JP2014044181A - 歪みセンサーモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】ドアパネル等の対象物の外力による変形を検出するとともに、過大な変形による歪みセンサー３の損傷を回避できるようにする。
【解決手段】歪みセンサーモジュール１は、回路基板からなる起歪板２と、半導体型歪みセンサー３と、回路部４と、コネクター５と、を有し、略中央の取り付けネジ６の１点において対象物に取り付けられる。起歪板２の一端部２ａには、突起部材１１によって突起部１１ａが形成されているので、取り付けネジ６で固定した初期状態では、起歪板２が僅かに撓み、プリロードが与えられる。対象物が外力により起歪板２へ向かって凸となる方向に変形すると、歪みセンサー３に生じていた歪みが減少するので、対象物の変形が検出される。対象物が同方向に過度に変形しても、起歪板２は撓まないので、歪みセンサー３の損傷は生じない。
【選択図】図１

Description

この発明は、セキュリティーシステム等に好適な歪みセンサーモジュールに関する。

例えばドアや窓等が不審者により無理やりに開けられたことを検出するために、従来は、振動センサーが多く用いられている（特許文献１）。しかし、この種の振動センサーは、外部から加わった衝撃による加速度に応答するものであるため、例えば外力が比較的緩やかに加えられてドアや窓のパネルフレーム等が徐々に変形していくような場合には、その異常を必ずしも検知できない。

そのため、このような態様の異常の検知のために、外力によるドアパネル等の歪みの発生を監視することが検討されている。

ここで、近年、従前の抵抗線式ストレインゲージに代えて、半導体基板に複数の拡散抵抗からなるホイートストンブリッジ回路を形成するとともに、増幅回路を同じ基板上に形成した半導体型歪みセンサーが種々提案されている（例えば特許文献２参照）。

また特許文献３には、肉薄部を有する起歪部材にストレインゲージの抵抗線を貼着してなるストレインゲージ式ロードセルにおいて、起歪部材を塑性変形が生じないセラミックにて形成することが開示されている。

特開２００９−２７７２１２号公報 特開２００５−１１４４４３号公報 特開昭６３−２７３０２９号公報

上記の半導体型歪みセンサーは、従前の抵抗線式ストレインゲージに比べて遙かに感度が高く、外力によるドア・窓パネルフレーム等対象物の変形つまり歪みを精度よく検出することが可能であるが、その反面、脆い薄肉の半導体基板で構成されているため、過大な変形には追従できず、特に引張や曲げ方向の力に対しては、損傷し易い、という欠点がある。

なお、特許文献３では、肉薄部を有する中空の起歪部材を用いる構成であり、対象物に取り付けてその歪み検出を行う用途には適用することができない。

この発明は、対象物の表面に取り付けられ、設定した固定部位で固定される起歪板と、この起歪板の歪みに応答するように該起歪板に支持された歪みセンサーと、を備え、上記対象物の特定の方向の変形を検出する歪みセンサーモジュールであって、上記起歪板および対象物の固定部位と上記起歪板の一端部との間に上記歪みセンサーが配置されていることを特徴としている。

上記構成において、対象物が外力によって変形すると、該対象物の表面に取り付けられた起歪板が同様に撓み、これに応じて、歪みセンサーの出力信号が変化し、対象物の変形が検出される。

この際、上記起歪板は、対象物に対して固定部位にて固定されているため、対象物が起歪板へ向かって凸となる方向へ変形したときには、起歪板の上記一端部が対象物の表面から離れようとする。そのため、この方向で対象物の過大な変形があったとしても、歪みセンサーに過大な歪みや曲げ力が作用することがなく、歪みセンサーの損傷は生じない。

（１）請求項１〜７に記載の発明によれば、対象物の外力による変形を確実に検出することができる。そして、対象物が起歪板へ向かって凸となる方向へ大きく変形したとしても、歪みセンサーが損傷を来すことがなく、歪みセンサーを確実に保護することができる。
（２）請求項５に記載の発明によれば、起歪板に付与するプリロードを任意に調整することができる。

