CN107615032A - 负荷检测装置 - Google Patents

Abstract

一种负荷检测装置，具有：负荷输入部，该负荷输入部具有输入面和输出面；变形体，该变形体具有环状部和支承部，其中，环状部具备与输出面接触的接触部，支承部将该环状部支承为能够摆动；摆动部，该摆动部设于环状部，且根据负荷的输入而摆动；延伸部，该延伸部设于环状部，与摆动部连续，并且从支承部延伸；传感器，该传感器配置于环状部中的设有接触部的面的背面，对与输入至负荷输入部的负荷对应的应变进行检测；以及限制部，该限制部相比于接触部处于延伸部的基端部，在输入至负荷输入部的负荷比预先设定的负荷大的情况下，对超过规定值的环状部的变形进行限制。

Description

负荷检测装置

技术领域

本发明涉及一种检测负荷的负荷检测装置。

背景技术

以往，利用负荷检测装置来检测输入至各种装置的负荷。作为这种负荷检测装置具有下述表示出处的专利文献1-3所记载的装置。

专利文献1所记载的负荷检测装置具备筒状的周壁部、圆板状的圆板状部、负荷输入部以及传感器。圆板状部在与周壁部相同的轴上形成有贯通孔，且该圆板状部与载置有周壁部的载置面之间具有间隙地支承于周壁部的内周面。负荷输入部形成为至少与贯通孔相对的侧的形状为具有比贯通孔的内径大的直径的球形状，并且该负荷输入部载置于贯通孔，供检测对象的负荷输入。传感器以相对于贯通孔点对称的方式配设于圆板状部，对与输入至负荷输入部的负荷对应的应变进行检测。

专利文献2所记载的车辆的制动装置经由电动机将摩擦部件按压于固定在车辆的车轮上的旋转部件，而在车轮产生制动力矩。该车辆的电动制动装置具备按压部件、轴部件、第一球面部件、第二球面部件、获取构件以及控制构件。按压部件在螺母相当部及螺栓相当部中的任一方具有螺纹部，对摩擦部件施加按压力。轴部件通过电动机旋转驱动，且与螺纹部螺合。第一球面部件从按压部件及轴部件中的一方承受按压力的反作用力，且在端面形成有球状面。第二球面部件的相对于轴部件的旋转轴的旋转运动被限制，且该第二球面部与第一球面部件的球状面滑动接触，从第一球面部件承受按压力的反作用力。获取构件检测第二球面部件的应变，基于应变来获取按压力。控制构件基于按压力来控制电动机。

专利文献3所记载的负荷检测装置构成为具备负荷输入部、圆板状的圆板状部以及支承部件。负荷输入部具有供来自检测对象的负荷输入的输入面和形成于该输入面的相反侧的曲面状的输出面，且从输出面输出负荷。圆板状的圆板状部具有接触部，该接触部以将负荷输入部的中心为中心的连续的圆状线或者断裂的圆状线与负荷输入部的曲面接触。支承部件在该支承部件与载置面之间支承圆板状部。另外，负荷检测装置的输入面的直径的范围是基于接触部的直径来设定的，接触部的直径根据伴随负荷的输入的圆板状部的挠曲而变化的。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2013－250161号公报

专利文献2：日本特开2014－101960号公报

专利文献3:日本特开2014－102155号公报

发明所要解决的课题

在检测负荷时，专利文献1-3所记载的技术对因施加的负荷而产生的应变进行检测。为了易于产生该应变，具备根据负荷而变形的结构部(例如周壁部、圆板状部等变形体)。这样的变形体具有在设想以上的负荷输入时塑性变形的担忧。另外，检测应变的元件(例如传感器等)也为了将灵敏度维持在良好的状态而对检测的应变设定上限。然而，实际上在利用负荷检测装置的系统中意外地输入有设想以上的负荷，在设想以上地在变形体产生位移。存在如下可能性：在因这样的负荷的输入而变形体塑性变形或破损等时，不能够支承系统上的位置，导致系统的全长变化，不适当地发挥功能。

