JPH0413940A - Micro capacity type power-electricity quantity converter - Google Patents

Micro capacity type power-electricity quantity converter

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JPH0413940A
JPH0413940A JP11692290A JP11692290A JPH0413940A JP H0413940 A JPH0413940 A JP H0413940A JP 11692290 A JP11692290 A JP 11692290A JP 11692290 A JP11692290 A JP 11692290A JP H0413940 A JPH0413940 A JP H0413940A
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JP
Japan
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slit
strain
slits
force
distance
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JP11692290A
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Inventor
Takao Yoshida
吉田 敬夫
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  • Measurement Of Force In General (AREA)

Abstract

PURPOSE:To realize small scale and high accuracy by forming No. 1 to No. 4 slits and forming a wide power introducing beam having large rigidity between No.1 slit and No.2 slit, and narrow strain inducing beams between No.1 and No.3 and between No.2 and No.4 slits. CONSTITUTION:At the symmetrical positions to an imaginary line passing on a power introduction part 20 of a plate strain inducing body 14, No.1 slit 15 and No.2 slit 16 are formed, and at the outer symmetrical positions to these slits 15 and 16, No.3 and No.4 slits are formed. A wide power introducing beam having large rigidity is formed between No.1 and No.2 slits 15, 16, narrow strain introducing beams 21 and 22 are formed between No.1 and No.3 slits 15, 17 and No.2 and No.4 slits 16, 18. In this, the width and thickness of the strain inducing beams 21, 22 are set at the minimum limit and hence, a small scale and high accuracy converter can be obtained.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、微小容量型力−電気量変換器に関し、より詳
細には、力が印加されると[1+11ブ応力を発生する
起歪ビームにひずみゲージを添着し、そのひずみゲージ
によって印加された力に応じた電気信号を得るカー電気
量変換器に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention relates to a microcapacitance type force-to-electrical quantity converter, and more particularly, to a strain-generating beam that generates a [1+11b stress] when a force is applied. The present invention relates to a Kerr electrical quantity converter that has a strain gauge attached thereto and obtains an electrical signal corresponding to the force applied by the strain gauge.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

この種の変換器のうち荷重変換器としては、種々のもの
が提案され且つ実用に共されている。
Among these types of converters, various types of load converters have been proposed and are in practical use.

現在、微小荷重を検出する荷重変換器としては、抵抗線
式の荷重変換器が最も多く使用されている。
Currently, resistance wire type load converters are most commonly used as load converters for detecting minute loads.

第5図(A)、(B)および(C)は、従来の抵抗線式
荷重変換器の要部構成を示すもので、このうち第5図(
A)は平面図、第5図(B)は、第5図(A)のX、 
−X線矢視方向断面図、第5図(C)は、背面図である
Figures 5 (A), (B), and (C) show the main part configuration of a conventional resistance wire type load converter, of which Figure 5 (
A) is a plan view, FIG. 5(B) is the X in FIG. 5(A),
- A sectional view in the direction of the X-ray arrow, and FIG. 5(C) is a rear view.

同図において、1は正面(第1図(B)において右方向
より見た面)の形状が逆T字状を呈し、側面より見た形
状がL字状を呈するフレームである。このフレーム1の
中央上端部には板ばね2が当て板3とねじ4とにより固
定され、その板ばね2は垂直下方に延びている。
In the figure, reference numeral 1 denotes a frame having an inverted T-shape when viewed from the front (as viewed from the right side in FIG. 1B) and an L-shape when viewed from the side. A leaf spring 2 is fixed to the central upper end of the frame 1 by a backing plate 3 and screws 4, and the leaf spring 2 extends vertically downward.

板ばね2の下端部には、可動板5の折曲片5aがねじ6
によって固定されており、この可動板5は、フレーム1
の底板1aと平行に配設されている。
A bent piece 5a of the movable plate 5 is attached to a screw 6 at the lower end of the leaf spring 2.
The movable plate 5 is fixed by the frame 1.
It is arranged parallel to the bottom plate 1a of the.

上記フレーム1の中間に形成された肩部1b。A shoulder portion 1b formed in the middle of the frame 1.

lc上には、2枚の固定板7,8がねじ9によって水平
に固定されている。つまり、この固定板7゜8と上記可
動板5とは、フレーム1の底板1aに平行な同一平面上
に配設されている。これら、固定板7,8と可動板5の
上面および下面には、各板面に垂直に絶縁ピン10が合
計8本植設されており、各対向する固定板7,8と可動
板5に植設された各絶縁ピン10.10同士の間には、
抵抗線11が複数回、巻回されている。
Two fixing plates 7 and 8 are horizontally fixed on the lc with screws 9. That is, the fixed plate 7.8 and the movable plate 5 are arranged on the same plane parallel to the bottom plate 1a of the frame 1. A total of eight insulating pins 10 are installed perpendicularly to each plate surface on the upper and lower surfaces of the fixed plates 7, 8 and the movable plate 5. Between each of the implanted insulating pins 10 and 10,
The resistance wire 11 is wound multiple times.

このような構成よりなる抵抗線式荷重変換器の動作を説
明する。
The operation of the resistance wire type load converter having such a configuration will be explained.

先ず、可動板5の先端部の荷重導入部5bに、例えば、
第5図(B)の下方向に荷重(または力)が印加される
と、可動板5の上側の1対の抵抗線1]は、伸びて抵抗
を増し、下側の]一対の抵抗線11は縮んで抵抗を減じ
る。これらの抵抗線11のそれぞれは、ホイートストン
ブリッジ(以下「ブリッジ」という)の入力端にブリッ
ジ電圧を印加することにより、荷重による抵抗巻線の電
気抵抗の増減によるブリッジ不平衡によって発生する電
圧の変化、即ち、荷重に対応した電圧がブリッジの出力
端から得られる。
First, for example, the load introducing portion 5b at the tip of the movable plate 5 is
When a load (or force) is applied downward in FIG. 11 shrinks to reduce resistance. By applying a bridge voltage to the input terminal of a Wheatstone bridge (hereinafter referred to as "bridge"), each of these resistance wires 11 can detect voltage changes caused by bridge unbalance caused by increases and decreases in the electrical resistance of the resistance winding due to load. , that is, a voltage corresponding to the load is obtained from the output end of the bridge.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

しかしながら、上記従来の抵抗線式荷重変換器には、次
に述べる欠点がある。
However, the conventional resistance wire type load transducer described above has the following drawbacks.

