JP6612141B2

JP6612141B2 - Ｒｆｉｄタグ内蔵タイヤ

Info

Publication number: JP6612141B2
Application number: JP2016011786A
Authority: JP
Inventors: 大祐田村; 恵市酒井; 教博大石; 義博水沼
Original assignee: Bridgestone Corp; Toppan Forms Co Ltd
Current assignee: Bridgestone Corp; Toppan Forms Co Ltd
Priority date: 2016-01-25
Filing date: 2016-01-25
Publication date: 2019-11-27
Anticipated expiration: 2036-01-25
Also published as: JP2017132291A

Description

本発明は、ＲＦＩＤタグが内蔵されたタイヤに関するものである。

従来、タイヤ内部のカーカスプライの自由端側の延長線上にＲＦＩＤチップを埋設するとともに、ＲＦＩＤチップの両端から、タイヤの中心軸上に中心を持つ円の円周方向に延長してカーカスプライのコードと電磁界結合するダイポールアンテナとを備え、無線通信にて、ＲＦＩＤチップに記憶されたタイヤの情報を読み取る方法が行われている（例えば、特許文献１，２参照）。
また、送受信機能及び記憶機能を備えた回路基板とアンテナコイルとを、筒状容器内に収納して一体化したトランスポンダが知られている（例えば、特許文献３参照）。

特開２００８−２６５７５０号公報特表２００５−５３５４９７号公報特開２００６−５６４４３号公報

特許文献１，２に記載の方法によれば、ダイポールアンテナとカーカスプライのとが電磁界結合しているため、十分な通信距離を確保することは可能であるが、ダイポールアンテナがビード部近傍に設けられていることから、リム組時や突起乗り上げ時等のようにタイヤが大きく変形した時には、ＲＦＩＤチップとアンテナとの接合部が破損して通信ができず、その結果、ＲＦＩＤチップに記憶した情報が読み出せなくなってしまうといった問題点があった。
一方、特許文献３に記載のトランスポンダでは、ＲＦＩＤチップとアンテナとの接合部は破損しにくいが、通信距離が短いため、大型トラックなどのように複輪の場合には、内側のタイヤの情報を読み取るためには特殊な読取装置（リーダ）が必要であった。
また、特許文献３では、トランスポンダが配置された部位のタイヤ外表面に識別標識を設けてトランスポンダの位置を確認可能としているが、識別標識を設けた場合でも、識別標識の位置が見易いように車両を停止させなければならない等、操作性が悪かった。

本発明は、従来の問題点に鑑みてなされたもので、十分な通信距離を確保できるとともに、耐久性にも優れたＲＦＩＤタグを内蔵したタイヤを提供することを目的とする。

本発明は、ＲＦＩＤチップとアンテナとを備えたＲＦＩＤタグが内蔵されたタイヤであって、前記アンテナが、前記ＲＦＩＤチップに接続される第１のアンテナと、前記第１のアンテナの外部に設けられて前記第１のアンテナに電磁界結合される第２のアンテナとを備え、前記ＲＦＩＤチップと前記第１のアンテナとが第１の固定部材に固定され、前記ＲＦＩＤタグが、前記タイヤのカーカスプライ端のタイヤ径方向外側に配置され、前記第２のアンテナが、前記カーカスプライを構成する導電性のカーカスプライコードと電磁界結合していることを特徴とする。
このように、アンテナを、カーカスプライコードと電磁界結合させたので、十分な通信距離を確保することができる。
また、アンテナのカーカスプライコードと電磁界結合している部位である第２のアンテナを、アンテナのＲＦＩＤチップに接続される部位である第１のアンテナと電磁界結合させることで、従来のような、タイヤが大きく変形した場合に破損し易い接合部をなくす構成としたので、ＲＦＩＤタグの耐久性が向上する。

また、前記第２のアンテナの延長方向と前記カーカスプライコードの延長方向とを直交させたので、第２のアンテナとカーカスプライコードとを十分に電磁界結合させることができる。したがって、ＲＦＩＤタグの通信距離を更に伸ばすことができる。
なお、「直交させる」とは、第２のアンテナの延長方向とカーカスプライコードの延長方向とのなす角度を、略９０°（９０°±１０°）の範囲とすることを指す。
また、前記第２のアンテナの前記第１のアンテナから所定距離以上離れた部分の形状を波型形状としたので、変形によるアンテナの破損を低減することができる。
また、前記第２のアンテナの前記第１のアンテナから所定距離以内にある部分の長さを前記第１のアンテナの外周の長さの半分以上としたので、第１のアンテナと第２のアンテナとを確実に電磁界結合させることができ、十分な通信距離を確保できる。
また、前記第１の固定部材とは反対側から、前記ＲＦＩＤチップと、前記第１のアンテナと、前記第２のアンテナの少なくとも前記第１のアンテナとの電磁界結合している部分とを覆う第２の固定部材を設けて、ＲＦＩＤタグに作用する応力を緩和するようにしたので、耐久性を更に向上させることができる。

