JP5866515B2 - Force sensor and force detection device using the same - Google Patents

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Description

本発明は、一般に力センサ及び力検知装置、より詳細には磁性体の逆磁歪効果を利用して磁性体に加わる荷重を検知する力センサ及びそれを用いた力検知装置に関する。   The present invention generally relates to a force sensor and a force detection device, and more particularly to a force sensor that detects a load applied to a magnetic body by using the inverse magnetostriction effect of the magnetic body and a force detection apparatus using the same.

従来、ストレインゲージ(ひずみゲージ)を用いて荷重を検知するロードセル(力センサ)が知られており、例えば特許文献1に開示されている。特許文献1に記載の従来例は、平面視で円環形状の外周固定部と、外周固定部の内側の中央に位置する荷重印加部と、外周固定部と荷重印加部とを結合する複数の起歪部とを備えている。各起歪部には、それぞれストレインゲージが貼り付けられている。各ストレインゲージは、荷重印加部に加えられた荷重を検知して電気信号に変換する。   2. Description of the Related Art Conventionally, a load cell (force sensor) that detects a load using a strain gauge (strain gauge) is known and disclosed in, for example, Patent Document 1. The conventional example described in Patent Document 1 includes a plurality of ring-shaped outer periphery fixing portions in plan view, a load applying portion located at the center inside the outer periphery fixing portion, and a plurality of outer periphery fixing portions and load applying portions. And a strain generating portion. A strain gauge is affixed to each straining portion. Each strain gauge detects a load applied to the load application unit and converts it into an electrical signal.

実開平6−74942号公報Japanese Utility Model Publication No. 6-74942

しかしながら、上記従来例は、起歪部と共にストレインゲージが変形することで荷重を検知する構成となっているため、板状部材(プレート)を加工することで起歪部を設ける必要がある。このため、上記従来例では、起歪部が設計可能な厚さを有するプレートを必要とし、薄型化を図ることが困難であるという問題があった。   However, since the conventional example is configured to detect a load when the strain gauge is deformed together with the strain generating portion, it is necessary to provide the strain generating portion by processing a plate-like member (plate). For this reason, in the above conventional example, there is a problem in that it is difficult to reduce the thickness because a plate having a thickness capable of designing the strain generating portion is required.

本発明は、上記の点に鑑みて為されており、薄型化を図ることのできる力センサ及びそれを用いた力検知装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a force sensor that can be thinned and a force detection device using the force sensor.

本発明の力センサは、磁性体で形成されて中空部を有するコア、及び前記コアと磁気的に結合するコイルを有する検知部と、所定の検知方向の両側から前記検知部を挟むように配置される第1プレート及び第2プレートと、前記コアよりも弾性率の低い材料で形成され、前記第1プレート及び前記第2プレートの両者間を位置決めする弾性体とを備え、前記検知部は、前記検知方向に沿う向きに前記第1プレート及び前記第2プレートからかかる荷重を受けるように構成され、前記コアには、前記コイルを流れる電流によって生じる磁束の通る磁路が、前記中空部の周方向に沿って形成され、前記弾性体は、前記第1プレートの外周縁と、前記第2プレートの外周縁とに接着することで、前記第1プレートと前記第2プレートとによって前記検知方向の両側から挟まれるように、前記第1プレートと前記第2プレートとの間に設けられることを特徴とする。 The force sensor of the present invention, as to sandwich the detection section having a core that is formed of a magnetic material having a hollow portion, and said core and magnetically coupled to the coil, the detection portion from both sides of the predetermined detection direction A first plate and a second plate disposed on the core; and an elastic body formed of a material having a lower elastic modulus than the core, and positioning between the first plate and the second plate. Is configured to receive a load applied from the first plate and the second plate in a direction along the detection direction, and a magnetic path through which a magnetic flux generated by a current flowing through the coil passes is provided in the core. The elastic body is bonded to the outer peripheral edge of the first plate and the outer peripheral edge of the second plate, so that the first plate and the second plate can As it sandwiched from both sides of knowledge direction, and which are located between the first plate and the second plate.

この力センサにおいて、前記検知部を複数備え、前記複数の検知部は、前記検知方向と直交する平面に沿って配置されることが好ましい。   The force sensor preferably includes a plurality of the detection units, and the plurality of detection units are arranged along a plane orthogonal to the detection direction.

この力センサにおいて、前記複数の検知部は、前記平面における基準線に対して線対称、又は前記平面における基準点に対して点対称に配置されることが好ましい。   In this force sensor, the plurality of detection units are preferably arranged symmetrically with respect to a reference line on the plane or point-symmetrically with respect to a reference point on the plane.

この力センサにおいて、前記第1プレート及び前記第2プレートは、それぞれ前記検知方向に貫通する通孔を有し、前記複数の検知部は、前記通孔の周囲に配置されることが好ましい。   In this force sensor, it is preferable that the first plate and the second plate each have a through hole penetrating in the detection direction, and the plurality of detection units are arranged around the through hole.

この力センサにおいて、前記複数の検知部は、複数の検知位置の中から選択された2以上の検知位置に1対1に対応して配置されることが好ましい。   In this force sensor, it is preferable that the plurality of detection units are arranged in a one-to-one correspondence with two or more detection positions selected from a plurality of detection positions.

この力センサにおいて、前記複数の検知部の各々の有する前記コアは、前記検知方向の寸法が互いに等しいことが好ましい。   In this force sensor, it is preferable that the cores of each of the plurality of detection units have the same size in the detection direction.

この力センサにおいて、前記第1プレート及び前記第2プレートの間に配置され、前記検知部を位置決めする構造体を備えることが好ましい。   The force sensor preferably includes a structure that is disposed between the first plate and the second plate and positions the detection unit.

この力センサにおいて、前記構造体は、前記検知方向に貫通する位置決め孔を有し、前記コアは、前記位置決め孔の内側に配置されることが好ましい。   In this force sensor, it is preferable that the structure has a positioning hole penetrating in the detection direction, and the core is disposed inside the positioning hole.

この力センサにおいて、前記構造体は、回路が形成された基板であることが好ましい。   In this force sensor, the structure is preferably a substrate on which a circuit is formed.

この力センサにおいて、前記第1プレート及び前記第2プレートの少なくとも一方を含む外郭と前記基板との間に配置されて、前記外郭と前記基板との間を電気的に絶縁する絶縁体を備えることが好ましい。   The force sensor includes an insulator that is disposed between an outer shell including at least one of the first plate and the second plate and the substrate and electrically insulates the outer shell from the substrate. Is preferred.

本発明の力検知装置は、上記何れかの力センサと、前記コイルの磁気特性の変化に基づいて荷重を検知する検知回路とを備えることを特徴とする。   A force detection apparatus according to the present invention includes any one of the force sensors described above and a detection circuit that detects a load based on a change in magnetic characteristics of the coil.

本発明は、第1プレートと第2プレートとで検知部を挟み、第1プレート及び第2プレートの両者間を弾性体で位置決めした構成となっている。このため、本発明では、第1プレート及び第2プレートに従来例のような起歪部を設ける加工が必要ではないので、第1プレート及び第2プレートの厚さ方向の寸法を小さくすることができる。したがって、本発明は、第1プレート及び第2プレートの厚さ方向の寸法を小さくすることで、薄型化を図ることができる。   In the present invention, the detection unit is sandwiched between the first plate and the second plate, and both the first plate and the second plate are positioned by an elastic body. For this reason, in the present invention, it is not necessary to provide the first plate and the second plate with the strain-generating portion as in the conventional example, so that the thickness dimension of the first plate and the second plate can be reduced. it can. Therefore, according to the present invention, it is possible to reduce the thickness by reducing the dimension in the thickness direction of the first plate and the second plate.

図1Aは、実施形態1に係る力センサ及び力検知装置を示す概略図で、図1Bは、実施形態1に係る力センサの平面図で、図1Cは、実施形態1に係る力センサの断面図である。1A is a schematic diagram illustrating a force sensor and a force detection device according to Embodiment 1, FIG. 1B is a plan view of the force sensor according to Embodiment 1, and FIG. 1C is a cross-section of the force sensor according to Embodiment 1. FIG. 実施形態1に係る力検知装置における検知回路の概略図である。FIG. 3 is a schematic diagram of a detection circuit in the force detection device according to the first embodiment. 図3Aは、中空部を有するコアにおける開磁路の磁束分布を示す図で、図3Bは、中空部を有さないコアにおける開磁路の磁束分布を示す図である。FIG. 3A is a diagram illustrating a magnetic flux distribution of an open magnetic circuit in a core having a hollow portion, and FIG. 3B is a diagram illustrating a magnetic flux distribution of an open magnetic circuit in a core having no hollow portion. 実施形態1に係る力センサにおいて、基板以外の構造体を用いた構成を示す断面図である。4 is a cross-sectional view showing a configuration using a structure other than a substrate in the force sensor according to Embodiment 1. FIG. 図5Aは、実施形態2に係る力センサの断面図で、図5Bは、実施形態2に係る力センサの平面図である。5A is a cross-sectional view of the force sensor according to the second embodiment, and FIG. 5B is a plan view of the force sensor according to the second embodiment. 図6Aは、実施形態2に係る力センサにおける基板の一例を示す平面図である。図6Bは、実施形態2に係る力センサにおける基板の一例を示す平面図である。FIG. 6A is a plan view illustrating an example of a substrate in the force sensor according to the second embodiment. FIG. 6B is a plan view illustrating an example of a substrate in the force sensor according to the second embodiment. 図7Aは、実施形態2に係る力検知装置において、各検知部を検知回路に個別に接続した一例を示す概略図で、図7Bは、実施形態2に係る力検知装置において、各検知部を検知回路に個別に接続した一例を示す概略図である。FIG. 7A is a schematic diagram illustrating an example in which each detection unit is individually connected to a detection circuit in the force detection device according to the second embodiment. FIG. 7B is a diagram illustrating each detection unit in the force detection device according to the second embodiment. It is the schematic which shows an example connected individually to the detection circuit. 実施形態2に係る力検知装置において、各検知部を検知回路に直列に接続した一例を示す概略図である。In the force detection apparatus which concerns on Embodiment 2, it is the schematic which shows an example which connected each detection part to the detection circuit in series. 実施形態2に係る力センサの使用例を示す概略図である。6 is a schematic diagram illustrating an example of use of a force sensor according to Embodiment 2. FIG. 図10Aは、実施形態2に係る力センサにおける検知部の配置の一例を示す平面図で、図10Bは、実施形態2に係る力センサにおける検知部の配置の一例を示す平面図である。FIG. 10A is a plan view illustrating an example of the arrangement of the detection units in the force sensor according to the second embodiment, and FIG. 10B is a plan view illustrating an example of the arrangement of the detection units in the force sensor according to the second embodiment. 図11Aは、実施形態2に係る力センサにおいて、正方形状の基板に検知部を配置した一例を示す平面図で、図11Bは、実施形態2に係る力センサにおいて、平面視で半円環形状の基板に検知部を配置した一例を示す平面図で、図11Cは、実施形態2に係る力センサにおいて、平面視で円環形状の基板に検知部を配置した一例を示す平面図である。FIG. 11A is a plan view illustrating an example in which a detection unit is arranged on a square substrate in the force sensor according to the second embodiment, and FIG. 11B is a semicircular shape in plan view in the force sensor according to the second embodiment. FIG. 11C is a plan view illustrating an example in which the detection unit is arranged on an annular substrate in plan view in the force sensor according to the second embodiment. 実施形態2に係る力センサにおいて、絶縁体を配置した一例を示す断面図である。In the force sensor which concerns on Embodiment 2, it is sectional drawing which shows an example which has arrange | positioned the insulator. 実施形態2に係る力センサにおいて、コイルを基板に形成した一例を示す平面図である。In the force sensor which concerns on Embodiment 2, it is a top view which shows an example which formed the coil in the board | substrate. 実施形態2に係る力センサにおいて、位置決め孔の代わりに凹部を設けた一例を示す断面図である。In the force sensor which concerns on Embodiment 2, it is sectional drawing which shows an example which provided the recessed part instead of the positioning hole. 実施形態2に係る力センサにおいて、剛性体を配置した一例を示す断面図である。In the force sensor which concerns on Embodiment 2, it is sectional drawing which shows an example which has arrange | positioned the rigid body. 図16Aは、実施形態2に係る力センサにおいて、基板以外の構造体を用いた構成を示す断面図で、図16Bは、実施形態2に係る力センサにおいて、基板以外の構造体を用いた構成を示す平面図である。16A is a cross-sectional view illustrating a configuration using a structure other than the substrate in the force sensor according to the second embodiment. FIG. 16B illustrates a configuration using a structure other than the substrate in the force sensor according to the second embodiment. FIG. 図17Aは、実施形態2に係る力センサにおいて、基板以外の構造体を用いた他の構成を示す断面図で、図17Bは、実施形態2に係る力センサにおいて、基板以外の構造体を用いた他の構成を示す平面図である。17A is a cross-sectional view illustrating another configuration using a structure other than the substrate in the force sensor according to Embodiment 2, and FIG. 17B uses the structure other than the substrate in the force sensor according to Embodiment 2. It is a top view which shows the other structure which was.

