JPH05332859A - Force detector - Google Patents

Force detector

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JPH05332859A
JPH05332859A JP4138795A JP13879592A JPH05332859A JP H05332859 A JPH05332859 A JP H05332859A JP 4138795 A JP4138795 A JP 4138795A JP 13879592 A JP13879592 A JP 13879592A JP H05332859 A JPH05332859 A JP H05332859A
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JP
Japan
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strain gauge
substrate
signal processing
processing circuit
force detector
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP4138795A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kunitoshi Nishimura
国俊 西村
Toshitaka Shimomura
俊隆 下村
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Mitutoyo Corp
Mitsutoyo Kiko Co Ltd
Original Assignee
Mitutoyo Corp
Mitsutoyo Kiko Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Mitutoyo Corp, Mitsutoyo Kiko Co Ltd filed Critical Mitutoyo Corp
Priority to JP4138795A priority Critical patent/JPH05332859A/en
Publication of JPH05332859A publication Critical patent/JPH05332859A/en
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  • Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)

Abstract

PURPOSE:To obtain a compact, rugged force detector, which is hard to be affected by noises and has high detection sensitivity. CONSTITUTION:Strain gages 51, 52, 53 and 54 are formed on the outer surface of a cylindrical base body 2 as a unitary body. A ceramic substrate 3 is provided so as to cover the opening at one end of the base body. A signal processing circuit 4 having a bridge circuit, which is electrically connected to the strain gages, is provided on the substrate 3 in this constitution. Therefore, the detector can be made compact and rugged. Since the gage elements and the circuit are close, the detector is hard to be affected with noises, and the detection accuracy can be made high. Since the circuit is housed in the cavity in the base body 2, stability and reliability can be secured.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、力検出器に関する。例
えば、各種測定器において、測定圧の検出に好適な力検
出器に関する。
FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to force detectors. For example, the present invention relates to a force detector suitable for detecting measurement pressure in various measuring instruments.

【0002】[0002]

【背景技術】各種測定器において、測定精度を高めるた
めには測定圧を一定に保つ必要がある。従来、測定圧を
一定に保つ方法として、人間の感覚を利用するタイプ、
重力を利用するタイプ、ばね圧を利用するタイプなど各
種あるが、測定速度を高めたり、測定精度を更に高くす
るためにはいずれのタイプも不十分である。
BACKGROUND ART In various measuring instruments, it is necessary to keep the measurement pressure constant in order to improve the measurement accuracy. Conventionally, as a method of keeping the measurement pressure constant, a type that uses human senses,
There are various types such as a type that uses gravity and a type that uses spring pressure, but none of them is sufficient to increase the measurement speed or further improve the measurement accuracy.

【0003】そこで、薄板に歪みゲージを形成し、その
歪みゲージと外部の信号処理回路(ブリッジ回路を含
む)とを信号線で接続した力検出器を用いて測定圧を監
視し、測定圧を一定に保つことが考えられる。あるい
は、シリコン基板上にLSIのプロセス技術で作った圧
力センサを用いることなどが考えられる。
Therefore, a strain gauge is formed on a thin plate, and the measured pressure is monitored using a force detector in which the strain gauge and an external signal processing circuit (including a bridge circuit) are connected by a signal line. It is possible to keep it constant. Alternatively, it is conceivable to use a pressure sensor formed on the silicon substrate by the LSI process technology.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前者の
力検出器は、非常に高感度であるものの、外部の信号処
理回路まで含めると小型とは言い難いことから、測定器
などに組み込むには大きすぎるという欠点がある。しか
も、歪みゲージと外部の信号処理回路とが信号線で接続
されていることから、ノイズの影響を受けやすいという
欠点もある。
However, although the former force detector has a very high sensitivity, it is hard to say that it is small when an external signal processing circuit is included. It has the drawback of being too much. Moreover, since the strain gauge and the external signal processing circuit are connected by a signal line, there is a drawback that they are easily affected by noise.

