(57)【要約】【課題】未加硫ゴム中に埋設したコイルアンテナの形状変形を抑制することのできるコイルアンテナとその製造方法を提供する。【解決手段】金属線１２ｍを、巻回し方向と形成されるコイルの軸方向とのなす角度が７０°以上になるように螺旋状に巻回してコイルアンテナ１２を形成し、これを別途作製した圧力監視装置１０の装置本体１１の通信機１１ｃと接続した後、これを成形金型内にセットして成形し、内部にコイルアンテナ１２が接続された装置本体１１が埋設された未加硫のカバーゴム１３を作製し、このコイルアンテナ１２と装置本体１１とが埋設された未加硫のカバーゴム１３を加硫して、ゴム部材で被覆されたコイルアンテナ付き電子装置（圧力監視装置１０）を作製するようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ゴム部材と、このゴム部材の内部に埋設された、金属線を螺旋状に巻回して形成したコイルアンテナとを備え、上記コイルアンテナは、金属線の巻回し方向とコイルの軸方向とのなす角度が７０°以上であることを特徴とするアンテナ内蔵ゴム部材。
【請求項２】
金属線を、金属線の巻回し方向と巻回されたコイルの軸方向とのなす角度が７０°以上になるように螺旋状に巻回してコイルアンテナを形成する工程と、上記コイルアンテナを未加硫ゴム内に埋設する工程と、上記コイルアンテナが埋設された未加硫ゴムを加硫する工程とを備えたことを特徴とするアンテナ内蔵ゴム部材の製造方法。
【請求項３】
タイヤに取付けられた電子装置とこの電子装置に設けられた通信機に接続されたアンテナとを備えた電子装置装着タイヤであって、上記アンテナは、上記通信機に接続される螺旋状に巻回された金属線から成るコイルアンテナとこのコイルアンテナが埋設されるゴム部材とを備えており、上記金属線の巻回し方向と当該コイルアンテナの軸方向とのなす角度が７０°以上であることを特徴とする電子装置装着タイヤ。
【請求項４】
金属線を、金属線の巻回し方向と巻回されたコイルの軸方向とのなす角度が７０°以上になるように螺旋状に巻回してコイルアンテナを形成する工程と、上記コイルアンテナを未加硫ゴム内に埋設する工程と、上記コイルアンテナが埋設された未加硫ゴムを未加硫タイヤに取付ける工程と、上記未加硫タイヤを加硫する工程とを備えたことを特徴とするアンテナ内蔵タイヤの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、タイヤの内圧や温度などを測定して車体側に送信する電子装置が装着されたタイヤ、電子装置に接続されるアンテナを内蔵したゴム部材とその製造方法、及び、アンテナが内蔵されたタイヤの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
走行中の空気入りタイヤの内圧や温度を監視する方法として、従来、タイヤ内に、圧力センサや温度センサ、及び、電源部やアンプ、及び、上記圧力センサや温度センサの情報を車体側に送信する通信機を備えた電子装置（ＩＣチップ）を装着し、上記通信機に接続された円形ループ状もしくは長方形ループ状の平面アンテナから、無線にて上記情報を車体側の監視装置本体に送信する方法が知られている。上記平面アンテナは上記ＩＣチップに半田付けなどにより接続されているが、走行時にタイヤが変形したときには、上記接続部に高い応力が作用して上記接合部が劣化してしまう恐れがある。そこで、上記平面アンテナとＩＣチップとを筐体の内部に収納して、この筐体を、例えば、タイヤのインナーライナー部に接着するようにしている（例えば、特許文献１，２参照）。
一方、電子タグ用アンテナとして、金属線を螺旋状に巻回したコイルアンテナを用い、コイルの伸縮作用を利用して、電子タグとアンテナとの接続部分に作用する応力を緩和する方法が提案されている。このとき、上記コイルアンテナを備えた電子タグは、カーカス層の折り返した側の端部とビードフィラーの外側の側面との間に挟み込まれるようにして当該タイヤに装着される（例えば、特許文献３参照）。
