JP2017075871A - Force sensor, force detection device using the same, force detection system, and force detection method - Google Patents
Force sensor, force detection device using the same, force detection system, and force detection method Download PDFInfo
- Publication number
- JP2017075871A JP2017075871A JP2015203831A JP2015203831A JP2017075871A JP 2017075871 A JP2017075871 A JP 2017075871A JP 2015203831 A JP2015203831 A JP 2015203831A JP 2015203831 A JP2015203831 A JP 2015203831A JP 2017075871 A JP2017075871 A JP 2017075871A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- force
- force sensor
- detection
- core
- sensor according
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- 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
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
Abstract
【課題】力センサの薄型化を図る。
【解決手段】力センサ2は、検知部20と、第1構造体21および第2構造体22と、弾性体23とを備える。検知部20は、磁性体で形成されるコア4、およびコア4と磁気的に結合するコイル5を有する。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。第1構造体21および第2構造体22は、コア4の所定の検知方向における両側にそれぞれ配置される。弾性体23は、第1構造体21の外周縁と第2構造体22の外周縁との間に設けられて両者に接合され、コア4よりも弾性率の低い材料で形成される。そして、検知部20は、検知方向に沿う向きに第1構造体21および第2構造体22から掛かる荷重を受けるように構成される。
【選択図】図1To reduce the thickness of a force sensor.
A force sensor includes a detection unit, a first structure, a second structure, and an elastic body. 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. In the detection unit 20, the magnetic flux generated by the coil 5 by energization passes through the core 4. The first structure 21 and the second structure 22 are respectively disposed on both sides of the core 4 in a predetermined detection direction. The elastic body 23 is provided between the outer peripheral edge of the first structure 21 and the outer peripheral edge of the second structure 22, joined to both, and is formed of a material having a lower elastic modulus than the core 4. The detection unit 20 is configured to receive a load applied from the first structure 21 and the second structure 22 in a direction along the detection direction.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、一般に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、より詳細には、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。 The present invention generally relates to a force sensor, a force detection device using the force sensor, a force detection system, a force detection method, and more specifically, a force sensor for detecting a load applied to a magnetic body by using an inverse magnetostriction effect of the magnetic body, and The present invention relates to a force detection device, a force detection system, and a force detection method using the same.
従来、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ロードセル(力センサ)が知られており、たとえば特許文献1に開示されている。特許文献1に記載の力センサは、平面視で円環形状の外周固定部と、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、それぞれ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。
2. Description of the Related Art Conventionally, a load cell (force sensor) that detects a load using a strain gauge (strain gauge) is known. The force sensor described in
しかしながら、上記従来例は、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構成となっているため、板状部材(プレート)を加工することで起歪部を設ける必要がある。このため、上記従来例では、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という問題があった。 However, since the conventional example is configured to detect 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 (plate). For this reason, in the above conventional example, there is a problem in that it is difficult to reduce the thickness of the force sensor because a plate having a thickness capable of designing the strain generating portion is required.
本発明は、上記の点に鑑みて為されており、力センサの薄型化を図ることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and an object thereof is to reduce the thickness of a force sensor.
第1の形態の力センサは、磁性体で形成されるコア、および前記コアと磁気的に結合するコイルを有し、通電により前記コイルが発生する磁束が前記コアを通る検知部と、前記コアの所定の検知方向における両側にそれぞれ配置される第1構造体および第2構造体と、前記第1構造体の外周縁と前記第2構造体の外周縁との間に設けられて両者に接合され、前記コアよりも弾性率の低い材料で形成される弾性体とを備え、前記検知部は、前記検知方向に沿う向きに前記第1構造体および前記第2構造体から掛かる荷重を受けるように構成されることを特徴とする。 A force sensor according to a first aspect includes a core formed of a magnetic material, and a coil that is magnetically coupled to the core, and a magnetic flux generated by the coil when energized passes through the core; and the core And a first structure and a second structure respectively disposed on both sides in a predetermined detection direction, and provided between and joined to the outer periphery of the first structure and the outer periphery of the second structure. And an elastic body formed of a material having a lower elastic modulus than the core, and the detection unit receives a load applied from the first structure body and the second structure body in a direction along the detection direction. It is comprised by this.
第2の形態の力センサは、第1の形態において、前記検知方向に沿う軸周りにおける前記第1構造体および前記第2構造体の相対的な回転を抑制する抑制構造をさらに備えることが好ましい。 In the first embodiment, the force sensor according to the second aspect preferably further includes a suppression structure that suppresses relative rotation of the first structure and the second structure around the axis along the detection direction. .
第3の形態の力センサは、第2の形態において、前記抑制構造として、前記第1構造体および前記第2構造体は、それぞれ前記検知方向から見て非真円形状に形成されることが好ましい。 In the force sensor of the third form, in the second form, as the restraining structure, the first structure and the second structure may each be formed in a non-circular shape when viewed from the detection direction. preferable.
第4の形態の力センサは、第3の形態において、前記第1構造体および前記第2構造体は、それぞれ前記検知方向から見て四角形状に形成されることが好ましい。 In the force sensor according to the fourth aspect, in the third aspect, it is preferable that the first structure and the second structure are each formed in a square shape when viewed from the detection direction.
第5の形態の力センサは、第2乃至第4のいずれかの形態において、前記抑制構造として、前記第1構造体および前記第2構造体は、それぞれ前記回転の方向において突き合わされるストッパを備えることが好ましい。 A force sensor according to a fifth aspect is the force sensor according to any one of the second to fourth aspects, wherein the first structure and the second structure each have a stopper that is abutted in the rotation direction as the suppression structure. It is preferable to provide.
第6の形態の力センサは、第5の形態において、前記ストッパは、前記第1構造体および前記第2構造体のいずれか一方の外周縁から突出する第1突起と、他方の外周縁から突出し前記第1突起を挟む一対の第2突起とで構成されることが好ましい。 The force sensor according to a sixth aspect is the force sensor according to the fifth aspect, wherein the stopper includes a first protrusion protruding from an outer peripheral edge of one of the first structure and the second structure, and an outer peripheral edge of the other. A pair of second protrusions that protrude and sandwich the first protrusion is preferable.
第7の形態の力センサは、第5の形態において、前記ストッパは、前記第1構造体および前記第2構造体のいずれか一方の外周縁から突出する凸部と、他方の外周縁に設けられて前記凸部が嵌まり込む凹部とで構成されることが好ましい。 A force sensor according to a seventh aspect is the force sensor according to the fifth aspect, wherein the stopper is provided on a convex portion protruding from one outer peripheral edge of the first structure or the second structure and on the other outer peripheral edge. It is preferable that it is comprised with the recessed part which the said convex part fits.
第8の形態の力センサは、第5の形態において、前記第1構造体および前記第2構造体には、前記検知方向において連続して貫通する挿通孔が設けられ、前記ストッパは、前記挿通孔と、前記挿通孔に挿し通されるピンとで構成されることが好ましい。 In the force sensor according to an eighth aspect, in the fifth aspect, the first structure and the second structure are provided with an insertion hole that continuously penetrates in the detection direction, and the stopper It is preferable to be configured by a hole and a pin inserted through the insertion hole.
