JP2018136196A - Load sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、測定対象物の荷重(押力、推力)に応じて歪む部材の歪みを歪みゲージで検知し、これを電気信号に変換して測定対象物に付加された荷重を測定する荷重センサに関する。 The present invention detects a strain of a member that is distorted according to a load (pushing force, thrust) of a measurement object with a strain gauge, converts this into an electrical signal, and measures a load applied to the measurement object. About.
従来から測定対象物に取り付けられる起歪体20と、この起歪体20に接続される平板状のセンサプレート1とを具備し、センサプレート1に搭載された歪ゲージ22により歪を計測して信号を外部に出力する荷重センサが知られている。この従来の荷重センサは例えば、特許文献1に示すように、起歪体20は肉厚の板材により構成され、その周縁が矩形状に形成されている。この起歪体20の上面には、周縁から内側に入り込んだ位置に下面側に向けて窪ませた凹所21が形成されている。そして、センサプレート1は、薄板材が長方形に形成された部材である。センサプレート1は、起歪体20の凹所21を横断するようにして起歪体20の上面に配置され、その長軸方向の両端1a、1aが凹所21の縁部21aに溶接により固定され、起歪体20に接合される。更には、センサプレート1に配された歪ゲージ22や起歪体20の変位をセンサプレート1へ伝達する伝達部7から構成されている。
Conventionally, a
しかし、上記特許文献1に代表される従来の荷重センサには、つぎのような改善点があった。 However, the conventional load sensor represented by Patent Document 1 has the following improvements.
歪センサで計測した信号を外部に出力する際、ノイズ防止、静電気耐性の向上、コネクタ等の接触による回路の瞬断の対策、等の目的で回路が必要である事が一般的に知られているが、この回路を収納する回路収納部についての記載が無い。また、肉厚の起歪体に回路収納部を設置する場合、その収納エリアを確保する為、側面、上面を覆う壁厚を薄くする必要がある。厚肉の起歪体と薄肉の回路収納部を一塊の金属から削り出す事は、材料に無駄が生じ、加工にも時間が掛かり改善の余地が残されている。 It is generally known that when outputting a signal measured by a strain sensor to the outside, a circuit is required for the purpose of noise prevention, improvement of static electricity resistance, measures against instantaneous interruption of the circuit due to contact with a connector, etc. However, there is no description about a circuit storage portion for storing this circuit. Moreover, when installing a circuit storage part in a thick strain body, in order to ensure the storage area, it is necessary to make thin the wall thickness which covers a side surface and an upper surface. Cutting out a thick strain body and a thin circuit housing portion from a single piece of metal is wasteful in material, and it takes time for processing and leaves room for improvement.
上記課題を解決するために、本発明における荷重センサでは、起歪体は円柱等のブロック材から削り出し、回路収納部は管材から削り出し加工工数を低減する。更にこれら起歪体と回路収納部は、ねじ構造、圧入、溶接或いは接着等の工法による接合する構成とする。 In order to solve the above-mentioned problems, in the load sensor according to the present invention, the strain generating body is cut out from a block material such as a cylinder, and the circuit storage portion is cut out from the pipe material to reduce the number of processing steps. Further, the strain generating body and the circuit housing portion are configured to be joined by a method such as a screw structure, press-fitting, welding, or adhesion.
本発明によれば、起歪体と回路収納部を別々に加工し接合することにより、材料の無駄をなくし、加工時間も低減出来る。 According to the present invention, by separately processing and joining the strain generating body and the circuit housing portion, it is possible to eliminate the waste of materials and reduce the processing time.
以下、本発明の荷重センサの実施例について、図面を参照して詳細に説明する。本発明はその要旨を超えない限り、以下に説明する実施例の記載に限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the load sensor of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The present invention is not limited to the description of the examples described below unless it exceeds the gist.
