CN104903691A - 罗伯瓦尔型测力传感器 - Google Patents

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Abstract

通过在测力传感器的四处薄壁部中的两处设置大致圆形的孔来提高测力传感器的基本性能。测力传感器(10)具备在长边方向的两处形成有薄壁部(18)的上下一对平行梁(14、15)的各自的端部借助固定部(16)和可动部(17)连接而一体化的应变体(12)、和粘合于薄壁部(18)的应变仪(20)，在拉伸侧薄壁部(18a)的一方和压缩侧薄壁部(18b)的一方分别粘合应变仪(20)，在其余的两处薄壁部(18)上设置圆孔(100)。由于在设置有圆孔(100)的薄壁部(18)产生的边缘载荷降低，因此测定误差减小、测定开始时间缩短等测力传感器的性能提高。

Description

罗伯瓦尔型测力传感器
技术领域
本发明涉及测力传感器，尤其涉及具备在长边方向前后两处分别设置有薄壁部的上下一对平行梁的端部借助固定部和可动部连接一体化而构成罗伯瓦尔(roberval)机构的应变体的罗伯瓦尔型测力传感器。
背景技术
这种测力传感器在例如商业、工业用秤等中使用，例如，如下述专利文献1所示，具备在上下各自两处的总计四处具有薄壁部的罗伯瓦尔机构即应变体。应变体的根部侧被固定于壳体等而呈悬臂状地配设，在其前端侧加载有载荷。对于四处薄壁部，当在应变体上加载载荷时，两处成为拉伸侧，其余两处成为压缩侧，在拉伸侧和压缩侧的各自的薄壁部粘接有应变仪。四个应变仪连接而构成惠斯登电桥电路。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平8－184510
发明内容
发明所要解决的课题
然而，以往的测力传感器由设置有侧面贯通孔的矩形状块体构成，虽然因制造容易和具有实际成果的原因而具有稍许的大小上的差异，但一直以来都保持似乎相同的形状。
因此，测力传感器的性能也一直以来仅有微量的提高。该微量的性能的提高也主要是源自应变仪的性能、应变体的材料的改进、测力传感器制造技术的进歩，而并非源自对测力传感器(应变体)的形状的研究。
这样，此前完全没有进行过欲通过对测力传感器(应变体)的形状进行研究来改进测力传感器的性能的尝试。在这样的背景下，在具备测力传感器的电子天平中，虽然在刚刚将称量物载置于电子天平的计量皿之后测定值不稳，但不久就稳定。这是由于在薄壁部产生的应变(应力)至稳定为止需要花费时间，但可以说至该测定值稳定为止的时间越短则测力传感器的性能越高。
因此，发明人考虑能否通过对薄壁部的形状进行研究来缩短至测定值稳定为止的时间(至在薄壁部产生的应力稳定为止的时间)。
而且，发明人首先使用在上下各有两处总计四处薄壁部粘合有应变仪的以往构造的测力传感器(应变体)，利用有限元法对当在测力传感器加载载荷的情况下在薄壁部产生的应力进行解析。
于是，如图7(c)所示，对于在薄壁部产生的应力，在宽度方向中央部附近呈现几乎一定的大小，与此相对，在宽度方向两端部，呈现比中央部附近的值大的值。虽然在薄壁部产生的应力的值理论上应当在宽度方向均匀，但实际上在两端部变大。
发明人进行了考察，结果，认为在测力传感器(应变体)的薄壁部的宽度方向两端部产生的该大的应力相当于在“滚子轴承”的业界公知的“边缘载荷(edge load)”。
即，例如在构成为圆筒状的“滚子”在内圈与外圈之间滚动的“滚子轴承”中，圆筒状的“滚子”与内圈的接触应力应当在“滚子”的宽度方向上是均匀的，但实际上并不是均匀的，公知“滚子”的两端部的应力比中央部附近的应力大，在“滚子”的两端部产生的该大的应力被称为“边缘载荷”。
而且，在对测力传感器(应变体)加载载荷的情况下的薄壁部上，也与“滚子轴承”同样，认为会在薄壁部的端部(以下称为边缘部)产生“边缘载荷”。
这样，对于当对测力传感器(应变体)加载载荷时的在薄壁部产生的应力，由于在薄壁部的两端部产生边缘载荷，因此在宽度中央部附近与两端部附近变得不均衡。因此，认为：当粘合于薄壁部中央部附近的应变仪感受应力时，会受到边缘载荷的影响而成为测定误差，直至薄壁部处的宽度方向的应力平衡而稳定为止测定值也不稳定(至测定值稳定为止花费规定时间)。
并且认为：虽然若在计量皿的四角等施加偏载荷则测力传感器(应变体)扭转，但该情况下的在薄壁部产生的应力也会受到边缘载荷的影响。
