JP2005140646A - 増幅器内蔵型荷重変換器 - Google Patents

Abstract

【課題】 ひずみゲージや電子部品の防湿機能を保持させつつ、大幅なコストダウンを実現すると共に、外乱ノイズの影響を軽減ないしは解消する。
【解決手段】 被測定体の一方側から荷重導入部２２に荷重が印加されると、荷重支持部２３の下端が被測定体の他方側で支持される結果、起歪部２４が下側に撓む。起歪部２４の撓みを受けてひずみゲージＧ１〜Ｇ４が伸長されまたは圧縮されてひずみゲージの抵抗値が増減する。このように抵抗値が変化するひずみゲージをブリッジ回路に組み、その出力端を内蔵の増幅器により増幅処理等を行って電気ケーブル９を介して、出力信号を外部に取り出す。荷重支持部２３の内部空洞２９内のひずみゲージＧ１〜Ｇ４、増幅器、その他の電子部品２７、電気ケーブル９の心線部分９ａ等が周囲には、シリコン樹脂３０が充填されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、荷重変換器に関し、より詳細には、略短円柱状を呈する剛性大なる荷重導入部と、この荷重導入部の中心から一定間隔を隔てて同心円上に設けられた厚肉円筒状を呈する剛性大なる荷重支持部と、内端が前記荷重導入部の外周に、外端が前記荷重支持部の内周に、それぞれ一体に連設され前記荷重支持部の一方側を閉塞するように設けられた薄肉円板状の起歪部と、この起歪部の内面側に添着された複数のひずみゲージと、からなる荷重変換器に関するものである。

従来のロードセルとして、図８に示すようなものがあった。
即ち、図８は、いわゆる、ダイアフラム型の荷重変換器（ロードセルと称される）の断面構成を示す断面図である。同図において、１は、荷重変換器であり、その本体の全体形状が、円盤状を呈し、一方側（図８においては、上面側）から略短円柱状の荷重導入部２が突出している。
この荷重導入部２を中心として一定間隔を隔てて同心円上に厚肉円筒状の剛性大なる荷重支持部３が設けられている。
上記荷重導入部２の外周面と荷重支持部３の内周面との間には、薄肉の円板状または円環状をなす起歪部４の内周と外周がそれぞれ一体に連設されている。
起歪部４の内面側（下面側）の応力の極大または極小となる部分には、図９または図１１に示すように４枚のひずみゲージＧ１〜Ｇ４または８枚のひずみゲージＧ１〜Ｇ８が接着されている。この４枚または８枚のひずみゲージＧ1〜Ｇ４またはひずみゲージＧ１〜Ｇ８は、図１０または図１２に示すように、ホイートストンブリッジ回路（以下、単に「ブリッジ回路」と略称する）に形成されている。

このように形成された図１０および図１２に示すブリッジ回路の入力端側、即ち、接続点ｂ、ｄ間にブリッジ電源電圧ｅｉが印加されると、ブリッジ回路の出力端側、即ち、接続点ａ、ｃ間から、ひずみに応じた出力電圧ｅｏが出力される。ひずみゲージＧ１〜Ｇ４（またはＧ１〜Ｇ８）は、回路基板５の端子にリード線６（ゲージリードとも称される）をもって接続されている。回路基板５の端子は、気密端子７のリードピン８に接続されている。このリードピン８は、電気ケーブル９の心線と接続されている。
１０は、一端が荷重支持部３に穿設された開口部に挿入固定され、他端で電気ケーブル９を挿通固定するケーブル接続管であり、電気ケーブル９の心線の周りを接着剤１１で固定してある。
荷重支持部３の開口端側（下端側）の内周壁に金属製ダイアフラム１２の外周が溶接され、内部を密閉している。
このようにして、円筒状を呈する荷重支持部３の内部空洞１３は、上端は荷重導入部２と、起歪部４で閉塞され、側壁に穿設された開口は気密端子７で閉塞され、さらに底部開口は、金属製ダイアフラム１２によって、閉塞されているため、内部空洞１３は、ほぼ完全に外気と遮断され、従って、ひずみゲージＧ１〜Ｇ４（またはＧ１〜Ｇ８）は確実に、防湿が図られることになる。

