JPS593221A - ロ−ドセル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 この発明は、たとえば電子秤等に用いられるロードセル
に関するものである。

〔発明の技術的背景及びその問題点〕

従来、ビームに四つのストレンゲージをブリッジ回路と
して接続しつつ接着したロードセルが存するが、接着層
の厚を一定に保つことが難しく、ストレンゲージとビー
ムとの間に生ずる静電容量の分布のバランスをとること
ができない。したがって、ブリッジ回路に駆動電源とし
て交流電源を印加したときに荷重に対して出力が正確に
比例することが難しく直線性が悪い。

最近は、ビームの表面にストレンゲージや調整用の賭抵
抗をブリッジ回路として接続しつつ薄膜法によりパター
ン化しつつ形成しているが、前述したように静電容量の
分布にバラツキがあり、直線性が悪い点については解決
されていない。

〔発明の目的〕

この発明は上述のような点に鑑みなされたもので、ビー
ムとビーム上のパターンとの間に生ずる静電容量の分布
のバランスを保ち精緻な計量を行ないつるロードセルを
うることを目的とするものである。

〔発明の概要〕

この発明は、ビームの一面に形成された絶縁層の表面に
、四つのストレンゲージと、これらのストレンゲージを
ブリッジ回路として接続するリード電極と、ブリッジ回
路の入力側の一極にリード電極を介して接続されるスノ
（ン温度補償抵抗及０−ブリッジ回路の入力側の他極に
リード電極を介して接続されるスパン調整抵抗とを薄膜
法により）くターンをもって形成し、このノくターンと
ビームとの間に生ずる静電容量の分布のノくランスをノ
くターンの面積を設定することによって維持し、したが
って、荷重に対する出力特性を直線に近づけて精緻な計
量を行ないうるようにし、さらに、無荷重時におけるブ
リッジ回路の出力電圧を０７１（ルトからプラス側にシ
フトした点をゼロ点として設定することにより、静電容
量の分布が多少アンノくランスでも、荷重の変化に対し
て出力電圧が直線的に変化する領域で計量して微小荷重
の計ｔｈｔ誤差を防止しうるように構成したものである
。

〔発明の実施例〕

この発明の一実施例を図面に基いて説明する。

（１）は５ＵＳ６３０等によるビームで、このビーム（
１）には側面に孔（２）を形成することによシ薄肉の起
歪部（３）（４）が形成され、上面には樹脂による絶縁
層（５）が形成されている。さらに、ビーム（１）の一
端にはロードセル秤のベースの取付部に片持状態で取付
けられる取付孔（６）が形成され、他端には載せ皿が取
付けられる取付孔（７）が形成されている。

しかして、絶縁層（５）の表面には、たとえばニッケル
クローム層と抵抗の／Ｊ％さい金箔層とを順次蒸着法や
スパッタリング法等の薄膜法により形成した後金箔層を
選択エツチングすることによシ、外部回路に接続される
金箔層による接続端子（Ｖｇ”）（ＶＥ−）（ＶＯ’−
）（ＶＯ）　（！：　！Ｊ−）”ｔ’ｆｉｌｉｊ（８）
　トカ形成すレ、さらに、金箔層をエツチングして下層
のニッケルクロム層を霧出することにより四つのストレ
ンゲージ（Ｒ１）　（Ｒ２）　（Ｒ３）　（Ｒ４）と二
つのブリッジバランス補正抵抗（ｒｏｚ）　（ｒｏｓ）
とスパン温度補償抵抗（Ｒｓ）とスパン調整抵抗（Ｒｘ
）とが形成されている。ストレンゲージ（Ｒ１）　（Ｒ
２）　（Ｒａ）　（Ｒ４）とブリッジバランス補正抵抗
（ｒＯＸ）　（ｒ０３）とはリード電極（８）によシブ
リッジ回路（９）として接続され、ブリッジ回路（９）
の入力側の一極の接続点（イ）はスパン温度補償抵抗（
Ｒｓ　）を介して接続端子（ＶＥ＋）に接続され、ブリ
ッジ回路（９）の入力側の他極の接続点（ロ）はスパン
調整抵抗（Ｒｘ）を介して接続端子（ＶＥつに接続され
ている。ブリッジ回路（９）の出力側の接続点（／→に
）はそれぞれ接続端子（Ｖｏ”）　（Ｖｏ　）に接続さ
れている。スパン温度補償（Ｒｓ）とスパン調整抵抗（
Ｒｘ）とブリッジバランス補正抵抗（ｒｏＪ　（ｒｏ３
）とは、一部をトリミングして長さを変えて抵抗値を調
整する一種の可変抵抗である。

