(57)【要約】【課題】ロードセル装置及びその形成方法を提供する。【解決手段】ロードセル装置は、ロードセルハウジングと、このロードセルハウジングにモジュール式に組み込んだモジュール式歪みゲージエレメントを含むように形成されている。ロードセルハウジング及びモジュール式歪みゲージエレメントは、電子式力センサの用途で使用するためのロードセル装置を形成する。モジュール式歪みゲージエレメントは、高性能厚フィルム（ＡＴＦ）適合材料から形成でき、ヒステリシスを小さくでき、負荷を張力状態又は圧縮状態のいずれかで加えるための境界条件を適正にできる一つ又はそれ以上の接触押縁を含むように形成できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロードセル装置において、
ロードセルハウジングと、
高性能厚フィルム（ＡＴＦ）歪みゲージで形成されたモジュール式歪みゲージエレメントと、
前記ロードセルハウジングにモジュール式に組み込んだモジュール式歪みゲージエレメントとを含み、前記ロードセルハウジング及び前記モジュール式歪みゲージエレメントは、電子式力センサの用途で使用するためのロードセル装置を互いに形成する、ロードセル装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置において、
前記モジュール式歪みゲージエレメントは、前記モジュール式歪みゲージエレメント内に形成したロードボタンとは反対側に歪みゲージ面を含む、装置。
【請求項３】
請求項１に記載の装置において、
前記モジュール式歪みゲージエレメントは、高性能厚フィルム（ＡＴＦ）適合材料で形成されている、装置。
【請求項４】
請求項１に記載の装置において、
前記モジュール式歪みゲージエレメントは少なくとも一つの接触押縁を含み、これにより、ヒステリシスを小さくでき、負荷を張力状態又は圧縮状態のいずれかで加えるための境界条件を適正にできる、装置。
【請求項５】
請求項４に記載の装置において、
前記少なくとも一つの接触押縁は、高負荷適用中に前記ロードセルハウジングに負荷を伝達するように形成されている、装置。
【請求項６】
ロードセル装置において、
ロードセルハウジングと、
前記ロードセルハウジングにモジュール式に組み込んだ高性能厚フィルム（ＡＴＦ）歪みゲージで形成されたモジュール式歪みゲージエレメントとを含み、
前記モジュール式歪みゲージエレメントは、ＡＴＦ適合材料で形成されており、
前記モジュール式歪みゲージエレメントは、前記モジュール式歪みゲージエレメント内に形成したロードボタンとは反対側に歪みゲージ面を含み、
前記ロードセルハウジング及び前記モジュール式歪みゲージエレメントは、電子式力センサの用途で使用するためのロードセル装置を互いに形成する、ロードセル装置。
【請求項７】
ロードセル装置を形成するための方法において、
ロードセルハウジングと、
前記ロードセルハウジングにＡＴＦ歪みゲージを組み込むことによって形成したモジュール式歪みゲージエレメントを含むモジュール式アッセンブリとを含み、
前記ロードセルハウジング及び前記モジュール式歪みゲージエレメントは、電子式力センサの用途で使用するためのロードセル装置を互いに形成する、方法。
【請求項８】
請求項７に記載の方法において、更に、
ロードボタンを前記モジュール式歪みゲージエレメントに形成する工程と、
前記モジュール式歪みゲージエレメントに形成した前記ロードボタンの反対側に歪みゲージ面を含むように前記モジュール式歪みゲージエレメントを形成する工程とを含む、方法。
【請求項９】
請求項７に記載の方法において、更に、
ヒステリシスを小さくでき、負荷を張力状態又は圧縮状態のいずれかで加えるための境界条件を適正にできる少なくとも一つの接触押縁を持つように前記モジュール式歪みゲージエレメントを形成する工程と、
負荷適用中に負荷を前記ロードセルハウジングに伝達するように前記少なくとも一つの接触押縁を形成する工程とを含む、方法。
【請求項１０】
請求項７に記載の方法において、更に、
増幅器ハウジングを含むように前記ロードセルハウジングを形成する工程と、
前記増幅器ハウジングと隣接してカバーを配置し、これを前記ロードセルハウジングによって取り囲む工程と、