従来のダイアフラム型の荷重変換器には、次に述べるように、構造上および性能上の問題があった。
即ち、第１に、上記従来の荷重変換器は、側壁の電気ケーブル９を挿入する開口部を気密端子７で塞ぎ、その周縁部を溶接により密封すると共に、荷重支持部３の開口端（下端）を金属製ダイアフラム１２で塞ぎ、その外周縁を、やはり溶接により密封しなければならないため、部品代が高価であるばかりでなく、製作が複雑であり、機械加工および組立加工費が嵩み、コストダウンを阻む要因となっていた。
第２に、上記従来の荷重変換器は、起歪部４の荷重変化に伴う変位（撓み）を４枚または８枚のひずみゲージＧ１〜Ｇ４またはＧ１〜Ｇ８をブリッジ回路構成とし、そのブリッジ出力を、電気ケーブルを経由して外部に設置されるひずみ測定器に導き、印加荷重値を計測するものであるため、荷重変換器内のブリッジ回路から出力される電圧は、一般に数ｍＶと小さい。そのため、外乱のノイズの影響を受け易く、測定精度が充分に得られない、という難点があった。

本発明は、上記従来のダイアフラム型の荷重変換器の問題点に鑑みてなされたもので、その第１の目的とするところは、高価な部品を削減すると共に高精度な切削加工や、溶接作業を不要化しつつひずみゲージや電子部品に対する防湿機能を発揮させつつ、大幅なコストダウンを実現し得る増幅器内蔵型荷重変換器を提供することにある。
また、本発明の第２の目的とするところは、出力の小さいひずみゲージの出力を荷重変換器内で増幅して、外乱のノイズの影響を受け難くすると共に、外付けでの増幅器を不要化し、直接、制御可能な信号出力として扱い得る増幅器内蔵型荷重変換器を提供することにある。
また、本発明の第３の目的とするところは、ひずみゲージの出力を増幅器により大きな増幅度を増幅することによる外来ノイズの影響を、軽減ないしは解消し得る増幅器内蔵型荷重変換器を提供することにある。

本発明のうち、請求項１に記載の発明は、上記第２および第３の目的を達成させるため、略短円柱状を呈する剛性大なる荷重導入部と、
この荷重導入部の中心から一定間隔を隔てて同心円上に設けられた厚肉円筒状を呈する剛性大なる荷重支持部と、
内端が前記荷重導入部の外周に、外端が前記荷重支持部の内周に、それぞれ一体に連設され前記荷重支持部の一方側を閉塞するように設けられた薄肉円板状の起歪部と、
この起歪部の内面側に添着された複数のひずみゲージと、
からなる荷重変換器において、
前記複数のひずみゲージをもって形成されるホイートストンブリッジ回路と、
このホイートストンブリッジ回路の出力に自らの入力端が接続された増幅器と、
この増幅器の入力側に接続され、外乱によるノイズを吸収するコンデンサと、
を具備し、少なくとも、前記ひずみゲージと、前記増幅器と、前記コンデンサを前記荷重支持部内の空洞に内蔵せしめ且つそれらの周囲を気密手段で封止したことを特徴とするものである。

また、請求項２に記載の発明は、前記ホイートストンブリッジ回路へのブリッジ電源の供給および前記増幅器の出力の導出を司る電気ケーブルは、その基端側が前記荷重支持部の側壁に穿設されたケーブル挿通孔に挿通され且つ回路基板に接続されると共に前記複数のひずみゲージにリード線を介して接続されていることを特徴とするものである。
また、請求項３に記載の発明は、上記第１の目的を達成させるため、第２の目的および第３の前記気密手段は、前記荷重支持部の空洞部の前記一方側から他方の開口端近傍まで弾性と耐水性を持つシリコン樹脂を充填させ且つ固化させて形成してなる手段であることを特徴とするものである。
また、請求項４に記載の発明は、上記第２および第３の目的を達成させるため、前記気密手段は、前記荷重支持部の空洞の他端側を金属ダイアフラムで密閉してなる手段で構成されていることを特徴とするものである。

