JP7812440B2 - 電子デバイスを備えたタイヤの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、電子デバイス（特に、トランスポンダ）を備えたタイヤを製造する方法に関する。

近年、近代的な自動車の能動部品を成し、取り付けられるタイヤの種類に関する情報、タイヤの状態に関する情報、および環境条件に関する情報も提供できる、いわゆる「スマート」タイヤが登場している。

「スマート」タイヤは、通常、タイヤの識別、特徴、および履歴についてのリモート通信を（タイヤが取り付けられる自動車と、タイヤの点検または交換を実施する必要がある操作者との双方に）可能にするトランスポンダ（つまり、無線周波数で通信を行うのに適した電子デバイス）を備えている。

最近、トランスポンダの存在に基づいた「無線自動識別（ＲＦＩＤ）」技術と、トランスポンダ内に効果的なタイヤ圧を記憶し、続いて、トランスポンダ自体を用いて効果的なタイヤ圧の情報をリモートで伝えるために、効果的なタイヤ圧を測定する「タイヤ空気圧モニタリングシステム（ＴＰＭＳ）」技術との一体化が提案されている。

タイヤに結合されることを意図したトランスポンダは、トランスポンダを四方から完全に取り囲むゴム製のハウジングに事前に挿入される。その後、トランスポンダをタイヤに結合させるため、トランスポンダをタイヤの内面に（典型的に、タイヤの気密性を確保するインナーライナの上に）取り付けることが可能である、あるいは、トランスポンダをタイヤのサイドウォールの内部に一体化する（すなわち、トランスポンダをタイヤのサイドウォールを作り上げるさまざまな層の真ん中に配置する）ことが可能である。トランスポンダをタイヤの内面に取り付けても、異物の存在によりタイヤの構造は全く変化しないため、期待される性能がタイヤに確実にもたらされる。トランスポンダは、タイヤがまだグリーンであるときに（すなわち、タイヤを加硫処理する前に）、またはタイヤが加硫処理された後に、タイヤの内面に取り付けられてよい。

タイヤは、初めに、加硫プロセスの終わりに加硫用金型からのタイヤの取り外しを促進する機能を有する滑剤層により湿らされる（代替的に、加硫用金型のブリスターが、滑剤を使用して湿らされる場合もある。その結果、加硫済みタイヤの表面には、トランスポンダが適用される領域に、（例えば、レーザービームを使用したクリーニングにより）局所的に除去する必要がある滑剤層ができる（除去しなければ、トランスポンダは、タイヤの表面に十分な力で付着することができなくなる）。それゆえ、タイヤが加硫処理された後に、トランスポンダをタイヤの内面を取り付ける場合、製造時間およびコストを増加させる追加的な処理（トランスポンダが適用される領域のクリーニング）が必要となる。

加えて、トランスポンダを加硫済みタイヤの表面に十分に付着させるためには、十分に強力で、タイヤのインナーライナを作り上げるゴム化合物と相性がよく、かつ、タイヤのインナーライナの完全性を決して損なわない接着剤（糊）を使用する必要がある。この接着剤も、経済的および環境的観点から見れば、追加的なコストとなる。

それゆえ、製造時間およびコストを低減するために、タイヤがまだグリーンであるときに（すなわち、タイヤを加硫処理する前に）、トランスポンダをタイヤの内面に取り付けることが好ましい。しかしながら、加硫プロセス中に達する高圧および高温により、トランスポンダの一部が、そのゴム製のハウジングの外側に表れ（いわゆる「表面化（ｓｕｒｆａｃｉｎｇ）」現象）、トランスポンダの（完全な故障とまではいかなくても）機能不全を引き起こすことが多く観察されている。加えて、加硫プロセス中に達する高圧および高温により、トランスポンダの一部がカーカスコードに接触し、トランスポンダの（完全な故障とまではいかなくても）機能不全を引き起こし、カーカスコードの操作にマイナスに干渉することも多い。最後に、加硫プロセス中に達した高圧および高温は、インナーライナに（特に、トランスポンダのゴム製のハウジングの端に）、長期的な観点ではインナーライナに割れ目を生じさせ、空気漏れにつながるような、凹凸を生じさせる可能性がある。

