KR101213942B1 - 타이어용 무선주파수 식별장치의 트랜스미터 및 제조방법 - Google Patents

타이어용 무선주파수 식별장치의 트랜스미터 및 제조방법 Download PDF

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Abstract

무선주파수 식별장치는 제조 중에 타이어속에 정확한 위치에 묻힌다. 무선주파수 식별장치는 사용되는 타이어의 식별 번호, 제조 일자 및 회전수와 같은 타이어에 관한 광범위한 데이터를 제공한다. 제조 중에, 무선주파수 식별장치는 카아커스위에 놓이고, 그 후에 카아커스는 밴드 층속에 위치되며 그 후에는 밴드 층과 밀봉 결합되게 팽창된다.
Figure R1020077024811
무선주파수 식별장치, 타이어, 회전수

Description

타이어용 무선주파수 식별장치의 트랜스미터 및 제조방법{RFID TRANSMITTER FOR TIRES AND METHOD OF MANUFACTURE}
본 출원은 2006년 4월 26일자 미국 가출원 제60/674,935호를 기초로한 우선권을 주장한다.
본 발명은 무선주파수 식별장치(Radio Frequency Identification Device: RFID)에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 타이어의 제조 중에 타이어에 영구적으로 묻히는 무선주파수 식별장치에 관한 것이다.
타이어의 제조와 사용에 있어서, 유용한 데이터의 상관 관계를 위한 수단을 제공하고 공기압, 마모 및 주행 거리와 같은 타이어에 관한 데이터를 수집하도록 타이어의 한정 일련 번호를 인식할 필요가 있다.
무선주파수 식별장치는 모든 크기의 타이어에 있어서, 주행 거리와 기타 데이터를 인식하고 기록하는데 사용된다. 무선주파수 식별장치의 트랜스미터와 기타 요소들은 영구적인 식별을 위한 간섭없는 시스템을 제공하도록 타이어속에 직접 경화되고 타이어속의 고정된 방사상(반경반향) 위치에 놓여진다. 영구적인 방사상 위치에 고정시키면 조립 중에 이러한 요소와 요소 스플라이스를 정확하게 위치시킬 수 있다. 또한, 타이어의 모든 추가 조립 공정에서도 기준이 되는 절대적인 방사상 위치를 제공한다. 일 생산으로 생성되는 모든 타이어에서의 무선주파수 식별장치의 그러한 절대적인 방사상 위치 결정은 개선된 품질을 제공하여 개선된 품질 검사를 유도한다. 이러한 고정된 방사상의 기준 위치는 시험 중에 다루기 힘든 요소(부품), 조립 기술 또는 공정들을 정하는 수단을 제공한다.
무선주파수 식별장치의 트랜스미터 설계는 추가적인 공정들을 소트하고 시퀀스하는데 사용되는 일련 번호를 장거리 전송한다.
삭제
본 발명의 무선주파수 식별장치는 땅의 자계를 감지하는 자기 센서를 사용하여 타이어 회전의 정확한 계수를 얻을 수 있다. 이 센서는 입력을 신호컨디셔너 회로로 제공하고 이 신호컨디셔너 회로는 카운터 회로로 출력을 제공한다.
본 발명은 제조된 각각의 타이어에 전자적 일련 번호를 제공한다. 이러한 일련 번호는 타이어 조립에 관련된 제조 데이터, 사용된 재료, 제조에 사용된 장비 및 작업원을 결정하기 위해 억세스될 수 있다. 또한, 유익한 설계와 보증 정보도 제공한다.
조립 공정에서, 무선주파수 식별장치(RFID)의 리더(reader)가 타이어 성형기계에 부착되고 기계의 제어회로와 전기적으로 통합화된다. 무선주파수 리더의 방향 안테나는 타이어의 방사상 기준점을 제공하고 그 방사상 기준점은 조립 중에 추가되는 요소의 위치를 설정한다. 방향 무선주파수 식별장치의 리더는 타이어의 품질을 개선시키도록 조립 및 제조 공정 모두에서 사용된다.
