(57)【要約】【課題】回転体に歪ゲージを貼付して荷重を測定する際に、歪ゲージからの信号を、信号ケーブルを介してスリップリングに取出す必要がある。この歪ゲージ及び信号ケーブルは過大な遠心力によって飛散、脱落する。本発明はこの遠心力を上回る最適な接着力を得るための方法であり、所定量の被覆材を歪ゲージに被覆することによって実現する。【解決手段】歪ゲージ１および中継端子４を所定の位置に固定するステップ１と、歪ゲージ１のリード線２の端末と中継端子４の間に信号ケーブル３を懸架し相互に端末を電気接続するステップ２と、信号ケーブル３を歪ゲージ１と中継端子間に固定するステップ３と、歪ゲージ１及び信号ケーブル３をその外周側から被覆材６で円筒面１１に固定するステップ４と、で構成する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転体の円筒面に貼付した歪ゲージのリード線端末と、前記回転体に設けた中継端子との間を接続する歪ゲージの接続方法において、
歪ゲージおよび中継端子を所定の位置に固定するステップ１と、
歪ゲージのリード線端末と中継端子間に信号ケーブルを懸架し相互に端末を電気接続するステップ２と、
信号ケーブルを歪ゲージと中継端子間に固定するステップ３と、
歪ゲージ及び信号ケーブルを、その外周側から被覆材で円筒面に接着固定するステップ４と、
からなることを特徴とする歪ゲージの接続方法。
【請求項２】
信号ケーブルを歪ゲージと中継端子間に固定するステップ３は、信号ケーブルに接着剤を塗布し、前記円筒面に接着固定するステップ３である請求項１に記載の歪ゲージの接続方法。
【請求項３】
歪ゲージは、ゲージ回路とリード線の一端がフレキシブル絶縁薄膜回路板上に形成された歪ゲージである請求項１又は請求項２に記載の歪ゲージの接続方法。
【請求項４】
中継端子は、フレキシブル絶縁薄膜回路板上に形成された半田構造である請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の歪ゲージの接続方法。
【請求項５】
中継端子は、歪ゲージと一体に回転するスリップリングに形成された接続端子である請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の歪ゲージの接続方法。
【請求項６】
歪ゲージおよび信号ケーブルを、その外周側から被覆材で円筒面に接着固定するステップ４は、被覆材の被覆投影面積が、フレキシブル絶縁薄膜回路板の面積の１．５倍から９．０倍であり、被覆材の膜厚が２ｍｍから５ｍｍである請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の歪ゲージの接続方法。
【請求項７】
回転体の円筒面に貼付した歪ゲージのリード線端末と、前記回転体に設けた中継端子との間を接続する歪ゲージの接続方法において、
歪ゲージおよび中継端子を所定の位置に固定するステップ１と、
歪ゲージのリード線端末と中継端子間に信号ケーブルを懸架し相互に端末を電気接続するステップ２と、
信号ケーブルを歪ゲージと中継端子間に固定するステップ３と、
歪ゲージ及び信号ケーブルを円筒面の円周方向にその外周側から被覆材で全周を被覆し、リング状のバンド層を形成するステップ４と、
からなることを特徴とする歪ゲージの接続方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ベルト伝動装置、チェーン伝動装置、ギヤ伝動装置等の伝動装置に用いられる駆動プーリ又は従動プーリの各部位に作用する各種荷重を測定する方法に係り、詳しくは、回転体に貼付した歪ゲージの接続方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、２以上のプーリにベルトを巻きかけてなるベルト伝動装置の駆動プーリ又は従動プーリに作用する負荷トルクを、プーリに貼付した歪ゲージによって測定する場合、準備工程として中継端子を介して、歪ゲージをスリップリングに接続する工程が必要となる。
【０００３】