計量に際しては接続端子ＣＶｚ＋）ＣＶｗ　）を交流′
１源に接続し、取付孔（７）に連結された載せ皿に品物
を置くと、ビーム（１）は一方の起歪部（３）が引張ら
れ他方の起歪部（４）が圧縮される状態でわずかに変形
し、起歪ｉ　（３）上のストレンゲージ（Ｒ１）　（Ｒ
２）の抵抗値は（ｉｔモΔＲ）、起歪部（４）上のスト
レンゲージ（Ｒ１１）（Ｒ４）の抵抗値は（Ｒ−ΔＲ）
と変化する。したがって、ブリッジ回路（９）の出力（
Ｖ、）は荷重に比例する値を示し、この電気信号に変換
された出力を外部回路により処理することによって計量
値が示される。

しかし、交流電源駆動の場合にはビーム（１）と絶縁層
（５）上のパターンとの間に生ずる静電容量の分布のバ
ランスが保たれていないと計量誤差を生ずる。すなわち
、第４図にビーム（１）とパターンの各部との間に生ず
る静電容量の分布を示すが、分布のバランスはパターン
の面積に左右される。ブリッジ回路（９）は接続点←→
に）を境としてスパン温度補償抵抗（Ｒｓ）ＶＣ，接続
される半分のパターンとスパン調整抵抗（Ｒｘ）に接続
される半分のパターンとに部分される。“また、接続点
（イ）（ロ）←→に）の点で分けることによ９四つに分
けられる。ストレンゲージ（Ｒ１）を含む一つの領域の
パターンの静電容量はストレンゲージ（Ｒ１）の部分と
その両極に接続されたリード電極（８）の部分とを含む
（Ｃ１１＋Ｃ１ｇ　十〇ｌｓ　）である。

１１１ｅに、ストレンゲージ（Ｒ２）を含む第二の領域
のパターンの静電容量は（Ｃｚ＋　＋　Ｃ２２（＝Ｃ２
３）、ストレンゲージ（Ｒ３）を含む第三の領域のパタ
ーンの静電容量は（Ｃａ＋　＋　Ｃ３□＋Ｃｓ３）　、
ストレンゲージ（Ｒ４）を含む第四の領域のパターンの
静電容量は（Ｃｎ　＋　Ｃ４２モＣ４３）、スパン温度
補償抵抗（Ｒｓ）を含む領域のパターンの静電容量はＣ
５、スパン調整抵抗（Ｒｘ）を含む領域のパターンの静
電容量はＣ６、接続点（＝−１から接続端子（ＶＯ＋）
に至るリード電極（８）の領域のパターンの静電容量は
Ｃ７、接続点に）から接続端子（ＶＯ−）に至るリード
電極（８）の領域のパターンの静電ＳｉｔはＣ３−Ｃあ
る。それぞれの領域区分は第４図に仮想線をもって示し
ておく。

第５図はビーム（１）及び接続端子（ＶＯ−）を接地し
て使用する場合の等価回路である。ここで、ブリッジバ
ランス補正抵抗（ｒｏ２）　（ｒｏ３）、スパン温度補
償抵抗（Ｒｓ）、スパン調整抵抗（Ｒｘ）の、電位勾配
を無視すれば、第４図に示した各領域のパターンの静電
容量と第５図に等価回路として示しｆｃｃｌ　、　Ｃ’
２、ｃ。

との関係は近似的に次の式で衣わされる。

Ｃ（１＝Ｃ７ｔ−Ｃ４３（−Ｃｚｓ 第４図に示［７たＣ８、Ｃ１３、Ｃ３３の静電容量はビ
ーム（１）及び接続端子（ｖｏ一つを接地すると云う条
件から等価回路では無視し９る。また、四つのストレン
ゲージ（Ｒｔ）　（Ｒ＋）　（Ｒ３）　（Ｒ４）も基本
的に同一のパターンであるから、 ２　　　　２　　　　２　　　　２ と云う関係式が成立する。