即、在测力传感器(应变体)扭转的情况下，在测力传感器(应变体)的宽度方向中央存在沿前后延伸的假想中立轴，测力传感器(应变体)以该假想中立轴作为中心旋转。但是，只是该假想中立轴位于测力传感器(应变体)的宽度方向中央附近，其位置并未明确确定。并且，在薄壁部的宽度方向两端部产生的边缘载荷仍然会对中央部附近的应力造成影响，因此认为这会成为测定误差，直至薄壁部的宽度方向的应力平衡而稳定为止，测定值不会稳定(当作为负荷而作用有偏载荷的情况下，直至测定值稳定为止也花费规定的时间)。
并且，在进行测力传感器因过载而破损的实验时，会在测力传感器的薄壁部产生塑性变形，由此，测力传感器(薄壁部)破损。
此时的薄壁部的变形从薄壁部的宽度方向的一方的端部开始变形，塑性变形传递至相反侧端部，在薄壁部中央附近产生直线状的条纹。即、条纹以薄壁部的宽度方向的一方的端部作为起点产生并延伸至相反侧的端部这一情况也启示在薄壁部的宽度方向的端部产生边缘载荷。
这样，在以往的测力传感器中，在薄壁部产生的边缘载荷与“测定误差”或“直至测定值稳定为止的时间”之类的测力传感器的性能相关，因此，发明人考虑：若能减小在薄壁部产生的边缘载荷，则是否能够改善测力传感器的性能。
因此，发明人首先在研究当在薄壁部设置有圆孔的情况下在薄壁部产生的边缘载荷成为何种情况、直至在薄壁部产生的应力稳定为止的时间如何变化等的过程中，试制了仅在构成以往构造的测力传感器的应变体的下梁的两处薄壁部设置有圆孔的罗伯瓦尔机构。
即，试制在应变体的上梁的两处薄壁部(未设置圆孔的薄壁部)分别粘合应变仪、且在未粘合应变仪的下梁的两处薄壁部的宽度方向中央部分别设置圆孔的测力传感器，利用有限元法对在设置有孔的薄壁部以及未设置孔的薄壁部分别产生的应力进行解析。
于是，在设置有孔的薄壁部，如图7(a)所示，孔周边部的两处成为新的端部(边缘部)，在所有四处端部(边缘部)产生边缘载荷。该边缘载荷的值H3是比在以往的测力传感器(应变体)的薄壁部产生的边缘载荷的值H1(参照图7(c))低的值(H3＜H1)。
另一方面，在未设置孔的薄壁部，如图7(b)所示，呈现与在以往的测力传感器中的薄壁部产生的应力分布(参照图7(c))相同的应力分布，但在端部(边缘部)产生的边缘载荷的值H2比以往的测力传感器的边缘载荷的值H1稍低(H3＜H2＜H1)。
这推断为：通过设置孔而边缘载荷的值变小等、两处薄壁部的特性变化，由此，对未设置孔的其他两处薄壁部的特性带来影响。
而且，确认了在所试制的测力传感器中，与以往的测力传感器相比测定误差小，直至测定值稳定为止的时间也缩短等，在改善测力传感器的性能的方面是有效的，从而达成了此次的专利申请。
本发明就是基于上述的以往的问题点以及发明人的上述见解而完成的，其目的在于，通过在测力传感器的四处薄壁部中的两处设置孔来提高测力传感器的基本性能。
用于解决课题的手段
为了实现上述的目的，在技术方案1所涉及的罗伯瓦尔型测力传感器中，具备：应变体，在长边方向前后两处分别设置有薄壁部的上下一对平行梁的端部借助固定部和可动部连接而构成罗伯瓦尔机构；以及应变仪，粘合于上述薄壁部，其中，该罗伯瓦尔型测力传感器构成为：当在上述可动部上作用有向下载荷的情况下，在上述所有四处薄壁部中的、上梁的靠近可动部的薄壁部以及下梁的靠近固定部的薄壁部上分别作用有压缩应力，在上述所有四处薄壁部中的、上梁的靠近固定部的薄壁部以及下梁的靠近可动部的薄壁部上分别作用有拉伸应力，在上述拉伸应力所作用的两处薄壁部中的任一方、以及上述压缩应力所作用的两处薄壁部中的任一方，分别粘合有上述应变仪，并且，在未粘合上述应变仪的其余的两处薄壁部的宽度方向中央部，分别设置有大致圆形的孔。
(作用)当在以往的测力传感器(应变体)上加载有载荷时，在薄壁部的两端部的两处产生边缘载荷(参照图7(c))。另一方面，若在以往的测力传感器(应变体)的薄壁部的宽度方向中央部设置大致圆形的孔，则在薄壁部的两端部和孔的周边端部的所有四处产生边缘载荷，其值比在以往的测力传感器的薄壁部产生的边缘载荷小。
即，在本发明的测力传感器(应变体)中的、粘合有应变仪的两处薄壁部(未设置孔的薄壁部)中，具有“在薄壁部的两端部产生相对的值大的边缘载荷，直至薄壁部的宽度方向的应力平衡而稳定为止的时间相对长”的本来的特性，在设置有大致圆形的孔的其余的两处薄壁部中，具有“虽然除了薄壁部的两端部之外还在孔的周边端部的四处产生边缘载荷，但各个边缘载荷的大小相对小，直至薄壁部的宽度方向的应力平衡而稳定为止的时间相对短”的本来的特性。
可是，测力传感器(应变体)构成以四处薄壁部作为支点的罗伯瓦尔机构，因此以四处薄壁部全都成为几乎相同的特性的方式自动调整。详细地说，在设置有孔的两处薄壁部，受到粘合有应变仪的两处薄壁部(未设置孔的薄壁部)的特性的影响，与设置有孔的薄壁部本来的特性相比，边缘载荷的值变大，直至薄壁部的宽度方向的应力平衡而稳定为止的时间延长，与此相对，在粘合有应变仪的两处薄壁部(未设置孔的薄壁部)，受到设置有孔的两处薄壁部的特性的影响，与未设置孔的薄壁部本来的特性相比，边缘载荷的值变小，直至薄壁部的宽度方向的应力平衡而稳定为止的时间也缩短。
