JPH033882B2 - - Google Patents
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- JPH033882B2 JPH033882B2 JP15307782A JP15307782A JPH033882B2 JP H033882 B2 JPH033882 B2 JP H033882B2 JP 15307782 A JP15307782 A JP 15307782A JP 15307782 A JP15307782 A JP 15307782A JP H033882 B2 JPH033882 B2 JP H033882B2
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- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
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Landscapes
- Measurement Of Force In General (AREA)
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
本発明は、たとえば電子秤、荷重検出部等に使
用される歪センサに関する。
用される歪センサに関する。
従来の歪センサは、ストレンゲージ・ブリツジ
回路においてビームの変形部に引張り歪および圧
縮歪を同時に発生するような構造を有しているも
のが一般に用いられている。このようなビームに
おいては、ビームの変形部の４個所を平行四辺形
状に配置し、いわゆるロバーバル機構を有するも
のがある。ところが、この方式の場合、ビーム加
工のコストが高い。
回路においてビームの変形部に引張り歪および圧
縮歪を同時に発生するような構造を有しているも
のが一般に用いられている。このようなビームに
おいては、ビームの変形部の４個所を平行四辺形
状に配置し、いわゆるロバーバル機構を有するも
のがある。ところが、この方式の場合、ビーム加
工のコストが高い。
一方、安価なビームを形成するものとして、板
状のビームを用いたものがあるが、単純な曲げビ
ームタイプとした場合、上面と下面に引張り歪お
よび圧縮歪が発生するので、両面にストレンゲー
ジを設けているものである。このように両面にス
トレンゲージを形成するものは、蒸着やスパツタ
リング法などによる薄膜ストレンゲージ・タイプ
には不向きである。
状のビームを用いたものがあるが、単純な曲げビ
ームタイプとした場合、上面と下面に引張り歪お
よび圧縮歪が発生するので、両面にストレンゲー
ジを設けているものである。このように両面にス
トレンゲージを形成するものは、蒸着やスパツタ
リング法などによる薄膜ストレンゲージ・タイプ
には不向きである。
本発明は、このような点に鑑みなされたもの
で、簡単で安価にして精度が高く薄膜ストレンゲ
ージ・タイプ向きの歪センサを得ることを目的と
する。
で、簡単で安価にして精度が高く薄膜ストレンゲ
ージ・タイプ向きの歪センサを得ることを目的と
する。
本発明は、板状で変形部を有するビームの変形
部と固定部とにストレンゲージをブリツジ回路と
して接続しつつ設けるものであるが、固定部のス
トレンゲージはその長さ方向をビームの変形方向
に直交させ、変形部のストレンゲージはその長さ
方向をビームの変形方向に沿わせることにより、
荷重を印加した際に固定部のストレンゲージは引
張り歪の影響を受けにくく、よつて、秤量精度が
高くなるように構成したものである。
部と固定部とにストレンゲージをブリツジ回路と
して接続しつつ設けるものであるが、固定部のス
トレンゲージはその長さ方向をビームの変形方向
に直交させ、変形部のストレンゲージはその長さ
方向をビームの変形方向に沿わせることにより、
荷重を印加した際に固定部のストレンゲージは引
張り歪の影響を受けにくく、よつて、秤量精度が
高くなるように構成したものである。
本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。
まず、ステンレス材などをプレス加工して形成さ
れる板状のビーム１の一端は固定部２とされ、ね
