JP2017032566A - センサ基板 - Google Patents

Abstract

【課題】感知素子の感度を制御することができるセンサ基板を供給する。【解決手段】センサ基板は、第１の端部、第２の端部、および、本体を含む。本体は、１つまたは複数の感知素子を収容するための備えを含む。第１の端部および第２の端部は、センサ基板をシャフトに取り付けるための取り付けポイントを含む。さらに、第１の端部および第２の端部は湾曲部を備える。特定の端部のために、取り付けポイントの間隔、および／または、湾曲部の深さが、当該端部の可撓性を部分的に規定できる。【選択図】図１

Description

歪みは、印加される力による本体の変形量として理解できる。こうした変形量は、本体の長さの分数変化率とすることができる。歪みは、正（張力）または負（圧縮）とすることができる。

歪みは、様々な方法を使用して測定できる。多くのアプリケーションにおいて、歪みゲージが、歪みを測定するのに使用される。例えば、歪みゲージは、自動車の構成要素を歪ませ得る、自動車におけるトルクまたは他の力を測定するのにしばしば使用される。

歪みゲージは、様々な形態をとることができる。歪みゲージの１つの一般的な形態は、金属製の歪みゲージである。典型的な金属製歪みゲージは、ゲージにおける歪みの量に比例して、その電気抵抗を変化させる。

より具体的には、金属製の歪みゲージは、通常、グリッド状に配置される非常に精細なワイヤまたは金属箔を含む。グリッドは、歪みを受けることのできる金属ワイヤまたは箔の量を最大にできる。グリッドの断面領域は、せん断歪みおよびポワソン歪みの効果を低減させるために最小にされてよい。歪みがグリッドに加えられると、グリッドの抵抗が変化し得る。グリッドの抵抗の変化量は、グリッドに加えられる歪み量に比例するものとできる。

本開示の一部に組み込まれ、且つ、本開示の一部を構成する添付の図面は、本願で説明される１つまたは複数の実施形態を図示するものであり、また、説明と共に、これらの実施形態を説明するものである。
センサ基板の例示的な実施形態の図である。 センサ基板の例示的な実装の図である。 実装されたセンサ基板の詳細な図である。 センサ基板の別の例示的な実施形態の図である。

センサ基板とは、１つまたは複数のセンサを保持する基板である。センサは、物理状態などの様々な状態を感知できる。例えば、センサ基板は、センサ基板に接合される１つまたは複数の歪みゲージを含むことができる。センサ基板は、シャフトに取り付けることができる。歪みゲージは、シャフトに加えられる歪み（例えば、トルク）を感知できる。

本明細書において説明される例示的な実施形態は、１つまたは複数の歪みゲージを保持するセンサ基板を含む。センサ基板は、トルクセンサの一部とすることのできるシャフトに取り付けられてよい。センサ基板は、シャフトに基板を取り付ける、取り付けポイント（取付け部）を含むことができる。取り付けポイントは、シャフトに加えられる歪みの感知に適応するようにチューン（例えば、調整）されてよい。

図１は、複数の感知素子１８０を有するセンサ基板１００の例示的な実施形態を示す。図１を参照すると、センサ基板１００は、第１の端部１１０ａ、第１のネック１２０ａ、本体１３０、第２のネック１２０ｂ、および、第２の端部１１０ｂを含む。

第１の端部１１０ａが第２の端部１１０ｂに対向することに留意されたい。第１の端部１１０ａは、近位端として参照されてもよく、また、第２の端部１１０ｂは、遠位端として参照されてもよい。

図１が、センサ基板１００の例示的な実施形態を示すことにも留意されたい。センサ基板１００の他の実施形態は、図１に示した特徴よりも多い、またはより少ない特徴を含んでもよい。

第１の端部１１０ａおよび第２の端部１１０ｂは、取り付けポイント１１４および湾曲部１１２を備える。湾曲部１１２は、シャフトなどのデバイスへのセンサ基板１００の取り付けに適応するように提供されてよい。例えば、湾曲部１１２は、デバイスにセンサ基板１００を取り付けることを含む取り付けプロセスの間に、デバイス上でセンサ基板１００を整合するのに使用されてよい。

取り付けポイント１１４は、予め規定された距離１４０に離間されてよい。距離１４０は、端部１１０に伝達される歪みの量を規定できる。例えば、さらに以下で説明されるように、センサ基板１００は、シャフトに取り付けられてよい。距離１４０は、第１の端部１１０ａおよび／または第２の端部１１０ｂが、シャフトに印加され得る様々な力に反応するように規定されてよい。距離１４０に基づいて、センサ基板１００は、シャフトに印加される一定の力に応答して、予め決められた量を収縮または曲げることが（flex）できる。

