JPH062168U - 荷重計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 検出精度および信頼性の向上 【構成】 貫通孔２ｂが形成されたケース４の内部に、
一端が薄肉部６で閉塞された筒状の金属ダイアフラム５
を配設し、この金属ダイアフラム５と前記貫通孔２ｂに
往復動可能に挿通した荷重受け１１との間に鋼球１２を
配設し、前記荷重受け１１に作用した荷重が前記鋼球１
２を介して金属ダイアフラム５に作用する時、この金属
ダイアフラム５の薄肉部６に設けた歪ゲージ８で前記荷
重受け１１に作用した荷重を検出する荷重計。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

この考案は荷重計に関し、特に、金属ダイアフラムまたはシリコンダイアフラ ムを用いた荷重計に関するものである。

【０００２】

【従来技術および解決しようとする課題】

従来、荷重計として使用されるバネ計りにあっては、バネの伸縮によって荷重 を検出するようになっていて、荷重が繰り返し掛かるとバネは繰り返し伸縮する ため、バネは伸縮によって劣化、変形し、検出精度および信頼性が低下するとい う問題点を有していた。

【０００３】 この考案は上記のような従来のもののもつ問題点を解決したものであって、金 属ダイアフラムまたはシリコンダイアフラムを使用して検出精度および信頼性が 向上した荷重計を提供することを目的とするものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】

上記の目的を達成するために、この考案は貫通孔が形成されたケースの内部に 、一端が薄肉部で閉塞された筒状の金属ダイアフラムを配設し、この金属ダイア フラムと前記貫通孔に往復動可能に挿通した荷重受けとの間に球状部材を配設し 、前記荷重受けに作用した荷重が前記球状部材を介して金属ダイアフラムに作用 する時、この金属ダイアフラムの薄肉部に設けた歪ゲージで前記荷重受けに作用 した荷重を検出するという手段を採用し、また、貫通孔が形成されたケースの内 部に、一端が薄肉部で閉塞された筒状のシリコンダイアフラムを配設し、このシ リコンダイアフラムと前記貫通孔に往復動可能に挿通した荷重受けとの間に球状 部材を配設し、前記荷重受けに作用した荷重が前記球状部材を介してシリコンダ イアフラムに作用する時、このシリコンダイアフラムの薄肉部に設けた歪ゲージ で前記荷重受けに作用した荷重を検出するという手段を採用したものである。

【０００５】

【作用】

この考案は上記の手段を採用したことにより、荷重受けに作用した荷重は、球 状部材を介して金属ダイアフラムまたはシリコンダイアフラムに作用してこれを 変形させ、金属ダイアフラムまたはシリコンダイアフラムの薄肉部に形成された 歪ゲージは金属ダイアフラムまたはシリコンダイアフラムの変形に応じてその抵 抗値を変化させる。 そして、前記歪ゲージによってフルブリッジ回路を形成することにより、歪ゲ ージの抵抗値の変化を電圧の変化として検出し、荷重受けに作用した荷重を精度 良く検出することができる。

【０００６】

【実施例】

以下、図面に示すこの考案の実施例について説明する。 図１にはこの考案による荷重計の第１の実施例が示されていて、この荷重計１ は一端が閉塞し、他端に開口部３ａが形成された円筒形状の下ケース３と、この 下ケース３の開口部３ａを閉塞する上ケース２とからなるケース４を有し、前記 下ケース３の内部底面に金属ダイアフラム５が配設されている。

【０００７】 この金属ダイアフラム５は一端が薄肉部６で閉塞され、他端が開口した円筒形 状で、薄肉部６の中央部が内方に突出して突部７が形成され、この突部７の一端 面の中央部に凹部７ａが形成されている。

【０００８】 そして、この金属ダイアフラム５の他端側の開口周縁部が下ケース３の底面に 電子ビーム溶接等で接合し、一端側の薄肉部６の外表面には歪ゲージ８がスパッ タリング法等で形成されている。

【０００９】 この歪ゲージ８は前記凹部７ａを中心とする周方向に所定の間隔で内周側歪ゲ ージ８ａが形成され、この内周側歪ゲージ８ａの外側の周方向に所定の間隔で外 周側歪ゲージ８ｂが形成され、これら内周側歪ゲージ８ａおよび外周側歪ゲージ ８ｂからフルブリッジ回路が構成されている。

