(57)【要約】  回転軸、正中面、ピッチ、及び所定の線径に対する直径を有する単一ストランド螺旋ばねから構成された放射アンテナと、その放射アンテナの内側に配置された電子部分とを備える受動型無線周波数トランスポンダである。電子部分は、放射アンテナに電磁結合された主アンテナに電気接続された電子チップを備える。主アンテナは、放射アンテナの回転軸と平行な軸と、放射アンテナの正中面と重なる正中面とを有する。主アンテナは、直径が放射アンテナの内径の３分の１未満の円柱に囲まれる。無線周波数トランスポンダは、放射アンテナが電子部分に沿って配置されない放射アンテナの第１領域に関して、螺旋ばねの少なくとも１つの巻きに対する螺旋ピッチと直径との比が０．８より大きいことを特徴とする。【選択図】図２
2021520168.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エラストマ配合物で作られた塊体に組み込まれるようになった受動型無線周波数トランスポンダ（１）であって、
放射ダイポールアンテナ（１０）であって、回転軸（１１）、巻き径（Ｄ１，Ｄ２）、螺旋ピッチ（Ｐ１，Ｐ２）、正中面（１９）、並びに、当該放射アンテナ（１０）の内径（１３）及び外径（１５）を規定する線径を有する、単一ストランド螺旋ばねから成り、長さ（Ｌ０）が、無線周波数送信リーダとの所定の周波数帯での通信に適している、放射ダイポールアンテナ（１０）と、
前記放射アンテナ（１０）の内側に配置された電子部分（２０）と、
を備え、前記電子部分（２０）は、
ｉ．電子チップと、
ｉｉ．前記電子チップに電気接続され、前記放射アンテナ（１０）に電磁結合された主アンテナと、
を備え、
ｉｉｉ．前記主アンテナは、前記放射アンテナ（１０）の前記回転軸（１１）と実質的に平行な軸を有し、
ｉｖ．前記主アンテナは、前記放射アンテナ（１０）の前記正中面（１９）と実質的に重なる正中面（２１）を有し、
ｖ．前記主アンテナは、円柱によって外接され、前記円柱の回転軸は前記主アンテナの軸と平行であり、前記円柱の直径は、前記主アンテナと垂直に配置された前記放射アンテナ（１０）の前記内径の３分の１以上の大きさであり、
前記放射アンテナ（１０）が前記電子部分（２０）と垂直に配置されない領域における前記放射アンテナ（１０）の第１領域において、前記螺旋ばねの少なくとも１つのループの前記螺旋ピッチ（Ｐ１）と前記巻き径（Ｄ１）との比が０．８より大きい、ことを特徴とする無線周波数トランスポンダ（１）。
【請求項２】
前記放射アンテナ（１０）の第１領域（１０１，１０１ａ，１０１ｂ）における前記螺旋ばねの各ループの前記螺旋ピッチ（Ｐ１）と巻き径（Ｄ１）との比が、３よりも小さい、請求項１に記載の無線周波数トランスポンダ（１）。
【請求項３】
前記放射アンテナ（１０）の前記第１領域（１０１，１０１ａ，１０１ｂ）における前記２つの最終ループ、すなわち、前記電子部分（２０）に関して軸方向の最も外側に位置する前記２つのループが、少なくとも１巻きに亘って隣接する、請求項１又は２に記載の無線周波数トランスポンダ（１）。
【請求項４】
前記主アンテナが前記電子チップを備える回路基板の端子に接続されると、前記主アンテナの電気インピーダンスが、前記回路基板の電気インピーダンスと整合する、請求項１〜３のいずれかに記載の無線周波数トランスポンダ（１）。
【請求項５】
前記電子チップと前記主アンテナの少なくとも一部分とが、剛性で電気絶縁性の塊体（３０）に埋め込まれる、請求項１〜４の内のいずれかに記載の無線周波数トランスポンダ（１）。
【請求項６】
前記剛性のある塊体に埋め込まれない前記主アンテナの前記少なくとも一部分が、電気絶縁性の材料で被覆される、請求項１〜５のいずれかに記載の無線周波数トランスポンダ（１）。
【請求項７】
前記放射アンテナ（１０）が前記電子部分（２０）と垂直に配置された前記放射アンテナ（１０）の第２領域（１０２）において、前記螺旋ばねの各ループに対する前記螺旋ピッチ（Ｐ１）と前記巻き径（Ｄ２）との比が０．８以下である、請求項１〜６のいずれかに記載の無線周波数トランスポンダ（１）。
【請求項８】
前記無線周波数トランスポンダの前記電子部分の幾何学的形状は円柱に内接し、当該円柱の直径は前記放射アンテナ（１０）の前記内径（１３）以下で、当該円柱の回転軸は前記放射アンテナ（１０）の前記回転軸（１１）と平行である、請求項１〜７のいずれかに記載の無線周波数トランスポンダ（１）。
【請求項９】
前記無線周波数送信リーダとの前記無線周波数通信がＵＨＦ帯で行われる、請求項１〜８のいずれかに記載の無線周波数トランスポンダ（１）。
【請求項１０】
前記無線周波数送信リーダとの前記無線周波数通信が、８６０〜９６０ＭＨｚの帯域で行われる、請求項９に記載の無線周波数トランスポンダ（１）。
【請求項１１】
前記放射アンテナ（１０）の前記長さ（Ｌ０）が３０〜５０ｍｍである、請求項１０に記載の無線周波数トランスポンダ（１）。
【請求項１２】
前記放射アンテナ（１０）の前記第１領域（１０１，１０１ａ，１０１ｂ）における前記放射アンテナ（１０）の前記巻き径（Ｄ１）が、０．６〜２．０ｍｍである、請求項９〜１１のいずれかに記載の無線周波数トランスポンダ（１）。
【請求項１３】
前記放射アンテナ（１０）の前記第１領域（１０１，１０１ａ，１０１ｂ）における前記放射アンテナ（１０）の少なくとも１つのループの前記螺旋ピッチ（Ｐ１）が、１〜４ｍｍである、請求項９〜１２のいずれかに記載の無線周波数トランスポンダ（１）。
【請求項１４】
前記放射アンテナ（１０）の線（１２）の直径が０．０５〜０．２５ｍｍである、請求項９〜１３のいずれかに記載の無線周波数トランスポンダ（１）。
【請求項１５】
請求項１〜１４のいずれかに記載の無線周波数トランスポンダ（１）を備える識別タグ（２）であって、前記無線周波数トランスポンダ（１）が、柔軟性で電気絶縁性のエラストマ配合物（３）に埋め込まれる、識別タグ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タイヤなど、特に使用中に高い熱機械的応力を受ける識別対象物に固定することのできる電子無線識別デバイス又は無線周波数トランスポンダに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＲＦＩＤデバイス（ＲＦＩＤはＲａｄｉｏＦｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ（無線周波数識別）の頭文字である）の分野では、対象物の識別、追跡及び管理を行うために、受動型無線周波数トランスポンダが使用されている。これらのデバイスは、より信頼性が高く、より迅速な自動化管理を可能にする。
【０００３】
これらの受動型無線周波数識別トランスポンダは、一般に、少なくとも１つの電子チップと、磁気ループ又は放射アンテナによって形成された１つのアンテナとから構成され、これらは識別対象物に固定される。
【０００４】
無線周波数トランスポンダの通信性能は、無線周波数リーダへ又はそれによって伝えられる所与の信号に関して、無線周波数トランスポンダの無線周波数リーダとの通信最大距離を用いて表される。
【０００５】
例えば、タイヤなどの伸縮性の高い製品の場合、製品の製造から市場からの回収までその寿命を通して、特にその使用中に製品を識別する必要がある。従って、特に使用状態の下でこの作業を容易にするために高い通信性能が必要とされ、この通信性能は、無線周波数リーダによって、製品から遠い距離（数メートル）で無線周波数トランスポンダに応答指令信号を送る能力を用いて表される。最後に、このようなデバイスの製造コストは、可能な限り競争力のあるものであることが望ましい。
