JP2014157101A

JP2014157101A - 重量センサ

Info

Publication number: JP2014157101A
Application number: JP2013028686A
Authority: JP
Inventors: Toshifumi Suejima; 利文末嶋; Hiroaki Ishida; 裕昭石田; Kazuhiro Nomura; 和宏野村
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2013-02-18
Filing date: 2013-02-18
Publication date: 2014-08-28

Abstract

【課題】本発明は、筒状の起歪体の軸方向に荷重伝達部を配置した重量センサに関し、量産段階での特性バラツキを抑制することを目的とする。
【解決手段】この目的を達成するために、円筒状の起歪体１の周面に設ける歪抵抗パターン８、９、１０、１１のパターンレイアウトを、一方のハーフブリッジ回路３ａを形成する歪抵抗パターン８、９と他方のハーフブリッジ回路３ｂを形成する歪抵抗パターン１０、１１を、起歪体１の中心軸１ａに対して反対側の母線方向に並設させるとともに、起歪体１の上側に配置する歪抵抗パターン８から起歪体１の上端までの間隔と、起歪体１の上側に配置する歪抵抗パターン１１から起歪体１の上端までの間隔を異ならせた構成とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、円筒状の起歪体の軸方向に荷重伝達部を配置した重量センサに関する。

従来、この種の重量センサは、歪検出用のフルブリッジ回路を形成する４つの歪抵抗パターンを外周面に配置した筒状の起歪体の開口部に外部取り付け用の荷重伝達部を挿入し、溶接することで一体化する構造が知られている。

そして、フルブリッジ回路を形成する４つの歪抵抗パターンの起歪体の周面に対する配置は、フルブリッジ回路を形成する一方のハーフブリッジ回路を形成する２つの歪抵抗パターンを起歪体の母線方向に並設し、他方のハーフブリッジ回路を形成する２つの歪抵抗パターンを起歪体の反対側に位置する母線上に配置することで、起歪体の検出軸とは異なる方向からの外力をキャンセルする工夫がなされている。

なお、この出願の発明に関連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２０１１−５８８１３号公報

しかしながら、起歪体と荷重伝達部との溶接作業は、起歪体の開口端に沿って連続的に溶接するため、溶接時間の経過に伴い溶接対象である起歪体および荷重伝達部が温度上昇してしまい、この温度上昇に伴い溶接深度が大きくなってしまうという現象が生じてしまう。

そして、溶接深度が起歪体の周回方向で異なる場合、荷重伝達部と起歪体の支点位置が溶接深度により変化してしまうので、検出軸方向の荷重伝達には影響は少ないものの、検出軸から外れた方向からの荷重、つまり斜め荷重に対して歪量にバラツキが生じてしまい、軸外応力に対するキャンセル精度が劣化してしまうという問題があった。

そこで、本発明はこのような問題を解決し、円筒状の起歪体の軸方向に荷重伝達部を配置した重量センサの検出精度を向上させることを目的とする。

そして、この目的を達成するために本発明は、円筒状の起歪体の周面に設けてフルブリッジ回路を形成する４つの歪抵抗パターンを、ハーフブリッジ回路毎に母線方向に並設させるとともに、一方のハーフブリッジ回路を構成する歪抵抗パターンから起歪体の上端までの間隔と、他方のハーフブリッジ回路を構成する歪抵抗パターンから起歪体の上端までの間隔を異ならせた構成とした。

この方法により本発明は、円筒状の起歪体の軸方向に荷重伝達部を配置した重量センサの検出精度を向上させることができる。

重量センサの断面図同重量センサの回路図同重量センサを構成する起歪体の展開図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）同重量センサの検出原理を示す模式図

以下、本発明の一実施の形態における重量センサについて図を用いて説明する。

図１は重量センサの断面構造を示したものであり、その基本構造は、円筒状の起歪体１と、この起歪体１の中心軸１ａ上に配置されて被検出体（特に図示せず）から加わる荷重を伝達する荷重伝達部２とからなり、荷重伝達部２はその下端部分を起歪体１の開口部に挿入し、その接合部分を溶接により一体化している。

