KR102002324B1 - 방폭형 로드셀 장치 - Google Patents

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타카히로 미조구치
이츠오 마나베
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가부시끼 가이샤 구보다
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Abstract

내압 방폭형 구조나 본질 안전 방폭형 구조의 로드셀 장치보다 제조 비용을 저감할 수 있음과 아울러 내압 방폭형 구조의 로드셀 장치보다 소형화할 수 있고, 또한 폭발성 가스 등이 스트레인 게이지 접착부나 전기부품의 설치부 등에 침입하는 것을 확실하게 방지할 수 있는 방폭형 로드셀 장치를 제공한다. 기왜체(1)와, 기왜체(1)에 접착된 스트레인 게이지(2)와, 스트레인 게이지(2)에 접속됨과 아울러 기왜체(1)에 장착된 전기 회로(3)와, 스트레인 게이지(2) 및 전기 회로(3)를 밀봉 상태로 덮는 수지부(4)와, 기왜체(1)와 스트레인 게이지(2)가 쇼트된 경우라도 전기 회로(3)의 폭발 온도가 수지부(4)의 내열 온도이하가 되도록 전기 회로(3) 및 스트레인 게이지(2)에 공급하는 전력을 제한하는 전력 제한 회로(5)를 구비한다.

Description

방폭형 로드셀 장치{EXPLOSION-PROOF LOAD CELL DEVICE}
본 발명은 방폭형 로드셀 장치에 관한 것이다.
금속제의 기왜체(起歪體)에 스트레인 게이지를 접착해서 이루어지는 로드셀 장치는 이미 널리 알려져 있다. 이 로드셀 장치는 폭발성 가스 등을 취급하는 환경에서도 사용되지만, 이 경우, 종래는 내압 방폭형 구조의 로드셀 장치와, 본질 안전 방폭형 구조의 로드셀 장치가 사용되고 있다.
내압 방폭형의 로드셀 장치는 예를 들면 특허문헌 1 등에 개시되어 있고, 주물 등의 강고한 금속제의 상자체 등에 의해 로드셀을 주위로부터 덮고, 만일 내부에서 발화된 경우라도 외부로의 화염 도주가 생기지 않도록 구성되어 있다.
본질 안전 방폭형 구조의 로드셀 장치는 예를 들면 특허문헌 2 등에 개시되어 있고, 전압 등을 제한하는 배리어(안전 유지기) 등을 구비한 컨트롤러를 안전장소에 설치해서 로드셀에 있어서 발화되지 않도록 구성되어 있다.
일본 특허 공개 소 60-111127호 공보 일본 특허 공개 평 9-236480호 공보
그러나, 내압 방폭형의 로드셀 장치에서는 로드셀을 주위로부터 덮는 금속제의 상자체 등이 필요하게 되므로, 제조 비용이 대폭 증가함과 아울러 상자체 등으로 인해 대형화되어 버리는 단점이 있다.
또, 본질 안전 방폭형의 로드셀 장치에서는 배리어(안전 유지기) 등을 구비한 컨트롤러를 설치하지 않으면 안되기 때문에 이 경우에도 제조 비용이 대폭 증가한다. 또한, 로드셀에 있어서 매우 작은 전력밖에 사용할 수 없으므로, 사용 용도나 사용 방법에 제한이 발생되어 버리는 단점이나, 원칙적으로 배리어(안전 유지기)를 구비한 컨트롤러를 안전한 장소에 배치하지 않으면 안되는 결점이 있다.
이들 단점을 개선하는 방법으로서 로드셀의 스트레인 게이지 접착부나 스트레인 게이지에 접속되는 회로 기판 등을 수지로 덮어 스트레인 게이지 접착부나 회로 기판의 설치부 등에의 폭발성 가스 등의 침입을 저지하는 것이 고려된다. 이렇게 구성하면 구조를 간소화할 수 있으므로 제조 비용을 억제할 수 있음과 아울러 내압 방폭형의 로드셀 장치와 같은 금속제의 상자체 등을 설치하지 않아도 되므로 방폭형의 로드셀 장치로서 소형화를 꾀하는 것도 가능해진다. 또한, 수지로 전기부품에 대하여 절연하는 경우에는 고체절연의 최저두께가 0.1mm이면, 즉, 절연 대상이 되는 개소의 수지의 두께가 0.1mm이상이면 절연 내력이 있다고 간주하는 것이 IEC(International Electro technical Commission:국제 전기 표준 회의)의 국제규격 「60079-18(가연성 가스 검지용 전기기기 제18부: 캡슐밀봉 "m"의 보호 형식 전기기기의 구조, 시험 및 마킹)」에 있어서의 「7.2.3.2 고체절연내의 거리」로 규정되어 있다.
