バルブ一体型トランスポンダ
【課題】内蔵したアンテナ素子からタイヤのサイドウォールへ向けて効率よく電波を放射させることができるバルブ一体型トランスポンダを提供すること。
【解決手段】バルブ一体型トランスポンダ１は、空気バルブ２０にケース１０が一体化されてタイヤ３０内に配置されている。ケース１０内には検出素子が実装された基板４や逆Ｆ型のアンテナ素子７や支持部材６等が格納されており、アンテナ素子７は一対の放射導体７ｃを逆向きに延出させた略線対称な形状となっている。基板４の長手方向は空気バルブ２０の軸線方向に対して略直交しているが、短手方向はホイールリム４０のウェル４２に対して傾斜している。基板４上のアンテナ素子７は放射導体７ｃが該基板４に対して所定角度傾斜させてあるため、タイヤ３０内において、トランスポンダ１のタイヤ径方向内側に延在するウェル４２に対して両放射導体７ｃは略平行に配置されている。
【解決手段】バルブ一体型トランスポンダ１は、空気バルブ２０にケース１０が一体化されてタイヤ３０内に配置されている。ケース１０内には検出素子が実装された基板４や逆Ｆ型のアンテナ素子７や支持部材６等が格納されており、アンテナ素子７は一対の放射導体７ｃを逆向きに延出させた略線対称な形状となっている。基板４の長手方向は空気バルブ２０の軸線方向に対して略直交しているが、短手方向はホイールリム４０のウェル４２に対して傾斜している。基板４上のアンテナ素子７は放射導体７ｃが該基板４に対して所定角度傾斜させてあるため、タイヤ３０内において、トランスポンダ１のタイヤ径方向内側に延在するウェル４２に対して両放射導体７ｃは略平行に配置されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ホイールリムに取り付けられる空気バルブに一体化されてタイヤ内に配置され、タイヤ空気圧等を監視するシステムに用いられるバルブ一体型トランスポンダに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車の走行中に運転者がタイヤ空気圧やその異常を速やかに把握できるようにするため、近年、検出素子やアンテナ素子等を備えたトランスポンダをタイヤ内の適宜箇所に装着することによって、タイヤ空気圧等を運転席で監視できるようにしたシステムが普及しつつある。このようなトランスポンダは、例えば空気バルブのタイヤ内に位置する側の端部に一体的に設けられ、空気バルブがホイールリムに取り付けられると、かかるバルブ一体型トランスポンダはホイールリムのウェルと対向するように配置される（例えば、特許文献１参照）。なお、タイヤ内に装備されるトランスポンダの内蔵アンテナは特に種類が限定されるわけではないが、金属板をフォーミングしてなる逆Ｆ型のアンテナ素子を採用すると、安価に作製できて小型化にも有利となる。
【０００３】
また、従来の一般的なバルブ一体型トランスポンダには電源電池が組み込まれているが、電池を用いた構造にすると、電池の長寿命化を図るためにタイヤ空気圧等の検出頻度を抑制しなければならず、かつ電池交換時に煩雑な作業を余儀なくされてしまう。そこで最近、車体側の外部アンテナから送信される電波によってタイヤ内のアンテナ素子を励振させ、このアンテナ素子に検出素子の検出した情報に基づく信号電流が供給されるように構成することで、電源電池が不要なバルブ一体型トランスポンダが提案されている。このようにバルブ一体型トランスポンダが電池不要な構成になっていると、タイヤ空気圧等の検出頻度を高めることができるため検出精度が向上させやすくなり、かつ電池交換の必要がないためメンテナンス費用も低減できる。
【特許文献１】特開２００６−６９３８９号公報（第３−５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、バルブ一体型トランスポンダのアンテナ素子から放射された電波はタイヤのサイドウォールを通過して車体側の外部アンテナへ送信されるが、例えば電池不要なトランスポンダで用いられる２．４ＧＨｚの電波のように、使用する電波の波長が短くて指向特性における直進性が強い場合には、タイヤ内のアンテナ素子からサイドウォールへ向かう直接波の放射成分を高めておく必要がある。しかしながら、一般的な逆Ｆ型のアンテナ素子では、放射導体の上方へも側方へも電波が放射されるため、タイヤのサイドウォールへ向かて効率よく電波を放射させることが困難であるという問題があった。また、バルブ一体型トランスポンダに一般的な逆Ｆ型のアンテナ素子を組み込み、その放射導体の側方にサイドウォールが位置するように該アンテナ素子の向きを設定した場合、放射導体はホイールリムのバルブ孔が存する壁面に近接してしまうため、放射導体とホイールリムとの間に電界が集中しやすく、その影響でサイドウォールへ向かう直接波の放射成分が低下しやすいという問題もあった。
【０００５】
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、内蔵したアンテナ素子からタイヤのサイドウォールへ向けて効率よく電波を放射させることができるバルブ一体型トランスポンダを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するために、本発明は、タイヤ内の状態を検出する検出素子と、この検出素子が実装された基板と、前記検出素子の検出した情報を外部へ送信する逆Ｆ型のアンテナ素子と、これら検出素子と基板およびアンテナ素子を格納する合成樹脂製のケースとを備え、このケースをホイールリムに取り付けられる空気バルブのタイヤ内に位置する側の端部に装着して前記ホイールリムのウェルのタイヤ径方向外側に配置されたバルブ一体型トランスポンダであって、前記基板をその長手方向が前記空気バルブの軸線方向に対して略直交し短手方向が該軸線方向に沿うように前記ケース内に配置し、この基板の前記ウェル側と逆側に前記アンテナ素子を搭載すると共に、前記アンテナ素子をその長手方向中央部に配設した給電端子および接地端子から該長手方向の両端側へそれぞれ放射導体が延出する略線対称な形状となし、これら一対の放射導体を前記基板に対して傾斜させることにより、タイヤ径方向内側に延在する前記ウェルに対して前記放射導体が略平行に配置されるようにした。