この発明に係る歪みセンサーモジュールの第１の実施例を示す斜視図。 第１の実施例の歪みセンサーモジュールを対象物に取り付けた状態を示す側面図。 対象物が矢印Ａ方向の外力で変形した状態の説明図。 対象物が矢印Ｂ方向の外力で変形した状態の説明図。 対象物に作用した荷重と歪みセンサー出力との関係を示した特性図。 （ａ）外力により出力が変化したときと（ｂ）センサー損傷により出力が変化したときとを対比して示した特性図。 歪みセンサーの両側の２点で固定した比較例の説明図。 この発明に係る歪みセンサーモジュールの、１つの突起部材によりプリロードを調整する第２の実施例を示す側面図。 この発明に係る歪みセンサーモジュールの、介在部材によりプリロードを調整する第３の実施例を示す側面図。 この発明に係る歪みセンサーモジュールの、２つの突起部材によりプリロードを調整する第４の実施例を示す側面図。 この発明に係る歪みセンサーモジュールの、２つの突起部材を用いた第５の実施例の表面の斜視図。 この発明に係る歪みセンサーモジュールの、２つの突起部材を用いた第５の実施例の裏面の斜視図。 この発明に係る歪みセンサーモジュールの、取り付けネジを２本用いた第６の実施例の表面の斜視図。 この発明に係る歪みセンサーモジュールの、取り付けネジを２本用いた第６の実施例の裏面の斜視図。 この発明に係る歪みセンサーモジュールの第７の実施例を示す斜視図。 第７の実施例の歪みセンサーモジュールを対象物に取り付けた状態を示す側面図。 対象物が矢印Ｂ方向の外力で変形した状態の説明図。 対象物が矢印Ａ方向の外力で変形した状態の説明図。 対象物に作用した荷重と歪みセンサー出力との関係を示した特性図。 この発明に係る歪みセンサーモジュールの第８の実施例の表面の斜視図。 この発明に係る歪みセンサーモジュールの第８の実施例の裏面の斜視図。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明するが、本発明は下記の実施形態例に限定されるものではない。

本発明では、対象物が変形していない初期状態において起歪板にプリロードを与えるか否かによって、検出し得る対象物の変形方向が定まる。

本発明の第１の態様では、起歪板の上記一端部に、対象物に局部的に接する突起部を備えており、設定した固定部位で起歪板を対象物に固定したときに、上記突起部により起歪板にプリロードが与えられる。つまり、起歪板の一部が固定部位において対象物の表面に接した状態に固定されるのに対し、上記一端部が上記突起部によって持ち上げられた形となり、これにより起歪板にプリロードが与えられる。従って、このプリロードによる起歪板の初期歪みに対応した出力信号が初期状態（つまり対象物が変形していない状態）において得られる。

この場合、対象物が起歪板へ向かって凸となる方向へ変形したときに、突起部が相対的に対象物の表面から離れる方向へ移動することとなるので、上記プリロードひいては初期歪みが減少する。突起部が対象物の表面から完全に離れれば、起歪板の歪みは０となる。

従って、上記プリロードによる上記起歪板の初期歪みの減少に基づいて、上記対象物の変形を検出することができる。

また、上記突起部により起歪板にプリロードが与えられている状態で、対象物が起歪板とは反対側へ凸となる方向へ変形した場合、起歪板は対象物に追従して撓み、これに応じて歪みセンサーの出力信号が変化し、これによって対象物の変形が検出される。

本発明の第２の態様では、上記プリロードの付与量を調整するプリロード調整手段を備えた。これによってプリロードを任意に調整することができ、例えばプリロードを大きく設定することにより、歪みセンサーの計測可能範囲を広くとることができる。

本発明の第３の態様では、プリロードを特に与えることなく、初期状態で起歪板が対象物の表面に自然に接した状態となって用いられる。この場合、対象物が起歪板とは反対側へ凸となる方向に変形すると、これに追従して起歪板が撓み変形し、その歪みに応じた出力信号が得られる。これにより、対象物の変形が検出される。

上記起歪板としては、金属板や硬質合成樹脂板など適宜な材料からなるものを用いることができる。好ましい一つの例では、起歪板が弾性変形可能な回路基板から形成されている。つまり、歪みセンサーや必要な回路部品等を実装した回路基板そのものを起歪板とすることができ、歪みセンサーモジュールの簡素化が図れる。

図１は、この発明に係る歪みセンサーモジュールの第１の実施例を示している。この実施例における歪みセンサーモジュール１は、必要な配線を備えた回路基板からなる起歪板２と、この起歪板２の表面に接着やハンダ付け等により固定された歪みセンサー３と、１チップマイクロコンピュータを含む回路部４と、外部配線との接続を行うコネクター５等を備えている。

