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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 PDF

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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
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force
force sensor
detection
core
sensor according
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JP2015203831A
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文孝 齋藤
Fumitaka Saito
文孝 齋藤
丹羽 正久
Masahisa Niwa
正久 丹羽
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Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
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Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
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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1
To 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 Patent Document 1 includes a plurality of ring-shaped outer periphery fixing portions in plan view, a load application portion located at the center inside the outer periphery fixing portion, and a plurality of outer periphery fixing portions and load application portions. And a strain generating portion. 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.

実開平6−74942号公報Japanese Utility Model Publication No. 6-74942

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.

図1Aは、実施形態1に係る力センサおよび力検知装置の概略図である。図1Bは、実施形態1に係る力センサの一部省略した平面図である。図1Cは、実施形態1に係る力センサの断面図である。1A is a schematic diagram of a force sensor and a force detection device according to Embodiment 1. FIG. FIG. 1B is a plan view in which a part of the force sensor according to the first embodiment is omitted. FIG. 1C is a cross-sectional view of the force sensor according to the first embodiment. 実施形態1に係る力検知装置における検知回路の概略図である。FIG. 3 is a schematic diagram of a detection circuit in the force detection device according to the first embodiment. 実施形態1に係る力センサにおいて、通孔を有する構成の断面図である。3 is a cross-sectional view of a configuration having a through hole in the force sensor according to Embodiment 1. FIG. 図4Aは、実施形態1に係る力検知装置の外観の概略図である。図4Bは、実施形態1に係る力検知装置の実施例の概略図である。FIG. 4A is a schematic diagram of an external appearance of the force detection device according to the first embodiment. FIG. 4B is a schematic diagram of an example of the force detection device according to the first embodiment. 図5Aは、実施形態2に係る力センサの断面図である。図5Bは、実施形態2に係る力センサの一部省略した平面図である。FIG. 5A is a cross-sectional view of the force sensor according to the second embodiment. FIG. 5B is a plan view in which a part of the force sensor according to the second embodiment is omitted. 実施形態2に係る力検知装置の実施例の概略図である。It is the schematic of the Example of the force detection apparatus which concerns on Embodiment 2. FIG. 実施形態3に係る力検知装置の分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of the force detection apparatus which concerns on Embodiment 3. FIG. 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。FIG. 10 is a perspective view illustrating a cross section of a force detection device according to a third embodiment. 図9A、図9Bは、それぞれ実施形態3に係る力検知装置の第1構造体および第2構造体の一例を示す図である。9A and 9B are diagrams illustrating examples of the first structure and the second structure of the force detection device according to the third embodiment, respectively. 図10A、図10Bは、それぞれ実施形態3に係る力検知装置の第1構造体および第2構造体の一例を示す図である。10A and 10B are diagrams illustrating examples of the first structure and the second structure of the force detection device according to the third embodiment, respectively. 図11Aは、実施形態3に係る力検知装置において、第4構造体に雌ねじを設けた構成の断面を表した斜視図である。図11Bは、実施形態3に係る力検知装置において、第1構造体に雌ねじを設けた構成の断面を表した斜視図である。FIG. 11A is a perspective view illustrating a cross section of a configuration in which a female screw is provided in the fourth structure in the force detection device according to the third embodiment. FIG. 11B is a perspective view illustrating a cross section of a configuration in which a female screw is provided in the first structure in the force detection device according to the third embodiment. 実施形態3に係る力検知装置の一例を示す分解斜視図である。FIG. 10 is an exploded perspective view illustrating an example of a force detection device according to a third embodiment. 変形例1に係る力センサにおける第1構造体および第2構造体を示す分解斜視図である。10 is an exploded perspective view showing a first structure and a second structure in a force sensor according to Modification 1. FIG. 変形例2に係る力センサにおける第1構造体および第2構造体を示す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view which shows the 1st structure in the force sensor which concerns on the modification 2, and a 2nd structure. 変形例3に係る力センサにおける第1構造体および第2構造体を示す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view which shows the 1st structure in the force sensor which concerns on the modification 3, and a 2nd structure. 変形例4に係る力センサにおける第1構造体および第2構造体を示す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view which shows the 1st structure in a force sensor which concerns on the modification 4, and a 2nd structure. 変形例5に係る力センサにおける第1構造体および第2構造体を示す分解斜視図である。10 is an exploded perspective view showing a first structure and a second structure in a force sensor according to Modification 5. FIG. 実施形態に係る力検知システムの概略図である。It is the schematic of the force detection system which concerns on embodiment. 図19A、図19Bは、それぞれ実施形態に係る力検知システムの実施例の概略図である。FIG. 19A and FIG. 19B are schematic views of examples of the force detection system according to the embodiment. 図20A〜図20Cは、それぞれ実施形態に係る力検知システムの配線例の概略図である。20A to 20C are schematic diagrams of wiring examples of the force detection system according to the embodiment.

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 force sensor 2 according to the embodiment of the present invention includes a detection unit 20, a first structure 21 and a second structure 22, and an elastic body 23. The detection unit 20 includes a core 4 formed 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. And the detection part 20 is comprised so that the load applied from the 1st structure 21 and the 2nd structure 22 in the direction along a detection direction may be received.

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 force detection apparatus 1 which concerns on embodiment of this invention is provided with the force sensor 2 and the detection circuit 3, as shown to FIG. 1A. The detection circuit 3 detects a load based on a change in the magnetic characteristics (inductance or conductance) of the coil 5.

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 force detection system 100 according to the embodiment of the present invention includes a plurality of force sensors 2 as shown in FIG. The plurality of force sensors 2 are attached to the plurality of screws, respectively, and detect the looseness of each of the plurality of screws.

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 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.

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 force sensor 2 and the force detection device 1 according to Embodiments 1 to 3 and Modifications 1 to 5 of the present invention will be described. However, the configuration described below is merely an example of the present invention, and the present invention is not limited to the following Embodiments 1 to 3 and Modifications 1 to 5. Further, 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.

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 core 4 is assumed to be the vertical direction, and the first structure 21 side is viewed downward and the second structure 22 side is viewed upward as viewed from the core 4. It is not intended to limit the usage of the sensor 2 and the force detection device 1.

<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。
<Embodiment 1>
The force detection device 1 according to the first embodiment of the present invention includes a force sensor 2 and a detection circuit 3 as shown in FIG. 1A. Moreover, the force sensor 2 of this embodiment is provided with the detection part 20, the 1st structure 21, the 2nd structure 22, the elastic body 23, and the board | substrate 24, as shown to FIG. 1A-FIG. 1C. ing. In addition, in FIG. 1B, illustration of the 2nd structure 22 and the elastic body 23 is abbreviate | omitted.

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 detection unit 20 includes a core 4 formed 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 is formed in an annular shape in plan view and has a hollow portion 40. In addition, the core 4 should just be formed with the magnetic body which has a reverse magnetostriction effect, when a load is added to the core 4. FIG. 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.