그러나, 스트레인 게이지 접착부에서는 금속제의 기왜체에 스트레인 게이지를 밀착시키지 않으면 감도가 저하되므로 어느 정도의 감도를 얻으려고 하면 스트레인 게이지를 0.1mm보다 작은 치수로 밀착시켜서 접착하지 않으면 안되며, 스트레인 게이지와 기왜체 사이에 0.1mm이상의 수지두께층을 개재시킬 수는 없다. 따라서, 스트레인 게이지와 기왜체가 쇼트되거나, 고장나거나 해서 스트레인 게이지나 스트레인 게이지에 접속되어 있는 전기부품이 발열되거나 해서 온도가 내열 온도를 초과하는 온도까지 상승해서 발열부 근방의 수지가 유연해지거나, 용출될 우려가 있고, 이 때는 최악일 경우에는 폭발성 가스가 수지가 녹은 공간을 통해서 상기 쇼트 개소나 전기부품의 발열부 등에 침입해서 폭발할 가능성이 있다.
본 발명은 상기 과제를 해결하는 것으로, 내압 방폭형 구조나 본질 안전 방폭형 구조의 로드셀 장치보다 제조 비용을 저감할 수 있음과 아울러 내압 방폭형 구조의 로드셀 장치보다 소형화할 수 있고, 또한 폭발성 가스 등이 스트레인 게이지 접착부나 스트레인 게이지에 접속되어 있는 전기부품의 설치부 등에 침입하는 것을 확실하게 방지할 수 있는 방폭형 로드셀 장치를 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 방폭형 로드셀 장치는 기왜체와, 상기 기왜체에 밀착해서 잡착된 스트레인 게이지와, 상기 스트레인 게이지에 접속됨과 아울러 상기 기왜체에 장착된 전기 회로와, 상기 스트레인 게이지 및 상기 전기 회로를 밀봉 상태로 덮는 수지부와, 상기 기왜체와 상기 스트레인 게이지가 쇼트된 경우, 또는 상기 전기 회로나 이 전기 회로에 접속된 배선부가 기왜체와 접촉되거나 상기 전기 회로가 고장나거나 한 경우라도 상기 전기 회로 및 상기 스트레인 게이지의 발열 온도가 상기 수지부의 내열 온도이하가 되도록 상기 전기 회로 및 스트레인 게이지에 공급하는 전력을 제한하는 전력 제한 회로를 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.
이 구성에 의해, 전력 제한 회로에 의해 스트레인 게이지 및 전기 회로에 공급하는 전력이 제한되어 있으므로, 만일 기왜체와 스트레인 게이지가 쇼트된 경우, 또는 전기 회로의 단자나 이 전기 회로에 접속된 배선부가 기왜체와 접촉되거나 전기 회로가 고장난 경우라도 전기 회로나 스트레인 게이지에 의한 발열 온도가 상기 수지부의 내열 온도 이하가 된다. 따라서, 전기 회로나 스트레인 게이지를 덮고 있는 수지부가 내열 온도를 초과해서 유연해지거나 녹거나 하는 것이 방지되고, 이 결과, 폭발성 가스가 수지부가 녹은 공간을 통해서 상기 쇼트 개소나 전기 회로의 발열부 등에 침입해서 폭발하는 것을 방지할 수 있다.
또, 본 발명은 상기 전력 제한 회로가 전류방향을 일방향으로 제한하는 전류방향 제한 소자를 갖고 있는 것을 특징으로 한다. 이 구성에 의해, 예를 들면, 전력 제한 회로까지의 회로에 정전압과 부전압의 양쪽의 전압이 부가될 가능성이 있는 경우에, 만일 기왜체와 스트레인 게이지가 쇼트되거나, 전기부품의 단자나 배선부 등이 기왜체 등과 접촉되거나, 전기부품이 고장나거나 한 경우라도 전류방향이 한쪽으로 제한되므로, 정전압 또는 부전압밖에 부가되지 않게 되고, 그 만큼 전기 회로나 스트레인 게이지의 발열량을 억제할 수 있다.
또, 상기 전력 제한 회로로서 상기 전류방향 제한 소자를 2개 갖고 있음과 아울러 전류량을 제한하는 전류량 제한 소자를 갖고 있는 것이 바람직하고, 이 구성에 의하면, 전류방향 및 전류량을 양호하게 제한할 수 있으므로, 전기부품이나 스트레인 게이지에 흐르는 전력을 양호하게 제한할 수 있다.
또, 상기 전기 회로로서 복수의 스트레인 게이지로 이루어지는 브리지 회로로부터 출력되는 아날로그 신호를 처리하는 아날로그 신호 처리 회로와, A/D 변환기와, A/D 변환기로부터 출력되는 디지털 신호를 처리하는 디지털 신호 처리 회로를 갖는 것을 특징으로 한다. 이 구성에 의해, 전력 제한 회로로서 저항 등의 전류량 제한 소자를 갖고 있던 경우라도 브리지 회로로부터 출력되는 신호를 양호하게 처리할 수 있다.
또한, 수지부를 덮어서 보호하는 보호 커버를 설치하는 것이 바람직하다. 이 구성에 의해, 수지부가 보호 커버에 의해 보호되므로, 상기 방폭형 로드셀 장치를 설치한 경우에 뭔가가 수지부에 닿아서 전기 회로나 스트레인 게이지를 덮는 수지부의 두께가 작아지는 등의 문제가 발생하는 것을 방지할 수 있어 신뢰성이 향상된다.