【０００６】
タイヤのニーズを満たす受動型無線周波数識別トランスポンダは、従来から公知であり、特に国際公開第２０１６／１９３４５７号から公知である。このトランスポンダは、第１の主アンテナが電気接続されているプリント回路基板に接続された電子チップで構成さる。この主アンテナは、放射ダイポールアンテナを形成する単一ストランド螺旋ばねに電磁結合されている。例えば、外部の無線周波数リーダとの通信には、無線波、特にＵＨＦ帯（ＵＨＦはＵｌｔｒａ−Ｈｉｇｈ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ（極超高周波数）の頭文字である）を使用する。従って、螺旋ばねの特性は、選択された通信周波数に合わせて調整される。このように、プリント回路基板と放射アンテナとの機械的接合部をなくすことで、無線周波数トランスポンダの機械的抵抗が改善される。
【０００７】
しかしながら、このような無線周波数トランスポンダには欠点がある。この無線周波数トランスポンダは、外部の無線周波数リーダの通信周波数での動作には適しているが、特に長距離の問合せに関して、放射アンテナを用いた無線周波数通信は最適ではない。加えて、熱機械的応力の大きい環境において、放射アンテナが機械的にどのように挙動するかを考慮することも必要である。従って、このような無線周波数トランスポンダの潜在的な性能を最適化するためには、アンテナの機械的強度とその放射通信有効性との間で性能に基づく妥協点を最適化することが必要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】国際公開第２０１６／１９３４５７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、特にタイヤ業界で利用される無線周波数トランスポンダで行われる、性能に基づく妥協点、及び特に無線電気性能の改善を目的とした高周波トランスポンダに関する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、エラストマ組成物又は配合物などの伸縮性の高い材料で作られた識別対象物に組み込むようになった受動型無線周波数トランスポンダに関する。この無線周波数トランスポンダは、まず第１に、放射ダイポールアンテナを備える。放射アンテナは、単一ストランド螺旋ばねで構成され、回転軸、巻き径、螺旋ピッチ、正中面、並びに放射アンテナの内径及び外径を規定する線径を有する。この放射アンテナは、無線周波数送信リーダとの所定の周波数帯での通信に適した長さＬ０を有する。また、この無線周波数トランスポンダは、放射アンテナの内側に配置された電子部分を備える。この電子部分は、電子チップと、電子チップに電気接続されて放射アンテナに電磁結合された主アンテナとを備える。主アンテナは、まず第１に、放射アンテナの回転軸と実質的に平行な軸を持ち、第２に、放射アンテナの正中面と実質的に重なる正中面を持つ。最後に、主アンテナは円柱によって外接され、その円柱の回転軸は主アンテナの軸と平行であり、その円柱の直径は、主アンテナと垂直に配置された放射アンテナの内径の３分の１以上の大きさである。このトランスポンダは、放射アンテナが電子部分と垂直に配置されない放射アンテナの第１領域において、螺旋ピッチと螺旋ばねの少なくとも１つのループの巻き径との比が０．８より大きいことを特徴とする。
【００１１】
ここで、用語「エラストマ」は、例えばジエン系ポリマ、すなわちジエン単位を備えるポリマ、シリコーン、ポリウレタン及びポリオレフィンなどのＴＰＥ（ＴｈｅｒｍｏＰｌａｓｔｉｃ  Ｅｌａｓｔｏｍｅｒｓ（熱可塑性エラストマ）の頭文字）を含む、全てのエラストマを意味するものと理解される。
【００１２】
用語「電磁結合」は、ここでは、電磁放射による結合、すなわち、エネルギの非接触伝達を意味すると理解される。２つのシステムの間の物理的エネルギは、一方で誘導結合、他方では容量結合を含む。その場合、主アンテナは、コイル、ループ、又は線セグメント、或いはこれらの導電素子の組み合わせを含む群から構成されることが好ましい。
【００１３】
ここで、用語「実質的に平行」とは、各アンテナの軸方向により生成される角度が３０度以下であることを意味すると理解される。この場合、２つのアンテナ間の電磁結合は最適であり、特に、無線周波数トランスポンダの通信性能を向上させる。
【００１４】
ここで、螺旋ばねのコイルの正中面を最初に定義する必要がある。定義によれば、それは対象物を２等分する仮想平面である。本例では、この正中面は各アンテナの軸に垂直である。最後に、ここでは、用語「実質的に重なる」とは、各正中面の間の相対距離が放射アンテナの長さの１０分の１よりも小さいことを意味すると理解される。
【００１５】
このように、電流が放射アンテナの中心で最大の大きさなので、この電流によって誘導される磁場も放射アンテナの中心で最大となり、従って、２つのアンテナ間の誘導結合が最適であることが保証され、それによって無線周波数トランスポンダの通信性能が向上する。
【００１６】
放射アンテナの螺旋ばねの特性に関して主アンテナの相対寸法を規定することで、主アンテナが放射アンテナの内側に位置する場合に、２つのアンテナ間の距離が主アンテナの直径よりも小さくなることが保証される。このようにして、２つのアンテナ間の電磁結合、ひいては無線周波数トランスポンダの通信性能は、送信及び受信において最適化される。
【００１７】
同様に、電子部分と、従って主アンテナと垂直に配置された放射アンテナ領域の外側では、放射アンテナのループに関して０．８を超える螺旋ピッチと巻き径との比は、螺旋ばねを引き伸ばす効果を与える。従って、放射アンテナの公称長さをもたらすのに必要な線長が短くなる。従って、放射アンテナの抵抗が減少する。結果として、所与の電界に対して、放射アンテナを流れる電流はアンテナの固有周波数においてより大きく、無線周波数トランスポンダの通信性能を改善することができる。加えて、螺旋ばねを引き伸ばすことで、その放射抵抗と損失抵抗との比を改善することにより、放射アンテナの効率を向上させることができ、これはまた、放射アンテナを流れる所定の電流に対して放射アンテナが放射する電界を最大にすることを可能にする。最後に、所定のピッチの放射アンテナに対して、放射アンテナを引き伸ばすことで、螺旋ばねが占有する体積を減らすことができる。従って、タイヤケーシングの厚さなどの制約された寸法環境では、放射アンテナのこの第１領域において、放射アンテナを取り囲む絶縁ゴムを厚くすることが可能である。この電気絶縁性により、損失が最小化され、ひいては送信時と受信時の両方で無線周波数トランスポンダの通信性能が改善される。もちろん、放射アンテナの第１領域のループの各々が伸長していることが理想であり、これは、それ相応に受動型無線周波数トランスポンダの通信性能を向上させ、特にＲＦＩＤタグの場合に当てはまる。
【００１８】
好ましくは、放射アンテナの第１領域における螺旋ばねの螺旋ピッチと各ループの巻き径との比は、３よりも小さく、好ましくは２よりも小さい。
【００１９】
放射アンテナの無線電気性能を改善することは好都合であるが、果たすべき他の機能もおろそかにしてはならない。特に螺旋ばねは、タイヤに使用された場合に無線周波数トランスポンダが必然的に曝される三次元応力に耐えるのに適した柔軟な構造である。従って、放射アンテナが概ね十分な柔軟性を保つことを保証し、ひいては無線周波数トランスポンダの物理的完全を保証するために、この第１領域で放射アンテナを引き伸ばす量を制限することが推奨される。
【００２０】
