JP6756655B2 - 面圧センサ - Google Patents
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Description
本開示は、面圧センサに関する。
温度変化がある環境において偏心荷重を検出することが可能な面圧センサが知られている（例えば、特許文献１参照）。
しかしながら、上記のような従来技術では、荷重検出用抵抗及び温度補償用抵抗と外部（例えば増幅器）に２つの設けた抵抗によりブリッジ回路を形成すると、外部と荷重検出用抵抗及び温度補償用抵抗との間の配線間のノイズを拾い、信号対雑音（Ｓ／Ｎ）比が悪化するという課題がある。また、ボルト締結時に荷重検出用抵抗の抵抗値が変化するため、増幅器のゲインの増大が困難である。
そこで、一側面によれば、本発明は、Ｓ／Ｎ比の向上を図り、かつ、増幅器のゲインの増大を可能とすることを目的とする。
一側面によれば、固定具で挟んだ基板と受圧部との間に発生する軸方向の力を測る面圧センサであって、
前記基板上又は前記基板と前記受圧部との間、かつ、前記受圧部が接触する領域内に、２つ設けられ、受ける荷重に応じて電気抵抗が変化する対の第１抵抗と、
前記基板上又は前記基板と前記受圧部との間、かつ、前記受圧部が接触しない領域内に、２つ設けられ、前記対の第１抵抗の温度変化による電気抵抗の変化を補償する対の第２抵抗と、を含み、
前記対の第１抵抗と前記対の第２抵抗とはブリッジ回路を形成し、前記対の第１抵抗のうちの、前記固定具に近い方の抵抗値は遠い方の抵抗値以下であり、
前記対の第２抵抗は、前記軸方向に視た上面視で前記固定具の中心を通る直線に関して線対称に配置される、面圧センサが提供される。
前記基板上又は前記基板と前記受圧部との間、かつ、前記受圧部が接触する領域内に、２つ設けられ、受ける荷重に応じて電気抵抗が変化する対の第１抵抗と、
前記基板上又は前記基板と前記受圧部との間、かつ、前記受圧部が接触しない領域内に、２つ設けられ、前記対の第１抵抗の温度変化による電気抵抗の変化を補償する対の第２抵抗と、を含み、
前記対の第１抵抗と前記対の第２抵抗とはブリッジ回路を形成し、前記対の第１抵抗のうちの、前記固定具に近い方の抵抗値は遠い方の抵抗値以下であり、
前記対の第２抵抗は、前記軸方向に視た上面視で前記固定具の中心を通る直線に関して線対称に配置される、面圧センサが提供される。
一側面によれば、Ｓ／Ｎ比の向上を図り、かつ、増幅器のゲインの増大が可能となる。
以下、添付図面を参照しながら各実施例について詳細に説明する。
図１は、一実施例による面圧センサの上面図である。
面圧センサは、外部から面に加わる荷重を検出するセンサであり、例えば、固定具１（例えばボルト）の荷重計測に用いられる。より具体的には、面圧センサは、固定具１で挟んだ基板２と受圧部３と間に発生する軸方向の力を測るセンサである。尚、受圧部３は、環板状の部材であり、外部から加わる荷重を受けて基板２に伝達する部分である。受圧部３は、２部材以上により形成されてもよい。受圧部３と基板２とは、周方向の位置決め穴（例えばピンが嵌合されるピン嵌合孔）を利用して位置決めされてよい。基板２は、固定具１（例えばボルトの軸部）が通る検出孔を中央付近に有し、基板２には、受ける荷重に応じて電気抵抗が変化する荷重検出用抵抗１０，１１と、受圧部に接触しない部分に設けられる温度補償用抵抗１２，１３とが設けられる。荷重検出用抵抗１０，１１、及び、温度補償用抵抗１２，１３は、ブリッジ回路（図４参照）を形成し、荷重測定時の温度で出力をゼロ点に調整し、荷重による抵抗の変化分を検出可能である。尚、抵抗１０，１１等は、例えば薄膜抵抗により形成できる。
図２は、荷重測定時の状態を示す斜視図である。図３は、従来技術の課題の説明図である。ここで、図３に示す従来例では、面圧センサの抵抗４（荷重に応じて電気抵抗が変化する抵抗４），温度補償用抵抗５と外部（例えば増幅器６）に２つの設けた抵抗７，８によりブリッジ回路を形成するため、配線９間のノイズを拾い、Ｓ／Ｎ比が悪化するという課題がある。
図４は、本実施例によるブリッジ回路を示す図である。
本実施例では、基板２には、図１に示すように、固定具１の周囲（受圧部３が接触する領域内）に２つの荷重検出用抵抗１０，１１が設けられる。固定具１に近い側の抵抗１０の抵抗値は、固定具１から遠い側の抵抗１１と同じ又はそれ以下とされる。また、基板２には、抵抗１０，１１のそれぞれに対応する温度補償用抵抗１２，１３が設けられる。温度補償用抵抗１２，１３は、上面視（軸方向視）で固定具１を通る線（図１の縦線）に対して線対称に配置され、図４のブリッジ回路が形成される。尚、フルブリッジ化により出力電圧Δｅ（抵抗１０，１３間と、抵抗１１，１２間との間の電位差）は、数１の式で求められることは知られている。
ここで、各抵抗に微小変化がない場合は数２の式となる。
図５は、ゼロ点調整の説明図であり、横軸に締付トルクを取り、縦軸に抵抗値を取り、締付トルクに応じた抵抗値の変化特性の一例を示す図である。数１の式において、増幅する出力電圧は、荷重印加前に抵抗値のバランスが取られていることが望ましいが、ボルト締結時に抵抗１０，１１の抵抗値が変化するため、増幅器のゲイン次第では、ゼロ点調整が困難である（図５参照）。この点を考慮し、締結時により荷重の掛かる内側の抵抗１０の抵抗値Ｒ１を、外側の抵抗１１の抵抗値Ｒ３よりも小さくすることが好適である。
