JPH0735766A - 加速度センサ、加速度センサの取付構造および製造方法 - Google Patents

加速度センサ、加速度センサの取付構造および製造方法

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JPH0735766A
JPH0735766A JP5202849A JP20284993A JPH0735766A JP H0735766 A JPH0735766 A JP H0735766A JP 5202849 A JP5202849 A JP 5202849A JP 20284993 A JP20284993 A JP 20284993A JP H0735766 A JPH0735766 A JP H0735766A
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浩之 小西
Michito Utsunomiya
道人 宇都宮
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和文 内藤
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    • GPHYSICS
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 小型でかつ検出精度の良い加速度センサを提
供する。 【構成】 起歪体1には、2箇所の可撓部21aを有す
るビーム部20が、固定剛体部10と慣性質量部11と
の間に互いに平行に2枚溶接してある。ビーム部20
は、表面に歪みゲージ23が直接形成された薄板21に
より構成されている。可撓部21aは、溝24をエッチ
ング加工することにより形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、主として、ウェイト
チェッカーや組合せ計量装置に加わる床振動などの振動
成分を検出する加速度センサに関するものである。
【0002】
【従来の技術】物品をコンベアで搬送しながら物品の重
量を検出するウェイトチェッカーや、複数の計量器で計
量した物品を組合せて目標重量とする組合せ計量装置の
設置場所には、計量セル(荷重検出器)に影響を与える
低周波の振動が発生している場合がある。したがって、
低周波の振動成分による計量誤差を除去する必要があ
る。そこで、この種の計量装置では、物品を計量して重
量に対応した計量信号を出力する計量セルの他に、加速
度センサを設置し、この加速度センサから出力される信
号を反転したうえで、計量セルと加速度センサの出力を
加算することにより、計量信号中から床の振動成分を除
去している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】従来、かかる加速度セ
ンサとしては、1枚の板状の梁の先端に慣性質量部を固
定し、上記板状の梁に歪みゲージを取り付けたものが知
られている。しかし、この片持梁式の加速度センサで
は、板状の梁にねじりが生じるので、一方向の振動成分
の検出精度が悪くなる。
【0004】そこで、荷重検出器として用いられる起歪
体、つまり平行四辺形に変形する起歪体を加速度センサ
として用いている。この場合、大きな荷重を検出するた
めの荷重検出器によって、微弱な振動成分を検出するた
めに、自由端に200gを越えるような大型の錘りを設
ける必要がある。したがって、起歪体が大きいばかりで
なく、慣性質量の一部となる錘りも大きいので、加速度
センサが大型なものになる。
【0005】この発明は、上記従来の問題に鑑みてなさ
れたもので、小型でかつ検出精度の良い加速度センサを
提供することを主目的とする。また、この発明の他の目
的は、コンパクトな加速度センサの取付構造を提供する
ことである。また、この発明の更に他の目的は、加速度
センサの製造方法を提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段および作用】上記目的を達
成するために、請求項1ないし5の発明の加速度センサ
は、2箇所の可撓部が形成されたビーム部を、一端の固
