JP5624631B2

JP5624631B2 - Ｒｆｉｄタイヤのためのワイヤレスアンテナ

Info

Publication number: JP5624631B2
Application number: JP2012552843A
Authority: JP
Inventors: エル．タッカー，ランドール
Original assignee: Cooper Tire and Rubber Co
Current assignee: Cooper Tire and Rubber Co
Priority date: 2010-02-12
Filing date: 2010-08-18
Publication date: 2014-11-12
Anticipated expiration: 2030-08-18
Also published as: WO2011099958A1; JP2013519570A; CA2768084C; JP5735011B2; US20110198401A1; CA2768084A1; JP2013519940A

Description

＜関連出願への相互参照＞
本出願は、２０１０年２月１２日に出願された米国仮特許出願第６１／３３７，９３３号に基づくとともにその利点を主張するものである。

タイヤにおける無線周波数識別装置（ＲＦＩＤ）の使用が普及しつつある。例えば、当人の発行済み米国特許第７，５０４，９４７号を参照せよ。タイヤに相対的に様々な機能を監視するためにタイヤの表面上に又はタイヤの構造内に組み付け可能なＲＦＩＤ装置などのその他の装置としては、以下の米国特許、すなわち、第５，５６２，７８７号、第５，７４１，９６６号、第６，０６２，０７２号、第６，８５６，２４５号、第６，８９７，７７０号、第７，００９，５７６号、及び第７，１８６，３０８号が挙げられる。これらの特許に含まれる開示内容は、参照によって本明細書に組み込まれる。

米国特許第７，００９，５７６号は、高周波数アンテナを埋め込まれるタイヤを開示している。高周波数アンテナを埋め込まれるゴムは、ゴムと、伝導性誘電材料カーボンブラックとの混合であるので、上記特許は、伝導性誘電ゴムからアンテナを絶縁するために接着剤コーティングによってアンテナに付着される絶縁層の使用を開示している。米国特許第７，００９，５７６号は、アンテナを製造するもとになる材料を具体的に特定してはいないが、一般に、アンテナは、米国特許第５，５６２，７８７号又は第６，１４７，６５９号に開示されるように、伝導性の金属線又は銅などの薄いシート状の金属箔である。

タイヤに使用されるＲＦＩＤ装置は、品質及びトレーサビリティの向上を実現するための目標であり続けている。しかしながら、タイヤ業界は、その銅製アンテナへのＲＦＩＤ装置の採用に慎重であった。懸念されているのは、タイヤへの異物の導入である。ＲＦＩＤ装置を最小のコンポーネントサイズでタイヤに提供可能であることが、重要な目標である。

本発明のＲＦＩＤ装置は、コンピュータチップとともに伝導性ゴムのワイヤレスアンテナを用いるものであり、タイヤのボディに埋め込まれる又はタイヤの内表面に取り付けられる。アンテナは、１対の非伝導グリーンゴムシートを貼り合わせることによって形成される絶縁体に封入される導電性のグリーンゴムで形成される。絶縁体は、好ましくは非伝導グリーンゴムであるが、非伝導ゴム、又はゴムタイヤへの一体化に適した特質を有するその他の材料であってもよいだろう。絶縁体として用いられてよいその他の材料には、エラストマ又はゴムから伝導性成分であるカーボンブラックを除いたものがある。絶縁体は、タイヤの誘電ゴムからアンテナを隔離し、それによって、アンテナによって伝導されるエネルギが伝導性ゴムによって消散されないように阻止する。

本発明のＲＦＩＤ装置は、標準コンピュータチップを用いることができ、好ましくは１ミリメートル（１ｍｍ）四方のサイズよりも小さいＥＰＣ１ＧＥＮ２ＲＦＩＤチップである。ＲＦＩＤチップは、伝導性ゴムダイポール又はスロットアンテナに結合される。一実施形態のもとでは、チップの実装とゴムアンテナとの間の境界を改善し、そうしてパフォーマンスの向上を図るために、伝導性接着剤及び／又はその他の封入体が用いられてよい。この場合は、アンテナとして、グリーンゴムではなく硬化ゴム又は加硫ゴムが用い
られてよいだろう。もし、アンテナとしてグリーンゴムが使用されるならば、グリーンゴムの本来の粘着性が、グリーンゴムをその係合先である絶縁層の表面に接着させるゆえに、接着剤を使用する必要はない。他方では、より効果的な密着を提供するために、グリーンゴムのアンテナと接着剤を併用することが可能である。ゴムアンテナとコンピュータチップとからなるサブアッセンブリ（部分完成品）は、非伝導性ゴムの覆い又はシートで囲まれる。現行の技術は、タイヤの一体性を壊す懸念なくゴムアンテナをタイヤの不可欠構成要素にすることができる。

