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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-07-26
(54)【発明の名称】貫通ボアを備えた細長い力センサアセンブリ
(51)【国際特許分類】
G01L 1/22 20060101AFI20240719BHJP
【ＦＩ】
G01L1/22 Z
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2024506541
(86)(22)【出願日】2022-07-28
(85)【翻訳文提出日】2024-02-27
(86)【国際出願番号】 IL2022050820
(87)【国際公開番号】W WO2023012783
(87)【国際公開日】2023-02-09
(31)【優先権主張番号】17/393,801
(32)【優先日】2021-08-04
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】524041336
【氏名又は名称】ビシェイ アドバンスド テクノロジーズ リミテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100114775
【弁理士】
【氏名又は名称】高岡 亮一
(74)【代理人】
【識別番号】100121511
【弁理士】
【氏名又は名称】小田 直
(74)【代理人】
【識別番号】100202751
【弁理士】
【氏名又は名称】岩堀 明代
(74)【代理人】
【識別番号】100208580
【弁理士】
【氏名又は名称】三好 玲奈
(74)【代理人】
【識別番号】100191086
【弁理士】
【氏名又は名称】高橋 香元
(72)【発明者】
【氏名】ラハブ，タル
(72)【発明者】
【氏名】オウザン，ラフィ
【テーマコード（参考）】
2F049
【Ｆターム（参考）】
2F049BA15
2F049CA05
(57)【要約】
力適用方向に適用される力を測定するための細長い力センサアセンブリ、及びそのアセンブリの製造方法であって、力センサアセンブリは、力適用方向に概ね垂直な長手方向軸に沿って延びる細長い力応答性ビーム要素であって、長手方向軸に沿った貫通長手方向ボアを備えて形成される細長い力応答性ビーム要素と、細長い力応答性ビーム要素に固定された少なくとも１つのひずみゲージであって、少なくとも１つのひずみゲージのそれぞれは、力に応答してひずみゲージ出力を生成する少なくとも１つのひずみゲージと、ひずみゲージ出力を、力の大きさを示す力示度に変換するように動作する複数の回路要素とを含む。
【選択図】図１Ｂ
【選択図】図１Ｂ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
力適用方向に適用される力を測定するための細長い力センサアセンブリであって、前記力適用方向に対して概ね垂直な長手方向軸に沿って延びる細長い力応答性ビーム要素であって、前記長手方向軸に沿った貫通長手方向ボアを備えて形成される細長い力応答性ビーム要素と、
前記細長い力応答性ビーム要素に固定された少なくとも１つのひずみゲージであって、前記少なくとも１つのひずみゲージのそれぞれは、前記力に応答してひずみゲージ出力を生成する、少なくとも１つのひずみゲージと、
前記ひずみゲージ出力を前記力の大きさを示す力示度に変換するように動作可能な複数の回路要素と
を備える細長い力センサアセンブリ。
【請求項2】
前記細長い力応答性ビーム要素が、前記力適用方向及び前記長手方向軸の両方に対して概ね垂直な横方向軸に沿って延びる貫通横方向ボアも備えて形成され、前記少なくとも１つのひずみゲージと前記貫通横方向ボアは少なくとも部分的に互いに重なり合う、請求項１に記載の力センサ。
【請求項3】
前記細長い力応答性ビーム要素が押出成形プロセスによって形成される、請求項２に記載の力センサ。
【請求項4】
前記細長い力応答性ビーム要素が圧延プロセスによって形成される、請求項２に記載の力センサ。
【請求項5】
前記細長い力応答性ビーム要素がチューブ形成プロセスによって形成される、請求項２に記載の力センサ。
【請求項6】
前記貫通長手方向ボアが、前記ひずみゲージの少なくとも１つを収容する、請求項２に記載の力センサ。
【請求項7】
前記貫通長手方向ボアが電気ケーブルを収容し、前記電気ケーブルは前記複数の回路要素に電気的に接続される、請求項２に記載の力センサ。
【請求項8】
前記細長い力応答性ビーム要素が、概ね平坦な壁部分を含む少なくとも１つの凹部を備えて形成され、前記少なくとも１つのひずみゲージは、前記概ね平坦な壁部分に固定される、請求項１に記載の力センサ。
【請求項9】
前記細長い力応答性ビーム要素が押出成形プロセスによって形成される、請求項８に記載の力センサ。
【請求項10】
前記細長い力応答性ビーム要素が圧延プロセスによって形成される、請求項８に記載の力センサ。
【請求項11】
前記細長い力応答性ビーム要素がチューブ形成プロセスによって形成される、請求項８に記載の力センサ。
【請求項12】
力適用方向に適用される力を測定するための力センサの製造方法であって、前記力適用方向に対して概ね垂直な長手方向軸に沿って延びる細長い力応答性ビーム要素を作製することであって、前記細長い力応答性ビーム要素は、前記長手方向軸に沿った貫通長手方向ボアを備えて形成される、作製することと、
少なくとも１つのひずみゲージを前記細長い力応答性ビーム要素に固定することであって、前記少なくとも１つのひずみゲージのそれぞれは、前記力に応答してひずみゲージ出力を生成するように動作可能である、固定することと、
前記少なくとも１つのひずみゲージを、前記ひずみゲージ出力を前記力の大きさを示す力示度に変換するように動作可能な複数の回路要素に電気的に接続することと
を含む方法。
【請求項13】
前記細長い力応答性ビーム要素を前記作製することが、押出成形プロセスを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項14】
前記細長い力応答性ビーム要素を前記作製することが、圧延プロセスを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項15】
前記細長い力応答性ビーム要素を前記作製することが、３次元印刷プロセスを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項16】
前記細長い力応答性ビーム要素を前記作製することが、金属射出成形（ＭＩＭ）プロセスを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項17】
前記細長い力応答性ビーム要素を前記作製することが、チューブ形成プロセスを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項18】
前記細長い力応答性ビーム要素を前記作製することが、機械加工プロセスを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項19】
前記細長い力応答性ビーム要素を前記作製することがまた、前記力適用方向及び前記長手方向軸の両方に対して概ね垂直な横方向軸に沿って延びる貫通横方向ボアを形成することを含み、少なくとも１つのひずみゲージを前記固定することが、前記少なくとも１つのひずみゲージと前記貫通横方向ボアが少なくとも部分的に互いに重なり合うように前記ひずみゲージを固定することを含む、
請求項１２に記載の方法。
【請求項20】
前記細長い力応答性ビーム要素を前記作製することがまた、概ね平坦な壁部分を含む少なくとも１つの凹部を前記細長い力応答性ビーム要素内に形成することを含み、少なくとも１つのひずみゲージを前記細長い力応答性ビーム要素に前記固定することが、前記少なくとも１つのひずみゲージを前記概ね平坦な壁部分に固定することを含む、
請求項１２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、力を測定するためのビーム変換器に関する。
【背景技術】
【0002】
様々な種類の力センサが知られている。
【発明の概要】
【0003】
本発明は、力適用方向に適用される力を測定するための細長い力センサアセンブリを提供しようとするものであり、この力センサアセンブリは、力適用方向に対して概ね垂直な長手方向軸に沿って延びる細長い力応答性ビーム要素を含み、この細長い力応答性ビーム要素は、長手方向軸に沿った貫通長手方向ボアと、細長い力応答性ビーム要素に固定された少なくとも１つのひずみゲージであって、少なくとも１つのひずみゲージのそれぞれは、力に応答してひずみゲージ出力を生成する、少なくとも１つのひずみゲージと、ひずみゲージ出力を力の大きさを示す力示度に変換するように動作可能な複数の回路要素とを含む。
【0004】
本発明の好ましい実施形態によれば、細長い力応答性ビーム要素は、力適用方向及び長手方向軸の両方に対して概ね垂直な横方向軸に沿って延びる貫通横方向ボアも備えて形成され、少なくとも１つのひずみゲージと貫通横方向ボアは少なくとも部分的に互いに重なり合う。
【0005】
本発明の好ましい実施形態によれば、細長い力応答性ビーム要素は押出成形プロセスによって形成される。あるいは、本発明の好ましい実施形態によれば、細長い力応答性ビーム要素は圧延プロセスによって形成される。あるいは、本発明の好ましい実施形態によれば、細長い力応答性ビーム要素はチューブ形成プロセスによって形成される。
【0006】
好ましくは、貫通長手方向ボアは、ひずみゲージの少なくとも１つを収容する。好ましくは、貫通長手方向ボアは電気ケーブルを収容し、電気ケーブルは複数の回路要素に電気的に接続される。
【0007】
本発明の好ましい実施形態によれば、細長い力応答性ビーム要素は、概ね平坦な壁部分を含む少なくとも１つの凹部を備えて形成され、少なくとも１つのひずみゲージは、概ね平坦な壁部分に固定される。
【0008】
また、本発明の別の好ましい実施形態により、力適用方向に適用される力を測定するための力センサの製造方法が提供され、この方法は、力適用方向に対して概ね垂直な長手方向軸に沿って延びる細長い力応答性ビーム要素を作製することであって、細長い力応答性ビーム要素は、長手方向軸に沿って貫通長手方向ボアを備えて形成される、作製することと、少なくとも１つのひずみゲージを細長い力応答性ビーム要素に固定することであって、少なくとも１つのひずみゲージのそれぞれは、力に応答してひずみゲージ出力を生成するように動作可能である、固定することと、少なくとも１つのひずみゲージを、ひずみゲージ出力を力の大きさを示す力示度に変換するように動作可能な複数の回路要素に電気的に接続することとを含む。
【0009】
本発明の好ましい実施形態によれば、細長い力応答性ビーム要素を作製することは、押出プロセスを含む。あるいは、本発明の好ましい実施形態によれば、細長い力応答性ビーム要素を作製することは、圧延プロセスを含む。あるいは、本発明の好ましい実施形態によれば、細長い力応答性ビーム要素を作製することは、３次元印刷プロセスを含む。あるいは、本発明の好ましい実施形態によれば、細長い力応答性ビーム要素を作製することは、金属射出成形（ＭＩＭ）プロセスを含む。あるいは、本発明の好ましい実施形態によれば、細長い力応答性ビーム要素を作製することは、チューブ形成プロセスを含む。あるいは、本発明の好ましい実施形態によれば、細長い力応答性ビーム要素を作製することは、機械加工プロセスを含む。
【0010】
本発明は、図面と併せて読まれる以下の詳細な記載からより十分に理解され認識されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】図１Ａ、１Ｂ、１Ｃ及び１Ｄ。本発明の第１の実施形態に従って構成され動作可能な屈曲式の細長い力センサアセンブリの、簡略化されたそれぞれの組立図、上面部分分解図、底面部分分解図及び上面完全分解図である。
【図2】図２Ａ及び２Ｂ及び２Ｃ。図１Ａ～１Ｄの力センサアセンブリの細長い力応答性ビーム要素の簡略化されたそれぞれの上面斜視図、底面斜視図及び断面図であり、図２Ｃは、図２Ａの断面線Ｃ－Ｃに沿ってとられたものである。
【図5】図５Ａ、５Ｂ及び５Ｃ。図４Ａ～４Ｄの力センサアセンブリの細長い力応答性ビーム要素の簡略化されたそれぞれの上面斜視図、底面斜視図及び断面図であり、図５Ｃは、図５Ａの断面線Ｃ－Ｃに沿ってとられたものである。
【図7】図７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、及び７Ｄ。本発明のさらに別の実施形態に従って構成され動作可能な細長い力センサアセンブリの、簡略化されたそれぞれの組立図、上面部分分解図、底面部分分解図、及び上面完全分解図である。
【図8】図７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、及び７Ｄ。図７Ａ～７Ｄの力センサアセンブリの細長い力応答性ビーム要素の簡略化されたそれぞれの上面斜視図、底面斜視図及び断面図であり、図８Ｃは、図８Ａの断面線Ｃ－Ｃに沿ってとられたものである。
【図10】図７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、及び７Ｄ。本発明のさらに別の実施形態に従って構成され動作可能な細長い力センサアセンブリの、簡略化されたそれぞれの組立図、上面部分分解図、底面部分分解図及び上面完全分解図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
力変換器は、ロードセルと呼ばれることが多く、適用された力を測定するために一般的に使用され、計量システムや安定性システムなどの多くの種類のシステムの不可欠な構成要素である。力変換器の一般的なタイプの１つは、ひずみゲージ式力変換器である。ひずみゲージ式力変換器は弾性要素を含み、ひずみゲージ式力センサはその弾性要素の形状と向きに基づいて分類される。弾性要素はまた、特に、弾性体、ばね要素、ばね体としても当該技術分野で言及されることに留意されたい。
【0013】
例えば、曲げビーム力センサなどのビーム力センサ、特に一点力センサは、典型的には単一の材料のブロックから形成される中実のビーム弾性要素を含む。ビームは、支持体に固定的に取り付けられる取り付け端部と、力を測定する方向に自由にたわむことができる荷重端部とを含む。このため、荷重端部に力が加わるとビームが変形する。一般的に、ビームの変形はわずかであり、測定可能ではあるが、人間の目には見えないことが多い。
【0014】
当該技術分野で周知のように、適用された力によるビームなどの細長い物体の変形（ひずみと呼ばれる）は、適用された力の大きさに比例する。ひずみゲージ式ビーム力センサは、ビームに固定的に取り付けられた１つ又は複数のひずみゲージを使用してひずみを測定する。当該技術分野で知られているように、ひずみゲージは電気抵抗器であり、ひずみゲージが変形すると抵抗が変化する。ひずみゲージの変形形状は全て、ひずみゲージが取り付けられている弾性要素、例えばビームの変形に依存するため、ひずみゲージの抵抗はビームの変形に関する情報を提供する。
【0015】
通常、出力信号の信頼性と強度を向上させるために複数のひずみゲージが使用されるが、ひずみゲージ力センサの中には単一のひずみゲージのみを含むものもある。ひずみゲージは電気的な構成で配置され、最も一般的なものには、フルブリッジ構成、最も典型的にはホイートストンブリッジ構成、ハーフブリッジ構成、及びクォーターブリッジ構成などがある。
【0016】
ビーム力センサの動作中、電源は励起電圧をひずみゲージに供給し、ひずみゲージは出力抵抗を提供し、その結果出力電圧が得られる。以下の式１に示すオームの法則をひずみゲージを含む回路に適用することで、出力電圧はひずみゲージの抵抗に関連付けることができる：