なお、前記発明の概要は、本発明の必要な全ての特徴を列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となり得る。

本発明の実施の形態に係るタイヤを示す図である。本発明によるＲＦＩＤタグを示す図である。第１及び第２のアンテナの詳細を示す図である。第１及び第２のアンテナとの関係を示す図である。ＲＦＩＤタグとカーカスプライとの関係を示す図である。アンテナの方向とカーカスプライとの関係のを示す図である。従来のＲＦＩＤタグを示す図である。

図１は、本実施の形態に係るタイヤ１を示す図で、２はトレッド部、３はベルト層、４はサイドウォール部、５はショルダー部、６はビード部、７はカーカスプライ、１０は本発明によるＲＦＩＤタグである。
トレッド部２は、タイヤ１が路面と接する部分で、厚いゴム層から構成される。ゴム層の表面にはトレッドパターンが形成されている。
ベルト層３は、コードをゴム部材で被覆したもので、タイヤ周方向の剛性を保つ「たが効果」を持たせるために、トレッド部２とカーカスプライ７との間に複数層配置される。
サイドウォール部４は、トレッド部２とビード部６の間に設けられたゴム層で、ショルダー部５は、トレッド部２のサイドウォール部４側のゴム層である。
ビード部６は、一対のビードコア６ａとビードフィラー６ｂとを備え、タイヤ１の中心を通るタイヤ中心軸に垂直な平面に対して対称に配置される。
ビードコア６ａは、スチールワイヤの束をリング状に形成したものをゴム部材で被覆したもので、ビードフィラー６ｂは、ビード部６に剛性を与えるために、サイドウォール部４のゴム層とビードコア６ａとカーカスプライ７との間に充填される断面が三角形のゴム部材である。
カーカスプライ７は、複数本の導電性のコード（以下、カーカスプライコードという）７ａと、カーカスプライコード７ａを被覆する被覆ゴム７ｂとから成る、タイヤの骨格を成す部材で、一対のビードコア６ａ間に、ビードコア６ａを跨ぐように配置される。
カーカスプライ７の両端部は、それぞれ、ビードコア６ａの周りにタイヤ１の内側から外側に折り曲げられて折り曲げ部７ｃを形成する。
後述するように、カーカスプライコード７ａは、誘電体であるビードフィラー６ｂを構成するゴム部材及び被覆ゴム７ｂを介してＲＦＩＤタグ１０のアンテナ１２電磁界結合され、ＲＦＩＤタグ１０のアンテナとして機能する。
ＲＦＩＤタグ１０は、図２に示すように、ＲＦＩＤチップ１１とＲＦＩＤチップ１１に接続されるアンテナ１２と、第１〜第３の固定部材１３〜１５とを備え、タイヤ１のサイドウォール部４の内側に装着されて、図外のリーダと通信する（図１参照）。
本例では、ＲＦＩＤタグ１０の装着位置としては、ビードコア６ａよりも３０ｍｍ上方、ビードフィラー６ｂの上端部から１０ｍｍ下方、カーカスプライコード７ａから４ｍｍタイヤ外側とした。

アンテナ１２は、ＲＦＩＤチップ１１に接続される第１のアンテナ１６と、第１のアンテナ１６の外部に設けられる第２のアンテナ１７とを備える。
本例では、図３（ａ）に示すように、使用周波数の帯域幅を拡大する目的で、第１のアンテナ１６を、それぞれ矩形の二重ループアンテナとしている。
ＲＦＩＤチップ１１と第１のアンテナ１６とは、ＰＥＴなどのフィルム状の基板である第１の固定部材１３上に形成される。
ここで、図２及び図３の紙面側をタイヤ外面側、紙面の裏側をタイヤ内面側とする。
本例では、ＲＦＩＤチップ１１と第１のアンテナ１６がタイヤ外面側、第１の固定部材１３がタイヤ内面側に位置するように、ＲＦＩＤチップ１１と第１のアンテナ１６とを第１の固定部材１３上に形成した。
以下、図２及び図３の左右方向を左右方向（横方向ともいう）、上下方向を上下方向（縦方向ともいう）という。左右方向はタイヤ１の円周方向で、上下方向はタイヤ１の半径方向である。
本例では、第１の固定部材１３を、縦がａ₁＝６ｍｍ、横がａ₂＝７ｍｍ、厚さがｔ＝０．１ｍｍのフィルムとしたが、第１の固定部材１３の形状及び寸法長さについては、ＲＦＩＤチップ１１及び第１のアンテナ１６の大きさや形状により適宜決定すればよい。

