JP4577585B2

JP4577585B2 - 荷重センサの製造方法

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Publication number: JP4577585B2
Application number: JP2008074765A
Authority: JP
Inventors: 早川　　秀幸; 森川　　賢二
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2008-03-22
Filing date: 2008-03-22
Publication date: 2010-11-10
Anticipated expiration: 2028-03-22
Also published as: US20090235760A1; DE102009013075B4; US7870796B2; JP2009229242A; DE102009013075A1

Description

本発明は、荷重を精度良く測定できる荷重センサに関する。

従来の荷重検出素子としては応力の印加によって電気的特性が変化する特性を有する感圧体と、その感圧体の対向する２つの表面に、それぞれ一体的に形成された電気的絶縁体とを有してなる圧縮型の荷重検出素子が開示されている（特許文献１）。

この荷重検出素子における感圧体は、ガラスよりなるマトリックスに導電性を有する導電性粒子を分散してなる。導電性粒子としてはＲｕＯ_２よりなることがよく、感圧体の厚みは１μｍ〜２００μｍであることがよい。また感圧体には一対の電極が配設されていることがよいことが開示されている。

この荷重検出素子は予め荷重を印加すること（予荷重を印加）により押圧方向のみならず引っ張り方向についての荷重も測定することが可能になる（特許文献２、３など）。
特開２００５−１７２７９３号公報特開２００５−２４９５９８号公報（００３５段落など）特開平１１−３７８６０号公報

ところで、特許文献２及び３では予荷重を印加することによる効果は開示されているものの、具体的に好ましい予荷重の印加方法については開示されていなかった。

予荷重の大きさには適正な範囲があり、その大きさは構成する部材の大きさのバラツキなどにより個別に調節する必要がある。荷重検出素子は、一般的に、圧縮に比べ回転トルクに対する耐力は十分でなく、予荷重の大きさを調節する方法として特許文献２及び３で開示されているようなねじによる方法を採用すると、荷重の印加に伴い荷重検出素子に対して回転トルクも印加される問題があった。荷重検出素子は圧縮方向に対する剛性の高さに対して捩り方向に対する耐性が十分でない場合が多く、回転トルクの印加により素子が破壊するおそれがあるため、素子が破壊されないように予荷重を印加する大きさに制限が生じることがあった。

例えば、図６に示すような荷重センサに基づいて説明する。この荷重センサ９１は、荷重検出素子９１０と構造部材（第１構造体９２０及び第２構造体９３０）と予荷重調節部材９３５とその他の部材（信号処理回路９５０など）とを有する。荷重検出素子９１０に対する予荷重の大きさは予荷重調節部材９３５を第２構造体９３０内にねじ込むことにより調節する。ここで、印加する予荷重を大きくするには、予荷重調節部材９３５をねじ込む量を大きくする必要があるが、そうすると、予荷重調節部材９３５が荷重検出素子９１０を押圧する大きさも予荷重の大きさに応じて大きくなる。その結果、予荷重調節部材９３５と荷重検出素子９１０との間も摩擦力の増大などにより回転トルクの伝達が容易になって、予荷重調節部材９３５を回転させてねじ込むと、その回転トルクが荷重検出素子９１０に直接的に伝達されることになって、ある程度よりも大きな予荷重を印加しようとすると、荷重検出素子９１０に対してもある程度以上の回転トルクが伝達されてしまうことになり、印加される回転トルクの大きさによって、印加できる予荷重の大きさが制限されることになる。

また、ねじによる予荷重の印加は、予荷重の大きさが十分に設定されないばかりか、予荷重調節部材と第２構造体との間のねじによる結合は荷重検出素子に測定対象となる荷重に対して直列に接続されていると共に弾性変形しやすいため、印加される荷重が荷重検出素子に印加される割合に比べ、直列に結合されているねじによる結合部分において変形に消費される割合が大きくなって、外部からの引張、圧縮荷重に対して、構造部材の荷重分担に対する荷重検出素子の荷重分担が小さくなり、つまり、荷重検出素子に加わる荷重分担率が低くなることから、荷重検出感度が十分でない場合があった。

本発明は上記実情に鑑み完成したものであり、予荷重を印加する大きさの範囲を拡大でき、荷重の測定範囲を拡大できると共に、高い荷重検出感度をもつ荷重センサ及びその製造方法を提供することを解決すべき課題とする。