定部と他端の慣性質量部との間に、互いに平行に2本設
けた起歪体と、ビーム部の可撓部に設けられた歪みゲー
ジとを備えている。請求項1の発明では、上記固定部お
よび慣性質量部をブロックで形成し、一方、上記ビーム
部を金属製の薄板で形成するとともに、このビーム部の
両端部を上記ブロックに固定している。なお、この場
合、ビーム部の両端部を、固定部および慣性質量部に溶
接して固着するのが好ましい。
【0007】請求項1〜5の発明によれば、一端の固定
部と他端の慣性質量部との間に、ビーム部が互いに平行
に2本設けられているから、ビーム部がねじれるおそれ
がない。また、請求項1の発明では、固定部および慣性
質量部をブロックにより形成する一方で、ビーム部を金
属製の薄板で形成したから、慣性質量部に必要な重量が
得られるとともに、ビーム部を薄いものとすることがで
きる。したがって、微弱な振動により、ビーム部の可撓
部が容易に歪むので、加速度センサが小型になる。
【0008】この場合、ビーム部の両端部を、固定部お
よび慣性質量部に溶着すれば、ねじなどの取付金具が不
要になるとともに、小さな接合部分において、ビーム部
と固定部および慣性質量部とを接合することができる。
したがって、加速度センサがより一層小型になる。
【0009】請求項3の加速度センサは、ビーム部の可
撓部が非機械加工により形成されている。ビーム部の可
撓部を機械加工で形成すると、加工時に切削工具がビー
ム部に応力を付与するので、可撓部の肉厚や幅などを十
分に小さくできないから、可撓部の曲げ剛性を十分に小
さくすることができない。これに対し、エッチングやレ
ーザビームなどの非機械加工により、可撓部を加工する
場合は、加工中に可撓部に応力が発生しないので、可撓
部の肉厚や幅を十分に小さくすることができる。したが
って、小さな負荷により可撓部が歪むから、慣性質量部
を小さくすることができる。
【0010】請求項5の加速度センサは、歪みゲージが
直接形成された金属製の薄板によりビーム部を構成して
いる。従来のように歪みゲージを薄板に接着した場合に
は、歪みゲージの剛性が薄板の可撓部の撓みに影響を与
えるので、この加速度センサの精度を維持するために可
撓部の肉厚を薄くするのには限界がある。しかし、歪み
ゲージを金属製薄板に直接形成した場合には、歪みゲー
ジの剛性をセンサ精度上無視できるので、ビーム部の可
撓部を薄肉にすることができる。したがって、慣性質量
部を小さくすることができる。
【0011】請求項6の発明では、上記のような加速度
センサを構成する起歪体が、計量セルを構成する他の起
歪体の貫通孔内に収納されているとともに、上記他の起
歪体の固定剛体部に固定されている。
【0012】ウェイトチェッカーや組合せ計量装置など
のように、荷重の検出時に、床振動を伴うものでは、こ
の床振動による振動成分を除去する必要があるが、計量
セルの近傍に加速度センサを設けると、加速度センサの
分だけ、全体が大型化する。これに対し、請求項6の発
明では、加速度センサを構成する起歪体を、計量セルを
構成する他の起歪体の貫通孔内に収納しているので、全
体が小型になる。また、加速度センサは計量セルと位相
のずれがないため、同時に同量の床振動を検出すること
ができ、床振動による振動成分の除去について、効果の
向上を図ることができる。
【0013】請求項7の発明は、2箇所の可撓部が形成
された薄板製のビーム部を、一端の固定部と他端の慣性
質量部との間に、互いに平行に2枚架設した起歪体を有
する加速度センサの製造方法であって、上記固定部およ
び慣性質量部を構成する一対のブロックの相対位置を保
持した状態で、上記2枚のビーム部を上記一対のブロッ
クに固定する工程を有する。この製造方法によれば、一
対のブロックの相対位置を保持した状態で、2枚のビー
ム部をブロックに固定するから、ブロックに対するビー
ム部の取付が容易になるとともに、結果として製造され
た加速度センサの形状寸法のばらつきが小さくなる。
【0014】なお、本センサは、従来の加速度センサと
構造的に近似しているが、慣性質量部に働く加速度によ
って生じた力学量である力を検出することを本来の使途