本発明はこの歪ゲージを接続する方法に関するものであり、以下、その詳細を図面に基づいて説明する。すなわち、図６は本発明に係る荷重測定プーリであり、図（ａ）はその正面断面図を示し、図（ｂ）はＡ−Ａ断面を示す。図７は従来例に係る歪ゲージの接続方法を示す概略図であり、図（ａ）は平面図、図（ｂ）は正面図を示す。又、図８は従来例に係る荷重測定プーリの正面図である。
【０００４】
図６において荷重測定プーリ１０は、歯付プーリ１１と一体に配された円筒面に歪ゲージ１を貼付し、これによって歯付ベルトの伝動トルクを計測する荷重測定プーリである。
【０００５】
すなわち、前記歪ゲージ１は回転体である荷重測定プーリ１０に貼付されているため、歪ゲージ１の入出力信号を図示しない外部の各種計測器、解析機器に取出すためには、軸端にスリップリング２０を設け、これを介して外部に信号を取出す必要がある。
【０００６】
従来、この方法として歪ゲージ１のリード線２と固定側スリップリング２１の接続端子２３との間、或いは接続端子２３の近傍に設けた中継端子４との間を信号ケーブルで電気接続する方法が便宜的に用いられていた。
【０００７】
具体的には、図７に示すように中継端子４と歪ゲージ１のリード線２との間を信号ケーブル３で接続する方法であり、先ず、ゲージ回路１ａをその上に印刷したフレキシブル絶縁薄膜回路板１ｂを接着剤によって所定の円筒面に固定し、同様に半田部４ａをその上に印刷したフレキシブル絶縁薄膜回路板４ｂを接着剤によって所定の位置に固定する。
【０００８】
次に歪ゲージ１のリード線２と信号ケーブル３を電気接続し、更にもう一方の端末を半田部４ａに半田接続する。このとき、半田部４ａでの電気接続は比較的堅牢なケーブルとの半田接続であることから、リード線２の側に比して強度は大きく取れる。
【０００９】
更に図７の接続方法を実際の荷重測定プーリ１０に適用した例を図８に示す。図８において歪ゲージ１の回転半径と中継端子４の回転半径に大小があるが、この大小関係は歯付プーリ１１の有効径、回転軸の軸径、スリップリング２０の形状寸法等によって様々に変化する。
【００１０】
この回転半径と回転数、及び質量に依存して決まる遠心力が円筒面に貼付した歪ゲージ１及び信号ケーブル３に作用する。
【００１１】
本発明はこの歪ゲージ１及び信号ケーブル３を接続する方法に関するものであるが、従来、この歪ゲージ１及び信号ケーブル３が軽量であること、又、回転体の回転数が比較的低速であったこと、又、歪ゲージ１及び信号ケーブル３の取付位置の回転半径が比較的小であったことから、信号ケーブル３は概ね架空状態で、或いは簡易固定状態（面接着）で結線されていてもその機能を果たしていた。
【００１２】
尚、歪ゲージ１を信号ケーブル３で接続する方法に関連して、上記荷重測定プーリ１０の技術を詳細に開示した文献が本出願人によって明らかにされている。
【００１３】
【特許文献１】
特許第２９７８４４１号公報
また、本発明に係る歪ゲージの接続方法に関連する技術として、下記の文献が開示されている。
【００１４】
【特許文献２】
特開平１１−２６０４６２号公報
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、回転体に作用する種々の物理量を歪ゲージ、その他のセンサを用いて測定し、スリップリングを介して外部に信号として取出す態様は種々雑多であり、伝動装置に限った場合でも、回転数、回転半径等の測定条件は千差万別である。
【００１６】
とりわけ、周辺技術の進化にともなう高回転数化の流れから試験回転数は高速化し、これに付随して遠心力も増加する。このため従来の歪ゲージの接続方法では歪ゲージ及び信号ケーブルに作用する遠心力が過大となり、歪ゲージは界面剥離から脱落、飛散を招いていた。
【００１７】
本発明者は、この過大となった遠心力を上回る接着力を歪ゲージ及び信号ケーブルに付与することによって、歪ゲージの脱落、飛散を好適に抑止する歪ゲージの接続方法を発明した。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
