JPS6011478Y2 - 低荷重接着構成力変換器の熱膨張誤差防止構造 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は低荷重レンジ力変換器を絶縁の為に絶縁材を用
い接着により組立るに当り熱膨張係数の大きい接着剤の
熱膨張による誤差を防止する構造に関する。

歪ゲージ力検出器は可動部分なしに高荷重レンジの力又
は重さの測定可能な特質から高弾性係数の弾性体上にゲ
ージを接着しゲージ接着局所の変位のみから予め求め・
られた較正表により加えられた力を検出するものとして
早くから開発された。

高荷重では局所の変位のみの検出で充分であったが測定
すべき荷重が小さいと検出可能限度の変位とするため変
位検出長さを拡げる要があり、低荷重用では弾性体の局
所変位を累積して全長の変位即ち一端固定の弾性体では
固定端の反対の変位端の固定端に対する位置変化を求め
更に低荷重ではこの変位端の変位を測定エネルギー消費
なし即ち微小弾性の電気抵抗線の抵抗変化に代え増幅検
出するため特定の例えば非接着歪ゲージなどを弾性体に
並列に置き、検出する必要がある。

換言すれば高荷重レンジでは弾性体内の微小局所の変位
のみを短い歪ゲージでの検出でも力は測定可能であるが
低荷重レンジでは累積変位即ち変位端と固定匡との距離
の全変化即ち全歪をその間に結合された非接着の歪ゲー
ジ抵抗線の抵抗変化として検出するので前記距離中の１
部例えば接着剤などが膨張すると膨張力が起り力の測定
に誤差となる。

本考案はこの誤差を防止せんとするものである。

上記変位端の空間位置を増幅し測定エネルギー最小で測
定する変位測定器には非接着型歪ゲージが多く用いられ
ている。

この非接着型歪ゲージは測定せんとする力又は変位の伝
達体を中心とし、その変位方向両側等距離に固定体を置
き同一長さの電気抵抗捲線をその間に方向反対に偶数対
張り、この抵抗線自身を弾性体として変位伝達体の変位
により片側の捲線が引張られると他側が圧縮されるよう
配置し、両者を夫々対辺とする電橋を作れば変位が正確
に増幅され而も被測定力の加えられた変位で両方向の捲
線抵抗の張力が同一の平衡位置にされていれば変位測定
に必要なエネルギーは零で正確に微小な変位又は力を測
定することができる。

こうした非接着歪ゲージを用いて測定器を構戊する時、
膨張係数の小さい半田其の他の金属で接合すれば熱によ
る膨張変位を測定器内で起さず上記弾性体の変位端の位
置を変化する熱による誤差は少なかったが金属接着時の
高熱による変質をさけ又は絶縁体などのため最近接着剤
による接着が多くなった。

接着剤は金属に比べ熱膨張が大きく、熱膨張が大きいと
被測定力以外の力による変位を弾性体変位に混入し力測
定に誤差を起す。

本考案はこの熱膨張誤差防止を目的とするもので上述の
ように接着による結合では接着面に直角な接着剤の厚み
方向には膨張が起るに反し面に沿い接着面に平行方向の
接着剤の両側の端に拘束面がなく自由に膨張出来る逃げ
空間があれば、接着剤はその中心の両側に自由に平等に
膨張するので接着により接着面を変位せんとする力はな
く熱応力も変位も発生しない特性がある。

本考案は接着面に直角には熱応力を発生するが面に沿っ
て両側に膨張逃げを置くことにより、接着面に沿っては
応力も歪も発生させないですむと云う原理を用いて変換
器の部分を接着剤を用いて結合する時には接着面の方向
を選び常に接着面を被測定力の方向に取り熱膨張による
力を測定力に対し常に直角に保ち、接着面の力方向両端
には接着剤のない膨張逃げ空間を置き接着剤の膨張力の
発生を防止するものであり、これにより低荷重レンジの
力測定器の誤差を防止すると共に、電気絶縁の可能な変
換器の作製をも容易にするものである。