上記起歪板２を構成する回路基板は、例えば銅板の表面に印刷回路の層を備えたいわゆるメタルベース基板からなり、少なくとも歪みセンサー３による検出範囲の変位については弾性変形となるように、起歪板として必要な弾性を備えている。この起歪板２は、平面が長方形状で平坦な帯状に形成され、その長手方向の略中央部に、該起歪板２をドアパネル等の対象物２１（図２参照）の表面に取り付けるための単一の取り付けネジ６が設けられている。

上記歪みセンサー３は、例えば特許文献２に開示されているように半導体基板に複数の拡散抵抗からなるホイートストンブリッジ回路を形成するとともに、増幅回路を同じ半導体基板上に形成した半導体型歪みセンサーからなり、例えば数ｍｍ角程度の１つのチップとして構成されている。この歪みセンサー３は、起歪板２の一端部２ａ側の部分の領域に配置されており、取り付けネジ６よりも一端部２ａよりに位置している。なお、上記のような半導体型歪みセンサーは、特定の方向（一般には互いに直交する２方向）に沿った歪みに対し高い感度を有しているが、この歪み検出方向が上記起歪板２の長手方向の撓みに対応するように、歪みセンサー３が配置されている。なお、図示例はコネクター５を介して有線で歪みセンサーモジュール１が外部機器に接続されるが、ワイヤレス方式の給電ならびに出力信号の送受信を行うように構成することも可能である。

ここで、本実施例の歪みセンサーモジュール１は、初期状態で起歪板２にプリロードを与える構成となっており、そのために、起歪板２の一端部２ａに、ネジ、リベットや樹脂モールド等からなる突起部材１１が取り付けられている。この突起部材１１は、起歪板２に設けた孔を貫通しているとともに、先端が起歪板２の裏面つまり取付面２ｃ（図２，図３参照）から僅かに突出しており、該突出部位は突起部１１ａ（図２，図３参照）を構成している。

取り付けネジ６、歪みセンサー３および突起部材１１の三者は、起歪板２の長手方向の中心線に沿うように一列に並んで配置されており、図示例では、取り付けネジ６と突起部材１１との間の略中央に歪みセンサー３が位置している。なお、起歪板２の裏面つまり取付面２ｃは、突起部１１ａと取り付けネジ６とを除いて、凹凸のない平面をなしている。

上記のように構成された歪みセンサーモジュール１は、図２に示すように、ドアパネル等の対象物２１の平坦な表面２１ａに取り付けネジ６によって取り付けられる。なお、歪みセンサーモジュール１の取り付けネジ６を中心とする回転防止等のために、起歪板２のコネクター５寄りの部分を補助的に固定するようにしてもよい。

また、歪みセンサーモジュール１の起歪板２の長手方向両端部２ａ，２ｂに凹部を設け、対象物２１の表面２１ａにおける、歪みセンサーモジュール１の取り付け部位に位置決め用として前記凹部と係合する凸部を設け、前記凹部と凸部を係合させて取り付けネジ６によるネジ止めを行なうようにしてもよい。

取り付けネジ６を締め付けることによって起歪板２の取付面２ｃは対象物２１の表面２１ａに密接する。しかし、この実施例では、起歪板２の一端部２ａ寄りに突起部１１ａが存在するので、該突起部１１ａが対象物２１の表面２１ａに接し、この結果、その付近の起歪板２の一端部２ａは、図２に示すように、対象物２１の表面２１ａから僅かに浮き上がる。これにより、起歪板２は初期状態において僅かに撓み、プリロードが与えられた状態となる。このとき、歪みセンサー３からは、このプリロードに対応した歪みの大きさを示す出力信号が得られる。

このような初期状態から対象物２１が図２の矢印Ａ方向に外力を受け、該対象物２１が起歪板２へ向かって凸となる方向へ変形すると、図３に示すように突起部１１ａが対象物２１の表面２１ａから離れようとし、プリロードによる起歪板２の撓みが減少していく。そして、最終的には、突起部１１ａが対象物２１の表面２１ａから完全に離れ、起歪板２の撓みが実質的に０となって、歪みセンサー３からは、この歪み０を示す出力信号が得られる。

