JPH0565807B2 - - Google Patents
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- JPH0565807B2 JPH0565807B2 JP58105497A JP10549783A JPH0565807B2 JP H0565807 B2 JPH0565807 B2 JP H0565807B2 JP 58105497 A JP58105497 A JP 58105497A JP 10549783 A JP10549783 A JP 10549783A JP H0565807 B2 JPH0565807 B2 JP H0565807B2
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- JP
- Japan
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- strain gauge
- gauge resistor
- lead
- stress
- bridge
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L1/00—Measuring force or stress, in general
- G01L1/20—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress
- G01L1/22—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges
- G01L1/2287—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges constructional details of the strain gauges
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L1/00—Measuring force or stress, in general
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- G01L1/22—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges
- G01L1/2206—Special supports with preselected places to mount the resistance strain gauges; Mounting of supports
- G01L1/2243—Special supports with preselected places to mount the resistance strain gauges; Mounting of supports the supports being parallelogram-shaped
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
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- G01L1/22—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges
- G01L1/225—Measuring circuits therefor
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
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- G01L1/225—Measuring circuits therefor
- G01L1/2262—Measuring circuits therefor involving simple electrical bridges
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measurement Of Force In General (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、ストレンゲージ抵抗体部やリード部
を蒸着、スパツタリングあるいはメツキ等により
積層形成するようにしたロードセルに関するもの
である。
を蒸着、スパツタリングあるいはメツキ等により
