JP4721225B2 - タイヤ状態監視装置及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、車輪に取り付けられてタイヤ内の気圧を検出するための回路基板を備えたタイヤ状態監視装置及びその製造方法に関する。

従来、この種のタイヤ状態監視装置は、圧力センサを実装した回路基板をケースに収容して備えている（例えば、特許文献１参照）。そして、一般の電気機器と同様に、ガスバリア性（即ち、ガス透過性）、防湿性対策として、回路基板を予めコーティング処理してからケース内にシリコーン樹脂を充填して回路基板を保護していた（例えば、特許文献２参照）。
特開２００５−１１９３７０号公報（段落［００１１］，［００１３］、第２図、第４図） 特開昭６２−６１３９２号公報（特許請求の範囲）

ところが、タイヤ状態監視装置は、タイヤ内で腐食成分（例えば、硫黄成分）を含んだガスを高圧で受けるという特種な環境下で用いられるため、ガスバリア性、防湿性の更なる向上が求められていた。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、従来よりガスバリア性、防湿性が高いタイヤ状態監視装置及びその製造方法の提供を目的とする。

上記目的を達成するためになされた請求項１の発明に係るタイヤ状態監視装置（２０）は、車輪（１１）に取り付けられてタイヤ（１４）内の気圧を検出するための回路基板（２２）を備えたタイヤ状態監視装置（２０）であって、回路基板（２２）をウレタン樹脂で封止したタイヤ状態監視装置（２０）において、ウレタン樹脂は、ポリオレフィンポリオールに由来する構造単位と、ポリイソシアネートに由来する構造単位と、水素添加型ポリ−α−オレフィンとを含み、ポリオレフィンポリオールに由来する構造単位の含有量が、ウレタン樹脂の総量に対して４０〜８０重量％であるところに特徴を有する。

請求項２の発明は、請求項１に記載のタイヤ状態監視装置（２０）において、ウレタン樹脂の引張弾性率は、２５℃で５ＭＰａ以下であるところに特徴を有する。

本発明におけるタイヤ状態監視装置の封止材にはウレタン樹脂が用いられる。前記ウレタン樹脂とは、少なくとも１分子中に２個以上の水酸基を持つ化合物と、少なくとも１分子中に２個以上のイソシアネート基を有する有機化合物を混合することで得られる樹脂である。

前記１分子中に２個又はそれ以上の水酸基を含有する化合物は、耐クラック性の観点からポリオレフィン系のポリオールであって、寿命の観点から水素添加したポリオールが好ましく用いられる。

ポリオレフィンポリオールの含有量は、ウレタン樹脂の総量に対して、４０〜８０ｗｔ％である。なお、２０ｗｔ％以下であると、硬化不良になる傾向になり、９５ｗｔ％以上であっても硬化不良になる傾向になる。

前記１分子中に２個以上のイソシアネート基を有する有機化合物としては、前記水酸基含有化合物の水酸基に対する反応性イソシアネート基を有するものであることが好ましく、例えばトリレンジイソシアネート（ＴＤＩ）、ジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）、カルボジイミド変性ジフェニルメタンジイソシアネート、ポリメチレンポリフェニルイソシアネート、フェニレンジイソシアネート、ナフタリン−１，５−ジイソシアネート、ｏ−トルイジンジイソシアネート、トリフェニルメタントリイソシアネート、トリス（イソシアネートフェニル）チオホスフェート、イソプロピルベンゼン−２，４−ジイソシアネート等の芳香族ポリイソシアネート；キシリレンジイソシアネート（ＸＤＩ）、テトラメチルキシリレンジイソシアネート（ＴＭＸＤＩ）等の脂肪族−芳香族ポリイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、ドデカンジイソシアネート、リジンジイソシアネート、リジンエステルトリイソシアネート、１，６，１１−ウンデカントリイソシアネート、１，８−ジイソシアネート−４−イソシアネートメチルオクタン、１，３，６−ヘキサメチレントリイソシアネート、トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート等の脂肪族ポリイソシアネート；トランスシクロヘキサン−１，４−ジイソシアネート、ビシクロヘプタントリイソシアネート、イソホロンジイソシアネート（ＩＰＤＩ）、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート（水素添加ＭＤＩ）、水素添加トリレンジイソシアネート、水素添加キシリレンジイソシアネート、水素添加テトラメチルキシリレンジイソシアネート等の脂環族ポリイソシアネート；前記ポリイソシアネート化合物の環化三量体（イソシアヌレート変性体）、及びビューレット変性体やエチレングリコール、１，４−ブタンジオール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、トリメチロールプロパン、ポリエーテルポリオール、ポリマーポリオール、ポリテトラメチレンエーテルグリコール、ポリエステルポリオール、アクリルポリオール、ポリアルカジエンポリオール、ポリアルカジエンポリオールの水素化物、部分鹸化エチレン−酢酸ビニル共重合体、ヒマシ油系ポリオール等のポリオール化合物と前記ポリイソシアネート化合物との付加反応物等が用いられる。

