JP5019957B2

JP5019957B2 - バルブ一体型トランスポンダ

Info

Publication number: JP5019957B2
Application number: JP2007151633A
Authority: JP
Inventors: 亮鴫原; 崇佐野; 道哉加藤
Original assignee: Alps Electric Co Ltd; Pacific Industrial Co Ltd
Current assignee: Pacific Industrial Co Ltd; Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2007-06-07
Filing date: 2007-06-07
Publication date: 2012-09-05
Anticipated expiration: 2027-06-07
Also published as: US20080303672A1; EP2000331A3; US7804397B2; JP2008302805A; EP2000331A2

Description

本発明は、ホイールリムのバルブ孔に固定される空気バルブに一体化されてタイヤ内に配置され、タイヤ空気圧等を監視するシステムに用いられるバルブ一体型トランスポンダに関する。

自動車の走行中に運転者がタイヤ空気圧やその異常を速やかに把握できるようにするため、近年、検出素子やアンテナ素子等を備えたトランスポンダをタイヤ内の適宜箇所に装着することによって、タイヤ空気圧等を運転席で監視できるようにしたシステムが普及しつつある。このようなトランスポンダは、例えば空気バルブのタイヤ内に位置する側の端部に一体的に設けられる（例えば、特許文献１参照）。ここで、空気バルブには、ホイールリムにねじ止め固定されるクランプイン方式のものと、ホイールリムのバルブ孔に圧入固定されるスナップイン方式のものとがあり、特許文献１に記載されているようにスナップイン方式の空気バルブはホイールリムに簡便に装着できるという利点がある。なお、タイヤ内に装備されるトランスポンダの内蔵アンテナは特に種類が限定されるわけではないが、金属板をフォーミングしてなる逆Ｆ型のアンテナ素子を採用すると、安価に作製できて小型化にも有利となる。

また、従来の一般的なバルブ一体型トランスポンダには電源電池が組み込まれているが、電池を用いた構造にすると、電池の長寿命化を図るためにタイヤ空気圧等の検出頻度を抑制しなければならず、かつ電池交換時に煩雑な作業を余儀なくされてしまう。そこで最近、車体側の外部アンテナから送信される電波によってタイヤ内のアンテナ素子を励振させ、このアンテナ素子に検出素子の検出した情報に基づく信号電流が供給されるように構成することで、電源電池が不要なバルブ一体型トランスポンダが提案されている。このようにバルブ一体型トランスポンダが電池不要な構成になっていると、タイヤ空気圧等の検出頻度を高めることができるため検出精度が向上させやすくなり、かつ電池交換の必要がないためメンテナンス費用も低減できる。
特開２００６−６９３８９号公報（第３−５頁、図１）

ところで、バルブ一体型トランスポンダのアンテナ素子から放射された電波はタイヤのサイドウォールを通過して車体側の外部アンテナへ送信されるが、例えば電池不要なトランスポンダで用いられる２．４ＧＨｚの電波のように、使用する電波の波長が短くて指向特性における直進性が強い場合には、タイヤ内のアンテナ素子からサイドウォールへ向かう直接波の放射成分を高めておく必要がある。しかしながら、一般的な逆Ｆ型のアンテナ素子では、放射導体の上方へも側方へも電波が放射されるため、タイヤのサイドウォールへ向けて効率よく電波を放射させることが困難であるという問題があった。また、スナップイン方式の空気バルブに装着されたバルブ一体型トランスポンダでは、この空気バルブをホイールリムのバルブ孔へ圧入固定する際に該トランスポンダに大きな力が作用する。そこで、アンテナ素子等を格納するケースに空気バルブの軸線方向延長線上に補強リブを設けるなどして機械的強度を高めておくことが望まれるが、こうした補強リブを一般的な逆Ｆ型のアンテナ素子と干渉しないように設けようとすると、該ケースが大型化してしまうという問題があった。

