JP2015038436A - 小型荷重センサユニット - Google Patents

Abstract

【課題】小型・軽量で容易に装置に組み込むことができ、荷重の変動に対して良好な応答性を備えるとともに一定以上の荷重が負荷された場合でも荷重を検出する部位の破損を防止する機構によって高い信頼性を備えた小型荷重センサユニットを提供する。
【解決手段】本発明に関わる小型荷重センサユニット１は、押圧力が加わる押圧部材２と、押圧部材２に第１固定部材ｎ５で固定される起歪体７と、起歪体７に設けられ、押圧力が加わった場合に起歪体７とともに変形し、その変形量から押圧力の大きさを測定するためのひずみ計測部８と、ひずみ計測部８の出力を増幅する増幅手段と、押圧部材２の略中央部に加わる押圧力が所定の閾値以下になるように規制する第一の規制手段ｎ９と、押圧部材２の端部に過負荷の押圧力が加わった場合に押圧部材２の一部が当接し、押圧部材２の所定量以上の移動を阻止して規制する第二の規制手段９とを備えている。
【選択図】図２

Description

本発明は、荷重の大きさを検出する小型荷重センサユニットにおいて、小型・軽量で容易に装置に組み込むことができ、荷重の変動に対して良好な応答性を備えるとともに一定以上の荷重が負荷された場合でも荷重を検出する部位の破損を防止する機構によって高い信頼性を備えた小型荷重センサユニットに関する。

特許文献１には、荷重の大きさに応じて変形する起歪体とひずみ計測部とを備え、荷重の大きさに応じて起歪体の変位量を制限する機構を設けることによって起歪体とひずみ計測部とを破損、等から防ぐ手段について、複数紹介されている。例えば、載せ皿に載せられた物体の荷重を軽量する秤において、載せ皿の持ち上げや、過荷重や落下といった規定重量以上の想定外の応力が起歪体に加わった際に、起歪体の変形を防止するストッパー機構を設ける特許文献１は、起歪体と載せ皿を連結する皿受け板と、起歪体とベース部を連結する起歪体ホルダーからなり、皿受け板の一部と起歪体ホルダーの一部が嵌め込まれていて、規定以上の応力が加わった場合には、その嵌め込まれた部分が接触するストッパー機構を採用することで、それ以上起歪体が変形することがない構造となっている。

また、特許文献２は、流体の流量を計測する流量センサとして、オリフィスを介した２つのダイヤフラムそれぞれが受ける流体の圧力変動によって生じる変位を荷重差センサで検知する際に、ダイヤフラムが受ける流体の圧力変動によって生ずる変位量が一定以上の大きさにならないようにダイヤフラム、または荷重差センサに対して変位制限部材を設けることを特徴としている。

特開２００２−５４９８４号公報 特開２００３−３３７０５３号公報

しかしながら、秤による重量の計測や流量センサによる流量の計測をする際に、装置、および計測する対象物に合わせた起歪体、またはダイヤフラムの設計、および起歪体、またはダイヤフラムの変位量の制限方法をその都度設計し、それぞれ独特な構造の小型荷重センサユニットとすることは、小型荷重センサユニットとそれを組込んだ装置の評価に時間がかかり、より短い期間での装置開発、およびより早期の製造販売を実現することが困難であった。荷重を感受する方法に応じてその都度、起歪体の設計を行うことで実験、または評価等に多くの時間を割くことを要求されることも負担となっていた。

加えて、起歪体、またはダイヤフラムの変位をひずみ計測部で検知する際に、分解能の高い荷重、または流量の微差圧を計測することが求められた場合は、センサ（ひずみ計測部）の感度を上げなければならず、起歪体、またはダイヤフラムの厚みを薄くして変位量を増やすとともに破損防止機構の調整などの設計変更を余儀なくされることになる。さらに加えて、荷重、または流量の大きさに応じた起歪体、またはダイヤフラムの変位量に追従するひずみ計測部の選定や設計などといった負担の問題があった。

本発明は上記実状に鑑み、小型・軽量で容易に装置に組み込むことができ、荷重の変動に対して良好な応答性を備えるとともに一定以上の荷重が負荷された場合でも荷重を検出する部位の破損を防止する機構によって高い信頼性を備えた小型荷重センサユニットの提供を課題とする。

上記課題を達成すべく、第１の本発明に関わる小型荷重センサユニットは、押圧力が加わる押圧部材と、前記押圧部材に第１固定部材で固定される起歪体と、前記起歪体に設けられ、前記押圧力が加わった場合に前記起歪体とともに変形し、その変形量から前記押圧力の大きさを測定するためのひずみ計測部と、前記ひずみ計測部の出力を増幅させる増幅手段と、前記押圧部材の略中央部に加わる押圧力が所定の閾値以下になるように規制する第一の規制手段と、前記押圧部材の端部に過負荷の押圧力が加わった場合に前記押圧部材の一部が当接し、前記押圧部材の所定量以上の移動を阻止して規制する第二の規制手段とを備えている。

第１の本発明によれば、ひずみ計測部の出力を増幅する増幅手段と、第一の規制手段と第二の規制手段とを備えるので、荷重の変動に対して良好な応答性を備えるとともに押圧部材の中央部および端部に過負荷が加わった場合に第一の規制手段と第二の規制手段とにより過負荷を規制し、小型荷重センサユニットの損壊や破壊を防止できる。

第２の本発明に関わる小型荷重センサユニットは、第１の本発明の小型荷重センサユニットにおいて、前記第一の規制手段は、前記押圧部材との距離が位置調整され、前記所定の閾値を超える押圧力が前記押圧部材に加わった際に前記第１固定部材が当接することにより、前記押圧力を規制している。