(実施形態1)
本発明の実施形態に係る力センサ2は、図1A〜図1Cに示すように、検知部20と、第1プレート21及び第2プレート22と、弾性体23とを備えている。検知部20は、磁性体で形成されるコア4と、コア4と磁気的に結合するコイル5とを有する。第1プレート21及び第2プレート22は、所定の検知方向の両側から検知部20を挟むように配置される。弾性体23は、コア4よりも弾性率の低い材料で形成され、第1プレート21及び第2プレート22の両者間を位置決めする。そして、検知部20は、検知方向に沿う向きに第1プレート21及び第2プレート22からかかる荷重を受けるように構成される。
(Embodiment 1)
As shown in FIGS. 1A to 1C, the force sensor 2 according to the embodiment of the present invention includes a detection unit 20, a first plate 21 and a second plate 22, and an elastic body 23. The detection unit 20 includes a core 4 formed of a magnetic material and a coil 5 that is magnetically coupled to the core 4. The first plate 21 and the second plate 22 are arranged so as to sandwich the detection unit 20 from both sides in a predetermined detection direction. The elastic body 23 is formed of a material having a lower elastic modulus than the core 4 and positions between the first plate 21 and the second plate 22. The detection unit 20 is configured to receive a load applied from the first plate 21 and the second plate 22 in a direction along the detection direction.

また、本発明の実施形態に係る力検知装置1は、図1Aに示すように、力センサ2と、検知回路3とを備えている。検知回路3は、コイル5の磁気特性(インダクタンスまたはコンダクタンス)の変化に基づいて荷重を検知する。   Moreover, the force detection apparatus 1 which concerns on embodiment of this invention is provided with the force sensor 2 and the detection circuit 3, as shown to FIG. 1A. The detection circuit 3 detects a load based on a change in the magnetic characteristics (inductance or conductance) of the coil 5.

以下、本実施形態の力センサ2及び力検知装置1について詳細に説明する。但し、以下に説明する構成は、本発明の一例に過ぎず、本発明は下記の実施形態に限定されることはなく、この実施形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。また、以下の説明では、コア4の厚さ方向(検知方向)を上下方向とし、コア4から見て第1プレート21側を下方、第2プレート22側を上方として説明するが、力センサ2及び力検知装置1の使用形態を限定する趣旨ではない。   Hereinafter, the force sensor 2 and the force detection device 1 of the present embodiment will be described in detail. However, the configuration described below is only an example of the present invention, and the present invention is not limited to the following embodiment, and the technical idea according to the present invention is not deviated from this embodiment. Various changes can be made in accordance with the design or the like as long as they are not. In the following description, the thickness direction (detection direction) of the core 4 is assumed to be the vertical direction, and the first plate 21 side is assumed to be the lower side and the second plate 22 side is assumed to be the upper side when viewed from the core 4. And it is not the meaning which limits the usage form of the force detection apparatus 1. FIG.

本実施形態の力検知装置1は、図1Aに示すように、力センサ2と、検知回路3とを備えている。また、本実施形態の力センサ2は、図1A〜図1Cに示すように、検知部20と、第1プレート21と、第2プレート22と、弾性体23と、基板(構造体)24とを備えている。なお、図1Bでは、第2プレート22及び弾性体23の図示を省略している。   The force detection apparatus 1 of this embodiment is provided with the force sensor 2 and the detection circuit 3, as shown to FIG. 1A. In addition, as shown in FIGS. 1A to 1C, the force sensor 2 of the present embodiment includes a detection unit 20, a first plate 21, a second plate 22, an elastic body 23, a substrate (structure) 24, and the like. It has. In addition, illustration of the 2nd plate 22 and the elastic body 23 is abbreviate | omitted in FIG. 1B.

検知部20は、図1Aに示すように、磁性体で形成されるコア4と、コア4と磁気的に結合するコイル5とを備える。コア4は、例えばNi(ニッケル)−Zn(亜鉛)フェライト等の磁性体により形成されている。本実施形態の力センサ2では、コア4は平面視で円環状に形成されており、中空部40を有している。なお、コア4は、コア4に荷重が加わると逆磁歪効果を奏する磁性体で形成されていればよい。逆磁歪効果とは、磁化されたコア4が荷重を加えられることで歪み、この歪みによりコア4の透磁率が変化する効果をいう。   As shown in FIG. 1A, the detection unit 20 includes a core 4 formed of a magnetic material and a coil 5 that is magnetically coupled to the core 4. The core 4 is made of a magnetic material such as Ni (nickel) -Zn (zinc) ferrite. In the force sensor 2 of the present embodiment, the core 4 is formed in an annular shape in plan view and has a hollow portion 40. In addition, the core 4 should just be formed with the magnetic body which has a reverse magnetostriction effect, when a load is added to the core 4. FIG. The inverse magnetostriction effect is an effect in which the magnetized core 4 is distorted when a load is applied, and the permeability of the core 4 changes due to the distortion.

コイル5は、コア4の中空部40と外側とを交互に通るように、導線をコア4の一部に巻き付けることで構成されている。なお、導線としては、絶縁材料で被覆した銅線(例えば、エナメル線など)を用いるのが好ましい。ここで、コア4において導線が巻き付けられる部位(図1B参照)を「取付部41」と称する。   The coil 5 is configured by winding a conducting wire around a part of the core 4 so as to alternately pass through the hollow portions 40 and the outside of the core 4. In addition, it is preferable to use the copper wire (for example, enamel wire etc.) coat | covered with the insulating material as a conducting wire. Here, the part (refer FIG. 1B) around which the conducting wire is wound in the core 4 is referred to as an “attachment part 41”.

取付部41は、図1Cに示すように、その上下方向の寸法が、コア4の他の部位の上下方向の寸法内にコイル5が収まるように設計されている。このため、本実施形態の力センサ2では、コイル5の一部がコア4の上面(または下面)よりも突出することがないので、コア4に荷重が加わってもコイル5に荷重が加わらず、コイル5の断線を防止することができる。なお、取付部41を上記の寸法で設計するか否かは任意である。   As shown in FIG. 1C, the mounting portion 41 is designed so that the coil 5 can be accommodated within the vertical dimension of other portions of the core 4. For this reason, in the force sensor 2 of the present embodiment, a part of the coil 5 does not protrude from the upper surface (or lower surface) of the core 4, so that no load is applied to the coil 5 even if a load is applied to the core 4. The disconnection of the coil 5 can be prevented. Note that whether or not the mounting portion 41 is designed with the above dimensions is arbitrary.

コア4の内部には、図1Bに示すように、コイル5の通電時に生じる磁束が通る。このため、コア4には、中空部40の周方向に沿った磁路(磁気回路)M1が形成される。この磁路M1は、閉磁路である。したがって、本実施形態の力センサ2では、コア4から外部への磁束の漏れが生じ難いので、磁束の漏れを防ぐために強磁性体のケースを設ける必要がない。   As shown in FIG. 1B, magnetic flux generated when the coil 5 is energized passes through the core 4. For this reason, a magnetic path (magnetic circuit) M <b> 1 along the circumferential direction of the hollow portion 40 is formed in the core 4. This magnetic path M1 is a closed magnetic path. Therefore, in the force sensor 2 of the present embodiment, magnetic flux leakage from the core 4 to the outside is difficult to occur, so there is no need to provide a ferromagnetic case to prevent magnetic flux leakage.

第1プレート21及び第2プレート22は、何れも例えば金属材料で形成される板状の部材である。第1プレート21は、図1Bに示すように、平面視で円形状に形成されている。また、図示しないが、第2プレート22は、第1プレート21と同様に平面視で円形状に形成されている。第1プレート21は、図1Cに示すように、コア4の下面に接する形でコア4の下側に配置される。また、第2プレート22は、図1Cに示すように、コア4の上面に接する形でコア4の上側に配置される。つまり、第1プレート21及び第2プレート22は、上下方向(検知方向)の両側からコア4を挟むように配置される。   The first plate 21 and the second plate 22 are both plate-like members formed of, for example, a metal material. As shown in FIG. 1B, the first plate 21 is formed in a circular shape in plan view. In addition, although not shown, the second plate 22 is formed in a circular shape in a plan view like the first plate 21. As shown in FIG. 1C, the first plate 21 is disposed on the lower side of the core 4 in contact with the lower surface of the core 4. Moreover, the 2nd plate 22 is arrange | positioned on the upper side of the core 4 in the form which contact | connects the upper surface of the core 4, as shown to FIG. 1C. That is, the first plate 21 and the second plate 22 are arranged so as to sandwich the core 4 from both sides in the vertical direction (detection direction).