また、前記初期状態から対象物２１が矢印Ｂ方向に外力を受け、該対象物２１が起歪板２とは反対側へ向かって凸となる方向へ変形すると、図４に示すように起歪板２が対象物２１に追従して撓み、その撓み量が増加する。これに伴って歪みセンサー３に圧縮方向の歪みが生じ、該歪みに対応した出力信号が得られる。

図５は、上記歪みセンサーモジュール１から得られる出力信号の特性を示している。図の縦軸は、対象物２１に加わった荷重の大きさを示しており、荷重０よりも下側が上記の矢印Ａ方向の荷重に相当し、荷重０よりも上側が逆方向つまり図２の矢印Ｂ方向の荷重に相当する。横軸は、起歪板２の歪みに対応する出力信号の大きさを模式的に示しており、ここでは、便宜上、伸び方向の歪みを受けると出力が大となり、これとは逆の圧縮方向の歪みを受けると出力が低下するものとして示しているが、これとは逆の特性とすることも可能である。図中のａ点が初期状態（対象物２１の荷重が０）の特性であり、前述したように、歪みセンサー３は、プリロードに対応した歪みの大きさの信号を出力する。ｂ点は、対象物２１の変形に伴って突起部１１ａが対象物２１の表面２１ａから離れる瞬間に相当し、これよりも対象物２１の変形が増加しても歪みセンサー３の出力信号は変化しない。換言すれば、このときの出力信号が、歪みセンサー３の歪み０に対応する。

図３は、対象物２１が矢印Ａ方向の外力によって大きく変形した状態を示しているが、このように対象物２１が過大に変形しても、歪みセンサーモジュール１は取り付けネジ６の１点のみで対象物２１に固定されていることから、起歪板２は何ら撓むことがない。従って、歪みセンサー３に過大な力が作用することはなく、歪みセンサー３の損傷が確実に回避される。

仮に、図７に例示するように起歪板２が歪みセンサー３の両側の２点で対象物２１に固定されていたとすると、矢印Ａ方向の過大な外力により対象物２１が大きく変形したときに、起歪板２が同様に大きく撓むため、脆弱な歪みセンサー３が損傷（チップの破断や断線など）する。特に、図示する方向の対象物２１の変形では、歪みセンサー３に曲げと引張方向の荷重が作用するため、より損傷を生じやすい。

また、前記初期状態から、対象物２１が図４に示すようにＢ方向に外力を受けると、起歪板２が対象物２１に追従して撓み、歪みセンサー３に圧縮方向の歪みが生じ、図５のａ点からｃ点へ向かって出力信号が変化する。ｃ点は歪みセンサー３に損傷が生じた時点を表し、このｃ点において出力信号が０近傍の一定範囲内となる。

従って、この実施例では、対象物２１に作用する荷重として、図５に示すＬ１の範囲（ｂ点〜ｃ点の範囲に対応する）が計測可能範囲となる。

図６は、対象物２１の変形と歪みセンサー３の損傷との識別について説明するものであり、歪みセンサー３の出力レベルがステップ的に変化したときに、（ａ）のようにセンサー出力があるレベルに留まっていれば、対象物２１の変形であると判断することができる。これに対し、（ｂ）のようにセンサー出力が０付近まで低下した場合には、歪みセンサー３の損傷ないし断線等の異常であると判断することができる。なお、図５の例では、対象物２１の変形に伴ってａ点からｂ点へとセンサー出力が高くなるが、図６（ａ）では、理解を容易にするために、センサー出力が対象物２１の変形に伴って低くなるように描いてある。

尚、前記歪みセンサー３および取り付けネジ６の間の距離と、歪みセンサー３および突起部１１ａの間の距離は、同一でも良いし異なる距離であっても良い。すなわち、対象物２１の変形および起歪板２の変形を考慮して前記距離を設定することにより、歪みセンサー３の感度を任意に調整することができる。

以上のように、上記実施例では、ドアパネル等の対象物２１が外力によって変形（起歪板２へ向かって凸となる方向と、起歪板２とは反対側へ向かって凸となる方向へ変形）したことを歪みセンサー３によって確実に検出することができる。特に、防犯用途で多用される振動センサーと異なり、徐々に外力を加えて対象物２１を変形させていったような場合でも、確実な検出が可能である。また歪みセンサーモジュール１としてモジュール化したものを対象物２１の適当な位置に取り付ければよいので、極めて容易に適用できる。そして、対象物２１が外力によって過度に変形したような場合でも、歪みセンサー３の損傷を確実に回避することができる。