特定の１つの実施形態によれば、放射アンテナの第１領域における螺旋ばねの２つの最終ループ、すなわち、電子部分に関して軸方向の最も外側に位置する２つのループが、少なくとも１巻きに亘って隣接する。
【００２１】
これによって、無線周波数トランスポンダの放射アンテナが取り扱い時に絡み合うことが防止される。従って、無線周波数トランスポンダの取り扱いが容易になり、無線周波数トランスポンダの原価を最適化することができる。この作用を電子部分に対して軸方向の最も外側に位置するループに限定することは、放射アンテナの無線電気性能に僅かに影響を及ぼすだけである。
【００２２】
好ましくは、主アンテナが電子チップを備える回路基板の端子に接続されると、主アンテナの電気インピーダンスが、無線周波数トランスポンダの回路基板の電気インピーダンスと整合する。
【００２３】
用語「回路基板の電気インピーダンス」は、主アンテナの端子間の電気インピーダンスを意味するものと理解され、これは、少なくとも１つの電子チップと電子チップが接続されたプリント回路基板とを備える回路基板の電気インピーダンスを表す。
【００２４】
主アンテナのインピーダンスを回路基板のインピーダンスと整合させることにより、無線周波数トランスポンダは、利得が向上し、より選択性の高い形状因子及び通過帯域の回路基板を実現することで、通信周波数で最適化される。このようにして、無線周波数トランスポンダに送信される所定のエネルギ量に対して、無線周波数トランスポンダの通信性能が改善される。これは特に、無線周波数トランスポンダの読取り距離の増大をもたらす。主アンテナのインピーダンス整合は、例えば線径、この線の材料及び長さなど、主アンテナの幾何学的特徴のうちの少なくとも１つを調整することによって得られる。
【００２５】
従って、主アンテナのインピーダンス整合は、例えばインダクタ、コンデンサ及び伝送線路に基づくフィルタなど、主アンテナと電子回路との間に付加的な電子部品から成るインピーダンス整合回路を加えることによって得ることができる。
【００２６】
また、主アンテナのインピーダンス整合は、主アンテナの特徴とインピーダンス整合回路の特徴とを組み合わせることで得ることができる。
【００２７】
特定の１つの実施形態によれば、電子チップと主アンテナの少なくとも一部分とが、例えば高温エポキシ樹脂などの剛性で電気絶縁性の塊体に埋め込まれる。この組立体は、無線周波数トランスポンダの電子部分を形成する。
【００２８】
このように、主アンテナの少なくとも一部分とプリント基板に接続された電子チップとを備える電子部分が強化され、識別対象物が曝される熱機械的応力に関して、その構成部品間の機械的結合がより信頼性の高いものとなる。
【００２９】
またこれにより、無線周波数トランスポンダの電子部分を、放射アンテナ又は識別対象物とは独立して製造することが可能となる。特に、例えば主アンテナとして複数巻きのマイクロコイルを用いることで、主アンテナ及び電子チップを備える電子部品の小型化を構想することができる。
【００３０】
別の実施形態によれば、剛性のある塊体に埋め込まれていない主アンテナの部分は、電気絶縁性の材料で被覆される。
【００３１】
このように、主アンテナが電子部分の剛性で電気絶縁性の塊体に完全に含まれない場合には、電気ケーブルの絶縁シースに採用されるような電気絶縁性材料でできた被覆物によって主アンテナを絶縁することが有用である。
【００３２】
１つの好ましい実施形態によれば、放射アンテナが電子部分と垂直に配置された放射アンテナの第２領域において、螺旋ばねの各ループに対する螺旋ピッチと巻き径との比は０．８以下である。
【００３３】
具体的には、放射アンテナのこの第２領域、特に主アンテナと垂直に配置された領域では、放射アンテナから予期される効果は、電子部分の主アンテナとの電磁結合、特に誘導結合である。従って、この結合を改善する第１の手段は、この第２領域における放射アンテナのインダクタンスを増大させることであり、これは螺旋ばねを収縮させることに等しい。加えて、この第２領域で放射アンテナを収縮させることは、放射アンテナに向かい合って配置された主アンテナの所定の長さに対して、放射アンテナによって提供される交換領域を増大させることによって、主アンテナと放射アンテナとの間のエネルギ伝達を促進する。このようなエネルギ伝達の改善は、無線周波数トランスポンダからより良い通信性能が得られることに繋がる。
【００３４】
特定の１つの実施形態によれば、無線周波数トランスポンダの電子部分の幾何学的形状は、直径が放射アンテナの内径以下で、回転軸が放射アンテナの回転軸と平行な円柱に内接する。
【００３５】
このように形成された電子部分は、放射アンテナの内側に配置された場合、無線周波数トランスポンダの受信／送信における通信性能を向上させるために、放射アンテナに対して主アンテナを最適に事前に位置決めすることを可能にする。具体的には、２つのアンテナは実質的に平行であることが機械的に保証され、それらを隔てる距離は高い品質の電磁結合をもたらすことが機械的に保証される。
【００３６】
特定の１つの実施形態によれば、無線周波数リーダとの無線電気通信は、ＵＨＦ帯、最も具体的には８６０〜９６０ＭＨｚの範囲で行われる。
【００３７】
具体的には、この周波数帯では、放射アンテナの長さが通信周波数に反比例する。さらに、これらの周波数帯の外側では、標準的なエラストマ材料を介した無線電気通信は大きく乱されるか、不可能な場合さえある。従って、これは、無線周波数トランスポンダのサイズとその無線電気通信との間の最良の妥協点であり、特にファーフィールドにおいて、タイヤ産業にとって満足できる通信距離を得ることが可能となる。
【００３８】
別の特定実施形態によれば、放射アンテナの長さＬ０は、３０〜５０ｍｍである。
【００３９】
具体的には、８６０〜９６０ＭＨｚの周波数範囲で、無線周波数トランスポンダを取り囲むエラストマ配合物の比誘電率に応じて、無線周波数トランスポンダが送信又は受信する無線電波の半波長に合わせた螺旋ばねの全長は、３０〜５０ｍｍの間、好ましくは３５〜４５ｍｍの間に決められる。これらの波長における放射アンテナの動作を最適化するために、放射アンテナの長さを波長に合わせて調整することが全く推奨される。
【００４０】
有利には、放射アンテナの第１領域における螺旋ばねの巻き径は、０．６〜２．０ｍｍ、好ましくは０．６〜１．６ｍｍである。
【００４１】
これにより、放射アンテナが占有する体積を制限し、ひいては無線周波数トランスポンダの周囲の電気絶縁性エラストマ配合物を厚くすることができる。もちろん、放射アンテナの第１領域における螺旋ばねのこの直径は、一定、可変、連続的に可変、又は部分的に可変とすることができる。この直径が一定又は連続的に可変であることは、放射アンテナの機械的完全性の観点から好ましい。
【００４２】
好ましい１つの実施形態によれば、放射アンテナの第１領域における放射アンテナの少なくとも１つのループの螺旋ピッチは、１〜４ｍｍ、好ましくは１．５〜２ｍｍである。
【００４３】
これにより、放射アンテナの第１領域において、ばね又は少なくとも１つのループの螺旋ピッチと巻き径との比を確実に３よりも小さくすることが可能となり、螺旋ばねの最小限度の伸びが保証される。さらに、このピッチは、放射アンテナの第１領域全体に亘って一定又は可変とすることもできる。もちろん、放射アンテナ内の機械的脆弱部を形成することになる放射アンテナの特異点を回避するために、ピッチは連続的に可変であること、又は変動の小さな移行部でもって可変であることが好ましい。
【００４４】
好都合な１つの実施形態によれば、放射アンテナの線径は、０．０５〜０．２５ｍｍ、理想的には０．１２〜０．２２ｍｍである。
