JP4425137B2 - Ｒｆｉｄベルトアンテナシステム及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、電波（無線周波）通信を利用してタイヤに関する情報をワイヤレス通信するシステム及び方法に関する。

車両のタイヤの動作状態は、製造工程中と通常の使用中の両方に存在する環境条件で左右される。例えば、タイヤを作るために用いられるゴムは、成形工程中、極めて高い温度を受ける。この温度が或る特定の範囲内に維持されなければ、タイヤは、設計上の欠陥を含む場合があり、それによりタイヤは正しく動作しない。環境条件も又、タイヤの性能に悪影響を及ぼす場合がある。例えば、タイヤ圧力が高過ぎる場合又は低過ぎる場合、それによりタイヤは使用中に破裂する場合がある。タイヤ温度及びタイヤの周りの周囲温度も又、その圧力に影響を及ぼす。

タイヤとのワイヤレス通信を提供するため、タイヤの動作又は回転を遮らないＲＦＩＤチップをタイヤと関連させる必要がある。タイヤとの電波通信のためにＲＦＩＤチップを用いることができる。ＲＦＩＤチップ（これは、「トランスポンダ（transponder ）」と呼ばれる場合がある）は典型的には、集積回路（ＩＣ）型パッケージ内に設けられる。ＲＦＩＤチップは、ピンを有し、これらピンのうち１以上は、ＲＦＩＤチップと外部アンテナとの接続専用である。ＲＦＩＤチップは、タイヤ内部のどこかに取り付けられなければならず、ＲＦＩＤチップは、ＲＦＩＤチップに質問してタイヤに関する情報を取り出すトランスミッタからの電波通信を受けるよう設計されなければならない。

あらゆるタイヤに付加されるＲＦＩＤチップは、直接的な製造コストをタイヤに追加し、それによりその末端価格が上昇する。アンテナも又ＲＦＩＤチップを備える場合、追加のコストが生じる。タイヤ内のＲＦＩＤチップの配置状態をより実行可能な提案にするようコストの節約を行うため、ＲＦＩＤチップの性能又は動作を犠牲にしないでＲＦＩＤチップと関連したコストを無くすために用いられる技術が、ますます重要になっている。

本発明は、導電性ベルトを有するタイヤの内部に取り付けられるＲＦＩＤチップに関する。ＲＦＩＤチップは、導電性ベルトに容量結合してタイヤに関する情報、例えば圧力又は温度に関する情報を電波通信するためのアンテナを形成する。タイヤの内部の導電性ベルトは、ＲＦＩＤチップのためのアンテナを提供するために用いられるので、ＲＦＩＤチップが質問リーダ又は他の受信装置とワイヤレス通信するのに別個のアンテナを提供する必要はない。

ＲＦＩＤチップは、質問リーダとワイヤレス通信するための制御システム、通信エレクトロニクス及びアンテナを有する。ＲＦＩＤチップは、一実施形態では、外部接続部用の外部ピンを有する集積回路内に実装される。少なくとも１つのピンは、外部アンテナへの接続のためのアンテナピンである。

タイヤが、円の形を形成する内側部及び外側部を備えると共に第１外縁部及び第１外縁部と反対側の第２外縁部を備えた細長い平らなゴム面によって形成される。第１平坦ゴム側部が、第１内壁を形成するよう第１外縁部に実質的に垂直につながっている。第２平坦ゴム側部が、第２内壁を形成するよう第２外縁部に実質的に垂直につながっている。細長い平らなゴム面は、構造的一体性をタイヤに追加するよう少なくとも１本の導電性ベルト内に埋め込まれている。少なくとも１つのアンテナピンを備えたＲＦＩＤチップが、タイヤの内側部に取り付けられている。平らなゴム面は、少なくとも１本の導電性ベルトとＲＦＩＤチップとの間に誘電体を形成する。ＲＦＩＤチップに設けられた少なくとも１つのアンテナピンは、タイヤに関するＲＦＩＤチップと無線周波信号のやりとりをするアンテナを形成するよう導電性ベルトに容量結合されている。

タイヤは、複数本の導電性ベルトを有するのがよい。ＲＦＩＤチップは、導電性ベルトの一部分に結合してモノポールアンテナを形成し又は導電性ベルトの２以上の部分に結合してダイポールアンテナを形成することができる。導電性ベルトは又、スロットアンテナを形成するようＲＦＩＤチップに容量結合されるスロットを形成することができる。

別の実施形態では、少なくとも１つの導電性要素が、ＲＦＩＤチップ及び（又は）そのピンに取り付けられる。導電性要素は、ＲＦＩＤチップと導電性ベルトとの間の結合を最大にするよう複数本の導電性ベルトに容量結合される。導電性部品は、任意の形態に形作られたものであってよく、かかる形態としては、蝶ネクタイ構造が挙げられ、又、これら導電性部品は、互いに対し対称又は非対称に配置できる。

さらに、ＲＦＩＤチップが低周波数で動作できるようにするために複数本の導電性ベルト相互間の隙間により形成されるスロットを横切って電場を発生させるために電場発生器を用いるのがよい。

別の実施形態では、導電性部品は、互いに対し非対称に配置され、複数本の導電性ベルトに容量結合される。ＲＦＩＤチップは、スロットアンテナを形成するための複数本のベルトへの導電性部品の結合を利用して第１の動作周波数をもつ信号を受信するようになっている。ＲＦＩＤチップは又、導電性部品がポールアンテナとして働くようにする信号を導電性部品が受信する際に第２の動作周波数を有する信号を受信するようになっている。