第２の本発明によれば、第一の規制手段と押圧部材との距離が位置調整されるので、押圧部材の全ストロークの長さを調整できる。

第３の本発明に関わる小型荷重センサユニットは、第１の本発明の小型荷重センサユニットにおいて、前記第二の規制手段は、前記起歪体の前記押圧部材が配置される一方面側に設けられ、前記押圧部材の一部が当接することにより前記押圧部材の所定量以上の移動が規制されている。

第３の本発明によれば、押圧部材の一部が第二の規制手段に当接することで、押圧部材に偏荷重が加わった場合に押圧部材の所定量以上の移動を規制できる。

第４の本発明に関わる小型荷重センサユニットは、第１から第３の何れかの本発明の小型荷重センサユニットにおいて、前記起歪体は、前記押圧部材が配置される側の一方面が前記押圧部材における直線状の縁部を有する一対の第１固定部に当接して前記第１固定部材により固定され、前記ひずみ計測部は、前記第１固定部の直線状の縁部の外方であり、前記起歪体における前記直線状の縁部に略垂直な形状をもって延びる領域に設置されている。

第４の本発明によれば、起歪体は、押圧部材における直線状の縁部を有する一対の第１固定部に当接して第１固定部材により固定され、ひずみ計測部は、第１固定部の直線状の縁部の外方であり、起歪体における直線状の縁部に略垂直な形状をもって延びる領域に設置されるので、起歪体が固定端の単純曲げの状態で変形させることができる。そのため、ひずみ計測部が押圧部材に加わる押圧力を精確に計測することができる。

第５の本発明に関わる小型荷重センサユニットは、第４の本発明の小型荷重センサユニットにおいて、前記起歪体は、前記ひずみ計測部が設けられる領域の外方であって前記第１固定部の直線状の縁部に略平行な縁部をもつ第２固定部に当接して両端部が固定されている。

第５の本発明によれば、起歪体は、ひずみ計測部が設けられる領域の外方であって第１固定部の直線状の縁部に略平行な縁部をもつ第２固定部に当接して両端部が固定されるので、起歪体が固定端の単純曲げの状態で変形させることができる。そのため、ひずみ計測部が押圧部材に加わる押圧力を精確に計測することができる。

第６の本発明に関わる小型荷重センサユニットは、第５の本発明の小型荷重センサユニットにおいて、前記起歪体の両端部の一対の前記第２固定部の縁部間の距離は、前記起歪体の前記略垂直な形状をもって延びる領域の前記第２固定部が配置される方向の距離と同じか、または、小さい。

第６の本発明によれば、起歪体の両端部の一対の前記第２固定部の縁部間の距離が、ひずみ計測部が設けられる起歪体の略垂直な形状をもって延びる領域の前記第２固定部が配置される方向の距離と同じか、または、小さいので、ひずみ計測部が設けられる起歪体の領域が一様な形状で単純曲げの状態で変形できる。そのため、押圧部材に加わる押圧力を精確に計測することができる。

第７の本発明に関わる小型荷重センサユニットは、第６の本発明の小型荷重センサユニットにおいて、前記第１固定部は、前記起歪体と対向して固定される領域と同じかまたは該領域より大きな面積を有し、前記第２固定部は、前記起歪体と対向して固定される領域と同じかまたは該領域より大きな面積を有している。

第７の本発明によれば、第１固定部は、前記起歪体と対向して固定される領域と同じかまたは該領域より大きな面積を有し、前記第２固定部は、前記起歪体と対向して固定される領域と同じかまたは該領域より大きな面積を有するので、起歪体の両端部を一様な強さで固定できる。そのため、押圧部材に加わる押圧力を精確に計測することができる。

第８の本発明に関わる小型荷重センサユニットは、第１から第７のうちの何れかの本発明の小型荷重センサユニットにおいて、外装を成す上ケースおよび下ケースと、前記ひずみ計測部のための配線を有する基板とを備え、前記上ケースおよび前記下ケースおよび前記押圧部材のうちの少なくとも何れかが金属で形成され、前記基板に、前記金属で形成される部材のアースをとる配線パターンが形成され、前記金属で形成される部材と前記基板の前記アースをとる配線パターンとの間は、導体の第２固定部材を介することで、または、互いに接触することで電気的に接続されている。

第８の本発明によれば、上ケースおよび前記下ケースおよび前記押圧部材のうちの少なくとも何れかが金属で形成できる。そのため、小型荷重センサユニットの強度が高まり、小型荷重センサユニットの機械的信頼性を向上することができる。
また、金属で形成される部材と基板のアースをとる配線パターンとの間を、導体を介して導通できるので、アースの配線を別途設ける必要がない。そのため、部品コスト、組み立てコストがかからず、低コスト化が可能である。

第９の本発明に関わる小型荷重センサユニットは、第１から第８のうちの何れかの本発明の小型荷重センサユニットにおいて、前記ひずみ計測部は、ひずみゲージである。
第９の本発明によれば、ひずみゲージを用いて、押圧部材に加わる押圧力を計測できる。

本発明によれば、小型・軽量で容易に装置に組み込むことができ、荷重の変動に対して良好な応答性を備えるとともに一定以上の荷重が負荷された場合でも荷重を検出する部位の破損を防止する機構によって高い信頼性を備えた小型荷重センサユニットを実現できる。