Ｖ＝ＩＲ （式１）
式中、Ｖは電圧、Ｉは電流、Ｒは抵抗である。
Ｖ＝ＩＲ （式１）
式中、Ｖは電圧、Ｉは電流、Ｒは抵抗である。
【0017】
上述のように、ひずみゲージの抵抗はビーム力センサのビームの変形に依存する。ビームの変形は適用された力に依存するため、ひずみゲージの出力抵抗に基づく出力電圧を適用された力の大きさの示度に変換するために、一般的に追加の回路要素がひずみゲージと共に使用される。場合によっては、追加回路要素は信号コンディショニングも行い、適用された力の大きさの示度の精度、正確さ、信号強度の少なくとも１つを改善する。
【0018】
せん断ビーム力センサなどの他のビーム力センサも、典型的には、単一の材料ブロックから形成された中実ビーム弾性要素を含む。このビームは、支持体に固定的に取り付けられた取り付け端部と、力を測定する方向に自由にたわむことができる荷重端とを含む。しかしながら、適用された力によって生じる軸方向の曲げひずみのたわみを測定する曲げビーム力センサとは異なり、せん断ビーム力センサは、適用された力によって生じる平面方向のせん断ひずみを測定する。したがって、一般的にビームの変形が最も大きくなるビーム弾性要素の頂部及び／又は底部に配置されたひずみゲージを含む曲げビーム力センサとは異なり、せん断ビーム力センサは一般的にビームのせん断応力が最も大きくなるビーム弾性要素の中央付近に配置されたひずみゲージを含む。
【0019】
ビーム力センサは、適用される力を測定するのに有用であることが多いが、従来のビーム力センサは、用途によっては高価すぎたり、重すぎたりすることがある。したがって、本発明は、中実ビームを廃止して中空ビームに置き換えた、低コストで低質量のビーム力センサを提供しようとするものである。
【0020】
次に、本発明の第１の実施形態に従って構成され動作する細長い力センサアセンブリ１００の簡略化した図である図１Ａ～１Ｄ、及び図１Ａ～１Ｄの力センサアセンブリ１００の細長い力応答性ビーム要素１２０の図である図２Ａ～２Ｃを参照する。力センサアセンブリ１００は、力適用軸１３２に平行な力適用方向１０３０に適用される力を測定するように動作可能であることが理解される。力適用軸１３２は、好ましくは、細長い力ビーム応答要素１２０の長手方向軸１４２に垂直であることが理解される。力センサアセンブリ１００が重量を測定する場合、力適用軸１３２は一般に重力が作用する方向に対して平行及び／又は逆平行である。
【0021】
図１Ａ～２Ｃに見られるように、力センサアセンブリ１００は、好ましくは長手方向軸１４２に沿って延びる細長い力応答性ビーム要素１２０を含む。細長い力応答性ビーム要素１２０は弾性要素であることが理解される。
【0022】
本明細書で使用される場合、「弾性要素」という用語は、適用された力に応答するたわみが感知され、出力に変換される変換器の要素を指すことが理解される。本明細書で上述したように、このような要素は、当該技術分野において、特に、弾性体、ばね要素及びばね体とも呼ばれる。細長い力応答性ビーム要素１２０は、典型的には、エラストマーから形成されないことが理解される。むしろ、後述するように、細長い力応答性ビーム要素１２０は、好ましくは、細長い力応答性ビーム要素１２０の応力、即ち適用された力と、ひずみ、即ち変形との間に線形関係を示す、適切な金属又は他の適切な固体材料などの材料から作られる。
【0023】
特に図１Ｂ～１Ｄに見られるように、力センサアセンブリ１００は好ましくは少なくとも１つのひずみゲージ１６０、より好ましくは複数のひずみゲージ１６０をさらに含み、これらは細長い力応答性ビーム要素１２０に固定的に取り付けられ、力センサアセンブリ１００に適用方向１３０に適用された力に応答してひずみゲージ出力を生成する。
【0024】
本発明の好ましい実施形態において、力センサアセンブリ１００は、特に、２個のひずみゲージ１６０、４個のひずみゲージ１６０、６個のひずみゲージ１６０、又は８個のひずみゲージ１６０などの偶数のひずみゲージ１６０を含む。力センサアセンブリ１００に含まれるひずみゲージ１６０の数に応じて、ひずみゲージ１６０は、特に、クォーターブリッジ構成、ハーフブリッジ構成、ホイートストンブリッジ構成などのフルブリッジ構成、又はダブルブリッジ構成で互いに電気的に接続され得る。本発明の別の実施形態において、力センサアセンブリ１００は、奇数のひずみゲージ１６０を含む。
【0025】
本発明の一実施形態において、ひずみゲージ１６０は、任意の適切な取り付け材料、最も典型的には接着剤、例えば、特にひずみゲージ接着材料、例えばエポキシを用いて細長い力応答性ビーム要素１２０に固定することができる。本発明の別の実施形態において、ひずみゲージ１６０は、例えば蒸着によって細長い力応答性ビーム要素１２０上に直接堆積させることができる。
【0026】
各ひずみゲージ１６０は、特に、箔ひずみゲージ、半導体ひずみゲージ、薄膜ひずみゲージ、厚膜ひずみゲージ、及びワイヤひずみゲージを含む、任意の適切なひずみゲージとして具現化することができる。好ましくは、力センサアセンブリ１００内の全てのひずみゲージ１６０は同じクラスであり、より好ましくは同じモデルである。本発明の好ましい実施形態において、ひずみゲージ１６０のそれぞれは、Ｖｉｓｈａｙ Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ Ｇｒｏｕｐ（Ｗｅｎｄｅｌｌ、ノースカロライナ州、米国）から市販されているＮ２Ａ－ＸＸ－Ｓ５１０５Ｒ－３５０／Ｅ５ひずみゲージなどの箔ひずみゲージ又はワイヤひずみゲージとして具現化されている。
【0027】
好ましくは、絶縁銅導体などの複数の導電性要素（ＥＣＥ）１７０が、ひずみゲージ１６０を複数の回路要素１８０に電気的に接続し、そのうちの少なくともいくつかは、フレキシブルＰＣＢなどのプリント回路基板（ＰＣＢ）１８２に含まれることが好ましい。本明細書で上述したように、１つ又は複数のひずみゲージ１６０は、好ましくは、その変形に応答してひずみゲージ出力、より具体的には抵抗を生成し、この変形は適用された力に依存する。好ましくは、回路要素１８０の少なくともいくつかは、１つ又は複数のひずみゲージ１６０のひずみゲージ出力を、適用された力の大きさを示す力示度に変換する。当該技術分野において周知のように、回路要素１８０によって生成された力示度は、ユーザに表示され、及び／又は自動化システムもしくは半自動化システムによる計算に使用されることがある。一例として、回路要素１８０は、ＶＰＧ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ（Ｏｎｔａｒｉｏ、カリフォルニア州、米国）から市販されているＶＴ３００などの読み出し計器として具現化されてもよい。
【0028】
本発明の好ましい実施形態において、力センサアセンブリ１００は、回路要素１８０を、電源（図示せず）を含む外部回路に電気的に接続する電気ケーブル１８６をさらに含む。好ましくは、特にケーブルタイ、クランプ又はケーブルグランドなどの複数のケーブル留め具１８８が、電気ケーブル１８６を細長い力応答性ビーム要素１２０に、好ましくはその壁の内面に固定する。本発明の好ましい実施形態において、電気ケーブル１８６は複数の導電性要素、例えば複数の絶縁銅導体を含む。図１Ａ～１Ｄに示された本発明の実施形態において、電気ケーブル１８６は細長い力応答性ビーム要素１２０内に配置されている。本発明の別の実施形態において、電気ケーブル１８６は細長い力応答性ビーム要素１２０の外側に配置されている。
【0029】
本発明の一実施形態において、ＰＣＢ１８２は、適切な取り付け材料、典型的には接着剤、例えば、特にシアノアクリレート又はアクリル樹脂を使用して、又は保護カバー要素１９２を使用して、細長い力応答性ビーム要素１２０に固定することができる。本発明の別の実施形態において、ＰＣＢ１８２は、細長い力応答性ビーム要素１２０以外の支持体、例えば、力センサアセンブリ１００の細長い力応答性ビーム要素１２０が取り付けられている支持体（図示せず）に取り付けられる。
【0030】
図１Ａ～１Ｄに示す本発明の実施形態において、力センサアセンブリ１００は、ひずみゲージ１６０及び回路要素１８０の少なくともいくつか、より好ましくは全てを保護し絶縁するための保護カバー要素１９２を含む。保護カバー要素１９２によって保護されるひずみゲージ１６０及び回路要素１８０は、細長い力応答性ビーム要素１２０と保護カバー要素１９２との間に配置されることが理解される。
【0031】
保護カバー要素１９２は、特に、室温硬化型（ＲＴＶ）シリコーン、加硫ゴム又はポリウレタンなどの任意の適切な材料で形成することができ、好ましくは、細長い力応答性ビーム要素１２０に固定される。本発明の一実施形態において、保護カバー要素１９２は、ひずみゲージ１６０及び回路要素１８０の少なくとも１つを細長い力応答性ビーム要素１２０に固定する役割も果たす。本発明の別の実施形態において、力センサアセンブリ１００は、保護カバー要素１９２上で気密式にシールされることができる。あるいは、保護カバー要素１９２は、力センサアセンブリ１００が気密式にシールされている場合には省略することができる。
【0032】
ここで特に図２Ａ～２Ｃに目を向けると、細長い力応答性ビーム要素１２０は、長手方向軸１４２に沿って貫通長手方向ボア２００を有して形成されていることが分かる。したがって、細長い力応答性ビーム要素１２０は長手方向軸１４２に沿って中空である。
【0033】
長手方向ボア２００は、好ましくは、細長い力応答性ビーム要素１２０の概ね平面的な長方形の底壁部分２０２、細長い力応答性ビーム要素１２０の第１の概ね平面的な長方形の側壁部分２０４、細長い力応答性ビーム要素１２０の第２の概ね平面的な長方形の側壁部分２０６、及び細長い力応答性ビーム要素１２０の概ね平面的な長方形の頂壁部分２０８によって概ね囲まれている。細長い力応答性ビーム要素１２０は、好ましくは壁部分２０２、２０４、２０６及び２０８の全てに沿って延びる内面２１２及び外面２１４を有して形成されることが理解される。
【0034】
細長い力応答性ビーム要素１２０は、好ましくは、長手方向軸１４２に沿った細長い寸法Ｌ１によって特徴付けられる。本発明の好ましい実施形態において、図１Ａ～２Ｃに見られるように、貫通長手方向ボア２００は細長い寸法Ｌ１の全体に沿って延びている。
【0035】
本発明の好ましい実施形態において、特に図１Ａ～１Ｄに見られるように、貫通長手方向ボア２００は、電気ケーブル１８６などの力センサアセンブリ１００の１つ又は複数の要素を完全に又は部分的に収容し得る。
【0036】
好ましくは、細長い力応答性ビーム要素１２０は、力センサアセンブリ１００を支持体（図示せず）に固定的に取り付けるための取り付け端部２２０を含む。図１Ａ～２Ｃに示す本発明の実施形態において、取り付け端部２２０は、好ましくは底壁部分２０２及び頂壁部分２０８に形成された、細長い力応答性ビーム要素１２０を支持体に固定するための取り付け留め具（図示せず）を受けるための複数の取り付けアパーチャ２２２を含む。本発明の別の実施形態において、取り付けアパーチャ２２２を省略することができ、細長い力応答性ビーム要素１２０は、例えば、細長い力応答性ビーム要素１２０の取り付け端部２２０を支持体にクランプすることによって、アパーチャを使用せずに支持体に固定される。
【0037】
細長い力応答性ビーム要素１２０は、長手方向軸１４２に沿って取り付け端部２２０の概ね反対側にある荷重端部２３０をさらに含む。図１Ａ～２Ｃに示す本発明の実施形態において、荷重端部２３０は、好ましくは底壁部分２０２及び頂壁部分２０８に形成された、計量プラットフォームなどの荷重プラットフォーム（図示せず）を細長い力応答性ビーム要素１２０に固定するためのプラットフォーム留め具（図示せず）を受けるための複数の留め具アパーチャ２３２を含む。本発明の別の実施形態において、アパーチャ２３２は省略することができ、荷重プラットフォームは力センサアセンブリ１００と共に使用されないか、又は荷重プラットフォームは、例えば、荷重プラットフォームを細長い力応答性ビーム要素１２０の荷重端部２３０にクランプすることによって、アパーチャを使用せずに細長い力応答性ビーム要素１２０に留められる。
【0038】
荷重プラットフォームが力センサアセンブリ１００と共に使用されるか否かにかかわらず、力センサアセンブリ１００は、典型的には、細長い力応答性ビーム要素１２０の荷重端部２３０に適用される力を適用することによって使用される。荷重端部２３０は方向１３０に自由にたわみ、取り付け端部２２０は固定されているので、荷重端部２３０に及ぼされる方向１３０の適用される力は、細長い力応答性ビーム要素１２０の変形を引き起こす。特に、細長い力応答性ビーム要素１２０の変形は、典型的には、細長い寸法Ｌ１の大きさの増加によって特徴付けられる。本明細書で使用される場合、細長い力応答性ビーム要素１２０の変形していない状態とは、力センサアセンブリ１００が、地球の重力などの力センサアセンブリ１００に常に作用する力以外の適用される力を受けないときの細長い力応答性ビーム要素１２０の構成を指す。
【0039】
図２Ａのそれぞれの線Ａ－Ａ及び線Ｂ－Ｂに沿ってとられた図２Ａの断面拡大図Ａ及びＢに特に見られるように、長手方向軸１４２に概ね垂直な細長い力応答性ビーム要素１２０の断面２５０は中空である。断面２５０は、好ましくは、細長い力応答性ビーム要素１２０の取り付け端部２２０及び荷重端部２３０の両方において中空であることが理解される。
【0040】
図１Ａ～２Ｃに示す実施形態において、断面２５０は概ね対称であり、より詳細には概ね長方形である。本発明の別の実施形態において、断面２５０は、特に、正方形、円形、楕円形、三角形、六角形、及び星形を含む任意の適切な形状であり得、断面２５０の形状は対称又は非対称であり得る。本発明の一実施形態において、断面２５０は、細長い力応答性ビーム要素１２０の取り付け端部２２０及び荷重端部２３０の両方において概ね一様である。本発明の別の実施形態において、断面２５０は、細長い力応答性ビーム要素１２０の取り付け端部２２０及び荷重端部２３０の両方において一様ではなく、例えば、断面２５０は、アパーチャ２２２及び２３２のうちの１つ又は複数を取り囲む付加的な、好ましくはねじ切りされた、材料を含み得る。
【0041】
断面２５０の形状及びサイズは、細長い力応答性ビーム要素１２０の内面２１２及び外面２１４の両方によって決定されることが理解される。図１Ａ～２Ｃに示される実施形態において、断面２５０における内面２１２の形状は、断面２５０における外面２１４の形状と同じ全体的な形状である。本発明の別の実施形態において、断面２５０における内面２１２の形状は、断面２５０における外面２１４の形状と異なる。
【0042】
図１Ａ～２Ｃに示す実施形態において、貫通長手方向ボア２００に加えて、細長い力応答性ビーム要素１２０はまた、横方向軸２６２に沿った横方向ボア２６０を備えて形成される。特に図２Ａに見られるように、横方向軸２６２は、力適用軸１３２及び長手方向軸１４２の両方に対して概ね垂直である。本発明の好ましい実施形態において、ひずみゲージ１６０の少なくとも１つ及び横方向ボア２６０が少なくとも部分的に互いに重なっており、より好ましくは、ひずみゲージ１６０の全て及び横方向ボア２６０が少なくとも部分的に互いに重なっている。本発明の図示の実施形態において、横方向ボア２６０は、細長い力応答性ビーム要素１２０の第１及び第２の側壁部分２０４及び２０６の両方を完全に貫通する貫通ボアである。
【0043】