第9の形態の力センサは、第2乃至第8のいずれかの形態において、前記第1構造体および前記第2構造体の少なくとも一方の外周縁から前記検知方向において前記検知部側に突出する縁部をさらに備えることが好ましい。 In any one of the second to eighth embodiments, the force sensor according to the ninth aspect projects from the outer peripheral edge of at least one of the first structure and the second structure toward the detection unit in the detection direction. It is preferable to further provide an edge.
第10の形態の力センサは、第9の形態において、前記第1構造体および前記第2構造体のいずれか一方は、他方の前記縁部に囲まれた開口を塞ぐ板状の蓋であることが好ましい。 A force sensor according to a tenth aspect is the plate according to the ninth aspect, wherein one of the first structure and the second structure is a plate-like lid that closes an opening surrounded by the other edge. It is preferable.
第11の形態の力センサは、第9または第10の形態において、前記第1構造体および前記第2構造体は、同一の構造であることが好ましい。 In the ninth or tenth aspect of the force sensor according to the eleventh aspect, it is preferable that the first structure and the second structure have the same structure.
第12の形態の力センサは、第9乃至第11のいずれかの形態において、前記縁部は、前記第1構造体および前記第2構造体とは別体の第3構造体からなることが好ましい。 In a force sensor according to a twelfth aspect, in any one of the ninth to eleventh aspects, the edge includes a third structure that is separate from the first structure and the second structure. preferable.
第13の形態の力センサは、第12の形態において、前記コアは、中空部を有し、前記コアの内周面を覆い、前記第1構造体、前記第2構造体、および前記第3構造体とは別体の第4構造体をさらに備えることが好ましい。 A force sensor according to a thirteenth aspect is the twelfth aspect, wherein the core has a hollow portion, covers an inner peripheral surface of the core, the first structure body, the second structure body, and the third structure. It is preferable to further include a fourth structure that is separate from the structure.
第14の形態の力センサは、第13の形態において、前記第1構造体および前記第2構造体は、それぞれ前記中空部と連続して前記検知方向に貫通する通孔を有し、前記第1構造体の前記通孔の周面、前記第2構造体の前記通孔の周面、および前記第4構造体の内周面の少なくともいずれか1つには、ねじが形成されることが好ましい。 According to a fourteenth aspect, in the thirteenth aspect, the first structure and the second structure each have a through-hole penetrating in the detection direction continuously with the hollow portion. A screw may be formed on at least one of the peripheral surface of the through hole of one structure, the peripheral surface of the through hole of the second structure, and the inner peripheral surface of the fourth structure. preferable.
第15の形態の力検知装置は、第1乃至第14のいずれかの形態の力センサと、前記コイルの磁気特性の変化に基づいて荷重を検知する検知回路とを備えることを特徴とする。 A force detection device according to a fifteenth aspect includes the force sensor according to any one of the first to fourteenth aspects, and a detection circuit that detects a load based on a change in magnetic characteristics of the coil.
第16の形態の力検知装置は、第15の形態において、前記検知回路は、前記第1構造体、前記第2構造体、および前記弾性体により囲まれる空間内に収納される基板に実装されることが好ましい。 According to a sixteenth aspect, in the fifteenth aspect, the force detection device is mounted on a substrate housed in a space surrounded by the first structure, the second structure, and the elastic body. It is preferable.
第17の形態の力検知装置は、第15の形態において、前記検知回路は筐体内に収納され、前記筐体は、前記力センサに着脱可能に取り付けられることが好ましい。 In a force detection device according to a seventeenth aspect, in the fifteenth aspect, it is preferable that the detection circuit is housed in a housing, and the housing is detachably attached to the force sensor.
第18の形態の力検知システムは、第1乃至第14のいずれかの形態の力センサを複数備え、前記複数の力センサは、それぞれ複数のねじに取り付けられて、前記複数のねじの各々の緩みを検知することを特徴とする。 A force detection system according to an eighteenth aspect includes a plurality of force sensors according to any one of the first to fourteenth aspects, and the plurality of force sensors are respectively attached to a plurality of screws, and each of the plurality of screws is provided. It is characterized by detecting looseness.
第19の形態の力検知システムは、第18の形態において、前記複数の力センサの各々から検知データを収集する収集装置をさらに備えることが好ましい。 In a nineteenth aspect, the force detection system according to the nineteenth aspect preferably further includes a collection device that collects detection data from each of the plurality of force sensors.
第20の形態の力検知システムは、第19の形態において、前記収集装置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をさらに備えることが好ましい。 In a nineteenth aspect, a force detection system according to a twentieth aspect preferably further includes a receiving terminal that receives a data signal including the detection data collected by the collection device.
第21の形態の力検知方法は、第1乃至第14のいずれかの形態の力センサを複数用いて、前記複数の力センサをそれぞれ複数のねじに取り付けて、前記複数のねじの各々の緩みを検知することを特徴とする。 A force detection method according to a twenty-first aspect uses a plurality of force sensors according to any one of the first to fourteenth aspects, attaches the plurality of force sensors to a plurality of screws, and loosens each of the plurality of screws. It is characterized by detecting.
本発明は、第1構造体と第2構造体とをコアの所定の検知方向における両側に配置し、第1構造体および第2構造体の両者に弾性体を接合した構成となっている。このため、本発明では、第1構造体および第2構造体に従来例のような起歪部を設ける加工が必要ではないので、第1構造体および第2構造体の厚さ方向の寸法を小さくすることができる。したがって、本発明は、第1構造体および第2構造体の厚さ方向の寸法を小さくすることで、力センサの薄型化を図ることができる。 In the present invention, the first structure and the second structure are arranged on both sides in the predetermined detection direction of the core, and an elastic body is joined to both the first structure and the second structure. For this reason, in the present invention, since it is not necessary to provide the first structure and the second structure with a strain generating portion as in the conventional example, the dimension in the thickness direction of the first structure and the second structure is set. Can be small. Therefore, according to the present invention, the force sensor can be thinned by reducing the dimension in the thickness direction of the first structure and the second structure.
