JP2009519444A - ひずみゲージ要素を含む精密力変換器 - Google Patents
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Abstract
Description
この精密力変換器の精度を高めるには、クリープおよび特にヒステリシスが大きな問題となる。改善を実現する1つのアプローチは、特別な熱処理を施した低クリープの鋼種、例えば、一般にマルエージング鋼と呼ばれるものを用いることである。ブロック転位を有するナノ構造のオーステナイト鋼も提唱されている(ドイツ国出願公開DE 198 13 459 A1)。この問題を解決する他のアプローチは、アルミニウム合金を用いることである。この材料のクリープは、従来のひずみゲージの逆クリープにより補正される。従来のひずみゲージのクリープは、ひずみゲージのベース層を形成するポリマーフィルムおよび、ひずみゲージとバネ要素との間に用いられる接着剤のために生じる。これら2つのクリープ効果の温度依存性が異なるため、この補正は、せいぜい低温度範囲のみで有効である。しかし、これらの既知の解決法は全て、精密力変換器の有効な分解能の約50,000インクリメント(increments)のみを許容するものである。したがって、精密力変換器が較正可能な秤に対して用いられる場合、約3×3000の較正可能なインクリメントのみが可能である。
本発明の目的は、したがって、実質的により高い分解能をもたらす、上記種類の精密力変換器を提供することである。
本発明によれば、この目的は、ニッケル含有量36〜60%およびクロム含有量15〜25%の析出硬化可能なニッケルベースの合金でバネ要素を形成し、ポリマー非含有層状フィルム系でひずみゲージ要素を形成することにより、実現される。
析出硬化可能なニッケルベースの合金は、好ましくは、50〜55%のニッケル含有量および17〜21%のクロム含有量を有する。例えば、EN 10027-2に準じた材料番号2.4668として標準化された合金が、このクラスの合金に分類される。
図1に描かれた精密力変換器は、バネ要素1を有し、これはハウジングに固定された領域2、上部ガイド3、下部ガイド4、および力導入領域5を有する。バネ要素1の弾性領域は、主に薄点(thin point)6である。残りの領域は、その幾何学的形状のために、大部分は剛性である。バネ要素1全体は、内部空洞7により1つのピースで形成されている。材料は好ましくは、ニッケル含有量50〜55%およびクロム含有量17〜21%の析出硬化可能なニッケルベースの合金である。この材料は加工が難しいため、幾何学的形状は、難加工材料用の製造法、例えばワイヤ放電加工が使用できるように選択される。ひずみゲージ要素10は、薄点6に配置される。これらの構造は、図2を参照してさらに詳細に説明される。バネ要素1はハウジング8に取り付けられ、これは模式的にのみ示されている。測定すべき力は、図1では力の矢印9’で示され、用途特定的力導入部9を介して導入され、これも図1に模式的にのみ示される。図示されたバネ要素1は平行ガイドとして構成されているため、計量トレイ(図示されず)は、精密力変換器をロードセルとして用いる場合、力導入部9に直接取り付け可能である。
図2は、ひずみゲージ要素の機能に必須であるフィルムのみを示す。当業者は例えば、接触のために必要な構造を、容易に追加することができる。接触構造用には、スパッタされた金およびニッケルの層状フィルム系が好ましい。ニッケル層はまた、拡散バリアとして機能して、ひずみ感知三元NiCr層の長期の安定性を保証する。電気抵抗の温度係数が大きい材料のセンサ構造も、頻繁に適用される。これにより、精密力変換器全体として存在する可能性のある温度係数を修正することが可能となる。
1. バネ要素
2. ハウジングに固定される領域
3. 上部ガイド
4. 下部ガイド
5. 力導入領域
6. 薄点
7. 内部空洞
8. ハウジング
9. 力導入部
9’.力の矢印
10.ひずみゲージ要素
11.絶縁フィルム
12.ひずみ感知フィルム
13.被覆フィルム
21,22.終端片
23.ネジ穴
24.ネジ
25.ハウジング部
26.突起
27.ギャップ
28.シャンク
29.円錐端
Claims (11)
- 負荷に依存するバネ要素(1)のたわみが、ひずみゲージ要素(10)によって電気信号に変換されるバネ要素(1)を有する、精密力変換器であって、バネ要素(1)が、ニッケル含有量36〜60%およびクロム含有量15〜25%の析出硬化可能なニッケルベースの合金で形成されること、および、ひずみゲージ要素(10)が、ポリマー非含有層状フィルム系で形成されることを特徴とする、前記精密力変換器。
- 析出硬化可能なニッケルベースの合金が、ニッケル含有量50〜55%およびクロム含有量17〜21%の合金であることを特徴とする、請求項1に記載の精密力変換器。
- 析出硬化可能なニッケルベースの合金が、EN 10027-2に準じた材料番号2.4668の合金であることを特徴とする、請求項2に記載の精密力変換器。
- ひずみゲージ要素(10)のための層状フィルム系が、スパッタされていることを特徴とする、請求項1に記載の精密力変換器。
- バネ要素上にスパッタされたひずみゲージ要素(10)のための層状フィルム系が、次の層順:SiO2またはAl2O3の絶縁フィルム、三元NiCr合金のひずみ感知フィルム、SiO2またはAl2O3の被覆フィルム、となっていることを特徴とする、請求項4に記載の精密力変換器。
- 少なくとも1種の温度に強く依存するフィルムが、追加してスパッタされていることを特徴とする、請求項4または5に記載の精密力変換器。
- バネ要素(1)の少なくとも1端が、異なる材料で形成された終端片(21、22)を有することを特徴とする、請求項1に記載の精密力変換器。
- 1つまたは2つの終端片(21、22)が、溶接によりバネ要素(1)に接続されていることを特徴とする、請求項7に記載の精密力変換器。
- 1つまたは2つの終端片(21、22)が、接着によりバネ要素(1)に接続されていることを特徴とする、請求項7に記載の精密力変換器。
- 1つまたは2つの終端片(21、22)がプラスチックで形成され、バネ要素(1)上に射出成形されていることを特徴とする、請求項7に記載の精密力変換器。
- バネ要素(1)が、平行ガイドとして構成されている、請求項1に記載の精密力変換器。
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