上記課題を解決する請求項１に係る荷重センサの製造方法の特徴は、圧縮型の荷重検出素子と、前記荷重検出素子を一面に配設する第１構造体と、その先端部分が前記荷重検出素子を押圧する円柱状の予荷重調節部材と、前記予荷重調節部材が圧入により嵌合可能な内周面をもち、前記予荷重調節部材を圧入する程度を調節することにより自身の弾性変形の量が変化して前記荷重検出素子に印加される予荷重を制御可能な予荷重調節部材嵌合部が形成されており前記第１構造体に結合されている第２構造体と、を備え、前記第１構造体及び前記第２構造体を介して前記荷重検出素子に荷重が伝達される荷重センサを製造する方法であって、
前記第１構造体及び第２構造体の間に前記荷重検出素子を挟持した状態で前記第１構造体及び第２構造体を結合する結合工程と、
前記荷重検出素子から出力される荷重検出信号が所定の大きさになるまで前記予荷重調節部材を前記予荷重調節部材嵌合部に圧入・嵌合する圧入工程と、
を有し、
前記第２構造体は、外周面に被測定対象物に螺嵌可能に形成されたねじ溝を有し、
前記圧入工程は、前記第２構造体のねじ溝を固定治具のねじ溝に螺合させることで、前記第２構造体の前記予荷重調節部材嵌合部近傍を保持しながら前記予荷重調節部材を圧入する工程であることにある。

上記課題を解決する請求項２に係る荷重センサの製造方法の特徴は、請求項１において、前記第１構造体及び前記第２構造体からなる構造部材は、前記第２構造体が前記荷重検出素子を前記第１構造体に押しつける所定方向における剛性が他の方向に比べて小さいことにある。

上記課題を解決する請求項３に係る荷重センサの製造方法の特徴は、請求項１又は２において、荷重センサが、さらに、前記荷重検出素子と前記予荷重調節部材との間に緩衝部材を備え、前記荷重検出素子が前記緩衝部材に接する部分がアルミナから形成され、
前記緩衝部材がステンレス鋼から形成され、
前記第２構造体が炭素鋼から形成されることにある。

上記課題を解決する請求項４に係る荷重センサの製造方法の特徴は、請求項１〜３の何れか１項において、前記荷重検出素子が、ガラスよりなるマトリックスに導電性を有するＲｕＯ_２よりなる導電性粒子を分散してなり且つ応力の印加によって電気的特性が変化する感圧体と、前記感圧体の対向する２つの表面に、それぞれ一体的に形成された電気絶縁性の絶縁体とを有することにある。

請求項１に係る発明においては、荷重検出素子に対する予荷重の印加を予荷重調節部材を圧入し、その先端部を荷重検出素子に押圧して行うことから、ねじ込みによる方法と異なり、荷重検出素子に回転トルクが伝達されることが無くなり、大きな予荷重を印加できる。また、ねじによる結合と比べて、圧入により嵌合して結合する部位は弾性変形が生起しがたく、印加された荷重が荷重検出素子に印加される割合を相対的に増加させることが可能になって荷重センサの感度を向上することができる。また、予荷重調節部材嵌合部と予荷重調節部材との間は圧入により結合されているため、その後に緩むおそれは小さい。
また、荷重検出素子から出力される荷重検出信号の大きさをフィードバックしながら予荷重調節部材を圧入する程度を調節することにより、印加する予荷重の大きさを精度良く調節することが可能になる。
また、請求項１に係る発明においては、予荷重の大きさを精度良く制御することができる。すなわち、予荷重調節部材が圧入される部分である予荷重調節部材嵌合部の近傍を保持しながら予荷重調節部材の圧入を行うため、予荷重調節部材の圧入に伴う構造部材の変形が小さくなって、予荷重調節部材を圧入する程度を精密に調節することができる。

請求項２に係る発明においては、検知すべき荷重を荷重検出素子に伝達する部材である第２構造体の剛性が荷重検出素子を第１構造体に押しつける所定方向の方が他の方向よりも小さくなっていることから、所定方向以外から加えられる荷重によって本荷重センサが検出する荷重の大きさに与える影響を小さくすることができる。つまり、所定方向から加えられる荷重を選択的且つ精度良く測定することが可能になる。

