(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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圧電式荷重センサにおいて、
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。
【請求項２】
請求項１において、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圧電式荷重センサ。
【請求項３】
請求項２において、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前記ゴム製枠には、前記リード部および前記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する圧電式荷重センサ。
【請求項４】
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る圧電式荷重センサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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