JP2007278761A

JP2007278761A - タイヤ空気圧検出装置

Info

Publication number: JP2007278761A
Application number: JP2006103269A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Tanemura; 武種村
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2006-04-04
Filing date: 2006-04-04
Publication date: 2007-10-25

Abstract

【課題】圧力センサの耐久性を高めたタイヤ空気圧検出装置を提供すること。
【解決手段】タイヤ空気圧検出装置１は、有底箱形のケース４と、ケース４の内底面４ｂに実装された圧力センサ３および水晶振動子１４を含む回路部品５群と、開口４ａを覆うカバー６と、ケース４内で内底面４ｂから所定の高さ位置まで充填したシリコン樹脂を硬化させてなる封止材７とを備えており、車両のタイヤに取り付けて使用される。ケース４内で封止材７とカバー６との間に存する空間は、カバー６の空気孔６ａを介してタイヤ内の空気と連通する連通空間８となっている。圧力センサ３は静電容量型の感圧素子であって、その内底面４ｂに搭載されるシリコン基体９上にダイヤフラム１２が保持されており、ケース４内における封止材７の高さ位置がダイヤフラム１２の存する高さ位置と略同等に設定されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、車両のタイヤ空気圧を監視するシステムにおいてタイヤ側に設置されるタイヤ空気圧検出装置に係り、特に、圧力センサに静電容量型の感圧素子が用いられているタイヤ空気圧検出装置に関する。

静電容量型の圧力センサはダイヤフラムの撓みに応じて静電容量が変化するという感圧素子であり、この感圧素子の出力する静電容量値に基づいてダイヤフラムを撓ませる外力（圧力）の大きさを検出することができる。そこで従来より、回路基板上に静電容量型の圧力センサと検出回路用の回路部品を配設することによって、ダイヤフラムの撓み量を規定する空気圧を検出できるようにした圧力センサが一般に知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、最近、圧力センサをアンテナ素子と組み合わせることによって、車両の走行中に運転者がタイヤ空気圧をモニタリングできるようにするというシステムが注目されている。これはタイヤ空気圧監視システム（ＴＰＭＳ）と呼称されるシステムであって、タイヤ側に圧力センサやアンテナ素子を設置して、車両本体側に設けられた質問器からの質問信号をアンテナ素子が受信すると、圧力センサが検出したタイヤ空気圧の情報が該アンテナ素子から該質問器へ向けて送信されるようになっている。
特開２００２−５７６６号公報（第２頁、図３）

前述したタイヤ空気圧監視システムでは、タイヤ空気圧を検出する圧力センサがタイヤに取り付けられるため、この圧力センサには衝撃や遠心力等の大きな力が作用し、かつ、圧力センサの周辺の環境温度は大きく変化する。それゆえ、静電容量型の圧力センサや他の回路部品を回路基板上に実装したものをタイヤ空気圧監視システムに適用する場合には、厳しい環境下でも圧力センサに動作不良や損傷が発生しないように特別な対策を講じる必要があるが、これまでは効果的な対策が採られていなかったため、圧力センサの耐久性が不十分であった。

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、圧力センサの耐久性を高めたタイヤ空気圧検出装置を提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明のタイヤ空気圧検出装置では、開口を臨む内底面が部品実装面となっている有底箱形のケースと、このケースの内底面に実装された圧力センサおよび回路部品と、車両のタイヤ内の空気に連通する空気孔を有して前記ケースの開口を覆うカバーと、前記ケース内でその内底面から所定の高さ位置まで充填した溶融樹脂を硬化させてなる封止材とを備え、前記圧力センサが前記ケースの内底面に搭載される基体上にダイヤフラムを保持した静電容量型の感圧素子であり、この基体と前記封止材とが熱膨脹係数の略同等な材料からなると共に、前記ケース内における前記封止材の高さ位置が前記ダイヤフラムの存する高さ位置と略同等に設定されている構成にした。

このように構成されたタイヤ空気圧検出装置は、ケース内に配設された静電容量型の圧力センサの周囲に封止材の樹脂材料が充填されているため、圧力センサは封止材によって保護された状態になっている。したがって、衝撃や遠心力等の大きな力が作用しても圧力センサは損傷しにくく、かつ、水分等の異物の付着に起因する圧力センサの動作不良も起こりにくくなる。また、封止材の樹脂材料は圧力センサの基体の材料と熱膨脹係数が略同等なため、環境温度が大きく変化しても、熱膨脹係数の相違に起因する応力が該基体に作用する可能性は極めて低い。それゆえ、車両のタイヤに取り付けられて使用される圧力センサの耐久性が大幅に向上し、長寿命化が図れる。なお、圧力センサの構成部品であるダイヤフラムは、ケース内でカバーの空気孔が臨出している連通空間に露出していることが最も好ましいが、ダイヤフラム上に封止材の樹脂材料が薄く形成されていても検出精度にはほとんど影響しない。