請求項３に係る発明においては、それぞれの部材を上述の材料により形成することにより、熱膨張差による予荷重の大きさの変位を最小（例えば中心値を０にする）にすることができる。ここで、アルミナの線膨張率は７．２×１０^−６／℃、炭素鋼の線膨張率は１０．８〜１１．４（Ｓ３５Ｃ、ＳＣＭ４３５）×１０^−６／℃程度、ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３０５）は１７．３×１０^−６／℃程度であり、それぞれの部材の厚みを、接続部材と荷重検出素子とにおける線膨張率×部材の厚みの和が挟持部における線膨張率×部材の厚みの和と同じになるようにすることによって、両者が打ち消し合うことになり、熱による影響（変位による荷重変化）を最小限にすることができる。

請求項４に係る発明においては、上述の構成の荷重検出素子を採用することにより、高感度且つ高精度に荷重の大きさを検知することができる。

（構成）
本発明の荷重センサについて以下実施例に基づき説明する。

本実施例の荷重センサ１は、図１及び２に示すように、荷重検出素子１０と構造部材（第１構造体２０及び第２構造体３０）と予荷重調節部材３５とその他の部材（信号処理回路５０など）とを有する。

荷重検出素子１０は絶縁体から構成される素子構造部材１１及び１２とそれらに挟持された薄膜状の感圧体（図略）とからなる。素子構造部材１１及び１２を構成する絶縁体としては剛性の高いセラミックスから形成することが望ましく、アルミナから形成することできる。またＺｒＯ_２（ジルコニア）、ＭｇＡｌ_２Ｏ_４、ＳｉＯ_２、３Ａｌ_２Ｏ_３・２ＳｉＯ_２、Ｙ_２Ｏ_３、ＣｅＯ_２、Ｌａ_２Ｏ_３、Ｓｉ_３Ｎ_４等よりなるものを用いることができ、また、これらによって表面が被覆され、電気的に絶縁状態となった金属等を用いることもできる。

感圧体は外部から印加される荷重の大きさに応じて電気的特性が変化する材料から形成されていれば十分であり、例えば、ガラスよりなるマトリックスとそのマトリックス中に分散された導電性粒子とからなるものが挙げられる。ガラスとしてはホウケイ酸鉛ガラスが例示できる。導電性粒子としては酸化ルテニウム（ＲｕＯ_２）、ルテニウム酸鉛が例示できる。特に酸化ルテニウムからなることが望ましい。

また、荷重検出素子１０において、感圧体は、ドクターブレード、押出成形、印刷（スクリーン印刷、転写等）等の各プロセスを利用して作製することができる。具体的には、感圧体は、例えば、ガラスよりなるマトリックスに、ＲｕＯ_２粒子及び必要に応じて添加される発泡剤若しくは補強材等を分散してなる複合材料に、適当な有機バインダーや溶剤を加えて、ペースト状にして、これを成形し、焼結して作製することができる。上記有機バインダーとしては、例えばセルロース系樹脂やアクリル系樹脂等を用いることができ、また、上記溶剤としては、例えば、テルピネオールや、ブチルカルビトールアセテート等を用いることができる。

また、上記有機バインダーや溶剤は、加熱昇温により乾燥・脱脂される際に、上記感圧体中に気孔を生成することができる。すなわち、上記有機バインダーや溶剤は、気孔形成剤としての役割を果たすことができる。また、上記発泡剤としては、例えばアボジカルボンアミド等の有機発泡剤や、無機発泡剤を添加することができる。

感圧体内に気孔が形成されると、感圧体の見掛けのヤング率が低下するため、応力の印加による歪量が増加し、荷重検出素子１０の感度をより向上させることができる。気孔は、上述のごとく上記感圧体を焼成により作製する際において、焼成（加熱処理）により自ずと形成させることができる。また、上記感圧体の原料に有機物あるいは無機物の発泡剤を添加し、焼結時に発泡させることにより、気孔を形成させることもできる。

