WO2019230490A1

WO2019230490A1 - 振動検出センサ

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Publication number: WO2019230490A1
Application number: PCT/JP2019/020029
Authority: WO
Inventors: 恵宏上村
Original assignee: Nippon Seiki Co Ltd
Current assignee: Nippon Seiki Co Ltd
Priority date: 2018-05-28
Filing date: 2019-05-21
Publication date: 2019-12-05
Anticipated expiration: 2020-11-28

Abstract

気密構造を備える振動検出センサにおいて、気密性と製造の容易性を両立させる振動検出センサを提供する。振動検出センサ１は、被検出体１００が発生させる振動を検出する振動検出素子３０と、振動検出素子３０が実装される回路基板４０と、回路基板４０が内部に固定されるハウジング１０と、被検出体１００に固定するための底面部２０と、電気コード５０を保護するためのグロメット６０と、を備え、ハウジング１０は封止部材７０によって気密に封止され、グロメット６０は封止部材７０によって固定される。

Description

振動検出センサ

　本発明は振動検出センサに関する。

　プラントに設置されるスチームトラップ、モータやポンプ等の機器や設備の監視のため、振動を検出することが行われる。発生する振動は、振動検出センサで検出し、電気信号に変換して出力される。このような振動検出センサは、屋外で運用されることも想定されており、気密構造が要求される。
　例えば特許文献１に開示された電子装置用防水構造は、配線が通る配線穴を有するケースと、配線穴を囲うようにケースから配線の軸方向へ延びる筒部と、筒部に収納され、当該筒部と配線の間をシールするシール部材と、ケースに着脱可能に取付けられ、配線を通す穴を有し、シール部材を覆い筒部に嵌合されるキャップと、を備えていた。

再公表ＷＯ２０１２／１７６３０３号公報

　特許文献１に記載の電子装置用防水構造は、シール部材とキャップとが別の部材として必要であり、且つキャップをケースに固定するための構造が必要だった。このような構造は、部品点数と製造工数の増加という問題がある。

　本発明は、気密構造を備える振動検出センサにおいて、気密性と製造の容易性を両立させる振動検出センサを提供することを目的とする。

　上記目的を達成するため、本発明に係る振動検出センサは、
　振動を検出する振動検出素子と、
　前記振動検出素子が実装される回路基板と、
　前記回路基板が内部に固定されるハウジングと、
　を備え、
　前記ハウジングは、グロメットが嵌め込まれるコード孔と、封止部材の注入孔と、空気孔と、を有し、
　前記ハウジングは、前記封止部材によって気密に封止され、
　前記グロメットは、前記封止部材によって固定される、
　ことを特徴とする。

　本発明によれば、気密性と製造の容易性を両立させる振動検出センサを提供することができる。

本発明の第１の態様に係る振動検出センサの正面図である。本発明の第１の態様に係る振動検出センサの分解斜視図である。本発明の第１の態様に係る振動検出センサのグロメットの正面、右側面及び底面を表す図である。本発明の第１の態様に係る振動検出センサの平面図である。本発明の第１の態様に係る振動検出センサのＡ－Ａ断面図である。本発明の第１の態様に係る振動検出センサのＢ－Ｂ断面図である。本発明の第２の態様に係る振動検出センサの収納部とグロメットの分解斜視図である。本発明の第２の態様に係る振動検出センサの収納部とグロメットの上面図である。本発明の第２の態様に係る振動検出センサの収納部とグロメットのＣ－Ｃ断面図である。本発明の第３の態様に係る振動検出センサの背面側分解斜視図である。本発明の第３の態様に係る振動検出センサのＢ－Ｂ断面図である。

　以下に、本発明の第１の態様に係る振動検出センサ１を添付図面に基づいて説明する。
　図１は、第１の態様に係る振動検出センサ１の正面図を、図２Ａは、第１の態様に係る振動検出センサ１の分解斜視図を、図２Ｂは、第１の態様に係る振動検出センサ１のグロメット６０の正面、右側面及び底面を表す図を、図３は、第１の態様に係る振動検出センサ１の平面図を、図４は、第１の態様に係る振動検出センサ１のＡ－Ａ断面図を、図５は、第１の態様に係る振動検出センサ１のＢ－Ｂ断面図を示している。