本発明は、このような従来技術の実情に鑑みてなされたもので、その目的は、内蔵したアンテナ素子からタイヤのサイドウォールへ向けて効率よく電波を放射させることができ、かつ空気バルブに一体化されるケースの機械的強度が高く大型化も抑制できるバルブ一体型トランスポンダを提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明は、タイヤ内の状態を検出する検出素子と、この検出素子の検出した情報を外部へ送信する逆Ｆ型のアンテナ素子と、このアンテナ素子を支持する合成樹脂製の支持部材と、これら検出素子とアンテナ素子および支持部材を格納する合成樹脂製のケースとを備え、前記ケースがホイールリムのバルブ孔に圧入固定される空気バルブのタイヤ内に位置する側の端部に一体化されると共に、この空気バルブの軸線方向に対して前記アンテナ素子と前記支持部材の長手方向を略直交させたバルブ一体型トランスポンダであって、前記ケースに前記アンテナ素子が配置される空所を横断する隔壁状の補強リブを設け、この補強リブを前記空気バルブの軸線方向延長線上に延在させると共に、前記アンテナ素子をその長手方向中央部に配設した給電端子および接地端子から該長手方向の両端側へそれぞれ放射導体が延出する略線対称な形状となし、かつ、前記支持部材に前記一対の放射導体の間に臨出して前記補強リブが遊挿される凹溝を設けた。

このように空気バルブに装着されるバルブ一体型トランスポンダが逆Ｆ型のアンテナ素子を内蔵し、このアンテナ素子が給電端子および接地端子から長手方向両端側へそれぞれ放射導体を延出させた略線対称な形状になっていると、両放射導体の上方で放射電界がキャンセルされるため、両放射導体の側方へ放射される電波の電界強度が高まる。そのため、バルブ一体型トランスポンダに内蔵されているアンテナ素子からタイヤのサイドウォールへ向けて効率よく電波を放射させることができる。また、このバルブ一体型トランスポンダのケースは機械的強度を高めるために、アンテナ素子が配置される空所を横断する隔壁状の補強リブを設け、この補強リブを空気バルブの軸線方向延長線上に延在させているため、空気バルブをホイールリムのバルブ孔へ固定する際に懸念されるケースの破損事故を防止できる。しかも、この補強リブはケース内でアンテナ素子の両放射導体の間に臨出する凹溝に遊挿されるので、補強リブとアンテナ素子との干渉を回避するためにケースを大型化する必要がない。

上記の構成において、アンテナ素子が金属板をフォーミングして形成されていると、アンテナ素子の製造コストを低減できるため好ましい。この場合において、支持部材に、前記凹溝の輪郭を形成する中央起立部と、この中央起立部から一対の放射導体に沿って延出する一対の受け面とを設け、中央起立部が給電端子と接地端子を支持すると共に、受け面が放射導体を支持するようにしてあると、金属板からなるアンテナ素子が安定的に支持されて、走行中に懸念されるアンテナ素子の変形を確実に防止できるため好ましい。なお、中央起立部を利用した給電端子と接地端子の支持構造としては、例えば、接地端子を中央起立部の一側面に沿って配置させると共に、給電端子を凹溝の内底面に沿って中央起立部の他側面へ延出させればよい。あるいは、接地端子を中央起立部の一側面に沿って配置させると共に、給電端子を中央起立部の他側面に沿って配置させてもよい。

また、上記の構成において、バルブ一体型トランスポンダのアンテナ素子が車体に取り付けられた外部アンテナからの電波によって励振されるようにしてあると、タイヤ空気圧等の検出頻度を高めて検出精度が向上させやすくなり、かつ電池交換の必要がなくメンテナンス費用も低減できて好ましい。

本発明のバルブ一体型トランスポンダは、内蔵されている逆Ｆ型のアンテナ素子が給電端子と接地端子から長手方向両端側へそれぞれ放射導体を延出させた略線対称な形状であって、両放射導体の上方で放射電界がキャンセルされるため、両放射導体の側方へ放射される電波の電界強度が高まる。それゆえ、使用する電波の波長が短くても、バルブ一体型トランスポンダのアンテナ素子からタイヤのサイドウォールへ向けて効率よく電波を放射させることができる。また、このバルブ一体型トランスポンダのケースは機械的強度を高めるために、アンテナ素子が配置される空所を横断する隔壁状の補強リブを設けて、この補強リブを空気バルブの軸線方向延長線上に延在させているため、空気バルブをホイールリムのバルブ孔へ固定する際に懸念されるケースの破損事故を防止できる。また、この補強リブはケース内でアンテナ素子の両放射導体の間に臨出する凹溝に遊挿されるので、補強リブとアンテナ素子との干渉を回避するためにケースを大型化する必要もない。

