JPH0740185Y2 - ひずみゲージ式変換器の防湿構造 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、ひずみゲージ式変換器の防湿構造に関し、よ
り詳しくは、起歪体の負荷導入部に印加される負荷の大
きさを、該起歪体の受感部に添着されたひずみゲージに
よって電気量に変換するひずみゲージ式変換器における
上記ひずみゲージを、外気から遮断する防湿構造に関す
るものである。

〔従来の技術〕

従来、この種のひずみゲージ式変換器の防湿構造（以下
「防湿構造」という）としては、第４図および第５図に
示すようなものがあった。

第４図および第５図において、51は荷重変換器の本体を
なす起歪体であり、全体形状が長方形で且つ適宜なる厚
みを有する角板状の中央に２つの円形状の貫通孔が一面
側から他面側に貫通せしめられかつ両貫通孔が互いに連
通されためがね状貫通孔52を有し、このめがね状貫通孔
52を挟んで上下に互いに平行で且つ互いに反対側の側端
面からめがね状貫通孔52の上、下を通り過ぎる中間部位
まで水平方向（荷重軸方向と直交する方向）に延びる一
対のスリット53,54を形成し、さらに上端面および下端
面からそれぞれ所定深さに達する雌ねじ穴55を形成して
ある。

このように形成された起歪体51において、中央部のビー
ムは、その中央にめがね状貫通穴52が穿設されて他の部
分（後述する荷重導入ビーム、荷重支持ビーム、連結剛
体部）より肉厚が薄く荷重により変形して起歪部として
機能する受感部を有する受感ビーム56とされている。こ
の受感ビーム56の上方に平行に配置され且つ一端が受感
ビーム56の一端と剛性大なる連結剛体部57を介して一体
に連結された荷重導入ビーム58が設けられている。一
方、受感ビーム56の下方に平行に配置され且つ一端が受
感ビーム56の他端と剛性大なる連結剛体部59を介して一
体に連結された荷重支持ビーム60が設けられている。受
感ビーム56のめがね状貫通孔52の内壁面には、４枚のひ
ずみゲージSG1〜SG4が第４図及び第５図に示すように接
着されている。

そして、上記めがね状貫通孔52の一端面側および他端面
側には、首部61aがめがね状貫通孔52に嵌合され、フラ
ンジ部61bが受感ビーム56の一端面および他端面とそれ
ぞれ当接した状態で閉塞栓61が取着され、めがね状貫通
孔52の内部は外気と実質的に遮断されている。

また、第６図に示す従来例は、上下の閉塞栓62,62同士
の間を連結する２本の補強ロッド63が一体的に設けられ
ている。

このように構成された荷重変換器は、荷重導入ビーム58
に起歪体51の長手方向に沿う例えば引張荷重が印加され
ると、その荷重は剛性の大きい連結剛体部57を介して受
感ビーム56の一端に伝達される。一方、この荷重の反力
が荷重支持ビーム60から剛性の大きい連結剛体部59を介
して受感ビーム56の他端に伝達されるので、受感ビーム
56の一端側（図においては左端側）は、平行四辺形ビー
ムの原理により、荷重導入ビーム58および荷重支持ビー
ム60に対しほぼ平行状態を維持して、上方へ移動変位す
る。この受感ビーム56の変位に伴いめがね状貫通孔52の
内壁が変形し、この変形をひずみゲージSG1〜SG4によっ
て電気的に検出する。

尚、貫通孔52内は、閉塞栓61または62によって外気と遮
断されているため、ある程度の期間は外気が侵入せず、
従って、ひずみゲージSG1〜SG4は、吸湿による劣化は防
止される。

〔考案が解決しようとする課題〕

ところで、従来の技術の項で述べたもののうち、荷重変
換器自体の問題点はさておき、ひずみゲージの防湿構造
において次のような問題点がある。

まず、第５図に示す従来例においては、めがね状貫通孔
52の両端が、それぞれ閉塞栓61,61によって閉塞されて
いるため、めがね状貫通孔52内の温度が変化すると、例
えば温度が上昇すると、内圧が上昇し、閉塞栓61,61が
外方に大きく膨出し、遂には一部に隙間を生じたり、抜
けてしまったりすることがあった。