【０００７】
このようにバルブ一体型トランスポンダに内蔵されている逆Ｆ型のアンテナ素子が、給電端子および接地端子から長手方向両端側へそれぞれ放射導体を延出させている略線対称な形状になっていると、両放射導体の上方で放射電界がキャンセルされるため、両放射導体の側方へ放射される電波の電界強度が高まる。また、このトランスポンダのタイヤ径方向内側に延在するウェルに対してアンテナ素子の両放射導体が略平行に配置されているため、両放射導体はホイールリムのバルブ孔が存する壁面に近接せず、それゆえ両放射導体とホイールリムとの間の電界が弱まり、アンテナ素子からサイドウォールへ向かう直接波の放射成分が相対的に増加する。
【０００８】
上記の構成において、基板のウェル側と逆側の面にアンテナ素子を支持する合成樹脂製の支持部材が搭載されており、この支持部材の傾斜面に沿って一対の放射導体が配設されていると、走行中に懸念されるアンテナ素子の変形を防止できるため好ましい。この場合において、アンテナ素子が金属板をフォーミングして形成されていると、アンテナ素子の製造コストを低減できる。
【０００９】
また、上記の構成において、アンテナ素子が合成樹脂製の支持部材に一体モールドされていると、アンテナ部を基板に半田付けして一体化する際に組立性が向上すると共に、アンテナ素子と支持部材との関係が一定となるため、アンテナの共振周波数バラツキが小さくなる。また、タイヤやリムの振動および衝撃がアンテナ部に伝わった場合でも、アンテナ素子が支持部材から剥がれることなく、安定した性能を長期に亘って維持することができ、しかも、タイヤ内部に存在する水分等がアンテナ素子の表面に付着することを防止できるため腐食しにくくなる。
【００１０】
また、上記の構成において、アンテナ素子の長手方向両端部にそれぞれ放射導体の先端延長部分を折り曲げた形状の延長放射導体が設けられていると共に、ケースのうち該一対の延長放射導体と対向する部分にそれぞれ面取り部が設けられていると、アンテナ素子の長手寸法を短縮できるため小型化が促進しやすくなり、かつ、タイヤをホイールリムに着脱させる際にケースの面取り部が逃げ部となって、タイヤや工具等がバルブ一体型トランスポンダに不用意に接触する危険性が少なくなる。
【００１１】
また、上記の構成において、バルブ一体型トランスポンダのアンテナ素子が車体に取り付けられた外部アンテナからの電波によって励振されるようにしてあると、タイヤ空気圧等の検出頻度を高めて検出精度が向上させやすくなり、かつ電池交換の必要がなくメンテナンス費用も低減できる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のバルブ一体型トランスポンダは、内蔵されている逆Ｆ型のアンテナ素子が給電端子および接地端子から長手方向両端側へそれぞれ放射導体を延出させている略線対称な形状であって、両放射導体の上方で放射電界がキャンセルされるため、両放射導体の側方へ放射される電波の電界強度が高まる。また、このトランスポンダのタイヤ径方向内側に延在するウェルに対してアンテナ素子の両放射導体が略平行に配置されているため、両放射導体はホイールリムのバルブ孔が存する壁面に近接せず、それゆえ両放射導体とホイールリムとの間の電界が弱まって、アンテナ素子からサイドウォールへ向かう直接波の放射成分が相対的に増加する。したがって、このトランスポンダは、使用する電波の波長が短くてもアンテナ素子からタイヤのサイドウォールへ向けて効率よく電波を放射させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
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実施形態例に係るバルブ一体型トランスポンダのタイヤ内での取付位置を示す説明図、図２は図１のＡ部拡大図、図３は該トランスポンダを装着した空気バルブの外観図、図４は該トランスポンダを外部アンテナ側から見た内部構造図、図５は該トランスポンダを空気バルブ側から見た内部構造図である。
【００１４】
これらの図に示すバルブ一体型トランスポンダ１は、空気バルブ２０の一端部に装着されてタイヤ３０内に配置され、タイヤ３０内の空気の圧力や温度を運転席で監視できるようにするためのものである。このトランスポンダ１は、合成樹脂製のケース１０の内部に、圧力センサや温度センサ等の検出素子を配設した検出回路ユニット２と、送受信回路ユニット３と、これら両回路ユニット２，３を片面に実装している基板４と、両回路ユニット２，３を覆う板金製のシールドケース５と、基板４の他面に搭載された合成樹脂製の支持部材６と、支持部材６に支持されて送受信回路ユニット３と電気的に接続された逆Ｆ型のアンテナ素子７とを格納して概略構成されている。このトランスポンダ１に電源電池は内蔵されておらず、車体側の外部アンテナ５０（図１参照）からの電波によってアンテナ素子７が励振されるようになっている。また、図１と図２に示すように、空気バルブ２０はホイールリム４０のバルブ孔４１に圧入固定されており、この空気バルブ２０のタイヤ３０内に位置する側の端部にケース１０が装着されている。したがって、このトランスポンダ１はタイヤ３０内においてホイールリム４０のウェル４２のタイヤ径方向外側に配置されている。
【００１５】
ケース１０は本体ケース１１と蓋体１２とを組み合わせて構成される筐体である。本体ケース１１の一側面の長手方向中央部には空気バルブ２０に嵌着される連結部１０ａが突設されており、本体ケース１１の他側面の長手方向中央部にはタイヤ３０内の空気を取り込むための空気孔１０ｂが穿設されている。また、本体ケース１１のうちアンテナ素子７の放射導体７ｃと対向する部分は斜面部１０ｃとなっている。
【００１６】
