JP3036262B2

JP3036262B2 - 曲げセンサ

Info

Publication number: JP3036262B2
Application number: JP4294646A
Authority: JP
Inventors: 幸生中村
Original assignee: Yamaha Corp
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 1992-08-31
Filing date: 1992-11-02
Publication date: 2000-04-24
Anticipated expiration: 2015-04-24
Also published as: JPH06123604A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、測定対象の曲がり具
合を検出する曲げセンサに関する。

【０００２】

【従来の技術】人体の関節等に装着され、装着部の曲げ
量を検出する曲げセンサが知られている。図１１は、従
来の曲げセンサの概略構成を示している。同図におい
て、１００は屈曲部に装着される歪みゲージ部である。
この歪みゲージ部１００は、ポリエステルフィルム等の
十分な絶縁性と可撓性とを有する長尺薄板状のベース部
材１０１と、このベース部材１０１の表面にＵ字状にパ
ターン形成されるＮｉ‐Ｃｒ（ニッケルクロム）等の抵
抗体１０２とから構成されている。

【０００３】そして、歪みゲージ部１００の基端部に
は、抵抗体１０２の各端部がシールドされたリード線１
０３に各々接続されている。さらに、このリード線１０
３は、信号処理部１０４に接続される。この信号処理部
１０４は、図１２に示すように、固定抵抗Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ
₃と抵抗体１０２に対応する抵抗Ｒｇとから成るホイー
トストンブリッジの検出回路を有しており、検流計Ａが
その抵抗変化に応じて変化する電流を検出するようにな
っている。また、温度変化や湿度変化に応じて抵抗値が
変化するため、調整用の半固定抵抗Ｒａが抵抗Ｒｇと直
列に設けられている。

【０００４】このような構成により、歪みゲージ部１０
０が図示ＣＶ（図１１参照）のように曲がると、この曲
げ量に応じて抵抗体１０２の抵抗値、すなわち抵抗Ｒｇ
が変化する。この抵抗変化は検流計Ａによって電流変化
として検出され、これにより曲げセンサ装着部の曲げ量
が検出される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来の曲げセンサでは、測定対象に装着される歪みゲージ
部１００と検出回路を有する信号処理部１０４とがリー
ド線１０３を介して分離して構成されている。このた
め、検出信号はリード線１０３のたわみによる抵抗変化
等のノイズの影響を受け易いという欠点がある。また、
装着時の曲げ動作がリード線１０３によって阻害され易
いため、操作性が悪く、装着位置の自由度が低いという
欠点がある。また、従来の曲げセンサでは、歪みゲージ
部１００とリード線１０３、リード線１０３と信号処理
部１０４の各接続点をそれぞれ半田付けにより接合して
いるため、生産性が悪く、また強度的も弱いという欠点
がある。また、従来の曲げセンサでは、温度変化や湿度
変化によって歪みゲージ部１００が伸縮すると、これに
伴って抵抗体１０２の抵抗Ｒｇが変化するため、その都
度、調整用抵抗Ｒａによって抵抗値を調整する必要があ
り、面倒である。

【０００６】この発明は、このような背景の下になされ
たもので、強度および生産性が向上すると共に、調整作
業が容易で操作性や装着性が良く、しかもノイズの影響
が少ない曲げセンサを提供することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上に述べた課題を解決す
るために、請求項１記載の発明は、測定対象に装着さ
れ、装着部の屈曲に応じてそれ自身が厚み方向に変形し
抵抗値が変化する歪みセンサ部と、この歪みセンサ部に
接続され、該歪みセンサ部の抵抗値の変化に応じた検出
信号を出力する信号処理部とを具備して成る曲げセンサ
において、前記信号処理部を多層構造とし、この信号処
理部の少なくとも２層の端部によって前記歪みセンサ部
の一端を挟持させて該歪みセンサ部と該信号処理部とを
一体構造にしたことを特徴としている。

【０００８】また、請求項２記載の発明は、測定対象に
装着され、装着部の屈曲に応じて抵抗値が変化する歪み
センサ部と、この歪みセンサ部に接続され、該歪みセン
サ部の抵抗値の変化に応じた検出信号を出力する信号処
理部とを具備して成る曲げセンサにおいて、前記歪みセ
ンサ部と前記信号処理部とを別体に構成し、前記歪みセ
ンサ部に設けられたスルーホールに接続具を挿入して前
記歪みセンサ部と前記信号処理部とを接続し、一体とし
たことを特徴としている。

