JP2013519940A - Ｒｆｉｄタイヤのためのワイヤレスアンテナ - Google Patents

Abstract

タイヤのためのＲＦＩＤ装置は、ワイヤレスアンテナを用いる。アンテナは、１対の相隔てられた導電性ゴムユニットで形成される。伝導性ゴムアンテナは、１対の非伝導性シートの間に封入される。第３の非伝導性部材が、伝導性ゴムアンテナを取り巻き、それ自体、非伝導性材料の第１のシートと第２のシートとの間に密封される。ユニットの間の間隔によって画定されるスロットの中に、マイクロチップが配置され、ユニットの各々に伝導的に取り付けられる。

Description

＜関連出願への相互参照＞
本出願は、２０１０年２月１２日に出願された米国仮特許出願第６１／３３７，９３３号に基づくとともにその利点を主張するものであり、また、２０１０年８月１８日に出願された米国特許出願第１２／８０６，７２６号の一部継続出願である。

タイヤにおける無線周波数識別装置（ＲＦＩＤ）の使用が普及しつつある。例えば、当人の発行済み米国特許第７，５０４，９４７号を参照せよ。タイヤに相対的に様々な機能を監視するためにタイヤの表面上に又はタイヤの構造内に組み付け可能なＲＦＩＤ装置などのその他の装置としては、以下の米国特許、すなわち、第５，５６２，７８７号、第５，７４１，９６６号、第６，０６２，０７２号、第６，８５６，２４５号、第６，８９７，７７０号、第７，００９，５７６号、及び第７，１８６，３０８号が挙げられる。これらの特許に含まれる開示内容は、参照によって本明細書に組み込まれる。

米国特許第７，００９，５７６号は、高周波数アンテナを埋め込まれるタイヤを開示している。高周波数アンテナを埋め込まれるゴムは、ゴムと、伝導性誘電材料カーボンブラックとの混合であるので、上記特許は、伝導性誘電ゴムからアンテナを絶縁するために接着剤コーティングによってアンテナに付着される絶縁層の使用を開示している。米国特許第７，００９，５７６号は、アンテナを製造するもとになる材料を具体的に特定してはいないが、一般に、アンテナは、米国特許第５，５６２，７８７号又は第６，１４７，６５９号に開示されるように、伝導性の金属線又は銅などの薄いシート状の金属箔である。

タイヤに使用されるＲＦＩＤ装置は、品質及びトレーサビリティの向上を実現するための目標であり続けている。しかしながら、タイヤ業界は、その銅製アンテナへのＲＦＩＤ装置の採用に慎重であった。懸念されているのは、タイヤへの異物の導入である。ＲＦＩＤ装置を最小のコンポーネントサイズでタイヤに提供可能であることが、重要な目標である。

本発明のＲＦＩＤ装置は、コンピュータチップとともに伝導性ゴムのワイヤレスアンテナを用いるものであり、タイヤのボディに埋め込まれる又はタイヤの内表面に取り付けられる。アンテナは、１対の非伝導グリーンゴムシートを貼り合わせることによって形成される絶縁体に封入される導電性のグリーンゴムで形成される。絶縁体は、好ましくは非伝導グリーンゴムであるが、非伝導ゴム、又はゴムタイヤへの一体化に適した特質を有するその他の材料であってもよいだろう。絶縁体として用いられてよいその他の材料には、エラストマ又はゴムから伝導性成分であるカーボンブラックを除いたものがある。絶縁体は、タイヤの誘電ゴムからアンテナを隔離し、それによって、アンテナによって伝導されるエネルギが伝導性ゴムによって消散されないように阻止する。

本発明のＲＦＩＤ装置は、標準コンピュータチップを用いることができ、好ましくは１ミリメートル（１ｍｍ）四方のサイズよりも小さいＥＰＣ１ ＧＥＮ２ ＲＦＩＤチップである。ＲＦＩＤチップは、伝導性ゴムダイポール又はスロットアンテナに結合される。一実施形態のもとでは、チップの実装とゴムアンテナとの間の境界を改善し、そうしてパフォーマンスの向上を図るために、伝導性接着剤及び／又はその他の封入体が用いられて
よい。この場合は、アンテナとして、グリーンゴムではなく硬化ゴム又は加硫ゴムが用いられてよいだろう。もし、アンテナとしてグリーンゴムが使用されるならば、グリーンゴムの本来の粘着性が、グリーンゴムをその係合先である絶縁層の表面に接着させるゆえに、接着剤を使用する必要はない。他方では、より効果的な密着を提供するために、グリーンゴムのアンテナと接着剤を併用することが可能である。ゴムアンテナとコンピュータチップとからなるサブアッセンブリ（部分完成品）は、非伝導性ゴムの覆い又はシートで囲まれる。現行の技術は、タイヤの一体性を壊す懸念なくゴムアンテナをタイヤの不可欠構成要素にすることができる。