【0005】また、後者の圧力センサは、高感度で大き
さも非常に小さいが、力検出器としては不向きである。
何故なら、シリコン薄膜の変形を利用した圧力検出原理
であるため、流体や気体などの圧力検出に適している
が、測定器に適用するためには、力を流体圧に変換する
必要があり、この細工が困難であるからである。
The latter pressure sensor has high sensitivity and a very small size, but is not suitable as a force detector.
Because it is a pressure detection principle using deformation of the silicon thin film, it is suitable for pressure detection of fluids and gases, but in order to apply it to a measuring instrument, it is necessary to convert force into fluid pressure, This is because this work is difficult.

【0006】ここに、本発明の目的は、このような従来
の欠点を解消し、小型、堅牢で、しかも、ノイズの影響
を受けにくく、検出感度の高い力検出器を提供すること
にある。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the above-mentioned drawbacks of the prior art and to provide a force detector which is small in size, robust, and less susceptible to noise and has high detection sensitivity.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】そのため、本発明の力検
出器は、基体の周面に歪みゲージを一体的に形成すると
ともに、前記基体の軸方向一端に前記歪みゲージと電気
的に接続される配線を施した基板を設け、この基板に前
記配線を介して前記歪みゲージと接続されかつその歪み
ゲージの抵抗値の変化から基体に作用する力を検出する
信号処理回路を設けた、構成としてある。
Therefore, in the force detector of the present invention, a strain gauge is integrally formed on the peripheral surface of the base body and is electrically connected to the strain gauge at one axial end of the base body. As a configuration, a substrate provided with wiring is provided, and a signal processing circuit that is connected to the strain gauge through the wiring and detects a force acting on the substrate from a change in resistance value of the strain gauge is provided on the substrate. is there.

【0008】[0008]

【作用】基体の周面に歪みゲージを形成するとともに、
その一端に基板を設け、この基板に信号処理回路を設け
た構成であるから、小型、堅牢に構成できる。しかも、
歪みゲージと検出回路とが近接しているから、ノイズの
影響を受けにくく、検出感度も高くできる。
[Function] While forming a strain gauge on the peripheral surface of the base,
Since the board is provided at one end of the board and the signal processing circuit is provided on the board, the board can be made compact and robust. Moreover,
Since the strain gauge and the detection circuit are close to each other, it is less susceptible to noise and the detection sensitivity can be increased.

【0009】[0009]

【実施例】以下、本発明の力検出器について好適な実施
例を挙げ、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
The preferred embodiments of the force detector of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.

【0010】第1実施例 第1実施例を図1〜図5に示す。図1は本実施例の力検
出器の外観斜視図、図2はその断面図、図3はその分解
斜視図である。これらの図に示す如く、本実施例の力検
出器1は、内部に空洞2Aを有する円筒形状の基体2
と、この基体2の一端開口を塞ぐセラミック基板3と、
このセラミック基板3に取り付けられた信号処理回路4
とから構成されている。
First Embodiment A first embodiment is shown in FIGS. FIG. 1 is an external perspective view of the force detector of this embodiment, FIG. 2 is a sectional view thereof, and FIG. 3 is an exploded perspective view thereof. As shown in these figures, the force detector 1 according to the present embodiment has a cylindrical base 2 having a cavity 2A inside.
And a ceramic substrate 3 for closing one end opening of the base body 2,
Signal processing circuit 4 mounted on the ceramic substrate 3
It consists of and.