また、請求項５に記載の発明は、
第１の目的および第２の目的を達成させるため、略短円柱状を呈する剛性大なる荷重導入部と、
この荷重導入部の中心から一定間隔を隔てて同心円上に設けられた厚肉円筒状を呈する剛性大なる荷重支持部と、
内端が前記荷重導入部の外周に、外端が前記荷重支持部の内周に、それぞれ一体に連設され前記荷重支持部の一方側を閉塞するように設けられた薄肉円板状の起歪部と、
この起歪部の内面側に添着された複数のひずみゲージと、
からなる荷重変換器において、
前記複数のひずみゲージをもって形成されるホイートストンブリッジ回路と、
このホイートストンブリッジ回路の出力端に自らの入力端が接続された増幅器と、
を具備し、少なくとも、前記ひずみゲージと、前記増幅器を前記荷重支持部内の空洞に内蔵せしめ、その空洞の前記一方側から他方の開口端近傍まで弾性と耐水性を持つシリコン樹脂を充填させ且つ固化させて封止したことを特徴とするものである。

また、請求項６に記載の発明は、第１の目的、第２の目的および第３の目的を達成させるため、略短円柱状を呈する剛性大なる荷重導入部と、
この荷重導入部の中心から一定間隔を隔てて同心円上に設けられた厚肉円筒状を呈する剛性大なる荷重支持部と、
内端が前記荷重導入部の外周に、外端が前記荷重支持部の内周に、それぞれ一体に連設され前記荷重支持部の一方側を閉塞するように設けられた薄肉円板状の起歪部と、
この起歪部の内面側に添着された複数のひずみゲージと、からなる荷重変換器において、
前記複数のひずみゲージをもって形成されるホイートストンブリッジ回路と、
このホイートストンブリッジ回路の出力端に自らの入力端が接続された増幅器と、この増幅器の入力側に接続され、外乱によるノイズを吸収するコンデンサと、を具備し、
少なくとも、前記ひずみゲージと、前記増幅器と、前記コンデンサを前記荷重支持部内の空洞に内蔵せしめ、その空洞部の前記一方側から他方の開口端近傍まで弾性と耐水性を持つシリコン樹脂を充填させ且つ固化させて封止したことを特徴とするものである。

請求項１に記載の発明によれば、略短円柱状を呈する剛性大なる荷重導入部と、
この荷重導入部の中心から一定間隔を隔てて同心円上に設けられた厚肉円筒状を呈する剛性大なる荷重支持部と、
内端が前記荷重導入部の外周に、外端が前記荷重支持部の内周に、それぞれ一体に連設され前記荷重支持部の一方側を閉塞するように設けられた薄肉円板状の起歪部と、
この起歪部の内面側に添着された複数のひずみゲージと、
からなる荷重変換器において、
前記複数のひずみゲージをもって形成されるホイートストンブリッジ回路と、
このホイートストンブリッジ回路の出力に自らの入力端が接続された増幅器と、
この増幅器の入力側に接続され、外乱によるノイズを吸収するコンデンサと、
を具備し、少なくとも、前記ひずみゲージと、前記増幅器と、前記コンデンサを前記荷重支持部内の空洞に内蔵せしめ且つそれらの周囲を気密手段で封止したので、小さいホイートストンブリッジ回路の出力を荷重変換器内で増幅して、外乱のノイズの影響を受け難くすると共に、外付けの増幅器を不要化し、直接制御可能な信号出力として扱うことができるようになり、さらには、起歪体と電気ケーブルのシールド部分に受ける外来ノイズが大きな増幅度で増幅されるのを阻止し、耐ノイズ性に優れた増幅器内蔵型荷重変換器を提供することができる。

また、請求項２に記載の発明によれば、前記ホイートストンブリッジ回路へのブリッジ電源の供給および前記増幅器の出力の導出を司る電気ケーブルは、その基端側が前記荷重支持部の側壁に穿設されたケーブル挿通孔に挿通され且つ回路基板に接続されると共に前記複数のひずみゲージにリード線を介して接続する構成としたので、上記請求項１に記載の発明の効果に加えて、外部からのブリッジ電源の供給やひずみゲージ出力の外部への導出を司る電気ケーブルを、ひずみゲージに無用な外力が負荷がかかり、ひずみゲージを損傷させる虞れがない増幅器内蔵型荷重変換器を提供することができる。