また、感圧体を焼結により作製する際には、加熱昇温時に感圧体の原料に含まれるガラスが溶融してガラスからなるマトリックスを形成する。この溶融したガラス中では気孔の形状は、略球状になり易い。上記気孔の形状は、より球状に近いことが好ましい。球状に近いほど感圧体における部分的な応力集中を低減することができ、その結果、荷重検出素子１０の破壊や破損を防止することができるからである。

また、上記絶縁体は、ドクターブレード、押出成形等の各プロセスを利用して作製する
ことができる。上記感圧体と上記絶縁体を同じプロセスで作製することもできるし、異なるプロセスで作製することもできる。

また、上記感圧体と上記絶縁体は一体的に形成されており、これらは焼結により一体化されていることが好ましい。また、接着剤（低融点ガラスなど）にて接着されている構成も採用できる。

そして、荷重検出素子１０としては前述の構成に替えて、ジルコ二アと、圧力抵抗効果を有するＬａ_１−ｘＳｒ_ｘＭｎＯ_３（０≦ｘ≦１）とを主材料として構成されるものであっても良い。このジルコニアの粒子をマトリックス材料とし、圧力抵抗効果材料のＬａ_１−ｘＳｒ_ｘＭｎＯ_３粒子を電気的に連続になるように分散した構造で形成することにより、荷重の印加に基づいてオーム抵抗を変化させ、そのオーム抵抗の変化による荷重検出が可能となる。ジルコニアは、耐熱性に優れるためセンサ内での温度変化が生じにくいため、センサ内の温度変化による検出誤差を生じにくい。またジルコニアは、強靭性を有するため、荷重、圧力による破壊に対して極めて高い耐性を有するセンサ構造を得ることができる。また、本発明においては、荷重検出素子１０の強度を増すことは、本発明の荷重センサ全体の剛性を高くすることにつながる。

第１構造体２０は一面側の略中央部分に凹部２１が設けられ、その凹部２１に荷重検出素子１０が固定・配設された部材であり、その外周面にフランジ部２２が周設されている。凹部２１内には荷重検出素子１０以外にも信号処理回路５０やそれらの間を電気的に接続する配線６１や信号処理回路５０にて処理された信号を外部に出力する信号線６２が配設されている。第１構造体２０は炭素鋼から形成される。第１構造体２０は荷重検出素子１０が固定された一面側と反対側である他面側に荷重を測定する被測定対象物（図略）の一部に固定するための固定部材２３が設けられている。固定部材２３は荷重検出素子１０が配設されている一面側から他面側に向けて延設される円柱状の部材であり、その外周面には被測定対象物に螺嵌可能なねじ溝２３ａが形成されている。

第２構造体３０は図面上下方向に延設される円柱状の本体部３３と本体部３３の下方においてフランジ状に拡径方向に周設される鍔状の部材とその鍔状部材の外周部から下方且つ縮径方向に延設され前述の第１構造体２０のフランジ部２２と係合可能な結合部３４とをもつ。結合部３４は第１構造体２０のフランジ部２２に溶接することもできる。第２構造体３０は自身の弾性変形により荷重検出素子１０に対して予荷重を印加する部材であると共に、第１構造体２０と共に外部から加えられる測定すべき荷重を荷重検出素子１０に対して伝達する作用を発揮する部材である。

以上のような第１構造体２０及び第２構造体３０の形状を採用することにより、荷重検出素子１０を押しつける方向（圧縮する方向）における剛性が他の方向における剛性よりも小さくなっている。

また、第１、第２構造体２０及び３０は、荷重検出素子１０を挟持する方向に対し垂直方向であって、荷重検出素子１０の周囲を取り囲むような位置にて接合されているため、外部から印加される引張、圧縮荷重の伝達が、構造部材（第１、第２）を伝達する経路と、荷重検出素子を伝達する経路とに分かれているため、荷重検出素子１０を伝達する荷重の割合である荷重分担が大きいほど、感度を良くすることができる。

本体部３３は図面上方側の面の中央から軸方向に形成された円柱状且つ貫通した孔である予荷重調節部材嵌合部３１が形成されている。また、本体部３３には外周面にねじ溝３３ａが形成されている。ねじ溝３３ａは被測定対象物（図略）に螺嵌可能に形成されている。

