JP3725252B2 - 荷重センサ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、繊維機械等における高速度走行系の糸張力を測定する荷重センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の荷重センサは、特開平５−２０３５４９号公報に開示されたものが知られている。
【０００３】
以下に従来の荷重センサについて図面を参照しながら説明する。図１２は従来の荷重センサの断面図である。図１２において、荷重センサはリング磁石１を有し、該リング磁石１の一方の側には磁極円板２が、また前記リング磁石１の他方の側には磁極リング４が装着されている。前記磁極リング４の中央開口内には可動コイル５を配するための空隙を形成するようにコア３が配置されている。該可動コイル５内には前記磁極円板２側からコア３が侵入し、該コア３は前記磁極円板２の中央に固定されている。このコア３に対しても可動コイル５は空隙を形成している。また、前記可動コイル５は２つのダイアフラム７および８によって、軸方向運動しか行えないように保持されている。前記ダイヤフラム７は前記コア３に固定されたホルダー９に支持され、また前記ダイヤフラム８は前記磁極リング４に固定されたホルダー１０に支持されている。前記可動コイル５のヘッド端部には糸ガイド６が配置されており、この糸ガイド６を介して走行系１１の張力を検出する。ここで、糸の張力の測定においては、前記糸ガイド６と前記走行系１１によって形成される角度によって測定荷重が変動する。この変動量は測定誤差となることから前記糸ガイド６の移動量を小さくする必要がある。そのため、該制御器１４により、糸張力変動に起因した微小な位置変位も即座に零に補正制御される。つまり、前記可動コイル５の位置は位置センサ１２によって監視され制御器１４に伝送される。制御器１４はその出力部で電流Ｉの強さを変化させ、前記可動コイル５を一定の位置に固定するよう制御する。そして、前記糸ガイド６で前記走行系１１によって発生される軸方向力に対抗して作用する可動コイル５の軸方向反力は、前記可動コイル５に供給される電流Ｉと前記可動コイル５の周辺に形成された空隙における磁束密度に比例して変化する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来の構成においては、前記可動コイル５の周辺に形成される空隙が一定でないと磁束密度が変化する。そして、この磁束密度の変化により、前記可動コイル５に発生する軸方向の反力に差が生じるので前記可動コイル５が傾く。この可動コイル５の傾きにより前記コア３と前記可動コイル５とが接して摩擦力が発生するので、張力の測定が正確にできなくなってしまう。したがって前記可動コイル５と前記磁極リング４と前記磁極円板２との高精度の組立が必要であり、組立が困難であるといった課題を有していた。
【０００５】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、荷重検出部の移動量が少なくかつ、高精度で組立性の良い安価な荷重センサを提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の荷重センサは、検出部を有するスティックと、このスティックに与えられる外力をモーメントの力として作用させるように前記スティックを支持したセンサ基板を備えた構成としたものである。
【０００７】
この発明によれば、高精度の組立を必要とする可動コイル、磁極リング、磁極円板等の部品を使用することなく、組立性の良い安価な荷重センサを提供することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、外底面から下方に突出する筒状のガイド部を有するとともに内底面に固定部を有しかつ上面に開放部を設けたケースと、前記ケースのガイド部に挿入される柱部および当該柱部の先端に位置して上記ガイド部より突出した検出部とを有するスティックと、前記スティックの検出部を走行する糸の張力によりスティックの検出部に加わる横荷重により発生する曲げモーメントに応じて変形し、かつこの変形量に比例して抵抗値が変化する少なくとも一つの歪検出素子と回路パターンを設けたセンサ基板と、前記センサ基板の上方に設けられ、前記センサ基板に電気的に接続された回路基板と、前記ケースの開放部を覆うように設けた封止部材とを備えた荷重センサであり、この構成によれば、検出部を有するスティックと、スティックの検出部を走行する糸の張力によりスティックの検出部に加わる横荷重により発生する曲げモーメントに応じて変形し、かつこの変形量に比例して抵抗値が変化する少なくとも一つの歪検出素子と回路パターンを設けたセンサ基板を備えているため、センサ基板の上面に設けた歪検出素子の抵抗値がスティックに加えられた横荷重に応じて変化することになり、これにより、スティックに加わる横荷重を検出可能な荷重センサを提供することができるという効果を有する。
【０００９】
本発明の請求項２に記載の発明は、外底面から下方に突出する筒状のガイド部を有するとともに内底面にＵ字状の固定部を有しかつ上面に開放部を設けたケースと、前記ケースのガイド部に挿入される柱部および当該柱部の先端に位置して上記ガイド部より突出した検出部とを有するスティックと、前記スティックの検出部を走行する糸の張力によりスティックの検出部に加わる横荷重により発生する曲げモーメントに応じて変形し、かつこの変形量に比例して抵抗値が変化する少なくとも一つの歪検出素子と回路パターンを設けたセンサ基板と、前記センサ基板の上方に位置され、前記センサ基板との間にすきまを設けるとともに折曲片を有しかつ前記センサ基板の一端を前記ケースの固定部とで挟持する挟持板と、前記挟持板の上方に設けられるとともに端子部を有しかつ前記センサ基板と電気的に接続された電子回路を有する回路基板と、前記ケースの開放部を覆うように設けた封止部材とを備え、前記ケースに設けたＵ字状の固定部と前記挟持板に設けた折曲片とで囲まれた空間部の底に前記センサ基板のセンサ端子部を露出せしめるとともに、前記空間部の上面に前記回路基板の端子部を露出せしめ、前記空間部に設けた異方導電性のコネクタを前記センサ端子部と前記端子部とで挟持して電気的に接続した荷重センサであり、挟持板はケースの内部の空間をセンサ基板側と回路基板側とに分割するので、糸屑等の塵埃がガイド部からセンサの内部に侵入しても回路基板には到達しないとともに、異方導電性のコネクタにてセンサ基板と回路基板を接続するので、半田を使用せずに組立過程で容易に回路基板とセンサ基板とを接続できるという効果を有するとともに、異方導電性のコネクタにてセンサ基板と回路基板を接続するので、半田を使用せずに組立過程で容易に回路基板とセンサ基板とを接続できるという効果を有する。
