(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
台座（２）と、
被検出体（８）から印加される荷重変動に応じて弾性変形する弾性部材（３、３３）と、
前記弾性部材の前記台座側の面を支持する下プレート（５）と、
前記下プレートおよび前記弾性部材を前記台座に固定する固定部材（６）と、
前記台座と前記下プレートとの間に設けられ、前記弾性部材が弾性変形する際の発熱又は吸熱により前記下プレートと前記台座との間を流れる熱流に応じた信号を出力する熱流センサ（１０〜１４）と、を備える荷重変動検出装置。
【請求項２】
前記弾性部材（３３）は、前記下プレートのうち前記台座とは反対側の面に固定されるゴムまたはエラストマーである請求項１に記載の荷重変動検出装置。
【請求項３】
前記被検出体から印加される荷重変動を前記弾性部材に伝達する伝達部材（４１）をさらに備える請求項２に記載の荷重変動検出装置。
【請求項４】
前記伝達部材は、前記弾性部材（３３）のうち当該弾性部材の中心軸（３２）を含む位置に固定される請求項３に記載の荷重変動検出装置。
【請求項５】
前記伝達部材は、前記弾性部材のうち当該弾性部材の中心軸を含む位置に設けられた穴部（３５）に挿通されている請求項３または４に記載の荷重変動検出装置。
【請求項６】
前記弾性部材のうち前記台座とは反対側の面を支持すると共に、前記伝達部材に固定される上プレート（４）をさらに備える請求項３ないし５のいずれか１つに記載の荷重変動検出装置。
【請求項７】
前記伝達部材の一部を係止すると共に、前記伝達部材に固定される前記上プレートを介して前記弾性部材を前記台座側に圧縮した状態で前記台座に固定されるカバー部材（５１）をさらに備える請求項６に記載の荷重変動検出装置。
【請求項８】
前記熱流センサと前記下プレートとの間、または、前記熱流センサと前記台座との間の少なくとも一方に設けられる緩衝部材（９３）をさらに備える請求項１ないし７のいずれか１つに記載の荷重変動検出装置。
【請求項９】
前記熱流センサは前記弾性部材（３３）の中心軸の周りに複数個設けられる請求項１ないし８のいずれか１つに記載の荷重変動検出装置。
【請求項１０】
複数個の前記熱流センサの出力に基づき、前記弾性部材に印加される荷重変動の方向および大きさを検出する検出部（７）をさらに備える請求項９に記載の荷重変動検出装置。
【請求項１１】
複数の前記熱流センサは、第１熱流センサ（１１）および第２熱流センサ（１２）を有するものであり、
前記第１熱流センサと前記第２熱流センサとは、前記弾性部材の中心軸を挟んで対称となる位置に設けられ、
前記検出部は、前記第１熱流センサの熱起電力と前記第２熱流センサの熱起電力との差に対応する出力に基づき、前記弾性部材に印加される荷重変動の方向および大きさを検出する請求項１０に記載の荷重変動検出装置。
【請求項１２】
複数の前記熱流センサは、
前記第１熱流センサと前記第２熱流センサとを結ぶ線分に対し交差する方向に設けられた第３熱流センサ（１３）と、
前記第３熱流センサに対し前記弾性部材の中心軸を挟んで対称となる位置に設けられた第４熱流センサ（１４）とをさらに有するものであり、
前記検出部は、前記第１熱流センサの熱起電力と前記第２熱流センサの熱起電力との差に対応する出力としての第１信号と、前記第３熱流センサの熱起電力と前記第４熱流センサの熱起電力との差に対応する出力としての第２信号とに基づき、前記弾性部材に印加される荷重変動の方向および大きさを検出する請求項１１に記載の荷重変動検出装置。
【請求項１３】
前記熱流センサは、前記固定部材の中心軸の周りに環状に形成されたものである請求項１ないし８のいずれか１つに記載の荷重変動検出装置。
【請求項１４】
前記弾性部材（３）は、前記下プレートから外側に延びる梁部材である請求項１ないし１３のいずれか１つに記載の荷重変動検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検出体から印加される荷重の変動を検出する荷重変動検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、被検出体から印加される荷重を検出する検出装置が知られている。特許文献１には、荷重検出装置としてのロードセルが記載されている。このロードセルは、被検出体から荷重を印加されて歪む起歪体と、その起歪体の表面に取り付けられた電気抵抗体としての歪ゲージとを備えている。このロードセルは、被検出体から印加される荷重の大きさに応じて起歪体が歪むと共に、歪ゲージが伸長または収縮することで、歪ゲージの抵抗値が変化する。これにより、ロードセルは、起歪体の歪みを電気信号に変えて出力することで、被検出体から起歪体に印加される荷重の大きさの検出が可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２８６５３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、一般に、ロードセルは、被検出体から起歪体に印加される静的な荷重の検出に用いられる。そのため、特許文献１に記載のロードセルは、被検出体から起歪体に対して荷重が衝撃的に加わると、起歪体の表面から歪ゲージが剥がれたり、あるいは歪ゲージ自体が破損するなどの故障を生じるおそれがある。そのため、被検出体から印加される荷重による故障を防ぐことの可能な検出装置の開発が望まれている。
【０００５】
また、ロードセルは、被検出体から印加される荷重の大きさを検出することは可能であるが、荷重の変動を直接検出することは困難である。そのため、被検出体から印加される荷重の変動を検出できる荷重変動検出装置の開発が望まれている。
【０００６】
本発明は上記点に鑑みて、被検出体から印加される荷重変動を検出すると共に、その荷重変動による故障を防ぐことの可能な荷重変動検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明の荷重変動検出装置は、台座（２）、弾性部材（３、３３）、下プレート（５）、固定部材（６）および熱流センサ（１０〜１４）を備える。弾性部材は、被検出体（８）から印加される荷重変動に応じて弾性変形する。下プレートは、弾性部材の台座側の面を支持する。固定部材は、下プレートおよび弾性部材を台座に固定する。熱流センサは、台座と下プレートとの間に設けられ、弾性部材が弾性変形する際の発熱又は吸熱により下プレートと台座との間を流れる熱流に応じた信号を出力する。
【０００８】
これによれば、被検出体から印加される荷重変動に応じて弾性部材が弾性変形すると、弾性部材の発熱または吸熱に応じて下プレートと台座との間に熱流が流れる。下プレートと台座との間に設けられた熱流センサは、その熱流に応じた信号を出力する。その信号は、被検出体から弾性部材に印加される荷重変動に応じた弾性部材の変形量に対応したものである。したがって、荷重変動検出装置は、被検出体から印加される荷重変動の大きさを検出できる。
【０００９】
また、弾性部材が弾性変形するときに生じる応力は、下プレートによって遮られ、熱流センサに直接伝わらない。そのため、被検出体から弾性部材に対して衝撃などが与えられた場合でも、その衝撃により熱流センサが破壊されることが防がれる。したがって、荷重変動検出装置は、被検出体から印加される荷重変動による熱流センサの故障を防ぐことができる。
【００１０】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係の一例を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる荷重変動検出装置の断面構成を示す図である。
