(57)【要約】 【課題】  起歪体を本体に対して高精度に固定することが可能なロードセルを提供する。【解決手段】  第１構造体１１は、複数の第１切り欠き部１１ａ、１１ｂを有する。第２構造体１２は、複数の第２切り欠き部１２ａ、１２ｂを有する。第３構造体１３は、第１構造体と第２構造体とを接続する。複数の起歪体１４、１５は、第１端部が第１構造体の複数の第１切り欠き部にそれぞれ挿入され、第２端部が第２構造体の複数の第２切り欠き部に挿入される。複数の第１ブロック１６ａ、１６ｂは、複数の第１切り欠き部のそれぞれに設けられる。複数の第２ブロック１７ａ、１７ｂは、複数の第２切り欠き部のそれぞれに設けられる。複数の第３ブロック１８ａ、１８ｂは、第１端部が複数の前記第１切り欠き部内にそれぞれ設けられ、第２端部が複数の前記第２切り欠き部内にそれぞれ設けられ、前記第１ブロック及び前記第２ブロックを固定する。【選択図】  図３
2020148498.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の第１切り欠き部を有する第１構造体と、
複数の第２切り欠き部を有する第２構造体と、
前記第１構造体と前記第２構造体とを接続する第３構造体と、
歪センサが設けられ、第１端部が前記第１構造体の複数の前記第１切り欠き部にそれぞれ挿入され、第２端部が前記第２構造体の複数の前記第２切り欠き部に挿入される複数の起歪体と、
複数の前記第１切り欠き部内にそれぞれ設けられ、前記起歪体の前記第１端部を前記第１構造体に固定させる複数の第１ブロックと、
複数の前記第２切り欠き部内にそれぞれ設けられ、前記起歪体の前記第２端部を前記第２構造体に固定させる複数の第２ブロックと、
第１端部が複数の前記第１切り欠き部内にそれぞれ設けられ、第２端部が複数の前記第２切り欠き部内にそれぞれ設けられ、前記第１ブロック及び前記第２ブロックを固定する複数の第３ブロックと、
を具備することを特徴とするロードセル。
【請求項２】
前記第３ブロックの幅は、前記第１切り欠き部及び前記第２切り欠き部の幅より広いことを特徴とする請求項１記載のロードセル。
【請求項３】
前記第３ブロックの長さは、前記第１切り欠き部と前記第２切り欠き部の間の長さより長いことを特徴とする請求項１又は２記載のロードセル。
【請求項４】
前記第１構造体は、前記第１切り欠き部に連通する第３切り欠き部を有し、前記第２構造体は、前記第２切り欠き部に連通する第４切り欠き部を有し、前記第３切り欠き部及び前記第４切り欠き部の幅は、前記第１切り欠き部及び前記第２切り欠き部の幅より狭く、前記第３ブロックの幅は、前記第３切り欠き部及び前記第４切り欠き部の幅より広いことを特徴とする請求項１記載のロードセル。
【請求項５】
前記第１構造体は、前記第１切り欠き部に連通する第３切り欠き部を有し、前記第２構造体は、前記第２切り欠き部に連通する第４切り欠き部を有し、前記第３ブロックの長さは、前記第３切り欠き部と前記第４切り欠き部の間の長さより長いことを特徴とする請求項１又は２記載のロードセル。
【請求項６】
前記第１ブロック及び前記第２ブロックの幅は、前記第１切り欠き部及び前記第２切り欠き部の幅より広いことを特徴とする請求項１記載のロードセル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、力やトルクを検出することが可能なロードセルに関する。
【背景技術】
【０００２】
ロードセルは、例えば力を受ける起歪体と、起歪体に設けられた歪センサとしての歪ゲージと、起歪体が固定される構造体を用いて構成される（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１７−１７２９８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
起歪体は、例えば構造体にボルトを用いて固定される。しかし、ロードセルの小型化に伴い、起歪体をボルトにより構造体に固定することが困難となっており、構造体に対する起歪体の位置を高精度に保持することが困難となっている。
【０００５】
