JP2019039806A - タイヤ空気圧検知装置 - Google Patents
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Description
同システムの検出部として適用されるタイヤ空気圧検知装置として、タイヤ内の流体が導入されるチャンバーに圧力センサーを配置し、封止した構造を有するものがある。
特許文献1には、圧力センサーが配置されるチャンバーを、円筒状で外周に雄螺子が形成されたハウジングと、ドーム状で下端開口の周囲にフランジを有したキャップとにより構成し、ハウジングの端面とキャップの端面とをOリングを介して合わせ、キャップのフランジに係合するナットをハウジングに螺合締結することで、Oリングを圧して封止した構造のタイヤ空気圧検知装置が開示されている。
特許文献1に記載の発明にあっては、チャンバー内にタイヤ空気圧が負荷されると、ハウジングから離れる方向にキャップが押されてOリングを圧する力が低下し、気密が破られるおそれがある。さらに、ナットとハウジングの締結の緩みが進行することで、気密が破られるおそれが高まる。
まず、図1から図6を参照して本発明の第1実施形態にかかるタイヤ空気圧検知装置の構造につき説明する。
図1から図6に示すのは、バルブキャップ型のタイヤ空気圧検知装置1Aである。
タイヤ空気圧検知装置1Aは、筐体10と、圧力センサー20と、センサー基板21と、封止樹脂30と、第二基板40と、導体ピン41と、送信アンテナ43と、キャップ44と、バルブリリース50と、バルブガスケット51と、バルブカップラー52と、補強樹脂60とを備えて構成される。
筐体10は、両端が開口した筒状に形成されている。筐体10の一端開口11aはタイヤ内の流体の導入口である。一端開口11aに連通して筐体10内にチャンバー12が設けられている。チャンバー12に圧力センサー20が配置されている。一端開口11aを介してタイヤ内とチャンバー12が連通することで、圧力センサー20によりタイヤ空気圧を検知する。
封止樹脂30は、圧力センサー20と筐体10の他端開口11bとの間の筐体の内部空間13に配置されている。封止樹脂30は、同内部空間13を囲む筐体10の内周面13aに一周に亘って被着接合しているので、封止樹脂30により、チャンバー12の他端開口11b側が封止されている。
なお、「タイヤ空気圧検知装置」や「タイヤ空気圧」の語において、「空気」の語を用いているのは、一般的な用語を用いているにすぎず、本発明は、タイヤ内に充填されている気体の圧力を検知するものであり、空気のみを対象としたものに限定する主旨ではない。
センサー基板21の圧力センサー20を搭載した搭載面21aがチャンバー12に面し、搭載面21aの反対面21bに封止樹脂30が被着接合している。
封止樹脂30を配置する内部空間13とチャンバー12とを仕切るようにセンサー基板21を配置し、他端開口11bから封止樹脂30を充填することで製造できる。
筐体10の材料として金属を用いる場合には、アルマイト膜等の耐食性の膜が形成されていることが好ましい。
筐体10の開口11aと開口11bは同径であっても良く、異径であっても良い。本実施形態では、空気を導入する開口11aが小さく、封止樹脂30で封止する開口11bが大きい。
また、フィレット31aにより、封止樹脂30と筐体10との間に発生する熱応力が緩和される。フィレット31aが形成される、すなわち、筐体10の開口11bまで封止樹脂30が満充填されていないので、封止樹脂30が中央面31bで薄く、全体が平均的に薄くなり、熱応力は小さく抑えられる。
封止樹脂30を中央面31bで薄くして熱応力を小さく抑えても、周縁部にはフィレット31aが形成されていることで、筐体10の内周面13aと封止樹脂30との接合面のチャンバー12側から開口11b側への横断長さは長くされているので、同接合面での封止構造の破壊は抑えられる。
フィレット31aが筐体10の開口11b側に形成されているので、筐体10をより薄く構成することができる。
凹部14b又はこれに代わる凸部を内周面13aに形成することで、封止樹脂30が凹部14bに入り込む、又は凸部が封止樹脂30に入り込み、筐体10の内周面13aと封止樹脂30との接合面積が増大することにより、さらに上記入り込みによるアンカー効果により、筐体10と封止樹脂30の接合力が向上する。
また、封止樹脂30と内周面13aと界面が屈曲しているので、封止樹脂30の内周面13aからの剥離が進展し難い。特に、一周連続した凹部14b又は凸部によれば、周方向のいずれの位置で剥離や亀裂が発生しても、一様にその進展を抑える効果がある。