また、請求項３に記載の発明によれば、前記気密手段は、前記荷重支持部の空洞部の前記一方側から他方の開口端近傍まで弾性と耐水性を持つシリコン樹脂を充填させ且つ固化させて形成してなる手段で構成したから、ひずみゲージや増幅器等の電子部品の防湿機能を保持しながら、荷重支持部内の空洞を封止するための高価な気密端子や金属製ダイアフラムなどが不用となると共に精密な機械加工や熟練を要する電気溶接作業や組立て作業が不用となり、大幅なコストダウンを実現し得る増幅器内蔵型荷重変換器を提供することができる。

また、請求項４に記載の発明によれば、前記気密手段を、前記荷重支持部の空洞の他端側を金属製ダイアフラムで密閉してなる手段で構成したので、前記空洞内を確実に密閉することが可能な増幅器内蔵型荷重変換器を提供することができる。
また、請求項５に記載の発明によれば、略短円柱状を呈する剛性大なる荷重導入部と、
この荷重導入部の中心から一定間隔を隔てて同心円上に設けられた厚肉円筒状を呈する剛性大なる荷重支持部と、
内端が前記荷重導入部の外周に、外端が前記荷重支持部の内周に、それぞれ一体に連設され前記荷重支持部の一方側を閉塞するように設けられた薄肉円板状の起歪部と、
この起歪部の内面側に添着された複数のひずみゲージと、
からなる荷重変換器において、
前記複数のひずみゲージをもって形成されるホイートストンブリッジ回路と、
このホイートストンブリッジ回路の出力端に自らの入力端が接続された増幅器と、
を具備し、少なくとも、前記ひずみゲージと、前記増幅器を前記荷重支持部内の空洞に内蔵せしめ、その空洞の前記一方側から他方の開口端近傍まで弾性と耐水性を持つシリコン樹脂を充填させ且つ固化させて封止したので、小さいホイートストンブリッジ回路の出力を、荷重変換器内で増幅して、外乱のノイズを受け難くすると共に、外付けの増幅器を不要化し、直接制御可能な信号出力として扱うことができるようになり、さらには、ひずみゲージや増幅器等の電気部品の防湿機能を保持しながら、荷重支持部内の空洞を封止するための高価な気密端子や金属製ダイアフラムなどが不用となると共に、精密な機械加工や熟練を要する電気溶接作業や組立て作業の不用となり、大幅なコストダウンを実現し得る増幅器内蔵型荷重変換器を提供することができる。

また、請求項６に記載の発明によれば、略短円柱状を呈する剛性大なる荷重導入部と、
この荷重導入部の中心から一定間隔を隔てて同心円上に設けられた厚肉円筒状を呈する剛性大なる荷重支持部と、
内端が前記荷重導入部の外周に、外端が前記荷重支持部の内周に、それぞれ一体に連設され前記荷重支持部の一方側を閉塞するように設けられた薄肉円板状の起歪部と、
この起歪部の内面側に添着された複数のひずみゲージと、からなる荷重変換器において、
前記複数のひずみゲージをもって形成されるホイートストンブリッジ回路と、
このホイートストンブリッジ回路の出力端に自らの入力端が接続された増幅器と、この増幅器の入力側に接続され、外乱によるノイズを吸収するコンデンサと、を具備し、
少なくとも、前記ひずみゲージと、前記増幅器と、前記コンデンサを前記荷重支持部内の空洞に内蔵せしめ、その空洞部の前記一方側から他方の開口端近傍まで弾性と耐水性を持つシリコン樹脂を充填させ且つ固化させて封止したので、小さいホイートストンブリッジ回路の出力を荷重変換器内で増幅して外乱のノイズの影響を受け難くすると共に、外付けの増幅器を不要化し、直接制御可能な信号出力として扱うことができるようになり、さらには、起歪体と電気ケーブルのシールド部分に受ける外来ノイズが大きな増幅度で増幅されるのを阻止し、耐ノイズ性に優れ、また、ひずみゲージや増幅器等の電気部品の防湿機能を保持しながら、荷重支持部内の空洞を封止するための高価な気密端子や金属製ダイアフラムなどが不用となると共に精密な機械加工や熟練を要する電気溶接作業や組立て作業が不用となり、大幅なコストダウンを実現し得る増幅器内蔵型荷重変換器を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態を示す、添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明に係る荷重変換器の構成を示す縦断面図、図２は、図１の荷重変換器に使用されているひずみゲージの配列パターンを模式的に示す図１の下方側から見た平面図、図３は、図２の配列パターンをホイートストンブリッジ回路（以、単に「ブリッジ回路」と略称する）として示した回路図、図４は、本発明の荷重変換器の内部空洞に内蔵される電子部品により構成される回路ユニットの回路構成を示すブロック図、図５は、図４に示すひずみ増幅器部分の構成を示す回路図である。

