(57)【要約】【課題】荷重受け部であるフランジと回路を収納する回路収納部を個別に製作し、接合する事により、加工工数を低減した荷重センサを提供すること。【解決手段】ねじ構造のフランジ凹部５ａを有するフランジ５と、ねじ構造の回路収納部凸部２４ａを有する回路収納部２４と個別に製作し、それぞれのねじで接合する構成とする。【選択図】  図１Ｂ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷重の受け面を有するフランジとセンサエレメントとセンサエレメントからの信号が入力される回路基板と、を具備する荷重センサにおいて、
前記センサエレメントが貼り付けられセンサプレートと、
前記センサプレート並びに回路基板を収用する回路収容部と、を備え、
前記フランジと前記回路収容部は、別体で加工された加工品であり、前記フランジと前記回路収容部とは接合された状態である荷重センサ
【請求項２】
前記フランジには、前記センサプレートと接触する伝達部が形成されている請求項１に記載の荷重センサ
【請求項３】
前記回路基板を搭載する回路プレートを備え、
前記回路プレートは、前記回路収容部に搭載される請求項２に記載の荷重センサ
【請求項４】
前記センサプレートに貼り付けられる第二のセンサエレメントと、
前記回路プレートに搭載される第二の回路基板と、を備え、
前記センサエレメントは、前記回路基板の出力用パッドと、前記第二の回路基板の通信用パッドにそれぞれＷ／Ｂで接続され、
前記第二のセンサエレメントは、前記回路基板の通信用パッドと、前記第二の回路基板の出力用パッドにそれぞれＷ／Ｂで接続される請求項３に記載の荷重センサ
【請求項５】
前記回路収納部と前記センサプレートは、ねじで接合されていることを特徴とする請求項４に記載の荷重センサ。
【請求項６】
前記回路収納部と受圧フレームは、焼結或いは金属粉末射出成形法の工法にて接合する請求項４に記載の荷重センサの製造方法
【請求項７】
前記フランジと前記回路収納部は、ねじ、圧入、接着材、溶接の何れかで接合された状態である請求項４に記載の荷重センサ。
【請求項８】
前記第一及び第二のセンサエレメントは、複数の歪ゲージから構成されるブリッジ回路と、出力調整ロジック、温度補正ロジック、温度計のいずれか、または、全てを備えたＩＣにて構成し、出力調整或いは、温度補正を可能とした請求項４に記載の荷重センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定対象物の荷重（押力、推力）に応じて歪む部材の歪みを歪みゲージで検知し、これを電気信号に変換して測定対象物に付加された荷重を測定する荷重センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から測定対象物に取り付けられる起歪体２０と、この起歪体２０に接続される平板状のセンサプレート１とを具備し、センサプレート１に搭載された歪ゲージ２２により歪を計測して信号を外部に出力する荷重センサが知られている。この従来の荷重センサは例えば、特許文献１に示すように、起歪体２０は肉厚の板材により構成され、その周縁が矩形状に形成されている。この起歪体２０の上面には、周縁から内側に入り込んだ位置に下面側に向けて窪ませた凹所２１が形成されている。そして、センサプレート１は、薄板材が長方形に形成された部材である。センサプレート１は、起歪体２０の凹所２１を横断するようにして起歪体２０の上面に配置され、その長軸方向の両端１ａ、１ａが凹所２１の縁部２１ａに溶接により固定され、起歪体２０に接合される。更には、センサプレート１に配された歪ゲージ２２や起歪体２０の変位をセンサプレート１へ伝達する伝達部７から構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特願２００６−５２９１５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記特許文献１に代表される従来の荷重センサには、つぎのような改善点があった。
