WO2017064847A1 - 力センサおよびそれを用いた力検知装置、力検知システム、力検知方法 - Google Patents

力センサおよびそれを用いた力検知装置、力検知システム、力検知方法 Download PDF

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WO2017064847A1
WO2017064847A1 PCT/JP2016/004465 JP2016004465W WO2017064847A1 WO 2017064847 A1 WO2017064847 A1 WO 2017064847A1 JP 2016004465 W JP2016004465 W JP 2016004465W WO 2017064847 A1 WO2017064847 A1 WO 2017064847A1
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WO
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force
force sensor
detection
core
outer peripheral
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Application number
PCT/JP2016/004465
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English (en)
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Inventor
文孝 齋藤
丹羽　正久
Original Assignee
パナソニックＩｐマネジメント株式会社
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/12—Measuring force or stress, in general by measuring variations in the magnetic properties of materials resulting from the application of stress
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01G—WEIGHING
    • G01G3/00—Weighing apparatus characterised by the use of elastically-deformable members, e.g. spring balances
    • G01G3/12—Weighing apparatus characterised by the use of elastically-deformable members, e.g. spring balances wherein the weighing element is in the form of a solid body stressed by pressure or tension during weighing
    • G01G3/15—Weighing apparatus characterised by the use of elastically-deformable members, e.g. spring balances wherein the weighing element is in the form of a solid body stressed by pressure or tension during weighing measuring variations of magnetic properties

Definitions

  • the present invention relates to a force sensor that detects a load applied to a magnetic body by utilizing the inverse magnetostriction effect of the magnetic body, and a force detection device, a force detection system, and a force detection method using the same.
  • Patent Document 1 discloses a conventional force sensor (load cell) that detects a load using a strain gauge.
  • the force sensor disclosed in Patent Document 1 includes a plurality of outer peripheral fixed portions having an annular shape in plan view, a load applying portion located at the center inside the outer peripheral fixed portion, and a plurality of outer peripheral fixed portions and load applying portions. And a strain generating part.
  • a strain gauge is affixed to each straining portion. Each strain gauge detects a load applied to the load application unit and converts it into an electrical signal.
  • the force sensor is provided between the detection unit, the first and second structures disposed between the detection units in the detection direction, and the first and second outer peripheral edges of the first and second structures. And an elastic body joined to the first and second outer peripheral edges.
  • the detection unit includes a core made of a magnetic material and a coil that generates a magnetic flux passing through the core.
  • the elastic body is made of a material having a lower elastic modulus than the core.
  • the detection unit is configured to receive a load applied from the first structure and the second structure in the detection direction.
  • This force sensor can be thinned.
  • FIG. 1A is a schematic diagram of a force detection device according to the first embodiment.
  • FIG. 1B is a plan view of the force sensor according to the first embodiment.
  • 1C is a cross-sectional view of the force sensor shown in FIG. 1B taken along line 1C-1C.
  • FIG. 2 is a block diagram of a detection circuit of the force detection device according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of another force sensor according to the first embodiment.
  • FIG. 4A is a schematic diagram of the force detection device according to the first embodiment.
  • FIG. 4B is a schematic cross-sectional view of the force detection device according to the first embodiment.
  • FIG. 5A is a plan view of the force sensor according to the second embodiment.
  • FIG. 5B is a cross-sectional view of the force sensor shown in FIG. 5A taken along line 5B-5B.
  • FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of the force detection device according to the second embodiment.
  • FIG. 7 is an exploded perspective view of the force detection device according to the third embodiment.
  • FIG. 8A is a perspective view illustrating a cross section of the force detection device according to the third embodiment.
  • FIG. 8B is a perspective view illustrating a cross section of another force detection device according to the third embodiment.
  • FIG. 9A is a perspective view of another structure of the force detection device according to the third exemplary embodiment.
  • FIG. 9B is a perspective view of still another structure of the force detection device according to the third exemplary embodiment.
  • FIG. 10A is a perspective view of still another structure of the force detection device according to the third exemplary embodiment.
  • 10B is a cross-sectional view of still another structure of the force detection device shown in FIG. 10A.
  • FIG. 11A is a perspective view illustrating a cross section of still another force detection device according to the third embodiment.
  • FIG. 11B is a perspective view illustrating a cross section of still another force detection device according to the third exemplary embodiment.
  • FIG. 12 is a perspective view of still another force detection device according to the third embodiment.
  • FIG. 13 is an exploded perspective view showing still another force sensor structure according to the third embodiment.
  • FIG. 14 is an exploded perspective view showing still another force sensor structure according to the third embodiment.
  • FIG. 15 is an exploded perspective view showing still another structure of the force sensor according to the third embodiment.
  • FIG. 16 is an exploded perspective view showing still another force sensor structure according to the third embodiment.
  • FIG. 17 is an exploded perspective view showing still another structure of the force sensor according to the third embodiment.
  • FIG. 18 is a block diagram of a force detection system according to the fourth embodiment.
  • FIG. 19A is a schematic diagram of a force detection system according to the fourth embodiment.
  • FIG. 19B is a schematic diagram of a force detection system according to the fourth embodiment.
  • FIG. 20A is a schematic diagram of another force detection system according to the fourth embodiment.
  • FIG. 20B is a schematic diagram of still another force detection system according to the fourth embodiment.
  • FIG. 20C is a schematic diagram of still another force detection system according to the fourth embodiment.
  • the force sensor and the force detection device of the embodiment will be described.
  • the configuration described below is merely an example of the present invention, and the present invention is not limited to the following embodiment.
  • the present invention can be modified in various ways according to the design and the like as long as it does not depart from the technical idea according to the present invention other than these embodiments and modifications.
  • FIG. 1A is a schematic diagram of a force detection device 1 according to the first embodiment.
  • the force detection device 1 includes a force sensor 2 and a detection circuit 3.
  • FIG. 1B is a plan view of the force sensor 2.
  • 1C is a cross-sectional view taken along line 1C-1C of the force sensor 2 shown in FIG.
  • the force sensor 2 includes a detection unit 20, structures 21 and 22, and an elastic body 23.
  • the detection unit 20 includes a core 4 made of a magnetic material having a hollow portion 40, and a coil 5 that is magnetically coupled to the core 4. In the detection unit 20, the magnetic flux generated by the coil 5 by energization passes through the core 4.
  • the structures 21 and 22 are arranged on both sides of the core 4 in the detection direction D2.
  • the core 4 is disposed between the structures 21 and 22 in the detection direction D2.
  • the elastic body 23 is provided between the outer peripheral edge 21p of the structure 21 and the outer peripheral edge 22p of the structure 22, is joined to the outer peripheral edges 21p, 22p, and is formed of a material having a lower elastic modulus than the core 4.
  • the detection part 20 is comprised so that the load of the detection direction D2 may be received from the structure 21 and the structure 22.
  • the detection circuit 3 detects the load in the detection direction D ⁇ b> 2 from the structure 21 and the structure 22 based on the change in the magnetic characteristics (inductance or conductance) of the coil 5.
  • the thickness direction (detection direction D2) of the core 4 is defined as the vertical direction
  • the direction from the core 4 toward the structure 21 is defined as the downward direction
  • the direction toward the structure 22 is defined as the upward direction. It is not intended to limit the usage of the sensor 2 and the force detection device 1.
  • the force sensor 2 includes a detection unit 20, a structure 21, a structure 22, an elastic body 23, and a substrate 24.
  • the structure 22 and the elastic body 23 are not shown.
  • the detection unit 20 includes a core 4 made of a magnetic material and a coil 5 that is magnetically coupled to the core 4.
  • the core 4 is made of a magnetic material such as Ni (nickel) -Zn (zinc) ferrite.
  • the core 4 has an annular shape in plan view and surrounds the hollow portion 40.
  • the core 4 is made of a magnetic material that exhibits an inverse magnetostrictive effect when a load is applied to the core 4.
  • the inverse magnetostriction effect is an effect in which the magnetized core 4 is distorted when a load is applied, and the permeability of the core 4 changes due to the distortion.
  • the coil 5 is composed of a conducting wire 5c wound around a mounting portion 41 that is a part of the core 4 so as to pass through the hollow portion 40 and the outside of the core 4 alternately.
  • the copper wire for example, enamel wire etc.
  • the mounting portion 41 may be designed such that the dimension of the detection direction D2 is such that the coil 5 is accommodated in another part of the core 4. Therefore, in the force sensor 2, a part of the coil 5 does not protrude from the upper surface and the lower surface of the core 4, so that even if a load is applied to the core 4, no load is applied to the coil 5, and disconnection of the conducting wire 5 c of the coil 5 is prevented. can do.
  • a magnetic flux m41 generated when the coil 5 is energized passes as shown in FIG. 1B.
  • a magnetic path M ⁇ b> 1 that is a magnetic path magnetic circuit along the circumferential direction D ⁇ b> 40 of the hollow portion 40 is formed in the core 4.
  • the magnetic flux m41 passes through the magnetic path M1.
  • the magnetic path M1 is a closed magnetic path. Therefore, in the force sensor 2 of the present embodiment, magnetic flux leakage from the core 4 to the outside is difficult to occur, so there is no need to provide a ferromagnetic case to prevent magnetic flux leakage.
  • the radial direction D3 of the core 4 is perpendicular to the circumferential direction D40 of the hollow portion 40 and the detection direction D2.
  • Structure 21 and structure 22 are both made of, for example, a metal material and have a plate shape. As shown in FIG. 1B, the structure 21 has a circular shape in plan view. In addition, the structure 22 has a circular shape in plan view like the structure 21. As shown in FIG. 1C, the structure 21 is disposed on the lower side of the core 4 in contact with the lower surface of the core 4. Moreover, the structure 22 is arrange
  • the structure 21 and the structure 22 are not limited to a circular shape in a plan view, and may have, for example, a rectangular shape or an annular shape in a plan view. Moreover, the structure 21 and the structure 22 have the intensity
  • CFRP Carbon-Fiber-Reinforced Plastic
  • the elastic body 23 is made of, for example, an adhesive mainly composed of epoxy resin or silicone resin.
  • the elastic body 23 is bonded to the outer peripheral edge 21p of the upper surface of the structure 21 and the outer peripheral edge 22p of the lower surface of the structure 22, thereby coupling the structure 21 and the structure 22 to each other.
  • the elastic body 23 is not limited to an adhesive and is made of a material having a lower elastic modulus than the material forming the core 4.
  • the elastic body 23 is provided between the outer peripheral edge 21p of the structure 21 and the outer peripheral edge 22p of the structure 22, and is joined to the outer peripheral edges 21p and 22p.
  • the elastic body 23 itself is an adhesive.
  • the elastic body 23 has the structure 21 and the structure 22. May be joined.
  • the elastic body 23 is not limited to the configuration provided over the entire circumference of the outer peripheral edge 21p of the structure 21 and the outer peripheral edge 22p of the structure 22, and may be provided partially. That is, the elastic body 23 is joined to both the structure 21 and the structure 22 to such an extent that the inclination of the structure 21 and the structure 22 can be suppressed.
  • the substrate 24 is housed in a space surrounded by the structure 21, the structure 22, and the elastic body 23 as shown in FIG. 1C.
  • the substrate 24 is fixed by the outer peripheral edge 24 p of the substrate 24 being in contact with the elastic body 23.
  • the substrate 24 has an annular shape in plan view as shown in FIG. 1C.
  • a positioning hole 240 having a circular shape in a plan view having a diameter slightly larger than the diameter of the core 4 is provided.
  • the core 4 is positioned at a predetermined position by fitting the core 4 into the positioning hole 240.
  • the positioning hole 240 is not limited to a circular shape in plan view, and may have a rectangular shape in plan view, for example. That is, the positioning hole 240 has a shape into which the core 4 is fitted.
  • FIG. 2 is a block diagram of the detection circuit 3.
  • the detection circuit 3 includes an oscillation circuit 30, a period measurement circuit 31, a square circuit 32, a temperature compensation circuit 33, and a signal processing circuit 34.
  • the oscillation circuit 30 is configured to maintain the oscillation of the resonance circuit 35 including the coil 5.
  • the oscillation circuit 30 is configured to output an oscillation signal that oscillates at a frequency corresponding to the resonance frequency of the resonance circuit 35.
  • the period measurement circuit 31 is configured to measure the period of the oscillation signal output from the oscillation circuit 30 and output a signal corresponding to the measured period.
  • the square circuit 32 is configured to calculate and output the square value of the signal output from the period measurement circuit 31.
  • the temperature compensation circuit 33 is configured to suppress temperature fluctuation of the signal output from the squaring circuit 32 by temperature compensation processing.
  • the signal processing circuit 34 is configured to detect a change in load applied to the core 4 based on a signal output from the temperature compensation circuit 33.
  • the equivalent circuit of the resonance circuit 35 includes a series circuit of an inductor 351 and a resistor 352 and a parallel circuit of a capacitor 353.
  • the inductance of the inductor 351 is equivalent to the inductance of the coil 5.
  • the resistance value of the resistor 352 is equivalent to the resistance value of the winding resistance of the coil 5.
  • the capacitance value of the capacitor 353 is equivalent to the capacitance value of the parasitic capacitance of the coil 5.
  • the resonance circuit 35 may be configured by the coil 5 and a capacitor connected in parallel to the coil 5.
  • the detection circuit 3 is composed of electronic components mounted on the substrate 24. That is, in the force detection device 1 of the present embodiment, the detection circuit 3 is provided integrally with the force sensor 2. Note that the detection circuit 3 does not need to be provided on the substrate 24 and may be provided separately from the substrate 24. Further, the detection circuit 3 may be provided on a substrate outside the force sensor 2, for example. That is, in the force detection device 1 of the present embodiment, the detection circuit 3 may be provided separately from the force sensor 2.
  • the force sensor 2 and the force detection device 1 of the present embodiment will be described.
  • the core 4 is magnetized and the magnetic path M1 is formed.
  • the oscillation circuit 30 of the detection circuit 3 supplies a current to the coil 5.
  • the core 4 receives a load (the sum of the loads F21 and F22) applied from the structure 21 and the structure 22 in the vertical direction (detection direction D2). It is configured.
  • the resonance frequency of the resonance circuit 35 including the coil 5 changes.
  • the oscillation circuit 30 outputs an oscillation signal having a frequency corresponding to the resonance frequency of the resonance circuit 35, and the period measurement circuit 31 outputs a signal corresponding to the period of the oscillation signal.
  • the period of the oscillation signal is represented by the square root of the product of the inductance of the inductor 351 and the capacitance value of the capacitor 353 in the equivalent circuit.
  • the square circuit 32 calculates and outputs the square value of the output signal of the period measurement circuit 31, the output signal of the square circuit 32 changes linearly with respect to the change of the inductance of the coil 5.
  • the output signal of the square circuit 32 is corrected for temperature fluctuations by the temperature compensation circuit 33.
  • the signal processing circuit 34 calculates the inductance of the coil 5 based on the output signal of the temperature compensation circuit 33, and calculates the load (the sum of the loads F21 and F22) applied to the core 4 from the amount of change in the inductance of the coil 5. . That is, the detection circuit 3 detects the load applied to the core 4 based on the change in the inductance of the coil 5.
  • Patent Document 1 Since the conventional force sensor disclosed in Patent Document 1 detects a load when the strain gauge is deformed together with the strain generating portion, it is necessary to provide the strain generating portion by processing a plate-like member. For this reason, in this force sensor, the plate which has the thickness which can design a strain generation part is required, and it is difficult to aim at thickness reduction of a force sensor.
  • the structure 21 and the structure 22 are arranged on both sides of the core 4 in the vertical direction (detection direction D2), and the structure 21 and the structure 22 are elastic. 23 is joined.
  • the thickness direction of the structure 21 and the structure 22 (detection) The dimension in the direction D2) can be reduced. Therefore, the force sensor 2 of the present embodiment can be reduced in thickness by reducing the dimension of the structure 21 and the structure 22 in the thickness direction (detection direction D2).
  • the force sensor 2 of the present embodiment includes an elastic body 23. For this reason, the force sensor 2 of this embodiment can improve the load detection accuracy because the load is easily transmitted to the core 4 when a load is applied to the structure 21 or the structure 22.
  • the elastic body 23 is provided between the outer peripheral edge 21p of the structure 21 and the outer peripheral edge 22p of the structure 22, and is joined to the outer peripheral edges 21p and 22p.
  • the force sensor 2 of the present embodiment can easily transmit force properly to the core 4 and magnetic saturation of the core 4 hardly occurs, so that the core 4 can be easily thinned.
  • the coil 5 is provided so that the magnetic path M1 formed when the coil 5 is energized is a closed magnetic path, but the coil 5 is wound around the outer periphery of the core 4. It may be composed of the conductive wire 5c.
  • the magnetic flux generated when the coil 5 is energized forms a magnetic path that passes not only inside the core 4 but also outside the core 4. That is, in this configuration, the magnetic path is an open magnetic path. In this configuration, since it is not necessary to process the core 4 in order to provide the attachment portion 41, it is easy to manufacture the core 4.
  • the coil 5 can be manufactured only by winding the conducting wire 5c around the outer periphery of the core 4, it is easy to manufacture the coil 5. That is, in this configuration, the core 4 and the coil 5 can be easily designed, so that the force sensor 2 can be easily reduced in size and thickness.
  • the core 4 may not have the hollow portion 40.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of another force sensor 2a according to the first embodiment. 3, the same reference numerals are assigned to the same parts as those of the force sensor 2 shown in FIGS. 1A to 2.
  • the structure 21 and the structure 22 are provided with through holes 210 and 220 passing through the hollow portion 40 of the core 4 in the vertical direction (detection direction D2), respectively.
