JPH08327470A - 力検出装置 - Google Patents
力検出装置Info
- Publication number
- JPH08327470A JPH08327470A JP15525495A JP15525495A JPH08327470A JP H08327470 A JPH08327470 A JP H08327470A JP 15525495 A JP15525495 A JP 15525495A JP 15525495 A JP15525495 A JP 15525495A JP H08327470 A JPH08327470 A JP H08327470A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- resistance element
- force
- strain gauge
- resistance
- bridge circuit
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- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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- Measurement Of Force In General (AREA)
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
- Measuring Instrument Details And Bridges, And Automatic Balancing Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 周囲温度の変化に対して温度ドリフトが少な
く、しかも、絶縁不良のない、応答性の速い、その上、
製造工程が簡単な力検出装置の提供。 【構成】 両端に固定台６と重り部材９がそれぞれ固定
された矩形状のパイレックスガラス２の一方の表面に、
歪により抵抗値が変化する歪ゲージ抵抗素子Ｒ２とブリ
ッジ回路用の抵抗素子Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５がスパッタリン
グで同じ材質で形成された力検出装置。
く、しかも、絶縁不良のない、応答性の速い、その上、
製造工程が簡単な力検出装置の提供。 【構成】 両端に固定台６と重り部材９がそれぞれ固定
された矩形状のパイレックスガラス２の一方の表面に、
歪により抵抗値が変化する歪ゲージ抵抗素子Ｒ２とブリ
ッジ回路用の抵抗素子Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５がスパッタリン
グで同じ材質で形成された力検出装置。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、自動車の振動検出セン
サ、カメラの手振れ検出用センサ、あるいは重力の大き
さを検出して傾斜角度を求める傾斜センサ等に用いられ
る力検出装置に関するものである。
サ、カメラの手振れ検出用センサ、あるいは重力の大き
さを検出して傾斜角度を求める傾斜センサ等に用いられ
る力検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】外力による変化を検出する力検出装置の
中でも、加えられた力による歪み変化量に応じた電気抵
抗値の変化が、比較的大きい歪み検出素子を、弾性体板
の屈曲部に固着して他の素子とブリッジ回路を構成した
力検出装置は、取り扱いが簡単なため、多々用いられて
いる。
中でも、加えられた力による歪み変化量に応じた電気抵
抗値の変化が、比較的大きい歪み検出素子を、弾性体板
の屈曲部に固着して他の素子とブリッジ回路を構成した
力検出装置は、取り扱いが簡単なため、多々用いられて
いる。
【０００３】図３は、歪ゲージ式の力検出装置の構造を
示す斜視図である。この力検出装置には、矩形の金属板
１の表面に、歪により抵抗値が変化する歪ゲージ抵抗素
子Ｒ２が貼り付けられている。
示す斜視図である。この力検出装置には、矩形の金属板
１の表面に、歪により抵抗値が変化する歪ゲージ抵抗素
子Ｒ２が貼り付けられている。
【０００４】図２は、図３に示した従来の力検出装置を
用いて構成したブリッジ回路であり、歪ゲージ抵抗素子
Ｒ２をブリッジ回路の一つの抵抗片とし、抵抗素子Ｒ
３、抵抗素子Ｒ４、及び抵抗素子Ｒ５により構成されて
いる。
用いて構成したブリッジ回路であり、歪ゲージ抵抗素子