なお、第1プレート21及び第2プレート22の形状は、平面視で円形状に限定されず、例えば平面視で矩形状や円環形状であってもよい。また、第1プレート21及び第2プレート22は、想定される荷重に耐え得る強度を有していればよい。さらに、第1プレート21及び第2プレート22は金属材料で形成されていなくてもよく、例えばCFRP(Carbon-Fiber-Reinforced Plastic:炭素繊維強化プラスチック)等の樹脂材料で形成されていてもよい。   In addition, the shape of the 1st plate 21 and the 2nd plate 22 is not limited to circular shape by planar view, For example, rectangular shape and annular | circular shape may be sufficient by planar view. Moreover, the 1st plate 21 and the 2nd plate 22 should just have the intensity | strength which can endure the assumed load. Further, the first plate 21 and the second plate 22 may not be formed of a metal material, and may be formed of a resin material such as CFRP (Carbon-Fiber-Reinforced Plastic).

弾性体23は、例えばエポキシ樹脂やシリコーン樹脂を主成分とする接着剤である。弾性体23は、第1プレート21の上面の外周縁と、第2プレート22の下面の外周縁とに接着することで、第1プレート21及び第2プレート22を互いに結合する。弾性体23は、接着剤に限定されず、コア4を形成する材料よりも弾性率の低い材料で形成されていればよい。また、弾性体23は、第1プレート21及び第2プレート22の両者間を位置決めする構成であればよい。   The elastic body 23 is an adhesive mainly composed of an epoxy resin or a silicone resin, for example. The elastic body 23 bonds the first plate 21 and the second plate 22 to each other by adhering to the outer peripheral edge of the upper surface of the first plate 21 and the outer peripheral edge of the lower surface of the second plate 22. The elastic body 23 is not limited to the adhesive, and may be formed of a material having a lower elastic modulus than the material forming the core 4. Moreover, the elastic body 23 should just be the structure which positions between both the 1st plate 21 and the 2nd plate 22. FIG.

基板24は、図1Cに示すように、第1プレート21及び第2プレート22、並びに弾性体23で囲まれる空間内に収納されている。基板24は、その外周縁が弾性体23に接することで固定されている。また、基板24は、図1Cに示すように平面視で円環形状に形成されており、その中央部は、コア4の径寸法よりも僅かに大きい径寸法を有する平面視で円形状の位置決め孔240となっている。この位置決め孔240にコア4が嵌まり込むことで、コア4が所定の位置に位置決めされる。言い換えれば、基板(構造体)24は、第1プレート21及び第2プレート22の間に配置され、検知部20を所定の位置に位置決めするための部材である。また、基板(構造体)24は、上下方向(検知方向)に貫通する位置決め孔240を有している。そして、コア4が、位置決め孔240の内側に配置される。なお、位置決め孔240の形状は、平面視で円形状に限定されず、例えば平面視で矩形状であってもよい。つまり、位置決め孔240は、コア4が嵌まり込む形状であればよい。   As shown in FIG. 1C, the substrate 24 is accommodated in a space surrounded by the first plate 21, the second plate 22, and the elastic body 23. The substrate 24 is fixed by the outer peripheral edge thereof being in contact with the elastic body 23. Further, the substrate 24 is formed in an annular shape in a plan view as shown in FIG. 1C, and its central portion has a circular positioning in a plan view having a diameter slightly larger than the diameter of the core 4. It is a hole 240. The core 4 is positioned at a predetermined position by fitting the core 4 into the positioning hole 240. In other words, the substrate (structure) 24 is a member that is disposed between the first plate 21 and the second plate 22 and positions the detection unit 20 at a predetermined position. The substrate (structure) 24 has a positioning hole 240 penetrating in the vertical direction (detection direction). The core 4 is disposed inside the positioning hole 240. The shape of the positioning hole 240 is not limited to a circular shape in a plan view, and may be a rectangular shape in a plan view, for example. That is, the positioning hole 240 may have a shape into which the core 4 is fitted.

検知回路3は、図2に示すように、発振回路30と、周期計測回路31と、二乗回路32と、温度補償回路33と、信号処理回路34とを備えている。発振回路30は、コイル5を含む共振回路50の発振を維持するように構成されている。また、発振回路30は、共振回路50の共振周波数に対応する周波数で発振する発振信号を出力するように構成されている。周期計測回路31は、発振回路30から出力される発振信号の周期を計測し、計測した周期に対応する信号を出力するように構成されている。二乗回路32は、周期計測回路31から出力される信号の二乗値を演算して出力するように構成されている。温度補償回路33は、温度補償処理により、二乗回路32から出力される信号の温度変動を抑制するように構成されている。信号処理回路34は、温度補償回路33から出力される信号に基づいて、コア4に加わる荷重の変化を検知するように構成されている。   As shown in FIG. 2, the detection circuit 3 includes an oscillation circuit 30, a period measurement circuit 31, a square circuit 32, a temperature compensation circuit 33, and a signal processing circuit 34. The oscillation circuit 30 is configured to maintain the oscillation of the resonance circuit 50 including the coil 5. The oscillation circuit 30 is configured to output an oscillation signal that oscillates at a frequency corresponding to the resonance frequency of the resonance circuit 50. The period measurement circuit 31 is configured to measure the period of the oscillation signal output from the oscillation circuit 30 and output a signal corresponding to the measured period. The square circuit 32 is configured to calculate and output the square value of the signal output from the period measurement circuit 31. The temperature compensation circuit 33 is configured to suppress temperature fluctuation of the signal output from the squaring circuit 32 by temperature compensation processing. The signal processing circuit 34 is configured to detect a change in load applied to the core 4 based on a signal output from the temperature compensation circuit 33.

共振回路50の等価回路は、図2に示すように、インダクタL1及び抵抗R1の直列回路と、キャパシタC1との並列回路とで構成される。ここでは、インダクタL1のインダクタンスは、コイル5のインダクタンスと等価である。また、抵抗R1の抵抗値は、コイル5の巻線抵抗の抵抗値と等価である。また、キャパシタC1の容量値は、コイル5の寄生容量の容量値と等価である。なお、共振回路50は、コイル5と並列にキャパシタ(図示せず)を電気的に接続することで構成してもよい。   As shown in FIG. 2, the equivalent circuit of the resonance circuit 50 includes a series circuit of an inductor L1 and a resistor R1, and a parallel circuit of a capacitor C1. Here, the inductance of the inductor L1 is equivalent to the inductance of the coil 5. Further, the resistance value of the resistor R1 is equivalent to the resistance value of the winding resistance of the coil 5. Further, the capacitance value of the capacitor C1 is equivalent to the capacitance value of the parasitic capacitance of the coil 5. The resonance circuit 50 may be configured by electrically connecting a capacitor (not shown) in parallel with the coil 5.

本実施形態の力センサ2では、検知回路3は、基板24に電子部品を実装することで構成されている。言い換えれば、基板(構造体)24には、回路(検知回路3)が形成されている。つまり、本実施形態の力検知装置1では、力センサ2と一体に検知回路3が設けられている。なお、検知回路3は基板24に設けられる必要はなく、基板24とは別体で設けられていてもよい。更に、検知回路3は、例えば力センサ2の外部の基板(図示せず)に設けられていてもよい。すなわち、本実施形態の力検知装置1では、力センサ2と別体に検知回路3が設けられていてもよい。   In the force sensor 2 of the present embodiment, the detection circuit 3 is configured by mounting electronic components on the substrate 24. In other words, a circuit (detection circuit 3) is formed on the substrate (structure) 24. That is, in the force detection device 1 of the present embodiment, the detection circuit 3 is provided integrally with the force sensor 2. Note that the detection circuit 3 does not need to be provided on the substrate 24 and may be provided separately from the substrate 24. Further, the detection circuit 3 may be provided, for example, on a substrate (not shown) outside the force sensor 2. That is, in the force detection device 1 of the present embodiment, the detection circuit 3 may be provided separately from the force sensor 2.

以下、本実施形態の力センサ2及び力検知装置1の動作について説明する。先ず、外部の電源(図示せず)からコイル5に電流を供給することで、コア4が磁化され、磁路M1が形成される。ここでは、検知回路3の発振回路30がコイル5に電流を供給する。   Hereinafter, operations of the force sensor 2 and the force detection device 1 of the present embodiment will be described. First, by supplying a current to the coil 5 from an external power source (not shown), the core 4 is magnetized and the magnetic path M1 is formed. Here, the oscillation circuit 30 of the detection circuit 3 supplies a current to the coil 5.

次に、第1プレート21の下面に上向きに荷重(図1Cに示す上向きの矢印参照)が加わると、弾性体23が撓むことにより第1プレート21が押し上げられ、第1プレート21を介してコア4に荷重が加わる。すると、逆磁歪効果により、荷重の大きさに応じてコア4の透磁率が変化するため、コイル5のインダクタンスが変化する。同様に、第2プレート22の上面に下向きに荷重(図1Cに示す下向きの矢印参照)が加わると、弾性体23が撓むことにより第2プレート22が押し下げられ、第2プレート22を介してコア4に荷重が加わる。この場合も、荷重の大きさに応じてコイル5のインダクタンスが変化する。つまり、本実施形態の力センサ2では、コア4(検知部20)は、上下方向(検知方向)に沿う向きに第1プレート21及び第2プレート22からかかる荷重を受けるように構成されている。   Next, when an upward load is applied to the lower surface of the first plate 21 (see the upward arrow shown in FIG. 1C), the first plate 21 is pushed up by the elastic body 23 being bent, and the first plate 21 is A load is applied to the core 4. Then, due to the inverse magnetostriction effect, the magnetic permeability of the core 4 changes according to the magnitude of the load, so that the inductance of the coil 5 changes. Similarly, when a downward load is applied to the upper surface of the second plate 22 (see the downward arrow shown in FIG. 1C), the second plate 22 is pushed down by the elastic body 23 being bent, and the second plate 22 passes through the second plate 22. A load is applied to the core 4. Also in this case, the inductance of the coil 5 changes according to the magnitude of the load. That is, in the force sensor 2 of the present embodiment, the core 4 (detection unit 20) is configured to receive a load applied from the first plate 21 and the second plate 22 in a direction along the vertical direction (detection direction). .