第２のアンテナ１７は、図３（ｂ）に示すように、コの字型の電磁界結合部１７ａと、電磁界結合部１７ａの両端部から左，右方向に延長する一対の延長部１７ｂとを備える。
延長部１７ｂの延長方向については、特に限定はないが、導電性のコードであるカーカスプライコード７ａの延長方向と直交する方向とすることが好ましい。
また、延長部１７ｂの形状を波型とするとともに、波型の折り返し部をＲ付けすれば、第２のアンテナ１７のバネ性を高めることができるので、第２のアンテナ１７の破断を低減することができ、ＲＦＩＤタグ１０の耐久性を一層向上させることができる。
第２のアンテナ１７の全長Ｌ₁₇としては、通信周波数の波長の１／４以上にすることが、通信距離を確保する上で好ましい。通信周波数としては、２．４５ＧＨｚやＵＨＦ帯（８６０〜９６０ＭＨｚ）が主に用いられるが、本例では、通信周波数を９２０ＭＨｚとし、第２のアンテナ１７の全長Ｌ₁₇を１２８ｍｍ（２／５波長）とした。

また、本例では、図３（ｃ）に示すように、ＲＦＩＤチップ１１と第１のアンテナ１６と第２のアンテナ１７の電磁界結合部１７ａとを第２の固定部材１４により固定するようにしている。第２の固定部材１４としては、ナイロンなどの合成樹脂から成る被覆材の固定面側に接着剤を塗布したものが好適に用いられる。
第２の固定部材１４は、ＲＦＩＤチップ１１と第１のアンテナ１６と第２のアンテナ１７の電磁界結合部１７ａとを第１の固定部材１３とは反対側にて固定する。これにより、第１のアンテナ１６と第２のアンテナ１７との位置ズレを防止することができるとともに、第１の固定部材１３上に形成されたＲＦＩＤチップ１１と第１のアンテナ１６とが、第２の固定部材１４により被覆されるので、曲げ応力がかかりにくくなる。
したがって、ＲＦＩＤタグ１０の耐久性を大幅に向上させることができる。また、仮に、第２のアンテナ１７が破損した場合でも、ＲＦＩＤチップ１１と第１のアンテナ１６との接続部が破損することは殆どないので、ＲＦＩＤチップ１１を取出すことなく、ＲＦＩＤチップ１１に記憶された情報を確認することができる。
なお、ＲＦＩＤチップ１１と第１のアンテナ１６と第２のアンテナ１７の電磁界結合部１７ａとを、第１の固定部材１３とは反対側及び第１の固定部材１３側の両方から、第２の固定部材１４により覆う構成としてもよい。

また、図４に示すように、第１のアンテナ１６の外側のループとコの字型の電磁界結合部１７ａとは略平行でかつ近接していることが好ましい。
具体的には、第１のアンテナ１６の外側のループとコの字型の電磁界結合部１７ａとの距離ｄ₁₂を２ｍｍ以下とするとともに、第２のアンテナ１７の第１のアンテナ１６に近接（ｄ₁₂≦２ｍｍ）している領域の全長Ｌ₂を、第１のアンテナ１６の外周の長さＬ₁の１／２以上とすることが好ましい。これにより、第１のアンテナ１６と第２のアンテナ１７とを確実に電磁界結合させることができる。
なお、第２の固定部材１４の寸法長さとしては、第１の固定部材１３よりも大きく、かつ、少なくとも第２のアンテナ１７の電磁界結合部１７ａと含む大きさであればよく、延長部１７ｂの一部を含んでもよい。本例では、第２の固定部材１４の縦の長さをｂ₁＝１０ｍｍ、横の長さをｂ₂＝１０ｍｍ、厚さをＴ＝１ｍｍとした。