本発明の実施形態に係る力センサ2は、図1A〜図1Cに示すように、検知部20と、第1構造体21および第2構造体22と、弾性体23とを備えている。検知部20は、磁性体で形成されるコア4、およびコア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。第1構造体21および第2構造体22は、コア4の所定の検知方向における両側にそれぞれ配置されている。弾性体23は、第1構造体21の外周縁と第2構造体22の外周縁との間に設けられて両者に接合され、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、検知方向に沿う向きに第1構造体21および第2構造体22から掛かる荷重を受けるように構成されている。
As shown in FIGS. 1A to 1C, the
また、本発明の実施形態に係る力検知装置1は、図1Aに示すように、力センサ2と、検知回路3とを備えている。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)の変化に基づいて荷重を検知する。
Moreover, the
また、本発明の実施形態に係る力検知システム100は、図16に示すように、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に取り付けられて、複数のねじの各々の緩みを検知する。
Moreover, the
また、本発明の実施形態に係る力検知方法は、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。
The force detection method according to the embodiment of the present invention uses a plurality of
以下、本発明の実施形態1〜3、変形例1〜5の力センサ2および力検知装置1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1〜3、変形例1〜5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。
Hereinafter, the
また、以下の説明では、コア4の厚さ方向(検知方向)を上下方向とし、コア4から見て第1構造体21側を下方、第2構造体22側を上方として説明するが、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。
In the following description, the thickness direction (detection direction) of the
<実施形態1>
本発明の実施形態1の力検知装置1は、図1Aに示すように、力センサ2と、検知回路3とを備えている。また、本実施形態の力センサ2は、図1A〜図1Cに示すように、検知部20と、第1構造体21と、第2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、第2構造体22および弾性体23の図示を省略している。
<
The
検知部20は、図1Aに示すように、磁性体で形成されるコア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は平面視で円環状に形成されており、中空部40を有している。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ればよい。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。
As shown in FIG. 1A, the
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、導線をコア4の一部に巻き付けることで構成されている。なお、導線としては、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。ここで、コア4において導線が巻き付けられる部位(図1B参照)を「取付部41」と称する。
The
取付部41は、図1Cに示すように、その上下方向の寸法が、コア4の他の部位の上下方向の寸法内にコイル5が収まるように設計されている。このため、本実施形態の力センサ2では、コイル5の一部がコア4の上面(または下面)よりも突出することがないので、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の断線を防止することができる。なお、取付部41を上記の寸法で設計するか否かは任意である。
As shown in FIG. 1C, the mounting
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が通る。このため、コア4には、中空部40の周方向に沿った磁路(磁気回路)M1が形成される。この磁路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。
As shown in FIG. 1B, magnetic flux generated when the
第1構造体21および第2構造体22は、いずれもたとえば金属材料で形成される板状の部材である。第1構造体21は、図1Bに示すように、平面視で円形状に形成されている。また、第2構造体22は、第1構造体21と同様に平面視で円形状に形成されている。第1構造体21は、図1Cに示すように、コア4の下面に接する形でコア4の下側に配置される。また、第2構造体22は、図1Cに示すように、コア4の上面に接する形でコア4の上側に配置される。つまり、第1構造体21および第2構造体22は、上下方向(検知方向)の両側からコア4を挟むように配置される。なお、第1構造体21とコア4との間、および第2構造体22とコア4との間のそれぞれに隙間があってもよい。
The
なお、第1構造体21および第2構造体22の形状は、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であってもよい。また、第1構造体21および第2構造体22は、想定される荷重に耐え得る強度を有していればよい。さらに、第1構造体21および第2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。
In addition, the shape of the
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である。弾性体23は、第1構造体21の上面の外周縁と、第2構造体22の下面の外周縁とに接着することで、第1構造体21および第2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で形成されていればよい。
The
また、弾性体23は、第1構造体21の外周縁と第2構造体22の外周縁との間に設けられて両者に接合される構成であればよい。また、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が第1構造体21および第2構造体22の両者に接合される構成であってもよい。さらに、弾性体23は、第1構造体21の外周縁および第2構造体22の外周縁の全周にわたって設けられている構成に限定されない。つまり、第1構造体21および第2構造体22の傾きが抑えられる程度に、弾性体23が第1構造体21および第2構造体22の両者に接合されていればよい。
Moreover, the
基板24は、図1Cに示すように、第1構造体21および第2構造体22、並びに弾性体23で囲まれる空間内に収納されている。基板24は、その外周縁が弾性体23に接することで固定されている。また、基板24は、図16Cに示すように平面視で円環形状に形成されており、その中央部は、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の位置決め孔240となっている。この位置決め孔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の形状は、平面視で円形状に限定されず、たとえば平面視で矩形状であってもよい。つまり、位置決め孔240は、コア4が嵌まり込む形状であればよい。
As shown in FIG. 1C, the
検知回路3は、図2に示すように、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。
As shown in FIG. 2, the
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と並列にキャパシタを電気的に接続することで構成してもよい。
As shown in FIG. 2, the equivalent circuit of the
本実施形態の力センサ2では、検知回路3は、基板24に電子部品を実装することで構成されている。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。
In the
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。ここでは、検知回路3の発振回路30がコイル5に電流を供給する。
Hereinafter, operations of the
次に、第1構造体21の下面に上向きに荷重(図1Cに示す上向きの矢印参照)が加わると、弾性体23が撓むことにより第1構造体21が押し上げられ、第1構造体21を介してコア4に荷重が加わる。すると、逆磁歪効果により、荷重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、第2構造体22の上面に下向きに荷重(図1Cに示す下向きの矢印参照)が加わると、弾性体23が撓むことにより第2構造体22が押し下げられ、第2構造体22を介してコア4に荷重が加わる。この場合も、荷重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)に沿う向きに第1構造体21および第2構造体22から掛かる荷重を受けるように構成されている。
Next, when an upward load is applied to the lower surface of the first structure 21 (see the upward arrow shown in FIG. 1C), the
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。このため、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。
When the inductance of the
上述のように、本実施形態の力センサ2は、第1構造体21と第2構造体22とをコア4の上下方向(所定の検知方向)の両側に配置し、第1構造体21および第2構造体22の両者に弾性体23を接合した構成となっている。このため、本実施形態の力センサ2では、第1構造体21および第2構造体22に従来例のような起歪部を設ける加工が必要ではないので、第1構造体21および第2構造体22の厚さ方向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、第1構造体21および第2構造体22の厚さ方向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、第1構造体21または第2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。
As described above, the
とくに、本実施形態の力センサ2では、弾性体23が、第1構造体21の外周縁と第2構造体22の外周縁との間に設けられて両者に接合される構造を有している。このため、本実施形態の力センサ2は、第1構造体21または第2構造体22に荷重が加わると、コア4が検知方向に沿う向きに第1構造体21および第2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。
In particular, in the
