（実施形態１）
本発明の実施形態に係る力センサ２は、図１Ａ〜図１Ｃに示すように、検知部２０と、第１プレート２１及び第２プレート２２と、弾性体２３とを備えている。検知部２０は、磁性体で形成されるコア４と、コア４と磁気的に結合するコイル５とを有する。第１プレート２１及び第２プレート２２は、所定の検知方向の両側から検知部２０を挟むように配置される。弾性体２３は、コア４よりも弾性率の低い材料で形成され、第１プレート２１及び第２プレート２２の両者間を位置決めする。そして、検知部２０は、検知方向に沿う向きに第１プレート２１及び第２プレート２２からかかる荷重を受けるように構成される。
(Embodiment 1)
As shown in FIGS. 1A to 1C, the force sensor 2 according to the embodiment of the present invention includes a detection unit 20, a first plate 21 and a second plate 22, and an elastic body 23. The detection unit 20 includes a core 4 formed of a magnetic material and a coil 5 that is magnetically coupled to the core 4. The first plate 21 and the second plate 22 are arranged so as to sandwich the detection unit 20 from both sides in a predetermined detection direction. The elastic body 23 is formed of a material having a lower elastic modulus than the core 4 and positions between the first plate 21 and the second plate 22. The detection unit 20 is configured to receive a load applied from the first plate 21 and the second plate 22 in a direction along the detection direction.
また、本発明の実施形態に係る力検知装置１は、図１Ａに示すように、力センサ２と、検知回路３とを備えている。検知回路３は、コイル５の磁気特性（インダクタンスまたはコンダクタンス）の変化に基づいて荷重を検知する。
Moreover, the force detection apparatus 1 which concerns on embodiment of this invention is provided with the force sensor 2 and the detection circuit 3, as shown to FIG. 1A. The detection circuit 3 detects a load based on a change in the magnetic characteristics (inductance or conductance) of the coil 5.
以下、本実施形態の力センサ２及び力検知装置１について詳細に説明する。但し、以下に説明する構成は、本発明の一例に過ぎず、本発明は下記の実施形態に限定されることはなく、この実施形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。また、以下の説明では、コア４の厚さ方向（検知方向）を上下方向とし、コア４から見て第１プレート２１側を下方、第２プレート２２側を上方として説明するが、力センサ２及び力検知装置１の使用形態を限定する趣旨ではない。
Hereinafter, the force sensor 2 and the force detection device 1 of the present embodiment will be described in detail. However, the configuration described below is only an example of the present invention, and the present invention is not limited to the following embodiment, and the technical idea according to the present invention is not deviated from this embodiment. Various changes can be made in accordance with the design or the like as long as they are not. In the following description, the thickness direction (detection direction) of the core 4 is assumed to be the vertical direction, and the first plate 21 side is assumed to be the lower side and the second plate 22 side is assumed to be the upper side when viewed from the core 4. And it is not the meaning which limits the usage form of the force detection apparatus 1. FIG.
本実施形態の力検知装置１は、図１Ａに示すように、力センサ２と、検知回路３とを備えている。また、本実施形態の力センサ２は、図１Ａ〜図１Ｃに示すように、検知部２０と、第１プレート２１と、第２プレート２２と、弾性体２３と、基板（構造体）２４とを備えている。なお、図１Ｂでは、第２プレート２２及び弾性体２３の図示を省略している。
The force detection apparatus 1 of this embodiment is provided with the force sensor 2 and the detection circuit 3, as shown to FIG. 1A. In addition, as shown in FIGS. 1A to 1C, the force sensor 2 of the present embodiment includes a detection unit 20, a first plate 21, a second plate 22, an elastic body 23, a substrate (structure) 24, and the like. It has. In addition, illustration of the 2nd plate 22 and the elastic body 23 is abbreviate | omitted in FIG. 1B.
検知部２０は、図１Ａに示すように、磁性体で形成されるコア４と、コア４と磁気的に結合するコイル５とを備える。コア４は、例えばＮｉ（ニッケル）−Ｚｎ（亜鉛）フェライト等の磁性体により形成されている。本実施形態の力センサ２では、コア４は平面視で円環状に形成されており、中空部４０を有している。なお、コア４は、コア４に荷重が加わると逆磁歪効果を奏する磁性体で形成されていればよい。逆磁歪効果とは、磁化されたコア４が荷重を加えられることで歪み、この歪みによりコア４の透磁率が変化する効果をいう。
As shown in FIG. 1A, the detection unit 20 includes a core 4 formed of a magnetic material and a coil 5 that is magnetically coupled to the core 4. The core 4 is made of a magnetic material such as Ni (nickel) -Zn (zinc) ferrite. In the force sensor 2 of the present embodiment, the core 4 is formed in an annular shape in plan view and has a hollow portion 40. In addition, the core 4 should just be formed with the magnetic body which has a reverse magnetostriction effect, when a load is added to the core 4. FIG. The inverse magnetostriction effect is an effect in which the magnetized core 4 is distorted when a load is applied, and the permeability of the core 4 changes due to the distortion.
コイル５は、コア４の中空部４０と外側とを交互に通るように、導線をコア４の一部に巻き付けることで構成されている。なお、導線としては、絶縁材料で被覆した銅線（例えば、エナメル線など）を用いるのが好ましい。ここで、コア４において導線が巻き付けられる部位（図１Ｂ参照）を「取付部４１」と称する。
The coil 5 is configured by winding a conducting wire around a part of the core 4 so as to alternately pass through the hollow portions 40 and the outside of the core 4. In addition, it is preferable to use the copper wire (for example, enamel wire etc.) coat | covered with the insulating material as a conducting wire. Here, the part (refer FIG. 1B) around which the conducting wire is wound in the core 4 is referred to as an “attachment part 41”.
取付部４１は、図１Ｃに示すように、その上下方向の寸法が、コア４の他の部位の上下方向の寸法内にコイル５が収まるように設計されている。このため、本実施形態の力センサ２では、コイル５の一部がコア４の上面（または下面）よりも突出することがないので、コア４に荷重が加わってもコイル５に荷重が加わらず、コイル５の断線を防止することができる。なお、取付部４１を上記の寸法で設計するか否かは任意である。
As shown in FIG. 1C, the mounting portion 41 is designed so that the coil 5 can be accommodated within the vertical dimension of other portions of the core 4. For this reason, in the force sensor 2 of the present embodiment, a part of the coil 5 does not protrude from the upper surface (or lower surface) of the core 4, so that no load is applied to the coil 5 even if a load is applied to the core 4. The disconnection of the coil 5 can be prevented. Note that whether or not the mounting portion 41 is designed with the above dimensions is arbitrary.
コア４の内部には、図１Ｂに示すように、コイル５の通電時に生じる磁束が通る。このため、コア４には、中空部４０の周方向に沿った磁路（磁気回路）Ｍ１が形成される。この磁路Ｍ１は、閉磁路である。したがって、本実施形態の力センサ２では、コア４から外部への磁束の漏れが生じ難いので、磁束の漏れを防ぐために強磁性体のケースを設ける必要がない。
As shown in FIG. 1B, magnetic flux generated when the coil 5 is energized passes through the core 4. For this reason, a magnetic path (magnetic circuit) M <b> 1 along the circumferential direction of the hollow portion 40 is formed in the core 4. This magnetic path M1 is a closed magnetic path. Therefore, in the force sensor 2 of the present embodiment, magnetic flux leakage from the core 4 to the outside is difficult to occur, so there is no need to provide a ferromagnetic case to prevent magnetic flux leakage.
第１プレート２１及び第２プレート２２は、何れも例えば金属材料で形成される板状の部材である。第１プレート２１は、図１Ｂに示すように、平面視で円形状に形成されている。また、図示しないが、第２プレート２２は、第１プレート２１と同様に平面視で円形状に形成されている。第１プレート２１は、図１Ｃに示すように、コア４の下面に接する形でコア４の下側に配置される。また、第２プレート２２は、図１Ｃに示すように、コア４の上面に接する形でコア４の上側に配置される。つまり、第１プレート２１及び第２プレート２２は、上下方向（検知方向）の両側からコア４を挟むように配置される。
The first plate 21 and the second plate 22 are both plate-like members formed of, for example, a metal material. As shown in FIG. 1B, the first plate 21 is formed in a circular shape in plan view. In addition, although not shown, the second plate 22 is formed in a circular shape in a plan view like the first plate 21. As shown in FIG. 1C, the first plate 21 is disposed on the lower side of the core 4 in contact with the lower surface of the core 4. Moreover, the 2nd plate 22 is arrange | positioned on the upper side of the core 4 in the form which contact | connects the upper surface of the core 4, as shown to FIG. 1C. That is, the first plate 21 and the second plate 22 are arranged so as to sandwich the core 4 from both sides in the vertical direction (detection direction).