また、起歪体１の外周側面には、図２に示すフルブリッジ回路３を構成する電源端子４、出力端子５、６、接地端子７と、歪抵抗パターン８、９、１０、１１が設けられている。また、これらのパターンレイアウトは、図３に示すように、電源端子４と出力端子５との間に接続された歪抵抗パターン８が配置され、出力端子５と接地端子７との間に接続された歪抵抗パターン９が配置され、電源端子４と出力端子６との間に接続された歪抵抗パターン１０が配置され、出力端子６と接地端子７との間に接続された歪抵抗パターン１１とが配置されている。なお、歪抵抗パターン８、１１は、図１に示すように起歪体１の上側において中心軸１ａに対して反対側に配置される。歪抵抗パターン９、１０は、図１に示すように起歪体１の下側において中心軸１ａに対して反対側に配置されている。なお、フルブリッジ回路３における一方のハーフブリッジ回路３ａを構成する歪抵抗パターン８、９は起歪体１の母線の方向に並設され、他方のハーフブリッジ回路３ｂを構成する歪抵抗パターン１０、１１についても起歪体１の母線の方向に並設されている。

また、起歪体１は、図１に示すように、断面Ｔ字状の柱部１２により支持されている。

次に、この重量センサの検出原理を説明する。この重量センサでは、荷重伝達部２に荷重が加わっていない初期状態においては、図４（ａ）に示すように、柱部１２に支持された起歪体１の形状変化はなく、電源端子４と接地端子７間に接続されたフルブリッジ回路３における出力端子５、６の間に電位差は生じない。

一方、荷重伝達部２に、図１の矢印で示すような中心軸１ａ方向の検出荷重が加わると、図４（ｂ）に示すように、起歪体１の内部に一体化された柱部１２にせん断荷重が加わる。そして、このせん断荷重によって、柱部１２に支持された起歪体１の外側面には、モーメント力が作用し、これにより、起歪体１の上端側の外周側面には引張力が作用し、下端側の外周側面には圧縮力が作用する。従って、起歪体１の上側の外周側面に設けられた歪抵抗パターン８、１１の抵抗値は大きくなるとともに、下側の外周側面に設けられた歪抵抗パターン９、１０の抵抗値は小さくなり、フルブリッジ回路３における出力端子５、６の間に電位差が生じ、この電位差を後段の処理回路（特に図示せず）で信号処理することで検出荷重に応じた出力信号を形成することができる。

また、荷重伝達部２に中心軸１ａと異なる方向からの軸外荷重が加わった場合、例えば図１に示すような右側からの軸外荷重に対しては、図４（ｃ）に示すように、起歪体１がＳ字状に歪むため、起歪体１の右下の歪抵抗パターン１０と左上の歪抵抗パターン８には同等の圧縮力が働き抵抗値は小さくなり、右上の歪抵抗パターン１１と左下の歪抵抗パターン９には同等の引張力が働き抵抗値は大きくなる。そして、引張力により抵抗値が大きくなる歪抵抗パターン９、１１は、フルブリッジ回路３における接地端子７の側にある素子であり、圧縮力により抵抗値が小さくなる歪抵抗パターン８、１０は、フルブリッジ回路３における電源端子４の側にある素子であるので、これらの抵抗変化に伴う出力端子５、６間の電位差は生じず、側方からの軸外荷重の影響をキャンセルすることができる。

次に、この重量センサの組み立て方法について説明する。先ず、起歪体１を構成するステンレスからなる円筒の外周側面にガラスペースト（図示せず）を印刷した後、約５５０℃で約１０分間焼成してステンレス表面を絶縁処理する。次に、焼成したガラスペーストの表面に電源端子４、出力端子５、６、接地端子７等を形成する銀ペースト（図示せず）を印刷し、約５５０℃で約１０分間焼成する。次に歪抵抗パターン８、９、１０、１１を形成するメタルグレーズ系ペースト（図示せず）を印刷し約５５０℃で約１０分間焼成し重量センサを形成するのである。