このような事態を回避するために、従来は、閉塞栓61の
外周に接着剤を塗布して受感ビーム56の各面との間を固
着していたが、閉塞栓61自体、可撓性を有している関係
上、やはり温度上昇に伴い、大きく外方に膨出し、剥
離、破裂の危険性があり、信頼性が充分であるとはいい
得ないものであった。

そこで、このような問題に対処すべく考えられたもの
が、第６図に例示するように、相対向する一対の閉塞栓
62,62の間を剛性のある補強ロッド63をもって連結して
強度を付与せしめたものである。このように構成するこ
とで、閉塞栓62,62の大きな変形、破裂、脱落はある程
度阻止できるものの、閉塞栓62の周囲を接着剤で固着し
た接着部64の接着力が不充分であったり、永年使用によ
る劣化により、閉塞栓62の外周部の気密性が保持できな
くなり、遂には、外気が侵入し、ひずみゲージSG1〜SG4
に酸化による劣化および吸湿による絶縁低下をもたらす
虞れがあった。その上、第６図のものは、上記補強ロッ
ド63を閉塞栓62とは別個に製作しなければならず、両者
の組付の手間や、受感ビーム56への取付けも厄介であ
り、かなりコスト高になってしまうという難点に加え、
振動のある場所で使用すると、ロッドの自重により接着
部に負荷がかかり、劣化するという問題があった。

本考案は、従来の技術の有するこのような問題点に鑑み
てなされたものであり、その目的とするところは、簡素
な構成で、安価に加工し且つ組立てることができ、温度
変化に伴う剥離、脱落、漏洩の発生の虞れがなく長期に
亘って安定的にひずみゲージを外気から遮断し、吸湿に
よる劣化を確実に防止し得るひずみゲージ式変換器の防
湿構造を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的を達成するために本考案は、起歪体の負荷導
入部に印加される負荷の大きさを、該起歪体の受感部に
添着されたひずみゲージによって電気量に変換するひず
みゲージ式変換器において、上記受感部に一面側から他
面側に貫通する２つの円形状の貫通孔が互いに連通され
て穿設されためがね状貫通孔を有する起歪体と、上記め
がね状貫通孔の内壁に添着されたひずみゲージと、２つ
の略円筒体が並列状に少なくとも一部同士が連設されて
断面形状が略めがね状を呈し、２つの円筒部外径が上記
２つの貫通孔の内径より若干小径に形成され、上記円筒
部両端に上記貫通孔の内径より大径で且つ互いの間隔が
上記貫通孔の軸方向の長さより若干短い間隔でめがね状
フランジ部がそれぞれ一体に形成された柔軟な弾性体よ
りなるシーリング部材とを具備し、上記シーリング部材
の２つの円筒部を上記めがね状貫通孔に嵌入し、両端に
形成された上記めがね状フランジ部を上記受感部の一面
側および他面側にそれぞれ係合させると共に接着剤等に
より固着せしめることで上記ひずみゲージを外気から遮
断するように構成したことを特徴とするものである。

〔作用〕

上記のように構成されたひずみゲージ式変換器の防湿構
造のシーリング部材は、２つの円筒部外径がめがね状貫
通孔の２つの円形状貫通孔の内径よりも若干小径に形成
され断面形状がめがね状を呈し、２つの円筒部にまたが
るようにして円筒部両端に貫通孔の内径より大径のフラ
ンジ部を形成して成るから、このシーリング部材をめが
ね状貫通孔に装着したとき、ひずみゲージは、シーリン
グ部材の円筒部外周とめがね状フランジ部とめがね状貫
通孔の内壁とで囲まれる僅かな密閉空間で閉塞されるこ
ととなる。従って、この僅かな空間内の温度が仮に上昇
しても、該空間内の膨張量は極めて小さく、シーリング
部材の円筒部が僅かに内方に膨出するにとどまり、シー
リング部材が破損したりめがね状フランジ部が受感部か
ら浮いたりする虞れはない。つまり、めがね状貫通孔内
の殆んどは、シーリング部材が２つの中空円筒部を並列
状に少なくとも一部同士を連設してなる形状のものであ
るから、該円筒部の内部は、外気と連通しており、温度
変化による体積の膨張・収縮に伴う影響を殆んど受けな
いことになる。