一周連続した凹部14b又は凸部は、中心軸C方向に複数配置してもよい。本実施形態では、一周連続した凹部14bを中心軸C方向に複数配置している。
以下適宜、筐体10の他端開口11b側を上として説明する。
第二基板40は、導体ピン41を介してセンサー基板21と接続し、封止樹脂30の上側に配置されている。第二基板40には、電源となるコイン電池42が保持されるとともに、圧力センサー20及び温度センサー22の検知信号を送信するための送信アンテナ43が実装されている。
キャップ44が筐体10の上端部に螺合連結して覆う。
筐体10の下端部において、開口11aに対してバルブリリース50、バルブガスケット51、バルブカップラー52の順でこれらが連結している。
バルブカップラー52には、タイヤのバルブキャップと同規格の雌螺子が設けられており、タイヤのバルブにバルブカップラー52が螺合連結することで、バルブリリース50がバルブコアを押して開放しつつ、タイヤ空気圧検知装置1Aがタイヤのバルブに連結する。これによりタイヤ内とチャンバー12が連通するので、圧力センサー20によりタイヤ空気圧を、温度センサーによりタイヤ空気温度を検知することができる。
図3に示すように補強樹脂60は、筐体10の内面のうちのチャンバー12の周囲部61と、搭載面21aの周縁部62とに被着接合している。
筐体10の両端開口11a,11bの中心を通る中心軸Cを中心にして、チャンバー12等の筐体10の各部が形成され、センサー基板21等の部品が筐体10に設置されている。
周縁部62を含む搭載面21aは中心軸Cと垂直である。周囲部61は、周縁部62と接する部位63から斜め下方向であって中心軸Cに向かう様に斜面(内テーパー面)を形成している。周囲部61と、補強樹脂60より下のチャンバー12の側面とが連続した斜面(内テーパー面)である。
筐体10の内部空間のうちセンサー基板21の搭載面21aの下の空間の外周部を埋めるように補強樹脂60が充填されており、補強樹脂60は、周囲部61から周縁部62に掛けて連続して被着接合している。周囲部61と周縁部62の接する部位63は中心軸C回りに一周に亘っている。補強樹脂60も中心軸C回りに一周に亘って形成され、一周に亘って周囲部61及び周縁部62に被着接合している。
ここで、補強樹脂60による耐圧向上の効果を比較検証するシミュレーションを開示する。
シミュレーションは、上記タイヤ空気圧検知装置1Aの筐体10とセンサー基板21と封止樹脂30によるチャンバー12を構成する構造を計算対象の基本モデルとし、チャンバー12内を高圧にして応力と変形を計算したものである。補強樹脂60に関して構造が異なる具体的な計算対象は、以下のモデルM1−M9の9つとした。モデルM1−M3の構造の相違と、シミュレーション結果は図7から図9に示す通りである。
図8に示したモデルM2は、補強樹脂60が施されており、図6に示したものと同様である。モデルM2では、図8に示すように補強樹脂60の作用によりセンサー基板21及び封止樹脂30の撓みが減少した。
図9及び図10に示したモデルM3にあっては、補強樹脂60が施されているとともに、周囲部61には搭載面21aに対向する第2棚面16bが形成されており、さらに第2棚面16bには周溝17が形成されている。
補強樹脂60は第2棚面16bに被着接合し、その一部は、周溝17に充填され、第2棚面16bの内縁18まで被着接合している。
モデルM3では、図9に示すように補強樹脂60の作用によりセンサー基板21及び封止樹脂30の撓みが効果的に抑えられ、撓みはほぼ無くなった。
モデルM4−M9は、筐体10の構造はモデルM3と共通で、補強樹脂60の形状のみ異なるものである。
モデルM4−M9のいずれによっても、モデルM3(図9)と同レベルにセンサー基板21及び封止樹脂30の撓みが効果的に抑えられ、撓みはほぼ無くなった。
モデルM4−M6について成立せず、モデルM3,M7−M9について共通していることは、凹曲線60aの少なくとも周縁部62から辿った一部は、センサー基板21の外縁方向へ後退するように配置されていることである。モデルM4−M6にあっては、凹曲線60aは周縁部62から辿ると、チャンバー12の中心へ近づいていく一様な変化である。
これに対してモデルM7−M9にあっては、凹曲線60aを周縁部62(搭載面21a)から周囲部61(第2棚面16b)まで辿ると、後退からチャンバー12の中心へ近づいていく変化に転ずる。周囲部61から辿っても同じである。