以下図面によって好ましい本考案の実施例を示す。

但し図面中間−機能は同一番号で示し、同−機能乍ら左
右又は前後などに分割した時には原番号にダッシュ又は
サフイクスにて区別する。

本考案は微小な血圧測定の様に電気回路など絶縁の必要
な低荷重で絶縁材のため接着剤で結合構成する外ないロ
ードセルの接着剤の熱膨張誤差防止構造である。

被測定力が大なる高荷重では第１図の固定匡１０上の弾
性体１２の歪が大きいので弾性体１２の局所の短い歪ゲ
ージ１８によりｌなる局部歪を検出するのみで力の測定
は充分であるが被測定力が微小な低荷重では弾性体１２
の局所１上の短い歪ゲージ１８で局部歪を検出するので
は感度が不足で２図に示すように弾性体１２の全長りの
全歪即ち弾性体１２の力に比例して変位する変動端１６
の空間変位を変動端１６と固定匡１０との間に結合され
た左右の歪ゲージ１９などで検出する。

１９は夫々上下に等分された歪ゲージ１９ｔ、１９Ｃよ
りなる４ゲージを左右逆にして２つのｔｔ ｃ辺が夫々
対辺になる様に電橋を作ると荷重０のとき歪ゲージ１９
の中心は上記の変動端１６に結合され１９の上半１９ｔ
と下半１９ｃは同一抵抗値のゲージで作られ、′ｗＰｒ
縮よ平衡し出力は０であるが荷重Ｆがかかると変動端１
６が下り１９ｔは引っ張り１９ｃ１は圧縮となり電橋は
力に比例し不平衡となる。

こうした場合、血圧測定の様に電気回路絶縁の必要なロ
ードセルでは歪ゲージは弾性体１２及び固定匡１０とに
セラミックの様な絶縁体２４と２６とにより絶縁され絶
縁材は加工が困難なので接着剤３０で結合構成する外な
い。

所が、接着剤は熱膨張係数が大きく、温度が変化すると
膨張力が発生しそれが被測定力に混入し誤差となる。

本考案はこの膨張力の方向が被測定力Ｆの方向と一致す
ると大きな誤差となることに気がつき、第３図ａの様に
この膨張力の方向が被測定力Ｆと同方向、即ち接着すべ
き２つの素子３２゛、３２”の接着面３６を力Ｆに直角
になるのをさけ第３図すのように常にＦに平行にする構
造即ち第２図で示す様に被測定力Ｆが垂直であれば被測
定力Ｆと接着面３６が平行になる様に３６を垂直にする
と共に被測定力の方向には膨張力が起らないように、接
着剤のＦの方向の両側に自由に膨張できる逃げ３８を置
き膨張力が誤差とな゛るのを防止するものである。

本考案の要旨は上記につきるので上記説明のみにて理解
を得られれば幸であるが念の為本考案が最有効であり第
２図と原理は同様であるが抵抗の固定点と変動点の配置
を異にするのみの複雑な非接着型歪ゲージ（特公昭３４
−３２９４号公報などで公知）を利用した血圧計に対す
る応用を今１つの他の参考実施例として第４，５図に説
明する。

第４図は理解を容易にするため第４図■−ｖ線断面を示
した第５図の密閉Ｍ４２を除去し、固定体である外部円
筒框１０′とその上に張られた円板状弾性体薄膜１２と
を１部破断して絶縁構造を省略し内部の構造を斜視図で
示したものである。

図に示す様に薄膜で構成された弾性体１２の中心である
弾性体の変動端１６には変位伝達体２０が固定されその
外周に円筒状内部固定框１０＃が置かれている。

変位伝達体２０の上部に１対の変動端絶縁ピン２６’、
、２２６″０が左右に置かれ、これと９０°の位置の下
部に１対の絶縁ピン２６’、、２６″、が各半径に沿い
設けられ、これらピンは夫々内部固定框１０″の孔２８
を貫通して内部固定框の外側に突出している。

これら変位伝達体２０に固定された各上下２対のピン２
６’、、２２６“。

及２２６’、、２２６′、の垂直の下と上に内部固定框
１０＃より夫々これらピンに対向する固定端絶縁ピン２
２４’、、 ２２４’、及２２４’、、２２４“、が
突出され、これら垂直線上の各対のピン２２４’、、２
２６’。

