JP2001504941A - モノリシック力センサー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、測定変換器(4)と電子判定装置(5)とに気密・防水の状態で固定されている立方体の負荷体(1)を含有する、内方に平行運動する力センサーに関するものである。負荷体(1)はその片半分上に長手軸方向ボア孔(8)がある。他方の半分にはボア孔(8)と同軸で桿状レバー(11)を除いてほぼ同じ長さの中空ボア孔(10)がある。負荷体中心部の二つの等しいノッチ(12)は、相対する位置にある外表面に平たい平行稼動する螺旋ばねを装着している。膜状部材(16)はボア孔(8,10)、ノッチ(12)、他の二つのノッチ(32)に囲まれた位置にある。上記の膜状部材はレバー(11)に弾性継手として働く。

Description

【発明の詳細な説明】 モノリシック力センサー 技術分野 本発明は、内方に平行運動して、測定される力からデジタル信号または、リダ クションすなわち減衰（reduction）によって引き出されるデジタル信号を発生 させる測定用変換器を備えた力センサーに関するものである。このような力セン サーのうち、例えば欧州特許EP 0 325 619(D1)またはEP 0 544 858(D2)のように 公知のものもある。更に、コード測定用変換器は例えば欧州特許EP 0 540 474(D 3)により公知である。 背景技術 Ｄ１とＤ２による公知の力センサーはどちらも内方へ平行運動するため、面負 荷測定装置として適している。弾力減衰はどちらの場合にも力センサーの構成要 素である。しかし、どちらの場合においても、測定変換器は単一部材として、あ る程度高価で壊れやすい力伝達部材と共に力センサー内に組み立てられる。しか しＤ１・Ｄ２に使用されている測定変換器の防水・防気の製品は、通常そのよう な形式のものは比較的大きな構造で、また更に力の減衰がもたらされるので、技 術面での問題を際立たせている。さらに欧州特許EP 319 176による、集積型測定 電子装置を備えた密封形のウォーブルピンが公知である。 いずれにしても、ウォーブルピンは基本的に点負荷用 に作られており、即座に面負荷用に転換することは不可能である。 発明の開示 本発明の目的は、全体的な平行運動と力の減衰を行う防水・防気構造の小型水 面積負荷力センサーの製造を包括するものである。発明の目的については、請求 の範囲1において本質的な特徴について、さらに請求の範囲２から17においてさ らに有利な変形例について再述されている。 本発明の総合的概念を添付の図面を用いて説明する。 図面の簡単な説明 第１図は、力センサーの構造に関する第一例の長手方向断面図である。 第２図は、ＡＡ部分における第一の横断面図である。 第３図は、ＢＢ部分における第二の横断面図である。 第４図は、ＣＣ部分における第三の横断面図である。 第５図は、負荷が加わった負荷体の長手方向断面図である。 第６図は、力センサーの構造における第二例の長手方向断面図である。 第７図は、力センサーの第一斜視図である。 第８図は、力センサーの第二斜視図である。 発明を実施するための最良の形態 第１図は、本発明による力センサーの構造の第一例を示す。それは負荷体１、 測定変換器４、そして関連する 判定電子装置５から構成される。負荷体１自体は、負荷桁２と、底部３に分かれ ており、それらの構成部材は測定される力Ｆを伝達する板状部材６、７を備えて いる。例えばねじ９等を用いて負荷体１に板状部材６、７が固定されるそれぞれ の位置は、板状部材６が底部３の上方を右にスライドでき、板状部材７が負荷支 持部２の下を左にスライドできるということに関する限り重要ではない。そして 測定される力により、負荷体１への負荷は方向を変える。負荷体1は、第６図に 見られるように立方体を成している。負荷支持部２には、第２図ＡＡの横断面図 にあるように、端部が平坦な長手軸方向のボア孔８がある。底部３は第３図ＢＢ の断面図に見られると同様に、長手方向ボア孔８と同軸の中空ボア孔10として機 能する長手方向ボア孔がある。その中空ボア孔10は、中心部に桿状部材すなわち レバー11を残しており、やはり端部が平坦である。 ボア孔８、10の長さの合計は負荷体１の全長よりも短い。それにより２つの等 しいミルドノッチ12用のスペースが残されており、それらのミルドノッチは負荷 支持部２と底部３の間に位置し、負荷体1の長手方向軸に対して直角になってい る。ミルドノッチ12と負荷体1の外表面間に、自在ばね15という平面部材が残さ れ、その部材の外表面は負荷体1の外表面によって、内表面はミルドノッチ12に よって形成される。長手方向ボア孔８の平坦な端部と中空ボア孔10とミルドノッ チ12が、レバー11と 接合される膜状部材16を形成する。膜状部材16はレバー11用の弾性継手の働きを する。 ミルドノッチ12と直交して二つのノッチ32が伸びて、それらは接合している。 ノッチ32の奥行きは実質的に、ミルドノッチ12の奥行きと対応する特性レベルと 直交している（第４図参照）。 