(57)【要約】【課題】タイヤの圧力等のタイヤ状態を確実に測定することができるタイヤ状態測定用ＲＦＩＤシステム及びタグのアンテナ並びに該アンテナを備えるホイールの提供。【解決手段】車両のタイヤ６ａを保持するホイール６ｂの外周に、フレキシブルな板状の磁性材料１０を巻き付け、その上に導線を巻回してタグ３のアンテナコイル３ａを形成すると共に、ホイール６ｂにタグ３の電気回路や圧力検知器などの部品を設置する。これにより、車両の走行時にタイヤ６ａが伸縮してもアンテナコイル３ａが破損することがなく、タイヤ６ａと路面との摩擦による熱によってタグ３の電気回路が破壊されることがない。また、車輪６の回転軸に近い部分にアンテナコイル３ａや電気回路を設置するために遠心力による影響も緩和することができ、更に、タイヤ６ａが破損してもタグ３を再利用することができる。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
リーダ又はリーダ／ライタと交信するタグのアンテナであって、
車両のタイヤを保持するホイールの外周に導線を巻回して形成されていることを特徴とするタグのアンテナ。
【請求項２】
金属材料からなる前記ホイール中央の車軸と接続される円盤部に、少なくとも１以上の切り込みが設けられ、前記アンテナの磁束が前記切り込みを通過することを特徴とする請求項１記載のタグのアンテナ。
【請求項３】
金属材料からなる前記ホイールが複数に分割され、各々の分割片が絶縁材料を介して結合され、前記アンテナの磁束が前記絶縁材料を通過することを特徴とする請求項１記載のタグのアンテナ。
【請求項４】
前記ホイールが非電気伝導性の材料からなることを特徴とする請求項１記載のタグのアンテナ。
【請求項５】
リーダ又はリーダ／ライタと交信するタグのアンテナであって、
車両のタイヤを保持するホイールの外周にフレキシブルな板状の磁性材料を介して導線を巻回して形成されていることを特徴とするタグのアンテナ。
【請求項６】
リーダ又はリーダ／ライタと交信するタグのアンテナであって、
棒状、平板状又は車両のタイヤを保持するホイールの曲率の応じた曲率を有する形状の磁性材料に導線を巻回して形成され、
前記アンテナが、前記ホイールの外周に、該アンテナの磁気軸が前記ホイールの回転軸に略平行になるように固定されていることを特徴とするタグのアンテナ。
【請求項７】
前記磁性材料が磁性粉末または磁性フレークとゴムまたはプラスチックの複合材であることを特徴とする請求項５又は６に記載のタグのアンテナ。
【請求項８】
前記磁性材料が軟磁性金属または軟磁性アモルファス箔またはその積層材であることを特徴とする請求項５又は６に記載のタグのアンテナ。
【請求項９】
前記軟磁性金属または軟磁性アモルファス箔またはその積層材の厚さが略１０乃至５０μｍ、固有抵抗が略５０×１０−８乃至１５０×１０−８Ωｍであることを特徴とする請求項８記載のタグのアンテナ。
【請求項１０】
前記ホイールと前記磁性材料又は前記導線との間に、良導電性の金属の板又は箔が配設されていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一に記載のタグのアンテナ。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれか一に記載のアンテナとＩ／Ｏ端子を有するＩＣとを少なくとも備えるタグと、前記タイヤの状態を測定する検知器と、前記車両本体の前記ホイール近傍に設置されるリーダ又はリーダ／ライタ用アンテナと、前記車両を制御する制御部に接続されるリーダ又はリーダ／ライタ回路部とを少なくとも備えることを特徴とするタイヤ状態測定システム。
【請求項１２】
前記車両の各々の車輪の前記ホイールに、前記タグと前記検知器とが設置され、各々の前記タグに近接して前記リーダ又はリーダ／ライタ用アンテナが設置され、各々の前記リーダ又はリーダ／ライタ用アンテナは所定の時間間隔で切り替え動作を行う切り替え手段を介して前記リーダ又はリーダ／ライタ回路部に接続され、前記切り替え手段で選択された前記リーダ又はリーダ／ライタ用アンテナで受信した前記タイヤの圧力情報が前記リーダ又はリーダ／ライタ回路部に送信されることを特徴とする請求項１１記載のタイヤ状態測定システム。
【請求項１３】
前記車両の各々の車輪の前記ホイールに、前記タグと前記検知器とが設置され、前後又は左右の２つの車輪の間に前記リーダ又はリーダ／ライタ用アンテナが設置され、各々の前記リーダ又はリーダ／ライタ用アンテナは所定の時間間隔で切り替え動作を行う切り替え手段を介して前記リーダ又はリーダ／ライタ回路部に接続され、前記切り替え手段で選択された前記リーダ又はリーダ／ライタ用アンテナで受信した前記タイヤの圧力情報が前記リーダ又はリーダ／ライタ回路部に送信されることを特徴とする請求項１１記載のタイヤ状態測定システム。
【請求項１４】
前記車両の各々の車輪の前記ホイールに、前記タグと前記検知器とが設置され、前記車両の略中央部分に前記リーダ又はリーダ／ライタ用アンテナが設置され、前記リーダ又はリーダ／ライタ用アンテナで受信した前記タイヤの圧力情報が前記リーダ又はリーダ／ライタ回路部に送信されることを特徴とする請求項１１記載のタイヤ状態測定システム。
【請求項１５】
前記タグには、前記検知器で測定された前記タイヤの圧力情報に該タグを識別するためのＩＤ情報を付加した情報を作成する手段を備え、前記リーダ又はリーダ／ライタ回路部には、前記リーダ又はリーダ／ライタ用アンテナで受信した前記情報から前記ＩＤ情報を抽出し、該ＩＤ情報を参照して前記タグを判別する手段を備えることを特徴とする請求項１２乃至１４のいずれか一に記載のタイヤ状態測定システム。
