CN104204752A - 轴向力传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种廉价、小型且高精度的轴向力传感器。轴向力传感器具备平行地配置的一对按压板(12)以及应变仪(14)，并由一对按压板(12)夹持应变仪(14)而构成。应变仪(14)具备由电阻器构成的多个受感部，在轴向力传感器中设置有隔板(16)，该隔板(16)将来自一对按压板(12)的按压力向多个受感部中的至少一个受感部传递，并对于剩余的受感部遮断按压力。隔板(16)形成为环状，多个开口部以一定的角度间隔形成。在应变仪中，在开口部的位置以及开口部之间的位置设置受感部。

Description

轴向力传感器
技术领域
本发明涉及一种轴向力传感器，尤其涉及在螺栓的紧固管理、悬架轴向力测定装置等中使用的轴向力传感器。
背景技术
在一般情况下，通过对紧固时的扭矩进行管理，由此进行螺栓、螺钉等的紧固管理。但是，为了防止该螺栓、螺钉的松弛，与紧固扭矩相比更期望直接对紧固轴向力进行计测而进行管理，为此需要轴向力传感器。
作为轴向力传感器的其他用途，存在悬架的试验装置、电动式盘式制动器等。例如，在专利文献1中记载有使用于电动式盘式制动器的轴向力传感器。该轴向力传感器由一对按压板以及一对按压板所夹持的多个压电晶体元件构成，在对一对按压板施加了压缩力时，能够通过压电晶体元件对其轴向力进行检测。
此外，在专利文献2中记载有一种悬架轴向力测定装置。该轴向力测定装置为，在悬架的上部设置有轴向力测定部，悬架经由该轴向力测定部支承于架台。作为轴向力测定部而使用了六分力计，能够将悬架的轴向力作为六分力进行计测。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2011-80586
专利文献2：日本特开2010-197276
发明内容
发明要解决的课题
然而，如果大致区分轴向力传感器，则能够分为使用压电元件的轴向力传感器、使用应变仪的轴向力传感器、以及利用超声波的轴向力传感器。使用压电元件的轴向力传感器、利用超声波的轴向力传感器存在成本变得非常高的问题。另一方面，使用应变仪的轴向力传感器虽然较廉价，但存在厚度变大的问题。具体地说明，使用应变仪的现有的轴向力传感器为，在其构成上需要在进行变形的部分安装应变仪，应变仪与测定方向平行地配置。因此，轴向力传感器的厚度至少变大应变仪的大小的量，存在大型化的问题。
本发明是鉴于这种情况而完成的，其目的在于提供一种廉价、小型、且高精度的轴向力传感器。
用于解决课题的手段
为了实现上述目的，技术方案1所记载的发明为，提供一种轴向力传感器，其特征在于，具备平行地配置的一对按压板以及应变仪，并由上述一对按压板夹持上述应变仪而构成。
本发明的轴向力传感器为在一对按压板之间具备应变仪的夹层构造，且非常薄型。根据该轴向力传感器，在从两侧按压一对按压板时，应变仪被按压而变形，因此通过对受感部的电阻值的变化进行检测，能够对按压力进行检测。另外，在使用应变仪的现有的轴向力传感器中，将应变仪与测定方向平行地配置，与此相对，在本发明的轴向力传感器中，将应变仪与按压板平行(即沿与测定方向正交的方向)地配置，能够成为非常薄型化。
技术方案2所记载的发明的特征在于，在技术方案1的发明中，上述应变仪具备由电阻器构成的多个受感部，上述轴向力传感器设置有传递·遮断机构，该传递·遮断机构将来自上述一对按压板的按压力向上述多个受感部中的至少一个受感部传递，并对于剩余的上述受感部遮断上述按压力。
根据本发明，在一对按压板被按压时，按压力被传递到一部分受感部，按压力不传递到剩余的受感部。在被传递按压力的受感部中，对包括按压力在内的各种力(例如包括弯曲应力等在内的力)进行检测，在未被传递按压力的受感部中，对按压力以外的力进行检测。因而，通过利用两种受感部的检测值之差，能够仅求出按压力。另外，由一对按压板夹持应变仪的夹层构造的轴向力传感器，存在容易受到按压力以外的力的影响、而按压力的测定精度容易降低这种缺点，但根据本发明，能够消除按压力以外的力，因此能够高精度地测定按压力。
技术方案3所记载的发明的特征在于，在技术方案2中，上述传递·遮断机构是具有开口部的板状的隔板，与上述应变仪一起配置于上述一对按压板之间，上述应变仪的受感部分别配置于与上述隔板抵接的位置和上述开口部的位置。