본 발명에 따라서, 타이어의 회전 계수를 기록하는 자기 센서도 제공된다. 이것은 비교기 회로를 통한 자기 센서의 출력을 검출하고 신호를 컨디셔닝하여 이루어진다. 이러한 회로는 출력을 신호의 양의 값 또는 음의 값의 선두 및 선미 부분에 출력을 제공하여 땅의 자계속의 타이어의 회전 또는 센서의 회전을 나타낸다. 따라서, 시스템은 계수(즉, 회전수)를 기록하고 그 회전수는 무선주파수 식별장치의 데이터를 판독함으로써 억세스될 수 있다. 무선주파수 식별장치의 하나의 장점은 정확한 주행 거리를 표시하고, 그것은 타이어 설계 또는 보증 항목을 개선 시키는데 사용될 수 있다.
타이어의 일련 번호를 장거리 전달하는 장점은 보관(warehousing), 분류 및 선적의 일련의 공정에서 타이어를 분류하고 차례를 정하게 해 준다는 것이다. 본 발명의 무선주파수 식별장치의 장거리 전달 능력은 보관 및 선적 작업에서 타이어의 스키드 부하량(skid-load quantities)을 판독할 수 있게 한다.
무선주파수 식별장치의 동력, 즉 급전(給電)은 배터리 또는 회전하는 타이어 또는 휠에 의해서 발생하는 진동 또는 도로 소음을 전기 에너지로 변환시키는 전자기 장치에 의해서 얻어질 수 있다. 기계적 진동 에너지를 전기 에너지로 변환하는 종래 장치는 많은 장치를 소개하는 국제출원 제PCT/US2004/003508호(국제 공개번호 WO2005/022726 A1) 및 여기에 참조되는 미국 특허 제5,741,966호, 제6,725,713호 및 제6,825,758호를 포함한다.
도1은 타이어와 그 측벽에 부착 또는 매립된 본 발명의 무선주파수 식별장치를 도시하는 횡단면도이다.
도2는 본 발명의 무선주파수 식별장치의 여러 가지 요소들을 도시하는 블럭도이다.
도3은 본 발명의 무선주파수 식별장치의 회로도(배선도)이다.
도4는 제조 공정 중에 타이어의 카아커스상에 무선주파수 식별장치를 배치하는 것을 도시하는 개략도이다.
도5는 본 발명에 따른 타이어 제조에 있어 다른 제조공정을 도시하는 개략도이다.
도6은 타이어 속에 묻힌 무선주파수 식별장치를 가지는 완성된 타이어가, 컨베이어상에서 이동될 때 무선주파수 식별장치의 리더에 의해서 스캔되는 것을 도시하는 개략도이다.
도1을 참조하면, 외부 트레드(thread: 12)와 홈(14)을 가지는 크라운(10)을 구비한 타이어(T)가 도시된다. 횡단면에 있어서, 타이어(T)는 원호 통로를 통하여 한 쌍의 마주보게 배치된 측벽(16)으로 방사상 외부로 연장하는 크라운(10)을 가지며, 측벽은 타이어(T)의 최대 방사상 범위(반경 한계)를 정의한다. 측벽(16)은 이러한 최대 방사상 범위로부터 한 쌍의 마주보게 배치된 비이드(bead: 18)에서 종료되는 좁은 구역까지 내부로 곡선져 있다.