好ましくは、本発明のＲＦＩＤ装置は、非硬化状態で作成される。装置は、グリーン状態でタイヤの内表面又は外表面に取り付けられる。装置は、タイヤの層間に埋め込まれてもよい。このような取り付け又は埋め込みに続いて、装置は、タイヤの残りの部分とともに加硫処理される。しかしながら、装置は、先ず加硫され、次いで、タイヤの加硫処理後に取り付けられてもよいだろう、又は加硫伝導性ゴムを使用して組み立てられ、次いで、タイヤに取り付けられてもよいだろう。導入されたＲＦＩＤ装置は、品質、コンベヤ上におけるタイヤの仕分け、及び出荷の追跡を向上させる。

先行技術によるタイヤのためのＲＦＩＤ装置は、巻き線型のアンテナを用いる。巻き線型のアンテナは、ゴムと直接接触する。タイヤのゴムに使用されるカーボンブラックは、ゴムをいくぶん伝導性にする。適切に絶縁されない限り、タイヤゴムの伝導特性は、ＲＦＩＤ装置のアンテナを離調させ、これは、その有効範囲を大幅に低減させる。

本発明のＲＦＩＤ装置のアンテナは、その伝導率がゴム１インチあたり２０オームから４００オームまでの範囲であるように開発された伝導性ゴム化合物を有する。１インチあたり４０〜１００オームの範囲の抵抗が、アンテナとしての使用に適している。非伝導性ゴムは、アンテナをタイヤのゴムから隔離する電気的絶縁体として用いられる。非伝導性ゴムへの封入は、アンテナをＲＦＩＤマイクロチップと同調された状態にとどまらせ、これは、ロングレンジ（長距離）読み出し特性を可能にする。

タイヤの断面図であり、本発明のアンテナを中に封入された又は内部側壁に取り付けられたＲＦＩＤ装置を示している。 マイクロチップ及びアンテナを絶縁材料の層の中及び間に封入されたＲＦＩＤ装置の一形態を示した平面図である。 図２の線３−３に沿った断面図である。 本発明のワイヤレスアンテナを用いる本発明のＲＦＩＤ装置の分解斜視図である。 図２と同様な図であり、異なる実施形態を示している。 図３と同様な図であり、図５の実施形態を示している。 図５の実施形態の分解斜視図である。

図１を参照すると、外側のトレッド１２と溝１４とを伴ったクラウン１０を有するタイヤＴが示されている。断面では、タイヤＴは、クラウン１０を有し、該クラウン１０は、弧状の経路に沿って半径方向に外向きに延びて、タイヤＴの半径方向の最大範囲を画定する１対の相対する側壁１６に至る。側壁１６は、このような半径方向の最大範囲から、より狭い領域へ内向きに湾曲し、１対の相対する玉縁１８において終結する。図１に示されるように、クラウン１０又はいずれかの側壁１６に永久的に埋め込まれる本発明のＲＦＩＤ装置２０が提供される。該装置は、クラウン１０又は側壁１６の辺りでタイヤの内表面に接着されてもよい。

図２、図３、及び図４を参照すると、ＲＦＩＤ装置は、１対の絶縁部材２２と、それらの間に封入されるアンテナ２４とを含む。ＥＰＣ１ ＧＥＮなどのＲＦＩＤマイクロチップ２６は、アンテナ２４に取り付けられるタブ２８を有する。アンテナ２４は、数々の形状の１つであってよく、（図２及び図４で見られるような）上縁及び下縁２４Ａと、短い側縁２４Ｂと、湾曲したすなわち弧状の隅２４Ｃとによって長さを画定された矩形として示される。

