JP2010169616A - 歪ゲージとロードセル。 - Google Patents

Abstract

【課題】起歪体に対して位置決めをするための手段を形成することで計量誤差が発生することのない歪ゲージと該歪ゲージを有するロードセルの提供。
【解決手段】
歪受感素子１２と位置合わせ用マーク（１５，１６）とを平板状のベース１１に設け、位置合わせ用マーク（１５，１６）を起歪体２１側の位置決め用マーク２４に位置合わせすることで歪受感素子１２の中心１２ｃを起歪体２１の最薄肉部２２に配置しつつ起歪体２１に貼付する歪ゲージ１０であって、位置合わせ用マーク（１５，１６）をベース１１上の左右両側（左右端部１１ａ，１１ｂの近傍）に形成し、その形成位置を歪受感素子１２の中心１２ｃから上下のいずれかの方向にずらした。
【選択図】図１

Description

本発明は、起歪体の所定位置に配置する位置合わせ用マークを備えた歪ゲージと該歪ゲージを有するロードセルに関する。

歪ゲージは、起歪体に形成した薄肉部に貼付して荷重を負荷し、前記起歪体と共に変形した際に歪受感素子に発生する電気抵抗の変化から荷重を計測可能にするものである。前記歪受感素子の中心は、最も変形量の大きな起歪体の最薄肉部に配置することが、計量の感度やリニアリテイを維持する上で、極めて重要である。従来、起歪体への歪ゲージの配置は、以下のように行っていた。

特許文献１の歪ゲージには、特許文献１の図１に示す通り、ベース１上の歪受感素子２の両側において、歪受感素子２の中央位置（中心）３と一直線になる位置に位置合わせ用マークである中央位置表示記号（４ｃ，４ｄ）が形成されている。一方、歪ゲージを貼付する起歪体（図示せず）には、ケガキ処理等によって最薄肉部に沿った直線状の位置決め用マークを形成し、または最薄肉部上の複数位置（例えば最薄肉部の両端部）に中央位置表示記号（４ｃ，４ｄ）と対応する複数の位置決め用マークを形成する。

歪ゲージ側の中央位置表示記号（４ｃ，４ｄ）を起歪体側の位置決め用マーク（図示せず）に位置合わせしながら歪ゲージを起歪体に貼付すると、歪受感素子２の中央位置３は、中央位置表示記号（４ｃ，４ｄ）と一直線上にあるため、起歪体の最薄肉部上に配置される。

特開平９−５０１３号公報

特許文献１の歪ゲージは、受感素子２の中央位置３と中央位置表示記号（４ｃ，４ｄ）がベース１上において一直線上に形成されている。従って、中央位置３を起歪体の最薄肉部に配置するための起歪体側の位置決め用マークは、最薄肉部上に形成せざるを得ない。また、前記直線状の位置決めマークは、消えにくくかつ見えやすいようにケガキ処理で鮮明に形成することが多い。しかし、起歪体の最薄肉部に深いケガキ線を形成した場合には、起歪体の変形や受感素子の伸縮に悪影響を及ぼして、計量誤差を招くおそれがある。特に、ミリグラム以下の微小荷重を計量するロードセルにおいては、歪ゲージを貼付する起歪体自体が小さいため、最薄肉部にケガキ処理を行うと大きな計量誤差を招くおそれがある。

本願発明は、上記した問題に鑑みてなされたものであり、起歪体に対して位置決めをするための手段を形成することで計量誤差が発生することのない歪ゲージと該歪ゲージを有するロードセルの提供することにある。

請求項１の歪ゲージは、該ひずみゲージ側の位置合わせ用マークを起歪体側の位置決め用マークに位置合わせすることで前記歪受感素子の中心を前記起歪体の最薄肉部に配置しつつ起歪体に貼付する歪ゲージについて、受感素子を有する平板状ベースの左右両側（ベース左右端部の近傍）に前記位置合わせ用マークを形成するとともに、該形成位置を前記歪受感素子の中心から上下のいずれかの方向にずらしている。