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 coil 5 is configured by winding a conducting wire around a part of the core 4 so as to alternately pass through the hollow portions 40 and the outside of the core 4. In addition, it is preferable to use the copper wire (for example, enamel wire etc.) coat | covered with the insulating material as a conducting wire. Here, the part (refer FIG. 1B) around which the conducting wire is wound in the core 4 is referred to as an “attachment part 41”.

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 portion 41 is designed so that the coil 5 can be accommodated within the vertical dimension of other portions of the core 4. For this reason, in the force sensor 2 of the present embodiment, a part of the coil 5 does not protrude from the upper surface (or lower surface) of the core 4, so that no load is applied to the coil 5 even if a load is applied to the core 4. The disconnection of the coil 5 can be prevented. Note that whether or not the mounting portion 41 is designed with the above dimensions is arbitrary.

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 coil 5 is energized passes through the core 4. For this reason, a magnetic path (magnetic circuit) M <b> 1 along the circumferential direction of the hollow portion 40 is formed in the core 4. This 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.

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 first structure 21 and the second structure 22 are both plate-like members formed of, for example, a metal material. As shown in FIG. 1B, the first structure 21 is formed in a circular shape in plan view. In addition, the second structure 22 is formed in a circular shape in plan view, like the first structure 21. As shown in FIG. 1C, the first structure 21 is disposed on the lower side of the core 4 in contact with the lower surface of the core 4. Moreover, the 2nd structure 22 is arrange | positioned on the upper side of the core 4 in the form which contact | connects the upper surface of the core 4, as shown to FIG. 1C. That is, the first structure 21 and the second structure 22 are arranged so as to sandwich the core 4 from both sides in the vertical direction (detection direction). There may be gaps between the first structure 21 and the core 4 and between the second structure 22 and the core 4.

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 1st structure 21 and the 2nd structure 22 is not limited to circular shape by planar view, For example, rectangular shape and annular | circular shape may be sufficient by planar view. Moreover, the 1st structure 21 and the 2nd structure 22 should just have the intensity | strength which can endure the assumed load. Furthermore, the first structure 21 and the second structure 22 may not be formed of a metal material, and may be formed of a resin material such as CFRP (Carbon-Fiber-Reinforced Plastic). Good.

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 elastic body 23 is an adhesive mainly composed of an epoxy resin or a silicone resin, for example. The elastic body 23 bonds the first structure 21 and the second structure 22 to each other by adhering to the outer periphery of the upper surface of the first structure 21 and the outer periphery of the lower surface of the second structure 22. The elastic body 23 is not limited to the adhesive, and may be formed of a material having a lower elastic modulus than the material forming the core 4.

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 elastic body 23 should just be the structure provided between the outer periphery of the 1st structure 21, and the outer periphery of the 2nd structure 22, and joined to both. Further, in the force sensor 2 of the present embodiment, the elastic body 23 itself is an adhesive. However, for example, by providing the elastic body 23 with another adhesive such as a double-sided tape, the elastic body 23 becomes the first structure 21 and The structure joined to both of the 2nd structures 22 may be sufficient. Further, the elastic body 23 is not limited to the configuration provided over the entire outer periphery of the first structure 21 and the outer periphery of the second structure 22. That is, the elastic body 23 may be bonded to both the first structure 21 and the second structure 22 to such an extent that the inclination of the first structure 21 and the second structure 22 is suppressed.

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 substrate 24 is accommodated in a space surrounded by the first structure 21, the second structure 22, and the elastic body 23. The substrate 24 is fixed by the outer peripheral edge thereof being in contact with the elastic body 23. Further, the substrate 24 is formed in an annular shape in a plan view as shown in FIG. 16C, and its central portion has a circular positioning in a plan view having a diameter slightly larger than the diameter of the core 4. It is a hole 240. The core 4 is positioned at a predetermined position by fitting the core 4 into the positioning hole 240. In addition, the shape of the positioning hole 240 is not limited to a circular shape in a plan view, and may be a rectangular shape in a plan view, for example. That is, the positioning hole 240 may have a shape into which the core 4 is fitted.

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 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.

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 resonance circuit 35 includes a series circuit of an inductor 351 and a resistor 352 and a parallel circuit of a capacitor 353. Here, the inductance of the inductor 351 is equivalent to the inductance of the coil 5. Further, 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 electrically connecting a capacitor in parallel with the coil 5.

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 force sensor 2 of the present embodiment, the detection circuit 3 is configured by mounting electronic components 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.

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 force sensor 2 and the force detection device 1 of the present embodiment will be described. First, by supplying a current from an external power source to the coil 5, the core 4 is magnetized and the magnetic path M1 is formed. Here, the oscillation circuit 30 of the detection circuit 3 supplies a current to the coil 5.

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 first structure 21 is pushed up by bending the elastic body 23, and the first structure 21. A load is applied to the core 4 via. Then, due to the inverse magnetostrictive effect, the magnetic permeability of the core 4 changes according to the magnitude of the load, so that the inductance of the coil 5 changes. Similarly, when a load is applied downward (see the downward arrow shown in FIG. 1C) to the upper surface of the second structure 22, the second structure 22 is pushed down by the elastic body 23 being bent, and the second structure 22. A load is applied to the core 4 via. Also in this case, the inductance of the coil 5 changes according to the magnitude of the load. That is, in the force sensor 2 of the present embodiment, the core 4 (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 vertical direction (detection direction). ing.

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 coil 5 changes, the resonance frequency of the resonance circuit 35 including the coil 5 changes. For this reason, 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. Here, 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. And since 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 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.

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 force sensor 2 of the present embodiment has the first structure 21 and the second structure 22 arranged on both sides of the core 4 in the vertical direction (predetermined detection direction), and the first structure 21 and An elastic body 23 is joined to both of the second structures 22. For this reason, in the force sensor 2 of the present embodiment, the first structure 21 and the second structure 22 need not be processed to provide strain-generating portions as in the conventional example. The dimension of the body 22 in the thickness direction can be reduced. Therefore, the force sensor 2 of the present embodiment can be thinned by reducing the thickness direction dimensions of the first structure 21 and the second structure 22. Further, the force sensor 2 of the present embodiment includes an elastic body 23. For this reason, the force sensor 2 of the present embodiment can improve the load detection accuracy because the load is easily transmitted to the core 4 when a load is applied to the first structure 21 or the second structure 22. .

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 force sensor 2 of the present embodiment, the elastic body 23 has a structure that is provided between the outer peripheral edge of the first structure 21 and the outer peripheral edge of the second structure 22 and is joined to both. Yes. For this reason, when a load is applied to the first structure 21 or the second structure 22, the force sensor 2 of the present embodiment has the core 4 from the first structure 21 and the second structure 22 in the direction along the detection direction. Easy to receive applied load. Therefore, the force sensor 2 according to the present embodiment is structurally stable and difficult to swing, and the load of the core 4 is easily transmitted properly (in other words, it is difficult to apply a load locally), so that the load detection accuracy is improved. be able to.