次に、１つの突起部材により前記プリロードの付与量を調整する手段を設けた第２の実施例を図８とともに説明する。図８において、図１〜図４と同一部分は同一符号をもって示している。

本実施例の歪みセンサーモジュール３０では、円筒形状の突起部材３１の表面にネジ切り加工を施すことによって雄ネジ部を形成し、起歪板２を貫通させた孔の内表面にネジ切り加工を施すことによって雌ネジ部を形成し、それら雄ネジ部と雌ネジ部を螺着してプリロード調整手段を構成している。この突起部材３１以外の部分は前記第１の実施例の歪みセンサーモジュール１と同一に構成されている。

このように構成された突起部材３１は、突起部材３１本体を回転させることで、起歪板２の取付面２ｃからの、突起部３１ａの突出高さを変更することができ、これによって突起部３１ａが接する対象物２１の表面２１ａと、突起部材３１が存在する部位の取付面２ｃとの間の距離（高さ）を変更することが可能となる。

このため取付面２ｃからの突起部３１ａの突出高さを比較的低くとることにより、突起部材３１の存在部位における起歪板２の取付面２ｃと対象物２１の表面２１ａとの間の高さは、図８（ａ）に示すｈ１のように比較的低く設定され、起歪板２に対するプリロード付与量は比較的小さく設定される。

また、取付面２ｃからの突起部３１ａの突出高さを比較的高くとることにより、突起部材３１の存在部位における起歪板２の取付面２ｃと対象物２１の表面２１ａとの間の高さは、図８（ｂ）に示すｈ２のように比較的高く設定され、起歪板２に対するプリロード付与量は比較的大きく設定される。

このように、起歪板２に対するプリロード付与量を任意に調整することができ、これによって図５に示す計測可能範囲Ｌ１（ａ点〜ｃ点、ａ点〜ｂ点の範囲）を任意に変更することができる。またプリロード付与量を大きく設定することにより、歪み量の測定可能範囲が広くなる。

次に、介在部材により前記プリロードの付与量を調整する手段を設けた第３の実施例を図９とともに説明する。図９において図１〜図４と同一部分は同一符号をもって示している。

本実施例の歪みセンサーモジュール４０では、起歪板２と対象物２１の間の取り付けネジ６の外周に、設定された厚みを有するワッシャ４２（介在部材）を介在させることで、取付面２ｃから所定高さに突出し、且つ図２の突起部材１１と同様に起歪板２の一端部２ａに取り付けた突起部材４１の突起部４１ａが接する対象物２１の表面２１ａと、起歪板２の取付面２ｃとの間の高さを変更するように構成した。

このワッシャ４２を介在させること以外は前記第１の実施例の歪みセンサーモジュール１と同一に構成されている。

図９（ａ）は歪みセンサーモジュール４０にワッシャを設けていない場合を示し、この場合は、突起部材４１の存在部位における起歪板２の取付面２ｃと対象物２１の表面２１ａとの間の高さｈ３は、突起部材４１の取付面２ｃからの突出高さのみで決定され、比較的高く設定される。このため起歪板２に対するプリロード付与量は比較的大きく設定される。

また図９（ｂ）のように所定厚みを有したワッシャ４２を設けた場合、突起部材４１の存在部位における起歪板２の取付面２ｃと対象物２１の表面２１ａとの間の高さは、突起部材４１の取付面２ｃからの突出高さからワッシャ４２の厚みを差し引いた高さｈ４となり、図９（ａ）の高さｈ３よりも低く設定される。このため起歪板２に対するプリロード付与量は比較的小さく設定される。

このように、突起部材４１の取付面２ｃからの突出高さと、ワッシャ４２の厚みとを任意に設定することにより、起歪板２に対するプリロード付与量を任意に調整することができる。

次に、２つの突起部材により前記プリロードの付与量を調整する手段を設けた第４の実施例を図１０とともに説明する。図１０において図１〜図４と同一部分は同一符号をもって示している。