(1)細い抵抗線11により可動板5を支えているため
、振動に弱く、抵抗線11が断線破壊する虞れがある。
(1) Since the movable plate 5 is supported by the thin resistance wire 11, it is susceptible to vibration, and there is a risk that the resistance wire 11 may break.

(2) その構造上、測定方向以外の荷重、例えばねじ
りや水平方向から加わる力の悪影響を避けられない。
(2) Due to its structure, it is impossible to avoid the negative effects of loads in directions other than the measurement direction, such as torsion and forces applied from the horizontal direction.

(3) 固定板7,8側と可動板5側の間を、抵抗線1
1で結ぶ構造のため、固定板7,8や可動板5からなる
支持部材の線膨張係数と抵抗線11の線膨張係数の違い
により温度変化に伴う悪影響を受ける。
(3) Connect the resistance wire 1 between the fixed plates 7 and 8 side and the movable plate 5 side.
1, the difference in the coefficient of linear expansion of the supporting member consisting of the fixed plates 7, 8 and the movable plate 5 and the coefficient of linear expansion of the resistance wire 11 causes an adverse effect due to temperature changes.

(4)抵抗線11を絶縁ピン10.10の間に巻き付け
て抵抗巻線を形成するために、荷重による抵抗線11の
張力変化を生じたとき、抵抗線11と絶縁ピン10.1
0との接触位置が変化し、非直線性の悪化、ヒステリシ
スの発生の原因となり、従って測定精度が低く、繰り返
し性(再現性)、安定性は、あまり良好ではない。
(4) In order to form a resistance winding by winding the resistance wire 11 between the insulated pins 10.10, when the tension of the resistance wire 11 changes due to the load, the resistance wire 11 and the insulated pins 10.1
The contact position with zero changes, causing deterioration of non-linearity and generation of hysteresis, resulting in low measurement accuracy and poor repeatability (reproducibility) and stability.

(5)上記(1)、(2)項に記載の理由から、取扱い
が非常に困難であり、取付(据付)時、輸送時に破損事
故が生じ易い。
(5) For the reasons stated in items (1) and (2) above, handling is extremely difficult, and damage accidents are likely to occur during installation and transportation.

そこで、上記抵抗線式荷重変換器の欠点を、ひずみゲー
ジ式荷重変換器によって克服し得ないものであろうか、
との発想のもとに本発明者は、その実現を試みた。
Therefore, is it possible to overcome the drawbacks of the resistance wire type load transducer by using a strain gauge type load transducer?
Based on this idea, the present inventor attempted to realize it.

先ず、第3図および第4図に示すものがそれである。First, those shown in FIGS. 3 and 4 are the examples.

第3図に示す荷重変換器において、12は荷重(力)を
受けると弾性変形する起歪板であり、この起歪板12は
、その中心を通る仮想線Nに対して、対称に凹状切欠き
12a、12bを穿設することにより、中央部に幅広の
荷重導入部12cを形成し、この荷重導入部12cの両
側方から周縁部近傍にかけて幅狭の起歪ビーム12dお
よび12eを形成したものである。この荷重変換器は、
図より明らかなように、両端が固定された両端支持ビー
ムの構造となっである。
In the load converter shown in FIG. 3, 12 is a strain plate that elastically deforms when subjected to a load (force), and this strain plate 12 has a concave cut symmetrically with respect to an imaginary line N passing through its center. By drilling the notches 12a and 12b, a wide load introduction part 12c is formed in the center, and narrow strain-induced beams 12d and 12e are formed from both sides of this load introduction part 12c near the peripheral edge. It is. This load transducer is
As is clear from the figure, the structure is a double-end support beam with both ends fixed.

また、第4図に示す荷重変換器において、13は荷重(
力)を受けると弾性変形する起歪板であり、その中心を
通る仮想線Nに対し、一定距離能れた対称位置の周縁部
近傍から中心部を所定量すぎる部位まで仮想線Nに平行
な2条の切欠き13aおよび13bを穿設し、その切欠
き13aおよび13bの内端同士を結ぶように切欠き1
3Cを穿設して、全体を口字状に切欠き、さらに、口字
状の切欠き13dの間に、切欠き13a。
In addition, in the load converter shown in Fig. 4, 13 is the load (
It is a strain plate that elastically deforms when subjected to an imaginary line N passing through its center, and it is parallel to the imaginary line N from the vicinity of the periphery at a symmetrical position that is a certain distance away from the center by a predetermined amount. Two notches 13a and 13b are bored, and the notch 1 is connected so as to connect the inner ends of the notches 13a and 13b.
3C is drilled, and the whole is cut out in a mouth shape, and further, a cutout 13a is formed between the mouth shape notches 13d.

13bよりも短く且つ幅狭の小切欠き13eを穿設する
ことによって、中心部に荷重導入部13fを形成し、こ
の荷重導入部13fから一方の周縁部近傍に至る部分に
起歪ビーム13gを形成して片持ちビームの構造となし
たものである。
By making a small cutout 13e that is shorter and narrower than the cutout 13b, a load introduction part 13f is formed in the center, and a strain beam 13g is formed in a portion extending from the load introduction part 13f to near one peripheral edge. It is formed into a cantilevered beam structure.