また、これらポリイソシアネート化合物は２種以上を混合して用いることもでき、さらにこれらのポリイソシアネート化合物のイソシアネート基をフェノール類，オキシム類，イミド類，メルカプタン類，アルコール類，ε−カプロラクタム，エチレンイミン，α−ピロリドン，マロン酸ジエチル，亜硫酸水素ナトリウム，ホウ酸等のブロック剤でブロックした、いわゆるブロックイソシアネート化合物をも用いることができる。これらイソシアネート化合物の中で、常温で液状のものが、ハンドリング性、混合性において好ましく用いられる。

前記１分子中に２個以上のイソシアネート基を有する有機化合物の含有量は、水酸基を含有する化合物の１当量に対し、０．８〜１．２当量の範囲で好適に用いられる。実質的な含有量はウレタン樹脂の総量に対して、１〜３０ｗｔ％であることが好ましく、２〜２５ｗｔ％であることがより好ましく、３〜１５ｗｔ％であることが特に好ましい。１ｗｔ％以下であると、硬化不良になる傾向になり、３０ｗｔ％以上であっても硬化不良になる傾向にある。

本発明におけるウレタン樹脂は、水酸基を有しない可塑剤を併用することができる。この可塑剤としては、例えば、ジオクチルフタレート、トリフェニルホスフェート、トリクレジルホスフェート、クレジルフェニルホスフェート等のフタル酸エステル、リン酸エステル等の他、ポリ−α−オレフィン等のオレフィン系可とう化材等が挙げられる。これら可塑剤は、水素添加したものが耐候性等の安定性に好ましく、水素添加型ポリ−α−オレフィンが安定性、硬化性、安全性等に特に好ましい。これらの水酸基を有しない可塑剤は、単独で又は２種類以上組み合わせて用いることができる。

前記水酸基を有しない可塑剤の含有量は、ウレタン樹脂の総量に対して、１０〜６０ｗｔ％であることが好ましく、３０〜５０ｗｔ％であることがより好ましい。なお、５ｗｔ％以下であると、引張弾性率が大きくなる傾向になり、８０ｗｔ％以上であるとべたつきが大きくなり、実用上使用し難くなる傾向にある。

また、本発明のウレタン樹脂は、必要に応じて赤リン、ヘキサブロモベンゼン、ジブロモフェニルグリシジルエーテル、ジブロモクレジルグリシジルエーテル、三酸化アンチモン等の難燃剤、ベンガラ、酸化第２鉄、カーボン、チタンホワイト等の着色剤、シリコーン系消泡剤等の各種添加剤を用いることができる。

また、本発明のウレタン樹脂は、必要に応じて無機充填剤を併用することができる。 充填材としては、例えば、溶融シリカ、結晶シリカ、タルク、炭酸カルシウム、各種ガラス類、二酸化珪素（石英、石英ガラス、シリカゲルなど）、アルミナ、各種セラミック類、珪藻土、カオリン、粘土鉱物（モンモリロナイト等）、活性白土、合成ゼオライト、マイカ、フッ化カルシウム、フッ化イッテルビウム、リン酸カルシウム、硫酸バリウム、二酸化ジルコニウム、二酸化チタン等が挙げられる。これらの無機充填剤は、単独で又は２種類以上組み合わせて用いることができる。 無機充填剤の含有量は、ウレタン樹脂１００重量部に対して３００重量部を越えると粘度が高くなり作業性が劣る傾向にある。

