WO2006006670A1

WO2006006670A1 - 荷重センサ

Info

Publication number: WO2006006670A1
Application number: PCT/JP2005/013045
Authority: WO
Inventors: Hirokazu Nakasone; Yasutaka Ide; Shuji Tohyama
Original assignee: Nagano Keiki Co., Ltd.
Priority date: 2004-07-14
Filing date: 2005-07-14
Publication date: 2006-01-19
Also published as: US7423511B2; US20080042797A1; JPWO2006006670A1

Abstract

　不必要な外力に左右されずに正確に測定することができ、しかも、構造が簡素な荷重センサを得る。このために、測定対象物へ取り付ける取付部９と一体に形成され、前記測定対象物の重量又は荷重に応じて変位する起歪体３と、この起歪体３に接続され、該起歪体３の変位に応じて歪むセンサプレート１３と、このセンサプレート１３に取り付けられた歪みゲージとを具備し、前記起歪体３を、その中心が前記取付部９の軸心に一致させて、前記取付部９の一端側に配置する。そして、前記起歪体の内側に、前記センサプレートを収納する収納部５を形成し、センサプレート１３をホルダ１００で保持してこの収納部に収容させる。この際、センサプレート１３は、その中心を、取付部９の軸心及び起歪体３の中心に一致させて歪体３の中心に接続する。一方、外周縁１３ｂをホルダ１００の内周縁１００ａで保持させ、このホルダ１００の外周面１００ｂを収納部５の外縁の直立壁と接合する。なお、ホルダ１００に緩衝機能を設けると良い。

Description

明細書

荷重センサ技術分野

[0001] この発明は、測定対象物に付加された荷重を、その変位から測定するための荷重センサ、特に車両の座席に付加された荷重を測定する荷重センサに関する。

背景技術

[0002] 従来、荷重センサ、特にロードセルでは、例えば、図 14及び図 15に示すように、ァーム 50の一端を固定し、他端に受け皿 53を設け、受け皿 53に荷重を付加する片持ち梁の構造をしたものが採用されていた。力かるロードセルでは、付加された荷重により変形するアーム 50に歪ゲージ 54を直接貼り付け、アーム 50の歪みから付加された荷重を測定していた。そして、アーム 50の内側に孔 51を形成し、肉厚の薄い薄肉部 52を上下に 2ケ所ずつ設けている。歪ゲージ 54が、これら薄肉部 52にそれぞれ貼り付けられ、薄肉部 52の歪みを検知する。力かるロードセルでは、この図 14に示すように、アーム 50が平行四辺形に維持された状態で変形し薄肉部 52に適度な歪みを発生させ、付加された荷重を正確に測定することが可能である。この様な形態のロードセルを一般にロバ一ノル機構とレ、う。

[0003] このロバ一ノル機構のロードセルでは、図 15に示すように、目的とする荷重と共にアーム 50の延びる軸方向に直交する左右方向にずれた位置 PI , P2で、受け皿 53 に荷重が付加されると、検知される荷重に誤差が生じてしまう。この誤差を抑えるために、荷重印加部を変えながら薄肉部 52の角部を試行錯誤的に削りとるといった四隅調整を行っていた。

[0004] しかし、図 15に示すように、目的とする荷重と同時に荷重測定にとって不必要な方向からの荷重ノイズ F1や F2が印加されると、誤差を抑制することができず、測定結果に悪影響を与えてしまう。

[0005] 近年、自動車では、安全性をより向上させるために、シートに着座した搭乗者の体重を初めとした体格を判別し、判別結果に基づいてエアバッグ等の安全装置の作動を総合的に制御することが行われるようになってきた。力かる技術において、搭乗者の体重を測定するのに必要なのは鉛直方向の荷重であり、自動車の加減速等の際に生ずる水平方向の荷重は、測定結果に悪影響を及ぼす。例えば、路面の凹凸により生ずる振動、発進、ブレーキ又はハンドル操作により生ずる各種の加速度などである。このため、鉛直以外の方向から作用する荷重を除去することができる荷重センサが望まれる。

