(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷重の作用する荷重点から離反した位置に軸孔が設けられた板状の起歪体と、この起歪体の前記荷重点と前記軸孔との間に搭載された歪み素子と、前記起歪体を支持するボルトと、このボルトに締着されるナットによって固定されたスペーサ部材とを備え、前記スペーサ部材が、前記起歪体の板厚より長寸で前記軸孔を挿通する管スペーサと、前記ボルトに外挿された一対の平板状ワッシャとで構成され、前記ナットによって前記管スペーサを前記両ワッシャで挟圧することにより、これら両ワッシャと前記軸孔の周縁部分との間に前記ボルトの軸線方向に沿う起歪体保持空間を形成したことを特徴とする荷重センサ。
【請求項２】
荷重の作用する荷重点から離反した位置に軸孔が設けられた板状の起歪体と、この起歪体の前記荷重点と前記軸孔との間に搭載された歪み素子と、前記起歪体を支持するボルトと、このボルトに締着されるナットによって固定されたスペーサ部材とを備え、前記スペーサ部材が中央に筒状部を有する一対の凸状ワッシャからなり、前記ナットによって前記両ワッシャのそれぞれの筒状部どうしを挟圧し、これら一対の筒状部に前記起歪体の前記軸孔を挿通させることにより、前記両ワッシャと前記軸孔の周縁部分との間に前記ボルトの軸線方向に沿う起歪体保持空間を形成したことを特徴とする荷重センサ。
【請求項３】
請求項１または２の記載において、前記起歪体のうち、前記軸孔の近傍の板厚を前記歪み素子を搭載している部分の板厚よりも大きく設定したことを特徴とする荷重センサ。
【請求項４】
請求項１または２の記載において、前記起歪体保持空間に接着固定剤を充填したことを特徴とする荷重センサ。
【請求項５】
荷重の作用する荷重点から離反した位置に軸孔が設けられた板状の起歪体と、この起歪体の前記荷重点と前記軸孔との間に搭載された歪み素子と、前記起歪体の前記軸孔に挿通された固定軸体と、前記起歪体を介して前記固定軸体に外挿された一対のスペーサ部材と、これらスペーサ部材を前記固定軸体の軸線方向に加圧して固定せしめる固定手段とを備え、前記起歪体の前記軸孔の周囲の所定個所に凹状または凸状の被押圧部を設けると共に、この被押圧部が前記一対のスペーサ部材にて挟圧されるようになし、かつ前記被押圧部を除く前記起歪体の表裏両面が前記一対のスペーサ部材に対して非接触に保たれるように構成したことを特徴とする荷重センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、歪み素子を搭載した板状の起歪体の撓み具合によって荷重を検出する荷重センサに係り、特に、起歪体をボルト等の固定軸体に支持するための取付構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図８はこの種の荷重センサの従来例を示す説明図である。同図において、符号１は厚膜抵抗体からなる歪み素子、２は軸孔２ａを有して歪み素子１を搭載した金属板製の起歪体で、この起歪体２の先端部には測定対象物からの荷重が加わる荷重点２ｂが設けられている。符号３は軸孔２ａに挿通されたボルトで、このボルト３はナット９等を用いて設置部材であるフレーム４等に固定されている。符号５，６はボルト３に外挿されている平板状のワッシャで、これら一対のワッシャ５，６の間に起歪体２の軸孔２ａの周縁部分を配置させている。符号７，８はボルト３に螺着せしめたナットで、これら一対のナット７，８の間にワッシャ６と起歪体２とワッシャ５とが積層状態で挟圧・固定されている。
【０００３】