【００１０】
本発明の請求項３に記載の発明は、外底面から下方に突出する筒状のガイド部を有するとともに内底面にＵ字状の固定部を有しかつ上面に開放部を設けたケースと、前記ケースのガイド部に挿入される柱部および当該柱部の先端にこの柱部の軸方向に垂直にガイド溝を設けた検出部とを有するスティックと、前記スティックの一端を垂直に支持するとともにそのスティックを中心として略対称に配置された２組の歪み検出素子とバイアス抵抗とからなるブリッジ回路を設けかつ前記ケースの固定部に固定されかつセンサ端子部を設けたセンサ基板と、前記センサ基板の上方に位置して、前記センサ基板との間にすきまを設けるとともに折曲片を有しかつ前記センサ基板の一端を前記ケースの固定部とで挟持する挟持板と、前記挟持板の上方に設けられるとともに端子部を有しかつ前記センサ基板と電気的に接続された電子回路を有する回路基板と、前記ケースの開放部を覆うように設けた封止部材とを備え、前記ケースに設けたＵ字状の固定部と前記挟持板に設けた折曲片とで囲まれた空間部の底に前記センサ基板のセンサ端子部を露出せしめるとともに、前記空間部の上面に前記回路基板の端子部を露出せしめ、前記空間部に設けた異方導電性のコネクタを前記センサ端子部と前記端子部とで挟持して電気的に接続した荷重センサであり、スティックの検出部にガイド溝を設けたので検出部を走行する糸が一定の箇所を通り、センサ基板に加わる曲げモーメントが一定し、正確な糸の張力を検出することができるとともに、異方導電性のコネクタにてセンサ基板と回路基板を接続するので、半田を使用せずに組立過程で容易に回路基板とセンサ基板とを接続できるという効果を有する。
【００１１】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１における荷重センサについて図面を参照しながら説明する。
【００１２】
図１は本発明の実施の形態１における荷重センサの組立斜視図である。
【００１３】
３１は上面に開放部を設けた樹脂あるいは金属材料より構成したケースである。このケース３１は外底面から下方に突出する筒状のガイド部３２を有するとともに、内底面に凹状の固定部３３を有する。３４は金属、樹脂、あるいはセラミック製のスティックである。このスティック３４は上記ケース３１のガイド部３２に挿入される柱部３５とその先端に設けた検出部３６より構成されており、上記柱部３５の他端に取付部３５ａを有している。３７は樹脂、セラミックあるいは金属材料よりなるセンサ基板であり、表面に少なくとも一つの歪検出素子としての歪抵抗３８が設けられると共に同歪検出素子を外部へ導出するための回路パターン３９が設けられている。このセンサ基板３７は片持ち梁となるように一端が上記ケース３１の固定部３３に図示していないネジにより固定され、そして上記スティック３４に与えられる外力がモーメントの力として作用するように上記スティック３４の取付部３５ａが支持される。具体的に上記スティック３４は上記センサ基板３７に対してかしめ止めにより支持される。一方、上記センサ基板３７は上記ケース３１の固定部３３への取着箇所３７ａからみて自由端側に歪検出素子３８が設けられ、かつ上記スティック３４への取着箇所３７ｂが設けられている。４０は上記センサ基板３７からの信号を処理する電子回路４１を有する回路基板であり、上記センサ基板３７の上方に位置するように上記ケース３１内に収容される。そして、上記回路基板４０はたとえばリード配線にて上記センサ基板３７に対して電気的に接続されている。４２は樹脂あるいは金属材料より構成した封止部材であり、上記ケース３１の開放部を覆うように上記ケース３１に取付けられる。したがって、高精度の組立が必要であるといったことがなく、組立性が容易で安価な荷重センサを提供できるといった効果を有する。また、本例の荷重センサは、強磁性材料からなる磁極円板２、コア３、磁極リング４およびホールセンサ１２等の高価な部品を使用していない。ゆえに安価な部品、センサ基板、スティック等で容易に組立が可能であり、荷重センサが高価になってしまうといったことはないという効果を有する。
【００１４】
以上のように構成された本発明の実施の形態１における荷重センサについて以下にその組立方法を説明する。
【００１５】
あらかじめ歪検出素子３８を上面に印刷されたセンサ基板３７の一端にスティック３４を垂直に固定する。次にスティック３４の検出部３６がケース３１のガイド部３２から下方に突出するように、スティック３４をケース３１のガイド部３２に挿入する。次に、センサ基板３７の他端をケース３１の固定部３３に固定する。次に、回路基板４０をセンサ基板３７の上方に配置し、センサ基板３７と回路基板４０とを半田づけあるいはリード線等を使用して電気的に接続する。最後にケース３１の上面に設けた開放部を封止部材４２で覆う。
【００１６】
以上のように組立られた荷重センサについて以下にその動作を説明する。
【００１７】
