WO2011027595A1 - タイヤ状態検出装置 - Google Patents

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WO2011027595A1
WO2011027595A1 PCT/JP2010/058351 JP2010058351W WO2011027595A1 WO 2011027595 A1 WO2011027595 A1 WO 2011027595A1 JP 2010058351 W JP2010058351 W JP 2010058351W WO 2011027595 A1 WO2011027595 A1 WO 2011027595A1
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antenna
rim
printed wiring
tire
wiring board
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PCT/JP2010/058351
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興司 中谷
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横浜ゴム株式会社
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    • H01Q1/2241—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles associated with components used in interrogation type services, i.e. in systems for information exchange between an interrogator/reader and a tag/transponder, e.g. in Radio Frequency Identification [RFID] systems used in or for vehicle tyres
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q7/00—Loop antennas with a substantially uniform current distribution around the loop and having a directional radiation pattern in a plane perpendicular to the plane of the loop

Definitions

  • the present invention relates to a tire condition detection device, and more particularly to a tire condition detection device that transmits a detection result to the outside by radio waves and is used by being mounted on a rim in the tire.
  • a tire condition detection device equipped with a radio that transmits air pressure data on a tire rim well (see, for example, Patent Document 1).
  • the antenna provided in the tire condition detection device is affected by the approach of a metal part such as a rim, and the characteristics often change greatly.
  • the antenna design with the tire condition detection device installed on a metal such as a rim It was essential.
  • the resonance frequency of the antenna of the tire condition detection device often deviates significantly if the shape of the rim to be mounted on the tire condition detection device is different, so in order to maintain good antenna characteristics Therefore, it was necessary to design an antenna for each rim shape on a one-by-one basis.
  • an object of the present invention is to provide a tire condition detection device capable of obtaining good antenna characteristics even when the shape of a rim to be mounted is changed, reducing manufacturing costs, and capable of mass production. Is to provide.
  • the present invention provides a sensor that detects a predetermined physical state of a tire, an antenna having a predetermined resonance frequency, and a detection that transmits information on detection results of the sensor as radio waves from the antenna.
  • a tire condition detection device that includes a circuit, a case that houses the sensor, the antenna, and the detection circuit and that transmits radio waves, and that is used by attaching the case to a rim in a tire, when the case is attached to the rim And is fixed at a predetermined distance from the antenna so as to form a boundary surface between the antenna and the rim, and is set to a potential equal to the reference potential of the detection circuit.
  • a planar conductor Provided with a planar conductor.
  • a planar conductor set at the reference potential of the detection circuit is provided at a predetermined distance from the antenna in the apparatus, and when the apparatus is mounted on the rim, the planar conductor is a boundary between the antenna and the rim. Therefore, the influence of the metal constituting the rim on the antenna can be greatly reduced as compared with the prior art.
  • the case when the tire condition detection device is mounted on the rim, the case is fixed to the surface of the rim so that the bottom surface of the case faces the surface of the rim. Since the case is fixed to the rim in this way, a plane conductor set at a reference potential is arranged between the antenna and the surface of the rim. Therefore, when the tire condition detection device is mounted on the rim, the plane conductor is Since it becomes a boundary surface between an antenna and a rim
  • 1 is an external view showing a tire condition detection device according to a first embodiment of the present invention.
  • the disassembled perspective view which shows the tire condition detection apparatus in 1st Embodiment of this invention.
  • the top view which shows the printed wiring board in 1st Embodiment of this invention
  • the side view which shows the printed wiring board in 1st Embodiment of this invention.
  • the block diagram which shows the electric system circuit of the tire condition detection apparatus in 1st Embodiment of this invention.
  • Side surface sectional drawing which shows the mounting state to the rim of the tire condition detection apparatus in 1st Embodiment of this invention.
  • the disassembled perspective view which shows the tire condition detection apparatus in 2nd Embodiment of this invention.
  • the top view which shows the printed wiring board in 2nd Embodiment of this invention
  • the side view which shows the printed wiring board in 2nd Embodiment of this invention.
  • Side surface sectional drawing which shows the mounting state to the rim
  • the disassembled perspective view which shows the tire condition detection apparatus in 3rd Embodiment of this invention.
  • the top view which shows the printed wiring board in 3rd Embodiment of this invention
  • the side view which shows the printed wiring board in 3rd Embodiment of this invention.
  • the disassembled perspective view which shows the antenna in 3rd Embodiment of this invention.
  • External appearance perspective view which shows the principal part of the printed wiring board in 4th Embodiment of this invention
  • the external appearance perspective view which shows the planar conductor board and holding material in 4th Embodiment of this invention
  • the external appearance perspective view which shows the holding material in 4th Embodiment of this invention.
  • Smith chart for explaining antenna characteristics in the fourth embodiment of the present invention Smith chart explaining antenna characteristics when appropriate in the conventional example Smith chart explaining variation in antenna characteristics in conventional example
  • FIG. 1 is a view showing a tire mounted with a tire condition detection device according to the first embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is an external perspective view showing the tire condition detection device according to the first embodiment of the present invention
  • FIG. FIG. 4 is a plan view showing a printed wiring board according to the first embodiment of the present invention
  • FIG. 5 shows the printed wiring board according to the first embodiment of the present invention
  • FIG. 6 is a side view, and FIG. 6 is a block diagram showing an electrical circuit of the tire condition detection device in the first embodiment of the present invention.
  • the tire condition detection device 10 is fixed to a predetermined position of the rim 3 inside the air chamber 2 of the tire 1, and includes a pressure detection element and a temperature detection element described later provided in the tire condition detection device 10.
  • the pressure and temperature in the air chamber 2 of the tire 1 are detected by the sensor unit, and the detection result is converted into a digital value.
  • the tire condition detection device 10 generates and transmits digital information including these digital values.
  • This digital information includes identification information unique to the tire condition detection device 10 in addition to the digital value of the detection result.
  • the tire condition detection device 10 includes a case 100 in which a printed wiring board 300 and a battery 420 are accommodated.
  • a detection circuit 400 shown in FIG. 6 is formed on the printed wiring board 300. That is, the detection circuit 400 includes a sensor unit 410, a battery 420, a main control unit 430, a transmission unit 440, and an antenna 450.
  • the case 100 includes a case main body 120 made of a synthetic resin that transmits radio waves and an upper lid 110.
  • a rectangular opening 113 is formed at a predetermined position of the upper lid 110 at a position facing the position of the sensor unit 410.
  • the opening 113 is covered with a lid 111 having a vent 112.
  • the sensor unit 410 is mounted on the surface of the printed wiring board 300, and includes a pneumatic pressure detection element 411, a temperature detection element 412, and an analog / digital conversion circuit 413.
  • the pressure and temperature in the air chamber 2 of the tire 1 are Is detected by the air pressure detection element 411 and the temperature detection element 412, and the detection result is converted into a digital value by the analog / digital conversion circuit 413 and output to the main control unit 430.
  • Battery 420 is connected to printed circuit board 300 by connecting conductors 421 and 422, and supplies power to detection circuit 400 formed on printed circuit board 300.
  • One connection conductor 421 is connected to the positive electrode of the battery 420 and the surface of the printed wiring board 300, and the other connection conductor 422 is connected to the negative electrode of the battery 420 and the back surface of the printed wiring board 300.
  • the main control unit 430 includes a well-known CPU and memory, receives the detection result from the sensor unit 410 as a digital value, generates digital information including the digital value, and outputs the digital information to the transmission unit 440.
  • the digital information includes identification information unique to the tire condition detection device 10, such as a manufacturing number, in addition to the digital value of the detection result.
  • the transmission unit 440 transmits the digital information input from the main control unit 430 using a predetermined frequency, for example, 315 MHz radio waves.
  • the antenna 450 is a helical antenna whose resonance frequency is set to the transmission frequency of the transmission unit 440, and is mounted on the surface of the printed wiring board 300.