じ３によりベース４に取付けられる取付孔５が形
成されている。このように片持ち支持されたビー
ム１の他端はフリー端となる受圧部６とされ、秤
量物７の荷重が印加される孔８が形成されてい
る。そして、固定部２・受圧部６間に位置させて
ビーム１両側には切欠９が形成され、この切欠９
により幅狭となる変形部１０が形成されている。
まず、ステンレス材などをプレス加工して形成さ
れる板状のビーム１の一端は固定部２とされ、ね
じ３によりベース４に取付けられる取付孔５が形
成されている。このように片持ち支持されたビー
ム１の他端はフリー端となる受圧部６とされ、秤
量物７の荷重が印加される孔８が形成されてい
る。そして、固定部２・受圧部６間に位置させて
ビーム１両側には切欠９が形成され、この切欠９
により幅狭となる変形部１０が形成されている。
しかして、ビーム１の上面には４個のストレン
ゲージR1，R2，R3，R4が設けられている。ここ
で、ストレンゲージR1，R2は固定部２に設けら
れ、ストレンゲージR3，R4は変形部１０に設け
られており、これらのストレンゲージR1，R2，
R3，R4は導電部１１により第１図に示すような
パターンをもつて接続されてブリツジ回路１２が
形成されている。そして、ストレンゲージR1，
R2，R3，R4の方向性をみると、ストレンゲージ
R1，R2はその長さ方向がビーム１の変形方向に
直交するように配置され、一方、ストレンゲージ
R3，R4の長さ方向はビーム１の変形方向に沿う
ように配置されている。
ゲージR1，R2，R3，R4が設けられている。ここ
で、ストレンゲージR1，R2は固定部２に設けら
れ、ストレンゲージR3，R4は変形部１０に設け
られており、これらのストレンゲージR1，R2，
R3，R4は導電部１１により第１図に示すような
パターンをもつて接続されてブリツジ回路１２が
形成されている。そして、ストレンゲージR1，
R2，R3，R4の方向性をみると、ストレンゲージ
R1，R2はその長さ方向がビーム１の変形方向に
直交するように配置され、一方、ストレンゲージ
R3，R4の長さ方向はビーム１の変形方向に沿う
ように配置されている。
なお、ストレンゲージR3，R2にはそれぞれブ
リツジのゼロバランス補正用の抵抗r1，r2が直列
に接続されている。また、Ve+，Ve-はブリツジ
回路１２の入力端子で、Vo+，Vo-はその出力端
子である。
リツジのゼロバランス補正用の抵抗r1，r2が直列
に接続されている。また、Ve+，Ve-はブリツジ
回路１２の入力端子で、Vo+，Vo-はその出力端
子である。
このような構成において、今、出力端子Vo+，
Vo-間の出力電圧を求めると、 Vo＝Ve（R3／R1＋R3−R2／R2＋R4） となる。ここで、ストレンゲージR1，R2，R3，
R4の抵抗値はその抵抗温度係数が小さく、かつ、
バラツキの少ないことが出力電圧Voの安定性に
つながる。なぜなら、ビーム１の温度変化により
抵抗温度係数が大きく、かつ、バラツキを生ずる
と、出力電圧Voが変化し、そのドリフトが大き
くなるからである。この点、本実施例によれば後
述する歪センサの形成方法で説明するようにスト
レンゲージR1，R2，R3，R4が同時に形成される
ため抵抗温度係数のバラツキは極めて小さい。ま
た、ストレンゲージR1，R2，R3，R4の抵抗体と
してNiCr（Ni：50、Cr：50）が選定されている
ため、抵抗温度係数も−20〜＋20％と小さい。よ
つて、出力電圧Voの安定性は極めて良好である。
Vo-間の出力電圧を求めると、 Vo＝Ve（R3／R1＋R3−R2／R2＋R4） となる。ここで、ストレンゲージR1，R2，R3，
R4の抵抗値はその抵抗温度係数が小さく、かつ、
バラツキの少ないことが出力電圧Voの安定性に
つながる。なぜなら、ビーム１の温度変化により
抵抗温度係数が大きく、かつ、バラツキを生ずる
と、出力電圧Voが変化し、そのドリフトが大き
くなるからである。この点、本実施例によれば後
述する歪センサの形成方法で説明するようにスト
レンゲージR1，R2，R3，R4が同時に形成される
ため抵抗温度係数のバラツキは極めて小さい。ま
た、ストレンゲージR1，R2，R3，R4の抵抗体と
してNiCr（Ni：50、Cr：50）が選定されている
