JP4585183B2 - 環状のアンテナおよびトランスポンダ装置と、それらを空気入りタイヤ内に配置する方法 - Google Patents

Description

本発明は、概して、タイヤおよび車輪に関するデータを送信するための、タイヤ内のアンテナおよびトランスポンダを含む環状の装置の組立および配置に関し、特に、環状の装置の、競合する複数の性能基準を最適化する、タイヤまたは車輪に対する組立および配置方法に関する。

タイヤまたは車輪に関する識別データまたは他のデータを無線周波数で電子的に送信する、アンテナを含む環状の装置が一般に使用されている。この装置は、少なくともタイヤまたは車輪についての識別情報を保持するのに十分なデータ容量を有する集積回路チップを備えた無線周波数トランスポンダを有している。タイヤの膨張圧やトランスポンダの位置でのタイヤまたは車輪の温度のようなその他のデータを、トランスポンダによって識別データとともに送信することができる。

引用によって本明細書に組み込まれる後述の文献によって明示されているように、環状のアンテナを用いて、タイヤまたはタイヤと車輪の組立体の構造内に収容されているトランスポンダからデータを無線周波数で送信することが、当該技術分野において公知である。アンテナおよびトランスポンダは「硬化前の」製造中にタイヤに組み込むことができる。しかし、実際には、それを行うのは非常に困難である。ラジアルプライタイヤとバイアスプライタイヤはいずれも、製造工程中に直径方向にかなり広げられる。バイアスプライタイヤは、グリーンタイヤを収容している金型の円環状部内にグリーンタイヤを押し込むブラダーを通常有する硬化プレス内に挿入されたときに、直径方向に広げられる。ラジアルプライタイヤは、タイヤの組立工程または成形工程中に直径方向に広げられ、硬化工程中に直径方向にさらに広げられる。タイヤに組み込まれている環状のアンテナとそれに関連する電子回路は全て、製造中にタイヤが直径方向に広げられる間、構造的に完全な状態と、アンテナとトランスポンダパッケージの間の機械的接続とを維持可能なものでなければならない。一旦タイヤに組み立てられると、アンテナ、トランスポンダ、またはアンテナとトランスポンダの接続部に修理できない何らかの動作不良が検出された場合、タイヤが使用できなくなり、タイヤを廃棄しなければならない場合がある。したがって、環状のアンテナ−トランスポンダ組立体をタイヤの製造中にタイヤ内に配置すると、その後で組立体の構成部材が故障または破損することによって、その他の点では好適な、主要部であるタイヤを破壊しなければならなくなるおそれがある。

製造中に環状のアンテナ−トランスポンダシステムをタイヤに組み込む際に環状のアンテナ−トランスポンダシステムが損傷するおそれがあるだけでなく、このようなアンテナ−トランスポンダシステムの損傷が乗物のタイヤの動作によって起こるのも珍しいことではない。公知のタイヤ圧監視システム内のループアンテナは、従来、硬化工程中にタイヤのクラウン、タイヤのビード、またはサイドウォールに配置されている。クラウン内に位置するアンテナおよびトランスポンダはかなりの圧縮ひずみを受け、サイドウォールでは大きいひずみ振幅を受ける。このような位置は、タイヤの高負荷領域および変形領域に相当する。したがって、このような位置のアンテナ、トランスポンダ、およびアンテナとトランスポンダの接続部には、破損および機械的または電気的な障害が起こりやすい。

タイヤにトランスポンダモジュールを取り付けることに関する他の問題には、トランスポンダモジュールを交換する必要がある場合にその全体を交換しなければならないことと、電池駆動式（「能動型」）トランスポンダの場合、必要に応じて電池を交換しなければならないことが含まれる。「能動型」トランスポンダであるか、「受動型」トランスポンダであるかにかかわらず、トランスポンダのコストはタイヤ全体のコストのうちのほんの一部にしかならないことが好ましい。したがって、トランスポンダが動作不能であるためにタイヤ全体を交換することは極めて望ましくない。米国特許第５５０００６５号の図１３に示されているようにトランスポンダをタイヤ内に永久に埋め込む場合、トランスポンダユニットまたはその何らかの構成部材を交換することは実際上不可能である。

米国特許第５１８１９７５号は、タイヤ内にトランスポンダを取り付けるいくつかの位置および技術を開示している。すでに製造されたタイヤでは、トランスポンダを、タイヤの継ぎ当て部材（パッチ）または同様の材料あるいは装置によって、インナーライナの軸線方向内側に取り付けてもよく、またはタイヤのサイドウォールの軸線方向外側に取り付けてもよい。米国特許第５２１８８６１号も、集積回路トランスポンダおよび圧力変換機を空気入りタイヤ内に取り付ける位置および技術を開示している。各従来技術の手法は、トランシーバとアンテナが１つのシステムを構成するという共通の問題を有する。最適な磁気接続のため、かつ３６０度の連続的な読取りを可能にするために、アンテナが環状であることが望ましい。トランスポンダと環状のアンテナとを、しっかりと効果的に機械結合するための方法には問題があり、従来技術では、満足のいく解決策は見出されていない。
米国特許第５５０００６５号 米国特許第５１８１９７５号 米国特許第５２１８８６１号 国際特許公開第９９／２９５２５号 米国特許第４３１９２２０号 米国特許第６１４７６５９号 米国特許第４０７４２２７号 米国特許第５４９１４８３号 米国特許第５４７９１７１号 米国特許第５２７０７１７号 米国特許第５３０４１７２Ｂ号 米国特許第６０６２０７２号 国際特許公開第９９／２９５２３号（国際特許出願ＰＣＴ／ＵＳ９７／２２４７０号） 米国特許第４９１１２１７号 米国特許第６２２８９２９号 米国特許第６２５５９４０号 米国特許第６３６９７１２号 国際特許公開第０１／１２４５２号（国際特許出願ＰＣＴ／ＵＳ９９／１８６６６号） 国際特許公開第０１／１７８０６号（国際特許出願ＰＣＴ／ＵＳ９９／２０２７１号） 国際特許公開第０１／３６２２１号（国際特許出願ＰＣＴ／ＵＳ９９／２７０９４号 国際特許公開第９９／２９５２２号（国際特許出願ＰＣＴ／ＵＳ９７／２２４６３号）