[0006] この点、上述の不都合を防止するために、特許文献には、力を受けて変位する部分と、この部分の変位に対応して歪む部分とを別個に設け、これらを一体化したロードセルに関する発明が示されている。このロードセルによれば、変位する部分と歪む部分とを連結軸で連結支持し、偏荷重による悪影響を極力抑えることが行われている。

[0007] この特許文献に示されているロードセルを自動車に使用することも一つの案として考えることもできる。

特許文献 1：特開 2003— 166885号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0008] 確かに、特許文献に記載の発明によれば、偏荷重の影響をある程度は抑えることは可能である。しかし、ロバーバル機構のロードセルは、もともとその構造が複雑である。特に、特許文献に記載のロードセルは、その構造が通常のロードセルに比べてもさらに複雑となる。このため、ロードセル自体に振動が加わる場合や、衝撃荷重が作用する用途には不向きである。また、ロバーバル機構のロードセルは、狭い場所に設置することについても不向きである。

[0009] そこで、本発明では、測定対象物に作用する荷重を測定する際に、不必要な外力に左右されずに正確に測定することができ、し力も、構造が簡素で、外形をコンパクトに形成できる荷重センサを提供する。

課題を解決するための手段

[0010] 本発明では、上記課題を解決するために、測定対象物に取り付けられる取付部と一体に形成され、前記測定対象物の重量又は荷重に応じて変位する起歪体と、この起歪体に接続され、該起歪体の変位に応じて歪むセンサプレートと、このセンサプレートに取り付けられた歪みゲージと、を具備し、前記起歪体の内側には、前記センサプレートとこのセンサプレートを保持するホルダを収容させる収納部が形成され、前記センサプレートは、その中心が、前記取付部の軸心及び前記起歪体の中心に一致されて前記起歪体の中心と接続されると共に、その外周面が前記ホルダの内周面に接合され、このホルダの外周面は前記収納部の外縁の直立壁と接合されたことを特徴とする荷重センサを採用することとした。

[0011] また、本発明では、上記荷重センサにおいて、前記起歪体の中心には、前記取付部の軸心方向に延びる伝達ロッドの基端が、前記収納部の底面に接続されるように設けられている一方、前記センサプレートは、その中心が前記伝達ロッドの先端が接続されるように構成した。

[0012] さらには、本発明では上記荷重センサにおいて、前記伝達ロッドを前記起歪体と一体に形成すると共に、前記起歪体における前記収納部の底面に、前記伝達ロッドの基端の周囲を窪ませて、前記伝達ロッドの変形を許容する変形許容部を形成した。

[0013] その一方で、本発明では、上記の荷重センサに関し、前記収納部が、その半径方向に関し、前記収納部の外縁の直立壁から中心までの任意点における歪み量が一様となるように、その肉厚が中心に向力うに連れて厚く形成した。

[0014] そして、本発明では以上の荷重センサについて、前記取付部に、前記起歪体との境界力所定の距離だけ離れた位置に、前記測定対象物の表面に密接される取付座を形成し、これら起歪体と取付座との間の部位の外径を相対的に細くして、測定に不必要な負荷を前記取付座で吸収して前記起歪体に伝達されることを防止していることを特徴としている。

[0015] カロえて、本発明では上記の荷重センサに関し、前記ホルダには、前記起歪体から伝達される測定に不必要な負荷を緩衝させる緩衝機能が具備されていることを特徴としている。

発明の効果

[0016] 本発明によれば、起歪体とは別体のセンサプレートを設けたことにより、起歪体に歪みゲージ設定部分としての薄肉部や切り欠き部と、歪みを起こさない剛性の高い部分を設ける必要がない。その結果、荷重センサをコンパクトに形成できる。 [0017] また、薄肉部や切り欠き部を設けずにすむため、許容荷重を高く設定できる。このため、両端ねじ部やフランジ部を設ける構造に形成でき、当該荷重センサ自体を締結部品として機能させることができる。

[0018] また、別体とすることにより、変位による歪みを測定するセンサプレートの作動に必要な力が小さくてすむ。このため、変位伝達用の結合手段として細いロッドを採用できる。これにより、偏荷重、傾斜荷重、曲げ荷重、又は捻り荷重等、目的方向外の不必要な荷重による変位の伝達がロッドの変形により緩和され、使用時及び取付時に生ずる傾きや捻りによる誤差を小さくできる。