【図２】図１のＩＩ方向の平面図である。
【図３】図１のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。
【図４】図３中の熱流センサの平面図である。
【図５】図４のＶ−Ｖ断面図である。
【図６】第２実施形態にかかる荷重変動検出装置の断面構成を示す図である。
【図７】図６のＶＩＩ−ＶＩＩ断面図である。
【図８】第３実施形態にかかる荷重変動検出装置の断面構成を示す図である。
【図９】図８のＩＸ−ＩＸ断面図である。
【図１０】荷重の向き及び大きさの検出方法を説明するための図である。
【図１１】第４実施形態にかかる荷重変動検出装置の断面構成を示す図である。
【図１２】第４実施形態にかかる荷重変動検出装置が備えるワッシャ型センサユニットの分解断面図である。
【図１３】図１１のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ断面図である。
【図１４】荷重変動検出装置の握り玉位置とセンサ出力との関係を示す図である。
【図１５】第５実施形態にかかる荷重変動検出装置の断面構成を示す図である。
【図１６】図１５のＸＶＩ−ＸＶＩ断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。
【００１３】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について図面を参照しつつ説明する。本実施形態の荷重変動検出装置は、被検出体から印加される荷重の変動を検出するものである。
【００１４】
図１から図３に示すように、荷重変動検出装置１は、台座２、弾性部材３、上プレート４、下プレート５、ねじ部材６、熱流センサ１０および検出部７などを備えている。なお、検出部７は、図３のみに模式的に示し、図１と図２ではその図示を省略している。
【００１５】
台座２は、例えば金属等から形成され、所定の熱容量を有するものである。台座２は、荷重変動検出装置１のベースとして機能するものであればどのような形態のものであってもよく、例えば種々の装置の筐体であってもこの台座２の一例に相当する。
【００１６】
台座２には、固定部材としてのねじ部材６が螺合するためのねじ穴２１が設けられている。
【００１７】
弾性部材３は、例えば金属等から板状に形成され、上プレート４と下プレート５とに挟まれた状態で、ねじ部材６によって台座２に固定されている。弾性部材３と上プレート４と下プレート５はいずれも、その中央に板厚方向に通じる孔を有している。ねじ部材６は、それらの孔を通り、台座２に設けられたねじ穴２１に螺合している。これにより、上プレート４と弾性部材３と下プレート５は、ねじ部材６によって台座２に固定される。
【００１８】
弾性部材３は、下プレート５から外側に延びる片持ちの梁部材である。弾性部材３は、一端が上述のように台座２に固定され、他端が自由端となっている。被検出体８が矢印８１の方向に移動して弾性部材３の自由端に荷重が印加されると、弾性部材３は破線３１で示したように撓む。弾性部材３の撓み量は、被検出体８から印加される荷重の大きさに応じたものとなる。また、弾性部材３は、被検出体８から印加される荷重が取り除かれると、元の形状に戻る。すなわち、弾性部材３は、被検出体８から印加される荷重変動に応じて弾性変形するものである。
【００１９】
上プレート４と下プレート５はいずれも、例えば金属などの熱伝導率の高い材料から板状に形成されたものである。上プレート４は弾性部材３のうち台座２とは反対側の面を支持しており、下プレート５は弾性部材３の台座２側の面を支持している。
【００２０】
熱流センサ１０は、絶縁シート９と緩衝部材９３とに挟まれた状態で、下プレート５と台座２との間に設けられている。
【００２１】
絶縁シート９は、例えばポリイミドなどの樹脂シートから形成されている。絶縁シート９は、熱流センサ１０の端子１７と上プレート４との電気的な導通を遮断するものである。
【００２２】
緩衝部材９３は、例えばポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素樹脂シートから形成されている。緩衝部材９３は、熱流センサ１０の表面に設けられた端子１７による凹凸、またはその端子１７に接続する配線２２による凹凸、または端子１７と配線２２とを接続するはんだによる凹凸などを吸収するものである。なお、緩衝部材９３と台座２との間、および、絶縁シート９としたプレートとの間には、接着剤を塗布するか、または両面テープを貼り付けてもよい。また、緩衝部材９３は、上述した絶縁シート９に代えて、熱流センサ１０と上プレート４との間に設けてもよい。
【００２３】
熱流センサ１０は、シート状に形成され、その厚み方向に流れる熱流に応じた信号を出力するものである。すなわち、熱流センサ１０は、下プレート５と台座２との間を流れる熱流に応じた信号を出力する。図３に示すように、熱流センサ１０は、弾性部材３の中心軸の周りに例えば４個設けられている。４個の熱流センサ１０は、それぞれの端子１７に接続された配線２２により、電気的に直列接続されている。４個の熱流センサ１０から出力された信号は、検出部７に入力される。
【００２４】
ここで、熱流センサ１０の構成について説明する。
【００２５】
図４および図５に示すように、熱流センサ１０は、絶縁基材１００、表面保護部材１１０、裏面保護部材１２０が一体化され、この一体化されたものの内部で第１、第２層間接続部材１３０、１４０が交互に直列に接続された構造を有する。なお、図４では、表面保護部材１１０を省略している。絶縁基材１００、表面保護部材１１０、裏面保護部材１２０は、フィルム状であって、熱可塑性樹脂等の可撓性を有する樹脂材料で構成されている。絶縁基材１００は、その厚み方向に貫通する複数の第１、第２ビアホール１０１、１０２が形成されている。第１、第２ビアホール１０１、１０２に互いに異なる金属や半導体等の熱電材料で構成された第１、第２層間接続部材１３０、１４０が埋め込まれている。絶縁基材１００の表面１００ａに配置された表面導体パターン１１１によって第１、第２層間接続部材１３０、１４０の一方の接続部が構成されている。絶縁基材１００の裏面１００ｂに配置された裏面導体パターン１２１によって第１、第２層間接続部材１３０、１４０の他方の接続部が構成されている。
【００２６】
熱流センサ１０の厚み方向にて、熱流が熱流センサ１０を通過すると、第１、第２層間接続部材１３０、１４０の一方の接続部と他方の接続部に温度差が生じる。これにより、ゼーベック効果によって第１、第２層間接続部材１３０、１４０に熱起電力が発生する。熱流センサ１０は、この熱起電力を例えば電圧のセンサ信号として出力するものである。
【００２７】
図１に示したように、被検出体８から矢印８１の方向に印加される荷重変動に応じて弾性部材３が破線３１のように撓むと、弾性部材３はその撓み量に応じて発熱する。弾性部材３から生じた熱は、下プレート５、絶縁シート９、熱流センサ１０および緩衝部材９３を経由して台座２に流れる。このとき、その熱流経路に設けられている熱流センサ１０は、下プレート５と台座２との間を流れる熱流に応じた信号を出力する。なお、弾性部材３から生じた熱の一部は、上プレート４およびねじ部材６を経由して台座２に流れるものもある。
【００２８】
４個の熱流センサ１０の厚み方向を熱流が通過すると、４個の熱流センサ１０から出力された信号は、検出部７に入力される。検出部７は、マイクロコンピュータおよびその周辺機器などから構成されたものである。検出部７は、４個の熱流センサ１０から出力された信号に基づき、被検出体８から弾性部材３に印加された荷重変動の有無、およびその荷重変動の大きさを検出することが可能である。