（仮定１）出力側の静電容量ｃｏは計算上無視する。

（仮定２）ブリッジバランス補正抵抗（ｒｏｚ）（ｒｏ
３）は計算上無視する。

（仮定３）ブリッジバランス（ゼロバランス）状態の時
のストレンゲージ （ＲＩＸＲ２）　（Ｒ３）　（Ｒ４）の抵抗値はそれぞ
れ等しくＲとして示し、荷 型持の抵抗値の変化をテンショ ン側では（Ｒ，＝Ｒ，＝Ｒ＋ΔＲ）コンプレッション側
では（Ｒａ　＝ＹＬａ　＝Ｒ−ΔＲ）として示す。

以上の仮定を設けてブリッジ回路（９）の出力を計算す
ると、 ■式にＲ１＝Ｒ２＝Ｒ七ΔＲ、Ｒ３＝Ｒ４＝Ｒ−ΔＲを
代入し、ΔＲ −−Ｚと置き換えて整理すると、 、ΔＲ ｕＱ−Ｚ　’ＩＪ８＝　−ｇＱ となる。したがって、■式において 第１項のＸはストレンゲージの抵抗変化率であり荷重に
比例する。

価回路として示したＣ’ｌ、Ｃ’３のアンバランスによ
って発生する項である。また、 静電容量Ｃ’１　、　Ｃ′３が存在するために発生する
項である。

そして、■式の〔〕内の項はｊを含む虚数部とｊを含ま
ない実数部とに分けられるが、実数部をＡ、虚数部をＢ
とおき、（Ｖ６　＝　Ｅ’Ｓ　ｓｉｎ　ωりとすれば、
なる式が成立する。すなわち、虚数部と実数部の比はυ
ａに対してψなる位相角を与える。

本発明はブリッジ回路（９）を接続点←→（イ）に）に
わたる半分の領域のパターンと接続点ｅ→（ロ）に）に
わたる半分の領域のパターンとに部分し、接続端子（Ｖ
＄）から接続点（イ）に至る領域のパターンの面積及び
ブリッジ回路（９）を部分した一方の領域のノ（ターン
の面積の和と、接続端子（ＶＥ勺から接続点（ロ）に至
る領域のパターンの面積及びブリッジ回路（９）を部分
した他方の領域のパターンの面積の和とを等しく定めた
ものである。そのために、各ストレンゲージ（Ｒｔ）　
（Ｒ＋＋）　（Ｒｓ）　（Ｒ４）の面積を一致させ、ブ
リッジバランス補正抵抗（ｒｏ２）（ｒｏ３）の面積を
一致させ、しかもリード電極（８）の膜厚を大きくし太
さを細くして面積を縮小してブリッジ回路（９）の接続
点（イ）〜に）。

接続点（イ）〜Ｃ→、接続点（ロ）〜（・→、接続点（
ロ）〜に）に等分した四つの領域のパターンの面積を一
致させ、さらにスパン温度補償抵抗（Ｒｓ）とスパン調
整抵抗（Ｒｘ）との面積を一致させたものである。

すなわち、ｉ４図に細分したパターンに対応してそれぞ
れの領域のパターンとビーム（１）との間に生ずる静電
容量を示したが、（ＣＩｌ　＋　０１２　＋　Ｃｔｓ　
）と、（Ｃ２１＋Ｃ２２＋Ｃ２Ｂ）と、　（Ｃ３１＋Ｃ
３２＋Ｃａａ）　　とｓ　（Ｃ４１＋Ｃ４２＋Ｃ４３）
とは等しい。また、Ｃ６と０６とは等しい。したがって
、■■式においてＣ１及びＣ１を求めたときに（Ｃ’ｓ
　＝　Ｃ’ａ　）が成立する。

したグラフである。荷重時テンション側のストレンゲー
ジ（Ｒ１）及び（Ｒ２）の抵抗は（Ｒ十ΔＲ）と変化し
、コンプレッション側のストレンケーシ（Ｒ３）及ヒ（
Ｒ４）の抵抗は（Ｒ−ΔＲ）と変化するが、Ｒ＝　２Ｋ
Ｏ１Ｃ′１モＣ′３＝２００．Ｆとしたときに、Ｃ’ｌ
　＝Ｃ’３　＝　１００．Ｆでは荷重の変化に対して出
力が直線的に変化することが分る。Ｃ′ｌとＣ２とがア
ンバランスのときは±５％と±１０％と二連シのケース
を示したがアンバランスの量が増える程直線性が悪くな
υ、小荷重程計量誤差が大きくなることがよく分る。