図１において、本発明に係る荷重変換器２１は、いわゆるダイアフラム型のもので、一般にロードセルとも称されており、その本体の全体形状が、円盤状を呈し、一方側（図１において上面側）から略短円筒状の荷重導入部２２が突出し、被測定体と当接する上端面は、円弧（円球面または非球面）に形成されている。
この荷重導入部２２を中心として、一定間隔を隔てて、同心円上に厚肉円筒状の剛性大なる荷重支持部２３が配設されている。荷重導入部２２の外周面と荷重支持部２３の内周面との間には、薄肉の円板状または円環状をなす起歪部２４の内周と外周がそれぞれ一体に連設されており、これらは、ステンレススティール（ＳＵＳ）を素材として機械加工により成形される。荷重導入部２２と、起歪部２４との連設部は、所定のＲ面に形成され、連設部付近の応力集中の緩和を図っている。荷重支持部２３は、厚肉円筒状を呈するが、一端側（図１において上端側）が荷重導入部２２と起歪部２４とが一体に連設されることにより、密閉された形状となっており、下端側は、開放されており、また、側壁には、電気ケーブル９を挿通するためのケーブル挿通孔２３ａが穿設されている。

起歪部２４の内面側（図１の下面側）の応力の極大、極小となる部分、即ち図２に示すように、起歪部２４における荷重支持部２３寄りの部位にひずみゲージＧ２とＧ４を軸対称となるように添着し、また荷重導入部２２寄りの部位にひずみゲージＧ１とＧ３を軸対称となるように添着してある。これらひずみゲージＧ１〜Ｇ４は、図３に示すようにブリッジ回路構成とする。即ち、荷重導入部２２に荷重が印加された場合に同じ極性の変化を示すひずみゲージＧ１とＧ３をブリッジ回路の対辺に、ひずみゲージＧ２とＧ４を隣接するブリッジ回路の対辺にそれぞれ接続する。
荷重支持部２３の内部空洞２９の中間部位には、回路基板２５が図示しない固定手段により取外し可能に固定されている。
この回路基板２５の上面側の端子には、ひずみゲージＧ１〜Ｇ４のゲージタブａ、ｂ、ｃ、ｄに一端が接続されたリード線（ゲージリードとも称されている）の他端が半田付けにより接続されている。

一方回路基板２５の下面側には、図４および図５に示すような電子部品、例えば、増幅用ＩＣ、出力回路用ＩＣ、ブリッジ電源回路用ＩＣ、ノイズ吸収用コンデンサ等が半田付けなどの手段によって配設されると共に、電気ケーブル９の心線９ａの端部が半田付部２８に接続されている。
このように、ひずみゲージＧ１〜Ｇ４、各種電子部品２７および電気ケーブル９の心線９ａが回路基板２５に結線が完了した後に、内部空洞２９の内底面（図１の上壁面）から、荷重支持部２３の内部空洞２９の開口端近傍に達するまで、シリコン樹脂３０を充填し、固化（モールド）する。
充填材としてのシリコン樹脂としては、少なくとも、弾力性、耐水性、接着性を持つものが使用される。
シリコン樹脂は、反応形式から分類すると、脱アセトン型、脱オキシム型、脱アルコール型、脱酢酸型、付加型があるが、接着性、硬化速度、非腐食性、安全性からみると、付加型が最も優れ、次いで脱酢酸型、脱アセントン型が良好な特性を示すが、本発明に適用するに当たってはいずれの型のものでも、支障は生じないことが確認されている。

このようにしてシリコン樹脂を、内部空洞２９に充填し、固化させた後は、ひずみゲージＧ１〜Ｇ４を始めとして、電子部品２７、回路ユニット、回路基板２５、電気ケーブル９の基端は、シリコン樹脂に覆われるため、外気と確実に遮断・離絶される。