【０００９】また、請求項３記載の発明は、測定対象に
装着されるベース部材に、装着部の屈曲に応じて抵抗値
がそれぞれ変化する４個の抵抗体を配置した歪みセンサ
部と、これら抵抗体の抵抗値の変化に応じた検出信号を
出力する信号処理部とを具備してなる曲げセンサであっ
て、前記ベース部材と信号処理部材とを別体とし、前記
スルーホールに接続具を挿入して前記ベース部材と信号
処理部を接続して一体とし、前記４個の抵抗体が前記ス
ルーホールを用いて接続され、ホイートストンブリッジ
回路を形成していることを特徴としている。

【００１０】

【００１１】

【作用】請求項１記載の発明によれば、歪みセンサ部と
信号処理部とが一体構造になり、従来のように、歪みセ
ンサ部と信号処理部との間にリード線等を半田付け等に
よって介装する必要がなくなる。

【００１２】また、請求項２，３記載の発明によれば、
歪みセンサ部と信号処理部とが一体構造になり、請求項
１記載の発明と同様、歪みセンサ部と信号処理部との間
にリード線等を半田付け等によって介装する必要がなく
なる。

【００１３】

【００１４】

【００１５】

【実施例】以下、図面を参照して、この発明の実施例に
ついて説明する。Ａ：第１実施例図１はこの発明の第１実施例による曲げセンサを表側か
ら見た平面図である。この図において、１は歪みゲージ
部である。この歪みゲージ部１はベース材と２層の抵抗
パターンからなる両面構造になっており、各層には、Ｕ
字状に幾重にも折り曲げられた抵抗体のパターンがエッ
チングによりそれぞれ２箇所に形成されている。なお、
この抵抗パターンは、スパッタリング、蒸着等の方法で
形成しても良い。すなわち、同図に見られる表側の層に
は、抵抗体Ｒｔ₁，Ｒｔ₂がパターン形成され、図２に示
す裏側の層には、抵抗体Ｒｂ₁，Ｒｂ₂がそれぞれパター
ン形成されている。

【００１６】また、これら抵抗体Ｒｔ₁，Ｒｔ₂，Ｒ
ｂ₁，Ｒｂ₂は、歪みゲージ部１の基端部に一体形成され
る信号処理部２に接続され、信号処理部２内の実装部品
（後述する）と共に検出回路を構成している。この検出
回路は、図３に示すように、抵抗体Ｒｔ₁，Ｒｔ₂，Ｒｂ
₁，Ｒｂ₂によるホイートストンブリッジ回路を構成して
おり、検流計Ａによってこれら抵抗体Ｒｔ₁，Ｒｔ₂，Ｒ
ｂ₁，Ｒｂ₂の抵抗変化に応じて変化する電流が検出され
るようになっている。また、調整用の半固定抵抗Ｒａが
抵抗体Ｒｔ₁と直列に設けられている。なお、検流計Ａ
の部分の電流を増幅することによって、曲げ角を電流と
して検出するように構成しても良い。すなわち、信号処
理部２は、ブリッジを構成すると共に増幅回路としても
機能するよう構成できる。

【００１７】次に、図４は図１に示す矢視Ｂ−Ｂ′によ
る曲げセンサの断面図である。以下、この図を参照し、
同曲げセンサの断面構造について説明する。すなわち、
歪みゲージ部１は、ポリイミドから成るベースフィルム
１ａを核とし、その上下面には、抵抗体Ｒｔ₁，Ｒｔ₂，
Ｒｂ₁，Ｒｂ₂のパターンを構成するＮｉ‐ＣｒまたはＣ
ｕ‐Ｎｉ等の金属箔１ｂ₁，１ｂ₂がそれぞれ形成されて
いる。さらに、これら金属箔１ｂ₁，１ｂ₂の表面は、そ
れぞれカバーレイ１ｃ₁，１ｃ₂により被覆されている。
なお、こうした歪みゲージ部１の積層構造は、ポリイミ
ド樹脂の熱圧着あるいはエポキシ接着剤により形成され
る。

【００１８】また、上記積層構造を有した歪みゲージ部
１の一端は延長され、これが信号処理部２を貫通してい
る。信号処理部２は、この歪みゲージ部１の延長された
部分を上下よりリジット層２ａ₁，２ａ₂（銅箔Ｃで被覆
されている）で挟み、接着剤Ｒを介し圧着積層して構成
されている。そして、表面をレジストＲＪで被覆したこ
れらリジット層２ａ₁，２ａ₂には、検出回路を構成する
各種部品Ｐ₁，Ｐ₂，……（調整用抵抗Ｒａ等）が表面実
装されている。