上記の構成において、感圧素子の基体と封止材とがいずれもシリコン樹脂からなる場合には、両者の熱膨脹係数が全く同じになるため、環境温度が大きく変化しても高信頼性が維持しやすくなる。

また、上記の構成において、ケースの内底面に実装された回路部品が、圧力センサの出力する静電容量値に応じて振動数が変化して該圧力センサよりも低背な水晶振動子を有し、この水晶振動子が封止材によって封止されていると、水晶振動子が確実に保護されることになるため圧力センサの耐久性を一層向上させることができる。

また、上記の構成において、ケースの開口を覆うカバーには、圧力センサと対向する箇所からずらした位置に空気孔が穿設されていることが好ましく、こうすることで圧力センサのダイヤフラム上に異物が付着しにくくなるため検出精度の劣化が回避しやすくなる。

本発明のタイヤ空気圧検出装置は、ケース内に配設された静電容量型の圧力センサの周囲に封止材の樹脂材料が充填されているため、圧力センサは封止材によって保護された状態になっている。したがって、衝撃や遠心力等の大きな力が作用しても圧力センサは損傷しにくく、かつ、水分等の異物の付着に起因する圧力センサの動作不良も起こりにくくなる。また、封止材の樹脂材料は圧力センサの基体の材料と熱膨脹係数が略同等なため、環境温度が大きく変化しても熱膨脹係数の相違に起因する応力が該基体に作用する可能性は極めて低い。それゆえ、車両のタイヤに取り付けられて使用される圧力センサの耐久性が大幅に向上して、長寿命化が図れる。

発明の実施の形態を図面を参照して説明すると、図１は本発明の実施形態例に係るタイヤ空気圧検出装置の斜視図、図２は該検出装置の概略断面図、図３は該検出装置に内蔵されている圧力センサの断面図である。

これらの図に示すタイヤ空気圧検出装置１は、車両のタイヤ空気圧を監視するシステム（ＴＰＭＳ）に適用されたものであって、図２に示すようにアンテナ素子２と一体化されて図示せぬタイヤの空気バルブ付近に設置されるようになっている。このタイヤ空気圧検出装置１には圧力センサ３や検出回路用の回路部品５が内蔵されており、車両本体側に設けられた図示せぬ質問器からの質問信号をアンテナ素子２が受信すると、圧力センサ３が検出したタイヤ空気圧の情報がアンテナ素子２から該質問器へ向けて送信されるようになっている。なお、本実施形態例では、アンテナ素子２として逆Ｆ型アンテナを用いているが、他のアンテナ構造であってもよい。

タイヤ空気圧検出装置１について詳しく説明すると、この検出装置１は、有底箱形のケース４と、ケース４の開口４ａを臨む内底面４ｂに実装された圧力センサ３および回路部品５群と、開口４ａを覆ってケース４に一体化された板状のカバー６と、ケース４内で圧力センサ３および回路部品５群を封止している封止材７とを備えて構成されている。ケース４の内底面４ｂは図示せぬ配線パターンが形成された部品実装面であって、この配線パターンはアンテナ素子２と電気的に接続されている。また、ケース４内で封止材７とカバー６との間に存する空間は、タイヤ内の空気と連通する連通空間８となっている。

圧力センサ３は静電容量型の感圧素子であって、ケース４の内底面４ｂに搭載される肉厚なシリコン基体９と、シリコン基体９上に設けられたガラス層１０と、ガラス層１０上に設けられた下部電極１１と、ガラス層１０を介してシリコン基体９に保持されたダイヤフラム１２と、ダイヤフラム１２に設けられて下部電極１１と対向する上部電極１３と、各電極１１，１３から導出された図示せぬ端子部とを備えて構成されており、該端子部がボンディングワイヤ等によって前記配線パターンに接続されている。回路部品５群は水晶振動子１４とコンデンサやダイオード等のチップ部品とを含んでおり、これら回路部品５群の高さは圧力センサ３よりも低背となっている。図３に示すように、圧力センサ３は大部分が封止材７に封止されているが、ダイヤフラム１２上には封止材７が存せず、それゆえダイヤフラム１２は連通空間８内に露出している。