【請求項１６】
前記リーダ又はリーダ／ライタ回路部は前記タイヤの圧力情報を前記車両を制御する前記制御部に送信し、前記制御部は該圧力情報を前記車両の計器盤に表示することを特徴とする請求項１２乃至１５のいずれか一に記載のタイヤ状態測定システム。
【請求項１７】
前記制御部は、前記リーダ又はリーダ／ライタ回路部から送信される前記圧力情報を履歴情報として記憶し、該履歴情報を参照して前記タイヤの圧力の変化を予測することを特徴とする請求項１６記載のタイヤ状態測定システム。
【請求項１８】
車両のタイヤを保持するホイールであって、
その外周に導線が巻回されて形成されるタグのアンテナが設置されていることを特徴とするホイール。
【請求項１９】
金属材料からなる前記ホイール中央部の車軸と接続される円盤部に、前記アンテナの磁束が通過可能な少なくとも１以上の切り込みが設けられていることを特徴とする請求項１８記載のホイール。
【請求項２０】
金属材料からなる前記ホイールが複数に分割され、各々の分割片が前記アンテナの磁束が通過可能な絶縁材料を介して結合されていることを特徴とする請求項１８記載のホイール。
【請求項２１】
前記ホイールが非電気伝導性の材料からなることを特徴とする請求項１８記載のホイール。
【請求項２２】
車両のタイヤを保持するホイールであって、
その外周にフレキシブルな板状の磁性材料を介して導線が巻回されて形成されるタグのアンテナが設置されていることを特徴とするホイール。
【請求項２３】
車両のタイヤを保持するホイールであって、
その外周に、棒状、平板状又は前記ホイールの曲率の応じた曲率を有する形状の磁性材料に導線が巻回されて形成されたタグのアンテナが固定されていることを特徴とするホイール。
【請求項２４】
前記アンテナの磁気軸が前記ホイールの回転軸に略平行になるように、前記アンテナが固定されていることを特徴とする請求項２３記載のホイール。
【請求項２５】
前記磁性材料が磁性粉末または磁性フレークとゴムまたはプラスチックの複合材であることを特徴とする請求項２１乃至２４のいずれか一に記載のホイール。
【請求項２６】
前記磁性材料が軟磁性金属または軟磁性アモルファス箔またはその積層材であることを特徴とする請求項２１乃至２４のいずれか一に記載のホイール。
【請求項２７】
前記軟磁性金属または軟磁性アモルファス箔またはその積層材の厚さが略１０乃至５０μｍ、固有抵抗が略５０×１０−８乃至１５０×１０−８Ωｍであることを特徴とする請求項２６記載のホイール。
【請求項２８】
前記ホイールと前記磁性材料又は前記導線との間に、良導電性の金属の板又は箔が配設されていることを特徴とする請求項１８乃至２７のいずれか一に記載のホイール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁誘導又は電磁結合を利用して非接触でデータの交信を行うＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）システム及びタグのアンテナに関し、特に、自動車のタイヤの空気圧、温度等のタイヤ状態を測定するためのタイヤ状態測定用ＲＦＩＤシステム及びタグのアンテナ並びに該アンテナを備えるホイールに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車の安全な運行にはタイヤ圧力が正常であることが必要であり、従来は随時自動車が静止した状態でバルブにタイヤ圧力測定器を取り付けてタイヤの圧力を測定していた。しかしながらタイヤの圧力測定は煩わしく必ずしも励行されておらず、タイヤの空気が抜けた状態で運転してタイヤが破損する事故が発生している。このため、近時タイヤ自体にタイヤ圧力測定器等を取り付けて無線でその情報を送り、運転中でもタイヤの圧力をモニタできるようにし、タイヤ圧力が異常になると音、点灯等により警報を発するシステムが検討されている。
【０００３】
上記タイヤ圧力測定器で測定したタイヤの圧力情報を無線で送信するためには送信機が必要であり、送信機には信号処理回路や電池等の多数の部品が必要である。そのため測定器の構造が複雑となり、タイヤ内部に収納することが困難となる。そこで、タイヤ圧力測定器として、電池を必要とせず回路構成が簡単なＲＦＩＤタグ（トランスポンダ又は応答器とも呼ばれる。）が利用されるようになってきている。
【０００４】
例えば、下記特許文献１には、少なくとも一対の平行な環状ビードと、そのビードの周囲を包む少なくとも一対のカーカスプライと、タイヤのクラウン領域にそのカーカスプライの上に配置されているトレッドと、そのトレッドのビードとの間に配置されているサードウォールとを備える空気タイヤのクラウン領域に、その周囲を取り巻いて配置されるように一連のループとして配置された連続するワイヤを備えたタグが開示されている。
【特許文献１】特表２００１−５２５２８４号公報（第１１−１６頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記公報記載のタイヤ圧力測定システムは、タグの回路やアンテナをタイヤに埋め込む構造であるため、以下に示すような問題がある。
【０００６】
