JP5924223B2 - タイヤ空気圧用圧力センサ - Google Patents

Description

本発明は、タイヤ空気圧の検出に用いられるタイヤ空気圧用圧力センサに関するものである。

従来より、一面にダイヤフラムが形成されたセンサ部に、センサ部の一面に対する法線方向に圧力導入孔が形成された台座が接合されてなる圧力センサが提案されている。このような圧力センサでは、外部から圧力導入孔内に異物が導入されるとこの異物がそのままダイヤフラムに付着してしまい、検出精度が低下するという問題がある。

この問題を解決するため、例えば、特許文献１には、台座に、センサ部と接合される一面側からセンサ部の一面に対する法線方向に延設された第１導入孔と、この第１導入孔と連通され、第１導入孔の延設方向と垂直方向に延設された第２導入孔とが連通されてなる圧力導入孔が形成された圧力センサが提案されている。つまり、台座にＬ字状の圧力導入孔が形成された圧力センサが提案されている。

これによれば、圧力導入孔がＬ字状とされているため、外部から第２導入孔内に異物が導入されたとしても第１導入孔内に異物が導入され難く、異物がダイヤフラムに付着することを抑制できる。

特開平１１−２４８５７８号公報

ところで、車両等に備えられているタイヤの空気圧を検出するタイヤ空気圧用圧力センサは、通常、走行時（タイヤ回転時）に発生する遠心力がセンサ部の一面に対する法線方向に印加されるようにタイヤ内に備えられ、停止時（タイヤ非回転時）に圧力導入孔内に異物が導入されても遠心力によって異物が外部に排出されるようになっている。

しかしながら、上記特許文献１の圧力センサをタイヤ空気圧用圧力センサとして用いた場合、停止時に第２導入孔内に導入された塵等の異物が第１導入孔内に導入されてダイヤフラムに付着することを抑制できるものの、走行時に遠心力が印加される方向と第２導入孔とが垂直となるため、第１導入孔内に存在する異物が第２導入孔を介して外部に排出され難いという問題がある。

例えば、上記特許文献１の圧力センサにおいても湿気が第１導入孔内に侵入することを抑制することは困難であり、第１導入孔内で結露が発生する可能性がある。この場合、第１導入孔内で生成された水滴が第２導入孔を介して外部に排出され難くなり、水滴によって第１導入孔が閉塞されたり、水滴がダイヤフラムに付着したりして検出精度が低下する可能性がある。

本発明は上記点に鑑みて、検出精度が低下することを抑制しつつ、走行時に圧力導入孔内の異物を外部に排出し易いタイヤ空気圧用圧力センサを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、一面（１０ａ）および一面と反対側の他面（１０ｂ）を有し、他面に形成された凹部（１１）により構成されるダイヤフラム（１２）を有するセンサ部（１０）と、他面に接合され、ダイヤフラムに測定媒体を導入する圧力導入孔（３１）が形成された台座（３０）と、を備え、以下の点を特徴としている。

すなわち、台座は、第１の面（３２ａ）および当該第１の面と反対側の第２の面（３２ｂ）を有し、第１の面が他面に接合され、第１の面から第２の面を貫通すると共に凹部と連通する第１導入孔（３４）が形成された第１台座（３２）と、第３の面（３３ａ）および当該第３の面と反対側の第４の面（３３ｂ）を有し、第１台座を挟んでセンサ部と反対側に第３の面が第２の面と対向し、かつ第２の面と平行となる状態で配置され、第３の面から第４の面を貫通すると共に第１導入孔と連通される第２導入孔（３５）が形成された第２台座（３３）と、を有し、第１導入孔は、第１の面側から第２の面側に向かって第１の面の面方向と平行な方向の断面積が次第に小さくなるテーパ形状とされ、第２導入孔は、第３の面側から第４の面側に向かって第３の面の面方向と平行な方向の断面積が次第に小さくなるテーパ形状とされ、第３の面側の開口部を第４の面に投影した領域を投影開口領域（３５ａ）としたとき、第４の面側の開口部と投影開口領域とが重なることなくずれおり、 圧力導入孔は、第１、第２導入孔を含んで構成され、壁面が一面に対して非垂直であることを特徴としている。