距離１４０は、取り付けポイント１１４の外側間の距離とすることができる。例えば、取り付けポイント１１４ａと取り付けポイント１１４ｂとの距離１４０は、センサ基板１００の中心軸１９０から最も遠い、取り付けポイント１１４ａの側部と取り付けポイント１１４ｂの側部との間の距離とすることができる。

第１のネック１２０ａおよび第２のネック１２０ｂは、センサ基板１００の可撓性を高めるように形成されてよい。ネック１２０ａ〜ｂにより提供される可撓性は、センサ基板１００の収縮または曲げを制御するように調整されてよい。

例えば、距離１７０は、ネック１２０の幅を表す。第１のネック１２０ａの距離１７０は、一定の力が第１の端部１１０ａに印加された後に第１の端部１１０ａの収縮または曲げを制御するように調整（例えば、増加、低下）されてよい。同様に、第２のネック１２０ｂの距離１７０は、一定の力が第２の端部１１０ｂに印加された後に第２の端部１１０の収縮または曲げを制御するように調整されてよい。加えて、または代替的に、第１のネック１２０ａおよび第２のネック１２０ｂは、力がこれらの端部１１０ａ〜ｂに印加された後にそれぞれ第１の端部１１０ａおよび第２の端部１１０ｂの収縮または曲げを制御するように、湾曲または成形されてよい。

第１のネック１２０ａは、第１の端部１１０ａと本体１３０の第１の側との間に配置されてよい。第２のネック１２０ｂは、第２の端部１１０ｂと本体１３０の第２の側との間に配置されてよい。本体１３０の第１の側および第２の側は、本体の対向する端部にあってよい。

第１のネック１２０ａの形状および／または幅は、第１の端部１１０ａから本体１３０第１の側へ伝達される歪みの量を規定できる。さらに、第２のネック１２０ｂの形状および／または幅は、第２の端部１１０ｂから本体１３０の第２の側へ伝達される歪みの量を規定できる。

ネック１２０ａ〜ｂの形状、および／または距離１４０は、感知素子１８０での歪みの量を規定するようにチューン（例えば、調整）されてよい。例えば、力が第１の端部１１０ａに印加されると想定されたい。第１の端部１１０ａは、力に応答して収縮または曲げることができる。こうした収縮または曲げは、センサ基板１００を介して、収縮または曲げに基づいて力を感知できる感知素子１８０に伝達されてよい。

次に、感知素子１８０が、第１の端部１１０ａに印加される一定の力を検出するのに十分な感度でないと判定されると想定されたい。取り付けポイント１１４ａ〜ｂ間の距離１４０、および／または、第１の端部１１０ａでのネック１２０ａの形状は、力が印加された場合に、第１の端部１１０ａが予め決められた量を収縮または曲げるのを可能とするように調整されてよい。調整は、例えば、第１の端部１１０ａでの距離１４０を広げること、および／または、ネック１２０ａの深さを増加させることを含んでよい。調整は、感知素子１８０がそれ以前は検出不可能であった力を検出可能とするように、センサ基板１００の十分な収縮または曲げをもたらすことができ、それゆえ、感知素子１８０の感度を増加させることができる。本体１３０は、感知素子１８０を収容するための備え（provisions）を含むことができる。これらの備えは、感知素子１８０を受け取る（受ける）ことのできる平坦部を含むことができる。例えば、本体１３０は、実質的に平坦とすることのできるプラットフォームを含むことができる。感知素子１８０は、プラットフォームに接合（例えば、ガラス接合）されてよい。

本体１３０はまた、１つまたは複数の湾曲部１２２および／または１つまたは複数の開口１２４を含むことができる。湾曲部１２２および／または開口１２４の形状は、例えば、部分的に、本体１３０の所望の可撓性に基づいて規定されてよい。他の基準が、湾曲部１２２および／または開口１２４の形状を規定するのに使用されてもよいことに留意すべきである。例えば、湾曲部１２２および／または開口１２４は、センサ基板１００をデバイスに取り付けることを含む取り付けプロセスの間に、デバイス上でのセンサ基板１００の整合に適応するように使用されてもよい。本体１３０の別の実施形態が、湾曲部１２２および／または開口１２４を排除してもよく、または、センサ基板１００を整合するため、および／または、所望の可撓性を本体１３０に提供するための他の備えを含んでもよいことに留意すべきである。センサ基板１００の他の実施形態が、例えば、異なる形状の端部、ネック、および／または、本体を有してもよいことに、さらに留意すべきである。