図１Ａ～２Ｃに示す実施形態において、特に図２Ｃに見られるように、細長い力応答性ビーム要素１２０の第１及び第２の側壁部分２０４及び２０６を貫通することに加えて、横方向ボア２６０は、細長い力応答性ビーム要素１２０の底壁部分２０２の内面２１２に複数の底部凹部２６６を画定する。同様に、図１Ａ～２Ｃに示す実施形態において、特に図２Ｃに見られるように、横方向ボア２６０は、細長い力応答性ビーム要素１２０の頂壁部分２０８の内面２１２に複数の頂部凹部２６８を画定する。本発明の別の実施形態において、凹部２６６及び２６８の一部又は全部は省略することができる。
【0044】
横方向ボア２６０は、好ましくは双眼ひずみエンジン（ｓｔｒａｉｎ ｅｎｇｉｎｅ）として機能し、細長い力応答性ビーム要素１２０とともに、上部ビーム２７２及び下部ビーム２７４を画定することが理解される。したがって、力センサアセンブリ１００は、好ましくは、マルチビーム力センサであり、本発明の好ましい実施形態において、単一点ロードセルなどの単一点力センサである。
【0045】
図１Ａ～２Ｃに示される実施形態において、上部ビーム２７２はマーキング２８２を備えて形成されており、このマーキング２８２は好ましくは細長い力応答性ビーム要素１２０の頂壁部分２０８の外面２１４に形成されている。同様に、図１Ａ～２Ｃに示される実施形態において、下部ビーム２７４はマーキング２８４を備えて形成されており、このマーキング２８４は好ましくは細長い力応答性ビーム要素１２０の底壁部分２０２の外面２１４に形成されている。本発明の別の実施形態において、マーキング２８２及び２８４の一部又は全部を省略することができる。
【0046】
マーキング２８２及び２８４は、好ましくは、ひずみゲージ１６０が固定される複数のひずみ位置２９０を示す。図１Ａ～２Ｃに示す実施形態において、ひずみ位置２９０のそれぞれは、凹部２６６及び２６８のうちの１つと整列しており、横方向ボア２６０の形状により、適用された力の結果として、ひずみ位置２９０のそれぞれに概ね等しい大きさのひずみが存在する。
【0047】
本発明の好ましい実施形態において、横方向ボア２６０は、偏心を補償するように成形され、その結果、力センサアセンブリ１００は、オフセンター荷重に対して所定の許容範囲内で均一な力示度出力を提供し、適用される力は荷重端部２３０の所定の軌跡内のどこかに起こりがちであることが理解される。
【0048】
本発明の好ましい実施形態において、細長い力応答性ビーム要素１２０は、電気ケーブル１８６とＰＣＢ１８２との間の電気通信を可能にするために、好ましくは側壁部分２０４に、電気通信アパーチャ２９２を備えてさらに形成される。細長い力応答性ビーム要素１２０は、好ましくは、側壁部分２０４に、電気ケーブル１８６を細長い力応答性ビーム要素１２０に固定するためのケーブル留め具１８８を受けるように動作可能な複数の留め具アパーチャ２９８を備えてさらに形成される。
【0049】
本発明の一実施形態において、細長い力応答性ビーム要素１２０は、アルミニウム合金又は鋼合金などの金属で形成されている。本発明の別の実施形態において、細長い力応答性ビーム要素１２０は複合材料で形成されており、この複合材料は、金属マトリックス複合材料又は特に炭素複合材料又はガラス繊維などの、非金属マトリックス複合材料であり得る。
【0050】
図３を参照して後述するように、細長い力応答性ビーム要素１２０は、特に、押出プロセス、引抜きプロセス、圧延プロセス、シームドチューブ形成プロセス又はシームレスチューブ形成プロセスのいずれかであり得るチューブ形成プロセス、鍛造プロセス、３次元（３Ｄ）印刷プロセス、金属射出成形（ＭＩＭ）プロセス、及び機械加工プロセスを含む、任意の適切なプロセスによって形成され得る。
【0051】
同様に、横方向ボア２６０及びアパーチャ２２２、２３２、２９２及び２９８のそれぞれは、特に、機械加工、放電加工（ＥＤＭ）、ブローチ加工、浸食及びアブレーションを含む任意の適切なプロセスによって形成され得る。
【0052】
次に、図１Ａ～２Ｃの力センサアセンブリ１００を製造するための方法の簡略化された図である図３を参照する。作製ステップ３０２で見られるように、本方法は細長い力応答性ビーム要素１２０を作製することから始まる。特に図２Ａ～２Ｃを参照して上述したように、細長い力応答性ビーム要素１２０は、好ましくは、力適用軸１３２に対して概ね垂直である長手方向軸１４２に沿って延び、細長い力応答性ビーム要素１２０は、好ましくは、長手方向軸１４２に沿って貫通長手方向ボア２００を有して形成される。
【0053】
上述のように、作製ステップ３０２は、特に、押出プロセス、引抜きプロセス、圧延プロセス、シームドチューブ形成プロセス又はシームレスチューブ形成プロセスのいずれかであり得るチューブ形成プロセス、鍛造プロセス、３次元（３Ｄ）印刷プロセス、金属射出成形（ＭＩＭ）プロセス、及び機械加工プロセスを含む、任意の適切なプロセスであり得る。
【0054】
本発明の好ましい実施形態において、ボア２００は、細長い力応答性ビーム要素１２０と共に形成される。例えば、作製ステップ３０２に押出プロセスを使用する場合、作製ステップ３０２で作製される中空押出プロファイルは、細長い力応答性ビーム要素１２０のボア２００と同様に、壁部分２０２、２０４、２０６及び２０８の全てを画定する。したがって、このような実施形態において、好ましくは、ボア２００を形成するための減法プロセスは必要ない。
【0055】
対照的に、作製ステップ３０２が減法プロセスである実施形態において、ボア２００は、好ましくは、細長い力応答性ビーム要素１２０の最初の形成ステップの後に形成される。例えば、作製ステップ３０２において、まず中実のバーが作製され、次いでそれが機械加工されてその中にボア２００が形成され、それによって細長い力応答性ビーム要素１２０が作製され得る。
【0056】
本発明の一実施形態において、作製ステップ３０２は、細長い寸法Ｌ１よりも長い細長い寸法をそれぞれが有するビームを作製する。このような実施形態において、作製ステップ３０２は、各ビームを、それぞれがＬ１に等しいかほぼ等しい細長い寸法を有する長さに切断することを含む。
【0057】
細部形成ステップ３０４で見られるように、アパーチャ２２２及び２３２、横方向ボア２６０、電気通信アパーチャ２９２及び留め具アパーチャ２９８を含む細長い力応答性ビーム要素１２０のアパーチャが形成される。マーキング２８２及び２８４などのマーキングが細長い力応答性ビーム要素１２０に形成される実施形態において、マーキングは同じく好ましくは細部形成ステップ３０４で形成される。細長い力応答性ビーム要素１２０内のアパーチャ及び細長い力応答性ビーム要素１２０上のマーキングは、特に、機械加工、放電加工（ＥＤＭ）、ブローチ加工、浸食及びアブレーションを含む任意の適切なプロセスによって形成され得ることが理解される。
【0058】
図２Ａ～２Ｃを参照して上述したように、横方向ボア２６０は、好ましくは、力適用軸１３２及び長手方向軸１４２の両方に対して概ね垂直である横方向軸２６２に沿って延びる貫通横方向ボアである。さらに、図２Ａ～２Ｃを参照して上述したように、ひずみゲージ１６０の少なくとも１つ、より好ましくは全てと、横方向ボア２６０とは、好ましくは少なくとも部分的に互いに重なり合う。
【0059】
組立てステップ３０６で見られるように、少なくとも１つのひずみゲージ１６０は好ましくは細長い力応答性ビーム要素１２０に固定される。特に図１Ａ～１Ｄを参照して上述したように、ひずみゲージ１６０は好ましくは、力適用方向１３０に適用された力に応答してひずみゲージ出力を生成する。また、組立てステップ３０６において、１つ又は複数のひずみゲージ１６０は、好ましくは、ＥＣＥ１７０を使用して、回路要素１８０に接続され、この回路要素１８０は、図１Ａ～３に示す実施形態において、細長い力応答性ビーム要素１２０に固定されるが、細長い力応答性ビーム要素１２０に固定される必要はない。
【0060】
特に図１Ａ～１Ｄを参照して上述したように、回路要素１８０の少なくともいくつかは、好ましくは、１つ又は複数のひずみゲージ１６０のひずみゲージ出力を、適用された力の大きさを示す力示度に変換する。特に図１Ａ～１Ｄを参照して上述したように、ひずみゲージ１６０及び回路要素１８０は、好ましくは、任意の適切な取り付け材料、最も典型的には接着剤、例えば、特にシアノアクリレート、アクリル樹脂又はエポキシ樹脂を使用して、又は保護カバー要素１９２を使用して、細長い力応答性ビーム要素１２０に固定的に取り付けられる。回路要素１８０を細長い力応答性ビーム要素１２０に固定するために使用される取り付け材料は、１つ又は複数のひずみゲージ１６０を細長い力応答性ビーム要素１２０に固定するために使用される取り付け材料と同じであり得ることが理解される。代替的に、回路要素１８０を細長い力応答性ビーム要素１２０に固定するために使用される取り付け材料は、１つ又は複数のひずみゲージ１６０を細長い力応答性ビーム要素１２０に固定するために使用される取り付け材料とは異なる取り付け材料であり得る。また組立てステップ３０６において、電気ケーブル１８６は好ましくは回路要素１８０に電気的に接続され、電気ケーブル１８６は好ましくはケーブル留め具１８８を用いて細長い力応答性ビーム要素１２０に固定的に取り付けられる。
【0061】
シールステップ３０８に見られるように、保護カバー要素１９２は好ましくは細長い力応答性ビーム要素１２０に固定される。保護カバー要素１９２がひずみゲージ１６０及び回路要素１８０の少なくとも１つを細長い力応答性ビーム要素１２０に固定する実施形態において、組立てステップ３０６及びシールステップ３０８は、典型的には単一のステップに組み合わされることが理解される。
【0062】
本発明の別の実施形態において、力センサアセンブリ１００はシールステップ３０８で気密式にシールされ、保護カバー要素１９２は省略することができる。あるいは、シールステップ３０８は、保護カバー要素１９２の取り付け後に力センサアセンブリ１００を気密式にシールする。
【0063】
次に、本発明の付加的な実施形態に従って構成され動作する細長い力センサアセンブリ４００の簡略化した図である図４Ａ～４Ｄ、及び図４Ａ～４Ｄの力センサアセンブリ４００の細長い力応答性ビーム要素４２０の図である図５Ａ～５Ｃを参照する。力センサアセンブリ４００は、力適用軸４３２に平行な力適用方向４３０に適用される力を測定するように動作可能であることが理解される。力適用軸４３２は、好ましくは細長い力応答性ビーム要素４２０の長手方向軸４４２に垂直であることが理解される。力センサアセンブリ４００が重さを測定する場合、力適用軸４３２は、一般に、重力が作用する方向に対して平行及び／又は逆平行である。
【0064】
図４Ａ～５Ｃに見られるように、力センサアセンブリ４００は、好ましくは長手方向軸４４２に沿って延びる細長い力応答性ビーム要素４２０を含む。本発明の好ましい実施形態において、長手方向軸４４２は力適用軸４３２に対して概ね垂直である。細長い力応答性ビーム要素４２０は弾性要素であることが理解される。
【0065】
上述のように、「弾性要素」という用語は、適用された力に応答するたわみが感知され、出力に変換される変換器の要素を指すことが理解される。このような要素は、当該技術分野において、特に、弾性体、ばね要素及びばね体とも呼ばれる。細長い力応答性ビーム要素４２０は、典型的には、エラストマーから形成されないことが理解される。むしろ、後述するように、細長い力応答性ビーム要素４２０は、好ましくは、細長い力応答性ビーム要素４２０の応力、即ち適用された力と、ひずみ、即ち変形との間に線形関係を示す、適切な金属又は他の適切な固体材料などの材料から作られる。
【0066】
特に図４Ｂ～４Ｄに見られるように、力センサアセンブリ４００は好ましくは少なくとも１つのひずみゲージ４６０、より好ましくは複数のひずみゲージ４６０をさらに含み、これらは細長い力応答性ビーム要素４２０に固定的に取り付けられ、力センサアセンブリ４００に適用方向４３０に適用された力に応答してひずみゲージ出力を生成する。
【0067】
本発明の好ましい実施形態において、力センサアセンブリ４００は、特に、２個のひずみゲージ４６０、４個のひずみゲージ４６０、６個のひずみゲージ４６０、又は８個のひずみゲージ４６０などの偶数のひずみゲージ４６０を含む。力センサアセンブリ４００に含まれるひずみゲージ４６０の数に応じて、ひずみゲージ４６０は、特に、クォーターブリッジ構成、ハーフブリッジ構成、ホイートストンブリッジ構成などのフルブリッジ構成、又はダブルブリッジ構成で互いに電気的に接続され得る。本発明の別の実施形態において、力センサアセンブリ４００は、奇数のひずみゲージ４６０を含む。
【0068】
本発明の一実施形態において、ひずみゲージ４６０は、任意の適切な取り付け材料、最も典型的には接着剤、例えば、特にひずみゲージ接着材料、例えばエポキシを用いて細長い力応答性ビーム要素４２０に固定することができる。本発明の別の実施形態において、ひずみゲージ４６０は、例えば蒸着によって細長い力応答性ビーム要素４２０上に直接堆積させることができる。
【0069】
各ひずみゲージ４６０は、特に、箔ひずみゲージ、半導体ひずみゲージ、薄膜ひずみゲージ、厚膜ひずみゲージ、及びワイヤひずみゲージを含む、任意の適切なひずみゲージとして具現化することができる。好ましくは、力センサアセンブリ４００内の全てのひずみゲージ４６０は同じクラスであり、より好ましくは同じモデルである。本発明の好ましい実施形態において、ひずみゲージ４６０のそれぞれは、Ｖｉｓｈａｙ Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ Ｇｒｏｕｐ（Ｗｅｎｄｅｌｌ、ノースカロライナ州、米国）から市販されているＮ２Ａ－ＸＸ－Ｓ５１０５Ｒ－３５０／Ｅ５ひずみゲージなどの箔ひずみゲージ又はワイヤひずみゲージとして具現化されている。
【0070】
好ましくは、絶縁銅導体などの複数の導電性要素（ＥＣＥ）４７０が、ひずみゲージ４６０を複数の回路要素４８０に電気的に接続し、そのうちの少なくともいくつかは、フレキシブルＰＣＢなどのプリント回路基板（ＰＣＢ）４８２に含まれることが好ましい。本明細書で上述したように、１つ又は複数のひずみゲージ４６０は、好ましくは、その変形に応答してひずみゲージ出力、より具体的には抵抗を生成し、この変形は適用された力に依存する。好ましくは、回路要素４８０の少なくともいくつかは、１つ又は複数のひずみゲージ４６０のひずみゲージ出力を、適用された力の大きさを示す力示度に変換する。当該技術分野において周知のように、回路要素４８０によって生成された力示度は、ユーザに表示され、及び／又は自動化システムもしくは半自動化システムによる計算に使用されることがある。一例として、回路要素４８０は、ＶＰＧ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ（Ｏｎｔａｒｉｏ、カリフォルニア州、米国）から市販されているＶＴ３００などの読み出し計器として具現化されてもよい。
【0071】
本発明の好ましい実施形態において、力センサアセンブリ４００は、回路要素４８０を、電源（図示せず）を含む外部回路に電気的に接続する電気ケーブル４８６をさらに含む。好ましくは、特にケーブルタイ、クランプ又はケーブルグランドなどの複数のケーブル留め具４８８が、電気ケーブル４８６を細長い力応答性ビーム要素４２０に、好ましくはその壁部分の内面に固定する。本発明の好ましい実施形態において、電気ケーブル４８６は複数の導電性要素、例えば複数の絶縁銅導体を含む。図４Ａ～４Ｄに示された本発明の実施形態において、電気ケーブル４８６は細長い力応答性ビーム要素４２０内に配置されている。本発明の別の実施形態において、電気ケーブル４８６は細長い力応答性ビーム要素４２０の外側に配置されている。
【0072】
本発明の一実施形態において、ＰＣＢ４８２は、適切な取り付け材料、典型的には接着剤、例えば、特にシアノアクリレート又はアクリル樹脂を使用して、又は少なくとも１つの保護カバー要素４９２を使用して、細長い力応答性ビーム要素４２０に固定することができる。本発明の別の実施形態において、ＰＣＢ４８２は、細長い力応答性ビーム要素４２０以外の支持体、例えば、力センサアセンブリ４００の細長い力応答性ビーム要素４２０が取り付けられている支持体（図示せず）に取り付けられる。
