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JP4011177B2 - Load sensor - Google Patents

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JP4011177B2
JP4011177B2 JP02866798A JP2866798A JP4011177B2 JP 4011177 B2 JP4011177 B2 JP 4011177B2 JP 02866798 A JP02866798 A JP 02866798A JP 2866798 A JP2866798 A JP 2866798A JP 4011177 B2 JP4011177 B2 JP 4011177B2
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JP
Japan
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pair
load sensor
case
electrodes
plates
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伸一 林
純一 鈴鹿
由彦 幸村
勝 近藤
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Niterra Co Ltd
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NGK Spark Plug Co Ltd
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Publication date
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電素子を利用した荷重センサに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、荷重センサとしては、水晶や圧電素子に電極を付け、機械的な圧力を加えてひずみを起こさせると結晶の表面に電荷が発生する性質を利用したものが知られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
このような荷重センサとしては、例えば、圧電素子と、この圧電素子を挟み込む一対の電極と、この一対の電極を挟み込む一対のセラミック絶縁板と、この一対の絶縁板を挟み込む一対の受圧板と、この一対の受圧板の一方から他方までを絶縁スリーブを介して貫通してこれらを一体化する金属リベットとを備えたものが考えられる。この荷重センサに上下方向の変動荷重を加えると、一対の電極間に出力電圧が発生するため、この出力電圧を検出することにより産業用機器の振動荷重の制御や防振を行うことができる。
【0004】
ところで、荷重センサの一対の電極間の絶縁抵抗は、圧電素子が介在しているため、通常は10MΩ以上という大きな値である。そして、荷重センサの検出周波数と出力電圧の関係は、低周波数領域において出力電圧が低下する傾向にあるものの、検出周波数範囲内では目立った出力電圧の低下はない。また、検出周波数範囲においては出力電圧の規格公差が定められており、荷重センサはその性能としてこの規格公差を満足する必要がある。
【0005】
しかしながら、本発明者らが鋭意検討したところ、この荷重センサを高温、高湿雰囲気下で長時間晒したとき、一対の電極間の絶縁抵抗が大きく低下し、これにより出力電圧が低周波数領域で大きく低下して検出周波数範囲において規格公差を満足できなくなることがわかった。
【0006】
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、高温、高湿雰囲気下で長時間晒したとしても絶縁抵抗が大きく低下することのない荷重センサを提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
上記課題を解決するため、第1発明は、ケース内に配置された圧電素子と、前記ケース内にて前記圧電素子を挟み込む一対の電極と、前記ケース内にて前記一対の電極を挟み込む一対のセラミック絶縁板と、前記ケースから一部が露出するように設けられ、前記一対のセラミック絶縁板を挟み込む一対の金属受圧板と、前記一対の金属受圧板の一方から他方までを絶縁スリーブを介して貫通して前記一対の金属受圧板、前記一対のセラミック絶縁板、前記一対の電極及び前記圧電素子を一体化する金属締結材とを備えた荷重センサであって、一対のセラミック絶縁板のケースに面する箇所のみが絶縁性樹脂コーティング材でコーティングされていることを特徴とする。
【0008】
荷重センサのセラミック絶縁板のうちケースに面する箇所を絶縁性樹脂コーティング材でコーティングしていない場合には、高温高湿下に晒したあと両電極間の絶縁抵抗が大きく低下したのに対して、本発明のように前記箇所を絶縁性樹脂コーティング材ででコーティングした場合には、高温高湿下に晒したあとも両電極間の絶縁抵抗は大きく低下しなかった。
【0009】
