JP2009020096A

JP2009020096A - 歪検出装置

Info

Publication number: JP2009020096A
Application number: JP2008153827A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Miyakoshi; 和彦宮越; Takaaki Ogawa; 孝昭小川
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2007-06-14
Filing date: 2008-06-12
Publication date: 2009-01-29

Abstract

【課題】本発明は、押圧部材に過大な横方向の力が作用しても、絶縁基板と押圧部材との支点がずれるということがなく、出力信号が安定している歪検出装置を提供することを目的とするものである。
【解決手段】本発明の歪検出装置は、押圧部材を上側押圧部材３６と下側押圧部材３３とで構成し、かつこの上側押圧部材３６と下側押圧部材３３とで絶縁基板２１を挟持するように構成するとともに、上側押圧部材３６を前記絶縁基板２１に固着するようにしたものである。
【選択図】図２

Description

本発明は、特に荷重を付加することによって発生する歪を検出する歪検出装置に関するものである。

従来のこの種の歪検出装置は、図５〜図７に示すような構成を有していた。

図５は従来の歪検出装置の斜視図、図６は同歪検出装置の側面図、図７は同歪検出装置における絶縁基板の下面図である。

図５〜図７において、１は絶縁基板で、この絶縁基板１は下面に４つの歪抵抗素子２、電源電極３、ＧＮＤ電極４、一対の出力電極５およびこれらを電気的に接続してブリッジ回路を構成する回路パターン６を設けている。７はワッシャーからなる一対の支持部材で、この一対の支持部材７により、前記絶縁基板１の一端側を挟持している。８はボルトで、このボルト８により、前記絶縁基板１および一対の支持部材７を支持台９に固定している。１０は押圧部材で、この押圧部材１０は一対のワッシャー１１とアーム１２とで構成されており、そしてこの押圧部材１０はボルト１３により前記絶縁基板１に固着されている。

以上のように構成された従来の歪検出装置について、次に、その動作を説明する。

押圧部材１０におけるアーム１２に押圧力が付加されると、図８に示すように、この押圧力により絶縁基板１が歪む。そして、この歪を検出することにより、歪検出装置に付加される押圧力を検出するものである。

なお、この出願の発明に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
特開２００１−３３０５２２号公報

しかしながら、上記した従来の構成においては、押圧部材１０におけるアーム１２に過大な横方向の力が作用した場合、絶縁基板１と押圧部材１０におけるワッシャー１１との間に滑りが生じて、絶縁基板１と支持部材７および絶縁基板１と押圧部材１０の支点がずれることになり、そして、これにより、４つの歪抵抗素子２に加わる曲げ応力が変動することになるため、歪検出装置の出力信号が変動してしまうという課題を有していた。

本発明は上記従来の課題を解決するもので、押圧部材に過大な横方向の力が作用しても、絶縁基板と押圧部材との支点がずれるということがなく、出力信号が安定している歪検出装置を提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を有するものである。

本発明の請求項１に記載の発明は、上面に少なくとも２つの歪抵抗素子を設けるとともに、この歪抵抗素子と電気的に接続される回路パターンを設け、さらに検出孔を設けた絶縁基板と、この絶縁基板の外周側を支持する支持部材と、前記絶縁基板の検出孔に挿入され、かつこの検出孔の周囲を支持部材に対して上下に変位可能に支持する押圧部材とを備え、前記押圧部材を上側押圧部材と下側押圧部材とで構成し、かつこの上側押圧部材と下側押圧部材とで前記絶縁基板を挟持するように構成するとともに、上側押圧部材と下側押圧部材のうち、いずれか一方を前記絶縁基板に固着するようにしたもので、この構成によれば、押圧部材を上側押圧部材と下側押圧部材とで構成し、かつこの上側押圧部材と下側押圧部材とで絶縁基板を挟持するように構成するとともに、上側押圧部材と下側押圧部材のうち、いずれか一方を前記絶縁基板に固着するようにしているため、押圧部材に過大な横方向の力が作用しても、押圧部材と絶縁基板との間に滑りが生じるということはなくなり、これにより、絶縁基板と押圧部材の支点がずれるということはなくなるため、歪抵抗素子に加わる曲げ応力は安定したものが得られるという作用効果を有するものである。