検出回路ユニット２は、空気孔１０ｂを介してケース１０内へ入り込むタイヤ３０内の空気の圧力や温度を圧力センサや温度センサ等の検出素子によって検出するためのものである。送受信回路ユニット３には、車体側の外部アンテナ５０からアンテナ素子７へ送信された質問信号が入力されると共に、検出回路ユニット２から検出情報に基づく信号（検出信号）が入力される。送受信回路ユニット３は、この検出信号を処理してアンテナ素子７へ出力する。これら検出回路ユニット２と送受信回路ユニット３は、シールドケース５に覆われた状態で基板４の片面（ウェル４２側の主面）に実装されているため、電磁的にシールドされて外来ノイズの影響を受けにくくなっている。なお、外部アンテナ５０はタイヤ３０のサイドウォール３１と対向する車体のタイヤハウス（図示せず）に設置されている。
【００１７】
基板４は、その長手方向が空気バルブ２０の軸線方向に対して略直交し、短手方向が該軸線方向に沿うようにケース１０内に配置されている（図２参照）。つまり、基板４の短手方向は、タイヤ３０内においてトランスポンダ１のタイヤ径方向内側に延在するウェル４２に対し所定角度傾斜している。また、図４と図５に示すように、基板４のウェル４２側と逆側の主面には、接地電極８や給電電極９が設けられていると共に、支持部材６が搭載されており、この支持部材６がアンテナ素子７を支持している。
【００１８】
支持部材６は、基板４上に接着固定された平板状の台座部６ａと、台座部６ａの長手方向中央部に立設されて凹溝６ｂの輪郭を形成している中央起立部６ｃとを有する。また、支持部材６の天板部分には基板４に対し所定角度傾斜して長手方向に延びる一対の傾斜面６ｄが形成されており、これら一対の傾斜面６ｄの間に凹溝６ｂの開口端が臨出している。
【００１９】
アンテナ素子７は金属板をフォーミングして形成されたものであるが、一般的な逆Ｆ型のアンテナ素子とは形状が大きく異なる。このアンテナ素子７は、長手方向中央部に配設した接地端子７ａおよび給電端子７ｂから該長手方向の両端側へそれぞれ放射導体７ｃを延出させた略線対称な形状にフォーミングされており、放射導体７ｃは支持部材６の傾斜面６ｄ上に接着固定されている。つまり、アンテナ素子７の一対の放射導体７ｃが基板４に対し所定角度傾斜して長手方向に延びている。その結果、図２に示すように、両放射導体７ｃはタイヤ３０内においてトランスポンダ１のタイヤ径方向内側（図示下側）に延在するウェル４２に対して略平行に配置されている。また、アンテナ素子７が長手方向中央部から一対の放射導体７ｃを逆向きに延出させた略線対称な形状となっているため、両放射導体７ｃの上方で放射電界がキャンセルされて、両放射導体７ｃの側方へ放射される電波の電界強度が高まることとなる。図４に示すように、このアンテナ素子７の接地端子７ａは支持部材６の中央起立部６ｃの一側面に沿って配置されて接地電極８に半田接合されている。一方、図５に示すように、給電端子７ｂは凹溝６ｂの内底面に沿って中央起立部６ｃの他側面へ延出されて給電電極９に半田接合されている。なお、このアンテナ素子７と車体側の外部アンテナ５０との間の送受信には２．４ＧＨｚの電波が使用される。そのため、アンテナ素子７から応答信号として外部アンテナ５０へ送信される電波は、主にアンテナ素子７からタイヤ３０のサイドウォール３１へ向かう直接波である。
【００２０】
このように空気バルブ２０に装着されてタイヤ３０内に配置されているバルブ一体型トランスポンダ１は、車体側の外部アンテナ５０から質問信号となる電波が発信されると、アンテナ素子７が励振されて高周波電流を生じる。そして、この高周波電流に圧力センサや温度センサによって検出されたタイヤ空気圧やタイヤ内温度の情報を重畳し、その信号電流（検出信号）が検出回路ユニット２から送受信回路ユニット３へ供給される。送受信回路ユニット３はこの検出信号を処理してアンテナ素子７に供給するため、アンテナ素子７から応答信号となる電波が外部アンテナ５０へ送信される。
【００２１】
以上説明したように、本実施形態例にあっては、バルブ一体型トランスポンダ１に内蔵されている逆Ｆ型のアンテナ素子７が、長手方向中央部に配設した接地端子７ａおよび給電端子７ｂから該長手方向の両端側へそれぞれ放射導体７ｃを延出させた略線対称な形状になっており、両放射導体７ｃの上方で放射電界がキャンセルされるため、両放射導体７ｃの側方へ放射される電波の電界強度が高まって、アンテナ素子７からタイヤ３０のサイドウォール３１へ向けて効率よく電波を放射させることができる。
【００２２】
しかも、このバルブ一体型トランスポンダ１では、アンテナ素子７の両放射導体７ｃがトランスポンダ１のタイヤ径方向内側に延在するウェル４２に対して略平行に配置されているため、両放射導体７ｃがホイールリム４０のバルブ孔４１が存する壁面４３（図２参照）に近接していない。こうすると、両放射導体７ｃとホイールリム４０との間の電界が弱まり、アンテナ素子７からサイドウォール３１へ向けて放射される電波の電界強度が一層高まる。つまり、このバルブ一体型トランスポンダ１は、アンテナ素子７からサイドウォール３１へ向かう直接波の放射成分が増大するように工夫されているため、応答信号となる電波を車体側の外部アンテナ５０へ確実に送信できるようになっている。
【００２３】
また、このバルブ一体型トランスポンダ１は電源電池を有さず、車体に取り付けられた外部アンテナ５０からの電波によってアンテナ素子７が励振されるように構成されているため、検出頻度を高めることができてメンテナンス費用も低減できる。なお、アンテナ素子７は金属板をフォーミングして安価に作製することができる。また、このアンテナ素子７は支持部材６に支持されているため変形の虞が少ない。
【００２４】
図６は本発明の第２実施形態例に係るバルブ一体型トランスポンダの内部構造図、図７は該トランスポンダおよび空気バルブの外観図であり、図３と図４に対応する部分には同一符号が付してあるため重複する説明は省略する。
【００２５】
