JP3584136B2 - 力学センサ及びこれを用いた検出機構 - Google Patents
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【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、荷重計測等に用いる力学センサ及び検出機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
トラックの積載荷重の計測に使用する荷重センサとして、例えば図４に示すものがある。この荷重センサ１は、表面に歪ゲージ２が形成された平板状のチップ３を断面円形の金属製筒体４の内部に装着したものである。この荷重センサ１の使用状態を図５に示す。筒体４の両端部は一対の負荷部材５、６の装着穴５ａ、６ａにそれぞれ圧入される。負荷部材５、６には、計測すべき荷重が図中矢印Ｐで示すように負荷され、その負荷に応じて筒体４が曲げ変形する。このとき、曲げ変形量に応じた物理量（例えば電気抵抗）の変化が歪ゲージ２に発生し、計測すべき荷重に応じた信号が歪ゲージ２から取り出される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の荷重センサでは、チップ３を筒体４に圧入するか、又は圧入後にチップ３の側縁３ａ、３ｂを筒体４の内周面４ａに固着している。この圧入を円滑に行うため、図４（ｃ）に示すように、チップ３の側縁３ａ、３ｂを筒体４の内周面４ａに沿った曲面に形成する必要がある。しかも、筒体４の内径Ｄ及びチップ３の幅Ｗに精密な公差を設定する必要がある。従って、筒体４及びチップ３の製造に手間がかかる。圧入によってチップ３に内部応力が発生し、センサの物理特性がばらつく原因となる。チップ３が筒体４に対して直径方向の筋交いとして働くため、筒体４の直径方向の変形が制限され、筒体４を負荷部材５、６の装着穴５ａ、６ａに挿入する際に手間がかかる。
【０００４】
本発明は、製造時の手間が少なく、製品間の特性のばらつきを抑えることが可能で、しかも筒体を他の部材に容易に嵌合させることが可能な力学センサ及びこれを用いた検出機構を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
以下、本発明の実施形態を示す図面に対応付けて本発明を説明する。但し、本発明は図示の形態に限定されない。
【０００６】
請求項１の発明は、歪ゲージ２を有する板状のチップ１１を筒体４内に装着した力学センサにおいて、チップ１１の長手方向に沿った一対の側縁１１ａ、１１ｂのうち、一方の側縁１１ａを筒体４の内周面４ａに固定し、他方の側縁１１ｂと筒体４の内周面４ａとの間には隙間ｇを設けて上述した課題を解決する。
【０００７】
請求項２の発明では、請求項１の力学センサにおいて、チップ１１の一方の側縁１１ａが筒体４の内周面４ａに電子ビーム又はレーザービームにて溶着されている。
【０００８】
請求項３の発明では、一対の部材５、６に形成された一対の装着穴５ａ、６ａに筒体４の両端部が挿入され、その筒体４内には、歪ゲージ２を有する板状のチップ１１が装着された検出機構において、チップ１１の長手方向に沿った一対の側縁１１ａ、１１ｂのうち、一方の側縁１１ａを筒体４の内周面４ａに固定し、他方の側縁１１ｂと筒体４の内周面４ａとの間には隙間ｇを設けて上述した課題を解決する。
【０００９】
以上の発明によれば、チップ１１を筒体４内に圧入する必要がない。従って、チップ１１の幅Ｗや筒体４の内径Ｄの公差を従来の圧入構造と比較して粗く設定でき、チップ１１の側縁１１ａ、１１ｂを筒体４の内周面４ａに沿った形状に成形する必要もない。チップ１１に内部応力が発生せず、センサ毎の特性のばらつきが抑えられる。チップ１１と筒体４の内周面４ａとの隙間ｇによって筒体４の直径方向の弾性変形が許容されるから、部材５、６の装着穴５ａ、６ａに対してセンサ１０を容易に組み込むことができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。
【００１１】
図１は本発明が適用された荷重センサ１０を、図２はその荷重センサ１０を用いた荷重検出機構１５をそれぞれ示すものである。なお、図４及び図５との共通部分には同一符号を付している。
【００１２】
これらの図から明らかなように、荷重センサ１０は、表面に歪ゲージ２が形成された板状のチップ１１を筒体４内に装着した点で上述した図４に示すものと共通する。しかしながら、チップ１１の幅Ｗは筒体４の内径Ｄに比して幾らか小さく設定されている。そして、チップ１１の長手方向に沿った一対の側縁１１ａ、１１ｂのうち、一方の側縁１１ａは筒体４の内周面３ａに固定され、他方の側縁１１ｂと内周面３ａとの間には隙間ｇが空いている。