そして、各起歪ビームの固定端寄りの部位には、ひずみ
ゲージ(図示せず)を添着する。
A strain gauge (not shown) is attached to a portion of each strain beam near the fixed end.

このようなひずみゲージ式荷重変換器によれば、抵抗線
を用いないので、抵抗線の断線の虞れはなく、温度によ
る悪影響も少なく、ヒステリシスや直線性が改善され、
小型化が可能で、取扱いや運搬時の破損も殆んど生じな
くすることが可能であると考えられる。
According to such a strain gauge type load transducer, since no resistance wire is used, there is no risk of the resistance wire breaking, there is little adverse effect due to temperature, hysteresis and linearity are improved,
It is thought that it is possible to miniaturize the device and almost eliminate damage during handling and transportation.

ところが、このようなひずみゲージ式の荷重変換器でも
って微小容量の力、荷重等を検出する場合、次のような
考慮が必要となる。
However, when detecting minute capacitance force, load, etc. using such a strain gauge type load transducer, the following considerations are required.

つまり、微小容量の荷重を検出するためには、起歪ビー
ム12d 、12e 、13gの曲げモーメントを大き
くし、曲げひずみを得るため、第3図および第4図に示
す起歪ビームの長さQを大きくするかあるいは、起歪ビ
ームの幅を小さく (狭く)、肉厚を薄くする必要があ
る。ところが起歪ビームの幅を小さくするにしても、ひ
ずみゲージを添着するから、その幅は自ずから限界があ
る。
In other words, in order to detect a minute capacity load, the bending moment of the strain beams 12d, 12e, and 13g is increased, and in order to obtain the bending strain, the length Q of the strain beams shown in FIGS. 3 and 4 is It is necessary to increase the width of the strain beam, or to reduce the width and thickness of the strain beam. However, even if the width of the strain beam is made smaller, there is a limit to its width because strain gauges are attached.

また、起歪ビームの肉厚を薄くする場合でも、添着する
ひずみゲージの接着剤が介在するためひずみを電気信号
に変換する精度が低下して精度よく検出できなくなる。
Furthermore, even when the thickness of the strain-generating beam is made thinner, the presence of the adhesive of the attached strain gauge reduces the accuracy of converting strain into an electrical signal, making it impossible to detect it accurately.

従って、この面でも起歪ビームの幅と肉厚を小さくする
には限界がある。
Therefore, in this respect as well, there is a limit to reducing the width and thickness of the strain beam.

ところで、第3図に示す両端固定支持型の荷重変換器の
曲げひずみεbは、起歪ビームの幅をb、厚さをt、長
さをΩとすると、 εb=6・W・2Q/ (8b  −t2・E)となる
By the way, the bending strain εb of the load transducer with fixed support at both ends shown in FIG. 3 is as follows, where b is the width of the strain beam, t is the thickness, and Ω is the length. 8b −t2・E).

なお、ここで、Wは荷重、Eは縦弾性率である。Note that here, W is the load and E is the longitudinal elastic modulus.

上記式に示す通り、起歪ビームの幅b、肉厚tを小さく
するには、上述するように限界があるから、結局、長さ
Qを大きくしなければならない。
As shown in the above equation, since there is a limit to reducing the width b and thickness t of the strain beam as described above, the length Q must be increased after all.

そのため、第3図に示す荷重変換器で微小容量のものに
すると、起歪ビームの長さQが非常に大きくなるという
問題がある。これは、第4図に示す荷重変換器について
も同様の問題がある。
Therefore, if the load transducer shown in FIG. 3 is made to have a minute capacity, there is a problem that the length Q of the strain beam becomes very large. A similar problem exists with the load converter shown in FIG.

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的
とするところは、従来不可能とされていた小型化と高精
度化と微小容量化を同時に実現し、併せて耐振性、耐久
性、安定性をも向上させ得る微小容量型力−電気量変換
器を提供することにある。
The present invention was made in view of the above circumstances, and its purpose is to simultaneously realize miniaturization, high precision, and microcapacity, which were previously considered impossible, and to improve vibration resistance and durability. Another object of the present invention is to provide a microcapacitance type force-to-electrical quantity converter that can also improve stability.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