別の実施形態では、ＲＦＩＤチップは、１以上の導電性ベルトとタイヤに設けられたビードとの間に形成されたスロットを横切って結合されてスロットアンテナを形成する。ベルトとスロットとの間の隙間は又、受信した電気信号をＲＦＩＤチップが直接電気信号の経路内に無い場合、ＲＦＩＤチップに到達するよう経路周りに伝送する伝送線を形成する。

添付の図面を参照して本発明を以下に説明するが、これは一例に過ぎない。
本発明は、タイヤに関する情報、例えば圧力情報及び温度情報をワイヤレス通信するようＲＦＩＤチップをタイヤに取り付けるシステム及び方法に関する。大抵のＲＦＩＤチップは、集積回路（ＩＣ）の形態で提供される。ＲＦＩＤチップは代表的には、ＩＣパッケージの外部の複数のピンを有する。ピンは、ＲＦＩＤチップに外部源、アンテナ接続部又は所要の任意他の外部接続部から給電する場合、給電及びアースのために使用できる。互いに異なるＲＦＩＤチップは、互いに異なるピン形態を有し、種々の理由で互いに異なる形式の外部装置に接続されるよう設計されている。任意形式のＲＦチップ（これは、外部給電式のものであっても内部給電式のものであってもよく、或いはそれ自体電源を有していないものであってもよい）が、本発明に使用できる。

本発明の特定の特徴を説明する前に、ＲＦＩＤチップ及びそのワイヤレス通信に関する説明は以下の通りである。図１に示すように、ＲＦＩＤチップ１０が、電子通信のために提供されている。本明細書で用いるＲＦＩＤチップ１０は、情報の電波（無線周波）通信を可能にする任意形式の電子回路を意味している。ＲＦＩＤチップ１０の中には、トランスミッタとレシーバの両方を有するものがある。ＲＦＩＤチップ１０の中には、質問リーダ３０によって質問を受け、それによりＲＦＩＤチップ１０が質問信号３６を含む場３８を変更することにより送り戻すもの（「トランスポンダ」と呼ばれる場合がある）もある。この説明は、区別無く用いられる「トランスポンダ」という用語とＲＦＩＤチップ１０に関しており、用語トランスポンダを用いることは、本発明に利用できるＲＦＩＤチップ１０の形式を限定するものではない。ＵＨＦ及びＶＨＦを含む種々の周波数で通信を行うＲＦＩＤチップ１０が利用できる。本発明の一実施形態は、到来した電波エネルギを調整して通信及び動作のための電力をもたらすことができる受動式無線周波装置であるＲＦＩＤチップ１０を用いている。本発明は、通信のためのそれ自体の電源を備えた能動式装置にも利用できる。当業者であれば、電子通信を可能にするそれ以外の多くの種々のタイプのＲＦＩＤチップ１０があること、及びかくして本発明は任意一特定タイプには限定されないことは容易に理解されるべきである。

ＲＦＩＤチップ１０は、制御システム１２及び通信エレクトロニクス１４を有している。ＲＦＩＤチップ１０は、質問リーダ３０に伝送される情報を記憶するメモリ１８を更に有するのがよい。変形例として、ＲＦＩＤチップ１０は、消去可能なメモリ１８に代えてダイオード、ディップ（ＤＩＰ）スイッチ又は他の幾つかの同様な回路構成を用いることにより例えば識別番号のような情報又は他の情報を記憶してもよい。質問リーダ３０からの質問信号３６を受信するアンテナ１６が設けられている。アンテナ１６は、ＲＦＩＤチップ１０の内外いずれに設けられてもよい。アンテナ１６の特定の形式及び設置場所は、ＲＦＩＤチップ１０の動作周波数及び所望の特定の設計で決まる。ＲＦＩＤチップ１０は、ＲＦＩＤチップ１０の周りの周囲情報及び環境情報、例えば圧力又は温度を検出するセンサ２０にも接続されるのがよい。センサ２０から読み取られたデータを制御システム１２によりメモリ１８に記憶させるのがよい。

センサ２０の一例は、米国特許第５，６７５，３１４号明細書（発明の名称：Tyre pressure sensor）に記載されているような圧力センサであるのがよく、かかる米国特許明細書の記載内容全体を本明細書の一部を形成するものとしてここに引用する。

センサ２０のもう１つの例は、米国特許第５，７３１，７５４号明細書（発明の名称：Transponder and sensor apparatus for sensing and transmitting vehicle tyre parameter data ）に記載されているような温度センサであるのがよく、かかる米国特許明細書の記載内容全体を本明細書の一部を形成するものとしてここに引用する。センサ２０は、環境情報を検出する任意形式のセンサであってよいことは注目されるべきであり、かかる環境情報としては、圧力、タイヤ温度、周囲温度、湿度等が挙げられるが、これらには限定されない。

アンテナ１６は、放射された質問場３８を介して信号３６を受信する。アンテナ１６は、受信した信号３６を通信エレクトロニクス１４に送る。通信エレクトロニクス１４は、場３８からの信号を解釈し、信号３６を復調し、復調した信号を制御システム１２に伝送するのに必要な回路構成を有している。制御システム１２は、集積回路、プリント回路基板又はＲＦＩＤチップ１０の動作を制御する他形式のマイクロプロセッサ又はマイクロコントローラエレクトロニクスである。制御システム１２は、伝送情報を送受信する通信エレクトロニクス１４に接続されている。制御システム１２は、情報を記憶したり検索するメモリ１８にも接続されている。制御システム１２は、通信エレクトロニクス１４から受信した通信情報に応答して何らかの行為が必要であるかどうかを判定する。