【００２９】
ところで、弾性部材３が撓むときに生じる応力は、下プレート５によって遮られ、熱流センサ１０に直接伝わらない。そのため、被検出体８から弾性部材３に対して衝撃などが与えられた場合でも、その衝撃により熱流センサ１０が破壊されることが防がれている。
【００３０】
第１実施形態の荷重変動検出装置１は、次の作用効果を奏する。
【００３１】
（１）第１実施形態では、被検出体８から印加される荷重変動に応じて弾性部材３が弾性変形すると、弾性部材３の発熱に応じて下プレート５と台座２との間に熱流が流れる。下プレート５と台座２との間に設けられた熱流センサ１０は、その熱流に応じた信号を出力する。その信号は、被検出体８から弾性部材３に印加される荷重変動の大きさに応じた弾性部材３の変形量に対応したものである。したがって、荷重変動検出装置１は、被検出体８から印加される荷重変動の有無、または荷重変動の大きさを検出できる。
【００３２】
また、熱流センサ１０は、歪ゲージのように弾性部材３の形状変化を自らの変形によって直接検出するものではなく、弾性部材３から生じる熱流を検出するものである。そのため、熱流センサ１０には、弾性部材３の応力が直接伝わることが下プレート５によって遮られている。したがって、荷重変動検出装置１は、被検出体８から印加される荷重変動による熱流センサ１０の故障を防ぐことができる。
【００３３】
（２）第１実施形態では、荷重変動検出装置１は、熱流センサ１０と下プレート５との間、または、熱流センサ１０と台座２との間の少なくとも一方に設けられる緩衝部材９３を備えている。
【００３４】
これによれば、熱流センサ１０の表面などに凹凸がある場合でも、その凹凸を緩衝部材９３が吸収するので、下プレート５と熱流センサ１０と台座２と緩衝部材９３とが互いに密着する。したがって、荷重変動検出装置１は、それらの部材の間の熱流の流れを良好にすることで、熱流センサ１０の出力を高めることができる。
【００３５】
（３）第１実施形態では弾性部材３は、下プレート５から外側に延びる梁部材である。
【００３６】
これによれば、梁部材は、被検出体８から印加される荷重変動に応じて弾性変形し、発熱又は吸熱する。熱流センサ１０は、梁部材が発熱または吸熱する際に下プレート５と台座２との間を流れる熱流に応じた信号を出力する。したがって、荷重変動検出装置１は、被検出体８から印加される荷重変動の大きさを検出できる。
【００３７】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。第２実施形態は、第１実施形態に対して熱流センサ１０の構成を変更したものであり、その他については第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【００３８】
図６および図７に示すように、第２実施形態の荷重変動検出装置１が備える熱流センサ１０は、弾性部材３の中心軸の周りに環状に形成されたものである。この熱流センサ１０は、配線２２を接続するための端子１７が設けられた箇所が、外周の一部から径方向外側に突出している。その端子１７が設けられた箇所は、下プレート５よりも外側に位置している。そのため、第２実施形態では、熱流センサ１０のうち下プレート５と台座２とに挟まれる箇所の表面の凹凸が少ないものとなる。したがって、第２実施形態では、第１実施形態において熱流センサ１０と台座２との間に設けられていた緩衝部材９３を廃止することが可能である。
【００３９】
第２実施形態においても、熱流センサ１０は、弾性部材３の発熱に応じて下プレート５と台座２との間に流れる熱流に応じた信号を出力する。したがって、荷重変動検出装置１は、被検出体８から弾性部材３に印加される荷重変動の大きさを検出できる。
【００４０】
さらに、第２実施形態では、弾性部材３等を固定するねじ部材６の周りに熱流センサ１０を環状に形成することで、下プレート５と台座２との間の熱流経路に配置される熱流センサ１０の面積を大きくすることが可能である。したがって、熱流センサ１０に設けられる第１、第２層間接続部材１３０、１４０の個数を多くすることで、熱流センサ１０の出力を高めることができる。
【００４１】
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態について説明する。
【００４２】
図８および図９に示すように、第３実施形態では、弾性部材３３がゴムまたはエラストマーにより構成されている。弾性部材３３は、焼付けまたは接着剤などにより上プレート４と下プレート５に固定されている。
【００４３】
上プレート４のうち弾性部材３３とは反対側には、伝達部材４１が固定されている。伝達部材４１は、例えば金属または樹脂などから円柱状に形成されている。伝達部材４１は、弾性部材３３の中心軸３２を含む位置で上プレート４に固定されている。伝達部材４１は、被検出体８から荷重を受ける部位である。伝達部材４１は、その外周のいずれの方向からも荷重を受けることが可能である。例えば、被検出体８が矢印８２の方向に移動し、被検出体８から伝達部材４１に対して荷重が印加されると、伝達部材４１はその荷重を上プレート４を経由して弾性部材３３に伝達する。このとき、上プレート４は、被検出体８から印加される荷重に対して弾性部材３３が意図しない形状に変形することを制御する。
【００４４】
図８では、被検出体８から伝達部材４１に対して例えば矢印８２に示す方向に荷重が印加されたときの弾性部材３３の挙動をそれぞれ矢印８３、８４で示している。すなわち、矢印８３に示すように、弾性部材３３は、伝達部材４１に荷重が印加された方向の前側に位置する部位が圧縮される。一方、矢印８４に示すように、弾性部材３３は、伝達部材４１に荷重が印加された方向の後側に位置する部位が膨張する。このように、被検出体８から伝達部材４１に対して所定の方向から荷重が印加されるとき、弾性部材３３はその所定の方向の前側に位置する部位と、その所定の方向の後側に位置する部位とが、圧縮または膨張において逆の挙動を示す。
【００４５】
弾性部材３３の圧縮量および膨張量は、被検出体８から印加される荷重の大きさに応じたものとなる。また、弾性部材３３は、被検出体８から印加される荷重が取り除かれると、圧縮した部位と膨張した部位はそれぞれ元の形状に戻る。このようにして、弾性部材３３は、被検出体８から伝達部材４１を介して印加される荷重変動に応じて一部の部位が圧縮し、他の部位が膨張する際、その圧縮した部位が発熱し、膨張した部位が吸熱する。このとき、下プレート５と台座２との間を熱流が流れる。すなわち、弾性部材３３が圧縮と同時に発熱した部位に対応する箇所では、下プレート５から台座２に向けて熱流が流れる。一方、弾性部材３３が膨張と同時に吸熱した部位に対応する箇所では、台座２から下プレート５に向けて熱流が流れる。
【００４６】
第３実施形態においても、第１、第２実施形態と同様に、下プレート５と台座２との間に、絶縁シート９と熱流センサ１０と緩衝部材９３とが、下プレート５側から台座２側にこの順で設けられている。第３実施形態では、下プレート５と絶縁シート９と熱流センサ１０と緩衝部材９３と台座２とは、接着剤または両面テープなどにより互いに固定されている。なお、下プレート５と絶縁シート９と熱流センサ１０と緩衝部材９３と台座２とは、図示していないボルト等によって固定してもよい。その場合、接着剤、両面テープ又はボルトはいずれも、「固定部材」の一例といえる。
【００４７】