  • the antenna 450 is mounted on the surface of the printed wiring board 300 so that the axis of the helical antenna is parallel to the surface of the printed wiring board 300.
  • the printed wiring board 300 is formed of a multilayer ceramic multilayer substrate, and a conductor pattern 310 is provided on almost the entire back surface thereof.
  • the printed wiring board 300 is fixed to the case body 120 such that the back surface thereof, that is, the conductor pattern 310 faces the bottom surface of the case body 120.
  • the thickness of the copper foil forming the conductor pattern 310 is generally 12, 18, 35, 70 microns ( ⁇ m) or the like, but considering the durability (strength against peeling), the thickness of the conductor pattern 310 Is preferably 18 ⁇ m or more.
  • FIG. 7 is a side sectional view of the tire state detection device 10 having the above-described configuration when the tire state detection device 10 is mounted on the rim 3.
  • the case 100 is fixed to the surface of the rim 3 so that the bottom surface of the case body 120 faces the surface of the rim 3.
  • a conductor pattern 310 set at a reference potential is disposed between the antenna 450 mounted on the surface of the printed wiring board 300 and the surface of the rim 3.
  • the conductor pattern (planar conductor) 310 becomes a boundary surface between the antenna 450 and the rim 3, so that the metal constituting the rim 3 has an influence on the antenna 450. Can be greatly reduced as compared with the prior art. Furthermore, since the distance between the antenna 450 and the conductor pattern 310 becomes constant depending on the thickness of the dielectric of the printed wiring board 300, the antenna characteristics can be maintained in a good state even if the shape of the rim 3 is different.
  • the manufacturing cost per tire can be greatly reduced as compared with the conventional one, and mass production of the tire condition detection device 10 can be easily performed.
  • FIG. 8 is an exploded perspective view showing a tire condition detection device 10A according to the second embodiment of the present invention
  • FIG. 9 is a plan view showing a printed wiring board 300A according to the second embodiment of the present invention
  • FIG. FIG. 11 is a side sectional view showing a mounting state of the tire state detection device 10A in the rim 3 according to the second embodiment of the present invention.
  • the same components as those in the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
  • the difference between the second embodiment and the first embodiment is that a coiled antenna 460 is provided instead of the antenna 450 in the first embodiment, and a printed wiring board 300A is used instead of the printed wiring board 300.
  • the conductor film 511 and the insulating film 512 are provided on the inner bottom surface of the case main body 120.
  • the antenna 460 has a spring coil shape in which the resonance frequency is set to 315 MHz, and a feeding point is provided at the center thereof, and this feeding point is connected to the transmission unit 440 formed on the printed wiring board 300A.
  • the antenna 460 has a coil diameter larger than that of the antenna 450, the coil axis of the antenna 460 is parallel to the side and the surface of the nearby printed wiring board 300A. It is provided on the outer periphery.
  • the printed wiring board 300A is the same as the printed wiring board 300 except that the conductive pattern 310 provided on the back surface of the printed wiring board 300 in the first embodiment is removed, and the conductive pattern 310 is removed.
  • a conductor film 511 is provided on the inner bottom surface of the case body 120, and an electrical insulating film 512 is provided on the surface of the conductor film 511.
  • the insulating film 512 prevents conductive connection between the conductor film 511, the printed wiring board 300A, and the antenna 460.
  • the thickness of the conductor film 511 is preferably 18 ⁇ m or more for the same reason as described above.
  • the case 100 When the tire state detection device 10A having the above configuration is mounted on the rim 3, the case 100 is fixed to the surface of the rim 3 so that the bottom surface of the case main body 120 faces the surface of the rim 3, as shown in FIG.
  • the conductor film 511 set at the reference potential is disposed between the antenna 460 and the surface of the rim 3. Since the conductive film (planar conductor) 511 becomes a boundary surface between the antenna 460 and the rim 3 when mounted on the antenna, the influence of the metal constituting the rim 3 on the antenna 460 can be greatly reduced compared to the conventional case. it can.
  • the distance between the antenna 460 and the conductive film 511 is constant, so that the antenna characteristics are in good condition even if the shape of the rim 3 is different. Can be maintained.
  • FIG. 12 is an exploded perspective view showing a tire condition detection device 10B according to the third embodiment of the present invention
  • FIG. 13 is a plan view showing a printed wiring board 300B according to the third embodiment of the present invention
  • FIG. 14 is a third view of the present invention
  • FIG. 15 is an exploded perspective view showing a configuration of an antenna according to the third embodiment of the present invention
  • FIG. 16 is a rim of the tire condition detecting device 10B according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. In these drawings the same components as those in the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
  • the difference between the third embodiment and the first embodiment is that an antenna 470 is provided in place of the antenna 450 in the first embodiment, and a printed wiring board 300B is used in place of the printed wiring board 300. .
  • the printed wiring board 300B has a slightly larger shape than the printed wiring board 300 in the first embodiment, and an antenna 470 is formed in a widened portion.
  • a conductor pattern 320 similar to that of the first embodiment is provided on almost the entire back surface of the printed wiring board 300B.
  • This conductor pattern 320 is connected to the negative electrode of the battery 420, and the potential of the conductor pattern 320 is equal to that of the detection circuit 400.
  • the thickness of the conductor pattern 320 is preferably 18 ⁇ m or more for the same reason as described above.
  • the antenna 470 includes a printed wiring pattern (hereinafter referred to as a wiring pattern) formed on the printed wiring board 300B and a printed wiring board 500 connected to the printed wiring board 300B by a plurality of connecting conductors.
  • a wiring pattern hereinafter referred to as a wiring pattern
  • the antenna 470 includes the printed wiring boards 300B and 500 and a plurality of columnar connecting conductors 711 to 718, 721 to 728,731. Note that the antenna 470 in this embodiment has a resonance frequency of 315 MHz as described above.
  • the printed wiring board 500 is made of a dielectric substrate having a rectangular shape with a predetermined area and a predetermined thickness, and a plurality of through-holes at predetermined equal intervals on a straight line parallel to the long side at both sides in the width direction. 521 to 528, 531 to 538 are provided. Further, as shown in FIG. 15, the other through-hole is arranged so that the through-hole is disposed at a position substantially opposite to the center position of the gap between the through-holes of the through-holes 521 to 528 provided on one side. 531 to 538 are provided.
  • wiring patterns 511 to 518 are provided on the surface of the printed wiring board 500 and arranged in parallel at equal intervals.
  • one end of the wiring pattern 511 is connected to the second through hole 522 from the end in the row of one through holes 521 to 528, and the other end is a through hole 531 located at the end in the row of the other through holes 531 to 538. It is connected to.
  • One end of the wiring pattern 512 is connected to the third through hole 523 from the end in the row of one through holes 521 to 528, and the other end is the through hole located second from the end in the row of the other through holes 531 to 538.
  • One end of the wiring pattern 513 is connected to the fourth through hole 524 from the end in one through hole 521 to 528 row, and the other end is the third through hole located from the end in the other through hole 531 to 538 row.
  • One end of the wiring pattern 514 is connected to the fifth through hole 525 from the end of one through hole 521 to 528, and the other end is the fourth through hole located from the end of the other through hole 531 to 538 row. 534.
  • One end of the wiring pattern 515 is connected to the sixth through hole 526 from the end in the row of one through holes 521 to 528, and the other end is a through hole located fifth from the end in the row of the other through holes 531 to 538. It is linked to 535.
  • One end of the wiring pattern 516 is connected to the seventh through hole 527 from the end in one row of the through holes 521 to 528, and the other end is a through hole located sixth from the end in the row of the other through holes 531 to 538. It is linked to 536.
  • One end of the wiring pattern 517 is connected to the eighth through hole 528 from the end of one through hole 521 to 528, and the other end is the seventh through hole located from the end of the other through hole 531 to 538.