第１の問題はアンテナが疲労により破損してしまうということである。すなわち、タイヤは走路の凹凸等による振動を自身が変形することにより吸収する役割を担うことから、自動車の動きによりタイヤは膨張、収縮等の変形を繰り返す。ここで、タグのアンテナは銅、アルミ等の良導電性の金属の導線により形成されているため、アンテナをタイヤに埋め込む構造では、タイヤの変形に応じて導線も繰り返し変形し、その結果、疲労により破損してしまう。この問題に対して、タイヤコードに用いる強靱な鋼線を用いてアンテナを製作する方法も考えられるが、タイヤコードの鋼線は導電性が良くなく、また強磁性であるためアンテナの材料として適当ではない。また、タイヤコードはタイヤの強度を向上させるために設けられるものであり、多数のタイヤコードの中の一ヶ所が断線したとしても使用上差し支えないが、アンテナでは一ヶ所でも断線すれば完全に機能しなくなるため、タイヤコード用の鋼線を用いても必ずしも疲労による破損の問題を解決することはできない。従って、アンテナをタイヤに埋め込む構造では、アンテナの性能を維持し、かつ、疲労による破損を防止することはできない。
【０００７】
第２の問題はタグを構成する電気回路、特にＩＣが熱により破壊されてしまうということである。例えば、タイヤの圧力は圧電素子とダイヤフラム等により測定し、温度は抵抗温度計等により測定し、電気回路で変換しアンテナに送るが、この電気回路にはＩＣが含まれる。ここで、タイヤは自動車の運転時の振動を吸収して高温になるため、タイヤの内部又はタイヤに接近してＩＣを含む電気回路を配置するとＩＣが熱により破壊されてしまう。また、タイヤ内部にタグの回路やアンテナを埋め込む工程も高温状態で行われるため、埋め込みの際にＩＣが熱により破壊されてしまう場合もある。
【０００８】
また、第３の問題はタグを構成する電気回路や配線が遠心力により機能しなくなる場合があるということである。すなわち、タイヤは高速で回転するため、タグの電気回路を回転軸から離れたタイヤに設置すると大きな遠心力が加わり、この遠心力によって電気回路の部品が破壊されたり配線が外れてしてしまう等の不具合が発生する場合がある。
【０００９】
また、第４の問題は、アンテナのインダクタンスが変化してしまうということである。タイヤには鋼線を含む場合があり、この鋼線が相互に接すると交点が磨耗により切断することから、通常、鋼線はすだれ状に配置され全体としての導電性はないため、アンテナをタイヤの内部に配置しても情報のやり取りは可能である。しかしながら鋼線にアンテナが近接すると鋼線との相対的位置によりアンテナのインダクタンスが変化する、損失が増す等の問題が生じる。
【００１０】
更に、第５の問題は、タグの電気回路やアンテナが無駄になってしまうということである。すなわち、タイヤは消耗品であり、パンクなどの破損等によって交換する場合も多く、タイヤにタグの電気回路やアンテナを埋め込む構造ではタイヤの交換に度にタグの電気回路やアンテナを新たに設置しなければならない。
【００１１】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、その主たる目的は、タイヤの圧力等のタイヤ状態を確実に測定することができるタイヤ状態測定用ＲＦＩＤシステム及びタグのアンテナ並びに該アンテナを備えるホイールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するため、本発明のタグのアンテナは、リーダ又はリーダ／ライタと交信するタグのアンテナであって、車両のタイヤを保持するホイールの外周に導線を巻回して形成されているものであり、金属材料からなる前記ホイール中央の車軸と接続される円盤部に、少なくとも１以上の切り込みが設けられ、前記アンテナの磁束が前記切り込みを通過する構成、又は、金属材料からなる前記ホイールが複数に分割され、各々の分割片が絶縁材料を介して結合され、前記アンテナの磁束が前記絶縁材料を通過する構成、又は、前記ホイールが非電気伝導性の材料からなる構成とすることができる。
【００１３】
また、本発明のタグのアンテナは、リーダ又はリーダ／ライタと交信するタグのアンテナであって、車両のタイヤを保持するホイールの外周にフレキシブルな板状の磁性材料を介して導線を巻回して形成されているものである。
【００１４】
また、本発明のタグのアンテナは、リーダ又はリーダ／ライタと交信するタグのアンテナであって、棒状、平板状又は車両のタイヤを保持するホイールの曲率の応じた曲率を有する形状の磁性材料に導線を巻回して形成され、前記アンテナが、前記ホイールの外周に、該アンテナの磁気軸が前記ホイールの回転軸に略平行になるように固定されているものである。
【００１５】
本発明においては、前記磁性材料が磁性粉末または磁性フレークとゴムまたはプラスチックの複合材からなる構成、又は、前記磁性材料が軟磁性金属または軟磁性アモルファス箔またはその積層材からなる構成とすることができ、前記軟磁性金属または軟磁性アモルファス箔またはその積層材の厚さが略１０乃至５０μｍ、固有抵抗が略５０×１０−８乃至１５０×１０−８Ωｍであることが好ましい。
【００１６】
また、本発明においては、前記ホイールと前記磁性材料又は前記導線との間に、良導電性の金属の板又は箔が配設されている構成とすることもできる。
【００１７】
また、本発明のタイヤ状態測定システムは、上記記載のアンテナとＩ／Ｏ端子を有するＩＣとを少なくとも備えるタグと、前記タイヤの状態を測定する検知器と、前記車両本体の前記ホイール近傍に設置されるリーダ又はリーダ／ライタ用アンテナと、前記車両を制御する制御部に接続されるリーダ又はリーダ／ライタ回路部とを少なくとも備えるものである。
【００１８】