[0019] 更に、別体としたため、センサプレートに作用せしめる力が小さくてすむことから、結合部の耐久性、長期的な信頼性も高い。

[0020] また、起歪体から離れた位置に取付座を設け、しかも起歪体と取付座との間の部位につレ、てその径を細くしたため、締め込み時に発生する曲げモーメントや捻り荷重がセンサプレートへ伝達されることを防止する。これにより、測定誤差の発生を効果的に防止する。

[0021] また、構造を簡素にできるため、故障率を低減できることに加え、外観をも簡素に形成でき、取り付けやすい構造とすることができる。

[0022] なお、歪みゲージとして 1回の成膜工程及びフォトリソ工程で形成される半導体歪みゲージを使用することで、センサプレートに対する全体的な位置、及び歪みゲージ相互間の位置がずれることがなぐこの点でも高い信頼性を得ることができる。

[0023] 荷重センサを起歪体と、その上部を覆うハウジングとの両側から当該荷重センサの軸方向に伸縮する荷重を加えると、これに伴い接合部が半径方向に広がったり、狭まったりする。この挙動は、収納部に設けられたセンサプレートを伸縮させ、最終的に歪ゲージに余分な歪みを付与してしまう。

[0024] この点、本発明では、ホルダが緩衝機能を備えたことにより、接合部が半径方向に広がったり、狭まったりしても、当該ホルダがその変形を伝達することを効果的に阻止する。これにより、センサプレートが伸縮せず、歪ゲージに余分な歪みが発生することなぐ正確な測定結果を得ることができる。

図面の簡単な説明 [0025] [図 1]本発明の一実施形態にかかる荷重センサの内部構造を示す縦断面図。

[図 2]図 1に示す荷重センサの横断面図。

[図 3]起歪体の縦断面図。

[図 4]センサプレートの縦断面図及び平面図。

[図 5]—実形態にかかる荷重センサの斜視図。

[図 6]別の実施形態にかかる荷重センサの斜視図。

[図 7]さらに、別の実施形態にかかる荷重センサの斜視図。

[図 8]さらに、別の実施形態に力かる荷重センサの斜視図。

[図 9]無負荷状態における起歪体及びセンサプレートの状態を示す図。

[図 10]荷重センサに伸縮荷重が作用したときの起歪体及びセンサプレートの状態を示す図。

[図 11]荷重センサを取り付ける際に受ける影響を示す図。

[図 12]本発明の荷重センサを取り付ける際に受ける影響を遮断することを示す図。

[図 13]モーメントが作用した際の起歪体及びセンサプレートの状態を示す説明図。

[図 14]従来から使用されているロードセルの一例を示す図。

[図 15]図 14に示すロードセルの平面図。

符号の説明

[0026] 1， 1A, 1B, 1〇···荷重センサ

2····本体部

3····起歪体

4····基板搭載部

5····収納部

7 伝達ロッド

8····変形許容部

9····ねじ部（取付部）

10···フランジ

11···回路基板

12','ICチップ 13 · · ·センサプレート

13a * ·連結孔

14 · · ·薄板部

18 · · ·負荷ノイズ遮断部

20 · "ハウジング

23 · · ·取付ねじ部

100 · "ホルダ

発明を実施するための最良の形態

[0027] 以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

[0028] 図 1及び図 2は、本発明の一実施形態に力かる荷重センサ 1の内部構造を示している。

[0029] この荷重センサ 1は、当該荷重センサ 1の取り付けられる測定対象物（不図示）の重量又は荷重を測定する。荷重センサ 1は、本体部 2と、この本体部 2を下から覆うようにして本体部 2と合わされるハウジング 20とから構成されている。

[0030] 本体部 2は、測定対象物に取り付ける取付部としてのねじ部 9と、このねじ部 9と一体に形成され、ねじ部 9の軸方向の一端にて半径方向に外側に張り出すようにして設けられた起歪体 3とを備えている。

[0031] ねじ部 9には、起歪体 3から軸方向の上側にやや離れた位置に半径方向外側に向けて張り出すフランジ 10が形成されている。また、このフランジ 10と起歪体 3との間の部位は、その外径がフランジ部 10よりも小さく形成された負荷ノイズ遮断部 18が設けられている。