本発明の目的は、タイヤまたは電子デバイスの損傷を回避し、同時に実行が容易で経済的である、電子デバイスを備えたタイヤの製造方法を提供することである。

本発明によれば、添付の特許請求の範囲に記載されたような、電子デバイスを備えたタイヤの製造方法が提供される。

特許請求の範囲には、本明細書の不可欠な部分を形成する、本発明の好適な実施形態が記載される。

本発明は、例示の非限定的な実施形態を示す添付の図面を参照して、以下で説明される。

ゴム製のハウジングに挿入されたトランスポンダの模式図である。 切断線ＩＩ－ＩＩに従った図１のトランスポンダの断面図である。 切断線ＩＩＩ－ＩＩＩに従った図１のトランスポンダの断面図である。 図１のトランスポンダの透視図である。 図１のトランスポンダの分解透視図である。 加硫プロセスが進行するにつれてのゴムの強度の変化を示すグラフである。 加硫プロセスが進行するにつれてのゴムの接着性の変化を示すグラフである。 図１のトランスポンダが適用されたタイヤの模式断面図である。

図１において、数字１は、その全体においてトランスポンダ、すなわち、情報を保管可能で、無線周波数を用いて通信可能な（通常、受動的な、すなわち、専用の電源を持たない）電子デバイスを指す。言い換えれば、トランスポンダ１は、リーダー（またはポーリングデバイス）と呼ばれる特定の固定または携帯機器の側でリモートポーリングに応答するのに適した、小寸法の「スマートラベル」である。リーダーは、ポーリングされているトランスポンダ１内に含まれる情報を読み取り可能および／または修正可能であると同時に、無線周波数でトランスポンダ１自体と通信可能である。従って、トランスポンダ１は、いわゆる「無線自動識別（ＲＦＩＤ）」技術に従って動作する無線リーディングおよび／またはライティングシステムの一部である。

図１に示すように、トランスポンダ１は、不揮発性メモリ（典型的に、ＥＥＰＲＯＭまたはＦＲＡＭであり、後者はより高価だが技術的により進歩している）を備えた電子回路２（すなわち、マイクロチップ）と、電子回路２に接続されたアンテナ３と、電子回路２およびアンテナ３の両方を支え、（例えば、銅被覆ベトロナイト（ｖｅｔｒｏｎｉｔｅ）、ＦＲ４、または他の類似の物質の薄いシートを備えうる）「基板」として定義されることが多い支持体４とを備える。以下で詳細に説明するが、支持体４は、存在しない可能性もある。図１に示す実施形態において、アンテナ３は、ダイポールアンテナ（または単にダイポール）であり、電流が流れ、リモートで電磁場を放射する線形導電体を使用して実装されている２つの等しく開いたアームを備える。

使用中、アンテナ３は、電磁誘導により、アンテナ３内の電位差を引き起こす電磁信号を受信し、これにより、電子回路２内で電流の循環が生じ、電子回路２自体に電力が供給される。電子回路２は、このように作動されると、アンテナ３を用いて、メモリ内に含まれるデータを送信し、必要に応じて、そのメモリ内に含まれるデータの修正も行う。

図１、図２、および図３に示すように、トランスポンダ１は、互いに重ね合わされ、圧力をかけられたグリーンゴムの２つのストリップ６および７を備えるゴム製のハウジング５に挿入されている。一般に、ハウジング５の２つのグリーンゴムストリップ６および７は、トランスポンダ１より（すなわち、電子回路２およびアンテナ３より）長い／幅が広い。