【0073】
図４Ａ～４Ｄに示す本発明の実施形態において、力センサアセンブリ４００は、ひずみゲージ４６０及び回路要素４８０の少なくともいくつかを保護し絶縁するための保護カバー要素４９２を含む。保護カバー要素４９２によって保護されるひずみゲージ４６０及び回路要素４８０は、細長い力応答性ビーム要素４２０と保護カバー要素４９２の１つとの間に配置されることが理解される。
【0074】
保護カバー要素４９２は、特に、室温硬化型（ＲＴＶ）シリコーン、加硫ゴム又はポリウレタンなどの任意の適切な材料で形成することができ、好ましくは、細長い力応答性ビーム要素４２０に固定される。本発明の一実施形態において、保護カバー要素４９２は、ひずみゲージ４６０及び回路要素４８０の少なくとも１つを細長い力応答性ビーム要素４２０に固定する役割も果たす。本発明の別の実施形態において、力センサアセンブリ４００は、保護カバー要素４９２上で気密式にシールされることができる。あるいは、保護カバー要素４９２は、力センサアセンブリ４００が気密式にシールされている場合には省略することができる。
【0075】
ここで特に図５Ａ～５Ｃに目を向けると、細長い力応答性ビーム要素４２０は、長手方向軸４４２に沿って貫通長手方向ボア５００を有して形成されていることが分かる。したがって、細長い力応答性ビーム要素４２０は長手方向軸４４２に沿って中空である。
【0076】
長手方向ボア５００は、好ましくは、細長い力応答性ビーム要素４２０の概ね円筒形の壁５０２によって概ね囲まれ、円筒形の壁５０２は底部分５０４、第１のサイド部分５０６、第２のサイド部分５０８、及び頂部分５１０を有する。細長い力応答性ビーム要素４２０は、好ましくは円筒形の壁５０２の全てに沿って延びる内面５１２及び外面５１４を有して形成されることが理解される。
【0077】
細長い力応答性ビーム要素４２０は、好ましくは、長手方向軸４４２に沿った細長い寸法Ｌ２によって特徴付けられる。本発明の好ましい実施形態において、図４Ａ～５Ｃに見られるように、貫通長手方向ボア５００は細長い寸法Ｌ２の全体に沿って延びている。
【0078】
本発明の好ましい実施形態において、特に図４Ａ～４Ｄに見られるように、貫通長手方向ボア５００は、電気ケーブル４８６などの力センサアセンブリ４００の１つ又は複数の要素を完全に又は部分的に収容し得る。
【0079】
好ましくは、細長い力応答性ビーム要素４２０は、力センサアセンブリ４００を支持体（図示せず）に固定的に取り付けるための取り付け端部５２０を含む。図４Ａ～５Ｃに示す本発明の実施形態において、取り付け端部５２０で、円筒形の壁５０２の底部分５０４は、外面５１４に平坦エリア５２４を含み、円筒形の壁５０２の頂部分５１０は外面５１４に平坦エリア５２６を含む。
【0080】
好ましくは、平坦エリア５２４及び５２６に形成されているのは、細長い力応答性ビーム要素４２０を支持体に固定するための取り付け留め具（図示せず）を受けるための複数の取り付けアパーチャ５２８である。本発明の別の実施形態において、取り付けアパーチャ５２８を省略することができ、細長い力応答性ビーム要素４２０は、例えば、細長い力応答性ビーム要素４２０の取り付け端部５２０を支持体にクランプすることによって、アパーチャを使用せずに支持体に固定される。
【0081】
細長い力応答性ビーム要素４２０は、長手方向軸４４２に沿って取り付け端部５２０の概ね反対側にある荷重端部５３０をさらに含む。図４Ａ～５Ｃに示す本発明の実施形態において、荷重端部５３０で、円筒形の壁５０２の底部分５０４は外面５１４に平坦エリア５３４を含み、円筒形の壁５０２の頂部分５１０は外面５１４に平坦エリア５３６を含む。
【0082】
好ましくは、平坦エリア５３４及び５３６に形成されているのは、計量プラットフォームなどの荷重プラットフォーム（図示せず）を細長い力応答性ビーム要素４２０に固定するためのプラットフォーム留め具（図示せず）を受けるための複数の留め具アパーチャ５３８である。本発明の別の実施形態において、アパーチャ５３８は省略することができ、荷重プラットフォームは力センサアセンブリ４００と共に使用されないか、又は荷重プラットフォームは、例えば、荷重プラットフォームを細長い力応答性ビーム要素４２０の荷重端部５３０にクランプすることによって、アパーチャを使用せずに細長い力応答性ビーム要素４２０に留められる。
【0083】
荷重プラットフォームが力センサアセンブリ４００と共に使用されるか否かにかかわらず、力センサアセンブリ４００は、典型的には、細長い力応答性ビーム要素４２０の荷重端部５３０に適用される力を適用することによって使用される。荷重端部５３０は方向４３０に自由にたわみ、取り付け端部５２０は固定されているので、荷重端部５３０に及ぼされる方向４３０の適用される力は、細長い力応答性ビーム要素４２０の変形を引き起こす。特に、細長い力応答性ビーム要素４２０の変形は、典型的には、細長い寸法Ｌ２の大きさの増加によって特徴付けられる。本明細書で使用される場合、細長い力応答性ビーム要素４２０の変形していない状態とは、力センサアセンブリ４００が、地球の重力などの力センサアセンブリ４００に常に作用する力以外の適用される力を受けないときの細長い力応答性ビーム要素４２０の構成を指す。
【0084】
図５Ａのそれぞれの線Ａ－Ａ及び線Ｂ－Ｂに沿ってとられた図５Ａの断面拡大図Ａ及びＢに特に見られるように、長手方向軸４４２に概ね垂直な細長い力応答性ビーム要素４２０の断面５５０は中空である。断面５５０は、好ましくは、細長い力応答性ビーム要素４２０の取り付け端部５２０及び荷重端部５３０の両方において中空であることが理解される。
【0085】
図４Ａ～５Ｃに示す実施形態において、断面５５０は概ね対称であり、より詳細には概ね円形である。本発明の別の実施形態において、断面５５０は、特に、正方形、長方形、楕円形、三角形、六角形、及び星形を含む任意の適切な形状であり得、断面５５０の形状は対称又は非対称であり得る。本発明の一実施形態において、断面５５０は、細長い力応答性ビーム要素４２０の取り付け端部５２０及び荷重端部５３０の両方において概ね一様である。本発明の別の実施形態において、断面５５０は、細長い力応答性ビーム要素４２０の取り付け端部５２０及び荷重端部５３０の両方において一様ではなく、例えば、断面５５０は、アパーチャ５２８及び５３８のうちの１つ又は複数を取り囲む付加的な、好ましくはねじ切りされた、材料を含み得る。
【0086】
断面５５０の形状及びサイズは、細長い力応答性ビーム要素４２０の内面５１２及び外面５１４の両方によって決定されることが理解される。図４Ａ～５Ｃに示される実施形態において、断面５５０における内面５１２の形状は、断面５５０における外面５１４の形状と同じ全体的な形状である。本発明の別の実施形態において、断面５５０における内面５１２の形状は、断面５５０における外面５１４の形状と異なる。
【0087】
図４Ａ～５Ｃに示す実施形態において、貫通長手方向ボア５００に加えて、細長い力応答性ビーム要素４２０はまた、横方向軸５６２に沿った横方向ボア５６０を備えて形成される。特に図５Ａに見られるように、横方向軸５６２は、力適用軸４３２及び長手方向軸４４２の両方に対して概ね垂直である。本発明の好ましい実施形態において、ひずみゲージ４６０の少なくとも１つ及び横方向ボア５６０が少なくとも部分的に互いに重なっており、より好ましくは、ひずみゲージ４６０の全て及び横方向ボア５６０が少なくとも部分的に互いに重なっている。本発明の図示の実施形態において、横方向ボア５６０は、細長い力応答性ビーム要素４２０の第１及び第２のサイド部分５０６及び５０８の両方を完全に貫通する貫通ボアである。
【0088】
図４Ａ～５Ｃに示す実施形態において、細長い力応答性ビーム要素４２０の第１及び第２のサイド部分５０６及び５０８を貫通することに加えて、横方向ボア５６０は、細長い力応答性ビーム要素４２０の円筒形の壁５０２の底部分５０４の内面５１２に平坦エリア５６６を画定する。同様に、図４Ａ～５Ｃに示す実施形態において、横方向ボア５６０は、細長い力応答性ビーム要素４２０の円筒形の壁５０２の頂部分５１０の内面５１２に平坦エリア５６８を画定する。本発明の別の実施形態において、平坦エリア５６６及び５６８の一方又は両方は省略することができる。
【0089】
横方向ボア５６０は、好ましくは二重案内ビームひずみエンジンとして機能し、細長い力応答性ビーム要素４２０とともに、上部ビーム５７２及び下部ビーム５７４を画定することが理解される。したがって、力センサアセンブリ４００は、好ましくは、マルチビーム力センサであり、本発明の好ましい実施形態において、単一点ロードセルなどの単一点力センサである。
【0090】
図４Ａ～５Ｃに示される実施形態において、上部ビーム５７２は平坦エリア５８２を備えて形成されており、この平坦エリア５８２は好ましくは細長い力応答性ビーム要素４２０の円筒形の壁５０２の頂部分５１０の外面５１４に形成されている。同様に、図４Ａ～５Ｃに示される実施形態において、下部ビーム５７４は平坦エリア５８４を備えて形成されており、この平坦エリア５８４は好ましくは細長い力応答性ビーム要素４２０の円筒形の壁５０２の底部分５０４の外面５１４に形成されている。
【0091】
平坦エリア５８２及び５８４は、好ましくは、ひずみゲージ４６０が固定される複数のひずみ位置５９０を提供する。図４Ａ～５Ｃに示す実施形態において、横方向ボア５６０の形状により、適用された力の結果として、ひずみ位置５９０のそれぞれに概ね等しい大きさのひずみが存在する。
【0092】
本発明の好ましい実施形態において、横方向ボア５６０は、偏心を補償するように成形され、その結果、力センサアセンブリ４００は、オフセンター荷重に対して所定の許容範囲内で均一な力示度出力を提供し、適用される力は荷重端部５３０の所定の軌跡内のどこかに起こりがちであることが理解される。
【0093】
本発明の好ましい実施形態において、細長い力応答性ビーム要素４２０は、電気ケーブル４８６とＰＣＢ４８２との間の電気通信を可能にするために、好ましくは円筒形の壁５０２のサイド部分５０６に、電気通信アパーチャ５９２を備えてさらに形成される。細長い力応答性ビーム要素４２０は、好ましくは円筒形の壁５０２のサイド部分５０６に、電気ケーブル４８６を細長い力応答性ビーム要素４２０に固定するためのケーブル留め具４８８を受けるように動作可能な複数の留め具アパーチャ５９８を備えて好ましくはさらに形成される。
【0094】
本発明の一実施形態において、細長い力応答性ビーム要素４２０は、アルミニウム合金又は鋼合金などの金属で形成されている。本発明の別の実施形態において、細長い力応答性ビーム要素４２０は複合材料で形成されており、この複合材料は、金属マトリックス複合材料又は特に炭素複合材料又はガラス繊維などの、非金属マトリックス複合材料であり得る。
【0095】
図６を参照して後述するように、細長い力応答性ビーム要素４２０は、特に、押出プロセス、引抜きプロセス、圧延プロセス、シームドチューブ形成プロセス又はシームレスチューブ形成プロセスのいずれかであり得るチューブ形成プロセス、鍛造プロセス、３次元（３Ｄ）印刷プロセス、金属射出成形（ＭＩＭ）プロセス、及び機械加工プロセスを含む、任意の適切なプロセスによって形成され得る。
【0096】
同様に、横方向ボア５６０、アパーチャ５２８及び５３８、電気通信アパーチャ５９２及び留め具アパーチャ５９８、並びに平坦エリア５２４、５２６、５３４、５３６、５６６、５６８、５８２及び５８４のそれぞれは、特に、機械加工、放電加工（ＥＤＭ）、ブローチ加工、浸食及びアブレーションを含む任意の適切なプロセスによって形成され得る。
【0097】
次に、図４Ａ～５Ｃの力センサアセンブリ４００を製造するための方法の簡略化された図である図６を参照する。作製ステップ６０２で見られるように、本方法は細長い力応答性ビーム要素４２０を作製することから始まる。特に図５Ａ～５Ｃを参照して上述したように、細長い力応答性ビーム要素４２０は、好ましくは、力適用軸４３２に対して概ね垂直である長手方向軸４４２に沿って延び、細長い力応答性ビーム要素４２０は、好ましくは、長手方向軸４４２に沿って貫通長手方向ボア５００を有して形成される。
【0098】
上述のように、作製ステップ６０２は、特に、押出プロセス、引抜きプロセス、圧延プロセス、シームドチューブ形成プロセス又はシームレスチューブ形成プロセスのいずれかであり得るチューブ形成プロセス、鍛造プロセス、３次元（３Ｄ）印刷プロセス、金属射出成形（ＭＩＭ）プロセス、及び機械加工プロセスを含む、任意の適切なプロセスであり得る。
【0099】
本発明の好ましい実施形態において、ボア５００は、細長い力応答性ビーム要素４２０と共に形成される。例えば、作製ステップ６０２に押出プロセスを使用する場合、作製ステップ６０２で作製される中空押出プロファイルは、細長い力応答性ビーム要素４２０のボア５００と同様に、円筒形の壁５０２を画定する。したがって、このような実施形態において、好ましくは、ボア５００を形成するための減法プロセスは必要ない。
【0100】
対照的に、作製ステップ６０２が減法プロセスである実施形態において、ボア５００は、好ましくは、細長い力応答性ビーム要素４２０の最初の形成ステップの後に形成される。例えば、作製ステップ６０２において、まず中実のバー又はシリンダが作製され、次いでそれが機械加工されてその中にボア５００が形成され、それによって細長い力応答性ビーム要素４２０が作製され得る。
【0101】
本発明の一実施形態において、作製ステップ６０２は、細長い寸法Ｌ２よりも長い細長い寸法をそれぞれが有するビームを作製する。このような実施形態において、作製ステップ６０２は、各ビームを、それぞれがＬ２に等しいかほぼ等しい細長い寸法を有する長さに切断することを含む。
【0102】
細部形成ステップ６０４で見られるように、平坦エリア５２４、５２６、５３４、５３６、５６６、５６８、５８２及び５８４、アパーチャ５２９及び５３８、横方向ボア５６０、電気通信アパーチャ５９２及び留め具アパーチャ５９８を含む細長い力応答性ビーム要素４２０の平坦エリア及びアパーチャが形成される。マーキングが細長い力応答性ビーム要素４２０に形成される実施形態において、マーキングは同じく好ましくは細部形成ステップ６０４で形成される。細長い力応答性ビーム要素４２０内のアパーチャ及び平坦エリア、並びに細長い力応答性ビーム要素４２０上のマーキングは、特に、機械加工、放電加工（ＥＤＭ）、ブローチ加工、浸食及びアブレーションを含む任意の適切なプロセスによって形成され得ることが理解される。
【0103】
図５Ａ～５Ｃを参照して上述したように、横方向ボア５６０は、好ましくは、力適用軸４３２及び長手方向軸４４２の両方に対して概ね垂直である横方向軸５６２に沿って延びる貫通横方向ボアである。さらに、図５Ａ～５Ｃを参照して上述したように、ひずみゲージ４６０の少なくとも１つ、より好ましくは全てと、横方向ボア５６０とは、好ましくは少なくとも部分的に互いに重なり合う。
【0104】
組立てステップ６０６で見られるように、少なくとも１つのひずみゲージ４６０は好ましくは細長い力応答性ビーム要素４２０に固定される。特に図４Ａ～４Ｄを参照して上述したように、ひずみゲージ４６０は好ましくは、力適用方向４３０に適用された力に応答してひずみゲージ出力を生成する。また、組立てステップ６０６において、１つ又は複数のひずみゲージ４６０は、好ましくは、ＥＣＥ４７０を使用して、回路要素４８０に接続され、この回路要素４８０は、図４Ａ～６に示す実施形態において、細長い力応答性ビーム要素４２０に固定されるが、細長い力応答性ビーム要素４２０に固定される必要はない。
【0105】