すなわち、起歪体２をボルト３に取り付ける際には、ボルト３にナット８を螺合させた後、ワッシャ６と起歪体２およびワッシャ５を順次ボルト３に外挿してから、ナット７をボルト３に螺合させて両ナット７，８を締め付けていく。これにより、一対のナット７，８の間で、起歪体２の軸孔２ａの周縁部分を挟み込んだ一対のワッシャ５，６がボルト３の軸線方向に沿って挟圧されていくので、ワッシャ５，６を介して起歪体２をボルト３に強固に固定することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この種の荷重センサにおいて、起歪体２は例えば約２ｍｍ厚のＳＵＳ等からなる金属板であるが、この起歪体２に対して板厚方向に強い挟圧力が作用すると、歪み素子１を搭載している部分も含めて起歪体２が微妙にゆがみ、歪み素子１の特性に悪影響を及ぼすことになる。しかるに、起歪体２の軸孔２ａの周縁部分をワッシャ５，６によって強く挟圧するという従来技術の場合、起歪体２とワッシャ５，６とを完全に面接触させることは困難であり、また、ワッシャ５，６とナット７，８とを完全に面接触させることも困難なので、起歪体２はワッシャ５，６からの応力が集中する個所が特定できず、それゆえ挟圧力に起因する前記ゆがみが大きくばらついて、製品ごとに歪み素子１の特性が異なってしまうという不具合があった。すなわち、従来は、荷重点２ｂに同等の荷重が加わっても歪み素子１の出力値が製品ごとにばらつきやすいため、所望の高信頼性が得にくかった。
【０００５】
本発明はこのような従来技術の実情に鑑みてなされたもので、その目的は、経年的な緩みが防止できて起歪体を確実に取り付けることができ、かつ、歪み素子の特性が製品ごとにばらつかず高い信頼性が得られる荷重センサを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成する解決手段として、本発明は、荷重の作用する荷重点から離反した位置に軸孔が設けられた板状の起歪体と、この起歪体の前記荷重点と前記軸孔との間に搭載された歪み素子と、前記起歪体を支持するボルトと、このボルトに締着されるナットによって固定されたスペーサ部材とを備え、前記スペーサ部材が、前記起歪体の板厚より長寸で前記軸孔を挿通する管スペーサと、前記ボルトに外挿された一対の平板状ワッシャとで構成され、前記ナットによって前記管スペーサを前記両ワッシャで挟圧することにより、これら両ワッシャと前記軸孔の周縁部分との間に前記ボルトの軸線方向に沿う起歪体保持空間を形成した。
【０００７】
また、上述した目的を達成する他の解決手段として、本発明は、荷重の作用する荷重点から離反した位置に軸孔が設けられた板状の起歪体と、この起歪体の前記荷重点と前記軸孔との間に搭載された歪み素子と、前記起歪体を支持するボルトと、このボルトに締着されるナットによって固定されたスペーサ部材とを備え、前記スペーサ部材が中央に筒状部を有する一対の凸状ワッシャからなり、前記ナットによって前記両ワッシャのそれぞれの筒状部どうしを挟圧し、これら一対の筒状部に前記起歪体の前記軸孔を挿通させることにより、前記両ワッシャと前記軸孔の周縁部分との間に前記ボルトの軸線方向に沿う起歪体保持空間を形成した。
【０００８】
このように起歪体保持空間に該保持空間の高さ寸法よりも板厚の小なる起歪体を配置させると、ナットによってスペーサ部材を強い加圧力でボルトに固定しても、その加圧力は起歪体に直接作用しないので、取付時に起歪体に無理な力が加わらず、よって歪み素子の特性が製品ごとにばらつかなくなる。また、強い加圧力でスペーサ部材をボルトに取り付けても検出精度に悪影響を及ぼさないことから、経年的な緩みを確実に防止することができる。また、起歪体の軸孔周縁部分を微小な隙間を介してスペーサ部材と対向させれば、起歪体の板厚方向のずれが検出データに悪影響を及ぼす可能性も小さくなる。さらに、ナットをボルトに締着することによってスペーサ部材がボルトに固定されるため、取付作業を簡単かつ確実に行うことができる。
【０００９】