第１図中で示された負荷体１の、ＣＣ部分での横断面を示す第４図には、膜状 部材16が示されている。底部3と負荷支持部2が第１図中の矢印Ｆの方向に加重を 受ける場合、自在ばね15はＳ字型に湾曲し、レバー11は第５図で相当強調して示 されているように、上方向に動く。ここで取り上げられている測定変換器の殆ど は、静止状態のまま実際的な働きをするので、装置の実質的な性質上、効率のよ い応力変形はなお減少する。第５図では測定変換器４と関連する電子装置５も省 略される。レバー11は、ゆえに負荷支持部2と、膜状部材16と連動して生じるト ルク状態と、膜状部材16の制限面の間に位置するレバー11の短部分18とにかかる 力を減衰する。この場合力は短部分18の長さとレバー11の長さに応じて伝えられ る。弾性減衰が増大されなければならない場合、当然その双方の程度は累積的で あるが、一方で膜状部材16がより薄くされ、他方で自在ばね15はより強度のある ものとして生産できる。 第６図は本発明による第二例の負荷体1の長手方向断面図である。ミルドノッ チ12は、自在ばね15の輪郭を形 成する外周部分13と、レバー11の短部分18の輪郭を形成する中心部分14に分かれ ている。原則的にこのようにして、レバー11の短部分18によって隔てられた膜状 部材16、17が形成される。膜状部材16、17間にある自在ばね15とレバー11の18部 分とがミルドノッチ12によって輪郭を形成され、膜状部材16、17が長手方向ボア 孔８と、同軸でありレバー11の輪郭をも同時に形成する中空ボア孔10により輪郭 を形成される限りにおいては、本発明の概念から逸れることなく更に進んだ形の 構造が可能になる。「ボア孔８」「中空ボア孔10」「ミルドノッチ12」などの呼 称は掘削作業と機械による粉砕作業に限られるべきではない。明らかに他の部材 除去技術も利用され得る。更に形成は、高度なカッティング機械仕上げによるだ けでなく、例えば機械による浸食加工、押出しあるいは鋳造加工などの他の公知 の方法により行うことができる。 第６図に見られる負荷体１の弾性変形は第５図で示したものと類似の方法で起 きる。 第７図と第８図は立方体の負荷体１の斜視図である。ケーシング20は例えばね じ19により負荷体1に固定される。ケーシング20は例えば図１に示されているＯ リング21により負荷体1に密封される。ケーシング20の内側に不浸透壁22がある ため、測定変換器4はカプセル化され、防水・気密である。その囲みは壁22、ケ ーシング20の負荷体側、中空ボア10の周壁と膜状部材17によって封じられている 。 判定電子装置5はそれ自体を気密になっているケーシング20の負荷体部分に設 置されている。 第７図と、力センサーを第７図と逆の側から示した第８図の斜視図中では、ケ ーシング20は円筒形である。測定変換器４と判定電子装置を収容し、気密壁22が あるならば、他のいかなる形のケーシングも明らかに本発明の概念の範囲内にあ る。例えばここでは参照番号24と共に示されているプラグ23を収容できるケーシ ング20の蓋も同様に、図中には示されていないねじで固定され、Ｏリングで密封 される。 測定変換器4のために、現在公知の適当な形状の不動な設備全て、例えば振動 検流計、箔歪みゲージ、圧電性であり容量性の屈折測定変換器が考慮され得る。 本発明によるモノリシック力センサーは、面負荷が測定されるべき、或いは面 負荷を測定する測定び負担を減らすことができるように、それによって、また板 状部材6、7が第１図に示された力から離れてトルク負荷を受けるように、いずれ にも適用される。例えば 台ばかり ベルトコンベアー秤 吊り秤 などである。 本発明は例えば板状部材６が補足されているか、或いはボールセグメント形の 表面と置き換えられて、点負荷測定のために直ちに改良できる。もし板状部材6 、7双方 にボールセグメント形表面が補われ、それらのボールセグメントが同軸に配置さ れ、原則として同一半径であり、その半径が両ボールセグメントの最外点の間に おける仕切りの半分より大きいならば、最初に記載されたウォーブルピンが通用 する。 本発明による力センサーの利点は、組立時の高さの低さ、測定部分の気密・防 水構造、生産の単純性であり、組立方法が最優先の既成の測定変換器ではないと いうことである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １.内方に平行運動し且つ、弾性力をリダクションすなわち減衰し、測定変換器( 4)を備えており、減衰された力がそこに伝達され、測定される元の力の値を表す デジタル電子信号を発生する力センサーにおいて、 − 実質的に立方体の負荷体(1)、長手方向軸に直角に配置された二つのノッチ(1 2,32)、中空削井(10)により形作られるレバー(11)と少なくとも一つの膜状部材( 16)から構成され、その負荷体(1)は、その長手方向軸と同軸の一つの端表面から 伸びる長手方向削井(8)と、もう一方の端表面から伸びる中空ボア孔(10)によっ て二つの自在ばね(15)に分けられており、 − 負荷体(1)の外表面上の装置は、自在ばね(15)の境もなしており、測定される 力の伝達のため負荷体の長手方向軸に対して直角に取付けられている。 − 負荷体(1)は、レバー(11)の側が、密封ケーシングに収容された測定変換器(4 )にしっかりと接合され且つ、それによって動作している。 − ケーシング(20)は、測定変換器(4)からの信号を力の値を示すデジタル電子信 号に処理し、また密封壁(22)によって、測定変換器(4)から隔てられている判定 電子装置(5)をも収容しており、そのようにして測定変換器(4)は外界と判定電子 装置(5)から膜状部材(17)、中空ボア孔(10)の壁面そして鋳造(20)によってしっ かりと遮断されることを特徴とする力センサー。 ２.負荷体(1)が単一のものから製造されることを特徴とする、請求の範囲１に記 載の力センサー ３.− ボア孔(8,10)の奥行きの合計は負荷体(1)の全長より短く、 − その長手方向軸に対して直角に位置し、原則的にそれに対称の第一の打抜き ノッチ(12)はどの場合にも第一のノッチ(12)と負荷体(1)の外表面の間に平たい 自在ばね(15)がとどまるように配置されており、 − 二つの第一のノッチ(12)が自在ばね(15)に直交する外表面に沿って、二つの の別のノッチ(32)によって接合されており、長手方向軸からノッチ(32)までの距 離が、原則的に第一のノッチ(12)のそれと対応し、 膜状部材(16)の厚みはボア孔(8,10)の底端部の隔たり距離によって設定されるこ とを特徴とする請求の範囲２に記載の力センサー。 ４.第一のノッチ(12)は実質的に長方形の横断面を有し、負荷体(1)の長手方向の 伸長部分が、少なくともそれらに直交する第二のノッチ(32)と同じ大きさである ことを特徴とする、請求の範囲３に記載の力センサー ５.第一のノッチ(12)が、張り出した外周部分(13)と中心部分(14)に分かれてお り、その中心部分は負荷体(1)の長手方向軸を向いており、自在ばね(15)がその 一方の側を外周部分(13)によって、もう一方の側を負荷体(1)の外表面によって それぞれ形成され、第一のノッチ(12)に直交するノッチ(32)の幅が第一のノッチ (12)の中心部 分(14)の幅と対応しており、力センサーにレバー(11)の短部分(18)によって接合 される二つの膜状部材(16,17)があることを特徴とする、請求の範囲１に記載の 力センサー。 ６.ボア孔(8,10)とノッチ(12,32)が部材切削加工によって形成されることを特徴 とする請求の範囲３から５のいずれか一つに記載の力センサー。 ７.ボア孔(8,10)とノッチ(12,32)と呼ばれる形の部材が不カッティング形成技術 によって形成されることを特徴とする請求の範囲３から５のいずれか一つに記載 の力センサー。 ８.ボア孔(8,10)とノッチ(12,32)と称される形状の部材を備えた負荷体(1)が、 点火侵食加工によって形成されることを特徴とする請求の範囲７に記載の力セン サー。 ９.ボア孔(8,10)とノッチ(12,32)と称される形状の部材を備えた負荷体(1)が流 動圧縮形成加工によって形成されることを特徴とする請求の範囲７に記載の力セ ンサー。 １０.ボア孔(8,10)とノッチ(12,32)と称される形状の部材を備えた負荷体(1)が 、鋳造加工によって形成されることを特徴とする請求の範囲７に記載の力センサ ー。 １１.負荷支持部が形成過程後の機械加工によって再加工されることを特徴とす る、請求の範囲９または１０に記載の力センサー。 １２.ケーシング(20)を負荷体(1)にしっかり固定する装置がＯリングから成るこ とを特徴とする請求の範囲１に 記載の力センサー。 １３.− 測定される力を負荷体(1)に伝達する装置は二つの板状部材(6,7)から成 り、その板状部材(6)は負荷体(1)の外壁の一つに沿っておかれ、負荷体(1)の内 部を長手方向ボア孔(8)が伸びる個所に固定され、他方の板状部材(7)は負荷体(1 )の反対側の外壁沿いにあり、負荷体(1)の内部を中空ボア孔(10)が伸びる個所に 固定されており、 − それらの板状部材(6,7)がトルクを発生させる面負荷を受けるように据え付け られていることを特徴とする請求の範囲１に記載の力センサー。 １４.測定される力の負荷体への伝達装置が − 負荷体(1)の外壁の一つに沿って置かれ、負荷体(1)内部を長手方向ボア孔(8) が伸びる個所に固定される板状部材(6)と − 負荷体(1)の反対側の外壁上に対して置かれ、負荷体(1)内部を中空ボア孔(10 )が伸びる個所に固定されるボールセグメントで構成されることを特徴とする請 求の範囲１に記載の力センサー。 １５.ボールセグメントが凸状であることを特徴とする請求の範囲14に記載の力 センサー。 １６.ボールセグメントが凹状であることを特徴とする請求の範囲14に記載の力 センサー。 １７.各板状部材(6,7)が互いに同軸の凸状ボールセグメントを支えており、それ ら二つのボールセグメントの曲 面半径が原則として同一であり、しかしボールセグメントの最外点の間を隔てる 距離の半分よりも大きいことを特徴とする請求の範囲１３に記載の力センサー。