또, 본 발명은 상기 전력 제한 회로에 접속되는 전선내에 설치된 복수의 배선에 피복부를 제외한 도선 노출부를 형성하고, 이 도선 노출부의 주위에 수지부가 충전되어 있음과 아울러 배선의 도선 노출부끼리가 접촉되는 것을 방지하는 도선 가이드부를 설치한 것을 특징으로 한다. 이 구성에 의해, 만일 배선에 있어서의 피복부와 도선부 사이를 통과해서 외부로부터 방폭성 가스가 침입한 경우라도 배선의 도선 노출부의 주위에 충전된 수지부에 의해 이것으로부터 내부에 방폭성 가스가 침입하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 도선 가이드부에 의해 배선의 도선 노출부끼리가 접촉되는 것이 방지되므로 신뢰성이 향상된다.
또한, 기왜체로부터 전선이 빠져 나가는 것을 방지하는 평판상의 고정구를 부착하거나, 수지부를 충전하는 개소의 상부에 기포 빠짐용 구멍부를 형성하는 것이 바람직하다. 기포 빠짐용 구멍부를 형성하면 수지를 충전할 때에 내부에 기포가 남는 것을 방지할 수 있어 신뢰성이 향상된다.
(발명의 효과)
본 발명에 의하면, 기왜체와 스트레인 게이지가 쇼트된 경우, 또는 상기 전기 회로의 단자나 이 전기 회로에 접속된 배선부가 기왜체와 접촉되거나 상기 전기 회로가 고장나거나 한 경우라도 전기 회로 및 스트레인 게이지의 발열 온도가 수지부의 내열 온도 이하가 되도록 전기 회로 및 스트레인 게이지에 공급하는 전력을 제한하는 전력 제한 회로를 설치함으로써 만일 기왜체와 스트레인 게이지가 쇼트된 경우, 또는 상기 전기 회로의 단자나 이 전기 회로에 접속된 배선부가 기왜체와 접촉되거나 상기 전기 회로가 고장나거나 한 경우라도 전기 회로나 스트레인 게이지에 의한 발열 온도가 상기 수지부의 내열 온도이하가 된다. 따라서, 전기 회로나 스트레인 게이지를 덮고 있는 수지부가 내열 온도를 초과해서 유연해지거나 녹거나 하는 것이 방지되고, 이 결과, 폭발성 가스가 수지부가 녹은 공간을 통해서 상기 쇼트 개소나 전기 회로의 발열부 등에 침입해서 폭발하는 것을 방지할 수 있어 신뢰성이 향상된다.
또, 수지부에 의해 전기 회로나 스트레인 게이지를 덮고, 전력 제한 회로를 설치하는 것만의 비교적 간단한 구성이므로 내압 방폭형 구조나 본질 안전 방폭형 구조의 로드셀 장치보다 제조 비용을 저감할 수 있음과 아울러 내압 방폭형 구조의 로드셀 장치보다 소형화할 수 있다.
또, 상기 전력 제한 회로로서 전류방향을 일방향으로 제한하는 전류방향 제한 소자를 설치함으로써 전류방향이 일방향으로 제한되므로 전기 회로나 스트레인 게이지의 발열량을 억제할 수 있다.
도 1(a), (b) 및 (c)는 본 발명의 실시형태에 의한 방폭형 로드셀 장치의 평면도, 정면도, 및 저면도이다.
도 2(a)는 동 방폭형 로드셀 장치의 좌측면도, (b)는 동 방폭형 로드셀 장치의 종단 우측면도(도 1(b)의 IIb-IIb선에서 본 단면 측면도)이다.
도 3은 동 방폭형 로드셀 장치의 종단 정면도(도 1(a)의 III-III선에서 본 단면 정면도)이다.
도 4는 동 방폭형 로드셀 장치의 횡단 평면도(도 1(b)의 IV-IV선에서 본 단면 평면도)이다.
도 5는 동 방폭형 로드셀 장치의 횡단 저면도(도 1(b)의 V-V선에서 본 단면저면도)이다.
도 6은 동 방폭형 로드셀 장치의 유지 프레임 및 전력 제한 회로가 설치되어 있는 개소의 평면 단면도이다.
도 7(a)는 동 방폭형 로드셀 장치의 개략적인 회로도이며, (b)는 동 방폭형 로드셀 장치의 변형예를 나타내는 개략적인 회로도이다.
이하, 본 발명의 실시형태에 의한 방폭형 로드셀 장치를 도면에 의거해서 설명한다. 또한, 여기에서 나타내는 실시형태는 어디까지나 일례이며, 반드시 이 실시형태에 한정되는 것은 아니다.
도 1(a), (b) 및 (c)는 본 발명의 실시형태에 의한 방폭형 로드셀 장치의 평면도, 정면도, 및 저면도를 나타내고, 또한, 도 2(a)는 동 방폭형 로드셀 장치의 좌측면도, 도 2(b)는 동 방폭형 로드셀 장치의 종단 우측면도(도 1(b)의 IIb-IIb선에서 본 단면 측면도), 도 3은 동 방폭형 로드셀 장치의 종단 정면도(도 1(a)의 III-III선에서 본 단면 정면도), 도 4는 동 방폭형 로드셀 장치의 횡단 평면도(도 1(b)의 IV-IV선에서 본 단면 평면도), 도 5는 동 방폭형 로드셀 장치의 횡단 저면도(도 1(b)의 V-V선에서 본 단면 저면도), 도 6은 동 방폭형 로드셀 장치의 유지 프레임 및 전력 제한 회로가 설치되어 있는 개소의 평면 단면도이다.