本発明においては、前記車両の各々の車輪の前記ホイールに、前記タグと前記検知器とが設置され、各々の前記タグに近接して前記リーダ又はリーダ／ライタ用アンテナが設置され、各々の前記リーダ又はリーダ／ライタ用アンテナは所定の時間間隔で切り替え動作を行う切り替え手段を介して前記リーダ又はリーダ／ライタ回路部に接続され、前記切り替え手段で選択された前記リーダ又はリーダ／ライタ用アンテナで受信した前記タイヤの圧力情報が前記リーダ又はリーダ／ライタ回路部に送信される構成、又は、前記車両の各々の車輪の前記ホイールに、前記タグと前記検知器とが設置され、前後又は左右の２つの車輪の間に前記リーダ又はリーダ／ライタ用アンテナが設置され、各々の前記リーダ又はリーダ／ライタ用アンテナは所定の時間間隔で切り替え動作を行う切り替え手段を介して前記リーダ又はリーダ／ライタ回路部に接続され、前記切り替え手段で選択された前記リーダ又はリーダ／ライタ用アンテナで受信した前記タイヤの圧力情報が前記リーダ又はリーダ／ライタ回路部に送信される構成、又は、前記車両の各々の車輪の前記ホイールに、前記タグと前記検知器とが設置され、前記車両の略中央部分に前記リーダ又はリーダ／ライタ用アンテナが設置され、前記リーダ又はリーダ／ライタ用アンテナで受信した前記タイヤの圧力情報が前記リーダ又はリーダ／ライタ回路部に送信される構成とすることができ、前記タグには、前記検知器で測定された前記タイヤの圧力情報に該タグを識別するためのＩＤ情報を付加した情報を作成する手段を備え、前記リーダ又はリーダ／ライタ回路部には、前記リーダ又はリーダ／ライタ用アンテナで受信した前記情報から前記ＩＤ情報を抽出し、該ＩＤ情報を参照して前記タグを判別する手段を備える構成とすることもできる。
【００１９】
また、前記リーダ又はリーダ／ライタ回路部は前記タイヤの圧力情報を前記車両を制御する前記制御部に送信し、前記制御部は該圧力情報を前記車両の計器盤に表示する構成とすることもでき、前記制御部は、前記リーダ又はリーダ／ライタ回路部から送信される前記圧力情報を履歴情報として記憶し、該履歴情報を参照して前記タイヤの圧力の変化を予測するようにしてもよい。
【００２０】
また、本発明のホイールは、車両のタイヤを保持するホイールであって、その外周に導線が巻回されて形成されるタグのアンテナが設置されているものであり、金属材料からなる前記ホイール中央部の車軸と接続される円盤部に、前記アンテナの磁束が通過可能な少なくとも１以上の切り込みが設けられている構成、又は、金属材料からなる前記ホイールが複数に分割され、各々の分割片が前記アンテナの磁束が通過可能な絶縁材料を介して結合されている構成とすることができる。
【００２１】
また、本発明のホイールは、車両のタイヤを保持するホイールであって、その外周にフレキシブルな板状の磁性材料を介して導線が巻回されて形成されるタグのアンテナが設置されているものである。
【００２２】
また、本発明のホイールは、車両のタイヤを保持するホイールであって、その外周に、棒状、平板状又は前記ホイールの曲率の応じた曲率を有する形状の磁性材料に導線が巻回されて形成されたタグのアンテナが固定されているものであり、前記アンテナの磁気軸が前記ホイールの回転軸に略平行になるように、前記アンテナが固定されている構成とすることができる。
【００２３】
このように、本発明は、タグのアンテナをタイヤに近接して設置又はタイヤ内部に埋め込むのではなく、タイヤを保持するホイールに設置することを特徴としている。このホイールは剛性のある金属製であり自動車の運転中も実質的には変形しないため、ホイールに設置されたアンテナコイルが疲労により破損することはない。また、ホイールの片側は運転中に高温となるタイヤに接しているが他の片面は外気に接しているため温度はそれほど上がらないため、電気回路を構成するＩＣ等が熱により破壊されることもない。また、タグの電気回路やアンテナはタイヤに比べて回転軸からの距離が近いホイールに設置されるため、遠心力の影響も小さくすることができ、電気回路の破壊や配線の切断等を防止することができる。更に、タイヤがパンク等により破損した場合でもホイールに設置したタグの電気回路やアンテナはそのまま利用することができるため、部品の無駄を削減することができる。
【発明の効果】
【００２４】
以上説明したように、本発明のタイヤ状態測定用ＲＦＩＤシステム及びＲＦＩＤタグのアンテナ並びに該アンテナを備えるホイールによれば下記記載の効果を奏する。
【００２５】
本発明の第１の効果は、走行時のタイヤの伸縮に伴う疲労によるアンテナの破損や、タイヤの摩擦に伴う熱による電気回路の破壊、回転の遠心力による電気回路の破壊や配線の切断を防止することができるということである。
【００２６】
その理由は、アンテナコイルをタイヤに近接して設置又はタイヤ内部に埋め込むのではなく、ホイールの外周部分に設置しているため、走行時のタイヤの伸縮の影響を受けないからである。また、タグの電気回路や圧力検知器などもホイールに設置することにより、摩擦に伴うタイヤの温度上昇の影響も抑制することができ、また、回転軸からの距離を短くすることにより遠心力を小さくすることができるからである。
【００２７】
また、本発明の第２の効果は、既存のタイヤやホイールを利用することができるということである。
【００２８】
その理由は、タイヤにタグの回路やアンテナコイルを設置又は埋め込む構造では専用のタイヤを製作しなければならないのに対して、本発明では、ホイールにアンテナコイルを巻回するだけであるため、既存のタイヤやホイールを使用することができるからである。そして、タイヤがパンク等により破損した場合でもタグや圧力検知器等をそのまま利用することができるため、タイヤ圧力測定システムを有効に利用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
従来技術で示したように、自動車のタイヤ圧力をリアルタイムで測定するためにＲＦＩＤシステムが用いられているが、従来のシステムは、自動車のタイヤにタグの電気回路やアンテナを埋め込む構造であったため、タイヤの伸縮により導線が疲労して破損したり、走行中の温度や埋め込み時の温度により電気回路に含まれるＩＣが破壊されてしまったり、走行中の遠心力によって電気回路が破壊又は配線が切断されてしまうという問題や、タイヤが破損した場合にタグの電気回路やアンテナ、圧力検知器などが無駄になってしまうという問題があった。