また、シーリング部材の一対のめがね状フランジ部の対
向間隔を、貫通孔の軸方向の長さより若干短かい寸法に
設定してあるから、両めがね状フランジは、常に受感部
の一面側および他面側に圧着する機能を果たし、仮に、
めがね状フランジ部外周に塗布した接着剤等の固着力が
劣化しても、充分に密閉性を保持するように働き、振動
のある場所における使用でも何ら問題は生じない。

〔実施例〕

以下に本考案の実施例を、添付図面を参照しつつ説明す
る。

第１図および第２図は、共に本考案に係るひずみゲージ
式変換器の一例である荷重変換器の防湿構造を示すもの
で、このうち、第２図は正面図、第１図は、第２図の縦
断面図である。また、第３図は、同実施例に用いられて
いるシーリング部材の一実施例を示す斜視図である。

第１図および第２図において、１は荷重変換器本体を構
成する起歪体であり、この起歪体１は、全体の外観形状
が略短円柱状または略円板状を呈しており、その中央部
に一端面から他端面（図において正面から背面）に達す
る２つの円形の貫通孔2a,2bを、一部が相互に重なり合
うように穿設し、結果的にめがね状貫通孔２を形成し、
このめがね状貫通孔２を挟んで上方および下方に互いに
平行で且つ互いに反対側の側周面から貫通孔２の上方お
よび下方を通り過ぎる中間位置まで水平方向（荷重軸方
向に直交する方向）に延びる一対のスリット３および４
を形成し、さらに上端部および下端部をめがね状貫通孔
２の中心軸に沿って削成して平面状に形成し、その上端
面および下端面からそれぞれ所定深さに達する雌ねじ穴
５を形成してある。

尚、スリット３および４の最奥部3aおよび4aには、スリ
ット３および４を形成するに先立って、例えばドリル
（およびリーマ）を用いてスリット３および４のスリッ
ト幅よりも大きな直径の応力分散孔を形成してある。

このように形成された起歪体１において、中央部のビー
ムは、その中央に上述のめがね状貫通孔２が穿設されて
他の部分（次述する荷重導入ビーム、荷重支持ビーム、
連結剛体部）より肉厚が薄く、荷重の印加により変形し
て起歪部として機能する受感部を有する受感ビーム６と
されている。

この受感ビーム６の上方に所定間隔を存して平行に配置
され且つ一端が受感ビーム６の一端と剛性大なる連結剛
体部７を介して一体に連接された負荷導入部としての荷
重導入ビーム８が設けられている。

一方、受感ビーム６の下方に所定間隔存して平行に配置
され且つ一端が受感ビーム６の他端と剛性大なる連結剛
体部９を介して一体に連接された負荷支持部としての荷
重支持ビーム10が設けられている。

さらに、受感ビーム６のめがね状貫通孔２の２つの貫通
孔2a,2bのうち、一方の貫通孔2aの内壁面には、荷重軸
方向に対して略＋30°および＋150°それぞれずれた部
位にひずみゲージSG1およびSG4が、そして、他方の貫通
孔2bの内壁面には、荷重軸方向に対して略−30°および
略−150°それぞれずれた部位にひずみゲージSG2および
SG3が、それぞれ、接着、蒸着、スパッタリング、溶
着、その他の手段により添着されている。このように添
着されたひずみゲージSG1〜SG4は、ブリッジ結線され
る。

