将电子器件结合到轮胎中的方法和装置的制作方法

专利名称：将电子器件结合到轮胎中的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明大体上涉及一种具有定位在轮胎结构中的集成电子器件的补片，以及将该补片集成到轮胎中的方法。与停留在轮胎表面完全不同，该补片放置在轮胎结构中。该补片可以用粘合剂连接到轮胎结构中或者可以通过固化过程结合到轮胎结构中。
背景技术：
电子器件可以在多种不同的有益应用中用于轮胎。例如，可以提供电子器件以用于监视和发送关于诸如温度、压力、运动这样的轮胎状况和其它状况的信息。也能够例如作为监视程序或存量控制系统的一部分来构造电路系统以提供轮胎的识别。
将电子器件连接到轮胎遇到了困难。在轮胎的安装期间和轮胎工作期间轮胎通常经受各种力和其它物理状况。结果，连接轮胎和电路所遇到的一个复杂问题是保护电路系统在制造和使用期间免于损坏。另外，对于某些应用，它也希望保护电路系统免于窜改或售后的修改。
电路系统的应用也可能要求它被定位在当轮胎转动时受到重复变形的轮胎部分中。例如，关于轮胎性能的重要信息可以通过测量工作期间的内力、应变和温度而获得。在一些应用中，这些测量要求相关的电子器件物理地位于待测量的轮胎结构中，这又产生了制造问题，例如保护电路系统在制造和使用期间免于损坏，并且在成品轮胎中保持电路系统的正确定向。

发明内容
考虑到上述困难本发明具有某些优点。另外，本发明的其它目标和优点将在下面的描述中阐述，或者从该描述中显而易见，或者可以通过本发明的实施而获悉。
本发明提供了一种将电子器件集成到轮胎的补片以及将该补片集成到轮胎中的方法。更具体而言，本发明提供了一种用于将电路集成到轮胎结构中的补片。制造商可以基于诸如应用、使用和其它因素的考虑来确定所需的电子器件和补片在轮胎中的位置。所需的电子器件能够嵌入到补片中，或者连接到其表面，或者两者同时。本发明的补片实际上包含到轮胎结构中并且未放置到轮胎的表面。
本发明在应用中具有许多优点。例如，由于补片集成到轮胎结构中，因此不破坏轮胎就不能移动补片携带的电子器件，并且轮胎结构在运送和使用期间另外提供了附加的保护。在电子器件嵌入到轮胎补片中的实施例中，本发明也提供了制造过程期间对电子器件的保护。由于补片嵌入到轮胎中，所以本发明考虑了在轮胎中将电子器件定位在力、应变、温度和其它物理参数可以在轮胎工作期间被测量的位置。通过另外的实施例，在某些实施例中本发明提供了一种电子补片，该补片构造成在轮胎制造和固化期间保持预定的形状。例如，在电路系统的正确操作要求某些定向或形状的情况下，这是可取的。由于在某些实施例中电子器件能够嵌入到补片中，因此可以精密地控制补片的厚度，以在补片内的电子器件和用于轮胎结构中的其它导电材料之间提供所需的电绝缘。根据这里公开的教导，本领域普通技术人员将理解可以通过本发明的应用而实现的这些和其它优点。
作为举例，本发明提供了将电子器件集成到轮胎中的方法。提供了一种补片，该补片构造成布置在轮胎中。该补片可以包括一块或多块材料，将组合所述材料以产生补片。该补片可以由多种材料制造，包括硅强化弹性体，橡胶，芳族聚酸胺(aramid)，聚酯，聚酰亚胺，人造纤维，尼龙，泡沫橡胶，钢，玻璃纤维和TEFLON(铁氟龙)。也提供了用于轮胎的电路。如前所述可以选择和使用多种不同的电路；所述电路可以包括用于提供能量的机电换能器元件。所述电路包含在补片中。例如，所述电路可以嵌入到补片或者可选择地全部或部分地位于补片的表面上。