ため、抵抗温度係数も−20〜＋20％と小さい。よ
つて、出力電圧Voの安定性は極めて良好である。
そして、第２図に示すようにビーム１に対し秤
量物７により荷重Ｗを印加した場合を考える。こ
のとき、ストレンゲージR3，R4には引張り応力
が作用してその抵抗値はそれぞれΔR3、ΔR4だけ
増加する。一方、ストレンゲージR1，R2はビー
ム１の固定部２に設けられているため、ΔR1＝
ΔR2＝０となる。よつて、出力電圧の増加量
ΔVoは、 ΔVo＝Ve／４（ΔR3／R3＋ΔR4／R4） となる。この場合、厳密にはストレンゲージR1，
R2もわずかではあるが引張り応力が作用する。
このようにストレンゲージR1，R2が引張り歪を
受けたならば出力電圧Voを減ずる方向に作用し
て好ましくない。しかしながら、ストレンゲージ
R1，R2は第４図に矢印で示すビーム(1)の引張り
歪方向に対しその長さ方向が直交する方向となる
ように配置されているため、ストレンゲージR1，
R2はこの引張り歪の影響を殆んど受けずその抵
抗値は一定となる。このように、ストレンゲージ
R1，R2とストレンゲージR3，R4とに方向性を持
たせたので、荷重付加に対する検出精度が高くな
る。
量物７により荷重Ｗを印加した場合を考える。こ
のとき、ストレンゲージR3，R4には引張り応力
が作用してその抵抗値はそれぞれΔR3、ΔR4だけ
増加する。一方、ストレンゲージR1，R2はビー
ム１の固定部２に設けられているため、ΔR1＝
ΔR2＝０となる。よつて、出力電圧の増加量
ΔVoは、 ΔVo＝Ve／４（ΔR3／R3＋ΔR4／R4） となる。この場合、厳密にはストレンゲージR1，
R2もわずかではあるが引張り応力が作用する。
このようにストレンゲージR1，R2が引張り歪を
受けたならば出力電圧Voを減ずる方向に作用し
て好ましくない。しかしながら、ストレンゲージ
R1，R2は第４図に矢印で示すビーム(1)の引張り
歪方向に対しその長さ方向が直交する方向となる
ように配置されているため、ストレンゲージR1，
R2はこの引張り歪の影響を殆んど受けずその抵
抗値は一定となる。このように、ストレンゲージ
R1，R2とストレンゲージR3，R4とに方向性を持
たせたので、荷重付加に対する検出精度が高くな
る。
また、単純な曲げビームタイプのビーム１の片
面（上面）にのみストレンゲージR1，R2，R3，
R4のパターンを形成することにより歪センサと
しての機能を十分に発揮させることが可能であ
り、簡単で安価にして薄膜ストレンゲージ・タイ
プ向きのものとすることができる。
面（上面）にのみストレンゲージR1，R2，R3，
R4のパターンを形成することにより歪センサと
しての機能を十分に発揮させることが可能であ
り、簡単で安価にして薄膜ストレンゲージ・タイ
プ向きのものとすることができる。
ところで、このような歪センサの形成方法の一
例を第５図ないし第７図により説明する。まず、
第５図に示すようにビーム１の平坦加工されたパ
ターン形成面を清浄に脱脂洗浄した後、絶縁層１
３としてポリイミド樹脂をデイツプ法により塗布
形成し、100℃でその溶剤を乾燥除去し、250℃に
て１時間加熱硬化することにより厚さ約5μ程度
に形成する。ついで、抵抗体１４としてスパツタ
リング法によりNiCr（Ni：50、Cr：50）を1000
Åの厚さに形成した後、導電層１５としてCuを
2μの厚さに積層する。ついで、フオトエツチン
グによりストレンゲージR1等のパターン部以外
のCuおよびNiCr（導電層１５および抵抗体１４）
を順次それぞれのエツチヤントを用いてエツチン
グし、第６図に示すようなパターンを作成する。
したがつて、この第６図に示されるパターン部は
NiCrとCuとの積層体である。つぎに、ストレン
ゲージR1，R2，R3，R4、抵抗r1，r2の部分に積
層されているCuをCuのエツチヤントにより選択
エツチングして、第７図に示すような所定のパタ
ーンを作成する。ここで、ブリツジのゼロバラン
ス補正用の抵抗r1，r2は第８図ａに示すように抵
抗体１４のパターンが並列に配列されており、同
図ｂに示すようにその片側を切断することにより
抵抗r1，r2としての抵抗値が上昇することにな