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 core 4 is reduced, it is a design problem to make it difficult for magnetic saturation to occur. However, the force sensor 2 according to the present embodiment can easily transmit force properly to the core 4. Therefore, there is an advantage that it is easy to make the core 4 thinner.

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 force sensor 2 of the present embodiment, 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 has a conducting wire along the outer periphery of the core 4. You may be comprised by winding. In this configuration, 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. This configuration has an advantage that the core 4 is easy to manufacture because it is not necessary to process the core 4 by providing the attachment portion 41 or the like. In addition, this configuration has an advantage that the coil 5 can be easily manufactured because the coil 5 can be manufactured simply by winding a conducting wire around the outer periphery of the core 4. 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. When the coil 5 is configured by winding a conducting wire along the outer periphery of the core 4, the core 4 may not have the hollow portion 40.

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 force sensor 2 of the present embodiment, as shown in FIG. 3, the first structure 21 and the second structure 22 are respectively continuous with the hollow portion 40 of the core 4 in the vertical direction (detection direction). You may have the circular through-holes 210 and 220 by planar view which penetrates. The through holes 210 and 220 are used, for example, to pass the shaft portion of the bolt through the hollow portion 40 of the core 4. In addition, the shape of the through holes 210 and 220 is not limited to a circular shape in a plan view, and may be a shape that allows a shaft portion of a bolt to pass therethrough, for example. In this configuration, the elastic body 23 is also provided between the periphery of the through hole 210 in the first structure 21 and the periphery of the through hole 220 in the second structure 22.

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 force sensor 2 of this embodiment, it is arbitrary whether the board | substrate 24 is provided. That is, the force sensor 2 of the present embodiment does not need to be provided with the substrate 24 as long as the core 4 is positioned by the first structure 21, the second structure 22, and the elastic body 23. However, if it is the structure provided with the board | substrate 24, it is not necessary to provide the structure for processing the 1st structure 21 and the 2nd structure 22, and positioning the core 4, and the 1st structure 21 and the 2nd structure There is an advantage that the thickness dimension of 22 can be reduced.

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 force detection device 1 of the present embodiment, 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. The structure which detects this may be sufficient. In addition, the configuration of the detection circuit 3 illustrated in FIG. 2 is an example, and the detection circuit 3 may be any other configuration as long as it detects a load based on a change in magnetic characteristics (inductance or conductance) of the coil 5. May be.

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 force detection device 1 of the present embodiment will be described with reference to FIGS. 4A and 4B. The tightening axial force refers to a load along the axial direction of the bolt B1 applied to the structure A1 (for example, a wall or a ceiling) when the nut C1 is tightened against the bolt B1 (see FIG. 4B). .

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 force detection device 1 of the present embodiment is configured by housing a force sensor 2 and a substrate 300 on which the detection circuit 3 is mounted in a case 10. The case 10 includes a semi-disc-shaped first case 10A that protects the force sensor 2 and a flat rectangular parallelepiped second case 10B that protects the substrate 300. Here, the case 10 includes the first structure 21, the second structure 22, and the elastic body 23 of the force sensor 2.

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 force detection apparatus 1 of this embodiment is demonstrated. First, the bolt B1 is passed from the back side (the lower side in FIG. 4B) of the structure A1. In FIG. 4B, the head of the bolt B1 is not shown. Next, 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. And the nut C1 is fastened with respect to the axial part B10 in the form which pinches | interposes 1st case 10A between structures A1. Then, a tightening axial force is applied to the detection unit 20 via the first structure 21 and the second 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.

<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。
<Embodiment 2>
The force sensor 2 and the force detection device 1 according to the second embodiment of the present invention are used, for example, in a ground anchor method. Here, 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. In order to detect and monitor the tensile force of the anchor used in this ground anchor method, it is conceivable to use the force sensor 2 and the force detection device 1 of the first embodiment.

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 force sensor 2 of Embodiment 1 for a large member like an anchor, it is necessary to use the core 4 with a large diameter according to a 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. In the force sensor 2 of the first embodiment, the core 4 can be prevented from being enlarged in the thickness direction. Absent. Therefore, when detecting the load of a large member, the force sensor 2 preferably includes a plurality of detection units 20.

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 force sensor 2 and the force detection device 1 of the present embodiment including a plurality of detection units 20 will be described with reference to the drawings. In the force sensor 2 and the force detection device 1 of the present embodiment, the description of the components common to the first embodiment will be omitted as appropriate.

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 force sensor 2 of the present embodiment includes a plurality of (here, twelve) detection units 20, a first structure 21, a second structure 22, and an elastic body 23. And a substrate 24. The some detection part 20 is arrange | positioned along the plane orthogonal to an up-down direction (detection direction). In FIG. 5B, the second structure 22 and the elastic body 23 are not shown. Further, “orthogonal” is an expression including “substantially orthogonal” as well as complete “orthogonal”.

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 first structure 21 is formed in a square shape in plan view as shown in FIG. 5B. In addition, the second structure 22 is formed in a square shape in a plan view like the first structure 21. As shown in FIG. 5A, the first structure 21 is disposed below the plurality of cores 4 in contact with the lower surfaces of the plurality (two in the drawing) of the cores 4. Further, as shown in FIG. 5A, the second structure 22 is disposed on the upper side of the plurality of cores 4 so as to be in contact with the upper surfaces of the plurality (two in the drawing) of the cores 4. That is, the first structure 21 and the second structure 22 are arranged so as to sandwich the plurality of cores 4 from both sides in the vertical direction (detection direction).

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 first structure 21 is provided with a circular through hole 210 in a plan view that penetrates the central portion in the vertical direction (detection direction). Further, as shown in FIG. 5A, the second structure 22 is provided with a circular through hole 220 in a plan view penetrating through the center portion in the vertical direction (detection direction). In addition, the shape of the through holes 210 and 220 is not limited to a circular shape in plan view, and may be a shape that allows a shaft portion of a bolt or a tendon D111 (described later) to pass therethrough.

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 elastic body 23 is bonded to the outer peripheral edge of the upper surface of the first structure 21 and the outer peripheral edge of the lower surface of the second structure 22, so that the first structure 21 and the second structure The bodies 22 are joined together. Further, as shown in FIG. 5A, the elastic body 23 is bonded to the periphery of the through hole 210 on the upper surface of the first structure 21 and the periphery of the through hole 220 on the lower surface of the second structure 22. The first structure 21 and the second structure 22 are coupled to each other. That is, the elastic body 23 may be configured to be joined to both the first structure 21 and the second structure 22.