とするセンサである。従来の加速度センサの如く、運動
学量の加速度を検出することを目的とするセンサの構造
とは若干異なり、加速度によって生じた力を検出するの
に好適な構造となるような設計としている。
【0015】
【実施例】以下、この発明の実施例を図面にしたがって
説明する。図1および図2は第1実施例を示す。図1に
おいて、起歪体1は、一端の固定部10と他端の慣性質
量部11との間に、ビーム部20を構成する薄板21が
2枚架設されている。両ビーム部20は、振動方向に対
して直交する方向に平行に延びており、その両端部の近
傍に薄肉の2箇所の可撓部21a,21aが形成されて
いる。したがって、この起歪体1は、固定部10が固定
されている機器などが上下に振動すると、固定部10と
慣性質量部11とが相対的に上下に平行移動するように
して振動する。
【0016】上記固定部10および慣性質量部11は、
たとえばステンレスのような金属製のブロックで形成さ
れている。上記固定部10および慣性質量部11には位
置決め段部12が形成されており、薄板21が上記位置
決め段部12に当接している。これにより、薄板21が
固定部10および慣性質量部11に対してビーム部20
の長手方向に位置決めされる。なお、固定部10には、
起歪体1を種々の機器や車両などに取り付けるための取
付雌ねじ13が形成されている。また、固定部10およ
び慣性質量部11には、組立用のボルト挿入用孔14を
形成してもよい。
【0017】上記薄板21は、その両端部がYAGレー
ザ溶接により、複数の溶接箇所21bにおいて、固定部
10および慣性質量部11にスポット溶接されている。
薄板21は上記ビーム部20を構成しており、たとえば
0.3mm程度の板厚のステンレス鋼板に、歪みゲージ23
が直接形成されている。なお、薄板21の板厚は、一般
に 1.0mm以下のものを用いるのが好ましく、より好まし
くは、 0.5mm以下のものを用いる。
【0018】図2に示すように、矩形状の薄板21の表
面には、絶縁層22を介して上記歪みゲージ23が設け
られているとともに、薄板21の裏面には、一対の溝2
4,24が形成されており、これらの溝24,24に対
応する部位が上記可撓部21a,21aを形成してい
る。
【0019】上記歪みゲージ23は、上記溝24に対応
して配置された抵抗線からなる一対の歪み感知部23a
と、歪み感知部23aに接続された3本の導線部23b
と、これらの導線部23bの端部に設けられた端子部2
3cとを備えている。この歪みゲージ23は、図1に示
す起歪体1の変形に伴って、薄板21の可撓部21aの
表面に引張歪みまたは圧縮歪みが生じたときに、これに
対応して図2の歪み感知部23aの抵抗値が増加または
減少する。この抵抗値の変化が上記各端子部23cに接
続されたケーブル(図示せず)を介して外部の装置に出
力され、起歪体1に加わった振動成分などの加速度が測
定される。
【0020】つぎに、この歪みゲージ23の製造方法に
ついて説明する。まず、図3に示すように、ステンレス
材などの金属材料からなる大きな薄板素材30の一方の
面に、所定の間隔を隔てて多数の溝31…31を平行に
形成する。これらの溝31…31は、この実施例ではハ
ーフエッチング法により、以下のようにして形成され
る。
【0021】まず、図4に示すように、薄板素材30の
一方の面にレジスト膜32を形成し、その上に、遮光部
33aおよび透光部33bからなるマスクフィルム33
を重ねる。ついで、マスクフィルム33の上方から光を
照射することにより、上記レジスト膜32におけるマス
クフィルム33の透光部33bに対応する部位を硬化さ
せる。この硬化後、マスクフィルム33を除去した後
に、レジスト膜32の非硬化部を現像液で除去すること
によって、図5に示すように、レジスト膜32の硬化部
32aのみが薄板素材30の表面上に残る。上記レジス
ト膜32の形成後、薄板素材30におけるレジスト膜3
2が存在しない部位を、図6に示すように、適宣深さま
で腐食させる。こうして、周知の手法でエッチングを行
うことにより、薄板素材30に多数の溝31…31が形
成され、その後、レジスト膜32の硬化部32aを除去
