專利名稱：將電子器件結(jié)合到輪胎中的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明大體上涉及一種具有定位在輪胎結(jié)構(gòu)中的集成電子器件的補片，以及將該補片集成到輪胎中的方法。與停留在輪胎表面完全不同，該補片放置在輪胎結(jié)構(gòu)中。該補片可以用粘合劑連接到輪胎結(jié)構(gòu)中或者可以通過固化過程結(jié)合到輪胎結(jié)構(gòu)中。
背景技術：
電子器件可以在多種不同的有益應用中用于輪胎。例如，可以提供電子器件以用于監(jiān)視和發(fā)送關于諸如溫度、壓力、運動這樣的輪胎狀況和其它狀況的信息。也能夠例如作為監(jiān)視程序或存量控制系統(tǒng)的一部分來構(gòu)造電路系統(tǒng)以提供輪胎的識別。
將電子器件連接到輪胎遇到了困難。在輪胎的安裝期間和輪胎工作期間輪胎通常經(jīng)受各種力和其它物理狀況。結(jié)果，連接輪胎和電路所遇到的一個復雜問題是保護電路系統(tǒng)在制造和使用期間免于損壞。另外，對于某些應用，它也希望保護電路系統(tǒng)免于竄改或售后的修改。
電路系統(tǒng)的應用也可能要求它被定位在當輪胎轉(zhuǎn)動時受到重復變形的輪胎部分中。例如，關于輪胎性能的重要信息可以通過測量工作期間的內(nèi)力、應變和溫度而獲得。在一些應用中，這些測量要求相關的電子器件物理地位于待測量的輪胎結(jié)構(gòu)中，這又產(chǎn)生了制造問題，例如保護電路系統(tǒng)在制造和使用期間免于損壞，并且在成品輪胎中保持電路系統(tǒng)的正確定向。

發(fā)明內(nèi)容
考慮到上述困難本發(fā)明具有某些優(yōu)點。另外，本發(fā)明的其它目標和優(yōu)點將在下面的描述中闡述，或者從該描述中顯而易見，或者可以通過本發(fā)明的實施而獲悉。
本發(fā)明提供了一種將電子器件集成到輪胎的補片以及將該補片集成到輪胎中的方法。更具體而言，本發(fā)明提供了一種用于將電路集成到輪胎結(jié)構(gòu)中的補片。制造商可以基于諸如應用、使用和其它因素的考慮來確定所需的電子器件和補片在輪胎中的位置。所需的電子器件能夠嵌入到補片中，或者連接到其表面，或者兩者同時。本發(fā)明的補片實際上包含到輪胎結(jié)構(gòu)中并且未放置到輪胎的表面。
本發(fā)明在應用中具有許多優(yōu)點。例如，由于補片集成到輪胎結(jié)構(gòu)中，因此不破壞輪胎就不能移動補片攜帶的電子器件，并且輪胎結(jié)構(gòu)在運送和使用期間另外提供了附加的保護。在電子器件嵌入到輪胎補片中的實施例中，本發(fā)明也提供了制造過程期間對電子器件的保護。由于補片嵌入到輪胎中，所以本發(fā)明考慮了在輪胎中將電子器件定位在力、應變、溫度和其它物理參數(shù)可以在輪胎工作期間被測量的位置。通過另外的實施例，在某些實施例中本發(fā)明提供了一種電子補片，該補片構(gòu)造成在輪胎制造和固化期間保持預定的形狀。例如，在電路系統(tǒng)的正確操作要求某些定向或形狀的情況下，這是可取的。由于在某些實施例中電子器件能夠嵌入到補片中，因此可以精密地控制補片的厚度，以在補片內(nèi)的電子器件和用于輪胎結(jié)構(gòu)中的其它導電材料之間提供所需的電絕緣。根據(jù)這里公開的教導，本領域普通技術人員將理解可以通過本發(fā)明的應用而實現(xiàn)的這些和其它優(yōu)點。
作為舉例，本發(fā)明提供了將電子器件集成到輪胎中的方法。提供了一種補片，該補片構(gòu)造成布置在輪胎中。該補片可以包括一塊或多塊材料，將組合所述材料以產(chǎn)生補片。該補片可以由多種材料制造，包括硅強化彈性體，橡膠，芳族聚酸胺(aramid)，聚酯，聚酰亞胺，人造纖維，尼龍，泡沫橡膠，鋼，玻璃纖維和TEFLON(鐵氟龍)。也提供了用于輪胎的電路。如前所述可以選擇和使用多種不同的電路；所述電路可以包括用于提供能量的機電換能器元件。所述電路包含在補片中。例如，所述電路可以嵌入到補片或者可選擇地全部或部分地位于補片的表面上。然后至少部分地固化該補片，這可以用于為補片提供形狀和/或?qū)⒀a片的各部分結(jié)合在一起形成單個元件。然后例如在由包含的電子器件的應用或預期使用而決定的位置將該補片嵌入到輪胎的結(jié)構(gòu)中。僅僅作為舉例，該補片可以放置在內(nèi)襯與輪胎的其余結(jié)構(gòu)之間。可選擇地，該補片可以在靠近胎面區(qū)域的位置放置在輪胎的胎冠區(qū)域中。然后固化所述輪胎以提供集成結(jié)構(gòu)，該集成結(jié)構(gòu)包括補片和輪胎。取決于使用的材料，固化步驟可以進一步將補片結(jié)合到輪胎結(jié)構(gòu)的周圍材料。
