JP2017132292A

JP2017132292A - Ｒｆｉｄタグ内蔵タイヤ

Info

Publication number: JP2017132292A
Application number: JP2016011787A
Authority: JP
Inventors: 大祐田村; Daisuke Tamura; 恵市酒井; Keiichi Sakai; 大石　教博; Norihiro Oishi; 教博大石; 義博水沼; Yoshihiro Mizunuma
Original assignee: Bridgestone Corp; Toppan Forms Co Ltd
Current assignee: Bridgestone Corp; Toppan Edge Inc
Priority date: 2016-01-25
Filing date: 2016-01-25
Publication date: 2017-08-03
Anticipated expiration: 2036-01-25
Also published as: JP6650767B2

Abstract

【課題】十分な通信距離を確保できるとともに、耐久性にも優れたＲＦＩＤタグを内蔵したタイヤを提供する。【解決手段】ＲＦＩＤチップ１１とアンテナ１２とを備えたＲＦＩＤタグ１０が内蔵されたタイヤにおいて、カーカスプライが導電性のカーカスプライコード７ａを有し、アンテナ１２を、ＲＦＩＤチップ１１に接続される第１のアンテナ１６と、第１のアンテナ１６の外部に設けられて第１のアンテナ１６に電磁波結合される第２のアンテナ１７とから構成するとともに、第２のアンテナ１７とカーカスプライコード７ａ間の距離をＤ、第２のアンテナ１６とカーカスプライコード７ａとの重なり面積をＡ、第２のアンテナの面積をＳ、重なり面積Ａを第２のアンテナの面積Ｓで除した値をアンテナ重なり面積率Ｒ、距離Ｄをアンテナ重なり面積率Ｒで除した値を通信距離評価値Ｐとしたとき、２≦Ｐ＜７２とした。【選択図】図２

Description

本発明は、ＲＦＩＤタグが内蔵されたタイヤに関するものである。

従来、タイヤ内部に、ＲＦＩＤチップとＲＦＩＤチップのアンテナピンに接続される外部アンテナとを備えたＲＦＩＤタグを埋設するとともに、外部アンテナと導電性を有するカーカスプライコードと電磁波結合させ、無線通信にて、ＲＦＩＤチップに記憶されたタイヤの情報を読み取る方法が行われている（例えば、特許文献１参照）。

特表２００５−５３５４９７号公報

しかしながら、特許文献１に記載の方法によれば、外部アンテナがビード部近傍に設けられていることから、リム組時や突起乗り上げ時等のようにタイヤが大きく変形した時には、アンテナピンと外部アンテナとの接合部が破損して通信ができず、その結果、ＲＦＩＤチップに記憶した情報が読み出せなくなってしまうといった問題点があった。
また、特許文献１では、外部アンテナとカーカスプライコードとの最適な位置関係が明確でないため、外部アンテナの位置によっては、十分な通信距離を確保することが困難であった。