  • One end of the wiring pattern 518 is disposed at a position spaced from one end of the wiring pattern 517 by the same distance as the through hole feeling, and the other end is a through hole located at the eighth position from the end of the other through holes 531 to 538. 538.
  • a feeding point 514a is set at a predetermined position of the fourth wiring pattern 514 from the end, and one end of the feeding wiring pattern 541 is conductively connected to this feeding point.
  • the power supply wiring pattern 541 is provided such that a through hole 542 provided at the other end is positioned in the vicinity of one short side of the printed wiring board 500.
  • a plurality of through holes 621 to 628 and 631 to 638 are provided at predetermined equal intervals on a straight line parallel to the long side at both sides in the width direction of the printed wiring board 300B.
  • the positions of these through holes 621 to 628 and 631 to 638 correspond to the positions of the through holes 521 to 528 and 531 to 538 in the printed wiring board 500.
  • wiring patterns 611 to 618 a plurality of linear printed wiring patterns (hereinafter referred to as wiring patterns) 611 to 618 arranged in parallel at equal intervals are provided on the surface of the printed wiring board 300B.
  • the width in the long side direction of the printed wiring board 300B in each wiring pattern 611 to 618 is set to the same width as the wiring patterns 511 to 518 in the printed wiring board 500, and the length in the short side direction is also the wiring of the printed wiring board 500.
  • the same as patterns 511 to 518 are set.
  • One end of the wiring pattern 611 is connected to the first through hole 621 from the end of one of the through holes 621 to 628, and the other end is connected to the through hole 631 positioned at the end of the other through hole 631 to 638.
  • One end of the wiring pattern 612 is connected to the second through hole 622 from the end of one through hole 621 to 628, and the other end is the second through hole located from the end of the other through hole 631 to 638. 632.
  • One end of the wiring pattern 613 is connected to the third through hole 623 from the end of one of the through holes 621 to 628, and the other end is the third through hole located from the end of the other through hole 631 to 638. 633.
  • One end of the wiring pattern 614 is connected to the fourth through hole 624 from the end of one through hole 621 to 628 and the other end is the fourth through hole located from the end of the other through hole 631 to 638. 634.
  • One end of the wiring pattern 615 is connected to the fifth through hole 625 from the end of one through hole 621 to 628, and the other end is the fifth through hole located from the end of the other through hole 631 to 638. It is linked to 635.
  • One end of the wiring pattern 616 is connected to the sixth through hole 626 from the end in the row of one through holes 621 to 628, and the other end is a through hole located at the sixth from the end in the row of the other through holes 631 to 638. It is linked to 636.
  • One end of the wiring pattern 617 is connected to the seventh through hole 627 from the end of one through hole 621 to 628, and the other end is the seventh through hole located from the end of the other through hole 631 to 638. It is linked to 637.
  • One end of the wiring pattern 618 is connected to the eighth through hole 628 from the end of one through hole 621 to 628, and the other end is the eighth through hole located from the end of the other through hole 631 to 638. 638.
  • a feeding point 615a is set at a predetermined position of the fifth wiring pattern 615 from the end, and one end of the feeding wiring pattern 641 is conductively connected to this feeding point.
  • the position of the feeding point 615a is set to a position facing the feeding point 514a of the wiring pattern 514 on the printed wiring board 500.
  • the power supply wiring pattern 641 is provided so that the other end 642 reaches the transmitting unit 440 formed on the printed wiring board 300B as shown in the figure.
  • the wiring patterns 511 to 518 of the printed wiring board 500 and the wiring patterns 611 to 618 of the printed wiring board 300B are conductively connected by a plurality of connecting conductors 711 to 718 and 721 to 728 so as to be spiral.
  • cylindrical conductors having a diameter of 0.75 mm and a length of 8.0 mm are used as the connecting conductors 711 to 718 and 721 to 728.
  • connection conductors 711 to 718 is inserted and fixed in the through hole 521 to 528 of the printed wiring board 500, and one end 712a to 718a of each of the connection conductors 712 to 718 is connected to the wiring pattern 511 to 517. Is electrically connected to one end. Further, the other ends 711b to 718b of the connecting conductors 711 to 718 are inserted and fixed in the through holes 621 to 628 of the printed wiring board 300B, and the other ends 711b to 718b of the connecting conductors 711 to 718 are connected to the wiring pattern 611. Conductive connection to one end of 618.
  • connection conductors 721 to 728 are inserted and fixed in through holes 531 to 538 of the printed wiring board 500, and one ends 721a to 728a of the connection conductors 721 to 728 are connected to the wiring patterns 511 to 518, respectively.
  • the other end is electrically connected.
  • the other ends 721b to 728b of the connection conductors 721 to 728 are inserted and fixed in the through holes 631 to 638 of the printed wiring board 300B, and the other ends 721b to 728b of the connection conductors 721 to 728 are connected to the wiring pattern 611.
  • Conductive connection is made to the other end of .about.618.
  • the printed wiring board 300B is provided with a through hole 651 connected to the wiring pattern 652.
  • the through hole 651 is connected to a through hole 542 provided in the printed wiring board 500 by a connecting conductor 731.
  • One end 731a of the connecting conductor 731 is conductively connected to the wiring pattern 541, and the other end 731b is conductively connected to the wiring pattern 652.
  • the wiring pattern 652 is connected to the output of the transmission unit 440.
  • the antenna elements are formed by the conductive wiring patterns 511 to 518 and 611 to 618 on the two printed wiring boards 500 and 300B, and these wiring patterns 511 to 518 and 611 to 618 are connected to the connecting conductors 711 to 718 and 721 to 728.
  • a helical antenna element is formed by conducting conductive connection alternately.
  • the antenna can be manufactured with the dimensional accuracy of the printed wiring patterns 511 to 518 and 611 to 618 and the dimensional accuracy of the connecting conductors 711 to 718 and 721 to 728 (for example, ⁇ 18 ⁇ m), and a high-performance antenna can be easily manufactured.
  • mass production is easy and high reliability can be achieved in electrical connection to a printed wiring board, and an antenna with excellent dimensional accuracy can be easily manufactured.
  • the case 100 When the tire state detection device 10B having the above configuration is attached to the rim 3, the case 100 is fixed to the surface of the rim 3 so that the bottom surface of the case body 120 faces the surface of the rim 3, as shown in FIG.
  • the conductor pattern 320 set at the reference potential is disposed between the antenna 470 and the surface of the rim 3, so that the tire condition detection device 10B is attached to the rim 3. Since the conductor pattern (planar conductor) 320 serves as a boundary surface between the antenna 470 and the rim 3 when mounted on the antenna, the influence of the metal constituting the rim 3 on the antenna 470 can be greatly reduced compared to the conventional case. it can.
  • FIG. 17 is an external perspective view showing a tire condition detection device 10C according to the fourth embodiment of the present invention
  • FIG. 18 is a plan view showing the tire condition detection device 10C according to the fourth embodiment of the present invention
  • FIG. FIG. 20 and FIG. 21 are external perspective views showing a printed wiring board 300C according to the fourth embodiment of the present invention
  • FIG. 22 is a diagram according to the fourth embodiment of the present invention. It is an external perspective view showing the main part of a printed wiring board 300C.
  • the same components as those in the first to third embodiments described above are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
  • the difference between the fourth embodiment and the first to third embodiments is that two substrates 351, 352 having substantially the same shape are arranged in parallel with a predetermined interval instead of the printed wiring board 300B in the third embodiment.
  • the conductor pattern 320 is replaced with a planar conductor plate 361, which is housed in the case 130.
  • the case 130 has a substantially rectangular parallelepiped shape, has protrusions for screwing at both ends in the longitudinal direction, and includes a main body 131 and a lid 132.
  • a storage space 134 for storing the printed wiring board 300C is formed inside the main body 131, and the opening of the storage space 134 is closed by fixing the lid 132 to the main body 131 with screws 141. Is done.
  • a vent hole 133 is formed in the lid body 132, and even when the lid body 132 is fixed to the main body 131, air flows from the outside to the storage space 134 through the vent hole 133. .
