JP6903510B2 - タイヤ空気圧検知装置 - Google Patents

Description

本発明は、タイヤ空気圧検知装置に関する。

近年、自動車のタイヤ空気圧をモニタリングするタイヤ空気圧モニタリングシステム（Ｔｉｒｅ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ，略称：ＴＰＭＳ）の普及が進んでいる。
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のハウジングとドーム状のキャップにより構成し、ハウジングの端面とキャップの端面をＯリングを介して接続し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。

米国特許出願公開第２０１６／０２３５２３号明細書

以上のような圧力センサーを配置したチャンバーの封止構造を備えたタイヤ空気圧検知装置において、環境温度の変化による熱応力の負荷により封止部材が劣化して空気漏れが生じるとタイヤ空気圧を精度よく測定できなくなるおそれがあるから、封止性の向上が望まれる。

本発明は以上の従来の課題に鑑みて案出されたものであり、その目的は、タイヤ空気圧検知装置において圧力センサーを配置したチャンバーの封止性を向上することにある。

本発明のタイヤ空気圧検知装置は、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と、
前記他端開口と前記チャンバーとの間に配置され、前記他端開口側の前記筐体の内部空間と前記チャンバーとを仕切るように配置されたセンサー基板と、
前記センサー基板の前記チャンバー側の第１面に搭載された圧力センサーと、
前記センサー基板と前記他端開口との間の前記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、及び前記センサー基板の前記第１面とは反対側の第２面に被着接合した封止樹脂とを備え、
前記他端開口に面する前記封止樹脂の表面の前記内周面に接する周縁部はフィレットを形成しており、
前記封止樹脂が被着接合している前記内周面に、凹部又は／及び凸部が形成されており、前記封止樹脂が前記凹部に入り込んでいる、又は／及び前記凸部が前記封止樹脂に入り込んでおり、前記封止樹脂が前記他端開口側より前記一端開口側の方が幅の大きい部分を有していることを特徴とする。

本発明のタイヤ空気圧検知装置は、好ましくは、前記凹部又は／及び凸部は、前記内周面の周に沿って複数が間隔を隔てて設けられていることを特徴とする。

本発明のタイヤ空気圧検知装置は、好ましくは、前記凹部又は／及び凸部は、前記内周面の周に沿って一周連続して設けられていることを特徴とする。

本発明のタイヤ空気圧検知装置によれば、タイヤ空気圧検知装置において圧力センサーを配置したチャンバーの封止性が向上する。

本発明の一実施形態に係るタイヤ空気圧検知装置を示す縦断面図である。 本発明の他の一実施形態に係るタイヤ空気圧検知装置を示す水平断面図(a)及び縦断面図(b)である。 本発明の他の一実施形態に係るタイヤ空気圧検知装置を示す水平断面図(a)及び縦断面図(b)である。 本発明の他の一実施形態に係るタイヤ空気圧検知装置を示す上面図(a)及び縦断面図(b)である。 本発明の他の一実施形態に係るタイヤ空気圧検知装置を示す上面図(a)及び縦断面図(b)である。 本発明の一実施例に係るタイヤ空気圧検知装置を示す斜視図である。 本発明の一実施例に係るタイヤ空気圧検知装置を示す斜視図であって、中心軸回りに１２０程度切除したものである。 図７の部分拡大図である。 本発明の一実施例に係るタイヤ空気圧検知装置を示す分解斜視図である。 本発明の一実施例に係るタイヤ空気圧検知装置を示す正面図であって、中心軸回りに１２０程度切除したものである。 本発明の一実施例に係るタイヤ空気圧検知装置を示す斜視図であって、中心軸回りに９０程度を切り出した筐体部分を示す図(a)及びその部分拡大図(b)である。 本発明の一実施例に係るタイヤ空気圧検知装置を示す斜視図であって、中心軸回りに９０程度を切り出した筐体部分を示す図(a)及びその部分拡大図(b)である。 各試験モデルにつき熱応力（比）を示したグラフである。 各試験モデルにつき温度サイクル試験結果を示したグラフである。

