(57)【要約】【課題】力センサの薄型化を図る。【解決手段】力センサ２は、検知部２０と、第１挟み込み部材２１および第２挟み込み部材２２と、弾性体２３とを備える。検知部２０は、磁性体で形成されて中空部４０を有するコア４、およびコア４と磁気的に結合するコイル５を有する。第１挟み込み部材２１および第２挟み込み部材２２は、検知部２０を所定の検知方向の両側から挟むように配置される。弾性体２３は、コア４よりも弾性率の低い材料で形成され、第１挟み込み部材２１の外周縁と第２挟み込み部材２２の外周縁との間に設けられて両者に接合される。検知部２０は、検知方向に沿う向きに第１挟み込み部材２１および第２挟み込み部材２２から掛かる荷重を受けるように構成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性体で形成されて中空部を有するコア、および前記コアと磁気的に結合するコイルを有し、通電により前記コイルが発生する磁束の通る磁路が、前記コアの前記中空部の周方向に沿って形成される検知部と、
前記検知部を所定の検知方向の両側から挟むように配置される第１挟み込み部材および第２挟み込み部材と、
前記コアよりも弾性率の低い材料で形成され、前記第１挟み込み部材の外周縁と前記第２挟み込み部材の外周縁との間に設けられて両者に接合される弾性体とを備え、
前記検知部は、前記検知方向に沿う向きに前記第１挟み込み部材および前記第２挟み込み部材から掛かる荷重を受けるように構成されることを特徴とする力センサ。
【請求項２】
前記第１挟み込み部材および前記第２挟み込み部材の少なくとも一方の外周縁から前記検知方向において前記検知部側に突出する縁部をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の力センサ。
【請求項３】
前記第１挟み込み部材および前記第２挟み込み部材の少なくとも一方は、前記検知部側の一面が開口した箱状に形成されることを特徴とする請求項２記載の力センサ。
【請求項４】
前記第１挟み込み部材および前記第２挟み込み部材のいずれか一方は、他方の前記縁部に囲まれた開口を塞ぐ蓋であることを特徴とする請求項２記載の力センサ。
【請求項５】
前記縁部は、前記第１挟み込み部材および前記第２挟み込み部材のそれぞれの外周縁に設けられ、
前記第１挟み込み部材の前記縁部および前記第２挟み込み部材の前記縁部は、それぞれ前記コアの径方向において互いに移動を規制する規制構造を有することを特徴とする請求項２または３記載の力センサ。
【請求項６】
前記縁部は、前記縁部が設けられる挟み込み部材とは異なる部材で構成されていることを特徴とする請求項２乃至５のいずれか１項に記載の力センサ。
【請求項７】
前記第１挟み込み部材および前記第２挟み込み部材のそれぞれの外周縁から前記検知方向と直交する方向に突出する接合部を有し、
前記第１挟み込み部材の前記接合部および前記第２挟み込み部材の前記接合部は、それぞれ前記弾性体により互いに接合される接合領域を有することを特徴とする請求項２乃至６のいずれか１項に記載の力センサ。
【請求項８】
前記第１挟み込み部材および前記第２挟み込み部材は、互いにろう付けされることを特徴とする請求項７記載の力センサ。
【請求項９】
前記第１挟み込み部材および前記第２挟み込み部材は、それぞれ前記中空部と連続して前記検知方向に貫通する通孔を有し、
前記第１挟み込み部材および前記第２挟み込み部材の少なくとも一方は、前記通孔の周縁から前記検知方向において前記検知部側に突出する内壁をさらに備えることを特徴とする請求項２乃至８のいずれか１項に記載の力センサ。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか１項に記載の力センサと、前記コイルの磁気特性の変化に基づいて荷重を検知する検知回路とを備えることを特徴とする力検知装置。
【請求項１１】
請求項１乃至９のいずれか１項に記載の力センサを複数備え、前記複数の力センサは、それぞれ複数のねじに取り付けられて、前記複数のねじの各々の緩みを検知することを特徴とする力検知システム。
【請求項１２】
前記複数の力センサから検知データを収集する収集装置をさらに備えることを特徴とする請求項１１記載の力検知システム。
【請求項１３】
前記収集装置の収集した検知データを含むデータ信号を受信する受信端末をさらに備えることを特徴とする請求項１２記載の力検知システム。
【請求項１４】
請求項１乃至９のいずれか１項に記載の力センサを複数用いて、前記複数の力センサをそれぞれ複数のねじに取り付けて、前記複数のねじの各々の緩みを検知することを特徴とする力検知方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に力センサおよびそれを用いた力検知装置、力検知システム、力検知方法、より詳細には、磁性体の逆磁歪効果を利用して磁性体に加わる荷重を検知する力センサおよびそれを用いた力検知装置、力検知システム、力検知方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ストレインゲージ（ひずみゲージ）を用いて荷重を検知するロードセル（力センサ）が知られており、たとえば特許文献１に開示されている。特許文献１に記載の力センサは、平面視で円環形状の外周固定部と、外周固定部の内側の中央に位置する荷重印加部と、外周固定部と荷重印加部とを結合する複数の起歪部とを備えている。各起歪部には、それぞれストレインゲージが貼り付けられている。各ストレインゲージは、荷重印加部に加えられた荷重を検知して電気信号に変換する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】実開平６−７４９４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来例は、起歪部と共にストレインゲージが変形することで荷重を検知する構成となっているため、板状部材（プレート）を加工することで起歪部を設ける必要がある。このため、上記従来例では、起歪部が設計可能な厚さを有するプレートを必要とし、力センサの薄型化を図ることが困難であるという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記の点に鑑みて為されており、力センサの薄型化を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の形態の力センサは、磁性体で形成されて中空部を有するコア、および前記コアと磁気的に結合するコイルを有し、通電により前記コイルが発生する磁束の通る磁路が、前記コアの前記中空部の周方向に沿って形成される検知部と、前記検知部を所定の検知方向の両側から挟むように配置される第１挟み込み部材および第２挟み込み部材と、前記コアよりも弾性率の低い材料で形成され、前記第１挟み込み部材の外周縁と前記第２挟み込み部材の外周縁との間に設けられて両者に接合される弾性体とを備え、前記検知部は、前記検知方向に沿う向きに前記第１挟み込み部材および前記第２挟み込み部材から掛かる荷重を受けるように構成されることを特徴とする。
【０００７】
第２の形態の力センサは、第１の形態において、前記第１挟み込み部材および前記第２挟み込み部材の少なくとも一方の外周縁から前記検知方向において前記検知部側に突出する縁部をさらに備えることが好ましい。
【０００８】
第３の形態の力センサは、第２の形態において、前記第１挟み込み部材および前記第２挟み込み部材の少なくとも一方は、前記検知部側の一面が開口した箱状に形成されることが好ましい。
【０００９】
第４の形態の力センサは、第２の形態において、前記第１挟み込み部材および前記第２挟み込み部材のうち、前記縁部が設けられていない挟み込み部材は、前記縁部に囲まれた開口を塞ぐ蓋であることが好ましい。
【００１０】
第５の形態の力センサは、第２または第３の形態において、前記縁部は、前記第１挟み込み部材および前記第２挟み込み部材のそれぞれの外周縁に設けられ、前記第１挟み込み部材の前記縁部および前記第２挟み込み部材の前記縁部は、それぞれ前記コアの径方向において互いに移動を規制する規制構造を有することが好ましい。
【００１１】
第６の形態の力センサは、第２乃至第５のいずれかの形態において、前記縁部は、前記縁部が設けられる挟み込み部材とは異なる部材で構成されていることが好ましい。
【００１２】
第７の形態の力センサは、第２乃至第６のいずれかの形態において、前記第１挟み込み部材および前記第２挟み込み部材のそれぞれの外周縁から前記検知方向と直交する方向に突出する接合部を有し、前記第１挟み込み部材の前記接合部および前記第２挟み込み部材の前記接合部は、それぞれ前記弾性体により互いに接合される接合領域を有することが好ましい。