本実施例の歪みセンサーモジュール５０では、前記第１の実施例の歪みセンサーモジュール１の突起部材１１と同様の突起部材を、起歪板２の一端部２ａ側のみならず他端部２ｂ側にも設けた。

すなわち、起歪板２の一端部２ａ側には取付面２ｃから所定高さに突出させた突起部５１ａａを有する突起部材５１ａを図２の突起部材１１と同様に取り付け、起歪板２の他端部２ｂ側には取付面２ｃから所定高さに突出させた突起部５１ｂａを有する突起部材５１ｂを図２の突起部材１１と同様に取り付けた。これら突起部材５１ａ，５１ｂ以外は前記第１の実施例の歪みセンサーモジュール１と同一に構成されている。

図１０の構成において、取り付けネジ６を締め付けることによって突起部５１ａａ，５１ｂａが対象物２１の表面２１ａに各々接し、起歪板２の一端部２ａおよび他端部２ｂが対象物２１の表面２１ａから僅かに浮き上がる。

これによって、起歪板２は初期状態において一端部２ａ側、他端部２ｂ側がともに僅かに撓み、これら両者の撓みに基づくプリロードが与えられた状態となる。したがって、突起部材５１ａ，５１ｂの取付面２ｃからの突出高さを各々任意に選定して起歪板２の撓み量を設定することにより、起歪板２に対するプリロード付与量を任意に調整することができる。

次に、２つの突起部材を用いた第５の実施例を図１１、図１２とともに説明する。図１１、図１２において図１〜図４、図９、図１０と同一部分は同一符号をもって示している。図１１は本実施例の歪みセンサーモジュール６０の表面を示し、図１２は裏面を示している。

起歪板２の一端部２ａ側には取付面２ｃから所定高さに突出させた突起部６１ａａを有する突起部材６１ａが図１０の突起部材５１ａと同様に取り付けられ、起歪板２の他端部２ｂ側には取付面２ｃから所定高さに突出させた突起部６１ｂａを有する突起部材６１ｂが図１０の突起部材５１ｂと同様に取り付けられている。

起歪板２の取付面２ｃ側の取り付けネジ６の外周には、図９（ｂ）のワッシャ４２と同様の、所定厚みを有したワッシャ６２が設けられている。起歪板２の一端部２ａの略中央部位には対象物２１への取り付け時の位置きめ指標となる切り欠き部２ａａが形成されている。

上記起歪板２の他端部２ｂ側に設けた突起部材６１ｂは、図１０の突起部材５１ｂと同様に、突起部６１ｂａを対象物２１の表面２１ａに当接させて用いる場合は、突起部材６１ａとともに起歪板２に対するプリロード付与量調整手段として作用する。

このため、本実施例では、突起部６１ａａ，６１ｂａの突出高さおよびワッシャ６２の厚みを任意に決定することによって起歪板２に対するプリロード付与量を調整することができる。

また、突起部材６１ｂは図４の矢印Ｂに示す方向に対象物が反った場合の追従性が良好である。

ワッシャ６２は例えば規格品の歪みセンサーモジュールに感度、出力調整を行なう場合に使用可能であるが、ワッシャ６２を設けない構成としても良い。

またこれに限らず、突起部６１ｂａと対向する対象物２１の部位に凹部を設けて、該凹部に突起部６１ｂａを嵌合させるように構成すれば、突起部材６１ｂは上記プリロード付与量調整用としてではなく取り付けネジ６を中心とする起歪板２の回り止め用として作用する。

また、対象物２１の切り欠き部２ａａと対向する部位にピンなどの凸部を設けておき、起歪板２を対象物２１に取り付ける際に、該凸部を切り欠き部２ａａに当接させることによって、起歪板２の回り止め用として作用する。

次に、取り付けネジを２本用いた第６の実施例を図１３、図１４とともに説明する。図１３、図１４において図１１、図１２と同一部分は同一符号をもって示している。

図１３は本実施例の表面の斜視図を示し、図１４は裏面の斜視図を示している。図１３、図１４において図１１、図１２と異なる点は、２本の取り付けネジ６ａ，６ｂを、歪みセンサー３の長手方向中心線から起歪板２の短辺方向（２ａ，２ｂ方向）に所定距離隔てて線対称に設け、起歪板２の取付面２ｃにおいて取り付けネジ６ａ，６ｂの外周部位にワッシャ６２ａ，６２ｂを設けた点にあり、その他の部分は図１１、図１２と同一に構成されている。