【００３０】
これらの問題を解決するためには、タグをタイヤ以外の部分、すなわち、ホイールに設置すればよいが、アンテナを良導電材である金属製のホイールに配置するとホイール中にアンテナの電流を相殺する渦電流が流れ、アンテナは正常に作動しなくなる。そこで、本発明ではホイールの影響を防止するため下記の何れかの方法を採用する。
【００３１】
第１の方法は、ホイールに切り込み（例えば、径方向に延びる切れ込み）を設ける。この切れ込みは複数の方が好ましく、切れ込みによる強度低下を防止するためには切れ込みに２液性の接着剤を充填することが好ましい。また、ホイールを分割し絶縁材料を介し分割片をボルト等で接合してもよい。そして、切れ込みを設けたホイールまたは分割／接合したホイールの外周にコイルを巻く。このようにすればコイルによる磁束は切れ込みや絶縁材料中を通りホイールに発生する渦電流の影響を抑制することができる。
【００３２】
第２の方法は、ホイールの外周にフレキシブルな板状の磁性材料を巻きつけ、その上にコイルを巻く。このようにすればコイルによる磁束は磁性材料中を通りホイールには磁束が通過しないので渦電流の弊害は避けられる。
【００３３】
また、第３の方法は．平板またはホイールの曲率にあった曲率の磁性材料にコイルを巻き、ホイールの外周に所定の向きで設置する。このようにしてもコイルによる磁束は磁性材料中を通りホイールには磁束が通過しないので渦電流の弊害は避けられる。
【００３４】
なお、ホイール自体を非導電性の材料、例えば繊維強化プラスチックなどにすれば、どのようなアンテナもホイール上に配置することができる。以下、上記方法の具体的構成について図面を参照して説明する。
【００３５】
［実施形態１］
まず、本発明の第１の実施形態に係るタイヤ状態測定用ＲＦＩＤシステム及びＲＦＩＤタグのアンテナ並びに該アンテナを備えるホイールについて、図１乃至図５を参照して説明する。図１は、第１の実施形態に係るタイヤ圧力測定システムの構成を模式的に示す図であり、図２は、タグ及びリーダ又はリーダ／ライタ（以下、リーダ／ライタとする。）の構成を模式的に示す図である。また、図３及び図４は、本実施形態に係るアンテナの設置構造例を示す図であり、図５は、タグ及び圧力検知器の設置例を示す図である。なお、以下では、４つの車輪を備える自動車を例にして説明するが、２つの車輪を備える自動２輪車や４つ以上の車輪を備えるトラック、トレーラー等に対しても同様に適用することができる。
【００３６】
図１（ａ）に示すように、本実施形態のタイヤ圧力測定システム１は、車両７の各々の車輪６（本明細書では、タイヤとホイールとを合わせたものを車輪と呼ぶ。）にタイヤ圧力測定部２が取り付けられている。また、車両７本体の車輪６近傍にはリーダ／ライタ用アンテナ５ａが設置され、各々のリーダ／ライタ用アンテナ５ａはスイッチ、リレー等の切り替え手段１１を介して車体７本体に取り付けられたリーダ／ライタ回路部５ｂに接続されている。なお、図示していないが、このリーダ／ライタ回路部５ｂは車両７を制御する制御部に接続されており、タイヤ圧力測定部２で検出したタイヤの圧力情報は制御部に送られ、制御部により計器盤などに表示されるようになっている。
【００３７】
また、図２に示すように、リーダ／ライタ５は、リーダ／ライタ用アンテナ５ａとリーダ／ライタ回路部５ｂとからなり、リーダ／ライタ回路部５ｂは送受信信号を変換するための通信回路部５ｃと、送受信信号をデコードするための演算処理部５ｄとを備えている。また、タイヤ圧力測定部２は、タグ３とダイヤフラム及び圧電素子などからなる圧力検知器４とからなり、タグ３は、共振回路を構成するアンテナコイル３ａ及びコンデンサ３ｂ（ＩＣ３ｃに容量が内蔵されている場合は必ずしも必要ではない。）と、圧力検知器４等の外部機器を接続可能なＩ／Ｏ端子を備えるＩＣ３ｃとを備え、内蔵する電源又はリーダ／ライタ５から供給される電源を用いて駆動される。そして、タグ３及びリーダ／ライタ用アンテナ５ａの共振周波数をキャリア周波数に合わせ、切り替え手段１１を順次切り替えて時間差を設けてリーダ／ライタ用アンテナ５ａを作動させることにより、各々の圧力検知器４で検知したタイヤ圧力の情報が切り替え手段１１で設定した順番でリーダ／ライタ回路部５ｂに送られる。
【００３８】
なお、図１（ａ）では、各々の車輪６にタグ３及びリーダ／ライタ用アンテナ５ａの対を設置する構成としているが、１つのリーダ／ライタ用アンテナ５ａで複数のタグ３から送信される情報を読み取ることもできる。例えば、図１（ｂ）に示すように、前輪の間及び後輪の間に一対のリーダ／ライタ用アンテナ５ａを設けたり、図１（ｃ）に示すように、右側の車輪６の間及び左側の車輪６の間に一対のリーダ／ライタ用アンテナ５ａを設け、各々のリーダ／ライタ用アンテナ５ａで２つの車輪６に設置したタグ３の情報を読み取ることもできるし、図１（ｄ）に示すように、４つの車輪６の中央部にリーダ／ライタ用アンテナ５ａを１つ設け、１つのリーダ／ライタ用アンテナ５ａで４つの車輪６に設置したタグ３の情報を読み取ることもできる。この場合は、どのタグ３の情報であるかを判別する必要があるため、例えば、タグ３ではタイヤ圧力測定手段４で検出したタイヤの圧力情報に、タグ３を識別するためのＩＤ情報を付加し、リーダ／ライタ回路部５ｂでは、リーダ／ライタ用アンテナ５ａを介して受信した情報の中からＩＤ情報を抽出し、このＩＤ情報を参照してどの車輪６に設置されたタグ３からの情報であるかを判別することもできる。