【００１３】
第８の形態の力センサは、第７の形態において、前記第１挟み込み部材および前記第２挟み込み部材は、互いにろう付けされることが好ましい。
【００１４】
第９の形態の力センサは、第２乃至第８のいずれかの形態において、前記第１挟み込み部材および前記第２挟み込み部材は、それぞれ前記中空部と連続して前記検知方向に貫通する通孔を有し、前記第１挟み込み部材および前記第２挟み込み部材の少なくとも一方は、前記通孔の周縁から前記検知方向において前記検知部側に突出する内壁をさらに備えることが好ましい。
【００１５】
第１０の形態の力検知装置は、第１乃至第９のいずれかの形態の力センサと、前記コイルの磁気特性の変化に基づいて荷重を検知する検知回路とを備えることを特徴とする。
【００１６】
第１１の形態の力検知システムは、第１乃至第９のいずれかの形態の力センサを複数備え、前記複数の力センサは、それぞれ複数のねじに取り付けられて、前記複数のねじの各々の緩みを検知することを特徴とする。
【００１７】
第１２の形態の力検知システムは、第１１の形態において、前記複数の力センサから検知データを収集する収集装置をさらに備えることが好ましい。
【００１８】
第１３の形態の力検知システムは、第１２の形態において、前記収集装置の収集した検知データを含むデータ信号を受信する受信端末をさらに備えることが好ましい。
【００１９】
第１４の形態の力検知方法は、第１乃至第９のいずれかの形態の力センサを複数用いて、前記複数の力センサをそれぞれ複数のねじに取り付けて、前記複数のねじの各々の緩みを検知することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明は、第１挟み込み部材と第２挟み込み部材とで検知部を挟み、第１挟み込み部材および第２挟み込み部材の両者に弾性体を接合した構成となっている。このため、本発明では、第１挟み込み部材および第２挟み込み部材に従来例のような起歪部を設ける加工が必要ではないので、第１挟み込み部材および第２挟み込み部材の厚さ方向の寸法を小さくすることができる。したがって、本発明は、第１挟み込み部材および第２挟み込み部材の厚さ方向の寸法を小さくすることで、力センサの薄型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１Ａは、実施形態１に係る力センサおよび力検知装置の概略図である。図１Ｂは、実施形態１に係る力センサの一部省略した平面図である。図１Ｃは、実施形態１に係る力センサの断面図である。
【図２】実施形態１に係る力検知装置における検知回路の概略図である。
【図３】実施形態１に係る力センサにおいて、通孔を有する構成の断面図である。
【図４】図４Ａは、実施形態１に係る力検知装置の外観の概略図である。図４Ｂは、実施形態１に係る力検知装置の実施例の概略図である。
【図５】図５Ａは、実施形態２に係る力センサの断面図である。図５Ｂは、実施形態２に係る力センサの一部省略した平面図である。
【図６】実施形態２に係る力検知装置の実施例の概略図である。
【図７】図７Ａは、実施形態３に係る力センサの断面図である。図７Ｂは、実施形態３に係る力センサにおいて、通孔を有する構成の断面図である。
【図８】実施形態３に係る力センサにおいて、第１挟み込み部材のみが縁部を備える構成の断面図である。
【図９】図９Ａは、変形例１に係る力センサの断面図である。図９Ｂは、変形例１に係る力センサにおいて、第１挟み込み部材のみが縁部を備える構成の断面図である。
【図１０】図１０Ａ〜図１０Ｃは、それぞれ変形例２に係る力センサの断面図である。
【図１１】変形例３に係る力センサの断面図である。
【図１２】変形例４に係る力センサの断面図である。
【図１３】図１３Ａ〜図１３Ｃは、それぞれ変形例４に係る力センサにおいて、接合部がろう付けされた構成の断面図である。
【図１４】変形例５に係る力センサの断面図である。
【図１５】変形例６に係る力センサの断面図である。
【図１６】実施形態に係る力検知システムの概略図である。
【図１７】図１７Ａ、図１７Ｂは、それぞれ実施形態に係る力検知システムの実施例の概略図である。
【図１８】図１８Ａ〜図１８Ｃは、それぞれ実施形態に係る力検知システムの配線例の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明の実施形態に係る力センサ２は、図１Ａ〜図１Ｃに示すように、検知部２０と、第１挟み込み部材２１および第２挟み込み部材２２と、弾性体２３とを備えている。検知部２０は、磁性体で形成されて中空部４０を有するコア４、およびコア４と磁気的に結合するコイル５を有している。検知部２０では、通電によりコイル５が発生する磁束の通る磁路Ｍ１が、コア４の中空部４０の周方向に沿って形成される。第１挟み込み部材２１および第２挟み込み部材２２は、検知部２０を所定の検知方向の両側から挟むように配置されている。弾性体２３は、コア４よりも弾性率の低い材料で形成され、第１挟み込み部材２１の外周縁と第２挟み込み部材２２の外周縁との間に設けられて両者に接合されている。そして、検知部２０は、検知方向に沿う向きに第１挟み込み部材２１および第２挟み込み部材２２から掛かる荷重を受けるように構成されている。
【００２３】
また、本発明の実施形態に係る力検知装置１は、図１Ａに示すように、力センサ２と、検知回路３とを備えている。検知回路３は、コイル５の磁気特性（インダクタンスまたはコンダクタンス）の変化に基づいて荷重を検知する。
【００２４】
また、本発明の実施形態に係る力検知システム１００は、図１６に示すように、力センサ２を複数備えている。そして、複数の力センサ２は、それぞれ複数のねじに取り付けられて、複数のねじの各々の緩みを検知する。
【００２５】
また、本発明の実施形態に係る力検知方法は、力センサ２を複数用いて、複数の力センサ２をそれぞれ複数のねじに取り付けて、複数のねじの各々の緩みを検知する。
【００２６】
以下、本発明の実施形態１〜３、変形例１〜６の力センサ２および力検知装置１について説明する。但し、以下に説明する構成は、本発明の一例に過ぎず、本発明は下記の実施形態１〜３、変形例１〜６に限定されることはない。また、本発明は、これらの実施形態および変形例以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。
【００２７】
また、以下の説明では、コア４の厚さ方向（検知方向）を上下方向とし、コア４から見て第１挟み込み部材２１側を下方、第２挟み込み部材２２側を上方として説明するが、力センサ２および力検知装置１の使用形態を限定する趣旨ではない。
【００２８】
＜実施形態１＞
本発明の実施形態１の力検知装置１は、図１Ａに示すように、力センサ２と、検知回路３とを備えている。また、本実施形態の力センサ２は、図１Ａ〜図１Ｃに示すように、検知部２０と、第１挟み込み部材２１と、第２挟み込み部材２２と、弾性体２３と、基板２４とを備えている。なお、図１Ｂでは、第２挟み込み部材２２および弾性体２３の図示を省略している。
【００２９】
検知部２０は、図１Ａに示すように、磁性体で形成されるコア４と、コア４と磁気的に結合するコイル５とを備える。コア４は、たとえばＮｉ（ニッケル）−Ｚｎ（亜鉛）フェライト等の磁性体により形成されている。また、コア４は平面視で円環状に形成されており、中空部４０を有している。なお、コア４は、コア４に荷重が加わると逆磁歪効果を奏する磁性体で形成されていればよい。逆磁歪効果とは、磁化されたコア４が荷重を加えられることで歪み、この歪みによりコア４の透磁率が変化する効果をいう。
【００３０】
コイル５は、コア４の中空部４０と外側とを交互に通るように、導線をコア４の一部に巻き付けることで構成されている。なお、導線としては、絶縁材料で被覆した銅線（たとえば、エナメル線など）を用いるのが好ましい。ここで、コア４において導線が巻き付けられる部位（図１Ｂ参照）を「取付部４１」と称する。
【００３１】
取付部４１は、図１Ｃに示すように、その上下方向の寸法が、コア４の他の部位の上下方向の寸法内にコイル５が収まるように設計されている。このため、本実施形態の力センサ２では、コイル５の一部がコア４の上面（または下面）よりも突出することがないので、コア４に荷重が加わってもコイル５に荷重が加わらず、コイル５の断線を防止することができる。なお、取付部４１を上記の寸法で設計するか否かは任意である。
【００３２】
コア４の内部には、図１Ｂに示すように、コイル５の通電時に生じる磁束が通る。このため、コア４には、中空部４０の周方向に沿った磁路（磁気回路）Ｍ１が形成される。この磁路Ｍ１は、閉磁路である。したがって、本実施形態の力センサ２では、コア４から外部への磁束の漏れが生じ難いので、磁束の漏れを防ぐために強磁性体のケースを設ける必要がない。
