(57)【要約】【課題】タイヤ内で使用される電子装置の特性を最適化する。【解決手段】電子装置は、トランスポンダと、トランスポンダと電気的に接続されたアンテナ３２と、を有している。アンテナ３２は、第１の材料からなるコア５０と、コア５０上に設けられ第２の材料からなるコーティング５２と、を有している。第２の材料は第１の材料よりも高い導電率または第１の材料よりも低い透磁率の少なくとも一方を有している。また、コーティング５２は所定厚さを有している。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
トランスポンダと、
前記トランスポンダと電気的に接続されたアンテナであって、第１の材料からなるコアと、前記コア上に設けられ第２の材料からなるコーティングと、を有し、前記第２の材料は前記第１の材料よりも高い導電率または前記第１の材料よりも低い透磁率の少なくとも一方を有し、前記コーティングは所定厚さを有するアンテナと、
を有する電子装置。
【請求項２】
前記コーティングは複数のマイクロ粒子、複数のナノ粒子、またはそれらの混合物を有している、請求項１に記載の電子装置。
【請求項３】
前記第２の材料は前記第１の材料よりも低い透磁率を有している、請求項１に記載の電子装置。
【請求項４】
前記第２の材料は前記第１の材料よりも高い導電率を有している、請求項１に記載の電子装置。
【請求項５】
前記第１の材料はポリマー樹脂または高機能材料である、請求項１に記載の電子装置。
【請求項６】
前記アンテナは螺旋状に複数回巻かれたコイルを有している、請求項１に記載の電子装置。
【請求項７】
前記所定厚さは前記アンテナを流れる交流電流の表皮深さにほぼ等しい、請求項１に記載の電子装置。
【請求項８】
タイヤと、
前記タイヤに取り付けられたトランスポンダと、前記トランスポンダと電気的に接続されたアンテナであって、第１の材料からなるコアと、前記コア上に設けられ第２の材料からなるコーティングと、を有し、前記第２の材料は前記第１の材料よりも高い導電率または前記第１の材料よりも低い透磁率の少なくとも一方を有し、前記コーティングは所定厚さを有するアンテナと、を有する電子装置と、
を有する、自動車搭載用の装置。
【請求項９】
前記コーティングは複数のマイクロ粒子、複数のナノ粒子、またはそれらの混合物を有している、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記第２の材料は前記第１の材料よりも低い透磁率を有している、請求項８に記載の装置。
【請求項１１】
前記第２の材料は前記第１の材料よりも高い導電率を有している、請求項８に記載の装置。
【請求項１２】
前記第１の材料はポリマー樹脂または高機能材料である、請求項８に記載の電子装置。
【請求項１３】
前記アンテナは螺旋状に複数回巻かれたコイルを有している、請求項８に記載の装置。
【請求項１４】
前記タイヤはサイドウォールを有し、前記トランスポンダは前記サイドウォールに粘着されている、請求項８に記載の装置。
【請求項１５】
前記タイヤは空気キャビティを有している、請求項８に記載の装置。
【請求項１６】
前記トランスポンダは前記空気キャビティに連通して設けられている、請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
前記所定厚さは前記アンテナを流れる交流電流の表皮深さにほぼ等しい、請求項８に記載の装置。
【請求項１８】
電子装置と共に使用されるアンテナの製造方法であって、
第１の材料からなるコアを前記アンテナのほぼ最終的な幾何学的形状に形成するステップと、
前記アンテナの前記コアを、前記第１の材料よりも高い導電率または前記第１の材料よりも低い透磁率の少なくとも一方を備えた第２の材料からなり、所定厚さを有するコーティングで被覆するステップと、
を有する製造方法。
【請求項１９】