结果，第一，与以往的测力传感器(应变体)相比，在粘合有应变仪的薄壁部产生的边缘载荷的值变小(H2＜H1)，相应地，当应变仪感受应力时，难以受到边缘载荷的影响，测定误差变小。
第二，与以往的测力传感器(应变体)相比，粘合有应变仪的边缘载荷的值变小(H2＜H1)，相应地，直至薄壁部的宽度方向的应力平衡而稳定为止的时间缩短(直至开始测定为止的时间缩短)。
并且，直至粘合有应变仪的薄壁部的宽度方向的应力平衡而稳定为止的时间(直至开始测定为止的时间)缩短这一情况也能够按照以下的方式进行说明。
即，在测力传感器(应变体)的四处薄壁部，根据孔的有无，边缘载荷的大小、薄壁部的刚性以及重量不同。因此，当在测力传感器上加载有载荷的情况下，根据孔的有无，薄壁部分别进行不同的动作，相互不同的动作相互干扰，从而使薄壁部的动作(罗伯瓦尔机构的动作)收敛的力发挥作用。结果，认为薄壁部的动作(罗伯瓦尔机构的动作)停止，直至达到应力稳定状态为止的时间缩短。
并且，薄壁部从横向观察形成为外侧直线、内侧圆弧状，且设计成在内侧圆弧的顶点产生最大应力，也是罗伯瓦尔变形的起点。而且，对于薄壁部变形时在内侧圆弧的顶点产生的应力，由于在内侧圆弧的顶点附近厚度几乎相同，因此认为薄壁部以内侧圆弧的顶点附近作为起点而变形。
可是，在设置有孔的薄壁部，俯视观察薄壁部，孔位于应变体的宽度方向的中心，因此，在薄壁部的夹着孔而位于左右的区域、且是通过孔的中心而左右延伸且为最小面积的横截面上产生最大应力。此外，该横截面位置与从横向观察薄壁部的情况下的内侧圆弧的顶点一致。
因而，在与内侧圆弧的顶点一致的该横截面上可靠地产生最大应力，该横截面可靠地成为罗伯瓦尔变形的起点。而且，设置有孔的两处薄壁部的内侧圆弧的各自的顶点必然成为罗伯瓦尔变形的起点，由此，粘合有应变仪的两处薄壁部(未设置孔的薄壁部)也仿效设置有孔的两处薄壁部而以内侧圆弧的各自的顶点作为起点进行罗伯瓦尔变形。即，与在所有的薄壁部均未设置孔的以往的测力传感器(应变体)相比，罗伯瓦尔变形的正确性以及再现性也提高。
此外，对设置于薄壁部的孔为大致圆形的情况进行了说明，但即便孔的形状是矩形，也能够起到与大致圆形的孔同样的作用、效果，但是，虽然能够在薄壁部设置矩形的孔，但加工困难，与此相应耗费费用和时间，因此期望是大致圆形的孔。而且，在大致圆形的孔中，自不必说包含椭圆形的孔，也包含沿应变体的宽度方向延伸的长孔。
并且，根据在应变体的四处薄壁部中的哪两处薄壁部设置孔，存在技术方案2～5所示的以下四个形态。
即，在技术方案2中，在技术方案1所记载的罗伯瓦尔型测力传感器中，构成为：在上述上梁的两处薄壁部分别粘合有上述应变仪，并且，在上述下梁的两处薄壁部分别设置有上述大致圆形的孔。
并且，在技术方案3中，在技术方案1所记载的罗伯瓦尔型测力传感器中，构成为：在上述下梁的两处薄壁部分别粘合有上述应变仪，并且，在上述上梁的两处薄壁部分别设置有上述大致圆形的孔。
并且，在技术方案4中，在技术方案1所记载的罗伯瓦尔型测力传感器中，构成为：在上述上下一对梁的靠近固定部的各个薄壁部分别粘合有上述应变仪，并且，在上述上下一对梁的靠近可动部的各个薄壁部分别设置有上述大致圆形的孔。
并且，在权利要求5中，在技术方案1所记载的罗伯瓦尔型测力传感器中，构成为：在上述上下的梁的靠近可动部的各个薄壁部分别粘合有上述应变仪，并且，在上述上下的梁的靠近固定部的各个薄壁部分别设置有上述大致圆形的孔。
发明效果
根据本发明的罗伯瓦尔型测力传感器，可提供测定误差、测定开始可能时间、罗伯瓦尔变形的正确性或再现性等基本性能优异的测力传感器。
并且，在主体壳体上配设有本发明所涉及的罗伯瓦尔型测力传感器等、测力传感器暴露在主体壳体的外部的电子天平、且是测力传感器的周边区域能够水洗的电子天平中，设置于下梁的薄壁部的孔作为排水孔发挥功能，因此，在难以在测力传感器(应变体)的下梁上残留有水、且在进行水洗时水难以落到应变仪这点上，技术方案2的发明尤其有效。
附图说明
图1是示出第一实施方式的测力传感器的立体图。
图2是该测力传感器的分解立体图。
图3是沿着图1的III－III线的测力传感器的剖视图。
图4是从底面侧观察的该测力传感器的立体图。
图5是该测力传感器(应变体)的纵剖视图(沿着图2的V－V线的剖视图)。