別の実施形態（図示せず）によれば、支持体４は存在せず、その機能は、ハウジング５のゴムのストリップ６および７が担う。

好適な（しかし、明らかに非限定的な）実施形態によれば、加硫前の（トランスポンダ１を中に含む）ハウジング５の厚さＴは、２．３～２．９ｍｍであり（かつ、例えば、２．６ｍｍに等しく）、加硫前のハウジング５の幅Ｗは、約２０～４５ｍｍであり（かつ、例えば、４０ｍｍに等しく）、加硫前のハウジング５の長さＬは、約７０～９０ｍｍである（かつ、例えば、８０ｍｍに等しい）。好適な実施形態によれば、加硫前、ハウジング５の厚さＴは、トランスポンダ１の厚さに、片面につき０．４～０．５ｍｍ（すなわち、全体で０．８～１．０ｍｍ）の厚さが追加された値に等しい。このように、加硫前の２つのゴムストリップ６および７は、（０．４～０．５ｍｍに等しい）同じ厚さを有するが、この厚さは、トランスポンダ１と、加硫前の各ゴムストリップ６または７の外面との間に、０．５ｍｍ以上（より一般的に、０．４ｍｍ以上）ゴムの厚さがある、すなわち、トランスポンダ１と、加硫前の各ゴムストリップ６または７の外面との間に、少なくとも０．５ｍｍ（０．４ｍｍ）のゴムが設けられるように選択される。この規則に従えば、トランスポンダ１の最大の厚さが（すなわち、最も厚い領域で）１．６ｍｍであれば、加硫前の（トランスポンダ１を中に含む）ハウジング５の厚さＴは、２．６ｍｍに等しくなる。トランスポンダ１がより厚く、またはより薄くなると、ハウジング５の厚さＴも同様により厚く、またはより薄くなる。

結果として、加硫前の２つのゴムストリップ６および７は同じ厚さを有するが、この厚さは、トランスポンダ１の厚さの半分に約０．４～０．５ｍｍ追加した値に等しい。

加硫前の２つのゴムストリップ６および７が、トランスポンダ１の厚さの半分に約０．４～０．５ｍｍ追加した値に等しい、同じ厚さを有するとき、（２つのゴムストリップ６および７の間に囲まれた）トランスポンダ１と、加硫前の２つのゴムストリップ６および７の外面との間には、約０．４～０．５ｍの厚さを有するゴムの層が存在する。この未加硫のゴムの厚さにより、加硫プロセスの終わりに、（２つのゴムストリップ６および７の間に囲まれた）トランスポンダ１と、２つの加硫済みゴムストリップ６および７の外面との間に、少なくとも０．２ｍｍの（すなわち、０．２～０．３ｍｍ以上であり、かつ、一般的に０．２～０．３ｍｍよりわずかに大きい）厚さを有する加硫済みゴムの層が確実にもたらされる。言い換えれば、加硫プロセスの終わりに得られる最終結果として、（２つのゴムストリップ６および７の間に囲まれた）トランスポンダ１は、少なくとも０．２～０．３ｍｍの加硫済みゴムにより覆われる（かつ、それにより「保護される」）。

一般的に、加硫前のハウジング５の長さＬは、トランスポンダ１の長さに、片側につき２～５ｍｍ（すなわち、合計で４～１０ｍｍ）追加された値に等しい。

添付の図面に示す実施形態において、ゴムストリップ７は、下にあるゴムストリップ６よりわずかに小さい（すなわち、狭く、短い）（加硫前の２つのゴムストリップ６および７の間のサイズの差は、０．５ｍｍ～８ｍｍである）。この点に関して、下にあるゴムストリップ６よりわずかに小さい（すなわち、狭く、短い）ゴムストリップ７により、以下の技術的効果が得られることに留意することが重要である。つまり、タイヤのインナーライナにおけるゴムのステップが、加硫中の空気の流れに対するブロックを作り出すが、加硫中、このゴムのステップが低減し（実質的に円すい形になると想定される）、さまざまな成形不良を回避することができる。別の実施形態（図示せず）によれば、ゴムストリップ７は、下にあるゴムストリップ６と全く同じサイズを有する。具体的には、添付の図面に示す実施形態においては、ゴムストリップ６は、７５～８５ｍｍ（好ましくは、８０ｍｍ）の加硫前の長さＬと、２０～４５ｍｍ（好ましくは、４０ｍｍ）の加硫前の幅Ｗと、１．２～１．４ｍｍ（好ましくは、１．３ｍｍ）の加硫前の厚さＴとを有する。代わりに、ゴムストリップ７は、６５～７５ｍｍ（好ましくは、７０ｍｍ）の加硫前の長さＬと、３３～３７ｍｍ（好ましくは、３５ｍｍ）の加硫前の幅Ｗと、１．２～１．４ｍｍ（好ましくは、１．３ｍｍ）の加硫前の厚さＴとを有する。