前記コアを被覆するステップは、前記所定厚さのコーティングを付着させる化学堆積プロセスを行うことを含む、請求項１８に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電子装置に関し、電子装置用のアンテナ構造とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子装置及び電子システムは、様々な用途の中でもとりわけ、乗物に取り付けられたタイヤの空気圧を監視し、乗物の運転者にタイヤの空気圧に関する情報を提供するために用いられてきた。これらの電子装置及び電子システムは、動作温度などの、タイヤの他の物理的パラメータを監視することもできる。多くのシステムは、タイヤと外部の呼び掛け装置との間で無線通信を利用している。無線通信接続には１つまたは２つ以上のアンテナが必要である。タイヤの空気圧は、タイヤの空気キャビティ内に配置された電子装置を用いて監視することができる。電子装置は、受動型の共振回路を備えている場合もあり、監視されているタイヤの空気圧を反映した無線（ＲＦ）信号を離れた受信機に送信できる場合もある。電子装置には通常、製造、保管、流通、および使用時の識別と追跡のための情報を保持した固有の識別コードが組み込まれている。
【０００３】
タイヤ内の電子装置は、ＲＦ信号の送受信に使用される１つまたは２つ以上のアンテナを有している。アンテナは、運転時にタイヤから受ける引張応力と曲げ応力とを吸収するように螺旋状に形成されることもある。螺旋形状は、タイヤ製造時の損傷防止に寄与することもある。ほとんどの従来のアンテナは、中実の鋼、銅、銅合金、アルミニウム、もしくは黄銅、または黄銅被覆ないし亜鉛被覆された鋼コアで形成されたコイル状のワイヤからなっている。後者の構造では、黄銅または亜鉛の被覆は引き抜き時に鋼線に施され、金型の潤滑剤として作用する。その結果、ばね状の鋼に被覆された亜鉛または黄銅の最終的な厚さは、アンテナの製造時に意図的に制御されることはない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のアンテナは意図している目的に対して効果的ではあったが、たとえばタイヤ内で使用される電子装置の特性を最適化するように、アンテナの構成を進歩させることが必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の実施態様は、タイヤまたは他のタイプの物と共に使用可能な電子装置に関する。一実施態様では、電子装置は、トランスポンダと、トランスポンダと電気的に接続されたアンテナと、を有している。アンテナは、第１の材料からなるコアと、コア上に設けられ第２の材料からなるコーティングと、を有している。第２の材料は第１の材料よりも高い導電率または第１の材料よりも低い透磁率の少なくとも一方を有している。また、コーティングは所定厚さを有している。
【０００６】
一実施態様では、コーティングは複数のマイクロ粒子、複数のナノ粒子、またはそれらの混合物を有していてもよい。他の態様では、第１の材料はポリマー樹脂または高機能材料であってもよい。アンテナの幾何学的形状は螺旋状に複数回巻かれたコイルであってもよいが、本発明はそれに限定されない。さらなる実施態様では、所定厚さはアンテナを流れる交流電流の表皮深さにほぼ等しくすることができる。電子装置はタイヤに取り付けられるように構成されていてもよい。特に、トランスポンダはタイヤサイドウォールに粘着されてもよく、タイヤ内に埋め込まれてもよく、タイヤ内の他の位置に取り付けられてもよい。
【０００７】
本明細書に組み込まれその一部を構成する添付の図面は本発明の実施形態を示しており、上述した本発明の一般的な説明及び後述する実施形態の詳細な説明と共に、本発明の原理の説明に資するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１を参照すると、電子装置１０は、タイヤ１２の製造後または製造中にタイヤ１２に取り付けられる。タイヤ１２は乗物のホイールに取り付けられるようにされた環状リム１４に物理的に取り付けられている。従来構成のリム１４は、鋼などの適切な強度を持った金属からなっている。タイヤ１２はさらに、トレッド１６と、サイドウォール１８と、サイドウォール１８をトレッド１６に接続するショルダ１５と、を有している。サイドウォール１８は、リム１４の近傍のエイペックス２０の位置で終端している。エイペックス２０及びエイペックス２０の内側にあるビード２５は、タイヤ１２のリム１４への保持を助けている。タイヤ１２はビード２５によってリム１４に固定され、ビード２５はタイヤ１２とリム１４の間の空気キャビティ２４を密封する役割も有している。エイペックス２０はハンドリングのために下側ビード領域の剛性を高めており、比較的柔らかいサイドウォール１８から比較的硬いビード２５とリム１４への遷移領域を形成している。
【０００９】