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 substrate 24 is accommodated in a space surrounded by the first structure 21, the second structure 22, and the elastic body 23. The board | substrate 24 is formed in square shape by planar view, as shown to FIG. 5B. Further, a circular through hole 241 is provided in the center of the substrate 24 in a plan view having 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 may have a shape that allows the shaft portion of the bolt and the tendon D111 to pass therethrough. The substrate 24 is fixed such that the outer peripheral edge thereof and the peripheral surface of the through hole 241 are in contact with the elastic body 23.

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 substrate 24 is provided with a plurality (12 in the drawing) positioning holes 240 around the through hole 241. Each positioning hole 240 is formed in a circular shape in plan view, and is provided at equal intervals along the circumferential direction of the through hole 241. The shape of the positioning hole 240 is not limited to a circular shape in plan view, and may be any shape as long as the core 4 is fitted.

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 force sensor 2 and the force detection apparatus 1 of this embodiment is described with reference to FIG. 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.

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 holes 210, 220, and 241 of the force sensor 2 of the present embodiment, and the nut D101 is tightened. Yes.

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 force sensor 2 of the present embodiment is arranged in a form 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 2.

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 force sensor 2 and the force detection device 1 of the present embodiment are configured to detect a load using a plurality of detection units 20 instead of a single detection unit 20. Therefore, the force sensor 2 and the force detection device 1 according to the present embodiment can reduce the diameter of the core 4 of each detection unit 20 as compared with the case where only one detection unit 20 is provided. The dimension in the thickness direction of 4 can also be reduced. Therefore, the force sensor 2 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.

<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。
<Embodiment 3>
Hereinafter, a force sensor 2 and a force detection device 1 according to Embodiment 3 of the present invention will be described with reference to the drawings. In the force sensor 2 and the force detection device 1 of the present embodiment, the description of the components common to the first embodiment will be omitted as appropriate. As shown in FIGS. 7 and 8, the force detection device 1 of the present embodiment includes a force sensor 2 and a substrate 36. The force sensor 2 includes a first structure 21, a second structure 22, an elastic body 23, a third structure 25, a fourth structure 26, a core 4, and a coil 5. In addition, illustration of the elastic body 23 is abbreviate | omitted in FIG.

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 first structure 21 is a flat plate and is formed in a quadrangular shape in plan view. The first structure 21 is integrally formed with a flat step portion 211 that protrudes upward from the upper surface thereof. Similarly, the second structure 22 is a flat plate and is formed in a square shape in plan view. The second structure 22 is integrally formed with a flat step portion 221 that protrudes downward from the lower surface thereof. Each of the first structure 21 and the second structure 22 has circular through holes 210 and 220 that are continuous with the hollow portion 40 of the core 4 and penetrate in the vertical direction (detection direction) in plan view. Yes. That is, in the force detection device 1 of the present embodiment, the first structure 21 and the second structure 22 have the same structure.

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 third structure 25 is formed in a rectangular tube shape. The opening on the lower side of the third structure 25 is closed by the first structure 21 when the step portion 211 of the first structure 21 is fitted. Further, the third structure 25 is provided with a circular hole 250 in plan view. The hole 250 is used for passing a connector for electrical connection with a detection circuit 3 provided on the substrate 36 described later. The upper opening of the third structure 25 is closed by the second structure 22 when the step 221 of the second structure 22 is fitted.

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 first structure 21 and the outer peripheral edge of the lower surface of the third structure 25 are joined by the elastic body 23. Further, the outer peripheral edge of the lower surface of the second structure 22 and the outer peripheral edge of the upper surface of the third structure 25 are joined by the elastic body 23. The substrate 36 and the core 4 having the coil 5 are accommodated in a space surrounded by the first structure 21, the second structure 22, the third structure 25, and the elastic body 23.

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 fourth structure 26 has a cylindrical shape and is dimensioned to fit in the hollow portion 40 of the core 4. The hollow portion of the fourth structure 26 is used together with the through holes 210 and 220 to pass, for example, a bolt shaft portion. The peripheral edge of the through hole 210 on the upper surface of the first structure 21 and the lower surface of the fourth structure 26 are joined by the elastic body 23. Further, the peripheral edge of the through hole 220 on the lower surface of the second structure 22 and the upper surface of the fourth structure 26 are joined by the elastic body 23.

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 substrate 36 has a rectangular shape in plan view, and is formed with a size that fits inside the third structure 25. A circular positioning hole 360 is provided in the center of the substrate 36 in a plan view having a diameter 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 parts constituting the detection circuit 3 are mounted on the substrate 36 except for the positioning holes 360. That is, the detection circuit 3 is mounted on the substrate 36.

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 force sensor 2 of the present embodiment, a configuration in which the first structure 21 and the second structure 22 are formed in a circular shape in plan view is considered. In this configuration, for example, a case where a bolt is inserted inside the through holes 210 and 220 and the fourth structure 26 and a nut is tightened with respect to the bolt is considered. In this case, when tightening the nut, a clockwise (or counterclockwise) moment is applied to the first structure 21 (second structure 22). Then, around the axis X1 (see FIG. 7) along the vertical direction (detection direction), the first structure 21 (second structure 22) is relative to the second structure 22 (first structure 21). There is a possibility to rotate. When the first structure 21 (second structure 22) rotates relative to the second structure 22 (first structure 21) in this way, the first structure 21 (second structure 22) is transformed. A moment is applied to the elastic body 23 in contact therewith. Then, a part of the elastic body 23 may be broken or peeled off, and the joining by the elastic body 23 may be incomplete. And if the joining by the elastic body 23 becomes incomplete, the load detection accuracy by the force sensor 2 may be lowered.

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 force sensor 2 of the present embodiment further includes a suppression structure S1 that suppresses relative rotation of the first structure 21 and the second structure 22 around the axis along the vertical direction (detection direction). Specifically, in the force sensor 2 of the present embodiment, the first structure 21 and the second structure 22 are each formed in a quadrangular shape when viewed from the vertical direction (detection direction). That is, in the force sensor 2 of the present embodiment, the first structure 21 and the second structure 22 are each formed in a non-circular shape as viewed from the vertical direction (detection direction) as the suppression structure S1.

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 force sensor 2 of the present embodiment, the third structure 25 as well as the first structure 21 and the second structure 22 are formed in a quadrangular shape when viewed from the vertical direction (detection direction). The first structure 21 and the second structure 22 are fitted in the openings of the third structure 25, respectively.

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 force sensor 2 of the present embodiment, the first structure 21 and the second structure 22 do not have perfect rotational symmetry like a perfect circle, but have asymmetry in which rotational symmetry is broken. ing. For this reason, even when a clockwise (or counterclockwise) moment is applied to the first structure 21 (second structure 22) when the nut is tightened, the first structure 21 (first structure) is added to the third structure 25. 2 structure 22) is caught, the rotation of the first structure 21 (second structure 22) is hindered. For this reason, in the force sensor 2 of the present embodiment, since it is difficult for a moment to be applied to the elastic body 23, the joining by the elastic body 23 is unlikely to be incomplete, and as a result, the load detection accuracy is unlikely to decrease.

