JPH03146838A

JPH03146838A - セラミック起歪体を用いたロードセル

Info

Publication number: JPH03146838A
Application number: JP28553089A
Authority: JP
Inventors: Yoshinobu Nishimura; 義信西村; Hiroshi Tanaka; 博田中
Original assignee: Teraoka Seiko Co Ltd
Current assignee: Teraoka Seiko Co Ltd
Priority date: 1989-10-31
Filing date: 1989-10-31
Publication date: 1991-06-21

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、セラミック起歪体に薄膜抵抗体からなる歪ゲ
ージを形成した構造のロードセルに関するものである。

〔従来技術及び発明が解決しようとする課題〕従来この
種のセラミック起歪体に薄膜抵抗体からなる歪ゲージを
形成した構造のロードセルとしては、特開昭６３−２７
３０２９号公報に開示されたものがあった。

しかしながら、セラミック材の表面は、第６図（Ａ）に
示すように、焼いたまま←無研摩）の状態では３．０μ
Ｒｚ、特別仕様（アルミナの純度を９９．９％に近いも
のとしたもの）（無研摩）のものは同図ＣＢ）に示すよ
うに１．０μＲｚ。

研削加工を施したものでは同図（Ｃ）に示すように２，
０μＲｚと表面が粗く、その表面に０，０５μ程度の膜
抵抗体のパターンを形成した場合、ピンホールがいたる
ところに発生したり、膜抵抗体の厚さにむらができる等
して下記のような問題が生じるという欠点があった。

■応力の集中により薄膜抵抗体パターンが断線し易い。

■薄膜抵抗体パターンに所定の抵抗値が得に＜＜、抵抗
値のバラツキが大きい。

■　１個所の薄膜抵抗体パターン内部において、抵抗値
に片寄りが生じ四隅誤差の原因となる。

また、ラッピング研摩やポリッシング研摩を施したもの
でも同図（Ｄ）、（Ｅ）に示すように１．５μＲｚ、０
．３μＲｚとなり、多かれ少なかれ上記のような問題が
ある。しかもセラミックは極めて硬い材料であるため、
研削や研摩も高価となる。

また、セラミック表面の面粗さの山や谷を埋めつくして
、厚薄膜抵抗体を形成するとピンホールがほとんどなく
なるが、その結果追従性がフォイルゲージに比べてあま
り良くならない。また、抵抗体が厚いため歪ゲージの抵
抗値もあまり大きくできず、消費電力も大きいため、バ
ッテリー駆動式の秤等には不向きとなる。

なお、ここで、Ｒ２は三位点粗さ、即ちあらかじめ定め
た基準長さの断面曲線の中で、最も高い山から数えて３
番目に高い山の頂きと最も深い谷から数えて３番目に深
い谷の谷底との標高差で表面粗さを表わす方法である。

本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、上記欠点を
除去し、薄膜抵抗体パターンが断線、抵抗値のバラツキ
、抵抗値に片寄り等のない高精度のセラミック起歪体を
用いたロードセルを提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するため、セラミック起歪体に薄膜抵抗
体からなる歪ゲージを形成してなるロードセルにおいて
、セラミック起歪体の少なくとも薄膜抵抗体からなる歪
ゲージを形成する面に非晶質のガラスコーティングを施
し、その後前記薄膜抵抗体からなる歪ゲージを形成した
ことを特徴とする。

〔作用〕

上記の如く、セラミック起歪体の少なくとも薄膜抵抗体
からなる歪ゲージを形成する面に非晶質のガラスコーテ
ィングを施すことによって、焼いたままのセラミック起
歪体や粗加工のセラミック起歪体でも表面が滑らかな面
となり、セラミック材それ自体の表面を滑らかにする高
価な研摩を施さなくとも、薄膜抵抗体パターンが断線、
抵抗値のバラツキ、抵抗値に片寄り等の不都合がなくな
り、高精度のロードセルが実現できる。

また、セラミックはクリープ、ヒステリシス、直線性、
再現性、高温での弾性変化が小さい等ロードセル起歪体
として優れた特性を有しており、ガラス材もこのセラミ
ックの優れた特性と匹敵する特性をそれ自身そなえてい
るから、上記の如くセラミック起歪体の表面にガラスコ
ーティングを施してもとの起歪体として優れた特性を保
つことができる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面に基ついて説明する。

