JPH0432587Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案は、シリコンダイヤフラム型センサ素子
を用いてダイヤフラムの機械的変位を電気信号に
変換することにより、機械的変位を生じせしめた
外部圧力を検出する力センサに関するものであ
る。

（従来の技術とその問題点） 従来の力センサを第３図の断面図によつて説明
すると、シリコンダイヤフラム型センサ素子１は
台２に接合され、台２は台座３に圧入されてお
り、この台座の外側にはおねじ部を有している。
素子１の表面には、フランジ部を持つ加圧棒４の
針先形状を有する一端が接触するようになつてい
る。台座３はケース５に螺合されており、且つ加
圧棒４はケース５内部をスライドするように取り
付けられている。弾性体６は加圧棒４のフランジ
部及び台座３を押し付けるように加圧棒４を押し
上げている。ケース５の表面には加圧棒４の他端
のストレート部が僅か突き出しており、この加圧
棒４とケース５の表面の段差の範囲内で素子１に
力を加える構造になつている。

組み立てに際しては、ケース５をその表面を下
にした状態（図示の状態とは上下逆）とし、この
ケース５の案内穴に加圧棒４を差し込み、弾性体
６を加圧棒４のフランジ部の上に設置する。素子
１を接合した台２を圧入した台座３をケース５の
ねじ部に螺合調節し、素子１と加圧棒４の先端が
接触するまで台座３を回転させる。弾性体６の反
力により加圧棒４のフランジ部と台座３がたえず
反発しており、当初、弾性体６の反力は小さいが
台座３を回転させてセンサ素子１と加圧棒４を近
づけていくと徐々にその反力は増大する。センサ
素子１と加圧棒４の先端が接触する際には弾性体
６の反力は非常に大きくなり、センサ素子１の微
小な位置決めが困難となる。この影響により台座
３の移動量が増加してしまい、センサ素子１が破
損する恐れが大きくなる。台座３の回転を続け、
素子１と加圧棒４の先端が接触した状態の時、外
力をゼロと仮定しねじ部を接着剤で固定する。弾
性体６の反力により加圧棒４の軸方向の遊び及び
台座３のねじの遊びを除去している。

力センサの使用に際しては、ケース５から僅か
突き出した加圧棒４を押すことによりセンサ素子
１に機械的な変位を生ぜしめ、この変位を電気的
に変換し検出する。尚、センサ素子１の機械的変
位及び加圧力の限界は10数μmで且つ10gぐらいで
あり、この限界を越えると素子１が破壊する。し
たがつて加圧棒４に外力を加えるものとしてはケ
ース５から僅か突き出した加圧棒４の外力より大
きい径に限定される。またケース５から僅か突き
出した加圧棒４の段差を維持するためには、台座
３をケース５に螺合する前に加圧棒４及びケース
５に螺合する前に加圧棒４及びケース５の上面の
２次加工を行なわなければならない。

組み立てに際しては、素子１と加圧棒４が接触
する点即ちゼロ点の調整が難しく時間を要し、加
圧棒４に摩擦個所があるために感度が低いという
欠点、さらに、素子１への印加力の大きさによつ
ては、素子１が破壊することがあるという欠点が
あつた。

（考案の目的） 本考案は以上のような欠点を除去し、センサ素
子の破壊を防止し、感度が高く、加圧棒とケース
との２次加工を不要とし、組み立て調整が容易な
力センサを提供することを目的とする。

（考案の構成） 本考案よれば、シリコンダイヤフラム型センサ
素子と、このセンサ素子を固定する台及び台座か
らなるセンサ支持部と、このセンサ支持部を内部
にはめあい挿入して固定したケースと、このケー
スの一端の周縁部に設けられたリング状のスペー
サと、このスペーサを介して前記ケースの一端の
端面に固定され、しかも外周部に同心円状または
放射状に複数個の溝を有し中央部に穴を設けた板
ばねと、この板ばねの上面に設けられた前記スペ
ーサと同形状の中板と、この中板の上面に設けら
れ中央部には前記板ばねの穴より大きい穴を有し
前記溝をおおう上板と、外部からの力が与えられ
た時に一端が前記センサ素子を加圧する加圧棒と
を含み、この加圧棒は前記板ばね中央部に設けら
れた穴と前記ケースの一端の端面の中央部に設け
られた案内穴を貫通して他端に設けられたフラン
ジ部が前記板ばねに固着され、しかも前記案内穴
と前記加圧棒の間には隙間があることを特徴とす
る力センサが得られる。

（実施例） 以下、本考案の実施例について図面を参照して
詳細に説明する。第１図は本考案の一実施例を示
す力センサの組み立て断面部であり、第２図ａ，
ｂは板ばねの例を示す。第１図において、シリコ
ンダイヤフラム型センサ素子１は台２に接合され
ている。台２は台座７に圧入されている。ケース
８には一端に台座７の外周部をはめあわせるはめ
あい穴９を有し他端ははめあい穴９より小さい直
径の案内穴１０が形成されている。スペーサ１１
は外形が前記ケース８の表面と同一の形状を有
し、ケース８の案内穴１０より大きい穴を有して
いる。板ばね１２はケース８及びスペーサ１１と
外形が同一の形状を有し、前記ケース８の案内穴
１０より直径の小さい穴を有し、その穴と同心円
上または放射状に複数個の貫通溝を有している。
加圧棒１３は中央部が板ばね１２の穴部と同一の
寸法を有し、一端が針先形状であり、他端は中央
部より太いフランジ部を有し、半球面形状をな
す。中板１４はスペーサ１１と同一の形状を有し
ている。上板１５は外形がケース８と同一の大き
さを有し加圧棒１３のフランジ部より大きい形状
の穴を有している。

