JPS5814969B2 - 力−歪変換器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、圧力、流量、浮力等に対応する力又は変位を
歪検出素子を用いて電気信号に変換する力変換器に関す
るものである。

本発明の目的は、構造が簡単でしかも精度の良い力変換
器を提供するにある。

第１図は本発明の一実施例の要部構成説明図でＡは平面
図、Ｂは正面図、Ｃは側面図である。

図において、１は原板状の撓み基体。

１１゜１２は基体１に穿設された貫通孔で、基体１と測
定フレクシャ部分１３及び接続フレクシャ部分１４を構
成する。

１５は貫通孔１１，１２を結ぶ溝、１６は貫通孔１１を
結ぶ溝である。

１１は固定ビーム部分で、第１図Ｃに示す如く、側面部
が固定されている。

１８は接続アーム部分、１９は可動ビーム部分である。

而して、第２図に原理説明図として示す如く、固定ビー
ム部分１７と可動ビーム部分１９との長さは等しく、ま
た、対向して配置された接続アーム部分１８の長さが等
しく構成されている。

２は測定フレクシャ部分１３の共通面側に配置された歪
検出素子である。

以上の構成において、可動ビーム１９に入力Ｆが加わる
と、測定フレクシャ部分１３には曲げモーメントＭが生
ずる。

今し１：測定フレクシャ部分１３の長さ Ｌ２：接続フレクシャ部分１４の長さ ｔ、：測定フレクシャ部分１３の厚さ ｔ２：接続フレクシャ部分１４の厚さ １１：測定フレクシャ部分１３から 力Ｆの作用点までの距離 １２：測定フレクシャ部分１３から 接続フレクシャ部分１４までの距離 ■１：測定フレクシャ部分１３の断面二次モーメント Ｉ２：接続フレクシャ部分１４の断面二次モーメント として、問題を簡単にするために、 （ａ）１２キ１２で入力Ｆによって接続フレクシャ部分
１４に生じる曲げモーメントは無視できる。

（ｂ）測定フレクシャ部分１４と接続フレクシャ部分は
長方形状である。

とすると、 ここで、Ｍｏは接続フレクシャ部分１４が可動ビーム部
分１９によって連結されているために発生する曲げモー
メントである。

また、複合は第１図の図の左右の測定フレクシャ部分１
３で生ずる曲げモーメントの符号が異なるためのもので
ある３今、第３図図示の如く測定フレクシャ部分１３が
力Ｆにより回転する回転角をｉとし、可動ビーム部分１
９が変形しないものとすると、接続フレクシャ部分１４
０回転角は−１でなければならない。

即ち （１）式を代入すると Ｍｏを求めれば これを（１）式に代入して （３）式より次の事柄が言える。

（１）第１図の左右の測定フレクシャ部分１３には大き
さが等しく、互に符号が反対の曲げモーメントを生じる
。

（２）Ｖたがって、測定フレクシャ部分１３の共通平面
、たとえば上面側にストレインゲージを貼っておけば、
ストレイン測定ブリッジが形成できる。

（３）共通平面側即ち一面側にストレインゲージを配置
できるので、真空蒸着によってストレインゲージを形成
するのに便利な構造である。

次に、可動ビーム部分１９の変位量ｙを計算すると、 ばね定数の形で表わせば 測定フレクシャ部分１３の応力σは したがって、測定フレクシャ部分１３でのびずみεは また、接続フレクシャ部分１４に生じる応力♂１は 今、測定フレクシャ部分１３と接続フレクシャ部分１４
とを同一寸法で作るものとすればり、＝Ｌ２．１１＝１
２．１１＝Ｉ、、となりまた、１１Ｌ２＞１２Ｌｌに作
ると １１１２でない場合には（１１−１２）によって、接続
フレクシャ部分１４に大きな曲げモーメントが発生する
ので、１１Ｌ２〉１２Ｌ１に作って、応力を減少してお
けばよい。

以上の場合において、測定フレクシャ部分１３に設けら
れた歪検出素子２の内、第１図Ａ、Ｂの図の左側の歪検
出素子２１には圧縮歪が、右側の検出素子２２には引張
り歪がそれギれ生ずる。

これらの歪検出素子２１，２２からの電気信号は例えば
ブリッジ回路等によって差動的に検出され、可動ビーム
部分１９に加えられた力又は変位に対応する電気信号を
得ることができる。

第４図は本発明を差圧応動装置に適用した場合の一例を
示す構成説明図で、Ａは正面図、ＢはＡの要部Ａ−Ａ断
面図、Ｃは要部側面図である。

図において、３は厚内板状のダイアフラムカプセルで３
１，３２はダイアフラムカプセルの両側面に設けられた
シールダイアフラムである。

４゜５はダイアフラムカプセルの両側平面を覆うカバー
で、４１，５１はカバー４，５に凹状に設けられた受圧
室である。

１はダイアフラムカプセル３内に設けられた撓み基体で
、第４図Ｃに示す如く、その固定ビーム部分１７がダイ
アフラムカプセル３に支持固定され、可動ビーム部分１
９が接続板３３を介してシールダイアフラム３１，３２
に連結されている。

２は測定フレクシャ部分１３に配置された歪検出素子で
ある。

而して、受圧室４１に高い被測定圧力ｐＨが、受圧室５
１に低い被測定圧力ＰＬが加わったとすると、接続板３
３は図の右方向に移動し、可動ビーム部分１９に右方向
の力を与える。

この結果、歪ゲージ２より、接続板３３の変位に対応し
た出力を得ることができる。

以上説明したように本発明では、撓み基体を一体構造に
より構成するようにしたので、フレクシャ部分を別体の
ものから組み立てて構成した場合の如くヒステリシスを
生じにくく、組立てによる局部応力も生じない。

またフレクシャ部分を小さく構成できるので全体を小型
化することができる。

測定フレクシャ部分には一種類の（符号がフレクシャの
中で変らない）歪しかないので、歪検出素子を小さく作
る必要はない。

歪検出素子として蒸着ストレンゲージを使用する場合に
は、同一表面上に同時製作することができるので、温度
係数のそろった素子が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の要部構成説明図で、Ａは平
面図、Ｂは正面図、Ｃは側面図、第２，３図は第１図の
原理説明図、第４図は本発明を差圧応動装置に適用した
場合の一例を示す構成説明図で、Ａは正面図、ＢはＡの
要部Ａ−Ａ断面図、Ｃは要部側面図である。 １・・・・・・撓み基体、１１，１２・・・・・貫通孔
、１３・・・・・・測定フレクシャ部分、１４・・・・
・・接続フレクシャ部分、１５，１６・・・・・・溝、
１７・・・・・固定ビーム部分、１８・・・・・・接続
アーム部分、１９・・・・・・可動ビーム部分、２・・
・・・・歪検出素子。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 固定ビーム部分と該固定ビーム部分の両端にそれぞ
   れその一端が接続され固定ビーム部分と男通平面を形成
   するように設けられた測定フレクシャ部分と該測定フレ
   クシャ部分の他端にそれぞれ一端が接続され長さが等し
   くかつ互に平行をなす接続アーム部分と該接続アーム部
   分の他端にそれぞれ一端が接続された接続フレクシャ部
   分と該接続フレクシャ部分の他端にその両端が接続され
   前記固定ビーム部分と長さの等しい可動ビーム部分とを
   具えた撓み基体と、前記測定フレクシャ部分の共通平面
   側に設けられた歪検出素子とを具備してなるカー歪変換
   器。