（作用）ベース上において、歪ゲージ側の位置合わせ用マークを歪受感素子の中心位置から上下にずらして形成すると、必然的に起歪体側の位置決め用マークは、歪ゲージ側のマークが歪受感素子の中心位置からずれた分だけ最薄肉部から上下に離れて形成出来る。従って、起歪体側の位置決め用マークをケガキ処理等で形成しても、起歪体の変形や受感素子の伸縮に悪影響が発生しにくい。

請求項２は、請求項１の歪ゲージにおいて、ベースの裏側が透けて見えるようにベースが光透過性を有するように形成し、ベースの位置合わせ用マークを受感素子全体の左右両側から上下いずれかの方向にずらして形成した。

（作用）起歪体側の位置決め用マークは、受感素子の下に隠れることが無くなるため、ベースを透かして容易に視認出来る。即ち、歪ゲージ側のマークと起歪体側のマークとの位置合わせが容易になる。

請求項３は、請求項２の歪ゲージにおいて、歪受感素子の左右両端に通電端子を設け、前記ベースの位置合わせ用マークを前記通電端子の側方に形成した。

（作用）起歪体側の位置決め用マークは、必然的に歪受感素子全体の上方または下方に形成され（請求項２）、または歪受感素子の上方または下方に形成された通電端子の配置位置に形成される（請求項３）。従って、起歪体側の位置決め用マークは、起歪体の最薄肉部から更に離れて形成されるため、起歪体の変形や受感素子の伸縮に一層悪影響が発生しにくくなる。

請求項４は、請求項３の歪ゲージにおいて、ベースの位置合わせ用マークを通電端子の内側に形成した。

請求項５は、請求項３の歪ゲージにおいて、端子本体と、ベースの中央寄りに配線されると共に、前記端子本体を歪受感素子に接続する導線によって歪通電端子を構成し、前記ベースの位置合わせ用マークを導線の外側に形成した。

（作用）ベース上の位置合わせ用マークは、通電端子に重ならない位置に形成する必要が有るが、ベースの位置合わせ用マークを通電端子の内側に形成し（請求項４）、またはベースの中央寄りに凹んで配線された導線（歪受感素子と通電端子本体の接続用）の内側に形成すると（請求項５）、位置合わせ用マークを通電端子に重ねることなく、歪受感素子をベース幅一杯に配置出来る。歪受感素子の感度は、ベースに対する歪ゲージの幅が拡がるため更に向上する。

尚、歪ゲージは、起歪体の仕様に応じて縦長（幅狭）に形成されることがあるが、幅狭の歪ゲージにおいては、歪ゲージ（ベース）の幅が起歪体の幅とほぼ一致することが有る。また起歪体の両端部は、中央部に比べて大きく変形する。従って、歪受感素子をベース幅一杯に配置すると、歪受感素子は、その両端部が起歪体の両端部に近づくため感度が向上する。請求項４と５の歪ゲージは、前記幅狭の歪ゲージ等、貼付する起歪体の幅とベースの幅がほぼ一致するような歪ゲージの感度を向上させる点で特に意義がある。

請求項６は、請求項１から５のいずれかの歪ゲージにおいて、ベースを縦横に配列して一体化したシートから切り離された四角形状に形成し、前記ベースの４つの角に一体化されたシートから切り離す際の目印となるカット用マークを形成した。

（作用）ベースを縦横に配列したシートから切り離す作業が容易になる。また、カット用マークは、歪ゲージを起歪体に位置合わせする際の位置決め用マークとして兼用させ、更に正確な位置合わせをすることも出来る。

請求項７は、請求項１から６のうちいずれかに記載された歪ゲージと、該歪ゲージの位置合わせ用マークを位置合わせするための位置決め用マークが形成された起歪体と、を有し、前記起歪体に位置合わせしつつ貼付された前記歪ゲージの歪受感素子の中心が、前記起歪体の最薄肉部に配置されるロードセルであって、
前記起歪体の位置決め用マークを前記最薄肉部から離間した位置に形成した。