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 force sensor 2 of the present embodiment, the first structure 21 and the second structure 22 have a quadrangular shape in plan view, but may be non-circular in plan view, for example, in a triangular shape in plan view, It may be a polygonal shape with many corners. Further, the first structure 21 and the second structure 22 may be oval or trapezoidal in plan view. In addition, the first structure 21 and the second structure 22 may have a shape with a corner in a part of a circle in plan view.

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 force sensor 2 of the present embodiment, for example, as shown in FIG. 9A, an edge 22 </ b> A may be provided in the second structure 22 instead of including the third structure 25. Both the first structure 21 and the second structure 22 are formed in a non-circular shape combining a circle and a quadrangle in plan view. The edge 22A is formed integrally with the second structure 22 so as to protrude downward from the outer peripheral edge of the second structure 22. The elastic body 23 is bonded to both the outer peripheral edge of the upper surface of the first structure 21 and the lower surface of the edge portion 22A.

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 step portion 211 of the first structure 21 may be provided with a recessed portion 211A that is recessed downward. 9A and 9B, the components other than the first structure 21 and the second structure 22 are not shown.

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 core 4 or the substrate 36 moves along the radial direction (the radial direction of the core 4) by applying an external force, the core 4 or the substrate 36 contacts the edge 22A. The movement is restricted. That is, in the configuration shown in FIGS. 9A and 9B, the movement of the core 4 in the radial direction can be restricted, and the core 4 can be prevented from jumping out along the radial direction.

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 first structure 21 is a lid that closes the opening surrounded by the edge 22A. For this reason, in the configuration shown in FIGS. 9A and 9B, since the edge 22A and the first structure 21 face each other in the radial direction, even if an external force is applied along the radial direction, the first structure 21 and The wobbling in the radial direction of the second structure 22 and the core 4 can be suppressed. As a result, in the configuration shown in FIGS. 9A and 9B, the detection accuracy with respect to the load can be improved.

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 force sensor 2 of the present embodiment, for example, as shown in FIGS. 10A and 10B, an edge 21 </ b> A may be provided in the first structure 21 instead of including the third structure 25. Both the first structure 21 and the second structure 22 are formed in a non-circular shape combining a circle and a quadrangle in plan view. The edge 21A is formed integrally with the first structure 21 so as to protrude upward from the outer peripheral edge of the first structure 21. Moreover, the 1st structure 21 has a pair of prismatic base 21B instead of the step part 211. FIG. The pair of pedestals 21 </ b> B are integrally formed with the first structure 21 so as to protrude upward from the upper surface of the first structure 21.

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 2nd structure 22 does not have the step part 221, but is formed in the dimension fitted in the opening enclosed by the edge part 21A. The second structure 22 is supported by the pair of bases 21 </ b> B and the core 4. The elastic body 23 is joined to both the first structure 21 and the edge 22A. In FIG. 10A, illustration of the constituent elements excluding the first structure 21 and the second structure 22 is omitted. Further, in FIG. 10B, illustration of components other than the first structure 21 and the second structure 22 and the core 4 is omitted.

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 core 4 in the radial direction can be restricted, and the core 4 can be prevented from jumping out along the radial direction. In this configuration, the second structure 22 is a lid that closes the opening surrounded by the edge portion 21A. For this reason, in this configuration, as in the configurations shown in FIGS. 9A and 9B, even if an external force is applied along the radial direction, the first structural body 21 and the second structural body 22 and the radial direction of the core 4 The wobble can be suppressed, and the detection accuracy with respect to the load can be improved.

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 force sensor 2 of the present embodiment, the edges 21A and 22A that protrude from the outer peripheral edge of at least one of the first structure 21 and the second structure 22 to the detection unit 20 side in the vertical direction (detection direction) are further provided. You may have. In the force sensor 2 of the present embodiment, either one of the first structure 21 and the second structure 22 may be a lid that closes an opening surrounded by the other edges 21A and 22A.

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 force sensor 2 of the present embodiment, as shown in FIGS. 7 and 8, instead of integrally forming the edge 21 </ b> A (edge 22 </ b> A) with the first structure 21 (second structure 22). The third structure 25 is provided. That is, in the force sensor 2 of the present embodiment, the edge portion 21 </ b> A (edge portion 22 </ b> A) includes the third structure 25 that is separate from the first structure 21 and the second structure 22.

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 force sensor 2 of this embodiment, each structure 21, 22, 23 is divided and formed. For this reason, in the force sensor 2 of this embodiment, each structure 21 and 22 is compared with the case where several structures are integrally formed, for example, the edge part 21A is integrally formed with the 1st structure 21. , 23 can be easily formed by pressing or the like, and the cost can be reduced. In particular, the force sensor 2 of the present embodiment can reduce the cost more effectively when the structures 21, 22, and 23 are formed of a metal material. Whether or not the third structure 25 is provided is arbitrary.

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 force sensor 2 of this embodiment, the 1st structure 21 and the 2nd structure 22 are the same structures. For this reason, in force sensor 2 of this embodiment, since common parts can be used as the 1st structure 21 and the 2nd structure 22, cost can be reduced further. Note that whether or not to adopt the configuration is arbitrary.

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 force sensor 2 of the present embodiment, the core 4 has a hollow portion 40 as shown in FIGS. The force sensor 2 further includes a fourth structure 26 that covers the inner peripheral surface of the core 4 and is separate from the first structure 21, the second structure 22, and the third structure 25. For this reason, in the force sensor 2 of this embodiment, compared with the case where several structure bodies, such as forming the 4th structure body 26 integrally with the 2nd structure body 22, for example, are formed integrally, a 4th structure body. 26 can be easily formed by pressing or the like, and the cost can be reduced. It is optional whether or not the fourth structure 26 is provided.

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 force sensor 2 of this embodiment, as shown to FIG. 11A, the internal thread (screw) 220A may be formed in the surrounding surface of the through-hole 220 of the 2nd structure 22. As shown in FIG. In this configuration, since the force sensor 2 can be tightened with respect to the bolt, the force sensor 2 can be used instead of the nut. Of course, the internal thread (screw) may be formed not on the peripheral surface of the through hole 220 of the second structure 22 but on the peripheral surface of the through hole 210 of the first structure 21.

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 force sensor 2 of the present embodiment, as shown in FIG. 11B, a female screw (screw) 26 </ b> A may be formed on the inner peripheral surface of the fourth structure 26. Even in this configuration, the force sensor 2 can be used instead of the nut.

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 force sensor 2 of the present embodiment, the first structure body 21 and the second structure body 22 have through-holes 210 and 220 that pass through the hollow portion 40 in the vertical direction (detection direction), respectively. May be. A screw is formed on at least one of the peripheral surface of the through hole 210 of the first structure 21, the peripheral surface of the through hole 220 of the second structure 22, and the inner peripheral surface of the fourth structure 26. May be.