構成上の最終的な目的は、各種のトランスポンダと、当該産業界において市販されている様々な種類および様々なサイズの空気入りタイヤとに適合することのできる標準プラットフォームを設けることである。最も望ましくは、標準化された環状の装置は様々な製造業者の製造した構成部材に適合し、環状のシステムプラットフォームにおけるこのような一様性は、このプラットフォームが市場で受け入れられるために役立つであろう。

本発明の他の目的は、トランスポンダを、タイヤの製造中または製造後のいずれでも、うまい具合に挿入し、取り外し、交換し、および／または維持することができるように、トランスポンダモジュールを空気入りタイヤに取り付ける方法および装置を提供することである。さらに、これらを利用する環状の装置および方法は、正確な測定を容易にするように、トランスポンダセンサをタイヤの空洞内の最適な位置に配置するように作用するであろう。

本発明の他の目的は、トランスポンダおよびトランスポンダ用のアンテナを空気入りタイヤ内に取り付ける方法および装置を提供し、トランスポンダとアンテナを機械的に結合されていない関係にすることである。

本発明の他の目的は、タイヤの性能に対する影響を最小限に抑えながら、タイヤ製造工程中の任意の時点でトランスポンダモジュールを空気入りタイヤに取り付ける方法を提供することである。

米国特許第５１８１９７５号および第５２１８８６１号に記載されているように、タイヤの、間隔を置いて配置された２つの金属ビードの一方が、タイヤ内に取り付けられている、直径の大きな、変成器の一次巻線の必要条件を満たすことができる。それらの構成では、タイヤ内のビードの位置が低負荷・変形領域に相当するが、この利点が、タイヤが取り付けられビードが密に隣り合う導電性金属製の車輪の望ましくない電磁的な影響によって相殺されるという欠点がある。したがって、アンテナ−トランスポンダ組立体をビードに配置することによって、タイヤの動作の結果として生じるひずみから組立体を保護することができるが、このような配置に伴う干渉の問題によって通信の質が不十分なものになることがある。

ＰＣＴ出願公開ＷＯ９９／２９５２５号によって教示されているように、アンテナをタイヤのビード領域からクラウン領域に移動させると、車輪リムによって起こる磁気干渉が回避されるが、アンテナは高ひずみ領域に配置される。その結果、タイヤの動作によってアンテナが損傷する可能性がある。

アンテナは、ＲＦ（無線周波）発生装置、トランスポンダまたは関連する他の電子装置、およびシステムの入力電力要件に応じて、前に概略的に説明した機械的要件だけでなく、導電性の要件も満たさなければならない。好適なケーブルの構成は、銅、銅で被覆されたスチール、アルミニウム、または他の任意の高導電性金属からなる１本または複数のワイヤである。アンテナ用ワイヤは、電力損失および信号伝達損失を最小限に抑えるために電気抵抗が最小限でなければならない。アンテナとトランスポンダのコイルの間の磁気結合によってトランスポンダパッケージに電力が供給される受動型システムでは、アンテナと、アンテナおよびトランスポンダの結合部が、高エネルギー伝導も容易にしなければならない。

米国特許第４３１９２２０号は、タイヤ内の車輪ユニットと、共通の受信機とを有する、タイヤ圧を監視するシステムを開示している。米国特許第６１４７６５９号は、タイヤ内の金属製の構成部材を、トランスポンダに直接接続されているアンテナとして使用することを開示している。米国特許第４０７４２２７号は、タイヤ用のタイヤ圧インジケータを開示しており、タイヤの周りに円形ループとして配置されている信号コイルに接続されたトランスポンダを含んでいる。米国特許第５４９１４８３号は、インピーダンス変成器を介してトランスポンダに機械的かつ磁気的に結合された環状の単一のループアンテナを開示している。米国特許第５４７９１７１号は、アンテナがタイヤの周縁部の周りに取り付けられ一端に結合コイルを含んでいる、タイヤ用の二重結合トランスポンダおよびアンテナ組立体を開示している。トランスポンダは、コイルの近くに位置し、コイルに緩やかに結合されている。同様に、米国特許第５２７０７１７号は、緩やかな結合コイルによってトランスポンダに結合された長いアンテナを有するＲＦ−ＩＤトランスポンダを開示している。米国特許第５３０４１７２Ｂ号は、受信機に接続されたループアンテナを含むタイヤ膨張圧監視システムを開示している。米国特許第６０６２０７２号は、タイヤのサイドウォールまたはトレッド領域に組み込まれたいくつかの巻線を持つアンテナを有する送信機を含むタイヤ圧監視システムを開示している。ＰＣＴ出願ＰＣＴ／ＵＳ９７／２２４７０号は、リムに取り付けられるかまたはタイヤの赤道面に埋め込まれた弾性材料のリングに組み込むことができる環状の装置を開示している。米国特許第４９１１２１７号は、タイヤトランスポンダおよび信号送信機を開示している。米国特許第５１８１９７５号は、タイヤのビードを変成器の一次巻線として使用するタイヤ送信機を開示している。米国特許第５２１８８６１号は、コイルアンテナを有するタイヤ用トランスポンダを開示している。米国特許第６２２８９２９号は、導電性ゴムのストリップを有するタイヤを開示している。米国特許第６２５５９４０号は、継ぎ当て取付式のタイヤタグを教示している。米国特許第６３６９７１２号は、タイヤ用の調整可能な温度センサを開示している。ＰＣＴ出願ＰＣＴ／ＵＳ９９／１８６６６号は、タイヤ用のトランスポンダおよび結合部材を開示している。ＰＣＴ出願ＰＣＴ／ＵＳ９９／２０２７１号はタイヤ監視システムを開示している。ＰＣＴ出願ＰＣＴ／ＵＳ９９／２７０９４号は空気入りタイヤ用のトランスポンダおよびアンテナ装置を開示している。ＰＣＴ出願ＰＣＴ／０９／７７１５３９号は、環状のアンテナを含むタイヤ監視システムを開示している。ＰＣＴ出願ＰＣＴ／ＵＳ９７／２２４６３号は、タイヤの赤道面に埋め込まれたアンテナを含むタイヤ用の環状の装置を開示している。