（作用）起歪体側の位置決め用マークが、歪ゲージ側の位置合わせ用マークに対応して最薄肉部から上下に離間して形成されるため、起歪体は、位置決め用マークをケガキ処理等で形成しても、最薄肉部の変形に悪影響を受けない。

請求項１の歪ゲージによれば、歪ゲージを起歪体に位置合わせする手段を歪ゲージと起歪体に形成しても、歪受感素子の感度が低下しにくく、前記位置合わせ手段によって計量誤差が発生しない。

請求項２の歪ゲージによれば、歪ゲージ側の位置合わせ用マークを起歪体側の位置決め用マークに正確に位置合わせしつつ、歪ゲージを起歪体に貼付する作業が容易になる。

請求項２及び３の歪ゲージによれば、歪受感素子の感度が更に低下しにくく、位置合わせ手段による計量誤差が発生しない。

請求項４及び５の歪ゲージによれば、歪受感素子の感度が向上して、荷重の検出精度がより正確になる。

請求項６の歪ゲージによれば、一体化されたベースの切り離す作業が容易になる。

請求項７のロードセルによれば、歪ゲージ側と起歪体側に形成した位置合わせする手段による計量誤差が発生しない。

本発明に係る歪ゲージの第１実施例の正面図。 貼付前の第１実施例の歪ゲージとロードセルの起歪体の貼付面を示す斜視図。 貼付後の歪ゲージ側位置合わせ用マークと起歪体側位置決め用マークとの位置関係を示す斜視図。 歪ゲージの第２実施例の正面図。 歪ゲージの第３実施例の正面図。 歪ゲージの第４実施例の正面図。 貼付前の第４実施例の歪ゲージとロードセルの起歪体の貼付面を示す斜視図。 貼付後の歪ゲージ側位置合わせ用マークと起歪体側位置決め用マークとの位置関係を示す斜視図。

まず、図１から３によって第１実施例の歪ゲージを説明する。実施例１の歪ゲージ１０は、平板状ベース１１の上に、歪受感素子１２と、通電端子（１３，１４）と、位置合わせ用マーク（１５，１６）、カッティングマーク（１７〜２０）とを設けることで構成される。

四角形の平板状ベース１１は、透明または半透明の素材（樹脂等）で形成し、または、厚さが極めて薄い素材（例えば厚さが数ミクロン〜２０ミクロン程度であるポリイミド樹脂等）で形成することで光透過性を持たせ、裏側が透けて見えるように形成する。通電端子（１３，１４）は、端子本体（１３ａ，１４ａ）と、該端子本体を歪受感素子１２の左右両端（１２ａ、１２ｂ）に接続する導線（１３ｂ，１４ｂ）によって構成される（通電端子の構成は、導線を介さず、端子本体を歪受感素子に直接接続するようにしてもよい）。歪受感素子１２と端子本体（１３ａ，１４ａ）は、エッチング処理等によって平板状ベース１１上に印刷される。

位置合わせ用マーク（１５，１６）は、ベース１１の左右両側（左右端部１１ａ，１１ｂの近傍）であって、歪受感素子１２の左右端部（１２ａ、１２ｂ）から正面視下方（または上方）に伸びる導線（１３ｂ，１４ｂ）の外側にそれぞれ形成される。符号Ｌ１は、歪受感素子１２の中央を通り正面視上下に伸びる延伸線を示し、符号Ｌ２は、歪受感素子の中央を通り左右に伸びる延伸線を示し、符号１２ｃは、延伸線Ｌ１，Ｌ２の交点となる歪受感素子の中心を示す。１２ｃを通る上下左右の延伸線を示す。位置合わせ用マーク（１５，１６）は、歪受感素子１２の中心１２ｃを通る左右の延伸線Ｌ２から正面視下方に距離ｄ１だけ離れた位置（ベース１１の左右方向に伸びる延伸線Ｌ３上）であって、導線（１３ｂ，１４ｂ）の外側に形成される。