この第２実施形態例は、アンテナ素子７と支持部材６およびケース１０の長手方向両端部の形状が前述した第１実施形態例と異なっている。すなわち、図６と図７に示すバルブ一体型トランスポンダ１５では、アンテナ素子７の長手方向両端部にそれぞれ放射導体７ｃの先端延長部分を折り曲げた形状の延長放射導体７ｄが設けられ、これら一対の延長放射導体７ｄが支持部材６の一対の傾斜側面６ｅ上に接着固定されている。また、このトランスポンダ１５では、ケース１０の本体ケース１１のうちアンテナ素子７の一対の延長放射導体７ｄと対向する部分に一対の面取り部１０ｄが設けられている。このようにアンテナ素子７の長手方向両端部に延長放射導体７ｄを設けると、アンテナ素子７の長手寸法を短縮できるため小型化が促進しやすくなる。また、延長放射導体７ｄに対応させてケース１０の長手方向両端部に面取り部１０ｄが設けてあると、タイヤ３０をホイールリム４０に着脱させる際に面取り部１０ｄが逃げ部となるため、タイヤ３０や工具等がバルブ一体型トランスポンダ１５に不用意に接触する危険性が少なくなる。
【００２６】
図８は本発明の第３実施形態例に係るバルブ一体型トランスポンダの内部構造図であり、図６に対応する部分には同一符号が付してあるため重複する説明は省略する。
【００２７】
この第３実施形態例は、アンテナ素子７が合成樹脂製の支持部材６に一体モールドされている点が前述した第１実施形態例や第２実施形態例と異なっている。すなわち、図８に示すバルブ一体型トランスポンダでは、アンテナ素子７の放射導体７ｃと延長放射導体７ｄがインサートモールドによって支持部材６の傾斜面６ｄと傾斜側面６ｅの内部に埋設されており、それ以外の接地端子７ａと給電端子７ｂは支持部材６の外表面に沿って露出している。なお、図８中の符号１６は位置決め用孔を示しており、この位置決め用孔１６はモールド成形時にアンテナ素子７を位置決めピンで押さえ付けることによって形成される。このようにアンテナ素子７が支持部材６に一体モールドされていると、アンテナ部を基板４に半田付けして一体化する際に、組立性が向上すると共に、アンテナ素子７と支持部材６との関係が一定となるため、アンテナの共振周波数バラツキが小さくなる。また、タイヤやリムの振動および衝撃がアンテナ部に伝わった場合でも、アンテナ素子７が支持部材６から剥がれることなく、安定した性能を長期に亘って維持することができ、しかも、タイヤ内部に存在する水分等がアンテナ素子７の表面に付着することを防止できるため腐食しにくくなり、結果的に、安定した性能を長期に亘って維持することができる。
【００２８】
なお、上記した各実施形態例では、支持部材６の一側面に沿ってアンテナ素子７の接地端子７ａを配置させ、給電端子７ｂは支持部材６の一側面から凹溝６ｂを経由して他側面へと引き出しているが、凹溝６ｂを経由させずに支持部材６の他側面に沿って給電端子７ｂを配置させてもよい。
【００２９】
また、上記各実施形態例では、ホイールリムのバルブ孔に圧入固定されるスナップイン方式の空気バルブについて説明したが、本発明はホイールリムにねじ止め固定されるクランプイン方式の空気バルブにも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の第１実施形態例に係るバルブ一体型トランスポンダのタイヤ内での取付位置を示す説明図である。
【図２】図１のＡ部拡大図である。
【図３】図２に示すトランスポンダを装着した空気バルブの外観図である。
【図４】第１実施形態例に係るトランスポンダを外部アンテナ側から見た内部構造図である。
【図５】第１実施形態例に係るトランスポンダを空気バルブ側から見た内部構造図である。
【図６】本発明の第２実施形態例に係るバルブ一体型トランスポンダの内部構造図である。
【図７】第２実施形態例に係るトランスポンダおよび空気バルブの外観図である。
【図８】本発明の第３実施形態例に係るバルブ一体型トランスポンダの内部構造図である。
【符号の説明】
【００３１】
１，１５ バルブ一体型トランスポンダ
２ 検出回路ユニット
３ 送受信回路ユニット
４ 基板
６ 支持部材
６ｄ 傾斜面
６ｅ 傾斜側面
７ アンテナ素子
７ａ 接地端子
７ｂ 給電端子
７ｃ 放射導体
７ｄ 延長放射導体
８ 接地電極
９ 給電電極
１０ ケース
１０ｃ 斜面部
１０ｄ 面取り部
２０ 空気バルブ
３０ タイヤ
３１ サイドウォール
４０ ホイールリム
４１ バルブ孔
４２ ウェル
５０ 外部アンテナ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ホイールリムに取り付けられる空気バルブに一体化されてタイヤ内に配置され、タイヤ空気圧等を監視するシステムに用いられるバルブ一体型トランスポンダに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車の走行中に運転者がタイヤ空気圧やその異常を速やかに把握できるようにするため、近年、検出素子やアンテナ素子等を備えたトランスポンダをタイヤ内の適宜箇所に装着することによって、タイヤ空気圧等を運転席で監視できるようにしたシステムが普及しつつある。このようなトランスポンダは、例えば空気バルブのタイヤ内に位置する側の端部に一体的に設けられ、空気バルブがホイールリムに取り付けられると、かかるバルブ一体型トランスポンダはホイールリムのウェルと対向するように配置される（例えば、特許文献１参照）。なお、タイヤ内に装備されるトランスポンダの内蔵アンテナは特に種類が限定されるわけではないが、金属板をフォーミングしてなる逆Ｆ型のアンテナ素子を採用すると、安価に作製できて小型化にも有利となる。
【０００３】
また、従来の一般的なバルブ一体型トランスポンダには電源電池が組み込まれているが、電池を用いた構造にすると、電池の長寿命化を図るためにタイヤ空気圧等の検出頻度を抑制しなければならず、かつ電池交換時に煩雑な作業を余儀なくされてしまう。そこで最近、車体側の外部アンテナから送信される電波によってタイヤ内のアンテナ素子を励振させ、このアンテナ素子に検出素子の検出した情報に基づく信号電流が供給されるように構成することで、電源電池が不要なバルブ一体型トランスポンダが提案されている。このようにバルブ一体型トランスポンダが電池不要な構成になっていると、タイヤ空気圧等の検出頻度を高めることができるため検出精度が向上させやすくなり、かつ電池交換の必要がないためメンテナンス費用も低減できる。
