(57)【要約】【課題】タイヤ内の空間に配置されてアンテナ感度が良好であると共にタイヤ脱着時に破損する虞がないアンテナ装置を提供すること。【解決手段】逆Ｆアンテナからなるアンテナ装置１は、トレッド部２１にスチールワイヤ２２が埋設されているタイヤ２０の該トレッド部２１の内表面に設置することによって、タイヤ２０内の環状空間Ｓの外周部に配置されている。このアンテナ装置１には、接地導体を兼ねた支持部材である金属ベース板２と、送受信回路等の高周波回路が配設されて金属ベース板２に搭載された回路基板３と、該高周波回路と電気的に接続されて垂直偏波を放射するアンテナ素子４と、回路基板３およびアンテナ素子４を覆う合成樹脂製のケース５等によって構成されており、回路基板３やアンテナ素子４は金属ベース板２よりもタイヤ２０の径方向内側に位置している。【選択図】図１
2007126026.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送受信回路を含む高周波回路が配設された回路基板と、前記高周波回路と電気的に接続されて垂直偏波を放射するアンテナ素子とを備え、トレッド部にスチールワイヤが埋設されたタイヤの該トレッド部の内表面に設置されていることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
請求項１の記載において、前記回路基板および前記アンテナ素子を保持する金属ベース板をさらに備え、この金属ベース板を前記トレッド部の内表面に固定することによって、前記回路基板および前記アンテナ素子を前記金属ベース板よりも前記タイヤの径方向内側に位置させたことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項３】
請求項１または２の記載において、設置場所が前記トレッド部の幅方向中央部の内表面であることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項の記載において、前記アンテナ素子が逆Ｆアンテナであることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれか１項の記載において、前記アンテナ素子が、螺旋状に延びて一端が前記金属ベース板に接続され他端が開放端となっているヘリカルアンテナと、このヘリカルアンテナの中心線と略合致する位置に立設されて一端が前記高周波回路に接続され他端が開放端となっているモノポールアンテナとを有し、これらヘリカルアンテナとモノポールアンテナとを電磁的に結合させる複合アンテナであることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項の記載において、前記回路基板および前記アンテナ素子を覆う合成樹脂製のケースをさらに備えていることを特徴とするアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両のタイヤ内に設置されてタイヤ空気圧等を監視するシステムのトランスポンダとして用いられるアンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両の走行中でも運転者がタイヤ空気圧を把握できるようにするため、最近、圧力センサを組み込んだアンテナ装置をタイヤ内に設置してタイヤ空気圧を監視するというシステムが注目されている。かかるタイヤ空気圧監視システム（ＴＰＭＳ）において、タイヤ内のアンテナ装置は、車両本体側に設けられた質問器からの質問信号を受信すると、水晶振動子等の圧力センサが検出したタイヤ空気圧の情報を該質問器に向けて送信するというトランスポンダとして用いられる。
【０００３】
この種のアンテナ装置にはアンテナ素子や回路基板等が具備されており、回路基板には圧力センサを含む検出回路や送受信回路等の高周波回路が配設されている。従来より、この種のアンテナ装置を空気バルブやホイールに取り付けた状態でタイヤ内の空間の最内周部に配置させたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。すなわち、パッチアンテナ等を備えたアンテナ装置を空気バルブに取り付けることによってホイールのリム近傍に設置したり、ループアンテナ等を備えたアンテナ装置を金属バンドを用いてホイールの外周面に締結固定するというものである。そのほか、トランスポンダとして用いられるアンテナ装置をタイヤのビード部付近に埋設するという技術も提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】２００２−２１９９１５号公報（第２−３頁、図４）