  • the printed wiring board 300 ⁇ / b> C includes two printed wiring boards 351 and 352 having a substantially rectangular shape arranged in parallel with a predetermined interval therebetween, and a connection that constitutes an antenna 470 between them.
  • the conductors 711 to 718, 721 to 728,731 are fixed to each other by the connecting printed wiring board 353.
  • the above-described antenna 470 is formed on one end side in the longitudinal direction of the printed wiring board 300C, and electronic components constituting an electronic circuit including the sensor unit 410 and the battery 420 are mounted on the other end side.
  • the connecting printed wiring board 353 is soldered to each of the two printed wiring boards 351 and 352.
  • the printed wiring board 351 is provided with a plurality of through holes 621 to 628, 631 to 638 and a plurality of linear printed wiring patterns 611 to 618 constituting the antenna 470, as in the third embodiment.
  • the other printed wiring board 352 has a plurality of linear printed wiring patterns arranged in parallel with the plurality of through holes 521 to 528 and 531 to 538 constituting the antenna 470 at equal intervals. 511 to 518 are provided.
  • a rectangular planar conductor plate 361 is fixed to the printed wiring board 300C by four holding members 371.
  • a planar conductor plate 361 is provided at the position of the antenna 470 so as to be parallel to the printed wiring board 351 located on the bottom surface side of the case main body 131 when the printed wiring board 300C is housed in the case 130.
  • the planar conductor plate 361 is fixed to the printed wiring board 351 by a holding material 371 so as to maintain a predetermined distance.
  • the planar conductor plate 361 is provided in place of the conductor pattern 320 in the third embodiment, and is conductively connected to a predetermined conductor pattern (a conductor pattern connected to the negative electrode of the battery 420) of the printed wiring board 351.
  • the reference potential is set.
  • the holding member 371 is fixed to the four corners of the planar conductor plate 361.
  • the holding member 371 has a shape in which cylindrical projections 371b having a diameter smaller than that of the main body 371a are provided at both ends of the cylindrical main body 371a.
  • the planar conductor plate 361 set at the reference potential is arranged at a predetermined distance from the printed wiring board 351, the case 130 is attached to the rim 3 so that the bottom surface of the case body 131 contacts the rim 3.
  • the planar conductor plate 361 set at the reference potential is arranged between the antenna 470 and the surface of the rim 3, so that the planar conductor plate 361 is mounted when the tire state detection device 10C is mounted on the rim 3.
  • the antenna 470 has a resonance frequency of 315 MHz when the planar conductor plate 361 is mounted on the printed wiring board 351.
  • the characteristic curve using the Smith chart is represented by the curve A shown in FIG. 25, and the antenna impedance at 315 MHz. Is 50 ohms.
  • the distance D between the printed wiring board 351 and the flat conductor plate 361 at this time is set to 1.5 mm by the holding material 371.
  • FIG. 25 shows characteristic curves B and C when the distance D between the printed wiring board 351 and the flat conductor plate 361 is changed as an experimental example.
  • a characteristic curve B in FIG. 25 is the case where the distance D between the printed wiring board 351 and the planar conductor plate 361 is deviated from 1.5 mm to 0.1 mm. At this time, the resonance frequency of the antenna 470 is 321 MHz. The impedance is 66 ohms.
  • a characteristic curve C in FIG. 25 is a case where the distance D between the printed wiring board 351 and the planar conductor plate 361 is shifted from 1.5 mm to 0.15 mm. At this time, the resonance frequency of the antenna 470 is 310 MHz. The impedance is 70 ohms.
  • the antenna characteristics of the antenna 470 change depending on the distance from the flat conductor plate 361, and a large gain cannot be obtained. That is, when the distance between the antenna 470 and the planar conductor plate 361 is slightly deviated from the design value (for example, 50 ⁇ m), the characteristics are greatly changed.