一般に、タイヤ１２は、ゴム、化学物質、繊維、鋼その他の材料から作られた、概ね回転体形状で通常は開いた円環体の、積層された機械要素からなっている。トレッド１６は成形されたゴム要素であり、このゴム要素は、タイヤケーシングに接合されたときに、タイヤ１２が標準空気圧で膨張し標準荷重を受ける際のタイヤ１２の路面との接触部分を含んでいる。乗物のホイールに取り付けられると、タイヤ１２はトレッド１６によってトラクションを実現し、空気キャビティ２４で乗物の荷重を支持する流体を収容する。タイヤ１２は、ベルト、プライ、被覆、チェーファー、トーガード、内側ライナなどの追加の構成要素を有していてもよい。
【００１０】
タイヤ１２内における電子装置１０の位置は、電子装置１０の動作周波数や機能など、様々な設計パラメータに依存し得る。電子装置１０は、様々な取り付け位置のうち、たとえば図１に示すように、接着剤でタイヤ１２のサイドウォール１８の内側表面２２に取り付けることができ、また、タイヤ１２のトレッドまたはエイペックスの近くに取り付けることができる。内側表面２２は、サイドウォール１８に取り付けられた内側ライナを有していてもよい。これらの取り付け位置は、たとえば、タイヤ１２の空気キャビティ２４内の空気圧を検出または計測するためにタイヤ１２の空気キャビティ２４との間で流体が連通するように配置しなければならない圧力センサを電子装置１０が保持する場合には、好ましいであろう。あるいは、電子装置１０は、タイヤ１２の空気キャビティ２４から隔離されるように、タイヤ１２の材料内の適切な位置に埋め込んでもよい。
【００１１】
電子装置１０は、無線識別（ＲＦＩＤ）トランスポンダなどのトランスポンダ３４と、トランスポンダ３４に電気的に接続されている１つまたは２つ以上のアンテナ３２と、を有している。電子装置１０は、アンテナ３２が実質的にサイドウォール１８の円周に沿って延びるような向きに向けられている。トランスポンダ３４は、圧力、温度等のタイヤパラメータを検出する様々なセンサを含むことができる。
【００１２】
トランスポンダ３４は、集積回路と、集積回路に接続された記憶装置と、集積回路及び記憶装置を包囲する外部保護パッケージと、を有することができる。集積回路は、マイクロプロセッサ、フィールドプログラマブル集積回路、特定用途向け集積回路など、プログラムされた適切なアルゴリズムに従って作動するように構成可能なデータ処理装置を有することができる。記憶装置は、任意の適切なメモリ容量を備えた任意の一時メモリモジュールまたは永久メモリモジュールでよい。トランスポンダ３４の集積回路と記憶装置は、外部保護パッケージの中に覆い隠されている。トランスポンダ３４の集積回路は、タイヤ１２が取り付けられる乗物に付属しているインタロゲータ、つまりリーダ３８のトランシーバから無線通信接続３６を通して伝えられる無線（ＲＦ）の呼び掛け信号を、トランスポンダ３４が受信して応答できるようにするトランシーバを有している。トランスポンダ３４のトランシーバとリーダ３８は、トランスポンダ３４とリーダ３８との間でデータの送受信を実現する、当業者によく知られた任意の無線通信装置を有することができる。
【００１３】
トランスポンダ３４は受動型であってもよく、従って内部電源を一切必要としないようにすることができる。この場合、トランスポンダ３４は、リーダ３８のトランシーバからの信号によって電源を供給され、これによって、情報を要求されたときに各トランスポンダ３４を作動させる。あるいは、トランスポンダ３４は能動型であってもよく、従って電源を必要とするようにしてもよい。通常、トランスポンダ３４は約１メートルの通信可能レンジを有しており、低周波帯（３０〜３００ｋＨｚ）、高周波帯（３〜３０ＭＨｚ）、超高周波帯（３００ＭＨｚ〜３ＧＨｚ）、マイクロ波帯（５．８ＧＨｚ）その他の適切な周波数、またはこれらの周波数帯の任意の組み合わせで送信および／または受信を行うことができる。本発明の一実施態様では、トランスポンダ３４は約９１５ＭＨｚの周波数で送信および／または受信を行うことができる。本発明の他の実施態様では、トランスポンダ３４は約１２５ｋＨｚの周波数で送信および／または受信を行うことができる。
【００１４】
トランスポンダ３４は、リーダ３８のトランシーバによって検索可能な固有の識別子などのデータを保存することができる。たとえば、在庫タイヤの各々のタイヤ１２に、固有のシリアル番号と製造に関する他の固有の情報とを付してもよい。タイヤ１２を自動車に取り付け、トランスポンダ３４がリーダ３８のすぐ近くに配置されると、ＲＦ信号のストリームを通して情報交換できるように無線通信接続が確立される。データは、当業者に理解される様々なコード形式で、無線通信接続３６を通して保存及び交換が可能である。