することにより、図3に示すような薄板素材30が得ら
れる。
【0022】その後、図7に示すように、多数の溝31
…31が形成された薄板素材30の他方の面に、前述の
絶縁層22を介して多数の歪みゲージ23…23を縦横
に整列させて形成する。これらの歪みゲージ23…23
は、スパッタリング法等による金属薄膜の形成と、この
金属薄膜を所定のパターンに形成するエッチング処理と
を繰り返すことにより形成される。すなわち、歪みゲー
ジ23は、図8に示すように、少なくとも歪み感知部2
3aと導線部23bとが積層され、これら23a,23
bがスクリーン印刷法によって形成される保護膜23d
によって覆われている。
【0023】こうして図7のように、裏面および表面に
多数の溝31…31および歪みゲージ23…23が形成
された薄板素材30を、二点鎖線で示す切断線bに沿っ
て切断することにより、図2に示すように、歪みゲージ
23が直接形成さた薄板21が多数得られる。
【0024】上記のようにして歪みゲージ23および溝
31が形成された薄板21は、以下のように、固定部1
0および慣性質量部11(図1)に固定される。まず、
図9のように、固定部10および慣性質量部11の側面
に一対の治具板40を当てがって、ボルト41を固定部
10および慣性質量部11のボルト挿入用孔14に通し
て、固定部10および慣性質量部11の相対位置がずれ
ないように固定する。この状態で、二点鎖線で示すよう
に、固定部10および慣性質量部11に1枚目の薄板2
1を架け渡し、薄板21の両端部を固定部10および慣
性質量部11にスポット溶接により固着する。この後、
固定部10および慣性質量部11を治具板40などと共
に180°回転させて裏返した後、2枚目の薄板21を
同様にスポット溶接により、固定部10および慣性質量
部11に固着する。
【0025】上記構成において、図1の固定部10が固
定された機器が振動すると、可撓部21aに圧縮歪みお
よび引張歪みが生じる。この際、ビーム部20が互いに
平行に一対設けられているので、ビーム部20がねじれ
るおそれがないから、一方向の振動成分を精度良く検出
することができる。
【0026】特に、この加速度センサは、固定部10お
よび慣性質量部11を金属ブロックにより形成している
ので、慣性質量部11に必要な重量が得られるととも
に、ビーム部20を金属製の薄板21で形成したから、
ビーム部20全体を薄いものとすることができ、加速度
センサが小型になる。
【0027】また、可撓部21aを前述のように、エッ
チングなどの非機械加工により形成することで、可撓部
21aを極めて薄くすることができるから、小さな負荷
により、可撓部21aが容易に歪む。したがって、慣性
質量部11を小さくすることができるから、加速度セン
サがより一層小型になる。
【0028】さらに、薄板21を固定部10および慣性
質量部11に、たとえばYAGレーザによるスポット溶
接によって溶接しているので、薄板21と固定部10お
よび慣性質量部11とを小さな接合部分により一体とす
ることができる。したがって、やはり、加速度センサが
小型になる。
【0029】また、上記実施例では、ビーム部20を構
成する薄板21に歪みゲージ23を直接形成したから、
別途歪みゲージ23を形成した薄板をビーム部20に接
着するのと異なり、ビーム部20の可撓部21aを薄肉
にすることができる。したがって、慣性質量部11を軽
量にして、加速度センサの小型化を図ることができる。
なお、図7の大きな薄板素材30に多数の歪みゲージ2
3を直接形成することにより、生産性も向上する。
【0030】また、上記実施例では、図9のように、固
定部10と慣性質量部11との相対位置を保持した状態
で、2枚の薄板21を溶接するから、薄板21の取付位
置にずれが生じないので、固定部10および慣性質量部
11に対する薄板21の取付が容易になる。
【0031】ところで、上記第1実施例では、図1の薄
板21に溝24を設けることで、ビーム部20の可撓部
21aを形成した。しかし、この発明では、必ずしも薄
板21に溝24を設ける必要はない。この一例を図10
の第2実施例に示す。
【0032】図10において、薄板21には、4つの切