スティック３４の検出部３６を走行する糸の張力により、スティック３４の検出部３６に横荷重が加わる。そして、センサ基板３７にはスティック３４に加えられた横荷重により、曲げモーメントが発生する。センサ基板３７の上面には歪検出素子３８が設けられているので、曲げモーメントに応じて変形するセンサ基板３７の変形量に比例して歪検出素子３８の抵抗値が変化する。この抵抗値の変化を回路基板４０の上面に設けた電子回路４１で繊維機械等の外部装置（図示せず）への出力信号に変換する。
【００１８】
（実施の形態２）
図２は本発明の実施の形態２における荷重センサの組立斜視図である。
【００１９】
なお、図２に示す本実施の形態２における荷重センサは、基本的に実施の形態１に示した荷重センサと同じ構成であるので、同一構成部分には同一番号を付して詳細な説明を省略する。
【００２０】
図２において、５１は金属材料よりなる挟持板であり、上記センサ基板３７の上方に位置するように上記ケース３１内に収容されてネジ５１ａにて固定される。よって上記センサ基板３７との間にすきまを設けるとともに上記センサ基板３７の一端をケース３１の固定部３３とで挟持する。上記挟持板５１は上記ケース３１の内部の空間をセンサ基板３７側と回路基板４０側とに分割するので、糸屑等の塵埃がガイド部３２からケース内部のセンサ基板側に侵入しても回路基板４０には到達しないという効果を有する。上記センサ基板３７の上面に設けた電子回路４１は、一般に塵埃や水気により特性が変動したりする。したがって本例の荷重センサにおいては塵埃が回路基板４０には到達しないので、塵埃や水気が浸入することにより、荷重センサの特性が変化するといったことは防止できるという効果を有する。
【００２１】
また、上記センサ基板３７は挟持板５１でケース３１の固定部３３に挟みこまれているので、センサ基板３７は上下を平面で固定されている。したがって、糸の張力により、センサ基板３７が均一変形するので、荷重センサの出力の精度が向上するといった効果を有する。
【００２２】
さらに、上記センサ基板３７の上方に挟持板５１を一定のクリアランスを設けて配置しているので、上記センサ基板３７が例えば糸の過大な張力により上方向に変形しようとしても上記センサ基板３７が上記挟持板５１に当接することにより、それ以上変形できない。したがって上記センサ基板３７に過大な曲げ応力が加わり、歪検出素子３８の特性が劣化するといったことはないという効果を有する。
【００２３】
（実施の形態３）
図３は本発明の実施の形態３における荷重センサの組立斜視図である。
【００２４】
なお、図３に示す本実施の形態３における荷重センサは、基本的に実施の形態２に示した荷重センサと同じ構成であるので、同一構成部分には同一番号を付して詳細な説明を省略する。
【００２５】
図３において、６０は上記スティック３４の先端に設けた検出部としての糸ガイドであり、この糸ガイド６０にはスティック３４の柱部３５の軸方向に垂直に設けたガイド溝６１を有する。３７はセンサ基板であり、スティック３４の一端を垂直に支持するとともにそのスティック３４を中心として略対称に配置された２組の歪検出素子３８とバイアス抵抗６２とを有するブリッジ回路を有する。このセンサ基板３７は片持ち梁となるように他端をケース３１の固定部３３にネジ５１ａにより固定される。この時、上記センサ基板３７は挟持板５１によりケース３１に対して挟み込まれる。そして、上記スティック３４の検出部３６としての糸ガイド６０にガイド溝６１を設けたので、検出部３６を走行する糸が一定の箇所を通り、センサ基板３７に加わる曲げモーメントが変動しないので、正確な糸の張力を検出することができるといった効果を有する。
【００２６】
（実施の形態４）
図４は本発明の実施の形態４における荷重センサの要部断面図、図５は同センサの要部の分解斜視図、図６は同センサの要部の電気的な接続の状態を示す図である。
【００２７】
なお、図４〜６に示す本実施の形態４における荷重センサは、基本的に実施の形態２に示した荷重センサと同じ構成であるので、同一構成部分には同一番号を付して詳細な説明を省略する。
【００２８】
図４〜図６において、７５は異方導電性のコネクタであり、上記ケース３１の内底面に設けたＵ字状の突堤７６と挟持板５１に設けた折曲片７１とで囲まれた空間部７２に配置される。上記空間部７２の底にセンサ基板３７のセンサ端子部７３が露出するとともに、上記空間部７２の上面に回路基板４０の端子部７４が露出し、空間部７２に設けた異方導電性のコネクタ７５はセンサ基板３７のセンサ端子部７３と回路基板４０の端子部７４とで挟持されて電気的に接続されている。つまり、コネクタ７５は、四方を壁で支えられているので、組立過程においてもコネクタ７５が倒れないといった効果を有する。
【００２９】
（実施の形態５）
図７は本発明の実施の形態５における荷重センサの要部断面図、図８は同センサに使用するセンサ基板の平面図、図９は同センサの要部の断面図である。図７〜図９に示す本実施の形態５における荷重センサは、基本的には実施の形態３に示した荷重センサと同じ構成であるので、同一構成部分には同一番号を付し詳細な説明を省略する。
【００３０】
図７〜図９において、スティック３４は導電材料からなる柱部３５の先端に検出部としての合成樹脂製の糸ガイド６０を有し、この糸ガイド６０に柱部の軸方向に垂直なガイド溝６１を設けている。このスティック３４は上記ケース３１のガイド部３２に挿入され、先端の糸ガイド６０が上記ガイド部３２の下方に突出している。一方、上記スティック３４の他端には取付部３５ａが突設されており、その取付部３５ａがセンサ基板３７の取着箇所である透孔３７ｂに挿入され、かしめ止めにより支持されている。上記センサ基板３７は図８に示すようにケース３１の固定部３３への取着箇所である透孔３７ａより自由端側に透孔３７ｂを有し、かつこの透孔３７ｂを中心とする軸対称位置に歪検出素子３８ａ，３８ｂおよび抵抗６２ａ，６２ｂよりなるブリッジ回路を設けている。
【００３１】