도 1∼도 5에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시형태에 의한 방폭형 로드셀 장치는 금속제의 기왜체(로드셀 본체)(1)와, 이 기왜체(1)에 밀착해서 접착된 복수의 스트레인 게이지(2)와, 이들 스트레인 게이지(2)에 접속된 상태로 기왜체(1)에 장착된 복수의 회로 기판(3A,3B)으로 이루어지는 전기 회로(3)와, 스트레인 게이지(2) 및 전기 회로(3)를 밀봉 상태로 덮는 수지부(4)와, 상기 전기 회로(3) 및 스트레인 게이지(2)에 공급하는 전력을 제한하는 전력 제한 회로(5)와, 상기 전력 제한 회로(5)에 접속된 전선(6)과, 수지부(4)를 외측으로부터 덮어서 보호하는 금속제의 보호 커버{7(7A,7B)} 등으로 구성되어 있다.
기왜체(1)는 소정 위치에 지지(고정)되는 지지 고정부(1a)와, 하중이 부하되는 하중 부하부(1b)와, 지지 고정부(1a)와 하중 부하부(1b) 사이에 형성된 박육부(1c)가 형성되고, 박육부(1c)의 상면과 하면에 각각 쌍으로 된 스트레인 게이지(2)(즉 4개의 스트레인 게이지(2))가 매우 얇은(0.1mm보다 작은 두께) 절연 필름(도시 생략)을 통해 접착되어 있다. 또한, 기왜체(1)는 대략 직육면체형상으로 되어 있고, 박육부(1c)는 기왜체(1)의 상면으로부터 하방으로 패인 함몰부(1d)와, 기왜체(1)의 하면으로부터 상방으로 패인 함몰부(1e)가 형성됨으로써 이들 함몰부(1d,1e) 사이에 형성되어 있지만, 도 4, 도 5에 나타낸 바와 같이, 상하의 함몰부(1d,1e)의 좌측 부근 부분과 우측 부근 부분(도 4, 도 5의 지면에 있어서는 상측 부근 부분과 하측 부근 부분)에는 상하로 관통하는 관통부(1f,1g)도 형성되어 있다.
기왜체(1)의 지지 고정부(1a)에 있어서의 하부에는 하면으로부터 상방으로 패인 함몰부(1h,1i)가 형성되고, 이들 함몰부(1h,1i)에 전기 회로(3)(회로 기판(3A,3B))가 설치되어 있다. 또한, 이 실시형태에서는 회로 기판(3A)은 금속 패턴이 형성되어 있지 않은 편면 기판의 면에서 함몰부(1h)의 저면부에 부착되고, 또한, 회로 기판(3B)은 보스상의 스페이서(11)를 통해 고정되고, 함몰부(1h)의 저면부에 대해서 이간된 상태로 설치되어 있지만, 회로 기판(3A)이나 회로 기판(3B)을 0.1mm보다 두꺼운 절연막 등을 통해 부착하거나 해도 좋다.
기왜체(1)의 지지 고정부(1a)의 상방에는 전력 제한 회로(5)가 보스상의 스페이서(12)를 통해 나사 등으로 고정되고, 기왜체(1)의 상면으로부터 이간된 상태로 설치되어 있다. 또한, 기왜체(1)의 지지 고정부(1a)의 상방에는 평면으로 볼 때 전력 제한 회로(5)를 사방(전후 좌우)으로부터 둘러싸는 상태로 상방으로 연장되는 자세로 박판상의 패킹(13)(도 3 참조)을 통해 유지 프레임(14)이 탑재되어 있다.
또, 도 3 등에 나타낸 바와 같이, 기왜체(1)의 지지 고정부(1a)의 단부로부터 내부를 향해서 가로방향으로 연장되도록 구멍부(1j)가 형성되고, 이 구멍부(1j)에 전선(6)의 선단부가 돌입되어 있다. 전선(6)은 4개의 배선{6a(6a-1∼6a-4)}과 실드선(6b)(도 7(a),(b) 참조)이 피복부(6c)로 덮여져 있고, 피복부(6c)의 단부에는 통상의 패킹(15)이 외감되고, 실드선(6b)이 금속제의 기왜체(1)에 접촉되어 있는 상태로 전선(6)의 단부가 부착되어 있다. 또한, 전선(6)에는 이 전선(6)이 기왜체(로드셀 본체)(1)로부터 이탈하지 않도록 확실하게 부착하기 위한 전선 유지체(소위 리테이너)(16) 및 전선 유지 부착체(소위 어댑터)(17)가 장착되어 있다. 이 실시형태에서는 도 4에 나타낸 바와 같이, 기왜체(1)에 고정용 나사(18)로 대략 원환상의 전선 유지 부착체(17)가 장착되어 있음과 아울러 전선 유지 부착체(17)의 중심부에 형성된 암나사부(17a)에 전선 유지체(16)의 대경부(16a)로부터 돌출하는 세경의 수나사부(16a)가 돌입되어서 나사삽입된 상태로 전선 유지 부착체(17)에 전선 유지체(16)가 고정되어 있다.