发明内容

因此，寻求一种负荷检测装置，即使在输入有设想以上的负荷的情况下，也不破损。

用于解决课题的手段

本发明的负荷检测装置的特征结构在于，具有：负荷输入部，该负荷输入部具有供负荷输入的输入面和向所述输入面的相反侧突出地形成的输出面；变形体，该变形体具有环状部和支承部，所述环状部具备与所述输出面的至少一部分接触的接触部，所述支承部将所述环状部支承为能够摆动；摆动部，该摆动部设于所述环状部的径向外侧端部和径向内侧端部中的一方，且根据所述负荷的输入而摆动；延伸部，该延伸部设于所述环状部的径向外侧端部和径向内侧端部中的另一方，与所述摆动部连续，并且从所述支承部延伸；传感器，该传感器配置于所述环状部中的设有所述接触部的面的背面，且对与输入至所述负荷输入部的负荷对应的应变进行检测；以及限制部，该限制部相比于所述接触部处于所述延伸部的基端部，在输入至所述负荷输入部的负荷比预先设定的负荷大的情况下，对超过规定值的所述环状部的变形进行限制。

根据这样的特征结构，在输入至负荷输入部的负荷小于设想的负荷的情况下，限制部不起作用，因此能够将该负荷输入至负荷输入部的输入面。在该情况下，能够由负荷检测装置更适当地检测负荷。另一方面，在输入至负荷输入部的负荷在设想以上的情况下，能够限制环状部过度地变形，因此能够防止例如环状部等的塑性变形、破损。

另外，优选的是，所述负荷输入部的输出面向所述输入面的相反侧突出且在曲面上形成，所述环状部形成为具有开口的圆板状，所述支承部形成为支承所述延伸部的筒状。

根据这样的结构，在形成为筒状的支承部能够收容环状部、负荷输入部的一部分，因此能够紧凑地构成负荷检测装置。另外，也能够将传感器收容于支承部，因此能够保护传感器。

另外，优选的是，所述限制部形成于所述支承部。

根据这样的结构，在存在设想以上的负荷的情况下，能够由支承部吸收设想以上的负荷，而该负荷不作用于环状部。

另外，优选的是，第一抵接面和第二抵接面中的至少一方形成为球面状，其中，所述第一抵接面包含所述限制部中的与所述负荷输入部抵接的第一抵接部，所述第二抵接面包含所述负荷输入部中的与所述限制部抵接的第二抵接部。

根据这样的结构，第一抵接面及第二抵接面中的至少一方构成为球面状，例如即使在负荷输出部相对于环状部倾斜的情况下，也能够防止负荷偏移地输入。

另外，优选的是，所述输出面中的与所述接触部接触的部位的曲率中心和形成为所述球面状的球面状部的曲率中心设定在所述负荷输入部的轴心上。

在本结构的负荷检测装置中，在注视负荷输入部的形状的情况下，在由包含环状部的轴心的平面切断的剖面视图中，输出面中的与接触部接触的部位的曲率中心设置在环状部的轴心上。这样的结构例如由一个球面形成输出面中的与接触部接触的环状的部位而获得。在该情况下，曲率中心在环状部的轴心上仅设置有一个，在负荷的输入时负荷输入部的姿势容易变化。

在此，在输入的负荷为设想以上的情况下，假如即使在负荷输入部产生姿势变化，限制部也需要适当地发挥功能。若负荷在设想以上，则负荷输入部的一部分与形成于支承部的限制部抵接。负荷输入部中的与限制部抵接的部位形成于负荷输入部的全周，但是希望尽可能地在负荷输入部产生姿势变化时这些部位与限制部的间隔也不变化。这样一来，在负荷输入部与限制部抵接时，全周的部位相对于限制部均等地抵接，之后，负荷输入部不会过度地姿势变化。即，环状部、摆动部不进一步局部地变形，负荷检测装置被可靠地保护。

这样一来，即使在负荷输入部姿势变化的情况下，也难以产生负荷输入部与限制部的间隔的变化，优选像本结构那样，球面状部的曲率中心优选位于接触部的轴心上。由此，球面状部的曲率半径的长度不极端地变短，相比于输出面中的与接触部抵接的部位的曲率半径也不产生大幅的差异。其结果是，即使在负荷输入部姿势变化的情况下，负荷输入部与限制部的距离的变化被抑制得小，即使在作用有设想以上的负荷的情况下，也发挥良好的限制效果。