图6是将该测力传感器(应变体)的薄壁部放大示出的图，(a)是薄壁部的俯视图(沿着图5的VI－VI线的剖视图)，(b)是薄壁部的侧视图。
图7是将在该测力传感器的薄壁部产生的应力与在以往的测力传感器(比较例)的薄壁部产生的应力进行比较并示出的图，(a)是示出在该测力传感器的上梁的薄壁部产生的应力的立体图，(b)是示出在该测力传感器的下梁的薄壁部(设置有孔的薄壁部)产生的应力的立体图，(c)是示出在以往的测力传感器(比较例)的薄壁部产生的应力的立体图。
图8示出组装有该测力传感器的四角误差测定装置，(a)是该测定装置的剖视图，(b)是示出偏载荷的作用位置的该测定装置的俯视图。
图9是将该测力传感器的四角误差与以往的测力传感器(比较例)的四角误差进行比较而示出的图，(a)是示出该测力传感器的四角误差的图，(b)是示出以往的测力传感器(比较例)的四角误差的图。
图10是应用了第一实施方式的测力传感器的电子天平的立体图。
图11是该电子天平的纵剖视图(沿着图10所示的XI－XI线的剖视图)。
图12是第二实施方式的测力传感器的纵剖视图。
图13是第三实施方式的测力传感器的纵剖视图。
图14是第四实施方式的测力传感器的纵剖视图。
具体实施方式
以下，根据附图对本发明所涉及的测力传感器的优选实施方式进行说明。图1是示出本发明所被应用的第一实施方式的罗伯瓦尔型测力传感器10的立体图，图2是该测力传感器的分解立体图，图3是该测力传感器的水平剖视图(沿着图1的III－III线的剖视图)，图4是从底面侧观察的该测力传感器的立体图，图5是该测力传感器的纵剖视图(沿着图2的V－V线的剖视图)，图6是将该测力传感器(应变体)的薄壁部放大示出的图，(a)是薄壁部的俯视图(沿着图5的VI－VI线的剖视图)，(b)是薄壁部的侧视图。
如这些图所示，测力传感器10主要由应变体12、应变仪20、过载防止用限制器30构成。
应变体12由铝等金属材料形成，例如通过将挤压成型为一定形状的材料以一定的宽度切断、并根据需要进行切削加工而制造。在该应变体12上形成有沿宽度方向(箭头α方向)贯通的大致眼镜状的贯通孔13，通过形成该贯通孔13，应变体12构成罗伯瓦尔机构，其具备：平行配设的上梁14和下梁15；将上下一对梁14、15的两端部分别连接的固定部16和可动部17；以及设置于上梁14和下梁15的分别对置的位置的两处薄壁部18。薄壁部18形成有总计四处，当对可动部17施加负荷而应变体12变形时，两个薄壁部18被拉伸，其余的两个薄壁部18被压缩。
在图中，拉伸侧的薄壁部以18a示出，压缩侧的薄壁部以18b示出，在本实施方式中，在上梁14的拉伸侧(图的右侧)的薄壁部18(18a)以及压缩侧(图的左侧)的薄壁部18(18b)上分别粘贴有两个应变仪20。应变仪20被电连接而构成电桥电路。
另一方面，固定部16是被固定于壳体等装置主体(未图示)的部分，在本实施方式中，在底面形成有螺纹孔(未图示)，从下侧进行螺纹固定而被固定于装置主体。在应变体12中的与固定部16的相反侧设置有可动部17。可动部17是供秤量皿(未图示)连接的部分，在本实施方式中在上表面形成有螺纹孔21，秤量皿(未图示)的支承部件等从上侧通过螺纹固定被固定。在该可动部17的内侧的侧面(面对贯通孔13的侧面)，形成有沿应变体12的宽度方向延伸的限制器卡合用凹部19。凹部19在应变体12的宽度方向上形成为一定的形状，限制器30的前端部32的一部分配置在凹部19的内侧。
过载防止用限制器30具备配置在凹部19内的前端部32、和固定于应变体12的固定部的侧面的基端部34，由与应变体12相同的材质(例如铝材料)一体形成。
限制器前端部32形成为能够以非接触的方式配置在贯通孔13的内侧的形状(例如具有规定的厚度的板状)。并且，前端部32形成为比应变体12的宽度大的宽度，在将限制器30固定于应变体12时，如图3中标号32b所示，突出至可动部17的宽度方向外侧。此外，限制器前端部32的前端32a以非接触的方式配置在可动部17的凹部19内，上表面以及下表面平行且平坦地形成的前端部32在配置于凹部19内时，与凹部19的上下表面之间形成有规定的间隙。
另一方面，限制器基端部34具有与应变体12的固定部16的外侧面面接触的部位亦即宽幅板状的侧板部36，且连结在限制器前端部32的宽度方向的一端侧。因此，如图3所示，限制器30作为整体形成为水平截面L形。并且，如图2所示，侧板部36形成为在上下方向比前端部32的厚度(上下方向的尺寸)大(宽度宽)，并且在上下两处形成有螺钉25用的插入孔35。与该插入孔35的位置相一致地在固定部16的外侧面形成有螺纹孔22。