発明の実施の形態を図面を参照して説明すると、図１は本発明の第１実施形態例に係るバルブ一体型トランスポンダのタイヤ内での取付位置を示す説明図、図２は該トランスポンダおよび空気バルブの外観図、図３は図２のＡ−Ａ線に沿う断面図、図４は該トランスポンダを外部アンテナ側から見た内部構造図、図５は該トランスポンダを空気バルブ側から見た内部構造図である。

これらの図に示すバルブ一体型トランスポンダ１は、スナップイン方式の空気バルブ２０の一端部に装着されてタイヤ３０内に配置され、タイヤ３０内の空気の圧力や温度を運転席で監視できるようにするためのものである。このトランスポンダ１は、合成樹脂製のケース１０の内部に、圧力センサや温度センサ等の検出素子を配設した検出回路ユニット２と、送受信回路ユニット３と、これら両回路ユニット２，３を片面に実装している基板４と、両回路ユニット２，３を覆う板金製のシールドケース５と、基板４の他面に搭載された合成樹脂製の支持部材６と、支持部材６に支持されて送受信回路ユニット３と電気的に接続された逆Ｆ型のアンテナ素子７とを格納して概略構成されている。このトランスポンダ１に電源電池は内蔵されておらず、車体側の外部アンテナ５０（図１参照）からの電波によってアンテナ素子７が励振されるようになっている。また、図１に示すように、空気バルブ２０はホイールリム４０のバルブ孔４１に圧入固定されており、この空気バルブ２０のタイヤ３０内に位置する側の端部にケース１０が装着されて、空気バルブ２０の軸線方向に対してアンテナ素子７および支持部材６の長手方向を略直交させている。したがって、このトランスポンダ１はタイヤ３０内においてホイールリム４０のウェル４２のタイヤ径方向外側に配置されている。

ケース１０は、トランスポンダ１の主要部分が配置される空所１１ａを有する本体ケース１１と、空所１１ａが臨出する本体ケース１１の開放端を蓋閉する蓋体１２とを組み合わせて構成される筐体である。本体ケース１１の一側面の長手方向中央部には空気バルブ２０に嵌着される連結部１０ａが突設されており、本体ケース１１の他側面の長手方向中央部にはタイヤ３０内の空気を取り込むための空気孔１０ｂが穿設されている。また、図３に示すように、本体ケース１１の内部には空所１１ａを横断して二分割する隔壁状の補強リブ１１ｂが設けられている。この補強リブ１１ｂは空気バルブ２０を軸線方向へ延長した箇所に延在している。

検出回路ユニット２は、空気孔１０ｂを介してケース１０内へ入り込むタイヤ３０内の空気の圧力や温度を圧力センサや温度センサ等の検出素子によって検出するためのものである。送受信回路ユニット３には、車体側の外部アンテナ５０からアンテナ素子７へ送信された質問信号が入力されると共に、検出回路ユニット２から検出情報に基づく信号（検出信号）が入力される。送受信回路ユニット３はこの検出信号を処理してアンテナ素子７へ出力する。これら検出回路ユニット２と送受信回路ユニット３は、シールドケース５に覆われた状態で基板４の片面（ウェル４２側の主面）に実装されているため、電磁的にシールドされて外来ノイズの影響を受けにくくなっている。また、図４と図５に示すように、基板４の他面（ウェル４２側とは逆側の主面）には、接地電極８や給電電極９が設けられていると共に、支持部材６が搭載されており、この支持部材６がアンテナ素子７を支持している。なお、外部アンテナ５０はタイヤ３０のサイドウォール３１と対向する車体のタイヤハウス（図示せず）に設置されている。

支持部材６は、基板４の前記他面に接着固定された平板状の台座部６ａと、台座部６ａの長手方向中央部に立設されて凹溝６ｂの輪郭を形成している中央起立部６ｃとを有する。この支持部材６の天面は平坦な受け面６ｄとなっており、受け面６ｄの長手方向中央部に凹溝６ｂの開口端が臨出している。図３に示すように、この凹溝６ｂ内には本体ケース１１の補強リブ１１ｂが遊挿されている。