前記カバーと隣接して保持スロットリングを位置決めし、前記カバーを前記保持スロットリングと前記増幅器ハウジングとの間に配置する工程とを含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
以下の実施例は、全体として、ロードセル及び電子式力センサの用途に関する。これらの実施例は、更に、モジュール式センサデバイス及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
秤量ユニット（秤）及び力センサアッセンブリにおいて、ロードセルとしても周知の電気機械式力トランスジューサーは、今日、通常は、決定されるべき重量による力を電気的な値に変換するのに使用されている。次いで、この電気的値を適当な形態で更に演算処理する。これは、モニターデバイスに伝送された秤量ユニットのディスプレーで使用者が読み取ることができる形態の重量の単位で計測値を提供するためである。最も多く使用されているロードセルは、歪みゲージに基づくロードセルである。
【０００３】
秤又は力計測システムの作動中、ロードセルには、重量が計測されるべき物品の重量により負荷が加わるばかりでなく、慣性による一定の初期負荷も加わる。これは、秤又は力計測システムの力トランスミッターのいわゆる皿の重量により発生する。こうした皿には、計量されるべき物品を載せることができ、又は皿を通して力を伝達できる。
【０００４】
ロードセル及び関連した電子式力センサ又はトランスジューサーを適用できる一つの領域は、自動車の分野や航空宇宙の分野である。一般的には、車輛の車室の座席の乗客の体重及び位置を決定するのが望ましい。能動的安全拘束システムは、例えば、乗客の体重及び座席での乗客の位置に基づいて展開するか否かを決定し、又は展開時の力の量を決定する。
【０００５】
エアバッグが開発され、これが自動車に設けられたため、様々な人々に対して使用される相対的展開力に関して問題がある。エアバッグは、１９９２年から、新車に装着することが義務づけられてきた。エアバッグは、衝突時に運転者や車輛乗員に加わる前方への慣性を抑制するように形成されている。全ての車輛乗員用の汎用型エアバッグ設計の場合には、予想される乗員のうちの最も大きな人を停止するのに十分な力を発生する必要がある。小柄な人は慣性が小さく、そのため大柄な人と同じ慣性の変化を必要としない。更に、小柄な人は身長が低く、比較的ダッシュボードの近くに座る。従って、エアバッグの爆発力が、比較的後方に座る平均的な成人男性よりも多く加わる。現在のエアバッグ展開力により、エアバッグの展開と関連して多くの怪我人や死者が発生した。エアバッグが展開しなかったら乗員に怪我人を出さない場合に、小柄な成人や若者に関し、エアバッグの展開により百人を越える死者がでた。
【０００６】
こうした情況のため、米国運輸省の一部課であるＮＨＴＳＡ即ち国家高速道路交通安全局が動き、このような小柄な乗員を保護するためのエアバッグの作動並びに展開力についての基準を変更する規則が提案された。ＮＨＴＳＡは、こうした必要条件に加え、「所定の位置から外れた」乗員を懸念の一因と述べている。かくして、システムは、乗員が、エアバッグで怪我をしてしまう位置にいる場合、たとえ乗員が大柄な成人であっても、エアバッグ展開力の調節又は減少を行うことができなければならない。
【０００７】
自動車産業は、歪みゲージ力トランスジューサーが有用である領域を一つしか呈示していない。力又は歪の計測及び／又は検出を必要とする全ての用途で、歪みゲージ力トランスジューサー又は歪みゲージデバイスを使用できる。この他の例には、航空宇宙産業や、疲労サイクルを研究するために航空機の機体に加わる力の検出等の用途が含まれる。
【０００８】
現在のロードセル及び関連した電子式力センサ技術は、ホイルゲージ、容量性モジュール、又は水晶発振器等の感知手段を支持する上で費用がかかる。このようなデバイスの製造を自動化するのは困難である。更に、これらのデバイスの多くは、モジュール式でない。現在、自動化が容易な負荷センサ用の高出力厚フィルム技術は存在していない。本明細書中に記載した応用は、様々な電子式力センサの用途で使用するための真のモジュール式ロードセル装置を提供することによって、この重要な必要に対処するものと考えられる。