上記の目的を達成するために、請求項1に記載の発明は
、力が印加されると曲げ応力を発生する起歪ビームにひ
ずみゲージを添着し、そのひずみゲージによって印加さ
れた力に応じた電気信号を得るカー電気量変換器におい
て、弾性を有する板状起歪体の力遵入部を通る仮想線に
対して対称位置に互いに反対側の外縁部より平行に他端
例の近傍に至る第1および第2のスリン1〜を形成し、
さらに上記仮想線に対し上記第1および第2のスリット
の各外側の対称位置に上記第1および第2のスリットと
は反対側の外縁部より平行に他端側近傍に至る第3およ
び第4のスリットを形成し、上記第1のスリットと上記
第2のスリットとの間の間隔を、上記第]のスリットと
上記第3のスリットとの間の間隔および上記第2のスリ
ットと上記第4のスリットとの間の各間隔よりも充分に
幅広に形成することにより剛性を大きくして力導入ビー
ムとし、上記第1のスリットと上記第3のスリットの間
および上記第2のスリットと上記第4のスリットの間を
幅狭に形成してそれぞれ第1および第2の起歪ビームと
し、上記第3および第4のスリットの各外側部分を固定
支持部とし、上記第1および第2の起歪ビームの固定端
寄りの部位の各表面と各裏面にひずみゲージを添着して
構成したものであり、 また、請求項2に記載の発明は、力が印加されると曲げ
応力を発生する受感部にひずみゲージを添着し、そのひ
ずみゲージによって印加された力に応じた電気信号を得
るカー電気量変換器において、弾性を有する板状起歪体
の力導入部を通る仮想線に対して対称位置に互いに同一
側の外縁部より平行に他端側の近傍に至る第5および第
6のスリットを形成し、さらに上記仮想線に対し上記第
5および第6のスリットの各外側の対称位置に上記第5
および第6のスリットとは反対側の外縁部より平行に他
端側近傍に至る第7および第8のスリットを形成し、上
記第5のスリン1−と上記第6のスリットとの間の間隔
を、上記第5のスリットと上記第7のスリットとの間の
間隔および上記第6のスリットと上記第8のスリットと
の間の各間〕2 隔よりも充分に幅広に形成することにより剛性を大きく
して力導入ビームとし、上記第5のスリットと上記第7
のスリットの問および上記第6のスリットと第8のスリ
ットの間を幅狭に形成してそれぞれ第3および第4の起
歪ビームとし、上記第7および上記第8のスリットの各
外側の部分を固定支持部とし、上記第3および第4の起
歪ビームの固定端寄りの部位の各表面と各裏面にひずみ
ゲジを添着して構成したものである。
In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 attaches a strain gauge to a strain beam that generates bending stress when a force is applied, and bends the beam in response to the force applied by the strain gauge. In a Kerr electrical quantity converter that obtains an electric signal, a first line extending parallel to the opposite outer edge to the vicinity of the other end is placed symmetrically with respect to an imaginary line passing through the force-transmitting part of the elastic plate-shaped flexure body. 1 and a second sulin 1~,
Further, third and fourth slits extending parallel to the outer edges on the opposite side from the first and second slits to the vicinity of the other end are located at symmetrical positions on the outside of the first and second slits with respect to the virtual line. slit, and the distance between the first slit and the second slit is the same as the distance between the second slit and the third slit, and the distance between the second slit and the fourth slit. The width is sufficiently wider than the distance between the first slit and the third slit to increase the rigidity, and the distance between the first slit and the third slit and between the second slit and the third slit is increased. The spaces between the slits 4 and 4 are narrowly formed to form first and second strain-generating beams, respectively, and the outer portions of the third and fourth slits are formed as fixed support portions, and the first and second strain-generating beams are formed narrowly. The strain gauge is constructed by attaching strain gauges to each front surface and each back surface of the portion near the fixed end of the strain beam. In a Kerr electrical quantity converter in which a strain gauge is attached to the sensitive part and an electrical signal is obtained in accordance with the force applied by the strain gauge, the curve is applied to an imaginary line passing through the force introduction part of the elastic plate-shaped strain body. fifth and sixth slits are formed at symmetrical positions extending parallel to the outer edges of the same side to the vicinity of the other end, and further symmetrical positions on the outside of the fifth and sixth slits with respect to the virtual line; 5 above
and forming seventh and eighth slits extending in parallel from the outer edge on the opposite side of the sixth slit to the vicinity of the other end, and forming an interval between the fifth slit 1- and the sixth slit. The rigidity can be improved by forming the space to be sufficiently wider than the distance between the fifth slit and the seventh slit and the distance between the sixth slit and the eighth slit. is enlarged to form a force introduction beam, and the fifth slit and the seventh
A narrow width is formed between the slits and between the sixth slit and the eighth slit to form third and fourth strain beams, respectively, and outer portions of the seventh and eighth slits are formed. is used as a fixed support part, and strain gauges are attached to each surface and each back surface of the portions near the fixed ends of the third and fourth strain-generating beams.

〔作 用〕[For production]

」二記のように構成された請求項]−に記載の微小容量
型力−電気量変換器は、第1〜第4のスリットを穿設す
ることによって、第1.第2のスリット間に幅広で剛性
の犬なる力導入ビームを形成し、第1.第3のスリット
間および第2.第4のスリット間に幅狭な起歪ビームを
形成したことにより、2つの起歪ビームが並設されて折
り返す両端固定支持ビームの形式となり、変換器が同じ
大きさであるならば、2倍近い起歪ビームの長さが得ら
れ、その分感度が倍増し容量を約1/2に低下させられ
る。
The microcapacitance type force-to-electrical quantity converter according to claim 2, configured as in item 2]--, by forming the first to fourth slits. A wide and rigid dog force introduction beam is formed between the second slit and the first slit. between the third slit and the second slit. By forming a narrow strain-induced beam between the fourth slits, the two strain-induced beams are arranged side by side and form a double-end fixed support beam that can be folded back. A similar strain beam length can be obtained, and the sensitivity can be doubled and the capacitance can be reduced to about 1/2.

従って、起歪ビームの幅、厚さを限界ぎりぎりに設定す
ることで、小型で高精度な微小容量の力電気量変換器を
得ることができる。
Therefore, by setting the width and thickness of the strain beam to the very limits, it is possible to obtain a compact, highly accurate, microcapacitance power-to-electricity converter.

また、請求項2に記載の微小容量型力−電気量変換器は
、第5〜第8のスリットを穿設することによって、第5
.第6のスリン1〜間に幅広で剛性の犬なる力導入ビー
ムを形成し、第5.第7のスリンi・間および第6.第
8のス間ン1−間に幅狭な第3、第4の起歪ビームを形
成したことにより2つの起歪ビームが力導入ビームを狭
んで対称形に並設された一端固定の片持ビームの形式と
なり、変換器が同じ大きさであるならば、2倍近い起歪
ビームの長さが得られ、その分感度が倍増し、容量を約
1/2に低下させられる。
Further, in the microcapacitance type force-to-electrical quantity converter according to claim 2, the fifth to eighth slits are formed.
.. A wide and rigid dog force introduction beam is formed between the sixth sulin 1 and the fifth sulin 1. 7th Surin i・Ma and 6th. By forming narrow third and fourth strain-generating beams between the eighth span 1, the two strain-generating beams narrow the force introduction beam and are symmetrically arranged side by side with one end fixed. If the transducer is of the same size and the transducer is of the same size, the length of the strain-induced beam is nearly twice as long, which doubles the sensitivity and reduces the capacity to about 1/2.