【特許文献１】特開平５−１６９９３１号公報
【特許文献２】特開２００２−２１４０６０号公報
【特許文献３】特開２００７−４９３５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記のようなコイルアンテナの装着方法では、コイルアンテナは単にカーカス層とビードフィラーとの間に挟持されているだけなので、走行中のタイヤの変形などにより、コイルのピッチが場所により変化するなどして、アンテナの定数がずれてしまい、通信の効率が低下してしまうといった問題点があった。
そこで、上記コイルアンテナをゴム部材中に埋設すれば、コイル形状の変化を低減できると考えられるが、そのためには、コイルアンテナを未加硫ゴム中に埋設した後、これを加硫する必要がある。しかしながら、加硫時の温度と圧力により、上記コイルアンテナのコイル形状が変形してしまうといった問題点がある。また、未加硫ゴム中に埋設したコイルアンテナを未加硫のタイヤに取付け、タイヤとともに加硫した場合にも、同様に、コイル形状が変形してしまう。
【０００４】
本発明は、上記従来の問題点を解決するためになされたもので、未加硫ゴム中に埋設したコイルアンテナの形状変形を抑制することのできるコイルアンテナとその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者は、加硫時にコイルが変形するのは、加硫時にコイル内に未加硫ゴムが進入してコイルを構成する線材の間隔を広げようとする力が作用するためであると考え、コイルの軸方向に対する線材の巻回し角度を９０°に近づけてコイル内への未加硫ゴムの進入を抑制すれば、上記問題を解決できることを見出し本発明に到ったものである。
すなわち、本願の請求項１に記載の発明は、アンテナが内蔵されたアンテナ内蔵ゴム部材であって、ゴム部材と、このゴム部材の内部に埋設された、金属線を螺旋状に巻回して形成したコイルアンテナとを備え、上記コイルアンテナは、金属線の巻回し方向とコイルの軸方向とのなす角度（詳細には、上記２つの方向にそれぞれ延長する直線の成す角度のうちの小さい方の角度）が７０°以上であることを特徴とする。
また、請求項２に記載の発明は、アンテナを内蔵したゴム部材の製造方法であって、金属線を、金属線の巻回し方向と巻回されたコイルの軸方向とのなす角度が７０°以上になるように螺旋状に巻回してコイルアンテナを形成する工程と、上記コイルアンテナを未加硫ゴム内に埋設する工程と、上記コイルアンテナが埋設された未加硫ゴムを加硫する工程とを備えたことを特徴とする。
【０００６】
また、請求項３に記載の発明は、タイヤに取付けられた電子装置と、この電子装置に設けられた通信機に接続されたアンテナとを備えた電子装置装着タイヤであって、上記アンテナは、上記電子装置に接続される螺旋状に巻回された金属線から成るコイルアンテナとこのコイルアンテナが埋設されるゴム部材とを備えており、上記金属線の巻回し方向と当該コイルアンテナの軸方向とのなす角度が７０°以上であることを特徴とする。
請求項４に記載の発明は、アンテナを内蔵したタイヤの製造方法であって、金属線を、金属線の巻回し方向と巻回されたコイルの軸方向とのなす角度が７０°以上になるように螺旋状に巻回してコイルアンテナを形成する工程と、上記コイルアンテナを未加硫ゴム内に埋設する工程と、上記コイルアンテナが埋設された未加硫ゴムを未加硫タイヤに取付ける工程と、上記未加硫タイヤを加硫する工程とを備えたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、タイヤに取付けられた電子装置に接続される金属線から成るコイルアンテナを、上記金属線を、巻回し方向とコイルの軸方向とのなす角度が７０°以上になるように螺旋状に巻回して形成するとともに、上記コイルアンテナを未加硫ゴム内に埋設し、このコイルアンテナが埋設された未加硫ゴムを加硫してアンテナ内蔵ゴム部材を製造するようにしたので、加硫によるコイルアンテナの形状変化を最小限に抑えることができる。また、上記アンテナ内蔵ゴム部材をタイヤに取付けた際には、タイヤ走行時におけるコイル形状の変化を大幅に低減することができるので、アンテナの通信性能を向上させることができる。