【００３３】
第１挟み込み部材２１および第２挟み込み部材２２は、いずれもたとえば金属材料で形成される板状の部材である。第１挟み込み部材２１は、図１Ｂに示すように、平面視で円形状に形成されている。また、第２挟み込み部材２２は、第１挟み込み部材２１と同様に平面視で円形状に形成されている。第１挟み込み部材２１は、図１Ｃに示すように、コア４の下面に接する形でコア４の下側に配置される。また、第２挟み込み部材２２は、図１Ｃに示すように、コア４の上面に接する形でコア４の上側に配置される。つまり、第１挟み込み部材２１および第２挟み込み部材２２は、上下方向（検知方向）の両側からコア４を挟むように配置される。なお、第１挟み込み部材２１とコア４との間、および第２挟み込み部材２２とコア４との間のそれぞれに隙間があってもよい。
【００３４】
なお、第１挟み込み部材２１および第２挟み込み部材２２の形状は、平面視で円形状に限定されず、たとえば平面視で矩形状や円環形状であってもよい。また、第１挟み込み部材２１および第２挟み込み部材２２は、想定される荷重に耐え得る強度を有していればよい。さらに、第１挟み込み部材２１および第２挟み込み部材２２は金属材料で形成されていなくてもよく、たとえばＣＦＲＰ（Carbon-Fiber-Reinforced Plastic：炭素繊維強化プラスチック）等の樹脂材料で形成されていてもよい。
【００３５】
弾性体２３は、たとえばエポキシ樹脂やシリコーン樹脂を主成分とする接着剤である。弾性体２３は、第１挟み込み部材２１の上面の外周縁と、第２挟み込み部材２２の下面の外周縁とに接着することで、第１挟み込み部材２１および第２挟み込み部材２２を互いに結合する。弾性体２３は、接着剤に限定されず、コア４を形成する材料よりも弾性率の低い材料で形成されていればよい。
【００３６】
また、弾性体２３は、第１挟み込み部材２１の外周縁と第２挟み込み部材２２の外周縁との間に設けられて両者に接合される構成であればよい。また、本実施形態の力センサ２では、弾性体２３自体が接着剤であるが、たとえば弾性体２３に両面テープなどの他の接着剤を設けることで、弾性体２３が第１挟み込み部材２１および第２挟み込み部材２２の両者に接合される構成であってもよい。さらに、弾性体２３は、第１挟み込み部材２１の外周縁および第２挟み込み部材２２の外周縁の全周にわたって設けられている構成に限定されない。つまり、第１挟み込み部材２１および第２挟み込み部材２２の傾きが抑えられる程度に、弾性体２３が第１挟み込み部材２１および第２挟み込み部材２２の両者に接合されていればよい。
【００３７】
基板２４は、図１Ｃに示すように、第１挟み込み部材２１および第２挟み込み部材２２、並びに弾性体２３で囲まれる空間内に収納されている。基板２４は、その外周縁が弾性体２３に接することで固定されている。また、基板２４は、図１６Ｃに示すように平面視で円環形状に形成されており、その中央部は、コア４の径寸法よりも僅かに大きい径寸法を有する平面視で円形状の位置決め孔２４０となっている。この位置決め孔２４０にコア４が嵌まり込むことで、コア４が所定の位置に位置決めされる。なお、位置決め孔２４０の形状は、平面視で円形状に限定されず、たとえば平面視で矩形状であってもよい。つまり、位置決め孔２４０は、コア４が嵌まり込む形状であればよい。
【００３８】
検知回路３は、図２に示すように、発振回路３０と、周期計測回路３１と、二乗回路３２と、温度補償回路３３と、信号処理回路３４とを備えている。発振回路３０は、コイル５を含む共振回路３５の発振を維持するように構成されている。また、発振回路３０は、共振回路３５の共振周波数に対応する周波数で発振する発振信号を出力するように構成されている。周期計測回路３１は、発振回路３０から出力される発振信号の周期を計測し、計測した周期に対応する信号を出力するように構成されている。二乗回路３２は、周期計測回路３１から出力される信号の二乗値を演算して出力するように構成されている。温度補償回路３３は、温度補償処理により、二乗回路３２から出力される信号の温度変動を抑制するように構成されている。信号処理回路３４は、温度補償回路３３から出力される信号に基づいて、コア４に加わる荷重の変化を検知するように構成されている。
【００３９】
共振回路３５の等価回路は、図２に示すように、インダクタ３５１および抵抗３５２の直列回路と、キャパシタ３５３との並列回路とで構成される。ここでは、インダクタ３５１のインダクタンスは、コイル５のインダクタンスと等価である。また、抵抗３５２の抵抗値は、コイル５の巻線抵抗の抵抗値と等価である。また、キャパシタ３５３の容量値は、コイル５の寄生容量の容量値と等価である。なお、共振回路３５は、コイル５と並列にキャパシタを電気的に接続することで構成してもよい。
【００４０】
本実施形態の力センサ２では、検知回路３は、基板２４に電子部品を実装することで構成されている。つまり、本実施形態の力検知装置１では、力センサ２と一体に検知回路３が設けられている。なお、検知回路３は基板２４に設けられる必要はなく、基板２４とは別体で設けられていてもよい。更に、検知回路３は、たとえば力センサ２の外部の基板に設けられていてもよい。すなわち、本実施形態の力検知装置１では、力センサ２と別体に検知回路３が設けられていてもよい。
【００４１】
以下、本実施形態の力センサ２および力検知装置１の動作について説明する。先ず、外部の電源からコイル５に電流を供給することで、コア４が磁化され、磁路Ｍ１が形成される。ここでは、検知回路３の発振回路３０がコイル５に電流を供給する。
【００４２】
次に、第１挟み込み部材２１の下面に上向きに荷重（図１Ｃに示す上向きの矢印参照）が加わると、弾性体２３が撓むことにより第１挟み込み部材２１が押し上げられ、第１挟み込み部材２１を介してコア４に荷重が加わる。すると、逆磁歪効果により、荷重の大きさに応じてコア４の透磁率が変化するため、コイル５のインダクタンスが変化する。同様に、第２挟み込み部材２２の上面に下向きに荷重（図１Ｃに示す下向きの矢印参照）が加わると、弾性体２３が撓むことにより第２挟み込み部材２２が押し下げられ、第２挟み込み部材２２を介してコア４に荷重が加わる。この場合も、荷重の大きさに応じてコイル５のインダクタンスが変化する。つまり、本実施形態の力センサ２では、コア４（検知部２０）は、上下方向（検知方向）に沿う向きに第１挟み込み部材２１および第２挟み込み部材２２から掛かる荷重を受けるように構成されている。
【００４３】
コイル５のインダクタンスが変化すると、コイル５を含む共振回路３５の共振周波数が変化する。このため、発振回路３０が共振回路３５の共振周波数に対応する周波数の発振信号を出力し、周期計測回路３１が発振信号の周期に対応する信号を出力する。ここで、発振信号の周期は、等価回路におけるインダクタ３５１のインダクタンスとキャパシタ３５３の容量値との積の平方根で表される。そして、二乗回路３２が周期計測回路３１の出力信号の二乗値を演算して出力するため、二乗回路３２の出力信号は、コイル５のインダクタンスの変化に対して直線的に変化する。二乗回路３２の出力信号は、温度補償回路３３により温度変動分が補正される。そして、信号処理回路３４は、温度補償回路３３の出力信号に基づいてコイル５のインダクタンスを演算し、コイル５のインダクタンスの変化量からコア４に加わる荷重を演算する。つまり、検知回路３は、コイル５のインダクタンスの変化に基づいてコア４に加わる荷重を検知する。
【００４４】
上述のように、本実施形態の力センサ２は、第１挟み込み部材２１と第２挟み込み部材２２とで検知部２０を挟み、第１挟み込み部材２１および第２挟み込み部材２２の両者に弾性体２３を接合した構成となっている。このため、本実施形態の力センサ２では、第１挟み込み部材２１および第２挟み込み部材２２に従来例のような起歪部を設ける加工が必要ではないので、第１挟み込み部材２１および第２挟み込み部材２２の厚さ方向の寸法を小さくすることができる。したがって、本実施形態の力センサ２は、第１挟み込み部材２１および第２挟み込み部材２２の厚さ方向の寸法を小さくすることで、薄型化を図ることができる。また、本実施形態の力センサ２は、弾性体２３を備えている。このため、本実施形態の力センサ２は、第１挟み込み部材２１または第２挟み込み部材２２に荷重が加わると、コア４に荷重が適正に伝わり易いので、荷重の検知精度を向上させることができる。
【００４５】
とくに、本実施形態の力センサ２では、弾性体２３が、第１挟み込み部材２１の外周縁と第２挟み込み部材２２の外周縁との間に設けられて両者に接合される構造を有している。このため、本実施形態の力センサ２は、第１挟み込み部材２１または第２挟み込み部材２２に荷重が加わると、コア４が検知方向に沿う向きに第１挟み込み部材２１および第２挟み込み部材２２から掛かる荷重を受け易い。したがって、本実施形態の力センサ２は、構造的に安定して揺れ動き難く、コア４の荷重が適正に伝わり易い（言い換えれば、局所的に荷重が掛かり難い）ので、荷重の検知精度を向上させることができる。