なお、第１プレート２１及び第２プレート２２の形状は、平面視で円形状に限定されず、例えば平面視で矩形状や円環形状であってもよい。また、第１プレート２１及び第２プレート２２は、想定される荷重に耐え得る強度を有していればよい。さらに、第１プレート２１及び第２プレート２２は金属材料で形成されていなくてもよく、例えばＣＦＲＰ（Carbon-Fiber-Reinforced Plastic：炭素繊維強化プラスチック）等の樹脂材料で形成されていてもよい。
In addition, the shape of the 1st plate 21 and the 2nd plate 22 is not limited to circular shape by planar view, For example, rectangular shape and annular | circular shape may be sufficient by planar view. Moreover, the 1st plate 21 and the 2nd plate 22 should just have the intensity | strength which can endure the assumed load. Further, the first plate 21 and the second plate 22 may not be formed of a metal material, and may be formed of a resin material such as CFRP (Carbon-Fiber-Reinforced Plastic).
弾性体２３は、例えばエポキシ樹脂やシリコーン樹脂を主成分とする接着剤である。弾性体２３は、第１プレート２１の上面の外周縁と、第２プレート２２の下面の外周縁とに接着することで、第１プレート２１及び第２プレート２２を互いに結合する。弾性体２３は、接着剤に限定されず、コア４を形成する材料よりも弾性率の低い材料で形成されていればよい。また、弾性体２３は、第１プレート２１及び第２プレート２２の両者間を位置決めする構成であればよい。
The elastic body 23 is an adhesive mainly composed of an epoxy resin or a silicone resin, for example. The elastic body 23 bonds the first plate 21 and the second plate 22 to each other by adhering to the outer peripheral edge of the upper surface of the first plate 21 and the outer peripheral edge of the lower surface of the second plate 22. The elastic body 23 is not limited to the adhesive, and may be formed of a material having a lower elastic modulus than the material forming the core 4. Moreover, the elastic body 23 should just be the structure which positions between both the 1st plate 21 and the 2nd plate 22. FIG.
基板２４は、図１Ｃに示すように、第１プレート２１及び第２プレート２２、並びに弾性体２３で囲まれる空間内に収納されている。基板２４は、その外周縁が弾性体２３に接することで固定されている。また、基板２４は、図１Ｃに示すように平面視で円環形状に形成されており、その中央部は、コア４の径寸法よりも僅かに大きい径寸法を有する平面視で円形状の位置決め孔２４０となっている。この位置決め孔２４０にコア４が嵌まり込むことで、コア４が所定の位置に位置決めされる。言い換えれば、基板（構造体）２４は、第１プレート２１及び第２プレート２２の間に配置され、検知部２０を所定の位置に位置決めするための部材である。また、基板（構造体）２４は、上下方向（検知方向）に貫通する位置決め孔２４０を有している。そして、コア４が、位置決め孔２４０の内側に配置される。なお、位置決め孔２４０の形状は、平面視で円形状に限定されず、例えば平面視で矩形状であってもよい。つまり、位置決め孔２４０は、コア４が嵌まり込む形状であればよい。
As shown in FIG. 1C, the substrate 24 is accommodated in a space surrounded by the first plate 21, the second plate 22, and the elastic body 23. The substrate 24 is fixed by the outer peripheral edge thereof being in contact with the elastic body 23. Further, the substrate 24 is formed in an annular shape in a plan view as shown in FIG. 1C, and its central portion has a circular positioning in a plan view having a diameter slightly larger than the diameter of the core 4. It is a hole 240. The core 4 is positioned at a predetermined position by fitting the core 4 into the positioning hole 240. In other words, the substrate (structure) 24 is a member that is disposed between the first plate 21 and the second plate 22 and positions the detection unit 20 at a predetermined position. The substrate (structure) 24 has a positioning hole 240 penetrating in the vertical direction (detection direction). The core 4 is disposed inside the positioning hole 240. The shape of the positioning hole 240 is not limited to a circular shape in a plan view, and may be a rectangular shape in a plan view, for example. That is, the positioning hole 240 may have a shape into which the core 4 is fitted.
検知回路３は、図２に示すように、発振回路３０と、周期計測回路３１と、二乗回路３２と、温度補償回路３３と、信号処理回路３４とを備えている。発振回路３０は、コイル５を含む共振回路５０の発振を維持するように構成されている。また、発振回路３０は、共振回路５０の共振周波数に対応する周波数で発振する発振信号を出力するように構成されている。周期計測回路３１は、発振回路３０から出力される発振信号の周期を計測し、計測した周期に対応する信号を出力するように構成されている。二乗回路３２は、周期計測回路３１から出力される信号の二乗値を演算して出力するように構成されている。温度補償回路３３は、温度補償処理により、二乗回路３２から出力される信号の温度変動を抑制するように構成されている。信号処理回路３４は、温度補償回路３３から出力される信号に基づいて、コア４に加わる荷重の変化を検知するように構成されている。
As shown in FIG. 2, the detection circuit 3 includes an oscillation circuit 30, a period measurement circuit 31, a square circuit 32, a temperature compensation circuit 33, and a signal processing circuit 34. The oscillation circuit 30 is configured to maintain the oscillation of the resonance circuit 50 including the coil 5. The oscillation circuit 30 is configured to output an oscillation signal that oscillates at a frequency corresponding to the resonance frequency of the resonance circuit 50. The period measurement circuit 31 is configured to measure the period of the oscillation signal output from the oscillation circuit 30 and output a signal corresponding to the measured period. The square circuit 32 is configured to calculate and output the square value of the signal output from the period measurement circuit 31. The temperature compensation circuit 33 is configured to suppress temperature fluctuation of the signal output from the squaring circuit 32 by temperature compensation processing. The signal processing circuit 34 is configured to detect a change in load applied to the core 4 based on a signal output from the temperature compensation circuit 33.
共振回路５０の等価回路は、図２に示すように、インダクタＬ１及び抵抗Ｒ１の直列回路と、キャパシタＣ１との並列回路とで構成される。ここでは、インダクタＬ１のインダクタンスは、コイル５のインダクタンスと等価である。また、抵抗Ｒ１の抵抗値は、コイル５の巻線抵抗の抵抗値と等価である。また、キャパシタＣ１の容量値は、コイル５の寄生容量の容量値と等価である。なお、共振回路５０は、コイル５と並列にキャパシタ（図示せず）を電気的に接続することで構成してもよい。
As shown in FIG. 2, the equivalent circuit of the resonance circuit 50 includes a series circuit of an inductor L1 and a resistor R1, and a parallel circuit of a capacitor C1. Here, the inductance of the inductor L1 is equivalent to the inductance of the coil 5. Further, the resistance value of the resistor R1 is equivalent to the resistance value of the winding resistance of the coil 5. Further, the capacitance value of the capacitor C1 is equivalent to the capacitance value of the parasitic capacitance of the coil 5. The resonance circuit 50 may be configured by electrically connecting a capacitor (not shown) in parallel with the coil 5.
本実施形態の力センサ２では、検知回路３は、基板２４に電子部品を実装することで構成されている。言い換えれば、基板（構造体）２４には、回路（検知回路３）が形成されている。つまり、本実施形態の力検知装置１では、力センサ２と一体に検知回路３が設けられている。なお、検知回路３は基板２４に設けられる必要はなく、基板２４とは別体で設けられていてもよい。更に、検知回路３は、例えば力センサ２の外部の基板（図示せず）に設けられていてもよい。すなわち、本実施形態の力検知装置１では、力センサ２と別体に検知回路３が設けられていてもよい。
In the force sensor 2 of the present embodiment, the detection circuit 3 is configured by mounting electronic components on the substrate 24. In other words, a circuit (detection circuit 3) is formed on the substrate (structure) 24. That is, in the force detection device 1 of the present embodiment, the detection circuit 3 is provided integrally with the force sensor 2. Note that the detection circuit 3 does not need to be provided on the substrate 24 and may be provided separately from the substrate 24. Further, the detection circuit 3 may be provided, for example, on a substrate (not shown) outside the force sensor 2. That is, in the force detection device 1 of the present embodiment, the detection circuit 3 may be provided separately from the force sensor 2.
以下、本実施形態の力センサ２及び力検知装置１の動作について説明する。先ず、外部の電源（図示せず）からコイル５に電流を供給することで、コア４が磁化され、磁路Ｍ１が形成される。ここでは、検知回路３の発振回路３０がコイル５に電流を供給する。
Hereinafter, operations of the force sensor 2 and the force detection device 1 of the present embodiment will be described. First, by supplying a current to the coil 5 from an external power source (not shown), the core 4 is magnetized and the magnetic path M1 is formed. Here, the oscillation circuit 30 of the detection circuit 3 supplies a current to the coil 5.