또한, 도 4, 도 5 등에 나타낸 바와 같이, 전선 유지체(16)의 대경부(16a)의 일부에 그 외주면으로부터 전선(6)이 통과된 개소까지 절개된 노치부(16c)가 형성되어 있고, 이 노치부(16c)에는 전선(6)을 눌러 전선(6)의 단부가 기왜체(1)로부터 빠져 나가지 않도록 록킹하는 평판상의 록킹판(고정구의 일례)(16d)이 고정용 나사(20)로 부착되어 있다.
기왜체(1)의 지지 고정부(1a)에는 전선(6)이 통과되고 있는 구멍부(1j)에 연속해서 이 구멍부(1j)내 공간과, 전력 제한 회로(5)가 설치되어 있는 유지 프레임(14)의 내부영역(유지범위 내부영역(14a))을 연통시키는 배선용 연통 구멍(1k)이 형성되어 있고, 이 배선용 연통 구멍(1k)을 통해 전선(6)의 배선(6a)이 유지범위 내부영역(14a)에 통과되고 있다. 그리고, 각 배선(6a)의 피복을 제외한 도선 노출부(6aa)가 전력 제한 회로(5)의 입력 단자부(상세하게는 전력 제한 회로(5)가 설치되어 있는 회로 기판(5a)의 입력 단자부)에 접속되어 있다. 여기에서, 배선(6a)의 도선 노출부(6aa)는 피복부(6ab)가 길게(예를 들면 약 5mm이상의 길이) 벗겨져 있다. 또한, 유지범위 내부영역(14a)에 있어서의 배선용 연통 구멍(1k)과의 연통부분 근방에는 절연성의 도선 가이드부(21)가 나사(22)(도 3 참조)로 부착되어 있고, 도 6에 나타낸 바와 같이, 도선 가이드부(21)에는 4개의 배선(6a)의 피복부(6ab)의 단부와 이것에 연속되는 도선 노출부(6aa)를 개별로 안내하는 4개의 홈부(21a)가 서로 가로방향으로 떨어진 위치에 형성되어 있다. 그리고, 이 절연성의 도선 가이드부(21)에 의해 각 도선 노출부(6aa)끼리가 접촉되는 것이 방지된 상태로 전력 제한 회로(5)의 입력 단자부에 접속되어 있다.
또, 전기 회로(3)(회로 기판(3A,3B))가 설치되어 있는 함몰부(1h,1i)의 내부영역과, 전력 제한 회로(5)가 설치되어 있는 유지범위 내부영역(14a)은 상하로 연장되는 연통용 구멍부(1m,1n)(도 4 참조)에 의해서도 연통되어 있다.
기왜체(1)에 있어서의 스트레인 게이지(2)가 설치되어 있는 패인 함몰부(1d,1e)와, 이들 함몰부(1h,1i)끼리를 관통해서 연통시키는 관통부(1f,1g)와, 전기 회로(3)(회로 기판(3A,3B))가 설치되어 있는 함몰부(1h,1i)와, 전력 제한 회로(5)가 설치되어 있는 유지범위 내부영역(14a)과, 배선용 연통 구멍(1k)과, 함몰부(1h,1i)와 유지범위 내부영역(14a)을 연통시키는 연통용 구멍부(1m,1n)는 모두 수지가 충전되어 있다. 그리고, 이 수지가 충전되어 이루어지는 수지부(4)에 의해 스트레인 게이지(2)나, 전기 회로(3)(회로 기판(3A,3B)) 및 전력 제한 회로(5)가 밀봉 상태로 덮여져 있다. 또한, 유지 프레임(14)의 상부에는 넓게 개구되는 개구 구멍(기포 빠짐용 구멍의 일례)(14b)이 형성되어 있고, 이 개구 구멍(14b)은 수지를 충전함에 있어서의 수지의 충전량을 확인하는 확인용 구멍부로서도 기능한다.
또, 기왜체(1)에 있어서의 수지부(4)가 외측에 노출되는 면(즉, 함몰부(1d)에 충전되어 있는 수지부(4)의 상면과, 함몰부(1e)에 충전되어 있는 수지부(4)의 하면과, 함몰부(1h,1i)에 충전되어 있는 수지부(4)의 하면)와 유지 프레임(14)의 유지범위 내부영역(14a)에 있어서의 수지부(4)가 외측에 노출되는 상면은 금속제의 보호 커버{7(7A,7B)}에 의해 간극을 갖는 상태로 외측으로부터 덮여져 보호되어 있다.