【０００９】
本発明独特の革新的特徴の幾つかの理解を容易にするため、本発明を以下に簡単に説明する。この説明は完全な説明を意図したものではない。本発明の様々な特徴は、本明細書、特許請求の範囲、添付図面、及び概要全体を読むことにより、理解されよう。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従って、本発明の一つの特徴は、改良センサ装置及びシステムを提供することである。
本発明の別の特徴は、改良ロードセル装置を提供することである。
本発明の更に別の特徴は、電子式力センサの用途で使用するための改良歪みゲージ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の以上の特徴及びその他の目的及び利点は、本明細書中に説明したように達成できる。ロードセル装置及びその製造方法を開示する。ロードセル装置は、ロードセルハウジングと、このロードセルハウジングにモジュール式に組み立てたモジュール式歪みゲージエレメントを含むように形成できる。ロードセルハウジング及びモジュール式歪みゲージエレメントは、電子式力センサの用途で使用するためのロードセル装置を互いに形成する。モジュール式歪みゲージエレメントは、高出力厚フィルム（ＡＴＦ）適合材料から形成でき、ヒステリシスを小さくでき、負荷を張力状態又は圧縮状態のいずれかで加えるための境界条件を適正にできる一つ又はそれ以上の接触押縁を含むように形成できる。
【００１２】
更に、ロードボタンをモジュール式歪みゲージエレメントに形成でき、ロードボタンの反対側に歪みゲージ面があるようにモジュール式歪みゲージエレメントを形成する。接触押縁は、高負荷適用中にロードセルハウジングに負荷を伝達するように形成できる。ロードセルハウジングは、更に、増幅器ハウジングを持つように形成できる。更に、増幅器ハウジング内に穴を形成でき、この穴を通してケーブルを入れたり出したりできる。更に、増幅器ハウジングと隣接してカバーを配置し、これをロードセルハウジングによって取り囲むことができる。最後に、カバーと隣接して保持スロットリングを位置決めできる。カバーは、保持スロットリングと増幅器ハウジングとの間に配置される。モジュール式歪みゲージエレメントは、全体が、ロードセルハウジングに溶接される。
【００１３】
同じエレメント又は機能的に類似したエレメントに同様の参照番号を付した添付図面を本願に組み込む。これらの図面は、本願の一部を形成し、本発明の詳細な説明とともに、本発明の原理を説明する上で役立つ。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
これらの非限定的例で論じた特定の値及び形体は変化させてもよい。これらは、本発明の少なくとも一つの実施例を例示するために引用したに過ぎず、本発明の範囲を限定しようとするものではない。
【００１５】
図１は、好ましい実施例に従って実施できるロードセル装置１００の側断面図を示す。ロードセル装置１００は、ロードセルハウジング１０８にモジュール式に組み込むことができるモジュール式歪みゲージエレメント１０２を含む。増幅器ハウジング１１０をロードセルハウジング１０８の一部として提供できる。増幅器ハウジング１１０を所定の場所に維持するため、構成要素１１２を設けることができる。構成要素１１２は、設計上の配慮に応じて増幅器ハウジング１１０にスナップ嵌めできる。更に、モジュール式歪みゲージエレメント１０２からロードボタン１０４を形成できる。更に、ベース１１４を設けることができる。ベースは、所定の場所に溶接されてもよいしボルト止めされてもよい。
【００１６】
図２は、図１に示す好ましい実施例によるモジュール式歪みゲージエレメント１０２の側断面図である。図１乃至図７では、同じ又は同様の部品又はエレメントには、全体として同じ参照番号が付してあるということに着目されたい。モジュール式歪みゲージエレメント１０２は、ロードボタン１０４の反対側に形成された歪みゲージ面２０２を含む。モジュール式歪みゲージエレメントには、溶接縁部２０６が設けられている。更に、接触押縁２１０がモジュール式歪みゲージエレメントの一方の側に形成されている。