積層形成するようにしたロードセルに関するもの
である。
技術的背景およびその問題点
従来、この種のロードセルにおいては、ストレ
ンゲージ抵抗部、リード部、補正部等を薄膜技術
により形成しているものであるが、リード部の抵
抗を少なくする目的でそのリード部の膜厚を厚く
形成している。そのため、膜形成時に蓄積された
膜の内部歪によるストレンゲージ抵抗体部に対す
る応力的影響が大であり、これにより、経時変化
を受け、ブリツジバランス、スパン（出力電圧）
等の変化として表われる。
ンゲージ抵抗部、リード部、補正部等を薄膜技術
により形成しているものであるが、リード部の抵
抗を少なくする目的でそのリード部の膜厚を厚く
形成している。そのため、膜形成時に蓄積された
膜の内部歪によるストレンゲージ抵抗体部に対す
る応力的影響が大であり、これにより、経時変化
を受け、ブリツジバランス、スパン（出力電圧）
等の変化として表われる。
発明の目的
本発明は、ブリツジバランスやスパン等の経時
的な変化のないロードセルを得ることを目的とす
る。
的な変化のないロードセルを得ることを目的とす
る。
発明の概要
本発明は、膜厚の大きいリード部の内部歪によ
るストレンゲージ抵抗体部に対する応力的影響が
あることは避けることができないものとし、この
ような応力的影響があつてもストレンゲージ抵抗
体部に対する応力的影響を一定であるようにし、
これにより、ブリツジバランスやスパン等の経時
的な変化が発生するのを防止しうるように構成し
たものである。
るストレンゲージ抵抗体部に対する応力的影響が
あることは避けることができないものとし、この
ような応力的影響があつてもストレンゲージ抵抗
体部に対する応力的影響を一定であるようにし、
これにより、ブリツジバランスやスパン等の経時
的な変化が発生するのを防止しうるように構成し
たものである。
発明の実施例
まず、第１図に示すものは角柱状のビーム体１
であり、このビーム体１は、たとえばステンレス
材や高力アルミニウム材などの金属弾性体よりな
るものであり、たがいに連通する二つの孔２によ
り薄肉変形部３が形成されている。そして、一端
にはベース等の固定部に結合される二個の取付孔
４が形成され、他端には荷重を受けるための受皿
等が連結される受孔５が形成されている。
であり、このビーム体１は、たとえばステンレス
材や高力アルミニウム材などの金属弾性体よりな
るものであり、たがいに連通する二つの孔２によ
り薄肉変形部３が形成されている。そして、一端
にはベース等の固定部に結合される二個の取付孔
４が形成され、他端には荷重を受けるための受皿
等が連結される受孔５が形成されている。
このようなビーム体１のパターン形成面６に
は、SiO2等の無機物またはポリイミド樹脂等の
有機物よるなる絶縁材料によつて薄い絶縁膜７が
形成されている。この絶縁膜７の上には、第２図
に示すようにスパツタリング、蒸着によりストレ
ンゲージ抵抗部およびブリツジバランスの補正部
のための温度的に十分に安定な抵抗層８が形成さ
れ、この抵抗層８の上にはビーム体１のヤング率
の温度補正およびブリツジバランスの温度補正を
行なう抵抗層９が積層形成されている。さらに、
この抵抗層９の上には膜厚の比較的大きな導体層
１０が積層形成されている。
は、SiO2等の無機物またはポリイミド樹脂等の
有機物よるなる絶縁材料によつて薄い絶縁膜７が
形成されている。この絶縁膜７の上には、第２図
に示すようにスパツタリング、蒸着によりストレ
ンゲージ抵抗部およびブリツジバランスの補正部
のための温度的に十分に安定な抵抗層８が形成さ
れ、この抵抗層８の上にはビーム体１のヤング率
の温度補正およびブリツジバランスの温度補正を
行なう抵抗層９が積層形成されている。さらに、
この抵抗層９の上には膜厚の比較的大きな導体層
１０が積層形成されている。
ついで、フオトエツチング等の選択エツチング
により、R1、R2、R3、R4と表示した四個のスト
レンゲージ抵抗体部１１、ブリツジバランス補正
部１２、スパン温度補正部１３、ブリツジバラン
ス温度補正部１４およびリード部１５が形成され
ている。
により、R1、R2、R3、R4と表示した四個のスト
レンゲージ抵抗体部１１、ブリツジバランス補正
部１２、スパン温度補正部１３、ブリツジバラン
ス温度補正部１４およびリード部１５が形成され
ている。
しかして、前記抵抗層８は抵抗値を大きくする
必要があるためにその膜厚は十分に薄いものであ
り、前記導体層１０はその抵抗値を十分に小さく
する必要があるため、その膜厚は大きい。また、
スパン温度補正部１３はもとよりのことブリツジ