本発明の請求項２に記載の発明は、特に、上側押圧部材と下側押圧部材のうち、いずれか一方を絶縁基板に溶接により固着したもので、この構成によれば、上側押圧部材と下側押圧部材のうち、いずれか一方を絶縁基板に溶接により固着しているため、上側押圧部材と下側押圧部材のうち、いずれか一方を絶縁基板に容易に固着することができるという作用効果を有するものである。

本発明の請求項３に記載の発明は、特に、下側押圧部材に当接突起を設けるとともに、支持部材にも当接突起を設け、かつこの支持部材における当接突起と前記下側押圧部材における当接突起との間に間隙を設けたもので、この構成によれば、下側押圧部材に当接突起を設けるとともに、支持部材にも当接突起を設け、かつこの支持部材における当接突起と前記下側押圧部材における当接突起との間に間隙を設けているため、下側押圧部材に過大な荷重が付加されて、絶縁基板が下方向に撓んだ場合には、支持部材における当接突起と下側押圧部材における当接突起とが互いに当接することになり、これにより、絶縁基板が必要以上に撓むことはなくなるため、絶縁基板の上面に設けた第１の歪抵抗素子および第２の歪抵抗素子の抵抗値の特性が変動するということはなくなり、その結果、歪検出装置の特性が安定するという作用効果を有するものである。

以上のように本発明の歪検出装置は、上面に少なくとも２つの歪抵抗素子を設けるとともに、この歪抵抗素子と電気的に接続される回路パターンを設け、さらに検出孔を設けた絶縁基板と、この絶縁基板の外周側を支持する支持部材と、前記絶縁基板の検出孔に挿入され、かつこの検出孔の周囲を支持部材に対して上下に変位可能に支持する押圧部材とを備え、前記押圧部材を上側押圧部材と下側押圧部材とで構成し、かつこの上側押圧部材と下側押圧部材とで前記絶縁基板を挟持するように構成するとともに、上側押圧部材と下側押圧部材のうち、いずれか一方を前記絶縁基板に固着するようにしているため、押圧部材に過大な横方向の力が作用しても、押圧部材と絶縁基板との間に滑りが生じるということはなくなり、これにより、絶縁基板と押圧部材の支点がずれるということはなくなるため、歪抵抗素子に加わる曲げ応力は安定したものとなり、これにより、出力信号が安定している歪検出装置を提供することができるという優れた効果を奏するものである。

以下、本発明の一実施の形態における歪検出装置について、図面を参照しながら説明する。

図１は本発明の一実施の形態における歪検出装置の分解斜視図、図２は同歪検出装置の側断面図、図３は同歪検出装置の斜視図、図４は同歪検出装置における絶縁基板の保護層を取り外した状態を示す上面図である。

図１〜図４において、２１はニッケルを約０．１重量％含有するステンレスからなる絶縁基板で、この絶縁基板２１は略中央に検出孔２２を設けた検出部２３を設けるとともに、回路部品２４を実装する略長方形形状の実装部２５を設けており、さらにこの実装部２５の上面には、図４に示すように、銀からなる電源電極２６、ＧＮＤ電極２７、一対の出力電極２８、１０個の第１の歪抵抗素子２９および１０個の第２の歪抵抗素子３０を回路パターン３１で電気的に接続することにより構成されたブリッジ回路を設けている。３３はニッケルを約４重量％含有するステンレス材料からなる下側押圧部材で、この下側押圧部材３３には、前記絶縁基板２１の下面における検出孔２２の近傍に当接する当接部３４を設けるとともに、上部の外側面には全周にわたって雄ネジ３５を設け、さらに、下側には当接突起３３ａを設けている。３６は金属からなる上側押圧部材で、この上側押圧部材３６は、略中央に前記下側押圧部材３３における雄ネジ３５と組み合わされる貫通雌ネジ３７を設けるとともに、下面に当接部３８を設け、そしてこの当接部３８と前記下側押圧部材３３における当接部３４とで前記絶縁基板２１を挟持している。また、前記上側押圧部材３６と絶縁基板２１には、図２に示すように、溶接部３６ａを設けており、そしてこの溶接部３６ａにより、絶縁基板２１と上側押圧部材３６とを固着している。