对于这样构成的限制器30，首先，将其前端部32插通于应变体12的贯通孔13，并且将前端部32的前端32a配置在可动部17的凹部19内，并使侧板部36与固定部16的外侧面面接触。此时，由于限制器30的前端部32形成为宽度比应变体12宽，因此限制器30的前端部32的左右的侧边缘部32b形成为突出至应变体12的可动部17的两侧的状态。接下来，使突出部分亦即侧边缘部32b(参照图3)与定位用的夹具(未图示)抵靠，在对前端部32与凹部19的上下表面之间的间隙进行调整之后，在保持该状态的情况下，将螺钉25插通于插入孔35并拧紧于螺纹孔22。由此，限制器30以相对于应变体12(的凹部19)被定位后的状态被固定。
接下来，对限制器30的作用进行说明。
在测力传感器10中，限制器30的前端部32形成为宽度比应变体12的可动部17宽，限制器前端部32的左右的侧边缘部32b如图3中标号32b所示成为突出至可动部17的两外侧的形态。因此，在测力传感器10中，当在可动部17作用有垂直方向的过载的情况下，可动部17的凹部19的下表面或者上表面抵接于限制器30的前端部32的上表面或者下表面，防止过载朝应变体12的传递，抑制薄壁部18的过度变形。
并且，在该测力传感器10中，当在可动部17作用有扭转方向的过载的情况下，应变体12的宽度方向端部亦即凹部19的延伸方向的端部(边缘部)19a最大程度地位移，对该边缘部19a与限制器前端部32抵接的位置传递最大载荷，但在与边缘部19a的上下对置的位置，限制器30的前端部32具有面积。即，在与边缘部19a的上下对置的位置，限制器部30的前端部32的平面区域延伸。因此，当在应变体12上施加有扭转方向的过载的情况下，边缘部19a必然与限制器30的前端部32(的平面区域)抵接，规定值以上的过载不会传递至应变体12，薄壁部18的过度变形得到抑制。
这样，根据本实施方式，不仅相对于垂直方向的过载，而且相对于扭转方向的过载，在抑制薄壁部的过度变形的方面也是有效的。
而且，在下梁15的薄壁部18(18a、18b)，在应变体12的宽度方向中央位置设置有圆孔100，由此，在测力传感器10的各自的薄壁部18产生的边缘载荷的大小变小，测定误差、直至测定值稳定为止的时间等测力传感器10的性能得到改善。
即，如上所述，在上梁14的拉伸侧的薄壁部18(18a)以及压缩侧的薄壁部18(18b)分别粘贴有两个应变仪20，但在未粘合应变仪20的下梁15的拉伸侧的薄壁部18(18a)以及压缩侧的薄壁部18(18b)分别设置有圆孔100。
以下，对通过在下梁15的薄壁部18(18a、18b)设置圆孔100而使测力传感器10的性能得到改善的作用进行说明。
在测力传感器(应变体)10的四处薄壁部18中的、粘合有应变仪20的上侧的两处薄壁部(未设置孔100的薄壁部)18，具有“在薄壁部18的两端部，如图7(c)的标号H1所示，产生相对大的值的边缘载荷，直至薄壁部18的宽度方向的应力平衡而稳定为止的时间相对长”的本来的特性，另一方面，在设置有圆孔100的下侧的两处薄壁部18，具有“虽然除了薄壁部18的两端部之外在圆孔100的周边端部的四处产生边缘载荷，但各个边缘载荷的大小比在上侧的薄壁部18产生的边缘载荷的大小小，直至薄壁部18的宽度方向的应力平衡而稳定为止的时间相对短”的本来的特性。
可是，测力传感器10(应变体12)构成以薄壁部18作为支点的罗伯瓦尔机构，因此，以四处薄壁部18全部具有大致相同的特性的方式自动地调整。详细地说，在设置有孔100的两处薄壁部18，受到粘合有应变仪20的两处薄壁部18(未设置孔100的薄壁部18)的特性的影响，与设置有孔100的薄壁部18本来的特性相比，边缘载荷的值变大，直至薄壁部18的宽度方向的应力平衡而稳定为止的时间延长，与此相对，在粘合有应变仪20的两处薄壁部(未设置孔100的薄壁部18)，受到设置有孔100的两处薄壁部18的特性的影响，与未设置孔100的薄壁部18本来的特性相比，边缘载荷的值变小，直至薄壁部18的宽度方向的应力平衡而稳定为止的时间也缩短。
详细地说，粘合有应变仪20的上侧两处薄壁部18的本来的特性(边缘载荷的值相对大，直至薄壁部的宽度方向的应力稳定为止的时间相对长)、与设置有圆孔100的下侧两处薄壁部18的本来的特性(边缘载荷的值相对小，直至薄壁部的宽度方向的应力稳定为止的时间相对短)相互受到影响，由此，在上侧两处薄壁部18，如图7(b)的标号H2所示，与本来的特性(参照图7(c)的标号H1)相比，边缘载荷的值变小(H2＜H1)，直至薄壁部的宽度方向的应力平衡而稳定为止的时间也变短。