また、コア4の薄型化を図る際には、磁気飽和を起こり難くすることが設計上の課題となるが、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という利点もある。
Further, when the thickness of the
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、導線をコア4の外周に沿って巻き付けること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を設ける等してコア4を加工する必要がないので、コア4を製作し易いという利点がある。また、この構成では、コア4の外周に導線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を製作し易いという利点がある。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、導線をコア4の外周に沿って巻き付けることでコイル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。
Further, in the
ここで、本実施形態の力センサ2では、図3に示すように、第1構造体21および第2構造体22は、それぞれコア4の中空部40と連続して上下方向(検知方向)に貫通する平面視で円形状の通孔210,220を有していてもよい。通孔210,220は、たとえばボルトの軸部をコア4の中空部40に通すために用いられる。なお、通孔210,220の形状は、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であればよい。また、この構成では、第1構造体21における通孔210の周縁と、第2構造体22における通孔220の周縁との間にも、弾性体23が設けられている。
Here, in the
なお、本実施形態の力センサ2では、基板24を備えるか否かは任意である。すなわち、本実施形態の力センサ2は、第1構造体21および第2構造体22、並びに弾性体23によりコア4を位置決めする構造であれば、基板24を設けなくてもよい。但し、基板24を備える構成であれば、第1構造体21および第2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、第1構造体21および第2構造体22の厚さ寸法を小さくすることができるという利点がある。
In addition, in the
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する構成であってもよい。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構成であれば、その他の構成であってもよい。
Further, in the
以下、本実施形態の力検知装置1を用いて、締付軸力を検知する実施例について図4A、図4Bを参照して説明する。なお、締付軸力とは、ボルトB1に対してナットC1を締め付ける際に、構造物A1(たとえば、壁や天井など)に加わるボルトB1の軸方向に沿った荷重をいう(図4B参照)。
Hereinafter, an example in which the tightening axial force is detected using the
この実施例において、本実施形態の力検知装置1は、図4Aに示すように、力センサ2と、検知回路3を実装した基板300とをケース10に収納して構成されている。ケース10は、力センサ2を保護する半円盤状の第1ケース10Aと、基板300を保護する扁平な直方体状の第2ケース10Bとで構成されている。ここでは、ケース10は、力センサ2の第1構造体21および第2構造体22、弾性体23で構成されている。
In this example, as shown in FIG. 4A, the
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、およびコア4の中空部40に通す。そして、構造物A1との間で第1ケース10Aを挟む形で、ナットC1を軸部B10に対して締め付ける。すると、第1構造体21および第2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。
Hereinafter, the usage method of the
<実施形態2>
本発明の実施形態2の力センサ2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および力検知装置1を用いることが考えられる。
<
The
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2は、複数の検知部20を備えるのが好ましい。
Here, when using the
以下、複数の検知部20を備える本実施形態の力センサ2および力検知装置1について図面を用いて説明する。なお、本実施形態の力センサ2および力検知装置1において、実施形態1と共通する構成要素については適宜説明を省略する。
Hereinafter, the
本実施形態の力センサ2は、図5A,図5Bに示すように、複数(ここでは、12個)の検知部20と、第1構造体21と、第2構造体22と、弾性体23と、基板24とを備えている。複数の検知部20は、上下方向(検知方向)と直交する平面に沿って配置されている。なお、図5Bでは、第2構造体22および弾性体23の図示を省略している。また、「直交」とは、完全な「直交」のみではなく、「ほぼ直交」を含む表現である。
As shown in FIGS. 5A and 5B, the
第1構造体21は、図5Bに示すように平面視で正方形状に形成されている。また、第2構造体22は、第1構造体21と同様に平面視で正方形状に形成されている。第1構造体21は、図5Aに示すように、複数(図示では2つ)のコア4の下面に接する形で複数のコア4の下側に配置される。また、第2構造体22は、図5Aに示すように、複数(図示では2つ)のコア4の上面に接する形で複数のコア4の上側に配置される。つまり、第1構造体21および第2構造体22は、上下方向(検知方向)の両側から複数のコア4を挟むように配置される。
The
第1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)に貫通する平面視で円形状の通孔210が設けられている。また、第2構造体22には、図5Aに示すように、その中央部を上下方向(検知方向)に貫通する平面視で円形状の通孔220が設けられている。なお、通孔210,220の形状は、平面視で円形状に限定されず、ボルトの軸部やテンドンD111(後述する)を通すことが可能な形状であればよい。
As shown in FIG. 5A and FIG. 5B, the
弾性体23は、図5Aに示すように、第1構造体21の上面の外周縁と、第2構造体22の下面の外周縁とに接着することで、第1構造体21および第2構造体22を互いに結合する。また、弾性体23は、図5Aに示すように、第1構造体21の上面における通孔210の周縁と、第2構造体22の下面における通孔220の周縁とに接着することで、第1構造体21および第2構造体22を互いに結合する。つまり、弾性体23は、第1構造体21および第2構造体22の両者に接合される構成であればよい。
As shown in FIG. 5A, the
基板24は、図5Aに示すように、第1構造体21および第2構造体22、並びに弾性体23で囲まれる空間内に収納されている。基板24は、図5Bに示すように平面視で正方形状に形成されている。また、基板24の中央部には、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)を有する平面視で円形状の通孔241が設けられている。この通孔241は、通孔210,220と同様に、ボルトの軸部やテンドンD111を通すことが可能な形状であればよい。基板24は、その外周縁と、通孔241の周面とがそれぞれ弾性体23に接することで固定されている。
As shown in FIG. 5A, the
また、基板24には、図5Bに示すように、通孔241の周囲に複数(図示では12個)の位置決め孔240が設けられている。各位置決め孔240は、平面視で円形状に形成され、通孔241の周方向に沿って等間隔に設けられている。なお、位置決め孔240の形状は、平面視で円形状に限定されず、コア4が嵌まり込む形状であればよい。
Further, as shown in FIG. 5B, the
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実施例について図6を参照して説明する。なお、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。
Hereinafter, the Example which detects the tensile force of the anchor D1 used by the ground anchor construction method using the
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。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。テンドンD111の長手方向の第1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の長手方向の第2端は、アンカー構造体D102の孔D103、および本実施形態の力センサ2の通孔210,220,241に通された状態で、ナットD101が締め付けられている。
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. The tension portion D11 includes a bar-shaped tendon D111 made of, for example, a PC (Prestressed Concrete) steel strand. An anchor body is mechanically connected to the first end of the tendon D111 in the longitudinal direction. Further, the second end of the tendon D111 in the longitudinal direction is passed through the hole D103 of the anchor structure D102 and the through
本実施形態の力センサ2は、ナットD101とアンカー構造体D102とで挟まれる形で配置されている。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2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。
The
上述のように、本実施形態の力センサ2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構成となっている。したがって、本実施形態の力センサ2および力検知装置1は、1つの検知部20のみを備える場合と比較して、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2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。
As described above, the
<実施形態3>
以下、本発明の実施形態3の力センサ2および力検知装置1について図面を用いて説明する。なお、本実施形態の力センサ2および力検知装置1において、実施形態1と共通する構成要素については適宜説明を省略する。本実施形態の力検知装置1は、図7、図8に示すように、力センサ2と、基板36とを備えている。力センサ2は、第1構造体21と、第2構造体22と、弾性体23と、第3構造体25と、第4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の図示を省略している。
<
Hereinafter, a