【００１９】さらに、信号処理部２には、上下方向に貫
通する幾つかのスルーホール（一部、貫通しないスルー
ホールを含む）Ｈが形成されている。これにより、スル
ーホールＨの外周に形成された銅箔Ｃｈを介し、リジッ
ト表面に形成された検出回路と、抵抗体Ｒｔ₁，Ｒｔ₂，
Ｒｂ₁，Ｒｂ₂を構成している金属箔１ｂ₁，１ｂ₂とが電
気的に接続されている。

【００２０】このような構成によれば、歪みゲージ部１
と信号処理部２とが一体構造になっているため、従来の
ように、これらを半田付けによってリード線等と接続す
る必要がなくなり、生産性および強度がアップする。ま
た、歪みゲージ部１と信号処理部２との間にリード線等
を介装させないので、検出信号に対するノイズの影響が
少なくなると共に、装着時の曲げ動作が阻害されず、操
作性が向上する。

【００２１】また、検出回路を各抵抗体Ｒｔ₁，Ｒｔ₂，
Ｒｂ₁，Ｒｂ₂から成るホイートストンブリッジ回路（図
３参照）としているので、検出信号に対する温度変化や
湿度変化によるこれらの抵抗変化の影響は互いに打ち消
される。したがって、使用の都度、調整用抵抗Ｒａによ
って抵抗値を調整する必要が極めて少なくなり、使い勝
手が良くなる。

【００２２】さらに、抵抗体Ｒｔ₁，Ｒｔ₂，Ｒｂ₁，Ｒ
ｂ₂を含む検出回路の作成にフレキシブルプリント配線
板の製造技術を適用することが可能になるので、生産性
がさらに向上し、製造コストの低減を図ることができ
る。

【００２３】Ｂ：第２実施例次に、図５に示す断面図を参照し、この発明の第２実施
例について説明する。同図において、図４に示した第１
実施例の各部と共通する部分には、同一の符号を付し、
その説明を省略する。また、この実施例が上記第１実施
例と異なる点は、歪みゲージ部１と信号処理部２とを一
体構造とする際の態様にある。

【００２４】すなわち、図５に示すように、歪みゲージ
部１は信号処理部２を貫通させずに、その一端のカバー
レイ１ｃ₁，１ｃ₂を所定量剥しておく。一方、信号処理
部２は、銅箔２ｃの上下面をカバーレイ２ｄで被覆した
２枚の銅箔層（銅片面）２ｂ₁，２ｂ₂を、さらに上下か
らリジット層２ａ₁，２ａ₂で挟み、圧着した構造とす
る。また、これら銅箔層２ｂ₁，２ｂ₂の各一端を信号処
理部２の端部より所定量突出させ、これら突出部Ｄ₁，
Ｄ₂の互いに対向する面のカバーレイ２ｄを剥してお
く。

【００２５】そして、図示ＩＮのように、カバーレイ１
ｃ₁，１ｃ₂を剥した歪みゲージ部１の一端を、信号処理
部２の突出部Ｄ₁，Ｄ₂で挟み、金属箔１ｂ₁，１ｂ₂と銅
箔２ｃとの接触面を図示せぬ導電インキを塗布した後圧
接する。こうして、歪みゲージ部１と信号処理部２とが
結合一体化され、歪みゲージ部１の抵抗体Ｒｔ₁，Ｒ
ｔ₂，Ｒｂ₁，Ｒｂ₂がスルーホールＨの銅箔Ｃｈを介し
て信号処理部２の検出回路と電気的に接続される。

【００２６】このように、本実施例では、歪みゲージ部
１と信号処理部２との一体構造の態様が上記第１実施例
と異なるものの、第１実施例の場合と同様の作用効果が
得られる。

【００２７】Ｃ：第３実施例次に、図６に示す断面図を参照し、この発明の第３実施
例について説明する。同図において、図４あるいは図５
に示した上記第１，第２実施例の各部と共通する部分に
は、同一の符号を付し、その説明を省略する。また、こ
の実施例も、歪みゲージ部１と信号処理部２とを一体構
造とする際の態様において、第１，第２実施例と異なっ
ている。

【００２８】すなわち、図６に示すように、歪みゲージ
部１は第１実施例の場合と同一構造とし、カバーレイ１
ｃ₁，１ｃ₂を所定量剥しておく。一方、信号処理部２
は、図示のような断面構造の２枚の銅箔層（銅両面）２
ｂ₁′，２ｂ₂′を圧接して構成する。また、第２実施例
と同様、銅箔層２ｂ₁′，２ｂ₂′の各一端を信号処理部
２の端部より突出させ、これら突出部Ｄ₁，Ｄ₂の対向面
のカバーレイ２ｄを剥しておく。

