JP2005172818A - タイヤセンサー及び組み立て方法 - Google Patents

Abstract

【課題】製造組立が容易で測定誤差のない静電容量型応力センサを提供する。
【解決手段】応力センサーは、２つのコンデンサープレートの間に配置されているコネクタブロックによって、間隔を空けている２つのコンデンサープレートを備える。スペーサー部材を介在させて、両コンデンサープレートの周辺部分の間に小さな空隙が維持される。突き出しているロッドの末端部分は、熱によってコンデンサープレートの外側表面上に変形させ、両コンデンサープレートを固定された相互関係に保持する。ロッドの末端部分は、センサーがゴム化合物内に加硫されるときの、コンデンサープレートの間の水平方向又は垂直方向の滑りを防ぐ働きもする。ゴム化合物内に埋め込まれると、コンデンサープレートの間隙は、ゴム化合物内の応力に比例して装置の静電容量が変化するので、該静電容量値を検出して、ゴム化合物内で測定された応力を確認する。
【選択図】図１

Description

本発明は、概括的には、ゴム化合物内の応力を測定するための応力センサーに、より厳密には、タイヤゴム化合物内に存在する応力を測定するための応力センサー及び組み立て方法に関する。

材料内の応力を測定するためのコンデンサーセンサーは、広く良く知られている。そのようなセンサーは、通常は真鍮のような適した材料で形成された金属プレートを備えている。金属プレートは、空隙分だけ間隔を空けて配置されており、所定の配置関係に保持されている。金属プレートは、材料内の応力に応えて曲がり、それに従って両プレート間の空隙が変わる。空隙が変化すると、コンデンサープレートの間の静電容量も変化する。信号が遠隔ソースから装置に送られ、遠隔のアンテナ及び読み取り器によって金属シート間の静電容量が検出され、材料内の応力のレベルが測定される。

そのようなコンデンサーセンサーは、良好に作動し、業界に広く受け入れられてはいるが、製造及び使用において幾つかの欠点が残っている。既存のコンデンサー応力センサーは、製造及び組み立てが比較的複雑なので、末端ユーザーにとっては最適コストを上回ることとなる。更に、既存のセンサーは、整列不良に陥り、そのため測定が不正確になり易い。更に、既存のセンサーは、タイヤのようなゴム化合物に加硫されると、コンデンサープレート間の水平方向及び垂直方向の滑りの影響を受け易い。そのような滑りは、センサーの構成をゆがめ、センサーを、材料内の最適な、意図した位置から移動させ、測定誤差を生じる可能性がある。

本発明の或る態様によれば、タイヤ化合物のような材料内の応力を測定するためのセンサーは、可変寸法の空隙分だけ間隔を空けて配置されている第１及び第２コンデンサープレートを含むように組み立てられている。ナイロンのような熱可塑性材料で単一体に形成されているコネクタブロックが、両コンデンサープレートの間に配置され、両コンデンサープレートを所定の相互位置関係に一体的に保持する。コネクタブロックは、互いに反対側のコネクタブロック側面から突き出し、各コンデンサープレート内へと伸張して各コンデンサープレートの周辺部分をコネクタブロックに取り付ける複数のロッド部材を含んでいる。コンデンサープレートの周辺部分には、アッセンブリをコネクタブロックに収容できるよう段差を設けてもよい。

本発明の他の態様によれば、スペーサー部材が、両コンデンサープレートの間に配置されており、スペーサー部材は、空隙の周辺部分に沿って、コンデンサープレートの各内向きの面に対面して保持される互いに反対側のスペーサー部材の側面を有しており、それによって、空隙は、周辺部分に沿ってスペーサー部材の厚さに較正される。スペーサー部材は、厳格な厚さ許容範囲を維持してコンデンサープレート間の空隙間隔を所望の精度に制御できるようにするため、ＭＹＬＡＲのようなプラスチック樹脂で形成してもよい。ＭＹＬＡＲは、デュポン社の商標である。