  • the through holes 210 and 220 have a circular shape in plan view.
  • the shaft portion of the bolt is passed through the through holes 210 and 220 in order to pass through the hollow portion 40 of the core 4.
  • the through holes 210 and 220 are not limited to a circular shape in a plan view, and have a shape that allows a shaft portion of a bolt to pass therethrough, for example.
  • the elastic body 23 is also provided between the inner peripheral edge 210 p of the through hole 210 in the structure 21 and the inner peripheral edge 220 p of the through hole 220 in the structure 22.
  • the force sensors 2 and 2a of the present embodiment do not need to include the substrate 24 as long as the core 4 can be positioned by the structural body 21, the structural body 22, and the elastic body 23.
  • the force sensors 2 and 2a by providing the substrate 24, there is no need to provide a structure for positioning the core 4 by processing the structure 21 and the structure 22, and the thickness of the structure 21 and the structure 22 is reduced. The size can be reduced.
  • the detection circuit 3 does not include the squaring circuit 32 and the temperature compensation circuit 33, and the signal processing circuit 34 changes the load based on the signal output from the period measurement circuit 31. May be detected.
  • the configuration of the detection circuit 3 shown in FIG. 2 is an example, and the detection circuit 3 has other configurations as long as it detects a load based on a change in the magnetic characteristics (inductance or conductance) of the coil 5. Also good.
  • FIG. 4A is a schematic diagram of the force detection device 1 according to the first embodiment.
  • FIG. 4B is a schematic cross-sectional view of the force detection device 1 according to the first embodiment.
  • the force detector 1 shown in FIGS. 4A and 4B detects the tightening axial force.
  • the tightening axial force is a load in the axial direction DB1 of the bolt B1 applied to the structure A1 such as a wall or a ceiling when the nut C1 is tightened to the bolt B1 (see FIG. 4B).
  • the 4A and 4B includes a case 10 that houses a substrate 300 on which a detection circuit 3 is mounted and a force sensor 2.
  • the case 10 includes a case 10A having a semicircular shape that protects the force sensor 2 and a case 10B having a flat rectangular parallelepiped shape that protects the substrate 300.
  • the case 10 includes a structure 21, a structure 22, and an elastic body 23 of the force sensor 2.
  • the bolt B1 is passed from the back side (the lower side in FIG. 4B) of the structure A1.
  • the head of the bolt B1 is not shown.
  • the shaft part B10 protruding to the front side of the structure A1 (upper side in FIG. 4B) is passed through the through holes 210 and 220 and the hollow part 40 of the core 4.
  • nut C1 is fastened to axial part B10 so that case 10A may be pinched between structure A1.
  • a tightening axial force is applied to the detection unit 20 via the structure 21 and the structure 22. Therefore, the force detection device 1 of the present embodiment can detect the tightening axial force by detecting the load applied by the detection circuit 3 to the detection unit 20.
  • FIG. 5A is a plan view of the force sensor 2b according to the second embodiment.
  • FIG. 5B is a cross-sectional view taken along line 5B-5B of the force sensor 2b shown in FIG. 5A.
  • 5A and 5B the same reference numerals are given to the same portions as those of the force sensor 2 shown in FIGS. 1A to 2.
  • the force sensor 2b and the force detection device 1 according to the second embodiment are used, for example, in a ground anchor method.
  • the ground anchor method will be briefly described. For example, when a slope is formed by excavation or embankment of a natural ground, a ground anchor method is generally used to stabilize a structure provided on the slope.
  • the force sensor 2 (2a) and the force detection device 1 of the first embodiment can be used.
  • the force sensor 2 (2a) of the first embodiment when used for a large member such as an anchor, it is necessary to use the core 4 having a large diameter according to the large member. However, it is difficult to increase the diameter of the core 4 without increasing the dimension of the core 4 in the thickness direction (detection direction D2). In the force sensor 2 (2a) of the first embodiment, the thickness of the core 4 is difficult. It is inevitable to increase the size in the vertical direction. Therefore, when detecting the load of a large member, the force sensor preferably includes a plurality of detection units 20.
  • the force sensor 2b of this embodiment includes a plurality of detection units 20, a structure 21, a structure 22, an elastic body 23, and a substrate 24 as shown in FIGS. 5A and 5B.
  • the force sensor 2b of the present embodiment includes twelve detection units 20.
  • the plurality of detection units 20 are arranged along a plane perpendicular to the vertical direction (detection direction D2). In FIG. 5A, the structure 22 and the elastic body 23 are not shown.
  • the term “right angle” is an expression including not only a complete “right angle” but also “almost right angle”.
  • Structure 21 has a square shape in plan view as shown in FIG. 5A. Similar to the structure 21, the structure 22 has a square shape in plan view. As illustrated in FIG. 5B, the structure 21 is disposed below the plurality of cores 4 in contact with the lower surfaces of the plurality of cores 4. Moreover, the structure 22 is arrange
  • the structure 21 is provided with a through-hole 210 having a circular shape in plan view that penetrates the central portion in the vertical direction (detection direction D2).
  • the structure 22 is provided with a through hole 220 having a circular shape in a plan view that penetrates the central portion in the vertical direction (detection direction D ⁇ b> 2).
  • the through-holes 210 and 220 are not limited to a circular shape in plan view, but have a shape that allows a shaft portion of a bolt or a tendon to pass through.
  • the elastic body 23 is bonded to the outer peripheral edge 21p on the upper surface of the structure 21 and the outer peripheral edge 22p on the lower surface of the structure 22, thereby coupling the structure 21 and the structure 22 to each other.
  • the elastic body 23 is bonded to the inner peripheral edge 210p of the through hole 210 on the upper surface of the structure 21 and the inner peripheral edge 220p of the through hole 220 on the lower surface of the structure 22.
  • the body 21 and the structure 22 are coupled to each other. That is, the elastic body 23 is joined to both the structure 21 and the structure 22.
  • the substrate 24 is accommodated in a space surrounded by the structure 21, the structure 22, and the elastic body 23.
  • the substrate 24 has a square shape in plan view as shown in FIG. 5A.
  • a through hole 241 having a circular shape in plan view is provided at the center of the substrate 24.
  • the through hole 241 has a diameter (for example, a diameter of 140 mm) slightly larger than the diameter of the through holes 210 and 220. Similar to the through holes 210 and 220, the through hole 241 has a shape that allows the shaft portion of the bolt and the tendon to pass therethrough.
  • the substrate 24 is fixed by the outer peripheral edge 24 p of the substrate 24 and the inner peripheral surface 241 p of the through hole 241 being in contact with the elastic body 23.
  • the substrate 24 is provided with a plurality of positioning holes 240 around the through hole 241 as shown in FIG. 5A.
  • Each positioning hole 240 has a circular shape in plan view, and is provided at equiangular intervals around the through hole 241 along the circumferential direction of the through hole 241.
  • the positioning hole 240 is not limited to a circular shape in plan view, and has a shape into which the core 4 is fitted.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of the force sensor 2b. In FIG. 6, illustration of the detection circuit 3 is omitted.
  • the anchor D1 is used to transmit the tensile force from the structure A1 to the ground.
  • the anchor D1 includes an anchor body having a function of transmitting a tensile force to the ground, an anchor head D10 for coupling the anchor D1 to the structure A1, and a tension portion that transmits the tensile force from the anchor head D10 to the anchor body. And D11.
  • the tension part D11 is provided with a bar-shaped tendon D111 made of, for example, a PC (Pressed Concrete) stranded wire.
  • the anchor head D10 includes a nut D101 that is a fixing tool and an anchor structure D102 that is a bearing plate arranged on the structure A1.
  • the anchor structure D102 is provided with a hole D103 through which the tendon D111 can pass.
  • An anchor body is mechanically connected to one end of the tendon D111 in the longitudinal direction. The other end in the longitudinal direction of the tendon D111 is tightened with a nut D101 while being passed through the hole D103 of the anchor structure D102 and the through holes 210, 220, and 241 of the force sensor 2b.
  • the force sensor 2b of the present embodiment is disposed so as to be sandwiched between the nut D101 and the anchor structure D102. Therefore, the force detection device 1 of the present embodiment can detect the tensile force of the anchor D1 when the detection circuit 3 detects a load in which the nut D101 pushes down one surface of the force sensor 2b.
  • the force sensor 2b and the force detection device 1 of the present embodiment detect a load using a plurality of detection units 20 instead of a single detection unit 20. Therefore, the force sensor 2b and the force detection device 1 of the present embodiment can reduce the diameter of the core 4 of each detection unit 20 as compared with a force sensor including only one detection unit 20, and as a result. The dimension of the core 4 in the thickness direction (detection direction D2) can also be reduced. Therefore, the force sensor 2b and the force detection device 1 of the present embodiment can be thinned even when used for a large member such as the anchor D1.
  • the force detection device 1 c according to the third embodiment includes a force sensor 2 c and a substrate 36.
  • the force sensor 2 c includes a structure 21, a structure 22, elastic bodies 23 (231 and 232), a structure 25, a structure 26, a core 4, and a coil 5.
  • illustration of the elastic body 23 (231,232) is abbreviate
  • the structure 21 is a flat plate and has a quadrangular shape in plan view.
  • a flat step portion 211 that protrudes upward from the upper surface of the structure 21 in the detection direction D2 toward the structure 22 is formed integrally with the structure 21.
  • the structure 22 is a flat plate and has a quadrangular shape in plan view.
  • a flat step 221 that protrudes downward from the lower surface of the structure 22 in the detection direction D ⁇ b> 2 toward the structure 21 is formed integrally with the structure 22.
  • the structure 21 is provided with a through-hole 210 that is continuous with the hollow portion 40 of the core 4 and penetrates in the vertical direction (detection direction D2).
  • the structure 22 is provided with a through-hole 220 that passes through the hollow portion 40 of the core 4 and penetrates in the vertical direction (detection direction D2).
  • the through holes 210 and 220 have a circular shape in plan view. That is, in the force detection device 1 c of the present embodiment, the structure 21 has the same structure as the structure 22.
  • the structure 25 has a rectangular tube shape that opens in the vertical direction, that is, the detection direction D2, and has openings on opposite sides. By fitting the step portion 211 of the structure 21 into the opening on the lower side of the structure 25, the opening is closed with the structure 21.
  • the structure 25 is provided with a hole 250 having a circular shape in plan view. A connector for electrically connecting to the detection circuit 3 provided in the substrate 36 is passed through the hole 250. By fitting the step 221 of the structure 22 into the opening on the upper side of the structure 25, the opening is closed with the structure 22.
  • the outer peripheral edge 21p on the upper surface of the structure 21 and the outer peripheral edge 25p on the lower surface of the structure 25 are joined by the elastic body 23 (231). Further, the outer peripheral edge 22p on the lower surface of the structure 22 and the outer peripheral edge 25p on the upper surface of the structure 25 are joined by the elastic body 23 (232).
  • the core 4 having the coil 5 and the substrate 36 are accommodated in a space surrounded by the structures 21, 22, 25 and the elastic body 23.
  • the structure 26 has a cylindrical shape having a hollow portion 26 ⁇ / b> B and is accommodated in the hollow portion 40 of the core 4.
  • a shaft portion of a bolt is passed through the hollow portion 26B of the structure 26 together with the through holes 210 and 220.
  • the inner peripheral edge 210p of the through hole 210 on the upper surface of the structure 21 and the lower surface of the structure 26 are joined by an elastic body 23 (231). Further, the inner peripheral edge 220p of the through hole 220 on the lower surface of the structure body 22 and the upper surface of the structure body 26 are joined by the elastic body 23 (232).
  • the substrate 36 has a rectangular shape in plan view and fits inside the structure 25.
  • a centering portion of the substrate 36 is provided with a positioning hole 360 having a circular shape in plan view.
  • the positioning hole 360 has a diameter that is slightly larger than the outer diameter of the core 4.
  • the core 4 is positioned at a predetermined position by fitting the core 4 into the positioning hole 360.
  • Electronic components constituting the detection circuit 3 are mounted on the substrate 36. That is, the detection circuit 3 is mounted on the substrate 36.
  • the force sensor 2c includes a suppression structure S1 that does not rotate the structure 21 relative to the structure 22 in the rotation direction DX1 about the axis X1 in the vertical direction (detection direction D2). .
  • the structure 21 and the structure 22 each have a rectangular shape when viewed from the vertical direction (detection direction D2). That is, in the force sensor 2c of the present embodiment, as the suppression structure S1, the structure 21 and the structure 22 each have a non-circular shape when viewed from the vertical direction (detection direction D2).
  • the suppression structure S1 has a structure 25 that abuts the structures 21 and 22.
  • the step portion 221 that is a portion that contacts the structure 25 of the structure 22 has a non-circular shape when viewed from the detection direction D2. Although the structures 21 and 22 do not rotate relative to each other, the structures 21 and 22 may rotate slightly due to deformation of the structures 21 and 22 or play due to the limit of manufacturing accuracy.
  • the structure 25 as well as the structure 21 and the structure 22 have a quadrangular shape when viewed from the vertical direction (detection direction D2).
  • the structure 21 and the structure 22 are fitted in the openings of the structure 25, respectively.
  • the structure 21 and the structure 22 do not have perfect rotational symmetry like a perfect circle, but have asymmetry in which rotational symmetry is broken. Therefore, even when a clockwise (or counterclockwise) moment is applied to the structure 21 (structure 22) when tightening the nut, the structure 21 (structure 22) is caught on the structure 25. The rotation of the body 21 (structure 22) is prevented, and the structures 21 and 22 rotate relative to each other. For this reason, in the force sensor 2c of this embodiment, since it is hard to apply a moment to the elastic body 23, joining by the elastic body 23 does not become incomplete, and as a result, the detection accuracy of a load is hard to fall.
  • the structure 21 and the structure 22 have a quadrangular shape in plan view, but have a non-circular shape in plan view.
  • the structure 21 and the structure 22 have a triangular shape and more corners in plan view. It may have a polygonal shape.
  • the structure 21 and the structure 22 may have an elliptical shape or a trapezoidal shape in plan view.
  • the structure 21 and the structure 22 may have a circular shape with corners provided in part in a plan view.
  • FIG. 8B is an exploded perspective view and a cross-sectional view of another force sensor 2d and a force detection device 1d according to the third embodiment. 8B, the same reference numerals are assigned to the same parts of the force sensor 2c and the force detection device 1c shown in FIGS. 7 and 8A.
  • the force sensor 2d illustrated in FIG. 8B does not include the structure 25 and the elastic body 231 of the force sensor 2c illustrated in FIG. 8A.
  • the structure 21 of the force sensor 2d shown in FIG. 8B has an edge portion 21A that protrudes from the outer peripheral edge 21p toward the structure 22 in the detection direction D2.
  • the edge 21A has substantially the same structure as the structure 25 of the force sensor 2c shown in FIG. 8A.
  • the step portion 221 that is a part in contact with the edge 21A of the structure 21 of the structure 22 of the force sensor 8c shown in FIG. 8B is not viewed from the detection direction D2. It has a perfect circle shape, and in Embodiment 3, it has a quadrangular shape. That is, the edge 21A functions as a restraining structure S1 that does not rotate the structure 21 relative to the structure 22.
  • FIG. 9A is an exploded perspective view of other structures 21 and 22 of the force sensor according to the third embodiment. 9A, the same reference numerals are assigned to the same portions as those of the force sensor 2 shown in FIGS. 7 and 8A.
  • the structure 22 instead of the structure 25, the structure 22 has an edge 22A.
  • Each of the structures 21 and 22 has a non-circular shape in which a circle and a quadrangle are combined in plan view.
  • the step portion 221 of the structure 21 that abuts on the edge portion 22A of the structure 22 has a non-circular shape that combines a circle and a quadrangle in plan view when viewed from the detection direction D2.
  • the edge 22A of the structure 22 that abuts the step 221 of the structure 21 has a non-circular shape that combines a circle and a quadrangle in plan view when viewed from the detection direction D2.
  • the edge 22A is formed integrally with the structure 22 so as to protrude downward from the outer peripheral edge 22p of the structure 22 toward the structure 21.
  • the edge 22 ⁇ / b> A of the structure 22 functions as a suppression structure S ⁇ b> 1 that does not rotate the structure 21 relative to the structure 22.
  • the elastic body 231 is bonded to both the outer peripheral edge 21p on the upper surface of the structure 21 and the lower surface of the edge portion 22A.
  • FIG. 9B is an exploded perspective view of further structures 21 and 22 of the force sensor according to the third embodiment.
  • the same reference numerals are assigned to the same portions as the structures 21 and 22 shown in FIG. 9A.
  • the step portion 211 of the structure 21 shown in FIG. 9B is provided with a recessed portion 211A that is recessed downward in a direction away from the structure 22.
  • the structures 21 and 22 shown in FIG. 9B provide the same effect of the suppression structure S1 as the structures 21 and 22 shown in FIG. 9A, and the force sensor can be made thinner.
  • illustration of the constituent elements excluding the structure 21 and the structure 22 is omitted.
  • the structure 21 is a lid that closes the opening surrounded by the edge 22A.
  • the structure 21 and the structure 21 since the edge 22A and the structure 21 face each other in the radial direction D3, even if an external force is applied in the radial direction D3, the structure 21 and the structure The wobble that is the displacement of the body 22 and the core 4 in the radial direction D3 can be suppressed.
  • the detection accuracy with respect to the load can be improved.
  • FIG. 10A is an exploded perspective view of further structures 21 and 22 of the force sensor according to the third embodiment.