上記歪検出素子３８ａの一端は抵抗６２ｂの一端に配線パターン３９ａにより電気的に接続されて、信号出力端子８１ａに接続され、他端はグランドパターン８２ａにより抵抗６２ａの一端に電気的に接続されて信号グランド端子８１ｂに接続されている。ここで、上記グランドパターン８２ａは上記透孔３７ｂの周辺にも設けられており、上記スティック３４の取付時に当スティック３４に電気的に接続されている。上記歪検出素子３８ｂの一端は抵抗６２ｂの他端に配線パターン３９ｂにより電気的に接続されて圧電端子８１ｃに接続され、他端は配線パターン３９ｃにより抵抗６２ａの他端に電気的に接続されている。
【００３２】
本実施の形態においては、上記スティック３４の柱部３５が導電材料からなり、センサ基板３７のグランドパターンを介して回路基板４０のシグナルグランド（図示せず）と電気的に接続されている。したがって、糸がスティック３４の検出部としての糸ガイド６０を走行すると静電気が発生するが、ここで、歪検出素子３８のインピーダンスは回路基板４０のシグナルグランドへ通じる配線パターンのインピーダンスより高いので、静電気はグランドパターン８２ａを通過する。そして、荷重センサのグランド線（図示せず）から繊維機械（図示せず）を通ってグランドへ到達する。
【００３３】
したがってセンサ基板３７の歪検出素子３８の性能が静電気により劣化するといったことがないという効果を有する。
【００３４】
（実施の形態６）
図１０は本発明の実施の形態６における荷重センサの組立斜視図である。
【００３５】
なお、図１０に示す本実施の形態６における荷重センサは、基本的に実施の形態３に示した荷重センサと同じ構成であるので、同一構成部分には同一番号を付して詳細な説明を省略する。
【００３６】
図１０において、４２は封止部材であり、回路基板４０の上面を密封する。この封止部材には貫通孔９１が設けられており、回路基板４０の上面に設けた例えばボリューム等の調整用の電子部品９２を封止部材４２の貫通孔９１にドライバー等（図示せず）を挿入して調整することにより、荷重センサの感度を調整することができるといった効果を有する。
【００３７】
（実施の形態７）
図１１は本発明の実施の形態７における荷重センサの要部の断面図であり、スティックに保護キャップをかぶせた状態を示す。
【００３８】
なお、図１１に示す本実施の形態７における荷重センサは、基本的に実施の形態１に示した荷重センサと同じ構成であるので、同一構成部分には同一番号を付して詳細な説明を省略する。
【００３９】
図１１において、スティック３４の柱部３５と検出部３６との間に保護キャップ１０１を設ける構成としたので、糸屑等の塵埃がケース３１のガイド部３２から侵入するのを低減できるといった効果を有する。
【００４０】
【発明の効果】
以上のように本発明の荷重センサは、検出部を有するスティックと、スティックの検出部を走行する糸の張力によりスティックの検出部に加わる横荷重により発生する曲げモーメントに応じて変形し、かつこの変形量に比例して抵抗値が変化する少なくとも一つの歪検出素子と回路パターンを設けたセンサ基板を備えたもので、この構成によれば、センサ基板の上面に設けた歪検出素子の抵抗値がスティックに加えられた横荷重に応じて変化することになり、これにより、スティックに加わる横荷重を検出可能な荷重センサを提供することが出来るという効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態１における荷重センサの組立斜視図
【図２】 本発明の実施の形態２における荷重センサの組立斜視図
【図３】 本発明の実施の形態３における荷重センサの組立斜視図
【図４】 本発明の実施の形態４における荷重センサの要部断面図
【図５】 同センサの要部の分解斜視図
【図６】 同センサの要部の組立斜視図
【図７】 本発明の実施の形態５における荷重センサの要部の断面図
【図８】 同センサに使用されるセンサ基板の平面図
【図９】 同センサの要部の断面図
【図１０】 本発明の実施の形態６における荷重センサの組立斜視図
【図１１】 本発明の実施の形態７における荷重センサの要部の断面図
【図１２】 従来の荷重センサの断面図
【符号の説明】
３１ ケース
３２ ガイド部
３３ 固定部
３４ スティック
３５ 柱部
３６ 検出部
３７ センサ基板
３８ 歪検出素子
３９ 回路パターン
４０ 回路基板
４１ 電子回路
４２ 封止部材
５１ 挟持板
６１ ガイド溝
６２ バイアス抵抗
７１ 折曲片
７２ 空間部
７３ センサ端子部
７４ 端子部
７５ コネクタ
８１ シグナルグランド
９１ 貫通孔
１０１ 保護キャップ
【発明の属する技術分野】
本発明は、繊維機械等における高速度走行系の糸張力を測定する荷重センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の荷重センサは、特開平５−２０３５４９号公報に開示されたものが知られている。
【０００３】
以下に従来の荷重センサについて図面を参照しながら説明する。図１２は従来の荷重センサの断面図である。図１２において、荷重センサはリング磁石１を有し、該リング磁石１の一方の側には磁極円板２が、また前記リング磁石１の他方の側には磁極リング４が装着されている。前記磁極リング４の中央開口内には可動コイル５を配するための空隙を形成するようにコア３が配置されている。該可動コイル５内には前記磁極円板２側からコア３が侵入し、該コア３は前記磁極円板２の中央に固定されている。このコア３に対しても可動コイル５は空隙を形成している。また、前記可動コイル５は２つのダイアフラム７および８によって、軸方向運動しか行えないように保持されている。前記ダイヤフラム７は前記コア３に固定されたホルダー９に支持され、また前記ダイヤフラム８は前記磁極リング４に固定されたホルダー１０に支持されている。前記可動コイル５のヘッド端部には糸ガイド６が配置されており、この糸ガイド６を介して走行系１１の張力を検出する。ここで、糸の張力の測定においては、前記糸ガイド６と前記走行系１１によって形成される角度によって測定荷重が変動する。この変動量は測定誤差となることから前記糸ガイド６の移動量を小さくする必要がある。そのため、該制御器１４により、糸張力変動に起因した微小な位置変位も即座に零に補正制御される。