以下に本発明の一実施形態につき図面を参照して説明する。以下は本発明の一実施形態であって本発明を限定するものではない。

〔封止構造の概要〕
まず、図１から図５を参照してタイヤ空気圧検知装置の封止構造の概要につき説明する。
図１に示すようにタイヤ空気圧検知装置１は、筐体１０と、圧力センサー２０と、封止樹脂３０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。

他端開口１１ｂに面する封止樹脂３０の表面３１は、筐体１０の内周面１３ａに周縁で接する。この表面３１の周縁部はフィレット３１ａを形成している。表面３１のうちフラットに形成された中央面３１ｂは、他端開口１１ｂより内部に落ち込んでおり、中央面３１ｂから周縁に向かって立ち上がる凹曲面がフィレット３１ａである。

圧力センサー２０を搭載したセンサー基板２１は、封止樹脂３０が配置された内部空間１３とチャンバー１２との間に配置される。
センサー基板２１の圧力センサー２０を搭載した面２１ａがチャンバー１２に面し、センサー基板２１の圧力センサー２０を搭載した面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。

筐体の材料として例えばアルミニウム合金が用いられる。筐体１０に用いる材料の熱膨張係数と封止樹脂３０の熱膨張係数の差は小さいほうが好ましい。
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。図１から図５には、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が大きい構造を示した。

封止樹脂３０のフィレット３１ａは、封止樹脂３０の硬化前に形成される。フィレット径（サイズ）を調整するためには以下の方法が簡易的で好ましい。
（１）封止樹脂３０を構成する樹脂を筐体１０の内部空間１３に注入した後に、筐体１０を回転させてその遠心力を利用し筐体１０の内周面１３ａを同樹脂で濡らし、その後同樹脂を硬化させる方法。
（２）封止樹脂３０を構成する樹脂を筐体１０の内部空間１３に注入した後に、筐体１０を傾けて筐体１０の内周面１３ａを同樹脂で濡らし、その後同樹脂を硬化させる方法。
（３）筐体１０内周面１３ａを、樹脂に濡れやすい様に表面処理した後、封止樹脂３０を構成する樹脂を筐体１０の内部空間１３に注入し、同樹脂が内周面１３ａを上るのを待つことで、内周面１３ａを同樹脂で濡らし、その後同樹脂を硬化させる方法。
上記（３）の濡れ性の調整は例えば次のように行うことができる。
すなわち、アルミニウム合金で筐体１０を構成し、表面にアルマイト膜を形成した筐体１０を加熱することによりアルミニウムとアルマイトの熱膨張差を利用してアルマイト膜に無数のクラックを発生させておき、筐体１０に樹脂を注入すると、内周面１３ａのアルマイト膜のクラックに沿って毛細管現象で同樹脂が内周面１３ａに濡れてフィレット径が大きくなる現象を利用することができる。
このような（３）の方法に加えて、上記（２）の傾ける方法を併用することで、さらにフィレット径が大きくなるように調整することができる。

以上の図１に示した構造のタイヤ空気圧検知装置１によれば、ゴム質のパッキン等に比べて耐熱性の高い封止樹脂（エポキシ等）を選択可能であり、封止樹脂３０の厚みも厚くできるので、封止性を向上することができる。
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、凸部の形成）
以上説明したタイヤ空気圧検知装置１に対して、さらに図２から図５に示すように凹部又は凸部が形成されたものを実施することができる。
図２、図４に凹部１４ａ，１４ｂを、図３、図５に凸部１４ｃ，１４ｄを示す。
これらの凹部１４ａ，１４ｂ、凸部１４ｃ，１４ｄは、内周面１３ａに形成される。

図２及び図３に示す構造にあっては、凹部１４ａ又は凸部１４ｃは、内周面１３ａの周に沿って複数が間隔を隔てて設けられている。この間隔は等間隔とすることが好ましい。内周面１３ａにおける封止樹脂３０の接合面積の偏り及び筐体１０内での封止樹脂３０の体積の偏りをなくし、応力集中を緩和できる。

図４及び図５に示す構造にあっては、凹部１４ｂ又は凸部１４ｄは、内周面１３ａの周に沿って一周連続して設けられている。すなわち、凹部１４ｂは周溝となっており、凸部１４ｄは環状の凸条となっている。これによっても、内周面１３ａにおける封止樹脂３０の接合面積の偏り及び筐体１０内での封止樹脂３０の体積の偏りをなくし、応力集中を緩和できる。