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 force detection apparatus 1 of this embodiment, as already stated, the board | substrate 36 with which the detection circuit 3 was mounted is the 1st structure 21, the 2nd structure 22, the 3rd structure 25, and an elastic body. 23 is housed in a space surrounded by 23. That is, the detection circuit 3 is mounted on the substrate 36 housed in a space surrounded by the first structure 21, the second structure 22, and the elastic body 23. For this reason, in the force detection apparatus 1 of this embodiment, since the housing | casing for accommodating the detection circuit 3 is unnecessary, cost can be reduced.

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 force detection device 1 may include a housing for housing the detection circuit 3. For example, as shown in FIG. 12, the force detection device 1 may include a force sensor 2 and a housing 37. The housing 37 accommodates a substrate 36 on which the detection circuit 3 is mounted.

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 housing 37 includes a male connector 37 </ b> A that is electrically connected to the detection circuit 3. The force sensor 2 includes a female connector 2A that has an opening into which the male connector 37A is fitted and is electrically connected to the male connector 37A. For this reason, the housing | casing 37 is attached with respect to the force sensor 2 so that attachment or detachment is possible.

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 detection circuit 3 may be stored in the housing 37. And the housing | casing 37 may be attached to the force sensor 2 so that attachment or detachment is possible. In this configuration, since the force sensor 2 and the housing 37 can be manufactured separately, the yield can be improved. Further, in this configuration, for example, even when the first structure 21 and the second structure 22 of the force sensor 2 are formed of a metal material, the casing 37 can be formed of a resin material, thereby reducing costs. can do.

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 force detection device 1 may be configured by folding the flexible substrate so as to sandwich the core 4 without including the housing 37, for example. In this case, the detection circuit 3 is mounted on a flexible substrate.

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 structure 21, 22, 25, 26 may be formed of a resin material such as CFRP, for example. In this configuration, the structures 21, 22, 25, and 26 are easier to mold than the case where the structures 21, 22, 25, and 26 are formed of a metal material, and the cost can be reduced.

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 force sensors 2 according to the first to fifth modifications of the third embodiment will be described with reference to FIGS. In addition, in the force sensor 2 of each modification, description is abbreviate | omitted suitably about the component which is common in Embodiment 3. FIG. Further, the force sensor 2 of each modified example does not include the third structure 25. In addition, in FIGS. 13 to 17, the components other than the first structure 21 and the second structure 22 are not shown.

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 force sensors 2 of the first to fifth modifications, as shown in FIGS. 13 to 17, as the suppression structure S <b> 1, the first structure body 21 and the second structure body 22 are stoppers S <b> 11 to butt in the direction of rotation, respectively. S15 is provided. Here, “rotation” refers to relative rotation of the first structure 21 and the second structure 22 around the axis X1 along the vertical direction (detection direction). For this reason, in the force sensors 2 of the first to fifth modifications, as in the third embodiment, since it is difficult to apply a moment to the elastic body 23, the joining by the elastic body 23 is unlikely to be incomplete, and as a result, the load detection accuracy is high. It is hard to decline.

<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。
<Modification 1>
In the force sensor 2 of Modification 1, as shown in FIG. 13, the first structure 21 and the second structure 22 are each formed in a circular shape in plan view. Further, the edge portion 21 </ b> A is formed integrally with the first structure 21. The edge portion 21A has a plurality (three in the drawing) of claws 212 protruding upward from the upper edge. The plurality of claws 212 are provided at equal intervals along the circumferential direction of the edge portion 21A. In addition, on the upper surface of the second structure 22, a plurality of recesses 222 (three in the drawing) in which the tips of the claws 212 are hooked are provided. The plurality of depressions 222 are provided at equal intervals along the circumferential direction of the second structure 22.

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 force sensor 2 of the present modified example, the claws 212 are respectively caught in the plurality of depressions 222, whereby the relative rotation of the first structure 21 and the second structure 22 is suppressed. That is, in the force sensor 2 of this modification, the stopper S11 is configured by the claw 212 and the recess 222. In the force sensor 2 of this modification, the claw 212 and the recess 222 function as the stopper S11 if provided one by one.

<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。
<Modification 2>
In the force sensor 2 of Modification 2, as shown in FIG. 14, the first structure 21 and the second structure 22 are each formed in a circular shape in plan view. Further, the edge portion 21 </ b> A is formed integrally with the first structure 21. The edge 21 </ b> A is integrally formed with a rectangular protrusion 21 </ b> C in a plan view that protrudes in the radial direction. Further, a pair of quadrangular prism-shaped second protrusions 213 are integrally formed on the edge portion 21A so as to sandwich the protruding portion 21C. The pair of second protrusions 213 protrudes in the vertical direction (detection direction). The second structure 22 is integrally provided with a first protrusion 223 that is rectangular in a plan view that protrudes in the radial direction.

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 force sensor 2 of the present modification, the first structure 21 and the second structure 22 are formed by sandwiching the first protrusion 223 protruding in the radial direction between the pair of second protrusions 213 protruding in the detection direction. The relative rotation of is suppressed. That is, in the force sensor 2 of the present modification, the stopper S12 includes the first protrusion 223 and the pair of second protrusions 213. The first protrusion 223 protrudes from the outer peripheral edge of one of the first structure 21 and the second structure 22 (here, the second structure 22). The pair of second protrusions 213 protrudes from the outer peripheral edge of the other (here, the first structure 21) and sandwiches the first protrusion 223.

<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。
<Modification 3>
In the force sensor 2 of Modification 3, as shown in FIG. 15, the first structure 21 and the second structure 22 are each formed in a circular shape in plan view. Further, the edge portion 21 </ b> A is formed integrally with the first structure 21. The second structure 22 is integrally formed with a pair of flat first protrusions 224 that protrude downward from the outer peripheral edge. The pair of first protrusions 224 are provided at equal intervals along the circumferential direction of the second structure 22. Two pairs of quadrangular prism-shaped second protrusions 214 protruding in the radial direction are integrally formed on the edge portion 21A. The two pairs of second protrusions 214 are provided at equal intervals along the circumferential direction of the edge portion 21A.

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 force sensor 2 of the present modification, the first structure 21 and the second structure are formed by sandwiching the first protrusion 224 protruding in the detection direction between the pair of second protrusions 214 protruding in the radial direction. The relative rotation of 22 is suppressed. That is, in the force sensor 2 of the present modification, the stopper S13 includes the first protrusion 224 and the pair of second protrusions 214. The first protrusion 224 protrudes from the outer peripheral edge of one of the first structure 21 and the second structure 22 (here, the second structure 22). The pair of second protrusions 214 protrude from the outer peripheral edge of the other (here, the first structure 21) and sandwich the first protrusion 224.

