JPH0626806A - 変位センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 歪ゲージ方式の変位センサにおいて、歪ゲー
ジを設ける歪板を被測定物の変位に応じて常に安定して
変形させることにより、検出精度を向上する。 【構成】 被測定物６の変位に応じて移動するピックア
ップレバー８の変位を、コイルスプリング１０により荷
重に変換し、その荷重を、スプリングホルダ１２を介し
て歪ゲージ２が設けられた歪板４に加えるように構成さ
れた変位センサにおいて、歪板４の、コイルスプリング
１０からの荷重を受ける中心部、及びベース１４に固定
される外周部を、夫々、厚肉に形成することにより、歪
板４を、中心部と外周部とを薄肉の平面梁で接続した梁
構造とし、その平面梁部分に歪ゲージ２を設ける。この
結果、荷重が歪板４の中心部全体に加わり、その平面梁
部分が被測定物６の変位に応じて常に安定して変形する
ようになり、歪ゲージ２により被測定物６の変位を正確
に検出することが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、被測定物の変位を受け
て弾性変形する歪板に設けられた歪ゲージにより被測定
物の変位を検出する変位センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、被測定物の変位を検出する変
位センサとして、抵抗体の上を被測定物と連結されたブ
ラシ等で摺動して被測定物の変位を検出する摺動抵抗方
式の変位センサ、被測定物の変位に応じて移動する磁石
を備えこの磁石が発生する磁界強度や磁界方向の変化か
ら被測定物の変位を検出する磁気方式の変位センサ、被
測定物の変位に応じて移動する可動鉄心とその周囲に巻
回された１次コイル及び２次コイルを備え、１次コイル
の通電により２次コイルに誘導される起電力から被測定
物の変位を検出する差動トランス方式の変位センサ等、
種々の変位センサが知られている。

【０００３】しかしこうした従来の変位センサの内、摺
動抵抗方式の変位センサは、抵抗体および接点の摩耗が
生じ、作動寿命が短いという問題があった。また磁気方
式や差動トランス方式の変位センサは、非接触式である
ため、寿命は長くなるものの、検出範囲が大きくなるに
従い検出素子形状が大きくなり、高価になるといった問
題があった。またこれらの変位センサは、例えば１３０
℃以上といった高温下では使用できないという欠点があ
った。

【０００４】そこで従来より、こうした問題を解決する
ために、例えば実公昭６２−４２２１７号公報に開示さ
れている如く、外周が固定された歪板の板面に、コイル
スプリングを介して、被測定物の変位を伝達することに
より、歪板を被測定物の変位に応じて変形させ、その変
形を歪板に設けた歪ゲージにより検出することにより、
被測定物の変位を検出するようにした変位センサが考え
られている。

【０００５】このように歪ゲージを用いて被測定物の変
位を検出する変位センサにおいては、歪板に歪ゲージを
設けるだけでよいので、熱的強度が高く、高温下でも使
用することができ、また、被測定物の変位をコイルスプ
リングを介して歪板に伝達するため、歪板自体は僅かに
変形するだけでよく、小型化を図ることができ、更に、
摺動抵抗方式の変位センサのように機械的摩耗を生じる
部分がないので、長寿命化を図ることができる、という
ように、上述の摺動抵抗方式、磁気方式、差動トランス
方式の変位センサが有する問題を一挙に解決することが
でき、変位センサとして好適である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の歪ゲージ方式の変位センサにあっては、歪板をコイ
ルスプリングから受ける荷重に応じて変形させるため
に、歪板を弾性変形可能な材料により薄肉に形成し、そ
の板面中心部に直接コイルスプリングを当接するように
していたため、歪板のコイルスプリング当接部分が局部
的に変形し易く、歪板でのコイルスプリングの着座位置
がずれることがあった。この結果、被測定物の変位に応
じて歪板に加わる荷重の位置が変化して、歪ゲージから
出力される検出信号が被測定物の変位に対応しなくな
り、検出精度が低下するという問題があった。