【特許文献１】特開２００６−６９３８９号公報（第３−５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、バルブ一体型トランスポンダのアンテナ素子から放射された電波はタイヤのサイドウォールを通過して車体側の外部アンテナへ送信されるが、例えば電池不要なトランスポンダで用いられる２．４ＧＨｚの電波のように、使用する電波の波長が短くて指向特性における直進性が強い場合には、タイヤ内のアンテナ素子からサイドウォールへ向かう直接波の放射成分を高めておく必要がある。しかしながら、一般的な逆Ｆ型のアンテナ素子では、放射導体の上方へも側方へも電波が放射されるため、タイヤのサイドウォールへ向かて効率よく電波を放射させることが困難であるという問題があった。また、バルブ一体型トランスポンダに一般的な逆Ｆ型のアンテナ素子を組み込み、その放射導体の側方にサイドウォールが位置するように該アンテナ素子の向きを設定した場合、放射導体はホイールリムのバルブ孔が存する壁面に近接してしまうため、放射導体とホイールリムとの間に電界が集中しやすく、その影響でサイドウォールへ向かう直接波の放射成分が低下しやすいという問題もあった。
【０００５】
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、内蔵したアンテナ素子からタイヤのサイドウォールへ向けて効率よく電波を放射させることができるバルブ一体型トランスポンダを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するために、本発明は、タイヤ内の状態を検出する検出素子と、この検出素子が実装された基板と、前記検出素子の検出した情報を外部へ送信する逆Ｆ型のアンテナ素子と、これら検出素子と基板およびアンテナ素子を格納する合成樹脂製のケースとを備え、このケースをホイールリムに取り付けられる空気バルブのタイヤ内に位置する側の端部に装着して前記ホイールリムのウェルのタイヤ径方向外側に配置されたバルブ一体型トランスポンダであって、前記基板をその長手方向が前記空気バルブの軸線方向に対して略直交し短手方向が該軸線方向に沿うように前記ケース内に配置し、この基板の前記ウェル側と逆側に前記アンテナ素子を搭載すると共に、前記アンテナ素子をその長手方向中央部に配設した給電端子および接地端子から該長手方向の両端側へそれぞれ放射導体が延出する略線対称な形状となし、これら一対の放射導体を前記基板に対して傾斜させることにより、タイヤ径方向内側に延在する前記ウェルに対して前記放射導体が略平行に配置されるようにした。
【０００７】
このようにバルブ一体型トランスポンダに内蔵されている逆Ｆ型のアンテナ素子が、給電端子および接地端子から長手方向両端側へそれぞれ放射導体を延出させている略線対称な形状になっていると、両放射導体の上方で放射電界がキャンセルされるため、両放射導体の側方へ放射される電波の電界強度が高まる。また、このトランスポンダのタイヤ径方向内側に延在するウェルに対してアンテナ素子の両放射導体が略平行に配置されているため、両放射導体はホイールリムのバルブ孔が存する壁面に近接せず、それゆえ両放射導体とホイールリムとの間の電界が弱まり、アンテナ素子からサイドウォールへ向かう直接波の放射成分が相対的に増加する。
【０００８】
上記の構成において、基板のウェル側と逆側の面にアンテナ素子を支持する合成樹脂製の支持部材が搭載されており、この支持部材の傾斜面に沿って一対の放射導体が配設されていると、走行中に懸念されるアンテナ素子の変形を防止できるため好ましい。この場合において、アンテナ素子が金属板をフォーミングして形成されていると、アンテナ素子の製造コストを低減できる。
【０００９】
また、上記の構成において、アンテナ素子が合成樹脂製の支持部材に一体モールドされていると、アンテナ部を基板に半田付けして一体化する際に組立性が向上すると共に、アンテナ素子と支持部材との関係が一定となるため、アンテナの共振周波数バラツキが小さくなる。また、タイヤやリムの振動および衝撃がアンテナ部に伝わった場合でも、アンテナ素子が支持部材から剥がれることなく、安定した性能を長期に亘って維持することができ、しかも、タイヤ内部に存在する水分等がアンテナ素子の表面に付着することを防止できるため腐食しにくくなる。
【００１０】
また、上記の構成において、アンテナ素子の長手方向両端部にそれぞれ放射導体の先端延長部分を折り曲げた形状の延長放射導体が設けられていると共に、ケースのうち該一対の延長放射導体と対向する部分にそれぞれ面取り部が設けられていると、アンテナ素子の長手寸法を短縮できるため小型化が促進しやすくなり、かつ、タイヤをホイールリムに着脱させる際にケースの面取り部が逃げ部となって、タイヤや工具等がバルブ一体型トランスポンダに不用意に接触する危険性が少なくなる。
【００１１】
また、上記の構成において、バルブ一体型トランスポンダのアンテナ素子が車体に取り付けられた外部アンテナからの電波によって励振されるようにしてあると、タイヤ空気圧等の検出頻度を高めて検出精度が向上させやすくなり、かつ電池交換の必要がなくメンテナンス費用も低減できる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のバルブ一体型トランスポンダは、内蔵されている逆Ｆ型のアンテナ素子が給電端子および接地端子から長手方向両端側へそれぞれ放射導体を延出させている略線対称な形状であって、両放射導体の上方で放射電界がキャンセルされるため、両放射導体の側方へ放射される電波の電界強度が高まる。また、このトランスポンダのタイヤ径方向内側に延在するウェルに対してアンテナ素子の両放射導体が略平行に配置されているため、両放射導体はホイールリムのバルブ孔が存する壁面に近接せず、それゆえ両放射導体とホイールリムとの間の電界が弱まって、アンテナ素子からサイドウォールへ向かう直接波の放射成分が相対的に増加する。したがって、このトランスポンダは、使用する電波の波長が短くてもアンテナ素子からタイヤのサイドウォールへ向けて効率よく電波を放射させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