【００４５】
この線径の範囲では、間違いなく損失抵抗が低くなるので、放射アンテナの無線電気性能が向上する。加えて、線径を限定することにより、電気絶縁性のエラストマ配合物を厚くすることで、放射アンテナと導電体との間の距離を大きくすることが可能となる。しかしながら、一般に軟鋼であるこれら線の材料の破断応力を最適化することなく、タイヤケーシングなどの高応力環境下で受ける熱機械的応力に耐えられるようにするためには、線は一定の機械的強度を保つことが必要である。これにより、放射アンテナは、満足の行く技術的／経済的な妥協点を確実に示せるようになる。
【００４６】
本発明の他の主題は、エラストマ配合物の柔軟性で電気絶縁性の塊体に埋め込まれた無線周波数トランスポンダから成る識別タグである。
【００４７】
ここでは、用語「電気絶縁性」は、エラストマ配合物の電気伝導度が少なくともこの配合物の導電性電荷移動閾値未満であることを意味すると理解される。
【００４８】
このようにして、エラストマ系の材料で作られた部分を備える、識別対象物内への無線周波数トランスポンダの取り付けを容易にする識別タグが形成される。識別タグをタイヤなどの識別対象物に固定するために、必要に応じて従来の接合ゴム層を用いることも考えられる。
【００４９】
加えて、エラストマ配合物の剛性及び電気伝導度の特性により、識別対象物の構成要素内での無線周波数トランスポンダの質の高い機械的挿入と電気絶縁性とが保証される。従って、無線周波数トランスポンダの動作は、識別対象物によって乱されない。
【００５０】
本発明は、空気入りタイヤへの適用事例に関する以下の説明を読むと、よりよく理解することができる。この適用事例は、添付図面を参照して単に例示的に提示され、図面を通して、同じ参照番号は同一の部品を示す。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】従来技術の無線周波数トランスポンダの斜視図であり、この構成では電子部分は放射アンテナの内側に配置される。
【図２】本発明による無線周波数トランスポンダの斜視図である。
【図３ａ】放射アンテナの所定の基本長さに関する、螺旋ばねの螺旋ピッチと巻き径との比に依存する及び一定ピッチの使用に依存する、放射アンテナのワイヤ長を示す図である。
【図３ｂ】放射アンテナの所定の基本長さに関する、螺旋ばねの螺旋ピッチと巻き径との比に依存する及び一定巻き径の使用に依存する、放射アンテナのワイヤ長を示す図である。
【図４】特定の特異性を有する、本発明による無線周波数トランスポンダの１つの実施例である。
【図５】本発明による識別タグの分解図である。
【図６】観測周波数帯に依存する、２つの無線周波数トランスポンダに送信された電力のグラフである。
【図７】本発明による無線周波数トランスポンダを備える識別タグの製造工程の概要である。
【発明を実施するための形態】
【００５２】
以下では、用語「タイヤ」及び「空気入りタイヤ」は等価的に使用され、空気入りタイヤ又は非空気式タイヤのいずれかのタイヤを指す。
【００５３】
図１は、従来技術の無線周波数トランスポンダ１を示し、この構成では電子部分２０は放射アンテナ１０の内側に配置される。放射アンテナ１０は、回転軸１１を有する螺旋ばねを形成するために塑性変形された鋼線１２で構成される。螺旋ばねは、主として被覆線の巻き径と螺旋ピッチとによって規定される。ここでは螺旋ばねのこれら２つの幾何学的パラメータは一定である。従って、線径が与えられると、螺旋ばねの内側１３及び外側１５の直径が正確に決定される。ここでは、ばねの長さＬ０は、エラストマ配合物の塊体の中にあるトランスポンダ１の無線周波数送信信号の半波長に対応する。従って、螺旋ばねの正中面１９を定義することが可能であり、正中面は、回転軸１１と直交しており、放射アンテナ１０を２等分する。電子部分２０の幾何学的形状は、円柱が外接しており、この円柱の直径は、螺旋ばねの内径１３と同じか又はそれよりも小さい。これにより、電子部分２０を放射アンテナ１０の中に導入するのが容易になる。主アンテナの正中面２１は、放射アンテナ１０の正中面１９と実質的に重なって配置される。最後に、主アンテナの軸線は、放射アンテナ１０の回転軸１１と実質的に平行である。放射アンテナは、２つの別の領域に分けることができる。放射アンテナ１０の第１領域１０１は、螺旋ばねが電子部分２０に対して垂直に配置されない領域である。放射アンテナ１０のこの第１領域１０１は、実質的に等価な２つの部分１０１ａ、１０１ｂを備え、これらの部分は、放射アンテナ１０の第２領域１０２と軸方向に隣接する。
【００５４】
図２は、本発明による無線周波数トランスポンダ１を示し、従来技術の無線周波数トランスポンダに対して、第１領域の放射アンテナの少なくとも１つのループの巻き径に対する螺旋ピッチの比が０．８よりも大きいという際立った特徴を有する。この事例では、各領域１０１ａ及び１０１ｂの全てのループは、その比が同等に変えられている。これは、各部分領域１０１ａ、１０１ｂのループ総数を低減することによって達成される。この特定の事例では、放射アンテナ１０の線の巻き径は同じに維持される。しかしながら、このアンテナの第１領域１０１における放射アンテナ１０の鋼線の巻き径を増大させることで、第１領域１０１の各ループの巻き径に対する螺旋ピッチの比を変更することも可能とされている。この事例では、放射アンテナ１０の第２領域１０２での放射アンテナ１０の螺旋ピッチは変更されていない。従って、放射アンテナ１０の第２領域１０２での螺旋ピッチと巻き径との比は、０．８よりも小さい。
【００５５】
図３ａ及び３ｂは、螺旋ばねの１つのループに関して、放射アンテナの無線電気特性及び電磁気特性に関する、螺旋ピッチと巻き径との比の重要性を示す図である。
【００５６】
図３ａは、ループの螺旋ピッチとループが形成される線の直径とが一定のままである場合の、ループの螺旋ピッチと巻き径の比の変動を示す説明図である。比が１に等しい完全ループによって占有される領域に等しい長さの放射アンテナの基本長さに関して、このループの曲線距離は、２＊ＰＩ＊ＰＩ基本単位に等しい。実線で描かれた曲線５００がこのループに対応する。具体的には、このループの半径は、必然的にＰＩ基本単位に等しい。ここで、２に等しい比に対応する点線で描かれた曲線５０１を検討する。螺旋ピッチが一定であるため、このループの巻き径は、必然的に先のループの巻き径の２分の１、すなわちＰＩ基本単位である。従って、点線曲線５０１で図示されたループの曲線距離は、ＰＩ＊ＰＩ基本単位に等しい。結果として、第２ループより大きな螺旋ピッチ対巻き径の比を有する第１ループの曲線距離は、この第２ループの曲線距離よりも小さい。破線で描かれた曲線５０２と一点鎖線で描かれた曲線５０３は、それぞれ０．８と０．５の比を示す。これら２つのループの曲線長は、それぞれ２．５＊ＰＩ＊ＰＩ基本単位と４＊ＰＩ＊ＰＩ基本単位に等しい。
【００５７】
図３ｂは、ループの直径とループが形成される線径とが一定のままである場合の、ループの螺旋ピッチと巻き径の比の変動を示す説明図である。比が１に等しい完全ループによって占有される領域に等しい長さの放射アンテナの基本長さに関して、このループの曲線距離は、２＊ＰＩ＊ＰＩ基本単位に等しい。実線で描かれた曲線５０５がこのループに対応する。具体的には、このループの半径が必然的にＰＩ基本単位に等しい。ここで、２に等しい比に対応する点線で描かれた曲線５０６を検討する。巻き径が一定であるため、このループの螺旋ピッチは、必然的に先のループの螺旋ピッチの２倍、すなわち４＊ＰＩ基本単位である。しかしながら、基本長さが２＊ＰＩ基本単位に限定される場合、点線で示されるこのループの曲線距離は、ＰＩ＊ＰＩ基本単位に等しい。同様に、０．５と０．２の比に対応する曲線５０７と５０８は、それぞれループ数の２倍化と５倍化を表している。破線で描かれた曲線５０７の曲線距離は、４＊ＰＩ＊ＰＩ基本単位に等しい。さらに、二点鎖線で描かれた曲線５０８の曲線距離は、１０＊ＰＩ＊ＰＩ基本単位に等しい。