本発明は、従来の問題点に鑑みてなされたもので、十分な通信距離を確保できるとともに、耐久性にも優れたＲＦＩＤタグを内蔵したタイヤを提供することを目的とする。

一般に、導電性を有するカーカスプライコードをＲＦＩＤタグのアンテナとして利用する場合、カーカスプライコードと電磁波結合する外部アンテナとの電磁波結合の強さは、カーカスプライコードと電磁波結合する外部アンテナとの距離Ｄが短く、かつ、外部アンテナとカーカスプライコードとの重なり度合いが大きいほど長くなるといわれている。
すなわち、プライ−タグ距離Ｄが長い場合には、重なり度合いＫを大きくすればＲＦＩＤタグの通信距離を長くすることができる。
しかしながら、本発明者らが検討したところ、プライ−タグ距離Ｄが短い場合には、重なり度合いを大きくすると、通信距離は、かえって低下することがわかった。
本発明者らは、鋭意検討の結果、外部アンテナとカーカスプライコードとの重なり度合いは、外部アンテナの面積Ｓに対する外部アンテナとカーカスプライコードとの重なり面積Ａの割合（アンテナ重なり面積率Ｒ）で表せること、及び、プライ−タグ距離Ｄとアンテナ重なり面積率Ｒとの関係を適切に設定してやれば、実用に耐えうる通信距離を得るためのプライ−タグ距離Ｄ、外部アンテナの面積Ｓ、及び、外部アンテナとカーカスプライコードとの重なり面積Ａの許容範囲を広くできるので、外部アンテナの設計の自由度を大幅に広げることができることを見出し、本発明に到ったものである。
すなわち、本発明は、ＲＦＩＤチップと前記ＲＦＩＤチップに接続されるアンテナとを備えたＲＦＩＤタグが内蔵されたタイヤであって、前記タイヤのカーカスプライが導電性のカーカスプライコードを有し、前記アンテナが、前記ＲＦＩＤチップに接続される第１のアンテナと、前記第１のアンテナの外部に設けられて前記第１のアンテナに電磁界結合される第２のアンテナとを備え、前記第２のアンテナと前記カーカスプライコード間の距離をＤ、前記第２のアンテナとカーカスプライコードとの重なり面積をＡ、前記第２のアンテナの面積をＳ、前記重なり面積Ａを前記第２のアンテナの面積Ｓで除した値をアンテナ重なり面積率Ｒ、前記距離Ｄを前記アンテナ重なり面積率Ｒで除した値を通信距離評価値Ｐとしたとき、前記通信距離評価値Ｐが２以上７２未満であることを特徴とする。
なお、第２のアンテナの面積Ｓ及び重なり面積Ａは、第２のアンテナのカーカスプライコードの作る面へ正射影の面積（投影面積）を指す。
このように、カーカスプライコードと電磁波結合する第２のアンテナとカーカスプライコードとを、通信距離評価値Ｐが２＜Ｐ＜７２の範囲になるように電磁波結合させるとともに、アンテナのＲＦＩＤチップに接続される部位である第１のアンテナと第２のアンテナとを（機械的に結合させずに）電磁波結合させたので、実用に耐えうる十分な通信距離を確保することができる。また、本発明のＲＦＩＤタグは、タイヤが大きく変形した場合に破損し易い接合部がないので、耐久性を大幅に向上させることができる。

また、前記Ｐを３以上５２未満とすれば、実用に耐える通信距離を確実に得ることができる。
また、前記第２のアンテナの延長方向と前記カーカスプライコードの延長方向とを直交させたので、第２のアンテナの変形を小さくすることができ、その結果、アンテナの耐久性が向上した。
また、前記第２のアンテナの形状を波型形状としたので、タイヤの変形によるアンテナの破損を低減することができる。

なお、前記発明の概要は、本発明の必要な全ての特徴を列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となり得る。

本発明の実施の形態に係るタイヤを示す図である。本発明によるＲＦＩＤタグを示す図である。第１及び第２のアンテナの詳細を示す図である。第１及び第２のアンテナとの関係を示す図である。ＲＦＩＤタグとカーカスプライとの関係を示す図である。通信距離評価値の算出方法を示す図である。プライ−タグ距離とアンテナ重なり面積率と通信距離指数及び通信距離評価値との関係示す表である。