カッティングマーク（１７〜２０）は、ベース１１の４つの角に形成される。通常、ベース１１は、四角形のベース１１が上下左右に一体化された素材から切り出して形成され、ベース１１の切り出しは、カット用マーク（１７〜２０）を目印にして行う。

一方、ロードセルの起歪体２１には、スリット２１ａと略円孔２１ｂが起歪体２１の幅方向に形成されて、前記幅方向に沿った最薄肉部２２が形成されている。本実施例では、ベース１１の幅ｄ３を起歪体の幅ｄ２とほぼ同一に形成している。符号２３は、歪ゲージ１０の貼付面である。符号Ｌ４は、最薄肉部２２に沿った起歪体２１の幅方向への延伸線を示す。起歪体２１の歪ゲージ貼付面２３には、起歪体２１の幅方向に沿って歪ゲージ１０の位置合わせ用マーク（１５，１６）を位置あわせするための直線状の位置決め用マーク２４が形成されている。位置決め用マーク２４は、歪受感素子１２の中心１２ｃと位置合わせ用マーク（１５，１６）との離間距離ｄ１に合わせて、最薄肉部２２（延伸線Ｌ４）の位置を基準にし、そこから長手方向にｄ１離れた位置に延伸線Ｌ４と平行に形成される。

位置決め用マーク２４の直線は、消えにくく鮮明に形成するため、ケガキ処理によって形成することが多い。本実施例では、ケガキ線による位置決め用マーク２４が最薄肉部２２（延伸線Ｌ４）から離間した位置に形成されるため、最薄肉部２２の変形に悪影響が発生せず、歪ゲージ１０に測定誤差が発生しない。

また、歪ゲージ１０を起歪体２１に貼付すると、起歪体２１の位置決め用マーク２４は、歪受感素子１２より下方に位置し、歪受感素子１２の裏に隠れないため、光透過性を有するベース１１を透かして容易に視認できる。従って、歪ゲージ１０を起歪体２１に容易に位置合わせすることが出来る。

微小荷重計測用の極めて小さな起歪体においては、ケガキ線による悪影響が最薄肉部に発生しやすいため、位置決め用マークを最薄肉部から離して形成することに特に意義がある。一方、微小荷重計測用の小さな歪ゲージにおいては、位置合わせ用マーク（１５，１６）を歪受感素子１２の近くに形成すること自体（素子１２近くのベース１１の厚みがわずかに変化すること等）が歪受感素子１２の伸縮に悪影響を及ぼすおそれがある。従って、マーク（１５，１６）は、本実施例のように歪受感素子１２から離間して形成することが望ましい。

図２と図３に示すように、歪ゲージ側の位置合わせ用マーク（１５，１６）を
起歪体側の位置決め用マーク２４に合わせながら歪ゲージ１０を起歪体２１の貼付面２３に貼付すると、歪ゲージ１０側における歪受感素子１２の中心１２ｃと位置合わせ用マーク（１５，１６）との離間距離ｄ１は、起歪体２１側における最薄肉部２２（延伸線Ｌ４）と位置決め用マーク２４との離間距離ｄ１と同一であるため、歪受感素子１２は、中心１２ｃが起歪体の最薄肉部２２（延伸線Ｌ３）上に配置されて感度が高くなる。

次に、図４によって本願歪ゲージの第２実施例を説明する。一般に、ベース上の位置合わせ用マークは、通電端子に重ならないように形成する。第２実施例の歪ゲージ２５は、第１実施例の構成を一部変えたものであり、位置合わせ用マーク（１５，１６）を通電端子（１３，１４）の導線（１３ｂ，１４ｂ）の内側にそれぞれ形成したことによって歪受感素子２６をベース１１の両端部（１１ａ，１１ｂ）近くまで配置可能にした。符号２６ｃは、歪受感素子２６の中心であり、その他の構成は第１実施例と共通する。