  • FIG. 10B is a cross-sectional view of the force sensor 2dd including the structures 21 and 22 shown in FIG. 10A. 10A and 10B, the same reference numerals are assigned to the same portions as those of the structures 21 and 22 shown in FIG. 9A.
  • an edge 21 ⁇ / b> A is provided on the structure 21 instead of the structure 25.
  • Each of the structures 21 and 22 has a non-circular shape in which a circle and a quadrangle are combined in plan view.
  • the outer peripheral edge 22p which is the portion of the structure 22 that contacts the edge 21A of the structure 21, has a non-circular shape combining a circle and a quadrangle in a plan view as viewed from the detection direction D2.
  • the edge 21A of the structure 21 that abuts the outer peripheral edge 22p of the structure 22 has a non-circular shape combining a circle and a quadrangle in plan view as viewed from the detection direction D2.
  • the edge portion 21A is formed integrally with the structure body 21 so as to protrude upward from the outer peripheral edge 21p of the structure body 21 toward the structure body 22.
  • the structure 21 has a pair of bases 21B of prismatic shape instead of the step part 211 shown to FIG. 9A.
  • the pair of bases 21 ⁇ / b> B are formed integrally with the structure 21 so as to protrude upward from the upper surface of the structure 21 toward the structure 22.
  • the structure 22 does not have the step portion 221 shown in FIG. 9A, but has a shape and dimensions that fit into the opening surrounded by the edge portion 21A.
  • the structure 22 is supported by the pair of bases 21 ⁇ / b> B and the core 4.
  • the elastic body 232 is joined to both the structure 21 and the edge portion 22A.
  • FIG. 10A illustration of the constituent elements excluding the structure 21 and the structure 22 is omitted.
  • FIG. 10B illustration of the components excluding the structures 21 and 22 and the core 4 is omitted.
  • the movement of the core 4 in the radial direction D3 can be restricted as in the structures 21 and 22 shown in FIGS. 9A and 9B. Jumping out to D3 can be prevented.
  • the structure 22 serves as a lid that closes the opening surrounded by the edge portion 21A. For this reason, in the structures 21 and 22 shown in FIGS. 10A and 10B, as with the structures 21 and 22 shown in FIGS. 9A and 9B, even if an external force is applied in the radial direction D3, The wobble that is the displacement of the core 4 in the radial direction D3 can be suppressed, and the detection accuracy with respect to the load can be improved.
  • the edge 21A that protrudes toward the detection unit 20 in the vertical direction (detection direction D2) from at least one outer peripheral edge (21p, 22p) of the structure 21 and the structure 22; 22A may further be provided.
  • either one of the structure 21 and the structure 22 may be a lid that closes an opening surrounded by the other edges 21A and 22A.
  • the force sensor 2c of the third embodiment has a structure 25 instead of integrally forming the edge 21A (edge 22A) with the structure 21 (structure 22). It has. That is, in the force sensor 2 c of the present embodiment, the edge 21 ⁇ / b> A (edge 22 ⁇ / b> A) includes the structure 21 and the structure 25 that is separate from the structure 22.
  • the structures 21, 22, and 25 are divided from each other.
  • the edge part 21A is formed integrally with the structure 21, each structure 21, 22, 25 can be easily formed by pressing or the like, and the cost can be reduced.
  • the force sensor 2c of the present embodiment can reduce the cost more effectively when the structures 21, 22, and 25 are formed of a metal material. Whether or not the structure 25 is provided is arbitrary.
  • the structure 21 and the structure 22 have the same structure. For this reason, in force sensor 2 of this embodiment, since common parts can be used as structure 21 and structure 22, cost can be reduced further. Note that whether or not to adopt the configuration is arbitrary.
  • the core 4 has a hollow portion 40 as shown in FIGS. 7 and 8A.
  • the force sensor 2 c further includes a structure 26 that covers the inner peripheral surface 4 p of the core 4 and is separate from the structure 21, the structure 22, and the structure 25.
  • the structure 26 is formed by pressing or the like as compared with a force sensor that integrally forms a plurality of structures, for example, the structure 26 is formed integrally with the structure 22. It is easy and the cost can be reduced. Whether or not the structure 26 is provided is arbitrary.
  • FIG. 11A is a perspective view showing a cross section of a force detection device 1e provided with still another force sensor 2e according to the third embodiment.
  • an internal thread 220A is formed on the inner peripheral surface 220s of the through hole 220 of the structure 22.
  • an internal thread may be formed not on the inner peripheral surface 220s of the through hole 220 of the structure 22 but on the inner peripheral surface 210s of the through hole 210 of the structure 21.
  • FIG. 11B is a perspective view showing a cross section of a force detection device 1f provided with still another force sensor 2f according to the third embodiment.
  • an internal thread 26A is formed on the inner peripheral surface 26s of the structure 26. Also in this configuration, the force sensor 2f can be used instead of the nut.
  • the structures 21 and 22 are provided with through-holes 210 and 220 that pass through the hollow portion 40 in the vertical direction (detection direction D2), respectively. ing.
  • a screw is formed on at least one of the inner peripheral surface 210 p of the through hole 210 of the structure 21, the inner peripheral surface 220 s of the through hole 220 of the structure 22, and the inner peripheral surface 26 s of the structure 26.
  • the substrate 36 on which the detection circuit 3 is mounted includes the structures 21 and 22, the structure 25, and the elastic body 23 (231 and 232). It is stored in a space surrounded by. That is, the detection circuit 3 is mounted on the substrate 36 housed in a space surrounded by the structure 21, the structure 22, and the elastic body 23. For this reason, since the housing
  • FIG. 12 is a perspective view of still another force detection device 1g according to the third embodiment.
  • a force detection device 1 e illustrated in FIG. 12 includes a force sensor 2 and a housing 37.
  • the housing 37 accommodates a substrate 36 on which the detection circuit 3 is mounted.
  • the housing 37 includes a male connector 37 ⁇ / b> A that is electrically connected to the detection circuit 3. Further, the force sensor 2 has an opening into which the male connector 37A is fitted, and includes a female connector 37B that is electrically connected to the male connector 37A. For this reason, the housing
  • the detection circuit 3 is housed in the housing 37.
  • the casing 37 is detachably attached to the force sensor 2.
  • the force sensor 2 and the housing 37 can be manufactured separately, the yield can be improved.
  • the casing 37 can be formed of a resin material, so that the cost can be reduced. .
  • the force detection device may include a flexible substrate folded so as to sandwich the core 4 without including the housing 37, for example.
  • the detection circuit 3 is mounted on the flexible substrate.
  • each structure 21, 22, 25, 26 may be formed of a resin material such as CFRP, for example.
  • CFRP a resin material
  • the structures 21, 22, 25, and 26 can be easily molded as compared with the case where each of the structures 21, 22, 25, and 26 is formed of a metal material, and the cost can be reduced.
  • force sensors 2h to 2l of Modifications 1 to 5 of Embodiment 3 will be described with reference to the drawings.
  • the description of the same parts as those of the third embodiment will be omitted as appropriate.
  • the force sensors 2h to 2l of the modified examples do not include the structure 25. Further, in these drawings, illustration of other components of the structure 21 and the structure 22 is omitted.
  • the structure 21 and the structure 22 include stoppers S11 to S15 that abut against each other in the rotation direction as the suppression structure S1.
  • the stoppers S11 to S15 function as the suppression structure S1.
  • rotation refers to relative rotation of the structures 21 and 22 in the rotation direction DX1 around the axis X1 extending in the vertical direction (detection direction D2).
  • FIG. 13 is an exploded perspective view of the force sensor 2h according to the first modification.
  • the structure 21 and the structure 22 each have a circular shape in plan view.
  • the structure 21 is integrally formed with an edge 21A that protrudes from the outer peripheral edge 21p toward the structure 22.
  • the structure 21 has a plurality of claws 212 protruding upward from the upper end edge of the edge portion 21A.
  • the structure body 21 has three claws 212.
  • the plurality of claws 212 are provided at equiangular intervals along the circumference of the edge portion 21A.
  • the upper surface of the structure 22 is provided with a plurality of recesses 222 on which the tips of the plurality of claws 212 are respectively hooked.
  • three recesses 222 are provided.
  • the plurality of depressions 222 are provided at equiangular intervals along the circumference of the structure 22.
  • the structures 21 and 22 do not rotate relative to each other in the rotation direction DX1 about the axis X1 when the plurality of claws 212 are hooked on the plurality of depressions 222, respectively. That is, in the force sensor 2h according to the present modification, the stopper S11 includes the claw 212 and the recess 222, and forms the suppression structure S1. In the force sensor 2h of the present modification, one claw 212 and one depression 222 function as the stopper S11.
  • FIG. 14 is an exploded perspective view of a force sensor 2 i according to the second modification.
  • each of the structure 21 and the structure 22 has a substantially circular shape in plan view.
  • the structure 21 is integrally formed with an edge 21A.
  • a protruding portion 21C that protrudes in a radial direction D3 perpendicular to the detection direction D2 and the rotation direction DX1 is formed integrally with the edge portion 21A.
  • the protruding portion 21C has a rectangular shape in plan view.
  • a pair of protrusions 213 are integrally formed on the edge portion 21A so as to sandwich the protruding portion 21C.
  • the protrusion 213 has a quadrangular prism shape.
  • the pair of protrusions 213 protrudes in the vertical direction (detection direction D2).
  • the structure 22 integrally includes a protrusion 223 that protrudes in the radial direction D3 from the outer peripheral edge 22p.
  • the protrusion 223 has a rectangular shape in plan view.
  • the stopper S12 includes the protrusion 223 and the pair of protrusions 213, and functions as the suppression structure S1.
  • the protrusion 223 protrudes from the outer peripheral edge 22 p of one of the structures 21 and 22.
  • the pair of protrusions 213 protrudes from the outer peripheral edge 21 p of the other structure 21 of the structures 21 and 22 and sandwiches the protrusion 223.
  • FIG. 15 is an exploded perspective view of the force sensor 2j of the third modification.
  • each of the structure 21 and the structure 22 has a circular shape in plan view.
  • the structure 21 is integrally formed with an edge 21A.
  • the structure 22 is integrally formed with a pair of flat projections 224 that protrude downward from the outer peripheral edge 22p toward the structure 21.
  • the protrusion 224 has a flat plate shape.
  • the pair of protrusions 224 are provided at equiangular intervals along the circumferential direction of the structure 22.
  • Two pairs of protrusions 214 protruding in the radial direction D3 are integrally formed on the edge portion 21A.
  • the protrusion 214 has a quadrangular prism shape.
  • the two pairs of protrusions 214 are provided at equiangular intervals along the circumferential direction of the edge portion 21A.
  • the protrusions 224 protruding in the detection direction D2 are sandwiched between a pair of protrusions 214 protruding in the radial direction D3, so that the structure 21 and the structure 22 are relative to the rotation direction DX1.
  • the stopper S13 includes the protrusion 224 and the pair of protrusions 214, and functions as the suppression structure S1.
  • the protrusion 224 protrudes from the outer peripheral edge 22 p of one of the structures 21 and 22.
  • the pair of protrusions 214 protrudes from the outer peripheral edge 21p of the other structure 21 of the structures 21 and 22, and sandwiches the protrusion 224.
  • FIG. 16 is an exploded perspective view of the force sensor 2k of the fourth modification.
  • each of the structures 21 and 22 has a circular shape in plan view.
  • the structure 21 is integrally formed with a plurality of protrusions 215 that protrude upward from the outer peripheral edge 21p toward the structure 22, and in the third embodiment, three protrusions 215 are formed.
  • the structure 21 is provided with a plurality of recesses 216 between the plurality of projections 215, and in the third embodiment, three recesses 216 are provided.
  • the structure 22 is integrally formed with a plurality of protrusions 225 that protrude downward from the outer peripheral edge 22p toward the structure 21, and in the third embodiment, three protrusions 225 are formed.
  • the structure 22 includes a plurality of (three in the drawing) recesses 226 between the plurality of protrusions 225, and three recesses 226 are provided in the third embodiment.
  • the stopper S14 includes the convex portions 215 and 225 and the concave portions 216 and 226, and constitutes the suppression structure S1.
  • the convex portions 215 and 225 protrude from the outer peripheral edge of one of the structure 21 and the structure 22.
  • the concave portions 216 and 226 are provided on the other outer peripheral edge, and the convex portions 225 and 215 are fitted therein.
  • FIG. 17 is an exploded perspective view of a force sensor 21 according to the fifth modification.
  • the structure 21 and the structure 22 each have a shape combining a semicircle and a quadrangle in plan view.
  • the structure 21 is integrally formed with an edge 21A.
  • the structure 21 is provided with a pair of insertion holes 217 penetrating in the vertical direction (detection direction D2).
  • the insertion hole 217 has a circular shape in plan view.
  • the structure 22 is provided with a pair of insertion holes 227 penetrating in the vertical direction (detection direction D2).
  • the insertion hole 227 has a circular shape in plan view.
  • the insertion holes 217 and 227 are provided at positions that are continuous with each other in the vertical direction (detection direction D2).
  • the force sensor 21 of the present modification includes a pair of pins 27 having a cylindrical shape.
  • the pin 27 has a dimension to be inserted through the insertion holes 217 and 227.
  • the pins 27 are inserted into the pair of insertion holes 217 and 227, respectively, and the upper and lower ends of the pins 27 are crushed and caulked, whereby the structure 21 and the structure 22 are rotated in the direction DX1. Does not rotate relatively. That is, in the force sensor 21 of the present modification, the structure 21 and the structure 22 are provided with insertion holes 217 and 227 that continuously penetrate in the vertical direction (detection direction D2). And stopper S15 is comprised by the insertion holes 217 and 227 and the pin 27 penetrated by the insertion holes 217 and 227, and comprises suppression structure S1.
  • the structure 21 and the structure 22 each have a non-circular shape when viewed from the vertical direction (detection direction D2). It may not have.
  • a shim ring (bearing) may be inserted through the bolt so as to be positioned between the nut and the force sensor 2.
  • a clockwise (or counterclockwise) moment is applied to the shim ring (bearing), and a clockwise (or counterclockwise) moment is hardly applied to the force sensor 2. That is, the shim ring (bearing) functions as the suppression structure S1.
  • the above-described stoppers S11 to S15 are unnecessary.
  • FIG. 18 is a block diagram of the force detection system 100 according to the fourth embodiment.
  • the force detection system 100 includes a plurality of force sensors 2, a collection device 6, and a reception terminal 7.
  • Each of the plurality of force sensors 2 may be the force sensors 2a to 2l of the first to third embodiments.
  • Each of the force sensors 2 and the collecting device 6 are electrically connected to each other via a power line 101 and a signal line 102.
  • the power supply line 101 is composed of two lines including a ground line. That is, in the force detection system 100 of the present embodiment, the plurality of force sensors 2 and the collection device 6 are connected by a star-shaped wiring.
  • the collection device 6 is, for example, a data logger.
  • the collection device 6 operates by being supplied with a DC voltage (for example, 12V) from a commercial power supply via an AC / DC converter, for example.
  • the plurality of force sensors 2 operate by being supplied with a DC voltage of, for example, 5 V or 12 V from the collecting device 6 via the power line 101.
  • the plurality of force sensors 2 each output an output signal (for example, an analog voltage signal of 5 V) via the signal line 102.
  • the collecting device 6 collects detection data from the plurality of force sensors 2.
  • the collection device 6 has a detection circuit 3.
  • the detection circuit 3 generates detection data based on the output signal of the force sensor 2.
  • the collection device 6 collects the detection data from the plurality of force sensors 2 by taking the output signals of the plurality of force sensors 2 and generating the detection data by the detection circuit 3.
  • Each of the plurality of force sensors 2 may be a plurality of force detection devices 1 each including a detection circuit 3.
  • the collection device 6 does not need to include the detection circuit 3. Then, the collection device 6 collects the detection data by taking in an output signal including the detection data from each of the plurality of force detection devices 1.
  • the receiving terminal 7 is configured to be able to communicate with the collection device 6 by wire or wireless. That is, the collection device 6 and the receiving terminal 7 communicate via a network such as a wired LAN (Local Area Network) or a wireless LAN. In the fourth embodiment, the collection device 6 and the receiving terminal 7 are configured to be communicable wirelessly.
  • a network such as a wired LAN (Local Area Network) or a wireless LAN.
  • the collection device 6 and the receiving terminal 7 are configured to be communicable wirelessly.
  • the receiving terminal 7 receives a data signal including detection data collected by the collecting device 6.
  • the receiving terminal 7 may be a communication device provided in the base station, for example.
  • the receiving terminal 7 may be a communication device mounted on a patrol car F1 (see FIGS. 19A and 19B) that travels on, for example, a general road or an expressway.
  • the receiving terminal 7 may be a portable terminal such as a smart phone or a tablet owned by the crew of the patrol car F1, for example.
  • the force detection system 100 of this embodiment includes a plurality of force sensors 2.
  • the plurality of force sensors 2 are attached to a plurality of screws (for example, bolts), respectively, and detect the looseness of the target screw by detecting the tightening axial force of the target screw.
  • the force detection method of the present embodiment uses a plurality of force sensors 2 and attaches the plurality of force sensors 2 to a plurality of screws, respectively, and detects looseness of each of the plurality of screws.
  • the force detection system 100 of the present embodiment can be used for monitoring a jet fan E11 attached to the ceiling in the tunnel E1, as shown in FIG. 19A, for example.
  • the jet fan E11 is attached to the ceiling in the tunnel E1 using a plurality of anchor bolts E12 that are a plurality of screws.