Ｒ２をブリッジ回路の一つの抵抗片とし、抵抗素子Ｒ
３、抵抗素子Ｒ４、及び抵抗素子Ｒ５により構成されて
いる。
【０００５】周知のように、ブリッジ回路では、バラン
ス状態から一つの抵抗値が変化し、その抵抗変化が少な
い場合、ブリッジ回路からの出力電圧は、その抵抗値の
変化に比例する。
ス状態から一つの抵抗値が変化し、その抵抗変化が少な
い場合、ブリッジ回路からの出力電圧は、その抵抗値の
変化に比例する。
【０００６】即ち、図２及び図３を用いて力検出の原理
を説明すると、まず、外力が矩形の金属板１に作用して
金属板１が変形すると、金属板１に貼り付けられている
歪ゲージ抵抗素子Ｒ２も、同時に変形し、その抵抗値が
変化する。この時、外力の大きさに対して、抵抗値の変
化量は、ほぼ比例関係にあるため、前述したように、ブ
リッジ回路からの出力電圧Ｖ1，Ｖ2の大きさは、外力の
大きさに比例することになる。
を説明すると、まず、外力が矩形の金属板１に作用して
金属板１が変形すると、金属板１に貼り付けられている
歪ゲージ抵抗素子Ｒ２も、同時に変形し、その抵抗値が
変化する。この時、外力の大きさに対して、抵抗値の変
化量は、ほぼ比例関係にあるため、前述したように、ブ
リッジ回路からの出力電圧Ｖ1，Ｖ2の大きさは、外力の
大きさに比例することになる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】図２のブリッジ回路に
おいて、歪ゲージ抵抗素子Ｒ２とブリッジを構成するそ
の他の抵抗素子Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５の温度特性は、できる
だけ等しいものが選ばれているが、歪ゲージ抵抗素子Ｒ
２及びブリッジを構成する他の抵抗素子の温度特性の変
化が、力検出装置の温度ドリフトの主原因となってい
る。又、弾性板１に加わる力の大きさの時間変化が早い
場合、弾性板１自身の振動が、実際の力の変化に応答で
きなくなる等の欠点を有している。
おいて、歪ゲージ抵抗素子Ｒ２とブリッジを構成するそ
の他の抵抗素子Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５の温度特性は、できる
だけ等しいものが選ばれているが、歪ゲージ抵抗素子Ｒ
２及びブリッジを構成する他の抵抗素子の温度特性の変
化が、力検出装置の温度ドリフトの主原因となってい
る。又、弾性板１に加わる力の大きさの時間変化が早い
場合、弾性板１自身の振動が、実際の力の変化に応答で
きなくなる等の欠点を有している。
【０００８】従って、本発明の目的は、これらの欠点を
除去し、周囲温度の変化に対して安定な力検出装置を提
供することである。又、本発明の他の目的は、製造工程
が簡単であり、かつ絶縁不良が生じない、しかも、力検
出感度を低下させることがなく、応答性の速い力検出装
置を提供することである。
除去し、周囲温度の変化に対して安定な力検出装置を提
供することである。又、本発明の他の目的は、製造工程
が簡単であり、かつ絶縁不良が生じない、しかも、力検
出感度を低下させることがなく、応答性の速い力検出装
置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、一端に
固定台と他端に重り部材が固定された弾性体板の少なく
とも一方の表面に、歪により抵抗値が変化する歪ゲージ
抵抗素子を配置し、前記弾性体板に加わる力を前記歪ゲ
ージ抵抗素子の抵抗値の変化により検出する力検出装置
において、前記弾性体板として、絶縁性を有し、ヤング
率が小さく、かつ共振周波数が高いパイレックスガラス
を用い、歪ゲージ抵抗素子の抵抗値の変化を電圧の変化
として検出するためのブリッジ回路用の抵抗素子を、パ
イレックスガラス板上に歪ゲージ抵抗素子と同じ材質で
少なくとも一個形成したことを特徴とする力検出装置が
得られる。
固定台と他端に重り部材が固定された弾性体板の少なく
とも一方の表面に、歪により抵抗値が変化する歪ゲージ
抵抗素子を配置し、前記弾性体板に加わる力を前記歪ゲ
ージ抵抗素子の抵抗値の変化により検出する力検出装置
において、前記弾性体板として、絶縁性を有し、ヤング
率が小さく、かつ共振周波数が高いパイレックスガラス
を用い、歪ゲージ抵抗素子の抵抗値の変化を電圧の変化
として検出するためのブリッジ回路用の抵抗素子を、パ
イレックスガラス板上に歪ゲージ抵抗素子と同じ材質で
少なくとも一個形成したことを特徴とする力検出装置が
得られる。
【００１０】
【作用】周知のように、ブリッジ回路のバランス条件