欠スリット24Aが形成されており、この切欠スリット
24Aによって、ビーム部20に可撓部21aが形成さ
れている。切欠スリット24Aは、たとえばレーザビー
ムにより切断除去されている。その他の構成は、図1お
よび図2の第1実施例と同様であり、同一部分または相
当部分に同一符号を付して、その説明および図示を省略
する。
【0033】図11は第3実施例を示す。図11におい
て、加速度センサを構成する第1の起歪体1は、計量セ
ルを構成する第2の(他の)起歪体50の貫通孔51内
に収納されている。第1の起歪体1は、第2の起歪体5
0の固定剛体部52の凹所52aに嵌め込まれた状態
で、ねじ53により固定されている。上記第2の起歪体
50は、周知のロードセルで、固定剛体部52と可動剛
体部57との間に一対のビーム部54が一体に架設され
ており、上記ビーム部54の可撓部55に設けた歪みゲ
ージ56によって、可動剛体部57に加わった荷重Fを
検出する。この加速度センサ付の計量セルは、たとえ
ば、ウェイトチェッカーや組合せ計量装置の設置場所の
振動が荷重の検出精度を低下させる場合について好適に
用いられる。なお、第1の起歪体1を含む加速度センサ
の構成は、図1および図2の第1実施例と同様であり、
同一部分ないし相当部分に同一符号を付して、その説明
を省略する。
【0034】この第3実施例のように、加速度センサ用
の第1の起歪体1を、第2の起歪体50の貫通孔51内
に収納すれば、第2の起歪体50内のスペースを有効に
利用できるから、機器が小型になる。
【0035】図12(a)および(b)は、それぞれ第
4実施例および第5実施例を示す。図12(a)におい
て、固定部10には、慣性質量部11のストッパ用突部
15が入り込むストッパ用溝16が形成されている。上
記ストッパ用溝16とストッパ用突部15との間には、
若干の隙間Sが形成されており、固定部10に対して慣
性質量部11が必要以上に大きく変位するのを防止して
いる。なお、上記ストッパ用突部15およびストッパ用
溝16は、図12(b)のように、慣性質量部11およ
び固定部10を形成するブロックとは別体の板材17,
18に形成し、これらの板材17,18をブロックにボ
ルト(図示せず)などにより固定してもよい。
【0036】なお、上記各実施例では、薄板21に溝2
4または図10の切欠スリット24Aを設けて、可撓部
21aを形成したが、請求項1,2,5,6もしくは7
の発明では、上記切欠スリット24Aなどを必ずしも設
ける必要はない。たとえば、薄板21は、図1の溝24
を設けなくても、固定部10および慣性質量部11の近
傍において最も大きく歪むので、この部分を可撓部21
aとしてもよい。
【0037】また、請求項3,4および6の発明では、
ビーム部20を薄板21により形成する必要はなく、ビ
ーム部20と固定部10および慣性質量部11とを一体
の成形品で構成してもよい。
【0038】また、上記実施例では、歪みゲージ23と
して、金属薄膜からなる歪みゲージを用いたが、この発
明では、水素化アモルファスシリコン薄膜のような半導
体薄膜歪みゲージなどを用いてもよい。
【0039】
【発明の効果】以上説明したように、請求項1の発明に
よれば、ビーム部を一対設けるとともに、固定部および
慣性質量部をブロックで形成し、一方、ビーム部を薄板
で形成したから、加速度センサを小さくすることがで
き、かつ、この小さな加速度センサにより微弱な振動を
精度良く検出し得る。この場合、薄板を固定部および慣
性質量部に溶接すれば、加速度センサがより一層小型に
なる。
【0040】また、請求項3の発明によれば、ビーム部
の可撓部を、たとえばエッチングやレーザビームなどの
ような非機械加工によって形成しているので、可撓部を
薄肉ないし幅の狭いものとすることができるから、慣性
質量部を小さくすることができる。したがって、やは
り、加速度センサが小型になる。
【0041】また、請求項5の発明によれば、歪みゲー
ジが直接形成された金属製の薄板によってビーム部が構
成されているから、別途、ビーム部に歪みゲージを接着
する場合と異なり、ビーム部の可撓部を薄くすることが
できるので、やはり、加速度センサが小型になる。