熱流センサ１０は、下プレート５と台座２との間を流れる熱流に応じた信号を出力する。図９に示すように、熱流センサ１０は、弾性部材３３の中心軸３２の周りに例えば４個設けられている。以下の説明では、弾性部材３３の中心軸３２を挟んで対称となる一方の位置に設けられた熱流センサ１０を第１熱流センサ１１と称し、他方の位置に設けられた熱流センサ１０を第２熱流センサ１２と称する。また、第１熱流センサ１１および第２熱流センサ１２に対し周方向に異なる位置において、弾性部材３３の中心軸３２を挟んで対称となる一方の位置に設けられた熱流センサ１０を第３熱流センサ１３と称し、他方の位置に設けられた熱流センサ１０を第４熱流センサ１４と称する。
【００４８】
第１〜第４熱流センサ１１〜１４は、第１熱流センサ１１と第２熱流センサ１２とを結ぶ線分Ｌ１と、第３熱流センサ１３と第４熱流センサ１４とを結ぶ線分Ｌ２とが直交するように配置されている。なお、第１〜第４熱流センサ１１〜１４は、その線分Ｌ１、Ｌ２同士が所定の角度で交差するように配置されていればよい。
【００４９】
第１〜第４熱流センサ１１〜１４が出力する信号は、検出部７に入力される。
【００５０】
検出部７は、第１熱流センサ１１の熱起電力と第２熱流センサ１２の熱起電力との差に対応する電圧信号を検出する。以下の説明において、その電圧信号を第１信号Ｖ１と称する。また、検出部７は、第３熱流センサ１３の熱起電力と第４熱流センサ１４の熱起電力との差に対応する電圧信号を検出する。以下の説明において、その電圧信号を第２信号Ｖ２と称する。
【００５１】
具体的には、下プレート５から第１熱流センサ１１を経由して台座２に熱流が流れたときに第１熱流センサ１１において高電位となる配線２３と、下プレート５から第２熱流センサ１２を経由して台座２に熱流が流れたときに第２熱流センサ１２において高電位となる配線２４とが接続されている。また、下プレート５から第１熱流センサ１１を経由して台座２に熱流が流れたときに第１熱流センサ１１において低電位となる配線２５と、下プレート５から第２熱流センサ１２を経由して台座２に熱流が流れたときに第２熱流センサ１２において低電位となる配線２６とが接続されている。そのため、配線２３、２４においては第１熱流センサ１１または第２熱流センサ１２のうち熱起電力が高い方の熱流センサ１０から低い方の熱流センサ１０へ向かい熱起電力の差に応じた電流が流れる。また、配線２５、２６においては第１熱流センサ１１または第２熱流センサ１２のうち熱起電力が低い方の熱流センサ１０から高い方の熱流センサ１０へ向かい熱起電力の差に応じた電流が流れる。したがって、配線２５、２６に検出抵抗を接続し、その検出抵抗の両端電圧を計測することで、検出部７は、第１熱流センサ１１の熱起電力と第２熱流センサ１２の熱起電力との差に対応する出力としての第１信号Ｖ１を検出することが可能である。
【００５２】
第３熱流センサ１３と第４熱流センサ１４との配線２２の接続方法も、上述した第１熱流センサ１１と第２熱流センサ１２との配線２２の接続方法と同様である。そのため、検出部７は、第３熱流センサ１３の熱起電力と第４熱流センサ１４の熱起電力との差に対応する出力としての第２信号Ｖ２を検出することが可能である。
【００５３】
ところで、荷重変動検出装置１の周囲を流れる気流などにより、荷重変動検出装置１が置かれている環境温度が変化すると、下プレート５と台座２との間に熱流が生じる場合がある。この熱流は、第１〜第４熱流センサ１１〜１４の出力の温度ドリフトとなる。その場合には、第１〜第４熱流センサ１１〜１４の熱起電力はほぼ同じ挙動を示す。
【００５４】
一方、上述したとおり、被検出体８から伝達部材４１に対し所定の方向から荷重が印加された場合、弾性部材３３はその所定の方向の前側に位置する部位と、その所定の方向の後側に位置する部位とが、圧縮または膨張において逆の挙動を示す。したがって、その場合には、第１熱流センサ１１の熱起電力と第２熱流センサ１２の熱起電力とは逆の挙動を示す。また、第３熱流センサ１３の熱起電力と第４熱流センサ１４の熱起電力とは逆の挙動を示す。
【００５５】
そのため、検出部７は、第１熱流センサ１１の熱起電力と第２熱流センサ１２の熱起電力との差に対応する第１信号Ｖ１に基づき、第１熱流センサ１１および第２熱流センサ１２の出力から温度ドリフトを除いた上で、第１熱流センサ１１と第２熱流センサ１２とを結ぶ線分Ｌ１に平行な方向において、弾性部材３３に作用する荷重の分力に相当する出力信号を取り出すことが可能である。
【００５６】
また、検出部７は、第３熱流センサ１３の熱起電力と第４熱流センサ１４の熱起電力との差に対応する第２信号Ｖ２に基づき、第３熱流センサ１３および第４熱流センサ１４の出力から温度ドリフトを除いた上で、第３熱流センサ１３と第４熱流センサ１４とを結ぶ線分Ｌ２に平行な方向において、弾性部材３３に作用する荷重の分力に相当する出力信号を取り出すことが可能である。
【００５７】
次に、検出部７が行う弾性部材３３に作用する荷重の検出方法について、図１０を参照して説明する。
【００５８】
図１０では、弾性部材３３を符号３４の破線にて概念的に示している。また、弾性部材３３の径方向に加わる荷重の一例を矢印Ａで示している。その矢印Ａで示した荷重を分解した２つの分力を矢印Ｂと矢印Ｃにて示している。ここで、矢印Ｂの方向は、第１熱流センサ１１と第２熱流センサ１２とを結ぶ線分Ｌ１に平行な方向である。また、矢印Ｃの方向は、第３熱流センサ１３と第４熱流センサ１４とを結ぶ線分Ｌ２に平行な方向である。
【００５９】
また、図１０では、第１熱流センサ１１の熱起電力を概念的に矢印Ｄで示し、第２熱流センサ１２の熱起電力を概念的に矢印Ｅで示している。上述したように、第１信号Ｖ１は、第１熱流センサ１１の熱起電力と第２熱流センサ１２の熱起電力との差に対応する出力である。この第１信号Ｖ１は、第１熱流センサ１１と第２熱流センサ１２とを結ぶ線分Ｌ１に平行な方向における、弾性部材３３の径方向に加わる荷重の分力Ｂに相当するものである。
【００６０】
また、図１０では、第３熱流センサ１３の熱起電力を概念的に矢印Ｆで示し、第４熱流センサ１４の熱起電力を概念的に矢印Ｇで示している。上述したように、第２信号Ｖ２は、第３熱流センサ１３の熱起電力と第４熱流センサ１４の熱起電力との差に対応する出力である。この第２信号Ｖ２は、第３熱流センサ１３と第４熱流センサ１４とを結ぶ線分Ｌ２に平行な方向における、弾性部材３３の径方向に加わる荷重の分力Ｃに相当するものである。そのため、検出部７は、２つの分力Ｂ、Ｃを合成することで、弾性部材３３に作用する荷重Ａの向きおよび大きさを検出できる。
【００６１】
第３実施形態の荷重変動検出装置１は、次の作用効果を奏する。
【００６２】
（１）第３実施形態では、弾性部材３３は、下プレート５のうち台座２とは反対側の面に固定されるゴムまたはエラストマーである。
【００６３】
これによれば、ゴムまたはエラストマーは、被検出体８から印加される荷重変動に応じて弾性変形し、発熱又は吸熱する。荷重変動検出装置１は、その弾性部材３３の特性を利用して、被検出体８から印加される荷重変動の大きさおよび方向を検出できる。
【００６４】
（２）第３実施形態では、荷重変動検出装置１は、被検出体８から印加される荷重を弾性部材３３に伝達する伝達部材４１をさらに備える。
【００６５】
これによれば、被検出体８から印加される荷重変動を弾性部材３３が直接受けないので、弾性部材３３の破損を防ぐことができる。また、伝達部材４１と上プレート４により、被検出体８から印加される荷重に対して弾性部材３３が意図しない形状に変形をすることを制御できる。
【００６６】
（３）第３実施形態では、伝達部材４１は、弾性部材３３の中心軸３２を含む位置に固定される。