第1構造体21は、平板であって、平面視で四角形状に形成されている。第1構造体21には、その上面から上向きに突出する扁平な段部211が一体に形成されている。同様に、第2構造体22は、平板であって、平面視で四角形状に形成されている。第2構造体22には、その下面から下向きに突出する扁平な段部221が一体に形成されている。また、第1構造体21および第2構造体22は、それぞれコア4の中空部40と連続して上下方向(検知方向)に貫通する平面視で円形状の通孔210,220を有している。つまり、本実施形態の力検知装置1では、第1構造体21および第2構造体22は、同一の構造である。
The
第3構造体25は、角筒状に形成されている。第3構造体25の下側の開口は、第1構造体21の段部211が嵌り込むことにより、第1構造体21で塞がれるようになっている。また、第3構造体25には、平面視で円形状の孔250が設けられている。孔250は、後述する基板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を通すために用いられる。第3構造体25の上側の開口は、第2構造体22の段部221が嵌り込むことにより、第2構造体22で塞がれるようになっている。
The
第1構造体21の上面の外周縁と、第3構造体25の下面の外周縁とは、弾性体23により接合される。また、第2構造体22の下面の外周縁と、第3構造体25の上面の外周縁とは、弾性体23により接合される。そして、基板36と、コイル5を有するコア4とが、第1構造体21、第2構造体22、第3構造体25、および弾性体23で囲まれる空間内に収納される。
The outer peripheral edge of the upper surface of the
第4構造体26は、円筒状であって、コア4の中空部40に収まる寸法で形成されている。第4構造体26の中空部は、通孔210,220と共に、たとえばボルトの軸部を通すために用いられる。第1構造体21の上面における通孔210の周縁と、第4構造体26の下面とは、弾性体23により接合される。また、第2構造体22の下面における通孔220の周縁と、第4構造体26の上面とは、弾性体23により接合される。
The
基板36は、平面視で矩形状であって、第3構造体25の内側に収まる寸法で形成されている。基板36の中央部には、コア4の外径寸法よりも僅かに大きい径寸法を有する平面視で円形状の位置決め孔360が設けられている。この位置決め孔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における位置決め孔360を除いた部位には、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。
The
ここで、本実施形態の力センサ2の比較例として、第1構造体21および第2構造体22が平面視で円形状に形成されている構成を考える。この構成において、たとえば通孔210,220および第4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場合を考える。この場合、ナットを締め付ける際に第1構造体21(第2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る。そして、上下方向(検知方向)に沿う軸X1(図7参照)周りで、第1構造体21(第2構造体22)が第2構造体22(第1構造体21)に対して相対的に回転する可能性がある。このように第1構造体21(第2構造体22)が第2構造体22(第1構造体21)に対して相対的に回転すると、第1構造体21(第2構造体22)に接する弾性体23にモーメントが加わる。そして、弾性体23の一部が破断したり剥がれたりなどして、弾性体23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、力センサ2による荷重の検知精度が低下する可能性がある。
Here, as a comparative example of the
そこで、本実施形態の力センサ2は、上下方向(検知方向)に沿う軸周りにおける第1構造体21および第2構造体22の相対的な回転を抑制する抑制構造S1をさらに備えている。具体的には、本実施形態の力センサ2では、第1構造体21および第2構造体22は、それぞれ上下方向(検知方向)から見て四角形状に形成されている。つまり、本実施形態の力センサ2では、抑制構造S1として、第1構造体21および第2構造体22は、それぞれ上下方向(検知方向)から見て非真円形状に形成されている。
Therefore, the
また、本実施形態の力センサ2では、第1構造体21および第2構造体22と共に、第3構造体25も上下方向(検知方向)から見て四角形状に形成されている。そして、第1構造体21および第2構造体22は、それぞれ第3構造体25の開口に嵌り込んでいる。
Further, in the
つまり、本実施形態の力センサ2では、第1構造体21および第2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第1構造体21(第2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、第3構造体25に第1構造体21(第2構造体22)が引っ掛かるので、第1構造体21(第2構造体22)の回転が妨げられる。このため、本実施形態の力センサ2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。
That is, in the
本実施形態の力センサ2では、第1構造体21および第2構造体22は平面視で四角形状であるが、平面視で非真円形状であればよく、たとえば平面視で三角形状、さらに角の多い多角形状であってもよい。また、第1構造体21および第2構造体22は、平面視で楕円形状や台形状であってもよい。その他、第1構造体21および第2構造体22は、平面視で円形の一部に角を有する形状であってもよい。
In the
ところで、本実施形態の力センサ2では、たとえば図9Aに示すように、第3構造体25を備える代わりに、第2構造体22に縁部22Aが設けられていてもよい。第1構造体21および第2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に形成されている。縁部22Aは、第2構造体22の外周縁から下向きに突出するようにして、第2構造体22と一体に形成されている。また、弾性体23は、第1構造体21の上面の外周縁と、縁部22Aの下面との両者に接合されている。
Incidentally, in the
図9Aに示す構成の他に、図9Bに示すように、第1構造体21の段部211に下向きに窪んだ窪み部211Aが設けられた構成であってもよい。なお、図9A、図9Bでは、第1構造体21および第2構造体22を除いた構成要素の図示を省略している。
In addition to the configuration shown in FIG. 9A, as shown in FIG. 9B, the
図9A、図9Bに示す構成では、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)に沿って移動したとしても、コア4または基板36が縁部22Aに当たるため、その移動が規制される。つまり、図9A、図9Bに示す構成では、コア4の径方向の移動を規制することができ、コア4が径方向に沿って外部に飛び出すのを防止することができる。
9A and 9B, even when the
また、図9A、図9Bに示す構成では、第1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に示す構成では、径方向において、縁部22Aと第1構造体21とが対向するので、径方向に沿って外力が加わったとしても、第1構造体21および第2構造体22、並びにコア4の径方向のぐらつきを抑えることができる。その結果、図9A、図9Bに示す構成では、荷重に対する検知精度を向上させることができる。
In the configuration shown in FIGS. 9A and 9B, the
その他、本実施形態の力センサ2では、たとえば図10A、図10Bに示すように、第3構造体25を備える代わりに、第1構造体21に縁部21Aが設けられていてもよい。第1構造体21および第2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に形成されている。縁部21Aは、第1構造体21の外周縁から上向きに突出するようにして、第1構造体21と一体に形成されている。また、第1構造体21は、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、第1構造体21の上面から上向きに突出するようにして、第1構造体21に一体に形成されている。
In addition, in the
第2構造体22は、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寸法で形成されている。第2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23は、第1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、第1構造体21および第2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、第1構造体21および第2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。
The
この構成では、図9A、図9Bに示す構成と同様に、コア4の径方向の移動を規制することができ、コア4が径方向に沿って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、第2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、この構成では、図9A、図9Bに示す構成と同様に、径方向に沿って外力が加わったとしても、第1構造体21および第2構造体22、並びにコア4の径方向の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。
In this configuration, similarly to the configurations shown in FIGS. 9A and 9B, the movement of the
つまり、本実施形態の力センサ2では、第1構造体21および第2構造体22の少なくとも一方の外周縁から上下方向(検知方向)において検知部20側に突出する縁部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、第1構造体21および第2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。
That is, in the
ここで、本実施形態の力センサ2は、図7、図8に示すように、縁部21A(縁部22A)を第1構造体21(第2構造体22)と一体に形成する代わりに、第3構造体25を備えている。つまり、本実施形態の力センサ2では、縁部21A(縁部22A)は、第1構造体21および第2構造体22とは別体の第3構造体25からなる。
Here, the
このように、本実施形態の力センサ2では、各構造体21,22,23が分割して形成されている。このため、本実施形態の力センサ2では、たとえば縁部21Aを第1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場合と比較して、各構造体21,22,23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2は、各構造体21,22,23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、第3構造体25を備えるか否かは任意である。
Thus, in the
また、本実施形態の力センサ2では、第1構造体21および第2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、第1構造体21および第2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。