図１は又、質問リーダ３０を用いてＲＦＩＤチップ１０でどのように通信を達成するかを示している。質問リーダ３０は、質問通信エレクトロニクス３２及び質問アンテナ３４を有している。質問リーダ３０は、質問アンテナ３４により通信エレクトロニクス３２に質問することにより周波数が変調された電子信号３６を出すことによりＲＦＩＤチップ１０と通信する。質問アンテナ３４は、信号３６を場３８中へ放射して同等な装置、例えばＲＦＩＤチップ１０がそれ自体のアンテナ１６によりかかる信号３６を受信することができるようにする任意形式のアンテナであってよい。場３８は、電磁的、磁気的又は電気的であってよい。信号３６は、ＲＦＩＤチップ１０に関する情報又は特定の要求を含むメッセージである。

アンテナ１０が質問リーダ３０により放出された場３８の存在下にあるとき、通信エレクトロニクス１４は、信号３６により付勢され、それによりＲＦＩＤチップ１０を付勢する。ＲＦＩＤチップ１０は、アンテナ１６が質問リーダ３０の場３８内にある限り、付勢状態のままである。通信エレクトロニクス１４は、信号３６を復調し、適当な行為が行われるよう情報又は要求を含むメッセージを制御システム１２に送る。例えば、要求は、ＲＦＩＤチップ１０がその識別情報又はＲＦＩＤチップ１０を収容した材料又はパッケージに関する材料、例えば製造年月日、製造場所及び（又は）ロットナンバーを伝達するためのものである場合がある。メッセージは又、センサ２０によって検出された周囲又は環境測定値に関する情報の要求であってもよい。

本発明に使用できるＲＦＩＤチップ１０の別の記載が、米国特許第５，３４７，２８０号明細書（発明の名称：Frequency diversity transponder arrangement ）に見られ、かかる米国特許明細書の記載内容全体を本明細書の一部を形成するものとしてここに引用する。ＲＦＩＤチップ１０は、ＲＦＩＤチップの一形式である。ＲＦＩＤチップ１０の他形式を本発明に利用できる。例えば、ＲＦＩＤチップ１０は、信号３６を変更する必要なく、情報を質問リーダ３０に送ることができるトランスミッタ３０を有するのがよい。ＲＦＩＤチップ１０は、トランスミッタに電力供給するバッテリ又はＲＦＩＤチップ１０が場３８の範囲内にあるとき、信号３６から受け取ったエネルギにより充電されるエネルギ貯蔵ユニットを有するのがよい。当業者であれば、本明細書に記載したもの以外の多くの形式のワイヤレス通信装置及び通信技術があり、本発明は、特定形式の装置、技術又は方法には限定されないことは容易に理解されよう。

図２は、本発明に用いることができる典型的なタイヤを示している。タイヤ５０は、ゴム材料で作られた細長い平らな表面５２を有している。細長い平らなゴム面５２は典型的には、トレッドを有している。細長い平らなゴム面５２は、内側部５４及び外側部５６を形成するよう円の形態に形作られている。内側部５４は、細長い平らなゴム面５２の円形構造により形成された円の形の内側に位置する表面である。外側部５６は、円の形から外方に突き出された細長い平らなゴム面５２の側部である。細長い平らなゴム面５２は、互いに反対側に位置する２つの外縁部を有している。一方の縁部は、第１外縁部５８であり、他方の縁部は、第２外縁部６０である。車両のリム（図示せず）周りに配置されて圧力下に置くことができるタイヤを形成するため、第１の平らなゴム面６２と第２の平らなゴム面６４を細長い平らなゴム面５２に取り付ける。第１の平らなゴム面６２は、第１内壁６６を形成するよう第１外縁部５８に実質的に垂直につながる。第２の平らなゴム面６４も又、第２内壁６８を形成するよう第２外縁部６０に実質的に垂直につながっている。タイヤがリム（図示せず）周りに装着されると、第１の平らなゴム面６２及び第２の平らなゴム面６４の外縁部によりそれぞれ形成された第１の円形内縁部７０及び第２の円形内縁部７２は、車両リムのところにシールを形成する。このように、空気がタイヤ５０内に入れられると、空気は、リムとタイヤの内側領域の内部との間でタイヤ５０内部に圧力下で取り込まれてタイヤが重量、例えば車両を支持できるようになっている。

図３は、タイヤ５０の内側部分５１を示している。細長い平らなゴム面５２は、構造的一体性をもたらすと共に支持体となるようゴム内部に設けられた少なくとも１本の導電性ベルト７４を有している。大抵のタイヤ５０では、導電性ベルト７０は、複数本のベルト７４として設けられる。ＲＦＩＤチップ１０は、ベルト７４に近接してタイヤ５０の内側部５４内に配置される。ベルト７４は、図３に示すようにタイヤに平行に何本も延びるのがよく、或いはベルト７４は、直交方向に延びてもよい。更に、タイヤ５０は、多数のベルト層７４を有してもよく、この場合、一層中の１組のベルト７４は、別の層中のベルト７４の方向と交差する方向に延びる。

ＲＦＩＤチップ１０は、２００１年１０月３日に出願された同時係属米国特許出願第０９／６７８，２７１号明細書（発明の名称：Wireless communication device and method）に記載されたものと同様なものであってよく、かかる米国特許出願は、２０００年７月２８日に出願された同時係属米国特許出願第０９／６１８，５０５号明細書（発明の名称Wireless communication device and method）の一部継続出願である。これら両方の米国特許明細書の開示内容全体を本明細書の一部を形成するものとしてここに引用する。