以上の凹部１４ａ，１４ｂ、凸部１４ｃ，１４ｄを内周面１３ａに形成することで、封止樹脂３０が凹部１４ａ，１４ｂに入り込む、又は凸部１４ｃ，１４ｄ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１４ｄ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。
以上により、温度サイクル等の環境変化に対し、長期に亘り高い封止性が得られる。

凹部（１４ａ，１４ｂ）、凸部（１４ｃ，１４ｄ）の両方を内周面１３ａに形成してもよい。凹部１４ａと凸部１４ｃを周方向に切り替えて並べてもよいし、軸方向に離して複数列配置してもよい。
一周連続した凹部１４ｂ、凸部１４ｄは、チャンバー１２から開口１１ｂに向かう軸方向に複数配置してもよい。

〔実施例〕
次に、タイヤ空気圧検知装置の実施例とその試験結果につき図６から図１４を参照して説明する。
図６から図１２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であり、その封止構造は上記タイヤ空気圧検知装置１に従う。対応する部分に同じ符号を付す。筐体１０の他端開口１１ｂ側を上として説明する。

タイヤ空気圧検知装置１Ａは、筐体１０、圧力センサー２０、封止樹脂３０、センサー基板２１のほか、以下の構成を備える。
温度センサー２２（図１０）は、圧力センサー２０と同様にセンサー基板２１に実装され、チャンバー１２に配置されている。
第二基板４０（図１０）は、導体ピン４１（図１０）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（図１０）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（図１０）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。

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。
（組立て例１）
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。
次に、センサー基板２１を筐体１０内に設置し、封止樹脂３０を構成する樹脂を筐体１０の内部空間１３に注入する。
次に、注入した樹脂を硬化させる。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。

（組立て例２）
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。
次に、両基板２０，４０のモジュールを筐体１０内に設置し、封止樹脂３０を構成する樹脂を上記樹脂注入用の孔から筐体１０の内部空間１３に注入する。例えば、注入器のニードルを上記樹脂注入用の孔に挿して樹脂を注入する。
次に、注入した樹脂を硬化させる。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、封止樹脂３０と同時に硬化させることができる。
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。

（試験内容）
タイヤ空気圧検知装置１Ａにつき以下の試験を行った。
筐体１０としては、Ａ５０５２にアルマイト膜を形成し、熱処理によりそのアルマイト膜にクラックを走らせる上記（３）の方法を適用するとともに、上記（２）の方法を併用して５種のフィレット径（Ｒ０．５，Ｒ１．０，Ｒ１．５，Ｒ２．０，Ｒ２．５（ｍｍ））の各試験モデルを作製した。
図１１及び図１２に示すように、筐体１０の内周面１３ａには、周溝１４ｂを採用し、これを３本形成した。図１１に示す筐体１０と図１２に示す筐体１０とは各部寸法も共通の同一物である。
図１１に示すように下から２本目の周溝１４ｂまで封止樹脂３０を充填した試験モデル（2nd Notch）と、図１２に示すように下から１本目の周溝１４ｂまで封止樹脂３０を充填した試験モデル（1st Notch）を作製した。したがって、図１１の試験モデル（2nd Notch）より、図１２の試験モデル（1st Notch）の方が、封止樹脂３０の樹脂量が少なく、薄いこととなる。
図１１の試験モデル（2nd Notch）において封止樹脂３０の厚み（中央面３１ｂでの厚み）は統一しており、また、図１２の試験モデル（1st Notch）において封止樹脂３０の厚み（中央面３１ｂでの厚み）は統一した。
封止樹脂３０を１２０℃で硬化した後に、試験モデルを室温に戻し、室温→１２５℃→−４０℃に変化させた際の最大主応力を比較した（図１３）。
図１３に示すように、フィレット無しで封止樹脂３０が満充填の時の応力（計算値）を１００％として比較基準とした。

