(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部機器に固定される一端側の取付部と、この取付部に隣接する開口と、前記取付部から前記開口の側縁に沿って他端側へ延び、少なくとも片面を平坦な印刷面となした起歪部と、前記他端側で前記起歪部に連結されて前記開口内へ舌状に突出する受圧部と、前記起歪部の前記印刷面に印刷形成され、前記受圧部に印加される荷重に応じて生じる該起歪部の歪を検出する歪検出素子とを備え、前記受圧部に荷重が印加されていない状態で、該受圧部の先端部が前記印刷面を含む平面よりも板厚方向下側に位置するように構成したことを特徴とする荷重センサ。
【請求項２】
請求項１の記載において、前記受圧部をその先端側の板厚が基端側の板厚よりも薄い形状にしたことを特徴とする荷重センサ。
【請求項３】
請求項１の記載において、前記受圧部をその先端側が前記印刷面を含む平面から漸次離反するように折曲させ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、受圧部の荷重点に加わる荷重を歪検出素子を設けた起歪部の撓み具合によって検出する荷重センサに係り、特に、歪検出素子が起歪部に印刷形成される荷重センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１１はこの種の荷重センサの従来技術を示す平面図、図１２は図１１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。これらの図において、符号１は荷重センサのベース体を総括的に示している。このベース体１は１枚の金属板を加工したもので、固定端側の取付部２と、この取付部２から隣接する開口３の両側縁に沿って延びる一対の起歪部４と、これら両起歪部４の自由端側を連結している連結部５と、この連結部５から開口３内へ舌状に突出している受圧部６とからなる。
【０００３】
ベース体１の片面は平坦な印刷面となっており、この印刷面上に、図示せぬ絶縁コート層と配線パターンとが印刷形成されている。また、各起歪部４は取付部２に近い部位４ａと連結部５に近い部位４ｂにおいて板厚が薄く形成されており、この肉薄な部位４ａ，４ｂ上の前記絶縁コート層上にはそれぞれ、厚膜抵抗体からなる歪検出素子７，８が印刷形成されている。なお、計４か所に配設されている歪検出素子７，８は、前記配線パターンにより結線されてホイートストンブリッジ回路を構成している。取付部２には一対の軸孔２ａが穿設されていて、各軸孔２ａにはボルト９が挿通されており、このボルト９の頭部で軸孔２ａの周縁部を加圧することによって、取付部２は外部の支持部材１０上に固定されている。舌状の受圧部６の先端部には荷重点６ａが設けられており、この荷重点６ａに外部から荷重が印加されると、各起歪部４の肉薄な部位４ａ，４ｂに逆向きの曲げモーメントが発生して、各起歪部４は緩やかなＳ字形状に撓む。つまり、荷重点６ａに上から荷重が加わると、起歪部４のうち取付部２に近い肉薄な部位４ａは上に凸な形状に撓むが、連結部５に近い肉薄な部位４ｂは下に凸な形状に撓むので、部位４ａ上の歪検出素子７は引っ張り応力を検出し、部位４ｂ上の歪検出素子８は圧縮応力を検出する。このように起歪部４に発生する歪を歪検出素子７，８によって検出すれば、その歪の大きさから、荷重点６ａに作用している荷重を求めることができる。
【０００４】
なお、歪検出素子を搭載した片持ち梁状の板状部材の先端部に荷重を加えるように構成した荷重センサも知られているが、このものは逆向きの曲げモーメントを発生する複数の場所で応力を検出することができないので、上述した構成のものに比べて精度の向上が図りにくいという難点がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図１１，１２に示すような従来の荷重センサは、ベース体１の平坦な印刷面に配線パターンや歪検出素子７，８等を印刷形成して製造するというものなので、量産しやすく低コスト化に好適である。しかしながら、ベース体１の印刷面側を受圧部６も含めてすべて同一平面内に位置させる設計になっているため、配線パターン等を印刷形成する際の加熱工程で舌状の受圧部６に反りが生じ、荷重点６ａを有する受圧部６の先端部が該印刷面よりも上に位置してしまうことがあった。その場合、受圧部６の先端部に干渉されて歪検出素子７，８の印刷が円滑に行えなくなるので、センシング精度が損なわれる恐れがあり、製造歩留まりも低下しやすくなる。
【０００６】
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、受圧部の反りに起因する歪検出素子の印刷不良が回避でき、品質の安定化や製造歩留まりの向上に好適な荷重センサを提供することにある。
【０００７】
【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、外部機器に固定される一端側の取付部と、この取付部に隣接する開口と、前記取付部から前記開口の側縁に沿って他端側へ延び、少なくとも片面を平坦な印刷面となした起歪部と、前記他端側で前記起歪部に連結されて前記開口内へ舌状に突出する受圧部と、前記起歪部の前記印刷面に印刷形成され、前記受圧部に印加される荷重に応じて生じる該起歪部の歪を検出する歪検出素子とを備え、前記受圧部に荷重が印加されていない状態で、該受圧部の先端部が前記印刷面を含む平面よりも板厚方向下側に位置するように構成した。