【００１５】
リーダ３８は、データ及び情報の無線による非接触的な交換のために、トランスポンダ３４に呼び掛け信号を送るようにされている。リーダ３８は、トランスポンダ３４から受信したデータ及び情報を記録し、またはデータ及び情報を用いて計算あるいは数学的および／または統計的演算を実行するように構成されることができる。リーダ３８は、データ及び情報の一部またはすべてを、タイヤ１２の状態を監視者に示すための自動車内のディスプレイなど、他の装置（不図示）に送信してもよい。
【００１６】
図２を参照すると、実質的に互いに同一でもよい各アンテナ３２は、個々の螺旋状のワイヤループあるいはワイヤの巻き４２を複数個備えた送受信コイル４０を有している。なお、図２では、図１と同じ参照番号は図１と同じ要素を示している。送受信コイル４０の互いに隣接する巻き４２同士は、ギャップによって隔てられている。アンテナ３２のコイル４０のワイヤは、絶縁された一体(solid)またはより線の導体でもよく、製造工程中に絶縁ゴムによって分離される一体またはより線の裸の導体からなっていてもよい。アンテナ３２の送受信コイル４０のワイヤの種類とループ数は、タイヤの予測される使用環境とリーダの必要通信距離との関数である。各アンテナ３２の一方の端部にある接続部４６は、トランスポンダ３４の相補的な接続部または接続パッド（不図示）に電気的に接続されている。各アンテナ３２の他方の端部は、トランスポンダ３４から離れて配置されている。
【００１７】
図３を参照すると、各アンテナ３２のコイル４０は、基材またはコア５０と外皮コーティング５２とからなっている。なお、図３では、図２と同じ参照番号は図１と同じ要素を示している。外皮コーティング５２は、境界５４に沿ってコア５０の外表面と同じ範囲で広がり、環状の層としてコア５０の半径方向外側に存在する層の形態である。外皮コーティング５２の厚さは均一でもよいが、本発明はこれに限定されず、厚さは各アンテナ３２の円周の周りで、または長さに沿って変化していてもよい。外皮コーティング５２はコア５０の外表面に薄層として粘着され、アンテナ３２がほぼ最終的な幾何学的形状にされた後でコア５０に取り付けられる。
【００１８】
コア５０は、鋼、アルミニウム、銅、銅合金等の金属のように、高い導電率を有する材料から形成することができる。あるいは、コア５０は、ポリマー樹脂、プラスチック等の非金属や、ナイロン、ポリエステル等の高機能(engineered)材料のように、低い導電率によって特徴付けられる材料を有していてもよい。アンテナ３２は、後者の高機能材料の高い柔軟性によって、走行中または製造中にタイヤ１２から受ける引張応力及び曲げ応力の下で変形できるため、従来と異なる形状を採ることができる。これによって、図４に示す電子装置１０′の実質的に直線状のアンテナ３２′のような、従来とは異なるアンテナ形状の使用が容易に促進される。他の実施形態では、アンテナ３２は、タイヤ１２の回転軸を中心としてタイヤ１２の円周の周りを延びる環状のリング形状であってもよい。
【００１９】
コーティング５２は、コア５０の構成材料よりも高い導電率によって特徴付けられる任意の適切な導電性材料を有することができる。たとえば、コーティング５２は、銅や黄銅のように、鋼線のコア５０よりも著しく導電率が高い金属を有することができる。コーティング５２を構成する導電性材料は、コア５０を形成する材料よりも低い透磁率を有していてもよい。たとえば、コーティング５２は、銅や黄銅等の金属のような、鋼などの金属から形成されたコア５０よりも透磁率が著しく低い非磁性材料を有していてもよい。
【００２０】
コア５０にポリマー樹脂やプラスチックなどの非導電性材料を使用することで、射出成形プロセスなど、コア５０の製造に用いられる様々なプロセスの使用が可能になる。これによって、アンテナ３２をより複雑な幾何学的形状に形成することができる。プラスチックの例として、アクリルニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリカーボネート（ＰＣ）があるが、これらに限定されない。
【００２１】