は、図２のブリッジ回路において、次の式が得られる。
は、図２のブリッジ回路において、次の式が得られる。
【００１１】Ｒ２／Ｒ４＝Ｒ３／Ｒ５ ・・・・・・・・・・
【００１２】このブリッジ回路の感度を高くするため
に、これら４個の抵抗値ができるだけ等しくなるように
選ばれるため、式において、少なくともＲ２とＲ３の
抵抗の温度係数が等しく、更に、Ｒ４とＲ５の抵抗の温
度係数が等しければ、周囲温度が変化しても、ブリッジ
のバランスは崩れないことがわかる。
に、これら４個の抵抗値ができるだけ等しくなるように
選ばれるため、式において、少なくともＲ２とＲ３の
抵抗の温度係数が等しく、更に、Ｒ４とＲ５の抵抗の温
度係数が等しければ、周囲温度が変化しても、ブリッジ
のバランスは崩れないことがわかる。
【００１３】又、一端固定の片持ち梁に外力が作用した
場合、梁に生ずる歪は材質のヤング率に反比例する。従
って、力検出装置の感度を高くする場合、梁の材質は、
ヤング率の低い物を選定すれば良く、応答性を改善する
場合は、梁の共振周波数を高くすると良い。
場合、梁に生ずる歪は材質のヤング率に反比例する。従
って、力検出装置の感度を高くする場合、梁の材質は、
ヤング率の低い物を選定すれば良く、応答性を改善する
場合は、梁の共振周波数を高くすると良い。
【００１４】一般に、剛体の寸法を小さくすると、共振
周波数は高くなるが、感度は低下する。寸法が同一な剛
体の共振周波数は、剛体の縦振動の速度に比例し、縦振
動の速度は、式によって定義される。ここで、Ｅはヤ
ング率、ρは密度である。
周波数は高くなるが、感度は低下する。寸法が同一な剛
体の共振周波数は、剛体の縦振動の速度に比例し、縦振
動の速度は、式によって定義される。ここで、Ｅはヤ
ング率、ρは密度である。
【００１５】Ｃ＝（Ｅ／ρ）1/2 ・・・・・・・・・・・・・・
【００１６】上述のごとく、感度が高く、応答性が早い
力検出装置とするためには、ヤング率が小さく、かつ縦
振動の速度が速い材料を用いると良い。従って、歪ゲー
ジ抵抗素子と少なくとも一個のブリッジ回路用の抵抗素
子を、絶縁性を有し、ヤング率が小さく、かつ共振周波
数が高いパイレックスガラス板に形成することで、前記
課題を解決することができる。
力検出装置とするためには、ヤング率が小さく、かつ縦
振動の速度が速い材料を用いると良い。従って、歪ゲー
ジ抵抗素子と少なくとも一個のブリッジ回路用の抵抗素
子を、絶縁性を有し、ヤング率が小さく、かつ共振周波
数が高いパイレックスガラス板に形成することで、前記
課題を解決することができる。
【００１７】
【実施例】以下に、実施例により本発明を説明する。
【００１８】図１は、本発明の実施例における力検出装
置の構造を示す斜視図であり、矩形状のパイレックスガ
ラス２の表面に、歪により抵抗値が変化する歪ゲージ抵
抗素子Ｒ２とブリッジ回路用抵抗素子Ｒ３，Ｒ４，及び
Ｒ５は、スパッタリングにより同じ材質で、同時に形成
されている。従って、抵抗素子Ｒ３，Ｒ４，及びＲ５
は、歪ゲージ抵抗素子Ｒ２と同じ材料で形成されている
ため、その抵抗体の温度係数は全く同じになる。
置の構造を示す斜視図であり、矩形状のパイレックスガ
ラス２の表面に、歪により抵抗値が変化する歪ゲージ抵
抗素子Ｒ２とブリッジ回路用抵抗素子Ｒ３，Ｒ４，及び
Ｒ５は、スパッタリングにより同じ材質で、同時に形成
されている。従って、抵抗素子Ｒ３，Ｒ４，及びＲ５
は、歪ゲージ抵抗素子Ｒ２と同じ材料で形成されている
ため、その抵抗体の温度係数は全く同じになる。
【００１９】図４は、本発明の力検出装置、及び従来の
力検出装置に作用する力が零の場合の周囲温度変化に対
するブリッジ出力（バランス電圧）の変化に対する比較
結果を示す図である。図４からわかるように、周囲温度
の変化に対するブリッジのバランス電圧の変化は、従来
の力検出装置のバランス電圧７と比較して、本発明の力
検出装置のバランス電圧８の方が、格段に改善されてい
る。なお、歪ゲージ抵抗素子Ｒ２以外の抵抗素子は、図
１に示すように、固定台６と接合される部分に形成され
ているため、本発明の力検出装置に加わる力による影響
は、ほとんどない。
力検出装置に作用する力が零の場合の周囲温度変化に対
するブリッジ出力（バランス電圧）の変化に対する比較
結果を示す図である。図４からわかるように、周囲温度
の変化に対するブリッジのバランス電圧の変化は、従来
の力検出装置のバランス電圧７と比較して、本発明の力
検出装置のバランス電圧８の方が、格段に改善されてい
る。なお、歪ゲージ抵抗素子Ｒ２以外の抵抗素子は、図
１に示すように、固定台６と接合される部分に形成され