図２は、センサ基板１００の例示的な実装２００を示す。図２を参照すると、センサ基板１００は、例えば、シャフト２１０に搭載できる。シャフト２１０は、トルクセンサの一部とすることができる。シャフト２１０は、主要部分２３０および取り付け領域２４０を含むことができる。センサ基板は、取り付け領域２４０内でシャフト２１０に取り付けられてよい。

取り付け領域２４０は、とりわけ、シャフト２１０へのセンサ基板１００の取り付けに適応できる、１つまたは複数のプラットフォーム２２０ａ〜ｂ（例えば、リング）を含むことができる。プラットフォーム２２０ａ〜ｂは、シャフト２１０に溝をカットすることにより形成されてよい。ある実施形態において、プラットフォーム２２０ａ〜ｂは、１つまたは複数の平坦部を含み、また、センサ基板１００の取り付けポイント１１４は、こうした平坦部の１つまたは複数で、シャフト２１０に取り付けられる。

センサ基板１００は、例えば抵抗溶接などの溶接技法を使用して、プラットフォーム２２０ａ〜ｂに取り付けられてよい。しかし、センサ基板１００をプラットフォーム２２０ａ〜ｂに取り付けるための他の技法が使用されてもよいことに留意すべきである。これらの技法には、これに限定されるのではないが、圧着や、リベット締め、接合、クランプが含まれてもよい。

プラットフォーム２２０ａ〜ｂは、取り付け領域２４０で応力を低減させるように作用できる。さらに、プラットフォーム２２０ａ〜ｂ上に平坦部を設けると、取り付けポイント１１４をシャフト２１０の主要部分２３０から隔離するように作用できる。

図３は、実装されたセンサ基板１００の詳細な図３００を示す。図３を参照すると、また、上述のように、プラットフォーム２２０は、１つまたは複数の平坦部を含むことができる。センサ基板１００は、取り付けポイント１１４でプラットフォーム２２０の平坦部に取り付けられてよい。取り付けられたセンサ基板１００の本体１３０は、本体１３０をシャフトから距離３１０で引き離すように、シャフト２１０の上方に持ち上げられてよい。本体１３０をシャフト２１０から持ち上げると、本体１３０とシャフト２１０との間に間隙が形成できる。こうした間隙は、間隙がない場合に、シャフト２１０によりセンサ基板１００に導入または誘導され得る追加および／または好ましくない歪みから、センサ基板１００を隔離するように作用できる。

図４は、感知素子４８０を有するセンサ基板４００の別の例示的な実施形態を示す。図４を参照すると、センサ基板４００は、第１の端部４１０ａ、第２の端部４１０ｂ、ネック４２０ａ〜ｄ、および、本体４３０を含む。

第１の端部４１０ａが第２の端部４１０ｂと対向することに留意されたい。第１の端部４１０ａは、近位端として参照されてもよく、また、第２の端部４１０ｂは、遠位端として参照されてもよい。

第１の端部４１０ａおよび第２の端部４１０ｂは、取り付けポイント（取付け部）４１４を含む。取り付けポイント４１４は、予め規定された距離４４０に離間されてよい。距離４４０は、端部４１０へ伝達される歪みの量を規定できる。例えば、センサ基板１００は、シャフト２１０（図２）などのシャフトに取り付けられてよい。距離４４０は、第１の端部４１０ａおよび／または第２の端部４１０ｂが、シャフトに印加され得る様々な力に応答するように規定されてよい。距離４４０に基づいて、センサ基板４００は、シャフトに印加される一定の力に応答して予め決められた量を収縮または曲げることができる。

距離４４０は、取り付けポイント４１４の外側間の距離とすることができる。例えば、取り付けポイント４１４ａと取り付けポイント４１４ｂとの距離４４０は、センサ基板４００の中心軸４９０に最も近接する、あるいは最も遠い、取り付けポイント４１４ａと取り付けポイント４１４ｂとの側部間の距離とすることができる。

ネック４２０ａ〜ｄは、センサ基板４００の可撓性を高めるように成形されてよい。ネック４２０ａ〜ｄにより提供される可撓性は、センサ基板４００の収縮または曲げを制御するように調整されてよい。

例えば、ネック４２０ａ〜ｂの幅および／または長さは、一定の力が第１の端部４１０ａに印加された後に第１の端部４１０ａの収縮または曲げを制御するように調整（例えば、増加、低下）されてよい。