【０００７】本発明は、こうした問題に鑑みなされたも
ので、上記のように歪ゲージを用いた変位センサにおい
て、歪ゲージが設けられる歪板を被測定物の変位に応じ
て常に安定して変形させることにより、常に安定した検
出結果が得られるようにすることを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めになされた本発明は、弾性変形可能な材料からなり、
外周部が本体ケースに固定された歪板と、被測定部材の
変位を受けて上記歪板の板面に対して垂直方向に移動す
るピックアップレバーと、該ピックアップレバーと上記
歪板との間に設けられ、上記ピックアップレバーの変位
に応じた荷重を上記歪板の板面中心部に加える、上記歪
板よりバネ定数の小さいばね部材と、上記歪板の板面に
設けられ、上記歪板の変形の程度に応じた信号を出力す
る歪ゲージとを備えた変位センサにおいて、上記本体ケ
ースに固定される上記歪板の外周部、及び上記ばね部材
を介して上記ピックアップレバーの変位に応じた荷重を
受ける上記歪板の板面中心部を、夫々、厚肉に形成する
ことにより、上記歪板を、外周部及び中心部の間が薄肉
の平面梁にて形成された梁構造とし、上記歪ゲージを該
歪板の薄肉平面梁部分に設けてなることを特徴としてい
る。

【０００９】

【作用及び発明の効果】上記のように構成された本発明
の変位センサにおいては、ピックアップレバーが、被測
定部材の変位を受けて歪板の板面に垂直方向に移動し、
ばね部材が、このピックアップレバーの移動量に対応し
た荷重で歪板の板面中心部を押圧し、歪板を弾性変形さ
せる。すると、歪板の板面に設けられた歪ゲージが、そ
の弾性変形した歪板の変形の程度に応じた信号を出力す
る。このため、歪ゲージからの出力信号により、歪板の
変形状態、延いては被測定物の変位を検知することがで
きる。

【００１０】また本発明では、本体ケースに固定される
歪板の外周部、及びばね部材を介してピックアップレバ
ーの変位に応じた荷重を受ける歪板の板面中心部を、夫
々、厚肉に形成することにより、歪板が、外周部及び中
心部を薄肉の平面梁にて接続した梁構造となっており、
その薄肉平面梁に歪ゲージが固定されている。

【００１１】このため、本発明の変位センサにおいて
は、歪板において、ばね部材から加わる荷重を、厚肉に
形成された（従って剛性の高い）中心部全体で受けるこ
とができ、歪板に荷重が加わっても、その部分が変形し
てしまうことはなく、従来のように歪板に加わる荷重の
位置が変化するのを防止することができる。

【００１２】また特に本発明では、歪板の板面中心部だ
けでなく、本体ケースに固定される歪板の外周部をも厚
肉に形成しているので、歪板に加わる荷重によって、歪
板の本体ケースへの固定部分が変形するのを防止するこ
とができると共に、歪板の薄肉平面梁部分を、歪板に加
わる荷重に応じて大きく且つ安定して変形させることが
できる。

【００１３】従って本発明によれば、歪ゲージから出力
される検出信号を被測定物の変位に常に対応させること
ができるようになり、歪ゲージを用いた従来の変位セン
サに比べて、検出精度を向上することができる。

【００１４】

【実施例】以下に本発明の実施例を図面と共に説明す
る。まず図１は本発明が適用された実施例の変位センサ
全体の構成を表す断面図である。

【００１５】図１に示す如く、本実施例の変位センサ
は、上面に歪ゲージ２が設けられた歪板４、被測定物６
の変位を受けて図中上下方向に移動するピックアップレ
バー８、このピックアップレバー８の変位を荷重に変換
するコイルスプリング１０、及び、このコイルスプリン
グ１０からの荷重を受けて歪板４の板面中心にその荷重
を伝えるスプリングホルダ１２を備えている。

【００１６】ピックアップレバー８、コイルスプリング
１０及びスプリングホルダ１２は、ピックアップレバー
８の軸受を兼ねる中空筒状のベース１４内に収納され、
歪板４は、このベース１４の上部開口端に形成された鍔
部１４ａに固定されている。またベース１４は、その鍔
部１４ａを介して中空のハウジング１６に、下部開口端
から突出して固定されている。

【００１７】ハウジング１６内には、歪板４に設けられ
た歪ゲージ２に接続されて信号処理を行なう回路基板１
８が収納されており、ハウジング１６の側壁には、ノイ
ズ除去用の貫通コンデンサ１７を介して回路基板１８に
接続されて、外部から電源供給を行なうと共に検出信号
を取り出すためのコネクタ２０が設けられている。また
ハウジング１６の上部開口部には、回路基板１８を外部
からの汚染や電磁ノイズから防ぐ導電性カバー２２が、
水の侵入を防ぐシール２４を介して取り付けられてい
る。

