JP3723303B2

JP3723303B2 - トランスポンダ付きタイヤ

Info

Publication number: JP3723303B2
Application number: JP33229196A
Authority: JP
Inventors: 修高橋; 一浩志村; 史八柳
Original assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Current assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Priority date: 1996-12-12
Filing date: 1996-12-12
Publication date: 2005-12-07
Anticipated expiration: 2016-12-12
Also published as: JPH10166820A

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、製造期間中及びそれ以降、タイヤを電子的に識別可能にするトランスポンダ付きタイヤに関するものであり、特に、タイヤ内の金属部材をアンテナとして使用するタイプのトランスポンダとタイヤとの組合せに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、製造の自動化、製造中及びそれ以後のタイヤの追跡、分類、在庫管理、出荷、統計的工程管理、フィールドエンジニアリング、盗難予防、メンテナンス、再生管理、他のタイヤへの適用、識別等のため、電子回路にタイヤの固有情報（ＩＤ情報）を記憶させたトランスポンダをその内部に設けた、トランスポンダ付き空気タイヤが知られている（例えば実開平２−１２３４０４号公報に開示されいている「トランスポンダ付空気タイヤ」）。
【０００３】
トランスポンダ内に記憶されるＩＤ情報には、タイヤのサイズ、型式、製造工場名、製造ラインナンバー、製造シリアルナンバー、製造年月日、出荷日等のデータを含むことができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、質問機とトランスポンダの通信距離を長くするためには、質問機の質問信号（呼びかけ信号）出力を上げ、若しくはトランスポンダの送受信アンテナを大型化すればよいが、法律や規則（例えば電波法）による制限、電磁波による周囲の人体や電子機器への影響を考慮すると現実的ではない。
【０００５】
一方、トランスポンダは質問機から発射された質問信号のエネルギーを、内部回路の駆動電力源及び応答信号のエネルギーとしているため、限られた質問信号のエネルギーをいかに効率よく受信するかが問題となる。通信距離に大きく影響するからである。
【０００６】
この点、トランスポンダをタイヤ内に組み込む場合、タイヤにとってトランスポンダは異物であるため、通信距離を伸ばすためにアンテナを大きくすることは、タイヤの機能を損なう可能性があり、好ましくない。
【０００７】
例えば、特開平５−１６９９３１号公報（「トランスポンダを有するニューマティックタイヤ」）には、タイヤ内のビードワイヤーを変圧器の一次巻線として使用し、トランスポンダのコイルアンテナを二次巻線として作用させて、タイヤの識別を行うトランスポンダ付きタイヤが開示されている。
【０００８】
この場合の質問機とトランスポンダ間の質問信号及び応答信号のやりとりは、電磁誘導現象を利用したものである。そのため、二次巻線たるトランスポンダのコイルアンテナは、一次巻線たるビードワイヤーからの磁力線を多く鎖交させるため、ビードコアに沿って設けられる長円形の大型のものとなっている。しかし、トランスポンダのアンテナが大型であると、タイヤ走行中、或いはタイヤの成形、加硫時に破損する可能性があり、現実的ではない。
【０００９】
本発明の目的は上記の問題点に鑑み、タイヤ内外周部に使用されているコイル状の導電性ワイヤーをトランスポンダに直接接続されたアンテナとして使用することで、質問機の送信出力を高めることなく、トランスポンダとの通信距離を大きくすることのできるトランスポンダ付きタイヤを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の目的を達成するために、タイヤの周方向に沿って延びる導電性ワイヤーをゴムで被覆してなるベルトストリップをタイヤ内の外周部に周方向に沿って巻き付けてなるジョイントレスベルト備えると共に、電磁波を用いて外部との情報の授受を行うトランスポンダを備えたトランスポンダ付きタイヤであって、前記ジョイントレスベルトの導電性ワイヤーを前記トランスポンダのアンテナとして接続すると共に、前記ベルトストリップのゴムを非導電性ゴムとしたトランスポンダ付きタイヤを提案する。