ているため、本発明の力検出装置に加わる力による影響
は、ほとんどない。
【００２０】以上の実施例では、ブリッジ回路を構成す
る抵抗素子を全て歪ゲージ抵抗素子と同じ材質の抵抗で
構成したが、式の説明でも述べたように、ブリッジ回
路を構成する抵抗素子を歪ゲージ抵抗素子を含めて２個
とした場合でも、実用的には充分な特性が得られる。
る抵抗素子を全て歪ゲージ抵抗素子と同じ材質の抵抗で
構成したが、式の説明でも述べたように、ブリッジ回
路を構成する抵抗素子を歪ゲージ抵抗素子を含めて２個
とした場合でも、実用的には充分な特性が得られる。
【００２１】図５は、従来の力検出装置及び本発明によ
る力検出装置に、インパルス状の力を加えた場合の梁自
身の振動が収束する時間が比較した結果を示す図であ
る。図５（ａ）は、従来の力検出装置の減衰特性を示す
図、図５（ｂ）は、本発明の力検出装置の減衰特性を示
す図である。図５（ａ）及び図５（ｂ）を比較すると、
本発明における力検出装置で、梁の材質としてパイレッ
クスガラスを用いているために、梁の材質として金属
（例：真鍮）を用いている従来の力検出装置と比較し感
度を低下させることなく応答性が改善されている。な
お、表１に、従来の力検出装置の弾性体板と本発明の弾
性体板にパイレックスガラスを用いた力検出装置のヤン
グ率及び縦振動の速度の比較表を示す。
る力検出装置に、インパルス状の力を加えた場合の梁自
身の振動が収束する時間が比較した結果を示す図であ
る。図５（ａ）は、従来の力検出装置の減衰特性を示す
図、図５（ｂ）は、本発明の力検出装置の減衰特性を示
す図である。図５（ａ）及び図５（ｂ）を比較すると、
本発明における力検出装置で、梁の材質としてパイレッ
クスガラスを用いているために、梁の材質として金属
（例：真鍮）を用いている従来の力検出装置と比較し感
度を低下させることなく応答性が改善されている。な
お、表１に、従来の力検出装置の弾性体板と本発明の弾
性体板にパイレックスガラスを用いた力検出装置のヤン
グ率及び縦振動の速度の比較表を示す。
【００２２】
【００２３】表１からわかるように、本実施例によるパ
イレックスガラスによれば、従来の金属性の弾性体板と
比較して、ヤング率が小さく、縦振動の速度が速い。
イレックスガラスによれば、従来の金属性の弾性体板と
比較して、ヤング率が小さく、縦振動の速度が速い。
【００２４】
【発明の効果】以上、述べたように、本発明の力検出装
置によれば、周囲温度の変化に対して、ブリッジのバラ
ンスの変化を極めて小さくすることが可能となる。又、
ブリッジ回路の全ての抵抗素子を同じ材質で構成した場
合、それぞれの素子の経時特性も同じために、経時変化
的にも精度の高い力検出装置を提供することが可能とな
る。
置によれば、周囲温度の変化に対して、ブリッジのバラ
ンスの変化を極めて小さくすることが可能となる。又、
ブリッジ回路の全ての抵抗素子を同じ材質で構成した場
合、それぞれの素子の経時特性も同じために、経時変化
的にも精度の高い力検出装置を提供することが可能とな
る。
【００２５】本発明の力検出装置によれば、ヤング率が
小さく、かつ縦振動の速度が速いパイレックスガラスを
用いているため、感度を低下させることなく、応答性の
向上が可能となり、又、歪ゲージ抵抗素子及びブリッジ
構成用の抵抗素子を弾性体板上に直接形成することが可
能となるため、製造工程が簡略化されると同時に、絶縁
不良等の心配のない力検出装置を得ることができる。
小さく、かつ縦振動の速度が速いパイレックスガラスを
用いているため、感度を低下させることなく、応答性の
向上が可能となり、又、歪ゲージ抵抗素子及びブリッジ
構成用の抵抗素子を弾性体板上に直接形成することが可
能となるため、製造工程が簡略化されると同時に、絶縁
不良等の心配のない力検出装置を得ることができる。
【図１】本発明の実施例における力検出装置の構造を示
す斜視図。
す斜視図。
【図２】図１に示した従来の力検出装置を用いて構成し
たブリッジ回路。
たブリッジ回路。
【図３】従来の歪ゲージ式の力検出装置の構造を示す斜
視図。
視図。
【図４】本発明の力検出装置及び従来の力検出装置の周
囲温度の変化に対するバランス電圧の比較結果を示す
図。
囲温度の変化に対するバランス電圧の比較結果を示す
図。
【図５】本発明の力検出装置と従来の力検出装置にイン
パルス状の力を加えた時の弾性体板自身の振動が収束す
る時間を比較した結果を示す図。図５（ａ）は従来の力
検出装置の減衰特性を示す図。図５（ｂ）は本発明の力
検出装置の減衰特性を示す図。
パルス状の力を加えた時の弾性体板自身の振動が収束す
