JP4524364B2 - 非取付型タイヤ監視デバイス - Google Patents

Description

この発明は、一般に、方向性減衰体（oriented attenuating body）を介して伝送するための非取付型監視デバイス(non-attached monitoring devices)及びアンテナ構造に関するものである。特に、この発明は、タイヤとタイヤが装着されたリムとにより形成された空洞内を自由に移動する非取付型監視デバイスに関する。具体的には、この発明は、デバイスアンテナの構造及びタイヤのサイドウォールの減衰体を介したデバイスアンテナのデータ伝送能力に関する。

当業において、特定の車両に取り付けられ使用された状態の空気入りタイヤの状態を監視することが望まれている。この技術のユーザーは、特にタイヤの内部温度と内部圧力の測定を望んでいる。これら非破壊測定は、タイヤを車両から取り外したり、測定のために車両の使用を中断したりする必要なしに、タイヤを使用しながらにして行われることが好ましい。特に、大型オフロードトラックタイヤの状態及び統計を監視することが望ましい。なぜなら、オフロードタイヤは、通常の乗用車用タイヤに比べて、高価であり、かつより過酷な条件にさらされるからである。また、高速トラックの所有者もタイヤを監視することを望んでいる。どちらの種類のタイヤも、車両の使用とタイヤの効率を最大限にするためには、定期的に保守しなければならない。

当業において、多種の監視デバイスが公知である。公知の監視デバイスの一種は、タイヤの本体内に埋設された受動的集積回路を用い、この集積回路は、誘導磁気結合により回路を印加する高周波伝送により駆動される。タイヤ状態の監視に用いられる他の従来技術のデバイスは、バルブステム等のタイヤの外部に配置された電源内蔵式回路を含む。他の能動的電源内蔵式プログラム可能電子デバイスは、この出願の譲受人に譲渡された米国特許第５，５００，０６５号明細書（特許文献１）、同第５，５７３，６１０号明細書（特許文献２）、同第５，５６２，７８７号明細書（特許文献３）及び同第５，５７３，６１１号明細書（特許文献４）に開示されている。

空気入りタイヤに接続されている電子監視デバイスに加わる力は多大であり、かつ多数であるので、従来技術には取り付けの問題が存在する。監視デバイスを装着する際には、タイヤの踏面領域での力を考慮しなければならない。タイヤは、車両が動く際には回転力を受け、タイヤが凹凸面に接触する際には種々の衝撃力も受ける。また、ホイールへの負荷が変動するため、タイヤは操縦中に変形し歪むであろう。タイヤへの監視デバイスの取り付けは、十分に強くかつ十分に安定しており、これら全ての力を受けてもタイヤに対する監視デバイスの位置を維持するとともに、これらの力によって生ずる損傷から監視デバイスを保護しなければならない。こうした懸念から、同一出願人による米国特許第６，０８２，１９２号明細書（特許文献５）及び同第４，０６７，２３５号明細書（特許文献６）に開示されたような非取付型デバイスの使用へとつながっている。

米国特許第５，５００，０６５号明細書 米国特許第５，５７３，６１０号明細書 米国特許第５，５６２，７８７号明細書 米国特許第５，５７３，６１１号明細書 米国特許第６，０８２，１９２号明細書 米国特許第４，０６７，２３５号明細書

これらのデバイスの一つの欠点は、監視デバイスを使用中に、それらの移動が自由であるがゆえにアンテナの位置を正確に予測することができないという点にある。当業者であれば、タイヤのサイドウォールに対するアンテナの位置は、特定のタイヤのサイドウォール構造を介して高周波信号を放射しようとする際の重要な因子であることが分かる。タイヤ構造に用いられるゴム複合材料は、カーボンブラック等の導電性材料を含むことがある。これらの材料は、タイヤのサイドウォール又は他のタイヤ構造を介した高周波伝送信号を幾分減衰し得る。また、ある種の高速トラックタイヤ及びオフロードタイヤに一般に用いられているようなタイヤ構造は、金属コードを含むこともある。例えば、半径方向に向いた複数本の金属コードが、これらタイヤのサイドウォール領域に存在してもよい。かかる金属コードは、タイヤのサイドウォールを通過する高周波信号をさらに減衰するであろう。タイヤのサイドウォールを通過する高周波信号に関連する電磁場の方向に対する、タイヤ構造内の金属コードの方向によって、金属コードの存在が高周波に及ぼす更なる減衰の程度が決まる。したがって、この種のタイヤ構造は、「方向性」減衰体と呼ばれる。電磁場の方向は、高周波の伝送に用いられるアンテナの種類と方向の直接的な結果である。ある種のアンテナ構造は、他のアンテナ構造に比べて、方向性減衰体を介した伝送性をより好ましいものとする。公知のアンテナ構造の一つは同一出願人による米国特許第６，４７４，３８０号に開示されており、これは、ダイポールアンテナが、サイドウォールに固定され、金属体コードに垂直に配置されているものである。この種のアンテナ構造は、典型的には非取付監視デバイスと一緒には用いない。なぜなら、監視デバイスが動くと、全ての伝送の間に金属体コードに対してアンテナを垂直に維持することができないからである。従来の解決法には、非取付監視デバイスのタイヤ内での位置を制御し、アンテナを、タイヤのサイドウォールに対する予測可能な位置に置くことを試みるものである。当業者は、タイヤのサイドウォールに対する監視デバイスの位置に関わらず、タイヤのサイドウォールを介した信号の伝送を与える監視デバイス及びアンテナ構造を望む。