本実施例によれば、２本の取り付けネジ６ａ，６ｂにより起歪板２を対象物２１に取り付けるので、起歪板２の回転を防ぐことができる。

また、取り付けネジ６ａ，６ｂは歪みセンサー３の長手方向中心線に対して線対称に設けられているので、歪みセンサー３の特性を変化させることは無い。

次に、この発明の第７の実施例を図１５〜図１９とともに説明する。この実施例は、初期状態でプリロードを与えることなく用いるようにしたものであって、歪みセンサーモジュール８０は、図１５に示すように、起歪板２の一端部２ａおよび他端部２ｂに突起部材を備えていない。この相違点以外は、基本的に前述した第１の実施例の歪みセンサーモジュール１と同一の構成を有している。起歪板２の裏面つまり取付面２ｃは、取り付けネジ６を除いて、凹凸のない平面をなしている。

上記の歪みセンサーモジュール８０は、中央の取付ネジ６によって対象物２１の表面２１ａに取り付けられる。この第７の実施例では、前述した突起部（１１ａ）を具備しないことから、図１６に示すように、起歪板２の取付面２ｃの全体が対象物２１の表面２１ａに密接し、起歪板２は撓んでいない状態となる。つまり初期状態では、歪みセンサー３の歪みは実質的に０であり、図１９のｄ点で示すような歪み０に対応した出力信号が得られる。尚、図１５は前記図５と同様に、歪みセンサーモジュール８０から得られる出力信号の特性を示している。

図１７は、対象物２１が図１２の矢印Ｂ方向に外力を受けて、該対象物２１が起歪板２とは反対側へ向かって凸となるように変形した状態を示している。この方向の対象物２１の変形においては、取り付けネジ６によって対象物２１に固定されている起歪板２が対象物２１に追従して撓み、歪みセンサー３に圧縮方向の歪みが生じる。これにより、図１９のｄ点からｅ点へ向かって出力信号が変化する。なお、対象物２１が上記の方向に過度に大きく変形すると、歪みセンサー３の損傷が生じ得る。図１９の特性例では、ｅ点において歪みセンサー３の損傷が生じ、出力信号が０近傍の一定範囲となる。

一方、図１８は、図１７とは反対方向つまり図１６の矢印Ａ方向の外力が対象物２１に作用し、該対象物２１が起歪板２へ向かって凸となる方向へ変形したときの状態を示している。この方向への対象物２１の変形においては、図示するように対象物２１の表面２１ａが起歪板２の取付面２ｃから離れるため、起歪板２の撓みは生じない。そのため、前述した実施例と同様に、この方向へ対象物２１が過度に変形したとしても、歪みセンサー３の損傷が生じることがない。なお、この図１８の方向の変形は、この第７の実施例の歪みセンサーモジュール８０では検出できない。従って、この第７の実施例では、対象物２１に作用する荷重として、図１９に示すＬ２の範囲（ｄ点〜ｅ点の範囲に対応する）が計測可能範囲となる。

このように、上述した第７の実施例と第１〜第６の実施例は、対象物２１に対して同一の面に取り付けるものと仮定すれば、それぞれ逆方向の変形を検出することができる。実際の適用に際しては、用途や適用箇所等に応じて、２つの異なる形式の歪みセンサーモジュール１（又は３０又は４０又は５０又は６０又は７０）と８０を組み合わせて用いたり、同じ対象物２１の両側に配置することも可能である。なお、第１〜第６の実施例の歪みセンサーモジュール１，３０，４０，５０，６０，７０と第７の実施例の歪みセンサーモジュール８０とは突起部材の有無が異なるので、起歪板２そのものを、その他の部品と同様に両者に共通なものとすることもでき、また、プリロードの付与量を変え、図５に示す範囲（ａ点〜ｃ点、ａ点〜ｂ点、の範囲）を変えて、矢印Ａ方向および矢印Ｂ方向の外力を１つのひずみセンサーモジュールで検出することもでき、その検出態様を選択するようにすることもできる。

次に、この発明の第８の実施例を図２０、図２１とともに説明する。図２０、図２１において図１１、図１２と同一部分は同一符号をもって示している。図２０、図２１では、図１１、図１２における起歪板２の一端部２ａ側に突起部材６１ａを設けない構成としたものであり、その他の部分は図１１、図１２と同一に構成されている。