[実施例1]
本発明の実施例1を、図1から図6を用いて説明する。
[Example 1]
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
図1及び図2に示すように、フランジ5と回路収納部24にフランジ凹部5aと回路収納部凸部24aを設けて、ネジ構造によりフランジ5と回路収容部24を接合している。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
荷重センサ100は、円板状のセンサプレート1と、このセンサプレート1に取り付けられた2個の歪IC4a、4bと、センサプレート1の周囲を保持する回路収納部24、荷重90を受けるフランジ5と、カバー8、PWB(Printed Wiring Board:プリント配線板) ASSY31a、bと、PWB ASSY31a、bを搭載する回路プレートであるPWBガイド29などから構成されている。
The
フランジ5には位置決めピン2があり、軸91に対して回転方向の位置決めの役割を果たしている。フランジ5と回路収納部24は、それぞれのフランジ凹部5aと回路収納部凸部24aにネジを形成し、接合されている。センサプレート1は、その外周を回路収納部24に固定される。フランジ5は、センサプレート1の中央部1bと接合される伝達部7を有している。伝達部7は、フランジ5が荷重90を受けた時の変位をセンサプレート1に伝達する役割を有している。シャフト92がフランジ5に接触して、フランジ5に荷重90を負荷する。
The
このような構成にすることによりシャフト92がフランジ5に接触して荷重をかけると、その変位は伝達部7を通してセンサプレート1を変形させる。センサプレート1に生じた歪を、歪IC4a、4bが検出する。
With such a configuration, when the
また、PWBガイド29は、センサプレート1上に直接搭載されるのでなく、回路収容部24に搭載されている。そのため、センサプレート1の変形が直接PWBガイド29に伝わらないため、PWBガイドに設けられているPWBASSYの損傷を抑制できる。
Further, the
図3に示すように、2個の歪IC4а、4bがセンサプレート1に搭載されている。歪IC4a、4bはセンサプレート1にガラス30a、30bにて接合されている。センサプレート1は、半円状の抜き部9a、9bを有する。その結果、センサプレート1の歪IC4a、4bが搭載される搭載部が略長方形となる。センサ搭載部を略長方形のXY方向異方形状とすることで、伝達部7からの負荷に対して、XY方向に歪差を発生させることが可能となる。抜き部9a、9bは、フランジ接続部を除いて形成されている。
As shown in FIG. 3, two
センサプレート1は、その外周を回路収納部24に固定されているセンサプレート1の中央部1bは、フランジに設けられた伝達部7と接続されている。そして、歪IC4a、4bをセンサプレートの中央部1bに対してその両側に配している。このように配置することで、2個の歪IC4a、4bの出力を比較することにより、故障診断が可能である。
The sensor plate 1 has an outer periphery fixed to the
図4は、PWBガイド29とPWB ASSY31a、31bの斜視図である。
FIG. 4 is a perspective view of the
PWB ASSY31aとPWB ASSY31bは同一の構造である。PWBガイド29は、PWB ASSY31a、31bを実装されるものである。PWBガイド29の中心に対して対称にPWB ASSY31aとPWB ASSY31bは配置されている。
PWB ASSY 31a and PWB ASSY 31b have the same structure. The
PWBガイド29は、回路収納部24に固定される。PWB ASSY31a、31bは、接着剤33にてPWBガイド29に固定される。PWBガイド29の凸部34a〜34eにより、PWB ASSY31a、31bは位置決めされている。
The
PWB ASSY31aと歪IC4a、PWB ASSY31bと歪IC4bはアルミワイヤボンディング(以降アルミW/Bと略す)35にて電気的に接続される。
The PWB ASSY 31a and the
PWB ASSY31aは、PWB32と、PWB32に実装されるコネクタ36や保護抵抗38やコンデンサ37を含む一体品(ASSY)である。コンデンサ37は、ノイズ防止や電源・出力安定の役割を、保護抵抗38は、信号の保護の役割を担う。コネクタ36やコンデンサ37や保護抵抗38はPWB32に半田39(図示無)にて接続されている。歪IC4aとPWB32は、出力用35aとして、アルミW/Bで電源・GND・出力の3本が接続されている。歪IC4bとPWB32は、通信用35bとして、アルミW/Bで通信線の4本が接続されている。
The
PWB ASSY31aは、PWB32と、PWB32に実装されるコネクタ36や保護抵抗38やコンデンサ37を含む一体品(ASSY)である。歪IC4aとPWB32は、出力用35aとして、アルミW/Bで電源・GND・出力の3本が接続されている。歪IC4bとPWB32は、通信用35bとして、アルミW/Bで通信線の4本が接続されている。
