JP2011097586A - 製品と電子タグの組立体 - Google Patents

Abstract

【課題】タイヤなどの完成した製品内に組み込まれるＲＦＩＤ電子タグを提供する。
【解決手段】物品本体と電子タグ３２の組立体において、物品のゴムベースの材料組成の部分に、電子デバイス２４とアンテナ３４，３６が取り付けまたは埋め込まれる。アンテナ３４，３６は少なくとも部分的に、導電ゴムなどの可撓性導電材からなる。アンテナ３４，３６の可撓性導電材は、物品のゴムベースの部分と同等の材料組成特性を有し、アンテナ３４，３６は、機械的に物品の当該部分内に組み込むのに適する。物品のゴムベースの部分の圧縮状態が変わると、当該部分からアンテナアーム３４，３６に加わる圧縮力が変化し、タグ３２からの信号の強度の検出可能な変化が生じる。アンテナアーム３４，３６は、物品内の隣接する周囲空気塊内の空気圧の変化に応答して送信特性を変化させ、空気圧センサとして機能してもよい。
【選択図】図３Ａ

Description

本発明は、概して電子タグに関し、特に、タイヤなどの完成した製品内に組み込まれるＲＦＩＤ電子タグに関する。

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。

本発明の一態様において、製品と電子タグの組立体は、物品のゴムベースの部分を含むように設けられている。電子デバイスとアンテナが、物品のその部分に取り付けられるか、埋め込まれている。アンテナは可撓性を有するように構成され、少なくとも部分的に、導電ゴムなどの可撓性導電材からなる。アンテナの可撓性導電材は、物品の当該部分と実質的に同等の材料組成特性を有するように選択され、それにより、アンテナは透過的（transparent）であり、機械的に物品の当該部分内に組み込むのに適するようになっている。

他の態様では、可撓性のアンテナは、導電ゴムからなり電子デバイスの各接点に接続されている第１および第２のアンテナアームを含むダイポール構造を有している。可撓性のアンテナアームと電子デバイスは、完全にまたは部分的に物品の当該部分に埋め込まれるか、当該部分に取り付けられている。

さらに他の態様では、電子デバイスは、回路モジュールと、回路モジュールを包囲するとともにアンテナアーム同士を離れさせる非導電材からなるセパレータ構成部材とを含む。アンテナアームは物品の当該部分に固定され、それにより、アンテナアームの少なくとも表面部分が外側に向き、物品の当該部分から露出して、限定されないがタイヤキャビティ内の空気などの、隣接する周囲空気塊にさらされる関係になっている。従って、アンテナアームは、周囲の、物品の当該部分の材料によってアンテナアームに加えられる圧力の変化に応答して、送信特性を変化させるように構成かつ配置されていてもよい。

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（空気キャビティ：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。ゴムからなるタグのアンテナアームのインピーダンスを算出し、アンテナアームに加えられる圧力の変化の結果として生じるアンテナアームのインピーダンスの変化を算出し、アンテナアームのインピーダンスの変化からタグ送信信号の強度の変化を求め、加圧されるタイヤキャビティを形成するゴムベースのタイヤの壁の中にタグを組み込み、タグに問い合わせを行ってリターンデータ信号を発信させ、リターンデータ信号の強度を測定し、測定されたデータ信号の強度を得るために必要なアンテナアームのインピーダンスを算出し、算出されたアンテナアームのインピーダンスを得るために必要なアンテナアームに加える圧力を求め、アンテナアームに加える圧力を発生させるために必要なタイヤキャビティ内の空気圧を算出する。

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 (16)

1. 物品本体と電子タグの組立体であって、
   前記電子タグは、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、記憶されたデータ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り、
   前記物品のある部分が、少なくとも部分的に、ゴムを含む材料組成からなり、
   前記電子デバイスと前記アンテナが、前記物品の前記部分に取り付けられるとともに、外部接触手段を有し、
   前記アンテナは可撓性であり、少なくとも部分的に可撓性導電材からなり、前記可撓性導電材は少なくとも部分的に導電ゴムを含む
   組立体。
2. 前記アンテナの前記可撓性導電材は、前記物品の前記部分と実質的に同等の材料組成特性を有し、それにより、前記アンテナは機械的に前記物品の前記部分内に組み込むのに適するようになっている、請求項１に記載の組立体。
3. 可撓性の前記アンテナは、前記電子デバイスの各外側面に沿って間隔をおいて配置された複数の相互接続縁部接点の各々を包囲し該相互接続縁部接点の各々に電気的に接続されるように係合している第１および第２のアンテナアームを含む、請求項２に記載の組立体。
4. 前記相互接続縁部接点は、前記電子デバイスから、実質的に平坦な形状で延びている、請求項３に記載の組立体。
5. 前記相互接続縁部接点は、前記アンテナアームの各々の内側端部に包囲されている、請求項４に記載の組立体。
6. 前記アンテナアームの各々の前記内側端部は、前記電子デバイスの縁部の厚さよりも大きい厚さＤを有し、前記アンテナアームの前記内側端部は、前記電子デバイスの各縁部に重なっている、請求項５に記載の組立体。
7. 可撓性の前記アンテナアームは、実質的に導電ゴム化合物のみからなる、請求項６に記載の組立体。
8. 前記タグは、前記電子デバイスを包囲するとともに前記アンテナアーム同士を離れさせる非導電材からなるセパレータ構成部材をさらに含む、請求項７に記載の組立体。
9. 前記セパレータ構成部材は、前記アンテナアームの前記内側端部の厚さＤよりも大きい厚さを有する外側端部を含み、前記セパレータ構成部材の前記外側端部は前記アンテナアームの各々の前記各内側端部に重なっている、請求項８に記載の組立体。
10. 前記アンテナアームは前記物品の前記部分に固定され、それにより、前記アンテナアームは、少なくとも部分的に、隣接する周囲空気塊まで延びている前記物品のゴムからなる部分に囲まれている、請求項５に記載の組立体。
11. 可撓性の前記アンテナアームは、実質的に、前記物品の前記部分に埋め込まれている、請求項１０に記載の組立体。
12. 前記物品のキャビティ内に周囲空気塊が存在している、請求項１１に記載の組立体。
13. 前記物品はタイヤを含み、前記キャビティは、前記部分を含むタイヤの内壁によって形成される空気キャビティを含む、請求項１２に記載の組立体。
14. 前記キャビティ内の前記空気塊の圧力は、ある圧縮力で、前記物品の前記部分の材料を圧縮し、それにより、前記物品の前記部分内の前記圧縮力が前記アンテナアームに向けられる、請求項１３に記載の組立体。
15. 前記アンテナアームに対する圧縮力の大きさが変わることによって、前記アンテナアームの電気インピーダンス特性が変化し、前記アンテナアームの電気インピーダンス特性の変化が、前記タグから送信される信号の強度の検出可能な変化をもたらす、請求項１４に記載の組立体。
16. 前記物品はタイヤを含み、前記キャビティは、前記部分を含むタイヤの内壁によって形成される空気キャビティを含む、請求項１５に記載の組立体。

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