  • the plurality of force sensors 2 are respectively attached to the plurality of anchor bolts E12.
  • the collecting device 6 is attached to the inner wall of the tunnel E1.
  • the collecting device 6 is provided at a position where it can communicate wirelessly with the patrol car F1 traveling in the tunnel E1, and does not have to be attached to the inner wall of the tunnel E1.
  • the collection device 6 may be attached to a lighting fixture or a control panel provided in the tunnel E1. In this case, the lighting fixture and the control panel may have the function of the collecting device 6 without including the collecting device 6.
  • the force detection system 100 detects whether or not the jet fan E11 is normally attached to the ceiling by detecting looseness of a nut (screw) tightened to each of the plurality of anchor bolts E12. Can be monitored. Moreover, the force detection system 100 of this embodiment can also be used for monitoring the lighting fixture attached to the ceiling in the tunnel E1 instead of the jet fan E11.
  • the force detection system 100 can be used for monitoring an information board G1 for notifying a crowded state or notifying a construction on a general road or a highway as shown in FIG. 19B, for example.
  • the information board G1 is attached to a support column G11 provided on a general road or an expressway using a plurality of bolts (a plurality of screws).
  • the plurality of force sensors 2 are respectively attached to a plurality of bolts.
  • the collection device 6 is attached to the column G11.
  • the collection device 6 is provided at a position where it can wirelessly communicate with the patrol car F1 traveling on the road, and may be attached to the information board G1.
  • the force detection system 100 of the present embodiment detects whether or not the information board G1 is normally attached to the column G11 by detecting looseness of a nut (screw) that is tightened with respect to each of the plurality of bolts. Can be monitored.
  • the collection device 6 may not be configured to operate by supplying power from a commercial power source, but may be configured to operate by supplying power from a solar power source or a secondary battery, for example.
  • FIG. 20A is a schematic diagram of another force detection system 100a according to the fourth embodiment. 20A, the same reference numerals are given to the same parts as those in the force detection system 100 shown in FIG. A force detection system 100a shown in FIG.
  • the plurality of force sensors 2 are connected to the collecting device 6 by bus-type wiring that branches from one power line 101 connected to the collecting device 6 via the branching device 103.
  • the force detection system 100a will be described focusing on one of the plurality of branching devices 103 and the force sensor 2 connected to the branching device 103.
  • the branching device 103 has a control device 104.
  • the control device 104 is composed of, for example, a microcomputer mounted on a substrate and input / output terminals.
  • the control device 104 is electrically connected to the collection device 6 through a power line 101 and a signal line 102. Further, the control device 104 is electrically connected to the force sensor 2 through a power line 105 and a signal line 106. Therefore, the force sensor 2 operates by being supplied with a DC voltage via the power supply line 101, the control device 104, and the power supply line 105.
  • the control device 104 has a function of capturing the output signal of the force sensor 2 via the signal line 106 and a function of transmitting the output signal captured via the signal line 102 to the collection device 6. Communication between the collection device 6 and the control device 104 is, for example, serial communication conforming to the communication standard RS-485.
  • FIG. 20B is a schematic diagram of another force detection system 100b according to the fourth embodiment. 20B, the same reference numerals are given to the same portions as those in the force detection system 100a shown in FIG. 20A.
  • a force detection system 100 illustrated in FIG. 20B includes a plurality of PLC (Power Line Communication) modules 107 instead of the plurality of control devices 104.
  • the plurality of force sensors 2 are configured to communicate with the collection device 6 by power line carrier communication via one power line 101 and a plurality of PLC modules 107, respectively. In this configuration, the signal line 102 is not necessary.
  • the PLC module 107 to which the force sensor 2 is not connected functions as a repeater.
  • FIG. 20C is a schematic diagram of another force detection system 100c according to the fourth embodiment. 20C, the same reference numerals are given to the same portions as those in the force detection system 100a shown in FIG. 20A.
  • one PLC module 107 and a plurality of force sensors 2 connected to the PLC module 107 are incorporated in an existing electrical device 108 such as a lighting fixture. In this configuration, since the electric device 108 replaces the branching device 103, the branching device 103 is not necessary.
  • one set of the power supply line 105 and the signal line 106 is illustrated, but in reality, each of the plurality of force sensors 2 and the PLC module 107 are connected to the power supply line 105 and The signal line 106 is electrically connected.
  • the plurality of force sensors 2 and the PLC module 107 are incorporated in the electric device 108, but other configurations may be used. For example, only the PLC module 107 among the plurality of force sensors 2 and the PLC module 107 may be incorporated in the electric device 108, and the plurality of force sensors 2 may be installed at a place different from the electric device 108.
  • the force detection system 100, 100a to 100c of the present embodiment includes the collection device 6 and the reception terminal 7 in addition to the plurality of force sensors 2, but does not include the collection device 6 and the reception terminal 7. Also good.
  • the force detection system 100 may further include a collection device 6 that collects detection data from each of the plurality of force sensors 2 in addition to the plurality of force sensors 2.
  • the force detection system 100 may further include a receiving terminal 7 that receives a data signal including detection data collected by the collection device 6 in addition to the plurality of force sensors 2 and the collection device 6.
  • the force sensors 2, 2a to 2l and the force detection device 1 of the above-described Embodiments 1 to 3 and Modifications 1 to 5 are magnetostrictive. For this reason, the force sensor 2 and the force detection device 1 can be downsized while greatly reducing the cost, and a large load compared to the strain gauge type or piezoelectric type force sensor and force detection device. Can be detected.
  • the force sensor 2 and the force detection device 1 are suitable for an object that is small and needs to detect a large load, such as the above-described bolt.
  • the force sensors 2, 2a to 2l and the force detection device 1 of the first to third embodiments and the first to fifth modifications are tightened to the bolt or shaft by detecting the tightening axial force of the bolt or shaft, for example.
  • the looseness of the nut can be monitored.
  • the force sensor 2 and the force detection device 1 can monitor abnormalities such as nut loosening, breakage, and corrosion. Further, the force sensor 2 and the force detection device 1 can monitor abnormalities such as floating, cracks, and gaps in the surrounding concrete where the bolts are provided by detecting the abnormality of the bolts.
  • the force sensors 2, 2a to 2l and the force detection device 1 of Embodiments 1 to 3 and Modifications 1 to 5 are, for example, mounting brackets such as hanging brackets, turnbuckles, fixing brackets, anchor bolts, bolts and nuts, and joints. Can be used. These mounting brackets belong to infrastructure (infrastructure) such as lighting (illumination lamps, tunnel lighting, etc.), information boards, signs, jet fans, cable racks, traffic lights, sound insulation walls, ceiling boards, slopes, rails, sleepers, etc. Can be used.
  • These accessories can be used for infrastructure such as roads (road bridges, road tunnels, etc.), rivers, dams, sabos, coasts, sewers, ports, airports.
  • these accessories can be used for infrastructures such as railways (railroad bridges, railway tunnels, railway tracks, railway electrical circuit equipment, etc.), navigation routes, parks, houses, plants, and power equipment (electric poles, steel towers, etc.). .
  • the force sensors 2, 2a to 2l and the force detection device 1 can be used for a fixing member for an information board of a road bridge, a turnbuckle of a jet fan of a road tunnel, and an anchor bolt of a slope of a dam.