上に列記した従来技術はうまく機能し、当該産業界の要求を満たすための、実施可能ないくつかの手法を表しているが、各手法に固有の、ある欠点によって、ここにまとめられた従来技術では、環状のアンテナ−トランスポンダシステムをタイヤに機械的に組み込むのに十分なシステム、組立体、および方法は実現されない。従来技術で教示されている、アンテナをトランスポンダに結合する技術では、満足できる結合係数が得られない。さらに、従来技術は、所望のトランスポンダとループの接続部よりも耐久性に乏しく、一般に、実施が面倒でタイヤの製造中および動作中に破損しやすい。さらに、環状のアンテナ−トランスポンダシステムをタイヤに組み込む従来技術の方法では、すでに製造されているタイヤに監視システムをうまい具合に後から取り付けて組み込むのは容易ではなく、環状の組立体または構成部材を必要に応じてすぐに修理または交換するのは容易ではない。最後に、環状のアンテナをトランスポンダパッケージに結合する既存の従来技術のシステムは、装置をタイヤ上またはタイヤ内の最適な位置に配置し、一方では前述した機械的な目的を個別にまたはまとめて実現することはできない。

本発明は、環状のアンテナをトランスポンダなどの電気装置に結合する公知のシステムおよび方法の欠点を解消する。環状のアンテナは、トランスポンダに直接または間接的に結合される。本発明の一実施態様によれば、高い電磁透磁率を有する材料で構成された環状体が、巻線によってトランスポンダ装置に結合されている。アンテナループは、環状体の中央開口部を直接貫通し、巻線や機械接続を利用せずに環状体に直接磁気結合されている。トランシーバの磁界のためにループアンテナに生じる電流によってループの近くに磁気が発生するため、ループと環状体の間、したがってトランスデューサへの巻線内で電気結合が生じる。したがって、磁界は、アンテナループのワイヤを密に囲む環状体内に直接生じる。このような結合を以下では直接磁気結合（ＤＭＣ）と呼ぶ。ＤＭＣの手法によって、アンテナループは、機械接続することなくトランスポンダパッケージを通過することができ、したがって、ループワイヤとトランスポンダパッケージを機械接続してそれを維持することに関する問題が解消される。環状体をトランスポンダパッケージに結合させる巻線は、最適なインピーダンス整合に適合させるために変更可能である。したがって、ＤＭＣ技術では、アンテナループとトランスポンダの機械接続が回避されているため、破損に対する抵抗の大きい高エネルギー結合が得られる。さらに、アンテナループをトランスポンダに取り付ける工程が簡略化され、ワイヤ束すなわちケーブルとトランスポンダの間の遠隔結合が容易になる。さらに、ＤＭＣ技術を用いた、環状のアンテナとトランスポンダの間の磁気結合は、連続的な３６０度の読取りの間維持され、呼掛領域内の不感域が無くなる。

本発明の他の態様によれば、環状の組立体は、タイヤの、ひずみをあまり受けず、金属製の車輪リムから電磁的な影響を受ける可能性が低い位置に取り付けられている。

本発明のさらに他の態様によれば、アンテナおよびトランスポンダは、アンテナとトランスポンダパッケージを一体的に搬送できるようにリング状の組立体を形成する非導電性のキャリアストリップに、少なくとも部分的に埋め込まれている。このような組立体は、タイヤの製造工程中にタイヤに組み込むことができるが、製造前の取付工程において接着剤または他の公知の方法によってタイヤに取り付けられるのが好ましい。キャリアストリップは少なくとも４つの目的を果たす。第１に、キャリアストリップは、封入しているアンテナワイヤおよびトランスポンダを完全な状態に保つ。第２に、キャリアストリップは、必要に応じて、既存のタイヤに監視システムを後から取り付けるため、または欠陥のある構成部材を交換するために、うまい具合に移送し、保管し、配置することができる単一の組立体を形成する。第３に、キャリアストリップは、アンテナを、それが貫通して延びるトランスポンダの環状体に対する最適な所望の位置に維持する。最後に、キャリアストリップは、トランスポンダの、タイヤの空洞に対する最適な向きを維持する役目をする。

本発明の他の態様によれば、トランスポンダなどの電子装置にループアンテナを付属させ、タイヤ上のアンテナ−トランスポンダ組立体を、該組立体をタイヤの動作によって生じるひずみと、車輪リムによる電磁的な干渉とから保護する位置に配置する方法が提供される。この方法は、ループアンテナを直接電子装置に結合するか、または変成器などの環状体を貫通するように間接的に電子装置に結合する工程をさらに含む。アンテナおよびトランスポンダパッケージを一体的に搬送できるようにし、かつアンテナとトランスポンダの相対位置をそれぞれの最適な向きに固定するために、アンテナおよび電子装置パッケージを、非導電性のキャリアストリップ材料内に少なくとも部分的に封入する工程をさらに含む。

本発明の利点は、当業者には明らかであり、以下に詳しく記載され添付の図面によって示されている好ましい実施形態および他の実施形態によって実現される。

［定義］
「軸線方向の」および「軸線方向に」は、タイヤの回転軸に平行なラインまたは方向を意味する。

「ビード」または「ビードコア」は、概して、タイヤの、タイヤをリムに保持することに関連する、半径方向内側のビードの環状の引っ張り部材を含む部分を意味し、ビードは、プライコードで覆われて成形されており、他の補強部材を含んでいても含んでいなくてもよい。

「周方向の」は、軸線方向に垂直な、環状のトレッドの表面の周縁に沿って延びる円状のラインまたは方向を意味することが最も多く、断面を見たときに半径がトレッドの軸線方向の曲率を定める、互いに隣接する複数組の円曲線の方向を指すこともある。

「インナー」はタイヤの内側に向かうことを意味し、「アウター」はタイヤの外側に向かうことを意味する。

「横方向の」は、軸線方向に平行な方向を意味する。

「半径方向の」および「半径方向に」は、半径方向にタイヤの回転軸に向かう方向または回転軸から離れる方向を意味する。

「ショルダ」は、トレッド縁部のすぐ下の、サイドウォールの上部を意味する。

「サイドウォール」は、タイヤの、トレッドとビードの間の部分を意味する。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