第１図は本発明のセラミック起歪体を用いたロードセル
の構造を示す図で、同図（Ａ）は外観図、同図（Ｂ）は
同図（Ａ）のＡ−Ａ断面図である。同図（Ａ）において
、１はセラミック材からなるセラミック起歪体であり、
該セラミック起歪体１は四角形の中央部に四角形の穴を
形成し、該穴の上下端部に凹部１ａ、Ｉｂ、ｌｃ、ｌｄ
が形成される。この凹部１ａ、ｌｂ、ｌｃ、ｌｄが形成
された部分が起歪部になっている。セラミック起歪体１
の上下面の前記起歪部を含む部分には、非晶質のガラス
コーティング２が施されており、該ガラスコーティング
２の表面に薄膜抵抗体からなる歪ゲージ４と、該歪ゲー
ジ４に接続される配線パターン５が形成されている。歪
ゲージ４と配線パターン５はガラスコーティング２上に
形成されたフンスタンクン箔と、その上に形成した銅箔
を所定の形状に同時エツチング処理して形成する。

また、前記歪ゲージ４及び配線パターン５の上は防湿防
水のためシリコンゴム又はブチルゴム等の防湿層６を形
成する。そしてさらにアルミニウム箔等の金属箔による
防水層を形成してもよい。

また、セラミック起歪体１の支持端側の端部にはセラミ
ック起歪体ｌの上下面に形成されたパターンを接続する
ためのフレキシブル基板３が設けられている。このフレ
キシブル基板３と配線パターン５との接続は各端子を線
材で半田付けにより行なう。

セラミックはクリープ、ヒステリシス、直線性、高温度
での弾性変化が少ないこと等で、ロードセルの起歪体と
し好適な特性を有する材料である。

しかしながら、セラミックは焼いたままの状態では、第
６図（Ａ）、（Ｂ）に示すように表面が粗い。そこで上
記の如くガラスコーティング２を施すことにより、表面
粗さとなる山や谷がガラスコーティング２内に埋没し、
極めて滑らかな表面となる。従って、このガラスコーテ
ィング２の上面にコンスタンクンの薄膜を形成した場合
、該薄膜にピンホールが形成されたり、膜厚に厚い部分
や薄い部分が生じることなく、均一になるので、これを
エツチング処理して歪ゲージ４を形成すると精度のよい
歪ゲージ４ができる。即ち、複数の歪ゲージ４の抵抗値
のバラツキが少なく、該歪ゲージ４をブリッジに組んだ
場合、ブリッジの不平衡が少なくなる。一方、ガラス材
も上記特性において、セラミックに匹敵する特性を有す
るものであるから、セラミック起歪体１の表面にガラス
コーティング２を施してもセラミック起歪体１の上記の
優れた特性を阻害するものではない。

また、上記構成のロードセルでは、セラミック起歪体１
の表面にガラスコーティング２を形成し、薄膜抵抗体を
形成しているので次のような作用も期待できる。

即ち、セラミック起歪体１及びガラスコーティング２は
絶縁材であるから、高力アルミ等の金属材料を用いた起
歪体と異なり、絶縁ベースを用い、その上に歪ゲージを
設ける必要がない。また、ガラスコーティング２はセラ
ミック起歪体１の表面を滑らかにするのが目的であるか
ら、その目的を達する厚さであればよく、ガラスコーテ
ィング２が絶縁性までも期待することなく、ガラスコー
ティング２を薄くできる。また、歪ゲージ４を形成する
薄膜抵抗体はフォイルゲージの厚みのように数ミクロン
を必要とせず、その１／１００のオーダにできるため、
該薄膜抵抗体のたわみに対する反力は微小でセラミック
起歪体１の起歪部のたわみに対する追従性が極めて良く
、セラミックの優れた特性をそのまま電気的出力にでき
る。

セラミック起歪体１に直接薄膜抵抗体を形成する場合に
は、ガラスコーティング２は一般的な厚膜形成方法（ス
クリーン印刷等）で形成する。また、−膜内にはロード
セルはあまり高温下で用いられることがないため、焼成
も５００℃程度からの比較的軟質の非晶ガラスコーティ
ングで済むため、炉の設備や工程も簡易なもので済み、
コストも安価となる。非晶質のガラスは結晶質のガラス
に比べても表面が非常に滑らかとなりピンホールも少な
い。

