JP2022038819A - モジュール及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】測定対象物への取り付け及び出力ケーブルとの着脱が容易な、フィルムデバイスを有するモジュールを提供する。【解決手段】本モジュールは、底面と前記底面に対向した開口部を有する筒状体と、前記底面に搭載され、上面に端子を有するフィルムデバイスと、前記筒状体の上側に配置され、接点と端子を有するレセプタクルと、前記フィルムデバイスの端子と、前記レセプタクルの端子とを接続する接続手段と、を有する。【選択図】図３
Description
本発明は、モジュール及びその製造方法に関する。
フィルムデバイスの一例として、可撓性を有するポリイミド等の基材上に形成された抵抗体を有するひずみゲージが知られている。このような構造のフィルムデバイスは、基材が可撓性であるため、測定対象物への取り付けが難しい。又、ポリイミドは難接着材であるため、測定対象物への取り付けには特殊な接着方法（加熱及び加圧）が必要である。
又、上記のような構造のフィルムデバイスは、電極の取り回しが難しい。例えば、フィルムデバイスがひずみゲージである場合、ひずみゲージの端子とひずみゲージの出力を処理する回路とは、出力ケーブル（基板の配線やリード線等）で接続されており、ひずみゲージの端子を出力ケーブルと着脱することは困難である。
本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、測定対象物への取り付け及び出力ケーブルとの着脱が容易な、フィルムデバイスを有するモジュールの提供を目的とする。
本モジュール（１０）は、底面（２１）と前記底面（２１）に対向した開口部（２３）を有する筒状体（２０）と、前記底面（２１）に搭載され、上面に端子（３４、３５）を有するフィルムデバイス（３０）と、前記筒状体（２０）の上側に配置され、接点（４３、４４）と端子（４５、４６）を有するレセプタクル（４０）と、前記フィルムデバイス（３０）の端子（３４、３５）と、前記レセプタクル（４０）の端子（４５、４６）とを接続する接続手段（５０、５１）と、を有する。
なお、上記括弧内の参照符号は、理解を容易にするために付したものであり、一例にすぎず、図示の態様に限定されるものではない。
開示の技術によれば、測定対象物への取り付け及び出力ケーブルとの着脱が容易な、フィルムデバイスを有するモジュールを提供できる。
以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。
（モジュール）
図１は、本実施形態に係るモジュールを例示する平面図である。図２は、本実施形態に係るモジュールを例示する側面図である。図３は、本実施形態に係るモジュールを例示する断面図である。図４は、本実施形態に係るひずみゲージを例示する平面図である。
図１は、本実施形態に係るモジュールを例示する平面図である。図２は、本実施形態に係るモジュールを例示する側面図である。図３は、本実施形態に係るモジュールを例示する断面図である。図４は、本実施形態に係るひずみゲージを例示する平面図である。
図１～図３を参照すると、モジュール１０は、筒状体２０と、ひずみゲージ３０と、レセプタクル４０と、接続手段５０及び５１とを有する。
筒状体２０は、ひずみゲージ３０等を配置する部材であり、底面２１と、内側面２２と、底面２１に対向した開口部２３とを有する。底面２１と内側面２２により形成される部分が開口部２３である。内側面２２は、断面視において階段状になっていてもよい。筒状体２０は、ひずみを均等に受けて、測定対象物のひずみを正確にひずみゲージ３０に伝達するために円筒形とすることが好ましいが、開口部を備えた四角柱形状や、開口部を備えた三角柱形状としてもよい。
筒状体２０は、例えば、金属やプラスチックから形成できる。筒状体２０に用いる好ましい金属の一例としては、ひずみを伝えるために好適な硬度の高い（ひずみの伝搬が容易な）ＳＵＳ（ステンレス鋼）が挙げられる。又、筒状体２０に用いる好ましいプラスチックの一例としては、高耐熱性及び機械的強度に優れるエンジニアリングプラスチックスが挙げられる。