これによれば、第１導入孔は、第１の面から第２の面に向かって断面積が小さくなるテーパ形状とされ、第２導入孔は、第３の面から第４の面に向かって断面積が小さくなるテーパ形状とされており、圧力導入孔は、前記第１、第２導入孔を含んで構成されている。このため、圧力導入孔の断面積が一定である場合と比較して、圧力導入孔内に異物が導入することを抑制できる。

また、第２台座は、第３の面が第１台座の第２の面と対向し、かつ第２の面と平行とされ、第２導入孔は、第３の面から第４の面を貫通し、第３の面側の開口部を第４の面に投影した領域を投影開口領域としたとき、第４の面側の開口部と投影開口領域とが重なることなくずれている。そして、圧力導入孔は、壁面がセンサ部の一面に対して非垂直とされている。

このため、第２導入孔に異物が導入されたとしてもこの異物が直接ダイヤフラムに達することを抑制でき、ダイヤフラムに異物が付着することを抑制できる。また、タイヤ内に備えられた際、遠心力の印加される方向と圧力導入孔の壁面とが垂直となる部分がないため、走行時には遠心力によって圧力導入孔内に存在する異物を外部に排出することができる。

つまり、請求項１に記載のタイヤ空気圧用圧力センサによれば、圧力導入孔内に異物が導入されることを抑制しつつ、圧力導入孔内に存在する異物を外部に排出し易くすることができ、検出精度が低下することを抑制できる。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

本発明の第１実施形態におけるタイヤ空気圧用圧力センサの断面構成を示す図である。 第２台座の裏面図である。 本発明の第２実施形態におけるタイヤ空気圧用圧力センサの断面構成を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について図面を参照しつつ説明する。図１に示されるように、タイヤ空気圧用圧力センサは、センサ部１０を備えている。

このセンサ部１０は、一面１０ａおよび他面１０ｂを有するシリコン基板等を用いて構成され、他面１０ｂに凹部１１が形成されることで構成される薄肉のダイヤフラム１２を備えている。そして、ダイヤフラム１２には、圧力によって抵抗値が変化する４個のゲージ抵抗１３（図１中では２つのみ図示）がブリッジ回路を構成するように形成されている。すなわち、本実施形態のセンサ部１０は、ダイヤフラム１２に圧力が印加されるとゲージ抵抗１３の抵抗値が変化してブリッジ回路の電圧が変化し、この電圧の変化に応じてセンサ信号を出力するものである。

また、特に図示していないが、センサ部１０の一面１０ａのうちダイヤフラム１２の外周に位置する部分には、ゲージ抵抗１３と電気的に接続される配線層が形成されており、この配線層を介してゲージ抵抗１３と外部との電気的な接続が図られるようになっている。

そして、センサ部１０の一面１０ａにはキャップ部２０が接合されている。このキャップ部２０は、シリコン基板２１の表面に絶縁膜２２が配置されると共に裏面に絶縁膜２３が配置されて構成され、絶縁膜２２がセンサ部１０の一面１０ａと接合されている。なお、本実施形態では、シリコン基板２１のうち絶縁膜２２が形成される面を表面とし、絶縁膜２３が形成される面を裏面として説明する。

シリコン基板２１の表面には、センサ部１０に形成されたゲージ抵抗１３と対向する位置に窪み部２４が形成されている。この窪み部２４は、キャップ部２０がセンサ部１０に貼り合わされることでキャップ部２０とセンサ部１０との間に基準圧力室２５を構成するものである。なお、本実施形態では、基準圧力室２５は真空圧とされている。

絶縁膜２２は、センサ部１０とシリコン基板２１とを絶縁するためのものでＳｉＯ_２等の絶縁材料で構成されており、シリコン基板２１のうちセンサ部１０と対向する表面全面に形成されている。なお、絶縁膜２２は、窪み部２４の表面にも形成されている。