特に図４Ａ～４Ｄを参照して上述したように、回路要素４８０の少なくともいくつかは、好ましくは、１つ又は複数のひずみゲージ４６０のひずみゲージ出力を、適用された力の大きさを示す力示度に変換する。特に図４Ａ～４Ｄを参照して上述したように、ひずみゲージ４６０及び回路要素４８０は、好ましくは、任意の適切な取り付け材料、最も典型的には接着剤、例えば、特にシアノアクリレート、アクリル樹脂又はエポキシ樹脂を使用して、又は保護カバー要素４９２を使用して、細長い力応答性ビーム要素４２０に固定的に取り付けられる。回路要素４８０を細長い力応答性ビーム要素４２０に固定するために使用される取り付け材料は、１つ又は複数のひずみゲージ４６０を細長い力応答性ビーム要素４２０に固定するために使用される取り付け材料と同じであり得ることが理解される。代替的に、回路要素４８０を細長い力応答性ビーム要素４２０に固定するために使用される取り付け材料は、１つ又は複数のひずみゲージ４６０を細長い力応答性ビーム要素４２０に固定するために使用される取り付け材料とは異なる取り付け材料であり得る。また組立てステップ６０６において、電気ケーブル４８６は好ましくは回路要素４８０に電気的に接続され、電気ケーブル４８６は好ましくはケーブル留め具４８８を用いて細長い力応答性ビーム要素４２０に固定的に取り付けられる。
【0106】
シールステップ６０８に見られるように、保護カバー要素４９２は好ましくは細長い力応答性ビーム要素４２０に固定される。保護カバー要素４９２がひずみゲージ４６０及び回路要素４８０の少なくとも１つを細長い力応答性ビーム要素４２０に固定する実施形態において、組立てステップ６０６及びシールステップ６０８は、典型的には単一のステップに組み合わされることが理解される。
【0107】
本発明の別の実施形態において、力センサアセンブリ４００はシールステップ６０８で気密式にシールされ、保護カバー要素４９２は省略することができる。あるいは、シールステップ６０８は、保護カバー要素４９２の取り付け後に力センサアセンブリ４００を気密式にシールする。
【0108】
次に、本発明の付加的な実施形態に従って構成され動作する細長い力センサアセンブリ７００の簡略化した図である図７Ａ～７Ｄ、及び図７Ａ～７Ｄの力センサアセンブリ７００の細長い力応答性ビーム要素７２０の図である図８Ａ～８Ｃを参照する。力センサアセンブリ７００は、力適用軸７３２に平行な力適用方向７３０に適用される力を測定するように動作可能であることが理解される。力適用軸７３２は、好ましくは、細長い力ビーム応答要素７２０の長手方向軸７４２に垂直であることが理解される。力センサアセンブリ７００が重量を測定する場合、力適用軸７３２は一般に重力が作用する方向に対して平行及び／又は逆平行である。
【0109】
図７Ａ～８Ｃに見られるように、力センサアセンブリ７００は、好ましくは長手方向軸７４２に沿って延びる細長い力応答性ビーム要素７２０を含む。本発明の好ましい実施形態において、長手方向軸７４２は力適用軸７３２に概ね垂直である。細長い力応答性ビーム要素７２０は弾性要素であることが理解される。
【0110】
上述のように、「弾性要素」という用語は、適用された力に応答するたわみが感知され、出力に変換される変換器の要素を指すことが理解される。このような要素は、当該技術分野において、特に、弾性体、ばね要素及びばね体とも呼ばれる。細長い力応答性ビーム要素７２０は、典型的には、エラストマーから形成されないことが理解される。むしろ、後述するように、細長い力応答性ビーム要素７２０は、好ましくは、細長い力応答性ビーム要素７２０の応力、即ち適用された力と、ひずみ、即ち変形との間に線形関係を示す、適切な金属又は他の適切な固体材料などの材料から作られる。
【0111】
特に図７Ｂ～７Ｄに見られるように、力センサアセンブリ７００は好ましくは少なくとも１つのひずみゲージ７６０、より好ましくは複数のひずみゲージ７６０をさらに含み、これらは細長い力応答性ビーム要素７２０に固定的に取り付けられ、力センサアセンブリ７００に適用方向７３０に適用された力に応答してひずみゲージ出力を生成する。
【0112】
本発明の好ましい実施形態において、力センサアセンブリ７００は、特に、２個のひずみゲージ７６０、４個のひずみゲージ７６０、６個のひずみゲージ７６０、又は８個のひずみゲージ７６０などの偶数のひずみゲージ７６０を含む。力センサアセンブリ７００に含まれるひずみゲージ７６０の数に応じて、ひずみゲージ７６０は、特に、クォーターブリッジ構成、ハーフブリッジ構成、ホイートストンブリッジ構成などのフルブリッジ構成、又はダブルブリッジ構成で互いに電気的に接続され得る。本発明の別の実施形態において、力センサアセンブリ７００は、奇数のひずみゲージ７６０を含む。
【0113】
本発明の一実施形態において、ひずみゲージ７６０は、任意の適切な取り付け材料、最も典型的には接着剤、例えば、特にひずみゲージ接着材料、例えばエポキシを用いて細長い力応答性ビーム要素７２０に固定することができる。本発明の別の実施形態において、ひずみゲージ７６０は、例えば蒸着によって細長い力応答性ビーム要素７２０上に直接堆積させることができる。
【0114】
各ひずみゲージ７６０は、特に、箔ひずみゲージ、半導体ひずみゲージ、薄膜ひずみゲージ、厚膜ひずみゲージ、及びワイヤひずみゲージを含む、任意の適切なひずみゲージとして具現化することができる。好ましくは、力センサアセンブリ７００内の全てのひずみゲージ７６０は同じクラスであり、より好ましくは同じモデルである。本発明の好ましい実施形態において、ひずみゲージ７６０のそれぞれは、Ｖｉｓｈａｙ Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ Ｇｒｏｕｐ（Ｗｅｎｄｅｌｌ、ノースカロライナ州、米国）から市販されているＮ２Ａ－ＸＸ－Ｓ５１０５Ｒ－３５０／Ｅ５ひずみゲージなどの箔ひずみゲージ又はワイヤひずみゲージとして具現化されている。
【0115】
好ましくは、絶縁銅導体などの複数の導電性要素（ＥＣＥ）７７０が、ひずみゲージ７６０を複数の回路要素７８０に電気的に接続し、そのうちの少なくともいくつかは、フレキシブルＰＣＢなどのプリント回路基板（ＰＣＢ）７８２に含まれることが好ましい。本明細書で上述したように、１つ又は複数のひずみゲージ７６０は、好ましくは、その変形に応答してひずみゲージ出力、より具体的には抵抗を生成し、この変形は適用された力に依存する。好ましくは、回路要素７８０の少なくともいくつかは、１つ又は複数のひずみゲージ７６０のひずみゲージ出力を、適用された力の大きさを示す力示度に変換する。当該技術分野において周知のように、回路要素７８０によって生成された力示度は、ユーザに表示され、及び／又は自動化システムもしくは半自動化システムによる計算に使用されることがある。一例として、回路要素７８０は、ＶＰＧ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ（Ｏｎｔａｒｉｏ、カリフォルニア州、米国）から市販されているＶＴ３００などの読み出し計器として具現化されてもよい。
【0116】
本発明の好ましい実施形態において、力センサアセンブリ７００は、回路要素７８０を、電源（図示せず）を含む外部回路に電気的に接続する電気ケーブル７８６をさらに含む。好ましくは、特にケーブルタイ、クランプ又はケーブルグランドなどの複数のケーブル留め具７８８が、電気ケーブル７８６を細長い力応答性ビーム要素７２０に、好ましくはその壁部分の内面に固定する。本発明の好ましい実施形態において、電気ケーブル７８６は複数の導電性要素、例えば複数の絶縁銅導体を含む。図７Ａ～７Ｄに示された本発明の実施形態において、電気ケーブル７８６は細長い力応答性ビーム要素７２０内に配置されている。本発明の別の実施形態において、電気ケーブル７８６は細長い力応答性ビーム要素７２０の外側に配置されている。
【0117】
本発明の一実施形態において、ＰＣＢ７８２は、適切な取り付け材料、典型的には接着剤、例えば、特にシアノアクリレート又はアクリル樹脂を使用して、又は少なくとも１つの保護カバー要素７９２を使用して、細長い力応答性ビーム要素７２０に固定することができる。本発明の別の実施形態において、ＰＣＢ７８２は、細長い力応答性ビーム要素７２０以外の支持体、例えば、細長い力応答性ビーム要素７２０が取り付けられている支持体（図示せず）に取り付けられる。
【0118】
図７Ａ～７Ｄに示す本発明の実施形態において、力センサアセンブリ７００は、ひずみゲージ７６０及び回路要素７８０の少なくともいくつか、より好ましくは全てを保護し絶縁するための保護カバー要素７９２を含む。保護カバー要素７９２によって保護されるひずみゲージ７６０及び回路要素７８０は、細長い力応答性ビーム要素７２０と保護カバー要素７９２の１つとの間に配置されることが理解される。
【0119】
保護カバー要素７９２は、特に、室温硬化型（ＲＴＶ）シリコーン、加硫ゴム又はポリウレタンなどの任意の適切な材料で形成することができ、好ましくは、細長い力応答性ビーム要素７２０に固定される。本発明の一実施形態において、保護カバー要素７９２は、ひずみゲージ７６０及び回路要素７８０の少なくとも１つを細長い力応答性ビーム要素７２０に固定する役割も果たす。本発明の別の実施形態において、力センサアセンブリ７００は、保護カバー要素７９２上で気密式にシールされることができる。あるいは、保護カバー要素７９２は、力センサアセンブリ７００が気密式にシールされている場合には省略することができる。
【0120】
ここで特に図８Ａ～８Ｃに目を向けると、細長い力応答性ビーム要素７２０は、長手方向軸７４２に沿って貫通長手方向ボア８００を有して形成されていることが分かる。したがって、細長い力応答性ビーム要素７２０は長手方向軸７４２に沿って中空である。
【0121】
長手方向ボア８００は、好ましくは、細長い力応答性ビーム要素７２０の概ね平面的な長方形の底壁部分８０２、細長い力応答性ビーム要素７２０の第１の概ね平面的な長方形の側壁部分８０４、細長い力応答性ビーム要素７２０の第２の概ね平面的な長方形の側壁部分８０６、及び細長い力応答性ビーム要素７２０の概ね平面的な長方形の頂壁部分８０８によって概ね囲まれている。細長い力応答性ビーム要素７２０は、好ましくは壁部分８０２、８０４、８０６及び８０８の全てに沿って延びる内面８１２及び外面８１４を有して形成されることが理解される。
【0122】
細長い力応答性ビーム要素７２０は、好ましくは、長手方向軸７４２に沿った細長い寸法Ｌ３によって特徴付けられる。本発明の好ましい実施形態において、図７Ａ～８Ｃに見られるように、貫通長手方向ボア８００は細長い寸法Ｌ３の全体に沿って延びている。
【0123】
本発明の好ましい実施形態において、特に図７Ａ～７Ｄに見られるように、貫通長手方向ボア８００は、電気ケーブル７８６などの力センサアセンブリ７００の１つ又は複数の要素を完全に又は部分的に収容し得る。
【0124】
好ましくは、細長い力応答性ビーム要素７２０は、力センサアセンブリ７００を支持体（図示せず）に固定的に取り付けるための取り付け端部８２０を含む。図７Ａ～８Ｃに示す本発明の実施形態において、取り付け端部８２０は、好ましくは底壁部分８０２及び頂壁部分８０８に形成された、細長い力応答性ビーム要素７２０を支持体に固定するための取り付け留め具（図示せず）を受けるための複数の取り付けアパーチャ８２２を含む。本発明の別の実施形態において、取り付けアパーチャ８２２を省略することができ、細長い力応答性ビーム要素７２０は、例えば、細長い力応答性ビーム要素７２０の取り付け端部８２０を支持体にクランプすることによって、アパーチャを使用せずに支持体に固定される。
【0125】
細長い力応答性ビーム要素７２０は、長手方向軸７４２に沿って取り付け端部８２０の概ね反対側にある荷重端部８３０をさらに含む。図７Ａ～８Ｃに示す本発明の実施形態において、荷重端部８３０は、好ましくは底壁部分８０２及び頂壁部分８０８に形成された、計量プラットフォームなどの荷重プラットフォーム（図示せず）を細長い力応答性ビーム要素７２０に固定するためのプラットフォーム留め具（図示せず）を受けるための複数の留め具アパーチャ８３２を含む。本発明の別の実施形態において、アパーチャ８３２は省略することができ、荷重プラットフォームは力センサアセンブリ７００と共に使用されないか、又は荷重プラットフォームは、例えば、荷重プラットフォームを細長い力応答性ビーム要素７２０の荷重端部８３０にクランプすることによって、アパーチャを使用せずに細長い力応答性ビーム要素７２０に留められる。
【0126】
荷重プラットフォームが力センサアセンブリ７００と共に使用されるか否かにかかわらず、力センサアセンブリ７００は、典型的には、細長い力応答性ビーム要素７２０の荷重端部８３０に適用される力を適用することによって使用される。荷重端部８３０は方向７３０に自由にたわみ、取り付け端部８２０は固定されているので、荷重端部８３０に及ぼされる方向７３０の適用される力は、細長い力応答性ビーム要素７２０の変形を引き起こす。特に、細長い力応答性ビーム要素７２０の変形は、典型的には、細長い寸法Ｌ３の大きさの増加によって特徴付けられる。本明細書で使用される場合、細長い力応答性ビーム要素７２０の変形していない状態とは、力センサアセンブリ７００が、地球の重力などの力センサアセンブリ７００に常に作用する力以外の適用される力を受けないときの細長い力応答性ビーム要素７２０の構成を指す。
【0127】
図８Ａのそれぞれの線Ａ－Ａ及び線Ｂ－Ｂに沿ってとられた図８Ａの断面拡大図Ａ及びＢに特に見られるように、長手方向軸７４２に概ね垂直な細長い力応答性ビーム要素７２０の断面８５０は中空である。断面８５０は、好ましくは、細長い力応答性ビーム要素７２０の取り付け端部８２０及び荷重端部８３０の両方において中空であることが理解される。
【0128】
図７Ａ～８Ｃに示す実施形態において、断面８５０は概ね対称であり、より詳細には概ね長方形である。本発明の別の実施形態において、断面８５０は、特に、正方形、円形、楕円形、三角形、六角形、及び星形を含む任意の適切な形状であり得、断面８５０の形状は対称又は非対称であり得る。本発明の一実施形態において、断面８５０は、細長い力応答性ビーム要素７２０の取り付け端部８２０及び荷重端部８３０の両方において概ね一様である。本発明の別の実施形態において、断面８５０は、細長い力応答性ビーム要素７２０の取り付け端部８２０及び荷重端部８３０の両方において一様ではなく、例えば、断面８５０は、アパーチャ８２２及び８３２のうちの１つ又は複数を取り囲む付加的な、好ましくはねじ切りされた、材料を含み得る。
【0129】
断面８５０の形状及びサイズは、細長い力応答性ビーム要素７２０の内面８１２及び外面８１４の両方によって決定されることが理解される。図７Ａ～８Ｃに示される実施形態において、断面８５０における内面８１２の形状は、断面８５０における外面８１４の形状と同じ全体的な形状である。本発明の別の実施形態において、断面８５０における内面８１２の形状は、断面８５０における外面８１４の形状と異なる。
【0130】
図７Ａ～８Ｃに示す実施形態において、貫通長手方向ボア８００に加えて、細長い力応答性ビーム要素７２０はまた、横方向軸８６２に沿った横方向ボア８６０を備えて形成される。特に図８Ａに見られるように、横方向軸８６２は、力適用軸７３２及び長手方向軸７４２の両方に対して概ね垂直である。本発明の好ましい実施形態において、ひずみゲージ７６０の少なくとも１つ及び横方向ボア８６０が少なくとも部分的に互いに重なっており、より好ましくは、ひずみゲージ７６０の全て及び横方向ボア８６０が少なくとも部分的に互いに重なっている。本発明の図示の実施形態において、横方向ボア８６０は、細長い力応答性ビーム要素７２０の第１及び第２の側壁部分８０４及び８０６の両方を完全に貫通する貫通ボアである。
【0131】