【００６７】
これによれば、被検出体８から伝達部材４１に対し所定の方向から荷重が印加されるとき、弾性部材３３はその所定の方向の前側に位置する部位と、その所定の方向の後側に位置する部位とが、圧縮または膨張において逆の挙動を示す。そのため、弾性部材３３の中心軸３２周りに複数個の熱流センサ１０を配置すると、複数個の熱流センサ１０の出力がそれぞれ異なるものとなる。したがって、荷重変動検出装置１は、複数個の熱流センサ１０の出力に基づいて演算等を行うことで、被検出体８から伝達部材４１に印加される荷重変動の方向および大きさを検出できる。
【００６８】
（４）第３実施形態では、熱流センサ１０は弾性部材３３の中心軸３２の周りに複数個設けられる。
【００６９】
これによれば、複数個の熱流センサ１０はそれぞれ、被検出体８から弾性部材３３に印加される荷重変動の方向に応じた異なる信号を出力する。したがって、荷重変動検出装置１は、複数個の熱流センサ１０の出力に基づき、被検出体８から弾性部材３３に印加される荷重変動の方向および大きさを検出できる。
【００７０】
（５）第３実施形態では、第１熱流センサ１１と第２熱流センサ１２とは、弾性部材３３の中心軸３２を挟んで対称となる位置に設けられる。検出部７は、第１熱流センサ１１の熱起電力と第２熱流センサ１２の熱起電力との差に対応する出力に基づき、弾性部材３３に印加される荷重変動の方向および大きさを検出する。
【００７１】
これによれば、弾性部材３３に対し第１熱流センサ１１と第２熱流センサ１２とが並ぶ方向の一方に荷重変動が作用した場合、その荷重方向の前側に設置された熱流センサ１０の熱起電力が大きくなり、荷重方向の後側に設置された熱流センサ１０の熱起電力が小さくなる。そのため、検出部７は、２つの熱流センサ１０の熱起電力の差に対応する出力に基づき、弾性部材３３に作用する荷重変動の大きさおよび方向を検出できる。
【００７２】
また、環境温度の変動などにより、荷重変動検出装置１を構成する各部材の温度が同時に変化した場合、２つの熱流センサ１０の熱起電力が同様に変化する。すなわち、弾性部材３３に対して荷重変動が作用した場合では２つの熱流センサ１０の熱起電力の挙動が異なるものとなり、環境温度が変動した場合では２つの熱流センサ１０の熱起電力の挙動が同様のものとなる。そのため、検出部７は、２つの熱流センサ１０の熱起電力の差に対応する出力に基づき、環境温度の変動などに起因する温度ドリフトを低減し、弾性部材３３に作用する荷重変動を検出できる。
【００７３】
（６）第３実施形態では、複数の熱流センサ１０は、第１熱流センサ１１と第２熱流センサ１２とを結ぶ線分に対し交差する方向に設けられた第３熱流センサ１３と、その第３熱流センサ１３に対し弾性部材３３の中心軸３２を挟んで対称となる位置に設けられた第４熱流センサ１４とを有する。検出部７は、第１熱流センサ１１の熱起電力と第２熱流センサ１２の熱起電力との差に対応する出力としての第１信号と、第３熱流センサ１３の熱起電力と第４熱流センサ１４の熱起電力との差に対応する出力としての第２信号とに基づき、弾性部材３３に印加される荷重変動の方向および大きさを検出する。
【００７４】
これによれば、被検出体８から弾性部材３３に対し所定の方向から所定の大きさの荷重が印加された場合、第１信号は、弾性部材３３に印加された荷重を、第１熱流センサ１１と第２熱流センサ１２とを結ぶ線分に平行な方向に分解した分力に相当するものとなる。また、第２信号は、弾性部材３３に印加された荷重を、第３熱流センサ１３と第４熱流センサ１４とを結ぶ線分に平行な方向に分解した分力に相当するものとなる。そのため、検出部７は、第１信号と第２信号とに基づいて検出される２つの分力を合成することで、弾性部材３３に印加される荷重変動の方向および大きさを検出できる。
【００７５】
（第４実施形態）
本発明の第４実施形態について説明する。第４実施形態は、第３実施形態の変形例である。第４実施形態の荷重変動検出装置１は、例えば使用者がコンピュータへの入力を行うためのジョイスティック等として用いることが可能なものである。使用者は、このジョイスティックを用いて、コンピュータの表示画面上でカーソルを動かすこともできる。第４実施形態では、使用者の動作が、被検出体８の一例といえる。
【００７６】
図１１に示すように、第４実施形態では、弾性部材３３が例えばエステル系のポリウレタンを含むゴムにより筒状に構成された、いわゆるゴムカラーである。弾性部材３３の下プレート５側の面は、焼付けまたは接着剤などにより下プレート５に固定されている。
【００７７】
伝達部材４１は、スティック部４２および握り玉４３により構成されている。スティック部４２は、弾性部材３３の中心軸３２を含む位置に設けられた穴部３５に挿通され、その穴部３５に締まり嵌めによって固定されている。伝達部材４１は、下プレート５の中央部付近を中心として、筒状の弾性部材３３の周方向および径方向に握り玉４３を倒すことが可能であり、使用者が自由に操作できるものである。
【００７８】
弾性部材３３が固定された下プレート５は、締め付けボルト６１により、ワッシャ型センサユニット９０を介して台座２としてのベースプレートに固定されている。締め付けボルト６１は、下プレート５に設けられた孔とワッシャ型センサユニット９０に設けられた孔とを通り、台座２に設けられたねじ穴２１に螺合している。
【００７９】
ワッシャ型センサユニット９０の分解断面図を図１２に示す。
【００８０】
ワッシャ型センサユニット９０は、第１金属ワッシャ９１、絶縁シート９、複数の熱流センサ１０、緩衝部材９３および第２金属ワッシャ９２等により構成されている。第１金属ワッシャ９１、絶縁シート９、緩衝部材９３および第２金属ワッシャ９２は、円環状に形成されたものである。
【００８１】
複数の熱流センサ１０は、緩衝部材９３に張り付けられる。図１３に示すように、複数の熱流センサ１０は、上述した第３実施形態と同様の配線方法により接続されている。図１２に示すように、複数の熱流センサ１０は、それぞれの端子１７に配線２２が接続された状態で、その上に絶縁シート９が被せられる。
【００８２】
絶縁シート９は、上述した第１〜第３実施形態と同様に、例えばポリイミドなどの樹脂シートから形成されている。絶縁シート９は、熱流センサ１０およびその端子１７と第１金属ワッシャ９１との電気的な導通を遮断するものである。
【００８３】
緩衝部材９３は、例えばポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素樹脂シートから形成されている。緩衝部材９３は、熱流センサ１０の表面に設けられた端子１７による凹凸、またはその端子１７に接続する配線２２による凹凸、または端子１７と配線２２とを接続するはんだによる凹凸などを吸収するものである。なお、緩衝部材９３は、適切な柔らかさが得られるように、プレス加工により所定の厚みに圧縮されて用いられている。
【００８４】
複数の熱流センサ１０は、絶縁シート９と緩衝部材９３とに挟まれ、さらにその上下から第１金属ワッシャ９１と第２金属ワッシャ９２とに挟まれている。第１金属ワッシャ９１と第２金属ワッシャ９２は、複数の熱流センサ１０に衝撃が加わらないようにするための保護板として機能すると共に、その厚み方向に熱流を通過させる伝熱部材としても機能する。
【００８５】
第１金属ワッシャ９１、絶縁シート９、複数の熱流センサ１０、緩衝部材９３および第２金属ワッシャ９２は、図示していない両面テープなどにより接合される。
【００８６】
このワッシャ型センサユニット９０は、その形状がワッシャ型であることで、種々の設備や機械に組み込みやすい標準のセンサユニットとなっている。すなわち、このワッシャ型センサユニット９０は、種々の荷重変動検出装置１に設置することが可能である。
