JP2007085994A - Distortion detecting device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、特に荷重を付加することによって発生する歪を検出する歪検出装置に関するものである。 The present invention relates to a strain detection apparatus that detects strain generated by applying a load.
従来のこの種の歪検出装置は、図5に示すような構成を有していた。 This type of conventional strain detection apparatus has a configuration as shown in FIG.
図5は従来の歪検出装置の側断面図、図6は同歪検出装置における支持部材の斜視図である。 FIG. 5 is a side sectional view of a conventional strain detection device, and FIG. 6 is a perspective view of a support member in the strain detection device.
図5、図6において、1は弾性材料からなる絶縁基板で、この絶縁基板1は略中央に上面から下面にわたって検出孔2を設けている。また、前記絶縁基板1の下面には歪抵抗素子3を4個設けており、この4個の歪抵抗素子3は電源電極(図示せず)、GND電極(図示せず)、一対の出力電極(図示せず)と電気的に接続することによりブリッジ回路を構成している。そしてまた、前記絶縁基板1の上面には押圧部材4を当接させるとともに、この押圧部材4により前記検出孔2の周囲を押圧している。さらに、前記絶縁基板1の下面には固定部材5を設けており、この固定部材5を前記押圧部材4に螺合させている。さらにまた、前記絶縁基板1の下側には、4個の歪抵抗素子3を覆うように支持部材6を設けるとともに、この支持部材6の上端には図6に示すように固着部材7を設け、この固着部材7を前記絶縁基板1の下面と当接させ、かつこの固着部材7の一部には切欠き8を設けている。
5 and 6,
以上のように構成された従来の歪検出装置について、次にその動作を説明する。 Next, the operation of the conventional strain detection apparatus configured as described above will be described.
絶縁基板1の略中央の上面に押圧部材4により押圧力が付加されると、この押圧力により前記絶縁基板1には曲げモーメントが発生し、この曲げモーメントにより前記絶縁基板1の下面に設けた歪抵抗素子3にも曲げモーメントが発生する。そして、この歪抵抗素子3に曲げモーメントが生じると歪抵抗素子3の抵抗値が変化するため、この抵抗値の変化を一対の出力電極(図示せず)と接続したリード線(図示せず)を介して外部のコンピュータ(図示せず)等に出力することにより、絶縁基板1に加わる押圧力を測定するものである。
When a pressing force is applied to the upper surface of the substantially central portion of the
なお、この出願の発明に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献1が知られている。
しかしながら、上記した従来の構成においては、支持部材6における固着部材7に切欠き8を設けているため、押圧部材4が上側に引張られると、支持部材6における切欠き8の近傍の固着部材7に引張応力が集中することになり、これにより、支持部材6における固着部材7と絶縁基板1との間が剥がれやすくなって、歪検出装置の引張強度が小さくなるという課題を有していた。
However, in the above-described conventional configuration, since the
本発明は上記従来の課題を解決するもので、引張強度を向上させることができる歪検出装置を提供することを目的とするものである。 The present invention solves the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to provide a strain detection device capable of improving the tensile strength.
上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を有するものである。 In order to achieve the above object, the present invention has the following configuration.
本発明の請求項1に記載の発明は、少なくとも2つの歪抵抗素子を一方の面に設け、かつ略中央に検出孔を設けた絶縁基板と、この絶縁基板における検出孔の近傍を押圧する押圧部材と、前記絶縁基板に固着される固着部材と、この固着部材を介して前記絶縁基板を支持する支持部材とを備え、前記固着部材を絶縁基板における歪抵抗素子を設けた一方の面とは反対側の他方の面の周縁部全周にわたって固着したもので、この構成によれば、固着部材を絶縁基板における歪抵抗素子を設けた一方の面とは反対側の他方の面の周縁部全周にわたって固着しているため、前記押圧部材に引張力が発生した場合、固着部材の端部に引張応力が集中するということはなくなり、これにより、絶縁基板と固着部材との間は剥がれにくくなるため、引張強度の向上が図れるという作用効果を有するものである。 According to the first aspect of the present invention, there is provided an insulating substrate provided with at least two strain resistance elements on one surface and a detection hole at a substantially center, and a pressure for pressing the vicinity of the detection hole in the insulating substrate. A member, a fixing member that is fixed to the insulating substrate, and a support member that supports the insulating substrate via the fixing member, and the fixing member is a surface on which the strain resistance element is provided on the insulating substrate. According to this configuration, the fixing member is fixed to the entire periphery of the other surface opposite to the one surface on which the strain resistance element is provided on the insulating substrate. Since it is fixed over the circumference, when a tensile force is generated in the pressing member, the tensile stress is not concentrated on the end portion of the fixing member, thereby making it difficult to peel off between the insulating substrate and the fixing member. For tensile strength Improving and has a effect that can be achieved.
