与え、アーム内のゴムのインピーダンスを変化させる。信号の強度の変化は、外部リーダによって検出することができ、アンテナアームのゴムのインピーダンス値と相関するキャビティ内の空気圧を求める計算を行うことができる。同様に、タグを接着剤などによってタイヤのサイドウォールに取り付けることができ、同様の手順を用いて、タグアンテナアームに対する圧力の変化によって生じる信号の変化を測定することができる。

前述した圧力センサの用途では、図６のフローチャートからわかるように、まずアンテナアーム内の導電ゴムを調べて、アームにかかる圧力に応じてインピーダンスがどのように変化するかを計算する必要がある。このような調査および計算が完了した後に、製品および物品内のタグを圧力センサとして用いることができる。外部信号によってタグが問い合わせを受けると、タグからリーダにデータが送信される。次に、送信信号を分析し、その強度からアンテナアームのインピーダンスを推定することができる。このようにして算出されたインピーダンス値から、アンテナアームに対する圧力を求めることができ、このような圧力をアームに加えるのに必要なタイヤキャビティ内の空気圧を算出することができる。

特に図６のフローチャートを参照すると、タグの圧力センサとしての用途を実行する手順は、以下の通りである。ゴムを含む可撓性の導電性感圧材で少なくとも部分的に構成された、可撓性のタグアンテナのインピーダンスを算出し、タグアンテナに加えられる圧力の変化の結果として生じるアンテナのインピーダンスの変化を測定し、アンテナのインピーダンスの変化の結果として生じるタグ送信信号の強度の変化を算出し、電子タグを、物品のキャビティを少なくとも部分的に形成する物品の壁部の中に少なくとも部分的に埋め込み、キャビティ内の空気圧の大きさによって決まる大きさの圧縮力をタグアンテナに加え、タグアンテナが物品の壁部からの圧力を受けている状態でタグ送信信号の強度を測定し、測定されたタグ送信信号の強度を得るのに十分な、物品の壁部によるタグアンテナへの圧縮力を生じさせるのに必要なキャビティ内の空気圧の大きさを求める。

本明細書における説明を考慮した上で、本発明の実施形態の変更が可能である。本発明を例示するために、ある代表的な実施形態および詳細を示したが、当業者には、本発明の範囲から逸脱せずに様々な変更および修正を行えることが明らかであろう。したがって、添付される特許請求の範囲に定義されている本発明の全範囲内において、前述した特定の実施形態の変更を行えることを理解されたい。

１０ ＲＦＩＤタグ
１２ 基板
１４，２４，５０ ＩＣパッケージ
１６，１８ 接点アレイ
２０，２２，３４，３６，４４，４６，５６，５８ アンテナアーム
２６ 外側ケーシング
２８，３０ 接点アーム
３２ タグ
３８，４０，６０，６２ 内側端部
４２，６４ セパレータ構成部材
５０ ＩＣ
５２，５４ 接点

Claims (7)

1. 電子タグを利用して、加圧された物品内の圧力を検知する方法であって、前記タグが、物品の固有のデータを記憶する電子デバイスと、前記電子デバイスに連結され、タグ送信信号をリモートリーダデバイスに送信するためのアンテナと、を有する種類のタグである、加圧された物品内の圧力を検知する方法において、
   ゴムを含む可撓性の導電性感圧材で少なくとも部分的に構成された、可撓性の前記アンテナのインピーダンスを算出することと、
   前記アンテナに加えられる圧力の変化の結果として生じる前記アンテナのインピーダンスの変化を測定することと、
   前記アンテナのインピーダンスの変化の結果として生じる前記タグ送信信号の強度の変化を算出することと、
   前記電子タグを、物品のキャビティの少なくとも一部を形成する前記物品の壁部の中に少なくとも部分的に埋め込み、前記キャビティ内の空気圧の大きさによって決まる大きさの圧縮力を前記タグの前記アンテナに加えることと、
   前記タグの前記アンテナが前記物品の壁部からの圧力を受けている状態で前記タグ送信信号の強度を測定することと、
   測定された前記タグ送信信号の強度を得るのに十分な、前記物品の壁部による前記タグの前記アンテナへの圧縮力を生じさせるのに必要な前記キャビティ内の空気圧の大きさを求めることと、
   を含むことを特徴とする、加圧された物品内の圧力を検知する方法。
2. ２極アンテナ構造を形成するように、前記アンテナを含む第１および第２のアンテナアームを前記電子デバイスの両側に接続することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
3. 少なくとも部分的に、可撓性の非導電ゴムで構成されたセパレータ構成部材によって、前記第２のアンテナアームから前記第１のアンテナアームの内側端部を分離することをさらに含む、請求項２に記載の方法。
4. 前記タグのほぼ全体を前記物品の前記壁部の中に埋め込むことをさらに含む、請求項３に記載の方法。
5. 前記電子デバイスを前記セパレータ構成部材によって包囲することをさらに含む、請求項４に記載の方法。
6. 前記第１のアンテナアームおよび前記第２のアンテナアームの前記内側端部を、前記セパレータ構成部材によって重ね合わせることをさらに含む、請求項５に記載の方法。
7. 前記セパレータ構成部材と、前記電子デバイスと、前記第１および第２のアンテナアームとを、前記物品の前記壁部の中で同一直線上に揃えることをさらに含む、請求項６に記載の方法。

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