本明細書中で「トランスポンダ」は、空気入りタイヤ内の空気圧などの条件を監視し、次にその情報を外部装置に送信することのできる電子装置である。外部装置は、ＲＦ（無線周波数）読取り装置／呼掛器であってもよく、単なるＲＦ受信機であってもよい。トランスポンダが「能動型」トランスポンダであり、それ自体の電源を有するときには、単なるＲＦ受信機を使用することができる。トランスポンダが「受動型」トランスポンダであり、読取り装置／呼掛器からのＲＦ信号によって電力を供給されるときには、読取り装置／呼掛器が使用される。いずれの場合も、トランスポンダは、外部装置と共に、タイヤ条件の監視／警告システム全体の中の一構成部材を形成する。高い電磁透磁率を有する材料で構成された環状体は巻線によってトランスポンダに結合させられている。従来の装置では、アンテナは一次巻線によって環状体に結合させられ、トランスポンダは二次巻線によって環状体に結合させられている。後述するように、本発明の実施形態によれば一次巻線は無い。したがって、トランスポンダを環状体に結合させる「二次」巻線を、本明細書では単に「巻線」と呼ぶ。本発明およびその開示の目的では、環状の装置はトランスポンダに特定されるものではない。すなわち、広範な市販の、トランスポンダ、センサ、および関連する電子機器を、本発明の装置と共にパッケージし利用することができる。

本明細書では、「環状体」は、高い電磁透過率を有する材料からなり、連続する曲面によって形成された物体であり、中央の貫通穴を含んでいる。環状体は、本明細書に記載された発明から逸脱しなければ、円筒状であっても、楕円形であっても、対称形であっても、非対称形であってもよい。一例として、本明細書で用いられる「環状体」は、１本または複数の巻線を有する変成器を含んでいる。

トランスポンダは、ＲＦ信号を送信または受信するために、アンテナを有していなければならない。アンテナは、本発明では環状の形状を有し、製造中にタイヤに組み込んでもよく、また製造後の処理によってタイヤに取り付けてもよい。本明細書で用いられる「環状のアンテナ」は、本発明の原理から逸脱しなければ、円筒状であっても、楕円形であっても、対称形であっても、非対称形であってもよい。しかし、アンテナの好ましい形状は円形であり、それが取り付けられるタイヤのサイドウォール領域に重なる大きさである。アンテナは、１本のワイヤから構成されていてもよく、または複数の撚り線から構成されていてもよい。様々な市販のトランスポンダと、センサと、従来の導電性材料から形成された環状のアンテナと組み合わせて配置されるその他の電気装置は、本発明の原理に従って使用するのに適している。

アンテナワイヤの、許容される材料は、スチール、アルミニウム、銅、または他の導電ワイヤを含む。この特許明細書で開示されるように、ワイヤの直径は一般に、トランスポンダ用のアンテナとしての作用にとって重要であるとは考えられていない。耐久性のために、微細なワイヤの複数の撚り線が撚られて形成されているスチールワイヤが好ましい。利用可能なその他のワイヤとして選択できるものには、リボンケーブル、可撓性の回路、導電性フィルム、導電性ゴムなどが含まれる。

まず、図１を参照すると、本発明の好ましい実施形態の装置１０がタイヤ１２内に配置されているのが示されている。タイヤ１２は、従来の手段によって、ゴムやゴム複合材料のような従来の材料から形成され、ラジアルプライ構成またはバイアスプライ構成を有している。一般的なタイヤ１２は、トレッド１４、ショルダ１６、環状のサイドウォール１８、および末端のビード２０を有する構成である。インナーライナ２２が形成されて、タイヤの空洞２４を形成している。タイヤ１２は、周縁部のリムフランジ２８とリムフランジ外表面３０を有する環状のリム２６上の位置に取り付けられるようになっている。リム２６は、スチールのような適度に強い金属からなり、従来通りの構成である。

環状のアンテナ３２が設けられており、好ましい実施形態では、正弦曲線状の形状になっている。あるいは、アンテナ３２は、他のパターンに構成されていてもよく、また、必要に応じて直線状のワイヤからなっていてもよく、フィラメントワイヤ、あるいはコードすなわち撚られたワイヤであってもよい。許容されるワイヤの材料にはスチール、アルミニウム、銅、またはその他の導電線が含まれる。前述したように、ワイヤの直径は、一般に、アンテナとしての作用にとって重要であるとは考えられておらず、微細なワイヤの複数の撚り線であるのが好ましい。アンテナ３２は曲線形状であるため可撓性を有し、後述するように製造中および使用中に破損する可能性が最小限に抑えられる。

引き続き図１を参照すると、上述した一般的な種類のトランスポンダモジュール３４が設けられており、このトランスポンダモジュール３４は、圧力や温度などのタイヤのパラメータを検知する手段を含んでいてもよい。図示するように環状の形状に形成された材料のキャリアストリップ３６が、装置１０の一部として含まれている。キャリアストリップ３６は、ゴムや合成樹脂のような、工業で一般に使用されている、電気絶縁性で、好ましくは半剛性の弾性材料から形成されている。キャリアストリップ３６は、アンテナワイヤ３２およびトランスポンダモジュール３４の少なくとも一部を、後述する方法で実質的に封入するように形成されている。したがって、製造後の状態では、アンテナ３２、トランスポンダモジュール３４、およびキャリアストリップ３６を有する装置１０は、容易に移送可能でありタイヤ１２に取り付けるための取り扱いが容易な、一体になっている概ね円形で半剛性の組立体である。装置組立体１０の直径は、タイヤ１２のサイズとタイヤ１２上の好ましい取付け位置の関数である。

図２は、本発明による環状の装置１０の、タイヤ１２上の好ましい位置を示している。タイヤ１２は、従来通りのやり方でリム２６に取り付けられている。タイヤ１２のビード２０は、リム２６内に、フランジ２８に接するように配置されている。フランジ２８の上面３０は、タイヤのビード２０の下縁部の上方に位置している。理解されるように、フランジ２８は、ビード２０を有するタイヤ１２の下部を遮蔽し、タイヤの「ＲＦ干渉」領域３８を形成している。さらに、タイヤ１２の、ＲＦ干渉領域３８の上方のサイドウォール１８の領域４０は「高ひずみ振幅」領域として形成されている。乗物のタイヤの動作時にサイドウォール１８が撓むと、領域４０は高レベルのひずみを受ける。タイヤ１２のトレッド部に位置する領域４２を、本明細書では説明のために「圧縮ひずみ」領域と呼ぶ。タイヤ１２は、タイヤ１２が動作可能な状態で用いられると、領域４２において高レベルの圧縮ひずみを受ける。