在本發(fā)明的另一個實施例中，提供了一種將電子器件結(jié)合在輪胎結(jié)構(gòu)中的方法，該方法包括提供用于放置在輪胎結(jié)構(gòu)中的補片，提供電路，將該電路與補片配置在一起以放置到輪胎結(jié)構(gòu)中，對補片使用粘合劑，將補片放置到輪胎中，使得補片封閉在輪胎的結(jié)構(gòu)中，以及固化輪胎。
如前所述，除了提供將具有電子器件的補片結(jié)合在輪胎中的方法之外，本發(fā)明也提供了帶有結(jié)合的用于嵌入輪胎中的電子器件的補片。例如，在一個典型實施例中，本發(fā)明提供了具有集成電子器件的輪胎，其中該輪胎的結(jié)構(gòu)包括一對側(cè)壁部分，胎冠部分，和胎面部分。補片封閉在該輪胎結(jié)構(gòu)的一部分中，電路與所述補片結(jié)合。根據(jù)所需的應用來構(gòu)造該電路，并且其可以包括用于將機械能轉(zhuǎn)化為給電路供電的電能的機電換能器元件。該補片可以定位在輪胎中的許多位置。例如，該補片可以定位在輪胎的胎冠部分或者可以放置在所述一對側(cè)壁部分的一個中。為了固定其位置，可以使用粘合劑，固化步驟，或這兩者的組合而將補片結(jié)合到輪胎。補片可以由多種材料中的任一種或多種材料制造，如前所述包括橡膠，硅強化彈性體，芳族聚酸胺，聚酯，聚酰亞胺，人造纖維，尼龍，泡沫橡膠，鋼，玻璃纖維和TEFLON。
在本發(fā)明的又一個實施例中，提供了一種用于將電子器件結(jié)合到輪胎中的裝置，該裝置包括具有細長形狀的補片。該補片由基本電絕緣的材料制造并且構(gòu)造成用于嵌入輪胎內(nèi)部。電路由該補片攜帶。該電路能夠嵌入到補片中，并且部分或完全地放置到補片的表面上。這些電路構(gòu)造成與遠處位置通信，并且因而可以包括一個或多個天線。該補片的結(jié)構(gòu)包括用于其構(gòu)造的材料，當補片嵌入到輪胎內(nèi)部時該結(jié)構(gòu)有助于減小電路和輪胎之間的損耗。
參考下面的描述和附加的權(quán)利要求書將更好地理解本發(fā)明的這些和其它特征、方面和優(yōu)點。包含在說明書中并且構(gòu)成說明書一部分的附圖示出了本發(fā)明的實施例，并且與描述一起說明了本發(fā)明的原理。


在說明書中闡述了包括最佳方式的本發(fā)明主題的向本領域普通技術人員的完整和授權(quán)公開，該說明書參考了附圖，其中圖1A和1B分別是本發(fā)明的補片的典型實施例的頂視圖和側(cè)視圖；圖2A和2B分別是本發(fā)明的補片的另一典型實施例的頂視圖和側(cè)視圖；圖3是一個輪胎的橫截面圖，其顯示了本發(fā)明典型實施例，其中補片包含在該輪胎的側(cè)壁部分中；圖4是一個輪胎的橫截面圖，其顯示了本發(fā)明典型實施例，其中補片包含在該輪胎的胎冠中。
在整個說明書和附圖中重復使用的參考數(shù)字旨在表示本發(fā)明的相同或相似的特征或元件。
具體實施例方式
本發(fā)明提供了一種輪胎，該輪胎具有定位在輪胎結(jié)構(gòu)中的電子器件補片。也提供了一種將電子器件補片包含在輪胎中的方法。現(xiàn)在將詳細參考本發(fā)明的實施例，所述實施例中的一個或多個例子在附圖中被示出。每個例子作為本發(fā)明的解釋而被提供，并不意味著對本發(fā)明的限制。例如，作為一個實施例的一部分顯示和描述的特征可以用于其它實施例以產(chǎn)生第三實施例。這意味著本發(fā)明包括這些和其它修改和變化。
圖1A和1B顯示了根據(jù)本發(fā)明的電子器件補片20的一個典型實施例。如圖所示，補片20具有適合集成到輪胎結(jié)構(gòu)中的細長形狀。例如在交叉點22和24使用了平滑變換以減小可能在輪胎工作期間另外發(fā)生的應力集中。補片20的狹窄形狀20便于補片20放置到輪胎結(jié)構(gòu)中的不同層或其它結(jié)構(gòu)下方或之間，這將要進行描述。
電路26嵌入到補片20中，該電路可以構(gòu)造成用于上述的多種應用。電路26可以包括一個或多個測量元件、識別元件、天線、電源、和其它部件。如圖1A和1B所示，補片20包括用于測量輪胎中的物理狀況并靠近補片20的位置的傳感器27。