ネック４２０ａ〜ｂおよび／または距離４４０は、センサ基板４００に取り付けられ得る感知素子４８０に伝達される歪みの量を規定するようにチューン（例えば、調整）されてよい。例えば、力が第１の端部４１０ａに印加されると想定されたい。第１の端部４１０ａは、力に応答して収縮または曲げることができる。こうした収縮または曲げは、センサ基板４００を介して、収縮または曲げに基づいて力を感知できる感知素子４８０へ伝達され得る。

次に、感知素子４８０が、第１の端部４１０ａに印加される一定の力を検出するのに十分な感度がないと判定されると想定されたい。取り付けポイント４１４ａ〜ｂ間の距離４４０、および／または、第１の端部４１０ａのネック４２０ａ〜ｂの形状は、力が印加される場合に、第１の端部４１０ａが予め決められた量を収縮または曲げることを可能にするように調整されてよい。調整は、例えば、第１の端部４１０ａで距離４４０を広げること、および／または、ネック４２０ａ〜ｂの幅および／または長さを増加させることを含んでよい。調整は、感知素子４８０が以前に検出不可能であった力を検出可能とするように、センサ基板１００の十分な収縮または曲げをもたらすことができ、それゆえ、感知素子４８０の感度を増加させることができる。

本体４３０は、感知素子４８０を収容するための備えを含むことができる。感知素子４８０は、センサ基板４００上に置かれる歪みを感知できる。本体４３０により提供される備えは、感知素子４８０を受け取る（受ける）平坦部を含むことができる。例えば、本体４３０は、実質的に平坦とすることのできるプラットフォームを含むことができる。感知素子４８０は、プラットフォームに接合（例えば、ガラス接合）されてよい。

本体４３０は、１つまたは複数の湾曲部４２２を含むことができる。湾曲部４２２の形状は、例えば、部分的に、本体４３０の所望の可撓性に基づいて規定されてよい。他の基準が、湾曲部４２２の形状を規定するのに使用されてもよいことに留意すべきである。例えば、湾曲部４２２は、デバイスへの取り付けのためにデバイス上でセンサ基板４００を整合させるのに使用されてもよい。本体４３０の他の実施形態が、湾曲部４２２を除外してもよく、および／または、例えば開口などの他の特徴を含んでもよいことに留意すべきである。センサ基板４００の他の実施形態が、例えば、異なる形状の端部、ネック、および／または本体を有してもよいことにさらに留意すべきである。

実施形態の前述の記載は、実例および説明を提供することを意図するものであり、包括的であること、または、開示された適切な形態に本発明を制限することを意図していない。修正形態および変形形態が、上記の教示に鑑みて可能であり、または、本発明の実施から獲得されてよい。

本願において使用された要素、行為、または指示が、特に明記されない限り、本発明にとって重要または不可欠なものであると解釈すべきでない。また、本願において使用されたように、「ａ」という冠詞は、１つまたは複数のアイテムを含むことが意図される。ただ１つのアイテムのみが意図される場合、「１つ（ｏｎｅ）」という用語または同様の言葉が使用される。さらに、「〜に基づいて（ｂａｓｅｄ ｏｎ）」というフレーズは、そうでないと特に明記されない限り、「少なくとも部分的に、〜に基づいて」を意味することが意図される。

Claims (23)