另外，优选的是，所述限制部是形成于所述支承部的凸部。

根据这样的结构，能够在负荷输入部的预先设定的位置限制负荷。因此，能够防止负荷检测装置的破损。

另外，优选的是，所述摆动部形成为从所述摆动部与所述延伸部的边界起越处于径向内侧则厚度越薄。

根据这样的结构，能够根据输入至负荷输入部的负荷而使摆动部容易应变。因此，例如在将传感器设于摆动部的背面的情况下，能够通过该传感器容易检测应变。

附图说明

图1是表示负荷检测装置的侧方截面的图。

图2是负荷检测装置的展开立体图。

图3是从下方观察负荷检测装置的图。

图4是表示传感器的连接方式的电路图。

图5是表示负荷的输入由限制部限制的状态的图。

图6是表示其他的实施方式的负荷检测装置的图。

图7是表示其他的实施方式的负荷检测装置的图。

图8是表示其他实施方式的负荷检测装置的图。

具体实施方式

本发明的负荷检测装置构成为具有在设想以上的负荷输入的情况下限制负荷的输入的功能。以下，对本实施方式的负荷检测装置1进行说明。

图1表示本实施方式的负荷检测装置1的侧方剖视图。图2表示将负荷检测装置1的一部分设为截面的展开立体图。图3表示从下方观察负荷检测装置1的示意图。如图1及图2所示，负荷检测装置1构成为具备变形体10、负荷输入部20以及传感器30。变形体 10构成为具备支承部11和环状部15。

负荷输入部20具有供负荷输入的输入面25和形成于该输入面25的相反侧的曲面状的输出面29。在本实施方式中，负荷输入部20由第一部分21、第二部分22、第三部分 23以及第四部分24四个部分构成。

第一部分21构成为如下形状：例如，在从偏离中心的位置切断球体的情况下的容积小的一侧的物体、在偏离中心的位置与长轴平行地切断椭圆球体的情况下的容积小的一侧的物体。第二部分22由在第一部分21中所述切断的情况下的切断面为与该第一部分21接合状态的圆柱状的部位构成。第三部分23以如下方式构成：具有与第一部分21相同的形状，并且，具有比第一部分21的外径大的外径，由第一部分21和第三部分23夹持第二部分22。第四部分24由圆柱状的物体构成，该圆筒状的物体设为与第二部分22夹持第三部分23。第二部分22的外径与第一部分21的外径相同地形成，该外径构成为比支承部 11的内径小。另外，第四部分24的外径与第三部分23的外径(最大外径)相同地形成，该外径构成为比支承部11的内径大。负荷输入部20构成如下：第一部分21及第二部分 22能够收纳于空间42，第三部分23及第四部分24中的至少一部分处于空间42的外侧。

在本实施方式中，这些第一部分21、第二部分22、第三部分23以及第四部分24通过例如金属材料一体地成型。在这样的负荷输入部20中，输入面25设定于第四部分24 中的设置有第三部分23的面的背侧，输出面29设定于第一部分21中的设置有第二部分 22的面的背侧。因此，输出面29向输入面25的相反侧突出地在曲面上形成。该输出面 29以至少一部分与后述的环状部15接触的方式构成，输入至输入面25的负荷相对于环状部15输出。

环状部15形成为环状，构成为具有接触部26，该接触部26以环状线与负荷输入部20的输出面29的至少一部分接触。在本实施方式中，环状部15形成为具有开口的圆板状。即，在环状部15的中心部形成有沿轴向贯通环状部15的贯通孔16。对于这样的环状部 15，该环状部15的外周面与支承部11的内周面12抵接且固定。在该情况下，优选的是，支承部11与环状部15的固定以作用于环状部15的负荷在传递至支承部11时衰减的方式进行。

优选的是，支承部11及环状部15采用承受负荷而能够变形的材料例如陶瓷、铝、不锈钢等材料一体地形成。然而，若作用于环状部15的负荷在传递至支承部11时不衰减，则支承部11和环状部15也可以分体地形成。

环状部15具有摆动部13和延伸部14。摆动部13设于环状部15的径向外侧端部及径向内侧端部中的一方，根据向负荷输入部20输入的负荷而摆动。在本实施方式中，如上所述，在环状部15的中心部形成有贯通孔16，环状部15形成为圆板状。因此，在本实施方式中摆动部13与环状部15的径向内侧部分相当。