　本発明の振動検出センサ１は、図１乃至５に示すように、被検出体１００が発生させる振動を検出する振動検出素子３０と、振動検出素子３０が実装される回路基板４０と、回路基板４０が内部に固定されるハウジング１０と、被検出体１００に固定するための底面部２０と、電気コード５０を保護するためのグロメット６０と、を備えて構成される。

　ハウジング１０は、振動検出素子３０及び回路基板４０を収納するためのものであり、耐食性に優れた金属材料、例えばステンレス、アルミ、チタンなどで形成される。ハウジング１０は、略錐台状の収納部１１と、多角形状の台部１２を備える。
　収納部１１の上方には、コード孔１３、注入孔１４、空気孔１５、壁部１６、突起部１７が備えられている。
　コード孔１３は、回路基板４０と接続された電気コード５０を外部に取りだすための穴である。
　注入孔１４は、ハウジング１０の内部に後述する封止部材７０を注入するための穴である。
　空気孔１５は、ハウジング１０の内部に封止部材７０を注入した際に、封止部材７０に押された空気をハウジング１０の外部に放出するための穴である。
　壁部１６は、ハウジング１０の内部に封止部材７０を注入した際に、注入孔１４及び空気孔１５から溢れた封止部材７０がハウジング１０の外側に垂れることを防止する。壁部１６の頂点は、後述するグロメット６０の端部６２を超える高さを有している。
　突起部１７は、コード孔１３の外周に設けられたリブであり、後述するグロメット６０の溝部６３と嵌合する。
　台部１２は、六角柱などの多角形状をしており、振動検出センサ１をレンチやスパナで回して被検出体１００に固定できるよう設けられている。台部１２の上方は収納部１１と連続している。台部１２の下方は開口しており、後述する底面部２０によって塞がれている。

　底面部２０は、ハウジング１０の下方を塞ぎ、被検出体１００と接続するためのものである。底面部２０は、耐食性に優れた金属材料、例えばステンレス、アルミ、チタンなどで形成され、台部１２と溶接や接着剤による接着によって一体化される。
　底面部２０は、平板部２１、基板固定部２２、設置部２３を備える。
　平板部２１は、平板形状や円板形状で形成され、台部１２の下方の開口を塞ぐと共に、被検出体１００と接し、被検出体１００が発生させる振動を基板固定部２２に伝達する。
　基板固定部２２は、回路基板４０を底面部２０に固定するため上方に向かって形成された枠組であり、ねじ穴が形成されている。基板固定部２２に伝わった振動は、回路基板４０の振動検出素子３０に伝達される。
　設置部２３は、振動検出センサ１を被検出体１００に固定するためのものであり、側面に雄ねじが形成されており、被検出体１００に設けられた雌ねじと連結するように設けられる。

　振動検出素子３０は、例えば、加速度センサで構成され、直交するＸ，Ｙ，Ｚ方向の振動を検出するものである。例えばＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）型加速度センサが用いられる。ＭＥＭＳ型加速度センサは、加速度を検出する検出素子部と、検出素子からの信号を増幅、調整して出力する信号処理回路で構成される。検出素子部は、静電容量式のものやピエゾ抵抗式のものなどの検出素子で構成される。振動検出素子３０は、上記の物のほか、振動を把握するためのセンサとして用いられるものであれば良い。本態様で用いる振動検出素子３０は、水平方向の振動検出精度が優れるものが好ましい。

　回路基板４０は、ガラスエポキシなどからなるプリント基板（Printed Circuit Board; PCB）である。回路基板４０は、プリント基板に略水平に振動検出素子３０、電子回路４１を備え、ねじ４２によって基板固定部２２に被検出体１００に対して略垂直に固定される。
　回路基板４０の中央より下方には、振動検出素子３０が実装され、はんだによって回路基板４０と電気的に接続されている。これにより、振動検出素子３０を被検出体１００に近づけることができ、被検出体１００が発生させる振動の検出精度を向上させることができる。
　電子回路４１は、例えば集積回路（IC）からなり、回路基板４０の中央部、又は上方に実装され、振動検出素子３０で検出した振動に基づく電気信号を出力する。電子回路４１は、振動を電気信号に変換する演算処理の負荷を小さくするため、被検出体１００に対して略垂直方向の振動に関する電気信号のみを出力してもよい。また、回路基板４０は、振動検出素子３０への電力供給及び電子回路４１が出力した電気信号を外部出力するための電気コード５０と電気的に接続されている。