そのため、ひずみゲージＧ１〜Ｇ４、ほか増幅器などの電子部品２７は、大気から侵入する湿気、酸素、その他有害物質に晒されないので、長期に亘って本来の性能、特性を如何なく発揮させることができ、荷重変換器としての性能を維持することができる。
しかも、従来は、ひずみゲージの防湿構造として、図８に示すような気密端子７や金属製ダイアフラム１２等を高度な加工・組立技術をもって製造していたので、生産能率も悪く、従って、非常に高価なものとなっていたが、本発明のように、気密端子や金属製ダイアフラムを不要化することにより、コストの大幅な削減と、量産性の向上をもたらす増幅器内蔵型荷重変換器を提供することができる。
また、本発明にあっては、図４および図５に示すようなひずみ増幅器（以下、単に「増幅器」という）を荷重変換器２１の内部空洞２９内に内蔵したことおよびその増幅器の入力端側にノイズ除去用のコンデンサを介挿したところに特徴がある。

即ち、図４および図５において、ひずみゲージＧ１〜Ｇ４により結線されたブリッジ回路の入力端ｂ、ｄ間には、ブリッジ電源回路３３で生成されたブリッジ電源電圧を印加する。ブリッジ回路の出力端ａ、ｃ間は、増幅器３１の入力端、即ち、増幅器の構成するオペアンプ３４の反転入力端（−）と非反転入力端（＋）にそれぞれ接続される。さらに、オペアンプ３４の反転入力端（−）と非反転入力端（＋）との間には、上述したノイズ除去用のコンデンサ３７が接続されている。
このオペアンプ３４の出力端と反転入力端（−）との間には、帰還抵抗３５が接続され、非反転入力端（＋）とブリッジ電源との間には、同相分を除去する抵抗３６が接続されている。この同相分を除去する抵抗３６は、通常Ｒ１＝Ｒ２に設定するが、省略することも可能である。オペアンプ３４に対する基準抵抗としては、ブリッジ回路として構成したひずみゲージの抵抗がその役割を果たす。
このように構成された荷重変換器の動作を説明する。

図１に示す荷重支持部２３の底部が、被測定体の一方に、例えばボルトなどにより取付けられ、被測定体の他方に荷重導入部２２が当設されるように設定する。
この状態で、荷重導入部２２に被測定体の荷重が例えば、図１において下方に向けて負荷されると、起歪部２４が下方に撓み、荷重導入部２２寄りの部位は、伸長され、荷重支持部２３寄りの部位は圧縮されることになるため、ひずみゲージＧ１，Ｇ３は抵抗値が増大し、ひずみゲージＧ２，Ｇ４は、抵抗値が減少する。このようなひずみゲージＧ１〜Ｇ４の抵抗値変化に応じ、ブリッジ回路の出力端から、印加荷重に対応した電圧が出力されるので、この出力を内蔵される増幅器３１により適宜増幅し、この増幅された増幅器３１の出力を、出力回路３２によって所定の出力にコンディショニングされて出力端から出力される。この出力は、電気ケーブル９を介して、外部に導出される。
このように構成された荷重変換器において、もしノイズ除去用コンデンサ３７がない場合には、外来ノイズが増幅器３１の入力部に伝わり、測定精度を低下させる。即ち、設置状態の荷重変換器において、外来ノイズを直接受ける部分は、変換器本体（荷重導入部２２、荷重支持部２３、起歪部２４の全体、以下同じ）と電気ケーブル９のシールド部分である。

ひずみ増幅器３１は、増幅度（ゲイン）が大きく（例えば、Ｘ１００〜Ｘ５００）、外来ノイズの影響を極めて受け易い。そして変換器本体のノイズは、変換器本体とひずみゲージＧ１〜Ｇ４間の静電容量を介して、増幅器３１の入力部に伝わる。シールドのノイズは、電源（＋）、（−）、出力（＋）の線に伝わり、荷重変換器内部の回路全体の電位変動を起こす。
その電位変動が、変換器本体とひずみゲージ間の静電容量を介して、増幅器３１の入力部に伝わる。そこで、本発明のように、増幅器の入力部にコンデンサ３７を接続することにより、コンデンサ３７でそのノイズを吸収して、耐ノイズ性に優れた荷重変換器とすることができる。
そこで、次に、本発明に係る荷重変換器と従来のものにおける耐ノイズ性についての比較をする。
図６は、ケース（変換器本体）と電源０Ｖ（負極）間に波形発生器よりサイン波（１Ｖｒｍｓ）を印加した場合の影響を、電源正極と電源負極との間からの出力電圧をマルチメータで計測する試験方法を示す。この試験方法により得られたデータは、次の表１の通りであり、これをグラフ化したものを図１３に示す。

