JP5354845B2 - ケーブルホルダ付き変換器およびその製造方法。 - Google Patents

Description

本発明は、荷重、圧力等のうちのいずれか１種以上の物理量を受けて変形する起歪部に添着したひずみゲージで前記物理量を電気量としての電気信号に変換し、その電気信号をケーブルにより、変換器の内部から外部に導出する変換器に関するものである。

一般に、物理量−電気量変換器（以下、単に「変換器」という）は、測定対象の物理量を起歪部に添着されたひずみゲージよりなる検出部にて電気量に変換し、この電気量を複数の心線を被覆してなるケーブルを介して別設の計測部に伝達するように構成されている。
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（一般には、ひずみゲージ）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、従来の荷重変換器におけるケーブル引出口の構造の断面図を示す。
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。

このようにして取付けられたケーブル１１の複数の心線１１ａは、上記した配線基板５に電気的に接続されている。
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。

実公平４−５０４８８号公報

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その第１の目的は、変換器とケーブルホルダを一体化することで、変換器自体の防水性能が飛躍的に向上するケーブルホルダ付き変換器を提供することにあり、第２の目的は、溶接等の加熱処理を排し、変換器の加熱に伴う形状変形をなくし得るケーブルホルダ付き変換器を提供することにあり、第３の目的は、ケーブルホルダを必要最小限に小型化し得るケーブルホルダ付き変換器を提供することにあり、第４の目的は、部品点数の削減と製造工程の削減により、大幅なコストの削減を実現し得るケーブルホルダ付き変換器を提供することにある。

請求項１に記載の発明は、上記の目的を達成させるために、
荷重、圧力その他の物理量を受けて変形する起歪部に添着したひずみゲージで前記物理量を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、前記変換器の一部を構成する前記起歪部と、前記変換器の本体と、該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成形、脱脂、焼結体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、前記変換器内に固定された配線基板に接続され、前記配線基板と前記ひずみゲージとは、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。

請求項４に記載した発明は、
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。

請求項１に記載の発明によれば、荷重、圧力その他の物理量を受けて変形する起歪部に添着したひずみゲージで前記物理量を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、前記変換器の一部を構成する前記起歪部と、前記変換器の本体と、該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成形、脱脂、焼結体によって一体に成形してなるので、従来のガスケットのような防水機構とは異なり、変換器とケーブルホルダとの間は防水機能のみならず、気密性が完璧に獲得されると共に、溶接などによる形状変形が全くなく、従来のものに比べ、著しく高精度で小型化が可能であり、さらには、従来のようにワッシャ、ガスケット、締付けグランドなどの部材が一切不要化され、その結果、部品点数の削減、製造工程の削減により大幅なコストダウンを実現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２に記載の発明によれば、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ケーブルホルダの基部内面は、ケーブルの細い心線が通ればよいため、細径とし、先端側内面は、ケーブルの外形と略同一径とするため大径とし、ケーブルホルダ内の無駄なスペースを極力排除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、前記変換器内に固定された配線基板に接続され、前記配線基板と前記ひずみゲージとは、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、前記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４に記載の発明によれば、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ため、ケーブルの心線に作用する外力があっても、ケーブル端子で吸収し得るため、配線基板やひずみゲージへの影響を少なく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６に記載の発明によれば、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ので、種々の物理量変換器に適用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。
尚、上記のようなケーブルホルダ付き変換器は、以下に述べる製造方法により提供することができる。
即ち、荷重、圧力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の製造方法において、一端が開口され一部に前記検出部が形成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、高密度の焼結体とすることで、機械加工および溶接作業などの後加工が不用な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による製造方法であるため、高精度で、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。

以下、本発明に係るケーブルホルダ付き変換器の実施の形態に基づき、図面を参照して詳しく説明する。
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。

図１〜図４において、２０は、ケーブルホルダ付き荷重変換器であり、その上面部（図１において）には、緩い円弧面の荷重導入部２１が形成され、この荷重導入部２１から一定距離離れて厚肉円筒状の荷重支持部２２が形成されている。この荷重導入部２１と荷重支持部２２との間を円環状に連接するように起歪部２３が形成されている。
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。

因に、ケーブルホルダ２７の内面の大径部は、ケーブル２８の外周にシリコンチューブ２９を挿通させた状態で、そのシリコンチューブ２９が、ほぼ嵌合し得る寸法に形成されている。
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。

尚、上述のようにして組立てられた荷重変換器２０の内部空間３４およびケーブルホルダ２７内の心線２８ａ、ケーブル端子３０の周辺を囲繞するようにモールド剤３５が充填される。
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。

また、変換器２０の内部およびケーブルホルダ２７の基端部内面側にモールド剤３５を充填することにより、ケーブル２８の心線２８ａと変換器の内部との間を水密状に遮断することができる。
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。

次に、脱脂処理をして成形体からバインダを取り除き、その成形体を高温にて焼結して高密度の焼結体を得る。
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。

尚、本発明の上述し且つ図示した実施の形態に限られるものではなくその要旨を逸脱しない範囲で、種々に変更実施が可能である。
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。

本発明の第１の実施の形態に係るケーブルホルダ付き荷重変換器の断面構成を示す正面縦断面図である。 図１のケーブルホルダ付き荷重変換器の外観構成を示す平面図である。 図１に示すケーブルホルダ付き荷重変換器の外観構成を示す正面図である。 図１に示すケーブルホルダ付き荷重変換器の外観構成を示す斜視図である。 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部分の構成を拡大して示す断面図である。 従来の荷重変換器の断面構成を示す縦断面図である。

符号の説明

２０ ケーブルホルダ付き荷重変換器
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 (6)

1. 荷重、圧力その他の物理量を受けて変形する起歪部に添着したひずみゲージで前記物理量を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、前記変換器の一部を構成する前記起歪部と、前記変換器の本体と、該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成形、脱脂、焼結体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。
2. 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。
3. 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、前記変換器内に固定された配線基板に接続され、前記配線基板と前記ひずみゲージとは、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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。

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