【００５８】
もちろん、単に各ループの螺旋ピッチ又は巻き径を変更するのではなく、両方のパラメータを同時に変更することも可能である。唯一、これら２つの変更によって得られた比が、放射アンテナの通信性能に影響を与えることになる。
【００５９】
具体的には、導線の抵抗は、導線の曲線長に比例する。ループの螺旋ピッチと巻き径との比が大きいほど、導線の曲線長は短くなる。従って、ループの電気抵抗は低くなる。要するに、この電気抵抗を最小にすることで、放射アンテナのループの無線電気特性が改善される。放射アンテナの第１領域の電気抵抗を最小化することにより、アンテナの放射効率が送信時と受信時の両方で改善され、アンテナは、主としてこの第１領域で構成される。加えて、アンテナの電気抵抗を最小化することで、所定の電位差に対して最大の電流が発生することが保証される。従って、無線周波数トランスポンダの無線電気性能、結果として通信性能が改善される。
【００６０】
放射アンテナの第２領域に関して、第１領域よりも小さいこの第２領域の放射効率は重要ではない。具体的には、この第２領域の主な機能は、電子部分の主アンテナとの電磁結合を保証することである。この電磁結合は、主アンテナが多重巻きコイルである場合は、主として誘導結合による。この結合が起こるためには、放射アンテナはまず、磁場を発生させる必要がある。この磁場は、特に放射アンテナのインダクタンスに依存する。コイルのインダクタンスを最大にするには、コイルの螺旋ピッチと巻き径との比を小さくすること、又はコイルのループ数を増やすことが推奨される。放射アンテナの第２領域のループの巻き径に対する螺旋ピッチの比を小さくすることで、アンテナのインダクタンスが増大うることで誘導結合が最大化になる。さらに、アンテナの螺旋ピッチだけを変更してこの比を小さくする場合、アンテナの第２領域を構成する巻き数が増加し、これにより２つのアンテナ間のエネルギ伝達面積が増加する。このエネルギ伝達面積の増加は、もちろん無線周波数トランスポンダの通信性能に有利である。
【００６１】
図４は、８６０〜９６０ＭＨｚの周波数範囲で動作する無線周波数トランスポンダ１の説明図であり、このトランスポンダは、エラストマ材料で作られている識別タグを介してタイヤのケーシングに組み込まれることが意図されている。タイヤのケーシング内で無線周波数トランスポンダ１の無線通信性能と物理的完全性を高めるために、特にコードが金属製の場合、放射アンテナ１０の回転軸を軸Ｕと平行に、すなわちラジアルプライタイヤのケーシングのカーカスプライのコードと直交する方向に配置することが好ましい。
【００６２】
ここでの無線周波数トランスポンダ１は、放射アンテナ１０と、放射アンテナ１０の内側に位置する電子部分とを備える。電子部分は、プリント回路基板に接続された電子チップを備える。主アンテナは、プリント回路基板に接続された矩形の１７巻きを備える導線で構成される。プリント回路基板の主アンテナと対向する面は、長さ１０ｍｍで幅１ｍｍのラインを形づくる蛇行形状のガルバニック回路を備える。最後に、主アンテナに外接する円柱の直径は０．８ｍｍである。
【００６３】
このようにして形成された回路基板は、エポキシ樹脂の塊体３０に埋め込まれ、電子部品の機械的信頼性及び回路基板の電気的絶縁性を保証する。剛性のある塊体３０に外接する円柱は、直径１．１５ｍｍ、長さ６ｍｍを有する。
【００６４】
放射アンテナ１０の長さＬ０は、ここでは４５ｍｍであり、５にほぼ等しい比誘電率の媒体において周波数９１５ＭＨｚの無線波の半波長に対応する。放射アンテナ１０は、直径０．２２５ｍｍの鋼線１２を用いて製造され、その表面は真鍮層で被覆される。
【００６５】
放射アンテナ１０を２つの主領域に分割することができる。第１領域１０１は、電子部分が垂直に配置されない放射アンテナセグメントに対応する。それは、剛性で絶縁性の塊体３０の両側に隣接する２つの部分領域１０１ａ及び１０１ｂを備える。
【００６６】
各部分領域１０１ａ、１０１ｂは、１９ｍｍの長さＬ１を有し、１．２７５ｍｍの一定巻き径Ｄ１の円形の１２回巻きを備える。これにより、１．０５ｍｍの内径と１．５ｍｍの外径とがそれぞれに規定される。円形巻きの螺旋ピッチＰ１は１．５５ｍｍである。従って、巻線の螺旋ピッチＰ１と巻き径Ｄ１との比は１．２１である。各部分領域１０１ａ、１０１ｂの軸方向外端は、隣接する２つの巻きで終端する。従って、この大きな比により、この領域１０１における放射アンテナ１０の無線電気特性の有効性が最大となることが保証される。加えて、放射アンテナ１０の最も外側に位置する巻き間の接触により、無線周波数トランスポンダの取り扱い時に螺旋ばねが絡み合うのを防ぐことができる。放射アンテナ１０の第１領域１０１の巻きの大部分が０．８よりも大きな比を有するので、無線周波数トランスポンダ１の無線電気性能は明らかに改善される。
【００６７】
電子部分が垂直に配置される放射アンテナ１０のセグメントに対応する放射アンテナ１０の第２領域１０２では、放射アンテナは７ｍｍの長さを有する。螺旋ばねは、１ｍｍの一定螺旋ピッチＰ２と、１．５７５ｍｍの一定巻き径Ｄ２とを有する。従って、放射アンテナの第２領域の螺旋ばねの内径は１．３５ｍｍである。これにより、約０．６３の一定の螺旋ピッチと巻き径との比を得ることができる。この比は、放射アンテナ１０の第２領域１０２のインダクタンスを第１領域１０１に対して最大化することを可能にし、これにより、電子部分への電磁結合の有効性を改善することができる。
【００６８】
この特定の事例では、第１領域１０１において、１．０５ｍｍに等しい放射アンテナ１０の内径は、電子部分に外接する円柱で表される塊体３０の１．１５ｍｍに等しい直径よりも小さい。このように、放射アンテナ１０の第１領域１０１の部分領域１０１ａ及び１０１ｂは、放射アンテナ１０内の塊体３０の軸方向移動を制限する機械的な停止部を形成する。電子部分は、剛性で絶縁性の塊体３０を放射アンテナ１０内に滑り込ませることによって組み込まれる。
【００６９】
加えて、主アンテナに外接する円柱の直径は、放射アンテナの第２領域１０２の螺旋ばねの内径の３分の１よりも遥かに大きい。主アンテナに外接する円柱は、放射アンテナ１０の回転軸Ｕと同軸ではないが、実質的にそれと平行である。さらに、放射アンテナ１０の第２領域１０２と主アンテナとの間の最小距離は、０．３ｍｍよりも小さい、すなわち放射アンテナ１０の内径の４分の１よりも遥かに小さい。アンテナのこの近接は、放射アンテナ１０の第２領域１０２における縮められたピッチＰ２によって可能となり、これにより、ばねの寸法に対し、特に巻き径Ｄ２に対してより小さな寸法公差を得ることができる。加えて、この近接は、２つのアンテナ間のより良い品質の電磁結合を保証する。もちろん、この電磁結合は、主アンテナ及び放射アンテナで同一形状の巻き、例えば円形巻きを用いることによって改善できている。また、この結合は、２つのアンテナの軸線を同軸にすることによって最適化できおり、これは、電子部分の軸方向寸法を最小にするような方法で主アンテナの内部に回路基板を配置することに相当する。このようにして、２つのアンテナ間の電磁エネルギの伝達領域の品質は、最適にできている。
【００７０】