バランス補正部１２とブリツジバランス温度補正
部１４とは荷重が作用しても変形することがない
位置に配置されている。
必要があるためにその膜厚は十分に薄いものであ
り、前記導体層１０はその抵抗値を十分に小さく
する必要があるため、その膜厚は大きい。また、
スパン温度補正部１３はもとよりのことブリツジ
バランス補正部１２とブリツジバランス温度補正
部１４とは荷重が作用しても変形することがない
位置に配置されている。
このような構成において、ストレンゲージ抵抗
体部１１により形成されるブリツジ回路が平衡す
る条件は、補正部を無視するとR1／R2＝R3／R4
である。そこで、各ストレンゲージ抵抗体１１に
対しては、絶縁膜７の経時的応力変化の影響が異
なることなく作用し、ブリツジバランスの経時変
化が起こらない構造になつている。また、リード
部１５と補正部１２，１３，１４とがストレンゲ
ージ抵抗体部１１のパターンと十分に離れている
ため、リード部１５等による経時的な応力変化を
受けることがなく、ブリツジバランスの経時的な
変化が起らない構造となつている。
体部１１により形成されるブリツジ回路が平衡す
る条件は、補正部を無視するとR1／R2＝R3／R4
である。そこで、各ストレンゲージ抵抗体１１に
対しては、絶縁膜７の経時的応力変化の影響が異
なることなく作用し、ブリツジバランスの経時変
化が起こらない構造になつている。また、リード
部１５と補正部１２，１３，１４とがストレンゲ
ージ抵抗体部１１のパターンと十分に離れている
ため、リード部１５等による経時的な応力変化を
受けることがなく、ブリツジバランスの経時的な
変化が起らない構造となつている。
いま、各層の材質及び厚さの一例を挙げると、
ストレンゲージ抵抗体部１１は、NiCrSiよりな
る0.1μ程度の膜厚のものであるのに対し、絶縁膜
７はポリイミド樹脂による5μ程度の膜厚、リー
ド部１５は導電性金属による2μ程度の厚さであ
る。
ストレンゲージ抵抗体部１１は、NiCrSiよりな
る0.1μ程度の膜厚のものであるのに対し、絶縁膜
７はポリイミド樹脂による5μ程度の膜厚、リー
ド部１５は導電性金属による2μ程度の厚さであ
る。
このようにリード部１５と補正部１２，１３，
１４とをストレンゲージ抵抗体部１１のパターン
と十分に離すことにより、ブリツジバランスの経
時的な応力変化を受けることがないようにするこ
とができるが、本発明の一実施例を第５図および
第６図に基づいて説明する。すなわち、本実施例
はストレンゲージ抵抗体部１１に近接させて１５
によ捨てパターンリード部１６を形成したもので
ある。すなわち、第６図に示すように、ストレン
ゲージ抵抗体部１１のみを注目すれば、入力電圧
Veと出力電圧Voとの関係は、 Vo＝Ve（R3／R1＋R3−R4／R2＋R4） と表される。
１４とをストレンゲージ抵抗体部１１のパターン
と十分に離すことにより、ブリツジバランスの経
時的な応力変化を受けることがないようにするこ
とができるが、本発明の一実施例を第５図および
第６図に基づいて説明する。すなわち、本実施例
はストレンゲージ抵抗体部１１に近接させて１５
によ捨てパターンリード部１６を形成したもので
ある。すなわち、第６図に示すように、ストレン
ゲージ抵抗体部１１のみを注目すれば、入力電圧
Veと出力電圧Voとの関係は、 Vo＝Ve（R3／R1＋R3−R4／R2＋R4） と表される。
また、VoはR1、R2、R3、R4の関数であるの
で、 Vo＝Vo（R1、R2、R3、R4） で表される。
で、 Vo＝Vo（R1、R2、R3、R4） で表される。
ここで、ストレンゲージ抵抗体部１１の抵抗値
R1、R2、R3、R4がそれぞれ R1→R1＋ΔR1 R2→R2＋ΔR2 R3→R3＋ΔR3 R4→R4＋ΔR4 に経時変化や熱歪の影響で変化したときの出力電
圧の変化を次の計算式で計算により求める。
R1、R2、R3、R4がそれぞれ R1→R1＋ΔR1 R2→R2＋ΔR2 R3→R3＋ΔR3 R4→R4＋ΔR4 に経時変化や熱歪の影響で変化したときの出力電
圧の変化を次の計算式で計算により求める。
Vo＝Ve（∂Vo／∂R1ΔR1＋∂Vo／∂R2ΔR2＋∂Vo／
∂R3ΔR3＋∂Vo／∂R4ΔR4） Ve［−R3／（R1＋R3）2・ΔR1＋R1／（R1＋R3）2
・ΔR2＋R4／（R2＋R4）2・ΔR3＋−R2／（R2＋R4）2・
ΔR4］ ここで、通常用いられているブリツジ回路を構
成するストレンゲージ抵抗は略等しい、すなわ
ち、 Ｒ＝R1＝R2＝R3＝R4 であるので、 Vo＝Ve／4R［−ΔR1＋ΔR2＋ΔR3−ΔR4］ となる。従つて、それぞれのストレンゲージ抵抗