11は起歪体１のスリット３と連結剛体部９との間の位置
に、該起歪体１の一端面から他端面を貫通するように穿
設された円形状の貫通孔より成る端子室、12はこの端子
室11からめがね状貫通孔２に連通するように穿設された
第１の連絡穴としての連絡穴、13は起歪体１の外周から
上記端子室11に連通するように穿設された第２の連絡穴
としてのケーブル引出穴、14はこのケーブル引出穴13に
挿通された接続ケーブル、14aは接続ケーブル14の保護
部材であるスリーブ、15は上記端子室11の内径に略等し
い高さを有し、起歪体１の厚みより少し小さい幅を有す
るプリント基板、16は接続ケーブル14を構成する接続
線、17はひずみゲージSG1〜SG4のそれぞれのゲージ側接
続線、18は蓋部材、19は電気素子としての抵抗、20は防
湿等のために端子室11に充填固化されたモールド材であ
る。

尚、ケーブル引出穴13と連絡穴12は、起歪体１の図中右
方外周からめがね状貫通穴２に向ってそれぞれの穴12,1
3の軸が略一直線になるように穿設されている。

また、プリント基板15には、その一端部の表裏に端子
部、この端子部の反対側の端部側にプリントパターンに
よって抵抗19等が実装できるようになされた実装部がそ
れぞれ形成されている他に、実装部にプリントパターン
およびスルーホール等が形成され、抵抗19等がスルーホ
ールに取付けられるように構成されている。そして、上
記プリントパターンおよびスルーホール等は、プリント
基板15の端子室11の内周に接する側部の近傍には形成さ
れておらず、この側部が端子室11の内周に接しても絶縁
は保持されるように構成されている。

次に、本考案の要部である防湿構造を説明する。

21は例えば、シリコンゴム等の柔軟な弾性体よりなるシ
ーリング部材で、特に第３図に示すように、２つの略円
筒体が並列状に配設され、その上端部と下端部が一体に
連設されて成り、その結果、その断面形状が略めがね状
を呈している。

そして、このシーリング部材21の形状的条件としては、
２つの円筒部22aおよび22bの外径が、２つの貫通孔2aお
よび2bの内壁に添着されたひずみゲージSG1〜SG4に接触
しない程度の間隔を持たせるように、２つの貫通孔2aお
よび2bの内径より若干小径に形成されている。この２つ
の円筒部22aおよび22bの両端（第１図における上端およ
び下端）には、２つの貫通孔2aおよび2bの内径より大径
で且つ互いの間隔（上下間隔）が貫通孔2aおよび2bの軸
方向の長さ（即ち、起歪体１の受感ビーム６の厚さ）よ
り若干短かい間隔でめがね状（２連状）フランジ部23,2
3がそれぞれ一体に形成されている。この一対のめがね
状フランジ部23と円筒部22aおよび22bとの間には、２つ
の円筒部22aおよび22bと同心で且つ外径が２つの貫通孔
2aおよび2bの内径と略同一のめがね状の嵌合部24が一体
に形成されている。そして、シーリング部材21の内壁
は、２つの円筒部22aおよび22bが適度な弾力性を有する
ような厚みを残す内径とされ、その両端は開口してい
る。

尚、このシーリング部材21をめがね状貫通孔２に装着す
るに先立って、めがね状貫通孔２の内壁に添着されたひ
ずみゲージSG1〜SG4の表面を弾力性を有するシリコン樹
脂等を薄く塗布して被覆し防湿処理を施す。その後、シ
ーリング部材21の一方端側を押し潰すようにしてめがね
状貫通孔２の中に嵌入し、第１図に示すように、上、下
のめがね状フランジ部23,23をめがね状貫通孔２の一端
および他端と係合させ、２つの円筒部22aおよび22bの
上、下端部に連設されためがね状嵌合部24,24をめがね
状貫通孔２に嵌合させることで、正確にシーリング部材
21がめがね状貫通孔２に装着されることになる。然る
後、めがね状フランジ部23の外周部に接着剤25を塗布し
て、固化させることで、めがね状フランジ部23と受感ビ
ーム６とを接着し、気密性を確保してある。