従って、起歪ビームの幅、厚さを限界ぎりぎりに設定す
ることで小型で高精度な微小容量の力電気量変換器を得
ることができる。
Therefore, by setting the width and thickness of the strain beam to the very limits, it is possible to obtain a compact, highly accurate, microcapacitance power-to-electricity converter.

〔実施例〕〔Example〕

以下、添付図面を参照しつつ本発明の実施例を詳しく説
明する。
Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings.

第1図(A)および(B)は、本発明の第1の実施例に
係るカー電気量変換器の構成を示す平面図および右側面
図である。
FIGS. 1A and 1B are a plan view and a right side view showing the configuration of a Kerr electrical quantity converter according to a first embodiment of the present invention.

同図において、14は全体形状が円板状を呈した弾性材
よりなる板状起歪体である。
In the figure, reference numeral 14 denotes a plate-shaped strain-generating body made of an elastic material and having a disk-like overall shape.

この板状起歪体14には、その中心を通る仮想線Nに対
して対称位置に間隔W1を設けて互いに反対側の外縁部
より平行に他端側の近傍に至る第1および第2のスリッ
ト15および16が穿設されている。さらに、この第1
および第2のスリット15および16から間隔W2 だ
け離れた各外側(仮想線Nに対して)の対称位置に、上
記第1および第2のスリット15および16とは反対側
の外縁部より平行に他端側近傍に至る第3および第4の
スリット17および18が穿設されている。
This plate-shaped flexure element 14 has first and second plates arranged at symmetrical positions with an interval W1 at symmetrical positions with respect to an imaginary line N passing through the center thereof, and extending parallel to the outer edges on opposite sides to the vicinity of the other end side. Slits 15 and 16 are bored. Furthermore, this first
and symmetrical positions on the outside (with respect to the imaginary line N) apart from the second slits 15 and 16 by a distance W2, parallel to the outer edges on the opposite side to the first and second slits 15 and 16. Third and fourth slits 17 and 18 are provided near the other end.

上記第1のスリット15と第2のスリット16との間の
間隔W1は、上記第1のスリット15と第3のスリット
17との間の間隔W2および上記第2のスリット16と
第4のスリット18との間の間隔W2よりも充分幅広に
形成されており、従って、剛性が大きな力導入ビーム1
9とされており、その中央部には円柱状の力感入部20
が一体または一体的に設けられている。
The distance W1 between the first slit 15 and the second slit 16 is the same as the distance W2 between the first slit 15 and the third slit 17 and the distance between the second slit 16 and the fourth slit 16. The force introduction beam 1 is formed sufficiently wider than the distance W2 between the force introduction beam 1
9, and in the center there is a cylindrical force sensing part 20.
are provided integrally or integrally.

また、第1のスリット15と第3のスリット17との間
および第2のスリット16と第4のスリット18との間
は、幅狭の間隔W2に形成され、それぞれ第1の起歪ビ
ーム21および第2の起歪ビーム22とされている。
Further, a narrow interval W2 is formed between the first slit 15 and the third slit 17 and between the second slit 16 and the fourth slit 18, and the first strain beam 21 and a second strain-generating beam 22.

上記第1および第2の起歪ビーム21および22の各外
側の板状起歪体14の部分は、実質的に幅広で剛性を有
した固定支持部23および24とされている。
Portions of the plate-shaped strain body 14 outside the first and second strain beams 21 and 22 are substantially wide and rigid fixed support portions 23 and 24, respectively.

上記第1および第2の起歪ビーム21および22の各固
定支持部23および24寄りの各表面と各裏面には、ひ
ずみゲージSGが添着されている。
Strain gauges SG are attached to each front surface and each back surface of the first and second strain-generating beams 21 and 22 near the fixed support portions 23 and 24, respectively.

次に、このような構成よりなる上記実施例の作用につい
て一説明する。
Next, the operation of the above embodiment having such a configuration will be explained.

カー電気量変換器を構成する板状起歪体14の力導入ビ
ーム19の中央、即ち力感入部2oに力または荷重が第
1図(A)の上面から下面に向かう方向に印加されたと
仮定すると、力導入ビーム19は略水平を保ちつつ下方
向に変位する。すると、この力導入ビーム19の両端に
それぞれ連設されている第1の起歪ビーム21および第
2の起歪ビーム22の可動端が同様に下方に変位するの
で、長さαの第1の起歪ビーム21および第2の起歪ビ
ーム22は、力(荷重)に対応して撓む。
It is assumed that a force or load is applied to the center of the force introduction beam 19 of the plate-shaped strain body 14 constituting the Kerr electric quantity converter, that is, the force sensing input part 2o, in the direction from the top surface to the bottom surface in FIG. 1(A). Then, the force introduction beam 19 is displaced downward while remaining substantially horizontal. Then, the movable ends of the first strain beam 21 and the second strain beam 22, which are connected to both ends of the force introduction beam 19, are similarly displaced downward, so that the first strain beam of length α The strain-generating beam 21 and the second strain-generating beam 22 bend in response to force (load).

この撓みによって第1および第2の起歪ビーム21およ
び22の上面側に添着されたひずみゲージSGは、伸長
されて抵抗値を増加し、下面側に添着されたひずみゲー
ジSGは圧縮されて抵抗値を減少する。これら4枚のひ
ずみゲージSGのうち、上面に添着されたひずみゲージ
SGは、図示は省略したが、ホイートストンブリッジの
対辺にそれぞれ回路接続し、下面に添着されたひずみゲ
ージSGは、そのブリッジの隣接する辺(対辺)にそれ
ぞれ回路接続しである。
Due to this deflection, the strain gauges SG attached to the upper surfaces of the first and second strain beams 21 and 22 are expanded to increase their resistance value, and the strain gauges SG attached to the lower surfaces are compressed and resist. Decrease value. Of these four strain gauges SG, the strain gauge SG attached to the upper surface is connected to the opposite side of the Wheatstone bridge, although not shown, and the strain gauge SG attached to the lower surface is connected to the adjacent side of the bridge. A circuit is connected to each side (opposite side).