また、上記コイルアンテナが埋設された未加硫ゴムを加硫する際に、これを未加硫タイヤに取付け、タイヤとともに加硫して、上記タイヤに加硫接着すれば、上記コイルアンテナをタイヤにより強固に固定することができるだけでなく、１回の加硫処理で、上記コイルアンテナをタイヤに固定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の最良の形態について、図面に基づき説明する。
図１（ａ），（ｂ）は、本最良の形態に係る圧力監視装置１０の構成を示す図で、同図において、１１は装置本体、１２はコイルアンテナ、１３はカバーゴムである。装置本体１１は、圧力センサ１１ａと増幅器や電源とを備えた駆動検出回路１１ｂと、送信機１１ｃと、これらを収納する筐体１１ｄとを備えている。また、コイルアンテナ１２は金属線１２ｍを螺旋状に巻回してコイル状にしたもので、その一端は自由端であり、他端は上記送信機１１ｃから筐体１１ｄの両側面側に突設された接続端子１１ｍを介して上記装置本体１１と接続されている。本例では、図１（ｂ）に示すように、上記コイルアンテナ１２を構成する金属線１２ｍの巻回し方向と当該コイルアンテナ１２の軸方向（同図のコイルの軸方向）とのなす角度θを７０°以上としている。なお、同図において、符号Ｄは上記コイルアンテナ１２のコイル径（コイルの軸方向から見た場合のスチール線の互いに対向する位置間の距離）で、符号Ｐはコイルのピッチである。
一方、カバーゴム１３は、円錐の上面を底面と平行な面で切り取った形状を有し上記装置本体１１を覆う円座部１３ａと、この円座部１３ａから径方向に延びて上記コイルアンテナ１２を覆う翼部１３ｂとを備えている。円座部１３ａの中心には、上記圧力センサ１１ａの検出部が後述するタイヤ気室内の空気と接触することができるように、連通穴１３ｈが設けられている。また、上記翼部１３ｂの延長方向が上記コイルアンテナ１２の軸方向となる。
【０００９】
次に、圧力監視装置１０の製造方法について説明する。
まず、金属線１２ｍを、巻回し方向と形成するコイルの軸方向とのなす角度が７０°以上になるように螺旋状に巻回してコイルアンテナ１２を形成する。次に、別途作製した装置本体１１の接続端子１１ｍに上記コイルアンテナ１２の一方の端部（金属線１２ｍの端部）を半田付けなどにより接続する。
その後、上記コイルアンテナ１２が接続された装置本体１１を、上記円座部１３ａと上記翼部１３ｂとに対応するキャビティが形成された成形金型内にセットし、上記コイルアンテナ１２が接続された装置本体１１全体をゴム部材で被覆する（インサート成形）。これにより、コイルアンテナ１２が接続された装置本体１１を未加硫ゴムから成るカバーゴム１３内に埋設することができる。そして、この内部にコイルアンテナ１２が接続された装置本体１１が埋設された未加硫のカバーゴム１３を、専用の加硫金型で加硫して、ゴムで被覆された圧力監視装置１０を得る。
このとき、上記金属線１２ｍを、巻回し方向とコイルの軸方向とのなす角度θが７０°以上になるように巻回すことが肝要で、上記角度θが７０°未満であると、コイルの側面側から金属線の間を通って暖められて流動性が増した未加硫ゴムがコイルの内部に進入し、コイルのピッチが加硫前のコイルのピッチよりも大きくなるなど、コイルが変形してアンテナ形状が乱れてしまう。このコイルの変形は、加硫により固定される。コイルアンテナ１２においてアンテナ形状が乱れると、通信性能に影響を及ぼすので、アンテナとしての性能を十分に発揮することが困難となる。
本例では、上記角度θを７０°以上としているので、コイル形状の乱れを抑制することができる。したがって、コイルアンテナ１２の通信性能を向上させることができる。