構造体に対して起歪体が高精度に固定されていない場合、歪ゲージにおいて、歪と電気抵抗の変化との比率としてのゲージファクタが小さくなり、例えば弱い力を正確に検出することが困難となるなどの問題がある。
【０００６】
本実施形態は、起歪体を本体に対して高精度に固定することが可能なロードセルを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本実施形態のロードセルは、複数の第１切り欠き部を有する第１構造体と、複数の第２切り欠き部を有する第２構造体と、前記第１構造体と前記第２構造体とを接続する第３構造体と、歪センサが設けられ、第１端部が前記第１構造体の複数の前記第１切り欠き部にそれぞれ挿入され、第２端部が前記第２構造体の複数の前記第２切り欠き部に挿入される複数の起歪体と、複数の前記第１切り欠き部内にそれぞれ設けられ、前記起歪体の前記第１端部を前記第１構造体に固定させる複数の第１ブロックと、複数の前記第２切り欠き部内にそれぞれ設けられ、前記起歪体の前記第２端部を前記第２構造体に固定させる複数の第２ブロックと、第１端部が複数の前記第１切り欠き部内にそれぞれ設けられ、第２端部が複数の前記第２切り欠き部内にそれぞれ設けられ、前記第１ブロック及び前記第２ブロックを固定する複数の第３ブロックと、を具備する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施形態に係るロードセルを示す平面図。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図。
【図３】図１の一部を分解して示す斜視図。
【図４】実施形態に適用される起歪体及び歪センサの一例を示す平面図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。図面において、同一部分には、同一符号を付している。
【００１０】
（実施形態）
図１乃至図４は、実施形態に係るロードセル１０を示している。  
ロードセル１０は、本体としての第１構造体１１、第２構造体１２及び第３構造体１３と、第１センサチップを構成する第１起歪体１４、第２センサチップを構成する第２起歪体１５、例えば２つの第１ブロック１６ａ、１６ｂ、及び２つの第２ブロック１７ａ、１７ｂを具備している。
【００１１】
第１構造体１１、第２構造体１２及び第３構造体１３は、金属例えばステンレススチール（ＳＵＳ）により一体的に構成されている。しかし、構造体の材料は、ＳＵＳに限定されるものではなく、鉄、アルミニウム、樹脂などの材料を使用することも可能である。
【００１２】
第１構造体１１及び第２構造体１２は、例えば円筒であり、第２構造体１２は、第１構造体１１の内側で、第１構造体１１と同心状に配置されている。すなわち、第１構造体１１と第２構造体１２は、中心軸を共有している。
【００１３】
図２、図３に示すように、第３構造体１３は、第１構造体１１と第２構造体１２の軸心に沿った方向のほぼ中間部において、第１構造体１１と第２構造体１２とを接続する。第３構造体１３は、弾性を有しており、第２構造体１２は、第１構造体１１に対して、軸心に沿った方向（図１、２に示す矢印Ｚ方向）及び軸心回り方向（図２に示す矢印Ｔ方向）に移動可能とされている。
【００１４】
第１構造体１１は、直径方向に例えば２つの第１切り欠き部１１ａ、１１ｂを具備し、第２構造体１２も、直径方向に例えば２つの第２切り欠き部１２ａ、１２ｂを具備している。第１切り欠き部１１ａと第２切り欠き部１２ａは、互いに対向され、第１切り欠き部１１ｂと第２切り欠き部１２ｂは、互いに対向されている。
【００１５】
第１構造体１１及び第２構造体１２は、必ずしも円筒形である必要はなく、第３構造体１３により互いに接続され、第１切り欠き部１１ａ、１１ｂ及び第２切り欠き部１２ａ、１２ｂを具備する構成であれば、例えば直方体であってもよい。
【００１６】
第１起歪体１４は、第１構造体１１の第１切り欠き部１１ａ内と、第２構造体１２の第２切り欠き部１２ａ内に挿入される。すなわち、第１起歪体１４の第１端部は、第１切り欠き部１１ａ内に配置され、第２端部は、第２切り欠き部１２ａ内に配置される。