【００１０】 また、前記金属ダイアフラム５の外周側には環状の回路基板１４が配設され、 前記金属ダイアフラム５とはボンディングワイヤ１３で接続されている。

【００１１】 そして、前記金属ダイアフラム５の薄肉部６の中央部に形成された半球状の凹 部７ａには鋼球１２が配設されている。

【００１２】 また、前記下ケース３の他端の開口部３ａは上ケース２で閉塞され、この上ケ ース２の中央部に形成された貫通孔２ｂに荷重受け１１が挿通している。

【００１３】 この荷重受け１１は上部荷重受け９と下部荷重受け１０とから構成され、上部 荷重受け９の一端部は大径となっている。

【００１４】 そして、前記下部荷重受け１０は前記貫通孔２ｂよりも大径であるとともに、 その先端には前記鋼球１２を受ける半球状の凹部１０ａが形成され、この下部荷 重受け１０の凹部１０ａに前記鋼球１２が当接している。従って、この鋼球１２ は金属ダイアフラム５と下部荷重受け１０との間に配設され、荷重受け１１に作 用した力が鋼球１２を介して前記金属ダイアフラム５のうちの歪ゲージ８の形成 面の中心に作用するようになっている。

【００１５】 また、前記回路基板１４および金属ダイアフラム５の上方であるとともに、下 部荷重受け１０の外周側に別の回路基板１６が配設され、前記回路基板１４と連 結ピン１５で接続されている。

【００１６】 さらに、別の回路基板１６はターミナルピン１７を介して外部に出力されるよ うになっていて、このターミナルピン１７は貫通コンデンサ１９を貫通している 。

【００１７】 つぎに、上記のように構成された荷重計１の作用について説明する。 まず、略円柱状の荷重受け１１の軸方向に荷重が作用すると、この荷重受け１ １は軸方向に移動し、鋼球１２を介して金属ダイアフラム５のうちの歪ゲージ８ の形成面の中心に荷重が作用する。

【００１８】 そして、この金属ダイアフラム５のうちの歪ゲージ８の形成面の中心に荷重が 掛かると、金属ダイアフラム５が変位し、歪ゲージ８の形成面である前記薄肉部 ６の外表面が伸縮するため、薄肉部６の外表面に形成された歪ゲージ８の抵抗値 が変化し、この抵抗値の変化をフルブリッジ回路で電圧の変化として検出するこ とにより、荷重受け１１に作用した荷重を検出することができる。

【００１９】 また、荷重受け１１に作用した荷重は鋼球１２を介して金属ダイアフラム５に 作用するようになっていて、鋼球１２と金属ダイアフラム５とは点接触するため 、荷重受け１１に軸方向と異なる他軸方向荷重が作用しても、金属ダイアフラム ５には常に同一の箇所に荷重が作用し、金属ダイアフラム５の変形に偏りが生じ ないため、歪ゲージ８の検出精度が向上することとなる。

【００２０】 さらに、金属ダイアフラム５の端面に歪ゲージ８を形成し、この歪ゲージ８の 抵抗値の変化から荷重を検出するようにし、また、歪ゲージ８をフルブリッジ回 路に組み込んだため、従来のバネを用いた荷重計と比較すると耐久性、検出精度 および信頼性が向上し、さらに、従来の荷重計に比較して小型化することができ る。

【００２１】 図２にはこの考案による荷重計の第２の実施例が示されていて、この荷重計２ １は一端に開口部２２ａが形成され、他端は閉塞されるとともに、貫通孔２２ｂ が穿設された上ケース２２と、この上ケース２２の開口部２２ａを閉塞する下ケ ース２３とからなるケース２４を有し、前記上ケース２２の内部に前記貫通孔２ ２ｂを閉塞した状態で金属ダイアフラム２５が配設されている。

【００２２】 この金属ダイアフラム２５は一端が薄肉部２６で閉塞され、他端が開口した円 筒形状で、前記薄肉部２６の中央部が内方に突出して突部２７が形成され、この 突部２７の中央部に凹部２７ａが形成され、この凹部２７ａに鋼球３２が配設さ れるようになっている。