る。したがつて、抵抗r1，r2におけるパターンを
適宜切断調整することにより、ブリツジ回路１２
のゼロバランスを調整することができる。
例を第５図ないし第７図により説明する。まず、
第５図に示すようにビーム１の平坦加工されたパ
ターン形成面を清浄に脱脂洗浄した後、絶縁層１
３としてポリイミド樹脂をデイツプ法により塗布
形成し、100℃でその溶剤を乾燥除去し、250℃に
て１時間加熱硬化することにより厚さ約5μ程度
に形成する。ついで、抵抗体１４としてスパツタ
リング法によりNiCr（Ni：50、Cr：50）を1000
Åの厚さに形成した後、導電層１５としてCuを
2μの厚さに積層する。ついで、フオトエツチン
グによりストレンゲージR1等のパターン部以外
のCuおよびNiCr（導電層１５および抵抗体１４）
を順次それぞれのエツチヤントを用いてエツチン
グし、第６図に示すようなパターンを作成する。
したがつて、この第６図に示されるパターン部は
NiCrとCuとの積層体である。つぎに、ストレン
ゲージR1，R2，R3，R4、抵抗r1，r2の部分に積
層されているCuをCuのエツチヤントにより選択
エツチングして、第７図に示すような所定のパタ
ーンを作成する。ここで、ブリツジのゼロバラン
ス補正用の抵抗r1，r2は第８図ａに示すように抵
抗体１４のパターンが並列に配列されており、同
図ｂに示すようにその片側を切断することにより
抵抗r1，r2としての抵抗値が上昇することにな
る。したがつて、抵抗r1，r2におけるパターンを
適宜切断調整することにより、ブリツジ回路１２
のゼロバランスを調整することができる。
ここで、これら第５図ないし第８図に示す工程
は一つの歪センサの形成を示すものであるが、第
９図に示すように１枚のビーム基板１６の板抜き
により複数個（たとえば８個）のビーム１のパタ
ーンを形成し、各ビーム１につき上述した第５図
ないし第８図に示した工程を同時に行ない、抵抗
r1，r2等の調整がすべて終了してから、その切取
片１７をカツトするようにすれば、複数個の歪セ
ンサを同時に得ることができ、大量に安価に供す
ることができる。また、抵抗r1等の調整作業も１
枚のビーム基板１６上で複数個分を効率よく行な
うことができる。
は一つの歪センサの形成を示すものであるが、第
９図に示すように１枚のビーム基板１６の板抜き
により複数個（たとえば８個）のビーム１のパタ
ーンを形成し、各ビーム１につき上述した第５図
ないし第８図に示した工程を同時に行ない、抵抗
r1，r2等の調整がすべて終了してから、その切取
片１７をカツトするようにすれば、複数個の歪セ
ンサを同時に得ることができ、大量に安価に供す
ることができる。また、抵抗r1等の調整作業も１
枚のビーム基板１６上で複数個分を効率よく行な
うことができる。
なお、本実施例では切欠９により幅狭な変形部
１０をビーム１に形成したが、第１０図に示すよ
うに切欠９を有しない形状のビーム１であつても
よい。
１０をビーム１に形成したが、第１０図に示すよ
うに切欠９を有しない形状のビーム１であつても
よい。
本発明は、上述したように板状のビームの変形
部と固定部とに同一面上にストレンゲージをブリ
ツジ回路として接続しつつ設けるものであるが、
固定部のストレンゲージはその長さ方向をビーム
の変形方向に直交させ、変形部のストレンゲージ
はその長さ方向をビームの変形方向に沿わせたの
で、板状のビームで安価としつつその片面にのみ
ストレンゲージを形成することが可能で、スパツ
タリング法等の薄膜ストレンゲージ・タイプ向き
のものとすることができ、この際、ストレンゲー
ジの配置方向性により荷重を加えた際に固定部の
ストレンゲージは引張り歪の影響を受けにくく、
秤量精度が高くなるものである。
部と固定部とに同一面上にストレンゲージをブリ
ツジ回路として接続しつつ設けるものであるが、
固定部のストレンゲージはその長さ方向をビーム
の変形方向に直交させ、変形部のストレンゲージ
はその長さ方向をビームの変形方向に沿わせたの
で、板状のビームで安価としつつその片面にのみ
ストレンゲージを形成することが可能で、スパツ
タリング法等の薄膜ストレンゲージ・タイプ向き
のものとすることができ、この際、ストレンゲー
ジの配置方向性により荷重を加えた際に固定部の