予荷重調節部材３５は略円筒状の部材であり、その外径が予荷重調節部材嵌合部３１の内周面３２の内径と概ね同程度乃至僅かに大きくなっている。具体的には、予荷重調節部材嵌合部３１内に圧入した後、本荷重センサの使用条件において印加されることが想定される荷重が加わっても抜けることがない程度に、予荷重調節部材嵌合部３１及び予荷重調節部材３５の間に摩擦力が生じるような外径が設定されている。そして、容易に圧入できるように、軸方向の端部近傍の形状がそれぞれテーパ状になっている。予荷重調節部材３５は予荷重調節部材嵌合部３１内に圧入されていき、最終的にはその先端部３８にて荷重検出素子１０を押圧する。予荷重調節部材３５は焼入れ炭素鋼から形成される。

なお、第１構造体及び第２構造体が別々の部材から形成されているが、両者を別々に形成することは必須ではなく、最初から両者を一体化させておくことも可能である。また、予荷重調節部材３５と荷重検出素子１０との間に熱膨張率による影響を低減するためにステンレス製の緩衝部材４０を介設している。

（作用効果）
本実施例の荷重センサは以上の構成を有することから以下の作用効果を発揮する。

第１構造体２０の凹部２１内に荷重検出素子１０、信号処理回路５０などを固定した後、第２構造体３０の結合部３４を第１構造体２０のフランジ部２２に嵌合した後、かしめ形状３４ａとすることにより係合させることで、第１構造体２０及び第２構造体３０を一体化する。

その後、予荷重調節部材嵌合部３１内に予荷重調節部材３５を圧入していく。このとき、信号処理回路５０を介して出力される荷重検出素子１０が検出した荷重の大きさを監視しながら以下の工程を進めていく。つまり、荷重検出素子１０が検知する荷重の大きさを検知してフィードバックしながら予荷重調節部材３５の圧入を行うことにより、予荷重の大きさを望む大きさに精度良く制御することができる。また、図３に示すように、第２構造体３０の本体部３３の外周に設けられたねじ溝３３ａが、そのねじ溝３３ａに螺合するねじ溝７１ａをもつ固定孔７１が形成された固定治具７０のねじ溝７１ａに螺合された状態で、予荷重調節部材３５の圧入が行われる。以下、予荷重の印加について説明する。

図４に示すように、予荷重調節部材嵌合部３１の上部から予荷重調節部材３５を圧入するときに、荷重を加えなくても予荷重調節部材嵌合部３１内に予荷重調節部材３５を挿入することができる範囲（点Ａ）がある。その後、予荷重調節部材３５の外周面と予荷重調節部材嵌合部３１の内周面３２との間の摩擦が大きくなり、荷重を加えないと予荷重調節部材３５を予荷重調節部材嵌合部３１内に挿入できないようになる（点Ａ）。その後、予荷重調節部材３５の先端部３８が荷重検出素子１０に当接する（点Ｂ）までは荷重検出素子１０には予荷重は印加されない。つまり、予荷重調節部材嵌合部３１内に圧入される予荷重調節部材３５の先端部３８が荷重検出素子１０に当接するまでは、図４に示すように、荷重検出素子１０に対する予荷重の大きさは０であって変化しない（点Ａから点Ｂ）。

予荷重調節部材３５の先端部３８が荷重検出素子１０に当接した後は、予荷重調節部材３５の加圧・圧入と共に、荷重検出素子１０に印加される予荷重の大きさが漸増していく（点Ｂから点Ｃ）。

その後、予荷重調節部材３５に対して外部から加えている荷重を除くと、荷重検出素子１０には予荷重としての一定の荷重が残存する状態になる（点Ｄ）。すなわち、点Ｃから点Ｄに至るまでの間は予荷重調節部材３５及び第２構造体３０のスプリングバックにより僅かに荷重検出素子１０に印加される荷重が減少する。このスプリングバックは予荷重調節部材３５が荷重検出素子１０に当接する前に第２構造体３０などに生起した弾性変形に基づいている。

このスプリングバックを考慮した上で、必要な予荷重の大きさになるように予荷重調節部材３５を圧入する大きさ（点Ｃの位置）を決定する。具体的には、荷重検出素子１０が出力する荷重検出信号の大きさが、必要な予荷重の大きさにスプリングバックの大きさを加えた値になるまで予荷重調節部材３５を圧入することで実現できる。