도 7(a)는 동 방폭형 로드셀 장치의 개략적인 회로도를 나타낸다. 상기한 바와 같이, 모든 스트레인 게이지(2)와, 전기 회로(3)(회로 기판(3A,3B))와, 전력 제한 회로(5)는 수지부(4)에 의해 덮여져 있다. 예를 들면, 회로 기판(3A)은 스트레인 게이지(2)끼리가 브리지 회로를 이루도록 접속하는 접속 회로이다. 회로 기판(3B)은 브리지 회로로부터 출력되는 아날로그 신호를 처리하는 회로와, 이 회로로부터의 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환기와, 디지털 신호를 처리하는 신호 처리 회로와, 이 신호를 전송하는 통신 회로로 구성된다. 그리고, 이들 회로와, 복수의 스트레인 게이지(2)와, 기왜체(1) 등에 의해 디지털 로드셀 유닛이 구성되어 있다.
또, 전력 제한 회로(5)는 예를 들면, 전류방향을 일방향으로 제한하는 다이오드로 이루어지는 2개의 전류방향 제한소자(5b)와, 전류량을 제한하는 저항으로 이루어지는 3개의 전류량 제한 소자(5c)로 이루어진다. 즉, 전력 제한 회로(5)에 있어서의 스트레인 게이지(2)측을 향해서 전력을 공급하는 배선(6a-1)이 접속되어 있는 개소와, 그라운드선이 되는 배선(6a-4)이 접속되어 있는 개소에 각각 전류방향 제한소자(5b)가 설치되어 있고, 이 결과, 전력 제한 회로(5)에 있어서 배선(6a-1)으로부터 정전압이 부여되고, 또한 배선(6a-4)이 접지된 경우만, 전기 회로(3,3A,3B)나 스트레인 게이지(2)에 전력이 공급되도록 구성되어 있다. 또한, 전력 제한 회로(5)에 있어서의 스트레인 게이지(2)측을 향해서 전력을 공급하는 배선(6a-1)이 접속되어 있는 개소와, 스트레인 게이지(2)측으로부터의 신호가 전달되는 배선(6a-2,6a-3)이 접속되어 있는 개소에 저항으로 이루어지는 전류량 제한 소자(5c)가 각각 설치되어 있다. 그리고, 만일 스트레인 게이지(2)가 기왜체(1)에 접촉해서 쇼트되거나, 전기 회로(3,3A,3B)에 설치되어 있는 전기부품의 단자나 이 전기부품에 접속된 배선부가 기왜체와 접촉되거나 상기 전기부품이 고장나거나 해서 전기 회로(3,3A,3B)로부터 누전이 생긴 경우라도 전기 회로(3,3A,3B) 및 스트레인 게이지(2)의 발열 온도가 수지부(4)의 내열 온도이하가 되도록 전기 회로(3,3A,3B) 및 스트레인 게이지(2)에 공급하는 전력을 제한하도록 구성되어 있다. 또한, 도 7(b)에 나타낸 바와 같이, 전력 제한 회로(5)에 있어서의 전력이 공급되는 배선(6a-1)이 접속되어 있는 개소 등에 저항으로 이루어지는 전류량 제한 소자(5c) 대신에 퓨즈 등으로 이루어지는 전류량 제한 소자(5d)를 설치해도 좋고, 이것에 의해서도 최대 전류를 제한할 수 있다.
상기 구성에 의하면, 전력 제한 회로(5)에 의해 스트레인 게이지(2) 및 전기 회로(3,3A,3B)에 공급하는 전력이 제한되어 있으므로, 만일 기왜체(1)와 스트레인 게이지(2)가 쇼트되거나, 전기 회로(3,3A,3B)로부터 누전이 발생하거나 한 경우라도 전기 회로(3,3A,3B)나 스트레인 게이지(2)에 의한 발열 온도가 수지부(4)의 내열 온도이하가 된다. 따라서, 전기 회로(3,3A,3B)나 스트레인 게이지(2)를 덮고 있는 수지부(4)가 내열 온도를 초과해서 유연해지거나 녹거나 하는 것이 방지되고, 이 결과, 폭발성 가스가 수지부(4)가 녹은 공간을 통해서 상기 쇼트 개소나 전기 회로(3,3A,3B)의 발열부 등에 침입해서 폭발하는 것을 방지할 수 있어 신뢰성이 향상된다.
또, 전력 제한 회로(5)로서 전류방향을 일방향으로 제한하는 2개의 전류방향 제한소자(5b)를 갖고 있으므로, 예를 들면, 전력 제한 회로(5)까지의 회로에 정전압과 부전압의 양쪽의 전압이 부가될 가능성이 있는 경우에, 만일 기왜체(1)와 스트레인 게이지(2)가 쇼트되거나, 전기 회로(3,3A,3B)의 단자나 배선부 등이 기왜체(1) 등과 접촉되거나, 고장나거나 한 경우라도 전류방향이 일방향으로 제한된다. 이것에 의해, 이 실시형태에서는 정전압(또는 회로에 따라서는 부전압)밖에 부가되지 않게 되어 그 만큼 전기 회로(3,3A,3B)나 스트레인 게이지(2)의 발열량을 억제할 수 있어 신뢰성이 더욱 향상된다.