この理由は明らかではないが、ケースに面する箇所がコーティングされていないセラミック絶縁板を用いた場合には、一方の電極上の電子がそれと同じ側のセラミック絶縁板の側面(ケースに面する箇所)の凹凸に溜まった水分を介して同じ側の金属受圧板に至り、そこから金属締結材を介して反対側の金属受圧板に移り、そちら側のセラミック絶縁板の側面凹凸に溜まった水分を介して他方の電極に至るという経路が形成されるために、両電極間の絶縁抵抗が低下したものと考えられる。なお、上記経路の電気抵抗を表面絶縁抵抗と称する。これに対して、本発明のようにケースに面する箇所がコーティングされているセラミック絶縁板を用いた場合には、セラミック絶縁板の側面凹凸が平滑化されるため水分が保持されず、上記経路が形成されにくくなり、その結果両電極間の表面絶縁抵抗が低下しなかったと考えられる。
【0010】
このように第1発明の荷重センサによれば、高温高湿下に晒した後も絶縁抵抗があまり低下しないため、検出周波数範囲内における出力電圧の低下が見られず、規格公差を満足できるという効果が得られる。
【0011】
次に、上記課題を解決するための第2発明は、ケース内に配置された圧電素子と、ケース内にて圧電素子を挟み込む一対の電極と、ケース内にて一対の電極を挟み込む一対のセラミック絶縁板と、ケースから一部が露出するように設けられ、一対のセラミック絶縁板を挟み込む一対の金属受圧板と、一対の金属受圧板の一方から他方までを絶縁スリーブを介して貫通して一対の金属受圧板、一対のセラミック絶縁板、一対の電極及び圧電素子を一体化する金属締結材とを備えた荷重センサであって、一対のセラミック絶縁板はそれぞれその全面が絶縁性樹脂コーティング材でコーティングされていることを特徴とする荷重センサである。
この第2発明の荷重センサにおいても、第1発明と同様に、セラミック絶縁板の側面凹凸が平滑化されることから、高温高湿下に晒した後も絶縁抵抗があまり低下しないため、検出周波数範囲内における出力電圧の低下が見られず、規格公差を満足できるという効果が得られる。
また、この第2発明においては、一対のセラミック絶縁板は全面が絶縁性樹脂コーティング材でコーティングされている。この場合、セラミック絶縁板のうちケースに面する箇所のみをコーティングするよりも製造しやすいという利点がある。
【0012】
なお、絶縁性樹脂コーティング材としては特に限定するものではないが、例えば、フッ素樹脂、シリコン樹脂、ビニル樹脂、フェノール樹脂、芳香族炭化水素樹脂、アミノ樹脂、エポキシ樹脂などを含有するコーティング材を使用してもよい。このうち、優れた発水性を有する四フッ化エチレン樹脂などを含有するフッ素樹脂コーティング材が好ましい。
【0013】
また、絶縁性樹脂と同等の性質を有するもの(例えばセラミック絶縁板の凹凸面を平滑化する平滑化剤)であれば、広い意味で本発明の絶縁性樹脂に含めることができる。
【0014】
【発明の実施の形態】
[参考形態]
本発明の実施形態を説明する前に、その前提となる荷重センサを参考形態として説明する。図1は参考形態の概略構成を表す平面図、図2は図1のA−A断面図である。参考形態の荷重センサ10は、産業用機器の振動荷重の制御、防振などに用いられるものであり、変動荷重を受けたときに出力電圧を発生する力センサ(力学センサ)の一種である。
【0015】
この荷重センサ10は、PBT樹脂製のケース11と、このケース11から延びだしたリード線12と、このリード線12の端部に設けられたコネクタ13とを備えている。ケース11の内部には、本発明の構造体としてのサブアッセンブリ20が収容されている。
【0016】
サブアッセンブリ20は、圧電素子15と、この圧電素子15を上下から挟み込む一対の電極16、16と、この一対の電極16、16を上下から挟み込む一対のアルミナセラミック絶縁板17、17と、この一対のアルミナセラミック絶縁板17、17を上下から挟み込む一対のSUS製の受圧板18、18とから構成されている。
【0017】
圧電素子15、一対の電極16、16、一対のアルミナセラミック絶縁板17、17はそれぞれドーナツ状に形成され、その中央には絶縁スリーブ19がはめ込まれている。受圧板18は真ん中に孔18aを備えると共にその外面に環状突起18bを一体的に備えている。そして、一方の受圧板18の孔18aから絶縁スリーブ19を通ってもう一方の受圧板18の孔18aに至る金属締結材としてのリベット21は、サブアッセンブリ20を一体化している。また、リベット21の周囲にはシリコン樹脂であるシール材22が充填されており、ケース11と受圧板18との隙間にも同様のシール材23が充填されている。なお、一対の電極16、16にはそれぞれ角形スポット端子24、24が接続され、各端子24、24はリード線12を介してコネクタ13に接続されている。
【0018】
この荷重センサ10の動作について一例を以下に簡単に説明する。荷重センサ10のコネクタ13に図示しないコンピュータ制御装置を接続する。そして、荷重センサ10は、その受圧板18、18に上下方向から変動荷重を受けると、圧電素子15がひずみを起こして両電極16、16間に出力電圧が発生する。この出力電圧はコンピュータ制御装置によって検出され、コンピュータ制御装置はこの検出信号に基づいて産業用機器の振動荷重の制御や防振などを行う。
【0019】
[第1実施形態]
図3は第1実施形態の要部説明図である。第1実施形態の荷重センサ30は、各アルミナセラミック絶縁板17はその全面がフッ素樹脂である四フッ化エチレン樹脂のコーティング層31で覆われている以外は参考形態の荷重センサ10と同様であるため、同様の構成要素については同じ符号を付し、その説明を省略する。なお、コーティング層31は、フッ素樹脂を焼き付け塗装することにより形成したものである。