ストレンゲージは引張り歪の影響を受けにくく、
秤量精度が高くなるものである。
図面は本発明の一実施例を示すもので、第１図
は斜視図、第２図は秤量状態を示す側面図、第３
図は回路図、第４図は説明図、第５図は製造工程
を示す縦断側面図、第６図および第７図は次工程
を示す平面図、第８図ａ，ｂは説明図、第９図は
平面図、第１０図は変形例を示す斜視図である。 １……ビーム、２……固定部、６……受圧部、
１０……変形部、１２……ブリツジ回路、R1〜
R4……ストレンゲージ。
は斜視図、第２図は秤量状態を示す側面図、第３
図は回路図、第４図は説明図、第５図は製造工程
を示す縦断側面図、第６図および第７図は次工程
を示す平面図、第８図ａ，ｂは説明図、第９図は
平面図、第１０図は変形例を示す斜視図である。 １……ビーム、２……固定部、６……受圧部、
１０……変形部、１２……ブリツジ回路、R1〜
R4……ストレンゲージ。
Claims (1)
- １ 固定部と受圧部との間に変形部を有する板状
のビームを設け、前記固定部にその長さ方向を前
記ビームの変形方向に直交させた２個のストレン
ゲージを設けるとともにこのビームの同一面上の
前記変形部にその長さ方向を前記ビームの変形方
向に沿わせた２個のストレンゲージを設け、これ
らの固定部および変形部のストレンゲージを交互
に接続したブリツジ回路を形成したことを特徴と
する歪センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15307782A JPS5942401A (ja) | 1982-09-01 | 1982-09-01 | 歪センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15307782A JPS5942401A (ja) | 1982-09-01 | 1982-09-01 | 歪センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5942401A JPS5942401A (ja) | 1984-03-09 |
| JPH033882B2 true JPH033882B2 (ja) | 1991-01-21 |
Family
ID=15554469
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15307782A Granted JPS5942401A (ja) | 1982-09-01 | 1982-09-01 | 歪センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5942401A (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH088422Y2 (ja) * | 1989-06-07 | 1996-03-06 | 象印マホービン株式会社 | 重量計 |
| JPH084573Y2 (ja) * | 1989-06-07 | 1996-02-07 | 象印マホービン株式会社 | 重量計 |
| US5392027A (en) * | 1991-11-04 | 1995-02-21 | Detek Security Systems, Inc. | Full bridge strain gage deflection sensor |
| JP4566227B2 (ja) * | 2007-09-25 | 2010-10-20 | 株式会社日立製作所 | 半導体歪センサーおよび半導体歪センサーの取付け方法 |
| CN105423896B (zh) * | 2015-12-04 | 2018-01-09 | 浙江工业大学 | 可测量双侧片外横向偏导的横向偏差六敏感栅全桥混合叉指金属应变片 |
-
1982
- 1982-09-01 JP JP15307782A patent/JPS5942401A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5942401A (ja) | 1984-03-09 |
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