４３は金属からなる円筒形状の支持部材で、この支持部材４３は上面に基板支持部４４を設けており、そしてこの基板支持部４４により、前記絶縁基板２１における略円形状の検出部２３の下面外周部を同一平面状に支持している。また、前記下側押圧部材３３と上側押圧部材３６とで挟持された絶縁基板２１は支持部材４３の基板支持部４４に対して上下方向に変位可能に取り付けられている。そしてまた、前記支持部材４３の内側には内方に突出する当接突起４５を設けるとともに、この当接突起４５と前記下側押圧部材３３における当接突起３３ａとの間には間隙５０を設けている。４６は取付部材で、この取付部材４６は上面に前記支持部材４３における下面を当接させている。４７はケースで、このケース４７は図１に示すように外方へ突出するコネクタ部４８を設けるとともに、このコネクタ部４８の内側には３つのコネクタ端子４９を設けている。そして、このコネクタ端子４９は前記絶縁基板２１における回路部品２４と電気的に接続されるものである。

以上のように構成された本発明の一実施の形態における歪検出装置について、次にその組立方法について説明する。

まず、ステンレス板（図示せず）の上面にガラスペースト（図示せず）を印刷した後、約８５０℃で約１０分間焼成し、絶縁基板２１を形成する。

次に、前記絶縁基板２１の上面に位置して銀のペースト（図示せず）を印刷し、約８５０℃で約１０分間焼成し、前記絶縁基板２１の上面に電源電極２６、ＧＮＤ電極２７、一対の出力電極２８および回路パターン３１を形成する。

次に、前記絶縁基板２１の上面における第１の歪抵抗素子２９および第２の歪抵抗素子３０を設ける位置にメタルグレーズ系ペースト（図示せず）を印刷した後、約１３０℃で約１０分間乾燥する。

次に、前記絶縁基板２１を約８５０℃で約１０分間焼成し、絶縁基板２１に１０個の第１の歪抵抗素子２９と１０個の第２の歪抵抗素子３０を形成する。

次に、絶縁基板２１における検出孔２２に、上側押圧部材３６における下端部を挿入した後、レーザー溶接により、絶縁基板２１および上側押圧部材３６に溶接部３６ａを形成することにより、絶縁基板２１に上側押圧部材３６を固着する。この場合、上側押圧部材３６を絶縁基板２１に溶接により固着しているため、上側押圧部材３６を絶縁基板２１に容易に固着することができるという効果が得られるものである。

次に、下側押圧部材３３における雄ネジ３５を上側押圧部材３６における貫通雌ネジ３７に螺合させることにより、下側押圧部材３３における当接部３４と上側押圧部材３６における当接部３８とで絶縁基板２１を挟持する。

次に、支持部材４３の基板支持部４４に、絶縁基板２１の検出部２３における下面の外周部全域を支持するように設置し、そしてレーザーを照射して溶接により固着する。

次に、予め回路部品２４を実装した絶縁基板２１の実装部２５の外周を覆うようにケース４７を装着した後、ケース４７のコネクタ端子４９を絶縁基板２１に半田付けする。

最後に、取付部材４６の上面に支持部材４３の下面を当接させた後、レーザーを照射して溶接により取付部材４６に支持部材４３を固着する。

以上のように構成された本発明の一実施の形態における歪検出装置について、次にその動作を説明する。

上側押圧部材３６に荷重が加わると、下側押圧部材３３と上側押圧部材３６とで挟持された絶縁基板２１は上下方向に変位することになり、これにより、第１の歪抵抗素子２９および第２の歪抵抗素子３０の抵抗値が変動し、そしてこの抵抗値の変動を回路部品２４で信号処理することにより、出力信号としてコネクタ端子４９を介して外部に出力するものである。