即，与以往的测力传感器(应变体)相比，第一，与在上侧的薄壁部18产生的边缘载荷的值从H1降低至H2相应地，应变仪20感受应力时，难以受到边缘载荷的影响，测定误差变少相应的量。
第二，在上侧的薄壁部18产生的边缘载荷，与以往的测力传感器(应变体)相比，各边缘载荷的值H2变小(H2＜H1)，相应地，直至薄壁部的宽度方向的应力平衡而稳定为止的时间缩短。
并且，直至在薄壁部18产生的应力平衡而稳定为止的时间(直至能够开始测定为止的时间)缩短这一情况也能够按照以下的方式进行说明。
即，在测力传感器10的四处薄壁部18，根据圆孔100的有无，边缘载荷的大小、薄壁部的刚性以及重量不同。因此，当在测力传感器10加载有载荷的情况下，根据圆孔100的有无，薄壁部18分别进行不同的动作，相互不同的动作相互干扰，从而使薄壁部18的动作(罗伯瓦尔机构的动作)收敛的力发挥作用。结果，认为薄壁部18的动作(罗伯瓦尔机构的动作)停止，直至达到应力稳定状态为止的时间缩短。
而且，薄壁部18设计成：从横向(侧方)观察形成为外侧直线、内侧圆弧状，在内侧圆弧R的顶点P产生最大应力，也成为罗伯瓦尔变形的起点。而且，对于薄壁部18变形时在圆弧R的顶点P产生的应力，由于在内侧圆弧R的顶点P附近厚度大致相同，因此认为以内侧圆弧R的顶点P附近作为起点而进行罗伯瓦尔变形。
可是，在设置有圆孔100的下侧的薄壁部18，如图6(a)所示，俯视观察薄壁部18，圆孔100位于应变体12的宽度方向的中心，因此，在薄壁部18中的夹着圆孔100位于左右的区域、且是通过圆孔100的中心O1并左右延伸的成为最小面积的横截面(以标号L－L表示的截面)产生最大应力。此外，该横截面位置L－L与从横向(侧方)观察薄壁部18的情况下的内侧圆弧R的顶点P一致。
因而，在与内侧圆弧R的顶点P一致的该横截面可靠地产生最大应力，该横截面可靠地成为罗伯瓦尔变形的起点。而且，下侧的两处薄壁部18的内侧圆弧R的各自的顶点P必然成为罗伯瓦尔变形的起点，由此，上侧的两处薄壁部18也以仿效下侧的两处薄壁部18的方式以薄壁部18的内侧圆弧R的各自的顶点P作为起点而进行罗伯瓦尔变形。即，与未在薄壁部设置圆孔100的以往的测力传感器(应变体)相比，认为罗伯瓦尔变形的正确性以及再现性也提高。
并且，图8示出组装有第一实施方式的测力传感器10的四角误差测定装置，(a)为该装置的剖视图，(b)为示出偏载荷的作用位置的该装置的俯视图，图9是将测力传感器10的四角误差与以往的测力传感器(比较例)的四角误差进行比较而示出的图，(a)示出测力传感器10的四角误差，(b)示出以往的测力传感器(比较例)的四角误差。
在这些图中，四角误差测定装置如图8(a)所示形成为测力传感器10的固定部16被固定于基板而呈悬臂状地水平配设，且在测力传感器10的可动部17固定有俯视正方形的秤量皿的构造，如图8(b)所示，构成为：以在秤量皿的中央部作用有载荷时的值作为基准，利用测力传感器10测定在以标号A、B、C、D所示的四处作用有载荷的情况下的各自的“偏移量”。
在以往的测力传感器的情况下，如图9(b)所示，伴随着负荷载荷的增加，+方向的偏移、－方向的偏移均大致二维地增加，与此相对，在本实施方式的测力传感器10中，如图9(a)所示，伴随着负荷载荷的增加，+方向的偏移、－方向的偏移的增加比例与以往的测力传感器的情况相比少。特别是，虽然直至1/3秤量为止都呈现与以往的测力传感器大致相同的偏移量，但若秤量以2/3秤量、3/3秤量的方式依次增加，则在以往的测力传感器中，+方向、－方向任意方向的“偏移”也急剧地增加，与此相对，在本实施方式的测力传感器10中，仅止于稍稍增加。
即，在本实施方式的测力传感器10中，作用有偏载荷的情况下的四角误差与以往的测力传感器相比压倒性地变小。
该作用有偏载荷的情况下的四角误差与以往的测力传感器相比变小这一情况能够按照以下的方式进行说明。
当作用有偏载荷时，测力传感器10(应变体12)以在测力传感器10(应变体12)的宽度方向中央沿前后延伸的假想中立轴作为中心旋转。在以往的测力传感器中，只知该假想中立轴位于测力传感器(应变体)的宽度方向中央附近，其位置并未明确确定。并且，在薄壁部的宽度方向两端部产生的边缘载荷会对中央部附近的应力造成影响，因此，这成为测定误差，直至薄壁部的宽度方向的应力平衡而稳定为止，测定值也不稳定(在偏载荷作为负荷发挥作用的情况下，直至测定值稳定为止花费规定的时间)。
可是，在测力传感器10(应变体12)中，通过在下侧的前后方向的两处薄壁部18(18a、18b)的宽度方向中央部分别设置圆孔100，认为：在以往的测力传感器中不明确的、成为扭转的旋转中心的沿前后延伸的假想中立轴被正确地定位在测力传感器10(应变体12)的宽度方向中央，作用有偏载荷时的测力传感器10(应变体12)的扭转旋转的正确性以及再现性提高，误差减少。