【００１７】
第２起歪体１５は、第１構造体１１の第１切り欠き部１１ｂ内と、第２構造体１２の第２切り欠き部１２ｂ内に挿入される。すなわち、第２起歪体１５の第１端部は、第１切り欠き部１１ｂ内に配置され、第２端部は、第２切り欠き部１２ｂ内に配置される。
【００１８】
第１起歪体１４及び第２起歪体１５は、例えばＳＵＳにより構成されている。第１起歪体１４及び第２起歪体１５の厚みは、例えば第３構造体１３の厚みより薄く、後述するように、第２構造体１２が第１構造体１１に対して移動した場合、変形可能とされている。
【００１９】
第１構造体１１の第１切り欠き部１１ａ内には、第１ブロック１６ａが設けられ、第２構造体１２の第２切り欠き部１２ａ内には、第２ブロック１７ａが設けられる。さらに、第１構造体１１の第１切り欠き部１１ｂ内には、第１ブロック１６ｂが設けられ、第２構造体１２の第２切り欠き部１２ｂ内には、第２ブロック１７ｂが設けられる。
【００２０】
第１ブロック１６ａ、１６ｂ及び第２ブロック１７ａ、１７ｂの形状は、第１切り欠き部１１ａ、１１ｂ及び第２切り欠き部１２ａ、１２ｂの形状に対応されている。
【００２１】
第１ブロック１６ａ、１６ｂ及び第２ブロック１７ａ、１７ｂは、例えば第１構造体１１、第２構造体１２、第３構造体１３と同様の材料、又は、硬質のゴムにより製造されている。
【００２２】
図３に示すように、第１ブロック１６ａ、１６ｂ及び第２ブロック１７ａ、１７ｂの幅Ｗ１は、第１構造体１１の第１切り欠き部１１ａ、１１ｂ、及び第２構造体１２の第２切り欠き部１２ａ、１２ｂの幅Ｗ２より僅かに広い（Ｗ１＞Ｗ２）。このため、第１ブロック１６ａ、１６ｂ及び第２ブロック１７ａ、１７ｂは、第１切り欠き部１１ａ、１１ｂ及び第２切り欠き部１２ａ、１２ｂにそれぞれ圧入される。
【００２３】
第１起歪体１４の第１端部は、第１ブロック１６ａにより第１切り欠き部１１ａ内の例えば上面、すなわち第１構造体１１に圧接される。第１起歪体１４の第２端部は、第２ブロック１７ａにより第２切り欠き部１２ａ内の例えば上面、すなわち第２構造体１２に圧接される。
【００２４】
第２起歪体１５の第１端部は、第１ブロック１６ｂにより第１切り欠き部１１ｂ内の例えば上面、すなわち第１構造体１１に圧接される。第２起歪体１５の第２端部は、第２ブロック１７ｂにより第２切り欠き部１２ｂ内の例えば上面、すなわち第２構造体１２に圧接される。
【００２５】
しかし、第１ブロック１６ａ、１６ｂ及び第２ブロック１７ａ、１７ｂの幅Ｗ１は、第１切り欠き部１１ａ、１１ｂ、及び第２切り欠き部１２ａ、１２ｂの幅Ｗ２と等しいか、僅かに狭くともよい（Ｗ１≦Ｗ２）。すなわち、第１ブロック１６ａ、１６ｂ及び第２ブロック１７ａ、１７ｂは、第１切り欠き部１１ａ、１１ｂ、及び第２切り欠き部１２ａ、１２ｂ内にそれぞれ挿入され、第１起歪体１４、第２起歪体１５の上にそれぞれ載置されていてもよい。
【００２６】
第１切り欠き部１１ａ、１１ｂ及び第２切り欠き部１２ａ、１２ｂの幅Ｗ２は、第１起歪体１４及び第２起歪体１５の幅Ｗ３とほぼ等しいか僅かに大きい（Ｗ２≧Ｗ３）。このため、第１、第２起歪体１４、１５は、第１切り欠き部１１ａ、１１ｂ、及び第２切り欠き部１２ａ、１２ｂ内において、第１構造体１１及び第２構造体１２の円周方向に移動しないように規制される。
【００２７】
第１構造体１１は、第１切り欠き部１１ａ、１１ｂと連通する第３切り欠き部１１ａ−１、１１ｂ−１をそれぞれ有し、第２構造体１２は、第２切り欠き部１２ａ、１２ｂと連通する第４切り欠き部１２ａ−１、１２ｂ−１をそれぞれ有している。
【００２８】
第３切り欠き部１１ａ−１、１１ｂ−１及び第４切り欠き部１２ａ−１、１２ｂ−１は、第１切り欠き部１１ａ、１１ｂ及び第２切り欠き部１２ａ、１２ｂの幅方向の中央部に設けられている。
【００２９】
第３切り欠き部１１ａ−１、１１ｂ−１及び第４切り欠き部１２ａ−１、１２ｂ−１の幅Ｗ４は、第１切り欠き部１１ａ、１１ｂ及び第２切り欠き部１２ａ、１２ｂの幅Ｗ２より狭い（Ｗ４＜Ｗ２）。
【００３０】