コイル5のインダクタンスが変化すると、コイル5を含む共振回路50の共振周波数が変化する。このため、発振回路30が共振回路50の共振周波数に対応する周波数の発振信号を出力し、周期計測回路31が発振信号の周期に対応する信号を出力する。ここで、発振信号の周期は、等価回路におけるインダクタL1のインダクタンスとキャパシタC1の容量値との積の平方根で表される。そして、二乗回路32が周期計測回路31の出力信号の二乗値を演算して出力するため、二乗回路32の出力信号は、コイル5のインダクタンスの変化に対して直線的に変化する。二乗回路32の出力信号は、温度補償回路33により温度変動分が補正される。そして、信号処理回路34は、温度補償回路33の出力信号に基づいてコイル5のインダクタンスを演算し、コイル5のインダクタンスの変化量からコア4に加わる荷重を演算する。つまり、検知回路3は、コイル5のインダクタンスの変化に基づいてコア4に加わる荷重を検知する。   When the inductance of the coil 5 changes, the resonance frequency of the resonance circuit 50 including the coil 5 changes. Therefore, the oscillation circuit 30 outputs an oscillation signal having a frequency corresponding to the resonance frequency of the resonance circuit 50, and the period measurement circuit 31 outputs a signal corresponding to the period of the oscillation signal. Here, the period of the oscillation signal is represented by the square root of the product of the inductance of the inductor L1 and the capacitance value of the capacitor C1 in the equivalent circuit. And since the square circuit 32 calculates and outputs the square value of the output signal of the period measurement circuit 31, the output signal of the square circuit 32 changes linearly with respect to the change of the inductance of the coil 5. The output signal of the square circuit 32 is corrected for temperature fluctuations by the temperature compensation circuit 33. The signal processing circuit 34 calculates the inductance of the coil 5 based on the output signal of the temperature compensation circuit 33, and calculates the load applied to the core 4 from the amount of change in the inductance of the coil 5. That is, the detection circuit 3 detects the load applied to the core 4 based on the change in the inductance of the coil 5.

上述のように、本実施形態の力センサ2は、第1プレート21と第2プレート22とで検知部20を挟み、第1プレート21及び第2プレート22の両者間を弾性体23で位置決めした構成となっている。このため、本実施形態の力センサ2では、第1プレート21及び第2プレート22に従来例のような起歪部を設ける加工が必要ではないので、第1プレート21及び第2プレート22の厚さ方向の寸法を小さくすることができる。したがって、本実施形態の力センサ2は、第1プレート21及び第2プレート22の厚さ方向の寸法を小さくすることで、薄型化を図ることができる。また、本実施形態の力センサ2は、弾性体23を備えている。このため、本実施形態の力センサ2は、第1プレート21又は第2プレート22に荷重が加わると、コア4に荷重が適正に伝わり易いので、荷重の検知精度を向上させることができる。   As described above, the force sensor 2 of the present embodiment sandwiches the detection unit 20 between the first plate 21 and the second plate 22, and positions both the first plate 21 and the second plate 22 with the elastic body 23. It has a configuration. For this reason, in the force sensor 2 according to the present embodiment, the first plate 21 and the second plate 22 do not need to be provided with a strain generating portion as in the conventional example. The vertical dimension can be reduced. Therefore, the force sensor 2 of the present embodiment can be reduced in thickness by reducing the thickness dimension of the first plate 21 and the second plate 22. Further, the force sensor 2 of the present embodiment includes an elastic body 23. For this reason, the force sensor 2 of the present embodiment can improve the load detection accuracy because the load is easily transmitted to the core 4 when a load is applied to the first plate 21 or the second plate 22.

また、本実施形態の力センサ2では、コイル5の通電時に形成される磁路M1が閉磁路となるようにコイル5を設けているが、コイル5は、図3Aに示すように、導線をコア4の外周に沿って巻き付けることで構成されていてもよい。この構成では、コイル5の通電時に生じる磁束は、コア4の内側のみならずコア4の外側も通る磁路M2を形成する。つまり、この構成では、磁路M2は開磁路となる。この構成では、取付部41を設ける等してコア4を加工する必要がないので、コア4を製作し易いという利点がある。また、この構成では、コア4の外周に導線を巻き付けるだけでコイル5を製作することができるので、コイル5を製作し易いという利点がある。つまり、この構成では、コア4及びコイル5の設計が容易であることから、力センサ2の小型化や薄型化を図り易い。なお、導線をコア4の外周に沿って巻き付けることでコイル5を構成する場合は、図3Bに示すように、コア4は中空部40を有していなくてもよい。   Further, in the force sensor 2 of the present embodiment, the coil 5 is provided so that the magnetic path M1 formed when the coil 5 is energized is a closed magnetic path. However, as shown in FIG. You may be comprised by winding along the outer periphery of the core 4. FIG. In this configuration, the magnetic flux generated when the coil 5 is energized forms a magnetic path M <b> 2 that passes not only inside the core 4 but also outside the core 4. That is, in this configuration, the magnetic path M2 is an open magnetic path. This configuration has an advantage that the core 4 is easy to manufacture because it is not necessary to process the core 4 by providing the attachment portion 41 or the like. In addition, this configuration has an advantage that the coil 5 can be easily manufactured because the coil 5 can be manufactured simply by winding a conducting wire around the outer periphery of the core 4. That is, in this configuration, the core 4 and the coil 5 can be easily designed, so that the force sensor 2 can be easily reduced in size and thickness. When the coil 5 is configured by winding a conducting wire along the outer periphery of the core 4, the core 4 may not have the hollow portion 40 as illustrated in FIG. 3B.

また、本実施形態の力センサ2では、基板24を用いてコア4を位置決めしているが、例えば図4に示すように、基板24以外の構造体27でコア4を位置決めする構成であってもよい。なお、この構成では、第1プレート21は、その中央部に平面視で円形状の通孔210が設けられている。同様に、この構成では、第2プレート22は、その中央部に平面視で円形状の通孔220が設けられている。これらの通孔210,220は、例えばボルト(図示せず)の締付軸力を検知する際に、ボルトの軸部をコア4の中空部40に通すために用いられる。また、これらの通孔210,220は、アンカー100(図9参照)の引張り力を検知する際に、アンカー100のテンドン(tendon)102A(図9参照)をコア4の中空部40に通すために用いられる。勿論、通孔210,220の形状は、平面視で円形状に限定されず、ボルトの軸部やテンドン102Aを通すことが可能な形状であればよい。   Further, in the force sensor 2 of the present embodiment, the core 4 is positioned using the substrate 24. For example, as shown in FIG. 4, the core 4 is positioned by a structure 27 other than the substrate 24. Also good. In this configuration, the first plate 21 is provided with a circular through-hole 210 in the center in a plan view. Similarly, in this configuration, the second plate 22 is provided with a circular through-hole 220 in the center in a plan view. These through holes 210 and 220 are used, for example, to pass the shaft portion of the bolt through the hollow portion 40 of the core 4 when detecting the tightening axial force of a bolt (not shown). Further, these through holes 210 and 220 pass the tendon 102A (see FIG. 9) of the anchor 100 through the hollow portion 40 of the core 4 when detecting the tensile force of the anchor 100 (see FIG. 9). Used for. Of course, the shape of the through-holes 210 and 220 is not limited to a circular shape in plan view, and may be any shape as long as it allows the shaft portion of the bolt and the tendon 102A to pass therethrough.

構造体27は、例えば金属材料や樹脂材料によりシート状に形成され、第1プレート21及び第2プレート22、並びに弾性体23で囲まれる空間内に収納されている。構造体27は、上記の空間の一部に弾性体23を充填することで固定されている。また、構造体27は、基板24と同様に平面視で円環形状に形成されており、その中央部は平面視で円環形状の位置決め孔270となっている。この位置決め孔270にコア4が嵌まり込むことで、コア4が所定の位置に位置決めされる。なお、位置決め孔270の形状は、平面視で円形状に限定されず、例えば平面視で矩形状であってもよい。つまり、位置決め孔270は、コア4が嵌まり込む形状であればよい。   The structure 27 is formed in a sheet shape from, for example, a metal material or a resin material, and is housed in a space surrounded by the first plate 21, the second plate 22, and the elastic body 23. The structure 27 is fixed by filling the elastic body 23 in a part of the space. The structure 27 is formed in an annular shape in a plan view like the substrate 24, and a central portion thereof is an annular positioning hole 270 in the plan view. The core 4 is positioned at a predetermined position by fitting the core 4 into the positioning hole 270. The shape of the positioning hole 270 is not limited to a circular shape in a plan view, and may be a rectangular shape in a plan view, for example. That is, the positioning hole 270 only needs to have a shape into which the core 4 is fitted.

この構成では、力センサ2は基板24を備えていない。つまり、検知回路3は、力センサ2の外部に配置されている。したがって、この構成では、構造体27に検知回路3などの回路を設計する必要がないことから、基板24と比較して構造体27の厚さ方向の寸法を小さくすることができるので、力センサ2の薄型化を図ることができる。   In this configuration, the force sensor 2 does not include the substrate 24. That is, the detection circuit 3 is disposed outside the force sensor 2. Therefore, in this configuration, since it is not necessary to design a circuit such as the detection circuit 3 in the structure 27, the dimension in the thickness direction of the structure 27 can be reduced as compared with the substrate 24. Therefore, the force sensor 2 can be reduced in thickness.

なお、本実施形態の力センサ2では、基板24や構造体27を備えるか否かは任意である。すなわち、本実施形態の力センサ2は、第1プレート21及び第2プレート22、並びに弾性体23によりコア4を位置決めする構造であれば、基板24や構造体27を設けなくてもよい。但し、基板24や構造体27を備える構成であれば、第1プレート21及び第2プレート22を加工してコア4を位置決めするための構造を設ける必要がなく、第1プレート21及び第2プレート22の厚さ寸法を小さくすることができるという利点がある。   In addition, in the force sensor 2 of this embodiment, it is arbitrary whether the board | substrate 24 and the structure 27 are provided. That is, the force sensor 2 of the present embodiment does not have to be provided with the substrate 24 and the structure 27 as long as the core 4 is positioned by the first plate 21 and the second plate 22 and the elastic body 23. However, if the configuration includes the substrate 24 and the structure 27, there is no need to provide a structure for positioning the core 4 by processing the first plate 21 and the second plate 22, and the first plate 21 and the second plate. There is an advantage that the thickness dimension of 22 can be reduced.

また、本実施形態の力検知装置1では、検知回路3は、二乗回路32及び温度補償回路33を備えずに、周期計測回路31から出力される信号に基づいて信号処理回路34が荷重の変化を検知する構成であってもよい。また、図2に示す検知回路3の構成は一例であり、検知回路3は、コイル5の磁気特性(インダクタンスまたはコンダクタンス)の変化に基づいて荷重を検知する構成であれば、その他の構成であってもよい。   In the force detection device 1 of the present embodiment, the detection circuit 3 does not include the squaring circuit 32 and the temperature compensation circuit 33, and the signal processing circuit 34 changes the load based on the signal output from the period measurement circuit 31. The structure which detects this may be sufficient. In addition, the configuration of the detection circuit 3 illustrated in FIG. 2 is an example, and the detection circuit 3 may be any other configuration as long as it detects a load based on a change in magnetic characteristics (inductance or conductance) of the coil 5. May be.

