JP4559840B2 - 電子部品を硬化後にタイヤに取り付けるシステムおよび方法 - Google Patents

Description

本発明は、一般的には、タイヤの状態パラメータを監視するために電子部品を硬化後にタイヤに取り付けるシステムおよび方法に関し、特に、アンテナによって電子部品と離れた読み取り機や送信機との間の通信を容易にするため、電子部品をタイヤに設けられたアンテナに電気的に接続するためのシステムおよび方法に関する。

タイヤや車輪の識別情報や、その他のデータを無線周波数で電子的に伝送する、アンテナを含む環状装置が一般に用いられている。装置は、少なくともタイヤまたは車輪の識別情報を保持するために十分なデータ容量を有する一体型の回路チップを備えた無線周波数のタグ、すなわちトランスポンダを含んでいる。タイヤの空気圧や、トランスポンダの位置でのタイヤや車輪の温度など、他のデータは、識別情報とともにトランスポンダによって伝送される。

環状のアンテナは、タイヤに搭載され、トランスポンダからのデータを無線周波数で、車輪アセンブリに搭載された読取り機まで伝送する。アンテナおよびトランスポンダは、「硬化前」のタイヤ組立て工程で、タイヤに組込まれてもよい。アンテナを硬化前の工程で組立てることによって、タイヤとアンテナとの結合性は、大きく改善される。しかし、実際には、これをおこなうことは非常に難しい。ラジアルプライタイヤもバイアスプライタイヤも、製造過程において、実質的に直径方向に広げられる。バイアスプライタイヤは、グリーンタイヤを円環体のモールド内に押込めるブラッダを通常有している硬化用プレスに挿入されるときに、直径方向に広げられる。ラジアルプライタイヤは、タイヤ組立てプロセスまたは形成プロセスのときに直径方向に広げられ、さらに、硬化の工程で直径方向に広げられる。したがって、硬化工程の前にタイヤに組込まれた環状のアンテナおよびこれに接続された電子タグは、部材の損傷が生じる可能性のある大きな応力に耐えなければならない。特に、電子タグ、および、タグ・アンテナ間の接続部は、硬化前の組立てにおいてタイヤが受ける力によって、損傷を受けやすい。

電子タグ、または、タグ・環状アンテナ間の接続部が硬化中に損傷を受けることを避ける他の手段として、タグとアンテナとを独立した環状装置として組立て、硬化後にタイヤに取付けることが知られている。環状装置は、タイヤが硬化された後に、接着剤や他の公知技術によって、タイヤに取付けられることができる。このような手段は、タイヤ製造時にタグの電子部品が損傷することを防止できるが、硬化後の工程でアンテナとタグとを接着剤でタイヤに取付けることは、いくつかの欠点がある。まず、この方法は製造プロセスの労務量を増やし、従ってコストを増やす。次に、環状装置がタイヤにしっかりと取付けられるかどうかは、用いられる接着システムの効果に依存する。高価でなく、使いやすく、タイヤのライフサイクルを通じて機能が持続する適切な接着剤の開発は、課題が多い。

以上のことから、便利で、コスト的に有利で、信頼性のある、タグ電子部品のタイヤへの取付けシステムおよび取付け方法に対する必要性が存在している。その方法は、電子部品の機能上の安全性をより一層高め、アンテナ・タグ電子部品間の電気的結合をより確実とするものでなければならない。最後に、その方法は、理想的には、上述した硬化前組立ておよび硬化後組立ての双方の長所を取り込み、双方の欠点を避けるものであることが望ましい。

電子部品をタイヤ製造に伴う損傷力から防護しつつ、アンテナ装置をタイヤにしっかりと固定するという目的を達成する、電子部品をタイヤの硬化後にタイヤに取り付ける方法が開示される。

本発明の方法は、アンテナワイヤを第１、第２の自由端を有する所定の形状に形成するステップと、金属環の開口を取り囲む導電性の領域を有するベースプレートを両自由端の間に設けるステップと、アンテナワイヤの各自由端を、ベースプレートの対応する導電性の部分と電気的に接続させるステップと、アンテナワイヤの各自由端とベース部材の導電性の部分との接続を保持するために、取外し可能なプラグをベース部材に取り付けるステップと、アンテナワイヤをタイヤの製造工程中にタイヤの中で硬化させるステップと、硬化後の工程で、プラグをベース部材から取除くステップと、タグキャリアをベース部材に取り付けるステップと、タグキャリアとアンテナワイヤの各自由端との間の電気的接続を確立するステップとを有している。