図１は、本実施の形態に係るタイヤ１を示す図で、２はトレッド部、３はベルト層、４はサイドウォール部、５はショルダー部、６はビード部、７はカーカスプライ、１０は本発明によるＲＦＩＤタグである。
トレッド部２は、タイヤ１が路面と接する部分で、厚いゴム層から構成される。ゴム層の表面にはトレッドパターンが形成されている。
ベルト層３は、コードをゴム部材で被覆したもので、タイヤ周方向の剛性を保つ「たが効果」を持たせるために、トレッド部２とカーカスプライ７との間に複数層配置される。
サイドウォール部４は、トレッド部２とビード部６の間に設けられたゴム層で、ショルダー部５は、トレッド部２のサイドウォール部４側のゴム層である。
ビード部６は、一対のビードコア６ａとビードフィラー６ｂとを備え、タイヤ１の中心を通るタイヤ中心軸に垂直な平面に対して対称に配置される。
ビードコア６ａは、スチールワイヤの束をリング状に形成したものをゴム部材で被覆したもので、ビードフィラー６ｂは、ビード部６に剛性を与えるために、サイドウォール部４のゴム層とビードコア６ａとカーカスプライ７との間に充填される断面が三角形のゴム部材である。
カーカスプライ７は、複数本の導電性のコード（以下、カーカスプライコードという）７ａと、カーカスプライコード７ａを被覆する被覆ゴム７ｂとから成る、タイヤの骨格を成す部材で、一対のビードコア６ａ間に、ビードコア６ａを跨ぐように配置される。
カーカスプライ７の両端部は、それぞれ、ビードコア６ａの周りにタイヤ１の内側から外側に折り曲げられて折り曲げ部７ｃを形成する。
後述するように、カーカスプライコード７ａは、誘電体であるビードフィラー６ｂを構成するゴム部材及び被覆ゴム７ｂを介してＲＦＩＤタグ１０のアンテナ１２と電磁波結合され、ＲＦＩＤタグ１０のアンテナとして機能する。
ＲＦＩＤタグ１０は、図２に示すように、ＲＦＩＤチップ１１とＲＦＩＤチップ１１に接続されるアンテナ１２と、第１〜第３の固定部材１３〜１５とを備え、タイヤ１のサイドウォール部４の内側に装着されて、図外のリーダと通信する（図１参照）。
本例では、ＲＦＩＤタグ１０の装着位置としては、ビードコア６ａよりも３０ｍｍ上方、ビードフィラー６ｂの上端部から１０ｍｍ下方、カーカスプライコード７ａから４ｍｍタイヤ外側とした。

アンテナ１２は、ＲＦＩＤチップ１１に接続される第１のアンテナ１６と、第１のアンテナ１６の外部に設けられる第２のアンテナ１７とを備える。
本例では、図３（ａ）に示すように、使用周波数の帯域幅を拡大する目的で、第１のアンテナ１６を、それぞれ矩形の二重ループアンテナとしている。
ＲＦＩＤチップ１１と第１のアンテナ１６とは、ＰＥＴなどのフィルム状の基板である第１の固定部材１３上に形成される。
ここで、図２及び図３の紙面側をタイヤ外面側、紙面の裏側をタイヤ内面側とする。
本例では、ＲＦＩＤチップ１１と第１のアンテナ１６がタイヤ外面側、第１の固定部材１３がタイヤ内面側に位置するように、ＲＦＩＤチップ１１と第１のアンテナ１６とを第１の固定部材１３上に形成した。
以下、図２及び図３の左右方向を左右方向（横方向ともいう）、上下方向を上下方向（縦方向ともいう）という。左右方向はタイヤ１の円周方向で、上下方向はタイヤ１の半径方向である。
本例では、第１の固定部材１３を、縦がａ₁＝６ｍｍ、横がａ₂＝７ｍｍ、厚さがｔ＝０．１ｍｍのフィルムとしたが、第１の固定部材１３の形状及び寸法長さについては、ＲＦＩＤチップ１１及び第１のアンテナ１６の大きさや形状により適宜決定すればよい。

第２のアンテナ１７は、図３（ｂ）に示すように、コの字型の電磁波結合部１７ａと、電磁波結合部１７ａの両端部から左，右方向に延長する一対の延長部１７ｂとを備える。
延長部１７ｂの延長方向については、特に限定はないが、導電性のコードであるカーカスプライコード７ａの延長方向と直交する方向とすることが好ましい。
また、延長部１７ｂの形状を、幅がｗ、ピッチがｐの波型とするとともに、波型の折り返し部をＲ付けすれば、第２のアンテナ１７のバネ性を高めることができるので、第２のアンテナ１７の破断を低減することができ、ＲＦＩＤタグ１０の耐久性を一層向上させることができる。
第２のアンテナ１７の全長Ｌ₁₇としては、通信周波数の波長の１／４以上にすることが、通信距離を確保する上で好ましい。通信周波数としては、２．４５ＧＨｚやＵＨＦ帯（８６０〜９６０ＭＨｚ）が主に用いられるが、本例では、通信周波数を９２０ＭＨｚとし、第２のアンテナ１７の全長Ｌ₁₇を１２８ｍｍ（２／５波長）とした。