然后至少部分地固化该补片，这可以用于为补片提供形状和/或将补片的各部分结合在一起形成单个元件。然后例如在由包含的电子器件的应用或预期使用而决定的位置将该补片嵌入到轮胎的结构中。仅仅作为举例，该补片可以放置在内衬与轮胎的其余结构之间。可选择地，该补片可以在靠近胎面区域的位置放置在轮胎的胎冠区域中。然后固化所述轮胎以提供集成结构，该集成结构包括补片和轮胎。取决于使用的材料，固化步骤可以进一步将补片结合到轮胎结构的周围材料。
在本发明的另一个实施例中，提供了一种将电子器件结合在轮胎结构中的方法，该方法包括提供用于放置在轮胎结构中的补片，提供电路，将该电路与补片配置在一起以放置到轮胎结构中，对补片使用粘合剂，将补片放置到轮胎中，使得补片封闭在轮胎的结构中，以及固化轮胎。
如前所述，除了提供将具有电子器件的补片结合在轮胎中的方法之外，本发明也提供了带有结合的用于嵌入轮胎中的电子器件的补片。例如，在一个典型实施例中，本发明提供了具有集成电子器件的轮胎，其中该轮胎的结构包括一对侧壁部分，胎冠部分，和胎面部分。补片封闭在该轮胎结构的一部分中，电路与所述补片结合。根据所需的应用来构造该电路，并且其可以包括用于将机械能转化为给电路供电的电能的机电换能器元件。该补片可以定位在轮胎中的许多位置。例如，该补片可以定位在轮胎的胎冠部分或者可以放置在所述一对侧壁部分的一个中。为了固定其位置，可以使用粘合剂，固化步骤，或这两者的组合而将补片结合到轮胎。补片可以由多种材料中的任一种或多种材料制造，如前所述包括橡胶，硅强化弹性体，芳族聚酸胺，聚酯，聚酰亚胺，人造纤维，尼龙，泡沫橡胶，钢，玻璃纤维和TEFLON。
在本发明的又一个实施例中，提供了一种用于将电子器件结合到轮胎中的装置，该装置包括具有细长形状的补片。该补片由基本电绝缘的材料制造并且构造成用于嵌入轮胎内部。电路由该补片携带。该电路能够嵌入到补片中，并且部分或完全地放置到补片的表面上。这些电路构造成与远处位置通信，并且因而可以包括一个或多个天线。该补片的结构包括用于其构造的材料，当补片嵌入到轮胎内部时该结构有助于减小电路和轮胎之间的损耗。
参考下面的描述和附加的权利要求书将更好地理解本发明的这些和其它特征、方面和优点。包含在说明书中并且构成说明书一部分的附图示出了本发明的实施例，并且与描述一起说明了本发明的原理。


在说明书中阐述了包括最佳方式的本发明主题的向本领域普通技术人员的完整和授权公开，该说明书参考了附图，其中图1A和1B分别是本发明的补片的典型实施例的顶视图和侧视图；图2A和2B分别是本发明的补片的另一典型实施例的顶视图和侧视图；图3是一个轮胎的横截面图，其显示了本发明典型实施例，其中补片包含在该轮胎的侧壁部分中；图4是一个轮胎的横截面图，其显示了本发明典型实施例，其中补片包含在该轮胎的胎冠中。
在整个说明书和附图中重复使用的参考数字旨在表示本发明的相同或相似的特征或元件。
具体实施例方式
本发明提供了一种轮胎，该轮胎具有定位在轮胎结构中的电子器件补片。也提供了一种将电子器件补片包含在轮胎中的方法。现在将详细参考本发明的实施例，所述实施例中的一个或多个例子在附图中被示出。每个例子作为本发明的解释而被提供，并不意味着对本发明的限制。例如，作为一个实施例的一部分显示和描述的特征可以用于其它实施例以产生第三实施例。这意味着本发明包括这些和其它修改和变化。