ここで、予荷重調節部材３５の圧入において、図３に示すような固定治具７０を用いることにより、荷重検出素子１０への予荷重の確実な印加が実現できる。すなわち、予荷重調節部材嵌合部３１近傍を保持する固定治具７０に替えて、第１構造体２０の下面側を保持しながら、予荷重調節部材３５を圧入すると、圧入荷重と予荷重との関係は図４における破線のように推移する（点Ｂから点Ｅ、そして点Ｆに至る。点Ｆにおける予荷重の大きさはほぼ０である）。

つまり、予荷重調節部材３５の先端部３８が荷重検出素子１０に当接するまでは荷重検出素子１０に予荷重が印加されない点において固定治具７０を用いる場合と同じであり（点Ａから点Ｂ）、先端部３８が荷重検出素子１０に当接した後は、予荷重調節部材３５に加えられる荷重は第２構造体３０及び／又は第１構造体２０を変形させるために消費され、予荷重調節部材３５を予荷重調節部材嵌合部３１内に圧入するためには作用することが困難になる。

これは、予荷重調節部材３５と予荷重調節部材嵌合部３１との間の摩擦力が、本荷重センサの使用態様において印加されることが想定される荷重の範囲においてずれが生じない程度に大きく設定されていることに起因している。つまり、固定治具７０を用いないで予荷重調節部材３５を圧入する場合には、荷重センサの使用態様と相違が無く、予荷重調節部材３５と予荷重調節部材嵌合部３１との相対移動（すなわち、圧入）が進行することは困難である。

その結果、先端部３８が荷重検出素子１０に当接した後は予荷重調節部材３５が予荷重調節部材嵌合部３１内に圧入されることは殆どなく、荷重を除くと、先端部３８が荷重検出素子１０に当接する前に（すなわち点Ａから点Ｂに至る間に）第２構造体３０などに生起させた弾性変形が元に戻ることに起因するスプリングバックにより予荷重調節部材３５の先端部３８は荷重検出素子１０に予荷重を印加できないばかりか、反対に当接できないことになる。従って、図４には示さないが、外部から加えられた荷重は当初予荷重調節部材３５の先端部３８が荷重検出素子１０に当接するまでは荷重検出素子１０に荷重が印加されない範囲が生じてしまうことになる。なお、予荷重調節部材３５に対して、使用を想定した範囲を超える非常に大きな荷重を印加することにより、予荷重調節部材３５を予荷重調節部材嵌合部３１内に圧入することは可能ではあるが、荷重検出素子１０や第２構造体３０、そして第１構造体２０への過大な荷重の印加による影響を想定する必要がある。

これに対して、固定治具７０を採用して予荷重調節部材嵌合部３１の近傍を保持すると、第２構造体３０におけるバネ定数が変化して（大きくなって）、予荷重調節部材３５と予荷重調節部材嵌合部３１の内周面３２との間に加わえることができる力が大きくなって、それらの間の摩擦力に抗して予荷重調節部材３５を圧入することができるようになる。

ここで、本荷重センサ１を使用するときに荷重検出素子１０に加わる荷重について考察する。荷重センサ１への荷重の印加は被測定対象物からその被測定対象物に接続される本体部３３の予荷重調節部材嵌合部３１を介して予荷重調節部材３５を通じて荷重検出素子１０に印加される。従って、従来技術のように、ねじによる接続を採用していないため、ねじ山の間の結合部分の変形に消費されることが無くなり、荷重検出素子に加わる荷重分担率が高くなることから、荷重検出感度を向上させることができる。

（参考例）
上述の実施例においては第１構造体及び第２構造体が別々の部材から構造部材を形成しているが、両者を別々に形成することは必須ではなく、最初から両者を一体化させておくことも可能である。図５に示すように、本変形例の荷重センサ４００は内部に荷重検出素子１０が配設される開口部４０５が形成された本体部４０１をもつ。開口部４０５は荷重検出素子１０に予荷重を印加する方向（図４においては上下方向）に対して垂直方向（図４では紙面表裏方向）に開口する長穴である。開口部４０５は予荷重を印加する方向よりもその方向に垂直な方向の長さが長い。このような形態を採用することにより本体部４０１は予荷重を印加する方向の剛性が他の方向の剛性よりも低くなっている。本体部４０１には、取付部４０２及び４０３が一体的に形成されている。取付部４０２及び４０３はそれぞれの軸方向が本体部４１０から互いに反対向きになるように延設されている円柱状の部材である。延設される方向は予荷重調節部材４１０が荷重検出素子１０に予荷重を印加する方向と同じ方向である。取付部４０２及び４０３の周面には図示しない被測定部材に取り付けるためのねじ溝４０２ａ及び４０３ａが形成されている。