當一個或多個天線用于電路26時，可以選擇用于制造補片20的材料以增強該電子器件的有效傳輸范圍。如以前提交的申請(申請日為2004年3月24日，郵戳號為No.EV376132101US，代理人案卷號為No.MIC-70)所述，其中該申請為申請人的受讓人所有，并且全部包含在此以作參考，射頻能量沿天線的表面?zhèn)鞑?。當與輪胎一起使用時，該天線必須通過典型地制造輪胎的周圍的彈性材料傳輸射頻。然而，這樣的材料通常是導電的并且具有較高的介電常數(shù)，典型地為3或更大。與天線接觸的導電材料傾向于消耗在天線表面?zhèn)鞑サ纳漕l能量。另外，與天線接觸的導電的介電材料允許射頻電流從天線的兩個相鄰的饋電點之間通過，這也消耗射頻能量。損耗問題隨著頻率增加，在高頻(130MHZ)或更高頻率操作尤其麻煩。而且，將天線放置在諸如輪胎橡膠這樣的介電材料中導致了共振和天線阻抗的明顯改變，從電學的觀點看上去天線要比在游離空氣中更長。這些問題能夠通過將天線嵌入到補片20中而得以避免或最小化，所述補片由具有低介電常數(shù)的電絕緣材料制造。僅僅作為舉例，已發(fā)現(xiàn)使用由諸如橡膠這樣的硅增強彈性體制造的補片20將明顯地提高傳輸范圍。
優(yōu)選地，補片20也由抗裂化且具有低彈性系數(shù)的材料制造。例如取決于補片20在輪胎中的期望位置，這種結(jié)構(gòu)可能是優(yōu)選的或者需要的?？蛇x擇地，當需要為電路26提供更硬的介質(zhì)時，補片20可以由具有高彈性系數(shù)的材料制造。僅僅作為舉例，圖2A和2B顯示了一個典型實施例，其中補片20由玻璃纖維制造，電路26位于補片20的表面28上。當需要在補片20上保持電路系統(tǒng)26的外形時，例如玻璃纖維這樣的更硬材料的使用可能是優(yōu)選的。例如當電路系統(tǒng)26包括諸如壓電的機電換能器元件時，可能要求在輪胎結(jié)構(gòu)中特別地對準或定向補片20。簡而言之，取決于應用，許多材料可以用于制造補片20和嵌入在補片20中或者定位在其表面28上的電路26。其它可能的材料例如包括芳族聚酸胺，聚酯，聚酰亞胺，人造纖維，尼龍，泡沫橡膠，鋼和TEFLON。
圖3顯示了本發(fā)明的一個典型實施例，其中補片20包含在輪胎32的側(cè)壁部分30中。除了側(cè)壁部分30之外，輪胎32的結(jié)構(gòu)(或構(gòu)造)包括胎冠36中的胎面部分34。如圖所示，補片20定位在內(nèi)襯38下方。該位置例如有助于直接通過內(nèi)襯38測量輪胎32中的氣壓。補片20固定到側(cè)壁部分30中可以通過許多方式實現(xiàn)，本領域普通技術人員根據(jù)這里公開的教導將明白這些方式。例如，補片20可以用溫度或壓力激活的粘合劑粘附。僅僅作為舉例，這樣的一種粘合劑以CHEMLOK商標出售并且可以從賓夕法尼亞州伊利市，2000 West Grand ViewBoulevard的化學產(chǎn)品區(qū)的Lord公司獲得?？蛇x擇地，補片20的材料在固化前可以部分地交聯(lián)，然后在固化過程期間完全結(jié)合到輪胎32的周圍結(jié)構(gòu)中。
圖4示出了本發(fā)明的另一典型實施例。在這里，補片20在輪胎32的胎冠36中定位于內(nèi)襯38和胎面部分34之間的位置。補片20包括伸入胎面部分34中的傳感器40，該傳感器可以用于測量溫度、力、應變、和輪胎32的其它物理狀況?？蛇x擇地，傳感器40可以暴露于輪胎32的氣室42以測量壓力。補片20可以使用如圖3的典型實施例所討論的許多方法固定到圖4所示的位置。
本發(fā)明也提供了用于將補片20包含到輪胎32中的過程或方法。在一個典型實施例中，根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造輪胎32的方法包括提供補片20的步驟，該補片構(gòu)造成用于放置到輪胎32中。作為該步驟的一部分和如前面所述，補片20可以進行構(gòu)形以去除應力集中的位置；制造的材料可以基于預期應用所需的彈性系數(shù)來選擇；補片20的厚度和形狀可以基于應用、在輪胎中的位置和電路26所需絕緣的數(shù)量而另外地確定。
接著，電路26與補片20結(jié)合。該步驟可以包括將電路26嵌入到補片20中——這可以通過將電路26放置在隨后結(jié)合或粘附以產(chǎn)生補片20的兩片材料之間。可選擇地，電路26可以例如使用粘合劑或其它結(jié)合方法連接到補片20的表面。