つまり、前記可動コイル５の位置は位置センサ１２によって監視され制御器１４に伝送される。制御器１４はその出力部で電流Ｉの強さを変化させ、前記可動コイル５を一定の位置に固定するよう制御する。そして、前記糸ガイド６で前記走行系１１によって発生される軸方向力に対抗して作用する可動コイル５の軸方向反力は、前記可動コイル５に供給される電流Ｉと前記可動コイル５の周辺に形成された空隙における磁束密度に比例して変化する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来の構成においては、前記可動コイル５の周辺に形成される空隙が一定でないと磁束密度が変化する。そして、この磁束密度の変化により、前記可動コイル５に発生する軸方向の反力に差が生じるので前記可動コイル５が傾く。この可動コイル５の傾きにより前記コア３と前記可動コイル５とが接して摩擦力が発生するので、張力の測定が正確にできなくなってしまう。したがって前記可動コイル５と前記磁極リング４と前記磁極円板２との高精度の組立が必要であり、組立が困難であるといった課題を有していた。
【０００５】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、荷重検出部の移動量が少なくかつ、高精度で組立性の良い安価な荷重センサを提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の荷重センサは、検出部を有するスティックと、このスティックに与えられる外力をモーメントの力として作用させるように前記スティックを支持したセンサ基板を備えた構成としたものである。
【０００７】
この発明によれば、高精度の組立を必要とする可動コイル、磁極リング、磁極円板等の部品を使用することなく、組立性の良い安価な荷重センサを提供することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、外底面から下方に突出する筒状のガイド部を有するとともに内底面に固定部を有しかつ上面に開放部を設けたケースと、前記ケースのガイド部に挿入される柱部および当該柱部の先端に位置して上記ガイド部より突出した検出部とを有するスティックと、前記スティックの検出部を走行する糸の張力によりスティックの検出部に加わる横荷重により発生する曲げモーメントに応じて変形し、かつこの変形量に比例して抵抗値が変化する少なくとも一つの歪検出素子と回路パターンを設けたセンサ基板と、前記センサ基板の上方に設けられ、前記センサ基板に電気的に接続された回路基板と、前記ケースの開放部を覆うように設けた封止部材とを備えた荷重センサであり、この構成によれば、検出部を有するスティックと、スティックの検出部を走行する糸の張力によりスティックの検出部に加わる横荷重により発生する曲げモーメントに応じて変形し、かつこの変形量に比例して抵抗値が変化する少なくとも一つの歪検出素子と回路パターンを設けたセンサ基板を備えているため、センサ基板の上面に設けた歪検出素子の抵抗値がスティックに加えられた横荷重に応じて変化することになり、これにより、スティックに加わる横荷重を検出可能な荷重センサを提供することができるという効果を有する。
【０００９】
本発明の請求項２に記載の発明は、外底面から下方に突出する筒状のガイド部を有するとともに内底面にＵ字状の固定部を有しかつ上面に開放部を設けたケースと、前記ケースのガイド部に挿入される柱部および当該柱部の先端に位置して上記ガイド部より突出した検出部とを有するスティックと、前記スティックの検出部を走行する糸の張力によりスティックの検出部に加わる横荷重により発生する曲げモーメントに応じて変形し、かつこの変形量に比例して抵抗値が変化する少なくとも一つの歪検出素子と回路パターンを設けたセンサ基板と、前記センサ基板の上方に位置され、前記センサ基板との間にすきまを設けるとともに折曲片を有しかつ前記センサ基板の一端を前記ケースの固定部とで挟持する挟持板と、前記挟持板の上方に設けられるとともに端子部を有しかつ前記センサ基板と電気的に接続された電子回路を有する回路基板と、前記ケースの開放部を覆うように設けた封止部材とを備え、前記ケースに設けたＵ字状の固定部と前記挟持板に設けた折曲片とで囲まれた空間部の底に前記センサ基板のセンサ端子部を露出せしめるとともに、前記空間部の上面に前記回路基板の端子部を露出せしめ、前記空間部に設けた異方導電性のコネクタを前記センサ端子部と前記端子部とで挟持して電気的に接続した荷重センサであり、挟持板はケースの内部の空間をセンサ基板側と回路基板側とに分割するので、糸屑等の塵埃がガイド部からセンサの内部に侵入しても回路基板には到達しないとともに、異方導電性のコネクタにてセンサ基板と回路基板を接続するので、半田を使用せずに組立過程で容易に回路基板とセンサ基板とを接続できるという効果を有するとともに、異方導電性のコネクタにてセンサ基板と回路基板を接続するので、半田を使用せずに組立過程で容易に回路基板とセンサ基板とを接続できるという効果を有する。
【００１０】
本発明の請求項３に記載の発明は、外底面から下方に突出する筒状のガイド部を有するとともに内底面にＵ字状の固定部を有しかつ上面に開放部を設けたケースと、前記ケースのガイド部に挿入される柱部および当該柱部の先端にこの柱部の軸方向に垂直にガイド溝を設けた検出部とを有するスティックと、前記スティックの一端を垂直に支持するとともにそのスティックを中心として略対称に配置された２組の歪み検出素子とバイアス抵抗とからなるブリッジ回路を設けかつ前記ケースの固定部に固定されかつセンサ端子部を設けたセンサ基板と、前記センサ基板の上方に位置して、前記センサ基板との間にすきまを設けるとともに折曲片を有しかつ前記センサ基板の一端を前記ケースの固定部とで挟持する挟持板と、前記挟持板の上方に設けられるとともに端子部を有しかつ前記センサ基板と電気的に接続された電子回路を有する回路基板と、前記ケースの開放部を覆うように設けた封止部材とを備え、前記ケースに設けたＵ字状の固定部と前記挟持板に設けた折曲片とで囲まれた空間部の底に前記センサ基板のセンサ端子部を露出せしめるとともに、前記空間部の上面に前記回路基板の端子部を露出せしめ、前記空間部に設けた異方導電性のコネクタを前記センサ端子部と前記端子部とで挟持して電気的に接続した荷重センサであり、スティックの検出部にガイド溝を設けたので検出部を走行する糸が一定の箇所を通り、センサ基板に加わる曲げモーメントが一定し、正確な糸の張力を検出することができるとともに、異方導電性のコネクタにてセンサ基板と回路基板を接続するので、半田を使用せずに組立過程で容易に回路基板とセンサ基板とを接続できるという効果を有する。