なお、エンジニアリング・プラスチックは、耐熱温度が１００℃以上、強度が５００ｋｇｆ／ｃｍ２未満、曲げ弾性率が２４０００ｋｇ／ｃｍ２未満である。エンジニアリング・プラスチックとしては、例えば、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、変性ポリフェニレンエーテル（ｍ－ＰＰＥ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ガラス繊維強化ポリエチレンテレフタレート（ＧＦ－ＰＥＴ）、超高分子量ポリエチレン（ＵＨＰＥ）、シンジオタクチックポリスチレン（ＳＰＳ）等が挙げられる。
筒状体２０の大きさは、特に制限はなく、搭載するひずみゲージ３０の大きさや、モジュール１０の用途等に応じて適宜設定できるが、例えば、筒状体２０が円筒形である場合、外径２ｍｍ～４ｍｍ程度、高さ１ｍｍ～２ｍｍ程度とすることができる。
ひずみゲージ３０は、筒状体２０の底面２１に搭載されているフィルムデバイスである。ここで、フィルムデバイスとは、可撓性を有する基材を備えたデバイスを指す。なお、本実施形態では、フィルムデバイスとしてひずみゲージ３０を例示するが、モジュール１０には、温度センサや衝撃センサ等のひずみゲージ以外のフィルムデバイスを搭載してもよい。
図４に示すように、ひずみゲージ３０は、基材３１と、抵抗体３２と、配線３３と、端子３４及び３５とを有している。ひずみゲージ３０の大きさは、特に制限はないが、モジュール１０の小型化の観点からは、ひずみゲージ３０も小型であることが好ましく、例えば、基材３１を一辺の長さが１．５ｍｍ～２ｍｍ程度の正方形状とすることができる。
基材３１は、抵抗体３２を形成するためのベース層となる部材であり、可撓性を有する。基材３１の厚さは、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択できる。基材３１は、例えば、ＰＩ（ポリイミド）樹脂等の絶縁樹脂フィルムから形成できる。
抵抗体３２は、基材３１の上面に例えばジグザグのパターンで形成された薄膜であり、ひずみを受けて抵抗変化を生じる受感部である。抵抗体３２は、基材３１の上面に直接形成されてもよいし、基材３１の上面に他の層を介して形成されてもよい。抵抗体３２の厚さは、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択できる。
抵抗体３２は、例えば、Ｃｒ（クロム）を含む材料、Ｎｉ（ニッケル）を含む材料、又はＣｒとＮｉの両方を含む材料から形成できる。すなわち、抵抗体３２は、ＣｒとＮｉの少なくとも一方を含む材料から形成できる。Ｎｉを含む材料としては、例えば、Ｃｕ－Ｎｉ（銅ニッケル）が挙げられる。ＣｒとＮｉの両方を含む材料としては、例えば、Ｎｉ－Ｃｒ（ニッケルクロム）が挙げられる。
抵抗体３２として、Ｃｒ混相膜を用いてもよい。ここで、Ｃｒ混相膜とは、Ｃｒ、ＣｒＮ、Ｃｒ２Ｎ等が混相した膜である。Ｃｒ混相膜は、酸化クロム等の不可避不純物を含んでもよい。抵抗体３２としてＣｒ混相膜を用いた場合、ひずみゲージ３０を高感度化かつ小型化できる。
端子３４及び３５は、銅等からなる配線３３を介して抵抗体３２の両端部に接続されており、例えば平面視において矩形状に形成されている。端子３４及び３５は、ひずみにより生じる抵抗体３２の抵抗値の変化を出力するための一対の電極である。端子３４及び３５は、例えば、銅等から形成される。銅等の表面に金膜等が積層されてもよい。
図１～図３の説明に戻り、レセプタクル４０は、筒状体２０の上側に配置されている。レセプタクル４０は、所定のプラグと電気的に接続可能なコネクタであり、円盤状の基部４１と、略円柱状の突起部４２とを有する。突起部４２は、基部４１よりも小径かつ高背であり、基部４１の一方側に基部４１と同心的に設けられている。基部４１の下面は、筒状体２０の底面２１と対向している。
レセプタクル４０の大きさは、特に制限はなく、接続するプラグ等に応じて適宜設定できるが、例えば、筒状体２０が円筒形である場合、最大径が筒状体２０の外径よりも小径で、高さが０．５ｍｍ～１ｍｍ程度とすることができる。
