JPH06229847A

JPH06229847A - ひずみゲージトランスジューサ

Info

Publication number: JPH06229847A
Application number: JP5286675A
Authority: JP
Inventors: Remy Polaert; ロラールレミ; Francois Maniguet; マニゲフランソワ
Original assignee: Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1992-11-18
Filing date: 1993-11-16
Publication date: 1994-08-19
Also published as: EP0598443A1; US5447074A

Abstract

(57)【要約】【目的】感度特性が良く、丈夫で低コスト生産し得る
ひずみゲージトランスジューサを提供することにある。【構成】ひずみゲージ（５）が設けられた基板（１
０）と、加えられた力（Ｆ）を伝達する伝達手段（１
ａ，４ａ）を介して基板（１０）を変形させる圧力部材
（１１，１２）とを具える。伝達部材は通常のモールデ
ィング処理により成形されたエラストマーの棒状体（１
ａ，１ｂ，４ａ，４ｂ）を具える。これら棒状体より高
い圧縮率を有する材料（２ａ，３ａ）をこれら棒状体間
に介在させることができる。この材料で弾性止部材（５
４ａ）を形成して基板の破壊を阻止することができる。
これにより小負荷に対し直線性の感度を有すると共に過
負荷破壊を生じないトランスジューサが得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、２個の圧力部材間に配
置された少なくとも１つのひずみゲージを具え、前記ひ
ずみゲージはひずみ検出器が設けられた基板と、該基板
と前記圧力部材との間に設けられ加えられた力を伝達す
る弾性材料の複数個のセグメントを具える伝達手段とを
有し、前記圧力部材が加えられた力の影響の下で前記ひ
ずみゲージを変形するよう構成されたひずみゲージトラ
ンスジューサに関するものである。本発明はこのような
トランスジューサを用いる力又は重量測定装置及びゾー
ンアクセスタッチタブレット又はタッチセンシティブ書
込みタブレット又はシグニチャタブレットにも関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】ひずみゲージトランスジューサは一般に
抵抗素子を支持した基板を具え、それらの抵抗値が加え
られた力の影響の下で基板が受ける変形に伴い変化す
る。トランスジューサの特性は、・その感度（できるだけ高くする必要がある）、・負荷の関数としてのその直線性、・高負荷状態の下で疲労、ヒステリシス又は破壊を生じ
ないこと、・その製造コスト（大規模使用のために低くする必要が
ある）、により決まる。

【０００３】重量又は力測定を直線性にすると共に精密
にするためには、使用する基板は再現可能な直線性の機
械的特性を有するものとする必要がある。これには抵抗
性インクがスクリーン印刷により堆積されたセラミック
板から成るひずみゲージが有利である。確かに、セラミ
ック板は極めて大きな弾性範囲を有し、この範囲はセラ
ミック板自体の破壊点によって制限されるだけである。
塑性変形もヒステリシスも示さない。

【０００４】他方、ひずみゲージトランスジューサは一
般大衆製品用、例えば、凡ゆる種類の計器や力トランス
ジューサに主として使用されている。従って、使用する
技術は、多量生産と関連する制約、特に部品の機械的公
差のばらつき（組立てに問題を生じ、トランスジューサ
の破壊を生ずることさえある）と関連する制約を受けな
いようにする必要がある。

【０００５】フランス国特許第2,424,523 号明細書に
は、底板及び上部パネルから成る圧力部材間に配置され
た変形可能な板にひずみゲージを支持して成る重量測定
装置が開示されている。この変形可能板は弾性材料、例
えばゴムのナイフエッジを介して圧力部材と接触させ、
これらナイフエッジは圧力部材及び変形可能板に設けた
くぼみにより位置決めさせている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】これらくぼみは切削又
は型押しにより形成され、このことは位置決め精度がか
なり低いことを意味する。組立て中、ゴム製ナイフエッ
ジをこれらくぼみに嵌め込む必要がある共に他方の圧力
部材及び変形可能板と相対的に位置決めする必要があ
る。

【０００７】このことは、特に不正確な機械加工の結果
として組立てに問題を生ずる。そして各素子と共働する
ナイフエッジの位置及び変形可能板と圧力部材との間隔
が不正確になって、力測定の精度が低くなる。

【０００８】この理由のために、このタイプの重量測定
装置は主として浴室用体重計に使用されている。本発明
の目的はこれらの問題を緩和して上述した所要の特性を
有するトランスジューサを得ることにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、２個の圧力部
材間に配置された少なくとも１つのひずみゲージを具
え、前記ひずみゲージはひずみ検出器が設けられた基板
と、該基板と前記圧力板との間に設けられ加えられた力
を伝達する弾性材料の複数個のセグメントを具える伝達
手段とを有し、前記圧力部材が加えられた力の影響の下
で前記ひずみゲージを変形するよう構成されたひずみゲ
ージトランスジューサにおいて、前記セグメントが共通
のモールディング処理により弾性材料で所定の位置及び
寸法に成形されていることを特徴とする。