本実施例における起歪板２の他端部２ｂ側の突起部材６１ｂは、これと対向する対象物２１の部位に設けた凹部に突起部材６１ｂを嵌合させて使用するように構成した場合は、起歪板２に対するプリロードは付与しない。このため本実施例の動作は前記第７の実施例（図１５〜図１９）と同様であるが、ワッシャ６２の作用のみが異なる。

すなわち、ワッシャ６２は、起歪板２を対象物２１に取り付けた際には、ワッシャ６２の厚みの分だけ起歪板２と対象物２１の表面２１ａの間に隙間が生じた状態となり、微小な変形に対しては歪みセンサー３の出力は変化せず、ある程度以上の変形が生じてから歪みセンサー３の出力が変化する、というように歪みセンサー３の出力調整用として作用する。

また、図１０の突起部材５１ｂと同様に、突起部６１ｂａを対象物２１の表面２１ａに当接させて使用し、起歪板２に対してプリロードを付与するように構成しても良い。

この場合は、突起部６１ｂａの突出高さとワッシャ６２の厚み（ワッシャ６２を用いない場合は突起部６１ｂａの突出高さのみ）によって起歪板２に対するプリロード付与量を調整することができる。

以上、この発明の実施例を説明したが、この発明は、上記実施例に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。例えば、ネジやリベット等からなる突起部材（１１）を用いているが、接着あるいはハンダ付け等によって起歪板２の取付面２ｃに突起部を形成してもよく、あるいは、起歪板２そのものの一部に段部を形成して突起部とすることもできる。また、起歪板２として回路基板とは別に適宜な材質の板状部材を用い、これに回路基板を固定するようにしてもよい。

また、対象物（２１）と起歪板（２）は取り付けネジにより固定するに限らず、貼り付け、接着などにより対象物と起歪板を面で固定するようにしてもよい。その際、対象物の変形および起歪板の変形を考慮して対象物と起歪板の固定面積を設定することにより、歪みセンサーの感度を任意に調整することができる。

なお、この発明の歪みセンサーモジュールは、建物のドアや窓、自動販売機等のドアや外装パネル、等におけるセキュリティ用途に適しているが、その他、種々の部材の何らかの原因による変形を検出する用途に広く適用することができる。

１，３０，４０，５０，６０，７０，８０，９０…歪みセンサーモジュール
２…起歪板
３…歪みセンサー
４…回路部
５…コネクター
６，６ａ，６ｂ…取り付けネジ
１１，３１，４１，５１ａ，５１ｂ，６１ａ，６１ｂ…突起部材
１１ａ，３１ａ，４１ａ，５１ａａ，５１ｂａ，６１ａａ，６１ｂａ…突起部
４２，６２，６２ａ，６２ｂ…ワッシャ

Claims (7)

1. 対象物の表面に取り付けられ、設定した固定部位で固定される起歪板と、この起歪板の歪みに応答するように該起歪板に支持された歪みセンサーと、を備え、上記対象物の特定の方向の変形を検出する歪みセンサーモジュールであって、
   上記起歪板および対象物の固定部位と上記起歪板の一端部との間に上記歪みセンサーが配置されていることを特徴とする歪みセンサーモジュール。
2. 上記起歪板の一端部に、上記対象物に局部的に接する突起部を備え、上記固定部位で固定したときに上記突起部により上記起歪板にプリロードが与えられることを特徴とする請求項１に記載の歪みセンサーモジュール。
3. 上記プリロードによる上記起歪板の初期歪みの減少に基づいて、上記対象物の変形を検出することを特徴とする請求項２に記載の歪みセンサーモジュール。
4. 上記対象物が上記起歪板側へ凸となる方向と上記起歪板とは反対側へ凸となる方向への上記対象物の変形を検出することを特徴とする請求項２又は３に記載の歪みセンサーモジュール。
5. 上記プリロードの付与量を調整するプリロード調整手段を備えたことを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の歪みセンサーモジュール。
6. 上記対象物が上記起歪板とは反対側へ凸となる方向への上記対象物の変形を検出することを特徴とする請求項１に記載の歪みセンサーモジュール。
7. 上記起歪板が、弾性変形可能な回路基板から形成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の歪みセンサーモジュール。

Images