また、図１（ａ）の構成の場合も、リーダ／ライタ用アンテナ５ａは近接して設置されたタグ３以外のタグ３からの情報も受信する可能性があるため、その場合は、リーダ／ライタ回路部５ｂを最も近接したタグ３の情報のみを読み取るように感度を調整したり、図１（ｂ）乃至（ｄ）と同様に、タイヤの圧力情報にタグ３のＩＤ情報を付加することもできる。また、タイヤの圧力情報は上述したように計器盤などに表示されるが、その際、以前に測定したタイヤの圧力情報を履歴情報として制御部に記憶しておき、その履歴情報を表示できるようにしたり、履歴情報を参照してタイヤの圧力の変化を演算し、タイヤの圧力が徐々に低下している場合などには警告を発する等の制御を行うこともできる。更に、図１（ａ）乃至（ｄ）では、全ての車輪６にタイヤ圧力測定部２を設置しているが、少なくとも一つの車輪６にタイヤ圧力測定部２が設置されていればよく、また、図１（ａ）乃至（ｄ）では１つのリーダ／ライタ回路部５ｂに全てのリーダ／ライタ用アンテナ５ａを接続しているが、各々のリーダ／ライタ用アンテナ５ａに別々のリーダ／ライタ回路部５ｂに接続する構成としてもよい。
【００３９】
ここで、従来のタイヤ圧力測定器のタグ３やアンテナコイル３ａはタイヤに近接して設置又はタイヤ内部に埋め込んでいたため、タイヤの伸縮に伴う疲労によるアンテナコイル３ａの破損、摩擦に伴う温度上昇による電気回路の破壊、回転に伴う遠心力による電気回路の破壊や配線の切断などによって動作不良を起こしていたが、本実施形態では、図３に示すようにタイヤ６ａを保持するホイール６ｂ（より正確にはリム）の外周に沿ってタグ３のアンテナコイル３ａを巻回する構成としている。これにより、車輪６の回転時にもアンテナコイル３ａが伸縮することはなく疲労による破損を防止することができる。なお、アンテナコイル３ａの巻き線の径、巻き数は図の構成に限定されず、タグ３に求められる性能に応じて適宜設定することができる。また、ホイール６ｂの形状も図の構成に限定されず、ホイール６ｂの形状によっては、ホイール６ｂとアンテナコイル３ａとの間に所定の厚さのスペーサを介在させる構成としてもよい。
【００４０】
ここで、ホイール６ｂは通常、良導電性の金属で製作されているため、単にホイール６ｂの外周に沿ってアンテナコイル３ａを巻回しただけでは磁束９がホイール６ｂを通過することができず、リーダ／ライタ用アンテナ５ａと交信することができない。そこで、本実施形態では、ホイール６ｂ中央の円盤部分（車軸と接続される部分）に切り込み８ａ（貫通孔）を設け、切り込み８ａによって磁束９が通過できるようにしている。
【００４１】
この切り込み８ａは大きいほど磁束９を通しやすいが、一方、切り込み８ａが大きすぎるとホイール６ｂの強度が低下する恐れがあるため、その大きさ、形状、数はタグ３の性能とホイール６ｂの性能を勘案して設定することができ、特に、径方向に延びる形状とすることにより磁束９を効率的に通過させることができ好ましい。なお、アルミホイールのように軽量化や放熱性の向上のために予め切り込みが設けられ、その切り込みを介してリーダ／ライタ用アンテナ５ａとの通信が可能な場合は切り込み８ａを別途設ける必要はない。
【００４２】
また、切り込み８ａを設ける代わりに、図４に示すようにホイール６ｂを複数に分割（図では２つに分割）し、その間に絶縁材料８ｂを挟んで、分割したホイール６ｂをボルトなどで結合する構成とすることもできる。このような構造でも、絶縁材料８ｂの部分から磁束９を通過させることができるため、リーダ／ライタ用アンテナ５ａとの交信が可能となる。また、切り込み８ａを設けたり、ホイール６ｂを分割する代わりに、ホイール６ｂ自体を繊維強化プラスチックなどの非導電性の材料を用いて製作することもできる。
【００４３】
そして、図５に示すように、ホイール６ｂの所定の部分に設けたタイヤ６ａの内外を繋ぐ領域に圧力検知器４やコンデンサ３ｂ、ＩＣ３ｃ等の部品を設置し、ホイール６ｂの外周に巻回したアンテナコイル３ａと接続してタイヤ圧力測定部２が形成される。なお、本発明はタグ３のアンテナコイル３ａの構成に特徴を有するものであり、上記部品の構成、設置場所、アンテナコイル３ａとの接続方法等は任意に設定することができ、例えば、タイヤに空気を入れるためのバルブ部分に上記部品を搭載することもできる。
【００４４】
［実施形態２］
次に、本発明の第２の実施形態に係るタイヤ状態測定用ＲＦＩＤシステム及びＲＦＩＤタグのアンテナ並びに該アンテナを備えるホイールについて、図６を参照して説明する。図６は、第２の実施形態に係るアンテナの設置構造例を示す図である。
【００４５】
前記した第１の実施形態では、ホイール６ｂの外周にアンテナコイル３ａを巻回し、アンテナコイル３ａの磁束９をホイール６ｂに設けた切り込み８ａや分割されたホイール６ｂの間に設置される絶縁部材８ｂを通過させてリーダ／ライタ用アンテナ５ａとの交信を可能としたが、この方法では、ホイール６ｂに切り込み８ａを設けたり分割する等の加工が必要なため、既成のホイール６ｂをそのまま利用することができない。そこで、本実施形態では、既成のホイール６ｂをそのまま利用できるようにするために、ホイール６ｂとアンテナコイル３ａとの間に磁性材料１０（更に、必要に応じてスペーサ）を介在させることを特徴としている。
【００４６】
具体的には、図６に示すように、ホイール６ｂの外周にフレキシブルな板状の磁性材料１０を巻き付け、その上にアンテナコイル３ａを巻回する。このような構成にすれば、アンテナコイル３ａで発生する磁束９は磁性材料１０の中を通り、ホイール６ｂには磁束９が通過しないため、渦電流による損失を抑制することができ、確実にリーダ／ライタ用アンテナ５ａと交信することができる。
【００４７】