図７Ａ～８Ｃに示す実施形態において、横方向ボア８６０に加えて、細長い力応答性ビーム要素７２０は、細長い力応答性ビーム要素７２０の底壁部分８０２の外面８１４に複数の底部凹部８６６を備えて形成される。同様に、図７Ａ～８Ｃに示す実施形態において、細長い力応答性ビーム要素７２０は、好ましくは、細長い力応答性ビーム要素７２０の頂壁部分８０８の外面８１４に複数の頂部凹部８６８を備えてさらに形成される。本発明の別の実施形態において、凹部８６６及び８６８の一部又は全部は省略することができる。
【0132】
横方向ボア８６０と凹部８６６及び８６８は、好ましくは双眼ひずみエンジンとして一緒に機能し、細長い力応答性ビーム要素７２０とともに、上部ビーム８７２及び下部ビーム８７４を画定することが理解される。したがって、力センサアセンブリ７００は、好ましくは、マルチビーム力センサであり、本発明の好ましい実施形態において、単一点ロードセルなどの単一点力センサである。
【0133】
図７Ａ～８Ｃに示される実施形態において、上部ビーム８７２はマーキング８８２を備えて形成されており、このマーキング８８２は好ましくは細長い力応答性ビーム要素７２０の頂壁部分８０８の内面８１２に形成されている。同様に、図７Ａ～８Ｃに示される実施形態において、下部ビーム８７４はマーキング８８４を備えて形成されており、このマーキング８８４は好ましくは細長い力応答性ビーム要素７２０の底壁部分８０２の内面８１２に形成されている。本発明の別の実施形態において、マーキング８８２及び８８４の一部又は全部を省略することができる。
【0134】
マーキング８８２及び８８４は、好ましくは、ひずみゲージ７６０が固定される複数のひずみ位置８９０を示す。図７Ａ～８Ｃに示す実施形態において、ひずみ位置８９０のそれぞれは、凹部８６６及び８６８のうちの１つと整列しており、横方向ボア８６０の形状により、適用された力の結果として、ひずみ位置８９０のそれぞれに概ね等しい大きさのひずみが存在する。
【0135】
本発明の好ましい実施形態において、横方向ボア８６０と凹部８６６及び８６８は、偏心を補償するように成形され、その結果、力センサアセンブリ７００は、オフセンター荷重に対して所定の許容範囲内で均一な力示度出力を提供し、適用される力は荷重端部８３０の所定の軌跡内のどこかに起こりがちであることが理解される。
【0136】
本発明の好ましい実施形態において、細長い力応答性ビーム要素７２０は、電気ケーブル７８６とＰＣＢ７８２との間の電気通信を可能にするために、好ましくは側壁部分８０４に、電気通信アパーチャ８９２を備えてさらに形成される。細長い力応答性ビーム要素７２０は、好ましくは、側壁部分８０４に、電気ケーブル７８６を細長い力応答性ビーム要素７２０に固定するためのケーブル留め具７８８を受けるように動作可能な複数の留め具アパーチャ８９８を備えてさらに形成される。
【0137】
本発明の一実施形態において、細長い力応答性ビーム要素７２０は、アルミニウム合金又は鋼合金などの金属で形成されている。本発明の別の実施形態において、細長い力応答性ビーム要素７２０は複合材料で形成されており、この複合材料は、金属マトリックス複合材料又は特に炭素複合材料又はガラス繊維などの、非金属マトリックス複合材料であり得る。
【0138】
図９を参照して後述するように、細長い力応答性ビーム要素７２０は、特に、押出プロセス、引抜きプロセス、圧延プロセス、シームドチューブ形成プロセス又はシームレスチューブ形成プロセスのいずれかであり得るチューブ形成プロセス、鍛造プロセス、３次元（３Ｄ）印刷プロセス、金属射出成形（ＭＩＭ）プロセス、及び機械加工プロセスを含む、任意の適切なプロセスによって形成され得る。
【0139】
同様に、横方向ボア８６０、アパーチャ８２２、８３２、８９２及び８９８、並びに凹部８６６及び８６８のそれぞれは、特に、機械加工、放電加工（ＥＤＭ）、ブローチ加工、浸食及びアブレーションを含む任意の適切なプロセスによって形成され得る。
【0140】
次に、図７Ａ～８Ｃの力センサアセンブリ７００を製造するための方法の簡略化された図である図９を参照する。作製ステップ９０２で見られるように、本方法は細長い力応答性ビーム要素７２０を作製することから始まる。特に図８Ａ～８Ｃを参照して上述したように、細長い力応答性ビーム要素７２０は、好ましくは、力適用軸７３２に対して概ね垂直である長手方向軸７４２に沿って延び、細長い力応答性ビーム要素７２０は、好ましくは、長手方向軸７４２に沿って貫通長手方向ボア８００を有して形成される。
【0141】
上述のように、作製ステップ９０２は、特に、押出プロセス、引抜きプロセス、圧延プロセス、シームドチューブ形成プロセス又はシームレスチューブ形成プロセスのいずれかであり得るチューブ形成プロセス、鍛造プロセス、３次元（３Ｄ）印刷プロセス、金属射出成形（ＭＩＭ）プロセス、及び機械加工プロセスを含む、任意の適切なプロセスであり得る。
【0142】
本発明の好ましい実施形態において、ボア８００は、細長い力応答性ビーム要素７２０と共に形成される。例えば、作製ステップ９０２に押出プロセスを使用する場合、作製ステップ９０２で作製される中空押出プロファイルは、細長い力応答性ビーム要素７２０のボア８００と同様に、壁部分８０２、８０４、８０６及び８０８の全てを画定する。したがって、このような実施形態において、好ましくは、ボア８００を形成するための減法プロセスは必要ない。
【0143】
対照的に、作製ステップ９０２が減法プロセスである実施形態において、ボア８００は、好ましくは、細長い力応答性ビーム要素７２０の最初の形成ステップの後に形成される。例えば、作製ステップ９０２において、まず中実のバーが作製され、次いでそれが機械加工されてその中にボア８００が形成され、それによって細長い力応答性ビーム要素７２０が作製され得る。
【0144】
本発明の一実施形態において、作製ステップ９０２は、細長い寸法Ｌ３よりも長い細長い寸法をそれぞれが有するビームを作製する。このような実施形態において、作製ステップ９０２は、各ビームを、それぞれがＬ３に等しいかほぼ等しい細長い寸法を有する長さに切断することを含む。
【0145】
細部形成ステップ９０４で見られるように、アパーチャ８２２、８３２、８９２及び８９８、横方向ボア８６０、並びに凹部８６６及び８６８を含む細長い力応答性ビーム要素７２０のアパーチャ及び凹部が形成される。マーキング８８２及び８８４などのマーキングが細長い力応答性ビーム要素７２０に形成される実施形態において、マーキングは同じく好ましくは細部形成ステップ９０４で形成される。細長い力応答性ビーム要素７２０内のアパーチャ及び凹部は、特に、機械加工、放電加工（ＥＤＭ）、ブローチ加工、浸食及びアブレーションを含む任意の適切なプロセスによって形成され得ることが理解される。
【0146】
図８Ａ～８Ｃを参照して上述したように、横方向ボア８６０は、好ましくは、力適用軸７３２及び長手方向軸７４２の両方に対して概ね垂直である横方向軸８６２に沿って延びる貫通横方向ボアである。さらに、図８Ａ～８Ｃを参照して上述したように、ひずみゲージ７６０の少なくとも１つ、より好ましくは全てと、横方向ボア８６０とは、好ましくは少なくとも部分的に互いに重なり合う。
【0147】
組立てステップ９０６で見られるように、少なくとも１つのひずみゲージ７６０は好ましくは細長い力応答性ビーム要素７２０に固定される。特に図７Ａ～７Ｄを参照して上述したように、ひずみゲージ７６０は好ましくは、力適用方向７３０に適用された力に応答してひずみゲージ出力を生成する。また、組立てステップ９０６において、１つ又は複数のひずみゲージ７６０は、好ましくは、ＥＣＥ７７０を使用して、回路要素７８０に接続され、この回路要素７８０は、図７Ａ～９に示す実施形態において、細長い力応答性ビーム要素７２０に固定されるが、細長い力応答性ビーム要素７２０に固定される必要はない。
【0148】
特に図７Ａ～７Ｄを参照して上述したように、回路要素７８０の少なくともいくつかは、好ましくは、１つ又は複数のひずみゲージ７６０のひずみゲージ出力を、適用された力の大きさを示す力示度に変換する。特に図７Ａ～７Ｄを参照して上述したように、ひずみゲージ７６０及び回路要素７８０は、好ましくは、任意の適切な取り付け材料、最も典型的には接着剤、例えば、特にシアノアクリレート、アクリル樹脂又はエポキシ樹脂を使用して、又は保護カバー要素７９２を使用して、細長い力応答性ビーム要素７２０に固定的に取り付けられる。回路要素７８０を細長い力応答性ビーム要素７２０に固定するために使用される取り付け材料は、１つ又は複数のひずみゲージ７６０を細長い力応答性ビーム要素７２０に固定するために使用される取り付け材料と同じであり得ることが理解される。代替的に、回路要素７８０を細長い力応答性ビーム要素７２０に固定するために使用される取り付け材料は、１つ又は複数のひずみゲージ７６０を細長い力応答性ビーム要素７２０に固定するために使用される取り付け材料とは異なる取り付け材料であり得る。また組立てステップ９０６において、電気ケーブル７８６は好ましくは回路要素７８０に電気的に接続され、電気ケーブル７８６は好ましくはケーブル留め具７８８を用いて細長い力応答性ビーム要素７２０に固定的に取り付けられる。
【0149】
シールステップ９０８に見られるように、保護カバー要素７９２は好ましくは細長い力応答性ビーム要素７２０に固定される。保護カバー要素７９２がひずみゲージ７６０及び回路要素７８０の少なくとも１つを細長い力応答性ビーム要素７２０に固定する実施形態において、組立てステップ９０６及びシールステップ９０８は、典型的には単一のステップに組み合わされることが理解される。
【0150】
本発明の別の実施形態において、力センサアセンブリ７００はシールステップ９０８で気密式にシールされ、保護カバー要素７９２は省略することができる。あるいは、シールステップ９０８は、保護カバー要素７９２の取り付け後に力センサアセンブリ７００を気密式にシールする。
【0151】
次に、本発明のさらに付加的な実施形態に従って構成され動作する細長い力センサアセンブリ１０００の簡略化した図である図１０Ａ～１０Ｄ、及び図１０Ａ～１０Ｄの力センサアセンブリ１０００の細長い力応答性ビーム要素１０２０の図である図１１Ａ～１１Ｄを参照する。力センサアセンブリ１０００は、力適用軸１０３２に平行な力適用方向１０３０に適用される力を測定するように動作可能であることが理解される。力適用軸１０３２は、好ましくは、細長い力ビーム応答要素１０２０の長手方向軸１０４２に垂直であることが理解される。力センサアセンブリ１０００が重量を測定する場合、力適用軸１０３２は一般に重力が作用する方向に対して平行及び／又は逆平行である。細長い力センサアセンブリ１０００は好ましくはせん断力センサであることがさらに理解される。
【0152】
図１０Ａ～１１Ｄに見られるように、力センサアセンブリ１０００は、好ましくは長手方向軸１０４２に沿って延びる細長い力応答性ビーム要素１０２０を含む。本発明の好ましい実施形態において、長手方向軸１０４２は力適用軸１０３２に概ね垂直である。細長い力応答性ビーム要素１０２０は弾性要素であることが理解される。
【0153】
上述のように、「弾性要素」という用語は、適用された力に応答するたわみが感知され、出力に変換される変換器の要素を指すことが理解される。このような要素は、当該技術分野において、特に、弾性体、ばね要素及びばね体とも呼ばれる。細長い力応答性ビーム要素１０２０は、典型的には、エラストマーから形成されないことが理解される。むしろ、後述するように、細長い力応答性ビーム要素１０２０は、好ましくは、細長い力応答性ビーム要素１０２０の応力、即ち適用された力と、ひずみ、即ち変形との間に線形関係を示す、適切な金属又は他の適切な固体材料などの材料から作られる。
【0154】
特に図１０Ｂ～１０Ｄに見られるように、力センサアセンブリ１０００は好ましくは少なくとも１つのひずみゲージ１０６０、より好ましくは複数のひずみゲージ１０６０をさらに含み、これらは細長い力応答性ビーム要素１０２０に固定的に取り付けられ、力センサアセンブリ１０００に適用方向１０３０に適用された力に応答してひずみゲージ出力を生成する。
【0155】
本発明の好ましい実施形態において、力センサアセンブリ１０００は、特に、２個のひずみゲージ１０６０、４個のひずみゲージ１０６０、６個のひずみゲージ１０６０、又は８個のひずみゲージ１０６０などの偶数のひずみゲージ１０６０を含む。力センサアセンブリ１０００に含まれるひずみゲージ１０６０の数に応じて、ひずみゲージ１０６０は、特に、クォーターブリッジ構成、ハーフブリッジ構成、ホイートストンブリッジ構成などのフルブリッジ構成、又はダブルブリッジ構成で互いに電気的に接続され得る。本発明の別の実施形態において、例えば、力センサアセンブリ１０００がクォーターブリッジ構成を含む場合、力センサアセンブリ１０００は、奇数のひずみゲージ１０６０を含む。
【0156】
本発明の一実施形態において、ひずみゲージ１０６０は、任意の適切な取り付け材料、最も典型的には接着剤、例えば、特にひずみゲージ接着材料、例えばエポキシを用いて細長い力応答性ビーム要素１０２０に固定することができる。本発明の別の実施形態において、ひずみゲージ１０６０は、例えば蒸着によって細長い力応答性ビーム要素１０２０上に直接堆積させることができる。
【0157】
各ひずみゲージ１０６０は、特に、箔ひずみゲージ、半導体ひずみゲージ、薄膜ひずみゲージ、厚膜ひずみゲージ、及びワイヤひずみゲージを含む、任意の適切なひずみゲージとして具現化することができる。好ましくは、力センサアセンブリ１０００内の全てのひずみゲージ１０６０は同じクラスであり、より好ましくは同じモデルである。本発明の好ましい実施形態において、ひずみゲージ１０６０のそれぞれは、Ｖｉｓｈａｙ Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ Ｇｒｏｕｐ（Ｗｅｎｄｅｌｌ、ノースカロライナ州、米国）から市販されているＮ２Ａ－ＸＸ－Ｓ５０９５Ｒ－３５０／Ｅ５ひずみゲージなど、各ロゼットが複数のひずみゲージを含む、箔又はワイヤひずみゲージロゼットとして具現化されている。
【0158】
好ましくは、絶縁銅導体などの複数の導電性要素（ＥＣＥ）１０７０が、ひずみゲージ１０６０を複数の回路要素１０８０に電気的に接続し、そのうちの少なくともいくつかは、フレキシブルＰＣＢなどのプリント回路基板（ＰＣＢ）１０８２に含まれることが好ましい。本明細書で上述したように、１つ又は複数のひずみゲージ１０６０は、好ましくは、その変形に応答してひずみゲージ出力、より具体的には抵抗を生成し、この変形は適用された力に依存する。好ましくは、回路要素１０８０の少なくともいくつかは、１つ又は複数のひずみゲージ１０６０のひずみゲージ出力を、適用された力の大きさを示す力示度に変換する。当該技術分野において周知のように、回路要素１０８０によって生成された力示度は、ユーザに表示され、及び／又は自動化システムもしくは半自動化システムによる計算に使用されることがある。一例として、回路要素１０８０は、ＶＰＧ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ（Ｏｎｔａｒｉｏ、カリフォルニア州、米国）から市販されているＶＴ３００などの読み出し計器として具現化されてもよい。
【0159】
本発明の好ましい実施形態において、力センサアセンブリ１０００は、回路要素１０８０を、電源（図示せず）を含む外部回路に電気的に接続する電気ケーブル１０８６をさらに含む。好ましくは、特にケーブルタイ、クランプ又はケーブルグランドなどの複数のケーブル留め具１０８８が、電気ケーブル１０８６を細長い力応答性ビーム要素１０２０に、好ましくはその壁部分の内面に固定する。本発明の好ましい実施形態において、電気ケーブル１０８６は複数の導電性要素、例えば複数の絶縁銅導体を含む。図１０Ａ～１０Ｄに示された本発明の実施形態において、電気ケーブル１０８６は細長い力応答性ビーム要素１０２０内に配置されている。本発明の別の実施形態において、電気ケーブル１０８６は細長い力応答性ビーム要素１０２０の外側に配置されている。