【００１８】次に、歪板４は、図２に示す如く、金属，
セラミック等の強度の高い材料により、その中心部にス
プリングホルダ１２を固定するための孔部３２ａを有す
る厚肉の固定片３２を有し、その外周部に歪板４をベー
ス１４の鍔部１４ａに固定するための肉厚の固定端３４
を有し、固定片３２と固定端３４との間に薄肉の平面梁
３６を有する、梁構造を成すように形成されている。そ
して平面梁３６の表面の固定端３４近傍及び固定片３２
近傍には、夫々、２個、合計４個の歪ゲージ２ａ，２
ｂ，２ｃ，２ｄが、厚膜又は薄膜技術にて形成されてい
る。

【００１９】このように構成された本実施例の変位セン
サにおいては、被測定物６の変位に応じた量だけピック
アップレバー８がベース１４内を図１における上方に移
動し、その変位をコイルスプリング１０が荷重に変換す
る。すると、この荷重が、スプリングホルダ１２を介し
て、歪板４の固定片３２に伝達され、歪板４の固定片３
２部分が図１における上方に移動し、平面梁３６が変形
する。

【００２０】この平面梁３６の変形時に、歪ゲージ２ａ
〜２ｄが形成された平面梁３６の上面は、固定端３４近
傍では収縮し、固定片３２近傍では伸長する。また、周
知のように、歪ゲージ２は、伸長すると抵抗値が大きく
なり、収縮すると抵抗値が小さくなる。

【００２１】従って、上記４個の歪ゲージ２ａ〜２ｄの
内、平面梁３６の固定端３４近傍に設けられた歪ゲージ
２ａ，２ｃは、被測定物６の変位量が大きくなる程、抵
抗値が小さくなり、平面梁３６の固定片３２近傍に設け
られた歪ゲージ２ｂ，２ｄは、被測定物６の変位量が大
きくなる程、抵抗値が大きくなる。

【００２２】そこで本実施例では、上記歪ゲージ２ａ〜
２ｄを、歪板４の平面梁３６が変形していないときの抵
抗値が同じになるように形成し、これら各歪ゲージ２ａ
〜２ｄが、図３に示す如く、ホイートストンブリッジ
（以下、ブリッジ回路という。）４０を構成するように
接続して、回路基板１８に形成された検出回路にて、被
測定物６の変位量に応じた検出信号ＶA を生成するよう
にされている。

【００２３】即ち、本実施例の変位センサの検出回路
は、図３に示す如く、正の温度特性を有する感温抵抗器
Ｒ１と抵抗器Ｒ２〜Ｒ６とからなり上記歪ゲージ２ａ〜
２ｄからなるブリッジ回路４０を通電するための基準電
圧Ｖ１を発生する温度補償回路５０、演算増幅器ＯＰ１
と抵抗器Ｒ７とからなり，温度補償回路５０からの基準
電圧Ｖ１に基づきブリッジ回路４０を一定電流で通電す
る定電流回路５２、演算増幅器ＯＰ２，ＯＰ３と抵抗器
Ｒ８〜Ｒ１０と可変抵抗器ＶＲ１，ＶＲ２とからなり、
ブリッジ回路４０の各出力端子電圧を通過させるバッフ
ァ回路５４、演算増幅器ＯＰ４とトランジスタＴＲ１と
抵抗器Ｒ１１〜Ｒ１７とからなり、バッファ回路５４を
通過してきた各出力端子電圧を差動増幅する差動増幅回
路５６、演算増幅器ＯＰ５と可変抵抗器ＶＲ３，ＶＲ４
とからなり、可変抵抗器ＶＲ３，ＶＲ４により電源電圧
ＶCCを分圧した基準電圧Ｖ２により差動増幅回路５６の
出力電位を増加させる基準電圧生成回路５８、コンデン
サＣ１と抵抗器Ｒ１８，Ｒ１９とからなり、差動増幅回
路５６からの増幅出力を被測定物６の変位量を表す検出
信号ＶA として外部に出力するフィルタ回路６０、及
び、外部から電源電圧ＶCCが印加される電源ラインと外
部にて接地（ＧＮＤ）される接地ラインとの間に生じる
ノイズを除去するコンデンサＣ２から構成されている。

【００２４】このため当該検出回路からは、被測定物の
変位量に応じて変化する検出信号ＶA が出力されること
となり、この検出信号ＶA から被測定物の変位を検知す
ることができる。なお上記検出回路において、温度補償
回路５０は、感温抵抗器Ｒ１と抵抗器Ｒ２，Ｒ５，Ｒ６
とによりブリッジ回路を構成し、その一端に電源電圧Ｖ
CCを印加し、他端を接地（Ｇnd）して、抵抗器Ｒ３，Ｒ
４によりその回路分圧を検出することにより、基準電圧
Ｖ１を生成するように構成されているが、これは、基準
電圧Ｖ１の温度に対する傾きを、ブリッジ回路４０を構
成している歪ゲージ２ａ〜２ｄの温度特性に対応して自
由に設定できるようにするためである。