カバー６にはタイヤ内の空気と連通する空気孔６ａが穿設されており、この空気孔６ａは圧力センサ３のダイヤフラム１２と対向する箇所からずらした位置に形成されている。封止材７は、溶融状態のシリコン樹脂をケース４内で内底面４ｂから所定の高さ位置まで充填して硬化させたものであり、ケース４内における封止材７の高さ位置はダイヤフラム１２の存する高さ位置と略同等に設定されている。

上記の如くに構成されたタイヤ空気圧検出装置１は、ケース４内の連通空間８がカバー６の空気孔６ａを介してタイヤ内の空気と連通されており、この連通空間８に圧力センサ３のダイヤフラム１２が露出しているため、タイヤ空気圧に応じてダイヤフラム１２の撓み量が変化する。そして、ダイヤフラム１２の撓みに応じて下部電極１１と上部電極１３との間の静電容量が変化するため、圧力センサ３の出力する静電容量値に基づいてタイヤ空気圧を検出することができる。具体的には、圧力センサ３の出力する静電容量値に応じて水晶振動子１４の振動数が変化するため、この振動数でアンテナ素子２を共振させることにより、圧力センサ３によって検出されたタイヤ空気圧の情報がアンテナ素子２から車両本体側へ送信されるようになっている。

このように本実施形態例に係るタイヤ空気圧検出装置１は、ケース４内に配設された静電容量型の圧力センサ３の周囲に封止材７（シリコン樹脂）が充填され、圧力センサ３がこの封止材７によって保護される構造にしてあるため、衝撃や遠心力等の大きな力が作用しても圧力センサ３は損傷しにくく、水分等の異物の付着に起因する圧力センサ３の動作不良も起こりにくくなっている。しかも、封止材７は圧力センサ３のシリコン基体９と同じ樹脂材料からなり熱膨脹係数が同等なため、環境温度が大きく変化しても熱膨脹係数の相違に起因する応力がシリコン基体９に作用することはない。また、水晶振動子１４を含む回路部品５群が封止材７に埋設状態で封止されているため確実に保護されている。さらにまた、カバー６の空気孔６ａの形成位置にも配慮し、この空気孔６ａが圧力センサ３と対向する箇所からずらした位置に穿設されているため、ダイヤフラム１２上に異物が付着しにくくなって検出精度の劣化が回避しやすくなっている。それゆえ、この圧力センサ３は耐久性が大幅に向上しており、車両のタイヤに取り付けられて使用されるという厳しい環境下でも、長期に亘って良好な性能を維持することができる。

なお、上記実施形態例では、圧力センサ３のダイヤフラム１２がケース４内の連通空間８に露出しているが、ダイヤフラム１２上に封止材７が薄く形成されていても検出精度にはほとんど影響しないので、ケース４内における封止材７の高さ位置がダイヤフラム１２を薄く覆う高さ位置に設定してあってもよい。

本発明の実施形態例に係るタイヤ空気圧検出装置の斜視図である。該検出装置の概略断面図である。該検出装置に内蔵されている圧力センサの断面図である。

符号の説明

１タイヤ空気圧検出装置
２アンテナ素子
３圧力センサ
４ケース
４ａ開口
４ｂ内底面
５回路部品
６カバー
６ａ空気孔
７封止材
８連通空間
９シリコン基体
１０ガラス層
１１下部電極
１２ダイヤフラム
１３上部電極
１４水晶振動子

Claims

開口を臨む内底面が部品実装面となっている有底箱形のケースと、このケースの内底面に実装された圧力センサおよび回路部品と、車両のタイヤ内の空気に連通する空気孔を有して前記ケースの開口を覆うカバーと、前記ケース内でその内底面から所定の高さ位置まで充填した溶融樹脂を硬化させてなる封止材とを備え、前記圧力センサが前記ケースの内底面に搭載される基体上にダイヤフラムを保持した静電容量型の感圧素子であり、この基体と前記封止材とが熱膨脹係数の略同等な材料からなると共に、前記ケース内における前記封止材の高さ位置が前記ダイヤフラムの存する高さ位置と略同等に設定されていることを特徴とするタイヤ空気圧検出装置。
請求項１の記載において、前記基体と前記封止材とがいずれもシリコン樹脂からなることを特徴とするタイヤ空気圧検出装置。
請求項１または２の記載において、前記回路部品が、前記圧力センサの出力する静電容量値に応じて振動数が変化して該圧力センサよりも低背な水晶振動子を有し、この水晶振動子が前記封止材によって封止されていることを特徴とするタイヤ空気圧検出装置。
請求項１〜３のいずれか１項の記載において、前記カバーには、前記圧力センサと対向する箇所からずらした位置に前記空気孔が穿設されていることを特徴とするタイヤ空気圧検出装置。