【００８７】
図１３に示すように、ワッシャ型センサユニット９０を構成する４個の熱流センサ１０から出力された信号は、検出部７に入力される。
【００８８】
図１４（Ａ）は、使用者が、伝達部材４１の握り玉４３を図１１の矢印４５または矢印４６の方向に倒したときの握り玉４３の位置の挙動を示したものである。なお、矢印４５と矢印４６とは、逆向きの方向である。
【００８９】
図１４（Ａ）の０は、使用者が、握り玉４３を弾性部材３３に対して直立させたときの握り玉４３の位置を示している。図１４（Ａ）の＋は、握り玉４３を図１１の矢印４５の方向に所定角度倒したときの握り玉４３の位置を示している。図１４（Ａ）の−は、使用者が、握り玉４３を図１１の矢印４６の方向に所定角度倒したときの握り玉４３の位置を示している。
【００９０】
図１４（Ｂ）は、４個の熱流センサ１０のうち、第１熱流センサ１１の熱起電力と第２熱流センサ１２の熱起電力との差に対応する出力としての第１信号Ｖ１の挙動を示している。
【００９１】
なお、第１熱流センサ１１は、図１１の矢印４５の前方に配置されたものであり、第２熱流センサ１２は、図１１の矢印４６の前方に配置されたものである。
【００９２】
以下の説明では、弾性部材３３のうち矢印４５の方向の前側に位置する部位を、「弾性部材３３の第１部位」という。また、弾性部材３３のうち矢印４５の方向の後側に位置する部位を、「弾性部材３３の第２部位」という。
【００９３】
図１４（Ａ）に示すように、時刻ｔ０からｔ１にかけて、使用者が握り玉４３を図１１の矢印４５の方向に倒すと、図１４（Ｂ）に示すように、時刻ｔ０からｔ１にかけて、第１信号Ｖ１の出力が＋側に増加する。つまり、使用者が握り玉４３を図１１の矢印４５の方向に倒すと、弾性部材３３の第１部位が圧縮されて発熱し、弾性部材３３の第２部位が膨張して吸熱する。そのため、弾性部材３３の第１部位から第１熱流センサ１１を通過して台座２に熱流が流れる。一方、台座２から第２熱流センサ１２を通過して弾性部材３３の第２部位に熱流が流れる。このとき、第１熱流センサ１１の熱起電力と第２熱流センサ１２の熱起電力とは逆のものなる。第１信号Ｖ１は、第１熱流センサ１１の熱起電力と第２熱流センサ１２の熱起電力との差に対応する出力であり、その出力は＋側に増加する。
【００９４】
図１４（Ａ）に示すように、時刻ｔ１からｔ３にかけて、使用者により握り玉４３の位置が固定されている。このとき、図１４（Ｂ）に示すように、時刻ｔ１からｔ２にかけて、第１信号Ｖ１の出力は０に戻る。つまり、握り玉４３の位置が固定された状態であると、弾性部材３３の第１部位の熱が台座２や空気中などにも放熱され、弾性部材３３の第１部位から第１熱流センサ１１を通過して台座２に流れる熱流が減少する。また、弾性部材３３の第２部位に台座２や空気中などからも熱が流れ込み、台座２から第２熱流センサ１２を通過して弾性部材３３の第２部位に流れる熱流が減少する。そのため、第１信号Ｖ１の出力は減少する。
【００９５】
図１４（Ａ）に示すように、時刻ｔ３からｔ４にかけて、使用者が握り玉４３を図１１の矢印４５の方向に倒した状態から元の位置に戻すと、図１４（Ｂ）に示すように、時刻ｔ３からｔ４にかけて、第１信号Ｖ１の出力が−側に増加する。つまり、使用者が握り玉４３を図１１の矢印４５の方向に倒した状態から元の位置に戻すと、弾性部材３３の第１部位が圧縮状態から元に戻るので吸熱する。そのため、台座２から第１熱流センサ１１を通過して弾性部材３３の第１部位に熱流が流れる。一方、弾性部材３３の第２部位が膨張状態から圧縮されるので発熱する。そのため、弾性部材３３の第２部位から第２熱流センサ１２を通過して台座２に熱流が流れる。したがって、第１信号Ｖ１の出力は−側に増加する。
【００９６】
図１４（Ａ）に示すように、時刻ｔ４からｔ６にかけて、使用者により握り玉４３の位置が固定されている。このとき、図１４（Ｂ）に示すように、時刻ｔ４からｔ５にかけて、第１信号Ｖ１の出力は０に戻る。つまり、握り玉４３の位置が固定された状態であると、台座２から第１熱流センサ１１を通過して弾性部材３３の第１部位に流れる熱流が減少し、弾性部材３３の第２部位から第２熱流センサ１２を通過して台座２に流れる熱流も減少するので、第１信号Ｖ１の出力は減少する。
【００９７】
図１４（Ａ）に示すように、時刻ｔ６からｔ７にかけて、使用者が握り玉４３を図１１の矢印４６の方向に倒すと、図１４（Ｂ）に示すように、時刻ｔ６からｔ７にかけて、第１信号Ｖ１の出力が−側に増加する。つまり、使用者が握り玉４３を図１１の矢印４６の方向に倒すと、弾性部材３３の第２部位が圧縮されて発熱し、弾性部材３３の第１部位が膨張して吸熱する。そのため、弾性部材３３の第２部位から第２熱流センサ１２を通過して台座２に熱流が流れる。一方、台座２から第１熱流センサ１１を通過して弾性部材３３の第１部位に熱流が流れる。そのため、第１信号Ｖ１の出力は−側に増加する。
【００９８】
図１４（Ａ）に示すように、時刻ｔ１７からｔ９にかけて、使用者により握り玉４３の位置が固定されている。このとき、図１４（Ｂ）に示すように、時刻ｔ７からｔ８にかけて、第１信号Ｖ１の出力は０に戻る。つまり、握り玉４３の位置が固定された状態であると、弾性部材３３の第２部位から第２熱流センサ１２を通過して台座２に流れる熱流が減少し、台座２から第１熱流センサ１１を通過して弾性部材３３の第１部位に流れる熱流も減少ので、第１信号Ｖ１の出力は減少する。
【００９９】
図１４（Ａ）に示すように、時刻ｔ９からｔ１０にかけて、使用者が握り玉４３を図１１の矢印４６の方向に倒した状態から元の位置に戻すと、図１４（Ｂ）に示すように、時刻ｔ９からｔ１０にかけて、第１信号Ｖ１の出力が＋側に増加する。つまり、使用者が握り玉４３を図１１の矢印４６の方向に倒した状態から元の位置に戻すと、弾性部材３３の第２部位が圧縮状態から元に戻るので吸熱する。そのため、台座２から第２熱流センサ１２を通過して弾性部材３３の第２部位に熱流が流れる。一方、弾性部材３３の第１部位が膨張状態から圧縮されるので発熱する。そのため、弾性部材３３の第１部位から第１熱流センサ１１を通過して台座２に熱流が流れる。したがって、第１信号Ｖ１の出力は＋側に増加する。
【０１００】
図１４（Ａ）に示すように、時刻ｔ１０からｔ１２にかけて、使用者により握り玉４３の位置が固定されている。このとき、図１４（Ｂ）に示すように、時刻ｔ１０からｔ１１にかけて、第１信号Ｖ１の出力は０に戻る。つまり、握り玉４３の位置が固定された状態であると、台座２から第２熱流センサ１２を通過して弾性部材３３の第２部位に流れる熱流が減少し、弾性部材３３の第１部位から第１熱流センサ１１を通過して台座２に流れる熱流も減少するので、第１信号Ｖ１の出力は減少する。
【０１０１】
以上、図１４（Ａ）、（Ｂ）に基づき、使用者が伝達部材４１の握り玉４３を図１１の矢印４５、４６の方向に倒したときの第１信号Ｖ１の挙動を説明した。なお、第４実施形態においても、検出部７は、第１信号Ｖ１だけでなく、第３熱流センサ１３の熱起電力と第４熱流センサ１４の熱起電力との差に対応する出力としての第２信号Ｖ２も検出する。そして、第３実施形態で説明した方法と同様の方法で、検出部７は、第１信号と第２信号に基づき、弾性部材３３に印加される荷重変動の方向および大きさを検出することが可能である。したがって、使用者は、このジョイスティックを用いて、コンピュータの表示画面上でカーソルを動かすことができる。
【０１０２】
第４実施形態の荷重変動検出装置１は、上述した第１〜第３実施形態の作用効果に加え、次の作用効果を奏する。