好ましくは、本発明のＲＦＩＤ装置は、非硬化状態で作成される。装置は、グリーン状態でタイヤの内表面又は外表面に取り付けられる。装置は、タイヤの層間に埋め込まれてもよい。このような取り付け又は埋め込みに続いて、装置は、タイヤの残りの部分とともに加硫処理される。しかしながら、装置は、先ず加硫され、次いで、タイヤの加硫処理後に取り付けられてもよいだろう、又は加硫伝導性ゴムを使用して組み立てられ、次いで、タイヤに取り付けられてもよいだろう。導入されたＲＦＩＤ装置は、品質、コンベヤ上におけるタイヤの仕分け、及び出荷の追跡を向上させる。

先行技術によるタイヤのためのＲＦＩＤ装置は、巻き線型のアンテナを用いる。巻き線型のアンテナは、ゴムと直接接触する。タイヤのゴムに使用されるカーボンブラックは、ゴムをいくぶん伝導性にする。適切に絶縁されない限り、タイヤゴムの伝導特性は、ＲＦＩＤ装置のアンテナを離調させ、これは、その有効範囲を大幅に低減させる。

本発明のＲＦＩＤ装置のアンテナは、その伝導率がゴム１インチあたり２０オームから４００オームまでの範囲であるように開発された伝導性ゴム化合物を有する。１インチあたり４０〜１００オームの範囲の抵抗が、アンテナとしての使用に適している。非伝導性ゴムは、アンテナをタイヤのゴムから隔離する電気的絶縁体として用いられる。非伝導性ゴムへの封入は、アンテナをＲＦＩＤマイクロチップと同調された状態にとどまらせ、これは、ロングレンジ（長距離）読み出し特性を可能にする。

タイヤの断面図であり、本発明のアンテナを中に封入された又は内部側壁に取り付けられたＲＦＩＤ装置を示している。マイクロチップ及びアンテナを絶縁材料の層の中及び間に封入されたＲＦＩＤ装置の一形態を示した平面図である。図２の線３−３に沿った断面図である。本発明のワイヤレスアンテナを用いる本発明のＲＦＩＤ装置の分解斜視図である。

図１を参照すると、外側のトレッド１２と溝１４とを伴ったクラウン１０を有するタイヤＴが示されている。断面では、タイヤＴは、クラウン１０を有し、該クラウン１０は、弧状の経路に沿って半径方向に外向きに延びて、タイヤＴの半径方向の最大範囲を画定する１対の相対する側壁１６に至る。側壁１６は、このような半径方向の最大範囲から、より狭い領域へ内向きに湾曲し、１対の相対する玉縁１８において終結する。図１に示されるように、クラウン１０又はいずれかの側壁１６に永久的に埋め込まれる本発明のＲＦＩＤ装置２０が提供される。該装置は、クラウン１０又は側壁１６の辺りでタイヤの内表面に接着されてもよい。

図２、図３、及び図４を参照すると、ＲＦＩＤ装置は、１対の絶縁部材２２と、それらの間に封入されるアンテナ２４とを含む。ＥＰＣ１ＧＥＮなどのＲＦＩＤマイクロチップ２６は、アンテナ２４に取り付けられるタブ２８を有する。アンテナ２４は、数々の形
状の１つであってよく、（図２及び図４で見られるような）上縁及び下縁２４Ａと、短い側縁２４Ｂと、湾曲したすなわち弧状の隅２４Ｃとによって長さを画定された矩形として示される。

アンテナ２４は、用いられる特定のＲＦＩＤマイクロチップ２６に適した調整特性を提供する経路を辿って上縁２４Ａから（図２及び図４で見られるように）下向きに延びるスロット３２を有する。

図２に示されるようなスロット３２は、下縁２４Ａに向かう下向きの経路を辿り、次いで、１回曲がり、右の側縁２４Ｂに向かって延びる垂直区間に入り、次いで、下縁２４Ａに向かって延びる別の区間に入り、最後に、左の側縁２４Ｂに向かって延びる区間に入る。スロット３２は、縁２４Ａ及び２４Ｂに対してより鋭角に配された区間はもちろん、用いられる具体的なＲＦＩＤマイクロチップの調整に最も適した形状に応じた曲がった区間を有してもよいだろう。マイクロチップの特性に応じて、スロット３２は、直線状になり、上縁２４Ａと下縁２４Ａとの間に延びていることによって、アンテナ２４をスロット３２によって２ピースに分けられた状態にしてもよいだろう。