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実施形態例に係るバルブ一体型トランスポンダのタイヤ内での取付位置を示す説明図、図２は図１のＡ部拡大図、図３は該トランスポンダを装着した空気バルブの外観図、図４は該トランスポンダを外部アンテナ側から見た内部構造図、図５は該トランスポンダを空気バルブ側から見た内部構造図である。
【００１４】
これらの図に示すバルブ一体型トランスポンダ１は、空気バルブ２０の一端部に装着されてタイヤ３０内に配置され、タイヤ３０内の空気の圧力や温度を運転席で監視できるようにするためのものである。このトランスポンダ１は、合成樹脂製のケース１０の内部に、圧力センサや温度センサ等の検出素子を配設した検出回路ユニット２と、送受信回路ユニット３と、これら両回路ユニット２，３を片面に実装している基板４と、両回路ユニット２，３を覆う板金製のシールドケース５と、基板４の他面に搭載された合成樹脂製の支持部材６と、支持部材６に支持されて送受信回路ユニット３と電気的に接続された逆Ｆ型のアンテナ素子７とを格納して概略構成されている。このトランスポンダ１に電源電池は内蔵されておらず、車体側の外部アンテナ５０（図１参照）からの電波によってアンテナ素子７が励振されるようになっている。また、図１と図２に示すように、空気バルブ２０はホイールリム４０のバルブ孔４１に圧入固定されており、この空気バルブ２０のタイヤ３０内に位置する側の端部にケース１０が装着されている。したがって、このトランスポンダ１はタイヤ３０内においてホイールリム４０のウェル４２のタイヤ径方向外側に配置されている。
【００１５】
ケース１０は本体ケース１１と蓋体１２とを組み合わせて構成される筐体である。本体ケース１１の一側面の長手方向中央部には空気バルブ２０に嵌着される連結部１０ａが突設されており、本体ケース１１の他側面の長手方向中央部にはタイヤ３０内の空気を取り込むための空気孔１０ｂが穿設されている。また、本体ケース１１のうちアンテナ素子７の放射導体７ｃと対向する部分は斜面部１０ｃとなっている。
【００１６】
検出回路ユニット２は、空気孔１０ｂを介してケース１０内へ入り込むタイヤ３０内の空気の圧力や温度を圧力センサや温度センサ等の検出素子によって検出するためのものである。送受信回路ユニット３には、車体側の外部アンテナ５０からアンテナ素子７へ送信された質問信号が入力されると共に、検出回路ユニット２から検出情報に基づく信号（検出信号）が入力される。送受信回路ユニット３は、この検出信号を処理してアンテナ素子７へ出力する。これら検出回路ユニット２と送受信回路ユニット３は、シールドケース５に覆われた状態で基板４の片面（ウェル４２側の主面）に実装されているため、電磁的にシールドされて外来ノイズの影響を受けにくくなっている。なお、外部アンテナ５０はタイヤ３０のサイドウォール３１と対向する車体のタイヤハウス（図示せず）に設置されている。
【００１７】
基板４は、その長手方向が空気バルブ２０の軸線方向に対して略直交し、短手方向が該軸線方向に沿うようにケース１０内に配置されている（図２参照）。つまり、基板４の短手方向は、タイヤ３０内においてトランスポンダ１のタイヤ径方向内側に延在するウェル４２に対し所定角度傾斜している。また、図４と図５に示すように、基板４のウェル４２側と逆側の主面には、接地電極８や給電電極９が設けられていると共に、支持部材６が搭載されており、この支持部材６がアンテナ素子７を支持している。
【００１８】
支持部材６は、基板４上に接着固定された平板状の台座部６ａと、台座部６ａの長手方向中央部に立設されて凹溝６ｂの輪郭を形成している中央起立部６ｃとを有する。また、支持部材６の天板部分には基板４に対し所定角度傾斜して長手方向に延びる一対の傾斜面６ｄが形成されており、これら一対の傾斜面６ｄの間に凹溝６ｂの開口端が臨出している。
【００１９】
アンテナ素子７は金属板をフォーミングして形成されたものであるが、一般的な逆Ｆ型のアンテナ素子とは形状が大きく異なる。このアンテナ素子７は、長手方向中央部に配設した接地端子７ａおよび給電端子７ｂから該長手方向の両端側へそれぞれ放射導体７ｃを延出させた略線対称な形状にフォーミングされており、放射導体７ｃは支持部材６の傾斜面６ｄ上に接着固定されている。つまり、アンテナ素子７の一対の放射導体７ｃが基板４に対し所定角度傾斜して長手方向に延びている。その結果、図２に示すように、両放射導体７ｃはタイヤ３０内においてトランスポンダ１のタイヤ径方向内側（図示下側）に延在するウェル４２に対して略平行に配置されている。また、アンテナ素子７が長手方向中央部から一対の放射導体７ｃを逆向きに延出させた略線対称な形状となっているため、両放射導体７ｃの上方で放射電界がキャンセルされて、両放射導体７ｃの側方へ放射される電波の電界強度が高まることとなる。図４に示すように、このアンテナ素子７の接地端子７ａは支持部材６の中央起立部６ｃの一側面に沿って配置されて接地電極８に半田接合されている。一方、図５に示すように、給電端子７ｂは凹溝６ｂの内底面に沿って中央起立部６ｃの他側面へ延出されて給電電極９に半田接合されている。なお、このアンテナ素子７と車体側の外部アンテナ５０との間の送受信には２．４ＧＨｚの電波が使用される。そのため、アンテナ素子７から応答信号として外部アンテナ５０へ送信される電波は、主にアンテナ素子７からタイヤ３０のサイドウォール３１へ向かう直接波である。
【００２０】
このように空気バルブ２０に装着されてタイヤ３０内に配置されているバルブ一体型トランスポンダ１は、車体側の外部アンテナ５０から質問信号となる電波が発信されると、アンテナ素子７が励振されて高周波電流を生じる。そして、この高周波電流に圧力センサや温度センサによって検出されたタイヤ空気圧やタイヤ内温度の情報を重畳し、その信号電流（検出信号）が検出回路ユニット２から送受信回路ユニット３へ供給される。送受信回路ユニット３はこの検出信号を処理してアンテナ素子７に供給するため、アンテナ素子７から応答信号となる電波が外部アンテナ５０へ送信される。
【００２１】