延伸部14设于环状部15的径向外侧端部及径向内侧端部中的另一方，与摆动部13连续，并且从支承部11延伸。在本实施方式中，如上所述，摆动部13与环状部15的径向内侧部分相当，延伸部14与环状部15的径向外侧部分相当。因此，延伸部14遍及至支承部11和摆动部13地设置。

支承部11将环状部15支承为能够摆动。在本实施方式中，支承部11形成为支承延伸部14的筒状，环状部15在支承部11的轴向中央侧的规定的位置被支承。即，环状部 15远离支承部11的两轴向端部地支承于支承部11的内周面12。因此，在将支承部11的一方的轴向端部作为底部而将该支承部11载置于载置面40时，该支承部11构成为在环状部15与载置面40之间具有间隙。因此，将相比于环状部15而处于载置面40的相反侧的支承部11作为第一支承部51，将相比于环状部15而处于载置面40侧的支承部11作为第二支承部52时，通过第二支承部52、环状部15以及载置面40形成空间41。另一方面，通过第一支承部51的轴向端面、第一支承部51以及环状部15形成空间42。

如图3所示，摆动部13与延伸部14沿径向连续地构成。在本实施方式中，延伸部14厚度均匀地形成。另一方面，摆动部13形成为越处于径向内侧则厚度越薄。如上所述，在环状部15的径向中央部形成有贯通孔16。因此，摆动部13以从与延伸部14的边界(在图3中，由虚线表示的部位)向贯通孔16逐渐变薄的方式形成。在本实施方式中，如图1 所示，在从径向外侧观察环状部15的情况下，以环状部15的与载置面40相对的一侧的面71设为平坦的方式形成摆动部13和延伸部14，且环状部15的与载置面40相对的一侧的面71的相反侧的面72的径向内侧具有锥状部73。

在本实施方式中，在这样的锥状部73载置有负荷输入部20。因此，负荷输入部20不贯通贯通孔16，而是以圆形的环状线与锥状部73接触。即，负荷输入部20与锥状部73 能够呈圆环状地线接触。这样的线接触的部分与接触部26相当。在图2中，接触部26由单点划线表示。

如图3所示，沿轴向观察环状部15，传感器30以相对于贯通孔16成为点对象的方式配置于环状部15。在本实施方式中，传感器30通过公知的应变检测元件构成。虽然详细说明省略，但是应变检测元件根据从外部输入的负荷而自身应变，从而电阻值变化。能够基于该电阻值的变化来检测应变。这样的传感器30配置于环状部15的设置有接触部26 的面72的背面即面71。由此，根据输入至负荷输入部20的负荷环状部15挠曲变形，通过该变形在传感器30产生应变。本负荷检测装置1通过对在该传感器30产生的应变进行检测来检测负荷。

在本实施方式中，传感器30由多个构成，构成第一传感器群31和第二传感器群32。在本实施方式中，第一传感器群31及第二传感器群32也分别由多个传感器30构成。

为了使第一传感器群31的灵敏度方向为环状部15的周向，传感器30沿周向均等配置于贯通孔16的周围。在本实施方式中，第一传感器群31构成为具备四个传感器30。这四个传感器30以贯通孔16为中心均等地配置，即这四个传感器30以环状部15的轴心为旋转轴每90度错开位置地配置。

由此，在外力作用于负荷输入部20时，摆动部13向下方挠曲。此时，拉伸力沿着贯通孔16的周向作用于摆动部13。因此，第一传感器群31主要检测拉伸应变。

另外，为了第二传感器群32的灵敏度方向为环状部15的径向，传感器30沿周向均等配置于贯通孔16的周围。在本实施方式中，第二传感器群32构成为具备四个传感器30。这四个传感器30以贯通孔16为中心均等地配置，即这四个传感器30以环状部15的轴心为旋转轴而每90度错开位置地配置。