【0011】前記基体2の外周表面には、化学的処理に
より、歪みゲージ5が形成されている。歪みゲージ5
は、基体2の外周表面に化学的処理により導電膜がその
周方向に沿ってジグザグ状に折り返し形成されたもの
で、図4(A)(B)に示す如く、その周方向に分割さ
れた4つの歪みゲージ素子51,2,3,4 を含む。な
お、ジグザグ状パターンの線幅、折り返しの回数、ピッ
チ、長さなどは、歪みゲージ5を構成する材料の特性や
必要とする検出感度に応じて決定されている。また、歪
みゲージ11を構成する材料としては、金属の場合では
銅−ニッケル合金など、半導体の場合ではゲルマニウム
やシリコンの蒸着膜などが好適である。
A strain gauge 5 is formed on the outer peripheral surface of the base 2 by chemical treatment. Strain gauge 5
Is a film in which a conductive film is folded back in a zigzag shape along the circumferential direction by a chemical treatment on the outer peripheral surface of the substrate 2, and is divided in the circumferential direction as shown in FIGS. 4 (A) and 4 (B). It includes four strain gauge elements 5 1, 5 2, 5 3, 5 4 . The line width, the number of turns, the pitch, the length, and the like of the zigzag pattern are determined according to the characteristics of the material forming the strain gauge 5 and the required detection sensitivity. Further, as a material forming the strain gauge 11, a copper-nickel alloy or the like is suitable in the case of metal, and a vapor deposition film of germanium or silicon in the case of semiconductor is suitable.

【0012】前記セラミック基板3は、前記基体2の外
径寸法より僅か大きい外径寸法を有する円盤に形成され
ている。円盤の表面側には、前記歪みゲージ5の各歪み
ゲージ素子51 〜54 と電気的に接続される配線6がプ
リントされているとともに、中心位置にその配線6を介
して各歪みゲージ素子51 〜54 と接続される信号処理
回路4が設けられている。信号処理回路4への電源供給
線7およびそこからの出力信号線8は、基板3に形成さ
れたスルーホール9を通じて基板3の裏面側に導き出さ
れている。
The ceramic substrate 3 is formed in a disk having an outer diameter dimension slightly larger than the outer diameter dimension of the base body 2. Wirings 6 electrically connected to the strain gauge elements 5 1 to 5 4 of the strain gauge 5 are printed on the surface side of the disk, and each strain gauge element is provided at the center position through the wiring 6. A signal processing circuit 4 connected to 5 1 to 5 4 is provided. The power supply line 7 to the signal processing circuit 4 and the output signal line 8 from the power supply line 7 are led out to the back surface side of the substrate 3 through through holes 9 formed in the substrate 3.

【0013】前記信号処理回路4には、図5に示すブリ
ッジ回路10z1,10z2が形成されている。つまり、4
つの歪みゲージ素子51 〜54 のうち、基体2の軸線を
中心とする対称位置に配置された2つの歪みゲージ素子
1,53 および52,4 をそれぞれ対向する辺に挿入し
た2つのブリッジ回路10z1,10z2が形成されてい
る。なお、矩形枠で囲まれた抵抗は、ダミー抵抗である
(以下、同様である。)。各ブリッジ回路31,32の
出力V1,2 は、互いに加算され基体2の軸方向(Z方
向)の力Fz(図4参照)に比例した信号として出力さ
れる。
The signal processing circuit 4 is formed with bridge circuits 10 z1 and 10 z2 shown in FIG. That is, 4
Of the two strain gauge elements 5 1 to 5 4 , two strain gauge elements 5 1 , 5 3 and 5 2, 5 4 which are arranged symmetrically with respect to the axis of the base body 2 were inserted into the opposite sides. Two bridge circuits 10 z1 and 10 z2 are formed. The resistors surrounded by the rectangular frame are dummy resistors (the same applies hereinafter). The outputs V 1 and V 2 of the bridge circuits 31 and 32 are added to each other and output as a signal proportional to the force Fz (see FIG. 4) in the axial direction (Z direction) of the base 2.