次に、第１プレート２１の下面に上向きに荷重（図１Ｃに示す上向きの矢印参照）が加わると、弾性体２３が撓むことにより第１プレート２１が押し上げられ、第１プレート２１を介してコア４に荷重が加わる。すると、逆磁歪効果により、荷重の大きさに応じてコア４の透磁率が変化するため、コイル５のインダクタンスが変化する。同様に、第２プレート２２の上面に下向きに荷重（図１Ｃに示す下向きの矢印参照）が加わると、弾性体２３が撓むことにより第２プレート２２が押し下げられ、第２プレート２２を介してコア４に荷重が加わる。この場合も、荷重の大きさに応じてコイル５のインダクタンスが変化する。つまり、本実施形態の力センサ２では、コア４（検知部２０）は、上下方向（検知方向）に沿う向きに第１プレート２１及び第２プレート２２からかかる荷重を受けるように構成されている。
Next, when an upward load is applied to the lower surface of the first plate 21 (see the upward arrow shown in FIG. 1C), the first plate 21 is pushed up by the elastic body 23 being bent, and the first plate 21 is A load is applied to the core 4. Then, due to the inverse magnetostriction effect, the magnetic permeability of the core 4 changes according to the magnitude of the load, so that the inductance of the coil 5 changes. Similarly, when a downward load is applied to the upper surface of the second plate 22 (see the downward arrow shown in FIG. 1C), the second plate 22 is pushed down by the elastic body 23 being bent, and the second plate 22 passes through the second plate 22. A load is applied to the core 4. Also in this case, the inductance of the coil 5 changes according to the magnitude of the load. That is, in the force sensor 2 of the present embodiment, the core 4 (detection unit 20) is configured to receive a load applied from the first plate 21 and the second plate 22 in a direction along the vertical direction (detection direction). .
コイル５のインダクタンスが変化すると、コイル５を含む共振回路５０の共振周波数が変化する。このため、発振回路３０が共振回路５０の共振周波数に対応する周波数の発振信号を出力し、周期計測回路３１が発振信号の周期に対応する信号を出力する。ここで、発振信号の周期は、等価回路におけるインダクタＬ１のインダクタンスとキャパシタＣ１の容量値との積の平方根で表される。そして、二乗回路３２が周期計測回路３１の出力信号の二乗値を演算して出力するため、二乗回路３２の出力信号は、コイル５のインダクタンスの変化に対して直線的に変化する。二乗回路３２の出力信号は、温度補償回路３３により温度変動分が補正される。そして、信号処理回路３４は、温度補償回路３３の出力信号に基づいてコイル５のインダクタンスを演算し、コイル５のインダクタンスの変化量からコア４に加わる荷重を演算する。つまり、検知回路３は、コイル５のインダクタンスの変化に基づいてコア４に加わる荷重を検知する。
When the inductance of the coil 5 changes, the resonance frequency of the resonance circuit 50 including the coil 5 changes. Therefore, the oscillation circuit 30 outputs an oscillation signal having a frequency corresponding to the resonance frequency of the resonance circuit 50, and the period measurement circuit 31 outputs a signal corresponding to the period of the oscillation signal. Here, the period of the oscillation signal is represented by the square root of the product of the inductance of the inductor L1 and the capacitance value of the capacitor C1 in the equivalent circuit. And since the square circuit 32 calculates and outputs the square value of the output signal of the period measurement circuit 31, the output signal of the square circuit 32 changes linearly with respect to the change of the inductance of the coil 5. The output signal of the square circuit 32 is corrected for temperature fluctuations by the temperature compensation circuit 33. The signal processing circuit 34 calculates the inductance of the coil 5 based on the output signal of the temperature compensation circuit 33, and calculates the load applied to the core 4 from the amount of change in the inductance of the coil 5. That is, the detection circuit 3 detects the load applied to the core 4 based on the change in the inductance of the coil 5.
上述のように、本実施形態の力センサ２は、第１プレート２１と第２プレート２２とで検知部２０を挟み、第１プレート２１及び第２プレート２２の両者間を弾性体２３で位置決めした構成となっている。このため、本実施形態の力センサ２では、第１プレート２１及び第２プレート２２に従来例のような起歪部を設ける加工が必要ではないので、第１プレート２１及び第２プレート２２の厚さ方向の寸法を小さくすることができる。したがって、本実施形態の力センサ２は、第１プレート２１及び第２プレート２２の厚さ方向の寸法を小さくすることで、薄型化を図ることができる。また、本実施形態の力センサ２は、弾性体２３を備えている。このため、本実施形態の力センサ２は、第１プレート２１又は第２プレート２２に荷重が加わると、コア４に荷重が適正に伝わり易いので、荷重の検知精度を向上させることができる。
As described above, the force sensor 2 of the present embodiment sandwiches the detection unit 20 between the first plate 21 and the second plate 22, and positions both the first plate 21 and the second plate 22 with the elastic body 23. It has a configuration. For this reason, in the force sensor 2 according to the present embodiment, the first plate 21 and the second plate 22 do not need to be provided with a strain generating portion as in the conventional example. The vertical dimension can be reduced. Therefore, the force sensor 2 of the present embodiment can be reduced in thickness by reducing the thickness dimension of the first plate 21 and the second plate 22. Further, the force sensor 2 of the present embodiment includes an elastic body 23. For this reason, the force sensor 2 of the present embodiment can improve the load detection accuracy because the load is easily transmitted to the core 4 when a load is applied to the first plate 21 or the second plate 22.
また、本実施形態の力センサ２では、コイル５の通電時に形成される磁路Ｍ１が閉磁路となるようにコイル５を設けているが、コイル５は、図３Ａに示すように、導線をコア４の外周に沿って巻き付けることで構成されていてもよい。この構成では、コイル５の通電時に生じる磁束は、コア４の内側のみならずコア４の外側も通る磁路Ｍ２を形成する。つまり、この構成では、磁路Ｍ２は開磁路となる。この構成では、取付部４１を設ける等してコア４を加工する必要がないので、コア４を製作し易いという利点がある。また、この構成では、コア４の外周に導線を巻き付けるだけでコイル５を製作することができるので、コイル５を製作し易いという利点がある。つまり、この構成では、コア４及びコイル５の設計が容易であることから、力センサ２の小型化や薄型化を図り易い。なお、導線をコア４の外周に沿って巻き付けることでコイル５を構成する場合は、図３Ｂに示すように、コア４は中空部４０を有していなくてもよい。
Further, in the force sensor 2 of the present embodiment, the coil 5 is provided so that the magnetic path M1 formed when the coil 5 is energized is a closed magnetic path. However, as shown in FIG. You may be comprised by winding along the outer periphery of the core 4. FIG. In this configuration, the magnetic flux generated when the coil 5 is energized forms a magnetic path M <b> 2 that passes not only inside the core 4 but also outside the core 4. That is, in this configuration, the magnetic path M2 is an open magnetic path. This configuration has an advantage that the core 4 is easy to manufacture because it is not necessary to process the core 4 by providing the attachment portion 41 or the like. In addition, this configuration has an advantage that the coil 5 can be easily manufactured because the coil 5 can be manufactured simply by winding a conducting wire around the outer periphery of the core 4. That is, in this configuration, the core 4 and the coil 5 can be easily designed, so that the force sensor 2 can be easily reduced in size and thickness. When the coil 5 is configured by winding a conducting wire along the outer periphery of the core 4, the core 4 may not have the hollow portion 40 as illustrated in FIG. 3B.
また、本実施形態の力センサ２では、基板２４を用いてコア４を位置決めしているが、例えば図４に示すように、基板２４以外の構造体２７でコア４を位置決めする構成であってもよい。なお、この構成では、第１プレート２１は、その中央部に平面視で円形状の通孔２１０が設けられている。同様に、この構成では、第２プレート２２は、その中央部に平面視で円形状の通孔２２０が設けられている。これらの通孔２１０，２２０は、例えばボルト（図示せず）の締付軸力を検知する際に、ボルトの軸部をコア４の中空部４０に通すために用いられる。また、これらの通孔２１０，２２０は、アンカー１００（図９参照）の引張り力を検知する際に、アンカー１００のテンドン（tendon）１０２Ａ（図９参照）をコア４の中空部４０に通すために用いられる。勿論、通孔２１０，２２０の形状は、平面視で円形状に限定されず、ボルトの軸部やテンドン１０２Ａを通すことが可能な形状であればよい。
Further, in the force sensor 2 of the present embodiment, the core 4 is positioned using the substrate 24. For example, as shown in FIG. 4, the core 4 is positioned by a structure 27 other than the substrate 24. Also good. In this configuration, the first plate 21 is provided with a circular through-hole 210 in the center in a plan view. Similarly, in this configuration, the second plate 22 is provided with a circular through-hole 220 in the center in a plan view. These through holes 210 and 220 are used, for example, to pass the shaft portion of the bolt through the hollow portion 40 of the core 4 when detecting the tightening axial force of a bolt (not shown). Further, these through holes 210 and 220 pass the tendon 102A (see FIG. 9) of the anchor 100 through the hollow portion 40 of the core 4 when detecting the tensile force of the anchor 100 (see FIG. 9). Used for. Of course, the shape of the through-holes 210 and 220 is not limited to a circular shape in plan view, and may be any shape as long as it allows the shaft portion of the bolt and the tendon 102A to pass therethrough.
