JP3616189B2 - Piezoelectric load sensor and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、圧電式荷重センサに関する。
【0002】
【従来の技術】
通常は、圧力を加えると電荷を発生する圧電素子と圧力を伝達する導電性材からなる受圧板と前記圧電素子から発生した電荷を取り出す電極板とその電極板に接続されたリード線と部品の保持する外枠から構成され動荷重を検出する圧電式荷重センサは、駆動源を有する機器類の動荷重を検出するために使用されるが、飛水、潤滑油、結露による水分や油分などの飛沫などの導電性物質が付着して短絡が生じやすい使用環境においても使用されることがある。このため、従来はセンサの全体を水などの侵入から保護する防水処理がなされており、この防水処理のため、製造が面倒で製造コストが高くなる問題があった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに、近年、防水処理の成された機器のハウジング内など防水環境中、または不完全ではあるが、ある程度の防水環境中で圧電式荷重センサを使用する要請が生じている。
この発明の目的は、圧電式荷重センサ自体の防水性を省略するとともに、製造コストが低減できる構造の簡単な圧電式荷重センサの提供にある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の圧電式荷重センサは、中心穴を有する板状の受圧板間に、いずれも中心穴を有する板状の絶縁板、電極板、および圧電素子を重ねて同軸的に挟んだ積層体を、前記各中心穴を挿通する固着手段で固着してなる。また、固着手段はリベットであり、前記各受圧板の外側面にはリベットの頭部を収容する凹所が設けられている。この構成では、固着手段としてのリベットで積層体を固定しているため、組み付け工程を自動化できて生産性が高い。
【0006】
請求項2に記載の構成では、前記積層体の外周面は円筒面であり、該外周面を樹脂製枠またはゴム製枠で包囲してなる。この構成では、樹脂製枠の場合は積層体を中心と外周との両方で固定できる利点があり、ゴム製枠の場合は弾性を利用してシール性を持たせることが可能になる。
【0007】
請求項3に記載の構成では、前記電極板には外周にリード部が延設されるとともに、該リード部にはリード線の端部が接続されており、前記樹脂製枠またはゴム製枠には、前記リード部およびリード線の端部を包囲するリード線接続部が一体成形されていることを特徴とし、生産性を向上させ製造コストの低減を図る。
【0008】
請求項4に記載の構成では、中心穴を有する円板状の受圧板間に、いずれも中心穴を有する円板状の絶縁板、電極板、および圧電素子を重ねて同軸的に積層した積層体を形成し、前記各中心穴にリベットを挿通して前記積層体を固定し、前記積層体の外周に射出成形により樹脂製枠を形成してなり、製造コストを低減させながら生産性の向上を図る。
【0009】
【発明の作用、効果】
この発明では、一対の受圧板を固定するだけの構成で圧電式荷重センサが組み付けできる。この固定の方法は、リベットでも、樹脂製またはゴムなどの弾性体製枠でもよく、いずれも簡単な自動組み付け装置で量産が可能である。樹脂製枠を射出成形する場合には、リード線の保持部を一体成形するとさらに生産性が向上し製造コストの低減ができる。
また、弾性体製枠を使用することにより荷重センサの受圧素子部分の防水性、または防湿性を得ることができる。
【0010】
【発明の実施の形態】
図1はこの発明の第1実施例にかかる圧電式荷重センサAを示す。この圧電式荷重センサAは、中心穴11を有する円板状の受圧板1、1を背向して合わせ、該受圧板1、1間に、中心穴21を有する円板状の絶縁板2、中心穴31を有する円板状の電極板3、および中心穴41を有する圧電素子4を重ねて同軸的に挟んで積層体10とし、この積層体10を前記中心穴11、21、31、41に挿通させたリベット5で固定し、さらに積層体10の外周を樹脂製枠6で固定してなる。
【0011】
なお、この実施例では、チタン酸鉛(PT)またはチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)などの圧電性を有した圧電素子4を1枚だけ使用し、受圧板1はプラス極、電極板3がマイナス極の極性となっているが、絶縁板2の両側にそれぞれ電極板3および圧電素子4を重ねてもよく、また、圧電素子4の両面に電極板3および絶縁板2を重ねた構造であってもよい。
また、受圧板1と電極板3の極性は逆としてもよい。
【0012】