The
対して、断面の反対側(図示無し)のPWB ASSY31bは、歪IC4bからアルミW/B出力用35bとして、電源・GND・出力の3本が接続されており、歪IC4aからアルミW/B通信用35aとして、通信線の4本が接続されている。
On the other hand, the
この様な構成にする事により、アルミW/B35を歪IC4と最短で接続し、ノイズ防止・振動耐性向上させアルミW/B35のレイアウトを簡潔に纏めている、また、PWB32の小型化、ひいては荷重センサ100の小型化を図っている。
By adopting such a configuration, the aluminum W / B 35 is connected to the strained IC 4 in the shortest time, noise prevention and vibration resistance are improved, and the layout of the aluminum W / B 35 is concisely summarized. The size of the
図5と図6を用いて歪ICについて説明する。 The distortion IC will be described with reference to FIGS.
歪IC4は、4つの歪ゲージ10a〜10dからなるブリッジ回路11と、ブリッジ回路11の出力を増幅する増幅器12と、歪に対する出力調整ロジック13、温度特性誤差補正ロジック14、温度センサ15等を備えている。ブリッジ回路11にて設置対象であるセンサプレート1の歪を検出し、出力調整ロジック13により所望の荷重すなわちセンサプレートに生ずる歪に応じた出力の設定、温度補正ロジック14と温度計15により歪IC4自体あるいは、センサプレート1等の構成部材の温度特性誤差を補正可能である。
The strain IC 4 includes a
以上説明したように、回路収納部を設置する事により、歪センサで計測した信号を外部に出す際、ノイズ防止、静電気耐性の向上、コネクタ等の接触による回路の瞬断の対策、等に対応可能な回路を収納する事が出来る。 As described above, by installing a circuit storage unit, when outputting the signal measured by the strain sensor to the outside, it can be used to prevent noise, improve electrostatic resistance, and take measures against instantaneous circuit breakage caused by contact with connectors, etc. Possible circuit can be stored.
本実施例では、起歪体であるフランジ5と回路収納部を別体として製作し、これらを接合する構成とすることにより、材料の無駄を廃し、加工時間も低減したリーズナブルで信頼性の高い荷重センサを提供する事が可能である。
In this embodiment, the
更には、歪ICに出力調整ロジック、温度補正ロジック、温度計等を備える事により、歪ICによる補正を行えるので出力調整による荷重センサの組立誤差のキャンセル、センサプレート、フランジ、歪IC内部の歪ゲージの温度特性の補正を図れる。 Furthermore, by providing output adjustment logic, temperature correction logic, a thermometer, etc. to the strain IC, correction by the strain IC can be performed, so that the assembly error of the load sensor can be canceled by the output adjustment, the sensor plate, the flange, the distortion inside the strain IC. The temperature characteristics of the gauge can be corrected.
また、歪ICの補正機能により、組立バラツキや、特性のばらつきを低減できる為、歩留まりを向上させる他、別途出力を補正する回路を準備しなくて済む。その結果、コストダウンも併せて図ることができる。 In addition, the distortion IC correction function can reduce variations in assembly and variations in characteristics, so that it is not necessary to prepare a circuit for correcting output separately in addition to improving the yield. As a result, cost can be reduced.