【００４６】
また、コア４の薄型化を図る際には、磁気飽和を起こり難くすることが設計上の課題となるが、本実施形態の力センサ２は、コア４に適正に力が伝わり易く、コア４の磁気飽和が起こり難いので、コア４の薄型化を図り易いという利点もある。
【００４７】
ここで、本実施形態の力センサ２では、図３に示すように、第１挟み込み部材２１および第２挟み込み部材２２は、それぞれコア４の中空部４０と連続して上下方向（検知方向）に貫通する平面視で円形状の通孔２１０，２２０を有していてもよい。通孔２１０，２２０は、たとえばボルトの軸部をコア４の中空部４０に通すために用いられる。なお、通孔２１０，２２０の形状は、平面視で円形状に限定されず、たとえばボルトの軸部を通すことが可能な形状であればよい。また、この構成では、第１挟み込み部材２１における通孔２１０の周縁と、第２挟み込み部材２２における通孔２２０の周縁との間にも、弾性体２３が設けられている。
【００４８】
なお、本実施形態の力センサ２では、基板２４を備えるか否かは任意である。すなわち、本実施形態の力センサ２は、第１挟み込み部材２１および第２挟み込み部材２２、並びに弾性体２３によりコア４を位置決めする構造であれば、基板２４を設けなくてもよい。但し、基板２４を備える構成であれば、第１挟み込み部材２１および第２挟み込み部材２２を加工してコア４を位置決めするための構造を設ける必要がなく、第１挟み込み部材２１および第２挟み込み部材２２の厚さ寸法を小さくすることができるという利点がある。
【００４９】
また、本実施形態の力検知装置１では、検知回路３は、二乗回路３２および温度補償回路３３を備えずに、周期計測回路３１から出力される信号に基づいて信号処理回路３４が荷重の変化を検知する構成であってもよい。また、図２に示す検知回路３の構成は一例であり、検知回路３は、コイル５の磁気特性（インダクタンスまたはコンダクタンス）の変化に基づいて荷重を検知する構成であれば、その他の構成であってもよい。
【００５０】
以下、本実施形態の力検知装置１を用いて、締付軸力を検知する実施例について図４Ａ、図４Ｂを参照して説明する。なお、締付軸力とは、ボルトＢ１に対してナットＣ１を締め付ける際に、構造物Ａ１（たとえば、壁や天井など）に加わるボルトＢ１の軸方向に沿った荷重をいう（図４Ｂ参照）。
【００５１】
この実施例において、本実施形態の力検知装置１は、図４Ａに示すように、力センサ２と、検知回路３を実装した基板３００とをケース１０に収納して構成されている。ケース１０は、力センサ２を保護する半円盤状の第１ケース１０Ａと、基板３００を保護する扁平な直方体状の第２ケース１０Ｂとで構成されている。ここでは、ケース１０は、力センサ２の第１挟み込み部材２１および第２挟み込み部材２２、弾性体２３で構成されている。
【００５２】
以下、本実施形態の力検知装置１の使用方法について説明する。先ず、ボルトＢ１を構造物Ａ１の裏側（図４Ｂにおける下側）から通す。なお、図４Ｂでは、ボルトＢ１の頭部の図示を省略している。次に、構造物Ａ１の表側（図４Ｂにおける上側）に突出する軸部Ｂ１０を、通孔２１０，２２０、およびコア４の中空部４０に通す。そして、構造物Ａ１との間で第１ケース１０Ａを挟む形で、ナットＣ１を軸部Ｂ１０に対して締め付ける。すると、第１挟み込み部材２１および第２挟み込み部材２２を介して、検知部２０に締付軸力が加わる。したがって、本実施形態の力検知装置１は、検知回路３が検知部２０に加わる荷重を検知することで、締付軸力を検知することができる。
【００５３】
＜実施形態２＞
本発明の実施形態２の力センサ２および力検知装置１は、たとえばグラウンドアンカー（ground anchor）工法に用いられる。ここで、グラウンドアンカー工法について簡単に説明する。たとえば地山の掘削や盛土等により法面が形成される場合、法面に設けられる構造物を安定させるために、グラウンドアンカー工法が一般的に用いられている。このグラウンドアンカー工法で使用するアンカーの引張り力を検知して監視するために、実施形態１の力センサ２および力検知装置１を用いることが考えられる。
【００５４】
ここで、アンカーのように大型の部材に実施形態１の力センサ２を用いる場合、大型の部材に合わせて径寸法の大きいコア４を用いる必要がある。しかしながら、コア４の厚さ方向の寸法を大きくすることなくコア４の径寸法を大きくする加工は困難であり、実施形態１の力センサ２では、コア４の厚さ方向の大型化を避けられない。そこで、大型の部材の荷重を検知する場合、力センサ２は、複数の検知部２０を備えるのが好ましい。
【００５５】
以下、複数の検知部２０を備える本実施形態の力センサ２および力検知装置１について図面を用いて説明する。なお、本実施形態の力センサ２および力検知装置１において、実施形態１と共通する構成要素については適宜説明を省略する。
【００５６】
本実施形態の力センサ２は、図５Ａ，図５Ｂに示すように、複数（ここでは、１２個）の検知部２０と、第１挟み込み部材２１と、第２挟み込み部材２２と、弾性体２３と、基板２４とを備えている。複数の検知部２０は、上下方向（検知方向）と直交する平面に沿って配置されている。なお、図５Ｂでは、第２挟み込み部材２２および弾性体２３の図示を省略している。また、「直交」とは、完全な「直交」のみではなく、「ほぼ直交」を含む表現である。
【００５７】
第１挟み込み部材２１は、図５Ｂに示すように平面視で正方形状に形成されている。また、第２挟み込み部材２２は、第１挟み込み部材２１と同様に平面視で正方形状に形成されている。第１挟み込み部材２１は、図５Ａに示すように、複数（図示では２つ）のコア４の下面に接する形で複数のコア４の下側に配置される。また、第２挟み込み部材２２は、図５Ａに示すように、複数（図示では２つ）のコア４の上面に接する形で複数のコア４の上側に配置される。つまり、第１挟み込み部材２１および第２挟み込み部材２２は、上下方向（検知方向）の両側から複数のコア４を挟むように配置される。
【００５８】
第１挟み込み部材２１には、図５Ａ、図５Ｂに示すように、その中央部を上下方向（検知方向）に貫通する平面視で円形状の通孔２１０が設けられている。また、第２挟み込み部材２２には、図５Ａに示すように、その中央部を上下方向（検知方向）に貫通する平面視で円形状の通孔２２０が設けられている。なお、通孔２１０，２２０の形状は、平面視で円形状に限定されず、ボルトの軸部やテンドンＤ１１１（後述する）を通すことが可能な形状であればよい。
【００５９】
弾性体２３は、図５Ａに示すように、第１挟み込み部材２１の上面の外周縁と、第２挟み込み部材２２の下面の外周縁とに接着することで、第１挟み込み部材２１および第２挟み込み部材２２を互いに結合する。また、弾性体２３は、図５Ａに示すように、第１挟み込み部材２１の上面における通孔２１０の周縁と、第２挟み込み部材２２の下面における通孔２２０の周縁とに接着することで、第１挟み込み部材２１および第２挟み込み部材２２を互いに結合する。つまり、弾性体２３は、第１挟み込み部材２１および第２挟み込み部材２２の両者に接合される構成であればよい。
【００６０】
基板２４は、図５Ａに示すように、第１挟み込み部材２１および第２挟み込み部材２２、並びに弾性体２３で囲まれる空間内に収納されている。基板２４は、図５Ｂに示すように平面視で正方形状に形成されている。また、基板２４の中央部には、通孔２１０，２２０の径寸法よりも僅かに大きい径寸法（たとえば、直径１４０ｍｍ）を有する平面視で円形状の通孔２４１が設けられている。この通孔２４１は、通孔２１０，２２０と同様に、ボルトの軸部やテンドンＤ１１１を通すことが可能な形状であればよい。基板２４は、その外周縁と、通孔２４１の周面とがそれぞれ弾性体２３に接することで固定されている。
【００６１】
また、基板２４には、図５Ｂに示すように、通孔２４１の周囲に複数（図示では１２個）の位置決め孔２４０が設けられている。各位置決め孔２４０は、平面視で円形状に形成され、通孔２４１の周方向に沿って等間隔に設けられている。なお、位置決め孔２４０の形状は、平面視で円形状に限定されず、コア４が嵌まり込む形状であればよい。
【００６２】
以下、本実施形態の力センサ２および力検知装置１を用いて、グラウンドアンカー工法で用いられるアンカーＤ１の引張り力を検知する実施例について図６を参照して説明する。なお、図６では、検知回路３の図示を省略している。アンカーＤ１は、構造物Ａ１からの引張り力を地盤に伝達するために用いられる。アンカーＤ１は、引張り力を地盤に伝達させる機能を持つアンカー体と、アンカーＤ１を構造物Ａ１に結合するためのアンカー頭部Ｄ１０と、アンカー頭部Ｄ１０からの引張り力をアンカー体に伝える引張り部Ｄ１１とで構成される。