特に、放射アンテナの第１領域と第２領域との間で螺旋ばねの巻き径が変動する場合であって、放射アンテナの第１領域の内径が電子部分に外接する円柱の直径よりも小さい場合には、他の特定の実施形態を採用することができる。
【００７１】
第１の実施形態は、電子部分の放射アンテナへの挿入を容易にするために、放射アンテナを製造するステップと、このアンテナに第１段階で製造された電子部分を組み込むステップとを相乗的に行うことから成る。
【００７２】
従って、最初に、放射アンテナの主要部がばね巻き機を用いて製造され、ばね巻き機は、課された動作によって塑性変形された外径１５０ミクロンの鋼線を供給する。もちろん、この機械は、製造時に、加えられた変形を修正して、螺旋ばねの各ループの巻き径及び螺旋ピッチを変更するために、自動化することができる。放射アンテナの主要部は、必然的に、放射アンテナの第１領域の第１部分領域と、より大きな巻き径を有することになる放射アンテナの第２領域のほぼ全てとを備える。さらに、必要に応じて、螺旋ばねの第２領域のループの螺旋ピッチは、第１領域のループの螺旋ピッチとは異なる。
【００７３】
この第１ステップの後、第１段階で製造された電子部分を、製造された放射アンテナの第１部分の内側に組み込むために、螺旋ばねの製造を停止する。この作業は、ばね巻き機自体の中で実行される。
【００７４】
これは、最初に、形成された螺旋ばね内の応力を、螺旋ばねの端部の一方を自由にすることによって緩和することが必要とされる。これは、螺旋ばね内の予応力を減少させる効果があり、製造されたばねの巻き径を増大させることにつながる。次に、鋼線を変形させるフィンガの代わりに配置されたピストルを用いて、この緩和された螺旋ばねの主要部に電子部分を組み込む。工具の交換はスピンドルの回転を用いて達成され、スピンドルの角度付き端部は、鋼線を変形させるために一方がピストル、他方がフィンガである。
【００７５】
この組み込み作業は、例えば、放射アンテナの主要部の回転軸と電子部分の回転軸との間の平行性又は同軸性さえも保証しながら、電子部分の軸方向端部の一方を放射アンテナの主要部のループに対して当接させることを含む。加えて、放射アンテナの第１部分の中での電子部分の軸方向位置決めにより、電子部分の主アンテナの正中面は、最終放射アンテナに対して実質的に中央に位置付ける必要がある。
【００７６】
この組み込み作業は、機械的な推進力を与えるピストルを用いて実行される。しかしながら、何らかの他のタイプの推進力、磁力、空気圧、油圧、又はそれらの組み合わせが想定される。次に、変形用フィンガは所定位置に戻され、電子部分は、既に製造されている放射アンテナの第２領域を用いて所定位置に維持される。
【００７７】
最後に、第３ステップは、電子部分の存在のために第１ステップの終わりに停止したところから、螺旋ばねの形成を再開することを含む。電子部分をその把持及び位置決め手段から自由にして、これらの手段を螺旋ばねの製造領域から取り除いた後で、放射アンテナの第１部分の第２部分領域を製造する。次いで、螺旋ばねの長さが所望の長さＬ０に到達すると鋼線を切断する。
【００７８】
本発明の無線周波数トランスポンダの第２の実施形態は、ばねの巻き径が放射アンテナの第１領域と第２領域との間で変化する場合に、電子部分が配置される第２領域を備えた単一ストランド螺旋ばねの形態をとる放射アンテナを最初に製造することにある。この第２領域は、巻き径Ｄ２と螺旋ピッチＰ２を有する。また、螺旋ばねは、第２領域の各端部に位置する放射アンテナの第１領域の２つのセグメントを備える。この第１領域は、巻き径Ｄ１及び螺旋ピッチＰＩを有する螺旋によって規定される。従来、このタイプの螺旋ばねは、標準巻き機の上で、持続時間が最適化された製造サイクルで製造される。
【００７９】
次のステップは、第１段階で製造された電子部分を、前のステップで形成された放射アンテナに組み込むステップである。
【００８０】
最初に、前のステップで製造された螺旋ばねの上に、概して放射アンテナの第２領域と第１領域の１つのセグメントとの間の巻きを含む移行領域を見つけることが必要である。
【００８１】
第１領域から第２領域への移行は、線の巻き径の変動から認知することができ、この変動は潜在的に螺旋ピッチの変動を伴う。この移行領域を見つけるために、例えば、螺旋ばねの少数の巻きに焦点を合わせることのできるカメラを使用することが推奨される。理想的には、螺旋ばねの一端を提示して、カメラの視野を前で螺旋ばねを回転軸Ｕに沿って移動させる。画像処理ソフトウェアパッケージ又は人間の眼によって、ばねの巻き径は、回転軸Ｕの螺旋ばねに外接する円柱の直径であると観察することができる。従って、巻き径が一定である２つの領域の間の移行領域に対応する円柱の直径の変動が観察される。
【００８２】
次に、巻き径がＤ２である螺旋ばねの第２領域と接触する、移行領域の最終巻きを見つける。これを行うために、再度、カメラの視野の前で螺旋ばねを連続的な前後移動で回転軸Ｕに沿って移動させる。
【００８３】
螺旋ばねが取り付けられた機械に規定されるばねの直線曲げ線に関して、移行領域の最終巻きの半径方向外端をこの直線曲げ線上に置くことが推奨される。これを行うために、螺旋ばねをばねの回転軸Ｕに沿った方向に移動させることも推奨される。潜在的に、ばねを横方向に移動させて、この曲げ領域が、移行領域の螺旋バネに外接する円柱に確実に接するようにする必要がある。最後に、最終巻きの一端が直線曲げ線上に配置される位置まで、ばねを回転軸Ｕの周りで回転させることが必要である。その後、螺旋ばねの位置が回転移動方向に固定される。
【００８４】
機械サイクルが開始され、これにより、螺旋ばねの第１領域のセグメントが、螺旋ばねの残部に対して、回転軸Ｕと垂直な直線折曲げ線の周りで曲げられる。電子部分に外接する円柱の直径が放射アンテナの第２領域の内径に近い本適用例では、従来の９０°である、所定の曲げ角によって、螺旋ばねの第２領域の端部に開口部を生成することができる。この開口部の内接直径は、電子部分に外接する円柱の直径に等しいか又はそれよりも大きく、電子部分の容易な挿入を可能にする。
【００８５】
電子部分は、この開口を通って放射アンテナの第２領域に挿入される。電子部分に外接する円柱の主軸に沿った電子部分の軸方向端部は、特定の平面上で螺旋ばねの第２領域から螺旋ピッチよりも小さい距離に位置する必要がある。この平面は、法線が機械内でブロックされた螺旋ばねの部分の回転軸であり、屈曲点を通過する。従って、電子部分は、一旦放射アンテナの第２領域に挿入されると、放射アンテナの第１領域のセグメントの曲げを妨げない。理想的には、電子部分は完全にこの特定の平面の下にある。
【００８６】
螺旋ばねは、機械内でブロックされた部分の回転軸に垂直な軸の周りに、第１の角度とは反対の第２の角度だけ、屈曲点で再び曲げられる。この角度の大きさは、ここでは直径０．２２５ｍｍの軟鋼製ワイヤに対して約１０５度である。この大きさは、少なくとも第１の角度の大きさに等しいか、又はそれよりも大きい。螺旋ばねのブロック部分の回転軸と螺旋ばねの自由部分の回転軸とは、結果として同一線上にある。この場合、第１領域のセグメントの第１の曲げが、屈曲点における鋼の可塑性の局所的な増大をもたらす。最終的なばねが確実に直線形の回転軸を有するように、第２の曲げ角の増加に繋がるので、第２の曲げの間に屈曲点の周囲領域の可塑性を増大させることが推奨される。
【００８７】
このようにして形成された放射アンテナは、完全に内部に配置された電子部分を備え、本発明による無線周波数トランスポンダに相当する。随意的に、電子部分は、第２の軸方向端部を螺旋ばねの第１領域と第２領域との間の第２移行領域の巻きと当接させるように、螺旋ばねの第２領域に挿入される。この当接により、電子部分が螺旋ばね内で軸方向に位置決めされるだけでなく、電子部分の主アンテナと螺旋ばねとの同軸性も保証される。