  • the force sensors 2, 2a to 2l and the force detection device 1 may be used for railroad tunnel lighting bolts and nuts, railroad rail sleeper fixing brackets, sewer piping joint bolts, and park playground equipment mounting brackets. it can.
  • the force sensors 2, 2a to 2l and the force detection device 1 are not limited to the infrastructure field, and can be used in, for example, the industrial field and the consumer field. .
  • the force sensors 2, 2a to 2l and the force detection device 1 can be used for industrial equipment, industrial robots, trucks, elevators, ships, building scaffolds, temporary facilities, and the like.
  • the force sensors 2, 2a to 2l and the force detector 1 can be used for, for example, consumer devices, consumer robots, play equipment (eg, roller coasters), and the like.
  • the force sensors 2, 2a to 2l and the force detection device 1 of Embodiments 1 to 3 and Modifications 1 to 5 are not limited to applications for detecting the tightening axial force of bolts or shafts, but may be other applications. May be.
  • the force sensors 2, 2a to 2l and the force detection device 1 are also suitable for applications that detect tension applied to an object.
  • the force sensors 2, 2a to 2l and the force detection device 1 can be used for monitoring whether or not an object suspended by a cable or the like is normally fixed, and for monitoring a suspension bridge cable. .
  • the force sensors 2, 2a to 2l and the force detection device 1 are also suitable for applications for detecting the weight of an object.
  • the force sensors 2, 2a to 2l and the force detection device 1 are used for detecting the weight of an object stored in a bottle, bag, tank, or the like, and detecting whether or not the object is overloaded. be able to.
  • the force sensors 2, 2a to 2l and the force detection device 1 of the first to third embodiments and the first to fifth modifications are also suitable for applications for detecting pressure applied to an object.
  • the force sensors 2, 2a to 2l and the force detection device 1 are used for detection of pressure applied by the press machine to the object and detection of pressure when the extruder melts and extrudes the object. it can.
  • the force sensors 2, 2a to 2l and the force detection device 1 are also suitable for applications for detecting a load applied to an object.
  • the force sensor 2 and the force detection device 1 can be used to detect a load applied to a warm water toilet seat, a care bed, a touch pen, and a switch.
  • the force sensors 2, 2a to 2l and the force detection device 1 are also suitable for applications for detecting a gripping force applied to an object.
  • the force sensors 2, 2a to 2l and the force detection device 1 can be used to detect a gripping force applied to an electric driver, an electric toothbrush, a pachinko handle, a fishing rod, a motorcycle brake, and a motorcycle throttle. .
  • the force sensors 2, 2a to 2l and the force detection device 1 are also suitable for use in detecting a pedaling force applied to an object.
  • the force sensors 2, 2a to 2l and the force detection device 1 can be used to detect a pedaling force applied to an accelerator or a brake of an automobile.

Landscapes

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Abstract

力センサは、検知部と、検知方向において検知部を間にして配置された第１と第２構造体と、第１と第２構造体の第１と第２外周縁との間に設けられて第１と第２外周縁とに接合された弾性体とを備える。検知部は、磁性体よりなるコアと、コアを通る磁束を発生するコイルとを有する。弾性体は、コアよりも弾性率の低い材料よりなる。検知部は、検知方向に第１構造体と第２構造体とから掛かる荷重を受けるように構成されている。この力センサは薄型化を図ることができる。

Description

力センサおよびそれを用いた力検知装置、力検知システム、力検知方法
　本発明は、磁性体の逆磁歪効果を利用して磁性体に加わる荷重を検知する力センサおよびそれを用いた力検知装置、力検知システム、力検知方法に関する。
　ストレインゲージ（ひずみゲージ）を用いて荷重を検知する従来の力センサ（ロードセル）が特許文献１に開示されている。特許文献１に開示の力センサは、平面視で円環形状を有する外周固定部と、外周固定部の内側の中央に位置する荷重印加部と、外周固定部と荷重印加部とを結合する複数の起歪部とを備えている。各起歪部にはストレインゲージが貼り付けられている。各ストレインゲージは、荷重印加部に加えられた荷重を検知して電気信号に変換する。
実開平６－７４９４２号公報
　力センサは、検知部と、検知方向において検知部を間にして配置された第１と第２構造体と、第１と第２構造体の第１と第２外周縁との間に設けられて第１と第２外周縁とに接合された弾性体とを備える。検知部は、磁性体よりなるコアと、コアを通る磁束を発生するコイルとを有する。弾性体は、コアよりも弾性率の低い材料よりなる。検知部は、検知方向に第１構造体と第２構造体とから掛かる荷重を受けるように構成されている。
　この力センサは薄型化を図ることができる。
図１Ａは実施形態１に係る力検知装置の概略図である。 図１Ｂは実施形態１に係る力センサの平面図である。 図１Ｃは図１Ｂに示す力センサの線１Ｃ－１Ｃにおける断面図である。 図２は実施形態１に係る力検知装置の検知回路のブロック図である。 図３は実施形態１に係る他の力センサの断面図である。 図４Ａは実施形態１に係る力検知装置の概略図である。 図４Ｂは実施形態１に係る力検知装置の概略断面図である。 図５Ａは実施形態２に係る力センサの平面図である。 図５Ｂは図５Ａに示す力センサの線５Ｂ－５Ｂにおける断面図である。 図６は実施形態２に係る力検知装置の概略断面図である。 図７は実施形態３に係る力検知装置の分解斜視図である。 図８Ａは実施形態３に係る力検知装置の断面を表した斜視図である。 図８Ｂは実施形態３に係る他の力検知装置の断面を表した斜視図である。 図９Ａは実施形態３に係る力検知装置の他の構造体の斜視図である。 図９Ｂは実施形態３に係る力検知装置のさらに他の構造体の斜視図である。 図１０Ａは実施形態３に係る力検知装置のさらに他の構造体の斜視図である。 図１０Ｂは図１０Ａに示す力検知装置のさらに他の構造体の断面図である。 図１１Ａは実施形態３に係るさらに他の力検知装置の断面を表した斜視図である。 図１１Ｂは実施形態３に係るさらに他の力検知装置の断面を表した斜視図である。 図１２は実施形態３に係るさらに他の力検知装置の斜視図である。 図１３は実施形態３に係るさらに他の力センサの構造体を示す分解斜視図である。 図１４は実施形態３に係るさらに他の力センサの構造体を示す分解斜視図である。 図１５は実施形態３に係るさらに他の力センサの構造体を示す分解斜視図である。 図１６は実施形態３に係るさらに他の力センサの構造体を示す分解斜視図である。 図１７は実施形態３に係るさらに他の力センサの構造体を示す分解斜視図である。 図１８は実施形態４に係る力検知システムのブロック図である。 図１９Ａは実施形態４に係る力検知システムの概略図である。 図１９Ｂは実施形態４に係る力検知システムの概略図である。 図２０Ａは実施形態４に係る他の力検知システムの概略図である。 図２０Ｂは実施形態４に係るさらに他の力検知システムの概略図である。 図２０Ｃは実施形態４に係るさらに他の力検知システムの概略図である。
　以下、実施形態の力センサおよび力検知装置について説明する。但し、以下に説明する構成は、本発明の一例に過ぎず、本発明は下記の実施形態に限定されることはない。また、本発明は、これらの実施形態および変形例以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。
　（実施形態１）
　図１Ａは実施形態１に係る力検知装置１の概略図である。力検知装置１は、力センサ２と検知回路３とを備えている。図１Ｂは力センサ２の平面図である。図１Ｃは図Ｂに示す力センサ２の線１Ｃ－１Ｃにおける断面図である。力センサ２は、検知部２０と、構造体２１、２２と、弾性体２３とを備えている。検知部２０は、中空部４０を有して磁性体よりなるコア４と、コア４と磁気的に結合するコイル５を有している。検知部２０では、通電によりコイル５が発生する磁束がコア４を通る。構造体２１および構造体２２は、コア４の検知方向Ｄ２における両側にそれぞれ配置されている。検知方向Ｄ２においてコア４は構造体２１、２２の間に配置されている。弾性体２３は、構造体２１の外周縁２１ｐと構造体２２の外周縁２２ｐとの間に設けられて外周縁２１ｐ、２２ｐに接合され、コア４よりも弾性率の低い材料で形成されている。そして、検知部２０は、検知方向Ｄ２の荷重を構造体２１および構造体２２から受けるように構成されている。
　検知回路３は、コイル５の磁気特性（インダクタンスまたはコンダクタンス）の変化に基づいて構造体２１および構造体２２からかかる検知方向Ｄ２の荷重を検知する。
　以下の説明では、コア４の厚さ方向（検知方向Ｄ２）を上下方向とし、コア４から構造体２１に向かう方向を下方向とし、構造体２２に向かう方向を上方向として説明するが、力センサ２および力検知装置１の使用形態を限定する趣旨ではない。
　力センサ２は、図１Ａから図１Ｃに示すように、検知部２０と、構造体２１と、構造体２２と、弾性体２３と、基板２４とを備えている。なお、図１Ｂでは、構造体２２および弾性体２３の図示を省略している。
　検知部２０は、図１Ａに示すように、磁性体で形成されたコア４と、コア４と磁気的に結合するコイル５とを備える。コア４は、たとえばＮｉ（ニッケル）－Ｚｎ（亜鉛）フェライト等の磁性体により形成されている。また、コア４は平面視で円環形状を有し、中空部４０を囲む。なお、コア４は、コア４に荷重が加わると逆磁歪効果を奏する磁性体で形成されている。逆磁歪効果とは、磁化されたコア４が荷重を加えられることで歪み、この歪みによりコア４の透磁率が変化する効果をいう。
　コイル５は、コア４の中空部４０と外側とを交互に通るように、コア４の一部である取付部４１に巻き付けられた導線５ｃで構成されている。なお、導線５ｃとしては、絶縁材料で被覆した銅線（たとえば、エナメル線など）を用いるのが好ましい。
　取付部４１は、図１Ｃに示すように、検知方向Ｄ２の寸法が、コア４の他の部位内にコイル５が収まるように設計されていてもよい。したがって、力センサ２では、コイル５の一部がコア４の上面と下面とから突出しないので、コア４に荷重が加わってもコイル５に荷重が加わらず、コイル５の導線５ｃの断線を防止することができる。
　コア４の内部には、図１Ｂに示すように、コイル５の通電時に生じる磁束ｍ４１が通る。このため、コア４には、中空部４０の周方向Ｄ４０に沿った磁路磁気回路である磁路Ｍ１が形成される。磁束ｍ４１は磁路Ｍ１を通る。磁路Ｍ１は閉磁路である。したがって、本実施形態の力センサ２では、コア４から外部への磁束の漏れが生じ難いので、磁束の漏れを防ぐために強磁性体のケースを設ける必要がない。コア４の径方向Ｄ３は中空部４０の周方向Ｄ４０と検知方向Ｄ２とに直角である。
　構造体２１および構造体２２は、いずれもたとえば金属材料よりなり、板形状を有する。構造体２１は、図１Ｂに示すように、平面視で円形状を有する。また、構造体２２は、構造体２１と同様に平面視で円形形状を有する。構造体２１は、図１Ｃに示すように、コア４の下面に接してコア４の下側に配置される。また、構造体２２は、図１Ｃに示すように、コア４の上面に接してコア４の上側に配置される。つまり、構造体２１および構造体２２は、上下方向（検知方向Ｄ２）の両側からコア４を挟むように配置される。なお、構造体２１とコア４との間に隙間があってとよく、構造体２２とコア４との間に隙間があってもよい。
　なお、構造体２１および構造体２２は、平面視で円形状に限定されず、たとえば平面視で矩形状や円環形状を有していてもよい。また、構造体２１および構造体２２は、想定される荷重に耐え得る強度を有している。さらに、構造体２１および構造体２２は金属材料で形成されていなくてもよく、たとえばＣＦＲＰ（Ｃａｒｂｏｎ－Ｆｉｂｅｒ－Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ　Ｐｌａｓｔｉｃ：炭素繊維強化プラスチック）等の樹脂材料で形成されていてもよい。
　弾性体２３は、たとえばエポキシ樹脂やシリコーン樹脂を主成分とする接着剤よりなる。弾性体２３は、構造体２１の上面の外周縁２１ｐと、構造体２２の下面の外周縁２２ｐとに接着することで、構造体２１および構造体２２を互いに結合する。弾性体２３は、接着剤に限定されず、コア４を形成する材料よりも弾性率の低い材料よりなる。
　また、弾性体２３は、構造体２１の外周縁２１ｐと構造体２２の外周縁２２ｐとの間に設けられて外周縁２１ｐ、２２ｐに接合されている。本実施形態の力センサ２では、弾性体２３自体が接着剤であるが、たとえば弾性体２３に両面テープなどの他の接着剤を設けることで、弾性体２３が構造体２１と構造体２２とに接合されてもよい。さらに、弾性体２３は、構造体２１の外周縁２１ｐおよび構造体２２の外周縁２２ｐの全周にわたって設けられている構成に限定されず、部分的に設けられていてもよい。つまり、構造体２１および構造体２２の傾きが抑えられる程度に、弾性体２３が構造体２１と構造体２２との両者に接合されている。
　基板２４は、図１Ｃに示すように、構造体２１と構造体２２と弾性体２３とで囲まれる空間内に収納されている。基板２４の外周縁２４ｐが弾性体２３に接することで基板２４が固定されている。基板２４は、図１Ｃに示すように平面視で円環形状を有する。基板２４の中央部には、コア４の径寸法よりも僅かに大きい径寸法を有する平面視で円形状を有する位置決め孔２４０が設けられている。位置決め孔２４０にコア４が嵌まり込むことで、コア４が所定の位置に位置決めされる。なお、位置決め孔２４０は、平面視で円形状に限定されず、たとえば平面視で矩形状を有していてもよい。つまり、位置決め孔２４０は、コア４が嵌まり込む形状を有する。
　図２には検知回路３のブロック図である。検知回路３は、発振回路３０と、周期計測回路３１と、二乗回路３２と、温度補償回路３３と、信号処理回路３４とを備えている。発振回路３０は、コイル５を含む共振回路３５の発振を維持するように構成されている。また、発振回路３０は、共振回路３５の共振周波数に対応する周波数で発振する発振信号を出力するように構成されている。周期計測回路３１は、発振回路３０から出力される発振信号の周期を計測し、計測した周期に対応する信号を出力するように構成されている。二乗回路３２は、周期計測回路３１から出力される信号の二乗値を演算して出力するように構成されている。温度補償回路３３は、温度補償処理により、二乗回路３２から出力される信号の温度変動を抑制するように構成されている。信号処理回路３４は、温度補償回路３３から出力される信号に基づいて、コア４に加わる荷重の変化を検知するように構成されている。
　共振回路３５の等価回路は、図２に示すように、インダクタ３５１および抵抗３５２の直列回路と、キャパシタ３５３との並列回路とで構成される。ここでは、インダクタ３５１のインダクタンスは、コイル５のインダクタンスと等価である。また、抵抗３５２の抵抗値は、コイル５の巻線抵抗の抵抗値と等価である。また、キャパシタ３５３の容量値は、コイル５の寄生容量の容量値と等価である。なお、共振回路３５は、コイル５と、コイル５に並列に接続されたキャパシタとで構成されていてもよい。
　本実施形態の力センサ２では、検知回路３は、基板２４に実装された電子部品で構成されている。つまり、本実施形態の力検知装置１では、力センサ２と一体に検知回路３が設けられている。なお、検知回路３は基板２４に設けられる必要はなく、基板２４とは別体で設けられていてもよい。更に、検知回路３は、たとえば力センサ２の外部の基板に設けられていてもよい。すなわち、本実施形態の力検知装置１では、力センサ２と別体に検知回路３が設けられていてもよい。
　以下、本実施形態の力センサ２および力検知装置１の動作について説明する。先ず、外部の電源からコイル５に電流を供給することで、コア４が磁化され、磁路Ｍ１が形成される。実施形態１では、検知回路３の発振回路３０がコイル５に電流を供給する。