モデルM3にあっては、凹曲線60aが周囲部61(第2棚面16b)に接する位置より、周縁部62(搭載面21a)に接する位置の方が中心軸Cに近い。
これに比較してモデルM7−M9あっては、凹曲線60aが周囲部61(第2棚面16b)に接する位置と、周縁部62(搭載面21a)に接する位置とは、径方向(中心軸Cに垂直な方向)についてあまり変わらない。そのため、凹曲線60aの曲率半径は、モデルM3に比較して小さいものとなっている。
モデルM1における応力よりモデルM2における応力が小さく、モデルM2における応力よりモデルM3における応力が小さい。上述した変形の減少と整合する。モデルM1においては、封止樹脂30及びセンサー基板21の撓みが大きく、封止樹脂30及びセンサー基板21はもちろん筐体10にも比較的高い応力が生じるとともに、筐体10と封止樹脂30との接合部に応力集中が生じた。これに対しモデルM2−M3においては全体的に応力が低下し、応力集中部位も補強樹脂60とセンサー基板との接合部の内縁部に移動し、特にモデルM3では顕著に応力が低下した。
モデルM4−M6における応力は、モデルM1における応力により小さいが、モデルM2における応力と同程度となった。補強樹脂60の搭載面21aの中央部方向への伸びが無いことが原因と考えられる。
これに対し補強樹脂60の搭載面21aの中央部方向への伸びがあるモデルM7−M9における応力は、さらに同伸びが大きいモデルM3における応力より大きかったが、モデルM2における応力により低下した。
補強樹脂60を設ける場合にあっても、上述した凹曲線60aを形成すること、特にモデルM3,M7−M9のように凹曲線60aの少なくとも周縁部62から辿った一部がセンサー基板21の外縁方向へ後退するように配置されていることにより、耐圧を向上できる。
さらに、モデルM3のように凹曲線60aが、周縁部62(搭載面21a)から周囲部61(第2棚面16b)までセンサー基板21の外縁方向へ一様に後退するように配置されていることにより、凹曲線60aの曲率半径が大きくなるので、さらに耐圧を向上できる。
また、第2棚面16bを設けることで、搭載面21aに適度に近い位置に必要十分な量の樹脂を保持しやすく、以上の有利な構成の凹曲線60aを形成しやすい。このとき補強樹脂60が第2棚面16bの内縁18まで被着接合している場合には、搭載面21aの周縁部62に接合する樹脂の量を大きくすることができ、これにより応力を低減することもできる。さらに周溝17を設けることで、樹脂を保持しやすくなる。本実施形態では周溝17を1本としたが、2重や3重以上に設けてもよい。
次に製造方法につき説明する。
タイヤ空気圧検知装置1Aの組立て方法としては、特に限定されないが以下の2例を挙げることができる。
センサー基板21及び第二基板40に各部品を実装する。その際、センサー基板21の方に導体ピン41を実装する。
一方、補強樹脂60を構成する樹脂を筐体10内に付与する。付与する樹脂量が少ないと、凹曲線60aがセンサー基板21の外縁方向に引いてしまう。また、付与した樹脂が流れてしまい、補強樹脂60を構成する部分の樹脂量が少なくなってしまう場合も同様である。第2棚面16bがある場合は、第2棚面16b上に樹脂を付与する。第2棚面16bがあることで、樹脂が流れ難い。さらに第2棚面16bに周溝17があることと、第2棚面16bから樹脂が流れ難い。
次に、センサー基板21を筐体10内に設置する。この時、搭載面21aに補強樹脂60を構成する樹脂が付着する。第2棚面16bがある場合、第2棚面16b上に十分に保持されている樹脂が搭載面21aに付着し、上述の凹曲線60aが形成される。なお、補強樹脂60の搭載面21aの中央部方向への伸びを大きくするために、樹脂の搭載面21aに対する濡れ性を予め選択しておく。また、センサー基板21を筐体10内に設置した後、他端開口11b側を下にして所定時間保持することも有効である。次の工程前にここで補強樹脂60を構成する樹脂を半硬化又は完全硬化させてもよい。他端開口11b側を下にして所定時間保持した後、そのまま補強樹脂60を構成する樹脂を半硬化又は完全硬化させる方法をとることもできる。
次に、補強樹脂60を構成する樹脂及び封止樹脂30を構成する樹脂を硬化させる。エポキシ樹脂を適用した場合、80℃〜180℃の熱処理を行って硬化させる。
第二基板40を封止樹脂30の上方に配置して、封止樹脂30の表面31から突出している導体ピン41と第二基板40上の電極とを半田付けする。
次に、コイン電池42を挿入し、最後にキャップ44を取り付ける。
