JP2008026268A - ケーブルホルダ付き変換器およびその製造方法。 - Google Patents
ケーブルホルダ付き変換器およびその製造方法。 Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】 荷重変換器20の本体側壁に中空パイプ状のケーブルホルダ27を同一材料で一体に成形する。
このケーブルホルダ27の内部には、シリコンチューブ29が嵌合してなるケーブル28が挿入され、ケーブル28の心線28aがケーブル端子30に接続されている。ケーブル端子30と配線基板25の間は、別途のケーブルで接続されている。配線基板25とひずみゲージ24との間は、細いゲージリード26で接続されている。ケーブルホルダ付き荷重変換器20は、上記の配線処理が施こされた後、下端開口端に底蓋31を当接し、その周縁部をレーザ溶接し、密封する。これにより、内部空間34は、確実に外部と遮断される。
【選択図】 図1
Description
このような変換器を用いて物理量の測定を行う場合、一般に計測部や記録部等は測定対象部位より離間させて設置することが可能であり、従って測定対象部位における温度、湿度、振動等の環境条件の影響を受けないようにすることができるが、検出部は測定対象から上記環境条件の影響を直接受けるものであるため、防水性、耐衝撃性等を充分に考慮して構成することが要求される。従来の変換器の検出部は、測定対象の物理量を電気量に変換する検出素子をケーシング部材で覆い、その検出素子に接続されたケーブルをケーブル引出口から導出するように構成されているため特にケーブル引出口、すなわちケーブル接続部において検出部内部と外部との間の空気の流通が行われ、検出素子の性能を劣化させたり、また該ケーブルの断線を生じたりする難点があった。
図6における荷重変換器は、上面側に半球状の荷重導入部1が形成され、この荷重導入部1から一定距離だけ離れて剛性大なる円筒状の荷重支持部2が形成され、上記荷重導入部1と荷重支持部2との間に薄肉円環状の起歪部3が形成されている。
起歪部3の内面側には、ひずみゲージ4が接着されている。ひずみゲージ4の各ゲージタブ(図示せず)と配線基板5との間は、細径のゲージリード6によって電気的に接続されている。荷重支持部2の側壁には、大径と小径の開口2aと、これに連通する雌ねじ穴2bが穿設されている。この大径の開口2aには、最奥部から順に、ワッシャ7、ガスケット8、ワッシャ9を挿入し、さらに荷重支持部2に形成された雌ねじ穴2bに締付けグランド10の雄ねじ部10aを螺合させた上で、締付けグランド10を、一定量締付けることによって、ワッシャ7と9との間に挟まれたガスケット8が圧縮されて、ケーブル11の外皮外周を圧接し、荷重支持部2の大径の開口2aの内周面とケーブル11の外皮との間を水密的に封止するように構成されている。
このようにして、組立てられた荷重支持部2の底部開口部は、底板12によって閉塞され、底板12の外周部は、レーザ溶接によって荷重支持部2の開口縁と気密に封止される。尚、このような構成よりなる変換器は、特許文献1(実公平4−50488号公報)の第2図にも開示されている。
このように構成されたケーブル引出口の構造は、締付けグランド10の締付けによりガスケット8を変形させる方式であるため、部品点数が多いためコストダウンを実現する支障となっており、特に、小型化が困難である、という大きな問題を抱えている。
一方、上記特許文献1の第5図には、パイプ15が、ケーブルホルダの一端から挿通された上、その嵌入部近傍が溶接により封止されてケーブルホルダとパイプとの間のシーリングがなされている。
しかしながら、変換器にパイプを溶接、ロー付けなどの手段により接続すると、変換器に変形を与えたり、ひずみゲージに損傷を与える虞れがあり、特に、このような方式は、小型化を阻む要因となっている。
荷重、圧力、加速度変位、トルク、温度、その他の物理量を検出部で電気量としての電気信号に変換し、その電気信号を変換器の内部からケーブルを介して外部に導出する変換器において、前記変換器または該変換器を囲繞するケースの本体の外壁部に前記ケーブルを挿通するためのパイプ状のケーブルホルダを同一材料で金属粉末射出成形法によって一体に成形してなることを特徴としている。