上記セラミック起歪体としては、第１図に示すものに限
定されるものではなく、例えば第２図、第３図、第４図
に示すようなものでも良い。要は、起歪体がセラミック
材からなり、その薄膜抵抗体からなる歪ゲージを形成す
る面に非晶質のガラスコーティングを施し、このガラス
コーティング上に薄膜抵抗体からなる歪ゲージを形成し
できるものであれば良い。

また、第３図、第４図に図示するロードセルのように、
セラミック起歪体の起歪部を形成する凹部に歪ゲージの
パターンを形成する場合は、この部分を研摩することは
、平坦面を研摩する場合より更に困難となるから、この
ような凹部に非晶質のガラスコーティングを施すことに
より、凹部表面を容易に滑らかにすることができるから
、特に有効である。また、第２図に図示するように起歪
部を形成する面の一部に突起がある場合も同様である。

第５図はセラミック起歪体１の表面に形成されたガラス
コーティング２の表面に形成された、薄膜抵抗体からな
る歪ゲージパターン及び調整抵抗体パターン、銅箔から
なる配線パターンの具体例を示す図である。

第５図に示すように、セラミック起歪体１の上下面に非
晶質のガラスコーティング２を施し、そノ上にフンスタ
ンクン箔又はニクロム箔をスパッタ、イオンプレーティ
ブ、プラズマ、蒸着等の手法で形成する。

次に、この歪ゲージパターン４ａ、４ｂ及び調整抵抗体
パターン８ａ、８ｂが形成される部分に予めマスキング
を施し、銅箔又はアルミニウム箔を前記コンスタンタン
箔の上に同様な手法で形成する。前記コンスタンタン箔
又はニクロム箔及び上層の銅箔又はアルミニウム箔を第
５図（Ａ）。

（Ｂ）に示すように、歪ゲージパターン４ａ、４ｂ、調
整抵抗体パターン８ａ、８ｂや、歪ゲージパターン４ａ
、４ｂのエンドタブ５ａ、５ｂ、調整抵抗体パターン８
ａ、８ｂのエンドタブ及び接続部パターン５ｃ、５ｄ、
配線パターン５ｅ、５ｆを同時に形成する。そしてこれ
らのパターンの上に第１図の場合と同様防湿層を形成す
る。

セラミック起歪体１を用いたロードセルにおいては、セ
ラミックは極めて硬質であるから、特願昭５３−４８５
２３号に開示するように、凹部１ａ、ｌｂ、ｌｃ、ｌｄ
を削って計量皿の偏荷重誤差の調整することは困難であ
る。そこで本発明においては、ホトエツチング等で歪ゲ
ージパターンを形成するため、パターン形状はどのよう
にも形成できるから、特開昭６３−２７３０２８号公報
に開示するように、曲げモーメント検出用蓋ゲジ及びね
じりモーメント検出用歪ゲージを前記歪ゲージパターン
４ａ、４ｂを形成するのと同様に形成し、この曲げモー
メント検出用歪ゲージ及びねじりモーメント検出用歪ゲ
ージの出力により、偏荷重誤差を調整する方法が偏荷重
誤差調整方法として容易で効果的である。また、この曲
げモーメント検出用歪ゲージ及びねじりモーメント検出
用歪ゲージを形成しても、歪ゲージパターンと同一の薄
膜抵抗体をホトエツチング等で形成するのであるから歪
ゲージが増してコストがアップするという問題もない。

また、特開昭６３−３１７７２８号公報に開示するよう
に、歪ゲージの一部或いは歪ゲージ部に近い任意の位置
に切り離しによる曲げモーメント感度、ねじりモーメン
ト感度調整要素を付加した方法についても、パターン形
成が容易なこと、更にはカットした際、起歪体が絶縁体
であるセラミックであるため、パターンが金属材からな
る起歪体を使用した場合のように起歪体と接触して電気
的に短絡することもないから、この方法も偏荷重誤差を
調整する方法として極めて有効で効果的手法である。