[0032] 起歪体 3は、その中心がねじ部 9の軸心と一致されるようにして略円盤状に形成されている。起歪体 3の周縁には、一定の高さに形成された直立壁 15が下方に向けて突出するように形成されている。なお、直立壁 15の下部には、その肉厚の内側が外側に対してさらに下方に突出する突起部 15aが形成されている。そして、この直立壁 15の下端には、起歪体 3を下から覆うようにして、ハウジング 20が接合される。一方、この起歪体 3の内側部分には、その下端面を上方に向けて窪ませた円形状の凹部が形成されている。この凹部は、収納部 5であり、両持ち梁形状のセンサプレート 13 がその内側に収納される。

[0033] さらに、起歪体 3には、収納部 5の上面 5bの中心から下方に向けて突出する伝達口ッド 7力起歪体 3と一部材をなすように一体に形成されている。また、収納部 5の上面 5bには、この伝達ロッド 7の基端部の周囲を包囲するように一定の深さ窪ませてなる変形許容部 8が設けられている。この変形許容部 8は、伝達ロッド 7がその軸線に対して橈む外力や捩られる外力を受けた際に、ロッドが変形することを許容するために設けられたものである。

[0034] このような起歪体 3は、図 3に示すように、その肉厚が半径方向外側から中心に向かうに連れ漸次厚くなるように形成されている。具体的には、当該起歪体 3の断面形状は、その下面（本実施形態では 5b)が平坦に形成されている一方で、上面 3bは、平方根曲線に近似した形状をなしている。このように起歪体 3の全体形状を形成することにより、その半径方向に関し、全体としてほぼ一様な歪みが発生する。このため、局部的に集中的に応力が発生するということがない。

[0035] 両持ち梁状のセンサプレート 13は薄板の部材からなり、センサプレート 13は、収納部 5の上面 5bとの間に隙間が形成されるように配されている。一方、回路基板 11は、円の両端を切り欠いて細長く形成され、その下面側に ICチップ 12が装着されている。この回路基板 11の長手方向の両端面は円弧状に形成されている。これら両端面の曲率は、後に詳細を説明するホルダ 100の内周縁 100aとほぼ一致されており、更に回路基板 11は、センサプレート 13上の歪みゲージとの電気的接続のために角度的にもほぼ位置決めされて取り付けられている。

[0036] 図 4 (a)、（b)はセンサプレートの形状を示している。このセンサプレート 13は、略長方形に形成されており、その長軸方向の両端縁が円弧状に形成されている一方で、短軸方向の両端縁が直線状に形成されている。

[0037] このセンサプレート 13には、その中心に板厚方向を貫通する連結孔 13aが形成されている。また、その下面を上面側に向けて窪ませることにより、板厚を薄くした薄板部 14が数力所に設けられている。これら薄板部 14は、センサプレート 13の中心を通る直径方向に関し、一列をなして設けられている。これら薄板部 14は連結孔 13aを対称軸として、その両側に 2つずつ対称をなす位置にそれぞれ配置されている。 [0038] そして、センサプレート 13の上面には、これら薄板部 14に対応する部分に、当該センサプレート 13の歪みを検知する歪みゲージ (不図示）がそれぞれ取り付けられる。この歪みゲージは、半導体歪みゲージが使用されており、 1回の成膜工程及びフォトリソグラフティ工程でそれぞれ設けられる。このため、当該荷重センサ 1を稼働させた場合でも、センサプレート 13から剥離してしまうことがなぐ予め設定されたセンサプレート 13の所定位置に止まっている。このため、センサプレート 13に対する絶対的な位置、並びに各歪みゲージ同士の相対位置がずれることがなぐ設計通りの歪みを電気信号として取り出すことが可能である。なお、歪みゲージは回路基板 11とワイヤボンディングにより電気的に接続される。

[0039] 力かる構造を有するセンサプレート 13は、その中心に形成された連結孔 13aに伝達ロッド 7の上端が挿入され、センサプレート 13の中心に固着されている。これにより、センサプレート 13の中心部分は、起歪体 3の中心の変位が伝達ロッド 7を介して伝達され、センサプレート 13の中心部分は、起歪体 3の中心部分の変位に対応するようにして歪む。