また、本発明のウレタン樹脂は、必要に応じてシラン系、アルミ系あるいはチタン系等のカップリング剤を添加することができる。シランカップリング剤としては、例えば、γ−メタクリルオキシプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、イミダゾリンシラン、Ｎ−アミノエチルアミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−フェニル−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−β−（Ｎ−ビニルベンジルアミノエチル）−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン塩酸塩、Ｎ−３−（４−（３−アミノプロポキシ）ブトキシ）プロピル−３−アミノプロピルトリメトキシシラン、トリアジンシラン等のアミノシラン類γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、４−グリシジルブチルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、β−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシラン等のエポキシシラン類、γ−クロロプロピルトリメトキシシラン等のクロルシラン類、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン等のビニルシラン類等が、また、チタネートカップリング剤としては、イソプロピルトリイソステアロイルチタネート、イソプロピルトリス（ジオクチルバイロフォスフエト）チタネート、イソプロピルトリ（Ｎ−アミノエチルアミノエチル）チタネート、イソプロピルトリデシルベンゼンスルホニルチタネート等が挙げられる。また、アルミネートカップリング剤としては、アセトアルコキシアルミニウムジイソプロピレート等が挙げられ、この含有量は、ポリオールおよびポリイソシアネートに対して０．５〜２重量％、好ましくは０．７〜１．０重量％とされる。含有量が０．５重量％未満ではフィラーとウレタン樹脂組成物の界面の濡れ性が劣り、耐湿特性が低下する。また２重量％を超えるとウレタン樹脂組成物中にシランカップリング剤が未反応成分として残存し、硬化し難くなる傾向にある。

本発明におけるウレタン樹脂の２５℃における引張弾性率は、５ＭＰａ以下であるが、０．０１〜５．００ＭＰａであることが好ましく、０．０２〜３．００ＭＰａであることがより好ましく、０．１〜２．０ＭＰａであることが特に好ましい。０．０１ＭＰａ以下であると、基材の保護に対する効果が低くなる傾向にあり、５ＭＰａ以上であると熱衝撃に対し、クラックや基材の損傷等の原因となる傾向にある。

本発明に係るタイヤ状態監視装置（２０）では、回路基板（２２）をウレタン樹脂で封止し、そのウレタン樹脂は、従来、基板保護樹脂として用いられていたシリコーン樹脂に比べて樹脂の網目が細く、硫黄ガス、水分が通り難くなるので従来よりガスバリア性、防湿性が向上する。また、本発明のタイヤ状態監視装置（２０）の製造方法では、ウレタン樹脂で回路基板（２２）を覆う基板保護工程の前にプリベイク工程を行い、回路基板（２２）に含まれている水分を蒸発させるので、ウレタン樹脂に覆われた回路基板（２２）を湿気から確実に保護することができる。また、基板保護工程後に、１００度以上で１時間以上に亘ってタイヤ状態監視装置（２０）を加熱する硬化工程を行うことで、硬化後のウレタン樹脂における内部応力を低減することができる。

以下、本発明の一実施形態を図１〜図３に基づいて説明する。
図２に示すように、タイヤ状態監視装置２０は、ケース２１の内部に回路基板２２とボタン電池（図示せず）とを収容して備えている。ケース２１は、一端面が開放した容器状のケース本体２１Ａと、ケース本体２１Ａの開放口２１Ｃを塞いだ閉塞板２１Ｂとからなる。また、図１に示すようにタイヤ状態監視装置２０は、タイヤバルブ５０と共に車両の４つの車輪１１（図１には、そのうち１つの車輪１１のみが示されている）の各々に取り付けられてタイヤ１４の密閉空間内に配置されている。

ケース２１は、６，６−ナイロンにガラス繊維等の強化材を添付した組成物で構成されている。なお、ケース２１は、６，６−ナイロンに強化材を添付していない組成物で構成してもよいし、ＰＰＳにガラス繊維等の強化材を添付した組成物、或いは、ＰＰＳに強化材を添付していない組成物で構成してもよい。

回路基板２２には、圧力センサ２３及び無線回路２４の他、図示しない温度センサ、加速度センサ及び通信コントローラ等が実装されている。また、圧力センサ２３は、回路基板２２のうちケース本体２１Ａの開放口２１Ｃ側に配置され、圧力センサ２３の感圧面２３Ａは、回路基板２２から離れた側の端部に位置している。