【0020】
第2参考形態]図4は第2参考形態の要部説明図である。第2参考形態の荷重センサ40は、サブアッセンブリ20の側面及び受圧板18の環状突起18bの外周部分がシリコン樹脂のコーティング層41で覆われており、コーティング層41をPBT樹脂製のケース11の代わりに用いた以外は参考形態の荷重センサ10と同様である。このため、同様の構成要素については同じ符号を付し、その説明を省略する。なお、コーティング層41は、シリコン樹脂を塗布し、加熱硬化又は室温硬化することにより形成したものである。
【0021】
第3参考形態]図5は第3参考形態の要部説明図である。第3参考形態の荷重センサ50は、サブアッセンブリ20の全面がフッ素樹脂のコーティング層51で覆われている以外は参考形態の荷重センサ10と同様であるため、同様の構成要素については同じ符号を付し、その説明を省略する。なお、コーティング層51はフッ素樹脂を焼き付け塗装することにより形成したものである。
【0022】
第2実施形態]図6は第2実施形態の要部説明図である。第2実施形態の荷重センサ60は、各アルミナセラミック絶縁板17のうちケース11に面する箇所(つまり側面)のみがフッ素樹脂のコーティング層61で覆われている以外は参考形態の荷重センサ10と同様であるため、同様の構成要素については同じ符号を付し、その説明を省略する。なお、コーティング層61はフッ素樹脂を焼き付け塗装することにより形成したものである。
【0023】
第4参考形態]図7は第4参考形態の要部説明図である。第4参考形態の荷重センサ70は、サブアッセンブリ20の側面がフッ素樹脂のコーティング層71で覆われている以外は参考形態の荷重センサ10と同様であるため、同様の構成要素ついては同じ符号を付し、その説明を省略する。なお、コーティング層71はフッ素樹脂を焼き付け塗装することにより形成したものである。
【0024】
[参考形態の試験例]
参考形態の荷重センサ10は、室温大気中における初期状態では、一対の電極16、16間の絶縁抵抗は10000MΩ以上であり、一対の受圧板18、18に上下方向から加わる変動荷重に対して図8の実線で示す出力特性を有していた。なお、この出力特性は、予荷重17kN、変動荷重±50Nという条件下で測定した。この結果から、荷重センサ10は、初期状態では所定の検出周波数範囲(ここでは20〜200Hz)において規格公差を満足する出力電圧を発生することがわかった。
【0025】
一方、荷重センサ10を85℃、85%RH雰囲気下で放置した時間と、一対の電極16、16間の絶縁抵抗との関係を調べたところ、図9にて「□」のプロットで示したように24時間以上経過すると絶縁抵抗は概ね10MΩ以下に低下した。このように絶縁抵抗が10MΩ以下になったときの出力特性を調べたところ、図8の点線で示すグラフが得られた。この結果から、荷重センサ10は、高温高湿雰囲気下に晒すと絶縁抵抗が大きく低下し、10MΩ以下になると所定の検出周波数範囲において(特に低周波数側において)規格公差を満足しないことがわかった。
【0026】
[実施形態の試験例]第1実施形態及び第2参考形態の荷重センサ30、40は、室温大気中における初期状態では、一対の電極16、16間の絶縁抵抗は10000MΩ以上であり、その出力特性は上記参考形態の荷重センサ10とほぼ同様であった。
【0027】
一方、荷重センサ30、40を85℃、85%RH雰囲気下で放置した時間と、一対の電極16、16間の絶縁抵抗との関係を調べたところ、図9にて「○」及び「△」で示すように24時間以上経過しても絶縁抵抗は10MΩ以上(第1実施形態の荷重センサ30は3000MΩ以上、第2参考形態の荷重センサ40は1000MΩ以上)であり、絶縁抵抗は参考形態ほど大きく低下しなかった。また、出力特性も初期状態と遜色なかった。この結果から、荷重センサ30、40は、高温高湿雰囲気下に晒しても絶縁抵抗が大きく低下せず、所定の検出周波数範囲において規格公差を満足することがわかった。
【0028】
なお、ここでは代表例として第1実施形態、第2参考形態の荷重センサ30、40について言及したが、他の実施形態についてもほぼ同様の結果が得られた。
[アルミナセラミック絶縁板の表面構造について]参考形態の荷重センサ10のアルミナセラミック絶縁板17と、第1実施形態の荷重センサ30のコーティング層31を備えたアルミナセラミック絶縁板17につき、表面構造をSEM(Scanning Electron Microscope:走査型電子顕微鏡)で検査したところ、前者は凹凸が目立ったものの後者はコーティング層31によりその凹凸が平滑化されていた。この結果から、前者では、高温高湿雰囲気下で長時間晒すとアルミナセラミック絶縁板17のうちケース11に面する側面の微細な凹凸面に水分が保持され、一方の電極→同じ側のアルミナセラミック絶縁板17の側面凹凸に保持された水分→同じ側の受圧板18→リベット21→反対側の受圧板18→それと同じ側のアルミナセラミック絶縁板17の側面凹凸に保持された水分→他方の電極16、という経路が形成されて表面絶縁抵抗が大きく低下し、これにより両電極16、16間の絶縁抵抗が大きく低下したものと考えられる。一方、後者では、高温高湿雰囲気下で長時間晒したとしても、コーティング層31の存在によりアルミナセラミック絶縁板17の側面凹凸が平滑化されてそこに水分が保持されず、その結果上記経路が形成されにくかったため表面絶縁抵抗があまり低下せず、両電極16、16間の絶縁抵抗があまり低下しなかったものと考えられる。