【００１７】
図３は、図１及び図２に示す好ましい実施例によるロードセル装置１００の側面図である。図３に示すように、ロードセル装置１００は、更に、ケーブル出口穴３０２を含み、この穴を通ってケーブルを入れたり出したりすることができる。ケーブル出口穴３０２は、増幅器ハウジング１１０内に形成できる。カバー３０４を設けることができる。このカバーは、増幅器ハウジング１１０と保持リングスロット３０６との間に配置される。
【００１８】
図４（ａ）、図４（ｂ）、及び図４（ｃ）は、変形例のロードセル装置１００の形体を示す。図４（ａ）に示す形体では、底部シールを溶接したロードセル装置１００が示してある。図４（ｂ）に示す形体では、一つ又はそれ以上の周囲頂部取り付け穴４０２を持つロードセル装置１００が示してある。図４（ｃ）に示す形体では、頂部安定化ダイヤフラム４０４を溶接したロードセル装置１００が示してある。
【００１９】
図５は、複数の取り付け用通穴５０２、５０４、５０８が設けられた変形例のロードセル装置１００の頂部５００を示す。図５に示す取り付け穴５０２、５０４、５０８は、図４Ｂ及び図４Ｃに示す取り付け穴４０２と同様の穴である。
【００２０】
図６は、ねじ山を備えたスタッド６０２が取り付けられた変形例のロードセル装置１００の側面図である。図６に示すねじ山を備えたスタッド６０２は、モジュール式歪みゲージエレメント１０２の頂部に形成されたロードボタン１０４に連結されている。
【００２１】
図７は、好ましい実施例によるロードセル装置１００の全体の側面図である。ロードセル装置１００は、全体として、ロードセルハウジング１０８と、このロードセルハウジング１０８にモジュール式に組み込んだモジュール式歪みゲージエレメント１０２とを含む。ロードセルハウジング１０８及びモジュール式歪みゲージエレメント１０２は、電子式力センサの用途で使用するためのロードセル装置１００を互いに形成する。モジュール式歪みゲージエレメント１０２は、高性能厚フィルム（ＡＴＦ）適合材料から形成でき、一つ又はそれ以上の接触押縁２１０を含むように形成できる。これらの接触押縁２１０により、ヒステリシスを小さくでき、負荷を張力状態又は圧縮状態のいずれかで加えるための境界条件を適正にできる。
【００２２】
上文中で使用したように、ＡＴＦという用語は、全体として、高性能厚フィルム技術に関する。この技術は、セラミックを金属に結合するためのプロセスであり、モジュール構造を容易にし、カスタム化を容易にする。例えば鋼製の溶接部品で形成された、全体が溶接によって形成された、内部にエラストマーを含まない構造のため、この設計は、極めて信頼性が高く、広範な流体及びガスに関して適合性である。ＡＴＦは、スナップ嵌めデバイスの場合にも適用できる。
【００２３】
ロードボタン１０４は、モジュール式歪みゲージエレメント１０２内に形成でき、このモジュール式歪みゲージエレメント１０２は、ロードボタン１０４の反対側に歪みゲージ面２０２を持つように形成される。接触押縁２１０は、高負荷適用中にロードセルハウジング１０８に負荷を伝達するように形成できる。ロードセルハウジング１０８は、増幅器ハウジング１１０を含むように形成することもできる。更に、増幅器ハウジング１１０内に穴３０２を形成してもよく、この穴を通してケーブルを入れたり出したりできる。更に、カバー３０４は、増幅器ハウジング１１０と隣接して配置でき、ロードセルハウジング１０８によって取り囲むことができる。最後に、カバー３０４が保持スロットリング３０６と増幅器ハウジング１１０との間に配置されるように、保持スロットリング３０６をカバー３０４と隣接して位置決めできる。モジュール式歪みゲージエレメント１０２は、設計上の配置に応じて、ロードセルハウジング１０８に溶接してもよいし、スナップ嵌めしてもよい。
【００２４】