本発明の更に別の態様によれば、コネクタブロックのロッド部材は、コンデンサープレートを通って外側プレート側面まで軸方向に伸張するよう形成されており、コンデンサープレート外側側面に沿ってコンデンサープレート上に或る角度で形成されている末端ロッド部分を含んでいる。従って、ロッドの両末端は、センサーアッセンブリを一体に保持するように作用し、更に、センサーが加硫されてゴム化合物になる際の、水平方向又は垂直方向の滑りによるセンサーの整列整不良に抵抗するように作用する。

本発明の更に別の態様は、センサーを組み立てる方法であり、本方法は、各コンデンサープレートの周辺部分を貫通する複数の貫通穴を形成する段階と、コンデンサープレートの間に、互いに反対側のコネクタブロック側面から突き出している複数のロッド部材を含むコネクタブロックを配置する段階と、ロッド部材を、コンデンサープレート内の各貫通穴を通して伸張させ、各コンデンサープレートの周辺部分をコネクタブロックに取り付ける段階と、各コンデンサープレートの外側側面上にロッド部材の末端ロッド部分を形成する段階と、から構成される。本方法は、更に、熱変形可能なプラスチック材料のコネクタブロックを形成する段階と、コネクタロッド部材の末端部分を、各コンデンサープレートの外側側面を越えて或る距離だけ伸張させる段階と、コネクタロッド部材の末端部分に熱を加えながら末端部分を各コンデンサープレートの外側上に変形させる段階と、を含んでいる。

以下、本発明を、例を挙げ添付図面を参照しながら説明する。
先ず図１−３に示すように、主題のセンサー１０は、一般的にコンデンサーセンサーと呼ばれる汎用型のセンサーである。このようなセンサーは、無数の用途に用いられている。例えば、このセンサーは、材料内に埋め込んで、材料内に作用する応力を観察するのに用いることができる。このようなセンサーが特に効用を発揮する用途は、タイヤのゴム化合物内の応力の測定である。１つ又は複数のセンサーを、加硫前に、タイヤのゴム化合物内に組み込む。センサーは、タイヤを観察し、製造及び使用の間のタイヤの応力プロフィールを分析するのに用いられるデータを提供する。

加硫処理はタイヤ内のセンサーに応力を付与するので、その様な使われ方をするセンサーは、加硫処理の間に水平方向又は垂直方向の滑りを経験することが知られている。その様な結果は望ましくなく、センサー故障やセンサー読み取りに欠陥を生じることもある。

図１−３に示すように、センサー１０は、第１及び第２のコンデンサープレート１２、１４を備えており、概ね両者の間にコネクタブロック１６が配置されている。プレート１２、１４は金属組成物であり、様々な既知の金属又は真鍮のような金属合金で作ることができる。銅又は真鍮の表面を有する金属線（図示せず）が、従来の方法でプレート１２、１４にはんだ付けされている。プレート１２、１４は、好適な円形で示しているが、所望であれば、他の形状及び構成を採用することもできる。

コネクタブロック１６は、ナイロンのような電気絶縁材料の単一体として形成されるのが望ましい。ブロック１６は、射出成形のような従来型の工程で効率的に作ることができる。好適な形態では、ブロック１６は円形であり、プレート１２、１４の形状と相補的な全体的外側形状寸法を有している。しかしながら、所望であれば、円形以外の形状を採用することもできる。

更に、アッセンブリ１０に組み込むために、スペーサーリング１８が備えられている。スペーサーリング１８は、射出成形又は所望のゲージを有するフィルムから切り出すような、従来型の手段によって、プラスチックの様な何らかの適切な材料で形成されている。リング１８に適した１つの好適な材料は、ＭＹＬＡＲである。図示のように、各プレート１２、１４は、同様の構成であり、平坦な外側に面する表面２０と、全体を２２で示す周縁部分を有している。周辺プレート部分２２は、段差２８で高くなっている中央表面２６まで内向きに伸張する内側に面する周辺表面２４を含んでいる。複数の貫通穴３０が、周辺プレート部分２２周りに配置され、望ましくは等間隔に配置されている。貫通穴の数と位置は、必要であれば、図示のものと異なっていてもよい。