レセプタクル４０は、接点４３及び４４と、端子４５及び４６とを有する。レセプタクル４０の接点４３は、突起部４２の中心に配置され、接点４４は突起部４２の側面に配置されている。レセプタクル４０の端子４５及び４６は、基部４１の下面に配置されている。接点４３は端子４５と電気的に接続され、接点４４は端子４６と電気的に接続されている。
レセプタクル４０の接点４３及び４４は、レセプタクル４０の接点４３及び４４に接続されるプラグと、繰り返し着脱可能である。なお、レセプタクル４０の接点４３及び４４に繰り返し着脱可能なプラグは、例えば同軸ケーブルの端部であるが、これには限定されない。
レセプタクル４０の端子４５及び４６は、例えば、ひずみゲージ３０の端子３４及び３５と平面視で重複する位置に配置されている。レセプタクル４０の端子４５は、接続手段５０を介して、ひずみゲージ３０の端子３４と電気的に接続されている。レセプタクル４０の端子４６は、接続手段５１を介して、ひずみゲージ３０の端子３５と電気的に接続されている。接続手段５０及び５１は、長手方向が筒状体２０の底面の法線方向を向くように配置されている。
接続手段５０及び５１は、例えば、金属製のピンであり、導電性接着剤により各々の端子と接合されている。接続手段５０及び５１の長さは、例えば、０．５ｍｍ～１ｍｍ程度とすることができる。接続手段５０及び５１の材料としては、例えば、銅等を使用できる。導電性接着剤としては、例えば、銀ペースト、はんだ等を使用できる。
接続手段５０及び５１は、ひずみゲージ３０の端子３４とレセプタクル４０の端子４５との間のインピーダンスと、ひずみゲージ３０の端子３５とレセプタクル４０の端子４６との間のインピーダンスが同等となるように、両者を電気的に接続している。
ひずみゲージ３０の端子３４及び３５に接続される導体のインピーダンスが不均一であると、ひずみゲージ３０の本来の出力特性を得ることができず、出力がばらつく原因となる。ひずみゲージ３０の端子３４及び３５とレセプタクル４０の端子４５及び４６との間のインピーダンスを整合することにより、ひずみゲージ３０の本来の出力特性を得られる。
なお、筒状体２０へのレセプタクル４０の搭載を容易にするため、接続手段５０及び５１とは別に、電気的接続には寄与しない構造体（支柱）として機能するピンを配置してもよい。つまり、ひずみゲージ３０の端子数が２端子であっても、レセプタクル４０の搭載を容易にするため、３本以上のピンを配置してもよい。
モジュール１０は、筒状体２０の内部に、ひずみゲージ３０を覆う樹脂６０を有してもよい。筒状体２０の内部にひずみゲージ３０を覆う樹脂６０を設けることで、ひずみゲージ３０の耐環境性（湿度、ガス）を向上できる。但し、筒状体２０の内部に樹脂６０を完全に充填する必要はなく、筒状体２０の内部の一部に空間が設けられてもよい。
樹脂６０としては、ひずみが印加されていないときのひずみゲージ３０の出力（オフセット）を抑えるために、フィラーを含まない材料か、或いは３μｍ以下の無機系又は有機系のフィラーを含む材料が好ましい。又、樹脂６０としては、歪み伝搬に適した硬度がＤ９０～Ａ１５で引っ張り強度が０．３ＭＰａ～１０ＭＰａの材料が好ましい。このような材料としては、例えば、熱硬化性又は光硬化性のシリコーン系樹脂やエポキシ系樹脂が挙げられる。
モジュール１０は、レセプタクル４０の端子４５及び４６の周辺を覆う蓋部材であるキャップ７０を有してもよい。キャップ７０は、例えば、リング状である。キャップ７０は、筒状体２０の端面と接して配置され、ひずみゲージ３０、レセプタクル４０の端子４５及び４６、並びに接続手段５０及び５１を開口部２３内に封止する。キャップ７０は、例えば、ＳＵＳ等の金属から形成することが好ましいが、エンジニアリング・プラスチックを用いてもよい。キャップ７０はシールドとして機能し、ひずみゲージ３０の出力にノイズが乗ることを防止できる。但し、キャップ７０は、必須ではなく、ひずみゲージ３０が設置される環境に応じて必要な場合に設けられる。
（モジュールの製造方法）