【００６３】
アンカー頭部Ｄ１０は、定着具であるナットＤ１０１と、構造物Ａ１の上に配置される支圧板であるアンカー挟み込み部材Ｄ１０２とで構成されている。アンカー挟み込み部材Ｄ１０２には、テンドンＤ１１１を通すことが可能な孔Ｄ１０３が設けられている。引張り部Ｄ１１は、たとえばＰＣ（Prestressed Concrete）鋼撚り線で構成される棒状のテンドンＤ１１１を備えている。テンドンＤ１１１の長手方向の第１端には、アンカー体が機械的に接続されている。また、テンドンＤ１１１の長手方向の第２端は、アンカー挟み込み部材Ｄ１０２の孔Ｄ１０３、および本実施形態の力センサ２の通孔２１０，２２０，２４１に通された状態で、ナットＤ１０１が締め付けられている。
【００６４】
本実施形態の力センサ２は、ナットＤ１０１とアンカー挟み込み部材Ｄ１０２とで挟まれる形で配置されている。したがって、本実施形態の力検知装置１は、ナットＤ１０１が力センサ２の一面を押し下げる荷重を検知回路３が検知することで、アンカーＤ１の引張り力を検知することができる。
【００６５】
上述のように、本実施形態の力センサ２および力検知装置１は、１つの検知部２０ではなく複数の検知部２０を用いて荷重を検知する構成となっている。したがって、本実施形態の力センサ２および力検知装置１は、１つの検知部２０のみを備える場合と比較して、各検知部２０のコア４の径寸法を小さくすることができ、結果としてコア４の厚さ方向の寸法も小さくすることができる。したがって、本実施形態の力センサ２および力検知装置１は、アンカーＤ１のような大型の部材に用いる場合でも、薄型化を図ることができる。
【００６６】
＜実施形態３＞
以下、本発明の実施形態３の力センサ２および力検知装置１について図面を用いて説明する。なお、本実施形態の力センサ２および力検知装置１において、実施形態１と共通する構成要素については適宜説明を省略する。本実施形態の力センサ２において、第１挟み込み部材２１および第２挟み込み部材２２は、図７Ａに示すように、それぞれ縁部２１１，２２１を備えている。
【００６７】
縁部２１１は、平面視で円環状であって、第１挟み込み部材２１の外周縁から上向きに突出するようにして、第１挟み込み部材２１と一体に形成されている。縁部２２１は、平面視で円環状であって、第２挟み込み部材２２の外周縁から下向きに突出するようにして、第２挟み込み部材２２と一体に形成されている。つまり、本実施形態の力センサ２では、第１挟み込み部材２１および第２挟み込み部材２２の少なくとも一方の外周縁から上下方向（検知方向）において検知部２０側に突出する縁部２１１，２２１をさらに備えている。縁部２１１，２２１の先端面は、互いに突き合わされている。そして、弾性体２３は、縁部２１１の先端面と縁部２２１の先端面との間に設けられて両者に接合されている。
【００６８】
上述のように、本実施形態の力センサ２では、第１挟み込み部材２１および第２挟み込み部材２２がそれぞれ縁部２１１，２２１を備えている。このため、本実施形態の力センサ２では、外力が加わることでコア４または基板２４が径方向（コア４の径方向）に沿って移動したとしても、コア４または基板２４が縁部２１１，２２１に当たるため、その移動が規制される。つまり、本実施形態の力センサ２では、コア４の径方向の移動を規制することができ、コア４が径方向に沿って外部に飛び出すのを防止することができる。
【００６９】
また、本実施形態の力センサ２では、縁部２１１，２２１を備えない場合と比較して、弾性体２３の厚さ寸法を小さくすることができる。つまり、本実施形態の力センサ２では、径方向に沿って外力が加わる部位（図７Ａにおける左右両端部）において、第１挟み込み部材２１および第２挟み込み部材２２よりも強度の低い弾性体２３が占める割合が小さくなる。このため、本実施形態の力センサ２では、縁部２１１，２２１を備えない場合と比較して、径方向に沿って加わる外力に対する強度を高めることができる。
【００７０】
さらに、本実施形態の力センサ２では、縁部２１１，２２１を備えない場合と比較して、弾性体２３の使用量を抑えることができる。つまり、本実施形態の力センサ２では、縁部２１１，２２１を備えない場合と比較して、弾性体２３の使用量を抑えることで、耐用年数を長くすることができる。
【００７１】
また、本実施形態の力センサ２では、第１挟み込み部材２１の縁部２１１を含めた全体の形状は、上面を開口した箱状となっている。同様に、第２挟み込み部材２２の縁部２２１を含めた全体の形状は、下面を開口した箱状となっている。つまり、本実施形態の力センサ２では、第１挟み込み部材２１および第２挟み込み部材２２の少なくとも一方は、他方と対向する一面が開口した箱状に形成されている。なお、当該構成を採用するか否かは任意である。
【００７２】
ここで、本実施形態の力センサ２では、図３に示す構成と同様に、第１挟み込み部材２１および第２挟み込み部材２２は、それぞれコア４の中空部４０と連続して上下方向（検知方向）に貫通する通孔２１０，２２０を有していてもよい（図７Ａ参照）。この構成では、第１挟み込み部材２１における通孔２１０の周縁と、第２挟み込み部材２２における通孔２２０の周縁との間にも、弾性体２３が設けられている。そして、第１挟み込み部材２１における通孔２１０の周縁から上向きに突出するようにして、さらに縁部２１１が第１挟み込み部材２１と一体に形成されていてもよい。同様に、第２挟み込み部材２２における通孔２２０の周縁から下向きに突出するようにして、さらに縁部２２１が第２挟み込み部材２２と一体に形成されていてもよい。
【００７３】
つまり、第１挟み込み部材２１および第２挟み込み部材２２の少なくとも一方は、通孔２１０，２２０の周縁から上下方向（検知方向）において検知部２０側に突出する内壁２１１Ａ，２２１Ａをさらに備えていてもよい。この構成では、通孔２１０，２２０を有する構成においても、上記と同様の効果を奏することができる。
【００７４】
ところで、本実施形態の力センサ２においては、第１挟み込み部材２１および第２挟み込み部材２２の少なくとも一方が縁部２１１，２２１を備えていればよい。たとえば図８に示すように、力センサ２は、第２挟み込み部材２２のみが縁部２２１を有する構成であってもよい。この構成では、縁部２１１，２２１を両方備える場合と比較して、コストを低減することができる。もちろん、力センサ２は、第１挟み込み部材２１のみが縁部２１１を有する構成であってもよい。
【００７５】
以下、実施形態３の変形例１〜６の力センサ２および力検知装置１についてそれぞれ図面を用いて説明する。なお、各変形例の力センサ２および力検知装置１において、実施形態３と共通する構成要素については適宜説明を省略する。
【００７６】
＜変形例１＞
変形例１の力センサ２では、図９Ａに示すように、第２挟み込み部材２２は、その外径φ２が第１挟み込み部材２１の外径φ１よりも大きくなっている。このため、第１挟み込み部材２１は、下面を開口した箱状に形成された第２挟み込み部材２２の開口を塞ぐ蓋になっている。つまり、本変形例の力センサ２では、第１挟み込み部材２１および第２挟み込み部材２２の一方（ここでは、第１挟み込み部材２１）は、他方（ここでは、第２挟み込み部材２２）の縁部２２１に囲まれた開口を塞ぐ蓋である。
【００７７】
本変形例の力センサ２では、径方向において、縁部２２１と第１挟み込み部材２１とが弾性体２３を挟んで対向する。したがって、本変形例の力センサ２では、径方向に沿って外力が加わったとしても、第１挟み込み部材２１および第２挟み込み部材２２、並びにコア４の径方向のぐらつきを抑えることができ、結果として荷重に対する検知精度を向上させることができる。
【００７８】
もちろん、本変形例の力センサ２は、第１挟み込み部材２１の外径φ１が、第２挟み込み部材２２の外径φ２よりも大きい構成であってもよい。つまり、第２挟み込み部材２２が、上面を開口した箱状に形成された第１挟み込み部材２１の開口を塞ぐ蓋になっていてもよい。また、力センサ２は、たとえば図９Ｂに示すように、第２挟み込み部材２２のみが縁部２２１を有する構成であってもよい。
【００７９】
＜変形例２＞
変形例２の力センサ２では、図１０Ａに示すように、縁部２１１，２２１のそれぞれが凸部２１２，２２２を有している。凸部２１２は、平面視で円環状であって、縁部２１１から上向きに突出するようにして、縁部２１１と一体に形成されている。凸部２２２は、平面視で円環状であって、縁部２２２から下向きに突出するようにして、縁部２２１と一体に形成されている。そして、凸部２１２，２２２は、それぞれ径方向において弾性体２３を挟んで互いに対向する厚さ寸法で形成されている。
【００８０】