图10、11示出应用了第一实施方式的测力传感器10的电子天平，图10是该电子天平的立体图，图11是该电子天平的纵剖视图(沿着图10所示的XI－XI线的剖视图)。
电子天平90构成为具备：测力传感器10，其固定部16被固定于形成为俯视大致矩形状的合成树脂制的秤主体壳体102的上表面，且水平地配设成悬臂梁状；计量皿130，其连结于测力传感器10的可动部17；以及电子电路基板(未图示)，其设置于与秤主体壳体102一体形成的中空立壁状的显示部105内，并对利用测力传感器10检测到的输出进行运算处理等。此外，标号131是将计量皿130(皿主体132)固定于测力传感器10的可动部17的固定螺钉，标号104是将测力传感器10的固定部16固定于秤主体壳体102上面壁的固定螺钉。而且，在图11中，过载防止用限制器30省略图示。
在测力传感器10(应变体12)的固定部16，设置有用于插通将测力传感器20与电子电路基板连接的电气布线110的上下贯通孔16a，该上下贯通孔16a与秤主体壳体102内连通。
即，在测力传感器10(应变体12)的上侧的薄壁部18、18的上表面粘贴有应变仪20，并且在固定部16的上表面粘贴有与应变仪20电连接的、输出补偿用电阻等构成电桥电路的柔性印刷布线板120。
而且，从柔性印刷布线板120导出的电气布线122贯通上下贯通孔16a而被导出至秤主体壳体102内，并连接于与秤主体壳体102一体化的中空的显示部50内的电子电路基板(未图示)。
在测力传感器10(应变体12)的上表面侧形成有覆盖电气部件(应变仪20或柔性印刷布线板120)或电气布线122的硅绝缘覆层124，确保这些电气部件的导电部的绝缘和防水。
此外，在上下贯通孔16a中填充有作为密闭单元的硅材料124a，秤主体壳体12内被可靠地密闭。
而且，在秤主体壳体102的正面侧，与该秤主体壳体102一体地设置有沿着测力传感器10的一个侧面延伸的中空立壁状的显示部105。在中空的显示部105的前面侧设置有液晶画面106，在显示部105内的液晶画面106背面侧配置有对由测力传感器10检测到的输出进行运算处理、并且对在液晶画面106显示的数据进行控制的电子电路基板(未图示)。
另一方面，在秤主体壳体102背面侧的角部，以与中空的显示部105相同的高度形成有左右一对中空突出部107，在秤主体壳体102的上表面，形成有由中空的显示部105和左右一对中空突出部107、107包围的测力传感器收纳室S。中空突出部105的外侧面形成为与秤主体壳体102的外侧面为齐平面，从而实现电子天平100的从侧方以及后方观察的外观设计的统一。
载置被测定物的计量皿130由连结于测力传感器10的可动部17的透明合成树脂制的皿主体132和覆盖皿主体132的上表面侧的合成树脂制的皿罩134构成。皿主体132一体成形有带阶梯板状的顶板部135和筒形状的透明罩136。顶板部135连结于测力传感器10的可动部17的上表面。而且，顶板部135形成为与皿罩134大致相同的形状，皿罩134以装卸自如的方式覆盖皿主体132(顶板部135)。
透明罩136形成为能够带有余量地包围配设于测力传感器配设空间S的测力传感器10的周围的大小。而且，透明罩136的下端配置在秤主体壳体102的上方，并且以相对于秤主体壳体102的上表面具有规定的间隙的方式配置。
因此，在测力传感器配设空间S被污染的情况下，能够通过透明罩136从外部目视确认污垢，因此能够根据需要而与计量皿130(皿主体132)一体地将透明罩136取下，从而将测力传感器配设空间S整体敞开，并用水等简单地清洗测力传感器20周边区域的污垢。
而且，在下梁15的两处薄壁部18分别设置圆孔100，但该圆孔100作为清洗水的排水孔发挥作用，因此，在用水清洗测力传感器配设空间S的情况下，难以在薄壁部18的贯通孔13形成位置残留有水滴。
而且，需要进行防水的应变仪20或柔性印刷布线板120等设置于测力传感器10(应变体12)的上表面，因此不存在当用水等清洗测力传感器20周边区域时被浸湿的顾虑。
图10是与技术方案2对应的第二实施方式的测力传感器的纵剖视图。
在该第二实施方式的测力传感器10A中，在下梁15的两处薄壁部18(18a、18b)分别粘合有应变仪20，并且在上梁14的两处薄壁部18(18a、18b)，在应变体12的宽度方向中央位置分别设置有圆孔100。
其他的构造与上述的第一实施方式的测力传感器10相同，因此，对于具有同样的结构、作用的部件，标注相同的标号并省略说明。