【0029】
尚、本発明の実施の形態は、上記実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採り得ることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図1】 参考形態の荷重センサの概略構成を表す平面図である。
【図2】 図1のA−A断面図である。
【図3】 第1実施形態の荷重センサの要部断面図である。
【図4】 第2参考形態の荷重センサの要部断面図である。
【図5】 第3参考形態の荷重センサの要部断面図である。
【図6】 第2実施形態の荷重センサの要部断面図である。
【図7】 第4参考形態の荷重センサの要部断面図である。
【図8】 検出周波数と出力電圧との関係を表すグラフ(出力特性)である。
【図9】 荷重センサを高温高湿雰囲気下で放置した時間と、電極間の絶縁抵抗との関係を表すグラフである。
【符号の説明】
10・・・荷重センサ、11・・・ケース、12・・・リード線、13・・・コネクタ、15・・・圧電素子、16・・・電極、17・・・アルミナセラミック絶縁板、18・・・受圧板、18a・・・孔、18b・・・環状突起、19・・・絶縁スリーブ、20・・・サブアッセンブリ、21・・・リベット、22、23・・・シール材、30、40、50、60、70・・・荷重センサ、31、41、51、61、71・・・コーティング層。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a load sensor using a piezoelectric element.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, a load sensor is known that utilizes the property that charges are generated on the surface of a crystal when an electrode is attached to a crystal or piezoelectric element and mechanical strain is applied to cause strain.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
As such a load sensor, for example, a piezoelectric element, a pair of electrodes sandwiching the piezoelectric element, a pair of ceramic insulating plates sandwiching the pair of electrodes, a pair of pressure receiving plates sandwiching the pair of insulating plates, One having a metal rivet that penetrates from one to the other of the pair of pressure receiving plates through an insulating sleeve and integrates them can be considered. When an up and down fluctuating load is applied to the load sensor, an output voltage is generated between the pair of electrodes. By detecting this output voltage, it is possible to control the vibration load of the industrial equipment and to prevent vibration.
[0004]
By the way, the insulation resistance between the pair of electrodes of the load sensor is usually a large value of 10 MΩ or more because a piezoelectric element is interposed. As for the relationship between the detection frequency of the load sensor and the output voltage, the output voltage tends to decrease in the low frequency region, but there is no noticeable decrease in the output voltage within the detection frequency range. Further, the standard tolerance of the output voltage is determined in the detection frequency range, and the load sensor needs to satisfy this standard tolerance as its performance.