従って、上記ブリッジの入力端にブリッジ電源を供給す
ることにより、その出力端から力感入部20に印加され
た力に対応した電気信号、即ち検出電圧を取り出すこと
ができる。
Therefore, by supplying a bridge power source to the input end of the bridge, an electric signal corresponding to the force applied to the force sensing input section 20, that is, a detection voltage can be extracted from the output end.

このとき、両起歪ビーム21.22の長さが、第3図に
示した荷重変換器の起歪ビーム12d。
At this time, the length of both strain beams 21 and 22 is the strain beam 12d of the load converter shown in FIG.

12eの長さと同じQであるとすれば、両者は同じ容量
であるにも拘らず、上記実施例のものは、第3図に示し
たものに比べて、約1/2の寸法形状に小型化すること
ができる。換言すれば、同じ大きさで構成した場合には
、上記実施例のものは、第3図に示したものに比べ、感
度が略2倍とより、その分、低容量化を実現することが
できる。
Assuming that Q is the same as the length of 12e, the above example is smaller in size and shape by about half that of the one shown in Fig. 3, although both have the same capacity. can be converted into In other words, when constructed with the same size, the sensitivity of the above embodiment is approximately twice that of the one shown in FIG. 3, and a corresponding reduction in capacity can be achieved. can.

しかも、低容量化および小型化することにより、原材料
の節減化が図られる上、その加工方法も第3図に示した
もののように繰り抜き加工ではなく、単にスリットを形
成するだけであるので加工が容量であり、その分加エコ
ストを低減することができる。
Furthermore, by reducing the capacity and size, raw materials can be saved, and the processing method is not punching as shown in Figure 3, but simply forming slits. is the capacity, and the added cost can be reduced accordingly.

また、上記実施例のものは、上述した抵抗線式荷重変換
器とは異なり、振動に強く、抵抗線が断線破壊する虞れ
はなく、また、測定方向以外のヵ(荷重)、すなわちね
じり、水平方向等の力が作用しても、ねじり力、水平方
向の力に対し大きな抗力を有し且つひずみゲージSGが
起歪ビーム21.22の上面および下面の等価な位置に
それぞれ添着され且つ上記の如くブリッジを組んである
ので、電気的に相殺され、ねじり等の影響を受けにくい
、という利点がある。
In addition, unlike the resistance wire type load transducer described above, the above example is strong against vibration, there is no risk of resistance wire breaking and breaking, and it also resists force (load) in directions other than the measurement direction, that is, torsion. Even if a force such as in a horizontal direction is applied, it has a large resistance to torsional force and horizontal force, and strain gauges SG are attached to the upper and lower surfaces of the strain beam 21 and 22 at equivalent positions, respectively, and the above-mentioned Since the bridge is constructed as shown in the figure, it has the advantage that it is electrically canceled out and is less susceptible to the effects of twisting, etc.

また、ひずみゲージと起歪ビーム21.22は、両者の
線膨張係数が近似した材料のものを用いることで、温度
の悪影響を受けないように構成することができる。
In addition, by using materials for the strain gauge and the strain beams 21 and 22 whose coefficients of linear expansion are similar, they can be constructed so as not to be adversely affected by temperature.

また、本実施例のようにひずみゲージをひずみ検出素子
として用いたものは、直線性が良好で、ヒステリシスも
極めて小さく、さらには、測定精度が高く、繰返し性、
安定性も良好である。
In addition, the strain gauge used as a strain detection element as in this example has good linearity and extremely small hysteresis, and furthermore, has high measurement accuracy and repeatability.
Stability is also good.

さらには、抵抗線式荷重変換器に比べ、取付時あるいは
輸送時の破損なども生じにくい。
Furthermore, compared to resistance wire type load transducers, it is less likely to be damaged during installation or transportation.

第2図(A)および(B)は、本発明の第2の実施例に
係るカー電気量変換器の構成を示す平面図および右側面
図である。
FIGS. 2(A) and 2(B) are a plan view and a right side view showing the configuration of a Kerr electrical quantity converter according to a second embodiment of the present invention.

同図において、25は全体形状が円板状を呈した弾性材
よりなる板状起歪体である。
In the figure, reference numeral 25 denotes a plate-shaped strain-generating body made of an elastic material and having a disk-like overall shape.

この板状起歪体25には、その中心を通る仮想線Nに対
して対称位置に間隔W3を設けて同一側の外縁部より平
行に他端側の近傍に至る第5および第6のスリット26
および27が穿設されている。
This plate-shaped flexure element 25 has fifth and sixth slits extending parallel to the outer edge on the same side and extending to the vicinity of the other end side, at symmetrical positions with an interval W3 with respect to an imaginary line N passing through the center thereof. 26
and 27 are drilled.

さらに、この第5および第6のスリット26および27
から間隔W3 だけ離れた各外側の対称位置に、上記第
5および第6のスリット26および27とは反対側の外
縁部より平行に他端側近傍に至る第7および第8のスリ
ット28および29が穿設されている。
Furthermore, the fifth and sixth slits 26 and 27
Seventh and eighth slits 28 and 29 are arranged at symmetrical positions on the outside and spaced apart by a distance W3 from the outer edge of the fifth and sixth slits 26 and 27, extending parallel to the outer edge on the opposite side to the other end side. is drilled.