ＲＦＩＤチップ１０を内側部５４に接着するのに接着剤７６を用いるのがよい。ＲＦＩＤチップ１０は、アンテナピン１１及びアースピン１３を含む数本のピンを有する。ＲＦＩＤチップ１０をタイヤ５０の内側部５４に取り付けたとき、アンテナピン１１が密接しているので、アンテナピン１１は導電性ベルト７４に容量結合される。これにより、ＲＦＩＤチップ１０は、１以上のベルト７４に容量結合してベルト７４によって形成されるアンテナ１６を構成する。このように、ＲＦＩＤチップ１０は、アンテナ１６を用いて、電波通信信号を質問リーダ７０にワイヤレス伝送することができる。注目されるべきこととして、ベルト７４がアンテナ１６として働くためにはＲＦＩＤチップ１０をタイヤ５０上のどの場所に配置してもよく、或いはベルト７４に近接して配置してもよく、正確な配置場所は、ピン１１とベルト７４との間に容量結合が存在している限り重要ではない。

注目されるべきこととして、タイヤ５０内に導電性ベルト７４が１本しか無い場合又は１本の導電性ベルト７４しかＲＦＩＤチップ１０がベルト７４に容量結合するに足るほど密接していなければ、導電性ベルト７４それ自体は、アンテナ１６となる場合がある。たった１本のアンテナピン１１しかＲＦＩＤチップ１０に設けられていない場合、導電性ベルト７４への１本のアンテナピン１１の結合は、モノポールアンテナ１６構造を提供することができる。２本のアンテナピン１１が設けられている場合、両方のアンテナピン１１は、隙間７８及び（又は）導電性ベルト７４に容量結合してダイポールアンテナ１６構造を提供する。ＲＦＩＤチップ１０は更に、接地面（図示せず）にアースされるのがよい。接地面（図示せず）をＲＦＩＤチップ１０とタイヤ５０の表面との間に設けるのがよい。 また、導電性ベルト７４は、１本以上の導電性ベルト７４であってよく、又任意の種類の導電性材料で作ったものであってよいことは注目されるべきであり、かかる導電性材料としては、鋼、鉄及びアルミニウムが挙げられるが、これらには限定されない。ＲＦＩＤチップ１０は、１本以上のアンテナピン１１を有するのがよい。アンテナ１６として導電性ベルト７４又は隙間７８を用いると、ＲＦＩＤチップ１０は、導電性ベルトの長さ及び設計に従って種々の動作周波数で動作することができる。例えば、導電性ベルトをＲＦＩＤチップ１０に容量結合してＲＦＩＤチップ１０が例えば１３．５６ＭＨｚ、９１５ＭＨｚ又は２．４５ＧＨｚの動作周波数を有するようにすることができる。また、ＲＦＩＤチップ１０を第１内壁６６（図３には示されていない）又は第２内壁６８（図３には示されていない）のいずれかが少なくとも１本の導電性ベルト７４を有する場合、タイヤ５０の第１内壁６６又は第２内壁６８に結合してもよい。ＲＦＩＤチップ１０を第１内壁６６又は第２内壁６８上の定位置に配置してＲＦＩＤチップ１０のアンテナピン１１が容量結合を達成するようタイヤ５０の細長い平らなゴム面５２中の導電性ベルト７４の十分近くに位置するようにしてもよい。しかしながら、第１内壁６６又は第２内壁６８上の細長い平らなゴム面５２の種々の領域内へのＲＦＩＤチップ１０の配置は、アンテナピン１１をＲＦＩＤチップ１０に容量結合することにより得られるアンテナ１６の性能及び動作周波数に影響を及ぼす場合がある。アンテナ１０の性能を所望の用途に合わせて微調整するには実験が必要な場合がある。

アンテナピン１１は、上記において引用した米国特許出願第０９／６７８，２７１号明細書及び第０９／６１８，５０５号明細書に記載されているような１以上の導電性タブであってもよい。

図４は、本発明の変形実施形態を示している。複数本の導電性ベルト７４が、図４に示すように隙間７８を形成している。隙間７８は、境界付けられたスロット７８としての役目を果たすことができる。図４のスロット７８は実線の輪郭で示されているが、スロット７８は、細長い平らなゴム面５２内に埋め込まれている。ＲＦＩＤチップ１０のアンテナピン１１は、スロットアンテナ１６を形成するようスロット７８に容量結合可能である。このようにすると、ＲＦＩＤチップ１０は、スロットアンテナ１６を形成するためのスロット７８への容量結合を利用して質問リーダ３０又は他の受信装置とワイヤレス通信することができる。スロットアンテナ１６に関するそれ以上の情報は、同時係属米国特許出願第０９／５３６，３３４号明細書（発明の名称：Remote communication using slot antenna ）に見い出すことができ、この米国特許出願明細書の記載内容全体を本明細書の一部を形成するものとしてここに引用する。