コーティング５２は、当業者には理解されるように、液体の前駆体が固体表面で化学変化を生じ固体層が残る、任意の従来の化学堆積法によってコア５０に付着させることができる。液体の前駆体が固体物を取り囲むため、どの表面にもほぼ等方的に一様な(conformally)堆積が生じる。化学堆積法の例にはめっき、化学気相成長その他の堆積手法を含むが、これらに限定されない。たとえば、電気めっきはプラスチックを金属被覆する公知の手法である。被覆プロセスによって施されたコーティングには表面の欠陥が実質的にないが、黄銅や亜鉛が被覆された従来のワイヤには、引き抜き形成処理の結果、表面に欠陥が生じる。被覆プロセスを用いることで、コーティング５２が施される前に、アンテナ３２をほぼ最終的な幾何学形状に形成することができる。
【００２２】
コーティング５２の厚さは化学堆積プロセス中に正確に制御することができるため、所定厚さのコーティング材料をコア５０上に堆積させることによって、アンテナ特性を最適化することができる。たとえば、コーティング５２の厚さは、ワイヤを流れる交流電流の表皮深さを反映した一定の所定厚さに堆積中に選択可能である。特に、コーティング５２の所定厚さは、表皮厚さと実質的に同等となるように選択することができる。ほとんどの化学堆積プロセスでは、層厚を数十ナノメートル以内で制御することができる。
【００２３】
アンテナ３２のコア５０上に付着されたコーティング５２は、コア５０の製造の結果存在している黄銅または亜鉛のコーティングなど、コア５０上の他の既存のコーティングの厚さを増加させるように働くこともある。アンテナ３２はアンテナ特性の最適化に望ましい複雑な幾何学形状を有していてもよいが、その場合でも、コーティング５２を付着させる被覆プロセスの柔軟性のため、コア５０に付着される導体の厚さの制御が可能である。さらに、導電率などの１つ以上の特性が個々の層で異なる多層コーティング５２をコア５０に施してもよい。
【００２４】
コーティング５２は、未硬化の状態でコア５０に付着させられその後硬化させられる金属のマイクロ粒子の合成物または金属のナノ粒子の合成物を有していてもよい。合成物は、粒子がコーティング５２として付着しやすくするために用いられるマトリックス内に分散した、銀などの金属の粒子または他の導体の粒子を含んでいてもよい。化学堆積法と同様に、液状の合成物を付着させることによって一様なコーティング５２が形成されやすくなる。そのような合成物とそのような合成物を付着させる方法は、例えば米国特許出願公開第２００６／０１８９１１３号明細書に開示されている。金属の（ナノまたはマイクロ）粒子の導電率は、粒子が互いに接触するように構成することによって増加させることができる。ナノ粒子は、約１ミクロン未満の平均最大寸法を有している。マイクロ粒子は約１０ミクロン未満で１ミクロンよりも大きい平均最大寸法を有している。一実施態様では、コーティング５２内の粒子はマイクロ粒子とナノ粒子との混合物を有していてもよい。
【００２５】
空気キャビティ２４を備えたタイヤ１２に関連して本発明を説明したが、本発明の電子装置１０は他の物に付属していてもよい。たとえば、電子装置１０は、空気入りでないタイヤまたはタイヤとは無関係の物に取り付けられてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施形態の電子装置を保持しているタイヤの斜視図である。
【図２】図１の電子装置の斜視図である。
【図３】図２の３−３線に概ね沿った断面図である。
【図４】本発明の他の実施形態の電子装置を保持しているタイヤの斜視図である。
【符号の説明】
【００２７】
１０、１０′  電子装置
１２  タイヤ
１４  環状リム
１５  ショルダ
１６  トレッド
１８  サイドウォール
２０  エイペックス
２２  内側表面
２４  空気キャビティ
２５  ビード
３２、３２′  アンテナ
３４  トランスポンダ
３６  無線通信接続
３８  リーダ
４０  送受信機コイル
４２  巻き
４６  接続部
５０  コア
５２  外皮コーティング
５４  境界
【図１】
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【図２】
2008167448.tif 000004
【図３】
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【図４】
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