(ａ)は本発明の実施形態に係る小型荷重センサユニットを上方から見た斜視図、(ｂ)は実施形態に係る小型荷重センサユニットを下方から見た斜視図。 (ａ)はカバーを外した小型荷重センサユニットを上方から見た平面図、(ｂ)は(ａ)のＡ−Ａ線断面図、(ｃ)は(ａ)のＢ−Ｂ線断面図。 実施形態に係る小型荷重センサユニットの分解斜視図。 (ａ)はスペーサの平面図、(ｂ)は(ａ)のＣ方向矢視図であり、(ｃ)は(ａ)の右側面図。 スペーサを基板に固定した状態を示す斜視図。 (ａ)は起歪体を示す平面図、(ｂ)は(ａ)の起歪体の右側面図。 (ａ)はストッパプレートを示す平面図、(ｂ)は(ａ)のストッパプレートの右側面図。 (ａ)はロードボタンを下方から見た下面図、(ｂ)は(ａ)のロードボタンのＤ方向矢視図、(ｃ)は(ａ)のＥ−Ｅ線断面図。 基板にスペーサ、ロードボタンを取り付けた状態の基板アッセンブリを裏側から見た斜視図。 起歪体にロードボタンを取り付けた状態を下方から見た下面図。 (ａ)は起歪体の固定状態を示す起歪体を下方から見た下面図、(ｂ)はロードボタンに押圧力が印加された場合の(ａ)の起歪体が受ける上下方向の荷重を太線矢印で示す概念的側面図。(なお、図１１においては、起歪体７のみを実線で示し、ロードボタン２、ストッパプレート９、ひずみゲージ８、およびスペーサ６は、２点鎖線(仮想線)で示している) 起歪体とストッパプレートとスペーサとの望ましい寸法関係を示す平面図。 図２(ａ)のＢ−Ｂ線断面拡大図。 ロードボタンの中央に過負荷の押圧力が印加された場合を示す図２(ａ)のＢ−Ｂ線断面拡大図。 ロードボタンの端部に過負荷の押圧力が印加された場合を示す図２(ａ)のＢ−Ｂ線断面拡大図。 (ａ)はアースの配線パターンが形成された基板を示す平面図、(ｂ)はアースの配線パターンが接続された外部接続端子が、外部のアースに接続された状態を示す概念図、(ｃ)はアースの配線パターンが接続された外部接続端子がバッテリのマイナス側端子に接続された状態を示す概念図。 小型荷重センサユニットを輸液ポンプ装置に搭載した状態を示す斜視図。 小型荷重センサユニットをシリンジポンプ装置に搭載した状態を示す斜視図。

以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。
図１(ａ)は、本発明の実施形態に係る小型荷重センサユニットを上方から見た斜視図であり、図１(ｂ)は、実施形態に係る小型荷重センサユニットを下方から見た斜視図である。
図２(ａ)は、カバーを外して小型荷重センサユニットを上方から見た平面図であり、図２(ｂ)は、図２(ａ)のＡ−Ａ線断面図であり、図２(ｃ)は、図２(ａ)のＢ−Ｂ線断面図である。図３は、実施形態に係る小型荷重センサユニットの分解斜視図である。

実施形態に係る小型荷重センサユニット１(図１参照)は、ロードボタン２の中央部に印加される押圧力(図１(ａ)の矢印α１の参照)を計測するための機器である。
そして、小型荷重センサユニット１は、ロードボタン２の中央部に印加される押圧力(図１(ａ)の矢印α１の参照)および端部への押圧力(図１(ａ)の矢印β１)が過負荷になった場合に、小型荷重センサユニット１の破損を防止するための構成を特徴とする。

小型荷重センサユニット１は、上部中央に荷重が印加されるロードボタン２が、上方に突出して後記の起歪体７により弾性的に支持されている(図２(ｂ)、(ｃ)参照)。ロードボタン２は、図１(ａ)の矢印α１のように荷重が印加されると小型荷重センサユニット１の内部側に移動し、荷重が印加されない場合にはロードボタン２は、弾性力をもって元の位置(図１(ａ)の位置)に位置するように支持されている。つまり、ロードボタン２は、矢印α１の荷重がなくなった場合、起歪体７の弾性により矢印α２のように元の位置に復帰する。

小型荷重センサユニット１は、外装を成す上ケースのカバー３ｕと下ケースのサポートプレート３ｓとにより覆われている。カバー３ｕとサポートプレート３ｓとは、サポートプレート３ｓの下側から丸子ねじｎ１、ｎ２によってねじ止め(螺設)されている。具体的には、図３に示すように、サポートプレート３ｓの下側から丸子ねじｎ１、ｎ２がサポートプレート３ｓの挿通孔３ｓ１、３ｓ１をそれぞれ挿通され、上ケースのカバー３ｕに螺刻される雌ねじ３ｕ１に螺着されることで、サポートプレート３ｓとカバー３ｕとが固定されている。

カバー３ｕとサポートプレート３ｓとは、ＡＢＳ(Acrylonitrile−Butadiene−Styrene)樹脂、ＰＯＭ(polyoxymethylene：ポリアセタール)などの樹脂で形成されている。
サポートプレート３ｓの中央部には、タップで雌ねじ３ｓ３が螺刻されるボス３ｓ２が内側に突設されている。

小型荷重センサユニット１は、４本の外部接続端子４ａ、４ｂ、４ｃ、および４ｄが外部に突設されている。外部接続端子４ａは電源端子であり、外部接続端子４ｂは出力端子である。外部接続端子４ｃはグランド(ＧＮＤ)端子であり、外部接続端子４ｄはアースの端子である。小型荷重センサユニット１の出力は、増幅手段によって増幅され、外部接続端子４ｂの出力と、グランド(ＧＮＤ)端子の外部接続端子４ｃの出力の差によって得られる。

図２に示すように、小型荷重センサユニット１の内部には、配線パターンが形成される矩形状の基板５が、上ケースのカバー３ｕと下ケースのサポートプレート３ｓとの間に挟着されている。基板５は、エポキシ樹脂などを用いて成形されている。基板５の中央部には、サポートプレート３ｓのボス３ｓ２を挿通させるための取り付け挿通孔５ａ(図３参照)が形成されている。