本発明の一つの実施態様では、本発明の方法は、アンテナワイヤを環状の形状に形成するステップを含んでいてもよい。別の実施態様では、本発明の方法は、アンテナワイヤの各端部を、ベースプレートに設けられ、各端部の各々に対応する導電性の金属環を通して延ばすステップと、プラグのプロングをベース部材の各金属環に挿入することによって、取外し可能なプラグをベースプレートに取り付けるステップと、アンテナワイヤの各端部を、プラグの突起によって、所定の位置に保持するステップとを有していてもよい。

本発明の他の実施態様では、取外し可能なプラグとタグキャリアは、互いに入れ替えて、ベースプレートに係合することができる。プラグ部材は、タイヤ製造中にアンテナアセンブリがタイヤに取り付けられる際に、アンテナアセンブリに組み込まれる。その後、プラグ部材は、タイヤ硬化後に、簡易な方法でタグキャリアと交換される。タグキャリアの電子部品はこのようにして、タイヤ製造中の損傷から防護される。タグキャリアおよびプラグ部材は、安価に製造でき、容易にアンテナアセンブリに組み込まれ、簡易な方法で互いに入れ替えられる。

本発明を、添付の図面を参照して、例示によって説明する。図８を参照すると、本発明の好ましい実施形態が、タイヤ１２の内部まで展開されて示されている。タイヤ１２は、従来の方法によって、ゴムやゴム合成物等の従来の材料で形成されており、ラジアルプライ構成またはバイアスプライ構成のいずれでもよい。典型的なタイヤ１２は、トレッド１４と、ショルダ１６と、環状のサイドウォール１８と、終端部のビード２０とを有している。インナライナ２２が形成され、タイヤ空間２４を画定している。タイヤ１２は、外周リムフランジ２８と外側リムフランジ面３０とを有する環状リム２６に取付けられるようにされている。環状リム２６は、従来どおりの形状で、鋼等の適切な強度を有する金属からなっている。

環状のアンテナ３２は、好ましい実施形態では、正弦曲線状の形状を有している。アンテナ３２はまた、別のパターンに形成されていてもよく、必要に応じ１本または複数本のまっすぐなワイヤでもよく、フィラメントワイヤ、コード、または撚線でもよい。ワイヤの材料としては、鋼、アルミニウム、銅、または他の導電性ワイヤを用いることができる。ワイヤ径は一般的には、アンテナとしての作動上重要ではないと考えられているが、細径ワイヤの多条撚線構造が望ましい。アンテナ３２は、その曲線状の形状によって可撓性を備えており、タイヤ製造時および使用時の破断の危険性が最小化される。

引き続き、図８を参照すると、上述の一般的形状のタグキャリア３４が設けられている。タグキャリア３４は、圧力や温度等のパラメータを検出する手段を含んでいてもよい。図示のように環状に形成された支持ストリップ３６は、装置１０の一部として含まれている。支持ストリップ３６は、電気絶縁性を備えており、好ましくは、ゴムまたはプラスチック等の当産業において一般的な、半硬質のエラストマ材料で形成されている。ストリップ３６は、アンテナワイヤ３２を実質的に包むように、そして少なくともタグキャリア３４の部分を包むように形成されている。したがって、図８に示す製造後の状態では、装置１０は、アンテナ３２と、タグキャリア３４と、支持ストリップ３６とを有する、単一の概ね円形のアセンブリである。装置アセンブリ１０の直径は、タイヤ１２のサイズの関数である。アンテナアセンブリ１０のタイヤ上の好ましい設置位置は、リムフランジ３０の直上である。ここに設けることによって、タイヤの動きによってアセンブリが受ける応力を最小化し、他の場所に設けると金属製リムによって引き起こされるであろう、タグ・外部読取り機（図示せず）間の無線周波数通信への干渉を最小化する。なお、特定のタイヤへの適用にあたって必要であれば、アンテナアセンブリ１０を他の場所に設置することも可能である。

図８より、環状アセンブリ１０をタイヤに取付けるのは、タイヤ製造プロセス中が最適であることが明らかであろう。タイヤを硬化することで、アセンブリ１０はライナ２２に直接固着し、信頼性の高い機械的結合が実現される。しかし、前述の理由によって、タグ７０および／またはそのリード７２，７４は、タイヤ製造工程中に大きな応力を受け、電子部品が損傷する可能性がある。本発明は、タグ７０を製造プロセス中に、仮アセンブリを代わりに設けることによって、このような損傷の可能性を回避している。

図１を参照すると、本発明は、銅や鋼等の導電性材料で作られ、概ね矩形の本体４０を有するベースプレート３８を用いている。ベースプレートの本体４０は、一対の互いに離れた、本体４０を貫通する円形の金属環４２，４４を含んでいる。プレート３８は、組立て工程の第１ステップでは、アンテナワイヤ３２の自由端４６，４８の間に設けられている。アンテナの自由端４６，４８は、図示の通り、プレート３８の下側から、各々の金属環４２，４４を通って上方に延びている。金属環４２，４４は、アンテナの端部４６，４８を介して、アンテナとタグ電子部品パッケージとの間で電気信号を伝える。