請求項2に記載した発明は、前記ケーブルホルダが、内径が基部側において細径とされ、先端側において大径とされ、前記基部側近傍において前記細径とされた部分と大径とされた部分がテーパーで連接されてなることを特徴としている。
請求項3に記載した発明は、
前記ケーブルホルダには、その内径より僅かに細いケーブルが挿入され、前記ケーブルの複数の心線が、変換器内に固定された配線基板に接続され、前記配線基板とひずみゲージとは、ゲージリードを介して接続されていることを特徴としている。
前記ケーブルホルダから挿入された前記ケーブルの心線が、前記ケーブルホルダの基端内部に配置されたケーブル端子と別のケーブルを介して配線基板に接続されていることを特徴としている。
請求項5に記載した発明は、
前記ケーブルが前記ケーブルホルダに挿入され且つ前記配線基板に前記心線が接続された状態で、前記ケーブルホルダの外周を加締めることにより、前記ケーブルの外周面と前記ケーブルホルダの内周との間を水密状に閉塞すると共に、前記変換器の内部および前記ケーブルホルダの基端内部にモールド剤を充填することにより、前記ケーブルの心線と前記変換器の内部との間を水密状に遮断することを特徴としている。
請求項6に記載した発明は、
前記変換器の本体が、底部側が開口された略円筒形を呈し、ケーブルホルダを含めた形態として柄杓状を呈してなることを特徴としている。
一端が開口された略円筒形を呈する変換器本体と前記変換器本体の側壁にパイプ状のケーブルホルダを一体に連結してなる柄杓状の変換器を成形するに当って、前記ケーブルホルダの中心を通る平面を境にして、上型と下型を当接し、前記ケーブルホルダの中心穴に相当する中子を前記円筒内面まで挿入した状態で、金属粉と有機バインダからなるコンパウンドを加熱して、前記上型と下型と中子で形成される空間内に注入して成形体を製作し、前記中子を抜き且つ前記上型と下型とを分離した後、前記成形体からバインダを取り除くために脱脂し、さらに高温にて焼結し、高密度の焼結体としての変換器を得ることを特徴としている。
請求項3に記載の発明によれば、前記ケーブルホルダには、その内径より僅かに細いケーブルが挿入され、前記ケーブルの複数の心線が、変換器内に固定された配線基板に接続され、前記配線基板とひずみゲージとは、ゲージリードを介して接続されているケーブルの心線は、ひずみゲージに接続されるゲージリードに比べ太いため、直接接続は好ましくなく、配線基板を介してゲージリードと間接的に接続するようにして、断線等の事故を生じないようにしてなるケーブルホルダ付き変換器を提供することができる。
請求項5に記載の発明によれば、前記ケーブルが前記ケーブルホルダに挿入され且つ前記配線基板に前記心線が接続された状態で、前記ケーブルホルダの外周を加締めることにより、前記ケーブルの外周面と前記ケーブルホルダの内周との間を水密状に閉塞すると共に、前記変換器の内部および前記ケーブルホルダの基端内部にモールド剤を充填することにより、前記ケーブルの心線と前記変換器の内部との間を水密状に遮断するため、ケーブルの外周面とケーブルホルダ内周面との間からの水分が浸入することを阻止することができると共にケーブルの心線を介して変換器本体内への水分の浸入をも的確に阻止し得るケーブルホルダ付き変換器を提供することができる。
請求項7に記載の発明によれば、一端が開口された略円筒形を呈する変換器本体と前記変換器本体の側壁にパイプ状のケーブルホルダを一体に連結してなる柄杓状の変換器を成形するに当って、前記ケーブルホルダの中心を通る平面を境にして、上型と下型を当接し、前記ケーブルホルダの中心穴に相当する中子を前記円筒内面まで挿入した状態で、金属粉と有機バインダからなるコンパウンドを加熱して、前記上型と下型と中子で形成される空間内に注入して成形体を製作し、前記中子を抜き且つ前記上型と下型とを分離した後、前記成形体からバインダを取り除くために脱脂し、さらに高温にて焼結し、高密度の焼結体としての変換器を得るように構成してなるので、従来の鋳造、機械加工、溶接、熱処理等が行われる代わりに成形、脱脂、焼結等が行われる金属粉末射出成形法、即ちMIM法(Metal Injection Moldingの略)による製造方法であるため、高品質で、機械加工のような後加工が不要であり、機械加工や溶接などと比べ、製造コストも低額となり、特にケーブルホルダと変換器とを一体加工が実現し、これによって、防水機能の飛躍的向上、形状変形の阻止、小型化、製造コストの大幅な削減を図り得るケーブルホルダ付き変換器の製造方法を提供することができる。