また、本例では、図３（ｃ）に示すように、ＲＦＩＤチップ１１と第１のアンテナ１６と第２のアンテナ１７の電磁波結合部１７ａとを第２の固定部材１４により固定するようにしている。第２の固定部材１４としては、ナイロンなどの合成樹脂から成る被覆材の固定面側に接着剤を塗布したものが好適に用いられる。
第２の固定部材１４は、ＲＦＩＤチップ１１と第１のアンテナ１６と第２のアンテナ１７の電磁波結合部１７ａとを第１の固定部材１３とは反対側にて固定する。これにより、第１のアンテナ１６と第２のアンテナ１７との位置ズレを防止することができるとともに、第１の固定部材１３上に形成されたＲＦＩＤチップ１１と第１のアンテナ１６とが、第２の固定部材１４により被覆されるので、曲げ応力がかかりにくくなる。
したがって、ＲＦＩＤタグ１０の耐久性を大幅に向上させることができる。また、仮に、第２のアンテナ１７が破損した場合でも、ＲＦＩＤチップ１１と第１のアンテナ１６との接続部が破損することは殆どないので、ＲＦＩＤチップ１１を取出すことなく、ＲＦＩＤチップ１１に記憶された情報を確認することができる。
なお、ＲＦＩＤチップ１１と第１のアンテナ１６と第２のアンテナ１７の電磁波結合部１７ａとを、第１の固定部材１３とは反対側及び第１の固定部材１３側の両方から、第２の固定部材１４により覆う構成としてもよい。

また、図４に示すように、第１のアンテナ１６の外側のループとコの字型の電磁波結合部１７ａとは略平行でかつ近接していることが好ましい。
具体的には、第１のアンテナ１６の外側のループとコの字型の電磁波結合部１７ａとの距離ｄ₁₂を２ｍｍ以下とするとともに、第２のアンテナ１７の第１のアンテナ１６に近接（ｄ₁₂≦２ｍｍ）している領域の全長Ｌ₂を、第１のアンテナ１６の外周の長さＬ₁の１／２以上とすることが好ましい。これにより、第１のアンテナ１６と第２のアンテナ１７とを確実に電磁波結合させることができる。
なお、第２の固定部材１４の寸法長さとしては、第１の固定部材１３よりも大きく、かつ、少なくとも第２のアンテナ１７の電磁波結合部１７ａを含む大きさであればよく、延長部１７ｂの一部を含んでもよい。本例では、第２の固定部材１４の縦の長さをｂ₁＝１０ｍｍ、横の長さをｂ₂＝１０ｍｍ、厚さをＴ＝１ｍｍとした。

ところで、カーカスプライコード７ａの径を１ｍｍ、間隔を１ｍｍとすると、第２のアンテナ１７は、約６０本のカーカスプライコード７ａと交差していることになる。
カーカスプライコード７ａは導電性のコードであるので、図５に示すように、第２のアンテナ１７とカーカスプライコード７ａの表面との距離（以下、プライ−タグ距離Ｄという）を、１ｍｍ〜３０ｍｍの範囲とすれば、第２のアンテナ１７とカーカスプライコード７ａとを十分に電磁波結合できるので、カーカスプライコード７ａをＲＦＩＤタグ１０の第３のアンテナとして機能させることができる。
Ｄ＜１ｍｍである場合には、カーカスプライコード７ａとアンテナ１２とは十分に電磁波結合するが、アンテナ１２とカーカスプライコード７ａとの距離が近すぎるため、タイヤが大きく変形した場合に、アンテナ１２（特に、第２のアンテナ１７）が破損してしまう恐れがある。一方、Ｄ＞３０ｍｍである場合には、カーカスプライコード７ａとアンテナ１２との電磁波結合が不十分であるため、通信距離が短くなってしまうからである。
このように、プライ−タグ距離Ｄを上記の範囲とすれば、耐久性を損なうことなく、アンテナ１２とカーカスプライコード７ａと適正に電磁波結合できるので、カーカスプライコード７ａをＲＦＩＤタグ１０の第３のアンテナとして機能させることができる。
また、第３のアンテナであるカーカスプライコード７ａは、隣接するカーカスプライコード７ａと電磁波結合しているので、ＲＦＩＤタグ１０が埋設されたタイヤ側面のみならず、タイヤ上面やＲＦＩＤタグ１０が埋設された側とは反対側の側面においても、読み取り機等の外部通信装置との通信が可能となる。
なお、後述するように、プライ−タグ距離Ｄの許容範囲は、アンテナ重なり面積率Ｒにより更に制限される。