また、キャップ部２０には、キャップ部２０をセンサ部１０とキャップ部２０との積層方向に貫通する貫通電極部２６が形成されている。

各貫通電極部２６は、シリコン基板２１および絶縁膜２２、２３を貫通し、センサ部１０に形成された配線層を露出させる孔部２６ａと、この孔部２６ａの壁面に形成された絶縁膜２６ｂと、この絶縁膜２６ｂの上に埋め込まれ、一端部が配線層に接続される貫通電極２６ｃと、貫通電極２６ｃの他端部に接続され、絶縁膜２３上に形成された接続部２６ｄとにより構成されている。なお、絶縁膜２６ｂとしては、例えば、ＴＥＯＳ等が用いられ、貫通電極２６ｃおよび接続部２６ｄとしては、例えば、Ａｌ等が用いられる。

また、センサ部１０の他面１０ｂには台座３０が接合されており、この台座３０には測定媒体をダイヤフラム１２に導入するための圧力導入孔３１が形成されている。

具体的には、台座３０は、表面３２ａおよび裏面３２ｂを有するガラス基板等からなる第１台座３２と、表面３３ａおよび裏面３３ｂを有するガラス基板等からなる第２台座３３とが積層されて構成されている。そして、第１台座３２の表面３２ａがセンサ部１０の他面１０ｂと陽極接合され、第２台座３３が第１台座３２を挟んでセンサ部１０と反対側に表面３３ａが第１台座３２の裏面３２ｂと対向し、かつ第１台座３２の裏面３２ｂと平行となる状態で配置されている。つまり、センサ部１０の一面１０ａおよび他面１０ｂ、第１台座３２の表面３２ａおよび裏面３２ｂ、第２台座３３の表面３３ａおよび裏面３３ｂは、互いに平行とされている。

第１台座３２には、表面３２ａから裏面３２ｂを貫通する第１導入孔３４が形成されている。この第１導入孔３４は、表面３２ａと平行な面方向の断面積が表面３２ａ側から裏面３２ｂ側に向かって次第に小さくされている。本実施形態では、第１導入孔３４は、孔径が表面３２ａから裏面３２ｂに向かって次第に小さくなる円錐形状とされている。

また、この第１導入孔３４は、センサ部１０の一面１０ａに対する法線方向において、表面３２ａ側の開口部の中心と、裏面３２ｂ側の開口部の中心とがずれている。つまり、表面３２ａと第１導入孔３４との成す角度をテーパ角とすると、テーパ角が部分毎に異なっている。

第２台座３３には、表面３３ａから裏面３３ｂを貫通する第２導入孔３５が形成されている。この第２導入孔３５は、一面１０ａと平行な面方向の断面積が表面３３ａ側から裏面３３ｂ側に向かって次第に小さくされている。

本実施形態では、第２導入孔３５は、孔径が表面３３ａから裏面３３ｂに向かって次第に小さくなる円錐形状とされている。また、第２導入孔３５のうち表面３３ａ側の開口部は、第１導入孔３４のうち裏面３２ｂ側の開口部の孔径と等しくされている。

そして、この第２導入孔３５は、図２に示されるように、表面３３ａ側の開口部を裏面３３ｂに投影した領域を投影開口領域３５ａとしたとき、裏面３３ｂ側の開口部と投影開口領域３５ａとが重なることなくずれている。

上記のように台座３０が構成されており、圧力導入孔３１は第１、第２導入孔３４、３５を含んで構成されている。そして、圧力導入孔３１を構成する壁面と、センサ部１０の一面１０ａとは非垂直とされている。

なお、本実施形態では、第１台座３２の表面３２ａが本発明の第１の面に相当し、第１台座３２の裏面３２ｂが本発明の第２の面に相当している。また、第２台座３３の表面３３ａが本発明の第３の面に相当し、第２台座３３の裏面３３ｂが本発明の第４の面に相当している。

第１台座３２と第２台座３３との間には、基板４０が配置されている。この基板４０は、ＣｕやＦｅ等の板材をエッチングやプレス加工等によって形成されるアイランドや接続リード等を有するリードフレームのアイランドにて構成されるものであり、矩形板状とされている。そして、基板４０には、第１導入孔３４と第２導入孔３５とを連通させる連通孔４１が形成されている。この連通孔４１は、第１導入孔３４の裏面３２ｂ側の開口部（第２導入孔３５の表面３３ａ側の開口部）と同じ孔径とされている。