また、上記カバーゴム１３を構成するゴム部材の材質としては、特に限定されるものではないが、取付部であるインナーライナー部２１を構成するゴムと同じゴムを用いることが好ましい。具体的には、衝撃を受けにくい、１００％モジュラス（ゴムを２倍に引き伸ばすのに必要な力）が０．８ＭＰａ以下の柔らかいゴムとすることが好ましい。また、コイルを隙間なく充填するためには、ＪＩＳ Ｋ６３００に規定されているムーニー粘度が６７．０以下（ＭＬ１＋４）の粘性抵抗の小さいゴムとすることが好ましい。上記１００％モジュラスが０．８ＭＰａを超えたゴムを用いた場合や、上記ムーニー粘度が６７．０を超えたゴムを用いた場合には、成形時にコイルが変形してしまうことが懸念される。
上記圧力監視装置１０は、例えば、図２に示すように、タイヤ２０のインナーライナー部２１に接着剤などを用いて接着・固定される。このとき、上記連通穴１３ｈ（図１参照）がタイヤ気室２２側になるように、上記圧力監視装置１０を取付ける。なお、上記翼部１３ｂの延長方向については、同図の紙面と垂直な方向であるタイヤ周方向とすることが、タイヤ変形時における応力の影響を受けにくいので、好ましい。
【００１０】
このように、本最良の形態では、金属線１２ｍを、金属線の巻回し方向と形成されるコイルの軸方向とのなす角度が７０°以上になるように螺旋状に巻回してコイルアンテナ１２を形成し、これを別途作製した圧力監視装置１０の装置本体１１の送信機１１ｃと接続した後、これを成形金型内にセットして成形し、内部にコイルアンテナ１２が接続された装置本体１１が埋設された未加硫のカバーゴム１３を作製し、このコイルアンテナ１２と装置本体１１とが埋設された未加硫のカバーゴム１３を加硫して、ゴム部材で被覆された圧力監視装置１０を作製したので、加硫後のコイルアンテナ１２のコイル形状の乱れを抑制することができ、アンテナの通信性能を向上させることができる。
【００１１】
なお、上記最良の形態では、内部にコイルアンテナ１２が接続された装置本体１１が埋設された未加硫のカバーゴム１３を、専用の加硫金型で加硫したが、上記未加硫のカバーゴム１３に埋設されたコイルアンテナ１２が接続された装置本体１１を未加硫タイヤのインナーライナー部に取付けた後、上記タイヤとともに加硫することにより、上記未加硫のカバーゴム１３と上記タイヤとを加硫接着するようにしてもよい。この場合の方が、圧力監視装置１０を上記インナーライナー部により強固に固定することができるだけでなく、加硫処理も１回で済むので、好ましい。
また、上記例では、コイルアンテナを備えた電子装置を、圧力センサ１１ａで検出したタイヤ２０の内圧のデータを車体側に送信する圧力監視装置１０としたが、これに限るものではなく、センサとして温度センサや加速度センサを用いれば、タイヤ気室内の温度や、タイヤトレッドに入力される振動等を検出してこれらのデータを車体側に送信することも可能である。なお、図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、電子装置を、加速度センサを用いてタイヤトレッドに入力される振動等を検出する加速度センサ１０Ｋとした場合には、連通穴１３ｈは不要で、その代わり、上記加速度センサ１０Ｋのセンサ部が加硫後のタイヤのインナーライナー部２１の、トレッド部２３に設けられた陸部２４に対応する箇所に位置するように、上記加速度センサ１０Ｋを配置する必要がある。このとき、上記図３（ａ）に示すように、加速度センサ１０Ｋの装置本体１１Ｋとコイルアンテナ１２とが埋設された未加硫のカバーゴム１３を、専用の加硫金型で加硫した後、タイヤのインナーライナー部２１の上記陸部２４に対応する位置に取付けてもよいし、図３（ｂ）に示すように、未加硫のカバーゴム１３に埋設されたコイルアンテナ１２が接続された装置本体１１Ｋを未加硫タイヤ２０Ｍのインナーライナー部２１に取付けた後、上記タイヤ２０Ｍとともに加硫することにより、図３（ｃ）に示すように、上記未加硫のカバーゴム１３と上記タイヤ２０Ｍとを加硫接着して上記加速度センサ１０Ｋをタイヤ２０のインナーライナー部２１に固定するようにしてもよい。
また、本発明のコイルアンテナ１２を備えた電子装置としては、当該タイヤの識別情報を記憶するメモリーと送受信手段とを備え、車体側に設けられた読取機からの呼び出し信号に応じて上記識別情報を車体側に送信する電子タグであってもよい。