【０１０３】
（１）第４実施形態では、伝達部材４１のスティック部４２は、筒状の弾性部材３３の中心軸３２を含む位置に設けられた穴部３５に挿通され、その穴部３５に締まり嵌めによって固定されている。
【０１０４】
これによれば、伝達部材４１を弾性部材３３に強固に固定できる。また、被検出体８である使用者から伝達部材４１に印加される荷重変動を弾性部材３３の中心部に確実に伝達し、弾性部材３３の全体を圧縮または膨張させることができる。
【０１０５】
（２）第４実施形態では、複数の熱流センサ１０は、絶縁シート９と緩衝部材９３との間に挟まれた状態で、さらにその上下から第１金属ワッシャ９１と第２金属ワッシャ９２とに挟まれ、ワッシャ型センサユニット９０を構成している。第１金属ワッシャ９１と第２金属ワッシャ９２は、複数の熱流センサ１０に衝撃が加わらないようにするための保護板として機能すると共に、その厚み方向に熱流を通過させる伝熱部材としても機能する。
【０１０６】
これにより、弾性部材３３が弾性変形するときに生じる応力が、熱流センサ１０に直接伝わらない。そのため、被検出体８から弾性部材３３に対して衝撃などが与えられた場合でも、その衝撃により熱流センサ１０が破壊されることが防がれる。
【０１０７】
また、熱流センサ１０をワッシャ型センサユニット９０とすることで、種々の設備や機械に組み込みやすい標準のセンサユニットを構成できる。
【０１０８】
（第５実施形態）
本発明の第５実施形態について説明する。第５実施形態も、第３実施形態の変形例である。
【０１０９】
図１５に示すように、第５実施形態では、荷重変動検出装置１は、弾性部材３３の外側にカバー部材５１を備えている。カバー部材５１は、ボルト５２により、台座２に固定されている。一方、伝達部材４１は、上プレート４に固定されると共に、上プレート４から軸方向に延びるスティック部４２の途中に球状部４４を有している。カバー部材５１は、その球状部４４を係止するための係止部５３を有している。伝達部材４１は、球状部４４がカバー部材５１の係止部５３に係止された状態で、その球状部４４を中心として揺動可能である。
【０１１０】
カバー部材５１は、係止部５３によって伝達部材４１の球状部４４を係止すると共に、伝達部材４１が固定された上プレート４を介して弾性部材３３を台座２側に圧縮した状態で、ボルト５２によって台座２に固定されている。これにより、弾性部材３３は、上プレート４と台座２との間で圧縮された状態で台座２に設置される。
【０１１１】
図１５では、被検出体８から伝達部材４１に対して例えば矢印４７に示す方向に荷重が印加されたときの弾性部材３３の挙動をそれぞれ矢印４８、４９で示している。すなわち、矢印４８に示すように、弾性部材３３は、伝達部材４１に荷重が印加された方向の前側に位置する部位が圧縮される。一方、矢印４９に示すように、弾性部材３３は、伝達部材４１に荷重が印加された方向の後側に位置する部位が、圧縮された状態から元の状態に戻るように膨張する。このように、被検出体８から伝達部材４１に対し所定の方向から荷重が印加されるとき、弾性部材３３はその所定の方向の前側に位置する部位と、その所定の方向の後側に位置する部位とが、圧縮または膨張において逆の挙動を示す。
【０１１２】
また、図１６に示すように、第５実施形態では、熱流センサ１０は、弾性部材３３の中心軸３２の周りに例えば３個設けられている。なお、図１６では、説明の便宜上、カバー部材５１の図示を省略している。以下の説明では、３個の熱流センサ１０を第１熱流センサ１１、第２熱流センサ１２、第３熱流センサ１３と称する。
【０１１３】
第１〜第３熱流センサ１１〜１３が出力した信号はそれぞれ、検出部７に入力される。検出部７は、第１〜第３熱流センサ１１〜１３が出力した信号の差を演算する。検出部７は、熱流センサ１１〜１３の出力から温度ドリフトを除き、伝達部材４１の握り玉４３に印加された荷重変動に相当する出力信号を取り出すことが可能である。したがって、第５実施形態においても、検出部７は、第１〜第３熱流センサ１１〜１３から出力された信号に基づき、弾性部材３３に印加される荷重変動の方向および大きさを検出できる。
【０１１４】
第５実施形態の荷重変動検出装置１は、上述した第１〜第４実施形態と同様の作用効果を奏する。
【０１１５】
（他の実施形態）
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。また、上記各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能である。また、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。また、上記各実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではない。また、上記各実施形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その形状、位置関係等に限定されるものではない。
【０１１６】
上記各実施形態では、荷重変動検出装置１は、熱流センサ１０として、図４および図５に示す構造のものを用いたが、他の構造のものを用いてもよい。
【０１１７】
上記各実施形態では、荷重変動検出装置１は、１個から４個の熱流センサ１０を備えるものとしたが、熱流センサ１０は５個以上備えてもよい。
【０１１８】
また、他の実施形態では、荷重変動検出装置１は、台座２または下プレート５に凹部を設け、そこに熱流センサ１０を埋め込んでもよい。
【０１１９】
第４実施形態では、エステル系のポリウレタンを含むゴムにより弾性部材３３を構成したが、他の実施形態では、弾性部材３３は、エーテル系のポリウレタンを含むゴム、または種々の合成ゴム、または天然ゴムで構成してもよい。
【０１２０】
他の実施形態では、台座２、上プレート４、下プレート５およびねじ部材６は、金属に限らず、樹脂などで構成してもよい。
【０１２１】
（まとめ）
上記各実施形態の一部または全部で示された第１の観点によれば、荷重変動検出装置は、荷重変動検出装置は、台座、弾性部材、下プレート、固定部材および熱流センサを備える。弾性部材は、被検出体から印加される荷重変動に応じて弾性変形する。下プレートは、弾性部材の台座側の面を支持する。固定部材は、下プレートおよび弾性部材を台座に固定する。熱流センサは、台座と下プレートとの間に設けられ、弾性部材が弾性変形する際の発熱又は吸熱により下プレートと台座との間を流れる熱流に応じた信号を出力する。
【０１２２】
これによれば、被検出体から印加される荷重変動に応じて弾性部材が弾性変形すると、弾性部材の発熱または吸熱に応じて下プレートと台座との間に熱流が流れる。下プレートと台座との間に設けられた熱流センサは、その熱流に応じた信号を出力する。その信号は、被検出体から弾性部材に印加される荷重の変動に応じた弾性部材の変形量に対応したものである。したがって、荷重変動検出装置は、被検出体から印加される荷重変動の大きさを検出できる。
【０１２３】
また、弾性部材が弾性変形するときに生じる応力は、下プレートによって遮られ、熱流センサに直接伝わらない。そのため、被検出体から弾性部材に対して衝撃などが与えられた場合でも、その衝撃により熱流センサが破壊されることが防がれる。したがって、荷重変動検出装置は、被検出体から印加される荷重変動による熱流センサの故障を防ぐことができる。
【０１２４】
第２の観点によれば、弾性部材は、下プレートのうち台座とは反対側の面に固定されるゴムまたはエラストマーである。
【０１２５】