基板５には、あらかじめ形成されたパターン上に、増幅手段であるオペアンプ、抵抗、およびコンデンサー、等(図示せず)が実装されている。そして基板５を介して起歪体７に実装される後記のひずみゲージ８と、４本の外部接続端子４ａ、４ｂ、４ｃ、および４ｄとが電気的に接続されている。

＜スペーサ６＞
図４(ａ)は、スペーサの平面図であり、図４(ｂ)は、図４(ａ)のＣ方向矢視図であり、図４(ｃ)は、図４(ａ)の右側面図である。
スペーサ６は、例えばステンレス鋼(ＳＵＳ)、アルミニウムなどの金属を用いて、長形の直方体の形状に形成されている。スペーサ６には、４つの雌ねじ６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄが螺刻されている。雌ねじ６ａ、６ｃは、タップにより下方から螺刻され、雌ねじ６ｂ、６ｄは、タップにより上方から螺刻されている。

スペーサ６は、図３に示すように、丸小ねじｎ３を、基板５の下方から基板５の挿通孔５ｓ１を挿通させ、スペーサ６の雌ねじ６ａ、６ｃに螺着する。これにより、図５に示すように、一対のスペーサ６が基板５上に固定されている。図５は、スペーサ６を基板５に固定した状態を示す斜視図である。
図３に示すように、基板５上に固定されるスペーサ６には、起歪体７とストッパプレート９とを重ねて、丸小ねじｎ４を雌ねじ６ｂ、６ｄに螺着することで、起歪体７とストッパプレート９とが固定されている。

＜起歪体７＞
図６(ａ)は、起歪体を示す平面図であり、図６(ｂ)は、図６(ａ)の起歪体の右側面図である。
起歪体７は、ステンレス鋼板などの金属を用いて、略Ｈ字様にプレス成形される薄板である。
起歪体７は、中央部に幅が細い細幅部７ａが形成され、細幅部７ａの端部に連続して拡幅される拡幅部７ｂ、７ｃが両端部に形成されている。

起歪体７の細幅部７ａの中央部には、起歪体７がロードボタン２に固定される際に丸子ねじｎ５が挿通される挿通孔７ａ１が穿孔(開口)されている。
また、起歪体７の細幅部７ａの両側部には、ロードボタン２に押圧力(図１の矢印α１)が印加され、起歪体７が変形した際に起歪体７の変形量を計測するひずみゲージ８(図６(ａ)の２点鎖線の箇所)が実装されている。

起歪体７の拡幅部７ｂには、スペーサ６に固定される際に、丸子ねじｎ４(図３参照)が挿通される挿通孔７ｂ１、７ｂ２がプレス加工されている。
同様に、起歪体７の拡幅部７ｃには、スペーサ６に固定される際に、丸子ねじｎ４が上方から挿通される挿通孔７ｃ１、７ｃ２がプレス加工されている。

＜ストッパプレート９＞
図７(ａ)は、ストッパプレートを示す平面図であり、図７(ｂ)は、図７(ａ)のストッパプレートの右側面図である。
ストッパプレート９は、ロードボタン２の端部に過負荷の押圧力が印加された場合にストッパとなる部材である。

ストッパプレート９は、ステンレス鋼板(ＳＵＳ)などを用いて、中央にロードボタン２の一部が配置されるための開口９ａを有する矩形状に形成される薄板である。
ストッパプレート９の４つの角部には、ねじｎ４(図３参照)が挿通される挿通孔９ｂ１、９ｂ２、９ｂ３、９ｂ４がプレス加工されている。

＜ロードボタン２の起歪体７への取り付け＞
図２(ｂ)に示すように、スペーサ６、６にストッパプレート９とともに固定される起歪体７には、ロードボタン２が固定されている。
図８(ａ)は、ロードボタン２を下方(図１(ａ)のロードボタン２の下側)から見た下面図であり、図８(ｂ)は、図８(ａ)のロードボタン２のＤ方向矢視図であり、図８(ｃ)は、図８(ａ)のＥ−Ｅ線断面図である。

ロードボタン２は、短円柱様の形状を有して、ＡＢＳ(Acrylonitrile−Butadiene−Styrene)樹脂、ＰＯＭ(polyoxymethylene：ポリアセタール)などの樹脂を用いて成形されている。
ロードボタン２は、押圧力(図１(ａ)の矢印α１、矢印β１参照)が印加される上面２ａ１を有する円柱状部２ａと、起歪体７が固定される直方体形状の直方体ボス部２ｂとを有している。

ロードボタン２の円柱状部２ａの下部には、丸小ねじｎ４のねじ頭ｎ４ａとの接触を回避するための凹形状の逃げ部２ａ２が４箇所形成されている。
ロードボタン２の直方体ボス部２ｂは、円柱状部２ａより小さい径の円柱部２ｂ２が平行な端縁２ｂ１，２ｂ１をもって切断されたような形状を有して形成されている。直方体ボス部２ｂの下面２ｂ３には、起歪体７を丸小ねじｎ５で固定するための雌ねじ２ｂ４がタップで螺刻されている。

ロードボタン２を起歪体７に取り付けるに際しては、ロードボタン２の直方体ボス部２ｂの下面２ｂ３に、起歪体７の細幅部７ａのひずみゲージ８、８の間の取り付け部７ａ２(図６(ａ)参照)を略垂直(垂直またはほぼ垂直)に合わせる。
そして、丸小ねじｎ５を起歪体７の細幅部７ａの挿通孔７ａ１(図６(ａ)参照)を挿通させ、ロードボタン２の直方体ボス部２ｂの雌ねじ２ｂ４に螺着することで、ロードボタン２を起歪体７に取り付ける。