【００２３】 そして、この金属ダイアフラム２５の他端側の開口周縁部が、前記貫通孔２２ ｂの外周縁部に位置した状態で上ケース２２に電子ビーム溶接等で接合し、一端 側の薄肉部２６の外表面には歪ゲージ２８がスパッタリング法等で形成されてい る。

【００２４】 この歪ゲージ２８は内周側と外周側とにそれぞれ周方向に所定の間隔で内周側 歪ゲージ２８ａと外周側歪ゲージ２８ｂとが形成され、これら内周側歪ゲージ２ ８ａおよび外周側歪ゲージ２８ｂからフルブリッジ回路が構成されている。

【００２５】 そして、前記金属ダイアフラム２５の外周側には回路基板３４が配設され、前 記歪ゲージ２８はこの回路基板３４にボンディングワイヤ３３によって接続され ている。

【００２６】 また、前記回路基板３４は温度補償、感度向上機能等を具備し、ハーネスまた はコネクタ等を介して外部に出力されるようになっている。

【００２７】 一方、前記上ケース２２に形成された貫通孔２２ｂには略円筒状の荷重受け３ １が挿通し、この荷重受け３１と前記金属ダイアフラム２５の突部２７との間に 鋼球３２が配設されている。

【００２８】 前記荷重受け３１は上部荷重受け２９と下部荷重受け３０とから構成され、下 部荷重受け３０の下端部は前記貫通孔２２ｂより大径に形成され、先端部の中央 に前記鋼球３２を受ける凹部３０ａが形成され、前記上部荷重受け２９の上端部 は前記貫通孔２２ｂよりも大径に形成されている。

【００２９】 また、前記上ケース２２の内部には前記金属ダイアフラム２５および回路基板 ３４を配設した後に、ポッティング剤３５が充填され、上ケース２２の開口部２ ２ａが下ケース２３で閉塞されて上ケース２２の一端部がカシメられている。

【００３０】 なお、前記上ケース２２と荷重受け３１との間にはＯリング３６が配設されて 、両者間２２、３１のシール性を確保している。

【００３１】 つぎに、上記のように構成された荷重計２１の作用について説明する。 まず、略円柱状の荷重受け３１の軸方向に荷重が作用すると、この荷重受け３ １は軸方向に移動し、鋼球３２を介して金属ダイアフラム２５の突部２７に荷重 が作用する。

【００３２】 そして、この金属ダイアフラム２５の突部２７に荷重が掛かると、金属ダイア フラム２５が変位し、前記薄肉部２６の外表面が伸縮するため、薄肉部２６の外 表面に形成された歪ゲージ２８の抵抗値が変化し、この抵抗値の変化をフルブリ ッジ回路で電圧の変化として検出することにより、荷重受け３１に作用した荷重 を検知することができる。

【００３３】 また、上ケース２２と下ケース２３とからなるケース２４の内部にはポッティ ング剤３５が充填されて緩衝材の機能を果たすため、大荷重の検出が可能である とともに、金属ダイアフラム２５の復帰力を補助している。

【００３４】 そして、荷重受け３１に作用した荷重は鋼球３２を介して金属ダイアフラム２ ５に作用するようになっていて、鋼球３２と突部２７とは点接触するため、荷重 受け３１に軸方向と異なる他軸方向荷重が作用しても、金属ダイアフラム２５の 突部２７には常に同一の箇所に荷重が作用し、金属ダイアフラム２５の変形に偏 りが生じることがない。

【００３５】 また、金属ダイアフラム２５の薄肉部２６の外表面に歪ゲージ２８を形成し、 この歪ゲージ２８の抵抗値の変化から荷重を検出するようにし、また、歪ゲージ ２８をフルブリッジ回路に組み込んだため、従来のバネを用いた荷重計と比較す ると耐久性、検出精度および信頼性が向上し、さらに、従来の荷重計に比較して 小型化することができる。

【００３６】 図３にはこの考案による荷重計の第３の実施例が示されていて、この荷重計４ １は一端が閉塞し、他端に開口部４３ａが形成された円筒形状の下ケース４３と 、この下ケース４３の開口部４３ａを閉塞する上ケース４２とからなるケース４ ４を有し、前記下ケース４３の内部底面にシリコンダイアフラム４５が配設され ている。