る時間を比較した結果を示す図。図５（ａ）は従来の力
検出装置の減衰特性を示す図。図５（ｂ）は本発明の力
検出装置の減衰特性を示す図。
１ 金属板 ２ パイレックスガラス ６ 固定台 ７ 従来の力検出装置のバランス電圧 ８ 本発明の力検出装置のバランス電圧 ９ 重り部材 Ｒ２ 歪ゲージ抵抗素子 Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５ 抵抗素子 Ｖｃｃ 印加電圧 Ｔｅ 接地端子 Ｖ1，Ｖ2 出力電圧
Claims (1)
- 【請求項１】 一端に固定台と他端に重り部材が固定さ
れた弾性体板の少なくとも一方の表面に、歪により抵抗
値が変化する歪ゲージ抵抗素子を配置し、前記弾性体板
に加わる力を前記歪ゲージ抵抗素子の抵抗値の変化によ
り検出する力検出装置において、前記弾性体板として、
絶縁性を有し、ヤング率が小さく、かつ共振周波数が高
いパイレックスガラスを用い、歪ゲージ抵抗素子の抵抗
値の変化を電圧の変化として検出するためのブリッジ回
路用の抵抗素子を、パイレックスガラス板上に歪ゲージ
抵抗素子と同じ材質で少なくとも一個形成したことを特
徴とする力検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15525495A JPH08327470A (ja) | 1995-05-29 | 1995-05-29 | 力検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15525495A JPH08327470A (ja) | 1995-05-29 | 1995-05-29 | 力検出装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08327470A true JPH08327470A (ja) | 1996-12-13 |
Family
ID=15601909
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15525495A Pending JPH08327470A (ja) | 1995-05-29 | 1995-05-29 | 力検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08327470A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001324423A (ja) * | 2000-05-16 | 2001-11-22 | Chuo Seiki Kk | ミクロトーム用応力測定装置、およびミクロトームにおける試料判定装置、ミクロトームにおける応力較正方法 |
| JP2002148131A (ja) * | 2000-11-10 | 2002-05-22 | Denso Corp | 物理量検出装置 |
| JP2002310813A (ja) * | 2001-04-10 | 2002-10-23 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | 荷重センサ素子 |
-
1995
- 1995-05-29 JP JP15525495A patent/JPH08327470A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001324423A (ja) * | 2000-05-16 | 2001-11-22 | Chuo Seiki Kk | ミクロトーム用応力測定装置、およびミクロトームにおける試料判定装置、ミクロトームにおける応力較正方法 |
| JP4530477B2 (ja) * | 2000-05-16 | 2010-08-25 | 株式会社池上精機 | ミクロトーム用応力測定装置 |
| JP2002148131A (ja) * | 2000-11-10 | 2002-05-22 | Denso Corp | 物理量検出装置 |
| JP2002310813A (ja) * | 2001-04-10 | 2002-10-23 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | 荷重センサ素子 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Effective date: 20040217 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 |