[0005]
However, as a result of intensive studies by the present inventors, when this load sensor is exposed to a high temperature and high humidity atmosphere for a long time, the insulation resistance between the pair of electrodes is greatly reduced, and thus the output voltage is reduced in the low frequency region. It has been found that the tolerance is greatly reduced and the standard tolerance cannot be satisfied in the detection frequency range.
[0006]
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a load sensor in which the insulation resistance does not greatly decrease even when exposed for a long time in a high temperature and high humidity atmosphere.
[0007]
[Means for Solving the Problems and Effects of the Invention]
In order to solve the above problems, a first invention includes a piezoelectric element disposed in a case, a pair of electrodes that sandwich the piezoelectric element in the case, and a pair of electrodes that sandwich the pair of electrodes in the case A ceramic insulating plate, a pair of metal pressure plates provided so as to be partly exposed from the case, and sandwiching the pair of ceramic insulating plates, and from one to the other of the pair of metal pressure plates through an insulating sleeve A load sensor comprising a metal fastening material that penetrates the pair of metal pressure-receiving plates, the pair of ceramic insulating plates, the pair of electrodes, and the piezoelectric elements, and is attached to a case of the pair of ceramic insulating plates Only the facing portion is coated with an insulating resin coating material.
[0008]
When the part of the ceramic insulation plate of the load sensor that faces the case is not coated with an insulating resin coating material, the insulation resistance between the two electrodes decreased significantly after exposure to high temperature and high humidity. When the portion was coated with an insulating resin coating material as in the present invention, the insulation resistance between the electrodes was not significantly reduced even after being exposed to high temperature and high humidity.
[0009]
The reason for this is not clear, but when using a ceramic insulating plate that is not coated on the part facing the case, the electrons on one electrode are on the same side of the ceramic insulating plate (the part facing the case). ) Leads to the metal pressure plate on the same side through the moisture accumulated in the unevenness, then moves to the metal pressure plate on the opposite side through the metal fastening material, and collects the moisture accumulated in the side surface unevenness of the ceramic insulating plate on that side Therefore, it is considered that the insulation resistance between the two electrodes is reduced because the path to the other electrode is formed. The electrical resistance of the above path is referred to as surface insulation resistance. On the other hand, when a ceramic insulating plate coated with a portion facing the case as in the present invention is used, moisture is not retained because the side surface unevenness of the ceramic insulating plate is smoothed, and the above path As a result, it is considered that the surface insulation resistance between the two electrodes did not decrease.
[0010]
As described above, according to the load sensor of the first invention, the insulation resistance does not decrease so much even after being exposed to high temperature and high humidity, so that the output voltage does not decrease within the detection frequency range, and the standard tolerance can be satisfied. An effect is obtained.
[0011]
Next, a second invention for solving the above-described problems is a piezoelectric element disposed in a case, a pair of electrodes that sandwich the piezoelectric element in the case, and a pair of ceramics that sandwich the pair of electrodes in the case. A pair of insulating plates, a pair of metal pressure plates provided so as to be partially exposed from the case and sandwiching the pair of ceramic insulating plates, and a pair of metal pressure plates that penetrate from one to the other through an insulating sleeve A load sensor including a metal pressure plate, a pair of ceramic insulating plates, a pair of electrodes and a metal fastening material that integrates the piezoelectric elements, and each of the pair of ceramic insulating plates is entirely made of an insulating resin coating material. It is a load sensor characterized by being coated.
Also in the load sensor of the second invention, since the unevenness of the side surface of the ceramic insulating plate is smoothed as in the first invention, the insulation resistance does not decrease much even after exposure to high temperature and high humidity. There is no reduction in the output voltage within the range, and the effect that the standard tolerance can be satisfied is obtained.
In the second invention, the entire surface of the pair of ceramic insulating plates is coated with an insulating resin coating material. In this case, there is an advantage that the ceramic insulating plate is easier to manufacture than coating only the portion facing the case.
[0012]
The insulating resin coating material is not particularly limited. For example, a coating material containing a fluorine resin, a silicon resin, a vinyl resin, a phenol resin, an aromatic hydrocarbon resin, an amino resin, an epoxy resin, or the like is used. May be. Of these, a fluororesin coating material containing a tetrafluoroethylene resin having excellent water generation is preferred.