또, 수지부(4)에 의해 전기 회로(3,3A,3B)나 스트레인 게이지(2)를 덮고, 전력 제한 회로(5)를 설치할 뿐인 비교적 간단한 구성이므로, 내압 방폭형 구조나 본질 안전 방폭형 구조의 로드셀 장치보다 제조 비용을 저감할 수 있음과 아울러 내압 방폭형 구조의 로드셀 장치보다 소형화할 수 있다.
즉, 내압 방폭형의 로드셀 장치에서는 로드셀을 주위로부터 덮는 매우 완강한 금속제의 상자체 등이 필요하게 되므로, 제조 비용이 대폭 증가함과 아울러 본질 안전 방폭형의 로드셀 장치에서는 배리어(안전 유지기) 등을 구비한 컨트롤러를 설치하지 않으면 안되기 때문에 이 경우에도 제조 비용이 대폭 증가한다. 이것에 대하여, 본 실시형태와 같이 수지의 충전에 의한 방폭형의 로드셀 장치에서는 수지부(4)에 의해 전기 회로(3,3A,3B)나 스트레인 게이지(2)를 덮고, 전력 제한 회로(5)를 설치하는 것뿐인 비교적 간단한 구성이므로, 내압 방폭형의 로드셀 장치나 본질 안전 방폭형의 로드셀 장치의 경우와 비교해서 제조 비용을 대폭 저감할 수 있다.
또, 본질 안전 방폭형의 로드셀 장치에서는 매우 작은 전력밖에 사용할 수 없으므로, 사용 용도나 사용 방법에 제한이 발생되어 버리는 단점이나, 원칙적으로 배리어(안전 유지기)를 구비한 컨트롤러를 안전한 장소에 배치하지 않으면 안되는 결점이 있지만, 본 실시형태에 의한 방폭형의 로드셀 장치에서는 전기 회로(3,3A,3B)나 스트레인 게이지(2)에 의한 발열 온도가 수지부(4)의 내열 온도이하가 되는 전력, 즉, 본질 안전 방폭형의 로드셀 장치보다 비교적 큰 전력을 취급하는 것이 가능하므로, 사용 용도나 사용 방법에 제한이 본질 안전 방폭형의 로드셀 장치보다 대폭 완화된다. 또한, 전력 제한 회로(5)도 수지부(4)로 덮음으로써 로드셀 장치 전체를 위험장소에 설치하는 것도 가능하다.
또, 상기 실시형태에서는 수지부(4)를 덮어서 보호하는 보호 커버{7(7A,7B)}를 설치하고 있고, 수지부(4)가 보호 커버{7(7A,7B)}에 의해 보호되므로, 상기 방폭형 로드셀 장치를 설치한 경우에 뭔가가 수지부(4)에 닿아서 전기 회로(3,3A,3B)나 스트레인 게이지(2)를 덮는 수지부의 두께가 작아지는 등의 문제가 발생하는 것을 방지할 수 있어 이것에 의해서도 신뢰성이 향상된다. 즉, 내압 방폭형 구조의 로드셀 장치에서는 내부에서 폭발해도 불이 외부로 번지지 않는 매우 완강한 상자체 등의 덮개가 필요하지만, 본 실시형태에서는 수지부(4)에 뭔가가 접촉되거나 해서 수지부(4)의 두께가 감소하는 것을 방어하기 위한 보호 커버{7(7A,7B)}이면 좋으므로, 그 구조도 간단한 것으로 될 수 있음과 아울러 두께도 얇아도 되므로 내압 방폭형 구조의 로드셀 장치보다 소형화할 수 있다.
또, 본 실시형태의 방폭형 로드셀 장치는 A/D 변환기 등을 구비한 디지털 로드셀 유닛으로 구성되어 있으므로, 전력 제한 회로(5)로서 저항 등의 전류량 제한 소자를 갖고 있던 경우라도 브리지 회로로부터 출력되는 신호를 양호하게 처리할 수 있다. 즉, 아날로그 신호를 처리하는 로드셀 장치에서는 저항을 브리지 회로 등에 추가하면 브리지 회로의 밸런스가 무너져서 정확한 측정을 행할 수 없게 되는 문제가 발생하지만, 본 실시형태의 방폭형 로드셀 장치는 디지털 로드셀이므로 저항 등의 전류량 제한 소자를 설치해도 양호하게 측정할 수 있다.
또, 상기 실시형태에 의하면 전선(6)의 배선(6a)에 피복부(6c)를 제외한 도선 노출부(6aa)를 설치하고, 이 도선 노출부(6aa)의 주위에도 수지부(4)가 충전되어 있으므로, 만일 배선(6a)에 있어서의 피복부(6c)와 도선부 사이를 통과해서 외부로부터 방폭성 가스가 침입한 경우라도 배선(6a)의 도선 노출부(6aa)의 주위에 충전된 수지부(4)에 의해 이것으로부터 내부에 방폭성 가스가 침입하는 것이 방지된다. 이 결과, 방폭성 가스가 전력 제한 회로(5)측에 침입해서 폭발하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 이 도선 노출부(6aa)는 수지 방폭의 규정 치수(예를 들면 5mm)이상 설치하는 것이 바람직하다. 또한, 도선 가이드부(21)에 의해 배선(6a)의 도선 노출부(6aa)끼리가 접촉되는 것이 방지되어 있으므로, 이것에 의해 배선(6a)의 도선 노출부(6aa)끼리가 접촉되는 것에 의한 폭발도 방지할 수 있어서 신뢰성이 향상된다.