また、上記例では、電子装置本体１１とコイルアンテナ１２とをインサート成形により一体に成形したが、コイルアンテナ１２のみをカバーゴムでモールドしたアンテナ内蔵ゴム部材を作製し、このアンテナ内蔵ゴム部材のコイルアンテナ１２と電子装置本体１１とを半田などで接続するようにしてもよい。
【実施例】
【００１２】
直径が０．２ｍｍのスチール線を巻付け角７３°で螺旋状に巻いたコイルを未加硫ゴムから成るゴム部材に埋設したコイルアンテナ（本発明１）と、巻付け角を６３°としたコイルアンテナ（比較例１）とを作製し、これらのコイルアンテナをタイヤのインナーライナー部にそれぞれ取付けた後、上記タイヤを加硫し、図３に示すように、加硫後に上記コイルを覆っているゴム部材を取り除いて上記コイルを露出させて、上記コイルの変形状態を調べた。
上記コイルの径Ｄは１．０ｍｍ、長さは５０．０ｍｍである。
なお、上記コイルを埋設したゴムは、インナーライナー部を構成するゴム部材と同じ、１００％モジュラスが０．８ＭＰａ、ムーニー粘度が６７．０のゴムである。
また、加硫条件は、１６０℃、２０ｂａｒＧである。
その結果、比較例１のコイルアンテナはコイルの変形が大きく、ピッチＰが約２０％大きくなったが、本発明１のコイルアンテナではコイルの変形がほとんど見られなかった。
更に、直径が０．２ｍｍのスチール線を巻付け角を変えて螺旋状に巻いた複数のコイルをそれぞれ未加硫ゴムから成るゴム部材に埋設した試料１〜４を作製し、これをコイルアンテナ専用のモールドで加硫し、加硫後に上記コイルを覆っているゴム部材を取り除いて上記コイルを露出させて、上記コイルの変形状態を調べた結果を以下の表１に示す。
上記コイルの径はいずれも１．０ｍｍ、長さは５０．０ｍｍである。
上記コイルを埋設したゴムは、上記のインナーライナー部を構成するゴム部材と同じゴムで、加硫条件は、１６０℃、２０ｂａｒＧである。
また、変形状態は、埋設したコイルのピッチをＰ1とし、加硫後のコイルのピッチをＰ2としたとき、以下の式（１）で示すピッチ拡大率Ｋを算出し、このＫが５％以内のものを良品（○）、Ｋが５％を超えるものを不良品（×）とした。
ピッチ拡大率Ｋ（％）＝｛（Ｐ2−Ｐ1）／Ｐ1｝×１００
【表１】
2009260684.tif 000003
表１の結果から、コイルアンテナの巻付け角度としては、７０°以上であれば、加硫後のコイルの変形が小さく、アンテナとして十分使用可能であることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００１３】
以上説明したように、本発明によれば、このコイルアンテナをゴム部材に埋設して加硫する際のコイルアンテナの形状変化を最小限に抑えることができるとともに、タイヤ走行時におけるコイル形状の変化を低減できるようにしたので、電子装置で計測したデータを安定して車体側に通信できる。これにより、当該タイヤの状態を精度よく検出できるので、車両の走行安全性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の最良の形態に係る圧力監視装置の構成を示す模式図である。
【図２】本発明による圧力監視装置をインナーライナー部に取付けた状態を示す図である。
【図３】本発明による加速度センサの一構成例とこの加速度センサをインナーライナー部に取付けた状態を示す図である。
【符号の説明】
【００１５】
１０  圧力監視装置、１１  装置本体、１１ａ  圧力センサ、１１ｂ  駆動検出回路、１１ｃ  送信機、１１ｄ  筐体、１１ｍ  接続端子、１２  コイルアンテナ、
１３  カバーゴム、２０  タイヤ、２１  インナーライナー部、２２  タイヤ気室。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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