[0013]
Moreover, if it has the property equivalent to insulating resin (for example, the smoothing agent which smoothes the uneven surface of a ceramic insulating board), it can be included in the insulating resin of this invention in a broad sense.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[Reference form]
Before describing an embodiment of the present invention, a load sensor as a premise thereof will be described as a reference mode. FIG. 1 is a plan view showing a schematic configuration of a reference embodiment, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. The load sensor 10 of the reference form is used for control of vibration load of industrial equipment, vibration isolation, and the like, and is a kind of force sensor (dynamic sensor) that generates an output voltage when subjected to a variable load.
[0015]
The load sensor 10 includes a case 11 made of PBT resin, a lead wire 12 extending from the case 11, and a connector 13 provided at an end portion of the lead wire 12. A subassembly 20 as a structure of the present invention is accommodated in the case 11.
[0016]
The subassembly 20 includes a piezoelectric element 15, a pair of electrodes 16 and 16 that sandwich the piezoelectric element 15 from above and below, a pair of alumina ceramic insulating plates 17 and 17 that sandwich the pair of electrodes 16 and 16 from above and below, and the pair. A pair of SUS pressure receiving plates 18 and 18 sandwiching the alumina ceramic insulating plates 17 and 17 from above and below.
[0017]
The piezoelectric element 15, the pair of electrodes 16 and 16, and the pair of alumina ceramic insulating plates 17 and 17 are each formed in a donut shape, and an insulating sleeve 19 is fitted in the center thereof. The pressure receiving plate 18 includes a hole 18a in the middle and an annular protrusion 18b integrally on the outer surface thereof. A rivet 21 serving as a metal fastening material that extends from the hole 18a of one pressure receiving plate 18 to the hole 18a of the other pressure receiving plate 18 that passes through the insulating sleeve 19 is integrated with the subassembly 20. In addition, the periphery of the rivet 21 is filled with a sealing material 22 made of silicon resin, and a similar sealing material 23 is also filled in the gap between the case 11 and the pressure receiving plate 18. Note that square spot terminals 24 and 24 are connected to the pair of electrodes 16 and 16, respectively, and each terminal 24 and 24 is connected to the connector 13 via the lead wire 12.
[0018]
An example of the operation of the load sensor 10 will be briefly described below. A computer control device (not shown) is connected to the connector 13 of the load sensor 10. When the load sensor 10 receives a variable load on the pressure receiving plates 18 and 18 from above and below, the piezoelectric element 15 is distorted and an output voltage is generated between the electrodes 16 and 16. This output voltage is detected by a computer control device, and the computer control device performs control of vibration load of the industrial equipment and vibration isolation based on the detection signal.
[0019]
[First Embodiment]
FIG. 3 is an explanatory diagram of a main part of the first embodiment. The load sensor 30 of the first embodiment is the same as the load sensor 10 of the reference embodiment except that each alumina ceramic insulating plate 17 is covered with a coating layer 31 of tetrafluoroethylene resin, which is a fluororesin. Therefore, the same reference numerals are given to the same components and the description thereof is omitted. The coating layer 31 is formed by baking and painting a fluororesin.
[0020]
[ Second Reference Embodiment ] FIG. 4 is an explanatory view of the main part of the second reference embodiment . In the load sensor 40 of the second reference embodiment , the side surface of the subassembly 20 and the outer peripheral portion of the annular protrusion 18b of the pressure receiving plate 18 are covered with a coating layer 41 made of silicon resin, and the coating layer 41 is made of the case 11 made of PBT resin. The load sensor 10 is the same as that of the reference embodiment except that it is used instead. For this reason, the same code | symbol is attached | subjected about the same component and the description is abbreviate | omitted. The coating layer 41 is formed by applying a silicon resin and curing by heating or room temperature.
[0021]
[ Third Reference Embodiment ] FIG. 5 is an explanatory view of the main part of the third reference embodiment . The load sensor 50 of the third reference embodiment is the same as the load sensor 10 of the reference embodiment except that the entire surface of the subassembly 20 is covered with the fluororesin coating layer 51. A description thereof will be omitted. The coating layer 51 is formed by baking and painting a fluororesin.
[0022]
[ Second Embodiment ] FIG. 6 is an explanatory view of the main part of the second embodiment . The load sensor 60 according to the second embodiment is the same as the load sensor 10 according to the reference embodiment except that each alumina ceramic insulating plate 17 is covered with the fluororesin coating layer 61 only at a portion facing the case 11 (that is, a side surface). Since it is the same, the same code | symbol is attached | subjected about the same component and the description is abbreviate | omitted. The coating layer 61 is formed by baking and painting a fluororesin.