1. センサ基板であって、
   第１の取り付け部および第２の取り付け部を有する第１の端部であって、前記第１の端部の前記第１の取り付け部と、前記第１の端部の前記第２の取り付け部との間の距離が、前記第１の端部へ伝達される歪みの量を規定する、前記第１の端部と、
   第１の取り付け部および第２の取り付け部を有する第２の端部であって、前記第２の端部の前記第１の取り付け部と、前記第２の端部の前記第２の取り付け部との間の距離が、前記第２の端部に伝達される歪みの量を規定する、前記第２の端部と、
   本体であって、１つまたは複数のセンサを収容するための備えを含み、前記第１の端部および前記第２の端部の少なくとも１つを介して伝達される歪みを受ける、前記本体と、
   を含む、センサ基板。
2. 請求項１に記載のセンサ基板であって、さらに、
   前記第１の端部と前記本体との間のネックであって、前記ネックが、前記第１の端部の幅よりも狭い幅を有し、前記ネックの幅が、前記第１の端部から前記本体へ伝達される歪みの量を規定する、前記ネックを含む、前記センサ基板。
3. 請求項１に記載のセンサ基板であって、さらに、
   前記第２の端部と前記本体との間のネックであって、前記ネックが、前記第２の端部の幅よりも狭い幅を有し、前記ネックの幅が、前記第２の端部から前記本体へ伝達される歪みの量を規定する、前記ネックを含む、前記センサ基板。
4. 請求項１に記載のセンサ基板であって、前記第１の端部が、前記センサ基板をデバイスに取り付けることを含む取り付けプロセスの間に、前記センサ基板の整合を提供するための１つまたは複数の備えを含む、前記センサ基板。
5. 請求項４に記載のセンサ基板であって、前記１つまたは複数の備えが湾曲部を含む、前記センサ基板。
6. 請求項１に記載のセンサ基板であって、前記第２の端部が、前記センサ基板をデバイスに取り付けることを含む取り付けプロセスの間に、前記センサ基板の整合を提供するための１つまたは複数の備えを含む、前記センサ基板。
7. 請求項６に記載のセンサ基板であって、前記１つまたは複数の備えが湾曲部を含む、前記センサ基板。
8. 請求項１に記載のセンサ基板であって、前記本体が、前記センサ基板をデバイスに取り付けることを含む取り付けプロセスの間に、前記センサ基板の整合を提供するための１つまたは複数の備えを含む、前記センサ基板。
9. 請求項８に記載のセンサ基板であって、前記１つまたは複数の備えが湾曲部を含む、前記センサ基板。
10. 請求項８に記載のセンサ基板であって、前記１つまたは複数の備えが１つまたは複数の開口を含む、前記センサ基板。
11. 請求項１に記載のセンサ基板であって、センサ基板が、
    前記第１の端部の前記第１の取り付け部および前記第２の取り付け部で、ならびに、
    前記第２の端部の前記第１の取り付け部および前記第２の取り付け部で、
    デバイスに取り付けられる、前記センサ基板。
12. 請求項１１に記載のセンサ基板であって、前記デバイスがシャフトである、前記センサ基板。
13. 請求項１２に記載のセンサ基板であって、前記シャフトがトルクセンサの一部である、前記センサ基板。
14. 請求項１２に記載のセンサ基板であって、前記本体と前記シャフトとの間に間隙が存在するように、前記センサ基板が前記シャフトに取り付けられる、前記センサ基板。
15. 請求項１４に記載のセンサ基板であって、前記間隙が、当該間隙が存在しない場合に前記シャフトにより前記センサ基板へ誘導される追加および不所望の歪みの少なくとも１つから前記センサ基板を隔離するように働く、前記センサ基板。
16. センサ基板であって、
    第１の端部と、
    第２の端部と、
    本体と、
    前記第１の端部および前記本体の第１の側に接続される第１のネックであって、前記第１のネックの幅が、前記第１の端部に印加される力に応答して前記第１の端部から前記本体へ伝達される歪みの量を制御する、前記第１のネックと、
    第２の端部および前記本体の第２の側に接続される第２のネックであって、前記第２の側が前記第１の側と対向し、前記第２のネックの幅が、前記第２の端部に印加される力に応答して前記第２の端部から前記本体へ伝達される歪みの量を制御する、前記第２の端部と
    を含む、センサ基板。
17. 請求項１６に記載のセンサ基板であって、さらに、
    前記第１の端部に複数の取り付け部を含み、前記取り付け部の距離が、部分的に、前記第１の端部へ伝達される前記歪みの量を規定する、前記センサ基板。
18. 請求項１６に記載のセンサ基板であって、さらに、
    前記第２の端部に複数の取り付け部を含み、前記取り付け部の距離が、部分的に、前記第２の端部へ伝達される前記歪みの量を規定する、前記センサ基板。
19. 請求項１６に記載のセンサ基板であって、さらに、
    前記センサ基板をデバイスに取り付けるための複数の取り付け部
    を含む、前記センサ基板。
20. 請求項１９に記載のセンサ基板であって、前記デバイスがシャフトである、前記センサ基板。
21. 請求項２０に記載のセンサ基板であって、前記シャフトがトルクセンサの一部である、前記センサ基板。
22. 請求項１９に記載のセンサ基板であって、前記本体と前記シャフトとの間に間隙が存在するように、前記センサ基板が前記シャフトに取り付けられる、前記センサ基板。
23. 請求項２２に記載のセンサ基板であって、前記間隙が、当該間隙が存在しない場合に、前記シャフトにより前記センサ基板へ導入される追加および不所望の歪みの少なくとも１つから前記センサ基板を隔離するように働く、前記センサ基板。
    

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