ところで、カーカスプライコード７ａの径を１ｍｍ、間隔を１ｍｍとすると、第２のアンテナ１７は、約６０本のカーカスプライコード７ａと交差していることになる。
カーカスプライコード７ａは導電性のコードであるので、図５に示すように、第２のアンテナ１７とカーカスプライコード７ａとの距離Ｄを、２ｍｍ〜１５ｍｍの範囲とすれば、第２のアンテナ１７とカーカスプライコード７ａとを十分に電磁界結合させることができる。すなわち、カーカスプライコード７ａをＲＦＩＤタグ１０の第３のアンテナとして機能させることができる。
Ｄ＜２ｍｍである場合には、カーカスプライコード７ａとアンテナ１２とは十分に電磁界結合するが、アンテナ１２とカーカスプライコード７ａとの距離が近すぎるため、タイヤが大きく変形した場合に、アンテナ１２（特に、第２のアンテナ１７）が破損してしまう恐れがある。一方、Ｄ＞１５ｍｍである場合には、カーカスプライコード７ａとアンテナ１２との電磁界結合が不十分であるため、通信距離が短くなってしまうからである。
本例では、上記のように、Ｄ＝４ｍｍとしたが、Ｄを上記の範囲とすれば、耐久性を損なうことなく、アンテナ１２とカーカスプライコード７ａとを適正に電磁界結合できるので、カーカスプライコード７ａをＲＦＩＤタグ１０の第３のアンテナとして機能させることができる。
また、第３のアンテナであるカーカスプライコード７ａは、それぞれが、隣接するカーカスプライコード７ａと電磁界結合しているので、ＲＦＩＤタグ１０が埋設されたタイヤ側面のみならず、タイヤ上面やＲＦＩＤタグ１０が埋設された側とは反対側の側面においても、読み取り機等の外部通信装置との通信が可能となる。

更に、本例では、図２及び図５に示すように、ＲＦＩＤチップ１１とアンテナ１２（第１のアンテナ１６と第２のアンテナ１７）とを、ゴム製のシートから成る第３の固定部材１５に内包するようにしているので、ＲＦＩＤタグ１０の破損を確実に防止できるだけでなく、ＲＦＩＤチップ１１とアンテナ１２とを第３の固定部材１５で内包した後に、ＲＦＩＤタグ１０をタイヤ１に組み込むようにすれば、ＲＦＩＤタグ１０を容易にかつ破損のおそれなくタイヤ１に組み込むことができる。

このように、本実施の形態では、ＲＦＩＤタグ１０のアンテナ１２を、ＲＦＩＤチップ１１と接続される第１のアンテナ１６と、ＲＦＩＤタグ１０のアンテナとして機能するカーカスプライコード７ａと電磁界結合する第２のアンテナ１７とから構成するとともに、第２のアンテナ１７を、第１のアンテナ１６と電磁界結合する電磁界結合部１７ａとカーカスプライコード７ａの延長方向に直交する方向に延長する波型の延長部１７ｂから構成したので、長い通信距離を確保できるとともに、ＲＦＩＤタグ１０の耐久性を向上させることができる。
また、ＲＦＩＤチップ１１と第１のアンテナ１６と第２のアンテナ１７の電磁界結合部１７ａとを第２の固定部材１４により被覆して、タイヤの変形時における曲げ応力を緩和するようにしたので、ＲＦＩＤタグ１０の耐久性を大幅に向上させることができる。

［実施例］
図６に示すように、本発明によるＲＦＩＤタグ１０の第２のアンテナ１７と第３のアンテナであるカーカスプライコード７ａとのなす角度（以下、アンテナ角度αという）を、０°，３０°，６０°，９０°（直交）としたときの通信距離を測定した結果を以下の表１に示す。
なお、通信距離は、α＝０°である場合を１００としたときの指数である。

表１から、第２のアンテナ１７とカーカスプライコード７ａとが直交している場合に、通信距離が最大となることがわかった。
また、図６に示す本発明によるＲＦＩＤタグ１０の通信距離と、図７に示すような、ＲＦＩＤチップ５１と螺旋形のアンテナ５２とが物理的に結合している従来型のＲＦＩＤタグ５０との通信距離とを比較した。従来型のＲＦＩＤタグ５０のアンテナ５２の延長方向と図示しないカーカスプライコードとのなす角度は、本発明によるＲＦＩＤタグ１０と同じく９０°である。
従来型のＲＦＩＤタグ５０の仕様を以下の表２に、比較結果を表３に示す。
通信距離は、ＲＦＩＤタグ１０及びＲＦＩＤタグ５０を、厚さ２ｍｍのゴムシートで挟み込み、カーカスプライコードと第２のアンテナ１７との距離、及び、カーカスプライコードとアンテナ５２との距離が５ｍｍになる位置に設置して測定した。なお、ゴムシートとしては、ＣＢを２０重量部、Ｓｉを３重量部含むゴムを使用した。
通信距離は、従来型のＲＦＩＤタグ５０の値を１００としたときの指数である。