當補片20由一種或多種彈性體制造時，補片20可以在插入到輪胎32的結(jié)構(gòu)中之前部分或全部地固化。例如，當需要補片20在輪胎32包含補片20之后的制造和固化期間保持特定形狀時可以利用該步驟?？蛇x擇地，如前所述，補片20可以由不要求預固化步驟的材料制造。
然后將補片20放置到輪胎32的結(jié)構(gòu)中由特定應用或待采用的測量所決定的位置。如前所述，補片20實際上集成在輪胎32的結(jié)構(gòu)中。盡管上述的實施例提供了補片20放置在內(nèi)襯38下方和附近的例子，但應當理解本發(fā)明也包括將補片20放置在輪胎32結(jié)構(gòu)中不一定緊靠內(nèi)襯38的其它位置的例子。參考圖3，僅僅作為舉例，補片20可以放置在構(gòu)架43和胎面部分34之間，或者放置在構(gòu)架43和側(cè)壁44之間。
本領域的普通技術人員應當理解，如所述那樣定位補片20之后，固化輪胎32。固化步驟將有助于固定補片20的位置。取決于在補片20的制造中使用的材料，固化也可以可操作地進一步將補片20結(jié)合到輪胎32。
應當理解本發(fā)明包括對這里所述的輪胎組件10和車輪12的典型實施例的各種修改，這些修改在附加的權(quán)利要求及其等價物的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種將電子器件集成到輪胎中的方法，該方法包括以下步驟提供補片，該補片構(gòu)造成用于放置到輪胎中；提供與該輪胎一起使用的電路；將所述電路與所述補片結(jié)合；至少部分地固化所述補片；將所述補片嵌入到輪胎的結(jié)構(gòu)中；和固化輪胎，從而提供包括所述補片和所述輪胎的集成結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述結(jié)合步驟包括將所述電路封閉到所述補片中。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中所述補片由硅增強彈性體組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述結(jié)合步驟包括將所述電路連接到所述補片的表面。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述補片由一種或多種選自于橡膠、芳族聚酸胺、聚酯、聚酰亞胺、人造纖維、尼龍、泡沫橡膠、鋼、玻璃纖維或TEFLON的材料制造。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述電路包括機電換能器元件。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述輪胎包括內(nèi)襯，并且其中所述嵌入步驟包括將所述補片放置到所述內(nèi)襯下方和附近。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述輪胎包括多層，并且其中所述嵌入步驟包括將所述補片放置到相鄰的層之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述輪胎包括胎冠區(qū)域和胎面區(qū)域，并且其中所述嵌入步驟包括將所述補片放置到所述胎冠區(qū)域中并靠近所述胎面區(qū)域。
10.一種將電子器件包括在輪胎的結(jié)構(gòu)中的方法，該方法包括以下步驟提供補片，該補片用于放置到輪胎的結(jié)構(gòu)中；提供電路；將所述電路與所述補片配置在一起以放置到輪胎的結(jié)構(gòu)中；對所述補片使用粘合劑；將所述補片放置到輪胎中，使得補片封閉在輪胎的結(jié)構(gòu)中；和固化輪胎。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中所述配置步驟包括將所述電路的至少一部分連接到所述補片的表面。
12.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中所述配置步驟包括將所述電路的至少一部分嵌入到所述補片中。
13.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中所述補片由硅增強彈性體組成。