【００１１】
該トランスポンダ付きタイヤによれば、トランスポンダとタイヤ内部のジョイントレスベルトを構成するコイル状の導電性ワイヤーとを電気的に直接接続することによって、該ワイヤーをトランスポンダの受信及び送信用アンテナとしたので、タイヤ外周部内の構成部材を直接トランスポンダのアンテナにすることができると共に、質問機から発せられる電磁界信号等を容易にかつ確実に受信できるため、タイヤに埋め込むトランスポンダには特別にアンテナを必要とせず、トランスポンダを小型にすることができる。さらに、前記ジョイントレスベルトのワイヤーを被覆するゴムを非導電性ゴムとしたので、該ワイヤー同士の短絡を及びタイヤゴムを介しての接地短絡を防止でき、アンテナとして有効に作用させることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、チューブレスタイヤの断面図である。図において、１はチューブレスタイヤ、１２はスチールカーカス、１３はベルト、１３Ａはジョイントレスベルト、１４はトレッド部、１５はトレッドグルーブ、１６はビードコア、１７はリムである。その他、図にはタイヤの各位置の名称を記載している。
【００１３】
図２は、チューブレスタイヤにおけるジョイントレスベルト１３Ａを示す構成図である。
【００１４】
ジョイントレスベルト１３Ａは、図に示すように、真鍮メッキされた鋼線等の金属材料からなるワイヤー１３１を、平面状に数本配置して非導電性ゴム１３２で被覆して所定幅のベルト状にしたベルトストリップ１３３を、ベルト１３の上に、タイヤ１の周方向に沿って、所定幅内にコイル状に巻き付けてなるものである。
【００１５】
また、通常タイヤを構成する各ゴムは、その補強材としてカーボンブラックが用いられており、このため導電性であるが、タイヤ内の外周部に設けられたジョイントレスベルト１３Ａ内のワイヤー１３１をアンテナとして用いるためには、短絡防止のために非導電性部材、例えば非導電性ゴム１３２でワイヤー１３１を被覆しておく必要がある。
【００１６】
非導電性ゴム１３２としては、カーボンブラックを非導電性のシリカやクレー等に置換したものが好ましく、例えば、次のような配合を例示できる。
ＮＲ（ＳＩＲ−２０）７０
ＳＢＲ（Nippol 1502 ）３０
シリカ（日本シリカ Nipzil AG）９０phr （カーボンブラック０）
その他オイル、シランカップリング剤、硫黄、加硫促進剤等
を混合したもの。
【００１７】
一般に、ポリマーの種類や加硫剤等は導電性に影響を及ぼさないので、ジョイントレスベルト１３Ａ以外に用いる金属ワイヤーの場合は、それぞれの被覆ゴムの目的に応じて設計すればよい。ここで重要な点は、導電性のカーボンブラックを少なくする或いは使用しない点である。前述した配合例のように、すべてのカーボンブラックをシリカに置換することが良いが、カーボンブラックをゴム分１００部に対して２０部以下であれば、タイヤ内の金属構成部材がアンテナとして十分に機能発揮することが実験によって確認されている。その他、カーボンブラックを用いた場合でも、これを大粒径化するこによって導電性を低下させることができる。ここで、非導電性ゴム１３２は、１×１０⁸ （Ω・ｍ）以上の体積固有抵抗値を有するものが好ましい。
【００１８】
図３にジョイントレスベルト１３Ａの非導電性ゴム１３２に用いるコートコンパウンド（インシュレーションコンパウンド）の配合例の実験結果を示す。図３において、標準例はカーボンのみの配合であり、体積固有抵抗値が低く通電しやすい。一方、実施例１〜３は十分に抵抗値が高いため、通電し難く所望の効果が得られた。また、比較例１及び比較例２に示すようにカーボンの一部をシリカに置換してもそれほど体積固有抵抗値は高くならなかった。
【００１９】
図４は、ジョイントレスベルト１３Ａの一部分にトランスポンダ３が取り付けられている様子を表した図である。
トランスポンダ３は、ジョイントレスベルト１３Ａ内のワイヤー１３１を受信用及び送信用アンテナとすべく、ワイヤー１３１と、トランスポンダ３の電子回路が電気的に直接に接続され、固定されている。
【００２０】
このトランスポンダ３は、その内部に電源を有せず、その代わりにタイヤ外部から発生される質問機により質問信号をそのエネルギー源としている。質問信号は、トランスポンダ３中の回路によって整形（整流）された後、その整形信号をエネルギー源として活用してタイヤを識別すべきデジタルにコード化された電気信号をタイヤ外部に送信するために使用される。