[0040] 一方、起歪体 3の収納部 5には、センサプレート 13を保持するリング状に形成されたホルダ 100が、直立壁 15の内周面に沿わされるようにして取り付けられている。このホルダ 100は、その内周縁側にセンサプレート 13を保持せしめ、その外周縁側が起歪体 3の直立壁 15の内側に揷入されて取り付けられる。なお、このホルダ 100は、緩衝機能を有しており、ホルダ 100の内側に配置されているセンサプレート 13へ、測定に不必要な負荷が伝達することを阻止する。

[0041] ホルダ 100は、収納部 5の上面に当接されるリング状の当接面 101と、この当接面 1 01の外周縁にて当接面 101と垂直をなす周壁面 102と、周壁面 102の先端にて半径方向外側に向けて張り出すフランジ部 103とから構成されている。当接面 101の内周縁 100aは、センサプレート 13の長軸方向の曲率と同寸に形成されている一方で、周壁面 102の外周面はその径カ直立壁 15の内周面の径より若干小さく形成され、これらの間にクリアランスが設けられている。

[0042] このホルダ 100は、当接面 101の内周縁 100aにセンサプレート 13をはめ込ませ、ホルダ 100の周壁面 102が直立壁 15の内側に挿入されて収納部 5に取り付けられる。そして、直立壁 15の下部に形成された突起部 15aの下端にフランジ部 103が下から突き当てられ、突起部 15aの外周縁と、このホルダ 100の外周縁 100bとが一致されて結合される。

[0043] このため、センサプレート 13は、ホルダ 100を介して収納部 5の内部にはめ込まれるようにして収納される。これにより、センサプレート 13の起歪体 3に対する位置関係が設計通りに確実に維持される。即ち、センサプレート 13が収納部 5に収納されると、センサプレート 13の中心が、ねじ部 9の軸心と同軸上にある起歪体 3の中心と一致され、結合孔 13aが、伝達ロッド 7の軸心に一致される。一方、センサプレート 13の外周部分は、起歪体 3の収納部 5に取り付けられたホルダ 100を介してに拘束される。このため、センサプレート 13は、両持ち梁の構造となる。

[0044] このようにしてセンサプレート 13の取り付けられた本体部 2の下部にハウジング 20 が被せられる。ハウジング 20は円筒状に形成され、その下面が開口され、内部には空間部 21が形成されている。ハウジング 20は開口された上部力本体部 2を構成する起歪体 3の周縁に形成された直立壁 15の下端と、密着されるようにして接合される

[0045] このハウジング 20の上端は、肉厚の外側が内側によりも上方に向けて突出する突起部 20aが形成されている。このため、ハウジング 20は、その上端における突起部 2 0aが、起歪体 13の直立壁 15における突起部 15aの外周部にて重ね合わされるようにして起歪体 3に接合される。そして、ホルダ 100のフランジ部 103は、直立壁 15の突起部 15aと、ハウジング 20の上部における突起部 20aの内側の凹んだ部分との間に配される。なお、図 1に示すように、ハウジング 20は、その突起部 20aの内周面、及びその内側の凹んだ部分が、起歪体 3の突起部 15a、ホルダ 100のフランジ部との間にクリアランスが形成されるようにして起歪体 3と結合される。

[0046] 以上のように、周壁面 102と直立壁 15の内周面との間にクリアランスが形成されると共に、突起部 20aの内周面、及びその内側の凹んだ部分と、起歪体 3の突起部 15a 、ホルダ 100のフランジ部との間にクリアランスが形成されているため、これらのクリアランスが、センサプレート 13の中心と起歪体 3の中心との一致、及びこの中心に対する対称配置を維持したままの状態で起歪体 3及びハウジング 20に対するホルダ 100 の相対的な位置の移動を許容する。これにより、ホルダ 100が緩衝機能を発揮し、その内周縁側に配されたセンサプレート 13に起歪体 3から伝達される荷重測定に不必要な負荷の伝達を阻止してレ、る。