[0023]
[ Fourth Reference Embodiment ] FIG. 7 is an explanatory view of the main part of the fourth reference embodiment . The load sensor 70 of the fourth reference embodiment is the same as the load sensor 10 of the reference embodiment except that the side surface of the subassembly 20 is covered with the fluororesin coating layer 71. The description is omitted. The coating layer 71 is formed by baking and painting a fluororesin.
[0024]
[Reference Example Test]
The load sensor 10 of the reference form has an insulation resistance of 10000 MΩ or more between the pair of electrodes 16 and 16 in an initial state in the room temperature atmosphere, and shows the fluctuation load applied to the pair of pressure receiving plates 18 and 18 from above and below. 8 had an output characteristic indicated by a solid line. This output characteristic was measured under the conditions of a preload of 17 kN and a variable load of ± 50 N. From this result, it was found that the load sensor 10 generates an output voltage that satisfies the standard tolerance in a predetermined detection frequency range (here, 20 to 200 Hz) in the initial state.
[0025]
On the other hand, when the relationship between the time during which the load sensor 10 was left in an atmosphere of 85 ° C. and 85% RH and the insulation resistance between the pair of electrodes 16 and 16 was examined, a plot of “□” is shown in FIG. Thus, when 24 hours or more passed, the insulation resistance generally decreased to 10 MΩ or less. Thus, when the output characteristic when the insulation resistance became 10 MΩ or less was examined, a graph indicated by a dotted line in FIG. 8 was obtained. From this result, it was found that when the load sensor 10 is exposed to a high-temperature and high-humidity atmosphere, the insulation resistance is greatly reduced, and when it is 10 MΩ or less, it does not satisfy the standard tolerance in a predetermined detection frequency range (particularly on the low frequency side). .
[0026]
[Test Example of Embodiment] The load sensors 30 and 40 of the first embodiment and the second reference embodiment have an insulation resistance between the pair of electrodes 16 and 16 of 10,000 MΩ or more in the initial state in the room temperature atmosphere, and their outputs. The characteristics were almost the same as those of the load sensor 10 of the reference embodiment.
[0027]
On the other hand, when the relationship between the time during which the load sensors 30 and 40 were left in an atmosphere of 85 ° C. and 85% RH and the insulation resistance between the pair of electrodes 16 and 16 was examined, “◯” and “Δ” in FIG. As shown in the figure, the insulation resistance is 10 MΩ or more even after 24 hours or more (the load sensor 30 of the first embodiment is 3000 MΩ or more, the load sensor 40 of the second reference form is 1000 MΩ or more), and the insulation resistance is the reference form. It did not drop as much. Also, the output characteristics were not inferior to the initial state. From this result, it was found that the load sensors 30 and 40 did not greatly decrease the insulation resistance even when exposed to a high temperature and high humidity atmosphere, and satisfied the standard tolerance in a predetermined detection frequency range.
[0028]
Although the load sensors 30 and 40 of the first embodiment and the second reference embodiment are mentioned here as representative examples, substantially the same results are obtained for the other embodiments.
[Surface Structure of Alumina Ceramic Insulating Plate] The surface structure of the alumina ceramic insulating plate 17 including the alumina ceramic insulating plate 17 of the load sensor 10 of the reference embodiment and the coating layer 31 of the load sensor 30 of the first embodiment is SEM. When inspected with a scanning electron microscope (Scanning Electron Microscope), the former was conspicuous, but the latter was smoothed by the coating layer 31. From this result, in the former, when exposed to a long time in a high temperature and high humidity atmosphere, moisture is retained on the fine irregular surface of the side surface facing the case 11 of the alumina ceramic insulating plate 17, and one electrode → the same side alumina ceramic Moisture held on the uneven surface of the insulating plate 17 → pressure receiving plate 18 on the same side → rivet 21 → pressure receiving plate 18 on the opposite side → water held on the uneven surface on the same side of the alumina ceramic insulating plate → the other electrode 16 is formed, and the surface insulation resistance is greatly reduced, and it is considered that the insulation resistance between the electrodes 16 and 16 is greatly reduced. On the other hand, in the latter case, even if the coating layer 31 is exposed for a long time in a high-temperature and high-humidity atmosphere, the side surface unevenness of the alumina ceramic insulating plate 17 is smoothed and moisture is not held there. It is considered that the surface insulation resistance did not decrease so much because it was difficult to form, and the insulation resistance between the electrodes 16 and 16 did not decrease so much.