【００２９】そして、第２実施例と同様（図示ＩＮ）に
して歪みゲージ部１と信号処理部２とを結合一体化させ
る。これにより、歪みゲージ部１の抵抗体Ｒｔ₁，Ｒ
ｔ₂，Ｒｂ₁，Ｒｂ₂がスルーホールＨの銅箔Ｃｈを介し
て信号処理部２の検出回路と電気的に接続される。こう
して、本実施例においても、第１，第２実施例の場合と
同様の作用効果が得られることになる。

【００３０】Ｄ：第４実施例次に、図７〜図９を参照し、この発明の第４実施例につ
いて説明する。これらの図において、図１〜図６に示し
た上記第１〜第３実施例の各部と共通する部分には、同
一の符号を付し、その説明を省略する。また、この実施
例も、歪みゲージ部１と信号処理部２とを一体構造とす
る際の態様が、第１〜第３実施例と異なっている。

【００３１】まず、図７に示す平面図において、歪みゲ
ージ部１の抵抗体Ｒｔ₁，Ｒｔ₂，Ｒｂ₁，Ｒｂ₂の各端子
Ｔ₁₁〜Ｔ₄₂は、歪みゲージ部１の表裏面で相対向するも
の同士が互いにずれた配置になるようパターン形成され
る。すなわち、抵抗体Ｒｔ₁と抵抗体Ｒｂ₁とが表裏面で
相対向しているとき、抵抗体Ｒｔ₁の端子Ｔ₁₁，Ｔ₁₂と
抵抗体Ｒｂ₁の端子Ｔ₂₁，Ｔ₂₂とがそれぞれ図示のよう
にずれた配置になる。そして、これら端子Ｔ₁₁〜Ｔ₄₂が
配置された歪みゲージ部１の端部は、カバーレイ１
ｃ₁，１ｃ₂を剥離し、さらにこの剥離した部分を抵抗体
の端子部分Ｅ₁₁〜Ｅ₄₂を除いてレジストＲＪで被覆す
る。そして、後の半田処理のために端子部分Ｅ₁₁〜Ｅ₄₂
にフラックスを塗布しておく。

【００３２】次に、図８に示すように、上記歪みゲージ
部１の端部と、その端子位置が一致するよう回路パター
ンが形成された信号処理部２とを重ね合わせ、信号処理
部２の端子位置に設けたスルーホール（図示略）と歪み
ゲージ部１の端子にコネクタＣｎの各ピンＰｎ₁〜Ｐｎ₆
を挿通することによって互いに結合し、一体構造とす
る。

【００３３】ここで、図９は図８の矢視Ｃ−Ｃ′による
断面図である。この図に示すように、信号処理部２は、
ベースフィルム２ａの上下面が銅箔２ｃで被覆された２
層のリジット２ｂ₁″，２ｂ₂″をレジストＲＪを介し圧
接して成っている。また、この信号処理部２に設けられ
たスルーホールＨ₁〜Ｈ₆と歪みゲージ部１の端子とは位
置合わせされ、コネクタＣｎの各ピンＰｎ₁〜Ｐｎ₆が挿
通されている。そして、この曲げセンサ全体が溶融半田
にディッピングされることにより、スルーホールＨ₁〜
Ｈ₆内が図示のように半田ＨＤで充填される。

【００３４】このような構成により、歪みゲージ部１の
抵抗体Ｒｔ₁，Ｒｔ₂，Ｒｂ₁，Ｒｂ₂の各端子Ｔ₁₁〜Ｔ₄₂
は、ピンＰｎ₁〜Ｐｎ₆を介して信号処理部２の検出回路
と電気的に接続されることになる。こうして、本実施例
においても、上記第１〜第３実施例の場合と同様の作用
効果が得られることになる。また、ピンの数は、例えば
６〜８本等適宜設定することが可能である。

【００３５】なお、上記第１〜第４実施例において、抵
抗体Ｒｔ₁，Ｒｔ₂，Ｒｂ₁，Ｒｂ₂の形成パターンを、図
１０に示すように、歪みゲージ部１の上下層で互いにず
らした位置になるようにすれば、歪みゲージ部１の耐折
特性が向上する。この場合、形成パターンの断面積や断
面の縦横比を上下層で互いに等しくする必要がある。