図1は、本発明の第1の実施の形態に係るケーブルホルダ付き変換器の正面縦断面図であり、図2は、図1に示すケーブルホルダ付き変換器の平面図、図3は、図1に示すケーブルホルダ付き変換器の正面図、図4は、図1に示すケーブルホルダ付き変換器の斜視図、図5は、本発明の第2の実施の形態に係るケーブルホルダ付き変換器のケーブルホルダの部分を拡大して示す断面図である。
図1〜図4に示される第1の実施の形態に係るケーブルホルダ付きの変換器は、荷重変換器(ロードセルとも称される)を代表として図示し且つ説明するが、本発明は、荷重変換器に限られるものではなく、物理量−電気量変換器として、圧力変換器、変位変換器、加速度変換器などに適用し得るものであることは、いうまでもない。
この起歪部23は、上面側に断面円弧の溝が円環状に形成され、その円環状の凹溝23aに対応する部位に応力が集中し、最も大きく変形する。
起歪部23の内面側は、平坦に形成されひずみゲージ24が接着、蒸着、スパッタリング等の手段により添着されている。
ひずみゲージ24の各ゲージタブ(図示せず)と配線基板25との間は、細いゲージリード26によって電気的に接続されている。
荷重支持部22の側壁からは、中空パイプ状のケーブルホルダ27が荷重支持部22と同一の材料で、金属粉末射出成形法により一体に穿設されている。
このケーブルホルダ27は、内径が基部側において細径とされ、先端側において大径とされ、基部側近傍において、前記細径とされた部分と大径とされた部分がテーパで連通されている。
ケーブルホルダ27の基部内面側には、ケーブル端子30が配置されており、ケーブル28の心線28aがこのケーブル端子30に電気的に接続される。ケーブル端子30と配線基板25との間は、他のリード線で接続されている。
尚、配線基板25は、変換器の内部に形成された段部(図示せず)に係止されることによって支持されている。
底蓋31は、荷重支持部22の底面に当接した状態で、溶接個所33の外周にわたって溶接されることによって荷重支持部22との間が気密に封止されることになる。
このモールド剤35が充填されることにより、ひずみゲージ24や心線28aあるいは回路素子がモールド剤35によって湿気や空気から隔絶されることになる。
また、ケーブルホルダ27とケーブル28との間から水分(湿気)が浸入するのを阻止する手段について、第2の実施の形態を用いて説明する。
図5は、本発明の第2の実施の形態に係るケーブルホルダ付き荷重変換器のケーブルホルダ近傍を拡大して模式的に示す断面図である。
この第2の実施の形態に示すケーブルホルダ27は、別途用意される加締具により、ケーブルホルダ27の2個所に断面U字状の周回溝27aと27bを形成してなるものであり、このような構成とすることにより、ケーブルホルダ27の内周面の一部がケーブル28を締付けるため、ケーブルホルダ27の内周面とケーブル28の外周面とが密着し、水分の浸入を阻止する機能を果たす。
次に、本発明の実施の形態に係るケーブルホルダ付き変換器を、MIM法(金属粉末射出成形法)により製造する方法につき、簡単に説明する。
一端が開口された略円筒形を呈する変換器本体(あるいは変換器本体をケーシング部材で囲繞したものにあっては、ケーシング部材)の側壁にパイプ状のケーブルホルダを一体に連接してなる柄杓状の変換器20を形成するに当って、図3においてケーブルホルダ27の中心を通る水平面X−Xを境にして、荷重変換器20の外形面の型が形成された上型と、荷重変換器20のX−X面より下の外形面(円筒形の内面を含む)の型が形成された下型を当接し、前記ケーブルホルダ27の中心穴に相当する中子を前記円筒内壁面まで挿入した状態で、金属粉(例えば、ニッケル、鉄、カーボン、不可避微量成分など)と有機バインダを混練しコンパウンドとした上で、そのコンパウンドを加熱して上述した金型内に注入し成形体を製作する。