  • the holding member 471 is disposed between the antenna 470 and the planar conductor plate 361 so that the distance D is kept constant. Furthermore, since it is important that the distance D between the antenna 470 and the planar conductor plate 361 be free from the influence of the dielectric (air having no loss of dielectric loss tangent is best), the space D is not sandwiched so as to interfere with the antenna 470. By disposing the conductor plate 361, the antenna dielectric loss tangent loss is eliminated. With such a configuration, mass production is easy, and even when any shape of metal approaches, stable antenna characteristics can be obtained and antenna gain can be improved. .
  • the frequency characteristics of the antenna 470 change when the distance D between the printed wiring board 351 and the flat conductor plate 361 changes. It is preferable to use a member having a small rate. For example, it is preferable to use invar having a small expansion / contraction rate due to temperature and humidity as the holding material 371.

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Abstract

【課題】装着対象となるリムの形状が変わっても良好なアンテナ特性を得ることができると共に、製造コストを低減でき、大量生産が可能なタイヤ状態検出装置を提供する。 【解決手段】タイヤの所定の物理状態を検出するセンサ410と、所定の共振周波数を有するアンテナ450と、センサ410の検出結果の情報をアンテナ450から電波として送信する検出回路と、センサ410とアンテナ450と検出回路を収納し且つ電波を透過するケース100とを備え、ケース100をタイヤ内のリム3に装着して用いるタイヤ状態検出装置10において、ケース100をリム3に装着したときにアンテナ450とリム3との間に境界面を形成するようにアンテナ450から所定距離の位置にアンテナ450と電気的に絶縁された状態で固定され且つ検出回路の基準電位と等しい電位に設定されている平面導体310を設ける。

Description

タイヤ状態検出装置
　本発明は、タイヤ状態検出装置に関し、特に、検出結果を電波によって外部に送信するものであり且つタイヤ内のリムに装着して用いるタイヤ状態検出装置に関するものである。
　タイヤ内空気圧をモニタリングするシステムは、空気圧データを送信する無線機を備えたタイヤ状態検出装置をタイヤ内リムウェル部に装着することが一般的である（例えば、特許文献１参照）。タイヤ状態検出装置に備わるアンテナは、リム等の金属部が接近することにより影響を受け、大きく特性が変化する場合が多く、リム等の金属にタイヤ状態検出装置を設置した状態でのアンテナ設計が必須であった。しかしながら、リム形状は様々であり、特にアンテナとリムを構成する金属との間の距離がリムの形状によって異なるとアンテナの共振周波数及びインピーダンスが共に大きく変化する。
　例えば、送信周波数が３１５ＭＨｚの送信部と、共振周波数が３１５ＭＨｚのアンテナを備えたタイヤ状態検出装置を最適な状態でリムに装着した場合、図２６に示すように良好なインピーダンス特性を得られる。しかし、このタイヤ状態検出装置をリムから少し離した場合或いは他の形状のリムに装着した場合は、図２７に示すように、アンテナの共振周波数が大幅にずれてしまうことが多々起こっていた。
特開２００６－３２７４６０号公報
　前述したようにタイヤ状態検出装置の装着対象となるリムの形状などが異なるとタイヤ状態検出装置のアンテナの共振周波数が大幅にずれてしますことが多いので、良好なアンテナ特性を保持するためには、ワンバイワンでリムの形状毎にアンテナ設計をすることが必要であった。
　このようにリムの形状毎に最適な特性を備えたアンテナを作成する必要があったので、１つあたりの製造コストが高くなると共に、大量生産が困難であるという問題点があった。
　本発明の目的は、上記の問題点に鑑み、装着対象となるリムの形状が変わっても良好なアンテナ特性を得ることができると共に、製造コストを低減でき、大量生産が可能なタイヤ状態検出装置を提供することである。
　本発明は、上記の目的を達成するために、タイヤの所定の物理状態を検出するセンサと、所定の共振周波数を有するアンテナと、前記センサの検出結果の情報を前記アンテナから電波として送信する検出回路と、前記センサとアンテナと検出回路を収納し且つ電波を透過するケースとを備え、前記ケースをタイヤ内のリムに装着して用いるタイヤ状態検出装置において、前記ケースを前記リムに装着したときに前記アンテナと前記リムとの間に境界面を形成するように前記アンテナから所定距離の位置に前記アンテナと電気的に絶縁された状態で固定され且つ前記検出回路の基準電位と等しい電位に設定されている平面導体を設けた。
　本発明によれば、装置内においてアンテナから所定距離の位置に検出回路の基準電位に設定された平面導体が設けられ、装置をリムに装着したときには前記平面導体がアンテナとリムとの間の境界面となるので、リムを構成する金属がアンテナに与える影響を従来に比べて大幅に低減することができる。
　本発明のタイヤ状態検出装置によれば、タイヤ状態検出装置をリムに装着するときは、ケースの底面がリムの表面に対向するようにケースがリムの表面に固定される。このようにケースがリムに固定されることにより、アンテナとリムの表面との間には基準電位に設定された平面導体が配置されるため、タイヤ状態検出装置をリムに装着したときには平面導体がアンテナとリムとの間の境界面となるので、リムを構成する金属がアンテナに与える影響を従来に比べて大幅に低減することができる。したがって、リムの形状毎に最適な特性を備えたアンテナを作成する必要がなくなり、どのような形状のリムであっても同一のアンテナを用いることができるので、タイヤ状態検出装置の１つあたりの製造コストが従来に比べて大幅に低減できると共に、タイヤ状態検出装置の大量生産が容易に可能になる。
本発明の第１実施形態におけるタイヤ状態検出装置を実装したタイヤを示す図 本発明の第１実施形態におけるタイヤ状態検出装置を示す外観図 本発明の第１実施形態におけるタイヤ状態検出装置を示す分解斜視図 本発明の第１実施形態におけるプリント配線基板を示す平面図 本発明の第１実施形態におけるプリント配線基板を示す側面図 本発明の第１実施形態におけるタイヤ状態検出装置の電気系回路を示すブロック図 本発明の第１実施形態におけるタイヤ状態検出装置のリムへの実装状態を示す側面断面図 本発明の第２実施形態におけるタイヤ状態検出装置を示す分解斜視図 本発明の第２実施形態におけるプリント配線基板を示す平面図 本発明の第２実施形態におけるプリント配線基板を示す側面図 本発明の第２実施形態におけるタイヤ状態検出装置のリムへの実装状態を示す側面断面図 本発明の第３実施形態におけるタイヤ状態検出装置を示す分解斜視図 本発明の第３実施形態におけるプリント配線基板を示す平面図 本発明の第３実施形態におけるプリント配線基板を示す側面図 本発明の第３実施形態におけるアンテナを示す分解斜視図 本発明の第３実施形態におけるタイヤ状態検出装置のリムへの実装状態を示す側面断面図 本発明の第４実施形態におけるタイヤ状態検出装置を示す外観斜視図 本発明の第４実施形態におけるタイヤ状態検出装置を示す平面図 本発明の第４実施形態におけるタイヤ状態検出装置を示す側面断面図 本発明の第４実施形態におけるプリント配線基板を示す外観斜視図 本発明の第４実施形態におけるプリント配線基板を示す外観斜視図 本発明の第４実施形態におけるプリント配線基板の要部を示す外観斜視図 本発明の第４実施形態における平面導体板と保持材を示す外観斜視図 本発明の第４実施形態における保持材を示す外観斜視図 本発明の第４実施形態におけるアンテナ特性を説明するスミスチャート 従来例における適正時のアンテナ特性を説明するスミスチャート 従来例におけるアンテナ特性の変動を説明するスミスチャート
　１…タイヤ、２…空気室、３…リム、10,10A,10B…タイヤ状態検出装置、100…ケース、110…上蓋、111…蓋体、112…通気孔、113…開口部、120…ケース本体、130…ケース、131…ケース本体、132…蓋体、133…通気孔、134…収納空間、141…ねじ、300,300A,300B,300C…プリント配線基板、310,320…導体パターン、351,352,353…プリント配線基板、361…平面導体板、371…保持材、410…センサ部、411…空気圧検出素子、412…温度検出素子、413…アナログ／ディジタル変換回路、420…電池、421,422…接続導体、430…主制御部、440…送信部、450,460,470…アンテナ、500…プリント配線基板、511～518…直線状プリント配線パターン、521～528,531～538…スルーホール、514a…給電点、541…給電用配線パターン、542…スルーホール、611～618…直線状プリント配線パターン、621～628,631～638…スルーホール、615a…給電点、641…給電用配線パターン、651…スルーホール、652…配線パターン、711～718,721～728,731…連結導体。