そして、この実施形態の重量センサにおいては、フルブリッジ回路３を形成する４つの歪抵抗パターン８、９、１０、１１を起歪体１の周面に配置する上で、起歪体１の上側に配置される歪抵抗パターン８、１１における起歪体１の上端までの間隔を異ならせることで重量センサの検出精度を向上させたのである。

すなわち、起歪体１と荷重伝達部２との溶接において、上述したように、起歪体１と荷重伝達部２との溶接では、溶接開始から溶接終了までの時間経過に伴い起歪体１および荷重伝達部２の温度が上昇するため、この温度上昇に伴い起歪体１の周回方向の溶接深度１３が深くなり、周方向における起歪体１と荷重伝達部２の支点位置が変化してしまい、結果として中心軸１ａと異なる方向からの軸外荷重に対するキャンセル精度が劣化してしまう。従って、この支点位置のずれに応じて歪抵抗パターンの位置を変更することで、溶接深度１３による影響を抑制できる。具体的には支点位置ずれの影響を大きく受ける起歪体１の上端側に設けられる歪抵抗パターン８と歪抵抗パターン１１は、起歪体１の中心軸に対して反対側に配置されるものであり、歪抵抗パターン８の側から歪抵抗パターン１１の側に向けて溶接すれば、歪抵抗パターン８の側の溶接深度１３が歪抵抗パターン１１の側の溶接深度１３より浅くなってしまう。従って、溶接深度１３が深い部分に配置される歪抵抗パターン１１から起歪体１の上端までの間隔を、溶接深度１３が浅い部分に配置される歪抵抗パターン８から起歪体１の上端までの間隔より大きくすることで、歪抵抗パターン８から支点までの間隔と歪抵抗パターン１１から支点までの間隔とを整合させることができ、溶接深度１３の違いにより劣化する軸外荷重に対するキャンセル精度を高めることができる。

つまり、円筒状の起歪体１の周面に設ける歪抵抗パターン８、９、１０、１１のパターンレイアウトを、一方のハーフブリッジ回路３ａを形成する歪抵抗パターン８、９と他方のハーフブリッジ回路３ｂを形成する歪抵抗パターン１０、１１を、起歪体１の中心軸１ａに対して反対側の母線方向に並設させるとともに、起歪体１の上側に配置する歪抵抗パターン８から起歪体１の上端までの間隔と、起歪体１の上側に配置する歪抵抗パターン１１から起歪体１の上端までの間隔を異ならせることで、重量センサの検出精度を高めることができるのである。

本発明に係る重量センサは、円筒状の起歪体の軸方向に荷重伝達部を配置した重量センサにおいて検出精度を向上させることができるものであり、特に、車両用シート等からの荷重を測定するための重量センサにおいて有用となるものである。

１起歪体
２荷重伝達部
４電源端子
５、６出力端子
７接地端子
８、９、１０、１１歪抵抗パターン

Claims

円筒状の起歪体と、前記起歪体の開口部に設けられた荷重伝達部と、前記起歪体の周面の上端側に設けられるとともに、一端が電源端子に接続され他端が第１の出力端子に接続された第１の歪抵抗パターンと、前記起歪体の周面の下端側に設けられるとともに、一端が前記第１の出力端子に接続され他端が接地端子に接続された第２の歪抵抗パターンと、前記起歪体の周面の下端側に設けられるとともに、一端が前記電源端子に接続され他端が第２の出力端子に接続された第３の歪抵抗パターンと、前記起歪体の周面の上端側に設けられるとともに、一端が前記第２の出力端子に接続され他端が前記接地端子に接続された第４の歪抵抗パターンを備え、前記第１の歪抵抗パターンと前記第２の歪抵抗パターンを前記起歪体の母線上に並設するとともに、前記第３の歪抵抗パターンと前記第４の歪抵抗パターンを前記母線とは反対側の母線上に並設し、前記起歪体の上端から前記第１の歪抵抗パターンまでの間隔と、前記起歪体の上端から前記第４の歪抵抗パターンまでの間隔を異ならせたことを特徴とする重量センサ。