도1에 도시되듯이, 측벽(16)의 최대 방사상 범위의 구역 보다 비이드(18)에 가까운 구역의 하나의 측벽(16)에 영구히 묻힌 본 발명의 무선주파수 식별장치(20)가 제공된다. 비록 무선주파수 식별장치(20)를 위한 측벽(16)의 정확한 위치의 선택이 측벽(16)의 넓은 범위의 일정 위치에서 이루어 질 수 있으나, 일단 이러한 위치가 타이어의 특수한 설계와 크기에 대해 정해지면 특수한 타이어 크기와 설계의 모든 연속적인 생산에 동일하게 유지되는 것이 중요하다. 따라서, 특수한 설계와 크기의 타이어에 대해서, 모든 무선주파수 식별장치는 정확하게 동일한 위치에 놓여지고 또한, 본 발명의 범위내에서는 무선주파수 식별장치(20)가 타이어가 부착되는 림(rim) 또는 휠(wheel)속에 또는 그 위에 묻히기 보다는 측벽(16)의 내부 표면에 영구히 고정된다. 제조 방법에 있어서는, 본 발명의 범위내에서 특수한 설계와 크기의 모든 타이어에 대하여 정확하게 동일한 위치에서의 타이어속의 배치는 자기 또는 광학식 장치와 같은 기타의 정보 표시 장치 및 무선주파수 식별장치에 적용할 수 있다.
도2를 참조하면, 본 발명의 무선주파수 식별장치(RFID)(20)의 개략적인 구성이 도시된다. RFID 장치(20)는 땅의 자계, 즉 지자계(地磁界)를 감지하는 센서(22), 마이크로칩/메모리 프로세서인 제어 로직 마이크로컨트롤러(24), 에너지원(26) 및 장거리 트랜스미터(28)를 포함한다. 이러한 부품들은 본 발명의 RFID 장치(20)를 형성하도록 콤팩트하게 소형으로 조립된다. 예를 들어, 캡슐화된 그러한 부품, 구성요소를 이용함으로써 RFID 장치는 대략 0.76 인치의 직경을 갖는다.
땅의 자계를 감지하고 그러한 자계 감지 능력을 이용하여 타이어의 회전수를 결정하는 센서(22)는 미네소다주, 에덴 피에어리에 소재하는 NVE 코포레이션에 의한 그의 시리즈 AA 또는 AH 아날로그 센서의 변형으로서 제조된 것일 수 있다. 마이크로칩/메모리 프로세서의 제어 로직 마이크로컨트롤러(24)는, 미국 특허 제5,847,460호에 설명된 바와 같이 8비트, 8핀 장치를 사용한 아리조나주 챈들러에 소재하는 마이크로칩 테크놀로지 인코포레이티드의 CMOS 마이크로컨트롤러 모델 TIC12F629/675와 같은 마이크로컨트롤러일 수 있다.
그 기능상 땅의 자계를 이용하는 센서의 예로는 여기에 참조로 소개되는 미국 특허 제5,170,586호 및 제5,408,179호에서 찾아 볼 수 있다.
에너지원의 구동수단(26)은 본 발명에서 확인된 것에 국한되지 않는 기계적 진동을 전기 에너지로 변환하는 많은 전자기 장치 중 하나일 수 있다.
도3을 참조하면, 본 발명의 RFID 장치(20)의 회로도가 개략적으로 도시된다. 도3에 도시되듯이, 자기 센서(22)(도3의 Bridge로 표시됨)는 땅의 자계를 검출한다. 센서(22)는 (i)상기 센서(22)에 결합된 제1 커넥터(2, 3)와 제어 로직 마이크로 컨트롤러(24)에 결합된 제2 커넥터(1)를 포함하는 비교기 회로(36)와 연산 증폭기, (ii)전위차계(32) 모두에 접속되고 함께 작동하여 비교 데이터를 제어 로직 마이크로컨트롤러(24)에 전송한다. 8밀리앰프 범위에서 작동하는 많은 마이크로칩에 비하여, 마이크로칩/메모리 프로세서의 제어 로직 마이크로컨트롤러(24)는 1 피코앰프(즉, 백만분의 1 앰프)의 범위에서 작동한다. 동력(전력)은 에너지원의 구동수단(26)에 의해서 공급된다. 그 후에 타이어의 회전수에 관한 수신된 정보는 장거리 RF 트랜스미터(28)에 의해서 원격 수신국에 전송된다.