この発明は、監視アセンブリと、監視アセンブリからの信号を放射するよう構成されたアンテナとを有する監視デバイスを提供する。このアンテナは、タイヤのサイドウォールに対する監視デバイスの位置に関わらず、タイヤのサイドウォールの方向性減衰体を介した無線信号の実質的部分の放射を成功させるよう構成されている。一実施態様において、アンテナはその上で折り返された本体を有する。この本体は、アンテナ接地面に対して平行又は垂直とすることができる。他の実施態様において、この発明は、アンテナ接地面に対して０〜９０°の間の角度で配置されたアンテナ本体を与える。

また、この発明は複数の監視デバイスの実施態様を与える。これら実施態様のそれぞれが、監視デバイスの位置に関わらずタイヤのサイドウォールを介した伝送を与えるよう構成された、異なる放射スロットアンテナを有する。第１実施態様は、一対の円板状導電面により形成された単一スロットを用いる。第２実施態様は、２対の円板状導電面により形成された一対のスロットを用いる。第３の実施態様は、監視デバイスの外面に蛇行スロットを形成する一対の導電面を用いる。

また、この発明は、監視デバイスの封入層内又は監視デバイスの保護体内に配置することのできるアンテナ構造を与える。

添付の図面において、この発明のアンテナ構造を用いる電子式監視デバイスは、全体として参照数字２で示される。図１において、監視デバイス２は、空気入りタイヤ４内に遊動可能に配置されており、監視デバイス２の動きは、タイヤ４の本体と、タイヤ４が装着されたリム６とによってのみ制限される。前述したように、この種の監視デバイスをタイヤ４又はリム６に取り付ける必要はない。自由に動くことの欠点の一つは、監視デバイス２のアンテナが、タイヤ４又はリム６に対して一定の方向を維持しないという点である。これは、タイヤ２が、複数本の金属コード９を含むため減衰体として機能するサイドウォール８を有するという点で、問題である。タイヤ２の場合、減衰体が方向性を有する。本明細書において、「方向性」減衰体は、ある方向の信号を妨害する度合いが他の方向の信号に比べて小さいものとする。したがって、方向性減衰体は、これによって減衰される信号の方向によって決まる最小減衰レベルと最大減衰レベルとを有する。最大減衰レベルは、監視デバイスからの伝送を監視する読取器による信号の受信を妨げる。サイドウォールに対してアンテナの方向が固定されていると、最良又は最適アンテナ方向が存在すると同時に、最低アンテナ方向が存在する。非取付型監視デバイスにおいて、サイドウォールに対するアンテナの方向は変化する。したがって、従来技術の監視デバイスアンテナは、非取付型監視デバイスとともに用いると、最適でない方向に配置されることがある。そこで、下記のアンテナは、サイドウォール８に対するデバイス２の方向に関わらず、サイドウォール８を良好に通過することのできる無線信号方向性を与えるよう構成される。これにより、アンテナは、監視デバイスの位置とは独立した一定の性能を具える。

図２〜４は、アンテナ１０の第１実施態様を示しており、図５〜７はアンテナ１０の第２実施態様を示している。アンテナ１０の各実施態様は、サイドウォール８によって深刻に減衰されることのない少なくとも１つの部分を有する伝送パターンを具えるよう構成されているので、サイドウォール８の外部に位置する読取器１２が、サイドウォール８に対するデバイス２の方向に関わらず、信号を受信する。幾つかの実施態様において、読取器１２により受信された信号は、デバイス２がタイヤ４のチャンバ内で転動するので、一定の強度を有しているであろう。