[0029]
The embodiment of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it goes without saying that various forms can be adopted as long as it belongs to the technical scope of the present invention.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view illustrating a schematic configuration of a load sensor according to a reference embodiment.
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view of a main part of the load sensor according to the first embodiment.
FIG. 4 is a cross-sectional view of a main part of a load sensor according to a second reference embodiment .
FIG. 5 is a cross-sectional view of a main part of a load sensor according to a third reference embodiment .
FIG. 6 is a cross-sectional view of a main part of a load sensor according to a second embodiment .
FIG. 7 is a cross-sectional view of a main part of a load sensor according to a fourth reference embodiment .
FIG. 8 is a graph (output characteristics) showing a relationship between a detection frequency and an output voltage.
FIG. 9 is a graph showing the relationship between the time when the load sensor is left in a high-temperature and high-humidity atmosphere and the insulation resistance between the electrodes.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Load sensor, 11 ... Case, 12 ... Lead wire, 13 ... Connector, 15 ... Piezoelectric element, 16 ... Electrode, 17 ... Alumina ceramic insulating plate, 18 ..Pressure receiving plate, 18a ... hole, 18b ... annular protrusion, 19 ... insulating sleeve, 20 ... subassembly, 21 ... rivet, 22, 23 ... sealing material, 30,40 , 50, 60, 70 ... load sensors, 31, 41, 51, 61, 71 ... coating layers.

Claims (2)

ケース内に配置された圧電素子と、
前記ケース内にて前記圧電素子を挟み込む一対の電極と、
前記ケース内にて前記一対の電極を挟み込む一対のセラミック絶縁板と、
前記ケースから一部が露出するように設けられ、前記一対のセラミック絶縁板を挟み込む一対の金属受圧板と、
前記一対の金属受圧板の一方から他方までを絶縁スリーブを介して貫通して前記一対の金属受圧板、前記一対のセラミック絶縁板、前記一対の電極及び前記圧電素子を一体化する金属締結材とを備えた荷重センサであって、
前記一対のセラミック絶縁板のケースに面する箇所のみが絶縁性樹脂コーティング材でコーティングされていることを特徴とする荷重センサ。
A piezoelectric element disposed in the case;
A pair of electrodes sandwiching the piezoelectric element in the case;
A pair of ceramic insulating plates sandwiching the pair of electrodes in the case;
A pair of metal pressure plates provided so as to be partially exposed from the case, and sandwiching the pair of ceramic insulating plates;
A metal fastening material that penetrates one to the other of the pair of metal pressure plates through an insulating sleeve and integrates the pair of metal pressure plates, the pair of ceramic insulation plates, the pair of electrodes, and the piezoelectric element; A load sensor comprising:
A load sensor characterized in that only portions of the pair of ceramic insulating plates facing the case are coated with an insulating resin coating material.
ケース内に配置された圧電素子と、  A piezoelectric element disposed in the case;
前記ケース内にて前記圧電素子を挟み込む一対の電極と、  A pair of electrodes sandwiching the piezoelectric element in the case;
前記ケース内にて前記一対の電極を挟み込む一対のセラミック絶縁板と、  A pair of ceramic insulating plates sandwiching the pair of electrodes in the case;
前記ケースから一部が露出するように設けられ、前記一対のセラミック絶縁板を挟み込む一対の金属受圧板と、  A pair of metal pressure plates provided so as to be partially exposed from the case, and sandwiching the pair of ceramic insulating plates;
前記一対の金属受圧板の一方から他方までを絶縁スリーブを介して貫通して前記一対の金属受圧板、前記一対のセラミック絶縁板、前記一対の電極及び前記圧電素子を一体化する金属締結材とを備えた荷重センサであって、  A metal fastening material that penetrates one to the other of the pair of metal pressure plates through an insulating sleeve and integrates the pair of metal pressure plates, the pair of ceramic insulation plates, the pair of electrodes, and the piezoelectric element; A load sensor comprising:
前記一対のセラミック絶縁板はそれぞれその全面が前記絶縁性樹脂コーティング材でコーティングされていることを特徴とする荷重センサ。  Each of the pair of ceramic insulating plates is coated with the insulating resin coating material on the entire surface thereof.
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