上文中に開示した及びその他の特徴及び機能又はその変形例を多くの他の様々なシステム又は用途に組み込んでもよいということは理解されよう。更に、当業者は、特許請求の範囲に含まれる、現在考えられていない様々な変形、変更、又は改良を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】図１は、好ましい実施例によるロードセル装置の側断面図である。
【図２】図２は、好ましい実施例によるモジュール式歪みゲージエレメントの側断面図である。
【図３】図３は、好ましい実施例によるロードセル装置の側断面図である。
【図４Ａ】図４Ａは、変形例のロードセル装置の形体を示す図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、変形例のロードセル装置の形体を示す図である。
【図４Ｃ】図４Ｃは、変形例のロードセル装置の形体を示す図である。
【図５】図５は、複数の取り付け用通穴を持つ変形例のロードセル装置の平面図である。
【図６】図６は、ねじ山を備えたスタッドを持つ変形例のロードセル装置の側断面図である。
【図７】図７は、好ましい実施例によるロードセル装置の側断面図である。
【符号の説明】
【００２６】
１００  ロードセル装置
１０２  歪みゲージエレメント
１０４  ロードボタン
１０８  ロードセルハウジング
１１０  増幅器ハウジング
１１２  構成要素
１１４  ベース
２０２  歪みゲージ面
２０６  溶接縁部
２１０  接触押縁
３０２  ケーブル出口穴
３０４  カバー
３０６  保持リングスロット
【図１】
2009526237.tif 000003
【図２】
2009526237.tif 000004
【図３】
2009526237.tif 000005
【図４Ａ】
2009526237.tif 000006
【図４Ｂ】
2009526237.tif 000007
【図４Ｃ】
2009526237.tif 000008
【図５】
2009526237.tif 000009
【図６】
2009526237.tif 000010
【図７】
2009526237.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成20年10月16日(2008.10.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロードセル装置において、
ロードセルハウジングと、
高性能厚フィルム（ＡＴＦ）歪みゲージで形成されたモジュール式歪みゲージエレメントと、
前記ロードセルハウジングにモジュール式に組み込んだモジュール式歪みゲージエレメントとを含み、前記ロードセルハウジング及び前記モジュール式歪みゲージエレメントは、電子式力センサの用途で使用するためのロードセル装置を互いに形成する、ロードセル装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置において、
前記モジュール式歪みゲージエレメントは、前記モジュール式歪みゲージエレメント内に形成したロードボタンとは反対側に歪みゲージ面を含む、装置。
【請求項３】
ロードセル装置において、
ロードセルハウジングと、
前記ロードセルハウジングにモジュール式に組み込んだ高性能厚フィルム（ＡＴＦ）歪みゲージで形成されたモジュール式歪みゲージエレメントとを含み、
前記モジュール式歪みゲージエレメントは、ＡＴＦ適合材料で形成されており、
前記モジュール式歪みゲージエレメントは、前記モジュール式歪みゲージエレメント内に形成したロードボタンとは反対側に歪みゲージ面を含み、
前記ロードセルハウジング及び前記モジュール式歪みゲージエレメントは、電子式力センサの用途で使用するためのロードセル装置を互いに形成する、ロードセル装置。
【請求項４】
ロードセル装置を形成するための方法において、
ロードセルハウジングと、
前記ロードセルハウジングにＡＴＦ歪みゲージを組み込むことによって形成したモジュール式歪みゲージエレメントを含むモジュール式アッセンブリとを含み、
前記ロードセルハウジング及び前記モジュール式歪みゲージエレメントは、電子式力センサの用途で使用するためのロードセル装置を互いに形成する、方法。
【国際調査報告】
2009526237.tif 000012
2009526237.tif 000013