(実施形態2)
本実施形態の力センサ2及び力検知装置1は、例えばグラウンドアンカー(ground anchor)工法に用いられる。ここで、グラウンドアンカー工法について簡単に説明する。例えば地山の掘削や盛土等により法面が形成される場合、法面に設けられる構造物を安定させるために、グラウンドアンカー工法が一般的に用いられている。このグラウンドアンカー工法で使用するアンカーの引張り力を検知して監視するために、実施形態1の力センサ2及び力検知装置1を用いることが考えられる。
(Embodiment 2)
The force sensor 2 and the force detection device 1 according to the present embodiment are used, for example, in a ground anchor method. Here, the ground anchor method will be briefly described. For example, when a slope is formed by excavation or embankment of a natural ground, a ground anchor method is generally used to stabilize a structure provided on the slope. In order to detect and monitor the tensile force of the anchor used in this ground anchor method, it is conceivable to use the force sensor 2 and the force detection device 1 of the first embodiment.

ここで、アンカーのように大型の部材に実施形態1の力センサ2を用いる場合、大型の部材に合わせて径寸法の大きいコア4を用いる必要がある。しかしながら、コア4の厚さ方向の寸法を大きくすることなくコア4の径寸法を大きくする加工は困難であり、実施形態1の力センサ2では、コア4の厚さ方向の大型化を避けられない。そこで、大型の部材の荷重を検知する場合、力センサ2は、複数の検知部20を備えるのが好ましい。   Here, when using the force sensor 2 of Embodiment 1 for a large member like an anchor, it is necessary to use the core 4 with a large diameter according to a large member. However, it is difficult to increase the diameter of the core 4 without increasing the dimension of the core 4 in the thickness direction. In the force sensor 2 of the first embodiment, the core 4 can be prevented from being enlarged in the thickness direction. Absent. Therefore, when detecting the load of a large member, the force sensor 2 preferably includes a plurality of detection units 20.

以下、複数の検知部20を備える本実施形態の力センサ2及び力検知装置1について図面を用いて説明する。なお、本実施形態の力センサ2及び力検知装置1において、実施形態1と共通する構成要素については適宜説明を省略する。   Hereinafter, the force sensor 2 and the force detection device 1 of the present embodiment including a plurality of detection units 20 will be described with reference to the drawings. In the force sensor 2 and the force detection device 1 of the present embodiment, the description of the components common to the first embodiment will be omitted as appropriate.

本実施形態の力センサ2は、図5A,図5Bに示すように、複数(ここでは、12個)の検知部20と、第1プレート21と、第2プレート22と、弾性体23と、基板(構造体)24とを備えている。また、複数の検知部20は、上下方向(検知方向)と直交する平面に沿って配置される。なお、図5Bでは、第2プレート22及び弾性体23の図示を省略している。また、「直交」とは、完全な「直交」のみではなく、「ほぼ直交」を含む表現である。   As shown in FIGS. 5A and 5B, the force sensor 2 of the present embodiment includes a plurality (here, twelve) detection units 20, a first plate 21, a second plate 22, an elastic body 23, And a substrate (structure) 24. Moreover, the some detection part 20 is arrange | positioned along the plane orthogonal to an up-down direction (detection direction). In FIG. 5B, the second plate 22 and the elastic body 23 are not shown. Further, “orthogonal” is an expression including “substantially orthogonal” as well as complete “orthogonal”.

第1プレート21は、図5Bに示すように平面視で正方形状に形成されている。また、図示しないが、第2プレート22は、第1プレート21と同様に平面視で正方形状に形成されている。第1プレート21は、図5Aに示すように、複数(図示では2つ)のコア4の下面に接する形で複数のコア4の下側に配置される。また、第2プレート22は、図5Aに示すように、複数(図示では2つ)のコア4の上面に接する形で複数のコア4の上側に配置される。つまり、第1プレート21及び第2プレート22は、上下方向(検知方向)の両側から複数のコア4を挟むように配置される。   As shown in FIG. 5B, the first plate 21 is formed in a square shape in plan view. Although not shown, the second plate 22 is formed in a square shape in a plan view like the first plate 21. As shown in FIG. 5A, the first plate 21 is disposed below the plurality of cores 4 so as to be in contact with the lower surfaces of the plurality (two in the drawing) of the cores 4. Further, as shown in FIG. 5A, the second plate 22 is disposed on the upper side of the plurality of cores 4 so as to be in contact with the upper surfaces of the plurality (two in the drawing) of the cores 4. That is, the first plate 21 and the second plate 22 are arranged so as to sandwich the plurality of cores 4 from both sides in the vertical direction (detection direction).

第1プレート21には、図5A,図5Bに示すように、その中央部を上下方向(検知方向)に貫通する平面視で円形状の通孔210が設けられている。また、第2プレート22には、図5Aに示すように、その中央部を上下方向(検知方向)に貫通する平面視で円形状の通孔220が設けられている。勿論、通孔210,220の形状は、平面視で円形状に限定されず、ボルトの軸部やテンドン102Aを通すことが可能な形状であればよい。   As shown in FIGS. 5A and 5B, the first plate 21 is provided with a circular through hole 210 in a plan view that penetrates the center portion in the vertical direction (detection direction). Further, as shown in FIG. 5A, the second plate 22 is provided with a circular through hole 220 in a plan view that penetrates the center portion in the vertical direction (detection direction). Of course, the shape of the through-holes 210 and 220 is not limited to a circular shape in plan view, and may be any shape as long as it allows the shaft portion of the bolt and the tendon 102A to pass therethrough.

なお、本実施形態の力センサ2では、第1プレート21の中央部に通孔210を、第2プレート22の中央部に通孔220をそれぞれ設けているが、通孔210,220を設ける位置を限定する趣旨ではない。つまり、通孔210は、第1プレート21を上下方向(検知方向)に貫通する形で設けられていればよく、その位置は中央部に限定されない。同様に、通孔220は、第2プレート22を上下方向(検知方向)に貫通する形で設けられていればよく、その位置は中央部に限定されない。   In the force sensor 2 of the present embodiment, the through hole 210 is provided in the central portion of the first plate 21 and the through hole 220 is provided in the central portion of the second plate 22, but the positions where the through holes 210 and 220 are provided. It is not intended to limit. That is, the through-hole 210 may be provided so as to penetrate the first plate 21 in the vertical direction (detection direction), and the position thereof is not limited to the central portion. Similarly, the through hole 220 may be provided so as to penetrate the second plate 22 in the vertical direction (detection direction), and the position thereof is not limited to the central portion.

弾性体23は、図5Aに示すように、第1プレート21の上面の外周縁と、第2プレート22の下面の外周縁とに接着することで、第1プレート21及び第2プレート22を互いに結合する。また、弾性体23は、図5Aに示すように、第1プレート21の上面における通孔210の周縁と、第2プレート22の下面における通孔220の周縁とに接着することで、第1プレート21及び第2プレート22を互いに結合する。
つまり、弾性体23は、第1プレート21及び第2プレート21の両者間を位置決めする構成であればよい。
As shown in FIG. 5A, the elastic body 23 is bonded to the outer peripheral edge of the upper surface of the first plate 21 and the outer peripheral edge of the lower surface of the second plate 22, thereby connecting the first plate 21 and the second plate 22 to each other. Join. Further, as shown in FIG. 5A, the elastic body 23 is bonded to the periphery of the through hole 210 on the upper surface of the first plate 21 and the periphery of the through hole 220 on the lower surface of the second plate 22, thereby 21 and the second plate 22 are coupled to each other.
That is, the elastic body 23 may be configured to position both the first plate 21 and the second plate 21.

基板24は、図5Aに示すように、第1プレート21及び第2プレート22、並びに弾性体23で囲まれる空間内に収納されている。基板24は、図5Bに示すように平面視で正方形状に形成されている。また、基板24の中央部には、通孔210,220の径寸法よりも僅かに大きい径寸法(例えば、直径140mm)を有する平面視で円形状の通孔241が設けられている。この通孔241は、通孔210,220と同様に、ボルトの軸部やテンドン102Aを通すことが可能な形状であればよい。基板24は、その外周縁と、通孔241の内周縁とがそれぞれ弾性体23に接することで固定されている。   As shown in FIG. 5A, the substrate 24 is accommodated in a space surrounded by the first plate 21, the second plate 22, and the elastic body 23. The board | substrate 24 is formed in square shape by planar view, as shown to FIG. 5B. In addition, a circular through hole 241 is provided in a central portion of the substrate 24 in a plan view having a diameter (for example, a diameter of 140 mm) slightly larger than the diameter of the through holes 210 and 220. Similar to the through holes 210 and 220, the through hole 241 may have any shape that allows the shaft portion of the bolt and the tendon 102A to pass therethrough. The substrate 24 is fixed so that the outer peripheral edge thereof and the inner peripheral edge of the through hole 241 are in contact with the elastic body 23.

また、基板24には、図5B,図6Aに示すように、通孔241の周囲に複数(図示では12個)の位置決め孔240が設けられている。各位置決め孔240は、平面視で円形状に形成され、通孔241の周方向に沿って等間隔に設けられている。なお、位置決め孔240の形状は、平面視で円形状に限定されず、例えば図6Bに示すように平面視で矩形状であってもよい。つまり、位置決め孔240は、コア4が嵌まり込む形状であればよい。   Further, as shown in FIGS. 5B and 6A, the substrate 24 is provided with a plurality of (in the figure, 12) positioning holes 240 around the through hole 241. Each positioning hole 240 is formed in a circular shape in plan view, and is provided at equal intervals along the circumferential direction of the through hole 241. The shape of the positioning hole 240 is not limited to a circular shape in a plan view, and may be a rectangular shape in a plan view as shown in FIG. 6B, for example. That is, the positioning hole 240 may have a shape into which the core 4 is fitted.

本実施形態の力センサ2では、図5Bに示すように、各位置決め孔240は、上下方向(検知方向)と直交する平面において、通孔241の中心を通る基準線R1に対して線対称となるように配置される。また、各位置決め孔240は、上下方向(検知方向)と直交する平面において、通孔241の中心を基準点R2として、基準点R2に対して点対称となるように配置されている。したがって、各位置決め孔240にそれぞれコア4を配置することで、各検知部20も基準線R1に対して線対称となるように配置され、且つ基準点R2に対して点対称となるように配置される。また、言い換えれば、複数の検知部20は、通孔210,220の周囲に配置されている。   In the force sensor 2 of the present embodiment, as shown in FIG. 5B, each positioning hole 240 is symmetrical with respect to a reference line R1 passing through the center of the through hole 241 in a plane orthogonal to the vertical direction (detection direction). It is arranged to become. Each positioning hole 240 is arranged to be point-symmetric with respect to the reference point R2 with the center of the through hole 241 as the reference point R2 in a plane orthogonal to the vertical direction (detection direction). Therefore, by arranging the core 4 in each positioning hole 240, each detection unit 20 is also arranged so as to be symmetric with respect to the reference line R1, and arranged so as to be symmetric with respect to the reference point R2. Is done. In other words, the plurality of detection units 20 are arranged around the through holes 210 and 220.