引き続き図１−３に示すが、先に述べたように、コネクタブロック１６は、ナイロンのような熱可塑性プラスチック材料で形成されている一体成形のリング形状体３２を備えているのが望ましい。リング形状体３２は、互いに反対側に面している側面３４、３６を含んでおり、プレート１２、１４と概ね同じ曲率半径を有する寸法となっている。中央の穴３８は、リング形状体３２内に位置しており、複数のコネクタロッド部材４０が、側面３４、３６から、プレート１２、１４を貫通する孔３０の間隔と相補的な間隔で伸張している。ロッド部材４０は、細長く、真っ直ぐで長手方向軸に関して対称であるのが望ましい。遠隔末端部分４２は、各ロッド部材４０と一体である。

スペーサーリング１８は、プラスチック樹脂のような何らかの適切な材料で構成された望ましくは単一体のスペーサー本体４４を含んでいる。ＭＹＬＡＲは、受け入れることのできる材料の１つである。リング１８は、コネクタブロック１６及びプレート１２、１４の曲率半径よりも小さい曲率半径を有している。しかし好適であれば、ブロック１６、１８及びプレート１２、１４の円形構成は、本発明から逸脱することなく変更することもできる。スペーサー本体４４は、各プレートの段差２８に隣接する各プレートの高くなった中央表面２６にぴったりと乗り、それをきっちりと取り巻くように作られている。

主題のセンサー１０の組み立ては、以下のように行われる。個々の構成要素１２、１４、１６、１８は、上に述べたように製作される。コネクタブロック１６は、コンデンサープレート１２、１４の間に配置される。コネクタロッド部材４０にプレート１２、１４の貫通孔３０を滑り抜けさせると、２つの真鍮シート即ちプレート１２、１４は、コネクタブロック１６の互いに反対側の側面３４、３６に取り付けられる。貫通孔３０は、ロッド部材４０がガタの無い状態で貫通するような寸法に作られ、配置されている。プレート１２、１４が、コネクタブロック１６に向けて装着される際に、スペーサーリング１８は、プレートの高くなった中央表面２６の間に挟まれ、プレート表面２６の外周を一周する。

図３の断面図から分かるように、コンデンサープレート１２、１４の段差付の内側形状は、コネクタブロック１６の外側の形状及び寸法と相補的になっており、プレートを、最終的にコネクタブロック１６に当接させると、空隙４８が、プレート１２、１４のプレート中央表面の間に画定されるようになっている。真鍮のプレート１２、１４は、断面が２段の階段状になっていて、互いにコネクタブロック１６に押し付けると、空隙４８が生じるように設計されている。空隙４８は、断面がほぼ長方形であり、コネクタブロック１６の中央開口部３８に亘って伸張している。構成要素１２、１４及び１６を、厳密な許容誤差で製造すれば、確実に空隙４８を所望の幅に画定することができる。プレート１２、１４の間の名目基準静電容量は、このようにして確立される。

小さな空隙４８は、１−５０マイクロメーターの範囲内であるのが望ましく、スペーサーリング１８を入れることによっても制御することができる。スペーサーリング１８の存在は、空隙４８の制御には必ずしも必要ではないが、空隙の幅を更に良く制御することができるようになる。スペーサーリングは、ＭＹＬＡＲのような硬いプラスチックで形成するのが望ましく、射出成形、ブロー成形フィルム又はカレンダ加工フィルムのような従来型の成形技術によって厳密な寸法許容誤差で形成することができる。空隙４８の周辺部周りに、リング１８を、プレート１２、１４の表面に当接させて配置すると、空隙４８の周辺部分は、確実に、スペーサーリング１８の厚さに較正される。

図４は、部分的に組み立てられた状態のセンサーを示しており、プレート１２、１４がコネクタブロック１６の互いに反対側に配置されており、ロッド部材４０が、プレート１２、１４を貫通して伸張している。その後、加熱ダイ（図示せず）を利用してロッド４０の末端部分４２を溶融し、各プレートの上部表面２０に沿って実質的に直角に伸ばす。ロッド部分４２の変形角度は、９０度であるのが望ましいが、必要であれば変えることもできる。一旦冷却すると、ロッド４０の変形部分４２は、真鍮プレート１２、１４をコネクタブロック１６に対して意図する相互位置に固定し、固定しなければ起こるかもしれないコネクタブロックに対する水平方向又は垂直方向の滑りを回避する。その後センサーがタイヤのゴム化合物に加硫される場合は、滑りを回避することは特に重要である。