好適な実施形態によれば、平面視で、各ゴムストリップ６または７は、鋭い縁を持たないように、２つの小さな丸い端部を有する。

ゴムストリップ６は、完全にグリーンなゴム（すなわち、部分的にでさえ、全く加硫処理されていないゴム）から成る。一方、ゴムストリップ７は、部分的にのみ加硫済みのゴム（すなわち、加硫が開始されているが完了していないゴム、すなわち、完全にグリーンでも、完全に加硫済みでもないゴム）から成る。具体的には、ゴムストリップ７は、（以下で詳述するように）２０～４０％加硫済みのゴム、すなわち、２０～４０％加硫を受けたゴムから成る。

図６および図７に示すように、加硫のパーセンテージ％Ｃが（完全にグリーンなゴムに対応する）０％から（完全に加硫済みのゴムに対応する）１００％へと進行するにつれ、図７に示すような、チオエーテル結合を形成するゴムの能力（すなわち、他の物質に付着するゴムの能力）は減少し、それと同時に、図６に示すようなゴムの剛性Ｒは増加する。物質の力学において、剛性は、外力により生じる弾性変形に対抗（抵抗）するボディの能力であり、その逆は、降伏度（ｙｉｅｌｄａｂｉｌｉｔｙ）または柔軟性と呼ばれる。外力と弾性変形との間の比率は、「ヤング率」、または弾性率（ここで、その測定単位はＮ／ｍ^２である）と呼ばれ、物質の剛性の直接測定を表す（ヤング率が低いほど、剛性が低くなるため、物質が変形しやすくなる）。

一般的に、加硫のパーセンテージ％Ｃは、ゴムが加硫温度にさらされた期間に基づいて測定される（典型的に、１６０～１８０°Ｃ、またはより一般的に、１４０～２００°Ｃ）。従って、５０％に等しい加硫パーセンテージ％Ｃは、ゴムが、完全な加硫を成すために必要な時間の５０％、加硫温度にさらされたことを示している。

図６に示す好適な実施形態によれば、ゴムストリップ７は、加硫の完了時に達する最大剛性Ｒ_ＭＡＸのうち、２０％（Ｒ_１）～４０％（Ｒ_２）の剛性Ｒを有するゴムから成る（代替的に、剛性Ｒは、加硫の完了時に達する最大剛性Ｒ_ＭＡＸのうち、２０～２５％と５０％との間となる可能性がある）。上述のように、剛性Ｒは、対応する「ヤング率」または弾性率を用いて測定されてよく、よって、剛性Ｒの増加は、「ヤング率」の増加に対応する。具体的には、ゴムストリップ７は、５０Ｎｍ～１００Ｎｍの（より一般的に、４０Ｎｍ～１２０Ｎｍの）接線弾性定数を有するゴムから成る。

好ましくは、２つのゴムストリップ６および７は、全く同じ種類のゴム化合物から成る。ただし、代替的に、２つのゴムストリップ６および７は、２つの異なる種類のゴム化合物から成る可能性がある。

図８に示すように、トランスポンダ１を含むハウジング５は、トロイダルケース９を備えるタイヤ８に結合する（取り付けられる）。トロイダルケース９は、それ自体の上に部分的に折り曲げられるため、２つのサイドフラップを有する（すなわち、間で重ね合わされた２つの層であり、通常、「折り返し」と呼ばれる）。カーカス９の両側には、２つの環状のビード１０が設けられ、その各々は、カーカス９により取り囲まれている。カーカス９は、トレッドベルト１２を介在させることにより、環状のトレッド１１を支持する。ボディプライ９内には、気密であり、インナーライニングを構成し、かつ、タイヤ８内に空気を保ち、その同じタイヤ８のタイヤ圧を経時的に維持する機能を有するインナーライナ１３が配置されている。