体部１１に対し応力が等しく作用するようにリー
ドパターン、補正パターンや捨てパターンを配置
することによりΔR1、ΔR2、ΔR3、ΔR4を見掛け
上、等しくでき、出力電圧の変化をゼロにするこ
とができる。この捨てパターンにより、R1とR2
とのストレンゲージ抵抗体部１１の経時変化や熱
歪に対する応力的影響は対照的であるように構成
されている。この点はR3とR4とのストレンゲー
ジ抵抗体部１１のパターンについても同様であ
る。
∂R3ΔR3＋∂Vo／∂R4ΔR4） Ve［−R3／（R1＋R3）2・ΔR1＋R1／（R1＋R3）2
・ΔR2＋R4／（R2＋R4）2・ΔR3＋−R2／（R2＋R4）2・
ΔR4］ ここで、通常用いられているブリツジ回路を構
成するストレンゲージ抵抗は略等しい、すなわ
ち、 Ｒ＝R1＝R2＝R3＝R4 であるので、 Vo＝Ve／4R［−ΔR1＋ΔR2＋ΔR3−ΔR4］ となる。従つて、それぞれのストレンゲージ抵抗
体部１１に対し応力が等しく作用するようにリー
ドパターン、補正パターンや捨てパターンを配置
することによりΔR1、ΔR2、ΔR3、ΔR4を見掛け
上、等しくでき、出力電圧の変化をゼロにするこ
とができる。この捨てパターンにより、R1とR2
とのストレンゲージ抵抗体部１１の経時変化や熱
歪に対する応力的影響は対照的であるように構成
されている。この点はR3とR4とのストレンゲー
ジ抵抗体部１１のパターンについても同様であ
る。
したがつて、膜厚の大きいリード部１５による
応力的影響があつても、R1／R2またはR3／R4の
値は一定であり、これにより、ブリツジバランス
の変化が生じることはない。
応力的影響があつても、R1／R2またはR3／R4の
値は一定であり、これにより、ブリツジバランス
の変化が生じることはない。
しかして、このような現象が実際に発生してい
る状態を第７図及び第８図に示す。まず、第７図
に示すものは、パターンを変更しない従来のもの
であり、５個のサンプルのゼロ点の経時変化のデ
ータである。なお、横軸は時間であり、縦軸はブ
リツジ回路全体の出力電圧（ｍＶ）を示してい
る。これに対して、第８図に示すものは、捨てパ
ターン１６を形成した本実施例に係るものであ
り、５個のサンプルのゼロ点の経時変化である。
なお、縦軸の出力電圧の単位は、第７図に示すｍ
Ｖに対して、μVとなつている。また、時間軸の
長さも第７図のものとは相違している。
る状態を第７図及び第８図に示す。まず、第７図
に示すものは、パターンを変更しない従来のもの
であり、５個のサンプルのゼロ点の経時変化のデ
ータである。なお、横軸は時間であり、縦軸はブ
リツジ回路全体の出力電圧（ｍＶ）を示してい
る。これに対して、第８図に示すものは、捨てパ
ターン１６を形成した本実施例に係るものであ
り、５個のサンプルのゼロ点の経時変化である。
なお、縦軸の出力電圧の単位は、第７図に示すｍ
Ｖに対して、μVとなつている。また、時間軸の
長さも第７図のものとは相違している。
この結果、捨てパターン１６を形成した場合に
は、従来のものとは比較にならない程、ゼロ点の
経時変化が小さくなつていることがわかる。
は、従来のものとは比較にならない程、ゼロ点の
経時変化が小さくなつていることがわかる。
なお、実施に当つては、とくに図示しないが、
最外層部にはコーテイング膜を形成して各部の保
護をはかる。
最外層部にはコーテイング膜を形成して各部の保
護をはかる。
発明の効果
本発明は上述のように、薄肉変形部を有するビ
ーム体に絶縁膜を形成し、この絶縁膜上にR1、
R2、R3、R4の四個のストレンゲージ抵抗体部と
これらをブリツジ結合するリード部とブリツジバ
ランスやスパン等を補正調整する補正部とを金属
薄膜により積層形成したロードセルにおいて、リ
ード部と補正部とをストレンゲージ抵抗体部の周
辺部より充分に離れて応力的に影響のない位置に
配設し、前記ストレンゲージ抵抗体部に近接させ
てそれぞれの前記ストレンゲージ抵抗体部に対し
てリード部の内部歪による応力が等しく作用する
ように捨てパターンを形成したことにより、スト
レンゲージ抵抗体部に対する応力的影響があつて
もそのブリツジバランスやスパンが狂うことがな
く、これにより、経時的に安定した製品を得るこ
とができると云う効果を有するものである。
ーム体に絶縁膜を形成し、この絶縁膜上にR1、
R2、R3、R4の四個のストレンゲージ抵抗体部と
これらをブリツジ結合するリード部とブリツジバ
ランスやスパン等を補正調整する補正部とを金属