【００１３】
チップ１１の側縁１１ａと筒体４の内周面３ａとの接合には各種の手段を用いてよいが、好ましくは電子ビーム溶着を用いる。電子ビームで溶着する場合には、例えば図３に示すように保持具２０を利用してチップ１１をその側縁１１ａが筒体４の内周面４ａに接触するように保持し、この状態で電子ビームを側縁１１ａに照射して内周面４ａに溶着する。図示の保持具２０には、チップ１１を挟持する一対のアーム２１、２１と、筒体４の内周面４ａに嵌合する軸部２２とを設けたが、これ以外の保持具を用いてもよい。チップ１１の側縁１１ａ、１１ｂは、歪ゲージ２が形成された面１１ｃに直交する平坦面に形成すればよく、従来のような曲面加工は不要である。
【００１４】
筒体４は例えば炭素含有量又は炭素当量が０．３％以下の鉄鋼等から形成され、チップ１１は例えばステンレス鋼（一例として、日本工業規格のＳＵＳ６３１）、又は板ばね材等から形成される。歪ゲージ２は、歪抵抗線をチップ１１に貼り合わせてもよく、半導体基板製のチップ１１に直接に形成してもよい。隙間ｇは、例えば２０μｍ以上に設定すると好適である。
【００１５】
図２に示すように、検出機構２０は、上記の荷重センサ１０をそのチップ１１の幅方向を部材５、６に対する荷重方向（図の上下方向）と一致させた状態で部材５、６の装着穴５ａ、６ａに装着して構成される。
【００１６】
本発明は上述した実施形態に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、検出対象はトラックの積載荷重に限らず、これ以外の荷重、力、変位その他各種の物理量の検出に利用できる。筒体は断面円形のものに限らない。
【００１７】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の力学センサ及び検出機構では、歪ゲージを有する板状のチップの一方の側縁のみを筒体の内周面に固定し、他方の側縁と筒体の内周面との間には隙間を設けているため、筒体やチップの加工精度、あるいはチップの側縁形状に関する要求を従来よりも緩和してこれらの製造に要するコストを低減させることができる。また、チップを筒体に装着するときにチップに内部応力が生じないため、センサ毎の特性のばらつきを抑えてセンサに対する信頼性を向上させることができる。さらに、筒体とチップとの隙間によって筒体の直径方向の弾性変形が許容されるので、センサを他の部材の装着穴に容易に嵌合させることができ、検出機構を構成する際の手間が軽減される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用された荷重センサの一例を示す図で、（ａ）は軸方向断面図、（ｂ）は（ａ）のＩｂ−Ｉｂ線に沿った断面図。
【図２】図１の荷重センサの使用状態を示す断面図。
【図３】図１の荷重センサの製造途中の状態を示す断面図。
【図４】従来の荷重センサの一例を示す図で、（ａ）は軸方向断面図、（ｂ）は（ａ）のＩＶｂ−ＩＶｂ線に沿った断面図、（ｃ）はチップの側縁を拡大して示す断面図。
【図５】図４の荷重センサの使用状態を示す断面図。
【符号の説明】
２ 歪ゲージ
４ 筒体
４ａ 筒体の内周面
５、６ 一対の負荷部材
１０ 荷重センサ
１１ チップ
１１ａ チップの一方の側縁
１１ｂ チップの他方の側縁
１５ 検出機構
２０ 組み立て用の保持具
【発明の属する技術分野】
本発明は、荷重計測等に用いる力学センサ及び検出機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
トラックの積載荷重の計測に使用する荷重センサとして、例えば図４に示すものがある。この荷重センサ１は、表面に歪ゲージ２が形成された平板状のチップ３を断面円形の金属製筒体４の内部に装着したものである。この荷重センサ１の使用状態を図５に示す。筒体４の両端部は一対の負荷部材５、６の装着穴５ａ、６ａにそれぞれ圧入される。負荷部材５、６には、計測すべき荷重が図中矢印Ｐで示すように負荷され、その負荷に応じて筒体４が曲げ変形する。このとき、曲げ変形量に応じた物理量（例えば電気抵抗）の変化が歪ゲージ２に発生し、計測すべき荷重に応じた信号が歪ゲージ２から取り出される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の荷重センサでは、チップ３を筒体４に圧入するか、又は圧入後にチップ３の側縁３ａ、３ｂを筒体４の内周面４ａに固着している。この圧入を円滑に行うため、図４（ｃ）に示すように、チップ３の側縁３ａ、３ｂを筒体４の内周面４ａに沿った曲面に形成する必要がある。しかも、筒体４の内径Ｄ及びチップ３の幅Ｗに精密な公差を設定する必要がある。従って、筒体４及びチップ３の製造に手間がかかる。圧入によってチップ３に内部応力が発生し、センサの物理特性がばらつく原因となる。チップ３が筒体４に対して直径方向の筋交いとして働くため、筒体４の直径方向の変形が制限され、筒体４を負荷部材５、６の装着穴５ａ、６ａに挿入する際に手間がかかる。