本明細書に示したアンテナの実施態様の全てが、回路基板基準面１８内に配置された回路基板１６を有する例示的監視アセンブリ１４を用いて図示されている。基準面１８は、図４及び７においては紙面と同一平面上に配置されており、図２、３、５、６、８及び１０においては紙面に垂直に配置されている。また、監視アセンブリ１４は、図に示したバッテリ２０等の電源を含むこともできる。監視アセンブリ１４は、タイヤ４の温度又は圧力等の技術的状態（engineering condition）を測定し、この状態に関するデータを、アンテナ１０を介してタイヤ４の外部に配置された読取器にＲＦ伝送するセンサ及び電子部品２２をさらに含む。具体的なセンサ及び電子部品は様々であるが、当業で公知の種々の構成のいずれかとすることができる。例示的監視アセンブリは上述したとおりである。

例えば、監視アセンブリ１４は、１個以上のマイクロチップ、１個以上のアンプ、１個以上のバッテリ、１個以上のセンサ、例えば圧力センサ、温度センサ、及び／又はマイル長／距離センサ等のセンサを含んでもよい。図面には示していないが、マイクロチップ自体が上記の部品の全て又は幾つかを含むことができる。アセンブリ１４は、使用する読取器及びシステムの種類に応じて能動的又は受動的とすることができる。

アンテナ１０の第１実施態様は、基準面１８に実質的に平行に配置された本体３０を有する。この実施態様において、回路基板１６はアンテナ１０の接地面として機能する。本体３０は、回路基板１６の中又はその上に配置することもでき、あるいは図面に示したように基板１６から離間することもできる。離間した構造が望ましい場合には、複数の脚部３２を設け、その脚部３２の少なくとも１個を、アンテナ１０から放射されるべき信号を送る電子部品に電気的に接続する。また脚部３２は、本体３０に垂直な方向に信号を放射する。アンテナ１０の第２実施態様を図５〜７に示しており、図中、本体３０は、図６に示すように、基準面１８に垂直に配置される。この発明の代替実施態様において、アンテナ１０の本体３０を０〜９０°の間の角度で配置することができる。

本体３０のそれぞれをその上で折返し、サイドウォール８により異なって減衰されるような異なる向きの信号を作る。一実施態様において、本体３０は９０°の円弧のみを含むことができる。図に示した実施態様において、本体３０は、１８０°の円弧を含む少なくとも半ループを形成する。半ループは、略円滑な円形経路、略円滑な楕円経路、又は波状経路を取ることができる。したがって、本体３０から伝送された信号は、接地面に対して０〜１８０°の全ての角度で配置される。１８０°信号放射パターンは、本体３０の一領域が、サイドウォール８に対する監視デバイス２の方向に関わらず、サイドウォール８に対して望ましく配置される（これらの信号が最小減衰レベルで減衰される）ことを確実にする。したがって、監視デバイス２は、タイヤ４の外部にある読取器１２に信号を伝送しつつ、タイヤ４内を回動することができる。

本体３０は回路１６にわたって折り返されているので、いずれのアンテナ実施態様１０も監視デバイス２の緻密体内に収容することができる。アンテナ１０は、図２〜４に示すように、監視アセンブリ１４とともに硬質封入材料４０内に封入することができる。この材料は、相対的位置を維持することで顕著な曲げ力からアセンブリ１４及びアンテナ１０を保護する硬質エポキシとすることができる。また、アンテナ１０を、図５〜７に示すように、監視デバイス２の保護体４２内にまで延ばすこともできる。例示的封入層及び例示的保護体は、参照によりここに取り込む米国特許第６，０８２，１９２号明細書に開示されている。

図８に、この発明の監視デバイスの第３実施態様を全体として参照数字２で示す。この実施態様において、アンテナ５０は、デバイス２の本体を貫通する一対の離間した導電体５２及び５４を含む。この実施態様において、また以下の実施態様において、導電体５２及び５４は、デバイス２の本体部に配置された導電性ホイル又は導電性コーティングとすることができる。例示的実施態様において、各導電体５２及び５４は、図９に示すように円板状である。他の実施態様において、導電体５２及び５４とデバイス２の本体外面との交点により画定される外スロットは環状であり、一方導電体は、デバイス２の本体内部で曲がっている。例えば、導電体５２及び５４は、デバイス２の本体に配置された同心球の一部とすることができる。導電体５２及び５４は離間しており、デバイス２の本体外面にまで延びる空洞を形成し、かつ、デバイス２の略赤道にスロットを画定する。空洞を誘電充填材５６で満たしてもよい。他の実施態様において、機械的スペーサーを用いて導電体５２と５４の間の空間を維持して、空洞を中空のままにしておいてもよい。導電体５２及び５４の大きさ及び距離並びに材料５６の種類によってアンテナ５０を調整する。したがって、導電体５２及び５４は、デバイス２の本体を２つの部分に分割する。例示的実施態様において、監視アセンブリ１４を一方の半球に示しているので、デバイス２は予測可能な向きに停止するような重さとなっている。他の実施態様において、他方の半球にウエイトを入れて、デバイス２の平衡を取ることができる。