歪受感素子２６は、その幅ｄ５が図１に示す第１実施例の歪受感素子１２の幅ｄ４より広いため、その分感度が高い。また、起歪体は、一般に両端部（図２の符号２１ｃ，２１ｄ）の方が中央部付近より大きく変形する。第２実施例の歪ゲージ２５は、歪受感素子２６の両端部（２６ａ，２６ｂ）が第１実施例の歪受感素子１２の両端部（１２ｂ，１２ｃ）よりもベース１１の両端部（１１ａ，１１ｂ）に近く、両端部（２６ａ，２６ｂ）を変形量の多い起歪体２１の両端部（２１ｃ，２１ｄ）に更に近づけられるため（図２を参照）、第１実施例よりも感度が高い。

更に、図５によって本願歪ゲージの第３実施例を説明する。第３実施例の歪ゲージ２７は、第２実施例における通電端子（１３，１４）を通電端子（２８，２９）に変えたものであり、その他の構成は第２実施例と共通する。第３実施例の通電端子（２８，２９）は、端子本体（２８ａ，２９ａ）を歪受感素子２６に接続するための導線（２８ｂ，２９ｂ）が位置合わせ用マーク（１５，１６）を避けるようにベース１１の内側に凹んで配線されており、位置合わせ用マーク（１５，１６）が導線（２８ｂ，２９ｂ）の外側に形成されている。

第３実施例の歪ゲージ２７は、位置合わせ用マーク（１５，１６）を避けて導線（２８ｂ，２９ｂ）を配線したことにより、第２実施例と同様に歪受感素子２６をベース１１の両端部（１１ａ，１１ｂ）近くまで配置可能にして、歪受感素子の感度を向上させたものである。

更に、図６〜図８によって本願歪ゲージの第４実施例を説明する。第４実施例の歪ゲージ３０は、第１実施例の歪ゲージを横に２枚並べて一体化した形状を有し、歪受感素子１２の配置数を増やして感度を向上させたものである。具体的には、図６に示すように一対の歪受感素子１２及び通電端子（１３，１４）が、一枚のベース３１上に印刷されている。一対の歪受感素子１２及び通電端子（１３，１４）は、ベース３１の中央を通り正面視上下に伸びる延伸線Ｌ５を挟んで左右対称に配置される。

ベース３１の左右端部（３１ａ，３１ｂ）近傍には、歪ゲージ３０を起歪体３２の長手方向に位置合わせする位置合わせ用マーク（３３，３４）が形成され、ベース３１の上限端部（３１ｃ、３１ｄ）近傍には、歪ゲージ３０を起歪体３２の左右幅方向に位置合わせする位置合わせ用マーク（３５，３６）が形成される。

位置合わせ用マーク（３５，３６）は、ベース３１の中央を通り正面視上下方向に伸びる延伸線Ｌ５上に形成される。位置合わせ用マーク（３３，３４）は、一対の歪受感素子１２の中心（１２ｃ，１２ｃ）を通る左右の延伸線Ｌ２から正面視下方に距離ｄ１だけ離れた位置（ベース３１の左右方向に伸びる延伸線Ｌ６上）であって、導線（１３ｂ、１４ｂ）の側方（外側または内側）に形成される。尚、符号（１７〜２０）は、ベース３１の４つの角に形成された、ベース３１を切り出すためのカット用マークである。

一方、図７に示す起歪体３７には、スリット３７ａと略円孔３７ｂが起歪体３７の幅方向に形成され、該幅方向に沿った最薄肉部３８が形成されている。符号Ｌ７は、最薄肉部３８に沿った起歪体３７の幅方向への延伸線を示す。歪ゲージ３０の貼付面３９には、歪ゲージ３０を起歪体の長手方向と幅方向にそれぞれ位置決めする直線状の位置決め用マーク（４０、４１）が形成されている。位置決め用マーク４０は、最薄肉部３８（延伸線Ｌ７）の位置を基準にし、そこから長手方向にｄ１離れた位置に延伸線Ｌ７と平行に形成される。また、位置決め用マーク４１は、起歪体３７の所定位置において起歪体３７の長手方向に形成される。