　コイル５に電流が供給されている状態で、構造体２１の下面に上向きに荷重Ｆ２１が加わると、弾性体２３が撓むことにより構造体２１が押し上げられ、構造体２１を介してコア４に荷重Ｆ２１が加わる。すると、逆磁歪効果により、荷重Ｆ２１の大きさに応じてコア４の透磁率が変化するため、コイル５のインダクタンスが変化する。同様に、構造体２２の上面に下向きに荷重Ｆ２２が加わると、弾性体２３が撓むことにより構造体２２が押し下げられ、構造体２２を介してコア４に荷重Ｆ２２が加わる。この場合も、荷重Ｆ２２の大きさに応じてコイル５のインダクタンスが変化する。つまり、本実施形態の力センサ２では、コア４（検知部２０）は、上下方向（検知方向Ｄ２）に構造体２１および構造体２２から掛かる荷重（荷重Ｆ２１、Ｆ２２の和）を受けるように構成されている。
　コイル５のインダクタンスが変化すると、コイル５を含む共振回路３５の共振周波数が変化する。発振回路３０が共振回路３５の共振周波数に対応する周波数の発振信号を出力し、周期計測回路３１が発振信号の周期に対応する信号を出力する。ここで、発振信号の周期は、等価回路におけるインダクタ３５１のインダクタンスとキャパシタ３５３の容量値との積の平方根で表される。そして、二乗回路３２が周期計測回路３１の出力信号の二乗値を演算して出力するため、二乗回路３２の出力信号は、コイル５のインダクタンスの変化に対して直線的に変化する。二乗回路３２の出力信号は、温度補償回路３３により温度変動分が補正される。そして、信号処理回路３４は、温度補償回路３３の出力信号に基づいてコイル５のインダクタンスを演算し、コイル５のインダクタンスの変化量からコア４に加わる荷重（荷重Ｆ２１、Ｆ２２の和）を演算する。つまり、検知回路３は、コイル５のインダクタンスの変化に基づいてコア４に加わる荷重を検知する。
　特許文献１に開示されている従来の力センサは、起歪部と共にストレインゲージが変形することで荷重を検知するので、板状部材を加工することで起歪部を設ける必要がある。このため、この力センサでは、起歪部が設計可能な厚さを有するプレートを必要とし、力センサの薄型化を図ることが困難である。
　上述のように、本実施形態の力センサ２では、構造体２１と構造体２２とがコア４の上下方向（検知方向Ｄ２）の両側に配置され、構造体２１と構造体２２とに弾性体２３を接合している。このため、本実施形態の力センサ２では、構造体２１および構造体２２に従来の力センサの起歪部を設ける加工が必要ではないので、構造体２１および構造体２２の厚さ方向（検知方向Ｄ２）の寸法を小さくすることができる。したがって、本実施形態の力センサ２は、構造体２１および構造体２２の厚さ方向（検知方向Ｄ２）の寸法を小さくすることで、薄型化を図ることができる。また、本実施形態の力センサ２は、弾性体２３を備えている。このため、本実施形態の力センサ２は、構造体２１または構造体２２に荷重が加わると、コア４に荷重が適正に伝わり易いので、荷重の検知精度を向上させることができる。
　とくに、本実施形態の力センサ２では、弾性体２３が、構造体２１の外周縁２１ｐと構造体２２の外周縁２２ｐとの間に設けられて外周縁２１ｐ、２２ｐに接合している。このため、本実施形態の力センサ２は、構造体２１または構造体２２に荷重が加わると、コア４が検知方向Ｄ２に構造体２１および構造体２２から掛かる荷重を受け易い。したがって、本実施形態の力センサ２は、構造的に安定して揺れ動き難く、コア４の荷重が適正に伝わり易い、言い換えれば、局所的に荷重が掛かり難いので、荷重の検知精度を向上させることができる。
　本実施形態の力センサ２は、コア４に適正に力が伝わり易く、コア４の磁気飽和が起こり難いので、コア４の薄型化を図り易い。
　また、本実施形態の力センサ２では、コイル５の通電時に形成される磁路Ｍ１が閉磁路となるようにコイル５を設けているが、コイル５は、コア４の外周に沿って巻き付けられた導線５ｃで構成されていてもよい。この構成では、コイル５の通電時に生じる磁束は、コア４の内側のみならずコア４の外側も通る磁路を形成する。つまり、この構成では、磁路は開磁路となる。この構成では、取付部４１を設けるためにコア４を加工する必要がないので、コア４を製作し易い。また、この構成では、コア４の外周に導線５ｃを巻き付けるだけでコイル５を製作することができるので、コイル５を製作し易い。つまり、この構成では、コア４及びコイル５の設計が容易であることから、力センサ２の小型化や薄型化を図り易い。なお、コア４の外周に沿って巻き付けられた導線５ｃでコイル５を構成する場合は、コア４は中空部４０を有していなくてもよい。
　図３は実施形態１に係る他の力センサ２ａの断面図である。図３において、図１Ａから図２に示す力センサ２と同じ部分には同じ参照番号を付す。本実施形態の力センサ２ａでは、構造体２１および構造体２２は、コア４の中空部４０と連続して上下方向（検知方向Ｄ２）に貫通する通孔２１０、２２０がそれぞれ設けられて居る。通孔２１０、２２０は平面視で円形状を有する。たとえばボルトの軸部をコア４の中空部４０に通すために通孔２１０、２２０に通される。この場合、通孔２１０、２２０は、平面視で円形状に限定されず、たとえばボルトの軸部を通すことが可能な形状を有している。また、この構成では、構造体２１における通孔２１０の内周縁２１０ｐと、構造体２２における通孔２２０の内周縁２２０ｐとの間にも弾性体２３が設けられている。
　本実施形態の力センサ２、２ａは、構造体２１および構造体２２、並びに弾性体２３によりコア４を位置決めできれば、基板２４を備えなくてもよい。但し、力センサ２、２ａでは、基板２４を備えることで、構造体２１および構造体２２を加工してコア４を位置決めするための構造を設ける必要がなく、構造体２１および構造体２２の厚さ寸法を小さくすることができる。
　また、本実施形態の力検知装置１では、検知回路３は、二乗回路３２および温度補償回路３３を備えずに、周期計測回路３１から出力される信号に基づいて信号処理回路３４が荷重の変化を検知してもよい。また、図２に示す検知回路３の構成は一例であり、検知回路３は、コイル５の磁気特性（インダクタンスまたはコンダクタンス）の変化に基づいて荷重を検知する限り、その他の構成を有していてもよい。
　以下、本実施形態の力検知装置１の動作を説明する。図４Ａは実施形態１に係る力検知装置１の概略図である。図４Ｂは実施形態１に係る力検知装置１の概略断面図である。図４Ａと図４Ｂに示す力検知装置１は締付軸力を検知する。締付軸力とは、ボルトＢ１にナットＣ１を締め付ける際に、壁や天井など構造物Ａ１に加わるボルトＢ１の軸方向ＤＢ１の荷重である（図４Ｂ参照）。
　図４Ａと図４Ｂに示す本実施形態の力検知装置１は、検知回路３を実装した基板３００と力センサ２とを収納するケース１０を備える。ケース１０は、力センサ２を保護する半円盤形状を有するケース１０Ａと、基板３００を保護する扁平な直方体形状を有するケース１０Ｂとで構成されている。ケース１０は、力センサ２の構造体２１および構造体２２、弾性体２３で構成されている。
　以下、本実施形態の力検知装置１の使用方法について説明する。先ず、ボルトＢ１を構造物Ａ１の裏側（図４Ｂにおける下側）から通す。なお、図４Ｂでは、ボルトＢ１の頭部の図示を省略している。次に、構造物Ａ１の表側（図４Ｂにおける上側）に突出する軸部Ｂ１０を、通孔２１０、２２０とコア４の中空部４０とに通す。そして、構造物Ａ１との間でケース１０Ａを挟むように、ナットＣ１を軸部Ｂ１０に締め付ける。すると、構造体２１および構造体２２を介して検知部２０に締付軸力が加わる。したがって、本実施形態の力検知装置１は、検知回路３が検知部２０に加わる荷重を検知することで、締付軸力を検知することができる。
　（実施形態２）
　図５Ａは実施形態２に係る力センサ２ｂの平面図である。図５Ｂは図５Ａに示す力センサ２ｂの線５Ｂ－５Ｂにおける断面図である。図５Ａと図５Ｂにおいて、図１Ａから図２に示す力センサ２と同じ部分には同じ参照番号を付す。実施形態２に係る力センサ２ｂおよび力検知装置１は、たとえばグラウンドアンカー（ｇｒｏｕｎｄ　ａｎｃｈｏｒ）工法に用いられる。ここで、グラウンドアンカー工法について簡単に説明する。たとえば地山の掘削や盛土等により法面が形成される場合、法面に設けられる構造物を安定させるために、グラウンドアンカー工法が一般的に用いられている。このグラウンドアンカー工法で使用するアンカーの引張り力を検知して監視するために、実施形態１の力センサ２（２ａ）および力検知装置１を用いることができる。
　ここで、アンカーのように大型の部材に実施形態１の力センサ２（２ａ）を用いる場合、大型の部材に合わせて径寸法の大きいコア４を用いる必要がある。しかしながら、コア４の厚さ方向の寸法（検知方向Ｄ２）を大きくすることなくコア４の径寸法を大きくする加工は困難であり、実施形態１の力センサ２（２ａ）では、コア４の厚さ方向の大型化を避けられない。そこで、大型の部材の荷重を検知する場合、力センサは、複数の検知部２０を備えるのが好ましい。
　以下、複数の検知部２０を備えた本実施形態の力センサ２ｂおよび力検知装置１について図面を用いて説明する。
　本実施形態の力センサ２ｂは、図５Ａ、図５Ｂに示すように、複数の検知部２０と、構造体２１と、構造体２２と、弾性体２３と、基板２４とを備えている。本実施形態の力センサ２ｂは、１２個の検知部２０を備える。複数の検知部２０は、上下方向（検知方向Ｄ２）に直角の平面に沿って配置されている。なお、図５Ａでは、構造体２２および弾性体２３の図示を省略している。また、「直角」とは、完全な「直角」のみではなく、「ほぼ直角」を含む表現である。
　構造体２１は、図５Ａに示すように平面視で正方形状を有する。構造体２２は、構造体２１と同様に平面視で正方形状を有する。構造体２１は、図５Ｂに示すように、複数のコア４の下面に接して複数のコア４の下側に配置される。また、構造体２２は、図５Ｂに示すように、複数のコア４の上面に接して複数のコア４の上側に配置される。つまり、構造体２１および構造体２２は、上下方向（検知方向Ｄ２）の両側から複数のコア４を挟むように配置される。
　構造体２１には、図５Ａ、図５Ｂに示すように、その中央部を上下方向（検知方向Ｄ２）に貫通する平面視で円形状を有する通孔２１０が設けられている。また、構造体２２には、図５Ｂに示すように、その中央部を上下方向（検知方向Ｄ２）に貫通する平面視で円形状を有する通孔２２０が設けられている。なお、通孔２１０、２２０は、平面視で円形状に限定されず、ボルトの軸部やテンドンを通すことが可能な形状を有する。
　弾性体２３は、図５Ｂに示すように、構造体２１の上面の外周縁２１ｐと、構造体２２の下面の外周縁２２ｐとに接着することで、構造体２１および構造体２２を互いに結合する。また、弾性体２３は、図５Ｂに示すように、構造体２１の上面における通孔２１０の内周縁２１０ｐと、構造体２２の下面における通孔２２０の内周縁２２０ｐとに接着することで、構造体２１および構造体２２を互いに結合する。つまり、弾性体２３は、構造体２１と構造体２２との両者に接合される。
　基板２４は、図５Ｂに示すように、構造体２１と構造体２２、と弾性体２３とで囲まれる空間内に収納されている。基板２４は、図５Ａに示すように平面視で正方形状を有する。また、基板２４の中央部には平面視で円形状を有する通孔２４１が設けられている。通孔２４１は、通孔２１０、２２０の径寸法よりも僅かに大きい径寸法（たとえば、直径１４０ｍｍ）を有する。通孔２４１は、通孔２１０、２２０と同様に、ボルトの軸部やテンドンを通すことが可能な形状を有する。基板２４の外周縁２４ｐと、通孔２４１の内周面２４１ｐとが弾性体２３に接することで基板２４が固定されている。
　基板２４には、図５Ａに示すように、通孔２４１の周囲に複数の位置決め孔２４０が設けられている。各位置決め孔２４０は、平面視で円形状を有し、通孔２４１の周方向に沿って通孔２４１を中心に等角度間隔に設けられている。なお、位置決め孔２４０は、平面視で円形状に限定されず、コア４が嵌まり込む形状を有している。
　以下、本実施形態の力センサ２および力検知装置１を用いて、グラウンドアンカー工法で用いられるアンカーＤ１の引張り力を検知する動作を説明する。図６は力センサ２ｂの断面図である。図６では、検知回路３の図示を省略している。アンカーＤ１は、構造物Ａ１からの引張り力を地盤に伝達するために用いられる。アンカーＤ１は、引張り力を地盤に伝達させる機能を持つアンカー体と、アンカーＤ１を構造物Ａ１に結合するためのアンカー頭部Ｄ１０と、アンカー頭部Ｄ１０からの引張り力をアンカー体に伝える引張り部Ｄ１１とで構成される。
　引張り部Ｄ１１は、たとえばＰＣ（Ｐｒｅｓｔｒｅｓｓｅｄ　Ｃｏｎｃｒｅｔｅ）鋼撚り線で構成される棒状のテンドンＤ１１１を備えている。アンカー頭部Ｄ１０は、定着具であるナットＤ１０１と、構造物Ａ１の上に配置される支圧板であるアンカー構造体Ｄ１０２とで構成されている。アンカー構造体Ｄ１０２には、テンドンＤ１１１を通すことが可能な孔Ｄ１０３が設けられている。テンドンＤ１１１の長手方向の一端には、アンカー体が機械的に接続されている。また、テンドンＤ１１１の長手方向の他端は、アンカー構造体Ｄ１０２の孔Ｄ１０３と、力センサ２ｂの通孔２１０、２２０、２４１に通された状態で、ナットＤ１０１で締め付けられている。
　本実施形態の力センサ２ｂは、ナットＤ１０１とアンカー構造体Ｄ１０２とで挟まれるように配置されている。したがって、本実施形態の力検知装置１は、ナットＤ１０１が力センサ２ｂの一面を押し下げる荷重を検知回路３が検知することで、アンカーＤ１の引張り力を検知することができる。
　上述のように、本実施形態の力センサ２ｂおよび力検知装置１は、１つの検知部２０ではなく複数の検知部２０を用いて荷重を検知する。したがって、本実施形態の力センサ２ｂおよび力検知装置１は、１つの検知部２０のみを備える力センサと比較して、各検知部２０のコア４の径寸法を小さくすることができ、結果としてコア４の厚さ方向（検知方向Ｄ２）の寸法も小さくすることができる。したがって、本実施形態の力センサ２ｂおよび力検知装置１は、アンカーＤ１のような大型の部材に用いる場合でも、薄型化を図ることができる。
　（実施形態３）
　図７と図８Ａはそれぞれ実施形態３に係る力センサ２ｃと力検知装置１ｃの分解斜視図と断面図である。図７と図８Ａにおいて、図１Ａから図２に示す力センサ２と同じ部分には同じ参照番号を付す。実施形態３に係る力検知装置１ｃは、力センサ２ｃと、基板３６とを備えている。力センサ２ｃは、構造体２１と、構造体２２と、弾性体２３（２３１、２３２）と、構造体２５と、構造体２６と、コア４と、コイル５とを備えている。なお、図７においては、弾性体２３（２３１、２３２）の図示を省略している。
　構造体２１は、平板であって、平面視で四角形状を有する。構造体２１の上面から検知方向Ｄ２に上向きに構造体２２に向かって突出する扁平な段部２１１が構造体２１と一体に形成されている。同様に、構造体２２は、平板であって、平面視で四角形状を有する。構造体２２の下面から検知方向Ｄ２に下向きに構造体２１に向かって突出する扁平な段部２２１が構造体２２と一体に形成されている。また、構造体２１には、コア４の中空部４０と連続して上下方向（検知方向Ｄ２）に貫通する通孔２１０が設けられている。構造体２２には、コア４の中空部４０と連続して上下方向（検知方向Ｄ２）に貫通する通孔２２０が設けられている。通孔２１０、２２０は平面視で円形状を有する。つまり、本実施形態の力検知装置１ｃでは、構造体２１は構造体２２と同一の構造を有する。
　構造体２５は上下方向すなわち検知方向Ｄ２に開き互いに反対側の開口を有する角筒形状を有する。構造体２５の下側の開口に構造体２１の段部２１１が嵌り込むことにより、その開口が構造体２１で塞がれている。構造体２５には、平面視で円形状を有する孔２５０が設けられている。孔２５０には、基板３６に設けられた検知回路３と電気的に接続するためのコネクタが通される。構造体２５の上側の開口に構造体２２の段部２２１が嵌り込むことにより、その開口が構造体２２で塞がれている。
　構造体２１の上面の外周縁２１ｐと、構造体２５の下面の外周縁２５ｐとは、弾性体２３（２３１）により接合される。また、構造体２２の下面の外周縁２２ｐと、構造体２５の上面の外周縁２５ｐとは、弾性体２３（２３２）により接合される。コイル５を有するコア４と基板３６とが、構造体２１、２２、２５と弾性体２３とで囲まれる空間内に収納される。
　構造体２６は、中空部２６Ｂを有する円筒形状を有し、コア４の中空部４０に収まっている。構造体２６の中空部２６Ｂには、通孔２１０、２２０と共に、たとえばボルトの軸部が通される。構造体２１の上面における通孔２１０の内周縁２１０ｐと、構造体２６の下面とは弾性体２３（２３１）により接合される。また、構造体２２の下面における通孔２２０の内周縁２２０ｐと、構造体２６の上面とは、弾性体２３（２３２）により接合される。
　基板３６は、平面視で矩形状を有し、構造体２５の内側に収まる。基板３６の中央部には平面視で円形状を有する位置決め孔３６０が設けられている。位置決め孔３６０はコア４の外径寸法よりも僅かに大きい径寸法を有する。位置決め孔３６０にコア４が嵌まり込むことで、コア４が所定の位置に位置決めされる。基板３６には検知回路３を構成する電子部品が実装されている。つまり、検知回路３は基板３６に実装されている。
　構造体２１および構造体２２が平面視で円形状を有する比較例の力センサにおいて、たとえば通孔２１０、２２０および構造体２６の内側にボルトを挿し通し、ボルトに対してナットを締め付ける。この場合、ナットを締め付ける際に構造体２１、２２に互いに反対方向のモーメントが加わる。これにより、上下方向（検知方向Ｄ２）の軸Ｘ１（図７参照）を中心とする回転方向ＤＸ１に、構造体２１が構造体２２に対して相対的に回転する可能性がある。構造体２１が構造体２２に対して相対的に回転すると、構造体２１、２２にそれぞれ接する弾性体２３１、２３２にモーメントが加わる。これにより、弾性体２３（２３１、２３２）の一部が破断したり剥がれたりして、弾性体２３１、２３２による接合が不完全になる可能性がある。そして、弾性体２３による接合が不完全になると、比較例の力センサによる荷重の検知精度が低下する可能性がある。
　実施形態３に係る力センサ２ｃは、上下方向（検知方向Ｄ２）の軸Ｘ１を中心とする回転方向ＤＸ１で構造体２１を構造体２２に対して相対的に回転させない抑制構造Ｓ１を備えている。具体的には、本実施形態の力センサ２ｃでは、構造体２１および構造体２２は、それぞれ上下方向（検知方向Ｄ２）から見て四角形状を有する。つまり、本実施形態の力センサ２ｃでは、抑制構造Ｓ１として、構造体２１および構造体２２は、それぞれ上下方向（検知方向Ｄ２）から見て非真円形状を有する。抑制構造Ｓ１は構造体２１、２２に当接する構造体２５を有する。構造体２２の構造体２５に当接する部分である段部２２１は検知方向Ｄ２から見て非真円形状を有する。なお、構造体２１、２２は互いに相対的に回転しないが、構造体２１、２２の変形や製造精度の限界に起因する遊び等により微小に回転してもよい。
　また、本実施形態の力センサ２ｃでは、構造体２１および構造体２２と共に、構造体２５も上下方向（検知方向Ｄ２）から見て四角形状を有する。構造体２１および構造体２２は、それぞれ構造体２５の開口に嵌り込んでいる。
　つまり、本実施形態の力センサ２ｃでは、構造体２１および構造体２２は、真円のように完全な回転対称性を有さず、回転対称性が崩れた非対称性を有している。このため、ナットを締め付ける際に構造体２１（構造体２２）に時計回り（または反時計回り）のモーメントが加わったとしても、構造体２５に構造体２１（構造体２２）が引っ掛かるので、構造体２１（構造体２２）の回転が妨げられて構造体２１、２２は互いに相対的に回転し成し。このため、本実施形態の力センサ２ｃでは、弾性体２３にモーメントが加わり難いので、弾性体２３による接合が不完全になり難く、結果として荷重の検知精度が低下し難い。
　本実施形態の力センサ２ｃでは、構造体２１および構造体２２は平面視で四角形状を有するが、平面視で非真円形状を有しており、たとえば平面視で三角形状、さらに角の多い多角形状を有していてもよい。また、構造体２１および構造体２２は、平面視で楕円形状や台形状を有していてもよい。その他、構造体２１および構造体２２は、平面視で一部に角が設けられた円形状を有していてもよい。