<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。
<Modification 4>
In the force sensor 2 of the modification 4, as shown in FIG. 16, the 1st structure 21 and the 2nd structure 22 are each formed in circular shape by planar view. The first structure 21 is integrally formed with a plurality (three in the drawing) of convex portions 215 protruding upward from the outer peripheral edge. Further, the first structure 21 has a plurality of (three in the drawing) recesses 216 provided between the plurality of projections 215.

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 second structure 22 is integrally formed with a plurality (three in the drawing) of convex portions 225 protruding downward from the outer peripheral edge. The second structure 22 has a plurality (three in the drawing) of recesses 226 provided between the plurality of protrusions 225.

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 force sensor 2 of the present modified example, the convex portions 215 and 225 are fitted into the concave portions 226 and 216, so that the relative rotation of the first structure 21 and the second structure 22 is suppressed. That is, in the force sensor 2 of the present modification, the stopper S14 includes the convex portions 215 and 225 and the concave portions 216 and 226. The convex portions 215 and 225 protrude from the outer peripheral edge of one of the first structure 21 and the second 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.

<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。
<Modification 5>
In the force sensor 2 of Modification 5, as shown in FIG. 17, the first structure 21 and the second structure 22 are each formed in a shape combining a semicircle and a quadrangle in plan view. Further, the edge portion 21 </ b> A is formed integrally with the first structure 21. The first structure 21 is provided with a pair of circular insertion holes 217 penetrating in the vertical direction (detection direction) in plan view. Further, the second structure 22 is provided with a pair of circular insertion holes 227 penetrating in the vertical direction (detection direction) 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).

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 force sensor 2 of the present modification includes a pair of cylindrical pins 27. The pin 27 is formed with a dimension that is inserted through the insertion holes 217 and 227.

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 force sensor 2 of the present modification, 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 caulked, whereby the first structure 21 and the second structure 22 are relatively moved. Rotation is suppressed. That is, in the force sensor 2 of the present modification, the first structure 21 and the second structure 22 are provided with insertion holes 217 and 227 that continuously penetrate in the vertical direction (detection direction). The stopper S15 includes insertion holes 217 and 227 and pins 27 that are inserted through the insertion holes 217 and 227.

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 force sensor 2 includes any of the above-described stoppers S11 to S15, the first structure 21 and the second structure 22 are each formed in a non-circular shape when viewed from the vertical direction (detection direction). It does not have to be.

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 force sensor 2 and the nut is tightened with respect to the bolt, for example, a shim ring (bearing) may be inserted through the bolt so as to be positioned between the nut and the force sensor 2. In this configuration, when the nut is tightened, 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. In this configuration, the above-described stoppers S11 to S15 are unnecessary.

<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 force detection system 100 and a force detection method according to an embodiment of the present invention will be described. However, the configuration described below is merely an example of the present invention, and the present invention is not limited to the following embodiment. Further, 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 of the present invention, even if it is other than this embodiment.

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 force detection system 100 of this embodiment includes a plurality of force sensors 2, a collection device 6, and a reception terminal 7. The plurality of force sensors 2 are the force sensors 2 according to any of the first to third embodiments and the first to fifth modifications, respectively.

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 force sensors 2 and the collection device 6 are electrically connected to each other through a power line 101 and a signal line 102, respectively. Here, 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.

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 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. Each of the plurality of force sensors 2 operates by being supplied with a DC voltage (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.

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 collection device 6 collects detection data from the plurality of force sensors 2. In the force detection system 100 of the present embodiment, the collection device 6 has a detection circuit 3. In the collection device 6, the detection circuit 3 generates detection data based on the output signal of the force sensor 2. In other words, 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.

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 force sensors 2 may be a plurality of force detection devices 1 each including a detection circuit 3. In this case, 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.

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 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. Here, it is assumed that the collection device 6 and the reception terminal 7 are configured to be communicable by radio.

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 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. In addition, 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.

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 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. In other words, 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.

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 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 (a plurality of screws) E12. 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.

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 collection device 6 may be provided at a position where it can communicate wirelessly with the patrol car F1 traveling in the tunnel E1, and may not be attached to the inner wall of the tunnel E1. For example, 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.

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 force detection system 100 according to the present embodiment 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.

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 force detection system 100 of this embodiment can be used for monitoring of the information board G1 which notifies a congestion state or a construction notice 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. Here, the collection device 6 may be provided at a position where it can communicate wirelessly with the patrol car F1 traveling on the road, and may be attached to the information board G1.

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 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. Note that 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.

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 force detection system 100 of this embodiment may be provided with the some branching device 103, for example, as shown to FIG. 20A. The plurality of force sensors 2 may be connected to the collection device 6 by bus-type wiring that branches from one power line 101 connected to the collection device 6 via the branching device 103. Below, it demonstrates focusing on one branch device 103 of the some branch device 103, and the force sensor 2 connected to this branch device 103. FIG.

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 device 103 has a control device 104. The control device 104 is configured by mounting a microcomputer (microcomputer), input / output terminals, and the like on a substrate, for example. The control device 104 and the collection device 6 are electrically connected to each other by a power line 101 and a signal line 102. Further, the control device 104 and the force sensor 2 are electrically connected to each other by 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.

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 force detection system 100 of the present embodiment may include a plurality of PLC (Power Line Communication) modules 107 instead of the plurality of control devices 104, for example, as illustrated in FIG. 20B. The plurality of force sensors 2 may be 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. In the example shown in FIG. 20B, the PLC module 107 to which the force sensor 2 is not connected functions as a repeater.

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 force detection system 100 according to the present embodiment includes a single PLC module 107 and a plurality of force sensors 2 connected to the PLC module 107. (Instrument) 108 may be configured. In this configuration, since the electric device 108 replaces the branching device 103, the branching device 103 is not necessary. In the example shown in FIG. 20C, only one set of the power supply line 105 and the signal line 106 is shown, but actually, 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. Are electrically connected. In the example shown in FIG. 20C, the electric device 108 incorporates the plurality of force sensors 2 and the PLC module 107, but may have other configurations. For example, the configuration may be such that only the PLC module 107 is incorporated in the electric device 108 and the plurality of force sensors 2 are installed in a place different from the electric device 108.

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 force detection system 100 according to the present embodiment includes the collection device 6 and the reception terminal 7 in addition to the plurality of force sensors 2, but the collection device 6 and the reception terminal 7 are not essential configuration requirements. That is, the force detection system 100 of this embodiment should just be provided with the some force sensor 2, and it is arbitrary whether the collection apparatus 6 or the collection apparatus 6 and the receiving terminal 7 are further provided.

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 force sensors 2, 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. 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.

<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 force sensor 2 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. In particular, 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.

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 force sensor 2 and the force detection device 1 of the first to third embodiments and the first to fifth modifications are, for example, nuts that are tightened to the bolt or the shaft by detecting the tightening axial force of the bolt or the shaft. Looseness can be monitored. For example, 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.

