JP4723854B2 - センサが装備されたタイヤの製造方法およびアセンブリ - 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タイヤに取付けるシステムおよび方法に関し、特に、センサをタイヤの硬化後にタイヤに容易に組込むことができる、センサが装備されたタイヤのアセンブリおよび製造方法に関する。

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。内部の空気圧や温度の測定のためにタイヤの内部で用いられるセンサや、歪センサは、タイヤの内部で周方向に完全なループを描くアンテナに取付けられている必要がある。完全なループが必要とされる理由は、タイヤがどのような位置にあっても、かつタイヤが静止していても回転していても、センサの情報を読取り、センサに動力を供給できるようにするためである。装置は、典型的には、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保護しながら、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実現する、電子部品を硬化後にタイヤに取付ける装置および方法が開示される。本方法は、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、第１、第２のアンテナの自由端で、トランスポンダの継手領域を形成するステップと、継手領域の識別マークを組込むステップと、アンテナワイヤを、タイヤ製造工程中に、タイヤの中で硬化させるステップと、継手領域の位置を、重なり領域の識別マークによって同定するステップと、アンテナの両端を、硬化後の工程で、センサに接続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、アンテナワイヤを環状に形成するステップと、アンテナをアンテナ被覆用の合成物に収めるステップとを有していてもよい。

本発明の別の実施態様では、トランスポンダの継手領域の識別マークは、アンテナの両端を重ね合わせて、重なり領域を形成することを含んでいてもよい。重なり領域は、タイヤのインナーライナやアンテナ被覆用の合成物に固着しない、選択された材料からなる層の間に挟まれていてもよい。

本発明の別の実施態様では、硬化後の重なり領域の位置の同定が容易になるように、重なり領域の部分に空気ポケットが挟まれていてもよい。

本発明の別の実施態様では、重なり領域をシールし覆う合成物として、色やその他の識別手段によって区別される、他に例を見ない合成物が用いられている。

本発明のさらに別の実施態様は、タイヤ内の継手領域の位置を示す剛体を用いることを含んでいる。剛体は、電子部品を硬化後に継手領域に取付けるための、電気的および機械的接続端子を組込んでいる。

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１，２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。アンテナ３２は、タイヤに直接組込まれていてもよく、また、以下に示す支持ストリップによって組込まれていてもよい。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１，２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、必須ではないが装置１０の一部として含まれていることが望ましい。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１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１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、タグおよび／またはそのリードは、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、タグを硬化後の組立て段階でアンテナリングに取付けることによって、このような損傷の可能性を回避している。

図３，４を参照すると、本発明では、環状装置１０は、ストリップ３６に収められたアンテナワイヤ３２から、ループまたはリング４２の形状に形成されている。シース３６の両端ははぎ取られ、むき出しの端部３８，４０は互いに重ねられて、重なり領域４４を形成している。アンテナリング４２は、タイヤのインナーライナ２２の材料との接着に適したゴム合成物に収められたスチールコードで形成されており、グリーンタイヤに組込まれる。センサまたはトランスポンダは、硬化されたタイヤに、後から取付けられる。リングは、適切な寸法に、約５０〜１００ｍｍの重なり領域４４を加えた寸法となるように作られる。ループおよび重なり領域の寸法は、本発明の範囲から逸脱することなく変更可能である。重なり領域は識別され、本発明の方法によってセンサを取付けるために、硬化されたタイヤから取り出されることができる。

図４に示されているように、重なり領域４４は、好ましい実施形態では、複数の層４６で形成されている。アンテナの端部３８，４０からなる重なり領域は、ポリテトラフルオロエチレン（商品名テフロン）等の、インナーライナ２２にもアンテナの合成物にもくっつかない材料からなる２枚のシート４８，５０の間に挟まれている。重なり領域はまた、白色のゴムストリップ層５２等、重なり領域４４をシールして覆う合成物を異なる色にすることによって識別されることができる。さらに、少量の空気が重なり領域４４に持ち込まれ、持ち込まれた空気は、硬化されたタイヤの中で容易に識別できる空気ポケットを形成する。空気ポケットを切開することによって、重なり領域４４が現れ、ポリテトラフルオロエチレンの繊地とワイヤの両端部とを取除くことができる。センサ３４は、従来の方法によって、端部３８，４０を介してアンテナリングに接続されることができる。センサ３４に接続されると、リングの継手部が取付けられ、端部３８，４０の余分なワイヤが取除かれる。そして、センサをインナーライナの表面に固定し、露出したアンテナワイヤをシールするために、シール剤がセンサに塗布される。