由此，在外力作用于负荷输入部20时，摆动部13向下方挠曲。此时，在延伸部14 产生弯曲，压缩力作用于该延伸部14的背面。因此，第二传感器群32主要检测压缩应变。

这样的第一传感器群31和第二传感器群32以第一传感器群31处于第二传感器群32 的径向内侧的方式配设。

在本实施方式中，传感器30采用公知的应变检测元件构成。在本实施方式中，在构成第一传感器群31及第二传感器群32的各自的四个应变检测元件中，串联地连接在径向上彼此相对的两个应变检测元件且如图4所示地构成惠斯登电桥电路。该惠斯登电桥电路以如下方式构成：在拉伸力作用于应变检测元件的情况下电阻值增大，在压缩力作用于应变检测元件的情况下电阻值减少。通过电压或电流的变化求出这样的电阻值的变化，而检测负荷。对于这样的应变检测元件及惠斯登电桥电路由于是公知的而说明省略。此外，在图3及图4中，为了容易理解第一传感器群31及第二传感器群32的各自的应变检测元件的配置，对应变检测元件标注R1～R4。

通过这样地构成负荷检测装置1，从而在负荷被给予至负荷输入部20的情况下，能够在第一传感器群31产生拉伸应变，在第二传感器群32产生压缩应变。因此，能够灵敏度良好地检测负荷。

在此，如图1及图2所示，在本负荷检测装置1中，在支承部11形成有限制部60，以使得在输入有设想以上的负荷的情况下特别是变形体10不发生塑性变形、破损。限制部60相比于接触部26形成于延伸部14的基端部。接触部26是负荷输入部20与环状部 15接触的部分(位置)。延伸部14的基端部是对延伸部14进行支承的支承部11侧的部分，且延伸部14的基端部也包含支承部11。因此，限制部60相比于负荷输入部20与环状部15接触的位置形成于更接近延伸部14中的支承部11的部分。

如图1所示，形成为直至设想内的符合输入至负荷输入部20，在限制部60与负荷输入部20之间都具有间隙，且在输入至负荷输入部20的负荷比预先设定的负荷大的情况下，如图5所示，在限制部60与负荷输入部20之间不存在间隙，超过规定值的环状部15的变形通过限制部60来限制。即，在限制部60与负荷输入部20抵接之后，输入至负荷输入部20的负荷由支承部11承担，输出面29不能仅向环状部15输出负荷。

另外，在本实施方式中，限制部60沿着输入有负荷的方向形成于与设置部61相对的位置，该设置部61为支承部11与载置有负荷检测装置1的载置面40接触的部位。“支承部11与载置面40接触的设置部61”与支承部11的轴向两侧的端面中的第二支承部52 侧的端面相当。在本实施方式中，输入有负荷的方向与支承部11的轴向相当。因此，限制部60设于支承部11中的第一支承部51侧。在本实施方式中，限制部60构成为将第一支承部51的内周缘部切割为锥状的形状。

另外，包含有限制部60与负荷输入部20抵接的第一抵接部91的第一抵接面95、及包含负荷输入部20与限制部60抵接的第二抵接部92的第二抵接面96中的至少一方形成为球面状。特别是，在本实施方式中，如图1所示，第一抵接面95的侧方截面形成为平面，第二抵接面96形成为球面状。此外，输出面29中的与接触部26接触的部位的曲率中心、和形成为球面状的球面状部93的曲率中心设定在负荷输入部20的轴心上。通过这样地构成，负荷偏向负荷输入部20输入，即使在该负荷输入部20姿势变化的情况下，也能使负荷输入部20与限制部60的间隔难以变化。因此，即使在设想以上的负荷输入至负荷输入部20的情况下，也能够抑制变形体10的变形，且能够防止变形体10的塑性变形、损伤。

(其他实施方式)

在上述实施方式中，对第一抵接面95形成为平面的情况进行了说明，但是，如图6所示，也可以将限制部60形成为形成于支承部11的凸部94。即使是这样的结构，在设想以上的负荷输入至负荷输入部20的情况下，也能够通过负荷输入部20以与凸部94抵接的方式形成，从而限制设想以上的负荷的输入。