本発明の請求項2に記載の発明は、特に、固着部材の絶縁基板への固着手段として溶接または接着により固着したもので、この構成によれば、固着部材の絶縁基板への固着手段として溶接または接着により固着しているため、ネジ等の締結部材を設ける必要はなく、これにより、小型化が可能となる歪検出装置を提供できるという作用効果を有するものである。 The invention according to claim 2 of the present invention is particularly one in which the fixing member is fixed to the insulating substrate by welding or adhesion, and according to this configuration, the fixing member is fixed to the insulating substrate as welding means. Alternatively, since it is fixed by adhesion, there is no need to provide a fastening member such as a screw, and this has the effect of providing a strain detection device that can be miniaturized.
本発明の請求項3に記載の発明は、特に、支持部材に下方ストッパーを設け、この下方ストッパーにより、押圧部材の下方向への移動を規制するようにしたもので、この構成によれば、押圧部材に過大な押圧力が加わった場合、押圧部材は支持部材の下方ストッパーに当接して押圧部材の下方向への移動が規制されるため、絶縁基板が必要以上に変形するということはなくなり、これにより、絶縁基板が塑性変形してしまうということはなくなるため、歪検出装置の出力特性が劣化することはないという作用効果を有するものである。 In the invention according to claim 3 of the present invention, in particular, the support member is provided with a lower stopper, and the lower stopper restricts the downward movement of the pressing member. According to this configuration, When an excessive pressing force is applied to the pressing member, the pressing member abuts against the lower stopper of the support member and the downward movement of the pressing member is restricted, so that the insulating substrate is not deformed more than necessary. Thus, since the insulating substrate is not plastically deformed, the output characteristic of the strain detecting device is not deteriorated.
本発明の請求項4に記載の発明は、特に、固着部材に上方ストッパーを設け、この上方ストッパーにより、押圧部材の上方向への移動を規制するようにしたもので、この構成によれば、押圧部材に過大な引張力が加わった場合、押圧部材は固着部材の上方ストッパーに当接して押圧部材の上方向への移動が規制されるため、絶縁基板が必要以上に変形するということはなくなり、これにより、絶縁基板が塑性変形してしまうということはなくなるため、歪検出装置の出力特性が劣化することはないという作用効果を有するものである。 In the invention according to claim 4 of the present invention, in particular, the upper member is provided with an upper stopper, and the upper stopper restricts the upward movement of the pressing member. According to this configuration, When an excessive tensile force is applied to the pressing member, the pressing member contacts the upper stopper of the fixing member and the upward movement of the pressing member is restricted, so that the insulating substrate is not deformed more than necessary. Thus, since the insulating substrate is not plastically deformed, the output characteristic of the strain detecting device is not deteriorated.
以上のように本発明の歪検出装置は、少なくとも2つの歪抵抗素子を一方の面に設け、かつ略中央に検出孔を設けた絶縁基板と、この絶縁基板における検出孔の近傍を押圧する押圧部材と、前記絶縁基板に固着される固着部材と、この固着部材を介して前記絶縁基板を支持する支持部材とを備え、前記固着部材を絶縁基板における歪抵抗素子を設けた一方の面とは反対側の他方の面の周縁部全周にわたって固着しているため、前記押圧部材に引張力が発生した場合、固着部材の端部に引張応力が集中するということはなくなり、これにより、絶縁基板と固着部材との間は剥がれにくくなるため、引張強度の向上が図れるという優れた効果を有するものである。 As described above, the strain detection device of the present invention has an insulating substrate provided with at least two strain resistance elements on one surface and a detection hole substantially at the center, and a pressure that presses the vicinity of the detection hole in the insulating substrate. A member, a fixing member that is fixed to the insulating substrate, and a support member that supports the insulating substrate via the fixing member, and the fixing member is a surface on which the strain resistance element is provided on the insulating substrate. Since it is fixed over the entire periphery of the peripheral edge of the other surface on the opposite side, when a tensile force is generated in the pressing member, the tensile stress does not concentrate on the end of the fixing member. Since it is difficult to peel off between the fixing member and the fixing member, the tensile strength can be improved.