14.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中所述補片由一種或多種選自于橡膠、芳族聚酸胺、聚酯、聚酰亞胺、人造纖維、尼龍、泡沫橡膠、鋼、不銹鋼、玻璃纖維或TEFLON的材料制造。
15.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中所述電路包括機電換能器元件。
16.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中所述輪胎的結(jié)構(gòu)包括內(nèi)襯，并且其中所述放置步驟包括將所述補片定位到輪胎的所述內(nèi)襯下方和附近。
17.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中所述輪胎的結(jié)構(gòu)包括多層，并且其中所述放置步驟包括將所述補片定位到層之間。
18.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中所述輪胎的結(jié)構(gòu)包括胎冠區(qū)域和胎面區(qū)域，并且其中所述放置步驟包括將所述補片定位到所述胎冠區(qū)域中并靠近所述胎面區(qū)域。
19.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中在將所述補片放置到輪胎中的所述步驟之前固化所述補片。
20.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中在將所述補片放置到輪胎中的所述步驟之前半固化所述補片。
21.一種具有集成的電子器件的輪胎，包括輪胎結(jié)構(gòu)，其包括一對側(cè)壁部分，胎冠部分，和胎面部分；封閉在所述輪胎結(jié)構(gòu)的一部分中的補片；和與所述補片結(jié)合的電路。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的具有集成的電子器件的輪胎，其中所述電路包括用于將機械能轉(zhuǎn)化為電能的機電換能器元件。
23.根據(jù)權(quán)利要求21的具有集成電子器件的輪胎，其中所述補片定位在所述胎冠部分中。
24.根據(jù)權(quán)利要求21的具有集成的電子器件的輪胎，其中所述補片定位在所述一對側(cè)壁部分的一個中。
25.根據(jù)權(quán)利要求21的具有集成的電子器件的輪胎，其中所述補片結(jié)合到所述輪胎結(jié)構(gòu)。
26.根據(jù)權(quán)利要求21的具有集成的電子器件的輪胎，其中所述補片由一種或多種選自于橡膠、硅增強彈性體、芳族聚酸胺、聚酯、聚酰亞胺、人造纖維、尼龍、泡沫橡膠、鋼、不銹鋼、玻璃纖維或TEFLON的材料制造。
27.根據(jù)權(quán)利要求21的具有集成的電子器件的輪胎，其中所述補片用粘合劑連接到所述輪胎結(jié)構(gòu)。
28.一種用于將電子器件結(jié)合到輪胎中的裝置，其包括具有細長形狀的補片，該補片由實質(zhì)上電絕緣的材料制造，并且構(gòu)造成用于嵌入輪胎內(nèi)部；由所述補片攜帶的電路，該電路構(gòu)造成與遠處位置通信；和其中當所述補片嵌入到輪胎內(nèi)部時，所述補片減小了所述電路和輪胎之間的損耗。
29.根據(jù)權(quán)利要求28的裝置，其中所述補片由具有相當?shù)偷南鄬殡姵?shù)的材料制造。
30.根據(jù)權(quán)利要求28的裝置，其中所述電路包括用于與遠處位置通信的天線，并且其中所述電路包括用于測量輪胎中至少一個物理狀況的傳感器。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種具有集成的電子器件并且定位在輪胎結(jié)構(gòu)中的補片。本發(fā)明也提供了一種將該補片集成到輪胎中的方法。與停留在輪胎表面完全不同，該補片被放置在輪胎結(jié)構(gòu)中。該補片可以使用粘合劑連接在輪胎結(jié)構(gòu)內(nèi)部或者可以通過固化過程結(jié)合到輪胎結(jié)構(gòu)中。
文檔編號B29D30/30GK1699049SQ200510071828
公開日2005年11月23日 申請日期2005年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月21日
發(fā)明者J·D·阿達姆松 申請人:米其林研究和技術股份有限公司, 米其林技術公司