導電性ベルト７４は、互いに導電結合された一連の並列キャパシタ（コンデンサ）として考えることができる。スロット７８は互いに近接して位置する多数本の導電性ベルト７４相互間のクロスキャパシタンスに起因して自己終端型のものである。導電性ベルト７４をスロットアンテナ１６として用いるためには、ベルト７４へのＲＦＩＤチップ１０の結合を介して２本の導電性ベルト７４相互間でスロット７８の長さに沿う一箇所に電場を形成しなければならない。細長い平らなゴム面５２がＲＦＩＤチップ１０及び（又は）ピン１１をスロット７８から引き離していることによりＲＦＩＤチップ１０又はピン１１がスロット７８に不十分に導電結合している場合、ベルト７４によって形成されたアンテナ１６相互間における整合インピーダンス条件の達成と一致してスロット７８へのＲＦＩＤチップ１０及び（又は）ピン１１の結合性能を向上させる技術を実施することが望ましい場合がある。また、ＲＦＩＤチップ１０及び（又は）ピン１１に結合されたスロット７８の各側での互いに隣接したベルト７４をＲＦ周波数で短絡させてベルト７４の導電性表面内に誘起されたＲＦ電流が比較的遮られない状態で流れるようにすることが望ましい場合がある。多くの方法を用いてＲＦＩＤチップ１０の形状を変えると共に（或いは）ピン１１をスロット７８に結合するために用いられる種々の幾何学的形状の追加の導電性部品をピン１１に追加することにより結合性能を向上させるのがよい。上記において引用した継続中の米国特許出願第０９／６７８，２７１号明細書に記載されているような導電性タブをＲＦＩＤチップ１０の１本又は複数本のピン１１に結合するのがよく、この場合、導電性タブは、ベルト７４に結合され、それによりアンテナ１６が構成される。

上述したように、１本のアンテナピン１１又は多数本のアンテナピン１１を用いてＲＦＩＤチップ１０をスロット７８に容量結合するのがよい。スロットアンテナ１６の放射パターンは、特定の形状に応じて、モノポール型アンテナに類似し又はダイポール型アンテナに類似する場合がある。さらに、ＲＦＩＤチップ１０を接地面にアースするのがよい。 図５は、追加の導電性部品がＲＦＩＤチップ１０のピン１１に結合され、これら導電性部品がベルト７４に結合されている本発明の一実施形態を示している。２つの導電性部品８０Ａ，８０Ｂが、蝶ネクタイの形でＲＦＩＤチップ１０及び（又は）ピン１１に結合されている。ＲＦＩＤチップ１０に最も近いスロット７８の位置から遠ざかって位置する導電性部品８０Ａ，８０Ｂの広い領域は、ＲＦ周波数でベルト７４に一斉に結合する傾向があり、信号３６の受信により生じるＲＦ電流が事実上のスロット周りに流れやすくなる。事実上のスロットは、ベルト７４の部分相互間の複数のスロットにより形成される。蝶ネクタイを形成している２つの導電性部品８０Ａ，８０Ｂは、ＲＦＩＤチップ１０から一段と遠ざかって位置するベルト７４を強く結合させ、ＲＦＩＤチップ１０寄りのベルト７４相互を弱く結合させる。ＲＦＩＤチップ１０の近くに位置する導電性部品８０Ａ，８０Ｂの狭い領域は、インピーダンスを増大させ、従って電流の電場成分を増大させる傾向があり、それによりＲＦＩＤチップ１０に対するインピーダンス整合部分として働く。これにより、単一のスロットをもつ連続した導体のように挙動する度合いの強い構造体が作られる。

また、表面積がＲＦＩＤチップ１０から遠ざかるにつれて大きくなり、ＲＦＩＤチップ１０に近づくにつれて減少する種々の形状を有する種々の他の導電性部品８０を用いることができ、本発明は、導電性部品８０に関して任意特定の構造には限定されない。

図５に示す実施形態の変形実施形態が図６に示されている。また、図５に示したのと同一のＵＨＦ構造がこの実施形態に用いられている。しかしながら、この同一の構造は、ＲＦＩＤチップ１０が電場リーダ９０により作られる電場に結合することにより低周波タグとして動作するためにも使用できる。電場リーダ９０は、ＲＦＩＤチップ１０を電場に容量結合させるスロット９２の両端に加わる高い差動ＡＣ電圧を発生させる。電場は、動作を阻止する電場中の力線の短絡を生じさせないようベルト７４の整列方向に平行な方向に作られる。

図６に記載されたキャパシタ９４は、実際には存在しないが、電場リーダ９０とＲＦＩＤチップ１０及びその導電性部品８０Ａ，８０Ｂとの間の容量結合を表わしている。スロット９２と一線をなすベルト７４は、電場リーダ９０との容量結合によりベルト７４に現れる電圧によって充電されるようになることを除き、電場リーダ９０により生じた電場とそれほど相互作用しない。

図７は、ＲＦＩＤチップ１０が２つの互いに異なる動作周波数で動作するよう構成された本発明の別の実施形態を示している。ＲＦＩＤチップ１０に対する細長い平らなゴム面５２とベルト７４との間のインピーダンス整合は、二重周波数での動作を可能にすると考えることができる。図６では、ＲＦＩＤチップ１０は、上述したようにタイヤ５０の内側部５４に取り付けられている。しかしながら、ＲＦＩＤチップ１０は、ＲＦＩＤチップ１０が２つの互いに異なる動作周波数でタイヤ５０及びベルト７４にインピーダンス整合されるよう設計されており、それによりＲＦＩＤチップ１０は、２つの互いに異なる動作周波数をもつ信号３６に応答することができる。導電性部品８０Ａ，８０Ｂは、ＲＦＩＤチップ１０及び（又は）ピン１１に結合されている。導電性部品８０Ａ，８０Ｂは、上記において引用した米国特許出願第０９／６７８，２７１号明細書に記載されているように互いに非対称に配置されている。

一動作モードでは、信号３６が第１の動作周波数で放射されると、ＲＦＩＤチップ１０及びその導電性部品８０Ａ，８０Ｂは、非対称ダイポールアンテナ１６を形成するよう構成されている。導電性部品８０Ａ，８０Ｂは、かかる第１の動作周波数でダイポールアンテナを形成する効果的に連続した導体としてベルト７４を取り扱うよう調整されており、この場合、ベルト７４は、タイヤ５０の車輪（図示せず）に向かって上方に放射状に延びる。例えば、導電性部品８０Ａ，８０Ｂは、２．４５ＧＨｚの動作周波数で動作するよう設計されたものであるのがよい。