これによれば、ゴムまたはエラストマーは、被検出体から印加される荷重変動に応じて弾性変形し、発熱又は吸熱する。荷重変動検出装置は、その弾性部材の特性を利用して、被検出体から印加される荷重変動の大きさおよび方向を検出できる。
【０１２６】
第３の観点によれば、荷重変動検出装置は、被検出体から印加される荷重変動を弾性部材に伝達する伝達部材をさらに備える。
【０１２７】
これによれば、被検出体から印加される荷重変動を弾性部材が直接受けないので、弾性部材の破損を防ぐことができる。また、伝達部材により、被検出体から印加される荷重に対して弾性部材が意図しない形状に変形をすることを制御できる。
【０１２８】
第４の観点によれば、伝達部材は、弾性部材のうち当該弾性部材の中心軸を含む位置に固定される。
【０１２９】
これによれば、被検出体から伝達部材に対し所定の方向から荷重が印加されるとき、弾性部材はその所定の方向の前側に位置する部位と、その所定の方向の後側に位置する部位とが、圧縮または膨張において逆の挙動を示す。そのため、弾性部材の中心軸周りに複数個の熱流センサを配置すると、複数個の熱流センサの出力がそれぞれ異なるものとなる。したがって、荷重変動検出装置は、複数個の熱流センサの出力に基づく演算等を行うことで、被検出体から伝達部材に印加される荷重変動の方向および大きさを検出できる。
【０１３０】
第５の観点によれば、伝達部材は、弾性部材のうち当該弾性部材の中心軸を含む位置に設けられた穴部に挿通されている。
【０１３１】
これによれば、伝達部材を弾性部材に強固に固定できると共に、被検出体から伝達部材に印加される荷重変動を弾性部材の中心部に確実に伝達し、弾性部材の全体を圧縮または膨張させることができる。
【０１３２】
第６の観点によれば、荷重変動検出装置は、弾性部材のうち台座とは反対側の面を支持するとともに、伝達部材に固定される上プレートをさらに備える。
【０１３３】
これによれば、被検出体から弾性部材に荷重が印加される際、弾性部材が変形する形状を制限することで、弾性部材が意図しない形状に変形することを防ぐことができる。
【０１３４】
第７の観点によれば、荷重変動検出装置は、伝達部材の一部を係止すると共に、伝達部材に固定される上プレートを介して弾性部材を台座側に圧縮した状態で台座に固定されるカバー部材をさらに備える。
【０１３５】
これによれば、荷重変動検出装置は、カバー部材により、弾性部材を圧縮した状態で台座に設置することが可能である。
【０１３６】
第８の観点によれば、荷重変動検出装置は、熱流センサと下プレートとの間、または、熱流センサと台座との間の少なくとも一方に設けられる緩衝部材をさらに備える。
【０１３７】
これによれば、熱流センサ等の表面に凹凸がある場合でも、その凹凸を緩衝部材が吸収するので、下プレートと熱流センサと台座と緩衝部材とが互いに密着する。したがって、荷重変動検出装置は、それらの部材の間の熱流の流れを良好にすることで、熱流センサの出力を高めることができる。
【０１３８】
第９の観点によれば、熱流センサは弾性部材の中心軸の周りに複数個設けられる。
【０１３９】
これによれば、弾性部材がゴムまたはエラストマーの場合、被検出体から弾性部材に印加される荷重の方向に応じて、弾性部材には、中心軸の周りに収縮する部位と膨張する部位がそれぞれ形成される。そのため、弾性部材の中心軸の周りに複数個の熱流センサを設けることで、その複数個の熱流センサはそれぞれ、被検出体から弾性部材に印加される荷重変動の方向に応じた異なる信号を出力する。したがって、荷重変動検出装置は、複数個の熱流センサの出力に基づき、被検出体から弾性部材に印加される荷重変動の方向および大きさを検出できる。
【０１４０】
第１０の観点によれば、荷重変動検出装置は、複数個の熱流センサの出力に基づき、弾性部材に印加される荷重変動の方向および大きさを検出する検出部をさらに備える。
【０１４１】
これによれば、荷重変動検出装置は、複数個の熱流センサの出力に基づく演算等を行う検出部を備えることが可能である。
【０１４２】
第１１の観点によれば、複数の熱流センサは、第１熱流センサおよび第２熱流センサを有するものである。第１熱流センサと第２熱流センサとは、弾性部材の中心軸を挟んで対称となる位置に設けられる。検出部は、第１熱流センサの熱起電力と第２熱流センサの熱起電力との差に対応する出力に基づき、弾性部材に印加される荷重変動の方向および大きさを検出する。
【０１４３】
これによれば、弾性部材に荷重変動が作用した場合、弾性部材のうち荷重方向の前側の部位の圧縮による熱流が第１熱流センサを通過する方向と、弾性部材のうち荷重方向の後側の部位の膨張または圧縮からの戻りによる熱流が第２熱流センサを通過する方向とが逆になる。そのため、２つの熱流センサの熱起電力が逆のものになる。したがって、検出部は、第１熱流センサの熱起電力と第２熱流センサの熱起電力との差に対応する出力に基づき、弾性部材に作用する荷重変動の大きさおよび方向を検出できる。
【０１４４】
また、環境温度の変動などにより、台座または弾性部材などの温度が同時に変化した場合、第１熱流センサを通過する熱流と、第２熱流センサを通過する熱流とが同じ方向および大きさとなる。そのため、第１熱流センサの熱起電力と第２熱流センサの熱起電力とが同様に変化する。したがって、検出部は、２つの熱流センサの熱起電力の差に対応する出力に基づき、環境温度の変動などに起因する温度ドリフトを低減できる。
【０１４５】
第１２の観点によれば、複数の熱流センサは、第１熱流センサと第２熱流センサとを結ぶ線分に対し交差する方向に設けられた第３熱流センサと、第３熱流センサに対し弾性部材の中心軸を挟んで対称となる位置に設けられた第４熱流センサとをさらに有するものである。検出部は、第１熱流センサの熱起電力と第２熱流センサの熱起電力との差に対応する出力としての第１信号と、第３熱流センサの熱起電力と第４熱流センサの熱起電力との差に対応する出力としての第２信号とに基づき、弾性部材に印加される荷重変動の方向および大きさを検出する。
【０１４６】
これによれば、被検出体から弾性部材に対し所定の方向から所定の大きさの荷重が印加された場合、第１信号は、弾性部材に印加された荷重を第１熱流センサと第２熱流センサとを結ぶ線分に平行な方向に分解した分力に相当するものとなる。また、第２信号は、弾性部材に印加された荷重を第３熱流センサと第４熱流センサとを結ぶ線分に平行な方向に分解した分力に相当するものとなる。そのため、検出部は、第１信号と第２信号とに基づいて検出される２つの分力を合成することで、弾性部材に印加される荷重変動の方向および大きさを検出できる。
【０１４７】
第１３の観点によれば、熱流センサは固定部材の中心軸の周りに環状に形成されたものである。
【０１４８】
これによれば、熱流センサの面積を大きくすることで、その出力を高めることができる。
【０１４９】
第１４の観点によれば、弾性部材は、下プレートから外側に延びる梁部材である。
【０１５０】
これによれば、梁部材は、被検出体から印加される荷重変動に応じて弾性変形し、発熱又は吸熱する。熱流センサは、梁部材が発熱または吸熱する際に下プレートと台座との間を流れる熱流に応じた信号を出力する。したがって、荷重変動検出装置は、被検出体から印加される荷重変動の大きさを検出できる。
【符号の説明】
【０１５１】
１  荷重変動検出装置
２  台座
３、３３  弾性部材
５  下プレート
６  固定部材
８  被検出体
１０〜１４  熱流センサ
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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