【０００８】
このように、荷重点を有する受圧部の先端部を予め起歪部の印刷面を含む平面よりも板厚方向下側に位置させておけば、製造時の加熱工程で受圧部に反りが生じた場合にも、受圧部が起歪部の印刷面よりも上に位置してしまう心配がなくなるので、受圧部の反りに起因する歪検出素子の印刷不良が回避できる。
【０００９】
なお、起歪部の印刷面を含む平面に対して受圧部の先端部を予め下げておくためには、例えば、受圧部の先端側の板厚を基端側の板厚よりも薄く形成したり、あるいは、板厚が均一な受圧部をその先端側が印刷面を含む平面から漸次離反するように折曲させておけばよい。
【００１０】
【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の実施形態例に係る荷重センサの側面図、図２は図１に示す荷重センサの平面図、図３は図１，２に示す荷重センサの製造時の印刷工程図、図４は図１〜図３に示す受圧部の変形例を示す断面図、図５は第２の実施形態例に係る荷重センサの斜視図、図６は図５に示す荷重センサの要部平面図、図７は図６のＣ−Ｃ線に沿う断面図、図８は第３の実施形態例に係る荷重センサの斜視図、図９は図８に示す荷重センサの受圧部の断面図、図１０は図８，９に示す受圧部の変形例を示す断面図である。なお、これらの図において、従来技術の説明に用いた図１１，１２と対応する部分には同一符号を付してある。
【００１１】
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は荷重センサのベース体、１１はベース体１上に印刷形成された絶縁コート層、１２は絶縁コート層１１上に印刷形成された配線パターンを示している。ベース体１はＳＵＳ等の１枚の金属板を加工したもので、固定端側の取付部２と、この取付部２から隣接する開口３の両側縁に沿って延びる一対の起歪部４と、これら両起歪部４の自由端側を連結している連結部５と、この連結部５から開口３内へ舌状に突出している受圧部６とからなり、受圧部６の先端部は測定対象物の荷重が印加される荷重点６ａとなっている。図１に示すように、この受圧部６は荷重点６ａが設けられた面を傾斜面とすることにより、その先端側が漸次肉薄になるように形成されており、したがって、荷重が印加されていない無負荷状態で受圧部６の先端部は開口３内に没入した位置に配置されることとなる。また、ベース体１のうち、各起歪部４は他の部分よりも板厚が薄く形成され、撓みやすくなっている。
【００１２】
図３（ａ）に示すように、このベース体１の片面（図１の上面）には絶縁コート層１１が印刷形成されており、図３（ｂ）に示すように、この絶縁コート層１１上には配線パターン１２が印刷形成されている。さらに、図３（ｃ）に示すように、各起歪部４上の所定位置には厚膜抵抗体からなる歪検出素子７，８が印刷形成されている。そして、計４か所に形成されている歪検出素子７，８が、配線パターン１２により結線されてホイートストンブリッジ回路を構成している。また、取付部２には軸孔２ａ（図３参照）が穿設されており、この軸孔２ａに挿通したボルト９が外部の支持部材１０のねじ孔に強い締結力で螺着させてある。つまり、ボルト９の頭部で軸孔２ａの周縁部を加圧することにより、取付部２が外部の支持部材１０上に固定されている。ただし、軸孔２ａの中心Ｐと開口３内とを通過する直線群が図２中の角度θの範囲内に限定されることを考慮して、この範囲内に歪検出素子７，８を印刷形成し、ボルト９を強く締め付けても歪検出素子７，８の特性に悪影響が及ばないようにしてある。
【００１３】
この荷重センサは、受圧部６の先端部の荷重点６ａに荷重が印加されると、肉薄な各起歪部４が撓む。このとき、各起歪部４は緩やかなＳ字形状に撓んで、取付部２の近傍と連結部５の近傍とが逆向きの曲げモーメントを発生するので、取付部２の近傍の歪検出素子７は引っ張り応力を検出し、連結部５の近傍の歪検出素子８は圧縮応力を検出する。したがって、これら歪検出素子７，８により検出した歪の大きさから、荷重点６ａに作用している荷重を高精度に求めることができる。しかも、この荷重センサの場合、荷重点６ａから歪検出素子７までの距離と歪検出素子８までの距離とが略同等に設定してあるので、歪検出素子７の検出する引っ張り応力の値と歪検出素子８の検出する圧縮応力の値とが略同等になる。それゆえ、歪検出素子７，８を含むホイートストンブリッジ回路は簡素な構成となっている。
【００１４】
上述したように、本実施形態例においては、荷重点６ａを有する受圧部６の先端部を予め開口３内に没入させてあるので、絶縁コート層１１や配線パターン１２を印刷形成する際の加熱工程で舌状の受圧部６に反りが生じた場合にも、受圧部６の先端部が起歪部４の印刷面を含む平面Ｂ（図１参照）よりも上に位置してしまうことはなく、それゆえ、受圧部６の反りに起因する歪検出素子７，８の印刷不良が発生する心配はない。すなわち、歪検出素子７，８は受圧部６に干渉されることなく常に円滑に印刷することができ、製造歩留まりが向上し、歪検出素子７，８のセンシング精度が損なわれる心配もない。また、本実施形態例では、各起歪部４上に印刷形成された歪検出素子７，８と取付部２の軸孔２ａの中心Ｐとの間に開口３の一部が介在するように設計してあるので、軸孔２ａの周縁部を加圧するボルト９の強い締め付け力に起因するゆがみが、開口３に遮られて歪検出素子７，８には直接影響しないように配慮されている。その結果、歪検出素子７，８の特性が製品ごとにばらつかず、信頼性の高い荷重センサとなっている。