また、温度調整は配線パターン５ｅ、５ｆの温度調整用
抵抗接続端子５ｇ、５ｈに銅、ニッケル、白金等からな
る薄いチップ抵抗を接続し、温度調整用抵抗を接続して
行なう。また、これに代え上記各種バクーン層の形成の
際に局部的にマスキングを施し、このマスキング跡に同
様の手法で、銅、ニッケル、白金等の薄膜抵抗体を形成
し、ホトエツチング等により複数個所に温度調整用抵抗
を形成しても良い。

また、第２図に示した実施例では、セラミック起歪体１
の上下面に形成されたパターンの接続用として、絶縁ベ
ースの外側にまで配線銅箔が飛び出たパターン形状のフ
レキシブル基板３を用いるが、これをセラミック起歪体
１の上下面に形成したパターンのターミナルに重ねて半
田付けると配線作業が極めて容易になる。

また、第１図〜第５図のセラミック起歪体１の上下面に
ガラスコーティング２を形威し、その上に各種パターン
を形成した後、更にその上にセラミックコーティングを
施すと、防湿層、耐薬高層に優れたロードセルとなる。

即ち、これまでのロードセルは起歪体が金属でセラミッ
クとは弾性特性が異なるため、例えセラミックコーティ
ングをしても特性が悪くなるのに対して、起歪体にセラ
ミック材を用いた本発明においてはそのような問題はな
い。また、これまでのロードセルで歪ゲージの絶縁ベー
スとしての絶縁樹脂を用いるものは、高熱処理を必要と
するセラミックコーティングが形成できない。

なお、上記実施例では薄膜抵抗体を形成する金属をコン
スタンクン又はニクロム等としたが、これらに限定され
るものではなく、比抵抗が大きく、温度係数の小さい金
属であれば良い。また、配線用のパターン金属として、
銅又はアルミニウムをあげたが、これらに限定されるも
のではなく、比抵抗の小さい金属であれば良い。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、セラミツり起歪体
の少なくとも薄膜抵抗体からなる歪ゲージを形成する面
に非晶質のガラスコーティングを施したので、下記のよ
うな優れた効果が得られる。

（１〉非晶質のガラスコーティングによりセラミック起
歪体の表面が極めて滑らかになるため、セラミック起歪
体表面に高価な研摩を施すことなく、ピンホールの無い
薄膜抵抗体を形成することができ、応力集中による断線
や、複数個所に形成する歪ゲージパターンの抵抗値にバ
ラツキが少なくなるから、これをブリッヂに組んだ場合
プリツブ不平衡が少なくなりロードセルの性能が向上す
る。

（２）１個所の歪ゲージパターン内部の抵抗値に片寄り
がなく均一となるため、四隅誤差も少なく、器差に対す
る直線性や再現性、ヒステリシス等においても性能が向
上する。

（３〉非晶質のガラスは、ロードセルの起歪体として優
れた特性を有するセラミックに匹敵する特性を有するこ
とから、セラミック起歪体の表面に非晶質のガラスコー
ティングを施しても、セラミック起歪体の性能を損なう
ことはない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のセラミック起歪体を用いたロードセル
の構造を示す図で、同図（Ａ）は外観図、同図（Ｂ）は
同図（Ａ）のＡ−Ａ断面図、第２図乃至第４図はそれぞ
れ本発明のセラミック起歪体を用いた他のロードセルを
示す図、第５図はセラミック起歪体の表面に形成された
パターンの具体例を示す図、第６図（Ａ）乃至（４＋）
はそれぞれセラミック材の表面粗さを示す図である。図中、１・・・・セラミック起歪体、２・・・・ガラス
コーティング、３・・・・フレキシブル基板３，４・・
・・歪ゲージ、５・・・・配線パターン、６・・・・防
湿層。

Claims

【特許請求の範囲】セラミック起歪体に薄膜抵抗体からなる歪ゲージを形成
してなるロードセルにおいて、前記セラミック起歪体の少なくとも前記薄膜抵抗体から
なる歪ゲージを形成する面に非晶質のガラスコーティン
グを施し、その後前記薄膜抵抗体からなる歪ゲージを形
成したことを特徴とするセラミック起歪体を用いたロー
ドセル。