　図８Ｂは実施形態３に係る他の力センサ２ｄと力検知装置１ｄの分解斜視図と断面図である。図８Ｂにおいて、図７と図８Ａに示す力センサ２ｃと力検知装置１ｃの同じ部分には同じ参照番号を付す。図８Ｂに示す力センサ２ｄは、図８Ａに示す力センサ２ｃの構造体２５と弾性体２３１を備えていない。図８Ｂに示す力センサ２ｄの構造体２１は検知方向Ｄ２において外周縁２１ｐから構造体２２に向かって突出する縁部２１Ａを有する。縁部２１Ａは図８Ａに示す力センサ２ｃの構造体２５とほぼ同様の構造を有する。図８Ａに示す力センサ２ｃの構造体２２と同様に、図８Ｂに示す力センサ８ｃの構造体２２の構造体２１の縁部２１Ａに当接する部分である段部２２１は検知方向Ｄ２からみて非真円形状を有し、実施形態３では四角形状を有する。すなわち縁部２１Ａは構造体２１を構造体２２に対して相対的に回転させない抑制構造おＳ１として機能する。
　図９Ａは実施形態３に係る力センサの他の構造体２１、２２の分解斜視図である。図９Ａにおいて、図７と図８Ａに示す力センサ２と同じ部分には同じ参照番号を付す。図９Ａに示す力センサでは、構造体２５の代わりに、構造体２２は縁部２２Ａを有する。構造体２１および構造体２２は、いずれも平面視で円形と四角形とを組み合わせた非真円形状を有する。構造体２２の縁部２２Ａに当接する構造体２１の段部２２１は、検知方向Ｄ２から見て平面視で円形と四角形とを組み合わせた非真円形状を有する。構造体２１の段部２２１に当接する構造体２２の縁部２２Ａは、検知方向Ｄ２から見て平面視で円形と四角形とを組み合わせた非真円形状を有する。縁部２２Ａは、構造体２２の外周縁２２ｐから下向きに構造体２１に向かって突出するように構造体２２と一体に形成されている。構造体２２の縁部２２Ａは、構造体２１を構造体２２に対して相対的に回転させない抑制構造Ｓ１として機能する。また、弾性体２３１は、構造体２１の上面の外周縁２１ｐと、縁部２２Ａの下面との両者に接合されている。
　図９Ｂは実施形態３に係る力センサのさらに他の構造体２１、２２の分解斜視図である。図９Ｂにおいて、図９Ａに示す構造体２１、２２と同じ部分には同じ参照番号を付す。図９Ｂに示す構造体２１の段部２１１には下向きに構造体２２から遠ざかる方向に窪んだ窪み部２１１Ａが設けられている。図９Ｂに示す構造体２１、２２により図９Ａに示す構造体２１、２２と同様の抑制構造Ｓ１の効果が得られ、さらに力センサを薄型化することができる。なお、図９Ａ、図９Ｂでは、構造体２１および構造体２２を除いた構成要素の図示を省略している。
　図９Ａと図９Ｂに示す構造体２１、２２では、外力が加わることでコア４または基板３６が径方向（コア４の径方向Ｄ３）に移動したとしても、コア４または基板３６が縁部２２Ａに当たるため、コア４または基板３６の移動が規制されてコア４または基板３６が構造体２１、２２に対して移動しない。つまり、図９Ａと図９Ｂに示す構造体２１、２２は、コア４の径方向Ｄ３の移動を規制してコア４を径方向Ｄ３に移動させなくすることができ、コア４が径方向Ｄ３に外部に飛び出すのを防止することができる。
　また、図９Ａ、図９Ｂに示す構造体２１、２２では、構造体２１は、縁部２２Ａで囲まれる開口を塞ぐ蓋となっている。このため、図９Ａ、図９Ｂに示す構造体２１、２２では、径方向Ｄ３において縁部２２Ａと構造体２１とが対向するので、径方向Ｄ３に外力が加わったとしても、構造体２１および構造体２２とコア４の径方向Ｄ３の変位であるぐらつきを抑えることができる。その結果、図９Ａ、図９Ｂに示す構造体２１、２２では、荷重に対する検知精度を向上させることができる。
　図１０Ａは実施形態３に係る力センサのさらに他の構造体２１、２２の分解斜視図である。図１０Ｂは図１０Ａに示す構造体２１、２２を備えた力センサ２ｄｄの断面図である。図１０Ａと図１０Ｂにおいて、図９Ａに示す構造体２１、２２と同じ部分には同じ参照番号を付す。図１０Ａと図１０Ｂに示す力センサ２ｄｄでは、構造体２５の代わりに、構造体２１に縁部２１Ａが設けられている。構造体２１および構造体２２は、いずれも平面視で円形と四角形とを組み合わせた非真円形状を有する。詳細には、構造体２１の縁部２１Ａに当接する構造体２２の部分である外周縁２２ｐは、検知方向Ｄ２から見た平面視で円形と四角形とを組み合わせた非真円形状を有する。また、構造体２２の外周縁２２ｐに当接する構造体２１の縁部２１Ａは、検知方向Ｄ２から見た平面視で円形と四角形とを組み合わせた非真円形状を有する。縁部２１Ａは、構造体２１の外周縁２１ｐから上向きに構造体２２に向かって突出するように構造体２１と一体に形成されている。また、構造体２１は、図９Ａに示す段部２１１の代わりに、角柱状の一対の台座２１Ｂを有している。一対の台座２１Ｂは、構造体２１の上面から上向きに構造体２２に向かって突出するように構造体２１に一体に形成されている。
　構造体２２は、図９Ａに示す段部２２１を有しておらず、縁部２１Ａで囲まれた開口に嵌り込む形状と寸法を有する。構造体２２は、一対の台座２１Ｂおよびコア４により支持される。弾性体２３２は、構造体２１と縁部２２Ａとの両者に接合されている。なお、図１０Ａでは、構造体２１および構造体２２を除いた構成要素の図示を省略している。また、図１０Ｂでは、構造体２１および構造体２２、並びにコア４を除いた構成要素の図示を省略している。
　図１０Ａと図１０Ｂに示す構造体２１、２２では、図９Ａと図９Ｂに示す構造体２１、２２と同様に、コア４の径方向Ｄ３の移動を規制することができ、コア４が径方向Ｄ３に外部に飛び出すのを防止することができる。また、この構成では、構造体２２は、縁部２１Ａで囲まれる開口を塞ぐ蓋となっている。このため、図１０Ａと図１０Ｂに示す構造体２１、２２では、図９Ａと図９Ｂに示す構造体２１、２２と同様に、径方向Ｄ３に外力が加わったとしても、構造体２１、２２とコア４の径方向Ｄ３の変位であるぐらつきを抑えることができ、荷重に対する検知精度を向上させることができる。
　つまり、本実施形態の力センサ２では、構造体２１および構造体２２の少なくとも一方の外周縁（２１ｐ、２２ｐ）から上下方向（検知方向Ｄ２）において検知部２０に向かって突出する縁部２１Ａ、２２Ａをさらに備えていてもよい。また、本実施形態の力センサ２では、構造体２１および構造体２２のいずれか一方は、他方の縁部２１Ａ、２２Ａに囲まれた開口を塞ぐ蓋であってもよい。
　ここで、実施形態３の力センサ２ｃは、図７と図８Ａに示すように、縁部２１Ａ（縁部２２Ａ）を構造体２１（構造体２２）と一体に形成する代わりに、構造体２５を備えている。つまり、本実施形態の力センサ２ｃでは、縁部２１Ａ（縁部２２Ａ）は、構造体２１および構造体２２とは別体の構造体２５からなる。
　このように、本実施形態の力センサ２ｃでは、構造体２１、２２、２５が互いに分割されている。このため、本実施形態の力センサ２ｃでは、たとえば縁部２１Ａを構造体２１と一体に形成するなどの複数の構造体を一体に形成する力センサと比較して、各構造体２１、２２、２５をプレス加工などにより成形し易く、コストを低減することができる。とくに、本実施形態の力センサ２ｃは、各構造体２１、２２、２５を金属材料で形成する場合に、より効果的にコストを低減することが可能である。なお、構造体２５を備えるか否かは任意である。
　また、本実施形態の力センサ２ｃでは、構造体２１および構造体２２は、同一の構造である。このため、本実施形態の力センサ２では、構造体２１および構造体２２として共通の部品を用いることができるので、さらにコストを低減することができる。なお、当該構成を採用するか否かは任意である。
　また、本実施形態の力センサ２ｃでは、図７と図８Ａに示すように、コア４は中空部４０を有している。力センサ２ｃは、コア４の内周面４ｐを覆い、構造体２１、構造体２２、および構造体２５とは別体の構造体２６をさらに備えている。本実施形態の力センサ２ｃでは、たとえば構造体２６を構造体２２と一体に形成するなどの複数の構造体を一体に形成する力センサと比較して、構造体２６をプレス加工などにより成形し易く、コストを低減することができる。なお、構造体２６を備えるか否かは任意である。
　図１１Ａは実施形態３に係るさらに他の力センサ２ｅを備えた力検知装置１ｅの断面を示す斜視図である、図１１Ａにおいて、図８Ａに示す力センサ２ｃと同じ部分には同じ参照番号を付す。力センサ２ｅでは、構造体２２の通孔２２０の内周面２２０ｓに雌ねじ２２０Ａが形成されていている。この構成では、力センサ２ｅをボルトに対して締め付けることができるので、力センサ２ｅをナットの代わりに用いることが可能である。もちろん、構造体２２の通孔２２０の内周面２２０ｓではなく、構造体２１の通孔２１０の内周面２１０ｓに雌ねじが形成されていてもよい。
　図１１Ｂは実施形態３に係るさらに他の力センサ２ｆを備えた力検知装置１ｆの断面を示す斜視図である、図１１Ｂにおいて、図１１Ａに示す力センサ２ｅと同じ部分には同じ参照番号を付す。力センサ２ｆでは、構造体２６の内周面２６ｓに雌ねじ２６Ａが形成されている。この構成においても、力センサ２ｆをナットの代わりに用いることが可能である。
　つまり、図１１Ａと図１１Ｂに示す力センサ２ｅ、２ｆでは、構造体２１、２２には、中空部４０と連続して上下方向（検知方向Ｄ２）に貫通する通孔２１０、２２０がそれぞれ設けられている。構造体２１の通孔２１０の内周面２１０ｐと構造体２２の通孔２２０の内周面２２０ｓと構造体２６の内周面２６ｓの少なくともいずれか１つにねじが形成されている。
　ところで、実施形態３の力検知装置１ｃ、１ｅ、１ｆでは、上述のように、検知回路３が実装された基板３６が、構造体２１、２２と構造体２５と弾性体２３（２３１、２３２）とで囲まれた空間内に収納されている。つまり、検知回路３は、構造体２１と構造体２２と弾性体２３により囲まれた空間内に収納される基板３６に実装されている。このため、本実施形態の力検知装置１ｃ、１ｅ、１ｆでは、検知回路３を収納するための筐体が不要であるため、コストを低減することができる。
　なお、上記構成を採用するか否かは任意である。
　図１２は実施形態３に係るさらに他の力検知装置１ｇの斜視図である。図１２において、これまでに説明した力センサと同じ部分には同じ参照番号を付す。図１２に示す力検知装置１ｅは、力センサ２と、筐体３７とを備えている。筐体３７には、検知回路３が実装された基板３６が収納されている。
　筐体３７は、検知回路３に電気的に接続される雄コネクタ３７Ａを備えている。また、力センサ２は、雄コネクタ３７Ａが嵌まり込む開口を有し、雄コネクタ３７Ａと電気的に接続される雌コネクタ３７Ｂを備えている。このため、筐体３７は、力センサ２に対して着脱可能に取り付けられる。
　つまり、検知回路３は、筐体３７内に収納されている。筐体３７は、力センサ２に着脱可能に取り付けられている。この構成では、力センサ２と筐体３７とを別々に製造できるので、歩留まりを向上させることができる。また、この構成では、たとえば力センサ２の構造体２１および構造体２２などを金属材料で形成する場合においても、筐体３７を樹脂材料で形成することができるので、コストを低減することができる。
　なお、力検知装置では、筐体３７を備えずに、たとえばコア４を挟み込むように折り畳まれたフレキシブル基板を備えてもよい。この場合、検知回路３は、そのフレキシブル基板に実装される。
　また、各構造体２１、２２、２５、２６は、たとえばＣＦＲＰ等の樹脂材料で形成されていてもよい。この構成では、各構造体２１、２２、２５、２６が金属材料で形成される場合と比較して成形し易く、コストを低減することができる。
　以下、実施形態３の変形例１～５の力センサ２ｈ～２ｌについてそれぞれ図面を用いて説明する。なお、力センサ２ｈ～２ｌを示す図面において、実施形態３と同じ部分については適宜説明を省略する。また、各変形例の力センサ２ｈ～２ｌは、構造体２５を備えていない。また、これらの図面では、構造体２１および構造体２２の他の構成要素の図示を省略している。
　変形例１～５の力センサ２ｈ～２ｌでは、抑制構造Ｓ１として、構造体２１および構造体２２は、回転方向において互いに当接するストッパＳ１１～Ｓ１５を備えている。ストッパＳ１１～Ｓ１５は抑制構造Ｓ１として機能する。ここで、「回転」とは、上下方向（検知方向Ｄ２）に延びる軸Ｘ１周りの回転方向ＤＸ１での構造体２１および構造体２２の相対的な回転を指す。このため、変形例１～５の力センサ２ｈ～ｓｌでは、実施形態３の上述の力センサと同様に、弾性体２３にモーメントが加わり難いので、弾性体２３による接合が不完全になり難く、結果として荷重の検知精度が低下し難い。
　＜変形例１＞
　図１３は変形例１の力センサ２ｈの分解斜視図である。力センサ２ｈでは、構造体２１および構造体２２は、それぞれ平面視で円形状を有する。また、構造体２１には、外周縁２１ｐから構造体２２に向かって突出する縁部２１Ａが一体に形成されている。構造体２１は、縁部２１Ａの上端縁から上向きに突出する複数の爪２１２を有しており、実施形態３では３つの爪２１２を有する。複数の爪２１２は、縁部２１Ａの周に沿って等角度間隔に設けられている。また、構造体２２の上面には、複数の爪２１２の先端がそれぞれ引っ掛かる複数の窪み２２２が設けられており、実施形態３では３つの窪み２２２が設けられている。複数の窪み２２２は、構造体２２の周に沿って等角度間隔に設けられている。
　本変形例の力センサ２ｈでは、複数の爪２１２が複数の窪み２２２にそれぞれ引っ掛かることにより、軸Ｘ１を中心とする回転方向ＤＸ１で構造体２１および構造体２２が相対的な回転しない。つまり、本変形例の力センサ２ｈでは、ストッパＳ１１は、爪２１２と、窪み２２２とで構成されて抑制構造Ｓ１を構成する。なお、本変形例の力センサ２ｈにおいて、１つの爪２１２および１つの窪み２２２がストッパＳ１１として機能する。
　＜変形例２＞
　図１４は変形例２の力センサ２ｉの分解斜視図である。変形例２の力センサ２ｉでは、構造体２１および構造体２２は、それぞれ平面視で実質的に円形状を有する。また、構造体２１には縁部２１Ａが一体に形成されている。縁部２１Ａには、検知方向Ｄ２と回転方向ＤＸ１との直角の径方向Ｄ３に突出する突出部２１Ｃが一体に形成されている。突出部２１Ｃは平面視で矩形状を有する。縁部２１Ａには、突出部２１Ｃを間に挟むように一対の突起２１３が一体に形成されている。突起２１３は四角柱形状を有する。一対の突起２１３は、上下方向（検知方向Ｄ２）に突出している。構造体２２は、外周縁２２ｐから径方向Ｄ３に突出する突起２２３を一体に有する。突起２２３は平面視で矩形状を有する。
　本変形例の力センサ２ｉでは、径方向Ｄ３に突出する突起２２３が、検知方向に突出する一対の突起２１３の間に挟まれることにより、回転方向ＤＸ１を中心に構造体２１および構造体２２が相対的回転しない。つまり、本変形例の力センサ２では、ストッパＳ１２は、突起２２３と、一対の突起２１３とで構成されて、抑制構造Ｓ１として機能する。突起２２３は、構造体２１、２２のうちのいずれか一方の構造体２２の外周縁２２ｐから突出する。一対の突起２１３は、構造体２１、２２のうちの他方の構造体２１の外周縁２１ｐから突出し突起２２３を挟む。
　＜変形例３＞
　図１５は変形例３の力センサ２ｊの分解斜視図である。変形例３の力センサ２ｊでは、構造体２１および構造体２２は、それぞれ平面視で円形状を有する。また、構造体２１には、縁部２１Ａが一体に形成されている。構造体２２には、外周縁２２ｐから下向きに構造体２１に向かって突出する平板状の一対の突起２２４が一体に形成されている。突起２２４は平板形状を有する。一対の突起２２４は、構造体２２の周方向に沿って等角度間隔に設けられている。縁部２１Ａには、径方向Ｄ３に突出する二対の突起２１４が一体に形成されている。突起２１４は四角柱形状を有する。二対の突起２１４は、縁部２１Ａの周方向に沿って等角度間隔で設けられている。
　本変形例の力センサ２ｊでは、検知方向Ｄ２に突出する突起２２４が、径方向Ｄ３に突出する一対の突起２１４の間に挟まれることにより、構造体２１および構造体２２が回転方向ＤＸ１に相対的に回転しない。つまり、本変形例の力センサ２ｊでは、ストッパＳ１３は、突起２２４と、一対の突起２１４とで構成されており、抑制構造Ｓ１として機能する。突起２２４は、構造体２１、２２のうちのいずれか一方の構造体２２の外周縁２２ｐから突出する。一対の突起２１４は、構造体２１、２２のうちの他方の構造体２１の外周縁２１ｐから突出し突起２２４を挟む。
　＜変形例４＞
　図１６は変形例４の力センサ２ｋの分解斜視図である。変形例４の力センサ２ｋでは、構造体２１および構造体２２は、それぞれ平面視で円形状を有する。構造体２１には、外周縁２１ｐから上向きに構造体２２に向かって突出する複数の凸部２１５が一体に形成されており、実施形態３では３つの凸部２１５が形成されている。また、構造体２１には、複数の凸部２１５の間に複数の凹部２１６が設けられており、実施形態３では３つの凹部２１６が設けられている。
　構造体２２は、外周縁２２ｐから下向きに構造体２１に向かって突出する複数の凸部２２５が一体に形成されており、実施形態３では３つの凸部２２５が形成されている。また、構造体２２は、複数の凸部２２５の間に複数（図示では３つ）の凹部２２６が設けられており、実施形態３では３つの凹部２２６が設けられている。
　本変形例の力センサ２ｋでは、凸部２１５、２２５が凹部２２６、２１６に嵌り込むことにより、回転方向ＤＸ１において構造体２１および構造体２２が互いに相対的に回転しない。つまり、本変形例の力センサ２ｋでは、ストッパＳ１４は、凸部２１５、２２５と、凹部２１６、２２６とで構成されており、抑制構造Ｓ１を構成する。凸部２１５、２２５は、構造体２１および構造体２２のいずれか一方の外周縁から突出する。凹部２１６、２２６は、他方の外周縁に設けられて凸部２２５、２１５が嵌まり込む。
　＜変形例５＞
　図１７は変形例５の力センサ２ｌの分解斜視図である。変形例５の力センサ２ｌは、構造体２１および構造体２２は、それぞれ平面視で半円形と四角形とを組み合わせた形状を有する。また、構造体２１には、縁部２１Ａが一体に形成されている。構造体２１には上下方向（検知方向Ｄ２）に貫通する一対の挿通孔２１７が設けられている。挿通孔２１７は平面視で円形状を有する。また、構造体２２には、上下方向（検知方向Ｄ２）に貫通する一対の挿通孔２２７が設けられている。挿通孔２２７は平面視で円形状を有する。挿通孔２１７、２２７は、上下方向（検知方向Ｄ２）において互いに連続する位置に設けられている。
　また、本変形例の力センサ２ｌは、円柱形状を有する一対のピン２７を備えている。ピン２７は、挿通孔２１７、２２７に挿し通される寸法を有する。
　本変形例の力センサ２ｌでは、一対の挿通孔２１７、２２７にそれぞれピン２７が挿し通され、ピン２７の上下両端を潰してかしめることにより、構造体２１および構造体２２の回転方向ＤＸ１で相対的に回転しない。つまり、本変形例の力センサ２ｌでは、構造体２１および構造体２２には、上下方向（検知方向Ｄ２）において連続して貫通する挿通孔２１７、２２７が設けられている。そして、ストッパＳ１５は、挿通孔２１７、２２７と、挿通孔２１７、２２７に挿し通されるピン２７とで構成され、抑制構造Ｓ１を構成する。
　なお、力センサ２、２ａ～２ｌが上述のストッパＳ１１～Ｓ１５のいずれかを備えている場合、構造体２１および構造体２２は、それぞれ上下方向（検知方向Ｄ２）から見て非真円形状を有していなくてもよい。
　力センサ２にボルトを挿し通し、ボルトに対してナットを締め付ける際に、たとえばシムリング（ベアリング）を、ナットと力センサ２との間に位置するようにボルトに挿し通してもよい。この構成では、ナットを締め付けるとシムリング（ベアリング）に時計回り（または反時計回り）のモーメントが加わり、力センサ２には時計回り（または反時計回り）のモーメントが加わり難くなる。つまり、シムリング（ベアリング）が抑制構造Ｓ１として機能する。この構成では、上述のストッパＳ１１～Ｓ１５が不要である。
　（実施形態４）
　＜力検知システムおよび力検知方法＞
　図１８は実施形態４に係る力検知システム１００のブロック図である。力検知システム１００は、複数の力センサ２と、収集装置６と、受信端末７とを備えている。複数の力センサ２のそれぞれは、実施形態１～３の力センサ２ａ～２ｌであってもよい。
　複数の力センサ２のそれぞれと収集装置６との間は電源線１０１および信号線１０２で互いに電気的に接続されている。電源線１０１は、接地線を含む２線で構成されている。つまり、本実施形態の力検知システム１００では、複数の力センサ２と収集装置６とは、スター型配線により接続されている。