【0014】ところで、前記基体2の外周面に歪みゲー
ジ5を化学的処理により一体的に形成するには、次のよ
うにして行う。図6はそのプロセスを示している。な
お、ここでは、基体2が金属性の場合である。まず、
(A)において、基体2を回転させ、その基体2の外周
表面にCVD法などにより絶縁膜11(例えば、SiO
2 など)を形成する。続いて、(B)において、絶縁膜
11の上に蒸着、メッキなどの処理により金属膜や半導
体膜などの導電膜12を形成する。
By the way, the strain gauge 5 is integrally formed on the outer peripheral surface of the base body 2 by a chemical treatment as follows. FIG. 6 shows the process. Here, the base 2 is made of metal. First,
In (A), the base 2 is rotated, and the insulating film 11 (for example, SiO 2) is formed on the outer peripheral surface of the base 2 by the CVD method or the like.
2 etc.) to form. Subsequently, in (B), a conductive film 12 such as a metal film or a semiconductor film is formed on the insulating film 11 by a process such as vapor deposition or plating.

【0015】次に、(C)において、その上にポジ形レ
ジスト膜13をコーティングした後、(D)において、
レーザビーム14などを照射して図3,図4に示すジグ
ザグパターンを描く。このとき、歪みゲージ5の部分に
おける線は細く、配線部分における線は十分太く描く。
続いて、(E)において、現像により光を照射した部分
以外のレジスト膜13を取り去ったのち、露出した導電
膜12をエッチングにより除去する。これにより、図
3,図4に示す歪みゲージができるが、最後に保護膜で
覆えば完成である。
Next, in (C), a positive resist film 13 is coated thereon, and then in (D),
The laser beam 14 or the like is irradiated to draw the zigzag pattern shown in FIGS. At this time, the line in the strain gauge 5 is thin, and the line in the wiring portion is sufficiently thick.
Then, in (E), after removing the resist film 13 other than the portion irradiated with light by development, the exposed conductive film 12 is removed by etching. As a result, the strain gauges shown in FIGS. 3 and 4 are formed, but when the strain gauge is finally covered with the protective film, it is completed.

【0016】ちなみに、ここで説明した化学的処理は、
LSI製造のプロセスとほぼ同様であるが、パターン形
成の表面が平坦でなく、円筒面であるある点で異なる。
しかし、LSIの製造装置に基体2を回転させるための
回転駆動機構を付加すれば、実現することができる。し
かも、パターンルールが100μmオーダ以上であるこ
とを考えれば、LSI製造よりはるかに容易である。
By the way, the chemical treatment described here is
The process is almost the same as the LSI manufacturing process, except that the surface for pattern formation is not a flat surface but a cylindrical surface.
However, this can be realized by adding a rotation drive mechanism for rotating the base 2 to the LSI manufacturing apparatus. Moreover, considering that the pattern rule is on the order of 100 μm or more, it is much easier than the LSI manufacturing.

【0017】次に、本実施例の力検出器1の組立て方法
および使用例を説明する。まず、組立てに当たっては、
セラミック基板3の中心位置に信号処理回路4を置き、
それをプリント配線6と電気的に接続する。続いて、そ
の信号処理回路4が空洞2A内に収まるように基体2を
基板3上に載せたのち、基体2の外周表面の各歪みゲー
ジ素子51 〜54 の端子部分とセラミック基板3上のプ
リント配線6の必要箇所とを半田で接続する。これによ
り、力検出器1が組立てられる。なお、基体2の下端
面、つまり、セラミック基板3の配線6と接する部分は
絶縁処理が施されている。
Next, an assembling method and an example of use of the force detector 1 of this embodiment will be described. First of all, when assembling,
Place the signal processing circuit 4 at the center of the ceramic substrate 3,
It is electrically connected to the printed wiring 6. Then, the base 2 is placed on the substrate 3 so that the signal processing circuit 4 can be accommodated in the cavity 2A, and then the terminal portions of the strain gauge elements 5 1 to 5 4 on the outer peripheral surface of the base 2 and the ceramic substrate 3 are placed. The necessary portions of the printed wiring 6 are connected by soldering. Thereby, the force detector 1 is assembled. The lower end surface of the base body 2, that is, the portion of the ceramic substrate 3 that contacts the wiring 6 is subjected to an insulation treatment.