すなわち、請求項１乃至請求項６に係る発明は、遠心力に起因して接着界面に作用する剥離力に対抗できる接着力を歪ゲージ及び信号ケーブルに付与することを特徴とするものであって、その要部は被覆材を歪ゲージ及び信号ケーブルの近傍に所定の幅と厚みで封止することにある。
【００１９】
請求項１の発明は、歪ゲージおよび中継端子を所定の位置に固定するステップ１と、歪ゲージのリード線端末と中継端子間に信号ケーブルを懸架し相互に端末を電気接続するステップ２と、信号ケーブルを歪ゲージと中継端子間に固定するステップ３と、歪ゲージ及び信号ケーブルを、その外周側から被覆材で円筒面に接着固定するステップ４と、からなる歪ゲージの接続方法である。
【００２０】
請求項２の発明は、信号ケーブルを歪ゲージと中継端子間に固定するステップ３は、信号ケーブルに接着剤を塗布し、前記円筒面に接着固定するステップ３である請求項１に記載の歪ゲージの接続方法である。
【００２１】
請求項３の発明は、歪ゲージがゲージ回路とリード線の一端をフレキシブル絶縁薄膜回路板上に形成した歪ゲージである請求項１又は請求項２に記載の歪ゲージの接続方法である。
【００２２】
請求項４の発明は、中継端子がフレキシブル絶縁薄膜回路板上に形成された半田構造である請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の歪ゲージの接続方法である。
【００２３】
請求項５の発明は、中継端子が歪ゲージと一体に回転するスリップリングに形成された接続端子である請求項項１乃至請求項３のいずれかに記載の歪ゲージの接続方法である。
【００２４】
請求項６の発明は、歪ゲージ及び信号ケーブルを、その外周側から被覆材で円筒面上に接着固定するステップ４は、被覆材の被覆投影面積が絶縁薄膜回路板の面積の１．５倍から９．０倍であり、被覆材の膜厚が２ｍｍから５ｍｍである請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の歪ゲージの接続方法である。
【００２５】
また、請求項７に係る発明は、円筒面上の円周方向に所定の等配で配した歪ゲージ群を全周に渡って被覆材で接着固定することによってリング状のバンド層を形成することを特徴とするものであって、このバンド層部材の残留応力を好適に利用し、部材自体の圧縮力を以って遠心力に対抗しようとするものである。
【００２６】
具体的には、歪ゲージおよび中継端子を所定の位置に固定するステップ１と、歪ゲージのリード線端末と中継端子間に信号ケーブルを懸架し相互に端末を電気接続するステップ２と、信号ケーブルを歪ゲージと中継端子間に固定するステップ３と、歪ゲージ及び信号ケーブルを円筒面の円周方向に沿ってその外周側から被覆材で全周接着固定し、リング状のバンド層を形成するステップ４と、で構成した歪ゲージの接続方法である。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて詳細に説明する。図１は実施例に係る歪ゲージの接続方法を示す概略図であり、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は正面図を示す。
図２は実施例に係る荷重測定プーリを示す正面図であり、図３は実施例に係る遠心力と接着力の関係を示すグラフ図である。
【００２８】
また、図４は本発明に係る歪ゲージ及び信号ケーブルの破損メカニズムを示す概略図であり、図４（ａ）は初期状態を示し、図４（ｂ）は変形状態を示す。図５は本発明に係る信号ケーブルの剥離試験方法を示す概略図である。
【００２９】
図１（ａ）において、その上にゲージ回路１ａを印刷したフレキシブル絶縁薄膜回路板１ｂを荷重測定プーリ１０の所定の位置に接着剤を介して固定する。同様にその上に半田部４ａを印刷したフレキシブル絶縁薄膜回路板４ｂを所定の位置に接着剤を介して固定する。
【００３０】