第二基板40に樹脂注入用の孔を形成する。センサー基板21及び第二基板40に各部品を実装するとともに、導体ピン41で両基板20,40を接続してモジュール化する。
一方、補強樹脂60を構成する樹脂を筐体10内に付与する。付与する樹脂量が少ないと、凹曲線60aがセンサー基板21の外縁方向に引いてしまう。また、付与した樹脂が流れてしまい、補強樹脂60を構成する部分の樹脂量が少なくなってしまう場合も同様である。第2棚面16bがある場合は、第2棚面16b上に樹脂を付与する。第2棚面16bがあることで、樹脂が流れ難い。さらに第2棚面16bに周溝17があることと、第2棚面16bから樹脂が流れ難い。
次に、両基板20,40のモジュールを筐体10内に設置する。この時、搭載面21aに補強樹脂60を構成する樹脂が付着する。第2棚面16bがある場合、第2棚面16b上に十分に保持されている樹脂が搭載面21aに付着し、上述の凹曲線60aが形成される。なお、補強樹脂60の搭載面21aの中央部方向への伸びを大きくするために、樹脂の搭載面21aに対する濡れ性を予め選択しておく。また、センサー基板21を筐体10内に設置した後、他端開口11b側を下にして所定時間保持することも有効である。次の工程前にここで補強樹脂60を構成する樹脂を半硬化又は完全硬化させてもよい。他端開口11b側を下にして所定時間保持した後、そのまま補強樹脂60を構成する樹脂を半硬化又は完全硬化させる方法をとることもできる。
次に、補強樹脂60を構成する樹脂及び封止樹脂30を構成する樹脂を硬化させる。エポキシ樹脂を適用した場合、80℃〜180℃の熱処理を行って硬化させる。なお、すでに第二基板40が設置されているので、第二基板40の周囲にも樹脂を充填しておき、補強樹脂60及び封止樹脂30と同時に硬化させることもできる。
次に、コイン電池42を挿入し、最後にキャップ44を取り付ける。
上記第1実施形態では、空気を導入する開口11aが小さく、封止樹脂30で封止する開口11bが大きかったが、図13に示すように開口11aと開口11bが同径の筐体10Bを採用することも可能である。
この場合でも、筐体10B内に内向きのフランジ19を設けることで、第2棚面16bを構成することができ、第2棚面16bに周溝17を形成することもできる。
10 筐体
11a 一端開口(空気導入口)
11b 他端開口
12 チャンバー
13 内部空間
13a 内周面
20 圧力センサー
21 センサー基板
30 封止樹脂
60 補強樹脂
Claims (7)
- タイヤ内の流体の導入口とされる一端開口とこれに相対する他端開口とを有した両端開口の筐体と、
前記一端開口に連通して前記筐体内に設けられたチャンバーに配置された圧力センサーと、
前記圧力センサーが搭載された搭載面が前記チャンバーに面し、前記チャンバーと前記他端開口との間に配置されたセンサー基板と、
前記センサー基板と前記他端開口との間の前記筐体の内部空間に配置され、同内部空間を囲む前記筐体の内周面と、前記センサー基板の前記搭載面の反対面とに被着接合した封止樹脂とを備え、
前記封止樹脂により、前記チャンバーの前記他端開口側が封止され、
さらに前記筐体の内面のうちの前記チャンバーの周囲部と、前記搭載面の周縁部とに被着接合した樹脂を備えることを特徴とするタイヤ空気圧検知装置。 - 前記周囲部と前記周縁部とを繋ぐ前記樹脂の前記チャンバーに露出する表面が、前記センサー基板に垂直で前記チャンバーの中心部を通る断面視で凹曲線を描く凹曲面であることを特徴とする請求項1に記載のタイヤ空気圧検知装置。
- 前記凹曲線の少なくとも前記周縁部から辿った一部は、前記センサー基板の外縁方向へ後退するように配置されていることを特徴とする請求項2に記載のタイヤ空気圧検知装置。
- 前記凹曲線は、前記周縁部から前記周囲部まで前記センサー基板の外縁方向へ一様に後退するように配置されていることを特徴とする請求項2に記載のタイヤ空気圧検知装置。
- 前記周囲部には、前記搭載面に対向する棚面が形成されており、
前記樹脂は、前記棚面に被着接合していることを特徴とする請求項1から請求項4のうちいずれか一つに記載のタイヤ空気圧検知装置。 - 前記樹脂は、前記棚面の内縁まで被着接合していることを特徴とする請求項5に記載のタイヤ空気圧検知装置。
- 前記棚面には、周溝が形成されており、
前記樹脂の一部は、前記周溝に充填されていることを特徴とする請求項5又は請求項6に記載のタイヤ空気圧検知装置。
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