構造体２７は、例えば金属材料や樹脂材料によりシート状に形成され、第１プレート２１及び第２プレート２２、並びに弾性体２３で囲まれる空間内に収納されている。構造体２７は、上記の空間の一部に弾性体２３を充填することで固定されている。また、構造体２７は、基板２４と同様に平面視で円環形状に形成されており、その中央部は平面視で円環形状の位置決め孔２７０となっている。この位置決め孔２７０にコア４が嵌まり込むことで、コア４が所定の位置に位置決めされる。なお、位置決め孔２７０の形状は、平面視で円形状に限定されず、例えば平面視で矩形状であってもよい。つまり、位置決め孔２７０は、コア４が嵌まり込む形状であればよい。
The structure 27 is formed in a sheet shape from, for example, a metal material or a resin material, and is housed in a space surrounded by the first plate 21, the second plate 22, and the elastic body 23. The structure 27 is fixed by filling the elastic body 23 in a part of the space. The structure 27 is formed in an annular shape in a plan view like the substrate 24, and a central portion thereof is an annular positioning hole 270 in the plan view. The core 4 is positioned at a predetermined position by fitting the core 4 into the positioning hole 270. The shape of the positioning hole 270 is not limited to a circular shape in a plan view, and may be a rectangular shape in a plan view, for example. That is, the positioning hole 270 only needs to have a shape into which the core 4 is fitted.
この構成では、力センサ２は基板２４を備えていない。つまり、検知回路３は、力センサ２の外部に配置されている。したがって、この構成では、構造体２７に検知回路３などの回路を設計する必要がないことから、基板２４と比較して構造体２７の厚さ方向の寸法を小さくすることができるので、力センサ２の薄型化を図ることができる。
In this configuration, the force sensor 2 does not include the substrate 24. That is, the detection circuit 3 is disposed outside the force sensor 2. Therefore, in this configuration, since it is not necessary to design a circuit such as the detection circuit 3 in the structure 27, the dimension in the thickness direction of the structure 27 can be reduced as compared with the substrate 24. Therefore, the force sensor 2 can be reduced in thickness.
なお、本実施形態の力センサ２では、基板２４や構造体２７を備えるか否かは任意である。すなわち、本実施形態の力センサ２は、第１プレート２１及び第２プレート２２、並びに弾性体２３によりコア４を位置決めする構造であれば、基板２４や構造体２７を設けなくてもよい。但し、基板２４や構造体２７を備える構成であれば、第１プレート２１及び第２プレート２２を加工してコア４を位置決めするための構造を設ける必要がなく、第１プレート２１及び第２プレート２２の厚さ寸法を小さくすることができるという利点がある。
In addition, in the force sensor 2 of this embodiment, it is arbitrary whether the board | substrate 24 and the structure 27 are provided. That is, the force sensor 2 of the present embodiment does not have to be provided with the substrate 24 and the structure 27 as long as the core 4 is positioned by the first plate 21 and the second plate 22 and the elastic body 23. However, if the configuration includes the substrate 24 and the structure 27, there is no need to provide a structure for positioning the core 4 by processing the first plate 21 and the second plate 22, and the first plate 21 and the second plate. There is an advantage that the thickness dimension of 22 can be reduced.
また、本実施形態の力検知装置１では、検知回路３は、二乗回路３２及び温度補償回路３３を備えずに、周期計測回路３１から出力される信号に基づいて信号処理回路３４が荷重の変化を検知する構成であってもよい。また、図２に示す検知回路３の構成は一例であり、検知回路３は、コイル５の磁気特性（インダクタンスまたはコンダクタンス）の変化に基づいて荷重を検知する構成であれば、その他の構成であってもよい。
In the force detection device 1 of the present embodiment, the detection circuit 3 does not include the squaring circuit 32 and the temperature compensation circuit 33, and the signal processing circuit 34 changes the load based on the signal output from the period measurement circuit 31. The structure which detects this may be sufficient. In addition, the configuration of the detection circuit 3 illustrated in FIG. 2 is an example, and the detection circuit 3 may be any other configuration as long as it detects a load based on a change in magnetic characteristics (inductance or conductance) of the coil 5. May be.
（実施形態２）
本実施形態の力センサ２及び力検知装置１は、例えばグラウンドアンカー（ground anchor）工法に用いられる。ここで、グラウンドアンカー工法について簡単に説明する。例えば地山の掘削や盛土等により法面が形成される場合、法面に設けられる構造物を安定させるために、グラウンドアンカー工法が一般的に用いられている。このグラウンドアンカー工法で使用するアンカーの引張り力を検知して監視するために、実施形態１の力センサ２及び力検知装置１を用いることが考えられる。
(Embodiment 2)
The force sensor 2 and the force detection device 1 according to the present embodiment are used, for example, in a ground anchor method. Here, the ground anchor method will be briefly described. For example, when a slope is formed by excavation or embankment of a natural ground, a ground anchor method is generally used to stabilize a structure provided on the slope. In order to detect and monitor the tensile force of the anchor used in this ground anchor method, it is conceivable to use the force sensor 2 and the force detection device 1 of the first embodiment.
ここで、アンカーのように大型の部材に実施形態１の力センサ２を用いる場合、大型の部材に合わせて径寸法の大きいコア４を用いる必要がある。しかしながら、コア４の厚さ方向の寸法を大きくすることなくコア４の径寸法を大きくする加工は困難であり、実施形態１の力センサ２では、コア４の厚さ方向の大型化を避けられない。そこで、大型の部材の荷重を検知する場合、力センサ２は、複数の検知部２０を備えるのが好ましい。
Here, when using the force sensor 2 of Embodiment 1 for a large member like an anchor, it is necessary to use the core 4 with a large diameter according to a large member. However, it is difficult to increase the diameter of the core 4 without increasing the dimension of the core 4 in the thickness direction. In the force sensor 2 of the first embodiment, the core 4 can be prevented from being enlarged in the thickness direction. Absent. Therefore, when detecting the load of a large member, the force sensor 2 preferably includes a plurality of detection units 20.
以下、複数の検知部２０を備える本実施形態の力センサ２及び力検知装置１について図面を用いて説明する。なお、本実施形態の力センサ２及び力検知装置１において、実施形態１と共通する構成要素については適宜説明を省略する。
Hereinafter, the force sensor 2 and the force detection device 1 of the present embodiment including a plurality of detection units 20 will be described with reference to the drawings. In the force sensor 2 and the force detection device 1 of the present embodiment, the description of the components common to the first embodiment will be omitted as appropriate.
本実施形態の力センサ２は、図５Ａ，図５Ｂに示すように、複数（ここでは、１２個）の検知部２０と、第１プレート２１と、第２プレート２２と、弾性体２３と、基板（構造体）２４とを備えている。また、複数の検知部２０は、上下方向（検知方向）と直交する平面に沿って配置される。なお、図５Ｂでは、第２プレート２２及び弾性体２３の図示を省略している。また、「直交」とは、完全な「直交」のみではなく、「ほぼ直交」を含む表現である。
As shown in FIGS. 5A and 5B, the force sensor 2 of the present embodiment includes a plurality (here, twelve) detection units 20, a first plate 21, a second plate 22, an elastic body 23, And a substrate (structure) 24. Moreover, the some detection part 20 is arrange | positioned along the plane orthogonal to an up-down direction (detection direction). In FIG. 5B, the second plate 22 and the elastic body 23 are not shown. Further, “orthogonal” is an expression including “substantially orthogonal” as well as complete “orthogonal”.
第１プレート２１は、図５Ｂに示すように平面視で正方形状に形成されている。また、図示しないが、第２プレート２２は、第１プレート２１と同様に平面視で正方形状に形成されている。第１プレート２１は、図５Ａに示すように、複数（図示では２つ）のコア４の下面に接する形で複数のコア４の下側に配置される。また、第２プレート２２は、図５Ａに示すように、複数（図示では２つ）のコア４の上面に接する形で複数のコア４の上側に配置される。つまり、第１プレート２１及び第２プレート２２は、上下方向（検知方向）の両側から複数のコア４を挟むように配置される。
As shown in FIG. 5B, the first plate 21 is formed in a square shape in plan view. Although not shown, the second plate 22 is formed in a square shape in a plan view like the first plate 21. As shown in FIG. 5A, the first plate 21 is disposed below the plurality of cores 4 so as to be in contact with the lower surfaces of the plurality (two in the drawing) of the cores 4. Further, as shown in FIG. 5A, the second plate 22 is disposed on the upper side of the plurality of cores 4 so as to be in contact with the upper surfaces of the plurality (two in the drawing) of the cores 4. That is, the first plate 21 and the second plate 22 are arranged so as to sandwich the plurality of cores 4 from both sides in the vertical direction (detection direction).