アンテナ５０を導電体５２及び５４の一方の中心に送り、導電体５２及び５２の他方はアンテナ５０の接地面として作用する。中心に送られると、アンテナ５０はスロットの全周から信号を放射する。放射された信号のある部分は、デバイス２の方向に関わらず、サイドウォール８を通過する。

図１０に、この発明の監視デバイスの第４実施態様を全体として参照数字２で示す。この実施態様において、アンテナ６０は、デバイス２の本体を貫いて延びる２対の離間した導電体６２及び６４を含む。導電体６２及び６４はそれぞれ第１及び第２平板脚部を有しており、これら脚部は互いに垂直に配置され、各脚部の外縁は曲がっている。例示的実施態様において、各導電体６２及び６４は、図１１に示すように、四分球の内面形状である。導電体６２及び６４は離間しており、デバイス２の本体の外部から、デバイス２の略垂直な赤道の一対のスロット内に延びる空洞を形成する。空洞を充填材５６で満たしてもよい。他の実施態様において、機械的スペーサーを用いて導電体６２と６４の間の空間を維持して、空洞を中空のままにしておいてもよい。導電体６２及び６４の大きさ及び距離並びに材料５６の種類によってアンテナ６０を調整する。したがって、導電体６２及び６４はデバイス２の本体を４つの部分に分ける。例示的実施態様において、監視アセンブリ１４とバッテリ２０は対向する四分円内に示されており、デバイス２の重さを均等にしている。また、必要に応じて、ウエイトを他の四分円に加えてもよい。

アンテナ６０は、２つの対向する導電体６２の中心に送られ、他の導電体６４はアンテナ６０の接地面として機能する。アンテナ６０は、両方のスロットの全周から信号を放射する。したがって、放射された信号の幾らかの部分が、デバイス２の方向に関わらず、サイドウォール８を貫通する。

図１２及び１３に、この発明の監視デバイスの第５実施態様を全体として参照数字２で示す。この実施態様において、アンテナ７０は、デバイス２の本体を貫いて延びる２つの導電体７２及び７４を含む。例示的実施態様において、各導電対７２及び７４は、それがデバイス２の外面で終端する場合には、蛇行パターンを形成する。導電体７２及び７４は離間しており、デバイス２の中心からデバイス２の本体を出てデバイス２の本体の周りに延びる蛇行スロット内に延びる空洞を形成し、スロットの少なくとも２つの部分が、デバイス２の六面図に表れるようにすることができる。空洞を充填材５６で満たしてもよい。一実施態様において、機械的スペーサーを用いて導電体７２と７４の間の空間を維持して、空洞を中空のままにしておいてもよい。導電体７２及び７４の大きさ及び距離並びに材料５６の種類によってアンテナ６０を調整する。したがって、導電体７２及び７４はデバイス２の本体を２つの部分に分割する。上記のように、監視アセンブリを、２つの部分の一方又は両方に配置して、上述したようにデバイス２のバランスを取る。

アンテナ７０は、２つの対向する導電体７２の中心に送られ、対向する導電体７４の他方はアンテナ７０の接地面として機能する。アンテナ７０は、蛇行スロットの全周から信号を放射する。したがって、放射された信号の幾らかの部分が、デバイス２の方向に関わらず、サイドウォール８を貫通する。

第３、第４及び第５実施態様のそれぞれにおいて、導電体は、図示のように、監視デバイスの本体を完全に貫通する必要はない。例えば、導電体の間に画定される空洞が、スロットから監視デバイスの本体内に延びるチャネルとなるように、導電体を構成してもよい。第３実施態様の場合、各導電体５２及び５４は、平板ドーナツ状又は平板ワッシャ状（円環体の直径を通る基準面により形成される形状）とすることができる。

前記の説明において、簡潔、明りょう、及び理解のために特定の用語を用いた。かかる用語は記述的目的のために使用されたのであり、かつ広く解釈されることを意図するものであるので、従来技術の必要性を超えた不必要な限定をこれら用語に含めるべきではない。