本実施形態の力検知装置1では、図7Aに示すように、各検知部20が検知回路3に個別に電気的に接続されている。つまり、各コイル5の両端が、それぞれ検知回路3に個別に電気的に接続されている。検知回路3は、各検知部20の出力信号のレベルの合計値に基づいて演算することで、全てのコア4に加わる荷重(すなわち、力センサ2に加わる荷重)を検知することができる。   In the force detection device 1 of the present embodiment, as shown in FIG. 7A, each detection unit 20 is electrically connected to the detection circuit 3 individually. That is, both ends of each coil 5 are individually electrically connected to the detection circuit 3. The detection circuit 3 can detect the load applied to all the cores 4 (that is, the load applied to the force sensor 2) by calculating based on the total value of the output signal levels of the detection units 20.

また、検知回路3は、各検知部20の出力信号のレベルに基づいて検知部20毎に加わる荷重を演算することも可能である。この構成では、検知回路3は、各検知部20に加わる荷重を比較することで、第1プレート21又は第2プレート22に加わる荷重の分布を検知することができる。つまり、この構成では、第1プレート21又は第2プレート22に均一に荷重が加わっているか否かを検知することができる。   The detection circuit 3 can also calculate a load applied to each detection unit 20 based on the level of the output signal of each detection unit 20. In this configuration, the detection circuit 3 can detect the distribution of the load applied to the first plate 21 or the second plate 22 by comparing the load applied to each detection unit 20. That is, in this configuration, it is possible to detect whether a load is uniformly applied to the first plate 21 or the second plate 22.

なお、この構成では、図7Bに示すように、検知回路3は、コイル5を備えていない検知部20がある場合でも荷重を検知することが可能である。したがって、この構成では、検知対象に応じて検知部20の個数を減らすことができ、製作コストの低減を図ることができる。   In this configuration, as shown in FIG. 7B, the detection circuit 3 can detect a load even when there is a detection unit 20 that does not include the coil 5. Therefore, in this configuration, the number of detection units 20 can be reduced according to the detection target, and the manufacturing cost can be reduced.

また、本実施形態の力検知装置1は、図8に示すように、各検知部20を検知回路3に直列に電気的に接続した構成であってもよい。つまり、各コイル5の直列回路の両端が、検知回路3に電気的に接続されている。この構成では、1つの検知部20の出力信号のレベルが微小であっても、全ての検知部20の出力信号のレベルの合計値に基づいて検知回路3が荷重を演算するので、荷重の検知精度が向上するという利点がある。また、この構成では、隣り合うコイル5の間で相互干渉が起こり難いという利点がある。   Moreover, the structure which connected each detection part 20 to the detection circuit 3 in series electrically may be sufficient as the force detection apparatus 1 of this embodiment, as shown in FIG. That is, both ends of the series circuit of each coil 5 are electrically connected to the detection circuit 3. In this configuration, even if the level of the output signal of one detection unit 20 is very small, the detection circuit 3 calculates the load based on the total value of the levels of the output signals of all the detection units 20. There is an advantage that accuracy is improved. In addition, this configuration has an advantage that mutual interference hardly occurs between the adjacent coils 5.

以下、本実施形態の力センサ2及び力検知装置1を用いて、グラウンドアンカー工法で用いられるアンカー100の引張り力を検知する実施例について図9を参照して説明する。なお、図9では、検知回路3の図示を省略している。アンカー100は、構造物A1からの引張り力を地盤(図示せず)に伝達するために用いられる。アンカー100は、引張り力を地盤に伝達させる機能を持つアンカー体(図示せず)と、アンカー100を構造物A1に結合するためのアンカー頭部101と、アンカー頭部101からの引張り力をアンカー体に伝える引張り部102とで構成される。   Hereinafter, the Example which detects the tensile force of the anchor 100 used by the ground anchor construction method using the force sensor 2 and the force detection apparatus 1 of this embodiment is described with reference to FIG. In FIG. 9, the detection circuit 3 is not shown. The anchor 100 is used to transmit a tensile force from the structure A1 to the ground (not shown). The anchor 100 includes an anchor body (not shown) having a function of transmitting a tensile force to the ground, an anchor head 101 for coupling the anchor 100 to the structure A1, and an tensile force from the anchor head 101. It is comprised with the tension | pulling part 102 transmitted to a body.

アンカー頭部101は、定着具であるナット101Aと、構造物A1の上に配置される支圧板であるアンカープレート101Bとで構成されている。アンカープレート101Bには、テンドン102Aを通すことが可能な孔101Cが設けられている。引張り部102は、例えばPC(Prestressed Concrete)鋼撚り線で構成される棒状のテンドン102Aを備えている。テンドン102Aの長手方向の第1端には、アンカー体が機械的に接続されている。また、テンドン102Aの長手方向の第2端は、アンカープレート101Bの孔101C、及び本実施形態の力センサ2の通孔210,220,241に通された状態で、ナット101Aが締め付けられている。   The anchor head 101 includes a nut 101A that is a fixing tool, and an anchor plate 101B that is a pressure bearing plate disposed on the structure A1. The anchor plate 101B is provided with a hole 101C through which the tendon 102A can pass. The tension portion 102 includes a rod-shaped tendon 102A made of, for example, a PC (Prestressed Concrete) steel strand. An anchor body is mechanically connected to the first end in the longitudinal direction of the tendon 102A. Further, the second end in the longitudinal direction of the tendon 102A is tightened with the nut 101A while being passed through the hole 101C of the anchor plate 101B and the through holes 210, 220, and 241 of the force sensor 2 of the present embodiment. .

本実施形態の力センサ2は、ナット101Aとアンカープレート101Bとで挟まれる形で配置されている。したがって、本実施形態の力検知装置1は、ナット101Aが力センサ2の一面を押し下げる荷重を検知回路3が検知することで、アンカー100の引張り力を検知することができる。   The force sensor 2 according to the present embodiment is arranged in such a manner as to be sandwiched between the nut 101A and the anchor plate 101B. Therefore, the force detection device 1 according to the present embodiment can detect the tensile force of the anchor 100 when the detection circuit 3 detects a load in which the nut 101A pushes down one surface of the force sensor 2.

上述のように、本実施形態の力センサ2及び力検知装置1は、1つの検知部20ではなく複数の検知部20を用いて荷重を検知する構成となっている。したがって、本実施形態の力センサ2及び力検知装置1は、1つの検知部20のみを備える場合と比較して、各検知部20のコア4の径寸法を小さくすることができ、結果としてコア4の厚さ方向の寸法も小さくすることができる。したがって、本実施形態の力センサ2及び力検知装置1は、アンカー100のような大型の部材に用いる場合でも、薄型化を図ることができる。   As described above, the force sensor 2 and the force detection device 1 of the present embodiment are configured to detect a load using a plurality of detection units 20 instead of a single detection unit 20. Therefore, the force sensor 2 and the force detection device 1 according to the present embodiment can reduce the diameter of the core 4 of each detection unit 20 as compared with the case where only one detection unit 20 is provided. The dimension in the thickness direction of 4 can also be reduced. Therefore, even when the force sensor 2 and the force detection device 1 of the present embodiment are used for a large member such as the anchor 100, it is possible to reduce the thickness.

また、本実施形態の力センサ2では、各コア4(すなわち、複数の検知部20の各々の有するコア4)は、厚さ方向の寸法(図5Aの‘T1’参照)が互いに等しくなっている。このため、本実施形態の力センサ2は、各コア4の厚さ方向と直交する面が互いに揃うため、各コア4に均等に荷重がかかり易く、偏荷重が生じ難いという利点がある。なお、「等しく」とは、なお、「等しく」とは、「同一」、若しくは「ほぼ同一」を含む表現である。したがって、製造上の誤差により各コア4の厚さ方向の寸法が互いに僅かに異なるのは、許容範囲内の誤差である。なお、各コア4の厚さ方向の寸法を互いに等しくするか否かは、任意である。   In the force sensor 2 of the present embodiment, the cores 4 (that is, the cores 4 included in each of the plurality of detection units 20) have the same dimension in the thickness direction (see “T1” in FIG. 5A). Yes. For this reason, the force sensor 2 according to the present embodiment has the advantage that the surfaces perpendicular to the thickness direction of the cores 4 are aligned with each other, and therefore, it is easy to apply a load evenly to the cores 4 and an uneven load hardly occurs. “Equal” is an expression including “same” or “substantially identical”. Therefore, it is an error within an allowable range that the dimension in the thickness direction of each core 4 is slightly different from each other due to a manufacturing error. Note that whether or not the cores 4 have the same thickness in the thickness direction is arbitrary.

また、本実施形態の力センサ2では、図5Bに示すように、各検知部20を基準線R1に対して線対称となるように配置し、且つ基準点R2に対して点対称となるように配置している。このため、本実施形態の力センサ2は、各コア4が上下方向(検知方向)と直交する平面(例えば、第1プレート21の下面や第2プレート22の上面に平行な面)において均等に配置されるので、各コア4に均等に荷重がかかり易く、偏荷重が生じ難いという利点がある。   Further, in the force sensor 2 of the present embodiment, as shown in FIG. 5B, the detectors 20 are arranged so as to be line-symmetric with respect to the reference line R1, and are point-symmetric with respect to the reference point R2. Is arranged. For this reason, in the force sensor 2 of the present embodiment, the cores 4 are evenly distributed on a plane (for example, a plane parallel to the lower surface of the first plate 21 and the upper surface of the second plate 22) perpendicular to the vertical direction (detection direction). Since they are arranged, there is an advantage that a load is easily applied evenly to each core 4 and an uneven load is hardly generated.

なお、本実施形態の力センサ2では、例えば図10Aに示すように、基板24の対角線に沿って各検知部20が配置されていてもよい。この構成でも、各検知部20が基準線R1に対して線対称に配置され、且つ基準点R2に対して点対称に配置される。また、各検知部20は、基準線R1に対して線対称ではあるが、基準点R2に対しては点対称ではないように配置されていてもよい。更に、各検知部20は、基準線R1に対しては線対称ではないが、基準点R2に対して点対称となるように配置されていてもよい。   In the force sensor 2 of the present embodiment, for example, as illustrated in FIG. 10A, each detection unit 20 may be disposed along a diagonal line of the substrate 24. Even in this configuration, the detection units 20 are arranged in line symmetry with respect to the reference line R1 and are arranged in point symmetry with respect to the reference point R2. Each detection unit 20 may be arranged so as to be line-symmetric with respect to the reference line R1, but not point-symmetric with respect to the reference point R2. Furthermore, each detection unit 20 may be arranged so as to be point-symmetric with respect to the reference point R2, although it is not line-symmetric with respect to the reference line R1.