このフレキシブルな磁性材料１０としては、アモルファス箔やアモルファス箔の積層材、金属粉、カーボニル鉄粉、還元鉄粉、アトマイズ粉（純鉄、Ｓｉ、Ｃｒ、Ａｌ等を含む鉄、パーマロイ、Ｃｏ−Ｆｅ等）、アモルファス粉（Ｂ、Ｐ、Ｓｉ、Ｃｒ等を含む鉄、コバルト、ニッケルを水またはガスアトマイズして製造したもの）等の粒状の粉体若しくはフレークとプラスチック、ゴム等の有機物との複合材、又は上記粉体若しくはフレークを含む塗料の塗膜等により形成することができる。
【００４８】
上記複合材を製造する方法としては、例えば、粒状粉体をアトラター、ボールミル、スタンプミル等で扁平化してフレークとした後、フレーク又は粒状粉体を含む塗料をフィルム上に塗布／乾燥を繰り返して形成することができ、その際、塗布中に磁場を印加することによりフレークを一定の方向に配向させることができ、特性を向上させることができる。
【００４９】
また、複合材におけるプラスチックとしては加工性の良い熱可塑性のプラスチックを用いたり、或いは耐熱性の良い熱硬化性のプラスチックを用いたりすることができ、また、絶縁性を有するアクリル、ポリエステル、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリスチレン、エポキシ等の樹脂を用いることもできる。
【００５０】
なお、磁性材料１０の幅や厚み、形状は図の構成に限定されず、少なくともホイール６ｂとアンテナコイル３ａとの間に介在していればよく、磁性材料１０を軟磁性金属又は軟磁性アモルファス箔又はその積層材とする場合、厚さが約１０μｍ以下のものは入手困難であり、約５０μｍ以上となると渦電流が増して使用できなくなることから、厚さは約１０〜５０μｍとすることが好ましく、固有抵抗が約５０×１０−８Ωｍ以下では渦電流が増して使用できなくなり、約１５０×１０−８Ωｍ以上のものは入手困難であることから、固有抵抗は約５０×１０−８〜１５０×１０−８Ωｍとすることが好ましい。
【００５１】
また、ホイール６ｂの材料として鉄を使用した場合、鉄の電磁気的特性が一定でないためにアンテナコイル３ａの性能にばらつきが生じる。そこで、タグ３の動作を確実にするために、ホイール６ｂと磁性材料１０との間にアルミ、銅などの良導電性の材料を配置し、鉄の影響を遮蔽する構成とすることもできる。
【００５２】
［実施形態３］
次に、本発明の第３の実施形態に係るタイヤ状態測定用ＲＦＩＤシステム及びＲＦＩＤタグのアンテナ並びに該アンテナを備えるホイールについて、図７及び図８を参照して説明する。図７及び図８は、第３の実施形態に係るアンテナの設置構造例を示す図である。
【００５３】
前記した第１及び第２の実施形態では、アンテナ面積を大きくするためにホイール６ｂの外周全周にアンテナコイル３ａを巻回する構成としたが、アンテナコイル３ａとリーダ／ライタ用アンテナ５ａとの間の距離を短くできる場合などには、必ずしもホイール６ｂ全周にアンテナコイル３ａを巻回しなくてもリーダ／ライタ用アンテナ５ａとの交信は可能である。
【００５４】
例えば、図７に示すように、棒状又は平板状の磁性材料１０を磁芯とし、その周りに導線を巻回してアンテナコイル３ａを作成し、アンテナコイル３ａのコイル軸、すなわち、磁性材料１０の長手方向が車輪６の回転軸と略平行になるように設置する構成（必要に応じてホイール６ｂとアンテナコイル３ａとの間にスペーサや良導電性の金属の板又は箔を配置してもよい。）とすることもできる。このような構成にすれば、アンテナコイル３ａで発生する磁束９は磁性材料１０の中を通り、ホイール６ｂには磁束９が通過しないため、ホイール９ｂに切り込み８ａを設けたりホイール６ｂを分割する必要もなく、また、予め製作したアンテナコイル３ａをホイール６ｂに固定するだけでよいため、製造を容易にすることができる。
【００５５】
また、図８に示すように、ホイール６ｂの外周を部分的に覆うような形状（例えば、平板状又はホイール６ｂの曲率に応じた曲率を持つ形状など）のフレキシブルな磁性材料１０を用い、この磁性材料１０を磁芯として、ホイール６ｂの外周方向に沿って導線を巻回してアンテナコイル３ａを作成し、アンテナコイル３ａのコイル軸が車輪６の回転軸と略平行になるように設置する構成（同様に、必要に応じてホイール６ｂとアンテナコイル３ａとの間にスペーサや良導電性の金属の板又は箔を配置してもよい。）とすることもできる。このような構成でも、アンテナコイル３ａで発生する磁束９は磁性材料１０の中を通り、ホイール６ｂには磁束９が通過しないため、ホイール６ｂに切り込み８ａを設けたりホイール６ｂを分割する必要もなく、また、予め製作したアンテナコイル３ａをホイール６ｂに固定するだけでよいため、製造を容易にすることができる。
【００５６】
但し、この構成では、リーダ／ライタ用アンテナ５ａの大きさ、形状、設置場所によっては、交信可能な位置と不可能な位置とが存在するため、特に車両７が静止した状態ではタイヤの圧力を測定することができない場合も考えられる。そこで、常にタイヤの圧力を測定する場合には、図７及び図８に示すように、リーダ／ライタ用アンテナ５ａをホイール６ｂよりも大きくし、そのアンテナ軸がホイール６ｂの回転軸と略一致するように配置することが好ましい。
【００５７】
なお、交信不可能な位置が存在する場合であっても、周期的に交信可能とすることによりタイヤの回転数を検出することもでき、この回転数を積極的に利用することもできる。その場合は、アンテナコイル３ａのコイル軸とホイール６ｂの回転軸とを略平行にする必要はなく、例えば、アンテナコイル３ａのコイル軸がホイール６ｂの外周の接線方向を向くように設置し、リーダ／ライタ用アンテナ５ａを泥除けなどに設置することもできる。
【００５８】