【0018】また、使用に当たっては、図7のようにし
て使用することができる。図7は本実施例の力検出器1
をベンチ型マイクロメータ20に用いた例である。同ベ
ンチ型マイクロメータ20は、ベンチ型基台21の一方
の立腕部22にアンビル支持具23を介してアンビル2
4を、他方の立腕部25にアンビル24と同軸上にマイ
クロメータヘッド26をそれぞれ保持するとともに、マ
イクロメータヘッド26のスピンドル27をシンブル2
8の回動操作のほか、基台21に内蔵のモータ(スイッ
チ29によって起動停止される図示省略のモータ)の駆
動によってアンビル24に対して進退させるようにした
ものである。ここでは、アンビル24の先端に本実施例
の力検出器1が設けられている。
In addition, it can be used as shown in FIG. FIG. 7 shows the force detector 1 of this embodiment.
This is an example in which is used for the bench type micrometer 20. The bench-type micrometer 20 includes an anvil support tool 23 and an anvil 2 on one standing arm 22 of a bench-type base 21.
4, while holding the micrometer head 26 on the other standing arm 25 coaxially with the anvil 24, the spindle 27 of the micrometer head 26 is thimble 2
In addition to the turning operation of 8, the motor built in the base 21 (motor not shown, which is started and stopped by the switch 29) is driven to move back and forth with respect to the anvil 24. Here, the force detector 1 of the present embodiment is provided at the tip of the anvil 24.

【0019】いま、アンビル24の先端に設けられた力
検出器1とスピンドル27との間に被測定物を挿入した
のち、スイッチ29をオンしてモータを駆動させると、
マイクロメータヘッド26のスピンドル27がアンビル
24へ向かって進出される。やがて、スピンドル27の
先端が被測定物に接し、スピンドル27と力検出器1と
の間で被測定物を挟持した状態になると、力検出器1に
は軸方向の力Fzが作用する。すると、信号処理回路4
からは、その力Fzに比例した信号(V1+V2)が出力さ
れる。従って、その信号(V1+V2)を監視し、予め設定
した基準レベルに達したときにモータを停止させるよう
にすれば、測定圧を常に一定に保つことができる。
Now, after inserting the object to be measured between the force detector 1 provided at the tip of the anvil 24 and the spindle 27, the switch 29 is turned on to drive the motor.
The spindle 27 of the micrometer head 26 is advanced toward the anvil 24. When the tip of the spindle 27 comes into contact with the object to be measured and the object to be measured is sandwiched between the spindle 27 and the force detector 1, an axial force Fz acts on the force detector 1. Then, the signal processing circuit 4
Outputs a signal (V 1 + V 2 ) proportional to the force Fz. Therefore, by monitoring the signal (V 1 + V 2 ) and stopping the motor when the preset reference level is reached, the measured pressure can be kept constant at all times.

【0020】従って、第1実施例によれば、円筒状の基
体2の外周表面に化学的処理により4つの歪みゲージ素
子51,2,3,4 を形成し、この歪みゲージ素子51,
2,3,4 を含んで2つのブリッジ回路10z1,10
z2を構成したので、そのブリッジ回路31,32の出力
1,2 を互いに加算すれば、軸方向の力Fzに比例し
た信号を得ることができる。しかも、基体2の一端開口
を塞いでセラミック基板3を設け、このセラミック基板
3に前記ブリッジ回路10z1,10z2を含む信号処理回
路4を設けてあるので、小型、堅牢に構成できるととも
に、ノイズの影響を受けにくく、検出感度も高くでき
る。特に、信号処理回路4は基体2の空洞2A内に密封
状態で収納されているので、動作の安定性、信頼性を確
保できる。更に、組立ても容易で、安価である。
Therefore, according to the first embodiment, four strain gauge elements 5 1, 5 2, 5 3, 5 4 are formed on the outer peripheral surface of the cylindrical substrate 2 by chemical treatment, and the strain gauge elements are formed. 5 1,
Two bridge circuits 10 z1 and 10 including 5 2, 5 3 and 5 4
since it is configured to z2, if adding the output V 1, V 2 of the bridge circuits 31 and 32 to each other, it is possible to obtain a signal proportional to the axial force Fz. Moreover, since the ceramic substrate 3 is provided by closing the one end opening of the base body 2 and the signal processing circuit 4 including the bridge circuits 10 z1 and 10 z2 is provided on the ceramic substrate 3, a compact and robust structure can be achieved and noise can be reduced. It is difficult to be affected by and the detection sensitivity can be increased. In particular, since the signal processing circuit 4 is housed in the cavity 2A of the base body 2 in a hermetically sealed state, the stability and reliability of the operation can be secured. Furthermore, it is easy to assemble and inexpensive.