第７図は、　Ｃ’Ｓ　＝　１１０．Ｆ　、　ｃ′３＝　
９０．ＦすなわちＣ′１とＣ′３とのアンバランス量が
±１０％の場合において、荷重に対する出力の変化を示
したものであるが、いずれも直線性が悪い。とくにスト
レンゲージの抵抗値が大きくなる程直線性が悪くなる。

さらに、第８図は、Ｃ′１＝１１０．Ｆ　、　Ｃ’３　
＝９０．ＦすなわちＣ′１と０１とのアンバランス量が
±１０％の場合ニおいて、荷重に対する出力の変化を示
したものであるが、交流駆動電圧の周波数が高くなる程
ゼロ付近の直線性が悪くなる。

しかし、本発明によれば、Ｃ′１＝Ｃ−の条件が満され
るため微小荷重においても直線性が優れ正確な計量を行
ないうる。しかも、Ｃ′１−Ｃ′３０条件が多少狂った
としても無荷重時におけるブリッジ回路（９）の出力電
圧Ｖ。を０ボルトからたとえばプラス側へ２．５Ｘ１０
　　’Ｖシフトした点をゼロ点として設定することによ
シ、荷重の変化に対して出力電圧が直線的に変化する領
域で計量することが可能である。

〔発明の効果〕

この発明は上述のように構成したので、ビームトハター
ンとの間に静電容量が生ずるが、静電容量の分布をバラ
ンスさせて荷重に対するブリッジ回路の出力を直線的に
変化させることができ、したがって、微小荷重において
も精緻な計量を行なうことができ、しかも、無荷重時に
おけるブリッジ回路の出力電圧を０ボルトからプラス側
ヘシフトした点をゼロ点として設定することによシ、静
電８Ｍの分布が多少アンバランスでも荷重に対して出力
電圧が直線的に変化する領域で計量することができ、し
たがって、微小荷重の計量誤差を防止することができる
等の効果を有するものである。

【図面の簡単な説明】

図面はこの発明の一実施例を示すもので、第１図は斜視
図、第２図はビーム上のパターンを拡大して示した平面
図、第３図は電気回路図、第４図はビーム上のパターン
を領域別に分割しそれぞれの領域で発生する静電容量を
示す分布図、第５図は等価回路図、第６図は荷重の変化
に対する出力の変化を静電容量の分布のバランス状態毎
に示したグラフ、第７図は荷重の変化に対する出力の変
化をストレンゲージの抵抗値毎に示したグラフ、第８図
は荷重の変化に対する出力の変化を示すグラフである。 １・・・ビーム、３〜４・・・起歪部、５・・・絶縁層
、８・・・リード電極、９・・・プリツ、ジ回路、Ｒ１
−Ｒ４・・・ストレンゲージ、Ｒｓ・・・スパン温度補
’ｆＸ　抵抗、　Ｒｘ・・・スハン調整抵抗 出　願　人　　　東京電気株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 起歪部が形成されたビームに絶縁層を形成し、この絶縁
   層の表面に、四つのストレンゲージとこれらのストレン
   ゲージをブリッジ回路として接続するリード電極と、前
   記ブリッジ回路の入力側にそれぞれ極毎にリード電極を
   介して接続されるスパン温度補償抵抗及びスパン調整抵
   抗とを薄膜法によシ所定のパターンをもって形成し、前
   記ブリッジ回路を入力側の両極の中間部において部分し
   、前記ブリッジ回路の入力側の一極に至る前記リード電
   極を含む前記スパン温度補償抵抗のパターンの面積及び
   前記ブリッジ回路を部分した一方の領域のパターンの面
   積の和と、前記ブリッジ回路の入力側の他極に至る前記
   リード電極を含む前記スパン調整抵抗のパターンの面積
   及び前記ブリッジ回路を部分した他方の領域のパターン
   の面積の和とを等しく設定し、無荷重時における前記ブ
   リッジ回路の出力電圧を０ボルトよシブラス側にシフト
   した点をゼロ点として設定したことを特徴とするロード
   セル。