第２の動作モードでは、信号３６が第２の動作周波数で放射されると、ＲＦＩＤチップ１０及びその導電性部品８０Ａ，８０Ｂは、ベルト７４相互間の隙間７８に結合するインサートとして働き、この場合、隙間７８は、スロットアンテナ１６として働くスロット７８を構成する。例えば、導電性部品８０Ａ，８０Ｂ及びベルト７８は、９１５ＭＨｚの動作周波数をもつ信号３６を受信すると、スロットアンテナ１６を形成するようスロット７８に結合するような構成になっているのがよい。注目されるべきこととして、互いに平行な結合状態のベルト７４により形成されるスロット７８の性状（半波長スロット７８の長さは、クロスキャパシタンスにより終端させられる）は、適当なインピーダンス整合部品の選択により非常にブロードバンドであるようになっているのがよい。例えば、インピーダンス整合部品は、２００２年４月１８日に出願された同時係属米国特許出願第１０／１２５，７８３号明細書（発明の名称：Multiple feed point slot antenna）に記載された部品とほぼ同じものであるのがよく、かかる米国特許出願明細書の記載内容全体を本明細書の一部を形成するものとしてここに引用する。スロット７８は、自己終端する多くの種々の長さを有すると効果的である。したがって、ＲＦＩＤチップ１０は、ＲＦＩＤチップ１０について３以上の有効動作周波数を生じさせる互いに異なるスロットアンテナ１６を形成するよう互いに異なる動作周波数でスロット７８に結合するよう構成されたものであるのがよい。例えば、ＲＦＩＤチップ１０は、種々の長さのスロット７８を互いに異なるスロットアンテナ１６として用いて８６９ＭＨｚ及び９１５ＭＨｚで動作し、導電性部品８０Ａ，８０Ｂをダイポールアンテナ１６として用いて２．４５ＧＨｚで動作するよう構成できる。また、本発明をモノポールアンテナを形成するよう単一の導電性部品８０に使用できることに注目されたい。

図８は、ＲＦＩＤチップ１０がスロットアンテナ１６を形成するようタイヤ５０の構造を用いている本発明の別の実施形態を示している。ＲＦＩＤチップ１０は、タイヤ５０の２つの導電性構造体、即ち、ベルト７４及びビード８２に結合されている。ビード８２は、タイヤが車輪に装着される領域においてタイヤの縁部を補強するよう設計されたワイヤの一連のループである。タイヤ５０の構造は、ベルト７４とビード８２との間の空間によって形成された環状スロット８４の形態をしている。導電性部品８０が、スロット８４に結合してスロットアンテナ１６を形成するためにＲＦＩＤチップ１０に結合するのがよい。スロット８４の形態は、その動作周波数を定めることになる。比較的低い動作周波数では、スロット８４は、全波又は半波アンテナとして働くことになる。高い動作周波数では、導電性部品８０は、スロット８４の調波モードを刺激することができる。

変形例として、スロット８４は、アンテナ１６を形成するようタイヤ５０の周りの環境中へリークする伝送線８６を形成してもよい。ＲＦＩＤチップ１０が車両に搭載された質問リーダ３０又は他の伝送装置により質問される必要がある場合、信号３６をタイヤ５０周りの任意の箇所でこの伝送線８６中へ放射させるのがよく、伝送線８６は、信号３６をスロット８４周りに伝搬させる。ＲＦＩＤチップ１０を有するタイヤ５０が回転していて、それによりＲＦＩＤチップが質問リーダ３０の場３８に出入りしていても、伝送線８６中への信号３６の放射により、質問リーダ３０とＲＦＩＤチップ１０との連続通信が可能になる。

当業者であれば、上記説明を読むと、或る特定の設計変更例及び改造例を想到できよう。本発明は、任意特定形式のＲＦＩＤチップ１０、その部品、質問リーダ３０、タイヤ５０及びその部品には限定されないことは理解されるべきである。本願の目的上、「結合する」、「結合された」又は「結合」という用語は、直接的な接続又は反応性結合のいずれかとしての意味が与えられている。反応性結合は、容量結合又は誘導結合のいずれかとして定義される。当業者であれば、これら要素により本発明を達成する方法は種々存在することは認識されよう。本発明は、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲及びその均等範囲に及ぶものである。本明細書に用いた特定の実施形態は、本発明の理解を助けるものであり、本発明の範囲を特許請求の範囲の記載及びその均等範囲よりも狭い仕方で限定するよう用いられるものではない。

ＲＦＩＤチップと質問リーダとの間の通信方式を示す略図である。 タイヤの略図である。 タイヤの内部及びポールアンテナを形成するようタイヤの内部の導電性ベルト相互間にスロットを形成する隙間に容量結合されたＲＦＩＤチップの略図である。 タイヤの内部及びスロットアンテナを形成するようタイヤの内部の導電性ベルトによって形成された境界付けられた状態のスロットに容量結合されたＲＦＩＤチップの略図である。 ＲＦＩＤチップと導電性ベルトとの間の結合を最大にするようＲＦＩＤチップに結合された複数の導電性部品の略図である。 図５に示す実施形態の略図であり、ＲＦＩＤチップが低周波数で動作できるようにするために導電性ベルトが電場リーダからの電場信号を受信する状態を示す図である。 非対称配置状態の導電性部品に結合されたＲＦＩＤチップの略図であり、ＲＦＩＤチップがスロットアンテナとダイポールアンテナの両方を形成するよう導電性部品を用いて互いに異なる動作周波数の信号を受信することができるように導電性部品がＲＦＩＤチップに取り付けられている状態を示す図である。 スロットアンテナを形成するよう導電性ベルトとタイヤビードとの間に形成された隙間に結合されているＲＦＩＤチップ及び受信した電気信号をＲＦＩＤチップに伝送する伝送線の略図である。