【００１０】本発明によれば、全てのセグメントの位置
及び寸法が単一のモールディング処理により決まり、極
めて高い精度（ダイの精度に相当）及び高い再現性を有
し、組立て及び製造が極めて容易である利点が得られ
る。

【００１１】セラミックブレードの形態の基板を使用す
るのが好ましい。ブレード表面の不規則性にもかかわら
ず、複数の支持点をブレード上に規則正しく精密に且つ
ブレードごとに再現性よく位置させることができ、製造
が容易である。ブレード上にモールドした支持点を使用
すると、製造コストが低くなると共に再現性が良く正確
な特性を有するトランスジューサが得られる。その動作
特性は加えられた負荷に対し直線性を示す。

【００１２】セラミックブレードはＳ字湾曲させて感度
を増大させるのが好ましい。複数個のひずみ検出器を同
一のブレード表面上に配置することができる。この場合
複数の支持点の結果として不規則性の影響が一層ひどく
なり、動作不良又は基板の破損を生じ得る。この問題は
前記複数の支持点を実現するために弾性材料を使用する
ことにより克服することができる。ブレードを他の形に
湾曲させることもできる。

【００１３】各圧力部材とブレードとの間に存在する空
間は前記接触セグメントより高い圧縮率を有する材料で
満たすことができる。これら高圧縮率の部分の厚さをこ
れら部分における基板の移動量を制限するよう調整し、
基板がその弾性限界を越えて破壊しないようにすること
ができる。異なる圧縮率を有する多数の部分を存在させ
ることにより基板をある部分では接触させ、他の部分で
は自由に動き得るようにすることができる。異なる弾性
材料を用いることにより又は異なる厚さの一つの弾性材
料を用いることにより第１及び第２の圧縮率を得ること
ができる。

【００１４】本発明のこれらの特徴及び他の特徴は以下
に記す実施例の説明から一層明らかとなる。以下、図面
を参照して本発明を実施例につき詳細に説明する。図１
は本発明トランスジューサの一実施例を線図的に示し、
このトランスジューサ５は２つの圧力部材１１，１２の
間で、加えられた力の影響の下で押される基板、好まし
くはブレード１０具えている。図１はひずみゲージの静
止状態を示す。図は正しい寸法比で描いてない。図１−
Ｂには圧力部材を示してない。ひずみゲージの変形はひ
ずみ検出器15ａ，15ｂにより検出される。これら検出器
の厚さは大きく拡大してある。本発明では加えられた力
を伝達する伝達手段をブレード１０の各側に配置する。
これら伝達手段は低い圧縮率を有する第１区分１ａ，１
ｂ；４ａ，４ｂと、高い圧縮率を有し力の伝達に少しし
か寄与しない第２区分２ａ，２ｂ；３ａ，３ｂとを具え
ている。低圧縮率区分はブレードの長さ方向に対し直角
に延在する棒状体にするのが好ましい。ブレード１０の
変形は隣接区分より低い圧縮率を有する棒状体１ａ，１
ｂ，４ａ，４ｂにより加えられる作用力及び反作用力に
より決まる。

【００１５】図２は加えられた力Ｆの影響の下でＳ字状
の変形を受けたブレードを線図的に示したものである。
前記棒状体をフレキシブル材料、例えばエラストマー、
ゴム又は他の任意の同様の弾性材料で造ることにより、
基板表面の不規則性又はこの表面の不規則加工にもかゝ
わらず基板との複数の支持点を与えることができる。こ
れらの棒状体の精密な位置決めは、弾性材料を基板上に
モールディングすることにより達成することができる。
弾性材料は基板に付着することができ、また接着させる
こともできる。これらの棒状体は圧力部材と永久的に接
触するため、これらの棒状体をこれらの圧力部材にも接
着させてクリップ、ねじ、その他の機械的固定手段を用
いないで組立てることができる。

【００１６】接着性エラストマー棒状体を用いるこの固
定方法は次の利点をもたらす。・圧力部材がひずみゲージに固定される。・エラストマーにより伝達されるひずみはなめらかに且
つ均等に分布される。・機械的ハードスポットが避けられる。・機械的振動が減衰される。・低コストの機械化生産が可能である。高圧縮率材料は接着可能な他のエラストマー又はゴムか
ら成るものとすることができる。空気を用いることもで
きる。また、材料内に気泡を導入することにより高い圧
縮率を得ることもできる。