また、上記の構成において、起歪体のうち軸孔の近傍の板厚を歪み素子を搭載している部分の板厚よりも大きく設定すると、荷重点に荷重を加えて起歪体を撓ませたとき、その変形の起点が板厚小なる部分と板厚大なる部分との境目になるため、起歪体の保持位置が多少ずれても変形の起点がばらつかなくなり、信頼性が一層向上する。
【００１０】
また、上記の構成において、起歪体保持空間に接着固定剤を充填することが好ましく、このようにすると起歪体の保持位置がずれを起こさず変形の起点も安定するので、信頼性が一層向上する。
【００１１】
また、上述した目的を達成する他の解決手段として、本発明は、荷重の作用する荷重点から離反した位置に軸孔が設けられた板状の起歪体と、この起歪体の前記荷重点と前記軸孔との間に搭載された歪み素子と、前記起歪体の前記軸孔に挿通された固定軸体と、前記起歪体を介して前記固定軸体に外挿された一対のスペーサ部材と、これらスペーサ部材を前記固定軸体の軸線方向に加圧して固定せしめる固定手段とを備え、前記起歪体の前記軸孔の周囲の所定個所に凹状または凸状の被押圧部を設けると共に、この被押圧部が前記一対のスペーサ部材にて挟圧されるようになし、かつ前記被押圧部を除く前記起歪体の表裏両面が前記一対のスペーサ部材に対して非接触に保たれるように構成した。
【００１２】
このように、起歪体の軸孔周縁部分の特定個所だけに挟圧力が加わるようにしてあれば、挟圧により起歪体に微妙なゆがみが生じても、そのゆがみが製品ごとにばらつかなくなるので、歪み素子の特性が製品ごとにばらつかなくなって信頼性が向上する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、発明の実施の形態について図面を参照して説明すると、図１は第１の実施形態例を示す荷重センサの要部断面図、図２は図１に示す荷重センサの全体斜視図、図３は図１，２に示す起歪体の平面図、図４は第２の実施形態例を示す荷重センサの要部断面図、図５は第３の実施形態例を示す荷重センサの要部断面図、図６は第４の実施形態例を示す荷重センサの要部平面図、図７は図６のＡ−Ａ線に沿う断面図であり、図８に対応する部分には同一符号が付してある。
【００１４】
まず、図１〜図３を参照しつつ第１の実施形態例について説明すると、図中の符号１は厚膜抵抗体からなる歪み素子、２は軸孔２ａを有して歪み素子１を搭載した金属板製の起歪体であり、これら歪み素子１と起歪体２によって歪ゲージが構成されている。図２に示すように、本実施形態例に係る荷重センサは、自動車の座席に組み込まれて搭乗者の体重を検出するためのものであり、起歪体２の先端部に設けられた荷重点２ｂには座席側に固定されたアーム１７を介して搭乗者の荷重が作用するようになっている。符号３は固定軸体としてのボルトであり、このボルト３はナット９を用いて自動車の設置部材であるシートフレーム４に固定されている。符号５，６はボルト３に外挿されている平板状のワッシャで、これら一対のワッシャ５，６の内周部どうしは、ボルト３に外挿されている管スペーサ１０を挟持している。また、一対のワッシャ５，６の間には管スペーサ１０の外側に、起歪体２の軸孔２ａの周縁部分を配置させるための円環状の起歪体保持空間１１が形成されており、この起歪体保持空間１１の高さ寸法Ｈ、つまり管スペーサ１０の高さ寸法Ｈは、そこに配置される起歪体２の板厚ｈよりも僅かに大きく設定してある。符号７，８はボルト３に螺着せしめたナットで、これら一対のナット７，８の間にワッシャ６と管スペーサ１０およびワッシャ５とが積層状態で挟圧・固定されている。
【００１５】
なお、本実施形態例では図３に示すように、起歪体２の上面の４か所に歪み素子１が配設されており、これら４個の歪み素子１を結線してなるホイートストンブリッジ回路の４個の端子１ａが、起歪体１の軸孔２ａ側の端部に集約させてある。
【００１６】