图1A和1B显示了根据本发明的电子器件补片20的一个典型实施例。如图所示，补片20具有适合集成到轮胎结构中的细长形状。例如在交叉点22和24使用了平滑变换以减小可能在轮胎工作期间另外发生的应力集中。补片20的狭窄形状20便于补片20放置到轮胎结构中的不同层或其它结构下方或之间，这将要进行描述。
电路26嵌入到补片20中，该电路可以构造成用于上述的多种应用。电路26可以包括一个或多个测量元件、识别元件、天线、电源、和其它部件。如图1A和1B所示，补片20包括用于测量轮胎中的物理状况并靠近补片20的位置的传感器27。
当一个或多个天线用于电路26时，可以选择用于制造补片20的材料以增强该电子器件的有效传输范围。如以前提交的申请(申请日为2004年3月24日，邮戳号为No.EV376132101US，代理人案卷号为No.MIC-70)所述，其中该申请为申请人的受让人所有，并且全部包含在此以作参考，射频能量沿天线的表面传播。当与轮胎一起使用时，该天线必须通过典型地制造轮胎的周围的弹性材料传输射频。然而，这样的材料通常是导电的并且具有较高的介电常数，典型地为3或更大。与天线接触的导电材料倾向于消耗在天线表面传播的射频能量。另外，与天线接触的导电的介电材料允许射频电流从天线的两个相邻的馈电点之间通过，这也消耗射频能量。损耗问题随着频率增加，在高频(130MHZ)或更高频率操作尤其麻烦。而且，将天线放置在诸如轮胎橡胶这样的介电材料中导致了共振和天线阻抗的明显改变，从电学的观点看上去天线要比在游离空气中更长。这些问题能够通过将天线嵌入到补片20中而得以避免或最小化，所述补片由具有低介电常数的电绝缘材料制造。仅仅作为举例，已发现使用由诸如橡胶这样的硅增强弹性体制造的补片20将明显地提高传输范围。
优选地，补片20也由抗裂化且具有低弹性系数的材料制造。例如取决于补片20在轮胎中的期望位置，这种结构可能是优选的或者需要的。可选择地，当需要为电路26提供更硬的介质时，补片20可以由具有高弹性系数的材料制造。仅仅作为举例，图2A和2B显示了一个典型实施例，其中补片20由玻璃纤维制造，电路26位于补片20的表面28上。当需要在补片20上保持电路系统26的外形时，例如玻璃纤维这样的更硬材料的使用可能是优选的。例如当电路系统26包括诸如压电的机电换能器元件时，可能要求在轮胎结构中特别地对准或定向补片20。简而言之，取决于应用，许多材料可以用于制造补片20和嵌入在补片20中或者定位在其表面28上的电路26。其它可能的材料例如包括芳族聚酸胺，聚酯，聚酰亚胺，人造纤维，尼龙，泡沫橡胶，钢和TEFLON。
图3显示了本发明的一个典型实施例，其中补片20包含在轮胎32的侧壁部分30中。除了侧壁部分30之外，轮胎32的结构(或构造)包括胎冠36中的胎面部分34。如图所示，补片20定位在内衬38下方。该位置例如有助于直接通过内衬38测量轮胎32中的气压。补片20固定到侧壁部分30中可以通过许多方式实现，本领域普通技术人员根据这里公开的教导将明白这些方式。例如，补片20可以用温度或压力激活的粘合剂粘附。仅仅作为举例，这样的一种粘合剂以CHEMLOK商标出售并且可以从宾夕法尼亚州伊利市，2000 West Grand ViewBoulevard的化学产品区的Lord公司获得。可选择地，补片20的材料在固化前可以部分地交联，然后在固化过程期间完全结合到轮胎32的周围结构中。