第３切り欠き部１１ａ−１と第４切り欠き部１２ａ−１との間には、第３ブロック１８ａが設けられ、第３切り欠き部１１ｂ−１と第４切り欠き部１２ｂ−１との間には、第３ブロック１８ｂが設けられる。
【００３１】
第３ブロック１８ａは、第３切り欠き部１１ａ−１と第４切り欠き部１２ａ−１との間に圧入され、第３ブロック１８ｂは、第３切り欠き部１１ｂ−１と第４切り欠き部１２ｂ−１との間に圧入される。
【００３２】
具体的には、第３ブロック１８ａ、１８ｂの幅Ｗ５は、第３切り欠き部１１ａ−１、１１ｂ−１、第４切り欠き部１２ａ−１、１２ｂ−１の幅Ｗ４より僅かに広い（Ｗ５＞Ｗ４）。又は、第３ブロック１８ａ、１８ｂの長さＬ１は、第３切り欠き部１１ａ−１と第４切り欠き部１２ａ−１との間の長さ、及び第３切り欠き部１１ｂ−１と第４切り欠き部１２ｂ−１との間の長さＬ２の長さより長い。
【００３３】
第３ブロック１８ａ、１８ｂを第３切り欠き部１１ａ−１、１１ｂ−１、第４切り欠き部１２ａ−１、１２ｂ−１に圧入するための上記条件は、どちらか一方、又は両方を備えていてもよい。
【００３４】
このように、第３ブロック１８ａは、第３切り欠き部１１ａ−１と第４切り欠き部１２ａ−１との間に圧入され、第３ブロック１８ｂは、第３切り欠き部１１ｂ−１と第４切り欠き部１２ｂ−１との間に圧入される。このため、第１ブロック１６ａ、１６ｂ、第２ブロック１７ａ、１７ｂは、第３ブロック１８ａ、１８ｂにより押圧され、第１起歪体１４及び第２起歪体１５は、第１ブロック１６ａ、１６ｂ、第２ブロック１７ａ、１７ｂにより、第１構造体１１及び第２構造体１２に固定される。
【００３５】
図４は、第１起歪体１４及び第２起歪体１５の構成を概略的に示している。  
第１起歪体１４の表面には、歪センサ（歪ゲージ）としての例えば薄膜抵抗体Ｒ１、Ｒ２が配置され、第２起歪体１５の表面には、歪センサとしての例えば薄膜抵抗体Ｒ３、Ｒ４が配置される。薄膜抵抗体Ｒ１〜Ｒ４は、第１、第２起歪体１４、１５において大きな歪が発生する位置に配置される。具体的には、薄膜抵抗体Ｒ１〜Ｒ４は、第１、第２起歪体１４、１５の長手方向中央部より、第２構造体１２側に配置される。
【００３６】
薄膜抵抗体Ｒ１〜Ｒ４は、例えば図示せぬホイートストンブリッジ回路を構成し、このブリッジ回路より、ロードセルの出力信号が出力される。ブリッジ回路の構成は適宜変更可能である。
【００３７】
図２に示すように、ロードセル１０に外部から矢印Ｚ方向の力が印加され、第１構造体１１に対して第２構造体１２が軸心に沿った方向に移動すると、第１起歪体１４及び第２起歪体１５が変形する。これにより、薄膜抵抗体Ｒ１〜Ｒ４が圧縮又は伸張され、抵抗値が変化すると、ブリッジ回路から印加された力に応じた電気信号がセンサ出力として発生される。
【００３８】
（実施形態の効果）
本実施形態によれば、第１構造体１１は、第１切り欠き部１１ａ、１１ｂを有し、第２構造体１２は、第２切り欠き部１２ａ、１２ｂを有している。第１起歪体１４の第１端部は、第１切り欠き部１１ａ内に圧入された第１ブロック１６ａにより、第１構造体１１に密着して固定され、第２端部は、第２切り欠き部１２ａ内に圧入された第２ブロック１７ａにより、第２構造体１２に密着して固定される。また、第２起歪体１５の第１端部は、第１切り欠き部１１ｂ内に圧入された第１ブロック１６ｂにより、第１構造体１１に密着して固定され、第２端部は、第２切り欠き部１２ｂ内に圧入された第２ブロック１７ｂにより、第２構造体１２に密着して固定されている。このため、ボルトを用いて起歪体を固定する場合に比べて、ロードセル１０を小型化することが可能であり、第１構造体１１及び第２構造体１２が小型化された場合においても、第１ブロック１６ａ、１６ｂ及び第２ブロック１７ａ、１７ｂによって、第１起歪体１４及び第２起歪体１５を第１構造体１１及び第２構造体１２に確実且つ高精度に固定することができる。したがって、ロードセル１０に弱い力が印加された場合においても、印加された力を高精度に検出することが可能である。
【００３９】