根据本发明，按压力向与隔板抵接的位置的受感部传递，对于开口部的位置的受感部遮断按压力。因而，能够根据两种受感部的检测值之差来检测按压力。此外，根据本发明，是将板状的隔板与应变仪一起夹在一对按压板之间的夹层构造，非常薄型。
技术方案4所记载的发明的特征在于，上述隔板形成为环状，并且上述开口部在周向上以一定的角度间隔配置，上述应变仪的上述受感部在上述开口部的位置和上述开口部彼此之间以一定的角度间隔配置。
根据本发明，被传递按压力的受感部和被遮断按压力的受感部以一定的角度间隔交替地配置。因而，能够可靠地消除轴向力以外的力，能够高精度地测定中心位置的轴向力。
技术方案5所记载的发明的特征在于，在技术方案1～4中的任一个方案中，组装有将被传递上述按压力的受感部彼此、被遮断上述按压力的受感部彼此配置在对边上的惠斯登电桥电路。根据本发明，轴向力以外的力被消除，能够仅检测轴向力。
发明的效果
根据本发明的轴向力传感器，是在一对按压板之间具备应变仪的夹层构造，在从两侧按压一对按压板时，应变仪被按压而变形，因此通过对受感部的电阻值的变化进行检测，能够对按压力进行检测。
附图说明
图1是表示本实施方式的轴向力传感器的立体图。
图2是表示图1的轴向力传感器的构成的分解立体图。
图3是表示图1的应变仪的配置的图。
图4是图1的应变仪的电路图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的轴向力传感器的优选实施方式进行说明。图1是表示应用了本发明的轴向力传感器10的立体图，图2是表示轴向力传感器10的内部构成的分解立体图。图3是应变仪14的平面图，表示隔板16的开口部16A～16D和按压部16E～16H的位置。
如这些图所示那样，轴向力传感器10由一对按压板12、应变仪14以及隔板16构成，并成为由一对按压板12夹持应变仪14和隔板16的夹层构造。
按压板12由不锈钢等的金属板形成为环状。按压板12的大小根据被测定对象进行设定即可，例如在用于螺栓等的紧固管理的情况下，按压板的内径被设定为能够供螺栓的轴部分插通那样的大小。
隔板16由不锈钢等的金属板形成为环状。隔板16的材质并无特别限定，但为了通过隔板16来防止多余的应变、应力的发生，优选使用与按压板12相同的材质。同样，隔板16的大小(内径、外径、厚度)并无特别限定，但为了通过隔板16来防止多余的应变、应力的发生，优选与按压板12同样地进行设计。由此，隔板16成为与按压板12大致相同的特性，因此能够抑制多余的应变、应力的发生。另外，在本实施方式中使按压板12和隔板16成为分体，但并不限定于此，也可以代替设置隔板16，而在按压板12的背面形成凹凸。此外，在本实施方式中将一个隔板16设置于应变仪14的单侧，但也可以将两个隔板16设置于应变仪14的两侧。
在隔板16上以贯通表面背面的方式形成有四个开口部16A、16B、16C、16D。四个开口部16A～16D以等间隔(90度间隔)配置，其大小(角度)以将全周分为8份即全周的大约1/8的角度(大约45度)形成。因而，在开口部16A～16D彼此之间配置有隔板16的金属板的部分(以下称作按压部)16E、16F、16G、16H。由此，隔板16在其周向上以等角度间隔而交替地配置有开口部16A～16D、按压部16E～16H。
应变仪14具备形成为环状的基座20，在该基座20上设置有被称作栅格的八个受感部22A、22B、22C、22D、22E、22F、22G、22H。基座20由聚酰亚胺树脂等绝缘材料形成，受感部22A～22H由粘接在该基座20上的厚度为几微米的金属箔构成。受感部22A～22H通过用折返片将在圆周方向上配置的大量线状部分(应变仪栅格)与其他线状部分相连来图案化，并与配置在外周侧的两个连接用片连接。通过将导线与该连接用片连接，由此形成如后所述的电桥电路。另外，也可以在基座20上通过金属箔形成将各受感部22A～22H进行连接那样的图案。此外，基座20、受感部22的材质并无特别限定，例如也可以使用聚乙烯树脂、多酚树脂的基座20。并且，受感部22A～22H的图案形状并不限定于上述图案形状，能够适当选择各种形状的图案形状。例如，能够从将大量线状部分沿径向配置并通过内周侧或者外周侧的折返片将其交替地连接的图案、线状部分形成为旋涡状的图案等各种图案中适当选择。