【0042】また、請求項6の発明のように、加速度セ
ンサを構成する起歪体を、計量セルを構成する他の起歪
体の貫通孔内に収納することにより、加速度センサ付の
計量セル全体が小型になる。
【0043】また、請求項7の製造方法によれば、固定
部および慣性質量部を構成するブロックに対して、ビー
ム部の取付が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の加速度センサの第1実施例を示す起
歪体の概略拡大斜視図である。
【図2】同ビーム部を構成する薄板の拡大斜視図であ
る。
【図3】薄板素材に溝を形成した状態を示す斜視図であ
る。
【図4】溝を形成するエッチング法の第1工程を示す拡
大断面図である。
【図5】同第2工程を示す拡大断面図である。
【図6】同第3工程を示す拡大断面図である。
【図7】薄板素材に多数の歪みゲージを形成した状態を
示す概略斜視図である。
【図8】歪みゲージの構造の一部を示す拡大断面図であ
る。
【図9】薄板の溶接工程を示す平面図である。
【図10】第2実施例にかかる薄板(ビーム部)の概略
拡大斜視図である。
【図11】第3実施例にかかる加速度センサ付のロード
セルを示す一部断面した正面図である。
【図12】(a)は加速度センサの第4実施例を示す起
歪体の概略拡大斜視図、(b)は加速度センサの第5実
施例を示す起歪体の概略拡大斜視図である。
【符号の説明】
1…起歪体、10…固定部、11…慣性質量部、20…
ビーム部、21…薄板、21a…可撓部、23…歪みゲ
ージ、50…他の起歪体、51…貫通孔、52…固定剛
体部。

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 2箇所の可撓部が形成されたビーム部
    を、一端の固定部と他端の慣性質量部との間に、互いに
    平行に2本設けた起歪体と、上記ビーム部の可撓部に設
    けられた歪みゲージとを備えた加速度センサであって、 上記固定部および慣性質量部はブロックで形成され、 上記ビーム部は金属製の薄板で形成されているととも
    に、ビーム部の両端部が上記ブロックに固定されている
    加速度センサ。
  2. 【請求項2】 請求項1において、上記ビーム部の両端
    部が上記固定部および慣性質量部に溶接されている加速
    度センサ。
  3. 【請求項3】 2箇所の可撓部が形成されたビーム部
    を、一端の固定部と他端の慣性質量部との間に、互いに
    平行に2本設けた起歪体と、上記ビーム部の可撓部に設
    けられた歪みゲージとを備えた加速度センサであって、 上記可撓部が、非機械加工により形成されている加速度
    センサ。
  4. 【請求項4】 請求項3において、上記可撓部が、エッ
    チングまたはレーザビームにより加工されて形成されて
    いる加速度センサ。
  5. 【請求項5】 2箇所の可撓部が形成されたビーム部
    を、一端の固定部と他端の慣性質量部との間に、互いに
    平行に2本設けた起歪体と、上記ビーム部の可撓部に設
    けられた歪みゲージとを備えた加速度センサであって、 上記ビーム部は歪みゲージが直接形成された金属製の薄
    板で構成されている加速度センサ。
  6. 【請求項6】 請求項1,2,3,4もしくは5の加速
    度センサを構成する起歪体が、計量セルを構成する他の
    起歪体の貫通孔内に収納されているとともに、上記他の
    起歪体の固定剛体部に固定されている加速度センサの取
    付構造。
  7. 【請求項7】 2箇所の可撓部が形成された薄板製のビ
    ーム部を、一端の固定部と他端の慣性質量部との間に、
    互いに平行に2枚架設した起歪体を有する加速度センサ
    の製造方法であって、 上記固定部および慣性質量部を構成する一対のブロック
    の相対位置を保持した状態で、上記2枚のビーム部を上
    記一対のブロックに固定する工程を有する加速度センサ
    の製造方法。
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