Moreover, in the
また、本実施形態の力センサ2では、図7、図8に示すように、コア4は、中空部40を有している。そして、力センサ2は、コア4の内周面を覆い、第1構造体21、第2構造体22、および第3構造体25とは別体の第4構造体26をさらに備えている。このため、本実施形態の力センサ2では、たとえば第4構造体26を第2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場合と比較して、第4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、第4構造体26を備えるか否かは任意である。
Further, in the
また、本実施形態の力センサ2では、図11Aに示すように、第2構造体22の通孔220の周面に雌ねじ(ねじ)220Aが形成されていてもよい。この構成では、力センサ2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2をナットの代わりに用いることが可能である。もちろん、第2構造体22の通孔220の周面ではなく、第1構造体21の通孔210の周面に雌ねじ(ねじ)が形成されていてもよい。
Moreover, in the
また、本実施形態の力センサ2では、図11Bに示すように、第4構造体26の内周面に雌ねじ(ねじ)26Aが形成されていてもよい。この構成においても、力センサ2をナットの代わりに用いることが可能である。
Further, in the
つまり、本実施形態の力センサ2では、第1構造体21および第2構造体22は、それぞれ中空部40と連続して上下方向(検知方向)に貫通する通孔210,220を有していてもよい。そして、第1構造体21の通孔210の周面、第2構造体22の通孔220の周面、および第4構造体26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てもよい。
That is, in the
ところで、本実施形態の力検知装置1では、既に述べたように、検知回路3が実装された基板36は、第1構造体21、第2構造体22、第3構造体25、および弾性体23で囲まれる空間内に収納されている。つまり、検知回路3は、第1構造体21、第2構造体22、および弾性体23により囲まれる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1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。
By the way, in the
なお、上記構成を採用するか否かは任意である。つまり、力検知装置1は、検知回路3を収納するための筐体を備えていてもよい。たとえば図12に示すように、力検知装置1は、力センサ2と、筐体37とを備えていてもよい。筐体37には、検知回路3が実装された基板36が収納される。
Whether or not to adopt the above configuration is arbitrary. That is, the
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2A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。
The
つまり、検知回路3は、筐体37内に収納されていてもよい。そして、筐体37は、力センサ2に着脱可能に取り付けられてもよい。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の第1構造体21および第2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。
That is, the
なお、力検知装置1は、筐体37を備えずに、たとえばコア4を挟み込むようにしてフレキシブル基板を折り畳んで構成されていてもよい。この場合、検知回路3は、フレキシブル基板に実装される。
Note that the
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。
Each
以下、実施形態3の変形例1〜5の力センサ2についてそれぞれ図13〜図17を用いて説明する。なお、各変形例の力センサ2において、実施形態3と共通する構成要素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2は、第3構造体25を備えていない。また、図13〜図17では、第1構造体21および第2構造体22を除いた構成要素の図示を省略している。
Hereinafter, the
変形例1〜5の力センサ2では、図13〜図17に示すように、抑制構造S1として、第1構造体21および第2構造体22は、それぞれ回転の方向において突き合わされるストッパS11〜S15を備えている。ここで、「回転」とは、上下方向(検知方向)に沿う軸X1周りにおける第1構造体21および第2構造体22の相対的な回転のことである。このため、変形例1〜5の力センサ2では、実施形態3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。
In the
<変形例1>
変形例1の力センサ2では、図13に示すように、第1構造体21および第2構造体22は、それぞれ平面視で円形状に形成されている。また、第1構造体21には、縁部21Aが一体に形成されている。縁部21Aは、その上端縁から上向きに突出する爪212を複数(図示では3つ)有している。複数の爪212は、縁部21Aの周方向に沿って等間隔に設けられている。また、第2構造体22の上面には、爪212の先端が引っ掛かる窪み222が複数(図示では3つ)設けられている。複数の窪み222は、第2構造体22の周方向に沿って等間隔に設けられている。
<
In the
本変形例の力センサ2では、爪212がそれぞれ複数の窪み222に引っ掛かることにより、第1構造体21および第2構造体22の相対的な回転が抑制される。つまり、本変形例の力センサ2では、ストッパS11は、爪212と、窪み222とで構成されている。なお、本変形例の力センサ2において、爪212および窪み222は、1つずつ設けられていればストッパS11として機能する。
In the
<変形例2>
変形例2の力センサ2では、図14に示すように、第1構造体21および第2構造体22は、それぞれ平面視で円形状に形成されている。また、第1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、径方向に突出する平面視で矩形状の突出部21Cが一体に形成されている。また、縁部21Aには、突出部21Cを挟む形で、四角柱状の一対の第2突起213が一体に形成されている。一対の第2突起213は、上下方向(検知方向)に突出している。第2構造体22は、径方向に突出する平面視で矩形状の第1突起223を一体に備えている。
<
In the
本変形例の力センサ2では、径方向に突出する第1突起223が、検知方向に突出する一対の第2突起213の間に挟まれることにより、第1構造体21および第2構造体22の相対的な回転が抑制される。つまり、本変形例の力センサ2では、ストッパS12は、第1突起223と、一対の第2突起213とで構成されている。第1突起223は、第1構造体21および第2構造体22のいずれか一方(ここでは第2構造体22)の外周縁から突出する。一対の第2突起213は、他方(ここでは第1構造体21)の外周縁から突出し第1突起223を挟む。
In the
<変形例3>
変形例3の力センサ2では、図15に示すように、第1構造体21および第2構造体22は、それぞれ平面視で円形状に形成されている。また、第1構造体21には、縁部21Aが一体に形成されている。第2構造体22には、外周縁から下向きに突出する平板状の一対の第1突起224が一体に形成されている。一対の第1突起224は、第2構造体22の周方向に沿って等間隔に設けられている。縁部21Aには、径方向に突出する四角柱状の二対の第2突起214が一体に形成されている。二対の第2突起214は、縁部21Aの周方向に沿って等間隔となるように設けられている。
<
In the
本変形例の力センサ2では、検知方向に突出する第1突起224が、径方向に突出する1一対の第2突起214の間に挟まれることにより、第1構造体21および第2構造体22の相対的な回転が抑制される。つまり、本変形例の力センサ2では、ストッパS13は、第1突起224と、一対の第2突起214とで構成されている。第1突起224は、第1構造体21および第2構造体22のいずれか一方(ここでは第2構造体22)の外周縁から突出する。一対の第2突起214は、他方(ここでは第1構造体21)の外周縁から突出し第1突起224を挟む。
In the
<変形例4>
変形例4の力センサ2では、図16に示すように、第1構造体21および第2構造体22は、それぞれ平面視で円形状に形成されている。第1構造体21には、外周縁から上向きに突出する複数(図示では3つ)の凸部215が一体に形成されている。また、第1構造体21は、複数の凸部215の間に設けられる複数(図示では3つ)の凹部216を有している。
<
In the
第2構造体22は、外周縁から下向きに突出する複数(図示では3つ)の凸部225が一体に形成されている。また、第2構造体22は、複数の凸部225の間に設けられる複数(図示では3つ)の凹部226を有している。
The
本変形例の力センサ2では、凸部215,225が凹部226,216に嵌り込むことにより、第1構造体21および第2構造体22の相対的な回転が抑制される。つまり、本変形例の力センサ2では、ストッパS14は、凸部215,225と、凹部216,226とで構成されている。凸部215,225は、第1構造体21および第2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。
In the
<変形例5>
変形例5の力センサ2は、図17に示すように、第1構造体21および第2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に形成されている。また、第1構造体21には、縁部21Aが一体に形成されている。第1構造体21には、平面視で円形状の一対の挿通孔217が、上下方向(検知方向)に貫通して設けられている。また、第2構造体22には、平面視で円形状の一対の挿通孔227が、上下方向(検知方向)に貫通して設けられている。挿通孔217,227は、上下方向(検知方向)において互いに連続する位置に設けられている。
<
In the
また、本変形例の力センサ2は、円柱状の一対のピン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で形成されている。
Further, the
本変形例の力センサ2では、一対の挿通孔217,227にそれぞれピン27を挿し通し、ピン27の上下両端をかしめることにより、第1構造体21および第2構造体22の相対的な回転が抑制される。つまり、本変形例の力センサ2では、第1構造体21および第2構造体22には、上下方向(検知方向)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とで構成される。
In the
なお、力センサ2が上述のストッパS11〜S15のいずれかを備えている場合、第1構造体21および第2構造体22は、それぞれ上下方向(検知方向)から見て非真円形状に形成されていなくてもよい。
When the
ところで、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。
By the way, when the bolt is inserted into the
<力検知システムおよび力検知方法>
以下、本発明の実施形態に係る力検知システム100および力検知方法について説明する。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、この実施形態以外であっても、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。
<Force detection system and force detection method>