【００３７】 このシリコンダイアフラム４５は単結晶シリコンから形成されるとともに、一 端が薄肉部４６で閉塞され、他端が開口した円筒形状で、このシリコンダイアフ ラム４５の他端側の開口周縁部が下ケース４３の底面に溶接等で接合し、一端側 の薄肉部４６の外表面には歪ゲージ４８が形成され、さらに、一端側の中央部に 凹部４７が形成されている。

【００３８】 この歪ゲージ４８は単結晶シリコンに熱拡散等により不純物を注入して、ゲー ジ用の拡散抵抗を形成したもので、前記凹部４７を中心とする周方向に所定の間 隔で内周側歪ゲージ４８ａが形成され、この内周側歪ゲージ４８ａの外側の周方 向に所定の間隔で外周側歪ゲージ４８ｂが形成され、これら内周側歪ゲージ４８ ａおよび外周側歪ゲージ４８ｂからフルブリッジ回路が構成されている。

【００３９】 また、前記シリコンダイアフラム４５の外周側には環状の回路基板５４が配設 され、前記シリコンダイアフラム４５とはボンディングワイヤ５３で接続されて いる。

【００４０】 前記シリコンダイアフラム４５の一端側表面の中央部に形成された半球状の凹 部４７には鋼球５２が配設されている。

【００４１】 一方、前記下ケース４３の他端の開口部４３ａは上ケース４２で閉塞され、こ の上ケース４２の中央部に形成された貫通孔４２ｂに荷重受け５１が挿通してい る。

【００４２】 この荷重受け５１は上部荷重受け４９と下部荷重受け５０とから構成され、上 部荷重受け４９は円柱状であるとともに、上端部が丸く面取りされている。

【００４３】 また、前記下部荷重受け５０は前記貫通孔４２ｂよりも大径であるとともに、 その先端には前記鋼球５２を受ける半球状の凹部５０ａが形成され、この下部荷 重受け５０の凹部５０ａに前記鋼球５２が当接している。従って、この鋼球５２ はシリコンダイアフラム４５と下部荷重受け５０との間に配設され、荷重受け５ １に作用した力が鋼球５２を介して前記シリコンダイアフラム４５のうちの歪ゲ ージ４８の形成面の中心に作用するようになっている。

【００４４】 また、前記回路基板５４およびシリコンダイアフラム４５の上方であるととも に、下部荷重受け５０の外周側に別の回路基板５６が配設され、前記回路基板５ ４と連結ピン５５で接続されている。

【００４５】 さらに、別の回路基板５６はターミナルピン５７を介して外部に出力されるよ うになっていて、このターミナルピン５７は貫通コンデンサプレート６０に配設 された貫通コンデンサ５９を貫通している。

【００４６】 つぎに、上記のように構成された荷重計４１の作用について説明する。 まず、略円柱状の荷重受け５１の軸方向に荷重が作用すると、この荷重受け５ １は軸方向の下方に移動し、鋼球５２を介してシリコンダイアフラム４５にこの 荷重が作用する。

【００４７】 そして、このシリコンダイアフラム４５の一端部に荷重が掛かると、シリコン ダイアフラム４５が押圧されて変位し、前記薄肉部４６の一端面が伸縮するため 、この薄肉部４６の一端面に形成された歪ゲージ４８の抵抗値が変化し、この抵 抗値の変化をフルブリッジ回路で電圧の変化として検出することにより、荷重受 け５１に作用した荷重を検出することができる。

【００４８】 また、荷重受け５１に作用した荷重は鋼球５２を介してシリコンダイアフラム ４５に作用するようになっていて、鋼球５２とシリコンダイアフラム４５とは点 接触するため、荷重受け５１に軸方向と異なる他軸方向荷重が作用しても、シリ コンダイアフラム４５には常に同一の箇所に荷重が作用し、シリコンダイアフラ ム４５の変形に偏りが生じないため、歪ゲージ４８の検出精度が向上することと なる。

【００４９】 さらに、シリコンダイアフラム４５の一端面に歪ゲージ４８を形成し、この歪 ゲージ４８の抵抗値の変化から荷重を検出するようにし、また、歪ゲージ４８を フルブリッジ回路に組み込んだため、従来のバネを用いた荷重計と比較すると耐 久性、検出精度および信頼性が向上し、さらに、従来の荷重計に比較して小型化 することができる。