【特許文献２】特開平５−１６９９３１号公報（第６−１１頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、前述した従来技術のうち、空気バルブやホイールを利用してアンテナ装置をタイヤ内の空間の最内周部に配置させるものにあっては、タイヤをホイールのリムに対して脱着させる際に工具等がアンテナ装置に触れて破損させる危険性があった。また、こうした危険を極力回避するためにはタイヤの脱着作業を慎重に行わねばならないので、その作業性が悪くなるという問題もあった。さらに、送受信電波の周波数帯を数ＧＨｚと高めに設定した場合には、ホイールのリムに邪魔されてアンテナ感度が悪くなるという問題が発生する。
【０００５】
一方、アンテナ装置をタイヤのビード部付近に埋設するという従来技術にあっては、タイヤの製造工程が煩雑化してトータルコストが大幅に上昇するという問題があり、かつ、タイヤに後付けできないため使い勝手も良好とは言い難い。
【０００６】
本発明は、このような従来技術の実情に鑑みてなされたもので、その目的は、タイヤ内の空間に配置されてアンテナ感度が良好であると共にタイヤ脱着時に破損する虞がないアンテナ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するため、本発明のアンテナ装置では、送受信回路を含む高周波回路が配設された回路基板と、前記高周波回路と電気的に接続されて垂直偏波を放射するアンテナ素子とを備え、トレッド部にスチールワイヤが埋設されたタイヤの該トレッド部の内表面に設置されるようにした。
【０００８】
タイヤをホイールのリムに対して脱着させる際には、該タイヤのサイドウォール（側壁）等を弾性変形させる必要があるが、かかる脱着作業時にスチールワイヤが埋設されているトレッド部には変形が生じないので、このトレッド部の内表面にアンテナ装置を設置すれば、タイヤ脱着時に破損する虞がないタイヤ内の安全な場所にアンテナ装置が配置されることになり、タイヤの脱着作業も容易に行える。また、トレッド部に埋設されているスチールワイヤをアンテナ素子の接地導体として利用できることから利得が高まって、タイヤのサイドウォール方向へ垂直偏波を効率よく放射させることが可能なアンテナ装置が得られるので、送受信電波の周波数帯が数ＧＨｚであっても良好なアンテナ感度が期待できる。また、このアンテナ装置はタイヤの内表面に取り付けて使用されるというものなので、タイヤに埋設されるアンテナ装置と比べて使い勝手が良くコスト面でも有利である。
【０００９】
上記の構成において、回路基板およびアンテナ素子を保持する金属ベース板をさらに備え、この金属ベース板をタイヤのトレッド部の内表面に固定することによって、回路基板およびアンテナ素子を金属ベース板よりもタイヤの径方向内側に位置させると、金属ベース板が接地導体を兼ねた支持部材として利用できるのみならず、高速回転するタイヤによって生起される遠心力が回路基板やアンテナ素子を金属ベース板から引き離す力として作用する虞がなくなって、該遠心力に起因するアンテナ装置の破損事故が起こりにくくなるため好ましい。
【００１０】
また、上記の構成において、アンテナ装置の設置場所がタイヤのトレッド部の幅方向中央部の内表面であれば、不所望な外力がアンテナ装置に作用しにくくなるため機械的により安定すると共に、トレッド部内のスチールワイヤに対してアンテナ装置の位置が偏らなくなるためアンテナ特性もより安定したものとなって好ましい。
【００１１】
また、上記の構成において、垂直偏波を放射するアンテナ素子が逆Ｆアンテナであれば、金属板を加工して安価で小型のアンテナ素子が容易に製造できるため好ましい。あるいは、アンテナ素子が、螺旋状に延びて一端が金属ベース板に接続され他端が開放端となっているヘリカルアンテナと、このヘリカルアンテナの中心線と略合致する位置に立設されて一端が高周波回路に接続され他端が開放端となっているモノポールアンテナとを有し、これらヘリカルアンテナとモノポールアンテナとを電磁的に結合させる複合アンテナであってもよく、この場合は、インピーダンスの整合が容易に行えると共に異なる周波数帯に容易に共振させることができるため好ましい。