[0047] このようにして起歪体 3に接合されたハウジング 20の内部に形成された空間部 21 には、上述の回路基板 11が収納される。空間部 21には、ハウジング 20の内面を被覆するように、コネクトカバー 22が設けられている。このコネクトカバー 22は、 ICチップ 12と接続されており、 ICチップ 12を介して歪みゲージの出力が伝えられる。さらに、コネクトカバー 22の上部には、ホルダ 100の周壁面 102との間に形成される隙間に配されたパッキン 24が取り付けられている。このパッキン 24は、コネクトカバー 22を本体部 2に取り付けた際に、内部の空間部 21を外部環境力保護するために気密性を保持するためのものである。

[0048] 一方、ハウジング 20の下部には下方に向けて突出する取付ねじ部 23が設けられている。この取付ねじ部 23は、測定対象物に取り付ける際に使用するものである。取付ねじ部 23はハウジング 20の中心に位置しており、ハウジング 20を本体部 2に取り付けた際に、本体部 2のねじ部 9と同一軸に位置するように設けられている。

[0049] 図 5〜図 8は、このような内部構造を有する荷重センサ 1の外観に関する具体例を示している。図 5に示す荷重センサ 1 Aは、オーソドックスなタイプである。ハウジング 2 0の側面には半径方向外側に向けて突出するコネクタ 30が設けられている。このコネクタ 30は、電源や測定機器及びこれらを統合した信号処理基板などに接続される配線を備えた相手コネクタが接続される。なお、この図 5には、表れていないが、コネクタ 30の内部には、複数の接続ピン 31が設けられている。

[0050] 図 6に示す荷重センサ 1Bは、配線 31を直に接続したタイプである。ハウジング 20 の側面には、配線が通される孔 32が形成され、 3本の配線 31がこの孔 32から通されて内部に接続されている。

[0051] 図 7に示す荷重センサ 1Cは、その下部中心に雌ねじ部 34の形成された円筒状のケース 33を設けている。ケース 33の側面には、半径方向外側に向けて突出するコネクタ 30が設けられている。このコネクタ 30についても、内部に複数の接続ピンが設けられていて、電源や測定機器等に接続される。このように雌ねじ部 34を設けることで、測定対象物への取付方法のバリエーションを拡張してレ、る。

[0052] 図 8に示す荷重センサ 1Dは、本体部 2に設けられたねじ部 9を測定対象物へ締め付けると共に、ハウジング 20側を測定対象物へボルト締めして測定対象物へ取り付けるものである。

[0053] ハウジング 20の外部には、このハウジング 20を中心にして両側方へ張り出す板状の締め付け部 35が設けられている。この締め付け部 35には、その板厚方向を貫通する貫通孔 36が形成されており、この貫通孔 36にボルトが通されて、ハウジング側が測定対象物にボルト締めされる。そして、コネクタ 30は、これら締め付け部と直角をなしてハウジング 20の外周面から外側方に向けて突出するように設けられている。

[0054] これら図 5〜図 8に示すように、この荷重センサ 1は、その外観が極めてシンプルである。

[0055] 以上の構成を備えた荷重センサは次のように作用する。まず、荷重センサ 1は、本体部 2にハウジング 20を被せた状態で、本体部 2のねじ部 9を測定対象物にねじ込んだり、通して先端側をナットで締め付け固定する。そして、図 5〜図 7に示す荷重センサ 1A〜1Cについては、ハウジング 20の下部に設けられた取付ねじ部 23及びめねじ部 34を測定対象物にねじ部 9と同様に取り付ける。これに対し、図 8に示す荷重センサ 1Dについては、締め付け部の貫通孔にボルトを通し、測定対象物に形成されたねじ穴に、このボルトを締め付けて測定対象物に取り付ける。