　以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。
　図１は本発明の第１実施形態におけるタイヤ状態検出装置を実装したタイヤを示す図、図２は本発明の第１実施形態におけるタイヤ状態検出装置を示す外観斜視図、図３は本発明の第１実施形態におけるタイヤ状態検出装置を示す分解斜視図、図４は本発明の第１実施形態におけるプリント配線基板を示す平面図、図５は本発明の第１実施形態におけるプリント配線基板を示す側面図、図６は本発明の第１実施形態におけるタイヤ状態検出装置の電気系回路を示すブロック図である。
　タイヤ状態検出装置10は、タイヤ１の空気室２内部においてリム３の所定位置に固定されており、このタイヤ状態検出装置10内に設けられている後述する圧力検出素子と温度検出素子を備えたセンサ部によってタイヤ１の空気室２内の圧力と温度とを検出し、この検出結果をディジタル値に変換する。また、タイヤ状態検出装置10はこれらのディジタル値を含むディジタル情報を生成して送信する。このディジタル情報には、上記検出結果のディジタル値の他にタイヤ状態検出装置10に固有の識別情報が含まれる。
　タイヤ状態検出装置10は、ケース100を備え、このケース100内にプリント配線基板300と電池420が収容されている。プリント配線基板300には図６に示す検出回路400が形成されている。すなわち、検出回路400はセンサ部410、電池420、主制御部430、送信部440、アンテナ450から構成されている。
　ケース100は、電波を透過する合成樹脂よりなるケース本体120と上蓋110から構成され、上蓋110の所定位置にはセンサ部410の位置に対向する位置に矩形状の開口部113が形成され、この開口部113は通気孔112を有する蓋体111によって覆われる。
　センサ部410は、プリント配線基板300の表面上に搭載され、空気圧検出素子411と、温度検出素子412、アナログ／ディジタル変換回路413とから構成され、タイヤ１の空気室２内の空気圧と温度とを空気圧検出素子411と温度検出素子412によって検出し、この検出結果をアナログ／ディジタル変換回路413によってディジタル値に変換して主制御部430に出力する。
　電池420は、接続導体421,422によってプリント配線基板300に連結され、プリント配線基板300に形成されている検出回路400に電力を供給する。一方の接続導体421は電池420の正極とプリント配線基板300の表面とに接続され、他方の接続導体422は電池420の負極とプリント配線基板300の裏面とに接続されている。検出回路400においては電池420の負極の電位が基準電位（＝０Ｖ）となっている。
　主制御部430は周知のＣＰＵとメモリなどから構成され、センサ部410による検出結果をディジタル値で受け取り、このディジタル値を含むディジタル情報を生成して送信部440に出力する。なお、このディジタル情報には、上記検出結果のディジタル値の他にタイヤ状態検出装置10に固有の識別情報、例えば製造番号が含まれる。
　送信部440は、主制御部430から入力したディジタル情報を所定周波数、例えば３１５ＭＨｚの電波によって送信する。
　アンテナ450は、共振周波数が送信部440の送信周波数に設定されたヘリカルアンテナであり、プリント配線基板300の表面上に実装されている。なお、ヘリカルアンテナの軸がプリント配線基板300の表面と平行になるように、アンテナ450はプリント配線基板300の表面上に実装されている。
　また、プリント配線基板300は積層セラミック多層基板からなり、その裏面のほぼ全面に導体パターン310が設けられ、この導体パターン310は電池420の負極に接続されて、その電位が検出回路400の基準電位（＝０Ｖ）に設定されている。このプリント配線基板300は、その裏面、すなわち導体パターン310がケース本体120の底面に対向するようにケース本体120に固定される。なお、導体パターン310を形成する銅箔厚みには一般的に１２，１８，３５，７０ミクロン（μｍ）等があるが、耐久性（引き剥がしに対する強さ）を考慮すると、導体パターン310の厚みは１８μｍ以上であることが好ましい。
　上記構成よりなるタイヤ状態検出装置10がリム３に装着されたときの側面断面図を図７に示す。図に示すように、タイヤ状態検出装置10をリム３に装着するときはケース本体120の底面がリム３の表面に対向するようにケース100がリム３の表面に固定される。このようにケース100がリム３に固定されることにより、プリント配線基板300の表面上に実装されたアンテナ450とリム３の表面との間には基準電位に設定された導体パターン310が配置されるので、タイヤ状態検出装置10をリム３に装着したときには導体パターン（平面導体）310がアンテナ450とリム３との間の境界面となるので、リム３を構成する金属がアンテナ450に与える影響を従来に比べて大幅に低減することができる。さらに、プリント配線基板300の誘電体の厚みによりアンテナ450と導体パターン310との間の距離が一定になるため、リム３の形状が異なってもアンテナ特性を良好な状態に維持することができる。
　したがって、リム３の形状毎に最適な特性を備えたアンテナ450を作成する必要がなくなり、どのような形状のリム３であっても同一のアンテナ450を用いることができるので、タイヤ状態検出装置10の１つあたりの製造コストが従来に比べて大幅に低減できると共に、タイヤ状態検出装置10の大量生産が容易に可能になる。
　次に、本発明の第２実施形態を説明する。
　図８は本発明の第２実施形態におけるタイヤ状態検出装置10Aを示す分解斜視図、図９は本発明の第２実施形態におけるプリント配線基板300Aを示す平面図、図１０は本発明の第２実施形態におけるプリント配線基板300Aを示す側面図、図１１は本発明の第２実施形態におけるタイヤ状態検出装置10Aのリム３への実装状態を示す側面断面図である。これらの図において、前述した第１実施形態と同一構成部分は同一符号をもって表し、その説明を省略する。また、第２実施形態と第１実施形態との相違点は、第１実施形態におけるアンテナ450に代えてコイル状のアンテナ460を設けるとともに、プリント配線基板300に代えてプリント配線基板300Aを用い、ケース本体120の内部底面に導体膜511と絶縁膜512を設けたことである。
　アンテナ460は、共振周波数が３１５ＭＨｚに設定されたスプリングコイル形状をなし、その中央部に給電点が設けられ、この給電点がプリント配線基板300Aに形成されている送信部440に接続されている。また、アンテナ460は、アンテナ450に比べてコイルの直径が大きく形成されているので、アンテナ460のコイル軸が近傍のプリント配線基板300Aの辺及び表面と平行になるように、プリント配線基板300Aの周縁部外側に設けられている。
　プリント配線基板300Aは、第１実施形態におけるプリント配線基板300の裏面に設けられていた導体パターン310を除去したもので、導体パターン310が除去されたこと以外はプリント配線基板300と同じである。
　ケース本体120の内側底面には、図に示すように、導体膜511が設けられているとともに、導体膜511の表面には電気的な絶縁膜512が設けられている。この絶縁膜512により、導体膜511とプリント配線基板300A及びアンテナ460との導電接続が防止されている。また、導電膜511は電池420の負極に導電接続され、導電膜511の電位は検出回路400の基準電位（＝０Ｖ）に設定されている。なお、導体膜511の厚みは前述と同様の理由により１８μｍ以上であることが好ましい。
　上記構成よりなるタイヤ状態検出装置10Aをリム３に装着するときは、図１１に示すように、ケース本体120の底面がリム３の表面に対向するようにケース100がリム３の表面に固定される。このようにケース100がリム３に固定されることにより、アンテナ460とリム３の表面との間には基準電位に設定された導体膜511が配置されるので、タイヤ状態検出装置10をリム３に装着したときには導電膜（平面導体）511がアンテナ460とリム３との間の境界面となるので、リム３を構成する金属がアンテナ460に与える影響を従来に比べて大幅に低減することができる。さらに、プリント配線基板300Aはケース本体120の所定位置に固定されるのでアンテナ460と導電膜511との間の距離が一定になるため、リム３の形状が異なってもアンテナ特性を良好な状態に維持することができる。
　したがって、リム３の形状毎に最適な特性を備えたアンテナ460を作成する必要がなくなり、どのような形状のリム３であっても同一のアンテナ460を用いることができるので、タイヤ状態検出装置10Aの１つあたりの製造コストが従来に比べて大幅に低減できると共に、タイヤ状態検出装置10Aの大量生産が容易に可能になる。
　次に、本発明の第３実施形態を説明する。
　図１２は本発明の第３実施形態におけるタイヤ状態検出装置10Bを示す分解斜視図、図１３は本発明の第３実施形態におけるプリント配線基板300Bを示す平面図、図１４は本発明の第３実施形態におけるプリント配線基板300Bを示す側面図、図１５は本発明の第３実施形態におけるアンテナの構成を示す分解斜視図、図１６は本発明の第３実施形態におけるタイヤ状態検出装置10Bのリム３への実装状態を示す側面断面図である。これらの図において、前述した第１実施形態と同一構成部分は同一符号をもって表し、その説明を省略する。また、第３実施形態と第１実施形態との相違点は、第１実施形態におけるアンテナ450に代えてアンテナ470を設けるとともに、プリント配線基板300に代えてプリント配線基板300Bを用いたことである。