第１プレート２１には、図５Ａ，図５Ｂに示すように、その中央部を上下方向（検知方向）に貫通する平面視で円形状の通孔２１０が設けられている。また、第２プレート２２には、図５Ａに示すように、その中央部を上下方向（検知方向）に貫通する平面視で円形状の通孔２２０が設けられている。勿論、通孔２１０，２２０の形状は、平面視で円形状に限定されず、ボルトの軸部やテンドン１０２Ａを通すことが可能な形状であればよい。
As shown in FIGS. 5A and 5B, the first plate 21 is provided with a circular through hole 210 in a plan view that penetrates the center portion in the vertical direction (detection direction). Further, as shown in FIG. 5A, the second plate 22 is provided with a circular through hole 220 in a plan view that penetrates the center portion in the vertical direction (detection direction). Of course, the shape of the through-holes 210 and 220 is not limited to a circular shape in plan view, and may be any shape as long as it allows the shaft portion of the bolt and the tendon 102A to pass therethrough.
なお、本実施形態の力センサ２では、第１プレート２１の中央部に通孔２１０を、第２プレート２２の中央部に通孔２２０をそれぞれ設けているが、通孔２１０，２２０を設ける位置を限定する趣旨ではない。つまり、通孔２１０は、第１プレート２１を上下方向（検知方向）に貫通する形で設けられていればよく、その位置は中央部に限定されない。同様に、通孔２２０は、第２プレート２２を上下方向（検知方向）に貫通する形で設けられていればよく、その位置は中央部に限定されない。
In the force sensor 2 of the present embodiment, the through hole 210 is provided in the central portion of the first plate 21 and the through hole 220 is provided in the central portion of the second plate 22, but the positions where the through holes 210 and 220 are provided. It is not intended to limit. That is, the through-hole 210 may be provided so as to penetrate the first plate 21 in the vertical direction (detection direction), and the position thereof is not limited to the central portion. Similarly, the through hole 220 may be provided so as to penetrate the second plate 22 in the vertical direction (detection direction), and the position thereof is not limited to the central portion.
弾性体２３は、図５Ａに示すように、第１プレート２１の上面の外周縁と、第２プレート２２の下面の外周縁とに接着することで、第１プレート２１及び第２プレート２２を互いに結合する。また、弾性体２３は、図５Ａに示すように、第１プレート２１の上面における通孔２１０の周縁と、第２プレート２２の下面における通孔２２０の周縁とに接着することで、第１プレート２１及び第２プレート２２を互いに結合する。
つまり、弾性体２３は、第１プレート２１及び第２プレート２２の両者間を位置決めする構成であればよい。
As shown in FIG. 5A, the elastic body 23 is bonded to the outer peripheral edge of the upper surface of the first plate 21 and the outer peripheral edge of the lower surface of the second plate 22, thereby connecting the first plate 21 and the second plate 22 to each other. Join. Further, as shown in FIG. 5A, the elastic body 23 is bonded to the periphery of the through hole 210 on the upper surface of the first plate 21 and the periphery of the through hole 220 on the lower surface of the second plate 22, thereby 21 and the second plate 22 are coupled to each other.
That is, the elastic body 23 may be configured to position both the first plate 21 and the second plate 22.
基板２４は、図５Ａに示すように、第１プレート２１及び第２プレート２２、並びに弾性体２３で囲まれる空間内に収納されている。基板２４は、図５Ｂに示すように平面視で正方形状に形成されている。また、基板２４の中央部には、通孔２１０，２２０の径寸法よりも僅かに大きい径寸法（例えば、直径１４０ｍｍ）を有する平面視で円形状の通孔２４１が設けられている。この通孔２４１は、通孔２１０，２２０と同様に、ボルトの軸部やテンドン１０２Ａを通すことが可能な形状であればよい。基板２４は、その外周縁と、通孔２４１の内周縁とがそれぞれ弾性体２３に接することで固定されている。
As shown in FIG. 5A, the substrate 24 is accommodated in a space surrounded by the first plate 21, the second plate 22, and the elastic body 23. The board | substrate 24 is formed in square shape by planar view, as shown to FIG. 5B. In addition, a circular through hole 241 is provided in a central portion of the substrate 24 in a plan view having a diameter (for example, a diameter of 140 mm) slightly larger than the diameter of the through holes 210 and 220. Similar to the through holes 210 and 220, the through hole 241 may have any shape that allows the shaft portion of the bolt and the tendon 102A to pass therethrough. The substrate 24 is fixed so that the outer peripheral edge thereof and the inner peripheral edge of the through hole 241 are in contact with the elastic body 23.
また、基板２４には、図５Ｂ，図６Ａに示すように、通孔２４１の周囲に複数（図示では１２個）の位置決め孔２４０が設けられている。各位置決め孔２４０は、平面視で円形状に形成され、通孔２４１の周方向に沿って等間隔に設けられている。なお、位置決め孔２４０の形状は、平面視で円形状に限定されず、例えば図６Ｂに示すように平面視で矩形状であってもよい。つまり、位置決め孔２４０は、コア４が嵌まり込む形状であればよい。
Further, as shown in FIGS. 5B and 6A, the substrate 24 is provided with a plurality of (in the figure, 12) positioning holes 240 around the through hole 241. Each positioning hole 240 is formed in a circular shape in plan view, and is provided at equal intervals along the circumferential direction of the through hole 241. The shape of the positioning hole 240 is not limited to a circular shape in a plan view, and may be a rectangular shape in a plan view as shown in FIG. 6B, for example. That is, the positioning hole 240 may have a shape into which the core 4 is fitted.
本実施形態の力センサ２では、図５Ｂに示すように、各位置決め孔２４０は、上下方向（検知方向）と直交する平面において、通孔２４１の中心を通る基準線Ｒ１に対して線対称となるように配置される。また、各位置決め孔２４０は、上下方向（検知方向）と直交する平面において、通孔２４１の中心を基準点Ｒ２として、基準点Ｒ２に対して点対称となるように配置されている。したがって、各位置決め孔２４０にそれぞれコア４を配置することで、各検知部２０も基準線Ｒ１に対して線対称となるように配置され、且つ基準点Ｒ２に対して点対称となるように配置される。また、言い換えれば、複数の検知部２０は、通孔２１０，２２０の周囲に配置されている。
In the force sensor 2 of the present embodiment, as shown in FIG. 5B, each positioning hole 240 is symmetrical with respect to a reference line R1 passing through the center of the through hole 241 in a plane orthogonal to the vertical direction (detection direction). It is arranged to become. Each positioning hole 240 is arranged to be point-symmetric with respect to the reference point R2 with the center of the through hole 241 as the reference point R2 in a plane orthogonal to the vertical direction (detection direction). Therefore, by arranging the core 4 in each positioning hole 240, each detection unit 20 is also arranged so as to be symmetric with respect to the reference line R1, and arranged so as to be symmetric with respect to the reference point R2. Is done. In other words, the plurality of detection units 20 are arranged around the through holes 210 and 220.
本実施形態の力検知装置１では、図７Ａに示すように、各検知部２０が検知回路３に個別に電気的に接続されている。つまり、各コイル５の両端が、それぞれ検知回路３に個別に電気的に接続されている。検知回路３は、各検知部２０の出力信号のレベルの合計値に基づいて演算することで、全てのコア４に加わる荷重（すなわち、力センサ２に加わる荷重）を検知することができる。
In the force detection device 1 of the present embodiment, as shown in FIG. 7A, each detection unit 20 is electrically connected to the detection circuit 3 individually. That is, both ends of each coil 5 are individually electrically connected to the detection circuit 3. The detection circuit 3 can detect the load applied to all the cores 4 (that is, the load applied to the force sensor 2) by calculating based on the total value of the output signal levels of the detection units 20.
また、検知回路３は、各検知部２０の出力信号のレベルに基づいて検知部２０毎に加わる荷重を演算することも可能である。この構成では、検知回路３は、各検知部２０に加わる荷重を比較することで、第１プレート２１又は第２プレート２２に加わる荷重の分布を検知することができる。つまり、この構成では、第１プレート２１又は第２プレート２２に均一に荷重が加わっているか否かを検知することができる。
The detection circuit 3 can also calculate a load applied to each detection unit 20 based on the level of the output signal of each detection unit 20. In this configuration, the detection circuit 3 can detect the distribution of the load applied to the first plate 21 or the second plate 22 by comparing the load applied to each detection unit 20. That is, in this configuration, it is possible to detect whether a load is uniformly applied to the first plate 21 or the second plate 22.