【００２１】
ここで、「質問機」とは、トランスポンダ３にその固有のＩＤ情報を含む信号を応答するよう呼びかけると共に、該呼びかけ信号（質問信号）のエネルギーを、トランスポンダ内部の電子回路の駆動電力及び応答信号のエネルギーとしてトランスポンダに付与するための装置をいう。
【００２２】
次に、このトランスポンダ３とジョイントレスベルト１３Ａ内のワイヤー１３１との接続に関してさらに詳しく説明する。
前述したように、ジョイントレスベルト１３Ａは、複数本のワイヤー１３１を束ねたベルトストリップ１３３を数十ターン巻回して構成したものであり、ワイヤー１３１を鋼線等の導電性金属材料で構成すれば、電磁誘導の起電力を生じうる。
【００２３】
本発明では、ワイヤー１３１の始端と終端に端子加工を施し、後述するトランスポンダ３のプローブと接続しうるようにしている。ワイヤー１３１の始端と終端は、トランスポンダ３のプローブと容易に接続することができるように、ほぼ同一ヶ所に設けられる。
【００２４】
図５乃至図７は、本実施形態におけるトランスポンダ３を示す構成図である。図５は、タイヤ装着用トランスポンダ３を示す外観図である。図において、３はトランスポンダで、トランスポンダ本体３Ａと接着部３Ｂとから構成されている。
【００２５】
また、トランスポンダ本体３Ａの下面には、接着部３Ｂが張り付けられている。この接着部３Ｂは、絶縁性及び断熱性を有する弾性部材からなり、これに接着剤を塗布することにより、接着対象となる部材にトランスポンダ３を取り付けることができるようになっている。
【００２６】
図６は、トランスポンダ３の平面図である。トランスポンダ本体３Ａは、エッチング加工によりその上面に配線を施したプリント基板上に電子回路（集積回路）３２及びインピーダンスマッチング用の小型アンテナ３３が接続されている。
【００２７】
また、トランスポンダ本体３Ａの基板には、該基板をスルーホールにて裏側に貫通する端子３４（３４−１及び３４−２）が設けられており、この端子３４は、電子回路３２に導電接続されている。
【００２８】
図７は、図５のＡ−Ａ線矢視方向断面図である。図に示すように、導電性材料からなるプローブ３５−２が端子３４−２より、トランスポンダ本体３Ａの基板及び接着部３Ｂの下に突き出るように設けられている。さらに、図示されていないが、プローブ３５−１も、端子３４−１よりトランスポンダ本体３Ａの基板を貫通し、トランスポンダ本体３Ａの基板及び接着板３Ｂの下に突き出るように設けられている。
【００２９】
プローブ３５が端子３４にハンダ付けされた後、トランスポンダ本体３Ａの基板上面は、エポキシ樹脂３６によって被覆され、電子回路３２を、その後のタイヤ製造過程及びタイヤ走行中における熱及び衝撃から保護する。
【００３０】
トランスポンダ３をタイヤに組み込む際、両プローブ３５−１，３５−２は、それぞれ、ワイヤー１３１の始端と終端に電気的に接続されると共に、接着部３Ｂに接着剤を塗布することによって、タイヤ内の所定の部材に接着固定される。このジョイントレスベルト１３Ａ内のワイヤー１３１は、トランスポンダ３の受信用及び送信用アンテナとして使用される。
【００３１】
ここで、ワイヤー１３１をいわゆる電磁結合型のアンテナとする場合と、電界結合型のアンテナとする場合とでは、トランスポンダの構造が若干異なるので、ケース毎に分けて説明する。
【００３２】
以下の、第１の実施例では、ワイヤー１３１をトランスポンダ３の電磁結合型のアンテナとする場合について説明する。
図８は、ワイヤー１３１を電磁結合型のアンテナとする場合のトランスポンダ３の電気回路３２を含む構成を示す図である。
ここで、電磁結合とは、質問機からの電磁界信号（電磁波）を、コイルアンテナに生ずる誘導電流としてピックアップする方法をいう。従って、ワイヤー１３１に流れる電流をピックアップすべく、トランスポンダ本体３Ａの端子３４−１及び３４−２より接続されたプローブ３５−１及び３５−２は、それぞれ、ワイヤー１３１の始端の端子Ｔｓ及び終端の端子Ｔｅに接続される。
【００３３】
ワイヤー１３１によって質問機からの質問信号、例えば５００ＫＨｚの電磁界信号が受信されると、ワイヤー１３１に流れる電流は、トランスポンダ３の電子回路３２内の濾波器３２１で所定周波数（例えば１ＭＨｚ）以下の周波数成分だけが通過され、整流器３２２で全波整流された後、平滑回路３２３で直流化される。この直流化された信号は、中央処理部３２４及びその他の電気回路の駆動用電力として使用される。
【００３４】