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 force sensor 2 and the force detection device 1 according to the first to third embodiments and the first to fifth modifications are used for mounting brackets such as a hanging bracket, a turnbuckle, a fixing bracket, an anchor bolt, a bolt and a nut, and a joint. it can. These mounting brackets are, for example, infrastructure accessories such as lights (lights, tunnel lights, etc.), information boards, signs, jet fans, cable racks, traffic lights, sound insulation walls, ceiling boards, slopes, rails, and sleepers. Can be used.

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 force sensor 2 and the force detection device 1 can be used for a fixture for an information board of a road bridge, a turnbuckle of a jet fan in a road tunnel, and an anchor bolt on a slope of a dam. In addition, the force sensor 2 and the force detection device 1 can be used for lighting bolts and nuts of railway tunnels, railroad rail sleeper fixing brackets, sewer piping joint bolts, and park playground equipment mounting brackets.

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 force sensor 2 and the force detection device 1 according to the first to third embodiments and the first to fifth modifications are not limited to the infrastructure field, and can be used in, for example, the industrial field and the consumer field. In the industrial field, for example, the force sensor 2 and the force detection device 1 can be used for industrial equipment, industrial robots, trucks, elevators, ships, building scaffolds, temporary facilities, and the like. In the consumer field, for example, the force sensor 2 and the force detection device 1 can be used for consumer devices, consumer robots, play equipment (for example, roller coasters), and the like.

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 force sensor 2 and the force detection device 1 of the first to third embodiments and the first to fifth modifications are not limited to applications for detecting the tightening axial force of a bolt or a shaft, and may be other applications. For example, the force sensor 2 and the force detection device 1 are also suitable for applications that detect tension applied to an object. Specifically, the force sensor 2 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, or for monitoring a suspension bridge cable.

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 force sensor 2 and the force detection device 1 according to the first to third embodiments and the first to fifth modifications are also suitable for applications that detect the weight of an object. Specifically, the force sensor 2 and the force detection device 1 can be used for detecting the weight of an object stored in a bottle, bag, tank, or the like, or detecting whether or not the object is overloaded.

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 force sensor 2 and the force detection device 1 of the first to third embodiments and the first to fifth modifications are also suitable for applications that detect pressure applied to an object. Specifically, the force sensor 2 and the force detection device 1 can be used for detection of pressure applied to the object by the press machine and detection of pressure when the extruder melts and extrudes the object.

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 force sensor 2 and the force detection apparatus 1 of Embodiments 1-3 and the modifications 1-5 are suitable also for the use which detects the load added to a target object. Specifically, 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.

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 force sensor 2 and the force detection apparatus 1 of Embodiments 1-3 and the modifications 1-5 are suitable also for the use which detects the grip force added to a target object. Specifically, the force sensor 2 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.

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 force sensor 2 and the force detection device 1 according to the first to third embodiments and the first to fifth modifications are also suitable for applications that detect a pedaling force applied to an object. Specifically, the force sensor 2 and the force detection device 1 can be used to detect a pedaling force applied to an accelerator or a brake of an automobile.

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 SYMBOLS 1 Force detection apparatus 2 Force sensor 20 Detection part 21 1st structure 22 2nd structure 210,220 Through-hole 223,224 1st protrusion 213,214 2nd protrusion 215,225 Convex part 216,226 Concave part 217,227 Insertion Hole 21A, 22A Edge 220A Female thread (screw)
23 Elastic body 25 Third structure 26 Fourth structure 26A Female thread (screw)
27 pin 3 detection circuit 36 substrate 37 housing 4 core 40 hollow part 5 coil 6 collecting device 7 receiving terminal 100 force detection system E12 anchor bolt (screw)
S1 Suppression structure S11 to S15 Stopper

Claims (21)

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を特徴とする請求項1記載の力センサ。   The force sensor according to claim 1, further comprising a suppression structure that suppresses relative rotation of the first structure and the second structure around an axis along the detection direction. 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を特徴とする請求項2記載の力センサ。   3. The force sensor according to claim 2, wherein the first structure and the second structure are each formed in a non-circular shape when viewed from the detection direction. 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を特徴とする請求項3記載の力センサ。   4. The force sensor according to claim 3, wherein each of the first structure and the second structure is formed in a square shape when viewed from the detection direction. 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を特徴とする請求項2記載の力センサ。   The force sensor according to claim 2, wherein the first structure and the second structure each include a stopper that is abutted in the direction of rotation as the restraining structure. 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を特徴とする請求項5記載の力センサ。   The stopper includes a first protrusion that protrudes from one outer peripheral edge of either the first structure or the second structure, and a pair of second protrusions that protrude from the other outer peripheral edge and sandwich the first protrusion. The force sensor according to claim 5, wherein: 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を特徴とする請求項5記載の力センサ。   The stopper is composed of a convex portion protruding from one outer peripheral edge of the first structure and the second structure, and a concave portion provided on the other outer peripheral edge into which the convex portion is fitted. The force sensor according to claim 5. 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を特徴とする請求項2乃至8のいずれか1項に記載の力センサ。   The edge part which protrudes in the said detection direction in the said detection direction from the at least one outer periphery of the said 1st structure and the said 2nd structure is further provided in any one of Claim 2 thru | or 8 characterized by the above-mentioned. The force sensor described. 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を特徴とする請求項9記載の力センサ。   10. The force sensor according to claim 9, wherein one of the first structure and the second structure is a plate-like lid that closes an opening surrounded by the other edge. 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を特徴とする請求項9または10記載の力センサ。   The force sensor according to claim 9 or 10, wherein the first structure and the second structure have the same structure. 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を特徴とする請求項9乃至11のいずれか1項に記載の力センサ。   The force sensor according to any one of claims 9 to 11, wherein the edge portion includes a third structure that is separate from the first structure and the second structure. 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.
請求項1乃至14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荷重を検知する検知回路とを備えることを特徴とする力検知装置。   15. A force detection apparatus comprising: the force sensor according to claim 1; and a detection circuit that detects a load based on a change in magnetic characteristics of the coil. 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を特徴とする請求項15記載の力検知装置。   The force detection device according to claim 15, wherein the detection circuit is mounted on a substrate housed in a space surrounded by the first structure, the second structure, and the elastic body. 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.
請求項1乃至14のいずれか1項に記載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力検知システム。   A plurality of force sensors according to any one of claims 1 to 14, wherein the plurality of force sensors are attached to a plurality of screws, respectively, and detect looseness of each of the plurality of screws. Force detection system. 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ることを特徴とする請求項18記載の力検知システム。   The force detection system according to claim 18, further comprising a collection device that collects detection data from the plurality of force sensors. 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を特徴とする請求項19記載の力検知システム。   The force detection system according to claim 19, further comprising a reception terminal that receives a data signal including detection data collected by the collection device. 請求項1乃至14のいずれか1項に記載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力検知方法。   A plurality of force sensors according to any one of claims 1 to 14, wherein the plurality of force sensors are respectively attached to a plurality of screws to detect looseness of each of the plurality of screws. Force detection method.
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