【0160】
本発明の一実施形態において、ＰＣＢ１０８２は、適切な取り付け材料、典型的には接着剤、例えば、特にシアノアクリレート又はアクリル樹脂を使用して、又は少なくとも１つの保護カバー要素１０９２を使用して、細長い力応答性ビーム要素１０２０に固定することができる。本発明の別の実施形態において、ＰＣＢ１０８２は、細長い力応答性ビーム要素１０２０以外の支持体、例えば、力センサアセンブリ１０００の細長い力応答性ビーム要素１０２０が取り付けられている支持体（図示せず）に取り付けられる。
【0161】
図１０Ａ～１１Ｄに示す本発明の実施形態において、力センサアセンブリ１０００は、ひずみゲージ１０６０及び回路要素１０８０の少なくともいくつか、より好ましくは全てを保護し絶縁するための保護カバー要素１０９２を含む。保護カバー要素１０９２によって保護されるひずみゲージ１０６０及び回路要素１０８０は、細長い力応答性ビーム要素１０２０と保護カバー要素１０９２の１つとの間に配置されることが理解される。
【0162】
保護カバー要素１０９２は、特に、室温硬化型（ＲＴＶ）シリコーン、加硫ゴム又はポリウレタンなどの任意の適切な材料で形成することができ、好ましくは、細長い力応答性ビーム要素１０２０に固定される。本発明の一実施形態において、保護カバー要素１０９２は、ひずみゲージ１０６０及び回路要素１０８０の少なくとも１つを細長い力応答性ビーム要素１０２０に固定する役割も果たす。本発明の別の実施形態において、力センサアセンブリ１０００は、保護カバー要素１０９２上で気密式にシールされることができる。あるいは、保護カバー要素１０９２は、力センサアセンブリ１０００が気密式にシールされている場合には省略することができる。
【0163】
ここで特に図１１Ａ～１１Ｄに目を向けると、細長い力応答性ビーム要素１０２０は、長手方向軸１０４２に沿って貫通長手方向ボア１１００を有して形成されていることが分かる。したがって、細長い力応答性ビーム要素１０２０は長手方向軸１０４２に沿って中空である。
【0164】
長手方向ボア１１００は、好ましくは、細長い力応答性ビーム要素１０２０の概ね平面的な長方形の底壁部分１１０２、細長い力応答性ビーム要素１０２０の第１の概ね平面的な長方形の側壁部分１１０４、細長い力応答性ビーム要素１０２０の第２の概ね平面的な長方形の側壁部分１１０６、及び細長い力応答性ビーム要素１０２０の概ね平面的な長方形の頂壁部分１１０８によって概ね囲まれている。細長い力応答性ビーム要素１０２０は、好ましくは壁部分１１０２、１１０４、１１０６及び１１０８の全てに沿って延びる内面１１１２及び外面１１１４を有して形成されることが理解される。
【0165】
細長い力応答性ビーム要素１０２０は、好ましくは、長手方向軸１０４２に沿った細長い寸法Ｌ４によって特徴付けられる。本発明の好ましい実施形態において、図１０Ａ～１１Ｄに見られるように、貫通長手方向ボア１１００は細長い寸法Ｌ４の全体に沿って延びている。
【0166】
本発明の好ましい実施形態において、特に図１０Ａ～１０Ｄに見られるように、貫通長手方向ボア１１００は、電気ケーブル１０８６などの力センサアセンブリ１０００の１つ又は複数の要素を完全に又は部分的に収容し得る。
【0167】
好ましくは、細長い力応答性ビーム要素１０２０は、力センサアセンブリ１０００を支持体（図示せず）に固定的に取り付けるための取り付け端部１１２０を含む。図１０Ａ～１１Ｄ０に示す本発明の実施形態において、取り付け端部１１２０は、好ましくは底壁部分１１０２及び頂壁部分１１０８に形成された、細長い力応答性ビーム要素１０２０を支持体に固定するための取り付け留め具（図示せず）を受けるための複数の取り付けアパーチャ１１２２を含む。本発明の別の実施形態において、取り付けアパーチャ１１２２を省略することができ、細長い力応答性ビーム要素１０２０は、例えば、細長い力応答性ビーム要素１０２０の取り付け端部１１２０を支持体にクランプすることによって、アパーチャを使用せずに支持体に固定される。
【0168】
細長い力応答性ビーム要素１０２０は、長手方向軸１０４２に沿って取り付け端部１１２０の概ね反対側にある荷重端部１１３０をさらに含む。図１０Ａ～１１Ｄに示す本発明の実施形態において、荷重端部１１３０は、好ましくは底壁部分１１０２及び頂壁部分１１０８に形成された、計量プラットフォームなどの荷重プラットフォーム（図示せず）を細長い力応答性ビーム要素１０２０に固定するための少なくとも１つのプラットフォーム留め具（図示せず）を受けるための複数の留め具アパーチャ１１３２を含む。本発明の別の実施形態において、アパーチャ１１３２は省略することができ、荷重プラットフォームは力センサアセンブリ１０００と共に使用されないか、又は荷重プラットフォームは、例えば、荷重プラットフォームを細長い力応答性ビーム要素１０２０の荷重端部１１３０にクランプすることによって、アパーチャを使用せずに細長い力応答性ビーム要素１０２０に留められる。
【0169】
荷重プラットフォームが力センサアセンブリ１０００と共に使用されるか否かにかかわらず、力センサアセンブリ１０００は、典型的には、細長い力応答性ビーム要素１０２０の荷重端部１１３０に適用される力を適用することによって使用される。荷重端部１１３０は方向１０３０に自由にたわみ、取り付け端部１１２０は固定されているので、荷重端部１１３０に及ぼされる方向１０３０の適用される力は、細長い力応答性ビーム要素１０２０の変形を引き起こす。特に、細長い力応答性ビーム要素１０２０の変形は、典型的には、細長い寸法Ｌ４の大きさの増加によって特徴付けられる。本明細書で使用される場合、細長い力応答性ビーム要素１０２０の変形していない状態とは、力センサアセンブリ１０００が、地球の重力などの力センサアセンブリ１０００に常に作用する力以外の適用される力を受けないときの細長い力応答性ビーム要素１０２０の構成を指す。
【0170】
図１１Ａのそれぞれの線Ａ－Ａ及び線Ｂ－Ｂに沿ってとられた図１１Ａの断面拡大図Ａ及びＢに特に見られるように、長手方向軸１０４２に概ね垂直な細長い力応答性ビーム要素１０２０の断面１１５０は中空である。断面１１５０は、好ましくは、細長い力応答性ビーム要素１０２０の取り付け端部１１２０及び荷重端部１１３０の両方において中空であることが理解される。
【0171】
図１０Ａ～１１Ｄに示す実施形態において、断面１１５０は概ね対称であり、より具体的には概ね正方形である。本発明の別の実施形態において、断面１１５０は、特に、長方形、円形、楕円形、三角形、六角形、及び星形を含む任意の適切な形状であり得、断面１１５０の形状は対称又は非対称であり得る。本発明の一実施形態において、断面１１５０は、細長い力応答性ビーム要素１０２０の取り付け端部１１２０及び荷重端部１１３０の両方において概ね一様である。本発明の別の実施形態において、断面１１５０は、細長い力応答性ビーム要素１０２０の取り付け端部１１２０及び荷重端部１１３０の両方において一様ではなく、例えば、断面１１５０は、アパーチャ１１２２及び１１３２のうちの１つ又は複数を取り囲む付加的な、好ましくはねじ切りされた、材料を含み得る。
【0172】
断面１１５０の形状及びサイズは、細長い力応答性ビーム要素１０２０の内面１１１２及び外面１１１４の両方によって決定されることが理解される。図１０Ａ～１１Ｄに示される実施形態において、断面１１５０における内面１１１２の形状は、断面１１５０における外面１１１４の形状と同じ全体的な形状である。本発明の別の実施形態において、断面１１５０における内面１１１２の形状は、断面１１５０における外面１１１４の形状と異なる。
【0173】
図１０Ａ～１１Ｄに示す実施形態で見られるように、細長い力応答性ビーム要素１０２０は、好ましくは、第１の側壁部分１１０４に、概ね平坦な壁部分１１５５を含む第１の凹部１１５４と、第２の側壁部分１１０６に、概ね平坦な壁部分１１５７を含む第２の凹部１１５６とを備えてさらに形成される。図示の実施形態において、第１及び第２の凹部１１５４及び１１５６は細長い力応答性ビーム要素１０２０の外面１１１４に形成されることが理解される。あるいは、それぞれの概ね平坦な壁部分１１５５及び１１５７を含む第１及び第２の凹部１１５４及び１１５６は、細長い力応答性ビーム要素１０２０の内面１１１２に形成され得る。
【0174】
本発明の好ましい実施形態において、ひずみゲージ１０６０の少なくとも１つは、細長い力応答性ビーム要素１０２０の外面１１１４において、第１の凹部１１５４の壁部分１１５５又は第２の凹部１１５６の壁部分１１５７に固定される。より好ましくは、ひずみゲージ１０６０の全てが、細長い力応答性ビーム要素１０２０の外面１１１４において、第１の凹部１１５４の壁部分１１５５又は第２の凹部１１５６の壁部分１１５７に固定される。
【0175】
第１及び第２の凹部１１５４及び１１５６が細長い力応答性ビーム要素１０２０の内面１１１２に形成される代替実施形態において、ひずみゲージ１０６０の少なくとも１つは、細長い力応答性ビーム要素１０２０の内面１１１２において、第１の凹部１１５４の壁部分１１５５又は第２の凹部１１５６の壁部分１１５７に固定される。より好ましくは、ひずみゲージ１０６０の全てが、細長い力応答性ビーム要素１０２０の内面１１１２において、第１の凹部１１５４の壁部分１１５５又は第２の凹部１１５６の壁部分１１５７に固定される。
【0176】
本発明の好ましい実施形態において、細長い力応答性ビーム要素１０２０は、電気ケーブル１０８６とＰＣＢ１０８２との間の電気通信を可能にするために、好ましくは側壁部分１１０４に、電気通信アパーチャ１１９２を備えてさらに形成される。細長い力応答性ビーム要素１０２０は、好ましくは、側壁部分１１０４に、電気ケーブル１０８６を細長い力応答性ビーム要素１０２０に固定するためのケーブル留め具１０８８を受けるように動作可能な複数の留め具アパーチャ１１９８を備えてさらに形成される。
【0177】
本発明の一実施形態において、細長い力応答性ビーム要素１０２０は、アルミニウム合金又は鋼合金などの金属で形成されている。本発明の別の実施形態において、細長い力応答性ビーム要素１０２０は複合材料で形成されており、この複合材料は、金属マトリックス複合材料又は特に炭素複合材料又はガラス繊維などの、非金属マトリックス複合材料であり得る。
【0178】
図１２を参照して後述するように、細長い力応答性ビーム要素１０２０は、特に、押出プロセス、引抜きプロセス、圧延プロセス、シームドチューブ形成プロセス又はシームレスチューブ形成プロセスのいずれかであり得るチューブ形成プロセス、鍛造プロセス、３次元（３Ｄ）印刷プロセス、金属射出成形（ＭＩＭ）プロセス、及び機械加工プロセスを含む、任意の適切なプロセスによって形成され得る。
【0179】
同様に、凹部１１５４及び１１５６並びにアパーチャ１１２２、１１３２、１１９２及び１１９８のそれぞれは、特に、機械加工、放電加工（ＥＤＭ）、浸食及びアブレーションを含む任意の適切なプロセスによって形成され得る。
【0180】
次に、図１０Ａ～１１Ｄの力センサアセンブリ１０００を製造するための方法の簡略化された図である図１２を参照する。作製ステップ１２０２で見られるように、本方法は細長い力応答性ビーム要素１０２０を作製することから始まる。特に図１０Ａ～１１Ｄを参照して上述したように、細長い力応答性ビーム要素１０２０は、好ましくは、力適用軸１０３２に対して概ね垂直である長手方向軸１０４２に沿って延び、細長い力応答性ビーム要素１０２０は、好ましくは、長手方向軸１０４２に沿って貫通長手方向ボア１１００を有して形成される。
【0181】
上述のように、作製ステップ１２０２は、特に、押出プロセス、引抜きプロセス、圧延プロセス、シームドチューブ形成プロセス又はシームレスチューブ形成プロセスのいずれかであり得るチューブ形成プロセス、鍛造プロセス、３次元（３Ｄ）印刷プロセス、金属射出成形（ＭＩＭ）プロセス、及び機械加工プロセスを含む、任意の適切なプロセスであり得る。
【0182】
本発明の好ましい実施形態において、ボア１１００は、細長い力応答性ビーム要素１０２０と共に形成される。例えば、作製ステップ１２０２に押出プロセスを使用する場合、作製ステップ１２０２で作製される中空押出プロファイルは、細長い力応答性ビーム要素１０２０のボア１１００と同様に、壁部分１１０２、１１０４、１１０６及び１１０８の全てを画定する。したがって、このような実施形態において、好ましくは、ボア１１００を形成するための減法プロセスは必要ない。
【0183】
対照的に、作製ステップ１２０２が減法プロセスである実施形態において、ボア１１００は、好ましくは、細長い力応答性ビーム要素１０２０の最初の形成ステップの後に形成される。例えば、作製ステップ１２０２において、まず中実のバーが作製され、次いでそれが機械加工されてその中にボア１１００が形成され、それによって細長い力応答性ビーム要素１０２０が作製され得る。
【0184】
本発明の一実施形態において、作製ステップ１２０２は、細長い寸法Ｌ４よりも長い細長い寸法をそれぞれが有するビームを作製する。このような実施形態において、作製ステップ１２０２は、各ビームを、それぞれがＬ４に等しいかほぼ等しい細長い寸法を有する長さに切断することを含む。
【0185】
細部形成ステップ１２０４で見られるように、アパーチャ１１２２及び１１３２、それぞれの概ね平坦な壁部分１１５５及び１１５７を含む凹部１１５４及び１１５６、電気通信アパーチャ１１９２及び留め具アパーチャ１１９８を含む細長い力応答性ビーム要素１０２０のアパーチャ及び凹部が形成される。マーキングが細長い力応答性ビーム要素１０２０に形成される実施形態において、マーキングは同じく好ましくは細部形成ステップ１２０４で形成される。細長い力応答性ビーム要素１０２０内のアパーチャ及び凹部、並びに細長い力応答性ビーム要素１０２０上のマーキングは、特に、機械加工、放電加工（ＥＤＭ）、浸食及びアブレーションを含む任意の適切なプロセスによって形成され得ることが理解される。
【0186】
組立てステップ１２０６で見られるように、少なくとも１つのひずみゲージ１０６０は好ましくは細長い力応答性ビーム要素１０２０に固定される。本発明の好ましい実施形態において、ひずみゲージ１０６０の少なくとも１つは、細長い力応答性ビーム要素１０２０の外面１１１４において、第１の凹部１１５４の壁部分１１５５又は第２の凹部１１５６の壁部分１１５７に固定される。より好ましくは、ひずみゲージ１０６０の全てが、細長い力応答性ビーム要素１０２０の外面１１１４において、第１の凹部１１５４の壁部分１１５５又は第２の凹部１１５６の壁部分１１５７に固定される。
【0187】
特に図１０Ａ～１１Ｄを参照して上述したように、ひずみゲージ１０６０は好ましくは、力適用方向１０３０に適用された力に応答してひずみゲージ出力を生成する。また、組立てステップ１２０６において、１つ又は複数のひずみゲージ１０６０は、好ましくは、ＥＣＥ１０７０を使用して、回路要素１０８０に接続され、この回路要素１０８０は、図１０Ａ～１２に示す実施形態において、細長い力応答性ビーム要素１０２０に固定されるが、細長い力応答性ビーム要素１０２０に固定される必要はない。
【0188】