Hereinafter, a
本実施形態の力検知システム100は、図18に示すように、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は、それぞれ上述の実施形態1〜3、変形例1〜5のいずれかの力センサ2である。
As shown in FIG. 18, the
複数の力センサ2と収集装置6との間は、それぞれ電源線101および信号線102で互いに電気的に接続されている。ここでは、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。
The plurality of
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を介して直流電圧(たとえば5Vまたは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。
The
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。そして、収集装置6では、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。
The
もちろん、複数の力センサ2は、それぞれ検知回路3を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。
Of course, the plurality of
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。ここでは、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と仮定する。
The receiving
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。
The receiving
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。
As described above, the
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、複数のアンカーボルト(複数のねじ)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。
The
ここでは、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いればよく、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。
Here, the
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。
Therefore, the
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いればよく、情報板G1に取り付けられていてもよい。
Moreover, the
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。
Therefore, the
ところで、本実施形態の力検知システム100は、たとえば図20Aに示すように、複数の分岐器103を備えていてもよい。そして、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と接続されていてもよい。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に焦点を当てて説明する。
By the way, the
分岐器103は、制御装置104を有している。制御装置104は、たとえばマイコン(マイクロコンピュータ)や入出力端子などを基板に実装して構成されている。制御装置104と収集装置6との間は、電源線101および信号線102により互いに電気的に接続されている。また、制御装置104と力センサ2との間は、電源線105および信号線106により互いに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。
The branching
また、本実施形態の力検知システム100は、たとえば図20Bに示すように、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を備えていてもよい。そして、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てもよい。この構成では、信号線102は不要である。なお、図20Bに示す例において、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。
Moreover, the
また、本実施形態の力検知システム100は、たとえば図20Cに示すように、1つのPLCモジュール107と、このPLCモジュール107に接続される複数の力センサ2とを、既設の電気機器(たとえば照明器具)108に組み込んで構成されていてもよい。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に示す例では、電源線105および信号線106を1組のみ図示しているが、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に示す例では、電気機器108に複数の力センサ2、およびPLCモジュール107を組み込んでいるが、他の構成であってもよい。たとえば、電気機器108にPLCモジュール107のみを組み込み、複数の力センサ2を電気機器108とは異なる場所に設置する構成であってもよい。
In addition, as shown in FIG. 20C, for example, the
本実施形態の力検知システム100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は必須の構成要件ではない。つまり、本実施形態の力検知システム100は、複数の力センサ2を備えていればよく、収集装置6または収集装置6および受信端末7をさらに備えるか否かは任意である。
The
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をさらに備えて構成されていてもよい。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をさらに備えて構成されていてもよい。
For example, in addition to the plurality of
<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。
<Usage example of force sensor and force detection device>
The
そして、実施形態1〜3、変形例1〜5の力センサ2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。
The
また、実施形態1〜3、変形例1〜5の力センサ2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。
In addition, the
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。 These accessories can be used for infrastructure such as roads (road bridges, road tunnels, etc.), rivers, dams, sabos, coasts, sewers, ports, airports. In addition, 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.). .
具体的には、力センサ2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。
Specifically, the
さらに、実施形態1〜3、変形例1〜5の力センサ2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および力検知装置1を用いることができる。
Furthermore, the
また、実施形態1〜3、変形例1〜5の力センサ2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。
In addition, the
また、実施形態1〜3、変形例1〜5の力センサ2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。
In addition, the
また、実施形態1〜3、変形例1〜5の力センサ2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。
In addition, the
また、実施形態1〜3、変形例1〜5の力センサ2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。
Moreover, the
また、実施形態1〜3、変形例1〜5の力センサ2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。
Moreover, the
その他、実施形態1〜3、変形例1〜5の力センサ2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。
In addition, the
1 力検知装置
2 力センサ
20 検知部
21 第1構造体
22 第2構造体
210,220 通孔
223,224 第1突起
213,214 第2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 第3構造体
26 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
DESCRIPTION OF
23
27
S1 Suppression structure S11 to S15 Stopper
Claims (21)
前記コアの所定の検知方向における両側にそれぞれ配置される第1構造体および第2構造体と、
前記第1構造体の外周縁と前記第2構造体の外周縁との間に設けられて両者に接合され、前記コアよりも弾性率の低い材料で形成される弾性体とを備え、
前記検知部は、前記検知方向に沿う向きに前記第1構造体および前記第2構造体から掛かる荷重を受けるように構成されることを特徴とする力センサ。 A core formed of a magnetic material, and a coil that is magnetically coupled to the core, and a magnetic flux generated by the coil when energized passes through the core; and
A first structure and a second structure respectively disposed on both sides in a predetermined detection direction of the core;
An elastic body provided between the outer peripheral edge of the first structure and the outer peripheral edge of the second structure, joined to both, and formed of a material having a lower elastic modulus than the core;
The force sensor is configured to receive a load applied from the first structure and the second structure in a direction along the detection direction.