アンテナ２４は、用いられる特定のＲＦＩＤマイクロチップ２６に適した調整特性を提供する経路を辿って上縁２４Ａから（図２及び図４で見られるように）下向きに延びるスロット３２を有する。

図２に示されるようなスロット３２は、下縁２４Ａに向かう下向きの経路を辿り、次いで、１回曲がり、右の側縁２４Ｂに向かって延びる垂直区間に入り、次いで、下縁２４Ａに向かって延びる別の区間に入り、最後に、左の側縁２４Ｂに向かって延びる区間に入る。スロット３２は、縁２４Ａ及び２４Ｂに対してより鋭角に配された区間はもちろん、用いられる具体的なＲＦＩＤマイクロチップの調整に最も適した形状に応じた曲がった区間を有してもよいだろう。マイクロチップの特性に応じて、スロット３２は、直線状になり、上縁２４Ａと下縁２４Ａとの間に延びていることによって、アンテナ２４をスロット３２によって２ピースに分けられた状態にしてもよいだろう。

図２及び図４で最も明瞭に見られるように、２つの絶縁部材２２の間には、非伝導性のグリーンゴムで形成された型打ちされた又はそれ以外のやり方で成形された中心絶縁部材３６も配置される。型打ちされた絶縁部材３６は、その中にアンテナ２４をぴったり受け入れるようなサイズとされた拡大開口３８を有する。したがって、開口３８の内縁３８Ａは、数字２４Ａ、２４Ｂ、及び２４Ｃで表されるようなアンテナ２４の周縁と実質的に同サイズである。この構成によって、アンテナ２４は、その縁とともに、非伝導絶縁部材２２、３６、及び２２に完全に封入される。

型打ちされた絶縁部材３６は、スロット３２に嵌るようなサイズとされ、成形された内部延長３６Ａを有する。内部延長３６Ａは、スロット３２を実質的に満たす。もし、スロット３２が、内部延長３６Ａの絶縁体によって満たされないと、アンテナ２４のグリーンゴムは、タイヤの加硫処理の最中に、又はもしタイヤＴへの組み付け前にＲＦＩＤ装置２０の加硫処理が成されるならばその最中に、スロット３２に流れ込むだろう。

前述のように、スロット３２の長さ及び形状は、アンテナをＲＦＩＤマイクロチップ２６と実質的に同じ周波数に調整するように設計される。

絶縁部材２２、アンテナ２４、及び型打ちされた絶縁部材３６の組み立てに備えて、ＲＦＩＤマイクロチップ２６は、（図４に示されるように）型打ちされた絶縁部材３６に、又はアンテナ２４に搭載されてよい。いずれの場合も、マイクロチップのタブ２８は、ＲＦＩＤ装置２０を形成するために構成要素の組み立てが成されたときに、スロット３２の両側においてアンテナ２４と係合されなければならない。チップの場所は、ＲＦＩＤ装置２０のパフォーマンスを向上させるために調整されてよい。

絶縁部材２２は、約４以下の誘電率を有する上記の数々の非伝導性又は低伝導性の材料の任意で形成されてよい。絶縁部材２２は、ｍｍをミリメートルとして、０．０５ｍｍから３ｍｍまでの範囲の厚さを有する。アンテナ２４及び中心絶縁部材３６の厚さもやはり、０．０５ｍｍから３ｍｍまでの範囲である。中心絶縁部材３６及びアンテナ２４は、同じ厚さであることが望ましいが、その他の絶縁部材２２、２２と同じ厚さである必要はない。アンテナ２４及び中心絶縁部材３６は、これらその他の絶縁部材２２、２２よりも薄
くてよい又は厚くてよい。また、外側絶縁部材２２の１つが、もう１つの外側絶縁部材２２よりも厚いことも可能である。

アンテナ２４に対して伝導性を付与するカーボンブラック及び／又はその他の成分の量は、２０オームから４００オームまでの、好ましくは４０オームから１００オームまでの範囲の抵抗を与えられるような量である。