以下、一実施の形態を用いて、本発明の特に請求項1〜4に記載の発明について、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, the inventions described in the first to fourth aspects of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は本発明の一実施の形態における歪検出装置の分解斜視図、図2は同歪検出装置の側断面図、図3は同歪検出装置における絶縁基板の上面図、図4は同絶縁基板における保護層を取り外した状態を示す上面図である。 1 is an exploded perspective view of a strain detection device according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a side sectional view of the strain detection device, FIG. 3 is a top view of an insulating substrate in the strain detection device, and FIG. It is a top view which shows the state which removed the protective layer in a board | substrate.
図1〜図4において、11は略正方形形状のニッケルを約0.1重量%含有するステンレスからなる絶縁基板で、この絶縁基板11の一方の面である上面には図4に示すように、銀からなる電源電極12、一対の出力電極13、GND電極14、2つの圧縮側歪抵抗素子15および2つの引張側歪抵抗素子16を設けており、これらを回路パターン17によって電気的に接続することによりブリッジ回路を構成している。また、前記絶縁基板11の上面には、図3に示すように、図4に示した圧縮側歪抵抗素子15、引張側歪抵抗素子16および回路パターン17を覆うように保護層18を設けている。さらに、前記絶縁基板11には略中央に上面から下面にかけて検出孔19を設けている。
1 to 4, reference numeral 11 denotes an insulating substrate made of stainless steel containing approximately 0.1% by weight of nickel having a substantially square shape. On the upper surface, which is one surface of the insulating substrate 11, as shown in FIG. A
20はニッケルを約4重量%含有するステンレス材料からなる押圧部材で、この押圧部材20は絶縁基板11の他方の面である下面側から絶縁基板11の検出孔19に挿入され、さらにこの押圧部材20には、前記絶縁基板11における検出孔19の近傍を絶縁基板11の他方の面である下面側から押圧する当接部21を設けるとともに、図2に示すように、上部の外側面全体に雄ネジ22を設け、かつ下端部に外方に突出するフランジ状のストッパー23を設けている。24はナットからなる金属製の固定部材で、この固定部材24は内周部に設けた雌ネジ24aを前記押圧部材20に設けた雄ネジ22に螺合させることにより、前記絶縁基板11を前記押圧部材20とで挟持している。
25は凹部形状をなす金属製の支持部材で、この支持部材25は外底面に固定部26を形成するとともに、この固定部26の外側面全体には雄ネジ27を設けている。また、前記凹部形状をなす支持部材25の内底面には凸形状の下方ストッパー28を設けており、そしてこの下方ストッパー28は前記押圧部材20における下端面に対向するものである。
29は前記支持部材25を絶縁基板11に固着するために用いられる円筒形状の固着部材で、この固着部材29は図1に示すように、下部の外側面全体に雄ネジ29aを設けており、この雄ネジ29aに前記支持部材25の内周部に設けた雌ネジ25aを螺合させることにより、この固着部材29に前記支持部材25を取り付けるようにしている。また、前記固着部材29には、図1、図2に示すように、前記押圧部材20の下端部に形成した外方に突出するストッパー23が対向する上方ストッパー30を設けている。
そして前記固着部材29は、図2に示すように、絶縁基板11における2つの圧縮側歪抵抗素子15および2つの引張側歪抵抗素子16を設けた一方の面とは反対側の他方の面の周縁部全周に上面円形部29bを溶接によって固着しているもので、これにより、絶縁基板11の周縁部は、固着部材29に取り付けられた支持部材25により支持されるものである。そして、この固着部材29に設けた上方ストッパー30は、図2に示すように、前記押圧部材20を絶縁基板11の検出孔19に挿入した場合、押圧部材20の下端部に形成した外方に突出するストッパー23と前記絶縁基板11との間に位置するように構成されている。
As shown in FIG. 2, the
31は金属製の取付板で、この取付板31は支持部32を一体的に形成しており、そしてこの支持部32は図2に示すように、前記固着部材29と支持部材25とにより挟持されるものである。33は回路基板で、この回路基板33は上面にICからなる処理回路34を設けており、そしてこの処理回路34は接続端子35を介して前記絶縁基板11における電源電極12、一対の出力電極13、GND電極14と電気的に接続するようにしている。また、前記回路基板33における処理回路34は電源電極12に電圧を負荷するとともに、ブリッジ回路を構成する圧縮側歪抵抗素子15および引張側歪抵抗素子16からの出力信号を処理している。
36は樹脂製のケースで、このケース36は内側にコネクタ端子37を設けており、このコネクタ端子37は前記回路基板33における処理回路34と電気的に接続されている。また、このケース36は外底部に位置決め用の突部38を設けており、そしてこの突部38を前記取付板31に設けた位置決め穴39に挿入することにより、取付板31に取り付けているものである。