図１３において、破線で示す特性線図が、ノイズ除去用コンデンサ３７が存在しないもの（旧型と記載してある）であり、実線で示す特性線図が本発明に係るノイズ除去用コンデンサ３７を、増幅器３１の入力端に接続したもの（新型と記載してある）である。この２つの特性線図を見て歴然とその差は明らかであり、従来のものは、１ＭＨｚ以上の領域で、高周波ノイズの影響を大きく受けるが、本発明の荷重変換器にあっては、全く影響を受けないことが分る。
図７は、シールドと電源０Ｖ（負極）との間に、波形発生器よりサイン波（１Ｖｒｍｓ）の周波数を段階的に変えて印加した場合の影響を電源正極（＋）と電源負極（−）との間から出力される電圧を、マルチメータで計測する試験方法を示す。
この後者の試験方法により得られたデータが上述した表１に示されており、これをグラフ化したものが図１４に示されている。

図１４において、破線で示す特性線図が従来のものであり、実線で示す特性線図が、本発明に係るノイズ除去用コンデンサ３７を増幅器３１の入力端に接続したもの（新型と記載してある）である。
この図１４に示す２つの特性線図を見て歴然と明らかなように、従来のもの（旧型）は、同様に１ＭＨｚ以上の領域において、高周波ノイズの影響を大きく受けるが、本発明の荷重変換器にあっては、低周波域から高周波域に至るまで、外来ノイズの影響を全く受けないといっても過言ではない。
尚、本発明は、上述し且つ図面に示した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施ができることはいうまでもない。
例えば、変換器本体の形態としては、上述したダイアフラム型のものに限らず、一文字状ビーム型、十文字状ビーム型、ワッシャ型等の各種荷重変換器にも適用可能である。
また、ひずみゲージとしては、従来用いられていた単独のゲージを必要枚数、例えば、４枚、８枚など添着して使用可能である。

本発明に係る実施の形態の荷重変換器の構成を示す縦断面図である。 図１の荷重変換器の添着使用された配列パターンを模式的に示す平面図である。 図２の配列パターンを等価的に示すブリッジ回路図である。 本発明に係る荷重変換器の内部空洞に内蔵される電子部品により構成される回路ユニットの回路構成を示すブロック図である。 図４に示す回路図中のひずみ増幅器部分の構成を示す回路図である。 ケースと電源負極との間にノイズを印加しその出力電圧に現われる影響を試験する方法を示す説明図である。 シールドと電源負極との間にノイズを印加し、その出力電圧に現われる影響を試験する方法を示す説明図である。 従来の荷重変換器の構成を示す縦断面図である。 図８の荷重変換器の起歪部に添着した４枚のひずみゲージの配置状態を示す平面図である。 図９に示すひずみゲージをブリッジ回路に形成し場合の回路図である。 図８の荷重変換器の起歪部に添着した８枚のひずみゲージの配置状態を示す平面図である。 図１１に示す８枚のひずみゲージをもって、ブリッジ回路に形成した場合の回路図である。 図６に示す試験方法によりノイズ印加試験を行った結果を現わす特性線図である。 図７に示す試験方法によりノイズ印加試験を行った結果を現わす特性線図である。

符号の説明

９ 電気ケーブル
９ａ 心線
１３ 内部空洞
２１ 荷重変換器
２２ 荷重導入部
２３ 荷重支持部
２４ 起歪部
２５ 回路基板
２７ 電子部品
２８ 半田付部
２９ 内部空洞
３０ シリコン樹脂
３１ 増幅器
３２ 出力回路
３３ ブリッジ電源回路
３４ オペアンプ
３５ 帰還抵抗
３６ 抵抗
３７ コンデンサ
Ｇ１ ひずみゲージ
Ｇ２ ひずみゲージ
２３ａ ケーブル挿通孔