【０００５】
歪センサで計測した信号を外部に出力する際、ノイズ防止、静電気耐性の向上、コネクタ等の接触による回路の瞬断の対策、等の目的で回路が必要である事が一般的に知られているが、この回路を収納する回路収納部についての記載が無い。また、肉厚の起歪体に回路収納部を設置する場合、その収納エリアを確保する為、側面、上面を覆う壁厚を薄くする必要がある。厚肉の起歪体と薄肉の回路収納部を一塊の金属から削り出す事は、材料に無駄が生じ、加工にも時間が掛かり改善の余地が残されている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明における荷重センサでは、起歪体は円柱等のブロック材から削り出し、回路収納部は管材から削り出し加工工数を低減する。更にこれら起歪体と回路収納部は、ねじ構造、圧入、溶接或いは接着等の工法による接合する構成とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、起歪体と回路収納部を別々に加工し接合することにより、材料の無駄をなくし、加工時間も低減出来る。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１Ａ】本発明の実施例１にかかる荷重センサである。
【図１Ｂ】図１ＡのＡ−Ａで示した断面線の矢視方向から見た断面図である。
【図２】図１Ａのフランジと回路収納部の接合前後を示す図である。
【図３】図１ＡのＤで示した矢視方向から見たセンサプレート及び歪ＩＣの矢視図
【図４】ＰＷＢガイドとＰＷＢ  ＡＳＳＹの斜視図である。
【図５】歪ＩＣのブロック図である。
【図６】歪ＩＣの略回路図である。
【図７】従来の荷重センサの断面図である。
【図８】本発明の実施例２にかかるフランジと回路収納部の接合前後を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の荷重センサの実施例について、図面を参照して詳細に説明する。本発明はその要旨を超えない限り、以下に説明する実施例の記載に限定されるものではない。
【００１０】
[実施例１]
本発明の実施例１を、図１から図６を用いて説明する。
【００１１】
図１及び図２に示すように、フランジ５と回路収納部２４にフランジ凹部５ａと回路収納部凸部２４aを設けて、ネジ構造によりフランジ５と回路収容部２４を接合している。
【００１２】
荷重センサ１００は、円板状のセンサプレート１と、このセンサプレート１に取り付けられた２個の歪ＩＣ４ａ、４ｂと、センサプレート１の周囲を保持する回路収納部２４、荷重９０を受けるフランジ５と、カバー８、ＰＷＢ(Printed Wiring Board：プリント配線板)  ＡＳＳＹ３１ａ、ｂと、ＰＷＢ  ＡＳＳＹ３１ａ、ｂを搭載する回路プレートであるＰＷＢガイド２９などから構成されている。
【００１３】
フランジ５には位置決めピン２があり、軸９１に対して回転方向の位置決めの役割を果たしている。フランジ５と回路収納部２４は、それぞれのフランジ凹部５ａと回路収納部凸部２４ａにネジを形成し、接合されている。センサプレート１は、その外周を回路収納部２４に固定される。フランジ５は、センサプレート１の中央部１ｂと接合される伝達部７を有している。伝達部７は、フランジ５が荷重９０を受けた時の変位をセンサプレート１に伝達する役割を有している。シャフト９２がフランジ５に接触して、フランジ５に荷重９０を負荷する。
【００１４】
このような構成にすることによりシャフト９２がフランジ５に接触して荷重をかけると、その変位は伝達部７を通してセンサプレート１を変形させる。センサプレート１に生じた歪を、歪ＩＣ４ａ、４ｂが検出する。
【００１５】