上記したように本発明の一実施の形態においては、支持部材25を絶縁基板11に固着するための固着部材29を前記絶縁基板11における圧縮側歪抵抗素子15および引張側歪抵抗素子16を設けた一方の面とは反対側の他方の面の周縁部全周にわたって固着しているため、前記押圧部材20に引張力が発生した場合、固着部材29の端部に引張応力が集中するということはなくなり、これにより、絶縁基板11と固着部材29との間は剥がれにくくなるため、引張強度の向上が図れるものである。
As described above, in one embodiment of the present invention, the fixing
また、本発明の一実施の形態においては、固着部材29の絶縁基板11への固着手段として溶接により固着しているため、ネジ等の締結部材を設ける必要はなく、これにより、小型化が可能となる歪検出装置を提供できるという効果を有するものである。
In the embodiment of the present invention, since the fixing
以上のように構成された本発明の一実施の形態における歪検出装置について、次にその組立方法について説明する。 Next, a method for assembling the strain detection apparatus according to the embodiment of the present invention configured as described above will be described.
まず、ステンレス板(図示せず)の下面にガラスペースト(図示せず)を印刷した後、約850℃で約10分間焼成して絶縁基板11を形成する。 First, after a glass paste (not shown) is printed on the lower surface of a stainless steel plate (not shown), the insulating substrate 11 is formed by baking at about 850 ° C. for about 10 minutes.
次に、前記絶縁基板11の上面に位置して銀のペースト(図示せず)を印刷し、約850℃で約10分間焼成することにより、前記絶縁基板11の上面に電源電極12、一対の出力電極13、GND電極14および回路パターン17を形成する。
Next, a silver paste (not shown) is printed on the upper surface of the insulating substrate 11 and baked at about 850 ° C. for about 10 minutes. The
次に、前記絶縁基板11の上面の圧縮側歪抵抗素子15および引張側歪抵抗素子16を設ける位置にメタルグレーズ系ペースト(図示せず)を印刷した後、約130℃で約10分間乾燥した後、絶縁基板11を約850℃で約10分間焼成することにより、絶縁基板11に2つの圧縮側歪抵抗素子15および2つの引張側歪抵抗素子16を形成する。
Next, a metal glaze paste (not shown) is printed on the upper surface of the insulating substrate 11 at a position where the compression side
次に、前記電源電極12、一対の出力電極13、GND電極14を除くように絶縁基板11の上面にガラスからなるペースト(図示せず)を印刷した後、約640℃で約10分間焼成することにより、絶縁基板11の上面に保護層18を形成する。
Next, a paste made of glass (not shown) is printed on the upper surface of the insulating substrate 11 so as to remove the
次に、前記絶縁基板11の下面の周縁部全周に固着部材29の上面円形部29bを当接させた後、溶接により固着部材29を絶縁基板11の下面に固着する。
Next, after the upper surface
次に、前記円筒形状の固着部材29の内側に押圧部材20を位置させるとともに、この押圧部材20を絶縁基板11の下面側から絶縁基板11の検出孔19に挿入する。これにより、押圧部材20は当接部21が絶縁基板11の下面側における検出孔19の周辺部に当接するとともに、雄ネジ22を設けた押圧部材20の上部が絶縁基板11の上面側に突出するため、この突出した上部の雄ネジ22に固定部材24の雌ネジ24aを螺合させることにより、押圧部材20を絶縁基板11に取り付ける。
Next, the pressing
次に、取付板31の支持部32を固着部材29の雄ネジ29aの外周に装着し、そして固着部材29の雄ネジ29aに支持部材25の内周部に設けた雌ネジ25aを螺合させることにより、取付板31を固着部材29と支持部材25との間に挟持する。
Next, the
次に、取付板31の位置決め穴39にケース36の外底部に設けた位置決め用の突部38を合わせて挿入することにより、ケース36を取付板31に取り付ける。
Next, the
次に、ケース36の内側に位置するコネクタ端子37と回路基板33とをはんだ付けにより接続する。
Next, the
最後に、接続端子35の一端側を回路基板33とはんだ付けした後、接続端子35の他端側を絶縁基板11の電源電極12、一対の出力電極13、GND電極14にそれぞれはんだ付けする。
Finally, after soldering one end side of the
以上のように構成され、かつ組み立てられた本発明の一実施の形態における歪検出装置について、次に、その動作を説明する。 Next, the operation of the strain detection apparatus constructed and assembled as described above according to an embodiment of the present invention will be described.