図５に示している完成したセンサーアッセンブリの１つ又はそれ以上が、材料内に組み込まれ、材料内の応力をモニターする。プレート１２、１４の組成は、プレートの外側表面２０に金属線（図示せず）をはんだ付け又は他の既知の技法で取り付けることができるように選択される。この様にして、装置１０を、従来の形態の別の機械装置又は電子回路（図示せず）に接続することができる。替わりに、センサーのプレート１２、１４内に信号を誘起してもよい。装置内の静電容量の変化に起因する誘起された信号に対する変化を拾うために、アンテナ（図示せず）を配置してもよい。

空隙４８は、ゴム化合物内に位置しているので、プレート１２、１４が応力の影響を受けて内向きに撓むと、厚さが変化する。従って、装置１０の静電容量は、加えられる応力に比例して変化する。静電容量の変化は、装置１０に接続されている関係回路でモニターされ、材料内の応力レベルが、静電容量レベルの変化から推断される。

以上から、本発明は、容易且つ経済的に製作し、組み立て、配備できるという応力センサーに対する産業界の要求を満たしていることが理解頂けるであろう。本センサー１０は、好適な実施形態で示している円形を含む様々な形状で作ることができる。ロッド４０を変形させるのは、センサー構成要素を、一体に組み付け、垂直及び水平方向の滑りに抗して好適な相互配置に維持する経済的な手段である。コネクタブロック１６の構築に熱変形可能な材料を使用すると、ロッド部分４２を容易に曲げることができるようになる。

ここに提供した発明の説明に照らせば、本発明から様々な派生を生むことができる。本発明を説明するために、具体的な代表的実施形態及び細部を示してきたが、当業者には理解頂けるように、本発明の範囲から逸脱することなく、様々な変更と修正を加えることができる。従って、説明した具体的な実施形態には変更を加えることができ、それらは特許請求の範囲に定義する本発明の意図する範囲内にあるものと理解頂きたい。

本センサーの分解斜視図である。 本センサーの上面図である。 図２の２−２線に沿う横断面図である。 ロッド部材の両端部を下向きに変形させる段階の前の、部分的に組み立てられたセンサーの上部斜視図である。 組み立てられて完成したセンサーの上部斜視図である。

符号の説明

１０ センサー
１２、１４ コンデンサープレート
１６ コネクタブロック
１８ スペーサー部材
２２ コンデンサープレートの周辺部分
２６ プレート表面
４０ ロッド部材
４８ 空隙

Claims (3)

1. 可変寸法の空隙分だけ間隔を空けて配置されている第１及び第２のコンデンサープレートを備えている型式の、材料内の応力を検出するためのセンサーにおいて、
   コネクタブロックが前記両コンデンサープレートの間に配置され、前記コンデンサープレートを所定の相互位置関係に一体的に保持しており、前記コネクタブロックは、互いに反対側のコネクタブロック側面から突き出し、各コンデンサープレート内へと伸張して各コンデンサープレートの周辺部分を前記コネクタブロックに取り付ける複数のロッド部材を含んでいるという改良点を特徴とするセンサー。
2. スペーサー部材が前記両コンデンサープレートの間に配置されており、前記スペーサー部材は、前記空隙の周辺部分に沿って、前記両コンデンサープレートの各内向きの面に対面して保持される互いに反対側のスペーサー部材の側面を有しており、それによって、前記空隙は、前記周辺部分に沿って前記スペーサー部材の厚さに較正されることを特徴とする、請求項１に記載のセンサー。
3. 前記コネクタブロックのロッド部材は、前記コンデンサープレートを通って外側プレート側面まで軸方向に伸張しており、前記コンデンサープレートの外側側面に沿って前記コンデンサープレート上に或る角度で形成されている末端ロッド部分を含んでいることを特徴とする、請求項１に記載のセンサー。

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