Claims (32)

1. タイヤとワイヤレス情報通信を行うシステムであって、
   タイヤを有し、該タイヤは、
   円の形を形成する内側部及び外側部を持つ細長い平らなゴム面を備え、該ゴム面が、第１外縁部と、該第１外縁部と対向する第２外縁部を持ち、
   第１内壁を形成するように前記第１外縁部に対して実質的に垂直につながる第１平坦ゴム側部と、
   第２内壁を形成するように前記第２外縁部に対して実質的に垂直につながる第２平坦ゴム側部とを備え、
   前記細長い平らなゴム面の内部には、構造的一体性を前記タイヤに追加するように少なくとも１本の導電性ベルトが埋め込まれ、
   少なくとも１つのアンテナピンを備えたＲＦＩＤチップを有し、該ＲＦＩＤチップが前記タイヤの前記内側部に取り付けられ、前記平らなゴム面が前記少なくとも１本の導電性ベルトと前記ＲＦＩＤチップとの間に誘電体を形成し、
   前記少なくとも１つのアンテナピンは、前記タイヤに関して前記ＲＦＩＤチップと無線周波信号のやりとりをするアンテナを形成するように、前記少なくとも１本の導電性ベルトに容量結合されている、
   システム。
2. 前記少なくとも１本の導電性ベルトは、複数本の導電性ベルトから成る、請求項１記載のシステム。
3. 前記少なくとも１本の導電性ベルトは、鋼、鉄及びアルミニウムから成る群から選択された材料で作られている、請求項１記載のシステム。
4. 前記少なくとも１つのアンテナピンは、モノポールアンテナを形成するよう前記少なくとも１本の導電性ベルトに容量結合された１つの案内ピンである、請求項１記載のシステム。
5. 前記ＲＦＩＤチップは、前記ＲＦＩＤチップのアースをとるよう接地面に結合されたアースピンを更に有している、請求項４記載のシステム。
6. 前記少なくとも１つの案内ピンは、ダイポールアンテナを形成するよう前記複数本の導電性ベルトに容量結合された２つの案内ピンである、請求項２記載のシステム。
7. 前記複数本の導電性ベルトは、複数のスロットを形成し、前記少なくとも１つの案内ピンは、スロットアンテナを形成するよう前記スロットに容量結合されている、請求項２記載のシステム。
8. 前記アンテナは、ＵＨＦ及びＶＨＦから成る群から選択された動作周波数で動作する、請求項１記載のシステム。
9. 前記ＲＦＩＤチップは、２．４５ＧＨｚ、８６９ＭＨｚ、９１５ＭＨｚ及び１３．５６ＭＨｚから成る群から選択された動作周波数で動作する、請求項１記載のシステム。
10. 前記ＲＦＩＤチップと前記内面との間に設けられていて、前記ＲＦＩＤチップを前記内面に接着する非導電性接着剤を更に有している、請求項１記載のシステム。
11. 前記ＲＦＩＤは、前記アンテナを用いて前記タイヤに関する情報を質問リーダにワイヤレス伝送する、請求項１記載のシステム。
12. 前記タイヤに関する前記情報は、前記タイヤの圧力、前記タイヤの温度、前記タイヤ周りの周囲圧力及び前記タイヤ周りの周囲温度から成る群から選択されている、請求項１１記載のシステム。
13. 前記アンテナを形成するよう前記スロットに結合された状態で前記ピンに結合された少なくとも１つの導電性部品を更に有している、請求項７記載のシステム。
14. 前記少なくとも１つの導電性部品は、蝶ネクタイの形状に作られた２つの導電性部品である、請求項１３記載のシステム。
15. 前記スロットを横切って電場を発生して前記電場を前記少なくとも１つの導電性部品に容量結合する電場リーダを更に有している、請求項１３記載のシステム。
16. 電気信号を送出する質問リーダを更に有し、前記少なくとも１つの導電性部品は、２つの導電性部品から成り、前記２つの導電性部品のうち一方は、前記２つの導電性部品の他方に対して非対称の形をしており、前記少なくとも２つの導電性部品は、第１の周波数を有する前記電気信号を受信する際、ダイポールアンテナとして働き、前記少なくとも２つの導電性部品は、前記第１の周波数とは異なる第２の周波数を有する前記電気信号を受信する際、スロットアンテナを形成するよう前記スロットに結合する、請求項１３記載のシステム。
17. 前記スロットは、複数の自己終端長さを有し、前記少なくとも２つの導電性部品は、前記第２の周波数を有する前記電気信号を受信する際、スロットアンテナを形成するよう第１の長さをもつ前記スロットに結合し、前記少なくとも２つの導電性部品は、前記第１及び第２の周波数とは異なる第３の周波数を有する前記電気信号を受信する際、スロットアンテナを形成するよう第２の長さをもつ前記スロットに結合する、請求項１６記載のシステム。
18. 前記少なくとも１つの導電性部品は、スロットアンテナを形成するよう前記複数本の導電性ベルトからの少なくとも１本のベルトを前記タイヤに設けられたビードに結合する２つの導電性部品から成り、前記少なくとも１本のベルトと前記ビードとの間の隙間が、質問リーダにより受信された信号を前記スロットアンテナに放射する伝送線を形成する、請求項１３記載のシステム。
19. タイヤとワイヤレス情報通信を行うシステムであって、
    タイヤを有し、該タイヤは、
    円の形を形成する内側部及び外側部を持つ細長い平らなゴム面を備え、該ゴム面が、第１外縁部と、該第１外縁部と対向する第２外縁部を持ち、