図９は、基板５にスペーサ６、６、ロードボタン２を取り付けた基板アッセンブリ５Ａを裏側から見た斜視図である。
基板アッセンブリ５Ａを表返して、図３に示すように、上下から上ケースのカバー３ｕと下ケースのサポートプレート３ｓとを被せ、丸小ねじｎ１、ｎ２をサポートプレート３ｓの下方側から、サポートプレート３ｓの挿通孔３ｓ１をそれぞれ挿通させ、カバー３ｕの雌ねじ３ｕ１に螺着して、図１(ａ)の小型荷重センサユニット１が構成されている。

そして、図２(ｂ)に示すように、接着剤をねじ部ｎ９ｂに付着した止めねじｎ９を、サポートプレート３ｓの下方から、サポートプレート３ｓのボス３ｓ２の雌ねじ３ｓ３に螺着して、ロードボタン２の全ストロークである止めねじｎ９の先端縁ｎ９ａと丸小ねじｎ５のねじ頭ｎ５ａとの間の距離ｓ１を所定距離に調整する。その後、止めねじｎ９に付着した接着剤の経時硬化が行われ、止めねじｎ９がサポートプレート３ｓのボス３ｓ２の雌ねじ３ｓ３に固定される。

＜起歪体７の固定法＞
図１０は、起歪体７にロードボタン２を取り付けた状態を下方から見た下面図である
ロードボタン２を起歪体７に取り付けるに際しては、丸小ねじｎ５を起歪体７の下方から起歪体７の挿通孔７ａ１を挿通させ、ロードボタン２の下面側中央の雌ねじ２ｂ４(図８(ａ)参照)に螺着することで、ロードボタン２が起歪体７に取り付けられる。

この際、ロードボタン２の直方体ボス部２ｂの一対の平行な端縁２ｂ１，２ｂ１は、起歪体７の細幅部７ａの延在方向に略垂直(垂直またはほぼ垂直)に交差するように配置される。この場合、細幅部７ａに実装されるひずみゲージ８(図６(ａ)の２点鎖線の箇所)は、ロードボタン２の直方体ボス部２ｂの外方に位置する。

図１１(ａ)は、起歪体７の固定状態を示す起歪体７を下方から見た下面図であり、図１１(ｂ)は、ロードボタン２に押圧力が印加された場合の図１１(ａ)の起歪体７が受ける上下方向の荷重を太線矢印で示す概念的側面図である。なお、図１１においては、起歪体７のみを実線で示し、ロードボタン２、ストッパプレート９、ひずみゲージ８、およびスペーサ６は、２点鎖線(仮想線)で示している。
起歪体７の細幅部７ａの中央部は、上述の如く、ロードボタン２の直方体ボス部２ｂが上方に固定される。

起歪体７の一方端の拡幅部７ｂは、下面側がスペーサ６に接触するとともに上面側がストッパプレート９に接触して、スペーサ６とストッパプレート９とで挟着されて固定される。
また、起歪体７の他方端の拡幅部７ｃは、下面側がスペーサ６に接触するとともに上面側がストッパプレート９に接触して、スペーサ６とストッパプレート９とで挟着されて固定される。

この場合、起歪体７の一方端の拡幅部７ｂの拡幅端縁７ｂ３とスペーサ６の長手端縁６ｅとが上下方向に一致し、拡幅部７ｂの拡幅端縁７ｂ３とストッパプレート９の内側端縁９ａ１とが上下方向に一致することが好ましい。
また、起歪体７の他方端の拡幅部７ｃの拡幅端縁７ｃ３とスペーサ６の長手端縁６ｅとが上下方向に一致し、拡幅部７ｃの拡幅端縁７ｃ３とストッパプレート９の内側端縁９ａ１とが上下方向に一致することが好ましい。

そして、スペーサ６の長手端縁６ｅとストッパプレート９の内側端縁９ａ１とが、起歪体７の細幅部７ａの延在方向に略垂直(垂直またはほぼ垂直)に交差するように固定される。
また、起歪体７の一方端のスペーサ６の長手端縁６ｅおよびストッパプレート９の内側端縁９ａ１と、起歪体７の他方端のスペーサ６の長手端縁６ｅおよびスストッパプレート９の内側端縁９ａ１とが、略平行(平行またはほぼ平行)に配置されている。

これにより、図１１(ｂ)に示すように、起歪体７の細幅部７ａのひずみゲージ８が実装される箇所は、両側の固定部が固定端である単純曲げの状態となり、ロードボタン２に印加される荷重が起歪体７の細幅部７ａの単純曲げの変形により、ひずみゲージ８を用いて精確に計測することができる。
図１２は、起歪体７とストッパプレート９とスペーサ６との望ましい寸法関係を示す平面図である。

上述の起歪体７の細幅部７ａが固定端の単純曲げの条件を満足するため、起歪体７とストッパプレート９との寸法関係では、起歪体７の寸法７ｓ１とストッパプレート９の寸法９ｓ１が等しいか、起歪体７の寸法７ｓ１がストッパプレート９の寸法９ｓ１より大きいことが望ましい。かつ、起歪体７の寸法７ｓ２、７ｓ３が、それぞれストッパプレート９の寸法９ｓ２、９ｓ３と同じか小さいことが望ましい。

また、上述の固定端の単純曲げの条件を満足するため、起歪体７とスペーサ６との寸法関係では、起歪体７の寸法７ｓ３が、スペーサ６に起歪体７が当接して固定される箇所の寸法６ｓ１と同じかまたは小さく、かつ、起歪体７の寸法７ｓ４が、スペーサ６の寸法６ｓ２と同じか小さいことが望ましい。