【００１７】図３は図１と同一タイプのトランスジュー
サの他の例を示し、本例では高圧縮率区分に、これら区
分におけるプレード１０の移動量を制限する止部材５１
ａ，５１ｂ，５４ａ，５４ｂが設けられている。図３Ｂ
では圧力部材を示していない。止部材５１ａと伝達素子
１ａをブレードの両側に対向配置する。他の止部材５１
ａ，５１ｂ，５４ａ，５４ｂも同様に配置する。止部材
５１ａ，５１ｂ，５４ａ，５４ｂの厚さは、ブレードが
曲げられたときその破壊点に到達し得ないように選択す
ることができる。

【００１８】止部材５１ａ，５１ｂ，５４ａ，５４ｂは
棒状体１ａ，１ｂ，４ａ，４ｂと同一の材料で造ること
ができる。これは不可欠の要件でないが、これらの素子
を同一のモールディング処理で形成することができる利
点がある。この場合、正しい位置決め及び再現可能な特
性が保証される。

【００１９】図４は棒状体１ａ，１ｂ，４ａ，４ｂと止
部材５１ａ，５１ｂ，５４ａ，５４ｂとを単一モールデ
ィング処理で形成した例を示す。組立中に空洞部５５が
得られる。このようにモールドされた弾性材料は棒状体
及び止部材を形成するのみならず全ての部分を互いに固
定する。この例は低コストの多量生産に極めて好適であ
る。

【００２０】異なる圧縮率の交互の区分は材料の性質に
より、又は異なる材料を積層することにより得ることが
できる。例えば、棒状体又は止部材は単一材料１ａで形
成することができ（図５Ａ）、また異なる圧縮率の２以
上の材料３１ａ，４１ａで形成することができる（図５
ｂ）。例えば、材料４１ａはエラストマーとし、材料３
１ａは硬質材料とする。材料３１ａ，４１ａの組合せに
よりエラストマー単独より見かけ上低い圧縮率を得るこ
とができる。硬質材料３１ａは圧力部材又はブレードに
設けた隆起部により形成することもできる。

【００２１】実際の例では、弾性棒状体をエラストマー
材料（商品名 Sylgard) でモールドした。モールディン
グは、適正な付着が得られるように、セラミックブレー
ドに下塗を施こした後に行なった。逆に、金型への付着
はポリテトラフルオロエチレンを主成分とする液体を用
いて回避した。

【００２２】この実施例（図３Ｂ）では、２つの棒状体
と２つの止部材をセラミックブレードの両側に配置し
た。棒状体及び止部材は同一の幅（即ち２mm )及びセラ
ミックブレードの幅に等しい同一の長さ (即ち１０mm)
を有し、互に異なる厚さを有するものとした。棒状体の
厚さは１mm、止部材の厚さは 0.35mm にした。こうして
得られた棒状体及び止部材を有するひずみゲージを平面
圧力部材間に、棒状体のみがこれら圧力部材と接触する
ように取付ける。力Ｆを加えると、棒状体がゲージを
“Ｓ”字形に変形せしめる。

【００２３】特性は所定の値まで、本例ではＦ₁(図６
Ａ）まで、完全に直線になる。この値以上では棒状体の
圧縮及び（一般に小さな）セラミックブレードのＳ字変
形が生じ、止部材も圧力部材の表面と接触した状態にな
る。次いで特性は徐々に内側に曲がり、感度が減少する
（図６Ｂ）。この特性の内側彎曲は極めて有利な非直線
性を生じ、(1) 過負荷の場合におけるセラミック素子の
破壊を阻止すると共に衝撃からの保護を与える、(2) 小
負荷に対し高感度の大きな測定範囲を得ることができ
る、(3) 徐々に飽和し、従って非直線部分 (本例では２
０Kgまで) を較正しておけば（図６Ｂ）、測定をこの非
直線部分内まで進めることができる。

【００２４】このようなトランスジューサは重量計又は
力測定装置を構成するのに使用することができる。この
ようなトランスジューサは薄いゾーンアクセスタッチタ
ブレット又はタッチセンシティブ書込みタブレット又は
シグネチュアタブレットを構成するのに使用することも
できる。

【００２５】図７Ａ及びＢは書込みタブレットの平面図
及び断面図を示す。このタブレットは、一例では、入力
パネル１１ａから成る圧力部材と、ディスプレイ２０の
スクリーン１２ａから成る圧力部材との間に３角形に配
置された３個のトランスジューサ５ａ，５ｂ，５ｃを具
えている。これら３個のトランスジューサをパネル１１
ａとスクリーン１２ａとに接着することにより、固定ス
トラップ又はクリップを用いることなく薄いタブレット
を得ることができる。このタブレットは容易に製造する
ことができる。このタブレットは、丈夫であると共に最
初小さな印加力に対し直線性を示し次いで大きな印加力
に対し非直線性を示す感度を有する。これにより、この
タブレットは印加力に対し大きなダイナミックレンジを
有すると共に過負荷により破壊されることがない。