タイヤ８の構成には、トランスポンダ１を２つのゴムストリップ６間に挿入し、続いて、ゴムストリップ６がインナーライナ１３に直接接触し、ゴムストリップ７がゴムストリップ６の介入によりインナーライナ１３から離れるように（すなわち、ゴムストリップ６がインナーライナ１３の側にあり、ゴムストリップ７がインナーライナ１３とは反対側にあるように）、ハウジング５をグリーンタイヤ８のインナーライナ１３に適用する（取り付ける）ことによりハウジング５を構成することが含まれる。

グリーンタイヤ８のインナーライナ１３に（トランスポンダ１を中に含む）ハウジング５が適用されると、ハウジング５を備えたグリーンタイヤ８は加硫プロセスを受け、その加硫プロセスの終わりに、（トランスポンダ１を中に含む）ハウジング５がタイヤ８の不可欠かつ分離できない部分となる。当然、ハウジング５は、任意の位置でグリーンタイヤ８のインナーライナ１３に適用されてよく、図８に示すものは、１つの可能性のある非限定的な例にすぎない。

図８に示す好適な（しかし、拘束力はない）実施形態によれば、ハウジング５は、タイヤ８のサイドウォールにおいて、かつ、ハウジング５の中心部が、半径方向に最も内側の部分からトレッドの向こう側へと測定される半径方向の高さであって、（同様に半径方向に測定される）タイヤの断面の高さＳＨの５０％より低い半径方向の高さを有するように、グリーンタイヤ８のインナーライナ１３に適用される。この点に関して、ハウジング５が、好ましくは、ハウジング５の幅Ｗが半径方向に向き、ハウジング５の長さＬが円周方向に向き、かつ、ハウジング５の厚さＴが軸方向に向くように、グリーンタイヤ８のインナーライナ１３に適用されることに留意することが重要である。

本明細書に記載の実施形態は、本発明の保護範囲から逸脱することなく、組み合わされてよい。

上述の製造方法は、多くの利点を有する。

まず、上述の製造方法は、容易に自動化された少しの操作を実施することを伴う限りにおいては、非常に単純で、経済的である。基本的に、トランスポンダ１を持たないタイヤの製造と比較したとき、ハウジング５をグリーンタイヤ８に留めること（グリーンタイヤ８がまだ平らなとき、いわゆる「チップターニング（ｔｉｐ－ｔｕｒｎｉｎｇ）」の前に実行されうる操作）を追加したにすぎない。

さらに、上述の製造方法によれば、トランスポンダ１の一部がそのゴム製のハウジング５の外側に表れること（いわゆる「表面化（ｓｕｒｆａｃｉｎｇ）」現象）につながるような、加硫プロセス中に達する高圧および高温を避けることができ、トランスポンダ１の一部をケース９のコードに接触させるような、加硫プロセス中に達する高圧および高温を避けることができ、かつ、加硫プロセス中に達する高圧および高温がインナーライナ１３に凹凸を生じさせることを防ぐこともできる。

最後に、上述の製造方法によれば、タイヤ８へのトランスポンダ１の十分に強力で、耐久性のある付着が保証され、それにより、トランスポンダ１が、部分的にでさえ、タイヤ８から分離するリスクを避けることができる。

（代わりに、形状が、平面視で、完全に矩形であった場合、そこにあったであろう）鋭い縁がないことにより、ハウジング５が加硫プロセス中にインナーライナ１３に伝える応力が低減するため、平面視で、ゴムの各ストリップ６または７が、（鋭い縁を持たないように）２つの小さな丸い端部を有するという事実が重要であると強調するが大切である。

１ トランスポンダ
２ 電子回路
３ アンテナ
４ 支持体
５ ハウジング
６ ストリップ
７ ストリップ
８ タイヤ
９ カーカス
１０ ビード
１１ トレッド
１２ トレッドベルト
１３ インナーライナ
Ｌ 長さ
Ｗ 幅
Ｔ 厚さ
ＳＨ 断面高さ

Claims (12)