【００１１】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１における荷重センサについて図面を参照しながら説明する。
【００１２】
図１は本発明の実施の形態１における荷重センサの組立斜視図である。
【００１３】
３１は上面に開放部を設けた樹脂あるいは金属材料より構成したケースである。このケース３１は外底面から下方に突出する筒状のガイド部３２を有するとともに、内底面に凹状の固定部３３を有する。３４は金属、樹脂、あるいはセラミック製のスティックである。このスティック３４は上記ケース３１のガイド部３２に挿入される柱部３５とその先端に設けた検出部３６より構成されており、上記柱部３５の他端に取付部３５ａを有している。３７は樹脂、セラミックあるいは金属材料よりなるセンサ基板であり、表面に少なくとも一つの歪検出素子としての歪抵抗３８が設けられると共に同歪検出素子を外部へ導出するための回路パターン３９が設けられている。このセンサ基板３７は片持ち梁となるように一端が上記ケース３１の固定部３３に図示していないネジにより固定され、そして上記スティック３４に与えられる外力がモーメントの力として作用するように上記スティック３４の取付部３５ａが支持される。具体的に上記スティック３４は上記センサ基板３７に対してかしめ止めにより支持される。一方、上記センサ基板３７は上記ケース３１の固定部３３への取着箇所３７ａからみて自由端側に歪検出素子３８が設けられ、かつ上記スティック３４への取着箇所３７ｂが設けられている。４０は上記センサ基板３７からの信号を処理する電子回路４１を有する回路基板であり、上記センサ基板３７の上方に位置するように上記ケース３１内に収容される。そして、上記回路基板４０はたとえばリード配線にて上記センサ基板３７に対して電気的に接続されている。４２は樹脂あるいは金属材料より構成した封止部材であり、上記ケース３１の開放部を覆うように上記ケース３１に取付けられる。したがって、高精度の組立が必要であるといったことがなく、組立性が容易で安価な荷重センサを提供できるといった効果を有する。また、本例の荷重センサは、強磁性材料からなる磁極円板２、コア３、磁極リング４およびホールセンサ１２等の高価な部品を使用していない。ゆえに安価な部品、センサ基板、スティック等で容易に組立が可能であり、荷重センサが高価になってしまうといったことはないという効果を有する。
【００１４】
以上のように構成された本発明の実施の形態１における荷重センサについて以下にその組立方法を説明する。
【００１５】
あらかじめ歪検出素子３８を上面に印刷されたセンサ基板３７の一端にスティック３４を垂直に固定する。次にスティック３４の検出部３６がケース３１のガイド部３２から下方に突出するように、スティック３４をケース３１のガイド部３２に挿入する。次に、センサ基板３７の他端をケース３１の固定部３３に固定する。次に、回路基板４０をセンサ基板３７の上方に配置し、センサ基板３７と回路基板４０とを半田づけあるいはリード線等を使用して電気的に接続する。最後にケース３１の上面に設けた開放部を封止部材４２で覆う。
【００１６】
以上のように組立られた荷重センサについて以下にその動作を説明する。
【００１７】
スティック３４の検出部３６を走行する糸の張力により、スティック３４の検出部３６に横荷重が加わる。そして、センサ基板３７にはスティック３４に加えられた横荷重により、曲げモーメントが発生する。センサ基板３７の上面には歪検出素子３８が設けられているので、曲げモーメントに応じて変形するセンサ基板３７の変形量に比例して歪検出素子３８の抵抗値が変化する。この抵抗値の変化を回路基板４０の上面に設けた電子回路４１で繊維機械等の外部装置（図示せず）への出力信号に変換する。
【００１８】
（実施の形態２）
図２は本発明の実施の形態２における荷重センサの組立斜視図である。
【００１９】
なお、図２に示す本実施の形態２における荷重センサは、基本的に実施の形態１に示した荷重センサと同じ構成であるので、同一構成部分には同一番号を付して詳細な説明を省略する。
【００２０】
図２において、５１は金属材料よりなる挟持板であり、上記センサ基板３７の上方に位置するように上記ケース３１内に収容されてネジ５１ａにて固定される。よって上記センサ基板３７との間にすきまを設けるとともに上記センサ基板３７の一端をケース３１の固定部３３とで挟持する。上記挟持板５１は上記ケース３１の内部の空間をセンサ基板３７側と回路基板４０側とに分割するので、糸屑等の塵埃がガイド部３２からケース内部のセンサ基板側に侵入しても回路基板４０には到達しないという効果を有する。上記センサ基板３７の上面に設けた電子回路４１は、一般に塵埃や水気により特性が変動したりする。したがって本例の荷重センサにおいては塵埃が回路基板４０には到達しないので、塵埃や水気が浸入することにより、荷重センサの特性が変化するといったことは防止できるという効果を有する。
【００２１】
また、上記センサ基板３７は挟持板５１でケース３１の固定部３３に挟みこまれているので、センサ基板３７は上下を平面で固定されている。したがって、糸の張力により、センサ基板３７が均一変形するので、荷重センサの出力の精度が向上するといった効果を有する。
【００２２】