如图3所示，受感部22A～22H在圆周方向上以一定的角度间隔(即45度的间隔)配置。此外，受感部22A～22H配置于在将应变仪14与隔板16重叠时、与开口部16A～16D或者按压部16E～16H重叠的位置。具体而言，受感部22A～22D分别配置于与开口部22A～22D重叠的位置，受感部22E～22H配置于按压部16E～16H的位置。在如此配置的情况下，在受感部22A～22D中，在与按压板12之间配置有空间(开口部16A～16D)，因此来自按压板12的按压力被开口部16A～16D遮断而不向受感部22A～22D传递。另一方面，在受感部22E～22H中，在与按压板12之间配置有隔板16的按压部16E～16H，因此来自按压板12的按压力传递至受感部22E～22H。
图4简略地表示了应变仪14的电路图。如该图所示，受感部22A～22H以形成全桥电路的方式连接。具体而言，以配置于开口部16A～16D的受感部22A～22D彼此配置在对边上、配置于按压部16E～16H的受感部22E～22H彼此配置在对边上的方式连接。
接着，通过进行螺栓的紧固管理的例子对如上述那样构成的轴向力传感器10的作用进行说明。
首先，使螺栓(未图示)的轴部插通于轴传感器10。然后，紧固螺栓，通过轴向力传感器10进行计测。通过紧固螺栓，由此一对按压板12在夹压方向受力。该按压力经由隔板16的按压部16E～16H传递至应变仪14的受感部22E～22H。因而，受感部22E～22H的电阻值根据按压力而变化。另一方面，在配置于开口部16A～16D的受感部22A～22D中，按压力被开口部16A～16D遮断，因此不被传递按压力。因而，受感部22A～22D的电阻值不会由于按压力而变化。
然而，在受感部14A～14H中，还受到按压力以外的力、例如弯曲应力等，由此电阻值也变化。例如，在对一对按压板12的外周部施加较大的压缩力的情况下，有时对应变仪14的内周部作用较大的弯曲应力，受感部14A～14H受到压缩力以上的较大影响。
因此，在本实施方式中，设置被传递按压力的受感部22A～22D以及不被传递按压力的受感部22E～22H，并且通过它们形成电桥电路。因此，按压力以外的影响被相互抵消，因此仅检测按压力。
如此，根据本实施方式的轴向力传感器10，为通过按压板12夹持应变仪14的夹层构造，并且能够高精度地检测轴向力。此外，根据本实施方式，由于为通过一对按压板12来夹持应变仪14和隔板16的夹层构造，因此非常薄且小型。
另外，在上述实施方式中，设置了八个受感部22A～22H，但受感部的数量并不限定于此。其中，受感部的数量越多，则越能够高精度地消除按压力以外的力。此外，受感部的配置并不限定于上述配置，但优选将被传递按压力的受感部与不被传递按压力的受感部以等间隔交替地配置。
此外，在上述实施方式中，使开口部14A～14D形成为由直径不同的两个同心圆和两个半径包围的大致扇形，但开口部的形状并不限定于此，只要形成为隔板16与受感部22A～22D成为非接触即可。因而，例如也可以是圆形、椭圆形、矩形状等。
符号的说明
10…轴向力传感器，12…按压板，14…应变仪，16…隔板，16E～16H…按压部，16A～16D…开口部，20…基座，22A～22H…受感部。

Claims (5)

1.一种轴向力传感器，其特征在于，
具备平行地配置的一对按压板以及应变仪，并由上述一对按压板夹持上述应变仪而构成。
2.如权利要求1所述的轴向力传感器，其特征在于，
上述应变仪具备由电阻器构成的多个受感部，
上述轴向力传感器设置有传递·遮断机构，该传递·遮断机构将来自上述一对按压板的按压力向上述多个受感部中的至少一个受感部传递，并对于剩余的上述受感部遮断上述按压力。
3.如权利要求2所述的轴向力传感器，其特征在于，
上述传递·遮断机构是具有开口部的板状的隔板，与上述应变仪一起配置于上述一对按压板之间，
上述应变仪的受感部分别配置于与上述隔板抵接的位置和上述开口部的位置。
4.如权利要求3所述的轴向力传感器，其特征在于，
上述隔板形成为环状，并且上述开口部在周向上以一定的角度间隔配置，
上述应变仪的上述受感部在上述开口部的位置和上述开口部彼此之间以一定的角度间隔配置。
5.如权利要求1至4中任一项所述的轴向力传感器，其特征在于，
组装有将被传递上述按压力的受感部彼此、被遮断上述按压力的受感部彼此配置在对边上的惠斯登电桥电路。
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