【0021】第2実施例 第2実施例を図8および図9に示す。なお、これらの図
の説明に当たって、前述した図1〜図7と同一構成要件
については、同一符号を付し、その説明を省略する。
Second Embodiment A second embodiment is shown in FIGS. 8 and 9. In the description of these drawings, the same components as those in FIGS. 1 to 7 described above are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.

【0022】本実施例は、軸方向(Z方向)に対して直
角方向の2つの力Fx,Fyを検出できるようにしたも
ので、図8(A)(B)に示す如く、基体2の外周表面
に4つの歪みゲージ素子511, 12, 13, 14がXお
よびY軸を中心とした対称位置にそれぞれ形成されてい
る。また、信号処理回路4には、図9に示す如く、4つ
の歪みゲージ素子511, 12, 13のうち、基体2の軸
線を中心とする対称位置に配置された2つの歪みゲージ
素子511, 13および512, 14がそれぞれ隣接する辺
に挿入された2つのブリッジ回路10y,10xが形成
されている。
In this embodiment, two forces Fx and Fy in the direction perpendicular to the axial direction (Z direction) can be detected. As shown in FIGS. Four strain gauge elements 5 11, 5 12, 5 13, 5 14 are formed on the outer peripheral surface at symmetrical positions about the X and Y axes, respectively. Further, the signal processing circuit 4, as shown in FIG. 9, four strain gauge elements 5 11, 5 12, 5 13 among the two strain gauge elements arranged at symmetrical positions around the axis of the base body 2 Two bridge circuits 10y and 10x are formed in which 5 11, 5 13 and 5 12, 5 14 are respectively inserted in adjacent sides.

【0023】従って、第2実施例によれば、第1実施例
で述べた効果に加え、軸方向(Z方向)に対して直角な
力Fxに比例した信号V3 をブリッジ回路10xから得
ることができ、また、軸方向(Z方向)に対して直角で
かつ力Fxに対して直角な力Fyに比例した信号V4
ブリッジ回路10yから得ることができる。そのため、
例えば、被測定物とプローブとを互いに直交する二次元
方向へ相対移動させながら両者を接触させて被測定物の
寸法などを測定する二次元測定機などに利用できる。
Therefore, according to the second embodiment, in addition to the effect described in the first embodiment, the signal V 3 proportional to the force Fx perpendicular to the axial direction (Z direction) is obtained from the bridge circuit 10x. Further, the signal V 4 proportional to the force Fy which is perpendicular to the axial direction (Z direction) and perpendicular to the force Fx can be obtained from the bridge circuit 10y. for that reason,
For example, it can be used for a two-dimensional measuring machine or the like that measures the dimensions and the like of an object to be measured by bringing the object and the probe into contact with each other while relatively moving them in two-dimensional directions orthogonal to each other.