更に、本例では、図２及び図５に示すように、ＲＦＩＤチップ１１とアンテナ１２（第１のアンテナ１６と第２のアンテナ１７）とを、ゴム製のシートから成る第３の固定部材１５に内包するようにしているので、ＲＦＩＤタグ１０の破損を確実に防止できるだけでなく、ＲＦＩＤチップ１１とアンテナ１２とを第３の固定部材１５で内包した後に、ＲＦＩＤタグ１０をタイヤ１に組み込むようにすれば、ＲＦＩＤタグ１０を容易にかつ破損のおそれなくタイヤ１に組み込むことができる。

ところで、実用に耐えうる通信距離を確保するためには、プライ−タグ距離Ｄと第２のアンテナとカーカスプライコード７ａとの重なり度合いを考慮する必要がある。
本例では、第２のアンテナとカーカスプライコード７ａとの重なり度合いの指標をアンテナ重なり面積率Ｒとした。
アンテナ重なり面積率Ｒは、第２のアンテナ１７とカーカスプライコード７ａとの重なり面積をＡ（ｍｍ²）、第２のアンテナ１７の面積をＳ（ｍｍ²）とすると、Ｒ＝Ａ／Ｓで表せる。
図６に示す、第２のアンテナ１７の黒く塗った部分が第２のアンテナとカーカスプライコード７ａとの重なり部である。第２のアンテナの面積Ｓ及び重なり部の面積Ａは、第２のアンテナのカーカスプライコードの作る面へ正射影の面積（投影面積）である。
本例では、この重なり面積をＡとプライ−タグ距離Ｄとを用いて、通信距離が実用に耐えうる通信距離であるか否かを評価するための通信距離評価値Ｐを算出する。
通信距離評価値Ｐは、Ｐ＝Ｄ／Ｒにより算出される。
通信距離評価値Ｐの範囲としては、２≦Ｐ＜７２とすることが好ましく、３≦Ｐ＜５２とすれば、更に好ましい。
このように、通信距離評価値Ｐを用いて実用に耐えうる通信距離が確保できるか否かを判定すれば、プライ−タグ距離Ｄとアンテナ重なり面積率Ｒの両方の範囲を限定する場合に比較して、実用に耐えうる通信距離を得るためのプライ−タグ距離Ｄ及びアンテナ重なり面積率Ｒの範囲を広くできるので、第２のアンテナの延長部１７ｂの幅ｗやピッチｐ、あるいは、形状など、第２のアンテナの設計の自由度を大幅に広げることができる。