【００５０】 また、シリコンダイアフラム４５には、完全弾性体である単結晶シリコンを使 用し、熱拡散等によりシリコンダイアフラム４５に歪ゲージ４８を一体に形成し 、歪ゲージ４８のゲージファクタが大きいため、耐久性が良く、高精度で信頼性 が高い。

【００５１】

【考案の効果】

この考案は前記のように金属ダイアフラムまたはシリコンダイアフラムの端面 に歪ゲージを形成し、この歪ゲージの抵抗値の変化から荷重を検出するようにし たため、従来のバネを用いた荷重計と比較して耐久性、検出精度に優れ、信頼性 が向上する。 また、荷重受けに作用した荷重を球状部材を介して金属ダイアフラムまたはシ リコンダイアフラムに作用させるようにしたため、荷重受けに他軸方向から荷重 が作用しても検出精度に影響を与えることがない。 さらに、シリコンダイアフラムを使用すると、シリコンダイアフラムには、完 全弾性体である単結晶シリコンが使用され、歪ゲージはシリコンダイアフラムに 熱拡散等によって一体に形成され、歪ゲージのゲージファクタが大きいため、耐 久性が良く、高精度で信頼性が高くなるという効果を有するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】この考案による荷重計の第１の実施例を示す概
略断面図である。

【図２】この考案による荷重計の第２の実施例を示す概
略断面図である。

【図３】この考案による荷重計の第３の実施例を示す概
略断面図である。

【符号の説明】

１、２１、４１……荷重計 ２、２２、４２……上ケース ２ｂ、２２ｂ、４２ｂ……貫通孔 ３、２３、４３……下ケース ３ａ、２２ａ、４３ａ……開口部 ４、２４、４４……ケース ５、２５……金属ダイアフラム ６、２６、４６……薄肉部 ７、２７……突部 ７ａ、１０ａ、２７ａ、３０ａ、４７、５０ａ……凹部 ８、２８、４８……歪ゲージ ８ａ、２８ａ、４８ａ……内周側歪ゲージ ８ｂ、２８ｂ、４８ｂ……外周側歪ゲージ ９、２９、４９……上部荷重受け １０、３０、５０……下部荷重受け １１、３１、５１……荷重受け １２、３２、５２……鋼球（球状部材） １３、３３、５３……ボンディングワイヤ １４、１６、３４、５４、５６……回路基板 １５、５５……連結ピン １７、５７……ターミナルピン １８、３６、５８……Ｏリング １９、５９……貫通コンデンサ ３５……ポッティング剤 ６０……貫通コンデンサプレート ４５……シリコンダイアフラム

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 貫通孔（２ｂ、２２ｂ）が形成されたケ
   ース（４、２４）の内部に、一端が薄肉部（６、２６）
   で閉塞された筒状の金属ダイアフラム（５、２５）を配
   設し、該金属ダイアフラム（５、２５）と前記貫通孔
   （２ｂ、２２ｂ）に往復動可能に挿通した荷重受け（１
   １、３１）との間に球状部材（１２、３２）を配設し、
   前記荷重受け（１１、３１）に作用した荷重が前記球状
   部材（１２、３２）を介して金属ダイアフラム（５、２
   ５）に作用する時、該金属ダイアフラム（５、２５）の
   薄肉部（６、２６）に設けた歪ゲージ（８、２８）で前
   記荷重受け（１１、３１）に作用した荷重を検出するこ
   とを特徴とする荷重計。
2. 【請求項２】 貫通孔（４２ｂ）が形成されたケース
   （４４）の内部に、一端が薄肉部（４６）で閉塞された
   筒状のシリコンダイアフラム（４５）を配設し、該シリ
   コンダイアフラム（４５）と前記貫通孔（４２ｂ）に往
   復動可能に挿通した荷重受け（５１）との間に球状部材
   （５２）を配設し、前記荷重受け（５１）に作用した荷
   重が前記球状部材（５２）を介してシリコンダイアフラ
   ム（４５）に作用する時、該シリコンダイアフラム（４
   ５）の薄肉部（４６）に設けた歪ゲージ（４８）で前記
   荷重受け（５１）に作用した荷重を検出することを特徴
   とする荷重計。