薄膜により積層形成したロードセルにおいて、リ
ード部と補正部とをストレンゲージ抵抗体部の周
辺部より充分に離れて応力的に影響のない位置に
配設し、前記ストレンゲージ抵抗体部に近接させ
てそれぞれの前記ストレンゲージ抵抗体部に対し
てリード部の内部歪による応力が等しく作用する
ように捨てパターンを形成したことにより、スト
レンゲージ抵抗体部に対する応力的影響があつて
もそのブリツジバランスやスパンが狂うことがな
く、これにより、経時的に安定した製品を得るこ
とができると云う効果を有するものである。
第１図はビーム体の斜視図、第２図は各層を誇
張して示した側面図、第３図は平面図、第４図は
回路図、第５図は本発明の一実施例を示す平面
図、第６図はストレンゲージ抵抗体の基本的な接
続状態を示す回路図、第７図は従来のパターンに
よるゼロ点の経時変化の実験値を示すグラフ、第
８図は本発明のパターンによるゼロ点の経時変化
の実験値を示すグラフである。 １……ビーム体、３……薄肉変形部、７……絶
縁膜、１１……ストレンゲージ抵抗体部、１２〜
１４……補正部、１５……リード部、１６……捨
てパターン。
張して示した側面図、第３図は平面図、第４図は
回路図、第５図は本発明の一実施例を示す平面
図、第６図はストレンゲージ抵抗体の基本的な接
続状態を示す回路図、第７図は従来のパターンに
よるゼロ点の経時変化の実験値を示すグラフ、第
８図は本発明のパターンによるゼロ点の経時変化
の実験値を示すグラフである。 １……ビーム体、３……薄肉変形部、７……絶
縁膜、１１……ストレンゲージ抵抗体部、１２〜
１４……補正部、１５……リード部、１６……捨
てパターン。
Claims (1)
- １ 薄肉変形部を有するビーム体に絶縁膜を形成
し、この絶縁膜上にR1、R2、R3、R4の四個のス
トレンゲージ抵抗体部とこれらをブリツジ結合す
るリード部とブリツジバランスやスパン等を補正
調整する補正部とを金属薄膜により積層形成した
ロードセルにおいて、リード部と補正部とをスト
レンゲージ抵抗体部の周辺部より充分に離れて応
力的に影響のない位置に配設し、前記ストレンゲ
ージ抵抗体部に近接させてそれぞれの前記ストレ
ンゲージ抵抗体部に対してリード部の内部歪によ
る応力が等しく作用するように捨てパターンを形
成したことを特徴とするロードセル。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58105497A JPS59230131A (ja) | 1983-06-13 | 1983-06-13 | ロ−ドセル |
| US06/616,964 US4628296A (en) | 1983-06-13 | 1984-06-04 | Load cell |
| EP84106583A EP0129166B1 (en) | 1983-06-13 | 1984-06-08 | Load cell |
| DE8484106583T DE3483176D1 (de) | 1983-06-13 | 1984-06-08 | Kraftmessdose. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58105497A JPS59230131A (ja) | 1983-06-13 | 1983-06-13 | ロ−ドセル |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59230131A JPS59230131A (ja) | 1984-12-24 |
| JPH0565807B2 true JPH0565807B2 (ja) | 1993-09-20 |
Family
ID=14409232
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58105497A Granted JPS59230131A (ja) | 1983-06-13 | 1983-06-13 | ロ−ドセル |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4628296A (ja) |
| EP (1) | EP0129166B1 (ja) |
| JP (1) | JPS59230131A (ja) |
| DE (1) | DE3483176D1 (ja) |
Families Citing this family (21)
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