図５は、本実施形態に係るモジュールの製造方法を例示する断面図である。モジュール１０を製造するには、まず、図５（ａ）に示すように、筒状体２０を準備する。前述のように、筒状体２０は、底面２１と内側面２２と底面２１に対向した開口部２３とを有し、ＳＵＳやエンジニアリング・プラスチック等から形成される。
図５は、本実施形態に係るモジュールの製造方法を例示する断面図である。モジュール１０を製造するには、まず、図５（ａ）に示すように、筒状体２０を準備する。前述のように、筒状体２０は、底面２１と内側面２２と底面２１に対向した開口部２３とを有し、ＳＵＳやエンジニアリング・プラスチック等から形成される。
次に、図５（ｂ）に示すように、端子３４及び３５を上側に向けて、ひずみゲージ３０の基材３１の下面を筒状体２０の底面２１に接着する。接着に用いる接着剤としては、例えば、エポキシ系樹脂やシリコーン系樹脂等を用いることができる。
次に、図５（ｃ）に示すように、ひずみゲージ３０の端子３４及び３５の上面に接続手段５０及び５１であるピンの下面をオーミック接続する。両者の接続には、例えば、導電性接着剤（例えば、銀ペースト）、はんだ等を使用できる。必要に応じ、接続手段５０及び５１とは別に、電気的接続には寄与しない構造体として機能するピンを配置してもよい。
次に、図６（ａ）に示すように、筒状体２０の内部に、ひずみゲージ３０を覆う樹脂６０を設ける。そして、加熱（熱硬化性樹脂の場合）又は光照射（光硬化性樹脂の場合）により、樹脂６０を硬化させる。樹脂６０を設ける際、接続手段５０及び５１であるピンの上面が樹脂６０で被覆されないように注意する。樹脂６０を完全に充填せずに、筒状体２０の内部に空間を設けてもよい。なお、図６（ａ）に示す工程は、必要に応じて実施される。
次に、図６（ｂ）に示すように、接点４３及び４４、並びに接点４３及び４４点と接続された端子４５及び４６を有するレセプタクル４０を準備し、筒状体２０の上側に配置する。そして、接続手段５０及び５１であるピンの上面とレセプタクル４０の端子４５及び４６の下面をオーミック接続する。両者の接続には、例えば、導電性接着剤（例えば、銀ペースト）、はんだ等を使用できる。これにより、ひずみゲージ３０の端子３４及び３５と、レセプタクル４０の端子４５及び４６が、接続手段５０及び５１により電気的に接続される。
次に、図６（ｃ）に示すように、レセプタクル４０の端子４５及び４６の周辺を覆うキャップ７０を、筒状体２０の端面と接して配置する。キャップ７０は、例えば、筒状体２０の端面に接着される。なお、図６（ｃ）に示す工程は、必要に応じて実施される。以上の工程で、モジュール１０が完成する。
このように、モジュール１０では、ひずみゲージ３０が筒状体２０に収容されているため、測定対象物に実装する場合、測定対象物に凹部を設け、凹部に収まるように筒状体２０を接着剤で固定すればよいので、測定対象物への取り付けが容易である。
例えば、ベアリングにひずみゲージを搭載し、ベアリングの故障を検出したり、ひずみゲージの出力の変化から寿命を予測したりして、故障する前にベアリングを交換する用途が考えられる。この場合、ひずみゲージ単体ではベアリングへの取り付けが困難である。しかし、例えば、筒状体２０を円筒形としたモジュール１０を用いれば、ベアリングの外輪の端面等にドリルを使用して円形の座ぐりを設け、座ぐりに収まるように円筒形の筒状体２０を接着剤で固定すればよいので、測定対象物（ベアリング）への取り付けが容易である。
又、モジュール１０では、ひずみゲージ３０の出力は、レセプタクル４０に接続するプラグを介して外部へ出力されるため、ひずみゲージ３０の端子３４及び３５へ出力ケーブルを直接接続する必要がない。すなわち、モジュール１０は、出力ケーブルとの着脱が容易である。
又、レセプタクル４０に接続するプラグとして同軸ケーブルを用いることが可能であり、この場合、安定した高周波特性を容易に得ることができる。
以上、好ましい実施形態について詳説したが、上述した実施形態に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施形態に種々の変形及び置換を加えることができる。