　収集装置６は、たとえばデータロガ（ｄａｔａ　ｌｏｇｇｅｒ）である。収集装置６は、たとえば商用電源からＡＣ／ＤＣコンバータを介して直流電圧（たとえば１２Ｖ）を供給されることで動作する。複数の力センサ２は、それぞれ収集装置６から電源線１０１を介してたとえば５Ｖまたは１２Ｖの直流電圧を供給されることで動作する。複数の力センサ２は、それぞれ信号線１０２を介して出力信号（たとえば５Ｖのアナログ電圧信号）を出力する。
　収集装置６は、複数の力センサ２から検知データを収集する。本実施形態の力検知システム１００では、収集装置６は、検知回路３を有している。収集装置６は、検知回路３が力センサ２の出力信号に基づいて検知データを生成する。つまり、収集装置６は、複数の力センサ２の各々の出力信号を取り込んで検知回路３で検知データを生成することにより、複数の力センサ２から検知データを収集する。
　複数の力センサ２のそれぞれが検知回路３をそれぞれ備える複数の力検知装置１であってもよい。この場合、収集装置６は、検知回路３を備える必要はない。そして、収集装置６は、複数の力検知装置１の各々から検知データを含む出力信号を取り込むことで、検知データを収集する。
　受信端末７は、収集装置６との間で有線または無線により通信可能に構成されている。つまり、収集装置６と受信端末７とは、たとえば有線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ　Ａｒｅａ　Ｎｅｔｗｏｒｋ）や無線ＬＡＮなどのネットワークを介して通信する。実施形態４では、収集装置６と受信端末７との間は、無線により通信可能に構成されている。
　図１９Ａと図１９Ｂは力検知システム１００の動作を示す概略図である。受信端末７は、収集装置６の収集した検知データを含むデータ信号を受信する。受信端末７は、たとえば基地局が備える通信機器であってもよい。また、受信端末７は、たとえば一般道路や高速道路上を走行するパトロールカーＦ１（図１９Ａ、図１９Ｂ参照）に搭載された通信機器であってもよい。その他、受信端末７は、たとえばパトロールカーＦ１の乗務員が所有するスマートホンやタブレットなどの携帯端末であってもよい。
　上述のように、本実施形態の力検知システム１００は、力センサ２を複数備えている。そして、複数の力センサ２は、それぞれ複数のねじ（たとえばボルト）に取り付けられ、対象のねじの締付軸力を検知することで、対象のねじの緩みを検知する。言い換えれば、本実施形態の力検知方法は、力センサ２を複数用いて、複数の力センサ２をそれぞれ複数のねじに取り付けて、複数のねじの各々の緩みを検知する。
　本実施形態の力検知システム１００は、たとえば図１９Ａに示すように、トンネルＥ１内の天井に取り付けられるジェットファンＥ１１の監視に用いることができる。ジェットファンＥ１１は、複数のねじである複数のアンカーボルトＥ１２を用いてトンネルＥ１内の天井に取り付けられている。複数の力センサ２は、それぞれ複数のアンカーボルトＥ１２に取り付けられている。収集装置６は、トンネルＥ１の内壁に取り付けられている。
　収集装置６は、トンネルＥ１内を走行するパトロールカーＦ１と無線で通信可能な位置に設けられており、トンネルＥ１の内壁に取り付けられていなくてもよい。たとえば、収集装置６は、トンネルＥ１内に設けられている照明器具や制御盤に取り付けられていてもよい。この場合、照明器具や制御盤は、収集装置６を備えずに、収集装置６の機能を有していてもよい。
　したがって、本実施形態の力検知システム１００は、複数のアンカーボルトＥ１２の各々に対して締め付けられるナット（ねじ）の緩みを検知することで、ジェットファンＥ１１が天井に正常に取り付けられているか否かを監視することができる。また、本実施形態の力検知システム１００は、ジェットファンＥ１１の代わりに、トンネルＥ１内の天井に取り付けられる照明器具の監視に用いることも可能である。
　また、本実施形態の力検知システム１００は、たとえば図１９Ｂに示すように、一般道路や高速道路などで混雑状態の告知や工事の予告を行う情報板Ｇ１の監視に用いることができる。情報板Ｇ１は、複数のボルト（複数のねじ）を用いて一般道路や高速道路に設けられた支柱Ｇ１１に取り付けられている。複数の力センサ２は、それぞれ複数のボルトに取り付けられている。収集装置６は、支柱Ｇ１１に取り付けられている。ここでは、収集装置６は、道路を走行するパトロールカーＦ１と無線で通信可能な位置に設けられており、情報板Ｇ１に取り付けられていてもよい。
　したがって、本実施形態の力検知システム１００は、複数のボルトの各々に対して締め付けられるナット（ねじ）の緩みを検知することで、情報板Ｇ１が支柱Ｇ１１に正常に取り付けられているか否かを監視することができる。なお、収集装置６は、商用電源からの電力供給により動作する構成ではなく、たとえば太陽光電源や二次電池からの電力供給により動作する構成であってもよい。
　図２０Ａは実施形態４に係る他の力検知システム１００ａの概略図である。図２０Ａにおいて、図１８に示す力検知システム１００と同じ部分には同じ参照番号を付す。図２０Ａに示す力検知システム１００ａは複数の分岐器１０３を備える。複数の力センサ２は、それぞれ収集装置６に接続される１本の電源線１０１から分岐器１０３を介して分岐接続するバス型配線により、収集装置６と接続されている。以下では、複数の分岐器１０３のうちの１つの分岐器１０３と、この分岐器１０３に接続される力センサ２に焦点を当てて力検知システム１００ａを説明する。
　分岐器１０３は、制御装置１０４を有している。制御装置１０４は、たとえば基板に実装されたマイクロコンピュータや入出力端子などで構成されている。制御装置１０４は、電源線１０１および信号線１０２により収集装置６と電気的に接続されている。また、制御装置１０４は、電源線１０５および信号線１０６により力センサ２と電気的に接続されている。したがって、力センサ２は、電源線１０１、制御装置１０４、および電源線１０５を介して直流電圧を供給されることで動作する。制御装置１０４は、信号線１０６を介して力センサ２の出力信号を取り込む機能と、信号線１０２を介して取り込んだ出力信号を収集装置６に送信する機能とを有している。収集装置６と制御装置１０４との間の通信は、たとえば通信規格ＲＳ－４８５に則ったシリアル通信である。
　図２０Ｂは実施形態４に係る他の力検知システム１００ｂの概略図である。図２０Ｂにおいて、図２０Ａに示す力検知システム１００ａと同じ部分には同じ参照番号を付す。図２０Ｂに示す力検知システム１００は、複数の制御装置１０４の代わりに、複数のＰＬＣ（Ｐｏｗｅｒ　Ｌｉｎｅ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ：電力線搬送通信）モジュール１０７を備える。複数の力センサ２は、それぞれ１本の電源線１０１および複数のＰＬＣモジュール１０７を介して、電力線搬送通信により収集装置６との間で通信を行うように構成されている。この構成では、信号線１０２は不要である。なお、図２０Ｂに示す力検知システム１００ｂにおいて、力センサ２の接続されていないＰＬＣモジュール１０７は、中継器として機能する。
　図２０Ｃは実施形態４に係る他の力検知システム１００ｃの概略図である。図２０Ｃにおいて、図２０Ａに示す力検知システム１００ａと同じ部分には同じ参照番号を付す。図２０Ｃに示す力検知システム１００は、１つのＰＬＣモジュール１０７と、ＰＬＣモジュール１０７に接続される複数の力センサ２とが、照明器具等の既設の電気機器１０８に組み込まれている。この構成では、電気機器１０８が分岐器１０３の代わりとなるので、分岐器１０３が不要となる。なお、図２０Ｃに示す力検知システム１００ｃでは、１組の電源線１０５および信号線１０６を図示しているが、実際には、複数の力センサ２の各々とＰＬＣモジュール１０７とが電源線１０５および信号線１０６により電気的に接続されている。また、図２０Ｃに示す力検知システム１００ｃでは、電気機器１０８に複数の力センサ２、およびＰＬＣモジュール１０７組み込まれているが、他の構成であってもよい。たとえば、電気機器１０８に複数の力センサ２、およびＰＬＣモジュール１０７のうちＰＬＣモジュール１０７のみが組み込まれ、複数の力センサ２が電気機器１０８とは異なる場所に設置されていてもよい。
　本実施形態の力検知システム１００、１００ａ～１００ｃでは、複数の力センサ２の他に、収集装置６と、受信端末７とを備えているが、収集装置６および受信端末７は備えていなくてもよい。
　たとえば、力検知システム１００は、複数の力センサ２の他に、複数の力センサ２の各々から検知データを収集する収集装置６をさらに備えていてもよい。また、力検知システム１００は、複数の力センサ２および収集装置６の他に、収集装置６の収集した検知データを含むデータ信号を受信する受信端末７をさらに備えていてもよい。
　＜力センサおよび力検知装置の利用例＞
　上述の実施形態１～３、変形例１～５の力センサ２、２ａ～２ｌおよび力検知装置１は、磁歪式である。このため、力センサ２および力検知装置１は、歪みゲージ式や圧電式の力センサおよび力検知装置と比較して、コストを大幅に低減しつつも小型化を図ることができ、かつ大きな荷重を検知することが可能である。とくに、力センサ２および力検知装置１は、上述のボルトのように、小型でかつ大きな荷重の検知を必要とする対象物に適している。
　実施形態１～３、変形例１～５の力センサ２、２ａ～２ｌおよび力検知装置１は、たとえば上述のボルトやシャフトなどの締付軸力を検知することで、ボルトやシャフトに締め付けられるナットの緩みを監視することができる。たとえば、力センサ２および力検知装置１は、ナットの緩み、破断、腐食といった異常を監視することができる。また、力センサ２および力検知装置１は、ボルトの異常を検知することで、ボルトが設けられた周辺のコンクリートの浮き、ひび、空隙といった異常も監視することができる。
　また、実施形態１～３、変形例１～５の力センサ２、２ａ～２ｌおよび力検知装置１は、たとえば吊り金具、ターンバックル、固定金具、アンカーボルト、ボルトおよびナット、継手などの取付金具に用いることができる。これら取付金具は、たとえば照明（照明灯、トンネル照明など）、情報板、標識、ジェットファン、ケーブルラック、信号機、遮音壁、天井板、法面、レール、枕木などのインフラストラクチャー（ｉｎｆｒａｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）の附属物に用いることができる。
　そして、これらの附属物は、たとえば道路（道路橋、道路トンネルなど）、河川、ダム、砂防、海岸、下水道、港湾、空港といったインフラストラクチャーに用いることが考えられる。その他、これらの附属物は、たとえば鉄道（鉄道橋、鉄道トンネル、鉄道線路、鉄道電路設備など）、航路、公園、住宅、プラント、電力設備（電柱や鉄塔など）といったインフラストラクチャーに用いることができる。
　具体的には、力センサ２、２ａ～２ｌおよび力検知装置１は、道路橋の情報板の固定金具、道路トンネルのジェットファンのターンバックル、ダムの法面のアンカーボルトに用いることができる。その他、力センサ２、２ａ～２ｌおよび力検知装置１は、鉄道トンネルの照明のボルトおよびナット、鉄道線路の枕木の固定金具、下水道配管の継手のボルト、公園の遊具の取付金具に用いることができる。
　さらに、実施形態１～３、変形例１～５の力センサ２、２ａ～２ｌおよび力検知装置１は、上記のインフラストラクチャー分野に限らず、たとえば産業分野や民生分野での利用も可能である。産業分野においては、たとえば産業機器、産業ロボット、トラック、エレベータ、船舶、建築用の足場、仮設設備などに力センサ２、２ａ～２ｌおよび力検知装置１を用いることができる。また、民生分野においては、たとえば民生機器、民生ロボット、遊具（たとえば、ジェットコースター）などに力センサ２、２ａ～２ｌおよび力検知装置１を用いることができる。
　また、実施形態１～３、変形例１～５の力センサ２、２ａ～２ｌおよび力検知装置１は、ボルトやシャフトの締付軸力を検知する用途に限定されず、他の用途であってもよい。たとえば、力センサ２、２ａ～２ｌおよび力検知装置１は、対象物に加えられる張力を検知する用途にも適している。具体的には、力センサ２、２ａ～２ｌおよび力検知装置１は、ケーブルなどにより吊り下げられている物体が正常に固定されているか否かの監視や、吊り橋ケーブルの監視に用いることができる。
　また、実施形態１～３、変形例１～５の力センサ２、２ａ～２ｌおよび力検知装置１は、対象物の重量を検知する用途にも適している。具体的には、力センサ２、２ａ～２ｌおよび力検知装置１は、ボトルやバッグ、タンクなどの内部に納められている物体の重量の検知や、過積載であるか否かの検知に用いることができる。
　また、実施形態１～３、変形例１～５の力センサ２、２ａ～２ｌおよび力検知装置１は、対象物に加えられる圧力を検知する用途にも適している。具体的には、力センサ２、２ａ～２ｌおよび力検知装置１は、プレス機械が対象物に加える圧力の検知や、押出機が対象物を溶融して押し出す際の圧力の検知に用いることができる。
　また、実施形態１～３、変形例１～５の力センサ２、２ａ～２ｌおよび力検知装置１は、対象物に加わる荷重を検知する用途にも適している。具体的には、力センサ２および力検知装置１は、温水便座や介護用ベッド、タッチペン、スイッチに加わる荷重の検知に用いることができる。
　また、実施形態１～３、変形例１～５の力センサ２、２ａ～２ｌおよび力検知装置１は、対象物に加わる握力を検知する用途にも適している。具体的には、力センサ２、２ａ～２ｌおよび力検知装置１は、電動ドライバ、電動歯ブラシ、パチンコのハンドル、釣竿、自動二輪車のブレーキ、自動二輪車のスロットルに加わる握力の検知に用いることができる。
　その他、実施形態１～３、変形例１～５の力センサ２、２ａ～２ｌおよび力検知装置１は、対象物に加えられる踏力を検知する用途にも適している。具体的には、力センサ２、２ａ～２ｌおよび力検知装置１は、自動車のアクセルやブレーキに加わる踏力の検知に用いることができる。
１　　力検知装置
２，２ａ～２ｌ　　力センサ
２０　　検知部
２１　　構造体（第１構造体）
２２　　構造体（第２構造体）
２１０，２２０　　通孔
２２３，２２４　　突起
２１３，２１４　　突起
２１５，２２５　　凸部
２１６，２２６　　凹部
２１７，２２７　　挿通孔
２１Ａ，２２Ａ　　縁部
２２０Ａ　　雌ねじ（ねじ）
２３　　弾性体
２５　　構造体（第３構造体）
２６　　構造体（第４構造体）
２６Ａ　　雌ねじ（ねじ）
２７　　ピン
３　　検知回路
３６　　基板
３７　　筐体
４　　コア
４０　　中空部
５　　コイル
６　　収集装置
７　　受信端末
１００　　力検知システム
Ｅ１２　　アンカーボルト（ねじ）
Ｓ１　　抑制構造
Ｓ１１～Ｓ１５　　ストッパ

Claims (22)

  1. 磁性体よりなるコアと、前記コアを通る磁束を発生するコイルとを有する検知部と、
    検知方向において前記検知部を間にして配置された第１構造体および第２構造体と、
    前記第１構造体の第１外周縁と前記第２構造体の第２外周縁との間に設けられて前記第１外周縁と前記第２外周縁とに接合され、前記コアよりも弾性率の低い材料よりなる弾性体と、
    を備え、
    前記検知部は、前記検知方向に前記第１構造体と前記第２構造体とから掛かる荷重を受けるように構成されている、力センサ。
  2. 前記検知方向の軸を中心とする回転方向において前記第１構造体を前記第２構造体に対して相対的に回転させない抑制構造をさらに備えた、請求項１に記載の力センサ。
  3. 前記抑制構造は前記第１構造体と前記第２構造体とに当接する第３構造体を有し、
    前記第１構造体の前記第３構造体に当接する部分は前記検知方向から見て非真円形状を有し、
    前記第２構造体の前記第３構造体に当接する部分は前記検知方向から見て非真円形状を有する、請求項２に記載の力センサ。
  4. 前記第１構造体は前記検知方向から見て四角形状を有し、
    前記第２構造体は前記検知方向から見て四角形状を有する、請求項３に記載の力センサ。
  5. 前記抑制構造は、
    　　　前記第１構造体に設けられた第１ストッパと、
    　　　前記第２構造体に設けられて、前記回転方向で前記第１ストッパに当接する第２ストッパと、
    を有する、請求項２に記載の力センサ。
  6. 前記第１ストッパは、前記第１構造体の前記第１外周縁から突出する第１突起を有し、
    前記第２ストッパは、前記第２構造体の前記第２外周縁から突出し前記第１突起を挟む一対の第２突起を有する、請求項５に記載の力センサ。
  7. 前記第１ストッパは、前記第１構造体の前記第１外周縁から突出する凸部を有し、
    前記第２ストッパには前記第２構造体の前記第２外周縁に設けられて前記凸部が嵌まり込む凹部が形成されている、請求項５記載の力センサ。
  8. 前記第１構造体は第１挿通孔が設けられており、
    前記第２構造体には、前記第１挿通孔と前記検知方向に連続して貫通する第２挿通孔が設けられており、
    前記抑制構造は、前記第１挿通孔と前記第２挿通孔とに挿し通されたピンを有する、請求項２に記載の力センサ。
  9. 前記第１構造体は前記第１外周縁から前記検知方向において前記第２構造体に向かって突出する第１縁部を有する、請求項２から８のいずれか１項に記載の力センサ。
  10. 前記第１構造体の前記第１縁部は前記第２構造体に向かって開いて前記第１縁部で囲まれた開口を構成し、
    前記第２構造体は、前記開口を塞いで板形状を有する、請求項９に記載の力センサ。
  11. 前記第２構造体は前記第２外周縁から前記検知方向において前記第１構造体に向かって突出する第２縁部を有し、
    前記第１構造体は前記第２構造体と同一の構造を有する、請求項９に記載の力センサ。
  12. 前記第１縁部は、前記第１構造体の前記第１外周縁に設けられて前記第１構造体とは別体で前記第１縁部を構成する第３構造体をさらに備えた、請求項９から１１のいずれか１項に記載の力センサ。
  13. 前記第１構造体と前記第２構造体と前記第３構造体とは別体の第４構造体をさらに備え、
    前記コアは中空部を有し、
    前記第４構造体は前記コアの前記中空の内周面を覆う、請求項１２に記載の力センサ。
  14. 前記第１構造体と前記第２構造体には、前記中空部と連続して前記検知方向に貫通する第１通孔と第２通孔とがそれぞれ設けられており、
    前記第４構造体には前記第１構造体と前記第２構造体とに向かって開く第３通孔が設けられており、
    前記第１構造体の前記第１通孔の内周面と、前記第２構造体の前記第２通孔の内周面と、前記第４構造体の前記第３通孔の内周面の少なくともいずれか１つにはねじが形成されている、請求項１３に記載の力センサ。
  15. 前記第１構造体は前記検知方向において前記第２構造体に向かって突出してかつ前記抑制構造として機能する縁部を有し、
    前記第２構造体の前記第１構造体の前記縁部に当接する部分は前記検知方向から見て非真円形状を有する、請求項２に記載の力センサ。
  16. 請求項１から１５のいずれか１項に記載の力センサと、
    前記コイルの磁気特性の変化に基づいて前記荷重を検知する検知回路と、
    を備えた力検知装置。
  17. 前記第１構造体と前記第２構造体と前記弾性体とにより囲まれた空間内に収納されて、前記検知回路が実装された基板をさらに備えた、請求項１６に記載の力検知装置。
  18. 前記検知回路を収納して、前記力センサに着脱可能に取り付けられた筐体をさらに備えた、請求項１６に記載の力検知装置。
  19. 複数のねじにそれぞれ取り付けられて、前記複数のねじの緩みをそれぞれ検知する複数の力センサを備え、
    前記複数の力センサのぞれぞれは請求項１から１５のいずれか１項に記載の力センサである、力検知システム。
  20. 前記複数の力センサから検知データを収集する収集装置をさらに備えた、請求項１９に記載の力検知システム。
  21. 前記収集装置の収集した前記検知データを含むデータ信号を受信する受信端末をさらに備えた、請求項２０に記載の力検知システム。
  22. 複数のねじにそれぞれ取り付けられた複数の力センサを準備するステップと、
    前記複数の力センサにより前記複数のねじの緩みをそれぞれ検知するステップと、
    を含み、
    前記複数の力センサのそれぞれは請求項１から１５のいずれか１項に記載の力センサである、力検知方法。
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