上記第5のスリット26と第6のスリット27との間の
間隔W3 は、上記第5のスリット26と第7のスリッ
ト28との間の間隔W4および上記第6のスリット27
と第8のスリット29との間の間隔W4よりも充分幅広
に形成されており、従って、剛性が大きな力感入ビーム
3oとされており、その中央部には、短円柱状の力感入
部31が設けられている。
The distance W3 between the fifth slit 26 and the sixth slit 27 is the same as the distance W4 between the fifth slit 26 and the seventh slit 28 and the distance W3 between the fifth slit 26 and the sixth slit 27.
and the eighth slit 29. Therefore, the force sensing beam 3o has a large rigidity, and a short cylindrical force sensing section is provided in the center of the beam 3o. 31 are provided.

また、第5のスリット26と第7のスリット28との間
および第6のスリット27と第8のスリット29との間
は、幅狭の間隔W4に形成され、それぞれ第3の起歪ビ
ーム32および第4の起歪ビーム33とされている。
Further, a narrow interval W4 is formed between the fifth slit 26 and the seventh slit 28 and between the sixth slit 27 and the eighth slit 29, and the third strain beam 32 and a fourth strain-generating beam 33.

上記第3および第4の起歪ビーム32および33の外側
の板状起歪体25の部分は、実質的に幅広で剛性を有し
た固定支持部34および35とされている。
Portions of the plate-shaped strain body 25 outside the third and fourth strain beams 32 and 33 are substantially wide and rigid fixed support portions 34 and 35.

そして、第3および第4の起歪ビーム32および33の
各固定支持部34および35寄りの各表面と各裏面には
、ひずみゲージSGが添着されている。
Strain gauges SG are attached to the front and back surfaces of the third and fourth strain beams 32 and 33 near the fixed support portions 34 and 35, respectively.

尚、この第2図(A)、(B)に示す第2の実施例と、
第1図(A)、(B)に示した実施例との基本的な相違
点は、スリットの形成の仕方が違う点であり、前者は、
片持支持ビームであるのに対し、後者は両端固定支持ビ
ームである点にある。
Note that the second embodiment shown in FIGS. 2(A) and (B),
The basic difference from the embodiments shown in FIGS. 1(A) and 1(B) is that the slits are formed differently;
The latter is a cantilevered support beam, whereas the latter is a fixed support beam at both ends.

従って、その作用においては敢えて説明までもな2〇− いので省略することとする。その効果においても、第1
実施例と同様の効果を奏するものである。
Therefore, since there is no need to explain its operation, I will omit it here. In terms of its effectiveness, the first
This provides the same effects as the embodiment.

なお、本発明は、上記第1および第2の実施例のみに限
定されるものではなく、種々変形して実施できるもので
ある。
Note that the present invention is not limited to the first and second embodiments described above, and can be implemented with various modifications.

例えば、本発明は、荷重変換器として非常に好適である
が、ダイヤフラム、ベローズの変位を力伝達捧を介して
力感入部20.31に伝達するように構成すれば、微小
圧力を検出し得る圧力変換器にも適用することができる
。その他、本発明に係るカー電気量変換器を、変換素子
として用いてひずみ検出器、変位変換器、加速度変換器
を容易に製作することができる。
For example, the present invention is very suitable as a load transducer, but if it is configured to transmit the displacement of the diaphragm and bellows to the force sensing input section 20.31 via the force transmission shaft, it is possible to detect minute pressure. It can also be applied to pressure transducers. In addition, strain detectors, displacement transducers, and acceleration transducers can be easily manufactured using the Kerr electrical quantity converter according to the present invention as a conversion element.

また、板状起歪体に穿設するスリットの数を増やしても
よい。そうすることによって、より低容量の変換器を得
ることができる。そして、両端固定支持ビームとするか
片持ビームとするかは、各対のスリットの方向を異なる
方向とするか同一の方向とするかによって決めることが
できる。
Furthermore, the number of slits formed in the plate-shaped flexure body may be increased. By doing so, a lower capacitance converter can be obtained. Whether the support beam is fixed at both ends or the cantilever beam can be determined depending on whether the directions of the slits in each pair are different or in the same direction.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上詳述したところより明らかなように、本発明によれ
ば、従来のものに比べて、小型化、高精度化を実現しつ
つ微小容量化を同時に実現し、併せて、耐振性、耐久性
、安定性をも向上させ得る微小容量型力−電気量変換器
を提供することができる。
As is clear from the detailed description above, the present invention achieves miniaturization, high precision, and microcapacity at the same time as compared to conventional products, and also has excellent vibration resistance and durability. , it is possible to provide a microcapacitance type force-to-electrical quantity converter that can also improve stability.