このようにして得られた高密度の焼結体、即ち、この場合、ケーブルホルダ付き荷重変換器本体は、成形体から焼結体に変わるとき、大きな収縮が生じるが、等収縮であるため、比例した大きさに収縮するので、その収縮割合を、コントロールすることにより高精度の製品が得られる。
例えば、追加の機械加工は、殆ど不要となる。
以上要するに、本発明の第1の実施の形態に係る変換器によれば、ローコストの下で防水機能を飛躍的に向上させることができ、その結果信頼性が向上し、さらには小型化を可能とし且つ変換器の見栄えが良好となり、商品の付加価値を大幅に高めることができたのである。
例えば、変換器としては、円形の柄杓状のものに限らず、四角筒状、その他の形状のものにも適用することができる。
21 荷重導入部
22 荷重支持部
23 起歪部
24 ひずみゲージ
25 配線基板
26 ゲージリード
27 ケーブルホルダ
28 ケーブル
29 シリコンチューブ
30 ケーブル端子
31 底蓋
33 溶接個所
34 内部空間
35 モールド剤
Claims (7)
- 荷重、圧力、加速度、変位、トルク、温度その他の物理量を検出部で電気量としての電気信号に変換し、その電気信号を変換器の内部からケーブルを介して外部に導出する変換器において、前記変換器または該変換器を囲繞するケースの本体の外壁部に前記ケーブルを挿通するためのパイプ状のケーブルホルダを同一材料で金属粉末射出成形法によって一体に成形してなることを特徴とするケーブルホルダ付き変換器。
- 前記ケーブルホルダは、内径が基部側において細径とされ、先端側において大径とされ、前記基部側近傍において前記細径とされた部分と大径とされた部分がテーパーで連接されてなることを特徴とする請求項1に記載のケーブルホルダ付き変換器。
- 前記ケーブルホルダには、その内径より僅かに細いケーブルが挿入され、前記ケーブルの複数の心線が、変換器内に固定された配線基板に接続され、前記配線基板とひずみゲージとは、ゲージリードを介して接続されていることを特徴とする請求項1または2に記載のケーブルホルダ付き変換器。
- 前記ケーブルホルダから挿入された前記ケーブルの心線は、前記ケーブルホルダの基端内部に配置されたケーブル端子と別のケーブルを介して配線基板に接続されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のケーブルホルダ付き変換器。
- 前記ケーブルが前記ケーブルホルダに挿入され且つ前記配線基板に前記心線が接続された状態で、前記ケーブルホルダの外周を加締めることにより、前記ケーブルの外周面と前記ケーブルホルダの内周との間を水密状に閉塞すると共に、前記変換器の内部および前記ケーブルホルダの基端内部にモールド剤を充填することにより、前記ケーブルの心線と前記変換器の内部との間を水密状に遮断することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のケーブルホルダ付き変換器。
- 前記変換器の本体は、底部側が開口された略円筒形を呈し、ケーブルホルダを含めた形態として柄杓状を呈してなることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載のケーブルホルダ付き変換器。
- 一端が開口された略円筒形を呈する変換器本体と前記変換器本体の側壁にパイプ状のケーブルホルダを一体に連結してなる柄杓状の変換器を成形するに当って、前記ケーブルホルダの中心を通る平面を境にして、上型と下型を当接し、前記ケーブルホルダの中心穴に相当する中子を前記円筒内面まで挿入した状態で、金属粉と有機バインダからなるコンパウンドを加熱して、前記上型と下型と中子で形成される空間内に注入して成形体を製作し、前記中子を抜き且つ前記上型と下型とを分離した後、前記成形体からバインダを取り除くために脱脂し、さらに高温にて焼結し、高密度の焼結体としての変換器を得ることを特徴とするケーブルホルダ付き変換器を製造する方法。
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