つまり、本変形例の力センサ２では、縁部２１１，２２１は、第１挟み込み部材２１および第２挟み込み部材２２のそれぞれの外周縁に設けられている。そして、第１挟み込み部材２１の縁部２１１および第２挟み込み部材２２の縁部２２１は、それぞれコア４の径方向において互いに移動を規制する規制構造（凸部２１２，２２２）を有している。
【００８１】
このため、本変形例の力センサ２では、規制構造により、第１挟み込み部材２１と第２挟み込み部材２２とを安定的に結合することができる。したがって、本変形例の力センサ２では、径方向に沿って外力が加わったとしても、第１挟み込み部材２１および第２挟み込み部材２２、並びにコア４の径方向のぐらつきを抑えることができ、結果として荷重に対する検知精度を向上させることができる。
【００８２】
ここで、図１０Ａに示す例では、凸部２１２が径方向における内側、凸部２２２が径方向における外側に配置されているが、他の配置であってもよい。たとえば、図１０Ｂに示すように、凸部２１２が径方向における外側、凸部２２２が径方向における内側に配置されていてもよい。
【００８３】
また、たとえば図１０Ｃに示すように、第１挟み込み部材２１の縁部２１１に凹部２１３、第２挟み込み部材２２の縁部２２１に凸部２２２を形成し、凹部２１３および凸部２２２で規制構造を構成してもよい。
【００８４】
＜変形例３＞
変形例３の力センサ２では、図１１に示すように、縁部２１１は、第１挟み込み部材２１と一体に形成されておらず、第１挟み込み部材２１と別体に構成されている。つまり、第１挟み込み部材２１は、板状の部材と、縁部２１１を構成する環状の部材とで構成されている。言い換えれば、縁部２１１は、縁部２１１が設けられる挟み込み部材（ここでは、第１挟み込み部材）２１とは異なる部材で構成されている。もちろん、縁部２２１が、第２挟み込み部材２２とは異なる部材であってもよい。
【００８５】
このため、本変形例の力センサ２では、たとえば汎用のリングプレートを縁部２１１（縁部２２１）に用いることができる。したがって、本変形例の力センサ２では、縁部２１１（縁部２２１）を第１挟み込み部材２１（第２挟み込み部材２２）と一体に形成する場合と比較して、コストを低減することができる。なお、本変形例の力センサ２に限らず、実施形態３の力センサ２、変形例１，２の力センサ２、後述する変形例４〜６の力センサ２においても、縁部２１１（縁部２２１）は、第１挟み込み部材２１（第２挟み込み部材２２）とは異なる部材で構成されていてもよい。
【００８６】
ここで、たとえば、第１挟み込み部材２１は、板状の部材と、縁部２１１を構成する環状の部材とで構成することが考えられる。同様に、第２挟み込み部材２２も、板状の部材と、縁部２２１を構成する環状の部材とで構成することが考えられる。この構成では、各板状の部材と、各環状の部材とをそれぞれ共通の部材で構成すれば、さらにコストを低減することが可能である。
【００８７】
また、本変形例の力センサ２では、縁部２１１（縁部２２１）の設計の自由度を高めることができる。図１１に示す例では、縁部２１１は、径方向において第２挟み込み部材２２の縁部２２１よりも内側に配置され、かつ、径方向において縁部２２１と対向するように設けられている。このため、縁部２１１は、コア４および基板２４が設けられている空間に弾性体２３が浸入するのを防ぐストッパとして機能している。なお、図１１における縁部２１１，２２１間の隙間は、狭い方が好ましい。
【００８８】
＜変形例４＞
変形例４の力センサ２では、図１２に示すように、第１挟み込み部材２１および第２挟み込み部材２２は、それぞれ接合部２１４，２２３を有している。接合部２１４は、第１挟み込み部材２１が径方向に沿って外向きに延びることで形成されている。接合部２２３は、縁部２２１の下端から径方向に沿って外向きに延びるようにして、縁部２２１と一体に形成されている。また、接合部２１４の上面および接合部２２３の下面は、それぞれ弾性体２３が接合される接合領域２１４Ａ，２２３Ａとなっている。
【００８９】
つまり、本変形例の力センサ２は、第１挟み込み部材２１および第２挟み込み部材２２のそれぞれの外周縁から検知方向と直交する方向（径方向）に突出する接合部２１４，２２３を有している。そして、第１挟み込み部材２１の接合部２１４および第２挟み込み部材２２の接合部２２３は、それぞれ弾性体２３により互いに接合される接合領域２１４Ａ，２２３Ａを有している。
【００９０】
このため、本変形例の力センサ２では、接合部２１４，２２３を有さない場合と比較して、弾性体２３が接合される面積を広げることができるので、弾性体２３を設け易く、結果的に組み立てやすいという利点がある。たとえば、弾性体２３が接着剤であれば、弾性体２３を塗布する領域が広くなるために、弾性体２３を塗布し易い。また、弾性体２３が接合される面積が広くなることから、第１挟み込み部材２１と第２挟み込み部材２２との接合の信頼性も向上させることができる。
【００９１】
さらに、本変形例の力センサ２では、第２挟み込み部材２２は、接合部２２３を備えることにより、径方向において段差が生じている。このため、本変形例の力センサ２は、たとえば第１挟み込み部材２１および第２挟み込み部材２２がそれぞれ通孔２１０，２２０を有しており、図４Ｂに示す例のような場合に好適である。つまり、ボルトＢ１を通孔２１０，２２０に挿し通してレンチを用いてナットＣ１を締め付ける際に、上述の段差がレンチの逃げとして機能するため、ナットＣ１を締め付ける作業を行い易い。
【００９２】
ここで、本変形例の力センサ２では、たとえば図１３Ａに示すように、第１挟み込み部材２１の接合部２１４および第２挟み込み部材２２の接合部２２３は、ろう２５により、互いにろう付けされていてもよい。言い換えれば、第１挟み込み部材２１および第２挟み込み部材２２は、互いにろう付けされていてもよい。ろう２５は、たとえばアルミニウムなどのコア４よりも剛性が低く、比較的弾性のある金属材料である。この構成では、第１挟み込み部材２１と第２挟み込み部材２２との接合の信頼性を向上させることができる。なお、本変形例の力センサ２に限らず、実施形態３の力センサ２、変形例１〜３の力センサ２、後述する変形例５，６の力センサ２においても、第１挟み込み部材２１および第２挟み込み部材２２は、互いにろう付けされていてもよい。
【００９３】
また、たとえば図１３Ｂに示すように、本変形例の力センサ２は、弾性体２３を備えずに、第１挟み込み部材２１の接合部２１４および第２挟み込み部材２２の接合部２２３を、互いにろう付けした構成であってもよい。
【００９４】
つまり、力センサ２は、検知部２０と、第１挟み込み部材２１および第２挟み込み部材２２とを備えていてもよい。検知部２０は、磁性体で形成されて中空部４０を有するコア４、およびコア４と磁気的に結合するコイル５を有している。検知部２０では、通電によりコイル５が発生する磁束の通る磁路Ｍ１が、コア４の中空部４０の周方向に沿って形成される。第１挟み込み部材２１および第２挟み込み部材２２は、検知部２０を所定の検知方向の両側から挟むように配置されている。検知部２０は、検知方向に沿う向きに第１挟み込み部材２１および第２挟み込み部材２２から掛かる荷重を受けるように構成されている。そして、第１挟み込み部材２１および第２挟み込み部材２２は、互いにろう付けされている。
【００９５】
また、たとえば図１３Ｃに示すように、本変形例の力センサ２において、第１挟み込み部材２１は、縁部２１１をさらに備えていてもよい。そして、第１挟み込み部材２１は、第２挟み込み部材２２の外径φ２よりも大きい外径φ１を有する寸法で形成されていてもよい。この構成では、径方向において、縁部２１１と接合部２２３とが弾性体２３を挟んで対向する。したがって、この構成では、径方向に沿って外力が加わったとしても、第１挟み込み部材２１および第２挟み込み部材２２、並びにコア４の径方向のぐらつきを抑えることができ、結果として荷重に対する検知精度を向上させることができる。なお、図１３Ｃにおける縁部２１１と接合部２２３との間の隙間は、狭い方が好ましい。
【００９６】
この構成においても、力センサ２は、弾性体２３を備えていなくてもよい。つまり、力センサ２は、弾性体２３を備えない構成においても、第１挟み込み部材２１および第２挟み込み部材２２の少なくとも一方の外周縁から上下方向（検知方向）において検知部２０側に突出する縁部２１１，２２１をさらに備えていてもよい。そして、第１挟み込み部材２１および第２挟み込み部材２２のいずれか一方（ここでは、第２挟み込み部材２２）は、他方（ここでは、第１挟み込み部材２１）の縁部２１１に囲まれた開口を塞ぐ蓋であってもよい。
【００９７】
＜変形例５＞
変形例５の力センサ２は、図１４に示すように、調整ばね２６をさらに備えている。調整ばね２６は、コア４よりも弾性率が低く、たとえばコイルばねや板ばねで構成されている。調整ばね２６は、第１挟み込み部材２１および第２挟み込み部材２２に挟まれるようにして、基板２４を上下方向（検知方向）に貫通した状態で複数箇所に設けられている。