図３で見ることができるように、相対する絶縁部材２２、２２は、アンテナ２４及びＲＦＩＤチップ２６を封入するために、中心絶縁部材３６にその全周囲にわたって密着される。前述のように、拡大開口３８の内縁３８Ａは、アンテナ２４の縁２４Ａ、２４Ｂ、及び２４Ｃに密着する。好ましくは、絶縁部材２２、２２、及び３６は、非伝導性のグリーン（非加硫）ゴムで形成される。グリーンゴムで製造されたとき、相対する絶縁部材２２の縁は、間に接着剤を提供する必要なく中心絶縁部材３６に接着する。また、絶縁部材２２、３６、及び２２も、もしこれらの部材が全てグリーンゴムであれば、接着剤を使用することなくアンテナ２４に接着する。絶縁体及びアンテナ２４としてグリーンゴムが使用されるときは、絶縁部材２２、２２及び中心絶縁部材３６は、単純に押し合わせることによって、互いに及びアンテナ２４に密着することができる。もし、絶縁部材２２及び／又は中心絶縁部材３６及び／又はアンテナ２４がグリーンゴム以外の材料で形成されるならば、それらは、加熱又は接着剤によって接合することができる。

ＲＦＩＤ装置２０を形成する、絶縁部材２２、２２と、中心絶縁部材３６と、アンテナ２４と、ＲＦＩＤマイクロチップ２６とからなる完成したアッセンブリ（完成組立品）は、前述のように、タイヤＴの中の様々な層間に、又はタイヤＴの内表面上に配置されてよい。組立品は、タイヤＴの中又はその内表面への配置に続いてタイヤの加硫処理にも通され、それによって、完成タイヤ、及びワイヤレスアンテナを伴ったＲＦＩＤ装置が提供される。

もし必要であれば、本発明のＲＦＩＤ装置は、絶縁層２２、２２、及び３６、並びにアンテナ２４層がグリーン状態にある間にパッケージ化され、次いで、製造時におけるタイヤへの導入のために別の製造施設に輸送されてよいだろう。また、本発明のＲＦＩＤ装置は、タイヤへの組み込み前に、それ自体が加硫処理されてよいだろう。

図５〜７を参照すると、変更されたアンテナを組み入れたＲＦＩＤ装置の変更形態が示されている。変更されたＲＦＩＤ装置１２０は、図１〜４の実施形態の絶縁部材２２と同様に、非伝導性の絶縁部材１２２を用いる。しかしながら、本実施形態のもとでは、２つの別々のユニット１２４Ｘ及び１２４Ｙからなるアンテナ部材１２４が提供される。アンテナユニット１２４Ｘ及び１２４Ｙは、組み立てられているタイヤ内部の層間に挿入されるときは、導電性のグリーンゴムで形成されており、次いで、加硫処理される。完成品タイヤの内表面への接着を予定されるＲＦＩＤ装置の場合、アンテナのための導電ゴムは、グリーンゴムではないだろう。好ましくは、アンテナユニット１２４Ｘ及び１２４Ｙは、同じサイズであり、図５及び図６に示されるように組み立てられるときは、アンテナユニット１２４Ｘをアンテナユニット１２４Ｙから分ける直線経路を辿るスロット１３２を間に提供するために相隔てられる。このようなアンテナユニット１２４Ｘとアンテナユニット１２４Ｙとの間の間隔を定めるスロット１３２の幅は、好ましくは０．６ミリメートル（ｍｍ）から３．２ｍｍまでの範囲である。

アンテナユニット１２４Ｘ及び１２４Ｙの各々は、弧状の隅縁１２４Ｃによってつながれた１対の上縁及び下縁１２４Ａと端１２４Ｂとを有する。

中心絶縁部材１３６は、スロット充填部材１３６Ａによって分けられた１対の拡大開口
１３８を有する。中心絶縁部材１３６は、各々の開口１３８がその中にアンテナユニット１２４Ｘ又は１２４Ｙをぴったり受け入れるようなサイズとされている。このようなアンテナユニット１２４Ｘ及び１２４Ｙがそれぞれの開口１３８に受け入れられるときに、絶縁体であるスロット充填部材１３６Ａは、アンテナユニット１２４Ｘとアンテナユニット１２４Ｙとを分けるスロット１３２の中にぴったり受け入れられる。前述の実施形態と同様に、スロット１３２の中には、マイクロチップ１２６が配置され、該チップ１２６は、アンテナユニット１２４Ｘに接続されるリードを一方の側に有し、アンテナユニット１２４Ｙに接続されるリードを反対の側に有する。好ましくは、マイクロチップ１２６は、絶縁体であるスロット充填部材１３６Ａに搭載される。マイクロチップ１２６の位置は、上縁１２４Ａのより近く又は遠くになるように調節されてよく、ただし、好ましくは、上縁１２４Ａと下縁１２４Ａとの間の中ほどである。