　電気コード５０は、電線５１と被覆部材５２からなる。
　電線５１は、銅などの電気伝導体からなり、はんだによって回路基板４０と電気的に接続されている。
　被覆部材５２は、ポリ塩化ビニルやポリエチレンなどのビニール素材からなり、電線５１を断線から保護する。

　グロメット６０は、ゴムなどの軟性部材からなり、筒部６１、端部６２、溝部６３、径大部６４を備える。
　筒部６１は、コード孔１３に嵌め込まれ、コード孔１３の端面から電気コード５０を保護する。
　端部６２は、筒部６１及び後述する径大部６４の外周に設けられた平らな周縁である。端部６２は、ハウジング１０との接触面積を大きくすることで、封止部材７０によるグロメット６０の固定を強固にする。
　溝部６３は、グロメット６０の下方に形成され、収納部１１の突起部１７に嵌合し、グロメット６０の位置決めをする。
　径大部６４は、筒部６１よりも太くなっている部分であり、径大部６４の内部に溝部６３が形成される。

　封止部材７０は、例えばエポキシ樹脂などが用いられる。封止部材７０は、注入孔１４からハウジング１０の内部を充填し、注入孔１４及び空気孔１５から溢れた封止部材７０がグロメット６０の端部６２を覆うまで注入される。封止部材７０は、硬化することでハウジング１０の内部を気密に封止し、且つグロメット６０を固定する。

　以下に、本発明の第２の態様に係る振動検出センサ１を図６乃至８に基づいて説明する。
　図６は、第２の態様に係る振動検出センサ１の収納部１１とグロメット６０の分解斜視図を、図７は、本発明の第２の態様に係る振動検出センサ１の収納部１１とグロメット６０の平面図を、図８は、第２の態様に係る振動検出センサ１の収納部１１とグロメット６０のＣ－Ｃ断面図を示す。

　第２の態様において、ハウジング１０は、突起部１７がなくなり、コード孔１３と注入孔１４が繋がっており、グロメット６０は、端部６２、溝部６３、径大部６４がなくなり、固定片６５、６６と基部６７が形成されている。上述の点で、第２の態様は、第１の態様と異なり、他の部分では第１の態様と同様である。

　ハウジング１０は、収納部１１の上方のコード孔１３と注入孔１４が繋がっており、注入孔１４からコード孔１３へグロメット６０をスライドして嵌め込む。そのため、注入孔１４は、コード孔１３よりも大きく形成されていることが望ましい。あるいは、コード孔１３と空気孔１５を繋げて形成し、注入孔１４を独立させてもよい。
　壁部１６は、ハウジング１０の内部に封止部材７０を注入した際に、注入孔１４及び空気孔１５から溢れた封止部材７０がハウジング１０の外側に垂れることを防止する。壁部１６の頂点は、後述するグロメット６０の固定片６５、６６を超える高さを有している。

　グロメット６０は、基部６７に下方の固定片６５、上方の固定片６６が形成されており、固定片６５、６６の弾性変形によりコード孔１３の端面を把持する。

　封止部材７０は、注入孔１４からハウジング１０の内部を充填し、封止部材７０が少なくともグロメット６０の下方の固定片６５を覆うまで注入される。なお、封止部材７０は、注入孔１４及び空気孔１５から溢れた封止部材７０が下方の固定片６５及び上方の固定片６６の両方を覆うまで注入されることで、グロメット６０をより確実に固定することができる。封止部材７０は、硬化することでハウジング１０の内部を気密に封止し、且つグロメット６０を固定する。

　以下に、本発明の第３の態様に係る振動検出センサ１を図９乃至１０に基づいて説明する。
　図９は、第３の態様に係る振動検出センサ１の背面側分解斜視図を、図１０は、第３の態様に係る振動検出センサ１のＢ－Ｂ断面図を示す。

　第３の態様において、底面部２０は、基板固定部２２にリブ２４をさらに設け、電気コード５０は、回路基板４０にリブ２４側で接続され、リブ２４に支持される。上述の点で、第３の態様は、第１の態様と異なり、他の部分では第１の態様と同様である。