 プリント配線基板300Bは、第１実施形態におけるプリント配線基板300よりもやや形状が大きく、大きく広げられた部分にアンテナ470が形成されている。また、プリント配線基板300Bの裏面にはほぼ全面に第１実施形態と同様の導体パターン320が設けられ、この導体パターン320は電池420の負極に接続され、導体パターン320の電位は検出回路400の基準電位（＝０Ｖ）に設定されている。なお、導体パターン320の厚みは前述と同様の理由により１８μｍ以上であることが好ましい。
　アンテナ470はプリント配線基板300Bに形成されたプリント配線パターン（以下、配線パターンと称する）と、プリント配線基板300Bに対して複数の連結導体によって連結されたプリント配線基板500によって構成されている。
　すなわち、アンテナ470は、プリント配線基板300B,500と複数の円柱状の連結導体711～718,721～728,731から構成されている。なお、本実施形態におけるアンテナ470は上記と同様に３１５ＭＨｚを共振周波数とするものである。
　プリント配線基板500は所定面積の長方形をなすとともに所定の厚みを有する誘電体基板からなり、幅方向の両側辺部には長辺と平行な直線上に所定の等間隔をあけて複数のスルーホール521～528,531～538が設けられている。また、図１５に示すように、一方の側辺部に設けられたスルーホール521～528のスルーホール間の間隙のほぼ中央位置と対向する位置にスルーホールが配置されるように他方のスルーホール531～538が設けられている。
　さらに、プリント配線基板500の表面には互いに等間隔をあけて平行に配置された複数の直線状プリント配線パターン（以下、配線パターンと称する）511～518が設けられている。
　また、配線パターン511の一端は一方のスルーホール521～528の列における端から２番目のスルーホール522に連結され、他端は他方のスルーホール531～538の列における端に位置するスルーホール531に連結されている。配線パターン512の一端は一方のスルーホール521～528の列における端から３番目のスルーホール523に連結され、他端は他方のスルーホール531～538の列における端から２番目に位置するスルーホール532に連結されている。配線パターン513の一端は一方のスルーホール521～528の列における端から４番目のスルーホール524に連結され、他端は他方のスルーホール531～538の列における端から３番目に位置するスルーホール533に連結されている。配線パターン514の一端は一方のスルーホール521～528の列における端から５番目のスルーホール525に連結され、他端は他方のスルーホール531～538の列における端から４番目に位置するスルーホール534に連結されている。配線パターン515の一端は一方のスルーホール521～528の列における端から６番目のスルーホール526に連結され、他端は他方のスルーホール531～538の列における端から５番目に位置するスルーホール535に連結されている。配線パターン516の一端は一方のスルーホール521～528の列における端から７番目のスルーホール527に連結され、他端は他方のスルーホール531～538の列における端から６番目に位置するスルーホール536に連結されている。配線パターン517の一端は一方のスルーホール521～528の列における端から８番目のスルーホール528に連結され、他端は他方のスルーホール531～538の列における端から７番目に位置するスルーホール537に連結されている。配線パターン518の一端は配線パターン517の一端からスルーホール感の間隔と同じ間隔をあけた位置に配置され、他端は他方のスルーホール531～538の列における端から８番目に位置するスルーホール538に連結されている。
　さらに、端から４番目の配線パターン514の所定位置に給電点514aが設定され、この給電点に給電用配線パターン541の一端が導電接続されている。給電用配線パターン541は、図に示すようにその他端に設けられたスルーホール542がプリント配線基板500の一方の短辺近傍に位置するように設けられている。
　プリント配線基板300Bの幅方向の両側辺部には長辺と平行な直線上に所定の等間隔をあけて複数のスルーホール621～628,631～638が設けられている。これらのスルーホール621～628,631～638の位置は、プリント配線基板500におけるスルーホール521～528,531～538の位置に対応する。
　さらに、プリント配線基板300Bの表面には互いに等間隔をあけて平行に配置された複数の直線状プリント配線パターン（以下、配線パターンと称する）611～618が設けられている。なお、各配線パターン611～618におけるプリント配線基板300Bの長辺方向の幅は、プリント配線基板500の配線パターン511～518と同じ幅に設定され、短辺方向の長さもプリント配線基板500の配線パターン511～518と同じに設定されている。
　配線パターン611の一端は一方のスルーホール621～628の列における端から１番目のスルーホール621に連結され、他端は他方のスルーホール631～638の列における端に位置するスルーホール631に連結されている。配線パターン612の一端は一方のスルーホール621～628の列における端から２番目のスルーホール622に連結され、他端は他方のスルーホール631～638の列における端から２番目に位置するスルーホール632に連結されている。配線パターン613の一端は一方のスルーホール621～628の列における端から３番目のスルーホール623に連結され、他端は他方のスルーホール631～638の列における端から３番目に位置するスルーホール633に連結されている。配線パターン614の一端は一方のスルーホール621～628の列における端から４番目のスルーホール624に連結され、他端は他方のスルーホール631～638の列における端から４番目に位置するスルーホール634に連結されている。配線パターン615の一端は一方のスルーホール621～628の列における端から５番目のスルーホール625に連結され、他端は他方のスルーホール631～638の列における端から５番目に位置するスルーホール635に連結されている。配線パターン616の一端は一方のスルーホール621～628の列における端から６番目のスルーホール626に連結され、他端は他方のスルーホール631～638の列における端から６番目に位置するスルーホール636に連結されている。配線パターン617の一端は一方のスルーホール621～628の列における端から７番目のスルーホール627に連結され、他端は他方のスルーホール631～638の列における端から７番目に位置するスルーホール637に連結されている。配線パターン618の一端は一方のスルーホール621～628の列における端から８番目のスルーホール628に連結れ、他端は他方のスルーホール631～638の列における端から８番目に位置するスルーホール638に連結されている。
　さらに、端から５番目の配線パターン615の所定位置に給電点615aが設定され、この給電点に給電用配線パターン641の一端が導電接続されている。なお、給電点615aの位置は、プリント配線基板500における配線パターン514の給電点514aに対向する位置に設定されている。
　給電用配線パターン641は、図に示すようにその他端642がプリント配線基板300Bに形成されている送信部440に至るように設けられている。
　プリント配線基板500の配線パターン511～518とプリント配線基板300Bの配線パターン611～618とは複数の連結導体711～718,721～728によって全体が螺旋状になるように導電接続されている。本実施形態では、連結導体711～718,721～728として、直径０．７５ｍｍ、長さ８．０ｍｍの円柱状導体を用いている。
　すなわち、連結導体711～718のそれぞれの一端711a～718aはプリント配線基板500のスルーホール521～528に挿入されて固定され、連結導体712～718のそれぞれの一端712a～718aが配線パターン511～517の一端に導電接続されている。さらに、連結導体711～718のそれぞれの他端711b～718bはプリント配線基板300Bのスルーホール621～628に挿入されて固定され、連結導体711～718のそれぞれの他端711b～718bが配線パターン611～618の一端に導電接続されている。また、連結導体721～728のそれぞれの一端721a～728aはプリント配線基板500のスルーホール531～538に挿入されて固定され、連結導体721～728のそれぞれの一端721a～728aが配線パターン511～518の他端に導電接続されている。さらに、連結導体721～728のそれぞれの他端721b～728bはプリント配線基板300Bのスルーホール631～638に挿入されて固定され、連結導体721～728のそれぞれの他端721b～728bが配線パターン611～618の他端に導電接続されている。
　また、プリント配線基板300Bには配線パターン652に連結されたスルーホール651が設けられている。スルーホール651は、プリント配線基板500に設けられたスルーホール542と連結導体731によって連結され、連結導体731の一端731aが配線パターン541に導電接続され、他端731bが配線パターン652に導電接続されている。さらに、この配線パターン652は送信部440の出力に接続されている。
　上記実施形態によれば、２つのプリント配線基板500,300B上に導電性の配線パターン511～518,611～618でアンテナエレメントが形成され、これらの配線パターン511～518,611～618は連結導体711～718,721～728によって順次交互に導電接続されて螺旋状のアンテナエレメントが構成される。これにより、プリント配線パターン511～518,611～618の寸法精度及び連結導体711～718,721～728の寸法精度（例えば±１８μｍ）によるアンテナ製作が実現でき、且つ高性能なアンテナを容易に製作することができる。さらに、大量生産が容易であると共にプリント配線基板への電気的接続において高い信頼性を達成でき寸法精度に優れたアンテナを容易に製作することができる。