【００２５】以上説明したように、本実施例の変位セン
サにおいては、歪板４の中心部及び外周部を厚肉にする
ことにより、歪板４を梁構造とし、その厚肉に形成され
た中心部（固定片３２）に、ピックアップレバー８，コ
イルスプリング１０，及びスプリングホルダ１２を介し
て、被測定物６の変位に応じた荷重を加えるようにされ
ている。

【００２６】このため、本実施例の変位センサによれ
ば、歪板４に加わる荷重によって歪板４の中心部が変形
してしまうことはなく、歪板４に加わる荷重の位置が変
化するのを防止することができる。また歪板４は、ベー
ス１４に固定するための外周部（固定端３４）も厚肉に
形成されているので、歪板４の平面梁３６を、その中心
部（固定片３２）に加わる荷重に応じて大きく且つ安定
して変形させることができる。

【００２７】従って本実施例によれば、歪板４に設けら
れた歪ゲージ２により、被測定物の変位を常に正確に検
出することができ、歪ゲージを用いた従来の変位センサ
に比べて、検出精度を向上することができる。また歪板
４の中心部も厚肉に形成されており、その近傍の歪板４
上に大きな歪が発生するので、ここに歪ゲージを形成す
ることにより、大きな出力を得ることができる。

【００２８】また本実施例では、４個の歪ゲージ２ａ〜
２ｄを、厚膜又は薄膜技術にて、歪板４の表面に直接形
成しているので、歪板４とは別体で形成した歪ゲージを
接着剤等で固定した場合に比べて、熱的強度を向上で
き、その使用範囲を拡大できる。

【００２９】なお、本実施例では、歪板４に円形状のも
のを使用したが、多角形状や楕円形状のものでも、本発
明を適用して、上記と同様の効果を得ることができる。
また、本実施例では、コイルスプリング１０からの荷重
をスプリングホルダ１２を介して歪板４に伝達するよう
に構成したが、コイルスプリング１０の一端を歪板４の
固定片３２に直接当接することにより、スプリングホル
ダ１２を用いず、コイルスプリング１０からの荷重を歪
板４に直接加えるようにしてもよい。

【００３０】また更に本実施例では、歪板４において、
厚肉に形成された固定片３２と固定端３４とを接続する
薄肉の平面梁３６を、固定片３２と固定端３４との間の
全領域に形成したが、例えば平面梁３６を十字形等の放
射状に形成することにより、歪板４の平面梁３６の部分
に孔を設けてもよい。また歪板４の固定片３２，平面梁
３６，固定端３４は、一体成形に代えて、溶接等により
接合してもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施例の変位センサの構成を表す断面図であ
る。

【図２】 実施例の歪板の構成を表す一部破断斜視図で
ある。

【図３】 実施例の変位センサに設けられた検出回路を
表す電気回路図である。

【符号の説明】

２（２ａ〜２ｂ）…歪ゲージ ４…歪板 ６…被測
定物 ８…ピックアップレバー １０…コイルスプリング
（ばね部材） １２…スプリングホルダ １４…ベース（本体ケー
ス） ３２…固定片 ３４…固定端 ３６…平面梁

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 弾性変形可能な材料からなり、外周部が
   本体ケースに固定された歪板と、 被測定部材の変位を受けて上記歪板の板面に対して垂直
   方向に移動するピックアップレバーと、 該ピックアップレバーと上記歪板との間に設けられ、上
   記ピックアップレバーの変位に応じた荷重を上記歪板の
   板面中心部に加える、上記歪板よりバネ定数の小さいば
   ね部材と、 上記歪板の板面に設けられ、上記歪板の変形の程度に応
   じた信号を出力する歪ゲージとを備えた変位センサにお
   いて、 上記本体ケースに固定される上記歪板の外周部、及び上
   記ばね部材を介して上記ピックアップレバーの変位に応
   じた荷重を受ける上記歪板の板面中心部を、夫々、厚肉
   に形成することにより、上記歪板を、外周部及び中心部
   の間が薄肉の平面梁にて形成された梁構造とし、上記歪
   ゲージを該歪板の薄肉平面梁部分に設けてなることを特
   徴とする変位センサ。