図１〜３を参照すると、組立て工程の第２ステップでは、アンテナの端部４６，４８は、ベースプレート３８に結合されたプラグ部材５０によって固定されている。プラグ部材５０は、実質的にベースプレート３８を覆う寸法を有する、矩形のボディ５２を含んでいる。互いに離れたプロング、すなわち突起５４，５６が、ボディ５２から突き出ており、各プロングは赤道部５８の直径が拡大している。プロング５４，５６は、ベースプレート３８の開口４２，４４に押し込み挿入可能な寸法および間隔を有しており、それによって、プラグ部材５０は、ベースプレート３８に取外し可能に結合されることができる。当業者には理解されるであろうが、プロング５４，５６と開口４２，４４との間の摩擦保持力は、プロング５４，５６の直径および形状を調整することによって、変更・調整が可能である。プラグ部材５０は、プロング５４，５６を各々の開口４２，４４から引き抜くことによって、ベースプレート３８から取外すことができる。プロング５４，５６を開口４２，４４に押し込み挿入することによって、アンテナの端部４６，４８は開口４２，４４の側面で締め付けられ、形成工程中および硬化工程中にワイヤが外れることが防止される。

図２に示すようにプラグ部材５０が取り付けられた環状のアセンブリは、その後タイヤに合う形状にされ、上述のように、図８に示すとおり、タイヤのライナ上に取り付けられる。タイヤは硬化され、環状のアンテナアセンブリはこれによってタイヤの中で硬化される。プラグ部材５０は、以上の工程中、ワイヤの端部４２，４４とベースプレート３８とが互いに動かないように、これらを保持する。

図５〜７に、タグキャリアの詳細図を示す。図示の通り、キャリア６０は、プラスチック等の任意の適切な材料で作られたキャリアの本体６２を有している。本体６２は上部の円筒形ソケット６３につながる、内側および上側に向かって細くなる側面６１を有している。プロング、すなわち突起６４，６６が、互いに離れた位置で、本体６２から垂下して設けられている。プロング６４，６６は、赤道部６８の直径が拡大するように形成されている。電子タグ７０が、ソケット６３の中に着座し固定されている。本発明は特定のタグを意図したものではなく、当業界で利用できるあらゆる適切な電子タグを用いることができる。典型的なタグパッケージは、タイヤ空間内の温度や圧力を測定するセンサ手段を有している。このタグは、識別コードを有するタイヤを識別するために、当該識別コードを内部に保存していてもよい。一般的なタイプのタグは、バッテリ等の現場動力源によって、動力を与えられてもよい。しかし、外部の無線周波数帯エネルギ源から、アンテナ手段によって動力が伝送されるタグの方がより有用である。このような構成は、バッテリの交換が不要であり、したがってより好ましいであろう。典型的には、タグはアンテナを通して、無線周波数帯の信号によって、乗物に取り付けられた外部の読み取り機と通信をおこなう。タグとアンテナとは、リード導線７２，７４によって接続されている。図７からもっともよく分かる通り、リード７２，７４はキャリアの本体６２を貫通して、キャリアの各プロング６４，６６の外周面の赤道面６８の近くに設けられた端子７６まで延びている。リード７２，７４は、端子７６がプロング６４，６６の外で、意図された向きで、実質的に赤道面６８で固定されるように、キャリアの本体６２によって、支持されている。

プラグ部材５０は、硬化後の工程で、プロング５４，５８を開口４２，４４から引き抜くことによって、ベースプレート３８から分離される。アンテナ端部４６，４８は金属環４２，４４の中にそのまま残る。次のステップで、キャリアのプロング６４，６６が金属環４２，４４に押し込み挿入され、図５に示すタグキャリアは、ベースプレート３８と係合するように挿入される。こうして、プロング６４，６６が、プラグ部材５０のプロング５４，５６の代わりに取り付けられる。プロング６４，６６は、プロング５４，５６と同様の形状であり、赤道部６８の直径が拡大されている。プロング６４，６６は、図６に示すように、アンテナリード７２，７４を開口４２，４４の側壁に押し付け、アンテナ端部４６，４８とベースプレート３８との間で、しっかりした電気的接続が確立され、維持されるようにする。