上述した構成において、歪み素子１が搭載された起歪体２（歪ゲージ）をボルト３に取り付ける際には、ボルト３にナット８を螺合させた後、ワッシャ６と管スペーサ１０を順次ボルト３に外挿してから、管スペーサ１０に起歪体２の軸孔２ａを外挿する。しかる後、ワッシャ５をボルト３に外挿してからナット７をボルト３に螺合させ、両ナット７，８を締め付けていく。これにより、一対のナット７，８の間で、ワッシャ５，６および管スペーサ１０からなるボビン形状のユニット体（スペーサ部材）がボルト３の軸線方向に沿って挟圧されていくので、経年的な緩みが発生しないように強い挟圧力を加えることにより、このユニット体をボルト３に強固に固定することができる。ただし、こうしてワッシャ５，６および管スペーサ１０に強い挟圧力を加えても、起歪体２の軸孔２ａの周縁部分は起歪体保持空間１１内に余裕をもって配置されているので、ナット７，８による挟圧力が起歪体２に直接作用することはない。
【００１７】
このように本実施形態例においては、一対のワッシャ５，６の間の起歪体保持空間１１に、該保持空間１１の高さ寸法よりも板厚の小なる起歪体２を配置させているので、両ワッシャ５，６をナット７，８で挟圧してボルト３に固定しても、その挟圧力が起歪体２には直接作用せず、それゆえ起歪体２を挟圧・固定した場合に懸念される歪み素子１の特性のばらつきが回避でき、検出の信頼性が高まっている。また、強い挟圧力でワッシャ５，６をボルト３に取り付けても検出精度に悪影響を及ぼさないことから、ナット７，８をきつく締め付けて経年的な緩みを防止することができる。しかも、起歪体２の軸孔２ａの周縁部分を微小な隙間を介してワッシャ５，６と対向させているので、起歪体２の板厚方向のずれが検出データに悪影響を及ぼす可能性も小さい。
【００１８】
第２の実施形態例では、図４に示すように、筒状部１３ａ，１４ａを有する一対のワッシャ１３，１４をボビン形状に重ね合わせてナット７，８で挟圧し、両ワッシャ１３，１４の筒状部１３ａ，１４ａの外側を起歪体保持空間１１となしているので、管スペーサ１０は省略されている。また、この第２の実施形態例では、一対のワッシャ１３，１４と起歪体２との間に設けられた隙間、つまり起歪体保持空間１１内の隙間に、硬化してもほとんど収縮しない嫌気性の接着剤１２が充填してあるので、起歪体２の保持位置がずれを起こさず、起歪体２を撓ませたときの変形の起点も安定する。
【００１９】
第３の実施形態例では、図５に示すように、起歪体２のうち軸孔２ａの近傍の板厚が、歪み素子１を搭載している延出部分の板厚よりも大きく設定してある。このように、荷重点２ｂとは反対側の基端部で起歪体２の板厚を増大させておくと、荷重点２ｂに荷重を加えて起歪体２を撓ませたとき、その変形の起点が、板厚小なる部分と板厚大なる部分との境目Ｐになるため、起歪体２の保持位置が多少ずれても変形の起点がばらつかなくなる。なお、この第３の実施形態例でも、第２の実施形態例と同様に、筒状部１３ａ，１４ａを有する一対のワッシャ１３，１４をボビン形状に重ね合わせてナット７，８で挟圧している。
【００２０】
第４の実施形態例では、図６，７に示すように、起歪体２の軸孔２ａ近傍の表裏両面にそれぞれ、凹状の被押圧部２ｃ，２ｄが複数（例えば４個ずつ）設けてある。また、ボルト３に外挿され起歪体２を介して対向する一対の平板状のワッシャ１５，１６にそれぞれ、被押圧部２ｃ，２ｄ内に挿入される押圧突起１５ａ，１６ａが複数設けてある。これらのワッシャ１５，１６は、各押圧突起１５ａ，１６ａを対応する被押圧部２ｃ，２ｄ内に挿入した状態で、ナット７，８に挟圧されてボルト３に固定されるので、起歪体２は複数個所の被押圧部２ｃ，２ｄにおいてワッシャ１５，１６に挟圧・固定される。ただし、被押圧部２ｃ，２ｄを除く起歪体２の表裏両面は、ワッシャ１５，１６に対して非接触に保たれている。