図１と図２を共に参照すると、装置１０は、タイヤ１２の製造中に、または好ましくは製造後の組立て工程で、タイヤ１２のライナ２２に取り付けられる。接着剤によって取付けを行ってもよく、または製造中に装置１０をタイヤ１２自体に埋め込んでもよい。タイヤ業界でタイヤに継ぎをあてたり修理するのに一般に利用されている接着剤を使用することができる。タイヤ１２上の、本発明によって装置１０が取り付けられる位置は、図２の、ＲＦ干渉領域３８と高ひずみ振幅領域４０との間に位置する領域４４である。ＲＦ干渉領域３８は、比較的剛性があり、リムフランジ２８によって保護されており、タイヤ１２の動作中に受けるひずみが比較的低レベルであるので、機械的な観点からは理にかなっていることが理解されるであろう。しかし、リムフランジ２８によって遮蔽されている、タイヤ１２のＲＦ干渉領域３８は、電気的な観点からはトランスポンダモジュール３４用の位置として適していない。

タイヤサイドウォール１８の高ひずみ振幅領域４０内の装置１０の位置は任意に決められる。このような位置では、リム２６によって生じるＲＦ干渉が回避される。しかし、タイヤサイドウォール１８は、タイヤの動作中に高レベルのひずみを受ける。その結果、タイヤサイドウォール１８に取り付けられている構成部材の損傷や破損が起こるおそれがある。同様に、タイヤ１２のトレッド領域４２における装置１０の位置は、リム２６からのＲＦ干渉を回避する位置であるが、トレッド領域４２は、タイヤ１２の動作中に高レベルの圧縮ひずみを受ける。したがって、タイヤ監視システムの装置がこのような位置にあるのは、機械的な観点から望ましくない。

その結果、本発明によると、装置１０はタイヤ１２の領域４４内に位置することが好ましい。領域４４は、一般に、タイヤ１２がリム２６に取り付けられたときにリムフランジ２８の上面３０より上方の実質的に１０ミリメートルから３０ミリメートルの間に位置する環状の領域である。装置１０は、領域４４内では、リム２６のリムフランジ２８からＲＦ干渉を受けない。さらに、領域４４は、タイヤ１２の比較的低ひずみ振幅の領域である。したがって、タイヤ１２の領域４４は、タイヤ１２の動作中にタイヤ１２に加わるひずみ力による損傷から装置１０を機械的に保護しつつ、リム２６からのＲＦ干渉を最小限に抑えるという要件のバランスを取る、装置１０のための最適な位置に相当する。

図３は、キャリアストリップ３６が取り除かれ、アンテナ３２およびトランスポンダモジュール３４がタイヤ１２の製造中にタイヤ１２内に直接埋め込まれている、本発明の装置１０の他の実施形態を示している。この場合も、アンテナ３２の位置は、前段落で最適な位置として説明した領域４４内にあり、すなわち、タイヤ１２がリム２６に取り付けられたときにリムフランジ面３０の上方の約１０ミリメートルから３０ミリメートルの位置である。本発明によるとタイヤ１２の製造中に装置１０をタイヤ１２内に取り付けることが可能であるが、このような方法は、タイヤ１２が形成されるときにトランスポンダモジュール３４およびアンテナ３２が、損傷を与えるおそれのある力に必ずさらされるため好ましくない。さらに、このような力にさらされる環状のアンテナ３２およびトランスポンダモジュール３４が埋め込まれていると、損傷や破損が起こった場合の組立体の交換および修理に問題が生じる。したがって、製造後の工程で接着剤などによって装置１０をタイヤ１２に取り付けるのが好ましい。製造後に組立てることの利点は、装置１０がタイヤ製造工程の応力を受けず、破損が起こった場合に装置１０を容易に取り外して交換できることである。さらに、図１に示されている単体の装置１０は、製造前のタイヤまたは使用済みのタイヤに、接着剤によって容易に後から取り付けることができる。最後に、環状の装置１０は単一の組立体であり、様々なサイズの製造前のタイヤ１２に適合するように、一連の直径の大きさのものを簡便に在庫として保管することができる。

図４は、タイヤ１２上の好ましい位置にありタイヤの空洞２４に露出しているトランスポンダモジュール３４を示している。トランスポンダモジュール３４は、空洞２４の状態を監視する圧力センサおよび温度センサを含んでいてもよく、乗物のフレーム４６に取り付けられた遠隔トランシーバ４８にこのような情報を送信することができる。トランシーバ４８は、装置１０のアンテナ３２と向かい合って位置しており、タイヤ１４の３６０度の回転の間じゅうアンテナ３２と連続的に通信する。トランシーバ４８は、当該産業界で市販されている種類のトランシーバであり、リード線５０によって、乗物の従来の論理電子機器、処理用電子機器、および表示用電子機器（不図示）に電気接続されている。前述したように、トランスポンダモジュール３４の位置は、トランスポンダモジュール３４とトランシーバ４８との間のＲＦ通信を損なわないように、リムフランジ２８よりも上方である。

図５〜１２を全て参照して、環状の装置１０の構成について詳しく説明する。トランスポンダモジュール３４は、一般に、従来の手段によってゴムまたは合成樹脂の材料で形成されたベースハウジング５２を有している。ベースハウジング５２は、丸み付けられた底面５５に沿って、互いに向かい合う垂直方向の端部壁５８、６０に連結されている、互いに向かい合う側壁５４、５６を含んでいる。壁５４、５５、５６、５８、および６０は中央室６２を形成している。貫通穴６４は、端部壁５８、６０の下部を貫通して延び、中央室６２と連通している。