另外，在上述实施方式中，对第一抵接面95的侧方截面形成为平面状且第二抵接面 96形成为球面状的情况进行了说明，但是，如图7所示，也可以以侧方截面为球面状的方式形成第一抵接面95，该第一抵接面95包含限制部60与负荷输入部20抵接的第一抵接部91，且将包含负荷输入部20与限制部60抵接的第二抵接部92的第二抵接面96形成为平面状。在该情况下，形成为球面状的球面状部93的半径中心也设定在接触部26的轴心上。当然，也能够呈与负荷输入部20的输入面25平行的平面状形成第一抵接面95及第二抵接面96的双方的每一个，而构成限制部60。

在上述实施方式中，对环状部15形成为具有开口的圆板状，且支承部11形成为支承延伸部14的筒状进行了说明，但是，如图8所示，也能够将支承部11形成为柱状，将环状部15构成为以该支承部11为轴心向径向外侧扩展的环状。在该情况下，通过将负荷输入部20形成为碗状，从而由碗状的缘部98将负荷输入至环状部15，在输入有设想以上的负荷的情况下，碗状的底部99和作为限制部60的支承部11的顶端部抵接。另外，即使在该情况下，限制部60也相比于接触部26形成于延伸部14的基端部。即使在这样的结构中，在输入至负荷输入部20的负荷为设想以上的情况下，也能够通过限制部60对输入至负荷输入部20的输入面25的负荷进行限制。

在上述实施方式中，对限制部60形成于支承部11进行了说明，但是从限制部60观察，若限制部60、延伸部14的基端部、接触部26依次并列，则也能够将限制部60形成于环状部15。

在上述实施方式中，对如下情况进行了说明：在包含环状部15的轴心且与该轴心平行地切断的负荷输入部20的截面中，形成为球面状的球面状部93的半径中心设定在接触部26的轴心上。但是形成为球面状的球面状部93的半径中心也能够构成为不设定在接触部26的轴心上。

产业上的利用可能性

本发明能够用于检测负荷的负荷检测装置。

符号说明

1：负荷检测装置

10：变形体

11：支承部

13：摆动部

14：延伸部

15：环状部

20：负荷输入部

25：输入面

26：接触部

29：输出面

30：传感器

60：限制部

72：面

91：第一抵接部

92：第二抵接部

93：球面状部

94：凸部

95：第一抵接面

96：第二抵接面。

Claims (7)

1.一种负荷检测装置，具有：

负荷输入部，该负荷输入部具有供负荷输入的输入面和向所述输入面的相反侧突出地形成的输出面；

变形体，该变形体具有环状部和支承部，所述环状部具备与所述输出面中的至少一部分接触的接触部，所述支承部将所述环状部支承为能够摆动；

摆动部，该摆动部设于所述环状部的径向外侧端部和径向内侧端部中的一方，且根据所述负荷的输入而摆动；

延伸部，该延伸部设于所述环状部的径向外侧端部和径向内侧端部中的另一方，与所述摆动部连续，并且从所述支承部延伸；

传感器，该传感器配置于所述环状部中的设有所述接触部的面的背面，且对与输入至所述负荷输入部的负荷对应的应变进行检测；以及

限制部，该限制部相比于所述接触部处于所述延伸部的基端部，在输入至所述负荷输入部的负荷比预先设定的负荷大的情况下，对超过规定值的所述环状部的变形进行限制。

2.根据权利要求1所述的负荷检测装置，

所述负荷输入部的输出面向所述输入面的相反侧突出且在曲面上形成，

所述环状部形成为具有开口的圆板状，

所述支承部形成为支承所述延伸部的筒状。

3.根据权利要求1或2所述的负荷检测装置，

所述限制部形成于所述支承部。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的负荷检测装置，

第一抵接面和第二抵接面中的至少一方形成为球面状，所述第一抵接面包含所述限制部中的与所述负荷输入部抵接的第一抵接部，所述第二抵接面包含所述负荷输入部中的与所述限制部抵接的第二抵接部。

5.根据权利要求4所述的负荷检测装置，

所述输出面中的与所述接触部接触的部位的曲率中心和形成为所述球面状的球面状部的曲率中心设定在所述负荷输入部的轴心上。

6.根据权利要求1至5中的任一项所述的负荷检测装置，

所述限制部是形成于所述支承部的凸部。

7.根据权利要求1至6中的任一项所述的负荷检测装置，

所述摆动部形成为从所述摆动部与所述延伸部的边界起越处于径向内侧则厚度越薄。