【００３６】また、抵抗体Ｒｔ₁，Ｒｔ₂，Ｒｂ₁，Ｒｂ₂
のパターンをエッチングにより形成後、周囲に残留した
不要部分を除去（エッチアウト）せずに残しておけば、
センサの厚みをパターン部と等しくでき、リニアリテ
ィ、ヒステリシス等の電気的特性が良好となる。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１〜請求項
３記載の発明によれば、歪みセンサ部と信号処理部とが
一体構造になり、従来のように、歪みセンサ部と信号処
理部との間にリード線等を半田付け等によって介装する
必要がなくなるので、生産性および強度がアップする。
また、リード線等が介在しないことから、検出信号に対
するノイズの影響が少なくなると共に、装着時の曲げ動
作が阻害されず、操作性や装着性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１実施例による曲げセンサを表
側から見た平面図である。

【図２】同実施例による曲げセンサを裏側から見た平
面図である。

【図３】同実施例による曲げセンサに具備される検出
回路の構成を示す図である。

【図４】図１に示す矢視Ｂ−Ｂ′による曲げセンサの
断面図である。

【図５】この発明の第２実施例による曲げセンサの構
造を示す断面図である。

【図６】この発明の第３実施例による曲げセンサの構
造を示す断面図である。

【図７】この発明の第４実施例による曲げセンサの歪
みゲージ部の端部の構造を示す平面図である。

【図８】同実施例による曲げセンサにおいて、歪みゲ
ージ部と信号処理部との結合部分を示す斜視図である。

【図９】図８に示す矢視Ｃ−Ｃ′による曲げセンサの
断面図である。

【図１０】第１〜第４実施例において、抵抗体を上下
層で互いにずらして形成した歪みゲージ部の構造を示す
断面図である。

【図１１】従来の曲げセンサの概略構成を示す図であ
る。

【図１２】従来の曲げセンサに具備される検出回路の
構成を示す図である。

【符号の説明】

１……歪みゲージ部、１ａ，２ａ……ベースフィルム、
１ｂ₁，１ｂ₂……金属箔、１ｃ₁，１ｃ₂，２ｄ……カバ
ーレイ、２……信号処理部、２ａ₁，２ａ₂，２ｂ₁″，
２ｂ₂″……リジット層、２ｂ₁，２ｂ₂，２ｂ₁′，２ｂ
₂′……銅箔層、２ｃ，Ｃ，Ｃｈ……銅箔、Ｃｎ……コ
ネクタ、Ｈ，Ｈ₁〜Ｈ₆……スルーホール、Ｈｄ……半
田、Ｐ₁，Ｐ₂……表面実装部品、Ｐｎ₁〜Ｐｎ₆……ピ
ン、Ｒ……接着剤、Ｒｔ₁，Ｒｔ₂，Ｒｂ₁，Ｒｂ₂……抵
抗体、ＲＪ……レジスト、Ｔ₁₁〜Ｔ₄₂……端子

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】測定対象に装着され、装着部の屈曲に応
じてそれ自身が厚み方向に変形し抵抗値が変化する歪み
センサ部と、この歪みセンサ部に接続され、該歪みセン
サ部の抵抗値の変化に応じた検出信号を出力する信号処
理部とを具備して成る曲げセンサにおいて、前記信号処理部を多層構造とし、この信号処理部の少な
くとも２層の端部によって前記歪みセンサ部の一端を挟
持させて該歪みセンサ部と該信号処理部とを一体構造に
したことを特徴とする曲げセンサ。
【請求項２】測定対象に装着され、装着部の屈曲に応
じて抵抗値が変化する歪みセンサ部と、この歪みセンサ
部に接続され、該歪みセンサ部の抵抗値の変化に応じた
検出信号を出力する信号処理部とを具備して成る曲げセ
ンサにおいて、前記歪みセンサ部と前記信号処理部とを別体に構成し、
前記歪みセンサ部に設けられたスルーホールに接続具を
挿入して前記歪みセンサ部と前記信号処理部とを接続
し、一体としたことを特徴とする曲げセンサ。
【請求項３】測定対象に装着されるベース部材に、装
着部の屈曲に応じて抵抗値がそれぞれ変化する４個の抵
抗体を配置した歪みセンサ部と、これら抵抗体の抵抗値
の変化に応じた検出信号を出力する信号処理部とを具備
してなる曲げセンサであって、前記ベース部材と信号処理部材とを別体とし、前記スル
ーホールに接続具を挿入して前記ベース部材と信号処理
部を接続して一体とし、前記４個の抵抗体が前記スルー
ホールを用いて接続され、ホイートストンブリッジ回路
を形成していることを特徴とする曲げセンサ。