図２及び図４で最も明瞭に見られるように、２つの絶縁部材２２の間には、非伝導性のグリーンゴムで形成された型打ちされた又はそれ以外のやり方で成形された中心絶縁部材３６も配置される。型打ちされた絶縁部材３６は、その中にアンテナ２４をぴったり受け入れるようなサイズとされた拡大開口３８を有する。したがって、開口３８の内縁３８Ａは、数字２４Ａ、２４Ｂ、及び２４Ｃで表されるようなアンテナ２４の周縁と実質的に同サイズである。この構成によって、アンテナ２４は、その縁とともに、非伝導絶縁部材２２、３６、及び２２に完全に封入される。

型打ちされた絶縁部材３６は、スロット３２に嵌るようなサイズとされ、成形された内部延長３６Ａを有する。内部延長３６Ａは、スロット３２を実質的に満たす。もし、スロット３２が、内部延長３６Ａの絶縁体によって満たされないと、アンテナ２４のグリーンゴムは、タイヤの加硫処理の最中に、又はもしタイヤＴへの組み付け前にＲＦＩＤ装置２０の加硫処理が成されるならばその最中に、スロット３２に流れ込むだろう。

前述のように、スロット３２の長さ及び形状は、アンテナをＲＦＩＤマイクロチップ２６と実質的に同じ周波数に調整するように設計される。

絶縁部材２２、アンテナ２４、及び型打ちされた絶縁部材３６の組み立てに備えて、ＲＦＩＤマイクロチップ２６は、（図４に示されるように）型打ちされた絶縁部材３６に、又はアンテナ２４に搭載されてよい。いずれの場合も、マイクロチップのタブ２８は、ＲＦＩＤ装置２０を形成するために構成要素の組み立てが成されたときに、スロット３２の両側においてアンテナ２４と係合されなければならない。チップの場所は、ＲＦＩＤ装置２０のパフォーマンスを向上させるために調整されてよい。

絶縁部材２２は、約４以下の誘電率を有する上記の数々の非伝導性又は低伝導性の材料の任意で形成されてよい。絶縁部材２２は、ｍｍをミリメートルとして、０．０５ｍｍから３ｍｍまでの範囲の厚さを有する。アンテナ２４及び中心絶縁部材３６の厚さもやはり、０．０５ｍｍから３ｍｍまでの範囲である。中心絶縁部材３６及びアンテナ２４は、同じ厚さであることが望ましいが、その他の絶縁部材２２、２２と同じ厚さである必要はない。アンテナ２４及び中心絶縁部材３６は、これらその他の絶縁部材２２、２２よりも薄くてよい又は厚くてよい。また、外側絶縁部材２２の１つが、もう１つの外側絶縁部材２２よりも厚いことも可能である。

アンテナ２４に対して伝導性を付与するカーボンブラック及び／又はその他の成分の量は、２０オームから４００オームまでの、好ましくは４０オームから１００オームまでの範囲の抵抗を与えられるような量である。

図３で見ることができるように、相対する絶縁部材２２、２２は、アンテナ２４及びＲＦＩＤチップ２６を封入するために、中心絶縁部材３６にその全周囲にわたって密着される。前述のように、拡大開口３８の内縁３８Ａは、アンテナ２４の縁２４Ａ、２４Ｂ、及び２４Ｃに密着する。好ましくは、絶縁部材２２、２２、及び３６は、非伝導性のグリーン（非加硫）ゴムで形成される。グリーンゴムで製造されたとき、相対する絶縁部材２２の縁は、間に接着剤を提供する必要なく中心絶縁部材３６に接着する。また、絶縁部材２２、３６、及び２２も、もしこれらの部材が全てグリーンゴムであれば、接着剤を使用することなくアンテナ２４に接着する。絶縁体及びアンテナ２４としてグリーンゴムが使用されるときは、絶縁部材２２、２２及び中心絶縁部材３６は、単純に押し合わせることによって、互いに及びアンテナ２４に密着することができる。もし、絶縁部材２２及び／又は中心絶縁部材３６及び／又はアンテナ２４がグリーンゴム以外の材料で形成されるならば、それらは、加熱又は接着剤によって接合することができる。

ＲＦＩＤ装置２０を形成する、絶縁部材２２、２２と、中心絶縁部材３６と、アンテナ２４と、ＲＦＩＤマイクロチップ２６とからなる完成したアッセンブリ（完成組立品）は、前述のように、タイヤＴの中の様々な層間に、又はタイヤＴの内表面上に配置されてよい。組立品は、タイヤＴの中又はその内表面への配置に続いてタイヤの加硫処理にも通され、それによって、完成タイヤ、及びワイヤレスアンテナを伴ったＲＦＩＤ装置が提供される。