その他、各検知部20は、例えば図10Bに示すように、複数の位置決め孔240の何れかに選択的に配置されていてもよい。言い換えれば、複数の検知部20は、複数の検知位置(ここでは、位置決め孔240)の中から選択された2以上の検知位置に1対1に対応して配置されていてもよい。また、各検知部20は、同じく図10Bに示すように、基準線R1及び基準点R2の何れに対しても非対称に配置されていてもよい。なお、図10A,図10Bでは、それぞれ第2プレート22及び弾性体23の図示を省略している。   In addition, each detection part 20 may be selectively arrange | positioned in any of the some positioning hole 240, for example, as shown to FIG. 10B. In other words, the plurality of detection units 20 may be arranged in a one-to-one correspondence with two or more detection positions selected from a plurality of detection positions (here, the positioning holes 240). Moreover, each detection part 20 may be arrange | positioned asymmetrically with respect to any of the reference line R1 and the reference point R2, similarly as shown to FIG. 10B. In addition, in FIG. 10A and FIG. 10B, illustration of the 2nd plate 22 and the elastic body 23 is abbreviate | omitted, respectively.

また、本実施形態の力センサ2では、第1プレート21に通孔210、第2プレート22に通孔220、基板24に通孔241がそれぞれ設けられているが、通孔210,220,241を設けるか否かは任意である。すなわち、本実施形態の力センサ2は、例えば図11Aに示すように、通孔241を有さない平面視で正方形状の基板24に複数(図示では9個)の検知部20を配置した構成であってもよい。この構成では、第1プレート21及び第2プレート22もそれぞれ通孔210,220を有していない。   Further, in the force sensor 2 of the present embodiment, the first plate 21 is provided with the through hole 210, the second plate 22 is provided with the through hole 220, and the substrate 24 is provided with the through hole 241, but the through holes 210, 220, and 241 are provided. Whether or not is provided is arbitrary. That is, the force sensor 2 of the present embodiment has a configuration in which a plurality (9 in the drawing) of detection units 20 are arranged on a square substrate 24 in a plan view that does not have the through-hole 241 as illustrated in FIG. 11A, for example. It may be. In this configuration, the first plate 21 and the second plate 22 also do not have the through holes 210 and 220, respectively.

また、本実施形態の力センサ2は、平面視で正方形状の第1プレート21及び第2プレート22、並びに基板24を備えているが、第1プレート21及び第2プレート22、並びに基板24の形状を限定する趣旨ではない。すなわち、本実施形態の力センサ2は、例えば図11Bに示すように、平面視で半円環形状の第1プレート21及び第2プレート22、並びに基板24を備えていてもよい。その他、本実施形態の力センサ2は、図11Cに示すように、平面視で円環形状の第1プレート21及び第2プレート22、並びに基板24を備えていてもよい。なお、図11A〜図11Cでは、それぞれ第2プレート22及び弾性体23の図示を省略している。   Further, the force sensor 2 of the present embodiment includes the first plate 21 and the second plate 22 and the substrate 24 that are square in a plan view, but the first plate 21, the second plate 22, and the substrate 24 are It is not intended to limit the shape. That is, the force sensor 2 of the present embodiment may include a first plate 21 and a second plate 22 and a substrate 24 that are semicircular in a plan view as shown in FIG. 11B, for example. In addition, as shown in FIG. 11C, the force sensor 2 of the present embodiment may include a first plate 21 and a second plate 22 and a substrate 24 that are annular in a plan view. In addition, in FIG. 11A-FIG. 11C, illustration of the 2nd plate 22 and the elastic body 23 is abbreviate | omitted, respectively.

また、本実施形態の力センサ2は、図12に示すように、第1プレート21及び第2プレート22の少なくとも一方を含む外郭と基板24との間に配置されて、外郭と基板24との間を電気的に絶縁する絶縁体25を備えた構成であってもよい。図12に示す例では、外郭は第1プレート21である。絶縁体25は、例えば弾性及び絶縁性を有する材料から成る接着剤である。この構成では、第1プレート21(または第2プレート22)と、検知回路3などの回路が設計された基板24との間の絶縁性を向上させることができる。特に、第1プレート21(または第2プレート22)が金属材料で形成されている場合に有効である。したがって、この構成では、第1プレート21(または第2プレート22)と基板24との間の絶縁距離を確保するためにスペーサを設ける必要がなく、また、スペーサを固定するためのボルトも不要となるので、力センサ2の大型化を回避することができる。   Further, as shown in FIG. 12, the force sensor 2 of the present embodiment is disposed between the outer shell including at least one of the first plate 21 and the second plate 22 and the substrate 24, and The structure provided with the insulator 25 which electrically insulates between may be sufficient. In the example shown in FIG. 12, the outer shell is the first plate 21. The insulator 25 is an adhesive made of a material having elasticity and insulation, for example. In this configuration, the insulation between the first plate 21 (or the second plate 22) and the substrate 24 on which a circuit such as the detection circuit 3 is designed can be improved. This is particularly effective when the first plate 21 (or the second plate 22) is formed of a metal material. Therefore, in this configuration, it is not necessary to provide a spacer in order to secure an insulating distance between the first plate 21 (or the second plate 22) and the substrate 24, and a bolt for fixing the spacer is not necessary. Therefore, the enlargement of the force sensor 2 can be avoided.

なお、絶縁体25は、絶縁性を有する材料で形成された絶縁シートであってもよいし、絶縁性を有する材料で形成されて基板24の一面に塗布されるコーティング剤であってもよい。また、第1プレート21と基板24との間、及び第2プレート22と基板24との間の両方に絶縁体25を設けた構成であってもよい。つまり、第1プレート21と第2プレート22との両方が外郭であってもよい。なお、絶縁体25を設けるか否かは任意である。例えば、本実施形態の力センサ2が、検知回路3などの回路が設計された基板24を備えない構成であれば、絶縁体25を設ける必要はない。   The insulator 25 may be an insulating sheet formed of an insulating material or a coating agent formed of an insulating material and applied to one surface of the substrate 24. Moreover, the structure which provided the insulator 25 in both between the 1st plate 21 and the board | substrate 24 and between the 2nd plate 22 and the board | substrate 24 may be sufficient. That is, both the first plate 21 and the second plate 22 may be outlines. Note that whether or not the insulator 25 is provided is arbitrary. For example, if the force sensor 2 of the present embodiment is configured not to include the substrate 24 on which the circuit such as the detection circuit 3 is designed, the insulator 25 need not be provided.

また、本実施形態の力センサ2は、図13に示すように、基板24の位置決め孔240の周方向に沿って導体をパターン形成することでコイル5を設けた構成であってもよい。コイル5は、基板24の上面又は下面の何れかに導体をパターン形成することで構成される。また、基板24が多層基板であれば、コイル5は、基板24の何れかの層に導体をパターン形成することで構成される。この構成では、基板24にコイル5が設けられているため、コア4に導線を巻き付ける必要がない。このため、コア4は、導線を巻き付けるために必要な厚さ寸法を有していなくてもよい。つまり、この構成は、コア4の薄型化を図ることができる。なお、この構成では、導線をコア4に巻き付ける必要がないため、中空部40を有さないコア4を用いているが、中空部40を有するコア4を用いてもよい。   Further, as shown in FIG. 13, the force sensor 2 of the present embodiment may have a configuration in which the coil 5 is provided by patterning a conductor along the circumferential direction of the positioning hole 240 of the substrate 24. The coil 5 is configured by patterning a conductor on either the upper surface or the lower surface of the substrate 24. If the substrate 24 is a multilayer substrate, the coil 5 is configured by patterning a conductor on any layer of the substrate 24. In this configuration, since the coil 5 is provided on the substrate 24, it is not necessary to wind a conducting wire around the core 4. For this reason, the core 4 does not need to have a thickness dimension required in order to wind a conducting wire. That is, this configuration can reduce the thickness of the core 4. In addition, in this structure, since it is not necessary to wind a conducting wire around the core 4, the core 4 which does not have the hollow part 40 is used, but the core 4 which has the hollow part 40 may be used.

なお、本実施形態の力センサ2は、基板24に位置決め孔240を設けた構成であるが、図14に示すように、位置決め孔240の代わりに凹部242を設けた構成であってもよい。凹部242は、図14に示すように、基板24の上面から下方に窪んだ形状に形成されている。なお、凹部242の形状は、コア4が嵌り込む形状であればよく、その開口が平面視で円形状であってもよいし他の形状であってもよい。この構成でも、凹部242の内側にコア4を配置することで、コア4を所定の位置に位置決めすることが可能である。なお、実施形態1の力センサ2も、位置決め孔240の代わりに凹部242を基板24に設けた構成であってもよい。   The force sensor 2 of the present embodiment has a configuration in which the positioning hole 240 is provided in the substrate 24, but may have a configuration in which a concave portion 242 is provided instead of the positioning hole 240 as shown in FIG. As shown in FIG. 14, the recess 242 is formed in a shape recessed downward from the upper surface of the substrate 24. In addition, the shape of the recessed part 242 should just be a shape in which the core 4 fits in, and the opening may be circular shape in planar view, and another shape may be sufficient as it. Even in this configuration, the core 4 can be positioned at a predetermined position by disposing the core 4 inside the recess 242. The force sensor 2 according to the first embodiment may also have a configuration in which the concave portion 242 is provided in the substrate 24 instead of the positioning hole 240.

また、本実施形態の力センサ2は、図15に示すように、剛性体26を上下方向(検知方向)の両側から挟むように弾性体23を設けた構成であってもよい。剛性体26は、例えば金属材料などの弾性体23よりも剛性の高い材料で構成される。この構成では、剛性体26を備えない場合と比較して、荷重に対する弾性体23の強度を向上させることができる。なお、剛性体26の厚さ寸法は、コア4の厚さ寸法に応じて調整可能であるのが好ましい。また、図15に示す構成は、外側の弾性体23に剛性体26を設けた構成であるが、内側の弾性体23にも剛性体26を設けた構成であってもよい。   Further, as shown in FIG. 15, the force sensor 2 of the present embodiment may have a configuration in which an elastic body 23 is provided so as to sandwich the rigid body 26 from both sides in the vertical direction (detection direction). The rigid body 26 is made of a material having higher rigidity than the elastic body 23 such as a metal material. In this configuration, the strength of the elastic body 23 with respect to the load can be improved as compared with the case where the rigid body 26 is not provided. The thickness of the rigid body 26 is preferably adjustable according to the thickness of the core 4. Further, the configuration shown in FIG. 15 is a configuration in which the rigid body 26 is provided on the outer elastic body 23, but may be a configuration in which the rigid body 26 is also provided on the inner elastic body 23.