图4示出了本发明的另一典型实施例。在这里，补片20在轮胎32的胎冠36中定位于内衬38和胎面部分34之间的位置。补片20包括伸入胎面部分34中的传感器40，该传感器可以用于测量温度、力、应变、和轮胎32的其它物理状况。可选择地，传感器40可以暴露于轮胎32的气室42以测量压力。补片20可以使用如图3的典型实施例所讨论的许多方法固定到图4所示的位置。
本发明也提供了用于将补片20包含到轮胎32中的过程或方法。在一个典型实施例中，根据本发明构造轮胎32的方法包括提供补片20的步骤，该补片构造成用于放置到轮胎32中。作为该步骤的一部分和如前面所述，补片20可以进行构形以去除应力集中的位置；制造的材料可以基于预期应用所需的弹性系数来选择；补片20的厚度和形状可以基于应用、在轮胎中的位置和电路26所需绝缘的数量而另外地确定。
接着，电路26与补片20结合。该步骤可以包括将电路26嵌入到补片20中——这可以通过将电路26放置在随后结合或粘附以产生补片20的两片材料之间。可选择地，电路26可以例如使用粘合剂或其它结合方法连接到补片20的表面。
当补片20由一种或多种弹性体制造时，补片20可以在插入到轮胎32的结构中之前部分或全部地固化。例如，当需要补片20在轮胎32包含补片20之后的制造和固化期间保持特定形状时可以利用该步骤。可选择地，如前所述，补片20可以由不要求预固化步骤的材料制造。
然后将补片20放置到轮胎32的结构中由特定应用或待采用的测量所决定的位置。如前所述，补片20实际上集成在轮胎32的结构中。尽管上述的实施例提供了补片20放置在内衬38下方和附近的例子，但应当理解本发明也包括将补片20放置在轮胎32结构中不一定紧靠内衬38的其它位置的例子。参考图3，仅仅作为举例，补片20可以放置在构架43和胎面部分34之间，或者放置在构架43和侧壁44之间。
本领域的普通技术人员应当理解，如所述那样定位补片20之后，固化轮胎32。固化步骤将有助于固定补片20的位置。取决于在补片20的制造中使用的材料，固化也可以可操作地进一步将补片20结合到轮胎32。
应当理解本发明包括对这里所述的轮胎组件10和车轮12的典型实施例的各种修改，这些修改在附加的权利要求及其等价物的范围之内。
权利要求
1.一种将电子器件集成到轮胎中的方法，该方法包括以下步骤提供补片，该补片构造成用于放置到轮胎中；提供与该轮胎一起使用的电路；将所述电路与所述补片结合；至少部分地固化所述补片；将所述补片嵌入到轮胎的结构中；和固化轮胎，从而提供包括所述补片和所述轮胎的集成结构。
2.根据权利要求1的方法，其中所述结合步骤包括将所述电路封闭到所述补片中。
3.根据权利要求2的方法，其中所述补片由硅增强弹性体组成。
4.根据权利要求1的方法，其中所述结合步骤包括将所述电路连接到所述补片的表面。
5.根据权利要求1的方法，其中所述补片由一种或多种选自于橡胶、芳族聚酸胺、聚酯、聚酰亚胺、人造纤维、尼龙、泡沫橡胶、钢、玻璃纤维或TEFLON的材料制造。
6.根据权利要求1的方法，其中所述电路包括机电换能器元件。
7.根据权利要求1的方法，其中所述轮胎包括内衬，并且其中所述嵌入步骤包括将所述补片放置到所述内衬下方和附近。
8.根据权利要求1的方法，其中所述轮胎包括多层，并且其中所述嵌入步骤包括将所述补片放置到相邻的层之间。
9.根据权利要求1的方法，其中所述轮胎包括胎冠区域和胎面区域，并且其中所述嵌入步骤包括将所述补片放置到所述胎冠区域中并靠近所述胎面区域。
10.一种将电子器件包括在轮胎的结构中的方法，该方法包括以下步骤提供补片，该补片用于放置到轮胎的结构中；提供电路；将所述电路与所述补片配置在一起以放置到轮胎的结构中；对所述补片使用粘合剂；将所述补片放置到轮胎中，使得补片封闭在轮胎的结构中；和固化轮胎。