そして、上記した通信コントローラは、車輪１１の回転により加速度センサが遠心力を検出したことを条件に所定のプログラムを実行し、圧力センサ２３及び温度センサにて検出したタイヤ１４内の圧力及び温度を無線回路２４により無線送信する。これに対し、図１に示すように、車両本体１５には、無線回路５６を有する信号処理装置５５が備えられている。そして、この信号処理装置５５の無線回路５６がタイヤ状態監視装置２０が出力した無線信号を受信し、例えば、車内に備えた表示器５７にタイヤの状態（圧力及び温度又は、異常の有り・無し）に関する情報を表示する。

さて、ケース２１の内部には、基板保護樹脂３１が充填されている。この基板保護樹脂３１は、ポリオレフィンをウレタン結合で三次元架橋してなるウレタン樹脂である。そして、基板保護樹脂３１は、溶融状態でケース２１内に充填されて硬化し、圧力センサ２３の感圧面２３Ａを除く回路基板２２全体を覆っている。

本願発明のタイヤ状態監視装置２０の構成は以上である。このタイヤ状態監視装置２０は以下の方法によって製造される。先ず、タイヤ状態監視装置２０は、ケース２１に回路基板２２等を収容し、ケース本体２１Ａから閉塞板２１Ｂを外した状態にしておく。また、タイヤ状態監視装置２０はタイヤバルブ５０に固定しないでおく。そして、複数のタイヤ状態監視装置２０を、例えば、ケース本体２１Ａの開放口２１Ｃを上方に向けた状態にして治具に固定する。

次いで、本発明に係るプリベイク工程を行う。そのために、上記した治具と共に複数のタイヤ状態監視装置２０を加熱部屋に搬入して１２０℃で１時間以上加熱する。

次いで、治具と共にタイヤ状態監視装置２０を加熱部屋から取り出し、本発明に係る基板保護工程を行う。そのためには、各タイヤ状態監視装置２０にプリベイク工程による余熱が残った状態で、その治具と共にタイヤ状態監視装置２０を真空部屋に搬入する。この真空部屋には、例えば、ノズル３０が取り付けられたロボットが備えられている。ノズル３０は、図示しないインジェクターに接続されており、そのインジェクターの内部には、水素添加型イソプレンポリオールと水素添加型ポリ−α−オレフィンとを含有した主材に、硬化材としての液状変性４，４'ジフェニルメタンジイソシアネートを混合してなる溶融状態の基板保護樹脂３１が充填されている。

そして、このロボットがノズル３０を各タイヤ状態監視装置２０の上方に移動して、ノズル３０から溶融状態の基板保護樹脂３１を排出することで、各タイヤ状態監視装置２０のケース２１内に基板保護樹脂３１を充填する。このとき、ロボットの位置制御により、まずは、回路基板２２の側縁部とケース２１の内面との隙間に基板保護樹脂３１を流し込む。次いで、回路基板２２の下方に基板保護樹脂３１が充填されたら、回路基板２２にうち開放口２１Ｃ側の面において、圧力センサ２３を除いた全体を覆うようにノズル３０を操作する。そして、図３に示すように圧力センサ２３の感圧面２３Ａを除く回路基板２２全体が基板保護樹脂３１によって覆われたところで、基板保護工程を終了する。

次いでタイヤ状態監視装置２０を真空部屋から取り出し、再度、加熱部屋に搬入して本発明に係る硬化工程を行う。この硬化工程では、１００度で１時間に亘ってタイヤ状態監視装置２０を加熱する。

次いで、加熱部屋からタイヤ状態監視装置２０を取り出し、自然冷却後、ケース本体２１Ａの開放口２１Ｃに閉塞板２１Ｂを装着し、さらにタイヤ状態監視装置２０のケース２１にタイヤバルブ５０を固定して全行程が終了する。

このようにして製造された本実施形態のタイヤ状態監視装置２０によれば、基板保護工程の前にプリベイク工程にて回路基板２２に含まれている水分を蒸発させているので、基板保護樹脂３１に覆われた回路基板２２を湿気から確実に保護することができる。ただし、回路基板２２の表面に湿気がない場合は、プリベイク工程を省くこともできる。また、ポリオレフィンをウレタン結合で三次元架橋してなるウレタン樹脂を基板保護樹脂３１として用いたので、従来のようにシリコーン樹脂を基板保護樹脂として用いた場合に比べて、以下理由により、ガスバリア性、防湿性が向上する。