更に、本実施形態の力センサ2は、実施形態1の力センサ2と同様に、基板24以外の構造体27でコア4を位置決めする構成であってもよい(図16A,図16B参照)。なお、図16Bでは、第2プレート22及び弾性体23の図示を省略している。構造体27は、第1プレート21及び第2プレート22、並びに弾性体23で囲まれる空間内に収納されている。構造体27は、上記の空間の一部に弾性体23を充填することで固定されている。   Furthermore, the force sensor 2 of the present embodiment may be configured to position the core 4 with a structure 27 other than the substrate 24, as with the force sensor 2 of the first embodiment (see FIGS. 16A and 16B). In addition, in FIG. 16B, illustration of the 2nd plate 22 and the elastic body 23 is abbreviate | omitted. The structure 27 is accommodated in a space surrounded by the first plate 21 and the second plate 22 and the elastic body 23. The structure 27 is fixed by filling the elastic body 23 in a part of the space.

構造体27は、基板24と同様に、平面視で正方形状に形成されている。構造体27の中央部には、図16Bに示すように、通孔210,220の径寸法よりも僅かに大きい径寸法(例えば、直径140mm)を有する平面視で円形状の通孔271が設けられている。この通孔271は、通孔210,220と同様に、ボルトの軸部やテンドン102Aを通すことが可能な形状であればよい。また、構造体27には、図16Bに示すように、通孔271の周囲に複数(図示では12個)の位置決め孔270が設けられている。各位置決め孔270は、平面視で円形状に形成され、通孔271の周方向に沿って等間隔に設けられている。なお、位置決め孔270の形状は、平面視で円形状に限定されず、例えば平面視で矩形状であってもよい。つまり、位置決め孔270は、コア4が嵌まり込む形状であればよい。   Similar to the substrate 24, the structure 27 is formed in a square shape in plan view. As shown in FIG. 16B, a circular through hole 271 in a plan view having a diameter dimension (for example, a diameter of 140 mm) slightly larger than the diameter dimension of the through holes 210 and 220 is provided in the central portion of the structure 27. It has been. Similar to the through holes 210 and 220, the through hole 271 may have a shape that allows the shaft portion of the bolt and the tendon 102A to pass therethrough. Further, as shown in FIG. 16B, the structure 27 is provided with a plurality (12 in the drawing) of positioning holes 270 around the through hole 271. Each positioning hole 270 is formed in a circular shape in plan view, and is provided at equal intervals along the circumferential direction of the through hole 271. The shape of the positioning hole 270 is not limited to a circular shape in a plan view, and may be a rectangular shape in a plan view, for example. That is, the positioning hole 270 only needs to have a shape into which the core 4 is fitted.

この構成では、実施形態1の力センサ2と同様に、構造体27に検知回路3などの回路を設計する必要がないことから、基板24と比較して構造体27の厚さ方向の寸法を小さくすることができるので、力センサ2の薄型化を図ることができる。   In this configuration, as in the case of the force sensor 2 of the first embodiment, it is not necessary to design a circuit such as the detection circuit 3 in the structure 27. Since it can be made small, the force sensor 2 can be made thin.

更に、本実施形態の力センサ2は、図17A,図17Bに示すように、構造体27を第1プレート21(または第2プレート22)に一体に形成した構成であってもよい。なお、図17Bでは、第2プレート22及び弾性体23の図示を省略している。構造体27は、例えば溶接などの加工技術により、第1プレート21(または第2プレート22)と一体に形成される。この構成でも、力センサ2の薄型化を図ることができる。   Furthermore, the force sensor 2 of the present embodiment may have a structure in which the structure 27 is formed integrally with the first plate 21 (or the second plate 22), as shown in FIGS. 17A and 17B. In FIG. 17B, the second plate 22 and the elastic body 23 are not shown. The structure 27 is formed integrally with the first plate 21 (or the second plate 22) by a processing technique such as welding. Even with this configuration, the force sensor 2 can be thinned.

なお、本実施形態の力センサ2では、実施形態1の力センサ2と同様に、基板24や構造体27を備えるか否かは任意である。すなわち、本実施形態の力センサ2は、第1プレート21及び第2プレート22、並びに弾性体23によりコア4を位置決めする構造であれば、基板24や構造体27を設けなくてもよい。但し、基板24や構造体27を備える構成であれば、第1プレート21及び第2プレート22を加工してコア4を位置決めするための構造を設ける必要がなく、第1プレート21及び第2プレート22の厚さ寸法を小さくすることができるという利点がある。   In addition, in the force sensor 2 of this embodiment, it is arbitrary whether the board | substrate 24 and the structure 27 are provided similarly to the force sensor 2 of Embodiment 1. FIG. That is, the force sensor 2 of the present embodiment does not have to be provided with the substrate 24 and the structure 27 as long as the core 4 is positioned by the first plate 21 and the second plate 22 and the elastic body 23. However, if the configuration includes the substrate 24 and the structure 27, there is no need to provide a structure for positioning the core 4 by processing the first plate 21 and the second plate 22, and the first plate 21 and the second plate. There is an advantage that the thickness dimension of 22 can be reduced.

1 力検知装置
2 力センサ
20 検知部
21 第1プレート
210 通孔
22 第2プレート
220 通孔
23 弾性体
24 基板(構造体)
240 位置決め孔
25 絶縁体
27 構造体
270 位置決め孔
3 検知回路
4 コア
5 コイル
M1 閉磁路
M2 開磁路
R1 基準線
R2 基準点
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Force detection apparatus 2 Force sensor 20 Detection part 21 1st plate 210 Through-hole 22 2nd plate 220 Through-hole 23 Elastic body 24 Board | substrate (structure)
240 Positioning hole 25 Insulator 27 Structure 270 Positioning hole 3 Detection circuit 4 Core 5 Coil M1 Closed magnetic path M2 Open magnetic path R1 Reference line R2 Reference point

Claims (11)

磁性体で形成されて中空部を有するコア、及び前記コアと磁気的に結合するコイルを有する検知部と、
所定の検知方向の両側から前記検知部を挟むように配置される第1プレート及び第2プレートと、
前記コアよりも弾性率の低い材料で形成され、前記第1プレート及び前記第2プレートの両者間を位置決めする弾性体とを備え、
前記検知部は、前記検知方向に沿う向きに前記第1プレート及び前記第2プレートからかかる荷重を受けるように構成され
前記コアには、前記コイルを流れる電流によって生じる磁束の通る磁路が、前記中空部の周方向に沿って形成され、
前記弾性体は、前記第1プレートの外周縁と、前記第2プレートの外周縁とに接着することで、前記第1プレートと前記第2プレートとによって前記検知方向の両側から挟まれるように、前記第1プレートと前記第2プレートとの間に設けられることを特徴とする力センサ。
A detecting portion having a core that is formed of a magnetic material having a hollow portion, and said core and magnetically coupled to the coil,
A first plate and a second plate arranged to sandwich the detection unit from both sides in a predetermined detection direction;
An elastic body that is formed of a material having a lower elastic modulus than the core and that positions between the first plate and the second plate;
The detection unit is configured to receive a load applied from the first plate and the second plate in a direction along the detection direction ,
In the core, a magnetic path through which the magnetic flux generated by the current flowing through the coil passes is formed along the circumferential direction of the hollow portion,
The elastic body is sandwiched from both sides of the detection direction by the first plate and the second plate by adhering to the outer peripheral edge of the first plate and the outer peripheral edge of the second plate, A force sensor provided between the first plate and the second plate .
前記検知部を複数備え、
前記複数の検知部は、前記検知方向と直交する平面に沿って配置されることを特徴とする請求項1記載の力センサ。
A plurality of the detection units are provided,
The force sensor according to claim 1, wherein the plurality of detection units are arranged along a plane orthogonal to the detection direction.
前記複数の検知部は、前記平面における基準線に対して線対称、又は前記平面における基準点に対して点対称に配置されることを特徴とする請求項2記載の力センサ。   The force sensor according to claim 2, wherein the plurality of detection units are arranged in line symmetry with respect to a reference line in the plane or point symmetry with respect to a reference point in the plane. 前記第1プレート及び前記第2プレートは、それぞれ前記検知方向に貫通する通孔を有し、
前記複数の検知部は、前記通孔の周囲に配置されることを特徴とする請求項2又は3記載の力センサ。
Each of the first plate and the second plate has a through hole penetrating in the detection direction,
The force sensor according to claim 2, wherein the plurality of detection units are arranged around the through hole.
前記複数の検知部は、複数の検知位置の中から選択された2以上の検知位置に1対1に対応して配置されることを特徴とする請求項2乃至4の何れか1項に記載の力センサ。   The plurality of detection units are arranged in a one-to-one correspondence with two or more detection positions selected from among a plurality of detection positions. Force sensor. 前記複数の検知部の各々の有する前記コアは、前記検知方向の寸法が互いに等しいことを特徴とする請求項2乃至5の何れか1項に記載の力センサ。   The force sensor according to any one of claims 2 to 5, wherein the cores of each of the plurality of detection units have the same size in the detection direction. 前記第1プレート及び前記第2プレートの間に配置され、前記検知部を位置決めする構造体を備えることを特徴とする請求項1乃至6の何れか1項に記載の力センサ。   The force sensor according to any one of claims 1 to 6, further comprising a structure that is disposed between the first plate and the second plate and positions the detection unit. 前記構造体は、前記検知方向に貫通する位置決め孔を有し、
前記コアは、前記位置決め孔の内側に配置されることを特徴とする請求項7記載の力センサ。
The structure has a positioning hole penetrating in the detection direction,
The force sensor according to claim 7, wherein the core is disposed inside the positioning hole.
前記構造体は、回路が形成された基板であることを特徴とする請求項7又は8記載の力センサ。   9. The force sensor according to claim 7, wherein the structure is a substrate on which a circuit is formed. 前記第1プレート及び前記第2プレートの少なくとも一方を含む外郭と前記基板との間に配置されて、前記外郭と前記基板との間を電気的に絶縁する絶縁体を備えることを特徴とする請求項9記載の力センサ。   An insulator is disposed between an outer shell including at least one of the first plate and the second plate and the substrate to electrically insulate the outer shell from the substrate. Item 10. The force sensor according to Item 9. 請求項1乃至10の何れか1項に記載の力センサと、前記コイルの磁気特性の変化に基づいて荷重を検知する検知回路とを備えることを特徴とする力検知装置。11. A force detection device comprising: the force sensor according to claim 1; and a detection circuit that detects a load based on a change in magnetic characteristics of the coil.
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