11.根据权利要求10的方法，其中所述配置步骤包括将所述电路的至少一部分连接到所述补片的表面。
12.根据权利要求10的方法，其中所述配置步骤包括将所述电路的至少一部分嵌入到所述补片中。
13.根据权利要求10的方法，其中所述补片由硅增强弹性体组成。
14.根据权利要求10的方法，其中所述补片由一种或多种选自于橡胶、芳族聚酸胺、聚酯、聚酰亚胺、人造纤维、尼龙、泡沫橡胶、钢、不锈钢、玻璃纤维或TEFLON的材料制造。
15.根据权利要求10的方法，其中所述电路包括机电换能器元件。
16.根据权利要求10的方法，其中所述轮胎的结构包括内衬，并且其中所述放置步骤包括将所述补片定位到轮胎的所述内衬下方和附近。
17.根据权利要求10的方法，其中所述轮胎的结构包括多层，并且其中所述放置步骤包括将所述补片定位到层之间。
18.根据权利要求10的方法，其中所述轮胎的结构包括胎冠区域和胎面区域，并且其中所述放置步骤包括将所述补片定位到所述胎冠区域中并靠近所述胎面区域。
19.根据权利要求10的方法，其中在将所述补片放置到轮胎中的所述步骤之前固化所述补片。
20.根据权利要求10的方法，其中在将所述补片放置到轮胎中的所述步骤之前半固化所述补片。
21.一种具有集成的电子器件的轮胎，包括轮胎结构，其包括一对侧壁部分，胎冠部分，和胎面部分；封闭在所述轮胎结构的一部分中的补片；和与所述补片结合的电路。
22.根据权利要求21的具有集成的电子器件的轮胎，其中所述电路包括用于将机械能转化为电能的机电换能器元件。
23.根据权利要求21的具有集成电子器件的轮胎，其中所述补片定位在所述胎冠部分中。
24.根据权利要求21的具有集成的电子器件的轮胎，其中所述补片定位在所述一对侧壁部分的一个中。
25.根据权利要求21的具有集成的电子器件的轮胎，其中所述补片结合到所述轮胎结构。
26.根据权利要求21的具有集成的电子器件的轮胎，其中所述补片由一种或多种选自于橡胶、硅增强弹性体、芳族聚酸胺、聚酯、聚酰亚胺、人造纤维、尼龙、泡沫橡胶、钢、不锈钢、玻璃纤维或TEFLON的材料制造。
27.根据权利要求21的具有集成的电子器件的轮胎，其中所述补片用粘合剂连接到所述轮胎结构。
28.一种用于将电子器件结合到轮胎中的装置，其包括具有细长形状的补片，该补片由实质上电绝缘的材料制造，并且构造成用于嵌入轮胎内部；由所述补片携带的电路，该电路构造成与远处位置通信；和其中当所述补片嵌入到轮胎内部时，所述补片减小了所述电路和轮胎之间的损耗。
29.根据权利要求28的装置，其中所述补片由具有相当低的相对介电常数的材料制造。
30.根据权利要求28的装置，其中所述电路包括用于与远处位置通信的天线，并且其中所述电路包括用于测量轮胎中至少一个物理状况的传感器。
全文摘要
本发明提供了一种具有集成的电子器件并且定位在轮胎结构中的补片。本发明也提供了一种将该补片集成到轮胎中的方法。与停留在轮胎表面完全不同，该补片被放置在轮胎结构中。该补片可以使用粘合剂连接在轮胎结构内部或者可以通过固化过程结合到轮胎结构中。
文档编号B29D30/30GK1699049SQ200510071828
公开日2005年11月23日 申请日期2005年5月20日 优先权日2004年5月21日
发明者J·D·阿达姆松 申请人:米其林研究和技术股份有限公司, 米其林技术公司