ベースハウジング５２は、射出成形のような従来の手段によって従来のゴム材料または合成樹脂材料で従来同様に形成されたキャップ部材６８をさらに含んでいる。キャップ部材６８は、水平方向の上面７４で終わる垂直方向の側壁７２を有する上部の突出部すなわち「鼻状部（snout）」７０を含んでいる。センサポートすなわち開口７６は、上面７４の中央に位置し、その上面７４を貫通して延びている。フランジ７８は、周縁でキャップ部材６８の下側の境界を形成し、垂直方向の側壁７２と直角に交わる水平方向の棚状面８０を備えている。フランジ７８は、理解されるように、トランスポンダモジュール３４のベースハウジング５２の上端部に当たるような寸法になっている。キャップ６８の水平方向の棚状面８０は、フランジ７８と垂直方向の側壁７２との間に配置されている。側壁上部８１が、上面７４に向かって内側に先細に設けられている。キャップ６８の先細形状によって、装置１０をうまい具合に確実に製造するのが容易になる。

図示されている実施形態では、トランスポンダモジュール３４は、高い電磁透過率を有する、フェライトなどの材料からなる環状体（トロイド）８２をさらに含んでいる。環状体８２は、一般に、楕円形の断面形状を有する円筒を有している。環状体８２が楕円形の断面形状であることによって、その垂直方向の寸法が小さくなり、環状体８２をトランスポンダモジュール３４内に、よりコンパクトにパッケージ可能になる。環状体８２は、図示されているように、導電リード線８６を終端とする巻線８４を含んでいる。中央の貫通穴８８は、環状体８２を貫通して軸線方向すなわち長手方向に延びている。

さらに、保護スリーブ部材９０が、環状体８２の貫通穴８８に受け入れられ保持されるような大きさに形成されている。保護スリーブ部材９０は、楕円形の断面を有する概ね細長い円筒形を有している。保護スリーブ部材９０は、外周部の側壁９２と、軸線方向すなわち長手方向の貫通穴９４とをさらに含んでいる。貫通穴９４は、保護スリーブ部材９０の外側に、より厚い壁９５を形成するように、保護スリーブ部材９０の長手方向の中心軸に対してずれている。図示するように、外側に開放された長手方向の溝９６が壁９５内に形成されている。保護スリーブ部材９０は、環状体８２の貫通穴８８内に密に受け入れられ、巻線８４は、保護スリーブ部材９０の溝９６内に受け入れられる。

引き続き図５〜１２を参照すると、回路板９８が、トランスポンダモジュール３４のベースハウジング５２の中央室６２内に取り付けられている。回路板９８は、通常、上表面１０２に取り付けられた電子部品パッケージ１００を有する構成であり、下面１０４に取り付けられた電子部品パッケージ１０６を含んでいてもよい。電子部品パッケージ１００、１０６は、図５〜１２に概略的に示されており、タイヤの空洞の監視活動を行うのに必要なトランスポンダセンサシステム、論理システム、およびＲＦ送信システムを含んでいる。本発明は、トランスポンダの構成に特有のものではなく、多数の従来のトランスポンダシステムのうちの任意のシステムが利用でき、それを回路板９８の表面１０２、１０４の一方または両方に取り付けることができる。回路板９８は、回路板９８の側面に形成されている、リード線を受け入れる溝１０８をさらに含んでいる。

トランスポンダモジュール３４の組立は一般に以下のように進行する。保護スリーブ部材９０を環状体８２の貫通穴８８内に挿入し、次に、環状体８２をベースハウジング５２の中央室６２内に挿入する。中央室６２内に置かれると、保護スリーブ部材９０の貫通穴９４と環状体８２の貫通穴８８は、貫通穴６４を通ってベースハウジング５２と同軸に整列する。環状体８２の巻線８４は保護スリーブ部材９０の溝９６内に受け入れられ、リード線８６は上方に向けられる。巻線８４は、従来通りのやり方でトランスポンダ電子機器のインピーダンスを整合させるような巻数に構成されている。好ましい実施形態では、回路板９８を、ベースハウジング５２内に、通路を貫通する保護スリーブ部材９０および環状体８２の上方に水平に取り付ける。巻線８４からのリード線８６を溝１０８内を通し、回路板９８上の電子部品パッケージ１００、１０６と電気接続する。その後、キャップ部材６８の周縁のフランジ７８をベースハウジング５２の上面６６上に位置させ、適切な接着剤を塗布することによって接合面を封止する。

組立状態では、トランスポンダモジュール３４は図７に示されている状態になる。トランスポンダモジュール３４のハウジング、内部組立体、および構成部材の向きは、本発明を実施する際に望まれるならば変えることができる。したがって、トランスポンダモジュール３４は、回路板９８と、圧力や温度などのタイヤ空洞のパラメータを監視するトランスポンダ電子機器とを含む、密封された、必要なものを全て内蔵したユニットからなる。トランスポンダモジュール３４の電子機器は、さらにタイヤ識別情報を含んでいてもよい。環状体８２は、巻線８４によって、トランスポンダモジュール３４に電磁的かつ機械的に結合している。あるいは、環状体８２を取り除いて、アンテナ３２を直接トランスポンダモジュール３４に電気結合させてもよい。結果として形成される環状の組立体は、同様に、タイヤ１２内の、上述した最適な位置にある。さらに他の方法では、一次巻線および二次巻線を有する従来の構成の変成器を通して、アンテナ３２をトランスポンダモジュール３４に結合する。

アンテナ３２は、図５から最も良く分かるようにトランスポンダモジュール３４を貫通して延び、連続的なループを構成する。好ましい実施形態のアンテナ３２は正弦曲線形状に形成されており、この正弦曲線形状は、タイヤ１２の動作によるタイヤ１２内のひずみ力に対抗するようにアンテナ３２を伸ばすことができるようにするために役立つ。アンテナ３２は、保護スリーブ部材９０の貫通穴９４、環状体８２の貫通穴８８、およびハウジング５２の貫通穴６４を、接触しないように貫通して突出している。したがって、アンテナ３２はトランスポンダモジュール３４に機械結合されていない。環状体８２は、一次巻線が取り除かれた変成器として働くことに留意されたい。アンテナループ３２は、環状体８２の貫通穴８８を直接貫通して通過し、一次巻線のない環状体８２に磁気結合されている。トランシーバ４８の磁界のためにアンテナループ３２に生じる電流によってアンテナループ３２の近くに磁気が発生するため、アンテナループ３２と環状体８２の間、したがって巻線８４内に電気結合が生じる。磁界は、アンテナループ３２のワイヤを密に取り囲む環状体８２内に直接発生する。