［実施例］
図７（ａ）は、装着時におけるプライ−タグ距離Ｄを、１，４，５，１０，１５，２０，２５，３０ｍｍとし、アンテナ重なり面積率Ｒを０．２９，０．３５，０．６，０．６４としたＲＦＩＤタグを準備し、各ＲＦＩＤタグを、それぞれ、導電性のカーカスプライコードを有するタイヤのビードフィラー端よりも径方向下側でかつビード端よりも径方向外側に配置するとともに、各タイヤを車両に装着し、ＲＦＩＤタグの通信距離を測定した結果を示す表で、図７（ｂ）は、各ＲＦＩＤタグの通信距離評価値Ｐを示す表である。
通信距離は、読み取り機（ＡＴＩＤ社製ＲＦＩＤタグリーダ）により、タグを支障なく読み取れるタイヤ表面からの距離である。表の値は、測定した通信距離を、実用に耐えうる通信距離を１００としたときの指数で（通信距離指数）である。
ここで、実用に耐えうる通信距離とは、トラック後輪（ダブルタイヤ）のうちの内側のタイヤにＲＦＩＤタグを装着した時に、トラックの外側から読み取り可能な距離を指す。
図７（ａ），（ｂ）から、２≦Ｐ＜７２であるＲＦＩＤタグは、通信距離指数が全て１００以上であり、３≦Ｐ＜５２であるＲＦＩＤタグは、通信距離指数が全て１０５を超えていることがわかる。
これに対して、Ｐ＜２であるＲＦＩＤタグ、及び、Ｐ≧７２であるＲＦＩＤタグは、いずれも、通信距離が実用に耐えうる通信距離よりも短いことがわかる。
これにより、通信距離評価値Ｐを２以上７２未満とすれば、実用に耐えうる通信距離を確保できることが確認された。

以上、本発明を実施の形態及び実施例を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は前記実施の形態及び実施例に記載の範囲には限定されない。前記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者にも明らかである。そのような変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲から明らかである。

例えば、前記実施の形態では、タイヤのデータを読み取るリーダとの間で無線通信するパッシブ型のＲＦＩＤタグ１０について説明したが、本発明は、リーダ／ライタとの間でデータの送受信を行うアクティブ型のＲＦＩＤタグにも適用可能である。
また、前記実施の形態では、ＲＦＩＤタグ１０を、ビードコア６ａよりも３０ｍｍ上方、ビードフィラー６ｂの上端部から１０ｍｍ下方に装着したが、ＲＦＩＤタグ１０の装着箇所これに限定されるものではなく、ビードコア６ａとビードフィラー６ｂとの間であればよい。
また、前記実施の形態では、第２のアンテナ１７の延長部１７ｂの形状を波型としたが、螺旋状としてもよい。これにより、第２のアンテナ１７のバネ性を更に高めることができるので、ＲＦＩＤタグ１０の耐久性を一層向上させることができる。

１タイヤ、２トレッド部、３ベルト層、４サイドウォール部、
５ショルダー部、６ビード部、６ａビードコア、６ｂビードフィラー、
７カーカスプライ、７ａカーカスプライコード、７ｂ被覆ゴム、
７ｃ折り曲げ部、１０ＲＦＩＤタグ、１１ＲＦＩＤチップ、１２アンテナ、
１３〜１５第１〜第３の固定部材、１６第１のアンテナ、１７第２のアンテナ、
１７ａ電磁波結合部、１７ｂ延長部。

Claims

ＲＦＩＤチップとアンテナとを備えたＲＦＩＤタグが内蔵されたタイヤであって、
前記タイヤのカーカスプライが導電性のカーカスプライコードを有し、
前記アンテナが、
前記ＲＦＩＤチップに接続される第１のアンテナと、
前記第１のアンテナの外部に設けられて前記第１のアンテナに電磁界結合される第２のアンテナとを備え、
前記第２のアンテナと前記カーカスプライコード間の距離をＤ、前記第２のアンテナとカーカスプライコードとの重なり面積をＡ、前記第２のアンテナの面積をＳ、前記重なり面積Ａを前記第２のアンテナの面積Ｓで除した値をアンテナ重なり面積率Ｒ、前記距離Ｄを前記アンテナ重なり面積率Ｒで除した値を通信距離評価値Ｐとしたとき、前記通信距離評価値Ｐが２以上７２未満であることを特徴とするＲＦＩＤタグ内蔵タイヤ。
前記Ｐが３以上５２未満であることを特徴とする請求項１に記載のＲＦＩＤタグ内蔵タイヤ。
前記第２のアンテナの延長方向と前記カーカスプライコードの延長方向とが直交していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＲＦＩＤタグ内蔵タイヤ。
前記第２のアンテナの形状が波型形状であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載のＲＦＩＤタグ内蔵タイヤ。