[実施例2]
図8は、本発明の実施例2にかかるフランジ5と回路収納部24を示した断面図である。実施例1と同様の構成については説明を省略する。
[Example 2]
FIG. 8 is a cross-sectional view showing the
回路収納部24とセンサプレート1は焼結による工法により一体成形されている。フランジ5の凹部5bに接着剤6を充填後、回路収納部の凸部24bを挿入し、接着剤を硬化させて接合する構成とする。実施例1と同様に、加工工数を低減する事が可能である。
The
尚、実施例として、センサプレートに歪ICを配した構成で説明したが、フランジ5の伝達部7の周囲に直接歪ICを配して、センサプレート無で構成しても良い。以上荷重センサとして説明して来たが、荷重と荷重方向の変位が1:1で対応している場合、変位センサとして応用しても良い。
Note that, as an example, the description has been made with the configuration in which the strain IC is arranged on the sensor plate. However, the strain IC may be arranged directly around the transmission portion 7 of the
1 センサプレート
1a センサプレート両端
1b センサプレート中央部
1e センサプレート接合部
2 位置決めピン
4a〜4c 歪IC
5 フランジ
5a フランジ凹部(ねじ有)
5b フランジ凹部(ねじ無)
6 接着剤
7 伝達部
8 カバー
9a〜9c 半円状抜き部
10a〜10d 歪ゲージ
11 ブリッジ回路
12 増幅器
13 出力調整ロジック
14 温度補正ロジック
15 温度計
16 A/D(アナログデジタル変換)
17 D/A(デジタルアナログ変換)
20 起歪体
21 凹所
21a 凹所縁部
22 歪ゲージ
23 荷重センサ受け面
24 回路収納部
24a 回路収納部凸部(ねじ有)
24b 回路収納部凸部(なじ無)
29 PWBガイド
30a、30b ガラス
31a、31b PWB ASSY
32 PWB
33 接着剤
34a〜34d 凸部
35a アルミW/B(アルミワイヤボンディング)出力用3本
35b アルミW/B(アルミワイヤボンディング)通信用4本
36 コネクタ
37 コンデンサ
38 保護抵抗
39 半田
90 荷重(または推力)
91 荷重印加軸
92 シャフト
100 荷重センサ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
5 Flange 5a Flange recess (with screw)
5b Flange recess (without screw)
6 Adhesive 7
17 D / A (digital analog conversion)
DESCRIPTION OF
24b Convex part of circuit storage part
29
32 PWB
33 Adhesive 34a-
91
Claims (8)
前記センサエレメントが貼り付けられセンサプレートと、
前記センサプレート並びに回路基板を収用する回路収容部と、を備え、
前記フランジと前記回路収容部は、別体で加工された加工品であり、前記フランジと前記回路収容部とは接合された状態である荷重センサ In a load sensor comprising a flange having a load receiving surface, a sensor element, and a circuit board to which a signal from the sensor element is input,
The sensor element is affixed to a sensor plate;
A circuit accommodating portion for excluding the sensor plate and the circuit board,
The flange and the circuit housing part are processed products processed separately, and the flange and the circuit housing part are joined to each other.
前記回路プレートは、前記回路収容部に搭載される請求項2に記載の荷重センサ A circuit plate for mounting the circuit board;
The load sensor according to claim 2, wherein the circuit plate is mounted on the circuit housing portion.
前記回路プレートに搭載される第二の回路基板と、を備え、
前記センサエレメントは、前記回路基板の出力用パッドと、前記第二の回路基板の通信用パッドにそれぞれW/Bで接続され、
前記第二のセンサエレメントは、前記回路基板の通信用パッドと、前記第二の回路基板の出力用パッドにそれぞれW/Bで接続される請求項3に記載の荷重センサ A second sensor element affixed to the sensor plate;
A second circuit board mounted on the circuit plate,
The sensor element is connected to the output pad of the circuit board and the communication pad of the second circuit board by W / B, respectively.
The load sensor according to claim 3, wherein the second sensor element is connected to a communication pad of the circuit board and an output pad of the second circuit board by W / B, respectively.
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