JP2009036686A - 荷重センサ - Google Patents
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Abstract
低い消費電力で駆動し、かつ、高精度な測定が可能であり、かつ破壊することが無い信頼性の高い荷重センサを提供する。
【解決手段】
ピンに負荷される荷重を、前記ピンの内部に発生するひずみから検出する荷重センサにおいて、前記ピンの中心付近に設けられた穴の内部に、ひずみ検出用の検出棒が衝撃緩和材を介して設けられ、前記検出棒には半導体ひずみセンサが設けられた荷重センサとする。
【選択図】図1
Description
<110>方向に垂直平行なP型拡散抵抗によりブリッジ回路を作製することにより、面外方向のひずみに対する感度がほぼゼロとなり、検出棒のひずみのみを検出することが容易であり、測定誤差が小さくなるという利点がある。
<110>)と平行な2本の拡散抵抗30a,30cと、それと垂直な2本のP型拡散抵抗30b,30dとで形成されたブリッジ回路と、長手方向がシリコン単結晶<100>方向に平行な2本の拡散抵抗と、それと垂直な2本のN型拡散抵抗とで形成されたブリッジ回路の2つのブリッジ回路を、同一基板上に設けている。さらに、Si<100>方向をピンの長手方向と平行になるように、半導体ひずみセンサを配置することにより、検出棒のせん断変形をブリッジ回路30a,30b,30c,30dで、検出棒の曲げ変形をブリッジ回路31a,31b,31c,31dでそれぞれ検出することができ、これらの出力結果の計算により、荷重をより正確に算出することができるという利点がある。
16に示すように、少なくとも、ピン1にせん断変形が生じる領域67,68に衝撃緩和材5が設けられていればよく、ピン1の穴1a内部の一部に衝撃緩和材5が設けられ、その他の部分は空洞でもよい。なお、不活性ガス12を充填させることにより、衝撃緩和材5の劣化を防止する効果が得られる。
30b,30c,30dからなるブリッジ回路と、半導体ひずみセンサ7の拡散抵抗44a,44b,44c,44dからなるブリッジ回路は、ピン内部43で、配線41,42により電気的に接続されている。さらに、両ブリッジを電気的に接続している配線41,42は、ピン外部の電源と、入力電源線39,40により電気的に接続されている。このように、半導体ひずみセンサのブリッジ回路に電気的に接続する入力電源線をピン内部で共有化することにより、ピンの外部へ引き出される配線の数を減少させることができ、検出棒とピン内壁との間にもうける衝撃緩和材を設ける際、その衝撃緩和材に発生するボイドを抑制する事ができる。ボイドの抑制により、荷重センサの荷重に対するひずみセンサ出力の直線性が向上するという利点がある。
1a,1bが二つ設けられており、それぞれ検出棒2,9が穴内部の中心付近に設けられた構造となっている。また、検出棒2,9にはそれぞれ半導体ひずみセンサ3,4が設けられている。
1a 穴
2,6,8,9,14 検出棒
3,4,7 半導体ひずみセンサ
5,10 衝撃緩和材
11 カバー
11a 溝
12 不活性ガス
13 固体材料
14a,14b 平面部
15,16 外周溝
17 樹脂
30a,30b,30c,30d,31a,31b,31c,31d,32a,32b,32c,32d,44a,44b,44c,44d 拡散抵抗
33,34 アンプ
35,36,37,38 出力電源線
39,40 入力電源線
41,42 配線
43 ピン内部
50 温度センサ
61,63 支持面
62 負荷面
64,65,66 荷重
67,68 せん断変形が生じる領域
Claims (17)
- 中立軸を含む領域に設けられた穴を有するピンと、
前記穴の内部に設けられた検出棒と、
前記検出棒に設けられた半導体ひずみセンサと、
前記穴の内部で前記検出棒と前記ピンの間に設けられた衝撃緩和材とを備えたことを特徴とする荷重センサ。 - 請求項1において、前記検出棒は前記ピンの中立軸を含む領域に設けられていることを特徴とする荷重センサ。
- 請求項1において、前記衝撃緩和材のヤング率は、前記ピン及び前記検出棒のヤング率よりも低いことを特徴とする荷重センサ。
- 請求項1において、前記衝撃緩和材の材料はエポキシ樹脂であることを特徴とする荷重センサ。
- 請求項1において、前記検出棒の材料は金属であることを特徴とする荷重センサ。
- 請求項5において、前記検出棒の材料は、前記ピンの材料と同一であることを特徴とする荷重センサ。
- 請求項1において、前記検出棒の断面形状は正方形であることを特徴とする荷重センサ。
- 請求項1において、前記検出棒の断面形状は平板であることを特徴とする荷重センサ。
- 請求項1において、検出棒の長手方向がピンの長手方向と平行であることを特徴とする荷重センサ。
- 請求項1において、
前記半導体ひずみセンサは、前記検出棒のせん断ひずみを検出するように設けられていることを特徴とする荷重センサ。 - 請求項1において、前記半導体ひずみセンサは、シリコン基板表面に拡散抵抗を設けたものであり、同一基板表面に4本の拡散抵抗からなるブリッジ回路で構成されたことを特徴とする荷重センサ。
- 請求項11において、前記シリコン基板表面に形成された拡散抵抗はP型拡散抵抗であり、なおかつ、前記P型拡散抵抗の長手方向がシリコン単結晶の<110>方向と平行な2本の拡散抵抗と、それと垂直な2本のP型拡散抵抗とでブリッジ回路が構成されていることを特徴とする荷重センサ。
- 請求項12において、前記ひずみセンサのシリコン単結晶<110>方向が、ピンの長手方向に対して45度方向と平行に配置されていることを特徴とする荷重センサ。
- 請求項1において、検出棒を断面形状が正方形の角柱とし、前記角柱の直交する2面にそれぞれひずみセンサを設けてあることを特徴とする荷重センサ。
- 請求項13において、前記2つ以上のひずみセンサの電源ラインがピンの内部で共有されており、前記2つ以上のひずみセンサからピンの外部へ引き出される配線の数が(センサの数×2)+2本であることを特徴とする荷重センサ
- 請求項1において、検出棒を円柱とし、前記円柱の少なくとも1面にひずみセンサが設けてあることを特徴とする荷重センサ。
- 検出棒に半導体ひずみセンサを取り付ける工程と、
前記半導体ひずみセンサを取り付けた検出棒を、ピンの中心軸を含む領域に設けられた穴に挿入する工程と、
前記ピンの穴に樹脂を充填して衝撃緩和材とする工程とを有する荷重センサの製造方法。
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