取付部４０３及び本体部４０１には、取付部４０３の本体部４０１側に対して反対側の端面から開口部４０５内に至る貫通孔である予荷重調節部材嵌合部４０１１が形成されており、その内部に予荷重調節部材４１０を圧入することにより荷重検出素子１０を押圧して予荷重を印加する。予荷重調節部材４１０と荷重検出素子１０との間には緩衝部材４２０が介装されている。

実施例の荷重センサの概略断面図である。実施例の荷重センサの分解断面図である。実施例の荷重センサにおいて予荷重調節部材を圧入するときの形態を示す概略断面図である。実施例の荷重センサにおいて予荷重調節部材を圧入するときの圧入荷重及び荷重検出素子に印加される予荷重の大きさの関係を示すグラフである。変形例の荷重センサの斜視図（ａ）及び概略断面図（ｂ）である。従来の荷重センサの概略断面図である。

符号の説明

１、４００、９１…荷重センサ
１０、９１０…荷重検出素子１１、１２…素子構造部材
２０、９２０…第１構造体（構造部材）２２…フランジ部
３０、９３０…第２構造体（構造部材）３１…予荷重調節部材嵌合部
４０１…本体部４０２、４０３…取付部
３３…本体部３４…結合部３５、４１０、９３５…予荷重調節部材
４０、４２０…緩衝部材
５０、９５０…信号処理回路
６０…配線

Claims

圧縮型の荷重検出素子と、前記荷重検出素子を一面に配設する第１構造体と、その先端部分が前記荷重検出素子を押圧する円柱状の予荷重調節部材と、前記予荷重調節部材が圧入により嵌合可能な内周面をもち、前記予荷重調節部材を圧入する程度を調節することにより自身の弾性変形の量が変化して前記荷重検出素子に印加される予荷重を制御可能な予荷重調節部材嵌合部が形成されており前記第１構造体に結合されている第２構造体と、を備え、前記第１構造体及び前記第２構造体を介して前記荷重検出素子に荷重が伝達される荷重センサを製造する方法であって、
前記第１構造体及び第２構造体の間に前記荷重検出素子を挟持した状態で前記第１構造体及び第２構造体を結合する結合工程と、
前記荷重検出素子から出力される荷重検出信号が所定の大きさになるまで前記予荷重調節部材を前記予荷重調節部材嵌合部に圧入・嵌合する圧入工程と、
を有し、
前記第２構造体は、外周面に被測定対象物に螺嵌可能に形成されたねじ溝を有し、
前記圧入工程は、前記第２構造体のねじ溝を固定治具のねじ溝に螺合させることで、前記第２構造体の前記予荷重調節部材嵌合部近傍を保持しながら前記予荷重調節部材を圧入する工程であることを特徴とする荷重センサの製造方法。
前記第１構造体及び前記第２構造体からなる構造部材は、前記荷重検出素子を前記第１構造体及び前記第２構造体の間で挟持する方向における剛性が他の方向に比べて小さい請求項１に記載の荷重センサの製造方法。
前記荷重センサは、さらに、前記荷重検出素子と前記予荷重調節部材との間に緩衝部材を備え、
前記荷重検出素子は前記緩衝部材に接する部分がセラミックスから形成され、
前記緩衝部材はステンレス鋼から形成され、
前記第２構造体は炭素鋼から形成される請求項１又は２に記載の荷重センサの製造方法。
前記荷重検出素子は、ガラスよりなるマトリックスに導電性を有するＲｕＯ_２よりなる導電性粒子を分散してなり且つ応力の印加によって電気的特性が変化する感圧体と、前記感圧体の対向する２つの表面に、それぞれ一体的に形成された電気絶縁性の絶縁体とを有する請求項１〜３の何れか１項に記載の荷重センサの製造方法。