【００１５】
なお、本実施形態例では受圧部６の板厚を先端側が漸次肉薄となるように形成しているが、図４に示すように、板厚が一様な受圧部６を起歪部４の印刷面を含む平面Ｂから漸次離反するように折曲させることにより、受圧部６の先端部を予め該平面Ｂよりも下に位置させておく構成としてもよい。
【００１６】
また、本実施形態例では、ベース体１が金属板からなる場合について説明しているが、ベース体１が絶縁基板であってもよく、その場合、ベース体１上に絶縁コート層１１を形成する必要はなくなる。
【００１７】
次に、図５〜図７に示す第２の実施形態例について説明すると、これらの図に示す荷重センサでは、舌状の受圧部６の表裏両面を傾斜面となし、板厚がくさび状に先細りの受圧部６を開口３内に突出させている。したがって、この受圧部６の先端部も第１の実施形態例と同様に、荷重が印加されていない無負荷状態で開口３内に没入した位置に配置されることになり、製造時の加熱工程で受圧部６に反りが生じたとしても、受圧部６の先端部が、起歪部４の印刷面よりも上に位置して歪検出素子７，８の印刷に支障をきたす恐れはない。
【００１８】
なお、この第２の実施形態例では、ベース体１の形状が第１の実施形態例と若干異なっている。すなわち、図５，６に示すベース体１では、各起歪部４が長手方向中間部でくびれた形状にしてある。このような形状にすると、荷重が印加されたときに各起歪部４が大きく撓んで、歪検出素子７，８が大きな歪を検出することになるので、検出精度を一層向上させることができる。
【００１９】
次に、図８，９に示す第３の実施形態例について説明する。これらの図に示す荷重センサでは、舌状の受圧部６の板厚が基端側（連結部５側）のみで厚く、他はすべて肉薄に形成されている。したがって、この受圧部６も第１および第２の実施形態例と同様に、荷重が印加されていない無負荷状態で、受圧部６の先端部が開口３内に没入した位置に配置されることになり、受圧部６の反りに起因する歪検出素子７，８の印刷不良が回避できる。
【００２０】
また、図１０に示す変形例のように、受圧部６の先端部の表裏両面に板厚方向へ突出する突起６ｂ，６ｃを設け、これらの突起６ｂ，６ｃの頂部を荷重点６ａとなしておけば、表裏いずれの側にある測定対象物にも対応させることができるので、荷重センサの使い勝手が向上すると共に、測定対象物と荷重センサとの相対位置が板面方向に多少ずれても、測定対象物の荷重を確実に荷重点６ａに加えることができるので、荷重センサの取付位置に若干の誤差があっても動作不良が回避しやすくなる。
【００２１】
【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。
【００２２】
荷重点を有する受圧部の先端部を予め起歪部の印刷面を含む平面よりも板厚方向下側に位置させたため、製造時の加熱工程で受圧部に反りが生じた場合にも、受圧部の先端部が起歪部の印刷面よりも上に位置してしまうことはなく、それゆえ受圧部の反りに起因する歪検出素子の印刷不良が回避でき、品質の安定化や製造歩留まりの向上が図れる荷重センサを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態例に係る荷重センサの側面図である。
【図２】図１に示す荷重センサの平面図である。
【図３】図１，２に示す荷重センサの製造時の印刷工程図である。
【図４】図１〜図３に示す受圧部の変形例を示す断面図である。
【図５】本発明の第２の実施形態例に係る荷重センサの斜視図である。
【図６】図５に示す荷重センサの要部平面図である。
【図７】図６のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。
【図８】本発明の第３の実施形態例に係る荷重センサの斜視図である。
【図９】図８に示す荷重センサの受圧部の断面図である。
【図１０】図８，９に示す受圧部の変形例を示す断面図である。
【図１１】従来例に係る荷重センサの平面図である。
【図１２】図１１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【符号の説明】
１  ベース体
２  取付部
２ａ  軸孔
３  開口
４  起歪部
５  連結部
６  受圧部
６ａ  荷重点
７，８  歪検出素子
９  ボルト
１０  支持部材
１１  絶縁コート層
１２  配線パターン
【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】
0003853157.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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