【図面の簡単な説明】 第1図(A)および(B)は、本発明の第1の実施例の
構成を示す平面図および右側面図、第2図(A)および
CB)は、本発明の第2の実施例の構成を示す平面図お
よび右側面図、第3図および第4図は、本発明をするの
に至る過程で検討したひずみゲージ式荷重変換器の異な
る2つの起歪板の例をそれぞれ示す平面図、第5図(A
)、(B)および(C)は、従来の抵抗線式の荷重変換
器の構成をそれぞれ示すもので、このうち、第5図(A
)は平面図、第5図(B)は、同図(A)のX−X線矢
視力向断面図、第5図(C)は、背面図である。 14・・・・・・板状起歪板、 15.16,17,18・・・・・・第1、第2、第3
、第4のスリット、 19・・・・・・力感入ビーム、 20・・・・・・力感入部、 21.22・・・・・・第1、第2の起歪ビーム、23
.24・・・・・・固定支持部。 25・・・・・・板状起歪板、 26.27,28.29・・・・・・第5、第6、第7
、第8のスリット、 30・・・・・・力感入ビーム、 31・・・・・・力感入部、 32.33・・・・・・第3、第4の起歪ビーム、34
.35・・・・・・固定支持部、 SG・・・・・・ひずみゲージ。
[Brief Description of the Drawings] Figures 1 (A) and (B) are a plan view and a right side view showing the configuration of the first embodiment of the present invention, and Figures 2 (A) and CB) are the main views of the present invention. A plan view and a right side view showing the configuration of the second embodiment of the invention, as well as FIGS. Plan views showing examples of plates, FIG. 5 (A
), (B) and (C) respectively show the configuration of a conventional resistance wire type load converter.
) is a plan view, FIG. 5(B) is a sectional view taken along the line X--X of FIG. 5(A), and FIG. 5(C) is a rear view. 14... Plate-shaped strain plate, 15.16, 17, 18... First, second, third
, fourth slit, 19... force sensing input beam, 20... force sensing input section, 21.22... first and second strain beams, 23
.. 24...Fixed support part. 25...Plate-shaped strain plate, 26.27, 28.29...5th, 6th, 7th
, eighth slit, 30... force sensing input beam, 31... force sensing input section, 32.33... third and fourth strain beams, 34
.. 35... Fixed support part, SG... Strain gauge.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)力が印加されると曲げ応力を発生する起歪ビーム
にひずみゲージを添着し、そのひずみゲージによって印
加された力に応じた電気信号を得るカー電気量変換器に
おいて、弾性を有する板状起歪体の力導入部を通る仮想
線に対して対称位置に互いに反対側の外縁部より平行に
他端例の近傍に至る第1および第2のスリットを形成し
、さらに上記仮想線に対し上記第1および第2のスリッ
トの各外側の対称位置に上記第1および第2のスリット
とは反対側の外縁部より平行に他端側近傍に至る第3お
よび第4のスリットを形成し、上記第1のスリットと上
記第2のスリットとの間の間隔を、上記第1のスリット
と上記第3のスリットとの間の間隔および上記第2のス
リットと上記第4のスリットとの間の各間隔よりも充分
に幅広に形成することにより剛性を大きくして力導入ビ
ームとし、上記第1のスリットと上記第3のスリットの
間および上記第2のスリットと上記第4のスリットの間
を幅狭に形成してそれぞれ第1および第2の起歪ビーム
とし、上記第3および第4のスリットの各外側部分を固
定支持部とし、上記第1および第2の起歪ビームの固定
端寄りの部位の各表面と各裏面にひずみゲージを添着し
たことを特徴とする微小容量型力−電気量変換器。
(1) In a Kerr electrical quantity converter in which a strain gauge is attached to a strain beam that generates bending stress when a force is applied, and an electrical signal corresponding to the force applied by the strain gauge is obtained, an elastic plate is used. First and second slits are formed at symmetrical positions with respect to an imaginary line passing through the force introducing portion of the strain body, extending parallel to the outer edges on opposite sides to the vicinity of the other end, and further extending along the imaginary line. On the other hand, third and fourth slits are formed at symmetrical positions on the outside of the first and second slits, extending parallel to the outer edges on the opposite side to the first and second slits and reaching near the other end side. , the distance between the first slit and the second slit, the distance between the first slit and the third slit, and the distance between the second slit and the fourth slit. The rigidity is increased by forming the beam to be sufficiently wider than each interval between the first slit and the third slit, and between the second slit and the fourth slit. are formed narrowly to form first and second strain beams, respectively, outer portions of the third and fourth slits are fixed supports, and fixed ends of the first and second strain beams are formed to have a narrow width. A microcapacitance type force-to-electrical quantity converter characterized in that strain gauges are attached to each front surface and each back surface of the close portion.
(2)力が印加されると曲げ応力を発生する起歪ビーム
にひずみゲージを添着し、そのひずみゲージによって印
加された力に応じた電気信号を得る力−電気量変換器に
おいて、弾性を有する板状起歪体の力導入部を通る仮想
線に対して対称位置に互いに同一側の外縁部より平行に
他端側の近傍に至る第5および第6のスリットを形成し
、さらに上記仮想線に対し上記第5および第6のスリッ
トの各外側の対称位置に上記第5および第6のスリット
とは反対側の外縁部より平行に他端側近傍に至る第7お
よび第8のスリットを形成し、上記第5のスリットと上
記第6のスリットとの間の間隔を、上記第5のスリット
と上記第7のスリットとの間の間隔および上記第6のス
リットと上記第8のスリットとの間の各間隔よりも充分
に幅広に形成することにより剛性を大きくして力導入ビ
ームとし、上記第5のスリットと上記第7のスリットの
間および上記第6のスリットと第8のスリットの間を幅
狭に形成してそれぞれ第3および第4の起歪ビームとし
、上記第7および上記第8のスリットの各外側の部分を
固定支持部とし、上記第3および第4の起歪ビームの固
定端寄りの部位の各表面と各裏面にひずみゲージを添着
したことを特徴とする微小容量型力−電気量変換器。
(2) A force-to-electrical quantity converter that has elasticity in which a strain gauge is attached to a strain beam that generates bending stress when a force is applied, and an electric signal corresponding to the force applied by the strain gauge is obtained. A fifth and a sixth slit are formed parallel to the outer edge on the same side to the vicinity of the other end side at symmetrical positions with respect to an imaginary line passing through the force introduction part of the plate-shaped flexure body, and On the other hand, seventh and eighth slits are formed at symmetrical positions on the outside of the fifth and sixth slits, extending parallel to the outer edges on the opposite side to the fifth and sixth slits and reaching near the other end side. The distance between the fifth slit and the sixth slit is the distance between the fifth slit and the seventh slit, and the distance between the sixth slit and the eighth slit. The rigidity is increased by forming the beam to be sufficiently wider than each interval between them to form a force introduction beam, and between the fifth slit and the seventh slit and between the sixth slit and the eighth slit. are formed into narrow widths to form third and fourth strain-generating beams, respectively, outer portions of the seventh and eighth slits are used as fixed support portions, and the third and fourth strain-generating beams are A microcapacitance type force-to-electricity converter characterized in that strain gauges are attached to each front surface and each back surface of a portion near a fixed end.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0643046A (en) * 1992-06-16 1994-02-18 Orientetsuku:Kk Square-shaped thin load cell

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