본 발명의 주된 특징은 제조 중에 RFID 장치를 타이어속에 정확하게 위치시키고, 땅의 자계를 감지하는 자기 센서를 사용하며, 타이어속에 위치한 칩에 실장된 기타 요소에 의해 타이어의 회전수를 카운트하여 그 회전수와 기타 정보를 원격 위치로 전송하는 것이다. 기타 다른 특징은;
1. 타이어상에 방사상 위치를 전달하는 장치
타이어상의 방사상 위치의 외부 검출이 타이어 조립과 검사에 사용된다. 이러한 외부 검출에 사용될 수 있는 장치는 타이어의 품질과 성능을 개선시키는 RFID 트랜스미터, 자기 장치, 광학 장치 또는 타이어상의 방사상 위치를 표시하는 기타 장치이다.
2. 재고 조사와 선적을 돕는 장거리 전송
3. 영구적인 일련 번호를 제공하는 RFID 트랜스미터
타이어의 주행 거리는 타이어의 회전수를 제공하는 땅의 자계 및 자기 센서를 사용하여 얻어질 수 있다.
4. RFID 장치의 부품으로 기계적 에너지(타이어의 진동)로부터 전기 에너지를 생성하는 기능을 이용하는 것이다.
RFID 장치의 특정 위치 또는 주어진 타이어 크기와 설계에 대한 기타 정보 표시는 변할 수 있다. 그러나, 일단 특수한 타이어 및 설계를 위해 위치가 결정되면, 제조 공정 중에 각각의 타이어 크기와 설계의 제조에 있어서 그 위치를 정확하게 위치시키는 것이 중요하다. 이것은 도4 및 5에 도시되듯이 이루어진다.
도4를 참조하면, 타이어의 생산 공정의 제1 단계를 위한 장치가 도시된다. 타이어의 카아커스(C)는 제1 단계에서 제조되고 이에 사용되는 설비는 헤드부(52)와 테일부(54) 사이에 위치되는 회전가능한 드럼(50)을 포함한다. 드럼(50)은 헤드부(52)와 테일부(54)의 작동으로 회전하며 드럼(50)이 회전할 때 감기는 카아커스(C)를 만드는 물질의 스트립(56)을 수용한다. 카아커스(C)를 형성하도록 스트립(56)을 감을 때 예정된 지점에서, 드럼(50)은 회전을 정지하고 RFID 태그(t)가 RFID 부착기(60)에 의해서 붙여진다. 부착기(60)는 부분 성형되거나, 필요하면 완전히 성형된 카아커스(C)에 RFID 태그(t)를 붙이도록 하부로 이동한다. RFID 태그(t)가 부착될 때 카아커스(C)가 부분적으로 성형되어 있으면, 드럼(50)은 스트립(56)이 감기게 회전을 시작하여 카아커스(C)를 완성한다.
도5를 참조하여 드럼(50)상의 카아커스(C)를 보면, 제2 공정이 이 분야에서 잘 알려진 공정을 사용하여 건조 드럼(62)상의 트레드 밴드 층(B)을 형성한다. 밴드 층(B)은 카아커스(C)의 외경보다 큰 내경을 가진다. 밴드 층(B)은 전송기(64)에 의해서 전달되어 카아커스(C) 위로 겹쳐진다. 밴드 층(B)이 카아커스(C)를 덮으면, 카아커스(C)를 나르는 드럼(50)은 RFID 리더 모듈(66)이 RFID 태그(t)를 위치시킬 때까지 회전한다. RFID 리더 모듈(66)에 의한 RFID 태그(t)의 위치 신호는 컴퓨터로 출력되어 이 컴퓨터는 드럼(50)의 회전을 정지시키고 RFID 태그(t)는 원하는 정확한 위치에 놓인다. 드럼(50)은, 카아커스(C)의 RFID 태그(t)가 RFID 리더 모듈(66) 밑에 포개지는 위치에서 정지된 상태로 밴드 층(B)이 카아커스(C)상에서 신축(伸縮)되고 RFID 태그(t)에 대하여 지정된 위치로 회전된다. 그 후에, 드럼(50)이 카아커스(C)를 밴드 층(B)과 밀봉 결합하게 팽창시키도록 확장되어 RFID 태그(t)를 원하는 위치에 정확하게 배치하고, 그 크기 및 제조 사양의 추가 타이어에 있어서 그 후에 제조되는 각각의 타이어상의 동일 위치에 배치되는 제2 단계를 형성한다.