絶縁部材１２２は、中心絶縁部材１３６と、アンテナユニット１２４Ｘ及び１２４Ｙと、マイクロチップ１２６とからなる組立品の両側に接着される。

アンテナ部材１２４の調整は、アンテナユニット１２４Ｘ及び１２４Ｙのサイズを変えることによって達成され得る。アンテナユニットは、同じサイズであることが好ましいが、しかしながら、このようなアンテナユニット１２４Ｘ及び１２４Ｙの１つがもう１つよりも大きくてもよいだろうことは、本発明の予測の範囲内である。

図５〜７の実施形態の主な利点は、図１〜４の実施形態のＲＦＩＤ装置２０よりも大幅に長距離から読み取り可能であることである。したがって、図５〜７の変更されたＲＦＩＤ装置２０は、図１〜４の実施形態で図示及び説明されたような幾つかの構成のスロット３２の場合の僅か３フィートの距離とは対照的に、１２フィートの距離から読み取り可能である。

本発明のＲＦＩＤ装置は、製造するのに経済的であり、タイヤに容易に組み込み可能であり、尚且つ１２フィート及び場合によってはそれ以上もの長距離からの監視が可能であるＲＦＩＤ装置である。

当業者にならば、多くの変更形態が容易に明らかである。したがって、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって決定されるべきである。

Claims (19)