、２２４”。、２２６“。

及び２２４’、、２２４”、、２２６’、、２２６″仕
に電気抵抗線自体が弾性体を構成するよう捲かれて左右
と前後に分割せらｌた第２図２２′（引張力向）と２２
″（圧縮方向）に相当する非接着歪ゲージを構成する。

第５図は第４図に示した低荷重測定用歪ゲージ非接着型
変換器を血圧測定用としてゲージ回路を絶縁した構成を
示すもので第２図に示された変動端線縁体２６と固定端
絶縁体２４が円筒絶縁環に構成され変動端１６と変動端
変位伝達体２０との間及び固定体１０が分割された外部
と内部固定框１０′と１０′との間を夫々絶縁する。

この絶縁体２４と２６はセラミックなどで接着剤３０で
接着固定する外ない。

こうした場合の接着に本考案を用い図の力変換器では負
荷の圧力は垂直方向なのでこの力に平行するように図面
に垂直な太い実線で示した接着面のみを用い力に直角な
面は用いないで接着剤３０で接着し而も垂直面の接着剤
の上下両端には接着剤の膨張逃げを置くこと）すれば力
の方向に弾性体を熱で変位させることがないので、接着
剤の膨張係数が大きくてもそれによる誤差は防止可能で
ある。

第５図の圧力導入口４０をもった密閉蓋４２は流体圧力
室４４を弾性膜１２上に構成する。

こうした方法で単に接着面を力の方向に平行にするのみ
の簡単な方法で本考案が接着剤構成の力変換器の温度誤
差を除去した効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は在来の高荷重用歪ゲージ接着型力変換器の説明
図で第２図は第１図の高荷重用歪ゲージ接着型と本考案
を実施した全歪検出低荷重絶縁型としたロードセルの比
較説明図、第３図は接着体の接着の方法の説明図、第４
図は円筒型歪ゲージ非接着力変換器の斜視説明図、第５
図はこれを血圧計に用いた時の本考案による歪ゲージ回
路の絶縁構造を示す中心断面図。 第１，２図中、１０・・・・・・固定体、１２・・・・
・・弾性体、１４・・・・・・弾性体固定端、１６・・
・・・・弾性体変動端、１８・・・・・・接着歪ゲージ
、１９・・・・・・全歪ゲージ、１９ｔ・・・・・・引
っ張り、１９ｃ・・・・・・圧縮ゲージ、２０・・・・
・・変位伝達体、２２・・・・・・非接着歪ゲージ、２
２．．２２ｃ・・・・・・引張、圧縮、変位の１対の歪
ゲージ、２４・・・・・・固定端絶縁体、２６・・・・
・・変動端線縁体、第３図中、３０・・・・・・接着剤
、３２′。 ３２″・・・・・・被接着素子、３４・・・・・・接着
体、３６・・・・・・接着面、３８・・・・・・接着剤
膨張逃げ、第４，５図中、１０’、１０“・・・・・・
外、内固定框、２２’、２２″、・・・・・・左右の引
張ゲージ、２２’、、２２″。 ・・・・・・前後の圧縮ゲージ、２２４’、、２２４″
、・・・・・・引張ゲージ固定端絶縁ピン、２２６’、
、２２６“、・・・・・・引張ゲージ変動端絶縁ピン、
２２４’ｏ、２２４″。 ・・・・・・圧縮ゲージ固定端絶縁ピン、２２６’、、
２２６″。 ・・・・・・圧縮ゲージ変動端絶縁ピン、２８・・・・
・・変動端絶縁ピンの内固定框貫通孔、４０・・・・・
・圧力導入口、４２・・・・・・密閉蓋、４４・・・・
・・圧力室。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 力に比例し変位する変位端を有する弾性体と、それを固
   定する匡と該変位端と匡とを絶縁して接着した歪ゲージ
   電気抵抗線にて結合して力を検出するロードセルにて、
   その接着が常に力に直行する面をさけ、該力線に平行す
   る２面間のみにて行われ、而も該接着剤の力方向両側外
   周には膨張逃げ空間を置く構造を特徴とす、る低荷重接
   着構成力変換器の熱膨張誤差防止構造。