다음에는, 조립된 카아커스(C)와 밴드 층은 이 분야에서 잘 알려진 공정에 의해서 경화(가류: 加硫) 처리된다.
도6을 참조하면, 컨베이어(70)상에서 이동하는 완성된 타이어(80)가 도시된다. 여자(勵磁) 코일(72)은 타이어위의 일정 위치로 또는 컨베이어(70)위에 그리고 타이어속에 있는 RFID 태그(t)로부터 데이터를 접수할 수 있는 위치로 설치된다. 여자 코일(72)은 RFID 리더(74)에 접속되고, RFID 리더(74)는 데이터를 컴퓨터로 출력한다. 컴퓨터에 의해서 접수된 데이터 중의 특별한 데이터는 타이어의 일련 번호가 있다. 그 결과 타이어가 공장을 통과할 때 각각의 타이어를 추적하고 여러 가지 시험 공정에서 어느 타이어가 결함을 가지는 가를 결정하는 것을 특정하는 것이 가능하다. 그 후에, 이러한 결점이 있는 타이어는 보수 조치 또는 폐기되도록 쉽게 처리될 수 있다.
많은 변경예가 이 분야의 기술자에게는 분명하다. 따라서, 본 발명의 범위는 청구 범위에 의해서만 제한된다.

Claims (13)

  1. (a)땅의 자계를 감지하고, 땅의 자계를 이용하여 타이어회전수를 얻는 센서(22);
    (b)제어 로직 마이크로컨트롤러(24);
    (c)상기 센서(22)를 상기 제어 로직 마이크로컨트롤러(24)에 연결하는 비교기 회로(36);
    (d)무선주파수 트랜스미터(28); 및
    (e)구동 수단(26)으로 구성되는 타이어용 무선주파수 식별장치(RFID:20)에 있어서,
    상기 센서(22)가 상기 비교기 회로(36)와 전위차계(32)에 연결되고, 이들과 함께 작동하여 비교데이터를 상기 제어 로직 마이크로컨트롤러(24)로 전송하는 것을 특징으로 하는 타이어용 무선주파수 식별장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제어 로직 마이크로컨트롤러(24)는 2 내지 4 밀리앰프의 범위에서 전송되는 것을 특징으로 하는 타이어용 무선주파수 식별장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 구동 수단(26)은 배터리인 것을 특징으로 하는 타이어용 무선주파수 식별장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 구동 수단(26)은 땅의 자계를 전기 에너지로 변환시키는 전자기 장치인 것을 특징으로 하는 타이어용 무선주파수 식별장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 비교기 회로(36)는 상기 센서(22)에 결합된 제1 커넥터(2, 3)와 상기 제어 로직 마이크로컨트롤러(24)에 결합된 제2 커넥터(1)를 포함하며, 상기 전위차계(32)는 상기 제어 로직 마이크로컨트롤러(24)로 비교 데이터를 전송하기 위하여 상기 비교기 회로(36)와 함께 작동하는 것을 특징으로 하는 타이어용 무선주파수 식별장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제어 로직 마이크로컨트롤러(24)는 1 피코앰프 범위에서 작동되는 것을 특징으로 하는 타이어용 무선주파수 식별장치.