また、ＰＷＢガイド２９は、センサプレート１上に直接搭載されるのでなく、回路収容部２４に搭載されている。そのため、センサプレート１の変形が直接ＰＷＢガイド２９に伝わらないため、ＰＷＢガイドに設けられているＰＷＢＡＳＳＹの損傷を抑制できる。
【００１６】
図３に示すように、２個の歪ＩＣ４а、４ｂがセンサプレート１に搭載されている。歪ＩＣ４ａ、４ｂはセンサプレート１にガラス３０ａ、３０ｂにて接合されている。センサプレート１は、半円状の抜き部９ａ、９ｂを有する。その結果、センサプレート１の歪ＩＣ４ａ、４ｂが搭載される搭載部が略長方形となる。センサ搭載部を略長方形のＸＹ方向異方形状とすることで、伝達部７からの負荷に対して、ＸＹ方向に歪差を発生させることが可能となる。抜き部９ａ、９ｂは、フランジ接続部を除いて形成されている。
【００１７】
センサプレート１は、その外周を回路収納部２４に固定されているセンサプレート１の中央部１ｂは、フランジに設けられた伝達部７と接続されている。そして、歪ＩＣ４ａ、４ｂをセンサプレートの中央部１ｂに対してその両側に配している。このように配置することで、２個の歪ＩＣ４ａ、４ｂの出力を比較することにより、故障診断が可能である。
【００１８】
図４は、ＰＷＢガイド２９とＰＷＢ  ＡＳＳＹ３１ａ、３１ｂの斜視図である。
【００１９】
ＰＷＢ  ＡＳＳＹ３１ａとＰＷＢ  ＡＳＳＹ３１ｂは同一の構造である。ＰＷＢガイド２９は、ＰＷＢ  ＡＳＳＹ３１ａ、３１ｂを実装されるものである。ＰＷＢガイド２９の中心に対して対称にＰＷＢ  ＡＳＳＹ３１ａとＰＷＢ  ＡＳＳＹ３１ｂは配置されている。
【００２０】
ＰＷＢガイド２９は、回路収納部２４に固定される。ＰＷＢ  ＡＳＳＹ３１ａ、３１ｂは、接着剤３３にてＰＷＢガイド２９に固定される。ＰＷＢガイド２９の凸部３４ａ〜３４ｅにより、ＰＷＢ  ＡＳＳＹ３１ａ、３１ｂは位置決めされている。
【００２１】
ＰＷＢ  ＡＳＳＹ３１ａと歪ＩＣ４ａ、ＰＷＢ  ＡＳＳＹ３１ｂと歪ＩＣ４ｂはアルミワイヤボンディング（以降アルミＷ／Ｂと略す）３５にて電気的に接続される。
【００２２】
ＰＷＢ  ＡＳＳＹ３１ａは、ＰＷＢ３２と、ＰＷＢ３２に実装されるコネクタ３６や保護抵抗３８やコンデンサ３７を含む一体品（ＡＳＳＹ）である。コンデンサ３７は、ノイズ防止や電源・出力安定の役割を、保護抵抗３８は、信号の保護の役割を担う。コネクタ３６やコンデンサ３７や保護抵抗３８はＰＷＢ３２に半田３９（図示無）にて接続されている。歪ＩＣ４ａとＰＷＢ３２は、出力用３５ａとして、アルミＷ／Ｂで電源・ＧＮＤ・出力の３本が接続されている。歪ＩＣ４ｂとＰＷＢ３２は、通信用３５ｂとして、アルミＷ／Ｂで通信線の４本が接続されている。
【００２３】
ＰＷＢ  ＡＳＳＹ３１ａは、ＰＷＢ３２と、ＰＷＢ３２に実装されるコネクタ３６や保護抵抗３８やコンデンサ３７を含む一体品（ＡＳＳＹ）である。歪ＩＣ４ａとＰＷＢ３２は、出力用３５ａとして、アルミＷ／Ｂで電源・ＧＮＤ・出力の３本が接続されている。歪ＩＣ４ｂとＰＷＢ３２は、通信用３５ｂとして、アルミＷ／Ｂで通信線の４本が接続されている。
【００２４】
対して、断面の反対側（図示無し）のＰＷＢ  ＡＳＳＹ３１ｂは、歪ＩＣ４ｂからアルミＷ／Ｂ出力用３５ｂとして、電源・ＧＮＤ・出力の３本が接続されており、歪ＩＣ４ａからアルミＷ／Ｂ通信用３５ａとして、通信線の４本が接続されている。
【００２５】
この様な構成にする事により、アルミＷ／Ｂ３５を歪ＩＣ４と最短で接続し、ノイズ防止・振動耐性向上させアルミＷ／Ｂ３５のレイアウトを簡潔に纏めている、また、ＰＷＢ３２の小型化、ひいては荷重センサ１００の小型化を図っている。
【００２６】
図５と図６を用いて歪ＩＣについて説明する。
【００２７】