上記した実施形態のアンテナの効果を確認するために、直径約３８０ｍｍ、幅１６０ｍｍの鋼製ホイールを用意し、周波数１２５ｋＨｚで作動するＲＦＩＤシステムを用いて以下に示す実験を行った。その具体的内容及び結果について説明する。
【００５９】
［比較例］
まず、比較例として、上記形状の鋼製ホイール６ｂの外周に径１ｍｍの被覆銅線を１００回巻回してアンテナコイル３ａを製作し、そのアンテナコイル３ａにＩＣ３ｃを接続してタグ３を作成した。
【実施例１】
【００６０】
実施例１として、直径３８０ｍｍ、幅１６０ｍｍ、厚さ５ｍｍの塩化ビニール製円筒に径１ｍｍの被覆銅線を３０回巻回してアンテナコイル３ａを製作し、そのアンテナコイル３ａにＩＣ３ｃを接続してタグ３を作成した。
【実施例２】
【００６１】
実施例２として、第１の実施形態（図３）に示すように、鋼製ホイール６ｂに径方向に長さ１５０ｍｍの切り込み８ａを２ヶ所形成し、ホイール６ｂの外周に径１ｍｍの被覆銅線を４５回巻回してアンテナコイル３ａを製作し、そのアンテナコイル３ａにＩＣ３ｃを接続してタグ３を作成した。
【実施例３】
【００６２】
実施例３として、第２の実施形態（図６）に示すように、鋼製ホイール６ｂの外周に、幅１００ｍｍ、厚さ２０μｍの鉄系アモルファス箔の表面に絶縁のためラッカーを塗布した磁性材料１０を厚さ１ｍｍになるように巻き、その上に径１ｍｍの被服銅線を４５回巻回してアンテナコイル３ａを製作し、そのアンテナコイル３ａにＩＣ３ｃを接続してタグ３を作成した。
【実施例４】
【００６３】
実施例４として、第３の実施形態（図８）に示すように、幅２０ｍｍ、長さ１５０ｍｍ、厚さ２０μｍの鉄系アモルファス箔の表面に絶縁のためラッカーを塗布した磁性材料１０を１００枚積層し、その周りに径０．２ｍｍの被覆銅線を４５０回巻回してアンテナコイル３ａを製作し、そのアンテナコイル３ａにＩＣ３ｃを接続してタグ３を作成した。
【００６４】
比較例及び実施例１乃至４のアンテナコイル３ａのインダクタンスはいずれもほぼ等しく７ｍＨ〜８ｍＨの範囲であった。また、比較例ではタグ３は作動しないのに対して、実施例１乃至４ではタグ３は全て作動した。以上の結果より、鋼製ホイール６ｂの外周に単に被覆銅線を巻回する（比較例）だけではタグ３が動作しないのに対して、鋼製ホイール６ｂに切り込み８ａを入れたり（実施例２）、鋼製ホイール６ｂと被覆銅線の間に磁性材料１０を介在させたり（実施例３）、板状の磁性材料１０に被覆銅線を巻回させる（実施例４）ことによりタグ３を動作させることができ、本発明の効果を確認することができた。
【００６５】
なお、以上の説明では、本発明のＲＦＩＤシステムをタイヤの圧力を測定するシステムとして説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、タイヤの状態を測定するシステム、例えば、タイヤの温度を測定するシステム、タイヤの摩耗を測定するシステムなどにも同様に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１（ａ）】本発明の第１の実施形態に係るタイヤ状態測定システムの構成を模式的に示す図である。
【図１（ｂ）】本発明の第１の実施形態に係るタイヤ状態測定システムの他の構成を模式的に示す図である。
【図１（ｃ）】本発明の第１の実施形態に係るタイヤ状態測定システムの他の構成を模式的に示す図である。
【図１（ｄ）】本発明の第１の実施形態に係るタイヤ状態測定システムの他の構成を模式的に示す図である。
【図２】本発明のＲＦＩＤタグ及びリーダ／ライタの構成を模式的に示す図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係るタグのアンテナ及びホイールの構造を模式的に示す図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係るタグのアンテナ及びホイールの他の構造を模式的に示す図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係るタグ及び圧力検知器の設置例を示す図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係るタグのアンテナ及びホイールの構造を模式的に示す図である。
【図７】本発明の第３の実施形態に係るタグのアンテナ及びホイールの構造を模式的に示す図である。
【図８】本発明の第３の実施形態に係るタグのアンテナ及びホイールの他の構造を模式的に示す図である。
【符号の説明】
【００６７】
１  タイヤ圧力測定システム
２  タイヤ圧力測定部
３  タグ
３ａ  アンテナコイル
３ｂ  コンデンサ
３ｃ  ＩＣ
４  圧力検知器
５  リーダ／ライタ
５ａ  リーダ／ライタ用アンテナ
５ｂ  リーダ／ライタ回路部
５ｃ  通信回路部
５ｄ  演算処理部
６  車輪
６ａ  タイヤ
６ｂ  ホイール
７  車両
８ａ  切り込み
８ｂ  絶縁材料
９  磁束
１０  磁性材料
１１  切り替え手段
【図１（ａ）】
2005067585.tif 000003
【図１（ｂ）】
2005067585.tif 000004
【図１（ｃ）】
2005067585.tif 000005
【図１（ｄ）】
2005067585.tif 000006
【図２】
2005067585.tif 000007
【図３】
2005067585.tif 000008
【図４】
2005067585.tif 000009
【図５】
2005067585.tif 000010
【図６】
2005067585.tif 000011
【図７】
2005067585.tif 000012
【図８】
2005067585.tif 000013