次に歪ゲージ１のリード線２と信号ケーブル３を電気接続し、信号ケーブル３のもう一方の端末を半田部４ａに半田接続する。しかる後、図１（ｂ）に示すようにフレキシブル絶縁薄膜回路板１ｂ及びリード線２の近傍をそっくり被覆材６で被覆する。これによって、強度的に弱点のある歪ゲージ１とリード線２の近傍を補強することができる。
【００３１】
しかしながら、被覆材６の量はこれを多くすると接着力はこれに比例して増加するが、反面、質量は増加するからこれによって遠心力も増加する。故、無制限に被覆材６の量を増やすことにメリットはない。
【００３２】
次にこの態様を実際の荷重測定プーリ１０の適用した実施例を図２に示す。図２において被覆材６は、歪ゲージ１の近傍を主に被覆しているが、信号ケーブル３をそっくり被覆することも可能である。この場合、全体の強度を確実に向上させる効果がある。
【００３３】
また、図２に示したように周方向に等配位置決めされた複数の歪ゲージ１を周方向連結状態に被覆することも可能である。この場合、被覆材６で形成されるリング状バンド層の収縮応力を利用して遠心力に対抗させることができる。
【００３４】
本発明の要部は、被覆材６の質量増加に比例して増加する遠心力を上回る接着力を得ることによって、歪ゲージ１及び信号ケーブル３の脱落、飛散を抑止するものである。
【００３５】
【実施例】
実験に用いた荷重測定プーリ１０は、図６に示した形状の荷重測定プーリであり、歯付プーリ１１には歯数４８のＳ８Ｍ歯形プーリ（ピッチ径１２２．２ｍｍ）
を使用し、軸径２５ｍｍの回転軸に嵌合固定した。又、歪ゲージ１は外径４０ｍｍ、肉厚０．６ｍｍの鋼製円筒部材の外周部に８等配で接着固定した。
【００３６】
この歪ゲージ１には共和電業製歪ゲージ（ＫＦＧ２−１２０−Ｄ１６）を用い、歪ゲージ１の接着には同じく共和電業製接着剤（ＣＣ−３３Ａ）を用いた。又、前記歪ゲージ１を被覆する被覆材６には昭和高分子製アラルダイト（エポキシ系樹脂接着剤）を用いた。
【００３７】
また、歪ゲージ１のリード線２には直径０．１４ｍｍのネオマール被覆銅線を使用し、歪ゲージ１と中継端子４を電気接続する信号ケーブル３には直径０．０８ｍｍの平行ビニル電線を用いた。
【００３８】
実験の詳細は下記表１の通りであり、従来例については接着剤のみで歪ゲージ１を固定し、実施例については被覆材６（エポキシ系樹脂接着剤）を所定量被覆固定した。これらの試料に静的剥離試験および動的走行試験を課して、実施例に係る歪ゲージの接続方法の良否を評価した。
【００３９】
【表１】
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ここで、前記静的剥離試験方法を図５に基づいて説明する。図５は別途、準備した試料取付けプレートに実施例に係る試料（エポキシ系樹脂接着剤を被覆した試料）を取付けた様子を示している。
【００４０】
上記試料取付けプレートを略４５度の傾斜に固定し、リード線２を介して重錘を吊り下げることによってフレキシブル絶縁薄膜回路板１ｂと鋼製プレート間の剥離力を測定した。又、この測定値には剥離開始時の剥離開始強度と、破壊若しくは脱落にいたる最大強度を用いて比較した。結果は表１に示す通りである。
【００４１】
次に上記試料が所定の回転数、所定の回転半径で回転するときの遠心力を計算で求めた。このときの計算式は以下の通りである。
【００４２】
すなわち、遠心力Ｆ＝ｍｒω２＝ｍｒ（δθ／δｔ）２（Ｎ）より、回転数を６０００ｒｐｍと置くと、δθ／δｔ＝２π×６０００／６０（ラジアン／秒）となるから、遠心力Ｆは、Ｆ＝ｍｒ×（２π×１００）２（Ｎ）で求められる。
【００４３】
ここで、（１）接着剤のみで固定する従来例の場合は、ｍ＝０．８グラムを、（２）被覆材を追加した実施例の場合は、ｍ＝１．３グラムを、夫々上式に代入し、回転半径ｒを０〜３０ｍｍに変量して２本の直線グラフを得た。この直線グラフを図３のグラフ図に示す。
【００４４】
表１に示した剥離力測定結果から、剥離開始強度が従来例では、１２．２５Ｎ（平均）であり、実施例では２２．０５Ｎ（平均）であることが判る。この平均剥離開始強度を図３のグラフ図に閾値（ｍｉｎ接着力）として表示した。
【００４５】