[0056] このように取り付けられて測定対象物に未だ負荷が作用しない無負荷状態では、図 9に示すようにセンサプレート 13は平坦に保たれている。

[0057] この状態から測定対象物にねじ部 9のねじ込まれた部分と、取付ねじ部 23のねじ込まれた部分間に荷重が作用すると、ねじ部 9及び取付ねじ部 23を介して荷重センサ 1に伝達される。すると、起歪体 3は、その中心部が、図 10 (a)及び図 10 (b)に示すように、起歪体 3の外周部分に対してねじ部 9の軸線方向に相対的に変位する。センサプレート 13は、その外周面 13bがホルダ 100の内周縁 100aに接合されている一方で、中心が伝達ロッド 7に接続されているため、起歪体 3の変位に対応してその中心が周縁に対し、ねじ部 9の軸線方向に沿って相対的に変位する。即ち、荷重センサ 1に圧縮荷重が作用すると、図 10 (a)に示すようにセンサプレート 13の中心が下側に向けて変位する。一方、荷重センサ 1に引張り荷重が作用すると、図 10 (b)に示すように、センサプレート 13の中心が上側に向けて変位する。この動きは、センサプレート 13に形成された薄板部 14に集中的に歪みとして現れ、薄板部 14に設けられた歪みゲージは、その歪み量を抵抗値の変化として検知する。この抵抗値変化は上記の ICチップ 12で増幅され、電気信号にて荷重として測定される。

[0058] ここで、センサプレート 13からの歪み検知方式と起歪体 3の形状との関係について説明する。

[0059] 一般に、歪みゲージを用いた荷重センサの場合、荷重を変位に変換する構造体に薄肉部分を設けて、この部分に集中的に歪みを発生させる。歪みゲージは、この薄肉部分に配置される。しかし、この実施形態に力かる荷重センサ 1では、起歪体 3の歪みを直接検知するのではなぐセンサプレート 13を介して起歪体 3の歪みを検知する構造を採っている。このために、センサプレート 13に上記の薄板部 14を形成する一方で、起歪体 3自体には薄肉部分を設けない構成を採用した。これにより、起歪体 3は、負荷された荷重を全体が特性良く変位に変換し、センサプレート 13の薄板部 14に集中的に歪みを発生させている。なお、起歪体 3には、応力集中が生じないため、耐破壊荷重も高められる。

[0060] 次に、当該荷重センサ 1に対して、ねじ部 9の軸線方向と交わる横方向の荷重が加わった場合の作用を説明する。この場合、ねじ部 9には曲げモーメントが作用する。このように軸線方向と交わる方向の外力は、この荷重センサ 1の目的から見ると、単なる荷重ノイズにしか過ぎない。

[0061] 今、図 11に示すように、測定対象物 Mに接地させる座面 42を本体部 40に直接設けた場合を考察する。この本体部 40のねじ部 44を測定対象物 Mに通し先端側をナット 45で締め付けると、本体部 40には軸力 Faが作用する。この影響により、起歪体 4 1の中心には、上方に向け作用する引張り力 Fcが作用すると共に、周縁部には反力 Fbが作用する。これにより起歪体 41にはモーメントが作用する。そしてモーメントに対応して、センサプレート 43も、これに対応して中央が上方に向けて橈んでしまう。このように、単に、本体部 40を取り付けただけでも軸線方向に荷重が作用していないにもかかわらず、あた力も軸線方向に荷重が作用したかのように誤作動を起こしてしまう。

[0062] これに対し、図 12に示す、本実施形態に力かる荷重センサ 1の本体部 2では、座面として作用するフランジ 10が、軸線方向について起歪体 3からやや離れた位置に形成されている。しかも、この部位の外径が相対的に細く形成されている。このため、フランジ 10自体に加えて、この起歪体 3とフランジ 10の間の部位が負荷ノイズ遮断部 1 8として機能する。

[0063] 確力に、この本体部 2についても、測定対象物 Mにねじ部 9を通し先端からナット 4 5で締め込むと、軸力 Faが作用する。その影響でフランジ 10の位置にて、中心には上方に向けて作用する引張り力 Fcが作用し、その反力 Fbがフランジの周縁に作用する。しかし、この本体部 2では、これらの力により生ずるモーメントをフランジ 10が吸収する。図 12の破線で示すように、当該本体部 2では、フランジ 10のみが橈み、さらには、起歪体 3とフランジ 10の間の部位で吸収して起歪体 3への影響が遮断される。