【００９８】
したがって、本変形例の力センサ２では、調整ばね２６によりコア４に掛かる荷重を調整することができるので、荷重の検知精度を向上させることができる。ここで、調整ばね２６は、たとえばスポンジ状の弾性体で構成され、第１挟み込み部材２１および第２挟み込み部材２２に挟まれるようにして、コア４の全周に亘って設けられていてもよい。
【００９９】
＜変形例６＞
変形例６の力センサ２は、図１５に示すように、剛体２７を上下方向（検知方向）の両側から挟むようにして、弾性体２３を設けている。剛体２７は、たとえば金属材料などの弾性体２３よりも剛性の高い材料で構成される。この構成では、剛体２７を備えない場合と比較して、径方向に沿って外力が加わる部位において、弾性体２３の占める割合を小さくできるので、径方向に沿って加わる外力に対する強度を高めることができる。
【０１００】
＜力検知システムおよび力検知方法＞
以下、本発明の実施形態に係る力検知システム１００および力検知方法について説明する。但し、以下に説明する構成は、本発明の一例に過ぎず、本発明は下記の実施形態に限定されることはない。また、本発明は、この実施形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。
【０１０１】
本実施形態の力検知システム１００は、図１６に示すように、複数の力センサ２と、収集装置６と、受信端末７とを備えている。複数の力センサ２は、それぞれ上述の実施形態１〜３、変形例１〜６のいずれかの力センサ２である。
【０１０２】
複数の力センサ２と収集装置６との間は、それぞれ電源線１０１および信号線１０２で互いに電気的に接続されている。ここでは、電源線１０１は、接地線を含む２線で構成されている。つまり、本実施形態の力検知システム１００では、複数の力センサ２と収集装置６とは、スター型配線により接続されている。
【０１０３】
収集装置６は、たとえばデータロガ（data logger）である。収集装置６は、たとえば商用電源からＡＣ／ＤＣコンバータを介して直流電圧（たとえば１２Ｖ）を供給されることで動作する。複数の力センサ２は、それぞれ収集装置６から電源線１０１を介して直流電圧（たとえば５Ｖまたは１２Ｖ）を供給されることで動作する。複数の力センサ２は、それぞれ信号線１０２を介して出力信号（たとえば５Ｖのアナログ電圧信号）を出力する。
【０１０４】
収集装置６は、複数の力センサ２から検知データを収集する。本実施形態の力検知システム１００では、収集装置６は、検知回路３を有している。そして、収集装置６では、検知回路３が力センサ２の出力信号に基づいて検知データを生成する。つまり、収集装置６は、複数の力センサ２の各々の出力信号を取り込んで検知回路３で検知データを生成することにより、複数の力センサ２から検知データを収集する。
【０１０５】
もちろん、複数の力センサ２は、それぞれ検知回路３を備える複数の力検知装置１であってもよい。この場合、収集装置６は、検知回路３を備える必要はない。そして、収集装置６は、複数の力検知装置１の各々から検知データを含む出力信号を取り込むことで、検知データを収集する。
【０１０６】
受信端末７は、収集装置６との間で有線または無線により通信可能に構成されている。つまり、収集装置６と受信端末７とは、たとえば有線ＬＡＮ（Local Area Network）や無線ＬＡＮなどのネットワークを介して通信する。ここでは、収集装置６と受信端末７との間は、無線により通信可能に構成されていると仮定する。
【０１０７】
受信端末７は、収集装置６の収集した検知データを含むデータ信号を受信する。受信端末７は、たとえば基地局が備える通信機器であってもよい。また、受信端末７は、たとえば一般道路や高速道路上を走行するパトロールカーＦ１（図１７Ａ、図１７Ｂ参照）に搭載された通信機器であってもよい。その他、受信端末７は、たとえばパトロールカーＦ１の乗務員が所有するスマートホンやタブレットなどの携帯端末であってもよい。
【０１０８】
上述のように、本実施形態の力検知システム１００は、力センサ２を複数備えている。そして、複数の力センサ２は、それぞれ複数のねじ（たとえばボルト）に取り付けられ、対象のねじの締付軸力を検知することで、対象のねじの緩みを検知する。言い換えれば、本実施形態の力検知方法は、力センサ２を複数用いて、複数の力センサ２をそれぞれ複数のねじに取り付けて、複数のねじの各々の緩みを検知する。
【０１０９】
本実施形態の力検知システム１００は、たとえば図１７Ａに示すように、トンネルＥ１内の天井に取り付けられるジェットファンＥ１１の監視に用いることができる。ジェットファンＥ１１は、複数のアンカーボルト（複数のねじ）Ｅ１２を用いてトンネルＥ１内の天井に取り付けられている。複数の力センサ２は、それぞれ複数のアンカーボルトＥ１２に取り付けられている。収集装置６は、トンネルＥ１の内壁に取り付けられている。
【０１１０】
ここでは、収集装置６は、トンネルＥ１内を走行するパトロールカーＦ１と無線で通信可能な位置に設けられていればよく、トンネルＥ１の内壁に取り付けられていなくてもよい。たとえば、収集装置６は、トンネルＥ１内に設けられている照明器具や制御盤に取り付けられていてもよい。この場合、照明器具や制御盤は、収集装置６を備えずに、収集装置６の機能を有していてもよい。
【０１１１】
したがって、本実施形態の力検知システム１００は、複数のアンカーボルトＥ１２の各々に対して締め付けられるナット（ねじ）の緩みを検知することで、ジェットファンＥ１１が天井に正常に取り付けられているか否かを監視することができる。また、本実施形態の力検知システム１００は、ジェットファンＥ１１の代わりに、トンネルＥ１内の天井に取り付けられる照明器具の監視に用いることも可能である。
【０１１２】
また、本実施形態の力検知システム１００は、たとえば図１７Ｂに示すように、一般道路や高速道路などで混雑状態の告知や工事の予告を行う情報板Ｇ１の監視に用いることができる。情報板Ｇ１は、複数のボルト（複数のねじ）を用いて一般道路や高速道路に設けられた支柱Ｇ１１に取り付けられている。複数の力センサ２は、それぞれ複数のボルトに取り付けられている。収集装置６は、支柱Ｇ１１に取り付けられている。ここでは、収集装置６は、道路を走行するパトロールカーＦ１と無線で通信可能な位置に設けられていればよく、情報板Ｇ１に取り付けられていてもよい。
【０１１３】
したがって、本実施形態の力検知システム１００は、複数のボルトの各々に対して締め付けられるナット（ねじ）の緩みを検知することで、情報板Ｇ１が支柱Ｇ１１に正常に取り付けられているか否かを監視することができる。なお、収集装置６は、商用電源からの電力供給により動作する構成ではなく、たとえば太陽光電源や二次電池からの電力供給により動作する構成であってもよい。
【０１１４】
ところで、本実施形態の力検知システム１００は、たとえば図１８Ａに示すように、複数の分岐器１０３を備えていてもよい。そして、複数の力センサ２は、それぞれ収集装置６に接続される１本の電源線１０１から分岐器１０３を介して分岐接続するバス型配線により、収集装置６と接続されていてもよい。以下では、複数の分岐器１０３のうちの１つの分岐器１０３と、この分岐器１０３に接続される力センサ２に焦点を当てて説明する。
【０１１５】
分岐器１０３は、制御装置１０４を有している。制御装置１０４は、たとえばマイコン（マイクロコンピュータ）や入出力端子などを基板に実装して構成されている。制御装置１０４と収集装置６との間は、電源線１０１および信号線１０２により互いに電気的に接続されている。また、制御装置１０４と力センサ２との間は、電源線１０５および信号線１０６により互いに電気的に接続されている。したがって、力センサ２は、電源線１０１、制御装置１０４、および電源線１０５を介して直流電圧を供給されることで動作する。制御装置１０４は、信号線１０６を介して力センサ２の出力信号を取り込む機能と、信号線１０２を介して取り込んだ出力信号を収集装置６に送信する機能とを有している。収集装置６と制御装置１０４との間の通信は、たとえば通信規格ＲＳ−４８５に則ったシリアル通信である。
【０１１６】
また、本実施形態の力検知システム１００は、たとえば図１８Ｂに示すように、複数の制御装置１０４の代わりに、複数のＰＬＣ（Power Line Communication：電力線搬送通信）モジュール１０７を備えていてもよい。そして、複数の力センサ２は、それぞれ１本の電源線１０１および複数のＰＬＣモジュール１０７を介して、電力線搬送通信により収集装置６との間で通信を行うように構成されていてもよい。この構成では、信号線１０２は不要である。なお、図１８Ｂに示す例において、力センサ２の接続されていないＰＬＣモジュール１０７は、中継器として機能する。