【００１２】
また、上記の構成において、回路基板およびアンテナ素子を覆う合成樹脂製のケースをさらに備えると、回路基板およびアンテナ素子の防水性や防塵性が高まるため信頼性が向上して好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のアンテナ装置は、タイヤのトレッド部の内表面に設置するというものなので、タイヤ脱着時に破損する虞がないタイヤ内の安全な場所にアンテナ装置が配置されることになり、タイヤの脱着作業も容易に行える。また、このアンテナ装置は、トレッド部に埋設されているスチールワイヤを逆Ｆアンテナ等のアンテナ素子の接地導体として利用できることから利得が高まって、タイヤのサイドウォール方向へ垂直偏波を効率よく放射させることが可能なため、送受信電波の周波数帯が数ＧＨｚであっても良好なアンテナ感度を期待できる。また、このアンテナ装置は、タイヤの内表面に取り付けて使用されるというものなので、タイヤ自体に埋設されるアンテナ装置と比べて使い勝手が良くコスト面でも有利である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
発明の実施の形態を図面を参照して説明すると、図１は本発明の第１実施形態例に係るアンテナ装置をタイヤ内に設置した状態を示す説明図、図２は該アンテナ装置の説明図である。
【００１５】
これらの図に示すアンテナ装置１は、タイヤ２０内に設置されてタイヤ空気圧監視システム（ＴＰＭＳ）のトランスポンダとして用いられるものであり、タイヤ２０のトレッド部２１にはスチールワイヤ２２が埋設されている。このアンテナ装置１は、金属ベース板２と、金属ベース板２の片面に搭載された回路基板３と、逆Ｆアンテナとして形成されて回路基板３に立設されたアンテナ素子４と、回路基板３およびアンテナ素子４を覆って金属ベース板２に固定されたケース５とによって主に構成されている。そして、タイヤ２０のトレッド部２１の幅方向（図１の左右方向）中央部の内表面に、ゴム等からなる取付部材１０や図示せぬ接着剤を用いて金属ベース板２を固定することにより、このアンテナ装置１はタイヤ２０内の環状空間Ｓの外周部に配置されている。なお、図１に示すように、タイヤ２０はサイドウォール２３の内周側に設けられたビード部２４をリム３１に嵌め入れることによってホイール３０に装着されており、ホイール３０には空気バルブ３２が取り付けられている。
【００１６】
アンテナ装置１の構成について詳しく説明すると、金属ベース板２は矩形状の金属平板であり、この金属ベース板２のトレッド部２１側とは逆側の面に回路基板３が搭載されて保持固定されている。この回路基板３には、金属ベース板２側とは逆側の面に圧力センサを含む検出回路や送受信回路等の高周波回路が配設されており、回路基板３のアース回路は金属ベース板２と電気的に接続されている。アンテナ素子４は、所定形状にプレス抜きした金属平板に曲げ加工を施して形成された逆Ｆアンテナである。このアンテナ素子４は、金属ベース板２に対して略平行に配置された放射導体部４ａと、放射導体部４ａの給電点から回路基板３へ向かって延びる折曲片を高周波回路に半田付けしてなる給電ピン４ｂと、放射導体部４ａの一端から回路基板３へ向かって延びる折曲片をアース回路に半田付けしてなる短絡ピン４ｃとからなり、給電時に放射導体部４ａと金属ベース板２やスチールワイヤ２２との間に電界が発生するため垂直偏波アンテナとして動作させることができる。ケース５は合成樹脂製の筐体であり、このケース５で回路基板３およびアンテナ素子４を覆うことにより、防水性や防塵性を高めて信頼性を確保している。
【００１７】