アンテナ素子７は金属板をフォーミングして形成されたものであるが、一般的な逆Ｆ型のアンテナ素子とは形状が大きく異なっている。このアンテナ素子７は、長手方向中央部に配設した接地端子７ａと給電端子７ｂから該長手方向の両端側へそれぞれ放射導体７ｃを延出させた略線対称な形状にフォーミングされているため、両放射導体７ｃの上方で放射電界がキャンセルされる。その結果、両放射導体７ｃの側方へ放射される電波の電界強度が高まることとなる。これら一対の放射導体７ｃは支持部材６の受け面６ｄ上に接着固定されているので、両放射導体７ｃの間には凹溝６ｂの開口端が臨出しており、この凹溝６ｂ内に遊挿された補強リブ１１ｂが両放射導体７ｃの間に隔壁として介在している。また、図４に示すように、接地端子７ａは支持部材６の中央起立部６ｃの一側面に沿って配置されて接地電極８に半田接合されている。一方、図５に示すように、給電端子７ｂは凹溝６ｂの内底面に沿って中央起立部６ｃの他側面へ延出されて給電電極９に半田接合されている。なお、このアンテナ素子７と車体側の外部アンテナ５０との間の送受信には２．４ＧＨｚの電波が使用される。そのため、アンテナ素子７から応答信号として外部アンテナ５０へ送信される電波は、主にアンテナ素子７からタイヤ３０のサイドウォール３１へ向かう直接波である。

このように構成されたバルブ一体型トランスポンダ１は、前述したように空気バルブ２０をホイールリム４０のバルブ孔４１へ圧入固定することによって、タイヤ３０内に配置される。かかる空気バルブ２０の圧入固定時にトランスポンダ１のケース１０には大きな力が作用するが、このケース１０には空所１１ａを横断する隔壁状の補強リブ１１ｂが設けてあり、かつ補強リブ１１ｂが空気バルブ２０の軸線方向延長線上に延在するように設定してあるため、空気バルブ２０の圧入固定時に破損する虞のない機械的強度がケース１０に付与されている。

こうしてタイヤ３０内に配置されたバルブ一体型トランスポンダ１は、車体側の外部アンテナ５０から質問信号となる電波が発信されると、アンテナ素子７が励振されて高周波電流を生じる。そして、この高周波電流に圧力センサや温度センサによって検出されたタイヤ空気圧やタイヤ内温度の情報を重畳し、この信号電流（検出信号）が検出回路ユニット２から送受信回路ユニット３へ供給される。送受信回路ユニット３はこの検出信号を処理してアンテナ素子７に供給するため、アンテナ素子７から応答信号となる電波が外部アンテナ５０へ送信される。

以上説明したように、本実施形態例にあっては、バルブ一体型トランスポンダ１に内蔵されている逆Ｆ型のアンテナ素子７が、長手方向中央部に配設した接地端子７ａおよび給電端子７ｂから該長手方向の両端側へそれぞれ放射導体７ｃを延出させた略線対称な形状になっており、両放射導体７ｃの上方で放射電界がキャンセルされるため、両放射導体７ｃの側方へ放射される電波の電界強度が高まって、アンテナ素子７からタイヤ３０のサイドウォール３１へ向けて効率よく電波を放射させることができる。つまり、このバルブ一体型トランスポンダ１は、アンテナ素子７からサイドウォール３１へ向かう直接波の放射成分が増大するように工夫されているため、応答信号となる電波を車体側の外部アンテナ５０へ確実に送信できるようになっている。

また、このバルブ一体型トランスポンダ１のケース１０は機械的強度を高めるために、アンテナ素子７が配置される空所１１ａを横断する隔壁状の補強リブ１１ｂを設けて、この補強リブ１１ｂを空気バルブ２０の軸線方向延長線上に延在させているため、空気バルブ２０をホイールリム４０のバルブ孔４１へ圧入固定する際に懸念されるケース１０の破損事故を防止できる。また、この補強リブ１１ｂは、ケース１０内でアンテナ素子７の両放射導体７ｃ間に臨出する支持部材６の凹溝６ｂに遊挿されるので、補強リブ１１ｂとアンテナ素子７との干渉を回避するためにケース１０を大型化する必要もない。

また、このバルブ一体型トランスポンダ１は電源電池を有さず、車体に取り付けられた外部アンテナ５０からの電波によってアンテナ素子７が励振されるように構成されているため、検出頻度を高めることができてメンテナンス費用も低減できる。なお、アンテナ素子７は金属板をフォーミングして安価に作製することができる。また、このアンテナ素子７は支持部材６に安定的に支持されているため変形の虞が少ない。

図６は本発明の第２実施形態例に係るバルブ一体型トランスポンダを外部アンテナ側から見た内部構造図、図７は該トランスポンダを空気バルブ側から見た内部構造図であり、図４と図５に対応する部分には同一符号が付してあるため重複する説明は省略する。