【０００４】
本発明は、製造時の手間が少なく、製品間の特性のばらつきを抑えることが可能で、しかも筒体を他の部材に容易に嵌合させることが可能な力学センサ及びこれを用いた検出機構を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
以下、本発明の実施形態を示す図面に対応付けて本発明を説明する。但し、本発明は図示の形態に限定されない。
【０００６】
請求項１の発明は、歪ゲージ２を有する板状のチップ１１を筒体４内に装着した力学センサにおいて、チップ１１の長手方向に沿った一対の側縁１１ａ、１１ｂのうち、一方の側縁１１ａを筒体４の内周面４ａに固定し、他方の側縁１１ｂと筒体４の内周面４ａとの間には隙間ｇを設けて上述した課題を解決する。
【０００７】
請求項２の発明では、請求項１の力学センサにおいて、チップ１１の一方の側縁１１ａが筒体４の内周面４ａに電子ビーム又はレーザービームにて溶着されている。
【０００８】
請求項３の発明では、一対の部材５、６に形成された一対の装着穴５ａ、６ａに筒体４の両端部が挿入され、その筒体４内には、歪ゲージ２を有する板状のチップ１１が装着された検出機構において、チップ１１の長手方向に沿った一対の側縁１１ａ、１１ｂのうち、一方の側縁１１ａを筒体４の内周面４ａに固定し、他方の側縁１１ｂと筒体４の内周面４ａとの間には隙間ｇを設けて上述した課題を解決する。
【０００９】
以上の発明によれば、チップ１１を筒体４内に圧入する必要がない。従って、チップ１１の幅Ｗや筒体４の内径Ｄの公差を従来の圧入構造と比較して粗く設定でき、チップ１１の側縁１１ａ、１１ｂを筒体４の内周面４ａに沿った形状に成形する必要もない。チップ１１に内部応力が発生せず、センサ毎の特性のばらつきが抑えられる。チップ１１と筒体４の内周面４ａとの隙間ｇによって筒体４の直径方向の弾性変形が許容されるから、部材５、６の装着穴５ａ、６ａに対してセンサ１０を容易に組み込むことができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。
【００１１】
図１は本発明が適用された荷重センサ１０を、図２はその荷重センサ１０を用いた荷重検出機構１５をそれぞれ示すものである。なお、図４及び図５との共通部分には同一符号を付している。
【００１２】
これらの図から明らかなように、荷重センサ１０は、表面に歪ゲージ２が形成された板状のチップ１１を筒体４内に装着した点で上述した図４に示すものと共通する。しかしながら、チップ１１の幅Ｗは筒体４の内径Ｄに比して幾らか小さく設定されている。そして、チップ１１の長手方向に沿った一対の側縁１１ａ、１１ｂのうち、一方の側縁１１ａは筒体４の内周面３ａに固定され、他方の側縁１１ｂと内周面３ａとの間には隙間ｇが空いている。
【００１３】
チップ１１の側縁１１ａと筒体４の内周面３ａとの接合には各種の手段を用いてよいが、好ましくは電子ビーム溶着を用いる。電子ビームで溶着する場合には、例えば図３に示すように保持具２０を利用してチップ１１をその側縁１１ａが筒体４の内周面４ａに接触するように保持し、この状態で電子ビームを側縁１１ａに照射して内周面４ａに溶着する。図示の保持具２０には、チップ１１を挟持する一対のアーム２１、２１と、筒体４の内周面４ａに嵌合する軸部２２とを設けたが、これ以外の保持具を用いてもよい。チップ１１の側縁１１ａ、１１ｂは、歪ゲージ２が形成された面１１ｃに直交する平坦面に形成すればよく、従来のような曲面加工は不要である。
【００１４】
筒体４は例えば炭素含有量又は炭素当量が０．３％以下の鉄鋼等から形成され、チップ１１は例えばステンレス鋼（一例として、日本工業規格のＳＵＳ６３１）、又は板ばね材等から形成される。歪ゲージ２は、歪抵抗線をチップ１１に貼り合わせてもよく、半導体基板製のチップ１１に直接に形成してもよい。隙間ｇは、例えば２０μｍ以上に設定すると好適である。
【００１５】
図２に示すように、検出機構２０は、上記の荷重センサ１０をそのチップ１１の幅方向を部材５、６に対する荷重方向（図の上下方向）と一致させた状態で部材５、６の装着穴５ａ、６ａに装着して構成される。
【００１６】
本発明は上述した実施形態に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、検出対象はトラックの積載荷重に限らず、これ以外の荷重、力、変位その他各種の物理量の検出に利用できる。筒体は断面円形のものに限らない。