以上説明したように、本実施形態例にあっては、バルブ一体型トランスポンダ１に内蔵されている逆Ｆ型のアンテナ素子７が、長手方向中央部に配設した接地端子７ａおよび給電端子７ｂから該長手方向の両端側へそれぞれ放射導体７ｃを延出させた略線対称な形状になっており、両放射導体７ｃの上方で放射電界がキャンセルされるため、両放射導体７ｃの側方へ放射される電波の電界強度が高まって、アンテナ素子７からタイヤ３０のサイドウォール３１へ向けて効率よく電波を放射させることができる。
【００２２】
しかも、このバルブ一体型トランスポンダ１では、アンテナ素子７の両放射導体７ｃがトランスポンダ１のタイヤ径方向内側に延在するウェル４２に対して略平行に配置されているため、両放射導体７ｃがホイールリム４０のバルブ孔４１が存する壁面４３（図２参照）に近接していない。こうすると、両放射導体７ｃとホイールリム４０との間の電界が弱まり、アンテナ素子７からサイドウォール３１へ向けて放射される電波の電界強度が一層高まる。つまり、このバルブ一体型トランスポンダ１は、アンテナ素子７からサイドウォール３１へ向かう直接波の放射成分が増大するように工夫されているため、応答信号となる電波を車体側の外部アンテナ５０へ確実に送信できるようになっている。
【００２３】
また、このバルブ一体型トランスポンダ１は電源電池を有さず、車体に取り付けられた外部アンテナ５０からの電波によってアンテナ素子７が励振されるように構成されているため、検出頻度を高めることができてメンテナンス費用も低減できる。なお、アンテナ素子７は金属板をフォーミングして安価に作製することができる。また、このアンテナ素子７は支持部材６に支持されているため変形の虞が少ない。
【００２４】
図６は本発明の第２実施形態例に係るバルブ一体型トランスポンダの内部構造図、図７は該トランスポンダおよび空気バルブの外観図であり、図３と図４に対応する部分には同一符号が付してあるため重複する説明は省略する。
【００２５】
この第２実施形態例は、アンテナ素子７と支持部材６およびケース１０の長手方向両端部の形状が前述した第１実施形態例と異なっている。すなわち、図６と図７に示すバルブ一体型トランスポンダ１５では、アンテナ素子７の長手方向両端部にそれぞれ放射導体７ｃの先端延長部分を折り曲げた形状の延長放射導体７ｄが設けられ、これら一対の延長放射導体７ｄが支持部材６の一対の傾斜側面６ｅ上に接着固定されている。また、このトランスポンダ１５では、ケース１０の本体ケース１１のうちアンテナ素子７の一対の延長放射導体７ｄと対向する部分に一対の面取り部１０ｄが設けられている。このようにアンテナ素子７の長手方向両端部に延長放射導体７ｄを設けると、アンテナ素子７の長手寸法を短縮できるため小型化が促進しやすくなる。また、延長放射導体７ｄに対応させてケース１０の長手方向両端部に面取り部１０ｄが設けてあると、タイヤ３０をホイールリム４０に着脱させる際に面取り部１０ｄが逃げ部となるため、タイヤ３０や工具等がバルブ一体型トランスポンダ１５に不用意に接触する危険性が少なくなる。
【００２６】
図８は本発明の第３実施形態例に係るバルブ一体型トランスポンダの内部構造図であり、図６に対応する部分には同一符号が付してあるため重複する説明は省略する。
【００２７】
この第３実施形態例は、アンテナ素子７が合成樹脂製の支持部材６に一体モールドされている点が前述した第１実施形態例や第２実施形態例と異なっている。すなわち、図８に示すバルブ一体型トランスポンダでは、アンテナ素子７の放射導体７ｃと延長放射導体７ｄがインサートモールドによって支持部材６の傾斜面６ｄと傾斜側面６ｅの内部に埋設されており、それ以外の接地端子７ａと給電端子７ｂは支持部材６の外表面に沿って露出している。なお、図８中の符号１６は位置決め用孔を示しており、この位置決め用孔１６はモールド成形時にアンテナ素子７を位置決めピンで押さえ付けることによって形成される。このようにアンテナ素子７が支持部材６に一体モールドされていると、アンテナ部を基板４に半田付けして一体化する際に、組立性が向上すると共に、アンテナ素子７と支持部材６との関係が一定となるため、アンテナの共振周波数バラツキが小さくなる。また、タイヤやリムの振動および衝撃がアンテナ部に伝わった場合でも、アンテナ素子７が支持部材６から剥がれることなく、安定した性能を長期に亘って維持することができ、しかも、タイヤ内部に存在する水分等がアンテナ素子７の表面に付着することを防止できるため腐食しにくくなり、結果的に、安定した性能を長期に亘って維持することができる。
【００２８】
なお、上記した各実施形態例では、支持部材６の一側面に沿ってアンテナ素子７の接地端子７ａを配置させ、給電端子７ｂは支持部材６の一側面から凹溝６ｂを経由して他側面へと引き出しているが、凹溝６ｂを経由させずに支持部材６の他側面に沿って給電端子７ｂを配置させてもよい。
【００２９】
また、上記各実施形態例では、ホイールリムのバルブ孔に圧入固定されるスナップイン方式の空気バルブについて説明したが、本発明はホイールリムにねじ止め固定されるクランプイン方式の空気バルブにも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の第１実施形態例に係るバルブ一体型トランスポンダのタイヤ内での取付位置を示す説明図である。
【図２】図１のＡ部拡大図である。
【図３】図２に示すトランスポンダを装着した空気バルブの外観図である。
【図４】第１実施形態例に係るトランスポンダを外部アンテナ側から見た内部構造図である。
【図５】第１実施形態例に係るトランスポンダを空気バルブ側から見た内部構造図である。
【図６】本発明の第２実施形態例に係るバルブ一体型トランスポンダの内部構造図である。
【図７】第２実施形態例に係るトランスポンダおよび空気バルブの外観図である。
【図８】本発明の第３実施形態例に係るバルブ一体型トランスポンダの内部構造図である。
【符号の説明】
【００３１】
１，１５ バルブ一体型トランスポンダ
２ 検出回路ユニット
３ 送受信回路ユニット
４ 基板
６ 支持部材
６ｄ 傾斜面
６ｅ 傾斜側面
７ アンテナ素子
７ａ 接地端子
７ｂ 給電端子
７ｃ 放射導体
７ｄ 延長放射導体
８ 接地電極
９ 給電電極
１０ ケース
１０ｃ 斜面部
１０ｄ 面取り部
２０ 空気バルブ
３０ タイヤ
３１ サイドウォール
４０ ホイールリム