特に図１０Ａ～１１Ｄを参照して上述したように、回路要素１０８０の少なくともいくつかは、好ましくは、１つ又は複数のひずみゲージ１０６０のひずみゲージ出力を、適用された力の大きさを示す力示度に変換する。特に図１０Ａ～１１Ｄを参照して上述したように、ひずみゲージ１０６０及び回路要素１０８０は、好ましくは、任意の適切な取り付け材料、最も典型的には接着剤、例えば、特にシアノアクリレート、アクリル樹脂又はエポキシ樹脂を使用して、又は保護カバー要素１０９２を使用して、細長い力応答性ビーム要素１０２０に固定的に取り付けられる。回路要素１０８０を細長い力応答性ビーム要素１０２０に固定するために使用される取り付け材料は、１つ又は複数のひずみゲージ１０６０を細長い力応答性ビーム要素１０２０に固定するために使用される取り付け材料と同じであり得ることが理解される。代替的に、回路要素１０８０を細長い力応答性ビーム要素１０２０に固定するために使用される取り付け材料は、１つ又は複数のひずみゲージ１０６０を細長い力応答性ビーム要素１０２０に固定するために使用される取り付け材料とは異なる取り付け材料であり得る。また組立てステップ１２０６において、電気ケーブル１０８６は好ましくは回路要素１０８０に電気的に接続され、電気ケーブル１０８６は好ましくはケーブル留め具１０８８を用いて細長い力応答性ビーム要素１０２０に固定的に取り付けられる。
【0189】
シールステップ１２０８に見られるように、保護カバー要素１０９２は好ましくは細長い力応答性ビーム要素１０２０に固定される。保護カバー要素１０９２がひずみゲージ１０６０及び回路要素１０８０の少なくとも１つを細長い力応答性ビーム要素１０２０に固定する実施形態において、組立てステップ１２０６及びシールステップ１２０８は、典型的には単一のステップに組み合わされることが理解される。
【0190】
本発明の別の実施形態において、力センサアセンブリ１０００はシールステップ１２０８で気密式にシールされ、保護カバー要素１０９２は省略することができる。あるいは、シールステップ１２０８は、保護カバー要素１０９２の取り付け後に力センサアセンブリ１０００を気密式にシールする。
【0191】
【0192】
図１３に見られるように、本方法は、細長い力応答性ビーム要素１２０、４２０、７２０又は１０２０などの細長い力応答性ビーム要素（ＥＦＲＢＥ）を作製することによって、作製ステップ１３０２で開始する。図１Ａ～１２を参照して上述したように、ＥＦＲＢＥは、好ましくは、力適用方向に対して概ね垂直である長手方向軸に沿って延び、ＥＦＲＢＥは、好ましくは、長手方向軸に沿って、ボア２００、５００、８００又は１１００などの貫通長手方向ボアを備えて形成される。
【0193】
上述のように、作製ステップ１３０２は、特に、押出プロセス、引抜きプロセス、圧延プロセス、シームドチューブ形成プロセス又はシームレスチューブ形成プロセスのいずれかであってよいチューブ形成プロセス、鍛造プロセス、３次元（３Ｄ）印刷プロセス、金属射出成形（ＭＩＭ）プロセス、及び機械加工プロセスを含む、任意の適切なプロセスであり得る。
【0194】
本発明の好ましい実施形態において、貫通長手方向ボアは、作製ステップ１３０２でＥＦＲＢＥと共に形成される。例えば、作製ステップ１３０２に押出プロセスを使用する場合、作製ステップ１３０２で作製される中空押出プロファイルは、好ましくは、ＥＦＲＢＥのボアと、ボアを取り囲むＥＦＲＢＥの全ての壁部分との両方を画定する。したがって、このような実施形態では、好ましくは、ＥＦＲＢＥのボアを形成するための減法プロセスは必要ない。
【0195】
対照的に、作製ステップ１３０２が減法プロセスである実施形態において、ＥＦＲＢＥを貫通するボアは、好ましくは、ＥＦＲＢＥの最初の形成ステップの後に形成される。例えば、作製ステップ１３０２において、まず、中実のバーを作製し、次に、そのバーを機械加工して、その中に貫通長手方向ボアを形成し、それによって、ＥＦＲＢＥを作製することができる。
【0196】
本発明の一実施形態において、作製ステップ１３０２は、ＥＦＲＢＥの所望の細長い寸法よりも長い細長い寸法をそれぞれが有するビームを作製する。このような実施形態において、作製ステップ１３０２は、各ビームを、ＥＦＲＢＥの所望の細長い寸法である細長い寸法をそれぞれが有する長さに切断することを含む。
【0197】
細部形成ステップ１３０４で見られるように、複数のアパーチャ及び凹部が、好ましくは、作製ステップ１３０２で形成されたＥＦＲＢＥに形成される。このようなアパーチャ及び凹部は、製造される力センサアセンブリに構成要素が留められることを可能にし、及び／又は製造される力センサアセンブリの様々な要素間の電気的通信を可能にするように動作可能であり得る。
【0198】
さらに、ひずみエンジン、典型的には、横方向ボア２６０、横方向ボア５６０又は横方向ボア８６０などの横方向ボア、又は凹部１１５４及び１１５６などの１つ又は複数の凹部が、細部形成ステップ１３０４で形成され得る。ひずみエンジンは、好ましくは、ＥＦＲＢＥの横方向軸に沿って延びる横方向ボアとして、又はＥＦＲＢＥの少なくとも１つの壁部分に形成された少なくとも１つの凹部として具現化され、凹部は、ＥＦＲＢＥの横方向軸に沿って少なくとも１つの壁部分の中に延びる。ひずみエンジンは、好ましくは、ＥＦＲＢＥ上に複数のひずみ位置を提供する形状を有する。ＥＦＲＢＥの荷重端部に荷重方向に力が適用されると、ひずみ位置のそれぞれは、好ましくは、他のひずみ位置のそれぞれが経験するひずみの大きさに概ね等しい大きさのひずみを経験する。荷重方向は、好ましくは、ＥＦＲＢＥの長手方向軸及びＥＦＲＢＥの横方向軸の両方に対して垂直である。
【0199】
本発明の好ましい実施形態において、細部形成ステップ１３０４で形成されるひずみエンジンは、双眼式ひずみエンジンであり、ＥＦＲＢＥとともに、上部ビーム及び下部ビームを画定する。したがって、図１３のフローチャートの方法によって製造される力センサアセンブリは、好ましくは、マルチビーム力センサであり、本発明の好ましい実施形態において、単一点ロードセルなどの単一点力センサである。
【0200】
ＥＦＲＢＥ上にマーキングが形成される実施形態において、マーキングは、好ましくは、細部形成ステップ１３０４で同じく形成される。細部形成ステップ１３０４で形成されるアパーチャ、凹部及びマーキングのいずれもが、特に、機械加工、放電加工（ＥＤＭ）、浸食及びアブレーションを含む任意の適切なプロセスによって形成され得ることが理解される。
【0201】
図１３に破線で示すように、細部形成ステップ１３０４は任意選択のステップであることが理解される。アパーチャ、凹部又はマーキングなどの細部が、作製ステップ１３０２で作製されたＥＦＲＢＥに追加されない場合、方法は、作製ステップ１３０２から組立てステップ１３０６に直接進む。一実施形態において、細部形成ステップ１３０４は、作製ステップ１３０２と組み合わされてもよい。例えば、ＥＦＲＢＥが３Ｄ印刷プロセスによって形成される実施形態において、ＥＦＲＢＥは、アパーチャ、凹部及び／又はマーキングなどのその細部の一部、より好ましくは全部とともに形成される。
【0202】
図１３に見られるように、組立てステップ１３０６において、好ましくは、電子部品がＥＦＲＢＥに固定される。電子部品は、好ましくは少なくとも１つのひずみゲージを含み、より好ましくは、特に２個のひずみゲージ、３個のひずみゲージ、４個のひずみゲージ、５個のひずみゲージ、６個のひずみゲージ、７個のひずみゲージ、又は８個のひずみゲージなどの複数のひずみゲージを含む。力センサアセンブリに含まれるひずみゲージの数に応じて、ひずみゲージは、特に、クォーターブリッジ構成、ハーフブリッジ構成、ホイートストンブリッジ構成などのフルブリッジ構成、又はダブルブリッジ構成で互いに電気的に接続され得る。上述したように、組立てステップ１３０６でＥＦＲＢＥに固定された１つ又は複数のひずみゲージは、好ましくは、力適用方向に適用された力に応答して、ひずみゲージ出力、典型的には電気抵抗を生成する。
【0203】
また、組立てステップ１３０６において、１つ又は複数のひずみゲージは、好ましくは複数の回路要素に接続される。回路要素はフレキシブルプリント回路基板として具現化されてもよいが、そうである必要はない。本発明の好ましい実施形態において、回路要素はＥＦＲＢＥに固定される。本発明の別の実施形態において、回路要素はＥＦＲＢＥに固定されない。上述したように、回路要素の少なくともいくつかは、好ましくは、１つ又は複数のひずみゲージのひずみゲージ出力を、適用された力の大きさを示す力示度に変換するように動作可能である。
【0204】
１つ又は複数のひずみゲージと回路要素は、任意の適切な取り付け材料、最も典型的には接着剤、例えば特にシアノアクリレート又はエポキシ樹脂を使用して、又は保護カバー要素を使用して、ＥＦＲＢＥに固定的に取り付けられることが好ましい。回路要素をＥＦＲＢＥに固定するために使用される取り付け材料は、１つ又は複数のひずみゲージをＥＦＲＢＥに固定するために使用される取り付け材料と同じであり得ることが理解される。あるいは、回路要素をＥＦＲＢＥに固定するために使用される取り付け材料は、１つ又は複数のひずみゲージをＥＦＲＢＥに固定するために使用される取り付け材料とは異なる取り付け材料であり得る。
【0205】
また、組立てステップ１３０６において、好ましくは、電気ケーブルが回路要素に電気的に接続され、電気ケーブルは、好ましくは、複数のケーブル留め具を使用して、ＥＦＲＢＥに固定的に取り付けられる。電気ケーブルは、好ましくは、図１３の方法を用いて製造された力センサアセンブリの一部を形成する回路要素を、電源を含む外部回路に電気的に接続する。
【0206】
図１３に見られるように、本方法は、１つ又は複数の保護カバー要素がＥＦＲＢＥに好ましくは固定されるシールステップ７３０８で継続する。保護カバー要素が、ひずみゲージ及び回路要素の少なくとも１つをＥＦＲＢＥに固定するために使用される実施形態において、組立てステップ１３０６及びシールステップ１３０８は、通常、単一のステップに組み合わされることが理解される。
【0207】
本発明の別の実施形態において、力センサアセンブリはシールステップ１３０８で気密式にシールされ、保護カバー要素は省略することができる。あるいは、シールステップ１３０８は、保護カバー要素の取り付け後に力センサアセンブリを気密式にシールする。
【0208】
図１３に破線で示すように、シールステップ１３０８は任意選択のステップであることがさらに理解される。力センサアセンブリをシールしない場合、本方法は組立てステップ１３０６後に終了する。
【0209】
本発明は、本明細書に特に示され記載されたものに限定されないことが当業者には理解されよう。本発明の範囲には、本明細書に記載された様々な特徴の組合せ及び下位組合せの両方、ならびにそれらの修正が含まれ、これらは全て従来技術にはないものである。
【図1A】
【図1B】
【図1C】
【図1D】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図4D】
【図5A】
【図5B】
【図5C】
【図6】
【図7A】
【図7B】
【図7C】
【図7D】
【図8A】
【図8B】
【図8C】
【図9】
【図10A】
【図10B】
【図10C】
【図10D】
【図11A】
【図11B】
【図11C】
【図11D】
【図12】
【図13】
【手続補正書】
【提出日】2024-04-15
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
力適用方向に適用される力を測定するための細長い力センサアセンブリであって、前記力センサアセンブリは、
前記力適用方向に対して概ね垂直である長手方向軸に沿って延びる細長い力応答性ビーム要素であって、前記細長い力応答性ビーム要素は、
前記長手方向軸に沿った貫通長手方向ボア、及び
前記力適用方向及び前記長手方向軸の両方に概ね垂直な横方向軸に沿って延びるひずみエンジン、
をもって形成される細長い力応答性ビーム要素と、
前記細長い力応答性ビーム要素に固定された少なくとも１つのひずみゲージであって、前記少なくとも１つのひずみゲージのそれぞれは、前記力に応答してひずみゲージ出力を生成する、ひずみゲージと、
前記ひずみゲージ出力を、前記力の大きさを示す力示度に変換するように動作可能な複数の回路要素と、
を備える、力センサアセンブリ。
【請求項2】
前記ひずみエンジンは貫通横方向ボアを備え、
前記少なくとも１つのひずみゲージ及び前記貫通横方向ボアは少なくとも部分的に互いに重なり合う、
請求項１に記載の力センサアセンブリ。
【請求項3】
前記細長い力応答性ビーム要素は、押出成形プロセスによって形成される、請求項２に記載の力センサアセンブリ。
【請求項4】
前記細長い力応答性ビーム要素は、圧延プロセスによって形成される、請求項２に記載の力センサアセンブリ。
【請求項5】
前記細長い力応答性ビーム要素は、チューブ形成プロセスによって形成される、請求項２に記載の力センサアセンブリ。
【請求項6】
前記貫通長手方向ボアは、前記ひずみゲージの少なくとも１つを収容する、請求項２に記載の力センサアセンブリ。
【請求項7】
前記貫通長手方向ボアは電気ケーブルを収容し、前記電気ケーブルは前記複数の回路要素に電気的に接続される、請求項２に記載の力センサアセンブリ。
【請求項8】
前記ひずみエンジンは、概ね平坦な壁部分を含む少なくとも１つの横方向凹部を前記細長い力応答性ビーム要素内に備え、前記少なくとも１つのひずみゲージは、前記概ね平坦な壁部分に固定される、
請求項１に記載の力センサアセンブリ。
【請求項9】
前記細長い力応答性ビーム要素は、押出成形プロセスによって形成される、請求項８に記載の力センサアセンブリ。
【請求項10】
前記細長い力応答性ビーム要素は、圧延プロセスによって形成される、請求項８に記載の力センサアセンブリ。
【請求項11】
前記細長い力応答性ビーム要素は、チューブ形成プロセスによって形成される、請求項８に記載の力センサアセンブリ。
【請求項12】
力適用方向に適用される力を測定するための力センサの製造方法であって、前記方法は、
前記力適用方向に対して概ね垂直である長手方向軸に沿って延びる細長い力応答性ビーム要素を作製することであって、前記細長い力応答性ビーム要素は、前記力適用方向及び前記長手方向軸の両方に概ね垂直な横方向軸に沿って延びるひずみエンジンをもって形成されることと、
少なくとも１つのひずみゲージを前記細長い力応答性ビーム要素に固定することであって、前記少なくとも１つのひずみゲージのそれぞれは、前記力に応答してひずみゲージ出力を生成するように動作可能であることと、
前記少なくとも１つのひずみゲージを、前記ひずみゲージ出力を前記力の大きさを示す力示度に変換するように動作可能な複数の回路要素に電気的に接続することと、
を備える、方法。
【請求項13】
前記細長い力応答性ビーム要素を作製することは、押出成形プロセスを備える、請求項１２に記載の方法。
【請求項14】
前記細長い力応答性ビーム要素を作製することは、圧延プロセスを備える、請求項１２に記載の方法。
【請求項15】
前記細長い力応答性ビーム要素を作製することは、３次元印刷プロセスを備える、請求項１２に記載の方法。
【請求項16】
前記細長い力応答性ビーム要素を作製することは、金属射出成形（ＭＩＭ）プロセスを備える、請求項１２に記載の方法。
【請求項17】
前記細長い力応答性ビーム要素を作製することは、チューブ形成プロセスを備える、請求項１２に記載の方法。
【請求項18】
前記細長い力応答性ビーム要素を作製することは、機械加工プロセスを備える、請求項１２に記載の方法。
【請求項19】
前記ひずみエンジンは貫通横方向ボアを備え、
前記少なくとも１つのひずみゲージを固定することは、前記少なくとも１つのひずみゲージと前記貫通横方向ボアが少なくとも部分的に互いに重なり合うように前記ひずみゲージを固定することを備える、
請求項１２に記載の方法。
【請求項20】
前記ひずみエンジンは、概ね平坦な壁部分を含む少なくとも１つの横方向凹部を前記細長い力応答性ビーム要素内に備え、
前記少なくとも１つのひずみゲージを前記細長い力応答性ビーム要素に固定することは、前記少なくとも１つのひずみゲージを前記概ね平坦な壁部分に固定することを備える、
請求項１２に記載の方法。
【国際調査報告】