また、本実施形態によれば、第１切り欠き部１１ａ、１１ｂ内に第１ブロック１６ａ、１６ｂを圧入又は挿入し、第２切り欠き部１２ａ、１２ｂ内に第２ブロック１７ａ、１７ｂを圧入又は挿入することにより、第１起歪体１４及び第２起歪体１５を第１構造体１１及び第２構造体１２に固定することができる。したがって、第１構造体１１及び第２構造体１２が小型化された場合においても、ボルトを用いる場合に比べて、製造が容易であり、製造コストを低廉化することが可能である。
【００４０】
さらに、第１ブロック１６ａ、１６ｂ、及び第２ブロック１７ａ、１７ｂは、第３切り欠き部１１ａ−１、１１ｂ−１と第４切り欠き部１２ａ−１、１２ｂ−１との間にそれぞれ圧入される第３ブロック１８ａ、１８ｂにより、押圧される。このため、第１起歪体１４及び第２起歪体１５は、第１ブロック１６ａ、１６ｂ、第２ブロック１７ａ、１７ｂ、及び第３ブロック１８ａ、１８ｂにより、第１構造体１１及び第２構造体１２に一層強固に固定される。したがって、ロードセル１０に印加される力をより一層、第１起歪体１４及び第２起歪体１５に伝達することができ、微弱な力を高精度に検知することが可能なロードセルを構築することができる。
【００４１】
（変形例）
第３ブロック１８ａ、１８ｂは、第３切り欠き部１１ａ−１、１１ｂ−１と第４切り欠き部１２ａ−１、１２ｂ−１との間にそれぞれ圧入した。しかし、これに限定されるものではなく、図３の破線内に示すように、第３ブロック１８ａ、１８ｂを、例えば第１切り欠き部１１ａ、１１ｂと第２切り欠き部１２ａ、１２ｂとの間にそれぞれ圧入することも可能である。
【００４２】
この場合、第３ブロック１８ａ、１８ｂの幅Ｗ６は、第１切り欠き部１１ａ、１１ｂ及び第２切り欠き部１２ａ、１２ｂの幅Ｗ２より僅かに広くされる（Ｗ６＞Ｗ２）。又は、第３ブロック１８ａ、１８ｂの長さＬ３は、第１切り欠き部１１ａと第２切り欠き部１２ａとの間の長さＬ４より僅かに長くされる（Ｌ３＞Ｌ４）。
【００４３】
これにより、第３ブロック１８ａ、１８ｂは、第１切り欠き部１１ａ、１１ｂと第２切り欠き部１２ａ、１２ｂとの間にそれぞれ圧入され、第３ブロック１８ａ、１８ｂにより、第１起歪体１４及び第２起歪体１５は、第１ブロック１６ａ、１６ｂ、第２ブロック１７ａ、１７ｂにより、第１構造体１１、第２構造体１２に固定される。
【００４４】
（変形例の効果）
この変形例によっても、実施形態と同様の効果を得ることが可能である。しかも、本変形例の場合、第３ブロック１８ａ、１８ｂの幅Ｗ６が第１ブロック１６ａ、１６ｂ及び第２ブロック１７ａ、１７ｂの幅より僅かに広い。このため、第３ブロック１８ａ、１８ｂの第１端部は、第３ブロック１８ａ、１８ｂの上面のほぼ全面に接触し、第３ブロック１８ａ、１８ｂの第２端部は、第２ブロック１７ａ、１７ｂの上面のほぼ全面に接触する。したがって、第１ブロック１６ａ、１６ｂ及び第２ブロック１７ａ、１７ｂを介在して第１起歪体１４及び第２起歪体１５を、第１構造体１１及び第２構造体１２に強固に固定させることができる。
【００４５】
尚、起歪体の数は、２つに限定されるものではなく、１つ又は、３つ以上であってもよい。
【００４６】
起歪体に設けられる歪ゲージの数は、２つに限定されるものではなく、１つ又は４つでもよく、歪ゲージの種類は薄膜抵抗体に限定されるものではない。
【００４７】
その他、本発明は上記各実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記各実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００４８】
１０…ロードセル、１１…第１構造体、１１ａ、１１ｂ…第１切り欠き部、１２…第２構造体、１２ａ、１２ｂ…第２切り欠き部、１１ａ−１、１１ｂ−１…第３切り欠き部、１２ａ−１、１２ｂ−１…第４切り欠き部、１３…第３構造体、１４…第１起歪体、１５…第２起歪体、１６ａ、１６ｂ…第１ブロック、１７ａ、１７ｂ…第２ブロック、１８ａ、１８ｂ…第３ブロック、Ｒ１〜Ｒ４…薄膜抵抗体。
【図１】
2020148498.tif 000003
【図２】
2020148498.tif 000004
【図３】
2020148498.tif 000005
【図４】
2020148498.tif 000006