４１ バルブ孔
４２ ウェル
５０ 外部アンテナ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タイヤ内の状態を検出する検出素子と、この検出素子が実装された基板と、前記検出素子の検出した情報を外部へ送信する逆Ｆ型のアンテナ素子と、これら検出素子と基板およびアンテナ素子を格納する合成樹脂製のケースとを備え、このケースをホイールリムに取り付けられる空気バルブのタイヤ内に位置する側の端部に装着して前記ホイールリムのウェルのタイヤ径方向外側に配置されたバルブ一体型トランスポンダであって、
前記基板をその長手方向が前記空気バルブの軸線方向に対して略直交し短手方向が該軸線方向に沿うように前記ケース内に配置し、この基板の前記ウェル側と逆側に前記アンテナ素子を搭載すると共に、前記アンテナ素子をその長手方向中央部に配設した給電端子および接地端子から該長手方向の両端側へそれぞれ放射導体が延出する略線対称な形状となし、これら一対の放射導体を前記基板に対して傾斜させることにより、タイヤ径方向内側に延在する前記ウェルに対して前記放射導体が略平行に配置されるようにしたことを特徴とするバルブ一体型トランスポンダ。
【請求項２】
請求項１の記載において、前記基板の前記ウェル側と逆側の面に前記アンテナ素子を支持する合成樹脂製の支持部材が搭載されており、この支持部材の傾斜面に沿って前記一対の放射導体が配設されていることを特徴とするバルブ一体型トランスポンダ。
【請求項３】
請求項２の記載において、前記アンテナ素子が金属板をフォーミングして形成されていることを特徴とするバルブ一体型トランスポンダ。
【請求項４】
請求項２または３の記載において、前記アンテナ素子が前記支持部材に一体モールドされていることを特徴とするバルブ一体型トランスポンダ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項の記載において、前記アンテナ素子の長手方向両端部にそれぞれ前記放射導体の先端延長部分を折り曲げた形状の延長放射導体が設けられていると共に、前記ケースのうち前記一対の延長放射導体と対向する部分にそれぞれ面取り部が設けられていることを特徴とするバルブ一体型トランスポンダ。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項の記載において、前記アンテナ素子が車体に取り付けられた外部アンテナからの電波によって励振されるようにしたことを特徴とするバルブ一体型トランスポンダ。
【請求項１】
タイヤ内の状態を検出する検出素子と、この検出素子が実装された基板と、前記検出素子の検出した情報を外部へ送信する逆Ｆ型のアンテナ素子と、これら検出素子と基板およびアンテナ素子を格納する合成樹脂製のケースとを備え、このケースをホイールリムに取り付けられる空気バルブのタイヤ内に位置する側の端部に装着して前記ホイールリムのウェルのタイヤ径方向外側に配置されたバルブ一体型トランスポンダであって、
前記基板をその長手方向が前記空気バルブの軸線方向に対して略直交し短手方向が該軸線方向に沿うように前記ケース内に配置し、この基板の前記ウェル側と逆側に前記アンテナ素子を搭載すると共に、前記アンテナ素子をその長手方向中央部に配設した給電端子および接地端子から該長手方向の両端側へそれぞれ放射導体が延出する略線対称な形状となし、これら一対の放射導体を前記基板に対して傾斜させることにより、タイヤ径方向内側に延在する前記ウェルに対して前記放射導体が略平行に配置されるようにしたことを特徴とするバルブ一体型トランスポンダ。
【請求項２】
請求項１の記載において、前記基板の前記ウェル側と逆側の面に前記アンテナ素子を支持する合成樹脂製の支持部材が搭載されており、この支持部材の傾斜面に沿って前記一対の放射導体が配設されていることを特徴とするバルブ一体型トランスポンダ。
【請求項３】
請求項２の記載において、前記アンテナ素子が金属板をフォーミングして形成されていることを特徴とするバルブ一体型トランスポンダ。
【請求項４】
請求項２または３の記載において、前記アンテナ素子が前記支持部材に一体モールドされていることを特徴とするバルブ一体型トランスポンダ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項の記載において、前記アンテナ素子の長手方向両端部にそれぞれ前記放射導体の先端延長部分を折り曲げた形状の延長放射導体が設けられていると共に、前記ケースのうち前記一対の延長放射導体と対向する部分にそれぞれ面取り部が設けられていることを特徴とするバルブ一体型トランスポンダ。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項の記載において、前記アンテナ素子が車体に取り付けられた外部アンテナからの電波によって励振されるようにしたことを特徴とするバルブ一体型トランスポンダ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００８−３０２８０６（Ｐ２００８−３０２８０６Ａ）
【公開日】平成２０年１２月１８日（２００８．１２．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１５１６４０（Ｐ２００７−１５１６４０）
【出願日】平成１９年６月７日（２００７．６．７）
【出願人】（００００１００９８）アルプス電気株式会社 (4,263)
【出願人】（０００２０４０３３）太平洋工業株式会社 (143)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１２月１８日（２００８．１２．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年６月７日（２００７．６．７）
【出願人】（００００１００９８）アルプス電気株式会社 (4,263)
【出願人】（０００２０４０３３）太平洋工業株式会社 (143)
【Ｆターム（参考）】
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