本明細書で直接磁気結合（ＤＭＣ）と呼ばれるこのような結合は、いくつかの異なる利点をもたらす。ＤＭＣ手法は、アンテナループ３２が機械的に接続されることなく、トランスポンダパッケージを通過できるようにし、したがって、ループワイヤとトランスポンダパッケージを接続しその接続を維持することに伴う前述した問題を解消する。巻線８４の巻数比は、最適なインピーダンス整合に適合するように変えることができる。第２に、ＤＭＣ技術は高エネルギー結合をもたらす。さらに、アンテナループ３２をトランスポンダモジュール３４に取り付ける工程が簡略化され、ワイヤ束すなわちケーブルとトランスポンダモジュール３４を離れた状態で結合することがかなり容易になる。さらに、ＤＭＣ技術を用いた環状のアンテナ３２とトランスポンダモジュール３４との磁気結合は、３６０度に亘る連続的な読取りのあいだ維持され、呼び掛け領域内の不感域が回避される。

前述したように、好ましくはないが、図５の組立体はタイヤ１２の製造中にタイヤ１２に埋め込むことができ、その結果、図３に示されているタイヤ組立体が得られる。タイヤ１２の組立中に環状の装置１０を組み込むと、タイヤ１２を監視する部材にかなり大きなひずみが加えられ、その部材が破損するおそれがある。硬化後の状態では、環状の組立体または組立体内の任意の構成部材を取り外すことは困難であるかまたは不可能である。したがって、本発明の環状の組立体は、タイヤ組立後の工程でタイヤ１２に取り付けるのが好ましい。

そうするために、まず、アンテナ３２とトランスポンダモジュール３４の半組立体を、図１および６に示されている剛性または半剛性のキャリアストリップ３６内に埋め込む。キャリアストリップ３６は、ゴムや合成樹脂のような非導電性の密封材料から形成されており、その結果、単体で、移送、保管、および取り扱いが容易な環状の組立体が得られる。アンテナ３２とトランスポンダモジュール３４とキャリアストリップ３６を一体に組合せたものを形成することによって、タイヤ組立後の工程で環状の組立体をタイヤに組み込むのが容易になる。環状の組立体を、前述した最適な領域４４内の位置でタイヤのライナ２２に接するように配置する。市販の接着剤を塗布することによってキャリアストリップ３６をタイヤに接着する。万一、搬送時または誤動作時にアンテナ３２とトランスポンダモジュール３４が破損した場合には、タイヤ１２を損傷させずに組立体１０を取り外して交換することができる。さらに、密封材料は、アンテナ３２および環状体の互いの向きを所望の向きに維持する働きをする。

トランスポンダモジュール３４をキャリアストリップ３６に前もって容易に組み込めるように、キャップ部材６８およびベースハウジング５２を含むトランスポンダモジュール３４のハウジングは、階段状で先細の特有の形状を有している。キャップ部材６８は、内側に先細の表面８１によって形成された上端部に、先細の鼻状部７０を有している。キャップ部材６８は、下方の周縁部のフランジ７８で、外側に階段状になっている。図７および１１を見ると最も良く分かるように、ハウジングの鼻状部７０は、金型ブロック１１０内のキャビティ１１２内に受け入れられる。この先細形状によって、トランスポンダモジュール３４のハウジングは自ら位置合わせし、キャリアストリップ３６の材料が導入される前に、ハウジングはキャビティ１１２内で中心合わせされる。金型ブロック１１０の側壁１１４は、中心合わせされた位置でキャップ表面７２に密に当接し、金型ブロック１１０の下面１１５はキャップフランジ７８の上面８０に当接して、キャップ部材６８の鼻状部７０を金型のキャビティ１１２内で非接触状態にして保護する。金型ブロック１１０の下半分（図１１には示されていない）は、金型ブロック１１０の下面１１５に対して近接し、キャリアストリップ３６を形成する材料が金型のキャビティ１１２に導入される。金型ブロックの表面１１４、１１５とキャップ表面７２、８０が当接して封止することによって、キャリアストリップ３６の材料がキャビティ１１２に進入し、次にトランスポンダの開口７６に進入するのが防止される。理解されるように、キャリアストリップ３６を形成する材料は、フランジ７８の表面８０まで充填され、アンテナ３２を完全に封入するとともに、トランスポンダモジュール３４のベースハウジング５２を部分的に封入する。

金型の２つの半分部を分離し、一体的に取り込まれたアンテナ３２およびトランスポンダモジュール３４とともに環状のキャリアストリップ３６を金型から取り外す。その後、本発明の環状の組立体を、すでに説明したやり方で、図１および６に示すようにタイヤ１２のインナーライナ２２に取り付ける。トランスポンダモジュール３４は、図３に示されているようにキャリアストリップ３６に対して平らな向きにしても、符号３４’を付与され破線で示されているように直立する向きにしてもよい。どちらの向きを採用しても、ストリップ材料３６は、トランスポンダモジュール３４およびアンテナ３２を好ましい最適な相互の向きに維持し、トランスポンダモジュール３４をタイヤ１２の空洞２４に対して最適な向きに維持する働きをする。キャップ部材６８の上面７４のポート７６は、キャリアストリップ３６の制約を受けずに空洞２４に露出している。それによって、タイヤ１２の空洞２４と、回路板９８に取り付けられたセンサは、ポート７６を通して容易に直接連通する。トランスポンダモジュール３４の階段状で先細の形状は、トランスポンダモジュール３４が自ら中心合わせし、金型とトランスポンダモジュール３４の外面との間を確実に封止できるようにするために好ましい。棚状面８０および垂直方向の表面と、キャップ部材６８の側壁７２と、金型の側壁の内側を向いた面１１４との間に形成されている環状の経路は、キャリアストリップ３６の材料がキャビティ１１２内へ流れるのを妨げる。材料の流れが抑止されない場合、その材料は、キャビティ１１２に入りポート７６を通って回路板９０まで流れる可能性がある。したがって、回路板９８上に取り付けられた電子機器およびセンサは、トランスポンダモジュール３４のベースハウジング５２の周りにキャリアストリップ３６を成形する工程の間、トランスポンダモジュール３４のハウジングの階段状の形状によって保護される。