なお、この構成では、図７Ｂに示すように、検知回路３は、コイル５を備えていない検知部２０がある場合でも荷重を検知することが可能である。したがって、この構成では、検知対象に応じて検知部２０の個数を減らすことができ、製作コストの低減を図ることができる。
In this configuration, as shown in FIG. 7B, the detection circuit 3 can detect a load even when there is a detection unit 20 that does not include the coil 5. Therefore, in this configuration, the number of detection units 20 can be reduced according to the detection target, and the manufacturing cost can be reduced.
また、本実施形態の力検知装置１は、図８に示すように、各検知部２０を検知回路３に直列に電気的に接続した構成であってもよい。つまり、各コイル５の直列回路の両端が、検知回路３に電気的に接続されている。この構成では、１つの検知部２０の出力信号のレベルが微小であっても、全ての検知部２０の出力信号のレベルの合計値に基づいて検知回路３が荷重を演算するので、荷重の検知精度が向上するという利点がある。また、この構成では、隣り合うコイル５の間で相互干渉が起こり難いという利点がある。
Moreover, the structure which connected each detection part 20 to the detection circuit 3 in series electrically may be sufficient as the force detection apparatus 1 of this embodiment, as shown in FIG. That is, both ends of the series circuit of each coil 5 are electrically connected to the detection circuit 3. In this configuration, even if the level of the output signal of one detection unit 20 is very small, the detection circuit 3 calculates the load based on the total value of the levels of the output signals of all the detection units 20. There is an advantage that accuracy is improved. In addition, this configuration has an advantage that mutual interference hardly occurs between the adjacent coils 5.
以下、本実施形態の力センサ２及び力検知装置１を用いて、グラウンドアンカー工法で用いられるアンカー１００の引張り力を検知する実施例について図９を参照して説明する。なお、図９では、検知回路３の図示を省略している。アンカー１００は、構造物Ａ１からの引張り力を地盤（図示せず）に伝達するために用いられる。アンカー１００は、引張り力を地盤に伝達させる機能を持つアンカー体（図示せず）と、アンカー１００を構造物Ａ１に結合するためのアンカー頭部１０１と、アンカー頭部１０１からの引張り力をアンカー体に伝える引張り部１０２とで構成される。
Hereinafter, the Example which detects the tensile force of the anchor 100 used by the ground anchor construction method using the force sensor 2 and the force detection apparatus 1 of this embodiment is described with reference to FIG. In FIG. 9, the detection circuit 3 is not shown. The anchor 100 is used to transmit a tensile force from the structure A1 to the ground (not shown). The anchor 100 includes an anchor body (not shown) having a function of transmitting a tensile force to the ground, an anchor head 101 for coupling the anchor 100 to the structure A1, and an tensile force from the anchor head 101. It is comprised with the tension | pulling part 102 transmitted to a body.
アンカー頭部１０１は、定着具であるナット１０１Ａと、構造物Ａ１の上に配置される支圧板であるアンカープレート１０１Ｂとで構成されている。アンカープレート１０１Ｂには、テンドン１０２Ａを通すことが可能な孔１０１Ｃが設けられている。引張り部１０２は、例えばＰＣ（Prestressed Concrete）鋼撚り線で構成される棒状のテンドン１０２Ａを備えている。テンドン１０２Ａの長手方向の第１端には、アンカー体が機械的に接続されている。また、テンドン１０２Ａの長手方向の第２端は、アンカープレート１０１Ｂの孔１０１Ｃ、及び本実施形態の力センサ２の通孔２１０，２２０，２４１に通された状態で、ナット１０１Ａが締め付けられている。
The anchor head 101 includes a nut 101A that is a fixing tool, and an anchor plate 101B that is a pressure bearing plate disposed on the structure A1. The anchor plate 101B is provided with a hole 101C through which the tendon 102A can pass. The tension portion 102 includes a rod-shaped tendon 102A made of, for example, a PC (Prestressed Concrete) steel strand. An anchor body is mechanically connected to the first end in the longitudinal direction of the tendon 102A. Further, the second end in the longitudinal direction of the tendon 102A is tightened with the nut 101A while being passed through the hole 101C of the anchor plate 101B and the through holes 210, 220, and 241 of the force sensor 2 of the present embodiment. .
本実施形態の力センサ２は、ナット１０１Ａとアンカープレート１０１Ｂとで挟まれる形で配置されている。したがって、本実施形態の力検知装置１は、ナット１０１Ａが力センサ２の一面を押し下げる荷重を検知回路３が検知することで、アンカー１００の引張り力を検知することができる。
The force sensor 2 according to the present embodiment is arranged in such a manner as to be sandwiched between the nut 101A and the anchor plate 101B. Therefore, the force detection device 1 according to the present embodiment can detect the tensile force of the anchor 100 when the detection circuit 3 detects a load in which the nut 101A pushes down one surface of the force sensor 2.
上述のように、本実施形態の力センサ２及び力検知装置１は、１つの検知部２０ではなく複数の検知部２０を用いて荷重を検知する構成となっている。したがって、本実施形態の力センサ２及び力検知装置１は、１つの検知部２０のみを備える場合と比較して、各検知部２０のコア４の径寸法を小さくすることができ、結果としてコア４の厚さ方向の寸法も小さくすることができる。したがって、本実施形態の力センサ２及び力検知装置１は、アンカー１００のような大型の部材に用いる場合でも、薄型化を図ることができる。
As described above, the force sensor 2 and the force detection device 1 of the present embodiment are configured to detect a load using a plurality of detection units 20 instead of a single detection unit 20. Therefore, the force sensor 2 and the force detection device 1 according to the present embodiment can reduce the diameter of the core 4 of each detection unit 20 as compared with the case where only one detection unit 20 is provided. The dimension in the thickness direction of 4 can also be reduced. Therefore, even when the force sensor 2 and the force detection device 1 of the present embodiment are used for a large member such as the anchor 100, it is possible to reduce the thickness.
また、本実施形態の力センサ２では、各コア４（すなわち、複数の検知部２０の各々の有するコア４）は、厚さ方向の寸法（図５Ａの‘Ｔ１’参照）が互いに等しくなっている。このため、本実施形態の力センサ２は、各コア４の厚さ方向と直交する面が互いに揃うため、各コア４に均等に荷重がかかり易く、偏荷重が生じ難いという利点がある。なお、「等しく」とは、なお、「等しく」とは、「同一」、若しくは「ほぼ同一」を含む表現である。したがって、製造上の誤差により各コア４の厚さ方向の寸法が互いに僅かに異なるのは、許容範囲内の誤差である。なお、各コア４の厚さ方向の寸法を互いに等しくするか否かは、任意である。
In the force sensor 2 of the present embodiment, the cores 4 (that is, the cores 4 included in each of the plurality of detection units 20) have the same dimension in the thickness direction (see “T1” in FIG. 5A). Yes. For this reason, the force sensor 2 according to the present embodiment has the advantage that the surfaces perpendicular to the thickness direction of the cores 4 are aligned with each other, and therefore, it is easy to apply a load evenly to the cores 4 and an uneven load hardly occurs. “Equal” is an expression including “same” or “substantially identical”. Therefore, it is an error within an allowable range that the dimension in the thickness direction of each core 4 is slightly different from each other due to a manufacturing error. Note that whether or not the cores 4 have the same thickness in the thickness direction is arbitrary.
また、本実施形態の力センサ２では、図５Ｂに示すように、各検知部２０を基準線Ｒ１に対して線対称となるように配置し、且つ基準点Ｒ２に対して点対称となるように配置している。このため、本実施形態の力センサ２は、各コア４が上下方向（検知方向）と直交する平面（例えば、第１プレート２１の下面や第２プレート２２の上面に平行な面）において均等に配置されるので、各コア４に均等に荷重がかかり易く、偏荷重が生じ難いという利点がある。
Further, in the force sensor 2 of the present embodiment, as shown in FIG. 5B, the detectors 20 are arranged so as to be line-symmetric with respect to the reference line R1, and are point-symmetric with respect to the reference point R2. Is arranged. For this reason, in the force sensor 2 of the present embodiment, the cores 4 are evenly distributed on a plane (for example, a plane parallel to the lower surface of the first plate 21 and the upper surface of the second plate 22) perpendicular to the vertical direction (detection direction). Since they are arranged, there is an advantage that a load is easily applied evenly to each core 4 and an uneven load is hardly generated.