【0024】なお、図4の歪みゲージ素子51,2,3,
4 と図8の歪みゲージ素子511,12, 13, 14
を基体2の外周面に形成し、それぞれブリッジ回路10
z1,10z2、10y,10xを組めば、同時に3方向の
力Fz,Fx,Fyに比例した信号を得ることができ
る。
The strain gauge elements 5 1, 5 2, 5 3, shown in FIG.
5 4 and the strain gauge elements 5 11, 5 12, 5 13, 5 14 of FIG. 8 are formed on the outer peripheral surface of the substrate 2, and the bridge circuit 10
By combining z1 , 10z2, 10y and 10x, it is possible to simultaneously obtain signals proportional to the forces Fz, Fx and Fy in the three directions.

【0025】第3実施例 第3実施例を図10に示す。なお、これらの図の説明に
当たって、前述した図1〜図7と同一構成要件について
は、同一符号を付し、その説明を省略する。
Third Embodiment A third embodiment is shown in FIG. In the description of these drawings, the same components as those in FIGS. 1 to 7 described above are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.

【0026】本実施例は、図4の歪みゲージ素子51,
2,3,4 をそれぞれ図10の4つのブリッジ回路10
1,102,103,104 に組み込み、その出力e1,2,
3, 4 を演算して同時に3方向の力Fz,Fx,Fyに
比例した信号が得られるようにしたものである。
In this embodiment, the strain gauge element 5 shown in FIG. 4 is used.1,5
2,53,5FourThe four bridge circuits 10 of FIG.
1,102,103,10FourEmbedded in the output e1,e2,e
3,e FourTo calculate forces Fz, Fx, Fy in three directions at the same time.
This is to obtain a proportional signal.

【0027】各ブリッジ回路101,〜104 の出力e1,
2,3,4 は、 e1 =−αFx+βFy+γFz ………………(1) e2 =−αFx−βFy+γFz ………………(2) e3 =αFx−βFy+γFz ………………(3) e4 =αFx+βFy+γFz ………………(4) で与えられる。なお、α,β,γは係数である。
The output e 1, of each bridge circuit 10 1, -10 4
e 2, e 3, e 4 are: e 1 = −αFx + βFy + γFz ………… (1) e 2 = −αFx−βFy + γFz ………… (2) e 3 = αFx−βFy + γFz ………… ...... (3) e 4 = αFx + βFy + γFz ……………… (4) Note that α, β and γ are coefficients.

【0028】この(1)〜(4)式から、 e1 +e2 +e3 +e4 =4γFz ………(5) (e3 +e4 )−(e1 +e2 )=4αFx………
(6) (e1 +e4 )−(e2 +e3 )=4βFy………
(7) が成り立つ。
From these equations (1) to (4), e 1 + e 2 + e 3 + e 4 = 4γFz ...... (5) (e 3 + e 4 )-(e 1 + e 2 ) = 4αFx ......
(6) (e 1 + e 4 ) − (e 2 + e 3 ) = 4βFy ...
(7) holds.

【0029】従って、第3実施例によれば、第1実施例
で述べた効果に加え、同時に3方向の力Fz,Fx,F
yを検出することができるから、三次元測定機のタッチ
信号プローブに組み込めば、被測定物との接触を高感度
で検出することができる。
Therefore, according to the third embodiment, in addition to the effects described in the first embodiment, the forces Fz, Fx, F in the three directions are simultaneously obtained.
Since y can be detected, the contact with the object to be measured can be detected with high sensitivity by incorporating it into the touch signal probe of the coordinate measuring machine.

【0030】以上、本発明について好適な実施例を挙げ
て説明したが、本発明は、この実施例に限られるもので
なく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の改
良並びに設計の変更が可能である。
Although the present invention has been described with reference to the preferred embodiment, the present invention is not limited to this embodiment, and various improvements and design changes can be made without departing from the gist of the present invention. It is possible.