＜小型荷重センサユニットの使用状態＞
図１３は、図２(ａ)のＢ−Ｂ線断面拡大図であり、２点太鎖線は、ロードボタンに通常の押圧力が印加された場合を示している。
ロードボタン２に押圧力(図１３の矢印α１)が印加される場合、ロードボタン２は、２点太鎖線で示すように移動し、ロードボタン２に固定される起歪体７は、２点太鎖線で示すように曲げ変形する。これにより、起歪体７に実装されるひずみゲージ８は伸張し、ブリッジ回路を構成するひずみゲージ８の抵抗値が変化し、ロードボタン２に印加される押圧力が電流の変化量(外部接続端子４ｂの出力信号とグランド(ＧＮＤ)端子の外部接続端子４ｃの出力信号との差の信号)として計測される。

図１４は、ロードボタンの中央に過負荷の押圧力が印加された場合を示す図２(ａ)のＢ−Ｂ線断面拡大図である。
ロードボタン２の中央部に印加される押圧力が過負荷(図１４の矢印α２参照)となった場合には、図１４に示すように、起歪体７とロードボタン２とを固定する丸小ねじｎ５のねじ頭ｎ５ａがストッパである止めねじｎ９の先端縁ｎ９ａに当接し、ロードボタン２の移動が停止される。これにより、ロードボタン２の中央部に印加される押圧力が過負荷になった際、該押圧力が規制されることとなり、小型荷重センサユニット１の損壊が抑制または防止される。

図１５は、ロードボタンの端部に過負荷の押圧力が印加された場合を示す図２(ａ)のＢ−Ｂ線断面拡大図である。
一方、メンテナンスや掃除などにおいて、小型荷重センサユニット１のロードボタン２の端部に偏荷重(図１５の矢印β２)が大きく加わった(過負荷が加わった)場合には、図１５に示すように、ロードボタン２の一部の円柱状部２ａがストッパプレート９に当接し、ロードボタン２の移動が阻止され停止される。

こうして、ロードボタン２に様々な過負荷の押圧力が印加された場合に際しても、ロードボタン２の移動が、丸小ねじｎ５やストッパプレート９に当接することで停止され、小型荷重センサユニット１の損壊や破壊が抑制または防止される。

＜小型荷重センサユニットの部品の金属化＞
図１６(ａ)は、アースの配線パターンが形成された基板を示す平面図であり、図１６(ｂ)は、アースの配線パターンが接続された外部接続端子が、外部のアースに接続された状態を示す概念図であり、図１６(ｃ)は、アースの配線パターンが接続された外部接続端子がバッテリのマイナス側端子に接続された状態を示す概念図である。

上述の例では、ロードボタン２と、上ケースを成すカバー３ｕと、下ケースを成すサポートプレート３ｓとは、樹脂で形成する場合を例示したが、これらの部材のうちの少なくとも何れかをステンレス鋼(ＳＵＳ)などの金属で形成してもよい。これにより、小型荷重センサユニット１の強度がアップし、小型荷重センサユニット１の機械的信頼性を向上することができる。

ここで、図２(ｂ)に示すように、ロードボタン２は、起歪体７に丸子ねじｎ５により固定されている。そして、起歪体７は、図２(ｃ)に示すように、ストッパプレート９とともに丸小ねじｎ４により、スペーサ６、６に固定されている。スペーサ６、６は、丸子ねじｎ３により基板５に固定される。つまり、スペーサ６は、基板５に接触して固定されている。
丸子ねじｎ５、ｎ４、ｎ３は、鋼、ステンレス鋼、黄銅などの金属で製造されている。そのため、丸子ねじｎ５、ｎ４、ｎ３は導体である。また、起歪体７、ストッパプレート９、およびスペーサ６は、それぞれステンレス鋼板やアルミニウムなどの金属であり、導体である。

そして、スペーサ６は、基板５に接触して固定されていることから、ロードボタン２は、基板５のスペーサ６が接触する箇所に、導体の丸子ねじｎ５、ｎ４、ｎ３を介して、または、導体の部材間の接触により導通していることになる。
そのため、図１６(ａ)に示すように、基板５のアース用の配線パターン５ｐ１をスペーサ６に接触するように形成することで、ロードボタン２を基板５のアース用の配線パターン５ｐ１に電気的に接続することができる。
そして、基板５のアース用の配線パターン５ｐ１は、アースのための外部接続端子４ｄに導通している。

そのため、図１６(ｂ)に示すように、外部接続端子４ｄをアースに接続することでロードボタン２の金属化に起因するノイズをアースに導き、ロードボタン２を導体の金属にした場合に発生する基板５に実装される電子部品への外乱を防止することができる。
或いは、図１６(ｃ)に示すように、外部接続端子４ｄをバッテリ１０のマイナス側の端子１０ｔに接続することでロードボタン２の金属化に起因するノイズをバッテリ１０のマイナス側の端子１０ｔに導き、ロードボタン２を導体の金属にした場合の基板５の電子部品に加わる外乱を防止することができる。

また、図２(ｂ)に示すように、上ケースを成すカバー３ｕは、基板５の表面５ｏに接触部５ｏ１で接触して構成されている。そのため、基板５のアース用の配線パターン５ｐ１を基板５の接触部５ｏ１まで形成することで、カバー３ｕと外部接続端子４ｄとが電気的接続される。
そのため、図１６(ｂ)に示すように、外部接続端子４ｄをアースに接続することで、カバー３ｕを金属にした場合に発生するノイズをアースに導き、カバー３ｕを導体の金属にした場合に生じる基板５の電子部品への外乱を防止することができる。

或いは、図１６(ｃ)に示すように、外部接続端子４ｄをバッテリ１０のマイナス側の端子１０ｔに接続することで、カバー３ｕの金属化に起因するノイズをバッテリ１０のマイナス側の端子１０ｔに導き、カバー３ｕを金属の導体にした場合に生じる基板５の電子部品への外乱を防止することができる。