さらに、上記センサ基板３７の上方に挟持板５１を一定のクリアランスを設けて配置しているので、上記センサ基板３７が例えば糸の過大な張力により上方向に変形しようとしても上記センサ基板３７が上記挟持板５１に当接することにより、それ以上変形できない。したがって上記センサ基板３７に過大な曲げ応力が加わり、歪検出素子３８の特性が劣化するといったことはないという効果を有する。
【００２３】
（実施の形態３）
図３は本発明の実施の形態３における荷重センサの組立斜視図である。
【００２４】
なお、図３に示す本実施の形態３における荷重センサは、基本的に実施の形態２に示した荷重センサと同じ構成であるので、同一構成部分には同一番号を付して詳細な説明を省略する。
【００２５】
図３において、６０は上記スティック３４の先端に設けた検出部としての糸ガイドであり、この糸ガイド６０にはスティック３４の柱部３５の軸方向に垂直に設けたガイド溝６１を有する。３７はセンサ基板であり、スティック３４の一端を垂直に支持するとともにそのスティック３４を中心として略対称に配置された２組の歪検出素子３８とバイアス抵抗６２とを有するブリッジ回路を有する。このセンサ基板３７は片持ち梁となるように他端をケース３１の固定部３３にネジ５１ａにより固定される。この時、上記センサ基板３７は挟持板５１によりケース３１に対して挟み込まれる。そして、上記スティック３４の検出部３６としての糸ガイド６０にガイド溝６１を設けたので、検出部３６を走行する糸が一定の箇所を通り、センサ基板３７に加わる曲げモーメントが変動しないので、正確な糸の張力を検出することができるといった効果を有する。
【００２６】
（実施の形態４）
図４は本発明の実施の形態４における荷重センサの要部断面図、図５は同センサの要部の分解斜視図、図６は同センサの要部の電気的な接続の状態を示す図である。
【００２７】
なお、図４〜６に示す本実施の形態４における荷重センサは、基本的に実施の形態２に示した荷重センサと同じ構成であるので、同一構成部分には同一番号を付して詳細な説明を省略する。
【００２８】
図４〜図６において、７５は異方導電性のコネクタであり、上記ケース３１の内底面に設けたＵ字状の突堤７６と挟持板５１に設けた折曲片７１とで囲まれた空間部７２に配置される。上記空間部７２の底にセンサ基板３７のセンサ端子部７３が露出するとともに、上記空間部７２の上面に回路基板４０の端子部７４が露出し、空間部７２に設けた異方導電性のコネクタ７５はセンサ基板３７のセンサ端子部７３と回路基板４０の端子部７４とで挟持されて電気的に接続されている。つまり、コネクタ７５は、四方を壁で支えられているので、組立過程においてもコネクタ７５が倒れないといった効果を有する。
【００２９】
（実施の形態５）
図７は本発明の実施の形態５における荷重センサの要部断面図、図８は同センサに使用するセンサ基板の平面図、図９は同センサの要部の断面図である。図７〜図９に示す本実施の形態５における荷重センサは、基本的には実施の形態３に示した荷重センサと同じ構成であるので、同一構成部分には同一番号を付し詳細な説明を省略する。
【００３０】
図７〜図９において、スティック３４は導電材料からなる柱部３５の先端に検出部としての合成樹脂製の糸ガイド６０を有し、この糸ガイド６０に柱部の軸方向に垂直なガイド溝６１を設けている。このスティック３４は上記ケース３１のガイド部３２に挿入され、先端の糸ガイド６０が上記ガイド部３２の下方に突出している。一方、上記スティック３４の他端には取付部３５ａが突設されており、その取付部３５ａがセンサ基板３７の取着箇所である透孔３７ｂに挿入され、かしめ止めにより支持されている。上記センサ基板３７は図８に示すようにケース３１の固定部３３への取着箇所である透孔３７ａより自由端側に透孔３７ｂを有し、かつこの透孔３７ｂを中心とする軸対称位置に歪検出素子３８ａ，３８ｂおよび抵抗６２ａ，６２ｂよりなるブリッジ回路を設けている。
【００３１】
上記歪検出素子３８ａの一端は抵抗６２ｂの一端に配線パターン３９ａにより電気的に接続されて、信号出力端子８１ａに接続され、他端はグランドパターン８２ａにより抵抗６２ａの一端に電気的に接続されて信号グランド端子８１ｂに接続されている。ここで、上記グランドパターン８２ａは上記透孔３７ｂの周辺にも設けられており、上記スティック３４の取付時に当スティック３４に電気的に接続されている。上記歪検出素子３８ｂの一端は抵抗６２ｂの他端に配線パターン３９ｂにより電気的に接続されて圧電端子８１ｃに接続され、他端は配線パターン３９ｃにより抵抗６２ａの他端に電気的に接続されている。
【００３２】
本実施の形態においては、上記スティック３４の柱部３５が導電材料からなり、センサ基板３７のグランドパターンを介して回路基板４０のシグナルグランド（図示せず）と電気的に接続されている。したがって、糸がスティック３４の検出部としての糸ガイド６０を走行すると静電気が発生するが、ここで、歪検出素子３８のインピーダンスは回路基板４０のシグナルグランドへ通じる配線パターンのインピーダンスより高いので、静電気はグランドパターン８２ａを通過する。そして、荷重センサのグランド線（図示せず）から繊維機械（図示せず）を通ってグランドへ到達する。
【００３３】
したがってセンサ基板３７の歪検出素子３８の性能が静電気により劣化するといったことがないという効果を有する。
【００３４】
（実施の形態６）
図１０は本発明の実施の形態６における荷重センサの組立斜視図である。
【００３５】
なお、図１０に示す本実施の形態６における荷重センサは、基本的に実施の形態３に示した荷重センサと同じ構成であるので、同一構成部分には同一番号を付して詳細な説明を省略する。
【００３６】
図１０において、４２は封止部材であり、回路基板４０の上面を密封する。この封止部材には貫通孔９１が設けられており、回路基板４０の上面に設けた例えばボリューム等の調整用の電子部品９２を封止部材４２の貫通孔９１にドライバー等（図示せず）を挿入して調整することにより、荷重センサの感度を調整することができるといった効果を有する。