次に、このように構成された荷重変換器の作用について
説明する。

先ず、被測定対象物（図示せず）と起歪体１とは、図示
省略の取付ボルトを雌ねじ穴5,5に螺合することで、強
固に連結されているものとして以下説明する。

起歪体１の荷重導入ビーム８に、受感ビーム６の長手方
向と直交する方向（第２図においては上下方向）に沿う
負荷、例えば引張荷重が印加されると、その荷重は剛性
の大なる連結剛体部７を介して受感ビーム６の一端（図
においては左端）に伝達される。

一方、この荷重の反力が荷重支持ビーム10から剛性の大
きい連結剛体部９を介して受感ビーム６の他端（図にお
いては右端）に伝達されるので、受感ビーム６の一端側
（図においては左端側）は、平行四辺形ビームの原理に
より、荷重導入ビーム８および荷重支持ビーム10に対
し、ほぼ平行状態を維持しつつ上方へ移動変位する。こ
の受感ビーム６の変位（撓み）に伴いめがね状貫通孔２
の内壁が変形し、この変形をひずみゲージSG1〜SG4で電
気的に検出する。

この検出作用をさらに詳しく説明すると、上述のように
受感ビーム６が例えば上方へ変位した場合には、ひずみ
ゲージSG1とSG3が圧縮されてその抵抗値が減少し、ひず
みゲージSG2とSG4が伸長されてその抵抗値が増大する。
このような抵抗値の変化を示すひずみゲージSG1〜SG4を
もって、ブリッジが形成されているので、ブリッジの入
力端からブリッジ電圧を供給することで、ブリッジの出
力端から印加荷重（被測定荷重）に対応した出力電圧を
得ることができる。

ところで、受感ビーム６には、めがね状貫通孔２にシー
リング部材21が取付けられているが、柔軟な弾性体で形
成されているので、受感ビーム６の印加荷重による変形
（撓み）に何らの影響を及ぼすことはない。

このシーリング部材21は、そのめがね状嵌合部24がめが
ね状貫通孔２の内壁に密着するように嵌合されている
上、各めがね状フランジ部23は、その間隔が受感ビーム
６の厚みより短かく形成されているので、自身の縮圧習
性によりめがね状貫通孔２の周縁の受感ビーム６の一面
側および他面側を圧接しており、さらに、めがね状フラ
ンジ部23の外周部が接着剤25で封止されているので、こ
のシーリング部材21とめがね状貫通孔２の内壁とで囲ま
れた微小空間26は、実質的に外気と完全に遮断される。
従って、この微小空間26内に、めがね状貫通孔２の内壁
に添着された状態で封入されたひずみゲージSG1〜SG4
は、外気と完全に遮断されており、外気に含まれる水分
を吸収して絶縁低下を来たしたり、酸化して劣化を来た
す虞れがない。

また、シーリング部材21とめがね状貫通孔２の内壁とで
囲まれる微小空間26は、僅かな容積しかないから、内部
の温度上昇があってもその内圧の上昇による体積の膨張
量は、極めて僅かであり、２つの円筒部22aおよび22bが
内方に僅かに膨出する程度にとどまり、フランジ部23を
突き上げる力は殆ど作用せず、シーリング部材21の剥
離、離脱、破損の生じる余地がない。従って、シーリン
グ部材21により形成される微小空間26の気密性は、永年
に亘って確保されることとなる。

さらにまた、シーリング部材21の一対のめがね状フラン
ジ部23の間隔は、上述したように受感ビーム６の厚みよ
りも短く設定されているので、それ自身の縮圧弾力によ
って密着性が高いので、仮に接着剤25が径年変化により
劣化しても引続き受感ビーム６との間の密閉性を保持す
ることができ、極めて信頼性の高い防湿構造を得ること
ができる。

さらに加えて、上記実施例におけるシーリング部材21
は、上述のように構成が簡素で製作が容易であり、単一
部品であるから、コストは極めて安価で済み、荷重変換
器への組付けも容易で、作業工数も少なくて済むという
利点がある。

尚、本考案は、上述の実施例に限定されるものではな
く、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の変形実施が可
能なるものである。