具体的には、締結時、固定具１に近い側の抵抗１０には、固定具１から遠い側の抵抗１１よりも大きな荷重がかかる。従って、締結時、固定具１に近い側の抵抗１０の方が、固定具１から遠い側の抵抗１１よりも大きく抵抗値が変化する。そのため、固定具１に近い側の抵抗１０の抵抗値を、固定具１から遠い側の抵抗１１よりも小さくおくことで、締結後の抵抗値の差を小さくできる（図５参照）。
ところで、締結後の初期状態で出力電圧Δｅが０から大きく離れていると、可変抵抗によるゼロ点調整が難しくなる。また、増幅器のゲインが増加すればするほど、０点からの乖離が大きくなるため、可変抵抗によるゼロ点調整が難しくなる。
この点、締結後の抵抗値の差を小さくなると、数２から分子（Ｒ１Ｒ３−Ｒ２Ｒ４）の項が小さくなり、出力電圧Δｅは０に近づく。出力電圧Δｅが０に近づくと、その分だけ、ゼロ点調整が容易となる。即ち、本実施例によれば、締結時により荷重の掛かる内側の抵抗１０の抵抗値Ｒ１を、外側の抵抗１１の抵抗値Ｒ３よりも小さくすることで、ゼロ点調整の範囲を広げ、上記の従来技術よりも増幅器のゲインを増大することが可能となる。
尚、抵抗１０の抵抗値Ｒ１を、外側の抵抗１１の抵抗値Ｒ３よりも小さくする方法は、任意であるが、例えば図１に示すように、抵抗１０の線幅を抵抗１１の線幅よりも太くすることや、抵抗１０の線幅と抵抗１１の線幅とが同じであるが抵抗１０の線長を抵抗１１の線長よりも短くすること（図６参照）によって実現されてもよい。
また、本実施例によれば、上述のように、温度補償用抵抗１２，１３が上面視（軸方向視）で固定具１を通る線に対して線対称に配置されるので、配線をクロスさせたり回り込ませたりする必要性がなく、配線を最短化できる。これにより、配線間のノイズを抑制し、Ｓ／Ｎ比を高めることができる。また、温度補償用抵抗１２，１３は、受圧部３に接触しない部分に設けられるので、受圧部３が受ける荷重の影響を受けずに温度補償を行うことができる。これにより、温度変化がある環境下であっても、高い精度で荷重を検出することができる。
尚、本実施例では、固定具１の中心（図１の＋マーク参照）が面圧センサの中心付近に位置するが、これに限られない。例えば、上面視と前面視の２面図である図７に示すように、中心ではなく外側（例えば周囲４か所）に荷重伝達部（固定具１からの荷重伝達部）がある場合は、面圧センサの中心から遠い方の抵抗値を小さくすることで、上述した実施例と同様の効果を得ることができる。尚、図７では、固定具１については、軸部の一部だけが模式的に示されている。
以上、各実施例について詳述したが、特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。また、前述した実施例の構成要素を全部又は複数を組み合わせることも可能である。
尚、上述した実施例では、荷重検出用抵抗１０，１１、及び、温度補償用抵抗１２，１３等は、基板２上に直接形成されているが、例えば別のシート部材上に形成され、基板２上に載置されてもよい。即ち、荷重検出用抵抗１０，１１、及び、温度補償用抵抗１２，１３等は、基板２と受圧部３との間に挟まれる別部材上に形成されてもよい。
１ 固定具
２ 基板
３ 受圧部
４ 抵抗
５ 温度補償用抵抗
６ 増幅器
７ 抵抗
８ 抵抗
９ 配線
１０ 荷重検出用抵抗
１１ 荷重検出用抵抗
１２ 温度補償用抵抗
１３ 温度補償用抵抗
２ 基板
３ 受圧部
４ 抵抗
５ 温度補償用抵抗
６ 増幅器
７ 抵抗
８ 抵抗
９ 配線
１０ 荷重検出用抵抗
１１ 荷重検出用抵抗
１２ 温度補償用抵抗
１３ 温度補償用抵抗
Claims (1)
- 固定具で挟んだ基板と受圧部との間に発生する軸方向の力を測る面圧センサであって、
前記基板上又は前記基板と前記受圧部との間、かつ、前記受圧部が接触する領域内に、２つ設けられ、受ける荷重に応じて電気抵抗が変化する対の第１抵抗と、
前記基板上又は前記基板と前記受圧部との間、かつ、前記受圧部が接触しない領域内に、２つ設けられ、前記対の第１抵抗の温度変化による電気抵抗の変化を補償する対の第２抵抗と、を含み、
前記対の第１抵抗と前記対の第２抵抗とはブリッジ回路を形成し、前記対の第１抵抗のうちの、前記固定具に近い方の抵抗値は遠い方の抵抗値以下であり、
前記対の第２抵抗は、前記軸方向に視た上面視で前記固定具の中心を通る直線に関して線対称に配置される、面圧センサ。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP2017080075A JP6756655B2 (ja) | 2017-04-13 | 2017-04-13 | 面圧センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2017080075A JP6756655B2 (ja) | 2017-04-13 | 2017-04-13 | 面圧センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP2017080075A Expired - Fee Related JP6756655B2 (ja) | 2017-04-13 | 2017-04-13 | 面圧センサ |
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