【００３７】
（実施の形態７）
図１１は本発明の実施の形態７における荷重センサの要部の断面図であり、スティックに保護キャップをかぶせた状態を示す。
【００３８】
なお、図１１に示す本実施の形態７における荷重センサは、基本的に実施の形態１に示した荷重センサと同じ構成であるので、同一構成部分には同一番号を付して詳細な説明を省略する。
【００３９】
図１１において、スティック３４の柱部３５と検出部３６との間に保護キャップ１０１を設ける構成としたので、糸屑等の塵埃がケース３１のガイド部３２から侵入するのを低減できるといった効果を有する。
【００４０】
【発明の効果】
以上のように本発明の荷重センサは、検出部を有するスティックと、スティックの検出部を走行する糸の張力によりスティックの検出部に加わる横荷重により発生する曲げモーメントに応じて変形し、かつこの変形量に比例して抵抗値が変化する少なくとも一つの歪検出素子と回路パターンを設けたセンサ基板を備えたもので、この構成によれば、センサ基板の上面に設けた歪検出素子の抵抗値がスティックに加えられた横荷重に応じて変化することになり、これにより、スティックに加わる横荷重を検出可能な荷重センサを提供することが出来るという効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態１における荷重センサの組立斜視図
【図２】 本発明の実施の形態２における荷重センサの組立斜視図
【図３】 本発明の実施の形態３における荷重センサの組立斜視図
【図４】 本発明の実施の形態４における荷重センサの要部断面図
【図５】 同センサの要部の分解斜視図
【図６】 同センサの要部の組立斜視図
【図７】 本発明の実施の形態５における荷重センサの要部の断面図
【図８】 同センサに使用されるセンサ基板の平面図
【図９】 同センサの要部の断面図
【図１０】 本発明の実施の形態６における荷重センサの組立斜視図
【図１１】 本発明の実施の形態７における荷重センサの要部の断面図
【図１２】 従来の荷重センサの断面図
【符号の説明】
３１ ケース
３２ ガイド部
３３ 固定部
３４ スティック
３５ 柱部
３６ 検出部
３７ センサ基板
３８ 歪検出素子
３９ 回路パターン
４０ 回路基板
４１ 電子回路
４２ 封止部材
５１ 挟持板
６１ ガイド溝
６２ バイアス抵抗
７１ 折曲片
７２ 空間部
７３ センサ端子部
７４ 端子部
７５ コネクタ
８１ シグナルグランド
９１ 貫通孔
１０１ 保護キャップ
Claims (3)
- 外底面から下方に突出する筒状のガイド部を有するとともに内底面に固定部を有しかつ上面に開放部を設けたケースと、前記ケースのガイド部に挿入される柱部および当該柱部の先端に位置して上記ガイド部より突出した検出部とを有するスティックと、前記ケースの固定部に固定され、前記スティックの検出部を走行する糸の張力によりスティックの検出部に加わる横荷重により発生する曲げモーメントに応じて変形し、かつこの変形量に比例して抵抗値が変化する少なくとも一つの歪検出素子と回路パターンを設けたセンサ基板と、前記センサ基板の上方に設けられ、前記センサ基板に電気的に接続された回路基板と、前記ケースの開放部を覆うように設けた封止部材とを備えた荷重センサ。
- 外底面から下方に突出する筒状のガイド部を有するとともに内底面にＵ字状の固定部を有しかつ上面に開放部を設けたケースと、前記ケースのガイド部に挿入される柱部および当該柱部の先端に位置して上記ガイド部より突出した検出部とを有するスティックと、前記ケースの固定部に固定され、前記スティックの検出部を走行する糸の張力によりスティックの検出部に加わる横荷重により発生する曲げモーメントに応じて変形し、かつこの変形量に比例して抵抗値が変化する少なくとも一つの歪検出素子と回路パターンおよびセンサ端子部を設けたセンサ基板と、前記センサ基板の上方に位置され、前記センサ基板との間にすきまを設けるとともに折曲片を有しかつ前記センサ基板の一端を前記ケースの固定部とで挟持する挟持板と、前記挟持板の上方に設けられるとともに端子部を有しかつ前記センサ基板と電気的に接続された電子回路を有する回路基板と、前記ケースの開放部を覆うように設けた封止部材とを備え、前記ケースに設けたＵ字状の固定部と前記挟持板に設けた折曲片とで囲まれた空間部の底に前記センサ基板のセンサ端子部を露出せしめるとともに、前記空間部の上面に前記回路基板の端子部を露出せしめ、前記空間部に設けた異方導電性のコネクタを前記センサ端子部と前記端子部とで挟持して電気的に接続した荷重センサ。
- 外底面から下方に突出する筒状のガイド部を有するとともに内底面にＵ字状の固定部を有しかつ上面に開放部を設けたケースと、前記ケースのガイド部に挿入される柱部および当該柱部の先端にこの柱部の軸方向に垂直にガイド溝を設けた検出部とを有するスティックと、前記スティックの一端を垂直に支持するとともにそのスティックを中心として略対称に配置された２組の歪み検出素子とバイアス抵抗とからなるブリッジ回路を設けかつ前記ケースの固定部に固定されかつセンサ端子部を設けたセンサ基板と、前記センサ基板の上方に位置して、前記センサ基板との間にすきまを設けるとともに折曲片を有しかつ前記センサ基板の一端を前記ケースの固定部とで挟持する挟持板と、前記挟持板の上方に設けられるとともに端子部を有しかつ前記センサ基板と電気的に接続された電子回路を有する回路基板と、前記ケースの開放部を覆うように設けた封止部材とを備え、前記ケースに設けたＵ字状の固定部と前記挟持板に設けた折曲片とで囲まれた空間部の底に前記センサ基板のセンサ端子部を露出せしめるとともに、前記空間部の上面に前記回路基板の端子部を露出せしめ、前記空間部に設けた異方導電性のコネクタを前記センサ端子部と前記端子部とで挟持して電気的に接続した荷重センサ。
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