    第１内壁を形成するように前記第１外縁部に対して実質的に垂直につながる第１平坦ゴム側部と、
    第２内壁を形成するように前記第２外縁部に対して実質的に垂直につながる第２平坦ゴム側部とを備え、
    前記細長い平らなゴム面の内部には、構造的一体性を前記タイヤに追加するように少なくとも１本の導電性ベルトが埋め込まれ、
    前記第１平坦ゴム面は、構造的一体性を前記タイヤに追加するように少なくとも１本の導電性ベルト内に埋め込まれ、
    少なくとも１つのアンテナピンを備えたＲＦＩＤチップを有し、該ＲＦＩＤチップは、前記タイヤの前記第１内壁に取り付けられ、前記第１平坦ゴム側部は、前記少なくとも１本の導電性ベルトと前記ＲＦＩＤチップとの間に誘電体を形成し、
    前記少なくとも１つのアンテナピンは、前記タイヤに関して前記ＲＦＩＤチップと無線周波信号のやりとりをするアンテナを形成するように、前記少なくとも１本の導電性ベルトに容量結合されている、
    システム。
20. タイヤとワイヤレス情報通信を行うシステムであって、
    タイヤを有し、該タイヤは、
    円の形を形成する内側部及び外側部を持つ細長い平らなゴム面を備え、該ゴム面が、第１外縁部と、該第１外縁部と対向する第２外縁部を持ち、
    第１内壁を形成するように前記第１外縁部に対して実質的に垂直につながる第１平坦ゴム側部と、
    第２内壁を形成するように前記第２外縁部に対して実質的に垂直につながる第２平坦ゴム側部とを備え、
    前記第２の平らなゴム面の内部には、構造的一体性を前記タイヤに追加するように少なくとも１本の導電性ベルトが埋め込まれ、
    少なくとも１つのアンテナピンを備えたＲＦＩＤチップを有し、該ＲＦＩＤチップは、前記タイヤの前記第２内壁に取り付けられ、前記第２平坦ゴム側部は、前記少なくとも１本の導電性ベルトと前記ＲＦＩＤチップとの間に誘電体を形成し、
    前記少なくとも１つのアンテナピンは、前記タイヤに関して前記ＲＦＩＤチップと無線周波信号のやりとりをするアンテナを形成するように、前記少なくとも１本の導電性ベルトに容量結合されている、
    システム。
21. タイヤに関する情報をワイヤレス通信する方法であって、前記タイヤが、このタイヤ内部に取り付けられたＲＦＩＤチップを含み、このＲＦＩＤチップが少なくとも１つのアンテナピン備えており、
    前記少なくとも１つのアンテナピンを前記タイヤの内部に収容された少なくとも１本の導電性ベルトに容量結合して、電波通信のためのアンテナを形成し、
    前記アンテナによって無線周波信号を受信することを含む、
    方法。
22. 前記アンテナによって受信され前記ＲＦＩＤチップによって変更された前記無線周波信号を送り戻すことを含む、請求項２１記載の方法。
23. 別個の無線周波信号を前記アンテナ中に伝送することを含む、請求項２１記載の方法。
24. 前記少なくとも１本の導電性ベルトは、複数本の導電性ベルトから成る、請求項２１記載の方法。
25. 前記容量結合段階は、前記少なくとも１つのアンテナピンを前記導電性ベルトによって形成されたスロットに容量結合してスロットアンテナを形成することを含む、請求項２４記載の方法。
26. 前記ＲＦＩＤチップをアースすることを含む、請求項２１記載の方法。
27. 前記少なくとも１つのアンテナピンは、２つのアンテナピンから成り、前記容量結合段階は、前記２つのアンテナピンを前記複数本の導電性ベルトに容量結合して電波通信のためのダイポールアンテナを形成することを含む、請求項２４記載の方法。
28. 少なくとも１つの導電性部品を前記ピンに取り付けることを含み、前記少なくとも１本の導電性ベルトが複数本の導電性ベルトから成り、前記複数本の導電性ベルト相互間にスロットが形成され、前記容量結合が、前記少なくとも１つの導電性部品を前記スロットに容量結合して前記アンテナを形成することを含む、請求項２１記載の方法。
29. 前記スロットを横切って電場を発生させて前記電場を前記少なくとも１つの導電性部品に容量結合することを含む、請求項２８記載の方法。
30. 前記少なくとも１つの導電性部品が２つの導電性部品から成り、
    前記スロットアンテナを用いて第１の動作周波数を有する信号を受信し、そして電気信号を送出し、前記２つの導電性部品をダイポールアンテナとして用いて第２の動作周波数を有する信号を受信することを含む、
    請求項２８記載の方法。
31. 前記２つの導電性部品を互いに対し非対称に配置することを含む、請求項３０記載の方法。
32. 前記少なくとも１つの導電性部品が２つの導電性部品から成り、
    前記２つの導電性部品を前記少なくとも１本の導電性ベルトと前記タイヤに設けられたビードとの間に取り付けてスロットアンテナを形成するためのスロットを形成し、質問リーダによって送られ、前記少なくとも１本の導電性ベルトと前記ビードとの間に形成された隙間スロット中に放射される電気信号を受信することを含む、
    請求項２１記載の方法。

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