基板４０の外側には、リードフレームの接続リードにて構成される接続端子５０が配置されている。そして、この接続端子５０は、キャップ部２０に形成された貫通電極部２６（接続部２６ｄ）と図示しないワイヤを介して電気的に接続されている。

また、センサ部１０、キャップ部２０、台座３０、基板４０、接続端子５０のインナーリード部は、接続端子５０のアウターリード部が露出するように、モールド樹脂６０によって覆われている。このモールド樹脂６０には、第２導入孔３５と外部とを連通させる接続孔６１が形成されており、接続孔６１および圧力導入孔３１を介してダイヤフラム１２に測定媒体が導入されるようになっている。

以上が本実施形態におけるタイヤ空気圧用圧力センサの構成である。このようなタイヤ空気圧用圧力センサは、走行時（タイヤ回転時）において、センサ部１０の一面１０ａに対する法線方向（図１中紙面上下方向）に遠心力が印加されるようにタイヤ内に備えられる。

そして、圧力導入孔３１を介して圧力（タイヤ空気圧）がダイヤフラム１２に印加されると、印加された圧力と基準圧力室２５の圧力との差に応じてダイヤフラム１２が歪み、ダイヤフラム１２に発生する応力によってゲージ抵抗１３の抵抗値が変化する。このため、ブリッジ回路の電圧が変化し、この電圧の変化に応じたセンサ信号が接続端子５０を介して外部回路に出力されることでタイヤ内の圧力が検出される。

以上説明したように、本実施形態のタイヤ空気圧用圧力センサでは、第１、第２導入孔３４、３５は、表面３２ａ、３３ａから裏面３２ｂ、３３ｂに向かって断面積が小さくなるテーパ形状とされている。このため、圧力導入孔３１の断面積が一定である場合と比較して、圧力導入孔３１内に異物が導入することを抑制できる。

また、第２台座３３は、表面３３ａが第１台座３２の裏面３２ｂと対向し、かつこの裏面３２ｂと平行とされ、第２導入孔３５は、表面３３ａから裏面３３ｂを貫通し、裏面３３ｂ側の開口部と投影開口領域３５ａとが重なることなくずれている。そして、圧力導入孔３１は、壁面がセンサ部１０の一面１０ａに対して非垂直とされている。

このため、停止時に第２導入孔３５に異物が導入されたとしてもこの異物が直接ダイヤフラム１２に達することを抑制でき、ダイヤフラム１２に異物が付着することを抑制できる。また、タイヤ内に備えられた際、遠心力の印加される方向と圧力導入孔３１の壁面とが垂直となる部分がないため、走行時には遠心力によって圧力導入孔３１内に存在する異物を外部に排出することができる。例えば、圧力導入孔３１内で水滴が生成されたとしても、この水滴を外部に排出することができる。

つまり、本実施形態のタイヤ空気圧用圧力センサによれば、圧力導入孔３１内に異物が導入されることを抑制しつつ、圧力導入孔３１内に存在する異物を外部に排出し易くすることができるため、検出出精度が低下することを抑制できる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して第２導入孔３５の孔径を変更したものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。

図３に示されるように、本実施形態では、第２導入孔３５は、表面３３ａ側の開口部の孔径が第１導入孔３４における裏面３２ｂ側の開口部の孔径より大きくされている。また、基板４０の連通孔４１は、第２導入孔３５の表面３３ａ側の開口部の孔径と等しくされている。このため、第２導入孔３５と第１導入孔３４との間には、裏面３２ｂによる段差が設けられた構成となる。

これによれば、第２導入孔３５内に導入された異物が段差によって第１導入孔３４内に導入され難くなるため、さらにダイヤフラム１２に異物が付着することを抑制できる。

なお、ここでは、基板４０の連通孔４１が第２導入孔３５の表面３３ａ側の開口部の孔径と等しくされているものを説明したが、基板４０の連通孔４１は第１導入孔３４の裏面３２ｂ側の開口部の孔径と等しくされていてもよい。この場合、第２導入孔３５と第１導入孔３４との間には、基板４０によって段差が構成されるため、上記効果を得ることができる。