歪ＩＣ４は、４つの歪ゲージ１０ａ〜１０ｄからなるブリッジ回路１１と、ブリッジ回路１１の出力を増幅する増幅器１２と、歪に対する出力調整ロジック１３、温度特性誤差補正ロジック１４、温度センサ１５等を備えている。ブリッジ回路１１にて設置対象であるセンサプレート１の歪を検出し、出力調整ロジック１３により所望の荷重すなわちセンサプレートに生ずる歪に応じた出力の設定、温度補正ロジック１４と温度計１５により歪ＩＣ４自体あるいは、センサプレート１等の構成部材の温度特性誤差を補正可能である。
【００２８】
以上説明したように、回路収納部を設置する事により、歪センサで計測した信号を外部に出す際、ノイズ防止、静電気耐性の向上、コネクタ等の接触による回路の瞬断の対策、等に対応可能な回路を収納する事が出来る。
【００２９】
本実施例では、起歪体であるフランジ５と回路収納部を別体として製作し、これらを接合する構成とすることにより、材料の無駄を廃し、加工時間も低減したリーズナブルで信頼性の高い荷重センサを提供する事が可能である。
【００３０】
更には、歪ＩＣに出力調整ロジック、温度補正ロジック、温度計等を備える事により、歪ＩＣによる補正を行えるので出力調整による荷重センサの組立誤差のキャンセル、センサプレート、フランジ、歪ＩＣ内部の歪ゲージの温度特性の補正を図れる。
【００３１】
また、歪ＩＣの補正機能により、組立バラツキや、特性のばらつきを低減できる為、歩留まりを向上させる他、別途出力を補正する回路を準備しなくて済む。その結果、コストダウンも併せて図ることができる。
【００３２】
［実施例２］
図８は、本発明の実施例２にかかるフランジ５と回路収納部２４を示した断面図である。実施例１と同様の構成については説明を省略する。
【００３３】
回路収納部２４とセンサプレート１は焼結による工法により一体成形されている。フランジ５の凹部５ｂに接着剤６を充填後、回路収納部の凸部２４ｂを挿入し、接着剤を硬化させて接合する構成とする。実施例１と同様に、加工工数を低減する事が可能である。
【００３４】
尚、実施例として、センサプレートに歪ＩＣを配した構成で説明したが、フランジ５の伝達部７の周囲に直接歪ＩＣを配して、センサプレート無で構成しても良い。以上荷重センサとして説明して来たが、荷重と荷重方向の変位が１：１で対応している場合、変位センサとして応用しても良い。
【符号の説明】
【００３５】
１  センサプレート
１ａ  センサプレート両端
１ｂ  センサプレート中央部
１ｅ  センサプレート接合部
２  位置決めピン
４ａ〜４ｃ  歪ＩＣ
５  フランジ
５a  フランジ凹部（ねじ有）
５ｂ  フランジ凹部（ねじ無）
６  接着剤
７  伝達部
８  カバー
９ａ〜９ｃ  半円状抜き部
１０ａ〜１０ｄ  歪ゲージ
１１  ブリッジ回路
１２  増幅器
１３  出力調整ロジック
１４  温度補正ロジック
１５  温度計
１６  Ａ／Ｄ（アナログデジタル変換）
１７  Ｄ／Ａ（デジタルアナログ変換）
２０  起歪体
２１  凹所
２１ａ  凹所縁部
２２  歪ゲージ
２３  荷重センサ受け面
２４  回路収納部
２４a  回路収納部凸部（ねじ有）
２４b  回路収納部凸部（なじ無）
２９  ＰＷＢガイド
３０ａ、３０ｂ  ガラス
３１ａ、３１ｂ  ＰＷＢ  ＡＳＳＹ
３２  ＰＷＢ
３３  接着剤
３４ａ〜３４ｄ  凸部
３５ａ  アルミＷ／Ｂ（アルミワイヤボンディング）出力用３本
３５ｂ  アルミＷ／Ｂ（アルミワイヤボンディング）通信用４本
３６  コネクタ
３７  コンデンサ
３８  保護抵抗
３９  半田
９０  荷重（または推力）
９１  荷重印加軸
９２  シャフト
１００  荷重センサ
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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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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