  7. 제5항에 있어서, 구동 수단(26)은 3볼트(volt) 배터리인 것을 특징으로 하는 무선주파수 식별장치.
  8. 제5항에 있어서, 구동 수단(26)은 진동 또는 도로 소음을 전기 에너지로 변환시키는 전자기 장치인 것을 특징으로 하는 타이어용 무선주파수 식별장치.
  9. 제3항에 있어서, 상기 배터리가 상기 타이어의 층들내에 매립되고 가황의 고온을 견딜 수 있는 3볼트 배터리인 것을 특징으로 하는 타이어용 무선주파수 식별장치.
  10. 작업부에서 타이어 제조 중에 다수개의 타이어 각각에 무선주파수 식별장치
    (RFID)를 장착하는 방법에 있어서,
    (a)무선주파수 식별장치를 일부 완성된 타이어에 부착시키는 단계;
    (b)상기 일부 완성된 타이어상의 상기 무선주파수 식별장치를 스캐닝하기 위하여 작업부에 리더모듈(66)을 제공하는 단계;
    (c)상기 리더모듈(66)이, 무선주파수 식별장치가 그 후에 일부 완성된 타이어상에 위치되어야 하는 정확한 위치를, 상기 작업부에서 상기 일부 완성된 타이어상에 표시하도록 하는 단계;와
    (d)상기 정확한 위치에서 각각 후속 타이어상에 상기 무선주파수 식별장치를 부착하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 무선주파수 식별장치를 타이어에 장착하는 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 무선주파수 식별장치는 타이어의 카아커스(C)에 부착되고; (a)밴드 층(B)을 상기 카아커스(C)상에 배치하는 제조공정 전체를 통하여, 부착된 무선주파수 식별장치를 주기적으로 또는 연속적으로 스캐닝하는 단계와 (b)상기 카아커스(C)를 상기 밴드 층(B)의 내부표면과 접촉하도록 팽창시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선주파수 식별장치를 타이어에 장착하는 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 카아커스(C) 팽창 단계 전에 상기 카아커스(C)에 대한 밴드 층(B)의 회전 운동을 부여하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선주파수 식별장치를 타이어에 장착하는 방법.
  13. 제10항에 있어서,
    (a)상기 타이어의 카아커스(C)의 일부를 드럼(50)상에 형성하고, 상기 타이어의 카아커스(C)가 일정 직경의 원을 규정하는 외부 주변부를 갖도록 형성하는 단계;
    (b)상기 무선주파수 식별장치(20)를 상기 카아커스(C)에 부착하는 부착기구(60)를 제공하고, 상기 부착기구(60)가 드럼(50)위에 중첩하는 단계;
    (c)상기 무선주파수 식별장치(20)의 배치를 위한 소정 위치가, 상기 부착기구(60)로부터 상기 무선주파수 식별장치(20)를 수용하도록 위치결정될 때 상기 드럼(50)의 회전을 정지하는 단계;
    (d)상기 부착 기구(60)를 작동하여, 상기 무선주파수 식별장치(20)를 상기 카아커스(C) 또는 부분적으로 형성된 카아커스(C)의 상기 소정 위치에 부착시키는 단계;
    (e)재료의 스트립을 건조 드럼(62)위에 감아서 상기 타이어의 밴드 층(B)을 형성하고, 상기 밴드 층(B)은 상기 카아커스(C)가 그내에 위치되도록 허용하는 내부 크기를 갖는 토러스(torus)를 규정하는 단계;
    (f)상기 카아커스(C)와 상기 밴드 층(B)사이에 상대 운동을 제공하여 상기 카아커스(C)를 상기 밴드 층(B) 속에 위치시키는 단계;
    (g)상기 카아커스(C)를 상기 밴드 층(B)과 결합하도록 팽창시키는 단계로 더 이루어지는 것을 특징으로 하는 무선주파수 식별장치를 타이어에 장착하는 방법.
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