Claims (6)

1. 略短円柱状を呈する剛性大なる荷重導入部と、
   この荷重導入部の中心から一定間隔を隔てて同心円上に設けられた厚肉円筒状を呈する剛性大なる荷重支持部と、
   内端が前記荷重導入部の外周に、外端が前記荷重支持部の内周に、それぞれ一体に連設され前記荷重支持部の一方側を閉塞するように設けられた薄肉円板状の起歪部と、
   この起歪部の内面側に添着された複数のひずみゲージと、
   からなる荷重変換器において、
   前記複数のひずみゲージをもって形成されるホイートストンブリッジ回路と、
   このホイートストンブリッジ回路の出力に自らの入力端が接続された増幅器と、
   この増幅器の入力側に接続され、外乱によるノイズを吸収するコンデンサと、
   を具備し、少なくとも、前記ひずみゲージと、前記増幅器と、前記コンデンサを前記荷重支持部内の空洞に内蔵せしめ且つそれらの周囲を気密手段で封止したことを特徴とする増幅器内蔵型荷重変換器。
2. 前記ホイートストンブリッジ回路へのブリッジ電源の供給および前記増幅器の出力の導出を司る電気ケーブルは、その基端側が前記荷重支持部の側壁に穿設されたケーブル挿通孔に挿通され且つ回路基板に接続されると共に前記複数のひずみゲージにリード線を介して接続されていることを特徴とする請求項１に記載の増幅器内蔵型荷重変換器。
3. 前記気密手段は、前記荷重支持部の空洞部の前記一方側から他方の開口端近傍まで弾性と耐水性を持つシリコン樹脂を充填させ且つ固化させて形成してなる手段であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の増幅器内蔵型荷重変換器。
4. 前記気密手段は、前記荷重支持部の空洞の他端側を金属ダイアフラムで密閉してなる手段で構成されていることを特徴とする請求項１まはた２に記載の増幅器内蔵型荷重変換器。
5. 略短円柱状を呈する剛性大なる荷重導入部と、
   この荷重導入部の中心から一定間隔を隔てて同心円上に設けられた厚肉円筒状を呈する剛性大なる荷重支持部と、
   内端が前記荷重導入部の外周に、外端が前記荷重支持部の内周に、それぞれ一体に連設され前記荷重支持部の一方側を閉塞するように設けられた薄肉円板状の起歪部と、
   この起歪部の内面側に添着された複数のひずみゲージと、
   からなる荷重変換器において、
   前記複数のひずみゲージをもって形成されるホイートストンブリッジ回路と、
   このホイートストンブリッジ回路の出力端に自らの入力端が接続された増幅器と、
   を具備し、少なくとも、前記ひずみゲージと、前記増幅器を前記荷重支持部内の空洞に内蔵せしめ、その空洞の前記一方側から他方の開口端近傍まで弾性と耐水性を持つシリコン樹脂を充填させ且つ固化させて封止したことを特徴とする増幅器内蔵型荷重変換器。
6. 略短円柱状を呈する剛性大なる荷重導入部と、
   この荷重導入部の中心から一定間隔を隔てて同心円上に設けられた厚肉円筒状を呈する剛性大なる荷重支持部と、
   内端が前記荷重導入部の外周に、外端が前記荷重支持部の内周に、それぞれ一体に連設され前記荷重支持部の一方側を閉塞するように設けられた薄肉円板状の起歪部と、
   この起歪部の内面側に添着された複数のひずみゲージと、からなる荷重変換器において、
   前記複数のひずみゲージをもって形成されるホイートストンブリッジ回路と、
   このホイートストンブリッジ回路の出力端に自らの入力端が接続された増幅器と、この増幅器の入力側に接続され、外乱によるノイズを吸収するコンデンサと、を具備し、
   少なくとも、前記ひずみゲージと、前記増幅器と、前記コンデンサを前記荷重支持部内の空洞に内蔵せしめ、その空洞部の前記一方側から他方の開口端近傍まで弾性と耐水性を持つシリコン樹脂を充填させ且つ固化させて封止したことを特徴とする増幅器内蔵型荷重変換器。

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