【００１７】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の力学センサ及び検出機構では、歪ゲージを有する板状のチップの一方の側縁のみを筒体の内周面に固定し、他方の側縁と筒体の内周面との間には隙間を設けているため、筒体やチップの加工精度、あるいはチップの側縁形状に関する要求を従来よりも緩和してこれらの製造に要するコストを低減させることができる。また、チップを筒体に装着するときにチップに内部応力が生じないため、センサ毎の特性のばらつきを抑えてセンサに対する信頼性を向上させることができる。さらに、筒体とチップとの隙間によって筒体の直径方向の弾性変形が許容されるので、センサを他の部材の装着穴に容易に嵌合させることができ、検出機構を構成する際の手間が軽減される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用された荷重センサの一例を示す図で、（ａ）は軸方向断面図、（ｂ）は（ａ）のＩｂ−Ｉｂ線に沿った断面図。
【図２】図１の荷重センサの使用状態を示す断面図。
【図３】図１の荷重センサの製造途中の状態を示す断面図。
【図４】従来の荷重センサの一例を示す図で、（ａ）は軸方向断面図、（ｂ）は（ａ）のＩＶｂ−ＩＶｂ線に沿った断面図、（ｃ）はチップの側縁を拡大して示す断面図。
【図５】図４の荷重センサの使用状態を示す断面図。
【符号の説明】
２ 歪ゲージ
４ 筒体
４ａ 筒体の内周面
５、６ 一対の負荷部材
１０ 荷重センサ
１１ チップ
１１ａ チップの一方の側縁
１１ｂ チップの他方の側縁
１５ 検出機構
２０ 組み立て用の保持具
Claims (3)
- 歪ゲージを有する板状のチップを筒体内に装着した力学センサにおいて、
前記チップの長手方向に沿った一対の側縁のうち、一方の側縁を前記筒体の内周面に固定し、他方の側縁と前記筒体の内周面との間には隙間を設けたことを特徴とする力学センサ。 - 前記チップの前記一方の側縁が前記筒体の内周面に電子ビーム又はレーザービームにて溶着されていることを特徴とする請求項１記載の力学センサ。
- 一対の部材に形成された一対の装着穴に筒体の両端部が挿入され、その筒体内には、歪ゲージを有する板状のチップが装着された力学的検出機構において、
前記チップの長手方向に沿った一対の側縁のうち、一方の側縁を前記筒体の内周面に固定し、他方の側縁と前記筒体の内周面との間には隙間を設けたことを特徴とする検出機構。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP01795597A JP3584136B2 (ja) | 1997-01-31 | 1997-01-31 | 力学センサ及びこれを用いた検出機構 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP01795597A JP3584136B2 (ja) | 1997-01-31 | 1997-01-31 | 力学センサ及びこれを用いた検出機構 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10213496A JPH10213496A (ja) | 1998-08-11 |
| JP3584136B2 true JP3584136B2 (ja) | 2004-11-04 |
Family
ID=11958187
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP01795597A Expired - Fee Related JP3584136B2 (ja) | 1997-01-31 | 1997-01-31 | 力学センサ及びこれを用いた検出機構 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3584136B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5265216B2 (ja) * | 2008-02-21 | 2013-08-14 | 日立建機株式会社 | ピン型ロードセル |
| JP6867997B2 (ja) * | 2015-07-17 | 2021-05-12 | デカ・プロダクツ・リミテッド・パートナーシップ | ロボット手術システム、方法、および装置 |
-
1997
- 1997-01-31 JP JP01795597A patent/JP3584136B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH10213496A (ja) | 1998-08-11 |
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