なお、本実施形態の力センサ２では、例えば図１０Ａに示すように、基板２４の対角線に沿って各検知部２０が配置されていてもよい。この構成でも、各検知部２０が基準線Ｒ１に対して線対称に配置され、且つ基準点Ｒ２に対して点対称に配置される。また、各検知部２０は、基準線Ｒ１に対して線対称ではあるが、基準点Ｒ２に対しては点対称ではないように配置されていてもよい。更に、各検知部２０は、基準線Ｒ１に対しては線対称ではないが、基準点Ｒ２に対して点対称となるように配置されていてもよい。
In the force sensor 2 of the present embodiment, for example, as illustrated in FIG. 10A, each detection unit 20 may be disposed along a diagonal line of the substrate 24. Even in this configuration, the detection units 20 are arranged in line symmetry with respect to the reference line R1 and are arranged in point symmetry with respect to the reference point R2. Each detection unit 20 may be arranged so as to be line-symmetric with respect to the reference line R1, but not point-symmetric with respect to the reference point R2. Furthermore, each detection unit 20 may be arranged so as to be point-symmetric with respect to the reference point R2, although it is not line-symmetric with respect to the reference line R1.
その他、各検知部２０は、例えば図１０Ｂに示すように、複数の位置決め孔２４０の何れかに選択的に配置されていてもよい。言い換えれば、複数の検知部２０は、複数の検知位置（ここでは、位置決め孔２４０）の中から選択された２以上の検知位置に１対１に対応して配置されていてもよい。また、各検知部２０は、同じく図１０Ｂに示すように、基準線Ｒ１及び基準点Ｒ２の何れに対しても非対称に配置されていてもよい。なお、図１０Ａ，図１０Ｂでは、それぞれ第２プレート２２及び弾性体２３の図示を省略している。
In addition, each detection part 20 may be selectively arrange | positioned in any of the some positioning hole 240, for example, as shown to FIG. 10B. In other words, the plurality of detection units 20 may be arranged in a one-to-one correspondence with two or more detection positions selected from a plurality of detection positions (here, the positioning holes 240). Moreover, each detection part 20 may be arrange | positioned asymmetrically with respect to any of the reference line R1 and the reference point R2, similarly as shown to FIG. 10B. In addition, in FIG. 10A and FIG. 10B, illustration of the 2nd plate 22 and the elastic body 23 is abbreviate | omitted, respectively.
また、本実施形態の力センサ２では、第１プレート２１に通孔２１０、第２プレート２２に通孔２２０、基板２４に通孔２４１がそれぞれ設けられているが、通孔２１０，２２０，２４１を設けるか否かは任意である。すなわち、本実施形態の力センサ２は、例えば図１１Ａに示すように、通孔２４１を有さない平面視で正方形状の基板２４に複数（図示では９個）の検知部２０を配置した構成であってもよい。この構成では、第１プレート２１及び第２プレート２２もそれぞれ通孔２１０，２２０を有していない。
Further, in the force sensor 2 of the present embodiment, the first plate 21 is provided with the through hole 210, the second plate 22 is provided with the through hole 220, and the substrate 24 is provided with the through hole 241, but the through holes 210, 220, and 241 are provided. Whether or not is provided is arbitrary. That is, the force sensor 2 of the present embodiment has a configuration in which a plurality (9 in the drawing) of detection units 20 are arranged on a square substrate 24 in a plan view that does not have the through-hole 241 as illustrated in FIG. 11A, for example. It may be. In this configuration, the first plate 21 and the second plate 22 also do not have the through holes 210 and 220, respectively.
また、本実施形態の力センサ２は、平面視で正方形状の第１プレート２１及び第２プレート２２、並びに基板２４を備えているが、第１プレート２１及び第２プレート２２、並びに基板２４の形状を限定する趣旨ではない。すなわち、本実施形態の力センサ２は、例えば図１１Ｂに示すように、平面視で半円環形状の第１プレート２１及び第２プレート２２、並びに基板２４を備えていてもよい。その他、本実施形態の力センサ２は、図１１Ｃに示すように、平面視で円環形状の第１プレート２１及び第２プレート２２、並びに基板２４を備えていてもよい。なお、図１１Ａ〜図１１Ｃでは、それぞれ第２プレート２２及び弾性体２３の図示を省略している。
Further, the force sensor 2 of the present embodiment includes the first plate 21 and the second plate 22 and the substrate 24 that are square in a plan view, but the first plate 21, the second plate 22, and the substrate 24 are It is not intended to limit the shape. That is, the force sensor 2 of the present embodiment may include a first plate 21 and a second plate 22 and a substrate 24 that are semicircular in a plan view as shown in FIG. 11B, for example. In addition, as shown in FIG. 11C, the force sensor 2 of the present embodiment may include a first plate 21 and a second plate 22 and a substrate 24 that are annular in a plan view. In addition, in FIG. 11A-FIG. 11C, illustration of the 2nd plate 22 and the elastic body 23 is abbreviate | omitted, respectively.
また、本実施形態の力センサ２は、図１２に示すように、第１プレート２１及び第２プレート２２の少なくとも一方を含む外郭と基板２４との間に配置されて、外郭と基板２４との間を電気的に絶縁する絶縁体２５を備えた構成であってもよい。図１２に示す例では、外郭は第１プレート２１である。絶縁体２５は、例えば弾性及び絶縁性を有する材料から成る接着剤である。この構成では、第１プレート２１（または第２プレート２２）と、検知回路３などの回路が設計された基板２４との間の絶縁性を向上させることができる。特に、第１プレート２１（または第２プレート２２）が金属材料で形成されている場合に有効である。したがって、この構成では、第１プレート２１（または第２プレート２２）と基板２４との間の絶縁距離を確保するためにスペーサを設ける必要がなく、また、スペーサを固定するためのボルトも不要となるので、力センサ２の大型化を回避することができる。
Further, as shown in FIG. 12, the force sensor 2 of the present embodiment is disposed between the outer shell including at least one of the first plate 21 and the second plate 22 and the substrate 24, and The structure provided with the insulator 25 which electrically insulates between may be sufficient. In the example shown in FIG. 12, the outer shell is the first plate 21. The insulator 25 is an adhesive made of a material having elasticity and insulation, for example. In this configuration, the insulation between the first plate 21 (or the second plate 22) and the substrate 24 on which a circuit such as the detection circuit 3 is designed can be improved. This is particularly effective when the first plate 21 (or the second plate 22) is formed of a metal material. Therefore, in this configuration, it is not necessary to provide a spacer in order to secure an insulating distance between the first plate 21 (or the second plate 22) and the substrate 24, and a bolt for fixing the spacer is not necessary. Therefore, the enlargement of the force sensor 2 can be avoided.
なお、絶縁体２５は、絶縁性を有する材料で形成された絶縁シートであってもよいし、絶縁性を有する材料で形成されて基板２４の一面に塗布されるコーティング剤であってもよい。また、第１プレート２１と基板２４との間、及び第２プレート２２と基板２４との間の両方に絶縁体２５を設けた構成であってもよい。つまり、第１プレート２１と第２プレート２２との両方が外郭であってもよい。なお、絶縁体２５を設けるか否かは任意である。例えば、本実施形態の力センサ２が、検知回路３などの回路が設計された基板２４を備えない構成であれば、絶縁体２５を設ける必要はない。
The insulator 25 may be an insulating sheet formed of an insulating material or a coating agent formed of an insulating material and applied to one surface of the substrate 24. Moreover, the structure which provided the insulator 25 in both between the 1st plate 21 and the board | substrate 24 and between the 2nd plate 22 and the board | substrate 24 may be sufficient. That is, both the first plate 21 and the second plate 22 may be outlines. Note that whether or not the insulator 25 is provided is arbitrary. For example, if the force sensor 2 of the present embodiment is configured not to include the substrate 24 on which the circuit such as the detection circuit 3 is designed, the insulator 25 need not be provided.
また、本実施形態の力センサ２は、図１３に示すように、基板２４の位置決め孔２４０の周方向に沿って導体をパターン形成することでコイル５を設けた構成であってもよい。コイル５は、基板２４の上面又は下面の何れかに導体をパターン形成することで構成される。また、基板２４が多層基板であれば、コイル５は、基板２４の何れかの層に導体をパターン形成することで構成される。この構成では、基板２４にコイル５が設けられているため、コア４に導線を巻き付ける必要がない。このため、コア４は、導線を巻き付けるために必要な厚さ寸法を有していなくてもよい。つまり、この構成は、コア４の薄型化を図ることができる。なお、この構成では、導線をコア４に巻き付ける必要がないため、中空部４０を有さないコア４を用いているが、中空部４０を有するコア４を用いてもよい。
Further, as shown in FIG. 13, the force sensor 2 of the present embodiment may have a configuration in which the coil 5 is provided by patterning a conductor along the circumferential direction of the positioning hole 240 of the substrate 24. The coil 5 is configured by patterning a conductor on either the upper surface or the lower surface of the substrate 24. If the substrate 24 is a multilayer substrate, the coil 5 is configured by patterning a conductor on any layer of the substrate 24. In this configuration, since the coil 5 is provided on the substrate 24, it is not necessary to wind a conducting wire around the core 4. For this reason, the core 4 does not need to have a thickness dimension required in order to wind a conducting wire. That is, this configuration can reduce the thickness of the core 4. In addition, in this structure, since it is not necessary to wind a conducting wire around the core 4, the core 4 which does not have the hollow part 40 is used, but the core 4 which has the hollow part 40 may be used.