図６，７を参照すると、プロング６４，６６を金属環の開口４２，４４に挿入することによって、タグリード７２，７４の端子７６とベースプレート３８との間の電気的接続もまた確立され、維持されることに注意されたい。プロング６４，６６，５４，５６は、弾性力のあるプラスチック材料で作られていることが望ましい。これらのプロングがベースプレートの金属環に押し込み挿入されると、プロングは圧縮され、半径方向外側の力をアンテナの端部に及ぼす。タグ７０の端子７６は、各プロング６４，６６が対応する金属環に完全に挿入されたときに各リードの端子７６が各金属環を画定する側壁に押し付けられるように、径が大きくなっている各プロングの赤道面に設けられている。このようにして、タグ７０とベースプレート３８との間に、リード７２，７４を介したしっかりとした電気的接続が確立される。同じキャリアプロング６４，６６はまた、アンテナ端部４６，４８を金属環の側壁に押し付けるように働くので、アンテナも同様にして、ベースプレート３８と電気的に接続される。この結果、タグ７０とアンテナ３２との間に電気的接続が確立される。

以上述べたことから、本発明は上記に概略を述べた必要性を実現していることが理解されよう。まず、本発明の方法は、環状のアンテナと支持ストリップとがタイヤ組立て工程中にタイヤの中に組み込まれ、良好な健全性を保って機械的に接続される。一方、タグ７０はプラグ部材５０が代わりに取り付けられることによって、組立工程に伴う応力を受けないですむ。プラグ部材５０は、簡易な方法で環状アンテナ装置に挿入され、アンテナの端部をベースプレートの金属環内の指定された場所に保持するように働く。硬化後の工程で、プラグ部材は簡易な方法で取除かれ、タグキャリアと交換される。交換することによって、大量の労務や部品を必要とせずに、タグ電子部品と環状アンテナワイヤとの電気的接続が効率的に確立される。タグ電子部品はこのようにして、最後の段階で環状アンテナアセンブリに組み込まれる。

アンテナの端部が接続されたベースプレートの上面図である。 タイヤに取り付けられる前のプラグ部材とアンテナアセンブリの上面図である。 プラグ部材の側面図である。 タグキャリアとアンテナアセンブリの上面図である。 タグキャリアの側面図である。 タグキャリアとアンテナアセンブリの分解側面図である。 図５に示すタグキャリアの縦断面図である。 環状のアンテナアセンブリが固定されたタイヤを図示する、部分破断斜視図である。

符号の説明

１０ アンテナアセンブリ
１２ タイヤ
３２ アンテナワイヤ
３４ タグキャリア
３６ ストリップ
３８ ベースプレート
４０ 本体
４２，４４ 金属環
４６，４８ 自由端
５０ プラグ部材
５２ ボディ
５４，５６，６４，６６ プロング
６０ キャリア
６２ 本体
６３ ソケット
７０ 電子タグ
７２，７４ リード導線
７６ 端子

Claims (3)

1. 電子部品をタイヤの硬化後にタイヤに取り付ける方法において、
   アンテナワイヤの両端の第１、第２の端部を、ベース部材の導電性を有する部分に結合するステップと、
   前記アンテナワイヤをタイヤの中で成形し、加硫する間、前記のアンテナワイヤの各端部を所定の位置に保持するために、プラグを前記ベース部材に取り付けるステップと、
   硬化後の工程で、前記プラグを、タグを支持しかつ前記のアンテナワイヤの各端部と該タグとの間の電気的接続を確立する手段を備えたタグキャリアに交換するステップと
   を有することを特徴とする方法。
2. 前記のアンテナワイヤの各端部を、前記ベース部材に設けられ、該端部の各々に対応する導電性の金属環を通して延ばすステップと、
   前記プラグの突起を前記ベース部材の前記各金属環に挿入することによって、取外し可能な前記プラグを前記ベース部材に取り付けるステップと、
   前記アンテナワイヤの各端部を、前記プラグの突起によって、所定の位置に保持するステップと
   を有する、請求項１に記載の方法。
3. 電子部品をタイヤの硬化後にタイヤに取り付ける方法において、
   アンテナワイヤを第１、第２の自由端を有する所定の形状に形成するステップと、
   導電性の部分を有するベース部材を前記両自由端の間に設けるステップと、
   前記アンテナワイヤの前記各自由端を、前記ベース部材の対応する前記導電性の部分と電気的に接続させるステップと、
   前記アンテナワイヤの前記各自由端と前記ベース部材の前記導電性の部分との接続を保持するために、取外し可能なプラグを前記ベース部材に取り付けるステップと、
   前記アンテナワイヤをタイヤの製造工程中にタイヤの中で硬化させるステップと、
   硬化後の工程で、前記プラグを前記ベース部材から取除くステップと、
   タグキャリアを前記ベース部材に取り付けるステップと、
   前記タグキャリアと前記アンテナワイヤの前記各自由端との間の電気的接続を確立するステップと
   を有することを特徴とする方法。

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