例えば、本考案に係る防湿構造は、上述した、いわゆる
Ｓ字型の荷重変換器に適用し得るに限らず、カンチレバ
ー形、柱状形、ワッシャ型等の各種荷重変換器にも適用
可能であり、さらには、起歪体の受感部に貫通孔が穿設
された形式の加速度変換器、変位変換器、圧力変換器等
の各種ひずみゲージ式変換器にも適用可能である。

また、シーリング部材は、上述した実施例では、２つの
略円筒体を並列状に合体させてめがね状としたものを示
したが、受感部に穿設されためがね状貫通孔の断面形状
に応じて、適宜な形状のものとすることは、設計の自由
にまかされるところである。

また、めがね状という形状は、上述した実施例のように
２つの円形の互いの外径同士が当接あるいは重なり合う
ものに限らず、２つの円形の外径が離れて並設されるよ
うなものも当然に含まれる。

〔考案の効果〕

以上詳述したように本考案によれば、シーリング部材自
体は単一部材であり、その構成も簡素であるため、製作
コスト、組立てコストも低廉であるにもかかわらず、該
シーリング部材によって気密に保持され且つひずみゲー
ジが収容された微小空間は温度が大幅に変化しても僅か
な容積変化にとどまり、シーリング部材の変形も極めて
少なく、従って永年使用を径てもシーリング部材の剥
離、脱落、破裂等を生じる虞れがなく、長期に亘って安
定的にひずみゲージを外気から保護し、吸湿による劣化
を確実に防止し得るひずみゲージ式変換器の防湿構造を
提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は、共に本考案に係るひずみゲージ
式変換器の防湿構造の一実施例である荷重変換器の防湿
構造を示すもので、このうち、第１図は、縦断平面図、
第２図は、正面図、第３図は、同実施例中のシーリング
部材の一例を示す斜視図、第４図および第５図は、第１
の従来例に係るもので、このうち、第４図は、従来の荷
重変換器の防湿構造を示す正面図、第５図は、第４図Ａ
−Ａ線矢視方向断面を部分的に示す断面図、第６図は、
第２の従来例に係る荷重変換器の防湿構造の断面を第５
図と同様にして示した断面図である。 １……起歪体、２……めがね状貫通孔、3,4……スリッ
ト、６……受感ビーム、7,9……連結剛体部、８……荷
重導入ビーム、10……荷重支持ビーム、11……端子室、
13……ケーブル引出穴、14……接続ケーブル、15……プ
リント基板、16……接続線、17……ゲージ側接続線、18
……蓋部材、20……モールド部材、21……シーリング部
材、22a,22b……円筒部、23……めがね状フランジ部、2
4……嵌合部、25……接着剤、26……微小空間。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】起歪体の負荷導入部に印加される負荷の大
   きさを、該起歪体の受感部に添着されたひずみゲージに
   よって電気量に変換するひずみゲージ式変換器におい
   て、上記受感部に一面側から他面側に貫通する２つの円
   形状の貫通孔が互いに連通されて穿設されためがね状貫
   通孔を有する起歪体と、上記めがね状貫通孔の内壁に添
   着されたひずみゲージと、２つの略円筒体が並列状に少
   なくとも一部同士が連設されて断面形状が略めがね状を
   呈し、２つの円筒部外径が上記２つの貫通孔の内径より
   若干小径に形成され、上記円筒部両端に上記貫通孔の内
   径より大径で且つ互いの間隔が上記貫通孔の軸方向の長
   さより若干短い間隔でめがね状フランジ部がそれぞれ一
   体に形成された柔軟な弾性体よりなるシーリング部材と
   を具備し、上記シーリング部材の２つの円筒部を上記め
   がね状貫通孔に嵌入し、両端に形成された上記めがね状
   フランジ部を上記受感部の一面側および他面側にそれぞ
   れ係合させると共に接着剤等により固着せしめることで
   上記ひずみゲージを外気から遮断するように構成したこ
   とを特徴とするひずみゲージ式変換器の防湿構造。