图12是与技术方案3对应的第三实施方式的测力传感器的纵剖视图。
在该第三实施方式的测力传感器10B中，在上下一对梁14、15的靠近固定部16的薄壁部18(18a、18b)分别粘合有应变仪20，并且在上下一对梁14、15的靠近可动部17的薄壁部18(18a、18b)，在应变体12的宽度方向中央位置分别设置有圆孔100。
其他的构造与上述的第一实施方式的测力传感器10相同，因此，对于具有同样的结构、作用的部件，标注相同的标号并省略说明。
图14是与技术方案5对应的第四实施方式的测力传感器的纵剖视图。
在该第四实施方式的测力传感器10c中，在上下一对梁14、15的靠近可动部17的薄壁部18(18a、18b)分别粘合有应变仪20，并且在上下一对梁14、15的靠近固定部16的薄壁部18(18a、18b)，在应变体的宽度方向中央位置分别设置有圆孔100。
其他的构造与上述的第一实施方式的测力传感器10相同，因此，对于具有同样的结构、作用的部件，标注相同的标号并省略说明。
此外，在上述的第一～第四实施方式中，对在薄壁部18设置的孔100为圆形的情况进行了说明，但也可以是椭圆等“大致圆形”。
并且，即便设置于薄壁部18的孔100的形状是矩形等大致圆形以外的形状，也能够起到与圆孔100同样的作用、效果，但用于在薄壁部18设置矩形的孔等“大致圆形”以外的孔的加工困难，相应地耗费费用和时间，因此期望是“大致圆形”的孔。
而且，在薄壁部18设置的圆孔100等大致圆形的孔的宽度方向的长度W1如图6(a)所示只要是能够使在粘合应变仪20的薄壁部18产生的边缘载荷的值变小、能够保证测力传感器(应变体12)的作为罗伯瓦尔机构的适当的动作的大小即可，例如优选相对于应变体12的宽度W处于大致0，1W～大致0.8W的范围。
当大致圆形的孔的宽度方向的长度W1小于大致0，1W的情况下，孔过小，在孔的周边端部并非产生边缘载荷、而是产生伴随着应力集中的过大应力，罗伯瓦尔机构不成立。另一方面，若大致圆形的孔的宽度方向的长度W1超过大致0.8W，则孔的周边端部与薄壁部的左右的端部之间的距离过于接近，因此，接近地产生的边缘载荷彼此重叠，在薄壁部产生伴随着应力集中的过大应力，罗伯瓦尔机构不成立。
而且，对于设置大致圆形的孔的薄壁部18的厚度，为了对薄壁部的强度进行加强，也可以形成为比粘合应变仪20的薄壁部(不设置大致圆形的孔的薄壁部)18厚。
标号说明
10、10A、10B、10C 测力传感器
12 应变体
13 贯通孔
14 上梁
15 下梁
16 固定部
17 可动部
18 薄壁部
18a 拉伸侧薄壁部
18b 压缩侧薄壁部
19 凹部
19a 凹部的边缘部
20 应变仪
30 过载防止用限制器
32 限制器前端部
90 电子天平
100 圆孔

Claims (5)

1.一种罗伯瓦尔型测力传感器，具备：应变体，在长边方向前后两处分别设置有薄壁部的上下一对平行梁的端部借助固定部和可动部连接而构成罗伯瓦尔机构；以及应变仪，粘合于上述薄壁部，该罗伯瓦尔型测力传感器的特征在于，
当在上述可动部上作用有向下载荷的情况下，在上述所有四处薄壁部中的、上梁的靠近可动部的薄壁部以及下梁的靠近固定部的薄壁部上分别作用有压缩应力，在上述所有四处薄壁部中的、上梁的靠近固定部的薄壁部以及下梁的靠近可动部的薄壁部上分别作用有拉伸应力，
在上述拉伸应力所作用的两处薄壁部中的任一方、以及上述压缩应力所作用的两处薄壁部中的任一方，分别粘合有上述应变仪，并且，在未粘合上述应变仪的其余的两处薄壁部的宽度方向中央部，分别设置有大致圆形的孔。
2.根据权利要求1所述的罗伯瓦尔型测力传感器，其特征在于，
在上述上梁的两处薄壁部分别粘合有上述应变仪，并且，在上述下梁的两处薄壁部分别设置有上述大致圆形的孔。
3.根据权利要求1所述的罗伯瓦尔型测力传感器，其特征在于，
在上述下梁的两处薄壁部分别粘合有上述应变仪，并且，在上述上梁的两处薄壁部分别设置有上述大致圆形的孔。
4.根据权利要求1所述的罗伯瓦尔型测力传感器，其特征在于，
在上述上下一对梁的靠近固定部的各个薄壁部分别粘合有上述应变仪，并且，在上述上下一对梁的靠近可动部的各个薄壁部分别设置有上述大致圆形的孔。
5.根据权利要求1所述的罗伯瓦尔型测力传感器，其特征在于，
在上述上下的梁的靠近可动部的各个薄壁部分别粘合有上述应变仪，并且，在上述上下的梁的靠近固定部的各个薄壁部分别设置有上述大致圆形的孔。
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