歪ゲージ３０側の位置合わせ用マーク（３３，３４）を起歪体３７側の位置決め用マーク４０に合わせ、かつ位置合わせ用マーク（３５，３６）を位置決め用マーク４１に合わせながら歪ゲージ３０を起歪体３７に貼付すると、一対の受感素子（１２、１２）は、中心（１２ｃ、１２ｃ）が最薄肉部３８上に配置されることで最も良好な感度が得られる。

尚、第１実施例から第４実施例における、起歪体（２１，３７）側の位置決め用マーク（２４，４０）は、前記起歪体の左端部近傍から右端部近傍まで一直線に形成する代わりに、歪ゲージ側の位置合わせ用マーク（１５，１６，３３，３４）に対応した起歪体の左右端部近傍位置に短い直線状のマークや小楕円状のマーク等を設けてもよい。

１０，２５，２７，３０ 歪ゲージ
１１，３１ 平板状ベース
１１ａ，１１ｂ，３１ａ，３１ｂ 平板状ベースの左右端部
１２、２６ 歪受感素子
１２ａ，１２ｂ，２６ａ，２６ｂ 歪受感素子の左右両端
１２ｃ，２６ｃ 歪受感素子の中心
１３，１４，２８，２９ 通電端子
１３ａ，１４ａ，２８ａ，２９ａ 端子本体
１３ｂ，１４ｂ、２８ｂ、２９ｂ 導線
１５，１６，３３，３４ 位置合わせ用マーク
２１，３７ ロードセルの起歪体
２２，３８ 起歪体の最薄肉部
２４，４０ 位置決め用マーク

Claims (7)

1. 歪受感素子と位置合わせ用マークとを平板状のベースに設け、前記位置合わせ用マークを起歪体側の位置決め用マークに位置合わせすることで前記歪受感素子の中心を前記起歪体の最薄肉部に配置しつつ起歪体に貼付する歪ゲージであって、
   前記位置合わせ用マークは、前記ベース上の左右両側に形成され、その形成位置が前記歪受感素子の中心から上下のいずれかの方向にずれていることを特徴とする歪ゲージ。
2. 前記ベースは、光透過性を有し、
   前記ベースの位置合わせ用マークは、前記歪受感素子の左右両側から上下いずれかの方向にずれて形成されたことを特徴とする、請求項１記載の歪ゲージ。
3. 前記歪受感素子の左右両端には、通電端子が設けられ、
   前記ベースの位置合わせ用マークは、前記通電端子の側方に形成されたことを特徴する請求項２に記載の歪ゲージ。
4. 前記ベースの位置合わせ用マークは、前記通電端子の内側に形成されたことを特徴とする請求項３記載の歪ゲージ。
5. 前記通電端子は、端子本体と、前記ベースの中央寄りに配線されて前記端子本体を前記歪受感素子に接続する導線と、を有し
   前記ベースの位置合わせ用マークは、前記導線の外側に形成されたことを特徴とする請求項３記載の歪ゲージ。
6. 前記ベースは、該ベースを縦横に配列して一体化したシートから切り離された四角形状を有し、前記ベースの４つの角には、切り離す際の目印となるカット用マークが形成されたことを特徴とする請求項１から５のうちいずれかに記載の歪ゲージ。
7. 請求項１から６のうちいずれかに記載された歪ゲージと、該歪ゲージの位置合わせ用マークを位置合わせするための位置決め用マークが形成された起歪体と、を有し、前記起歪体に位置合わせしつつ貼付された前記歪ゲージの歪受感素子の中心が、前記起歪体の最薄肉部に配置されるロードセルであって、
   前記起歪体の位置決め用マークが前記最薄肉部から離間した位置に形成されたことを特徴とする、ロードセル。

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