【０１１７】
また、本実施形態の力検知システム１００は、たとえば図１８Ｃに示すように、１つのＰＬＣモジュール１０７と、このＰＬＣモジュール１０７に接続される複数の力センサ２とを、既設の電気機器（たとえば照明器具）１０８に組み込んで構成されていてもよい。この構成では、電気機器１０８が分岐器１０３の代わりとなるので、分岐器１０３が不要となる。なお、図１８Ｃに示す例では、電源線１０５および信号線１０６を１組のみ図示しているが、実際には、複数の力センサ２の各々とＰＬＣモジュール１０７とが電源線１０５および信号線１０６により電気的に接続されている。また、図１８Ｃに示す例では、電気機器１０８に複数の力センサ２、およびＰＬＣモジュール１０７を組み込んでいるが、他の構成であってもよい。たとえば、電気機器１０８にＰＬＣモジュール１０７のみを組み込み、複数の力センサ２を電気機器１０８とは異なる場所に設置する構成であってもよい。
【０１１８】
本実施形態の力検知システム１００では、複数の力センサ２の他に、収集装置６と、受信端末７とを備えているが、収集装置６および受信端末７は必須の構成要件ではない。つまり、本実施形態の力検知システム１００は、複数の力センサ２を備えていればよく、収集装置６または収集装置６および受信端末７をさらに備えるか否かは任意である。
【０１１９】
たとえば、力検知システム１００は、複数の力センサ２の他に、複数の力センサ２の各々から検知データを収集する収集装置６をさらに備えて構成されていてもよい。また、力検知システム１００は、複数の力センサ２および収集装置６の他に、収集装置６の収集した検知データを含むデータ信号を受信する受信端末７をさらに備えて構成されていてもよい。
【０１２０】
＜力センサおよび力検知装置の利用例＞
上述の実施形態１〜３、変形例１〜６の力センサ２および力検知装置１は、磁歪式である。このため、力センサ２および力検知装置１は、歪みゲージ式や圧電式の力センサおよび力検知装置と比較して、コストを大幅に低減しつつも小型化を図ることができ、かつ大きな荷重を検知することが可能である。とくに、力センサ２および力検知装置１は、上述のボルトのように、小型でかつ大きな荷重の検知を必要とする対象物に適している。
【０１２１】
そして、実施形態１〜３、変形例１〜６の力センサ２および力検知装置１は、たとえば上述のボルトやシャフトなどの締付軸力を検知することで、ボルトやシャフトに締め付けられるナットの緩みを監視することができる。たとえば、力センサ２および力検知装置１は、ナットの緩み、破断、腐食といった異常を監視することができる。また、力センサ２および力検知装置１は、ボルトの異常を検知することで、ボルトが設けられた周辺のコンクリートの浮き、ひび、空隙といった異常も監視することができる。
【０１２２】
また、実施形態１〜３、変形例１〜６の力センサ２および力検知装置１は、たとえば吊り金具、ターンバックル、固定金具、アンカーボルト、ボルトおよびナット、継手などの取付金具に用いることができる。これら取付金具は、たとえば照明（照明灯、トンネル照明など）、情報板、標識、ジェットファン、ケーブルラック、信号機、遮音壁、天井板、法面、レール、枕木などのインフラストラクチャー（infrastructure）の附属物に用いることができる。
【０１２３】
そして、これらの附属物は、たとえば道路（道路橋、道路トンネルなど）、河川、ダム、砂防、海岸、下水道、港湾、空港といったインフラストラクチャーに用いることが考えられる。その他、これらの附属物は、たとえば鉄道（鉄道橋、鉄道トンネル、鉄道線路、鉄道電路設備など）、航路、公園、住宅、プラント、電力設備（電柱や鉄塔など）といったインフラストラクチャーに用いることができる。
【０１２４】
具体的には、力センサ２および力検知装置１は、道路橋の情報板の固定金具、道路トンネルのジェットファンのターンバックル、ダムの法面のアンカーボルトに用いることができる。その他、力センサ２および力検知装置１は、鉄道トンネルの照明のボルトおよびナット、鉄道線路の枕木の固定金具、下水道配管の継手のボルト、公園の遊具の取付金具に用いることができる。
【０１２５】
さらに、実施形態１〜３、変形例１〜６の力センサ２および力検知装置１は、上記のインフラストラクチャー分野に限らず、たとえば産業分野や民生分野での利用も可能である。産業分野においては、たとえば産業機器、産業ロボット、トラック、エレベータ、船舶、建築用の足場、仮設設備などに力センサ２および力検知装置１を用いることができる。また、民生分野においては、たとえば民生機器、民生ロボット、遊具（たとえば、ジェットコースター）などに力センサ２および力検知装置１を用いることができる。
【０１２６】
また、実施形態１〜３、変形例１〜６の力センサ２および力検知装置１は、ボルトやシャフトの締付軸力を検知する用途に限定されず、他の用途であってもよい。たとえば、力センサ２および力検知装置１は、対象物に加えられる張力を検知する用途にも適している。具体的には、力センサ２および力検知装置１は、ケーブルなどにより吊り下げられている物体が正常に固定されているか否かの監視や、吊り橋ケーブルの監視に用いることができる。
【０１２７】
また、実施形態１〜３、変形例１〜６の力センサ２および力検知装置１は、対象物の重量を検知する用途にも適している。具体的には、力センサ２および力検知装置１は、ボトルやバッグ、タンクなどの内部に納められている物体の重量の検知や、過積載であるか否かの検知に用いることができる。
【０１２８】
また、実施形態１〜３、変形例１〜６の力センサ２および力検知装置１は、対象物に加えられる圧力を検知する用途にも適している。具体的には、力センサ２および力検知装置１は、プレス機械が対象物に加える圧力の検知や、押出機が対象物を溶融して押し出す際の圧力の検知に用いることができる。
【０１２９】
また、実施形態１〜３、変形例１〜６の力センサ２および力検知装置１は、対象物に加わる荷重を検知する用途にも適している。具体的には、力センサ２および力検知装置１は、温水便座や介護用ベッド、タッチペン、スイッチに加わる荷重の検知に用いることができる。
【０１３０】
また、実施形態１〜３、変形例１〜６の力センサ２および力検知装置１は、対象物に加わる握力を検知する用途にも適している。具体的には、力センサ２および力検知装置１は、電動ドライバ、電動歯ブラシ、パチンコのハンドル、釣竿、自動二輪車のブレーキ、自動二輪車のスロットルに加わる握力の検知に用いることができる。
【０１３１】
その他、実施形態１〜３、変形例１〜６の力センサ２および力検知装置１は、対象物に加えられる踏力を検知する用途にも適している。具体的には、力センサ２および力検知装置１は、自動車のアクセルやブレーキに加わる踏力の検知に用いることができる。
【符号の説明】
【０１３２】
１  力検知装置
２  力センサ
２０  検知部
２１  第１挟み込み部材
２２  第２挟み込み部材
２１０，２２０  通孔
２１１，２２１  縁部
２１１Ａ，２２１Ａ  内壁
２１２，２２２  凸部（規制構造）
２１３  凹部（規制構造）
２１４，２２３  接合部
２１４Ａ，２２３Ａ  接合領域
２３  弾性体
３  検知回路
４  コア
４０  中空部
５  コイル
６  収集装置
７  受信端末
１００  力検知システム
Ｅ１２  アンカーボルト（ねじ）
【図１】
2017075870.tif 000003
【図２】
2017075870.tif 000004
【図３】
2017075870.tif 000005
【図４】
2017075870.tif 000006
【図５】
2017075870.tif 000007
【図６】
2017075870.tif 000008
【図７】
2017075870.tif 000009
【図８】
2017075870.tif 000010
【図９】
2017075870.tif 000011
【図１０】
2017075870.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
2017075870.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
2017075870.tif 000016
【図１５】
2017075870.tif 000017
【図１６】
2017075870.tif 000018
【図１７】
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【図１８】
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