（他の実施形態）
上記第各施形態では、第１、第２導入孔３４、３５が円錐形状であるものを説明したが、第１、第２導入孔３４、３５は角錐形状であるものでもよい。

また、上記各実施気形態では、第１台座３２と第２台座３３との間に基板４０が備えられている例について説明したが、この基板４０は第２台座３３の裏面３３ｂに備えられていてもよい。しかしながら、このような構成とすると、基板４０および接続端子５０は、リードフレームにて構成されており、基板４０とほぼ同一平面に接続端子５０が配置されるため、貫通電極部２６（接続部２６ｄ）と接続端子５０とを繋ぐワイヤの落差が大きくなる。このため、好ましくは上記各実施形態のように、基板４０を第１台座３２と第２台座３３との間に配置するのがよい。

１０ センサ部
１１ 凹部
１２ ダイヤフラム
３０ 台座
３１ 圧力導入孔
３２ 第１台座
３２ａ 表面（第１の面）
３２ｂ 裏面（第２の面）
３３ 第２台座
３３ａ 表面（第３の面）
３３ｂ 裏面（第４の面）
３４ 第１導入孔
３５ 第２導入孔

Claims (4)

1. 一面（１０ａ）および前記一面と反対側の他面（１０ｂ）を有し、前記他面に形成された凹部（１１）により構成されるダイヤフラム（１２）を有するセンサ部（１０）と、
   前記他面に接合され、前記ダイヤフラムに測定媒体を導入する圧力導入孔（３１）が形成された台座（３０）と、を備え、
   前記台座は、第１の面（３２ａ）および当該第１の面と反対側の第２の面（３２ｂ）を有し、前記第１の面が前記他面に接合され、前記第１の面から前記第２の面を貫通すると共に前記凹部と連通する第１導入孔（３４）が形成された第１台座（３２）と、第３の面（３３ａ）および当該第３の面と反対側の第４の面（３３ｂ）を有し、前記第１台座を挟んで前記センサ部と反対側に前記第３の面が前記第２の面と対向し、かつ前記第２の面と平行となる状態で配置され、前記第３の面から前記第４の面を貫通すると共に前記第１導入孔と連通される第２導入孔（３５）が形成された第２台座（３３）と、を有し、
   前記第１導入孔は、前記第１の面側から前記第２の面側に向かって前記第１の面の面方向と平行な方向の断面積が次第に小さくなるテーパ形状とされ、
   前記第２導入孔は、前記第３の面側から前記第４の面側に向かって前記第３の面の面方向と平行な方向の断面積が次第に小さくなるテーパ形状とされ、前記第３の面側の開口部を前記第４の面に投影した領域を投影開口領域（３５ａ）としたとき、前記第４の面側の開口部と前記投影開口領域とが重なることなくずれており、
   前記圧力導入孔は、前記第１、第２導入孔を含んで構成され、壁面が前記一面に対して非垂直であることを特徴とするタイヤ空気圧用圧力センサ。
2. 前記第２導入孔における第３の面側の開口部の前記断面積が、前記第１導入孔における前記第２の面側の前記断面積より大きくされていることを特徴とする請求項１に記載のタイヤ空気圧用圧力センサ。
3. 前記センサ部の一面と接合され、前記センサ部との間に基準圧力室（２５）を構成するキャップ部（２０）と、
   前記第１台座と前記第２台座との間に配置され、前記第１導入孔と前記第２導入孔とを連通させる連通孔（４１）が形成された基板（４０）と、
   前記基板の外側に配置され、前記センサ部と電気的に接続される接続リード（５０）と、
   前記接続リードのうちアウターリード部が露出する状態で、前記センサ部、前記キャップ部、および前記台座を覆い、前記圧力導入孔と外部とを連通させる接続孔（６１）が形成されたモールド樹脂（６０）と、を備えていることを特徴とする請求項１または２に記載のタイヤ空気圧用圧力センサ。
4. 前記第１台座は、ガラス基板で構成され、前記他面と接合されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載のタイヤ空気圧用圧力センサ。

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