もし必要であれば、本発明のＲＦＩＤ装置は、絶縁層２２、２２、及び３６、並びにアンテナ２４層がグリーン状態にある間にパッケージ化され、次いで、製造時におけるタイヤへの導入のために別の製造施設に輸送されてよいだろう。また、本発明のＲＦＩＤ装置は、タイヤへの組み込み前に、それ自体が加硫処理されてよいだろう。

本発明のＲＦＩＤ装置は、製造するのに経済的であり、尚且つ装置の具体的要件に合わせた複数の抵抗レベルの１つを提供するための構成を持つことができるＲＦＩＤ装置である。

当業者にならば、多くの変更形態が容易に明らかである。したがって、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって決定されるべきである。

Claims

ＲＦＩＤ装置であって、
（ａ）細長いスロットを有する、導電性ゴムのシートのアンテナと、
（ｂ）前記スロットの中に配置され、前記スロットの一方の側の第１の場所及び前記スロットの反対の側の第２の場所において前記シートに接続されるマイクロチップと、
（ｃ）前記アンテナ及び前記マイクロチップを封入する非導電性材料と、
を備えるＲＦＩＤ装置。
請求項１に記載のＲＦＩＤ装置であって、
前記非導電性封入材料は、前記アンテナの一方の側に接着される第１のシートと、前記アンテナの第２の側に接着される第２のシートと、前記アンテナを取り巻き前記第１及び第２のシートに接着される非導電性成形部材とを含む、ＲＦＩＤ装置。
請求項２に記載のＲＦＩＤ装置であって、
前記成形部材は、前記スロットの中に配置される延長を含む、ＲＦＩＤ装置。
請求項１に記載のＲＦＩＤ装置であって、
前記アンテナシートは、周縁を有し、前記非導電性材料は、（ｉ）前記周縁を取り巻く非導電性成形部材と、（ii）前記アンテナシートの一方の側に接着される非導電性部材の第１のシートと、（iii）前記アンテナシートの反対の側に接着される非導電性材料の第２のシートとを含む、ＲＦＩＤ装置。
請求項１に記載のＲＦＩＤ装置であって、
前記アンテナは、２０オームから４００オームまでの範囲の電気抵抗を有する、ＲＦＩＤ装置。
請求項１に記載のＲＦＩＤ装置であって、
前記アンテナは、４０オームから１００オームまでの範囲の電気抵抗を有する、ＲＦＩＤ装置。
請求項１に記載のＲＦＩＤ装置であって、
前記アンテナ及び前記非導電性材料の各々は、０．０５ｍｍから３ｍｍまでの範囲の厚さを有する、ＲＦＩＤ装置。
請求項４に記載のＲＦＩＤ装置であって、
前記アンテナ、前記非導電性成形部材、並びに前記非導電性材料の第１及び第２のシートの各々は、０．０５ｍｍから３ｍｍまでの範囲の厚さを有する、ＲＦＩＤ装置。
請求項４に記載のＲＦＩＤ装置であって、
前記アンテナへの前記第１及び第２のシートの接着は、前記アンテナ又は前記第１及び第２のシートがグリーンゴムである結果として生じる、ＲＦＩＤ装置。
ＲＦＩＤ装置であって、
（ａ）外向きの周縁を有する非導電性材料の第１のシートと、
（ｂ）前記第１のシートに係合される、導電性ゴムの第１のアンテナユニットと、前記第１のアンテナ部材から相隔てられた関係で前記第１のシートに係合される、導電性ゴムの第２のアンテナユニットとを有するアンテナ部材であって、前記第１のアンテナユニットと、前記第２のアンテナユニットとの間の間隔は、スロットを画定し、前記第１のアンテナユニットは、上縁、下縁、及び端縁を有し、前記縁の各々は、前記第１のシートの周縁から間隔を空けられ、前記第２のアンテナユニットは、上縁、下縁、及び端縁を有し、前記縁の各々は、前記第１のシートの周縁から間隔を空けられる、アンテナ部材と、
（ｃ）前記スロットの中に配置され、前記第１のアンテナユニットに及び前記第２のアンテナユニットに導電的に係合されるマイクロチップと、
（ｄ）前記アンテナ部材を取り巻き、前記アンテナユニットの各々の前記外向きの上縁、下縁、及び端縁に係合する非導電性部材であって、前記スロットの中に配置される内部延長を有する非導電性部材と、