表３に示すように、本発明のＲＦＩＤタグ１０は、従来型のＲＦＩＤタグ５０の約１０倍の通信距離を確保できることがわかる。
これは、本発明のＲＦＩＤタグ１０は、第２のアンテナ１７がＲＦＩＤチップ１１と物理的に結合していないので、アンテナ長（全長）を長くすることで、カーカスプライコード７ａと十分な電磁界結合をさせることができるのに対し、従来型のＲＦＩＤタグ５０では、耐久性の関係で全長を長くできないので、カーカスプライコードとの十分な電磁界結合がなされないからであると考えられる。
また、従来型のＲＦＩＤタグ５０では、アンテナ５２を螺旋状として計算上のアンテナ長を長くしているが、その効果は少ないと考えられる。

以上、本発明を実施の形態及び実施例を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は前記実施の形態に記載の範囲には限定されない。前記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者にも明らかである。そのような変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲から明らかである。

例えば、前記実施の形態では、タイヤのデータを読みとるリーダとの間で無線通信するパッシブ型のＲＦＩＤタグ１０について説明したが、本発明は、リーダ／ライタとの間でデータの送受信を行うアクティブ型のＲＦＩＤタグにも適用可能である。
また、前記実施の形態では、ＲＦＩＤタグ１０を、ビードコア６ａよりも３０ｍｍ上方、ビードフィラー６ｂの上端部から１０ｍｍ下方に装着したが、ＲＦＩＤタグ１０の装着箇所はこれに限定されるものではなく、ビードコア６ａとビードフィラー６ｂとの間であればよい。なお、ＲＦＩＤタグ１０とカーカスプライコード７ａとの距離Ｄについては、上記のように、２ｍｍ〜１５ｍｍの範囲とすることが好ましい。
また、前記実施の形態では、第２のアンテナ１７の延長部１７ｂの形状を波型としたが、螺旋状としてもよい。これにより、第２のアンテナ１７のバネ性を更に高めることができるので、ＲＦＩＤタグ１０の耐久性を一層向上させることができる。

１タイヤ、２トレッド部、３ベルト層、４サイドウォール部、
５ショルダー部、６ビード部、６ａビードコア、６ｂビードフィラー、
７カーカスプライ、７ａカーカスプライコード、７ｂ被覆ゴム、
７ｃ折り曲げ部、１０ＲＦＩＤタグ、１１ＲＦＩＤチップ、１２アンテナ、
１３〜１５第１〜第３の固定部材、１６第１のアンテナ、１７第２のアンテナ、
１７ａ電磁界結合部、１７ｂ延長部。

Claims

ＲＦＩＤチップとアンテナとを備えたＲＦＩＤタグが内蔵されたタイヤであって、
前記アンテナが、前記ＲＦＩＤチップに接続される第１のアンテナと、
前記第１のアンテナの外部に設けられて前記第１のアンテナに電磁界結合される第２のアンテナとを備え、
前記ＲＦＩＤチップと前記第１のアンテナとが第１の固定部材に固定され、
前記ＲＦＩＤタグが、
前記タイヤのカーカスプライ端のタイヤ径方向外側に配置され、
前記第２のアンテナが、
前記カーカスプライを構成する導電性のカーカスプライコードと電磁界結合していることを特徴とするＲＦＩＤタグ内蔵タイヤ。
前記第２のアンテナの延長方向と前記カーカスプライコードの延長方向とが直交していることを特徴とする請求項１に記載のＲＦＩＤタグ内蔵タイヤ。
前記第２のアンテナの前記第１のアンテナから所定距離以上離れた部分の形状が波型形状であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＲＦＩＤタグ内蔵タイヤ。
前記第２のアンテナの前記第１のアンテナから所定距離以内にある部分の長さが前記第１のアンテナの外周の長さの半分以上であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載のＲＦＩＤタグ内蔵タイヤ。
前記第１の固定部材とは反対側から、前記ＲＦＩＤチップと、前記第１のアンテナと、前記第２のアンテナの少なくとも前記第１のアンテナとの電磁界結合している部分とを覆う第２の固定部材を更に設けたことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載のＲＦＩＤタグ内蔵タイヤ。