なお、本実施形態の力センサ２は、基板２４に位置決め孔２４０を設けた構成であるが、図１４に示すように、位置決め孔２４０の代わりに凹部２４２を設けた構成であってもよい。凹部２４２は、図１４に示すように、基板２４の上面から下方に窪んだ形状に形成されている。なお、凹部２４２の形状は、コア４が嵌り込む形状であればよく、その開口が平面視で円形状であってもよいし他の形状であってもよい。この構成でも、凹部２４２の内側にコア４を配置することで、コア４を所定の位置に位置決めすることが可能である。なお、実施形態１の力センサ２も、位置決め孔２４０の代わりに凹部２４２を基板２４に設けた構成であってもよい。
The force sensor 2 of the present embodiment has a configuration in which the positioning hole 240 is provided in the substrate 24, but may have a configuration in which a concave portion 242 is provided instead of the positioning hole 240 as shown in FIG. As shown in FIG. 14, the recess 242 is formed in a shape recessed downward from the upper surface of the substrate 24. In addition, the shape of the recessed part 242 should just be a shape in which the core 4 fits in, and the opening may be circular shape in planar view, and another shape may be sufficient as it. Even in this configuration, the core 4 can be positioned at a predetermined position by disposing the core 4 inside the recess 242. The force sensor 2 according to the first embodiment may also have a configuration in which the concave portion 242 is provided in the substrate 24 instead of the positioning hole 240.
また、本実施形態の力センサ２は、図１５に示すように、剛性体２６を上下方向（検知方向）の両側から挟むように弾性体２３を設けた構成であってもよい。剛性体２６は、例えば金属材料などの弾性体２３よりも剛性の高い材料で構成される。この構成では、剛性体２６を備えない場合と比較して、荷重に対する弾性体２３の強度を向上させることができる。なお、剛性体２６の厚さ寸法は、コア４の厚さ寸法に応じて調整可能であるのが好ましい。また、図１５に示す構成は、外側の弾性体２３に剛性体２６を設けた構成であるが、内側の弾性体２３にも剛性体２６を設けた構成であってもよい。
Further, as shown in FIG. 15, the force sensor 2 of the present embodiment may have a configuration in which an elastic body 23 is provided so as to sandwich the rigid body 26 from both sides in the vertical direction (detection direction). The rigid body 26 is made of a material having higher rigidity than the elastic body 23 such as a metal material. In this configuration, the strength of the elastic body 23 with respect to the load can be improved as compared with the case where the rigid body 26 is not provided. The thickness of the rigid body 26 is preferably adjustable according to the thickness of the core 4. Further, the configuration shown in FIG. 15 is a configuration in which the rigid body 26 is provided on the outer elastic body 23, but may be a configuration in which the rigid body 26 is also provided on the inner elastic body 23.
更に、本実施形態の力センサ２は、実施形態１の力センサ２と同様に、基板２４以外の構造体２７でコア４を位置決めする構成であってもよい（図１６Ａ，図１６Ｂ参照）。なお、図１６Ｂでは、第２プレート２２及び弾性体２３の図示を省略している。構造体２７は、第１プレート２１及び第２プレート２２、並びに弾性体２３で囲まれる空間内に収納されている。構造体２７は、上記の空間の一部に弾性体２３を充填することで固定されている。
Furthermore, the force sensor 2 of the present embodiment may be configured to position the core 4 with a structure 27 other than the substrate 24, as with the force sensor 2 of the first embodiment (see FIGS. 16A and 16B). In addition, in FIG. 16B, illustration of the 2nd plate 22 and the elastic body 23 is abbreviate | omitted. The structure 27 is accommodated in a space surrounded by the first plate 21 and the second plate 22 and the elastic body 23. The structure 27 is fixed by filling the elastic body 23 in a part of the space.
構造体２７は、基板２４と同様に、平面視で正方形状に形成されている。構造体２７の中央部には、図１６Ｂに示すように、通孔２１０，２２０の径寸法よりも僅かに大きい径寸法（例えば、直径１４０ｍｍ）を有する平面視で円形状の通孔２７１が設けられている。この通孔２７１は、通孔２１０，２２０と同様に、ボルトの軸部やテンドン１０２Ａを通すことが可能な形状であればよい。また、構造体２７には、図１６Ｂに示すように、通孔２７１の周囲に複数（図示では１２個）の位置決め孔２７０が設けられている。各位置決め孔２７０は、平面視で円形状に形成され、通孔２７１の周方向に沿って等間隔に設けられている。なお、位置決め孔２７０の形状は、平面視で円形状に限定されず、例えば平面視で矩形状であってもよい。つまり、位置決め孔２７０は、コア４が嵌まり込む形状であればよい。
Similar to the substrate 24, the structure 27 is formed in a square shape in plan view. As shown in FIG. 16B, a circular through hole 271 in a plan view having a diameter dimension (for example, a diameter of 140 mm) slightly larger than the diameter dimension of the through holes 210 and 220 is provided in the central portion of the structure 27. It has been. Similar to the through holes 210 and 220, the through hole 271 may have a shape that allows the shaft portion of the bolt and the tendon 102A to pass therethrough. Further, as shown in FIG. 16B, the structure 27 is provided with a plurality (12 in the drawing) of positioning holes 270 around the through hole 271. Each positioning hole 270 is formed in a circular shape in plan view, and is provided at equal intervals along the circumferential direction of the through hole 271. The shape of the positioning hole 270 is not limited to a circular shape in a plan view, and may be a rectangular shape in a plan view, for example. That is, the positioning hole 270 only needs to have a shape into which the core 4 is fitted.
この構成では、実施形態１の力センサ２と同様に、構造体２７に検知回路３などの回路を設計する必要がないことから、基板２４と比較して構造体２７の厚さ方向の寸法を小さくすることができるので、力センサ２の薄型化を図ることができる。
In this configuration, as in the case of the force sensor 2 of the first embodiment, it is not necessary to design a circuit such as the detection circuit 3 in the structure 27. Since it can be made small, the force sensor 2 can be made thin.
更に、本実施形態の力センサ２は、図１７Ａ，図１７Ｂに示すように、構造体２７を第１プレート２１（または第２プレート２２）に一体に形成した構成であってもよい。なお、図１７Ｂでは、第２プレート２２及び弾性体２３の図示を省略している。構造体２７は、例えば溶接などの加工技術により、第１プレート２１（または第２プレート２２）と一体に形成される。この構成でも、力センサ２の薄型化を図ることができる。
Furthermore, the force sensor 2 of the present embodiment may have a structure in which the structure 27 is formed integrally with the first plate 21 (or the second plate 22), as shown in FIGS. 17A and 17B. In FIG. 17B, the second plate 22 and the elastic body 23 are not shown. The structure 27 is formed integrally with the first plate 21 (or the second plate 22) by a processing technique such as welding. Even with this configuration, the force sensor 2 can be thinned.
なお、本実施形態の力センサ２では、実施形態１の力センサ２と同様に、基板２４や構造体２７を備えるか否かは任意である。すなわち、本実施形態の力センサ２は、第１プレート２１及び第２プレート２２、並びに弾性体２３によりコア４を位置決めする構造であれば、基板２４や構造体２７を設けなくてもよい。但し、基板２４や構造体２７を備える構成であれば、第１プレート２１及び第２プレート２２を加工してコア４を位置決めするための構造を設ける必要がなく、第１プレート２１及び第２プレート２２の厚さ寸法を小さくすることができるという利点がある。
In addition, in the force sensor 2 of this embodiment, it is arbitrary whether the board | substrate 24 and the structure 27 are provided similarly to the force sensor 2 of Embodiment 1. FIG. That is, the force sensor 2 of the present embodiment does not have to be provided with the substrate 24 and the structure 27 as long as the core 4 is positioned by the first plate 21 and the second plate 22 and the elastic body 23. However, if the configuration includes the substrate 24 and the structure 27, there is no need to provide a structure for positioning the core 4 by processing the first plate 21 and the second plate 22, and the first plate 21 and the second plate. There is an advantage that the thickness dimension of 22 can be reduced.