1. 電子デバイス（１）を備えたタイヤ（８）の製造方法であって、
   前記電子デバイス（１）を、第１のゴムストリップ（６）と第２のゴムストリップ（７）との間に挿入する工程であって、前記第１のゴムストリップ（６）および前記第２のゴムストリップ（７）は、その間で、ハウジング（５）をそれ自体で画定する前記電子デバイス（１）を取り囲む、工程と、
   前記ハウジング（５）をグリーンタイヤ（８）のインナーライナ（１３）に、前記第１のゴムストリップ（６）が前記インナーライナ（１３）に直接接触し、前記第２のゴムストリップ（７）が前記第１のゴムストリップ（６）の介入により前記インナーライナ（１３）から離れるように、適用する工程と、
   前記ハウジング（５）を備えた前記グリーンタイヤ（８）が加硫プロセスを受ける工程と
   を含み、
   前記第１のゴムストリップ（６）は、完全にグリーンなゴムから成り、
   前記第２のゴムストリップ（７）は、部分的にのみ加硫済みのゴム、すなわち、加硫が開始されているが完了していないゴムから成り、
   加硫前の前記第２のゴムストリップ（７）は、加硫前の前記第１のゴムストリップ（６）より小さい、製造方法。
2. 前記第２のゴムストリップ（７）は、２０～４０％加硫済みのゴム、すなわち、２０～４０％、加硫を受けたゴムから成る、請求項１に記載の製造方法。
3. 前記第２のゴムストリップ（７）は、加硫の完了時に達する最大剛性（ＲＭＡＸ）のうち、２５％～５０％の剛性（Ｒ）を有するゴムから成る、請求項１に記載の製造方法。
4. 加硫前の前記第２のゴムストリップ（７）は、４０Ｎｍ～１２０Ｎｍの接線弾性定数を有するゴムから成る、請求項１に記載の製造方法。
5. 加硫前の前記ハウジング（５）は、前記電子デバイス（１）の最大の厚さに、片面につき０．５ｍｍ追加された値に等しい、全体の厚さ（Ｔ）を有する、請求項１に記載の製造方法。
6. 前記電子デバイス（１）の最も厚い領域と、加硫前の各ゴムストリップ（６、７）の外面との間に、０．４ｍｍ以上のゴムの厚さ（Ｔ）がある、請求項１に記載の製造方法。
7. 前記電子デバイス（１）の最も厚い領域と、加硫後の各ゴムストリップ（６、７）の外面との間に、０．２ｍｍ以上のゴムの厚さ（Ｔ）がある、請求項１に記載の製造方法。
8. 加硫前の前記第１のゴムストリップ（６）及び前記第２のゴムストリップ（７）の間のサイズの差は、０．５ｍｍ～８ｍｍである、請求項１に記載の製造方法。
9. 平面視で、各ゴムストリップ（６または７）は、鋭い縁を持たないように、２つの小さな丸い端部を有する、請求項１に記載の製造方法。
10. 加硫前の前記第１のゴムストリップ（６）及び前記第２のゴムストリップ（７）は、前記電子デバイス（１）の厚さの半分に、０．５ｍｍ追加された値に等しい、同じ厚さを有する、請求項１に記載の製造方法。
11. 加硫前の前記第１のゴムストリップ（６）は、７５～８５ｍｍの長さ（Ｌ）と、２０～４５ｍｍの幅（Ｗ）と、１．２～１．４ｍｍの厚さとを有し、
    加硫前の前記第２のゴムストリップ（７）は、６５～７５ｍｍの長さ（Ｌ）と、３３～３７ｍｍの幅（Ｗ）と、１．２～１．４ｍｍの厚さとを有する、請求項１に記載の製造方法。
12. 前記ハウジング（５）は、前記タイヤ（８）のサイドウォールにおいて、かつ、前記ハウジング（５）の中心部が、半径方向に最も内側の部分からトレッドの向こう側へと測定される半径方向の高さであって、前記タイヤ（８）の断面の高さ（ＳＨ）の５０％未満である半径方向の高さを有するように、グリーンタイヤ（８）の前記インナーライナ（１３）に適用される、請求項１～１１のいずれか一項に記載の製造方法。