さらに、この発明に関する説明及び図は例であって、この発明は図示した又は説明した通りの内容に限定されない。例えば、この発明の例示的実施態様において説明した非取付型監視デバイスは、減衰体サイドウォールを有する空気入りタイヤに用いられる。これらの監視デバイスは、減衰体が監視デバイスと読取器の間に配置された他の用途にも用いることができる。例示的用途は、サイロ、冷凍機、ポンプ及びパイプといった種類のものを含む。

タイヤ内に遊動可能に配置されたこの発明の監視デバイスの一実施態様を有する断面で示した空気入りタイヤの外部に配置された読取器の図である。 監視デバイスの保護体を有する、この発明の監視アセンブリの第１実施態様の正面図であり、断面で示す。 監視アセンブリの第１実施態様の側面図である。 監視アセンブリの第１実施態様の底面図である。 監視デバイスの保護体を有する、この発明の監視アセンブリの第２実施態様の正面図であり、断面で示す。 監視アセンブリの第２実施態様の側面図である。 監視アセンブリの第２実施態様の底面図である。 この発明の監視デバイスの第３実施態様の断面図であり、監視アセンブリを持ち上げた状態で示す。 この発明の監視デバイスの第３実施態様に用いるアンテナの斜視図である。 この発明の監視デバイスの第４実施態様を示す、図８と同様の図である。 この発明の監視デバイスの第４実施態様に用いるアンテナの斜視図である。 この発明の監視デバイスの第５実施態様の正面図である。 図１２の線１３−１３に沿って取った側面図である。

Claims (7)

1. タイヤの技術的状態を監視し、この技術的状態に関連するデータをタイヤの外部に配置された読取器に伝送する非取付型監視デバイスであって、
   前記タイヤは監視デバイスに対する方向性減衰体を有し；前記方向性減衰体は最大及び最小減衰レベルを有し；前記非取付型監視デバイスはタイヤ内に遊動可能に配置されており；前記監視デバイスは監視アセンブリ及びアンテナを含むデバイスにおいて、
   伝送パターンを放射する方向性を有するアンテナを具え、前記伝送パターンは、タイヤのサイドウォールに対する監視デバイスの向きに関わらず、タイヤのサイドウォールの方向性減衰体により最小減衰レベルで減衰される部分を有し、
   前記アンテナは一対の離間した平行導電面を含み、
   前記監視デバイスは外面を画定する本体を有し、各導電面は監視デバイスの本体の外面まで延びてスロットを画定することを特徴とする監視デバイス。
2. 前記導電面の一方が監視アセンブリに電気的に接続されていることを特徴とする、請求項１に記載の監視デバイス。
3. 各導電体が円板状で中心を有しており、前記監視アセンブリは導電体の中心で導電体に電気的に接続されていることを特徴とする、請求項２に記載の監視デバイス。
4. 前記スロットは蛇行パターンを有することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の監視デバイス。
5. タイヤの技術的状態を監視し、この技術的状態に関連するデータをタイヤの外部に配置された読取器に伝送する非取付型監視デバイスであって、
   前記タイヤは監視デバイスに対する方向性減衰体を有し；前記方向性減衰体は最大及び最小減衰レベルを有し；前記非取付型監視デバイスはタイヤ内に遊動可能に配置されており；前記監視デバイスは監視アセンブリ及びアンテナを含むデバイスにおいて、
   伝送パターンを放射する方向性を有するアンテナを具え、前記伝送パターンは、タイヤのサイドウォールに対する監視デバイスの向きに関わらず、タイヤのサイドウォールの方向性減衰体により最小減衰レベルで減衰される部分を有し、
   前記アンテナは、４個の離間した導電体を含み、４個の導電体のそれぞれが、曲がった外縁を有する第１及び第２平板脚部を有し、第１平板脚部は第２平板脚部に垂直に配置されていることを特徴とする監視デバイス。
6. 前記監視アセンブリは導電体のうちの２個に電気的に接続されていることを特徴とする、請求項５に記載の監視デバイス。
7. 環境の技術的状態を監視するための非取付型監視デバイスにおいて、前記監視デバイスは、
   外面を有する本体と、
   前記本体の内部に配置された監視アセンブリと、
   監視アセンブリに電気的に接続されたアンテナであって、それぞれが本体の外面まで延びて本体の外面に連続スロットを形成する、少なくとも２個の離間した導電体を含むアンテナを含むことを特徴とする監視デバイス。

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