この第２実施形態例は、アンテナ素子７の給電端子７ｂの形状が前述した第１実施形態例と異なっている。すなわち、図６と図７に示すように、支持部材６の中央起立部６ｃの接地端子７ａが配置されている側とは反対側の側面に沿って、Ｕ字形状部７ｄを有する給電端子７ｂが配置されている。Ｕ字形状部７ｄの両端は凹溝６ｂを介して並設されている一対の放射導体７ｃに連続しており、Ｕ字形状部７ｄから垂下する給電端子７ｂの直線状部分が給電電極９に半田接合されている。

なお、上記各実施形態例では、ホイールリムのバルブ孔に圧入固定されるスナップイン方式の空気バルブについて説明したが、本発明はホイールリムにねじ止め固定されるクランプイン方式の空気バルブにも適用可能である。

本発明の第１実施形態例に係るバルブ一体型トランスポンダのタイヤ内での取付位置を示す説明図である。図１に示すトランスポンダおよび空気バルブの外観図である。図２のＡ−Ａ線に沿う断面図である。第１実施形態例に係るトランスポンダを外部アンテナ側から見た内部構造図である。第１実施形態例に係るトランスポンダを空気バルブ側から見た内部構造図である。本発明の第２実施形態例に係るバルブ一体型トランスポンダを外部アンテナ側から見た内部構造図である。第２実施形態例に係るトランスポンダを空気バルブ側から見た内部構造図である。

符号の説明

１バルブ一体型トランスポンダ
２検出回路ユニット
３送受信回路ユニット
４基板
６支持部材
６ｂ凹溝
６ｃ中央起立部
６ｄ受け面
７アンテナ素子
７ａ接地端子
７ｂ給電端子
７ｃ放射導体
８接地電極
９給電電極
１０ケース
１１本体ケース
１１ａ空所
１１ｂ補強リブ
１２蓋体
２０空気バルブ
３０タイヤ
３１サイドウォール
４０ホイールリム
４１バルブ孔
５０外部アンテナ

Claims

タイヤ内の状態を検出する検出素子と、この検出素子の検出した情報を外部へ送信する逆Ｆ型のアンテナ素子と、このアンテナ素子を支持する合成樹脂製の支持部材と、これら検出素子とアンテナ素子および支持部材を格納する合成樹脂製のケースとを備え、前記ケースがホイールリムのバルブ孔に固定される空気バルブのタイヤ内に位置する側の端部に一体化されると共に、この空気バルブの軸線方向に対して前記アンテナ素子と前記支持部材の長手方向を略直交させたバルブ一体型トランスポンダであって、
前記ケースに前記アンテナ素子が配置される空所を横断する隔壁状の補強リブを設け、この補強リブを前記空気バルブの軸線方向延長線上に延在させると共に、前記アンテナ素子をその長手方向中央部に配設した給電端子および接地端子から該長手方向の両端側へそれぞれ放射導体が延出する略線対称な形状となし、かつ、前記支持部材に前記一対の放射導体の間に臨出して前記補強リブが遊挿される凹溝を設けたことを特徴とするバルブ一体型トランスポンダ。
請求項１の記載において、前記アンテナ素子が金属板をフォーミングして形成されていることを特徴とするバルブ一体型トランスポンダ。
請求項２の記載において、前記支持部材に、前記凹溝の輪郭を形成する中央起立部と、この中央起立部から前記一対の放射導体に沿って延出する一対の受け面とを設け、前記中央起立部が前記給電端子と前記接地端子を支持すると共に、前記受け面が前記放射導体を支持するようにしたことを特徴とするバルブ一体型トランスポンダ。
請求項３の記載において、前記接地端子を前記中央起立部の一側面に沿って配置させると共に、前記給電端子を前記凹溝の内底面に沿って前記中央起立部の他側面へ延出させたことを特徴とするバルブ一体型トランスポンダ。
請求項３の記載において、前記接地端子を前記中央起立部の一側面に沿って配置させると共に、前記給電端子を前記中央起立部の他側面に沿って配置させたことを特徴とするバルブ一体型トランスポンダ。
請求項１〜５のいずれか１項の記載において、前記アンテナ素子が車体に取り付けられた外部アンテナからの電波によって励振されるようにしたことを特徴とするバルブ一体型トランスポンダ。