（ｅ）（ｉ）前記アンテナに及び（ii）前記取り巻く非導電性部材に係合される、非導電性材料の第２のシートと、
を備えるＲＦＩＤ装置。
請求項１０に記載のＲＦＩＤ装置であって、
前記アンテナは、２０オームから４００オームまでの範囲の電気抵抗を有する、ＲＦＩＤ装置。
請求項１０に記載のＲＦＩＤ装置であって、
前記アンテナは、４０オームから１００オームまでの範囲の電気抵抗を有する、ＲＦＩＤ装置。
請求項１０に記載のＲＦＩＤ装置であって、
前記アンテナ及び前記取り巻く非導電性部材の各々は、０．０５ｍｍから３ｍｍまでの範囲の厚さを有する、ＲＦＩＤ装置。
請求項１０に記載のＲＦＩＤ装置であって、
前記第１及び第２のシートは、前記アンテナ又は前記第１及び第２のシートがグリーンゴムであることによって前記アンテナに接着される、ＲＦＩＤ装置。
請求項１０に記載のＲＦＩＤ装置をその中に埋め込まれた又はその表面上に留め付けられたタイヤ。
ＲＦＩＤ装置を形成するための方法であって、
（ａ）上縁、下縁、及び端縁を各々が有する１対の導電性ゴムシートユニットを提供す
る工程と、
（ｂ）前記導電性ゴムシートユニットを、間にスロットを画定する隣り合う相隔てられた関係で配置する工程と、
（ｃ）前記上縁、下縁、及び端縁を非導電性材料で取り巻く工程と、
（ｄ）前記スロットの中にマイクロチップを配置する工程と、
（ｅ）前記１対の導電性シートユニットの各々に前記マイクロチップを電気的に接続する工程と、
（ｆ）前記１対の導電性シートユニットの両側に及び前記取り巻く非導電性材料に非導電性材料を留め付ける工程と、
を備える方法。
請求項１６に記載の方法であって、
前記導電性ゴムは、（ａ）から（ｆ）までの工程にわたってグリーン状態にあり、前記方法は、更に、（ａ）から（ｆ）までの工程によって形成された組立品を加硫処理する工程を備える方法。
請求項１６に記載の方法であって、更に、
前記スロットの、前記マイクロチップによって占められていない部分の中に、非導電性材料を配置する工程を備える方法。
請求項１６に記載の方法であって、
前記導電性ゴムは、（ａ）から（ｆ）までの工程にわたってグリーン状態にあり、前記方法は、更に、グリーン状態にある前記導電性ゴムを伴った前記ＲＦＩＤ装置をグリーン状態にあるゴム要素を有する半製品タイヤに係合し、その後、前記タイヤ及び前記ＲＦＩＤ装置を加硫処理する工程を備える方法。
ＲＦＩＤ装置を形成するための方法であって、
（ａ）周縁、及び０．０５ｍｍから３ｍｍまでの範囲の厚さを有する導電性ゴムのアンテナを提供する工程と、
（ｂ）前記アンテナの中にスロットを形成する工程と、
（ｃ）前記周縁を、前記アンテナと同じ厚さを有する非導電性材料で取り巻く工程と、
（ｄ）前記スロットの中にマイクロチップを配置する工程と、
（ｅ）前記マイクロチップを前記スロットの両側において前記アンテナに電気的に接続する工程と、
（ｆ）０．０５ｍｍから３ｍｍまでの範囲の厚さを有する非導電性材料を前記アンテナの両側に及び前記取り巻く非導電性材料に留め付ける工程と、
を備える方法。
請求項２０に記載の方法であって、
前記導電性ゴムは、（ａ）から（ｆ）までの工程にわたってグリーン状態にあり、前記方法は、更に、（ａ）から（ｆ）までの工程によって形成された組立品を加硫処理する工程を備える方法。
請求項２０に記載の方法であって、更に、
前記スロットの、前記マイクロチップによって占められていない部分の中に非導電性材料を配置する工程を備える方法。
請求項２０に記載の方法であって、
前記アンテナは、２０オームから４００オームまでの範囲の電気抵抗を有する、方法。
請求項２０に記載の方法であって、
前記導電性ゴムは、（ａ）から（ｆ）までの工程にわたってグリーン状態にあり、前記方法は、更に、グリーン状態にある前記アンテナの前記導電性ゴムを伴った前記ＲＦＩＤ装置をグリーン状態にあるゴム要素を有する半製品タイヤに係合し、その後、前記タイヤ及び前記ＲＦＩＤ装置を加硫処理する工程を備える方法。