即ち、基板保護樹脂３１の主成分であるポリオレフィンは、シリコーン樹脂に比べて鎖長が短く、また、ポリオレフィン鎖同士の間に緩い結合力が相互に作用している。これらにより、ポリオレフィンを主成分とした本実施形態の基板保護樹脂３１（ウレタン樹脂）は、従来の基板保護樹脂としてのシリコーン樹脂に比べて樹脂の網目が細く、硫黄ガス、水分が通り難くなるので従来よりガスバリア性、防湿性が向上する。また、ポリオレフィンは疎水性が高いので、この点においても、防水性は高まる。

また、従来の基板保護樹脂としてのシリコーン樹脂は、オルガノポリシロキシサン（シリコーンオイル）を多官能低分子ポリシロキシサンで三次元架橋してなり、そのシリコーン樹脂における多官能低分子ポリシロキシサンは、構造がガラスに類似していることから、ガラスに対する接着性に優れるが、ガラス以外の部材の接着性が悪い。これに対し、本実施形態の基板保護樹脂３１におけるウレタン結合は極性を有するので、材質を選ばす、良好な接着性が得られる。これにより、基板保護樹脂３１と回路基板２２及びケース２１との剥離が防がれ、この点においても、ガスバリア性、防湿性が向上する。また、本発明によれば、従来のコーティング処理も不要になる。

次に、実施例により本発明をさらに詳述するが、本発明はこれによって制限されるものではない。

実施例１
表１に示す配合組成及び配合量で絶縁処理組成物を調製し、ラボスターラーを用い、Ａ材及びＢ材を１０００ｒｐｍで５分攪拌し、１０Torr５分真空脱泡後、１００℃１時間加熱、２３℃４８時間養生させた硬化物をサンプルとした。その硬化物の特性を下記の方法で測定し、結果を表１に示す。なお、使用した物質は下記のとおりである。

水酸基含有液状ポリイソプレン：エポール（出光石油化学(株)製、商品名）
水素添加型ポリ-α-オレフィン：ＰＡＯ（出光石油化学(株)製、商品名）
液状変性４−４'ジフェニルメタンジイソシアネート：ＬＦ−１２０９（Ｇｕｎｔｓｍａｎ製）
脱水剤：モレキュラシーブ３ＡＢ（ユニオン昭和（株）製）

（１）引張弾性率
ダンベル状３号形を用いＪＩＳ Ｋ６２５１ 加硫ゴムの引張試験方法に準じて引張弾性率を測定した。

（２）ガス透過性（ガスバリア性）
硬化物の厚みを０．３〜０．４ｍｍとし、ＪＩＳ Ｋ７１２６ プラスチックフィルム及びシートの気体透過度試験方法の差圧法に準じ、水素ガスの透過係数を測定した。

（３）透湿性
硬化物の厚みを０．３〜０．４ｍｍとし、ＪＩＳ Ｚ０２０８ 防湿梱包材料の透湿度試験方法にに準じ、水の透湿度を測定した。

（４）ケースとの接着性
６，６−ナイロン製のケースに接着した状態から剥がす際に必要な力を求めた。

本発明の一実施形態に係るタイヤ状態監視装置が取り付けられた車両の概念図 タイヤ状態監視装置の側断面図 基板保護工程のタイヤ状態監視装置の側断面図

符号の説明

１１ 車輪
１４ タイヤ
２０ タイヤ状態監視装置
２１ ケース
２２ 回路基板
２３ 圧力センサ
２４ 無線回路
３１ 基板保護樹脂

Claims (2)

1. 車輪（１１）に取り付けられてタイヤ（１４）内の気圧を検出するための回路基板（２２）を備えたタイヤ状態監視装置（２０）であって、
   前記回路基板（２２）をウレタン樹脂で封止したタイヤ状態監視装置（２０）において、
   前記ウレタン樹脂は、ポリオレフィンポリオールに由来する構造単位と、ポリイソシアネートに由来する構造単位と、水素添加型ポリ−α−オレフィンとを含み、
   前記ポリオレフィンポリオールに由来する構造単位の含有量が、前記ウレタン樹脂の総量に対して４０〜８０重量％であることを特徴とするタイヤ状態監視装置（２０）。
2. 前記ウレタン樹脂の引張弾性率は、２５℃で５ＭＰａ以下であることを特徴とする請求項１に記載のタイヤ状態監視装置（２０）。

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