【００８８】
図５は、電気絶縁性エラストマ材料で作られた柔軟性のある塊体３に埋め込まれた、本発明による無線周波数トランスポンダ１を備えた識別タグ２を示し、この塊体はブロック３ａ及び３ｂで示される。一般に、無線周波数トランスポンダ１は、放射アンテナ１０の第１領域１０１と識別タグ２の外部表面との間の最小距離を最大にするために、タグ２の中央に配置される。
【００８９】
鋼線の巻き径を小さくすることにより放射アンテナ１０の第１領域１０１の螺旋ピッチとループの巻き径との比を大きくした場合には、エラストマ材料の塊体３内で無線周波数トランスポンダ１の占める体積が減少する。
【００９０】
これにより、第１の適用例では、識別タグ２の外面と放射アンテナ１０の第１領域１０１との距離を同じに保ちながら、識別タグ２の各ブロック３ａ及び３ｂの厚さを低減することができる。このように識別タグ２の厚さを低減することにより、同じ電気絶縁電位を維持しながら、識別タグ２の識別対象物への導入が容易になる。第２の適用例では、放射アンテナ１０の第１領域１０１と識別タグ２の外面との距離を大きくすることが可能になる。この第２の適用例により、無線電気性能を、結果として識別タグ２に配置された無線周波数トランスポンダ１の通信性能を改善することができる。具体的には、識別タグ２の電気絶縁性は、放射アンテナ１０の第１領域１０１と識別タグ２の外面との距離に比例する。識別タグ２のより良好な電気的絶縁性により、無線周波数トランスポンダ１の無線電気動作は改善されるか又はこの距離が有効性漸近線に達している場合には同じままである。
【００９１】
図６は、ミシュラン製タイヤ（商標ＸＩＮＣＩＴＹ、サイズ２７５／７０Ｒ２２．５）の内部に配置された受動型無線周波数トランスポンダによって外部無線周波数リーダに送信される電力のグラフである。無線周波数トランスポンダの通信周波数は９１５ＭＨｚを中心とする。使用する測定プロトコルは、「Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｆｉｅｌｄ  Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ  ａｎｄ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｐｅａｋｓ（電磁界の閾値及び周波数ピークの識別）」と題された規格ＩＳＯ／ＩＥＣ  １８０４６−３に対応する。測定は、従来のように単一の周波数ではなく、広範囲の走査周波数で行った。ｘ軸は通信信号の周波数を表す。ｙ軸は、現行の従来技術の無線周波数トランスポンダが送信した最大電力に関連して、無線周波数リーダが受信した電力を表している（デシベル表示）。破線の曲線１０００は、引用文献による無線周波数トランスポンダの応答を表す。実線の曲線２０００は、無線周波数リーダが送信した同じ信号に対する、本発明による無線周波数トランスポンダの応答を表す。無線周波数リーダの通信周波数において、本発明による無線周波数トランスポンダの好都合な約２デシベルの改善が注目される。通信周波数の周りの広い周波数帯で、少なくとも約１デシベルの最小限の改善が見られる。
【００９２】
図７は、本発明による識別タグ２の製造工程の概要である。識別タグ２を得るために、まず、本発明による無線周波数トランスポンダ１を製造する必要がある。連続した無線周波数トランスポンダ１の製造ステップ、次に識別タグ２の製造ステップが特定される。電気通信又は電子工学の技術に関連したステップは、例えば空気入りタイヤへの応用のためにタイヤ製造業者が行うことのできる組み立てステップとは明確に線引きされている。
【００９３】
識別タグ２の製造の概要を示す図７を参照すると、製造工程が３つの独立した連続する段階を備えることが分かる。
【００９４】
電気通信技術に対応する第１段階では、外部無線周波数リーダとの間で無線電波の送受信を保証する放射アンテナ１０が形成される。
【００９５】
特定の１つの実施形態において、第１ステップは、ばね巻き機などの適切な工業的手段を用いて螺旋ばねを形成するために、外径２００ミクロンの鋼線１２を塑性変形させるステップから成るが、外径５０、１００、１５０又は２５０ミクロンの線径も使用することができる。本例では、ばねの各ループ間の螺旋ばねの螺旋ピッチを変更することが可能であり、このピッチは４ｍｍより小さい場合がある。同様に、螺旋ばねの各ループに関して、螺旋ばねの巻き径を０．６〜２ｍｍの間で変更することが可能である。このようにして、最終的な放射アンテナに望まれる長さに対して小さい可変巻き径のばねが得られ、最終的な放射アンテナは３０〜５０ｍｍで構成され、例えば４０ｍｍである。このようにして形成された螺旋ばねの予応力を緩和するために、この塑性変形ステップの後に熱処理（２００℃以上で少なくとも３０分間の熱処理）を加えることができる。
【００９６】
第２ステップは、約４０ｍｍのエラストマ媒体における波の伝播速度を考慮して、螺旋ばねをレーザ切断によって所望の長さに切断することから成り、この長さは無線電気通信信号の周波数での半波長に対応する。こうして得られた機械部品は、本発明による放射アンテナ１０である。
【００９７】
特定の１つの実施形態によれば、製作された第１のループは、隣接するループに接触しており、放射アンテナの最後の２つのループについても同様である。このために、予応力緩和後の最終的な放射アンテナが正確な所望の長さとなるように、螺旋ばねの正確な長さでこれら２つの終端ループを作り出せるよう、放射アンテナの所望の長さを事前に知っておくことが推奨される。
【００９８】
第２段階では、電子チップに応答指令信号を送りその応答を放射アンテナに送る、無線周波数トランスポンダの電子部分が製造される。放射アンテナと電子部分との間の情報送信は、主アンテナを用いた電磁結合によって達成される。
【００９９】
この電子デバイスは、剛性のある塊体の中に封止され、一方で電子チップから、他方で主アンテナから構成される。
【０１００】
この電子デバイスの好ましい１つの実施形態において、主アンテナ及び電子チップの電気機械的キャリアを形成するためにリードフレーム工程を使用し、リードフレームはプリント回路基板の等価物を形成する。この工程は、小型化に好適なので、この構成には特に良く適合する。
【０１０１】
第１ステップは、回路基板を形成することにある。これを行うために、電子チップは、最初に導電性接着剤、例えばＴｅｄｅｌｌａ社製の接着剤Ｈ２０Ｅを用いてリードフレームに接着される。次に、チップはワイヤボンディングによって接続される、すなわち、電子チップとリードフレームであると言えるプリント回路基板との間に、例えば直径２０ミクロンの金線を用いて電気ブリッジが作り出される。その後、インピーダンス計などの適切な電気デバイスを用いて、主アンテナがリードフレームに接着された箇所での回路基板の電気インピーダンスを測定することが可能である。
【０１０２】
第２ステップは、主アンテナを製造することにある。１つの実施形態において、このアンテナは、ワイヤボンディング技術でリードフレーム上に直接、作成される円形巻きのコイルから形成される。別の変形形態において、主アンテナは、銅線の２つのセグメントを用いてアンテナを作り出すことによって形成され、銅線のセグメントは、電子産業で使用される金属はんだ付け技術を用いて回路基板に接続され、ダイポールアンテナを形成するために反対方向に向けられる。リードフレーム上に複数巻きのコイルを作成するために、直径２０ミクロンの金線を用いてリードフレームの裏側にコイルの半巻きを作り出すが、アルミニウム線又はパラジウム被覆の銅線も使用できる。半巻きの直径は４００ミクロンであり、半導体産業で従来から使用されている超音波技術を用いて、リードフレーム上に金線を電気接続する。次に、リードフレームの表側では、直径４００ミクロンで１５回巻きの円筒状コイルを得るために、もう一方の半巻きを作り出す。