[0064] 次に、伝達ロッド 7の機能について説明する。

[0065] 図 13 (a)に示すように、目的方向以外の方向から外力 Fが作用したとする。仮に、収納部 5の底面について、伝達ロッド 7の基端部の周囲に変形許容部 8が形成されてレ、ないとすると、外力 Fにより、伝達ロッド 7は変形することなく本体部 2と共に傾いてしまう。センサプレート 13は、その中心が伝達ロッド 7に接合されている一方で、長軸方向の両端縁 13bが収納部 5の内壁面に接合されているので、センサプレート 13は、図 13 (a)に示すように変形してしまう。

[0066] これに対し、図 13 (b)に示すように、この実施形態に力かる本体部 2のように、変形許容部 8を設けることで、伝達ロッド 7自体が変形し、外力 Fの影響をセンサプレート 1 3に与えることを効果的に防止する。このため、不必要な外力の影響による測定誤差の発生を防止できる。

[0067] また、ねじ込んで測定対象物に荷重センサ 1を取り付けるため、図 11に示す本体部 40のように、起歪体 41に座面 42を直接設けた場合には、測定対象物からの反力が起歪体 41に直に伝えられるだけでな起歪体 41にねじりモーメントが発生してしまう。

[0068] これに対し、図 12に示す、本実施形態の荷重センサ 1では、フランジ 10が測定対象物から反力を受けたとしても、起歪体 3にこの反力を伝達することなフランジ 10 と起歪体 3の間で吸収される。また、ねじ部 9を締め込んだときに発生するねじりモーメントも、フランジ 10自体及びフランジ 10と起歪体 3の間の部位で吸収され、起歪体 3に悪影響を与えることがなレ、。たとえ、この位置ですベてを吸収できない場合でも、伝達ロッド 7が捩れを吸収しセンサプレート 13への伝達を遮断する。

以上のように、この荷重センサ 1は、内部構造が極めて簡素であるにもかかわらず、不必要な方向に作用する荷重ノイズの影響を受けずに、所望の測定値をえることができる。

Claims

請求の範囲

[1] 測定対象物に取り付けられる取付部と一体に形成され、前記測定対象物の重量又は荷重に応じて変位する起歪体と、この起歪体に接続され、該起歪体の変位に応じて歪むセンサプレートと、このセンサプレートに取り付けられた歪みゲージと、を具備し、

前記起歪体の内側には、前記センサプレートとこのセンサプレートを保持するホルダを収容させる収納部が形成され、

前記センサプレートは、その中心が、前記取付部の軸心及び前記起歪体の中心に一致されて前記起歪体の中心と接続されると共に、その外周面が前記ホルダの内周面に接合され、このホルダの外周面は前記収納部の外縁の直立壁と接合されたことを特徴とする荷重センサ。

[2] 前記起歪体の中心には、前記取付部の軸心方向に延びる伝達ロッドの基端が、前記収納部の底面に接続されるように設けられている一方、

前記センサプレートは、その中心が前記伝達ロッドの先端が接続されていることを特徴とする請求項 1に記載の荷重センサ。

[3] 前記伝達ロッドを前記起歪体と一体に形成すると共に、前記起歪体における前記収納部の底面に、前記伝達ロッドの基端の周囲を窪ませて、前記伝達ロッドの変形を許容する変形許容部を形成したことを特徴とする請求項 2に記載の荷重センサ。

[4] 前記収納部は、その半径方向に関し、前記収納部の外縁の直立壁から中心までの任意点における歪み量が一様となるように、その肉厚が中心に向力に連れて厚く形成されたことを特徴とする請求項 1に記載の荷重センサ。

[5] 前記取付部に、前記起歪体との境界から所定の距離だけ離れた位置に、前記測定対象物の表面に密接される取付座を形成し、これら起歪体と取付座との間の部位の外径を相対的に細くして、測定に不必要な負荷を前記取付座で吸収して前記起歪体に伝達されることを防止していることを特徴とする請求項 1〜4いずれかに記載の荷重センサ。

[6] 前記ホルダには、前記起歪体から伝達される測定に不必要な負荷を緩衝させる緩衝機能が具備されていることを特徴とする請求項 1〜5いずれかに記載の荷重センサ

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Sl70Cl0/S00Zdf/X3d 0.9900/900Z OAV