以上のことから被覆材を用いない従来例の場合、剥離開始強度は、９．８〜１４．７Ｎ（平均１２．２５Ｎ）であり、遠心力は６．０Ｎであるからその差異は約３．８〜８．７Ｎ（平均６．２５Ｎ）と小差である。従って走行時間が長くなると歪ゲージ１及び信号ケーブル３が段階的に剥離する確率は大きくなる。
【００４６】
一方、被覆材６を用いた実施例の場合、遠心力が９．９Ｎであるのに対し、剥離開始強度は、１９．６〜２４．５Ｎ（平均２２．０５Ｎ）となり、その差異は約９．７〜１４．６Ｎ（平均１２．１５Ｎ）と大差となる。このため、走行時間が長くなっても、歪ゲージ１及び信号ケーブル３が剥離する確率は極めて低いものとなる。
【００４７】
また、動的走行試験はエンジン実機ファイヤリング試験機を用いて実施した。結果は被覆材６を用いない従来例の場合は、走行開始直後に破損脱落した。しかし、被覆材６（エポキシ系樹脂接着剤）を用いた実施例の場合は、５時間走行後も異常は認められなかった。
【００４８】
以上より、回転体に歪ゲージ１を貼り付けてデータを採取する際に従来の接着剤による固定に加えて、被覆材６で歪ゲージ１及び信号ケーブル３を被覆固定する本発明の方法には、ゲージ１及び信号ケーブル３の剥離、脱落を抑止する効果が認められる。
【００４９】
また、円周上に所定の等配で配した複数の歪ゲージを全周に渡って被覆し、リング状のバンド層を新たに形成すれば、このバンド層を構成する被覆材の特性（残留応力）を利用して、常時、バンド層を圧縮状態に置くことが可能となる。
【００５０】
尚、本実施例では被覆材６として、エポキシ系樹脂接着剤を用いたが、これに限られることはなく、シリコン系樹脂接着材或いはウレタン系樹脂接着剤等からなる樹脂接着剤を任意に使用することができる。
【００５１】
【発明の効果】
請求項１乃至請求項５の発明は、これによって遠心力に起因する歪ゲージの界面剥離或いは応力集中によるリード線の破損を抑止する効果がある。
【００５２】
請求項６の発明は、歪ゲージを封止する被覆材の量を最適化する発明であるが、これによって、遠心力と接着力の好適なバランス点を決定し得る効果がある。
【００５３】
請求項７の発明は、これによって請求項１乃至請求項６の効果に加えて、更に特徴的な効果が付与される。すなわち、円筒面に所定の等配で配した歪ゲージを周方向全周に渡って被覆材で固定することになるから、リング状のバンド層が形成される。故、この被覆材の特性（残留応力）を選択的に制御することによってバンド層に好適な圧縮力を付与することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例に係る歪ゲージの接続方法を示す概略図であり、図（ａ）は平面図、図（ｂ）は正面図を示す。
【図２】実施例に係る荷重測定プーリを示す正面図である。
【図３】実施例に係る遠心力と接着力の関係を示すグラフ図である。
【図４】本発明に係る信号ケーブルの破損メカニズムを示す概略図であり、図（ａ）は初期状態を示し、図（ｂ）は変形状態を示す。
【図５】本発明に係る歪ゲージの剥離試験方法を示す概略図である。
【図６】本発明に係る荷重測定プーリであり、図（ａ）は正面断面図を示し、図（ｂ）はＡ−Ａ断面矢視図を示す。
【図７】従来例に係る歪ゲージの接続方法を示す概略図であり、図（ａ）は平面図、図（ｂ）は正面図を示す。
【図８】従来例に係る荷重測定プーリを示す正面図である。
【符号の説明】
１  歪ゲージ
１ａゲージ回路
１ｂフレキシブル絶縁薄膜回路板
２  リード線
３  信号ケーブル
４  中継端子
４ａ半田部
４ｂフレキシブル絶縁薄膜回路板
５  接着剤
６  被覆材
１０  荷重測定プーリ
１１  歯付プーリ
２０  スリップリング
２１  回転側スリップリング
２２  固定側スリップリング
２３  接続端子
３０  回転軸
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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