図１３に示すように、図１１の試験モデル（2nd Notch）と、図１２の試験モデル（1st Notch）のそれぞれで、フィレット径を大きくすると熱応力が低下することが確認できた。
また、同じフィレット径で比較すると、図１１の試験モデル（2nd Notch）よりも図１２の試験モデル（1st Notch）の方が、熱応力が低下することが確認できた。すなわち、樹脂量（厚み）を少なくすると熱応力が低下することが確認できた。しかし、樹脂量（厚み）を少なくするよりも、フィレット径を大きくした方が熱応力は顕著に低下しており、樹脂量（厚み）よりもフィレット径の方が熱応力に影響することがわかった。

また、温度サイクル試験の結果を図１４に示す。
図１４中の左欄の表に示すように樹脂量を３．０，４．０，５．０（ｇ）の３種とし、それぞれでフィレット径（Ｒ）が異なる４種、計１２の試験モデル（Ｎｏ．０１−１２）に対して試験を行った。その他の条件は共通である。
Ｎｏ．０４，１１，１２のモデルは２００サイクルを超えることなく気密不良が発生した。Ｎｏ．０４のモデルでは樹脂量（厚み）が少なく、かつ、フィレット径（Ｒ）が小さいことが原因と考えられる。これに対してＮｏ．１１，１２のモデルのようにフィレット径（Ｒ）が小さいままで樹脂量（厚み）だけ多くしても、温度サイクル耐久性は向上しなかった。図１３の結果から樹脂量（厚み）の増加にも伴い熱応力が増加したことが原因と考えられる。
Ｎｏ．０４のモデルに対し、Ｎｏ．０３，Ｎｏ．０２，Ｎｏ．０１のモデルのように同じ樹脂量（厚み）でもフィレット径（Ｒ）を大きくすることで格段に温度サイクル耐久性が向上することがわかった。したがって、装置の薄型化や使用樹脂量の節約等をも考慮して、樹脂量を少なく、フィレット部を除く全体的な厚みを薄くしつつ、フィレット径を大きくすることで、効率的に高い温度サイクル耐久性が得られる。
さらにはＮｏ．０５，０６のモデルのように樹脂量を増やし、特にＮｏ．０５のモデルのようにフィレット径も大きくすれば、さらに高い温度サイクル耐久性を追求できる。但し、封止樹脂を収めるスペースが大きく必要となることや、より多くの樹脂量を消費することを考慮する。
なお、Ｎｏ．０５，０９のモデルでは、気密不良が発生することなく試験を終えた。
また、気密不良が発生したサンプルの内部を調べた結果、周溝１４ｂに入り込んだ樹脂が亀裂により分断されていたため、周溝１４ｂに封止樹脂３０を入り込ませることにより上述のアンカー効果が奏して気密破壊を抑える効果があることがわかった。

１，１Ａ タイヤ空気圧検知装置
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
１３ 内周面
１４ａ 凹部
１４ｂ 凹部（周溝）
１４ｃ 凸部
１４ｄ 凸部（凸条）
２０ 圧力センサー
２１ センサー基板
３０ 封止樹脂
３１ａ フィレット
３１ｂ 中央面

Claims (3)

1. 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と、
   前記他端開口と前記チャンバーとの間に配置され、前記他端開口側の前記筐体の内部空間と前記チャンバーとを仕切るように配置されたセンサー基板と、
   前記センサー基板の前記チャンバー側の第１面に搭載された圧力センサーと、
   前記センサー基板と前記他端開口との間の前記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、及び前記センサー基板の前記第１面とは反対側の第２面に被着接合した封止樹脂とを備え、
   前記他端開口に面する前記封止樹脂の表面の前記内周面に接する周縁部はフィレットを形成しており、
   前記封止樹脂が被着接合している前記内周面に、凹部又は／及び凸部が形成されており、前記封止樹脂が前記凹部に入り込んでいる、又は／及び前記凸部が前記封止樹脂に入り込んでおり、前記封止樹脂が前記他端開口側より前記一端開口側の方が幅の大きい部分を有していることを特徴とするタイヤ空気圧検知装置。
2. 前記凹部又は／及び凸部は、前記内周面の周に沿って複数が間隔を隔てて設けら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検知装置。
3. 前記凹部又は／及び凸部は、前記内周面の周に沿って一周連続して設けら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検知装置。

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