例えば、フィルムデバイスがひずみゲージである場合、ひずみゲージは２端子でなくてもよい。例えば、複数のひずみゲージがブリッジ接続されているものを使用してもよい。
１０ モジュール、２０ 筒状体、２１ 底面、２２ 内側面、２３ 開口部、３０ ひずみゲージ、３１ 基材、３２ 抵抗体、３３ 配線、３４、３５ 端子、４０ レセプタクル、４１ 基部、４２ 突起部、４３、４４ 接点、４５、４６ 端子、５０、５１ 接続手段、６０ 樹脂、７０ キャップ
Claims (10)
- 底面と前記底面に対向した開口部を有する筒状体と、
前記底面に搭載され、上面に端子を有するフィルムデバイスと、
前記筒状体の上側に配置され、接点と端子を有するレセプタクルと、
前記フィルムデバイスの端子と、前記レセプタクルの端子とを接続する接続手段と、
を有するモジュール。 - 前記筒状体の内部に、前記フィルムデバイスを覆う樹脂を有する請求項１に記載のモジュール。
- 前記フィルムデバイスの端子と前記レセプタクルの端子は複数あり、前記フィルムデバイスの各々の端子と前記レセプタクルの各々の端子との間のインピーダンスが同等である請求項１又は２に記載のモジュール。
- 前記レセプタクルの接点は、前記レセプタクルの接点に接続されるプラグと、繰り返し着脱可能である請求項１乃至３の何れか一項に記載のモジュール。
- 前記レセプタクルの端子の周辺を覆う蓋部材を有する請求項１乃至４の何れか一項に記載のモジュール。
- 前記筒状体は、金属からなる請求項１乃至５の何れか一項に記載のモジュール。
- 前記筒状体は、プラスチックからなる請求項１乃至５の何れか一項に記載のモジュール。
- 前記筒状体は、円筒形である請求項１乃至７の何れか一項に記載のモジュール。
- 底面と前記底面に対向した開口部を有する筒状体を準備する工程と、
上面に端子を有するフィルムデバイスを前記底面に接着する工程と、
接点と前記接点と接続された端子を有するレセプタクルを前記筒状体の上側に配置する工程と、
前記フィルムデバイスの端子と、前記レセプタクルの端子とを接続手段により接続する工程と、
を有するモジュールの製造方法。 - 前記筒状体の内部に、前記フィルムデバイスを覆う樹脂を設ける工程を有する請求項９記載のモジュールの製造方法。
Priority Applications (2)
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|---|---|---|---|
| JP2020143493A JP2022038819A (ja) | 2020-08-27 | 2020-08-27 | モジュール及びその製造方法 |
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Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2020143493A JP2022038819A (ja) | 2020-08-27 | 2020-08-27 | モジュール及びその製造方法 |
Publications (1)
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Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP2020143493A Pending JP2022038819A (ja) | 2020-08-27 | 2020-08-27 | モジュール及びその製造方法 |
Country Status (2)
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|---|---|
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2020
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| WO2022045223A1 (ja) | 2022-03-03 |
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