　底面部２０は、回路基板４０の電気コード５０との接続部に対応する位置に、基板固定部２２から突出するリブ２４を設けている。

　封止部材７０は、例えばエポキシ樹脂などが用いられる。封止部材７０は、注入孔１４からハウジング１０の内部を充填し、注入孔１４及び空気孔１５から溢れた封止部材７０がグロメット６０の端部６２を覆うまで注入される。
　リブ２４は、電気コード５０を支持し、封止部材７０に押し込まれた電気コード５０が振動検出センサ１の下方である電子回路４１及び振動検出素子３０の方向に移動することを防止する。
　封止部材７０は、硬化することでハウジング１０の内部を気密に封止し、且つグロメット６０を固定する。

　次に、第１の態様に係る振動検出センサ１の製造方法について、図２乃至５を参照して説明する。

　第１の工程において、底面部２０の基板固定部２２に回路基板４０をねじ４２でねじ止めする。

　第２の工程において、電気コード５０の電線５１を回路基板４０にはんだ付けする。

　第３の工程において、グロメット６０の筒部６１をコード孔１３に嵌め込み、溝部６３をハウジング１０の突起部１７に嵌合して配置する。

　第４の工程において、電気コード５０をグロメット６０の筒部６１に通し、ハウジング１０を底面部２０に被せる。

　第５の工程において、ハウジング１０と底面部２０を溶接し、一体化させる。

　第６の工程において、注入孔１４から封止部材７０を注入し、ハウジング１０の内部を充填し、注入孔１４及び空気孔１５から溢れた封止部材７０がグロメット６０の端部６２を覆うまで封止部材７０を注入する。

　第７の工程において、封止部材７０を硬化させることにより、ハウジング１０内部の振動検出素子３０や回路基板４０を気密に封止し、且つグロメット６０も固定される。

　続いて、第２の態様に係る振動検出センサ１の製造方法について、図２及び図６乃至８を参照して説明する。

　第３の工程において、グロメット６０をハウジング１０の注入孔１４からコード孔１３にスライドさせて嵌め込み、固定片６５、６６でコード孔１３の端面を把持する。

　第５の工程において、ハウジング１０と底面部２０を溶接する。

　第６の工程において、注入孔１４から封止部材７０を注入し、ハウジング１０の内部を充填し、注入孔１４及び空気孔１５から溢れた封止部材７０がグロメット６０の固定片６５、６６を覆うまで封止部材７０を注入する。

　次に、第３の態様に係る振動検出センサ１の製造方法について、図２乃至３、図９乃至１０を参照して説明する。

　第２の工程において、電気コード５０の電線５１を回路基板４０にはんだ付けし、電線５１をリブ２４の上に引き回す。

　第６の工程において、注入孔１４から封止部材７０を注入し、ハウジング１０の内部を充填し、注入孔１４及び空気孔１５から溢れた封止部材７０がグロメット６０の端部６２を覆うまで封止部材７０を注入する。
　このとき、リブ２４が電気コード５０を支持し、封止部材７０に押し込まれた電気コード５０が振動検出センサ１の下方である電子回路４１及び振動検出素子３０の方向に移動することを防止する。

　以上に説明した本発明は、以下の効果を奏する。

　振動検出センサ１は、封止部材７０を充填してハウジング１０の内部の振動検出素子３０や回路基板４０を気密に封止することで気密性や防水性を確保し、且つグロメット６０も同時に固定でき製造工程も容易となる。

　振動検出センサ１は、底面部２０の設置部２３に形成された雄ねじを被検出体１００に形成された雌ねじに合わせ、ハウジング１０の台部１２をレンチやスパナで回すことで取り付けられる。被検出体１００で振動が発生すると、設置部２３、平板部２１を介して振動が伝達され、基板固定部２２に取り付けられた回路基板４０の振動検出素子３０が振動を検出し、検出された振動に基づく電気信号を電気コード５０を介して振動検出センサ１から出力する。振動検出素子３０は、回路基板４０の被検出体１００に近い位置に実装されているため、被検出体１００が発生させる振動を精度よく検出することができる。

　回路基板４０は、被検出体１００に対して略垂直に固定される。これにより、回路基板４０を被検出体１００に対して略水平に固定したときと比べて平板部２１の面積を小さくでき、被検出体１００との設置面を小さくすることができる。