　上記構成よりなるタイヤ状態検出装置10Bをリム３に装着するときは、図１６に示すように、ケース本体120の底面がリム３の表面に対向するようにケース100がリム３の表面に固定される。このようにケース100がリム３に固定されることにより、アンテナ470とリム３の表面との間には基準電位に設定された導体パターン320が配置されるので、タイヤ状態検出装置10Bをリム３に装着したときには導体パターン（平面導体）320がアンテナ470とリム３との間の境界面となるので、リム３を構成する金属がアンテナ470に与える影響を従来に比べて大幅に低減することができる。
　したがって、リム３の形状毎に最適な特性を備えたアンテナ470を作成する必要がなくなり、どのような形状のリム３であっても同一のアンテナ470を用いることができるので、タイヤ状態検出装置10Bの１つあたりの製造コストが従来に比べて大幅に低減できると共に、タイヤ状態検出装置10Bの大量生産が容易に可能になる。
　次に、本発明の第４実施形態を説明する。
　図１７は本発明の第４実施形態におけるタイヤ状態検出装置10Cを示す外観斜視図、図１８は本発明の第４実施形態におけるタイヤ状態検出装置10Cを示す平面図、図１９は本発明の第４実施形態におけるタイヤ状態検出装置10Cを示す側面断面図、図２０及び図２１は本発明の第４実施形態におけるプリント配線基板300Cを示す外観斜視図、図２２は本発明の第４実施形態におけるプリント配線基板300Cの要部を示す外観斜視図である。これらの図において、前述した第１乃至第３実施形態と同一構成部分は同一符号をもって表し、その説明を省略する。また、第４実施形態と第１乃至第３実施形態との相違点は、第３実施形態におけるプリント配線基板300Bに代えてほぼ同形の２枚の基板351,352を所定間隔を開けて平行に配置したプリント配線基板300Cを用いるとともに、導体パターン320に代えて平面導体板361を備え、これらをケース130に収納したことである。
　ケース130は、図１７乃至図１９に示すように、略直方体形状をなし、その長手方向の両端部にねじ止め用の突起部を有し、本体131と蓋体132とから構成されている。図１９に示すように、本体131の内部にはプリント配線基板300Cを収納するための収納空間134が形成され、収納空間134の開口は蓋体132を本体131にねじ141によって固定することにより閉鎖される。また、蓋体132には通気孔133が形成されており、本体131に蓋体132を固定した状態においてもこの通気孔133を介して外部から収納空間134に空気が流通するようになっている。
　図２０乃至図２２に示すように、プリント配線基板300Cは、略長方形をなす２枚のプリント配線基板351,352が所定間隔を開けて平行に配置されてなり、これらの間はアンテナ470を構成する連結導体711～718,721～728,731と連結用プリント配線基板353によって互いに固定されている。プリント配線基板300Cの長手方向の一端側には前述したアンテナ470が形成されており、他端側にはセンサ部410及び電池420などを含む電子回路を構成する電子部品が搭載されている。連結用プリント配線基板353は２つのプリント配線基板351,352のそれぞれに半田付けされている。
　また、プリント配線基板351には、第３実施形態と同様に、アンテナ470を構成する複数のスルーホール621～628,631～638と複数の直線状プリント配線パターン611～618が設けられている。他方のプリント配線基板352には、第３実施形態と同様に、アンテナ470を構成する複数のスルーホール521～528,531～538と互いに等間隔をあけて平行に配置された複数の直線状プリント配線パターン511～518が設けられている。
　さらに、プリント配線基板300Cには長方形をなす平面導体板361が４つの保持材371によって固定されている。プリント配線基板300Cをケース130に収納した時にケース本体131の底面側に位置するプリント配線基板351と平行になるようにアンテナ470の位置に平面導体板361が設けられている。平面導体板361は保持材371によってプリント配線基板351と所定の間隔を維持するように固定されている。この平面導体板361は第３実施形態における導体パターン320に代えて設けたものであり、プリント配線基板351の所定の導体パターン（電池420の負極に接続されている導体パターン）に導電接続されて基準電位に設定されている。また、図２３に示すように、保持材371は平面導体板361の四隅に固定されている。保持材371は、図２４に示すように円柱形の本体371aの両端に本体371aよりも小さい直径の円柱形状の突起部371bを備えた形状をなしている。
　このように基準電位に設定された平面導体板361をプリント配線基板351から所定の間隔を開けて配置しているため、ケース本体131の底面がリム３に当接するようにケース130をリム３に固定することにより、アンテナ470とリム３の表面との間には基準電位に設定されている平面導体板361が配置されるので、タイヤ状態検出装置10Cをリム３に装着したときには平面導体板361がアンテナ470とリム３との間の境界面となるので、リム３を構成する金属がアンテナ470に与える影響を従来に比べて大幅に低減することができる。
　プリント配線基板351に平面導体板361を装着した状態においてアンテナ470は３１５ＭＨｚを共振周波数とするものであり、そのスミスチャートを用いた特性曲線は図２５に示す曲線Ａで表され、３１５ＭＨｚにおけるアンテナインピーダンスは５０オームである。このときのプリント配線基板351と平面導体板361との間隔Ｄは保持材371によって１．５ｍｍに設定されている。
　また、図２５には実験例としてプリント配線基板351と平面導体板361との間隔Ｄを変化させたときの特性曲線Ｂ，Ｃを描いてある。図２５における特性曲線Ｂはプリント配線基板351と平面導体板361との間隔Ｄが１．５ｍｍから０．１ｍｍずれた場合であり、このときのアンテナ470の共振周波数は３２１ＭＨｚであり、アンテナ470のインピーダンスは６６オームである。図２５における特性曲線Ｃはプリント配線基板351と平面導体板361との間隔Ｄが１．５ｍｍから０．１５ｍｍずれた場合であり、このときのアンテナ470の共振周波数は３１０ＭＨｚであり、アンテナ470のインピーダンスは７０オームである。
　このように、アンテナ470は、平面導体板361との距離により、アンテナ特性（周波数及びインピーダンス）が変化し、それ程大きな利得を得られない。つまり、アンテナ470と平面導体板361との距離が設計値に対して、少しでもずれた場合（例えば50μm）、大きく特性が変化してしまう。本実施形態ではそれを克服すべく、アンテナ470と平面導体板361の間に保持材471を配置することにより、間隔Ｄを一定に保持するようにした。さらに、アンテナ470と平面導体板361との間隔Ｄは、誘電体の影響を無くすことが重要（誘電正接ロスの無い空気がベスト）であるため、アンテナ470に干渉しないように空間を挟んで平面導体板361を配置することで、アンテナ誘電正接ロス分を無くした。このような構成とすることにより、大量生産が容易であり、どの様な形状の金属が接近した場合でも、安定的なアンテナ特性を得ることができ、かつアンテナ利得を向上させることが可能になる。
　なお、図２５の特性に示したように、プリント配線基板351と平面導体板361との間隔Ｄが変化するとアンテナ470の周波数特性が変化してしまうので、保持材371としては温度や湿度による伸縮率の小さい部材を用いることが好ましい。例えば保持材371として温度や湿度による伸縮率の小さいインバーなどを用いることが好ましい。

Claims (7)

  1. 　タイヤの所定の物理状態を検出するセンサと、所定の共振周波数を有するアンテナと、前記センサの検出結果の情報を前記アンテナから電波として送信する検出回路と、前記センサとアンテナと検出回路を収納し且つ電波を透過するケースとを備え、前記ケースをタイヤ内のリムに装着して用いるタイヤ状態検出装置において、
    　前記ケースを前記リムに装着したときに前記アンテナと前記リムとの間に境界面を形成するように前記アンテナから所定距離の位置に前記アンテナと電気的に絶縁された状態で固定され且つ前記検出回路の基準電位と等しい電位に設定されている平面導体を設けた
    　ことを特徴とするタイヤ状態検出装置。
  2. 　前記ケースに固定されたプリント配線基板を前記ケース内部に備え、
    　前記ケースを前記リムに装着したときに前記リムに対向する面とは異なる前記プリント配線基板の面上に前記アンテナが設けられており、
    　前記リムに対向する前記プリント配線基板の面に前記平面導体が設けられている
    　ことを特徴とする請求項１に記載のタイヤ状態検出装置。
  3. 　前記ケースを前記リムに装着したときに前記リムに対向する前記ケースの内面に前記平面導体が設けられている
    　ことを特徴とする請求項１に記載のタイヤ状態検出装置。
  4. 　前記平面導体の厚みが１８μｍ以上に設定されていることを特徴とする請求個１乃至３の何れかに記載のタイヤ状態検出装置。
  5. 　前記アンテナは、所定軸の周りを所定径で旋回して前記軸方向に延びるようなコイル形状をなしていることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載のタイヤ状態検出装置。
  6. 　前記コイル形状のアンテナの軸が前記平面導体の面と平行に配置されていることを特徴とする請求項５に記載のタイヤ状態検出装置。
  7. 　前記アンテナは前記プリント配線基板の一面側に固定されて設けられ、
    　前記平面導体は前記プリント配線基板の他面と前記平面導体の一面が所定の間隔を開けて平行になるように且つ前記プリント配線基板の他面と前記平面導体の一面との間に所定の空間を形成するように複数の保持材によって前記プリント配線基板に固定されている
    　ことを特徴とする請求項１に記載のタイヤ状態検出装置。
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