受圧板1は、鉄−Ni合金(Fe−42Ni)製であり、外側面12は、中心穴11の回りにリベット5の頭部51を収容するための凹所13が設けられ、外周縁14は肉薄で樹脂製枠6による挟持面となっている。凹所13と外周縁14との間は滑らかに形成され、好ましくは鏡面に形成され、円環状の受圧面15となっている。また、内側面16は、滑らかに形成され、好ましくは鏡面に形成されている。
【0013】
絶縁板2はアルミナ製、ムライト製などの絶縁性材料からなり、電極板3は鉄−Ni合金(Fe−42Ni)製がPZT製圧電素子と熱膨張係数が近いため好ましいが、その他の圧電素子と熱膨張係数が近い材料であれば、SUS材、SKD材製でもよい。これらと圧電素子4の中心穴41は、いずれも受圧板1の中心穴11より幾分大きい内径を有し、圧電素子4の中心穴41は受圧板1、絶縁板2、電極板3の各中心穴11、21、31径と同一または幾分大きくするとよい。また、これらの外径は受圧板1の外径とほぼ同一に形成されている。電極板3には外周からリード部32が延設され、該リード部32の先端に設けた筒部33にはリード線7の端部から露出した芯線71が差し込まれてかしめ又は半田付けされ接続されている。
前記筒部33は電極板3と一体に形成してもよいが、電極板3と筒部33とを別々に製作したものを溶接、ろう付けまたはかしめにより接合して一体化してもよい。
【0014】
樹脂製枠6は、外周縁14、14を挟んで受圧板1、1を外周から挟持するように射出成形され、受圧面15、15の間の厚さより幾分薄い厚さを有する。樹脂製枠6の外周からは、リード部32の先端に設けた筒部33にはリード線7の端部を包囲するリード線包囲部61が突設されている。
【0015】
リベット5は、アルミニウム製であることがコスト低減の観点から有利であるが、銅、軟鉄などの他の軟質金属の使用も可能である。この圧電式荷重センサAは、製造コストを低減させるため積層体10をリベット5で固定しているが、ボルト、ナットによる締結、いずれか一方の受圧板1の中心穴11に設けたネジ溝と、いずれか他方から差し込んだネジにより締結など、他の固着手段が採用できる。
【0016】
樹脂製枠6は、PBT(ポリブチルテレフタレート)、ナイロン、ポリフェニルサルフィド(PPS)、エチレンプロピレンゴム(EPDM)、シリコーンゴム、フッ素ゴムが望ましい。また、積層体10を、リベット5などの固着手段で中心で固定するとともに、樹脂製枠6で外周から固定することは、圧電式荷重センサAの構造強度を大きくできる点で有効であるが、いずれか一方でも圧電式荷重センサAとして使用可能である。また、受圧板1、1間を別途電気的導通を結んだ場合、若しくは、受圧板1、1間の電気的導通を必要としない場合には樹脂製リベットを用いてもよい。なお、リベット5などの固着手段は、樹脂製枠6の射出成形時の積層体10の保持手段として有効である。
なお、前記受圧板1に設ける前記凹所13、前記リベット5および前記樹脂製枠6の各々の形状は前記受圧面15、15が該受圧面15、15に垂直方向で最外側になるような形状にする。
【0017】
この圧電式荷重センサAは、前記受圧面15、15が該受圧面15、15に垂直方向で最外側にあるので、図1に示す如く、たとえば防水環境にあるモーターハウジングの固定脚の下面1Aと、モーター締結座面1Bとの間に受圧面15、15が挟まれて装着され、モーターハウジングに加わる動荷重の測定などの用途に使用される。
【0018】
図3は第2実施例を示す。この実施例では、積層体10の中心をリベット5などの固定手段で固定し外周をシリコーンゴム製のゴム製枠8で包囲している。ゴム製枠8の上面および下面には半円状断面の環状突条81、81が設けられている。但し、この環状突起81、81は前記受圧面15、15より前記受圧面15、15に垂直方向で外側にまで突起させておく。その環状突起81、81を測定面1C、1D、またはその測定面1C、1Dに設けられたシール溝1e、1fの底面で圧縮されてその圧縮部でシール性を持たせるようにしている。
この実施例では、平行した動荷重の測定面1C、1D間に設定されたとき、環状突条81、81がシールリングとして作用し、ある程度の防水性または防湿性を有する利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1実施例にかかる圧電式荷重センサの断面図である。
【図2】図1の斜視図である。
【図3】第2実施例にかかる圧電式荷重センサの断面図である。
【符号の説明】
1 受圧板
2 絶縁板
3 電極板
4 圧電素子
5 リベット
6 樹脂製枠
7 リード線
8 ゴム製枠
10 積層体
11、21、31、41 中心穴[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a piezoelectric load sensor.