【００２６】他の例（図８）では、タッチタブレットを
入力パネル１１ａ上に示されたアクセスゾーンｚ₁，ｚ
₂，ｚ₃，----- に組織することができる。これらゾー
ンは表示スクリーンに現われるメニューに対向配置させ
る。計算装置２２がひずみゲージにより発生された信号
を処理する。ゾーン及びメニューは表示スクリーン上に
表示させることもでき、また入力パネル上にのみ表示さ
せることもできる。

【００２７】トランスジューサを用いて例えば重量測定
装置又は力検出器を構成する場合、重量測定装置又は力
検出器の寸法を小さくするか大きくするかに応じて１個
のトランスジューサ又は複数個のトランスジューサを用
いることができ、複数個のトランスジューサを用いる場
合には図８に示す構成が好適である。

【図面の簡単な説明】

【図１】Ａは本発明トランスジューサの一実施例の断面
図、Ｂはその斜視図である。

【図２】力が加えられた状態の図１のトランスジューサ
を示す断面図である。

【図３】Ａは基板の移動量を制限する止部材を具えた図
１のトランスジューサの断面図、Ｂはその斜視図であ
る。

【図４】モールディングにより得られた単一力伝達手段
を具えた図１のトランスジューサの断面図である。

【図５】Ａ及びＢは異なる圧縮率の区分を形成する２つ
の方法をそれぞれ示す断面図である。

【図６】Ａ及びＢはひずみ検出器により供給される、加
えられた負荷の関数としての測定信号の２つの特性を示
す図である。

【図７】Ａは本発明による書込みタブレットの平面図、
Ｂはその断面図である。

【図８】ゾーン駆動タッチタブレットの平面図である。

【符号の説明】

５トランスジューサ 10 ブレード (基板) 11, 12 圧力部材 15a, 15b ひずみ検出器 1a, 1b, 4a, 4b 低圧縮率の第１区分 2a, 2b, 3a, 3b 高圧縮率の第２区分 51a, 51b, 54a, 54b 止部材 5a, 5b, 5c トランスジューサ 11a 入力パネル 12a 表示スクリーン 20 ディスプレイ 22 計算装置 z₁, z₂, z₃ ゾーン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者フランソワマニゲフランス国 77610 マルレアンブリリュカロン 47

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】２個の圧力部材間に配置された少なくと
も１つのひずみゲージを具え、前記ひずみゲージはひず
み検出器が設けられた基板と、該基板と前記の圧力板と
の間に設けられ、加えられた力を伝達する弾性材料の複
数個のセグメントを具える伝達手段とを有し、前記圧力
部材が加えられた力の影響の下で前記ひずみゲージを変
形するよう構成されたひずみゲージトランスジューサに
おいて、前記セグメントが共通のモールディング処理に
より弾性材料で所定の位置及び寸法に成形されているこ
とを特徴とするひずみゲージトランスジューサ。
【請求項２】前記セグメントは基板の両面に交互に配
置されていることを特徴とする請求項１記載のトランス
ジューサ。
【請求項３】各セグメントに対向して、これが位置す
る側とは反対側の基板表面上に、基板のたわみを制限す
る止部材（５１ａ，５１ｂ，５４ａ，５４ｂ）が配置さ
れていることを特徴とする請求項１又は２記載のトラン
スジューサ。
【請求項４】前記止部材は弾性材料から成ることを特
徴とする請求項３記載のトランスジューサ。
【請求項５】前記止部材は周囲の隣接セグメントより
高い圧縮性を有することを特徴とする請求項３又は４記
載のトランスジューサ。
【請求項６】前記止部材の圧縮性はモールディング中
に弾性材料内に空胴（５５）を形成することにより高く
したことを特徴とする請求項５記載のトランスジュー
サ。
【請求項７】前記セグメント及び前記止部材が共通の
モールディング処理により所定の位置及び寸法に成形さ
れてことを特徴とする請求項３〜６の何れかに記載のト
ランスジューサ。
【請求項８】請求項１〜７の何れかに記載の少くとも
一つのトランスジューサを含むことを特徴とする重量又
は力測定装置。
【請求項９】請求項１〜７の何れかに記載の少くとも
一つのトランスジューサを含むことを特徴とするタッチ
タブレット。