この駆動用電力が入力されると、まず、中央処理部３２４は、そのメモリ（図示せず）に記憶されている当該トランスポンダ固有のＩＤ情報を読み出し、このＩＤ情報に基づいて所定周波数の搬送波を変調した後、これをディジタル化された応答信号として発信すべく、応答信号発信部３２５に送出する。
【００３５】
応答信号発信部３２５は、このデジタル化された応答信号を、受信機に向けて発信すべく、端子３４−１，３４−２が濾波器３２１と連絡するラインに送出する。そしてこの応答信号は、ワイヤー１３１からなる送受信用アンテナを介して、電磁界信号として受信機に送出される。
【００３６】
ここで、「受信機」とは、トランスポンダ３が質問機の質問信号を受信することによって応答した、ＩＤ情報を含む応答信号を受信するための装置をいう。
【００３７】
また、質問機から発信される周波数に対し、トランスポンダ３から発信されるＩＤデータを含む応答信号の周波数（搬送波）は、前者の４倍以上の高周波にすることが望ましい。例えば、質問機の発信周波数を前述のように、５００ＫＨｚとすれば、トランスポンダの応答信号は３００ＭＨｚにする。これにより、前記濾波器３２１を例えば１ＭＨｚ以下の周波数成分の電流のみが通るようなものとすれば、応答信号は濾波器３２１を通過することなく、有効に受信機側に送出される。
【００３８】
尚、インダクタンス成分からなるインピーダンスマッチング用の小型アンテナ３３は、第１の実施例においては、端子３４−１，３４−２間に設けられる。これにより、当該小型アンテナ３３のインダクタンスを変化させて、電子回路３２の閉ループ内のインピーダンスを調節し（インピーダンスマッチングさせ）、プローブ３５をワイヤー１３１に接続したところにおける受信信号の反射をなくして、受信感度を調節、即ち高めることができる。
【００３９】
また、本実施例のトランスポンダを、所定の内径を有するジョイントレスベルト１３Ａを備えたタイヤのみに使用することを予定する場合は、インピーダンスマッチング用の小型アンテナ３３は、必ずしも設ける必要はない。
【００４０】
次に、本実施形態における第２の実施例を説明する。
第２の実施例では、ワイヤー１３１をトランスポンダ３の電界結合型のアンテナとする場合について説明する。
図９は、ワイヤー１３１を電界結合型のアンテナとする場合のトランスポンダの電気回路を含む構成を示す図である。
ここで、電界結合とは、質問機から送信される信号の電界成分をピックアップする方法をいう。これは通常、アースを基準とした絶対値で検出される。従って、ワイヤー１３１は、所定の位置を基準とした電界信号をピックアップするだけのものでよいから、トランスポンダ３に設けるプローブは１本でよい。従って、トランスポンダ３とワイヤー１３１の接続の際には、プローブをジョイントレスベルト１３Ａの所望の位置に差し込んで、プローブとワイヤー１３１とを接触させればよい。具体的に言えば、トランスポンダ３のプローブをジョイントレスベルト１３Ａのワイヤー１３１中に押し込んで、接着部３Ｂをジョイントレスベルト１３Ａに接着して固定すれば足りる。
【００４１】
ここで、ワイヤー１３１で質問機の質問信号、例えば５００ＫＨｚの電界信号が受信されると、アース（Ｇ）に接続されたコンデンサ（Ｃ）の他の一方の電極でこの電界信号が受け取られ、抵抗（Ｒ）を介して電流に変換される。そしてこの電流は、トランスポンダ３の電子回路３２内の濾波器３２１’で所定周波数以下の周波数成分だけが通過され、整流器３２２で全波整流された後、平滑回路３２３で直流電流とされる。
【００４２】
この直流電流は、中央処理部３２４その他の駆動用の電力として使用される。この駆動電力が入力されると、第１の実施例の場合と同様、まず、中央処理部３２４は、そのメモリ（図示せず）に記憶されている当該トランスポンダ固有のＩＤ情報を読み出し、このＩＤ情報に基づいて所定周波数の搬送波を変調した後、これを応答信号として発信すべく応答信号発信部３２５に送出する。
【００４３】
応答信号発信部３２５は、このＩＤ情報を含む応答信号を、受信機に発信すべく、端子３４がコンデンサ（Ｃ）と連絡するラインに送出する。
【００４４】
これにより、この応答信号は、ワイヤー１３１からなる送受信用アンテナを介して、電界信号として、受信機に送出される。
【００４５】
この場合も、質問機から発信される周波数に対し、トランスポンダ３から発信されるＩＤ情報を含む応答信号の周波数（搬送波）は、前者の４倍以上の高周波にすることが望ましい。これは、第１の実施例の場合と同じ理由である。例えば、質問機の発信周波数を前述のように、５００ＫＨｚとすれば、トランスポンダの応答信号は３００ＭＨｚにする。そうすると、前記濾波器３２１を、例えば１ＭＨｚ以下の周波数成分（電流）のみが通るようなものとすれば、応答信号は濾波器３２１’を通過することなく、有効に送信機側に送出される。