図５は、継手領域をタイヤに設けるために剛体８４が用いられる、本発明の他の実施形態を示す。剛体８４の頂面は、ポリテトラフルオロエチレン等の非接着性の材料からなるピールオフ層を有している。剛体８４自体は、ゴムに固着する公知の硬質ポリマー材料からなっている。剛体をタイヤの中で硬化した後は、ポリテトラフルオロエチレン層は前述の積層構造と同様の特徴を備える。すなわち、ポリテトラフルオロエチレン層は、位置の表示のため、少量の空気を取り込む。アンテナ端部５６，５８は剛体８４の中で、各々電子接続端子６０，６２の位置で終端していてもよい。剛体８４には、さらに機械的結合ポスト６４，６６が設けられ、電子パッケージのソケット（図示せず）と結合されて、電子パッケージとアンテナ間の電気的接続、および電子パッケージと剛体８４間の機械的結合を実現する。剛体８４の頂面のポリテトラフルオロエチレン層はさらに、電子装置が後で取付けられるまで、剛体８４に取付けられた電気的および機械的端子を保護する。タグが剛体８４に取付けられると、ポスト６４，６６によって、タグと剛体８４の位置が合わせられ、端子６０，６２を介して、アンテナ・タグ間の電気的接続が確立される。このようにして、剛体８４は、硬化後にトランスポンダのタグを剛体８４に取り付けることができるように、トランスポンダの継手領域の位置を指示することに役立つ。

従来の硬化後の組立て方法では、環状装置１０は単一のアセンブリとして形成され、接着剤によってタイヤのインナーライナに後付けされていた。硬化されたリングアセンブリを接着剤によって取付けることと較べ、本発明は、アセンブリをタイヤに取付けるために必要な材料の数とプロセスステップ数とを減らし、リングアセンブリは、化学的な架橋によってタイヤのインナーライナに永久固着される。接着剤を塗布するプロセスステップは、典型的には、まずアンテナリングとセンサアセンブリとを組立て、硬化し、次に、残ったモールド開放用の薬剤を、溶剤と研磨剤を用いた研磨とによって、タイヤのインナーライナから除去し、接着剤を塗布し、アセンブリを取り付け、縫合し、接着剤が固まるのを待つステップを含んでいる。本発明では、未硬化のリングアセンブリは、硬化および開放用薬剤の塗布の前に、グリーンタイヤに取付けられるので、洗浄も溶剤も不要である。接着剤も不要であり、接着剤が固まる時間も不要である。ゴムが重なり領域から取除かれるので、覆われていなかった領域が開放用薬剤で汚染されることもない。したがって、センサと露出ワイヤとを固定するシール剤の塗布は単純化される。

上述の通り、アセンブリがインナーライナにしっかりと接着されるためには、接着性の妨げとなるモールド開放用の薬剤の残りかすを取るために、研磨または紙やすりがけが必要である。本発明を用いることで、タイヤのもとのインナーライナの材料厚さや状態が、研磨や紙やすりがけの結果犠牲にされることはない。この結果、タイヤの空気保持力や意図された耐久性が妨げられることはない。

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。 アンテナアセンブリの部分拡大平面図である。 アンテナリングと合成物とを取り出して示す斜視図である。 環状に形成されたアンテナリングの概念図と、重なり領域の詳細図である。 アンテナループ内の継手領域の位置を示すために剛体が用いられる、本発明の他の実施形態を示す斜視図である。

符号の説明

１０ アンテナアセンブリ
１２ タイヤ
２２ インナライナ
２６ 環状リム
２８ 外周リムフランジ
３０ 外側リムフランジ面
３２ アンテナワイヤ
３４ タグキャリア
３６ ストリップ（シース）
３８，４０ 端部
４２ アンテナリング
４４ 重なり領域
４８，５０ シート
５２ ゴムストリップ層
５６，５８ アンテナ端部
６０，６２ 電子接続端子
６４，６６ 機械的結合ポスト
８４ 剛体

Claims (1)

1. センサおよびアンテナが内部に組込まれたタイヤの製造方法において、
   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、
   前記第１、第２のアンテナの自由端の間に、トランスポンダの継手領域を形成するステップと、
   前記トランスポンダの継手領域の識別マークを組込むステップと、
   前記アンテナワイヤを、タイヤ製造工程中に、タイヤの中で硬化させるステップと、
   前記トランスポンダの継手領域の位置を、前記識別マークによって同定するステップと、
   前記アンテナの両端を、硬化後の工程で、前記センサに接続するステップと、
   を有し、
   前記トランスポンダの継手領域の識別マークを組込む前記のステップは、
   前記アンテナの前記両自由端を、重なり領域が形成されるように互いに重ねるステップと、
   前記重なり領域の少なくとも一部を、前記識別マークとして機能する少なくとも一層の、タイヤ硬化工程中にタイヤ合成物に固着しない選択された材料からなる層で覆うステップと、
   を含んでいることを特徴とする、タイヤの製造方法。
   
   

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