図１４は、角錐状のキャップ１１８およびベースハウジング１２０を有する、他の構成のトランスポンダモジュール１１６を示している。ベースハウジング１２０は、前述した好ましい実施形態と同様に貫通穴１２４を備えている。キャップ１１８の側面は、中央のアクセスポート１２６を有する上面１２８まで内側に先細になっている。本明細書に記載された教示内容を利用するトランスポンダモジュールのハウジングの構成の、他の変形例は、本発明の範囲内とみなされる。

以上の説明から、本発明は、環状のアンテナをトランスポンダなどの電気装置に結合する公知のシステムおよび方法の欠点を克服することが理解されるであろう。本発明によれば、高い電磁透過率を有する環状体は、様々な巻き数の巻線によってトランスポンダ装置に結合されている。アンテナループは、環状体の中央開口部を直接貫通し、巻線や機械接続を利用せずに環状体に直接磁気結合されている。トランシーバからアンテナループに生じさせられる電流のために、アンテナループと環状体の間、したがって、トランスデューサへの巻線内で高度の磁気結合が起こる。アンテナとトランスポンダを機械接続しないことによって、アンテナループのワイヤとトランスポンダパッケージを機械接続してその接続を維持することに伴う問題が避けられる。それによって、破損の可能性を最小限に抑えた高エネルギー結合が達成される。さらに、本発明の他の形態によれば、環状の組立体を、タイヤの、ひずみをあまり受けず、金属製の車輪リムから電磁的な影響を受ける可能性が低い位置に取り付けることができる。好ましい実施形態では、アンテナとトランスポンダは、アンテナとトランスポンダパッケージを一体的に搬送できるようにリング状の組立体を形成する非導電性のキャリアストリップに少なくとも部分的に埋め込まれている。キャリアストリップはさらに、アンテナループおよびトランスポンダの構成部材を完全な状態に保つ働きをする。このような組立体は、タイヤの製造工程中にタイヤに組み込んでもよいが、好ましくは製造後の取付け工程において、接着剤または他の公知の方法によってタイヤに取り付けられる。キャリアストリップは、封入しているアンテナワイヤおよびトランスポンダを完全な状態に保ち、必要に応じて、既存のタイヤに監視システムを後から取り付けるか、または欠陥のある構成部材を交換するために、うまい具合に移送し、保管し、設置することのできる単一の組立体を形成し、アンテナを、それが貫通して延びるトランスポンダの環状体に対して最適な関係に維持し、トランスポンダをタイヤの空洞に対して最適な向きにするのを容易にするように働く。

タイヤの一部を除去して図示する、タイヤと本発明の環状の装置の斜視図である。 本発明の環状の装置を取り付ける他の位置を示す、リムに取り付けられたタイヤの概略断面図である。 タイヤのサイドウォールに接するように配置された、タイヤの、トランスポンダとアンテナの組立体を有する部分の拡大斜視図である。 乗物のフレームに取り付けられた、タイヤと車輪の組立体の概略断面図である。 トランスポンダモジュールを貫通して突出する本発明のアンテナの拡大斜視図である。 本発明の環状組立体の一部の拡大斜視図である。 本発明のトランスポンダモジュールの正面斜視図である。 本発明のトランスポンダモジュールの分解斜視図である。 本発明のトランスポンダモジュールの平面図である。 図９のトランスポンダモジュールの、線１０−１０に沿って切断した縦断面図である。 図９のトランスポンダモジュールの、線１１−１１に沿って切断した横断面図である。 トランスポンダモジュールの回路板の斜視図である。 受信機モジュールの斜視図である。 トランスポンダモジュールの他の実施形態の斜視図である。 車両のトランシーバとタイヤ監視システムのブロック図である。

符号の説明

１０ 環状の装置（組立体）
１２ タイヤ
１４ トレッド
１６ ショルダ
１８ サイドウォール
２０ ビード
２２ インナーライナ
２４ 空洞
２６ リム
２８ リムフランジ
３０ 外表面
３２ アンテナ
３４ トランスポンダモジュール
３６ キャリアストリップ
３８ ＲＦ干渉領域
４０ 高ひずみ振幅領域
４２ 圧縮ひずみ領域
４４ 領域
４６ フレーム
４８ トランシーバ
５０ リード線
５２ ベースハウジング
５４、５６ 側壁
５５ 底面
５８、６０ 壁
６２ 中央室
６８ キャップ部材
７０ 鼻状部
７２ 側壁
７４ 上面
７６ 開口（ポート）
７８ フランジ
８０ 棚状面
８１ 側壁上部
８２ 環状体
８４ 巻線
８６ 導電リード線
８８ 貫通穴
９０ 保護スリーブ部材
９２ 側壁
９４ 貫通穴
９５ 壁
９６ 溝
９８ 回路板
１００ 電子部品パッケージ
１０２、１０４ 表面
１０６ 電子部品パッケージ
１１０ 金型ブロック
１１２ キャビティ
１１４ 側壁
１１５ 下面

Claims (2)

1. トランスポンダと、
   前記トランスポンダに接続された環状のアンテナと、
   前記アンテナおよび前記トランスポンダを少なくとも部分的に封入して前記アンテナを前記トランスポンダに対して所定の向きに維持し、タイヤのサイドウォールの下部の環状の領域の、車輪リムの上部境界面の上方に間隔をおいて位置し、前記車輪リムの前記上部境界面の上方１０ミリメートルから３０ミリメートルの間の距離にある環状の境界面内に存在する、非導電性材料で形成されたキャリアストリップと、
   を有する環状の装置。
2. 環状のアンテナおよびトランスポンダをタイヤに取り付ける方法であって、
   環状のアンテナを設けるステップと、
   前記環状のアンテナにトランスポンダを接続するステップと、
   前記アンテナおよびトランスポンダの少なくとも一部を非導電性材料のキャリアストリップ内に封入して、リング状の組立体を形成するステップと、
   前記リング状の組立体のアンテナを、前記タイヤが取り付けられる車輪リムの上面の上方１０ミリメートルから３０ミリメートルの距離にある環状の境界面に重なるような大きさにするステップと、
   前記リング状の組立体を前記タイヤのサイドウォール領域に取り付けるステップとを有する、環状のアンテナおよびトランスポンダをタイヤに取り付ける方法。

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