[0002]
[Prior art]
Normally, a piezoelectric element that generates electric charge when pressure is applied, a pressure receiving plate made of a conductive material that transmits pressure, an electrode plate that extracts electric charge generated from the piezoelectric element, lead wires connected to the electrode plate, and components A piezoelectric load sensor that consists of a holding outer frame and detects a dynamic load is used to detect the dynamic load of equipment that has a drive source, such as flying water, lubricating oil, moisture or oil content due to condensation, etc. It may be used even in a usage environment where a conductive material such as droplets adheres and a short circuit is likely to occur. For this reason, conventionally, a waterproof process for protecting the entire sensor from intrusion of water or the like has been performed, and this waterproof process has a problem that the manufacturing is troublesome and the manufacturing cost is increased.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, in recent years, there has been a demand for using a piezoelectric load sensor in a waterproof environment such as in a housing of a device that has been waterproofed, or in an incomplete but waterproof environment.
An object of the present invention is to provide a simple piezoelectric load sensor having a structure capable of reducing the manufacturing cost while omitting the waterproof property of the piezoelectric load sensor itself.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
The piezoelectric load sensor according to
[0006]
In the structure of
[0007]
In the configuration according to
[0008]
In the configuration according to
[0009]
[Operation and effect of the invention]
According to the present invention, the piezoelectric load sensor can be assembled by simply fixing the pair of pressure receiving plates. This fixing method may be a rivet or an elastic frame made of resin or rubber, and any of them can be mass-produced with a simple automatic assembling apparatus. When the resin frame is injection-molded, the productivity can be further improved and the manufacturing cost can be reduced by integrally forming the lead wire holding portion.
In addition, the use of an elastic frame makes it possible to obtain waterproofness or moistureproofness of the pressure-receiving element portion of the load sensor.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 shows a piezoelectric load sensor A according to a first embodiment of the present invention. This piezoelectric load sensor A has a disk-shaped pressure-receiving
[0011]
In this embodiment, only one
The polarities of the
[0012]
The
[0013]
The
The
[0014]
The
[0015]
The
[0016]
The
The shape of each of the
[0017]
In the piezoelectric load sensor A, since the
[0018]
FIG. 3 shows a second embodiment. In this embodiment, the center of the laminate 10 is fixed by a fixing means such as a
In this embodiment, when set between parallel dynamic
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a piezoelectric load sensor according to a first embodiment.
FIG. 2 is a perspective view of FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view of a piezoelectric load sensor according to a second embodiment.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記固着手段はリベットであり、前記各受圧板の外側面には前記リベットの頭部を収容する凹所が設けられていることを特徴とする圧電式荷重センサ。Adhering a laminated body in which a plate-like insulating plate, electrode plate, and piezoelectric element each having a central hole are overlapped and coaxially sandwiched between plate-shaped pressure receiving plates having a central hole are inserted through the central holes. In a piezoelectric load sensor fixed by means,
It said fixing means is a rivet, a piezoelectric load sensor above the outer surface of the pressure receiving plate, characterized in that the recess to accommodate the head of the rivet is provided.
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JP01139996A JP3616189B2 (en) | 1996-01-26 | 1996-01-26 | Piezoelectric load sensor and manufacturing method thereof |
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JPH09203670A JPH09203670A (en) | 1997-08-05 |
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