加圧棒１３は板ばね１２の穴に挿入され、加圧
棒１３のフランジ部端面と板ばね１２の上面が拡
散接合され一体化されている。また上板１５は中
板１４に中板１４は板ばね１２に、板ばね１２は
スペーサ１１に、スペーサ１１はケース８の案内
穴１０を有する面に強固に拡散接合され、センサ
素子を実装する筒を形成している。

第２図ａ，ｂは板ばね１２の例であり、ａに示
すものは、中心の穴に対し同心円上に溝１６を複
数個有し、ｂに示すものは、放射状に溝１７を複
数個有している。この溝１６及び１７は、板ばね
１２のばね定数を低下させてたわみを容易にし、
センサの高感度化が可能となる。また溝１６及び
１７を設けたため板ばね１２を厚くすることがで
き、組み立て時の取り扱いが容易になる。

第１図の組み立てに際しては、拡散接合により
上板１５、中板１４、板ばね１２、スペーサ１１
及び加圧棒１３をケース８に接合された筒のはめ
あい穴９を上面にして配置し、センサ素子１を接
合した台２に圧入された台座７を、ケース８のは
めあい穴９内部に、センサ素子１と加圧棒１３の
一端の針先形状の先端が接触するように挿入す
る。このときケース８のはめあい穴９の直径と台
座７の外径は、はめあい方式によるすきまばめで
あり、センサ素子１、台２及び台座７は自重によ
り徐々に落下し、センサ素子１と加圧棒１３の先
端が接触する。従つて、センサ素子１、台２及び
台座７の重量を一定にすれば、加圧棒１３がセン
サ素子１に常に一定の力で接触するので、常に一
定のゼロ設定ができる。そのため、組み立てが極
めて容易になる。尚、台２及び台座７の荷重が重
い場合にはセンサ素子１の表面の変形及び破損が
生じるため、荷重を軽くする必要がある。センサ
素子１と加圧棒の一端の先端が接触した時点で、
接着剤をケース８のはめあい穴９内部に塗布し、
台座７とケース８を固定する。加圧棒１３の移動
量はスペーサ１１の厚さにより制限され、加圧棒
１３の一端の半球面フランジ部に外部荷重を加え
ると板ばね１２がたわみ、荷重を除去すると最初
の位置に復帰する。したがつてセンサ素子１と加
圧棒１３の針先形状の先端が接触した位置を外部
荷重ゼロとし力センサの組み立てを終了する。

力センサの動作に際しては、加圧棒１３を機械
的に押圧することにより板ばね１２がたわみ、加
圧棒１３が移動することによりセンサ素子１にも
たわみを生じ、このたわみ量が電気信号として検
出される。この電圧によりその時々の加圧力を知
ることができるため、力センサとして使用に供す
ることができる。尚、センサの高感度化のために
板ばね１２に溝１６または１７を設けると、この
溝１６または１７の影響で板ばね１２とケース８
の隙間にほこり等が付着しやすくなる。このほこ
り等は加圧棒１３の動作を妨げる原因となるた
め、上板１５は、ほこり等の防止用の蓋の役目を
持つ。

（考案の効果） 以上のように本考案によれば、外力による加圧
棒の移動量はスペーサの厚さにより制限され、セ
ンサ素子の破壊移動寸法以下であるためセンサ素
子の破損は生じず、また、外力が直接センサ素子
に伝えられ、加圧棒の摩擦箇所がないため高感度
な出力が得られ、加圧棒とケースの２次加工を行
なう必要がなく、ケースの接合も拡散接合を用い
ているため強固にかつ均一な接合が可能となり、
組み立ても極めて簡単でありゼロ設定も容易な高
精度のセンサを供給することができるなどの効果
がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例を示す力センサの組
み立て断面図、第２図ａ，ｂは板ばねの実施例の
平面図、第３図は従来の力センサの断面図であ
る。 １……シリコンダイヤフラム型センサ素子、２
……台、３，７……台座、４，１３……加圧棒、
５，８……ケース、６……弾性体、９……はめあ
い穴、１０……案内穴、１１……スペーサ、１２
……板ばね、１４……中板、１５……上板、１６
……同心円上の溝、１７……対角線上の溝。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. シリコンダイアフラム型センサ素子と、このセ
   ンサ素子を固定する台及び台座からなるセンサ支
   持部と、このセンサ支持部を内部にはめあい挿入
   して固定したケースと、このケースの一端の周縁
   部に設けられたリング状のスペーサと、このスペ
   ーサを介して前記ケースの一端の端面に固定さ
   れ、しかも外周部に同心円状または放射状に複数
   個の溝を有し中央部に穴を設けた板ばねと、この
   板ばねの上面に設けられた前記スペーサと同形状
   の中板と、この中板の上面に設けられ中央部には
   前記板ばねの穴より大きい穴を有し前記溝をおお
   う上板と、外部からの力が与えられた時に一端が
   前記センサ素子を加圧する加圧棒とを含み、この
   加圧棒は前記板ばね中央部に設けられた穴と前記
   ケースの一端の端面の中央部に設けられた案内穴
   を貫通して他端に設けられたフランジ部が前記板
   ばねに固着され、しかも前記案内穴と前記加圧棒
   の間には隙間があることを特徴とする力センサ。