1. ＲＦＩＤ装置であって、
   （ａ）外向きの周縁を有する非伝導性材料の第１のシートと、
   （ｂ）前記第１のシートに係合される、伝導性ゴムの第１のアンテナユニットと、前記第１のアンテナ部材から相隔てられた関係で前記第１のシートに係合される、伝導性ゴムの第２のアンテナユニットとを有するアンテナ部材であって、前記第１のアンテナユニットと、前記第２のアンテナユニットとの間の間隔は、スロットを画定し、前記第１のアンテナユニットは、上縁、下縁、及び端縁を有し、前記縁の各々は、前記第１のシートの周縁から間隔を空けられ、前記第２のアンテナユニットは、上縁、下縁、及び端縁を有し、前記縁の各々は、前記第１のシートの周縁から間隔を空けられる、アンテナ部材と、
   （ｃ）前記スロットの中に配置され、前記第１のアンテナユニットに及び前記第２のアンテナユニットに伝導的に係合されるマイクロチップと、
   （ｄ）前記アンテナ部材を取り巻き、前記アンテナユニットの各々の前記外向きの上縁、下縁、及び端縁に係合する非伝導性部材であって、前記スロットの中に配置される内部延長を有する非伝導性部材と、
   （ｅ）（ｉ）前記アンテナに及び（ii）前記取り巻く非伝導性部材に係合される、非伝導性材料の第２のシートと、
   を備えるＲＦＩＤ装置。
2. 請求項１に記載のＲＦＩＤ装置であって、
   前記アンテナは、２０オームから４００オームまでの範囲の電気抵抗を有する、ＲＦＩＤ装置。
3. 請求項１に記載のＲＦＩＤ装置であって、
   前記アンテナは、４０オームから１００オームまでの範囲の電気抵抗を有する、ＲＦＩＤ装置。
4. 請求項１に記載のＲＦＩＤ装置であって、
   前記アンテナ及び前記取り巻く非伝導性部材の各々は、０．０５ｍｍから３ｍｍまでの範囲の厚さを有する、ＲＦＩＤ装置。
5. 請求項１に記載のＲＦＩＤ装置であって、
   前記第１及び第２のシートは、前記アンテナ又は前記第１及び第２のシートがグリーンゴムであることによって前記アンテナに接着される、ＲＦＩＤ装置。
6. 請求項１に記載のＲＦＩＤ装置であって、
   前記第１のアンテナユニットは、前記第２のアンテナユニットと実質的に同じサイズである、ＲＦＩＤ装置。
7. 請求項１に記載のＲＦＩＤ装置であって、
   前記マイクロチップは、前記上縁と前記下縁との間の実質的に中ほどに配置される、ＲＦＩＤ装置。
8. 請求項１に記載のＲＦＩＤ装置をその中に埋め込まれた又はその表面上に留め付けられたタイヤ。
9. ＲＦＩＤ装置を形成するための方法であって、
   （ａ）上縁、下縁、及び端縁を各々が有する１対の導電性ゴムシートユニットを提供する工程と、
   （ｂ）前記導電性ゴムシートユニットを、間にスロットを画定する隣り合う相隔てられた関係で配置する工程と、
   （ｃ）前記上縁、下縁、及び端縁を非伝導性材料で取り巻く工程と、
   （ｄ）前記スロットの中にマイクロチップを配置する工程と、
   （ｅ）前記１対の導電性シートユニットの各々に前記マイクロチップを電気的に接続する工程と、
   （ｆ）前記１対の導電性シートユニットの両側に及び前記取り巻く非伝導性材料に非伝導性材料を留め付ける工程と、
   を備える方法。
10. 請求項９に記載の方法であって、
    前記導電性ゴムは、（ａ）から（ｆ）までの工程にわたってグリーン状態にあり、前記方法は、更に、（ａ）から（ｆ）までの工程によって形成された組立品を加硫処理する工程を備える方法。
11. 請求項９に記載の方法であって、更に、
    前記スロットの、前記マイクロチップによって占められていない部分の中に非伝導性材料を配置する工程を備える方法。
12. 請求項９に記載の方法であって、更に、
    前記導電性シートユニットのサイズを変えることによって前記アンテナを調整する工程を備える方法。
13. 請求項９に記載の方法であって、
    前記導電性ゴムは、（ａ）から（ｆ）までの工程にわたってグリーン状態にあり、前記方法は、更に、グリーン状態にある前記導電性ゴムを伴った前記ＲＦＩＤ装置をグリーン状態にあるゴム要素を有する半製品タイヤに係合し、その後、前記タイヤ及び前記ＲＦＩＤ装置を加硫処理する工程を備える方法。
14. ＲＦＩＤ装置を形成するための方法であって、
    （ａ）第１及び第２のシートユニットを有する導電性ゴムのアンテナを提供する工程であって、前記ユニットの各々は、上縁及び下縁を有し、０．０５ｍｍから３ｍｍまでの範囲の厚さを有する、工程と、
    （ｂ）前記シートユニットを、相隔てられた関係で配置する工程であって、前記ユニットの間の間隔は、前記上縁と前記下縁との間に延びるスロットを画定する、工程と、
    （ｃ）前記シートユニットを、前記ユニットと同じ厚さを有する非伝導性材料で取り巻く工程と、
    （ｄ）前記スロットの中にマイクロチップを配置する工程と、
    （ｅ）前記マイクロチップを前記スロットの両側において前記ユニットの各々に電気的に接続する工程と、
    （ｆ）０．０５ｍｍから３ｍｍまでの範囲の厚さを有する非伝導性材料を前記アンテナの両側に及び前記取り巻く非伝導性材料に留め付ける工程と、
    を備える方法。
15. 請求項１４に記載の方法であって、
    前記導電性ゴムは、（ａ）から（ｆ）までの工程にわたってグリーン状態にあり、前記方法は、更に、（ａ）から（ｆ）までの工程によって形成された組立品を加硫処理する工程を備える方法。
16. 請求項１４に記載の方法であって、更に、
    前記スロットの、前記マイクロチップによって占められていない部分の中に非伝導性材料を配置する工程を備える方法。
17. 請求項１４に記載の方法であって、
    前記アンテナは、２０オームから４００オームまでの範囲の電気抵抗を有する、方法。
18. 請求項１４に記載の方法であって、更に、
    前記ユニットのサイズを変えることによって前記アンテナを調整する工程を備える方法。
19. 請求項１４に記載の方法であって、
    前記導電性ゴムは、（ａ）から（ｆ）までの工程にわたってグリーン状態にあり、前記方法は、更に、グリーン状態にある前記アンテナの前記導電性ゴムを伴った前記ＲＦＩＤ装置をグリーン状態にあるゴム要素を有する半製品タイヤに係合し、その後、前記タイヤ及び前記ＲＦＩＤ装置を加硫処理する工程を備える方法。

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