前記ストッパは、前記挿通孔と、前記挿通孔に挿し通されるピンとで構成されることを特徴とする請求項5記載の力センサ。 The first structure and the second structure are provided with insertion holes that continuously penetrate in the detection direction,
The force sensor according to claim 5, wherein the stopper includes the insertion hole and a pin that is inserted into the insertion hole.
前記コアの内周面を覆い、前記第1構造体、前記第2構造体、および前記第3構造体とは別体の第4構造体をさらに備えることを特徴とする請求項12記載の力センサ。 The core has a hollow portion;
The force according to claim 12, further comprising a fourth structure that covers an inner peripheral surface of the core and is separate from the first structure, the second structure, and the third structure. Sensor.
前記第1構造体の前記通孔の周面、前記第2構造体の前記通孔の周面、および前記第4構造体の内周面の少なくともいずれか1つには、ねじが形成されることを特徴とする請求項13記載の力センサ。 Each of the first structure and the second structure has a through hole penetrating in the detection direction continuously with the hollow portion,
A screw is formed on at least one of the peripheral surface of the through hole of the first structure, the peripheral surface of the through hole of the second structure, and the inner peripheral surface of the fourth structure. The force sensor according to claim 13.
前記筐体は、前記力センサに着脱可能に取り付けられることを特徴とする請求項15記載の力検知装置。 The detection circuit is housed in a housing;
The force detection device according to claim 15, wherein the casing is detachably attached to the force sensor.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2015203831A JP2017075871A (en) | 2015-10-15 | 2015-10-15 | Force sensor, force detection device using the same, force detection system, and force detection method |
| PCT/JP2016/004465 WO2017064847A1 (en) | 2015-10-15 | 2016-10-04 | Force sensor and force sensing device, force sensing system, and force sensing method using same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2015203831A JP2017075871A (en) | 2015-10-15 | 2015-10-15 | Force sensor, force detection device using the same, force detection system, and force detection method |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2017075871A true JP2017075871A (en) | 2017-04-20 |
Family
ID=58517474
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2015203831A Pending JP2017075871A (en) | 2015-10-15 | 2015-10-15 | Force sensor, force detection device using the same, force detection system, and force detection method |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2017075871A (en) |
| WO (1) | WO2017064847A1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2023027645A (en) * | 2021-08-17 | 2023-03-02 | 鹿島道路株式会社 | power line communication system |
| WO2024203076A1 (en) * | 2023-03-30 | 2024-10-03 | 株式会社デンソー | Load detection device |
| WO2024203078A1 (en) * | 2023-03-30 | 2024-10-03 | 株式会社デンソー | Load detecting device |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2021104679A1 (en) * | 2019-11-26 | 2021-06-03 | Jpb Système | Instrumented, load-sensing washer |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60152947U (en) * | 1984-03-19 | 1985-10-11 | 日本特殊陶業株式会社 | annular pressure sensor |
| JPS60154825U (en) * | 1984-03-26 | 1985-10-15 | 株式会社島津製作所 | electronic balance |
| JPH068508Y2 (en) * | 1985-05-24 | 1994-03-02 | 株式会社安川電機 | Force detector protector |
| JPS63309829A (en) * | 1987-06-11 | 1988-12-16 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | load sensor |
| JPH06103235B2 (en) * | 1988-04-11 | 1994-12-14 | 株式会社村田製作所 | Piezoelectric pressure sensor |
| JP3181536B2 (en) * | 1997-05-22 | 2001-07-03 | イナバゴム株式会社 | Responsive pressure sensor |
| JP2007147412A (en) * | 2005-11-27 | 2007-06-14 | Teruya:Kk | Real-time looseness inspection system for rail fastening device using batteryless RFID tag with sensor input function |
| NL1033069C2 (en) * | 2006-12-15 | 2008-06-17 | Ind Bolting Technology And Sup | Device and method for tightening a nut turned on a threaded end and composite washer and nut for such a device. |
| US9784627B2 (en) * | 2013-11-27 | 2017-10-10 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Load sensor, load detector including load sensor, and method for detecting load |
-
2015
- 2015-10-15 JP JP2015203831A patent/JP2017075871A/en active Pending
-
2016
- 2016-10-04 WO PCT/JP2016/004465 patent/WO2017064847A1/en not_active Ceased
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2023027645A (en) * | 2021-08-17 | 2023-03-02 | 鹿島道路株式会社 | power line communication system |
| JP7590941B2 (en) | 2021-08-17 | 2024-11-27 | 鹿島道路株式会社 | Power Line Communication System |
| WO2024203076A1 (en) * | 2023-03-30 | 2024-10-03 | 株式会社デンソー | Load detection device |
| WO2024203078A1 (en) * | 2023-03-30 | 2024-10-03 | 株式会社デンソー | Load detecting device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2017064847A1 (en) | 2017-04-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2017075871A (en) | Force sensor, force detection device using the same, force detection system, and force detection method | |
| US7795763B2 (en) | Electromagnetic device for converting mechanical vibrational energy into electrical energy | |
| Wischke et al. | Vibration harvesting in traffic tunnels to power wireless sensor nodes | |
| CN101469548B (en) | Magnetostrictive measurement of tensile stress in foundations | |
| JP2016053479A (en) | Screw loosening monitoring system, screw removal monitoring system and screw loosening or removal monitoring system | |
| WO2003001645A3 (en) | Method of monitoring a high voltage grid power system | |
| CN105528854A (en) | External force damage prevention system for power cable | |
| JP2017075870A (en) | Force sensor, force detection device using the same, force detection system, and force detection method | |
| CN204256885U (en) | A kind of anti-outside destroy system of power cable | |
| JP7372123B2 (en) | Sound pressure measurement device | |
| EP4009056A1 (en) | Wireless sensing device | |
| KR20170002137U (en) | Apparatus for checking activity state of motor using piezo-electric vibration sensor | |
| KR101288608B1 (en) | Multi-Function Inspection Device Of Train and Railroad Using Power Generators Including A Piezoelectric | |
| CN111295322A (en) | Electronic processing equipment and method for installing electronic processing equipment | |
| JP2015220960A (en) | Power generator | |
| CN102735751A (en) | Multifunctional integrated non-destructive detection sensor based on wireless network | |
| CN202748343U (en) | Wireless network-based multifunctional integrated nondestructive testing sensor | |
| CN113991360B (en) | A magnetic adsorption device and a method of using the same | |
| EP4514673A1 (en) | System for monitoring an insulated rail joint | |
| JP3194296U (en) | Wire sensor device and sensor | |
| JP3194295U (en) | Wire sensor device and sensor | |
| JP5866517B1 (en) | Force sensor and force detection device using the same | |
| CN218673713U (en) | Thing networking temperature and humidity sensor convenient to installation is fixed | |
| CN222016268U (en) | Sensing device for real-time monitoring of electric pole | |
| JP2005214825A (en) | Temperature recorder |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20170127 |