또, 전선 유지체(16)에는 전선(6)을 눌러서 전선(6)의 단부가 기왜체(1)로부터 빠져 나가지 않도록 록킹하는 평판상의 록킹판(16d)이 고정용 나사(20)로 부착되어 있으므로, 전선(6)의 단부가 기왜체(1)로부터 빠져 나가는 것을 확실하게 방지할 수 있고, 이것에 의해서도 신뢰성이 향상된다. 또한, 고정구의 일례로서의 록킹판(16d)이 평판상이므로, 단면이 대략 환형인 전선(6)을 양호하게 압압할 수 있다. 또한, 록킹판(16d)의 형상을 대략 직사각형으로 함과 아울러 그 모서리부를 만곡시킴으로써(도 1(b) 참조) 록킹판(16d)을 장착할 때에 전선(6)을 손상시키는 것을 방지할 수 있는 이점도 있다.
또, 로드셀 장치에 있어서의 수지부(4)를 충전하는 상부에 상당하는 유지 프레임(14)의 상부에 넓게 개구하는 개구 구멍(14b)을 형성했으므로, 상기 로드셀 장치에 수지를 주입한 후에 이 개구 구멍(14b)을 통해 내부의 기포가 외부로 배출되어서 내부에 기포가 남는 것을 방지할 수 있어 이것에 의해서도 신뢰성이 향상된다. 또한, 이 개구 구멍(14b)은 수지를 충전함에 있어서의 충전량을 확인하는 확인용 구멍부로서도 기능하므로, 수지의 충전시에는 개구 구멍(14b)에서의 수지량을 확인하면서 양호하게 수지를 충전할 수 있어 작업성도 양호하게 된다.
또한, 상기 실시형태에서는 기왜체(1)가 대략 장방형상의 방폭형 로드셀 장치인 경우를 서술했지만, 이러한 종류의 로드셀 장치에 제한되는 것은 아니다. 즉, 상기한 바와 같이 기왜체가 직육면체형상의 외팔보형의 로드셀 장치 뿐만 아니라, 기왜체가 직육면체형상인 양단 고정보형의 로드셀 장치나, 기왜체가 원기둥형상이며 외팔보형, 양단 고정보형 또는 기둥상의 로드셀 장치나, 기왜체가 다이어프램상 또는 링상의 로드셀 장치 등 거의 모든 형의 로드셀 장치에 본 발명의 구성을 적용하는 것이 가능하다.

Claims (8)

  1. 기왜체와,
    상기 기왜체에 밀착되어 접착된 스트레인 게이지와,
    상기 스트레인 게이지에 접속됨과 아울러 상기 기왜체에 장착된 전기 회로와,
    상기 스트레인 게이지 및 상기 전기 회로를 밀봉 상태로 덮는 수지부와,
    상기 기왜체와 상기 스트레인 게이지가 쇼트된 경우, 또는 상기 전기 회로의 단자나 이 전기 회로에 접속된 배선부가 기왜체와 접촉되거나 상기 전기 회로가 고장나거나 한 경우라도 상기 전기 회로 및 상기 스트레인 게이지의 발열 온도가 상기 수지부의 내열 온도 이하가 되도록 상기 전기 회로 및 스트레인 게이지에 공급하는 전력을 제한하는 전력 제한 회로를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 방폭형 로드셀 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전력 제한 회로는 전류방향을 일방향으로 제한하는 전류방향 제한 소자를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 방폭형 로드셀 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 전력 제한 회로로서 상기 전류방향 제한 소자를 2개 갖고 있음과 아울러 전류량을 제한하는 전류량 제한 소자를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 방폭형 로드셀 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 전기 회로로서 복수의 스트레인 게이지로 이루어지는 브리지 회로로부터 출력되는 아날로그 신호를 처리하는 아날로그 신호 처리 회로와, A/D 변환기와, A/D 변환기로부터 출력되는 디지털 신호를 처리하는 디지털 신호 처리 회로를 갖는 것을 특징으로 하는 방폭형 로드셀 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 수지부를 덮어서 보호하는 보호 커버가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 방폭형 로드셀 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 전력 제한 회로에 접속되는 전선내에 설치된 복수의 배선에 피복부를 제외한 도선 노출부를 형성하고, 이 도선 노출부의 주위에 수지부가 충전되어 있음과 아울러 배선의 도선 노출부끼리가 접촉되는 것을 방지하는 도선 가이드부를 설치한 것을 특징으로 하는 방폭형 로드셀 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    기왜체로부터 전선이 빠져 나가는 것을 방지하는 평판상의 고정구를 부착한 것을 특징으로 하는 방폭형 로드셀 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    수지부를 충전하는 개소의 상부에 기포 빠짐용 구멍부를 형성한 것을 특징으로 하는 방폭형 로드셀 장치.
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