図２(ｂ)に示すように、下ケースを成すサポートプレート３ｓは、基板５の裏面５ｕに接触部５ｕ１で接触して構成されている。そのため、基板５のアース用の配線パターン５ｐ１を接触部５ｕ１まで形成することで、サポートプレート３ｓと外部接続端子４ｄとが電気的接続される。

そのため、図１６(ｂ)に示すように、外部接続端子４ｄをアースに接続することで、サポートプレート３ｓを導体の金属した場合に生じるノイズをアースに導き、サポートプレート３ｓを導体の金属にした場合に生じる基板５に実装される電子部品への外乱を防止することができる。
或いは、図１６(ｃ)に示すように、外部接続端子４ｄをバッテリ１０のマイナス側の端子１０ｔに接続することで、サポートプレート３ｓの金属化に起因するノイズをバッテリ１０のマイナス側の端子１０ｔに導き、サポートプレート３ｓを導体の金属にした場合に生じる基板５に実装される電子部品への外乱を防止することができる。

上記構成の小型荷重センサユニット１によれば、センサの負荷部のロードボタン２全面に負荷される過負荷に対して、２個のストッパ機構(止めねじｎ９、ストッパプレート９)を設けることで、小型荷重センサユニット１の損壊や破損を防止することができる。
換言すれば、小型荷重センサユニット１は、ロードボタン２の中心部(中央部)に印加される過負荷のみならず、ロードボタン２の中心(中央)からずれた偏荷重の過負荷に対しても同時に防止することが可能なストッパ構造を有している。
小型荷重センサユニット１は、ロードボタン２のどこに過負荷が加えられるか分らず、過負荷も加わるケースもあるため、本発明の小型荷重センサユニット１は極めて有効である。

＜小型荷重センサユニットを備える輸液ポンプ装置＞
図１７は、小型荷重センサユニットを輸液ポンプ装置に搭載した状態を示す斜視図である。なお、図１７においては、輸液ポンプ装置１Ｓの蓋体１Ｓａを開いた状態を示している。
輸液ポンプ装置１Ｓにおいては、不図示の吐出ポンプで薬液を吐出し、運転状態を管理するため、輸液側チューブ１Ｓｂの圧力と吐出側チューブ１Ｓｃの圧力とを計測する。

ここで、輸液側チューブ１Ｓｂ、吐出側チューブ１Ｓｃの各圧力を検知する際は、圧力を検知するセンサのほぼ中心部(中央部)を通るように、輸液側チューブ１Ｓｂおよび吐出側チューブ１Ｓｃが輸液ポンプ装置１Ｓにセットされる。
ところで、輸液ポンプ装置１Ｓは、ユーザにて清掃等で不用意にセンサ部に過負荷を加えられる場合がある。

そのため、輸液側チューブ１Ｓｂ、吐出側チューブ１Ｓｃの圧力に対する過負荷用ストッパが必要となるが、輸液ポンプ装置１Ｓのクリーニング、メンテナンス等においては必ずしもロードボタン２の中心部(中央部)に負荷が掛かることがなく、ロードボタン２に偏荷重が掛かってセンサの破損を招来する場合がある。そのため、偏荷重に対しても、過負荷用スットパが必要となる。

そこで、上述の小型荷重センサユニット１は、中心部(中央部)の押圧力に対する第１のストッパ(止めねじｎ９)と偏荷重に対する第２のストッパ(ストッパプレート９)との二重のストッパ機構を設けている。
そのため、小型荷重センサユニット１は、輸液側チューブ１Ｓｂと吐出側チューブ１Ｓｃとの下にセットされ、輸液側チューブ１Ｓｂの圧力と吐出側チューブ１Ｓｃの圧力を検知(計測)するのに使用されるが、輸液側チューブ１Ｓｂの圧力と吐出側チューブ１Ｓｃの圧力を検知する小型荷重センサユニット１の過負荷に対しては第１のストッパ(止めねじｎ９)が働き、クリーニング、メンテナンス等の偏荷重に対しては第２のストッパ(ストッパプレート９)が働くので、小型荷重センサユニット１の破損や破壊を防止できる。

従って、２重のストッパ機能を設けた輸液ポンプ装置１Ｓの閉塞センサの小型荷重センサユニット１を実現できる。
そのため、輸液ポンプ装置１Ｓの耐久性が向上し、信頼性を高めることができる。

＜小型荷重センサユニットを備えるシリンジポンプ装置＞
図１８は、小型荷重センサユニットをシリンジポンプ装置に搭載した状態を示す斜視図である。
シリンジポンプ装置２Ｓは、点滴台１４における患者(図示せず)の心臓の高さの位置に取り付けられる。
シリンジポンプ装置２Ｓのシリンジホルダ１２ａには、注射器１３が固定されている。そして、注射器１３の外筒１３ａのつば１３ａ１は、シリンジポンプ装置２Ｓの可動部１２ｂに固定される。
可動部１２ｂ内には、注射器１３の外筒１３ａのつば１３ａ１にかかる荷重(可動部１２ｂの荷重)が、ロックボタン２への押圧力で分るように小型荷重センサユニット１が搭載されている。

注射器１３の外筒１３ａのつば１３ａ１は、シリンジポンプ装置２Ｓの可動部１２ｂにより押圧され、シリンジポンプ装置２Ｓの可動部１２ｂで、注射器１３の内筒１３ｂ内の薬剤が延長チューブ１５を通過して送り出される(図１８の矢印γ１)。この際、小型荷重センサユニット１のロックボタン２には、注射器１３の外筒１３ａのつば１３ａ１からの反力(荷重)が加わるため、シリンジポンプ装置２Ｓの可動部１２ｂに加わる荷重を小型荷重センサユニット１で計測することができる。
そのため、シリンジポンプ装置２Ｓに加わる荷重の大きさが分るため、シリンジポンプ装置２Ｓの耐久性が向上し、信頼性を高かめることができる。