【０１０３】
主アンテナの巻き数は、主アンテナの電気インピーダンスが回路基板の電気インピーダンスと整合するように定められ、この回路基板は、リードフレームであると言えるプリント回路基板と電子チップとを少なくとも備える。本例では、電子チップ単体の電気インピーダンスの値は、例えば（１０−ｊ＊１５０）オームの複素数である。従って、直径４００ミクロンで１５回巻きのコイルは、銅リードフレームで作成された回路基板の電気インピーダンスとの良好な整合に対応する。
【０１０４】
電子部分の製造の最終ステップは、高温エポキシ樹脂を用いて、プリント回路基板、それに接続される構成部品、及び主アンテナを剛性のある塊体の中に封止することにある。これを行うために、当業者によく知られたグローブトップ技術が使用される。剛性のある塊体は、無線周波数トランスポンダの回路基板を保護するカプセルを形成する。
【０１０５】
電子デバイスの別の実施形態では、最初に電気絶縁性の熱可塑性シースで被覆された１８０ミクロンの銅線を用いた主アンテナ２４の製造が開始される。この線を剛性で電気絶縁性の管状コアの周りに巻き付けて、０．２ｍｍの螺旋ピッチを有し、２つの未被覆端部で終端する１ｍｍ外径の約１０回巻きのコイルを製作する。その後、銅線の直径、アンテナの外径、螺旋ピッチ及び総巻き数を使用して、主アンテナの実際の周囲面積ｓを評価することができる。この場合、螺旋領域の半径は５００ミクロンである。
【０１０６】
回路基板は、可撓性キャリアを用いて製作される。  第１の変形形態では、電子チップは、チップと回路基板との間に電気配線を必要としないＡＣＰタイプ（ＡＣＰはＡｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ  Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ  Ｐａｓｔｅ（異方性導電ペースト）の頭文字）の導電性接着剤を用いて固定される。第２の変形形態では、電子チップは、電子部品を実装するための非導電性接着剤を用いて固定される。チップの回路基板への接続はワイヤボンディングにより達成され、すなわち、電子チップとプリント回路基板であると言える可撓性キャリアとの間に、例えば直径２０ミクロンの金線を用いて電気ブリッジが作り出される。
【０１０７】
次に、主アンテナ２４の２つの未被覆端部は、導電性接着剤、例えばＴｅｄｅｌｌａブランドの接着剤Ｈ２０Ｅを用いてプリント回路基板２６に接続される。
【０１０８】
最後に、回路基板と主アンテナの未被覆端部は、当業者にはよく知られたグローブトップ技術を用いて、高温エポキシ樹脂などの剛性で電気絶縁性の材料で覆われる。
【０１０９】
無線周波数トランスポンダの製造工程の第３段階は、第２ステップで製造された電子部分を第１ステップで製造された放射アンテナと共に組み立てることにある。
【０１１０】
最初に、適切なニードルノーズピンセットを用いて電子部分を拾い上げるが、この電子部分は、第１のステップで製造された放射アンテナ１０の内径、つまり約１ｍｍ以下の直径を有する円柱に内接する。
【０１１１】
主アンテナの対称軸が放射アンテナの回転軸方向に位置するように電子部分を放射アンテナの内部に挿入する。その場合、主アンテナの正中面と放射アンテナの正中面とが一致するまで、電子部分を放射アンテナの奥まで移動させる。次に、電子部分をニードルノーズピンセットから放し、ピンセットを放射アンテナの内部から慎重に取り出す。
【０１１２】
セルフセンタリング、すなわち、軸の平行性と放射アンテナ及び主アンテナの正中面の相対的な位置決めとがこのように達成され、これは２つのアンテナ間の良質な誘導結合を実現するのに好都合である。
【０１１３】
こうして形成された組立体が、本発明による無線周波数トランスポンダである。
【０１１４】
一旦、無線周波数トランスポンダが製作されると、最後のステップは、識別対象物内での無線周波数トランスポンダの使用を容易にするために、部分的にエラストマ配合物から成る識別タグを得ることである。
【０１１５】
前のステップで形成された無線周波数トランスポンダを柔軟性のある塊体の中心に配置する。例えば図５に示すように、無線周波数トランスポンダ１は、その寸法と、例えば２〜５ミリの厚さとによって決まる寸法のグリーンエラストマ材料で作られた２つのブロック３ａ及び３ｂで挟まれる。ブロックの長手方向は、放射アンテナ１０の軸に対応している。組立体は、エラストマ塊体の体積に合わせたサイズのプレスツールの金型の内面に予め配置される。
【０１１６】
この金型に相補的な金属パンチを用いて、例えば空気圧一軸プレスなどのプレスツールによって圧縮力を組立体に加え、本発明による無線周波数トランスポンダの識別タグに対応する直径約２０ｍｍの円柱に内接した、例えば６０ｍｍの長さの対称軸を有するコンパクトな幾何形状を形成する。
【０１１７】
１又は２以上のエラストマ配合物の塊体内に無線周波数トランスポンダ１を組み込むために、他のプロセス、例えば押出又は射出成型プロセスなどを使用することができる。
【０１１８】
特定の１つの実施形態において、無線周波数トランスポンダの電子部分を封止した高温エポキシ樹脂で作られた剛性のある塊体と識別タグのエラストマ配合物との接着を促進するために、当業者によく知られた接着促進剤が使用される。これにより、無線周波数トランスポンダの使用時の耐久性を改善することができる。
【０１１９】
最後に、本発明による無線周波数トランスポンダは、少なくとも２つの実施形態に従って、空気入りタイヤなどの識別対象物の中に工業的に実装することができる。第１の好ましい実施形態では、空気入りタイヤの製造中に、グリーンエラストマ配合物内の無線周波数トランスポンダ又は識別タグを未完成のタイヤに組み込めばよい。トランスポンダ又は識別タグは、グリーン未完成空気入りタイヤの様々なエラストマ部品間に配置される。理想的には、放射アンテナ１０が塑性変形しないように、許容レベルの変形を受ける空間領域に配置される。未完成タイヤは、様々なエラストマ配合物を加硫し、トランスポンダ又は識別タグが、こうして製造された空気入りタイヤの一体部分となるようにするオーブンベークを含めて、タイヤ製造の様々な段階を経る。その後、無線周波数トランスポンダは使える状態となる。
【０１２０】
別の好ましい実施形態は、識別タグの製造に続くステップで、架橋又は加硫によって識別タグのエラストマ構造をセッティングすることにある。この工程の後に得られたデバイスは、空気入りタイヤの内部ゴムに対して接合ゴム層を冷間架橋することによって達成される接着などの当業者に公知の従来のエラストマ／エラストマ接合技術を用いて、空気入りタイヤの収容領域に固定される。その後、タイヤの無線周波数トランスポンダは使える状態となる。
【符号の説明】
【０１２１】
１  無線周波数トランスポンダ
１０  放射アンテナ
２０  電子部分
１００  放射アンテナの第１領域
１０１ａ  放射アンテナの第１領域の部分領域
１００ｂ  放射アンテナの第１領域の部分領域
１０２  放射アンテナの第２領域
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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