【0031】例えば、信号処理回路4については、基体
2の空洞2A内に収まりきらない場合には、図11に示
す如く、基板3の裏面側に取り付けるようにしてもよ
い。この場合、信号処理回路4の全てを基板3の裏面側
に取り付けるのではなく、基体2の空洞2A内に収まり
きらない一部を基板3の裏面側に取り付けるようにして
もよい。
For example, the signal processing circuit 4 may be mounted on the back surface side of the substrate 3 as shown in FIG. 11 when the signal processing circuit 4 does not fit in the cavity 2A of the substrate 2. In this case, instead of mounting all of the signal processing circuit 4 on the back surface side of the substrate 3, a part of the signal processing circuit 4 that cannot be accommodated in the cavity 2A of the substrate 2 may be mounted on the back surface side of the substrate 3.

【0032】また、上記各実施例では、力検出器1を測
定器に用いた例について説明したが、使用例としては必
ずしも測定器に限られるものでなく、一般の加工機械や
制御機械など力を検出する必要のある部位に取り付けて
用いることもできる。
Further, in each of the above-described embodiments, an example in which the force detector 1 is used as a measuring device has been described, but the use example is not necessarily limited to the measuring device, and a force such as a general processing machine or control machine can be used. It can also be used by attaching it to a site that needs to be detected.

【0033】[0033]

【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、小型、堅
牢で、しかも、ノイズの影響を受けにくく、検出感度の
高い力検出器を提供できる。
As described above, according to the present invention, it is possible to provide a force detector which is small in size, is robust, is not easily affected by noise, and has high detection sensitivity.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第1実施例を示す外観斜視図である。FIG. 1 is an external perspective view showing a first embodiment of the present invention.

【図2】同上実施例の断面図である。FIG. 2 is a sectional view of the above embodiment.

【図3】同上実施例の分解斜視図である。FIG. 3 is an exploded perspective view of the above embodiment.

【図4】同上実施例の歪みゲージパターンを示す図であ
る。
FIG. 4 is a diagram showing a strain gauge pattern of the above-mentioned embodiment.

【図5】同上実施例のブリッジ回路を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a bridge circuit of the embodiment.

【図6】同上実施例の歪みゲージ製造プロセスを示す図
である。
FIG. 6 is a diagram showing a strain gauge manufacturing process according to the embodiment.

【図7】同上実施例の力検出器をベンチ型マイクロメー
タに用いた使用例を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing a usage example in which the force detector of the above-mentioned embodiment is used in a bench-type micrometer.

【図8】本発明の第2実施例における歪みゲージパター
ンを示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing a strain gauge pattern in a second embodiment of the present invention.

【図9】同上実施例のブリッジ回路を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing a bridge circuit of the embodiment.

【図10】本発明の第3実施例におけるブリッジ回路を
示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing a bridge circuit according to a third embodiment of the present invention.

【図11】本発明の変形例を示す断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view showing a modified example of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 力検出器 2 基体 3 セラミック基板 4 信号処理回路 5 歪みゲージ 51,〜54 、511, 〜514 歪みゲージ素子 10z1,10z2、10x,10y 、101 〜104 ブリ
ッジ回路 16 配線
1 power detector 2 base 3 ceramic substrate 4 signal processing circuit 5 strain gauge 5 1, 5 4, 5 11, 5 14 strain gauge element 10 z1, 10 z2, 10 x , 10 y, 10 1 ~10 4 bridge Circuit 16 wiring

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】基体の周面に歪みゲージを一体的に形成す
るとともに、前記基体の軸方向一端に前記歪みゲージと
電気的に接続される配線を施した基板を設け、この基板
に前記配線を介して前記歪みゲージと接続されかつその
歪みゲージの抵抗値の変化から基体に作用する力を検出
する信号処理回路を設けた、ことを特徴とする力検出
器。
1. A strain gauge is integrally formed on a peripheral surface of a substrate, and a substrate provided with wiring electrically connected to the strain gauge is provided at one axial end of the substrate, and the wiring is provided on the substrate. A force detector comprising a signal processing circuit which is connected to the strain gauge via the sensor and detects a force acting on the substrate from a change in resistance value of the strain gauge.
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