まず、押圧部材20における雄ネジ22を相手側取付部材(図示せず)に取り付ける。この状態で、押圧部材20に上方より押圧力が作用すると、この押圧力により前記絶縁基板11の表面に歪が発生し、絶縁基板11の上面に設けた圧縮側歪抵抗素子15に圧縮応力が作用するとともに、引張側歪抵抗素子16に引張応力が作用する。そして、この圧縮側歪抵抗素子15および引張側歪抵抗素子16に歪が発生すると、この圧縮側歪抵抗素子15および引張側歪抵抗素子16は抵抗値が変化するため、この抵抗値の変化を一対の出力電極13からブリッジ回路としての出力を外部のコンピュータ(図示せず)に出力し、これにより、絶縁基板11に加わる荷重を測定するものである。
First, the
ここで、歪検出装置における押圧部材20に、上方から予期せぬ過大な押圧力が作用した場合、押圧部材20は下方に移動することになるが、この場合、本発明の一実施の形態における歪検出装置においては、押圧部材20に上方から予期せぬ過大な押圧力が作用した場合、押圧部材20の下端面が支持部材25の内底面に設けた下方ストッパー28に当接するため、それ以上に押圧部材20が下方に移動することはなくなり、これにより、絶縁基板11が必要以上に変形するということはなくなるため、絶縁基板11が塑性変形してしまうということはなくなり、これにより、歪検出装置の出力特性が劣化することはないという効果を有するものである。
Here, when an unexpected excessive pressing force acts on the pressing
また、上記とは反対に、押圧部材20に予期せぬ過大な引張力が作用した場合、押圧部材20は上方に移動することになるが、この場合、本発明の一実施の形態における歪検出装置においては、押圧部材20に予期せぬ過大な引張力が作用した場合、押圧部材20のストッパー23が固着部材29の上方ストッパー30に当接するため、それ以上に押圧部材20が上方に移動することはなくなり、これにより、絶縁基板11が必要以上に変形するということはなくなるため、絶縁基板11が塑性変形してしまうということはなくなり、これにより、歪検出装置の出力特性が劣化することはないという効果を有するものである。
Contrary to the above, when an unexpected excessive tensile force acts on the pressing
なお、上記本発明の一実施の形態においては、固着部材29の絶縁基板11への固着手段として溶接により固着するようにしたものについて説明したが、この固着手段は溶接に限定されるものではなく、溶接以外の接着により固着するようにした場合でも、上記本発明の一実施の形態と同様の効果が得られるものである。
In the above-described embodiment of the present invention, the fixing
本発明にかかる歪検出装置は、引張強度の向上が図れるという効果を有し、自動車のシート重量を検出する用途に適用できるものである。 The strain detection device according to the present invention has an effect that the tensile strength can be improved, and can be applied to a use for detecting the seat weight of an automobile.
11 絶縁基板
15、16 歪抵抗素子
19 検出孔
20 押圧部材
25 支持部材
28 下方ストッパー
29 固着部材
30 上方ストッパー
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