ここで、上側押圧部材３６に過大な横方向の荷重が加わった場合を考えてみると、本発明の一実施の形態における歪検出装置においては、押圧部材を上側押圧部材３６と下側押圧部材３３とで構成し、かつこの上側押圧部材３６と下側押圧部材３３とで絶縁基板２１を挟持するように構成するとともに、上側押圧部材３６を絶縁基板２１に固着するようにしているため、上側押圧部材３６に過大な横方向の力が作用しても、上側押圧部材３６と絶縁基板２１との間に滑りが生じるということはなくなり、これにより、絶縁基板２１と上側押圧部材３６の支点がずれるということはなくなるため、第１の歪抵抗素子２９および第２の歪抵抗素子３０に加わる曲げ応力は安定したものが得られるという効果を有するものである。

また、下側押圧部材３３に過大な荷重が付加されて、絶縁基板２１が下方向に必要以上に撓む場合を考えてみると、本発明の一実施の形態における歪検出装置においては、絶縁基板２１が下方向に撓んだ場合には、支持部材４３における当接突起４５と下側押圧部材３３における当接突起３３ａとが互いに当接することになり、これにより、絶縁基板２１が必要以上に撓むことはなくなるため、絶縁基板２１の上面に設けた第１の歪抵抗素子２９および第２の歪抵抗素子３０の抵抗値の特性が変動するということはなくなり、その結果、歪検出装置の特性が安定するという効果を有するものである。

なお、上記本発明の一実施の形態においては、上側押圧部材３６と絶縁基板２１に溶接部３６ａを設け、この溶接部３６ａにより、上側押圧部材３６を絶縁基板２１に固着するようにしていたが、これとは逆に、下側押圧部材３３と絶縁基板２１に溶接部を設け、この溶接部により、下側押圧部材３３を絶縁基板２１に固着するようにした場合でも、上記本発明の一実施の形態と同様の効果が得られるものである。

本発明に係る歪検出装置は、押圧部材に過大な横方向の力が作用しても、絶縁基板と押圧部材との支点がずれるということはなく、出力信号が安定している歪検出装置を提供することができるという効果を有するものであり、特に荷重を付加することによって発生する歪を検出する歪検出装置として有用なものである。

本発明の一実施の形態における歪検出装置の分解斜視図同歪検出装置の側断面図同歪検出装置の斜視図同歪検出装置における絶縁基板の上面図従来の歪検出装置の斜視図同歪検出装置の側面図同歪検出装置における絶縁基板の下面図同歪検出装置が動作する状態を示す図

符号の説明

２１絶縁基板
２２検出孔
２９，３０歪抵抗素子
３１回路パターン
３３下側押圧部材
３３ａ，４５当接突起
３６上側押圧部材
４３支持部材
５０間隙

Claims

上面に少なくとも２つの歪抵抗素子を設けるとともに、この歪抵抗素子と電気的に接続される回路パターンを設け、さらに検出孔を設けた絶縁基板と、この絶縁基板の外周側を支持する支持部材と、前記絶縁基板の検出孔に挿入され、かつこの検出孔の周囲を支持部材に対して上下に変位可能に支持する押圧部材とを備え、前記押圧部材を上側押圧部材と下側押圧部材とで構成し、かつこの上側押圧部材と下側押圧部材とで前記絶縁基板を挟持するように構成するとともに、上側押圧部材と下側押圧部材のうち、いずれか一方を前記絶縁基板に固着するようにした歪検出装置。
上側押圧部材と下側押圧部材のうち、いずれか一方を絶縁基板に溶接により固着した請求項１記載の歪検出装置。
下側押圧部材に当接突起を設けるとともに、支持部材にも当接突起を設け、かつこの支持部材における当接突起と前記下側押圧部材における当接突起との間に間隙を設けた請求項１記載の歪検出装置。