【００４６】
前述したように、タイヤ内の外周部に配置されたジョイントレスベルト１３Ａ内のワイヤー１３１を、トランスポンダ３の送受信用アンテナとして用いたので、図１０に示すようにタイヤ１を積み重ねた場合にも、ハンドヘルドスキャナ等から発した小出力の質問信号によってトランスポンダ３へのアクセスが可能となる。また、図１１に示すように、質問機のアンテナＡＮＴを路面下に埋設してアクセスすることも容易に行うことができ、この場合、従来のようにビード部をトランスポンダのアンテナとしたときに比べて、ジョイントレスベルト１３Ａをアンテナとしたときの方が路面内のアンテナＡＮＴとの距離が小さくなりトランスポンダへのアクセスが容易となる。
【００４７】
尚、インダクタンス成分からなるインピーダンスマッチング用の小型アンテナ３３は、第２の実施例においては、コンデンサＣと並列に、ＬＣ共振回路を構成する如く設けられる。これにより、当該小型アンテナ３３のインダクタンスを変化させて、電子回路３２の閉ループ内のインピーダンスを調節し（インピーダンスマッチングさせ）、プローブ３５をワイヤー１３１に接続したところにおける受信信号の反射をなくして、受信感度を調節、即ち高めることができる。
【００４８】
また、本実施例のトランスポンダを、所定内径のジョイントレスベルト１３Ａを備えたタイヤのみに使用することを予定する場合は、インピーダンスマッチング用の小型アンテナ３３は、必ずしも設ける必要はない。
【００４９】
また、前述の実施形態におけるトランスポンダ３の構成は一例でありこれに限定されることはない。
【００５０】
【発明の効果】
前述したように本発明のトランスポンダ付きタイヤによれば、タイヤ内外周部に配置されたジョイントレスベルト内の導電性ワイヤーにトランスポンダを電気的に接続し、該コイル状のワイヤーを受信及び送信用アンテナとしたので、トランスポンダに特別にアンテナ部を設ける必要がなく、仮に調整用アンテナを設けたとしても、トランスポンダを非常に小型化することができる。さらに、タイヤ内の外周部に配置されたジョイントレスベルト内のワイヤーをアンテナにすることにより、トランスポンダへのアクセスを容易に行うことができると共に、質問信号の送信電力を高めることなく通信距離を伸ばすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態におけるチューブレスタイヤを示す断面図
【図２】本発明の一実施形態におけるジョイントレスベルトを示す構成図
【図３】本発明の一実施形態における非導電性コンパウンドの配合実施例を示す図
【図４】本発明の一実施形態におけるトランスポンダの装着例を示す図
【図５】本発明の一実施形態におけるトランスポンダを示す外観図
【図６】本発明の一実施形態におけるトランスポンダを示す平面図
【図７】本発明の一実施形態におけるトランスポンダを示す断面図
【図８】本発明の一実施形態における第１の実施例のワイヤーを電磁結合型アンテナとする場合のトランスポンダの電気回路を含む構成図
【図９】本発明の一実施形態における第２の実施例のワイヤーを電界結合型アンテナとする場合のトランスポンダの電気回路を含む構成図
【図１０】本発明の一実施形態におけるトランスポンダアクセスの容易性を説明する図
【図１１】本発明の一実施形態におけるトランスポンダアクセスの容易性を説明する図
【符号の説明】
１…チューブレスタイヤ、３…トランスポンダ、３Ａ…トランスポンダ本体、３Ｂ…接着部、１２…スチールカーカス、１３…ベルト、１３Ａ…ジョイントレスベルト、１４…トレッド部、１５…トレッドグルーブ、１６…ビードコア、１７…リム、３２…集積回路（電子回路）、３３…周波数微調整用アンテナ、３４−１…端子、３４−２…端子、３５−１…プローブ、３５−２…プローブ、３６…エポキシ樹脂、１３１…ワイヤー、１３２…非導電性ゴム、１３３…ベルトストリップ、３２１…濾波器、３２１’…濾波器、３２２…整流器、３２３…平滑回路、３２４…中央処理部、３２５…応答信号発信部。

Claims

タイヤの周方向に沿って延びる導電性ワイヤーをゴムで被覆してなるベルトストリップをタイヤ内の外周部に周方向に沿って巻き付けてなるジョイントレスベルト備えると共に、電磁波を用いて外部との情報の授受を行うトランスポンダを備えたトランスポンダ付きタイヤであって、
前記ジョイントレスベルトの導電性ワイヤーを前記トランスポンダのアンテナとして接続すると共に、
前記ベルトストリップのゴムを非導電性ゴムとした
ことを特徴とするトランスポンダ付きタイヤ。