　振動検出センサ１は、基板固定部２２にリブ２４を設けることで、リブ２４が電気コード５０を支持し、封止部材７０に押し込まれた電気コード５０が振動検出センサ１の下方である電子回路４１及び振動検出素子３０の方向に移動することを防止する。これにより、製造工程における電気コード５０の取り扱いが容易になる。
　また、電気コード５０と電子回路４１及び振動検出素子３０の距離を確保することで、ノイズの発生を防止することができる。

　なお、第３の態様において、第１の態様にリブ２４を設けたが、第２の態様に設けてもよい。

　なお、本発明は、以上の態様及び図面によって限定されるものではない。本発明の要旨を変更しない範囲で、適宜、変更（構成要素の削除も含む）を加えることが可能である。

１　　　　　振動検出センサ
１０　　　　ハウジング
１１　　　　収納部
１２　　　　台部
１３　　　　コード孔
１４　　　　注入孔
１５　　　　空気孔
１６　　　　壁部
１７　　　　突起部
２０　　　　底面部
２１　　　　平板部
２２　　　　基板固定部
２３　　　　設置部
２４　　　　リブ
３０　　　　振動検出素子
４０　　　　回路基板
５０　　　　電気コード
６０　　　　グロメット
６１　　　　筒部
６２　　　　端部
６３　　　　溝部
６４　　　　径大部
６５、６６　固定片
６７　　　　基部
７０　　　　封止部材
１００　　　被検出体

Claims

　振動を検出する振動検出素子と、
　前記振動検出素子が実装される回路基板と、
　前記回路基板が内部に固定されるハウジングと、
　を備え、
　前記ハウジングは、グロメットが嵌め込まれるコード孔と、封止部材の注入孔と、空気孔と、を有し、
　前記ハウジングは、前記封止部材によって気密に封止され、
　前記グロメットは、前記封止部材によって固定される、
　ことを特徴とする振動検出センサ。
　前記グロメットは端部を有し、
　前記ハウジングは、前記端部よりも高い壁部を有する、
　ことを特徴とする請求項１に記載の振動検出センサ。
　前記ハウジングは突起部を有し、
　前記グロメットは、前記突起部と嵌合する溝部を有する、
　ことを特徴とする請求項２に記載の振動検出センサ。
　前記封止部材は、前記端部より高く、前記壁部の頂点より低い高さまで注入される、
　ことを特徴とする請求項２乃至３のいずれか１つに記載の振動検出センサ。
　前記グロメットは、コード孔を把持する二つの固定片を有し、
　前記ハウジングは、前記固定片よりも高い壁部を有する、
　ことを特徴とする請求項１に記載の振動検出センサ。
　前記ハウジングにおいて、
　前記コード孔は、前記注入孔又は前記空気孔と繋がっている、
　ことを特徴とする請求項５に記載の振動検出センサ。
　前記ハウジングにおいて、
　前記コード孔は、繋がっている前記注入孔又は前記空気孔よりも小さい、
　ことを特徴とする請求項６に記載の振動検出センサ。
　前記封止部材は、前記固定片より高く、前記壁部の頂点より低い高さまで注入される、
　ことを特徴とする請求項５乃至７のいずれか１つに記載の振動検出センサ。
　前記注入孔から前記封止部材を注入し、
　前記ハウジングの内部を充填して前記注入孔及び前記空気孔から溢れた前記封止部材によって前記グロメットを固定する、
　ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１つに記載の振動検出センサの製造方法。
　平板部と、基板固定部と、を有する底面部をさらに備え、
　前記基板固定部は、前記平板部に対して略垂直に設けられて前記回路基板を固定し、
　前記回路基板は、電気信号を外部に出力するための電気コードと接続され、
　前記基板固定部は、前記電気コードに対応する位置にリブを設けてなる、
　ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１つに記載の振動検出センサ。
　前記注入孔から前記封止部材を注入し、
　前記ハウジングの内部を充填して前記注入孔及び前記空気孔から溢れた前記封止部材によって前記グロメットを固定し、
　前記リブが前記グロメットを通した前記電気コードを支持し、前記電気コードが前記封止部材により押し込まれることを防止する、
　ことを特徴とする請求項１０に記載の振動検出センサの製造方法。