＜＜その他の実施形態＞＞
１．前記実施形態では、第一の規制手段として止めねじｎ９を例示してねじで調整する構成を例示したが、止めねじｎ９を用いることなく、第一の規制手段を工場設備の流体圧を用いる自動機などで第一の規制手段の位置を調整し、第一の規制手段を接着剤で固着したり、または、第一の規制手段を固定用部材で固定する構成としてもよい。

或いは、第一の規制手段をカムで位置調整し、カムを接着剤で固定する構成としてもよく、第一の規制手段の調整はねじ以外のものを用いて行ってもよい。
しかしながら、第一の規制手段として止めねじｎ９を用いれば、構成が簡素で調整作業が容易であるから、最も望ましい。

２．前記実施形態では、ひずみ測定部としてひずみゲージを例示したが、加えられた力を測定できるものならば、ひずみ測定部をひずみゲージ以外の圧電素子(ピエゾ抵抗素子)などの他のものを用いてもよい。

以上、本発明の様々な実施形態を述べたが、本発明の範囲内で様々な修正と変更が可能である。すなわち、本発明の具体的形態は、発明の趣旨を変更しない範囲において適宜、任意に変更可能である。

１ 小型荷重センサユニット
２ ロードボタン(押圧部材)
２ｂ 直方体ボス部(第１固定部)
２ｂ１ 端縁(第１固定部の直線状の縁部)
３ｕ カバー(上ケース)
３ｓ サポートプレート(下ケース)
５ 基板
５ｐ１ 配線パターン
６ スペーサ(第２固定部)
６ｅ 長手端縁(第２固定部の第１固定部の直線状の縁部に略平行な縁部)
７ 起歪体
７ａ 細幅部(起歪体における前記直線状の縁部に略垂直に延びる領域)
８ ひずみゲージ(ひずみ計測部)
９ ストッパプレート(第二の規制手段、第２固定部)
９ａ１ 内側端縁(第２固定部の第１固定部の直線状の縁部に略平行な縁部)
ｎ１、ｎ２、ｎ３、ｎ４ 丸小ねじ(第２固定部材)
ｎ５ 丸小ねじ(第１固定部材、第２固定部材)
ｎ９ 止めねじ(第一の規制手段)
１Ｓ 輸液ポンプ装置
２Ｓ シリンジポンプ装置

Claims (9)

1. 押圧力が加わる押圧部材と、
   前記押圧部材に第１固定部材で固定される起歪体と、
   前記起歪体に設けられ、前記押圧力が加わった場合に前記起歪体とともに変形し、その変形量から前記押圧力の大きさを測定するためのひずみ計測部と、
   前記ひずみ計測部の出力を増幅する増幅手段と、
   前記押圧部材の略中央部に加わる押圧力が所定の閾値以下になるように規制する第一の規制手段と、
   前記押圧部材の端部に過負荷の押圧力が加わった場合に前記押圧部材の一部が当接し、前記押圧部材の所定量以上の移動を阻止して規制する第二の規制手段とを
   備えることを特徴とする小型荷重センサユニット。
2. 前記第一の規制手段は、
   前記押圧部材との距離が位置調整され、前記所定の閾値を超える押圧力が前記押圧部材に加わった際に前記第１固定部材が当接することにより前記押圧力を規制する
   ことを特徴とする請求項１に記載の小型荷重センサユニット。
3. 前記第二の規制手段は、
   前記起歪体の前記押圧部材が配置される一方面側に設けられ、前記押圧部材の一部が当接することにより前記押圧部材の所定量以上の移動が規制される
   ことを特徴とする請求項１に記載の小型荷重センサユニット。
4. 前記起歪体は、前記押圧部材が配置される側の一方面が前記押圧部材における直線状の縁部を有する一対の第１固定部に当接して前記第１固定部材により固定され、
   前記ひずみ計測部は、前記第１固定部の直線状の縁部の外方であり、前記起歪体における前記直線状の縁部に略垂直な形状をもって延びる領域に設置される
   ことを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載の小型荷重センサユニット。
5. 前記起歪体は、
   前記ひずみ計測部が設けられる領域の外方であって前記第１固定部の直線状の縁部に略平行な縁部をもつ第２固定部に当接して両端部が固定される
   ことを特徴とする請求項４に記載の小型荷重センサユニット。
6. 前記起歪体の両端部の一対の前記第２固定部の縁部間の距離は、
   前記起歪体の前記略垂直な形状をもって延びる領域の前記第２固定部が配置される方向の距離と同じか、または、小さい
   ことを特徴とする請求項５に記載の小型荷重センサユニット。
7. 前記第１固定部は、前記起歪体と対向して固定される領域と同じかまたは該領域より大きな面積を有し、
   前記第２固定部は、前記起歪体と対向して固定される領域と同じかまたは該領域より大きな面積を有する
   ことを特徴とする請求項６に記載の小型荷重センサユニット。
8. 外装を成す上ケースおよび下ケースと、
   前記ひずみ計測部のための配線を有する基板とを備え、
   前記上ケースおよび前記下ケースおよび前記押圧部材のうちの少なくとも何れかが金属で形成され、
   前記基板に、前記金属で形成される部材のアースをとる配線パターンが形成され、
   前記金属で形成される部材と前記基板の前記アースをとる配線パターンとの間は、導体の第２固定部材を介することで、または、互いに接触することで電気的に接続される
   ことを特徴とする請求項１から請求項７のうちの何れか一項に記載の小型荷重センサユニット。
9. 前記ひずみ計測部は、ひずみゲージである
   ことを特徴とする請求項１から請求項８のうちの何れか一項に記載の小型荷重センサユニット。

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