このように本実施形態例に係るアンテナ装置１は、スチールワイヤ２２が埋設されているトレッド部２１の内表面に金属ベース板２を固定することによってタイヤ２０内の環状空間Ｓの外周部に設置されているため、タイヤ２０をホイール３０のリム３１に対して脱着させる際に工具等がアンテナ装置１に触れる虞はなく、かかるタイヤ２０の脱着作業時にトレッド部２１が変形することもない。つまり、このアンテナ装置１は、タイヤ２０の脱着時に破損する虞がない安全な場所に設置されており、それゆえタイヤ２０の脱着作業も作業性が向上して容易に行えることになる。しかも、このアンテナ装置１は、トレッド部２１に埋設されているスチールワイヤ２２をアンテナ素子（逆Ｆアンテナ）４の接地導体として利用できるため高利得化が図りやすく、よってタイヤ２０のサイドウォール２３方向へ垂直偏波を効率よく放射させることができる。したがって、送受信電波の周波数帯が数ＧＨｚ（例えば２．４ＧＨｚ）であっても良好なアンテナ感度を期待できる。
【００１８】
また、このアンテナ装置１は、接地導体を兼ねた支持部材として金属ベース板２を用いていると共に、逆Ｆアンテナ構造のアンテナ素子４を用いているため、装置全体の小型化や機械的強度の確保が容易である。しかも、このアンテナ装置１は、回路基板３およびアンテナ素子４を金属ベース板２に対してタイヤ２０の径方向内側に位置させているため、高速回転するタイヤ２０によって生起される遠心力が回路基板３やアンテナ素子４を金属ベース板２から引き離す力として作用する虞がなく、よって該遠心力に起因するアンテナ装置１の破損事故が起こりくくなっている。さらに、このアンテナ装置１は、タイヤ２０の内表面に取り付けて使用されるというものなので、タイヤ自体に埋設して使用されるアンテナ装置と比べて使い勝手が良くコスト面でも有利である。
【００１９】
なお、アンテナ装置１の設置場所がトレッド部２１の幅方向中央部から若干ずれた内表面であったとしてもほぼ同様の効果は期待できるが、本実施形態例のように、トレッド部２１の幅方向中央部の内表面を設置場所として選択すれば、不所望な外力がアンテナ装置１に作用しにくくなるため機械的に安定すると共に、トレッド部２１内のスチールワイヤ２２に対してアンテナ装置１の位置が偏らなくなるためアンテナ特性も安定する。
【００２０】
図３は本発明の第２実施形態例に係るアンテナ装置の説明図であって、図２に対応する部分に同一符号を付すことで重複する説明は省略する。
【００２１】
この第２実施形態例に係るアンテナ装置１１は、前述した第１実施形態例に係るアンテナ装置１と同様に、トレッド部２１の内表面に設置することによってタイヤ２０内に配置されるというものであるが、アンテナ素子の構造が第１実施形態例の逆Ｆアンテナと大きく異なっている。
【００２２】
すなわち、図３に示すアンテナ装置１１のアンテナ素子１２は、無給電素子であるヘリカルアンテナ１３と給電素子であるモノポールアンテナ１４とを組み合わせた複合アンテナであり、これらヘリカルアンテナ１３とモノポールアンテナ１４が電磁的に結合されるようになっている。ここで、ヘリカルアンテナ１３は螺旋状に延びる金属線材からなり、その一端が金属ベース板２に接続されて他端が開放端となっている。また、モノポールアンテナ１４は直線状に延びてヘリカルアンテナ１３の中心線と略合致する位置に立設された金属棒からなり、その一端が回路基板３の高周波回路に接続されて他端が開放端となっている。
【００２３】
このように構成されるアンテナ装置１１のアンテナ素子１２は、給電素子であるモノポールアンテナ１４が無給電素子であるヘリカルアンテナ１３の中心線と略合致する位置に立設されているため、モノポールアンテナ１４の長さを調整することによってインピーダンスの整合が容易に行える。また、このアンテナ装置１１は、ヘリカルアンテナ１３とモノポールアンテナ１４を異なる周波数帯で共振させることができるため、受信用周波数と送信用周波数とに容易に対応させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１実施形態例に係るアンテナ装置をタイヤ内に設置した状態を示す説明図である。
【図２】該アンテナ装置の説明図である。
【図３】本発明の第２実施形態例に係るアンテナ装置の説明図である。
【符号の説明】
【００２５】
１，１１  アンテナ装置
２  金属ベース板
３  回路基板
４，１２  アンテナ素子
５  ケース
１０  取付部材
１３  ヘリカルアンテナ
１４  モノポールアンテナ
２０  タイヤ
２１  トレッド部
２２  スチールワイヤ
３０  ホイール
３１  リム
Ｓ  環状空間
【図１】
2007126026.tif 000003
【図２】
2007126026.tif 000004
【図３】
2007126026.tif 000005