【００２１】
このように第４の実施形態例は、前述した各実施形態例と異なり、ナット７，８の挟圧力を起歪体２に直接作用させるという取付構造であるが、起歪体２が挟圧される個所（被押圧部２ｃ，２ｄ）を予め特定しているため、つまりナット７，８に挟圧されたワッシャ１５，１６からの応力が集中する個所を予め特定しているため、挟圧力に起因する微妙なゆがみが製品ごとにばらつく恐れがない。したがって、ナット７，８の経年的な緩みを防止するため起歪体２に強い挟圧力を加えたとしても、歪み素子１の特性が製品ごとにばらつく心配がなく、高い信頼性が得られる。
【００２２】
なお、第４の実施形態例において、起歪体２の軸孔２ａ近傍に凸状の被押圧部を設けて挟圧されるようにしてもよい。また、第１と第３および第４の実施形態例において、第２の実施形態例と同様に、起歪体２の軸孔２ａの周囲の隙間に嫌気性接着剤等の接着固定剤を充填しておけば、信頼性の一層の向上が図れる。
【００２３】
また、上述した各実施形態例では、固定軸体としてボルト３を使用し、このボルト３にナット７，８を螺合させて締め付ける場合について例示しているが、リベットのようにねじ溝を持たない固定軸体に起歪体２を取り付ける場合には、ワッシャ等のスペーサ部材をかしめ等の手法で挟圧すればよい。
【００２４】
さらに、上述した各実施形態例では、自動車の座席に組み込まれて搭乗者の体重を検出する荷重センサについて説明したが、本発明による荷重センサは荷重変換器や応力解析等の各種分野に適用できる。
【００２５】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したような形態で実施され、以下に記載されるような効果を奏する。
【００２６】
スペーサ部材によって起歪体の軸孔の周縁部分との間にボルトの軸線方向に沿う起歪体保持空間を形成し、この起歪体保持空間に該保持空間の高さ寸法よりも板厚の小なる起歪体を配置させると、ナットによってスペーサ部材を強い加圧力でボルトに固定しても、その加圧力は起歪体に直接作用しないので、歪み素子の特性が製品ごとにばらつく恐れがなくなり、経年的な緩みも確実に防止することができる。
【００２７】
また、起歪体の軸孔周縁部分の特定個所だけに挟圧力が加わるようにしておくと、挟圧により起歪体に微妙なゆがみが生じても、そのゆがみが製品ごとにばらつかなくなるので、歪み素子の特性が製品ごとにばらつかなくなって信頼性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態例を示す荷重センサの要部断面図である。
【図２】図１に示す荷重センサの全体斜視図である。
【図３】図１，２に示す起歪体の平面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態例を示す荷重センサの要部断面図である。
【図５】本発明の第３の実施形態例を示す荷重センサの要部断面図である。
【図６】本発明の第４の実施形態例を示す荷重センサの要部平面図である。
【図７】図６のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図８】従来技術を示す荷重センサの要部断面図である。
【符号の説明】
１  歪み素子
２  起歪体
２ａ  軸孔
２ｂ  荷重点
２ｃ，２ｄ  被押圧部
３  ボルト（固定軸体）
７，８  ナット
５，６，１３，１４，１５，１６  ワッシャ（スペーサ部材）
１０  管スペーサ
１１  起歪体保持空間
１２  接着固定剤
１５ａ，１６ａ  押圧突起
【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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